JPS62268188A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

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】 〔技術分野〕 本発明は複数個の半導体レーザがモノリシックに形成さ
れた半導体レーザ装置に関する。

〔従来技術〕

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３図に示すよ
うに発光体から光の出射方向が一点Ｐ。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３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。３１ａ、３１ｂは半導体レーザであり、各
レーザはマウント３２の上にその光束発生面がマウント
３２の端面と平行になるように配されている。半導体レ
ーザ３１ａ、　　３１ｂが設けられているマウント３２
の端面３２ａ、　　３２ｂは各レーザ３１ａ、　３１ｂ
からの発散光束の中心光線ｈａ、ｈｂが同一の点Ｐ。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（３１ａ、　　３１ｂ）が設
けられる位置で、端面３２ａと３２ｂに各々法線をたて
ると、各々の法線がＰ。を通過するように、端面３２ａ
と３２ｂ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Ｐ。点を通過する位置が、偏向走査面と直交す
る方向にわずかに変位するように、マラント３２上に設
けられる半導体レーザの位置は設定される。上記Ｐ。点
と偏向器の偏向反射面３３の所定の近傍の点Ｐとは、結
像レンズ３４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ＬＥＤ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、プリズムがアレーレーザの前面に
配置されている。これを第４図に示す。

第４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。４１は５つの発
光部（４１ａ、　４１ｂ、　４１ｃ、　４１ｄ、　４１
ｅ）を有する半導体アレーレーザであり、４２はプリズ
ムである。発光部４１ａからの光束の中心光線ｈａは傾
斜面４２ａにより屈折されあたかもＰ。を通過して来た
かのように曲げられる。同じく４１ｂからの中心光線ｈ
ｂは傾斜面４２ｂにより、４１ｄから中心光線ｈｄは傾
斜面４２ｄにより、４１ｅからの中心光線ｈｅは傾斜面
４２ｅにより、それぞれあたかもＰ。を通過して来たか
のように曲げられる。なお４１ｃからの中心光線ｈｃは
平面４２ｃを垂直に通過して行き、この中心光線ｈａの
延長線上にＰ。が存在する。このように各発光部に対応
して傾斜角を定めた傾斜平面が設けられ、プリズム４２
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Ｐ。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４２の微細加工精度及び方
法、プリズム４２とアレーレーザ４１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、１００μｍ以下ではほぼ不可能
である。

一方、第５図は光学系即ちリレー光学系５３で同様の効
果を持たせようとしたもので、アレーレーザ５１ａ、５
１ｂ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５２とシリンドリカルレンズ５５との間にリレー
光学系５３を介在させてポリゴン而５４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
０ｃｍ長くなってしまう。

一方、上記の如き問題点を解決するため、本出瀬人は特
願昭５９−２４０４１８号、特願昭６０−４２４号等で
、複数個の半導体レーザがモノリシックに形成され、か
つ各々の半導体レーザの出射方向が異なっている半導体
装置を既に提案している。

〔発明の概要〕

本発明は簡単に製造でき、レンズ等と組み合せて光路長
の短い光学系を構成出来る半導体レーザ装置を提供する
ことを目的とし、更に実際の使用状態に対応して、上記
既提案の装置の性能をより向上させるものである。

本発明による半導体レーザ装置は複数個の半導体レーザ
がモノリシックに形成されている半導体装置において、
上述の半導体レーザのそれぞれの共振面から射出される
時点でそれぞ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「それぞれのレー
ザからの光の出射方向が異なる」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。

多数の半導体レーザを高密度に集積する場合の問題点と
して、発振のためのキャリヤ注入にともなう発熱と、温
度上昇によって発光効率が低下し、一定の注入電流によ
って、もはや一定の光出力が得られなくなる。これは半
導体レーザを光記録装置の光源として使用する場合は深
刻であり、記録のエラーや記録品位の低下を招く。

本発明において提示する具体的な解決法は上記の様な発
光効率の低下を防ぐために、各々の半導体レーザを、活
性層を含み同一の導電型で積層された半導体に、前記導
電型とは反対の導電型を形成する不純物を注入してスト
ライプ状のｐｎ接合を形成し、発光特性を改善すること
によって達成するものである。即ち、以下の実施例で述
べるように上記構造を採用する事により、 （Ｉ）発光に要する注入電流が減少し、同程度の光出力
を得る為の発熱量が少な（なり、動作温度が低（なる。

