JP2002515181A - 発光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 半導体発光ダイオード（５０）は、１対の端面（５４，５６）、１対の側面（５８，６０）、上面（６２）、およびこれら両端面（５４，５６）の間に延びている活性領域（７０）を有する半導体材料の本体（５２）から構成される。本体（５２）の上面（６２）には導電性材料のストライプ（７６）がある。このストライプ（７６）は、その両端部の間の中間部分よりもその両端部で狭くなるように、切欠き端部を有し、実質的にダイヤモンド形状をしている。これらストライプ（７６）の切欠き端部は、本体（５２）の端面（５４，５６）に隣接している。好ましくは、このストライプ（７６）は、本体（５２）の側壁（５８，６０）に関してある角度をなす長さ方向の軸を持っている。

Description

【発明の詳細な説明】 発光半導体装置 合衆国政府の権利の記述 合衆国政府は、ＤＡＲＰＡから受賞した契約番号第ＤＡＡＨ０１−９５−Ｃ− Ｒ１７３号の下で行われた本発明に関して一定の権利を有する。 関連出願のクロス・リファレンス 本出願は、３５ＵＳＣ§１１１（ａ）クレームと３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）（ １）との下で出願された非暫定的米国国内出願であり、１９９６年６月５日に３ ５ＵＳＣ§１１１（ｂ）の下で出願された、暫定的米国出願第６０／０１９，３ ６２号の出願日の特典を有する。 技術分野 本発明は、高出力パワー・スーパールミネセンス半導体ダイオード（ＳＬＤ） に関し、特に高出力パワー・スーパールミネセンス半導体ダイオードのための接 触層に関する。 背景技術 高出力パワー・スーパールミネセンス半導体ダイオード（ＳＬＤ）は、光ファ イバー・ジャイロスコープ（ＦＯＧ）、光増幅器、外部空洞形レーザー、同調式 レーザー、モード同期レーザーに応用され、また一般に低コヒーレンス干渉計と いった低コヒーレンスを必要とする用途の（故障検出用、医療機器用、画像機器 用の）光源として用いられる。最良の設計であることが判明したＳＬＤの一つの 形式は、角度付きストライプＳＬＤであるが、これは長手方向（ファブリ・ペロ ー）モードを防止することにより、他のいかなる設計と比較しても最低のスペク トル変調を示すからである。図１を参照すると、角度付きストライプＳＬＤ１０ の代表的な設計の平面図が示されている。ＳＬＤ１０は、半導体発光ダイオード の所望の構造を有する半導体材料の本体１２からなる。本体１２は端面１４、１ ６と側面１８、２０とを有する。レーザーとは異なり、端面１４、１６は、生成 された光が放射されるように、また更に反射を最小にするように反射防止コーテ ィングの堆積によって透明に作られる。本体１２の上面２２には、金属などの導 電性材料の細いストライプ２４がある。このストライプ２４は、両端面１４、１ ６の間で延びており、側面１８、２０に対してある角度をなしている。高出力パ ワーを有する角度付きストライプＳＬＤを形成するためには、全体の利得を増加 させるためにこの素子の長さを増加させることが必要である。また、飽和パワー 密度を増加させるために、ストライプの幅を増加させることも必要となる。しか しながらストライプの幅を増加させると、素子の有用性を減少させるマルチ・モ ード構造（横方向に）になってしまう。 多数の横モードの励起を防止するために、テーパー（先細り）形状のストライ プを有する角度付きストライプＳＬＤが設計された。図２を参照すると、テーパ ー付き（先細り）ストライプを有するＳＬＤ２６の一つの形状の平面図が示され ている。このＳＬＤ２６は、半導体発光ダイオードのためのよく知られた設計の 構造を有する半導体材料の本体２８からなっている。本体２８は端面３０、３２ と側面３４、３６とを持っている。両端面３０、３２は、光が最大限に放射され るようにまた更に反射を最小にするように透明に作られる。本体２８の上面４０ には導電性材料のストライプ３８があり、これが両端面３０、３２の間で延びて いる。