JP3683416B2 - スーパールミネッセントダイオード - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光ファイバジャイロをはじめとする各種光計測などに用いられる半導体発光素子に関し、特に、広スペクトルを大きな強度と小さい放射角で出力するスーパールミネッセントダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０を参照して、従来のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を説明する。図１０は、リッジ形の従来のＳＬＤの構造を示す図であり、発光中心波長１．３μｍ帯を有するＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系材料による従来のＳＬＤの構造例を示した図である。図１０において、図１０（ａ）は従来構造のＳＬＤを第１の電極側上方からみた模式図、図１０（ｂ）は（ａ）図におけるＡ−Ａ´断面に現れる層構造を模式的に示した図、図１０（ｃ）は（ａ）図におけるＢ−Ｂ断面を光出射端面側からみた模式図である。このＳＬＤを得るためには、ｎ形導電性を有するＩｎＰの半導体基板５１上にｎ形導電性のＩｎＰ（層厚１．５μｍ）の第１のクラッド層５２、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰのＭＱＷ２０層（全層厚０．１５μｍ）の活性層５３、ｐ形導電性のＩｎＰ（層厚２．３μｍ）の第２のクラッド層５４、ｐ形導電性のＩｎＧａＡｓ（層厚０．６μｍ）のコンタクト層５５を順次、ＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長を行いダブルへテロ層構造を形成する。なお、第２のクラッド層５４には、活性層５３の上方０．３μｍの所にＩｎＧａＡｓ（層厚１５ｎｍ）のエッチストップ層（不図示）を形成しておく。次に、活性層５３での電流密度を高くして発光効率を向上させるための電流狭窄用の２本の溝５６を形成するためにレジストをパターニングする。
【０００３】
このレジストをマスクにして、溝５６の部分のＩｎＧａＡｓのコンタクト層５５を化学エッチング（Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１：４０）でエッチングし、レジストを除去後、ＩｎＧａＡｓのコンタクト層５５をマスクとしてｐーＩｎＰの第２のクラッド層５４を化学エッチング（ＨＣｌ：Ｈ2 Ｏ＝１．５：１）で活性層５３から０．３μｍ上のエッチストップ層までエッチングする。
【０００４】
このようにして、溝５６と溝５６との間に３μｍ幅のストライプ状のリッジ６０が形成される。コンタクト層５５の上面にＣＶＤ法によりＳｉＯ2 誘電体膜５７を０．４μｍ成膜し、リッジ６０のＳｉＯ2 の誘電体膜をドライエッチングにより窓開けする。
【０００５】
なお、このとき素子動作信頼性と基本横モード動作を確保するため溝５６の深さは活性層５３に達することがないようにする。また、この溝５６を形成した部分は電流注入領域５８となり、溝５６の形成されない部分は非注入領域５９となる。
【０００６】
このような工程を経て得られたウエハの成長面上にＴｉ（０．０２μｍ）、Ｐｔ（０．０５μｍ）およびＡｕ（０．２μｍ）を電子ビーム蒸着により蒸着する。半導体基板５１の下側部を機械研磨により層厚１００μｍまで研磨して、Ｔｉ（０．０２μｍ）、Ｐｔ（０．０５μｍ）およびＡｕ（０．２μｍ）を電子ビーム蒸着により蒸着する。
【０００７】
これらの蒸着の後、４１０℃の温度で６０秒間熱処理して合金を得て、第１の電極６１および第２の電極６２を形成する。
【０００８】
このウエハは、光出射端面に沿ってへきかいされ、光出射端面にＳｉＯのＡＲコーティング６３を被着する。このＡＲコーティング６３の反射率は０．２％、非注入領域５９により後方端面から電流注入領域５８に帰還する光パワーの割合は０．００１％以下でありレーザ発振が抑圧されてＳＬＤとしての動作が実現される。これらの工程を終えたウエハを所定の大きさ（３００μｍおよび４００μｍ程度）に分割しチップ状の素子とする。
【０００９】
このＳＬＤデバイスは、注入電流１５０ｍＡにおいて光出力４ｍｗ程度、また、光スペクトラム半値全幅約２０ｎｍが得られ、ＡＲコーティング６３と非注入領域５９の効果により光スペクトラムのリップルは５％程度である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のＳＬＤにおいては、レーザ発振を抑圧するために、電流注入領域に続けて、非注入領域を形成し、活性層の端面での反射を抑えていたが、この電流注入領域と非注入領域との境界で電極およびリッジ導波路が突然切れているので、この境界で急激な注入キャリヤ量の差および導波路の不連続が生じる。この結果、この境界で電流注入領域と非注入領域の等価屈折率は急激に変化して、光の反射が起こりファブリペローモードによりスペクトルに強度変調が生じるという欠点があった。
【００１１】
本発明は、電流注入領域と非注入領域との境界で生じる導波路の等価屈折率の急激な変化に伴う出力光のスペクトルの強度変調を少なくしたＳＬＤを提供する。
【００１２】
【発明が解決しようとする手段】
本発明にかかるスーパールミネッセントダイオードは、半導体基板１と、前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層２と、前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層３と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層４と、前記第２クラッド層上に形成されたコンタクト層５と、前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部１４と、前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域１１とを備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプの幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８を設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域１３との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少する遷移領域１２を形成したものである。
【００１５】
また、本発明にかかるスーパールミネッセントダイオードは、半導体基板１と、前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層２と、前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層３と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層４と、前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層５と、前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部１４と、前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域１１と、前記電流注入部をストライプ状に形成するためにその両側に沿って設けられたリッジ形成用の溝６、６とを備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその幅が徐々に狭くなる溝端部２１とを設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域１３との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少するとともに等価屈折率が徐々に増加する遷移領域１２を形成したものである。
【００１６】
また、本発明にかかるスーパールミネッセントダイオードは、半導体基板１と、前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層２と、前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層３と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層４と、前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層５と、前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部１４と、前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域１１と、前記電流注入部をストライプ状に形成するためにその両側に沿って設けられたリッジ形成用の溝６、６とを備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその深さが徐々に浅くなる溝端部２１−１とを設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域１３との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少するとともに等価屈折率が徐々に増加する遷移領域１２を形成したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）は、活性層に電流を注入する電流注入部で画成される電流注入領域と、注入しない非注入領域との間に、電流の注入量が徐々に減少する電流注入端部を設けて遷移領域を挿入した。
