JPH06224523A

JPH06224523A - レーザーアレイ

Info

Publication number: JPH06224523A
Application number: JP31231493A
Authority: JP
Inventors: Robert L Thornton; エル．ソーントンロバート; J Cobax Gregory; ジェイ．コバックスグレゴリー; David P Bour; ピー．バウアデイビッド
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】異なる波長又は異なる偏光を有するマルチビ
ームを発生しうるマルチビーム半導体レーザーを提供す
る。【構成】接点２５、基板、層１１〜１４及び接点２６
によって構成される右側の構造体は、層１２に能動領域
を有する第一のＱＷレーザーを形成する。接点２７、層
１５〜１９及び接点２８によって構成される中央部と左
側との構造体は、層１７に能動領域を有する第二のＱＷ
レーザーを形成する。能動領域層１２及び１７を異なる
構成成分を有するように選択することによって、得られ
るレーザービームが異なった波長を有するようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はきわめて近接した複数の
放射ビームを供給する性能を有する固体レーザーに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】印刷機器の電気−光学ライン変調器のた
めの発光体として用いた場合に固有の利点を有する固体
光源が良く知られている。例えば、米国特許第４，７８
６，９１７号、この内容は文献の援用として本願に含ま
れる、が参照される。非結レーザー光放射作動を続ける
近接配置されたレーザーエミッターの配列（アレイ）を
提供すると共に問題の解決としてここで提案されている
のは、個々のレーザーエミッターの対角的な変位による
か、又は、配列のレーザーキャビティの間に、不純物に
起因する不規則化（ＩＩＤ）を用いて光学的隔離の領域
を形成することであった。この解決法の環境は、ビーム
の個々のエミッターが同じ基本的パラメーター、特に、
同じ波長と偏りを有していることである。この問題は、
隣接するレーザーのビームパラメーターが異なる、例え
ば、隣接するビームが異なる波長及び／又は異なる偏り
を有するような、制約が加わった場合には、非常に深刻
化する。

【０００３】とりわけ、非常に望まれているこの変調器
の性能の向上は、好ましくは同じウエーハ上にあって非
常に近接しているが、数ナノメーターの相対的な波長の
シフトを有している二つの発生源を製造することにより
達成できる。分散的な要素を用いることによって、波長
のシフトは二つの発生源に対する画像平面における、ス
ポットの線型相対偏位に変換されうる、その結果、平面
における二つのビームの角度変位は、ビーム走査メカニ
ズムのそれを超え、このため、二つのビームを異なった
現像ステーションに送ることができ、容易な多色ゼログ
ラフィーが可能となる。ある種の波長シフトは、前記特
許に記載された変調器に用いられる半導体レーザーの駆
動条件を変化することによって実現することができ、該
シフトは一般的には、このデバイスの性能向上に要求さ
れる分散的な要素の都合のよい設計のために充分な程大
きくはない。

【０００４】これらはまた、出力ビームが波長や偏りの
分割技法によって分けうる多重ビーム光源のための技術
における必要性を表すものである。このような光源は、
例えば、以下のようなものを包含するであろう、すなわ
ち、（１）波長が異なるように能動（アクティブ・活
性）領域の構成を調整することにより得られる多波出力
を有する多重スタック（積層）フルレーザー構造体（fu
ll laser structure）のモノリシック設計、（２）本願
に関連する米国特許出願第９４８，５２２号（１９９２
年９月２２日）に述べられているように、キャビティー
内損失メカニズム（intracavity loss mechanism）によ
って切り替えられる極性を有する横電界（transverse e
lectric ）（ＴＥ）及び横磁界（transverse magnetic
）（ＴＭ）利得の双方を可能にできるような単能動領
域の量子井戸（ＱＷ）を有するレーザー構造体の半導体
集積回路の設計、又は（３）上記特許出願に述べられて
いるように、それらのうちある井戸はＴＥ偏りを出力
し、他の井戸はＴＭ偏りを出力し、それぞれの偏り型の
出力がキャビティー内損失メカニズム（intracavity lo
ssmechanism）によって選択されるような２以上のＱＷ
を含む単一能動領域のレーザー構造体のモノリシック設
計。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、共通
の基板上で、異なる波長又は異なる偏光を有する多重ビ
ームの多重ビーム固体レーザー及びそのような固体レー
ザーの製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様に従え
ば、同じ基板上の２つの独立したアドレス指定可能なレ
ーザーは、波長において制御可能な大きな分離（セパレ
ーション）によって分離されたビームを放出する。該レ
ーザーは、ＱＷ型であり、さらに、少なくとも２つのレ
ーザーとして働く（アクティブレーザー）領域を有する
スタック（積層）されたエピタキシャル成長半導体層か
ら構成されている。前記層のスタックは、層の１つのセ
ット（組み合わせ）が第一のビームを放射するために選
択的に活性化（作動）されうる第一の能動領域を含み、
層の別のセットが第二のビームを放射するために選択的
に活性化されうる第二の能動領域を有するように構成さ
れ、かつ接触される。

