JPH0239583A - 個別にアドレス可能な半導体レーザーアレー - 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、デバイスを成長させた後、不純物による無秩
序化（Ｉｍｐｕｒｉｔｙ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｄｉｓｏｒ
ｄｅｒｉｎｇ　：超格子構造に不純物を拡散または注入
して超格子構造の原子配列の規則性を乱して混晶状態に
すること、以下ＩＩＤと略す）技術を使用して製造した
半導体レーザー、より詳細には電気的及び熱的漏話がご
くわずかであり、高い変換効率を有し、高速ラスター出
力走査装置やレーザー・プリンタに利用できる多重エミ
ッタ半導体レーザー・アレーの設計及び製造方法に関す
るものである。

従来の技術 狭い間隔で配置した個別にアドレス可能なレーザー光源
を製造できることは、光デイスク技術、レーザー印刷、
光相互接続、光フアイバ通信など多くの利用面にとって
重要なことである。光学装置の構造を簡単にするには、
レーザー・アレーのレーザー素子をできるだけ近接させ
ることが望ましい。光相互接続の場合、特にレーザー素
子間の間隔が数ミクロンに過ぎない場合には、レーザー
素子に対する電気接続の隔離を簡単に行うため、デバイ
スをｐ側を上にして装着することが望ましい。しかし、
このやり方は、ＣＭ動作を実現するためデバイスの性能
に制約を課すことになる。これまで、このようなデバイ
スのレーザー素子に個別に接点を設けるさまざまな試み
がなされてきたが、それらのデバイスは、ＣＩ／４動作
ができなかった。それに加えて、光及びキャリヤの閉込
めが不十分なために、レーザー素子間の相互作用すなわ
ち漏話、及び位相同期を防げなかった。

腐食再成長埋込み型へテロ構造レーザーを備えたｐ側上
向き構造において、認容できるＣＨ性能は得られたが、
この技術で高密度レーザー・アレーを製造するには、信
頼性と生産性が重要な問題点として残った。

一般に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、たとえばＧａＡｓ
／Ｇａ＾１＾Ｓの単一エミッタ・レーザーは、比較的低
い屈折率を有する隣接領域の間に挟まれたより高い屈折
率を有する光学的空洞を有する。非平面成長メカニズム
、レーザー基板にチャンネル又はメサなどの非平面成長
メカニズム、あるいは米国特許第４，３７８，２５５号
に記載されている不純物による無秩序化（１１０）技術
で、上記の光学的空洞を作ることは知られている。この
特許に記載されているように、多重量子井戸などの量子
井戸の特徴を有する半導体構造は、不純物の拡散によっ
て組織が無秩序化する。量子井戸の空間的に独立した領
域に不純物を拡散させると、井戸内のΔ１と　Ｇａの混
り合いが起きる結果、拡散による無秩序化を受けた層領
域は、空間的に独立した領域間の中央領域を含む無秩序
化を受けない領域の屈折率に比べると、低い平均屈折率
を有する。したがって、中央領域は、光導波路（光学的
空洞）として、光の誘導放出及び（又は）光の伝播に用
いることができる。

シリコン不純物による無秩序化（Ｓｉ−１１Ｄ）技術は
、標準電力レベルで５０％程度の電力変換効率を有する
低しきい値埋込み型へテロ構造レーザーを製造できるこ
とが判った。この高い性能レベルによリ、この形式のデ
バイスをｐ側を上にして取り付けることが可能になり、
またＣ１１ｌ動作が可能になった。それに加えて、単一
接点アドレス電極を有し、４μｍはどの狭い中心間距離
を有する、この形式のレーザー・アレーは、高度の一様
性を示し、５ｉ−ＩＩＤによって得られた高屈折率光導
波機構のせいで、位相同期作用も示さないことがわかっ
た。

したがって、もしレーザー・アレー内の個別に動作する
レーザー素子間の光学的及び変調漏話や発振漏話などの
電気的漏話が、個々の利用分野において重要な問題を引
き起こさなければ、又はそれらの漏話を許容可能なレベ
ルまで抑制することができれば、このＩＩＤ技術を、各
レーザー素子を個別にアドレスできる高密度レーザー・
アレーに適用することを検討すべきである。

