JP2000012952A - 半導体光導波路アレイの製造方法及びアレイ構造半導体光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １ウエハからの素子収量を大幅に増大でき、
且つ均一で高性能な特性を有する超高集積化された半導
体光導波路アレイの製造方法を提供する。 【解決手段】 本方法は、ストライプ状成長領域に、量
子井戸層を有する半導体多層構造、またはバルク層から
なる半導体多層構造を選択的に結晶成長させてなる光導
波路を複数本アレイ状に備えた半導体光導波路アレイの
製造方法である。本方法では、並列に延在する複数本の
ストライプ状成長領域をそれぞれ誘電体薄膜で挟んで形
成し、各成長領域に選択的に半導体多層構造を有機金属
気相成長法により結晶成長させる際、各成長領域が、結
晶成長時の反応管内での原料種の拡散長よりも短い間隔
で並列に形成されており、各成長領域の間に配設された
誘電体薄膜の幅はＷa であり、２本の最外側の成長領域
の各々の外側に配設された第１最外誘電体薄膜の幅Ｗ_m1
及び第２最外誘電体薄膜の幅Ｗ_m2が、それぞれ、Ｗ_m1＞
Ｗa 及びＷ_m2＞Ｗa である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光導波路ア
レイの製造方法及びアレイ構造半導体光素子に関し、更
に詳細には、均一な光素子特性を有し、しかも従来に比
べて大幅にアレイサイズを縮小した半導体光導波路アレ
イの製造方法及びその方法により製造されたアレイ構造
半導体光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】波長多重（ＷＤＭ）光通信システムの実
用化のためには、システムのキーデバイスである異波長
光源や波長選択光源を低コストで供給する技術を開発す
ることが必要不可欠である。なかでも、システムの使用
者側で任意の発振波長を選択できる波長選択光源は、そ
の使用上の簡便さから、システムの実用化のために強く
望まれている光源の一つである。波長選択光源の一つの
形態として、複数の相互に波長の異なる異波長光源を１
チップ上にモノリシック集積することが考えられてお
り、その一例として、異波長半導体レーザアレイが開発
されつつある。

【０００３】従来の異波長半導体レーザアレイの代表的
な作製方法の一つは、文献 IEE Electronics Letters V
ol. 28, no. 9, pp. 824-825（以下、参照する際には、
文献（１）とする）に報告されている作製方法である。
この方法では、まず、通常の有機金属気相成長法（ＭＯ
ＶＰＥ）等により、ＩｎＰ等のウエハ上に、多重量子井
戸（ＭＱＷ）等の活性層、及び光導波層を成長し、光導
波層上に、異なる周期の回折格子を電子ビーム露光法等
で形成する。その後、高抵抗埋め込み等によって電流ブ
ロック構造を形成し、アレイを構成する各半導体レーザ
をドライエッチング等により加工して電気的に分離し、
異波長半導体レーザアレイを構成する。この異波長半導
体レーザアレイでは、異周期回折格子によって、アレイ
を構成する各半導体レーザをそれぞれ異なる波長で、即
ち各回折格子のブラッグ波長に相当する波長で発振させ
ることが可能となる。

【０００４】しかし、この方法では、ＭＱＷ活性層の利
得ピーク波長がアレイ内で一定であるから、回折格子の
周期で決定される半導体レーザのブラッグ波長が変化
し、そのため、利得ピーク波長からずれるに従って、発
振時の光出力、しきい値電流等のレーザ特性が劣化する
という問題があって、異波長半導体レーザアレイを構成
する全ての半導体レーザから良好なレーザ特性を得るよ
うにすることはできなかった。

【０００５】この問題は、特開平８−１５３９２８（以
下、参照する際には、文献（２）とする）に開示された
異波長半導体レーザアレイの作製方法によって解決する
ことができる。この方法は、半導体レーザの利得を発生
するＭＱＷ活性層の成長に選択成長を用いる方法であ
る。この方法を用いると、回折格子で決定される各半導
体レーザの発振波長に、ＭＱＷ活性層の利得ピーク波長
を常に追随させることができ、異波長半導体レーザアレ
イを構成する全ての半導体レーザから、低しきい値電
流、高出力等の均一で良好なレーザ特性を得ることがで
きる。

【０００６】このように、良好な特性を有する異波長半
導体レーザアレイを実現するためには、１）発振波長を
変化させるための異周期回折格子を形成する技術と、
２）異周期回折格子の各ブラッグ波長の変化にＭＱＷ活
性層の利得ピーク波長を追随させる技術の両者が必要不
可欠といえる。この点から考えると、上記文献（２）に
開示された技術、即ち１）電子ビーム露光技術と、２）
選択成長技術を組み合わせた作製方法は、高性能な異波
長半導体レーザアレイを作製する上で必要な二つの必要
条件を満足することのできる技術といえる。

【０００７】しかし、この文献（２）の方法を用いて作
製する異波長半導体レーザアレイ等のアレイ構造半導体
光素子には、素子を低コストで供給する上で致命的な問
題があった。即ち、アレイ構造半導体光素子全体のサイ
ズの拡大である。文献（２）に示された作製方法で、例
えば、異波長半導体レーザアレイを作製した場合、アレ
イを構成する各半導体レーザの素子間隔は、２５０μm
程度となる。その結果、共振器長３００μm の８本（８
波長）の異波長半導体レーザアレイを作製した場合、ア
レイ素子全体のサイズは、２mm×３００μm 程度にもな
ってしまう。この原因は、文献（２）に示された選択成
長技術が、アレイを構成する各光導波路を挟んで、各々
幅４０μm 程度の誘電体マスクを用いることを必要とす
るため、隣り合うアレイ光導波路間で相互に誘電体マス
クが影響を与えないようにするには、最低でも２００μ
m 程度以上のアレイ間隔が必要になるからである。従っ
て、文献（２）の異波長半導体レーザアレイの製造方法
では、本質的にアレイ間隔を狭くすることができない。
このため、ウエハ１枚からのアレイ素子の収量は、半導
体レーザ１素子の収量の１／８以下になり、著しいコス
トの増大を招き、異波長半導体レーザアレイ等のアレイ
構造半導体光素子を実用化する上で深刻な問題であっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、文献
（１）、（２）等の異波長半導体レーザアレイの従来の
作製方法では、１）アレイを構成する全ての半導体レー
ザから良好で均一な特性を得ることができないこと、更
には、２）異波長半導体レーザアレイの素子サイズが大
きくなり、１枚のウエハからの収量が減少し、素子コス
トの著しい増大を招くこと、等の問題があった。

【０００９】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、アレイサイズの微細化を
可能とする半導体光導波路アレイの製造方法を提供する
ことにあり、また、アレイ構造半導体光素子において、
微細化された半導体光導波路アレイからなり、良好で均
一な特性を有するアレイ構造半導体光素子を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、後述する実
験例１〜３を含む多数の実験を重ねて、誘電体薄膜の幅
を特定することにより、アレイサイズを微細化し、ま
た、アレイを構成する隣り合う光導波路間で組成及び層
厚を可変にすることにより、均一な光素子特性を得るこ
とができることを見い出し、本発明を完成するに到っ
た。

【００１１】上記の目的を達成するために、本発明に係
る半導体光導波路アレイの製造方法は、基板上に誘電体
薄膜に挟まれて形成されたストライプ状成長領域に、量
子井戸層を有する半導体多層構造、またはバルク層から
なる半導体多層構造を選択的に結晶成長させてなる光導
波路を複数本アレイ状に備えた半導体光導波路アレイの
製造方法において、並列に延在する複数本のストライプ
状成長領域をそれぞれ誘電体薄膜で挟んで形成し、各成
長領域に選択的に量子井戸層を有する半導体多層構造、
またはバルク層からなる半導体多層構造を有機金属気相
成長法により結晶成長させる際、前記各成長領域が、結
晶成長時の反応管内での原料種の拡散長よりも短い間隔
で並列に形成されており、前記各成長領域の間に配設さ
れた誘電体薄膜の幅はＷa であり、２本の最外側の成長
領域の外側にそれぞれ配設された第１最外誘電体薄膜の
幅Ｗ_m1及び第２最外誘電体薄膜の幅Ｗ_m2が、Ｗ_m1＞Ｗa
及びＷ_m2＞Ｗa であることを特徴としている。

【００１２】また請求項２に記載の発明は、請求項１に
おいて、前記第１最外誘電体薄膜の幅Ｗ_m1と前記第２最
外誘電体薄膜の幅Ｗ_m2とをＷ_m1≠Ｗ_m2にすることによ
り、アレイを構成する各半導体光導波路の組成または層
厚を変化させることを特徴としている。

【００１３】また請求項３に記載の発明は、請求項１及
び２において、前記複数本の成長領域によってそれぞれ
挟まれた各領域は、誘電体薄膜によって完全に被覆され
ていることを特徴としている。

【００１４】また請求項４に記載の発明は、請求項１な
いし３のいずれか１項において、前記複数本の成長領域
の各々の隣同士の間隔が、５０μｍ以下であることを特
徴としている。

【００１５】また請求項５に記載の発明は、請求項１な
いし４のいずれか１項において、前記複数本の成長領域
の各々の幅が、１０μｍ以下であることを特徴としてい
る。

【００１６】また請求項６に記載の発明は、請求項１な
いし５のいずれか１項において、前記複数本の成長領域
の本数、または前記誘電体薄膜の幅Ｗa 、Ｗ_m1及びＷ_m2
のうち少なくともいずれか一つを前記成長領域の長手方
向に沿って変化させることにより、アレイを構成する各
光導波路の組成または層厚を前記成長領域の長手方向に
沿って変化させるようにしたことを特徴としている。

【００１７】また請求項７に記載の発明は、請求項１な
いし６のいずれか１項において、前記複数本の成長領域
の各間隔を前記成長領域の長手方向に沿って変化させる
ことにより、各半導体光導波路の間隔を変化させること
を特徴としている。

【００１８】また請求項８に記載の発明は、請求項１な
いし７のいずれか１項において、前記複数本の各成長領
域の幅、各成長領域の間隔、誘電体薄膜の幅Ｗa 、
Ｗ_m1、及びＷ_m2のうち少なくともいずれか一つが、基板
上に形成された半導体光導波路アレイ相互間で異なるこ
とを特徴としている。

【００１９】本発明に係るアレイ構造半導体光素子は、
基板上に誘電体薄膜に挟まれて形成されたストライプ状
成長領域に、量子井戸層を有する半導体多層構造、また
はバルク層からなる半導体多層構造を選択的に結晶成長
してなる光導波路を備えた半導体光素子において、前記
光導波路が、結晶成長時の反応管内の原料種の拡散長よ
りも短い間隔で複数本アレイ状に配設されていることを
特徴としている。

