(57)【要約】【課題】半導体レーザ構造に関し、特に光相互作用の軽減のために適用されるさらなる技術を備える半導体レーザの提供。【解決手段】デバイスが、支持体構造、および前記支持体構造上の二つ以上のレーザを含み、各レーザが、誘導に応じて光を放出する半導体構造であって、二つ以上の前記レーザのサブセットの前記半導体構造が同一の半導体材料を含むと共に実質的に同一の形状を有する半導体構造と、前記レーザの半導体構造を通過する電流フローに影響を与える電流フロー構造であって、前記サブセットにおける一対のレーザの前記電流フロー構造はそれぞれ異なって構成されて前記一対のレーザの前記半導体構造から放出される光の波長に影響を与えるようにされた電流フロー構造と、を含むような構成とする。【選択図】図４
2006173625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスが、
支持体構造、および
前記支持体構造上の二つ以上のレーザを含み、各レーザが、
誘導に応じて光を放出する半導体構造であって、二つ以上の前記レーザのサブセットの前記半導体構造が同一の半導体材料を含むと共に実質的に同一の形状を有する半導体構造、および、
前記レーザの半導体構造を通過する電流フローに影響を与える電流フロー構造であって、前記サブセットにおける一対のレーザの前記電流フロー構造はそれぞれ異なって構成されて前記一対のレーザの前記半導体構造から放出される光の波長に影響を与えるようにされた電流フロー構造を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
デバイスが、
支持体構造、および
前記支持体構造上の二つ以上のレーザを含み、各レーザが、
誘導に応じて光を放出する半導体構造であって、二つ以上の前記レーザのサブセットの前記半導体構造が同一の半導体材料を含むと共に実質的に同一の形状を有する半導体構造、および、
前記レーザの半導体構造が光を放出する波長に影響を与える波長制御構造であって、前記サブセットにおける一対のレーザの前記波長制御構造はそれぞれ異なっていて、前記レーザ対の前記光放出波長が少なくとも所要の波長差分だけ異なるようにされた波長制御構造を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項３】
デバイスが、
支持体構造、および
前記支持体構造上の二つ以上のレーザを含み、各レーザが、
誘導に応じて光を放出する光放出領域を備えた半導体構造であって、二つ以上の前記レーザのサブセットの前記半導体構造が実質的に同一である半導体構造、および、
前記半導体構造に電気的または熱的に接続された接点構造を含み、
各レーザにおいて、前記接点構造および前記半導体構造によって前記光放出領域および外部部品との間の導通経路が与えられ、前記サブセット内の第１および第２のレーザ内の前記導通経路はそれぞれ異なった特性を有して前記第１および第２のレーザの前記光放出領域から放出される光の波長に影響を与えるようになっていることを特徴とするデバイス。
【請求項４】
デバイスの作製方法は、
支持体上に二つ以上のレーザを作製することを含み、各レーザは、
誘導に応じて光を放出する半導体構造、および
前記レーザの半導体構造を通過する電流フローに影響を与える電流フロー構造を含み、
前記レーザの作製作業は、
前記レーザのサブセットの前記半導体構造が同一の半導体材料を含むと共に実質的に同一の形状を有するように該構造を作製すること、および
前記サブセットにおける一対のレーザの前記電流フロー構造がそれぞれ異なる構造を備えて前記レーザ対の前記半導体構造から放出される光の波長に影響を与えるように該フロー構造を作製することを含むことを特徴とするデバイスの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なマルチレーザもしくはマルチビームレーザの技術が提案されている。それら技術の大半は光、電気および熱的な相互作用と関連がある。例えば、米国特許第６，０５２，３９９号には、個別アドレス可能なレーザアレイであって、高密度のエッジ放出レーザアレイ構造がｐ形クラッド層の隣接した溝に形成された自然酸化物層（native oxide layers）を備え、この自然酸化物層が光閉じ込めと電気的絶縁とをもたらすレーザアレイが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４，８７０，６５２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，９８０，８９３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５１３，２００号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０５２，３９９号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１３６，６２３号明細書
【特許文献６】米国特許第６，７４４，８００号明細書
【非特許文献１】Sony Corporation, SLD265RP, data sheet acquired from Sony Japanese Web site as of December 16, 2004, four pages.
【非特許文献２】COLDREN,L.A., and CORZINE, S.W., “Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits,” New York, John Wiley & Sons, 1995, pp.95-96, and 102-103.
