JP2005340644A - 発光ダイオードおよび発光ダイオードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程の煩雑化を抑制しつつ、発光ダイオードの広帯域化を図る。
【解決手段】 ストライプ導波路２およびストライプ導波路２から分岐したストライプ導波路１２、２２、３２を基板１上に設け、各ストライプ導波路２、１２、２２、３２には発光作用が行われる活性層を形成し、ストライプ導波路１２、２２、３２に設けられた活性層の長さが互いに異なるように設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は発光ダイオードおよび発光ダイオードの製造方法に関し、特に、広帯域スーパールミネッセントダイオードに適用して好適なものである。

従来の半導体を用いた発光デバイスとして、半導体レーザおよび発光ダイオードがよく知られている。
半導体レーザは、誘導放出による増幅作用を用いて光を生成するため、高出力特性と空間的なコヒーレンス特性に優れ、光ファイバとの結合において良好な結合効率を得ることができる。一方、半導体レーザでは、コヒーレンス性が高いため、干渉雑音が発生し、光計測などの分野では計測精度の劣化を招くことがある。
また、発光ダイオードは、コヒーレンス性が低いため、干渉雑音は発生しないが、光ファイバとの結合においては結合損失が大きく、光計測用光源としての応用が限られていた。

一方、スーパールミネッセントダイオードは、誘導放出による増幅作用が用いられるため、発光ダイオードのような広いスペクトル帯域を持ちながら、高出力の光を生成することが可能となるとともに、光ファイバとの結合において高い結合効率を得ることができ、光計測用光源としては好適である。
このスーパールミネッセントダイオードは、白色光源、光ファイバージャイロ、高分解能ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）などの光源として実用化されている。また、生体光観測などの分野への応用も検討され、分解能を高めるため、スーパールミネッセントダイオードの広帯域化の要求が高まっている。

また、非特許文献１には、スーパールミネッセントダイオードの広帯域化を図るため、半導体結晶成長時に、バンドギャップの異なる半導体層を積層し、多層ひずみ量子井戸構造を形成する方法が開示されている。
さらに、非特許文献２には、バンドギャップの異なる半導体層を光の伝播方向に配置することにより、スーパールミネッセントダイオードの広帯域化を図る方法が開示されている。
小山二三夫"テーパ構造スーパールミネッセントダイオード"，応用物理 第６８巻 第２号（１９９９） Ｏｓａｍｕ Ｍｉｋａｍｉ，Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｙａｓａｋａ，ａｎｄ Ｙｏｓｈｉｏ Ｎｏｇｕｃｈｉ"Ｂｒｏａｄｅｒ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｗｉｄｔｈ ＩｎＧａＡｓＰ ｓｔａｃｋｅｄ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｓｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅｓ"

しかしながら、従来のスーパールミネッセントダイオードの製造方法では、スーパールミネッセントダイオードの広帯域化を図るために、厚さの異なる量子井戸の積層構造を形成したり、光の伝播方向にバンドギャップを変化させたりする必要がある。このため、従来のスーパールミネッセントダイオードの製造方法では、製造工程が煩雑化し、製造歩留まりの劣化を招くという問題があった。

また、従来のスーパールミネッセントダイオードのスペクトル形状も活性層や導波路の構造によって決まり、スペクトル形状の調整ができないため、マルチピークなどが発生することがあり、理想的なガウス型のスペクトルを得ることが困難だった。このため、自己相関関数のピークの脇にサイドロープが現れるようになり、ゴーストなどが観測像に発生する原因となって、生体光観測などの分野への応用が困難になるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、広帯域化を図ることが可能な発光ダイオードおよび発光ダイオードの製造方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の発光ダイオードによれば、発光領域の長さが互に異なるように途中で分岐した光導波路が設けられていることを特徴とする。
これにより、光導波路の発光領域の長さを変えることでスペクトルのピーク波長を変化させることが可能となるとともに、これらのピーク波長の異なる光を合波させることができる。このため、光導波路のパターニング時の形状を変更することで、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となり、発光ダイオードの広帯域化を図るために、多層ひずみ量子井戸構造を光導波路に設けたり、バンドギャップの異なる半導体層を光の伝播方向に沿って形成したりする必要がなくなる。この結果、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となり、製造歩留まりを向上させることができる。

