JPH09321382A

JPH09321382A - レーザ光源及びその応用装置

Info

Publication number: JPH09321382A
Application number: JP13802296A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakatsuka; 慎一中塚; Akira Arimoto; 昭有本; Susumu Saito; 進斉藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザの発振波長を安定化させ、かつ
温度特性、動作電流等の所得性の安定性を向上する。特
にアレイ状レーザの素子間の波長や特性の変動を防止す
る。【解決手段】半導体レーザの端面に対向して複数の反
射面を有する反射体を設けて発振波長を規定する。【効果】半導体レーザの発振波長が安定し、アレイ状
素子における素子間の波長バラツキもヘリ、特性の温度
依存性が補償される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザプリンタ、光
ディスク、光計測等の光源として用いる半導体レーザと
その応用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の外部共振器型レーザ光源は図１５
に示すような半導体レーザ２の後方端面に対向して反射
面４を設けることにより共振波長範囲の狭い外部共振器
を形成して半導体レーザの発振波長を安定化するもので
あった。尚、図１５中、１はヒート・シンク，３はＧａ
Ａｓからなるミラー・チップ４は端面コーティング（Ａ
ｌ₂Ｏ₃／ａ−Ｓｉ９５％）を示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
ては外部共振器の共振波長は半導体レーザと後方反射面
との距離のみにより決定された。この場合、共振波長相
互の距離と共振波長の鋭さはともにこの距離によって決
まるため、この距離を長くすると外部共振器モード間で
モードホッピングが起こりやすくなり波長の安定性が悪
くなる。一方、この距離を短くすると外部共振器モード
の間隔が広くなるため外部共振器モード間のモードホッ
ピングは起こりにくくなるが外部共振器モードの幅が広
くなるため同一外部共振器モード内で半導体レーザの利
得スペクトルの変化に対応した波長の変動が起こった。
この距離はＳｉ等のサブマウントにこれらの部品を取り
付ける位置精度により決定されたが、この位置精度はレ
ーザ光の波長に比べ大きいため共振器波長のピーク値を
制御することは不可能であった。このため、従来の技術
では波長は安定しても半導体の利得との関係で特性のバ
ラツキの原因になる等の問題点があった。

【０００４】本発明においては先づ上記のような従来技
術の問題点を解決して波長の制御性を増大せしめる。第
２点として波長の安定のみではなく半導体レーザ自体の
温度特性を補償する技術を提供する。さらに第３にこの
ような技術を複数の発振領域を有するアレイ型素子に応
用することを目的とした。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は半導体レーザの
一方の反射面に対向して少なくとも二つの反射面をもつ
反射体を設置するものである。レーザ発振の為にはこの
反射体の一方の反射面と半導体レーザの反射面または反
射体の反射面同志で形成される光共振器のうち少なくと
も一つの共振波長を上記半導体構造の光利得スペクトル
の半値幅内に制御する。更には、前記両共振器のうち、
実効的光波長が最も短かいものの共振波長を上記半導体
構造の光利得スペクトルの半値幅内に制御するのが良
い。

【０００６】第２の点として、この最短の光路長の共振
器の共振波長を半導体レーザの使用温度の最大値におけ
る利得スペクトルのピーク波長よりも長い波長に設定す
ることにより通常の半導体レーザで見られる温度変化に
伴う動作電流の変動を補償することも可能であった。

【０００７】第３にこのような技術を個別に駆動できる
半導体レーザを集積したアレイ型レーザに適用すると波
長の安定化とともに素子間のクロストークを打ち消す働
きも生ぜせしめ得る。このような最短共振器長の制御は
（１）半導体レーザ及び反射体を取り付ける基体に形成
した突起により両者の間隔を制御すること、（２）反射
体の厚さを制御すること、（３）半導体レーザの反射面
に密着して設けた該反射体に凹みを設けこの凹みの深さ
を制御すること等種々の方法により行い得る。このよう
な半導体レーザを用いることにより従来の半導体レーザ
応用装置で必要であった温度特性補償のための出力モニ
タや光学系の色補正が不要となり光応用装置の小型化、
低価格化に有効であった。

