JPH07335981A - 半導体発光素子，レーザアンプ，及び増幅機能を有する波長可変フィルタ - Google Patents

半導体発光素子，レーザアンプ，及び増幅機能を有する波長可変フィルタ

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JPH07335981A
JPH07335981A JP6124830A JP12483094A JPH07335981A JP H07335981 A JPH07335981 A JP H07335981A JP 6124830 A JP6124830 A JP 6124830A JP 12483094 A JP12483094 A JP 12483094A JP H07335981 A JPH07335981 A JP H07335981A
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conductivity
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undoped
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Shoichi Kakimoto
昇一 柿本
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発熱を抑えた、ゆらぎの少ない低雑音な増幅
機能を有する半導体発光素子を得ることを目的とする。 【構成】 ダブルヘテロ構造を有するレーザダイオード
のｐ型ＩｎＰクラッド層３とアンドープＩｎＧａＡｓＰ
活性層２との間に、アンドープｎ型ＩｎＰクラッド層４
を備え、このアンドープｎ型ＩｎＰクラッド層４の厚さ
を、該アンドープｎ型ＩｎＰクラッド層４内における正
孔の拡散長より厚くなるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体発光素子，レー
ザアンプ，及び増幅機能を有する波長可変フィルタに関
し、高感度な光通信システム，及び光スイッチシステム
（光変化システム）に利用される低雑音な半導体発光素
子，レーザアンプ，及び増幅機能を有する波長可変フィ
ルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の低雑音なレーザダイオードとし
て、Journal Optical Society of America,B,p.p.1663-
1666(1987)（以下文献１と称す）に図２７のようなバン
ド構造を有する半導体レーザダイオードが発表されてい
る。この文献１ではＡｌＧａＡｓ系の材料を用いた発光
ダイオードを例にとって説明しているが、同様の構造を
レーザダイオードにも適用できることが示唆されてお
り、図２７は、上記文献１に記載された発光ダイオード
と同様の構造を有するＩｎＰ系レーザダイオードのバン
ド構造を示す図である。図２７において、１はｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層のバンドギャップエネルギー，２はＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層のバンドギャップエネルギー，３はｐ型
ＩｎＰクラッド層のバンドギャップエネルギー，４ａは
真性半導体ＩｎＰ層のバンドギャップエネルギーを示し
ており、真性半導体層４の厚さＬは該真性半導体層４中
における電子の拡散長Ｌｎよりも厚くなるよう形成され
ており、例えばＬ＝２Ｌｎとする。
【０００３】次に動作について説明する。真性半導体層
４ａは、厚さが電子の拡散長よりも厚くなるように形成
されているため、この真性半導体層４において電子が蓄
積し、この蓄積された電子相互間にクーロン反揆力が働
き、電子はランダムにではなく、規則的に活性層２へ注
入される。
【０００４】その結果、レーザ光発生も規則的となり、
光子数のゆらぎの２乗〈Δｎ2 〉＝〈ｎ2 〉−〈ｎ〉2
の値は、電子がランダムに活性層に注入されてコヒーレ
ントな光が発生する場合の値である〈ｎ〉よりも小さく
なる。したがって、ゆらぎを小さくできるから、レーザ
ダイオードの低雑音化が可能となる。なお、〈 〉は平
均を意味し、ｎは光子数を示している。
【０００５】上記文献１によれば真性半導体ＩｎＰ層４
ａを流れる電流ＩL と真性半導体ＩｎＰ層４ａに加わる
電圧ＶL は次式で与えられる。 ＩL ＝（９／８）（εμn ／Ｌ3 ）ＡＶL …(1) εは誘電率，μn は真性半導体ＩｎＰ層の電子の易動
度，Ａは電流が流れる断面積で、Ａ＝ｗ×ｄ（ｗはスト
ライプ幅，ｄは共振器長）となる。レーザ光を光ファイ
バなどを通して受光素子に結合させた場合、受光素子の
光電流のゆらぎの２乗を平均の光電流で割った値Ｆは、
文献１によれば次式で与えられる。 Ｆ＝１＋ηL ・ηC ・ηD （８ｋＴ／ＶL −１）…(2) ηC はレーザ光の光ファイバへの結合効率，ηD は受光
素子の量子効率，ｋはボルツマン定数，Ｔは絶対温度，
ηL はレーザダイオードの量子効率で次式によって与え
られる。
【０００６】
【数１】
【０００７】ηi は内部量子効率であり、αinは内部ロ
ス，Ｒf は共振器の前面反射率，Ｒｒは共振器の裏面の
反射率である。
【０００８】Applied Physical Letter vol.60,p.p.321
7-3219(1992)（以下文献２と称す）によれば、活性層を
歪み量子井戸で形成することにより、ＩｎＧａＡｓＰ系
レーザダイオードでしきい値電流１ｍＡが達成されてお
り、αｉｎは１０cm-1である。ηi の値はＩｎＧａＡｓ
Ｐ系の場合、IEEE Journal of Quantum Electronicsvo
l.QE-24,p.p.29-35(1988) によれば０．８である。Ｒf
＝１％，Ｒｒ＝９０％，ηC ＝０．６５，ηD ＝０．９
０とすると、ηL ・ηC ・ηD ＝０．３２となり、光出
力５ｍｗでの動作電流は、上記式より１１ｍＡとなる。
【０００９】ＩｎＰ結晶で、熱平衡時のフェルミエネル
ギーがバンドギャップの中央付近にくる真性半導体を得
るには、例えばバンドギャップエネルギーが１．３５ｅ
ＶのＩｎＰに対して、不純物準位が伝導帯から０．６５
ｅＶに位置するＦｅをドープしてやればよい。S.Adach
i,"Properties of Indium Phosphide,INSPEC(1991)
（以下文献３と称す）によれば、ＦｅをドープしたＩｎ
Ｐの比抵抗ρは２．１〜４．６×１０7 Ωcmとなる。Ｆ
ｅはアクセプターレベルとなり、上記文献３によれば５
×１０16／cm3 のドーピングでＬｎ＝０．７５μｍとな
る。Ｌ＝２Ｌｎ＝１．５μｍ，Ｗを１．５μｍ，ｄを３
００μｍとすると、ρ＝２．１×１０7 Ωｃｍとした場
合に、ＦｅドープＩｎＰ層４の抵抗ＲＬ ＝７×１０8
Ωとなり、１１ｍＡ電流を流したとしたとき、ＶL ＝
７．７×１０6 ＶでＦ＝０．６８となる。この値は上記
文献１で得られている、ＡｌＧａＡｓ系の材料を用い、
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層とＧａＡｓ活性層の間に真
性ＡｌＧａＡｓ層を設けた構造の発光ダイオードにおけ
るＦの値０．８９９よりも小さく、より低雑音であるこ
とを意味する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の低雑音なレーザ
ダイオード等の半導体発光素子は以上のように構成され
ていた。しかしながら、真性半導体層は高抵抗であり、
例えば上記のような構造のＩｎＰ系レーザダイオードで
は真性半導体層であるＦｅドープＩｎＰ層で消費される
電力は８４．７×１０3 Ｗとなり、例えば、熱抵抗を３
０°Ｃ／Ｗと仮定すれば、温度上昇は2,540,000 ℃と、
非常に高温となり、レーザ発振しないばかりか結晶を溶
かしてしまう。
【００１１】この発明は上記のような問題点を解決する
ためのものであり、発熱を抑えた、ゆらぎの少ない低雑
音な半導体発光素子を得ることを目的としている。
【００１２】また、この発明は発熱を抑えた、ゆらぎの
少ない低雑音なレーザアンプを得ることを目的としてい
る。
【００１３】また、この発明は発熱を抑えた、ゆらぎの
少ない低雑音な増幅機能を有する波長可変フィルタを得
ることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体発
光素子は、活性層が第１導電型クラッド層，及び第２導
電型クラッド層により挟み込まれてなるダブルヘテロ構
造を有し、上記ダブルヘテロ構造は、上記第１導電型ク
ラッド層と活性層との間に、上記第１導電型クラッド層
と同一材料からなるアンドープクラッド層を備えてお
り、このアンドープクラッド層の厚さが、該アンドープ
クラッド層内におけるキャリアの拡散長より厚いもので
ある。
【００１５】また、上記半導体発光素子において、上記
第１導電型クラッド層はｐ型クラッド層で、上記第２導
電型クラッド層はｎ型クラッド層で、上記アンドープク
ラッド層はアンドープｎ型クラッド層であり、このアン
ドープｎ型クラッド層の厚さが、該アンドープｎ型クラ
ッド層内における正孔の拡散長より厚いものである。
【００１６】また、上記半導体発光素子において、上記
第１導電型クラッド層はｐ型ＩｎＰクラッド層で、上記
第２導電型クラッド層はｎ型ＩｎＰクラッド層で、上記
活性層は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層で、上記アンドープク
ラッド層はアンドープｎ型ＩｎＰクラッド層であり、こ
のアンドープｎ型クラッド層の厚さが、該アンドープｎ
型クラッド層内における正孔の拡散長より厚いものであ
る。
【００１７】また、上記半導体発光素子において、上記
第１導電型クラッド層はｎ型クラッド層で、上記第２導
電型クラッド層はｐ型クラッド層で、上記アンドープク
ラッド層はアンドープｐ型クラッド層であり、このアン
ドープｐ型クラッド層の厚さが、該アンドープｐ型クラ
ッド層内における電子の拡散長より厚いものである。
【００１８】また、上記半導体発光素子において、上記
第１導電型クラッド層はｎ型ＡｌxＧａ1-x Ａｓクラッ
ド層で、上記第２導電型クラッド層はｐ型Ａｌx Ｇａ1-
x Ａｓクラッド層で、上記活性層は、Ａｌy Ｇａ1-y Ａ
ｓ（ｘ＞ｙ）活性層で、上記アンドープクラッド層はア
ンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層であり、こ
のアンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層の厚さ
は、該アンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層内
における電子の拡散長より厚いものである。
【００１９】また、上記半導体発光素子において、上記
第１導電型クラッド層はｎ型ＡｌxＧａ1-x Ａｓクラッ
ド層で、上記第２導電型クラッド層はｐ型Ａｌx Ｇａ1-
x Ａｓクラッド層で、上記活性層は、ＩｎＧａＡｓ／Ａ
ｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ＞ｙ）歪み量子井戸活性層で、上
記アンドープクラッド層はアンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-
x Ａｓクラッド層であり、このアンドープｐ型Ａｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓクラッド層の厚さが、該アンドープｐ型Ａｌ
x Ｇａ1-x Ａｓクラッド層内における電子の拡散長より
厚いものである。
【００２０】また、上記半導体発光素子において、上記
第１導電型クラッド層はｐ型クラッド層で、上記第２導
電型クラッド層はｎ型クラッド層で、上記アンドープク
ラッド層はアンドープｐ型クラッド層であり、このアン
ドープｐ型クラッド層の厚さが、該アンドープｐ型クラ
ッド層内における正孔の拡散長より厚いものである。
【００２１】また、上記半導体発光素子において、上記
第１導電型クラッド層はｐ型ＡｌxＧａ1-x Ａｓクラッ
ド層で、上記第２導電型クラッド層はｎ型Ａｌx Ｇａ1-
x Ａｓクラッド層で、上記活性層は、Ａｌy Ｇａ1-y Ａ
ｓ（ｘ＞ｙ）活性層で、上記アンドープクラッド層はア
ンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層であり、こ
のアンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層の厚さ
が、該アンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層内
における正孔の拡散長より厚いものである。
【００２２】また、上記半導体発光素子において、上記
第１導電型クラッド層はｐ型ＡｌxＧａ1-x Ａｓクラッ
ド層で、上記第２導電型クラッド層はｎ型Ａｌx Ｇａ1-
x Ａｓクラッド層で、上記活性層は、ＩｎＧａＡｓ／Ａ
ｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ＞ｙ）歪み量子井戸活性層で、上
記アンドープクラッド層はアンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-
x Ａｓクラッド層であり、このアンドープｐ型Ａｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓクラッド層の厚さは、該アンドープｐ型Ａｌ
x Ｇａ1-x Ａｓクラッド層内における正孔の拡散長より
厚いものである。
【００２３】また、この発明に係る半導体発光素子は、
活性層が第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型
クラッド層により挟み込まれてなるダブルへテロ構造を
有し、このダブルヘテロ構造は、上記第１の第１導電型
クラッド層と活性層との間に、上記第１の第１導電型ク
ラッド層よりもキャリアの通過を抑制する作用が大きい
エネルギー障壁を形成する第２の第１導電型クラッド層
を有し、上記第１の第１導電型クラッド層内に、該第１
の第１導電型クラッド層内におけるキャリアの拡散長よ
り長い間隔を上記第２の第１導電型クラッド層に対して
隔てて配置された、上記第２の第１導電型クラッド層よ
りもキャリアの通過を抑制する作用が小さく、かつ上記
第１の第１導電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑
制する作用が大きいエネルギー障壁を形成する第３の第
１導電型クラッド層を有しているものである。
【００２４】また、上記半導体発光素子において、上記
第２の第１導電型クラッド層のバンドギャップエネルギ
ーは、上記第３の第１導電型クラッド層のバンドギャッ
プエネルギーと等しく、かつ上記第２の第１導電型クラ
ッド層の厚さは、上記第３の第１導電型クラッド層の厚
さより厚いものである。
【００２５】また、上記半導体発光素子において、上記
第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラッド
層の材料はＩｎＰであり、上記第２，第３の第１導電型
クラッド層の材料はＧａx Ｉｎ1-x Ｐであり、上記活性
層の材料はＩｎＧａＡｓＰであるものである。
【００２６】また、上記半導体発光素子において、上記
第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラッド
層の材料はＡｌy Ｇａ1-y Ａｓであり、上記第２，第３
の第１導電型クラッド層の材料はＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ
（ｘ＞ｙ）であり、上記活性層の材料はＡｌＧａＡｓで
あるものである。
【００２７】また、上記半導体発光素子において、上記
第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラッド
層の材料はＡｌy Ｇａ1-y Ａｓであり、上記第２，第３
の第１導電型クラッド層の材料はＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ
（ｘ＞ｙ）であり、上記活性層の材料はＩｎＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ歪み量子井戸活性層であるものである。
【００２８】また、上記半導体発光素子において、上記
第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラッド
層の材料は（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐであり、
上記第２，第３の第１導電型クラッド層の材料は（Ａｌ
x Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ＞ｙ）であり、上記活
性層の材料はＡｌＧａＩｎＰであるものである。
【００２９】また、上記半導体発光素子において、上記
第２の第１導電型クラッド層の厚さは、上記第３の第１
導電型クラッド層の厚さと等しく、かつ上記第２の第１
導電型クラッド層のバンドギャップエネルギーは、上記
第３の第１導電型クラッド層のバンドギャップエネルギ
ーより大きいものである。
【００３０】また、上記半導体発光素子において、上記
第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラッド
層の材料はＩｎＰであり、上記第２の第１導電型クラッ
ド層の材料はＧａx Ｉｎ1-x Ｐであり、上記第３の第１
導電型クラッド層の材料はＧａy Ｉｎ1-y Ｐ（ｘ＞ｙ）
であり、上記活性層の材料はＩｎＧａＡｓＰであるもの
である。
【００３１】また、この発明に係るレーザアンプは、活
