JP3573976B2

JP3573976B2 - マルチビームレーザダイオード

Info

Publication number: JP3573976B2
Application number: JP30987398A
Authority: JP
Inventors: 正治本多
Original assignee: Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2018-10-30
Also published as: JP2000138417A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数本のレーザビームを出力することができるマルチビームレーザダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマルチビーム型のレーザは、図５（ａ）に示すように１つのチップの片面に複数個のレーザダイオードを形成したモノリシックタイプと、同図（ｂ）に示すように１つのチップに１個のレーザダイオードを形成し、それらのチップを複数個並べたハイブリッドタイプがある。これらのいずれのタイプも、レーザビームの発光点Ｐが横方向に配列されるので、ビーム配列に自由度がない、あるいは素子分離を行うために必要な溝あるいは注入領域が必要なため、ビーム間隔が広くなりやすい等の問題が有った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記の点を考慮し、ビーム配列に自由度があり、ビーム間隔を狭くすることができるマルチビームレーザダイオードを提供することを主な課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のマルチビームレーザダイオードは、半導体基板の一方と他方の面にストライプ状のリッジを有したレーザダイオードを形成したマルチビームレーザダイオードにおいて、半導体基板の一方の面の前記ストライプ状のリッジを順メサ状とし、半導体基板の他方の面の前記ストライプ状のリッジを逆メサ状とし、前記逆メサ状のリッジを有するレーザダイオードの面積を前記順メサ状のリッジを有するレーザダイオードの面積よりも大きくしたことを特徴とする。
【０００５】
また、本発明のマルチビームレーザダイオードは、前記順メサ状のリッジを有するレーザダイオードが配置された側の前記半導体基板の表面に共通電極を形成したことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明のマルチビームレーザダイオードは、前記半導体基板の一方の面に位置するレーザダイオードをＧａＡｌＡｓ系のレーザダイオードとし、他方の面に位置するレーザダイオードをＡｌＧａＩｎＰ系のレーザダイオードとしたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。図１は、本発明のマルチビームレーザダイオードの一実施例を示す断面図である。このマルチビームレーザダイオード１は、基板２の一方の面２ａと他方の面２ｂに第１、第２のレーザダイオード３，４を形成している。基板２は、例えばｎ型のＧａＡｓで構成した半導体製の基板によって構成しているが、それ以外の基板を用いることもできる。第１のレーザダイオード３は、発振波長が６３５〜６８５ｎｍ程度のＡｌＧａＩｎＰ系の赤色半導体レーザダイオードによって構成し、第２のレーザダイオード４は、発振波長が７８０〜８００ｎｍ程度のＧａＡｌＡｓ系の赤外半導体レーザダイオードによって構成している。
【０００８】
第１のレーザダイオード３は、例えば活性層３２の上下を第１、第２のクラッド層３１，３３によって挟み込んだダブルヘテロ構造を備えている。さらに、第２クラッド層３３に形成したストライプ状のリッジ部分３４の両側をブロック層３５によって埋め込むとともに、その上にコンタクト層３６、キャップ層３７を形成した埋込リッジ構造を備えている。同様に第２のレーザダイオード４は、例えば活性層４２の上下を第１、第２のクラッド層４１，４３によって挟み込んだダブルヘテロ構造を備えている。さらに、第２クラッド層４３に形成したストライプ状のリッジ部分４４の両側をブロック層４５によって埋め込むとともに、その上にコンタクト層４６、キャップ層４７を形成した埋込リッジ構造を備えている。
【０００９】
基板の一方の面２ａには、第２のレーザダイオード４の片側に位置して共通電極５が形成され、第１のレーザダイオード３の一方の面と第２のレーザダイオード４の一方の面には個別電極６，７が形成されている。個別電極６はシリコンサブマウント等の取付部８にＡｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｇｅ，Ｐｂ−Ｓｎ等の半田材（図示せず）を用いて融着され、個別電極７と共通電極５は、リード端子（図示せず）に金線９を用いてワイヤボンド接続される。
【００１０】
放熱特性が第２のレーザダイオード４に比べて悪い第１のレーザダイオード３は、放熱特性を改善するために、素子の横幅を第２のレーザダイオード４よりも長く設定しているとともに、基板２が上となるようにジャンクションダウンで配置される。
