WO2011121678A1 - 半導体レーザアレイ及び半導体レーザアレイの製造方法 - Google Patents

半導体レーザアレイ及び半導体レーザアレイの製造方法 Download PDF

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WO2011121678A1
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laser array
central axis
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克哉 左文字
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パナソニック株式会社
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    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2201—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure in a specific crystallographic orientation

Definitions

  • the present invention relates to a structure of a semiconductor laser array and a method of manufacturing the same.
  • a GaN-based semiconductor laser is an indispensable device for obtaining a wavelength ranging from an ultraviolet light region to a wide range of green. Devices made of this material have already been applied to light sources for reading and writing of optical disk devices. In this case, the light output required for the laser light is about several hundred mW.
  • the semiconductor laser array is preferably formed on the same substrate and integrated as one chip. Although a method of arranging a plurality of single laser elements and assembling them may be considered, it is difficult to control the distance between the light emitting points. Also, it is impossible to make the light emitting points close. Therefore, in order to use as one light source, it is necessary to take out the laser light from each light emitting point with a plurality of optical fibers and combine them.
  • Such techniques are disadvantageous both in cost and in terms of the size of the light source. If the semiconductor laser elements can be integrated as an array on the same substrate, the light emitting point intervals can be made close, and the optical system can be simplified.
  • the oscillation wavelength is approximately determined by the size of the energy band gap of the active layer.
  • the respective laser elements constituting the array have a common active layer, and thus oscillate at basically the same wavelength. If the oscillation wavelength is the same, the beam obtained as a whole of the semiconductor laser array is affected by interference.
  • the beam pattern obtained contains interference fringes.
  • a distributed Bragg reflector (DBR) laser and a distributed feedback (DFB) laser have been devised. These are mechanisms for forming a diffraction grating in an optical waveguide and obtaining laser oscillation at a wavelength determined by the distance between the diffraction gratings.
  • the optical waveguide refers to a structure that confines light contributing to laser oscillation in the lateral direction (direction orthogonal to the emission direction of the laser).
  • Non-Patent Document 1 If diffraction gratings having different periods are formed in the respective laser elements constituting the array, the oscillation wavelengths of the respective laser elements are different. Such attempts have long been devised (see, for example, Non-Patent Document 1). In this Non-Patent Document 1, six DFB lasers are integrated, and the spacing between the respective diffraction gratings is changed to realize wavelength multiplexing.
  • the wavelength control technology using a diffraction grating as described above is very effective, when a GaN-based material is used, wet etching for forming the diffraction grating is difficult. Therefore, dry etching using a chlorine-based gas is required. However, since the dry etching damages the crystal, if the conduction region is damaged by the dry etching, the output of the laser element becomes unstable, leading to a decrease in reliability.
  • the thickness of the layer structure of each laser element is different, so that in the single ridge formation process, variations in the effective refractive index difference occur between the laser elements, and a part of It is possible that the transverse mode is guided by the higher mode in the laser element of Therefore, the output of the laser element may be unstable or it may be difficult to achieve high output.
  • the present invention aims to provide a high-power and stable semiconductor laser array.
  • a semiconductor laser array is formed on a main surface of a substrate, the main surface of the substrate having a concave stepped portion elongated in parallel to the emission direction of laser light.
  • the distance from the center in the width direction of at least one of the plurality of optical waveguides to the center in the width direction of the stepped portion is the width direction of the other optical waveguides in the plurality of optical waveguides. It differs from the distance from the center to the center in the width direction of the stepped portion.
  • the present inventors have found that, in a GaN-based material, when a laser structure (laminated structure) including an active layer is crystal-grown on a substrate provided with a step, the emission wavelength changes in the vicinity of the step. . That is, it has been found that the energy band gap of the active layer increases in the vicinity of the step portion. The size of the energy band gap changes depending on the distance from the end of the step. Therefore, if the optical waveguides of a plurality of laser elements constituting a semiconductor laser array are arranged at different distances from the step portion, the active layers of the respective laser elements have different energy band gaps and laser oscillation occurs at different wavelengths. Do.
  • the optical waveguide refers to a structure that laterally confines light contributing to laser oscillation.
  • the laser elements constituting the semiconductor laser array oscillate at different wavelengths. Thereby, the interference of the beams of the laser element can be suppressed, and a high-power and stable semiconductor laser array can be provided.
  • the semiconductor laser array includes the stepped portion, has a plurality of stepped portions formed corresponding to each of the plurality of optical waveguides, and includes the plurality of optical waveguides and the corresponding stepped portions.
  • a plurality of laser elements are provided, and the distance from the center in the width direction of the optical waveguide in at least one of the laser elements to the center in the width direction of the stepped portion is the width direction of the optical waveguide in the other laser element
  • the distance from the center to the center in the width direction of the stepped portion is preferably different.
  • the plurality of optical waveguides be convex ridge stripe type optical waveguides.
  • the active layer preferably contains indium, gallium and nitrogen.
  • the active layer is formed of a material containing indium, gallium and nitrogen. By selecting this material, it is possible to control the size of the energy band gap of the active layer.
  • the main surface of the substrate is generally parallel to the ⁇ 0001 ⁇ plane, and the at least one stepped portion and the plurality of optical waveguides are generally parallel to the ⁇ 1-100> direction. preferable.
  • the resonator end face of the semiconductor laser array can be formed by cleavage by selecting this plane orientation.
  • the optical waveguide is formed substantially in parallel to the ⁇ 1-100> direction, the size of the energy band gap of the active layer directly below the optical waveguide formed along the ⁇ 1-100> direction should be controlled.
  • a method of manufacturing a semiconductor laser array includes the steps of: forming a long concave step parallel to the emission direction of laser light on the main surface of a substrate; Forming a stacked structure including an active layer and a conductive type clad layer stacked above the active layer on the main surface of the substrate; and patterning the conductive type clad layer to be parallel to the step portion. And the step of forming a plurality of optical waveguides, wherein the distance from the center in the width direction of at least one of the plurality of optical waveguides to the center in the width direction of the stepped portion is the plurality of optical waveguides. It differs from the distance from the center in the width direction of the other optical waveguide of the waveguides to the center in the width direction of the stepped portion.
  • the laser elements constituting the semiconductor laser array oscillate at different wavelengths. Thereby, the interference of the beams of the laser element can be suppressed, and a method of manufacturing a high-power and stable semiconductor laser array can be provided.
  • the semiconductor laser array includes the stepped portion, has a plurality of stepped portions formed corresponding to each of the plurality of optical waveguides, and includes the plurality of optical waveguides and the corresponding stepped portions.
  • a plurality of laser elements are provided, and the distance from the center in the width direction of the optical waveguide in at least one of the laser elements to the center in the width direction of the stepped portion is the width direction of the optical waveguide in the other laser element
  • the distance from the center to the center in the width direction of the stepped portion is preferably different.
  • the plurality of optical waveguides be convex ridge stripe type optical waveguides.
  • the main surface of the substrate is generally parallel to the ⁇ 0001 ⁇ plane, and the optical waveguide is generally parallel to the ⁇ 1-100> direction.
  • the resonator end face of the semiconductor laser array can be formed by cleavage by selecting this plane orientation.
