(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型を有する半導体基板（１）と、
第１の導電型の半導体からなり、該半導体基板上に積層された第１のクラッド層群（９）と、
該第１のクラッド層群よりバンドギャップの小さい半導体からなる屈折率ｎ４を有し、該第１のクラッド層群上に形成された活性層（５）と、
該活性層よりバンドギャップの大きい第２の導電型の半導体からなり、該活性層上に積層された第２のクラッド層群（１０）とを備えたスーパールミネッセントダイオードであって、
前記第１のクラッド層群が、屈折率ｎ３を有し前記半導体基板に接する第１の外部クラッド層（２）と、屈折率ｎ２を有し厚さがｄ２である該第１の外部クラッド層上に形成された第１の中間クラッド層（３）と、屈折率ｎ１を有し厚さがｄ１である該第１の中間クラッド層上に形成された第１の内部クラッド層（４）とから構成され、
前記第２のクラッド層群が、屈折率ｎ１を有し厚さがｄ１である前記活性層に接する第２の内部クラッド層（６）と、屈折率ｎ２を有し厚さがｄ２である第２の内部クラッド層上に形成された第２の中間クラッド層（７）と、屈折率ｎ３を有し該第２の中間クラッド層上に形成された第２の外部クラッド層（８）とから構成され、ｄ１＝０．１μｍ、ｄ２＝１μｍ、ｎ２＝３．４１３〜３．４２７であり、ｎ４＞ｎ２＞ｎ１，ｎ３なる関係及び
０．１＜（ｄ１（ｎ４2−ｎ１2）1/2/ｄ２（ｎ４2−ｎ２2)1/2）≦０．２５
なる関係に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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光ファイバジャイロをはじめとする各種光計測などに用いられる、発光部となる活性領域を含む半導体多層構造を有する半導体発光素子に関し、特に、活性領域からの光出力を効率良く光ファイバに入射できるような可干渉性の低い半導体発光素子（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】
半導体レーザ（ＬＤ）やスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）などの半導体発光素子は、光出力検出や素子温度制御を行ない、かつ、素子動作信頼性を確保するためフォトダイオードやサーミスタなどと一緒に筐体に組み込まれ、機密封止されたモジュールとして製品化される。半導体発光素子の光出力は、光ファイバにより取り出されるが、このモジュールを作成する際、半導体発光素子の光出力が光ファイバに入射する割合（光結合係数）を高く保つためには、半導体発光素子の放射光ビーム断面の大きさ（スポットサイズ）と光ファイバの導波光スポットサイズを一致させる他、半導体発光素子の光軸と光ファイバの光軸の乖離の許容量（トラレンス）として、サブミクロンのオーダが要求される。
【０００３】
この光軸の調整工程に多大な時間と労力が費やされモジュール作成工程のボトルネックとなっている。
【０００４】
このトレランスを緩和するため、従来、以下の二つの方法が主に採られてきた。
【０００５】
（１）  半導体発光素子の光放射端面でのスポットサイズは、従来、サブミクロンのオーダであるが、これを、半導体発光素子内の構造を工夫することにより、数ミクロンの大きさを有する光ファイバのスポットサイズに近付ける方法と、（２）  半導体発光素子から放射された光ビームをレンズを用いて変換し、等価的に半導体発光素子と光ファイバのスポットサイズの整合をとる方法である。
【０００６】
（１）の方法は、例えば、半導体レーザにおける活性層の厚さや幅を光放射端面に近づくにつれ徐々に減少させ、活性導波路の光閉じ込め係数を小さくする構造にして、スポットサイズを拡大する。
【０００７】
しかし、このような構造は、素子製造工程が複雑であるため、製造歩留まりが低いという問題がある。一方、（２）の方法では、半導体発光素子と光ファイバのほかにレンズの光軸調整が必要となりモジュール製造工程が複雑となるほか部品数が増えるため、製造歩留まりが低く、且つ、高コストとなるという問題があった。
【０００８】