このストライプ３８は、その側辺４２、４４が互いに平行でなく、ある角 度をなしていることでテーパー付き（先細り）になっている。こうしてこのスト ライプ３８は、他方の端部４８より細い一方の端部４６を持っている。 ストライプのテーパー形状は光を平行にして伝搬角を小さくすることが分かっ ている。これはまた、より大きな角度で伝搬する、より高い横モードの励起を防 止する。この構造は、高い出力パワーと低いスペクトル変調とが可能である。こ れは、幅が５ミクロンから約５５ミクロンのテーパー付きの５００ミクロン・テ ーパーまたはウェッジを使った８４０ミクロン波長のＳＬＤにおいて２％未満の スペクトル変調でほぼ３０ｍＷの出力を示した。しかしながらこの構造に関する 問題は、放射光束の直径が比較的大きいということである。このタイプの発光ダ イオードの多くの応用は、光が単一モード・ファイバーに結合されることを必要 とし、ＳＬＤとファイバーとの間の緊密なモード整合を必要とする。こうして単 一モード様の動作を維持しながら小さなスポットサイズの高出力パワーを得るた めに、小さなスポットサイズが必要とされる。 発明の開示 半導体発光ダイオードは、両端面、両側面、上面、およびこれら両端面の間で 延びる活性領域を有する半導体材料の本体から構成される。導電性材料のストラ イプは、この本体の上面にあって、両端面の間で延びている。本体の両端面に隣 接するストライプの幅は、これら両端面の間の中間部分のストライプの幅よりも 小さい。 図面の簡単な説明 図１は、典型的な角度付きストライプＳＬＤの平面図である。 図２は、典型的なテーパー付きストライプＳＬＤの平面図である。 図３は、本発明の発光ダイオードの一つの形状の斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態にしたがって作られた２個のダイオードの出力パ ワー対電流特性を示すグラフである。 図５は、本発明の一実施形態にしたがって作られた発光ダイオードの出力波長 スペクトルを示す図である。 発明を実施するための最良の形態 さて図３を参照すると、本発明の一実施形態による半導体発光ダイオードは一 般に５０で示される。発光ダイオード５０は、端面５４、５６と側面５８、６０ と上面６２とを有する半導体材料の本体５２からなる。本体５２は、発光ダイオ ードを形成するためのよく知られたいかなる構造でもよい。図示のように本体５ ２は、Ｎ＋型といった一つの導電性タイプの、ＧａＡｓ等の高い導電性の半導体 材料の基板６４からなる。基板６４の表面６６には、Ｎ−型ＧａＡｌＡｓといっ た一つの導電性タイプの半導体材料の第１のクラッド層６８がある。この第１ク ラッド層６８の上に、薄い活性層７０がある。この活性層７０は、クラッド層６ ８のバンドキャップよりも低いバンドギャップを有する、ドーピングしていない 半導体材料であることが好ましい。しかしながらこの活性層は、単一または多重 の量子井戸構造といったよく知られたどのような構造でもよい。活性層７０の上 には、第１クラッド層と同じ材料ではあるがＰ−型といった反対の導電性タイプ の材料の第２のクラッド層７２がある。この第２クラッド層７０の上には、Ｐ＋ 型ＧａＡｓといった第２クラッド層７０と同じ導電性タイプの、高い導電性の半 導体材料の接触層７３がある。高い導電性の金属の成端層（terminal layer）７ ４は、基板６４の底面７６上にある。 本体５２の上面６２の上には、端面５４、５６の間で上面６２に沿って延びる 、本発明の一実施形態にしたがって作られた導電性金属のストライプ７６がある 。このストライプ７６は実質的に、先端を切り取った切欠き端部７８、８０を有 するダイヤモンド形状をしている。このことによって、その両端部７８、８０が 中央部８２よりも細いストライプ７６が作られている。これらの端部７８、８０ は、本体５２の端面５４、５６に隣接して位置しており、ストライプ７６の両側 辺８４は端部７８、８０から中央部８２に行くにつれて互いに離れて行くように テーパーが付けられている。