【００２０】また請求項１０に記載の発明は、請求項９
において、前記アレイ状に配設された光導波路のアレイ
本数が、１６以下であることを特徴としている。

【００２１】また請求項１１に記載の発明は、請求項９
において、前記光導波路が、５０μｍ以下の間隔にて複
数本アレイ状に配設されたことを特徴としている。

【００２２】また請求項１２に記載の発明は、請求項９
から１１のいずれか１項において、前記光導波路の幅が
１０μｍ以下であり、光導波路の側壁が選択成長により
形成された（１１１）Ｂ結晶面であることを特徴とす
る。

【００２３】また請求項１３に記載の発明は、請求項９
から１２のいずれか１項において、選択的に成長された
結晶のバンドギャップエネルギー、又は層厚のうちの少
なくとも一つが、隣り合う光導波路間で異なることを特
徴としている。

【００２４】また請求項１４に記載の発明は、請求項９
から１３のいずれか１項において、前記アレイ状光導波
路が、半導体バルク活性層からなり、電流注入により光
学利得を生じさせる光増幅器の機能を有することを特徴
としている。

【００２５】また請求項１５に記載の発明は、請求項９
から１３のいずれか１項において、前記アレイ状光導波
路が、多重量子井戸層（ＭＱＷ）からなり、光導波路の
両端または光導波路の近傍に光の反射機構を有し、電流
注入により光学利得を生じさせることにより、レーザ発
振させることを特徴としている。

【００２６】また請求項１６に記載の発明は、請求項９
から１３、又は１５のいずれか１項において、光の反射
機能が光導波路の近傍に設けられた回折格子によって生
じることを特徴としている。

【００２７】また請求項１７に記載の発明は、請求項１
６において、前記回折格子の周期が隣り合う光導波路間
で異なることを特徴としている。

【００２８】また請求項１８に記載の発明は、請求項９
から１７のいずれか１項において、前記アレイ状光導波
路の少なくとも一方の端に光のスポットサイズ変換器が
集積されたことを特徴としている。

【００２９】また請求項１９に記載の発明は、請求項９
から１８のいずれか１項において、前記アレイ状光導波
路の少なくとも一方の端に、スターカップラ、多モード
干渉器（ＭＭＩ、Multi Mode Interference ）から選択
される少なくとも１つの光合波器を集積したことを特徴
としている。

【００３０】また請求項２０に記載の発明は、請求項９
から１２または１５から１８のいずれか１項において、
前記アレイ構造半導体光素子が、発振波長９７０から９
９０ｎｍの範囲の半導体レーザアレイであることを特徴
としている。

【００３１】また請求項２１に記載の発明は、請求項９
から１２または１５から１８のいずれか１項において、
前記アレイ構造半導体光素子が、発振波長１４５０から
１５１０ｎｍの範囲の半導体レーザアレイであることを
特徴としている。

【００３２】本発明に係る複合共振器型多波長光源は、
請求項１４又は１５に記載のアレイ構造半導体光素子
と、回折格子等が形成された石英系Planer Lightwave C
ircuit（ＰＬＣ）とが、ハイブリッド集積されたことを
特徴としている。

【００３３】本発明に係る光モジュールは、請求項９か
ら２２のうちのいずれか１項に記載されたアレイ構造半
導体光素子の少なくとも一個が用いられていることを特
徴としている。

【００３４】また請求項２４に記載の発明は、請求項２
３において、さらにアレイ状に配設された半導体光素子
からの光出力を実質的に全集光する光学素子と、該光出
力を取出すことを特徴としている。

【００３５】また本発明に係る光モジュールは、少なく
ともアレイ構造半導体光素子と、該アレイ構造半導体光
素子からの光出力を導出する光ファイバと、当該アレイ
構造半導体光素子からの光出力をモニタする受光素子
と、からなる光モジュールであって、前記アレイ構造半
導体光素子が、請求項９から２１のいずれか１項に記載
のアレイ構造半導体光素子から選択された少なくとも１
つのアレイ構造半導体光素子であり、該アレイ構造半導
体光素子から出射された実質的に全光を前記光ファイバ
により導出することを特徴としている。

【００３６】また請求項２６に記載の発明は、請求項２
３から２５のいずれか１項において、アレイ状に配設さ
れた半導体光素子からの光出力された波長を制御する波
長フィルタをさらに有することを特徴としている。

【００３７】本発明に係る光通信システムは、請求項９
から２１のうちのいずれか１項に記載されたアレイ構造
半導体光素子の少なくとも１個が用いられていることを
特徴としている。

【００３８】本発明方法では、選択成長用のマスクとし
て、図１に示すような寸法と配置のＳｉＯ₂ を使用す
る。図１は本発明の選択成長で用いるＳｉＯ₂ 成長阻止
マスクパターンを示す。ＳｉＯ₂ マスクは、選択成長用
のマスクであって、ＩｎＰ基板９９上に形成し、複数本
のストライプ状成長領域１を挟んで、幅Ｗa のＳｉＯ₂
マスク２、幅Ｗ_m1のＳｉＯ₂ マスク３、幅Ｗ_m2のＳｉＯ
₂ マスク４からなる。このとき、各々の成長領域の幅Ｗ
₀ は、１．５μm に設定されている。以後、図１に示す
ようなマスクパターンを用いて、アレイ状成長領域に選
択的に結晶を成長する本発明の選択成長法を、簡単のた
め" 狭幅マイクロアレイ選択成長" と称する。狭幅マイ
クロアレイ選択成長では、結晶成長時の原料種の拡散長
よりも短い任意のアレイ間隔で並べられた複数本の狭幅
（１．５μm 幅）のストライプ状選択成長領域１に、多
重量子井戸（ＭＱＷ）等の結晶層を選択的に成長する。
各成長領域１に成長される結晶のバンドギャップ波長
は、基本的に、最も外側に配設したＳｉＯ₂ マスク３、
４の幅Ｗ_m1とＷ_m2を変化させることで制御できる。但
し、後述するように、ＳｉＯ₂ マスク２の幅Ｗa も成長
領域に成長される結晶の組成及び層厚に少なからず影響
を与えるパラメータである。

【００３９】実験例１ 実験例１では、まず、狭ストライプ幅（１．５μm 幅）
のアレイ状成長領域１の本数を８本（８チャンネル）、
アレイ間隔Λ＝１１．５μm とし、図２に示すように、
１．５０μm 組成圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰウエル／１．２
０μm 組成ＩｎＧａＡｓＰバリアの多層構造からなる多
重量子井戸（ＭＱＷ）層を有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ）により選択成長した。尚、図２は各チャンネルの
積層構造を示す。成長条件は、圧力１５０Torr、温度６
５０℃であり、ＳｉＯ2 マスク２、３、４の幅は、それ
ぞれＷa ＝１０μm 、Ｗ_m1＝Ｗ_m2＝Ｗ_m として、Ｗ_m の
値を５〜６０μm の間で変化させ、ＭＱＷ層のフォトル
ミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長のＳｉＯ2 マスク幅Ｗ
_m 依存性を調べ、その結果を図３に示した。図３は、Ｍ
ＱＷ層のフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長のＳ
ｉＯ₂ マスク幅Ｗm 依存性を示していて、横軸にチャン
ネル番号、縦軸にはＭＱＷ層のフォトルミネッセンス
（ＰＬ）ピーク波長を取っている。図３から判る通り、
Ｗ_m1= Ｗ_m2の場合、アレイ内の波長分布は、ｃｈ４ない
しｃｈ５を中心にしてｃｈ１〜ｃｈ８で完全に対称にな
る。また、ＰＬピーク波長のチャンネル内分布の中心値
は、ＳｉＯ₂ マスクの幅Ｗ_m を拡大させることで、短波
長から長波長へと１００ｎｍ以上の波長域に亘り変化さ
せることができる。但し、全チャンネルでほぼ均一なＰ
Ｌピーク波長分布を得るには、マスク幅Ｗ_mは、Ｗa と
等しいか、ある程度広くしなければならない。

【００４０】次に、マスク幅Ｗ_m に対する光導波層の層
厚依存性を調べ、その結果を図４に示した。図４では、
横軸にチャンネル番号、縦軸に光導波層の厚さを取って
いる。図４から判る通り、ＳｉＯ₂ マスクの幅Ｗ_m を拡
大するにしたがって、光導波層の層厚が厚くなる。層厚
分布は、図３のＰＬピーク波長分布と対応してほぼ同じ
分布形状をしており、光導波層の層厚もＳｉＯ₂ マスク
の幅Ｗ_m を変化させることで制御できることがわかっ
た。

【００４１】実験例２ 次に、実験例２として、Ｗ_m1≠Ｗ_m2の非対称なマスクを
用いた場合の、各チャンネルのＰＬピーク波長依存性を
調べ、その結果を図５に示した。図５では、横軸にチャ
ンネル番号、縦軸にフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピー
ク波長を取っている。図５から判る通り、Ｗ_m1＝１０μ
m 、Ｗ_m2＝７０μm のマスクを用いた場合、アレイ内の
ｃｈ１〜ｃｈ８間で、ＰＬピーク波長を、ほぼ線形に１
４８０〜１５８０ｎｍまで１００ｎｍの波長域に亘り変
化させることができる。また、Ｗ_m1＝１０μm 、Ｗ_m2＝
７０μm のマスクを用いたときに得られたＰＬスペクト
ルを図６に示す。全チャンネルで、強いＰＬ強度が維持
され、またＰＬ半値幅も十分狭い値が得られた。図６で
は、横軸に波長、縦軸に強度を取っている。一方、マス
ク幅の組み合わせとして、Ｗ_m1＝１０μm 、Ｗ_m2＝３０
μm を用いた場合は、図５に示すように、ｃｈ１〜ｃｈ
８間でのＰＬピーク波長の変化率をより緩やかにするこ
とができる。これらの結果は、狭幅マイクロアレイ選択
成長では、ＳｉＯ₂ マスクの幅Ｗ_m1とＷ_m2の組合わせを
適切に選ぶことにより、極めて狭い間隔で配設された半
導体光導波路アレイの各ＭＱＷ光導波路のバンドギャッ
プ波長を任意に制御できることを意味している。このよ
うに、本発明の狭幅マイクロアレイ選択成長技術が、極
小間隔アレイデバイスのバンドギャップ波長、及び層厚
制御に対して極めて有効であることが確認された。

