JPS62158388A - フエイズドアレイ半導体レ−ザ− - 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、アレイ状の半導体レーザー特に不純物誘導不
整化（ｉｍｐｕｒｉｔｙ　１ｎｄｕｃｅｄ　ｄｉｓｏｒ
ｄｅｒｉｎｇ　）（ＩＩＤ）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（Ｌａ５ｅｒ　Ｆｏｃｕｓ／Ｅ
ｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ　）　”の１９８４年７月
号において公表された“フエイズド　アレイ　ダイオー
ド　レーザース（Ｐｈａｓｅｄ　Ａｒｒａｙ　Ｄｉｏｄ
ｅＬａｓｅｒｓ）　”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（ｏｐｔｉｃａ
ｌ　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
プになる。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電場パターン内で２０
−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　ｐ
ｏｓｓｉｂｂｌｅ　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
ィラメントの弁作動レーザー作用（Ｉａｓｉｎｇ）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−Ｈ−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、基本スー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
位相内にあるので電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−電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、測定は電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Ｉ　Ｅ
ＥＥ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（Ｓｕｐｅｒｍｏｄｅ　Ｄｉ
ｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃ
ｋｅｄＡｒｒａｙｓ　ｏｆ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ　Ｌａ５ｅｒ　Ａｒｒａｙｓ　）″なる演題として見
い出される。

さらに最近、アプライド　フィジイックス　レタース（
＾ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）
　、Ｖｏｌ、　４５（７）、７０９−７１１．（１９８
４，１０月１日）の“ハイ　パワー　カップルド　リッ
ジ　ウニイブガイド　セミコンダクター　レーザー　ア
レイス（Ｈｉｇｈ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｒｉ
ｄｇｅ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｓｅｍ１−ｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ　Ｌａ５ｅｒ　Ａｒｒａｙｓ　）”なる題のトウ
４　（Ｔｗｅ）等の論文および同じくアプライド　フィ
ジイックスＬ／タース、Ｖｏｌ、　４５　（８）、８３
４−８３５、（１９８４，１０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　ウニイブガイド　レーザー　アレイ（Ｆｕｎｄ
ａｍｅｎｔａｌ　Ｍｏｄｅ　０ｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ　
ｏｆ　Ｂｕｒｊｅｄ　ＲｉｄｇｅＷａｖｅｇｕｉｄｅ　
Ｌａ５ｅｒ　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りフジ領域に
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ツ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、１９
８４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　ロープ（Ｐｈａｓｅ
ｄ　Ａｒｒａｙ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒＬａｓｅ
ｒｓ　ｗｉｔｈ　Ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ　ｉｎ　ａ　ＳｉｎｇｌｅＬｏｂｅ　）”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後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不整化（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１谷性を良好に保持さ
せるという開発がなされている。その例はホロニヤツク
（）ｌｏｌｏｎｙａｋ　）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不整化し、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℃であるエビ成長温度よりも低い５
００℃〜６００℃の温度範囲で行い得る。そのような不
整化はまたより高温例えば約６７５℃ではあるがＳ　ｉ
　、Ｇ　ｅ　ｓ　Ｓ　ｎ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、不整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
　ＳＳｎ　、ＯｌＳ　％　Ｂ　ｅ　、Ｔｅ　％ＳｉｓＭ
ｎ、、ＺｎＳＣｄ、、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５００℃〜
９００℃（不純物価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、ＡＩのような■−■元素の植込みによっても不整
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
により不整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は不整化を誘起すること
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
純物誘導不整化（ＩＴＤ）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
後のエツチングおよび／または再成長処理のいずれも回
避するものである。

光ｙＩｕＬ点 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ＭＢ
Ｃ１次いで不純物誘導不整化（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法を用いて行う（
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不整化領域を形成
して不純物誘導不整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。不純物誘導不整化なしの隣接領域は
隣接の不整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。不整化領域は残りの非不整化
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、不整化領域での高
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、不整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
性能を存意に低下させることはない。

本発明の他の目的および利点、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下の説明によって明ら
かとなろう。