【０００７】本発明に記載された方法の一態様に従え
ば、両アクティブ（能動）層のスタックは、共通の基板
上に成長され、そして得られる層は、第一の能動領域の
みが第一のレーザー内で能動化され、第二の能動領域の
みが第二のレーザー内で能動化されることができるよう
に構成され、かつ接触される。波長の分離は、このた
め、エピタキシャル層の成長の間に決定され、そして、
デバイスの駆動条件から独立した設計パラメーターとな
る。本発明の重要な利点は、双方のレーザーが本質的に
類似しているが、内在するＱＷが異なるために異なった
波長を放射するような構造体にある。

【０００８】本発明のこの実施例において記載された方
法は、最上部のレーザーのエピタキシャル層を選択的に
エッチングすることで、他のレーザーを形成するための
所望の埋設されたセットのレーザー層に接触させること
である。

【０００９】更なる記載された方法は、一層以上の拡散
またはインプラント（植設）された領域を、上部を被覆
するエピタキシャル層を通して掘削することによって１
つ以上の埋設されたセットのレーザー層に接触させるこ
とである。

【００１０】本発明の他の態様によれば、キャビティー
内損失メカニズムに依存する必要なく、ＴＥ偏りとＴＭ
偏りのいずれをも含みうる多重（マルチ）レーザーは、
互いの最上部にフルレーザー構造体を成長させるのと類
似の方法によって達成されうる。米国特許出願第９４
８，５２８号（出願日：１９９２年９月２２日、名称：
MULTI-BEAM,ORTHOGONALLY-POLARIZED EMITTING MONOLIT
HIC QUANTUM WELL LASERS （対角方向に偏りのあるマル
チビーム放射モノリシックＱＷレーザー））及び米国特
許出願第９４８，５２２号（出願日：１９９２年９月２
２日、名称：POLARIZTION SWETCHABLE QUANTUM WELL LA
SER （偏り切り替え可能ＱＷレーザー））において記述
されたＱＷレーザーの製造技術は、スタックされたレー
ザーとは、一つのセットがＴＥモードのビームを生成
し、他の一つのセットがＴＭモードのビームを生成し、
両セットが、複数の層を形成し、好適な接触を行うこと
によって以前のように決定されているようにスタックさ
れたレーザーに含まれうる。記載された方法において、
層の部分が選択的にスタックから剥離され、１以上のよ
り低部のレーザーの働きをする（レイジング）構造体を
形成する、そして、他の層の部分は残留して、より高部
のレーザーの働きをする構造体を形成する。最上部の構
造体は、最上部の表面において直接アクセスされ、低部
の構造体は最上部の単数又は複数の構造体をエッチング
して、低部の単数又は複数の構造体を露出させることに
よってアクセスされる。個々のレーザーストライプ（la
ser stripes ）は、例えば、リブガイドエッチング、Ｉ
ＩＤ等の如き、いかなる好適な技術によっても処理され
る。デバイス間の間隔は、許容接触が可能で、かつ、ク
ロストーク（漏話）の許容レベルが生成されるかぎり
は、できるだけ狭くなるように選択される。ＱＷレーザ
ーの垂直間隔及び選択された層の剥離は、望ましくない
クロストークを引き起こすような電気的、光学的及び熱
的な影響を遮断するのに有用であろう。

【００１１】選択的な剥離技術の別の案としては、拡散
された、又は、インプラントされた領域は、層状の構造
体中に選択的に埋め込まれることが可能となり、複数の
放射領域を形成するような望ましい選択的なアクセスと
接触を提供する。

【００１２】独立したアドレッシングを提供するための
接触は、異なった方法でも実行しうる。一つの方法は、
共通の、低部接点を使用すること及びほぼＴＥ偏光され
た最低いき値デバイスをスタック（積層）の最上部に保
持することである。それは、その下にある構造体よりも
さらに低い電流で生起され（レイジングされ）、このた
め、他の偏りの光出力を生成することなく、アドレス可
能となるであろう。下のより高いいき値構造体では、そ
れより上部はすべて除去されているため、独立にアドレ
スされる。代わりとして、中間の側面接触点が、各々の
レーザー構造体のそばで用いることができ、そのとき、
電圧は各々の構造体間で独立に印加しうる。この実施例
は、さらにその特徴においても、ＱＷ型のレーザーに本
質的に類似している。

【００１３】これらの、異なる態様を列記すれば、
（１）レーザーアレイであって：（ａ）半導体基体部分
を有する通常の基板と、（ｂ）該基板部分上に積層され
た半導体層であって、第一の層の積層が、第一のパラメ
ーターを有する第一の放射ビームを発生する第一のレー
ザー放射ＱＷ能動層を支持可能な層の第一のセットが、
該基板部分とともに又は基板部分を有さず形成され、第
二のパラメーターを有する第二の放射ビームを発生する
第二のレーザー放射ＱＷ能動層を支持可能な層の第二の
セットが、該基板部分とともに又は基板部分を有さず形
成され、（ｃ）該基板の第一の部分を該第一の層のセッ
トによって、第一のパラメーターを有する該第一の放射
ビームを発生するための該第一の能動層を有する第一の
ＱＷレーザーを形成するように該基体の第一の部分を接
触する手段と、（ｄ）該基板の第二の部分を該第二の層
のセットによって、第二のパラメーターを有する該第二
の放射ビームを発生するための該第二の能動層を有する
第二のＱＷレーザーを形成するように該基体の第二の部
分を接触する手段と、を含むことを特徴とするレーザー
アレイ。

