JPH04218992A - 半導体レーザー・ダイオード装置 - Google Patents
半導体レーザー・ダイオード装置Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のレーザー・ダイ
オードの配列体と、一体化された複数の反射体とが形成
され、各１個の反射体が上記配列体から放射された各ビ
ームに対応しているエピタキシャル成長層状半導体構造
体を備えたレーザー・ダイオード装置に関する。反射体
は、レーザー・ダイオードの物理的間隔とは異なる横方
向距離を隔てた複数の仮想ソース（ｖｉｒｔｕａｌ ｓ
ｏｕｒｃｅ） の配列体を形成する。より具体的には、
仮想ソースはレーザー・ダイオードよりも間隔を狭める
ことができ、更に単一のスポットに集中させることも可
能である。単一レンズを使用して仮想ソースの配列体に
投影することもできる。 【０００２】 【従来の技術】半導体レーザー・ダイオードは、寸法が
小さく、又、その技術が、関連する電子回路や鏡などの
その他の電子光学要素と共存できるので、様々な情報処
理システムに既に使用されている。それらは、データ通
信や光学的記憶、光ビーム印刷などの範囲で使用されて
いる。 【０００３】２個以上の光源を必要とする用途において
性能を向上させるための試みがなされており、その結果
、狭い間隔を隔てた複数のレーザー．ビームを放射でき
る一体型レーザー配列体の構造が既に開発されている。 一般に、そのような配列体は、例えば、ビット・バイ・
ビット処理に代わるバイト処理のように、高速パラレル
処理で低速シリアル処理を置き換えるような場合や、書
類スキャンニング及び印刷などに使用されている。 【０００４】様々なレーザー配列体構造が既に文献など
に記載されており、その一部を列挙すると以下の通りで
ある： 【０００５】記事「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ
Ａｎａｌｙｔｉｃ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｃｏｕｐ
ｌｅｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｔｒｉｐｅ Ｄｉｏｄｅ
Ｌａｓｅｒｓ 、著者：Ｄ ．Ｒ ．Ｓｃｉｆｒｅｓ
他（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕ
ｍ Ｅｌｅｃｔｏｎｉｃｓ ，Ｖｏｌ ．ＱＥ− １５
，Ｎｏ ．９ ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９７９ ，
ｐｐ ９１７− ９２２ ）。 【０００６】米国特許第４ ，０６９ ，４６３ 号「
インジェクション・レーザー配列体」（１９７８年１月
発行）。 【０００７】ヨーロッパ特許出願第０ ２２６ ４５５
号、「レーザー配列体」（１９８７年６月２４日公開
）。 【０００８】ヨーロッパ特許出願第０ ３０１ ８１８
号、「半導体レーザー配列体装置」（１９８９年２月
１日公開）。 【０００９】ヨーロッパ特許出願第０ ３０１ ８４６
号、「半導体レーザー配列体装置」（１９８９年２月
１日公開）。 【００１０】近年、装置寸法を小さくするための開発処
理が進んできているが、個々のビーム間の間隔を更に減
少させることが、数多くの高解像度の用途に関して強く
望まれている。既に行われているそのような対策の１つ
として、光学的システムを使用してレーザー・ビームを
互いに接近させるという方法がある。ところが、各ビー
ム毎にレンズシステムを使用すると、そのような装置が
複雑かつ高価になりすぎ、更に、ミクロン・オーダーの
特徴寸法を必要とする装置の場合、光学的システムはそ
の物理的限界を超えることになる。以下に記載のレーザ
ー装置は新たな方向を目指すものである。 【００１１】間隔を狭めたビームを実現しようとする他
に、レーザー構造がエピタキシャル成長させられるウエ
ハー表面と平行な平面において放射された光が、一体型
ミラーで反射されてウエハー表面と直角に装置から放出
されるような表面放射レーザーの構造を目指した開発も
行われてきており、これは、主にパッケージングを容易
化するためである。そのような構造は、例えば、以下に
記載されている。 【００１２】米国特許第３ ，９９６ ，４９２ 号、
「二次元一体型インジェクション・レーザー配列体」（
１９７６年１２月７日発行）。 【００１３】米国特許第３ ，９９６ ，５２８ 号、
「折り曲げ空洞インジェクション・レーザー」（１９７
６年１２月７日発行）。 【００１４】米国特許出願第２６４ ４２２ 号、「一
体型レーザー配列体とサポート回路」（１９８８年１０
月３１日出願）。 【００１５】ＩＢＭ技術開示公報記事「一体型ＮＡＭデ
フレクター付き垂直放射レーザー」（Ｖｏｌ．３２ 、
Ｎｏ．３Ｂ 、１９８９年８月、４９８〜４９９頁）。 【００１６】表面放射レーザー・ダイオードを得るため
の別の方策が記事「Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ
Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ ｗｉｔｈ ｂｅｎｔ Ｗａ
ｖｅ 」（著者：Ｍ ．Ｏｇｕｒａ 他、Ａｐｐｌｎ
．Ｐｈｙｓ ．Ｌｅｔｔ．５０（１２ ），２３ ＭＡ
ｒｃｈ １９８７ ，ｐｐ ７０５− ７０７ ）に記
載されている。それによると、溝付き基板上に形成され
た折り曲げ二重ヘテロ構造体が偏向鏡の代わりに使用さ
れている。 【００１７】ところが、出願人が認識するところでは、
所望の「表面放射」を実現するのに必要である光学的要
素を利用して、対応するビームソースよりも間隔を狭め
、かつ、単純な光学手段を使用して投影できる仮想ソー
スを提供することについては、これまで全く示唆されて
いない。 【００１８】ここに記載したレーザー・ダイオード装置
が基礎とする光学的原理に関しては、点光源からの光が
、小さい角度で互いに傾斜する２個の平面鏡に入射され
るいわゆる「フレネル鏡」装置とある程度の類似性があ
る。鏡での反射により２つの仮想像が生じる。これにつ
いてはハンドブック「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏ
ｐｔｉｃｓ 」（ＭａｘＢｏｒｎ ＆ Ｅｍｉｌ Ｗｏ
ｌｆ ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ ，６ｔｈ Ｅ
ｄｉｔｉｏｎ ，Ｐ ．２６２ ）に記載されている。 ところがこの文献には、如何なる意味においても、記載
された光学的原理の技術的応用の可能性が全く示唆され
ていない。 【００１９】 【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的は
、単純な光学的手段を使用して、所望の処理面に投影で
きる収縮集合又は一致集合状態の仮想ソースに複数のレ
ーザー・ビームソースが変換されるレーザー・ダイオー
ド装置を提供することにある。 【００２０】更に本発明の目的は、放射されたレーザー
・ビームが、構造体がその上に形成されるウエハーの表
面と概ね直角な方向において、放出される「表面放射」
一体型レーザー配列体構造を提供することにある。 【００２１】更に本発明の目的は、適当なマスキング・
セグメント寸法形状に関連させて一般的な単方向処理を
して、提案されている一体型表面放射縮小ビーム分離レ
