JP2005108880A - Resonator type surface emitting device, optical transmitter and optical transceiver - Google Patents
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Abstract
【課題】 POFにおける伝送損失の小さい短波長領域で、酸化を防止して高温高湿環境化での寿命を向上することができ、且つウエハの反りのない共振器型面発光素子、及びそれを用いた光送信器あるいは光トランシーバを提供することを目的とする。
【解決手段】 基板1と、前記基板上に形成され、AlzGa1-zAs(0≦z≦1)からなり、且つ互いに組成比の異なる層を交互に複数積層した第1導電型の光反射層3と、前記第1導電型の光反射層上に形成された発光層5と、前記発光層上に形成され、Iny(Ga1−xAlx)1−yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、且つ互いに組成比の異なる層を交互に複数積層した第2導電型の光反射層7と、を有し、前記第2導電型の光反射層7は前記第1導電型の光反射層3より低い光反射率を有することを特徴とする共振器型面発光素子、及びそれを用いた光送信器あるいは光トランシーバを提供する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resonator type surface light emitting device capable of preventing oxidation in a short wavelength region with small transmission loss in POF and improving the life in a high temperature and high humidity environment, and having no wafer warpage, and the same An object is to provide an optical transmitter or an optical transceiver used.
A first conductivity type in which a substrate 1 and a plurality of layers made of Al z Ga 1-z As (0 ≦ z ≦ 1) and having different composition ratios are alternately stacked are formed on the substrate. A light reflecting layer 3; a light emitting layer 5 formed on the first conductive type light reflecting layer; and an In y (Ga 1-x Al x ) 1-y P (0 ≦ 0) formed on the light emitting layer. x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), and a second conductive type light reflecting layer 7 in which a plurality of layers having different composition ratios are alternately stacked, and the second conductive type light reflecting layer 7 provides a resonator-type surface light emitting element having a light reflectance lower than that of the first-conductivity-type light reflecting layer 3, and an optical transmitter or an optical transceiver using the same.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、共振器型面発光素子および共振器型面発光素子を有する光送信器あるいは光トランシーバに関し、特に短距離光通信に関する共振器型面発光素子及び光送信器に関する。 The present invention relates to a resonator-type surface light-emitting device and an optical transmitter or an optical transceiver having the resonator-type surface light-emitting device, and more particularly to a resonator-type surface light-emitting device and an optical transmitter related to short-distance optical communication.
近年、III−V属化合物半導体を利用した発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)が光通信に使用され広く普及してきており、社会のIT化を支えている。 In recent years, light-emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) using III-V compound semiconductors have been widely used for optical communications, and support the socialization of IT.
一般に光通信と言えば、石英系光ファイバーを利用した赤外領域の長距離大容量光通信を指すが、ここ数年、可視領域の10〜100m程度の短距離光通信も脚光を受けている。これは、ポリマー系光ファイバー(POF)の開発により可視領域での光伝送が可能になったことに起因する。現時点では伝送速度500Mbps〜1Gbpsの短距離光通信がLEDを使用して実証されつつあり、将来的にはLDを採用して10Gbpsの伝送速度に発展する方向にある。 Generally speaking, optical communication refers to long-distance and large-capacity optical communication in the infrared region using a silica-based optical fiber. In recent years, short-distance optical communication of about 10 to 100 m in the visible region has also received the spotlight. This is due to the fact that optical transmission in the visible region has become possible due to the development of polymer-based optical fibers (POF). At present, short-distance optical communication at a transmission rate of 500 Mbps to 1 Gbps is being demonstrated using LEDs, and in the future, the LD is used to develop a transmission rate of 10 Gbps.
伝送速度500Mbps〜1Gbpsの短距離光通信の開発は、共振器型面発光素子を用いて行われている。共振器型面発光素子には、共振器型発光ダイオード(RC−LED:Rezonant Cavity Light Emitting Diode)や、その発展型といえる垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)がある。応答速度の点から見るとレーザが優位であるが、高価であることや温度特性が悪いことから短距離光通信には発光ダイオードの採用が望ましい。RC−LEDは発光ダイオードであるが、高速応答性や出射光の指向性が高く、光送信光源として非常に適している。 Development of short-distance optical communication at a transmission speed of 500 Mbps to 1 Gbps is performed using a resonator-type surface light emitting element. Examples of the resonator type surface light emitting element include a resonator type light emitting diode (RC-LED) and a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) that can be said to be an advanced type thereof. . From the viewpoint of response speed, a laser is superior, but since it is expensive and has poor temperature characteristics, it is desirable to use a light emitting diode for short-distance optical communication. The RC-LED is a light emitting diode, but has high speed response and high directivity of emitted light, and is very suitable as an optical transmission light source.
