JPH11214745A - モード・エキスパンダを有するエレクトロルミネセンス・ダイオード - Google Patents
モード・エキスパンダを有するエレクトロルミネセンス・ダイオードInfo
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- JPH11214745A JPH11214745A JP28536398A JP28536398A JPH11214745A JP H11214745 A JPH11214745 A JP H11214745A JP 28536398 A JP28536398 A JP 28536398A JP 28536398 A JP28536398 A JP 28536398A JP H11214745 A JPH11214745 A JP H11214745A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
-
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 一対の間隔を空けて相対する端面と両側面と
上下面とを持った、半導体材料からなる半導体エレクト
ロルミネセンス・ダイオードを得ること。 【解決手段】 本体はその中に、一方の端面から、他方
の端面から間隔を空けて位置する一点にまで延びる活性
層を含んでいる。この活性層は、両側面間の距離よりも
幅が狭くなり一点に来るように先細りにテーパー付けさ
れ、本体の他方の端面に隣接する部分を持っている。活
性層の屈折率より小さな屈折率を有する材料からなる第
１のクラッド層は、活性層の相対するサイドにあって、
活性層の端部と本体の他端面との間に延びている。活性
層で発生して活性層の尖端から放射される放射エネルギ
ーは、このダイオードからの放射エネルギーのビーム面
積が活性層で形成されるビームの面積よりも大きくなる
ように、活性層の尖端と本体の他端との間の第２のクラ
ッド層の部分で面積が拡がる。
上下面とを持った、半導体材料からなる半導体エレクト
ロルミネセンス・ダイオードを得ること。 【解決手段】 本体はその中に、一方の端面から、他方
の端面から間隔を空けて位置する一点にまで延びる活性
層を含んでいる。この活性層は、両側面間の距離よりも
幅が狭くなり一点に来るように先細りにテーパー付けさ
れ、本体の他方の端面に隣接する部分を持っている。活
性層の屈折率より小さな屈折率を有する材料からなる第
１のクラッド層は、活性層の相対するサイドにあって、
活性層の端部と本体の他端面との間に延びている。活性
層で発生して活性層の尖端から放射される放射エネルギ
ーは、このダイオードからの放射エネルギーのビーム面
積が活性層で形成されるビームの面積よりも大きくなる
ように、活性層の尖端と本体の他端との間の第２のクラ
ッド層の部分で面積が拡がる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積されたモード
・エキスパンダを有するエレクトロルミネセンス・ダイ
オードに関するものであり、更に詳細には光ファイバへ
のより効率的な結合を可能にするモード・エキスパンダ
を有する半導体レーザーまたはスーパールミネセンス・
ダイオード（ＳＬＤ）に関する。
・エキスパンダを有するエレクトロルミネセンス・ダイ
オードに関するものであり、更に詳細には光ファイバへ
のより効率的な結合を可能にするモード・エキスパンダ
を有する半導体レーザーまたはスーパールミネセンス・
ダイオード（ＳＬＤ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】大電力のスーパールミネセンス・ダイオ
ード（ＳＬＤ）は、ファイバー・オプティック・ジャイ
ロスコープ（ＦＯＧ）、光増幅器、外部キャビティ・レ
ーザー、同調式レーザー、モード・ロック・レーザーな
どの用途、および一般に、低干渉性の干渉計（障害検出
用、医療機械用、画像生成用など）といった低干渉性を
要する用途のための光源として用途を持っている。
ード（ＳＬＤ）は、ファイバー・オプティック・ジャイ
ロスコープ（ＦＯＧ）、光増幅器、外部キャビティ・レ
ーザー、同調式レーザー、モード・ロック・レーザーな
どの用途、および一般に、低干渉性の干渉計（障害検出
用、医療機械用、画像生成用など）といった低干渉性を
要する用途のための光源として用途を持っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような用途におい
ては、ダイオードの出力を光ファイバ、特にシングル・
モード光ファイバに結合することがしばしば必要にな
る。こうして、ダイオードの出力が光ファイバに容易に
結合できるように放射エネルギーの放射ビームの大きさ
と発散角とを制御できることが望まれている。
ては、ダイオードの出力を光ファイバ、特にシングル・
モード光ファイバに結合することがしばしば必要にな
る。こうして、ダイオードの出力が光ファイバに容易に
結合できるように放射エネルギーの放射ビームの大きさ
と発散角とを制御できることが望まれている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】半導体エレクトロルミネ
センス・ダイオードは、少なくとも一方が放射エネルギ
ー放射面である一対の間隔を空けた端面を有する半導体
材料からなる本体を含んでいる。この本体はその中に、
放射エネルギーを生成する、また導波管として役立つ活
性領域を持っている。この活性領域は、本体の放射エネ
ルギー放射端面から間隔を空けた端部を持っている。第
１のクラッド領域は、本体内にあり、それがこの活性領
域の端部と本体の放射端面との間に延びるように活性領