ーザー・ダイオード装置を製造できる方法を提供するこ
とにある。 【００２２】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成し、公知のレーザー・ダイオード装置の欠点を解消し
ようとするものである。本発明の構造によると、レーザ
ー配列体から放射された複数のレーザー・ビームのそれ
ぞれについて、個々に姿勢及び位置を定めた反射器が設
けてある。これらの反射器は仮想ソースの配列体を形成
し、それらの仮想ソースの間の距離は対応するビーム（
又は真ソース）の間の距離とは異なっている。単一のレ
ンズを使用して、次に仮想ソースの配列体は所望の平面
に投影される。仮想ソースが互いに接近するか、又は、
互いに一致する場合が最も重要な実施例となる。 【００２３】個々にビームに対応する複数の所要反射器
のグループはマスクを使用した単方向ドライ・エッチン
グ処理で製造でき、その場合、マスクの複数のセグメン
ト（及び方向性エッチングの共通角度）が個々の傾斜反
射表面の位置及び姿勢を適切に決定する。 【００２４】本発明で得られる主要効果は、複数のレー
ザー・ビームソースを、間隔を狭めた収縮型レーザーソ
ースであって、場合によっては互いに一致したレーザー
ソースに変換する装置として本発明による構造が作用す
るということである。本発明のレーザー・ダイオード装
置は以下に示すいくつかの用途に使用した場合に効果的
である。 【００２５】複数のトラック間が、レーザー配列体にお
いて隣接するレーザー間で得られる最小間隔よりも小さ
い場合の帯域記録。収縮した仮想ソースにより隣接する
トラックへの並列記録が可能となる。 【００２６】斬進的レーザー性能低下はレーザー出力に
依存しており、部分的出力の一致仮想ソースでいくつか
のレーザーを作用させることにより低減することができ
る。 【００２７】レーザー信頼性は冗長度を通して大幅に改
善でき、これは、一致仮想ソースを順次又は組み合わせ
て採用することにより得ることができる。 【００２８】単一レーザー・ダイオードで得ることので
きる像形成スポットでの出力密度は、主にレーザー鏡で
の破局的故障により制限され、その制限は一致仮想ソー
スを使用して解消できる。 【００２９】干渉長が短いことは通信分野によっては重
要であり、この長さは、一致仮想ソースの出力を組み合
わせることにより短くできる。 【００３０】本発明を実施するための１つの方法を、図
示の実施例により以下に説明する。 【００３１】 【実施例】本発明によるレーザー・ダイオード配列体の
実施例を詳細に説明する前に、表面放射レーザー装置を
得るために構造体に採用される傾斜反射器概念を図７に
より概略的に説明する。 【００３２】図７は周知の表面放射レーザー構造体１０
の斜視図で、主な要素だけがそこに示されている。主な
要素として、レーザー・ダイオード１１と、４５度反射
器１２とがある。両者は、ＧａＡｓ 基板１３上にエピ
タキシャル成長させた積層体に形成されており、その積
層体は、少なくとも活性層１４をクラッド層の間に挟ん
だ状態で含んでいる。説明を簡単にするために、図面で
は活性層だけが示されている。図面では、溝１５を形成
してレーザー鏡面１６と４５度反射表面１７とを設ける
ためのエッチング処理が完了した後の状態で、構造が示
されている。図面では、最終的な装置に電気接点を設け
るための金属被覆層が省略されている。 【００３３】適当な作動電圧を与えて装置を作動させる
と、光ビーム１９Ａが放射される。図面では、レーザー
の光モード領域は、活性層１４を中心とする小さい楕円
で示されており、横方向には筋状隆起部１８で限定され
ている。矢印１９は、４５度表面１７に衝突する放射ビ
ーム１９Ａの「真」ソースを表している。この場合、ビ
ームは方向が変わって「表面放射」を行い、すなわち、
出力ビーム１９Ｂは基板表面と概ね直角な方向となる。 ビーム１９Ｂは、仮想表面１９’から方向を変えずに放
射されたものと考えることができる。 【００３４】本発明の目的は、一体型レーザー配列体に
傾斜反射器概念を適用するとともに、配列体の個々のレ
ーザー間の分離間隔を見かけ上の（又は仮想の）より小
さい間隔まで減少させ、それにより、レーザーの製造及
び作用が可能な最小の分離間隔よりも小さいソース間間
隔を備えた複数ビームソースについての要求を満足させ
ることにある。本発明によると、真ソースの集合を仮想
ソースの収縮又は一致集合に変換でき、その仮想ソース
は、単一レンズを使用して、所望の縮小光パターンを与
えるように投影できる。 【００３５】次に原理を図１及び図２により説明する。 図１に概略的に示すレーザー配列体構造２１は、図７の
レーザー１１と構造が類似しており、ビームＢｏ 、Ｂ
ｎ をそれぞれ放射する２個の光源Ｑｏ 、Ｑｎ を備
えている。これらの「真」光源はそれぞれウェーブガイ
ドで形成され、そのウェーブガイドはｙ方向に沿うとと
もに、前部鏡面がｘ−ｚ面にある。但し、概念的には、
複数の前部鏡は同一平面上にある必要はない。 【００３６】ｙ−ｚ面を進むビームＢｏ は反射器Ｒｏ
で反射されて、上方へ投影される。反射面は４５度だ
け傾いており、その「垂線」（反射表面と直角）は矢印
Ｎｏ で示されている。ビームの仮想ソースＱｏ ’の
位置は図示の通りである。 【００３７】第２ソースＱｎ は配列体の他のいずれか
のソースを表しており、これは、距離ｓｎ だけソース
Ｑｏ から離れた点において配列体からビームＢｎ を
放射する。ビームＢｎ は反射器Ｒｎ と交差する。 【００３８】各仮想ソースＱｎ ’の位置は反射器Ｒｎ
の姿勢及び位置で決定される。前述の如く、最終的な
目標は、各真ソースＱｏ 、Ｑｎ の分離間隔ｓｎ と
は異なった距離ｓｎ ’だけ仮想ソースＱｎ ’をソー
スＱｏ ’から離して位置させることにある。極端な場
合、ｓｎ ’＝０であり、すなわち、複数の仮想ソース
が一致し、分離している各真ソースは単一スポットに投
影される。 【００３９】全ての反射器Ｒｎ の姿勢及び位置を適切
に定めるための必要条件を次に説明する。ビームＢｏ
については、真ソースＱｏ及び仮想ソースＱｏ ’がｙ
−ｚ面にある。放射ビームＢｏ ’をレーザー・ダイオ
ード配列体の活性層２２の平面（又はウエハー表面）、
すなわち、ｘ−ｙ平面に対して直角にする必要がある場
合、反射器Ｒｏ はｘ軸に対して平行で、４５度だけ傾
斜させる必要がある。反射器Ｒｏは配列体の前部鏡平面
から（遠近フィールド・ビーム・パターン及びその他の
技術条件の下で測定して）距離ｄの位置にある。これに
より、ソースＱｏ’はｙ−ｚ平面に位置し、すなわち、
ｘ、ｙ、ｚ座標で（０，ｄ，−ｄ）に位置する。 【００４０】図１から明らかなように、反射器Ｒｏ は
、（１）ソースＱｏ とソースＱｏ ’を結ぶ線Ｑｏ
Ｑｏ ’と平行に垂線Ｎｏ が位置する姿勢にあり、又
、（２）反射器平面がこの接続線の中間点Ｍｏ を通過
するように位置決めされている。これらの規則はソース
Ｑｏ とそれに対応する反射器Ｒｏ 及び結果的に生じ
る仮想ソースＱｏ ’に当てはまるだけではなく、ソー
スＱｎ のような同一レーザー配列体に形成された他の
全てのソース及びそれぞれの反射器（Ｒｎ ）及び仮想
ソース（Ｑｎ ’）に当てはまる。 【００４１】後述する説明からも明らかなように、多く
の場合、全ての仮想ソース（Ｑｏ ’、Ｑｎ ’及びそ
の他のもの）がｘ方向に並ぶことが望ましく、又、場合
によっては必要となる。このために、全ての仮想光源Ｑ
ｎ ’の位置決めについて別の条件が生じ、仮想光源Ｑ
ｎ ’を座標（ｓｎ ’，ｄ，−ｄ）に形成して、その