性層が第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラッド
層により挟み込まれてなり、その両端面に低反射率コー
ティングが施されており、上記活性層に入射されたレー
ザ光を増幅する機能を有するダブルヘテロ構造を有し、
このダブルヘテロ構造は、上記第１導電型クラッド層と
活性層との間に、上記第１導電型クラッド層と同一材料
からなるアンドープクラッド層を備え、該アンドープク
ラッド層の厚さが、該アンドープクラッド層内における
キャリアの拡散長より厚いものである。
【００３２】また、この発明に係るレーザアンプは、活
性層が第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラッド
層により挟み込まれてなり、その両端面に低反射率コー
ティングが施されており、上記活性層に入射されたレー
ザ光を増幅する機能を有するダブルヘテロ構造を有し、
このダブルヘテロ構造は、上記第１の第１導電型クラッ
ド層と活性層との間に、上記第１の第１導電型クラッド
層よりもキャリアの通過を抑制する作用が大きいエネル
ギー障壁を形成する第２の第１導電型クラッド層を有
し、かつ、上記第１の第１導電型クラッド層内に、該第
１の第１導電型クラッド層内におけるキャリアの拡散長
より長い間隔を上記第２の第１導電型クラッド層に対し
て隔てて配置された、上記第２の第１導電型クラッド層
よりもキャリアの通過を抑制する作用が小さく、かつ上
記第１の第１導電型クラッド層よりもキャリアの通過を
抑制する作用が大きいエネルギー障壁を形成する第３の
第１導電型クラッド層を有するものである。
【００３３】また、この発明に係る増幅機能を有する波
長可変フィルタは、活性層が第１の第１導電型クラッド
層，及び第１の第２導電型クラッド層により挟み込まれ
てなるダブルヘテロ構造と、上記第１の第２導電型クラ
ッド層と活性層との間に設けられた第１の第２導電型ガ
イド層とにより構成され、該第１の第２導電型ガイド層
に入射されるレーザ光を増幅する光増幅部と、この光増
幅部の後段に、上記第１の第２導電型ガイド層と連結し
て設けられた第２の第２導電型ガイド層と、この第２の
第２導電型ガイド層の上記第１の第２導電型クラッド層
側に設けられた第２の第２導電型クラッド層と、上記第
２の第２導電型ガイド層の上記第１の第１導電型クラッ
ド層側に設けられた第２の第１導電型クラッド層とによ
り構成される、上記第２の第２導電型ガイド層に入射さ
れた光から所定の波長の光を選択する波長可変フィルタ
部とを備えており、上記光増幅部は、上記第１の第１導
電型クラッド層と活性層との間に、上記第１の第１導電
型クラッド層と同一材料からなるアンドープクラッド層
を有し、このアンドープクラッド層の厚さは、該アンド
ープクラッド層内におけるキャリアの拡散長より厚いも
のである。
【００３４】また、この発明に係る増幅機能を有する波
長可変フィルタは、活性層が第１の第１導電型クラッド
層，及び第１の第２導電型クラッド層により挟み込まれ
てなるダブルヘテロ構造と、上記第１の第２導電型クラ
ッド層と活性層との間に設けられた第１の第２導電型ガ
イド層とにより構成され、該第１の第２導電型ガイド層
に入射されるレーザ光を増幅する光増幅部と、この光増
幅部の後段に、上記第１の第２導電型ガイド層と連結し
て設けられた第２の第２導電型ガイド層と、この第２の
第２導電型ガイド層の上記第１の第２導電型クラッド層
側に設けられた第２の第２導電型クラッド層と、上記第
２の第２導電型ガイド層の上記第１の第１導電型クラッ
ド層側に設けられた第２の第１導電型クラッド層とによ
り構成される、上記第２の第２導電型ガイド層に入射さ
れた光から所定の波長の光を選択する波長可変フィルタ
部とを備えており、上記光増幅部は、上記第１の第１導
電型クラッド層と活性層との間に、上記第１の第１導電
型クラッド層よりもキャリアの通過を抑制する作用が大
きいエネルギー障壁を形成する第３の第１導電型クラッ
ド層を有し、上記第１の第１導電型クラッド層内に、該
第１の第１導電型クラッド層内におけるキャリアの拡散
長より長い間隔を上記第２の第１導電型クラッド層に対
して隔てて配置された、上記第２の第１導電型クラッド
層よりもキャリアの通過を抑制する作用が小さく、かつ
上記第１の第１導電型クラッド層よりもキャリアの通過
を抑制する作用が大きいエネルギー障壁を形成する第４
の第１導電型クラッド層を有しているものである。
【００３５】
【作用】この発明に係る半導体発光素子によれば、ダブ
ルヘテロ構造の第１導電型クラッド層と活性層との間
に、上記第１導電型クラッド層と同一材料からなるアン
ドープクラッド層を備え、このアンドープクラッド層の
厚さが、該アンドープクラッド層内におけるキャリアの
拡散長より厚くなるようにしたから、該アンドープクラ
ッド層にキャリアを蓄積させて、キャリア同士のクーロ
ン反発力によりキャリアを規則的に活性層に注入させる
ことができ、発熱が少なく、ゆらぎの少ない低雑音な半
導体発光素子を得ることができる。
【００３６】また、この発明に係る半導体発光素子によ
れば、ダブルヘテロ構造の第１の第１導電型クラッド層
と活性層との間に、上記第１の第１導電型クラッド層よ
りもキャリアの通過を抑制する作用が大きいエネルギー
障壁を形成する第２の第１導電型クラッド層を有し、上
記第１の第１導電型クラッド層内に、該第１の第１導電
型クラッド層内におけるキャリアの拡散長より長い間隔
を上記第２の第１導電型クラッド層に対して隔てて配置
された、上記第２の第１導電型クラッド層よりもキャリ
アの通過を抑制する作用が小さく、かつ上記第１の第１
導電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑制する作用
が大きいエネルギー障壁を形成する第３の第１導電型ク
ラッド層を有しているから、上記第２，第３の第１導電
型クラッド層間の第１の第１導電型クラッド層にキャリ
アを蓄積させ、キャリア同士のクーロン反発力によりキ
ャリアを規則的に活性層に注入させることができ、発熱
が少なく、ゆらぎの少ない低雑音な半導体発光素子を得
ることができる。
【００３７】また、この発明に係るレーザアンプによれ
ば、ダブルヘテロ構造の第１導電型クラッド層と活性層
との間に、上記第１導電型クラッド層と同一材料からな
るアンドープクラッド層を備え、このアンドープクラッ
ド層の厚さが、該アンドープクラッド層内におけるキャ
リアの拡散長より厚くなるようにしたから、該アンドー
プクラッド層にキャリアを蓄積させて、キャリア同士の
クーロン力によりキャリアを規則的に活性層に注入させ
ることができ、発熱が少なく、ゆらぎの少ない低雑音な
レーザアンプを得ることができる。
【００３８】また、この発明に係るレーザアンプによれ
ば、ダブルヘテロ構造の第１の第１導電型クラッド層と
活性層との間に、上記第１の第１導電型クラッド層より
もキャリアの通過を抑制する作用が大きいエネルギー障
壁を形成する第２の第１導電型クラッド層を有し、上記
第１の第１導電型クラッド層内に、該第１の第１導電型
クラッド層内におけるキャリアの拡散長より長い間隔を
上記第２の第１導電型クラッド層に対して隔てて配置さ
れた、上記第２の第１導電型クラッド層よりもキャリア
の通過を抑制する作用が小さく、かつ上記第１の第１導
電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑制する作用が
大きいエネルギー障壁を形成する第３の第１導電型クラ
ッド層を有しているから、上記第２，第３の第１導電型
クラッド層間の第１の第１導電型クラッド層にキャリア
を蓄積させ、キャリア同士のクーロン力によりキャリア
を規則的に活性層に注入させることができ、発熱が少な
く、ゆらぎの少ない低雑音なレーザアンプを得ることが
できる。
【００３９】また、この発明に係る増幅機能を有する波
長可変フィルタによれば、光増幅部のダブルヘテロ構造
の第１の第１導電型クラッド層と活性層との間に、上記
第１の第１導電型クラッド層と同一材料からなるアンド
ープクラッド層を備え、このアンドープクラッド層の厚
さが、該アンドープクラッド層内におけるキャリアの拡
散長より厚くなるようにしたから、該アンドープクラッ
ド層にキャリアを蓄積させて、キャリア同士のクーロン
反発力によりキャリアを規則的に活性層に注入させるこ
とができ、発熱が少なく、ゆらぎの少ない低雑音な増幅
機能を有する波長可変フイルタを得ることができる。
【００４０】また、この発明に係る増幅機能を有する波
長可変フイルタによれば、光増幅部のダブルヘテロ構造
の第１の第１導電型クラッド層と活性層との間に、上記
第１の第１導電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑
制する作用が大きいエネルギー障壁を形成する第３の第
１導電型クラッド層を有し、上記第１の第１導電型クラ
ッド層内に、該第１の第１導電型クラッド層内における
キャリアの拡散長より長い間隔を上記第３の第１導電型
クラッド層に対して隔てて配置された、上記第３の第１
導電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑制する作用
が小さく、かつ上記第１の第１導電型クラッド層よりも
キャリアの通過を抑制する作用が大きいエネルギー障壁
を形成する第４の第１導電型クラッド層を有しているか
ら、上記第３，第４の第１導電型クラッド層間の第１の
第１導電型クラッド層にキャリアを蓄積させ、キャリア
同士のクーロン反発力によりキャリアを規則的に活性層
に注入させることができ、発熱が少なく、ゆらぎの少な
い低雑音な光増幅機能を有する波長可変フイルタを得る
ことができる。
【００４１】
【実施例】
実施例１．図１は本発明の第１の実施例によるレーザダ
イオードの構造を示す断面図であり、本実施例１の半導
体レーザダイオードは、ｎ型ＩｎＰクラッド層−活性層
−ｐ型ＩｎＰクラッド層からなるダブルヘテロ構造を備
えたＩｎＧａＡｓＰ系レーザダイオードにおいて、アン
ドープｎ型ＩｎＰクラッド層を、ｐ型ＩｎＰクラッド層
と活性層との間に、上記ＩｎＰアンドープ層での正孔の
拡散長Ｌp よりも厚い厚さではさみ込んでなる構造のＩ
ｎＧａＡｓＰ系レーザダイオードである。図において、
５は不純物濃度が３×１０18／ｃｍ3 で厚さが９０μｍ
であるｐ型ＩｎＰ基板、３は不純物濃度が１×１０18／
ｃｍ3 で厚さが１．５μｍであるｐ型ＩｎＰクラッド
層、４はアンドープＩｎＰ層で、アンドープといって
も、成長プロセスによる残留不純物Ｓｉが１０16／cm3
含まれており、ｎ型となっている。このアンドープＩｎ
Ｐ層４の厚さは、アンドープＩｎＰ中での正孔での拡散
長Ｌp よりも厚ければよく、上記文献２によれば、アン
ドープＩｎＰ中での正孔の拡散長Ｌp は１．８μｍであ
るので、本実施例においてはアンドープＩｎＰ層４の厚
さＬ＝２Ｌp ＝３．６μｍとする。２は厚さ０．１μｍ
のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、１は厚さ１．５μ
ｍで不純物濃度が１×１０18／ｃｍ3 であるｎ型ＩｎＰ
クラッド層で、ｐ型クラッド層３，アンドープ層４，活
性層２，及びｎ型クラッド層１は幅が１．５μｍのメサ
形状となるように形成されている。６は不純物濃度が１
×１０18／ｃｍ3 であるｐ型ＩｎＰ埋め込み層，７は不
純物濃度が１×１０18／ｃｍ3 であるｎ型ＩｎＰブロッ
ク層，８は不純物濃度が１×１０18／ｃｍ-3であるｐ型
ＩｎＰブロック層で、ｐ型埋め込み層６，ｎ型ブロック
層７，及びｐ型ブロック層８は上記メサ形状を埋め込む
ように順次形成されている。９は不純物濃度が３×１０
18／ｃｍ3 で厚さが０．５μｍであるｎ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層、１０はＡｕＺｎ系材料からなるｐ側電
極、１１はＡｕＧｅ系材料からなるｎ側電極である。
【００４２】また、図２は上記図１において示したレー
ザダイオードの製造方法を示す断面図であり、図におい
て図１と同一符号は同一または相当する部分を示してお
り、１２はＳｉＯ2 膜である。
【００４３】また、図３は上記図１に示した半導体レー
ザダイオードの活性層近傍のバンドギャップエネルギー
を示すバンド構造図であり、図において、図１と同一符
号は同一又は相当する部分を示している。
【００４４】つぎに製造方法を図２について説明する。
まず、図２(a) に示すように、ｐ型ＩｎＰ基板１上にＭ
ＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition:
有機金属気相成長法）により、ｐ型クラッド層３，アン
ドープ層４，活性層２，及びｎ型クラッド層１を順次成
長させる。つぎに、ｎ型クラッド層１上にＳｉＯ2 膜１
２をＣＶＤ（chemical vapor deposition ）法で形成し
た後、このＳｉＯ2 膜１２をストライプ状に加工する。
さらに、このＳｉＯ2 膜１２をマスクとして、ｎ型クラ
ッド層１からｐ型ＩｎＰ基板１に達するまでウエットエ
ッチングを行い、メサ形状を形成する（図２(b))。次
に、再びＭＯＣＶＤ法により、上記メサ側面にｐ型埋め
込み層６，ｎ型ブロック層７，及びｐ型ブロック層８を
順次埋め込み成長させる。その後、ＳｉＯ2 膜１２を除
去し、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層９をＭＯＣＶＤ
法で成長させた後、メタライズ工程によりｐ側電極１
０，ｎ側電極１１を形成する。
【００４５】本実施例１による半導体レーザダイオード
においては、ｎ型アンドープ層４は不純物濃度が小さ
く、その厚さが正孔の拡散長よりも厚いため、このｎ型
アンドープ層４の領域が空間電荷制限電流領域となり、
この領域において正孔が蓄積し、正孔相互間にクーロン
反発力が働き、正孔がランダムにではなく、規則的に活
性層２に注入されるようになる。その結果レーザ光発生
も規則的となり、光子数のゆらぎも小さくなり、低雑音
なレーザダイオードを得ることが可能となる。アンドー
プＩｎＰの比抵抗は０．５５Ωcmであり、アンドープＩ
ｎＰ層４の抵抗ＲL ＝４４Ω，動作電流を１１ｍＡとす
れば、アンドープＩｎＰ層４に加わる電圧ＶL ＝０．４
８Ｖとなり、これらの値を用いて上記従来例において述
べた式(2)より求めると、受光素子の光電流のゆらぎの
２乗を平均の光電流で割った値Ｆは０．８２となる。こ
の値はＦｅドープの場合のＦ＝０．６８よりも大きい
が、上記文献１のＦ＝０．８９９よりは小さい。したが
って低雑音化を図ることができることを示している。ま
た、レーザダイオード全体に加わる電圧はヘテロ接合に
掛かる電圧１．３Ｖとｐ型ＩｎＰクラッド層３とアンド
ープＩｎＰ層（ｎ型）４との間に掛かる電圧１．３５
Ｖ，そしてアンドープＩｎＰ層４に掛かる電圧０．４４
Ｖの和で、３．１Ｖであり、電流を１１ｍＡとすると消
費される電力は０．０３４Ｗであり、レーザダイオード
の熱抵抗を３０°Ｃ／Ｗとした場合の温度上昇は１．０
°Ｃと小さく、これはほとんどレーザ発振に影響しない
ものである。
【００４６】このように本実施例によれば、ｎ型ＩｎＰ
クラッド層−活性層−ｐ型ＩｎＰクラッド層からなるダ
ブルヘテロ構造を備えたＩｎＧａＡｓＰレーザダイオー
ドにおいて、ｎ型アンドープＩｎＰクラッド層を、ｐ型
ＩｎＰクラッド層と活性層との間に上記ＩｎＰアンドー
プ層での正孔の拡散長Ｌp よりも厚い厚さで挟み込んで
なる構造としたから、発熱が少なく，低雑音なレーザダ
イオードを得ることができる。
【００４７】ここで、上記実施例１において、活性層２
とｎ型ＩｎＰクラッド層１の間にアンドープｎ型ＩｎＰ
層を設けるようにした場合においても、発光される光の
ゆらぎを抑えた低雑音な半導体レーザダイオードを得る
ことは可能である。しかし、活性層２とｎ型ＩｎＰクラ
ッド層１の間にアンドープＩｎＰ層を設けた場合、アン
ドープＩｎＰ層での電子の拡散長は、Ｌｎは上記従来例
において述べた文献１より２４〜２８μｍであり、アン
ドープＩｎＰ層の厚さＬは約５０μｍとなり，厚さが厚
くなるので実用的ではない。
【００４８】実施例２．図４は本発明の第２の実施例に
よるレーザダイオードの構造を説明するためのバンド構
造図であり、本実施例２は上記実施例１において示した
構造のレーザダイオードにおいて、材料系をＡｌＧａＡ
ｓ系としてｎ型ＡｌＧａＡｓ層−活性層−ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層からなるダブルヘテロ構造を有するよう
にし、アンドープＡｌＧａＡｓクラッド層を、ｎ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層と活性層との間に、上記アンドープ
層での電子の拡散長よりも厚い厚さではさみ込んでなる
構造としたＡｌＧａＡｓ系レーザダイオードである。
【００４９】図において、２１はｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓクラッド層，２２はＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ活性層（ｘ＞
ｙ），２３はｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層，２４
はアンドープのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層であり、
アンドープといっても残留不純物カーボンが１×１０17
／cm3 入っておりｐ型となっている。このときS.Asada"
Properties of Aluminium Gallium Arsenide",INSPEC(1
993)によれば、アンドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層での電
子の拡散長Ｌｎ＝２．３μｍであり、アンドープＡｌx