【００４２】実験例３ 最後に、実験例３で、複数本のストライプ状成長領域の
間に配設されているＳｉＯ₂ マスク２の幅Ｗa が、選択
成長される結晶組成に与える影響について調べ、その結
果を図７に示した。この実験では、８チャンネルのアレ
イについて、Ｗ_m1＋Ｗ_m2＋（７×Ｗa ）＝９０μm （一
定）で、且つＷ_m1＝Ｗ_m2＝Ｗ_m の条件を用いて実験を行
った。つまり、積分したマスクの面積が常に一定となる
条件で実験を行った。図７は、Ｗa＝２、４、６、８、
１０μm （対応してアレイ間隔Λ＝３．５、５．５、
７．５、９．５、１１．５μm と変化）と変化させたと
きの、各チャンネルのＭＱＷ層のＰＬピーク波長依存性
を示す。Ｗa ＝２μm の場合（Ｗ_m の１／１９の幅）
は、チャンネル内の波長分布は下に凸型であり、Ｗa ＝
４μm の場合（Ｗ_m の約１／８の幅）に、チャンネル内
でほぼ均一な波長分布となり、Ｗa ＝１０μm の場合
（Ｗm と同じ幅）は、上に凸型の波長分布をとることが
わかった。この結果は、図３の実験で得られた結果、"
アレイ内の全チャンネルでほぼ均一なＰＬピーク波長分
布を得るには、マスク幅Ｗ_m はＷa と等しいか、ある程
度広くしなければならない" を裏付ける結果と言える。
更に新しい知見として、Ｗ_m ＞＞Ｗa の場合にも、ＰＬ
ピーク波長分布のチャンネル内均一性が劣化することが
わかった。これらのことから、Ｗa もアレイ内のＭＱＷ
層のバンドギャップ波長制御に少なからず影響を与える
パラメータであることがわかった。

【００４３】最後に、ここでは図を用いて説明はしない
が、狭幅マイクロアレイ選択成長では、アレイ状成長領
域の幅Ｗ₀ （図１参照）を導波路方向で適切に変化させ
ることによって、成長される結晶のバンドギャップ波長
制御の自由度を拡大することができる。例えば、Ｗ₀ が
狭い部分では、成長される結晶の層厚は厚く、組成は長
波長側にシフトする。

【００４４】以上の実験例の結果に基づいて、本発明の
狭幅マイクロアレイ選択成長では、主として、１）原料
種の拡散効果、２）原料種のマイグレーション効果、の
二つの物理現象を用いている。１）の効果は、マイクロ
アレイのアレイ間隔を、原料種の拡散長より十分短く設
定することで（例えば、５０μm 以下の間隔）有効に利
用することができ、アレイを構成する全チャンネルの結
晶組成及び層厚を均一性良く制御することが可能とな
る。一方、２）の効果は、マイクロアレイの成長領域幅
Ｗ₀ を原料種のマイグレーション長より短く設定するこ
とで（例えば、１０μm 以下の幅、１．５μm 幅等）有
効に利用することができ、選択成長される結晶層の平坦
性が向上し、また、図４に示すような各チャンネルのバ
ンドギャップ波長を独立に制御する上で有利になる。

【００４５】更に、本発明の狭幅マイクロアレイ選択成
長では、成長領域幅Ｗ₀ を１．５μm 程度に選ぶことに
よって、選択成長された結晶によって形成されるアレイ
光導波路が、そのままのサイズで各々単一横モード条件
を満足するので、極小アレイ光導波路を、１）半導体の
エッチング無しで形成できるから、歩留まりを著しく向
上させることができ、２）図２に示すように、選択成長
される結晶の側面が平滑な（１１１）Ｂ面となるから、
従来のエッチングで形成された凸凹の側面を有する光導
波路に比べて、極めて光信号の低損失なアレイ光導波路
を形成できる等の利点をも有している。

【００４６】以上述べてきた実験結果の意味すること
は、本発明の狭幅マイクロアレイ選択成長技術を用いる
と、従来、２５０μm 間隔で１個の光源を作製していた
大きさの領域に、アレイを構成する各光導波路間で、結
晶組成が適切に制御された異なる波長のアレイ光源を超
高集積して作り込むことが可能になるということであ
る。具体的な例で述べると、共振器長３００μm の異波
長８ｃｈアレイ光源であっても、従来の１チップのサイ
ズ（２５０μm ×３００μm ）で作製が可能であり、従
来の単体光素子と同じチップ数の" アレイ構造半導体光
素子" を１ウエハ上に作製できるということを意味して
いる。即ち、従来の集積光素子の集積度を１０倍以上に
拡大することが可能であり、本発明は、超高集積アレイ
構造半導体光素子を実現する上で非常に有効な技術であ
る。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下に、実施の形態例を挙げ、添
付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳
細に説明する。実施の形態例 本発明の半導体光導波路アレイの製造方法及びアレイ構
造半導体光素子の実施の形態について説明する。本発明
では、誘電体マスクを用いた有機金属気相成長法による
選択成長によって半導体光導波路アレイを結晶成長する
際に、反応管内における原料種の拡散長よりも短い間隔
で複数本並列して形成された半導体光導波路の隣り合う
光導波路間で、各成長領域の間に形成された幅Ｗa の誘
電体薄膜と、最外側に形成された幅Ｗ_m1及びＷ
_m2（Ｗ_m1、Ｗ_m2＞Ｗa ）の誘電体薄膜を用いて、成長さ
せる結晶のバンドギャップエネルギー及び層厚を制御す
る。

【００４８】

【実施例】以下に、添付図面を参照して、実施例に基づ
いて本発明をより詳細に説明する。実施例１ 本実施例は、本発明に係るアレイ構造半導体光素子をマ
イクロアレイ分布帰還（ＤＦＢ）型半導体レーザに適用
した実施形態の一である。図８は、回折格子の配置図、
図９はマスクの平面図、及び図１０はアレイの各チャン
ネルの半導体レーザ層構造を示す断面図である。本実施
例のマイクロアレイ分布帰還（ＤＦＢ）型半導体レーザ
（以下、簡単に半導体レーザと言う）１００は、ディチ
ューニング（レーザの利得ピーク波長と回折格子のブラ
ッグ波長の差）が適切な値（±１０ｎｍ）に制御された
マイクロアレイ分布帰還（ＤＦＢ）型半導体レーザであ
る。即ち、半導体レーザ１００は、図１０に示すよう
に、ｎ−ＩｎＰ基板９９上に、発光波長（以下、省略）
１．１３μm 組成のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体層１１、
ｎ−ＩｎＰスペーサ層１２、１．２０μm 組成のｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１３、７層多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）層１４（１．５０μm 組成圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ
ウエル／１．２０μm 組成ＩｎＧａＡｓＰバリアからな
る）、１．２０μm 組成のＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
１５、及びｐ−ＩｎＰ層１６からなる積層構造を有す
る。更に、半導体レーザ１００は、積層構造上に層厚
２．０μm のｐ−ＩｎＰ埋め込みクラッド層１７、層厚
０．３μm のｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８、及
びＳｉＯ₂ 保護膜１９を有し、上下に、Ｃｒ／Ａｕ上部
電極２０、及びＣｒ／Ａｕ下部電極２１を備えている。

【００４９】半導体レーザ１００の作製方法 次に、図８及び図９を参照して、半導体レーザ１００の
作製方法を説明する。まず、図８に示すように、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板９９上に横方向に１１．５μm 間隔で配列さ
れ、チャンネル１本当たり幅５μm ×長さ３００μm の
８本のチャンネルの領域に、電子ビーム露光法等を用い
て、回折格子パターン８８を描画する。このとき、各チ
ャンネルの発振波長を全８チャンネルで１５３６〜１５
６８ｎｍ（隣り合うチャンネル間で４ｎｍずつ異なる発
振波長に設定する）と変化させるため、チャンネル１の
回折格子の周期Λ１を２４０ｎｍとし、順次、周期を
０．６２５ｎｍずつ増加させ、チャンネル８の回折格子
の周期Λ８が２４５ｎｍとなるようにする。この回折格
子パターン８８を、通常のウエットエッチング等によ
り、ｎ−ＩｎＰ基板９９上に転写し、深さ６０ｎｍの回
折格子８８を形成する。

【００５０】次に、回折格子８８が形成された基板９９
上へ、図９に示すように、＜０１１＞方向に、選択成長
用のＳｉＯ₂ マスク２、３、４を形成する。このとき、
マスク幅は、各々Ｗa ＝１０μm 、Ｗ_m1＝２０μm 、Ｗ
_m2＝５０μm とし、マスクが８本の成長領域（即ち、回
折格子８８の領域で、各々、成長領域幅Ｗ₀ ＝１．５μ
m ）を挟んで対向するように形成する。一方、共振器の
両端面に窓構造を導入するために、幅２５μm のＳｉＯ
₂ マスク５を共振器の両端面位置に配設する。このＳｉ
Ｏ₂ マスク２、３、４、５が形成された基板上に、図１
０の断面図に示す積層方向の各半導体層の組成になるよ
うに、１．１３μm 組成のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体層
１１、ｎ−ＩｎＰスペーサ層１２、１．２０μm 組成の
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１３、７層多重量子井
戸（ＭＱＷ）層１４（１．５０μm 組成圧縮歪ＩｎＧａ
ＡｓＰウエル／１．２０μm 組成ＩｎＧａＡｓＰバリア
からなる）、１．２０μm 組成のＩｎＧａＡｓＰ光閉じ
込め層１５、及びｐ−ＩｎＰ層１６を有機金属気相成長
法（ＭＯＶＰＥ）等により選択成長する。成長条件は、
圧力１５０Torr、温度６５０℃である。この時、ＭＱＷ
層１４のフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長は、
チャンネル１〜８で１５３５〜１５７０ｎｍと変化させ
ることができた。その結果、回折格子の周期Λによって
決まる各チャンネルの発振波長に、ＭＱＷ層１４の利得
ピーク波長を追随させて変化させることができ、各チャ
ンネルのディチューニング量（発振波長と利得ピーク波
長の差）を常に±１０ｎｍ以下の良好な値に維持するこ
とができた。

