JPH08213703A - レーザダイオード、その製造方法、およびかかるレーザダイオードを使った光通信システム - Google Patents
レーザダイオード、その製造方法、およびかかるレーザダイオードを使った光通信システムInfo
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- JPH08213703A JPH08213703A JP7019037A JP1903795A JPH08213703A JP H08213703 A JPH08213703 A JP H08213703A JP 7019037 A JP7019037 A JP 7019037A JP 1903795 A JP1903795 A JP 1903795A JP H08213703 A JPH08213703 A JP H08213703A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- 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
- H01S5/22—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 having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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- H01S5/2206—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 having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on III-V materials
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-
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3201—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures incorporating bulkstrain effects, e.g. strain compensation, strain related to polarisation
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 実質的に単一モードで発振し、光ファイバと
の光学的結合に好都合な近視野像を有する光ビームを出
力するレーザダイオードを提供することを目的とする。 【構成】 レーザダイオードの発光領域に対応して形成
されたリッジ構造の両側に、逆導電型あるいは高抵抗の
埋め込み層を形成し、かかる埋め込み層によりリッジ構
造に対して電流狭搾を行うと共に、レーザダイオード出
射端においてリッジ構造への光閉じ込めを緩和する。
の光学的結合に好都合な近視野像を有する光ビームを出
力するレーザダイオードを提供することを目的とする。 【構成】 レーザダイオードの発光領域に対応して形成
されたリッジ構造の両側に、逆導電型あるいは高抵抗の
埋め込み層を形成し、かかる埋め込み層によりリッジ構
造に対して電流狭搾を行うと共に、レーザダイオード出
射端においてリッジ構造への光閉じ込めを緩和する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に光半導体装置に
関し、特に光通信システムにおいて有用なレーザダイオ
ードおよびその製造方法、さらにかかるレーザダイオー
ドを使った光通信システムに関する。
関し、特に光通信システムにおいて有用なレーザダイオ
ードおよびその製造方法、さらにかかるレーザダイオー
ドを使った光通信システムに関する。
【０００２】光ファイバを使って情報を伝達する光通信
システムでは、光信号が光ファイバ中を伝送されるのに
伴って発生する光損失を補償するために、中継器が設け
られている。かかる中継器では、一般に光信号をがいっ
たん電気信号に変換し、増幅した後再び光信号に変換す
る構成が使われている。しかし、このような構成の中継
器は光−電気変換器および電気−光変換器を必要とし、
構成が複雑であるため、海底光ケーブルの中継器等、故
障が生じた場合に容易にアクセスできないような用途で
は、信頼性の点で問題がある。
システムでは、光信号が光ファイバ中を伝送されるのに
伴って発生する光損失を補償するために、中継器が設け
られている。かかる中継器では、一般に光信号をがいっ
たん電気信号に変換し、増幅した後再び光信号に変換す
る構成が使われている。しかし、このような構成の中継
器は光−電気変換器および電気−光変換器を必要とし、
構成が複雑であるため、海底光ケーブルの中継器等、故
障が生じた場合に容易にアクセスできないような用途で
は、信頼性の点で問題がある。
【０００３】これに対し、光ファイバ中の光信号を、そ
のまま光増幅する光中継器も提案されている。かかる光
中継器には、一端に入射した光信号を他端から出射する
までの間に誘導放出により増幅するレーザダイオードに
類似した構成の光増幅器や、光ファイバ中に誘導放出を
誘起し、光信号が光ファイバ中を伝送されている間に光
増幅を行う構成の光ファイバ増幅器が含まれる。後者の
構成の光ファイバ増幅器では、光信号の波長よりも短い
波長の励起光が光ファイバ中に注入され、光ファイバ中
のキャリアを、光信号よりも高いエネルギ準位に励起す
る。その結果、より低いエネルギの光信号が光ファイバ
中に入射すると誘導放出が生じ、光信号の増幅が生じ
る。かかる光ファイバ増幅器では、光ファイバと結合さ
れた場合に効率良く励起光を光ファイバ中に注入できる
コヒーレント光源が必要である。かかるコヒーレント光
源として、小型・堅牢で、消費電力が小さく、信頼性の
高いレーザダイオードが適している。
のまま光増幅する光中継器も提案されている。かかる光
中継器には、一端に入射した光信号を他端から出射する
までの間に誘導放出により増幅するレーザダイオードに
類似した構成の光増幅器や、光ファイバ中に誘導放出を
誘起し、光信号が光ファイバ中を伝送されている間に光
増幅を行う構成の光ファイバ増幅器が含まれる。後者の
構成の光ファイバ増幅器では、光信号の波長よりも短い
波長の励起光が光ファイバ中に注入され、光ファイバ中
のキャリアを、光信号よりも高いエネルギ準位に励起す
る。その結果、より低いエネルギの光信号が光ファイバ
中に入射すると誘導放出が生じ、光信号の増幅が生じ
る。かかる光ファイバ増幅器では、光ファイバと結合さ
れた場合に効率良く励起光を光ファイバ中に注入できる
コヒーレント光源が必要である。かかるコヒーレント光
源として、小型・堅牢で、消費電力が小さく、信頼性の
高いレーザダイオードが適している。
【０００４】
【従来の技術】図１０は、従来より一般的に使われてい
る、いわゆるリッジ型レーザダイオードの構成を示す。
図１０を参照するに、レーザダイオードはｎ型半導体基
板、典型的にはＧａＡｓ等のｎ型にドープされたIII-V
族化合物半導体基板１上に構成され、前記基板１上に形
成されたｎ型下側クラッド層２と、前記クラッド層２上
に形成された非ドープ活性層３と、前記活性層３上に形
成されたｐ型上側クラッド層４とよりなり、クラッド層
４には、活性層３中に注入される駆動電流を狭搾するた
め、活性層３中の発光領域に対応して、層４の底部を除
き、メサ４ａが形成されている。また、メサ４ａ上には
抵抗を減少させ駆動電流の注入を促進するためにｎ+ 型
コンタクト層５が形成される。さらに、上側クラッド層
４およびコンタクト層５はＳｉＯ2 あるいはＳｉＮより
なる絶縁膜６により保護され、絶縁膜６中に前記メサ４
ａに対応して形成されたコンタクトホール６ａを介し
て、絶縁膜６上に形成された上側電極７が前記コンタク
ト層５と接触する。さらに、基板１の下主面には別の電
極８が形成される。かかる構成のレーザダイオードで
は、電極７からコンタクトホール６ａおよびコンタクト
層５を介してメサ領域４ａに注入された駆動電流が、活
性層３中のうちメサ領域４ａ直下の部分に集中的に注入
され、発光を生じる。かかる構成のレーザダイオードで
は、メサ領域４ａおよびその上のコンタクト層５はいわ
ゆるリッジ構造を形成する。
る、いわゆるリッジ型レーザダイオードの構成を示す。
図１０を参照するに、レーザダイオードはｎ型半導体基
板、典型的にはＧａＡｓ等のｎ型にドープされたIII-V
族化合物半導体基板１上に構成され、前記基板１上に形
成されたｎ型下側クラッド層２と、前記クラッド層２上
に形成された非ドープ活性層３と、前記活性層３上に形
成されたｐ型上側クラッド層４とよりなり、クラッド層
４には、活性層３中に注入される駆動電流を狭搾するた
め、活性層３中の発光領域に対応して、層４の底部を除
き、メサ４ａが形成されている。また、メサ４ａ上には
抵抗を減少させ駆動電流の注入を促進するためにｎ+ 型
コンタクト層５が形成される。さらに、上側クラッド層
４およびコンタクト層５はＳｉＯ2 あるいはＳｉＮより
なる絶縁膜６により保護され、絶縁膜６中に前記メサ４
ａに対応して形成されたコンタクトホール６ａを介し
て、絶縁膜６上に形成された上側電極７が前記コンタク
ト層５と接触する。さらに、基板１の下主面には別の電
極８が形成される。かかる構成のレーザダイオードで
は、電極７からコンタクトホール６ａおよびコンタクト
層５を介してメサ領域４ａに注入された駆動電流が、活
性層３中のうちメサ領域４ａ直下の部分に集中的に注入
され、発光を生じる。かかる構成のレーザダイオードで
は、メサ領域４ａおよびその上のコンタクト層５はいわ
ゆるリッジ構造を形成する。
【０００５】図１１は、かかるレーザダイオードの光出
力特性を示す。ただし、図１１中、横軸は駆動電流を、
縦軸はレーザダイオードの光出力を示す。図１１よりわ
かるように、レーザダイオードは駆動電流が約２０ｍＡ
のところで発振を開始し、駆動電流の増加と共に光出力
が増大する。かかるメサ構造による駆動電流の狭搾の結
果、レーザ発振のしきい値が実質的に低下し、効率的な
レーザ発振が得られる。また、図１０のレーザダイオー
ドでは、リッジを構成するメサ構造４ａおよび層５の両
側が低屈折率の空気であるため、活性層３中で発生した
光も高屈折率のリッジ近傍の領域に閉じ込められる（屈
折率導波）。その結果、活性層４中における誘導放出が
促進される。ただし、図１１の特性は、リッジの幅を５
μｍ、前記メサ４ａを除いたクラッド層４の厚さを１５
０ｎｍに設定したレーザダイオードについての結果を示
す。
力特性を示す。ただし、図１１中、横軸は駆動電流を、
縦軸はレーザダイオードの光出力を示す。図１１よりわ
かるように、レーザダイオードは駆動電流が約２０ｍＡ
のところで発振を開始し、駆動電流の増加と共に光出力
が増大する。かかるメサ構造による駆動電流の狭搾の結
果、レーザ発振のしきい値が実質的に低下し、効率的な
レーザ発振が得られる。また、図１０のレーザダイオー
ドでは、リッジを構成するメサ構造４ａおよび層５の両
側が低屈折率の空気であるため、活性層３中で発生した
光も高屈折率のリッジ近傍の領域に閉じ込められる（屈
折率導波）。その結果、活性層４中における誘導放出が
促進される。ただし、図１１の特性は、リッジの幅を５
μｍ、前記メサ４ａを除いたクラッド層４の厚さを１５
０ｎｍに設定したレーザダイオードについての結果を示
