JPH02205365A - スーパールミネッセントダイオード - Google Patents

スーパールミネッセントダイオード

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JPH02205365A
JPH02205365A JP8925289A JP2528989A JPH02205365A JP H02205365 A JPH02205365 A JP H02205365A JP 8925289 A JP8925289 A JP 8925289A JP 2528989 A JP2528989 A JP 2528989A JP H02205365 A JPH02205365 A JP H02205365A
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JP
Japan
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layer
quantum well
well structure
sld
light
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Pending
Application number
JP8925289A
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English (en)
Inventor
Etsuo Noguchi
野口 悦男
Juichi Noda
野田 壽一
Haruo Nagai
治男 永井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光フアイバジャイロを始めとする各種光計測
の分野での光源として有用な、インコヒーレントな光を
大きな強度と小さな放射角で放射できる事を特徴とする
スーパールミネッセントダイオード(SLD)に関する
ものである。特に従来の発明に係わるものよりも、より
小さい電流で大きな光出力を得られること、放射する光
の偏波方向を揃えることができることなどに大きな特徴
を有する。
〔従来の技術〕
活性層端面から大出力のインコヒーレント光を取り出そ
うとするSLDでは電流の注入で活性層内に生じている
利得により活性層内で発生した光をファブリペロ(FP
)モードでレーザ発振させることなく増幅する。従って
FPモードによるレーザ発振を抑圧することが重要であ
る。高性能化のためには活性層の光導波路としての特性
、素子全体のサイズや電気的特性はレーザダイオードと
殆ど同様に作られるので電流の高注入下でもFPモード
を抑えるには素子端面での光の反射率を可能な限り低減
することが重要である。このために、端面の無反射(A
R)コート、非励起領域の設置、端面の斜めエツチング
、端面埋め込みによるウィンドー構造、曲がり導波路等
の各種対策が実施されてきた。
以上述べてきたように従来のSLDの開発においては端
面での光の反射を減少させる事に重点がおかれ、その活
性層の光学的特性に関してはあまり注意が払われず、活
性層の厚みとしては0.1−0.2μm程度のいわゆる
ダブルへテロ(DH)構造が利用されてきた。このため
に放射される光の偏波状態としてはいわゆるTI!と7
M偏波が混在し、使用にあたってはフィルタを用いて不
要な光を除去していた。しかし同一活性層中からTE、
 TMの両部波光が放出されるということは7877M
間での光強度分配の揺らぎに伴う不安定性を生じ、高精
度な光計測のための光源としては雑音要因を内在させて
いた。
また、高い光出力を得るためには活性層に大きな電流を
注入する必要がある。SLDはレーザダイオードと異な
り量子効率が低いため大電流注入下では活性層の発熱が
著しく素子の信頬性に深刻な影響を与えてきた。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はこれらの従来素子の有する欠点を解決するため
になされたもので、小さな注入電流で大きな光出力を得
ることが出来、放射光中の偏波状態はTHモードに統一
されたSLDを提供し、もって高精度な光計測用光源を
供給可能とすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この目的達成のため、本発明のSLDは光を発生する活
性部に量子井戸構造をとって電子と正札の各々がもつエ