米国特許第４，４４５，１２５号や同第４，４７４，４
２２号（Ｄ／８６３６４）に記載されているように、小
型であること、電力要求が少ないこと、寿命が長いこと
、製造が容易であること、製造費が安いこと、帯電した
感光体表面に静電潜像を書き込む赤外線感光体の露光の
とき赤外線スペクトルの感度が低くてすむことが理由で
、飛点スキャナ又はラスク出力スキャナを備えたレーザ
ー・プリンタに、レーザー・アレーまたはＬＥＤアレー
を使用することは、以前より示唆されていた。さらに、
前記米国特許第４゜４７４．４２２号に記載されている
ように、モノリシック半導体レーザー光源から２又はそ
れ以上のビームで一度に１以上の走査線を同時に走査す
ることができる利点もある。

発明が解決しようとする課題 本発明の主目的は、ＩＩＤ技術を使用して、特にラスク
出力スキャナやレーザー・プリンタに使用でき、光記録
式プレイバック装置など、他の利用分野にも利用できる
、個別にアドレス可能な半導体レーザー光源の高密度ア
レーを提供することである 課題を解決するための手段 本発明によれば、モノリシック高密度半導体レーザー・
アレーの個別にアドレス可能なレーザー光源すなわちレ
ーザー素子を、いかなる位相同期を引き起こすことなく
、レーザー素子間に生じる電気的及び熱的な相互作用す
なわち漏話の量がごく小さい状態で、レーザー素子の個
々の動作に干渉することなく、従来可能であったよりも
狭い中心間距離で近接配置することができる。

本発明の個別にアドレス可能な半導体レーザーアレーは
、空間的に離れた光学的空洞内に配置された少なくども
２個のレーザー素子を有する複数の半導体層で構成され
ており、各半導体層は誘導放出条件のもとで、光を発生
して伝播させる活性領域を有する。空間的に離れた意図
する光学的空洞の横に隣接し、それらの光学的空洞間に
無秩序化合金領域を形成するために、活性領域を貫通す
る領域に、不純物による無秩序化（ＩＩＤ）が施される
。これらの無秩序化領域は、位相同期状態で働かないよ
うに、レーザー素子を光学的に隔離する程度の深さを有
する。さらに、レーザー素子間に形成されたバリヤ層は
、個々のレーザー素子を電気的に隔離する程度の距離ま
でアレー内に伸びている。この無秩序化合金領域とバリ
ヤの組合せは、個々のレーザー素子の個々の動作に関連
する電気的及び熱的な漏話をごく小さくしてレーザー素
子を近接配置することを可能にしている。レーザー素子
の中心間距離は、障害となるような電気的な漏話、光の
漏話又は熱の漏話を生じさすことなく、３〜１０　ｕｍ
にすることが可能である。レーザー素子間の交差接続抵
抗は、例えば、１５　ＭΩ程度にすることが可能である
。レーザー素子内の寄生接合の範囲を少なくする手段を
有しており、その深さは電気的に隔離されたバリヤ層の
深さまでに制限される。近接配置された２個以上のレー
ザー素子を有するレーザー・アレーの場合は、各レーザ
ー素子の個別のアドレッシングを妨げないように、各レ
ーザー素子に対するポンピング接点には、独自の設計上
の特徴を組み入れなければならない。

本発明のより完全な理解と、その他の目的及び利点につ
いては、添付図面を参照して以下の説明を読まれれば明
らかになるであろう。

実施例 次に第１図を参照し、本発明の個別にアドレス可能な半
導体レーザー光源のモノリシック高密度アレーの第１の
実施例について説明する。アレーは、ｎ−ＧａＡｓ基板
１２、その上にエピタキシャル成長させたｎ−Ｇａ１−
ｘＡＩＸＡｓクラッド層１４、無ドープ、又はｐ型ドー
プ、又はｎ型ドープした比較的薄い通常のダブルへテロ
構造の活性層、又はＧａＡｓ又はＧａ１−ｙ八しΔｓ（
ｙは非常に小さく、ｘ＞ｙ）の単一量子井戸、＾ＩＡｓ
又はＧａｐ−、＾し＾Ｓの井戸層と、Δ１ΔＳ又はＧａ
ｐ−、’＾１２′＾ｓ（ｘ、ｙ’＞ｙ＞のバリヤ層とを
交互に配置した多重量子井戸構造、又は独立した閉込め
空洞内の独立した単一又は多重量子井戸構造で構成する
ことができる活性領域１６、ｐ−Ｇａｐ−ｘ＾１□＾ｓ
　（ｘ、ｚ、ｙ’＞ｙ）クラッド層１８、及びｐ＋Ｇａ
八ｓキへップ層２０から成っている。エピタキシャル成
長は、この分野では周知のＭＯＣＶＤによって行われる
。