図4に従来のRC−LEDの構造断面図を示す。発光波長は約660nmである。従来のRC−LEDは、n型GaAs基板41上に、n型GaAsバッファ層42、n型光反射層43、n型InGaAlPクラッド層44、InGaAlP系MQW活性層45、p型InGaAlPクラッド層46、p型光反射層47、p型InGaP耐湿層48を順次積層している。また、発光領域となる活性層中央部分を除いた領域に、選択的にプロトンを注入して、高抵抗領域49を形成している。p型InGaP耐湿層48上には、発光領域直上に開口を有するp側電極50を有し、GaAs基板41裏面にはn側電極51を有している。n型光反射層43は、高屈折率膜と低屈折率膜との交互積層膜であるDBR膜(Distributed Bragg Reflector 膜)からなる。低屈折率膜はAl0.98Ga0.02As、高屈折率膜はAl0.5Ga0.5Asであり、高屈折率膜から積層を開始して30.5周期積層している。p型光反射層47は、n型光反射層と同様の積層膜を用いて、10周期積層している。
FIG. 4 shows a sectional view of the structure of a conventional RC-LED. The emission wavelength is about 660 nm. A conventional RC-LED includes an n-type
上記構造の従来のRC−LEDにおいては、発光領域で発生した光は上下の光反射層間で共振したのち、上側の光反射層を透過して、素子上面の光取り出し面から取り出される。このような面発光を行うために、光反射層は上下で異なる光反射率を有するように設定する。例えば、n型光反射層43は約99%、p側光反射層47は約90%の光反射率を有する。光反射率の設定は、光反射層の交互積層膜の周期を上下で変えることにより行っている。また、上下の光反射層は発光波長に対して光吸収のないように、AlxGa1-xAsの組成を決定している。光反射層に用いるAlxGa1-xAsは、全てのAl組成xの範囲でGaAsかならる基板とほぼ完全に格子整合するため、格子歪による結晶性劣化のないことが最大の利点である(例えば、特許文献1参照。)。
短距離光通信に用いる共振器型面発光素子は、安価が必須の民生用機器のキー部品として使用されることから、使用環境は大変厳しい。すなわち、冷却機構のような高価な付帯品を持てない安価なデバイスであるため、高温高湿環境に耐えなければならない。 The resonator-type surface light emitting element used for short-distance optical communication is used as a key part of consumer equipment that is indispensable for low cost, so the usage environment is very severe. That is, since it is an inexpensive device that cannot have an expensive accessory such as a cooling mechanism, it must withstand a high temperature and high humidity environment.
短距離通信に用いる波長650nm〜670nmのRC−LEDを作る場合、光反射層は発光領域からの光に対して透明である必要があるため、Al組成を高くしなければならない。しかしながら、従来のRC−LEDのように高いAl組成を有するAlGaAsからなる光反射層は自然酸化されやすく、従って高温高湿環境下では酸化の影響は著しい。特に、下側のn型光反射層43に比べて上側のp側光反射層47の酸化は顕著であり、中でもp側電極50直下のp型光反射層47の部分は電流注入領域となるため非常に酸化されやすい。このようなp型光反射層47の酸化は素子の高抵抗化や失透、性能低下の原因となり、十分な素子寿命を得ることができない。図4に示す従来のRC−LEDは、光出射側からの吸湿による素子劣化を防ぐために、光反射層47と素子表面との間にAlを含まないInGaP耐湿層48を設けている。これにより、吸湿が原因で生じるp型光反射層47の酸化は若干防止される。しかしながら、p側電極50直下のp型光反射層47の部分は依然酸化されやすく、十分な耐酸化性を有しているとはいえなかった。
When making an RC-LED having a wavelength of 650 nm to 670 nm used for short-range communication, the light reflecting layer needs to be transparent to light from the light emitting region, and thus the Al composition must be increased. However, a light reflecting layer made of AlGaAs having a high Al composition like a conventional RC-LED is easily oxidized naturally, and therefore, the influence of oxidation is significant in a high temperature and high humidity environment. In particular, the oxidation of the upper p-side
以上より、従来のRC−LEDでは高温高湿環境下においてp型光反射層47の酸化が顕著であり、高抵抗化や失透、性能低下を生じ、十分な素子寿命を得ることができなかった。
As described above, in the conventional RC-LED, the oxidation of the p-type
また、POFを用いて光通信を行う場合、POFの伝送ロスを最小にするためには、波長650nm付近の素子を用いるのが好ましい。しかしながら、波長を短くするほど、波長に対して透明な光反射層を形成するためにAl組成を更に高くしなければならない。 When optical communication is performed using POF, it is preferable to use an element having a wavelength of about 650 nm in order to minimize POF transmission loss. However, the shorter the wavelength, the higher the Al composition must be in order to form a light reflecting layer that is transparent to the wavelength.
従って、光反射層の高屈折率膜と低屈折率膜との屈折率差を確保することができなくなり、光反射層の光反射率が低化してしまう。光反射率の低下を防ぐためには、積層周期を増やせばよいが、積層周期を増やしすぎると素子抵抗の増大につながり、また光強度が下がってしまうという問題があった。 Therefore, it becomes impossible to secure a difference in refractive index between the high refractive index film and the low refractive index film of the light reflecting layer, and the light reflectance of the light reflecting layer is lowered. In order to prevent the light reflectivity from decreasing, the stacking period may be increased. However, if the stacking period is excessively increased, there is a problem that the element resistance is increased and the light intensity is decreased.
