(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面構造を有する基板と、
第１の光共振器の中に第１のレーザー要素を形成し、第２の光共振器の中に第２のレーザー要素を形成し、前記第１及び第２の光共振器が空間的に分離される、複数の半導体レーザー層と、
横方向における前記第１レーザー要素内の光学フィールドの閉込めを提供する、前記表面構造によって形成される前記第１レーザー要素のための成長式の側方導波管作用領域と、
前記第１及び第２のレーザー要素の間に形成され、前記第１及び第２のレーザー要素を電気的に絶縁する絶縁領域と、
前記第１及び第２のレーザー要素の各々に対して接続され、前記レーザー要素の各々が独立して放射を出すようにするコンタクトとを有し、
前記第１のレーザー要素に対するコンタクトが、基板の下面に形成されたｎ型コンタクトと前記第１のレーザー要素の上部にＺｎを拡散させたＺｎ拡散層の上に形成されたｐ型コンタクトとからなり、
前記第２のレーザー要素に対するコンタクトが、前記第２のレーザー要素の上面に形成されたｎ型コンタクトと前記第２のレーザー要素の上部にＺｎを拡散させたＺｎ拡散層の上に形成されたｐ型コンタクトとからなり、
前記第１及び第２のレーザー要素はそれぞれ上下方向に形成された２つの活性領域を有しており、前記２つの活性領域は異なる禁止帯幅を有しており、
前記第１のレーザー要素においては、前記第１のレーザー要素に対するコンタクト及び前記第１のレーザー要素中の前記Ｚｎ拡散層を介して前記２つの活性領域のうち下側の活性領域にのみ電流が注入され、これによって前記下側の活性領域のみが放射を出し、
前記第２のレーザー要素においては、前記第２のレーザー要素に対するコンタクト及び前記第２のレーザー要素中の前記Ｚｎ拡散層を介して前記２つの活性領域のうち上側の活性領域にのみ電流が注入され、これによって前記上側の活性領域のみが放射を出す、独立してアドレス可能な半導体レーザーアレイ。
【請求項２】
前記レーザー要素の１つは、基板における凹み部分にある、請求項１に記載の独立してアドレス可能な半導体レーザーアレイ。
【請求項３】
前記レーザー要素の１つは、基板の上における突起部分にある、請求項１に記載の独立してアドレス可能な半導体レーザーアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概ね固体レーザーに関する。より詳細には、本発明は、モノリシック式の近接離間される独立してアドレス可能な固体レーザーアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近接離間される独立してアドレス可能な固体レーザーアレイは、現在の高速ゼログラフィー印刷の技術において重要な装置である。概ね、ゼログラフィー印刷では、紙のような記録媒体の上に永続的な画像を作成する前に、感光体が使用されて、潜像としても周知である静電画像を形成する。潜像を形成するためには、感光体の全体の表面が、先ず静電的に帯電される。続いて、レーザービームが複数の切り子面を備えた回転多面鏡に衝突し、これがレーザー光を感光体の選択的な領域に偏向させる。回転多面鏡及びそれらに関連する光学機器は、一般にＲＯＳ（ラスター出力スキャナ）と呼ばれる。レーザービームに対して露光された領域は放電され、感光体の上における帯電及び放電のパターンを結果として生じる。潜像であるこのパターンは、複写され或いは印刷されるべきソース・パターン又はソース画像に対応する。当該パターンは、続いて、感光体をトナーに接触させることによって現像される。トナーは、感光体の帯電領域に付着し、その後、記録媒体に対して転写される。典型的なゼログラフィー印刷プロセスは、Ｔ．ベーヘ他（T. Behe et al）による「ゼログラフィー装置における清掃不要な現像のためのセラミック・ドナーロール（Ceramic Donor Roll For Scavengeless Development In A Xerographic Apparatus）」という標題の米国特許第５，３２２，９７０号において説明される。
【０００３】
そのようなゼログラフィー式プリンタの速度は、概ね、潜像を形成するためにレーザービームが感光体を横断して掃引されることが可能である速度によって制限される。レーザービームの掃引速度もまた、多面鏡の回転速度に依存する。その鏡面が感光体を横断して光を偏向させ得ることが速くなればなるほど、潜像も速く形成される。この掃引速度は、フルカラープリントが、これ以降はシステムカラーと呼ばれることになる印刷される各々のカラーのために別々の潜像を必要とするので、高速フルカラー印刷における特に重大な制約である。例えば、フルカラープリンタは、黒色の潜像を各々の３種の原色（シアン、マゼンタ及びイエロー）の潜像に重ね合わせることによって画像を形成する。このプロセスが、プリンタの処理能力を大きく限定する。
【０００４】
