(57)【要約】【課題】周囲温度が上昇しても光出力の低下しない、新規な垂直共振器型発光ダイオード及びその製造方法を提供する。【解決手段】垂直共振器型発光ダイオード１は、基板２上に形成した第１伝導型の反射層３と、第１伝導型の反射層上に形成した発光領域となる活性層を含む半導体層８と、発光領域となる活性層５を含む半導体層上に形成した第２伝導型の反射層１０と、第２伝導型の反射層上に形成した電極層１１とを具備し、共振器長Ｌopt を、２５℃よりも５０℃近傍で発光出力が大きくなるように設定する。活性層５を多重量子井戸構造から形成してもよい。常温以上の周囲温度２５℃から１２０℃程度の所定の周囲温度、例えば８５℃で出力が低下せず、鋭い放射ビームを有する垂直共振器型発光ダイオード１が得られる。【選択図】図１
2007103612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に形成された第１伝導型の反射層と、
上記第１伝導型の反射層上に形成された発光領域となる活性層を含む半導体層と、
上記発光領域となる活性層を含む半導体層上に形成された第２伝導型の反射層と、
上記第２伝導型の反射層上に形成された電極層と、
を、具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、
垂直共振器長が、Ｌopt ＝（ｍ／4 ＋α）・（λ／ｎave ）（ここで、ｍは任意の正の整数であり、αは周囲温度で決まる共振器微調係数であり、ｎave は共振器の平均屈折率であり、λは発光波長である。）であり、上記共振器微調係数αは、α＝９．１×１０-4×Ｔ−０．０２３（Ｔは周囲温度（℃））で与えられることを特徴とする、垂直共振器型発光ダイオード。
【請求項２】
基板と、
該基板上に形成された第１伝導型の反射層と、
上記第１伝導型の反射層上に形成された発光領域となる活性層を含む半導体層と、
上記発光領域となる活性層を含む半導体層上に形成された第２伝導型の反射層と、
上記第２伝導型の反射層上に形成された電極層と、
を、具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、
共振器長Ｌopt を、２５℃よりも５０℃近傍で発光出力が大きくなるように設定したことを特徴する、垂直共振器型発光ダイオード。
【請求項３】
基板と、
該基板上に形成された第１伝導型の反射層と、
上記第１伝導型の反射層上に形成された発光領域となる活性層を含む半導体層と、
上記発光領域となる活性層を含む半導体層上に形成された第２伝導型の反射層と、
上記第２伝導型の反射層上に形成された電極層と、
を、具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、
共振器長Ｌopt を、２５℃よりも８０℃近傍で発光出力が大きくなるように設定したことを特徴とする、垂直共振器型発光ダイオード。
【請求項４】
基板と、
該基板上に形成された第１伝導型の反射層と、
上記第１伝導型の反射層上に形成された発光領域となる活性層を含む半導体層と、
上記発光領域となる活性層を含む半導体層上に形成された開口部を有する電流狭窄層と、
上記電流狭窄層の開口部内及び開口部の上方と上記開口部を有する電流狭窄層上とに形成された第２伝導型の反射層と、
上記第２伝導型の反射層上かつ上記電流狭窄層上に形成された電極層と、
を、具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、
共振器長Ｌopt を、５０℃近傍で発光出力が最大となるように設定したことを特徴とする、垂直共振器型発光ダイオード。
【請求項５】
基板と、
該基板上に形成された第１伝導型の反射層と、
上記第１伝導型の反射層上に形成された発光領域となる活性層を含む半導体層と、
上記発光領域となる活性層を含む半導体層上に形成された開口部を有する電流狭窄層と、
上記電流狭窄層の開口部内及び開口部の上方と上記開口部を有する電流狭窄層上とに形成された第２伝導型の反射層と、
上記第２伝導型の反射層上かつ上記電流狭窄層上に形成された電極層と、
を、具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、
共振器長Ｌopt を、８０℃近傍で発光出力が最大となるように設定したことを特徴とする、垂直共振器型発光ダイオード。
【請求項６】
