JPS61159785A - 半導体装置 - Google Patents

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レーザ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５９−１２８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３図に示すよ
うに発光体からの光の出射方向が一点ρ０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
を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３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。　３１ａ　、　３１ｂは半導体レーザであ
り、各レーザはマウント３２の上にその光束発生面がマ
ウント３２の端面と平行になるように配されている。半
導体レーザ３１ａ、３１ｂが設けられているマウント３
２の端面３２ａ、３２ｂは、各レーザ３１ａ、３１ｂか
らの発散光束の中心光線ｈａ。

ｈｂ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（３１ａ　、　３１ｂ）が
設けられる位置で、端面３２ａと３２ｂに各々法線をた
てると、各々の法線がＰＧを通過するように、端面３２
ａと３２ｂ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Ｐ、点を通過する位置が、偏向走査面と直交
する方向にわずかに変位するように、マウント３２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３３の所定の近傍の点Ｐとは、
結像レンズ３４により光学的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素子（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素子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
発光体にも当てはまる。

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５８−２１１７３５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４図に示す。

第４図は半導体アレーレーザが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。

４！は５つの発光部（４１ａ、　４１ｂ、　４１ｃ、　
４１ｄ、　４１ｅ）を有する半導体アレーレーザであり
、４２はプリズムである９発光部４１ａからの光束の中
心光！ａｈａは傾斜面４２ａにより屈折されあたかもｐ
ｏを通過して来たかのように曲げられる。同じ＜４１ｂ
からの中心光線ｈｂは傾斜面４２ｂにより、４１ｄから
の中心光線ｈｄは傾斜面４２ｄにより、４１ｅからの中
心光線ｈｅは傾斜面４２ｅにより、それぞれあたかもｐ
ｏを通過して来たかのように曲げられる。なお４１ｃか
らの中心光１１ｈｃは平面４２ｃを垂直に通過して行き
、この中心光１１ｈｃ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４２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Ｐｏは前述したように偏向反射面の近
傍の所望の位１ｔＰ（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４２の微細加工精度及び方
法、プリズム４２とアレーレーザ４１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、！ＯＯμｓ以下ではほぼ不可能
である。

一方、第５図は光学系即ちリレー光学系５３で同様の効
果を持たせようとしたもので、アレーレーザ５１ａ、５
１ｂ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５２とシリンドリカルレンズ５５との間にリレー
光学系５３を介在させてポリゴン面５４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
０ｃｍ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、複数個の半導体レーザがモ
ノリシックに形成されている半導体装置において、上述
の半導体レーザのそれぞれの共振方向と共振面とのなす
角が異なるように形成し、これら半導体レーザのそれぞ
れからの光が共振面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「それぞれのレー
ザからの光の出射方向が異なる」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１ｒＩ４に本発明の一実施例を示す０図中、１１〜１
５は個々の半導体レーザを示し、１ｌａ−１５ａは各半
導体レーザＵ〜１５における電流の注入域、即ち発光域
に対応する。そして、この注入域１１ａ〜１５ａの延長
線（以下、共振方向と称する。　）　ｔｔｂ〜ｔｓｂと
共振面ｌθおよび１７に立てた法線１８とのなす角がそ
れぞれφａ、φｂ、φＣ９φｄ、φｅとなるように形成
されている。

なお、共振面１８および１７は１通常基板として用いら
れる結晶（例えばＧａｌ１ｇ）のへき開面が利用される
ので平行であるが、ドライエツチングのように平行度が
若干異なる可能性のあるような場合には、レーザ出射前
面側の共振面１Ｂを基準に考える。

共振面ＩＢおよび１７で共振した光はレーザ光として共
振面１８より出射する時、はぼスネルの法則に従って曲
げられる０図中、ｌｌｃ〜１５ｃは光出射方向を示す。

ここで、任意の光出射方向と法線！Ｂとのなす角、すな
わち出射角をθとすれば、ｎ／ｎｏ＝ｓｉｎθ／ｇｉｎ
φの関係が成り立つ０例ｊＪｆＧａＡｓ結晶から出射す
る場合を考えると、ｎ（結晶の屈折：Ｊ）は約３．５、
ｌ１ｏ（空気の屈折率）は約１であるので、φを１度に
選べば、レーザ光は法線１８に対して約３．５度傾いて
出射する。

第１図に示す実施例では、φａ、φｂ、ΦＣ１φｄ、φ
ｅをそれぞれ÷１．０度、　＋０．５度、０．０度。

−〇、５度、−１．０度に設定することにより、出射角
θａ、θｂ、θＣ１θｄ、θｅがそれぞれ會３．５度、
今１．７５度、０．０度、　　−１，７５度、−３，５
度となるようなアレーレーザを作成することができた。

第２図は第１図のＡ−Ａ　’線からみた断面図である。

以下、この図を用いて製造プロセスを詳しく述べる。

まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に順次、バッファ層とし
てｎ型ＧａＡｓ２２をＩｇｍ、クラッド層としてｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ２３を２鱗、活性層としてノンドープのＧａ
Ａｇ２４を０．０８ｇ、クラッド層としてｐ型ＡｊＧａ
Ａｓ２５を１６５μｓ、キ＋　？プ層としテｎ”　＠　
ＧａＡｓ２Ｂを０．１鱗１分子線エピタキシ法によって
作成した。

