JPH01155675A - 半導体レーザー装置 - Google Patents

半導体レーザー装置

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JPH01155675A
JPH01155675A JP31419787A JP31419787A JPH01155675A JP H01155675 A JPH01155675 A JP H01155675A JP 31419787 A JP31419787 A JP 31419787A JP 31419787 A JP31419787 A JP 31419787A JP H01155675 A JPH01155675 A JP H01155675A
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JP
Japan
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semiconductor laser
laser device
layer
substrate
different
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JP31419787A
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Sotomitsu Ikeda
外充 池田
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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、直線偏光方向および発振波長の異なる複数の
レーザー光を発振しつる、光計測、光多重伝送、光メモ
リー等に適したモノシリツクな半導体レーザー装置に関
する。
[従来の技術] 従来、偏光方向または発振波長の異なる複数のレーザー
光を得る方法としては、大別して(1)別々に作製した
複数の半導体レーザーをハイブリッド実装化した半導体
レーザー装置を用いる方法、 (2)エピタキシャル薄膜を基板北に成長させた後、加
工を行ない、その後、さらに再成長を行なう等の複雑な
プロセスを経て作製されたマルチビーム半導体レーザー
装置を用いる方法、(3)複数の半導体レーザーを使用
する光学系の光路上で組み合わせた半導体レーザー装置
を用いる方法等が知られている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記(1)の方法では、ハイブリッド化
実装に際して各半導体レーザーの位置合わせに高い積度
が要求される。
(2)の方法では、膜成長後加工し、さらに再成長させ
るという種々の工程を含むプロセスは複雑であり、その
ため、高技術を要し、生産性に欠ける。
(3)の方法では、光路長が大きく複雑になり、半導体
レーザー装置と周辺機器との距離が長くなるという欠点
がある。
本発明は、かかる問題点を解決する半導体レーザー装置
を提供することにある。
[問題点を解決するための手段コ 本発明の半導体レーザー装置は、 直線偏光の異なる複数のレーザー光を発振する半導体レ
ーザー発振体において、 加工によって異なる面指数に複数表面を備えた基板の2
つ以上の当該表面上に、気相エピタキシャル成長による
活性層を有する半導体レーザーが2つ以上積層されて成
ることを特徴としている。
[作用] このように、あらかじめ加工を行なった基板上にエピタ
キシャル成長(成長操作は1回で十分)が行なわれると
、後に詳述するように、複数であるが、モノリシック化
された半導体レーザー装置が得られる。これによって、
非常に発光点の近い複数のレーザー光を出射可能である
とともに、加工基板の形状に起因して、これらレーザー
光の直線偏光の方向が異なるものである。
次に、本発明の詳細な説明する。
深さ、幅が数10pの溝が形成されるようなウェットエ
ツチング、ドライエツチング等の加工をあらかじめ行な
った基板には面指数の異なる複数面が表面に現れつるが
、この基板の上に分子線エピタキシャル成長(MBE)
を行なうと、当該面指数の異なる複数の面に平行に、ま
たは特定の面に優先的に結晶成長し、いくつかの結晶面
が形成される。一般にMBEでは、成長温度が低い場合
には、基板表面に吸着した原子の拡散長が短いために、
結晶は加工基板の面に平行に成長する。
例えば、加工前の基板の上面が(001)面を向いてお
り、この(001)面に対して45°の角度をもつ(0
11)面が表面に出るように加工した場合、(011)
面上への成膜中のフラックス量は、(001)面上と比
較すると、CO545°〜0.71倍となり、結果的に
成膜速度も0.71倍となる。
また、成長温度が高い場合には、基板表面に吸着した原
子の拡散長は長くなり、ある特定の面指数をもつ面が成
長速度を律速し、いくつかの面が優先的に現れてくる。
例えば、(001)基板上おいて、(TIO)に垂直で
(001)面に対して55°の角度をもつような面を形
成した場合、その面上への成膜後半では(111)面が
表面に現れて平坦な面を作ることができる。このように
、気相エピタキシャル成長では、面指数によって成長速
度が異なり、成長速度の遅い面は成長速度を律速し、晶
形として成長表面に現れ、安定な面になる。このような
安定な面としては(100)(411)  (111)
などがSm1thらによりAppl、Phys、Let
t、47(7)、P712 (1985)に報告されて