【００５１】このようにして、各半導体層を形成した
後、成長阻止マスクのマスク開口幅Ｗ0 を１．５μm か
ら全領域で５μm になるように再度形成し、このマスク
を用いて、層厚２．０μm のｐ−ＩｎＰ埋め込みクラッ
ド層１７、層厚０．３μm のｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１８をＭＯＶＰＥにより選択成長する。その後、
全面にＳｉＯ₂ 膜を形成し、電流注入用窓を形成し、Ｃ
ｒ／Ａｕ上部電極２０、Ｃｒ／Ａｕ下部電極２１を通常
のスパッタ法等により形成する。最後に、共振器の両端
面に２５μm 長の窓構造が配置されるように共振器長を
３５０μm で劈開し、両端面にＳｉＯＮ膜からなる低反
射コーティングを通常のスパッタ法等で形成し素子化を
完了した。

【００５２】このようにして、アレイ全体のチップサイ
ズが約１００μm ×３５０μm という極めて小さいサイ
ズでありながら、アレイを構成する各ＤＦＢレーザのデ
ィチューニングが各々独立に制御された異波長ＤＦＢレ
ーザアレイを実現することができた。各チャンネルのデ
ィチューニング量が適切に制御されているため、全チャ
ンネルで、２５℃、ＣＷのしきい値電流１０ｍＡ±１ｍ
Ａ、片側光出力１８ｍＷ±１ｍＷ＠１５０ｍＡという良
好で均一な特性を得ることができた。

【００５３】実施例２ 本実施例は、本発明に係るアレイ構造半導体光素子をス
ポットサイズ変換器付きマイクロアレイ異波長半導体レ
ーザに適用した実施例である。図１１はマスクの平面
図、図１２は積層構造の各半導体層の組成を示す図、及
び図１３は半導体レーザの構造を示す部分断面斜視図で
ある。本実施例の半導体レーザ２００は、スポットサイ
ズ変換器（Supot Size Converter、ＳＳＣ）付きマイク
ロアレイ異波長半導体レーザであって、各チャンネルは
図１２に示す層組成の積層構造を有し、また、図１３に
示す全体構成を備えている。各チャンネルの半導体レー
ザ素子構造は、ｐ−ＩｎＰ埋め込みクラッド層１７の膜
厚が５．０μm であることを除いて、実施例１の素子構
造と同じである。

【００５４】半導体レーザ２００の作製方法 まず、図１１に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板９９上に、
選択成長用ＳｉＯ₂ マスク２、３、４を＜０１１＞方向
にステッパ等を用いて形成する。ＳｉＯ₂ マスク２、
３、４は、各々の開口幅Ｗ₀ ＝１．５μm の８本のアレ
イ状成長領域を挟んでアレイ間隔２０μm で配置する。
このとき、領域長４００μm のレーザ領域では、ＳｉＯ
₂ マスク２の幅Ｗa₁＝１８．５μm 、ＳｉＯ₂ マスク３
の幅Ｗ_m1＝３０μm 、ＳｉＯ₂ マスク４の幅Ｗ_m2＝７０
μm とし、領域長２００μm のＳＳＣ領域では、ＳｉＯ
₂ マスク２の幅Ｗa₂＝４μm 、ＳｉＯ₂ マスク３、４の
幅Ｗ_m3＝７μm とする。但し、ＳＳＣ領域では、ＳｉＯ
₂ マスク２の幅がＷa₂＝４μm であり、アレイ間隔２０
μm よりも狭いため、各チャンネルの成長領域の間にダ
ミー成長領域７７が存在する。

【００５５】このマスクが形成された基板上に、図１２
に示すような光導波層を、有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ）等により、圧力７０torr、温度６５０℃の条件下
で選択成長する。詳細に説明すると、積層構造は、１．
１３μm 組成のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体層１１、ｎ−
ＩｎＰスペーサ層１２、１．２０μm 組成のｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ光閉じ込め層１３、１．５０μm 組成圧縮歪Ｉ
ｎＧａＡｓＰウエル／１．２０μm 組成ＩｎＧａＡｓＰ
バリアからなる７層多重量子井戸（ＭＱＷ）層１４、
１．２０μm 組成のＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１５、
及びｐ−ＩｎＰ層１６である。成長した結果、光導波層
の全層厚は、レーザ領域ではチャンネル１〜８で０．２
５〜０．３５μm の範囲で分布し、ＳＳＣ領域では、チ
ャンネル１〜８で０．０８〜０．１μm の分布となっ
た。また、レーザ領域のＭＱＷ層のフォトルミネッセン
ス（ＰＬ）ピーク波長は、チャンネル１〜８で１５４０
〜１５９０ｎｍと変化させることができた。このように
して、各半導体層１１〜１６を成長した後、成長阻止マ
スクのマスク開口幅Ｗ₀ を１．５μm から全領域で１２
μm になるように再度形成し、このマスクを用いて、層
厚５．０μm のｐ−ＩｎＰ埋め込みクラッド層１７、層
厚０．３μm のｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８を
ＭＯＶＰＥにより成長する。その後、全面にＳｉＯ₂ 膜
１９を成膜し、電流注入用窓を形成し、Ｃｒ／Ａｕ上部
ｐ電極２０、Ｃｒ／Ａｕ下部ｎ電極２１を通常のスパッ
タ法等により形成する。最後に、レーザ領域長４００μ
m 、ＳＳＣ領域長２００μm となるように全共振器長を
６００μm で劈開し、レーザ側端面にＳｉＯＮ膜からな
る高反射コーティング膜２２を通常のスパッタ法等で成
膜し、素子化を完了した。

【００５６】このようにして、アレイ全体のチップサイ
ズが１６０μm ×６００μm という極めて小さいサイズ
のスポットサイズ変換器付きの８チャンネル異波長半導
体レーザアレイを実現することができた。レーザアレイ
は、全チャンネルで、発振波長が１５４０〜１５９０ｎ
ｍと分布させることができ、また、しきい値電流も６ｍ
Ａ±１ｍＡという極めて均一で良好な特性を示し、２５
℃の片側光出力も３０ｍＷ以上という優れた値を得るこ
とができた。フラットエンド光ファイバとの結合損失を
測定した結果、全チャンネルで３ｄＢ以下という極めて
良好な値を得ることができ、スポットサイズ変換器がア
レイを構成する全ての素子で十分機能していることも確
認された。

【００５７】実施例３ 本実施例は、本発明に係るアレイ構造半導体光素子をス
ポットサイズ変換器付マイクロアレイ半導体光アンプに
適用した実施例である。図１４はマスクの平面図、図１
５は積層構造の各半導体層の組成を示す図、及び図１６
は半導体レーザの構造を示す部分断面斜視図である。本
実施例の光アンプ３００は、スポットサイズ変換器付マ
イクロアレイ半導体光アンプであって、光アンプの各チ
ャンネルは、図１５に示す層組成の積層構造を有し、ま
た、図１６に示す全体構成を備えている。即ち、光アン
プ３００は、図１５及び図１６に示すように、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板９９上に、０．２μm 厚のｎ−ＩｎＰバッファー
層２４、０．４μm 厚の１．５０μm 組成の圧縮歪Ｉｎ
ＧａＡｓＰバルク活性層２５、及びｐ−ＩｎＰ層１６の
積層構造を備え、積層構造上に、ｐ−ＩｎＰ埋め込みク
ラッド層１７（層厚５．０μm ）、ｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層１８（層厚０．３μm ）を有する。更に、
光アンプ３００は、基板全面にＳｉＯ₂ 保護膜１９を備
え、上下にＣｒ／Ａｕ上部電極２０及びＣｒ／Ａｕ下部
電極２１を有する。前記したような実施例２の半導体レ
ーザ２００では、狭幅マイクロアレイ選択成長で用いる
ＳｉＯ₂ マスクの成長領域の幅Ｗ₀ をＷ₀ ＝１．５μm
とし、活性層にＭＱＷを用いていた。一方、本実施例で
は、成長領域幅Ｗ₀ をＷ₀ ＝０．６μm とし、活性層に
ＩｎＧａＡｓＰバルク層を用いたことで、実施例２とほ
ぼ同様のプロセスを経て、簡単にスポットサイズ変換器
付きのマイクロアレイ半導体光アンプを実現することが
できる。

【００５８】光アンプ３００の作製方法 まず、図１４に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板９９上に＜
０１１＞方向に、ＳｉＯ₂ マスク２、３、４をアレイ間
隔２０μm で形成する。このとき、ＳｉＯ₂ マスクの幅
は、領域長３００μm のＳＳＣ領域では、Ｗa₂＝１μm
、Ｗ_m3＝４μm とし、領域長８００μm のアンプ領域
では、Ｗa₁＝１８．５μm 、Ｗ_m1＝８０μm 、Ｗ_m2＝８
０μm とし、各領域共にマスクが８本の成長領域（各々
成長領域幅Ｗ₀ ＝０．６μm ）を挟んで対向するように
形成する。但し、ＳＳＣ領域では、ＳｉＯ₂ マスク２の
幅がＷa₂＝１μm であり、アレイ間隔２０μm よりも狭
いため、各チャンネルの成長領域の間にダミー成長領域
７７が存在する。一方、共振器の両端面に窓構造を導入
するために、幅２５μm のＳｉＯ₂ マスク５を共振器の
端面位置に配置する。

【００５９】このマスクが形成された基板上に、図１５
に示すような層組成を有する積層構造を形成する。詳細
には、０．２μm 厚のｎ−ＩｎＰバッファー層２４、
０．４μm 厚の１．５０μm 組成の圧縮歪ＩｎＧａＡｓ
Ｐバルク活性層２５、及びｐ−ＩｎＰ層１６を有機金属
気相成長法（ＭＯＶＰＥ）等により選択成長する。成長
条件は、圧力３００Torr、温度６５０℃である。この
時、アンプ領域のバルク層のフォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）ピーク波長は、チャンネル１〜８で、１５５０〜１
５７０ｎｍとほぼ一定に保つことができた。また、ＳＳ
Ｃ領域のバルク層のＰＬピーク波長は、チャンネル１〜
８で、１３８０〜１３９０ｎｍという均一で、且つ、ス
ポットサイズ変換機能を有する低損失受動導波路として
十分に短波長化することができた。アンプ領域のＩｎＧ
ａＡｓＰバルク層の層厚に対して、ＳＳＣ領域のＩｎＧ
ａＡｓＰバルク層の層厚は、全チャンネルで１／４以下
の薄膜化が達成された。