前記半導体層は、前記活性層を第１及び第２のクラツド層で挟み込んだダブルヘテロ構造から構成されており、上記クラツド層がＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなり、前記活性層が量子井戸構造からなることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の垂直共振器型発光ダイオード。
【請求項７】
半導体基板上に、第１伝導型の反射層と、第１伝導型のクラッド層と活性層と第２伝導型のクラッド層と、で構成された発光部と、第１伝導型の電流狭窄層と、を含む層を順にエピタキシャル成長させる工程と、
上記電流狭窄層に開口部をエッチングする工程と、
上記エッチングした基板上に第２伝導型の反射層を埋め込む工程と、
上記活性層に電流を注入するための第２伝導型の反射層上部の電極を、該電流狭窄層の上部に設ける工程と、
を含み、
上記第１及び第２の反射層間の厚みである上記垂直共振器長を、常温よりも高い周囲温度において発光出力が大きくなるようにエピタキシャル成長することを特徴とする、垂直共振器型発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の光源などに使用される垂直共振器型発光ダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスティック光ファイバー（ＰＯＦ）用の光源として、可視光領域の波長で目に安全な光出力を有する発光ダイオードが、レーザーダイオードより安価であることから注目されている。ＰＯＦ用の光源として、より高出力、高速応答特性を実現するためには、従来の発光ダイオードでは不十分であり、共振を起こす垂直共振器型の構造が必要となっている。
【０００３】
共振器型発光ダイオード（Ｒｅｓｏｎａｎｔ−Ｃａｖｉｔｙ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＲＣＬＥＤ）は、例えば、特許文献１の図１９に示されるように、活性層を、上下に配置される反射鏡で挟み込んだ構造を有している。このとき、効率良く光共振を起こし、発光出力を高めるために、反射鏡間の距離（共振器長：Ｌ）を発光波長λのｎ／４倍で設計する必要がある。従来の構造では、この共振器長を、例えば、ｎ＝４即ちＬ＝１λ等として設計していた。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−４８１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の垂直共振器型の発光ダイオードでは、室温での発光波長に基づいて設計されていた。このため、垂直共振器型発光ダイオードを室温よりも高温で使用した場合、発光出力が低下してしまうという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、周囲温度が上昇しても光出力の低下しない、新規な垂直共振器型発光ダイオード及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、垂直共振器型の発光ダイオードにおいて、周囲温度の上昇により発光出力が低下しまう原因を究明した結果、共振器長と使用温度との間に密接な関係があることを見出し、上記問題を解決するために、最適な共振器長及び電流狭窄構造により、常温以上の所望の周囲温度で共振器効率を最大とし、その発光出力を高くできるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の垂直共振器型発光ダイオードは、基板と、基板上に形成された第１伝導型の反射層と、第１伝導型の反射層上に形成された発光領域となる活性層を含む半導体層と、発光領域となる活性層を含む半導体層上に形成された第２伝導型の反射層と、第２伝導型の反射層上に形成された電極層と、を具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、垂直共振器長が、
Ｌopt ＝（ｍ／4 ＋α）・（λ／ｎave ）（ここで、ｍは任意の正の整数であり、αは周囲温度で決まる共振器微調係数であり、ｎave は共振器の平均屈折率であり、λは発光波長である。）であり、共振器微調係数αは、α＝９．１×１０-4Ｔ−０．０２３（Ｔは周囲温度（℃））で与えられることを特徴とする。
上記構成によれば、例えば、周囲温度が２５℃から１２０℃程度の所定の温度Ｔにおいて、常温の２５℃よりも発光出力が高い垂直共振器型発光ダイオードを提供することができる。