このプロセスの効率を高めるための１つの解決策は、各々のシステムカラーを印刷するために別々の回転多面鏡を採用する。そのようなシステムは、概してより速いプリント速度を有するが、それらは、各々のＲＯＳのために必要とされる別々の鏡面及び光学要素の付加的なコストの故に、費用が掛るものである。更に悪いことに、そのようなシステムは、４個のＲＯＳのすべてのためにほぼ同一の鏡面及び光学システムを製造することが困難である故に、しばしば画像品質の問題に遭遇する。単一供給源のカラー画像を重ね合わせることにおける不完全さに関わるこの品質問題は、一般に位置合わせ問題と呼ばれる。システムカラーの各々における光学機器の相違は、各々のカラーに関する僅かに異なった画像を生じることになり、重ね合わされる最終的画像において顕著な欠陥を形成してしまう。
【０００５】
プリント速度を改善するもう１つのアプローチは、複数の切り子面を備えた回転多面鏡の回転速度を速めることである。この方法はレーザー供給源の掃引速度即ちラスター速度を増大させることが可能であるが、それは、当該鏡面がより速く回転し得るように高価な駆動モータ及びベアリングを必要とするものである。
【０００６】
複数のレーザービームを利用する最近のアプローチは、Ｔ．フィスリ（T. Fisli）による「マルチステーション式ゼログラフィー印刷システムのためのラスター出力スキャナ（Raster Output Scanner For A Multistation Xerographic Printing System）」という標題の米国特許第５，２４３，３５９号において説明される。このアプローチの下では、１つ１つが各々のシステムカラーのためのものである４本のレーザービームが、単一のラスター出力多面鏡及び走査光学機器の単一セットに対して同時に衝突する。それらのビームは、その後、光学フィルタによって分離され、各々のビームは、システムカラーを印刷するために感光体へと導かれる。
【０００７】
しかしながら、各々の感光体によって形成されるべき画像が位置合わせされていることを保証するため、レーザービームは、それらが回転多面鏡に関して共通の光学軸を共有するように、理想的には共通の空間位置から生じるべきである。実際には、当該レーザービームは、可能な限り互いに接近しているべきである。更になお、そのアレイ内におけるレーザーは、光学フィルタが各々のビームを妥当なコストで効果的に分離し得るように、それらの波長において十分な間隔を有するものでなければならない。
【０００８】
独立して分離可能であるべきアレイ内における個々のレーザーに関して、２つのレーザーの間における波長の差は、概ね少なくとも５０ナノメータ（ｎｍ）であるべきである。先に論議されたように、フルカラー印刷に関しては４色のカラーが存在するので、このアプローチを実行するためには、少なくとも１５０ｎｍの範囲に渡る波長を備えた４本のレーザービームが必要である。そのような４レーザーアレイを作成するためには、２つの半導体材料システムの使用が一般に必要とされる。例えば、ＡｌxＧａ1-xＡｓ材料システムは、ほぼ７５０ｎｍから８５０ｎｍの波長を備えたレーザーのみを発生させることが可能であるのに対して、ＡｌＧａＩｎＰ材料システムは、ほぼ６３０から７００ｎｍのレーザーを発生させることが可能である。何れのシステムも少なくとも１５０ｎｍの波長の間隔を備えたレーザーを提供することが可能ではないので、単一基板の上に両方の材料システムを使用してレーザーアレイを作成することが必要である。
【０００９】
単一基板の上に２つの材料システムを使用してレーザーを形成する１つの技術は、１つの材料システムを使用する活性層及び被覆層の第１セットの成長に関わるものであり、その後、エッチングプロセスによって基板の部分における活性層及び被覆層の除去が行われる。続いて、残った活性層及び被覆層がマスキングされ、もう１つの材料システムを使用する活性層及び被覆層の第２セットが、残っている活性層及び被覆層に隣接してエピタキシャル被着される。この技術は、２つの材料システムを使用する独立してアドレス可能なレーザーアレイの形成を許容する。この技術の具体例は、ブーア他（Bour et al）による「モノリシック式の複波長二重偏光型レーザーダイオードアレイ（Monolithic Multiple Wavelength Dual Polarization Laser Diode Arrays）」という標題の米国特許第５，４６５，２６３号において説明される。
【００１０】
この方法の欠点は、このアプローチを使用して近接離間式レーザーアレイを達成することにおける困難である。第１の活性層及び被覆層がエッチングプロセスによって基板の部分から除去された後に、第１の活性層及び被覆層が残っている場所に隣接して、活性層及び被覆層の第２セットがエッチング領域の上にエピタキシャル被着されるので、２本のレーザービームを互いに接近して配置することは困難である。２つの活性領域の間における垂直方向の境界面は、典型的には、エッチングプロセスによって生じる結晶損傷又は汚染を包含し得るものである。結果として、境界面から離してレーザーを形成することが好適になる。更に、この技術は、エッチング及び再成長に関わるより複雑な製造プロセスをも必要とする。第１の活性層を形成するために第１のエピタキシャル成長が使用された後、そのサンプルは、エッチングのために反応室から取り出されなければならない。その後、当該サンプルは、活性層及び被覆層の第２セットに関するもう１回の被着プロセスを経験し、その間、第１の活性層は長い高温サイクルを経験しなければならない。そのような高温サイクルは、活性層における劣化又は不安定を引き起こす可能性がある。