ＳＬＤは発光ダイオードに近いブロードなスペクトルを持ちながら、半導体レーザ（以下ＬＤという）並の狭い放射角と強度で光を放射することを特徴としている。このＳＬＤは、ファイバジャイロ用の光源として実用化されているほか、高分解能ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）やエンジン燃焼モニタなどの分野への応用も検討されている。
【０００９】
従来のＳＬＤを、図７を参照して説明する。図７はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料による従来のＳＬＤの例を示す図である。このＳＬＤを得るためには、１回目の成長として液相成長法（ＬＰＥ）及び気相成長法（ＶＰＥ，ＭＯ−ＣＶＤ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等により、ｎ型ＩｎＰ基板３１上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（λ：１．３μｍ組成）３２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層（λ：１．５μｍ組成）３３，ｐ型ＩｎＰクラッド層３４，ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ電極層（λ：１．１μｍ組成）３５を成長する。
【００１０】
次に、ＲＦスパッタ又はＣＶＤ法等によりＳｉＯ2 もしくはＳｉＮ等の薄膜をｐ型ＩｎＧａＡｓＰ電極層３５の全表面に形成する。その後フォトエッチング技術により活性層を埋め込むために、電流注入領域３９を直線状に＜１１０＞方向にそってストライプ状に幅４〜５μｍ、長さ４００μｍ、非電流注入領域４０も同様に、非電流注入領域４０の長さが２００μｍとなるように電流注入領域３９のストライプ幅と同じ幅で形成した後、このＳｉＯ2 ストライプ薄膜もしくはＳｉＮストライプ薄膜をマスクとして利用し、ブロムメタノール４％溶液により３５，３４，３３，３２の各層を基板３１に達するまでエッチングして逆メサ状の積層体を形成する。次に、２回目の成長としてＬＰＥにより、エッチングにより取り除いた部分にｐ型ＩｎＰ層３６、及びｎ型ＩｎＰ層３７の電流狭窄用埋め込み成長を行う。
【００１１】
こうして得たウェハの上面にはＡｕ−Ｚｎを蒸着してｐ型オーミック電極３８をフォトエッチング技術を用いて電流注入領域３９にのみ形成する。この上に再び、ＳｉＯ2 もしくはＳｉＮ膜を形成し、フォトエッチング技術により、非電流注入領域４０の溝４３の形成のための窓開けを行なう。そしてこれをマスクとしてブロムメタノール４％溶液によりウェハの各層をエッチングして溝４３を形成する。溝４３の深さは上端より活性層３３の位置を越えるまで行う。また、溝４３の壁の角度は図７の（ａ）で活性層３３を斜めに切断し、かつ、深さ方向に対しても斜めに切断するように形成する。また、基板３１側には全体の厚みが８０μｍ程度になるまで研磨した後Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉを蒸着し、ｎ型オーミック電極４２を全面に形成する。各層の構成は次の通りであり、また、各結晶層はＩｎＰの格子定数に合致している。
【００１２】
３１：Ｓｎドープｎ型ＩｎＰ基板、厚み８０μｍ、キャリア密度３×１０18ｃｍ-3
３２：ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、厚み０．２μｍ、Ｓｎドープ、キャリア密度３×１０17ｃｍ-3
３３：ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層、厚み０．２〜０．３μｍ、ノンドープ
３４：ｐ型ＩｎＰクラッド層、厚み１．５μｍ、Ｚｎドープ、キャリア密度５×１０17ｃｍ-3
３５：ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ電極層、厚み０．７μｍ、Ｚｎドープ、キャリア密度５×１０18ｃｍ-3
３６：ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層、厚み１．５μｍ、Ｚｎドープ、キャリア密度１×１０17ｃｍ-3
３７：ｎ型ＩｎＰ電流狭窄層、厚み１．５μｍ、Ｚｎドープ、キャリア密度１×１０17ｃｍ-3
