JP2016146399A - Wavelength tunable surface-emitting laser - Google Patents

Wavelength tunable surface-emitting laser Download PDF

Info

Publication number
JP2016146399A
JP2016146399A JP2015022313A JP2015022313A JP2016146399A JP 2016146399 A JP2016146399 A JP 2016146399A JP 2015022313 A JP2015022313 A JP 2015022313A JP 2015022313 A JP2015022313 A JP 2015022313A JP 2016146399 A JP2016146399 A JP 2016146399A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
refractive index
dbr layer
lower dbr
aperture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015022313A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6561373B2 (en
Inventor
諫本 圭史
Keiji Isamoto
圭史 諫本
清隆 山下
Kiyotaka Yamashita
清隆 山下
伸彦 西山
Nobuhiko Nishiyama
伸彦 西山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Engineering and Construction Inc
Original Assignee
Sanyo Engineering and Construction Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Engineering and Construction Inc filed Critical Sanyo Engineering and Construction Inc
Priority to JP2015022313A priority Critical patent/JP6561373B2/en
Publication of JP2016146399A publication Critical patent/JP2016146399A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6561373B2 publication Critical patent/JP6561373B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength tunable surface-emitting laser capable of changing the oscillating laser light over a wide wavelength band, while suppressing generation of internal stress in a lower DBR layer.SOLUTION: A wavelength tunable surface-emitting laser has a fixed substrate 2, a lower DBR layer 3, a lower contact layer 4, an active layer 5, an upper contact layer 6, deposited sequentially on the upper surface of the fixed substrate 2, and an upper DBR layer arranged oppositely to the upper side of the fixed substrate 2, and displaceably in the vertical direction for the fixed substrate 2. The lower DBR layer 3 is formed by laminating a plurality of low refractive index layer composed of an oxide, and a plurality of high refractive index layer having a refractive index higher than that of the low refractive index layer alternatively. In the lower DBR layer 3, opening holes 33 formed entirely in a vertical direction and opening upward are arranged while being dispersed over the whole area of the lower DBR area 3.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、波長可変型面発光レーザに関する。   The present invention relates to a wavelength tunable surface emitting laser.

一般に、面発光半導体レーザは、活性層の上部と下部とに、それぞれ分散ブラッグ反射層(DBR層)を備え、一対のDBR層の間で光を共振させることにより、活性層の法線方向にレーザ光を発振させるよう構成されている。
そして、面発光レーザの中でも、発振させる光の波長を変動させることができる、波長可変型面発光レーザ(VCSEL)が種々開発されている。特許文献1に開示された可変波長型面発光レーザは、活性層の下方に下部DBR層を配置してなる下側積層部と、下側積層部の上側にギャップを介して対向配置された上部DBR層を備えた上側ミラー部と、を有する。そして、下側積層部に対して、上側ミラー部を上下動できるよう構成することで、上部DBR層と下部DBR層との間のキャビティ長を変化させることができるように構成されている。これにより、上部DBR層と下部DBR層との間で共振させる光の波長を変化させ、発振させるレーザ光の波長を変化させながら出力することができる。
In general, a surface emitting semiconductor laser includes a distributed Bragg reflection layer (DBR layer) on each of an upper portion and a lower portion of an active layer, and resonates light between a pair of DBR layers in the normal direction of the active layer. It is configured to oscillate laser light.
Among surface emitting lasers, various types of wavelength tunable surface emitting lasers (VCSELs) that can change the wavelength of light to be oscillated have been developed. A variable wavelength surface emitting laser disclosed in Patent Document 1 includes a lower stacked portion in which a lower DBR layer is disposed below an active layer, and an upper portion disposed to face the upper side of the lower stacked portion with a gap interposed therebetween. And an upper mirror part provided with a DBR layer. And it is comprised so that the cavity length between an upper DBR layer and a lower DBR layer can be changed by comprising so that an upper mirror part can be moved up and down with respect to a lower laminated part. Thereby, it is possible to change the wavelength of the light to be resonated between the upper DBR layer and the lower DBR layer, and to output while changing the wavelength of the laser light to be oscillated.

