JPS60501634A - 平担な活性層を有するレーザ・アレーの製造方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 位相ロックド半導体レーザ アレーおよびその製造方法 この発明は、個々の光学的フィールドが相互に作用し合って単一のコヒーレント な出力光ビームを発生す、る半導体レーザの単一板（モノリシック）アレーに関 するも一般に半導体レーザは反対導電形式の被覆領域間に薄い活性領域が形成さ れた半導体材料の本体からなる。このようなレーザからの出力を大きくするため に、活性領域の反射係数と被覆層の反射係数との中間の反射係数をもった案内層 が上記被覆層の一方と活性領域との間に挿入されている。活性層で発生された光 は、活性層と案内層の両方を伝播して、本体の放射面においてより犬き々ビーム が形成される。薄い活性層は、横方向の振動、す々わち層の面に垂直な方向の振 動を基本光学モードに制限する。横方向、層の面内の方向、およびレーザ面間の 線に垂直な方向では、同じような制限は存在せず、一般には幾つかの異った光学 モードで同時に振動が生ずる。

振動を横方向の基本光学モードに制限する光学的ウェーブガイドを生成するレー ザ構造中に横方向の変化を導入することが有効であることが判った。基体中の単 一チャンネル上に液相エピタクシによって形成されたチャンネル化基体レーザは 、層の厚みの横方向の変化によって形成され、堤だチャンネル上の放射領域の側 部にある吸収基体にきわめて接近した光学的ウェーブガイ１ごを持っている。し かしながら、電流の横方向の流わはチャンネル上の放射領域に自動的に制限され ず、むしろチャンネルの側部における基体の方向に流ｆｑる傾向かある。この横 方向の電流の流れを制限するために、一般にはチャンネルの側部における基体中 または」二層中に逆バイアスされたＰ−Ｎ接合が形成される。参考とじてと５に 示されている米国特許第４　、３４’７　、４８６号においで、ボテノ（Ｂｏｔ ｅｚ　）氏は、基体の表面中に１対のチャンネルを有し、そｆｔらの間にメサを 有するレーザを開示している。このチャンネル化された表面を覆う層は、平面１ だけ凸面にχ」する場合とは逆に凹面上で急速な液相エピタクシ成長する傾向が あることから、その厚みは横方向に変化している。。

この構成はメサ上の領域に電流が流れるのを制限し、寸だ層の厚みが横方向に変 化しているから、４０　ミＩＪワット以上の出力に才で、メサ」二全体にわ／こ って発振を基本ンテラル（横方向）モードに制限している。

コヒーレント光ビームの出力を個々のレーザの能力以上に増大させるために、個 々のレーザの発振モードが互いに結合されて単一の位相ロックされた結合さねた 発振器を構成する、一定間隔で離れた分離形レーザ装置のモノリシック・アレー が提案されている。このようなレーザは、パルス・モードでのみ動作する平板状 基体上に）Ｙ′坦な・層を有する縞状酸化物で特定されたアレーと、放射領域が 基体上のメサを覆っている〆す形ウェーブガイ１“・レーザのアレーとを含んで いる。このアレーはパルス的動作では位相ロックド・モードで動作するが、持続 波動作では部分的にのみ位相ロックされる。米国特許第４．３８５．３８９号明 細書中でボテツ氏は、基本的なラテラル・モーモで持続波動作することのできる 米国特許第４・３４′７・４８６号明細書に示されている形式の複数の分離形レ ーザ素子からなる位相ロックド・アレーを示している。

このアレーでは、個々の装置はラテラル放射の高い漏洩をもっているから、アレ ーの個々の素子の発振モード間の結合は比較的長い距離にわたって生ずる。しか しながら、チャンネル対を使用しまた層の彎曲のために必要となるポテツ氏のア レーの内部素子間の大きな間隔は、遠視野像におけるローブの数が多く彦るため 好ましくない。

従って、放射素子間の間隔が最小で、しかもＯｏでピークを示す単一の狭いビー ムで動作する位相ロックド・レーザ・１１ノーを提供することが望寸しい。

発明の概要 位相ロックド・財−ザ・アレーは、表面に実質的に平行な複数のチャンネルを有 する基体を含んでいる。第１の被覆層、案内層と活性層とからなる空胴層、およ び第２の被覆層は基体の表面とチャンネル上に頃次重なり合っている。チャンネ ル上の第２の被覆層上に広い面積の電気接触部が設けられている。

各別のチャンネル上の個々の発振器は、主として案内層内においてそれらの瞬間 的な電界の重畳によって互いに結合されている。別々のチャンネル上に形成され たウェーフカイドは出方の広範囲にわたる高次ラテラル・モードの発振を抑制す る。広い面積の電気接触部を設けることにより、電流をチャンネル上の領域に制 限する必要なく、また閾値電流をそれ程増大させることなく、チャンネルを横切 って充分に一様な電流分布を与えることができる。