【００１４】さらに（２）レーザーアレイであって：
（ａ）半導体基材部分を有する共通基板と、（ｂ）該基
板部分上の半導体層の一般的なプレーナ積層であって、
該第一の層の積層が、第一のパラメーターを有する第一
の放射ビームを発生する第一のレーザー放射ＱＷ能動層
を支持可能な層の第一のセットが、該基板部分とともに
又は基板部分を有さず形成され、第二のパラメーターを
有する第二の放射ビームを発生する第二のレーザー放射
ＱＷ能動層を支持可能な層の第二のセットが、該基体と
ともに又は基体を有さず形成され、該第一のＱＷ能動領
域が該第二のＱＷ能動領域と異なるレベルであり、
（ｃ）該基板の第一の部分を該第一の層のセットによっ
て、第一のパラメーターを有する該第一の放射ビームを
発生するための該第一の能動層を有する第一のＱＷレー
ザーを形成するように接続する手段と、（ｄ）該基板の
第二の部分を該第二の層のセットによって、第二のパラ
メーターを有する該第一の放射ビームを発生するための
該第二の能動層を有する第二のＱＷレーザーを形成する
ように接触する手段と、（ｅ）該第一及び第二の接続手
段が選択的に拡散又はインプラントされた領域を含む、
ことを特徴とするレーザーアレイ。

【００１５】またこれらのレーザーアレイの製造方法と
して、（３）ＱＷレーザーアレイの製造方法であって：
（ａ）半導体基材部分を有する通常の基板を準備し、
（ｂ）該基板部分上に半導体層の積層を形成し、（ｃ）
前記積層を、それぞれ第一と第二のパラメーターを有す
る、それぞれ第一と第二の放射ビームを発生する、それ
ぞれ第一と第二のレーザー放射ＱＷ能動層を支持可能な
層の第一及び第二のセットが、該基板部分とともに又は
基板部分を有さず形成されるように処理され、（ｄ）該
基板の第一の部分を該第一の層のセットによって、第一
のパラメーターを有する該第一の放射ビームを発生する
ための該第一の能動層を有する第一のＱＷレーザーを形
成するように接触し、（ｅ）該基板の第二の部分を該第
二の層のセットによって、第二のパラメーターを有する
該第二の放射ビームを発生するための該第二の能動層を
有する第二のＱＷレーザーを形成するように接触する、
各ステップを含むことを特徴とするレーザーアレイの製
造方法等が、挙げられる。

【実施例】本発明の特徴は異なるパラメーターの放射ビ
ームを放出するようにレイジング（レーザー作動）でき
る能動領域を保持することができる複数の層がエピタキ
シャル成長される頂部に有する半導体基板を含む共通体
（ボディ）を提供することである。次に、構造体は、第
一ボディ部分が、あるパラメーターを有する第一のビー
ムを放射する第一の能動領域を含み、第二ボディ部分
が、異なるパラメーターを有する第二のビームを放射す
る第二の能動領域を含むように形成され、接触される。
本発明の最も重要な点は、スタックされた複数の層のう
ち、あるものは適切に接触されれば第一のビームを放射
し、他のものは適切に接触されれば第二のビームを放射
するスタックを有する構造体である。その結果は、異な
った特性を有する多重ビームを有するＱＷタイプのレー
ザーアレイとなる。多くの場合、本発明を限定的するも
のではないが、多重ビームは共通体の隣接する能動領域
から放出される、多くの場合、単に二種類のビームが放
射されるにすぎないが、例えば、二つの異なった波長又
は異なった偏りでのビーム、しかしながら、再度述べる
が、本発明は、それに限定されず、三種類やさらに多種
類のビームを生成しうる。

【００１６】提案された構造は、２つのスタックされた
セットのエピタキシャル成長した層を利用しており、各
セットは、能動領域を含むが、しかしながら、成長の後
は、第一のセットの領域は、接触の目的のために、第二
の能動領域を含む第二のセットの層までエッチングされ
る。この方法においては、各エミッターのレーザー発生
（レイジング）領域は異なる波長を有する異なる能動領
域中に置かれ、それらの駆動条件とは独立している。こ
のように形成された２つのレーザーは、それらの能動領
域のための２つの個別の層を用いるので、関連する駆動
条件とは独立した、個別の波長を持つように設計されう
る。この技術と概念とは、発光器（イルミネータ）を実
現するのに用いられる特定のタイプのレーザーデバイス
設計として独立して利用されうる。そして、このため、
これらは電気−光学線形モジュレータとして用いるのに
好適な如何なる過去の、現在の、そして未来のＱＷ型の
デバイス設計にも含まれうるのである。

【００１７】図１は、デュアルレーザーデバイスを実現
するための好適なエピタキシャル層のセットの一例（ス
ケールは考慮されていない）を示し、図２は、引続いた
２つのセットへのパターン形成後の同じ層のセットを示
し、それらは、それぞれ独立した方法で動作されうる２
つの隣接したレーザーを提供するように接点が付加され
ている。

