JPS62268179A - 半導体レ−ザ装置 - 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】 〔技術分野〕 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
れた半導体レーザ装置に関する。

〔従来技術〕

従来、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３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慮し、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３２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Ｐ。

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Ｐ。を通過するように、端面３２ａ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Ｐ。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、モノリンツ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、プリズムがア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。４１は５つの発
光部（４１ａ、　４１ｂ、　４１ｃ、　４１ｄ、　４１
ｅ）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。発光部４１ａからの光束の中心光線ｈａは傾
斜面４２ａにより屈折されあたかもＰ。を通過して来た
かのように曲げられる。同じく４１ｂからの中心光線ｈ
ｂ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４２　ｅにより、それぞれあたかもＰ。を通過して来
たかのように曲げられる。なお４１ｃからの中心光線ｈ
ｃは平面４２ｃを垂直に通過して行き、この中心光線ｈ
ｃの延長線上にＰｏ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Ｐ。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Ｐ。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、１００μｍ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。

一方、上記の如き問題点を解決するため、本出願人は特
願昭５９−２４０４１８号、特願昭６０−４２４号等で
、複数個の半導体レーザがモノリンツクに形成され、か
つ各々の半導体レーザの出射方向が異なっている半導体
装置を既に提案している。

〔発明の概要〕

本発明は簡単に製造でき、レンズ等と組み合せて光路長
の短い光学系を構成出来る半導体レーザ装置を提供する
ことを目的とし、更に実際の使用状態に対応して、上記
既提案の装置の性能をより向上させるものである。

本発明による半導体レーザ装置は、複数個の半導体レー
ザがモノリンツ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面から射出され
る時点でそれぞ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〕

第１図（ａ）にＧ　ａ　Ａ　Ｓ基板（１００）面を用い
た場合の一実施例を示す。第１図（ａ）の１１１−１１
５は凹状ストライプで、レーザを形成した場合、発光域
に対応する。この凹状ストライプは、ストライプの延長
線（以下、共振方向と称する。）ｌｌｌａ〜１１５ａと
共振面１１６及び１１７に立てた法線１１８とのなす角
がそれぞれψａ、φｂ、φＣ１φｄ、φｅとなる様に形
成した。

第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ’　線から見た斜
視図である。図（ｃ）はＧａＡｓ基板（１００）面１０
１上に通常のフォトリソグラフィ技術により、レジスト
パターン１２０を形成している状態を示す斜視図である
。レジストパターン１２０は共振方向に沿って幅５μｍ
長さ５００μｍを有する。このパターンをマスクとして
リアクティブイオンエツチングにより凹溝を形成する。

形成条件を表１に示す。

表１の条件でｅｔｃｈｉｎｇを行なうと溝の深さは約１
．０μｍとなる。ｅｔｃｈｉｎｇ溝形成後、フォトレジ
ストパターンをハクリする事で第１図（６）の様な基板
が得られた。この基板上に順次、ＧａＡｓ。

ＧａＡｎＡｓをエピタキノヤル成長する事でダブルヘテ
ロ構造のレーザを作成した。更に独立駆動とする為に、
上部Ｐ形電極１’ｌｌｃ〜１１５ｃをエツチングで分離
し、第１図（ｂ）で示すＢ−Ｂ’　　線でヘキカイし、
第２図に示す様な光出射方向が同一面内でそれぞれ異な
る５つのレーザをモノリシックに形成した。

共振面１１６及び１１７で共振した光はレーザ光として
共振面１１６より出射する時、はぼスネルの法則に従っ
て曲げられる。図中１１１ｂ〜１１５ｂは光出射方向を
示す。

ここで、任意の光出射方向と法線１１８とのなす角、す
なわち、出射角をθとすれば、ｎ／ｎｏ＝Ｓｉｎθ／　
Ｓ　ｉ　ｎφの関係が成立する。例えばＧａＡｓ結晶か
ら出射する場合、ｎ（結晶の屈折率）は約３．５゜ｎｏ
（空気の屈折率）は約１であるので、φを１０に表１ 選べば、レーザ光は法線１１８に対して約３．５度傾い
て出射する。

第２図に示す実施例では、φａ、φｂ、φＣ２φｄ、φ
ｅを各々＋１．０度、　　＋０．５度、０．０度。

−〇、５度、　　−１，０度に設定する事により出射角
θａ、θｂ、θＣ１θｄ、θｅが各々＋３．５度。

＋１．７５度、０．０度、−１，７５度、　　−３，５
度となる様なアレーレーザを作成できた。

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、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、あまり多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、φが＋３度くら
いまでは発信しきい負電流の上昇も１０〜２０％程度で
、駆動上容易である。しかも、光出射角θを±１０°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、
池の利得導波型、例えばプロトンボンバード型や拡散ス
トライプ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ＧａＡｓ−ＡｆｆＧａＡ
ｓ系の他、ＴｎＰ　・ＩｎＧａＡｓＰ系、ＡＩＧａＴｎ
Ｐ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。

本実施例の凹状溝は端に凹だけに限られるものでなく、
■溝やＵ溝あるいはそれらの変形々状の組合せでも有効
である。

本実施例では凹、苛について述べたが、凸状突起につい
ても、突起の断面が四角、三角、半円等の形状をもつも
の、又それらの組合せによるものでも有効である。

凹凸形成にはドライプロセスだけでなく、ウェットプロ
セスでも同様に有効である。

成長方法は液相エピタキシャルの他、分子線エピタキシ
ー法ＭＯＣＶＤ法においても同様に有効である。　゛ 実施例では基板にｎ形を用いたが、ｐ形についても同様
に有効である。更に半絶縁性基板上にｎもしくはｐ形Ｇ
ａＡｓを成長した基板を用いても同様に有効である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明は、複数個の半導体レーザを光
の出射角が異なる様にモノリシックに形成する際、半導
体基板面に凹凸状のストライプを設け、この段階で光の
出射方向を任意の角度に設定出来、且つチップ化する際
においてもプレーナー構造の為にヘキカイしやすい、あ
るいはワイヤーボンディング等によるストレスを発光領
域外に設けられる等の特徴あるアレーレーザを作成出来
た。

この光出射方向の異なるアレーレーザを用いる事は、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
好に結像させる事が可能となるのでレーザビームプリン
タ等の光源としては極めて効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明による半導体装置の基板の一部を
示す一実施例を示す図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）を
Ａ−Ａ’　線から見た斜視図、第１図（Ｃ）は実施例を
説明する為の斜視図、第２図（ａ）は本発明による基板
を用いた半導体レーザの発光体部分の構成図、第２図（
ｂ）はｃ−ｃ’　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を示す図、第４図は出
射方向一定のア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を示す図、第５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
例を示す図である。 １０１・・・・・・・・・半導体基板、１１１〜１１５
・・・・・凹状溝、 １１１ａ〜１１５ａ・・・共振方向、 １１１ｂ−１１５ｂ・・・光出射方向、１１６、　１１
７・・・・・共振面、 １１１ｃｍ１１５ｃ　・＝電極（ｐ形）、２２０・・・
・・・・・・　活性層、 ２２１・・・・・・・・・　クラッド層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に形成された活性層を含む複数層の
   ヘテロ接合を有し、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レーザ装置において、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
   異なる様に、半導体基板の一主面に凹凸状のストライプ
   を形成し、該半導体レーザのそれぞれからの光が該共振
   器面から射出される時点でそれぞれの光出射方向が異な
   っている事を特徴とする半導体レーザ装置。
2. （２）前記半導体基板の一主面に形成された凹凸の長軸
   方向が結晶方位に依存せずに、同一の形状で構成されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ装置。