破線８６で示すストライプ７６の長手方向の軸は、 本体５２の両側面５８、６０に平行ではなく、それらに対してある角度をなして いる。この角度は、ファセット反射を１０のマイナス６乗未満に減少させるとい ったものである。この角度は約６度であることが好ましい。このようにしてスト ライプ７６は、放射端面５４に対してある角度をなして延びている。本発明の一 実施形態による半導体発光ダイオードは、ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム ・砒素）活性層で作られ、下記の寸法を有するダイヤモンド形状のストライプを 備えている： 活性領域の長さ １０００ミクロン 中心における幅 ５５ミクロン ファセットにおける幅 ５ミクロンと２０ミクロン （これらは同じでもよい） 中心波長 約８４４０ミクロン （材料の組成と量子井戸の厚さとによって選択できる） ストライプの角度 ６度 量子井戸活性層 図４は、本発明の一実施形態によるダイヤモンド形状のストライプを有する２ 個のＳＬＤの出力パワー対電流特性を示す。これらのダイオードは、ランダムに 選ばれ、５０ｍＷを超える出力パワーを持つように駆動された。図５は、本発明 の一実施形態によるダイヤモンド形状のストライプを持ち、フィードバックを行 うＳＬＤの出力スペクトルを示す。このようにしてダイヤモンド形状のストライ プ７６を有する本発明の一実施形態の発光ダイオード５０は、高出力パワーの単 一モード発光を行うように作ることができる。更に、このダイオードの発光端面 に隣接するストライプの端部が細いので、このダイオードは光束が単一モード光 ファイバー内に供給できるようにサイズの比較的小さな光束を出力することがで きる。 これらのダイオードは、図４に示す実験では５０ｍＷを超える出力パワーで駆 動されたが、他の実験では１７０ｍＷを超えるパワーで駆動された。また本発明 のダイオードの設計は、半導体レーザーで一般に使われるどのような波長のＳＬ Ｄを作るためにでも使うことができる。同様の結果は、９８０ｎｍで動作するＩ ｎＧａＡｓのＳＬＤと、１５５０ｎｍで動作するＩｎＧａＡｓＰのＳＬＤとに関 しても得られている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＫＲ，Ｍ Ｘ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．発光ダイオードであって、 端面、側面、上面、およびこれらの端面の間で延びる活性領域を有する半導体 材の本体と、および 前記本体の上向上で前記端面の間に延びる導電性材料からなるストライプと を備え、前記本体の前記端面における前記ストライプの幅は、前記両端面の間 の中間部の前記ストライプの幅よりも小さい発光ダイオード。 ２．前記ストライプは、前記本体の前記端面に隣接する切欠き端部を持った１ 対の切欠き端部を有し、実質的にダイヤモンド形状である請求項１に記載の発光 ダイオード。 ３．前記ストライプは、前記ストライプの一方の切欠き端部から互いに離れて 行くように延びる第１の１対の側端と、前記ストライプの他方の切欠き端部から 互いに離れて行くように延びる第２の１対の側端とを有する請求項２に記載の発 光ダイオード。 ４．前記２対の辺の側端は、前記ストライプの最も幅広の部分で交わる請求項 ３に記載の発光ダイオード。 ５．前記ストライプは、前記本体の前記側面に対してある角度をなす長手方向 の軸を有する請求項２に記載の発光ダイオード。 ６．前記ストライプの長手方向の軸の、前記本体の前記側面に対してなす前記 角度は、前記本体の発光端面におけるファセット反射を１０のマイナス６乗未満 に減少させるものである請求項５に記載の発光ダイオード。 ７．前記ストライプの長手方向の軸は、前記本体の側面に対して約６度の角度 をなしている請求項６に記載の発光ダイオード。 ８．前記本体は、前記上面の反対側に底面を有しており、前記底面上には導電 性金属の成端層が存在する請求項２に記載の発光ダイオード。