続いて電流注入域を制限するため、プラズマＣＶＤ法に
より窒化シリコンＩｔ！１１２７を０．２鱗積層した後
、フォトリンゲラフィブロセスによって窒化シリコン膜
の一部（第１図の１ｌａ−１５ａの領域）を除去した。

ストライプ幅（注入域の＠Ｗ）は５μｓである。また、
５木のストライプはそれぞれ０．５度の角度をもって形
成されている。

次に、上部電極としてＣｒ−Ａｕオーミック電極を形成
し、エツチングで分離してｌｉｄ　Ｎ１５ｄの５つの独
立な電極にした。

また、ＧａＡｓ基板２１はラッピングで１００μｓの厚
さまでけずった後、ｎ型用オーミック電極２９としてＡ
ｕ−Ｇｅ電極を蒸着した。

続いて拡散のための熱処理を行った後、第１図に示され
るように共振面１８．１７をへき開した。　１９の面に
ついてはスクライブで分離した。なお、各々のレーザの
ピッチは共振面１Ｂにおいて１００−である、一方、電
極ｌｉｄ　Ｎ１５ｄのそれぞれはワイヤボンディング（
不図示）により独立に取出した。

ここで、キャビティ長（共振面１Ｂと１７の間隔）は３
００鱗である。

これにより光出射方向が同一面内でそれぞれ１．７５度
ずつ異なる５つのレーザをモノリシックに形成すること
ができた。

一般に、注入域（共振方向）と共振面を直角に保ちなが
ら半導体レーザの光出射方向を異ならせるためには、共
振面を光出射方向のずれθと同じだけ角度をもたせて形
成せねばならない、この場合、共振面を直線的に形成す
ることはできないので、従来確立されているへき開の技
術を用いることは不可能である。従って、θずつずれた
ようなフォトマスクを使ってドライプロセスエツチング
等で形成する必要がある。この場合、共振面が不均一と
なって反射率が低下したり、！８の共振面を活性層２４
の面に対して直角に形成できないため発振しきい値電流
が増加する、等の問題が生じる。

本発明による半導体装置によれば、前述したように各レ
ーザの共振方向と共振面とのなす角が異なるように形成
されているため共振面を臂開で形成でき、このような問
題は生じない。

本発明による半導体装置では、へき開面を用いて光出射
方向の異なるアレーレーザを作成しているが１本発明が
へき開面を用いたアレーレーザに限定される訳ではない
、実装上の都合により、例えば片面、あるいは両面にウ
ェットプロセスまたはドライプロセス等で作成された共
振面を採用することも可能である。

また、角度φについては、あまり大きくとると共振面へ
の入射角が大きくなって反射率が低下するので、φとし
ては±１５度以内が適当である。特に、小が±３度くら
いまでは発振しきい値電流の上昇も１０〜２０％程度で
、駆動上容易である。しかも、光出射角０を±ｌＯ°程
度まで変更することが可能である。

本実施例ではＧａＡｓ系を用いたストライプ電極型レー
ザ（利得導波型レーザの一種）を例にとって述べたが、
他の利得導波型１例えばプロトンボンバード型にも適用
可能であり、また、ＢＨ構造。

リッジウェーブ構造等の屈折率導波型のレーザに対して
も有効である。

また、レーザ間の間隔や光出射方向のずれθは一般的に
は一定値を用いるのが装置設計上便利である。しかしな
がら、必ずしも一定値をとる必要はない。

加えて、半導体レーザの材料はＣａＡｓ　＊　Ａｎ　Ｇ
ａＡｇ系の他、　　ＩｎＰ　ｍ　ｌ１ＧａＡｓＰ系、　
ＭＧａｌｎＰ系等の材料に対しても同様にあてはまるの
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、電流注入域（共振方向）
と共・振面とのなす角が少しずつ変化するよう形成され
ているので、共振面にへき開面を用いてしかも光出射方
向が異なるようなモノリシックなアレーレーザを作成す
ることができる効果を有する。また、この光出射方向の
異なるアレーレーザを用いることにより、多数の点から
のレーザ光を走査光学系を用いて媒体上に良好に結像さ
せることができるので、レーザビームプリンタ等の光学
装置の光源としては極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体装置の一実施例を示す平面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ　’線からみた断面図、第
３図はレーザがハイブリッドに配置された従来例、第４
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５図は出射方向一定の
７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。 １１〜１５・・・半導体レーザ、１１ｂ〜１５ｂ・・・
共振方向。 １８、１７・・・共振面、　　　　１ｌｃ−１５ｃ・・
・光出射方向。 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数個の半導体レーザがモノリシックに形成されている
   半導体装置において、 前記半導体レーザのそれぞれの共振方向と共振面とのな
   す角が異なるように形成し、該半導体レーザのそれぞれ
   からの光が該共振面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。