Ｇａ1-x Ａｓクラッド層２４の層厚はこの拡散長Ｌｎよ
りも厚いものとし、本実施例においてはＬ＝２Ｌn ＝
４．６μｍとする。本実施例のレーザダイオードにおい
て、ｄｉｎ，Ｒf ，Ｒγ，ηC は上記実施例１のＩｎＧ
ａＡｓＰ系のレーザダイオードの場合と同じ値とし、η
D ＝０．７２とすると、ηL ・ηC・ηD ＝０．２９と
なる。また、しきい値電流を２０ｍＡとすると、５ｍｗ
の動作電流は２５ｍＡとなる。
【００５０】次に、動作について説明する。従来例にお
いて説明した文献１において示唆されている従来のＡｌ
ＧａＡｓ系レーザダイオードにおいて、ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層の活性層側の領域に酸素をドープすれば真
性半導体となり、これにより、光のゆらぎが小さくな
り、低雑音化を図ることは可能であると考えられるが、
実際はこのような装置では、１０17／cm3 程度の酸素ド
ーピングで比抵抗は１０4 Ωcmとなり、発熱は1,000 °
Ｃとなって発振しないばかりでなく、結晶が溶けてしま
う。
【００５１】しかし、本実施例においては、ｐ型アンド
ープ層２４は不純物濃度が小さく、その厚さが電子の拡
散長よりも厚いため、このｐ型アンドープ層２４の領域
において電子が蓄積し、電子相互間にクーロン反発力が
働き、電子がランダムにではなく、規則的に活性層２２
に注入されるようになる。その結果、レーザ光発生も規
則的となり、光子数のゆらぎも小さくなり、低雑音なレ
ーザダイオードを得ることが可能となる。ここで、アン
ドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層の比抵抗は０．６０Ωcm
で、ストライプ幅ｗ＝２．５μｍ，共振器長ｄ＝３００
μｍとするとＲL＝３７Ωで、ＶL ＝０．９２Ｖとな
り、Ｆ＝０．７８となる。これはこのレーザダイオード
が低雑音であることを示している。
【００５２】また、ヘテロ接合に掛かる電圧１．８５
Ｖ，ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層２１とアンドー
プＡｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層２４の間に掛かる電圧
２．０Ｖ，アンドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層２
４に掛かる電圧０．９２Ｖの和は４．８Ｖとなり、消費
電力は０．１２Ｗで、熱抵抗を３０°Ｃ／Ｗと仮定する
と、温度上昇は３．６°Ｃと小さく、これはレーザ発振
に影響をほとんど及ぼさないものである。従って上記実
施例１と同様に発熱の小さい低雑音なレーザダイオード
を得ることができる。
【００５３】実施例３．図５は本発明の第３の実施例に
よるレーザダイオードの構造を説明するための、活性層
近傍のバンド構造図であり、図において、図４と同一符
号は同一または相当する部分を示しており、２５はアン
ドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層（ｐ型）である。
本実施例のレーザダイオードは、上記第２の実施例にお
いて、ｎ型クラッド層２１と活性層２２の間にアンドー
プのｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層２４を設けるか
わりに、活性層２２とｐ型クラッド層２３の間に、アン
ドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層２５を、該アンドープ
層２５における正孔の拡散長よりも厚い厚さとなるよう
形成するようにしたものである。
【００５４】ここで、正孔の拡散長Ｌp はS.Sze 著"Phy
sics of Semiconductor Derices"1st ed.(Wiley-Inters
cience,New York,(969) のp.38式(39)，p.44式(44b) に
よれば、
【００５５】
【数２】
【００５６】で与えられる。なお、Ｄｐ は正孔の拡散
定数，τは正孔の寿命，ｍh は正孔の有効質量である。
化合物半導体においては一般に、正孔の有効質量は電子
の有効質量よりも約１桁大きい。従って、ｐ型半導体中
での正孔の拡散長Ｌｐはｎ型の半導体中での電子の拡散
長Ｌｎよりも１桁小さくなると考えられ、アンドープｐ
型ＡｌＧａＡｓ中の正孔の拡散長Ｌｐは数μｍ以下と推
定される。そこでアンドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層２５
の厚さをこの拡散長Ｌｐよりも厚くすれば、アンドープ
Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層２５が空間電荷制限電流領域とな
り、正孔はアンドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層２５からラ
ンダムにではなく、規則的に注入されるので、低雑音な
ＡｌＧａＡｓ系レーザダイオードが得られる。
【００５７】このような本実施例においても上記実施例
２と同様の効果を奏するとともに、上記実施例２のｎ型
クラッド層と活性層の間にアンドープ層を設けた構造に
対して、アンドープ層の厚さを薄くすることができる。
【００５８】実施例４．図６は本発明の第４の実施例に
よるレーザダイオードの構造を説明するためのバンド構
造図であり、図６(a) は本実施例のレーザダイオードの
活性層近傍のバンド構造を示しており、図６(b) は図６
(a) の主要部分を拡大したバンド構造図である。本実施
例４のレーザダイオードは、上記実施例２において示し
たレーザダイオードにおいて、活性層を、ＩｎＧａＡｓ
ウエル層をＡｌy Ｇａ1-y Ａｓバリア層（ｘ＞ｙ）で挟
みこんでなる歪み多重量子井戸活性層として、０．９８
μｍ帯のレーザダイオードとしたものである。図におい
て、図４と同一符号は同一又は相当する部分を示してお
り、２２ａは複数のＩｎＧａＡｓウエル層２２ｂを複数
のＡｌy Ｇａ1-y Ａｓバリア層２２ｃで挟みこんで形成
された歪み多重量子井戸活性層である。
【００５９】このような本実施例４においても、上記第
２の実施例において示したように、アンドープＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓクラッド層２４は残留不純物の影響でｐ型で
あり、その厚さはこのアンドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層
２４での電子の拡散長よりも厚くなるように設けられて
いるので、アンドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層２４は空間
電荷制限電流領域層となり、低雑音で、発熱の少ない
０．９８μｍ帯レーザダイオードが得られる。
【００６０】実施例５．図７は本発明の第５の実施例に
よるレーザダイオードの構造を説明するためのバンド構
造図であり、図７(a) は本実施例のレーザダイオードの
活性層近傍のバンド構造を示しており、図７(b) は図７
(a) の主要部分を拡大したバンド構造図である。本実施
例５のレーザダイオードは、上記実施例３において示し
たレーザダイオードにおいて、活性層を、ＩｎＧａＡｓ
ウエル層をＡｌy Ｇａ1-y Ａｓバリア（ｘ＞ｙ）層で挟
みこんでなる歪み多重量子井戸活性層として、０．９８
μｍ帯のレーザダイオードとしたものである。図におい
て、図５，及び図６と同一符号は同一又は相当する部分
を示している。
【００６１】このような本実施例５においても、上記第
３の実施例において示したように、アンドープＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓクラッド層２５は残留不純物の影響でｐ型で
あり、その厚さはこのアンドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層
２４での電子の拡散長よりも厚くなるように設けられて
いるので、アンドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層２５は空間
電荷制限電流領域層となり、低雑音で、発熱の少ない
０．９８μｍ帯レーザダイオードが得られる。
【００６２】なお、上記第１〜第５の実施例において
は、ＩｎＰ系，及びＡｌＧａＡｓ系のレーザダイオード
に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は
その他の材料系のレーザダイオード，及びその他の発光
ダイオード，レーザアンプ，光増幅機能を有する波長可
変フィルタ等の半導体発光素子について適用することも
可能なものであり、上記各実施例と同様の効果を奏す
る。
【００６３】ここで、特開平３−８８３８２においてＡ
ｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザにおいて、（Ａｌx Ｇａ
1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（０≦ｘ≦１）活性層とｐ型（Ａ
ｌyＧａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層（０≦ｙ≦
１）との間のレーザ出射端面近傍の領域を除いた領域に
アンドープ（Ａｌz Ｇａ1-z ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層（０≦
ｚ≦１）を設け、Ｚｎをレーザ出射端面近傍の活性層の
みに拡散させた半導体レーザの構造が記載されている
が、この半導体レーザにおいては、アンドープ（Ａｌz
Ｇａ1-z ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層の厚さは０．１μｍであ
り、これはこのアンドープ層における正孔の拡散長より
も短いものであり、本実施例のレーザダイオードのよう
に低雑音化を図れるものではない。
【００６４】実施例６．図８はこの発明の第６の実施例
によるレーザダイオードの構造を示す断面図であり、こ
のレーザダイオードは第１のｎ型クラッド層−活性層−
ｐ型クラッド層からなるダブルヘテロ構造を備えたレー
ザダイオードにおいて、第１のｎ型クラッド層と活性層
との間に該第１のｎ型クラッド層よりもバンドギャップ
エネルギーが大きい厚さｔ1 の第２のｎ型クラッド層を
設け、さらに上記第１のｎ型クラッド層内部の、第２の
ｎ型クラッド層に対して、上記第１のｎ型クラッド層に
おける電子の拡散長よりも長い間隔を隔てた位置に、上
記第２のｎ型クラッド層と同じ大きさのバンドギャップ
エネルギーを持つ厚さｔ2 （ｔ2 ＜ｔ1 ）の第３のｎ型
クラッド層を配置したものである。
【００６５】図において、４０は厚さが９０μｍで不純
物濃度が３×１０18／ｃｍ3 であるｐ型ＩｎＰ基板，３
３は厚さが１．５μｍで不純物濃度が１×１０18／ｃｍ
3 であるｐ型ＩｎＰクラッド層、３２は厚さが０．１μ
ｍであるアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、３４は厚さ
がｔ1 ＝１５０オングストロームで不純物濃度が１×１
０18／ｃｍ3 である第２のｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ａｓクラ
ッド層、３１ａ，３１ｂはそれぞれの厚さが１．５μｍ
で不純物濃度が１×１０18／ｃｍ3 である第１のｎ型Ｉ
ｎＰクラッド層、３６は厚さがｔ2 ＝１００オングスト
ロームで不純物濃度が１×１０18／ｃｍ3 である第３の
ｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ａｓクラッド層で、ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層３３，アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３２，第
２のｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ａｓクラッド層３４，第１のｎ
型ＩｎＰクラッド層３１ａ，第３のｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x
Ａｓバリア層３６，及び第１のｎ型ＩｎＰクラッド層３
１ｂは幅１．５μｍのメサ形状となるよう形成されてい
る。４１は不純物濃度が１×１０18／ｃｍ3 であるｐ型
ＩｎＰ埋め込み層、４２は不純物濃度が１×１０18／ｃ
ｍ3 であるｎ型ＩｎＰブロック層、４３は不純物濃度が
１×１０18／ｃｍ3であるｐ型ＩｎＰブロック層で、ｐ
型ＩｎＰ埋め込み層４１，ｎ型ＩｎＰブロック層４２，
及びｐ型ＩｎＰブロック層４３は上記メサ形状を埋め込
むように形成されている。３７は厚さが０．５μｍで不
純物濃度が３×１０18／ｃｍ3 であるＩｎＧａＡｓＰコ
ンタクト層、３９はｎ側電極、３８はｐ側電極である。
なお、本実施例６のレーザダイオードは上記第１の実施
例と同様の製造方法により製造される。
【００６６】図９は本実施例６の活性層３２近傍のバン
ド構造を示したものであり、図において、図８と同一符
号は同一または相当する部分を示しており、１６は第
２，第３のクラッド層３４，３６間に電流を流す前に存
在している電子、１７は第２，第３のクラッド層３４，
３６間に電流を流すことにより蓄積され、空間電荷制限
電流領域を構成する電子である。
【００６７】つぎに作用について説明する。本実施例の
レーザダイオードにおいてｎ型ＩｎＰクラッド層３１ａ
と活性層３２の間にはｎ型ＩｎＰクラッド層３１ａより
もバンドギャップエネルギーの大きい厚さｔ1 の、第２
のｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐクラッド層３４が形成されてお
り、ｎ型ＩｎＰクラッド層３１ａとｎ型ＩｎＰクラッド
層３１ｂの間には厚さｔ2 （ｔ2 ＜ｔ1 ）の、上記第２
のクラッド層３４と同一組成の第３のｎ型Ｇａx Ｉｎ1-
x Ｐクラッド層３６が配置されており、この第２のｎ型
ＩｎＰクラッド層３４と第３のｎ型クラッド層３６の間
隔は、上記ｎ型クラッド層３１ａにおける電子の拡散長
よりも長いものとなるように形成されている。また、上
記第２，第３のクラッド層３４，３６の厚さｔ1 ，ｔ2
は、電子が該第２，第３のクラッド層３４，３６をトン
ネル効果により通過可能な厚さとなるよう形成されてい
る。第３のｎ型クラッド層３６のＧａ組成比ｘ＝０．２
とし、厚さｔ2 を例えば１００オングストロームと薄く
すれば、ｎ型ＩｎＰクラッド層３１ｂの電子は第２のｎ
型バリア層３６をトンネル効果により通り抜けてｎ型Ｉ
ｎＰクラッド層３１ａに達する。第２のｎ型クラッド層
３４のＧａ組成比ｘ＝０．２とし、厚さｔ1 をｔ2 より
厚く、例えば１５０オングストロームとすると、ｎ型Ｉ
ｎＰクラッド層３１ａに達した電子は第２のｎ型クラッ
ド層３４をトンネル効果により通り抜けて活性層３２に
到達する。しかし、第２のｎ型クラッド層３４の厚さｔ
1 は第３のｎ型クラッド層３６の厚さｔ2 よりも厚いの
で、電子は第３のｎ型クラッド層３６よりも第２のｎ型
クラッド層３４を通り抜けにくい。従って第３のｎ型ク
ラッド層３６と第２のｎ型クラッド層３４との間に電子
１７がほぼ均一に溜まり（図９(b))、電子間にクーロン
反揆力が働き、ｎ型ＩｎＰクラッド層３１ａが空間電荷
制限電流領域となる。従って、活性層３２へはランダム
ではなく、規則的に電子が注入され、この規則的に注入
された電子によってレーザ光が発生するので、レーザ光
のゆらぎは小さくなる。従って低雑音なＩｎＧａＡｓＰ
レーザダイオードが得られる。
【００６８】このように本実施例によれば、第１のｎ型
クラッド層と活性層との間に該第１のｎ型クラッド層よ
りもバンドギャップエネルギーが大きい厚さｔ1 の第２
のｎ型クラッド層を設け、さらに上記第１のｎ型クラッ
ド層内部の、第２のｎ型クラッド層に対して、上記第１
のｎ型クラッド層における電子の拡散長よりも長い間隔
を隔てた位置に、上記第２のｎ型クラッド層と同じ大き
さのバンドギャップエネルギーを持つ厚さｔ2 （ｔ2 ＜
ｔ1 ）の第３のｎ型クラッド層を設けるようにしたか
ら、発熱が少なく、低雑音なレーザダイオードを得るこ
とができる。
【００６９】ここで、特開昭６１−１８１１８５に活性
層とクラッド層との間にクラッド層よりエネルギーギャ
ップが大きい半導体層を挿入した構造の半導体発光素子
が記載されている。この半導体発光素子の一例としてＩ
ｎＧａＡｓＰ系のレーザダイオードのバンド構造を図示
すると図３５のようになる。なお、図３５において２０
１はｎ型ＩｎＰクラッド層、２０２はｎ型ＩｎＧａＰ
層、２０３はＩｎＧａＡｓＰ活性層、２０４はｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層、２０５は電流を流していない状態でｎ型
ＩｎＰクラッド層２０１に存在する電子、２０６は電流
を流した状態において空間電荷制限電流領域を構成する
電子、２０７は電流を流した状態において過剰に蓄積さ
れた電子、２０８はｎ型ＩｎＰクラッド層２０１中にお
ける電子の拡散長を示している。図３５(a) のような構
造の半導体発光素子に対して電流を流すと、図３５(b)
のように、ｎ型ＩｎＰクラッド層２０１とｎ型ＩｎＧａ
ＡｓＰ層２０２との境界の領域に電子２０６，２０７が
傾斜状に蓄積される。この蓄積された電子２０６，２０
７のうち、空間電荷制限電流領域を構成する電子２０６
により、本実施例６と同様に活性層２０３には電子が規
則的に注入され、レーザダイオードの低雑音化を図るこ
とが可能である。しかし、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層２０２
のエネルギー障壁の高さが充分な高さでない場合、空間