【０００９】
本発明の垂直共振器型発光ダイオードは、基板と、基板上に形成された第１伝導型の反射層と、第１伝導型の反射層上に形成された発光領域となる活性層を含む半導体層と、発光領域となる活性層を含む半導体層上に形成された第２伝導型の反射層と、第２伝導型の反射層上に形成された電極層と、を具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、共振器長Ｌopt を、とくに、２５℃よりも５０℃近傍で発光出力が大きくなるように設定したことを特徴とする。
本発明の垂直共振器型発光ダイオードは、基板と、基板上に形成された第１伝導型の反射層と、第１伝導型の反射層上に形成された発光領域となる活性層を含む半導体層と、発光領域となる活性層を含む半導体層上に形成された第２伝導型の反射層と、第２伝導型の反射層上に形成された電極層と、を具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、共振器長Ｌopt を、とくに、２５℃よりも８０℃近傍で発光出力が大きくなるように設定したことを特徴とする。
上記構成によれば、周囲温度２５℃から１２０℃程度の所定の周囲温度、例えば５０℃近傍で発光出力が低下しない垂直共振器型発光ダイオードが得られる。
【００１０】
本発明の垂直共振器型発光ダイオードは、基板と、基板上に形成された第１伝導型の反射層と、第１伝導型の反射層上に形成された発光領域となる活性層を含む半導体層と、発光領域となる活性層を含む半導体層上に形成された開口部を有する電流狭窄層と、電流狭窄層の開口部内及び開口部の上方と開口部を有する電流狭窄層上とに形成された第２伝導型の反射層と、第２伝導型の反射層上かつ電流狭窄層上に形成された電極層と、を具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、共振器長Ｌopt を、とくに、５０℃近傍で発光出力が最大となるように設定したことを特徴とする。
本発明の垂直共振器型発光ダイオードは、基板と、基板上に形成された第１伝導型の反射層と、第１伝導型の反射層上に形成された発光領域となる活性層を含む半導体層と、発光領域となる活性層を含む半導体層上に形成された開口部を有する電流狭窄層と、電流狭窄層の開口部内及び開口部の上方と開口部を有する電流狭窄層上とに形成された第２伝導型の反射層と、第２伝導型の反射層上でかつ電流狭窄層上に形成された電極層と、を具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、共振器長Ｌopt を、とくに、８０℃近傍で発光出力が最大となるように設定したことを特徴とする。
上記構成によれば、さらに、電流狭窄層を発光ダイオードの表面側の第２の反射層内に配設したことで指向性を良くすることができ、周囲温度２５℃から１２０℃程度の所定の周囲温度、例えば５０℃近傍又は８０℃近傍で出力が低下しない、垂直共振器型発光ダイオードを提供することができる。
【００１１】
上記構成において、半導体層は、好ましくは、活性層を第１及び第２のクラツド層で挟み込んだダブルヘテロ構造から構成されており、クラツド層がＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなり、活性層が量子井戸構造からなる。この構成によれば、例えば、周囲温度が５０〜８５℃近傍で出力が低下せず、鋭い放射ビームを有する面発光型の発光ダイオードが得られる。
【００１２】
本発明の垂直共振器型発光ダイオードの製造方法は、半導体基板上に、第１伝導型の反射層と、第１伝導型のクラッド層と活性層と第２伝導型のクラッド層と、で構成された発光部と、第１伝導型の電流狭窄層と、を含む層を順にエピタキシャル成長させる工程と、電流狭窄層に開口部をエッチングする工程と、エッチングした基板上に第２伝導型の反射層を埋め込む工程と、活性層に電流を注入するための第２伝導型の反射層上部の電極を、電流狭窄層の上部に設ける工程と、を含み、第１及び第２の反射層間の厚みである垂直共振器長を、常温よりも高い周囲温度において発光出力が大きくなるようにエピタキシャル成長することを特徴とする。
上記構成によれば、例えば、周囲温度２５℃から１２０℃程度の所定の周囲温度、例えば８５℃で出力が低下せず、鋭い放射ビームを有する垂直共振器型の発光ダイオードを、歩留まりよく製造することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、垂直共振器長が２５℃から１２０℃程度の所定の周囲温度、例えば８５℃近傍で最適となるように設定されているので、高温動作でもその発光出力が低下しない。