また、請求項２記載の発光ダイオードによれば、前記分岐した各光導波路に電流を個々に注入する電極をさらに備えることを特徴とする。
これにより、発光領域の長さが互に異なる光導波路ごとに動作時の電流量を調整することが可能となり、発光ダイオードの広帯域化を図りつつ、スペクトル形状を調整することができる。このため、発光ダイオードを広帯域化した場合においても、理想的なガウス型のスペクトル形状を得ることが可能となり、サイドロープの発生を防止しつつ、シングルピークの自己相関関数を得ることができる。この結果、ゴーストなどが観測像に発生することを防止することが可能となり、生体光観測などの分野への応用を容易に行うことができる。

また、請求項３記載の発光ダイオードによれば、前記光導波路の複数の箇所に分岐点が設けられていることを特徴とする。
これにより、光導波路の分岐数を容易に増加させることが可能となり、発光領域の長さが互に異なるように分岐した光導波路の個数を容易に増加させることが可能となる。このため、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となる。

また、請求項４記載の発光ダイオードによれば、前記分岐した光導波路の末端は端面から離間していることを特徴とする。
これにより、光導波路の末端における端面反射を抑圧することが可能となり、光導波路を導波する光の共振作用を抑制することができ、高出力動作におけるレーザー発振を防止することができる。このため、広いスペクトル帯域で動作させることを可能としつつ、コヒーレンス性を低下させることが可能となり、干渉雑音の発生を抑制しつつ、分解能を向上させることを可能として、光計測用光源として広く用いることができる。

また、請求項５記載の発光ダイオードによれば、前記光導波路は、活性層が設けられた第１の光導波路と、活性層の長さが互に異なるように構成され、前記第１の光導波路から分岐した第２の光導波路とを備えることを特徴とする。
これにより、ピーク波長の異なる光を第１および第２の光導波路でそれぞれ生成させることが可能となるとともに、これらの光導波路でそれぞれ生成された光を合波させることができ、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となる。

また、請求項６記載の発光ダイオードによれば、前記第１の光導波路に電流を注入する第１の電極と、前記第１の電極と電気的に分離され、前記第２の光導波路に電流を注入する第２の電極とを備えることを特徴とする。
これにより、第１および第２の光導波路に注入される電流量を別個に調整することが可能となる。このため、発光ダイオードの広帯域化を図りつつ、理想的なガウス型のスペクトル形状を得ることが可能となり、生体光観測などの分野への応用を容易に行うことができる。

また、請求項７記載の発光ダイオードによれば、前記第１の活性層および前記第２の活性層はストライプ構造であることを特徴とする。
これにより、ストライプの長さを変えることでスペクトルのピーク波長を変化させることが可能となるとともに、ピーク波長の異なる光を合波させることができ、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となる。

また、請求項８記載の発光ダイオードによれば、半導体基板上に形成された下層クラッド層と、前記下層クラッド層上に形成され、長さが互に異なるように途中で分岐した複数のストライプ構造を有する活性層と、前記活性層の両側を埋め込む埋め込み層と、前記活性層および前記埋め込み層上に形成された上層クラッド層とを備えることを特徴とする。
これにより、導波損失を抑制しつつ、末端までの長さが互に異なるように活性層を途中で分岐させることが可能となり、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となる。

また、請求項９記載の発光ダイオードによれば、エピタキシャル成長にて半導体基板上に下層クラッド層を形成する工程と、エピタキシャル成長にて前記下層クラッド層上に活性層を形成する工程と、前記活性層上に酸化膜を形成する工程と、長さが互に異なるように途中で分岐した複数のストライプ形状を有するように、前記酸化膜をパターニングする工程と、前記酸化膜をマスクとして前記活性層をエッチングすることにより、長さが互いに異なるように途中で分岐した複数のストライプ形状を有するように前記活性層をパターニングする工程と、前記酸化膜をマスクとしてエピタキシャル成長を行うことにより、前記活性層の両側に配置された埋め込み層を選択的に形成する工程と、前記活性層および前記埋め込み層上に上層クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする。

