JPS61127190A

JPS61127190A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS61127190A
Application number: JP59248229A
Authority: JP
Inventors: Akira Shimizu; 明清水; Toshitami Hara; 利民原; Yoshinobu Sekiguchi; 芳信関口; Seiichi Miyazawa; 宮沢　誠一; Hideaki Nojiri; 英章野尻; Isao Hakamata; 袴田　勲
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1984-11-26
Publication date: 1986-06-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は複数個の半導体発光素子がモノリシックに形成
された半導体装置に関する。

〔従来の技術および問題点〕

従来、例えば特開昭５９−１２６に開示されているよう
に、半導体レーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）を複
数個用いて光走査装置を設計する場合、第１２図に示す
ように発光体からの光の出射方向が一点Ｐｏで交わるよ
うに光源を配置し、複数の走査スポットを良好な結像状
態を保ちながら被走査面（不図示）に対して走査できる
よう工夫されていた。

第１２図はその典型的な従来例を示したものであり、光
源と偏向器の間の光学系を偏向走査面と垂直な方向から
見た図である。　１２１ａ、　１２１ｂは半導体レーザ
であり、各レーザはマウント　１２２の上にその光束発
生面がマウント１２２の端面と平行になるように配され
ている。半導体レーザ１２１ａ、　１２１ｂが設けられ
ているマウント１２２の端面１２２ａ　、　１２２ｂは
、各レーザ１２１ａ　、　１２１ｂからの発散光束の中
心光線ｈａ、　ｈｂが同一の点ＰＧを通過して来たかの
如く設定される。換言すれば、半導体レーザ（１２１ａ
　。

１２１ｂ）が設けられる位置で、端面１２２ａと１２２
ｂに各々、法線をたてると、各々の法線がＰｏを通過す
るように、端面１２２ａと１２２ｂは設定されている。

更に、偏向走査面と平行な方向から見れば、各々の半導
体レーザの中心光線ｈａ、　ｈｂのＰｏ点を通過する位
置が、偏向走査面と直行する方向にわずかに変位するよ
うに、マウント１２２上に設けられる半導体レーザの位
置は設定される。上記Ｐｏ点と偏向器の偏向反射面１２
３の所定の近傍の点Ｐとは、結像レンズ１２４により光
学的共役な関係に保たれている。

このように、複数個の半導体発光素子（例えば半導体レ
ーザ）をそれぞれの光の出射方向が異なるように配置す
るためには、上記例に示したようにマウント上に位置合
せをしてハイブリッドに構成する必要があった。以下便
宜上、複数個の半導体発光素子としてアレーレーザとい
う言葉を使用するが、原理的にはＬＥロアレーのような
発光体にも当てはまる。

また、モノリシックに形成されたアレーレーザを使用す
る場合には、アレーレーザの前面に何らかの光学系を設
置する必要がある。

特開昭５８−２１１７３５に開示されている例としては
、プリズムが７レーレーザの前面に配置されている。こ
れを第１３図に示す。

第１３図は半導体アレーレーザが５つの発光部を有する
場合のプリズムの断面を示すものである。

１３１は５つの発光部（１３１ａ　、　１３１ｂ　、　
１３１ｃ　、　１３１ｄ　。

１３１ｅ）を有する半導体アレーレーザであり、　１３
２はプリズムである０発光部１３１ａからの光束の中心
光線ｈａは傾斜面１３２ａにより屈折されあたかもＰｏ
を通過して来たかのように曲げられる。同じ＜　ｔ３ｔ
ｂからの中心光線ｈｂは傾斜面１３２ｂにより、１３１
ｄからの中心光線ｈｄは傾斜面１３２ｄにより、１３１
ｅ＋からの中心光線ｈｅは傾斜面１３２ｅにより、それ
ぞれあたかもＰＧを通過して来たかのように曲げられる
。なお１３１ｃからの中心光線ｈｃは平面１３２ｃを垂
直に通過して行き、この中心光線ｈａの延長線上にＰＧ
が存在する。このように各発光体に対応して傾斜角を定
めた傾斜平面が設けられ、プリズム１３２を出射後の各
光束の中心光線は、あたかもｐｏから出射したかのよう
にその方向を制御されている。このｐｏは前述したよう
に偏向反射面の近傍の所望の位置Ｐ（不図示）と光学系
を介して共役に保たれる。

この場合の問題点はプリズム１３２の微細加工精度及び
方法、プ゛リズム１３２と７レーレーザ１３１との位置
合せ及び接合方法などであり、アレーレーザのピッチが
小さくなる程難しくなる。実際、１０〇−以下ではほぼ
不可能である。