（２）　８度特性が良好で、高温動作でも光の出力変動
が少ない。

（３）近接素子間の性能のバラツキが小さく、複数の出
力端から均質な出力が得られる。

（４）一方の平面より電極を取り出すことが可能となっ
た。

以上の複合効果により、本発明のように高密度に集積化
された斜め出射アレーレーザにおいて、発光履歴によら
ず良好な発光特性が得られるものである。

〔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図に本発明の一実施例を示す。図中、１１〜１５は
個々の半導体レーザを示し、１１　ａ−１５ａは各半導
体レーザ１１−１５における電流の注入域、即ち発光域
に対応する。そして、この注入域１１ａ〜１５ａの延長
線（以下、共振方向と称する。）ｌｌｂ〜１５ｂと共振
面１６および１７に立てた法線１８とのなす角がそれぞ
れφａ、φｂ、φＣ２φｄ、φｅとなるように形成され
ている。

なお、共振面１６および１７は、通常基板として用いら
れる結晶（例えばＧａＡｓ）のへき開面が利用されるの
で平行であるが、ドライエツチングのように平行度が若
干異なる可能性のあるような場合には、レーザ出射前面
側の共振面１６を基準に考える。

共振面１６および１７で共振した光はレーザ光として共
振面１６より出射する時、はぼスネルの法則に従って曲
げられる。図中、１ｌｃ−１５ｃは光出射方向を示す。

ここで、任意の光出射方向と法線１８とのなす角、すな
わち出射角をθとすれば、ｎ／ｎ０＝ｓｉｎθ／ｓｉｎ
φの関係が成り立つ。例えばＧａＡｓ結晶から出射する
場合を考えると、ｎ（結晶の屈折率）は杓３．５、ｎＯ
（空気の屈折率）は約１であるので、φを１度に選べば
、レーザ光は法線１８に対して約３．５度傾いて出射す
る。

第°１図に示す実施例では、φａ、φｂ、φＣ１φｄ、
φｅをそれぞれ＋１．０度、　　＋０．５度、０．０度
、　　−０，５度、　　−１，０度に設定することによ
り、出射角θａ、θｂ、θＣ２θｄ、θｅがそれぞれ＋
３．５度、　　＋１．７５度、０．０度、−１，７５度
。

−３，５度となるようなアレーレーザを作成することが
できた。

第６図は第１図のＡ−Ａ’　線からみた断面図である。

以下、この図を用いて製造プロセスを詳しく述べる。

第６図（ａ）、　　（ｂ）、　　（ｃ）は本発明の実施
例である。ここで（ｃ）は全体像、（ｂ）は共振器面方
向から見た図である。（ａ）は結晶の構成を示したもの
である。図（ａ）において、１０１は基板であるところ
の高抵抗Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　　Ｗ　ａ　ｔ　ｅ　ｒこの上
に１０２のｎ−Ａｊ！　ｏ、３　Ｇａｏ、７Ａｓを１〜
５μｍこれをクラッド層とする。つづいてｌ’０３のｎ
−ＧａＡｓ層を０．３５μｍさらに１０４のクラッド層
ｎ−Ａｌ！。、３　Ｇ、）、７　Ａｓ１．５μｍ１その
上にキャップ層であるｎ　−Ｇ　ａ　Ａｓを１〜３μｍ
形成する。１０２と、１０４の各々ｎ−Ａｊ！　０．３
Ｇａ６．７　Ａｓは、１０３のｎ−ＧａＡｓ層に光。