電荷制限電流領域２０６の長さがｎ型ＩｎＰクラッド層
２０１における電子の拡散長２０８よりも短くなり、電
子の一部がランダムに活性層２０３に注入されてしま
い、レーザダイオードの低雑音化が困難となる。また、
空間電荷制限電流領域２０６の長さがｎ型ＩｎＰクラッ
ド層２０１における電子の拡散長２０８よりも長くなる
ようにｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層２０２のエネルギー障壁の
高さを調整すると、図３５(c) に示すように、過剰に蓄
積された電子２０７が増大するため、レーザダイオード
に過剰な電流を流す必要が生じ、これにより発熱等が生
じ、性能が劣化してしまう問題がある。
【００７０】しかし、本実施例は電子が図９(b) に示す
ように、ほぼ均一に電子１７が蓄積するため、過剰な電
子を蓄積させることなく、電子の拡散長よりも長い空間
電荷制限電流領域を形成することができるものであり、
これによってレーザダイオードの設計の自由度を増加さ
せることができるものである。
【００７１】実施例７．図１０は本発明の第７の実施例
によるレーザダイオードの構造を説明するための図であ
り、図において、図９と同一符号は同一又は相当する部
分を示しており、３１はｎ型ＩｎＰクラッド層、３２は
ＩｎＧａＡｓＰ活性層、３３ａ，３３ｂは第１のｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層、４５はＩｎＧａＡｓＰ活性層３２と第
１のｐ型ＩｎＰクラッド層３３ａの間に形成された、バ
ンドギャップエネルギーが第１のｐ型ＩｎＰクラッド層
３３ａよりも大きく、厚さｔ1 の第２のｐ型のＧａx Ｉ
ｎ1-x Ｐクラッド層、４６は第１のｐ型クラッド層３３
ａ，３３ｂの間に形成された、バンドギャップエネルギ
ーが第１のｐ型ＩｎＰクラッド層３３ａ，３３ｂよりも
大きく、厚さｔ2 が上記第２のｐ型クラッド層４５より
も薄い（ｔ2 ＜ｔ1）ｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐクラッド層
である。この第２，第３のクラッド層４５，４６の厚さ
ｔ1 ，ｔ2 は、正孔が該第２，第３のクラッド層４５，
４６をトンネル効果により通過可能な厚さとなるよう形
成されており、該第２，第３のクラッド層４５，４６の
厚さｔ1 ，ｔ2 は、正孔のほうが、電子よりも障壁を通
り抜けにくいため、上記実施例６の第２，第３のクラッ
ド層よりも厚さが薄くなるよう設けられている。第２，
第３のクラッド層４５，４６の間に挟まれている第１の
クラッド層３３ａの厚さは約１．５μｍで、該第１のク
ラッド層３３ａ中における正孔の拡散長よりも厚くなる
ように形成されている。
【００７２】上記実施例６においては、活性層３２に対
して第１のｎ型クラッド層３１ａ，３１ｂ側に厚さの異
なる第２，第３のクラッド層３４，３６を挿入するよう
にしたが、本実施例においては、活性層３２に対して第
１のｐ型クラッド層３３ａ，３３ｂ側に厚さの異なる第
２，第３のクラッド層４５，４６を挿入するようにした
ものであり、第３のクラッド層４６の厚さｔ2 を例えば
１０オングストロームと薄くすれば、第１のｐ型クラッ
ド層３３ｂの正孔は第３のクラッド層４６のバリアをト
ンネル効果により通り抜けて第１のｐ型クラッド層３３
ａに到達する。第２のクラッド層４５の厚さｔ1 を第３
のクラッド層４６の厚さｔ2 よりも厚く、例えば１５オ
ングストロームとすると第１のｐ型クラッド層３３ａに
達した正孔は第２のクラッド層４５をトンネル効果によ
り通り抜けて活性層３２に到達する。しかし、第２のク
ラッド層４５の厚さｔ1 は第３のクラッド層４６の厚さ
ｔ2 よりも厚いので、正孔は第３のクラッド層４６より
も第２のクラッド層４５を通り抜けにくい。従って第３
のクラッド層４６と第２のクラッド層４５の間に正孔が
溜まり、正孔間にクーロン反揆力が働き、第１のクラッ
ド層３３ａを流れる電流は空間電荷制限電流となる。従
って活性層２２へはランダムではなく規則的に正孔が注
入され、これがレーザ光を発生するので、レーザ光のゆ
らぎは小さくなる。従って低雑音なＩｎＧａＡｓＰ系の
レーザダイオードを得ることができる。
【００７３】なお、上記実施例６，７では第２，第３の
クラッド層としてＧａx Ｉｎ1-x Ｐ層を用いたが、これ
らの層は第１のクラッド層であるＩｎＰ層よりもバンド
ギャップエネルギーが大きければよく、例えばＡｌx Ｉ
ｎ1-x Ｐ層等の他のＩｎＰよりバンドギャップエネルギ
ーの大きい材料からなる層を用いるようにし、第２，第
３のクラッド層の厚さを、それぞれの材料に合わせて電
子，または正孔が通過可能な所定の厚さに調整すること
により、上記実施例６，７と同様の効果を奏する。
【００７４】実施例８．図１１はこの発明の第８の実施
例によるレーザダイオードの構造を説明するためのバン
ド構造図であり、このレーザダイオードは、第１のｎ型
クラッド層−活性層−ｐ型クラッド層からなるダブルヘ
テロ構造を備えたレーザダイオードにおいて、第１のｎ
型クラッド層と活性層との間に該第１のｎ型クラッド層
よりもバンドギャップエネルギーが大きい厚さｔの第２
のｎ型クラッド層を設け、さらに上記第１のｎ型クラッ
ド層内部に該第１のｎ型クラッド層よりもバンドギャッ
プエネルギーが大きく，かつ上記第２のｎ型クラッド層
よりもバンドギャップエネルギーが小さい厚さｔの第３
のｎ型クラッド層を配置したものである。この第２のｎ
型クラッド層と第３のｎ型クラッド層の間隔は、上記第
１のｎ型クラッド層における電子の拡散長よりも長いも
のとなるように形成されている。
【００７５】図１１において、図９と同一符号は同一又
は相当する部分を示しており、４７は第１のｎ型ＩｎＰ
クラッド層３１ａよりもバンドギャップエネルギーが大
きい、例えば厚さｔ＝１００オングストロームの第２の
ｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐクラッド層，４８は第１のｎ型Ｉ
ｎＰクラッド層３１ａ，３１ｂよりもバンドギャップエ
ネルギーが大きく、ｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ層４７よりも
バンドギャップエネルギーの小さい、厚さｔ＝１００オ
ングストロームの第３のｎ型Ｇａy Ｉｎ1-y Ｐクラッド
層（x ＞y ）であり、第２，第３のクラッド層４７，４
８の間に挟まれている第１のクラッド層３１ａの厚さは
１．５μｍで、該第１のクラッド層３１ａ中における電
子の拡散長よりも厚くなるように形成されている。ま
た、第２，第３のクラッド層４７，４８の厚さｔは、電
子がこの第２，第３のクラッド層４７，４８を通り抜け
ることが可能な所定の厚さとなるよう設けられている。
【００７６】本実施例においては、例えば、第２，第３
のクラッド層４７，４８の厚さｔを１００オングストロ
ームとすれば、第１のクラッド層３１ｂの電子は第３の
クラッド層４８をトンネル効果で通り抜けて第１のクラ
ッド層３１ａに達する。この第１のクラッド層３１ａに
達した電子は厚さ１００オングストロームの第２のクラ
ッド層４７をトンネル効果によって通り抜けて活性層３
２に達する。ここで、第３のクラッド層４８よりも第２
のクラッド層４７の方がバンドギャップエネルギーが大
きいので、電子は第３のクラッド層４８を通り抜けるよ
りも第２のクラッド層４７を通り抜けにくい。従って第
１のクラッド層３１ａに電子が溜まり、この電子間にク
ーロン反揆力が働き、第１のクラッド層３１ａを流れる
電流は空間電荷制限電流となり、上記実施例６と同様に
低雑音なＩｎＧａＡｓＰ系のレーザダイオードを得るこ
とができる。
【００７７】実施例９．図１２は本発明の第９の実施例
によるレーザダイオードの構造を説明するためのバンド
構造図であり、図において、図１１と同一符号は同一又
は相当する部分を示しており、３１はｎ型ＩｎＰクラッ
ド層，３５ａ，３５ｂは第１のｐ型ＩｎＰクラッド層、
４９は第１のｐ型ＩｎＰクラッド層３５ａ，３５ｂより
もバンドギャップエネルギーの大きい、例えば厚さｔ＝
１０オングストロームの第２のｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐク
ラッド層，５０は第１のｐ型ＩｎＰクラッド層３５ａ，
３５ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きく、かつ
第２のｐ型Ｇａx Ｉｎ1-xＰクラッド層４９よりもバン
ドギャップエネルギーの小さい厚さｔ＝１０オングスト
ロームの第３のｐ型Ｇａy Ｉｎ1-y Ｐクラッド層（ｘ＞
ｙ）である。この厚さｔは、正孔がこの第２，第３のク
ラッド層４９，５０を通り抜けることが可能な所定の厚
さとなるよう設けられている。第２，第３のクラッド層
４９，５０の間に挟まれている第１のクラッド層３５ａ
の厚さは１．５μｍで、該第１のクラッド層３１ａ中に
おける正孔の拡散長よりも厚くなるように形成されてい
る。
【００７８】本実施例９のレーザダイオードは、上記実
施例８のレーザダイオードにおいて、第１のｎ型クラッ
ド層側にバンドギャップエネルギーが該第１のｎ型クラ
ッド層よりも大きく，かつ互いに異なる材料からなる第
２，第３のｎ型クラッド層を設けるかわりに、第１のｐ
型クラッド層側に、バンドギャップエネルギーが該第１
のｐ型クラッド層よりも大きく，かつ互いに異なる材料
からなる第２，第３のｐ型クラッド層を設けたものであ
り、このような構造のレーザダイオードにおいても、第
３のクラッド層５０よりも第２のクラッド層４９のほう
がバンドギャップエネルギーが大きいので、正孔は第３
のクラッド層５０よりも第２のクラッド層４９を通り抜
けにくく、第１のクラッド層３５ａに正孔が溜まる。こ
れによって、正孔間にクーロン反揆力が働き、第１のク
ラッド層３５ａを流れる電流は空間電荷制限電流となる
ため、上記実施例８と同様に低雑音なＩｎＧａＡｓＰ系
レーザダイオードが得られる。
【００７９】なお、上記実施例８，９では第２，第３の
クラッド層としてＧａx Ｉｎ1-x Ｐ層，Ｇａy Ｉｎ1-y
Ｐ層（ｘ＞ｙ）を用いたが、これらの層は第１のクラッ
ド層であるＩｎＰ層よりもバンドギャップエネルギーが
大きければよいので、例えばＡｌx Ｉｎ1-x Ｐ層とＡｌ
y Ｉｎ1-y Ｐ層等の他のＩｎＰよりバンドギャップエネ
ルギーの大きい材料からなる層を用いるようにし、第
２，第３のクラッド層の厚さｔを、それぞれの材料に合
わせて調整することにより、上記実施例８，９と同様の
効果を奏する。
【００８０】実施例１０．図１３は本発明の第１０の実
施例によるレーザダイオードの構造を説明するための、
活性層近傍のバンド構造図であり、図において５１ａ，
５１ｂはｎ型Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓクラッド層、５２はｎ
型Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓクラッド層５１ａ，５１ｂよりバ
ンドギャップエネルギーが小さい元素組成よりなるＡｌ
ＧａＡｓ活性層、５３はｐ型のＡｌy Ｇａ1-y Ａｓクラ
ッド層、５４はｎ型Ａｌy Ｇａ1-yＡｓクラッド層５１
ａと活性層３２の間に設けられたｎ型Ａｌy Ｇａ1-y Ａ
ｓクラッド層５４よりもバンドギャップエネルギーの大
きい、例えば厚さｔ1 ＝１５０オングストロームの第２
のｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層３４（x ＞y ）、
５５はｎ型Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓクラッド層５１ａ，５１
ｂの間に設けられた、例えば厚さｔ2 ＝１００オングス
トロームである第３のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層で
あり、その厚さｔ2 は第２のｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓク
ラッド層３４よりも厚さが薄くなるよう（ｔ2 ＜ｔ1 ）
形成されている。
【００８１】本実施例は、上記第６の実施例において説
明した構造のレーザダイオードにおいて、その材料系を
ＡｌＧａＡｓ系とし、第１のクラッド層の材料としてｎ
型Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓを用い、第２，第３のクラッド層
５４，５５の材料として、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（x
＞y ）を用いるようにしたものであり、このような実施
例においても上記第６の実施例と同様の効果を奏するこ
とができる。
【００８２】なお、本実施例と同様に、上記第７〜第９
の実施例において説明したレーザダイオードの材料をＩ
ｎＰ系材料の代わりに、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いるよ
うにしてもよい。
【００８３】即ち、上記実施例７において、レーザダイ
オードをｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層−活性層−第１の
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層からなるヘテロ接合を有す
るレーザダイオードとし、上記第２のｐ型クラッド層を
第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層よりも大きいバンド
ギャップエネルギーを持つ厚さｔ1 のｎ型ＡｌＧａＡｓ
層とし、上記第３のｐ型クラッド層を上記第２のｐ型Ａ
ｌＧａＡｓクラッド層と同一組成の厚さｔ2 （ｔ2 ＜ｔ
1 ）のｐ型ＡｌＧａＡｓ層とするようにしてもよい。
【００８４】また、上記実施例８において、レーザダイ
オードを第１のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層−活性層−
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層からなるヘテロ接合を有す
るレーザダイオードとし、上記第２のｎ型クラッド層を
第１のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層よりも大きいバンド
ギャップエネルギーを持つ厚さｔのｎ型ＡｌＧａＡｓ層
とし、上記第３のｎ型クラッド層をバンドギャップエネ
ルギーが上記第１のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層よりも
大きく、かつ上記第２のＡｌＧａＡｓクラッド層よりも
小さい、厚さｔのｎ型ＡｌＧａＡｓ層とするようにして
もよい。
【００８５】また、上記実施例９において、レーザダイ
オードをｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層−活性層−第１の
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層からなるヘテロ接合を有す
るレーザダイオードとし、上記第２のｐ型クラッド層を
第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層よりも大きいバンド
ギャップエネルギーを持つ厚さｔのｐ型ＡｌＧａＡｓ層
とし、上記第３のｎ型クラッド層をバンドギャップエネ
ルギーが上記第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層よりも
大きく、かつ上記第２のＡｌＧａＡｓクラッド層よりも
小さい、厚さｔのｎ型ＡｌＧａＡｓ層とするようにして
もよい。以上のような場合においても上記各実施例と同
様の効果を奏する。
【００８６】実施例１１．図１４は本発明の第１１の実
施例によるレーザダイオードの構造を説明するための、
活性層近傍のバンド構造図である。図において、６１
ａ，６１ｂは第１のｎ型（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.
5 Ｐクラッド層，６２は第１のｎ型クラッド層６１ａ，
６１ｂよりバンドギャップエネルギーが小さい元素組成
よりなるＡｌＧａＩｎＰ活性層，６３はｐ型（Ａｌy Ｇ
ａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層、６４はｎ型（Ａｌ
y Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４１ａとＡｌＧ
ａＩｎＰ活性層の間に形成された第１のｎ型（Ａｌy Ｇ
ａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層６１ａよりもバンド
ギャップエネルギーの大きい、例えば厚さｔ1 ＝１５０
オングストロームの第２のｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４４（x ＞y ）、６５は第１のｎ
型（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層６１
ａ，６１ｂの間に形成された厚さｔ2 ＝１００オングス
トロームの第３の（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐク
ラッド層で、その厚さｔ2 は第２のクラッド層６４より
も厚さが薄くなるよう（ｔ2 ＜ｔ1 ）形成されている。
【００８７】本実施例のレーザダイオードは、上記第６
の実施例において説明した構造のレーザダイオードにお
いて、その材料系をＡｌＧａＩｎＰ系とし、第１のクラ
ッド層の材料としてｎ型（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.
