JPH01268081A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザ素子、たとえば、レーザ光を発光
する共振器を複数有するマルチビーム半導体レーザ素子
およびその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザは、ディジタルオーディオディスク、ビデ
オディスク、光デイスクファイル、レーザビームプリン
タ等の情報処理装置用光源として、あるいは光通信用光
源として広く使用されている。

高出力半導体レーザの要求から、ＧａＡｕＡｓ系で構成
される０、８μｍ帯の半導体レーザ素子では、端面劣化
や動作寿命による制限のため、共振器を平行に複数配設
した、いわゆるマルチチャネルレーザ（レーザアレイ）
が開発されている。

一般に高出力のレーザ光を必要とする場合、すなわち、
近視野像が問題とされない場合、単一のレーザチップに
多数の共振器を配したレーザアレイが使用されている。

レーザアレイについては、たとえば、日経マグロウヒル
社発行「日経エレクトロニクスＪ１９Ｂ４年１１月１９
日号１　Ｐ１８７〜Ｐ２Ｏ６に記載されている。この文
献には、半導体レーザの高出力化のために共振器を５乃
至４０本と平行に配置した例が示されている。また、こ
の文献には、基板主面にチャネルを設け、このチャネル
上にクラッド層、活性層、クラッド層。

キャップ層を多層にエピタキシャル成長させた構造が示
されている。

また、電子情報通信学会発行「電子情報通信学会誌Ｊ　
１９Ｂ７年２月号、昭和６２年２月２５日発行、Ｐ１４
７〜Ｐ１５１には、共振器を平行に３本配設した３連レ
ーザが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

レーザビームプリンタ、光デイスクファイル等の情報処
理装置用光源として、半導体レーザは広く使用されてい
る。これら装置の高速化のため、前記文献に示されてい
るように、共振器を複数有するマルチビーム半導体レー
ザ素子が開発されている。

ところで、本発明者の解析によると、マルチビーム半導
体レーザ素子の製造においては、以下のような現象が発
生することがあきらかになった。

すなわち、第８図に示すように、２つ以上のチャネル１
がｐ形ＧａＡｓからなる基板３の主面に近接して平行に
並ぶ場合、その間隔ａが２０ＩＩｍ以下となる場合、こ
れらのチャネルｌを埋めるようにエピタキシャル成長に
よって形成されるｐ形ＧａＡ１Ａｓからなるクラッド層
（下クラッド層）５、ＧａＡｆｌＡｓからなる活性層６
．ｎ形ＧａＡＩＬＡｓからなるクラッド層（上クラッド
層）７゜ｎ形ＧａＡｓからなるキャップ層８からなる多
層成長層において、最下層の下クラッド層５が前記チャ
ネル１の上に対応する部分のところで段差１５が生じ、
この段差１５上に形成される活性層６の厚さが部分的に
厚くなり、発光部（共振器）を構成する活性層部分の厚
さの制御が実質的にできなくなる。この結果、各チャネ
ル１上に対応する活性層６のクロスハツチングで示され
る発光部（共振器）１２から発光されるレーザ光の特性
がばらついたり、活性層６が部分的に厚くなることによ
ってレーザのビーム広がり角が大きくなったり、左右の
レーザビームの特性もばらついたりする。したがって、
この種の半導体レーザ素子製造の歩留りが低下する。な
お、第８図における４は、ｎ形ＧａＡｓからなる電流狭
窄層である。

本発明の目的は、２つ以上の発光部を有する半導体レー
ザ素子において、各発光部の特性が均一な半導体レーザ
素子およびその製造方法を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

