JPH07107949B2 - フエイズドアレイ半導体レ−ザ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、アレイ状の半導体レーザー特に不純物誘導無
秩序化（impurity induced disordering）（11D）を用
いた構造による好ましい基本スーパーモード操作を有す
るフェーズロックアレイ半導体レーザに関する。

従来の技術 フェイズドアレイ半導体レーザーは同じ一体化構造体ま
たは基層上の複数の密結合させたあるいは近間隔を置い
たエミッターからなる。そのようなフェイズドアレイの
例は米国特許第4,255,717号（米国再発行特許第31,806
号）および“レーザーフォーカス／エレクトロ−オプテ
ィックス（Laser Focus/Electro−Optics）”の1984年
７月号において公表された“フェイズド アレイ ダイ
オード レーザース（Phased Array Diode Lasers）”
なる題のウィルアムストレイファー等の論文に例示され
ている。かかるレーザーのエミッターは周期的間隔を置
いた電流閉じ込め手段、例えば、ストライプによって代
表され、これがレーザ構造体の活性領域での電流ポンピ
ングをなし、また間隔を置いた光空胴を確立する。各電
流の閉じ込め手段は、それぞれの電流閉じ込め手段の下
のレーザー空胴の各々に形成された光モードがその隣り
の光モードに結合する程度に、即ち、消散性波が隣接の
光レーザー空胴にオーバーラップする程度まで相互に連
結させるかあるいは近接した間隔を置かせるのが好まし
い。形成された光の場（optical field）のアレイはフ
ェーズロックされるようになり、隣接した電流閉じ込め
手段間の位相差が零である場合、遠い場内の横方向放射
線パターンは単一ローブになる。しかしながら、前述の
論文において説明されているように、フェイズドアレイ
レーザーは単一モード内では作動せずむしろ一般には遠
場パターン内で２ローブまたはそれ以上の多数ローブに
より作動する。隣接光モード間の位相関係は個々の制御
下にはなく、各位相は、それ自体、レーザースレッシュ
ホールド電流を最小にする形で自己調整している。多く
の場合、好ましいレーザーモードは各隣接の光エミッタ
ー間の電場が零を通るスーパーモードであるようであ
る。なぜならば、殆んどの真屈折率レーザーおよび多く
の利得ガイドレーザーにおいては、電流ポンピングは各
レーザーエミッター間で拡散して電流ポンピングの全体
的必要基準を減じるからである。

上記の説明は次のように例示できる。Ｎ結合エミッター
を有するアレイレーザーはＮ潜在性結合モード（N poss
ibble coupled mode）を有し、このモードは“スーパー
モード”と称される。スーパーモードはアレイレーザー
のＮ光エミッターまたはフィラメントの共作動レーザー
作用（lasing）である。Ｎエミッターが存在するのでＮ
潜在性スーパーモードがある。それはこれらのエミッタ
ーが光学的に一緒に結合しているからである。

各スーパーモードは、１番目およびＮ番目のスーパーモ
ードが同一強度パターンまたはエンベロープを有し、２
番目および（Ｎ−１）番目が同一強度エンベロープを有
し、一般にｉ番目および〔Ｎ−（ｉ−１）〕番目が同一
強度エンベロープを有するという性質を有している。１
番目、即ち、基本スパーモードは半正弦サイクルで代表
される振幅分布を有する位相内でレーザー作用するすべ
てのエミッターを有する。これはすべてのエミッターが
位相内にあるので遠場パターン中の単一中心ローブ内で
放射する単なるスーパーモードパターンである。

即ち、同一エミッターの均等間隔のアレイにおいては、
１番目およびＮ番目のスーパーモードエンベロープは半
正弦周期であり、２番目および（Ｎ−１）番目のスーパ
ーモードエンベロープは２つの半正弦周期ある等であ
る。Ｎスーパーモード内の個々のエミッター間の位相関
係は異なる。具体的には、１番目のスーパーモードで
は、すべてのエミッターは位相内にあり、Ｎ番目のスー
パーモードではその位相は零からπの間で変化する。普
通には、１番目とＮ番目のスーパーモードは他のすべて
のスーパーモードに比較して最低の電流スレッシュホー
ルドを有する。というのは、それらの強度エンベロープ
がアレイの中心（そこでは電流密度がアレイレーザーの
活性領域中の電流拡散および電荷拡散の結果として大で
ある）近くで零（null）を示さないからである。しかし
ながら、前述したように、Ｎ番目のスーパーモードは、
２つのローブ内で放射し、１番目のスーパーモードより
も低い操作電流スレッシュホールドを有する。