【００１８】図１は、さらに本発明に従った、同じ基板
上にスタックする方法で２つの分離したＱＷレーザー構
造体を構成する方法をも示している。一つの共通基体２
０が準備される。この実施例においては、基体２０は、
ＧａＡｓのＮ⁺基板１０を含む。その上に、汎用の手段
によって１１〜１９で示される９つのエピタキシャル半
導体層が成長する。参照された特許及び前記関連特許で
述べられた多くの公知の技術を適用することができ、こ
れらの記載もまた文献として援用される。限定と見做さ
れるべきでない一実施例は、公知のＭＯ−ＣＶＤ成長技
術を使用している。この実施例及びそれに続くものにお
いては、二成分、三成分、四成分III-V半導体複合物が
用いられる。なぜならば、それらは、技術の現状におい
ては、可視及び近可視レンジにおける最も有効なレーザ
ーダイオードを製造することが見出されたためである。
しかしながら、本発明はそのような複合物に限定され
ず、スタックの層を用いてレーザー作動能動領域を製造
することができる如何なる化学的系にも適用することが
できる。

【００１９】エピタキシャル層１１〜１９は、本実施例
においては以下のような組成を有する：層番号組成機能１１Ｎ−型ＡｌＧａＡｓクラッド層（被覆層）１２ＡｌＧａＡｓ第一の能動層１３Ｐ−型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４Ｐ−型ＧａＡｓ接触（接点）層１５Ｎ−型ＧａＡｓ接触層１６Ｎ−型ＡｌＧａＡｓクラッド層１７ＡｌＧａＡｓ第二の能動層１８Ｐ−型ＡｌＧａＡｓクラッド層１９Ｐ−型ＧａＡｓ最上（キャップ）層種々の層の厚さは、与えられた機能から、当業者にとっ
ては明白であろう。典型的に、ＱＷ型の能動層１２及び
１７は、残りの層よりも薄いであろう。図１の記載か
ら、基板１０は第一のセットの層１１〜１４伴って、第
一の電位の量子井戸（ＱＷ）レーザーを形成し、第二の
セットの層１５〜１９は第二の電位のＱＷレーザーを形
成する。

【００２０】基体２０中の選択領域の中の不純物を更に
導入することによって、及び／又は、他の公知の分離
（隔離）技術によって、及び好適な接点を与えることに
よって、独立してアドレス可能な、平行した、ＱＷレー
ザーのアレイ（配列）が得られる。二つのレーザーの本
質的類似性は、引き続くプロセスを単純にする。参照番
号２２及び２３によって表示される、異なるセットの層
１１〜１９を用いることによって、レーザーは、異なる
パラメーターを有する放射ビームを生起することが可能
とされる。本実施例においては、第一及び第二のレーザ
ーは、各々第一及び第二の波長の放射ビーム放出するよ
うに形成される。

【００２１】クロスカップリング（交差連結）を回避
し、所望の接触を達成するための、望ましい実施例は、
独立したレーザーを得るための図１の構造体を物理的に
形成する。これは、好ましくは、汎用のマスキング技術
と汎用のエッチング液を用いることによってなされ、図
２（これから、接点金属２５〜２８を除いたもの）の半
導体構造体が製造される。指示されたレベルにエッチン
グを限定するために、公知のエッチング停止層を用いる
ことができる。例えば、層１４と１５との間にＧａＩｎ
Ｐの薄層（図示せず）を用いることによって、H₂O₂/H₃P
O₄の如きエッチング液は重ねられた層１５〜１９の全て
をエッチングするがＧａＩｎＰ層で停止する。同様に、
層１５と１６との間にＧａＩｎＰ薄層（図示せず）を設
けることにより、H₂O₂/H₃PO₄の如きエッチング液は重ね
られた層１５〜１９の全てをエッチングするがＧａＩｎ
Ｐ層をエッチングしない。代わりに、ＡｌＧａＩｎＰ
が、５H₂SO₄:H₂O₂:H₂Oの如きエッチング液に対しては、
エッチング停止層として用いることができる。

【００２２】さらに、層１５と１６との間のエッチング
停止層は、ＡｌＧａＡｓを下方のＧａＡｓまでエッチン
グするHCl やHBr をエッチング液として使用することに
よって省略できる。他の公知の方法もまた、図２に示さ
れる層となるようにエッチングを制限するために用いる
ことができる。

【００２３】エッチング処理に続いて、Ｃｒ−Ａｕ又は
Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕメタライゼーション（金属被覆法）の
如き好適な接点が、図示された層２５〜２８の接点を形
成するために、提供されうる。

【００２４】接点２５、基板１０、層１１〜１４及び接
点２６によって構成される右側の構造体は、層１２に能
動領域を有する第一のＱＷレーザーを形成する。接点２
７、層１５〜１９及び接点２８によって構成される中央
部と左側の構造体は、層１７に能動領域を有する第二の
ＱＷレーザーを形成する。能動領域層１２及び１７を異
なる構成成分を有するように選択することによって、得
られるレーザービームが異なった波長を有するようにな
る。図２中に示されないところのものは、通常の、汎用
の、反射端及びレーザー動作を増幅するキャリア粒子及
び光子の横方向拡散を防止するための他の（剥離された
制限領域の如き）構造体である。汎用の技術のすべて
が、製造される分離ＱＷレーザー構造体に容易に適用さ
れうる。