このような波長可変型面発光レーザは、特許文献1に開示されているように、例えば、波長走査型光源タイプの光断層画像表示システム(SS−OCT)の光源として用いることが検討されている。この場合、OCTによる深さ方向の分解能を向上させるべく、発振させるレーザ光の波長帯域を広くすることが望まれる。OCTに限らず、例えば、ガスセンシング、光学デバイスの評価等、種々の用途において、波長可変型面発光レーザが発振するレーザ光の波長帯域の拡大、すなわち、高強度のレーザ光を放出することができる波長帯域の拡大が、要望されている。   Such a wavelength tunable surface emitting laser is considered to be used as a light source of a wavelength scanning light source type optical tomographic image display system (SS-OCT), for example, as disclosed in Patent Document 1. . In this case, in order to improve the resolution in the depth direction by OCT, it is desired to widen the wavelength band of the laser beam to be oscillated. In various applications such as gas sensing and optical device evaluation, not limited to OCT, the wavelength band of the laser light oscillated by the wavelength tunable surface emitting laser may be expanded, that is, high-intensity laser light may be emitted. There is a demand for expanding the wavelength band that can be achieved.

しかしながら、波長可変型面発光レーザにおいて、レーザ光の波長帯域を拡げるためには、上部DBR層及び下部DBR層の反射波長帯域(高い反射率を得ることができる波長帯域)を拡げる必要があるが、下部DBR層は、製造上の観点から、反射波長帯域を拡げることが困難である。すなわち、下部DBR層は、半導体基板上に活性層等と共に成膜されるため、下部DBR層の材料等には制約が生じる。そのため、従来の成膜方法では、下部DBR層の反射波長帯域を拡げることは困難である。   However, in the wavelength tunable surface emitting laser, in order to widen the wavelength band of the laser light, it is necessary to widen the reflection wavelength band (wavelength band capable of obtaining a high reflectance) of the upper DBR layer and the lower DBR layer. The lower DBR layer is difficult to expand the reflection wavelength band from the viewpoint of manufacturing. That is, since the lower DBR layer is formed on the semiconductor substrate together with the active layer and the like, the material of the lower DBR layer is restricted. Therefore, it is difficult to expand the reflection wavelength band of the lower DBR layer by the conventional film forming method.

また、DBR層の形成方法として、低屈折率層を酸化層とすることで、高屈折率層と低屈折率層との間の屈折率の差を大きくして、反射波長帯域を拡げることが検討されている。このような酸化DBR層を製造するにあたっては、例えば、ガリウム砒素(GaAs)からなる層とアルミニウム砒素(AlAs)からなる層とを交互に成膜(結晶成長)し、その上に活性層等を形成した後、アルミニウム砒素の層を酸化させることで、酸化アルミニウム(Alxy)の層とガリウム砒素の層とを積層してなるDBR層を形成する手法がある。このような、DBR層を形成する方法として、酸化処理前のDBR層におけるAlAs層を、その端面から酸化ガス(水蒸気)を供給することで酸化して、Alxy層とする手法が開示されている(非特許文献1)。 In addition, as a method for forming the DBR layer, the difference in refractive index between the high refractive index layer and the low refractive index layer can be increased by using the low refractive index layer as an oxide layer, thereby expanding the reflection wavelength band. It is being considered. In manufacturing such an oxide DBR layer, for example, a layer made of gallium arsenide (GaAs) and a layer made of aluminum arsenic (AlAs) are alternately formed (crystal growth), and an active layer or the like is formed thereon. There is a method of forming a DBR layer formed by stacking an aluminum oxide (Al x O y ) layer and a gallium arsenide layer by oxidizing the aluminum arsenic layer after the formation. As a method for forming such a DBR layer, a method is disclosed in which an AlAs layer in an untreated DBR layer is oxidized by supplying an oxidizing gas (water vapor) from its end face to form an Al x O y layer. (Non-Patent Document 1).