域の周りにある。第２のクラッド領域は、第１のクラッ
ド領域と活性領域の少なくとも一部との間にある。第１
のクラッド領域は、活性領域の屈折率より小さい屈折率
を有する材料からなっており、第２のクラッド領域は、
第１のクラッド領域の屈折率より大きな屈折率を有する
材料からなっている。
センス・ダイオードは、少なくとも一方が放射エネルギ
ー放射面である一対の間隔を空けた端面を有する半導体
材料からなる本体を含んでいる。この本体はその中に、
放射エネルギーを生成する、また導波管として役立つ活
性領域を持っている。この活性領域は、本体の放射エネ
ルギー放射端面から間隔を空けた端部を持っている。第
１のクラッド領域は、本体内にあり、それがこの活性領
域の端部と本体の放射端面との間に延びるように活性領
域の周りにある。第２のクラッド領域は、第１のクラッ
ド領域と活性領域の少なくとも一部との間にある。第１
のクラッド領域は、活性領域の屈折率より小さい屈折率
を有する材料からなっており、第２のクラッド領域は、
第１のクラッド領域の屈折率より大きな屈折率を有する
材料からなっている。
【０００５】
【発明の実施の形態】はじめに図１を参照すれば、本発
明によるエレクトロルミネセンス・ダイオード１０が概
略的に示されている。ダイオード１０は、放射エネルギ
ー放射端面１３を有する半導体材料の本体１２からなっ
ている。本体１２はまたその中に、導波管として役立つ
活性領域１４を持っている。この活性領域１４は、細く
て実質的にファイバーの形をしている。活性領域１４
は、本体１２の全長に亘っては延びておらず、本体１２
の放射端面１３から間隔を空けて位置する端部１５を持
っている。この活性領域１４の周りには、活性領域１４
の材料よりも低い屈折率を有する半導体材料からなるク
ラッド領域１６がある。活性領域１６は、活性領域１４
の端部１５と本体１２の端面１３との間に延びている。
クラッド領域１６の周りには、このクラッド領域１６の
屈折率よりも小さい屈折率を有する半導体材料からなる
他のクラッド領域１８がある。
明によるエレクトロルミネセンス・ダイオード１０が概
略的に示されている。ダイオード１０は、放射エネルギ
ー放射端面１３を有する半導体材料の本体１２からなっ
ている。本体１２はまたその中に、導波管として役立つ
活性領域１４を持っている。この活性領域１４は、細く
て実質的にファイバーの形をしている。活性領域１４
は、本体１２の全長に亘っては延びておらず、本体１２
の放射端面１３から間隔を空けて位置する端部１５を持
っている。この活性領域１４の周りには、活性領域１４
の材料よりも低い屈折率を有する半導体材料からなるク
ラッド領域１６がある。活性領域１６は、活性領域１４
の端部１５と本体１２の端面１３との間に延びている。
クラッド領域１６の周りには、このクラッド領域１６の
屈折率よりも小さい屈折率を有する半導体材料からなる
他のクラッド領域１８がある。
【０００６】ダイオード１０の動作時には、放射エネル
ギーは、活性領域１４に生成され、導波管活性領域１４
に沿って流れる。曲線２０で示すように、放射エネルギ
ーの大部分は、活性領域１４とクラッド領域１６との屈
折率の違いからクラッド領域１６によって導波管活性領
域１４内に閉じ込められる。しかしながら放射エネルギ
ーの一部はクラッド領域１６内に漏洩する。導波管活性
領域１４の端部１５において、放射エネルギーは、導波
管活性領域１４と本体１２の端面１３との間にあるクラ
ッド領域１６内に放射される。このクラッド領域１６に
入る放射エネルギーは、曲線２２によって示すように広
がっている。しかしながら放射エネルギーの大半は、こ
れら二つの領域の屈折率の違いからクラッド領域１８に
よってクラッド領域１６内に閉じ込められる。このよう
にして、本体１２の端面１３から放射される放射エネル
ギーのビームの面積は、活性領域１４内で生成される放
射エネルギーのビームの面積よりも大きくなる。光ファ
イバのコアと同じサイズのクラッド領域１６を作ること
によって、ダイオード１０から放射される放射エネルギ
ーは容易にこの光ファイバに結合できる。更に、比較的
細い活性領域１４を持つことによって、生成された放射
エネルギーのビームは比較的高いパワーを持つ。
ギーは、活性領域１４に生成され、導波管活性領域１４
に沿って流れる。曲線２０で示すように、放射エネルギ
ーの大部分は、活性領域１４とクラッド領域１６との屈
折率の違いからクラッド領域１６によって導波管活性領
域１４内に閉じ込められる。しかしながら放射エネルギ
ーの一部はクラッド領域１６内に漏洩する。導波管活性
領域１４の端部１５において、放射エネルギーは、導波
管活性領域１４と本体１２の端面１３との間にあるクラ
ッド領域１６内に放射される。このクラッド領域１６に
入る放射エネルギーは、曲線２２によって示すように広
がっている。しかしながら放射エネルギーの大半は、こ
れら二つの領域の屈折率の違いからクラッド領域１８に
よってクラッド領域１６内に閉じ込められる。このよう
にして、本体１２の端面１３から放射される放射エネル
ギーのビームの面積は、活性領域１４内で生成される放
射エネルギーのビームの面積よりも大きくなる。光ファ
イバのコアと同じサイズのクラッド領域１６を作ること
によって、ダイオード１０から放射される放射エネルギ
ーは容易にこの光ファイバに結合できる。更に、比較的
細い活性領域１４を持つことによって、生成された放射
エネルギーのビームは比較的高いパワーを持つ。
【０００７】図２と図３を参照すれば、本発明のエレク
トロルミネセンス・ダイオードの一つの固有の形状は、
一般に２４で示すようになっている。ダイオード２４
は、相対する端面２８、３０と相対する側面３２、３４
