JPH0883925A - 発光ダイオードおよび発光ダイオードアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低い注入電流から高い注入電流域まで、高い
光取り出し効率を得ることが出来、その出力光がインコ
ヒーレントな光である発光ダイオードを提供する。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型Ａｌ０．４
Ｇａ０．６Ａｓクラッド層１２、導波層であるＡｌ０．
２Ｇａ０．８Ａｓ層１３、発光層であるＧａＡｓ活性層
１４、導波層であるＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層１５、
ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層１６および、
ｐ型ＧａＡｓキャップ層１７を形成する。さらに、キャ
ップ層１７上には、Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕからなるｐ側電極
１８を形成し、基板１１の裏面にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／
Ａｕからなるｎ側電極１９を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバー通信や、
光書き込み系用の光源等を目的とした端面発光型発光ダ
イオードおよび発光ダイオードアレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバー通信や光書き込み系
用の光源としては、小型で発光効率の高いレーザーダイ
オードや発光ダイオードが用いられており、その性能向
上を目的として現在研究開発が盛んに行われている。特
に発光ダイオードは、出力光同士が干渉などの相互作用
を起こしにくく（インコヒーレントであり）、光の多重
性や並列性を利用する光ファイバー通信や光書き込み用
光源として適している。しかし、発光ダイオードはレー
ザーダイオードと比較すると、素子に注入するエネルギ
ーに対して、利用できる光出力が小さく、高い光出力で
利用する場合や、高密度に集積した場合はその発熱が問
題となっていた。

【０００３】そこで、通常の発光ダイオードより高い光
出力を取り出せる素子として、これまでスーパールミネ
ッセントダイオードが提案されている。例えば特開平１
−１１７０７３号公報に開示されている「端面発光ＬＥ
Ｄ」は、一方の端面がストライプ状発光領域に対して傾
斜した角度を持っていることによりレーザー発振を抑制
したスーパールミネッセントダイオードである。この素
子は、素子外部に取り出せる自然放出光を誘導放出成分
で増幅する構造となっているので、インコヒーレントな
強い光を得ることができる。

【０００４】しかしこの素子は、原理上誘導放出成分を
必要とするため、高い電流注入レベルで用いなければな
らず、低い注入電流で用いた場合には通常の発光ダイオ
ードと同じ程度の光出力しか得られない。そのため、低
い注入電流でも高い光取り出し効率を必要とする用途に
は、スーパールミネッセントダイオードはあまり適して
いないのである。

【０００５】また、近年では自然放出制御ダイオードと
呼ばれる、新たなデバイスも提案されている。自然放出
制御ダイオードは、光の放出方向と同じ方向の共振モー
ドを有する波長オーダーの共振器により、共振モードの
自然放出光を増強し、共振モード以外の自然放出光を抑
制することで、素子に注入するエネルギーを効率的に共
振モードの光に変換することが可能である。これより、
自然放出制御ダイオードを用いれば、低い注入電流で用
いても非常に高い光取り出し効率を得ることが出来る。

【０００６】例えば特開平５−２７５７３９号公報に開
示された「改善された発光ダイオード」では、電極層と
ＤＢＲミラー層とで共振器を形成することにより、自然
放出確率の制御を行っている。しかしながら、自然放出
制御ダイオードでは、自然放出確率の制御を光出射方向
の共振器を用いて行うため、面発光型レーザーダイオー
ドと類似の構造となってしまう。そのため、自然放出確
率の制御を強く行うほど、レーザー発振しやすくなり、
インコヒーレントな強い光出力が必要となる用途にはあ
まり適してはいない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、低い注入
電流から高い注入電流域まで、高い光取り出し効率を得
ることが出来、その出力光がインコヒーレントな光であ
る素子はこれまで提案されておらず、結局通常の発光ダ
イオードが用いられているというのが従来の状況であ
る。本発明は、この点に鑑みなされたものであり、それ
ぞれ以下ことを目的としている。

【０００８】すなわち、請求項１の発明の目的は、低い
注入電流から高い注入電流域まで、高い光取り出し効率
を得ることが出来、その出力光がインコヒーレントな光
である素子を提供することにある。