フェイズドアレイレーザーはその高出力および低ビーム
発散のために高い利用性を有している。好ましいのは、
その出力が単一ローブ内即ち１番目のスーパーモード内
に集中することである。その理由は大多数のレーザー用
途が単一遠場ローブ内での出力を必要とするからであ
る。レーザーリングを２以上のローブ内で行う場合、測
定は遠場パターン内の他の操作ローブを減少するように
あるいは消失即ち遮断するようになされる。

最近、フェーズロックアレイレーザーすなわちフェイズ
ドアレイレーザーに関して多くの研究がなされており、
スーパーモード間で識別を行い、基本スーパーモードの
選定を与えるように多くの努力がなされている。そのよ
うな教示の一つは1984年７月のブラジルでのIEEE第９回
会議でなされ、J.Katz等が横方向利得分布を、個々の接
触を各レーザーアレイ素子に与えアレイレーザー要素を
通る電流を調整することによって、レーザー素子面に沿
って調整することによるスーパーモード識別についての
演題を提供している。その演題の要旨は、上記会議の会
報の94〜95頁において、“スーパーモード ディスクリ
ミネーション イン フェイズ−ロックド アレイズ
オブ セミコンダクター レーザー アレイズ（Superm
ode Discrimination in Phase−Locked Arrays of Semi
conductor Laser Arrays）”なる演題として見い出され
る。

さらに最近、アプライド フィジィックス レタース
（Applied Physics Letters）、Vol.45（７）、709−71
1、（1984、10月１日）の“ハイ パワー カップルド
リッジ ウェイブガイド セミコンダクター レーザ
ー アレイス（High Power Coupled Ridge Waveguide S
emiconductor Laser Arrays）”なる題のトウィ（Twe）
等の論文および同じくアプライド フィジィックスレタ
ース、Vol.45（８）、834−835、（1984年、10月15日）
の“ファンダメンタル モード オシレーション オブ
バーリードリッジ ウェイブガイド レーザー アレ
イ（Fundamental Mode Oscillation of Buried Ridge W
aveguide Laser Array）”なる題のS.ムカイ等の論文が
ある。これらの論文はスーパーモード間の識別を示唆し
ており、各レーザー素子が構造体のリッジ領域に主とし
て制限された光電場により均一にポンピングされまた高
利得が谷即ちカップリング領域でなされて位相内操作
（０゜相）および基本スーパーモード操作の促進が誘起
されるというインデックスガイドリッジ導波管構造体を
用いることによって単一ロッブ基本スーパーモードを得
ている。

スーパーモード間の識別を行うさらに別の方法は、1984
年11月１日に出願され、“フェイズド アレイ セミコ
ンダクター レーザース ウィズ プレファード エミ
ッション イン ア シングル ローブ（Phased Array
Semiconductor Lasers with Preferred Emission in a
Single Lobe）”なる名称であり、本出願人に譲渡され
ている米国特許出願第667,251号に開示されている。こ
の米国出願において提案された方法は、アレイを横切る
各レーザー素子の光の場の光重複を空間的に調整しそれ
によって他の潜在的モード以上の基本スーパーモードを
得ることによりレーザー素子の隣接光空胴間の領域で経
験する利得の量を向上させるレーザーに付ずいした構造
的手段を使用することに関する。