【０００８】

【発明の実施の形態】

（実施例１）本発明第１の実施例を図に従い説明する。
光源として用いた半導体レーザチップの光軸に交わる断
面構造及び実装配置の平面図を各々図１，図２に示す。
本構造でまずｎ−ＧａＡｓ基板１０１上にｎ−（Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０２、多重量子
井戸活性層１０３、ｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐクラッド層１０４、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０５
を順次結晶成長した。多重量子井戸活性層１０３は３層
のＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐウエル層（７ｎｍ）と４層の（Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層（４ｎｍ）を交互に
積層して形成している。次に、この構造に熱ＣＶＤ法及
びホトリソグラフ技術を用いてＳｉＯ₂マスクを形成す
る。このＳｉＯ₂マスクをもちいてｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層１０５及びｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
クラッド層１０４の一部をエッチングした後、再びこの
ＳｉＯ₂をマスクとして有機金属気相成長法によりｎ−
ＧａＡｓブロック層１０６を選択成長した。層１０４の
突起部および層１０５が残存する領域が、マスクによっ
て残存せしめられた領域である。素子の直列抵抗低減の
ため、ＳｉＯ₂膜を除去した後、ｐ−Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ
１０７及びｐ−ＧａＡｓ埋込層１０８を形成した。ウエ
ハの表面にＡｕを主成分とする電極１０９を形成し、機
械的研磨及び化学エッチングによりＧａＡｓ基板を約１
００μｍにエッチングし、ＧａＡｓ基板側にもＡｕを主
成分とする電極１１０を形成した。このような半導体ウ
エハを約６００μｍ間隔でバー状に劈開し、３００μｍ
間隔でチップを分離してレーザチップとした。

【０００９】以上のようにして作製したレーザチップ１
１１の前面に図２に示す如くレーザ光に対し９％の反射
率の誘電体多層膜よりなる前面反射膜１１２を、後面に
レーザ光に対し５０％の反射率の誘電体多層膜よりなる
後面反射膜１１３を設け、Ｉｎ系半田を用いてＳｉサブ
マウント１１４に図２のように接着した。レーザチップ
の後面側には４１〜４１.５μｍの間隔をおいて厚さ約
１００μｍのガラス板１１５を半導体レーザの端面と平
行に取り付けてある。ガラス板１１４には半導体レーザ
側に反射率５０％の誘電体多層膜１１６が、半導体レー
ザの反射側に反射率１００％の誘電体多層膜１１７が設
けてある。レーザチップとガラス板はＳｉサブマウント
上にホトリソグラフ技術を用いて形成した突起１１８に
より正確に４１〜４１.５μｍの間隔に設置できる。反
射膜自体の構成は周知の方法で良い。

【００１０】Ｓｉサブマウントの突起１１８は以下のよ
うにして形成した。まず、Ｓｉウエハ１１９に熱気相反
応によりＳｉＯ₂膜１２０を２μｍ形成したのち、ホト
リソグラフ技術を用いて幅４１μｍのホトマスクパタン
を形成しリアクティブイオンエッチ法によりＳｉＯ₂膜
１２０をエッチングした。次ぎにＳｉＯ₂膜１２０をマ
スクとしてＳｉを約１０μｍエッチングすると図３に示
すような断面構造が形成される。リアクティブイオンエ
ッチによるＳｉＯ₂膜１２０のサイドエッチはほとんど
なく、レーザチップ１１１とガラス板１１５の間隔がこ
のＳｉＯ₂膜１２０の幅により規定されるため、４１〜
４１.５μｍという高精度の位置制御を容易に行うこと
ができる。