す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このようなリッジ型レ
ーザダイオードを光ファイバと光学的に結合する場合、
レーザダイオードの出射端側から出射する光ビームが光
ファイバのコアに効率的に入射するように、レーザダイ
オードは、前記出射端側で、出射光の光軸に対して略円
形ので単一モードの、大きく広がった近視野像を有する
のが好ましい。ところが、図１０の構成のレーザダイオ
ードでは、活性層４中に形成された光がメサ構造４ａを
含むリッジ近傍の領域に光学的に閉じ込められるため、
かかる横方向の光閉じ込めを生じる境界条件に関連し
て、基本横モード以外の高次のモードでもレーザ発振が
発生しやすい。より具体的には、駆動電流が発振しきい
を越えた直後にはレーザダイオードは理想的な近視野像
を有する基本横モードで発振するが、駆動電流がさらに
増加すると、強力な出力光が活性層中においてキャリア
の枯渇を誘起するいわゆるホールバーニング効果を生
じ、図１０の断面図上において、活性層３中における発
光位置がリッジ近傍において様々に移動する。これはい
わゆるモードホッピングとして知られている。図１１の
光出力特性では、かかる多重モードによるレーザ発振の
効果が重畳されており、その結果、見かけ上光出力が駆
動電流と共に単調かつ滑らか増加する光出力特性曲線が
示されている。
ーザダイオードを光ファイバと光学的に結合する場合、
レーザダイオードの出射端側から出射する光ビームが光
ファイバのコアに効率的に入射するように、レーザダイ
オードは、前記出射端側で、出射光の光軸に対して略円
形ので単一モードの、大きく広がった近視野像を有する
のが好ましい。ところが、図１０の構成のレーザダイオ
ードでは、活性層４中に形成された光がメサ構造４ａを
含むリッジ近傍の領域に光学的に閉じ込められるため、
かかる横方向の光閉じ込めを生じる境界条件に関連し
て、基本横モード以外の高次のモードでもレーザ発振が
発生しやすい。より具体的には、駆動電流が発振しきい
を越えた直後にはレーザダイオードは理想的な近視野像
を有する基本横モードで発振するが、駆動電流がさらに
増加すると、強力な出力光が活性層中においてキャリア
の枯渇を誘起するいわゆるホールバーニング効果を生
じ、図１０の断面図上において、活性層３中における発
光位置がリッジ近傍において様々に移動する。これはい
わゆるモードホッピングとして知られている。図１１の
光出力特性では、かかる多重モードによるレーザ発振の
効果が重畳されており、その結果、見かけ上光出力が駆
動電流と共に単調かつ滑らか増加する光出力特性曲線が
示されている。
【０００７】かかる多重モード発振が生じると、レーザ
ダイオードの出射端から出射される光ビームの近視野像
は大きく乱れてしまい、光ファイバへのレーザ出力光の
注入効率が実質的に減少してしまう。また、かかる近視
野像はレーザダイオードの光出力レベルすなわち駆動電
力に応じて変化するため、レーザダイオードの出力光を
光ファイバの他端で観測した場合、観測される光出力レ
ベルがレーザダイオードの駆動電力に対して不規則に変
化するように見える。このように、図１０に示す通常の
構成のレーザダイオードでは、光ファイバへの効率的な
光学的結合は困難である。
ダイオードの出射端から出射される光ビームの近視野像
は大きく乱れてしまい、光ファイバへのレーザ出力光の
注入効率が実質的に減少してしまう。また、かかる近視
野像はレーザダイオードの光出力レベルすなわち駆動電
力に応じて変化するため、レーザダイオードの出力光を
光ファイバの他端で観測した場合、観測される光出力レ
ベルがレーザダイオードの駆動電力に対して不規則に変
化するように見える。このように、図１０に示す通常の
構成のレーザダイオードでは、光ファイバへの効率的な
光学的結合は困難である。
【０００８】このような、リッジとその両側の空間との
間に大きな屈折率差が存在する屈折率導波型のレーザダ
イオードでは、かかる多重モード発振を抑圧するために
はリッジの幅を可能な限り狭くする必要があるが、５ミ
クロン以下にリッジの幅を狭めると単位面積当たりの光
強度が過大になり、レーザダイオードの破壊を招いてし
まう。
間に大きな屈折率差が存在する屈折率導波型のレーザダ
イオードでは、かかる多重モード発振を抑圧するために
はリッジの幅を可能な限り狭くする必要があるが、５ミ
クロン以下にリッジの幅を狭めると単位面積当たりの光
強度が過大になり、レーザダイオードの破壊を招いてし
まう。
【０００９】このような、従来のレーザダイオードの問
題点を解決するため、図１２に示すような、リッジ構造
近傍における光閉じ込めの効果を弱めた構成のレーザダ
イオードが提案されている。ただし、図１２中、図１０
に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略
する。
題点を解決するため、図１２に示すような、リッジ構造
近傍における光閉じ込めの効果を弱めた構成のレーザダ
イオードが提案されている。ただし、図１２中、図１０
に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略
する。
【００１０】図１２を参照するに、図示の構成のレーザ
ダイオードでは、上側クラッド層４の上部に図１０のメ
サ構造４ａよりも幅の広いメサ構造４ｂが形成され、リ
ッジ構造が、かかるメサ構造４ｂおよびその上のコンタ
クト層５により形成される。かかる構成のレーザダイオ
ードでは、クラッド層４の厚さがリッジ以外の部分にお
いても図１０の構造におけるよりも厚く、約４００ｎｍ
の厚さに設定される。このため、図１２のレーザダイオ
ードでは、屈折率導波による光の横方向への閉じ込めは
図１０の構造のものに比べて実質的に弱い。その結果、
図１２のレーザダイオードでは、リッジの幅が広くて
も、基本横モードでのレーザ発振を実現しやすい。
ダイオードでは、上側クラッド層４の上部に図１０のメ
サ構造４ａよりも幅の広いメサ構造４ｂが形成され、リ
ッジ構造が、かかるメサ構造４ｂおよびその上のコンタ
クト層５により形成される。かかる構成のレーザダイオ
ードでは、クラッド層４の厚さがリッジ以外の部分にお
いても図１０の構造におけるよりも厚く、約４００ｎｍ
の厚さに設定される。このため、図１２のレーザダイオ
ードでは、屈折率導波による光の横方向への閉じ込めは
図１０の構造のものに比べて実質的に弱い。その結果、
図１２のレーザダイオードでは、リッジの幅が広くて
も、基本横モードでのレーザ発振を実現しやすい。
【００１１】しかし、図１２のレーザダイオードでは、
先にも説明したように、リッジ両側のクラッド層４の厚
さが厚いため、前記メサ構造４ｂを介して注入された駆
動電流が直接に活性層に注入されずクラッド層４中を側
方に拡散しやすい問題点が存在する。このように側方に
拡散した駆動電流は、前記リッジ外の領域で活性層４に
注入され、利得導波モードのホールバーニングを誘起す
る。その結果、レーザダイオード中に、利得導波モード
の高次モード発振が生じ、駆動電流の活性層４への注入
が不安定になり、図１３に示すように光出力特性に不規
則な変化が発生する。かかる光出力特性の揺らぎに伴っ
て出射光の近視野像も変化し、その結果レーザダイオー
ドと光ファイバとの間の光結合が変化してしまう。
先にも説明したように、リッジ両側のクラッド層４の厚
さが厚いため、前記メサ構造４ｂを介して注入された駆
動電流が直接に活性層に注入されずクラッド層４中を側
方に拡散しやすい問題点が存在する。このように側方に
拡散した駆動電流は、前記リッジ外の領域で活性層４に
注入され、利得導波モードのホールバーニングを誘起す
る。その結果、レーザダイオード中に、利得導波モード
の高次モード発振が生じ、駆動電流の活性層４への注入
が不安定になり、図１３に示すように光出力特性に不規
則な変化が発生する。かかる光出力特性の揺らぎに伴っ
て出射光の近視野像も変化し、その結果レーザダイオー
ドと光ファイバとの間の光結合が変化してしまう。
【００１２】そこで、本発明は上記の課題を解決した、
新規で有用なレーザダイオード、その製造方法、および
かかるレーザダイオードを使った光通信システムを提供
することを概括的目的とする。本発明のより具体的な目
的は、光ファイバとの間の光結合を向上させたレーザダ
イオード、その製造方法、およびかかるレーザダイオー
ドを使った光通信システムを提供することにある。
新規で有用なレーザダイオード、その製造方法、および
かかるレーザダイオードを使った光通信システムを提供
することを概括的目的とする。本発明のより具体的な目
的は、光ファイバとの間の光結合を向上させたレーザダ
イオード、その製造方法、およびかかるレーザダイオー
ドを使った光通信システムを提供することにある。
【００１３】本発明の別の目的は、リッジ型レーザダイ
オードにおいて、横方向への光閉じ込めを弱めることに
より屈折率導波モードにおける多重モードレーザ発振を
抑圧でき、同時にリッジ領域に電流を効率的に狭搾する
ことにより利得導波モードによるレーザ発振を抑圧でき
るリッジ型レーザダイオードおよびその製造方法を提供
することにある。
オードにおいて、横方向への光閉じ込めを弱めることに
より屈折率導波モードにおける多重モードレーザ発振を
抑圧でき、同時にリッジ領域に電流を効率的に狭搾する
ことにより利得導波モードによるレーザ発振を抑圧でき
るリッジ型レーザダイオードおよびその製造方法を提供
することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、請求項１に記載したように、軸方向
に、第１の端面から第２の端面まで延在し、第１の導電
型を有する半導体基板と；前記半導体基板上に形成さ
れ、前記軸方向に、前記第１の端面に対応する第３の端
面から前記第２の端面に対応する第４の端面まで延在
し、前記第１の導電型を有する第１のクラッド層と；前
記第１のクラッド層上に形成され、前記軸方向に、前記
第３の端面に対応する第５の端面から前記第４の端面に
対応する第６の端面まで延在し、誘導放出により光ビー
ムを形成する活性層と；前記活性層上に形成され、前記
軸方向に、前記第５の端面に対応する第７の端面から前
記第６の端面に対応する第８の端面まで延在し、前記第
１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２のクラッ
ド層と；前記第２のクラッド層上に上方に突出するよう
に形成され、前記軸方向に、前記第７の端面に対応する
第９の端面から前記第８の端面に対応す第１０の端面ま
で延在し、前記第２の導電型を有するリッジ領域と；前
記基板に電気的に接続され、前記活性層に第１の極性の
キャリアを注入する第１の電極と；前記リッジ領域に電
気的に接続され、前記活性層に前記リッジ領域を介して
第２の逆極性のキャリアを注入する第２の電極と；前記
第２のクラッド層上の前記リッジ領域の両側に、前記軸
方向に前記第９の端面に対応する第１１の端面から前記
第１０の端面に対応する第１２の端面まで延在し、前記
リッジ領域の高さを越えないような厚さに形成された、
前記第２のクラッド層に流れる電流を阻止する一対の埋
め込み領域とを有することを特徴とするレーザダイオー
ドにより、または、請求項２に記載したように、前記一
対の埋め込み領域は、前記第１の導電型を有する半導体
層よりなることを特徴とする請求項１記載のレーザダイ
オードにより、または請求項３に記載したように、前記