ｓｎ ’を、実現しようとする分離縮小係数ｓｎ ’／
ｓｎ で決定することが必要となる。 【００４２】これによると、ソースＱｎ が座標（ｓｎ
，０，０）にあり、仮想ソースＱｎ ’を座標（ｓｎ
’，ｄ，−ｄ）で得るようにすると、反射器Ｒｎ の
姿勢は、その垂線Ｎｎ が接続線Ｑｎ Ｑｎ ’と平行
になることが必要である。更に、反射器Ｒｎ は、接続
線にその中間点Ｍｎ において交差するように位置決め
しなければならない。反射されたビームＢｎ ’の方向
は一般に上向きであるが、図１に示す如く、ｘ−ｙ平面
（又はウエハー表面）に対する垂線からは傾斜している
。 【００４３】反射された上向きビームＢｏ ’及びＢｎ
’（及び通常はその他のビーム）は、見かけ上は、そ
れぞれ対応する仮想ソースＱｏ ’、Ｑｎ ’などから
生じており、それらは、単一レンズ（図示せず）により
集めることができ、それにより、所定の平面において、
仮想ソースＱｏ ’、Ｑｎ ’のパターンの縮小投影が
生じる。 【００４４】反射器Ｒｏ 、Ｒｎ （及び通常はその他
の反射器）の姿勢及び位置が、全ての仮想ソースを１点
（ｓｎ ’＝０）で組み合わせるように設定されている
と、レンズは、仮想ソースを１点に集合させて投影し、
その１点に光エネルギーが加えられる。 【００４５】なお、仮想ソースは直線上に必ずしも位置
させる必要はない。用途によっては、円弧の方が好まし
いことがあり、そのようにすると、レンズ収差を補償で
きたり、より単純なレンズを使用することが可能となる
場合がある。仮想ソースのそのような構造は、レンズ及
び（又は）反射器のｙ位置を適当に調節することにより
得ることができる。 【００４６】次に、本発明の構造の構成原理を説明する
。図２は図１の構造と類似した構造を概略的に示してお
り、この構造によると、２個の真ソースＱ ｏ、Ｑｎ
が設けてあり、それらがビームＢｏ 、Ｂｎ を、配列
構造体２１の活性層２２の周囲に形成されたウェーブガ
イドから放射し、又、それらに対応する反射器Ｒｏ 、
Ｒｎ が設けてある。配列構造体２１は、一般的なレー
ザー・ダイオード技術を使用して製造及び設計でき、又
、後述する如く、姿勢及び位置の異なる反射器Ｒｏ 、
Ｒｎ を標準的な方法で形成することもできる。 【００４７】一般的な製造方法では、２個の調節可能な
パラメータが利用される。その１つは、（方向性ドライ
エッチング処理での入射角で代表されるような）処理の
方向であり、他の１つは、（リソグラフィー限定マスク
・パターンで決定されるような）処理の境界である。 【００４８】図２において、真ソースＱｏ 、Ｑｎ か
らのビームＢｏ 、Ｂｎ は、点Ｒｏ 、Ｒｎ におい
て傾斜反射表面２３ｏ 、２３ｎ に衝突し、そこから
ビームＢｏ ’、Ｂｎ ’が、図示の如く、概ね上向き
に反射される。図面では、ビーム軸は平行四辺形２３ｏ
、２３ｎ で表される傾斜平坦表面の角点Ｒｏ 、Ｒ
ｎ で反射するように示されている。無論、ビームは拡
散するので、反射点Ｒｏ 、Ｒｎそのものよりも多少広
い表面面積が必要である。但し、説明のために、図面で
はビーム軸だけを示す。 【００４９】反射表面２３ｏ 、２３ｎ 及び通常はそ
の他の反射表面を単一工程で製造することが望ましいか
、又は必要であるので、全ての反射器のｘ−ｚ平面に対
する傾斜角度は、例えば方向性エッチング処理のエッチ
ング方向である処理ベクトルａで決定される。図２にお
いて、傾斜角度は４５度であるとする。更に、反射表面
２３ｏ 、２３ｎ はそれぞれマスキング縁部２４ｏ
、２４ｎ で限定され、そのマスキング縁部２４ｏ 、
２４ｎ は配列体２１の頂部表面と同じ平面にあり、す
なわち、（ｚｏ が、図示の如く、活性層２２の上側の
層の厚さであるとして）ｚ＝ｚｏ でｘ−ｙ平面にある
。 【００５０】次に、全ての反射表面２３ｎ とそのビー
ム軸反射点Ｒｎ についての一般的な考察を行う。表面
２３ｎ は処理ベクトルａ（前述の如く４５度）と、マ
スキング縁部２４ｎ とで決定され、縁部２４ｎ は、
ｘ方向に対する方位角姿勢をΘとした場合のベクトルｅ
ｎ ＝（ｃｏｓΘｎ ，ｓｉｎΘｎ ，０）で決定され
る。ベクトルａ、ｅは平面２３ｎ 、従って、平面垂線
Ｎｎ ＝ａ ｘ ｅｎ 、の姿勢及び位置を決定す
る。 【００５１】図１に関連して説明した規則では以下が要
件となる。 【００５２】（１）反射器２３ｎ の垂線Ｎｎ が線Ｑ
ｎＱｎ ’と平行であり、 【００５３】（２）反射表面２３ｎ が線Ｑｎ Ｑｎ
’の中間点Ｍｎ を通過する。 【００５４】この法則を適用すると、数式１が得られる
。 【数１】 【００５５】又、Ｍｎ 座標については数式２の通りで
ある。 【数２】 【００５６】４５度のエッチング方向を選択した場合に
は、ａ＝（０，−１，−１）となり、更に、数式３のよ
うになる。 【数３】 【００５７】これに関し、数式１を数式４のように単純
化できる。 【数４】 【００５８】この式により、数式５が得られる。 【数５】 【００５９】Θｎ はマスク縁部２４ｎ の姿勢を定め
ており、その場合、この縁の位置は、座標を有する縁の
数式６の中間点Ｐｎ の限定される。 【数６】 【００６０】これにより、仮定の処理ベクトルａ（処理
角度が４５度のｙ−ｚ平面にある）では、全ての反射点
Ｒｎ のｙ座標がｄに等しくなり、すなわち、前部鏡が
ｘ−ｙ平面にある配列体２１では、鏡面と反射点との間
の距離が全てのビームについてｄに等しくなる。 【００６１】図３、図４、図５には、反射表面２３ｎ
が、要件Ｑｎ Ｒｎ ＝ｄに対応するように可変数の真
ソースに対して、どのように位置決めできるかが原理的
に示されている。 【００６２】図３は、本発明実施例のために選択された
装置の平面図であり、これについては更に詳細に後述す
る。ソースＱ１、Ｑ２から放射された２個のビームＢ１
、Ｂ２は、それぞれ、Ｒ１、Ｒ２において対応する反射
表面２３１ 、２３２ に衝突する。反射表面はｘ軸に
対して角度Θ１、Θ２を形成する。装置の断面Ａ−Ａ’
を表す各側面が説明のために図示されている。 【００６３】図４は別の２ビーム実施例を示している。 但し、図３の構造とが異なり、（ビームＢ１が衝突する
）反射表面の１つがｘ軸と平行な姿勢となっている。 その結果、Ｑｎ Ｒｎ ＝ｄ状態にするためには、２つ
の反射表面２３１ 、２３２ の間に「ステップ」が必
要となる。 【００６４】図５は５ビーム配列体を示しており、その
各ビームにそれぞれ反射表面が併設されている。この場
合も、近接する反射表面の間にステップが必要である。 【００６５】図６は本発明により設計されたレーザー・
ダイオード装置５１の実施例を示している。この構造は
ソースＱ１、Ｑ２からビームＢ１、Ｂ２をそれぞれ放射
するレーザー配列体構造５２を備えている。 【００６６】基本的には、装置５１は図１、図２、図３
に関連して説明した構造に対応している。反射表面２３
．１、２３．２は図３と同様の姿勢にあり、具体的には
、両方の表面がｘ軸に対して角度Θ１、Θ２を形成し、
傾斜反射表面がｘ＝０で交差している。この構造では、
数式７の条件に対処するために（図４、図５で概略的に
示した実施例と異なり、ステップは全く必要でない。 【数７】 【００６７】装置の動作を次に説明する。適当な作動電
圧を及ぼすと、レーザー構造体５２はビームＢ１、Ｂ２
を放射し、それらが点Ｒ１、Ｒ２においてそれぞれ反射
表面２３．１、２３．２に衝突する。反射したビームＢ
１’、Ｂ２’は装置から上向きに放出され、その場合、
表面２３．１、２３．２はｘ軸に対して角度Θ１、Θ２