【００１１】以上のような状態で半導体レーザを発振さ
せると、半導体レーザ自身の縦モードにガラス板の前面
により形成される共振器モード１２１及び後面により形
成される共振器モード１２２の２重の外部共振器モード
が重責する。２つの外部共振モードが複合した外部共振
器モードを図４に示す。ガラス板後面による共振器モー
ド１２２はモード間隔が小さいが、モードの幅も小さ
い。一方、ガラス板前面による共振器はモード間隔が広
くなっているので、両者の複合したモードはせまい半値
幅と、同強度の他のモードとの広い間隔を両立できる。
このとき実効共振器長の短かいほうの共振器のピーク波
長と半導体の利得スペクトルの半値幅の内に入るように
制御する必要があった。しかし、本発明により、０度か
ら１００度の範囲でモードホッピングが起こらず温度に
よる波長変化が０.０１ｎｍ／℃という値が実現でき
た。

【００１２】さらに、本実施例ではガラス板の位置を正
確に合わせることにより温度特性の補償も行っている。
常温（２５度）での半導体レーザの利得スペクトル１２
３の最大値は波長６８５ｎｍにあり、これに最も近接し
た外部共振器モードは６８７.５ｎｍであった。半導体
レーザの温度が上昇すると通常しきい値電流が増大する
が、本実施例の場合温度上昇に伴いこの温度での半導体
レーザの利得スペクトルの最大値１２４が０.３ｎｍ／
℃で長波長側に移動するため外部共振器とのマッチング
が良くなり、温度上昇によるしきい値の上昇を打ち消
す。このような補償効果により半導体レーザの特性が見
かけ上温度に依存しない素子が実現可能となった。本実
施例においては半導体レーザのへき開面により形成され
る１対の反射面をもつファブリペロー型レーザについて
述べたが、３ケ以上の反射面によるリングレーザや複数
の反射構造をもつ分布帰還形レーザにおいても本発明の
適用により同様の効果が得られる。

【００１３】（実施例２）本発明第２の実施例を図に従
い説明する。光源として用いた半導体レーザチップの断
面構造及び実装配置の平面図を各々図５、図６に示す。
本構造ではまずｎ−ＧａＡｓ基板１０１上にｎ−（Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０２、多重量子
井戸活性層１０３、ｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐクラッド層１０４、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０５
を順次結晶成長した。多重量子井戸活性層１０３は３層
のＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐウエル層（７ｎｍ）と４層の（Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層（４ｎｍ）を交互に
積層して形成している。次に、この構造に熱ＣＶＤ法及
びホトリソグラフ技術を用いて２本のストライプ状Ｓｉ
Ｏ₂マスクを間隔約１０μｍで形成する。このＳｉＯ₂マ
スクをもちいてｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０５及びｐ
−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０４の
一部をエッチングする。図５に１０５として示した領域
はマスクによって残存させた領域である。この後、再び
このＳｉＯ₂をマスクとして有機金属気相成長法により
ｎ−ＧａＡｓブロック層１０６を選択成長した。素子の
直列抵抗低減のため、ＳｉＯ₂膜を除去した後、ｐ−Ｇ
ａＡｓ埋込層１０８を形成した。ウエハの表面にＡｕを
主成分とする電極１０９を形成し、機械的研磨及び化学
エッチングによりＧａＡｓ基板を約１００μｍにエッチ
ングし、ＧａＡｓ基板側にもＡｕを主成分とする電極１
１０を形成した。このような半導体ウエハを約６００μ
ｍ間隔でバー状に劈開し、３００μｍ間隔でチップを分
離してレーザチップとした。

【００１４】以上のようにして作製したレーザチップの
前面にレーザ光に対し９％の反射率の前面反射膜１１２
を、後面にレーザ光に対し５０％の反射率の後面反射膜
１１３を設け、Ｉｎ系半田を用いてＳｉサブマウント１
１４に図６のように接着した。レーザチップの後面側に
は約１００μｍの間隔をおいて厚さ約３０μｍの反射板
２０１を半導体レーザの端面と平行に取り付けてある。
反射板２０１は図７の断面図に示すように厚さ約１００
μｍのガラス基板２０２上にＳｉ₃Ｎ₄とＳｉＯ₂を積層
することにより形成した高反射膜２０３、位相制御用の
ＳｉＯ₂膜２０４、Ｓｉ₃Ｎ₄とＳｉＯ₂を堆積することに
より形成した５０％反射膜２０５により構成されてい
る。

