JPH1070336A - 半導体レーザアレイ - Google Patents

半導体レーザアレイ

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JPH1070336A
JPH1070336A JP22652096A JP22652096A JPH1070336A JP H1070336 A JPH1070336 A JP H1070336A JP 22652096 A JP22652096 A JP 22652096A JP 22652096 A JP22652096 A JP 22652096A JP H1070336 A JPH1070336 A JP H1070336A
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JP
Japan
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semiconductor laser
groove
laser oscillation
laser array
grooves
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Pending
Application number
JP22652096A
Other languages
English (en)
Inventor
Kiichi Kamiyanagi
喜一 上柳
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣接するレーザ発振領域をエッチ溝によって
分離すると、エッチ溝の周囲における結晶成長層内の電
流の分布状態が非対称となってビーム間隔およびビーム
出射方向の変動が生じる。 【解決手段】 エッチ溝15、17によって分離された
結晶成長層の幅方向の中央部に埋め込みリッジ9、10
を配置することにより活性層3の付近で拡散する電流の
分布状態を対称な形状とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザアレイ
に関し、特に、複数のレーザ発信領域を電気的および熱
的に分離するエッチ溝を有する半導体レーザアレイに関
する。
【0002】
【従来技術】近年、複写機、プリンタ、ファクシミリ等
の画像形成装置の高速化、画像品質の向上が要求されて
おり、毎分60枚(A4相当)、1200dpi、とい
うような高速、高精細な要求も現実化している。
【0003】例えば、レーザ光源から出射されるレーザ
ビームをポリゴンミラーで偏向して像形成体に走査する
画像形成装置の場合、上記の要求を満たすためにはポリ
ゴンミラーを毎分3万回転以上で高速回転させることが
必要となる。しかし、ポリゴンミラーを高速回転させる
と発熱量や振動が増大して、画像形成装置の耐久性や信
頼性が低下するという問題がある。
【0004】上記した問題を解決するものとして、画像
情報に応じて変調された複数のレーザビームによって像
形成体を露光する画像形成装置が提案されている。この
ような画像形成装置において、複数のレーザビームを出
射するアレイ状の発光部を有する半導体レーザアレイを
使用するものがある。
【0005】画像形成装置に使用される半導体レーザア
レイは、数mWから20mWにかけての出力特性を有
し、更に、像形成体上でのレーザビームのスポット径を
小さくするために横モードが基本単一モードで、かつ、
高いモード安定性を備えることが要求される。このよう
な要求を満足する半導体レーザアレイとして、活性領域
での電流閉じ込めを行わずに光のみを閉じ込める屈折率
導波非電流閉じ込め型の半導体レーザアレイが一般的に
採用されており、例えば、埋め込みリッジ型、自己整合
構造(Self−aligned structur
e)型、あるいはVSIS(V−grooved su
bstrate inner stripe)構造型が
ある。
【0006】図6は、従来の埋め込みリッジ型の半導体
レーザアレイを示し、半導体レーザは、それぞれGaA
s基板結晶1上に結晶成長によって積層されたn型Al
GaAsクラッド層2と、活性層3と、p型AlGaA
sクラッド層4と、n型GaAs電流阻止層キャップ層
5と、p型GaAsキャップ層6と、p型AlGaAs
クラッド層4をエッチングして形成される埋め込みリッ
ジ9、10と、p型GaAsキャップ層6の表面にTi
/Pi/Auの金属多層膜を電子ビーム蒸着して形成さ
れる陽極7と、GaAs基板結晶1の結晶成長面と反対
の面にAu/Ni/AuGeの金属多層膜によって形成