と底面３６と上面３８とを有する半導体材料の本体２６
からなる。この本体２６は一般に、燐化インジウム（Ｉ
ｎＰ）等のｎ型の導電性半導体材料の基板４０からなっ
ている。基板４０は、本体２６の底面３６である底面を
持っている。基板４０はまた、上面４２を持っており、
その上に第１のクラッド層４４がある。第１のクラッド
層４４は、ｎ型導電性である。ｎ型導電性の第２のクラ
ッド層４６は、第１のクラッド層４４の上にある。この
第２のクラッド層４６は、第１のクラッド層４４の材料
の屈折率よりも僅かに高い屈折率を有する半導体材料か
らなっている。例えば第１、第２のクラッド層４４、４
６は両者とも、ＩｎＧａＡｓＰでできているが、それぞ
れの屈折率に差異を生じるように各々の層の元素の比率
は異なっている。
トロルミネセンス・ダイオードの一つの固有の形状は、
一般に２４で示すようになっている。ダイオード２４
は、相対する端面２８、３０と相対する側面３２、３４
と底面３６と上面３８とを有する半導体材料の本体２６
からなる。この本体２６は一般に、燐化インジウム（Ｉ
ｎＰ）等のｎ型の導電性半導体材料の基板４０からなっ
ている。基板４０は、本体２６の底面３６である底面を
持っている。基板４０はまた、上面４２を持っており、
その上に第１のクラッド層４４がある。第１のクラッド
層４４は、ｎ型導電性である。ｎ型導電性の第２のクラ
ッド層４６は、第１のクラッド層４４の上にある。この
第２のクラッド層４６は、第１のクラッド層４４の材料
の屈折率よりも僅かに高い屈折率を有する半導体材料か
らなっている。例えば第１、第２のクラッド層４４、４
６は両者とも、ＩｎＧａＡｓＰでできているが、それぞ
れの屈折率に差異を生じるように各々の層の元素の比率
は異なっている。
【０００８】第２のクラッド層４６上には、ドーピング
されていない、また第２のクラッド層４６の屈折率より
も高い屈折率を有する半導体材料からなる活性層４８が
ある。この活性層４８は、本体２６の端面２８から本体
２６の放射端面３０から間隔を空けて位置する一つの点
まで延びている。この活性層は、端面２８から実質的に
一様な幅になっているがその自由端５０でテーパーが付
けられ、そこから尖端の点まで先細りになっている。ま
た図３に示すように活性層４８は、そのテーパー付き端
部５０までは実質的に一様な厚さであってそれからその
点まで厚さにテーパーが付いている。
されていない、また第２のクラッド層４６の屈折率より
も高い屈折率を有する半導体材料からなる活性層４８が
ある。この活性層４８は、本体２６の端面２８から本体
２６の放射端面３０から間隔を空けて位置する一つの点
まで延びている。この活性層は、端面２８から実質的に
一様な幅になっているがその自由端５０でテーパーが付
けられ、そこから尖端の点まで先細りになっている。ま
た図３に示すように活性層４８は、そのテーパー付き端
部５０までは実質的に一様な厚さであってそれからその
点まで厚さにテーパーが付いている。
【０００９】第３のクラッド層５２は、活性層４８と第
２のクラッド層４６のこの活性層４８によってカバーさ
れない部分とを覆っている。第３のクラッド層５２は、
第２のクラッド層４６と同一または類似の半導体材料か
らなっているがｐ型導電性である。第４のクラッド層５
４は、第３のクラッド層５２を覆っている。この第４の
クラッド層５４は、それがｐ−型導電性であることを除
いて第１のクラッド層４４と同じ半導体材料からなって
いる。ｐ＋型ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＰなどの高い導電
性の半導体材料からなるキャップ層５６は、第４のクラ
ッド層５４を覆っている。
２のクラッド層４６のこの活性層４８によってカバーさ
れない部分とを覆っている。第３のクラッド層５２は、
第２のクラッド層４６と同一または類似の半導体材料か
らなっているがｐ型導電性である。第４のクラッド層５
４は、第３のクラッド層５２を覆っている。この第４の
クラッド層５４は、それがｐ−型導電性であることを除
いて第１のクラッド層４４と同じ半導体材料からなって
いる。ｐ＋型ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＰなどの高い導電
性の半導体材料からなるキャップ層５６は、第４のクラ
ッド層５４を覆っている。
【００１０】一対の間隔を空けた平行な溝５８は、本体
２６を通して最上面３８から活性層４８まで延びてい
る。このようにして溝５８は、キャップ層５６と第４の
クラッド層５４と第３のクラッド層５２とを貫通して活
性層４８まで延びている。溝５８は、本体２６に沿って
長さ方向に端面２８から少なくとも活性層４８の尖端５
０まで延びている。もし必要ならば溝５８は、本体の放
射端面にまで伸ばすこともできる。溝５８間の間隔は、
活性層４８の幅よりも小さい。溝５８は、溝間にメサ領
域６０を画定している。二酸化シリコンなどの絶縁材料
からなる層６２は、キャップ層５６と溝５８の壁とを覆
っている。絶縁層６２は、この絶縁層を貫通していてメ
サ領域６０に亘ってこの領域に沿っている開口部６３を
持っている。導電性金属のコンタクト層６４は、絶縁層
６２上と開口部６４内とにあって、メサ領域６０上のキ
ャップ層５６の一部に係合している。導電性金属のコン
タクト層６６は、本体２６の底面３６上にある。
２６を通して最上面３８から活性層４８まで延びてい
る。このようにして溝５８は、キャップ層５６と第４の
クラッド層５４と第３のクラッド層５２とを貫通して活
性層４８まで延びている。溝５８は、本体２６に沿って
長さ方向に端面２８から少なくとも活性層４８の尖端５
０まで延びている。もし必要ならば溝５８は、本体の放
射端面にまで伸ばすこともできる。溝５８間の間隔は、