本発明の半導体レーザ素子は、その製造においてＧａＡ
ｓ基板の主面に発光部を構成するチャネルを２つ以上設
ける際、前記基板主面上に台形状の凸部を設けた後、こ
の凸部表面に所定数のチャネルを平行に設け、その後、
下クラッド層、活性層、上クラッド層、キャップ層と、
多層成長層を液層エピタキシャル成長させて半導体レー
ザ素子を製造する。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の半導体レーザ素子は、
その製造における前記多層成長層形成の液層エピタキシ
ャル成長時、基板主面上に形成された台形状の凸部の効
果によって、この台形のへりに近い部分の下クラッド層
の成長速度が低下し、前記凸部におけるチャネルの肩の
部分の成長と同じになるため、凸部の全域では下クラッ
ド層の表面が平坦となる。したがって、この下クラッド
層上に形成される活性層の厚さも均一になる。このため
、前記凸部上での多層成長層は均一に形成されることか
ら、各発光部（共振器）から発光されるレーザ光の特性
が均一となるとともに、レーザのビーム広がり角が拡が
ったり各レーザビーム間の特性がばらついたりしなくな
る。このようなことから、本発明によれば、特性の安定
した半導体レーザ素子を高歩留りで製造することができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ素子を示
す断面図、第２図〜第７図は同じく半導体レーザ素子の
製造方法を示す図であって、第２図は台形状の凸部を有
するウェハの断面図、第３図は電流狭窄層が設けられた
ウェハの断面図、第４図は発光部形成のためのチャネル
を形成したウェハの断面図、第５図はエピタキシャル成
長層によって多層成長層を主面に設けたウェハの断面図
、第６図はアイソレージジン溝が設けられたウェハの断
面図、第７図は電極が設けられたウェハの断面図である
。

この実施例では、第１図に示すように、内部狭窄型半導
体レーザでレーザアレイを構成した例について説明する
。

半導体レーザ素子、すなわち、レーザダイオードチップ
１３は、ｐ形のＧａＡｓからなる基板３と、この基板３
上に形成された台形状の凸部２と、この台形状の凸部２
上に形成されたｎ形のＧａＡＳからなる電流狭窄層４と
を有している。また、前記台形状の凸部２にあっては、
前記電流狭窄層４を突き抜けかつ前記基板３に達する２
本のチャネルｌが設けられている。また、前記電流狭窄
層４およびチャネル１によって露出した基板３上には、
ｐ形ＧａＡｓからなるクラッド層（下クラッド層）５．
下クラッド層５上に形成されたＧａＡＪＬＡｓからなる
活性層６．この活性層６上に形成されたｎ形ＧａＡ１Ａ
ｓからなるクラッド層（上クラッドＮ）７．この上クラ
ッド層７上に形成されたｎ形ＧａＡｓからなるキャップ
層８が、液層エピタキシャル成長法によって順次積層さ
れて多層成長層が設けられている。また、前記２本のチ
ャネルｌの間には、キャップ層８を突き抜は基板３にま
で達するアイソレーション溝９が設けられている。また
、前記アイソレーション溝９によって分離されたキャッ
プ層８上には、それぞれカソード電極１０が形成されて
いる。また、基板３の下面にはアノード電極１１が形成
されている。したがって、それぞれのカソード電極ｌＯ
とアノード電極１１間に所定の電圧を印加することによ
って、２つの共振器１２を同時にまたは別々に駆動させ
ることができる。

このようなレーザダイオードチップ１３にあっては、そ
の製造において、基板３上に台形状の凸部２が設けられ
ていることから、ｐ形ＧａＡｕＡＳからなる下クラッド
層５の液層エピタキシャル成長速度は、前記台形状の凸
部２を外れた低い部分で早まる結果、逆に台形状の凸部
の肩１７で遅くなり、２つのチャネルの間の肩１８での
下クラッド層５の成長速度と等しくなる。したがって、
隣り合う共振器１２は均一に形成されるため、レーザの
特性ばらつきが小さくなるとともに、ビーム広がり角も
太き（ならない、たとえば、発光部１２の間隔ａが１０
〜２０μｍの場合、チャネル幅Ｃが３〜５μｍとすると
、台形状の凸部２の高さｅを１〜２μｍ程度とすると、
台形状の凸部２の幅すがｂ＝２ａ〜５３程度で平坦な活
性層が得られる。

つぎに、第２図〜第７図を参照しながら前記レーザダイ
オードチップ１３の製造方法について説明する。

最初に、第２図に示されるように、Ｇ　ａ　Ａ　ｓから
なるウェハ（半導体薄板）１４が用意される。

このウェハ１４は、ｐ形のＧａＡｓ基板３からなってい
る。このウェハ１４はその主面（上面）に台形状の凸部
２が形成されている。この台形状の凸部２は紙面に垂直
な方向に平行に複数設けられている。この台形状の凸部
２の肩から肩に至る長さｂは、後述する２つのチャネル
ｌの間隔１幅。

深さによってきまるが、たとえば、２０μｍ〜１００μ
ｍ前後が採用される。また、前記台形状の凸部２間の溝
の深さｅは１１１ｍ〜２μｍとなっている。また、ウェ
ハ１４は、最終的には格子状に分断されるが、その一方
向の分断は、これら溝の中央で行われる。したがって、
溝の幅は、この分断によって、後述する発光部（共振器
）に悪い影響を与えない程度の幅となっている。