を形成するので、ビームＢ１’、Ｂ２’の軸はウエハー
垂線に対して互いに対称に傾斜する。 【００６８】装置の上方に配置した集合レンズ（図示せ
ず）を使用して仮想ソースＱ１’、Ｑ２’が所望の処理
平面に投影される。 【００６９】角度Θ１、Θ２を図６に示すように選択す
ると、仮想ソースＱ１’、Ｑ２’が単一点に投影される
。この状況は、ｓｎ ’＝０の時に得ることができ、そ
の場合、数式５は数式８のように単純化される。 【数８】 【００７０】次に、図６のレーザー・ダイオード構造を
得るための製造方法の概略を説明する。 【００７１】レーザー配列体５２及び反射器構造体５４
の基礎を形成するエピタキシャル成長多層積層体は、記
事「Ｈｉｇｈ− Ｐｏｗｅｒ Ｒｉｄｇｅ− Ｗａｖｅ
ｇｕｉｄｅ ＡｌＧａＡｓ ＧＲＩＮＳＣＨ Ｌａｓｅ
ｒＤｉｏｄｅ 」（著者：Ｃ ．Ｈａｒｄｅｒ 他、ｐ
ｕｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ ，２５ｔｈＳｅｐｔｅｍｂｅｒ １９８
６ ，Ｖｏｌ ．２２ ，Ｎｏ ．２０ ，ｐｐ １０
８１− ８２ ）に記載された方法と本質的に同じであ
り、それと同じ方法を使用して製造できる。複数の層（
その一部は図６には詳細には示されていない）から成る
積層体を製造する工程順序は以下の通りである。 【００７２】層がｎ＋ドーピング処理ＧａＡｓ基板１３
上に、例えば分子線エピタキシ（ＭＢＥ）により成長さ
せられる。最初に、ｎドーピング処理ＧａＡｓバッファ
層が基板上で成長させられる。次に、低ｎ型クラッディ
ング層（Ａｌ０．４５ Ｇａ０．５５ Ａｓ）が形成さ
れる。レーザーのコアは傾斜ｎ型領域（０．２μｍのＡ
ｌ０．１８ Ｇａ０．８２ Ａｓ側に傾斜したＡｌ０．
４５ Ｇａ０．５５Ａ ｓ）と、量子ウェル（７ｎｍの
ＧａＡｓ）を形成する非ドーピング処理活性領域１４と
、傾斜ｐ型領域（０．２μｍのＡｌ０．１８ Ｇａ０．
８２ Ａｓ側へ傾斜した領域）から構成される。次に、
頂部ｐ型クラッディング層（Ａｌ０．４５ Ｇａ０．５
５ Ａｓ）が形成され、又、それに続いて、ｐ＋ＧａＡ
ｓ接点層が形成され、該層のドーピング密度は、チタニ
ウム・プラチナ・金電極で良好な抵抗接点を形成できる
ように充分に高くなっている。ｎ型基板１３の底部側で
の他の抵抗接点は、ゲルマニウムと金とニッケルとを合
金化させることにより得られる。 【００７３】この実施例では、幅が約４マイクロメート
ルで間隔が２０マイクロメートルである隆起部５５．１
、５５．２により、真ソースＱ１、Ｑ２として作用する
２個のウェーブガイドのための横ウェーブガイディング
が設けられる。隆起部は、金属接点電極を溶着させる前
に、構造体の頂部上に形成され、具体的には、最初にフ
ォト・レジスト・マスクを設けて隆起部を限定し、次に
、露出頂部層を１〜２μｍだけエッチングして頂部クラ
ッディング層の傾斜インデックス部分の上側０．２マイ
クロメートルで停止させて形成される。これに続いて、
１００ｎｍのＳｉＯ２ を付着させ、次に、剥離させて
、隆起部上のＳｉＯ２ を除去する。 【００７４】溝は、その側壁の一方がレーザー鏡面５３
として作用し、他方の側壁が反射器構造体５４で偏向表
面２３．１、２３．２を形成するが、次にその溝のエッ
チングが、継続中のヨーロッパ特許出願第８８ ．８１
０６１３ ．５（出願日：１９８８年９月１２日）に詳
細に記載された方法などに基本的に対応するエッチング
方法及びマスクを使用して行われる。垂直エッチングと
４５度エッチングが、２段階処理においてイオン・ビー
ムに対してウエハーを適当に傾けて方向性イオン・ビー
ム技術を使用して行われる。 【００７５】４５度偏向表面は高反射率の絶縁層で被覆
され、それにより、レーザー・ダイオードの前面出力パ
ワーは、ウエハーの表面とほぼ直角に上方へ放射される
。 【００７６】図６の構造体の典型的な寸法は以下の通り
である。レーザー構造体５２の長さは３００〜１０００
マイクロメートルであり、反射器構造体５４の長さは（
ビーム・モニターリングなどの別の目的に同時に使用す
る場合を除いて）特に重要ではない。ソースＱ１、Ｑ２
間の横方向距離は２０μｍのオーダーであり、鏡面５３
と反射点Ｒ１、Ｒ２との間の距離ｄに等しい。反射表面
平面２３．１、２３．２とｘ方向との間の角度Θ１、Θ
２は数式９から得られる。 【数９】 【００７７】これによると、角度の絶対値は２６．５度
となる。 【００７８】 【発明の効果】本発明により、単純な光学的手段を使用
して、所望の処理面に投影できる収縮集合または一致集
合状態の仮想ソースに複数のレーザー・ビームソースが
変換されるレーザー・ダイオード装置が得られる。
オードの配列体と、一体化された複数の反射体とが形成
され、各１個の反射体が上記配列体から放射された各ビ
ームに対応しているエピタキシャル成長層状半導体構造
体を備えたレーザー・ダイオード装置に関する。反射体
は、レーザー・ダイオードの物理的間隔とは異なる横方
向距離を隔てた複数の仮想ソース（ｖｉｒｔｕａｌ ｓ
ｏｕｒｃｅ） の配列体を形成する。より具体的には、
仮想ソースはレーザー・ダイオードよりも間隔を狭める
ことができ、更に単一のスポットに集中させることも可
能である。単一レンズを使用して仮想ソースの配列体に
投影することもできる。 【０００２】 【従来の技術】半導体レーザー・ダイオードは、寸法が
小さく、又、その技術が、関連する電子回路や鏡などの
その他の電子光学要素と共存できるので、様々な情報処
理システムに既に使用されている。それらは、データ通
信や光学的記憶、光ビーム印刷などの範囲で使用されて
いる。 【０００３】２個以上の光源を必要とする用途において
性能を向上させるための試みがなされており、その結果
、狭い間隔を隔てた複数のレーザー．ビームを放射でき
る一体型レーザー配列体の構造が既に開発されている。 一般に、そのような配列体は、例えば、ビット・バイ・
ビット処理に代わるバイト処理のように、高速パラレル
処理で低速シリアル処理を置き換えるような場合や、書
類スキャンニング及び印刷などに使用されている。 【０００４】様々なレーザー配列体構造が既に文献など
に記載されており、その一部を列挙すると以下の通りで
ある： 【０００５】記事「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ
Ａｎａｌｙｔｉｃ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｃｏｕｐ
ｌｅｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｔｒｉｐｅ Ｄｉｏｄｅ
Ｌａｓｅｒｓ 、著者：Ｄ ．Ｒ ．Ｓｃｉｆｒｅｓ
他（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕ
ｍ Ｅｌｅｃｔｏｎｉｃｓ ，Ｖｏｌ ．ＱＥ− １５
，Ｎｏ ．９ ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９７９ ，
ｐｐ ９１７− ９２２ ）。 【０００６】米国特許第４ ，０６９ ，４６３ 号「
インジェクション・レーザー配列体」（１９７８年１月
発行）。 【０００７】ヨーロッパ特許出願第０ ２２６ ４５５
号、「レーザー配列体」（１９８７年６月２４日公開
）。 【０００８】ヨーロッパ特許出願第０ ３０１ ８１８
号、「半導体レーザー配列体装置」（１９８９年２月
１日公開）。 【０００９】ヨーロッパ特許出願第０ ３０１ ８４６
