(57)【要約】【課題】互いに波長が異なる複数のレーザ光を出力する半導体レーザアレイにおいて、複数のレーザ光をそれぞれ発生する複数の発光領域における利得ピーク波長を、当該レーザ光の波長にそれぞれ対応するように一意に且つ精度よく制御する。【解決手段】半導体レーザアレイ１０は、互いに波長が異なる複数のレーザ光を出力する。半導体レーザアレイ１０は、半導体基板と、半導体基板上に形成され複数のレーザ光それぞれを発生する複数の発光領域１７Ａ〜１７Ｅとを備える。複数の発光領域１７Ａ〜１７Ｅは、レーザ光の波長に対応する周期Λａ〜Λｅでもって並んで設けられた複数の量子細線１９Ａ〜１９Ｅを各々有する。発光領域１７Ａ〜１７Ｅにおける量子細線１９Ａ〜１９Ｅの細線幅Ｗａ〜Ｗｅは、当該発光領域が発生するレーザ光の波長に対応する幅であり、少なくとも二つの発光領域同士で細線幅が互いに異なる。【選択図】図４
2009043790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長が異なる複数のレーザ光を出力する半導体レーザアレイであって、
主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面上に該主面に沿った方向を長手方向として形成され、前記複数のレーザ光のそれぞれを発生する複数の発光領域と
を備え、
前記複数の発光領域のそれぞれは、当該発光領域が発生する前記レーザ光の波長に対応する周期でもって各発光領域の前記長手方向に並んで設けられた複数の量子細線を有しており、
前記複数の発光領域それぞれにおける各量子細線の前記長手方向の細線幅が、当該発光領域が発生する前記レーザ光の波長に対応する寸法に形成されており、前記複数の発光領域のうち少なくとも二つの発光領域同士で前記細線幅が互いに異なることを特徴とする、半導体レーザアレイ。
【請求項２】
前記複数の発光領域のうち少なくとも一部の発光領域における各量子細線の前記細線幅及び前記周期が、当該発光領域における利得ピーク波長とブラッグ波長とが略一致するように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザアレイ。
【請求項３】
前記複数の発光領域のうち一部の発光領域における各量子細線の前記細線幅及び前記周期が、当該発光領域における利得ピーク波長とブラッグ波長とが略一致するように形成されており、
前記一部の発光領域を除く他の二つ以上の発光領域における前記細線幅が前記発光領域同士で互いに等しいことを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
互いに波長が異なる複数のレーザ光を出力する半導体レーザアレイとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された半導体光素子は、複数のレーザ光の波長を互いに異ならせるために、次のような方法を採用している。すなわち、発光領域を含む複数の導波路構造を選択成長技術を用いて形成する際に、各導波路構造間にダミー成長領域を設け、その幅及び位置を各導波路構造間で異ならせている。これにより、選択成長時における各導波路構造周辺の半導体材料の密度を変化させて、発光領域（量子井戸構造）の組成及び層厚を発光領域毎に変化させ、レーザ利得が最大となる波長（利得ピーク波長）を発光領域毎に異ならせている。加えて、各発光領域の利得ピーク波長に対応した周期を有する回折格子を各導波路構造内に形成して、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed FeedBack）レーザアレイとしている。
