JP2009043790A - Semiconductor laser array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザアレイに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser array.
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。
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。
However, in the method described in
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。 The present invention has been made in view of the above-described problems. In a semiconductor laser array that outputs a plurality of laser beams having different wavelengths, gain peak wavelengths in a plurality of light emitting regions that respectively generate a plurality of laser beams are calculated. It is an object to control the laser light uniquely and accurately so as to correspond to the wavelength of the laser light.
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。 In order to solve the above-described problems, a semiconductor laser array according to the present invention is a semiconductor laser array that outputs a plurality of laser beams having different wavelengths, and a semiconductor substrate having a main surface and a main surface of the semiconductor substrate. And a plurality of light emitting regions that generate each of the plurality of laser beams, and each of the plurality of light emitting regions has a wavelength of the laser light generated by the light emitting region. It has a plurality of quantum wires provided side by side in the longitudinal direction of each light emitting region with a corresponding period, and the thin wire width in the longitudinal direction of each quantum wire in each of the plurality of light emitting regions generates the light emitting region. It is formed in a dimension corresponding to the wavelength of the laser light, and the thin line width is different between at least two light emitting regions among the plurality of light emitting regions.
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。 The semiconductor laser array described above has a so-called complex coupled DFB laser configuration. That is, each light emitting region has a plurality of quantum wires, and the plurality of quantum wires are arranged in the longitudinal direction of each light emitting region with a period corresponding to the wavelength of the laser light to be output by the light emitting region. Is provided. Further, in the semiconductor laser array described above, the thin line width of each quantum wire in the longitudinal direction of the light emitting region is formed to have a dimension corresponding to the wavelength of the laser light (Bragg wavelength) generated by the light emitting region. As described above, at least two of the light emitting regions have different thin line widths.
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。 There is a direct correlation between the fine line width of the quantum fine line and the gain peak wavelength of the light emitting region. For example, when the narrow line width of the quantum thin line is narrowed, the gain peak wavelength of the light emitting region changes to the short wavelength side. On the contrary, when the quantum wire width becomes wider, the gain peak wavelength of the light emitting region is hardly shortened, and becomes a value close to the gain peak wavelength when the quantum wire structure is not provided. From this, it is easy to predict the relationship between the fine wire width of the quantum wire and the gain peak wavelength. In addition, even when a plurality of light emitting regions are provided on a single substrate, the quantum wire can be formed with extremely high accuracy in different dimensions for each light emitting region by an electron beam exposure method or the like. is there. Therefore, if the gain peak wavelength is controlled by the fine line width of the quantum thin line, the gain peak wavelength in the plurality of light emitting regions can be uniquely and accurately controlled so as to correspond to the wavelength of the laser light generated in the light emitting region. Furthermore, by forming the fine line width of the quantum wire so as to correspond to the wavelength of the laser light (Bragg wavelength) determined by the period of the quantum wire, single mode oscillation in each light emitting region can be suitably realized.
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。 Further, the semiconductor laser array is formed such that the fine line width and period of each quantum wire in at least a part of the light emitting regions are substantially equal to the gain peak wavelength and the Bragg wavelength in the light emitting region. It may be characterized by being. Thereby, the gain and the oscillation wavelength are matched in the at least part of the light emitting region, and the single mode oscillation can be realized more preferably.
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。 In addition, the semiconductor laser array is formed such that the fine line width and period of each quantum wire in a part of the light emitting regions are substantially equal to the gain peak wavelength and the Bragg wavelength in the light emitting region. The thin line widths in two or more light emitting regions other than some light emitting regions may be equal to each other in the light emitting regions. When the laser gain obtained by a certain thin line width is sufficiently large over a wide wavelength range, single mode oscillation can be sufficiently realized if the Bragg wavelength exists in the vicinity of the gain peak wavelength. Therefore, the thin line widths of the two or more light emitting regions may be set to be equal to each other with such a thin line width, and the quantum wire period may be set so that the Bragg wavelengths of these light emitting regions are different from each other. Single mode oscillation in the light emitting region can be suitably realized.
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。 According to the present invention, in a semiconductor laser array that outputs a plurality of laser beams having different wavelengths, gain peak wavelengths in a plurality of light emitting regions that respectively generate a plurality of laser beams correspond to the wavelengths of the laser beams. Can be controlled uniquely and accurately.