更には、GaAs基板41に結晶成長するAlGaAsのn型光反射層43はGaAs基板よりも大きい格子定数でありその層厚が大きいため、基板に対し圧縮歪を有する。この圧縮歪は、上に凸の反りを生じたり膜割れの原因となる。以上のような問題点はRC−LEDのみならずVCSELにも共通に言えるものである。
Furthermore, the AlGaAs n-type
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、POFにおける伝送損失の小さい短波長領域で酸化を防止して高温高湿環境化での寿命を向上し、且つウエハに反りのない、共振器型面発光素子を提供することにある。また、そのような共振器型面発光素子を封止して形成した光送信器あるいは光トランシーバを提供することにある。 The present invention has been made on the basis of recognition of such a problem, and an object of the present invention is to prevent oxidation in a short wavelength region where transmission loss is small in POF, to improve the life in a high temperature and high humidity environment, and to provide a wafer. An object of the present invention is to provide a resonator-type surface light emitting device without warping. Another object of the present invention is to provide an optical transmitter or an optical transceiver formed by sealing such a resonator type surface light emitting element.
上記目的を達成するため、本発明による共振器型面発光素子は、基板と、前記基板上に形成され、AlzGa1-zAs(0≦z≦1)からなり且つ互いに組成比の異なる層を、交互に複数積層した第1導電型の光反射層と、前記第1導電型の光反射層上に形成された
第1導電型のクラッド層と、前記第1導電型のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、前記第2導電型のクラッド層上に形成され、Iny(Ga1−xAlx)1−yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり且つ互いに組成比の異なる層を、交互に複数積層した第2導電型の光反射層と、を有し、前記第2導電型の光反射層は前記第1導電型の光反射層より低い光反射率を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a resonator-type surface light emitting device according to the present invention includes a substrate and Al z Ga 1-z As (0 ≦ z ≦ 1) formed on the substrate and having different composition ratios. A first conductive type light reflecting layer in which a plurality of layers are alternately stacked; a first conductive type cladding layer formed on the first conductive type light reflecting layer; and the first conductive type cladding layer. An active layer formed on the active layer, a second conductive type cladding layer formed on the active layer, and an in y (Ga 1-x Al x ) 1− formed on the second conductive type cladding layer. a second reflection type light reflection layer comprising y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) and a plurality of layers having different composition ratios alternately stacked, the second conductivity type The light reflecting layer has a light reflectance lower than that of the first conductive type light reflecting layer.
また、本発明による光送信器は、前記第2導電型の光反射層上に形成された第1の電極と、前記基板の素子形成面側と反対の面側に形成された第2の電極と、を有する請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の前記共振器型面発光素子と、前記第1の電極に接続された第1のリードと、前記第2の電極に接続された第2のリードと、前記共振器型面発光素子を駆動する駆動回路と、前記第1のリードの一部及び第2のリードの一部と、前記共振器型面発光素子と、前記駆動回路とを封止する外囲器とを有することを特徴とする。
The optical transmitter according to the present invention includes a first electrode formed on the second-conductivity-type light reflecting layer, and a second electrode formed on the surface opposite to the element formation surface of the substrate. 5. The resonator-type surface light emitting device according to
また、本発明による光トランシーバは、前記第2導電型の光反射層上に形成された第1の電極と、前記基板の素子形成面側と反対の面側に形成された第2の電極と、を有する請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の前記共振器型面発光素子と、前記第1の電極に接続された第1のリードと、前記第2の電極に接続された第2のリードと、前記共振器型面発光素子を駆動する駆動回路と、受光素子と、前記第1のリードの一部及び第2のリードの一部と、前記共振器型面発光素子と、前記駆動回路と、前記受光素子と、を封止する外囲器とを有することを特徴とする。
The optical transceiver according to the present invention includes a first electrode formed on the light-reflecting layer of the second conductivity type, and a second electrode formed on the surface opposite to the element forming surface of the substrate. 5. The resonator-type surface light emitting device according to
以上詳述したように、本発明によれば、光取り出し面側の光反射層をIny(Ga1−xAlx)1−yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなるDBR層とすることにより、POFにおける伝送損失の小さい短波長領域で、酸化を防止して高温高湿環境化での寿命を向上し、且つウエハの反りを防止することができる。また、光強度を落とすことなく光反射率及を所望の値に設定することができ、且つ素子の薄型化と共に素子抵抗の低減を実現することができ、更には素子の放熱特性を向上することができる。 As described above in detail, according to the present invention, the light reflecting layer on the light extraction surface side is made of In y (Ga 1-x Al x ) 1-y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). By using such a DBR layer, oxidation can be prevented in a short wavelength region where transmission loss in POF is small, the life in a high temperature and high humidity environment can be improved, and warpage of the wafer can be prevented. In addition, the light reflectance and the desired value can be set without reducing the light intensity, the device can be made thinner and the device resistance can be reduced, and the heat dissipation characteristics of the device can be improved. Can do.