【００１８】
活性層で形成される導波路部の等価屈折率が電流注入部の先端部で急激な変化をしないようにして、この面での反射を少なくしてスペクトルの強度変調を防ぐことができる。
【００１９】
電流の注入量が徐々に減少する電流注入端部は、電流注入用の電極またはコンタクト層の形状を電流注入領域から非注入領域に向けて徐々に幅を狭くしている。また、電流注入部の両側のリッジ形成用の溝の幅を徐々に狭くするか、溝の深さを徐々に浅くする。これによて等価屈折率を徐々に増加させるようにしている。
【００２０】
【実施例】
本発明の第１の実施例を図１および図２を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例の構成を示す図、図２は本発明の実施例に用いられる元ウエハの構成を示す図である。
【００２１】
図２に示す元ウエハは、ｎ−ＩｎＰの半導体基板１上に、ＭＯＶＰＥ法により次の各層を順次成長させた層構造で成るものである。
【００２２】
▲１▼ ｎ−ＩｎＰの第１のクラッド層２。
【００２３】
▲２▼ ＩｎＧａＡｓＰの活性層３。
【００２４】
▲３▼ ｐ−ＩｎＰの第２のクラッド層４。
【００２５】
▲４▼ ｐ−ＩｎＧａＡｓのコンタクト層５。
【００２６】
図１に示す第１の実施例は、図２の元ウエハを用いて形成される。図１において、（ａ）はこの実施例のＳＬＤを元ウエハの上側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面を示す図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ´断面を示す図である。
【００２７】
図１において、６は溝、７は誘電体層、８はエッチストップ層、１１は電流注入領域、１２は遷移領域、１３は非注入領域、１４は電流注入部となるリッジ部分、１５は第１の電極、１６は第２の電極、１７はＡＲコーティング、１８は電流注入端となるコンタクト層５の突部、１９は前記コンタクト層５のエッチング部、２０は他端部である。
【００２８】
溝６は、図１（ａ）の上下の中央部を挟んでエッチストップ層８までの深さで、ＡＲコーティング１７の側から中に向かって掘られていて、リッジ部分１４を形成する。コンタクト層５は、図１（ａ）の遷移領域１２および非注入領域１３のうち、点線で区別された右側のコンタクト層エッチング部１９がエッチングされ、点線の左側部分のみが残されている。このコンタクト層５の残された部分のうちリッジ部分１４の上側のコンタクト層が電流注入部であり、これに続くコンタクト層５の突部が長さ約２００μｍの電流注入端部（以下コンタクト層の突部ともいう）１８である。この電流注入端部１８は、電流注入領域１１に接する所で幅がほぼ３μｍである。
【００２９】
この電流注入部１４および電流注入端部１８を除いて誘電体層７が形成され、その上の全体に第１の電極１５が形成される。
【００３０】
半導体基板１の下側には第２の電極１６が備えられていて、第１の電極１５との間に電流が流される。なお電流注入部１４の存在する領域が電流注入領域１１、電流注入端部１８の存在する領域が遷移領域１２、電流を注入しない領域が非注入領域１３である。
【００３１】
活性層３のうち、溝６、６で挟まれたリッジ部分１４の下側に相当する部分は、周囲を低屈折率（３．１程度）で囲まれた高屈折率部分（３．５程度）となり、導波路部と呼ばれている。
【００３２】
次に動作について説明する。
【００３３】
第１の電極１５と第２の電極１６との間に電流が流されると、電流注入部１４および電流注入端部１８を経由して活性層３に電流が注入されて発光する。このとき、活性層３の等価屈折率は、遷移領域１２において、電流注入端部１８が徐々に幅を狭くして設けられているので、徐々に変化するようになっている。
【００３４】
そのため、活性層３で発生した光は、電流注入領域１１から非注入領域１３にかけて反射することなく散乱するので、発光スペクトルの強度変調成分を従来の１／２程度に少なくしたＳＬＤを得ることができる。
【００３５】
次に、図３を参照して本発明の第２の実施例を説明する。図３は、本発明の第２の実施例の構成を示す図であり、Ａ−Ａ´断面は図示はしないが、図１（ｂ）と同様である。第２の実施例は、図１に示す第１の実施例と比較して、電流注入端部１８および溝６の形状が相違する。
【００３６】
すなわち、図３に示した第２の実施例は、図１に示す溝６は、リッジ部分１４の両側部から徐々に幅が狭くなりながら図面の右方向に延在して、溝端部（以下、溝の突部ともいう）２１がリッジ部分１４の突部２２をほぼ長方形状に形成している。
【００３７】
コンタクト層５のエッチング部１９−１は図３の点線で区分された右側となり、溝の突部２１およびリッジ部分の突部２２を残してエッチングされている。
【００３８】
第２の実施例において、電流注入は、リッジ部分１４上のコンタクト層５およびリッジ部分の突部２２上のコンタクト層５を通して行われる。遷移領域１２では、電流注入領域１１側で幅約１０μｍで、長さが２００μｍの溝の突部２１が非注入領域に向って徐々に狭くなっているので、導波路部の等価屈折率が徐々に非注入領域１３の等価屈折率へ変化する。
【００３９】
この場合、光が等価屈折率の変化に感じるのは、遷移領域１２の後半分と考えられる。従って上記寸法は設計の条件によって変化するものである。
【００４０】
次に、図４を参照して本発明の第３の実施例を説明する。図４は、本発明の第３の実施例の構成を示す図であり、Ａ−Ａ´断面は図示はしないが、図１（ｂ）と同様である。第３の実施例は、図１に示す第１の実施例と比較して、電流注入端部１８および溝６の形状が相違する。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ´断面を示す図である。
【００４１】
すなわち、図４に示した第３の実施例は、図４に示すように、リッジ部分１４の両側部から徐々に幅が拡がり、深さが浅くなりながら図面の右方向に延在する溝の突部２１−１がリッジ部分の突部２２をほぼ長方形状に形成している。この溝の突部２１−１の深さは図４（ｂ）において、活性層３と誘電体層７との間隔で表すと、電流注入領域１１側で０．２〜０．３μｍ、非注入領域１３側で２〜３μｍ、遷移領域１２の長さは約２００μｍ程である。
【００４２】
コンタクト層５のエッチング部１９−１は第２の実施例と同様に図４の点線で区分された右側となり、溝の突部２１−１およびリッジ部分の突部２２を残してエッチングされている。第３の実施例において、電流注入は、リッジ部分１４上のコンタクト層５およびリッジ部分の突部２２上のコンタクト層５を通して行われる。遷移領域１２は、溝の突部２１−１が徐々に浅くなっているので、導波路部の等価屈折率が徐々に変化し、非注入領域１３の等価屈折率に近づく。この場合、光が等価屈折率の変化に感じるのは、遷移領域１２に入ってすぐ１μｍ程度と考えられる。従って、上記寸法は設計の条件によって変化するものである。
【００４３】
次に、図５を参照して本発明の第４の実施例を説明する。図５は、本発明の第４の実施例の構成を示す図であり、Ａ−Ａ´断面は図示はしないが、図１（ｂ）と同様である。第４の実施例は、図１に示す第１の実施例と比較して、溝６の形状が相違する。
【００４４】
すなわち、図５に示した第４の実施例は、図１に示す溝６の先端でリッジ部分１４の両側部から徐々に幅が狭くなりながら図面の右方向に延在する溝の突部２１を形成し、これによって、リッジ部分の突部２２がほぼ長方形状に形成されている。
【００４５】
コンタクト層５のエッチング部１９は第１の実施例と同様に図５の点線で区分された右側となり、電流注入領域１１の右側はコンタクト層の突部１８を残してエッチングされている。第４の実施例において、電流注入は、リッジ部分１４上のコンタクト層５およびコンタクト層の突部１８を通して行われるが、コンタクト層の突部１８が徐々に狭くなっているので、活性層３は、電流注入の幅が徐々に狭くなって、注入電流が減少し、その結果、注入密度が徐々に小さくなる。また、溝の突部２１が徐々に狭くなっているので遷移領域１２の導波路部の等価屈折率が徐々に変化し、非注入領域１３の等価屈折率に近づく。
【００４６】
次に、図６を参照して本発明の第５の実施例を説明する。図６は、本発明の第５の実施例の構成を示す図であり、Ａ−Ａ´断面は図示はしないが、図１（ｂ）と同様である。第５の実施例は、図１に示す第１の実施例と比較して、電流注入端部１８および溝６の形状が相違する。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ´断面を示す図である。
【００４７】
すなわち、図６に示した第５の実施例は、図１に示すように、リッジ部分１４の両側部から、徐々に幅が拡がり、深さが浅くなりながら図面の右方向に延在する溝の突部２１−１がリッジ部分の突部２２をほぼ長方形状に形成している。
【００４８】
コンタクト層５のエッチング部１９は第１の実施例と同様に図６の点線で区分された右側となり、電流注入流域１１より右側は、コンタクト層の突部１８を残してエッチングされている。
【００４９】
第５の実施例において、電流注入は、リッジ部分１４上のコンタクト層５およびリッジ部分の突部２２上のコンタクト層の突部１８を通して行われるが、コンタクト層の突部１８が徐々に浅くなっているので、活性層３は、電流注入の大きさが徐々に少なくなるとともに、注入密度が徐々に小さくなり、等価屈折率が徐々に変化する。また、溝の突部２１−１が徐々に浅くなっているので、遷移領域１２の等価屈折率が徐々に変化し、非注入領域１３の等価屈折率に近付く。
【００５０】
