JPH02240992A - マルチビーム半導体レーザ装置及びその製造方法 - 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〕 この発明は、複数の半導体レーザ装置が、一つの素子内
で集積化さね、かつ各々が独立に駆動できる。いわゆる
マルチビーム半導体レーザ装置の各ビームの垂直方向の
広がり角を、独立に制御するための構造、及び製造方法
に関するものである。 〔従来技術〕 光デイスク用の半導体レーザ装置として、レーザ光の篩
出力化が望まれている。高出力化を図る方法の１つに活
性層を薄くし、端面での光密度を下げ高出力動作時での
端面破壊を防ぐ方法が知らレテいる。そこで、活性層を
薄くすると、光がクラッド層へしみだすことにより、光
密度が小さくなり、発光スポットサイズが大きくなるの
で、端面破壊レベルが向上される。しかし、レーザビー
ムの垂直方向の広がり角（θ上）が小さくなり、光学系
との結合がよくなるため薯と、戻り光の影響を受は易く
なり、戻り光雑音が多くなってしまう。また逆に活性層
を厚くすれば、活性層内での光密度が大きくなり、端面
破壊を起こし易く、高出力動作が困難になってしまうが
、レーザビームの垂直方向の広がり角（０土）が大きく
なり、光学系との結合が悪くなることで、戻り光の影響
を受けにくく、戻り光雑音が少なくなるという利点もあ
る。 そこで１以上の問題解決に、レーザのマルチビーム化が
考えられる。それは、レーザビームの垂直方向の広がり
角（θ土）の大きいレーザは、雑音の要求の厳しい再生
用に、

【θ上）の小さいレーザは、高出力での動作が望
まれる記録用レーザにと使い分けができることや、また
そうすることで＠き込み向後の読みだしも可能とがるか
らである。 この様に読みだし用、書き込み用とレーザビームの垂直
方向の広がり角（θ上）を変えることが、マルチビーム
半導体レーザ装置にとって有効な要素となっている。 これまで、活性層厚を変えることで、ビーム垂直方向の
広がり角（θ工）を変えることができることは前述した
。そこで次にどの様な製造方法で、活性層厚を変えるの
かを述べる。 半導体レーザ装置は、液相成長によって、ダブルへテロ
接合が形成されるが、リッジ上の結晶成長速度は、リッ
ジ下の結晶成長速度に比べ遅くなることを利用する。即
ち、この結晶成長の特質を使うとりフジ上に形成された
レーザの発光スポットは、活性層が薄くなったことξど
よる、光のしみだし効果により、大きくなり、レーザビ
ームの垂直方向の広がり角（θ上）は、リッジ下の平坦
部での（θ上）より小さくなる。 では、次にこの原理を用いた、従来の例を示す。 争７図は例えば、昭和６３年春期応用物理学関係連合講
演会講演予稿簗３０ｐ−ｗｑ−２に示された活性層厚を
制御することで、２つのビーム垂直方向の広がり角（０
上）を調節できる従来のマルチビーム半導体レーザの断
面図であり、１）】はＧａＡａ基板、＋２１はＧａＡｓ
　基板ｕ月ζ形成したりッジ、Ｃ３１）はりッジ【２）
の上に形成された光導波Ｖ溝、（３ｂ）はＧａＡｓ基板
田平坦部の上１ζ形成された光導波Ｖ／ｌｌＩ、（４１
はＧａＡｌＡｓからなる第１クラッド層、（５）はＧ　
ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ａからなる活性層、（５ａ）はリッジ
を有する側の薄い活性層、（５ｂ）は平坦部を有する側
の厚い活性層、＋６）はＧａＡｌＡｓ・からなる第２ク
ラツド層、　（７ｍ）はリッジを有する側のキャップ層
、（７ｂ）は平坦部を有する側のキャップ層、αＧはレ
ーザを独立に動作させる為の分離溝である。 次にこのレーザの動作について説明する。 第８図は、このレーザの動作について説明した図であり
％（８ａ）はキャップ層（７凰）の上に形成されたオー
ミック［極、　（８ｂ）はキャップ層（７ｂ）の上に形
成されたオーミック電極、（９１はＧｍＡａ基板（ＩＪ
に形成された共通のオーミック１！極である。 ここで、例えば、ＧａＡａ基板（１３％ＧａＡＩＡａか