される陰極8と、順方向電流に基づいてレーザ発振を生
じるレーザ発振領域11,12を電気的あるいは熱的に
分離するエッチ溝22を有している。
【0007】上記した構成によると、レーザ発振領域1
1,12をエッチ溝22によって分離することにより、
隣接するレーザ発振領域からの熱伝導に基づくしきい電
流特性の変動や、電流のリークによる誤発振を低減させ
ることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半導体
レーザアレイによると、埋め込みリッジ9で集束された
電流が活性層3付近で拡散する際に、エッチ溝22に遠
い部分の電流分布28と近い部分の電流分布29が非対
称となるため、電流密度の高い部分の利得が高くなって
局所的なレーザ発振が生じ、埋め込みリッジ9、10の
間隔よりビーム間隔が狭くなるという問題がある。ま
た、レーザ発振領域における利得の分布が非対称になる
とビームの波面が光軸に対して傾きを生じるため、ビー
ム出射方向が一定にならないという問題がある。従っ
て、本発明の目的はビーム間隔およびビーム出射方向の
変動を抑制することのできる半導体レーザアレイを提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、半導体基板上に複数の半導体レーザ素子
を形成し、前記複数の半導体レーザ素子の間を素子分離
用溝で分離した屈折率導波非電流閉じ込め型の半導体レ
ーザアレイにおいて、前記複数の半導体レーザ素子は、
前記素子分離用溝と同一の形状の溝を前記素子分離用溝
と対称の位置に形成された構成を有する半導体レーザア
レイを提供する。
【0010】上記の半導体レーザアレイにおいて、同一
の形状の溝は、誘電性材料を充填された平坦な充填面を
有し、平坦な充填面は、電極材料で被覆されることによ
ってレーザ発振用電極と連続した平面を形成する構成で
あっても良く、あるいは、素子分離用溝の長さより小な
る長さの開口部を有する構成であっても良い。この小な
る長さの開口部は、素子分離用溝に平行で、かつ、レー
ザ発振方向の中央部に配置され、レーザ発振方向の両端
部にレーザ発振用電極と接続される接続部を有する構成
であっても良く、あるいは、素子分離用溝に平行で、か
つ、レーザ発振方向の両端部に配置され、レーザ発振方
向の中央部にレーザ発振用電極と接続される接続部を有
する構成であっても良い。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体レーザアレ
イを図面を参照しつつ説明する。
【0012】図1は、本発明の第1の実施の形態におけ
る半導体レーザアレイを示し、半導体レーザは、それぞ
れ有機金属気相エピタキシ装置を用いてGaAs基板結
晶1上に積層されたn型AlGaAsクラッド層2と、
GaAsで構成される井戸幅10nmの活性層3と、p
型AlGaAsクラッド層4と、n型GaAs電流阻止
層キャップ層5と、およびp型GaAsキャップ層6
と、p型AlGaAsクラッド層4をエッチングして形
成されるストライプ形成用の埋め込みリッジ9、10
と、p型GaAsキャップ層6の表面にTi/Pi/A
uの金属多層膜を電子ビーム蒸着し、400℃のアロイ
化熱処理を施して形成される陽極7と、GaAs基板結
晶1の結晶成長面と反対の面にAu/Ni/AuGeの
金属多層膜を電子ビーム蒸着し、400℃のアロイ化熱
処理を施して形成される陰極8と、順方向電流に基づい
てレーザ発振を生じるレーザ発振領域11,12を電気
的あるいは熱的に分離するエッチ溝15,17を有し、
エッチ溝17は、表面に陽極7と電極パッド18、19
と接続される連結部16を有している。
【0013】ストライプ形成用の埋め込みリッジ9、1
0は、エッチ溝15,17によって分離される結晶成長
層の幅方向の中央に位置するように配置され、間隔が1
5μm、リッジ下端における幅が4μm、高さが0.5
μmで形成されている。これらの数値は半導体レーザア
レイの横モード制御性、ビーム広がり角、および画像形
成装置の仕様に応じて決定される。本実施の形態では、
光学系の横倍率を約4倍、ドット密度を600dpiと
する画像形成装置を対象としている。
【0014】エッチ溝15,17は、結晶成長層にCH
2 CL2 ガスを用いたドライエッチングによって、深さ
2.5μm、幅3μmの溝を形成した後、この溝の内壁
に膜厚0.1μmのSi窒化膜13をプラズマCVD法
によって被着し、更に、SOG(Spin On Gl
ass)によるSiO2 保護膜14を形成して平坦化処
理を行っている。
【0015】図2は、エッチ溝17の連結部16を形成