  • the optical waveguide is formed substantially in parallel to the ⁇ 1-100> direction, the size of the energy band gap of the active layer directly below the optical waveguide formed along the ⁇ 1-100> direction should be controlled.
  • a high power and stable semiconductor laser array and a method of manufacturing the same can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic view of a semiconductor laser array according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor laser array shown in FIG.
  • FIG. 2B is a top view showing the structure of the semiconductor laser array shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing manufacturing steps of the semiconductor laser array according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a top view showing the structure of the semiconductor laser array shown in FIG.
  • FIG. 5A is a photograph showing a stepped portion of the semiconductor laser array.
  • FIG. 5B is a diagram showing CL peak energy in the semiconductor laser array having the stepped portion shown in FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a schematic view of a semiconductor laser array according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a top view showing the structure of the semiconductor laser array shown in FIG.
  • a semiconductor laser array includes a substrate having a concave stepped portion elongated in parallel to the emission direction of laser light on its main surface, an active layer formed on the main surface of the substrate, and And a plurality of optical waveguides formed in parallel with the step portion by patterning the conductive clad layer, and a plurality of optical waveguides.
  • the distance from the center in the width direction of at least one of the optical waveguides to the center in the width direction of the stepped portion is from the center in the width direction of the other optical waveguide of the plurality of optical waveguides to the center in the width direction of the stepped portion Different from the distance.
  • Such a configuration can provide a high-power and stable semiconductor laser array.
  • a semiconductor laser array having an optical waveguide formed in a ridge stripe shape will be described as an example.
  • FIG. 1 is a schematic view of a semiconductor laser array 100 according to the first embodiment.
  • the electrodes and the detailed layer structure are not shown for simplicity.
  • typical crystal plane orientations are represented by symbols c, a, and m.
  • c is a plane equivalent to the ⁇ 0001 ⁇ plane or its normal vector
  • a is a plane equivalent to the ⁇ 11-20 ⁇ plane or its normal vector
  • m is a plane equivalent to the ⁇ 1-100 ⁇ plane or its plane
  • the normal vectors are respectively shown.
  • the semiconductor laser array 100 includes an n-GaN substrate 101, and on the surface of the n-GaN substrate 101, step portions 101a, 101b, and 101c having a width of 30 ⁇ m and a depth of 2 ⁇ m extend in the m-axis direction. It is formed along.
  • the stepped portions 101a, 101b, and 101c have a concave shape elongated in parallel to the laser emission direction.
  • a laser structure (laminated structure) including the multiple quantum well active layer 105 is formed by crystal growth.
  • a stacked structure is formed in the step portions 101a, 101b, and 101c to form grooves 102a, 102b, and 102c.
  • the three convex ridge stripe type optical waveguides 113a, 113b and 113c are the distances X 1 , X 2 and X 2 from the centers of the grooves 102a, 102b and 102c, ie, the centers of the step portions 101a, 101b and 101c, respectively. It is formed at only X 3.
  • the groove 102a and the optical waveguide 113a form one laser element 100a.
  • one laser element 100b is formed by the groove 102b and the optical waveguide 113b.
  • one laser element 100c is formed by the groove 102c and the optical waveguide 113c.
  • the optical waveguide refers to a structure that confines light contributing to laser oscillation in the lateral direction (direction orthogonal to the emission direction of the laser).
  • the distance X 1 is, in particular, refers to the width direction of the center of the optical waveguide 113a to the center in the width direction of the stepped portion 101a.
  • the distance X 2 refers to the width direction of the center of the optical waveguide 113b to the center in the width direction of the step portion 101b.
  • the distance X 3 refers to the width direction of the center of the optical waveguide 113c to the center in the width direction of the step portion 101c.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining in detail one laser element 100 a constituting the semiconductor laser array 100.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the chip end face of the laser device 100a
  • FIG. 2B is a top view of the chip of the laser device 100a.
  • the laser elements 100b and 100c are provided with stepped portions 101b and 101c and optical waveguides 113b and 113c, as in the case of the laser element 100a.
  • the optical waveguides 113b and 113c respectively include p-ohmic electrodes 110b and 110c.
  • a pad electrode 111a is formed above the laser element 100a so as to cover the optical waveguide 113a provided with the groove 102a and the p-ohmic electrode 110a.
  • a pad electrode 111b is formed above the laser element 100b so as to cover the optical waveguide 113b provided with the groove 102b and the p-ohmic electrode 110b.
  • a pad electrode 111c is formed so as to cover the optical waveguide 113c provided with the groove 102c and the p-ohmic electrode 110c.
  • the groove 102a and the p-ohmic electrode 110a of the optical waveguide 113a are hatched.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the manufacturing process of the semiconductor laser array 100 according to the present embodiment.
  • a method of manufacturing the semiconductor laser array 100 according to the present invention will be described with reference to the same drawing.
  • n-GaN substrate 101 having a c-plane main surface is prepared, and an SiO 2 film is formed with a thickness of 600 nm as an etching mask on the n-GaN substrate 101 (step S10).
  • Thermal Chemical Vapor Deposition (hereinafter abbreviated as thermal CVD) is used to form SiO 2 .
  • a plurality of parallel stripe-shaped openings having a width of 30 ⁇ m in the a-axis direction and a parallel pitch of 200 ⁇ m along the m-axis direction are formed in the SiO 2 film by photolithography and wet etching with hydrofluoric acid (HF) (step S11).
  • HF hydrofluoric acid
  • step portions 101a, 101b, and 101c are formed to a depth of 2 ⁇ m on the surface of the n-GaN substrate 101 by an inductively coupled plasma (ICP) dry etching apparatus using Cl 2 as an etching gas (Inductively Coupled Plasma: ICP) Step S12).
  • ICP inductively coupled plasma
  • step S13 the SiO 2 film used as the etching mask is removed by buffered hydrofluoric acid (BHF) (step S13).
  • BHF buffered hydrofluoric acid
  • FIG. 2A and FIG. 2B the portion of one of the three laser elements 100a, 100b, and 100c constituting the semiconductor laser array 100 is enlarged and illustrated, so that the step as the step portion Only one part 101a is illustrated. The same applies to the laser elements 100b and 100c, and the step portions 101b and 101c are formed, respectively.
  • SiCl 4 may be used as the etching gas.
  • a dry etching apparatus using capacitive coupled plasma Capacitive Coupled Plasma
  • ECR Electrotron Resonance
  • step S14 crystal growth of the stacked structure constituting the semiconductor laser array 100 is performed on the n-GaN substrate 101 in which the step portions 101a, 101b, and 101c are formed.
  • Crystal growth is performed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
  • the contact layer 108 is sequentially stacked.
  • the crystal growth method for forming the laminated structure may be a growth method capable of growing a GaN-based semiconductor laser structure such as molecular beam epitaxy (MBE) other than the MOCVD method. Good.
  • MBE molecular beam epitaxy
  • a raw material in the case of using the MOCVD method for example, trimethylgallium (TMG) as a Ga raw material, trimethylindium (TMI) as an In raw material, and trimethylaluminum (TMA) as an Al raw material are used. 3 ) should be used.