活性層４８の幅よりも小さい。溝５８は、溝間にメサ領
域６０を画定している。二酸化シリコンなどの絶縁材料
からなる層６２は、キャップ層５６と溝５８の壁とを覆
っている。絶縁層６２は、この絶縁層を貫通していてメ
サ領域６０に亘ってこの領域に沿っている開口部６３を
持っている。導電性金属のコンタクト層６４は、絶縁層
６２上と開口部６４内とにあって、メサ領域６０上のキ
ャップ層５６の一部に係合している。導電性金属のコン
タクト層６６は、本体２６の底面３６上にある。
【００１１】エレクトロルミネセンス・ダイオード２４
の動作に際しては、本体２６に亘ってコンタクト層６
４、６６間に電圧が印加される。これによって活性領域
４２内に放射エネルギーを生成するように、活性層４８
内への電子の流れが生じる。しかしながら溝５８間の狭
い間隔は、放射エネルギーが活性層４８の狭い部分内で
のみに生成されるように、電子が流れる狭い領域を画定
する。こうして活性層４８は、放射エネルギーの細いビ
ームを形成するように、細い導波管のみを形成する。放
射エネルギーのビームは、活性層４８の屈折率よりも小
さい屈折率を有する第２、第３のクラッド層４６、５２
によって実質的に活性層４８に閉じ込められる。図６に
示すようにこれは、そのサイズが活性層４８の厚さと溝
５８間の間隔とによって画定される放射エネルギーのビ
ーム６８を形成する。しかしながら、この放射エネルギ
ーのビームが活性層４８の尖端５０に到達すると、これ
は、活性層４８の尖端５０と本体２６の放射端面３０と
の間にある第２、第３のクラッド層４６、５２の部分内
に放射される。第２、第３のクラッド層４６、５２に入
射する放射エネルギーは、図７に示すようにサイズが拡
がって、より大きな放射ビーム７０を形成する。しかし
ながら、活性層４８の尖端５０から第３のクラッド層５
２に入射する放射ビームは、各層の屈折率の違いのため
に第１、第４のクラッド層４４、５４によって本体２６
の上面３８と底面３６との間の方向に、第２、第３のク
ラッド層４６、５２に実質的に閉じ込められる。本体２
６の両側面３２、３４間の方向に、放射エネルギーは活
性層２６の尖端５０の角度によって決められる量だけ拡
がる。こうして図７に示すように、本体２６の放射端面
３０における放射ビームの面積は、活性層４８内のビー
ムの面積よりは大きいが、本体２６の放射端面３０に配
置することのできる光ファイバの直径に対応するように
所望のサイズに限定される。
の動作に際しては、本体２６に亘ってコンタクト層６
４、６６間に電圧が印加される。これによって活性領域
４２内に放射エネルギーを生成するように、活性層４８
内への電子の流れが生じる。しかしながら溝５８間の狭
い間隔は、放射エネルギーが活性層４８の狭い部分内で
のみに生成されるように、電子が流れる狭い領域を画定
する。こうして活性層４８は、放射エネルギーの細いビ
ームを形成するように、細い導波管のみを形成する。放
射エネルギーのビームは、活性層４８の屈折率よりも小
さい屈折率を有する第２、第３のクラッド層４６、５２
によって実質的に活性層４８に閉じ込められる。図６に
示すようにこれは、そのサイズが活性層４８の厚さと溝
５８間の間隔とによって画定される放射エネルギーのビ
ーム６８を形成する。しかしながら、この放射エネルギ
ーのビームが活性層４８の尖端５０に到達すると、これ
は、活性層４８の尖端５０と本体２６の放射端面３０と
の間にある第２、第３のクラッド層４６、５２の部分内
に放射される。第２、第３のクラッド層４６、５２に入
射する放射エネルギーは、図７に示すようにサイズが拡
がって、より大きな放射ビーム７０を形成する。しかし
ながら、活性層４８の尖端５０から第３のクラッド層５
２に入射する放射ビームは、各層の屈折率の違いのため
に第１、第４のクラッド層４４、５４によって本体２６
の上面３８と底面３６との間の方向に、第２、第３のク
ラッド層４６、５２に実質的に閉じ込められる。本体２
６の両側面３２、３４間の方向に、放射エネルギーは活
性層２６の尖端５０の角度によって決められる量だけ拡
がる。こうして図７に示すように、本体２６の放射端面
３０における放射ビームの面積は、活性層４８内のビー
ムの面積よりは大きいが、本体２６の放射端面３０に配
置することのできる光ファイバの直径に対応するように
所望のサイズに限定される。
【００１２】ダイオード２４は、本体２６の一端にのみ
放射エネルギー放射面を有するものとして示したが、本
体２６の両端に放射エネルギー放射面を持つこともでき
る。図８を参照すれば、両端面１２８、１３０が放射エ
ネルギーを放射できるダイオード１２４が示されてい
る。このダイオード１２４において、活性層１４８は、
両端面１２８、１３０から間隔を空けた位置にあって、
その両端部で先細りにテーパーの付いた部分１５０を有
する端部を持っている。第３のクラッド層１５２は、活
性層１４８全体と第２のクラッド層１４６のその活性層
１４８によって覆われていない部分とに亘って拡がって
いる。このようにしてダイオード１２４では、活性層１
２４で発生した放射エネルギーは、本体１２６の各端部
１２８、１３０から放射されるように、その両端部から
第２、第３のクラッド層１４６、１５２内に放射するこ
とができる。活性層１４８の各端部から放射された放射
エネルギーのビームは、ダイオード２４に関して前に述
べたように、サイズを拡大して第２、第３のクラッド層
１４６、１５２内に入るであろう。
放射エネルギー放射面を有するものとして示したが、本
体２６の両端に放射エネルギー放射面を持つこともでき
る。図８を参照すれば、両端面１２８、１３０が放射エ
ネルギーを放射できるダイオード１２４が示されてい
る。このダイオード１２４において、活性層１４８は、