号、「半導体レーザー配列体装置」（１９８９年２月
１日公開）。 【００１０】近年、装置寸法を小さくするための開発処
理が進んできているが、個々のビーム間の間隔を更に減
少させることが、数多くの高解像度の用途に関して強く
望まれている。既に行われているそのような対策の１つ
として、光学的システムを使用してレーザー・ビームを
互いに接近させるという方法がある。ところが、各ビー
ム毎にレンズシステムを使用すると、そのような装置が
複雑かつ高価になりすぎ、更に、ミクロン・オーダーの
特徴寸法を必要とする装置の場合、光学的システムはそ
の物理的限界を超えることになる。以下に記載のレーザ
ー装置は新たな方向を目指すものである。 【００１１】間隔を狭めたビームを実現しようとする他
に、レーザー構造がエピタキシャル成長させられるウエ
ハー表面と平行な平面において放射された光が、一体型
ミラーで反射されてウエハー表面と直角に装置から放出
されるような表面放射レーザーの構造を目指した開発も
行われてきており、これは、主にパッケージングを容易
化するためである。そのような構造は、例えば、以下に
記載されている。 【００１２】米国特許第３ ，９９６ ，４９２ 号、
「二次元一体型インジェクション・レーザー配列体」（
１９７６年１２月７日発行）。 【００１３】米国特許第３ ，９９６ ，５２８ 号、
「折り曲げ空洞インジェクション・レーザー」（１９７
６年１２月７日発行）。 【００１４】米国特許出願第２６４ ４２２ 号、「一
体型レーザー配列体とサポート回路」（１９８８年１０
月３１日出願）。 【００１５】ＩＢＭ技術開示公報記事「一体型ＮＡＭデ
フレクター付き垂直放射レーザー」（Ｖｏｌ．３２ 、
Ｎｏ．３Ｂ 、１９８９年８月、４９８〜４９９頁）。 【００１６】表面放射レーザー・ダイオードを得るため
の別の方策が記事「Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ
Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ ｗｉｔｈ ｂｅｎｔ Ｗａ
ｖｅ 」（著者：Ｍ ．Ｏｇｕｒａ 他、Ａｐｐｌｎ
．Ｐｈｙｓ ．Ｌｅｔｔ．５０（１２ ），２３ ＭＡ
ｒｃｈ １９８７ ，ｐｐ ７０５− ７０７ ）に記
載されている。それによると、溝付き基板上に形成され
た折り曲げ二重ヘテロ構造体が偏向鏡の代わりに使用さ
れている。 【００１７】ところが、出願人が認識するところでは、
所望の「表面放射」を実現するのに必要である光学的要
素を利用して、対応するビームソースよりも間隔を狭め
、かつ、単純な光学手段を使用して投影できる仮想ソー
スを提供することについては、これまで全く示唆されて
いない。 【００１８】ここに記載したレーザー・ダイオード装置
が基礎とする光学的原理に関しては、点光源からの光が
、小さい角度で互いに傾斜する２個の平面鏡に入射され
るいわゆる「フレネル鏡」装置とある程度の類似性があ
る。鏡での反射により２つの仮想像が生じる。これにつ
いてはハンドブック「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏ
ｐｔｉｃｓ 」（ＭａｘＢｏｒｎ ＆ Ｅｍｉｌ Ｗｏ
ｌｆ ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ ，６ｔｈ Ｅ
ｄｉｔｉｏｎ ，Ｐ ．２６２ ）に記載されている。 ところがこの文献には、如何なる意味においても、記載
された光学的原理の技術的応用の可能性が全く示唆され
ていない。 【００１９】 【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的は
、単純な光学的手段を使用して、所望の処理面に投影で
きる収縮集合又は一致集合状態の仮想ソースに複数のレ
ーザー・ビームソースが変換されるレーザー・ダイオー
ド装置を提供することにある。 【００２０】更に本発明の目的は、放射されたレーザー
・ビームが、構造体がその上に形成されるウエハーの表
面と概ね直角な方向において、放出される「表面放射」
一体型レーザー配列体構造を提供することにある。 【００２１】更に本発明の目的は、適当なマスキング・
セグメント寸法形状に関連させて一般的な単方向処理を
して、提案されている一体型表面放射縮小ビーム分離レ
ーザー・ダイオード装置を製造できる方法を提供するこ
とにある。 【００２２】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成し、公知のレーザー・ダイオード装置の欠点を解消し
ようとするものである。本発明の構造によると、レーザ
ー配列体から放射された複数のレーザー・ビームのそれ
ぞれについて、個々に姿勢及び位置を定めた反射器が設
けてある。これらの反射器は仮想ソースの配列体を形成
し、それらの仮想ソースの間の距離は対応するビーム（
又は真ソース）の間の距離とは異なっている。単一のレ
ンズを使用して、次に仮想ソースの配列体は所望の平面
に投影される。仮想ソースが互いに接近するか、又は、
互いに一致する場合が最も重要な実施例となる。 【００２３】個々にビームに対応する複数の所要反射器
のグループはマスクを使用した単方向ドライ・エッチン
グ処理で製造でき、その場合、マスクの複数のセグメン
ト（及び方向性エッチングの共通角度）が個々の傾斜反
射表面の位置及び姿勢を適切に決定する。 【００２４】本発明で得られる主要効果は、複数のレー
ザー・ビームソースを、間隔を狭めた収縮型レーザーソ
ースであって、場合によっては互いに一致したレーザー
ソースに変換する装置として本発明による構造が作用す
るということである。本発明のレーザー・ダイオード装
置は以下に示すいくつかの用途に使用した場合に効果的
である。 【００２５】複数のトラック間が、レーザー配列体にお
いて隣接するレーザー間で得られる最小間隔よりも小さ
い場合の帯域記録。収縮した仮想ソースにより隣接する
トラックへの並列記録が可能となる。 【００２６】斬進的レーザー性能低下はレーザー出力に
依存しており、部分的出力の一致仮想ソースでいくつか
のレーザーを作用させることにより低減することができ
る。 【００２７】レーザー信頼性は冗長度を通して大幅に改
善でき、これは、一致仮想ソースを順次又は組み合わせ
て採用することにより得ることができる。 【００２８】単一レーザー・ダイオードで得ることので
きる像形成スポットでの出力密度は、主にレーザー鏡で
の破局的故障により制限され、その制限は一致仮想ソー
スを使用して解消できる。 【００２９】干渉長が短いことは通信分野によっては重
要であり、この長さは、一致仮想ソースの出力を組み合
わせることにより短くできる。 【００３０】本発明を実施するための１つの方法を、図
示の実施例により以下に説明する。 【００３１】 【実施例】本発明によるレーザー・ダイオード配列体の
実施例を詳細に説明する前に、表面放射レーザー装置を
得るために構造体に採用される傾斜反射器概念を図７に
より概略的に説明する。 【００３２】図７は周知の表面放射レーザー構造体１０
の斜視図で、主な要素だけがそこに示されている。主な
要素として、レーザー・ダイオード１１と、４５度反射
器１２とがある。両者は、ＧａＡｓ 基板１３上にエピ
タキシャル成長させた積層体に形成されており、その積
層体は、少なくとも活性層１４をクラッド層の間に挟ん
だ状態で含んでいる。説明を簡単にするために、図面で