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1の共振器型面発光素子、すなわちRC−LEDの要部構造を表す断面図である。実施例1のRC−LEDはピーク波長665nmで発光を行う。実施例1は、光取り出し側のn型光反射層7がIny(Ga1−xAlx)1−yP(0≦x≦1、0≦y≦1)材料からなることを特徴とし、詳しくは、InsAl1−sP(0≦s≦1)層とIntGa1−tP(0≦t≦1)層との積層を周期とする、複数周期のDBRからなることを特徴とする。このRC−LEDの構造は以下のとおりである。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part structure of a resonator-type surface light emitting element, that is, an RC-LED according to Example 1 of the present invention. The RC-LED of Example 1 emits light with a peak wavelength of 665 nm. Example 1 is characterized in that the n-type light reflection layer 7 on the light extraction side is made of In y (Ga 1-x Al x ) 1-y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) material. Specifically, it is composed of a DBR having a plurality of periods, in which a stack of an In s Al 1-s P (0 ≦ s ≦ 1) layer and an In t Ga 1-t P (0 ≦ t ≦ 1) layer is a period. It is characterized by. The structure of this RC-LED is as follows.
p型GaAs基板1上にp型GaAsバッファ層2を有し、その上に、p型Al0.5Ga0.5As高屈折率層とp型Al0.95Ga0.05As低屈折率層をこの順に40周期交互積層したDBR膜からなるp型光反射層3を有している。p型光反射層3は、p型化のために炭素を5x1018cm−3以上ドープしており、光反射率は99.5%以上である。p型光反射層3上には、p型In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pクラッド層4を有し、クラッド層4上にはInGaAlP系からなるMQW構造の活性層5を有し、活性層5上にはn型In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pクラッド層6を有している。クラッド層6上には、Iny(Ga1−xAlx)1−yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなるn型光反射層7、すなわち、n型In0.5Ga0.5P高屈
折率層とn型In0.5Al0.5P低屈折率層とを8周期交互積層したDBR膜からなるn型光反射層7を有している。n型光反射層7の反射率は約95%である。n型光反射層7上に、厚さ200Åのn型GaAsコンタクト層8を有しており、コンタクト層8からp型光反射層3上部にかけて、発光領域となる中央部分を除いた部分に、プロトン注入により形成された電流狭窄層8を有している。電流狭窄層8上からコンタクト層8上にかけて、発光領域直上に開口を有するn電極10を有している。また、基板1の裏面にp電極11を有している。上記p型光反射層3及びn型光反射層7を構成する高屈折率層と低屈折率層の層厚は、発光ピーク波長の1 /4n(nは屈折率)程度となるように決定されている。また、発光部のサイズは50μmΦである。
A p-type
実施例1のRC−LEDの各半導体層はMOCVD法(有機金属気相成長法)により形成している。各半導体を構成する元素の原料については、In原料はトリメチルインジウム(TMI)、Ga原料はトリエチルガリウム(TEGa)、Al原料はトリメチルアルミニウム(TMA)、ヒ素原料はアルシン(As3)、リン原料はフォスフィン(PH3)、窒素原料はジメチルヒドラジンを使用している。n型のドーピングにはシラン(SiH4)、p型にはジメチル亜鉛(DMZ)と4臭化炭素(CBr4)を用いている。 Each semiconductor layer of the RC-LED of Example 1 is formed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Regarding the raw materials of the elements constituting each semiconductor, the In raw material is trimethylindium (TMI), the Ga raw material is triethylgallium (TEGa), the Al raw material is trimethylaluminum (TMA), the arsenic raw material is arsine (As 3 ), and the phosphorus raw material is Phosphine (PH 3 ) and nitrogen raw material use dimethylhydrazine. Silane (SiH 4 ) is used for n-type doping, and dimethylzinc (DMZ) and carbon tetrabromide (CBr4) are used for p-type.
上記構造からなるRC−LEDは電流注入により活性層5で発光を生じるが、この光がp型光反射層3とn型光反射層7との間を共振し、その後、n型光反射層7を透過して上方へ放射される。
The RC-LED having the above structure emits light in the
実施例1のRC−LEDは、従来の素子とほぼ同じ光出力の約1.2mWを示した。また、500Mpsでの伝送動作実験に成功した。また、温度60℃で湿度90%の高温高湿環境下での通電試験において、1000Hrで約0.3dBの光出力低下にとどまり、想定される最も厳しいスペックをクリアすることができた。また、素子抵抗10Ω、容量2pFと、従来にない小さいRC積を得ることができた。 The RC-LED of Example 1 showed about 1.2 mW with almost the same light output as the conventional device. In addition, the transmission operation experiment at 500 Mps was successful. Moreover, in the energization test in a high-temperature and high-humidity environment with a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90%, the light output was reduced by about 0.3 dB at 1000 Hr, and the most severe specifications expected could be cleared. In addition, an element resistance of 10Ω and a capacitance of 2 pF, a small RC product that has not been achieved in the past, could be obtained.