両端面１２８、１３０から間隔を空けた位置にあって、
その両端部で先細りにテーパーの付いた部分１５０を有
する端部を持っている。第３のクラッド層１５２は、活
性層１４８全体と第２のクラッド層１４６のその活性層
１４８によって覆われていない部分とに亘って拡がって
いる。このようにしてダイオード１２４では、活性層１
２４で発生した放射エネルギーは、本体１２６の各端部
１２８、１３０から放射されるように、その両端部から
第２、第３のクラッド層１４６、１５２内に放射するこ
とができる。活性層１４８の各端部から放射された放射
エネルギーのビームは、ダイオード２４に関して前に述
べたように、サイズを拡大して第２、第３のクラッド層
１４６、１５２内に入るであろう。
【００１３】ダイオード２４に発生する可能性のある問
題は、伝導性の高いキャップ層５６が活性層４８の端部
５０を越えている本体２６の部分上に拡がるということ
に起因する可能性がある。ダイオード２４を通る電流の
流れを活性層４８内だけで維持することが望ましいが、
伝導性の高いキャップ層５６は、その電流の一部を活性
層４８の端部５０を越える、本体２６の部分に導く可能
性がある。これを防ぐために図８に示すダイオード１２
４のキャップ層１５６は、活性層１４８の長さの上にだ
け拡がっており、また活性層１４８の両端部を越えてい
る第４のクラッド層１５４の部分の上には絶縁層１６２
がある。このようにして電流の流れは更に明確に活性層
１４８に閉じ込められる。
題は、伝導性の高いキャップ層５６が活性層４８の端部
５０を越えている本体２６の部分上に拡がるということ
に起因する可能性がある。ダイオード２４を通る電流の
流れを活性層４８内だけで維持することが望ましいが、
伝導性の高いキャップ層５６は、その電流の一部を活性
層４８の端部５０を越える、本体２６の部分に導く可能
性がある。これを防ぐために図８に示すダイオード１２
４のキャップ層１５６は、活性層１４８の長さの上にだ
け拡がっており、また活性層１４８の両端部を越えてい
る第４のクラッド層１５４の部分の上には絶縁層１６２
がある。このようにして電流の流れは更に明確に活性層
１４８に閉じ込められる。
【００１４】図２に示すダイオード２４では、活性層の
先細りテーパー付き端部から放射される放射エネルギー
は、第２、第３のクラッド層４６、５２の両者の中に拡
がっていく。図９を参照すれば、放射エネルギーが隣接
するクラッド層の一方にのみに拡がる変形例のダイオー
ド２２４が示されている。このダイオード２２４は、そ
の表面２４２上に第１のクラッド層２４４を有する基板
２４０からなっている。第１のクラッド層２４４の上に
は、第１のクラッド層２４４の屈折率よりも僅かに高い
屈折率を有する材料からなる第２のクラッド層２４６が
ある。活性層２４８は、この第２のクラッド層２４６上
にあって、放射エネルギー放射端面２３０から間隔を空
けて位置する先細りテーパー付き端部２５０を持ってい
る。活性層２４８は、第２のクラッド層２４６の屈折率
よりも僅かに高い屈折率を有する材料からなっている。
この活性層２４８の上には、活性層２４８全体と第２の
クラッド層２４６の、活性層２４８によって覆われない
部分との上に拡がる第３のクラッド層２５２がある。第
３のクラッド層２５２は、第１のクラッド層２４４と同
じ材料からなっていて、第１のクラッド層２４４の屈折
率と実質的に同じ屈折率を持っている。ダイオード２２
４の動作時には、活性層２４８に発生した放射エネルギ
ーは、その活性層のテーパー付き端部２５０から放射さ
れる。第３のクラッド層２５２と活性領域２４８との屈
折率の違いのために、活性領域２４８から放射される放
射エネルギーは、第３のクラッド領域２５２内には拡が
らないで、第２のクラッド領域２４６内にのみ拡がる。
これは更に、ダイオード２２４によって放射される放射
エネルギーのビームのサイズを制御する。
先細りテーパー付き端部から放射される放射エネルギー
は、第２、第３のクラッド層４６、５２の両者の中に拡
がっていく。図９を参照すれば、放射エネルギーが隣接
するクラッド層の一方にのみに拡がる変形例のダイオー
ド２２４が示されている。このダイオード２２４は、そ
の表面２４２上に第１のクラッド層２４４を有する基板
２４０からなっている。第１のクラッド層２４４の上に
は、第１のクラッド層２４４の屈折率よりも僅かに高い
屈折率を有する材料からなる第２のクラッド層２４６が
ある。活性層２４８は、この第２のクラッド層２４６上
にあって、放射エネルギー放射端面２３０から間隔を空
けて位置する先細りテーパー付き端部２５０を持ってい
る。活性層２４８は、第２のクラッド層２４６の屈折率
よりも僅かに高い屈折率を有する材料からなっている。
この活性層２４８の上には、活性層２４８全体と第２の
クラッド層２４６の、活性層２４８によって覆われない
部分との上に拡がる第３のクラッド層２５２がある。第
３のクラッド層２５２は、第１のクラッド層２４４と同
じ材料からなっていて、第１のクラッド層２４４の屈折
率と実質的に同じ屈折率を持っている。ダイオード２２
４の動作時には、活性層２４８に発生した放射エネルギ
ーは、その活性層のテーパー付き端部２５０から放射さ
れる。第３のクラッド層２５２と活性領域２４８との屈
折率の違いのために、活性領域２４８から放射される放
射エネルギーは、第３のクラッド領域２５２内には拡が
らないで、第２のクラッド領域２４６内にのみ拡がる。
これは更に、ダイオード２２４によって放射される放射
エネルギーのビームのサイズを制御する。
【００１５】このように本発明によって、高いパワーを
得るように細い活性領域を有する半導体エレクトロルミ
ネセンス・ダイオードが提供される。また活性領域の端