らなる第１クラッド層（４）、活性層（５）がＰ型、Ｇ
ａＡＩＡａからなる第２クラッド層（６）、キャップ層
（７ｍ）、（７ｂ）がｎ型であるとして、駆動電源の陽
極を共通のオーミック電極（９）−ζ１陰極をオーミッ
ク電極（８１）にそれぞれ接続し、リッジ１２１を有す
る側の素子に信号電流１を注入してゆくと、電流はＧａ
Ａａ基板（１３を経て、キャップ層（７ａ）方向へ流れ
始め、活性層（５ａ）に注入される。そこで、電子と正
孔の再結合が効率よ（行なわれ、活性層（５１）のバン
ドギャップに相当する波長の光が、リッジに形成された
Ｖ＠　（３ｍ　）＠上の活性層（５ｍ）で発光し、最終
的にはレーザ発振に至る。ここで、駆動電誦の陽極を共
通のオーミック電極（９）に、（陰極をオーミック電極
（８ｂＨζそれぞれ接続して、信＠電流２を流した場合
も、上記と同様な過程を経て、平坦部１ζ形成されたＶ
溝（３ｂ）ｉ上の活性層（５ｂ）で発光し、レーザ発振
に至る。 この様薯ζ、この２つのレーザは、１つの素子内で分離
溝（１Ｇによって、電気的に分離されて集積されている
ので、各々の電極（８ｍ）、　（８ｂ）へ各々の電気信
号を与えると、それに応じた別々のレーザ応答が独立に
得られる。 これら各々のレーザビームの垂直方向の広がり角ＣＯ上
）の特徴を述べる。リッジに形成されたＶ　１ａ（３ａ
）直上の活性層（５ｍ）は、前述した様に薄いので光の
しみだし効果によりＣ０上）は、小さく高出力動作も可
能である。 また、平坦部番ζ形成されたｖＷＩｊＣ３ｂ）直上の活
性層（５ｂ）からのＣ１θ１）は大きい。 このように、リッジ（２１を有するレーザは、狭いビー
ムを有する高出力の書き込み用レーザ、もう一方のレー
ザは広いビームを有する、低雑音の読みだし用レーザと
して、各々独立身と駆動される。 〔発明が解決しようとする課題〕 従来のマルチビーム半導体レーザ装置は、以上のよう謄
ζ構麿さねているので、薄い活性層厚差を液相成長法と
、リッジ形状とで制御することは、比較的困雛であり、
得られるビーム重心方向の広がり角（θ１）がばらつく
等の問題点があった。 この発明は、上記の様な問題点を解消するためになされ
たもので、容易にしかも、再現性や制御性よく、（θ上
）を設定できるマルチビーム半導体レーザ装置を得るこ
とを目的とする。 〔課題を解決するための手段〕 ｔｌｌこの発明に係わるマルチビーム半導体レーザ装置
の構造は、ＩＩＩの活性層の両側に設けらねたクラッド
層の厚さの和が、第２の活性層の両側に設けられたクラ
ッド層の厚さの和よりも、小さくしたことを特徴とする
マルチビーム半導体レーザ装置である。 （２Ｂこの発明に係わるマルチビーム半導体レーザ装置
の製造方法は、第１のレーザの第２クラッド１層厚を、
ｍ２のレーザの第２クラッド層厚より、エツチングによ
って薄くした後、その上に発振波長に対し吸収体となる
層、または、クラッド層よりも屈折率の低いキャップ層
を形成させるものである。 ｉ３）この発明に係わるマルチビーム半導体レーザ装置
の製造方法において、基板は発振波長身ζ対し吸収体と
なるか、もしくは、基板に積層される第１のクラッド層
よりも屈折率の低い材料からなり、その基板上−ζｆＪ
４１のレーザに対して、エツチングにより、テラスとい
った凸部を設け、その上に液相成長法によって、該クラ
ッド層を成長表面が平坦１ζなるように成長させ、該凸
部を平坦化することによってリッジを有する側のレーザ
の０！１クラッド層を薄くさせるものである。 〔作用〕 １）Ｊ−つの素子中の複数のレーザに、各々、異なった
レーザビームの重置方向の広がり角（０上）を持たせる
ことができる。 ＋２１容易勝ζ、しかも、再現性、制御性よく、レーザ
ビームの垂直方向の広がり角（θ±）を活性層厚差を変
えることなく設定することが可能である。 ＋３１容易鳥ζ、再現性、制御性よく、しかも、結晶成
長が一回で活性層厚差を変えることなく、レーザビーム
の垂直方向の広がり角（０土）設定することが可能であ
る。 【実施例〕 第１図は、本発明の一実施例を示す断面図であり、図に
おいて、（５Ｃ）は０．０５μｍ程度の均一な厚み（１