この発明はまたチャンネルの形成された基体上に平坦な活性層と案内層とを有す るレープ′・アレーを作る方法を含んでいる。この方法は、基体の表面上に、表 面に複数の波形を有するメサを形成し、続いて液相エピタクシによってチャンネ ル上に第１の被覆層、活性層、第２の被覆層を順次に被着し、さらに広い電気接 触部を形成する工程を含んでいる。被着の初期工程期間中に波形部分の凸面部分 がメルトバックすることにより、陸部分と共の層の成長を遅らせ、それによって チャンネルの形成された表面上に平坦な層を形成することができる。

図面の簡単な説明 施例の斜視図である。

第２図および第３図はこの発明の位相ロンクド・アレーの第２および第３の実施 例の断面図である。

第４図乃至第６図（は表面にチャンネルをもったメサの形成の個々の工程におけ る基体の断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 各図面において、この発明の別々の実施例における同じ素子には同じ参照番号が 付されている。

第１図において、レーザ・アレー１０は一定間隔の平行な端面１４を有する単結 晶半導体材料の本体１２からなり、端面上４はレーザ波長の光を反射し、端面１ ４の少なくとも一方はそこから光が放射されるように部分的に透明になっている 。本体Ｊ２はまた端面１４間にこれと垂直に伸ひる一定間隔の実質的に平行々側 面１６を有している。

本体］２は一定間隔の平行な第１お・よび第２の主表面２０．２２を有し、これ らの主表面は端面１４および側面１６のそハぞれの間に双方と垂直に伸びている 。第１の主表面２０には表面２４を有するメサ２３が形成されている。一定間熱 の実質的に平行な複数のＶ字形のチャンネル２６は、端面１４間に表面２４から メサ２３へある距離伸びている。第１の被覆層２Ｂは基体およびメサの表面２０ ．２４−をそれぞれ覆っており、且つチャンネル２６を満たしている。第１の被 覆層２８を覆う案内層３２と案内層３２上を覆う活性層３４とからなる空胴領域 ３ｏｆｄ第１の被覆層２Ｂ上に形成さねている。

第２の被覆層３６は空胴領域３０上に形成されており、蓋板層３８は第２の被４ １６上υて形成されている。チャンネル２６上を通って伸びる開孔４２を有する 電気絶縁層４０は蓋板＠３８十に形成されている。広い面積の電気的接触部４４ は開孔４２の領域内の被覆層３８および電気絶縁層４０上に形成されている。基 体の電気的接触部ｉｒｓにＩ基体１８の第２の主表面２２上に形成されている。

第２図に示すレーザ・アレー］、ｏｏ　ｉｆ：　ｚチャンネルコ０２が基体１８ の実質的に平坦な主表面１０４に入り込む距離伸びている点で第１図のアレーコ −０と異っている。１だチャンネル１０２はその底か平坦である点でアレー工Ｏ のチャンネル２６と異っている。

第３図に示すレーザ・アレー２００は、Ｖ字形チャンネル２０２が基体１８の実 質的に平坦な主表面２０４に入り込む距離伸びている点でアレーｌＯと異ってい る。アレー２００は、被覆層２日および３６、案内層３２、および活性層３４が 横方向に厚さが変化し、」−記案内層３２および活性層３４はチャンネル２０２ 上で最も厚くなっている点でアレーｌＯおよび１００と異っている。

この発明のレーザ・アレーは必要な反射係数の差をもったＧａＡｓ　、　ＡｌＧ ａＡｓのような材料で形成されている。これ以外にＩｎｐ　、、　ＧａおよびＡ ｓのような他のＩＩＩ族あるいは■族の元素を使用することもできる。テレー〇 特定の層のだめに使用することのできる合金は、活性層３４−の反射係数３４が 案内層３２の反射係数よりも大きく、案内層３２の反射係数は被覆層２８および ３６の反射係数よりも大きくなるようにされている必要かある。

基体１８および第１の被覆層２８は一方の導電形式であり、第２の被覆層３６お よび蓋板層３８は反対の導電形式である。

空胴領域３０では、案内層３２と活性層３４の位置は互いに交換することができ る。案内層３２は第１の被覆層２８と活性層３４との間に位置していることが好 ましく、この場合は、第］の被覆層２日と同じ導電形式をもっている。ある場合 には、案内層３２は活性層３４と第２の被覆層３６との間に配置、されており、 この場合は案内層３２は第２の被覆層硲６と同じ導、電形式をもっている。