【００１１】
複数の波長又は直交して偏光されるビームを出力することになる、近接離間される分離可能且つ独立してアドレス可能なモノリシック・レーザーアレイを製造するための一般的な解決策は、いわゆる「スタック式活性領域」のアプローチを利用する。そのようなアプローチは、高速フルカラーの印刷のために必要とされるレーザーアレイのみならず、互いに軸方向に心合わせされるレーザービームをも形成することが可能である。言い換えれば、このアプローチによって製造されるアレイのレーザービームは、共通の光学軸を共有するので、高速複数ビーム式ラスター出力走査（ＲＯＳ）のカラー印刷において特に有益であることになる。幾つかのスタック式活性領域の構造は、ゴトー（Goto）による「集積半導体レーザー（Integrated Semiconductor Laser）」という標題の米国特許第５，１５７，６８０号、及びソーントンその他（Thornton et al）による「マルチカラー発光のためのスタック式活性領域のレーザーアレイ（Stacked Active Region Laser Array For Multicolor Emissions）」という標題の米国特許第５，３８６，４２８号において説明される。
【００１２】
一般に、スタック式活性領域のモノリシックアレイは、同じ導波管の中に挾まれる複数セットの活性層を包含する。例えば、２レーザーアレイは、典型的には、半導体基板の上に先ず下側の被覆層を被着し、その後、２つの活性層が被覆層の上に連続的に被着されることによって形成される。各々の活性層は、所望の波長のレーザービームを出力するように最適化される。このスタック層式のアプローチの下では、第２活性層は、同じエピタキシャル・プロセスの間に第１活性層の上に成長される。第１活性層のいかなる部分の除去も要求されないので、２つの活性層の間には垂直方向の境界面が全く存在しない。これは、２本のレーザービームが水平方向において互いに極めて接近して形成されることを許容する。更に、何れの活性層も、基板が加熱される間の余分な高温サイクルに耐える必要がないことになる。両方の活性層が形成された後、表面に最も近い活性領域が、エッチングプロセスによって除去され、下側の活性領域が特定の波長でレーザー光を発することを許容する。頂部活性層の除去を達成するためには、エッチング停止層が、一般に２つの活性層の間に挿入されて、下側活性層の部分の意図的でない除去を最小限にする。エッチングプロセスが完了した後、最終的な被覆層及び表皮層がサンプルの全体を覆って成長される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そのようなスタック成長式のアプローチは、水平方向において近接離間式のレーザービームを提供するが、それは、基本的な欠陥を放置し続けるものである。頂部活性層は、下側活性層へアクセスするために除去される必要があり、両方の活性層は、同じ光学導波管の中へ放射するように束縛される。言い換えれば、被覆層は、活性層の一方のみに関して最適化されることが可能なのである。更に、頂部活性領域の選択的な除去は、十分に制御されたエッチング工程に依存する。当該活性領域は、厚さが１０から２０ｎｍのみであるので、いかなる過剰なエッチングも下側活性領域のすべて又は一部を取り去ってしまう可能性がある。エッチングが実行された後、下側活性領域の直ぐ上の各層が露出される。露出した領域は、不都合な汚染即ち酸化物の形成を受けやすくなり、これは、反応性が高いＡｌxＧａ1-xＡｓ材料システムでは特に重大な問題である。
【００１４】
これ故に、近接離間され且つ分離され得るレーザービームを備えた独立してアドレス可能なレーザーアレイの形成を許容することになる技術を開発するために、実質的な努力が費やされてきた。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スタック成長式技術の基本的な長所を維持するが、それと同時に、頂部又は底部の活性領域の何れかを取り除くという必要を排除するものである。言い換えれば、本発明は、１０から２０ｎｍほどに薄い各層を除去するエッチングプロセスに依存しないのである。
【００１６】
本発明の１つの利点は、各レーザーの間の垂直方向の間隔がエピタキシャル成長によって正確且つ再現可能に制御され得ることである。それと同時に、活性領域のエッチングが全く包含されないので、サンプルの汚染即ち酸化の機会も最小限である。
【００１７】
本発明のもう１つの利点は、各々の活性層が異なったセットの被覆層によって形成される別々の光学導波管の中へ放射することである。従って、それらの被覆層は、各々の活性層、電流注入又は両者について別々に最適化されることが可能である。
【００１８】