）ｐ形ａ”０４１ｉ　Ａｌ、、、　６　Ａｓ活性３１．
（６ｍ）は１μｍ以上の厚いｎ型Ｇａ６．　、　Ａｌｇ
、、ｇ　Ａｍ　ｇｇ　２クラッド層、（６ｂ）は０　、
５μｍ程度の薄いｎ型Ｇａ、、６．Ａｔ、、、、　Ａｓ
第２クラッド層であり、その他の番号は、従来例と同様
もしくは、相当部分を示す。従来例の第７図で示したよ
うに％電流を薄い第２クラッド層（６ｂ）下の活性［（
５Ｃ）に注入することで、薄い第２クラッド層（６ｂ）
を有するレーザのＶ溝（３）直上の活性層（５Ｃ）での
発光スポットは、発振波長に対し、吸収体となるように
したＧａＡａ　キャップ層（７）で大きく減衰し、垂直
方向のスポット径が小さくなり、ビームの垂直方向の広
がｈ角（θ上）が厚いクラッド層を有するレーザの（θ
上）より大きくなる。この様にして、クラッド層の厚み
を制御することによって、Ｃｏ上）を容易に変化させる
ことが可能である。従って、厚い第２クラッド層（６ａ
）側の狭ビームレーザは、書き込み用の高出力レーザ、
薄い第２クラッド層（６ｂ）４ｊ５１の広いビームのレ
ーザは、読みだし用の低雑音レーザと使い分けができる
。 第２図は、第１図で示したマルチビーム半導体レーザ装
置の製造方法を示した図である。ａ）〜ｄ）の行程を順
次示す。 第２図（ａ）に示す様に、リソグラフィー技術とエツチ
ングによｌ　ｐ型のＧａＡｇ基板１）３上に光導波Ｖ溝
（３）を形成するλ 第２図（ｂ）に示す様に、Ｖ溝をもつＧｍＡｓ基板（１
３上身ζ結晶成長技術により、ｐ型のＧａ６．８！　Ａ
　Ｉ６．４１　Ａａ第１クラッド層（４１％０．０５μ
ｍ程度の均一な厚みのｐ型のＧａ６０ｇ６　Ａ１６．ｓ
５　Ａｓ活性層（５Ｃ）、　１μｍ以上の厚いＧａｏ、
、Ｉｎ型のＡＩ６．４Ｂ　Ａａ　第２クラッド層（６１
を形成する。 第２図（６）Ｉど示す様に、次に、リソグラフィー技術
とケミカルエツチング−どより、上クラッド層（６）の
一部を０．５μｍ程度の薄いクラッド層（６ｂ）となる
様に除去する。 第２図（ｄ）に示す様Ｓζ、再び、結晶成長技術により
ｓｎ型のＧ　ａ　Ａ　ｓキャップ層（７）を形成し、次
に個々のレーザを独立暑ど動作させる為の分離溝ＱＧを
リソグラフィー技術とエツチング盛どより形成する。 以上の工程により、９１図のマルチビーム半導体レーザ
装置の構造が、完成する。 第３図は、第１図で示した本発明の実施例の構造−ζ、
光光導波溝溝３１付近暑ζ電流集中を図った電流阻止層
を加えた構造である。図において、（２）はｎ型のＧ　
ａＡ　ｓからなる電流阻止層である。その他の番号は従
来例と同様もしくは、相当部分を示す。 動作原理は第１図や第８図で示した通りであるが、電流
は電流阻止層ｌζよって阻止され、この阻止層が約４μ
ｍの幅で存在していない領域、いわゆるＶ＃　ｔ３１の
みに集中的に流れ、レーザ発振がより効率的膓こ行なわ
れることを特徴としている。 第４図は、本発明の別の実施例を示す断面図であり、図
１【おいて、αコはエツチング１こよりＧａＡ蟲基板基
板３上■ζ形成されたテラス、（４ｍ’）はテラスミ１
）横下の厚いｃ”０．６！　Ａｌ６．Ｂ　Ａｓ第１クラ
ツド層、（４ｂ）はテラス上の薄いＧａ６．ｌＩｇ　Ａ
Ｉ（１−４１）Ａｓ第１クラッド層・その他の番号は従
来例と同様もしくは、相当部分と同様である。従来例の
第７図で示したよう勝と、電＆１を薄い第１クラッド層
（４ｂ）上の活性層（５Ｃ）に注入することで、活性層
（５Ｃ）での発光スポットは。 発振波長に対し吸収体となるようにしたＧｍＡｓ基板（
υのテラスａυで大きく減衰し、垂直方向のスポット径
が小さくなり、ビームの垂直方向の広がりｐ４（０上）
が、厚い第１クラッド層（４ａ）を有するレーザの（θ
上）より大きくなる。この様にしてクラッド層の厚みを
制御することによって、（θ上）を容易に変化させるこ
とが可能であるので、レーザビームの垂直方向の広がり
角（θ工）の大きなレーザと、Ｃｏ上１の小さなレーザ
とを一つの素子内に集積化できる。 第５図は、第４図で示したマルチビーム半導体レーザ装