【００６０】このようにして、各半導体層を形成した
後、ＳｉＯ₂ マスク２〜４のマスク開口幅Ｗ₀ を０．６
μm から全領域で１２μm になるように再度形成し、こ
のマスクを用いて、ｐ−ＩｎＰ埋め込みクラッド層１７
（層厚５．０μm ）、ｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１８（層厚０．３μm ）をＭＯＶＰＥにより成長する。
その後、全面にＳｉＯ₂ 膜１９を成膜し、電流注入用窓
を形成し、Ｃｒ／Ａｕ上部電極２０、Ｃｒ／Ａｕ下部電
極２１を通常のスパッタ法等により形成する。最後に、
両端面に２５μm 長の窓構造が配置されるように共振器
長を１１５０μm で劈開し、両端面に低反射コーティン
グ用ＳｉＯＮ膜２３を通常のスパッタ法等で形成して、
アレイ全体のチップサイズが１６０μm ×１１５０μm
という極めて小さいサイズのスポットサイズ変換器付き
の８チャンネルアレイ半導体光アンプを実現することが
できた。

【００６１】特性としては、全チャンネルで、アンプへ
の注入電流３０ｍＡ時の波長１５６０ｎｍの入力光に対
する光学利得１０ｄＢ±０．２ｄＢ、フラットエンド光
ファイバとの結合損失３．５ｄＢ±１ｄＢという良好な
特性を得ることができた。活性層にバルク層を用い、Ｗ
₀ ＝０．６μm としているため、選択成長される光導波
層の横断面形状がほぼ矩形の形となり、アンプの利得特
性をＴＥ波、ＴＭ波に対して偏向無依存にすることがで
きた。また、石英系のPlaner Lightwave Circuit（ＰＬ
Ｃ）とパッシブアライン実装し、ゲートスイッチ動作を
確認したところ、全チャンネルで、波長１５６０ｎｍの
入力光に対して、消光比５０ｄＢ以上の良好なスイッチ
動作を達成することができた。

【００６２】実施例４ 本実施例は、本発明に係るアレイ構造半導体光素子をマ
イクロアレイ波長選択光源に適用した実施例であって、
図１７は回折格子の配置図、図１８はマスクの平面図、
及び図１９は波長選択光源の構造を示す斜視図である。
本実施例のマイクロアレイ波長選択光源４００は、図１
９に示すように、ＩｎＰ基板上へモノリシック集積され
た極小サイズの波長選択光源であって、光源は、主とし
て５つの領域から構成されている。すなわち、波長選択
光源４００は、１）ＤＦＢレーザ領域、２）合波器領
域、３）多モード干渉（Ｍulti Ｍode Ｉnterference
）領域、４）光増幅器領域、及び５）光変調器領域、
の５つで構成されている。

【００６３】波長選択光源４００の作製方法 まず、図１７に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板９９上に回
折格子パターン８８をＤＦＢレーザ領域のみに電子ビー
ム露光法を用いて描画する。詳細には、横方向に１１．
５μm 間隔で、アレイ１本当たり幅５μm ×長さ４００
μm の８本のチャンネル領域に描画する。この時、レー
ザ領域の各チャンネルの発振波長を全８チャンネルで１
５３６〜１５４７．２ｎｍ（即ち、チャンネル間で１．
４ｎｍずつ異なる発振波長に設定する）と変化させるた
め、チャンネル１の回折格子の周期Λ１を２４０ｎｍと
し、隣り合うチャンネルで周期を０．２５ｎｍずつ増加
させ、チャンネル８の回折格子の周期Λ８が２４１．７
５ｎｍとなるようにする。この回折格子パターン８８
を、通常のウエットエッチング等により、ｎ−ＩｎＰ基
板９９上に転写し、深さ６０ｎｍの回折格子８８を形成
する。

【００６４】次に、図１８に示すように、この回折格子
が形成された基板９９上に選択成長用ＳｉＯ₂ マスクを
形成する。このとき、各領域のマスク幅は次のように設
定する。１）ＤＦＢレーザ領域：８本のアレイ間隔１
１．５μm 、Ｗa ＝１０μm 、Ｗ_m1＝２０μm 、Ｗ_m2＝
５０μm 、成長領域幅Ｗ₀ ＝１．５μm 、２）合波器領
域：アレイ間隔１１．５〜２．５μm まで、距離３００
μm で変化させる。成長領域幅Ｗ₀ ＝１．５μm 、マス
ク幅は領域内全てＷ_m3＝１μm 、３）ＭＭＩ領域：成長
領域幅Ｗ₀ ＝１９μm、マスク幅Ｗ_m4＝２０μm 、４）
光増幅器領域：成長領域幅Ｗ₀ ＝１．５μm 、マスク幅
Ｗ_m5＝６０μm 、５）光変調器領域：成長領域幅Ｗ₀ ＝
１．５μm 、マスク幅Ｗ_m6＝４０μm 。更に、素子の両
端面に窓構造を導入するために、幅２５μm のＳｉＯ₂
マスク５を端面位置に配置する。

【００６５】これらのマスクが形成された基板上に、実
施例１の図１０と同様の層構造、即ち１．１３μm 組成
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体層１１、ｎ−ＩｎＰスペー
サ層１２、１．２０μm 組成のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉
じ込め層１３、１．５０μm組成圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ
ウエル／１．２０μm 組成ＩｎＧａＡｓＰバリアからな
る７層多重量子井戸（ＭＱＷ）層１４、１．２０μm 組
成のＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１５、及びｐ−ＩｎＰ
層１６を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）等により選
択成長する。成長条件は、圧力１５０Torr、温度６５０
℃である。この時、ＭＱＷ層のフォトルミネッセンス
（ＰＬ）ピーク波長は、１）ＤＦＢレーザ領域：チャン
ネル１〜８で１５３５〜１５５０ｎｍと変化させること
ができ、２）合波器領域：全チャンネルで、１３８０ｎ
ｍ、３）ＭＭＩ領域：１３００ｎｍ、４）光増幅器領
域：１５４２ｎｍ、５）光変調器領域：１４７２ｎｍと
なった。その結果、１）ＤＦＢレーザ領域では、回折格
子の周期によって決まる各チャンネルのレーザの発振波
長に、ＭＱＷ層の利得ピーク波長を追随させて変化させ
ることができ、各チャンネルのディチューニング量（発
振波長と利得ピーク波長の差）を±１０ｎｍ以下の良好
な値に維持することができた。

【００６６】このようにして、各半導体層を形成した
後、ＳｉＯ₂ マスクのマスク開口幅Ｗ₀ を、１）ＤＦＢ
レーザ領域、２）光増幅器領域、３）光変調器領域の３
つの領域で、１．５μm から５μm になるように再度形
成する。更に、４）ＭＭＩ領域のＳｉＯ₂ マスクは全て
除去し、５）合波器領域では、幅Ｗ₀ の成長領域を覆う
ようにＳｉＯ₂ を再度形成する。このマスクを用いて、
実施例１の図１０と同様の埋め込み構造、即ちｐ−Ｉｎ
Ｐ埋め込みクラッド層１７（層厚３μm ）、ｐ⁺−Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層１８（層厚０．３μm ）をＭＯＶ
ＰＥにより成長する。その結果、１）ＤＦＢレーザ領
域、２）光増幅器領域、３）光変調器領域、４）ＭＭＩ
領域では、埋め込み導波路構造が、５）合波器領域では
ハイメサ導波路構造が形成される。その後、全面にＳｉ
Ｏ₂ 膜１９を形成し、電流注入用窓を、ＤＦＢレーザ領
域のみに形成し、Ｃｒ／Ａｕ上部電極２０、Ｃｒ／Ａｕ
下部電極２１を通常のスパッタ法等により形成する。

【００６７】更に、もう一度全領域にＳｉＯ₂ 膜を成膜
し、１）ＤＦＢレーザ領域は、図１９に示すように、部
分的に窓を開け、２）光増幅器領域、３）光変調器領域
にも窓を開ける。再度、Ｃｒ／Ａｕ上部電極２０を形成
する。つまり、ＤＦＢレーザ領域では、各チャンネルの
電極が相互に接触しないように二重電極構造となってい
る。このようにして電極を形成した後、最後に、両端面
に２５μm 長の窓構造が配置されるように共振器長を１
５００μm で劈開し、両端面に低反射コーティング用Ｓ
ｉＯＮ膜２３を通常のスパッタ法等で形成して、全体の
チップサイズが３００μm ×１５００μm という極めて
小さいサイズの波長選択光源を実現することができた。

【００６８】異波長ＤＦＢレーザアレイを構成する各Ｄ
ＦＢレーザのディチューニングが各々適切に制御されて
いるため、各々のレーザの特性は、発振波長１５３６〜
１５４７．２ｎｍ、全チャンネルで２５℃、ＣＷ時のし
きい値電流９ｍＡ±１ｍＡ、光増幅器への注入電流２０
ｍＡで、光出力２０ｍＷ±１ｍＷ＠１５０ｍＡという良
好で均一な特性を得ることができた。更に、光変調器の
変調特性としても、全チャンネルの発振波長に対して
２．５Gbit/s−６００ｋｍ伝送を達成することができ
た。両端面に窓構造を導入し、且つ低反射コーティング
しているために、全チャンネルで単一モード発振が得ら
れる歩留まりも５０％以上と良好な値が得られた。

【００６９】さらに本発明は、光モジュールに適用する
上でも大きな利点を有する。たとえば図２０に示すよう
に、図２０（ａ）には、４チャンネルの半導体レーザア
レイを用いた場合の光モジュール内での光ファイバとレ
ーザアレイとの配置模式図を示す。たとえば本発明にお
いては、半導体レーザアレイのアレイ全幅は、前記図２
０（ａ）に示すように、３０μｍ程度と極小化し、５０
μｍと比較的コア径の大きな光ファイバ２を用いること
で、半導体レーザアレイからの全出力光を光ファイバに
直接結合（直接取出）することができる。すなわち、光
出力の集光用レンズなどの光学系を特に必要としない。
一方、アレイ本数が増加した場合を図２０（ｂ）に示
す。アレイ本数が例えば６本に増加し、光ファイバのコ
ア径（たとえば５０μｍ）程度になった場合には、光フ
ァイバ２と半導体レーザアレイとの間に、集光レンズを
挿入するだけで、半導体レーザアレイからの全出力光を
光ファイバに直接結合（直接出力）することができ、こ
の場合において、光合波器の集積化を必要としない。

【００７０】このようなレンズを有する場合の光モジュ
ールの構造模式図を、図２０（ｃ）に示す。光モジュー
ルは、アレイ全幅が光ファイバのコア径以下になるよう
に、極小アレイ周期で半導体レーザが配置された半導体
レーザアレイ３１と、光ファイバ３２と、受光素子３
３、ペルチェ素子３４、レンズ３５およびレンズ支持体
３６等により構成されている。本発明による極小半導体
レーザアレイ３１と、コア径５０μｍ以上の光ファイバ
３２とを用いることで、多チャンネルの半導体レーザア
レイ３１の各チャンネルからの光出力を、集積型の光合
波器を用いずにレンズ集光により、直接１本の光ファイ
バに結合できるようになった。

