JPH0629618A - マルチビーム半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

マルチビーム半導体レーザ及びその製造方法

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JPH0629618A
JPH0629618A JP18381292A JP18381292A JPH0629618A JP H0629618 A JPH0629618 A JP H0629618A JP 18381292 A JP18381292 A JP 18381292A JP 18381292 A JP18381292 A JP 18381292A JP H0629618 A JPH0629618 A JP H0629618A
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JP
Japan
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layer
semiconductor laser
beams
groove
forming
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JP18381292A
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English (en)
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Ichiro Yoshida
伊知朗 吉田
Tsukuru Katsuyama
造 勝山
Junichi Hashimoto
順一 橋本
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 AlGaInP系の半導体レーザにも適用で
きるマルチビーム半導体レーザを提供すること。 【構成】 同一の半導体基板1上に2つのビームA、B
を有し、半導体基板1の裏面に共通電極10を設けると
共に表面にビーム毎に分離された電極9を設けることに
より各ビームA,Bを相互独立に駆動できるようにした
マルチビーム半導体レーザにおいて、各ビームの活性層
4を溝12およびその表面を覆った窒化シリコン膜11
で分断している。これにより、ビームAおよびBの間の
電流のクロストークを防ぐことができ、独立駆動が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ、特に、同
一の半導体チップ上に相互に独立に駆動できる複数のビ
ームを持ったマルチビーム半導体レーザに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】現在、レーザプリンタや光ディスクなど
に半導体レーザが広く用いられているが、そのプリンタ
の描画速度や光ディスクのデータ転送速度は必ずしも十
分大きくはない。この場合、1つの半導体レーザ基板
に、相互に近接し且つ独立に駆動できる2本のレーザビ
ームを設けることができれば、1つの光学系で2倍の描
画速度あるいはデータ転送速度をもつシステムを作るこ
とができると期待されるため、最近そのようなマルチビ
ーム半導体レーザの研究が行われている。現在用いられ
ているこの種のレーザはAlGaAs系のものであり、
波長が0.78〜0.84μm程度で、各ビーム毎に別
々に結晶成長させた活性層が用いられている。
【0003】一方、これとは別に、波長が0.6〜0.
7μmの赤色のレーザ光を放射するAlGaInP系の
半導体レーザの開発が進んでいる。AlGaAs系の半
導体レーザをAlGaInP系の半導体レーザに置き換
えることができれば、レーザプリンタにおいて、より高
感度の感光材を用いることや、光スポットをより小さく
絞り込むことが可能となり、印字速度の高速化を実現で
きることが予想される。また、光ディスクにおいては、
光スポットをより小さく絞り込むことができるため、大
容量化が可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このAlG
aInP系材料による場合、AlGaAs系におけるよ
うなマルチビーム化の技術が十分に開発されていない。
すなわち、AlGaAs系のマルチビーム半導体レーザ
のように、各ビーム毎に活性層を結晶成長させ、適当な
材料を用いてこれを埋め込むという構造のものでは各ビ
ームを互いに独立に駆動できるマルチビーム半導体レー
ザとして十分な発振特性のものを得られない。
【0005】本発明の目的は、AlGaInP系の半導
体レーザにおいても、複数のビームを相互独立に駆動で
きるマルチビーム半導体レーザを得ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のマルチビーム半
導体レーザは、各ビームの活性層が、表面から掘り込ま
れた溝によって分離されており、この溝は誘電体で覆わ
れているものである。
【0007】また、本発明のマルチビーム半導体レーザ
の製造方法は、半導体基板上に第1クラッド層、活性
層、第2クラッド層およびキャップ層を形成する第1の
工程と、その表面から第2クラッド層の途中までを所定
のパターンでエッチング除去し、その除去部に電流ブロ
ック層を形成する第2の工程と、その表面全体にコンタ
クト層を形成した後、電流ブロック層の形成領域におい
てコンタクト層から少なくとも活性層の下面に至る溝を
形成してコンタクト層、電流ブロック層、第2クラッド
