JPH08162669A - スーパールミネッセントダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はスーパールミネッセントダイオード
の吸収領域にフォトダイオードを形成することによっ
て、新たなチップサイズの増加をすることなくモノリシ
ックに吸収領域機能とモニタフォトダイオード機能を集
積してなるスーパールミネッセントダイオードを提供す
ることを目的とする。 【構成】 本発明によると、活性層４の上下が互いに導
電型の異なるクラッド層３，５で挟まれ、該クラッド層
のいずれか一方に電極８（ａ）を取り出すためのｐ型ま
たはｎ型の高濃度領域が該クラッド層３，５に接して形
成されたスーパールミネセントダイオードにおいて、該
電極８（ａ）が二つ以上に分割され、かつ少なくとも一
つの電極８（ｂ）は、光強度検出を目的とした電流また
は電圧を検出することを特徴としたスーパールミネッセ
ントダイオードが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スーパールミネッセン
トダイオードの吸収領域に、モニタ用フォトダイオード
を形成するもので、例えば光ジャイロ用光源、光通信用
光源、ファイバセンサ用光源等に好適するスーパールミ
ネッセントダイオードに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スーパールミネッセントダイオー
ドの光出力をモニタするために、スーパールミネッセン
トダイオード素子とは別にモニタフォトダイオード素子
を組み合わせて２つのチップが使用されていた。

【０００３】図４に以上のように構成される従来構造図
を示す。すなわち、従来構造では、スーパールミネッセ
ントダイオード素子用サブマウント３０上に載置された
スーパールミネッセントダイオード素子２９とフォトダ
イオード素子固定用ブロック３１に固定されたモニタ用
フォトダイオード素子３２の２つの素子をブロック３３
上に配置してから構成されており、スーパールミネッセ
ントダイオード素子２９とモニタフォトダイオード素子
３２間の光学的アライメントを行うことが必要であっ
た。

【０００４】つまり、スーパールミネッセントダイオー
ド素子２９は一方の側面から出射光３５を出射するとと
もに、他方の側面からモニタ光３４を出射するものであ
るが、このモニタ光３４がモニタ用のフォトダイオード
素子３２の受光領域に最適な状態で受光されるように両
者の位置間を調整してやる必要がある。

【０００５】このような２つのチップ構成では、チップ
間のアライメントを高精度に行う必要がある。一方、発
光素子とモニタ用素子とを１つのチップ上に形成するも
のとして、特開平３−２３０５７１号公報に開示された
従来技術が知られている。

【０００６】すなわち、この従来技術は、発光ダイオー
ドを複数個、少なくとも一列配置してなる発光ダイオー
ドアレイを有し、感光体に対向配置して各発光ダイオー
ドを選択的に点灯させたとき、感光体上にドット分割し
た像を形成することのできるプリンター光源において、
前記発光ダイオードアレイを、各発光ダイオードの活性
層を含む面と平行でない素子側面より光出力が得られる
端面発光型発光ダイオードで構成するとともに第１分離
溝により電気的空間的に上記端面発光型ダイオードアレ
イと分離され、上記活性層を含む面と平行でない素子側
面より光を入射する側面入射型受光素子を上記端面発光
型発光ダイオードと同一基板上にモノリシック集積化し
て集積型発光ダイオードアレイを構成し、上記端面発光
型発光ダイオードの光を上記側面入射型受光素子に入射
させることにより、上記端面発光型発光ダイオードの光
出力の大小に応じて、上記端面発光型発光ダイオードの
各発光ダイオードの光出力を制御するモニタ信号を、上
記側面入射型受光素子から得ることを特徴とする高密度
光プリンター光源である。

【０００７】ところで、この特開平３−２３０５７１号
公報に開示された従来技術は発光素子が発光ダイオード
であり、本発明で対象とする発光素子としてのスーパー
ルミネッセントダイオードとは動作原理および構造が本
質的に異なるものである。

