DE3545896A1

DE3545896A1 - Halbleiterlaservorrichtung

Info

Publication number: DE3545896A1
Application number: DE19853545896
Authority: DE
Inventors: Toshitami Tokio/Tokyo Hara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-12-26
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1986-07-03
Also published as: JPH0571154B2; JPS61152088A; DE3545896C2; US4774711A

Description

TEDTKE - BüHLiNG — Kinne -.Grube-

Π f\ - λ···* *.>■'-' Dipl.-Ing. H.Tiedtke f

Kellmann - Ijirams - otruif Dipi.-chem. aBühiing

3545896 "²" ~ Dipl.-Ing. R.Kinne

Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.:089-539653 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent München 23. Dezember 1985

DE 5427

Canon Kabushiki Kaisha Tokio, Japan

Halbleiterlaservorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung und insbesondere auf eine Vorrichtung mit einem Reihenaufbau, in welchem zwei oder mehr Halbleiterlaserelemente einstückig auf dem gleichen Substrat ausgebildet sind und der nachfolgend als Laserzeile bezeichnet wird.

Herkömmlicherweise hat eine solche Laserzeile die in Fig. 1 gezeigte Gestaltung.

Die Fig. 1 zeigt einen Aufbau mit einer Reihe von Fotodetektorelementen 93, wobei auf einem Siliciumsubstrat 91 in einander wechselweise gegenübergesetzten Stellungen eine Laserzeile 92 und eine Fotodetektorzeile 93 angeordnet sind. Die Laserzeile 92 ist mit dem Siliciumsubstrat 91 so verbunden, daß die Ausgangssignale von Laserelementen 92a bis 92e jeweils entsprechenden Fotodetektorelementen 93a bis 93e der Fotodetektorzeile 93 zugeführt werden. Die Laserzeile und die Fotodetektorzeile werden jeweils auf das Substrat aufgebracht.

Die vorstehend erläuterte herkömmliche Halbleiter-Laser-

Oresrtner Bank (München) Kto 3939 844 Deutsche Bank (München) Kto. 2861060 Postscheckamt (München) Kto. 670-43-8O4

A/25

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zeile hat jedoch folgende Mängel:

(1) Da jedes Fotodetektorelement nicht nur das Licht aus g dem zugeordneten Laserelement, sondern auch das Licht aus benachbarten Laserelementen empfängt, sind beträchtliche Störungen unvermeidbar. Beispielsweise wird von dem Fotodetektorelement 93b nach Fig. 1 natürlich ein größtes Ausgangssignal aus dem Licht des Laserelements 92b gebildet, > ,Q aber auch eine beträchtliche Lichtmenge aus den Laserelementen 92a, 92c usw. empfangen. Aus diesem Grund ist es schwierig, ohne gegenseitige Störungen gleichzeitig Eingangssignale aus den Laserelementen 92a bis 92e zu erhalten.

(2) Es ist schwierig, auf dem Substrat die verschiedenen

Elemente der Laserzeile genau mit den entsprechenden Elementen der Fotodetektorzeile auszurichten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halblei-20

terlaservorrichtung zu schaffen, die nicht mit den vorstehend angeführten Mängeln behaftet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Halbleiterla-

__ servorrichtung gelöst, bei der zwischen den jeweiligen 2b

Laserelementen und zwischen den jeweiligen Fotodetektorelementen ein Lichtabschirmelement von der Umgebung einer Lichtaustrittsfläche des Laserelements bis zu der Umgebung einer Lichtempfangsfläche des Fotodetektorelements ausgebildet ist, um damit den vorangehend genannten Mangel (1) zu beheben, sowie die jeweiligen Laserelemente und Fotodetektorelemente einstückig ausgebildet sind, um den vorangehend genannten Mangel (2) zu beheben.