また、電流狭窄層を発光ダイオードの表面側の第２の反射層内に配設したことで指向性を良くすることができ、２５℃から１２０℃程度の所定の周囲温度、例えば８５℃近傍の高温側で出力が低下しない、垂直共振器型発光ダイオード及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
図１（Ａ）は本発明に係る垂直共振器型発光ダイオードの断面構造の一例を示す図で、図１（Ｂ）はその平面図である。即ち、図１（Ｂ）のＸ―Ｘ線に沿った断面図が、図１（Ａ）である。
垂直共振器型発光ダイオード１は、図１（Ａ）に示すように、ｎ型（第１伝導型）基板２と、基板２と同じ伝導型からなるｎ型の第１の反射層３と、基板１と同一伝導型のｎ型である第１のクラッド層４と活性層５と、基板と逆伝導型のｐ型である第２のクラッド層６とからなるダブルヘテロ接合８と、その一部に電流狭窄層９を含む基板とは逆伝導型（第２伝導型）のｐ型の第２の反射層１０と、その上部に設けられる電極層１１と、電極層１１の少なくとも一部及び発光ダイオード表面を覆う保護膜１２と、を含み形成されている。第２伝導型の反射層１０は、電流狭窄層９の開口部内に埋め込まれ、さらに、開口部の上方と開口部を有する電流狭窄層９上とに、層状に形成されている。この電流狭窄層９の開口部は、後述するように、垂直共振器型発光ダイオード１の電流通路及び発光部となる領域となる。
ここで、電流狭窄層９は、ｎ型層又は故意には不純物を添加しない所謂ノンドープ層である。ノンドープ層は、ｉ（真性半導体）又はｎ- のような半絶縁層や高抵抗層としてもよい。
【００１５】
垂直共振器型発光ダイオード１において、第１のｎ型反射層３と第２のｐ型反射層１０との間に垂直共振器が形成されている。この場合、垂直共振器の長さは、第１のｎ型反射層３と第２のｐ型反射層１０との紙面垂直方向の間隔、即ち、上記ダブルヘテロ接合８の厚さに相当する。そして、基板２及び電極層１１には、それぞれ電極１６，１７が形成されている。
なお、基板をｎ型として説明したが、ｐ型基板でもよく、その場合には上記各層の伝導型を基板に応じて変更すればよい。
【００１６】
図１（Ｂ）に示すように、垂直共振器型発光ダイオード１において、電極層１１が形成されない開口部１３が、発光する光の出射窓部１３となっている。この開口部１３の形状は、円形、楕円、矩形などの任意の形状とすることができる。ここで、図中のＸ，Ｙ方向の点線１５Ａ，１５Ｂで示す領域は、後述する発光ダイオード１の各チップを分割する所謂ダイシング領域１５を示している。
【００１７】
図２は、図１に示す垂直共振器型発光ダイオードの変形例の構造を示す断面図である。図２に示す垂直共振器型発光ダイオード１Ａが、図１に示す垂直共振器型発光ダイオード１と異なるのは、ｎ型基板２とｎ型の第１の反射層３との間にバッファー層１８を挿入している点である。このバッファー層１８を挿入することにより、結晶性の高い第１の反射層３を形成することができる。他の構成は、図１に示した垂直共振器型発光ダイオード１と同じであるので、説明は省略する。
【００１８】
図３は本発明に係る垂直共振器型発光ダイオードの別の構造を示す断面図である。図３に示す垂直共振器型発光ダイオード２０が、図１に示す垂直共振器型発光ダイオード１と異なるのは、活性層５を、量子井戸構造からなる活性層２２とした点である。量子井戸構造からなる活性層２２は、禁制帯幅の異なる薄い半導体層を交互に積層して形成でき、単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることができる。この量子井戸の構造を最適化すれば、図１に示した単一層からなる活性層５に対して、より高出力で、高速な垂直共振器型発光ダイオード２０を実現することができる。他の構成は、図１に示した垂直共振器型発光ダイオード１と同じであるので、説明は省略する。
【００１９】
図４は、図３に示す垂直共振器型発光ダイオードの変形例の構造を示す断面図である。図４に示す垂直共振器型発光ダイオード２０Ａが、図３に示す垂直共振器型発光ダイオード２０と異なるのは、ｎ型基板２とｎ型の第１の反射層３との間にバッファー層１８を挿入している点である。このバッファー層１８を挿入することにより結晶性の高い第１の反射層３を形成することができる。他の構成は、図３に示した垂直共振器型発光ダイオード２０と同じであるので、説明は省略する。