  • silane (SiH 4 ) gas may be used as the Si source material which is an n-type impurity
  • Cp 2 Mg biscyclopentadienyl magnesium
  • a mask layer (not shown) made of SiO 2 and having a thickness of 0.2 ⁇ m is formed on the p-GaN contact layer 108 by thermal CVD (step S15).
  • a mask layer made of SiO 2 is patterned and formed in a stripe shape of 1.5 ⁇ m in width and parallel to the m-axis direction.
  • a part of the p-GaN contact layer 108 and the p-Al x Ga 1 -xN cladding layer 107 is etched by an ICP dry etching apparatus using Cl 2 as an etching gas to form a ridge stripe type optical waveguide 113a. , 113b and 113c (step S16).
  • three types (distances X 1 to X 3 ) of distances from the centers of the optical waveguides 113a, 113b, 113c in the width direction to the centers of the step portions 101a, 101b, 101c in the width direction are set.
  • the optical waveguide 113a of distance X 1 between the center of the stepped portion 101a, the optical waveguide 113b distance between the center of X 2 of the step portion 101b, the distance between the center of the stepped portion 101c is optical waveguide 113c of X 3 They are arranged at intervals of 200 ⁇ m, and are formed to be repeated.
  • a SiO 2 film to be a light confinement insulating film 109 is deposited to a thickness of 400 nm by thermal CVD (step S17). Subsequently, openings of the light confinement insulating film 109 are formed in the regions including the tops of the previously formed optical waveguides 113a, 113b, and 113c by photolithography and wet etching.
  • p-ohmic electrodes 110a, 110b and 110c are formed in contact with the tops of the optical waveguides 113a, 113b and 113c using the lift-off method (step S18).
  • the configuration of the p-ohmic electrodes 110a, 110b and 110c is Pd (40 nm) / Pt (35 nm).
  • pad electrodes 111a, 111b and 111c made of Ti (50 nm) / Pt (35 nm) / Au (500 nm) are formed by the lift-off method, and the processing on the surface side of the n-GaN substrate 101 is completed.
  • n-ohmic electrode 112 consisting of Ti (5 nm) / Pt (100 nm) / Au (1 ⁇ m) is formed on the polished surface (step S19), and the wafer process is completed.
  • a primary cleavage step is performed to cleave the wafer into strip-like laser bars.
  • the width of the laser bar is cleaved to 800 ⁇ m so that the resonator length is 800 ⁇ m.
  • the primary cleavage plane (resonator end face) is coated with an end face for the purpose of reflectance control and end face protection.
  • a secondary cleavage process is performed to divide the laser bar into individual laser chips.
  • a device in which three laser elements 100a, 100b and 100c are arrayed is completed (step S20).
  • FIG. 4 is a top view of the semiconductor laser array 100.
  • Pad electrodes 111a, 111b and 111c are individually formed on the respective laser elements 100a, 100b and 100c. Therefore, wire bonding can be performed independently on each pad electrode 111a, 111b, 111c. With this configuration, in the semiconductor laser array 100, each of the laser elements 100a, 100b, and 100c can be driven and controlled independently.
  • the grooves 102a, 102b, 102c and the optical waveguides 113a, 113b, 113c are hatched.
  • FIG. 5A the step portion of the square 30 [mu] m ⁇ 30 [mu] m was formed at the depth 2 [mu] m, on the step portion, n-Al x Ga 1- x N cladding layer 103, n-Al x Ga 1 -x N light guide It is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a sample in which the layer 104 and the multiple quantum well active layer 105 are crystal-grown. The cathode luminescence (CL) measurement was performed on this sample, and the peak energy of the CL spectrum was measured along the a-axis direction. The results are shown in FIG. 5B.
  • SEM scanning electron microscope
  • the energy band gap of the multiple quantum well active layer in the optical waveguide can be controlled by controlling the formation position of the optical waveguide which is the center of the laser element.
  • the oscillation wavelengths of the laser elements 100a, 100b and 100c were 413 nm, 420 nm and 426 nm, respectively.
  • the manufacturing process of the step portions 101a, 101b, and 101c and the crystal growth process of the laser layer structure (laminated structure) are all common.
  • 100b, 100c can be configured.
  • the basic process is almost the same process as that for producing a single semiconductor laser. Since a complicated diffraction grating fabrication process is not required, it is possible to form the wavelength-multiplexed semiconductor laser array 100 at low cost.
  • the optical waveguides 113a, 113b, and 113c are formed in the + a axis direction with respect to the step portions 101a, 101b, and 101c, but conversely, the optical waveguides 113a, 113b, and 113c May be formed in the ⁇ a axis direction with respect to the step portions 101a, 101b, and 101c.
  • the number of the stepped portions and the number of the optical waveguides may be two or three or more, such as four or five.
  • the distances from the center in the width direction of the step portion to the center in the width direction of the optical waveguide are respectively different. As long as the optical waveguide is included, there may be laser elements having the same distance.
  • the optical waveguide formed in the ridge stripe type shape has been described for the optical waveguide
  • a buried stripe type optical waveguide may be used other than the ridge stripe type waveguide.
  • the effect in this case is the same as the ridge stripe type optical waveguide.
  • the ridge stripe type optical waveguide is simpler to manufacture than the buried stripe type optical waveguide. This is because the ridge stripe type optical waveguide requires only one crystal growth, whereas the buried stripe type optical waveguide requires two or more crystal growths.
  • the semiconductor laser array in the second embodiment differs from the semiconductor laser array in the first embodiment in that the semiconductor laser array in this embodiment has a common anode, that is, a common pad electrode.
  • the semiconductor laser array 100 having the laser elements 100a, 100b, and 100c and capable of independently driving each laser element has been described.
  • the semiconductor laser array can be realized with a simpler configuration as in the semiconductor laser array 200 shown in the present embodiment.
  • the semiconductor laser array 200 will be described below.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a semiconductor laser array 200 with a common anode.
  • FIG. 7 is a top view of the semiconductor laser array 200. The layer structure and the electrode configuration are not shown for simplification. In FIG. 7, the grooves 202 and the optical waveguides 213a, 213b, and 213c are hatched.
  • the semiconductor laser array 200 differs from the semiconductor laser array 100 shown in the first embodiment in that the laser structure (stacked structure) including the multiple quantum well active layer 205 is formed on the surface of the n-GaN substrate 201.
  • a plurality of ridge stripe type optical waveguides 213a, 213b and 213c are formed in proximity to one stepped portion 201a formed along the axial direction.
  • the manufacturing method is the same as the method described in the first embodiment. Further, as shown in FIG. 7, since the distance between the optical waveguides 213a, 213b and 213c is narrow, the pad electrode 211 is formed in common on the optical waveguides 213a, 213b and 213c.
  • the semiconductor laser array 200 although it is not possible to independently drive each laser element constituted by the groove 202 in which the laminated structure is formed on the step portion 201a and the optical waveguides 213a, 213b and 213c, the light emitting point interval is small. can do. Therefore, the use of the semiconductor laser array 200 has the advantage of facilitating the design of an optical device with a small emission point distance.
  • the material of the semiconductor is not limited to Al x Ga 1 -xN and In y Ga 1 -yN described above, and may be other semiconductor materials.