いる。
以上かられかるように、あらかじめ加工された基板に、
活性層を結晶成長により形成すると、それらの層の膜厚
等は各断金て同一となるわけではない。
また、本発明の1つの特徴として、活性層には量子井戸
構造が用いられているが、この構造の場合単一量子井戸
構造、多重量子井戸構造にかかわらず、その量子井戸幅
によって、発振波長は変化するということが一般に知ら
れている。したがって、本発明の半導体レーザー装置で
は、発振波長等の異なるレーザーが発振できる。
また、フォトルミネセンスの発光波長λとそのエネルギ
ーΔEn%および量子井戸幅L2との関係は次式で示さ
れる。
△En=hxC/λ”、 (h2/ 2m”) (rt
 ・n/ L、) ”(n−1,2,3・・・)ただし
、Cは電子または正孔の有効質量、hはブランク定数、
Cは光速である。すなわち、L2が減少するとともに、
電子の量子準位が電動体または価電子帯の底から上昇し
、再結合エネルギーは増大するので、発光波長λは減少
することになる。
例えば、GaAsの井戸幅100人のときの室温におけ
るフォトルミネンスの発光波長は0.84pであり、井
戸幅50人のときには0.787uである。なお、室温
におけるレーザー光の波長は、室温におけるフォトルミ
ネセンスの発光波長に比べて約0.01μ大きくなるが
、上記のことはそのままあてはまる。
[実施例] 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図は本発明の半導体レーザー装置の一実施例を示す
一部分の模式断面図である。
P”−GaAs基板21上に順次、p”−GaAsバッ
ファ層20、p−− A 1xGap−XAs下部クラッド層19、AI、G
a1−、As下部光閉じ込め層18、量子井戸構造活性
層(井戸: A 1.aa、−、As、障壁:A1.G
ap−、As)17、 AI、Gap−、As上部光閉じ込め層16、n◆−A
IXGa+−、As上部クラッド層15、n−−GaA
sキャップ層14.5i02層12が積層されている。
さらに、P” −、GaAs基板21の下面、5i02
層12の上面には、それぞれP側電極13、N側電極1
1が設けられている。また、[I]、[■]近傍にそれ
ぞれ半導体レーザーが存在しており、異なる量子井戸幅
をもつ活性層から出射されるレーザー光の波長は、互い
に異なり、またレーザー光の直線偏光の方向は加工基板
の形状に起因して異なっている。
次に、本発明の半導体レーザー装置の代表的製造方法を
第2図(a)〜(j)を参照して説明する。
(001)面が上面となるP” −GaAs基板21上
にレジストを塗布し、レジスト膜23を形成する。露光
後、レジストの膜23の一部分をはく離する(第2図(
a)〕。
次に、レジスト膜23の付いていない基板21をウェッ
トエツチングにより、他の部分における基板21と45
°の角度をなすように切り込み、その後、レジスト膜2
3を除去する。なお、本実施例では、切り込みの深さは
30μ、幅は60−である〔第2図(b)〕。
MBEによりエピタキシャル膜24を形成する〔第2図
(C)〕。エピタキシャル膜24は、第1図に示したよ
うに、P“−GaAs基板21上にP”−GaAsバッ
ファ層20、p−−A1.Gap−XAsクラッド層1
9、AI、Ga、−、As光閉じ込め層18、量子井戸
構造活性層(井戸:Al、Ga、−、As、障壁:Al
y G、a+−y As)17、AI、Ga、−、As
光閉じ込め層16、n”−A1.Gap−、Asクラッ
ド層15、n−−GaAsキャップ層14が順次、積層
された構成を有している。
エピタキシャル膜24を形成後、金属マスクA125を
蒸着し、その上にレジスト膜26を形成し、露光後、エ
ツチングし所定部以外のレジスト膜を除去する(第2図
(d)〕。
残ワているレジス・ト膜26をマスクとして、ケミカル
エツチングにより所定部以外の金属マスクA125を除
去した後、マスクとなっていたレジスト膜26を除去す
る。次に、ZnAs2を用い、石英封管法でZnを拡散
させZn拡散領域22を形成し、n影領域をP+形に変
える。このZn拡散領域22は電流狭窄としてばかりで
なく、量子井戸構造の無秩序化による屈折率の低下を生
じさせ、半導体レーザーの導波型を屈折率導波型にして
いる〔第2図(e)〕。
金属マスクA125を酸により除去した後、5i02層
12をCVDにより成膜する〔第2図(f)〕。
SiO□層12上にレジストを塗布し、電流注入窓を形
成する部分のみを露光し除去後、ケミカルエツチングに
より露出した電流注入窓部のSiO□層12を除去し、
その後レジストをとり除く(第2図(g))。
次に、A u / A u −G e層11aを蒸着し
、その上にレジスト膜27を形成し露光後、レジスト膜
27の不要な部分をはく離する〔第2図(h))。
エ、7チングにより、A u / A u −G e層
11aを分離し、n側型8i11を形成し、その後、レ
ジスト膜27を除去する〔第2図(i)〕。
基板21の下面にCr / A uを蒸着し、P側電極
13を形成する〔第2図(j)〕。このように作製した
レーザー構造をもつクエへを(TIO)方向にへき開し
て発振器を作製し、V字溝の底でスクライブを行ないチ
ップ化する。 第1図の実施例では、エピタキシャル膜
成長時の基板温度は約400℃であり、低い場合の例で
あって加工基板の形状がそのまま成長にも保たれること
になる。このような条件下では、加工によって表面とな
った面へのフラックスの供給量が結晶成長速度を決定す