基体」８は、（１００）結晶学面と平行な第１の主表面２０を有するＮ形ＧａＡ ｓからなることが好ましい。基体はとの配向とずれていてもよいが、（１００） 面を使用することが望外しい。チャンネルは一様な間隔であることが望ましく、 丑だ一般に約１．５μｍ（ミクロン）乃至２．４５７１ｍの間にあり、表面２０ における幅は、約４μｍ乃至６／ｉｍのチャンネルの相互間の代表的な中心間の 間隔が約３．５μｍ乃至４．５／１ｍとなっている。上記以上の中心間距離も有 効であるが、その場合は他の寸法はそれに従って変化する。一般にチャンネルＶ 字形でそれらの間に平坦な表面をもっている。これ以外にチャンネルは第２図に 示すような平坦な底のチャンネルのよう々他の形状であってもよい。

第１の被覆層２日、は一般にＮ形のＡ　ＩＹＧａ　＋　ｒ　Ａ　ｓによって構成 され、Ｖは約０．２０乃至０．４５、好ましくは約０．２５乃至０．３５である 。この層２８はチャンネル間の陸部分上では比較的薄く、約０．１μｍ乃至０　 、４．＃ｍの間にあり、一般には約０．２５７１ｍの厚みで、チャンネル内を満 たしていることが望外しく、その上に次の層が被着される第１の被覆層２８の平 坦な表面を形成している。あるいは第１の被覆層２８の被覆を、チャンネルが満 たされず、そのため第１の被覆層２８の表面が彎曲するように制御される場合も ある。

案内層３２は一般にＮ形のＡｌｘ　Ｇ　ａ　１□Ａｓによって形成され、Ｘは約 ０．］５乃至０．３０の間、好寸しくけ約０．１８乃至０．２５の間にある。こ の層は通常は平坦で、その厚みは約０．３．＃ｍ乃至０．６μｍの間、好捷しく は約０　、４μｍである。第３図に示すように層が平坦でなければ、チャンネル 上では通常約０．３μｍ乃至０．６．ｌ１ｍの厚み、チャンネル間の陸部分上で は約０．１μｍ乃至０．４／Ｚｍの１厚みである。

活性層具は通常Ａｌ、Ｇａ、　、Ａｓによって構成されており、ｙは約ｏ、ｏ乃 至０．１５の範囲、好なしくは約０．０３乃至０．１２の範囲にあり、ドープさ れて、いないことが好ましい。活性層３４が平坦であれば、一般には約０．０５ ｐｍ乃至０　、１２．！１ｍの厚さである。もしそ７ｈが逃゛曲した表面−Ｌに 形成されておれば、通常チャンネル上では約０．０５μｍ乃至０１１２μｍの厚 みであり、チャンネル間の平坦な陸部分上ではさらに薄いが、０ではない。

第２の被覆層３６は一般にＰ形のＡ　］、ｚ　Ｇ’ａ　＋　Ｚ　Ａ　ｓによって 構成され、２は約０．２５乃至０，４５の間にあり、好ましくは約０．２８乃至 ０．３５の範囲にある。この層は一般には約０．１８μｍ乃至１．５μｍの範囲 の厚みである。

蓋板層３８は一般にＰ形のＧａＡｓによって構成へれ、下層の半導体桐料と上層 の金属接触部との間を容易に電気的にオーム接触するために使用されている。こ の層は通常約０．５メｍ乃至１．０ｋｍの厚みである。

電気的絶縁層４０は、酸素あるいは蒸気中でシランのより うなシリコン含有ガスの熱的分解によって蓋板層３８上に被着された２酸化シリ コンから碌ることか好ましい。開孔４０は、標準の写真石版マスキング技法およ びエンチング処理を使って電気的絶縁層を貫通して蓋板層３日にまで形成されて いる。次いで広い面積の電気的接触部４４が開孔４２に露出された蓋板層３８上 に被着される。広い面積の電気的接触部４４は順次に蒸発されたチタン、白金、 および金によって形成されることが好捷しい。基体１日の主表面２２」二にはす すと銀を順次蒸着、焼結し、さらにニッケル層および金の層をめっきすることに より基体用の電気接触部４−６が被着される。米国特許第４．１７８．５６４号 明細書中でラダニ（Ｌａｄａｎｙ）氏他が述べているように、アレーの放射端面 １４は通常レーザ光の波長の約Ａ波長の厚みのＡｌ２Ｏ３あるいは同様な材料の 層によって被覆されている。米国特許第３．７０１．０４’７号明細書中でカブ ラン（Ｃａｐｌａｎ）氏他が述べているよう１て、反対側の端面１４は金層で被 覆された５１０２のような電気絶縁物からなる反射面で便われている。あるいは 米国特許第４，０９２，６５９号明細書中でエテンバーグ（Ｅｔｔｅｎｂｅｒｇ ）氏が述べているように、鏡は多層反射面であってもよい。これら３つの米国特 許は本明細書中で参考として引用されている。