  • the length, width, height and the like of the step portion and the optical waveguide are not limited to those described above and may be changed as appropriate.
  • etching gas and the etching solution are not limited to those described above and may be appropriately changed.
  • the semiconductor laser array according to the present invention includes various modifications obtained by applying various modifications, and various devices provided with the semiconductor laser array according to the present invention.
  • a laser display provided with the semiconductor laser array according to the present invention is also included in the present invention.
  • the semiconductor laser array according to the present invention is useful as a light source of a device that requires relatively high light output such as laser processing and a laser display.

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Abstract

　高出力で安定した半導体レーザアレイ及びその製造方法を提供する。半導体レーザアレイ（１００）は、レーザ光の出射方向と平行に長尺な凹状の段差部（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ）を主面に有する基板（１０１）と、積層構造体と、段差部（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ）と平行に形成された複数の光導波路（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）とを備え、複数の光導波路（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）のうちの少なくとも１の光導波路の幅方向の中心から段差部（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ）の幅方向の中心までの距離は、複数の光導波路（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）のうちの他の光導波路の幅方向の中心から段差部（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ）の幅方向の中心までの距離と異なる。

Description

半導体レーザアレイ及び半導体レーザアレイの製造方法
　本発明は、半導体レーザアレイの構造及びその製造方法に関する。
　ＧａＮ系半導体レーザは、紫外光域から緑色まで広い範囲に渡る波長を得るために必要不可欠なデバイスである。この材料によるデバイスは、光ディスク装置の読み出し・書き込み用光源にすでに応用されている。この場合、レーザ光として必要な光出力は数百ｍＷ程度である。
　さらに応用範囲を拡げて、レーザディスプレイ、レーザ加工装置、薄膜のレーザアニール装置などに利用するためには、レーザの光出力をＷクラスに増大させる必要がある。そのための有力な方法として、複数のレーザ素子のアレイ化が挙げられる。
　半導体レーザアレイは、同一の基板に形成され、１チップとして集積化されたものが望ましい。単一のレーザ素子を複数個並べて組み立てる方法も考えられるが、各発光点の間隔の制御が難しい。また、発光点を近接させることも不可能である。したがって、一つの光源として利用するためには複数の光ファイバーでそれぞれの各発光点からレーザ光を取り出し、これらを合波させる必要がある。
　このような技術は、コスト的にも光源の大きさの観点からも不利である。半導体レーザ素子をアレイとして同一基板に集積させることができれば、発光点間隔を近接させることができ、光学系を簡素にすることができる。
　さて、ファブリペロー共振器を用いた端面発光型の半導体レーザでは、発振波長はおよそ活性層のエネルギーバンドギャップの大きさによって決まる。集積型の半導体レーザアレイでは、アレイを構成する各レーザ素子は共通の活性層をもっているため、基本的にほぼ同一の波長で発振する。発振波長が同一であれば、半導体レーザアレイ全体として得られるビームには干渉の影響が及ぼされる。
　例えば、同一波長で発振する２個のレーザ素子が隣接して配置され、二つのレーザ光の位相差が１８０度であれば、ビームの重なり合う部分は干渉のために打ち消しあって光強度が低下する。このような影響があると、得られるビームパターンは、干渉縞を含んだものになる。
　また、光通信の分野では、波長多重通信の光源として、発振波長の異なるレーザ素子をアレイ化する技術が必要とされる。この場合、発振波長を厳密に制御する必要がある。
　レーザ発振波長を制御する方法としては、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）レーザや分布帰還型（ＤＦＢ）レーザが考案されている。これらは回折格子を光導波路に形成し、その回折格子の間隔によって決まる波長でレーザ発振を得る仕組みである。ここで、光導波路とは、レーザ発振に寄与する光を横方向（レーザの出射方向と直交する方向）に閉じ込める構造のことを指す。
　アレイを構成する各レーザ素子に周期の異なる回折格子を形成すれば、各レーザ素子の発振波長はそれぞれ異なる。このような試みは古くから考案されている（例えば、非特許文献１参照）。この非特許文献１では、６個のＤＦＢレーザを集積し、それぞれの回折格子の間隔を変えて波長多重を実現している。
　その他、最近の例では、基板に幅の異なる溝を複数形成し、その溝に活性層を含むレーザ構造を結晶成長する技術が公開されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、結晶成長後にできあがる層構造の厚さや組成が溝の幅によって異なる現象を利用している。
特開２００５－１９１４８８号公報
Ｋ．Ａｉｋｉ，ｅｔ　ａｌ．，"Ａ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｗｉｔｈ　ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ－ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｄｉｏｄｅ　ｌａｓｅｒｓ"，　ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．１３，ｐ．２２０－２２３（１９７７）．
　上述したような回折格子を利用した波長制御技術は非常に有効であるが、ＧａＮ系の材料を使用する場合には、回折格子を形成するためのウェットエッチングが困難である。そのため、塩素系ガスを用いたドライエッチングが必要となる。ところが、ドライエッチングは結晶にダメージを与えるため、ドライエッチングにより通電領域にダメージが与えられると、レーザ素子の出力が不安定になり信頼性低下につながる。
　また、特許文献１に示したような技術では、層構造の厚さや幅が異なるために、導波光の横モード制御が困難になるおそれがある。例えば、アレイを構成する各レーザ素子の横モード、特に水平横モードを基本モード（０次モード）に維持したい場合には、横方向に適当な屈折率差を設ける必要がある。リッジ型導波路の場合、リッジの底部と活性層との距離は実効屈折率差に大きく影響する。特許文献１に記載された技術では、各レーザ素子の層構造の厚さがそれぞれ異なっているので、一回のリッジ形成プロセスでは、各レーザ素子間に実効屈折率差のばらつきが生じ、一部のレーザ素子では横モードが高次モードで導波することが起こりえる。したがって、レーザ素子の出力が不安定になったり、高出力化を達成することが難しくなったりする。
　上記課題を解決するために、本発明は、高出力で安定した半導体レーザアレイを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために本発明の一形態における半導体レーザアレイは、レーザ光の出射方向と平行に長尺な凹状の段差部を主面に有する基板と、前記基板の主面に形成された、活性層及び前記活性層の上方に積層された導電型クラッド層を含む積層構造体と、前記導電型クラッド層をパターニングすることにより、前記段差部と平行に形成された複数の光導波路とを備え、前記複数の光導波路のうちの少なくとも１の光導波路の幅方向の中心から前記段差部の幅方向の中心までの距離は、前記複数の光導波路のうちの他の光導波路の幅方向の中心から前記段差部の幅方向の中心までの距離と異なる。