【００１５】以上のような状態で半導体レーザを発振さ
せると、半導体レーザ自身の縦モードに反射板２０１の
高反射膜２０３及び５０％反射膜２０５により形成され
る２重の外部共振器モードが重積する。２つの外部共振
器モード及びそれらが複合した外部共振器モードは実施
例１と同様に図４のようになる。図に示すように、複合
外部共振器モードは個々のモードの幅は半導体レーザの
後面反射膜１１３と５０％反射膜２０５により形成され
る共振器により規定され、同強度の他のモードまでのモ
ード間隔は高反射膜２０３と５０％反射膜２０５により
形成される良好なレーザ特性を得るためには、共振器長
の短い方の共振器の長さを、共振波長のピークが半導体
の利得スペクトルの半値幅の内になるように制御する必
要があった。外部共振器モードにより規定されるので広
いモード間隔と狭いスペクトル幅を両立できる。これに
より、０度から１００度の範囲でモードホッピングが起
こらず温度による波長変化が０.０１ｎｍ／℃という値
が実現できた。

【００１６】反射板の構成はチップサイズに分割したこ
とを除けば光学エタロンと同様であり、大口径基板上に
反射板を形成した後、チップサイズに分割することによ
り大量に作成できるので安価に形成可能であった。実施
例１と同様にエタロンの反射波長を正確に合わせること
により温度特性の補償も行うことも可能であった。

【００１７】また、本実施例の場合、アレイ状の半導体
レーザの個々の波長が外部共振器により決定されるため
ストライプごとに色補正を行う必要がなく、また温度特
性が補償されているため従来のアレイレーザで問題であ
ったストライプ間のクロストークの問題も解決された。

【００１８】次に本アレイ素子を図１６に示すようなレ
ーザビームプリンタ用の光源として用いた例を説明す
る。尚、図１６中、５は半導体レーザ光源、６１２光学
系、７はポリゴンミラー、８は走査レンズ系、９は感光
ドラムを示す。レーザビームプリンタの高速化のために
複数本のレーザストライプを持つアレイ素子を用いて複
数本のラインを同時にスキャンする方式が有効である。
しかし、アレイ素子においては熱的相互干渉により個々
のストライプが全く独立には駆動されず一方のストライ
プの駆動状態が他方の特性に影響する、所謂熱的クロス
トークが問題であった。しかし、本発明による特性の安
定化を行なえば複数のストライプを一度に特性安定化出
来るため、上記のような熱的安定性の問題は容易に解決
できる。

【００１９】（実施例３）本発明第３の実施例を図に従
い説明する。光源として用いた半導体レーザチップの断
面構造及び実装配置を図８、図９に示す。本構造でまず
ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上にｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓク
ラッド層３０１、多重量子井戸活性層３０２、ｐ−Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３０３、ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層１０５を順次結晶成長した。多重量子井戸活性層
３０２は３層のＧａ_0.9Ａｌ_0.1Ａｓウエル層（７ｎｍ）
と４層のＧａ_0.7Ａｌ_0.3Ａｓバリア層（４ｎｍ）を交互
に積層して形成している。次に、この構造に熱ＣＶＤ法
及びホトリソグラフ技術を用いて２本のストライプ状Ｓ
ｉＯ₂マスクを間隔約１０μｍで形成する。このＳｉＯ₂
マスクをもちいてｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０５及び
ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３０３の一部をエッ
チングした後、再びこのＳｉＯ₂をマスクとして有機金
属気相成長法によりｎ−ＧａＡｓブロック層１０６を選
択成長した。素子の直列抵抗低減のため、ＳｉＯ₂膜を
除去した後、ｐ−ＧａＡｓ埋込層１０８を形成した。ウ
エハの表面にＡｕを主成分とする電極１０９を形成し、
機械的研磨及び化学エッチングによりＧａＡｓ基板を約
１００μｍにエッチングし、ＧａＡｓ基板側にもＡｕを
主成分とする電極１１０を形成した。このような半導体
ウエハを約６００μｍ間隔でバー状に劈開し、３００μ
ｍ間隔でチップを分離してレーザチップとした。

