JPS61125185A

JPS61125185A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS61125185A
Application number: JP24628484A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Sekiguchi; 芳信関口; Toshitami Hara; 利民原; Hideaki Nojiri; 英章野尻; Seiichi Miyazawa; 宮沢　誠一; Akira Shimizu; 明清水; Isao Hakamata; 袴田　勲
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-11-22
Filing date: 1984-11-22
Publication date: 1986-06-12

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〕本発明は複数個の半導体発光素子がモノリシックに形成
された半導体装置に関する。

〔従来の技術および問題点〕

従来１例えば特開昭５９−１２６に開示されているよう
に、半導体レーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）を複
数個用いて光走査装置を設計する場合、第５図に示すよ
うに発光体からの光の出射方向が一点Ｐ、で交わるよう
に光源を配置し、複数の走査スポットを良好な結像状態
毫保ちながら被走査面（不図示）に対して走査できるよ
う工夫されていた。

第５図はその典型的な従来例を示したものであり、光源
と偏向器の間の光学系を偏向走査面と垂直な方向から見
た図である。　５１ａ　、　５１ｂは半導体レーザであ
り、各レーザはマウント５２の上にその光束発生面がマ
ウント５２の端面と平行になるように配されている。半
導体レーザ５１ａ　、　５１ｂが設けられているマウン
ト５２の端面５２ａ　、　５２ｂは、各レーザ５１ａ、
５１ｂからの発散光束の中心光！１ｈａｌｈｂが同一の
点Ｐｏを通過して来たかの如く設定される。換言すれば
、半導体レーザ（５１ａ　、　５１ｂ）が設けられる位
置で、端面５２ａと５２ｂに各々、法線をたてると、各
々の法線がＰｏを通過するように、端面５２ａと５２ｂ
は設定されている。更に、偏向走査面と平行な方向から
見れば、各々の半導体レーザの中心光線ｈａ、　ｈｂの
ＰＯ点を通過する位置が、偏向走査面と直行する方向に
わずかに変位するように、マウント５２上に設けられる
半導体レーザの位置は設定される。上記２０点と偏向器
の偏向反射面５３の所定の近傍の点Ｐとは、結像レンズ
５４により光学的に共役な関係に保たれている。

このように、複数個の半導体発光体（例えば半導体レー
ザ）をそれぞれの光の出射方向が異なるように配置する
ためには、上記例に示したようにマウント上に位置合せ
をしてハイブリッドに構成する必要があった。以下便宜
上、複数個の半導体発光体としてアレーレーザという言
葉を使用するが、原理的にはＬＥＤアレーのような発光
体にも轟ではまる。

また、モノリシックに形成されたアレーレーザを使用す
る場合には、アレーレーザの前面に何らかの光学系を設
置する必要がある。

特開昭５８−２１１７３５１に開示されている例として
は、プリズムが７レーレーザの前面に配置されている。

これを第６図に示す。

第６図は半導体７レーレーザが５つの発光部を有する場
合のプリズムの断面を示すものである。

８１は５つの発光部（６１ａ　、　８１ｂ　、　ｅｔｃ
　、　６１ｄ。

ａｌｅ　）を有する半導体アレーレーザであり、６２は
プリズムである０発光部８１ａからの光束の中心光線ｈ
ａは傾斜面８２ａにより屈折されあたかもＰｏを通過し
て来たかのように曲げられる。同じく６１ｂからの中心
光ｔｌＡｈｂは傾斜面８２ｂにより、８１ｄからの中心
光線ｈｄは傾斜面８２ｄにより、ｆｉｌｅからの中心光
線ｈｅは傾斜面６２ｅにより、それぞれあたかもρＧを
通過して来たかのように曲げられる。

なお８１ｃからの中心光線ｈａは平面６２ｃを垂直に通
過して行き、この中心光線ｈｃの延長線上に２０が存在
する。このように各発光部に対応して傾斜角を定めた傾
斜平面が設けられ、プリズム６２を出射後の各光束の中
心光線は、あたかもＰｏから出射したかのようにその方
向を制御されている。このρ。