図７を参照して第６の実施例を説明する。図７は本発明の第６の実施例の構成を示す図で、埋込み形ＳＬＤの例である。埋込み形の場合も、リッジ形と同様に図２に示された元ウエハを用いて形成される。
【００５１】
図７において、（ａ）はこの実施例のＳＬＤを元ウエハの上側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面を示す図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ´断面を示す図である。
【００５２】
図７において、２３は第１の電流狭窄層、２４は第２の電流狭窄層、２５は反射角変換用溝、２６は第１の電極の突部であり、その他の符号は図１と同じである。
【００５３】
図７（ｃ）に示すように、活性層３は、第２のクラッド層４とともに、第１の電流狭窄層２３および第２の電流狭窄層２４に挟まれて、細く形成されて導波路部を形成しており、上側から見ると図７（ａ）の一点鎖線で示すようになっている。
【００５４】
コンタクト層５は図７（ａ）において、電流注入領域１１の全域と遷移領域１２の点線で囲まれた中央部とに形成され、その上に、電流注入領域１１には、第１の電極１５が形成され、第１の電極１５に隣接して遷移領域１２を形成する第１の電極の突部２６が他端部２０に向かって徐々に幅が狭くなるように形成されている。
【００５５】
なお、反射角変換用溝２５は、活性層３を他端部２０へ向う光が反射して活性層３に戻ってくるのを防ぐためにもうけられたものである。
【００５６】
次に、図８を参照して本発明の第７の実施例を説明する。図８の実施例は、図７に示す第６の実施例と比較して、活性層３の形状が相違する。
【００５７】
すなわち、第７の実施例は、一点鎖線で示す活性層３の幅が徐々に拡がりながら反射角変換用溝２５まで形成されている。
【００５８】
そのため、他端部２０からの反射が少なくなり、出力光スペクトルにリップルの少ない出射光を得ることができる。
【００５９】
図９を参照して本発明の第８の実施例を説明する。図９の実施例は、図７に示す第６の実施例と比較して活性層３の形状が相違するほか、反射角変換用溝２５が省略されている。
【００６０】
すなわち、第８の実施例においては、図９に示すように活性層３は、遷移領域１２から非注入領域１３において、徐々に図面上方に曲げられ、他端部２０には到達せずに上方の端に到達するように形成されている。
【００６１】
そのため、活性層３の電流注入領域１１で発光した光は、遷移領域１２から非注入領域１３までの間に活性層３の形状にしたがって上方に曲がりながら上方の端に到達するが、一部は、他端部２０の方向に漏洩して消滅する。
【００６２】
以上の第１乃至８の実施例において、電流注入領域１１から遷移領域１２の方向に進んだ光は、電流注入領域１１に戻ることがないので、出力光スペクトルのリップルを従来の１／２程度に少なくした出射光を得ることができる。
【００６３】
なお、遷移領域１２における導波路部の等価屈折率は、電流注入領域１１の境界においては、電流注入領域１１の等価屈折率にほとんど等くなっており、非注入領域１３の境界においては、非注入領域１３の等価屈折率にほとんど等しくなっており、その間において、徐々に等価屈折率が増加するようになっている。
【００６４】
次に本発明の第１の実施例のリッジ導波路形ＳＬＤの構成を製造方法を含めて、図１および図２を参照して詳しく説明する。
【００６５】
（１） 図２に示す元ウエハは、ｎ−ＩｎＰの半導体基板１上に、ＭＯＶＰＥ法によって次の各層構造を成長する。
【００６６】
▲１▼ 第１のクラッド層２は、ｎ−ＩｎＰ層で厚さ１．５μｍ。
【００６７】
▲２▼ 活性層３は、ＭＱＷ層（ＩｎＧａＡｓＰ層１．３１μｍ組成／ＩｎＧａＡｓＰ層１．０８μｍ組成２０対）で厚さ０．１５μｍ、またはバルク（ＩｎＧａＡｓＰ層１．３１μｍ組成）厚さ０．１５μｍ。
【００６８】
▲３▼ 第２のクラッド層４は、ｐ−ＩｎＰ層で厚さ２．３μｍ。
【００６９】
▲４▼ コンタクト層５は、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層で厚さ０．６μｍ。
【００７０】
（２） リッジ形成をする。
【００７１】
▲１▼ 溝６を形成するために、溝６を形成する部分を除いてレジストをパターニングする。電流注入領域１１の長さは４００〜７００μｍ、遷移領域１２および非注入領域１３の長さはそれぞれ２００μｍ程度とする。
【００７２】
▲２▼ このレジストをマスクしてコンタクト層５を化学エッチング（Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１：４０）でエッチングした後レジストを除去する。
【００７３】
▲３▼ コンタクト層５をマスクにして、第２のクラッド層４を化学エッチング（ＨＣＬ：Ｈ2 Ｏ＝１．５：１）で活性層３の上０．３μｍまでエッチングする。
【００７４】
（３） コンタクト層５のエッチング。
【００７５】
レジストをマスクとして、図１の点線で区画された右側の部分のコンタクト層５をドライエッチングでエッチングする。
【００７６】
（４） 酸化膜の形成と窓開け。
【００７７】
以上の成長面に、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ2 （誘電体層７）を厚さ０．４μｍに成膜した後、図１のリッジ部分１４およびコンタクト層の突部１８上のＳｉＯ2 をドライエッチングにより窓開けする。
【００７８】
（５） 第１の電極１５の蒸着。
【００７９】
成長面に電子ビーム蒸着によりＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをそれぞれ０．０２／０．０５／０．２μｍの厚さに蒸着する。
【００８０】
（６） 研磨。
【００８１】
半導体基板１の下側を機械研磨により、層厚１２０μｍまで研磨する。その後化学エッチング（ＨＣｌ：Ｈ3 ＰＯ4 ＝１：１）で厚さ１００μｍまで研磨する。
【００８２】
（７） 第２の電極１６の蒸着。
【００８３】
研磨後、半導体基板１の下側に電子ビーム蒸着によりＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをそれぞれ０．０２／０．０５／０．２μｍの厚さに蒸着する。
【００８４】
（８） アロイ。
【００８５】
４１０℃で６０秒の条件で、蒸着した金属をアロイする。
【００８６】
（９） へきかい。
【００８７】
ＡＲコーティング１７をする面をバー状にへきかいする。
【００８８】
（１０） へきかい面に反射率０．２％のＳｉＯを蒸着しＡＲコーティングする。
【００８９】
（１１） チッピングバーを各素子に切り離す。
【００９０】
以上の工程により、本発明の第１の実施例のリッジ導波路形ＳＬＤを製造することができる。
【００９１】
なお、第２の実施例乃至第５の実施例は遷移領域１２における溝やコンタクト層などの形状が相違するだけで、同じような工程で製造することができる。
【００９２】
次に、本発明の第６の実施例の埋め込み導波路形ＳＬＤを製造方法を含めて図７を参照して詳しく説明する。
【００９３】
（１） 図２に示す元ウエハを使用する。但し、コンタクト層５の層厚は０．３μｍとする。
【００９４】
（２） メサエッチング
▲１▼ 化学エッチング（Ｈ3 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝３：１：１）でコンタクト層５を除去する。
【００９５】
▲２▼ 図７（ａ）の導波路が形成される１点鎖線で囲まれた部分の上側に、ＳｉＮX 膜を０．０８μｍの厚さに成膜する。
【００９６】
このＳｉＮX 膜をマスクにして化学エッチング（ブロムメタノールおよび塩酸系）で、図７（ｃ）の第１および第２の電流狭窄層２３，２４に相当する部分をエッチングして活性層３の幅２μｍのメサを形成する。このメサの部分が導波路を構成する。
【００９７】
（３） ＢＨ成長（Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）
エッチングで除去した部分に第１および第２の電流狭窄層２３，２４の埋め込み層を再成長する。
【００９８】
（４） コンタクト層５の成長
ＳｉＮX 膜を除去した後、成長面にｐ−ＩｎＧａＡｓ（ｐドープ量１×１０19ｃｍ-3）のコンタクト層５を０．３μｍの厚さに成長する。
【００９９】
（５） 第１の電極１５の蒸着
▲１▼ レジストをマスクとしてコンタクト層５の一部をドライエッチングで除去する。除去する部分は、図７（ａ）の遷移領域１２の点線で囲まれた外側および非注入領域１３である。
【０１００】
▲２▼ コンタクト層５上の図７（ａ）の点線で区分された左側部分に、リフトオフ法を用いて第１の電極１５としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをそれぞれ厚さ０．０２／０．０５／０．２μｍに蒸着する。
【０１０１】
（６） 反射角変換用溝２５の形成。（図９の第８の実施例においては不要）
ＳｉＮX 膜をマスクとして化学エッチング（ブロムメタノール）で深さ１０μｍの溝２５を形成する。溝２５の上面における傾き角は６０゜とする。溝２５を形成後ＳｉＮX 膜を除去する。
【０１０２】
（７） 研磨
半導体基板１の下側を機械研磨により、層厚１２０μｍまで研磨する。その後化学エッチング（ＨＣｌ：Ｈ3 ＰＯ4 ＝１：１）で厚さ１００μｍまで研磨する。
【０１０３】
（８） 第２の電極１６の蒸着
研磨後、半導体基板１の下側に電子ビーム蒸着によりＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをそれぞれ０．０２／０．０５／０．２μｍの厚さに蒸着する。
【０１０４】