　本願発明者らは、ＧａＮ系の材料において、段差部を設けた基板上に活性層を含むレーザ構造（積層構造体）を結晶成長すると、段差部の近傍で発光波長が変化する現象を見出した。すなわち、段差部の近傍では活性層のエネルギーバンドギャップが大きくなるという知見を得た。エネルギーバンドギャップの大きさは、段差部の端からの距離に依存して変化する。したがって、半導体レーザアレイを構成する複数のレーザ素子の光導波路を、段差部からの距離が異なるように配置すれば、それぞれのレーザ素子の活性層は異なるエネルギーバンドギャップをもち、異なる波長でレーザ発振する。ここで、光導波路とは、レーザ発振に寄与する光を横方向に閉じ込める構造のことを指す。
　したがって、この構成によれば、複数のレーザ素子の発振波長を制御することが可能となる。すなわち、それぞれの段差部と光導波路の距離は互いに異なっているので、半導体レーザアレイを構成する各レーザ素子が互いに異なる波長で発振する。これにより、レーザ素子のビームの干渉を抑制して、高出力で安定した半導体レーザアレイを提供することができる。
　ここで、前記半導体レーザアレイは、前記段差部を含み、前記複数の光導波路のそれぞれに対応して形成された複数の段差部を有し、前記複数の光導波路と対応する前記段差部とにより、レーザ素子が複数構成され、少なくとも１の前記レーザ素子における前記光導波路の幅方向の中心から前記段差部の幅方向の中心までの距離は、他の前記レーザ素子における前記光導波路の幅方向の中心から前記段差部の幅方向の中心までの距離と異なることが好ましい。
　この構成によれば、１の段差部と１の光導波路からなるレーザ素子のそれぞれに個別にパッド電極を形成し、それぞれのパッド電極に独立にワイヤボンディングを実施することができる。これにより、それぞれのレーザ素子を独立して駆動及び制御することができる。
　ここで、前記複数の光導波路は、凸状のリッジストライプ型の光導波路であることが好ましい。
　ここで、前記活性層は、インジウム、ガリウム及び窒素を含むことが好ましい。
　この構成によれば、活性層は、インジウム、ガリウム及び窒素を含む材料により形成される。この材料を選択することにより、活性層のエネルギーバンドギャップの大きさを制御することが可能となる。
　ここで、前記基板の主面は、｛０００１｝面に概ね平行であり、前記少なくとも１の段差部及び前記複数の光導波路は、＜１－１００＞方向に概ね平行に形成されていることが好ましい。
　この構成によれば、層構造を形成する主面が｛０００１｝面に概ね平行であるので、この面方位を選択することにより、半導体レーザアレイの共振器端面をへき開によって形成することができる。また、光導波路が＜１－１００＞方向に概ね平行に形成されているので、＜１－１００＞方向に沿って形成された光導波路直下の活性層のエネルギーバンドギャップの大きさを制御することができる。
　また、上記課題を解決するために本発明の一形態における半導体レーザアレイの製造方法は、基板の主面に、レーザ光の出射方向と平行に長尺な凹状の段差部を形成する工程と、前記基板の主面に、活性層及び前記活性層の上方に積層された導電型クラッド層を含む積層構造体を形成する工程と、前記導電型クラッド層をパターニングすることにより、前記段差部と平行に、複数の光導波路を形成する工程とを含み、前記複数の光導波路のうちの少なくとも１の光導波路の幅方向の中心から前記段差部の幅方向の中心までの距離は、前記複数の光導波路のうちの他の光導波路の幅方向の中心から前記段差部の幅方向の中心までの距離と異なる。
　この構成によれば、複数のレーザ素子の発振波長を制御することが可能となる。すなわち、それぞれの段差部と光導波路の距離は互いに異なっているので、半導体レーザアレイを構成する各レーザ素子が互いに異なる波長で発振する。これにより、レーザ素子のビームの干渉を抑制して、高出力で安定した半導体レーザアレイの製造方法を提供することができる。
　ここで、前記半導体レーザアレイは、前記段差部を含み、前記複数の光導波路のそれぞれに対応して形成された複数の段差部を有し、前記複数の光導波路と対応する前記段差部とにより、レーザ素子が複数構成され、少なくとも１の前記レーザ素子における前記光導波路の幅方向の中心から前記段差部の幅方向の中心までの距離は、他の前記レーザ素子における前記光導波路の幅方向の中心から前記段差部の幅方向の中心までの距離と異なることが好ましい。
　この構成によれば、１の段差部と１の光導波路からなるレーザ素子のそれぞれに個別にパッド電極を形成し、それぞれのパッド電極に独立にワイヤボンディングを実施することができる。これにより、それぞれのレーザ素子を独立して駆動及び制御することができる。
　ここで、前記複数の光導波路は、凸状のリッジストライプ型の光導波路であることが好ましい。
　ここで、前記基板の主面は、｛０００１｝面に概ね平行であり、前記光導波路は、＜１－１００＞方向に概ね平行に形成されていることが好ましい。
　この構成によれば、層構造を形成する主面が｛０００１｝面に概ね平行であるので、この面方位を選択することにより、半導体レーザアレイの共振器端面をへき開によって形成することができる。また、光導波路が＜１－１００＞方向に概ね平行に形成されているので、＜１－１００＞方向に沿って形成された光導波路直下の活性層のエネルギーバンドギャップの大きさを制御することができる。
　本発明によれば、高出力で安定した半導体レーザアレイ及びその製造方法を提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態における半導体レーザアレイの概略図である。 図２Ａは、図１に示した半導体レーザアレイの構造を示す断面図である。 図２Ｂは、図１に示した半導体レーザアレイの構造を示す上面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造工程を示すフローチャートである。 図４は、図１に示した半導体レーザアレイの構造を示す上面図である。 図５Ａは、半導体レーザアレイの段差部を示す写真である。 図５Ｂは、図５Ａに示した段差部を有する半導体レーザアレイにおけるＣＬピークエネルギーを示す図である。 図６は、本発明の第２の実施形態における半導体レーザアレイの概略図である。 図７は、図６に示した半導体レーザアレイの構造を示す上面図である。
　以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明について、以下の実施形態及び添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。
　（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザアレイは、レーザ光の出射方向と平行に長尺な凹状の段差部を主面に有する基板と、基板の主面に形成された、活性層及び活性層の上方に積層された導電型クラッド層を含む積層構造体と、導電型クラッド層をパターニングすることにより、段差部と平行に形成された複数の光導波路とを備え、複数の光導波路のうちの少なくとも１の光導波路の幅方向の中心から段差部の幅方向の中心までの距離は、複数の光導波路のうちの他の光導波路の幅方向の中心から段差部の幅方向の中心までの距離と異なる。このような構成により、高出力で安定した半導体レーザアレイを提供することができる。
　以下、本実施形態では、リッジストライプ型の形状に形成された光導波路を有する半導体レーザアレイを例として説明する。
　図１は、第１の実施形態に係る半導体レーザアレイ１００の概略図である。簡略化のため電極や詳細な層構造は図示していない。さらに、同図中では、代表的な結晶面方位をｃ、ａ、及びｍなる記号で表している。ｃは｛０００１｝面と等価な面またはその法線ベクトルを、ａは｛１１－２０｝面と等価な面またはその法線ベクトルを、ｍは｛１－１００｝面と等価な面またはその法線ベクトルをそれぞれ示す。
　図１に示すように、半導体レーザアレイ１００は、ｎ－ＧａＮ基板１０１を備え、ｎ－ＧａＮ基板１０１の表面には、幅３０μｍ、深さ２μｍの段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃがｍ軸方向に沿って形成されている。段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、レーザの出射方向と平行に長尺な凹状の形状となっている。このｎ－ＧａＮ基板１０１の上に、多重量子井戸活性層１０５を含むレーザ構造（積層構造体）が結晶成長により形成されている。段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃには積層構造体が形成されて、溝１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが構成されている。また、３個の凸状のリッジストライプ型の光導波路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃが、それぞれ溝１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの中心、つまり、段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの中心から距離Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3だけ隔てて形成されている。そして、溝１０２ａ及び光導波路１１３ａにより一つのレーザ素子１００ａが形成されている。同様に、溝１０２ｂ及び光導波路１１３ｂにより一つのレーザ素子１００ｂが形成されている。また、溝１０２ｃ及び光導波路１１３ｃにより一つのレーザ素子１００ｃが形成されている。