これにより、活性層上に形成された酸化膜をマスクとして活性層のエッチング加工を行うことにより、活性層の長さが互に異なるように途中で分岐した光導波路を半導体基板上に形成することが可能となり、各光導波路で生成される光のスペクトルのピーク波長を互いに異ならせることができる。このため、多層ひずみ量子井戸構造を光導波路に設けたり、バンドギャップの異なる半導体層を光の伝播方向に沿って形成したりすることなく、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となり、製造歩留まりを向上させることができる。

また、請求項１０記載の発光ダイオードによれば、前記上層クラッド層上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜をパターニングすることにより、前記ストライプごとに互いに電気的に分離された電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
これにより、発光領域の長さが互に異なる光導波路ごとに動作時の電流量を調整することが可能となり、発光ダイオードの広帯域化を図りつつ、スペクトル形状を調整することができる。

以上説明したように、本発明によれば、光導波路の発光領域の長さを変えることにより、光導波路で生成される光のスペクトルのピーク波長を変化させることが可能となり、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る発光ダイオードおよび発光ダイオードの製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光ダイオードの概略構成を示す平面図である。
図１において、基板１上には、ストライプ導波路２およびストライプ導波路２から分岐したストライプ導波路１２、２２、３２が設けられている。ここで、各ストライプ導波路２、１２、２２、３２には発光作用が行われる活性層が設けられている。そして、ストライプ導波路２、１２上には、ストライプ導波路２、１２に設けられた活性層に電流を注入する電極１３が配置され、ストライプ導波路２２上には、ストライプ導波路２２に設けられた活性層に電流を注入する電極２３が配置され、ストライプ導波路２３上には、ストライプ導波路３２に設けられた活性層に電流を注入する電極３３が配置されている。そして、ストライプ導波路２、１２、２２、３２が設けられた基板１の両端面には、反射防止膜４１、４２がそれぞれ形成されている。

なお、ストライプ導波路１２、２２、３２にそれぞれ電流を注入する電極１３、２３、３３は電気的に互に分離させることが好ましい。また、反射防止膜４１が設けられた光放射端面にはストライプ導波路２の先端が配置させるとともに、反射防止膜４２が設けられた端面からはストライプ導波路１２、２２、３２の末端を離間させることが好ましい。
ここで、ストライプ導波路１２、２２、３２に設けられた発光領域の長さは互いに異なるように設定することができ、例えば、ストライプ導波路２の先端からストライプ導波路１２の末端までの長さはＬ１、ストライプ導波路２の先端からストライプ導波路２２の末端までの長さはＬ２、ストライプ導波路２の先端からストライプ導波路３２の末端までの長さはＬ３（Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３）とすることができる。また、ストライプ導波路２、１２、２２、３２の幅はシングルモードが保たれるように設定することができる。
そして、ストライプ導波路１２、２２、３２に設けられた発光領域の長さが互いに異なるように設定することにより、各ストライプ導波路１２、２２、３２で生成される光のピーク波長を互いに異ならせることができる。

図２は、発光領域の長さが互いに異なるストライプ導波路のスペクトル特性を示す図である。なお、図２の例では、ストライプ導波路２の先端からストライプ導波路１２の末端までの長さＬ１＝１．５ｍｍ、ストライプ導波路２の先端からストライプ導波路２２の末端までの長さＬ２＝１．２ｍｍ、ストライプ導波路２の先端からストライプ導波路３２の末端までの長さＬ３＝０．９ｍｍとした。また、ストライプ導波路１２、２２、３２の長さ以外の構造は同一とし、各ストライプ導波路１２、２２、３２の発光領域には、量子井戸数が５の活性層を構成するとともに、各ストライプ導波路１２、２２、３２の幅も同一とした。