は前述したように偏向反射面の近傍の所望の位置Ｐ（不
図示）と光学系を介して共役に保たれる。

この場合の問題点はプリズム６２の微細加工精度及び方
法、プリズム６２と７レーレーザ８１との位置合せ及び
接合方法などであり、アレーレーザのピッチが小さくな
る程難しくなる。実際、　　１００゜以下ではほぼ不可
能である。

一方、第７図は光学系即ちリレー光学系７３で同゛　様
の効果を持たせようとしたもので、アレーレーザ７１ａ
、７１ｂから出射した光を平行化して結像させるコリメ
ータレンズ７２とシリンドリカルレンズ７５との間にリ
レー光学系７３を介在させてポリゴン面７４に結像した
例であり、良好な結像状態で被走査面（不図示）上に結
像される。

この場合の問題点は光路長であり、リレー系自体で約２
０ｃ１長くなってしまう。

本発明の目的は、ハイブリッドに半導体発光体を配置す
ることに起因する位置合せ誤差や集積密度の制限を排除
すると共に、光出射方向が一定でかつモノリシックに形
成されたアレーレーザを使用する場合のような付加光学
系の煩雑さを避けることを可能にする半導体装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による半導体装置は、上記目的を達成するために
、複数個の半導体発光素子がモノリシックに形成されて
いる半導体装置において、上述の半導体発光素子のそれ
ぞれに対応しこれら半導体発光素子とモノリシックに形
成された導波路を備え、半導体発光素子のそれぞれから
の光がこれら導波路から射出される時点でそれぞれの光
出射方向が異なっていることを特徴とする。

なお、以下の記載において用いられる「それぞれの発光
素子からの光の出射方向が導波路から射出される時点で
異なる」という表現は同一方向に出射するものが１組も
ないという意味ではなく、広義には出射方向の異なるも
のが１組以上存在するという意味である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明の一実施例であり、ブレーナ構造を示す
。以下、製造プロセスを説明する。

まず、基板１１上に通常のダブルへテロ構造、すなわち
クラッド層１２、活性層１３およびクラッド層ｌ４を成
長させる。

次に、導波路部において、導波路１８ａ　、　１８ｂ　
。

１８ｃを、通常のフォトリンゲラフィブロセスと不純物
の拡散により導波路以外の部分との間に屈折率の差を持
たせ、しかも直線状にある角度θを有して形成する。こ
の場合、活性層１３と平行な面内で屈折率に変化を持た
せなければならない、そして、導波路部とレーザ部とを
分離するための溝１７を、基板１１とクラッド層１２の
境界付近までエツチングにより作成する。つづいて、レ
ーザ部のクラッド層１４の上面に電極ｌｅａ　、　１８
ｂ　、　１［ｔｃをそれぞれ導波路１８ａ　、　１８ｂ
　、　１８ｃに対応して形成する。この電極形成とその
前の導波路部分の形成の時間的な前後関係は、それぞれ
の工程の熱処理温度の高低に応じて変える必要がある。

レーザ部の共振器ミラーのうち、一方は溝１７のレーザ
部壁面によって得ており、もう一方は通常の半導体のへ
き開面（第１図の場合、レーザ部において溝１７と反対
側の端面の７レーレーザ１５の近傍）を利用できる。

なお、１９ａ　、　１９ｂ　、　＋９ｃはそれぞれ光出
射方向を示す、また、第１図に示す各構成要素の寸法と
しては、クラッド層１２と１４の厚さは約２鱗、活性層
１３の厚さは約０．１μｓ、アレーレーザ１５のストラ
イプ幅は約数−１そのピッチは約１００ｇ、キャどティ
長（レーザ部の長さ）は約３ｏｏｕ　、溝１７の幅は１
〜２牌、その深さは３〜５騨、導波路部の長さは約数百
μｓ、各導波路１８　ａ−１８ｃの幅は約数騨、そして
光出射方向１９ａ−ＨＪｃの広がり角θは約数度である
。