一対の埋め込み領域は、高抵抗半導体層よりなることを
特徴とする請求項１記載のレーザダイオードにより、ま
たは請求項４に記載したように、前記一対の埋め込み領
域の各々と、前記リッジ領域と、前記第２のクラッド層
とは実質的に同一の屈折率を有することを特徴とする請
求項１から３のうちいずれか一項記載のレーザダイオー
ドにより、または請求項５に記載したように、前記一対
の埋め込み領域の各々は、前記第１１の端面において第
１の厚さを、また前記第１２の端面において前記第１の
厚さよりも実質的に小さい第２の厚さを有することを特
徴とする請求項１記載のレーザダイオードにより、また
は請求項６に記載したように、前記一対の埋め込み領域
の各々は、その厚さが前記第１１の端面から前記第１２
の端面まで、連続的に減少することを特徴とする請求項
１から５のうちいずれか一項記載のレーザダイオードに
より、または請求項７に記載したように、前記一対の埋
め込み領域の各々は、前記第１１の端面において第１の
幅を、また前記第１２の端面において前記第１の幅より
も実質的に大きい第２の幅を有することを特徴とする請
求項１から６のうち何れか一項記載のレーザダイオード
により、または請求項８に記載したように、前記一対の
埋め込み層は、前記基板の格子定数に対するずれが−
０．０３％以内の範囲におさまる格子定数を有する半導
体よりなることを特徴とする請求項１から７のうちいず
れか一項記載のレーザダイオードにより、または請求項
９に記載したように、さらに、前記第１，第３，第５，
第７，第９および第１１の端面上に反射防止膜を担持
し、前記第２，第４，第６，第８，第１０および第１２
の端面上に反射膜を担持したことを特徴とする請求項１
から８のうちいずれか一項記載のレーザダイオードによ
り、または請求項１０に記載したように、リッジ型スト
ライプレーザダイオードの製造方法において、第１の端
面から第２の端面まで延在する第１の導電型を有する半
導体基板上に、前記第１の導電型を有する第１の半導体
層を、第１のクラッド層として、前記第１の端面から前
記第２の端面まで延在するように形成する工程と；前記
第１のクラッド層上に、レーザダイオードの活性層を、
前記第１の端面から前記第２の端面まで延在するように
形成する工程と；前記活性層上に、第２の逆導電型を有
する第２の半導体層を、前記第１の端面から前記第２の
端面まで延在するように形成する工程と；前記半導体層
上に、第１のマスクパターンを、前記第１の端面から前
記第２の端面まで実質的に一定の幅で延在するように、
また前記第１のマスクパターンの両側に、前記第１の端
面において第１の幅を有し前記第２の端面で前記第１の
幅よりも小さい第２の幅を有する第２のマスクパターン
を、前記第１のマスクパターンと前記第２のマスクパタ
ーンとの間に、前記第１の端面において第３の幅を有し
前記第２の端面で前記第３の幅よりも大きい第４の幅を
有する開口部が画成されるように形成する工程と；前記
マスクパターンをマスクとして使い、前記第２の半導体
層を前記第２の半導体層の下部を残してエッチングし、
前記活性層上に、前記第１の端面から前記第２の端面ま
で実質的に一定の幅で延在するリッジ部と、前記リッジ
部の両側に前記第１の端面において前記第３の幅に対応
する幅を有し前記第２の端面において前記第４の幅に対
応する幅を有する一対の溝部とを備えた第２のクラッド
層を形成する工程と；前記一対の溝部の各々の上に第３
の半導体層を、前記第３の半導体層が前記第１の端面に
おいて前記リッジ部の高さを越えない第１の厚さを有
し、前記第２の端面において前記第１の厚さよりも薄い
第２の厚さを有するように堆積する工程とを特徴とする
レーザダイオードの製造方法により、または請求項１１
に記載したように、前記第３の半導体層を形成する工程
は、前記リッジ部の屈折率と実質的に等しい屈折率を有
する半導体を前記第３の半導体層として前記溝部上に堆
積する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載のレ
ーザダイオードの製造方法により、または請求項１２に
記載したように、前記第３の半導体層を形成する工程
は、前記第１の導電型を有する半導体層を、前記第３の
半導体層として、前記溝部上に堆積する工程を含むこと
を特徴とする請求項１０記載のレーザダイオードの製造
方法により、または請求項１３に記載したように、前記
第３の半導体層を形成する工程は、高抵抗率を有する半
導体層を、前記第３の半導体層として、前記溝部上に堆
積する工程を含むことをとっく長とする請求項１０記載
のレーザダイオードの製造方法により、または請求項１
４に記載したように、前記第２の半導体層を堆積する工
程は、第１の亜層を堆積する工程と、前記第１の亜層上
に組成の異なったエッチングストッパ層を堆積する工程
と、前記エッチングストッパ層上に前記第１の亜層と実
質的に同一の組成を有する第２の亜層を堆積する工程と
よりなり、前記エッチング工程は、前記第２の亜層を前
記エッチングストッパ層に対して選択的に除去する選択
エッチング工程よりなることを特徴とする請求項１０記
載のレーザダイオードの製造方法により、または請求項
１５に記載したように、第１の端に入射した第１の波長
の光信号を伝送し、これを第２の端から出射させる第１
の光ファイバと；一端を、前記第１の光ファイバに、前
記第１の端と前記第２の端との間において光学的に結合
された第２の光ファイバと；前記第２の光ファイバの他
端に光学的に結合され、前記第１の波長よりも短い第２
の波長で発振するレーザダイオードとよりなる光通信シ
ステムにおいて：前記レーザダイオードは、軸方向に、
第１の端面から第２の端面まで延在し、第１の導電型を
有する半導体基板と；前記半導体基板上に形成され、前
記軸方向に、前記第１の端面に対応する第３の端面から
前記第２の端面に対応する第４の端面まで延在し、前記
第１の導電型を有する第１のクラッド層と；前記第１の
クラッド層上に形成され、前記軸方向に、前記第３の端
面に対応する第５の端面から前記第４の端面に対応する
第６の端面まで延在し、誘導放出により光ビームを形成
する活性層と；前記活性層上に形成され、前記軸方向
に、前記第５の端面に対応する第７の端面から前記第６
の端面に対応する第８の端面まで延在し、前記第１の導
電型とは逆の第２の導電型を有する第２のクラッド層
と；前記第２のクラッド層上に上方に突出するように形
成され、前記軸方向に、前記第７の端面に対応する第９
の端面から前記第８の端面に対応す第１０の端面まで延
在し、前記第２の導電型を有するリッジ領域と；前記第
１，第３，第５，第７および第９の端面上に形成された
反射防止膜と；前記第２，第４，第６，第８および第１
０の端面上形成された反射膜と；前記基板に電気的に接
続され、前記活性層に第１の極性のキャリアを注入する
第１の電極と；前記リッジ領域に電気的に接続され、前
記活性層に前記リッジ領域を介して第２の逆極性のキャ
リアを注入する第２の電極とよりなり、前記第２のクラ
ッド層上の前記リッジ領域の両側に、前記軸方向に前記
第９の端面に対応する第１１の端面から前記第１０の端
面に対応する第１２の端面まで延在し、前記第２のクラ
ッド層に流れる電流を阻止する一対の埋め込み領域を、
前記リッジ領域の高さを越えないような厚さに形成さ
れ；前記反射防止膜は前記第１１の端面を覆い；前記反
射膜は前記第１２の端面を覆うことを特徴とするレーザ
ダイオードにより解決する。
解決するために、請求項１に記載したように、軸方向
に、第１の端面から第２の端面まで延在し、第１の導電
型を有する半導体基板と；前記半導体基板上に形成さ
れ、前記軸方向に、前記第１の端面に対応する第３の端
面から前記第２の端面に対応する第４の端面まで延在
し、前記第１の導電型を有する第１のクラッド層と；前
記第１のクラッド層上に形成され、前記軸方向に、前記
第３の端面に対応する第５の端面から前記第４の端面に
対応する第６の端面まで延在し、誘導放出により光ビー
ムを形成する活性層と；前記活性層上に形成され、前記
軸方向に、前記第５の端面に対応する第７の端面から前
記第６の端面に対応する第８の端面まで延在し、前記第
１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２のクラッ
ド層と；前記第２のクラッド層上に上方に突出するよう
に形成され、前記軸方向に、前記第７の端面に対応する
第９の端面から前記第８の端面に対応す第１０の端面ま
で延在し、前記第２の導電型を有するリッジ領域と；前
記基板に電気的に接続され、前記活性層に第１の極性の
キャリアを注入する第１の電極と；前記リッジ領域に電
気的に接続され、前記活性層に前記リッジ領域を介して
第２の逆極性のキャリアを注入する第２の電極と；前記
第２のクラッド層上の前記リッジ領域の両側に、前記軸
方向に前記第９の端面に対応する第１１の端面から前記
第１０の端面に対応する第１２の端面まで延在し、前記
リッジ領域の高さを越えないような厚さに形成された、
前記第２のクラッド層に流れる電流を阻止する一対の埋
め込み領域とを有することを特徴とするレーザダイオー
ドにより、または、請求項２に記載したように、前記一
対の埋め込み領域は、前記第１の導電型を有する半導体
層よりなることを特徴とする請求項１記載のレーザダイ
オードにより、または請求項３に記載したように、前記
一対の埋め込み領域は、高抵抗半導体層よりなることを
特徴とする請求項１記載のレーザダイオードにより、ま
たは請求項４に記載したように、前記一対の埋め込み領
域の各々と、前記リッジ領域と、前記第２のクラッド層
とは実質的に同一の屈折率を有することを特徴とする請
求項１から３のうちいずれか一項記載のレーザダイオー
ドにより、または請求項５に記載したように、前記一対
の埋め込み領域の各々は、前記第１１の端面において第
１の厚さを、また前記第１２の端面において前記第１の
厚さよりも実質的に小さい第２の厚さを有することを特
徴とする請求項１記載のレーザダイオードにより、また
は請求項６に記載したように、前記一対の埋め込み領域
の各々は、その厚さが前記第１１の端面から前記第１２
の端面まで、連続的に減少することを特徴とする請求項
１から５のうちいずれか一項記載のレーザダイオードに
より、または請求項７に記載したように、前記一対の埋
め込み領域の各々は、前記第１１の端面において第１の
幅を、また前記第１２の端面において前記第１の幅より
も実質的に大きい第２の幅を有することを特徴とする請
求項１から６のうち何れか一項記載のレーザダイオード
により、または請求項８に記載したように、前記一対の
埋め込み層は、前記基板の格子定数に対するずれが−
０．０３％以内の範囲におさまる格子定数を有する半導
体よりなることを特徴とする請求項１から７のうちいず
れか一項記載のレーザダイオードにより、または請求項
９に記載したように、さらに、前記第１，第３，第５，
第７，第９および第１１の端面上に反射防止膜を担持
し、前記第２，第４，第６，第８，第１０および第１２
の端面上に反射膜を担持したことを特徴とする請求項１
から８のうちいずれか一項記載のレーザダイオードによ
り、または請求項１０に記載したように、リッジ型スト
ライプレーザダイオードの製造方法において、第１の端
面から第２の端面まで延在する第１の導電型を有する半
導体基板上に、前記第１の導電型を有する第１の半導体
層を、第１のクラッド層として、前記第１の端面から前
記第２の端面まで延在するように形成する工程と；前記