つぎに、第３図に示すように、ウェハ１４の主面上には
、ｎ形ＧａＡｓ電流狭窄層４がＬＰＥまたは、ＭＯＣＶ
Ｄ法により、０．８μｍ〜１．０μｍ程度の厚さで形成
される。

つぎに、第４図に示すように、ウェハ１４の主面上の台
形状の凸部２上に、発光部となるチャネル１が電流狭窄
層４を突き抜けて形成される。このチャネル１の深さｄ
は１．０μｍ−１，５μｍとなり、かつ輻Ｃが３μｍ〜
５ｕｍとなっている。

また、これら２つのチャネル１の間隔ａは１０μｍ〜２
０μｍ程度となっている。さらに、前記台形状の凸部２
の長さｂはｂ＝２ａ〜５ａとなっているこさば、後述す
るように、前記台形状の凸部２の全域、すなわち、チャ
ネル１の上部をも含めて、液層エピタキシャル成長時下
クラッド層５の表面が平坦になるための寸法相関である
。

つぎに、第５図に示すように、液層エピタキシャル成長
法によって、ウェハ１４上にはｐ形のＧａ　Ａ　ｆＬＡ
　ｓからなるクラッド層（下クラッド層）５、ＧａＡ１
Ａｓの活性層６．ｎ形のＧａＡｊＬＡＳからなるクラッ
ド層（上クラッド層）７．ｎ形のキャップ層８が順次多
層成長される。この際、前記基板３の主面には台形状の
凸部２が形成されていて、台形状の凸部２から外れる溝
がその深さも１μｍ〜３μｍと深いこともあって、溝部
では成長速度が早く台形状の凸部２の肩１７上では、成
長速度が遅いため、この部分は段差が生じる。

また、この現象は、前記２本のチャネル１の部分でも同
様に生じるが、そのチャネル１の幅は狭くかつ浅いため
、また、これらチャネル１の配置と台形状の凸部２の幅
すとの相関から、台形状の凸部２におけるチャネルの間
の肩１８上での下クラッド層５の成長速度は遅くかつ前
記台形状の凸部の７Ｆ１１７の部分とほぼ同一速度とな
る。したがって、下クラッド層５の厚さは、チャネルの
間の肩１８と台形状の凸部の肩１７でほぼ等しくなり、
活性層６も台形状の凸部２上で平坦に延在するようにな
る。

なお、前記多層成長層の各部の厚さは、たとえば、つぎ
のようになる。すなわち、前記下クラッド層５は凸部２
の肩■７および肩１８上では、０゜２μｍ〜０．３μｍ
、活性層６は０．０４μｍ〜０．０８８ｍ１上クラツド
層７は１．０μｍ〜２゜Ｏａｍ、キャップ層８は１μｍ
前後である。

つぎに、第６図に示すように、ウェハ１４の主面のクロ
スハツチングで示された発光部（共振器）１２の間には
、前記基板３にまで達するアイソレージロン溝９が、常
用のホトリソグラフィによって形成される。このアイソ
レージリン溝９の幅は、たとえば、２μｍ〜５μｍ程度
である。

つぎに、第７図に示すように、ウェハ１４の主面および
下面には、それぞれ金系電掻からなるカソード電極１０
およびアノード電８ｉ１１が形成される。

つぎに、このウェハ１４は縦横に分断される。

この結果、第１図に示されるようなレーザダイオードチ
ップ１３が多数製造される。なお、同図で示される二点
鎖線鎖線は、この分断箇所を示す分断線である。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明の半導体レーザ素子は、２本のチャネルが
１０μｍ〜２０μｍと近接配！されているが、２本のチ
ャネルは所望幅を有する台形状の凸部に設けられている
ことから、この上に液相エピタキシャル法によって２本
の発光部（共振器）を有する多層成長層を形成した場合
、下クラッド層の凸部上での表面が平坦に形成されるた
め、この下クラッド層上に設けられた活性層も平坦でか
つ一定の厚さとなるという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明の半導体レーザ素子に
あっては、活性層は平坦となり、常に一定の厚さに形成
されることから、各発光部から発光されるレーザ光の特
性にばらつきを生じないという効果が得られる。

（３）上記（１）により、本発明の半導体レーザ素子に
あっては、活性層が平坦となり、常に一定の厚さに形成
されることから、各発光部から発光されるレーザ光のビ
ーム広がり角度は広くなったりしないという効果が得ら
れる。