この工程を完了したウエハを長さ６００μｍ、幅４００μｍのチップ状の素子に分割して、ＡｕＳｎはんだによりヒートシンク上にマウントした。この素子の光出力特性は、２５℃連続動作において電流注入にしたがって光出力が発振することなく増加し、２００ｍＡにおいて３ｍＷのインコヒーレント光出力を得ることができるものである。非電流注入領域４０に形成した溝４３の端面で反射した光が再び電流注入領域３９を形成する活性層３３に結合しないようになっていて十分ＦＰモードを抑圧して非電流注入領域４０を長くすることなく、ＳＬＤ発振を得るものである。
【００１３】
このようにＳＬＤは、構造的にはＬＤに近いが、端面反射率を抑制し発振を妨げる工夫がされている点でＬＤとは異なる。活性領域はＬＤ同様、バルク構造と多重量子井戸（以下ＭＱＷとする）構造の２タイプがあるがいずれも出力光のスポットサイズは狭いものである。
【００１４】
次に、従来のリッジ型スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）における光導波路の層構造を図８を参照して説明する。
【００１５】
図８（ａ）はリッジ型ＳＬＤの光出射端面の外観を示す図である。
【００１６】
図８（ｂ）はリッジ型ＳＬＤの光導波路の層構造を示す図であり、１８は第１導電型を有する半導体基板、１９は第１の導電型を有する屈折率ｎ１のクラッド層、２０は屈折率ｎ４の活性層、２１は第２の導電型を有する屈折率ｎ１のクラッド層である。
【００１７】
このリッジ型ＳＬＤは、第１の導電型の半導体基板１８上に、第１の導電型を有する屈折率ｎ１のクラッド層１９を積層し、その上に、屈折率ｎ４の活性層２０を積層し、その上に、第２の導電型を有する屈折率ｎ１のクラッド層２１を積層して得たもので、屈折率はｎ４＞ｎ１である。
【００１８】
図９を参照して、このＳＬＤを詳しく説明する。図９は、リッジ型の従来の８００ｎｍ帯ＳＬＤの構造を示す図であり、発光中心波長７８０ｎｍ帯を有するＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料による従来のＳＬＤの構造例を示した図である。図９において、図９（ａ）は従来構造ＳＬＤをｐ型導電側上方からみた模式図、図９（ｂ）は（ａ）図におけるＡ−Ａ´断面に現れる層構造を模式的に示した図、図９（ｃ）は光出射端面側からみた模式図である。このＳＬＤを得るためには、ｎ型導電性を有するＧａＡｓ基板１８上にｎ型導電性のＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓのクラッド層１９、ノンドープＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層２０、ｐ型導電性のＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓクラッド層２１、ｐ型導電性のＧａＡｓコンタクト層２２を順次、液相法、気相法、分子線エピタキシー法などによりエピタキシャル成長を行いダブルヘテロ層構造を形成する。次に、活性層２０での電流密度を高くして発光効率を向上させるため電流狭窄用の２本の溝２３を形成するため、このエピタキシャル成長を終えた基板１８上にＲＦスパッタまたはＣＶＤ法などにより耐エッチングマスクとなるＳｉＯ2もしくはＳｉＮXなどの誘電体薄膜２４をＧａＡｓコンタクト層２２全面に堆積する。この誘電体薄膜２４をフォトリソグラフィ技術により溝２３に対応する部分のみフッ化水素酸などを使って窓開けを行い、引き続きウエット法やドライ法によるエッチングを行いこの溝２３を完成する。なお、このとき素子動作信頼性と基本横モード動作を確保するため溝２３の深さは活性層２０に達することがないようにする。また、溝２３の形成されない部分は光吸収領域２５となる。
【００１９】
次に、このウエハの溝２３が形成された面に絶縁膜とするため再び誘電体薄膜を堆積した後、電流注入領域２６となる溝２３で挟まれたストライプの上面２７の誘電体膜のみを取り去る。
【００２０】