第１のクラッド層上に、レーザダイオードの活性層を、
前記第１の端面から前記第２の端面まで延在するように
形成する工程と；前記活性層上に、第２の逆導電型を有
する第２の半導体層を、前記第１の端面から前記第２の
端面まで延在するように形成する工程と；前記半導体層
上に、第１のマスクパターンを、前記第１の端面から前
記第２の端面まで実質的に一定の幅で延在するように、
また前記第１のマスクパターンの両側に、前記第１の端
面において第１の幅を有し前記第２の端面で前記第１の
幅よりも小さい第２の幅を有する第２のマスクパターン
を、前記第１のマスクパターンと前記第２のマスクパタ
ーンとの間に、前記第１の端面において第３の幅を有し
前記第２の端面で前記第３の幅よりも大きい第４の幅を
有する開口部が画成されるように形成する工程と；前記
マスクパターンをマスクとして使い、前記第２の半導体
層を前記第２の半導体層の下部を残してエッチングし、
前記活性層上に、前記第１の端面から前記第２の端面ま
で実質的に一定の幅で延在するリッジ部と、前記リッジ
部の両側に前記第１の端面において前記第３の幅に対応
する幅を有し前記第２の端面において前記第４の幅に対
応する幅を有する一対の溝部とを備えた第２のクラッド
層を形成する工程と；前記一対の溝部の各々の上に第３
の半導体層を、前記第３の半導体層が前記第１の端面に
おいて前記リッジ部の高さを越えない第１の厚さを有
し、前記第２の端面において前記第１の厚さよりも薄い
第２の厚さを有するように堆積する工程とを特徴とする
レーザダイオードの製造方法により、または請求項１１
に記載したように、前記第３の半導体層を形成する工程
は、前記リッジ部の屈折率と実質的に等しい屈折率を有
する半導体を前記第３の半導体層として前記溝部上に堆
積する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載のレ
ーザダイオードの製造方法により、または請求項１２に
記載したように、前記第３の半導体層を形成する工程
は、前記第１の導電型を有する半導体層を、前記第３の
半導体層として、前記溝部上に堆積する工程を含むこと
を特徴とする請求項１０記載のレーザダイオードの製造
方法により、または請求項１３に記載したように、前記
第３の半導体層を形成する工程は、高抵抗率を有する半
導体層を、前記第３の半導体層として、前記溝部上に堆
積する工程を含むことをとっく長とする請求項１０記載
のレーザダイオードの製造方法により、または請求項１
４に記載したように、前記第２の半導体層を堆積する工
程は、第１の亜層を堆積する工程と、前記第１の亜層上
に組成の異なったエッチングストッパ層を堆積する工程
と、前記エッチングストッパ層上に前記第１の亜層と実
質的に同一の組成を有する第２の亜層を堆積する工程と
よりなり、前記エッチング工程は、前記第２の亜層を前
記エッチングストッパ層に対して選択的に除去する選択
エッチング工程よりなることを特徴とする請求項１０記
載のレーザダイオードの製造方法により、または請求項
１５に記載したように、第１の端に入射した第１の波長
の光信号を伝送し、これを第２の端から出射させる第１
の光ファイバと；一端を、前記第１の光ファイバに、前
記第１の端と前記第２の端との間において光学的に結合
された第２の光ファイバと；前記第２の光ファイバの他
端に光学的に結合され、前記第１の波長よりも短い第２
の波長で発振するレーザダイオードとよりなる光通信シ
ステムにおいて：前記レーザダイオードは、軸方向に、
第１の端面から第２の端面まで延在し、第１の導電型を
有する半導体基板と；前記半導体基板上に形成され、前
記軸方向に、前記第１の端面に対応する第３の端面から
前記第２の端面に対応する第４の端面まで延在し、前記
第１の導電型を有する第１のクラッド層と；前記第１の
クラッド層上に形成され、前記軸方向に、前記第３の端
面に対応する第５の端面から前記第４の端面に対応する
第６の端面まで延在し、誘導放出により光ビームを形成
する活性層と；前記活性層上に形成され、前記軸方向
に、前記第５の端面に対応する第７の端面から前記第６
の端面に対応する第８の端面まで延在し、前記第１の導
電型とは逆の第２の導電型を有する第２のクラッド層
と；前記第２のクラッド層上に上方に突出するように形
成され、前記軸方向に、前記第７の端面に対応する第９
の端面から前記第８の端面に対応す第１０の端面まで延
在し、前記第２の導電型を有するリッジ領域と；前記第
１，第３，第５，第７および第９の端面上に形成された
反射防止膜と；前記第２，第４，第６，第８および第１
０の端面上形成された反射膜と；前記基板に電気的に接
続され、前記活性層に第１の極性のキャリアを注入する
第１の電極と；前記リッジ領域に電気的に接続され、前
記活性層に前記リッジ領域を介して第２の逆極性のキャ
リアを注入する第２の電極とよりなり、前記第２のクラ
ッド層上の前記リッジ領域の両側に、前記軸方向に前記
第９の端面に対応する第１１の端面から前記第１０の端
面に対応する第１２の端面まで延在し、前記第２のクラ
ッド層に流れる電流を阻止する一対の埋め込み領域を、
前記リッジ領域の高さを越えないような厚さに形成さ
れ；前記反射防止膜は前記第１１の端面を覆い；前記反
射膜は前記第１２の端面を覆うことを特徴とするレーザ
ダイオードにより解決する。
【００１５】
【作用】本発明によれば、レーザダイオード中に形成さ
れた光ビームを導波するリッジ領域の両側に、前記リッ
ジと実質的に等しい屈折率を有する埋め込み領域を形成
することにより、リッジ領域への光閉じ込めが緩和さ
れ、屈折率導波モードにおける多重モードレーザ発振が
抑止される。また、かかる埋め込み領域を高抵抗層によ
り構成し、あるいは前記リッジおよび前記第２クラッド
層の導電型と逆導電型にドープすることにより、注入さ
れた駆動電流を前記リッジ領域に狭搾することが可能に
なり、駆動電流の拡散に起因する利得導波モードによる
高次レーザ発振が抑止される。その結果、レーザダイオ
ードの出射端から出射される光ビームは光軸の回りに集
中した略円形の近視野像を生じ、光ビームへの安定な光
注入が可能になる。特に、反射防止膜を形成されたレー
ザダイオードの出射端側で埋め込み層の厚さを厚くする
ことにより、出射光の近視野像はさらに改善される。
れた光ビームを導波するリッジ領域の両側に、前記リッ
ジと実質的に等しい屈折率を有する埋め込み領域を形成
することにより、リッジ領域への光閉じ込めが緩和さ
れ、屈折率導波モードにおける多重モードレーザ発振が
抑止される。また、かかる埋め込み領域を高抵抗層によ
り構成し、あるいは前記リッジおよび前記第２クラッド
層の導電型と逆導電型にドープすることにより、注入さ
れた駆動電流を前記リッジ領域に狭搾することが可能に
なり、駆動電流の拡散に起因する利得導波モードによる
高次レーザ発振が抑止される。その結果、レーザダイオ
ードの出射端から出射される光ビームは光軸の回りに集
中した略円形の近視野像を生じ、光ビームへの安定な光
注入が可能になる。特に、反射防止膜を形成されたレー
ザダイオードの出射端側で埋め込み層の厚さを厚くする
ことにより、出射光の近視野像はさらに改善される。
【００１６】図１は、本発明の原理を説明する図であ
る。ただし、比較のため、図１において先に説明した部
分には対応する参照符号を付して説明を省略する。図１
を参照するに、本発明では、前記図１２の構造において
クラッド層４の厚さｔ1 が図１２の場合に比べて実質的
に減少され、さらにクラッド層４上のリッジ４ｂの両側
の部分にｎ型領域８ａ，８ｂが形成される。かかるｎ型
領域８ａおよび８ｂは、隣接するｐ型クラッド層あるい
はｐ型リッジ４ｂとの間にｐｎ接合を形成し、その結果
リッジ４ｂに注入された駆動電流は、かかるｐｎ接合に
伴う空乏層により、図１中に矢印で示したように、リッ
ジ４ｂ中に効果的に狭搾され、リッジ４ｂ直下において
活性層３に注入される。すなわち、かかる構成では、層
８ａ，８ｂは電流狭搾構造を形成し、リッジ４ｂに注入
された駆動電流の横方向への拡散が効果的に抑止する。
その結果、活性層３中のリッジ４ｂ外の領域において生
じる利得導波モードによるレーザ発振が抑圧される。ま
た、かかるレーザダイオードでは、リッジ４ｂの両側が
リッジ４ｂと同等の屈折率を有する層８ａ，８ｂで挟持
されるため、リッジ４ｂにおける光閉じ込めは実質的に
弱められ、基本横モードでのレーザ発振が得られる。そ
の結果、図１に示したように、光軸の回りに集中した光
の界分布、すなわち近視野像が得られる。かかる近視野
像を有する光ビームは、光ファイバ中のコアに対して効
率的な光結合を達成することができる。
る。ただし、比較のため、図１において先に説明した部
分には対応する参照符号を付して説明を省略する。図１
を参照するに、本発明では、前記図１２の構造において
クラッド層４の厚さｔ1 が図１２の場合に比べて実質的
に減少され、さらにクラッド層４上のリッジ４ｂの両側
の部分にｎ型領域８ａ，８ｂが形成される。かかるｎ型
領域８ａおよび８ｂは、隣接するｐ型クラッド層あるい
はｐ型リッジ４ｂとの間にｐｎ接合を形成し、その結果
リッジ４ｂに注入された駆動電流は、かかるｐｎ接合に
伴う空乏層により、図１中に矢印で示したように、リッ
ジ４ｂ中に効果的に狭搾され、リッジ４ｂ直下において
活性層３に注入される。すなわち、かかる構成では、層
８ａ，８ｂは電流狭搾構造を形成し、リッジ４ｂに注入
された駆動電流の横方向への拡散が効果的に抑止する。
その結果、活性層３中のリッジ４ｂ外の領域において生
じる利得導波モードによるレーザ発振が抑圧される。ま
た、かかるレーザダイオードでは、リッジ４ｂの両側が
リッジ４ｂと同等の屈折率を有する層８ａ，８ｂで挟持
されるため、リッジ４ｂにおける光閉じ込めは実質的に
弱められ、基本横モードでのレーザ発振が得られる。そ
の結果、図１に示したように、光軸の回りに集中した光
の界分布、すなわち近視野像が得られる。かかる近視野
像を有する光ビームは、光ファイバ中のコアに対して効
率的な光結合を達成することができる。
【００１７】図２は、図１に示した近視野像をより正確
に求めた例を示す。図２を参照するに、計算のモデルと
して使った構造は、図２中に点線で示したように、厚さ
が４００ｎｍのクラッド層４上に、幅が５μｍ、厚さが
６００ｎｍのリッジを形成した構造であるが、図１に示
したのと同様の近視野像が得られるのがわかる。本発明
では、リッジの両側に電流狭搾構造８ａ，８ｂを形成し
ているため、先にも説明したように、リッジからの横方
向への駆動電流の拡散は実質的に生じることがなく、図
２に示した以外の発光は無視できる。
に求めた例を示す。図２を参照するに、計算のモデルと
して使った構造は、図２中に点線で示したように、厚さ
が４００ｎｍのクラッド層４上に、幅が５μｍ、厚さが
６００ｎｍのリッジを形成した構造であるが、図１に示
したのと同様の近視野像が得られるのがわかる。本発明
では、リッジの両側に電流狭搾構造８ａ，８ｂを形成し
ているため、先にも説明したように、リッジからの横方
向への駆動電流の拡散は実質的に生じることがなく、図
２に示した以外の発光は無視できる。
【００１８】本発明によるレーザダイオードは、光ファ
イバへの光注入を促進するために、図３（Ａ）に示すよ
うに、出射端側に反射防止膜９ａを、また他端に反射膜
９ｂを設けた構成を有するが、かかる構成のレーザダイ
オードは、図３（Ｂ）に示すように、軸方向に対して非
対称な光強度分布を示す。これは、反射面では入射光と
反射光とが逆位相で干渉し打ち消し合うのに対し、出射