【００２５】記載されるように、接点２５及び２６との
間に適切な電圧が印加された時、電流は、右側にある第
一の層の能動領域１２のみを通って流れるであろう。同
様に、接点２７及び２８との間に適切な電圧が印加され
た時、電流は、中央部にある第二の層の能動領域１７の
みを通って流れるであろう。このため、双方のレーザー
は独立してアドレスされる。第一と第二のレーザーが、
それらの能動領域のための分離層を用いるので、それら
は、簡単に、それらの関連した運転条件から独立の分離
した波長を有するように設計されうる。さらに、接点を
作製するための層を含有する好ましいスタックされた層
及びこれらのＱＷ構造体中に用いられている半導体タイ
プは、良好な電気接点を提供する固有のＰ−Ｎ−Ｐ構造
体を製造する。

【００２６】図３は、現実に実行に移されたレーザー配
列３０を描いており、そこには、３つの異なる波長λ₁
〜λ₃で放出する、３つの独立してアドレス可能なＱＷ
レーザー３１〜３３を含んでいる。図３は最終的な製造
物を示している。構成は、図１のそれと類似している
が、このケースにおいては、長円形で表される３つの能
動層が含まれている。ＧａＡｓ基板体が頂部上の層の配
列は、底部から頂部に向かって（図３には示されない
が）以下のようである：層番号組成機能１Ｎ−型ＡｌＧａＡｓクラッド層（被覆層）２ＡｌＧａＡｓ第一の能動層３Ｐ−型ＡｌＧａＡｓクラッド層４Ｐ−型ＧａＡｓ接触層５Ｎ−型ＧａＡｓ接触層６Ｎ−型ＡｌＧａＡｓクラッド層７ＩｎＧａＡｓ第二の能動層８Ｐ−型ＡｌＧａＡｓクラッド層９Ｐ−型ＧａＡｓ接触層１０Ｐ−型ＡｌＧａＡｓクラッド層１１ＡｌＧａＡｓ第三の能動層１２Ｎ−型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３Ｎ−型ＧａＡｓキャップ層層の順序における他の変形例もまた可能である。

【００２７】図１の実施例の如く、左側の第一の能動層
３５は最低レベルであり、右側の第二の能動層３６は中
間のレベルであり、中央部の第三の能動層３７は最高レ
ベルであった。共通接点３８は、底部に配設され、金属
ストリップ３９〜４０は、能動領域の各々の上にそれぞ
れ配設され、第二の接点として働く。各々のレーザー
は、ストリップ３９〜４１と共通接点３８との間に印加
される電圧によって、独立にアドレスされうる。２つの
構造体の垂直間隔は、好ましくは、エピタキシャル層の
厚みによって決定され、横方向の間隔は、接触とクロス
トーク限界との両立が可能な限り小さくなるように選択
される。このケースにおいては、複数の能動領域間の横
方向間隔は、約５５ｕｍであり、最低部３５と最後部３
７の能動領域の間の間隔は、約５ｕｍであった。

【００２８】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、レーザー３１
〜３３それぞれに対する、それぞれの電力出力対入力電
流特性と波長を含む他の動作特性を示している。

【００２９】本発明は、異なる波長のビームを発生する
共通の構造体上の複数のレーザーに限定されない。ま
た、他のパラメーターは、分離された接触と多重（複数
の）ビームを選択的に発生するために別々に接触及び駆
動するための手段を伴う多重（複数の）能動層をスタッ
クするというこの理論を用いることによって変更される
ことができる。図５及び図６の実施例においては、異な
る偏り（偏光）を有するビームが発生される。

【００３０】前記の確認された関連するケース、米国特
許出願番号第９４８，５２４号及び同第９４８，５２２
号においては、構造体は横方向電気的（ＴＥ）及び横方
向磁気的（ＴＭ）偏り（偏光）のビームを発生すること
が記載されている。ＴＥ又はＴＭ偏光ビームのいずれか
を発生させるＱＷレーザーを製造するいくつかの技術も
また記載されている。例えば、もしも、能動層が単一Ｑ
Ｗを含み、エネルギー減衰状態において、実質的に同時
に発生する軽い正孔（ライトホール）及び重い正孔（ヘ
ビーホール）バンドを現すとき、放射の偏りは、そのい
き値キャリア密度及び温度、ファセット反射性の如きそ
の他のファクターによって決定される。いき値キャリア
密度は、レーザー構造中への、選択的な移入欠損によっ
て変化されうる。また、２つのＱＷ及び参照された関連
のケースにおいて記載された、ある構造体（合成物）の
場合は、ひずみがなく、圧縮ひずみを与えられた物質
は、ＴＥモードにおいては通常に発振するが、ある張力
でひずみを与えられた物質では、ＴＭモードにおいても
発振しうる。

【００３１】これらの及び類似の教示は、ＴＥモード、
ＴＭモードのそれぞれにおいて発振して、共通の基板上
で独立にアドレス可能なレーザー構造体からの双方に偏
光化されたビームを生成する能動領域を使用することに
より本発明に組み込まれる。