最近、当該技術において、半導体装置の一部としてエピ
タキシャル付着させた量子ウェル構造体を無秩序化（di
sordering）することにより単一半導体装置内にバンド
ギャップおよび屈折率特性を良好に保持させるという開
発がなされている。その例はホロニャック（Holonyak）
に付与された米国特許第4,378,255号であり、この特許
には半導体装置中の多量子構造体または多量子ウェルを
亜鉛拡散を用いることによって選択的に無秩序化し、そ
れによって、不整化が起ってない多量子ウェル構造体の
領域と比較したとき、量子構造体のウェル領域のバンド
ギャップを上方にシフトせしめるという方法が教示され
ている。このような拡散は一般に約750℃であるエピ成
長温度よりも低い500℃〜600℃の温度範囲で行い得る。
そのような無秩序化はまたより高温例えば約675℃では
あるがSi、Ge、SnおよびＳのような他の元素によって
も、可能である。さらに、無秩序化は深いまたは浅いレ
ベルの不純物として作用する元素例えばSe、Mg、Sn、
Ｏ、Ｓ、Be、Te、Si、Mn、Zn、Cd、SnまたはCrをインプ
ラントし次いで各個々の不純物に最適の温度、例えば50
0℃〜900℃（不純物個々の種類に依存する）でまたAs環
境で最良に行なわれる高温アニーリングを行うことによ
っても可能である。また、AlのようなIII−Ｖ元素の植
込みによっても無秩序化を行うことが可能であることが
示唆されている。さらにまた、広範囲の元素を用い植込
みおよびアニーリングにより無秩序化を行うことが可能
であることも示唆されている。例えば、不活性元素Krは
無秩序化を誘起することが示されている。不純物を植込
み次いでアニーリングを行う場合、アニーリング温度は
散拡温度に比し相対的に高温、例えば、約800℃であ
る。

本発明は所望の基本スーパーモード操作を与える改良さ
れたフェイズドアレイ半導体レーザーを提供するが、不
純物誘導無秩序化（IID）技術を用いそれによって従来
技術フェイズドアレイ半導体レーザーで用いていたその
後のエッチングおよび／または再成長処理のいずれも回
避するものである。

発明の要約 本発明によれば、フェイズドアレイ半導体レーザーは基
本即ち好ましい第１番目スーパーモード操作を与え、そ
の作製は単一連続作製法例えばMO−CVDまたはMBC、次い
で不純物誘導無秩序化（IID）例えば不純物拡散法また
はインプラントアニーリングを用いて行う（両方法共に
従来公知である）。本発明を構成するレーザーは比較的
薄い活性領域または活性領域内に多量子ウェル構造体を
有しており、活性領域内に延びあるいは浸透している空
間的に挿入した不純物誘導無秩序化領域を形成して不純
物誘導無秩序化を経ていない隣接領域に比し高い利得を
与え得る空間的に挿入した領域を形成することによって
作製する。不純物誘導無秩序化なしの隣接領域は隣接の
無秩序化領域に比較し高い真指標導波管性を与える未汚
染領域を含んでいる。無秩序化領域は残りの非無秩序化
または未汚染活性領域でのｐ−ｎ接合に比し高いバンド
ギャップｐ−ｎ接合を与え、従って、無秩序化領域での
高バンドギャップ接合は各レーザー要素の活性領域接合
よりも与えられた接合電圧において著しく小さい電流を
与える。結果として、無秩序化領域接合を通る漏電流は
アレイレーザー装置を通る総電流のほんの小部分を示し
装置性能を有意に低下させることはない。