本発明の更にもう１つの利点は、パターン形成された基板の上において第１の活性領域が成長され、これが下側レーザー構造のための成長式の側方導波管を自動的に形成することである。下側の側方導波管を形成するための追加処理が全く必要とされないのである。これに対して、伝統的なスタック成長式のアプローチでは、半導体サンプルの表面から側方導波管を形成するためには、不純物誘導式の層不規則化「（ＩＩＬＤ）」プロセス又はエッチングが必要とされる。一般に、導波管は、上側の各層を貫通してエッチングによって除去するか或いは拡散させることによってのみ、埋設層の中に形成されることが可能である。ＩＩＬＤプロセスが使用される場合、そのようなプロセスは、リン化物及びヒ化物を含有する構造の中では十分には制御されないことが周知である。従って、ＩＩＬＤプロセスが使用されるならば、従来的なスタック成長式技術は、使用され得る材料システムを大きく限定し、それ故に、達成され得るレーザーの波長間隔をも大きく限定することになる。エッチングプロセスが使用される場合には、当該プロセスは制御が困難であり、各活性層によって形成される少なくとも１つの波長に関しても最適化されない側方導波管を導くことになる。更に、結果として生じる構造は、非常に非平面的なものであり、最終的な構造を平面化するために実質的なエピタキシャル再成長を必要とする。
【００１９】
本発明の更なるもう１つの利点は、モノリシック・チップの頂部表面が実質的に平面状に留まることである。１つの実施例では、頂部レーザー構造の側方導波管を形成するために、単一の再成長のみが必要とされる。下側レーザー構造の側方導波管を形成するためには、エッチングが全く必要でない。頂部レーザー構造の側方導波管を形成するためにＩＩＬＤプロセスを使用するもう１つの実施例では、レーザーアレイを形成するすべての層は、単一のエピタキシャル・プロセスの間に成長されるので、再成長は全く必要としない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の利点及び目的は、以下に続く本発明の詳細な説明、その好適な実施例、それに随伴する図面及び添付の請求項から当該分野の熟練技術者には明白となるであろう。
【００２１】
図１は、チャネル構造を有するｎ型ＧａＡｓ基板の上に形成されるそのレーザー要素の１つに関して成長式の導波管作用領域を備えた、二重レーザーアレイの断面図を示す。
図２は、ｐ型ＧａＡｓ層が被着され、チャネル構造を形成すべくエッチング工程が実行された後における、ｎ型ＧａＡｓ基板の断面図を示す。
図３は、半導体サンプルの表面に最も近いレーザー要素に関する導波管作用構造の形成に先立つ、図１で示されたレーザーアレイの製造における中間的な構造を示す。
図４は、本発明に従って成長式の側方導波管作用領域を備えた二重レーザーアレイを形成するために使用され得るメサを包含する、代替的な基板構造の断面図を示す。
図５は、表面に最も近いレーザー要素に関する側方導波管作用構造がメサ構造によって形成される、二重レーザーアレイを示す。
図６は、表面に最も近いレーザー要素に関する側方導波管作用構造が不純物誘導式の層不規則化を使用して形成される、二重レーザーアレイを示す。
【００２２】
図１は、本発明の好適な実施例を示す。それは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２の上に形成された、２つの近接離間される分離可能且つ独立してアドレス可能なレーザーを備えた、モノリシック・レーザーアレイを示すものである。第１レーザー構造１４０は、ｎ型基板１０２内におけるチャネル１５０の上に形成されるのに対して、第２レーザー構造１４２は、基板内におけるチャネルの外側の領域内において第１レーザー構造１４０の上に位置する。この場合、上側レーザー構造１４２は、公称７８０ｎｍの長い波長（λ1）を備えたレーザーを形成する、ＧａＡｓ又はＡｌyＧａ1-yＡｓの活性層１３４を有する。下側レーザー構造１４０は、公称６８０ｎｍの短い波長（λ2）を備えたレーザーを形成する、ＧａＩｎＰの活性層１２８を有する。２つの材料システムを使用することによって達成される波長間隔は、この実施例がゼログラフィー印刷のための４レーザーアレイを形成するようにして容易に拡張されることを可能にする。一般に、表面に最も近い活性領域は、下側の禁止帯幅を有し、当該禁止帯幅は、表面から更に離れる各々の活性領域に関して増大する。活性領域のこのシーケンスは、下側レーザー要素に対して注入を提供するための下側禁止帯幅材料を介するドーピングが容易であるので、概ね好適である。
【００２３】
図２は、図１で示された２つのレーザー構造１４０及び１４２を形成する半導体層のエピタキシャル被着に先立って必要とされる事前処理を示す。図２で示されたように、ほぼ０．５μｍから１．０μｍのｐ型ＧａＡｓの薄い層１２４が、先ず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２の上に被着される。その後、チャネル即ち溝２０４が、マスク内の窓を介するエッチングによって基板の中に形成される。反応性イオン・エッチング、イオン・ミリング、或いは当該分野の熟練技術者に知られたその他の手段もまた、チャネルを形成するために使用されることが可能である。ｐ型ＧａＡｓ層１２４は、チャネル２０４の上に形成されることになるレーザー構造に対して電流閉込めを提供する。例えば、チャネル２０４の上のレーザー構造が機能するとき、ｐ型ＧａＡｓ層１２４及びｎ型ＡｌＩｎＰ１２６は、逆バイアス接合を形成し、ｐ型ＧａＡｓ層１２４が先に除去されていたチャネル２０４を介してのみ電流が流れるように閉じ込めることになる。図２で示されたチャネル２０４は、典型的には、それらの幅及び深さが２μｍから１０μｍのものである。２つのレーザー要素の間の間隙は、ほぼ１０μｍである。２つのチャネル２０４の間の間隙は、ほぼ５００μｍであり、これは、複数レーザーアレイのチップ相互間の分離をも形成する。これらの寸法は、チャネルを形成する技術及び各々のアレイ内のレーザー要素の個数のようなファクタに応じて変化することも可能である。