【０００９】請求項２の発明の目的は、請求項１の発明
と同様に、低い注入電流から高い注入電流域まで、高い
光取り出し効率を得ることが出来、その出力光がインコ
ヒーレントな光である素子を提供することに加えて、請
求項１の素子に比べてその製造方法が簡単な素子を提供
することにある。

【００１０】請求項３の発明の目的は、請求項１の発明
と同様に、低い注入電流から高い注入電流域まで、高い
光取り出し効率を得ることが出来、その出力光がインコ
ヒーレントな光である素子を提供することに加えて、請
求項１の素子よりも更に高い取り出し効率を得ることが
出来る素子を提供することにある。

【００１１】請求項４の発明の目的は、請求項１の発明
と同様に、低い注入電流から高い注入電流域まで、高い
光取り出し効率を得ることが出来、その出力光がインコ
ヒーレントな光である素子を提供することに加えて、請
求項１の素子の効果が十分に発揮できる構成を有する素
子を提供することにある。

【００１２】請求項５の発明の目的は、請求項１の発明
と同様に、低い注入電流から高い注入電流域まで、高い
光取り出し効率を得ることが出来、その出力光がインコ
ヒーレントな光である素子を提供することに加えて、請
求項１の素子よりも多くの注入電流を注入することが出
来る素子を提供することにある。

【００１３】請求項６の発明の目的は、請求項１の発明
と同様に、低い注入電流から高い注入電流域まで、高い
光取り出し効率を得ることが出来、その出力光がインコ
ヒーレントな光である素子を提供することに加えて、チ
ップ内での素子特性が均一な発光ダイオードアレイを提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明においては、端面発光型発光ダイオ
ードにおいて、該発光ダイオードは光出力を生じる発光
層と、発光層を空間的に内包する導波層と、導波層より
も屈折率が低く導波層を空間的に内包したクラッド層と
を有し、発光層の発光波長をλ、導波層の屈折率をｎ
ｇ、クラッド層の屈折率をｎｃとしたときに、光出射方
向と垂直な二つの方向、すなわち基板面に対して垂直な
方向と、基板面に対して平行で光出射方向と垂直な方向
の導波層の寸法がそれぞれ、 λ／（ｎｇ² −ｎｃ² ）^1/2 よりも小さくなるようにしている。

【００１５】また、上記目的を達成するため、請求項２
の発明においては、請求項１に記載の端面発光型発光ダ
イオードにおいて、発光層を空間的に内包する導波層を
発光層と独立には設けず、発光層が導波層を兼ねている
構造とした。

【００１６】請求項３の発明では、請求項１に記載の端
面発光型発光ダイオードにおいて、発光層の寸法が、少
なくとも一方向におい１０ｎｍ以下である構造とした。

【００１７】請求項４の発明では、請求項１に記載の端
面発光型発光ダイオードにおいて、発光層の中心軸と導
波層の中心軸がほぼ一致する配置となる構造とした。

【００１８】請求項５の発明においては、請求項１に記
載の端面発光型発光ダイオードにおいて、互いに電気的
に接続され、かつ発光層を空間的に内包した複数の導波
層が各導波層の実効モード幅より大きな間隔で一次元に
整列した構造とした。

【００１９】請求項６の発明においては、請求項１に記
載の端面発光型発光ダイオードが、光出射方向と垂直な
方向に一次元に、同一基板上にモノリシックに整列した
発光ダイオードアレイとなるようにした。

【００２０】

【作用】以下、本発明の構成および作用について詳細に
説明する。上記目的を達成するために、請求項１の発明
においては、端面発光型発光ダイオードにおいて、該発
光ダイオードは光出力を生じる発光層と、発光層を空間
的に内包する導波層と、導波層よりも屈折率が低く導波
層を空間的に内包したクラッド層とを有し、発光層の発
光波長をλ、導波層の屈折率をｎｇ、クラッド層の屈折
率をｎｃとしたときに、光出射方向と垂直な二つの方
向、すなわち基板面に対して垂直な方向と、基板面に対
して平行で光出射方向と垂直な方向の導波層の寸法がそ
れぞれ、 λ／（ｎｇ² −ｎｃ² ）^1/2 よりも小さくなるようにしている。