する過程を示し、図2(a)に示すように、SOGによ
って形成されたSiO2 保護膜14’をCF4 ガスを用
いたドライエッチングによってp型GaAsキャップ層
6を露出させた後、図2(b)に示すように、Ti/P
i/Auの金属多層膜で構成される連結部16を電子ビ
ーム蒸着によってSiO2 保護膜14の表面に被着す
る。
【0016】このようにして形成された半導体レーザア
レイの縦面および横面をへき開して、レーザ発振に垂直
な方向の端面に多層反射膜を被着することにより反射面
を形成する。レーザビームが出射される反射面の反射率
は、他方の反射面の反射率より低く形成されている。ま
た、レーザ発振方向の長さは500μmで形成されてい
る。
【0017】上記の構成によると、エッチ溝15、17
によって分離された結晶成長層の幅方向の中央に埋め込
みリッジ9、10を配置することによって、活性層3付
近の電流分布が対称な形状となり、レーザ発振領域1
1、12が埋め込みリッジ9、10の直下に位置するよ
うになる。また、このレーザ発振領域11,12がレー
ザ発振方向に平行に設けられるエッチ溝15、17にガ
イドされることによってビーム出射方向の変動が抑制さ
れる。
【0018】また、エッチ溝17の表面を平坦化処理し
て連結部16を設けることにより、電極パッド18、1
9の面積が拡大されるので、半導体レーザアレイの配線
時の接続抵抗を低減させることができる。
【0019】本実施の形態では、結晶成長を行うにあた
って有機金属気相エピタキシ装置を用いた場合について
説明したが、分子線エピタキシ装置を用いて結晶成長を
行うこともできる。また、活性層3にGaAsで構成さ
れる量子井戸を用いているが、2〜4層の多重量子井戸
であっても良く、活性層幅約100nm程度のダブルヘ
テロ(DH)型であっても良い。活性層3の材質は、レ
ーザビームの発振波長に応じて決定され、Alx Ga
1-X AsやInx Ga1-X P等であっても良い。
【0020】図3は、本発明の第2の実施の形態におけ
る半導体レーザアレイを示し、図3(a)に示すよう
に、レーザ発振領域(図示せず)の内側に位置するエッ
チ溝22に対してレーザ発振領域(図示せず)の外側の
エッチ溝23のレーザ発振方向の長さが短い構成を有
し、エッチ溝22の長さを500μm、エッチ溝23の
長さを400μmで形成している。また、エッチ溝23
の長さ方向の両端部には電極材料による接続部20、2
1が設けられている。
【0021】図3(b)は、図3(a)のA−A’切断
面を示し、エッチ溝22,23の内壁にはプラズマCV
D法によって被着された膜厚0.1μmのSi窒化膜1
3を有している。図3(c)は、図3(a)のB−B’
切断面を示し、エッチ溝22の両側には、陽極7と接続
部(図示せず)によって接続された幅100μmの電極
パッド18、19を有している。その他のGaAs基板
結晶1、n型AlGaAsクラッド層2、活性層3,p
型AlGaAsクラッド層4,n型GaAs電流阻止層
キャップ層5、p型GaAsキャップ層6、陽極7、陰
極8、埋め込みリッジ9および10、レーザ発振領域1
1、12の構成、電極形成方法、へき開方法、および多
層反射膜形成方法等については第1の実施の形態と同一
であるので重複する説明を省略する。
【0022】上記の構成によると、エッチ溝23の周囲
に接続部20,21を設けて陽極7に接続することによ
り電極パッド18、19の面積が拡大され、このことに
よって半導体レーザアレイの配線時の接続抵抗を低減す
ることができる。また、SOGによるSiO2 保護膜の
形成工程を省略できることから製造コストを低減するこ
とができる。
【0023】本実施の形態では、エッチ溝23の長さが
エッチ溝22のレーザ発振長の80%の長さを有してい
るので、接続部20、21の直下のレーザ発振領域1
1、12における電流密度の変化がビーム間隔およびビ
ーム照射方向に与える影響は無視することができる。
【0024】図4は、本発明の第3の実施の形態におけ
る半導体レーザアレイを示し、レーザ発振領域(図示せ
ず)の内側に位置するエッチ溝22に対して、レーザ発
振領域(図示せず)の外側のエッチ溝23を中央部で分
離して接続部24、25を形成している。接続部24の
エッチ溝方向の長さは100μmである。
【0025】上記したように、エッチ溝23を中央部で
分離して接続部24、25を形成する構成としても電極
パッド18、19の面積を拡大することができる。この
ことによって半導体レーザアレイの配線時の接続抵抗を
低減できる。また、SOGによるSiO2 保護膜の形成
工程を省略できることから製造コストを低減することが