【００２０】以上のようにして作製したレーザチップの
前面にレーザ光に対し９％の反射率の前面反射膜１１２
を、後面にレーザ光に対し５０％の反射率の後面反射膜
１１３を設け、Ｉｎ系半田を用いてＳｉサブマウント１
１４に図９のように接着した。レーザチップの後面には
深さ４１〜４１.５μｍの凹み３０４を設けた厚さ約１
００μｍのガラス板３０５が取り付けられておりガラス
板の後面には高反射膜２０３、前面には５０％反射膜２
０５が形成されている。

【００２１】以上のような状態で半導体レーザを発振さ
せると、半導体レーザ自身の縦モードに反射板３０５の
高反射膜２０３及び５０％反射膜２０５により形成され
る２重の外部共振器モードが重責する。２つの外部共振
器モード及びそれらが複合した外部共振器モードは実施
例１と同様に図４のようになる。図に示すように、複合
外部共振器モードは個々のモードの幅は高反射膜２０３
と５０％反射膜２０５により形成される共振器により規
定され同強度の他のモードまでのモード間隔は５０％反
射膜２０５とレーザの後面反射膜１１３により形成され
る外部共振器モードにより規定されるので広いモード間
隔と狭いスペクトル幅を両立できる良好なレーザ特性を
得るためには共振器長の短かい５０％反射膜２０５とレ
ーザ後面反射膜により形成される共振器の共振波長を半
導体の利得スペクトルの半値幅内に設定する必要があっ
た。これにより、０度から１００度の範囲でモードホッ
ピングが起こらず温度による波長変化が０.０１ｎｍ／
℃という値が実現できた。ガラス板の凹みの深さはリア
クティブイオンエッチ法により正確に５０〜５０.５μ
ｍに制御することができた。本実施例により、波長は異
なるが実施例１と同様の効果が得られることは言うまで
もない。

【００２２】（実施例４）本発明第４の実施例を図に従
い説明する。光源として用いた半導体レーザチップの断
面構造及び上面図を図１０、図１１に示す。本構造でま
ずｐ−ＳｉＣ（６Ｈ）基板４０１上にｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎクラッド層４０２、多重量子井戸活性層４０３、
ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層４０４、ｎ−ＧａＮコ
ンタクト層４０５を順次結晶成長した。多重量子井戸活
性層４０３は７層のＡｌ_0.1Ｇａ_0.7Ｉｎ_0.2Ｎウエル層
（２ｎｍ）と８層のＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎバリア層（２ｎ
ｍ）を交互に積層して形成している。

【００２３】ｐ−ＳｉＣ基板の表面にはリン打ち込みに
より厚さ約０．５μｍのｎ−ＳｉＣ層４０６が設けてあ
り、半導体レーザの導波路となるストライプ状の領域の
み幅約３μｍ、高さ１μｍのリッジ４０７が２本、間隔
１０μｍで並行して形成されている。このような段差を
もつ基板上に結晶成長を行うと、活性層４０３にも図１
０のような段差が形成され、これが光導波構造となる。
このような段差を利用した光導波構造はＡｌＧａＡｓ系
やＡｌＧａＩｎＰ系などの他の材料系では信頼性に問題
を起こすが、一平方センチメートル当たり１０⁷個以下
の欠陥密度であれば充分な信頼性が得られるＧａＮ系結
晶においてはこの構造で充分な高信頼度の半導体レーザ
が得られる。