【００１１】
次に、上記レーザダイオード１の製造方法について、図２、３を参照して説明する。ＧａＡｓ基板２を所定面積のウエハ状態で準備し、その表面２ａに有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ），分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）などを利用してＡｌＧａＩｎＰ系のダブルヘテロ構造を含む層の第１回目の結晶成長を行う（図２（ａ）参照）。この１回目の結晶成長によって、第１のクラッド層４１、活性層４２、第２のクラッド層４３、コンタクト層４６が順次形成される。
【００１２】
次に、基板２の他方の面２ｂに有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ），分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、液層エピタキシャル法（ＬＰＥ）などを利用してＧａＡｌＡｓ系のダブルヘテロ構造層を含む層の第２回目の結晶成長を行う（図２（ｂ）参照）。この２回目の結晶成長によって、第１のクラッド層３１、活性層３２、第２のクラッド層３３、コンタクト層３６が順次形成される。ここで、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合に、ＧａＡｌＡｓ系よりも高温処理が必要とされるＡｌＧａＩｎＰ系の層を先に形成しているが、ＭＯＣＶＤ法よりも低温処理が可能な分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）などの他の方法を併用して結晶成長させる場合は、ＧａＡｌＡｓ系よりも後にＡｌＧａＩｎＰ系の層を形成することもできる。
【００１３】
次に、第１回目の結晶成長層の最上層にＳｉＯ２等からなるストライプ状のマスクパターン１２を形成し、これ用いてコンタクト層４６、第２クラッド層４３の大部分をエッチングして除去することにより、ストライプ状のリッジ４４を形成する。同様にして、第２回目の結晶成長層の最上層にＳｉＯ２等からなるストライプ状のマスクパターン１１を前記マスクパターン１２のストライプ方向に一致させて形成し、これを用いてコンタクト層３６、第２クラッド層３３の大部分をエッチングして除去することにより、ストライプ状のリッジ３４を形成する（図２（ｃ）参照）。この例では、基板２を挟んで位置するリッジ３４，４４が上下方向に一致するように、上下のマスクパターン１１，１２の位置決めが行われているので、上下のレーザダイオード３，４のビーム間隔を最小に設定することができるが、上下のマスクパターン１１，１２の形状や配置を適宜変更することによって、上下のレーザダイオード３，４のビーム間隔やビームの配置を任意に設定することができる。
【００１４】
次に、リッジ４４の両側を埋め込むようにｎ型のＧａＡｓ等からなるブロック層４５を形成する第３回目の結晶成長を行う。同様にして、リッジ３４の両側を埋め込むようにｎ型のＧａＡｓ等からなるブロック層３５を形成する第４回目の結晶成長を行う（図２（ｄ）参照）。
【００１５】
次に、基板の一方の面２ａ側のマスクパターン１２を除去した後、リッジ４４部分やブロック層４５部分を覆うようにｐ型のＧａＡｓ等のキャップ層４７を形成する第５回目の結晶成長を行う。同様に、基板裏面２ｂ側のマスクパターン１１を除去した後、リッジ３４部分やブロック層３５部分を覆うようにｐ型のＧａＡｓ等のキャップ層３７を形成する第６回目の結晶成長を行う（図３（ｅ）参照）。
【００１６】
次に、半導体基板２の表面２ａを露出させるように、リッジ４４の長手方向に沿って溝４８をエッチングもしくはダイシング処理して形成する（図３（ｆ）参照）。
【００１７】
次に、キャップ層３７の上に個別電極６を形成し、キャップ層４７の上に個別電極７を形成し、露出した基板２の一方の面２ａに共通電極５を形成する（図３（ｇ）参照）。
【００１８】
次に、レーザの共振端面を形成するためのスクライブラインを、ダイヤモンドポイントなどを用いてウエハの裏面にリッジ３４の長手方向と直交する方向に形成する。次に、ウエハを前記スクライブラインに沿って劈開することによってバー状に分割し、その両端面にＡｌ_２Ｏ_３，もしくはＡｌ_２Ｏ_３とＳｉの多層膜等をスパッタ法やＥＢ蒸着法等を利用して形成する。バー状に分割されたウエハは、リッジ３４の長手方向と同方向に順次分離され、レーザダイオード１が出来上がる。スクライブラインに沿った面は、劈開による鏡面をなし、この劈開面がレーザダイオードの共振端面として機能する。
【００１９】
このように、基板２の上下にそれぞれ発振波長が相違するレーザダイオード３，４を形成することにより、上下のレーザダイオード３，４の配置自由度を高めることができ、レーザビーム間隔や配置を所望の状態に設定することができる。例えば、図１に示すようにレーザビームの発光点Ｐを上下の位置に配置すれば、レーザビーム間隔を最短の状態にすることができる。また、基板２を共用することができるので、レーザビーム間隔をさらに短く設定することができ、例えば１つの光源とみなせる５０μｍ前後、より好ましくは５０μｍ以下にレーザビーム間隔を設定することができる。