【００３２】図５は、共通の基体接点を有しているデュ
アル偏光レーザーを提供する構造体の一形態を端面で示
す概略図である。基板、半導体層及び接点金属の構造体
の構成がこの図に示されている。左側のレーザー５０
は、基板５１及び、圧縮ひずみを与えられたＱＷ能動層
５２、底部接点５３及び最上部接点５４を含む左側の層
のセットを用いており、波長約６５０ｎｍでＴＥ偏光化
された放射線を生成する。右側のレーザー５６は、基板
５１、ＱＷ能動層５７、底部接点５３及び最上部接点５
８を用いており、およそ同じ波長でのＴＭ偏光化ビーム
を生成する。たとえ、ＴＭ能動層５７もまた左側のレー
ザー５０に配置されたとしても、それは、能動層５２よ
りも更に高いしきい値電流を要求する。その結果、左側
のレーザー５０は、ＴＭモード発振を起こすのに必要な
しきい値に電流が到達する以前に、ＴＥモードにおいて
発振を起こしうる。右側のレーザー５６のエッチングに
よる形成は、右側上のＴＥ能動層５２を除去した。Ａｌ
ＧａＩｎＰ層は、双方の能動層の側面に位置しており、
制限層として機能する。

【００３３】この実施例もまた、過剰なエッチングを防
止するためのエッチング停止層５９、６０を用いている
ことが示されている。

【００３４】図６は、デュアル偏光レーザーであるが、
独立の、共有されない接点を有するレーザーを提供する
類似の実施例を示す。類似の構成要素に対しては、図５
と同じ参照番号が用いられている。主要な変更点は、左
側のレーザー５０にＮ型層６２を付加したことであり、
該Ｎ型層６２は、最上部にある金属接点６３に対して接
触（点）層として機能する。このため、左側のレーザー
５０のためのこの２つの接点は、５４と６３であり、右
側のレーザー５６には、５８と５３が残る。この場合、
エッチング停止層は存在しないので、選択的なエッチン
グは、例えば、アルミニウムを含有しない層６２をエッ
チングしないエッチング液、HCl:H₂O 又はHBr:H₂O 、を
アルミニウム含有層に用いることにより得られる。この
ため、層６２もまたエッチング停止要素として機能す
る。

【００３５】その結果として、狭い間隔において、ＴＥ
及びＴＭ偏光のいずれかの独立してアドレス可能な複数
の（マルチ）ビーム出力を有するモノリシックレーザー
源のための、構造体が実現する。該構造体は、前述の如
く、モノリシック構造体がそうであったようなレーザー
の１つの利得を損なうキャビティー内欠損メカニズムを
必要としない。

【００３６】好ましい実施例においては、それぞれの能
動層は、基体上で、異なる高さとなる。好ましくは、複
数層のスタックは、参照された関連のケースにおいて記
述されたように、圧縮歪みを与えられた／ひずみのない
量子井戸構造体又は伸張歪みを与えられたＴＭ偏光化の
ためのものを用いる。好ましくは、より低い構造体は、
より多くの、より高しきい値ＴＭ偏光下に適合するよう
形成され、このため、電圧が印加されると、ＴＭモード
において垂直的により高く、より低いしきい値のレーザ
ーのみが動作される。ＴＭ動作を達成するため、より高
いレーザーが、除去されるか又は別個横方向の接点が付
加され、そして、そのレーザーを動作する。

【００３７】これらの記載された実施例において化学的
エッチング技術は異なる能動層を有する、異なるセット
に層状構造体を形成させるのに用いられたが、本発明
は、この形成技術に制限されるものではない。マスクさ
れていない基体領域を蝕刻するためにイオン又は電子の
衝撃に依存する当該分野でよく知られているイオンミリ
ング及び類似のドライエッチング技術も代わりに使用さ
れうる。同様に、公知の精密機械加工技術、例えば、コ
ンピュータ制御レーザービームによって選択的に作動さ
れるガスエッチングプロセス等も用いられうる。さらな
る代替技術としては、ＩＥＥＥトランスエレクトロン
デバイス（IEEE Trans. Electron Devices）第３５巻
第６号第７２４〜７３０頁（１９８８年刊行）に記載の
タイプのＩＣベースの精密製造プロセスも用いうる。こ
れらのプロセスは、共通にフォトリトグラフ（光蝕刻
法）技術又はコンピュータ制御を用いており、様々な基
体領域の正確な形成と接触を可能にする。このため、本
発明による方法は、互いに正確に位置合わせされ、例え
ば、マルチステーション、多色ＲＯＳ、又は、線形モジ
ュラによって印刷の解像度を向上させるために好適な、
多重（マルチ）波長又は多重偏光化レーザー源を製造す
るための問題を解決したものである。

【００３８】隣接したレーザー構造体の垂直間隔距離
は、好ましくはエピタキシャル層の厚みによって決定さ
れ、横方向の離間距離は、接触と漏話（クロストーク）
の制限とを両立させられる限りにおいて、出来るだけ小
さく選択される。

【００３９】図７及び図８は、ステップ状（段状）構造
体を提供するための層の選択的除去による形成に採用さ
れた本発明のさらなる実施例を示す。さまざまな層が、
以下の意味を有する以下の新たなテーマの理解を容易に
するために、図中にラベルが付されている；クラッド
は、クラッド層の略である；ＳＣＨは、分離（セパレー
ト）制限（コンファインメント）異形構造体（ヘテロス
トラクチュアー）のかしら文字であり、公知の、薄い、
高ＱＷ屈折率インデックス光学制限層をＱＷ層の両側に
付加して、発生した放射線の導波層を提供することを意
味する。これは、例えば、図６において、ＱＷ層５２及
び５６の側面にある、２つの０．１４ｕｍのＡｌＧａＩ
ｎＰ層に対応する。