【０００８】すなわち、発光ダイオードにおいては活性
領域内において光の増幅機能は無いがスーパールミネッ
セントダイオードでは、発光ダイオードと比べて光増幅
機能を有している。

【０００９】このため、スーパールミネッセントダイオ
ードでは活性領域への光帰還を抑制しなければレーザ発
振を起こしレーザ素子として動作してしまう。つまり、
スーパールミネッセントダイオードの特徴は、光増幅機
能により高出力を得るもので、レーザ発振を抑制してい
る点にある。

【００１０】また、特開平３−２３０５７１号公報に開
示された従来技術では発光領域とフォトダイオード間が
空気層によって分離されている。この空気層とＧａＡｓ
層の間の反射率はそれぞれの屈折率によって左右される
が、垂直入射時にはフレネルの反射率は約４％である。

【００１１】一方、本発明で対象とするスーパールミネ
ッセントダイオードでは、レーザ発振の抑制に必要な反
射率は通常０．００１％必要であり、最大でも２％程度
であり、それ以上ではレーザ発振を引き起こしてしまう
ため特開平３−２３０５７１号公報に開示された従来技
術の構造を利用することはできない。

【００１２】また、本発明者等は特願平５−２２９０４
６号において、既にレーザとモニタフォトダイオードを
モノリシックに形成した構造を提案している。上記既提
案による構造では、発光部に近接して温度センサを設
け、さらに発光部と温度センサ部との両者間は基板側ク
ラッド層まで溝を形成して空気層によりモニタフォトダ
イオード素子とスーパールミネッセントダイオード素子
とを分離していた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな既提案による構造では発光部からの光は、温度セン
サ部とモニタフォトダイオードの間の空気層間の反射率
が３〜４％存在するために、光帰還を抑えることが十分
できずレーザ発振をおこしやすいという問題がある。

【００１４】なお、スーパールミネッセントダイオード
では高出力を得るために、上記既提案による構造にみら
れない吸収領域を形成する必要がある。この吸収領域は
スーパールミネッセントダイオード素子の基本構造を示
す後述の図５にみられるように増幅領域と共に、この素
子にとって不可欠のものである。

【００１５】ここで、吸収領域は、スーパールミネッセ
ントダイオード素子を発光させるための電流注入を行わ
ない領域であり、この吸収領域の働きは、レーザ発振を
抑制するためのものである。

【００１６】すなわち、スーパールミネッセントダイオ
ードの基本構造は図５に示すように増幅領域２１と吸収
領域２２のみからなる。しかるに、この構造では、吸収
領域２１はレーザ発振動作抑制を行うために使用されて
いるのみであり、発光強度の向上には寄与していない。

【００１７】そこで、本発明は、スーパールミネッセン
トダイオードにおける吸収領域の層構造が、基本的にフ
ォトダイオードの層構造であることに着目し、吸収領域
の端にフォトダイオード用電極を形成することにより、
モニタフォトダイオードとして機能させるものである。

【００１８】つまり、本発明はスーパールミネッセント
ダイオードの吸収領域にフォトダイオードを形成するこ
とによって、新たなチップサイズの増加をすることなく
モノリシックに吸収領域機能とモニタフォトダイオード
機能を集積してなるスーパールミネッセントダイオード
を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、活性層の上下が互いに導電型の異
なるクラッド層で挟まれ、該クラッド層のいずれか一方
に電極を取り出すためのｐ型またはｎ型の高濃度領域が
該クラッド層に接して形成されたスーパールミネセント
ダイオードにおいて、該電極が二つ以上に分割され、か
つ少なくとも一つの電極は、光強度検出を目的とした電
流または電圧を検出することを特徴としたスーパールミ
ネッセントダイオードが提供される。

【００２０】また、本発明によると前記クラッド層に接
して形成されたそれぞれｐ型またはｎ型の高濃度領域の
一部を除去し、該高濃度領域の一部から電極を介して電
流注入を行う利得導波型構造であ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が提供される。