このような工程を経て得られたウエハのｐ型導電性のＧａＡｓコンタクト層２２上にＡｕ−Ｚｎ合金、ｎ型導電性のＧａＡｓ基板側にＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金を蒸着し熱処理を施して、それぞれ第１および第２のオーミック電極２８，２９を形成した後、光出射端面に無反射膜３０を被着する。この無反射膜３０により光出射端面側から電流注入領域２６に帰還する光パワーの割合は０．５％以下、また光吸収領域２５により後方端面から電流注入領域２６に帰還する光パワーの割合は０．００１％以下となりレーザ発振が抑圧されてＳＬＤとしての動作が実現される。これらの工程を終えたウエハを溝２３と平行方向に６５０μｍ、溝２３と直角方向に４００μｍの大きさに分割しチップ状の素子とする。
【００２１】
このチップをＡｕＳｎはんだによりセラミック系ヒートシンク上に接合し、かつ、電流をチップに供給するためのワイヤをボンディングしてＳＬＤデバイスは基本的に完成する。
【００２２】
このＳＬＤデバイスは、注入電流１００ｍＡにおいて光出力５ｍＷ程度、また、光スペクトラム半値全幅約２０ｎｍが得られ、無反射膜３０と光吸収領域２５の効果により光スペクトラムにリップルは見られない。
【００２３】
なお、半導体基板１８，第１のクラッド層１９，活性層２０，第２のクラッド層２１及びコンタクト層２２の素性は次のようである。
１８：Ｓｎドープｎ型導電性ＧａＡｓ基板、基板厚８０μｍ、キャリア密度３×１０18ｃｍ-3
１９：Ｓｎドープｎ型導電性Ａｌ055 Ｇａ0.45Ａｓクラッド層、層厚１μｍ、キャリア密度７×１０17ｃｍ-3
２０：ノンドープＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層、層厚０．１μｍ
２１：Ｚｎドープｐ型導電性Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓのクラッド層、層厚２μｍ、キャリア密度７×１０17ｃｍ-3
２２：Ｚｎドープｐ型導電性ＧａＡｓコンタクト層、層厚０．５μｍ、キャリア密度１×１０19ｃｍ-3
この構成で得られるスポットサイズ半径は約０．２３μｍである。
【００２４】
このような従来のＳＬＤは、前述のように、スポットサイズが小さく、光導波路から光ファイバによって光出力を取り出すとき、光結合損失が−１０ｄＢ前後あるなど問題があった。
【００２５】
また、利得を有する発光領域へ、発生した光を帰還して増幅し、発振させ発光波長スペクトラムが狭く鋭い、コヒーレンシの高い光出力を得るレーザダイオード（ＬＤ）においては、電流注入により光を発生する活性層の上下方向に順次、内部クラッド層、中間クラッド層、外部クラッド層を配置する層構造として発光ビーム（スポットサイズ）を拡大することが知られている。（ＰＣＴ国際公開番号ＷＯ９３／１６５１３号）
一方、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）は、光帰還を抑圧する構成を採用することにより、発振状態に至らず、発光波長スペクトラムが広く、コヒーレンシの低い光を出力することが特徴となっている。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、光放射端面における放射光ビーム断面の大きさ（スポットサイズ）を大きくして、接続される光ファイバの導波光スポットサイズとほぼ等しくし、光結合係数を高くめるとともに、低コヒーレントな特性で、余分な光干渉効果を抑圧することにより、光計測の分野に於いて、好適な光源として、特に光ファイバジャイロの光源として秀れたスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を提供するものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるスーパールミネットセントダイオードは、第１の導電型を有する半導体基板１と、第１の導電型の半導体からなり、該半導体基板上に積層された第１のクラッド層群９と、該第１のクラッド層群よりバンドギャップの小さい半導体からなる屈折率ｎ４を有し、該第１のクラッド層群上に形成された活性層５と、該活性層よりバンドギャップの大きい第２の導電型の半導体からなり、該活性層上に積層された第２のクラッド層群１０とを備えたスーパールミネッセントダイオードであって、前記第１のクラッド層群が、屈折率ｎ３を有し前記半導体基板に接する第１の外部クラッド層２と、屈折率ｎ２を有し厚さがｄ２である該第１の外部クラッド層上に形成された第１の中間クラッド層３と、屈折率ｎ１を有し厚さがｄ１である該第１の中間クラッド層上に形成された第１の内部クラッド層４とから構成され、前記第２のクラッド層群が、屈折率ｎ１を有し厚さがｄ１である前記活性層に接する第２の内部クラッド層６と、屈折率ｎ２を有し厚さがｄ２である第２の内部クラッド層上に形成された第２の中間クラッド層７と、屈折率ｎ３を有し該第２の中間クラッド層上に形成された第２の外部クラッド層８とから構成され、ｄ１＝０．