【００２０】
上記の垂直共振器型発光ダイオード１，１Ａ，２０，２０Ａにおいて、電流狭窄層９を挿入することにより、電流狭窄層９の挿入された領域は、垂直共振器型発光ダイオード１，１Ａ，２０，２０Ａの上側から、ｐ−ｎ−ｐ−ｎからなる所謂サイリスタ構造を有し、電流狭窄層９が挿入されない領域だけがｐｎダイオード構造となる。
なお、以下の説明においては、各垂直共振器型発光ダイオード１，１Ａ，２０，２０Ａに共通する事項については特に断わらない限りは発光ダイオード１として説明する。
【００２１】
垂直共振器型発光ダイオード１が、順方向にバイアスされたときに、上記ｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造のサイリスタの耐圧、即ちブレークオーバー電圧が、発光ダイオード１の順方向電圧よりも高くなるように、電流狭窄層９の厚さと不純密度が設定されている。このため、本発明の垂直共振器型発光ダイオード１においては、電流狭窄層９の挿入されていない領域、即ち出射窓部１３にだけ電流が狭窄して流れるようになる。
【００２２】
埋め込み法によりｐ型クラッド層６上に電流狭窄層９を形成した垂直共振器型発光ダイオード１は、活性層５の近傍に電流狭窄層９の厚みを制御して製作することができる。このため、電流狭窄層９近傍まで広面積に電流通電が可能となり、高い電流狭窄効果が得られ、活性層５への電流密度を増大させて高い発光強度が得られる。また、第２反射膜１０上の電極を電流狭窄層９上に同形で作製することで、効率よく光を出射させることができる。
【００２３】
上記垂直共振器型発光ダイオードにおいて、ダブルヘテロ接合８を挟むように配設される、ｎ型の第１の反射層３とｐ型の第２の反射層１０とにより垂直共振器が形成されている。出射窓部１３側に出射しない光は、基板２側に吸収される発光を基板表面側へ反射させ、光の取り出し効率を向上させる作用を有している。反射層３，１０は、多層からなる層で形成でき、ブラック反射層を用いることができる。このようなブラック反射層としては、高屈折率を有するλ／４膜と低屈折率を有するλ／４膜の積層構造（交互層）を一対として、この交互層を複数対で積層した多層膜からなる反射層３，１０でもよい。λは、垂直共振器型発光ダイオード１の発光波長である。この場合、基板２側の反射層３の反射率を上部の反射層１０の反射率よりも高めることで、活性層５で発光した光を上部の反射層１０から選択的に出射することができる。
【００２４】
反射層３，１０において、高屈折率及び低屈折率の層としては、ＧａＡｓ基板上に、例えば、Ａｌr Ｇａ1-r Ａｓ（ここで、ｒはＡｌ組成であり、０＜ｒ＜１である）とＡｌＡｓとからなる交互層が使用できる。このような交互に積層する反射層３，１０を、Ａｌr Ｇａ1-r Ａｓ／ＡｌＡｓとして示す。
また、高屈折率及び低屈折率の層の組み合わせとしては、低屈折率層のＡｌＡｓの代わりにＡｌs Ｇａ1-s Ａｓ（ここで、ｓはＡｌ組成であり、０＜ｓ＜１であり、ｓ＞ｒ）とし、高屈折率の層としてはＡｌr Ｇａ1-r Ａｓとしてもよい。
【００２５】
本発明の垂直共振器型発光ダイオード１の特徴は、用いる垂直共振器において、その共振器長Ｌopt を下記（１）式とし、周囲温度が上昇したときでも、共振器の効率を上げるように構成する点にある。
Ｌopt ＝（ｍ／4 ＋α）・（λ／ｎave ）        （１）
ここで、ｍは任意の正の整数であり、αは発光ダイオードの周囲温度で決まる共振器微調係数であり、ｎave は共振器の平均屈折率であり、λは発光波長である。そして、共振器微調係数αは、α＝９．１×１０-4×Ｔ−０．０２３（Ｔは摂氏温度（℃））である。この場合、垂直共振器型発光ダイオード１の接合温度は、熱抵抗により発熱する温度と周囲温度との和である。
【００２６】
上記（１）式において、ｍ＝６の1 ．5 λすなわち、α＝0 のとき、２５℃（室温）で発光強度が最大となり、１．５５λすなわち、α＝０．０５のとき、８０℃で発光強度が最大となる。この２つの関係を、共振器微調係数α（α＝ａＴ＋ｂ）に適用して、ａ＝9 ．1 ×１０-4、ｂ＝−０．０２３を算出した。
【００２７】
例えば、λをプラスティック光ファイバー用の光源である可視光領域の６５０ｎｍとし、周囲温度を８０℃，ｍ＝６とした場合には、上記式から、α＝０．０５となり、Ｌopt ＝１．５５λとなる。この値は、共振器長を最適化しないときのＬ＝１．５λよりも、３．３％長い値である。