特開2007−278868号公報JP 2007-278868 A

伊賀健一、小山二三夫著 「面発光レーザの基礎と応用」、共立出版、1999年6月25日、p.105〜p.108Kenichi Iga, Fumio Koyama “Fundamentals and Applications of Surface-Emitting Lasers”, Kyoritsu Shuppan, June 25, 1999, p. 105-p. 108

しかしながら、後の酸化処理によって低屈折率層とするAlAsは、端面から順に酸化されていくが、層全体を酸化させることができないと、酸化した領域と、酸化していない領域とが形成されることとなり、両者の境界部に応力が生じることとなる。その結果、場合によっては、境界部を起点として、下部DBR層にクラックが生じるなどの不具合を招く原因となりうる。   However, AlAs to be made into a low refractive index layer by the subsequent oxidation treatment is sequentially oxidized from the end face, but if the whole layer cannot be oxidized, an oxidized region and a non-oxidized region are formed. As a result, stress is generated at the boundary between the two. As a result, in some cases, it may cause a problem such as a crack occurring in the lower DBR layer starting from the boundary.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、下部DBR層における内部応力の発生を抑制しつつ、発振するレーザ光を広い波長帯域にわたって変化させることができる波長可変型面発光レーザを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and provides a wavelength tunable surface emitting laser capable of changing an oscillating laser beam over a wide wavelength band while suppressing generation of internal stress in a lower DBR layer. It is something to try.

本発明の一態様は、固定基板と、
該固定基板の上面に順次成膜された下部DBR層、下部コンタクト層、活性層、上部コンタクト層と、
上記固定基板の上側に対向配置されると共に該固定基板に対して上下方向に変位することができるよう配置された上部DBR層と、を有し、
上記下部DBR層は、酸化物からなる複数の低屈折率層と、該低屈折率層よりも屈折率の高い複数の高屈折率層とを交互に積層してなり、
上記下部DBR層には、上下方向の全体に形成されると共に上方に開口した開口穴が、上記下部DBR層の広がり方向の全域にわたって分散配置されていることを特徴とする波長可変型面発光レーザにある。
One embodiment of the present invention includes a fixed substrate;
A lower DBR layer, a lower contact layer, an active layer, and an upper contact layer sequentially formed on the upper surface of the fixed substrate;
An upper DBR layer disposed on the upper side of the fixed substrate and disposed so as to be vertically displaced with respect to the fixed substrate;
The lower DBR layer is formed by alternately laminating a plurality of low refractive index layers made of oxide and a plurality of high refractive index layers having a higher refractive index than the low refractive index layer,
The wavelength tunable surface emitting laser, wherein the lower DBR layer is formed with a plurality of apertures formed in the entire vertical direction and open upward, distributed over the entire area of the lower DBR layer. It is in.

上記波長可変型面発光レーザにおいて、下部DBR層における低屈折率層を、酸化物からなる層としている。これにより、高屈折率層と低屈折率層との間の屈折率差を容易に大きくすることができる。その結果、下部DBR層の反射波長帯域を拡げることができ、発振するレーザ光を広い波長帯域にわたって変化させることができる波長可変型面発光レーザを得ることが可能となる。   In the wavelength tunable surface emitting laser, the low refractive index layer in the lower DBR layer is an oxide layer. Thereby, the refractive index difference between the high refractive index layer and the low refractive index layer can be easily increased. As a result, it is possible to obtain a wavelength tunable surface emitting laser that can broaden the reflection wavelength band of the lower DBR layer and can change the oscillating laser light over a wide wavelength band.

そして、上記波長可変型面発光レーザは、開口穴が、下部DBR層の広がり方向の全域にわたって分散配置されている。そのため、下部DBR層を形成するにあたり、低屈折率層を、その広がり方向の全体にわたって確実に酸化させることができる。   In the wavelength tunable surface emitting laser, the aperture holes are distributed over the entire area of the lower DBR layer. Therefore, in forming the lower DBR layer, the low refractive index layer can be reliably oxidized over the entire spreading direction.

すなわち、低屈折率層の酸化処理は、固定基板上に、酸化前の下部DBR層と、下部コンタクト層と、活性層と、上部コンタクト層とを成膜した後に行うことができる。ここで、上方に開口した開口穴が下部DBR層に形成されていることにより、開口穴を通じて、酸化ガス(例えば水蒸気)を酸化前の各低屈折率層に供給することができる。そして、開口穴が、下部DBR層の広がり方向の全域にわたって分散配置されていることにより、低屈折率層を、その広がり方向の全体にわたって確実に酸化させやすくなる。その結果、低屈折率層に酸化部と未酸化部とが存在する状態が形成されることを防ぎ、内部応力が生じることを防ぐことができる。そのため、下部DBR層に、酸化部と未酸化部との間の境界部を起点としたクラックが生じるなどの不具合を防ぐことができる。   That is, the oxidation treatment of the low refractive index layer can be performed after the lower DBR layer before oxidation, the lower contact layer, the active layer, and the upper contact layer are formed on the fixed substrate. Here, since the opening hole opened upward is formed in the lower DBR layer, the oxidizing gas (for example, water vapor) can be supplied to each low refractive index layer before oxidation through the opening hole. And since the opening hole is distributed and arranged over the whole area of the spreading direction of the lower DBR layer, the low refractive index layer can be easily oxidized reliably over the whole spreading direction. As a result, it is possible to prevent a state in which an oxidized portion and an unoxidized portion exist in the low refractive index layer, and to prevent internal stress from being generated. Therefore, it is possible to prevent problems such as a crack starting from the boundary portion between the oxidized portion and the unoxidized portion in the lower DBR layer.