１μｍ、ｄ２＝１μｍ、ｎ２＝３．４１３〜３．４２７であり、ｎ４＞ｎ２＞ｎ１，ｎ３なる関係及び
０．１＜（ｄ１（ｎ４2−ｎ１2）1/2/ｄ２（ｎ４2−ｎ２2)1/2）≦０．２５
なる関係にあるものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
この発明に係るスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）は、活性層に接する２つのクラッド層をそれぞれ屈折率の異なる複数の層で構成して、光の出力端において光スポットサイズを拡大するものである。すなわち、第１の導電型を有する半導体基板上に、第１の導電型を有する屈折率ｎ３の外部クラッド層、屈折率ｎ２の中間クラッド層及び屈折率ｎ１の内部クラッド層を順次積層して第１のクラッド層群とし、その上に屈折率ｎ４の活性層を積層し、さらにその上に第２の導電型を有する屈折率ｎ１の内部クラッド層、屈折率ｎ２の中間クラッド層及び屈折率ｎ３の外部クラッド層を順次積層して第２のクラッド層群としたもので、第１及び第２のクラッド層群のバンドギャップは活性層のバンドギャップより大きく、かつ、これらの屈折率の間にはｎ４＞ｎ２＞ｎ１及びｎ４＞ｎ２＞ｎ３なる関係がある。また、レーザ発振を回避するように層の厚さについても、屈折率との関係で一定の条件を与えた。
【００２９】
すなわち、ＳＬＤはレーザ発振が抑圧され、かつ、横基本モードで動作が実現されることが必要である。
【００３０】
この条件を実現するには、活性層のキャリアがクラッド層に漏れることを防ぐために設けられた内部クラッド層の層厚ｄ１と光スポットサイズを拡大するために設けられた中間クラッド層の層厚ｄ２の比と、活性層、内部クラッド層および中間クラッド層の誘電率（屈折率２乗に比例する）に対応する量、即ち、順次にｎ４2，ｎ１2およびｎ２2とのあいだに
０．１＜（ｄ１（ｎ４2-ｎ１2）1/2／（ｄ２（ｎ４2-ｎ２2)1/2）≦０．２５
で示される関係のあることが分った。上式から得られる量が０．１より小さい範囲では光スポット径が大きくなりすぎて高次横モード動作し、一方、０．２５より大きくなると活性層に光が強く閉じ込められるため、スポットサイズの拡大効果が不十分であるばかりでなく、レーザ発振が生じやすくなる。
【００３１】
【実施例】
本発明のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）の一実施例を図１ないし図４を参照して説明する。図１（ａ）は、この実施例のリッジ型ＳＬＤの断面図、（ｂ）は活性層及び上下のクラッド層と、その屈折率及び厚さを示す図である。
【００３２】
図において、１は第１の導電性を有する半導体基板で、９は前記半導体基板１の上に屈折率がｎ３の第１の外部クラッド層２、屈折率がｎ２で厚さがｄ２の第１の中間クラッド層３及び屈折率がｎ１で厚さがｄ１の第１の内部クラッド層４が順次積層されていて、それぞれが第１の導電型半導体から成る第１のクラッド層群である。５は第１の内部クラッド層上に積層されていて、屈折率ｎ４の第１の導電型半導体から成る活性層である。
【００３３】
１０は、活性層５上に屈折率がｎ１で厚さがｄ１の第２の内部クラッド層６、屈折率がｎ２で厚さがｄ２の第２の中間クラッド層７及び屈折率がｎ３の第２の外部クラッド層が順次積層されていて、それぞれが第２の導電型半導体から成る第２のクラッド層群である。なお、第１のクラッド層群９及び第２のクラッド層群１０のバンドギャップは、活性層５のバンドギャップより大きくなっている。
【００３４】
なお、これらの屈折率及び厚さは、ｎ４＞ｎ２＞ｎ１，ｎ４＞ｎ２＞ｎ３なる関係及び
０．１≦（ｄ１（ｎ４2 −ｎ１2 ）1/2/ｄ２（ｎ４ 2−ｎ２2) 1/2）≦０．２５