層、および活性層をビーム毎に分離し、その溝を誘電体
材料で覆う第3の工程と、溝で分離された各ビームのコ
ンタクト層の上面と、半導体基板の下面にそれぞれ電極
を形成する第4の工程とを備えている。
【0008】
【作用】各ビームの活性層は、溝によって分離される前
は、半導体基板全面に共通に形成されたものなので、ビ
ーム毎に別々に結晶成長させたものよりも結晶性に優れ
ている。したがって、発振特性が良好である。また、各
ビームの活性層は、誘電体で表面が覆われた溝で分離さ
れているので、ビーム間の電流のクロストークがほとん
どない。さらに、誘電体に熱伝導率の小さいものを用い
ることにより、ビーム間の熱的クロストークも抑えられ
る。
【0009】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示すマルチビーム
半導体レーザの断面図である。Siを添加したGaAs
基板1の上には、同じくSiを添加したGaAsバッフ
ァ層2、Siを添加したAlGaInPからなる第1ク
ラッド層3、アンドープGaInPからなる活性層4、
Znを添加したAlGaInPからなる第2クラッド層
5、Siを添加したGaAsからなる電流ブロック層
6、Znを添加したGaInPからなるキャップ層7、
Znを添加したGaAsからなるコンタクト層8が形成
されている。中央部にはコンタクト層8の上面からバッ
ファ層2の上面に至る溝12がエッチングにより掘ら
れ、さらにその表面に誘電体である窒化シリコン膜11
が形成されており、これによって2つのビームA,Bが
分離されている。ビームA,Bのそれぞれのコンタクト
層8の上面にはp電極9が形成されており、GaAs基
板1の裏面には両ビームに共通のn電極10が形成され
ている。なお、この実施例はAlGaInP系の半導体
レーザと言うことができるが、ここにいうAlGaIn
P系には、活性層のAl組成が零、すなわち、GaIn
Pの場合及びクラッド層のGa組成が零、すなわちAl
InPの場合も含まれるものとする。
【0010】図1は構造を模式的に示したものであり、
各部の寸法比は必ずしも実際の素子における寸法比を表
していない。例えば、実際はGaAs基板1の厚みが7
0μm程度であるのに対し、その上のバッファ層2から
キャップ層7までの合計の厚みが2〜3μm、さらにそ
の上のコンタクト層8の厚みが2μm程度である。
【0011】本実施例の構造によれば、2つのビーム
A,Bの活性層4が溝12および窒化シリコン膜11に
よって完全に分断されているので、ビーム間の電流のク
ロストークがない。また、実用的なマルチビーム半導体
レーザを得るには、電気的なクロストークだけではな
く、熱的なクロストークも抑える必要がある。つまり、
半導体レーザは温度上昇に伴って出力が低下するという
特性があるので、駆動時の発熱により他のビームの出力
が低下するという悪影響を抑制する必要がある。そのた
めの方法としては、ビーム間において熱が伝達しない
ようにする方法、各ビームを熱の影響を受けにくいも
のとする方法、各ビームを発熱しにくいものとする方
法等が考えられる。この実施例では、第1の方法を採用
しており、溝12に埋め込まれた窒化シリコン12は、
各ビームを構成する半導体材料である活性層材、クラッ
ド層材、電流ブロック層材等のいずれよりも熱伝導率が
小さいため、ビーム間において熱が伝達しにくい。した
がって、熱的クロストークが小さい。なお、ビームを構
成する半導体材料よりも熱伝導率が小さいその他の誘電
体として、酸化シリコンなどが挙げられる。
【0012】次に、このようなマルチビーム半導体レー
ザの製造方法を図2および図3を用いて説明する。
【0013】GaAs基板1の上に、バッファ層2、第
1(n型)クラッド層3、活性層4、第2(p型)クラ
ッド層5およびキャップ層7を順次エピタキシャル成長
させた後、窒化シリコン膜21を形成する(図2
(a))。このときの結晶成長温度は740℃である。
n型クラッド層3及びp型クラッド層5のドーピンク量
は各々2×1017cm-3と4×1017cm-3であり、そ
の厚みは共に1μmである。窒化シリコン膜21は、破
線で示した部分を次工程においてエッチングにより除去
する際のマスクとなるように、表面全体に堆積した窒化
シリコン膜をパターニングしたものである。このパター
ニングの際のエッチャントにはバッファード弗酸を用い
た。なお、ここでは、パターンニングされた2つの窒化
シリコン膜21の幅を5μm、両者の中心間の間隔を1
5μmとしている。
【0014】そこで次にメサエッチングを行う。ここで
は、エッチャントに50℃の混酸(硫酸:過酸化水素:
水=3:1:1)を用い、6分間エッチングを行うこと
により、第2クラッド層5を2000オングストローム
残す(図2(b))。そして、エッチングで除去した部
分にSiを添加したGaAs(不純物濃度が2×1017
cm-3)を成長させ、電流ブロック層6を形成する(図
2(c))。その後、窒化シリコン膜21を弗酸:水=
1:1のエッチャントで除去し、全面にコンタクト層8
となるZnを添加したGaAs(不純物濃度が1×10
19cm-3)を1μm成長させる(図2(d))。
【0015】ついで、窒化シリコン膜を全面に堆積した
後、リソグラフィ技術により溝形成部を除去する(図2
(e))。この除去部の幅Dは、たとえば6μmとす
る。このパターニングされた窒化シリコン膜22をマス
クとして、各ビームを電気的に分離するためのエッチン
グを行い溝12を形成する。その後、マスクに用いた窒
化シリコン膜22を除去する(図2(f))。このエッ