この発明のレーデ・アレーは、周知の写真石版マスキング技法およびエツチング 処理を使用し、次いで本明細１中に参考として引用されている米国特許第３．７ ５＋３．８０１号明細書中でロックウッド（ＬＯＣｋＷＯＯｄ）氏他が示してい る標準の液相エピタクシ技法によってチャンネルを形成し、さらに米国特許第４ ．３４’７，４８６号明細書中でボテツ（Ｂｏｔｅｚ　）氏が述べている方法に よってチャンネルを含む基体表面上に層を被着して構成される。チャンネルを形 成するだめのエツチング処理は、特定の結晶学配向を有する表面の選択的な化学 的エツチング寸だはイオン・エツチングを含むことができる。これらの技術は当 技術分野で周知である。

上記の方法以外に第４図および第５図に示すように先づ一連の隣接するＶ字形の チャンネルを形成し、それに体３００は、好捷しくはその（コ、ｏｏ）結晶学面 の主表面３０２上に形成された５１０２のよう々耐エツチング材料からなる複数 の縞３０４を有している。縞は標準の写真石版マスキング技法およびエツチング 処理を使用して形成され、好ましくは（１００）配向面上に（０１イ）結晶学方 向に沿って配列されている。次いで基体の露出しだ表面上に選択的々エツチング が施こされて第５図に示すようなＶ字形のチャンネルが形成される。Ｖ字形のチ ャンネル４０２は、縞３０４を支持するだめに元の表面の小部分のみが残留する 点に才で上記縞３０４の下をエツチングすることによって形成される。縞の領域 外の表面３０２も除去されて新しい表面４０４が形成され、表面に複数の波形を もった〆すが残存する。

波形表面を有する基体（寸前記ロックウッド氏他が述べているような液相エピタ クシ装置中に挿入され、溶液に接角虫され、その溶液からチャンネル４０２およ び表面４０４に第１の層が被着されるっ液相エピタクシ被着処理の始期で生ずる 一連の事象は溶液の特性および溶液に接、触する基体表面の形状に強く依存する 。最も簡単な場合は、被着されるべき元素の飽和溶液および基体材料に対する溶 剤である元素が平坦な表面と接触される。この点では基体と溶液は平衡している ので、被着も基体のメルトバックも生しない。次に基体と溶液の組合わせが冷却 されると、溶液は過飽和状態になり、被着が生ずる。

しかしながら、表面が平坦でなく局部的に変化した曲率半径をもっていると、接 触溶液の飽和度も局部的に変化する。溶液が平坦な面に対して丁度飽和している と、表面の凹面部分では過飽和状態になり、表面の凸面部分では未飽和状態にな る。従って、表面の彎曲部分上では２つの効果が生ずる。先づ第１に、溶液が過 飽和状態）である表面の凹面部分では被着が起り、第２に溶液が未飽和の表面の 凸面部分では溶解が生ずる。

これらの原理を第６図に示すような基体３００の波形表面上に適用すると、波形 の凸面部分、すなわちチャンネルを形成する突出部の尖端はメルトバックを受け 、チャンネルを形成する波形の凹面部分相互間の平坦な陸部分を形成する。この メルトバックは新しく形成された陸部分上の成長を遅らせる。成長はチャンネル ４０２内で進行し、所定時間の経過後はチャンネル４０２上の被着層の表面と陸 部分５０２の表面は平坦になる。その後は成長は全平坦面上で一様に行なわれる 。

溶液の温度、使用される過冷却の程度、冷却率を注意深く制御することにより、 チャンネル上に平坦な層を形成するように波形表面上ＫＡＩＧａＡａ被覆層を被 着することができるということが判った。特に、初期成長温度として、一般に’ ７００’Ｃ乃至ｓｏｏ’ｃ、好寸しくけ約７６０”Ｃの溶液が平衡する温度を使 用すべきであることが判った。溶液および基体が低温に冷却される温度の範囲は 約２°Ｃ乃至１０’Ｃの間、好ましくは４°Ｃ乃至５°Ｃの間である。冷却速度 は毎分的０．５°Ｃ乃至５℃、好ましくは１°Ｃである。

この温度の範囲では、成長速さは、一般に使用される８５０°Ｃ乃至９５０°Ｃ の間の成長温度の範囲よりも著しく遅い。さらに、凸面のメルトバックを制御す ることができ、また平坦な表面を形成するようにチャンネル内の充填はより一層 容易に生ずる。温度が高くなればなる程、砒素の損失による波形表面の熱分解率 はより高くなる。