【非特許文献３】Sony Corporation, “Industry’s First High-Density Integrated Four-Beam Laser Diode for High-Speed LBP and DPPC-SLD262EP”, undated, two pages.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では光の相互作用への対応において限界がある。半導体レーザ構造に関してさらなる技術、特に光相互作用の軽減のために適用されるさらなる技術を備えれば効果は大きい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明により、デバイス、装置および方法について種々の典型的な実施形態が提供される。総じて、各実施形態は、二つ以上の半導体構造が光を放出するレーザまたはレーザ構造に関係している。これらの半導体構造は実質的に同一、すなわち同一の半導体材料を含むと共に実質的に同一の形状を有する。
【０００６】
上記およびその他の本発明の典型的実施形態の特徴および効果を、添付図面を参照して以下に説明する。この説明において類似の参照数字は構造または機能が類似している構成を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１はオシロスコープ１０を示す模式図である。このオシロスコープ１０の画面に、検査装置から出力されたパワーのトレースが時間の関数として表示される。この検査装置においては、デュアルビーム赤外レーザが開口に向けて放たれ、開口後部の光検出器上に干渉パターンが形成されている。これらレーザは両レーザに同時に供給された周期的パルス信号によって作動され、光検出器からの出力はオシロスコープ１０に供給される。
【０００８】
図１に示すように生じたトレースは、オントレース２０とオフトレース２２との二つの主要部分を含み、それぞれの期間が、パルス信号がハイである期間およびローである期間に対応する。ただし、図１のトレースにはさらなるラインおよび領域が表示されており、これらは両レーザ間の干渉によるパワーの変動を表している。例えば、ライン３０および３２は、数パルス間、出力パワーがパルス継続後の短時間過渡期間を経たことを示している。ライン３２の場合、出力パワーはオントレース２０より高い値で安定している。これに対し、領域３４は、パルス幅の約半分の期間レーザが光放出した後生じた出力パワーの変動であって、その際多数のパルスにおいて出力パワーがオントレース２０から逸れた変動を表している。ライン３０，３２および領域３４は典型的なレーザ干渉に起因したトレース形状である。しかしながら、基本となる干渉プロセスはランダムかつ未制御であって、多くの他の種類の形状によって干渉を表し得る。レーザが干渉のない状態で個別に光放出した場合は、オシロスコープ１０にはオントレース２０およびオフトレース２２のみが表示される。
【０００９】
実験によれば、ライン３０，３２および領域３４に示したパワー変動は、両レーザエミッタがほぼ同じ出力パワーを発生するように調整された場合などの、デュアルビームレーザデバイスからの両光ビーム間のコヒーレントな光干渉に起因する可能性が高い。この種のパワー変動は、両レーザが同じ波長で光放出しかつ動作時に十分な期間位相固定されたときに生じる。
【００１０】
未反射の放出ビームだけが位相固定の原因となるメカニズムは考えられないので、一般に位相固定はある種の「クロストーク」すなわちレーザ素子間の情報伝達によるものと考えられる。例えば、光クロストークによって一方のレーザ素子から他方のレーザ素子に位相情報が伝達される。光クロストークにはデバイス内の散乱等による内部的なものや、一方のレーザの放出ビームの他方のレーザへの反射等による外部的なものがある。
【００１１】
位相固定は、同一の活性層を共有しかつ同一のデバイス構造を有する近接したレーザ間に簡単に誘起される。このようなレーザにおいては、両レーザが同一波長で光放出している場合、少量の光クロストークであっても位相固定が生じる。
【００１２】
別の典型的なケースでは、両レーザの放出波長はわずかに異なっているが、所定の動作条件下でそれらの光放出スペクトルは十分にオーバラップしており、位相固定をひき起こす。ある所定の動作条件下で波長スペクトルがオーバラップすると、光クロストークがある時に位相固定が起きる。
【００１３】
エッジ放出レーザの波長スペクトルは、熱的に誘起されたバンドギャップ収縮による動作電流に伴ってシフトするため、動作電流の変動はレーザスペクトルのオーバラップの原因となる。より具体的には、動作電流の増加に伴って発熱が高まり、材料利得特性を長波長側にシフトさせる。レーザスペクトルはゲインピークに応じてシフトする。例えば、大半のガリウム砒素（ＧａＡＳ）レーザの場合、スペクトルは約０．３ｎｍ／℃レッドシフトする。デュアルビームデバイスの一方のレーザ素子の動作電流が変動すると、そのスペクトルは他方のレーザ素子のスペクトル上を掃引し、オーバラップする。同様に、同一の活性材料を用いると共に同一のデバイス構造を有する、二つの近接した熱的に結合したレーザは、両者の動作電流および出力パワーがほぼ等しい動作条件において波長スペクトルがオーバラップする。
【００１４】
位相固定は状況によっては望ましいすなわち有用なものであるが、別の状況においては問題となる。例えば、位相固定の影響を受けやすいデュアルビームレーザデバイスをレーザプリンタに使用すると、画像領域によっては不完全なトナー転写のために印刷が不完全になる。「ハッチング」と呼ばれるこの現象は、通常デュアルビームレーザがインタレース１の走査モードで使用された場合に生じる。この場合、位相固定およびそれによるパワー変動はプリンタ動作に対して不都合なものになる。
【００１５】