5 Ｐを用い、第２，第３のクラッド層５４，５５の材料
として、ｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（x＞y
）を用いるようにした赤色レーザダイオードであり、
このような実施例においても上記第６の実施例と同様の
効果を奏することができる。
【００８８】なお、本実施例と同様に、上記第７〜第９
の実施例において説明したレーザダイオードの材料とし
て、ＩｎＧａＡｓＰ系材料の代わりにＡｌＧａＩｎＰ系
材料を用いるようにしても、上記各実施例と同様の効果
を奏する。
【００８９】実施例１２．図１５は本発明の第１２の実
施例によるレーザダイオードの構造を説明するための活
性層近傍のバンド構造図（図１５(a))、及び活性層部分
のバンド構造を拡大して示した図（図１５(b))であり、
図において図１３と同一符号は同一部分を示しており、
５７はＩｎＧａＡｓウエル層５７ｂをＡｌＧａＡｓバリ
ア層５７ａで挟みこんでなる歪み量子井戸活性層であ
る。
【００９０】本実施例１２のレーザダイオードは、上記
実施例１０において説明したレーザダイオードにおい
て、活性層を歪み量子井戸活性層５７として、０．９８
μｍ帯近傍のレーザダイオードとしたものであり、この
ような実施例においても上記実施例１０と同様の効果を
奏する。
【００９１】なお、上記第６〜第９，及び第１１の実施
例において説明したレーザダイオードにおいて、本実施
例１２と同様に活性層として歪み量子井戸活性層を用い
るようにしてもよく、上記各実施例と同様の効果を奏す
る。
【００９２】また、上記第６〜第１２の実施例において
は、活性層をバルク型，あるいは歪み量子井戸構造とし
たレーザダイオードについて説明したが、本発明は活性
層として、歪み多重量子井戸構造，多重量子井戸構造，
量子井戸構造，量子井戸細線構造，歪み量子井戸細線構
造，量子箱構造，歪み量子箱構造等を用いた場合につい
ても適用でき、上記各実施例と同様の効果を奏する。
【００９３】さらに、上記実施例６〜１２においては、
ＩｎＧａＡｓＰ系レーザダイオード，ＡｌＧａＡｓ系レ
ーザダイオード，及びＡｌＧａＩｎＰ系レーザダイオー
ドについて説明したが、本発明はII-VI 族,III-V族,IV-
IV族化合物半導体や他の半導体材料を用いたｎ型クラッ
ド層−活性層−ｐ型クラッド層からなるダブルヘテロ構
造を備えたレーザダイオードに適用することができ、上
記各実施例と同様の効果を奏する。
【００９４】また、上記実施例においてはレーザダイオ
ードについて説明したが、本発明はその他の発光ダイオ
ード，レーザアンプ，光増幅機能を有する波長可変フィ
ルタ等の半導体発光素子についても適用することができ
るものであり、上記各実施例と同様の効果を奏する。
【００９５】なお、上記第６〜第１２の実施例において
は、第２のクラッド層と第３のクラッド層の厚さのみ，
あるいはバンドギャップエネルギーのみを互いに異なる
ものとした場合について説明したが、本発明は、厚さ及
びバンドギャップエネルギーの両方を変化させて、その
組合せにより、第３のクラッド層を、第１のクラッド層
に対してキャリアの通過を抑制する作用が大きいエネル
ギー障壁を有するものとし、さらに第２のクラッド層
を、第３のクラッド層よりもキャリアの通過を抑制する
作用が大きいエネルギー障壁を有するものとして、第２
のクラッド層と第３のクラッド層の間に電子を蓄積させ
るようにしても良く、このような場合においても上記各
実施例と同様の効果を奏する。
【００９６】実施例１３．図１６は本実施例１３のレー
ザアンプの構造を示す共振器長方向の断面図であり、図
において、図１と同一符号は同一または相当する部分を
示しており、１８は低反射率，例えば１％以下の反射率
のコーティング膜である。本実施例１３のレーザアンプ
は、活性層近傍部のバンド構造が上記第１の実施例にお
いて説明したレーザダイオードと同様のバンド構造であ
るレーザダイオードの共振器両端面に低反射コート（無
反射コート）を施したものであり、上記第１の実施例の
レーザダイオードと同様にＭＯＣＶＤを用いた製造方法
により製造される。
【００９７】また、図２８は従来のレーザアンプの構造
を示す共振器長方向の断面図であり、図において、図１
６と同一符号は同一又は相当する部分を示している。
【００９８】次に動作について説明する。従来のレーザ
アンプにおいては、共振器端面に低反射率膜１８がコー
ティングされているため、ｐ側電極７，及びｎ側電極８
に電流を流しても光の帰還がかからずレーザ発振しな
い。ところが、活性層２は利得を持っているため、共振
器端面の一方から入射されたレーザ光が増幅されて、反
対側の共振器端面から入射光より強い強度のレーザ光が
放出される。しかし、従来構造のレーザアンプでは入射
光の光のゆらぎが小さくても、活性層２へランダムにキ
ャリアが注入されて発光し、これによってレーザ光を増
幅するため、増幅された出射光の光のゆらぎは大きくな
ってしまう問題があった。
【００９９】しかし、本実施例１３のレーザアンプにお
いては、活性層２とｐ型ＩｎＰクラッド層３との間にア
ンドープのＩｎＰ層４が配置されており、このアンドー
プＩｎＰ層４の厚さは、該アンドープＩｎＰ層４内にお
ける正孔の拡散長よりも厚くなるよう形成されている。
従って、上記実施例１に説明したように、アンドープＩ
ｎＰ層４を流れる電流が空間電荷制限電流となり、正孔
はランダムではなく規則的に活性層２へ注入され、活性
層２に注入されたの正孔は電子と再結合してゆらぎの小
さいレーザ光を放出する。これにより、このレーザアン
プに光のゆらぎの小さいレーザ光が入射すると、光のゆ
らぎの小さい増幅されたレーザ光として出射される。ま
た、このとき上記実施例１で説明したように、該レーザ
アンプの発熱は小さいものとなる。
【０１００】このように本実施例においては、活性層２
とｐ型ＩｎＰクラッド層３との間にｎ型アンドープＩｎ
Ｐ層４を、該アンドープＩｎＰ層４内における正孔の拡
散長よりも厚い厚さで形成するようにしたから、発熱を
抑えて光のゆらぎを大きくすることなくレーザ光を増幅
することができるレーザアンプを得ることができる。
【０１０１】なお、本実施例においては、上記実施例１
に示したレーザダイオードの活性層近傍部と同様のバン
ド構造を有するレーザアンプについて説明したが、上記
実施例２ないし１２に示したレーザダイオードと同様の
バンド構造を有する活性層近傍部をレーザアンプに適用
することも可能であり、本実施例と同様に光のゆらぎを
大きくすることなくレーザ光を増幅することができるレ
ーザアンプを得ることができる。
【０１０２】実施例１４．図１７は本実施例１４の光増
幅機能を備えた波長可変フィルタの構造を説明するため
の共振器長方向の断面図であり、図において、７０ａは
光増幅部、７０ｂは波長可変フィルタ部、７１はｐ型Ｉ
ｎＰ基板、７２はｐ型ＩｎＰクラッド層、７３はｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰガイド層、７４はＩｎＧａＡｓＰ活性層、
７５ａは厚さｔ1 の第２のｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐクラッ
ド層、７５ｂは厚さｔ2 （ｔ2 ＜ｔ1 ）の第３のｎ型Ｇ
ａx Ｉｎ1-x Ｐクラッド層、７６ａ，７６ｂは第１のｎ
型ＩｎＰクラッド層、７７はｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタ
クト層、７８はｎ型ＩｎＰクラッド層，７９はｎ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層、８０，８１はｐ側電極、８２
はｎ側電極、８３は溝であり、本実施例の光増幅機能を
持つ波長可変フィルタは、上記第６の実施例において示
したレーザダイオードの活性層近傍部と同様のバンド構
造を有する活性層近傍部を備えた光増幅部７０ａと波長
可変フィルタ部７０ｂとを同一チップ上に有するもので
ある。また、ＩA はｐ側電極８１に流される電流，ＩP
はｐ側電極８０に流される電流を示している。
【０１０３】次に本実施例の光増幅機能を備えた波長可
変フィルタの製造方法について説明する。まず、ｐ型Ｉ
ｎＰ基板７１上にＭＯＣＶＤ法により、ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層７２，ｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層７３，ＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層７４，厚さｔ1 の第２のｎ型Ｇａx Ｉｎ
1-x Ｐクラッド層７５ａ，第１のｎ型ＩｎＰクラッド層
７６ａ，厚さｔ2 （ｔ2 ＜ｔ1 ）の第３のｎ型Ｇａx Ｉ
ｎ1-x Ｐクラッド層７５ｂ，第１のｎ型ＩｎＰクラッド
層７６ｂ，ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７７を順次
形成する。その後、共振器長方向の中央部となる部分の
近傍から波長可変フィルタの一方の端面となる領域をマ
スク等を利用してｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層７３に達
するまでエッチング除去する。次に該エッチング除去し
た領域を埋め込むようにｎ型ＩｎＰクラッド層７８，ｎ
型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７９をＭＯＣＶＤ法等に
より形成し、この埋め込み形成したｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
コンタクト層７９，及びｎ型ＩｎＰクラッド層７８上部
の、上記エッチングにより残存した領域と接する部分を
エッチング除去して溝８３を形成し、その後、コンタク
ト層７７，７９上にｐ側電極８０，８１を、また基板７
１の下面にｎ側電極８２を蒸着により形成する。
【０１０４】図２９は従来の光増幅機能を持つ波長可変
フィルタの構造を示す共振器長方向の断面図であり、こ
の従来の波長可変フィルタはJournal of Lightwave Tec
hnology,vol.10,p.p.1590-1596（以下文献４と称す）に
記載されている波長可変フィルタに基づくものである。
図において、図１７と同一符号は同一又は相当する部分
を示している。
【０１０５】つぎに動作について説明する。従来の波長
可変フィルタにおいては、文献４によれば、光増幅部７
０ａの電極８１に電流ＩA を流すことによって利得を持
たせ、さらに波長可変フィルタ部７０ｂの電極８１に流
す電流ＩP を変化させ、ガイド層７３近傍の屈折率を変
化させ、実効的な共振器長を変化させることにより、ガ
イド層７３に入射されたレーザ光のうち、電流Ｉp を変
えることにより変化する所定の波長λn のレーザ光のみ
を増幅して出射させる。しかしながら従来の波長可変フ
ィルタでは、活性層７４にランダムにキャリアが注入さ
れるため、光のゆらぎの小さい入射レーザ光が入ってき
ても、光のゆらぎの大きい波長λn のレーザ光として放
出される。
【０１０６】本実施例の波長可変フィルタにおいては、
電流Ｉp により従来例と同様に特定の波長λn のレーザ
光を選別するとともに、電流ＩA によりレーザ光の増幅
を行うものであるが、第３のクラッド層７５ｂは第１の
ｎ型クラッド層７６ａ，７６ｂよりもバンドギャップエ
ネルギーが大きいので、その厚さｔ2 を薄く、例えば１
００オングストロームとすれば第１のｎ型クラッド層７
６ｂの電子はトンネル効果により第３のクラッド層７５
ｂを通り抜けて第１のクラッド層７６ａに達する。第１
のクラッド層７６ａ達した電子は、第２のクラッド層７
５ａの厚さｔ1（ｔ1 ＞ｔ2 ）を１５０オングストロー
ムとすれば、トンネル効果により第２のクラッド層７５
ａを通り抜けて活性層２２へ注入される。このとき、ｔ
1 ＞ｔ2なので電子は第３のクラッド層７５ｂよりも第
２のクラッド層７５ａを通り抜けにくく、第１のクラッ
ド層７６ａに電子が溜まり、電子間にクーロン反揆力が
働いて、第１のクラッド層７６ａを流れる電流は空間電
荷制限電流となり、活性層７４へはランダムではなく、
規則的に電子が注入され、これがレーザ光を発生するの
で、波長λn の光のゆらぎの小さいレーザ光が放出され
る。
【０１０７】このように本実施例の増幅機能を有する波
長可変フィルタは、上記第６の実施例において示したレ
ーザダイオードの活性層近傍部と同様のバンド構造の光
増幅部を備えているから、発熱を抑えて、入射レーザ光
を光のゆらぎを大きくすることなく増幅できる効果があ
る。
【０１０８】なお、本実施例においては、上記第６の実
施例において示したレーザダイオードの活性層近傍部と
同様のバンド構造の光増幅部を備えた構造としたが、本
発明は、上記第１ないし第５，あるいは第７ないし第１
２のいずれかの実施例において示したレーザダイオード
の活性層近傍部と同様のバンド構造の光増幅部を備えた
構造としてもよく、上記実施例１４と同様の効果を得る
ことができる。
【０１０９】また、本実施例においては、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系材料を用いた波長可変フィルタについて説明した
が、その他の材料として例えばＡｌＧａＡｓ系材料，及
びＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた場合についても本発明
を適用することができ、上記実施例１４と同様の効果を
奏する。
【０１１０】さらに、本実施例の波長可変フィルタの構
造は、例えばIEEE Journal QuantumElectronics vol.2
8,p.p.1508-1512 に記載されたような光増幅部に回折格
子を有する光増幅機能を持つ波長可変フィルタや、IEEE
Journal Quantum Electronics vol.28,p.p.1513-1519
に記載されたような光増幅部に回折格子を有する光増幅
機能を持つ多電極波長可変フィルタ等，他の光増幅機能
を持つ波長可変フィルタにも適用できるものであり、こ
のような場合においても上記実施例１４と同様の効果を
奏する。
【０１１１】実施例１５．図１８は、上記実施例１のレ
ーザダイオード，及び上記実施例１３のレーザアンプを
用いて構成された，本発明の第１５の実施例による光通
信システムの構造を示す概略図であり、図において、９
１はレーザダイオード駆動回路，９２は上記実施例１に
よるレーザダイオード，９３，９４はレンズ，９５ａ，
９５ｂは光ファイバ，９６は光ファイバ９５ａ，９５ｂ
の間に設けられた上記実施例１３によるレーザアンプ、
９７はフォトダイオード，９８は該フォトダイオード９
７と接続されたアンプである。
【０１１２】また、図３０は従来の光通信システムの構
成を示す概略図であり、図において、図１８と同一符号
は同一または相当する部分を示しており、９２ａは従来
のレーザダイオード，９６ａは従来のレーザアンプであ
る。
【０１１３】次に動作を図１８について説明する。レー
ザダイオード駆動回路９１から出力された信号によりレ
ーザダイオード９２が駆動され、このレーザダイオード
９２からレーザ光が出射されると、このレーザ光はレン
ズ９３，９４により集光され、光ファイバ９５ａに入射
される。この光ファイバ９５ａに入射されたレーザ光
は、光ファイバ９５ａを伝送され、レーザアンプ９６に
入射される。このレーザ光がレーザアンプ９６により増
幅され、さらに光ファイバ９５ｂを伝送される。その
後、光ファイバ９５ｂの端部から出射された上記レーザ
光が、フォトダイオード９７に入射されて出力信号に変
換され、この信号がアンプ９８により増幅される。
【０１１４】従来の光通信システムにおいては、レーザ
ダイオード駆動回路９１により駆動されたレーザダイオ
ード９２ａから放出される光のゆらぎは√〈ｎ〉よりも
大きく（〈ｎ〉：光子数平均値）、ゆらぎの大きい光信
号がレンズ９３，９４を介して光ファイバ９５ａ，９５
ｂへ入射される。光ファイバ９５ａ，９５ｂの途中には
レーザアンプ９６ａがあり、これがゆらぎの大きい光信
号をさらにゆらぎを大きくして増幅し、ファイバ９５ｂ
端から出たゆらぎの大きい光信号はホトダイオード９７
で光電流として増幅され、アンプ６８で増幅される。光
信号の光のゆらぎが大きければ受信感度すなわちＳ／Ｎ
比は劣化する。
【０１１５】しかし、本実施例の光通信システムにおい
ては、レーザダイオード９２として、上記第１の実施例
において得られるレーザダイオードを採用しているの
で、レーザダイオード９２から放出される光信号の光の
ゆらぎは√〈ｎ〉よりも小さい。またファイバ９５ａ，
９５ｂの間で使用されるレーザアンプ９６は本発明の第
１３の実施例において得られるレーザアンプ９５ｂを使
用しているので、増幅時のゆらぎも小さく抑えられる。
この結果、光ファイバ９５ｂ端から出きてた光信号の光
のゆらぎは小さいので、受信感度すなわちＳ／Ｎ比の大
きい、長距離伝送が可能な光通信システムを構成するこ
とができる。
【０１１６】なお、本実施例においては、光ファイバ９
５ａ，９５ｂの間にレーザアンプ９６を設け、これによ
り光信号を増幅するようにしたが、ファイバ９５ｂ出力
端にレーザアンプ９６を設け、これによりファイバ９５
ｂ出力端から出てきた光信号を増幅して、フォトダイオ
ード９７へ送るようにしても良く、上記実施例と同様の
効果を奏する。
【０１１７】また、本実施例においては上記第１の実施
例において得られたレーザダイオードを用いるようにし
たが、上記実施例２ないし１２のレーザダイオードを用
いるようにしてもよく、本実施例１５と同様の効果を奏
する。
【０１１８】実施例１６．図１９は、上記実施例１のレ
ーザダイオードを用いて構成された，本発明の第１６の
実施例による光通信システムの構造を示す概略図であ
り、図において、図１８と同一符号は同一又は相当する
部分を示しており、１０５は上記実施例１による光のゆ
らぎの小さい例えば１．５５μｍ付近（または１．３μ
ｍ付近）のレーザ光を放出するレーザダイオード，１０
０は上記実施例１による１．４８μｍまたは０．９８μ
ｍ（または１．０２μｍ）のゆらぎの小さいレーザ光を
放出するファイバアンプ励起用レーザダイオード，１０
３は該レーザダイオード１００を駆動させるためのレー
ザダイオード駆動回路，１０１は光ファイバ，１０２は
エルビウムドープ光ファイバ（ファイバアンプ），９９
はファイバカプラ部，１０４は光ファイバ端部，または
光ファイバ連結部である。なお、ファイバアンプ励起用
のレーザ光がファイバアンプ１０２通過後に光ファイバ