　ここで、光導波路とは、レーザ発振に寄与する光を横方向（レーザの出射方向と直交する方向）に閉じ込める構造のことを指す。また、距離Ｘ1は、詳細には、光導波路１１３ａの幅方向の中心から段差部１０１ａの幅方向の中心までをいう。同様に、距離Ｘ2は、光導波路１１３ｂの幅方向の中心から段差部１０１ｂの幅方向の中心までをいう。距離Ｘ3は、光導波路１１３ｃの幅方向の中心から段差部１０１ｃの幅方向の中心までをいう。
　この距離Ｘ1～Ｘ3を、後述するように適切に形成することにより、異なる発振波長をもつレーザ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃを備えた半導体レーザアレイを実現できる。
　図２Ａ及び図２Ｂは、半導体レーザアレイ１００を構成する一つのレーザ素子１００ａを詳細に説明する図である。図２Ａはレーザ素子１００ａのチップ端面の断面図、図２Ｂはレーザ素子１００ａのチップの上面図である。
　図２Ａに示すように、レーザ素子１００ａは、段差部１０１ａが形成されたｎ－ＧａＮ基板１０１上に、積層構造体として、ｎ－ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．０３）クラッド層１０３と、ｎ－ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．００３）光ガイド層１０４と、ＩｎyＧａ1-yＮ（ｙ＝０．０２）の障壁層及びＩｎyＧａ1-yＮ（ｙ＝０．１２）の井戸層からなる多重量子井戸活性層１０５と、ｐ－ＧａＮ光ガイド層１０６と、ｐ－ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．０３）クラッド層１０７と、ｐ－ＧａＮコンタクト層１０８と、光閉じ込め絶縁膜１０９と、ｐ－オーミック電極１１０ａと、ｎ－オーミック電極１１２とを備えている。また、多重量子井戸活性層１０５は、溝１０２ａの近傍に、エネルギーバンドギャップが大きくなっている領域１０５ａを有している。
　なお、レーザ素子１００ｂ、１００ｃは、レーザ素子１００ａと同様、段差部１０１ｂ、１０１ｃ、光導波路１１３ｂ、１１３ｃを備えている。また、レーザ素子１００ｂ、１００ｃにおいて、光導波路１１３ｂ、１１３ｃは、それぞれｐ－オーミック電極１１０ｂ、１１０ｃを備えている。
　また、図２Ｂに示すように、レーザ素子１００ａの上方には、溝１０２ａ、及び、ｐ－オーミック電極１１０ａを備えた光導波路１１３ａを覆うようにパッド電極１１１ａが形成されている。同様に、レーザ素子１００ｂの上方には、溝１０２ｂ、及び、ｐ－オーミック電極１１０ｂを備えた光導波路１１３ｂを覆うようにパッド電極１１１ｂが形成されている。レーザ素子１００ｃの上方には、溝１０２ｃ、及び、ｐ－オーミック電極１１０ｃを備えた光導波路１１３ｃを覆うようにパッド電極１１１ｃが形成されている。なお、図２Ｂにおいて、溝１０２ａ及び光導波路１１３ａのｐ－オーミック電極１１０ａには、ハッチングを付して示している。
　図３は、本実施形態に係る半導体レーザアレイ１００の製造工程を示すフローチャートである。以下に、同図を参照しながら、本発明に係る半導体レーザアレイ１００の製造方法を説明する。
　まず、主面をｃ面とするウェハ状のｎ－ＧａＮ基板１０１を用意し、ｎ－ＧａＮ基板１０１の上に、エッチングマスクとしてＳｉＯ2膜を厚さ６００ｎｍで形成する（ステップＳ１０）。ＳｉＯ2の形成には熱化学気相堆積法（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下、熱ＣＶＤ法と略す）を用いる。
　次に、フォトリソグラフィーとフッ酸（ＨＦ）によるウェットエッチングによって、このＳｉＯ2膜にａ軸方向の幅が３０μｍでｍ軸方向に沿って平行なストライプ状の開口を周期２００μｍで複数形成する（ステップＳ１１）。
　次に、エッチングガスとしてＣｌ2を用いた誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）ドライエッチング装置により、ｎ－ＧａＮ基板１０１の表面に、段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを深さ２μｍで形成する（ステップＳ１２）。
　その後、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2膜を、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）で除去する（ステップＳ１３）。なお、図２Ａ及び図２Ｂでは、半導体レーザアレイ１００を構成する３個のレーザ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃのうち１個のレーザ素子１００ａの部分を拡大して図示しているので、段差部として段差部１０１ａ一つだけが図示されている。レーザ素子１００ｂ、１００ｃについても同様であり、それぞれ段差部１０１ｂ、１０１ｃが形成されている。
　また、エッチングガスにＳｉＣｌ4を用いてもかまわない。また、ドライエッチング装置は、容量結合型プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）を用いたドライエッチング装置、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマを用いたエッチング装置なども用いることができる。
　次に、この段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが形成されたｎ－ＧａＮ基板１０１の上に、半導体レーザアレイ１００を構成する積層構造体の結晶成長を行う（ステップＳ１４）。結晶成長は、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）により行う。厚さ２μｍのｎ－ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．０３）クラッド層１０３、厚さ０．１μｍのｎ－ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．００３）光ガイド層１０４、厚さ８ｎｍのＩｎyＧａ1-yＮ（ｙ＝０．０２）の障壁層及び厚さ３ｎｍのＩｎyＧａ1-yＮ（ｙ＝０．１２）の井戸層からなる多重量子井戸活性層１０５、厚さ０．１μｍのｐ－ＧａＮ光ガイド層１０６、厚さ０．５μｍのｐ－ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．０３）クラッド層１０７、厚さ６０ｎｍのｐ－ＧａＮコンタクト層１０８を順次積層する。
　なお、積層構造体を形成する際の結晶成長法には、ＭＯＣＶＤ法の他に、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）等の、ＧａＮ系半導体レーザ構造が成長可能な成長方法を用いてもよい。また、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合の原料としては、例えば、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＡｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ3）を用いればよい。さらに、ｎ型不純物であるＳｉ原料にはシラン（ＳｉＨ4）ガスを用い、ｐ型不純物であるＭｇ原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いればよい。
　次に、熱ＣＶＤ法により、ｐ－ＧａＮコンタクト層１０８の上に、膜厚が０．２μｍのＳｉＯ2からなるマスク層（図示せず）を成膜する（ステップＳ１５）。リソグラフィ法及びエッチング法により、幅が１．５μｍのストライプ状で、かつ、ｍ軸方向と平行に、ＳｉＯ2からなるマスク層をパターニング形成する。