この実施例1のRC−LEDの特徴は、n型光反射層7に、リン化物のIny(Ga1−xAlx)1−yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなるDBR層を用いていることである。一般に上側のn型光反射層7は高温高湿環境化で酸化されやすい。そこで、上側のn型光反射層7のみを化学的安定性に優れたリン化物とすることで、耐酸化性を改善することができる。また、n型光反射層7の構造は、詳しくはInsAl1−sP(0≦s≦1)の低屈折率層とIntGa1−tP(0≦t≦1)の高屈折率層との積層を周期とする複数周期からなるDBR層である。この場合、n型光反射層7の中でAl組成の占める割合は半分以下である。したがって酸化されやすいAl組成の割合を下げて酸化を防ぐことができる。 The feature of the RC-LED of Example 1 is that the n-type light reflection layer 7 has phosphide In y (Ga 1-x Al x ) 1-y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). It is using the DBR layer which consists of. In general, the upper n-type light reflection layer 7 is easily oxidized in a high temperature and high humidity environment. Therefore, oxidation resistance can be improved by using only the upper n-type light reflection layer 7 as a phosphide excellent in chemical stability. Further, the structure of the n-type light reflecting layer 7 is more specifically the low refractive index layer of In s Al 1-s P (0 ≦ s ≦ 1) and the high refractive index of In t Ga 1-t P (0 ≦ t ≦ 1). It is a DBR layer composed of a plurality of periods with a period of lamination with a refractive index layer. In this case, the proportion of the Al composition in the n-type light reflection layer 7 is less than half. Therefore, it is possible to prevent oxidation by reducing the proportion of the Al composition that is easily oxidized.
更に、低屈折率層のAl組成を自由に設定することができる為、両層間で十分な屈折率差を得ることができ、光反射率を所望の値に設定することができる。これに対し、従来の素子では、ピーク波長が665nmと短くなると、光吸収を防ぐために両屈折率層のAl組成を高くする必要がある。Al組成を高くすると酸化を生じてしまう。また、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差がなくなり、光反射率を所望の値に設定することができなくなる。実施例1の構造は、このよう従来の素子の問題点をすべて解決することができる。実施例1の他の特徴は、p型光反射層3をp型にし、InGaAlPからなるn型光反射層7をn型に設計したことである。n型のInGaAlPはキャリアの移動度が高くn型不純物をドープしやすいため、p型のInGaAlPに比べて低い抵抗を有する。そこで、InGaAlPからなるn型光反射層7をn型として用いることで低抵抗化を実現している。また、AlGaAsからなるp型光反射層3は、p型不純物である炭素をドープしやすいという特徴を有する。したがってp型光反射層3をp型にすることで、炭素を高濃度にドープして、p型光反射層3の低抵抗化を実現している。また、AlGaAsはIn
GaAlPより低い熱抵抗を有するため、マウント面に近いp型光反射層3をAlGaAsとすることは放熱性の点から好ましい。
Furthermore, since the Al composition of the low refractive index layer can be set freely, a sufficient refractive index difference can be obtained between the two layers, and the light reflectance can be set to a desired value. On the other hand, in the conventional element, when the peak wavelength is as short as 665 nm, it is necessary to increase the Al composition of both refractive index layers in order to prevent light absorption. If the Al composition is increased, oxidation occurs. Further, there is no difference in refractive index between the high refractive index layer and the low refractive index layer, and the light reflectance cannot be set to a desired value. The structure of the first embodiment can solve all the problems of the conventional device. Another feature of the first embodiment is that the p-type
Since it has a lower thermal resistance than GaAlP, it is preferable from the viewpoint of heat dissipation that the p-type
以上により実施例1のRC−LEDは、POFにおける伝送損失の小さい短波長領域で、酸化を防止して高温高湿環境化での寿命を向上することができる。 As described above, the RC-LED of Example 1 can prevent oxidation and improve the lifetime in a high-temperature and high-humidity environment in a short wavelength region where transmission loss in POF is small.
なお、上記実施の形態では、高屈折率層と低屈折率層との積層周期を8周期としたが、6周期以上14周期以下であれば、所望の光強度及び光反射率を得ることができ、且つn型光反射層7の薄膜化と共に素子抵抗の低減を実現することができる。6周期より少ないと、所望の光反射率を得ることができず、かつスペクトル幅も拡大してしまう。また14周期より大きくなると光強度が落ちてしまう。その他、発光素子の構造や材料、組成等は、上記効果を逸しない範囲で適宜変更可能である。 In the above embodiment, the lamination period of the high refractive index layer and the low refractive index layer is 8 periods. However, if the period is 6 periods or more and 14 periods or less, desired light intensity and light reflectance can be obtained. In addition, the n-type light reflecting layer 7 can be made thinner and the device resistance can be reduced. If it is less than 6 cycles, a desired light reflectance cannot be obtained, and the spectrum width is expanded. Moreover, when it becomes longer than 14 cycles, the light intensity falls. In addition, the structure, material, composition, and the like of the light-emitting element can be changed as appropriate without departing from the above effects.