ネルギー揺らぎを小さくしたものとし励起電流に対して
効率的に発光するようにした。
ここで、本発明でいうSLDと他のダイオードとの差異
を述べる。
SLDは電流−光出力特性が発光ダイオード(LED)
の特性にくらべて非直線性が強く、注入電流を僅かに増
すと光出力が急激に増え、注入電流によるスペクトルの
依存性もLEDにくらべて変化が大きい。このため、注
入電流を僅かに増すとスペクトルの幅が著しく狭くなる
。しがもSLDのコヒーレント長はレーザダイオードの
それが数十cm以上であるのに対して、数鵬以下のもの
をいう。
また、量子井戸構造とは、井戸層の厚みが300Å以下
のものをいい、多重量子井戸構造とは、バリヤ層の厚み
が200Å以下のものをいう。
〔作 用〕
量子井戸構造は高性能なレーザダイオードの活性部への
応用を初めとして各種光素子への応用が盛んに試みられ
ているがSLDへの応用例はこれまで全く知られていな
い。レーザの活性層としてながめたとき量子井戸構造は
普通のDB構造を利用したものとくらべて次の2点にお
いて特徴を有する。
l)発振しきい値密度が小さい 2)TE偏波状態で発振する 1)の特徴は階段状に形成された状態密度に起因するも
ので、小さな注入電流でも大きな利得が得られることを
示している。また2)の特徴は量子井戸構造では電子と
重い正孔の結合が支配的であることに起因している。こ
れらの特徴をSLDに応用すると1)は小さな注入電流
で大きな光出力が得られることに対応し、2)はTE偏
波での発光を意味する。この様な特徴は自然放出光をそ
のままの状態で取り出して使用する発光ダイオードでは
何らの利点になるものではない。しかしながらレーザ発
振には至らせずにいわゆるsingle passga
in (単一通過利得)を利用する光素子にとってはレ
ーザ素子と同様重要な特性である。例えばSLD以外に
進行波型光増幅器にとっても1)の特性は非常に好まし
い。しかし、増幅器と言う観点からすれば量子井戸構造
は↑E偏波に対する選択性が強すぎて外部から、特に光
ファイバを介して入ってくる偏波面が時間的に揺らいで
いる信号を扱うには2)の特性は好ましいものとはいえ
ない。
この点、SLDへの応用はすでに述べた様に量子井戸構
造の特徴を充分に生かすもので、しかもレーザ素子とは
異なった観点からの、これまでに全く試みられていない
利用の方法である。
〔実施例〕
第1図は本発明のSLDの構造の一実施例を示す。
SLDの製作に当たっては先にも述べた様に端面の光反
射率を低減する構造が重要であるが本発明の目的の為に
はどの様な構造であっても採用する事ができる。第1図
は反射防止のために光出射端の反対側に非励起領域を設
置した例であり、半導体材料としては1nGaAsP/
 InP系材料が用いられている。
本発明のSLDを得るには、1回目の成長とし液相成長
法(LPE)及び気相成長法(VPE、 MO−CVD
)又は分子線エピタキシー(MBB)法等により、n形
InP基機上1上にn形Ga1nAsP光ガイド層(λ
:1.3μm組成)2、ノンドープ多重量子井戸層3(
バリヤ層1nP 、井戸層Ga1nAsP、バリヤ層厚
み200人、井戸層厚み50人、井戸層のInGaAs
P層の組成はバンドギャップ換算波長で1.5μm)p
形1nPクラッド層4、p形InGaAsP電極層(λ
:1.1μm組成)5を成長する。
次に、RP2極スパッタ又はCVD法等によりSing
もしくはSiN等の薄膜をp形Ga1nAsP電極層5
の全表面に形成する。その後活性層を埋め込むためにフ
ォトエツチング技術を用いてこれらの薄膜を<110>
方向に沿った巾4〜5μmのストライブ状に加工した。
このS’rOtのストライブ薄膜もしくはSiNストラ
イブ薄膜をマスクとして利用し、ブロムメタノール4%
溶液により5,4,3.2の各層を基板1に達するまで
エツチングして逆メサ状の積層体を形成する。
次に、2回目の成長としてLPEにより、エツチングに
より取り除いた部分にp形1nP層6、及びn形1nP
層7の電流狭窄用埋め込み成長を行った。
こうして得たウェハの上面にはAu−Znを蒸着してp
形オーミック電極8をフォトエツチング技術を用いて電
流注入領域9にのみ形成し、また基板1側には全体の厚
みが80μm程度になるまで研磨したのちAu−Ge−
Niを蒸着し、n形オーミック電極11を全面に形成し
た。こうして得た素子の各層の構成は第1図の状態にお
いて、次の通りであり、各結晶層はInPの格子定数に
合致している。