は活性層だけが示されている。図面では、溝１５を形成
してレーザー鏡面１６と４５度反射表面１７とを設ける
ためのエッチング処理が完了した後の状態で、構造が示
されている。図面では、最終的な装置に電気接点を設け
るための金属被覆層が省略されている。 【００３３】適当な作動電圧を与えて装置を作動させる
と、光ビーム１９Ａが放射される。図面では、レーザー
の光モード領域は、活性層１４を中心とする小さい楕円
で示されており、横方向には筋状隆起部１８で限定され
ている。矢印１９は、４５度表面１７に衝突する放射ビ
ーム１９Ａの「真」ソースを表している。この場合、ビ
ームは方向が変わって「表面放射」を行い、すなわち、
出力ビーム１９Ｂは基板表面と概ね直角な方向となる。 ビーム１９Ｂは、仮想表面１９’から方向を変えずに放
射されたものと考えることができる。 【００３４】本発明の目的は、一体型レーザー配列体に
傾斜反射器概念を適用するとともに、配列体の個々のレ
ーザー間の分離間隔を見かけ上の（又は仮想の）より小
さい間隔まで減少させ、それにより、レーザーの製造及
び作用が可能な最小の分離間隔よりも小さいソース間間
隔を備えた複数ビームソースについての要求を満足させ
ることにある。本発明によると、真ソースの集合を仮想
ソースの収縮又は一致集合に変換でき、その仮想ソース
は、単一レンズを使用して、所望の縮小光パターンを与
えるように投影できる。 【００３５】次に原理を図１及び図２により説明する。 図１に概略的に示すレーザー配列体構造２１は、図７の
レーザー１１と構造が類似しており、ビームＢｏ 、Ｂ
ｎ をそれぞれ放射する２個の光源Ｑｏ 、Ｑｎ を備
えている。これらの「真」光源はそれぞれウェーブガイ
ドで形成され、そのウェーブガイドはｙ方向に沿うとと
もに、前部鏡面がｘ−ｚ面にある。但し、概念的には、
複数の前部鏡は同一平面上にある必要はない。 【００３６】ｙ−ｚ面を進むビームＢｏ は反射器Ｒｏ
で反射されて、上方へ投影される。反射面は４５度だ
け傾いており、その「垂線」（反射表面と直角）は矢印
Ｎｏ で示されている。ビームの仮想ソースＱｏ ’の
位置は図示の通りである。 【００３７】第２ソースＱｎ は配列体の他のいずれか
のソースを表しており、これは、距離ｓｎ だけソース
Ｑｏ から離れた点において配列体からビームＢｎ を
放射する。ビームＢｎ は反射器Ｒｎ と交差する。 【００３８】各仮想ソースＱｎ ’の位置は反射器Ｒｎ
の姿勢及び位置で決定される。前述の如く、最終的な
目標は、各真ソースＱｏ 、Ｑｎ の分離間隔ｓｎ と
は異なった距離ｓｎ ’だけ仮想ソースＱｎ ’をソー
スＱｏ ’から離して位置させることにある。極端な場
合、ｓｎ ’＝０であり、すなわち、複数の仮想ソース
が一致し、分離している各真ソースは単一スポットに投
影される。 【００３９】全ての反射器Ｒｎ の姿勢及び位置を適切
に定めるための必要条件を次に説明する。ビームＢｏ
については、真ソースＱｏ及び仮想ソースＱｏ ’がｙ
−ｚ面にある。放射ビームＢｏ ’をレーザー・ダイオ
ード配列体の活性層２２の平面（又はウエハー表面）、
すなわち、ｘ−ｙ平面に対して直角にする必要がある場
合、反射器Ｒｏ はｘ軸に対して平行で、４５度だけ傾
斜させる必要がある。反射器Ｒｏは配列体の前部鏡平面
から（遠近フィールド・ビーム・パターン及びその他の
技術条件の下で測定して）距離ｄの位置にある。これに
より、ソースＱｏ’はｙ−ｚ平面に位置し、すなわち、
ｘ、ｙ、ｚ座標で（０，ｄ，−ｄ）に位置する。 【００４０】図１から明らかなように、反射器Ｒｏ は
、（１）ソースＱｏ とソースＱｏ ’を結ぶ線Ｑｏ
Ｑｏ ’と平行に垂線Ｎｏ が位置する姿勢にあり、又
、（２）反射器平面がこの接続線の中間点Ｍｏ を通過
するように位置決めされている。これらの規則はソース
Ｑｏ とそれに対応する反射器Ｒｏ 及び結果的に生じ
る仮想ソースＱｏ ’に当てはまるだけではなく、ソー
スＱｎ のような同一レーザー配列体に形成された他の
全てのソース及びそれぞれの反射器（Ｒｎ ）及び仮想
ソース（Ｑｎ ’）に当てはまる。 【００４１】後述する説明からも明らかなように、多く
の場合、全ての仮想ソース（Ｑｏ ’、Ｑｎ ’及びそ
の他のもの）がｘ方向に並ぶことが望ましく、又、場合
によっては必要となる。このために、全ての仮想光源Ｑ
ｎ ’の位置決めについて別の条件が生じ、仮想光源Ｑ
ｎ ’を座標（ｓｎ ’，ｄ，−ｄ）に形成して、その
ｓｎ ’を、実現しようとする分離縮小係数ｓｎ ’／
ｓｎ で決定することが必要となる。 【００４２】これによると、ソースＱｎ が座標（ｓｎ
，０，０）にあり、仮想ソースＱｎ ’を座標（ｓｎ
’，ｄ，−ｄ）で得るようにすると、反射器Ｒｎ の
姿勢は、その垂線Ｎｎ が接続線Ｑｎ Ｑｎ ’と平行
になることが必要である。更に、反射器Ｒｎ は、接続
線にその中間点Ｍｎ において交差するように位置決め
しなければならない。反射されたビームＢｎ ’の方向
は一般に上向きであるが、図１に示す如く、ｘ−ｙ平面
（又はウエハー表面）に対する垂線からは傾斜している
。 【００４３】反射された上向きビームＢｏ ’及びＢｎ
’（及び通常はその他のビーム）は、見かけ上は、そ
れぞれ対応する仮想ソースＱｏ ’、Ｑｎ ’などから
生じており、それらは、単一レンズ（図示せず）により
集めることができ、それにより、所定の平面において、
仮想ソースＱｏ ’、Ｑｎ ’のパターンの縮小投影が
生じる。 【００４４】反射器Ｒｏ 、Ｒｎ （及び通常はその他
の反射器）の姿勢及び位置が、全ての仮想ソースを１点
（ｓｎ ’＝０）で組み合わせるように設定されている
と、レンズは、仮想ソースを１点に集合させて投影し、
その１点に光エネルギーが加えられる。 【００４５】なお、仮想ソースは直線上に必ずしも位置
させる必要はない。用途によっては、円弧の方が好まし
いことがあり、そのようにすると、レンズ収差を補償で
きたり、より単純なレンズを使用することが可能となる
場合がある。仮想ソースのそのような構造は、レンズ及
び（又は）反射器のｙ位置を適当に調節することにより
得ることができる。 【００４６】次に、本発明の構造の構成原理を説明する
。図２は図１の構造と類似した構造を概略的に示してお
り、この構造によると、２個の真ソースＱ ｏ、Ｑｎ
が設けてあり、それらがビームＢｏ 、Ｂｎ を、配列
構造体２１の活性層２２の周囲に形成されたウェーブガ
イドから放射し、又、それらに対応する反射器Ｒｏ 、
Ｒｎ が設けてある。配列構造体２１は、一般的なレー
ザー・ダイオード技術を使用して製造及び設計でき、又
、後述する如く、姿勢及び位置の異なる反射器Ｒｏ 、
Ｒｎ を標準的な方法で形成することもできる。 【００４７】一般的な製造方法では、２個の調節可能な
パラメータが利用される。その１つは、（方向性ドライ
エッチング処理での入射角で代表されるような）処理の
方向であり、他の１つは、（リソグラフィー限定マスク
・パターンで決定されるような）処理の境界である。 【００４８】図２において、真ソースＱｏ 、Ｑｎ か
らのビームＢｏ 、Ｂｎ は、点Ｒｏ 、Ｒｎ におい
て傾斜反射表面２３ｏ 、２３ｎ に衝突し、そこから
ビームＢｏ ’、Ｂｎ ’が、図示の如く、概ね上向き
に反射される。図面では、ビーム軸は平行四辺形２３ｏ
、２３ｎ で表される傾斜平坦表面の角点Ｒｏ 、Ｒ
ｎ で反射するように示されている。無論、ビームは拡
散するので、反射点Ｒｏ 、Ｒｎそのものよりも多少広
い表面面積が必要である。但し、説明のために、図面で