本発明の他の目明および利点、ならびにより完全な理解
は添付図面に関連してなされる以後の説明によって明ら
かとなろう。

好ましい実施態様の説明 第１図においては、本発明のフェイズドアレイ半導体レ
ーザーの第１の実施態様を例示する。フェーズロックア
レイレーザー10はGaAs/GaAlAsのIII−Ｖ材料規則性にお
いて示されている。レーザー10は基層12のクラッド層14
と活性層16とクラッド層18とキャップ層20とから成り、
基層12は、表面にnGa_1-xAlxAsのクラッド層14がエピタ
キシャル付着されているｎ−GaAsの層で成る。活性層16
はドーピングされてないか、ｐ−タイプドーピングされ
ているかあるいはｎ−タイプドーピングされており、比
較的薄い通常の二重ヘテロ構造体（DH）の活性層となっ
ており、GaAsまたはGa_1-yAlyAs（ｙは極めて小であり、
ｘ＞ｙ）のいずれかの単一量子ウェル、GaAsまたはGa
_1-yAlyAsの交互ウェル層および相応するAlAsまたはGa
_1-y′AlyAs（ｘ、ｙ′＞ｙ）のバリヤー層の多量子ウェ
ル構造体または個々の幽閉空胴内の個々の単一または多
量子ウェル構造体から成っていてもよい。クラッド層18
は、ｐ−Ga_1-zAl_zAs（ｘ、ｚ、ｙ′＞ｙ）で成る。キャ
ップ層20はp⁺GaAsで成る。基層12上には層14〜20の付着
前に薄いnGaAsバッファー層を付着させてもよい。エピ
タキシャル付着は当該技術において公知のMOCVDであり
得る。

本発明の実施において好ましいのはファセット発射点17
で示されるレーザー10の複数エミッターが互いに十分に
近くてフェーズロック条件で作動することである。しか
しながら、このことは、フェーズロックが要求されない
か必要でない場合があり得るので、エミッターがフェー
ズロックされているかあるいはされていないIID領域を
生成させるために不可欠のものではない。

代表的な層厚の例としては、クラッド層14は0.5〜1.0μ
ｍの範囲にあり、活性領域16はGaAsの量子ウェルが約3n
m〜50nmであり、Ga_1-y′Aly′Asのバリヤー層がｙ′が
0.1〜1.0の範囲で約1nm〜15nm厚の量子ウェル構造体の
例えば50nm〜300nmの厚さ範囲を有する薄い通常の活性
層であり得る。クラッド層18は0.1〜1.0μｍの範囲の厚
さを有し得る。キャップ層20は0.1〜1.0μｍの範囲であ
り得る。

特定の例としては、活性層はドーピングされてないGa
_0.65Al_0.35Asからなる4nm厚バリヤー層により分離され
た各々7nm厚の１対のｐ−GaAsウェル層よりなる２つの
ウェル層からなる。各ウェル層の外表面はそれぞれGa
_0.65Al_0.35Asの透明導波層と連続しており、この導波層
はクラッド層14と18と連続しており、クラッド層14と18
は、それぞれ、1.5μｍ厚のｎ−Ga_0.15Al_0.85As層と1.0
μｍ厚さのｐ−Ga_0.15Al_0.85As層であり得る。

多エミッターアレイレーザーを形成するには、当該技術
において公知の不純物誘導無秩序化（IID）法、例え
ば、拡散無秩序化またはインプラント／アニーリング無
秩序化を用い得る。注意すべきことはこれらタイプの無
秩序化は不純物として従来考えられている種のみでなく
拡散により結晶を無秩序化するかあるいは植込みにより
結晶を劣下しその後劣下した結晶を高温アニーリングし
て所望の無秩序化結晶を生成させ得るあらゆる種も包含
するよう広げ得るということである。

本発明においては、インプラント／アニーリング無秩序
化も使用できるけれども、拡散無秩序化の使用について
述べる。多エミッターアレイレーザーを形成するには、
Si₃N₄マスクを、レーザー構造体の領域を不純物拡散に
露出する開口を有するキャップ層20のトップ表面に形成
する。このマスクはファセット発射点17を有する一連の
レーザー空胴または要素を形成しかつ互いに十分に近接
して光結合隣接エミッターを与える領域を保護する、即
ち、近くの光空胴の消失性波が隣接光空胴をオーバラッ
プする。

電流閉じ込め手段および所望の屈折率特性は高濃度のｐ
不純物をレーザー構造体の露出領域中に選択的に拡散さ
せることによって達成できる。例えば、亜鉛は700℃
で、十分な時間で適当な拡散源を含む半密封グラファィ
トボート中で選択的に拡散できる。この種の方法は代表
的には水素流中で実施される。量子ウェル活性領域16へ
の亜鉛の拡散は活性領域中のGaAs−GaAlAs中でAlとGaの
混合を生じ第１図中でIID領域28として示した標準AlAs
モルフラクションのGaAlAsを与える。GaAsの薄い活性
層、またはGaAsまたはGa_1-yAl_yAsの単一量子ウェル層の
場合には、混合は活性層中のGaとGa_1-zAl_zAsの隣接クラ
ッド層18のAlとの間で起る。多量子ウェル構造体の場合
には、AlとGaの混合は主としてウェル層とバリヤー層と
の間で起る。亜鉛の拡散は700℃のような比較的低温で
行い十分に長い時間、例えば、数時間維持して活性領域
16を点29で示したように浸透させる。