Im einzelnen ergibt die Erfindung eine Halbleiterlaser-35

vorrichtung mit in einer Reihe bzw. Zeile angeordneten

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mehreren Laserelementen, wobei die Vorrichtung die Merkmale hat, daß einstückig bzw. integriert mit den Laserelementen mehrere FotodetektQrelemente in jeweiliger

g Zuordnung ausgebildet und daß in einem jeweiligen Bereich zwischen benachbarten Laserelementen und zwischen benachbarten Fotodetektorelementen Lichtabschirmelemente angeordnet sind, die sich jeweils von der Umgebung der Lichtaustrittsfläche eines jeweiligen Laserelements bis zu der > Umgebung der Lichtempfangsfläche eines jeweiligen Fotodetektorelements erstrecken.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu-

Fig. 1 ist eine Draufsicht, die die Gestaltung einer herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung zeigt.

Fig. 2 bis 4 zeigen eine Halbleiterlaservorrichtung ge-

maß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Fig. 2 eine Draufsicht ist, die Fig. 3 eine Vorderansicht eines Schnitts längs einer Linie A-A¹ in Fig. 2 ist und die Fig. 4 eine

Seitenansicht eines Schnitts längs einer Linie 25

B-B' in Fig. 2 ist.

Fig. 5 bis 8 zeigen Abwandlungen der erfindungsgemäßen HalbIeiterläservorrichtung.

Die Fig. 2 bis 4 sind jeweils eine Draufsicht, eine Schnitt-Vorderansicht und eine Schnitt-Seitenansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Laserzeile 1 aus

Laserelementen 1a, 1b, 1c,... und eine Fotodetektorzeile 35

2 aus Fotodetektorelementen 2a, 2b, 2c,... als ein mono-

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lithischer Aufbau beispielsweise durch einen fotolithografischen Prozess in der Weise ausgebildet sind, daß gemäß Fig. 2 die Laserelemente la, 1b, 1c,... jeweils g genau mit den Fotodetektorelementen 2a, 2b, 2c... übereinstimmen bzw. mit diesen ausgerichtet sind. Auf diese Weise werden die Fotodetektorelemente für das Überwachen der Ausgangssignale der Laserelemente mit diesen in inÜbereinstimmung gebracht. Zum Erzeugen von Licht bzw. < Laserstrahlen ist eine aktive Schicht 8 vorgesehen. Das durch einen zwischen Elektroden 11 und 13 fließenden Strom in der aktiven Schicht 8 erzeugte Licht wird durch Resonanz in Schichten 15 und 16 in Form von Laserstrahlen abgegeben. ,Sogenannte Umkleidungsschichten 7 und 9 dienen dazu, das in der aktiven Schicht 8 erzeugte Licht in der Nähe derselben zu halten.

Von aus einem jeweiligen Laserelement austretenden Strahlen 17 und 18 überquert der erstere Strahl eine Nut 14

und tritt in das entsprechende Fotodetektorelement ein, 20

in dem er mittels einer Spannung, die zwischen eine Elektrode 12 und die Elektrode 13 angelegt ist und die gewöhnlich entgegengesetzt zu der zwischen die Elektroden 11 und 13 angelegten Spannung gepolt ist, in einen Ausgangs-Fotos trom umgesetzt wird. Durch das Regeln der 25

Spannung zwischen den Elektroden 11 und 13 entsprechend dem Ausgangs-Fotostrom kann ein geeignetes Lichtausgangssignal erzielt werden.

Zum Verhindern eines Übersprechens zwischen den Laserele-30

menten 1a, 1b, 1c,..., nämlich des Empfangs von Licht aus nicht zugeordneten Laserelementen durch ein jeweiliges Fotodetektorelement sind in Bereichen, die jeweils zwischen den Laserelementen 1a, Ib, Ic,... und zwischen den

Fotodetektorelementen 2a, 2b, 2c,... liegen und jeweils 35

der Nut 14 entsprechen, Lichtabschirmelemente 4a, 4b,..,

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angebracht. Infolgedessen wird beispielsweise durch das Lichtabschirmelement 4a verhindert, daß das Licht aus dem Laserelement 1b zu dem Fotodetektorelement 2a gelangt.

Zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nun auf die Fig. 2 bis 4 Bezug genommen.

Auf einem Substrat 5 aus n-GaAs werden in Aufeinanderfolge beispielsweise durch Molekular-Epitaxie eine Sidotierte n-GaAs-Schicht 6 in einer Dicke von ungefähr 2 μπι, eine n-AlGaAs-Schicht von 2 μπι als Umkleidungsschicht 7, eine undotierte GaAs-Schicht von 0,1 μπι als aktive

Schicht 8, eine Be-dotierte p-AlGaAs-Schicht von 2 μπι als 15

Umkleidungsschicht 9 und eine p-GaAs-Schicht 10 von 0,2 μπι ausgebildet.

In den auf diese Weise ausgebildeten Schichten werden in Bereichen 3 gemäß Fig. 2 durch Trockenätzung, die durch

Ionenbestrahlung erreicht wird, Vertiefungen in einer Tiefe von 4 μηι ausgebildet.

Schließlich werden nach dem Ausbilden von Strombegrenzungsbereichen mit SiCL-Schichten 19, die den Strom zu den Laserelementen durchlassen, die Elektroden 11, 12 und 13 ausgebildet.

Das bei dieser Probe gemessene Obersprechen hatte einen niedrigen Anteil von 51 oder weniger.

Die Abmessungen der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung sind folgende: die Laserelemente 1a, 1b, 1c,... und die Fotodetektorelemente 2a, 2b, 2c,... sind in einem Teilungsabstand von 100 μπι angeordnet, während die (in der Zeichnung vergrößert dargestellte) Nut 14 10 μΐη breit ist. Ein

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jedes der Lichtabschirmelemente 4a, 4b,... ist 30 pm breit und 15 pm lang, wobei deren Enden sich jeweils in den Zwischenraum zwischen den benachbarten Fotodetektorelementen 2a und 2b bzw. 2b und 2c erstrecken.

Im folgenden werden bestimmte Ausführungsbeispiele der Halbleiterlaservorrichtung beschrieben.

Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Gegensatz zu dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau zwischen benachbarten Laserelementen 41a bis 41c Ätznuten 43 ausgebildet sind und Lichtabschirmelemente 44a und 44b isoliert bzw. freistehend gebildet sind, wie es in Fig. 6 in

perspektivischer Ansicht gezeigt ist. Die Fig. 6 zeigt 15

Fotodetektorelemente 42a bis 42c und aktive Schichten 45a bis 45c für die Lichterzeugung.

Bei einem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Ätznutenbereich 63 wie bei der in Fig. 2 gezeigten Gestaltung auf den Bereich von Fotodetektorelementen 62a bis 62c beschränkt, während Lichtabschirmelemente 64a und 64b isoliert bzw. freistehend wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ausgebildet sind. Mit 61a bis 61c sind

Laserelemente bezeichnet.
25

Bei einem in Fig. 8 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel sind Ätznuten 73a und 73b nur zwischen jeweils einander gegenüberstehenden Laserelementen 71a bzw. 71b und Fotodetektorelementen 72a bzw. 72b ausgebildet sowie

gemäß der Darstellung durch gestrichelte Linien Isolierschichten bzw. Trennschichten 74 und 75 gebildet, die als Lichtabschirmelemente dienen. Diese Isolierschichten 74 und 75 werden durch Ionenimplantation geformt. Die Lichtabschirmelemente werden allgemein so hoch wie die epita-

xial gewachsenen Schichten gebildet, müssen aber minde-

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stens ungefähr so hoch wie die aktive Schicht sein.

Bei der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung beg steht ein beträchtlicher Spielraum hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen dem Laserelement und dem Fotodetektorelement, jedoch muß die obere Elektrode 12 auf einem jeden Fotodetektorelement irgendwo von der n-Umkleidungsschicht 7 getrennt sein, um sie elektrisch von der oberen < Elektrode 11 auf dem jeweiligen Laserelement zu trennen. Eine gleichartige elektrische Trennung ist auch zwischen den verschiedenen Fotodetektorelementen anzustreben, jedoch müssen an den Laserelementen nur die Speiseelektroden voneinander getrennt werden.