【００２４】
チャネルが基板内に形成された後、レーザー構造の半導体層を形成するために、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）として知られたエピタキシャル被着プロセスが使用される。当該レーザー構造は、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、或いはその他の周知の結晶成長プロセスによってウェハ基板の上に製造されることもまた可能である。図３で示されるように、約１μｍ又はそれ以下の厚さのｎ型ＡｌxＩｎ1-xＰ（１２６）の被覆層が、先ず初めに、当該開始材料の上にエピタキシャル被着される。ＡｌxＩｎ1-xＰ１２６におけるアルミニウムのモル分率は、ほぼ０．５であり、これが下地のＧａＡｓ基板１０２に対して格子整合するＡｌＩｎＰ層１２６を形成する。ＡｌＩｎＰ層１２６の上には、ドーピングされないＧａxＩｎ1-xＰ層１２８が被着され、下側レーザー構造１４０の活性層を形成する。その活性層におけるインジウムのモル分率は、ほぼ６２％であり、これが１５μｍという層の厚さに関してほぼ６７０ｎｍの波長のレーザーを提供する。インジウムのモル分率は、所望の出力波長に応じて変化することが可能である。当該活性領域は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、或いは厚い非量子井戸の層を包含することが可能である。量子井戸の典型的な厚さは、５から２０ｎｍである。更に、活性ＧａxＩｎ1-xＰ層１２８は、下地のＧａＡｓ基板１０２に対して格子整合するか或いは格子整合しないことも可能である。
【００２５】
図３で示されたＧａxＩｎ1-xＰ層１２８のような活性層が下地のＧａＡｓ基板１０２の格子構造に整合しない場合には、レーザーがその横方向電気（ＴＥ）機能モード及び横方向磁気（ＴＭ）機能モードの間でスイッチング可能となるように、引張り歪みが当該活性層の中に形成され得ることが周知である。ＴＥ及びＴＭの偏光機能モードの間でスイッチング可能である固体レーザーは、パオリその他（Paoli et al）による「四元材料システムを備えた二重偏光レーザーダイオード（Dual Polarization Laser Diode With Quarternary Material System）」という標題の米国特許第５，４３８，５８４号において説明される。本発明は、独立してアドレス可能なレーザー要素を形成するために２つの直交する偏光モードを使用するレーザーアレイに対しても等しく適用可能である。各々の波長におけるレーザー要素は、異なった偏光モードにおいて放射を出すことになり、これは、偏光ビームスプリッタによって容易に分離されることが可能である。代替的に、活性層１２８は、その横方向電気（ＴＥ）偏光モードにおいて発振するように圧縮歪みを付けられることも可能であり、一方で、活性層１３４がその横方向磁気（ＴＭ）偏光モードにおいて発振するように引張り歪みを付けられ得るのである。従って、レーザー要素は、同じ波長又は異なった波長における異なった偏光モードにおいて放射を出すことになる。
【００２６】
図３は、約０．８から１．０μｍのｐ型ＡｌxＩｎ1-xＰ被覆層１３０が下側活性層１２８の上に位置することを示す。当該材料におけるアルミニウムの典型的なモル分率は、０．５である。これらの成長された層は、下地のＧａＡｓ基板１０２のトポロジーに整合する傾向を有するものであり、チャネルの上に下側レーザー要素１４１を形成する。下側レーザー要素１４１の側方導波管は、エピタキシャル被着プロセスの間に形成される。図３で示されたＡｌxＩｎ1-xＰ層１２６の斜交陰影領域３００は、横方向における下側レーザー要素１４１の光学フィールドを閉じ込める。チャネルの側壁の上における斜交陰影領域３００は、下側レーザー要素の側方導波管作用のために必要な有効屈折率の差を提供するのである。本発明は、基板の表面に垂直な方向に光を放出するレーザーアレイに対しても等しく適用されることが可能である。更に、先に論議したように、Ｐ型ＧａＡｓ層１２４とｎ型ＡｌＩｎＰ被覆層１２６の間に形成されるｎ−ｐ接合は、当該チャネル構造に電流を閉じ込める。
【００２７】