【特許文献１】特開２００２−２８９９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、ダミー成長領域の幅や位置に応じて量子井戸構造の組成及び層厚の双方が変化するので、利得ピーク波長を任意の値に制御することが難しい。すなわち、利得ピーク波長は量子井戸の組成により変化し、また量子井戸の層厚によっても変化するが、特許文献１に記載された方法ではこれらを独立して制御することができないので、ダミー成長領域の幅や位置と利得ピーク波長との関係を予測することが困難である。また、特許文献１に記載された方法では、利得ピーク波長を決定する量子井戸の組成や膜厚を、ダミー成長領域の幅や位置により間接的に制御しているので、利得ピーク波長の精度（再現性）が低く抑えられてしまう。
【０００４】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、互いに波長が異なる複数のレーザ光を出力する半導体レーザアレイにおいて、複数のレーザ光をそれぞれ発生する複数の発光領域における利得ピーク波長を、当該レーザ光の波長にそれぞれ対応するように一意に且つ精度よく制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、本発明による半導体レーザアレイは、互いに波長が異なる複数のレーザ光を出力する半導体レーザアレイであって、主面を有する半導体基板と、半導体基板の主面上に該主面に沿った方向を長手方向として形成され、複数のレーザ光のそれぞれを発生する複数の発光領域とを備え、複数の発光領域のそれぞれは、当該発光領域が発生するレーザ光の波長に対応する周期でもって各発光領域の長手方向に並んで設けられた複数の量子細線を有しており、複数の発光領域それぞれにおける各量子細線の長手方向の細線幅が、当該発光領域が発生するレーザ光の波長に対応する寸法に形成されており、複数の発光領域のうち少なくとも二つの発光領域同士で細線幅が互いに異なることを特徴とする。
【０００６】
上記した半導体レーザアレイは、いわゆる複素結合型ＤＦＢレーザの構成を備えている。すなわち、各発光領域が複数の量子細線を有しており、該複数の量子細線は、当該発光領域が出力しようとするレーザ光の波長に対応する周期でもって各発光領域の長手方向に並んで設けられている。また、上記した半導体レーザアレイにおいては、発光領域の長手方向における各量子細線の細線幅が、当該発光領域が発生するレーザ光の波長（ブラッグ波長）に対応する寸法に形成されており、その結果として、複数の発光領域のうち少なくとも二つの発光領域同士で細線幅が互いに異なっている。
【０００７】
量子細線の細線幅と発光領域の利得ピーク波長との間には、直接的な相関がある。例えば、量子細線の細線幅が狭くなると、当該発光領域の利得ピーク波長は短波長側へ変化する。逆に、量子細線の細線幅が広くなると、当該発光領域の利得ピーク波長の短波長化はほとんど生じず、量子細線構造を有しない場合の利得ピーク波長に近い値となる。このことから、量子細線の細線幅と利得ピーク波長との関係を予測することは容易である。また、量子細線の細線幅は、複数の発光領域が一つの基板上に設けられている場合であっても、電子ビーム露光法などにより、発光領域毎に異なる寸法に極めて高い精度で形成可能である。したがって、量子細線の細線幅によって利得ピーク波長を制御すれば、複数の発光領域における利得ピーク波長を、当該発光領域が発生するレーザ光の波長にそれぞれ対応するように一意に且つ精度よく制御できる。更に、量子細線の周期によって定まるレーザ光の波長（ブラッグ波長）に対応するように量子細線の細線幅を形成することにより、各発光領域における単一モード発振を好適に実現できる。
【０００８】
また、半導体レーザアレイは、複数の発光領域のうち少なくとも一部の発光領域における各量子細線の細線幅及び周期が、当該発光領域における利得ピーク波長とブラッグ波長とが略一致するように形成されていることを特徴としてもよい。これにより、上記少なくとも一部の発光領域において利得と発振波長とを整合させ、単一モード発振をより好適に実現できる。
【０００９】