（９） アロイ
４１０℃で６０秒の条件で、蒸着した金属をアロイする。
【０１０５】
（１０）へきかい
ＡＲコーティング１７をする面をバー状にへきかいする。
【０１０６】
（１１） へきかい面に反射率０．２％のＳｉＯを蒸着しＡＲコーティングする。
【０１０７】
（１２） チッピング
バーを各素子に切り離す。
【０１０８】
以上の工程により、本発明の第６の実施例の埋め込み導波路形ＳＬＤを製造することができる。
【０１０９】
なお、第７の実施例乃至第９の実施例は遷移領域１２および非注入領域１３における埋め込み層などの形状が相違するだけで、同じような工程で製造することができる。
【０１１０】
本発明の実施例のＳＬＤの用途の一例を説明する。
【０１１１】
まず、波長分割多重通信のキャリアとして用いる場合には、本発明のＳＬＤの波長スペクトルが、１．５３μｍから１．５６μｍをカバーし、その間の強度リップルは２．５％と小さいので、その中から必要とする波長の光をフィルタで抽出して波長によるリップルが少ないキャリアとして利用することができる。
【０１１２】
また、光スペクトラムアナライザの基準波長光として用いる場合には、本発明のＳＬＤの出力をＣ2 Ｈ2 （アセチレン）ガスを通過させて、１．５５５μｍの光吸収スペクトルを作り、光スペクトラムアナライザの図面上に表示することにより、波長軸（横軸）の１．５５５μｍ点を校正することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明にかかるスーパールミネッセントダイオードは、半導体基板１と、前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層２と、前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層３と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層４と、前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層５と、前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部１４と、前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域１１とを備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプの幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８を設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域１３との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少する遷移領域１２を形成したので、電流注入領域１１の電流注入部１４の端部において、等価屈折率の急激な変化を防止して、発光スペクトルに強度変調のないスーパールミネッセントダイオードを提供することができる。
【０１１４】
また、本発明の請求項２にかかるスーパールミネッセントダイオードは、半導体基板１と、前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層２と、前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層３と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層４と、前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層５と、前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部１４と、前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域１１と、前記電流注入部をストライプ状に形成するためにその両側に沿って設けられたリッジ形成用の溝６、６とを備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ状に延びる電流注入端部２２と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその幅が徐々に狭くなる溝端部２１を設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域１３との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って等価屈折率が徐々に増加する遷移領域１２を形成したものであり、さらに、本発明の請求項３にかかるスーパールミネッセントダイオードは、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ状に延びる電流注入端部２２と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその深さが徐々に浅くなる溝端部２１−１を設けており、本発明の請求項４にかかるスーパールミネッセントダイオードは、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその幅が徐々に狭くなる溝端部２１とを設けており、本発明の請求項５にかかるスーパールミネッセントダイオードは、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその深さが徐々に浅くなる溝端部２１−１とを設けているので、電流注入領域から非注入領域に向って等価屈折率が徐々に増加する遷移領域１２を形成することにより、電流注入領域１１への反射光の流入を少なくし、発光スペクトルの強度変調を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例に用いられる元ウエハの構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例の構成を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施例の構成を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施例の構成を示す図である。
【図７】本発明の第６の実施例の構成を示す図である。
【図８】本発明の第７の実施例の構成を示す図である。
【図９】本発明の第８の実施例の構成を示す図である。
【図１０】従来のスーパールミネッセントダイオードの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ 第１のクラッド層
３ 活性層
４ 第２のクラッド層
５ コンタクト層
６ 溝
７ 誘電体層
８ エッチストップ層
１１ 電流注入領域
１２ 遷移領域
１３ 非注入領域
１４ リッジ部分
１５ 第１の電極（電流注入部）
１６ 第２の電極
１７ ＡＲコーティング
１８ コンタクト層の突部（電流注入端部）
１９ コンタクト層のエッチング部
２０ 他端部
２１ 溝端部（溝の突部）
２２ リッジ部分の突部
２３ 第１の電流狭窄層
２４ 第２の電流狭窄層
２５ 反射角変換用溝
２６ 第１の電極の突部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光ファイバジャイロをはじめとする各種光計測などに用いられる半導体発光素子に関し、特に、広スペクトルを大きな強度と小さい放射角で出力するスーパールミネッセントダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０を参照して、従来のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を説明する。図１０は、リッジ形の従来のＳＬＤの構造を示す図であり、発光中心波長１．３μｍ帯を有するＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系材料による従来のＳＬＤの構造例を示した図である。図１０において、図１０（ａ）は従来構造のＳＬＤを第１の電極側上方からみた模式図、図１０（ｂ）は（ａ）図におけるＡ−Ａ´断面に現れる層構造を模式的に示した図、図１０（ｃ）は（ａ）図におけるＢ−Ｂ断面を光出射端面側からみた模式図である。このＳＬＤを得るためには、ｎ形導電性を有するＩｎＰの半導体基板５１上にｎ形導電性のＩｎＰ（層厚１．５μｍ）の第１のクラッド層５２、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰのＭＱＷ２０層（全層厚０．１５μｍ）の活性層５３、ｐ形導電性のＩｎＰ（層厚２．３μｍ）の第２のクラッド層５４、ｐ形導電性のＩｎＧａＡｓ（層厚０．６μｍ）のコンタクト層５５を順次、ＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長を行いダブルへテロ層構造を形成する。なお、第２のクラッド層５４には、活性層５３の上方０．３μｍの所にＩｎＧａＡｓ（層厚１５ｎｍ）のエッチストップ層（不図示）を形成しておく。次に、活性層５３での電流密度を高くして発光効率を向上させるための電流狭窄用の２本の溝５６を形成するためにレジストをパターニングする。
【０００３】
このレジストをマスクにして、溝５６の部分のＩｎＧａＡｓのコンタクト層５５を化学エッチング（Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１：４０）でエッチングし、レジストを除去後、ＩｎＧａＡｓのコンタクト層５５をマスクとしてｐーＩｎＰの第２のクラッド層５４を化学エッチング（ＨＣｌ：Ｈ2 Ｏ＝１．５：１）で活性層５３から０．３μｍ上のエッチストップ層までエッチングする。