（４）上記（１）により、本発明の半導体レーザ素子は
、近接配置した２本の共振器がら発光されるレーザ光は
、それぞれの共振器の厚さがほぼ同−の厚さとなってい
ることから、となり隣り合う発光部から発光されるレー
ザ光の特性にばらつきを生じないという効果が得られる
。

（５）上記（１）により、本発明によれば、近接したチ
ャネル上に平坦でかつ均一な厚さの活性層を再現性良く
製造できるため、歩留りが向上するという効果が得られ
る。

（６）上記（５）により、本発明の半導体レーザ素子の
製造方法によれば、歩留り向上によって半導体レーザ素
子の製造コストの低減を達成できるという効果が得られ
る。

（７）上記（１）により、本発明によれば、レーザビー
ム間隔を１０〜２０μｍとする半導体レーザ素子を提供
することができることから、レーザビームプリンタの発
光源に応用した場合、同一の光学系に、レーザ光を簡単
に取り込むことが可能となり、光学系の設計が容易とな
るという効果が得られる。

（８）上記（１）〜（７）により、本発明によれば、近
接した間隔でレーザビームを発光させることができる半
導体レーザ素子を安価に提供することができるという相
乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、凸部に設ける
チャネルはさらに多くても前記実施例同様な効果が得ら
れる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である電流狭窄型の半導体
レーザ素子によるレーザアレイの製造技術に適用した場
合について説明したが、それに限定されるものではなく
、他の構造の半導体レーザ素子によるレーザアレイの製
造技術などに適用できる。

本発明は少なくとも段差のある面に液相エピタキシャル
成長法によって活性層を含む多層成長層を形成する技術
には適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明の半導体レーザ素子は、その製造において、Ｇａ
Ａｓ基板主面に発光部を構成させるためのチャネルを２
つ設ける際、基板主面上に所望寸法の台形状の凸部を設
けた後、この凸部に２つのチャネルを設けるため、チャ
ネルのピッチが２０μｍ以下と近接していても、この凸
部上に設けられる液相エピタキシャル成長法による下ク
ラッド層はその表面が凸部上では全域に亘って平坦とな
る。この結果、前記下クラッド層上に設けられる活性層
も平坦に延在するとともに、均一な厚さとなることから
、各レーザ光の特性が一定となり、ビーム間隔が２０Ｉ
Ｊｍ以下となる特性の揃ったレーザアレイを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ素子を示
す断面図、 第２図は同じく半導体レーザ素子の製造方法における台
形状の凸部を有するウェハの断面図、第３図は同じ＜Ｍ
ＯＣＶＤ、またはＬＰＥ法により電流狭窄層が設けられ
たウェハの断面図、第４図は同じくチャネルが設けられ
たウェハの断面図、 第５図は同じくエピタキシャル成長層が設けられたウェ
ハの断面図、 第６図はアイソレーション溝が設けられたウェハの断面
図、 第７図は同じく電極が設けられたウェハの断面図、 第８図は従来のレーザアレイの要部を示す模式１・・チ
ャネル、２・・・台形状の凸部、３・・・基板、４・・
・電流狭窄層、５・・・クラッド層（下クラッド層）、
６・・・活性層、７・・・クラッド層（上クラッドＮ）
、８・・・キャンプ層、９・・・アイソレーション溝、
１０・・・カソード電極、１１・・・アノード電極、１
２・・・発光部（共振器）、１３・・・半導体レーザ素
子（レーザダイオードチップ）、１４・・・つエバ、１
５・・・段差、１６・・・襞間位置、１７・・・台形状
の凸部の肩、１８・・・チャネルの間の肩。 第　　１　　図 ／Ｚ−’ｆイ邪（！□） 第４図 第　　５　図 ／４ 第６図 ／４ 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光を発光する共振器を構成するためのチャネ
   ルを２以上基板主面に設けた半導体レーザ素子であって
   、前記基板主面には台形状の凸部が設けられかつこの凸
   部上に前記チャネルが設けられていることを特徴とする
   半導体レーザ装置。 ２、基板の主面に２つ以上のチャネルを設けた後、前記
   チャネル上にエピタキシャル層を形成することを特徴と
   する半導体レーザ素子の製造方法であって、前記基板の
   主面に台形状の凸部を設けた後、この凸部上に前記の２
   つ以上のチャネルを設け、その後、エピタキシャル層を
   形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法
   。