図２において、ストライプ導波路１２、２２、３２の長さが長くなると、光のピーク波長が長波化することがわかる。
そして、電極１３、２３、３３をそれぞれ介してストライプ導波路１２、２２、３２に電流を注入することにより、各ストライプ導波路１２、２２、３２にてピーク波長の異なる光が生成される。そして、ストライプ導波路１２、２２、３２でそれぞれ生成されたピーク波長の異なる光はストライプ導波路２にて合波され、この合波された光はストライプ導波路２の光放射端面から外部に出射される。

これにより、ストライプ導波路１２、２２、３２の発光領域の長さを変えることでスペクトルのピーク波長を変化させることが可能となるとともに、これらのピーク波長の異なる光をストライプ導波路２にて合波させることができる。このため、ストライプ導波路２、１２、２２、３２をパターン形成する際の形状を変更することで、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となり、発光ダイオードの広帯域化を図るために、多層ひずみ量子井戸構造を光導波路に設けたり、バンドギャップの異なる半導体層を光の伝播方向に沿って形成したりする必要がなくなる。この結果、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となり、製造歩留まりを向上させることができる。

また、ストライプ導波路１２、２２、３２にそれぞれ電流を注入する電極１３、２３、３３を電気的に分離させることにより、ストライプ導波路１２、２２、３２ごとに動作時の電流量を調整することが可能となり、発光ダイオードの広帯域化を図りつつ、スペクトル形状を調整することができる。このため、発光ダイオードを広帯域化した場合においても、理想的なガウス型のスペクトル形状を得ることが可能となり、サイドロープの発生を防止ししつ、シングルピークの自己相関関数を得ることができる。この結果、ゴーストなどが観測像に発生することを防止することが可能となり、発光ダイオードの生体光観測などの分野への応用を容易に行うことができる。

また、反射防止膜４２が設けられた端面からストライプ導波路１２、２２、３２の末端を離間させることにより、ストライプ導波路１２、２２、３２の末端における端面反射を抑圧することが可能となり、ストライプ導波路１２、２２、３２を導波する光の共振作用を抑制することを可能として、高出力動作におけるレーザー発振を防止することができる。このため、広いスペクトル帯域で動作させることを可能としつつ、コヒーレンス性を低下させることが可能となり、発光ダイオードの干渉雑音の発生を抑制して、光計測用光源として広く用いることができる。

また、ストライプ導波路１２、２２、３２が設けられた基板１の両端面に反射防止膜４１、４２をそれぞれ形成することにより、基板１の両端面における反射率を低下させることができ、リップルの発生を抑制することができる。
また、窓構造や斜めストライプ構造を用いるようにしてもよく、これにより端面反射率を低下させることが可能となるとともに、製造歩留まりを向上させることができる。また、枝分れした各ストライプ導波路１２、２２、３２の後端面に窓構造を用いる方法の他、各ストライプ導波路１２、２２、３２の後端面に反射防止膜を形成するようにしてもよい。

図３は、図１のストライプ導波路２から出射される光のスペクトル特性を示す図である。なお、図３の例では、電極１３を介してストライプ導波路２、１２に注入される電流値を１０ｍＡ、電極２３を介してストライプ導波路２２に注入される電流値を１００ｍＡ、電極３３を介してストライプ導波路３２に注入される電流値を１６０ｍＡとした。
図３において、発光ダイオードの出力として２０ｍＷ以上の高出力が得られるとともに、最大ｐ−ｐリップルが０．５ｄＢ以下の低リップル特性を示した。また、従来のスーパールミネッセントダイオードの半値幅が６０ｎｍ程度であるのに対し、図１の構成の発光ダイオードの半値幅は９０ｎｍ程度となり、広帯域特性を示した。
なお、図１の実施形態では、発光ダイオードの広帯域化を図るため、ストライプ導波路２から枝分れした長さの異なるストライプ導波路１２、２２、３３を設ける方法について説明したが、導波路の途中で枝分れした長さの異なる曲がり導波路を設けるようにしてもよい。