端ではこのような干渉が生じないためである。ただし図
３（Ａ）は、図１のレーザダイオードの、リッジ４ｂを
含む縦断面図を示す。簡単のため、図３（Ａ）では、基
板１は図示を省略してある。
イバへの光注入を促進するために、図３（Ａ）に示すよ
うに、出射端側に反射防止膜９ａを、また他端に反射膜
９ｂを設けた構成を有するが、かかる構成のレーザダイ
オードは、図３（Ｂ）に示すように、軸方向に対して非
対称な光強度分布を示す。これは、反射面では入射光と
反射光とが逆位相で干渉し打ち消し合うのに対し、出射
端ではこのような干渉が生じないためである。ただし図
３（Ａ）は、図１のレーザダイオードの、リッジ４ｂを
含む縦断面図を示す。簡単のため、図３（Ａ）では、基
板１は図示を省略してある。
【００１９】誘導放出が起こっている系では、かかる非
対称な光強度の分布は、図３（Ｃ）に示すような、キャ
リア密度分布の不均一を誘起する。すなわち、光強度の
大きい領域では、誘導放出によるキャリアの消費が促進
されてキャリアの枯渇が生じ、一方光強度の弱い領域で
はキャリアが消費されず過剰になる。
対称な光強度の分布は、図３（Ｃ）に示すような、キャ
リア密度分布の不均一を誘起する。すなわち、光強度の
大きい領域では、誘導放出によるキャリアの消費が促進
されてキャリアの枯渇が生じ、一方光強度の弱い領域で
はキャリアが消費されず過剰になる。
【００２０】キャリアの過剰はプラズマ効果による光吸
収を増大させ、その結果レーザダイオードの軸方向に光
吸収の分布が形成される。光吸収は屈折率とクラマース
−クローニッヒの関係により結ばれており、その結果、
レーザダイオード中には、図３（Ｄ）に示す非対称な屈
折率分布が形成される。
収を増大させ、その結果レーザダイオードの軸方向に光
吸収の分布が形成される。光吸収は屈折率とクラマース
−クローニッヒの関係により結ばれており、その結果、
レーザダイオード中には、図３（Ｄ）に示す非対称な屈
折率分布が形成される。
【００２１】図３（Ｄ）を参照するに、レーザダイオー
ドは、反射防止膜９ａを形成された出射端において最大
の屈折率を有し、反射膜９ｂを形成された反射端におい
て最小の屈折率を有する。そこで、このような構造にお
いて、前記層８ａ，８ｂの厚さを、前記出射端における
光閉じ込めが最小になるように設定すると、前記反射端
においてはリッジ４ｂの両側の層８ａ，８ｂの屈折率の
方が高くなり、光の反閉じ込めが生じてしまう。一方、
層８ａ，８ｂの厚さを、前記反射端において光閉じ込め
も反光閉じ込めも生じないように設定すると、レーザダ
イオードの出射端において光閉じ込めが生じてしまい、
レーザダイオードは多重モードで発振してしまう。
ドは、反射防止膜９ａを形成された出射端において最大
の屈折率を有し、反射膜９ｂを形成された反射端におい
て最小の屈折率を有する。そこで、このような構造にお
いて、前記層８ａ，８ｂの厚さを、前記出射端における
光閉じ込めが最小になるように設定すると、前記反射端
においてはリッジ４ｂの両側の層８ａ，８ｂの屈折率の
方が高くなり、光の反閉じ込めが生じてしまう。一方、
層８ａ，８ｂの厚さを、前記反射端において光閉じ込め
も反光閉じ込めも生じないように設定すると、レーザダ
イオードの出射端において光閉じ込めが生じてしまい、
レーザダイオードは多重モードで発振してしまう。
【００２２】このため、本発明の好ましい実施例におい
ては、前記層８ａ，８ｂの厚さをレーザダイオードの軸
方向に沿って変化させ、レーザダイオード全体にわたっ
て光閉じ込めを最適化する。より具体的には、層８ａ，
８ｂの厚さを、屈折率の高い出射端側で厚く、また屈折
率の低い反射端側で薄くなるように変化させる。その結
果、光ファイバへの光結合に最適な、光軸に対して収束
した近視野像が得られる。
ては、前記層８ａ，８ｂの厚さをレーザダイオードの軸
方向に沿って変化させ、レーザダイオード全体にわたっ
て光閉じ込めを最適化する。より具体的には、層８ａ，
８ｂの厚さを、屈折率の高い出射端側で厚く、また屈折
率の低い反射端側で薄くなるように変化させる。その結
果、光ファイバへの光結合に最適な、光軸に対して収束
した近視野像が得られる。
【００２３】
【実施例】図４は、本発明の第１実施例によるレーザダ
イオードの構成を、出射端側から見た端面図である。図
４を参照するに、レーザダイオードは０．９８μｍの光
ファイバ増幅器励起光源として使われるもので、出射端
から他端の反射端まで、レーザダイオードの軸方向に延
在するｎ型ＧａＡｓ基板１１上に構成され、ＩｎＧａＡ
ｓよりなる活性層を有する。
イオードの構成を、出射端側から見た端面図である。図
４を参照するに、レーザダイオードは０．９８μｍの光
ファイバ増幅器励起光源として使われるもので、出射端
から他端の反射端まで、レーザダイオードの軸方向に延
在するｎ型ＧａＡｓ基板１１上に構成され、ＩｎＧａＡ
ｓよりなる活性層を有する。
【００２４】すなわち、基板１１上には、ＧａＡｓ基板
に対して格子整合する組成のｎ型ＩｎＧａＰエピタキシ
ャル層よりなるクラッド層１２が１．５〜２．５μｍ、
典型的には２．０μｍの厚さで前記出射端から反射端ま
で形成され、前記クラッド層１２上には、０．９８μｍ
の波長でレーザ発振を生じる活性構造１３が、前記出射
端から反射端まで形成される。図示の実施例では、活性
構造１３は３０〜７０ｎｍ、典型的には５０ｎｍの厚さ
に形成された非ドープＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層
よりなる光ガイド層１３ｂと、前記光ガイド層１３ｂ上
に６〜８ｎｍ、典型的には７ｎｍの厚さに形成された非
ドープＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層よりなる活性層
１３ａと、前記活性層上に３０〜７０ｎｍ、典型的には
５０ｎｍの厚さに形成された非ドープＩｎＧａＡｓＰエ
ピタキシャル層よりなる光ガイド層１３ｃとよりなる積
層体の繰り返しよりなり、前記活性層１３ａは、バンド
ギャップの大きいバリア層１３ｂおよび１３ｃに挟持さ
れた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を形成する。かかるＭ
ＱＷ構造では、状態密度がエネルギ準位と共に階段的に
変化するため、バンド下端近傍においても比較的大きな
状態密度が保証され、効率的なレーザ発振が得られる。
典型的には、活性層１３ａは１〜２回繰り返される。
に対して格子整合する組成のｎ型ＩｎＧａＰエピタキシ
ャル層よりなるクラッド層１２が１．５〜２．５μｍ、
典型的には２．０μｍの厚さで前記出射端から反射端ま
で形成され、前記クラッド層１２上には、０．９８μｍ
の波長でレーザ発振を生じる活性構造１３が、前記出射
端から反射端まで形成される。図示の実施例では、活性
構造１３は３０〜７０ｎｍ、典型的には５０ｎｍの厚さ
に形成された非ドープＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層
よりなる光ガイド層１３ｂと、前記光ガイド層１３ｂ上
に６〜８ｎｍ、典型的には７ｎｍの厚さに形成された非
ドープＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層よりなる活性層
１３ａと、前記活性層上に３０〜７０ｎｍ、典型的には
５０ｎｍの厚さに形成された非ドープＩｎＧａＡｓＰエ
ピタキシャル層よりなる光ガイド層１３ｃとよりなる積
層体の繰り返しよりなり、前記活性層１３ａは、バンド
ギャップの大きいバリア層１３ｂおよび１３ｃに挟持さ
れた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を形成する。かかるＭ
ＱＷ構造では、状態密度がエネルギ準位と共に階段的に
変化するため、バンド下端近傍においても比較的大きな
状態密度が保証され、効率的なレーザ発振が得られる。
典型的には、活性層１３ａは１〜２回繰り返される。
【００２５】活性構造１３上には、厚さがｔ1 のｐ型Ｉ
ｎＧａＰエピタキシャル層よりなるクラッド層１４
1 が、前記出射端から反射端まで形成され、図４の断面
図上クラッド層１４1 中央部には、高さｔ2 の順メサ構
造１４ａ1 が、前記クラッド層１４1 と同一組成を有す
るｐ型ＩｎＧａＰエピタキシャル層により、レーザダイ
オードの軸方向に前記出射端から反射端まで延在するよ
うに形成される。さらに、前記クラッド層１４1 上に
は、これと同一組成のｐ型ＩｎＧａＰエピタキシャル層
よりなる逆メサ構造１４ａ2 が、前記出射端から反射端
まで形成される。また、前記メサ構造１４ａ1 の両側に
離間して、層１４1 と同一の組成を有するｐ型ＩｎＧａ
Ｐエピタキシャル層よりなる別の順メサ構造１４2 が形
成され、さらに前記順メサ１４2 上には、同一組成のｐ
型エピタキシャル層よりなる逆メサ構造１４3 が形成さ
れる。
ｎＧａＰエピタキシャル層よりなるクラッド層１４
1 が、前記出射端から反射端まで形成され、図４の断面
図上クラッド層１４1 中央部には、高さｔ2 の順メサ構
造１４ａ1 が、前記クラッド層１４1 と同一組成を有す
るｐ型ＩｎＧａＰエピタキシャル層により、レーザダイ
オードの軸方向に前記出射端から反射端まで延在するよ
うに形成される。さらに、前記クラッド層１４1 上に
は、これと同一組成のｐ型ＩｎＧａＰエピタキシャル層
よりなる逆メサ構造１４ａ2 が、前記出射端から反射端
まで形成される。また、前記メサ構造１４ａ1 の両側に
離間して、層１４1 と同一の組成を有するｐ型ＩｎＧａ
Ｐエピタキシャル層よりなる別の順メサ構造１４2 が形
成され、さらに前記順メサ１４2 上には、同一組成のｐ
型エピタキシャル層よりなる逆メサ構造１４3 が形成さ
れる。
【００２６】かかる構造では、メサ構造１４ａ1 および
１４ａ2 がレーザダイオードのリッジ構造１４ａを形成
し、前記メサ構造１４1 ，１４2 は前記リッジ構造１４
ａの両側に、構造１４ａから離間したテラス構造を形成
する。その結果、リッジ１４ａの両側には一対の溝１４
ｃが形成される。また、図示の実施例では、層１４1の
上主面は、メサ１４ａ1 あるいは１４1 を形成する際に
エッチングストッパとして使われる厚さが１０ｎｍ以下
の薄いｐ型ＧａＡｓ層（図４には図示せず；図５の層１
４ｅ）で覆われている。
１４ａ2 がレーザダイオードのリッジ構造１４ａを形成
し、前記メサ構造１４1 ，１４2 は前記リッジ構造１４
ａの両側に、構造１４ａから離間したテラス構造を形成
する。その結果、リッジ１４ａの両側には一対の溝１４
ｃが形成される。また、図示の実施例では、層１４1の
上主面は、メサ１４ａ1 あるいは１４1 を形成する際に
エッチングストッパとして使われる厚さが１０ｎｍ以下
の薄いｐ型ＧａＡｓ層（図４には図示せず；図５の層１
４ｅ）で覆われている。
【００２７】本発明では、溝１４ｃは幅Ｗを有し、層１
４1 と実質的に同一の組成を有するｎ型ＩｎＧａＰある
いは非ドープ高抵抗ＩｎＧａＰよりなる埋め込み層１５
ａ，１５ｂが形成されている。前記埋め込み層１５ａ，
１５ｂは、図４に示した出射端では前記メサ１４ａ1 ，
１４ａ2 よりなるリッジ１４ａの高さを越えないように
形成する。
４1 と実質的に同一の組成を有するｎ型ＩｎＧａＰある
いは非ドープ高抵抗ＩｎＧａＰよりなる埋め込み層１５
ａ，１５ｂが形成されている。前記埋め込み層１５ａ，
１５ｂは、図４に示した出射端では前記メサ１４ａ1 ，