ハッチングはプリンタにおける重大問題であるので、ある所定のプリンタにおいて、デュアルビームレーザがそのプリンタの動作条件範囲での動作時に位相固定の影響を受けやすい場合は、そのレーザは使用できない。ハッチングが生じるか否かを判定する方法の一つとして、図１に関連して先に述べた方法もしくは類似の方法で各レーザデバイスを簡単に検査することがある。レーザデバイスがハッチングをもたらす場合は、そのデバイスを廃棄しなければならず、深刻な歩留り低下となると共に、各レーザデバイスの用法および使用可能なプリンタプラットフォームが狭く制約される。
【００１６】
位相固定およびそれによるパワー変動に対する一つの解として、デバイス構造自体の内部の散乱や、デバイスを収容するカバーガラスからの背面反射、およびその他を含む光クロストークを解消することがある。デュアルビームレーザデバイス、クワッドビーム（ｑｕａｄ  ｂｅａｍ）レーザデバイス、または他のマルチビームレーザデバイスにおいて、レーザ素子は近接しており、全光クロストーク源を遮断することを困難にしている。さらに、内部クロストークを低減しても微小な内部または外部摂動によって打ち消されてしまうことがある。
【００１７】
図２に光クロストークに起因する位相固定の問題に対する別の解を示す。ボックス５０および５２に示すように、レーザAおよびレーザBで示したデュアルビームデバイスの二つの個別アドレス可能なレーザは中心波長の異なるスペクトルを有する。ボックス５０に示すようにレーザAの中心波長はλAであり、同様にレーザBの中心波長はλBである。差分ΔλAB（＝λB−λA）は十分に大きいので、両レーザAおよびBが点灯されたとき、ボックス５４に示した結合スペクトルはオーバラップのない二つの独立したピークを含んでいる。このことは、図示のように各レーザに帰属するピークが他方のレーザの波長の方向に若干シフトした場合であっても成り立つ。両ピークはオーバラップしていないので、少量の内部または外部光クロストークがあっても位相固定は防止される。この結果、図１に示した種類のパワー変動は当該動作条件下で生じない、またデュアルビームデバイスをプリンタに用いた場合のハッチングも防止される。
【００１８】
図２に示した一般解は他の状況においても適用できる、この適用は、レーザAおよびBが実質的に同一の半導体構造を備える必要がある、またはそれらの半導体構造が同一の半導体材料を含みかつ実質的に同一の形状を有する必要がある等の制約がある場合でも可能である。ここで「半導体対称性制約」と呼ぶこの種の制約は、多くの場合市販のレーザ製品に与えられている。例えば、ソニー社は型番ＳＬＤ２６３ＫＰのデュアルスポット２ビームレーザ製品を所有しており、このレーザでは、二つの隣接したエッジ放出レーザが実質的に同一で、かつ溝によって分離されており、溝内の側壁はより強固な絶縁のために不働体化されている。レーザの半導体構造を変形することなくこのような製品に対して図２の一般解を実施することは効果的であり、特に製造プロセス、デバイス構成、またはエピタキシャルデザインを変更することなく行った場合に効果的である。
【００１９】
二つ以上のレーザが半導体対象性制約を満たした場合においても、レーザの他の部分をそれぞれ異なって構成することが可能であり、この相違点の中にそれぞれ異なった波長スペクトルを生じさせるものがある。ある用途では、レーザ素子をある動作条件の範囲内で動作させ、前記波長の相違が当該動作条件範囲内で位相固定を防止するものであれば十分とされている。言い換えると、とり得る全ての動作条件下で位相固定を防止する必要はなく、実際の動作において行われる条件でのみ防止すればよい。
【００２０】
図３に、個別アドレス可能なレーザ素子１０２および１０４を備えたデュアルビームレーザデバイス１００を示す。矢印１０６は、レーザ素子１０２および１０４が二つの近接した領域から光を放出する状態を表している。矢印１０６は各レーザストライプ１１２および１１４の端部に位置している。また、レーザストライプ１１２は接点金属１１６に完全に覆われ、レーザストライプ１１４は接点金属１１８に部分的に覆われている。
【００２１】
また、図３には接点金属１１６と接点金属１１８との構造の違いが示されている。金属パッド１１６がレーザストライプ１１２をその全長Ｌ沿いに完全に覆っているのに対し、接点金属１１８はレーザストライプ１１４の放出端において長さＸだけ覆っておらず、同様にレーザストライプ１１４の反対の端部では長さＹだけレーザストライプ１１４を覆っていない。したがって、デバイス１００には、レーザ１０２および１０４に対してそれぞれ異なる構造の電流フロー構造が示されている。
【００２２】
大半の半導体レーザは半導体構造に対して電流および熱流の両方の導通経路をもたらす単一構造を有しているが、レーザの電流フロー構造は、このような構造を二つ以上含む、または電流および熱流毎に別々の二次構造を含む。
【００２３】
図４は、ライン４−４’に沿った図３の断面図である。同一の断面が、ライン４−４’に平行なラインに沿ったレーザストライプ１１４の反対の端部の領域に見られる。
【００２４】
基板１２０はデバイス１００が形成された表面１２２を有する。基板１２０は例えばｎ形ＧａＡｓ基板からなる。その場合、基板は導電性であって、図４に示すように共通グラウンドに接続されている。
【００２５】
両レーザ１０２および１０４のエピタキシャル構造１３０が、例えば米国特許第６，０５２，３９９号記載の従来方法等のエピタキシャル堆積によって表面１２２に形成される。エピタキシャル構造１３０は、ｎ形下部クラッド層、非ドープ下部閉じ込め層、活性層、非ドープ上部閉じ込め層、およびｐ形上部クラッド層を含む。レーザストライプ１１２および１１４もまたエピタキシャル材料からなる。両レーザ１０２および１０４のストライプもまた、同時エピタキシャル堆積およびその後の上部クラッド層とオーミックコンタクトをもたらす付加的なドープ半導体層との同時フォトリソグラフィパターニングおよびエッチングによって同時形成される。つまり、図４は、レーザ１０２および１０４の半導体構造が同時形成されて、実質的に同一になる実施形態を示している。
【００２６】
レーザストライプ１１２および１１４以外の領域には絶縁層１３２が存在し、この層は例えばプラズマ強化化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）法によって作製された酸化物または窒化物からなる。したがって、絶縁層１３２は、レーザストライプ１１２および１１４を通る経路以外の、金属接点１１６及び１１８からエピタキシャル構造１３０への電流フローを防止している。