【００４０】バリアー減少層は、レーザーダイオードの
直列抵抗を減少させるために付加される公知の層であ
る。

【００４１】図７の実施例は、前述の幾何学的形状と
は、左側の低位のダイオード構造体７０が、Ｎ層７１が
底部において、底部接点７２と接触し、Ｐ⁺層７３が最
上部で接点７４と接触している通常の層の配列を有する
点が異なる。右側のレーザーダイオード７５は同じＰ⁺
層７３及び接点７４が接触し、Ｎ⁺層７６及び最上部に
あるその接点７７が４接触する逆の配列を有している。
ＳＣＨ／ＱＷ層７８、７９の異なる構造は、異なる波長
の出力を結果として示す。さらに、エッチング停止層は
この実施例においては必要とされない。

【００４２】図８の実施例では、２つの通常のレーザー
ダイオード配列が存在する。左側のレーザー７０（同じ
番号を使用している）は、図７と同じであるが、右側の
レーザー８１は、接点８３を有する付加的Ｎ⁺層８２を
含み、頂部のＰ⁺層８４とその接点層８５とで接点対を
形成するために協力している。

【００４３】図８の実施例は、実行され、以下の結果を
得た。左側のＡｌＧａＡｓレーザーは、８３７ｎｍのレ
ーザーを発生する。その電圧出力／電流特性は、２００
Ａ／ｃｍ²におけるしきい値と２５．８％／ファセット
の効率（カーブの傾き）を有した。左側のＡｌＧａＩｎ
Ｐレーザーは、６９０ｎｍでレーザーを発生し、２６０
Ａ／ｃｍ²のしきい値と２０．６％／ファセットの効率
を有した。

【００４４】図９及び図１０は、プレーナ構造を形成す
るために拡散又はインプラントされた領域によって形成
すること用いた２つの付加的なデュアルビームの実施例
を示す。再度、理解を助けるために、様々な層にラベル
が付与されている。８７、８８で示される長円形の領域
において放出を行う２つのレーザーが形成されている。
観察されるように、図９の実施例においては、層は全て
Ｐ型である。所望のＮ−Ｐ接合及び接触は、シリコンの
如き不純物を形成するＮ型の選択的拡散８９、９０によ
って形成されている。左側の拡散８９は、上部能動層９
１及び低部能動層９２を通過して、ＡｌＧａＡｓレーザ
ーの下層のＰ−クラッド層９３に到るように浸透してい
る。右側の拡散９０は、ＡｌＧａＡｓレーザーの他のＰ
−クラッド層９４に到るように浸透している。左側のＡ
ｌＧａＡｓレーザーの２つの接点は、９５、９６で示さ
れる。右側のＡｌＧａＩｎＰレーザーの２つの接点は、
９７、９８で示される。「エッチングされた部分」とラ
ベル付けされた領域１００及び１０１は、最上部のＰ⁺
ＧａＡｓ層１０２に望ましくない横方向電流が流れない
ように取り除かれている。別法として、拡散又はインプ
ラントは、望ましくない横方向電流の流れを防止するた
めに、領域１００、１０１内の物質を半絶縁物質に変換
するために置換されうる。

【００４５】図１０に記載された変形例においては、類
似の構成要素は、同じ参照番号が付与されており、Ｎ⁺
クラッド層１０４が左側のＡｌＧａＡｓレーザーのため
に設置され、単一のＮ型拡散１０５が、唯一、能動層９
１、９２の双方の共通接点１０６を形成するために必要
とされる。

【００４６】前述の一般的な構造体は、ＩＲや可視光線
発生レーザーにも同様に適合される。結合された構造体
が成長するにつれ、構造体全体を通じて、フィルムの品
質を可能な限り高く保持できるように、エピタキシャル
層の高さの合計はできるだけ低いことが要求される。総
厚みは、クラッド層の厚みを最少化することにより保持
されうる。

【００４７】ＱＷレーザーに適用されるための本発明の
技術は、一つの波長で独立したＴＭ及びＴＥ偏光化され
た出力を、他の波長でＴＭ及びＴＥ偏光化された出力に
組み合わせることによって拡張しうる。生成された４つ
のビームは、二色性の技術によって分割することがで
き、４色印刷のための４つのゼログラフステーションに
送られる。図５及び図６の構造体は６４０〜６５０ｎｍ
における放射のために設計される。しかしながら、ひず
み、厚み及び量子井戸のＡｌ含有量を調整することによ
って、放射波長を変化させうる。このため、２つの波長
で２つの偏光で放射する４つのＱＷレーザー構造体は、
すべての４つの構造体を露出するようにエッチバックさ
れ、その後、図５に示される技術を用いて接触される、
スタックにおいて容易に成長されることができ、スタッ
クは、。代案としては、図５におけるタイプの２つの異
なる構造体が成長され、一方がλ₁におけるＴＥ及びＴ
Ｍ偏光化された光を放射し、他方がλ₂におけるＴＥ及
びＴＭ偏光化された光を放射する。これら２つの構造体
は、その後、ハイブリット技術によって、互いにきわめ
て近接される。