１４ａ2 よりなるリッジ１４ａの高さを越えないように
形成する。
【００２８】その際、埋め込み層１５ａ，１５ｂの厚さ
は、図５の縦断面図に示すように、レーザダイオードの
出射端で最大に、反射端で最小になるように変化させ
る。ただし、図５は、図４のレーザダイオードの、埋め
込み層１５ａを切る縦断面を示す。図５の構造では、埋
め込み層１５ａ，１５ｂの厚さは、前記出射端と反射端
との間で略直線的に変化しているのがわかる。かかる、
厚さの変化する埋め込み層は、後ほど詳細に説明するよ
うに、前記溝１４ｃの幅Ｗを、前記出射端で最小に、ま
た前記反射端で最大になるように設定することで形成で
きる。
は、図５の縦断面図に示すように、レーザダイオードの
出射端で最大に、反射端で最小になるように変化させ
る。ただし、図５は、図４のレーザダイオードの、埋め
込み層１５ａを切る縦断面を示す。図５の構造では、埋
め込み層１５ａ，１５ｂの厚さは、前記出射端と反射端
との間で略直線的に変化しているのがわかる。かかる、
厚さの変化する埋め込み層は、後ほど詳細に説明するよ
うに、前記溝１４ｃの幅Ｗを、前記出射端で最小に、ま
た前記反射端で最大になるように設定することで形成で
きる。
【００２９】図４の構造では、さらに前記メサ１４ａ2
および１４3 上に、ｐ型ＧａＡｓよりなるコンタクト層
１６が形成され、さらに、かかるコンタクト層１６を含
む構造上に、ＳｉＯ2 絶縁膜１７が一様な厚さで形成さ
れる。絶縁膜１７には、前記リッジ１４ａに対応してコ
ンタクト層１６を露出するコンタクトホール１７ａが形
成され、さらに前記絶縁膜１７上に電極層１８が、略一
様な厚さで堆積される。電極層１８は、その際コンタク
トホール１７ａにおいてコンタクト層１６およびその下
の半導体層と電気的に接触する。
および１４3 上に、ｐ型ＧａＡｓよりなるコンタクト層
１６が形成され、さらに、かかるコンタクト層１６を含
む構造上に、ＳｉＯ2 絶縁膜１７が一様な厚さで形成さ
れる。絶縁膜１７には、前記リッジ１４ａに対応してコ
ンタクト層１６を露出するコンタクトホール１７ａが形
成され、さらに前記絶縁膜１７上に電極層１８が、略一
様な厚さで堆積される。電極層１８は、その際コンタク
トホール１７ａにおいてコンタクト層１６およびその下
の半導体層と電気的に接触する。
【００３０】図４に示す構造では、レーザダイオードの
出射端側において、リッジ構造１４ａが、リッジと実質
的に同程度の屈折率を有する埋め込み層１５ａ，１５ｂ
により挟持されているため、リッジへの光閉じ込めが実
質的に弱められる。実際、前記厚さｔ1 を１５０ｎｍ、
また前記埋め込み層１５ａ，１５ｂの厚さを２５０ｎ
ｍ、さらにリッジ１４ａの幅を５．０μｍに設定するこ
とにより、実質的に単一モードで発振するレーザダイオ
ードを得ることができる。その際、埋め込み層１５ａ，
１５ｂの組成は、実際には、層１５ａ，１５ｂの格子定
数のＧａＡｓ基板１１に対する格子不整合の値が、０．
３％から０．０％の範囲に納まるように設定する。埋め
込み層１５ａ，１５ｂの組成をこのように設定すること
により、図４の構造中で、層１５ａ，１５ｂは本来の格
子定数よりもわずかに大きい格子定数を有するようにな
り、その結果、層１５ａ，１５ｂの屈折率はリッジ１４
ａの屈折率よりもわずかに低くなる。埋め込み層１５
ａ，１５ｂの屈折率がリッジ１４ａの屈折率よりもわず
かに低くなる結果、リッジには所望の弱い光閉じ込めが
生じ、光の反閉じ込めが生じることがない。その結果、
光はリッジ１４ａに沿って安定に導波される。
出射端側において、リッジ構造１４ａが、リッジと実質
的に同程度の屈折率を有する埋め込み層１５ａ，１５ｂ
により挟持されているため、リッジへの光閉じ込めが実
質的に弱められる。実際、前記厚さｔ1 を１５０ｎｍ、
また前記埋め込み層１５ａ，１５ｂの厚さを２５０ｎ
ｍ、さらにリッジ１４ａの幅を５．０μｍに設定するこ
とにより、実質的に単一モードで発振するレーザダイオ
ードを得ることができる。その際、埋め込み層１５ａ，
１５ｂの組成は、実際には、層１５ａ，１５ｂの格子定
数のＧａＡｓ基板１１に対する格子不整合の値が、０．
３％から０．０％の範囲に納まるように設定する。埋め
込み層１５ａ，１５ｂの組成をこのように設定すること
により、図４の構造中で、層１５ａ，１５ｂは本来の格
子定数よりもわずかに大きい格子定数を有するようにな
り、その結果、層１５ａ，１５ｂの屈折率はリッジ１４
ａの屈折率よりもわずかに低くなる。埋め込み層１５
ａ，１５ｂの屈折率がリッジ１４ａの屈折率よりもわず
かに低くなる結果、リッジには所望の弱い光閉じ込めが
生じ、光の反閉じ込めが生じることがない。その結果、
光はリッジ１４ａに沿って安定に導波される。
【００３１】再び図５の縦断面図を参照するに、本発明
によるレーザダイオードは出射端に反射防止膜ＡＲが、
また他端の反射端には反射膜ＨＲが形成されており、埋
め込み層１５ａおよび１５ｂは、厚さｔを、前記反射端
と出射端との間で略直線的に変化させている。かかる構
成により、リッジ１４ａへの光閉じ込めは、出射端でも
っとも弱く、反射端に行くに従って強くなる。かかる軸
方向への光閉じ込めの強さの変化に伴い、反射端近傍に
おける利得が増大し、レーザダイオード全体の効率が向
上するとともに、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示したレーザ発
振の非対称性が軽減される。
によるレーザダイオードは出射端に反射防止膜ＡＲが、
また他端の反射端には反射膜ＨＲが形成されており、埋
め込み層１５ａおよび１５ｂは、厚さｔを、前記反射端
と出射端との間で略直線的に変化させている。かかる構
成により、リッジ１４ａへの光閉じ込めは、出射端でも
っとも弱く、反射端に行くに従って強くなる。かかる軸
方向への光閉じ込めの強さの変化に伴い、反射端近傍に
おける利得が増大し、レーザダイオード全体の効率が向
上するとともに、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示したレーザ発
振の非対称性が軽減される。
【００３２】いずれにせよ、図４，５に説明した本発明
のレーザダイオードにより、出射端側において、出力光
の近視野像が向上し、光ファイバに対する安定した高い
光結合が実現できる。次に、図４，５に記載のレーザダ
イオードの製造工程を、図６（Ａ）〜（Ｃ）、図７
（Ｄ）〜（Ｆ）、および図８（Ｇ），（Ｈ）を参照しな
がら説明する。
のレーザダイオードにより、出射端側において、出力光
の近視野像が向上し、光ファイバに対する安定した高い
光結合が実現できる。次に、図４，５に記載のレーザダ
イオードの製造工程を、図６（Ａ）〜（Ｃ）、図７
（Ｄ）〜（Ｆ）、および図８（Ｇ），（Ｈ）を参照しな
がら説明する。
【００３３】まず、図６（Ａ）の工程で、ＧａＡｓ基板
１１上に半導体層１２〜１６が順次堆積された積層構造
体が形成される。ただし、図６（Ａ）はレーザダイオー
ドの横断面に対応する図である。先にも説明したよう
に、活性層１３は量子井戸層１３ａを上下からバリア層
１３ｂ，１３ｃで挟持した構成を有する。また、クラッ
ド層１４1 上には、先にも説明した、エッチングストッ
パとして作用するｐ型ＧａＡｓ層１４ｅが形成され、Ｇ
ａＡｓ層１４ｅ上に、前記ＩｎＧａＰ層１４2 ，１４3
が、単一のエピタキシャル層として、連続した工程で形
成される。層１２〜１６の形成は、周知のＭＢＥあるい
はＭＯＶＰＥ法によって行えばよい。
１１上に半導体層１２〜１６が順次堆積された積層構造
体が形成される。ただし、図６（Ａ）はレーザダイオー
ドの横断面に対応する図である。先にも説明したよう
に、活性層１３は量子井戸層１３ａを上下からバリア層
１３ｂ，１３ｃで挟持した構成を有する。また、クラッ
ド層１４1 上には、先にも説明した、エッチングストッ
パとして作用するｐ型ＧａＡｓ層１４ｅが形成され、Ｇ
ａＡｓ層１４ｅ上に、前記ＩｎＧａＰ層１４2 ，１４3
が、単一のエピタキシャル層として、連続した工程で形
成される。層１２〜１６の形成は、周知のＭＢＥあるい
はＭＯＶＰＥ法によって行えばよい。
【００３４】次に、図６（Ｂ）の工程で、前記層１６上
にマスク２１を、ＳｉＯ2 等の絶縁層の堆積およびそれ
に引き続くパターニングにより形成する。図６（Ｃ）は
図６（Ｂ）の構造の平面図を示す。ただし、図６（Ｃ）
中、出射側端面をｆ1 ，反射側端面をｆ2 で示す。図６
（Ｃ）よりわかるように、マスク２１は、前記出射側端
面ｆ1 から反射側端面ｆ2 まで一定の幅で延在する第１
のマスクパターン２１Ａと、前記パターン２１Ａの第１
の側に形成され、端面ｆ1で最大幅Ｔ1 を、また端面ｆ
2 で最小幅Ｔ2 を有する台形形状の第２のマスクパター
ン２１Ｂと、前記マスクパターン２１Ａに対し前記パタ
ーン２１Ｂとは反対側に形成された同様な形状を有する
マスクパターン２１Ｃとより形成され、マスクパターン
２１Ａと２１Ｂの間、およびマスクパターン２１Ａと２
１Ｃの間において半導体層１６の表面が露出する。図６
（Ｃ）よりわかるように、露出された層１６の表面も略
台形形状を有し、幅Ｗが端面ｆ1 から端面ｆ2 に向かっ
て略直線的に増大する。
にマスク２１を、ＳｉＯ2 等の絶縁層の堆積およびそれ
に引き続くパターニングにより形成する。図６（Ｃ）は
図６（Ｂ）の構造の平面図を示す。ただし、図６（Ｃ）
中、出射側端面をｆ1 ，反射側端面をｆ2 で示す。図６
（Ｃ）よりわかるように、マスク２１は、前記出射側端
面ｆ1 から反射側端面ｆ2 まで一定の幅で延在する第１
のマスクパターン２１Ａと、前記パターン２１Ａの第１
の側に形成され、端面ｆ1で最大幅Ｔ1 を、また端面ｆ
2 で最小幅Ｔ2 を有する台形形状の第２のマスクパター
ン２１Ｂと、前記マスクパターン２１Ａに対し前記パタ
ーン２１Ｂとは反対側に形成された同様な形状を有する
マスクパターン２１Ｃとより形成され、マスクパターン
２１Ａと２１Ｂの間、およびマスクパターン２１Ａと２
１Ｃの間において半導体層１６の表面が露出する。図６
（Ｃ）よりわかるように、露出された層１６の表面も略
台形形状を有し、幅Ｗが端面ｆ1 から端面ｆ2 に向かっ
て略直線的に増大する。
【００３５】次に、このようにマスク２１を形成された
半導体積層構造体を、Ｉｎを含む半導体層に対して選択
的に作用するウェットエッチングにより処理し、図７
（Ｄ）に示すように、中央のリッジ１４ａの両側に、エ
ッチングストッパ１４ｅを露出した溝１４ｃが形成され
た構造を得る。また、これに伴い、マスクパターン２１
Ｂおよび２１Ｃにより保護されている部分にそれぞれテ
ラス構造１４ｂが形成される。
半導体積層構造体を、Ｉｎを含む半導体層に対して選択
的に作用するウェットエッチングにより処理し、図７
（Ｄ）に示すように、中央のリッジ１４ａの両側に、エ
ッチングストッパ１４ｅを露出した溝１４ｃが形成され
た構造を得る。また、これに伴い、マスクパターン２１
Ｂおよび２１Ｃにより保護されている部分にそれぞれテ
ラス構造１４ｂが形成される。
【００３６】次に、図７（Ｄ）の構造上に、前記マスク
２１を残したまま、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＩｎＧａ
Ｐあるいは非ドープＩｎＧａＰを堆積し、埋め込み層１
５ａ，１５ｂを形成する。その結果、図７（Ｅ）の構造
が得られる。さらに、図７（Ｅ）の構造からマスク２１
を除去することにより、図４の端面図に対応する、図７
（Ｆ）に示す構造が得られる。