ましい　施態様の云゛Ｈ 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ウェル層　Ｉ　Ａｓの■−
■材料規則性において示されている。レーザー１０は基
層１２とクラッド層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ｎＧ
ａ１−ＸＡ　ｌ　ｘＡｓのクラフト層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１
６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へテロ構造体（Ｄ　Ｈ）の活性層
となっており、ＧａＡｓまたはＧａｐ−ｙＡ　１　ｙＡ
ｓ（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＋□ＡβｙＡｓの交互ウ
ェル層および相応するＡ　Ｉ　ＡｓまたはＧａｌ−、’
　ＡｌｙＡｓ（ｘＳｙ’　＞　７）のバリヤ一層の多量
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−Ｇａ１−、八１．Ａｓ（ｘ、、２％　
Ｖ　’　＞ｙ）　Ｔ：成る。、１−＋７１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バッファ一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１
７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■■Ｄ
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Ｊ’ｉ１４は０．
５〜１．０μｍの範囲にあり、活性領域１６はＧａＡｓ
の量子ウェルが約３ｎｍ〜５０ｎｍであり、Ｇａ１−ｙ
’Ａｊ２ｙ’Ａｓのバリヤ一層が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。クランド層１８は０．１〜１．０
μｍ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
ｏ、　６ｓＡ　ｌ　ｏ、　５ｓＡｓからなる４ｎｍ厚バ
リヤ一層により分離された各々？ｎｍ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Ｇａｏ、ａｓＡ　ｌ　ｏ、
　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−Ｇａｏ、＋ｓ
Ａ　１　ｏ、　５ｓＡｓ層と１．０７７１１１厚さのｐ
Ｇａ６．　＋ｓＡ　１　ｏ、　５ｓＡｓ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不整化（ＩＩＤ）法、例えば
、拡散不整化またはインプラント／アニーリング不整化
を用い得る。注意すべきことはこれらタイプの不整化は
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
り結晶を不整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不
整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／アニーリング不整化
も使用できるけれども、拡散不整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、Ｓｉ
、ＩＮ、マスクを、レーザ、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販源を含む半密封グラファイ
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　−ＧａＡｌＡ
ｓ中でＡｌとＧａの混合を生じ第１図中でｔｒＤ領域２
８として示した標準Ａ　Ｉ　ＡｓモルフラクションのＧ
ａＡ　ｊ！　Ａｓを与える。ＧａＡｓの薄い活性層、ま
たはＧａＡｓまたはＧａ、、Ａ　１　、Ａｓの単一量子
ウェル層の場合には、混合は活性層中のＧａとＧａｐ−
、Ａ　ｊ２　、Ａｓの隣接クラッド層１８のＡＪとの間
で起る。多量子ウェル構造体の場合には、ＡＩとＧａの
混合は主としてウェル層とバリヤ一層との間で起る。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不整化して点線２７Ａで示す、各レ
ーザ素子の光学用に沿って放射線の伝幡をガイドするイ
ンデックス特性（Ｉｎｄｅｘｐｒｏｆｉｌｅ）を与える
二重の機能を発揮する。１１０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の非不整化領域
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の隣接不整化領域２５に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１４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ツ電圧を有す
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　　ｃａ、−３ＩＡ　ｚ　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
−Ｇａｐ−Ｊ／！ｚＡｓ（ｘ、ｚ＞ｙ）のタラッデイン
グ層３８；およびｎ”ＧａＡｓのキャップ層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、Ｓｉ３Ｎ
４マスクを前述したようなＩｔＤ法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、近くの光学用の消散性波が隣接の光学
用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不整化しそ
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不整化して点線４７Ａで示す
各レーザー素子の光学用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。Ｉ
ＩＤ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鳴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４
３が活性領域３６の非不整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の隣接不整化領
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、１１Ｄｎ’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
著しく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、ｐ１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−ＧａＡｓ基層８２からなる。

ｎ　−Ｇａｐ−ｘＡ　Ｉ　ＸＭＳ（Ｘは例えば０．４に
等しい）からなり約１．５μｍ厚であり得るクラツディ
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Ｇａｏ
、　ａｓＡ　Ｉ！　０．　：１ＳＡＳ層で分離された各
１０ｎｍ厚のＧａＡｓの４量子ウ工ル層からなる活性領
域８６と、ｐ　−Ｇａｌ−ｘＡ　Ｉ　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Ｎ８８と、約０．１μｍ厚であるｐ’−ＧａＡ
ｓのキャンプ層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
ｌＩＤｎ−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５ｉＪ４フイルム
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１１００ｎ厚の５ｉＪ４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１１
００ｎ厚の５ｉＪ４フイルムを付着させる。拡散は８５
０℃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
活性領域を不整化する。