この実施例は、下側レーザー要素の側方導波管を形成するためにチャネルを利用している。しかしながら、本発明における何物も、側方導波管を達成するためのメサのようなその他の隆起構造又は凹み構造のトポロジーを使用することを妨げるものではない。一般に、隆起構造又は凹み構造の深さは、少なくとも各エピタキシャル層の厚さ総計の大きさのオーダーにあるべきである。例えば、図４で示されるように、側方導波管は、ｎ型ＧａＡｓ基板４００の上におけるｎ型メサ構造４０４を使用して達成されることが可能である。このアプローチの下では、更に、電流の閉込めは、ほぼ０．５から１．０μｍのｐ型ＧａＡｓの閉塞層４０２によって達成される。
【００２８】
この実施例では、図３で示された上側レーザー構造１４２に関する層のセットは、サンプルをエピタキシャル被着室から取り出すことなく形成されることが可能である。この層のセットは、ＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＧａＡｓ材料システムを使用するものであり、従って、公称７５０から８５０ｎｍの範囲に及ぶ波長を備えたレーザーを形成することになる。本発明の下では、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰのようなその他の材料システムもまた、上側レーザー構造１４２を形成するために使用されることが可能である。同じ材料が使用される場合には、頂部レーザー要素１４２が放射を出す波長は、活性層の組成を変更することによって制御されることも可能である。先に論議したように、各々の波長におけるレーザーの偏光方向は、ＴＥモード及びＴＭモードの間におけるスイッチング操作によって制御されることが可能である。全体のレーザーアレイを製造するために同じ材料システムを使用することの欠点は、形成されたレーザーが小さな波長間隔を有することである。
【００２９】
図３で示されたように、上側レーザー構造１４２を形成するためには、０．８から１．０μｍのｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ１３２が、ｐ型ＡｌxＩｎ1-xＰ層１３０の頂部に被着される。ＡｌxＧａ1-xＡｓ層におけるアルミニウムのモル分率は、ほぼ０．８である。ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３２の上には、ドーピングされないか或いは僅かにドーピングされるＧａＡｓ又はＡｌyＧａ1-yＡｓの活性層１３４が位置する。ＡｌyＧａ1-yＡｓが使用される場合には、アルミニウムのモル分率は、一般に、その被覆層におけるアルミニウムのモル分率より低いものであるべきである。活性層１３４は、単一量子井戸、多重量子井戸、或いは量子井戸のものより大きな厚さを備えた層であっても構わない。量子井戸の厚さは、ここでもまた、約５から２０ｎｍである。その後、当該活性層の上には、ほぼ１．０μｍのｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３６及び１００ｎｍのｎ型ＧａＡｓ表皮層１３８が被着される。
【００３０】
この実施例では、ヒ化物材料で形成される各層が被着される前に、リン化物材料で形成される半導体の各層が、先ず初めに成長される。本発明は、ヒ化物材料がリン化物材料の前に被着される実施例に対しても適用可能である。本発明では、ｐ型ＧａＡｓ基板もまた使用されることが可能である。そのような場合には、各々の層のドーピングが、ｎ型からｐ型へ或いはその逆へと簡単に逆転されることになる。
【００３１】
本発明は、二重レーザーアレイを形成するために使用されることになる同じ材料システムの使用を妨げるものではない。実際に、レーザー構造の両方のセットを形成するために同じ材料システムが使用されることも可能である。そのようなアプローチの下では、各々が異なった波長を備えた２つのレーザーを使用する代わりに、活性層１２８は、その横方向電気（ＴＥ）モードにおいて発振するように圧縮歪みを付けられ得ることになり、活性層１３４は、その横方向磁気（ＴＭ）モードにおいて発振するように引張り歪みを付けられ得る。従って、レーザー要素は、同じ波長又は異なった波長における直交する偏光モードにおいて放射を出す。２つのモードが偏光ビームスプリッタの構成によって容易に分離され得るので、２つの別個の材料システムを使用する必要は全くない。
【００３２】
上側レーザー要素１４４に関して側方導波管を形成する１つのアプローチは、図５で示されるような隆起即ちメサ構造５００を使用することである。このアプローチの下では、ほぼ０．４μｍのｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３６が被着された後、５ｎｍのＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ又はＡｌzＧａ1-zＡｓのようなエッチング停止層５０２が成長される。ＡｌzＧａ1-zＡｓ層がエッチング停止層として使用される場合、アルミニウムのモル分率は、典型的には１０％以下である。各々のエッチング停止層が挿入された後、もう１つの０．６μｍのＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３７が被着される。その後、ほぼ１００ｎｍのｎ型ＧａＡｓ層１３８がＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３７の上に形成される。各々のエッチング停止層５０２は、当該構造がＡｌxＧａ1-xＡｓ被覆層１３６の部分まで下方にエッチングされ得るようにして挿入される。