【００７１】半導体レーザアレイ素子のサイズは、電極
部を含めても横幅２５０μｍ程度、長さ３００μｍ程度
と、従来の１チップ素子のサイズと同じにすることがで
きるため、全体の光モジュールのサイズも通常の半導体
レーザ光モジュールと同程度の小型サイズが可能となっ
た。その結果、光モジュールの作成プロセス、歩留まり
が大幅に向上し、半導体レーザアレイ光モジュールの低
価格供給が可能となった。また半導体レーザアレイ全幅
が、光ファイバのコア径よりも十分に狭い場合には、集
光レンズ３５も必要としなくなる。その結果、光モジュ
ールの部品点数のさらなる減少および作成プロセスの更
なる簡単化が可能となり、なお一層の低価格化を実現可
能とした。なお、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示
す半導体レーザアレイにおいて、部分的に電流注入窓を
開口したところに、電極７を設けることによって、各チ
ャンネルのレーザを独立駆動可能としている。

【００７２】また、本発明のアレイ構造半導体光素子
は、受光素子３３を搭載する上でも大きなメリットを有
する。すなわち図２０に示すように、半導体レーザアレ
イ全幅が５０μｍ程度以下と非常に狭いため、単一の受
光素子で、全チャンネルの光を受光することができる。
その結果、光モジュールに必要な受光素子の数を、従
来、チャンネル数と同数必要であったが、これを大幅に
減少することができ、前記同様に、チップサイズの小型
化、製造工程の簡略化、さらに、光モジュールの一層の
低価格化に寄与することができた。以下に、本発明の光
モジュールの応用例を、実施例および図面によって、説
明する。このように、本発明に係る極小アレイ半導体光
素子を用いて光モジュールに適用すれば、光モジュール
の小型化、低価格化さらには歩留まりの向上が飛躍的に
図ることができる。

【００７３】実施例５ 多波長半導体ファブリペロー（ＦＰ）レーザアレイ光モ
ジュール 図２１に本発明の第５の実施例である、多波長半導体フ
ァブリペロー（ＦＰ）レーザアレイ光モジュールの構成
を示す。この光モジュールは、７μｍ間隔の極小アレイ
周期で各チャンネルの発振波長が異なるＦＰレーザの配
置された８チャンネルの多波長ＦＰレーザアレイ４１
と、コア径が６０μｍの光ファイバ３２と、受光素子３
３と、ペルチェ素子３４とで構成されている。８チャン
ネルのレーザアレイ４１のアレイ全幅は、６０μｍ以下
であるため、該レーザアレイから出力される光出力は、
全てレンズ３５によりコア径６０μｍの光ファイバに結
合される。ＦＰレーザアレイの電極３７は、各チャンネ
ルに独立に電流注入できるように、部分的に窓が開いた
二重電極構造を用いた。

【００７４】また、レーザアレイを構成する各半導体レ
ーザの活性層は、多重量子井戸（ＭＱＷ）層３９からな
り、各チャンネルで１０ｍＡ程度の低しきい値電流発振
により、１０ｍＷ以上の光出力を確認した。各チャンネ
ルの発振波長は、ch. １＝１５３０ｎｍ、ch. ２＝１５
４０ｎｍ、ch. ３＝１５５０ｎｍ、ch. ４＝１５６０ｎ
ｍ、ch. ５＝１５７０ｎｍ、ch. ６＝１５８０ｎｍ、c
h. ７＝１５９０ｎｍ、ch. ８＝１６００ｎｍであっ
た。多波長ＦＰレーザアレイの素子サイズは、横幅２５
０μｍ、長さ３９０μｍと小型であり、光モジュールも
通常の半導体レーザと同程度に小型化、低価格化を実現
できた。

【００７５】実施例６ 多波長半導体ＤＦＢレーザアレイ光モジュール 図２２に本発明の第５の実施例である、多波長半導体Ｄ
ＦＢレーザアレイ光モジュールの構成を示す。この光モ
ジュールは、１０μｍ間隔の極小アレイ周期で配置され
た８チャンネルの異波長ＤＦＢレーザアレイ４５、コア
径が８０μｍの光ファイバ３２、受光素子３３、ペルチ
ェ素子３４、レンズ３５、レンズ支持体３６および波長
フィルタ３８とで構成されている。８チャンネルのレー
ザアレイ４５のアレイ全幅は、７０μｍ以下であるた
め、アレイから出力される光出力は、全てレンズ３５に
よりコア径８０μｍの光ファイバに結合される。ＤＦＢ
レーザアレイの素子サイズは、幅２５０μｍ、長さ３０
０μｍであり、発振波長は、チャンネル毎に異なる周期
の回折格子１０を用いることにより、１５５０ｎｍを中
心として、ＩＴＵグリッドに合わせて０．８ｎｍづつ、
またアレイ全体としては５．６ｎｍ程度変化させてい
る。アレイを構成する各ＤＦＢレーザの活性層は、多重
量子井戸（ＭＱＷ）層３９からなり、５ｍＡ程度の低し
きい値電流発振により、２０ｍＷ以上の光出力を確認し
た。レーザアレイの各チャンネルの発振波長は、たとえ
ば誘電体多層膜波長フィルタなどの波長フィルタ３８を
透過する光強度を受光素子でモニターし、ペルチェ素子
３４を用いて規定温度にフィードバックすることによっ
て、目標の発振波長にロックできるようになっている。
ＤＦＢレーザアレイ４５を用いることで、発振波長のモ
ード安定性を高め、より通信用途に適した光モジュール
とすることができた。

【００７６】実施例７ 波長可変ＤＢＲレーザアレイ光モジュール 本発明の第７の実施例である、波長可変ＤＢＲレーザア
レイ光モジュールは、図２２において、８チャンネルの
多波長ＤＦＢレーザアレイを８チャンネルの波長可変Ｄ
ＢＲレーザアレイに置き換えている。１チャンネルあた
りのＤＢＲレーザの構造模式図を、図２３に示す。８チ
ャンネルＤＢＲレーザアレイは、各チャンネルの中心発
振波長を、ch.1＝1535nm、ch.2＝1540nm、ch.3＝1545n
m、ch.4＝1550nm、ch.5＝1555nm、ch.6＝1560nm、ch.7
＝1565nmおよびch.8＝1570nmとしている。広い波長範囲
で利得を十分に発生できるように、活性層にはバルク活
性層４３を用いた。ＤＢＲレーザは、活性領域と、回折
格子領域＋位相制御領域からなる波長チューニング領域
とからなり、波長チューニング電極４２を通じて、チュ
ーニング電流を制御することにより、１チャンネルあた
り５ｎｍの波長可変動作が可能であった。その結果、ア
レイ全体として３５ｎｍの広波長範囲に亘って単一モー
ド発振のできる波長可変ＤＢＲレーザアレイ光モジュー
ルを実現することができた。

【００７７】実施例８ スポットサイズ変換器付きＤＦＢレーザアレイ光モジュ
ール 図２４に本発明の第８の実施例である、スポットサイズ
変換器（Supot Size Convertor：SSC ）付きＤＦＢレー
ザアレイ光モジュールを示す。６チャンネルのＳＳＣ付
きＤＦＢレーザアレイ光モジュールは、図２１の８チャ
ンネル多波長半導体ＦＰレーザアレイを、６チャンネル
の多波長ＳＳＣ付きＤＦＢレーザアレイに置き換え、ま
た、１２５μｍの光ファイバのコア径に置き換えてい
る。またＩｎＰ基板上に作製されたＳＳＣ付きＤＦＢレ
ーザアレイの１チャンネル分の構造斜視図を図２４
（ａ）に示す。素子は、レーザ領域とＳＳＣ領域からな
り、ＳＳＣ領域のＭＱＷ光導波路の層厚及び組成は、レ
ーザ領域境界部よりＳＳＣ領域端面へ向けて、緩やかに
薄く、かつ短波長化している。ＩｎＰクラッド４４の幅
は７μｍ、ＭＱＷ活性層３９の幅は１．５μｍである。
また６チャンネル分のレーザ側横方向断面模式図を図２
４（ｂ）に示す。アレイの周期は２０μｍで、アレイ全
幅は１００μｍ程度であり、光ファイバ３２のコア径１
２５μｍより狭くなっている。素子サイズとしては、レ
ーザ領域長４００μｍ、ＳＳＣ領域長２５０μｍ、チッ
プ横幅３００μｍと、従来の１チップ半導体光素子と同
等のサイズであった。また光モジュールに搭載したとき
の構造模式図を図２４（ｃ）に示す。ＳＳＣ構造が付加
され、光の出射端でのスポットサイズを小さくできるた
め、アレイ全体の光出力をレンズを用いずにコア径１２
５μｍの光ファイバと直接結合することができた。各チ
ャンネルの発振波長は、それぞれ、1546.8nm、1548.4n
m、1550nm、1551.6nm、1553.2nm、1554.8nmであり、波
長のチャンネル間隔1.6nm （200GHz）となっていた。こ
のように、本発明のスポットサイズ変換器付きＤＦＢレ
ーザアレイ光モジュールは、ＳＳＣ構造を用いることに
よって、実施例６のようなＳＳＣ構造を用いない場合に
比較して、光ファイバとの結合損失を３ｄＢ程度低減す
ることができた。

【００７８】前記した実施例６においては、ＳＳＣ構造
に、層厚がテーパ状に薄くなる層厚テーパ構造を用いた
例を示した。本発明は、このような例の他に、その他の
ＳＳＣ構造、例えばＭＱＷ光導波路幅をテーパ状に変化
させたもの、二重の光導波路を用いる等、いかなるＳＳ
Ｃ原理を用いたものでも、ＳＳＣ構造が集積された半導
体レーザアレイを用いた光モジュールに対して有効に採
用することができる。

【００７９】実施例９ 高出力０．９８μｍ帯半導体レーザアレイ光モジュール 図２５に本発明の第９の実施例である、高出力０．９８
μｍ帯半導体レーザアレイ光モジュールの構成を示す。
図２５（ａ）に示すように、半導体レーザアレイは５チ
ャンネルからなり、各チャンネルで高出力化するため
に、光導波路幅は後端２μｍ、光出射端１０μｍのテー
パ構造となっている。チャンネル間隔は２０μｍ、アレ
イ全幅は８０μｍである。共振器長９００μｍでチップ
横幅は２５０μｍ、電流注入用電極は全チャンネル共通
で、アレイ全体を一度に駆動する構成となっている。そ
して、全アレイの光出力は、レンズを介して、一本の光
ファイバ（コア径１００μｍ）に結合されている。また
光モジュールの横断面図を図２５（ｂ）に示す。このよ
うな光モジュールの最大光出力は、１チャンネルあたり
２５０ｍＷであり、アレイ全体として、１Ｗを越える光
出力をこのようなモジュールアウトで実現することがで
きた。