図４は、図１の発光ダイオードをＡ−Ａ´線で切断した時の具体的な構成例を示す断面図、図５は、図１の発光ダイオードをＢ−Ｂ´線で切断した時の具体的な構成例を示す断面図である。
図４および図５において、ｎ−ＩｎＰ基板５１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層５２が積層され、ｎ−ＩｎＰクラッド層５２上には、図１のストライプ導波路２、１２、２２、３２の配置位置に対応するようにＧａＩｎＡｓＰ系活性層５、１５、２５、３５がそれぞれ形成されている。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板５１上には、ＧａＩｎＡｓＰ系活性層５からＧａＩｎＡｓＰ系活性層１５、２５、３５がそれぞれ分岐するように、ＧａＩｎＡｓＰ系活性層５、１５、２５、３５がストライプ状にそれぞれ形成されている。また、ＧａＩｎＡｓＰ系活性層１５、２５、３５の長さは互いに異なるように設定されている。なお、ＧａＩｎＡｓＰ系活性層１５、２５、３５の構造としては、バルクの他、多層量子井戸構造、多層ひずみ量子井戸構造、量子細線あるいは量子ドットなどでもよい。

そして、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層５３およびｎ−ＩｎＰ埋め込み層５４にてＧａＩｎＡｓＰ系活性層５、１５、２５、３５の両側を順次埋め込むことにより、メサストライプ導波路構造が形成され、ｎ−ＩｎＰ埋め込み層５４およびＧａＩｎＡｓＰ系活性層５、１５、２５、３５上には、ｐ−ＩｎＰクラッド層５５が形成されている。なお、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層５３およびｎ−ＩｎＰ埋め込み層５４にてＧａＩｎＡｓＰ系活性層５、１５、２５、３５の両側を埋め込む代わりに、ＦｅがドーピングされたＩｎＰにてＧａＩｎＡｓＰ系活性層５、１５、２５、３５の両側を埋め込むようにしてもよい。

そして、ｐ−ＩｎＰクラッド層５５上には、ストライプ導波路２、１２、２２、３２に電流を注入する電極１３、２３、３３が形成されている。ここで、電極１３はストライプ導波路２、１２上に配置し、電極２３はストライプ導波路２２上に配置し、電極３３はストライプ導波路３２上に配置することができる。また、電極１３、２３、３３は電気的に互いに分離することができる。そして、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層５３、ｎ−ＩｎＰ埋め込み層５４およびｐ−ＩｎＰクラッド層５５には、ＧａＩｎＡｓＰ系活性層１５、２５、３５の間に配置された分離溝６が形成されている。なお、分離溝６には樹脂などの絶縁体を埋め込むようにしてもよい。

ここで、図４および図５の発光ダイオードを製造する場合、ｎ−ＩｎＰクラッド層５２およびＧａＩｎＡｓＰ系活性層をｎ−ＩｎＰ基板５１上に順次エピタキシャル成長させる。なお、エピタキシャル成長としては、例えば、ＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、あるいはＡＬＣＶＤ（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法を用いることができる。

そして、ＣＶＤなどの方法により、ＧａＩｎＡｓＰ系活性層上にＳｉＯ₂膜を成膜し、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてＳｉＯ₂膜を加工することにより、ＳｉＯ₂膜をストライプ導波路２、１２、２２、３２の形状にパターニングする。そして、ストライプ導波路２、１２、２２、３２の形状にパターニングされたＳｉＯ₂膜をマスクとして、ＧａＩｎＡｓＰ系活性層をエッチング加工することにより、ストライプ導波路２、１２、２２、３２の形状に対応したＧａＩｎＡｓＰ系活性層５、１５、２５、３５を形成する。

そして、ストライプ導波路２、１２、２２、３２の形状にパターニングされたＳｉＯ₂膜をマスクとして、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層５３およびｎ−ＩｎＰ埋め込み層５４をｎ−ＩｎＰ基板５１上に順次エピタキシャル成長させることにより、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層５３およびｎ−ＩｎＰ埋め込み層５４をＧａＩｎＡｓＰ系活性層５、１５、２５、３５の両側に選択的に形成する。