【００２７】
レーザ素子１０２および１０４間のさらなる絶縁のために、トレンチ１３４を、レーザストライプ１１２と１１４との間で十分な深さに至るまでエッチングしてエピタキシャル構造１３０内の光放出活性領域を分離する。典型的実施形態において、トレンチ１３４は６μｍ以上の深さを有する。例えば、トレンチ１３４の幅は３μｍ以上であり、レーザストライプ１１２，１１４の各々の高さは２μｍで幅は４μｍである。ただし、これらの寸法は単なる例に過ぎない。トレンチ１３４の深さはエピタキシャル構造１３０の構成に依存し、一方レーザストライプ１１２，１１４の寸法は所望の光放出特性に依存する。
【００２８】
また、図４は、二つのレーザ放出活性領域１４２，１４４をそれぞれレーザストライプ１１２，１１４の下方に位置させる方法を示している。駆動回路１４６が金属接点１１６への電流信号ｉ１および金属接点１１８への電流信号ｉ２を含む適当な駆動信号をデバイス１００に供給する。レーザ１０２および１０４は個別アドレス可能であるため、電流信号ｉ１およびｉ２は一般に異なっている。駆動回路１４６は、従来回路またはその予測可能な変形を含む任意の適当な回路である。領域１４２は金属接点１１６に供給された信号ｉ１に応じて注入電流を受け、領域１４４は金属接点１１８に供給された信号ｉ２に応じて注入電流を受けとる。しかしながら、金属接点１１４は、レーザストライプ１１４の長さＬの内の一部においてはレーザストライプ１１４上に亘っていないため、以下で詳述するようにエピタキシャル構造１３０を通る電流フローが影響を受ける、転じてこのことが閾値電流に影響を及ぼし、さらにこれが動作温度に影響を与え、転じて発振波長に影響を及ぼし、故に領域１４２，１４４間の位相固定に影響を与える。
【００２９】
このようにデバイス１００は、基板１２０により具現化された支持体構造、および支持体構造上の少なくとも二つのレーザを含む。この場合は両方の、レーザのサブセットの各々は、領域１４２および１４４をそれぞれ含むエピタキシャル構造１３０の一部として具現化された、誘導に応じて光を放出する半導体構造を含む。これら半導体構造は、同一の半導体材料を含み、かつ実質的に同一の形状を有するため、半導体対称性制約を満たしている。実際、これらは実質的に同一である。また、各レーザは、第１のレーザについては金属接点１１６およびレーザストライプ１１２内のオーミックコンタクト層により具現化され、第２のレーザについては金属接点１１８およびレーザストライプ１１４内のオーミックコンタクト層により具現化された電流フロー構造をそれぞれ含む。両方の場合において、電流フロー構造はレーザの半導体構造を通過する電流フローに影響を与えるが、レーザ対の電流フロー構造の相違が位相固定に影響を及ぼす。より具体的には、以下に示すように、この相違が適切に設計されれば、動作条件の範囲内で位相固定は防止される。
【００３０】
理論的考察の示すところによれば、デバイス１００のレーザの電流フロー構造間の対称性が領域１４２，１４４の有効キャビティ長を相違させるために波長が異なったものとなる。金属接点１１６はレーザストライプ１１２上をその全長Ｌにかけて亘っているが、金属接点１１８は（Ｌ−（Ｘ＋Ｙ））の長さ分だけレーザストライプ１１４上に亘っている。ここで、０＜Ｘ＋Ｙ＜Ｌ，０≦Ｘ＜Ｌおよび０≦Ｙ＜Ｌであり、（Ｌ−（Ｘ＋Ｙ））が使用可能なキャビティの全長より若干小さくなるようになっている。この結果、レーザストライプ１１４に沿った領域１４４のキャリア密度分布が一様でなくなって、有効キャビティ長を変化させ、さらにそれによって領域１４４の閾値利得および閾値電流を変化させる。この結果、領域１４４の動作温度が領域１４２に対して異なるようになり、領域１４４の光放出波長が領域１４２に対して所定の電流分シフトする。長さＸおよびＹは、この波長の違いが十分であって、若干の光クロストークの存在にもかかわらず位相固定を防止するように選択される。
【００３１】
図５はこの理論をより詳細に説明したものであり、異なるキャリア密度の両領域１４２および１４４におけるフォトンエネルギに対する利得を示している。レーザ素子１０２をレーザ１とし、レーザ素子１０４をレーザ２として扱うと、レーザ１はレーザストライプ１１２の全長にかけてｎｔｈ，１のキャリア密度を有している。図５の真中の曲線で示した、このキャリア密度によって得られる利得はｇｔｈ，１のピーク値を有し、このピーク値がレーザ１のレーザ動作に対する唯一の十分な利得値となっている。このピーク利得はＥｐｈｏｔｏｎ，ｌａｓｅｒ１のエネルギを有するフォトンについてのものであるため、放出レーザ光はＥｐｈｏｔｏｎ，ｌａｓｅｒ１に対応する波長を有している。他のエネルギレベルのフォトンは、発振閾値に達するための十分な利得を得ていない。
【００３２】
図３に示すように、レーザストライプ１１４の最上部および最下部の非メタライズ部分沿いには接点金属が存在しないが、レーザストライプ１１４のエピタキシャル層は高導電性であるため、金属接点１１８からの電流はそれら部分にも拡散する。しかし、拡散抵抗の相違により、非メタライズ領域のキャリア密度ｎｔｈ，２、Ｘは、レーザストライプ１１４が金属接点１１８の下部に存在する領域のキャリア密度ｎｔｈ，２よりも小さい。したがって、任意のフォトンエネルギにおいて、レーザストライプ１１４の最上部および最下部領域の利得ｇｔｈ，２、Ｘは、図５の上下の曲線に示したように、金属接点１１８によって覆われた領域のレーザ２の利得ｇｔｈ，２よりも小さい。レーザ２の非一様な利得分布が、レーザ２の有効キャビティ長をレーザストライプ１１４の長さＬと相違させていることがわかる。
【００３３】