【００８０】本発明の実施例９において、光モジュール
にレンズを用いる例を示したが、光ファイバのコア径を
さらに広口径とし、かつ、レンズを使用せずに構成し
た、高出力０．９８μｍ帯半導体レーザアレイ光モジュ
ール（９８０ｎｍ、帯域幅±１０ｎｍ）に対しても、本
発明は有効である。上記した本発明の実施例９では、発
振波長０．９８μｍ帯の高出力半導体レーザアレイ光モ
ジュールの例を示したが、本発明はその他の波長帯、例
えば、２〜１０μｍ帯（２０００〜１０, ０００ｎｍ
帯）、１．５５μｍ帯（１, ５５０ｎｍ帯）、１．４８
μｍ帯（１４８０ｎｍ帯）、１．３μｍ帯（１, ３００
ｎｍ帯）、０．２〜１μｍ帯（２００〜１, ０００ｎｍ
帯）等についても、コア径の大きな光ファイバに大光出
力を結合するのに非常に有効である。特に、エルビウム
ドープ光ファイバ励起用光源としての、１．４８μｍ帯
高出力半導体レーザアレイの場合には、高出力特性と多
波長特性を兼ね備えた、ＤＦＢ構造を用いて、１．４８
μｍ帯高出力多波長ＤＦＢレーザアレイ光モジュールを
構成する場合に、本発明は非常に有効である。

【００８１】本発明の実施例１では、ディチューニング
が適切な値（±１０ｎｍ）に制御されたマイクロアレイ
分布帰還（ＤＦＢ）型半導体レーザの例を示したが、実
施例１のＤＦＢレーザをＤＢＲレーザ、ＤＲレーザ、利
得結合型レーザ等に置き換えた場合においても、本発明
は有効である。

【００８２】本発明の実施例２では、スポットサイズ変
換器付きのマイクロアレイ異波長半導体レーザの例を示
したが、実施例２の半導体レーザを、回折格子を有する
ＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザ、ＤＲレーザ、利得結合型
レーザ等に置き換えた場合においても本発明は有効であ
る。

【００８３】本発明の実施例３で示したスポットサイズ
変換器付きのマイクロアレイ半導体光アンプは、光ファ
イバ等に低損失結合させることが可能であるため、ファ
イバグレーティングと組み合わせた外部共振器型の単一
モードレーザを構成する場合にも全体の素子サイズを小
さくすることができるため、非常に有効である。更に、
石英系のプレーナーライトウエーブサーキット（ＰＬ
Ｃ）とも低損失結合することが可能であるので、石英系
ＰＬＣとハイブリッド実装した機能デバイスを構成する
場合にも、非常に有効である。例えば、文献：１９９７
年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会
講演論文集１、Ｃ−３−１０３に示されているような異
なる周期の回折格子が形成された石英系のプレーナーラ
イトウエーブサーキット（ＰＬＣ）と、本発明の実施例
３で示したマイクロアレイ半導体光アンプをハイブリッ
ド実装することで、従来の１／１０以下の小さいサイズ
で、縦モードが制御された外部共振器型の異波長単一モ
ードレーザを構成することができる。

【００８４】本発明は、アレイを構成する光導波路間で
伝搬光が相互干渉することによって、全体で一つの横モ
ード、即ちスーパーモードで発振する半導体レーザアレ
イの作製にも非常に有効である。

【００８５】また本発明は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系
以外の材料、例えばＩｎＧａＡｓＮ／ＧａＡｓ系、Ｉｎ
ＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系等の材料を用いた光集
積素子及び、それを実現する選択成長においても有効で
ある。本発明では、ＳｉＯ₂ マスクの開口幅を１．５μ
m として光導波路を選択成長で形成する例について述べ
たが、選択成長のＳｉＯ₂ マスクの開口幅をもっと広く
した選択成長法に対しても有効である。

【００８６】本発明の実施例６〜８では、回折格子を有
する縦単一モードレーザアレイの例として、ＤＦＢレー
ザ及びＤＢＲレーザの例を示したが、本発明は、その他
の形態の縦単一モードレーザアレイの場合にも有効であ
る。このようなアレイとしては、例えば、分布反射（Ｄ
Ｒ）型レーザアレイ、利得結合型ＤＦＢレーザアレイ、
複素結合型ＤＦＢレーザアレイ、スパーストラクチャー
グレーティング（ＳＳＧ）ＤＢＲレーザアレイ、チュー
ナブルツインガイド（ＴＴＧ）型ＤＦＢレーザアレイ、
空気（誘電体）と半導体の回折格子を利用したＤＦＢ、
ＤＢＲレーザアレイ等である。

【００８７】本発明の実施例８において、半導体レーザ
にＳＳＣを集積したアレイ光モジュールの例を示した
が、本発明は、ＳＳＣを光変調器、光増幅器、受光素子
等に置き換えた、他のアレイ集積光素子の場合にも非常
に有効である。

【００８８】また、単一の半導体レーザの動作温度をペ
ルチェ素子でコントロールして波長可変動作させる場
合、レーザの発振しきい値電流や光出力等の特性劣化を
抑制しつつ可変できる波長範囲は、せいぜい４ｎｍ程度
（変化温度範囲４０℃程度の場合）である。すなわち、
半導体レーザをアレイ化して、多波長半導体レーザアレ
イ光モジュールを構成する場合、アレイ全体でカバーで
きる波長範囲が４ｎｍ以上となる場合に、本発明は特に
有効に使用することができる。また本発明の実施例６に
おいて、８ｃｈのアレイ全体でカバーできる波長範囲が
５．６ｎｍである例を示したが、たとえば本発明では、
チャンネル数を減少させて、全体でカバーできる波長範
囲を４ｎｍ程度あるいはそれ以下とした多波長ＤＦＢレ
ーザアレイについても、本発明は有効である。このよう
に、波長範囲４ｎｍ以上をカバーできる多波長半導体レ
ーザアレイ光モジュールについて、本発明は非常に有効
である。なお、さらにチャンネル数を減少させれば、波
長範囲が４ｎｍ未満の範囲を適宜カバーすることもでき
る。

【００８９】また、本発明においては、アレイ本数は特
に限定されないが、たとえば最小アレイ数について考え
てみると、最小アレイ数は２本とすることができる。こ
のアレイ数２本の半導体レーザアレイ光モジュールとし
た場合、用いることのできる光ファイバの最小コア径
は、最小アレイ間隔を７μｍ程度であるとすると１５μ
ｍ程度となる。このような結果、本発明は光ファイバの
口径を１５μｍ以上として設定可能であり、この場合に
有効に実施可能である。

【００９０】また一方、最大アレイ数については、最大
アレイ数は、アレイ間隔×（アレイ数―１）程度とする
ことができ、たとえば光ファイバの最大コア径程度に達
するまで増やすことが可能となる。特に素子の電極配置
等によって、本発明は、アレイ本数１６本以下の場合に
非常に有効である。

【００９１】また上記本発明の実施例５〜９において、
光ファイバに回折格子の無い例を示したが、本発明は、
例えば実施例６の多波長半導体ＦＰレーザアレイと結合
させる光ファイバに、ファイバブラッググレーティング
のような回折格子を付加して、発振波長の単一モード安
定性を高めた光モジュールに適用可能であり、本発明
は、このような光モジュールに非常に有効である。

【００９２】

【発明の効果】本発明によれば、誘電体薄膜の幅を特定
することにより、アレイサイズを微細化し、また、アレ
イを構成する隣り合う光導波路間で組成及び層厚を可変
にすることにより、均一な光素子特性を有する半導体光
導波路アレイを実現している。これにより、本発明の半
導体光導波路アレイの製造方法及びアレイ構造半導体光
素子は、アレイサイズを従来の１／１０以下に超高集積
化することができるため、あらゆるアレイ構造半導体光
素子の１ウエハからの収量を１０倍以上向上させること
が可能となり、アレイ構造半導体光素子を低コストで供
給する上で非常に有益である。更に、従来の技術では、
５０μm 以下のアレイ間隔で超高集積されたアレイ構造
半導体光素子において、アレイを構成する各光導波層の
バンドギャップエネルギーを任意に制御することは技術
的に難しかったが、本発明を用いることにより、アレイ
を構成する各光導波層のバンドギャップエネルギーを均
一変化、線形変化等、任意に制御することが可能とな
り、超高集積された回折格子等を有するアレイ構造半導
体光素子の特性を均一化、高性能化できるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の選択成長で用いるＳｉＯ₂ 成長阻止マ
スクパターンを示す図である。