【００２１】一般に、高いエネルギー状態に励起された
原子は、その周囲の電磁界と相互作用して光子を放出す
る。誘導放出は他の光子の電界に共鳴して、また自然放
出は真空場ゆらぎに共鳴することによって生ずる。自由
空間中での真空場ゆらぎは、あらゆる方向の成分を持つ
連続モードであるため、励起原子からの自然放出は全て
の方向に同じ強度で発光する等方的は性質を持ってい
る。通常の発光ダイオードは光の波長に比べて非常に大
きなサイズの発光層を持つため、自由空間とほぼ同様な
自然放出光が生じる。しかし、波長サイズの構造の存在
により、真空場ゆらぎ自身を変調することが可能とな
る。前述した自然放出制御ダイオードは、光出射方向に
形成された波長サイズの微小共振器により、励起原子を
この共振器の電磁場モードと結合させて、共振器の電磁
場モードと結合した自然放出光を得る素子である。

【００２２】しかしこれでは、共振器に共鳴するように
自然放出光の全ての方向のモードが制御されるため、出
射光の単色性が高くなりすぎてしまう。そのため、レー
ザー発振しやすかったり、わずかな共振器の寸法差によ
り発光波長が大きく変わってしまったりするため、用途
によっては不都合が生じてしまう。しかしながら、自然
放出光のモードを制御する目的が、出射光の利用効率を
高めることだけであれば自然放出光の全てのモードを制
御する必要はなく、出力光の放射特性に影響を及ぼす、
出射光の方向と垂直な方向のモード（以下横モードと略
す）のみを制御すればよいのである。

【００２３】そこで、本発明においては、請求項１に記
載されているように、出力光の出射方向のモードの多色
性を保ちながら、横モードのみを導波構造を用いて制御
している。つまり、波長サイズの導波構造の存在によ
り、放出される光の状態数が導波構造による導波モード
の分だけ増加するので、全状態数に対する導波モードに
結合する光の割合が相対的に上昇するのである。具体的
には、導波構造を持つ場の中での電子遷移による光の放
出確率ｗに関しては、状態の遷移レートを一次の摂動論
で記述するフェルミの黄金律より、下記［数１］で表す
ことができる。

【００２４】

【数１】

【００２５】上記［数１］において、νは原子の遷移周
波数、｜ｉ＞、｜ｆ＞は系の始状態、終状態をそれぞれ
示し、Ｈ₁ は相互作用ハミルトニアン、ρ（ν）は電磁
場のモード密度である。また、添字のｕ，ｇは非導波成
分、導波成分をそれぞれ示している。

【００２６】行列要素は、それぞれ下記［数２］、［数
３］のとおりとなる。

【００２７】

【数２】

【００２８】

【数３】

【００２９】上記［数２］、［数３］においてＢは電子
状態の詳細を含む定数、Ｌはキャビティー長、ｔ₁ ，ｔ
₂ は実効モード幅である。

【００３０】また、モード密度は、それぞれ下記［数
４］、［数５］のとおりとなる。

【００３１】

【数４】

【００３２】

【数５】

【００３３】上記［数４］、［数５］においてｎｃはク
ラッド層の屈折率、βは伝搬定数である。

【００３４】これより、導波構造を持つ場の中での遷移
確率ｗは下記［数６］で表される。

【００３５】

【数６】

【００３６】したがって、非導波成分に対する導波成分
の割合は、

【００３７】

【数７】

【００３８】となり、この分だけ強い導波成分を得るこ
とができる。

【００３９】以上の議論は、増加する状態が導波構造の
基本モードのみとして扱っているが、導波構造の寸法に
よっては１次、２次のモードも存在しうるので、これら
を制限する必要がある。つまり、高次のモードが存在し
ない、いわゆるカットオフとなるような条件でのみ、光
利用効率の向上が期待できる基本モードの光の増強を行
うことが出来るのである。