キャリアを閉じ込める。つづいて、図２（ｂ）に示した
様な構成にするためには、Ｚｎの拡散が必要である。Ｓ
ｉ３　Ｎ４を用いて拡散マスクを形成し、Ｚｎ拡散を行
う。２重拡散により１１２と１１３の拡散部分を形成す
る１１２の拡散部のキャリヤ濃度は、ｌＸ１０２０ｃｍ
−３，１１３のキャリヤ濃度はＩ　Ｘ　１０１９ｃｍ−
３程度とする。この結果、領域１１２．　１１３はＰ型
領域となる。活性層である。１０３を電流が横にながれ
、ｌｌ１部より発光する。図２（ｂ）中１０６はＺｎ拡
散してＰ型としたＰ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　１０５はｎ型
のままのＧ　ａ　Ａ　ｓである。各々の電極を１０８，
１０７と形成し各々１０８のＰ型は、Ａｕ−Ｃｒ１０７
のｎ型はＡｕ−Ｇ　ｅ　−Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕを使用し
た。本例を（Ｃ）図に示す様に上部から見ると１１０の
所にクランクを持っている。このクランクは、レーザ発
振時端面付近でのレーザ光の吸収を減少させる効果を持
っている。よって高出力化のメリットを持っている。

本例はＺｎを拡散源として用いているがＳｉでも良い。

その場合、全体をＰ型層で形成し、Ｓｉを拡散してＰ−
Ｎ接合を形成するわけである。また本例ではクランク形
を使用したが、クランクを形成せずに端面付近にもＺｎ
を拡散したレーザも良い。

本発明による半導体装置では、へき開面を用いて光出射
方向の異なるアレーレーザを作成しているが、本発明が
へき開面を用いたアレーレーザに限定される訳ではない
。実装上の都合により、例えば片面、あるいは両面にウ
ェットプロセスまたはドライプロセス等で作成された共
振面を採用する事も可能である。その例を第２−１図及
び第２−２図に示した。

各々の図において２１３ａ　〜２１３ｅ、　２２３ａ　
〜２２３ｃが注入域であり、それぞれ独立した注入電極
を有している。２１４ａ　〜２１４ｅ、２１５ａ−２１
５ｅ　（ｂ。

ｃ、　ｄは表示してない）がエツチングで形成された共
振器面である。また、第２−２図においては２２４　ａ
　。

２２４ｂ、　　２２４ｃ、　２２５ａ、　　２２５ｂ、
　　２２５ｃがエツチングで形成された共振器面である
。

尚、特許請求の範囲に示した活性層である第１の半導体
層とこれをはさんだ第２．第３の半導体層構成において
、第２．第３の領域に活性層ではない超格子構造およぼ
連続的に組成を変化させた半導体層を含むこと、また、
発生層とはキャリアの再結合が主に生ずる領域およびキ
ャリア再結合の領域に隣接して形成された数１０００Å
以下の薄い層をも含んでいる。例えば単一量子井戸（お
よび多重量子井戸、および通常の０．１μｍ程度の層）
の両側に形成した数人〜数１０００人のバリア眉とか光
の閉じ込めを生じさせる０、１μｍ以下の薄い層を含ん
だものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、従来の半導体レーザ装置
において、発光効率が高（、均質な出力を各々の出射方
向が異なる様に再現性よく取出す事を可能にした。更に
、各々のレーザからの光出射方向が異なるので、多数の
点からのレーザ光を走査光学系を用いて媒体上に良好に
結像させることができ、レーザビームプリンタ等の光学
装置の光源として極めて有利である。

【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示す平面
図、第２−１図及び第２−２図は本発明の変形例を示す
平面図、第３図はレーザがハイブリッドに配置された従
来例を示す図、第４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を示す
図、第５図は出射方向一定のアレーレーザを光学系で補
正しようとした場合の従来例を示す図、 第６図（ａ）、　　（ｂ）、　　（ｃ）は夫々半導体レ
ーザの構成例を示す略断面図である。 １１〜１５・・・・・・・・・半導体レーザ、１６、１
７・・・・・・・・共振面。 不すロ （し） （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （ I ）複数個の半導体レーザがモノリシックに形成さ
   れており、各々の半導体レーザが、活性層を含み同一の
   導電型で積層された半導体に、前記導電型とは反対の導
   電型を形成する不純物を注入してストライプ状のｐｎ接
   合を形成して成り、前記ストライプの方向が共振面と成
   す角度を半導体レーザによって異ならせ、複数の光を異
   なる方向に出射することを特徴とする半導体レーザ装置
   。