はビーム軸だけを示す。 【００４９】反射表面２３ｏ 、２３ｎ 及び通常はそ
の他の反射表面を単一工程で製造することが望ましいか
、又は必要であるので、全ての反射器のｘ−ｚ平面に対
する傾斜角度は、例えば方向性エッチング処理のエッチ
ング方向である処理ベクトルａで決定される。図２にお
いて、傾斜角度は４５度であるとする。更に、反射表面
２３ｏ 、２３ｎ はそれぞれマスキング縁部２４ｏ
、２４ｎ で限定され、そのマスキング縁部２４ｏ 、
２４ｎ は配列体２１の頂部表面と同じ平面にあり、す
なわち、（ｚｏ が、図示の如く、活性層２２の上側の
層の厚さであるとして）ｚ＝ｚｏ でｘ−ｙ平面にある
。 【００５０】次に、全ての反射表面２３ｎ とそのビー
ム軸反射点Ｒｎ についての一般的な考察を行う。表面
２３ｎ は処理ベクトルａ（前述の如く４５度）と、マ
スキング縁部２４ｎ とで決定され、縁部２４ｎ は、
ｘ方向に対する方位角姿勢をΘとした場合のベクトルｅ
ｎ ＝（ｃｏｓΘｎ ，ｓｉｎΘｎ ，０）で決定され
る。ベクトルａ、ｅは平面２３ｎ 、従って、平面垂線
Ｎｎ ＝ａ ｘ ｅｎ 、の姿勢及び位置を決定す
る。 【００５１】図１に関連して説明した規則では以下が要
件となる。 【００５２】（１）反射器２３ｎ の垂線Ｎｎ が線Ｑ
ｎＱｎ ’と平行であり、 【００５３】（２）反射表面２３ｎ が線Ｑｎ Ｑｎ
’の中間点Ｍｎ を通過する。 【００５４】この法則を適用すると、数式１が得られる
。 【数１】 【００５５】又、Ｍｎ 座標については数式２の通りで
ある。 【数２】 【００５６】４５度のエッチング方向を選択した場合に
は、ａ＝（０，−１，−１）となり、更に、数式３のよ
うになる。 【数３】 【００５７】これに関し、数式１を数式４のように単純
化できる。 【数４】 【００５８】この式により、数式５が得られる。 【数５】 【００５９】Θｎ はマスク縁部２４ｎ の姿勢を定め
ており、その場合、この縁の位置は、座標を有する縁の
数式６の中間点Ｐｎ の限定される。 【数６】 【００６０】これにより、仮定の処理ベクトルａ（処理
角度が４５度のｙ−ｚ平面にある）では、全ての反射点
Ｒｎ のｙ座標がｄに等しくなり、すなわち、前部鏡が
ｘ−ｙ平面にある配列体２１では、鏡面と反射点との間
の距離が全てのビームについてｄに等しくなる。 【００６１】図３、図４、図５には、反射表面２３ｎ
が、要件Ｑｎ Ｒｎ ＝ｄに対応するように可変数の真
ソースに対して、どのように位置決めできるかが原理的
に示されている。 【００６２】図３は、本発明実施例のために選択された
装置の平面図であり、これについては更に詳細に後述す
る。ソースＱ１、Ｑ２から放射された２個のビームＢ１
、Ｂ２は、それぞれ、Ｒ１、Ｒ２において対応する反射
表面２３１ 、２３２ に衝突する。反射表面はｘ軸に
対して角度Θ１、Θ２を形成する。装置の断面Ａ−Ａ’
を表す各側面が説明のために図示されている。 【００６３】図４は別の２ビーム実施例を示している。 但し、図３の構造とが異なり、（ビームＢ１が衝突する
）反射表面の１つがｘ軸と平行な姿勢となっている。 その結果、Ｑｎ Ｒｎ ＝ｄ状態にするためには、２つ
の反射表面２３１ 、２３２ の間に「ステップ」が必
要となる。 【００６４】図５は５ビーム配列体を示しており、その
各ビームにそれぞれ反射表面が併設されている。この場
合も、近接する反射表面の間にステップが必要である。 【００６５】図６は本発明により設計されたレーザー・
ダイオード装置５１の実施例を示している。この構造は
ソースＱ１、Ｑ２からビームＢ１、Ｂ２をそれぞれ放射
するレーザー配列体構造５２を備えている。 【００６６】基本的には、装置５１は図１、図２、図３
に関連して説明した構造に対応している。反射表面２３
．１、２３．２は図３と同様の姿勢にあり、具体的には
、両方の表面がｘ軸に対して角度Θ１、Θ２を形成し、
傾斜反射表面がｘ＝０で交差している。この構造では、
数式７の条件に対処するために（図４、図５で概略的に
示した実施例と異なり、ステップは全く必要でない。 【数７】 【００６７】装置の動作を次に説明する。適当な作動電
圧を及ぼすと、レーザー構造体５２はビームＢ１、Ｂ２
を放射し、それらが点Ｒ１、Ｒ２においてそれぞれ反射
表面２３．１、２３．２に衝突する。反射したビームＢ
１’、Ｂ２’は装置から上向きに放出され、その場合、
表面２３．１、２３．２はｘ軸に対して角度Θ１、Θ２
を形成するので、ビームＢ１’、Ｂ２’の軸はウエハー
垂線に対して互いに対称に傾斜する。 【００６８】装置の上方に配置した集合レンズ（図示せ
ず）を使用して仮想ソースＱ１’、Ｑ２’が所望の処理
平面に投影される。 【００６９】角度Θ１、Θ２を図６に示すように選択す
ると、仮想ソースＱ１’、Ｑ２’が単一点に投影される
。この状況は、ｓｎ ’＝０の時に得ることができ、そ
の場合、数式５は数式８のように単純化される。 【数８】 【００７０】次に、図６のレーザー・ダイオード構造を
得るための製造方法の概略を説明する。 【００７１】レーザー配列体５２及び反射器構造体５４
の基礎を形成するエピタキシャル成長多層積層体は、記
事「Ｈｉｇｈ− Ｐｏｗｅｒ Ｒｉｄｇｅ− Ｗａｖｅ
ｇｕｉｄｅ ＡｌＧａＡｓ ＧＲＩＮＳＣＨ Ｌａｓｅ
ｒＤｉｏｄｅ 」（著者：Ｃ ．Ｈａｒｄｅｒ 他、ｐ
ｕｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ ，２５ｔｈＳｅｐｔｅｍｂｅｒ １９８
６ ，Ｖｏｌ ．２２ ，Ｎｏ ．２０ ，ｐｐ １０
８１− ８２ ）に記載された方法と本質的に同じであ
り、それと同じ方法を使用して製造できる。複数の層（
その一部は図６には詳細には示されていない）から成る
積層体を製造する工程順序は以下の通りである。 【００７２】層がｎ＋ドーピング処理ＧａＡｓ基板１３
上に、例えば分子線エピタキシ（ＭＢＥ）により成長さ
せられる。最初に、ｎドーピング処理ＧａＡｓバッファ
層が基板上で成長させられる。次に、低ｎ型クラッディ
ング層（Ａｌ０．４５ Ｇａ０．５５ Ａｓ）が形成さ
れる。レーザーのコアは傾斜ｎ型領域（０．２μｍのＡ
ｌ０．１８ Ｇａ０．８２ Ａｓ側に傾斜したＡｌ０．
４５ Ｇａ０．５５Ａ ｓ）と、量子ウェル（７ｎｍの
ＧａＡｓ）を形成する非ドーピング処理活性領域１４と
、傾斜ｐ型領域（０．２μｍのＡｌ０．１８ Ｇａ０．
８２ Ａｓ側へ傾斜した領域）から構成される。次に、
頂部ｐ型クラッディング層（Ａｌ０．４５ Ｇａ０．５
５ Ａｓ）が形成され、又、それに続いて、ｐ＋ＧａＡ
ｓ接点層が形成され、該層のドーピング密度は、チタニ
ウム・プラチナ・金電極で良好な抵抗接点を形成できる
ように充分に高くなっている。ｎ型基板１３の底部側で
の他の抵抗接点は、ゲルマニウムと金とニッケルとを合
金化させることにより得られる。 【００７３】この実施例では、幅が約４マイクロメート
ルで間隔が２０マイクロメートルである隆起部５５．１
、５５．２により、真ソースＱ１、Ｑ２として作用する
２個のウェーブガイドのための横ウェーブガイディング
が設けられる。隆起部は、金属接点電極を溶着させる前
に、構造体の頂部上に形成され、具体的には、最初にフ
ォト・レジスト・マスクを設けて隆起部を限定し、次に
、露出頂部層を１〜２μｍだけエッチングして頂部クラ
ッディング層の傾斜インデックス部分の上側０．２マイ
クロメートルで停止させて形成される。これに続いて、
１００ｎｍのＳｉＯ２ を付着させ、次に、剥離させて
、隆起部上のＳｉＯ２ を除去する。 【００７４】溝は、その側壁の一方がレーザー鏡面５３