部から放射される放射エネルギーのビームは、それがダ
イオードの放射端面から放射される前に、面積が拡げら
れる。ビームが垂直に拡げられる量は、活性領域の各側
部のクラッド層の厚さによって決定される。このように
して、ビームを受けるようにダイオードの放射端面に位
置決めされる光ファイバに更に効率的な結合を与えるの
に適するサイズのビームを作ることができる。スーパー
ルミネセンス・ダイオード（ＳＬＤ）を形成するため
に、活性層とその活性層の上のコンタクト層とは、本技
術でよく知られているように、ダイオードの放射エネル
ギー放射面に関して９０度未満の角度をなすようにすべ
きである。この角度は、ファセット反射からのスペクト
ル変調を低くするようにすべきであり、５度と８度の間
の角度だけ９０度からずれていることが望ましい。活性
層４８はドーピングしてない半導体材料からなる単一層
として示されたが、エレクトロルミネセンス・ダイオー
ドの活性層としてよく知られたどのような形でもよい。
また本体２６の各層は、どの様な所望の半導体材料から
でも作ることができるが、それは所望の放射エネルギー
の波長に依存する。しかしながら、どんな材料が使われ
るとしても、相対的な各反射率は維持しなくてはならな
い。活性層とその外側のクラッド領域の製作用に望まれ
る材料が互いに近くない反射率を持っている場合は、内
側のクラッド層に使うための適当な材料を見つけること
は困難かもしれない。このような場合は、活性層の材料
の屈折率と外側クラッド層の屈折率との間にあってそれ
らに近い屈折率を有する内側クラッド層を備えるとし
て、それらの層の厚さと層の数を持った、多数の交互に
重なった層からなる内側クラッド層の少なくとも一方、
望ましくは両方をこれら二つの異なる材料から形成する
ことができる。この内側クラッド層は、外側クラッド層
の屈折率と活性層の屈折率との間の屈折率を有する各材
料からなる交互に重なった層から形成することができ
る。例えば内側クラッド層は、外側クラッド層と同じ材
料の層と、活性層の屈折率よりは小さいが活性層の屈折
率よりは大きい屈折率を有する材料からなる層とが交互
に重なった層から作ることもできる。
得るように細い活性領域を有する半導体エレクトロルミ
ネセンス・ダイオードが提供される。また活性領域の端
部から放射される放射エネルギーのビームは、それがダ
イオードの放射端面から放射される前に、面積が拡げら
れる。ビームが垂直に拡げられる量は、活性領域の各側
部のクラッド層の厚さによって決定される。このように
して、ビームを受けるようにダイオードの放射端面に位
置決めされる光ファイバに更に効率的な結合を与えるの
に適するサイズのビームを作ることができる。スーパー
ルミネセンス・ダイオード（ＳＬＤ）を形成するため
に、活性層とその活性層の上のコンタクト層とは、本技
術でよく知られているように、ダイオードの放射エネル
ギー放射面に関して９０度未満の角度をなすようにすべ
きである。この角度は、ファセット反射からのスペクト
ル変調を低くするようにすべきであり、５度と８度の間
の角度だけ９０度からずれていることが望ましい。活性
層４８はドーピングしてない半導体材料からなる単一層
として示されたが、エレクトロルミネセンス・ダイオー
ドの活性層としてよく知られたどのような形でもよい。
また本体２６の各層は、どの様な所望の半導体材料から
でも作ることができるが、それは所望の放射エネルギー
の波長に依存する。しかしながら、どんな材料が使われ
るとしても、相対的な各反射率は維持しなくてはならな
い。活性層とその外側のクラッド領域の製作用に望まれ
る材料が互いに近くない反射率を持っている場合は、内
側のクラッド層に使うための適当な材料を見つけること
は困難かもしれない。このような場合は、活性層の材料
の屈折率と外側クラッド層の屈折率との間にあってそれ
らに近い屈折率を有する内側クラッド層を備えるとし
て、それらの層の厚さと層の数を持った、多数の交互に
重なった層からなる内側クラッド層の少なくとも一方、
望ましくは両方をこれら二つの異なる材料から形成する
ことができる。この内側クラッド層は、外側クラッド層
の屈折率と活性層の屈折率との間の屈折率を有する各材
料からなる交互に重なった層から形成することができ
る。例えば内側クラッド層は、外側クラッド層と同じ材
料の層と、活性層の屈折率よりは小さいが活性層の屈折
率よりは大きい屈折率を有する材料からなる層とが交互
に重なった層から作ることもできる。
【図１】本発明のダイオードの基本的構造を示す概略断
面図である。
面図である。
【図２】本発明によるスーパールミネセンス・ダイオー
ド（ＳＬＤ）の平面図である。
ド（ＳＬＤ）の平面図である。
【図３】図２の線３−３から見た縦断面図である。
【図４】図２の線４−４から見た横断面図である。
【図５】その放射端におけるＳＬＤの端面図である。
【図６】その断面における光学モードを示す図４と同様
の図である。
の図である。
【図７】その端面における光学モードを示す図５と同様
の図である。
の図である。
【図８】本発明のダイオードの変形例を示す縦断面図で
ある。
ある。
【図９】本発明のダイオードの他の変形例を示す部分縦
断面図である。
断面図である。
【符号の説明】 １０…エレクトロルミネセンス・ダイオード、１２…本
体、１４，４２…活性領域、１５…端部、１６，１８…
クラッド領域、２０，２２…曲線、２４…ダイオード、
２８，３０，１２８，１３０…端面、３２，３４…側
面、３６…底面、４４…第１のクラッド層、４６…第２
のクラッド層、４８…活性層、５０…尖端（自由端）、
５２…第３のクラッド層、５４…第４のクラッド層、５
６，１５６…キャップ層、５８…溝、６０…メサ領域、
６２，１６２…絶縁層、６４，６６…コンタクト層、６