【００２１】また、本発明によると、前記光強度検出用
となる電極の幅が、前記電流注入用となる電極の幅以上
であることを特徴とするスーパールミネッセントダイオ
ードが提供される。

【００２２】また、本発明によると、前記電流注入用と
なる電極と光強度検出用となる電極の間のｐ型高濃度領
域またはｎ型高濃度領域を除去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が提供される。

【００２３】さらに、本発明によると、活性層の上下が
互いに導電型の異なるクラッド層で挟まれ、該クラッド
層のいずれか一方に電極を取り出すためのｐ型またはｎ
型の高濃度領域が該クラッド層に接して形成されたスー
パールミネッセントダイオードにおいて、該電極が二つ
以上に分割され、かつ少なくとも一つの電極は、温度検
出を目的として電流または電圧を検出することを特徴と
したスーパールミネッセントダイオードが提供される。

【００２４】

【作用】本発明はスーパールミネッセントダイオードに
おいて、基板上に形成したキャップ層のみを除去して発
光部とモニタフォトダイオード部を分離したものであ
る。

【００２５】本構造によって発光部の活性層からの光
は、空気中出ることなくモニタフォトダイオードに受光
される。また、本構造では光が、活性層を伝搬するよう
に増幅領域に形成するリッジ領域の幅よりも幅の広い電
極領域を形成してある。

【００２６】なお、本発明では、空気中で光を伝搬させ
ないことが重要では無く、吸収領域において反射を抑え
てレーザ発振を抑制することが重要である。また、本発
明の構造では、スーパールミネッセントダイオードとモ
ニタフォトダイオードとの間において従来技術のような
光学的アライメントは不要となる。

【００２７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例につき詳
細に説明する。図１にモニタフォトダイオード付スーパ
ールミネッセントダイオード（以下ＳＬＤと記す）の構
造図を示す。

【００２８】図１において、参照符号１はＧａＡｓ基板
（１００μｍ）、２はｎ＋バッファ層（２μｍ）、３は
ｎ−Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓクラッド層（１μ
ｍ）、４は活性層で、ＧａＡｓ／Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−
ｘ）Ａｓ、ＭＱＷ＋ＭＱＢ構造（０．１μｍ）からな
る。

【００２９】また、５はｐ−Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）
Ａｓクラッド層（１μｍ）、６はｐ＋ＧａＡｓキャプ層
（１μｍ）、７はＳｉＯ₂ 絶縁層（０．１５μｍ）であ
る。また、８（ａ）−（ｂ）はｐ−Ｃｒ／Ａｕ−Ｚｎ金
属電極（１μｍ）、１０はＡｕ−Ｇｃ／Ａｕ金属電極
（１μｍ）、２０は無反射層（ＡＲ）、２１は増幅領域
（レーザ）（２００−５００μｍ）、２２はリエミッタ
領域／アイソレーション領域（１００−２００μｍ）、
２３モニタフォトダイオード（１００−４００μｍ）、
２４は吸収領域（２００−５００μｍ）である。

【００３０】なお、以上において（）内の数値は各層の
厚さ及び各領域の長さを示している。図１ではクラッド
層３，５の間に１層の活性層４をもった屈折率導波型リ
ッジ構造を示す。

【００３１】このリッジ構造はキャップ層６、ｐ型クラ
ッド層５をメサエッチングによってストライプ状として
の両側のキャップ層６及びｐ型クラッド層５の厚さ方向
の一部を除去して形成する。

【００３２】本構造によって活性層４内に、ストライプ
とその両側で有効屈折率差を形成し、光をストライプ部
に閉じ込めることができる。また、電流注入領域として
の増幅領域２１とモニタフォトダイオード２３は、電極
８とｐ型キャップ層６及び絶縁層７を除いたアイソレー
ション領域２２とで電気的に分離されている。