【０００４】
このようにして、溝５６と溝５６との間に３μｍ幅のストライプ状のリッジ６０が形成される。コンタクト層５５の上面にＣＶＤ法によりＳｉＯ2 誘電体膜５７を０．４μｍ成膜し、リッジ６０のＳｉＯ2 の誘電体膜をドライエッチングにより窓開けする。
【０００５】
なお、このとき素子動作信頼性と基本横モード動作を確保するため溝５６の深さは活性層５３に達することがないようにする。また、この溝５６を形成した部分は電流注入領域５８となり、溝５６の形成されない部分は非注入領域５９となる。
【０００６】
このような工程を経て得られたウエハの成長面上にＴｉ（０．０２μｍ）、Ｐｔ（０．０５μｍ）およびＡｕ（０．２μｍ）を電子ビーム蒸着により蒸着する。半導体基板５１の下側部を機械研磨により層厚１００μｍまで研磨して、Ｔｉ（０．０２μｍ）、Ｐｔ（０．０５μｍ）およびＡｕ（０．２μｍ）を電子ビーム蒸着により蒸着する。
【０００７】
これらの蒸着の後、４１０℃の温度で６０秒間熱処理して合金を得て、第１の電極６１および第２の電極６２を形成する。
【０００８】
このウエハは、光出射端面に沿ってへきかいされ、光出射端面にＳｉＯのＡＲコーティング６３を被着する。このＡＲコーティング６３の反射率は０．２％、非注入領域５９により後方端面から電流注入領域５８に帰還する光パワーの割合は０．００１％以下でありレーザ発振が抑圧されてＳＬＤとしての動作が実現される。これらの工程を終えたウエハを所定の大きさ（３００μｍおよび４００μｍ程度）に分割しチップ状の素子とする。
【０００９】
このＳＬＤデバイスは、注入電流１５０ｍＡにおいて光出力４ｍｗ程度、また、光スペクトラム半値全幅約２０ｎｍが得られ、ＡＲコーティング６３と非注入領域５９の効果により光スペクトラムのリップルは５％程度である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のＳＬＤにおいては、レーザ発振を抑圧するために、電流注入領域に続けて、非注入領域を形成し、活性層の端面での反射を抑えていたが、この電流注入領域と非注入領域との境界で電極およびリッジ導波路が突然切れているので、この境界で急激な注入キャリヤ量の差および導波路の不連続が生じる。この結果、この境界で電流注入領域と非注入領域の等価屈折率は急激に変化して、光の反射が起こりファブリペローモードによりスペクトルに強度変調が生じるという欠点があった。
【００１１】
本発明は、電流注入領域と非注入領域との境界で生じる導波路の等価屈折率の急激な変化に伴う出力光のスペクトルの強度変調を少なくしたＳＬＤを提供する。
【００１２】
【発明が解決しようとする手段】
本発明にかかるスーパールミネッセントダイオードは、半導体基板１と、前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層２と、前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層３と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層４と、前記第２クラッド層上に形成されたコンタクト層５と、前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部１４と、前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域１１とを備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプの幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８を設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域１３との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少する遷移領域１２を形成したものである。
【００１５】
また、本発明にかかるスーパールミネッセントダイオードは、半導体基板１と、前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層２と、前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層３と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層４と、前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層５と、前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部１４と、前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域１１と、前記電流注入部をストライプ状に形成するためにその両側に沿って設けられたリッジ形成用の溝６、６とを備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその幅が徐々に狭くなる溝端部２１とを設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域１３との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少するとともに等価屈折率が徐々に増加する遷移領域１２を形成したものである。
【００１６】
また、本発明にかかるスーパールミネッセントダイオードは、半導体基板１と、前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層２と、前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層３と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層４と、前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層５と、前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部１４と、前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域１１と、前記電流注入部をストライプ状に形成するためにその両側に沿って設けられたリッジ形成用の溝６、６とを備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその深さが徐々に浅くなる溝端部２１−１とを設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域１３との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少するとともに等価屈折率が徐々に増加する遷移領域１２を形成したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）は、活性層に電流を注入する電流注入部で画成される電流注入領域と、注入しない非注入領域との間に、電流の注入量が徐々に減少する電流注入端部を設けて遷移領域を挿入した。
【００１８】
活性層で形成される導波路部の等価屈折率が電流注入部の先端部で急激な変化をしないようにして、この面での反射を少なくしてスペクトルの強度変調を防ぐことができる。
【００１９】
電流の注入量が徐々に減少する電流注入端部は、電流注入用の電極またはコンタクト層の形状を電流注入領域から非注入領域に向けて徐々に幅を狭くしている。また、電流注入部の両側のリッジ形成用の溝の幅を徐々に狭くするか、溝の深さを徐々に浅くする。これによて等価屈折率を徐々に増加させるようにしている。
【００２０】
【実施例】
本発明の第１の実施例を図１および図２を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例の構成を示す図、図２は本発明の実施例に用いられる元ウエハの構成を示す図である。
【００２１】
図２に示す元ウエハは、ｎ−ＩｎＰの半導体基板１上に、ＭＯＶＰＥ法により次の各層を順次成長させた層構造で成るものである。
【００２２】
▲１▼ ｎ−ＩｎＰの第１のクラッド層２。
【００２３】
▲２▼ ＩｎＧａＡｓＰの活性層３。
【００２４】
▲３▼ ｐ−ＩｎＰの第２のクラッド層４。
【００２５】
▲４▼ ｐ−ＩｎＧａＡｓのコンタクト層５。
【００２６】
図１に示す第１の実施例は、図２の元ウエハを用いて形成される。図１において、（ａ）はこの実施例のＳＬＤを元ウエハの上側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面を示す図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ´断面を示す図である。
【００２７】
図１において、６は溝、７は誘電体層、８はエッチストップ層、１１は電流注入領域、１２は遷移領域、１３は非注入領域、１４は電流注入部となるリッジ部分、１５は第１の電極、１６は第２の電極、１７はＡＲコーティング、１８は電流注入端となるコンタクト層５の突部、１９は前記コンタクト層５のエッチング部、２０は他端部である。
【００２８】