また、半導体レーザアレイは、複数の発光領域のうち一部の発光領域における各量子細線の細線幅及び周期が、当該発光領域における利得ピーク波長とブラッグ波長とが略一致するように形成されており、一部の発光領域を除く他の二つ以上の発光領域における細線幅が発光領域同士で互いに等しいことを特徴としてもよい。或る細線幅によって得られるレーザ利得が広い波長域に亘って十分に大きい場合には、ブラッグ波長が利得ピーク波長の近傍に存在すれば単一モード発振を十分に実現できる。したがって、このような細線幅でもって上記二つ以上の発光領域の細線幅を互いに等しく設定し、これらの発光領域のブラッグ波長が互いに異なるように量子細線の周期を設定しても良く、複数の発光領域における単一モード発振を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、互いに波長が異なる複数のレーザ光を出力する半導体レーザアレイにおいて、複数のレーザ光をそれぞれ発生する複数の発光領域における利得ピーク波長を、当該レーザ光の波長にそれぞれ対応するように一意に且つ精度よく制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザアレイの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザアレイの構造を示す一部切欠き斜視図である。また、図２は、図１に示すII−II線に沿った断面を示す平面断面図である。図１を参照すると、半導体レーザアレイ１０は、主面３７ａを有する半導体基板３７と、主面３７ａ上に形成された複数の半導体レーザ部１１Ａ〜１１Ｅとを備えている。半導体基板３７としては、例えばｐ型ＩｎＰ基板が好適に用いられる。
【００１３】
複数の半導体レーザ部１１Ａ〜１１Ｅは、それぞれが複素結合型ＤＦＢレーザの構成を備えており、互いに波長が異なる複数のレーザ光をそれぞれ出力する。複数の半導体レーザ部１１Ａ〜１１Ｅは、半導体基板３７の主面３７ａに沿った所定方向を長手方向としてそれぞれ形成され、また該長手方向と交差する方向に並んで形成されている。半導体レーザ部１１Ａ〜１１Ｅは、第１の光閉じ込め層１３Ａ〜１３Ｅと、第２の光閉じ込め層１５Ａ〜１５Ｅと、発光領域１７Ａ〜１７Ｅとをそれぞれ有している。なお、第１の光閉じ込め層１３Ａ〜１３Ｅ及び第２の光閉じ込め層１５Ａ〜１５Ｅの構成材料としては、例えばＧａＩｎＡｓＰが好適である。第１の光閉じ込め層１３Ａ〜１３Ｅ、第２の光閉じ込め層１５Ａ〜１５Ｅ、及び発光領域１７Ａ〜１７Ｅは、所定方向に沿って延びる半導体メサ２５Ａ〜２５Ｅを構成している。
【００１４】
発光領域１７Ａ〜１７Ｅは、半導体基板３７の主面３７ａに沿った方向を長手方向としてそれぞれ形成され、各半導体レーザ部１１Ａ〜１１Ｅが出力するレーザ光を発生する。発光領域１７Ａ〜１７Ｅは、それぞれ第１の光閉じ込め層１３Ａ〜１３Ｅと第２の光閉じ込め層１５Ａ〜１５Ｅとの間に設けられている。また、図２に示すように、発光領域１７Ａは、複数の量子細線１９Ａと中間半導体領域２１Ａとを含んで構成されている。同様に、発光領域１７Ｂは複数の量子細線１９Ｂと中間半導体領域２１Ｂとを含んで構成されており、発光領域１７Ｃは複数の量子細線１９Ｃと中間半導体領域２１Ｃとを含んで構成されており、発光領域１７Ｄは複数の量子細線１９Ｄと中間半導体領域２１Ｄとを含んで構成されており、発光領域１７Ｅは複数の量子細線１９Ｅと中間半導体領域２１Ｅとを含んで構成されている。
【００１５】
図２に示すように、量子細線１９Ａ〜１９Ｅは、発光領域１７Ａ〜１７Ｅが発生しようとするレーザ光の波長に対応する周期Λ（ラムダ）ａ〜Λｅ（Λａ〜Λｅは互いに異なる長さ。本実施形態ではΛａ＞Λｂ＞Λｃ＞Λｄ＞Λｅ）でもって各発光領域の長手方向に並んで設けられている。また、発光領域１７Ａ〜１７Ｅの長手方向における量子細線１９Ａ〜１９Ｅそれぞれの幅（細線幅）Ｗａ〜Ｗｅは、各発光領域１７Ａ〜１７Ｅが発生するレーザ光の波長（すなわち、量子細線１９Ａ〜１９Ｅの周期Λａ〜Λｅにより定まるブラッグ波長）に対応する幅に設定されている。