次に本発明の実施例1の変形例について説明する。図2は本発明の実施例1の変形例を示す断面図である。実施例1では、コンタクト層にGaAsを用いていたが、本変形例では、コンタクト層に層厚100ÅのGaPを用いる点に特徴を有する。図2において、コンタクト層12以外の構造は実施例1と同じであるため、同一の部分には同一の符号を付すと共に説明を省略する。
Next, a modification of the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a modification of the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, GaAs is used for the contact layer. However, this modification is characterized in that GaP having a thickness of 100 mm is used for the contact layer. In FIG. 2, since the structure other than the
リン化物であるGaPは実施例1で述べたように、化学的安定性が極めて高く、水分による酸化を生じない。したがって、素子寿命を向上することができる。 As described in Example 1, GaP which is a phosphide has extremely high chemical stability and does not cause oxidation due to moisture. Therefore, the device life can be improved.
また、GaPはGaAsに比べ大きいバンドギャップを有するため、発光波長に対してほぼ完全に透明である。したがって、従来の素子においてGaAsコンタクト層で吸収されていたおよそ4%の光を透過することができ、光取り出し効率を向上することができる。加えて、GaPはGaAsに比べ空気との屈折率差が小さい。このことも光取り出し効率の向上につながっている。 Further, since GaP has a larger band gap than GaAs, it is almost completely transparent to the emission wavelength. Therefore, approximately 4% of light absorbed by the GaAs contact layer in the conventional device can be transmitted, and the light extraction efficiency can be improved. In addition, GaP has a smaller refractive index difference from air than GaAs. This also leads to an improvement in light extraction efficiency.
ところで、GaAs基板1に格子整合した層上に、GaPからなるコンタクト層12を形成することは、GaAsとGaPとの格子定数差により容易ではない。しかし本変形例では、GaPコンタクト層12の層厚を薄くすることにより、psuedomorphicな成長、すなわち、GaPコンタクト層12を強制的にGaAs基板1の格子定数で成長させることにより、結晶性の低下を防ぐことができる。
Incidentally, it is not easy to form the
本変形例では、GaPコンタクト層の層厚を100Åとしているが、これはGaPがGaAs基板1に良質な結晶として成長可能な最大厚さと一致している。したがって100Å以下で、電極とのコンタクトが取れるだけの層厚以上を有していれば上記と同様な効果を得ることができる。
In this modification, the thickness of the GaP contact layer is 100 mm, which is consistent with the maximum thickness that allows GaP to grow on the
コンタクト層12の材料として、GaAsPを用いることも可能である。GaAsPはGaPに組成が近いため、耐湿性に強く、GaPと同様に寿命を向上することができる。また、Asを有しているため、基板と格子整合しやすいという利点がある。しかしながら、GaAsP中のAsの割合が高いと、耐湿性が下がり、透過性が低くなり、光取り出し効率が下がってしまう。したがってAsの組成比は10%以下が好ましい。
As a material of the
実施例2の共振器型面発光素子は、ピーク波長650nmで発振するRC−LEDである。実施例1に比べてピーク波長を更に短くして、POFでの光伝送損失を更に低減している。 The resonator-type surface light emitting device of Example 2 is an RC-LED that oscillates at a peak wavelength of 650 nm. Compared with the first embodiment, the peak wavelength is further shortened to further reduce the optical transmission loss in the POF.