ここで、ｇｔｈ，１はレーザ１の閾値利得、αはキャビテイの光損失、ｇｔｈ，２およびｇｔｈ，２、Ｘはそれぞれレーザのメタライズおよび非メタライズ部分におけるレーザ２の閾値利得であり、Ｌｅｆｆおよびｇｅｆｆ，Ｘは各利得値における有効長である。非メタライズ領域では拡散抵抗が高くかつキャリア密度が低いため、ｇｔｈ，２，Ｘ＜ｇｔｈ，２と判定される。これから、ｇｔｈ，２，Ｘ−α＜ｇｔｈ，２−αが与えられる。非メタライズ領域はレーザストライプ長よりも短い、すなわちＸ＋Ｙ＜Ｌであるため、Ｌｅｆｆ＜ＬおよびＬｅｆｆ，Ｘ＞Ｌであることがわかる。同様にこれから、図５のグラフに示したように、ｇｔｈ，２＞ｇｔｈ，１およびｇｔｈ，２，Ｘ＜ｇｔｈ，１が与えられ、このことは、キャリア密度の関係がｎｔｈ，２＞ｎｔｈ，１＞ｎｔｈ，２，Ｘであるレーザ１および２の状態を表している。
【００３４】
レーザ１および２の閾値利得を図５の縦軸に示す。図５には、レーザ１のフォトンエネルギＥｐｈｏｔｏｎ，ｌａｓｅｒ１よりも高いフォトンエネルギＥｐｈｏｔｏｎ，ｌａｓｅｒ２で生じるレーザ２の閾値利得ｇｔｈ，２が示されている。しかしながら、以下に述べるように、レーザ２の実際のスペクトルはレーザ１に対してレッドシフトしている。レーザ２はレーザ１より高い閾値電流を有しており、より高い電流で動作する。これにより生じるより高い動作温度がバンドギャップ収縮による利得曲線の長波長側へのシフトを生じさせる。この発熱効果はスペクトル特性を支配および決定するものである。
【００３５】
レーザ１の閾値電流ｉｔｈ，１とレーザ２の閾値電流ｉｔｈ，２との関係を解析するためには、レーザ２がより高い平均電気抵抗を有していることに注目することが有用である。つまり、レーザ２の量子効率はレーザ１よりも低い。さらに、レーザ２の閾値電流はレーザ１よりも高い。すなわち、ｉｔｈ，２＞ｉｔｈ，１である。ｉｔｈ，２は閾値におけるメタライズ領域の電流と非メタライズ領域の電流との総和である。Ｌ−（Ｘ＋Ｙ）はメタライズ領域の長さであり、Ｘ＋Ｙは非メタライズ領域の長さである。レーザストライプ１１２と１１４との幅は等しい。
【００３６】
材料利得ｇ−αはキャリア密度ｎにほぼ比例するので、注入電流はキャリア密度の二乗ｎ２にほぼ比例する。実際には、レーザストライプの非メタライズ領域のキャリア密度が低いために、ｇｔｈ，２，Ｘは通常はｇｔｈ，１よりも著しく小さい。この状況において、次式１が成り立つ。
Ｉｔｈ，２／Ｉｔｈ，１≒Ｌ／（Ｌ−（Ｘ＋Ｙ））  （式１）
式１を用いて、ある所定のＬの値での所望の波長シフトをもたらすＸおよびＹの値を見積ることができる。この波長シフトは、レーザ２のより高い閾値電流によって生じるレーザ２のより高い動作温度に由来する。前述のように、より高い動作温度によってバンドギャップの収縮が生じ、長波長の光放出の因となる。
【００３７】
図３乃至４および以下に記載のその他の例によって半導体レーザの有効長の変化方法を説明する。図３乃至４の技術の特段の効果は、デバイス作製に用いるコンタクトマスクの変更が唯一必要なプロセスの変更であり、追加のマスクは不要であること、および同一の作製プロセスを同一のデバイス構成および同一の寸法を有する同一のエピタキシャル構造と併せて使用できることである。容易に理解されるように、有効長の変化はレーザからの出力パワーに影響を及ぼし、駆動回路１４６は各レーザに適当な電流信号を供給して両レーザからほぼ同一の出力パワーが得られるようにする。例えば、フィードバックシステムを駆動回路１４６内で用いて電流信号のレベルを調整し、両レーザの出力パワーがほぼ同じになるようにする。他の適当な変形を駆動回路１４６に施して種々の範囲の閾値電流の相違に適合するように駆動電流が調整される。
【００３８】
図６に既存のデュアルビームレーザ構造から得られる別の実施形態を示す。図６の方法はソニー社製品のＳＬＤ２６３ＫＰを用いて具現化されたもので、この場合Ｌは５００μｍで、レーザ１０２，１０４を併せた両端の幅は４００μｍである。金属接点１１６および１１８の厚さは約１．３５μｍで、レーザアブレーションによる金属の選択的除去を可能にしている。図６の実施形態では、切り欠き１６０がレーザアブレーションによって接点パッド１１８を貫通して形成され、レーザストライプ１１４および絶縁層１３２の一部を露出させている。これは「非カバー領域」の一例となるものである。さらに、切り欠き１６０は金属接点１１８のフラグメント１６２を絶縁して、駆動回路から金属接点１１８の残部へのワイヤボンド接続を通じた電流がフラグメント１６２に入り込まないようにしている。これは「絶縁領域」の一例となるものである。
【００３９】
図６の技術によって図３乃至５に関連して前述したものと同様の非一様な電流分布が得られる。図示の例では、絶縁領域は、レーザストライプ１１４の長さＬの約２５％未満であるＸの長さを有する。種々のその他のＸ対Ｌ比のもの並びに他の切り欠きパターンをレーザアブレーションにより作製したところ、結果は前述の理論と同様であった。
【００４０】
図７に図６の切り欠き１６０の効果を示す。図７の上段のグラフは、図６と同様のデバイス１００であるがただし切り欠き１６０が形成される前のデバイスの動作を表している。左方の曲線はレーザ１０２からの光出力を表し、右方の曲線はレーザ１０４からの光出力を表す。いずれの場合も電流の関数として表されている。図７の下段のグラフは、切り欠き１６０が形成された後のレーザ１０２および１０４の動作を表し、左方の曲線はレーザ１０２からの光出力を表し、右方の曲線はレーザ１０４からの光出力を表す。図７に示した閾値電流から明らかなように、この比は前述の式１によって予測された比に近似している。
【００４１】
図６においてレーザ１０２および１０４からの近似した出力パワーを得るためには、レーザ１０４はレーザ１０２よりも高い動作電流を要する。これによりレーザ１０４に発熱が生じて、利得ピークを長波長側にシフトさせると共に、励起されるファブリペローモードがレーザ１０２に対してレッドシフトされる。実験では、ある程度の光フィードバックが存在しかつ当該範囲内で動作条件が変化したにもかかわらず、この波長シフトにより位相固定が防止された。図６および７の例では、レーザ１０２は約１７．４ｍＡの動作電流を要しているのに対し、レーザ１０４は同様の約２．５ｍＷの出力パワーを得るのに２９．５ｍＡの動作電流を要している。
【００４２】