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不整化活性
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に比し不整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
ー空胴に譲渡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５ｉＪ４層はＣＦ４プラズマ内での
エツ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Ｎ
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。Ｚ
ｎ拡散の結果として、この寄生接合８９は高アルミニウ
ムクラツディング層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ツ
ブは活性領域接合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１．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
っては前取って不整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Ｓｔ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。

７０にｅＶのエネルギーでの３Ｘ１０”ドーズ（照射Ｍ
）によるプロトンインプラントの後、レーザーアレイ８
０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
二重へ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　−Ｇ
ａＩ−、Ａ　Ｉ　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５０
ｎｒａ〜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−Ｇａ１Ｍ！Ａｓ
のクラッドＮ５８；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６８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の太き目の厚さにより、活性層５６内の
ＩＩＤ処理活性領域６６は十分に不整化されてなくてむ
しろ領域６８内の活性Ｎ５６の薄い拡りによって示され
るように部分的に不整化される。活性層５６の領域６８
内の部分的組成不整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（、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５
６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６６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ｌＩＤ５ｕ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
は不整化による活性層５６の非ＩＩＤ領域７０と比較し
た活性層５６のＩＩＤＮ域６８の活性層厚の変化に基づ
いた非ｚｏｇ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６０
ｎｍ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が不整化活性領域６６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５
６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不整化活性領域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６
８での不整化活性領域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不整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不整化
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ＧａＡ　Ｉ　Ａ
ｓ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、　ＧａＡ　Ｉ　Ａ
ｓＰ＋ＩｎＧａＡρＰ、　ＩｎＧａＡ　Ｉｔ　ＡｓＰ、
　ＧａＡ　Ｉ　ＳｄおよびＺｎ５ｅ　／ＺｎＳＳｅのよ
うな適当な■−■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４１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 ’％　　　　　　　　　　　　　　　　〜ＦＩ６４ ４丁（々悼 ＦＩ６．５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）レーザー動作の下で光波の発生と伝幡のため、活
   性領域に対する光導波領域内に配置された一連のレーザ
   ー素子を有するフェイズドアレイ半導体レーザにおいて
   、上記レーザー素子の光の場が、アレイ全体に渡ってフ
   ェイズロック条件を形成するように結合され、上記レー
   ザー素子に隣接する各領域に誘導され上記活性領域を通
   って延びている不純物を含み、上記誘導不純物が上記領
   域の部分的にまたは全部に不整化 （ｄｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇ）を生じ、上記領域の不純物
   誘導がその元の屈折率に比し低い屈折率を与え、上記光
   導波領域を形成することを特徴とするフェイズドアレイ
   半導体レーザー。 （２）上記不純物誘導不整化が不純物拡散からなる特許
   請求の範囲第（１）項記載のフェイズドアレイ半導体レ
   ーザー。 （３）上記不純物誘導不整化がインプラント／アニーリ
   ング法からなる特許請求の範囲第（１）項記載のフェイ
   ズドアレイ半導体レーザー。 （４）上記活性領域が単一量子ウェルからなる特許請求
   の範囲第（１）項記載のフェイズドアレイ半導体レーザ
   ー。 （５）上記活性領域が平面である特許請求の範囲第（４
   ）項記載のフェイズドアレイ半導体レーザー。 （６）上記活性領域が非平面である特許請求の範囲第（
   ４）項記載のフェイズドアレイ半導体レーザ（７）上記
   活性領域がウェルとバリヤーとが交互になった多量子ウ
   ェルからなる特許請求の範囲第（１）項記載のフェイズ
   トアレイ半導体レーザー。 （８）上記活性領域が平面である特許請求の範囲第（７
   ）項記載のフェイズドアレイ半導体レーザー。 （９）上記活性領域が非平面である特許請求の範囲第（
   ７）項記載のフェイズドアレイ半導体レーザ（１０）上
   記活性領域が５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲の厚さを有す
   る薄活性層からなる特許請求の範囲第（１）項記載のフ
   ェイズドアレイ半導体レーザー。 （１１）上記活性領域が平面である特許請求の範囲第（
   １０）項記載のフェイズドアレイ半導体レーザー。 （１２）上記活性領域が非平面である特許請求の範囲第
   （１０）項記載のフェイズドアレイ半導体レーザー。