【００４８】本発明の利点は以下の通りである：（１）ＱＷレーザー構造体を用いることによって、狭い
間隔で、異なる波長又はＴＥ及びＴＭ偏光化された、若
しくはその両方の、独立してアドレス可能な複数のビー
ムを放出するモノリシック発生源が可能である；（２）出力の偏光を選択するのに、キャビティー内損失
メカニズムを必要としない；（３）垂直変位及びエッチング除去又は選択的拡散／イ
ンプラントが、クロストークの熱的、光学的及び電気的
成分に対する隔離となる；（４）この概念は、波長及び偏光スリッティング（分
別）を単一の形成または、モノリシック／ハイブリッド
形成に組み合わせることによって、４色印刷を可能にす
るように拡張される；（５）最終生成物は、本質的に類似であって、独立して
アドレス可能であり、狭い間隔のＱＷレーザーとなり、
それは容易に製造され、確立された公知の技術を用いる
ことができる。

【００４９】記載された、または記載されたこれらのも
のと類似のＱＷレーザー構造体を成長させる方法は、こ
の技術においてよく知られており、それらは本願で引用
された文献のみならず多くの刊行された論文にも見出す
ことができる。それらの論文としては、例えば、アプラ
イオブフィジカルレター（Appl. Phys.Lett.）第
６０巻第１６号、第１９２７〜１９２９頁（１９９２年
４月２０日発行）及びこの中に引用された文献；及びＳ
ＰＩＥ第１５８２巻「コミニュケーションとプロセシン
グのための統合オプトエレクトロニクス」第１９４〜２
０５頁（１９９１年発行）及びこの中に引用された文献
等が含まれる。

【００５０】本発明は、さらに、このケース中に例とし
て与えられた物質の特別な組み合わせに限定されないこ
とは理解されよう、しかし、。ＱＷレーザーを製造する
のに適する参照された先行技術と共にこの記載されたケ
ースの組み合わせの全ても包含される。特に有用な組み
合わせは、ＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓ又はＡｌＧａ
ＩｎＰを能動層として含み、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａ
ＩｎＰを含んだクラッド層が側面に位置している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二重レーザーデバイスを形成するため
の好適な中間構造体の断面図を示す。

【図２】異なる波長を生成する二重ビームレーザーを提
供するための中間構造体の断面図を示す。

【図３】図１のレーザーに類似した、３つの異なる波長
を放出する三重ビームＱＷレーザー製造体の透視図を示
す。

【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、図３に示すレーザ
ーそれぞれの、出力電力−入力電流特性の関係の特性を
示す。

【図５】通常の基体に接触している２つの偏光化レーザ
ーを備えた構造体のうちの１態様の断面図を示す。

【図６】２つの偏光化されたレーザーであって、独立し
ており、分配されていない接点を有するレーザーを備え
た類似の実施例の断面図を示す。

【図７】ステップされた構造体を配設するための層の選
択的剥離による形成に採用された実施例の断面図を示
す。

【図８】２つの通常のレーザーダイオード配列が存在す
る本発明の実施例の断面図を示す。

【図９】プレーナ構造を形成するために拡散された領域
を用いた付加的な２つのビームを発生する、層が全てＰ
型の実施例の断面図を示す。

【図１０】Ｎ⁺クラッド層が左側のレーザーのために設
置され、単一のＮ型拡散が、能動層の双方の通常の接点
のために用いられた実施例の断面図を示す。

フロントページの続き (72)発明者グレゴリージェイ．コバックスアメリカ合衆国カリフォルニア州 94086 サニーベイルリリーアベニュー 1053 (72)発明者デイビッドピー．バウアアメリカ合衆国カリフォルニア州 95014 スプリングコートキュパティーノフォールクリーク 11577

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザーアレイであって：（ａ）半導体基板部分を有する共通の基体と、（ｂ）該基板部分上に積層された半導体層であって、そ
れぞれ第一と第二のパラメーターを有する、それぞれ第
一と第二の放射ビームを発生するための、それぞれ第一
と第二のレーザー放射ＱＷ能動層を支持可能な第一及び
第二のセットの層が、該基板部分とともに又は基板部分
を有さず形成される該積層された半導体層と、（ｃ）該第一の層のセットによって、第一のパラメータ
ーを有する該第一の放射ビームを発生するための該第一
の能動層を有する第一のＱＷレーザーを形成するように
該基体の第一の部分を接触する手段と、（ｄ）該第二の層のセットによって、第二のパラメータ
ーを有する該第二の放射ビームを発生するための該第二
の能動層を有する第二のＱＷレーザーを形成するように
該基体の第二の部分を接触する手段と、を含むことを特徴とするレーザーアレイ。（ｃ）該基材の第一の部分を該第一の層のセットによっ
て、第一のパラメーターを有する該第一の放射ビームを
発生するための該第一の能動層を有する第一のＱＷレー
ザーを形成するように接続する手段と、（ｄ）該基材の第二の部分を該第二の層のセットによっ
て、第二のパラメーターを有する該第二の放射ビームを
発生するための該第二の能動層を有する第二のＱＷレー
ザーを形成するように接続する手段と、を含むことを特徴とする。