図８に、左方に示す、図６のレーザ１０２および１０４が所要の動作電流で一度に一つ動作した場合、および右方に示す、それらが所要の動作電流で同時に動作した場合の波長スペクトルを比較して示す。各グラフは波長の関数としての放出光の強度を示す。強度は無尺度である。
【００４３】
切り欠き１６０を設ける前は、通常レーザ１０２および１０４は若干異なる波長で光放出する。しかしながら図８の左のグラフに示すように、切り欠き１６０によって、レーザ１０４のレッドシフトに由来して両一次光放出波長間に顕著な差、Δλ≒０．５１ｎｍ、が生じる。左の一次波長ピークはレーザ１０２のものであり、右の一次波長ピークはレーザ１０４のものである。また、このグラフには二次縦モードを表す複数の小ピークが見られる。もっとも左の小ピークはレーザ１０２のものであり、両一次ピーク間の小ピークはレーザ１０４のものである。
【００４４】
図８の右のグラフは、波長間の差が十分であって当該動作範囲内で位相固定が生じないことを示している。言い換えると、二つの高いピークで示したレーザ１０２および１０４の一次波長は個別動作時よりも同時動作時の方が接近しているが、それらがオーバラップしてレーザが光クロストークの存在時に位相固定される程には接近していない。このため、図１に関連して前述したパワー変動は生じない。また、図６のようなレーザデバイス１００が大半の周知のレーザプリンタで使用される動作条件の下で動作したとしてもハッチングは生じない。
【００４５】
前述のように、通常、切り欠き１６０を設ける前はレーザ１０２および１０４の初期波長の差は小さい。図８から明らかなように、一方のレーザの動作温度の増加に起因する波長シフトΔλは、初期波長の差よりもかなり大きくなくてはならない。これにより、Δλが初期波長差にほぼ等しくてただし方向が逆であった場合に生じる問題が回避される。つまりこの場合は、切り欠き１６０によってスペクトル同士が接近し位相固定の可能性が高まるが、その問題は回避される。またはその代わりに、初期波長差にかかわらず両スペクトルの一次ピーク間に安全なマージンをもたらされるようにΔλを十分に大きくしておく必要がある。
【００４６】
図６乃至８に関連して述べた方法は他にも様々な形で適用される。例えば、切り欠き１６０に類似した適当な切り欠きを両レーザ１０２，１０４の金属接点に形成してそれぞれ異なる位置に設け、レーザが、シフトはしてもオーバラップはしない異なる波長スペクトルを有して動作するようにする。さらに、一つ以上のワイヤボンド接続を付加することにより、レーザアブレーションを行ってレーザストライプ１１４等のレーザストライプの一方の中央付近に切り欠き領域（したがって非カバーかつ絶縁領域）を形成することもできる。これによりレーザ１０２および１０４の前後のミラー面間のあらゆる相違が回避されると共に、切り欠き領域の位置に対する感度の低下に起因してより高い製造公差が得られることから、これによる効果大である。
【００４７】
より一般的には、図３乃至８に関連して前述した技術は多様に変形することができる。レーザストライプ１１２および１１４との接点となる導電性材料は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ドープエピタキシャル材料、またはヘビードープアモルファスシリコンなどの他のドープ半導体材料などの、金属以外の導電性材料であってもよい。さらに、図３および４に示したような変形マスクの使用や図６に示したようなレーザアブレーションの使用ではなく、他の技術を用いてそれぞれ異なった接点構造を作製してもよい。例として、エッチング条件の変化、リフトオフ条件の変化、シャドウマスクを用いた導電性材料堆積法の変形、および導電性材料の形をレーザ毎に違えて変形する任意の他の適当なパターニング方式がある。
【００４８】
図９および１０に二つの別の実施形態を示す。この例では、一方のレーザの接点構造は他方に対して非対称であるが、カバーされていない絶縁領域をもたらすように変形された接点構造はレーザ内において対称になっている。この技術により、導電性材料が両レーザの前後の面上に対称に亘っていない場合に生じる問題が回避される。図９および１０共に、前後の面から最近接の切り欠き領域までの距離は同一であって、いずれも面のへき開と切り欠き領域との相互作用を回避すると共に面間の対称性を維持するようになっている。
【００４９】
図９では、デバイス１００は金属接点１１８内に切り欠き領域１８０を備えて作製されている。切り欠き領域１８０内において、レーザストライプ１１４および絶縁層１３２が露出している。切り欠き領域１８０の長さはＸであり、図６と同様にＸはレーザストライプ１１２および１１４の長さＬの約２５％になっている。したがって、図９のデバイス１００は実質的に図６のデバイスと同様に機能する。
【００５０】
図１０では、デバイス１００は六つの等間隔の切り欠き領域１９０を備えて示されており、図９と同様に各領域内でレーザストライプ１１４および絶縁層１３２が露出している。各切り欠き領域の長さはＸ／６であり、合計切り欠き長が同様にＸになるようにされている。この構成によっても図６の実施形態と同様の結果が得られると予想される。ただし、切り欠きの数は純粋に任意であり、あらゆる他の適当な数が使用できる。さらに、図１０に示したような等間隔ではなく、任意の他の適当な間隔で切り欠き領域を設けることができる。
【００５１】
図３乃至１０の各実施形態において、一方のレーザの接点構造の一部は他方と異なる。より具体的には、これらの実施形態において、一方のレーザの接点構造はその中に画定されたカバーされていない絶縁領域を有するのに対し、他方のレーザの接点構造はその領域を有していない。以下記載の実施形態に示すように、種々の他の種類の電流フロー構造間の相違点を用いて所要の波長差を得ることができる。
【００５２】