置の製造方法を示した図である。＆１〜Ｃ１の行程を順
次示す。 第５図（ａ）に示す様に、リソグラフィー技術と工・ン
チング■ζよｈ％ＧｍＡ＋％基板ｔｌＪに高さ１μｍの
テラスを設ける。 竿５図（ｂ）に示す様に、テラスα力を有するｎ型０Ｇ
ａＡｓ基板ζυ上に、液相成長法によってｎ型の第’　
”（１−５！　Ａｌ０−４１）　Ａｓクラッド層（４ｍ
）、　（４Ｎをテラスの凸部を平坦化する様に成長させ
る。ここで、厚いクラッド層【４ａ）は、約１．５μｍ
１薄いクラッド層（４ｂ）は、約Ｏ，Ｓμｍξどなるよ
うにする６続いて、ｐ型の”０−１５　”０．１５　Ａ
ｓ活性Ｍ（５Ｃ）、ｐ型の第２０ａ０．６％　Ａｌ０−
４１）　Ａａクラッド層１６）、ｐ型のキャ゛ンプ冶（
７）を順次成長させる。 第５図（Ｃ）に示す様１ζ、最後６ど分離ｍＱｌ］をリ
ソグラフィー技術とエツチングにより形成する。 以上の１稈により％第４図のマルチビーム半導体レーザ
装置の構造が完成する。 第６図は、第４図で示した本発明の実施例の構造１ζ横
モード安定の為の光導波路と、光導波路溝下での電流集
中を図った電流阻止層を加えた構造である。Ｎ−ζおい
て、　（３６１，（３ｄ）は光導波溝、（２）は］型の
ＧａＡａからなる電流阻止層である。（至）は光導波溝
（３Ｃ）、（３ｄ）上の第３のＰ型の”０．５！　Ａ１
）ｌ−４８Ａａクラッド層、その他の番号は従来例と同
様もしくは、相当部分を示す。動作原理は１！！４図や
第７図で示した通りであるが、Ｗ流は電流阻止層ｌζよ
って阻止さね、この阻止層が約４μｍの幅で存在してい
ない溝領域（３ｂ１、（３Ｃ）のみに集中的に流ね、レ
ーザ発振と光導波がより効率的に行なわれることを特徴
としている。 なお、図１．３で示した上記実施例では、第２クラッド
層（６ａ）、（６ｂ）の上に発振波長１ζ対して吸収の
大きなＧａＡａ　キャップ層（７）を設けたものを示し
たが％ＧａＡ膳キャ゛ツブ層（７）に、１！２クラッド
層（６ｍ）、　（６ｂ）よりも屈折率が非常に低いもの
を設けでもよい。 また・、図４．６で示した上記実施例では、基板に発振
波長藤ζ対して吸収の大きなＧａＡｓ基板（ｌａ）を設
けたものを示したが、第１クラッド層（４ａ）。 （４ｈ）よりも屈折率が非常に低いものを設けてもよい
。 また１図１で示した上記実施例では、光導波Ｖ溝を設け
たものを示したが、ないものでもよい。 また１以上述べた実施例では、ＡｌＧａＡｓ系材料ξζ
ついて示したが、ＡＩＧａＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｓＰ系
材料等、その他の材料であっても同様の効果を示す。 また、以上述べた実施例では、２ビームのマルチモード
半導体レーザ装９１ｒζついて示したが、３ビ一ム以上
のものであってもよい。 〔発明の効果〕 中以上の様遥ζ、第１の活性層の両側に設けられたクラ
ッド層の厚さの和が、第２の活性層の両側に設けられた
クラッド層の厚さの和よりも小さくしたことを特徴とす
る。この発明のマルチモード半導体レーザ装置の構造に
よれば、マルチモード半導体レーザ装置の各ビームの垂
直方向の広がり角ＣＯ上）をクラッド層の厚みによって
、各々制御される構造としたので、広いビームを有する
低雑音の情報読みだし用半導体レーザ装置と、狭いビー
ムを有する高出力の書き込み用半導体レーザ装置とを同
一基板上身ご容易に集積化することができる。 １２３以上の様ξζ、この発明のマルチモード半導体レ
ーザ装置の製造方法によれば、クラッド層の層厚をエツ
チングによれ調節することで、ビームの＠直方向の広が
り角（０，！Ｌ１ｉ−設定できるようにしたので、（０
１）の異なったレーザを層厚、組成の制御性に優れ、大
面積基板上に均一な成長が可能で、小産性に富んだんｌ
０ｃＶＤ　（有機金属気相成長１法により、同一基板上
に容易に集積化することが可能となり、歩留まりよく作
製できる。 １３１以上の様に、この発明のマルチモード半導体レー
ザ装置の製造方法によれば、クラッド層の層厚を基板ξ
こ形成するテラスの高さによって調整することで、ビー