図3は本発明の実施例2のRC−LEDを示す断面図である。実施例2は、n型光反射層27が引っ張り歪を有していることを特徴とする。その他の構造については、実施例1とほぼ同じであるので、同一部分には同一符号を付すとともに説明を省略する。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an RC-LED according to Example 2 of the present invention. Example 2 is characterized in that the n-type
実施例2のRC−LEDでは、p型光反射層23の組成は実施例1と同じであるが、高屈折率層と低屈折率層との周期は50周期としており、光反射率は99.5%以上である。また活性層5はInGaAlPからなるが、ピーク波長を650nmとするために、実施例1に比べて高いAl組成を有している。実施例2の特徴であるn型光反射層27は、Iny(Ga1−xAlx)1−yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、高屈折率層はIn0.47Ga0.53P、低屈折率層はIn0.49Al0.51Pである。実施例1と同様に6周期以上14周期以下であり、光反射率は約95%である。n型光反射27は、高屈折率層と低屈折率層のIn組成をGaAs基板1と格子整合する約0.5のIn組成より低い値とし、且つ歪を形成するに十分な厚みを有することで、全体で平均して0.2%の引っ張り歪を有している。
In the RC-LED of Example 2, the composition of the p-type
実施例2では、n型光反射層27が0.2%の引っ張り歪を有することにより、n型光反射層27の光吸収端は650nm未満に短波長化する。したがって、活性層5から放射されるピーク波長650nmの光吸収を防いで、光取り出し効率を高めることができる。また、n型光反射層27の引っ張り歪によりp型光反射層23の圧縮歪を緩和することができ、ウエハの反りや膜割れを防止することができる。本実施の形態では、引っ張り歪は約0.2%であるが、ウエハの反りや割れを生じない程度に引っ張り歪量を適宜設計することができる。引っ張り歪が0.3%より大きくなるとp型光反射層23の圧縮歪より大きな歪を生じて上に凹の反りを生じたり、エピ膜に割れを生じたりするため、引っ張り歪量は0.3%以下がよく、0.1以上0.2が更に好ましい。
In Example 2, since the n-type
その他、実施例2のRC−LEDは、実施例1と同様の効果を有する。すなわち、POFにおける伝送損失の小さい短波長領域で、高温高湿環境下での耐酸化性を高め、素子の寿命を向上することができる。また、ウエハの反りを防止することができる。更に、光強度を落とすことなく光反射率及を所望の値に設定することができ、且つ素子の薄型化と共に素子抵抗の低減を実現することができ、更には素子の放熱特性を向上することができる。 In addition, the RC-LED of Example 2 has the same effect as that of Example 1. That is, in a short wavelength region where transmission loss in POF is small, the oxidation resistance in a high temperature and high humidity environment can be improved, and the lifetime of the element can be improved. Further, the warpage of the wafer can be prevented. Furthermore, the light reflectivity and the desired value can be set without reducing the light intensity, the device can be made thinner and the device resistance can be reduced, and the heat dissipation characteristics of the device can be improved. Can do.
引っ張り歪の導入による効果は、実施例1の素子、すなわちピーク波長665nmの素子の場合も効果を奏する。発明者らは、ピーク波長665nmの素子において、引っ張り歪を加えた場合と、引っ張り歪を加えない場合とで光出力の測定を行った。温度60℃、湿度90%の高温高湿環境下で、1000Hrの通電試験の結果、引っ張り歪を加えた素子では0.1dBの出力低下を生じ、引っ張り歪を加えない素子では0.2dBの出力低下を示した。これにより、引っ張り歪を加えた方が光出力特性が良いことが分かる。 The effect of introducing tensile strain is also effective in the case of the element of Example 1, that is, the element having a peak wavelength of 665 nm. The inventors measured the optical output of the device having a peak wavelength of 665 nm when a tensile strain was applied and when no tensile strain was applied. As a result of a 1000 Hr energization test in a high-temperature and high-humidity environment at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90%, an element with tensile strain causes a 0.1 dB output drop, and an element without tensile strain has an output of 0.2 dB. Showed a decline. Thus, it can be seen that the optical output characteristics are better when the tensile strain is applied.
以上に示した実施例1乃至実施例2のRC−LEDは、上記の構造に限るものではなく、その構造は上記の効果を逸しない範囲で各々変更可能である。また、実施例1の変形例を、実施例2と組み合わせてもよい。 The RC-LEDs of the first and second embodiments described above are not limited to the above structure, and the structure can be changed within a range that does not lose the above effect. Further, the modification of the first embodiment may be combined with the second embodiment.
以上、実施例1乃至実施例2はRC−LEDについて述べたが、RC−LEDとほぼ同じ構造であるVCSELについても、上記のような構造を用いることが可能である。VCSELの場合は、RC−LEDに比べて発光サイズが10μmΦ以下と小さく、光反射層の周期が若干異なるが、その他の構造はほぼ同じである。上記実施例のような構造とすることで、VCSELの場合も同様に、高温高湿環境下での耐酸化性を高め、素子の寿命を向上することができる。また、ウエハの反りを防止することができる。更に、光強度を落とすことなく光反射率及を所望の値に設定することができ、且つ素子の薄型化と共に素子
抵抗の低減を実現することができ、更には素子の放熱特性を向上することができる。
As mentioned above, although Example 1 thru | or Example 2 described RC-LED, it is possible to use the above structures also about VCSEL which is a structure substantially the same as RC-LED. In the case of a VCSEL, the light emission size is as small as 10 μmΦ or less compared to the RC-LED, and the period of the light reflection layer is slightly different, but the other structures are almost the same. By adopting the structure as in the above embodiment, in the case of VCSEL, the oxidation resistance under a high temperature and high humidity environment can be improved and the lifetime of the element can be improved. Further, the warpage of the wafer can be prevented. Furthermore, the light reflectivity and the desired value can be set without reducing the light intensity, the device can be made thinner and the device resistance can be reduced, and the heat dissipation characteristics of the device can be improved. Can do.