【００４０】高次のモードがカットオフとなるような条
件は、簡単な導波路解析により求められ、発光層の発光
波長をλ、導波層の屈折率をｎｇ、クラッド層の屈折率
をｎｃとしたときに、光出射方向と垂直な二つの方向、
すなわち基板面に対して垂直な方向と、基板面と平行で
光出射方向と垂直な方向の導波層の寸法がそれぞれ、 λ／（ｎｇ² −ｎｃ² ）^1/2 よりも小さくなる場合に高次のモードがカットオフとな
る。

【００４１】この場合には、基本モードの状態数が増加
し、自然放出光がこの基本モードに結合する割合が増え
るので、低い注入電流から高い光取り出し効率を得るこ
とが出来る。また、この場合でも出力光の出射方向のモ
ードの多色性は保たれているので、自然放出制御ダイオ
ードのようにレーザー発振しやすかったり、わずかな共
振器の寸法差により光波長が大きく変わってしまったり
することなく、高い注入電流域まで高い光取り出し効率
を得ることが出来る。

【００４２】以上のように、請求項１の発明によれば、
低い注入電流から高い注入電流域まで、高い光取り出し
効率を得ることが出来、その出力光がインコヒーレント
な光である素子を作ることが出来る。

【００４３】また、請求項２の発明では、請求項１の端
面発光型発光ダイオードにおいて、発光層を空間的に内
包する導波層を発光層と独立には設けず、発光層が導波
層を兼ねている構造とした。

【００４４】上述のように、請求項１の発明では発光層
と導波層及びクラッド層を独立に設けているが、これは
発光層における出力光の再吸収を低減するため、及び発
光層による電子の閉じ込めと導波層による光の閉じ込め
を独立に行うためである。しかしながら、実際に請求項
１の発明を利用するにあたっては、これらの利点よりも
作製の容易さや簡便さの方が重要な場合がある。特に、
低コストの部品を作製する場合等には、得られる性能を
多少犠牲にしてでも、作製の容易さや簡便さの方を優先
させなければならない。請求項１の発明で用いている発
光層は、発光層における出力光の再吸収があり、かつ発
光層による電子の閉じ込めと、光の閉じ込めを独立に行
うことは出来ないが、導波層として用いることは十分可
能である。

【００４５】そこで、請求項２の発明では、発光層を空
間的に内包する導波層を発光層とは独立に設けずに、発
光層が導波層を兼ねた構造としている。これにより、従
来は必要であった作製工程（導波層とは独立に発光層を
作る工程）が省略され、請求項１よりも簡単に素子を作
製することができるようになった。以上のように、請求
項２の発明によれば、低い注入電流から高い注入電流域
まで、高い光取り出し効率を得ることが出来、その出力
光がインコヒーレントな光であり、さらにその製造法が
請求項１の発明よりも簡単である素子を得ることができ
る。

【００４６】請求項３の発明では、請求項１の端面発光
型発光ダイオードにおいて、発光層の寸法が少なくとも
一方向におい１０ｎｍ以下である構造とした。発光層で
励起された電子をエネルギー的に閉じ込めている発光層
の寸法を少なくとも一方向において電子のド・ブロイ波
長に近い１０ｎｍ以下にすると、電子の状態密度が量子
化され、低い注入電流密度から誘導放出成分を得ること
が出来る。請求項１の発明による端面発光型発光ダイオ
ードでは、出力光の出射方向のモードの多色性は保たれ
ているので容易には発振せず、誘導放出成分を自然放出
光の増強に利用することが出来る。請求項３の発明にお
いては、請求項１の発明により増強した基本モードの光
を、誘導放出成分により更に増幅している。これによ
り、低い注入電流から高い注入電流域まで、請求項１の
発明よりも高い光取り出し効率を得ることが出来る。以
上のように、請求項３の発明によれば、低い注入電流か
ら高い注入電流域まで、請求項１の発明よりも高い光取
り出し効率を得ることが出来、その出力光がインコヒー
レントな光である素子を作ることが出来る。