第１図に示した実施例では、各導波路１８ａ〜１８ｃが
予めある角度θを有して直線状に形成されているが、形
成態様は直線に限定されない、すなわち、最終的に導波
路から光が出射される時点において放射状に光が広がれ
ば良く、例えば第２図に示すように曲った導波路も可能
である。

第２図は本発明の変形例を示し、破線で示した導波路２
８ａ〜２８ｃは、溝１７の近傍では直線的であるが、光
が出射される端面に近づくにつれて徐々に放射状に曲っ
ている。

これらの装置では、電流注入によりアレーレーザ１５を
発振させると３本の平行なレーザビームが得られる。こ
れらの平行なビームは溝１７を通して放射状の導波路１
８　ａ−１８ｃまたは２８ａ〜２８ｃ内に入り、それぞ
れ放射状のレーザビームとして取り出される。したがっ
て、３木のビームが１個所から出射されたものとして取
扱うことができるため、アレーレーザ光の集束を容易に
行なうことができる。

上記説明では導波路部の形成方法として、不純物の拡散
によって導波路と導波路以外の部分との間に屈折率の差
を持たせたが、この他に、イオン注入や、超格子構造の
無秩序化による屈折率の変化を利用することも可能であ
る。

また第１図はブレーナ構造における応用例であるが、レ
ーザ部に埋込み型レーザを用いる場合には、導波路部の
光閉込めをもっと有効に行なうことができる。つまり、
レーザ部の活性領域を残してエツチングする際に同時に
導波路部分も残し、埋込み成長によってレーザ部の光閉
込めと導波路部の光閉込めを完成させれば、導波路部に
おける光閉込めは非常に有効となる。

第１図および第２図に示したようなファブリペロ−共振
器を持つレーザを用いる場合には、共振器を形成するた
めにレーザ光を空気中または屈折率の異なる媒質中（溝
１７に相当する）を通過させた後、導波路内へそのレー
ザ光を導く、そのために、レーザ光の広がりや１Ｉｔｌ
？側の導波路端面での光の反射が生じて、導波路内に入
射する光の割合が減少したり、あるいはクロストークが
発生することがある。

これに対する改善策としては、溝１７を屈折率の大きい
物質で充填すればよい、この場合の屈折率の大きさは、
前述した導波路部における導波路１８ａ−１８ｃ　、あ
るいは２８ａ　〜２８ｃ以外の部分の屈折率の大きさよ
り小さく選定される。

第３図（ａ）、　（ｂ）は　ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕ
ｔｅｄ　ＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）レーザを用
いた例であり、それぞれ断面図、平面−を示す。

まず、基板３１上に順次、クラッドＮ３２．活性層３３
、クラッド層３４を作成する。

次に、プラグ反射（ＤＢＲ）部並びにＤＢＲおよび導波
部に対応するクラッド層３４を厚さ数百ｎｍまでエツチ
ング除去し、この上に干渉露光により周期数百ｎ腸の回
折格子３５を作成する。さらに、活性部に対応するクラ
ッド層３４の上面に電極３６ａ。

３８ｂ、３８ｃを形成する。

最後に、導波路部において活性層３３と平行な面内で導
波路３７ａ　、　３７ｂ　、　３７ｃが形成される。こ
の場合、導波路の形状は直線状でもあるいは放射状でも
よいが、いずれの場合にも光が出射される時点において
は、ある角度θを有して光が出射されるように形成され
る必要がある。

このようなりＢＲレーザを用いた場合には、レーザ光が
伝わっていく媒質において変化がないため、レーザ光の
広がりや導波路端面での光の反射はほとんど生じないと
いう利点がある。

同様な効果は、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅ
ｅｄ　Ｂａｃｋ）レーザを用いた場合にも期待できる。