一方、第１４図は光学系即ちリレー光学系　１４３で同
様の効果を持たせようとしたもので、アｙ　−レーザ１
４１ａ　、　１４１ｂから出射した光を平行化して結像
させるコリメータレンズ１４２とシリンドリカルレンズ
１４５との間にリレー光学系１４３を介在させてポリゴ
ン面１４４に結像した例であり、良好な結像状態で被走
査面（不図示）上に結像される。

この場合の問題点は光路長であり、リレー系自体で約２
０ｃ露長くなってしまう。

本発明の目的は、ハイブリッドに半導体発光体を配置す
ることに起因する位置合せ誤差や集積密度の制限を排除
すると共に、光出射方向が一定でかつ七ノリシックに形
成されたアレーレーザを使用する場合のような付加光学
系の煩雑さを避けることを可能にする半導体装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による半導体装置は、上記目的を達成するために
、複数個の半導体発光素子がモノリシックに形成されて
いる半導体装置において、上述の半導体発光素子とモノ
リシックに形成された屈折層を備え、半導体発光素子の
それぞれからの光がこの屈折層から射出される時点でそ
れぞれの光出射方向が異なっていることを特徴とする。

なお、以下の記載において用いられる「それぞれの発光
素子からの光の出射方向が屈折層から射出される時点で
異なる」という表現は同一方向に出射するものが１組も
ないという意味ではなく、広義には出射方向の異なるも
のが１組以上存在するという意味である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明による半導体装置の一実施例を概略的に
示した図である。　１１．１２．１３の部分はそれぞれ
単一レーザに相当する発光部で、これらによりアレーレ
ーザ１４が形成されている。１５は反射率を増すととも
に７レーレーザ１４の一方の端面１Ｂを保護するための
コーティング（以下、多層膜反射層と称する。）で、本
実施例ではα（アモルファス）−Ｓｉと５ｉ０２を使用
し、反射率が８０％になるようにした。

１７は屈折率ｎのｌｌ！（以下、屈折層と称する。）で
、両側において角度θの傾斜をもつように加工してある
。なお、図では角度を誇張して描いである。この屈折層
１７は、アレーレーザ１４の他方の端面１Ｂの保護と反
射率の制御を行うと同時に、光出射方向１１ａ、　１２
ａ、　１３ａの相互間に所望の角度φを持たせるための
、本発明の中核となる部分である。すなわち、発光部１
１および１３からのそれぞれの光の出射方向１１ａ、　
１３ａは、図のように発光部１２からの光の出射方向１
２ａに対してそれぞれφだけ外側に曲がっている。ただ
し、φはスネルの法則より　ｇｉｎ　（θ＋φ）＝ｎφ
　ｇｉｎθで与えられる。

従って、逆にφだけ角度をもたせたいならば、この式か
らθを決定して加工すればよい、φがθと共に極めて小
さい場合には、上式は近似的に（θ＋φ）＝ｎθとなる
ので、θ＝φ／　（ｎ−１）よりθを決定してもよい０
本実施例ではφ＝５°。

ｎ　＝　１．５　として、θ＝１０°にとった。屈折層
１７に用いる物質については、アレーレーザ１４の部分
との接合がうまくいくもので、かつ電気抵抗の大きい物
質が良い、そして、屈折率ｎについては、活性層に用い
る半導体に対して所望の光の反射率を有するように選ぶ
、一般にｎはｌに近い方が、空気面との反射が少なく、
また活性層の反射率が低くなりすぎず、都合がよい、そ
こで本実施例では５ｉ０２を選んでいる。これはｎ″：
ｃｌ、５なので、空気との反射率も数％程度である。

なお１発光部１１〜１３の相互間隔、すなわちアレー間
隔ｌについては、本実施例では２０μｓとしたが、５０
Ｑ　、　　１００μｓでも可能である。この場合θを１
０°程度に保持するためには、発光部１１．１３の先端
部近傍の数−のみ傾斜をもたせ、残りの部分は端面１８
に平行にすると良い。

次に、第２図（ａ）、　（ｂ）に基づき本実施例を更に
詳しく説明する。第２図（ａ）、　（ｂ）は、屈折層が
２種類の角度θ１．θ２の傾斜を有して加工された例を
示しているが、原理的には第１図と全く同じである。以
下、製造プロセスを説明する。

まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、分子線エピタキシ法
によりｎ型ＧａＡｓ層２２を１−９ｎ型ＡｌＧａＡｓ層
２３を２−、ノンドープＧａＡｓ層２４を０．１．、Ｐ
型ＡｌＧａＡｇ層２５をｉ　ｐ　、　ｎ”　ＧａＡｓ層
２６を０．　ｔｓｇａ順次成長させた。