【００２０】
上記のように、発振波長が相違するレーザダイオードの内、温度特性が悪いほうのレーザダイオード３の面積を大きく設定するとともに、そのダイオード３をジャンクションダウンによるチップボンディングに対応して形成しているので、ダイオードの温度特性の悪化を最小限にとどめることができる。
【００２１】
尚、上記実施例は、基板２の両面に交互に結晶成長させて２種類のレーザダイオードを形成する例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、基板２の一方の面に一方のレーザダイオードに必要な結晶成長を順次行った後、他方のレーザダイオードに必要な結晶成長を順次行う場合にも適用することができる。例えば、基板２の一方の面にＧａＡｌＡｓ系の赤外レーザダイオードに必要な結晶成長を液層エピタキシャル法（ＬＰＥ）を用いて行った後、基板２の他方の面にＡｌＧａＩｎＰ系の赤色レーザ素子を前記液層エピタキシャルよりも低温の例えば有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ），分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等を用いて形成することもできる。このように、基板の表裏の結晶成長温度に差がある場合は、高温処理が必要な結晶成長を先に行うようにすれば良い。
【００２２】
また、上記実施例は、発振波長が相違する２つのレーザダイオード３，４を基板２の表と裏の両面に形成した場合を例示したが、他の実施例として、発振波長が同一のレーザダイオードを基板の表と裏の両面に形成することもできる。
【００２３】
図４は、基板２の表と裏の両面に３つ以上のレーザダイオードを形成したマルチビームレーザダイオードの実施例を示している。この実施例は、基板２の一方の面に２つのレーザダイオード１１０，１２０を形成し、基板２の他方の面に１つのレーザダイオード１３０を形成した場合を示している。そして、平面的に見て前記一方の面の２つのレーザダイオード１１０，１２０の中間に他方の面のレーザダイオード１３０が位置し、レーザビームの発光点Ｐが２等辺三角形の頂点に位置するするように、各レーザダイオードを配置している。各レーザダイオードは同一波長のレーザダイオードによって構成しているが、上下のレーザダイオードで発振波長を変えることもできる。
【００２４】
このように、３つ以上のレーザダイオードを基板２の表裏面に形成するとともに、平面的に見て一方の面のレーザダイオードの間に他方のレーザダイオードが位置するように配置しているので、マルチビームプリンタ等の光源として用いる場合に、各レーザビームの間隔を狭く設定することができ、印字品位の向上や、高速印字化への対応を図ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のマルチビームレーザダイオードによれば、ビーム配列の自由度を高めることができるとともに、ビーム間隔を狭くすることができる。また、従来のハイブリッドタイプ構成に比べて、チップの組み立て作業性を良好にすることができる。また、従来のモノリシックタイプ構成に比べて、ビーム間隔を狭くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】同実施例の製造方法を説明するための、要部断面図である。
【図３】同実施例の製造方法を説明するための、要部断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図５】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１マルチビームレーザダイオード
２基板
３第１のレーザダイオード
４第２のレーザダイオード
５共通電極
６個別電極
７個別電極

Claims

半導体基板の一方と他方の面にストライプ状のリッジを有したレーザダイオードを形成したマルチビームレーザダイオードにおいて、半導体基板の一方の面の前記ストライプ状のリッジを順メサ状とし、半導体基板の他方の面の前記ストライプ状のリッジを逆メサ状とし、前記逆メサ状のリッジを有するレーザダイオードの面積を前記順メサ状のリッジを有するレーザダイオードの面積よりも大きくしたことを特徴とするマルチビームレーザダイオード。
前記順メサ状のリッジを有するレーザダイオードが配置された側の前記半導体基板の表面に共通電極を形成したことを特徴とする請求項１に記載のマルチビームレーザダイオード。
前記半導体基板の一方の面に位置するレーザダイオードをＧａＡｌＡｓ系のレーザダイオードとし、他方の面に位置するレーザダイオードをＡｌＧａＩｎＰ系のレーザダイオードとしたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のマルチビームレーザダイオード。