【００３３】
メサ構造５００を形成するためには、窒化ケイ素５１０がサンプルの全体を覆って被着される。その後、窒化ケイ素は、マスキングを使用して、メサ構造が所望されない領域から取り除かれ、それによってｎ型ＧａＡｓ層の部分を露出させる。露出された領域は、その後、各々のエッチング停止層５０２まで下方にエッチングされることによって取り除かれ、メサ５００を形成するのである。エッチングの後、ほぼ０．６μｍのｐ型ＧａＡｓ層１３９が被着される。このｐ型層は、当該表面を平面化し、ｎ型メサを介して電流を導くものである。上側レーザー要素１４４に関する側方導波管作用は、メサ構造５００の下の領域内における有効屈折率がｐ型ＧａＡｓ層１３９の下の領域内における屈折率よりも高いので、達成される。ｐ型ＧａＡｓ層１３９の下の領域は、その領域内のｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３６の厚さが０．４μｍ以下であるので、より低い屈折率を有して、当該レーザーの伝搬モードを損失のあるｐ型ＧａＡｓ層１３９と相互作用させる。
【００３４】
図６は、不純物即ち空孔誘導式の層不規則化「（ＩＩＬＤ）」を使用して上側レーザー構造内における側方導波管を形成する際のもう１つのアプローチを示す。このアプローチの下では、ｐ型不規則化原子即ちガリウム空孔が、頂部ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３６の陰影領域６００の中に拡散され、活性ＧａＡｓ層１３４及びｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３２を貫通して、上側レーザー要素１４４に関する側方導波管を形成する。ソーントンその他による「マルチカラー発光のためのスタック式活性領域のレーザーアレイ」という標題の米国特許第５，３８６，４２８号において示されたように、ＩＩＬＤがＧａＡｓ／ＡｌxＧａ1-xＡｓ材料において側方導波管を形成するために使用され得ることは周知である。ガリウムが豊富な環境において拡散される亜鉛又はケイ素が、ｐ型の不規則化を形成するために使用され得ることもまた周知である。そのようなプロセスについての論議は、ノースラップ他（Northrup et al）による「ｐ型の不純物誘導式の層不規則化を形成する方法（Method for Producing P-Type Impurity Induced Layer Disordering）」という標題の米国特許第５，３７６，５８３号において見出されることが可能である。図６で示された構造に関しては、層不規則化が完了した後、レーザー要素１４４の上のマスキングが取り除かれ、表面の全体にケイ素のようなｎ型のドーパントが拡散され、ｐ型を拡散された表皮層とＡｌＧａＡｓ層１３６の部分とをｎ型の材料に再変換して、上側レーザー要素１４４の活性層１３４に対する電子注入を効率的なものとする。
【００３５】
上側レーザー要素１４４の側方導波管を形成するためにｎ型のＩＩＬＤが使用される場合には、本発明では、図６で示されたｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ被覆層１３６ではなく、ｐ型又はドーピングされないＡｌxＧａ1-xＡｓ層が使用されることも可能である。ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層又はドーピングされないＡｌxＧａ1-xＡｓ層が使用されるならば、電子は、ケイ素原子６００によって不規則化されていた領域から活性層１３４の中へ横方向に注入される。この不規則化プロセスは、ソーントンその他による「構造的に一貫した表面をかすめて走る形式のヘテロ横方向接合レーザー及び横方向ヘテロ接合バイポーラ型トランジスタ（Structually Consistent Surface Skimming Hetero-Transverse Junction Lasers and Lateral Heterojunction Bipolar Transistors）」という標題の米国特許第５，０３８，１８５号において教示される。電子は、その後、活性層１３４の中における孔と再結合して、光を発生させる。この実施例では、放射性又は非放射性の再結合によって電子が喪失され得ることになるドーピングされないＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３２と当該ＩＩＬＤ領域との間に渦流接合が全く形成されないので、ドーピングされないＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３６の使用が好適である。
【００３６】