例えば本実施形態においては、発光領域１７Ａ及び１７Ｂの細線幅Ｗａ及びＷｂは周期Λａ及びΛｂの双方に対応する幅Ｗ１に設定されており、発光領域１７Ｃの細線幅Ｗｃは周期Λｃに対応する幅Ｗ２（＜Ｗ１）に設定されており、発光領域１７Ｄの細線幅Ｗｄは周期Λｄに対応する幅Ｗ３（＜Ｗ２）に設定されており、発光領域１７Ｅの細線幅Ｗｅは周期Λｅに対応する幅Ｗ４（＜Ｗ３）に設定されている。このように、細線幅Ｗａ〜Ｗｅを各発光領域１７Ａ〜１７Ｅのブラッグ波長に対応する幅に設定すると、その結果として、発光領域１７Ａ〜１７Ｅのうち少なくとも二つの発光領域（本実施形態では発光領域１７Ａ（または１７Ｂ）、１７Ｃ、１７Ｄ及び１７Ｅ）同士で細線幅が互いに異なることとなる。
【００１６】
また、図２に示すように、複数の量子細線１９Ａ同士の隙間は中間半導体領域２１Ａによって埋め込まれている。同様に、複数の量子細線１９Ｂ同士の隙間は中間半導体領域２１Ｂによって埋め込まれ、複数の量子細線１９Ｃ同士の隙間は中間半導体領域２１Ｃによって埋め込まれ、複数の量子細線１９Ｄ同士の隙間は中間半導体領域２１Ｄによって埋め込まれ、複数の量子細線１９Ｅ同士の隙間は中間半導体領域２１Ｅによって埋め込まれている。なお、量子細線１９Ａ〜１９Ｅの構成材料としては、例えばアンドープＧａＩｎＡｓＰが好適である。また、中間半導体領域２１Ａ〜２１Ｅの構成材料としては、例えばアンドープＩｎＰが好適である。
【００１７】
図３は、発光領域１７Ａの長手方向に沿った断面を示す側面断面図である。なお、発光領域１７Ｂ〜１７Ｅの断面構造については、図３に示す発光領域１７Ａの断面構造と同様なので説明を省略する。既に述べたように、複数の量子細線１９Ａは周期Λａで並んで形成されており、複数の量子細線１９Ａ同士の隙間は中間半導体領域２１Ａによって埋め込まれている。そして、図３に示すように、量子細線１９Ａ（及び１９Ｂ〜１９Ｅ）は多重量子井戸構造を有しており、障壁層（バリア層）１９ｆと井戸層１９ｇとが交互に積層されて成る。
【００１８】
なお、量子細線１９Ａ（及び１９Ｂ〜１９Ｅ）の多重量子井戸構造は、圧縮歪の井戸層１９ｇ及び引張り歪の障壁層１９ｆを含む歪補償量子井戸構造であることが好ましい。また、この場合、井戸層の圧縮歪量が１．０％程度、障壁層の引張り歪量が−０．１５％程度であると尚良い。また、量子細線構造を形成することに伴う活性層体積の減少による実効利得の低下を補うために、井戸層の層数は４以上であることが好ましい。
【００１９】
図１及び図２を再び参照すると、半導体レーザアレイ１０は、ｐ型（第１導電型）クラッド層２７と、ｎ型（第２導電型）クラッド層２９とを更に備えている。ｐ型クラッド層２７は、第１の光閉じ込め層１３Ａ〜１３Ｅと半導体基板３７との間に位置しており、ｎ型クラッド層２９は第２の光閉じ込め層１５Ａ〜１５Ｅ上に位置している。ｐ型クラッド層２７及びｎ型クラッド層２９は、半導体基板３７の主面３７ａ上の全面に亘って設けられており、半導体メサ２５Ａ〜２５Ｅを上下から挟んでいる。
【００２０】
また、半導体メサ２５Ａ〜２５Ｅは、埋め込み領域３１によってその側面が埋め込まれている。埋め込み領域３１は、例えば第１のｐ型電流狭窄層３１ａ、ｎ型電流狭窄層３１ｂ、及び第２のｐ型電流狭窄層３１ｃによって構成される。第１のｐ型電流狭窄層３１ａは、半導体メサ２５Ａ〜２５Ｅが設けられた領域を除くｐ型クラッド層２７上の領域に設けられ、ｐ型クラッド層２７の該領域及び半導体メサ２５Ａ〜２５Ｅの側面を覆っている。ｎ型電流狭窄層３１ｂは、第１のｐ型電流狭窄層３１ａ上に設けられている。第２のｐ型電流狭窄層３１ｃは、ｎ型電流狭窄層３１ｂと、前述したｎ型クラッド層２９との間に設けられている。これらの電流狭窄層３１ａ〜３１ｃは、例えばｎ型（またはｐ型）ＩｎＰからなる。
【００２１】
また、ｎ型クラッド層２９上には、絶縁膜３３及び第１の（カソード）電極膜３５が形成されている。絶縁膜３３は半導体メサ２５Ａ〜２５Ｅに対応する開口を有しており、ｎ型クラッド層２９と電極膜３５とが該開口を介してオーミック接触を成している。半導体基板３７の主面３７ａとは反対側の裏面には第２の（アノード）電極膜３９が設けられており、第２の電極膜３９と半導体基板３７とがオーミック接触を成している。