なる関係にある。
【００３５】
図２によって、屈折率ｎを任意の値に制御する例を説明する。図２はＩＩＩ−ＩＶ族化合物半導体から成るＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体発光素子についてＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ混晶のＡｌ組成（ｘ）を変化させたときの、ＡｌＧａＡｓ混晶の波長が７８０ｎｍの光に対する屈折率を示す。図２から分かるように、ｎ＝３．５とするにはＡｌＧａＡｓ混晶内のＡｌ組成（ｘ）を０．２６強に、ｎ＝３．４とするには同じく０．４２にすればよい。
【００３６】
発光スペクトラム中心波長７８０ｎｍを有する従来構造の図８のＳＬＤの例では、活性層２０は層厚０．１μｍを有するＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ混晶からなり、クラッド層１９，２１はそれぞれ単一層の層厚１μｍおよび２μｍを有するＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなり、この構成では、スポットサイズ半径は約０．２３μｍとなる。これに対し図１に示した実施例では、活性層５を従来構造と同一として、層厚ｄ１が０．１μｍのＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ内部クラッド層４，６（屈折率ｎ１) と層厚ｄ２が１μｍのＡｌ0.38Ｇａ0.62Ａｓ中間クラッド層３，７（屈折率ｎ２: ３．４２７）およびＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ外部クラッド層２，８（屈折率ｎ１）よりなる本発明のＳＬＤではスポットサイズ半径が約１．０５μｍとなり、従来例で示した約０．２３μｍの約４．５倍に拡大できる。
【００３７】
図３は、この実施例のスポットサイズを説明するための図であり、図３（ａ）は中間クラッド層の屈折率をパラメータとした規格化光強度、図３（ｂ）はこの場合における組成を示す。図３（ａ）は、Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ混晶からなる層厚０．１μｍの活性層５を有し、内部クラッド層４，６（層厚０．１μｍ）と外部クラッド層２，８がＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなり、かつ、中間クラッド層３，６の層厚を１μｍとした実施例によるＳＬＤにおける活性層５の中央から垂直方向の距離に対する規格化光強度を示す。この図において曲線ａは、中間クラッド層３，７の屈折率を３．４２７とした前述の例、ｂは３．４１３，ｃは３．３７８としたもので、ｄは前述の従来例である。また（）内は中間クラッド層３，７のＡｌ混晶組成である。
【００３８】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した光強度を示す層構造の活性層５の中央から垂直方向の距離に対するＡｌ混晶組成の分布である。
なお、これらのＡ１混晶組成と屈折率の関係は図２に示すとおりである。
【００３９】
この実施例によれば、このようにスポットサイズを大きく拡大できるので、光ファイバとの統合係数及びトレランスの改善が可能となる。
【００４０】
この実施例による光結合係数の改善例を図４に示す。
【００４１】
横軸に垂直方向光軸変位量（μｍ）をとり、縦軸に光結合係数をとったものである。（ａ）は従来例によるＳＬＤ、（ｂ）はこの実施例によるＳＬＤによるものでほぼ２倍を超える改善が見られる。
【００４２】
本発明の他の実施例について図５を参照して説明する。
【００４３】
図５は、図１の実施例において、第１の中間クラッド層及び第２の中間クラッド層の屈折率が変化している例である。
【００４４】
図において、（ｄ）は層構造を示し、符号は図１の３および７を除いて同じである。（ａ）は、第１の中間クラッド層３および第２の中間クラッド層７の屈折率が活性層５に近いほど段階的に大きくなっている例である。この例では中間クラッド層３，７のバンドギャップが活性層５に近いほど小さくなっているため電流注入により生じたキャリアと光が活性層５近傍に集中しやすく発光効率の面では有利である。しかし、光スポットサイズの拡大効果では劣る傾向にある。