溝６は、図１（ａ）の上下の中央部を挟んでエッチストップ層８までの深さで、ＡＲコーティング１７の側から中に向かって掘られていて、リッジ部分１４を形成する。コンタクト層５は、図１（ａ）の遷移領域１２および非注入領域１３のうち、点線で区別された右側のコンタクト層エッチング部１９がエッチングされ、点線の左側部分のみが残されている。このコンタクト層５の残された部分のうちリッジ部分１４の上側のコンタクト層が電流注入部であり、これに続くコンタクト層５の突部が長さ約２００μｍの電流注入端部（以下コンタクト層の突部ともいう）１８である。この電流注入端部１８は、電流注入領域１１に接する所で幅がほぼ３μｍである。
【００２９】
この電流注入部１４および電流注入端部１８を除いて誘電体層７が形成され、その上の全体に第１の電極１５が形成される。
【００３０】
半導体基板１の下側には第２の電極１６が備えられていて、第１の電極１５との間に電流が流される。なお電流注入部１４の存在する領域が電流注入領域１１、電流注入端部１８の存在する領域が遷移領域１２、電流を注入しない領域が非注入領域１３である。
【００３１】
活性層３のうち、溝６、６で挟まれたリッジ部分１４の下側に相当する部分は、周囲を低屈折率（３．１程度）で囲まれた高屈折率部分（３．５程度）となり、導波路部と呼ばれている。
【００３２】
次に動作について説明する。
【００３３】
第１の電極１５と第２の電極１６との間に電流が流されると、電流注入部１４および電流注入端部１８を経由して活性層３に電流が注入されて発光する。このとき、活性層３の等価屈折率は、遷移領域１２において、電流注入端部１８が徐々に幅を狭くして設けられているので、徐々に変化するようになっている。
【００３４】
そのため、活性層３で発生した光は、電流注入領域１１から非注入領域１３にかけて反射することなく散乱するので、発光スペクトルの強度変調成分を従来の１／２程度に少なくしたＳＬＤを得ることができる。
【００３５】
次に、図３を参照して本発明の第２の実施例を説明する。図３は、本発明の第２の実施例の構成を示す図であり、Ａ−Ａ´断面は図示はしないが、図１（ｂ）と同様である。第２の実施例は、図１に示す第１の実施例と比較して、電流注入端部１８および溝６の形状が相違する。
【００３６】
すなわち、図３に示した第２の実施例は、図１に示す溝６は、リッジ部分１４の両側部から徐々に幅が狭くなりながら図面の右方向に延在して、溝端部（以下、溝の突部ともいう）２１がリッジ部分１４の突部２２をほぼ長方形状に形成している。
【００３７】
コンタクト層５のエッチング部１９−１は図３の点線で区分された右側となり、溝の突部２１およびリッジ部分の突部２２を残してエッチングされている。
【００３８】
第２の実施例において、電流注入は、リッジ部分１４上のコンタクト層５およびリッジ部分の突部２２上のコンタクト層５を通して行われる。遷移領域１２では、電流注入領域１１側で幅約１０μｍで、長さが２００μｍの溝の突部２１が非注入領域に向って徐々に狭くなっているので、導波路部の等価屈折率が徐々に非注入領域１３の等価屈折率へ変化する。
【００３９】
この場合、光が等価屈折率の変化に感じるのは、遷移領域１２の後半分と考えられる。従って上記寸法は設計の条件によって変化するものである。
【００４０】
次に、図４を参照して本発明の第３の実施例を説明する。図４は、本発明の第３の実施例の構成を示す図であり、Ａ−Ａ´断面は図示はしないが、図１（ｂ）と同様である。第３の実施例は、図１に示す第１の実施例と比較して、電流注入端部１８および溝６の形状が相違する。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ´断面を示す図である。
【００４１】
すなわち、図４に示した第３の実施例は、図４に示すように、リッジ部分１４の両側部から徐々に幅が拡がり、深さが浅くなりながら図面の右方向に延在する溝の突部２１−１がリッジ部分の突部２２をほぼ長方形状に形成している。この溝の突部２１−１の深さは図４（ｂ）において、活性層３と誘電体層７との間隔で表すと、電流注入領域１１側で０．２〜０．３μｍ、非注入領域１３側で２〜３μｍ、遷移領域１２の長さは約２００μｍ程である。
【００４２】
コンタクト層５のエッチング部１９−１は第２の実施例と同様に図４の点線で区分された右側となり、溝の突部２１−１およびリッジ部分の突部２２を残してエッチングされている。第３の実施例において、電流注入は、リッジ部分１４上のコンタクト層５およびリッジ部分の突部２２上のコンタクト層５を通して行われる。遷移領域１２は、溝の突部２１−１が徐々に浅くなっているので、導波路部の等価屈折率が徐々に変化し、非注入領域１３の等価屈折率に近づく。この場合、光が等価屈折率の変化に感じるのは、遷移領域１２に入ってすぐ１μｍ程度と考えられる。従って、上記寸法は設計の条件によって変化するものである。
【００４３】
次に、図５を参照して本発明の第４の実施例を説明する。図５は、本発明の第４の実施例の構成を示す図であり、Ａ−Ａ´断面は図示はしないが、図１（ｂ）と同様である。第４の実施例は、図１に示す第１の実施例と比較して、溝６の形状が相違する。
【００４４】
すなわち、図５に示した第４の実施例は、図１に示す溝６の先端でリッジ部分１４の両側部から徐々に幅が狭くなりながら図面の右方向に延在する溝の突部２１を形成し、これによって、リッジ部分の突部２２がほぼ長方形状に形成されている。
【００４５】
コンタクト層５のエッチング部１９は第１の実施例と同様に図５の点線で区分された右側となり、電流注入領域１１の右側はコンタクト層の突部１８を残してエッチングされている。第４の実施例において、電流注入は、リッジ部分１４上のコンタクト層５およびコンタクト層の突部１８を通して行われるが、コンタクト層の突部１８が徐々に狭くなっているので、活性層３は、電流注入の幅が徐々に狭くなって、注入電流が減少し、その結果、注入密度が徐々に小さくなる。また、溝の突部２１が徐々に狭くなっているので遷移領域１２の導波路部の等価屈折率が徐々に変化し、非注入領域１３の等価屈折率に近づく。
【００４６】
次に、図６を参照して本発明の第５の実施例を説明する。図６は、本発明の第５の実施例の構成を示す図であり、Ａ−Ａ´断面は図示はしないが、図１（ｂ）と同様である。第５の実施例は、図１に示す第１の実施例と比較して、電流注入端部１８および溝６の形状が相違する。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ´断面を示す図である。
【００４７】
すなわち、図６に示した第５の実施例は、図１に示すように、リッジ部分１４の両側部から、徐々に幅が拡がり、深さが浅くなりながら図面の右方向に延在する溝の突部２１−１がリッジ部分の突部２２をほぼ長方形状に形成している。
【００４８】
コンタクト層５のエッチング部１９は第１の実施例と同様に図６の点線で区分された右側となり、電流注入流域１１より右側は、コンタクト層の突部１８を残してエッチングされている。
【００４９】
第５の実施例において、電流注入は、リッジ部分１４上のコンタクト層５およびリッジ部分の突部２２上のコンタクト層の突部１８を通して行われるが、コンタクト層の突部１８が徐々に浅くなっているので、活性層３は、電流注入の大きさが徐々に少なくなるとともに、注入密度が徐々に小さくなり、等価屈折率が徐々に変化する。また、溝の突部２１−１が徐々に浅くなっているので、遷移領域１２の等価屈折率が徐々に変化し、非注入領域１３の等価屈折率に近付く。
【００５０】
図７を参照して第６の実施例を説明する。図７は本発明の第６の実施例の構成を示す図で、埋込み形ＳＬＤの例である。埋込み形の場合も、リッジ形と同様に図２に示された元ウエハを用いて形成される。
【００５１】
図７において、（ａ）はこの実施例のＳＬＤを元ウエハの上側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面を示す図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ´断面を示す図である。
【００５２】
図７において、２３は第１の電流狭窄層、２４は第２の電流狭窄層、２５は反射角変換用溝、２６は第１の電極の突部であり、その他の符号は図１と同じである。
【００５３】
図７（ｃ）に示すように、活性層３は、第２のクラッド層４とともに、第１の電流狭窄層２３および第２の電流狭窄層２４に挟まれて、細く形成されて導波路部を形成しており、上側から見ると図７（ａ）の一点鎖線で示すようになっている。
【００５４】
コンタクト層５は図７（ａ）において、電流注入領域１１の全域と遷移領域１２の点線で囲まれた中央部とに形成され、その上に、電流注入領域１１には、第１の電極１５が形成され、第１の電極１５に隣接して遷移領域１２を形成する第１の電極の突部２６が他端部２０に向かって徐々に幅が狭くなるように形成されている。
【００５５】
なお、反射角変換用溝２５は、活性層３を他端部２０へ向う光が反射して活性層３に戻ってくるのを防ぐためにもうけられたものである。
【００５６】
次に、図８を参照して本発明の第７の実施例を説明する。図８の実施例は、図７に示す第６の実施例と比較して、活性層３の形状が相違する。
【００５７】
すなわち、第７の実施例は、一点鎖線で示す活性層３の幅が徐々に拡がりながら反射角変換用溝２５まで形成されている。
【００５８】
そのため、他端部２０からの反射が少なくなり、出力光スペクトルにリップルの少ない出射光を得ることができる。
【００５９】
図９を参照して本発明の第８の実施例を説明する。図９の実施例は、図７に示す第６の実施例と比較して活性層３の形状が相違するほか、反射角変換用溝２５が省略されている。
【００６０】
すなわち、第８の実施例においては、図９に示すように活性層３は、遷移領域１２から非注入領域１３において、徐々に図面上方に曲げられ、他端部２０には到達せずに上方の端に到達するように形成されている。
【００６１】