【００２２】
続いて、発光領域１７Ａ〜１７Ｅに形成された量子細線１９Ａ〜１９Ｅの周期Λａ〜Λｅ及び細線幅Ｗａ〜Ｗｅの関係について、更に詳しく説明する。図４は、半導体基板３７の主面３７ａ上に設けられた半導体メサ２５Ａ〜２５Ｅを模式的に示す斜視図であり、量子細線１９Ａ〜１９Ｅの周期Λａ〜Λｅ及び細線幅Ｗａ〜Ｗｅを図示している。また、図５（ａ）及び（ｂ）は、各発光領域１７Ａ〜１７Ｅの利得波長特性Ｇａ〜Ｇｅと、各発光領域１７Ａ〜１７Ｅのブラッグ波長λＢａ〜λＢｅとの関係を示す図である。図５（ａ）は利得波長特性Ｇａ〜Ｇｅを示しており、横軸は波長を、縦軸は利得をそれぞれ表している。また、図５（ｂ）は図５（ａ）の波長軸におけるブラッグ波長λＢａ〜λＢｅの位置を示している。
【００２３】
量子細線の細線幅と発光領域の利得が最大となる波長（利得ピーク波長）との間には、直接的な相関がある。例えば、量子細線の細線幅が狭くなると、当該発光領域の利得ピーク波長は短波長側へ変化する。逆に、量子細線の細線幅が広くなると、当該発光領域の利得ピーク波長の短波長化はほとんど生じず、量子細線構造を有しない場合の利得ピーク波長に近い値となる。具体的には、図５（ａ）において、利得波長特性Ｇａの利得ピーク波長λＧａは、量子細線１９Ａの細線幅Ｗａ（図４参照）に応じた値となる。同様に、利得波長特性Ｇｂ〜Ｇｅの利得ピーク波長λＧｂ〜λＧｅは、量子細線１９Ｂ〜１９Ｅの細線幅Ｗｂ〜Ｗｅに応じた値となる。また、利得波長特性Ｇａ〜Ｇｅの帯域幅も量子細線１９Ａ〜１９Ｅの細線幅Ｗａ〜Ｗｅに応じて定まり、細線幅が狭くなるほど帯域幅が狭くなる傾向がある。なお、本実施形態ではＷａ＝Ｗｂ＞Ｗｃ＞Ｗｄ＞Ｗｅなので、λＧａ＝λＧｂ＞λＧｃ＞λＧｄ＞λＧｅとなっている。
【００２４】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、本実施形態では、複数の発光領域１７Ａ〜１７Ｅのうち一部の発光領域１７Ｃ〜１７Ｅにおいて、利得ピーク波長λＧｃ及びブラッグ波長λＢｃ、利得ピーク波長λＧｄ及びブラッグ波長λＢｄ、並びに利得ピーク波長λＧｅ及びブラッグ波長λＢｅがそれぞれ互いに略一致するように、量子細線１９Ｃ〜１９Ｅの周期Λｃ〜Λｅ及び細線幅Ｗｃ〜Ｗｅが設定されている。また、これらの発光領域１７Ｃ〜１７Ｅを除く他の発光領域１７Ａ及び１７Ｂにおいては、細線幅Ｗａ，Ｗｂが互いに等しい長さ（Ｗ１）に設定されており、周期Λａ及びΛｂは、細線幅Ｗ１によって定まる利得波長特性Ｇａ（Ｇｂ）において、ブラッグ波長λＢａ，λＢｂにおけるレーザ利得が十分に大きくなるように設定されている。以下に、これらの数値の具体例を示す。なお、以下に示す値は、波長λＢａ〜λＢｅを、ＣＷＤＭ（Coarse Wavelength-Division Multiplexing）通信方式におけるＣバンド及びＬバンドに対応させた場合を示している。
発光領域１７Ａ：λＢａ＝１６１０［ｎｍ］、Ｗａ＝９０［ｎｍ］、Λａ＝２５１．６［ｎｍ］
発光領域１７Ｂ：λＢｂ＝１５９０［ｎｍ］、Ｗｂ＝９０［ｎｍ］、Λｂ＝２４８．４［ｎｍ］
発光領域１７Ｃ：λＢｃ＝１５７０［ｎｍ］、Ｗｃ＝４７［ｎｍ］、Λｃ＝２４５．３［ｎｍ］
発光領域１７Ｄ：λＢｄ＝１５５０［ｎｍ］、Ｗｄ＝２８［ｎｍ］、Λｄ＝２４２．２［ｎｍ］
発光領域１７Ｅ：λＢｅ＝１５３０［ｎｍ］、Ｗｅ＝２０［ｎｍ］、Λｅ＝２３９．１［ｎｍ］
【００２５】
本実施形態に係る半導体レーザアレイ１０によって得られる効果について説明する。半導体レーザアレイ１０は、いわゆる複素結合型ＤＦＢレーザの構成を備えている。すなわち、各発光領域１７Ａ〜１７Ｅが量子細線１９Ａ〜１９Ｅを有しており、量子細線１９Ａ〜１９Ｅは、当該発光領域が出力しようとするレーザ光の波長λＢａ〜λＢｅに対応する周期Λａ〜Λｅで設けられている。また、各発光領域１７Ａ〜１７Ｅにおける細線幅Ｗａ〜Ｗｅは、当該発光領域のブラッグ波長λＢａ〜λＢｅに対応する寸法に形成されており、その結果として、複数の発光領域１７Ａ〜１７Ｅのうち少なくとも二つの発光領域同士で細線幅が互いに異なっている。