拡散工程の終了時に、通常の金属接触層24と26をそれぞ
れキャップ層20表面と基層12の裏面に施す。

亜鉛拡散領域28のアレイは活性領域16中の量子ウェル構
造体を損傷即ち無秩序化して点線27Aで示す、各レーザ
素子の光空胴に沿って放射線の伝幡をガイドするインデ
ックス特性（Index profile）を与える二重の機能を発
揮する。IID領域28により与えられた低指標特性によ
り、構造体は単一ローブ遠電場パターンにより各レーザ
ーのアレイの作動を促進する。得られた活性領域16の面
内のレーザー構造体は複数の高インデックスガイド領域
32が活性領域16の非無秩序化領域中に与えられるようで
ある。これらの領域23は活性領域16の隣接無秩序化領域
25較べて高い屈折率により向上した導波特性を与えてい
る。さらに、IIDp⁺領域28は高アルミニウムクラッド層1
4の境界でｐ−ｎ接合29を与え、この接合は活性23付近
のｐ−ｎ接合に比し高いターンオン電圧を有する。接合
29での材料のバンドギャップは活性領域接合での材料の
バンドギャップよりも著しく高いので、接合29はレーザ
ー接合よりも与えられた接合電圧で著しく低い電流を伝
導する。従って、高アルミニウム接合29を通る漏電流は
アレイ装置を通る総電流のほんの極めて小さい部分のみ
であり装置性能を有意に低下させることはない。

第２図においては、アレイレーザー30はレーザー構造体
を構成する各々の半導体層の不純物の種類を置き換えた
以外はアレイレーザ10と同一の構造体である。レーザー
30はｐ−Ga_1-xAl_xAsのクラッド層34をエピタキシナル付
着させたｐ−GaAsの基層32;ドーピングされてないか、
あるいはｐ−タイプまたはｎ−タイプドーピングされ、
領域16に関連して第１図で例示したような当該技術にお
いて普通に知られる任意の活性構造体からなり得る活性
領域36;n−Ga_1-zAl_zAs（ｘ、ｚ＞ｙ）のクラッディング
層38;およびn⁺GaAsのギャップ層40とからなる。

レーザー30の各構成層の層厚の例はレーザー10の相応す
る各層で例示した範囲である。

多エミッターアレイレーザーを形成するには、Si₃N₄マ
スクを前述したようなIIDにレーザー構造体の領域を露
出する開口を有する層40のトップ領域に形成させる。発
射点47を有する一連のレーザー要素は互いに十分に近接
して光結合隣接エミッターを与えるように形成する。即
ち、近くの光空胴の消散性波が隣接の光空胴にオーバラ
ップする。電流閉じ込め手段および屈折率特性の確立は
ｎ−タイプ拡散剤例えばケイ素、錫またはゲルマニウム
を用いて領域38内の多量子ウェル構造体を効果的に活性
領域36を浸透する深さまで無秩序化しそれによって光ガ
イド領域47Aを形成させた以外は、前述した方法で行っ
た。