として作用し、他方の側壁が反射器構造体５４で偏向表
面２３．１、２３．２を形成するが、次にその溝のエッ
チングが、継続中のヨーロッパ特許出願第８８ ．８１
０６１３ ．５（出願日：１９８８年９月１２日）に詳
細に記載された方法などに基本的に対応するエッチング
方法及びマスクを使用して行われる。垂直エッチングと
４５度エッチングが、２段階処理においてイオン・ビー
ムに対してウエハーを適当に傾けて方向性イオン・ビー
ム技術を使用して行われる。 【００７５】４５度偏向表面は高反射率の絶縁層で被覆
され、それにより、レーザー・ダイオードの前面出力パ
ワーは、ウエハーの表面とほぼ直角に上方へ放射される
。 【００７６】図６の構造体の典型的な寸法は以下の通り
である。レーザー構造体５２の長さは３００〜１０００
マイクロメートルであり、反射器構造体５４の長さは（
ビーム・モニターリングなどの別の目的に同時に使用す
る場合を除いて）特に重要ではない。ソースＱ１、Ｑ２
間の横方向距離は２０μｍのオーダーであり、鏡面５３
と反射点Ｒ１、Ｒ２との間の距離ｄに等しい。反射表面
平面２３．１、２３．２とｘ方向との間の角度Θ１、Θ
２は数式９から得られる。 【数９】 【００７７】これによると、角度の絶対値は２６．５度
となる。 【００７８】 【発明の効果】本発明により、単純な光学的手段を使用
して、所望の処理面に投影できる収縮集合または一致集
合状態の仮想ソースに複数のレーザー・ビームソースが
変換されるレーザー・ダイオード装置が得られる。
【図１】（基礎となる概念を説明するために使用した）
本発明によるレーザー・ダイオード装置の主な要素の略
図である。
本発明によるレーザー・ダイオード装置の主な要素の略
図である。
【図２】必要である個々の反射器の製造のための重要な
処理パラメータとレーザー配列体・反射器装置の原理の
略図である。
処理パラメータとレーザー配列体・反射器装置の原理の
略図である。
【図３】別の反射器装置の平面拡大略図である。
【図４】別の反射器装置の平面拡大略図である。
【図５】別の反射器装置の平面拡大略図である。
【図６】本発明により設計した一体型レーザー配列体・
反射器装置の実施例の斜視図である。
反射器装置の実施例の斜視図である。
【図７】従来の一体型「表面放射」レーザー・ダイオー
ド・反射器構造の略図である。
ド・反射器構造の略図である。
Claims (13)
- 【請求項１】横方向に間隔（ｓｎ ）を隔てたウェーブ
ガイドの配列体を備え、かつ、エピタキシャル成長させ
た層状構造体（５２）を半導体基板（１３）上に設けて
、各ウェーブガイドが上記半導体基板の表面と概ね平行
な方向にレーザー．ビーム（Ｂ１、Ｂ２）を放出するた
めのソース（Ｑ１、Ｑ２）を形成しており、個々に姿勢
を設定した一体型反射器（Ｒ１、Ｒ２）を設け、各反射
器が上記ビーム（Ｂ１、Ｂ２）の１つに対応して、ビー
ム進路に位置しており、それにより、仮想ソース（Ｑ１
’、Ｑ２’）の配列体を形成するようになっており、該
仮想ソース（Ｑ１’、Ｑ２’）の間の横方向距離（ｓｎ
’）が対応するソース（Ｑ１、Ｑ２）の間の距離（ｓｎ
）と異なっている、半導体レーザー・ダイオード装置
。 - 【請求項２】反射されたビーム（Ｂ１’、Ｂ２’）を集
めて上記仮想ソースの像を形成するための光学レンズ装
置を更に備えている請求項１記載の装置。 - 【請求項３】ソース（Ｑ１、Ｑ２）の光モード領域が共
通鏡面（５３）に並んでおり、仮想ソース（Ｑ１’、Ｑ
２’）が上記整列光モード領域と平行な直線上に位置し
ている請求項１記載の装置。 - 【請求項４】配列体の全てのソース（Ｑ１、Ｑ２）のウ
ェーブガイドの終端である鏡面と反射器（Ｒ１、Ｒ２）
との間の距離（ｄ）が全てのソース・反射器対で同じで
ある請求項１記載の装置。 - 【請求項５】反射されたビーム（Ｂ１’、Ｂ２’）が、
基板表面と概ね直角な方向に進み、それにより、表面放
射装置を設けるようになっている請求項１記載の装置。 - 【請求項６】上記仮想ソース（Ｑ１’、Ｑ２’）間の距
離（ｓｎ ’）が対応するソース（Ｑ１、Ｑ２）間の距
離よりも小さい請求項１記載の装置。 - 【請求項７】上記仮想ソース（Ｑ１’、Ｑ２’）が一致
している請求項６記載の装置。 - 【請求項８】奇数項のソース（Ｑ１、Ｑ２）が設けてあ
り、それらに対応する反射器（２３．１、２３．２）の
それぞれが、ソース（Ｑ１、Ｑ２）の配列体のウェーブ
ガイドの終端である鏡面に対して０ではない角度（Θ１
、Θ２）を形成している請求項１〜７のいずれかに記載
の装置。 - 【請求項９】半導体基板上に複数の整列状態のレーザー
・ダイオードの配列体と一体化した複数の反射器の配列
体を形成する方法であって、レーザー・ダイオードが上
記半導体基板の表面と概ね平行な方向にビームを放射す
るようになっている製造方法において、複数の傾斜状態
で個々に姿勢が定められた反射器（２３ｏ 、２３ｎ
）が、個々に上記レーザー・ダイオード・ビーム（Ｂｏ
、Ｂｎ ）に対応する状態で形成される反射器構造体
（５４）を設け、独立したセグメント（２４ｏ 、２４
ｎ ）を有するようにパターンが形成されたエッチング
・マスクを上記反射器構造体の頂面に設けるとともに、
上記各セグメントが、形成しようとする上記各反射器（
２３ｏ 、２３ｎ ）に対応しており、上記セグメント
の位置及び方向が上記反射器の位置及び姿勢を決定する
ようになっており、単方向ドライ・エッチング処理を使
用して上記反射器構造体（５４）をエッチングして上記
反射器（２３ｏ 、２３ｎ ）の配列体を形成し、それ
により、各レーザー・ビーム（Ｂｏ 、Ｂｎ ）に対応
させて、上記半導体基板の表面と概ね直角な方向におい
て上記ビームを偏向させる反射器を個々に姿勢を定めた
状態で設けるようにしたことを特徴とする、反射器配列
体の製造方法。 - 【請求項１０】上記個々に姿勢を定めた反射器がビーム
進路に位置決めされており、それにより、整列状態のレ
ーザー・ダイオードの光モード領域と平行な直線上に仮
想ソース（Ｑｏ 、Ｑｎ ）の配列体を形成するように
した請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】配列体の全てのソース（Ｑ１、Ｑ２）の
ウェーブガイドの終端である鏡面と反射器（Ｒ１、Ｒ２
）との間の距離（ｄ）が全てのソース・反射器対で同じ
である請求項９記載の装置。 - 【請求項１２】上記仮想ソース（Ｑ１’、Ｑ２’）間の
距離（ｓｎ ’）が対応するソース（Ｑ１、Ｑ２）間の
距離よりも小さい請求項９記載の装置。 - 【請求項１３】上記仮想ソース（Ｑ１’、Ｑ２’）が一
致している請求項９記載の装置。
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| JPH0642586B2 (ja) | 1994-06-01 |
| US5100220A (en) | 1992-03-31 |
| DE69009448T2 (de) | 1994-12-01 |
| CA2036957A1 (en) | 1991-09-09 |
| EP0445488A1 (en) | 1991-09-11 |
| EP0445488B1 (en) | 1994-06-01 |
| DE69009448D1 (de) | 1994-07-07 |
| CA2036957C (en) | 1994-09-06 |
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