本発明の実施において、面放射点１７で表したレーザー
・アレー１０の多重エミッタは互いに十分に近接してい
るが、位相同期状態で動作しないことが要求される。こ
れは、プリンタの感光面など像面に結像させ、印字分解
能を高めるために必要な高密度の画素配列を作るために
要求される素子の高密度配置にもかかわらず、レーザー
・アレーを構成する２個以上の素子の発光を個別にアド
レスできるようにするためである。

典型的な層厚の実例として、クラッド層１４の厚さは、
０．５〜１．５Ｌｌ１１１である。活性領域１６は、た
とえば５０〜３００　ｎｒａの厚さを有する薄い通常の
活性層、又は、約３〜５０　ｎｍの厚さのＧａＡｓの量
子井戸と約１〜１５　ｎｍの厚さのｃａｔ−ｙ’Δし′
＾Ｓ（ｙ′・０．１〜１．０）のバリヤ層をもつ超格子
構造であってもよい。クラッド層１８の厚さは、０．１
〜１．０μｍである。キャップＪｉ１２０の厚さは、０
．１〜１．５　ｐｍである。実際に製造したアレー１０
は、ｎ−ＧａＡｓ基板１２と、その上の０．７　ｐｍの
厚さのｎ−ＧａＡＳのバッフｙＪｉｆ（図示せず）と、
０．７　μｍ厚のｎ−Ｇａｏ、６Δ１０．２＾Ｓ（図示
せず）と、１．４　ｐｍ厚のｎ−Ｇａｏ、ｓ＾１ｏ、４
ΔＳのクラッドＮ１４と、０．９　ｐｍ厚の３つのＧａ
６．８＾１゜、４＾Ｓのバリヤ層の間にサンドイッチさ
れた４つのＧａＡｓ井戸から成る６６ｎｍ厚の多重量子
井戸活性領域１６と、１．４μ…厚のｐ−Ｇａｏ、ｓへ
１０．４＾Ｓのクラ・ンド層１８と、０．１　ｐｍ厚の
ｐ−ＧａＡｓのキャップ層２０で構成されている。

多重エミッタ・レーザー・アレー、この第１の実施例の
場合は、２エミツタ・レーザー・アレーを作るために、
不純物による無秩序化（ＩＩＤ）技術、たとえば拡散無
秩序化又は注入／アニール無秩序化が使用される。これ
らの無秩序化は、伝統的に不純物とみなされる種に限定
されるものではなく、拡散によって結晶を無秩序化する
、又は注入によって結晶の秩序を壊し、その後高温でア
ニールして、所望の無秩序化結晶を作り出すことができ
るすべての種を含むよう拡張できることに留意されたい
。

多重エミッタ・レーザー・アレー１０を作るために、最
初に、レーザー構造の領域をＩＩＤにさらすための開口
付きＳｉ、Ｎ、マスクが、キャップ層２０の上面に形成
される。マスキング処理によって露出したレーザー構造
の領域に、高濃度のｎ型不純物を選択的に拡散すること
により、レーザー素子１３＾、１３Ｂの光学的空洞と電
流閉込め領域が作られる。たとえば、適当な拡散源が入
っている半密封の黒鉛容器の中に、８００″Ｃ以上の温
度で十分な時間の間、シリコンを選択的に拡散させるこ
とができる。この種のプロセスは、一般に、水素の流れ
の中で実行するのがよいであろう。量子井戸活性領域１
６にシリコンが拡散すると、活性領域１６内のＧａＡＳ
−ＧａＡＩＡｓの＾ｌとＧａとが混り合って、第１図の
無秩序化領域２８で示した、平均した＾１＾Ｓのモル分
率のＧａ＾１ΔＳ合金が生じる。薄いＧａＡｓ活性層、
又はＧａＡＳ又はＧａ１−、＾じ晶単一量子井戸層の場
合には、活性層のＧａと隣接するＧａ１−！Δ１工ΔＳ
クラッド層１８の八１とが混り合う。

多重量子井戸構造の場合には、＾ｌとＧａの混り合いは
、主に井戸とバリヤ層の間であるが、１つ又はそれ以上
の合金クラッド層１４．１８まで広がる。

シリコンの拡散は、ある温度、たとえば８５０’Ｃで行
われ、参照番号２９で示すように活性領域１６を突き抜
けるよう十分長い時間たとえば数時間、その温度に保た
れる。上記の実例では、無秩序化領域２８の深さは約１
．５μｍで、幅は約８１ＩＩ１１である。