　次に、エッチングガスにＣｌ2を用いたＩＣＰドライエッチング装置により、ｐ－ＧａＮコンタクト層１０８とｐ－ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０７の一部をエッチングし、リッジストライプ型の光導波路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを形成する（ステップＳ１６）。光導波路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃの幅方向の中心から段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの幅方向の中心までの距離は、前述したように３種類（距離Ｘ1～Ｘ3）設定する。すなわち、段差部１０１ａの中心との距離がＸ1の光導波路１１３ａ、段差部１０１ｂの中心との距離がＸ2の光導波路１１３ｂ、段差部１０１ｃの中心との距離がＸ3の光導波路１１３ｃが２００μｍ間隔で並び、これが繰り返されるように形成する。
　次に、熱ＣＶＤ法により、光閉じ込め絶縁膜１０９となるＳｉＯ2膜を厚さ４００ｎｍで堆積する（ステップＳ１７）。つづいて、フォトリソグラフィーとウェットエッチング法により、先に形成した光導波路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃの頂上部を含む領域に、それぞれ光閉じ込め絶縁膜１０９の開口部を形成する。
　さらに、リフトオフ法を用いて、光導波路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃの頂上部に接するようにｐ－オーミック電極１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを形成する（ステップＳ１８）。ｐ－オーミック電極１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの構成は、Ｐｄ（４０ｎｍ）／Ｐｔ（３５ｎｍ）である。
　その後、Ｔｉ（５０ｎｍ）／Ｐｔ（３５ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）からなるパッド電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃをリフトオフ法によって形成して、ｎ－ＧａＮ基板１０１の表面側の加工が終了する。
　次に、ｎ－ＧａＮ基板１０１の裏面側を研削・研磨して、ウェハの厚さを１００μｍ程度にする。そして、最後に研磨面に対してＴｉ（５ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）／Ａｕ（１μｍ）からなるｎ－オーミック電極１１２を形成し（ステップＳ１９）、ウェハプロセスを完了する。
　その後、ウェハを短冊状のレーザバーにへき開する一次へき開工程を実施する。本実施形態では、共振器長が８００μｍとなるように、レーザバーの幅を８００μｍにへき開する。一次へき開面（共振器端面）に、反射率制御と端面保護の目的で端面コーティングを行う。
　次に、レーザバーを個々のレーザチップに分割する二次へき開工程を行う。その際、光導波路１１３ａの幅方向の中心から段差部１０１ａの幅方向の中心までの距離がＸ1のレーザ素子１００ａ、光導波路１１３ｂの幅方向の中心から段差部１０１ｂの幅方向の中心までの距離がＸ2のレーザ素子１００ｂ、光導波路１１３ｃの幅方向の中心から段差部１０１ｃの幅方向の中心までの距離がＸ3のレーザ素子１００ｃが１チップになるように、幅６００μｍで二次へき開工程を行う。
　最後に、レーザチップをパッケージングする工程を経て、３個のレーザ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃがアレイ化されたデバイス（半導体レーザアレイ１００）が完成する（ステップＳ２０）。
　図４は、その半導体レーザアレイ１００の上面図である。各レーザ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃには、個別にパッド電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが形成されている。したがって、それぞれのパッド電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに独立にワイヤボンディングを実施することができる。この構成により、この半導体レーザアレイ１００では、各レーザ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃを独立に駆動及び制御できることになる。なお、図４において、溝１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ及び光導波路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃには、ハッチングを付して示している。
　次に、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、光導波路の幅方向の中心から段差部の幅方向の中心までの距離Ｘを制御することにより、異なる発振波長が得られる現象について説明する。
　図５Ａは、３０μｍ×３０μｍの正方形の段差部を深さ２μｍで形成し、段差部の上に、ｎ－ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０３、ｎ－ＡｌxＧａ1-xＮ光ガイド層１０４、多重量子井戸活性層１０５を結晶成長した試料の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。この試料について、カソードルミネッセンス（ＣＬ）測定を行い、ａ軸方向に沿ってＣＬスペクトルのピークエネルギーを測定した。その結果を図５Ｂに示す。
　図５Ｂに示すように、ＣＬスペクトルのピークエネルギーが、多重量子井戸活性層のエネルギーバンドギャップにほぼ比例すると考えると、段差領域の近傍（Ｘ＝２０μｍ～３０μｍ）でエネルギーバンドギャップが増大する領域があることがわかる。この領域は、図２Ａ中では、多重量子井戸活性層においてエネルギーバンドギャップが大きくなっている領域１０５ａとして示されている。この現象は、段差部の近傍で多重量子井戸活性層となるＩｎＧａＮ層におけるＩｎ組成量が少なくなっていることに起因していると推察される。これを利用すれば、レーザ素子の中心となる光導波路の形成位置を制御することで、光導波路中の多重量子井戸活性層のエネルギーバンドギャップを制御できる。
　本実施形態の半導体レーザアレイ１００では、距離Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3を、図５Ｂに示すＸ1＝２０μｍ、Ｘ2＝２５μｍ、Ｘ3＝３０μｍと設定した。その結果、光出力１６０ｍＷ、室温、直流駆動（ＣＷ発振）の条件下で、レーザ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃの発振波長は、それぞれ４１３ｎｍ、４２０ｎｍ、４２６ｎｍとなった。段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの作製プロセス、レーザ層構造（積層構造体）の結晶成長プロセスは全て共通である。段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの幅方向の中心と光導波路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃの幅方向の中心との距離Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3が異なるだけで、異なるレーザ発振波長をもつレーザ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃを有する半導体レーザアレイ１００が構成できる。基本プロセスは単一半導体レーザ作製用のものとほぼ同一のプロセスである。複雑な回折格子の作製プロセスも必要としないので、低コストで波長多重の半導体レーザアレイ１００を形成することが可能である。
　また、回折格子を形成するためには、従来、二光束干渉露光装置やＥＢ露光装置など高額でスループットの低い装置が必要であり製造コストが増大していたが、上記した半導体レーザアレイ１００では、製造コストを低くすることができる。
　なお、本実施形態では、距離Ｘ1～Ｘ3の値をＸ1＜Ｘ2＜Ｘ3となるように設定したが、この大小関係は互いに入れ替わってもかまわない。また、図１に示したように、本実施形態では、光導波路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに対して＋ａ軸方向に形成したが、逆に光導波路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを段差部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに対して－ａ軸方向に形成してもかまわない。
　また、本実施形態では段差部及び光導波路をそれぞれ３本形成したが、これに限らず、２本でも良く、また４本や５本など３本より多くあってもよい。
　また、本実施形態では複数形成されたレーザ素子において、段差部の幅方向の中心から光導波路の幅方向の中心まで距離がそれぞれ異なるようにしたが、必ずしも全て異なる必要はなく、異なる距離を有する光導波路が含まれてさえいれば、同じ距離を有するレーザ素子があってもよい。