９５ｂを伝わっていかないようにファイバアンプ１０２
と光ファイバ９５ｂとの間にフィルタ（図示せず）が挿
入されている。
【０１１９】図３１は従来のレーザダイオードを用いた
光通信システムであり、図において図１９と同一符号は
同一または相当する部分を示しており、９２ａは従来の
レーザダイオード、１００ａは従来のレーザダイオード
と同様の構造のファイバアンプ励起用レーザダイオード
である。
【０１２０】次に動作について説明する。従来の光通信
システムにおいては、レーザダイオード９２ａから放出
された光のゆらぎの大きい光信号はレンズ９３，９４を
介して光ファイバ６５へ入力され、ファイバ６５の途中
でファイバカプラ９９により、例えばＥr （エルビウ
ム）ドープファイバ１０２へ結合される。ファイバアン
プ励起用のレーザダイオード１００ａから光のゆらぎの
大きいレーザ光がレンズ９３，９４を介して光ファイバ
１０１を通り、Ｅr ドープファイバ１０２へ入りＥr を
ランダムに励起する。励起されたエルビウムはレーザダ
イオード９２からの光に刺激されて基底準位に落ちる際
にレーザダイオード９２と同一波長の光を放出する。従
ってＥr が多く励起されていれば、レーザダイオード９
２からの光信号自体が増幅されることになる。しかし、
この過程ではＥr の励起がランダムであるため、増幅さ
れた光信号のゆらぎは大きい。このゆらぎの大きい光信
号が再び光ファイバ９５ｂを通して終端より放出され
て、フォトダイオード９７に入射し、光電流が発生す
る。この結果、光のゆらぎ自体が大きいので受信感度、
すなわちＳ／Ｎ比は劣化している。
【０１２１】しかし、本実施例においては、上記第１の
実施例によるレーザダイオード１０５から出射されるゆ
らぎの小さい光信号は、光ファイバ９５ａを通り、ファ
イバカプラ９９で光ファイバ１０２に入射される。また
上記実施例１によるレーザダイオード１００は１．４８
μｍまたは０．９８μｍ（または１．０２μｍ）のゆら
ぎの小さいレーザ光を放出し、レンズ９３，９４を介し
て光ファイバ１０１に入射され、Ｅr ドープ（またはＰ
r ：プラセオジムドープ）のファイバアンプ１０２に入
ってきてＥr （またはＰr ）を励起する。励起光のゆら
ぎが小さいので、Ｅr （またはＰr ）はランダムではな
く、規則的に励起され、レーザダイオード１０５側から
入射してきた１．５５μｍ付近（または１．３μｍ付
近）のレーザの刺激により基底状態に落ちて、１．５５
μｍ付近（または１．３μｍ付近）のレーザ光を発生す
る。Ｅr （またはＰr ）の励起電子が多ければ信号光自
体が増幅されることになる。このファイバアンプ１０２
で増幅されるレーザ光のゆらぎは小さい。このゆらぎの
小さいレーザ光は再び光ファイバ６５を通って、終端か
らフォトダイオード９７へ入射し、光電流を発生する。
フォトダイオード９７へ到達する光信号の光のゆらぎは
小さいので、高感度な、すなわちＳ／Ｎ比の大きい光通
信システムが得られる。
【０１２２】なお、上記実施例においては、、レーザダ
イオード１０５，１００として上記実施例１と同様の構
造のレーザダイオードを用いるようにしたが、上記実施
例２ないし１２のレーザダイオードと同様の構造のレー
ザダイオードを用いるようにしてもよく、上記実施例と
同様の効果を奏する。
【０１２３】また、上記実施例においては、光ファイバ
１０１と光ファイバ９５ｂの間にファイバアンプ１０２
を設け、該ファイバアンプ１０２により光信号を増幅す
るようにしたが、ファイバ出力端から出てきた光信号を
ファイバアンプで増幅して、光ファイバを介することな
くフォトダイオードへ送るような構成としても良く、上
記実施例と同様の効果を奏する。
【０１２４】実施例１７．本発明の第１７の実施例は、
上記実施例１ないし１２により得られるレーザダイオー
ドを光源として、該光源から出てくる光を光変調器で変
調してファイバに導き、受信器で検出する光通信システ
ムである。
【０１２５】図２０は本発明の第１７の実施例による光
通信システムの構成を示す概略図（図２０(a)), 及び該
光通信システムに用いられる光変調器の構造を示す断面
図（図２０(b))である。図において、図１８と同一符号
は同一又は相当する部分を示しており、１０６は例えば
上記実施例１による低雑音なＩｎＧａＡｓＰ系のレーザ
ダイオード、１０７は光変調器，１０８はレーザダイオ
ード１０６を駆動させる駆動回路である。また、１１１
はｎ型ＩｎＰクラッド層，１１２はアンドープＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層，１１３はｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層，１１５はｐ型ＩｎＰ基板層，１１６は
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層，１１７はｐ側電極，
１１８はｎ側電極である。
【０１２６】すでに述べたように、本発明の実施例１に
よるレーザダイオードでは空間電荷制限領域が抵抗成分
を持つので、いわゆるＲＣ時定数が大きくなり、動作帯
域が制限される。そこでレーザダイオード１０６をＣＷ
（continuous wave ：定常波) で動作させ、レーザダイ
オード１０６から出てきた光を光変調器１０７で変調し
て光信号として、該光信号を光ファイバ９５ａに載せる
ようにしたものである。
【０１２７】次に本実施例の動作について説明する。図
２０(b) に示すような構造の光変調器１０７では、Jour
nal of Lightwave Technology vol.6,p.p.743-757(198
8) によれば、アンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐのウエル層厚，バリア層厚，バリア層組成を適当に選
べば、光変調器１０７にバイアスをかけない状態ではレ
ーザダイオード１０６から出射される光は変調器１０７
を通過するが、変調器１０７に適当な逆バイアスを印加
すると、量子閉じ込めシュタルク効果によりレーザダイ
オード１０６の光は光変調器１０７を通過することを阻
止される。従って光変調器１０７でレーザダイオード１
０６から出射されるゆらぎの小さいレーザ光を光信号に
変換することができ、光変調器のＲC 時定数を小さく抑
えることにより、高帯域な，高感度な光通信システムが
実現できる。
【０１２８】なお、上記実施例においては、レーザダイ
オード１０６として上記実施例１と同様の構造のレーザ
ダイオードを用いるようにしたが、上記実施例２ないし
１２のレーザダイオードと同様の構造のレーザダイオー
ドを用いるようにしてもよく、上記実施例１７と同様の
効果を奏する。
【０１２９】実施例１８．図２１は本発明の第１８の実
施例による光通信システムの構成を示す概略図である。
本実施例は上記実施例１７の光通信システムにおいて、
光ファイバの途中に上記第１３の実施例において示した
レーザアンプを設けるようにしたものであり、図におい
て図２１，及び１８と同一符号は同一又は相当する部分
を示している。
【０１３０】このような光通信システムによれば、上記
第１８の実施例と同様の効果を得られるとともに、レー
ザアンプ１０６から出射された後、光ファイバ９５ａを
伝送されてきて減衰した光信号をゆらぎを与えることな
く増幅して、再び光ファイバ９５ｂに伝送させることが
でき、長距離伝送が可能な光通信システムを実現するこ
とができる。
【０１３１】実施例１９．図２２は本発明の第１９の実
施例による光通信システムの構成を示す概略図であり、
図において、図１９及び図２０と同一の符号は同一又は
相当する部分を示している。本実施例は上記実施例１６
の光通信システムにおいて、レーザダイオード９２，レ
ーザダイオード駆動用回路９１を用いる代わりに、上記
実施例１７において示したレーザダイオード駆動用回路
１０８，レーザダイオード１０６，光変調器１０７を用
いるようにしたものである。
【０１３２】このような実施例においても、上記実施例
１６と同様の効果を奏するとともに、レーザダイオード
１０６をＣＷ動作させ、そのレーザ光を光変調器１０７
で光信号とし、これを光ファイバに入射するようにした
から、高感度で高帯域な光通信システムが実現できる。
【０１３３】なお、本実施例においては、レーザダイオ
ード１０６と光変調器１０７を別々の装置として設ける
ようにしたが、これらを一体化した構造のものを用いる
ようにしてもよい。
【０１３４】また、上記実施例１８，１９においては、
レーザアンプ９６やファイバアンプ１０２を光ファイバ
９５ａ，９５ｂの途中に挿入するようにしたが、光ファ
イバとフォトダイオードの間にレーザアンプやファイバ
アンプを直接配置するようにしてもよく、上記実施例１
８，１９と同様の効果を奏する。
【０１３５】実施例２０．図２４は本発明の第２０の実
施例による空間分割光スイッチシステムの構造を説明す
るための模式図であり、この空間分割光スイッチシステ
ムは、本発明の第１ないし１３の実施例により得られる
レーザダイオードを光源として、空間分割光スイッチを
通過した光信号を、上記第１３の実施例で得られるレー
ザアンプで増幅する空間分割光スイッチシステムであ
る。
【０１３６】図において、１２０ａ〜１２０ｈは例えば
本実施例１において示したＩｎＧａＡｓＰ系レーザダイ
オードで、このレーザダイオードの代わりに上記実施例
２ないし１２のレーザダイオードを用いるようにしても
よい。１２２ａ〜１２２ｈは上記実施例１３において示
したレーザアンプ，１２６は空間分割光スイッチ，１２
１は光導波路，１２３は光導波路１２１より入射された
光を直進させるかクロスさせるかを切り換える光スイッ
チ，１２４は光導波路１２１より入射させる光をクロス
させる光スイッチで、各光スイッチ１２３，１２４は該
スイッチを作動させるための電気回路等（図示せず）に
接続されている。１３１ａ〜１３１ｈは入力光信号，１
３２ａ〜１３２ｈは出力光信号であり、この空間分割光
スイッチシステムは、レーザダイオード１２０ａ〜１２
０ｈから光導波路１２１に出力された入力光信号１３１
ａ〜１３１ｈの進路を、光スイッチ１２３で切り換える
ことにより、出力光信号１３２ａ〜１３２ｈのいずれか
として出力するものであり、この空間分割光スイッチシ
ステムにおいて、クロスするスイッチ１２４は、入力光
信号１３１ａ〜１３１ｈそれぞれに対して空間分割光ス
イッチ１２３内での損失がいずれの出力光信号１３２ａ
〜１３２ｈとして出力されても同じになるようにするた
めに導入されている。
【０１３７】図３２はTechnical Digest of ECOC'90,p.
p.545-548 に示された従来の空間分割光スイッチシステ
ムである。図において、図２３と同一符号は同一または
相当する部分を示しており、１３３ａ〜１３３ｈは入力
光信号，１３４ａ〜１３４ｈは出力光信号，１２５ａ〜
１２５ｈは従来のレーザダイオードである。
【０１３８】図３２において示した従来の空間分割光ス
イッチシステムにおいては、各レーザダイオード１２５
ａ〜１２５ｈから出力される入力光信号１３３ａ〜ｈは
ゆらぎが大きく、また入力光信号１３４ａ〜ｈはそれぞ
れ強度が約１／１０に減少して出力されていた。しか
し、本実施例の空間分割光スイッチにおいては、各レー
ザダイオード１２０ａ〜ｈから出力される入力光信号１
３１ａ〜ｈのゆらぎは小さく、また、これらの光入力信
号１３１ａ〜ｈは空間分割光スイッチ１２６で交換され
た後、本実施例１３において得られたレーザアンプ１２
２ａ〜ｂに入り、光のゆらぎを小さくしたまま増幅され
て出力光信号１３２ａ〜ｈとして出力される。従って光
のゆらぎの小さいまま出力光信号を増幅できる空間分割
光スイッチシステムが得られる。
【０１３９】実施例２１．図２３は本発明の第２１の実
施例による空間分割光スイッチシステムの構造を説明す
るための図であり、図において、図１９及び図２３と同
一符号は同一または相当する部分を示している。
【０１４０】本実施例の空間分割光スイッチシステム
は、上記第２０の実施例による空間分割光スイッチシス
テムにおいて、レーザアンプを用いるかわりに、上記第
１６の実施例によるファイバアンプ１０２，ファイバカ
プラ９９，ファイバアンプ励起用レーザダイオード１０
０等により構成される増幅手段を用いるようにしたもの
であり、このような実施例においても上記実施例２０と
同様の効果を奏する。
【０１４１】実施例２２．図２５は本発明の第２２の実
施例による波長分割光スイッチの構造を説明するための
構成図であり、図において、１５３ａ〜１５３ｃ，ＬＤ
1 ，ＬＤ2 ，及びＬＤ3 は上記実施例１において用いら
れたレーザダイオードで、このレーザダイオードの代わ
りに上記実施例２ないし１２のレーザダイオードを用い
るようにしてもよい。１５２はカプラ，１５４は光導波
管，１４１はコリメートレンズ，１４２ａ〜１４２ｃは
発振器、１４３はマルチカプラ，１４４は電気音響交換
器，１４５は音響光学効果を持つ、例えば石英，ＰｂＭ
ｏＯ4 ，ＴｅＯ2 ，ＬｉＮｂＯ3 ，Ｇe 等の媒体，１４
６は音響光学偏光器，１４７は集光レンズ，１４８はフ
ォトダイオードＰＤ1 ，ＰＤ2 ，ＰＤ3 より構成される
ＰＤ（フォトダイオード）アレイ，１４９ａ〜１４９ｃ
はアンプ，１５０はレーザダイオードＬＤ1 ，ＬＤ2 ，
ＬＤ3 により構成されるＬＤ（レーザダイオード）アレ
イ，１５１はカプラである。
【０１４２】また、図３３はJournal of Lightwave Tec
hnology vol.LT-5,p.p.1742-1747(1987)に基づく、従来
の波長分割光スイッチシステムの構成を示す図であり、
図において、図２５と同一符号は同一又は相当する部分
を示しており、１５５ａ〜１５５ｃは従来のレーザダイ
オード，１５６は従来のレーザダイオードＬＤ1b，ＬＤ
2b，ＬＤ3bにより構成されるＬＤ（レーザダイオード）
アレイである。
【０１４３】次に波長分割光スイッチシステムの動作
を、図２５について説明する。入力光信号として異なる
波長λ1 ，λ2 ，λ3 の光信号が入射されると、コリメ
ートレンズ１４１で広がったビームにされ、音響光学偏
光器１４６でそれぞれの波長の光は互いに異なる角度に
偏光され、集光レンズ１４７により、例えばλ1 の光信
号はＰＤ3 に，λ2 の光信号はＰＤ2 に，またλ3 の光
信号はＰＤ1 に集光され、それぞれのフォトダイオード
ＰＤ1 ，ＰＤ2 ，ＰＤ3 が光電流を発生する。これらの
光電流はそれぞれアンプ１４９ａ〜１４９ｃで増幅さ
れ、レーザダイオードＬＤ1 で波長λ3 の光信号に，レ
ーザダイオードＬＤ2 で波長λ2 の光信号に，また、レ
ーザダイオードＬＤ3 で波長λ1 の光信号にそれぞれ変
換されて放出され、カプラ１４１で束ねられて光ファイ
バないしは光導波路（図示せず）に放出される。すなわ
ち、この波長分割光スイッチはλ1 ，λ2 ，λ3 に載っ
た信号をλ3 ，λ2 ，λ1 に載せかえるものである。
【０１４４】図３３において示した従来の波長分割光ス
イッチシステムでは、従来のレーザダイオード１５５ａ
〜１５５ｃから出力された光のゆらぎの大きい光信号λ
1 ，λ2 ，λ3 が従来のレーザダイオードＬＤ3b，ＬＤ
2b，ＬＤ1bで光のゆらぎが大きくなるよう増幅されて、
波長λ3 ，λ2 ，λ1 の光のゆらぎの大きい光信号とし
て出ていく。
【０１４５】しかし、本実施例の波長分割光スイッチシ
ステムにおいては、波長λ1 ，λ2，λ3 の光入力信号
は上記第１（あるいは第２〜第１２）の実施例によるレ
ーザダイオードの構造を用いたレーザダイオード１５３
ａ〜１５３ｃを光源として得られる光信号であり、その
光のゆらぎは小さい。また、レーザダイオードアレイ１
５０を構成するレーザダイオードＬＤ1 〜ＬＤ3 は上記
第１（あるいは第２〜第１２）の実施例によるレーザダ
イオードの構造を用いた出射する光のゆらぎが小さいレ
ーザダイオードである。レーザダイオード１５３ａ〜１
５３ｃから出射される波長λ1 ，λ2 ，λ3 の光のゆら
ぎの小さい光入力信号は、電気音響偏光器１４６で分別
されて、フォトダイオードアレイ１４８で光電流に変換
されて、アンプ１４９ａ〜１４９ｃで増幅されてレーザ
ダイオードアレイＬＤ3 ，ＬＤ2，およびＬＤ1 で光の
ゆらぎの小さい波長λ3 ，λ2 ，λ1 の光出力信号とし
て出射される。
【０１４６】このように本実施例によれば、光のゆらぎ
の小さい波長の異なる光信号を、光のゆらぎの小さい、
波長を入れかえた光信号として、または光のゆらぎの小
さい異なった波長の光信号として取り出すことができる
波長分割光スイッチシステムが得られる効果がある。
【０１４７】なお、本実施例によれば、３つの波長の入
出光信号を用いる場合の波長分割光システムについて説
明したが、本発明は任意のｎ個の異なる波長の入出光信
号を用いた場合においても適用できるものであり、上記
実施例２２と同様の効果を奏する。
【０１４８】また、本実施例においては、入射光信号を
波長ごとに分別するのに音響光学偏光器を用いたが、例
えば、Applied Physical Letters vol.53,p.p.83-85(19
88)に示されているような波長可変フィルタや回折格
子，ホログラム等を用いて波長を分別することもでき、
上記実施例と同様の効果を奏する。
【０１４９】実施例２３．本発明の第２３の実施例は上
記第１〜第１２で得られるレーザダイオードを光源とし
て、その波長分別増幅部に上記第１４で得られる波長可
変フィルタを用いた波長分割光スイッチシステムであ
る。
【０１５０】図２６は本実施例２３による波長分割光ス
イッチシステムの構成を示す回路図であり、図におい
て、１６１a1〜１６１anは上記第１の実施例において得
られるレーザダイオードで、このレーザダイオードの代
わりに上記実施例２ないし１２のレーザダイオードを用
いるようにしてもよい。１６２a1〜１６２anは変調器，
１６３は合波器，１６４は分波器，１６５a1〜１６５an
は上記第１４の実施例により得られる増幅機能を持つ波
長可変フィルタ，１６６a1〜１６６anは光電気変換器で
あり、例えばフォトダイオード等が用いられる。１６７
a1〜１６７anは変調器，１６８は合波器，１６９は分波
器，１６１a1〜１６１anは固定波長フィルタ，１６２a1
〜１６２anは光電気変換器，ＣＨa1〜ＣＨanは変調器１
６２a1〜１６２anへ電気信号を入力する入力端子，ＣＨ
b1〜ＣＨbnは出力端子である。
【０１５１】図３４は増幅機能を持つ波長可変フィルタ
を用いた従来の波長分割光スイッチの構成を示す回路図
であり、Journal of Lightwave Technology vol.8,p.p.