レーザー素子、すなわちレーザー光源１３の中心間距離
は約１０　ｐｍであり、活性領域１６の幅は約２１ＩＩ
Ｉｌである。上記のプロセス処理は、米国特許出願第０
７／１１７，５９３号（１９８７年１１月５日出願、発
明の名称“Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｉｎｔｒｏｄｕｓｉｎ
ｇ　ｉｍｐｕｒｉｔｙ　５ｐｅｃｉｅｓｉｎｔｏ　ａ　
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆ
ｒｏｍ　ａ　ｄｅｐｏｓ−ｉｔｅｄ　５ｏｕｒｃｅ　ａ
ｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｈｅｒｅｏｆ”）に
開示されている。

無秩序化領域２８を形成した後、レーザー構造の全面に
わたって、参照番号２３で示した深さまで、Ｐ型亜鉛拡
散２１が行われる。これにより、良好なオーム接触が与
えられ、レーザー素子１３による直列抵抗が減る。次に
、第１図に示すように、絶縁バリヤ層２５＾、２５Ｂ、
２５Ｃが選択した場所に形成される。これらのバリヤ層
２５＾、２５Ｂ、２５Ｃは、たとえば、陽子ボンバード
（Ｐｒｏｔｏｎ　Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）を、幅が約
４〜５１Ｊ１１の電流ポンピング・チャンネル３２を形
成している亜鉛拡散Ｎ２１の深さを越える所まで行って
形成することができる。レーザー素子間のバリヤ領域２
５Ｂは、これらの光源すなわちエミッタ間にあるレベル
の電気的隔離を提供して、電気的又は熱的漏話なしに、
独立に動作することを可能にする重要な特徴の１つであ
る。バリヤ層２５の深さは、たとえば、ここに記載した
実施例については、０．３〜０．５１１１１１にするこ
とができる。

次に、レーザー索子１３＾、１３Ｂを独立にポンピング
するための独立ポンピング接点２２．２４を作るために
、標準フォトリングラフィ・リフトオフ技術を用いて、
Ｃｒ−＾Ｕ金属被覆がバターニングされる。

最後に、基板１２の底面に金属接点２６が蒸着されて、
接点加工が完了する。

シリコン拡散領域すなわち無秩序化領域２８の配列は、
活性領域１６内の量子井戸構造を少なくとも部分的に無
秩序化する働きをする。活性領域１６の平面内に作られ
たレーザー構造により、活性領域１６の非無秩序化領域
に、より高い屈折率の導波路領域が残る。レーザー素子
１３の領域は活性領域１６に隣接する無秩序化領域２８
に比べて高い屈折率を有するので、導波性が高められる
。次に第２図を参照すると、無秩序化によるｎ十領域２
８により、高アルミニウム・クラッド層１４の境界面に
、ｐｎ接合１９が生じる。このｐｎ接合１９は、活性層
１６の近くのｐｎ接合１５に比べて、高いターンオン電
圧を有している。ｐｎ接合１９における材料のバンドギ
ャップは、活性領域の接合における材料のバンドギャッ
プよりかなり高いので、決められた接合電圧で、ｐｎ接
合１９を通る電流は、レーザー接合１５を通る電流より
もかなり少ない。したがって、レーザー素子を通る全電
流に対するｐｎ接合すなわち高アルミニウム接合１９を
通る漏れ電流の割合は非常に小さいので、素子の性能は
著しく低下しない。詳しく述べると、電流が流れないよ
うにｐｎ接合領域を壊して電気的に絶縁性にするバリヤ
層１５＾、２５Ｂ、２５Ｃの形成によって、ｐｎ接合１
９の横の広がりが、非常に狭められたためである。