できる。
【0026】図5は、本発明の第4の実施の形態におけ
る半導体レーザアレイを示し、レーザ発振領域11、1
2のストライプ形成に自己整合型の埋め込みリッジ2
6、27を用いており、このような構成であってもビー
ム間隔およびビーム照射方向の変動を抑制することがで
きる。その他のGaAs基板結晶1、n型AlGaAs
クラッド層2、活性層3,p型AlGaAsクラッド層
4,n型GaAs電流阻止層キャップ層5、p型GaA
sキャップ層6、陽極7、陰極8、埋め込みリッジ9お
よび10、レーザ発振領域11、12の構成、電極形成
方法、へき開方法、および多層反射膜形成方法等につい
ては第1の実施の形態と同一であるので重複する説明を
省略する。
【0027】上記した実施の形態では、2つのレーザ発
振領域をエッチ溝によって分離した半導体レーザアレイ
について説明したが、これに限定されず、2つ以上の複
数のレーザ発振領域を有する半導体レーザアレイに適用
することができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の半導体レー
ザアレイによると、レーザ発振領域を分離する溝と同一
の形状の溝をレーザ発振領域を分離する溝と対称の位置
に形成したため、ビーム間隔およびビーム出射方向の変
動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態における半導体レーザアレイ
を示す説明図である。
【図2】(a)は、SOGによってSiO2 保護膜1
4’を形成した状態を示し、(b)は、Ti/Pi/A
uの連結部16を形成した状態を示す説明図である。
【図3】(a)は、第2の実施の形態における半導体レ
ーザアレイの平面図を示し、(b)は、A−A’断面に
おける切断面を示し、(c)は、B−B’断面における
切断面を示す説明図である。
【図4】第3の実施の形態における半導体レーザアレイ
を示す平面図である。
【図5】第4の実施の形態における半導体レーザアレイ
を示す平面図である。
【図6】従来の半導体レーザアレイを示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1,GaAs基板 2,n型AlGaAsクラッド層 3,活性層 4,p型AlGaAsクラッド層 5,n型GaAs電流阻止キャップ層 6,p型GaAsキャップ層 7,陽極 8,陰極 9,埋め込みリッジ 10,埋め込みリッジ 11,レーザ発振領域 12,レーザ発振領域 13,Si窒化膜 14,14’,SiO2 保護膜 15,エッチ溝 16,連結部 17,エッチ溝 18,電極パッド 19,電極パッド 20,接続部 21,接続部 22,エッチ溝 23,エッチ溝 24,接続部 25,接続部 26,埋め込みリッジ 27,埋め込みリッジ 28,電流分布 29,電流分布

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に複数の半導体レーザ素子
    を形成し、前記複数の半導体レーザ素子の間を素子分離
    用溝で分離した屈折率導波非電流閉じ込め型の半導体レ
    ーザアレイにおいて、 前記複数の半導体レーザ素子は、前記素子分離用溝と同
    一の形状の溝を前記素子分離用溝と対称の位置に形成さ
    れた構成を有することを特徴とする半導体レーザアレ
    イ。
  2. 【請求項2】 前記同一の形状の溝は、誘電性材料を充
    填された平坦な充填面を有し、 前記平坦な充填面は、電極材料で被覆されることによっ
    てレーザ発振用電極と連続した平面を形成する構成の請
    求項第1項記載の半導体レーザアレイ。
  3. 【請求項3】 前記同一の形状の溝は、前記素子分離用
    溝の長さより小なる長さの開口部を有する構成の請求項
    第1項記載の半導体レーザアレイ。
  4. 【請求項4】 前記小なる長さの開口部は、前記素子分
    離用溝に平行で、かつ、レーザ発振方向の中央部に配置
    され、前記レーザ発振方向の両端部にレーザ発振用電極
    と接続される接続部を有する構成の請求項第3項記載の
    半導体レーザアレイ。
  5. 【請求項5】 前記小なる長さの開口部は、前記素子分
    離用溝に平行で、かつ、レーザ発振方向の両端部に配置
    され、前記レーザ発振方向の中央部にレーザ発振用電極
    と接続される接続部を有する構成の請求項第3項記載の
    半導体レーザアレイ。
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