【００４７】請求項４の発明においては、請求項１の発
明の端面発光型発光ダイオードにおいて、発光層の中心
軸と導波層の中心軸がほぼ一致する配置となるような構
造とした。請求項１の発明の端面発光型発光ダイオード
においては、発光層の励起された電子は導波構造により
増強された基本モードに結合し発光するが、その結合強
度は増強された基本モード光の電界強度分布に応じた強
さとなる。当然のことながら、基本モード光の電界強度
分布は導波層の中心軸にピークをもつ単調減少関数とな
るから、発光層と導波構造を最も強く結合させるために
は、発光層の中心軸と導波層の中心軸がほぼ一致するよ
うな配置とするのが最適である。これにより、請求項１
の発明の効果が十分に発揮されるような構造を得ること
が出来る。以上のように、請求項４の発明によれば、請
求項１の発明の効果が十分に発揮されるような構造で、
低い注入電流から高い注入電流域まで、高い光取り出し
効率を得ることが出来、その出力光がインコヒーレント
な光である素子を得ることが出来る。

【００４８】請求項５の発明においては、請求項１に記
載の端面発光型発光ダイオードにおいて、互いに電気的
に接続され、かつ発光層を空間的に内包した複数の導波
層が各導波層の実効モード幅より大きな間隔で一次元に
整列した構造とした。請求項１の発明の端面発光型発光
ダイオードにおいては、その構造上発光層の寸法に上限
〔発光層≦導波層＜λ（ｎｇ² −ｎｃ² ）^1/2 〕がある
ため、高い注入電流で用いたときに、通常の発光ダイオ
ードに比べて発光層での注入キャリア密度が高くなって
しまう。発光層での注入キャリア密度が高くなると、結
晶欠陥等に起因する非発光センターでの再結合電流量も
増加するため、局所的な多重フォノン放出により結晶欠
陥の増殖が促進され、光出力の低下を引き起こしやすく
なる。このため、特に高寿命の素子を実現するために
は、発光層での注入キャリア密度が高くなりすぎないよ
うにすればよく、そのためには発光層の体積を増やせば
よいのであるが、請求項１の発明の主旨を損なわずに発
光層の体積を増やすためには、互いに電気的には結合さ
れているが、モード的には分離された複数の導波層（発
光層を含む）を設ければよい。

【００４９】請求項４の発明でも述べたように、請求項
１の発明の端面発光型発光ダイオードにおいては、発光
層の励起された電子と導波構造の結合強度は、増強され
た基本モード光の電界強度分布に応じた強さとなる。し
たがって、各モードが互いに分離されるためには、各導
波層が基本モード光の強度分布が１／ｅとなる実効モー
ド幅より大きな間隔でならんでいればよい。このよう
に、互いに電気的に接続された複数の導波層が実効モー
ド幅より大きな間隔で一次元に整列した構造とすること
により、請求項１の発明の主旨を損なわずに発光層の体
積を増やすことが出来る。以上のように、請求項５の発
明によれば、請求項１の発明よりも多くの注入電流を注
入することが可能であり、低い注入電流から高い注入電
流域まで高い光取り出し効率を得ることが出来、その出
力光がインコヒーレントな光である素子を作ることが出
来る。

【００５０】請求項６の発明においては、請求項１に記
載の端面発光型発光ダイオードが、光出射方向に垂直な
方向に一次元に、同一基板上にモノリシックに整列した
発光ダイオードアレイとなるようにした。請求項１の発
明による端面発光型発光ダイオードを、複数個一次元に
整列することにより、低い注入電流から高い注入電流域
まで、高い光取り出し効率を得ることが出来、その出力
光がインコヒーレントな光である発光ダイオードアレイ
を作ることは可能であるが、個々の発光ダイオードの素
子特性、特に光取り出し効率は、作製上の寸法ズレ等に
起因するバラツキをもっている。しかし請求項１に記載
の発光ダイオードを、同一基板上にモノリシックに作製
した発光ダイオードアレイを作れば、チップ内では作製
上の寸法ズレ等に起因するバラツキをもたない、素子特
性が均一な発光ダイオードアレイチップを実現すること
が出来る。これをつなげて発光ダイオードアレイを作る
ようにすれば、チップ内では素子特性が均一になるの
で、チップ間のバラツキのみを補正するだけで素子特性
の均一な発光ダイオードアレイを実現出来る。以上のよ
うに、請求項６の発明によれば、低い注入電流から高い
注入電流域まで高い光取り出し効率を得ることが出来、
その出力光がインコヒーレントな光であり、素子特性の
均一な発光ダイオードアレイを作ることが出来る。