第４図は、第１図の２ビーム・レーザー１０のレーザー
素子１３＾、１３Ｂの光出力パワ一対ポンピング電流特
性を示す。光学的空洞の中心間距離は約１０μｍである
。図示のように、電流変化に対する出力パワーは、はと
んど同じであるが、ポンピング電流の増加と共に、若干
の相違が生じる。たとえば、１５　ｍ八では、素子１３
＾の出力は５．２ｍ−であるが、素子１３Ｂの出力は４
．８　ｍＷである。３０　ｍ八では、素子１３＾の出力
は１０．８　ｍＷであるが、素子１３Ｂの出力は１６．
３　ｌａＷである。第５図と第６図は、それぞれ、この
レーザー１０の遠フィールド放射パターンと近フィール
ド放射パターンを示す。本発明の重要な特徴は、狭い間
隔で配置したく詳細には、３〜６μｍ）エミッタを有す
る２ビーム・レーザー１０が動作しているとき、高速変
調及びＣＭ　（持続波）発振における漏話を除去し、又
は許容レベルまで減らすことである。プリンタの場合は
、変調漏話が生じないことが要求される。その理由は、
一方のレーザー素子の変調に関連する他方のレーザー素
子の光出力の変化、たとえば一方のレーザー素子の変調
の低下又は上昇によって、他方のレーザー素子の光出力
が増加又は減少すると、プリンタの感光面に形成される
像の品質及び分解能に影響が生じるからである。また発
振漏話は、すなわち一方のレーザー素子の同時Ｃ−発振
に起因する他方のレーザー素子の光強度の変化（通常は
光強度の低下）は、最大光強度の低下が小さい限り（た
とえば、２％以下）、許容される。

８００スポットフインチのラスク出力プリンタで形成さ
れる感光体上の像の場合、光強度の許容変動値はもっと
小さい。レーザー・プリンタにおいては、２個のレーザ
ー素子１３＾、１３Ｂの発振しきい値電流の差ΔＴｔｈ
をできるだけ小さくすることが望ましい。その理由は、
発振しきい値電流の差が大きくなると、一方のレーザー
素子が持続波（開）を発振しているとき、他方のレーザ
ー素子の光強度が低下するからである。

第３図は、２ビーム・レーザー１０の等価回路を示す。

レーザー素子１３Ａ、１３Ｂの結合抵抗３３の測定値は
、たとえば１５〜１９　ＭΩである。Ｉ　ＭＨｚ　ＡＣ
の場合の結合キャパシタンス３６は、たとえば約１．１
〜０．５　ｐＦである。レーザー素子１３＾、１３Ｂの
直列抵抗３４．３５は、それぞれ約８Ωである。この直
列抵抗が、達成可能な総合電力変換効率を決めることに
特に留意されたい。光出力パワーは、誘導放出しきい値
以上の入力電流に直線的に比例するのに対し、抵抗電力
損Ｐ＝１２Ｒはレーザー素子に対する入力電力の二乗に
比例するので、入力電流が十分に大きくなると、最終的
に光出力パワーは抵抗損によって左右される。したがっ
て、低しきい値レーザー素子の素子性能を規定するとき
は、直列抵抗が重要なパラメータである。低しきい値電
流を得るために狭いレーザー発振フィラメントを使用す
ると、過大な直列抵抗を生じ、その直列抵抗が、低しき
い値電流素子を得るとき達成された利得を帳消しにして
しまうことが多い。レーザー１０で達成された４５％の
高い電力効率は、８Ωの低い直列抵抗によるところが大
きい。１５　ＭΩの交差結合抵抗は、キャップ層２０を
貫通して、０．５ｐＦの交差結合キャパシタンスを有す
るレーザー素子１３Δ、１３Ｂ間の領域内に、約５００
　ｎｍの深さまで広がっている陽子ボンバードの高い抵
抗率のせいである。

狭い間隔で配置したエミッタ、たとえば１０　Ｈ以下の
中心間距離を有し、１．４Ωと報告された、より低い値
の交差結合抵抗３３を有する別に製造された二重ストラ
イブ・レーザー１ｏの高速変調漏話は過大になるであろ
う。すなわち一方のレーザーがしきい値以上でターンオ
ンすると、他方のレーザー素子の順電圧が高くなり、そ
のため、レーザー素子の光強度は低下するであろう。ま
た一方のレーザー素子がターンオフすると、他方のレー
ザー素子の光強度が増大し、順電圧が低くなるであろう
。この実例に関しては、徳田、他の論文、“Ｄｕａｌ　
　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　　Ｆｒ
ｏｍ　　ａ　　Ｔｗｉｎ　　ＳｔｒｉｐＳｉｎｇｌｅ　
Ｑｕａｎｔｕｍ　ｗｅｌｌ　Ｌａ５ｅｒ”、Δｐｐｌｉ
ｅｄ　ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ　、　Ｖｏ　ｌ　
、５１　（２１）　、ｐｐ　、１６６４−１６６６　、
Ｎｏｖ、２３　、１９８７を参照されたい。以上のこと
がら、プリンタの感光体の場合は、変調漏話及びｃｌｌ
Ｉ発振漏話を許容できるレベルまで抑制するために、結
合抵抗を十分に高くし、そして結合キャパシタンスを十
分に小さくすることが重要である。