【００２６】
前述したように、量子細線の細線幅と発光領域の利得ピーク波長との間には、直接的な相関がある。したがって、量子細線の細線幅と利得ピーク波長との関係を予測することは容易であり、所望の利得ピーク波長λＧａ〜λＧｅに対応する細線幅Ｗａ〜Ｗｅを容易に決定できる。また、量子細線１９Ａ〜１９Ｅの細線幅Ｗａ〜Ｗｅは、一つの半導体基板３７上に複数設けられた発光領域のそれぞれにおいて、相互に異なる寸法に極めて高い精度で形成可能である。したがって、量子細線１９Ａ〜１９Ｅの細線幅Ｗａ〜Ｗｅによって利得ピーク波長λＧａ〜λＧｅを制御すれば、一つの半導体基板３７上において、利得ピーク波長λＧａ〜λＧｅを所望の値に一意に且つ精度よく制御できる。更に、利得ピーク波長λＧａ〜λＧｅとブラッグ波長λＢａ〜λＢｅとが相互に対応するように量子細線１９Ａ〜１９Ｅの細線幅Ｗａ〜Ｗｅを設定することにより、各発光領域１７Ａ〜１７Ｅにおける単一モード発振を好適に実現できる。すなわち、本実施形態に係る半導体レーザアレイ１０によれば、例えばＣＷＤＭ通信方式におけるＣバンド及びＬバンドの双方をカバーできるような広帯域のレーザアレイを実現できる。
【００２７】
また、本実施形態のように、複数の発光領域１７Ａ〜１７Ｅのうち少なくとも一部の発光領域（本実施形態では発光領域１７Ｃ〜１７Ｅ）における細線幅Ｗｃ〜Ｗｅ及び周期Λｃ〜Λｅが、当該発光領域における利得ピーク波長とブラッグ波長とが略一致するように形成されていることが好ましい。これにより、上記少なくとも一部の発光領域において利得と発振波長とが整合し、単一モード発振をより好適に実現できる。
【００２８】
また、本実施形態のように、複数の発光領域１７Ａ〜１７Ｅのうち一部の発光領域１７Ｃ〜１７Ｅにおける細線幅Ｗｃ〜Ｗｅ及び周期Λｃ〜Λｅが、当該発光領域における利得ピーク波長とブラッグ波長とが略一致するように形成されており、他の発光領域１７Ａ及び１７Ｂにおける細線幅Ｗａ，Ｗｂが互いに等しく形成されてもよい。図５（ａ）に示した利得波長特性Ｇａ，Ｇｂのように、或る細線幅（Ｗ１）によって得られるレーザ利得が広い波長域に亘って十分に大きい場合には、利得ピーク波長とブラッグ波長とが一致していなくても単一モード発振を十分に実現できる。したがって、このような細線幅（Ｗ１）でもって細線幅Ｗａ，Ｗｂを互いに等しく設定し、これらの発光領域１７Ａ，１７Ｂのブラッグ波長λＢａ，λＢｂが互いに異なるように周期Λａ，Λｂを設定しても良く、このような構成であっても、複数の発光領域１７Ａ〜１７Ｅにおける単一モード発振を好適に実現できる。
【００２９】
続いて、図６〜図９を参照しながら、上記実施形態に係る半導体レーザアレイを作製する方法における主要な工程について説明する。
【００３０】
まず、図６（ａ）に示すように、ｐ型ＩｎＰ半導体基板５１上にｐ型ＩｎＰクラッド層５３を成長する。この成長は、例えば有機金属気相成長炉を用いて成長される。次いで、ｐ型ＩｎＰクラッド層５３上に、量子井戸構造のための半導体積層５５を形成する。半導体積層５５は、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層５７、ＧａＩｎＡｓＰからなる多重量子井戸構造５９及びアンドープＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層６１を含む。半導体積層５５内の半導体膜は、例えば有機金属気相成長炉を用いて成長される。ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸構造５９は、交互に積層された複数の井戸層及び障壁層を有する。半導体積層５５の一例では、多重量子井戸構造５９を圧縮歪の井戸層及び引張り歪の障壁層を含む歪補償量子井戸構造とすることが好ましい。