そのため、活性層３の電流注入領域１１で発光した光は、遷移領域１２から非注入領域１３までの間に活性層３の形状にしたがって上方に曲がりながら上方の端に到達するが、一部は、他端部２０の方向に漏洩して消滅する。
【００６２】
以上の第１乃至８の実施例において、電流注入領域１１から遷移領域１２の方向に進んだ光は、電流注入領域１１に戻ることがないので、出力光スペクトルのリップルを従来の１／２程度に少なくした出射光を得ることができる。
【００６３】
なお、遷移領域１２における導波路部の等価屈折率は、電流注入領域１１の境界においては、電流注入領域１１の等価屈折率にほとんど等くなっており、非注入領域１３の境界においては、非注入領域１３の等価屈折率にほとんど等しくなっており、その間において、徐々に等価屈折率が増加するようになっている。
【００６４】
次に本発明の第１の実施例のリッジ導波路形ＳＬＤの構成を製造方法を含めて、図１および図２を参照して詳しく説明する。
【００６５】
（１） 図２に示す元ウエハは、ｎ−ＩｎＰの半導体基板１上に、ＭＯＶＰＥ法によって次の各層構造を成長する。
【００６６】
▲１▼ 第１のクラッド層２は、ｎ−ＩｎＰ層で厚さ１．５μｍ。
【００６７】
▲２▼ 活性層３は、ＭＱＷ層（ＩｎＧａＡｓＰ層１．３１μｍ組成／ＩｎＧａＡｓＰ層１．０８μｍ組成２０対）で厚さ０．１５μｍ、またはバルク（ＩｎＧａＡｓＰ層１．３１μｍ組成）厚さ０．１５μｍ。
【００６８】
▲３▼ 第２のクラッド層４は、ｐ−ＩｎＰ層で厚さ２．３μｍ。
【００６９】
▲４▼ コンタクト層５は、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層で厚さ０．６μｍ。
【００７０】
（２） リッジ形成をする。
【００７１】
▲１▼ 溝６を形成するために、溝６を形成する部分を除いてレジストをパターニングする。電流注入領域１１の長さは４００〜７００μｍ、遷移領域１２および非注入領域１３の長さはそれぞれ２００μｍ程度とする。
【００７２】
▲２▼ このレジストをマスクしてコンタクト層５を化学エッチング（Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１：４０）でエッチングした後レジストを除去する。
【００７３】
▲３▼ コンタクト層５をマスクにして、第２のクラッド層４を化学エッチング（ＨＣＬ：Ｈ2 Ｏ＝１．５：１）で活性層３の上０．３μｍまでエッチングする。
【００７４】
（３） コンタクト層５のエッチング。
【００７５】
レジストをマスクとして、図１の点線で区画された右側の部分のコンタクト層５をドライエッチングでエッチングする。
【００７６】
（４） 酸化膜の形成と窓開け。
【００７７】
以上の成長面に、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ2 （誘電体層７）を厚さ０．４μｍに成膜した後、図１のリッジ部分１４およびコンタクト層の突部１８上のＳｉＯ2 をドライエッチングにより窓開けする。
【００７８】
（５） 第１の電極１５の蒸着。
【００７９】
成長面に電子ビーム蒸着によりＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをそれぞれ０．０２／０．０５／０．２μｍの厚さに蒸着する。
【００８０】
（６） 研磨。
【００８１】
半導体基板１の下側を機械研磨により、層厚１２０μｍまで研磨する。その後化学エッチング（ＨＣｌ：Ｈ3 ＰＯ4 ＝１：１）で厚さ１００μｍまで研磨する。
【００８２】
（７） 第２の電極１６の蒸着。
【００８３】
研磨後、半導体基板１の下側に電子ビーム蒸着によりＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをそれぞれ０．０２／０．０５／０．２μｍの厚さに蒸着する。
【００８４】
（８） アロイ。
【００８５】
４１０℃で６０秒の条件で、蒸着した金属をアロイする。
【００８６】
（９） へきかい。
【００８７】
ＡＲコーティング１７をする面をバー状にへきかいする。
【００８８】
（１０） へきかい面に反射率０．２％のＳｉＯを蒸着しＡＲコーティングする。
【００８９】
（１１） チッピングバーを各素子に切り離す。
【００９０】
以上の工程により、本発明の第１の実施例のリッジ導波路形ＳＬＤを製造することができる。
【００９１】
なお、第２の実施例乃至第５の実施例は遷移領域１２における溝やコンタクト層などの形状が相違するだけで、同じような工程で製造することができる。
【００９２】
次に、本発明の第６の実施例の埋め込み導波路形ＳＬＤを製造方法を含めて図７を参照して詳しく説明する。
【００９３】
（１） 図２に示す元ウエハを使用する。但し、コンタクト層５の層厚は０．３μｍとする。
【００９４】
（２） メサエッチング
▲１▼ 化学エッチング（Ｈ3 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝３：１：１）でコンタクト層５を除去する。
【００９５】
▲２▼ 図７（ａ）の導波路が形成される１点鎖線で囲まれた部分の上側に、ＳｉＮX 膜を０．０８μｍの厚さに成膜する。
【００９６】
このＳｉＮX 膜をマスクにして化学エッチング（ブロムメタノールおよび塩酸系）で、図７（ｃ）の第１および第２の電流狭窄層２３，２４に相当する部分をエッチングして活性層３の幅２μｍのメサを形成する。このメサの部分が導波路を構成する。
【００９７】
（３） ＢＨ成長（Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）
エッチングで除去した部分に第１および第２の電流狭窄層２３，２４の埋め込み層を再成長する。
【００９８】
（４） コンタクト層５の成長
ＳｉＮX 膜を除去した後、成長面にｐ−ＩｎＧａＡｓ（ｐドープ量１×１０19ｃｍ-3）のコンタクト層５を０．３μｍの厚さに成長する。
【００９９】
（５） 第１の電極１５の蒸着
▲１▼ レジストをマスクとしてコンタクト層５の一部をドライエッチングで除去する。除去する部分は、図７（ａ）の遷移領域１２の点線で囲まれた外側および非注入領域１３である。
【０１００】
▲２▼ コンタクト層５上の図７（ａ）の点線で区分された左側部分に、リフトオフ法を用いて第１の電極１５としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをそれぞれ厚さ０．０２／０．０５／０．２μｍに蒸着する。
【０１０１】
（６） 反射角変換用溝２５の形成。（図９の第８の実施例においては不要）
ＳｉＮX 膜をマスクとして化学エッチング（ブロムメタノール）で深さ１０μｍの溝２５を形成する。溝２５の上面における傾き角は６０゜とする。溝２５を形成後ＳｉＮX 膜を除去する。
【０１０２】
（７） 研磨
半導体基板１の下側を機械研磨により、層厚１２０μｍまで研磨する。その後化学エッチング（ＨＣｌ：Ｈ3 ＰＯ4 ＝１：１）で厚さ１００μｍまで研磨する。
【０１０３】
（８） 第２の電極１６の蒸着
研磨後、半導体基板１の下側に電子ビーム蒸着によりＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをそれぞれ０．０２／０．０５／０．２μｍの厚さに蒸着する。
【０１０４】
（９） アロイ
４１０℃で６０秒の条件で、蒸着した金属をアロイする。
【０１０５】
（１０）へきかい
ＡＲコーティング１７をする面をバー状にへきかいする。
【０１０６】
（１１） へきかい面に反射率０．２％のＳｉＯを蒸着しＡＲコーティングする。
【０１０７】
（１２） チッピング
バーを各素子に切り離す。
【０１０８】
以上の工程により、本発明の第６の実施例の埋め込み導波路形ＳＬＤを製造することができる。
【０１０９】
なお、第７の実施例乃至第９の実施例は遷移領域１２および非注入領域１３における埋め込み層などの形状が相違するだけで、同じような工程で製造することができる。
【０１１０】
本発明の実施例のＳＬＤの用途の一例を説明する。
【０１１１】
まず、波長分割多重通信のキャリアとして用いる場合には、本発明のＳＬＤの波長スペクトルが、１．５３μｍから１．５６μｍをカバーし、その間の強度リップルは２．５％と小さいので、その中から必要とする波長の光をフィルタで抽出して波長によるリップルが少ないキャリアとして利用することができる。
【０１１２】
また、光スペクトラムアナライザの基準波長光として用いる場合には、本発明のＳＬＤの出力をＣ2 Ｈ2 （アセチレン）ガスを通過させて、１．５５５μｍの光吸収スペクトルを作り、光スペクトラムアナライザの図面上に表示することにより、波長軸（横軸）の１．５５５μｍ点を校正することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明にかかるスーパールミネッセントダイオードは、半導体基板１と、前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層２と、前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層３と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層４と、前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層５と、前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部１４と、前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域１１とを備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプの幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８を設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域１３との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少する遷移領域１２を形成したので、電流注入領域１１の電流注入部１４の端部において、等価屈折率の急激な変化を防止して、発光スペクトルに強度変調のないスーパールミネッセントダイオードを提供することができる。