２１を残したまま、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＩｎＧａ
Ｐあるいは非ドープＩｎＧａＰを堆積し、埋め込み層１
５ａ，１５ｂを形成する。その結果、図７（Ｅ）の構造
が得られる。さらに、図７（Ｅ）の構造からマスク２１
を除去することにより、図４の端面図に対応する、図７
（Ｆ）に示す構造が得られる。
【００３７】図７（Ｅ）あるいは（Ｆ）の構造では、層
１５ａ，１５ｂの形成のためマスクパターン２１Ａ〜２
１Ｃ上に堆積された原子は、マスクパターン上を側方に
移動して溝１４ｃに到達すると考えられ、その結果端面
ｆ1 に近い、マスク面積の大きい領域では、層１５ａ，
１５ｂは比較的厚く形成される。これに対し、他方の端
面ｆ2 に近いマスク面積の小さい領域では層１５ａ，１
５ｂの厚さは薄くなる。その結果、溝１４ｃ中におい
て、層１５ａ，１５ｂの厚さは端面ｆ1 で厚く、端面ｆ
2 では薄く変化するように形成される。
１５ａ，１５ｂの形成のためマスクパターン２１Ａ〜２
１Ｃ上に堆積された原子は、マスクパターン上を側方に
移動して溝１４ｃに到達すると考えられ、その結果端面
ｆ1 に近い、マスク面積の大きい領域では、層１５ａ，
１５ｂは比較的厚く形成される。これに対し、他方の端
面ｆ2 に近いマスク面積の小さい領域では層１５ａ，１
５ｂの厚さは薄くなる。その結果、溝１４ｃ中におい
て、層１５ａ，１５ｂの厚さは端面ｆ1 で厚く、端面ｆ
2 では薄く変化するように形成される。
【００３８】図８（Ｇ）は、図８（Ｆ）の構造の埋め込
み層１５ａ，１５ｂを切る縦断面図を示す。すなわち、
図８（Ｇ）の断面図は図５の断面図に対応する。図８
（Ｇ）よりわかるように、埋め込み層１５ａ，１５ｂの
厚さはレーザダイオードの軸方向に沿って端面ｆ1 から
端面ｆ2 に向かって徐々に減少する。
み層１５ａ，１５ｂを切る縦断面図を示す。すなわち、
図８（Ｇ）の断面図は図５の断面図に対応する。図８
（Ｇ）よりわかるように、埋め込み層１５ａ，１５ｂの
厚さはレーザダイオードの軸方向に沿って端面ｆ1 から
端面ｆ2 に向かって徐々に減少する。
【００３９】図８（Ｈ）は、図７（Ｆ）および図８
（Ｇ）の構造の平面図を示す。図８（Ｈ）よりわかるよ
うに、溝１４ｃは図６（Ｃ）に示すマスク２１Ａ，２１
Ｂと相似な平面形状を有し、したがって幅Ｗが出射端ｆ
1 で最小値Ｗ1 、反射端ｆ2 で最大値Ｗ2 を有する。
（Ｇ）の構造の平面図を示す。図８（Ｈ）よりわかるよ
うに、溝１４ｃは図６（Ｃ）に示すマスク２１Ａ，２１
Ｂと相似な平面形状を有し、したがって幅Ｗが出射端ｆ
1 で最小値Ｗ1 、反射端ｆ2 で最大値Ｗ2 を有する。
【００４０】図９は本発明のレーザダイオードを励起光
源として使った光ファイバ増幅器の構成を示す。図９を
参照するに、光ファイバ増幅器は１．５５μｍ帯の光信
号を伝送する光ファイバ３１と、前記光ファイバ３１に
光ファイバ３３を光学的に結合する方向性結合器３２と
よりなり、光ファイバ３３の一端には本発明による０．
９８μｍ帯でレーザ発振するレーザダイオード３４が結
合されている。レーザダイオード３４は、先にも説明し
たように、出射端側で光閉じ込めが弱められたリッジ構
造を有し、さらにリッジ構造へ電流を狭搾する電流狭搾
構造を有するため、多重モードでのレーザ発振が効果的
に抑止され、光ファイバ３３への効率的な光注入が生じ
る。
源として使った光ファイバ増幅器の構成を示す。図９を
参照するに、光ファイバ増幅器は１．５５μｍ帯の光信
号を伝送する光ファイバ３１と、前記光ファイバ３１に
光ファイバ３３を光学的に結合する方向性結合器３２と
よりなり、光ファイバ３３の一端には本発明による０．
９８μｍ帯でレーザ発振するレーザダイオード３４が結
合されている。レーザダイオード３４は、先にも説明し
たように、出射端側で光閉じ込めが弱められたリッジ構
造を有し、さらにリッジ構造へ電流を狭搾する電流狭搾
構造を有するため、多重モードでのレーザ発振が効果的
に抑止され、光ファイバ３３への効率的な光注入が生じ
る。
【００４１】
【発明の効果】請求項１および４記載の本発明の特徴に
よれば、リッジ領域の両側に埋め込み領域を形成するこ
とにより、リッジ領域への光閉じ込めが弱められ、その
結果幅の広いリッジ構造を有するレーザダイオードを高
い出力で動作させても多重モードによるレーザ発振が抑
止される。かかる多重モードレーザ発振の抑止に伴い、
光軸の回りに集中した近視野像が得られ、光ファイバ中
への出力光の注入効率が向上する。
よれば、リッジ領域の両側に埋め込み領域を形成するこ
とにより、リッジ領域への光閉じ込めが弱められ、その
結果幅の広いリッジ構造を有するレーザダイオードを高
い出力で動作させても多重モードによるレーザ発振が抑
止される。かかる多重モードレーザ発振の抑止に伴い、
光軸の回りに集中した近視野像が得られ、光ファイバ中
への出力光の注入効率が向上する。
【００４２】請求項２および３記載の本発明の特徴によ
れば、リッジ領域に注入された駆動電流がリッジ領域に
効率的に狭搾され、拡散電流により生じる利得導波モー
ドによる多重モードレーザ発振が抑止される。請求項
５，６記載の本発明の特徴によれば、レーザダイオード
の特に出射端において光閉じ込めが弱められ、その結果
レーザダイオード全体としては光閉じ込めに伴う高い利
得を維持しつつ、光ファイバへの結合に理想的な近視野
像を、レーザダイオードの出射端において得ることがで
きる。
れば、リッジ領域に注入された駆動電流がリッジ領域に
効率的に狭搾され、拡散電流により生じる利得導波モー
ドによる多重モードレーザ発振が抑止される。請求項
５，６記載の本発明の特徴によれば、レーザダイオード
の特に出射端において光閉じ込めが弱められ、その結果
レーザダイオード全体としては光閉じ込めに伴う高い利
得を維持しつつ、光ファイバへの結合に理想的な近視野
像を、レーザダイオードの出射端において得ることがで
きる。
【００４３】請求項７記載の本発明の特徴によれば、前
記埋め込み領域の幅を変化させることにより、堆積時に
形成される埋め込み領域の厚さを変化させることが可能
である。請求項８記載の本発明の特徴によれば、リッジ
領域両側の埋め込み層の格子定数を基板よりもわずかに
小さく設定することにより、埋め込み層の密度がリッジ
領域よりもや減少する。その結果、リッジ領域の両側を
埋め込み領域で挟持しても、光の反閉じ込めが生じるこ
とがなく、安定なレーザ発振を実現できる。
記埋め込み領域の幅を変化させることにより、堆積時に
形成される埋め込み領域の厚さを変化させることが可能
である。請求項８記載の本発明の特徴によれば、リッジ
領域両側の埋め込み層の格子定数を基板よりもわずかに
小さく設定することにより、埋め込み層の密度がリッジ
領域よりもや減少する。その結果、リッジ領域の両側を
埋め込み領域で挟持しても、光の反閉じ込めが生じるこ
とがなく、安定なレーザ発振を実現できる。
【００４４】請求項９記載の本発明の特徴によれば、レ
ーザダイオードの出射端に反射防止膜を形成し、反射端
に反射膜を形成することにより、光ファイバとの結合に
適した構成のレーザダイオードを得ることができる。請
求項１０記載の本発明の特徴によれば、レーザダイオー
ドの出射端から反射端にかけて厚さが変化する埋め込み
層を、リッジ構造の両側に、簡単な堆積工程で形成する
ことができる。
ーザダイオードの出射端に反射防止膜を形成し、反射端
に反射膜を形成することにより、光ファイバとの結合に
適した構成のレーザダイオードを得ることができる。請
求項１０記載の本発明の特徴によれば、レーザダイオー
ドの出射端から反射端にかけて厚さが変化する埋め込み
層を、リッジ構造の両側に、簡単な堆積工程で形成する
ことができる。
【００４５】請求項１１記載の本発明の特徴によれば、
埋め込み層を、リッジ構造と実質的に等しい屈折率を有
する半導体層により形成することにより、レーザダイオ
ードの出力光の近視野像を最適化することができ請求項
１２，１３記載の本発明の特徴によれば、前記埋め込み
層により、効果的な電流狭搾を実現できる。
埋め込み層を、リッジ構造と実質的に等しい屈折率を有
する半導体層により形成することにより、レーザダイオ
ードの出力光の近視野像を最適化することができ請求項
１２，１３記載の本発明の特徴によれば、前記埋め込み
層により、効果的な電流狭搾を実現できる。
【００４６】請求項１４記載の本発明の特徴によれば、
リッジ構造と、前記リッジ構造両側の、埋め込み層によ
り充填される溝とを、エッチングストッパを使うことに
より、簡単に、精度良く形成することができる。請求項
１５記載の本発明の特徴によれば、光ファイバとの光結
合効率の高いレーザダイオードを励起光源として使っ
た、効率の高い光ファイバ増幅器が得られる。
リッジ構造と、前記リッジ構造両側の、埋め込み層によ
り充填される溝とを、エッチングストッパを使うことに
より、簡単に、精度良く形成することができる。請求項
１５記載の本発明の特徴によれば、光ファイバとの光結
合効率の高いレーザダイオードを励起光源として使っ
た、効率の高い光ファイバ増幅器が得られる。
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明により得られる近視野像を示す図であ
る。
る。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明によるレーザダイオ
ードの軸方向への光強度分布、キャリア密度分布および
屈折率分布を示す図である。
ードの軸方向への光強度分布、キャリア密度分布および
屈折率分布を示す図である。
【図４】本発明の一実施例によるレーザダイオードの端
面図である。
面図である。
【図５】図４のレーザダイオードの縦断面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図４のレーザダイオードの
製造工程を示す図（その一）である。
製造工程を示す図（その一）である。
【図７】（Ｄ）〜（Ｆ）は、図６のレーザダイオードの
製造工程を示す図（その二）である。
製造工程を示す図（その二）である。
【図８】（Ｇ）〜（Ｈ）は、図８のレーザダイオードの
製造工程を示す図（その三）である。
製造工程を示す図（その三）である。
【図９】本発明によるレーザダイオードを使った光ファ
イバ増幅器の構成を示す図である。
イバ増幅器の構成を示す図である。
【図１０】従来のリッジ型レーザダイオードの構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図１１】図１０のレーザダイオードの光出力特性曲線
を示す図である。
を示す図である。
【図１２】従来の、別のリッジ型レーザダイオードの構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図１３】図１２のレーザダイオードの光出力特性曲線
を示す図である。
を示す図である。
１，１１ 基板 ２，１２ 下側クラッド層 ３，１３ 活性層 ４，１４1 上側クラッド層 ４ａ，４ｂ，１４ａ1 ，１４ａ2 上側クラッドメサ ５，１６ コンタクト層 ６，１７ 絶縁層 ６ａ，１７ａ コンタクトホール ７，８，１８，１９ 電極層 ８ａ，８ｂ，１５ａ，１５ｂ 埋め込み層 ９ａ，ＡＲ 反射防止膜 ９ｂ，ＨＲ 反射膜 １３ａ 量子井戸層 １３ｂ，１３ｃ バリア層 １４ａ リッジ構造 １４ｂ，１４2 ，１４3 テラス構造 １４ｃ 溝 ２１ マスク ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ マスクパターン ３１，３３ 光ファイバ ３２ 方向性結合器 ３４ レーザダイオード ｆ1 出射端面 ｆ2 反射端面