【００２８】
λが６６０ｎｍの場合には、１．５５λは１０２３ｎｍとなる。ダブルヘテロ接合８を構成する半導体層の厚さは、この半導体層８の平均屈折率を、ｎave ＝３．４７３とすれば、２９６．４ｎｍ程度となる。この長さとなるようにダブルヘテロ接合８の厚さを設定すればよい。例えば、最初に、発光出力を高くするように活性層５，２２の厚みを決め、ダブルヘテロ接合８の厚さがＬopt となるように、第１及び第２のクラッド層４，６の厚さを調整する。このようにして、垂直共振器長、即ち、ダブルヘテロ接合８の厚さを設定することができる。
【００２９】
このとき、発光強度が最大となる周囲温度Ｔと共振器長微調係数αとの間に、α＝９．１×１０-4×Ｔ−０．０２３（Ｔは摂氏温度（℃））の関係が成り立つように共振器長Ｌopt を決めることにより、使用環境に応じた所定の周囲温度近傍で共振効率を最大とすることができ、ひいては、発光出力を高くすることができる。
なお、上記共振器微調係数αの関係は、２５℃及び８０℃で求めた例である。この場合、高温側の温度としては８０℃±５℃程度であれば、上記（１）式及び共振器微調係数αの値が適用可能である。本発明において周囲温度近傍とは、周囲温度Ｔ±５℃程度の範囲である。例えば、８０℃近傍とは、８０±５℃程度である。そして、共振器微調係数αは、下側の周囲温度である２５℃は常温の２０〜３０℃前後として、高温側の周囲温度は、８０℃には限定されず２５℃〜１２０℃の範囲として、垂直共振器型発光ダイオードの使用状況に応じて、適宜に設定すればよい。この場合、本発明の２５℃は常温、つまり、室温近傍の温度であり２５℃±５℃程度の温度範囲である。
【００３０】
本発明の垂直共振器型発光ダイオード１によれば、垂直共振器長が周囲温度２５℃から１２０℃程度の所定の周囲温度で、発光出力が最適となるように設定されることで、高温動作でもその発光出力が低下しない。さらに、電流狭窄層９を表面側の第２の反射層１０内に配設したことで指向性を良くすることができ、可視光領域や赤外光領域において、高温で出力が低下しない垂直共振器型発光ダイオード１を提供することができる。
【００３１】
次に、本発明の垂直共振器型発光ダイオードの製造方法について説明する。
最初に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などを用いて、ＧａＡｓ基板２上に第１回目のエピタキシャル成長層として、ｎ−Ａｌr Ｇａ1-r Ａｓ／ＡｌＡｓからなる第１の反射層３、ｎ型Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなるクラッド層４、不純物を添加しないアンドープのＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる活性層、ｐ型Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなるクラッド層６、ｎ型Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる電流狭窄層９を、所定の厚さで順に成長させる。ここで、エピタキシャルウェハを取り出す。この時、共振器長であるダブルヘテロ接合８の厚さを、例えば、Ｌopt ＝１．５５λとなるようにする。また、必要に応じて、基板２と第１の反射層３との間にｎ−ＧａＡｓバッファ層１８を挿入してもよい。
なお、活性層５やクラッド層４，６の組成は、所望の発光波長に応じて選定することができる。また、活性層５は、量子井戸構造２２で形成してもよい。
【００３２】
次に、出射窓部１３を形成するパターンニング工程を行ない、出射窓部となる領域の電流狭窄層９を部分的に除去して開口部を形成し、再洗浄工程を行なう。この場合、電流狭窄層９であるｎ−Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ層を部分的にエッチングするが、後述するＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなるエッチングストップ層を、ｐ型クラッド層６上に設けてもよい。このような所謂、選択エッチングには、化学エッチング法やドライエッチングによるプラズマエッチング法などを用いることができる。
【００３３】