【００３３】そして、出射光は順方向バイアスで電流注
入領域としての増幅領域２１の反射防止膜２０の形成さ
れた端面で、活性層４のストライプ部から放出される。
ここで、反射防止膜としての無反射層２０は、活性層４
への光帰還を最少限にするものである。

【００３４】なお、電流注入領域としての増幅領域２１
を除く領域は、電流を注入しないので光の吸収領域２４
となる。この吸収領域２４と反射防止膜としての無反射
層２０とによって、ファブリペローモードは抑制され
る。

【００３５】そして、吸収領域２４の中にモニタフォト
ダイオード２３が形成されているので、吸収領域２４側
に伝搬する光がモニタされて、ＳＬＤの出力を安定に保
つためのフィードバックをかけることができる。

【００３６】本構成によればモニタフォトダイオードを
吸収領域内に形成することができるので、チップサイズ
の増加がなく、また電流注入領域とモニタフォトダイオ
ードの光学的アライメントの必要がなく低コストなＳＬ
Ｄモジュールを提供することができる。

【００３７】なお、以上において吸収領域は電流注入を
行う増幅領域２１以外の領域２４であり、素子の厚さ方
向では活性層４とその上下にあるｐ型及びｎ型クラッド
層５，６が吸収領域２４として機能する。

【００３８】これは発光波長λ＝８５０〜９４０ｎｍに
おいて本領域は吸収層として働くためである。本領域が
領域２１の活性層からの光を吸収するために、領域２４
の端面で反射して再度領域２１に戻る光を抑えることが
でき、レーザ発振を抑制するものである。

【００３９】なお、スーパールミネッセントダイオード
自体の発光に必要な素子構成要素は、図１（図５）に示
すように基板１、バッファ層２、ｎ型クラッド層１３、
活性層１４、ｐ型クラッド層５、キャップ層６、絶縁膜
７、ｐ型電極８（ａ）、ｎ側電極１０および領域２１の
発光側端面に形成する反射防止膜２０およびレーザ発振
を抑制するための吸収領域２４（２１）である。

【００４０】そして、発光部分とモニタフォトダイオー
ドの位置関係は図２に示すようになっており、増幅領域
２１で発生する光２５が、活性層４に沿って素子内を伝
搬しアイソレーション領域２２と吸収領域２４の下方を
伝搬光２６として伝搬する。

【００４１】この伝搬光はモニタフォトダイオード（領
域）２３を構成するｐ型クラッド層５，活性層４，ｎ型
クラッド層３によって光吸収される。このようにして吸
収された光によってモニタフォトダイオード（領域）２
３の電極８（ｃ）と裏面のｎ型電極１０に光電流が流れ
る。

【００４２】この光電流を検出することによってモニタ
フォトダイオード（領域）２３に入射した光強度をモニ
タ可能であり、モニタフォトダイオード付スーパールミ
ネッセントダイオードとしての機能が実現可能となる。

【００４３】なお、上記実施例では、スーパールミネッ
セントダイオードの光出力変化をモニタするために吸収
領域２４にモニタフォトダイオード２３を形成したが、
該スーパールミネッセントダイオードの素子温度変化を
モニタするために、図１モニタフォトダイオード２３を
図５に示すような熱の伝わり方を利用して拡散電位検出
部として使用することも可能である。

【００４４】次に、本構造を温度検出機能付のスーパー
ルミネッセントダイオードとして使用する場合の構成に
ついて説明する。図５は素子内の温度分布を説明するた
めの模式図を示すもので、図中ハッチングが濃いほど温
度が高いことを示す。

【００４５】そして、電流は増幅領域２１にのみ注入さ
れるため、活性層４の中で増幅領域２１のみが主な発熱
領域となる。従って、素子内の温度分布はほぼ図５に示
すようになるもので、この温度分布によって、モニタフ
ォトダイオード領域２３にはｐ型クラッド層５と活性層
４、ｎ型クラッド層３から形成されるｐ−ｉ−ｎ接合の
拡散電位が変化する。