これにより、再成長界面における非発光再結合電流成分を低減できる。この場合、井戸層の圧縮歪量を１．０％、障壁層の引張り歪量を−０．１５％とすると尚良い。また、後の工程において量子細線構造を形成することに伴う活性層体積の減少による実効利得の低下を補うために、井戸層の層数は４以上であることが好ましい。なお、上記実施形態のように利得ピーク波長λＧａ〜λＧｅを１６１０［ｎｍ］〜１５３０［ｎｍ］の範囲で設定する場合には、本工程においてＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸構造５９のフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長が１６１０［ｎｍ］となるように組成および膜厚を調整するとよい。
【００３１】
続いて、量子細線を形成するためのマスクを半導体積層５５上に形成する。図６（ｂ）に示すように、マスクのために絶縁膜６３、例えばシリコン酸化膜といったシリコン系無機化合物膜を堆積する。この堆積は、例えば化学的気相成長法で行われる。この絶縁膜６３上に、レジスト６５を塗布する。
【００３２】
続いて、図７（ａ）に示すように、周期的に配列された複数のパターンをレジスト６５に転写することにより、レジストマスク６７を形成する。この工程において、レジストマスク６７は、図２に示した量子細線１９Ａ〜１９Ｅに対応するパターンを有するように形成される。レジストマスク６７の形成は、例えば、電子ビーム露光法、またはナノインプリント等のリソグラフィー技術を用いて行われる。
【００３３】
続いて、レジストマスク６７を用いて絶縁膜６３（シリコン酸化膜）をエッチングする。このエッチングは、例えば、ＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチング等を用いることができる。なお、この工程においてレジストマスク６７と絶縁膜６３（シリコン酸化膜、例えばＳｉＯ２）との選択比を確保するために、先の工程において絶縁膜６３の膜厚を１５〜２５［ｎｍ］とすることが好ましい。エッチングの後に、レジストマスク６７を除去すると、図７（ｂ）に示すように量子細線を形成するための複数のマスクパターン６９が形成される。マスクパターン６９の幅は、図２に示した量子細線１９Ａ〜１９Ｅの細線幅Ｗａ〜Ｗｅと等しく設定される。また、マスクパターン６９の配列周期は、量子細線１９Ａ〜１９Ｅの周期Λａ〜Λｅと等しく設定される。
【００３４】
続いて、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、マスクパターン６９を用いて半導体積層５５をエッチングし、量子細線７１Ａ〜７１Ｅをそれぞれ複数、一括して形成する。なお、図８（ａ）は量子細線７１Ａ〜７１Ｅを基板の主面側から見た平面図を示しており、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すVIII−VIII線に沿った側面断面図を示している。この工程において、半導体積層５５の光閉じ込め層６１及び多重量子井戸構造５９がエッチングされる。このエッチングの一例では、ＣＨ４／Ｈ２を用いたＲＩＥが用いられる。例えば、ＣＨ４／Ｈ２を用いたＲＩＥエッチングとこのエッチング中に半導体表面に堆積する炭素重合物を除去するためのＯ２アッシングとを繰り返すことにより、垂直性に優れた多層量子細線構造を形成できる。このエッチングの結果、光閉じ込め層５７上には、量子細線７１Ａ〜７１Ｅそれぞれが複数配列される。量子細線７１Ａ〜７１Ｅは、光閉じ込め層６１と多重量子井戸構造５９とを含む。量子細線７１Ａ〜７１Ｅはそれぞれ周期Λａ〜Λｅで配列され、量子細線７１Ａ〜７１Ｅの細線幅はそれぞれＷａ〜Ｗｅとされる。
【００３５】
その後、ドライエッチングによる損傷層を除去するために、ウェットエッチングを行う。このエッチングは、例えば硫酸系の溶液を用いる。ウェットエッチングの後、マスクパターン６９を除去する。例えば、シリコン酸化物からなるマスクパターン６９はバッファードフッ酸で除去される。