また、以上に記載した共振器型面発光素子を用いて、共振器型面発光素子と、前記共振型発光素子を駆動する駆動回路と、前記共振型発光素子の電極に各々接続したリードとを有し、これらを樹脂からなる外囲器で封止した光送信器を形成することができる。あるいは、受光素子も封止して、送信および受信を行う光トランシーバを形成することができる。これらの光送信器あるいは光トランシーバは、小型で安価なものを提供することができる。 Further, using the resonator-type surface light-emitting element described above, a resonator-type surface light-emitting element, a drive circuit for driving the resonance-type light-emitting element, and leads connected to the electrodes of the resonance-type light-emitting element, respectively It is possible to form an optical transmitter having these and sealing them with an envelope made of resin. Alternatively, the light receiving element can also be sealed to form an optical transceiver that performs transmission and reception. These optical transmitters or optical transceivers can be provided with small size and low cost.
1 GaAs基板
2 GaAsバッファ層
3、23 p型AlGaAs光反射層
4 p型InGaAlPクラッド層
5 活性層
6 n型InGaAlPクラッド層
7、27 n型InGaAlP光反射層
8 GaAsコンタクト層
9 電流狭窄層
10 n電極
11 p電極
12 GaPコンタクト層
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記基板上に形成され、AlzGa1-zAs(0≦z≦1)からなり、且つ互いに組成比の異なる層を交互に複数積層した第1導電型の光反射層と、
前記第1導電型の光反射層上に形成された第1導電型のクラッド層と、
前記第1導電型のクラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、
前記第2導電型のクラッド層上に形成され、Iny(Ga1−xAlx)1−yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、且つ互いに組成比の異なる層を交互に複数積層した第2導電型の光反射層と、を有し、
前記第2導電型の光反射層は前記第1導電型の光反射層より低い光反射率を有することを特徴とする共振器型面発光素子。 A substrate,
A light-reflecting layer of a first conductivity type formed on the substrate and made of Al z Ga 1-z As (0 ≦ z ≦ 1) and having a plurality of layers alternately laminated with different composition ratios;
A first conductivity type cladding layer formed on the light reflection layer of the first conductivity type;
An active layer formed on the first conductivity type cladding layer;
A second conductivity type cladding layer formed on the active layer;
A layer formed on the second conductivity type cladding layer and made of In y (Ga 1-x Al x ) 1-y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) and having a different composition ratio. A second conductive type light reflecting layer in which a plurality of layers are alternately stacked,
The resonator-type surface light emitting device, wherein the second conductive type light reflecting layer has a lower light reflectance than the first conductive type light reflecting layer.
前記活性層はInu(Ga1−vAlv)1−uP(0≦u≦1、0≦v≦1)からなることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の共振器型面発光素子。 A buffer layer of a first conductivity type made of GaAs between the substrate and the light reflection layer of the first conductivity type;
The active layer according to any one of In u (Ga 1-v Al v) 1-u P (0 ≦ u ≦ 1,0 ≦ v ≦ 1) that consists characterized by claims 2 to 4 Resonator type surface light emitting device.
前記基板の素子形成面側と反対の面側に形成された第2の電極と、
を有する請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の前記共振器型面発光素子と、
前記第1の電極に接続された第1のリードと、
前記第2の電極に接続された第2のリードと、
前記共振器型面発光素子を駆動する駆動回路と、
前記第1のリードの一部及び第2のリードの一部と、前記共振器型面発光素子と、前記駆動回路とを封止する外囲器と、
を有することを特徴とする光送信器。 A first electrode formed on the second conductive type light reflecting layer;
A second electrode formed on the surface of the substrate opposite to the element formation surface;
The resonator-type surface light-emitting device according to any one of claims 2 to 4,
A first lead connected to the first electrode;
A second lead connected to the second electrode;
A drive circuit for driving the resonator-type surface light emitting element;
An envelope for sealing a part of the first lead and a part of the second lead, the resonator-type surface light emitting element, and the drive circuit;
An optical transmitter comprising:
前記基板の素子形成面側と反対の面側に形成された第2の電極と、
を有する請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の前記共振器型面発光素子と、
前記第1の電極に接続された第1のリードと、
前記第2の電極に接続された第2のリードと、
前記共振器型面発光素子を駆動する駆動回路と、
受光素子と、
前記第1のリードの一部及び第2のリードの一部と、前記共振器型面発光素子と、前記駆動回路と、前記受光素子と、を封止する外囲器と、
を有することを特徴とする光トランシーバ。 A first electrode formed on the second conductive type light reflecting layer;
A second electrode formed on the surface of the substrate opposite to the element formation surface;
The resonator-type surface light-emitting device according to any one of claims 2 to 4,
A first lead connected to the first electrode;
A second lead connected to the second electrode;
A drive circuit for driving the resonator-type surface light emitting element;
A light receiving element;
An envelope for sealing a part of the first lead and a part of the second lead, the resonator-type surface light emitting element, the drive circuit, and the light receiving element;
An optical transceiver comprising:
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