拡散工程の終了時に、通常の金属接触44と46をそれぞれ
キャップ層40の表面および基層32の底面に施す。

ケイ素拡散領域48のアレイは活性領域36中の量子ウェル
構造体を損傷あるいは無秩序化して点線47Aで示す各レ
ーザー素子の光空胴に沿って放射線の伝幡をガイドする
インデックス特性を与える二重機能を発揮する。IID領
域48により与えられた低いインデックス特性により、構
造体は単一ローブ遠場パターンによりレーザーアレイの
作動を促進する。活性領域36の面内の得られたレーザー
構造体は複数の高インデックスガイド領域43が活性領域
36の非無秩序化領域内に与えられるようである。これら
の領域43は活性領域36の隣接無秩序化領域45に較べて高
い屈折率により改善された導波特性を与える。さらに、
IIDn⁺領域48は高アルミニウムクラッド層34の境界でｐ
−ｎ接合を与え、この接合は活性領域43付近のｐ−ｎ接
合に比し高いターンオン電圧を有する。接合49での材料
のバンドギャップは活性領域接合での材料のバンドギャ
ップより著しく高いので、接合49はレーザー接合よりも
与えられた接合電圧で著し小さい電流を伝導する。従っ
て、高アルミニウム接合49を通る漏電流はアレイ装置を
通る総電流のほんの極めて小割合のみであり装置性能を
有意に低下させない。

第１図および第２図の２つの実施態様に関しては、第１
図のレーザー10の例示において、p⁺タイプ拡散領域28
は、活性領域16の背影ドーピングがｐ−タイプである限
り、n⁺タイプ拡散領域例えばケイ素であり得ることは当
業者にとって明らかであろう。同様に、第２図のレーザ
ー30において、n⁺タイプ拡散領域48は、活性領域36の背
影ドーピングがｎタイプである限りp⁺タイプ拡散領域、
例えば、亜鉛であってもよい。

第３図において、アレイレーザー80は次の各層をエピタ
キシャル付着させたｎ−GaA基層82からなる。

ｎ−Ga_1-xAl_xAs（ｘは例えば0.4に等しい）からなり約
1.5μｍ厚であり得るクラッディング層84と、 薄い通常のDH活性層、単一量子ウェル構造体、または多
量子ウェル構造体例えば各4nm厚のバイヤーGa_0.65Al
_0.35As層で分離された各10nm厚のGaAsの４量子ウェル層
からなる活性領域86と、 ｐ−Ga_1-xAl_xAs（ｘは例えば0.4に等しい）からなり約
0.8μｍ厚であり得るクラッド層88と、 約0.1μｍ厚であるp⁺−GaAsのキャップ層90である。

活性層はｐドーピング、ｎ−ドーピングまたは非ドーピ
ングであり得る。

第１図および第２図の実施態様と同様に、第３図に示す
IIDn−タイプ領域92を形成するには、拡散窓のアレイを
キャップ層90上に沈着させたSi₃N₄フィルム中にパター
ン化し次いで拡散工程のケイ素源として作用するケイ素
フィルムの付着を行う。アレイレーザー80の処理は約10
0nm厚のSi₃N₄のフィルムを沈着させることにより開始す
る。このフィルムを写真平版によりパターン化してSi拡
散により領域92を形成するための窓即ち開口を形成す
る。次に、ケイ素の約50nm厚フィルムをアレイ上に付着
させ、次いでさらに約100nm厚のSi₃N₄フィルムを付着さ
せる。拡散は850℃で7.5時間行い最終的にエミッター98
で示すようなレーザーフィラメントになるものに隣接す
る領域の活性領域を無秩序化する。

ｎ−タイプSi拡散領域は活性領域86に延びている斜平行
線領域92として示される。拡散が活性層まで延びている
のは好ましいことである。認識すべき結果は拡散が各レ
ーザー素子の活性領域に十分に延びて無秩序化活性領域
により隣接エミッター間に低インデックス領域を与え、
それによってレーザー素子のインデックスガイドアレイ
を形成するということである。拡散領域92は、エミッタ
ー98で示される導波領域内に確立されたｐ−ｎ接合87に
比し無秩序化領域内での高電圧ｐ−ｎ接合89の確立によ
り、エミッター98で示される個々のレーザー空胴に該波
の光閉じ込めおよびキャリヤー閉じ込めの両方を与え
る。