次に、上記部分的に出射窓部が開口された電流狭窄層９上に、埋込エピタキシャル再成長を行う。この２回目の成長は、１回目の成長と同様にＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などを用いて、所定の厚さのｐ−Ａｌr Ｇａ1-r Ａｓ／ｐ−ＡｌＡｓからなる第２の反射層層１０と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層を順に成長させる。
次に、エピタキシャル成長面の表面及び基板裏面へ電極１６，１７を形成する工程、ＣＶＤ法などによる保護膜形成工程、ダイシング工程などを経て、垂直共振器型発光ダイオードチップを製造することができる。ここで、保護膜は、プラズマＣＶＤ法などによりＳｉ系の酸化膜又は窒化膜を堆積して形成できる。この保護膜の厚さは、（ｍ／4 ）×（λ／ｎ）（ここで、ｍは奇数であり、ｎは酸化膜又は窒化膜の屈折率である。）とし、光に対して透過率の高い膜とすればよい。
【００３４】
この垂直共振器型発光ダイオードの製造方法によれば、反射層３，１０及び電流狭窄層９を、２回のエピタキシャル成長で製作できるので、垂直共振器型の発光ダイオードを歩留まり良く生産することができる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の垂直共振器型発光ダイオードの実施例について詳細に説明する。
最初に、実施例の垂直共振器型発光ダイオードの構造について説明する。
図５は、実施例の垂直共振器型発光ダイオードの構造を示す断面図である。図５に示す垂直共振器型発光ダイオード２０Ｂが、図４に示す垂直共振器型発光ダイオード２０Ａと異なるのは、第２のクラッド層６上にエッチングストップ層２４を挿入した点である。この場合の垂直共振器長は、第１及び第２の反射層３，１０間の厚みにエッチングストップ層２４を加えた長さとなる。他の構成は、図４に示した垂直共振器型発光ダイオード２０Ａと同じであるので、説明は省略する。
【００３６】
実施例においては、周囲温度２５℃での活性層からの発光波長を６５０ｎｍとし、共振器長の平均屈折率Ｎave ＝３．４７３とし、共振器長はｍ＝６として設計した。具体的には、周囲温度が８５℃で最大出力が得られるように、α≒０．０５５、共振器長Ｌopt ＝１．５５λとなる２９０ｎｍとした。
【００３７】
次に、実施例の垂直共振器型発光ダイオード２０Ｂの製造方法について説明する。
先ず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＡｓ基板２上に第１回目のエピタキシャル成長層として、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１００ｎｍ、２０．５対のｎ型Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ（４５ｎｍ）／ＡｌＡｓ（５２．５ｎｍ）からなる第１の反射層３を１９９５ｎｍ、ｎ−Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４、ＩｎＧａＰ及びＡｌＧａＩｎＰからなる３対の多重量子井戸層２２、ｐ型Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層６、ｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチングストップ層２４を１０ｎｍ、ｎ型Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ電流狭窄層９を１００ｎｍを、順に成長させた。ここで、エピタキシャルウェハを一旦取り出した。
【００３８】
次に、出射窓部１３を形成するパターニング工程を行ない、出射窓部となる領域の電流狭窄層９を部分的に除去し、再洗浄工程を行なった。
続いて、上記部分的に出射窓部が形成された埋込エピタキシャル再成長を行った。２回目の成長は、１回目の成長と同様にＭＯＣＶＤ法を用いて、１０．５対で厚さが１０２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ（４５ｎｍ）／ＡｌＡｓ（５２．５ｎｍ）からなる第２の反射層層１０と、厚さが１００ｎｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１と、を順に成長させた。
その後、エピタキシャル成長面の表面への電極１７（Ａｕ／ＡｕＳｂＺｎ）を８００ｎｍ及び基板裏面へのＡｕＧｅＮｉ合金（２００ｎｍ）の電極１６を形成する工程と、保護膜１２の形成工程、ダイシング工程などを経て、垂直共振器型発光ダイオードチップを得た。