【図２】各チャンネルの積層構造を示す断面図である。

【図３】実験例１のＭＱＷ層のフォトルミネッセンス
（ＰＬ）ピーク波長のＳｉＯ₂ マスク幅Ｗm 依存性を示
すグラフである。

【図４】実験例１のマスク幅Ｗ_m に対する光導波層の層
厚依存性を示すグラフである。

【図５】実験例２の各チャンネルのＰＬピーク波長依存
性を示すグラフである。

【図６】実験例２のＰＬスペクトルを示すグラフであ
る。

【図７】実験例３の各チャンネルのＭＱＷ層のＰＬピー
ク波長依存性を示すグラフである。

【図８】実施例１の回折格子の配置図である。

【図９】実施例１のマスクの平面図である。

【図１０】実施例１の半導体レーザの層構造を示す断面
図である。

【図１１】実施例２のマスクの平面図である。

【図１２】実施例２のマスクの平面図である。

【図１３】実施例２の半導体レーザの構造を示す部分断
面斜視図である。

【図１４】実施例３のマスクの平面図である。

【図１５】実施例３のマスクの平面図である。

【図１６】実施例３の半導体レーザの構造を示す部分断
面斜視図である。

【図１７】実施例４の回折格子の配置図である。

【図１８】実施例４のマスクの平面図である。

【図１９】実施例４の波長選択光源の構造を示す斜視図
である。

【図２０】４チャンネルの半導体レーザアレイを用いた
場合の光モジュール内での光ファイバとレーザアレイの
配置模式図である。

【図２１】実施例５の多波長半導体ＦＰレーザアレイ光
モジュールの構造を示す図である。

【図２２】実施例６の多波長半導体ＤＦＢレーザアレイ
光モジュールの構造を示す図である。

【図２３】実施例７の多波長半導体ＤＢＲレーザアレイ
光モジュールの１チャンネルあたりの構造を示す図であ
る。

【図２４】実施例８のスポットサイズ変換器付ＤＦＢレ
ーザアレイ光モジュールの構造を示す図である。

【図２５】実施例９の高出力０．９８μｍ帯半導体レー
ザアレイ光モジュールの構造を示す図である。

【符号の説明】

１ 成長領域 ２、３、４、５ ＳｉＯ₂ マスク １１ ＩｎＧａＡｓＰ層 １２ ＩｎＰ層 １３ ＩｎＧａＡｓＰ層 １４ ＭＱＷ活性層 １５ ＩｎＧａＡｓＰ層 １６ ＩｎＰ層 １７ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １８ ｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １９ ＳｉＯ₂ ２０ ｐ電極 ２１ ｎ電極 ２２ 高反射コーティング膜 ２３ 低反射コーティング膜 ２４ ＩｎＰバッファー層 ２５ ＩｎＧａＡｓＰバルク層 ３１ 半導体レーザアレイ ３２ 光ファイバ ３３ 受光素子 ３４ ペルチェ素子 ３５ レンズ ３６ レンズ支持体 ３７ 電極 ３８ 波長フィルタ ３９ ＭＱＷ活性層 ４０ 回折格子 ４１ ＦＰレーザアレイ ４２ チューニング電極 ４３ バルク活性層 ４４ ＩｎＰクラッド ４５ ＤＦＢレーザアレイ ４６ ＳＳＣ付きＤＦＢレーザアレイ ４７ 0.98μｍ帯半導体レーザアレイ ７７ ダミー成長領域 ９９ ＩｎＰ基板 １００ 実施例１の半導体レーザ ２００ 実施例２の半導体レーザ ３００ 光アンプ ４００ 波長選択光源

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に誘電体薄膜に挟まれて形成され
   たストライプ状成長領域に、量子井戸層を有する半導体
   多層構造、またはバルク層からなる半導体多層構造を選
   択的に結晶成長させてなる光導波路を複数本アレイ状に
   備えた半導体光導波路アレイの製造方法において、 並列に延在する複数本のストライプ状成長領域をそれぞ
   れ誘電体薄膜で挟んで形成し、各成長領域に選択的に量
   子井戸層を有する半導体多層構造、またはバルク層から
   なる半導体多層構造を有機金属気相成長法により結晶成
   長させる際、 前記各成長領域が、結晶成長時の反応管内での原料種の
   拡散長よりも短い間隔で並列に形成されており、前記各
   成長領域の間に配設された誘電体薄膜の幅はＷa であ
   り、２本の最外側の成長領域の外側にそれぞれ配設され
   た第１最外誘電体薄膜の幅Ｗm₁及び第２最外誘電体薄膜
   の幅Ｗ_m2が、Ｗ_m1＞Ｗa 及びＷ_m2＞Ｗa であることを特
   徴とする半導体光導波路アレイの製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１最外誘電体薄膜の幅Ｗ_m1と前記
   第２最外誘電体薄膜の幅Ｗ_m2とをＷ_m1≠Ｗ_m2にすること
   により、アレイを構成する各半導体光導波路の組成また
   は層厚を変化させることを特徴とする請求項１記載の半
   導体光導波路アレイの製造方法。
3. 【請求項３】 前記複数本の成長領域によってそれぞれ
   挟まれた各領域は、誘電体薄膜によって完全に被覆され
   ていることを特徴とする請求項１及び２記載の半導体光
   導波路アレイの製造方法。
4. 【請求項４】 前記複数本の成長領域の各々の隣同士の
   間隔が、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１
   から３のうちのいずれか１項記載の半導体光導波路アレ
   イの製造方法。
5. 【請求項５】 前記複数本の成長領域の各々の幅が、１
   ０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のう
   ちのいずれか１項に記載の半導体光導波路アレイの製造
   方法。
6. 【請求項６】 前記複数本の成長領域の本数、または前
   記誘電体薄膜の幅Ｗa 、Ｗ_m1及びＷ_m2のうち少なくとも
   いずれか一つを前記成長領域の長手方向に沿って変化さ
   せることにより、アレイを構成する各光導波路の組成ま
   たは層厚を前記成長領域の長手方向に沿って変化させる
   ようにしたことを特徴とする請求項１から５のうちのい
   ずれか１項に記載の半導体光導波路アレイの製造方法。
7. 【請求項７】 前記複数本の成長領域の各間隔を前記成
   長領域の長手方向に沿って変化させることにより、各半
   導体光導波路の間隔を変化させることを特徴とする請求
   項１から６のうちのいずれか１項に記載の半導体光導波
   路アレイの製造方法。
8. 【請求項８】 前記複数本の各成長領域の幅、各成長領
   域の間隔、誘電体薄膜の幅Ｗa 、Ｗ_m1、及びＷ_m2のうち
   少なくともいずれか一つが、基板上に形成された半導体
   光導波路アレイ相互間で異なることを特徴とする請求項
   １から７のうちのいずれか１項に記載の半導体光導波路
   アレイの製造方法
9. 【請求項９】 基板上に誘電体薄膜に挟まれて形成され
   たストライプ状成長領域に、量子井戸層を有する半導体
   多層構造、またはバルク層からなる半導体多層構造を選
   択的に結晶成長してなる光導波路を備えた半導体光素子
   において、 前記光導波路が、結晶成長時の反応管内の原料種の拡散
   長よりも短い間隔で複数本アレイ状に配設されているこ
   とを特徴とするアレイ構造半導体光素子。
10. 【請求項１０】 前記アレイ状に配設された光導波路の
    アレイ本数が、１６以下であることを特徴とする請求項
    ９に記載のアレイ構造半導体光素子。
11. 【請求項１１】 前記光導波路が、５０μｍ以下の間隔
    にて複数本アレイ状に配設されたことを特徴とする請求
    項９記載のアレイ構造半導体光素子。
12. 【請求項１２】 前記光導波路の幅が１０μｍ以下であ
    り、光導波路の側壁が選択成長により形成された（１１
    １）Ｂ結晶面であることを特徴とする請求項９から１１
    に記載のアレイ構造半導体光素子。
13. 【請求項１３】 選択的に成長された結晶のバンドギャ
    ップエネルギー、又は層厚から選択される少なくとも一
    つが、隣り合う光導波路間で異なることを特徴とする請
    求項９から１２のいずれか１項に記載のアレイ構造半導
    体光素子。
14. 【請求項１４】 前記アレイ状光導波路が、半導体バル
    ク活性層からなり、電流注入により光学利得を生じさせ
    る光増幅器の機能を有することを特徴とする請求項９か
    ら１３のいずれか１項に記載のアレイ構造半導体光素
    子。
15. 【請求項１５】 前記アレイ状光導波路が、多重量子井
    戸層（ＭＱＷ）からなり、光導波路の両端または光導波
    路の近傍に光の反射機構を有し、電流注入により光学利
    得を生じさせることにより、レーザ発振させることを特
    徴とする請求項９から１３のうちのいずれか１項に記載
    のアレイ構造半導体光素子。
16. 【請求項１６】 光の反射機能が光導波路の近傍に設け
    られた回折格子によって生じることを特徴とする請求項
    ９から１３、又は１５のいずれか１項に記載のアレイ構
    造半導体光素子。
17. 【請求項１７】 前記回折格子の周期が隣り合う光導波
    路間で異なることを特徴とする請求項１６に記載のアレ
    イ構造半導体光素子。
18. 【請求項１８】 前記アレイ状光導波路の少なくとも一
    方の端に光のスポットサイズ変換器が集積されたことを
    特徴とする請求項９から１７のうちのいずれか１項に記
    載のアレイ構造半導体光素子。
19. 【請求項１９】 前記アレイ状光導波路の少なくとも一
    方の端に、スターカップラ、多モード干渉器（ＭＭＩ、
    Multi Mode Interference ）から選択される少なくとも
    １つの光合波器を集積したことを特徴とする請求項９か
    ら１８のいずれか１項に記載のアレイ構造半導体光素
    子。
20. 【請求項２０】 前記アレイ構造半導体光素子が、発振
    波長９７０から９９０ｎｍの範囲の半導体レーザアレイ
    であることを特徴とする請求項９から１２、または１５
    から１８のいずれか１項に記載のアレイ構造半導体光素
    子。
21. 【請求項２１】 前記アレイ構造半導体光素子が、発振
    波長１４５０から１５１０ｎｍの範囲の半導体レーザア
    レイであることを特徴とする請求項９から１２または１
    ５から１８のいずれか１項に記載のアレイ構造半導体光
    素子。
22. 【請求項２２】 請求項１４又は１５に記載のアレイ構
    造半導体光素子と、回折格子等が形成された石英系Plan
    er Lightwave Circuit（ＰＬＣ）とが、ハイブリッド集
    積されたことを特徴とする複合共振器型多波長光源。
23. 【請求項２３】 請求項９から２２のうちのいずれか１
    項に記載されたアレイ構造半導体光素子の少なくとも一
    個が用いられていることを特徴とする光モジュール。
24. 【請求項２４】 さらにアレイ状に配設された半導体光
    素子からの光出力を実質的に全集光する光学素子と、該
    光出力を取出すことを特徴とする請求項２３に記載の光
    モジュール。
25. 【請求項２５】 少なくともアレイ構造半導体光素子
    と、該アレイ構造半導体光素子からの光出力を導出する
    光ファイバと、当該アレイ構造半導体光素子からの光出
    力をモニタする受光素子と、からなる光モジュールであ
    って、 前記アレイ構造半導体光素子が、請求項９から２１のい
    ずれか１項に記載のアレイ構造半導体光素子から選択さ
    れた少なくとも１つのアレイ構造半導体光素子であり、
    該アレイ構造半導体光素子から出射された実質的に全光
    を前記光ファイバにより導出することを特徴とする光モ
    ジュール。
26. 【請求項２６】 アレイ状に配設された半導体光素子か
    らの光出力された波長を制御する波長フィルタをさらに
    有することを特徴とする請求項２３から２５のいずれか
    １項に記載の光モジュール。
27. 【請求項２７】 請求項９から２１のいずれか１項に記
    載されたアレイ構造半導体光素子の少なくとも１個が用
    いられていることを特徴とする光通信システム。