図１１は、金属接点１１６および１１８の厚さが異なること以外は図３乃至６、９、および１０のデバイスと同様のデバイス１００の平面図である。この方法の理論的根拠は、異なるレーザの異なる接点厚さによって異なる熱抵抗が生じることに基づいている。このことは言い換えれば、両レーザの動作条件がほとんど変化しないままであっても温度勾配および波長シフトが生じるということである。成功裏に実施した場合、この方法は効果的である。その理由は、ここでの変化はいずれのレーザキャビティにも影響を与えず、そのためにデバイスの性能や寿命に影響を及ぼさないためである。レーザ１０２および１０４は光放出波長は若干異なっているが、光強度−電流特性は依然として近似している。
【００５３】
この技術は、図１１のライン１２−１２’に沿った、図１２の模式的変形断面図に示した寸法およびその他のパラメータに基づいてシミュレートされたものである。このシミュレーションにおいては、デバイス１００は１４ｍＡの閾値電流、４７％の差分効率、２５ｍＡの動作電流、および１．８Ｖの動作電圧を有すると仮定した。
【００５４】
図１２の最下層には、任意の適当な厚さの任意の適当な材料を含むヒートシンク２００が存在する。ヒートシンク２００と基板１２０との間には、０．５７Ｗ／ｃｍ−Ｋで堆積された、両者を一体に保持する２μｍ厚さのハンダ層２０２が存在する。基板１２０は０．４５Ｗ／ｃｍ−Ｋで堆積された、厚さ９０μｍのＧａＡｓ基板からなる。基板１２０上の第１のエピタキシャル層は、０．１１Ｗ／ｃｍ−Ｋで堆積された、厚さ４μｍのｎドープクラッド層２１０からなる。レーザ１０２および１０４の活性層２１２および２１４は、それぞれ０．２１Ｗ／ｃｍ−Ｋで堆積された、２５０ｎｍの二重量子井戸（ＤＱＷ）材料層を含む。レーザストライプ１１２および１１４は、それぞれ０．１１Ｗ／ｃｍ−Ｋで堆積された、２．５μｍのｐドープクラッド層の部分２２２および２３２、および０．４５Ｗ／ｃｍ−Ｋで堆積された、０．５μｍのｐドープキャップ層の部分２２４および２３４を含む。レーザ１０２および１０４の各々は、レーザストライプを囲んだ、０．１１Ｗ／ｃｍ−Ｋで堆積された３μｍの閉じ込め層の部分２２０および２３０を含む。レーザ１０２および１０４上の金属接点層すなわち電極２２６および２３６は、それぞれ３．２Ｗ／ｃｍ−Ｋで堆積され、任意の適当なｐ形金属または他の導電性材料からなる。図に示すように、層２２６の厚さはＺ１で、層２３６の厚さはＺ２である。
【００５５】
シミュレーションによりＺ１およびＺ２の値について次の温度差が得られた。すなわち、Ｚ１＝１μｍおよびＺ２＝２μｍの場合、温度差は０．４℃、Ｚ１＝１μｍおよびＺ２＝３μｍの場合、温度差は０．６℃、およびＺ１＝０．５μｍおよびＺ２＝１μｍの場合、温度差は０．３℃であった。
【００５６】
図１３にシミュレートされた温度プロフィールを示す。図１３のグラフは、幅が約３μｍで図の約＋５μｍおよび−５μｍの位置から始まる、レーザ１０２および１０４の活性領域の中心を通るラインに沿った温度を示している。図１３の左のピークはＺ２＝３μｍのレーザ１０４内の温度を表し、右のピークはＺ１＝１μｍのレーザ１０２内の温度を表す。両レーザ共に動作電流は２８ｍＡである。このシミュレーションによれば、熱抵抗の差によって両レーザ間に０．６℃の温度差が誘起される。
【００５７】
図９乃至１１の技術も、異なる電極材料または異なる材料層を両レーザに用いた場合に適用される。別の変形として、レーザストライプ長の一部にかけてのみ電極を厚めにすること、またはレーザストライプ長の一部に沿って非電極の伝熱材料を付加することがある。付加的な伝熱材料によって、電極材料によって与えられる経路に加えてレーザからの熱流用の別の経路が与えられる。
【００５８】
図１４に、図１１および１２に示したデバイス１００の製造の一段階を示す。図１４において、レーザアレイが、基板１２０の材料になるウェハ２５０の表面に作製されている。典型的なレーザ２５２および２５４が、例えば図１１のレーザと同様の対称エッジ放出レーザでただし金属接点１１６および１１８の厚さが等しい対称エッジ放出レーザとして作製される。必要な場合はメッキ用のシード層が金属接点１１６および１１８上に堆積される。さらに、レーザ２５４の金属接点１１８およびアレイ中の他のレーザ対の各々の片方の金属接点に接続された、リード構造２６０もまたウェハ２５０の表面に作製されている。
【００５９】
電気メッキ、電気エッチング、または他の電着または除去などの任意の適当なメッキ工程を、ウェハ２５０の表面のレーザアレイを電気メッキ液や電気エッチング浴に浸漬すること、または適当な乾式電気プロセスにより、図１４の構造の表面で行うことができる。この段階において、適当な電圧Ｖｐｌａｔｅがウェハ２５０の周囲のリード構造２６０に印加され、電気的活性率が制御される。別の方法として、各レーザの金属接点パッドを個別にマッチングプローブカードと接触させることがある。電流および／またはプロセスの時間分を測定することにより、金属接点２５４に対して付加もしくは除去される材料の量を制御することができる。
【００６０】
メッキ時には、メッキ金属が、通常は約３μｍのレーザ対間の間隙をブリッジしないように特別の注意を払わなければならない。ブリッジ形成はストライプ１１２，１１４間においても間隙を跨いで起こり得る。一つの解として、所定の実施形態においてブリッジ形成を回避するような導電率の値を実験的に見出すことがある。
【００６１】
各レーザ対の金属接点間に所望の厚さの差が形成されると、ウェハ２５０はライン２５６および２５８に沿ってチップ状に切断される。リード構造２６０は切り口内において除去される。この後、従来の工程が施されて各レーザ対がパッケージされ、電気回路への適当な接続部が形成される。
【００６２】
図１４の技術は、レーザ間の電流フロー構造の相違をもたらす上でマスクを必要としないため効果的である。この方法は、チップ上のレーザの一つを除いた全てに対して同様の工程を繰り返すことによって、三つ以上のレーザを備えたデバイスにも拡張することができる。レーザ間の熱伝導の相違を強調するために種々の材料がこのプロセスに用いられる。
【００６３】