ムの垂直方向の広がり角（θ±）を設定できるようにし
たので、（θ上）の異なったレーザを再成長界面のない
一回の結晶成長で、同一基板上Ｓζ容易１ζ集積化する
ことが可能となり１歩留まりよく作製できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザ装置を
示す断面図、９１４２図はこの発明の半導体レーザ装置
の製造方法を示す図、！、３．４図はこの発明の他の実
施例による半導体レーザ装置を示す断面図、第５図は第
４図の発明の半導体レーザ°装置の製造方法を示す図、
第６図はこの発明の他の実施例による半導体レーザ装置
を示す断面図、第７図は従来の半導体レーザ装置を示す
断面図、竿８図は従来の半導体レーザ装置の動作を示す
断面図である。 図において、（ｌ）は基板、Ｉ２）はりッジ、（３）は
溝、（４）は第１クラッド層、（５）は活性層、＋６１
は第２クラッド層、（７）はキヤ’７プ層、＋ｇ＋　、
　１９１　ハＭ　極％ａＯｒｉ分ｍ溝、Ｉはテラス、＠
は電流阻止層、（至）は第３クラッド層である。 なお、図中同一符号は、同一または相当部分を示す。 代 理 人 大 岩 増 雄 第４図 Ｗ 第５図 ｉ　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の―、及び図面。 ６　補正の内容 １））　　明細書をつぎのとおゆ訂正する。 （自発） ２、発明の名称 マルチビーム半導体レーザ装置及びその製造方法３、補
正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者志岐守哉 ４、代理人 住所 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 （！１図内申第７図を別紙のとおり訂正する。 添付書類の目録 ＋１）訂正図面（第７図） １通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１の活性層と、この第１の活性層の両側に設け
   られたクラッド層と前記活性層からの発振波長に対して
   、吸収体となる材料、または、クラッド層より、屈折率
   の低い材料からなるキャップ層とからなる第１のレーザ
   ダイオードと、この第１のレーザダイオードと分離溝を
   介して、設けられると共に、前記活性層と同一の第２の
   活性層とこの第２の活性層の両側に設けられたクラッド
   層と前記クラッド層と活性層からの発振波長に対して、
   吸収体となる材料、または、クラッド層より、屈折率の
   低い材料からなるキャップ層とからなる第２のレーザダ
   イオードを備えたものにおいて、この発明は、第１の活
   性層の両側に設けられたクラッド層の厚さの和が、第２
   の活性層の両側に設けられたクラッド層の厚さの和より
   も、小さくしたことを特徴とするマルチビーム半導体レ
   ーザ装置（２）基板上に第１クラッド層、活性層、第２
   クラッド層を順次結晶成長によつて、積層する工程と、
   マルチビーム半導体レーザ装置における、第１のレーザ
   ダイオード部の該第２クラッド層をエッチングにより積
   層する工程と、その後、該活性層からの発振波長に対し
   て吸収体となる材料、または、該第２クラッド層より屈
   折率の低い材料を積層させる工程を含むことを特徴とす
   るマルチビーム半導体レーザ装置の製造方法。 （３）基板がその上に形成するレーザダイオードの発振
   波長に対して吸収体となる材料からなるか、基板上に形
   成される第１クラッド層より屈折率の低い材料からなり
   、マルチビーム半導体レーザ装置における第１のレーザ
   ダイオード部を含む基板に凸部を設ける工程と、その上
   に第１クラッド層を成長表面が平坦になるようにし、か
   つ該凸部上では薄く、それ以外では厚くなるよう液相成
   長させる工程と、その後、活性層、第２クラッド層を順
   次積層させる工程を含むことを特徴とするマルチビーム
   半導体レーザ装置の製造方法。