るので、あらゆる面で半導体レーザー構造を形成するこ
とができる。
第3図は本発明の第2の実施例の一部分の模式断面図で
ある。
第1図の実施例に比較して、第3図の実施例では5加工
基板はその曲率が大きく徐々に曲っており、MBE成膜
時の基板温度は約500℃であり、高い場合の例である
。このような場合、(001)、(114)、(111
)面が表面を形成することになる。これらの面は他の面
に比べて、結晶成長速度が小さいためエピタキシャル膜
成長を律速し、成長が進むにつれて次第に晶癖を示して
くる。このことによって、活性層は平坦になるため、散
乱損失の少ない良質の活性層を得ることができる。(O
O’ 1 )、(114)、(111)面上での成長速
度の比は、もちろん成長温度に応じて変化するが、およ
そ1:0.95:0.90である。この比に(001)
面を基準面とした場合の、それぞれの角度の傾きによる
単位1fili積あたりのフラックス比1:0.94:
0.58を掛けると1 :0.89:0.52となる。
これが第3図の各面に対する成長速度の比である。この
ように、MBHにおいて、フラックスの方向にある角度
をもたすことによって、[I]、[II]、[I[+]
近傍のそれぞれの半導体レーザーでは、その量子井戸幅
が1:0.89:0.52となり、[I]近傍の半導体
レーザーで0.84μの波長設定で作製したとき、[1
1]近傍の半導体レーザーでは0.831m、[m]近
傍の半導体レーザーでは0.81pとなる。このように
MBE成膜時の温度、G a / A sフラックス比
、加工基板の形状を最適化することによって、発掘波長
、直線偏光の方向を調整してマルチレーサーを作製する
ことができる。
第4図は本発明の第3の実施例の一部分の模式断面図で
ある。
本実施例では、あらかじめ基板加工は左右対称になるよ
うに(001)基板との角度20°、または55°をな
すように用意し、その後、第2図に示した様ようにレー
ザー構造を作製する。第4図は(111)、(TTI)
面が表われるように加工を行フた場合のマルチレーザー
を表わしている。[I]、[1]近傍上の結晶成長速度
は共に同じであるために、量子井戸幅は等しくなり、発
振波長は同じになる。しかし、本実施例では直線偏光の
方向が異なるので、発振波長は同じであって、偏光方向
が異なる必要のある用途、例えば、光ヘッドやレーザー
ビームプリンター等などに広く使用できる。
上記全ての実施例では、レーザー構造は同じであるが、
特定の構造に本発明が、限定されるわけではなく、量子
井戸構造からなる活性層をもつ構造であればまた、本発
明は、以上説明した実施例の他にも、種々の応用が可能
である。例えば、半導体レーザーを構成する材料として
実施例のGaAs/AlGaAs系に限らず、InP/
I nGaAs P系を用いることもできる。
[発明の効果コ 以上説明したように、本発明では、あらかじめ加工され
た基板上に一連のエピタキシャル成長が行なわれること
によって、複数の異なる面指数の膜が成長し、異なる量
子井戸幅の活性層が形成されるので、直線偏光の方向お
よび波長の異なるレーザー光を得ることができる。した
がって、ハイブリッド実装化における高精度、従来の製
造プロセスにおける高技術が不要となるため、歩留りか
向上し、生産性が高まるとともに小型化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体レーザー装置の一実施例の一部
分の模式断面図、第2図は第1図の半導体レーザー装置
の製造方法を示す模式図、第3図は第2の実施例の一部
分を示す模式断面図、第4は第3の実施例の一部分を示
す模式断面図である。 11・−n側電極、 11 a・・・AU/AU−Ge層、 12 ・” 3102層、 13・”p側電極、 14−−−n−−GaAsキャップ層 15−−−n”−AIXGa+−、As上部クラッド層
16・=A I、Ga、−yAsAs上部光透め層17
−・・量子井戸構造活性層 (井戸+ A 1 z G a l −Z A s 。 障壁:A1.Gap−、As)、 18−A I、Gap−yAsAs下部光透め層、19
−P−−A1.Ga、−XAs下部クラッド層20・・
・P” −GaAsバッファ層、21−P” −GaA
s基板、 22・= Z n拡散領域、 23.26.27・・・レジスト膜、 24・・・エピタキシャル膜、 25・・・金属マスクAt0

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)直線偏光の異なる複数のレーザー光を発振する半導
    体レーザー装置において、 加工によって異なる面指数の複数表面を備えた基板の2
    つ以上の当該表面上に、気相エピタキシャル成長による
    活性層を有する半導体レーザーが2つ以上積層されて成
    ることを特徴とする半導体レーザー装置。 2)前記活性層は量子井戸構造を有しており、それぞれ
    の前記半導体レーザーにおける活性層中の井戸幅は異な
    り、それぞれの前記活性層から異なる波長のレーザー光
    が出射される特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ
    ー装置。
JP31419787A 1987-12-14 1987-12-14 半導体レーザー装置 Pending JPH01155675A (ja)

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