Die vorstehende Beschreibung ist zwar auf das GaAs beschränkt, jedoch ist natürlich die erfindungsgemäße Gestaltung auf wirkungsvolle Weise nicht nur bei anderen III-II-Verbindungs-Halbleitern wie InGaAsP, sondern auch

bei irgendwelchen Halbleitervorrichtungen anwendbar, bei 20

denen mehrere Sätze aus jeweils einem Halbleiterlaserelement und einem Fotodetektorelement auf monolithische Weise integriert werden.

Der Teilungsabstand der Laserelemente oder der Fotodetek-25

torelemente wird üblicherweise in einem Bereich von 10 bis 300 μΐη gewählt, jedoch ist eine gleichartige Wirkung auch bei einem kleineren oder größeren Teilungsabstand zu erwarten.

Wie es vorangehend anhand der Ausführungsbeispiele erläutert ist, werden die Lichtabschirmelemente vorteilhafterweise zur Erleichterung der mechanischen Bearbeitung aus einem Material gebildet, das demjenigen der Laserelemente

oder Fotodetektorelemente gleichartig ist; die Lichtab-35

schirmelemente können jedoch im Prinzip aus irgendeinem

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Material gebildet werden, das für das Laserlicht undurchlässig ist.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung hat die erfindungsgemäße Halbleiterlaservorrichtung die Merkmale, daß Laserelemente jeweils Fotodetektorelementen entsprechend in einem monolithischen Aufbau ausgebildet sind und daß durch Lichtabschirmelemente verhindert wird, daß ein ;

_ jeweiliges Fotodetektorelement das Licht aus einem anderen Laserelement als aus dem dem Fotodetektorelement zugeordneten empfängt, wodurch von dem Fotodetektorelement ohne Übersprechen ein geeigneter Anteil des Ausgangssignals des zugeordneten Laserelements empfangen

, _ werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, gleichför-15

mige Ausgangssignale der Laserelemente der Laserzeile zu erhalten.

Es wird eine Halbleiterlaservorrichtung angegeben, die eine Reihe bildende Laserelemente, von denen jedes zum '

Erzeugen von Laserstrahlen in zwei Richtungen ausgebildet ist, Fotodetektorelemente, die jeweils den mehreren Laserelementen entsprechen und die zur direkten Aufnahme von Laserstrahlen aus denselben ausgebildet sind, und

Lichtabschirmelemente zum Verhindern des Eintretens der 25

von dem jeweiligen Laserelement erzeugten Laserstrahlen in ein anderes Fotodetektorelement als das dem Laserelement zugeordnete aufweist.

Claims

Patentansprüche

1. Halbleiterlaservorrichtung, gekennzeichnet durch mehrere, eine Reihe bildende Laserelemente (1), von denen jedes zum Erzeugen von Laserstrahlen (17, 18) in zwei Richtungen ausgebildet ist, Fotodetektorelemente (2), die jeweils den mehreren Laserelementen entsprechen und die zur direkten Aufnahme von Laserstrahlen (17) aus denselben ausgebildet sind, und Lichtabschirmelemente (4) ^lzum Verhindern des Eintretens der von dem jeweiligen Laserelement erzeugten Laserstrahlen in ein anderes Fotodetektorelement als das dem Laserelement zugeordnete.

2. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Laserelemente (T) der Reihe und die Fotodetektorelemente (2) in einem monolithischen Aufbau ausgebildet sind.

3. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den mehreren Laserelementen (1) der Reihe und den entsprechenden Fotodetektorelementen (2) eine öffnung (14) in der Weise ausgebildet ist, daß die von den jeweiligen Laserelementen erzeugten Laserstrahlen in das entsprechende Fotodetektorelement gelangen.

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