拡散後、Si層と両Si₃N₄層はCF₄プラズマ内でのエッチン
グにより除去される。次いで、アレイ80の全表面を斜平
行線領域94で示すようにZn拡散させてｎ−タイプSi拡散
GaAsキャップ層90とクラッド層88の一部をｐ−タイプ材
料に再転換させる。重要なことはZn拡散が活性領域レー
ザー接合87と平行にある得られた寄生（parastic）ｐ−
ｎ接合の性質のためにクラッド層88に浸透するというこ
とである。Zn拡散の結果として、この寄生接合89は高ア
ルミニウムクラッディング層88内にあり、この接合は活
性領域86の接合87のターンオン電圧よりもかなり高いタ
ーンオン電圧を有する。接合89での材料のバンドギャッ
プは活性領域接合87での材料のバンドギャップよりも著
しく高いので、接合89はレーザー接合87よりも与えられ
た接合電圧で著しく小さい電流を伝導する。従って、高
アルミニウム接合89を通る漏電流はアレイ装置を通る総
電流の極めて小さい割合だけであり装置性能を有意に低
下させない。

最後に、比較的広いマスクを配列して装置の外側の２つ
の拡散領域92の中央よりも少々広くを覆い、プロトン射
突分離をアレイレーザー80の外層領域で行う。この分離
は分離領域96を形成している第３図の点線により示され
る。このインプラントの目的はケイ素拡散によっては前
以って無秩序化されなかった外層領域96中の電流の流れ
を防止することである。これを達成するには、インプラ
ントが外側Si不整化領域内のどこかにありさえすればよ
く、従って、インプラントマスクの調整は臨界的ではな
い。

70keVのエネルギーでの３×10¹⁵ドーズ（照射量）によ
るプロトンインプラントの後、レーザーアレイ80をCr−
AuまたはTi−Pt−Auによりキャップ層90上で金属処理
し、また基層82の底表面をAu−Ge次いでCr−AuまたはTi
−Pt−Auで合金化する。

第４図においては、アレイレーザー50は量子径効果を示
すには十分には薄くない薄活性層56からなる通常の二重
ヘテロ構造体活性領域を有するレーザー構造体内に作製
されたIID領域を示す。レーザー50はｎ−Ga_1-xAl_xAsの
クラッド層54をエピタキシャル付着させたｎ−GaAsの基
層52;例えば50nm〜300nmの範囲の厚さを有するドーピン
グなし、ｐ−タイプドーピングまたはｎ−タイプドーピ
ングしたGaAsの薄活性層56;p−GaAlAsのクラッド層58;
およびp⁺GaAsのキャップ層60からなる。IID処理終了時
には、通常の金属接触62と64をそれぞれキャップ層60の
表面および基層52の底表面に施す。

多エミッターアレイレーザーを形成するには、IDD領域6
8をレーザー10および30について前述した方法で形成す
る。領域68は活性層56の深部まで延びるかあるいはこの
活性層を通ってクラッド層54まで延び得る。活性層56の
大き目の厚さにより、活性層56内のIID処理活性領域66
は十分に無秩序化されなくてむしろ領域68内の活性層56
の薄い拡りによって示されるように部分的に無秩序化さ
れる。活性層56の領域68内の部分的組成無秩序化はレー
ザー構造体の横方向にて交互の薄目の活性領域を与え
て、活性領域中の変調インデックス特性がレーザー構造
体の横方向に確立される。この変調インデックス差は、
なかんづく、活性層56の厚さに依存しており、エミッタ
ー72で示される活性層56の厚目の領域70内またはｐ−ｎ
接合77で示される活性層56の薄目の領域56内のいずれか
にレーザー作用の優先性を与える。