1:Snドープn形InP基板、厚み80 um :キ
ャリア密度3 X 10 ”elm−”、EPD 5 
X 10’ Cl11−”2:n形Ga1nAsP光ガ
イド層、厚み0.2pm。
Snドープ、キャリア密度5 X 10 ”cm−”3
:ノンドープ多重量子井戸層、井戸層数7層平均キャリ
ア密度6X10Ibロー3 4:p形1nP結晶層、厚み1.5μm、Znドープ、
キャリア密度5 X I Q l?C11−”5:p形
Ga1nAsP電極層、厚み0.7μm5Znドープ、
キャリア密度5 X 10 ”cm−’6:p形1nP
電流狭窄層、厚み’if、5μm5Znドープ、キャリ
ア密度I X 10 ”Cl−37:n形1nP電流狭
窄層、厚み!=:1.5μm、Snドープ、キャリア密
度I X 10 ”Cff1−”素子各部のサイズは電
流注入領域8の長さが300μm、非励起領域10の長
さが200μm、活性領域中が2μmである。この素子
をAuSnハンダによりStヒートシンク上にマウント
として電流、光出力特性を測定したところ25°C連続
動作において電流注入に従って光出力はレーザ発振する
ことなく増加し、150mAにおいて5mWのインコヒ
ーレント光出力を得ることができた。光出力のピーク波
長は1.31μm、スペクトルの半値巾は250人であ
り、スペクトル形状はなめらかで、干渉計を用いて測定
したコヒーレント長は50μm以下であった。
この素子の光出射側端面にARコートを施して光の反射
率を低下させたところ光出力は上昇し150mAで15
mWを得た。
尚、本発明はn形InP 5板を用いた例について説明
したが、p形1nP基板を使用しても効果は同じであり
、その場合は各構造においてn形領域とp形領域を入れ
替えれば良い。又、実施例では埋込ミへテロ構造(BH
)タイプ、埋め込み形SLDについて述べたが、他の二
重チャネルブレーナ埋込みへテロ構造(DCPBH)等
のタイプでも同様の効果を得ることが出来る。
上記の実施例1では波長1.5μmのInPGaInA
sP系の半導体について説明したが、GaAs −Ga
AIAs系半導体を用いた発光素子についても本発明が
適用できることは明らかであり、さらにFPモード抑圧
のための機構としてもこの実施例で述べた直線状の非励
起領域の設置だけに限られるものではないことも明らか
である。
〔発明の効・果〕
以上述べたごとく本発明によれば、SLDの活性層とし
て量子井戸構造を採用したことにより電子と正孔のもつ
エネルギーの幅が制限されるから、その結果低い注入電
流で大きな光出力が得られ最大光出力も著しく向上した
。また光の偏波状態もTE波に統一された。この事によ
り高い信軌度を有し雑音の少ないSLDが製作可能とな
った。量子井戸構造では自然放出光に対する吸収係数が
大きくなることが良く知られており、この事は反射率低
減の為の構造として非励起領域を利用する場合にとって
非常に有利な事情である。もちろん他の様々な反射防止
の機構の応用に当たっての制限事項は全くない。
さらに量子井戸の様々な構造、各種の埋め込み構造を始
めとする素子構造に対する制約、使用する半導体材料に
対する制約もない事は明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明のSLD構造例を示す平面図、第
1図(b)および(C)は本発明のSLDの構造例を示
す断面図である。 1 ・・・n形1nP基板、2 ・・・n形Ga1nA
sP光ガイド層、3・・・ノンドープGa1nAsP 
/InP多重量子井戸層、4 ・・・p形TnPクラッ
ド層、5 ・P形Ga1nAsP電極層、6・・・p形
1nP電流狭窄層、7・・・n形1nP電流狭窄層、8
・・・p形オーミック電極、9・・・電流注入領域、1
0・・・非励起領域、11・・・n形オーミック電極、
12・・・AR膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. P形領域とN形領域との間に活性層を有するスーパール
    ミネッセントダイオードにおいて、前記活性層が、量子
    井戸構造となっていることを特徴とするスーパールミネ
    ッセントダイオード。
JP8925289A 1989-02-03 1989-02-03 スーパールミネッセントダイオード Pending JPH02205365A (ja)

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