【００５１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。 実施例１ 図１は、本発明（請求項１，３，４）を適用した端面発
光型発光ダイオードの断面図であり、ｎ型ＧａＡｓ基板
１１上に、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層１
２、導波層であるＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層１３、発
光層であるＧａＡｓ活性層１４、導波層であるＡｌ０．
２Ｇａ０．８Ａｓ層１５、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａ
ｓクラッド層１６、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１７が形成
されている。

【００５２】ここで、発光層であるＧａＡｓ活性層１４
の寸法は、基板面に対して垂直な方向に０．０１μｍ、
基板面に平行で光出射方向に垂直な方向に０．０１μｍ
としてある。また、このＧａＡｓ活性層１４を空間的に
内包し、発光層の中心軸と導波層の中心軸がほぼ一致す
るような配置で、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ導波層１
３，１５が存在し、その寸法は基板面に対し垂直な方向
に０．１μｍ、基板面に平行な方向に０．１μｍとなっ
ている。さらに、この発光ダイオードのキャップ層１７
上には、Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕからなるｐ側電極１８が形成
され、また基板１１の裏面にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ
からなるｎ側電極１９が形成されている。

【００５３】次に、図１に示した端面発光型発光ダイオ
ードの作製法の一例を、図２を用いて示す。図２におい
て先ず、（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上
にｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層２２を１．５μｍ、
Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層２３を０．１μｍ、ＧａＡ
ｓ層２４を０．０１μｍ、ＭＯＣＶＤ法によりエピタキ
シャル成長する。次に、（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ
層２４を０．０１μｍの幅だけ残してエッチング除去す
る。次に、（ｃ）に示すように、Ａｌ０．２Ｇａ０．８
Ａｓ層２５を０．１μｍエピタキシャル成長する。次
に、（ｄ）に示すように、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層
２５とＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層２３を０．１μｍの
幅だけ残してエッチング除去する。次に、（ｅ）に示す
ように、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層２６を１．５
μｍ、ｐ型ＧａＡｓ層２７を０．３μｍエピタキシャル
成長する。最後に、（ｆ）に示すように、Ａｕ−Ｚｎ／
Ａｕからなるｐ側電極２８、Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕか
らなるｎ側電極２９をそれぞれ形成する。

【００５４】実施例２ 図３は、本発明（請求項２，５）を適用した端面発光型
発光ダイオードの断面図であり、ｎ型ＧａＡｓ基板３１
上に、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層３２、
導電層兼発光層であるＧａＡｓ活性層３３、ｐ型Ａｌ
０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層３４、ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層３５が形成されている。ここでＧａＡｓ活性層
３３は、請求項２の発明により導波層を兼用しており、
実施例１のように発光層と導波層を独立に設けてはいな
い。ＧａＡｓ活性層３３の寸法は基板に垂直な方向に
０．１μｍ、基板に平行な方向に０．１μｍの大きさで
あり、光出射方向に垂直で基板に平行な方向に３μｍ間
隔で一次元に配列してある。さらに、この発光ダイオー
ドにキャップ層３５上には、Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕからなる
ｐ側電極３６が形成され、また基板３１の裏面にはＡｕ
−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ側電極３７が形成されて
いる。

【００５５】次に、図３に示した端面発光型発光ダイオ
ードの作製法の一例を図４を用いて説明する。図４にお
いて先ず、（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板４１
上にｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層４２を１．５μ
ｍ、ＧａＡｓ層４３を０．１μｍ、ＭＯＣＶＤ法により
エピタキシャル成長する。次に、（ｂ）に示すように、
ＧａＡｓ層４３を３μｍの間隔で０．１μｍの幅だけ残
してエッチング除去する。次に、（ｃ）に示すように、
ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層４４を１．５μｍ、ｐ
型ＧａＡｓ層４５を０．３μｍエピタキシャル成長す
る。最後に、（ｄ）に示すように、Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕか
らなるｐ側電極４６、Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる
ｎ側電極４７をそれぞれ形成する。