　また、本実施形態においては、光導波路について、リッジストライプ型の形状に形成された光導波路について説明したが、リッジストライプ型の導波路以外に、埋め込みストライプ型の光導波路を用いてもよい。この場合の効果は、リッジストライプ型の光導波路と変わらない。ただし、製造方法はリッジストライプ型の光導波路の方が埋め込みストライプ型の光導波路より簡便である。リッジストライプ型の光導波路が１回の結晶成長で済むのに対して、埋め込みストライプ型の光導波路では２回以上の結晶成長を必要とするからである。
　（第２の実施形態）
　次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。第２の実施形態における半導体レーザアレイが第１の実施形態における半導体レーザアレイと異なる点は、本実施形態における半導体レーザアレイが共通のアノード、つまり共通のパッド電極をもつ点である。
　前述の第１の実施形態では、レーザ素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃを有し各レーザ素子を独立に駆動できる半導体レーザアレイ１００について述べた。レーザ素子の独立駆動を必要としない場合には、本実施形態に示す半導体レーザアレイ２００のように、さらに簡単な構成で半導体レーザアレイを実現することができる。以下、半導体レーザアレイ２００について説明する。
　図６は、共通のアノードをもつ半導体レーザアレイ２００の概略図である。また、図７は、半導体レーザアレイ２００の上面図である。簡略化のため、層構造や電極構成は図示していない。なお、図７において、溝２０２及び光導波路２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃには、ハッチングを付して示している。
　半導体レーザアレイ２００が第１の実施形態に示した半導体レーザアレイ１００と異なる点は、多重量子井戸活性層２０５を含むレーザ構造（積層体構造）が形成されたｎ－ＧａＮ基板２０１の表面にｍ軸方向に沿って形成された一つの段差部２０１ａに対して、複数のリッジストライプ型の光導波路２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃが近接して形成されている点である。半導体レーザアレイ２００では、光導波路２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃの幅方向の中心から段差部２０１ａの幅方向の中心までの距離Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3をそれぞれＸ1＝２０μｍ、Ｘ2＝２５μｍ、Ｘ3＝３０μｍと設定する。製造方法は、第１の実施形態で説明した方法と同じである。また、図７に示すように、光導波路２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃの間隔が狭いため、パッド電極２１１は、光導波路２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ上に共通化して形成されている。
　半導体レーザアレイ２００では、段差部２０１ａ上に積層構造体が形成された溝２０２と光導波路２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃにより構成される各レーザ素子を独立に駆動することはできないが、発光点間隔を小さくすることができる。したがって、半導体レーザアレイ２００を使用すると、発光点間隔の小さい光学系デバイスの設計が容易になる利点がある。
　なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。
　例えば、半導体の材料は、上記したＡｌxＧａ1-xＮ、ＩｎyＧａ1-yＮに限らず、その他の半導体材料であってもよい。
　また、段差部や光導波路の長さ、幅、高さ等は、上記したものに限らず適宜変更してもよい。
　また、エッチングガスやエッチング溶液は、上記したものに限らず適宜変更してもよい。
　また、本発明に係る半導体レーザアレイには、上記実施形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施形態や、実施形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る半導体レーザアレイを備えた各種デバイスなども本発明に含まれる。例えば、本発明に係る半導体レーザアレイを備えたレーザディスプレイも本発明に含まれる。
　本発明に係る半導体レーザアレイは、レーザ加工やレーザディスプレイなどの比較的高い光出力が必要な装置の光源として有用である。
１００、２００　半導体レーザアレイ
１０１　ｎ－ＧａＮ基板（基板）
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、２０１ａ　段差部
１０３　ｎ－ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層（積層構造体）
１０４　ｎ－ＡｌxＧａ1-xＮ光ガイド層（積層構造体）
１０５、２０５　多重量子井戸活性層（積層構造体、活性層）
１０６　ｐ－ＧａＮ光ガイド層（積層構造体）
１０７　ｐ－ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層（積層構造体、導電型クラッド層）
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ　光導波路
Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3　距離

Claims (9)

  1. 　レーザ光の出射方向と平行に長尺な凹状の段差部を主面に有する基板と、
    　前記基板の主面に堆積された、活性層及び前記活性層の上方に積層された導電型クラッド層を含む積層構造体と、
    　前記導電型クラッド層をパターニングすることにより、前記段差部と所定の距離を隔てて平行に形成された複数の光導波路とを備え、
    　前記複数の光導波路のうちの少なくとも１の光導波路の幅方向の中心軸から前記段差部の幅方向の中心軸までの距離は、前記複数の光導波路のうちの他の光導波路の幅方向の中心軸から前記段差部の幅方向の中心軸までの距離と異なる
    半導体レーザアレイ。
  2. 　前記段差部は、前記複数の光導波路のそれぞれに対応して複数形成され、
    　前記複数の光導波路と対応する前記段差部とにより、レーザ素子が複数構成され、
    　少なくとも１の前記レーザ素子における前記光導波路の幅方向の中心軸から前記段差部の幅方向の中心軸までの距離は、他の前記レーザ素子における前記光導波路の幅方向の中心軸から前記段差部の幅方向の中心軸までの距離と異なる
    請求項１に記載の半導体レーザアレイ。
  3. 　前記複数の光導波路は、凸状のリッジストライプ型の光導波路である
    請求項１に記載の半導体レーザアレイ。
  4. 　前記活性層は、インジウム、ガリウム及び窒素を含む
    請求項１に記載の半導体レーザアレイ。
  5. 　前記基板の主面は、｛０００１｝面に概ね平行であり、
    　前記少なくとも１の段差部及び前記複数の光導波路は、＜１－１００＞方向に概ね平行に形成されている
    請求項１に記載の半導体レーザアレイ。
  6. 　基板の主面に、レーザ光の出射方向と平行に長尺な凹状の段差部を形成する工程と、
    　前記基板の主面に、活性層及び前記活性層の上方に積層された導電型クラッド層を含む積層構造体を堆積する工程と、
    　前記導電型クラッド層をパターニングすることにより、前記段差部と所定の距離を隔てて平行に、複数の光導波路を形成する工程とを含み、
    　前記複数の光導波路のうちの少なくとも１の光導波路の幅方向の中心軸から前記段差部の幅方向の中心軸までの距離は、前記複数の光導波路のうちの他の光導波路の幅方向の中心軸から前記段差部の幅方向の中心軸までの距離と異なる
    半導体レーザアレイの製造方法。
  7. 　前記段差部は、前記複数の光導波路のそれぞれに対応して複数形成され、
    　前記複数の光導波路と対応する前記段差部とにより、レーザ素子が複数構成され、
    　少なくとも１の前記レーザ素子における前記光導波路の幅方向の中心軸から前記段差部の幅方向の中心軸までの距離は、他の前記レーザ素子における前記光導波路の幅方向の中心軸から前記段差部の幅方向の中心軸までの距離と異なる
    請求項６に記載の半導体レーザアレイの製造方法。
  8. 　前記複数の光導波路は、凸状のリッジストライプ型の光導波路である
    請求項６に記載の半導体レーザアレイの製造方法。
  9. 　前記基板の主面は、｛０００１｝面に概ね平行であり、
    　前記光導波路は、＜１－１００＞方向に概ね平行に形成されている
    請求項６に記載の半導体レーザアレイの製造方法。
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