【００３６】
続いて、図８（ａ）に示すように、量子細線７１Ａ〜７１Ｅを埋め込むための半導体７３の再成長を行う。この埋め込みは、アンドープＩｎＰにより行われる。この埋め込み工程において、細線幅及び周期が異なる量子細線７１Ａ〜７１Ｅそれぞれの隙間を均一に埋め込んで平坦な再成長界面を得るために、埋め込み用のＩｎＰ成長速度は２５０［ｎｍ／ｈ］程度の低速であることが望ましい。埋め込み工程により、各量子細線７１Ａ〜７１Ｅにより提供される利得領域と、利得の無い中間半導体領域とが所定方向に交互に配列された周期構造が形成される。
【００３７】
続いて、図８（ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層７５及びｎ型ＩｎＰクラッド層７７を再成長する。これらの成長速度は、通常の成長速度、例えば１［μｍ／ｈ］程度である。この後に、必要な場合には、埋め込みヘテロ構造といった屈折率導波構造を形成するとよい。すなわち、半導体メサ（例えば幅１．０［μｍ］）を形成後、第１のｐ型ＩｎＰ電流狭窄層、ｎ型ＩｎＰ電流狭窄層、及び第２のｐ型ＩｎＰ電流狭窄層によって半導体メサの側面を埋め込む。これにより、図１及び図２に示した構成の半導体レーザアレイが完成する。
【００３８】
本発明による半導体レーザアレイは、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記した実施形態では構成材料の一例としてＩｎＰ系半導体を例示したが、ＧａＡｓ系半導体やＧａＮ系半導体など他の構成材料からなる半導体レーザアレイにも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザアレイの構造を示す一部切欠き斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すII−II線に沿った断面を示す平面断面図である。
【図３】図３は、発光領域の長手方向及び厚さ方向を含む断面を示す側面断面図である。
【図４】図４は、半導体基板の主面上に設けられた半導体メサを模式的に示す斜視図であり、量子細線の周期Λａ〜Λｅ及び細線幅Ｗａ〜Ｗｅを図示している。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、各発光領域の利得波長特性とブラッグ波長との関係を示す図である。図５（ａ）は利得波長特性を示しており、図５（ｂ）は図５（ａ）の波長軸におけるブラッグ波長の位置を示している。
【図６】図６は、本実施の形態に係る半導体レーザを作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る半導体レーザを作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本実施の形態に係る半導体レーザを作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図９】図９は、本実施の形態に係る半導体レーザを作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…半導体レーザアレイ、１１Ａ〜１１Ｅ…半導体レーザ部、１３Ａ〜１３Ｅ…第１の光閉じ込め層、１５Ａ〜１５Ｅ…第２の光閉じ込め層、１７Ａ〜１７Ｅ…発光領域、１９Ａ〜１９Ｅ…量子細線、２１Ａ〜２１Ｅ…中間半導体領域、２５Ａ〜２５Ｅ…半導体メサ、２７…ｐ型クラッド層、２９…ｎ型クラッド層、３１…埋め込み領域、３１ａ…第１のｐ型電流狭窄層、３１ｂ…ｎ型電流狭窄層、３１ｃ…第２のｐ型電流狭窄層、３３…絶縁膜、３５…第１の電極膜、３７…半導体基板、３９…第２の電極膜。
【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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