【００２４】ウエハの表面にＡｕを主成分とする電極１
０９を形成し、機械的研磨及び化学エッチングによりＳ
ｉＣ基板４０１を約１００μｍにエッチングし、ＧａＡ
ｓ基板側にもＡｕを主成分とする電極１１０を形成し
た。次ぎに、リアクティブイオンエッチング法によりこ
のウエハに幅３０μｍの溝４０７を設ける。溝の壁面は
垂直に加工されて反射面の働きをする。このようなウエ
ハを溝の後方に約５０μｍレーザストライプが残るよう
にへき開した。レーザチップの前面にレーザ光に対し９
％の反射率の前面反射膜１１２を、後面にレーザ光に対
し１００％の反射の後面反射膜１１３を設た。

【００２５】以上のような構造の半導体レーザを発振さ
せると、半導体レーザ自身の縦モードに溝の前面及び後
面の反射により形成される２重の外部共振器モードが重
責する。２つの外部共振器モード及びそれらが複合した
外部共振器モードは実施例１と同様に図４のようにな
る。図に示すように、複合外部共振器モードは個々のモ
ードの幅は５０％反射膜２０５とレーザの後面反射膜１
１３により形成される共振器により規定され同強度の他
のモードまでのモード間隔は５０％反射膜２０５同志に
より形成される外部共振器モードにより規定されるので
広いモード間隔と狭いスペクトル幅を両立できる。良好
なレーザ特性を得るためには共振器長の短かい５０％反
射膜２０５同志により形成される共振器の共振波長を半
導体レーザの利得スペクトルの半値幅内に制御する必要
があった。これにより、０度から１００度の範囲でモー
ドホッピングが起こらず温度による波長変化が０.０１
ｎｍ／℃という値が実現できた。

【００２６】（実施例５）本発明第５の実施例を図に従
い説明する。光源として用いた半導体レーザチップの断
面構造及び実装配置図を図１２、図１３に示す。本構造
ではまずｎ−ＧａＡｓ基板１０１上にｎ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ
_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層５０１、多重量子井戸活性
層５０２、ｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド
層５０３、ｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓｅ歪吸収層５０４、
ｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9第２クラッド層５０
５、ｐ−ＺｎＳｅコンタクト層５０６、ＺｎＳｅ／Ｚｎ
Ｔｅ超格子コンタクト層５０７、ＺｎＴｅコンタクト層
５０８を順次結晶成長した。多重量子井戸活性層５０２
は６層のＺｎ_0.7Ｃｄ_0.3Ｓｅウエル層（５ｎｍ）と７層
のＺｎＳ_0.1Ｓｅ_0.9バリア層（３ｎｍ）を交互に積層し
て形成している。次に、この構造に熱ＣＶＤ法及びホト
リソグラフ技術を用いて２本のストライプ状のＳｉＯ₂
マスクを図１３に示すような部分的に屈曲したストライ
プ５１１の形状に形成する。屈曲したストライプは素子
の大部分では間隔約５０μｍとなっているが、レーザ出
射端では間隔は約５μｍとなっている。このＳｉＯ₂を
マスクとしてＺｎＴｅコンタクト層５０８からｐ−Ｚｎ
_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9第２クラッド層５０５の途中
までクラッド層を約０.５μｍ残してエッチングし、さ
らにホトレジストを取り除き残ったＳｉＯ₂をマスクと
してさらにｐ−ＺｎＳｅキャップ層５０６までエッチン
グする。