それとは開隔なく、一方のレーザー素子に対して他方の
レーザー素子を変調する場合は、スパイク状の光強度ピ
ーク変動が常に経験される。感光体上に８００スポット
／インチの標準像印字を行う場合は、上記の光強度ピー
ク変動許容値は、静電印字像の２つの画素をターンオン
することができる光強度の約４％である。５ＭＨｚの変
調、１７ｍへのポンピング電流におけるレーザー１ｏの
光強度ピーク変動は、全ターンオン光強度の約１．７％
であり、これは全く満足できるものである。しがし、直
列抵抗３４．３５に対する交差結合インピーダンス３３
．３６の比率を十分に大きくしてインピーダンス３３．
３６を流れる電流を無視できる程度にすることにより、
一方のレーザー素子の動作によって他方のレーザー素子
のＣＷ発振動作又はパルス発振動作が実質上影響されな
いようにすることが重要な要素であることは明白である
。

レーザー・アレーの狭い間隔で配置された個別にアドレ
ス可能なレーザー素子について考慮しなければならない
もう１つの漏話は、熱漏話である。

一方のレーザー素子の動作から発生した熱は、他方のレ
ーザー素子へ熱拡散して、その動作温度を上昇させ、そ
の光パワー出力を低下させる。このような熱漏話は、ど
ちらかの一方のレーザー素子１３＾、１３Ｂの瞬間出力
が、既に異なる時間動作していた他方のレーザー素子の
パワー出力に依存することになるので、補償することが
難しい。しかし、実験によれば、レーザー素子１３Δ、
１３Ｂ間の熱漏話はそれほど大きくないことが判った。

これについて、第１０図は、独立に動作させたレーザー
素子１３八、１３Ｂの光出力対電流特性を示す。得られ
た特性曲線は、重なっており、実質上同じである。第１
１図は、レーザー素子１３八への電流をオフにした場合
と、ＣＩＡ動作中のレーザー素子１３＾への電流がしき
い値（１３ｍＡ）以上である場合のレーザー素子１３Ｈ
のＣＷ動作を示す。レーザー素子１３Ｂの２つの出力曲
線は、レーザー素子１３＾をオフにした場合とＣ−動作
中の場合の２つの状態が実質上型なっていることに留意
されたい。このように動作曲線のずれが無視できること
は、レーザー素子１３＾が近接して開動作をすることに
よるレーザー素子１３Ｂの加熱がごく少ないことを示し
ている。この低いレベルの熱漏話は、２ビーム・レーザ
ー１０の低パワーの動作及び高い効率に直接寄与するも
のである。

もちろん、本発明の技術を用いて、３〜１０μｍの狭い
間隔で配置した２個以上のエミッタを作ることが可能で
ある。第７図〜第９図は、４個のエミッタから成る多重
エミッタ・レーザー・アレーの構造を示す。数個のエミ
ッタを有するレーザー・アレーに直面する問題は、独立
にアドレス可能なレーザー素子間の望ましくない電気的
及び熱的干渉すなわち漏話を生じさせずに、狭い空間的
位置関係にある４個の異なるレーザー・エミッタを独立
にアドレスすることができるように、どのように４個の
エミッタの接点を設けるかである。

第７図〜第９図に示した方式は、この問題を解決するも
のである。

第７図に示した４ビーム・レーザー４０は、２個のレー
ザー素子の代わりに、４個のレーザー素子４２＾、４２
Ｂ、４２Ｃ，４２Ｄを有し、単一活性層、又は単一量子
井戸、又は、第９図に示すようにＧａＡｓ層とｃａ＋−
ｙ＾１２＾Ｓ層が交互になっている超格子構造から成る
活性領域を有することができることを除いて、第１図の
２ビーム・レーザー１０と同じ断面特徴を有している。

第７図は、各エミッタを相互に電気的に隔離すると共に
、各エミッタに１個づつ、４個の独立した金属接点を作
るためのプラットフォームを形成する目的で行う浅いイ
オン注入又は陽子注入パターン４４を斜線で示す。この
エミッタの電気的隔離は、第２図に参照番号２３で示し
たｐ型（Ｚｎ）拡散によって形成された寄生接合領域を
通って伸びている注入領域４６によってなされる。また
、後で説明するが、エミッタ４２＾、４２Ｄを横断する
狭い幅の注入領域４８が形成されている。これば、この
領域の抵抗を大きくして、エミッタ４２Ｂ、４２Ｃを接
点接続するためである。注入パターン４４の深さは、た
とえば約３００　ｎｍにすることができる。