【０１１４】
また、本発明の請求項２にかかるスーパールミネッセントダイオードは、半導体基板１と、前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層２と、前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層３と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層４と、前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層５と、前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部１４と、前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域１１と、前記電流注入部をストライプ状に形成するためにその両側に沿って設けられたリッジ形成用の溝６、６とを備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ状に延びる電流注入端部２２と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその幅が徐々に狭くなる溝端部２１を設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域１３との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って等価屈折率が徐々に増加する遷移領域１２を形成したものであり、さらに、本発明の請求項３にかかるスーパールミネッセントダイオードは、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ状に延びる電流注入端部２２と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその深さが徐々に浅くなる溝端部２１−１を設けており、本発明の請求項４にかかるスーパールミネッセントダイオードは、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその幅が徐々に狭くなる溝端部２１とを設けており、本発明の請求項５にかかるスーパールミネッセントダイオードは、前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ幅が徐々に狭くなる電流注入端部１８と、前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその深さが徐々に浅くなる溝端部２１−１とを設けているので、電流注入領域から非注入領域に向って等価屈折率が徐々に増加する遷移領域１２を形成することにより、電流注入領域１１への反射光の流入を少なくし、発光スペクトルの強度変調を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例に用いられる元ウエハの構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例の構成を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施例の構成を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施例の構成を示す図である。
【図７】本発明の第６の実施例の構成を示す図である。
【図８】本発明の第７の実施例の構成を示す図である。
【図９】本発明の第８の実施例の構成を示す図である。
【図１０】従来のスーパールミネッセントダイオードの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ 第１のクラッド層
３ 活性層
４ 第２のクラッド層
５ コンタクト層
６ 溝
７ 誘電体層
８ エッチストップ層
１１ 電流注入領域
１２ 遷移領域
１３ 非注入領域
１４ リッジ部分
１５ 第１の電極（電流注入部）
１６ 第２の電極
１７ ＡＲコーティング
１８ コンタクト層の突部（電流注入端部）
１９ コンタクト層のエッチング部
２０ 他端部
２１ 溝端部（溝の突部）
２２ リッジ部分の突部
２３ 第１の電流狭窄層
２４ 第２の電流狭窄層
２５ 反射角変換用溝
２６ 第１の電極の突部
Claims (3)
- 半導体基板（１）と、
前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層（２）と、
前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層（３）と、
前記活性層上に形成された第２のクラッド層（４）と、
前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層（５）と、
前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部（１４）と、
前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域（１１）と、を備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、
前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプの幅が徐々に狭くなる電流注入端部（１８）を設け、もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域（１３）との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少する遷移領域（１２）を形成したことを特徴とするスーパールミネッセントダイオード。 - 半導体基板（１）と、
前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層（２）と、
前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層（３）と、
前記活性層上に形成された第２のクラッド層（４）と、
前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層（５）と、
前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部（１４）と、
前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域（１１）と、
前記電流注入部をストライプ状に形成するためにその両側に沿って設けられたリッジ形成用の溝（６，６）と、を備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、
前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ幅が徐々に狭くなる電流注入端部（１８）と、
前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその幅が徐々に狭くなる溝端部（２１）とを設け、
もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域（１３）との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少するとともに等価屈折率が徐々に増加する遷移領域（１２）を形成したことを特徴とするスーパールミネッセントダイオード。 - 半導体基板（１）と、
前記半導体基板上に形成された第１のクラッド層（２）と、
前記第１のクラッド層上に形成され一端を光の出射端とする活性層（３）と、
前記活性層上に形成された第２のクラッド層（４）と、
前記第２のクラッド層上に形成されたコンタクト層（５）と、
前記コンタクト層上に前記出射端側から他端側へ向けてストライプ状に延び前記活性層に電流を注入するための電流注入部（１４）と、
前記電流注入部の先端で区画される電流注入領域（１１）と、
前記電流注入部をストライプ状に形成するためにその両側に沿って設けられたリッジ形成用の溝（６，６）と、を備えたスーパールミネッセントダイオードにおいて、
前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてストライプ幅が徐々に狭くなる電流注入端部（１８）と、
前記電流注入端部の両側に沿って設けられ前記電流注入部の先端から前記他端側へ向けてその深さが徐々に浅くなる溝端部（２１−１）とを設け、
もって、前記電流注入領域と、電流を注入しない非注入領域（１３）との間に、前記電流注入領域から非注入領域に向って、注入する電流が徐々に減少するとともに等価屈折率が徐々に増加する遷移領域（１２）を形成したことを特徴とするスーパールミネッセントダイオード。
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