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。 Embodiments of a semiconductor laser array according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
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。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the structure of a semiconductor laser array according to an embodiment of the present invention. 2 is a plan sectional view showing a section taken along line II-II shown in FIG. Referring to FIG. 1, the
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。
Each of the plurality of
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。
The
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
Further, as shown in FIG. 2, the gaps between the plurality of
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。
FIG. 3 is a side sectional view showing a section along the longitudinal direction of the
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。
The multiple quantum well structure of the
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。
Referring again to FIGS. 1 and 2, the
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。
Further, the side surfaces of the semiconductor mesas 25 </ b> A to 25 </ b> E are embedded by the embedded
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。
An insulating
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。
Next, the relationship between the periods Λa to Λe and the thin line widths Wa to We of the
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。
There is a direct correlation between the fine line width of the quantum fine line and the wavelength (gain peak wavelength) at which the gain of the light emitting region is maximized. For example, when the narrow line width of the quantum thin line is narrowed, the gain peak wavelength of the light emitting region changes to the short wavelength side. On the contrary, when the quantum wire width becomes wider, the gain peak wavelength of the light emitting region is hardly shortened, and becomes a value close to the gain peak wavelength when the quantum wire structure is not provided. Specifically, in FIG. 5A, the gain peak wavelength λGa of the gain wavelength characteristic Ga has a value corresponding to the thin wire width Wa (see FIG. 4) of the
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]
As shown in FIGS. 5A and 5B, in the present embodiment, the gain peak wavelength λGc, the Bragg wavelength λBc, the gain in some of the
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。
The effects obtained by the
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。
As described above, there is a direct correlation between the fine line width of the quantum fine line and the gain peak wavelength of the light emitting region. Therefore, it is easy to predict the relationship between the fine line width of the quantum fine line and the gain peak wavelength, and the thin line widths Wa to We corresponding to the desired gain peak wavelengths λGa to λGe can be easily determined. Further, the thin wire widths Wa to We of the quantum
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。
Further, as in the present embodiment, the thin line widths Wc to We and the periods Λc to Λe in at least some of the
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。
Further, as in the present embodiment, the thin line widths Wc to We and the periods Λc to Λe in some of the
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。 Subsequently, main steps in the method of manufacturing the semiconductor laser array according to the embodiment will be described with reference to FIGS.
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。
First, as shown in FIG. 6A, a p-type
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。
Subsequently, a mask for forming quantum wires is formed on the
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。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, a resist
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。
Subsequently, the insulating film 63 (silicon oxide film) is etched using the resist
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。
Subsequently, as shown in FIGS. 8A and 8B, the
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。
Thereafter, wet etching is performed to remove a damaged layer caused by dry etching. For this etching, for example, a sulfuric acid-based solution is used. After the wet etching, the
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。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, the
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。
Subsequently, as shown in FIG. 8B, the n-type GaInAsP
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。 The semiconductor laser array according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, an InP-based semiconductor is exemplified as an example of a constituent material. However, the present invention can also be applied to a semiconductor laser array made of another constituent material such as a GaAs-based semiconductor or a GaN-based semiconductor.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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。 A semiconductor laser array that outputs a plurality of laser beams having different wavelengths from each other,
A semiconductor substrate having a main surface;
A plurality of light emitting regions that are formed on the main surface of the semiconductor substrate with the direction along the main surface as a longitudinal direction, and generate each of the plurality of laser beams, and
Each of the plurality of light emitting regions has a plurality of quantum wires provided side by side in the longitudinal direction of each light emitting region with a period corresponding to the wavelength of the laser light generated by the light emitting region,
The fine line width in the longitudinal direction of each quantum thin line in each of the plurality of light emitting regions is formed in a dimension corresponding to the wavelength of the laser light generated by the light emitting region, and at least two of the plurality of light emitting regions A semiconductor laser array, wherein the thin line widths are different between light emitting regions.
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。 The fine line width and the period of each quantum wire in a part of the light emitting regions of the plurality of light emitting regions are formed such that the gain peak wavelength and the Bragg wavelength in the light emitting region substantially coincide with each other.
2. The semiconductor laser array according to claim 1, wherein the thin line widths in two or more light emitting regions other than the part of the light emitting regions are equal to each other in the light emitting regions.
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JP2007204627A JP2009043790A (en) | 2007-08-06 | 2007-08-06 | Semiconductor laser array |
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Cited By (2)
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JP2011258854A (en) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Seiko Epson Corp | Light-emitting device and projector |
JP2013211482A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor element, light-emitting device, optical transmission device and optical semiconductor element manufacturing method |
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2007
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