続いて共振面Ｒをイオンビームを使って垂直に加工し、
ｎ５ＧａＡｓ暦２２の途中まで掘り下げた。

次に高周波スパッタにより５ｉ０２を４鱗形成した後、
電流注入部２０を形成するため、ｎ”ＧａＡｓ層２Ｂま
でこの５ｉ０２をドライエッチした。ざらにＣｔ　、　
Ｇ２で制限される領域を、ＣｒをマスクとしてＳｉＯ□
膜をイオンビーム加工で垂直に加工し、ｎ型ＧａＡｓ層
２２まで掘り下げた。続いて端面をフォトレジスト（Ａ
Ｚ−１３５０Ｊ）で保護しながらオーミック電極２８と
してＣｒ−Ａｕを蒸着し、第２図（ａ）に示すように分
離のためのエツチングを行い、５ｉ０２の電流注入部２
０の近傍のみ残した。

最後に裏面のｎ型用オーミック電極２８を形成して熱処
理した後、ｗＩＪｚ図（ｂ）に示すＢの位置でスクライ
ブした０図示されているｚ債所のＢはくり返しの同一点
を示しており、実際のパターンはこの周期で反復してい
る。

なお、各部の寸法としては、キャビティ長Ｌｃは３００
％　、ビフチ！は５０鱗、傾斜角θ１．０２はそれぞれ
約７°、１５°、長さＷは約２０鱗である。そして、そ
れぞれの光出射方向はすべて一点Ｐｏから出射したかの
ように偏向された。

第３図は本発明の変形例で、第２図（ａ）に対応してい
る。本例の特徴としては、共振面と屈折面との距離が各
出射光に対してそれぞれ同じになるように、屈折層の表
面の形状を変化させたことである。

次に、このような構造の半導体装置（特に第１図に示し
た装置）を作成する方法の一例について、第４図（ａ）
、第５図、第６図に基づき説明する。

まず、第４図（ａ）において、複数組の発光部（４１ａ
、　４２ａ、　４３ａ）、　（４１ｂ、　４２ｂ、　４
３ｂ）、−−−−−一を含むアレーレーザ部４４を１例
えば参考文献（池田健忘、０ＰＴＲＯＮＩＧＳ　９　（
１９８４）　８４）に記載の方法で作成する。続いてα
−９ｉと５ｉ０２からなる多層膜反射層４５をコーティ
ングし、５ｉ０２からなる屈折層４７を数μコーティン
グする。なお、４Ｂおよび４８はそれぞれアレーレーザ
部４４の端面である。

次に、第５図に示すように屈折層４７の表面を角度θを
有して加工する。この加工は１例えば第６図に示すよう
に所望の表面形状の断面を有したマスクをつけて、ドラ
イエツチングプロセス（イオンビーム加工）により行わ
れる。第６図において、６１は第４図に示した装置全体
で、Ｂ２はイオンビームに対するマスクを示し、６３は
イオンの入射方向を示す。

最後に、第５図に示す点線部分でカットして完成する。

次に、本発明の変形例についていくつか説明する。

（１）前述した実施例では３つの方向に光を出射させる
装置を示したが、光出射方向の数は任意で１例えば１４
７図のようにすれば５つの方向に光を出射させることが
できる。この例では、屈折層７８は凹面状に加工されて
いる。なお、７１〜７５は発光部で、７Ｂはアレーレー
ザ、７７は多層膜反射層、７１ａ〜７５ａはそれぞれ発
光部７１〜７５からの光の出射方向を示す。

（２）前述した実施例では屈折層を凹面状に加工したが
、第８図（ａ）、　（ｂ）に示すように凸面状、あるい
は他の形状に加工しても同様の効果が得られる。なお、
８１〜８３は発光部、８４はアレーレーザ、８５は多層
膜反射層、８８ａ、　８８ｂは屈折層。

８１ａ　〜８３ａ、　８１ｂ　〜８３ｂ、は光出射方向
を示す。

（３）前述した実施例では複数の方向にビームが出射す
るものの、それぞれの方向については１本のビームだっ
た。しかし１次のようにして、それぞれの方向に複数本
のビームを出射させるレーザを作ることもできる。これ
により、１方向当りの出射ビームのパワーが増す。