次に、エピタキシャル成長にて、ｎ−ＩｎＰ埋め込み層５４およびＧａＩｎＡｓＰ系活性層５、１５、２５、３５上にｐ−ＩｎＰクラッド層５５を形成する。なお、ｐ−ＩｎＰクラッド層５５上にコンタクト層を形成するようにしてもよい。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてｐ−ＩｎＰ埋め込み層５３、ｎ−ＩｎＰ埋め込み層５４およびｐ−ＩｎＰクラッド層５５のエッチング加工を行うことにより、ＧａＩｎＡｓＰ系活性層１５、２５、３５の間に配置された分離溝６を形成する。そして、スパッタなどの方法により、ｐ−ＩｎＰクラッド層５５上に金属膜を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、金属膜のエッチング加工を行うことにより、ｐ−ＩｎＰクラッド層５５上に電極１３、２３、３３を形成する。

これにより、ＧａＩｎＡｓＰ系活性層上に形成されたＳｉＯ₂膜をマスクとしてＧａＩｎＡｓＰ系活性層のエッチング加工を行うことにより、ＧａＩｎＡｓＰ系活性層１５、２５、３５の長さが互に異なるように途中で分岐した光導波路を半導体基板上に形成することが可能となり、各ＧａＩｎＡｓＰ系活性層１５、２５、３５で生成される光のスペクトルのピーク波長を互いに異ならせることができる。このため、多層ひずみ量子井戸構造をＧａＩｎＡｓＰ系活性層１５、２５、３５に設けたり、バンドギャップの異なる半導体層を光の伝播方向に沿って形成したりすることなく、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となり、製造歩留まりを向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、ＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰ系材料を用いて発光ダイオードを構成する方法について説明したが、ＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰ系材料に限定されることなく、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓまたはＡｌＧａＡｓＰなど他の半導体材料を用いるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、ストライプ導波路２、１２、２２、３２として、メサストライプ導波路構造を用いる方法について説明したが、メサストライプ導波路構造以外にも、リブ導波路構造、リッジ導波路構造またはストリップ装荷導波路構造を用いるようにしてもよい。

図６は、本発明の第２実施形態に係る発光ダイオードの概略構成を示す平面図である。
図６において、基板１０１上には、ストライプ導波路１０２、ストライプ導波路１０２から分岐したストライプ導波路１１２、１２２およびストライプ導波路１２２から分岐したストライプ導波路１３２が設けられている。ここで、各ストライプ導波路１０２、１１２、１２２、１３２には発光作用が行われる活性層が設けられている。そして、スライプ導波路１０２、１１２上には、ストライプ導波路１０２、１１２に設けられた活性層に電流を注入する電極１１３が配置され、ストライプ導波路１２２上には、ストライプ導波路１２２に設けられた活性層に電流を注入する電極１２３が配置され、ストライプ導波路１２３上には、ストライプ導波路１３２に設けられた活性層に電流を注入する電極１３３が配置されている。そして、ストライプ導波路１０２、１１２、１２２、１３２が設けられた基板１０１の両端面には、反射防止膜１４１、１４２がそれぞれ形成されている。

ここで、ストライプ導波路１１２、１２２、１３２に設けられた発光領域の長さは互いに異なるように設定することができる。そして、ストライプ導波路１１２、１２２、１３２に設けられた発光領域の長さが互いに異なるように設定することにより、各ストライプ導波路１１２、１２２、１３２で生成される光のピーク波長を互いに異ならせることができる。

そして、電極１１３、１２３、１３３をそれぞれ介してストライプ導波路１１２、１２２、１３２に電流を注入することにより、各ストライプ導波路１１２、１２２、１３２にてピーク波長の異なる光が生成される。そして、ストライプ導波路１２２、１３２でそれぞれ生成されたピーク波長の異なる光はストライプ導波路１２２にて合波され、ストライプ導波路１１２、１２２、１３２でそれぞれ生成されたピーク波長の異なる光はストライプ導波路１０２にて合波される。そして、この合波された光はストライプ導波路１０２の光放射端面から外部に出射される。