小間隔のレーザの位相合わせされたアレーを構成するための新規な方法の工程は 、両端面間に伸びる波形の軸とである。一般には、被着されるべき元素を含む溶 液は、本明細書中で参考として引用した米国特許第３　、　’７４１　、８２５ 号明細書中でロックウッド（Ｌｏｃｋｗｏｏｄ　）氏他が述べているようにソー ス・ウェハと接触して第１の温度で平衡している。溶液および基体は、凹表面お よび平面部分に対しては過飽和成長状態を生成し、凸表面部分に対しては僅かに 未飽和成長状態となるような温度範囲を通じて別々に冷却されることが好ましい 。溶液と基体は、ウェハを摺動させて溶液と接触させることにより接触され、・ それによって、波形部分の凸部または尖頭部の部分的なメルトバックを生じさせ 、波形部分の凹部すなわちチャンネル相互間に陸部分を形成する。第１の被着層 の被着がはじまり、また被着された層の平坦な表面が元の波形部分の凸部および 凹部上に形成される才で」二記第１の被着層の被着が継続する。次いて標準の液 相エピタクシ技法を使用してこの平坦な表面上にレーザ・アレーの残りの半導体 層が被着される。

順バイアス状態でレーザ・アレーを動作させると、活性チャンネル全体にわたっ て横方向（で伸びる広い面積の電気的接触部を通して電流が流れ込む。活性領域 の各チャンネル上でレーザ発生動作が生じ、各チャンネル上の活性層および案内 層の両方の内部でレーザ光ビームが伝播する。個々の発振器からの放射は、一般 にこの形式の単一発振に必要とされるような、電流をチャンネル上の活性層の部 分に閉じ込めるために何らの横方向の導電度の変化をも使用することなく基本的 ラテラル・モードであることが判つン逅。チャンネル間の陸部分」二の活性層お よび案内層にきわめて接近した吸収基体と結合された広い面積の接触部からの一 様な電流の組合７；っせけ基本的なラテラル・モードでのみ発振を牛じさせるの に充分であ４ ることは明らかである。この構成において、個々の発振器を互いにきわめて接近 させることにより、閾値電流が過大になるという損失を受けることなく上記の点 が可能である。

隣接するチャンネル上の発振器間の結合は、それらの瞬間的な光学場の重畳によ って行なわれる。この結合は、結合された発振器の各々が基本的ラテラル・モー ドで発振し、端面に直角な単一の出力ビームを発生することのできる発振器間で ００の位相シフトで行なわれる。あるいは、基本モードで発振する発振器に対し て、発振器の横方向の分離によって約５°乃至１０？の角度だけ離れた出力ビー ム中に１対の対象的出力ローブを生じさせることのできる発振器間で１８０℃位 相シフトで結合を行なうこともできる。

この発明を次の例によって説明する。しかしこの発明は次に説明する詳細な例に 限定されるものではない。

この発明の方法を使用して９素子位相ロックド・レーザ・アレーを構成した。Ｎ 形ＧａＡｓ基体ウェハの（１００）表面上に、５ＩＯ２から彦る３／１ｍの縞相 互間に２．Ｊｉｍの開孔を含む縞の群を有するマスクを形成した。縞の長手方向 は基体の（０１１）結晶学方向に沿って配列されている。次いで基体は、Ｈ２Ｓ Ｏ４：８Ｈ，、，０□：８Ｈ，Ｏからなるエツチング溶液中でエツチングされ、 チャンネル群が形成される。５ｉｎ２の縞のエツチングで深さが約２．２ノ１ｍ 、中心間の間隔が５ノ１ｍの１５ はゾ３角形のチャンネルを形成する。チャンネル頼域の外側の材料も取除かれて 、基体材料の３角形の部分は各セントに対する基体の残りの部分のエツチングに よって形成された表面から突出する。