【００４６】この拡散電位を検出することによって、増
幅領域２１の温度変化をモニタすることができる。ま
た、このモニタフォトダイオード機能と温度検出機能を
同時に行うことも可能である。

【００４７】それは、図１に示すモニタフォトダイオー
ド２３のなかに、光電流検出用電極と拡散電位検出電極
の両方を形成することによって可能である。また、上記
実施例では増幅領域構造を屈折率導波型のリッジ構造と
したが、増幅領域の構造を埋め込み型の屈折率導波型構
造であっても、可能である。

【００４８】

【発明の効果】したがって、以上詳述したように本発明
によれば、スーパールミネッセントダイオードの吸収領
域にフォトダイオードを形成することによって、新たな
チップサイズの増加をすることなくモノリシックに吸収
領域機能とモニタフォトダイオード機能を集積してなる
スーパールミネッセントダイオードを提供することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＳＬＤの一実施例の構成説明図。

【図２】図１の動作を説明するための図。

【図３】図１の変形例を説明するための図。

【図４】従来技術を示す図。

【図５】ＳＬＤの基本構造を示す図。

【符号の説明】

１…ＧａＡｓ基板、２…ｎ＋バッファ層、３…ｎ−Ａｌ
（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓクラッド層、４…活性層で、
ＧａＡｓ／Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ、ＭＱＷ＋Ｍ
ＱＢ構造、５…ｐ−Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓクラ
ッド層、６…ｐ＋ＧａＡｓキャプ層、７…ＳｉＯ₂ 絶縁
層、８（ａ）−（ｂ）…ｐ−Ｃｒ／Ａｕ−Ｚｎ金属電
極、１０…Ａｕ−Ｇｃ／Ａｕ金属電極、２０…無反射層
（ＡＲ）、２１…増幅領域（レーザ）、２２…リエミッ
タ領域／アイソレーション領域、２３…モニタフォトダ
イオード、２４…吸収領域。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性層の上下が互いに導電型の異なるク
   ラッド層で挟まれ、該クラッド層のいずれか一方に電極
   を取り出すためのｐ型またはｎ型の高濃度領域が該クラ
   ッド層に接して形成されたスーパールミネセントダイオ
   ードにおいて、該電極が二つ以上に分割され、かつ少な
   くとも一つの電極は、光強度検出を目的とした電流また
   は電圧を検出することを特徴としたスーパールミネッセ
   ントダイオード。
2. 【請求項２】 前記クラッド層に接して形成されたそれ
   ぞれｐ型またはｎ型の高濃度領域の一部を除去し、該高
   濃度領域の一部から電極を介して電流注入を行う利得導
   波型構造であることを特徴とする請求項１に記載のスー
   パールミネッセントダイオード。
3. 【請求項３】 前記光強度検出用となる電極の幅が、前
   記電流注入用となる電極の幅以上であることを特徴とす
   る請求項２に記載のスーパールミネッセントダイオー
   ド。
4. 【請求項４】 前記電流注入用となる電極と光強度検出
   用となる電極の間のｐ型高濃度領域またはｎ型高濃度領
   域を除去したことを特徴とする請求項２または３に記載
   のスーパールミネッセントダイオード。
5. 【請求項５】 活性層の上下が互いに導電型の異なる
   クラッド層で挟まれ、該クラッド層のいずれか一方に電
   極を取り出すためのｐ型またはｎ型の高濃度領域が該ク
   ラッド層に接して形成されたスーパールミネッセントダ
   イオードにおいて、該電極が二つ以上に分割され、かつ
   少なくとも一つの電極は、温度検出を目的として電流ま
   たは電圧を検出することを特徴としたスーパールミネッ
   セントダイオード。