上側レーザー要素の側方導波管を形成するためにメサ構造又はＩＩＬＤプロセスが使用されるか否かに関わらず、上側レーザー要素１４４に対するｎ型コンタクト１４６は、図１又は図６で示されたように形成される。上側レーザー要素１４４に関するｐ型コンタクトは、図１及び図６で示されたように領域１１２内における埋設されたｐ型層１３２の中への亜鉛の拡散によって形成される。ｐ型コンタクト１４５の下における領域１１２とｎ型コンタクト１４６の下における不規則化された領域６００とを電気的に絶縁するためには、プロトン衝撃が、ｐ型コンタクトとｎ型コンタクトの間の領域１１０の中において使用される。
【００３７】
図６は、下側レーザー要素１４１に関するコンタクトの形成をも示す。本発明の下では上側レーザー要素が取り除かれるものではないので、上側レーザー要素１４４を構成するレーザーは、キャリアが下側レーザー要素１４１へ直接に流れることになるように短絡されるべきである。１つのアプローチは、下側レーザー要素１４１の活性領域の上の領域１１６の中へ亜鉛を拡散することである。亜鉛拡散の深さは、概ね、ＧａＡｓ活性層１３４を越えて伸延する。実際に、亜鉛拡散は、被覆層１３２の中まで貫通することが好適であり、ｐ型ＡｌxＩｎ1-xＰ層１３０と同じほどの深さであることが可能である。その後、ｐ型コンタクト１４８が亜鉛を拡散された領域１１６の頂部に配置されるので、電流は下側レーザー要素１４１の中へのみ注入される。下側レーザー要素１４１に対するｎ型コンタクト１４７は、概ね、サンプルの基板側面によって形成される。
【００３８】
レーザー要素が形成された後、コンタクト及び個別的なレーザー要素を絶縁するための領域が形成されなければならない。図６は、コンタクトを絶縁する斜交陰影領域１１０及び１１４を形成するためのプロトン打ち込みの使用を示す。この実施例では、上側及び下側のレーザー要素を横方向に絶縁するために、溝６１０が使用される。当該分野における熟練技術者に知られたその他の絶縁技術が使用されることもまた可能である。
【００３９】
以上で提示された組成、ドーパント、ドーピングレベル及び寸法は、単なる例示であり、これらのパラメータにおける変更は、許容され得るものである。更に、図面で示されたものに補足してその他の層が包含されることもまた可能である。最後に、ＧａＡｓ及びＧａＡｌＡｓの代わりに、ＧａＡｌＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、その他のIII−V合金、II−VI合金及びIV−VI合金のようなその他の発光半導体材料が使用されるもまた可能である。
【００４０】
本発明は特殊な実施例に関連して説明されてきたが、当該分野における熟練技術者には、上述の説明に照らして、多くの代替例、修正及び変更が明白になるであろうことが明らかである。従って、本発明は、添付された請求項の精神及び範囲の中に含まれるそのようなすべての代替例、修正及び変更を包含するものであると意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  チャネル構造を有するｎ型ＧａＡｓ基板の上に形成されるそのレーザー要素の１つに関して成長式の導波管作用領域を備えた、二重レーザーアレイの断面図を示す。
【図２】  ｐ型ＧａＡｓ層が被着され、チャネル構造を形成すべくエッチング工程が実行された後における、ｎ型ＧａＡｓ基板の断面図を示す。
【図３】  半導体サンプルの表面に最も近いレーザー要素に関する導波管作用構造の形成に先立つ、図１で示されたレーザーアレイの製造における中間的な構造を示す。
【図４】  本発明に従って成長式の側方導波管作用領域を備えた二重レーザーアレイを形成するために使用され得るメサを包含する、代替的な基板構造の断面図を示す。
【図５】  表面に最も近いレーザー要素に関する側方導波管作用構造がメサ構造によって形成される、二重レーザーアレイを示す。
【図６】  表面に最も近いレーザー要素に関する側方導波管作用構造が不純物誘導式の層不規則化を使用して形成される、二重レーザーアレイを示す。
【符号の説明】
１０２  ｎ型ＧａＡｓ基板、１１０  領域、１１２  領域／斜交陰影領域、１１４  斜交陰影領域、１１６  領域、１２４  ｐ型ＧａＡｓ層、１２６  ｎ型ＡｌＩｎＰ層、１２８  ＧａＩｎＰ活性層／下側活性層、１３０  ｐ型ＡｌＩｎＰ被覆層、１３２  ｐ型ＡｌＧａＡｓ層、１３４  ＧａＡｓ活性層、１３６  ｎ型ＡｌＧａＡｓ層、１３７  ＡｌＧａＡｓ層、１３８  ｎ型ＧａＡｓ表皮層、１３９ｐ型ＧａＡｓ層、１４０  第１レーザー構造／下側レーザー構造、１４１  下側レーザー要素、１４２  第２レーザー構造／上側レーザー構造、１４４  上側レーザー要素、１４５  ｐ型コンタクト、１４６  ｎ型コンタクト、１４８  ｐ型コンタクト、１５０  チャネル、２０４  チャネル、３００  斜交陰影領域、４００  ｎ型ＧａＡｓ基板、４０２  ｐ型ＧａＡｓ閉塞層、４０４  ｎ型メサ構造、５００  メサ構造、５０２  エッチング停止層、５１０  窒化ケイ素、６００  陰影領域／ケイ素原子、６１０  溝
【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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