次いで、］一つのピン（容器）に３グラムのＧａ　、　２５ミリグラム（ｍｇ　 ）のＧａＡｓ　、、１．９ミリグラムのＡ１．２００ミリク゛ラムのＳｎを混ぜ 合わせて調整された庵液を含むロンクララＦ氏他が述べている形式のマルチ−ビ ン・ポートニ基体を挿入する。溶液は７６０℃でソース・ウエノ・に対して平衡 している。次いで、基体と第１の被覆層用の成長溶液は、毎分約１　’Ｃの割合 で７６０℃の初期温度から約４°Ｃ乃至５°Ｃ個々に冷却される。次いで第１の 被覆層を被着させるために基体と溶液を接触させる。最初３角形の突出部分は約 １．３７ｔｍだけメルトノ＜ツクされ、０．９ノ１ｍの深さの３角形のチャンネ ルがそれらの間の平坦な陸部分と共に形成される。次いで層の被着が行なわれて 、次の順序で層、すなわち、酸部分上に０．２５ノ１ｍの厚みのＮ形のＡ１．３ Ｇ　ａ　ｏ　、ｙ　Ａ　ｓ層、Ｏ，ミｐｒｎの厚みのＮ形Ａ　ｌ　ｏ　、　２２ 　Ｇ　ａ　ｏ　、　７８　Ａ　Ｓの案内層、０．０６．Ａｍの厚みのＡ１０．０ ７Ｇａ［，９３””活性層、Ｑ、８．Ｉｊｒｎの厚みのＰ形のＡｌＧ、３５Ｇａ Ｑ、６５”’の第２の被覆層、および０．３μｍの厚みのＰ形のＧａＡｓ　Ｍ板 層が被着される。蓋板層−ヒに約０　、１）ｉｍの厚みの８１０２絶縁層が被着 され、次いで標準の写真石版およびエツチング技法を使用してチャンネル」二に 広い面積の接触部用の５０．Ｉ’ｍの幅の開孔が形成される。真空蒸着によって 酸化物および蓋板層上にＴｉ、ＰＬ。

Ａｕが被着される。ＡｇおよびＳｎの真空蒸着とそれに続く焼結工程によって基 板の電気的接触部が形成される。次いでこの基板はＮ１でめっきされ、さらにＡ ｕで被覆される。

次いでウェハは短冊状に割られる。短冊の第コ、の面は約０　、２’ｉ’、ｌｊ ｍの厚みのＡＩ、ｔＯｊで被覆され、第２の面は６層の誘電体積層反射層で被覆 される。次いで、短冊から作られた個々のダイスは試験用に組立てられる。

装置はｌ　ＫＨｚの周波数の持続波の’１ｏｏｎｓ　（ナノ秒）のパルスを使用 してパルス・モードで試験される。個々の装置は２５０ｍａ乃至４００ｍａの閾 値電流を示し、最高４００１のピーク・パルス出力、最高８０ｍｗの持続波出力 を示したつ試験された幾つかの装置は１８００の位相シフト動作と一致する２０ −ブの遠距離電磁界（フラウンホーファ領域）パターンを示した。他の装置はパ ルス・モード動作で００の位相シフト動作の乍−ロープ特性を示した。これらの 遠距離電磁界パターンの特性は、放射素子間の結合が駆動レベルの増加と共に増 加することが示す持続波出力の増加によって改善された。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 昭和６０年２月１５日 区 特許庁長官　志　賀　学　殿 Ａ　特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８４１００５４８ ！１発明の名称 位相ロックド半導体レーザ・アレーおよびその製造方法３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国　ニューヨーク州　１００２０ニユーヨーク　ロックフ ェラー　プラサ３０名称（’７５’７）アールシーニー　コーポレーション≠代 理人 住　所　郵便番号　６５１ 神戸市中央区雲井通７丁目１番１号 よ　補正書の提出年月日 １９８４年９月１１９日 衣　添附書類の目録 （１）　補正書の翻訳文　１通 請求の範囲 （１）　レーデ波長の光を反射し、少なくとも一方は部分的に透明な１対の間隔 を尿って平行に形成された端面を有し、且つ第］および第２の反対面の主表面を 有し、一方の主表面にチャンネルを具備した基体を含む半導体材料の本体と、 −に記基体の第１の主表面とチャンネルの表面上形成された第１の被覆層と、 上記第］の被覆層上に形成された案内層と、上記案内層上に形成された活性層と 、 空胴領域上に形成された第２の被覆層と、上記第２の被覆層に対する広い面積の 電気的接触部と、上記基体の第２の主表面に対する第２の電気的接触部とを含み 、 特徴として、上記基体の上記第１の主表面は、上記端面間に伸び、間隔を保って 実質的に平行に形成された複数のチャンネルとそれらの間のメサとを含み、」二 詔広い面積の電気的接触部は上記チャンネル上を横方向に伸び、 上記広い面積の電気的接触部の下のチャンネル上てレーザ発振が生じ、上記チャ ンネルは、これらのチャンネル上のレーザ発振モードが互いに位相ロックド・モ ードとなるような実効的距離だけ間隔を保って形成されている 位相ロックド半導体レーザ゛・アレー。