第４図（ａ）、　（ｂ）は本発明の別の変形例である。

４Ｒ戊的には第１図あるいは第２図とほとんど同じであ
るので、説明は省略する。特徴としては第４図（ｂ）に
示されるように、基板４１のレーザ部にＶ字形の溝４０
がアレーレーザ４５の位置に対応して設けられているこ
とである。これらの溝４０は、基板４１の上にクラツド
層４２．活性層４４を成長させていくプロセスにおいて、この領域の
近傍の屈折率を高めるのに寄与し、それによってレーザ
の発光特性を向上させることができる。

なお、各レーザからの光出射方向の異なり角θ（度）の
値はアレーの間隔（ｔとする）と用いる光学系の焦点距
離とに依存するが、通常用いられる焦点距離２０層層程
度のものでは１≦θ／ｌ≦５０ぐらいが適当である０例
えば第７図の試作例ではｌ＝　　ＩＱＯＨ　、　ｐｏ＝
　１３ｍｍ　、θ＝１．２度で良好な結果を得た。

また、光走査の方法を第５図に示されるような偏向反射
面５３を用いた系に限定する必要がないのは言うまでも
ない０例えば結像レンズ５４の背後に回折格子のような
ものを設置して変更することも可能である。

さらに、予め設定された光出射方向の異なり角θは一定
値ずつシフトしているのが一般的であるが１例えばθ１
，θ２，θ３　、　＝＝−というように必要に応じて異
った値をとってもよい．そして、このような光出射方向
の異なるアレーレーザは走査光学系を有する装置にのみ
適用されるものでないことは言うまでもない。

すなわち、本発明による半導体装置におけるアレーレー
ザは、単一レンズにより異った発光点からのレーザをほ
ぼ同じ方向へ平行化させるような操作に対して極めて有
利である。

以上、各実施例あるいは変形例において主としてアレー
レーザを例にとって述べたが、　ＬＥＯなどの他の半導
体発光素子についても同様の効果が期待される。

〔発明の効果〕

本発明は以上述べたように、複数個の半導体発光素子を
単一基板上に形成する際半導体発光素子のそれぞれから
の光の出射方向を異ならせるような導波路を設けるとい
う簡単な工夫で、多数の点からのレーザ光の平行化を容
易にし，走査光学系を用いて媒体上に結像、走査するよ
うな光学装置（例えばレーザービームプリンタなど）の
光源として極めて有効となる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で、プレーナ構造を示し、第
２図は変形例、第３図（ａ）、　（ｂ）は口ＢＲレーザ
を用いた例で、それぞれ断面図、平面図を示し、第４図
（ａ）、　（ｂ）はチャネルストライプ型レーザを用い
た例で，それぞれ全体構成を示した斜視図、基板の斜視
図を示し、第５図はレーザがハイブリッドに配置された
従来例、第６図は出射方向一定の７レーレーザとプリズ
ムを合体して出射方向を異ならせた従来例、第７図は出
射方向一定のアレーレーザを光学系で補正しようとした
場合の従来例である。１５、　４５・・・アレーレーザ１８ａ　〜１８ｃ　、　２８ａ　〜２８ｃ　、　３？ａ
　〜３７ｃ　、　４８ａＮ４８ｃ・・・導波路＋ｆ３ａ　Ｎ１９ｃ　、　２９ａ　Ｎ２８ｃ　、　３８
ａ　Ｎ３８ｃ　、　４９ａ〜４９ｃ・・・光出射方向第　　１　　図第　　Ｚ　　図（ａ）（ｂ）第　　４　　図第　　５　　図第　　６　　図

Claims

【特許請求の範囲】　複数個の半導体発光素子がモノリシックに形成されて
いる半導体装置において、前記半導体発光素子のそれぞれに対応し該半導体発光素
子とモノリシックに形成された導波路を備え、該半導体
発光素子のそれぞれからの光が該導波路から射出される
時点でそれぞれの光出射方向が異なっていることを特徴
とする半導体装置。