８…ビーム、１２４，２２４…ダイオード、１４６，２
４６…第２のクラッド層、１４８，２４８…活性層、１
５０…テーパーの付いた部分、１５２，２５２…第３の
クラッド層、２４４…第１のクラッド層、２５０…テー
パー付き端部。
体、１４，４２…活性領域、１５…端部、１６，１８…
クラッド領域、２０，２２…曲線、２４…ダイオード、
２８，３０，１２８，１３０…端面、３２，３４…側
面、３６…底面、４４…第１のクラッド層、４６…第２
のクラッド層、４８…活性層、５０…尖端（自由端）、
５２…第３のクラッド層、５４…第４のクラッド層、５
６，１５６…キャップ層、５８…溝、６０…メサ領域、
６２，１６２…絶縁層、６４，６６…コンタクト層、６
８…ビーム、１２４，２２４…ダイオード、１４６，２
４６…第２のクラッド層、１４８，２４８…活性層、１
５０…テーパーの付いた部分、１５２，２５２…第３の
クラッド層、２４４…第１のクラッド層、２５０…テー
パー付き端部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームス ティ． アンドリュース アメリカ合衆国， ニュー ジャージー 州， ホープウェル， ホープウェル ウ ァーツヴィル ロード 134 (72)発明者 レイモンド ジェイ． メナ アメリカ合衆国， ペンシルヴァニア州, ニュータウン， テイラー アヴェニュ ー 417
Claims (21)
- 【請求項１】 半導体エレクトロルミネセンス・ダイオ
ードであって、 少なくとも一方が放射エネルギー放射面である一対の間
隔を空けて位置する端面を有する半導体材料からなる本
体と、 放射エネルギーを発生させるためと導波管として役立つ
前記本体内の活性領域であって、前記本体の放射エネル
ギー放射端面から間隔を空けて位置する端部を有する活
性領域と、 前記本体内部で前記活性層を取り巻き、かつ前記活性領
域の前記端部と前記本体の前記放射エネルギー放射面と
の間にある第１のクラッド領域と、 前記第１のクラッド層と前記第１のクラッド領域の少な
くとも一部との間にある前記本体内の第２のクラッド領
域とを備え、 前記第１のクラッド領域は、前記活性領域の材料の屈折
率より小さい屈折率を有する材料からなり、前記第２の
クラッド領域は、前記第１のクラッド領域の材料の屈折
率より大きく、かつ前記活性領域の材料の屈折率よりは
小さい屈折率を有する材料からなることを特徴とするダ
イオード。 - 【請求項２】 前記第２のクラッド領域は、前記第１の
クラッド領域と前記活性領域との間に延び、前記活性層
を完全に取り巻いて、かつ前記活性層の端部を横切るこ
とを特徴とする請求項１に記載のダイオード。 - 【請求項３】 前記本体の放射端面から間隔を空けて位
置する端部に隣接する前記活性層の幅は、前記端部にお
いて一つの点にまで先細りテーパーが付けられているこ
とを特徴とする請求項２に記載のダイオード。 - 【請求項４】 前記活性層の厚さは、前記活性層の前記
端部において一つの点にまで先細りテーパーが付けられ
ていることを特徴とする請求項３に記載のダイオード。 - 【請求項５】 前記活性層の一方側の前記第１および第
２のクラッド層は一つの導電型であり、前記活性層の他
方側の前記第１および第２のクラッド層はその反対の導
電型であることを特徴とする請求項４に記載のダイオー
ド。 - 【請求項６】 前記活性層は、その各々の端部が前記本
体の端面の分離された一つから間隔を空けて位置する一
対の端部を有することを特徴とする請求項１に記載のダ
イオード。 - 【請求項７】 第１および第２の相対する端面、一対の
間隔を空けて位置する側面、および上面と底面を有し半
導体材料の本体からなる半導体エレクトロルミネセンス
・ダイオードであって、前記本体は、 前記本体の底面を持ち、上面と底面とを有し、底面が本
体の底面である一つの導電型の基板と、 前記基板の上面上の前記一つの導電型の第１のクラッド
層と、 前記第１のクラッド層上の前記一つの導電型の第２のク
ラッド層であって、その材料は前記第１のクラッド層の
屈折率より大きい屈折率を持っている第２のクラッド層
と、 前記第２のクラッド層の上にあって前記第２のクラッド
層の屈折率より大きい屈折率を持っている活性層であっ
て、前記第２のクラッド層の一部が前記活性層の前記端
部と前記本体の前記端部との間にあるように、その少な
くとも一方が前記本体の端部の一つから間隔を空けて位
置する一対の端部を有する活性層と、 前記活性層の上にあって、前記第１のクラッド層と同じ
材料ではあるが前記第１のクラッド層とは反対の導電型
の第３のクラッド層とを備えることを特徴とするダイオ
ード。 - 【請求項８】 前記第２のクラッド層は、前記活性層と
前記第１のクラッド層との材料からなる複数の交互に重
なる層からなることを特徴とする請求項７に記載のダイ
オード。 - 【請求項９】 前記活性層と第３のクラッド層との間に
第４のクラッド層を含み、前記第４のクラッド層は、前
記第１のクラッド層と同じ材料ではあるが第１のクラッ
ド層とは反対の導電型であり、前記第３のクラッド層
は、前記活性層の端部と前記本体の端面との間で前記活
性層の端部を横切って延びていることを特徴とする請求
項７に記載のダイオード。 - 【請求項１０】 前記活性層は、前記本体の第２の端部
から間隔を空けて位置するその端部に隣接する部分を持
っており、その部分は前記本体の第２の端部から間隔を
空けて位置するその端部において、幅が一点にまで先細
りテーパー付けされていることを特徴とする請求項９に
記載のダイオード。 - 【請求項１１】 幅が一点にまで先細りにテーパー付け
されている前記活性層の前記部分は、厚さも前記一点に