Claims (15)
- 【請求項１】 軸方向に、第１の端面から第２の端面ま
で延在し、第１の導電型を有する半導体基板と；前記半
導体基板上に形成され、前記軸方向に、前記第１の端面
に対応する第３の端面から前記第２の端面に対応する第
４の端面まで延在し、前記第１の導電型を有する第１の
クラッド層と；前記第１のクラッド層上に形成され、前
記軸方向に、前記第３の端面に対応する第５の端面から
前記第４の端面に対応する第６の端面まで延在し、誘導
放出により光ビームを形成する活性層と；前記活性層上
に形成され、前記軸方向に、前記第５の端面に対応する
第７の端面から前記第６の端面に対応する第８の端面ま
で延在し、前記第１の導電型とは逆の第２の導電型を有
する第２のクラッド層と；前記第２のクラッド層上に上
方に突出するように形成され、前記軸方向に、前記第７
の端面に対応する第９の端面から前記第８の端面に対応
す第１０の端面まで延在し、前記第２の導電型を有する
リッジ領域と；前記基板に電気的に接続され、前記活性
層に第１の極性のキャリアを注入する第１の電極と；前
記リッジ領域に電気的に接続され、前記活性層に前記リ
ッジ領域を介して第２の逆極性のキャリアを注入する第
２の電極と；前記第２のクラッド層上の前記リッジ領域
の両側に、前記軸方向に前記第９の端面に対応する第１
１の端面から前記第１０の端面に対応する第１２の端面
まで延在し、前記リッジ領域の高さを越えないような厚
さに形成された、前記第２のクラッド層に流れる電流を
阻止する一対の埋め込み領域とを有することを特徴とす
るレーザダイオード。 - 【請求項２】 前記一対の埋め込み領域は、前記第１の
導電型を有する半導体層よりなることを特徴とする請求
項１記載のレーザダイオード。 - 【請求項３】 前記一対の埋め込み領域は、高抵抗半導
体層よりなることを特徴とする請求項１記載のレーザダ
イオード。 - 【請求項４】 前記一対の埋め込み領域の各々と、前記
リッジ領域と、前記第２のクラッド層とは実質的に同一
の屈折率を有することを特徴とする請求項１から３のう
ちいずれか一項記載のレーザダイオード。 - 【請求項５】 前記一対の埋め込み領域の各々は、前記
第１１の端面において第１の厚さを、また前記第１２の
端面において前記第１の厚さよりも実質的に小さい第２
の厚さを有することを特徴とする請求項１記載のレーザ
ダイオード。 - 【請求項６】 前記一対の埋め込み領域の各々は、その
厚さが前記第１１の端面から前記第１２の端面まで、連
続的に減少することを特徴とする請求項１から５のうち
いずれか一項記載のレーザダイオード。 - 【請求項７】 前記一対の埋め込み領域の各々は、前記
第１１の端面において第１の幅を、また前記第１２の端
面において前記第１の幅よりも実質的に大きい第２の幅
を有することを特徴とする請求項１から６のうち何れか
一項記載のレーザダイオード。 - 【請求項８】 前記一対の埋め込み層は、前記基板の格
子定数に対するずれが−０．０３％以内の範囲におさま
る格子定数を有する半導体よりなることを特徴とする請
求項１から７のうちいずれか一項記載のレーザダイオー
ド。 - 【請求項９】 さらに、前記第１，第３，第５，第７，
第９および第１１の端面上に反射防止膜を担持し、前記
第２，第４，第６，第８，第１０および第１２の端面上
に反射膜を担持したことを特徴とする請求項１から８の
うちいずれか一項記載のレーザダイオード。 - 【請求項１０】 リッジ型ストライプレーザダイオード
の製造方法において、 第１の端面から第２の端面まで延在する第１の導電型を
有する半導体基板上に、前記第１の導電型を有する第１
の半導体層を、第１のクラッド層として、前記第１の端
面から前記第２の端面まで延在するように形成する工程
と；前記第１のクラッド層上に、レーザダイオードの活
性層を、前記第１の端面から前記第２の端面まで延在す
るように形成する工程と；前記活性層上に、第２の逆導
電型を有する第２の半導体層を、前記第１の端面から前
記第２の端面まで延在するように形成する工程と；前記
半導体層上に、第１のマスクパターンを、前記第１の端
面から前記第２の端面まで実質的に一定の幅で延在する
ように、また前記第１のマスクパターンの両側に、前記
第１の端面において第１の幅を有し前記第２の端面で前
記第１の幅よりも小さい第２の幅を有する第２のマスク
パターンを、前記第１のマスクパターンと前記第２のマ
スクパターンとの間に、前記第１の端面において第３の
幅を有し前記第２の端面で前記第３の幅よりも大きい第
４の幅を有する開口部が画成されるように形成する工程
と；前記マスクパターンをマスクとして使い、前記第２
の半導体層を前記第２の半導体層の下部を残してエッチ
ングし、前記活性層上に、前記第１の端面から前記第２
の端面まで実質的に一定の幅で延在するリッジ部と、前
記リッジ部の両側に前記第１の端面において前記第３の
幅に対応する幅を有し前記第２の端面において前記第４
の幅に対応する幅を有する一対の溝部とを備えた第２の
クラッド層を形成する工程と；前記一対の溝部の各々の
上に第３の半導体層を、前記第３の半導体層が前記第１
の端面において前記リッジ部の高さを越えない第１の厚
さを有し、前記第２の端面において前記第１の厚さより
も薄い第２の厚さを有するように堆積する工程とを特徴
とするレーザダイオードの製造方法。 - 【請求項１１】 前記第３の半導体層を形成する工程
は、前記リッジ部の屈折率と実質的に等しい屈折率を有
する半導体を前記第３の半導体層として前記溝部上に堆
積する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載のレ
ーザダイオードの製造方法。 - 【請求項１２】 前記第３の半導体層を形成する工程
は、前記第１の導電型を有する半導体層を、前記第３の
半導体層として、前記溝部上に堆積する工程を含むこと
を特徴とする請求項１０記載のレーザダイオードの製造
方法。 - 【請求項１３】 前記第３の半導体層を形成する工程
は、高抵抗率を有する半導体層を、前記第３の半導体層
として、前記溝部上に堆積する工程を含むことをとっく
長とする請求項１０記載のレーザダイオードの製造方
法。 - 【請求項１４】 前記第２の半導体層を堆積する工程
は、第１の亜層を堆積する工程と、前記第１の亜層上に
組成の異なったエッチングストッパ層を堆積する工程
と、前記エッチングストッパ層上に前記第１の亜層と実
質的に同一の組成を有する第２の亜層を堆積する工程と
よりなり、前記エッチング工程は、前記第２の亜層を前
記エッチングストッパ層に対して選択的に除去する選択
エッチング工程よりなることを特徴とする請求項１０記
載のレーザダイオードの製造方法。 - 【請求項１５】 第１の端に入射した第１の波長の光信
号を伝送し、これを第２の端から出射させる第１の光フ
ァイバと；一端を、前記第１の光ファイバに、前記第１
の端と前記第２の端との間において光学的に結合された
第２の光ファイバと；前記第２の光ファイバの他端に光
学的に結合され、前記第１の波長よりも短い第２の波長
で発振するレーザダイオードとよりなる光通信システム
において：前記レーザダイオードは、 軸方向に、第１の端面から第２の端面まで延在し、第１
の導電型を有する半導体基板と；前記半導体基板上に形
成され、前記軸方向に、前記第１の端面に対応する第３
の端面から前記第２の端面に対応する第４の端面まで延
在し、前記第１の導電型を有する第１のクラッド層と；
前記第１のクラッド層上に形成され、前記軸方向に、前
記第３の端面に対応する第５の端面から前記第４の端面
に対応する第６の端面まで延在し、誘導放出により光ビ
ームを形成する活性層と；前記活性層上に形成され、前
記軸方向に、前記第５の端面に対応する第７の端面から
前記第６の端面に対応する第８の端面まで延在し、前記
第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２のクラ
ッド層と；前記第２のクラッド層上に上方に突出するよ
うに形成され、前記軸方向に、前記第７の端面に対応す
る第９の端面から前記第８の端面に対応す第１０の端面
まで延在し、前記第２の導電型を有するリッジ領域と；
前記第１，第３，第５，第７および第９の端面上に形成
された反射防止膜と；前記第２，第４，第６，第８およ
び第１０の端面上形成された反射膜と；前記基板に電気
的に接続され、前記活性層に第１の極性のキャリアを注
入する第１の電極と；前記リッジ領域に電気的に接続さ
れ、前記活性層に前記リッジ領域を介して第２の逆極性
のキャリアを注入する第２の電極とよりなり、 前記第２のクラッド層上の前記リッジ領域の両側に、前
記軸方向に前記第９の端面に対応する第１１の端面から
前記第１０の端面に対応する第１２の端面まで延在し、
前記第２のクラッド層に流れる電流を阻止する一対の埋
め込み領域を、前記リッジ領域の高さを越えないような
厚さに形成され；前記反射防止膜は前記第１１の端面を
覆い；前記反射膜は前記第１２の端面を覆うことを特徴
とするレーザダイオード。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01903795A JP3558717B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | レーザダイオード、その製造方法、およびかかるレーザダイオードを使った光通信システム |
| US08/546,895 US5805627A (en) | 1995-02-07 | 1995-10-23 | Laser diode and optical communications system using such laser diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01903795A JP3558717B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | レーザダイオード、その製造方法、およびかかるレーザダイオードを使った光通信システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213703A true JPH08213703A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3558717B2 JP3558717B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=11988247
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01903795A Expired - Fee Related JP3558717B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | レーザダイオード、その製造方法、およびかかるレーザダイオードを使った光通信システム |
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|---|---|
| US (1) | US5805627A (ja) |
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