（２）第１の被覆層はチャンネルを充填し月つ乎坦な表面を有していることを特 徴とする請求の範囲第１項記載の位相ロックド半導体レーザ・アＩ／−０（３） 　案内層および活性層はチャンネル上およびそれらの間のメサ上で実質的に一様 な厚みを有することを特徴とする請求の範囲第２項記載の位相ロックド半導体レ ーザ・アレー。

（４）　チャンネルはＶ字形であり、一様な間隔を保って形成されていることを 特徴とする請求の範囲第３項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレー。

（５）　チャンネル間のメサは基体の残りの部分の第１の表面から外側に向けて 突出していることを特徴とする請求の範囲第４項記載の位相ロックド半導体アレ ー。

（６）　蓋板層が第２の被覆層」二に形成され、電気的絶縁層が上記蓋板層上に 形成され月つそれを貫通してチャンネル」二に伸びる開孔を有し、上記電気的絶 縁層中の開孔領域中の蓋板層上に広い面積の電気的接触部が形成されていること を特徴とする請求の範囲！］−項記載の位相ロックド半導体レーデ・アレー。

（７）基体および蓋板層はＧａＡｓで構成され、第１および第２の被覆層はＡｌ ＧａＡｓの合金で構成され、案内層は上記第」−および第２の被覆層よりも少な い量のアルミニウムを含むＡｌＧａＡｓで構成されていることを特徴とする請求 の範囲第６項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレー。

（８）　〆す上の案内層の厚みはメサ上の第コ−の被覆層」二の厚みよりも犬で あることを特徴とする請求の範囲第３項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレ ー。

（９）基体の表面上に第１の層を形成する工程と、基体を・その」二に形成され た第１の層と共に別々の溶液に順次接触さ゛せ、別々の溶液および基体を冷却し て上記第１の層の表面上にレーザの残りの層を被着させる工程とからなり、 特徴として、上記第１の層を形成する工程は基体の表面」−に複数の波形を形成 する工程を含み、上記波形は上記基体の残りの部分の表面から外側に突出してお シ、波形部分を有する基体の表面を第１の溶液に接触させて、波形部分の凸状部 分を部分的に溶解させて上記波形部分の凹状部分間に陸部分を形成し、さらに上 記波形部分の凹状部分お・よび陸部分上に第１の層を、この第１の層が平坦な表 面を持つまで被着させる、平坦な活性層と案内層を有する位相ロックド半導体レ ーザ・アレーを製造する方法。

（１０）第１の溶液を形成する工程は、この第１の溶液を平衡温度で平衡化し、 且つ該第１の溶液を低い温度に冷却する段階を含むことを特徴とする請求の範囲 第９項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレーを製造する方法。

（１１）基体は上記低温にあることを特徴とする請求の範囲第１Ｏ項記載の位相 ロックド半導体レーザ・アレーを製造する方法。

（１２）　基体はＧａＡｓであり、第コの溶液はＡｌ　、Ｇａ　、、およびＡｓ を含むことを特徴とする請求の範囲第１１項記載の位相ロックド半導体レーザ・ アレーを製造する方法。

（１３）基体の平坦な部分と接触する溶液が飽和する上記低い温度は約’７００ ’Ｃ乃至８００°Ｃの間にあることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の位相 ロンクド半導体レーザ・アレーを製造する方法。

（１４）　上記低い諦度は約’ｌ’６０℃であることを特徴とする請求の範囲第 １３項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレーの製造方法。

（１５）　平衡状態と低い温度との間の差は約２°Ｃ乃至］−〇°Ｃの間にあり 、冷却速度は毎分約０．５°Ｃ乃至５°Ｃの間にあることを特徴とする請求の範 囲第１４項記載の位相ロンクド半導体レーザ・アレの製造方法。