これにより、ストライプ導波路１１２、１２２、１３２の分岐数を容易に増加させることが可能となり、発光領域の長さが互に異なるように分岐したストライプ導波路１１２、１２２、１３２の個数を容易に増加させることが可能となる。このため、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、発光ダイオードの広帯域化を図ることが可能となる。

本発明の発光ダイオードは、例えば、白色光源、光ファイバージャイロ、高分解能ＯＴＤＲなどの光源として利用可能な他、波長多重光通信ネットワーク用の多波長光源、光センシング、生体光観測などの分野へ応用することができる。

本発明の第１実施形態に係る発光ダイオードの概略構成を示す平面図である。 発光領域の長さが互いに異なるストライプ導波路のスペクトル特性を示す図である。 図１のストライプ導波路２から出射される光のスペクトル特性を示す図である。 図１の発光ダイオードをＡ−Ａ´線で切断した時の具体的な構成例を示す断面図である。 図１の発光ダイオードをＢ−Ｂ´線で切断した時の具体的な構成例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る発光ダイオードの概略構成を示す平面図である。

符号の説明

１、１０１ 基板
２、１２、２２、３２、１０２、１１２、１２２、１３２ ストライプ導波路
１３、２３、３３、１１３、１２３、１３３ 電極
４１、４２、１４１、１４２ 反射防止膜
５、１５、２５、３５ ＧａＩｎＡｓＰ系活性層
５１ ｎ−ＩｎＰ基板
５２ ｎ−ＩｎＰクラッド層
５３ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層
５４ ｎ−ＩｎＰ埋め込み層
５５ ｐ−ＩｎＰクラッド層
６ 分離溝

Claims (10)

1. 発光領域の長さが互に異なるように途中で分岐した光導波路が設けられていることを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記分岐した各光導波路に電流を個々に注入する電極をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
3. 前記光導波路の複数の箇所に分岐点が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の発光ダイオード。
4. 前記分岐した光導波路の末端は端面から離間していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の発光ダイオード。
5. 前記光導波路は、
   活性層が設けられた第１の光導波路と、
   活性層の長さが互に異なるように構成され、前記第１の光導波路から分岐した第２の光導波路とを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の発光ダイオード。
6. 前記第１の光導波路に電流を注入する第１の電極と、
   前記第１の電極と電気的に分離され、前記第２の光導波路に電流を注入する第２の電極とを備えることを特徴とする請求項５記載の発光ダイオード。
7. 前記第１の活性層および前記第２の活性層はストライプ構造であることを特徴とする請求項５または６記載の発光ダイオード。
8. 半導体基板上に形成された下層クラッド層と、
   前記下層クラッド層上に形成され、長さが互に異なるように途中で分岐した複数のストライプ構造を有する活性層と、
   前記活性層の両側を埋め込む埋め込み層と、
   前記活性層および前記埋め込み層上に形成された上層クラッド層とを備えることを特徴とする発光ダイオード。
9. エピタキシャル成長にて半導体基板上に下層クラッド層を形成する工程と、
   エピタキシャル成長にて前記下層クラッド層上に活性層を形成する工程と、
   前記活性層上に酸化膜を形成する工程と、
   長さが互に異なるように途中で分岐した複数のストライプ形状を有するように、前記酸化膜をパターニングする工程と、
   前記酸化膜をマスクとして前記活性層をエッチングすることにより、長さが互いに異なるように途中で分岐した複数のストライプ形状を有するように前記活性層をパターニングする工程と、
   前記酸化膜をマスクとしてエピタキシャル成長を行うことにより、前記活性層の両側に配置された埋め込み層を選択的に形成する工程と、
   前記活性層および前記埋め込み層上に上層クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
10. 前記上層クラッド層上に導電膜を形成する工程と、
    前記導電膜をパターニングすることにより、前記ストライプごとに互いに電気的に分離された電極を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項９記載の発光ダイオードの製造方法。

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