【００４５】
一方、（ｂ）は段階的に小さくなっている例である。この場合は、（ａ）の例とは逆の性質を持つ。
即ち、発光効率では劣るが光スポットサイズは拡大する傾向を持つ。
また、（ａ）および（ｂ）はともに連続的に変化する構造が好ましい。なぜなら段階状に混晶組成が変化する境界にキャリアが引き込まれて貯る、パイルアップ現象が生じ活性層へのキャリア注入が妨げられることが考えられるからである。しかし、実際の結晶成長における再現性は段階的に混晶組成が変化する構造が有利となる。（ｃ）は、連続的に屈折率が減少している例であるが、連続的に屈折率が増大している構造を考えることは容易である。
【００４６】
なお、本発明の実施例として、発光波長が８００ｎｍ近傍のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系のＩＩＩ−ＩＶ族半導体ＳＬＤについて説明したが、クラッド層の屈折率が制御できる素材のものであればどういうものでも良く、例えば、発光波長が４００〜６００ｎｍ領域のＧａＮ系や、発光波長が６００〜７００ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系、また発光波長が１μｍ以上のＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ系などについても適用することができる。
【００４７】
また、これまではバルク状活性層を有するＳＬＤについて説明を行ってきたが単数若しくは複数の量子井戸層と複数の障壁層および分離閉じ込め（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ＳＣＨ）層から成る活性層部多層構造を有する量子井戸ＳＬＤについては、この多層構造の平均屈折率を活性層の屈折率：ｎ４，活性層部多層構造の層厚を活性層厚とすることにより本発明を適用することができる。
【００４８】
次に本発明のＳＬＤを光源とした光ファイバジャイロについて図６を参照して説明する。
【００４９】
ジャイロは、外部からの情報がなくても、それが取り付けられた移動体の角速度や角度を検出して、位置の計測や制御をするためのセンサである。光ファイバジャイロは光ファイバをコイル状にして、両方向からコヒーレント光を入射し、サニヤック効果を利用して回転の速度や角度を検知するものである。光ファイバは、通常、偏波保持型を用い、ＳＬＤからの出力はその片側の偏光方向の光のみが使用される。
【００５０】
図６はファイバジャイロの原理を示す図である。
【００５１】
図において、１３は本発明に係るＳＬＤ，１４は光を透過及び反射させる半透明板，１５は光ファイバ，１６は干渉出力光部である。ＳＬＤ１３から出力されたコヒーレント光は半透明板１４を透過して光ファイバ１５の一端１５ａから光ファイバ１５に入射され、コイル状に巻かれた光ファイバ１５を矢印ａ方向に通過して、半透明板１４を透過して出力部１６から出力光ａとして出力されるとともに、ＳＬＤ１３から出力されたコヒーレント光の一部は、半透明板１４で反射して光ファイバ１５にその他端から入射され、コイル状に巻かれた光ファイバ１５を矢印ｂ方向に通過して、半透明板１４で反射されて出力部１６から出力光ｂとして出力される。サニヤック効果は、このように閉じた光路を反対方向に伝搬する光は、伝搬時間（位相）が閉光路の回転角速度に比例して変化する現象であり、光ファイバジャイロは、光ファイバ１５の一端１５ａから入射された光と他端１５ｂから入射された光との位相の変化を干渉などにより検知して、回転角速度を光干渉などによって検知するものである。
【００５２】
この光ファイバジャイロの光源として、半導体レーザ（ＬＤ）のようにコヒーレンシー（可干渉性）の高い光源を用いると、光ファイバ内の屈折率の微小な揺らぎにより光が散乱され（レイリー散乱）、サニヤック効果による干渉を乱す。また、例えばマルチモード光ファイバの場合、この中を進行する光の進路の僅かな差により干渉が生じる。この干渉は光ファイバに対する機械的振動や熱的な揺らぎにより変化するためサニヤック効果の観測に取っては雑音（スペックル雑音）となる。
【００５３】