（１６）上記温度差は約４°Ｃ乃至５°Ｃの間にあり、冷却速度は毎分１°Ｃで あることを特徴とする請求の範囲第１５項記載の位相ロックド半導体レーザ・ア レーの製造方法。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　レーザ波長の光を反射し、少なくとも一方は部分的に透明な１対の間隔 を保って平行に形成された端面を有し、且つ第１および第２の反対面の主表面を 有し、一方の主表面にチャンネルを具備した基体を含む半導体材料の本体と、 上記基体の第１の主表面とチャンネルの表面上に形成さ第１た第１の被覆層と、 上記第１の被覆層上に形成された空胴領域と、−に記空胴領域上に形成された第 ２の被覆層と、上記第２の被覆層に対する広い面積の電気的接触部と、上記基体 の第２の主表面に対する第２の電気的接触部とを含み、 特徴として、」１記基体の上記第１の主表面は、上記端面間に伸び、間隔を保っ て実質的に平行に形成された複数のヂＡ′ンネルとそれらの間のメサとを含み、 上記広い面積の電気的接触部は上記チャンネル上を横方向に伸び、 上記広い面積の電気的接触部の下のチャンネル−Ｌでレーザ発振が生じ、上記チ ャンネルは、これらのチャンネル上のレーザ発振モードが互いに位相ロックド・ モードとなるような実効的距離だけ間隔を保って形成されている、 位相ロックド半導体レーザ・アレー。 （２）　空胴領域は第］の被莫層十に形［戊された案内層と、該案内層上に形成 された活性層とからなることを特徴とする請求の範囲第１項記載の位相ロックド 半導体レーザ・アレー。 （３）　第１の被覆層はチャンネルを充填しており、平坦な表面を有することを 特徴とする請求の範囲第２項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレー。 （１）案内層および活性層はチャンネル上およびそれらの間のメサ上で実質的に 一様な厚みを有することを特徴とする請求の範囲第３項記載の位相ロックド半導 体レーザ・アレー。 （５）　チャンネルばＶ字形であり、一様な間隔を保って形成されていることを 特徴とする請求の範囲第４項記載の位相ロックド半導体レーザ・７Ｌ／−８（６ ）　チャンネル間のメサは基体の残りの部分の第１の表面から外側に向けて突出 していることを特徴とする請求の範囲第５項記載の位相ロックド半導体レーザ・ アレー。 （７）蓋板層が第２の被覆層上に形成さね、電気的絶縁層が上記蓋板層上に形成 されＨつそれを貫通してチャンネル上に伸びる開孔を有し、」−記電気的絶縁層 中の開孔領域中の蓋板層上に広い面積の電気的接触部が形成さねていることを特 徴とする請求の範囲第２項記載の位相ロンクド半導体レーザ・アレー。 （８）基体および蓋板層はＧａＡｓで構成され、第］および第２の被覆層はＡ　 ］、Ｇ　ａ、Ａ　ｓの合金で構成され、案内層は」二記第１　オ、１：　ヒＩＫ 　２の被覆層よりも少ない最のアルミニウムを含むＡＩ、ＧａＡｓで構成されて いることを特徴とする請求の範囲第７項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレ ー。 （９）　メサ上の案内層の厚みはメサ上の第］の被覆層上の厚みよりも大である ことを特徴とする請求の範囲第４１項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレー 。 （１０）基体の表面上に第１の層を形成する工程と、基体をその上に形成された 第１の層と共に別々の溶液に順次接触させ、別々の溶液および基体を冷却して上 記第］の層の表面上にレーザの残りの層を被着させる工程とからなり、 特徴として、上記第１の層を形成する工程は基体の表面上に複数の波形を形成す る工程を含み、上記波形は上記基体の残りの部分の表面から外側に突出しており 、波形部分を有す、る基体の表面を第１の溶液に接触させて、波形部分の凸状部 分を部分的に溶解させて上記波形部分の凹状部分間に陸部分を形成し、さらに上 記波形部分の凹状部分および陸部分上に第１の層を、この第１の層が平坦な表面 を持つまで被着させる、平坦な活性層と案内層を有する位相ロンクド半導体レー ザ、アレーを製造する方法。 （１１）第１の溶液を形成する工程は、この第１の溶液を平衡温度で平衡化し、 且つ該第］の溶液を低い温度に冷却する段階を含むことを特徴とする請求の範囲 第１０項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレーを製造する方法。 （Ｉ２）基体は上記低温にあることを特徴とする請求の範囲第１１項記載の位相 ロックド半導体レーザ・アレーを製造する方法。 ０３）基体はＧａＡｓであシ、第１の溶液はＡＩ　、　Ｇａ　、およびＡｓを含 むことを特徴とする請求の範囲第１２項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレ ーを製造する方法。 （１４）基体の平坦な部分と接触する溶液が飽和する上記低い温度は約′７００ °Ｃ乃至８００°Ｃ・の間にあることを特徴とする請求の範囲第１３項記載の位 相ロックド半導体レーザ・アレーを製造する方法。 （１５）上記低い温度は約７６０°Ｃであることを特徴とする請求の範囲第１４ 項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレーの製造方法。 （１６）　平衡状態と低い温度との間の差は約２°Ｃ乃至コ−０°Ｃの間にあり 、冷却速度は毎分約０．５°Ｃ乃至５°Ｃの間にあることを特徴とする請求の範 囲第コー５項記載の位相ロックド半導体レーザ・アン−の製造方法。 ０乃」二記温度差は約４°Ｃ乃至５°Ｃの間にあり、冷却速度は毎分１℃である ことを特徴とする請求の範囲第１６項記載の位相ロックド半導体レーザ・アレー の製造方法。