【００２７】つぎに、ＳｉＯ₂マスクを取り除いた後、
プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜５０９（膜厚１.２μ
ｍ）を堆積した。堆積したＳｉＮ膜５０９はストライプ
の肩部で薄くなっているためフッ酸系エッチング液で軽
くエッチングすることにより肩部のＺｎＴｅ層を露出さ
せることができる。ここにホトレジストを約１μｍ塗布
し酸素プラズマによりエッチバックするとストライプ上
に堆積したＳｉＮの表面が露出する。ここで、ＣＦ₄プ
ラズマによりＳｉＮをエッチングするとストライプの先
端のみを露出させることができる。ウエハの表面にＡｕ
を主成分とする電極１０９を形成し、機械的研磨及び化
学エッチングによりＧａＡｓ基板を約１００μｍにエッ
チングし、ＧａＡｓ基板側にもＡｕを主成分とする電極
１１０を形成した。表面電極１０９にはそれぞれのスト
ライプを独立に駆動できるように間隙５１０が設けてあ
る。

【００２８】以上のようにして作製したレーザチップの
前面にレーザ光に対し９％の反射率の前面反射膜１１２
を、後面にレーザ光に対し５０％の反射率の後面反射膜
１１３を設け、Ｉｎ系半田を用いてＳｉサブマウント１
１４に図１３のように接着した。レーザチップの後面側
には約１００μｍの間隔をおいて厚さ約３０μｍの反射
板５１２を半導体レーザの端面と平行に取り付けてあ
る。反射板は厚さ約１００μｍのｐ−ＧａＡｓ基板５１
３上にＳｉ₃Ｎ₄とＳｉＯ₂を積層することにより形成し
た高反射膜２０２、位相制御用のＳｉＯ₂膜２０３、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄とＳｉＯ₂を積層することにより形成した５０％
反射膜２０５により構成されている。ｐ−ＧａＡｓ基板
５１３にはそれぞれ半導体レーザの光出射位置に対応す
るようにＺｎ拡散層５１４が設けられており個々のレー
ザの光出力をモニタする機能も備えている。

【００２９】以上のような構造の半導体レーザを発振さ
せると、半導体レーザ自身の縦モードに溝の前面及び後
面の反射により形成される２重の外部共振器モードが重
積する。２つの外部共振器モード及びそれらが複合した
外部共振器モードは実施例１と同様に図４のようにな
る。図に示すように、複合外部共振器モードは個々のモ
ードの幅は高反射膜２０３と半導体レーザの後面反射膜
１１３により形成される共振器により規定され同強度の
他のモードまでのモード間隔は５０％反射膜２０５は高
反射膜２０３により形成される外部共振器モードにより
規定されるので広いモード間隔と狭いスペクトル幅を両
立できる。良好なレーザ特性を得るためには共振器長の
短い５０％分射膜２０５と高反射膜２０３により形成さ
れる光共振器の共振波長を半導体レーザの発光スペクト
ルの半値幅の内に制御する必要があった。これにより、
０度から１００度の範囲でモードホッピングが起こらず
温度による波長変化が０.０１ｎｍ／℃という値が実現
できた。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、半導体レーザの波長の
温度依存性の減少と広い安定温度範囲が両立出来る上、
半導体レーザの温度特性を外部共振器との結合効率の変
化で補償することにより特性の温度依存のない素子が実
現できる。さらに、アレイ状素子に本発明を適用するこ
とにより、クロストークのないアレイ素子が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１の実施例の半導体レーザの平面図。