【００５６】実施例３ 図５は、本発明（請求項２，６）を適用した端面発光型
発光ダイオードアレイの断面図であり、ｎ型ＧａＡｓ基
板５１上に、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層
５２、導波層兼発光層であるＧａＡｓ層活性層５３、ｐ
型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層５４、ｐ型Ｇａ
Ａｓキャップ層５５が形成されている。ここでＧａＡｓ
活性層５３は、実施例２と同様に請求項２の発明により
導波層を兼用しており、発光層と導波層を独立に設けて
いない。ＧａＡｓ活性層５３の寸法は、基板に垂直な方
向に０．１μｍ、基板に平行な方向に０．１μｍの大き
さである。また各発光部は分離溝５８により電気的に分
離されている。各発光ダイオードのキャップ層５５上に
は、Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕからなるｐ側電極５６が形成さ
れ、また基板５１の裏面にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕか
らなるｎ側電極５７が形成されている。

【００５７】次に、図５に示した端面発光型発光ダイオ
ードの作製法の一例を図６を用いて説明する。図６にお
いて先ず、（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板６１
上にｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層６２を１．５μ
ｍ、ＧａＡｓ層６３を０．１μｍ、ＭＯＣＶＤ法により
エピタキシャル成長する。次に、（ｂ）に示すように、
ＧａＡｓ層６３を４２．３μｍの間隔で０．１μｍの幅
だけ残してエッチング除去する。次に、（ｃ）に示すよ
うに、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層６４を１．５μ
ｍ、ｐ型ＧａＡｓ層６５を０．３μｍエピタキシャル成
長する。最後に、（ｄ）に示すように、４２．３μｍの
間隔で３２．３μｍの幅だけ残してｎ型Ａｌ０．４Ｇａ
０．６Ａｓ層６２までエッチング除去して分離溝６８を
形成し、Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕからなるｐ側電極６６、Ａｕ
−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ側電極６７をそれぞれ形
成する。

【００５８】以上、いくつかの例について説明したが、
本発明の実施例は上記の例に限るものではない。半導体
結晶材料の種類及びその導電型、電極の種類とその形状
など、それぞれの特徴を活かして応用することが可能で
ある。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明では、出
力光の出射方向のモードの多色性を保ちながら、出射光
の横モードのみを導波構造を用いて制御することによ
り、出力光として利用可能な多モードの光を、低い注入
電流で用いても通常の発光ダイオードより高い効率で得
ることが出来る。この結果、光ファイバー通信や光書き
込み用光源に適した高性能な発光ダイオードを提供する
ことが可能になった。また、請求項２の発明では、請求
項１の発光ダイオードにおいて、発光層を空間的に内包
する導波層を発光層と独立には設けずに、発光層が導波
層を兼ねている構造としたので、これにより低い注入電
流から高い注入電流域まで高い光取り出し効率を得るこ
とが出来、その出力光がインコヒーレントな光であり、
さらにはその製造法が請求項１の発明よりも簡単である
素子を得ることが出来た。この結果、光ファイバー通信
や光書き込み用光源に適した高性能な発光ダイオードを
提供することが可能となった。また、請求項３の発明で
は、請求項１の発光ダイオードにおいて、発光層の寸法
が少なくとも一方向において１０ｎｍ以下である構造と
したので、誘導放出成分を自然放出光の増幅に利用する
ことが出来た。これにより、低い注入電流から高い注入
電流域まで請求項１の発明よりも高い光取り出し効率を
得ることが出来た。この結果、光ファイバー通信や光書
き込み用光源に適した高性能な発光ダイオードを提供す
ることが可能となった。また、請求項４の発明では、請
求項１の発光ダイオードにおいて、発光層の中心軸と導
波層の中心軸がほぼ一致する配置となる構造としたの
で、請求項１の発明の効果が十分に発揮されるような構
造を得ることが出来た。これにより、請求項１の発明の
効果が十分に発揮されるような構造で、低い注入電流か
ら高い注入電流域まで高い光取り出し効率を得ることが
出来、その出力光がインコヒーレントな光である素子を
作ることが出来た。この結果、光ファイバー通信や光書
き込み用光源に適した高性能な発光ダイオードを提供す
ることが可能となった。また、請求項５の発明では、請
求項１の発光ダイオードにおいて、電気的に接続された
複数の発光部が各発光部の実効モード幅より大きな間隔
で一次元に配列した構造とした。これにより、導波モー
ドの形状を変えることなしに発光部の体積を増加させる
ことが出来、光ファイバー通信や光書き込み用光源に適
した高出力、高寿命の発光ダイオードを提供することが
可能となった。また、請求項６の発明では、請求項１記
載の端面発光型発光素子が、光出射方向と垂直な方向に
一次元に、同一基板上にモノリシックに整列した発光ダ
イオードアレイを作製することにより、素子特性の均一
な、高効率な発光ダイオードアレイを実現することが出
来た。この結果、光ファイバー通信や光書き込み用光源
に適した高性能な発光ダイオードを提供することが可能
となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による発光ダイオードの一実施例を示す
断面図であって、光出射方向に垂直な面による断面図で
ある。