注入パターン４４を作った後、パターン４４の上に第８
図に示した形状の金属被覆パターンが形成される。金属
被覆パターン、たとえばＣｒ−＾Ｕの複層は、４個のエ
ミッタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ，４２Ｄに対応する４つ
の接点５０＾、５０８．５０Ｃ，５００を構成している
ことに留意されたい。接点５０Ａ、５００は、電流ポン
ピング・エミッタ４２＾、４２Ｄ用の二又状接点ストラ
イブ５３．５５につながる外側ボンディング・パッド５
１を有し、接点５０Ｂ、５０Ｃは、金属接続ブリッジ５
８を介して接点ストライブ５４．５６につながるボンデ
ィング・パッド５２を有する。このため、接点ストライ
ブ５３．５５は、注入横断領域４８と金属ブリッジ５８
を通すために、二又になっているのである。

二又接点５５を介して活性領域１６に電流をポンピング
してキャリヤを注入するとき、第９図に矢印６０で示し
たキャリヤの横方向の拡散を許すために、注入横断領域
４８の幅すなわちエミッタ方向の幅は、できるだけ狭く
すべきである。この幅が十分に狭ければ、絶縁性注入横
断領域４８の下をキャリヤが拡散するので、外側レーザ
ー素子４２＾、４２Ｄの光学的空洞の全長にわたって、
すなわち注入横断領域４８の下の活性領域部分を含めて
、はぼ−様な電流ポンピングが得られるであろう。しか
し、注入横断領域４８の幅をあまり狭くすると、高いポ
ンピング電流値（たとえば、１０〜３０　ｍ＾）に対応
して、金属ブリッジ５８の直列抵抗が増大する。したが
って、注入横断領域４８の幅は、直列抵抗を非許容レベ
ルまで増大させるほど狭くすべきでない。許容範囲の横
断金属ブリッジ５８の実例は、深さを０．３μｍ、外側
レーザー素子４２八又は４２Ｄを横切る方向の長さを約
１５μｍ、幅を約４１１ＩＩｌにすることができる。直
列抵抗の計算値は、約０．３Ωである。

幅がより狭いこと（１ｌＪｍ　＞を除き、上記と同じ寸
法を有する注入横断領域４８の場合は、その直列抵抗は
もっと大きく、約１Ωになる。

以上幾つかの実施例について本発明を説明したが、これ
らの実施例から、この分野の専門家が、多くの代替物、
修正物、均等物を考え付くことは明白である。したがっ
て、本発明は、特許請求の範囲は入るすべての代替物、
修正物、均等物も包含するものとする。