【００３９】
チップの大きさは、３２０μｍ×３２０μｍ程度であり、光の出射窓部は、直径を８０μｍとした。このチップは、ＴＯ−１８のステムへ銀ペーストを用いて搭載した。
【００４０】
次に、比較例について説明する。
（比較例）
共振器長は実施例と同様にｍ＝６とし、共振器長さを１．５λに相当する長さの２８０ｎｍとした以外は、実施例と同様にして、垂直共振器型発光ダイオードを製造した。
【００４１】
次に、実施例及び比較例の発光ダイオードの発光特性について説明する。
発光出力の測定は、長さ１ｍのプラスティック製光ファイバー（三菱レーヨン製、ＥｓｋａＭｅｇａ）に垂直共振器型発光ダイオードの光を入射し、この光ファイバーの受信端で発光出力を測定した。垂直共振器型発光ダイオードは恒温槽に入れ、その周囲温度を−３０〜１１０℃まで変えた。垂直共振器型発光素子の順方向電流は、２０ｍＡとした。
【００４２】
図６は、実施例及び比較例の各垂直共振器型発光ダイオードの規格化発光出力の周囲温度依存性を示す図であり、表１はその数値を示す表である。図６において、横軸は周囲温度（℃）を示し、縦軸は２５℃の発光出力を基準とした規格化発光出力を示す。
図６から、実施例の垂直共振器型発光ダイオードの発光出力は、−３０〜８０℃までは、周囲温度の上昇と共に増大し、８５℃付近で発光出力が最大となり、それ以上の周囲温度では発光出力が減少することが分かった。具体的には、表１に示すように、−３０、０、２５、５０、８５及び１１０℃における規格化発光出力は、それぞれ、０．７７、０．８８、１、１．０７、１．１１、０．９５であった。
【表１】
2007103612.tif 000003
【００４３】
一方、図６から比較例の垂直共振器型発光ダイオードの発光出力は２５℃で発光出力が最大となり、それ以上の周囲温度では、発光出力は著しく低下することが分かった。具体的には、表１に示すように、−３０、０、２５、５０、８５及び１１０℃における規格化発光出力は、それぞれ、０．８８、０．９９、１、０．９７、０．６８、０．４３であった。
【００４４】
上記実施例及び比較例によれば、実施例のように８０℃で最適な共振器長とすることにより、室温よりも高温の所定温度まで発光出力が増大し、所定の周囲温度で発光出力が最大となる垂直共振器型発光ダイオードが得られることが判明した。これに対して、比較例１の垂直共振器型発光ダイオードでは、常温で発光出力が最大であり、周囲温度の上昇と共に、発光出力が低下することが判明した。
【００４５】
本発明は、上記実施例に記載の垂直共振器型発光ダイオードに限定されることなく、発振波長や発光出力に応じて、垂直共振器型の厚さやチップの大きさなどは、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（Ａ）は本発明に係る垂直共振器型発光ダイオードの断面構造を示す断面図で、（Ｂ）はその平面図である。
【図２】図１に示す垂直共振器型発光ダイオードの変形例の構造の断面図である。
【図３】本発明に係る垂直共振器型発光ダイオードの別の構造の断面図である。
【図４】図３に示す垂直共振器型発光ダイオードの変形例の構造の断面図である。
【図５】実施例の垂直共振器型発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図６】実施例及び比較例の各垂直共振器型発光ダイオードの規格化発光出力の周囲温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１，１Ａ，２０，２０Ａ，２０Ｂ：垂直共振器型発光ダイオード
２：基板
３：第１の反射層
４：第１のクラッド層
５：活性層
６：第２のクラッド層
８：ダブルヘテロ接合
９：電流狭窄層
１０：第２の反射層
１１：電極層
１２：保護膜
１３：光の出射窓部
１５：ダイシング領域
１６，１７：電極
１８：バッファー層
２２：量子井戸構造からなる活性層
２４：エッチングストップ層
【図１】
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【図２】
2007103612.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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