【図２】図１の発光ダイオードの作製法を示す説明図で
ある。

【図３】本発明による発光ダイオードの別の実施例を示
す断面図であって、光出射方向に垂直な面による断面図
である。

【図４】図３の発光ダイオードの作製法を示す説明図で
ある。

【図５】本発明による発光ダイオードアレイの一実施例
を示す断面図であって、光出射方向に垂直な面による断
面図である。

【図６】図５の発光ダイオードアレイの作製法を示す説
明図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１，５１，６１ ｎ型ＧａＡｓ基
板 １２，２２，３２，４２，５２，６２ ｎ型Ａｌ０．４
Ｇａ０．６Ａｓクラッド層 １３，１５，２３，２５ Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層 １４，２４，３３，４３，５３，６３ ＧａＡｓ活性層 １６，２６，３４，４４，５４，６４ ｐ型Ａｌ０．４
Ｇａ０．６Ａｓクラッド層 １７，２７，３５，４５，５５，６５ ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層 １８，２８，３６，４６，５６，６６ ｐ側電極 １９，２９，３７，４７，５７，６７ ｎ側電極 ５８，６８ 分離溝

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端面発光型発光ダイオードにおいて、該
   発光ダイオードは光出力を生じる発光層と、発光層を空
   間的に内包する導波層と、導波層よりも屈折率が低く導
   波層を空間的に内包したクラッド層とを有し、発光層の
   発光波長をλ、導波層の屈折率をｎｇ、クラッド層の屈
   折率をｎｃとしたときに、光出射方向と垂直な二つの方
   向、すなわち基板面に対して垂直な方向と、基板面に対
   して平行で光出射方向と垂直な方向の導波層の寸法がそ
   れぞれ、 λ／（ｎｇ² −ｎｃ² ）^1/2 よりも小さいことを特徴とする発光ダイオード。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の端面発光型発光ダイオ
   ードにおいて、発光層を空間的に内包する導波層を発光
   層と独立には設けず、発光層が導波層を兼ねていること
   を特徴とする発光ダイオード。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の端面発光型発光ダイオ
   ードにおいて、発光層の寸法が、少なくとも一方向にお
   い１０ｎｍ以下であることを特徴とする発光ダイオー
   ド。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の端面発光型発光ダイオ
   ードにおいて、発光層の中心軸と導波層の中心軸がほぼ
   一致するような配置としたことを特徴とする発光ダイオ
   ード。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の端面発光型発光ダイオ
   ードにおいて、互いに電気的に接続され、かつ発光層を
   空間的に内包した複数の導波層が各導波層の実効モード
   幅より大きな間隔で一次元に整列した構造を有すること
   を特徴とする発光ダイオード。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の端面発光型発光ダイオ
   ードが、光出射方向と垂直な方向に一次元に、同一基板
   上にモノリシックに整列していることを特徴とする発光
   ダイオードアレイ。