まで先細りにテーパー付けされていることを特徴とする
請求項１０に記載のダイオード。 - 【請求項１２】 前記活性層の両端部は、前記本体の分
離した一方の端面から間隔を空けて位置しており、また
前記活性層の両端部の各々は幅と厚さが一点にまで先細
りテーパー付けされていることを特徴とする請求項１１
に記載のダイオード。 - 【請求項１３】 前記第３のクラッド層の上に、第３の
クラッド層と同じ導電型の導電性の高い半導体材料から
なるキャップ層を含むことを特徴とする請求項１１に記
載のダイオード。 - 【請求項１４】 前記キャップ層の上にあってそれに沿
って延びている導電性金属の第１のコンタクト層と、前
記本体の底面上にある導電性金属の第２のコンタクト層
とを含むことを特徴とする請求項１３に記載のダイオー
ド。 - 【請求項１５】 前記第１のコンタクト層は、前記活性
層よりも幅が狭くて、かつ活性層に沿ってその上に延び
ていることを特徴とする請求項１４に記載のダイオー
ド。 - 【請求項１６】 前記キャップ層、第４のクラッド層お
よび第３のクラッド層を貫通して延び、それらの間にメ
サを形成している一対の間隔を空けて位置する平行な溝
を含み、前記第１のコンタクト層は前記メサの上にある
ことを特徴とする請求項１５に記載の前記ダイオード。 - 【請求項１７】 前記キャップ層は、前記活性層の長さ
だけをカバーするように前記第３のクラッド層に沿って
延びていることを特徴とする請求項１３に記載のダイオ
ード。 - 【請求項１８】 前記第２のクラッド層は、前記第１の
クラッド層と前記活性層との材料の複数の交互に重なる
層からなることを特徴とする請求項９に記載のダイオー
ド。 - 【請求項１９】 前記第２のクラッド層は、前記第１の
クラッド層と、前記活性層の屈折率よりは小さいが前記
第１のクラッド層の屈折率より大きい屈折率を有する半
導体材料の層との材料の複数の交互に重なる層からなる
ことを特徴とする請求項９に記載のダイオード。 - 【請求項２０】 前記第２のクラッド層は、前記第１の
クラッド層の屈折率と前記活性層の屈折率との間の屈折
率を有する材料の複数の交互に重なる層からなることを
特徴とする請求項９に記載のダイオード。 - 【請求項２１】 前記活性層は、前記本体の両端面に関
して９０度とは異なる角度になっていることを特徴とす
る請求項７に記載のダイオード。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/946,180 US6034380A (en) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | Electroluminescent diode with mode expander |
| US08/946180 | 1997-10-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214745A true JPH11214745A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=25484061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28536398A Pending JPH11214745A (ja) | 1997-10-07 | 1998-10-07 | モード・エキスパンダを有するエレクトロルミネセンス・ダイオード |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6034380A (ja) |
| EP (1) | EP0908959A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11214745A (ja) |
| CA (1) | CA2245399A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015035465A (ja) * | 2013-08-08 | 2015-02-19 | ソニー株式会社 | 発光素子及びその製造方法、並びに、表示装置 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6314115B1 (en) | 1998-05-15 | 2001-11-06 | University Of Central Florida | Hybrid WDM-TDM optical communication and data link |
| US6661816B2 (en) | 1998-06-11 | 2003-12-09 | University Of Central Florida | Multiwavelength modelocked lasers |
| US6801551B1 (en) | 1998-05-15 | 2004-10-05 | University Of Central Florida | Programmable multiwavelength modelocked laser |
| JP4514951B2 (ja) * | 1998-09-23 | 2010-07-28 | トランプ・フォトニックス・インコ−ポレ−テッド | 高電力半導体光源 |
| US6829276B1 (en) * | 1999-10-22 | 2004-12-07 | Trumpf Photonics, Inc. | Integrated high power semiconductor laser |
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