660-666(1990) に基づくものである。図において図２６
と同一符号は同一又は相当する部分を示しており、１６
１b1〜１６１bnは従来のレーザダイオード，１６５b1〜
１６５bnは、例えば図２９に示すような構造の従来の増
幅機能を備えた波長可変フィルタである。
【０１５２】次に動作を図２６について説明する。レー
ザダイオード１６１a1〜１６１anから放出される波長λ
1 〜λn の光は二手に分かれて変調器１６２a1〜１６２
anと変調器１６７a1〜１６７anへと入る。入力端子ＣＨ
a1〜ＣＨanから電気信号が変調器１６２a1〜１６２anに
送られ、波長λa1〜波長λanの光信号が発生する。これ
らの光信号は合波器１６３で束ねられて分波器１６４ま
で伝送される。分波器１６４で分波された光は、例えば
増幅機能を有する波長可変フィルタ１６５a1で波長λα
の光信号だけが分別されて取り出されて増幅され、光電
気変換器１６６a1で光信号から電気信号に変換され、こ
の電気信号で変調器１６７a1に変調をかけて波長λ1 の
光信号に変換する。すなわち、波長λαの光信号は波長
λ1 の光信号に変換される。同様な操作が波長λα以外
の光信号に対してもなされ、それぞれが波長λ2 〜λn
の光信号に変換される。変調器１６７a1〜１６７anから
出てきた光信号は合波器１６８で束ねられて分波器１６
９へ到達する。分波器１６９で分波された光は固定波長
フィルタ１７０a1〜１７０anでそれぞれ波長λa1〜λan
の光信号に分別され、さらに光電気変換器１７１a1〜１
７１anで光信号から電気信号に変換されてそれぞれ出力
端ＣＨb1〜ＣＨbnに電気信号として出力される。ここ
で、波長可変フィルタ１６５a1〜１６５anに光増幅機能
を持たせたのは、各波長λ1 〜λn の光信号は分波器１
６４でｎ個に分別される際に、それぞれの波長の光信号
の強度が１／ｎに減少するため、この光信号の強度を補
うためである。
【０１５３】図３４に示した従来の波長分割光スイッチ
では従来のレーザダイオード１６１b1〜１６１bnを用い
ているため、光のゆらぎの大きい光信号が、従来の波長
可変フィルタ１６５b1〜１６５bnでさらにゆらぎを大き
くして増幅され、この結果光電気変換器１６６a1〜１６
６anを介して変調器１６７a1〜１６７anで光のゆらぎの
大きい光信号を発生させる。従って最後の光電気変換器
１７１a1〜１７１anから得られる電気信号のゆらぎは大
きいものとなる。
【０１５４】しかし、本実施例においては、上記実施例
１（または実施例２ないし１２）において得られたゆら
ぎの少ないレーザダイオードを用いているため、変調器
１６２a1〜１６２an，及び変調器１６７a1〜１６７anへ
送られる光のゆらぎは小さく、また、上記実施例１４に
おいて得られた波長可変フィルタ１６５a1〜１６５anに
おいて、光のゆらぎの小さい光信号を光のゆらぎを増加
させることなく増幅させることができる。従って光電気
変換器１７１a1〜１７１anから出てくる電気信号のゆら
ぎは小さくなる。
【０１５５】このように本実施例においては、上記実施
例１（または実施例２ないし１２）において得られたレ
ーザダイオード，及び上記実施例１４において得られた
増幅機能を有する波長フィルタを用いるようにしたか
ら、光のゆらぎの小さい、低雑音な波長分割光スイッチ
システムを提供することができる。
【０１５６】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る半導体発光
素子によれば、ダブルヘテロ構造の第１導電型クラッド
層と活性層との間に、上記第１導電型クラッド層と同一
材料からなるアンドープクラッド層を備え、このアンド
ープクラッド層の厚さが、該アンドープクラッド層内に
おけるキャリアの拡散長より厚くなるようにしたから、
該アンドープクラッド層にキャリアを蓄積させて、キャ
リア同士のクーロン反発力によりキャリアを規則的に活
性層に注入させることができ、発熱が少なく、ゆらぎの
少ない低雑音な半導体発光素子を得られる効果がある。
【０１５７】また、この発明に係る半導体発光素子によ
れば、ダブルヘテロ構造の第１の第１導電型クラッド層
と活性層との間に、上記第１の第１導電型クラッド層よ
りもキャリアの通過を抑制する作用が大きいエネルギー
障壁を形成する第２の第１導電型クラッド層を有し、上
記第１の第１導電型クラッド層内に、該第１の第１導電
型クラッド層内におけるキャリアの拡散長より長い間隔
を上記第２の第１導電型クラッド層に対して隔てて配置
された、上記第２の第１導電型クラッド層よりもキャリ
アの通過を抑制する作用が小さく、かつ上記第１の第１
導電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑制する作用
が大きいエネルギー障壁を形成する第３の第１導電型ク
ラッド層を有しているから、上記第２，第３の第１導電
型クラッド層間の第１の第１導電型クラッド層にキャリ
アを蓄積させ、キャリア同士のクーロン反発力によりキ
ャリアを規則的に活性層に注入させることができ、発熱
が少なく、ゆらぎの少ない低雑音な半導体発光素子を得
られる効果ガある。
【０１５８】また、この発明に係るレーザアンプによれ
ば、ダブルヘテロ構造の第１導電型クラッド層と活性層
との間に、上記第１導電型クラッド層と同一材料からな
るアンドープクラッド層を備え、このアンドープクラッ
ド層の厚さが、該アンドープクラッド層内におけるキャ
リアの拡散長より厚くなるようにしたから、該アンドー
プクラッド層にキャリアを蓄積させて、キャリア同士の
クーロン力によりキャリアを規則的に活性層に注入させ
ることができ、発熱が少なく、ゆらぎの少ない低雑音な
レーザアンプを得られる効果がある。
【０１５９】また、この発明に係るレーザアンプによれ
ば、ダブルヘテロ構造の第１の第１導電型クラッド層と
活性層との間に、上記第１の第１導電型クラッド層より
もキャリアの通過を抑制する作用が大きいエネルギー障
壁を形成する第２の第１導電型クラッド層を有し、上記
第１の第１導電型クラッド層内に、該第１の第１導電型
クラッド層内におけるキャリアの拡散長より長い間隔を
上記第２の第１導電型クラッド層に対して隔てて配置さ
れた、上記第２の第１導電型クラッド層よりもキャリア
の通過を抑制する作用が小さく、かつ上記第１の第１導
電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑制する作用が
大きいエネルギー障壁を形成する第３の第１導電型クラ
ッド層を有しているから、上記第２，第３の第１導電型
クラッド層間の第１の第１導電型クラッド層にキャリア
を蓄積させ、キャリア同士のクーロン力によりキャリア
を規則的に活性層に注入させることができ、発熱が少な
く、ゆらぎの少ない低雑音なレーザアンプを得られる効
果がある。
【０１６０】また、この発明に係る増幅機能を有する波
長可変フィルタによれば、光増幅部のダブルヘテロ構造
の第１の第１導電型クラッド層と活性層との間に、上記
第１の第１導電型クラッド層と同一材料からなるアンド
ープクラッド層を備え、このアンドープクラッド層の厚
さが、該アンドープクラッド層内におけるキャリアの拡
散長より厚くなるようにしたから、該アンドープクラッ
ド層にキャリアを蓄積させて、キャリア同士のクーロン
反発力によりキャリアを規則的に活性層に注入させるこ
とができ、発熱が少なく、ゆらぎの少ない低雑音な増幅
機能を有する波長可変フイルタを得られる効果がある。
【０１６１】また、この発明に係る増幅機能を有する波
長可変フイルタによれば、光増幅部のダブルヘテロ構造
の第１の第１導電型クラッド層と活性層との間に、上記
第１の第１導電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑
制する作用が大きいエネルギー障壁を形成する第３の第
１導電型クラッド層を有し、上記第１の第１導電型クラ
ッド層内に、該第１の第１導電型クラッド層内における
キャリアの拡散長より長い間隔を上記第３の第１導電型
クラッド層に対して隔てて配置された、上記第３の第１
導電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑制する作用
が小さく、かつ上記第１の第１導電型クラッド層よりも
キャリアの通過を抑制する作用が大きいエネルギー障壁
を形成する第４の第１導電型クラッド層を有しているか
ら、上記第３，第４の第１導電型クラッド層間の第１の
第１導電型クラッド層にキャリアを蓄積させ、キャリア
同士のクーロン反発力によりキャリアを規則的に活性層
に注入させることができ、発熱が少なく、ゆらぎの少な
い低雑音な光増幅機能を有する波長可変フイルタを得ら
れる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例によるレーザダイオー
ドの構造を示す断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施例によるレーザダイオー
ドの製造方法を示す断面図である。
【図３】 本発明の第１の実施例によるレーザダイオー
ドの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図４】 本発明の第２の実施例によるレーザダイオー
ドの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図５】 本発明の第３の実施例によるレーザダイオー
ドの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図６】 本発明の第４の実施例によるレーザダイオー
ドの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図７】 本発明の第５の実施例によるレーザダイオー
ドの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図８】 本発明の第６の実施例によるレーザダイオー
ドの構造を示す断面図である。
【図９】 本発明の第６の実施例によるレーザダイオー
ドの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図１０】 本発明の第７の実施例によるレーザダイオ
ードの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図１１】 本発明の第８の実施例によるレーザダイオ
ードの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図１２】 本発明の第９の実施例によるレーザダイオ
ードの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図１３】 本発明の第１０の実施例によるレーザダイ
オードの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図１４】 本発明の第１１の実施例によるレーザダイ
オードの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図１５】 本発明の第１２の実施例によるレーザダイ
オードの活性層近傍のバンド構造を示す図である。
【図１６】 本発明の第１３の実施例によるレーザアン
プの構造を示す断面図である。
【図１７】 本発明の第１４の実施例による増幅機能を
有する波長可変フィルタの構造を示す断面図である。
【図１８】 本発明の第１５の実施例による光通信シス
テムの構造を示す概略図である。
【図１９】 本発明の第１６の実施例による光通信シス
テムの構造を示す概略図である。
【図２０】 本発明の第１７の実施例による光通信シス
テムの構造を示す概略図である。
【図２１】 本発明の第１８の実施例による光通信シス
テムの構造を示す概略図である。
【図２２】 本発明の第１９の実施例による光通信シス
テムの構造を示す概略図である。
【図２３】 本発明の第２０の実施例による空間分割光
スイッチの構造を示す概略図である。
【図２４】 本発明の第２１の実施例による空間分割光
スイッチの構造を示す概略図である。
【図２５】 本発明の第２２の実施例による波長分割光
スイッチの構造を示す概略図である。
【図２６】 本発明の第２３の実施例による波長分割光
スイッチの構造を示す概略図である。
【図２７】 従来のレーザダイオードの活性層近傍のバ
ンド構造を示す図である。
【図２８】 従来のレーザアンプの構造を示す断面図で
ある。
【図２９】 従来の増幅機能を有する波長可変フィルタ
の構造を示す断面図である。
【図３０】 従来の光通信システムの構造を示す概念図
である。
【図３１】 従来の他の光通信システムの構造を示す概
念図である。
【図３２】 従来の空間分割光スイッチの構造を示す概
念図である。
【図３３】 従来の波長分割光スイッチの構造を示す概
念図である。
【図３４】 従来の他の波長分割光スイッチの構造を示
す概念図である。
【図３５】 従来のレーザダイオードの活性層近傍のバ
ンド構造を示す図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＩｎＰクラッド層、２ アンドープＩｎＧａＡ
ｓＰ活性層、３ ｐ型ＩｎＰクラッド層、４ アンドー
プＩｎＰ層（ｎ型）、５ ｐ型ＩｎＰ基板、６ｐ型Ｉｎ
Ｐ埋め込み層、７ ｎ型ＩｎＰブロック層、８ ｐ型Ｉ
ｎＰブロック層、９ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層、１０ ｐ側電極、１１ ｎ側電極、１２ ＳｉＯ2
膜、１６ 電流を流す前に存在する電子、１７ 電流を
流すことにより蓄積される電子、１８ 低反射率コーテ
ィング、２１ ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層、２
２ Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ活性層、２２ａ ＩｎＧａＡｓ
／Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ歪量子井戸層、２２ｂ ＩｎＧａ
Ａｓウエル層、２２ｃ Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓバリア層、
２３ ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層、２４，２５
アンドープＡｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層（ｐ型）、
３１ ｎ型ＩｎＰクラッド層、３１ａ，３１ｂ 第１の
ｎ型ＩｎＰクラッド層、３２ アンドープＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層、３３ ｐ型ＩｎＰクラッド層、３３ａ，３３
ｂ 第１のｐ型ＩｎＰクラッド層、３４ 第２のｎ型Ｇ
ａx Ｉｎ1-x Ｐクラッド層、３５ａ，３５ｂ 第１のｐ
型ＩｎＰクラッド層、３６ 第３のｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x
Ｐクラッド層、３７ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層、３８ ｐ側電極、３９ ｎ側電極、４０ ｐ側Ｉｎ
Ｐ基板、４１ ｐ型ＩｎＰ埋め込み層、４２ ｎ型Ｉｎ
Ｐブロック層 ４３ ｐ型ＩｎＰブロック層、４５ 第
２のｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐクラッド層、４６ 第３のｐ
型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐクラッド層、４７ 第２のｎ型Ｇａ
x Ｉｎ1-x Ｐクラッド層、４８ 第３のｎ型Ｇａy Ｉｎ
1-y Ｐクラッド層、４９ 第２のｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ
クラッド層、５０ 第３のｐ型Ｇａy Ｉｎ1-y Ｐクラッ
ド層、５１ａ，５１ｂ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、
５２ ＡｌＧａＡｓ活性層、５３ ｐ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層、５４ 第２のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、
５５ 第３のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、５７ Ｉｎ
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ歪量子井戸活性層、５７ａ Ａ
ｌＧａＡｓバリア層、５７ｂＩｎＧａＡｓウエル層、６
１ａ，６１ｂ 第１のｎ型（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐクラッド層、６２ ＡｌＧａＩｎＰ活性層、６３
ｐ型（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層、
６４ 第２の（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5Ｐクラッ
ド層、６５ 第３のｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.