アレイレーザー50の層54〜58のドーピング濃度および層
厚特に活性層56の厚さにより、アレイレーザーはIID領
域68または非IID領域70のいずれか中で効果的にレーザ
ー作用するよう設計できる。第５図は無秩序化による活
性層56の非IID領域70と比較した活性層56のIID領域68の
活性層厚の変化に基づいた非IID領域の区域でのレーザ
ー作用に対する活性層厚さの基準を示す。第５図の曲線
100で示すように、スレショールドでの電流密度は活性
層の厚さによって著しく変化している。曲線100の最低
点102は約60nm厚にあり、活性層に挿入された接合の電
圧ターンオンの最低スレッシュホールド電流密度点を示
している。例えば、曲線100の点Ａが無秩序化活性領域6
6での活性層56の厚さを示し点Ｂが活性領域70での活性
層56の厚さを示すならば、レーザー作用は、レーザー作
用電流密度スレッシュホールドが無秩序化活性領域66に
比してこれらの領域では小さいので活性領域72で起るで
あろう。この場合、ｐ−ｎ接合は活性領域72の近くにあ
るだろう。同様に、曲線100の点ＢがIID領域68での無秩
序化活性領域66の厚さを示し点Ｃが非IID領域70での活
性領域72の厚さを示すならば、レーザー作用は電流密度
スレショールドが領域70に比しこれらの領域では小さい
ので領域66で起るであろう。この場合、キャリヤー再結
合のためのｐ−ｎ接合は領域68が活性層56とクロスする
点77にあるであろうし、この接合で注入されたキャリヤ
ー無秩序化レーザー作用領域66に拡散するであろう。も
ちろん、上記の状態は当該技術において公知であるよう
に第１図および第２図の比較説明で例示した各層の伝導
性のタイプに依存している。

第１〜４図で例示した形状は平面構造体であるけれど
も、当業者にとって構造体に与えられた不純物誘起無秩
序化領域はまた例えば多レーザー素子を有するチャネル
またはメサ基層のような非平面レーザー形状においても
利用できることは当業者にとって自明であろう。

上記の実施態様はすべてGaAsおよびGaAlAs系の半導体に
関連して説明して来たけれども、他の光発射材料、例え
ば、InGaAsP,GaAlAsP,InGaAlP,InGaAlAsP,GaAlSdおよび
ZnSe/ZnSSeのような適当なII−VI材料も使用できる。さ
らに、例示した各実施態様において示したように、活性
領域は単一活性層からなり得るし、あるいは単一量子ウ
ェルまたは多量子ウェルの活性領域からなり得る。

本発明をいくつかの特定の実施態様について説明して来
たけれども、上記の説明から多くの改変、修正および変
形がなし得ることは当業者にとって明らかである。従っ
て、本発明はすべてのそのような改変、修正および変形
は本発明の精神および範囲に属するものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアレイ半導体レーザーの第１の実施態
様の側面拡大図である。 第２図は本発明のアレイ半導体レーザーの第２の実施態
様を示す側面拡大図である。 第３図は本発明のアレイ半導体レーザーの第３の実施態
様を示す側面拡大図である。 第４図は本発明のアレイ半導体レーザーの第４の実施態
様を示す側面拡大図である。 第５図はスレッシュホールドでの電流密度の効果従って
アレイの個々のレーザー要素の光空胴でのインデックス
導波特性を示すグラフであって、第４図のアレイレーザ
ーの活性領域層の厚さを変化させてそのスレッシュホー
ルド電流を示したグラフである。 12,32,82,52……基層 14,34,84,54……クラッド層 16,36,86,66……活性領域 18,38,88,58……クラッド層 20,40,90,60……キャップ層 24,26,44,46,64,62……金属接触層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空間的に離れた各光キャビティに配置され
   た一連のレーザー素子を備えた複数の半導体層を有する
   フェイズドアレイ半導体レーザーにおいて、上記半導体
   層がレーザー動作の下で光波の発生と伝播のための活性
   領域を有し、上記レーザー素子の光の場がアレイ全体に
   渡ってフェイズドロック条件を形成するように結合さ
   れ、上記空間内に離れた各光キャビティに対して且つこ
   れらの間に横方向に隣接する領域に誘導され上記活性領
   域を通って浸透する不純物を有し、この不純物が上記活
   性領域の要素成分の部分的な又は全部の相互拡散を生じ
   させ、これにより、少なくとも一つ隣接する半導体層の
   要素成分が上記光キャビティの経験上のゲインよりも高
   いゲインを有すると共に上記光キャビティに存在する元
   の屈折率プロフィールと比較して低い平均屈折率プロフ
   ィールを有する無秩序化合金領域を形成し、これによ
   り、上記光キャビティのためのインデックス導波を形成
   するフェイズドアレイ半導体レーザー。