【図２】本発明第１の実施例の半導体レーザの実装上面
図。

【図３】本発明第１の実施例のＳｉサブマウントの断面
図。

【図４】本発明の共振器スペクトル利得スペクトルの説
明図。

【図５】本発明の第２の実施例の半導体レーザの平面
図。

【図６】本発明第２の実施例の半導体レーザの実装上面
図。

【図７】本発明第２の実施例の反射板の断面図。

【図８】本発明第３の実施例の半導体レーザの平面図。

【図９】本発明第３の実施例の半導体レーザの実装上面
図。

【図１０】本発明第４の実施例の半導体レーザの平面
図。

【図１１】本発明第４の実施例の半導体レーザの上面
図。

【図１２】本発明第５の実施例の半導体レーザの平面
図。

【図１３】本発明第５の実施例の半導体レーザの実装上
面図。

【図１４】従来の波長安定化レーザ。

【図１５】従来の外部共振器型レーザ光源を示す断面
図。

【図１６】本発明の応用たるレーザプリンタを示す説明
図。

【符号の説明】

１０１…ｎ−ＧａＡｓ基板、１０２…ｎ−(Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5)_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層、１０３…多重量子井戸活
性層、１０４…ｐ−(Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5)_0.5Ｉｎ_0. ₅Ｐクラ
ッド層、１０５…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、１０６…
ｎ−ＧａＡｓブロック層、１０７…ｐ−Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5
Ｐ、１０８…ｐ−ＧａＡｓ埋込層、１０９…表面電極、
１１０…裏面電極、１１１…レーザチップ、１１２…前
面反射膜、１１３…後面反射膜、１１４…Ｓｉサブマウ
ント、１１５…ガラス板、１１６…反射率５０％の誘電
体多層膜、１１７…反射率１００％の誘電体多層膜、１
１８…突起、１１９…Ｓｉウエハ、１２０…ＳｉＯ
₂膜、１２１…共振器モード、１２２…共振器モード、
１２３…常温（２５度）での半導体レーザの利得スペク
トル、１２４…半導体レーザの利得スペクトルの最大
値、２０１…反射板、２０２…ガラス基板、２０３…高
反射膜、２０４…ＳｉＯ₂膜、２０５…５０％反射膜、
２０６…実施例３、３０１…ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓク
ラッド層、３０２…多重量子井戸活性層、３０３…ｐ−
Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層、３０４…凹み、３０５
…ガラス板、４０１…ｐ−ＳｉＣ（６Ｈ）基板、４０２
…ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層、４０３…多重量子
井戸活性層、４０４…ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0. ₈Ｎクラッド
層、４０５…ｎ−ＧａＮコンタクト層、４０６…ｎ−Ｓ
ｉＣ層、４０７…リッジ、５０１…ｎ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ
_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層、５０２…多重量子井戸活
性層、５０３…ｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラ
ッド層、５０４…ｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓｅ歪吸収層、
５０５…ｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9第２クラッ
ド層、５０６…ｐ−ＺｎＳｅコンタクト層、５０７…Ｚ
ｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子コンタクト層、５０８…ＺｎＴ
ｅコンタクト層、５０９…ＳｉＮ膜、５１０…間隙、５
１１…屈曲したストライプ、５１２…反射板、５１３…
ｐ−ＧａＡｓ基板、５１４…Ｚｎ拡散層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤進東京都千代田区大手町二丁目６番２号日立工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通電により光利得を発生する機能を有する
半導体構造と、該構造を挟んで設けた反射面により形成
される光共振器構造を有する半導体レーザの少なくとも
一方の反射面に対向して少なくとも二つの反射面を有す
る反射体を設置してあることを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】請求項第１項記載のレーザ光源において上
記最短の光路長の光共振器の共振波長は上記半導体構造
の想定される動作温度の最大値における利得スペクトル
のピーク波長よりも長い波長に設定されているレーザ光
源。
【請求項３】請求項第１項又は第２項の記載のレーザ光
源で上記半導体レーザは同一チップ上に個別に駆動でき
る複数の光共振器構造を有することを特徴とするレーザ
光源。
【請求項４】請求項第１項から第３項のいずれかに記載
の共振波長の制御は半導体レーザ及び反射体を取り付け
る基体に形成した突起により両者の間隔を制御すること
により行うもの。
【請求項５】請求項第１項から第３項のいずれかに記載
の共振波長の制御は該反射体の厚さを制御することによ
り行うもの。
【請求項６】請求項第１項から第３項記載の共振波長の
制御は半導体レーザの反射面に密着して設けた該反射体
に凹みを設け該凹みの厚さを制御することにより行うも
の。
【請求項７】請求項第１項から第６項記載のレーザ光源
を用いたレーザ光応用装置。