一方、極めてコヒーレンシーの低い発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いると光ファイバとの光結合効率が極端に低いため実用に適さない。
【００５４】
これらの光源に対して、ＳＬＤは光ファイバとの光結合効率が良好で、かつ、低いコヒーレンシーという特徴を有するため光ファイバジャイロの光源として好適である。
【００５５】
ファイバジャイロは、閉光路の面積が大きいほど、また光源の光パワーが大きいほど、ゆっくりした回転角度を検出することができる。本発明のＳＬＤでは、従来のＳＬＤに比較して光ファイバとの光結合効率が向上するため、同一の光出力ならば光ファイバに入射できる光パワーが大きくなり、光計測におけるＳ／Ｎが向上する。また、光軸のズレに対する光結合効率の変動が小さくなるため、光ファイバとＳＬＤの間の光軸調整が容易となり、ピグティル型光源モジュールの作成が自動化され製造コストが著しく低減される。
【００５６】
【発明の効果】
本発明にかかるスーパールミネットセントダイオードは、第１の導電型を有する半導体基板１と、第１の導電型の半導体からなり、該半導体基板上に積層された第１のクラッド層群９と、該第１のクラッド層群よりバンドギャップの小さい半導体からなる屈折率ｎ４を有し、該第１のクラッド層群上に形成された活性層５と、該活性層よりバンドギャップの大きい第２の導電型の半導体からなり、該活性層上に積層された第２のクラッド層群１０とを備えたスーパールミネッセントダイオードであって、前記第１のクラッド層群が、屈折率ｎ３を有し前記半導体基板に接する第１の外部クラッド層２と、屈折率ｎ２を有し厚さがｄ２である該第１の外部クラッド層上に形成された第１の中間クラッド層３と、屈折率ｎ１を有し厚さがｄ１である該第１の中間クラッド層上に形成された第１の内部クラッド層４とから構成され、前記第２のクラッド層群が、屈折率ｎ１を有し厚さがｄ１である前記活性層に接する第２の内部クラッド層６と、屈折率ｎ２を有し厚さがｄ２である第２の内部クラッド層上に形成された第２の中間クラッド層７と、屈折率ｎ３を有し該第２の中間クラッド層上に形成された第２の外部クラッド層８とから構成され、ｎ４＞ｎ２＞ｎ１，ｎ３なる関係及び
０．１≦（ｄ１（ｎ４2 −ｎ１2 ）1/2/ｄ２（ｎ４ 2−ｎ２2) 1/2）≦０．２５なる関係にあるものであるので、大出力でスポットサイズを大きく拡大でき、従って光ファイバとの結合係数及びトレランスの改善ができ、また、大出力のＳＬＤを利用することにより、光ファイバジャイロの性能を大きく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＬＤの一実施例の層構造を示す図である。
【図２】層構造の屈折率を制御する図である。
【図３】スポットサイズを説明する図である。
【図４】光結合係数の改善例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例を説明する図である。
【図６】本発明を光ファイバジャイロに用いた例である。
【図７】従来のＳＬＤの構造を示す図である。
【図８】従来のリッジ型ＳＬＤにおける光導波路の層構造を示す図である。
【図９】従来のリッジ型ＳＬＤの構造を示す図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  第１の外部クラッド層
３  第１の中間クラッド層
４  第１の内部クラッド層
５  活性層
６  第２の内部クラッド層
７  第２の中間クラッド層
８  第２の外部クラッド層
９  第１のクラッド層群
１０  第２のクラッド層群
１１  本発明のリッジ型ＳＬＤ
１３  ＳＬＤ
１４  半透明板
１５  光ファイバ
１６  出力部
【図１】
0003685925.tif 000002
【図２】
0003685925.tif 000003
【図３】
0003685925.tif 000004
【図４】
0003685925.tif 000005
【図５】
0003685925.tif 000006
【図６】
0003685925.tif 000007
【図７】
0003685925.tif 000008
【図８】
0003685925.tif 000009
【図９】
0003685925.tif 000010