チングには、まず、アンモニア水:過酸化水素水:水=
9:6:25のエッチャントを用いる。すると、AlG
aInPの第2クラッド層5の上面でエッチングが止ま
る。つぎに、60℃の熱硫酸で溝を深くする。このエッ
チャントは、AlGaInP、GaInPをエッチング
するが、GaAsはほとんどエッチングしないので、G
aAsバッファ層2の上面で止まる。なお、この溝12
の深さは、第1クラッド層3の上面よりも深くして活性
層4を分断すれば十分であり、必ずしもバッファ層2の
表面まで掘る必要はない。しかし、上述の2種類のエッ
チャントを用いた選択性エッチングでバッファ層2の表
面まで掘ることにより、溝12の深さについての製造ば
らつきを少なくすることができる。
【0016】その後、窒化シリコン膜11′を全面に形
成し、その上に、フォトレジスト膜23′を塗布する
(図3(a))。ついで、フォトリソグラフィによりフ
ォトレジスト膜23′をパターニングしてレジストパタ
ーン23を形成し、さらに、このレジストパターン23
をマスクとして窒化シリコン膜11′をエッチングによ
り除去してパターニングされた窒化シリコン膜11を残
す(図3(b))。
【0017】さらに全面にTi/Pt/Au3層膜から
なる金属膜9′を蒸着により形成した後(図3
(c))、レジストパターン23をアセトンで除去する
ことにより、その上の金属膜9′をリフトオフして各ビ
ーム毎にp電極9を残す(図3(d))。続いて、基板
を裏からエッチングして厚みを70μm程度にし、その
後、裏面にn電極を蒸着し、窒素雰囲気中400℃で1
分間の合金化処理を行って、AuGe/Ni/Au3層
膜からなるn電極10を形成する(図3(e))。これ
によって、相互に独立駆動できるマルチビーム半導体レ
ーザが完成する。
【0018】なお、本発明は、AlGaInPをクラッ
ドとする半導体レーザのマルチビーム化の実現を目指し
たものであるが、この材料系に限定されるものではな
い。たとえば、0.78−1.1μm帯の、いわゆるA
lGaAs系半導体レーザに対しても適用できる。その
場合、活性層として(Al)GaInAsを用いる。ま
た、同じ波長帯(0.78−1.1μm帯)の半導体レ
ーザを実現する際に、クラッドのAlGaAsの代わり
にGaInP、あるいはAlGaInPを用いることも
考えられ、その場合も本発明を適用できる。さらに、
1.3−1.6μm帯のGaInAsP半導体レーザに
も適用できる。
【0019】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、各ビーム
の活性層を、表面から掘り込まれた溝によって分離し、
その溝を誘電体で覆うことにより、電流のクロストーク
の少ないマルチビーム半導体レーザが得られる。特に、
各ビームごとに分断された活性層を埋め込む構造の作り
にくいGaInPあるいはAlGaInP系のレーザに
おいては有用で、AlGaAs系に比較してより短波長
のマルチビーム半導体レーザの利用が可能になる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すマルチビーム半導体レ
ーザの構成を示す図。
【図2】本発明の一実施例の製造方法を示す工程断面
図。
【図3】本発明の一実施例の製造方法を示す工程断面
図。
【符号の説明】
1…GaAs基板、2…バッファ層、3…第1クラッド
層、4…活性層、5…第2クラッド層、6…電流ブロッ
ク層、7…キャップ層、8…コンタクト層、9…p電
極、10…n電極。11…窒化シリコン膜(誘電体
膜)、12…溝。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一の半導体基板上に複数のビームを有
    し、前記半導体基板の裏面に共通電極を設けると共に表
    面にビーム毎に分離された電極を設けることにより各ビ
    ームを相互独立に駆動できるように構成したマルチビー
    ム半導体レーザにおいて、 前記各ビームの活性層は、表面から掘り込まれた溝によ
    って分離されており、この溝は誘電体で覆われているこ
    とを特徴とするマルチビーム半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 前記誘電体は、前記各ビームを構成する
    半導体材料よりも熱伝導率が小さいことを特徴とする請
    求項1記載のマルチビーム半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に第1クラッド層、活性
    層、第2クラッド層およびキャップ層を形成する第1の
    工程と、 前記キャップ層の表面から前記第2クラッド層の途中ま
    でを所定のパターンでエッチング除去し、その除去部に
    電流ブロック層を形成する第2の工程と、 前記第2の工程後の基板表面全体にコンタクト層を形成
    した後、前記電流ブロック層の形成領域において前記コ
    ンタクト層から少なくとも前記活性層の下面に至る溝を
    形成して前記コンタクト層、電流ブロック層、第2クラ
    ッド層、および活性層をビーム毎に分離し、その溝を誘
    電体材料で覆う第3の工程と、 前記溝で分離された前記各ビームのコンタクト層の上面
    と、前記半導体基板の下面にそれぞれ電極を形成する第
    4の工程とを備えているマルチビーム半導体レーザの製
    造方法。
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