図１５および１６に別の方法を示す。この方法では、図９の切り欠き領域に類似した長さで示された、高抵抗材料２８０が金属接点１１８とレーザストライプ１１４との間に設置される。図１０の切り欠き領域と同様の絶縁材料のパターンを用いてもよい。高抵抗材料２８０として、酸化物や窒化物などの絶縁体やアモルファスシリコンなどの部分的に導電性の材料がある。いずれの場合も、この材料によって金属接点１１８とレーザストライプ１１４との間の領域がこの材料が存在しない領域よりも高抵抗になる必要がある。
【００６４】
図１５および１６の技術は追加のマスクおよび追加のプロセス工程を要するため、図９の実施例で述べた技術に比べて実施上高価になる。
【００６５】
図１７に、それぞれ金属接点３１２，３１４，３１６および３１８により駆動されるレーザストライプ３０２，３０４，３０６および３０８を備えたクワッドスポットレーザデバイス３００を示す。デバイス３００の全体的特徴は米国特許第６，０５２，３９９号によって知ることができる。このような構造では、隣接したレーザ素子は離間したレーザ素子よりも位相固定されやすく、またハッチングを生じやすい。デバイス３００は、隣接したレーザ素子の一部の組合せは位相固定されるが、その他の組合せは位相固定されないように動作する。
【００６６】
図１７の実施形態は、金属接点３１４とレーザストライプ３０２との間の絶縁材料３２０のパターニングを金属接点３１６とレーザストライプ３０８との間とは異なる具合に行うことにより、所定の組合せのレーザ間の位相固定に影響を与えようとするものである。図から明らかなように、レーザストライプ３０８はレーザストライプ３０２よりも絶縁材料３２０で覆われている部分が多く、合計でレーザストライプの長さのほぼ２５％の量が覆われている。
【００６７】
図１７の方法はクワッドスポットデバイスに限定されず、他のマルチスポットレーザデバイスにも適用できる。さらに、ここで述べたその他の技術も同様にクワッドスポットまたは他のマルチスポットレーザデバイスに適用できる。
【００６８】
図１８および１９にさらに別の方法を示す。この方法では、領域３４０をより高い抵抗を有するように成長させること、またはイオン注入により抵抗を高めること等によって、エピタキシャル半導体構造の領域３４０のキャリアトラップ数を増すように変形もしくはある意味で劣化させることにより、異なるレーザに対して電流フローがそれぞれ異なって変形される。水素や酸素などのイオンの分布はシャープな境界に閉じ込められず、イオン種や注入エネルギ、および上記層中のイオンの貫通しやすさに依存した深さを有するガウス分布的プロフィールを示す。領域３４０は図９の切り欠き領域と同様の長さに亘って示されているが、図１０の切り欠き領域と同様の絶縁材料パターンを用いることもできる。図１５および１６の場合と同様に、領域３４０はある所定領域を該領域３４０が存在しない領域よりも高抵抗にしなければならない。
【００６９】
図１５および１６の場合と同様に、図１８および１９の技術は追加のマスクおよび追加のプロセス工程を要するため、図９の実施例で述べた技術に比べて実施上高価になる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】デュアルビームレーザ構造における光干渉によって生じる光パワー変動を示すオシロスコープのトレースの模式図である。
【図２】非位相固定デュアルビームレーザの、一度に一つおよび同時に動作した時の単純化したスペクトル間の典型的な関係を示すグラフである。
【図３】接点構造がそれぞれ異なって構成されて位相固定に影響を与えるようにされたデュアルビームレーザ構造の平面図である。
【図４】図３のライン４−４’に沿った断面図であって、関連の回路を併せて模式的に示した断面図である。
【図５】図３及び４のデュアルビームレーザ構造における利得をフォトンエネルギの関数として示すグラフである。
【図６】接点構造がそれぞれ異なって構成されて位相固定に影響を与えるようにされたデュアルビームレーザの別の実施形態の平面図である。
【図７】対称デュアルビームレーザにおける電流の関数としての光出力を図６のデュアルビームレーザ構造と比較して示すグラフである。
【図８】図６のデュアルビームレーザ構造における波長の関数としての強度を、一度に一つおよび同時に動作した場合について比較して示すグラフである。
【図９】接点構造がそれぞれ異なって構成されて位相固定に影響を与えるようにされたデュアルビームレーザの他の実施形態の平面図である。
【図１０】接点構造が別々に異なって構成されて位相固定に影響を与えるようにされたデュアルビームレーザの他の実施形態の平面図である。
【図１１】接点構造がそれぞれ異なる厚さを有して位相固定に影響を与えるようにされたデュアルビームレーザ構造の平面図である。
【図１２】図１１のライン１２−１２’に沿った模式的変形断面図である。
【図１３】図１１および１２のデュアルビームレーザ構造のシミュレーションにおける温度を位置の関数として示すグラフである。
【図１４】図１１および１２に示すようなデュアルビームレーザ構造の製造の一段階の平面図である。
【図１５】パターニングされた高抵抗層を含む一方のレーザの接点構造が他方のレーザの接点構造と異なるデュアルビームレーザ構造の平面図である。
【図１６】図１５のライン１６−１６’に沿った断面図である。
【図１７】パターニングされた高抵抗層を含む一方のレーザの接点構造がもう一方のレーザの接点構造と異なるクワッドビームレーザの一実施形態の部分切取り平面図である。
【図１８】高抵抗領域を含む一方のレーザのエピタキシャル半導体構造が他方のレーザと異なるデュアルビームレーザ構造の平面図である。
【図１９】図１８のライン１９−１９’に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１００  デュアルビームレーザデバイス、１０２，１０４  レーザ素子、１１２，１１４  レーザストライプ、１１６，１１８  接点金属、１２０  基板、１３０  エピタキシャル構造、１３２  絶縁層、１３４  トレンチ、１４２，１４４  光放出活性領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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