１）第５図において、点線部分でカットするのをやめる
。

２）　第４図（ｂ）のような屈折層に加工する。

（４）アレーレーザは半導体レーザでなく、例えば固体
レーザ等でもよい。

（５）屈折層の形状としては段差を持たせる必要はなく
、例えば第９図のように連続して徐々に変化させても同
様の効果が得られる。なお、９１〜９３は発光部、９４
はアレーレーザ、８５は多層膜反射層、９６は屈折層、
９１ａ〜９３ａは光出射方向を示す。

（８）屈折層の表面は必ずしも形状に変化を持たせる必
要はなく、例えば第１０図に示すように、屈折層１０Ｇ
の形状を平担にして、屈折層１０Ｂの屈折率ｎを第１１
図に示すように空間的に変化させても同様の効果が得ら
れる。なお、１０１−１０３は発光部、１０４はアレー
レーザ、１０５は多層膜反射層、　１０Ｂは屈折層、　
１０１ａ−１０３ａは光出射方向を示す。

（７）屈折層の形状と屈折率を両方とも空間的に変化さ
せても同様の効果が得られる。

なお、各レーザ（発光素子）からの光出射方向の異なり
角φ（度）の値はアレーの間隔（ｌとする）と用いる光
学系の焦点距離とに依存するが、通常用いられる焦点距
離２０鳳履程度のもので　は１≦φ／ｌ≦５０ぐらいが
適当である０例えば　第１４図の試作例では／！　＝　
１００　ＪＬＩＩ　、　Ｐ６　＝　１３ａ＋ｓ、φ＝１
．２度で良好な結果を得た。

また、光走査の方法を８＠１２図に示されるような偏向
反射面１２３を用いた系に限定する必要がないのは言う
までもない０例えば結像レンズ１２４の背後に回折格子
のようなものを設置して偏向することも可能である。

さらに、予め設定された光出射方向の異なり角φは一定
値ずつシフトしているのが一般的であるが１例えばφ！
、φ２．φ３　＋−−−−−−というように必要に応じ
て異った値をとってもよい、そして、このような光出射
方向の異なるアレーレーザは走査光学系を有する装置に
のみ適用されるものでないことは言うまでもない。

すなわち、本発明による半導体装置におけるアレーレー
ザは、単一レンズにより異った発光点からのレーザをほ
ぼ同じ方向へ平行化させるような操作に対して極めて有
利である。

以上、各実施例あるいは変形例において主としてアレー
レーザを例にとって述べたが、　ＬＥＤなどの他の半導
体発光素子についても同様の効果が期待される。

〔発明の効果〕

本発明は以上述べたように、複数個の半導体発光素子を
単一基板上に形成する際半導体発光素子のそれぞれから
の光の出射方向を異ならせるような屈折層を設けるとい
う簡単な工夫で、多数の点からのレーザの平行化を容易
にし、走査光学系を用いて媒体上に結像、走査するよう
な光学装置（例えばレーザービームプリンタなど）の光
源として極めて有効となる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体装置の一実施例を概略的に
示した図、第２図（ａ）、　（ｂ）は更に詳細に示した
図で、それぞれ平面図、Ａ−Ａ’線からみた断面図、・
第３図は第２図（ａ）に対応する変形例、第４図（ａ）
、第５図、第６図は本発明による半導体装置を作成する
方法の一例を示した図、第４図（ｂ）、第７図、第８図
（ａ）、　（ｂ）、第９図〜第１１図は本発明の他の変
形例、第１２図はレーザがハイブリッドに配置された従
来例、第１３図は出射方向一定のアレーレーザとプリズ
ムを合体して出射方向を異ならせた従来例、第１４図は
出射方向一定の７レーレーザを光学系で補正しようとし
た場合の従来例である。１４、４４．７８．８４．９４．１０４・・・アレーレ
ーザ１７、４７．７８．８８ａ、　８８ｂ、　９８．１
０８　・・・屈折層１１ａ　〜１３ａ、　７１ａ　〜７
５ａ、　８１ａ　〜８３ａ、　８１ｂ　〜８３ｂ。９１ａ　〜９３ａ、　　１０１ａ　〜１０３ａ−光出射
方向貴１０第２図（ａ）第２図（ｊ））第４図（ａ） ′Ｍ５図第７図（ａ）　　　　　　　　　（ｂ）第８図１１３９図３＠１０図ｎ（Ｘ）第１１図

Claims

【特許請求の範囲】　複数個の半導体発光素子がモノリシックに形成されて
いる半導体装置において、前記半導体発光素子とモノリシックに形成された屈折層
を備え、該半導体発光素子のそれぞれからの光が該屈折
層から射出される時点でそれぞれの光出射方向が異なっ
ていることを特徴とする半導体装置。