5 Ｐクラッド層、７０ａ 光増幅部、７０ｂ 波長可変
フィルタ部、７１ ｐ型ＩｎＰ基板、７２ ｐ型ＩｎＰ
クラッド層、７３ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、７４
ＩｎＧａＡｓＰ活性層、７５ａ 第２のｎ型Ｇａx Ｉ
ｎ1-x Ｐクラッド層、７５ｂ第３のｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x
Ｐクラッド層、７６ａ，７６ｂ 第１のｎ型ＩｎＰクラ
ッド層、７７ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、７８
ｎ型ＩｎＰクラッド層、７９ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコ
ンタクト層、８０，８１ ｎ側電極、８２ ｐ側電極、
８３ 溝、９１ レーザダイオード駆動回路、９２ レ
ーザダイオード、９３，９４ レンズ、９５ａ，９５ｂ
光ファイバ、９６ レーザアンプ、９７ ホトダイオ
ード、９８ アンプ、９９ ファイバカプラ部、１００
ファイバアンプ励起用レーザダイオード、１０１ 光
ファイバ、１０２ Ｅｒドープ光ファイバ（ファイバア
ンプ）、１０３ レーザダイオード駆動回路、１０４光
ファイバ端部，又は連結部、１０６ レーザダイオー
ド、１０７ 光変調器、１０８ レーザダイオード駆動
回路、１１１ ｎ型ＩｎＰクラッド層、１１２アンドー
プＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層、１１
３ ｐ型ＩｎＰクラッド層、１１５ ｐ型ＩｎＰ基板、
１１６ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、１１７ ｐ
側電極、１１８ ｎ側電極、１２０ａ〜１２０ｈ レー
ザダイオード、１２１ 光導波路、１２２ａ〜１２２ｈ
レーザチップ、１２３ 光スイッチ、１２４ 光スイ
ッチ、１２６ 空間分割光スイッチ、１３１ａ〜１３１
ｈ入力光信号、１３２ａ〜１３２ｈ 出力光信号、１４
１ コリメートレンズ、１４２ａ〜１４２ｃ 発振器、
１４３ マルチカプラ、１４４ 電気音響交換器、１４
５ 媒体、１４６ 音響光学偏光器、１４７ 集光レン
ズ、１４８ フォトダイオードアレイ、１４９ アン
プ、１５０ レーザダイオードアレイ、１５１，１５２
カプラ、１５３ａ〜１５３ｃ レーザダイオード、１
５４ 光導波路、１６１a1〜１６１an レーザダイオー
ド、１６２a1〜１６２an 変調器、１６３，１６８ 合
波器、１６４，１６９ 分波器、１６５a1〜１６５an
波長可変フィルタ、１６６a1〜１６６an 光電気変換
器、１６７a1〜１６７an 変調器、１７０a1〜１７０an
固定波長フィルタ、１７１a1〜１７１an 光電気変換
器、２０１ ｎ型ＩｎＰクラッド層、２０２ ｎ型Ｉｎ
ＧａＰ層、２０３ ＩｎＧａＡｓＰ活性層、２０４ ｐ
型ＩｎＰクラッド層、２０５ 電流を流す前に存在する
電子、２０６ 電流を流すことにより空間電荷制限電流
領域を構成する電子、２０７ 電流を流すことにより過
剰に蓄積された電子、２０８ 電子の拡散長。

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 活性層が第１導電型クラッド層，及び第
    ２導電型クラッド層により挟み込まれてなるダブルヘテ
    ロ構造を有し、 該ダブルヘテロ構造は、上記第１導電型クラッド層と活
    性層との間に、上記第１導電型クラッド層と同一材料か
    らなるアンドープクラッド層を備えており、 該アンドープクラッド層の厚さは、該アンドープクラッ
    ド層内におけるキャリアの拡散長より厚いものであるこ
    とを特徴とする半導体発光素子。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体発光素子におい
    て、 上記第１導電型クラッド層はｐ型クラッド層で、 上記第２導電型クラッド層はｎ型クラッド層で、 上記アンドープクラッド層はアンドープｎ型クラッド層
    であり、 該アンドープｎ型クラッド層の厚さは、該アンドープｎ
    型クラッド層内における正孔の拡散長より厚いものであ
    ることを特徴とする半導体発光素子。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体発光素子におい
    て、 上記第１導電型クラッド層はｐ型ＩｎＰクラッド層で、 上記第２導電型クラッド層はｎ型ＩｎＰクラッド層で、 上記活性層は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層で、 上記アンドープクラッド層はアンドープｎ型ＩｎＰクラ
    ッド層であり、 該アンドープｎ型クラッド層の厚さは、該アンドープｎ
    型クラッド層内における正孔の拡散長より厚いものであ
    ることを特徴とする半導体発光素子。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の半導体発光素子におい
    て、 上記第１導電型クラッド層はｎ型クラッド層で、 上記第２導電型クラッド層はｐ型クラッド層で、 上記アンドープクラッド層はアンドープｐ型クラッド層
    であり、 該アンドープｐ型クラッド層の厚さは、該アンドープｐ
    型クラッド層内における電子の拡散長より厚いものであ
    ることを特徴とする半導体発光素子。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の半導体発光素子におい
    て、 上記第１導電型クラッド層はｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓク
    ラッド層で、 上記第２導電型クラッド層はｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓク
    ラッド層で、 上記活性層は、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ＞ｙ）活性層
    で、 上記アンドープクラッド層はアンドープｐ型Ａｌx Ｇａ
    1-x Ａｓクラッド層であり、 該アンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層の厚さ
    は、該アンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層内
    における電子の拡散長より厚いものであることを特徴と
    する半導体発光素子。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の半導体発光素子におい
    て、 上記第１導電型クラッド層はｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓク
    ラッド層で、 上記第２導電型クラッド層はｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓク
    ラッド層で、 上記活性層は、ＩｎＧａＡｓ／Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ
    ＞ｙ）歪み量子井戸活性層で、 上記アンドープクラッド層はアンドープｐ型Ａｌx Ｇａ
    1-x Ａｓクラッド層であり、 該アンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層の厚さ
    は、該アンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層内
    における電子の拡散長より厚いものであることを特徴と
    する半導体発光素子。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の半導体発光素子におい
    て、 上記第１導電型クラッド層はｐ型クラッド層で、 上記第２導電型クラッド層はｎ型クラッド層で、 上記アンドープクラッド層はアンドープｐ型クラッド層
    であり、 該アンドープｐ型クラッド層の厚さは、該アンドープｐ
    型クラッド層内における正孔の拡散長より厚いものであ
    ることを特徴とする半導体発光素子。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の半導体発光素子におい
    て、 上記第１導電型クラッド層はｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓク
    ラッド層で、 上記第２導電型クラッド層はｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓク
    ラッド層で、 上記活性層は、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ＞ｙ）活性層
    で、 上記アンドープクラッド層はアンドープｐ型Ａｌx Ｇａ
    1-x Ａｓクラッド層であり、 該アンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層の厚さ
    は、該アンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層内
    における正孔の拡散長より厚いものであることを特徴と
    する半導体発光素子。
  9. 【請求項９】 請求項１記載の半導体発光素子におい
    て、 上記第１導電型クラッド層はｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓク
    ラッド層で、 上記第２導電型クラッド層はｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓク
    ラッド層で、 上記活性層は、ＩｎＧａＡｓ／Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ
    ＞ｙ）歪み量子井戸活性層で、 上記アンドープクラッド層はアンドープｐ型Ａｌx Ｇａ
    1-x Ａｓクラッド層であり、 該アンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層の厚さ
    は、該アンドープｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓクラッド層内
    における正孔の拡散長より厚いものであることを特徴と
    する半導体発光素子。
  10. 【請求項１０】 活性層が第１の第１導電型クラッド
    層，及び第２導電型クラッド層により挟み込まれてなる
    ダブルへテロ構造を有し、 該ダブルヘテロ構造は、上記第１の第１導電型クラッド
    層と活性層との間に、上記第１の第１導電型クラッド層
    よりもキャリアの通過を抑制する作用が大きいエネルギ
    ー障壁を形成する第２の第１導電型クラッド層を有し、 かつ、上記第１の第１導電型クラッド層内に、該第１の
    第１導電型クラッド層内におけるキャリアの拡散長より
    長い間隔を上記第２の第１導電型クラッド層に対して隔
    てて配置された、上記第２の第１導電型クラッド層より
    もキャリアの通過を抑制する作用が小さく、かつ上記第
    １の第１導電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑制
    する作用が大きいエネルギー障壁を形成する第３の第１
    導電型クラッド層を有していることを特徴とする半導体
    発光素子。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載の半導体発光素子にお
    いて、 上記第２の第１導電型クラッド層のバンドギャップエネ
    ルギーは、上記第３の第１導電型クラッド層のバンドギ
    ャップエネルギーと等しく、かつ上記第２の第１導電型
    クラッド層の厚さは、上記第３の第１導電型クラッド層
    の厚さより厚いものであることを特徴とする半導体発光
    素子。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の半導体発光素子にお
    いて、 上記第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラ
    ッド層の材料はＩｎＰであり、 上記第２，第３の第１導電型クラッド層の材料はＧａx
    Ｉｎ1-x Ｐであり、 上記活性層の材料はＩｎＧａＡｓＰであることを特徴と
    する半導体発光素子。
  13. 【請求項１３】 請求項１１記載の半導体発光素子にお
    いて、 上記第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラ
    ッド層の材料はＡｌyＧａ1-y Ａｓであり、 上記第２，第３の第１導電型クラッド層の材料はＡｌx
    Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＞ｙ）であり、 上記活性層の材料はＡｌＧａＡｓであることを特徴とす
    る半導体発光素子。
  14. 【請求項１４】 請求項１１記載の半導体発光素子にお
    いて、 上記第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラ
    ッド層の材料はＡｌyＧａ1-y Ａｓであり、 上記第２，第３の第１導電型クラッド層の材料はＡｌx
    Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＞ｙ）であり、 上記活性層の材料はＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ歪み量
    子井戸活性層であることを特徴とする半導体発光素子。
  15. 【請求項１５】 請求項１１記載の半導体発光素子にお
    いて、 上記第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラ
    ッド層の材料は（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐであ
    り、 上記第２，第３の第１導電型クラッド層の材料は（Ａｌ
    x Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ＞ｙ）であり、 上記活性層の材料はＡｌＧａＩｎＰであることを特徴と
    する半導体発光素子。
  16. 【請求項１６】 請求項１０記載の半導体発光素子にお
    いて、 上記第２の第１導電型クラッド層の厚さは、上記第３の
    第１導電型クラッド層の厚さと等しく、かつ上記第２の
    第１導電型クラッド層のバンドギャップエネルギーは、
    上記第３の第１導電型クラッド層のバンドギャップエネ
    ルギーより大きいものであることを特徴とする半導体発
    光素子。
  17. 【請求項１７】 請求項１０記載の半導体発光素子にお
    いて、 上記第１の第１導電型クラッド層，及び第２導電型クラ
    ッド層の材料はＩｎＰであり、 上記第２の第１導電型クラッド層の材料はＧａx Ｉｎ1-
    x Ｐであり、 上記第３の第１導電型クラッド層の材料はＧａy Ｉｎ1-
    y Ｐ（ｘ＞ｙ）であり、 上記活性層の材料はＩｎＧａＡｓＰであることを特徴と
    する半導体発光素子。
  18. 【請求項１８】 活性層が第１導電型クラッド層，及び
    第２導電型クラッド層により挟み込まれてなり、その両
    端面に低反射率コーティングが施されており、上記活性
    層に入射されたレーザ光を増幅する機能を有するダブル
    ヘテロ構造を有し、 該ダブルヘテロ構造は、上記第１導電型クラッド層と活
    性層との間に、上記第１導電型クラッド層と同一材料か
    らなるアンドープクラッド層を備え、 該アンドープクラッド層の厚さは、該アンドープクラッ
    ド層内におけるキャリアの拡散長より厚いものであるこ
    とを特徴とするレーザアンプ。
  19. 【請求項１９】 活性層が第１導電型クラッド層，及び
    第２導電型クラッド層により挟み込まれてなり、その両
    端面に低反射率コーティングが施されており、上記活性
    層に入射されたレーザ光を増幅する機能を有するダブル
    ヘテロ構造を有し、 該ダブルヘテロ構造は、上記第１の第１導電型クラッド
    層と活性層との間に、上記第１の第１導電型クラッド層
    よりもキャリアの通過を抑制する作用が大きいエネルギ
    ー障壁を形成する第２の第１導電型クラッド層を有し、 かつ、上記第１の第１導電型クラッド層内に、該第１の
    第１導電型クラッド層内におけるキャリアの拡散長より
    長い間隔を上記第２の第１導電型クラッド層に対して隔
    てて配置された、上記第２の第１導電型クラッド層より
    もキャリアの通過を抑制する作用が小さく、かつ上記第
    １の第１導電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑制
    する作用が大きいエネルギー障壁を形成する第３の第１
    導電型クラッド層を有することを特徴とするレーザアン
    プ。
  20. 【請求項２０】 活性層が第１の第１導電型クラッド
    層，及び第１の第２導電型クラッド層により挟み込まれ
    てなるダブルヘテロ構造と、 上記第１の第２導電型クラッド層と活性層との間に設け
    られた第１の第２導電型ガイド層とにより構成され、該
    第１の第２導電型ガイド層に入射されるレーザ光を増幅
    する光増幅部と、 該光増幅部の後段に、上記第１の第２導電型ガイド層と
    連結して設けられた第２の第２導電型ガイド層と、 該第２の第２導電型ガイド層の上記第１の第２導電型ク
    ラッド層側に設けられた第２の第２導電型クラッド層
    と、 上記第２の第２導電型ガイド層の上記第１の第１導電型
    クラッド層側に設けられた第２の第１導電型クラッド層
    とにより構成される、上記第２の第２導電型ガイド層に
    入射された光から所定の波長の光を選択する波長可変フ
    ィルタ部とを備えており、 上記光増幅部は、上記第１の第１導電型クラッド層と活
    性層との間に、上記第１の第１導電型クラッド層と同一
    材料からなるアンドープクラッド層を有し、 該アンドープクラッド層の厚さは、該アンドープクラッ
    ド層内におけるキャリアの拡散長より厚いものであるこ
    とを特徴とする増幅機能を有する波長可変フィルタ。
  21. 【請求項２１】 活性層が第１の第１導電型クラッド
    層，及び第１の第２導電型クラッド層により挟み込まれ
    てなるダブルヘテロ構造と、 上記第１の第２導電型クラッド層と活性層との間に設け
    られた第１の第２導電型ガイド層とにより構成され、該
    第１の第２導電型ガイド層に入射されるレーザ光を増幅
    する光増幅部と、 該光増幅部の後段に、上記第１の第２導電型ガイド層と
    連結して設けられた第２の第２導電型ガイド層と、 該第２の第２導電型ガイド層の上記第１の第２導電型ク
    ラッド層側に設けられた第２の第２導電型クラッド層
    と、 上記第２の第２導電型ガイド層の上記第１の第１導電型
    クラッド層側に設けられた第２の第１導電型クラッド層
    とにより構成される、上記第２の第２導電型ガイド層に
    入射された光から所定の波長の光を選択する波長可変フ
    ィルタ部とを備えており、 上記光増幅部は、上記第１の第１導電型クラッド層と活
    性層との間に、上記第１の第１導電型クラッド層よりも
    キャリアの通過を抑制する作用が大きいエネルギー障壁
    を形成する第３の第１導電型クラッド層を有し、 上記第１の第１導電型クラッド層内に、該第１の第１導
    電型クラッド層内におけるキャリアの拡散長より長い間
    隔を上記第２の第１導電型クラッド層に対して隔てて配
    置された、上記第２の第１導電型クラッド層よりもキャ
    リアの通過を抑制する作用が小さく、かつ上記第１の第
    １導電型クラッド層よりもキャリアの通過を抑制する作
    用が大きいエネルギー障壁を形成する第４の第１導電型
    クラッド層を有していることを特徴とする増幅機能を有
    する波長可変フィルタ。
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