【図面の簡単な説明】 第１図は、２個のレーザー素子から成る半導体レーザー
・アレーの第１の実施例の側面図、第２図は、第１図に
示したレーザー素子の１つの拡大図、 第３図は、第１図に示したレーザー・アレーの等価回路
、 第４図は、第１図に示した形式の２ビーム・レーザーの
光出力パワ一対ポンピング電流特性を示すグラフ、 第５図は、第１図に示した形式の２ビーム・レーザーの
遠フィールド・パターン、 第６図は、第１図に示した形式の２ビーム・レーザーの
近フィールド・パターン、 第７図は、４個のレーザー素子から成る半導体レーザー
・アレーの第２の実施例のバリヤ注入パターンを示す平
面図、 第８図は、第７図に示した４レーザー素子と個別に接触
し、個別にアドレスする金属接点の形状を示す平面図、 第９図は、第７図及び第８図の半導体レーザー・アレー
の、第７図の線９−９に沿った断面図、第１０図は、第
１図に示した形式の２ビーム・レーザーを単独で開動作
させたときの光出力パワ一対ポンピング電流特性を示す
別のグラフ（グラフから、２個のレーザー素子は実質上
同じ光出力パワー／ポンピング電流特性を有することが
わかる）、 第１１図は、第１図に示した形式の２ビーム・レーザー
の単独動作とデュアル動作における光出力パワ一対ポン
ピング電流特性を示すグラフである（グラフから、一方
のレーザー素子を″゛オフ″び゛Ｃ−動作パパワたとき
、他方のレーザー素子は、その動作特性に実質上変化が
なく、Ｃ１１ｌ動作をすることがわかる）。 符号のβ明 １０・・・レーザー・アレー、１２・・・ｎ−ＧａＡｓ
基板、１３＾。 １３１１・・・レーザー素子、１４・・・ｎ−Ｇａ１−
ｙＡし＾Ｓクラッド層、工５・・・ｐｎ接合、１６・・
・活性領域、１７・・・耐放射点、１８−　ｐ　−Ｇａ
、−、＾１ア＾Ｓクラッド層、１９−ｐ　ｎ接合、２０
・・・ｐ　＋ＧａＡｓキャップ層、２１・・・ｐ型亜鉛
拡散層、２２・・・ポンピング接点、２３・・・拡散深
さ、２４・・・ポンピング接点、２５＾、２５Ｂ、２５
Ｃ・・・電気絶縁バリヤ層、２６・・・金属接点、２８
・・・シリコン拡散領域、２９・・・拡散領域の深さ、
３２・・・電流ポンピング・チャンネル、３３・・・結
合抵抗、３４．３５・・・直列抵抗、３６・・・結合キ
ャパシタンス、４０・・・４ビーム・レーザー、４２Δ
。 ４２Ｂ、４２Ｃ，４２０・・・レーザー素子、４４・・
・注入パターン、４６・・・注入領域、４８・・・注入
横断領域、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ。 ５００・・・接点、５１．５２・・・外側ボンディング
・パッド、５３．５４，５５．５６・・・接点ストライ
ブ、５８・・・金属ブリッジ、６０・・・キャリヤの拡
散方向。 ＦＩＧ、　４ 度 ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空間的に離れた光学的空洞内に配置された少なくと
   も２個のレーザー素子を有する複数の半導体層、前記レ
   ーザー素子間に形成され前記アレー内に十分な距離伸び
   て前記レーザー素子を電気的に隔離するバリヤ手段、及
   び前記レーザー素子を個別にポンピングする手段から成
   る個別にアドレス可能な半導体レーザー・アレーであっ
   て、 前記半導体層は、誘導放出条件の下で光を 発生して伝播させる活性領域を有しており、前記空間的
   に離れた光学的空洞の横に隣接し前記光学的空洞間の領
   域に注入された不純物は、前記活性領域を通って浸透し
   、前記活性領域及びそれに隣接する半導体層の少なくと
   も一方の元素成分を少なくとも部分的に相互に拡散させ
   て無秩序化合金領域を作り出し、前記無秩序化合金領域
   は位相同期状態にならないよう前記レーザー素子を光学
   的に隔離する程度の深さを有し、前記無秩序化合金領域
   と前記バリヤ手段との組合せは前記レーザー素子の個別
   動作に関連する光及び熱の漏話をごく少なくして前記レ
   ーザー素子を近接して配置することを可能にし、前記レ
   ーザー素子の中心間距離は３〜１０μｍであり、前記レ
   ーザー素子間の交差接続インピーダンスは有害な光及び
   熱の漏話を防止する程度に高いことを特徴とする半導体
   レーザー・アレー。 ２、さらに、前記レーザー素子の寄生接合の範囲を減ら
   すため前記アレー内に伸びている手段を有し、前記アレ
   ー内に伸びている手段は、前記バリヤ手段の深さまでに
   制限されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レ
   ーザー・アレー。 ３、前記ポンピング手段は、前記各レーザー素子の上に
   平行に形成された個別にアドレス可能な電気接点領域と
   最外側のレーザー素子を横切って前記最外側のレーザー
   素子の中間に位置するレーザー素子を電気的に接続する
   横断路手段から成り、前記最外側のレーザー素子の接点
   領域は、前記横断路手段の所で二又になっており、前記
   横断路手段の幅はその下をキャリヤが横方向に拡散して
   前記最外側のレーザー素子の全長にわたり一様なポンピ
   ングが得られる程度に狭いが、前記最外側のレーザー素
   子の直列抵抗を非許容レベル以上に増大させない程度に
   広いことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザー
   ・アレー。 ４、前記レーザー素子の独立ＣＷ動作又は同時ＣＷ動作
   において、前記レーザー素子間に流れる電流をごく少な
   くするため、前記レーザー素子間の交差接続インピーダ
   ンスは個々のレーザー素子の直列インピーダンスよりか
   なり高いことを特徴とする請求項１に記載の半導体レー
   ザー・アレー。