以上のごとく、本発明によれば、下部DBR層における内部応力の発生を抑制しつつ、発振するレーザ光を広い波長帯域にわたって変化させることができる波長可変型面発光レーザを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a wavelength tunable surface emitting laser capable of changing the oscillating laser light over a wide wavelength band while suppressing the generation of internal stress in the lower DBR layer.

実施形態1における、波長可変型面発光レーザの断面説明図。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a wavelength tunable surface emitting laser according to the first embodiment. 実施形態1における、可動基板の平面説明図。FIG. 3 is an explanatory plan view of the movable substrate in the first embodiment. 実施形態1における、下部DBR層の拡大断面説明図。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional explanatory view of a lower DBR layer in the first embodiment. 実施形態1における、固定基板周辺の波長可変型面発光レーザの一部の断面説明図。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory diagram of a part of a wavelength tunable surface emitting laser around a fixed substrate in the first embodiment. 実施形態1における、上部コンタクト層側から見た開口穴の配置の平面説明図。FIG. 3 is an explanatory plan view of the arrangement of opening holes as viewed from the upper contact layer side in the first embodiment. 実施形態1における、成膜基板の断面説明図。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a film formation substrate in the first embodiment. 実施形態1における、未酸化基板の断面説明図。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of an unoxidized substrate in the first embodiment. 比較例1における、固定基板周辺の波長可変型面発光レーザの一部の断面説明図。FIG. 4 is a cross-sectional explanatory diagram of a part of a wavelength tunable surface emitting laser around a fixed substrate in Comparative Example 1; 比較例1における、上部コンタクト層側から見た開口穴の配置の平面説明Plane description of arrangement of opening holes as seen from the upper contact layer side in Comparative Example 1

(実施形態1)
波長可変型面発光レーザの実施形態につき、図1〜図7を用いて説明する。
波長可変型面発光レーザ1は、図1に示すごとく、固定基板2と、固定基板2の上面に順次成膜された下部DBR層3、下部コンタクト層4、活性層5、上部コンタクト層6と、固定基板2の上側に対向配置されると共に該固定基板2に対して上下方向に変位することができるよう配置された上部DBR層7と、を有する。
(Embodiment 1)
An embodiment of a wavelength tunable surface emitting laser will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the wavelength tunable surface emitting laser 1 includes a fixed substrate 2, a lower DBR layer 3, a lower contact layer 4, an active layer 5, and an upper contact layer 6 that are sequentially formed on the upper surface of the fixed substrate 2. And an upper DBR layer 7 disposed so as to be opposed to the upper side of the fixed substrate 2 and to be displaced in the vertical direction with respect to the fixed substrate 2.

図3に示すごとく、下部DBR層3は、酸化物からなる複数の低屈折率層31と、低屈折率層31よりも屈折率の高い複数の高屈折率層32とを交互に積層してなる。
図4、図5に示すごとく、下部DBR層3には、上下方向の全体に形成されると共に上方に開口した開口穴33が、下部DBR層3の広がり方向の全域にわたって分散配置されている。
As shown in FIG. 3, the lower DBR layer 3 is formed by alternately laminating a plurality of low refractive index layers 31 made of an oxide and a plurality of high refractive index layers 32 having a higher refractive index than the low refractive index layer 31. Become.
As shown in FIGS. 4 and 5, in the lower DBR layer 3, opening holes 33 that are formed in the entire vertical direction and open upward are distributed over the entire area of the lower DBR layer 3 in the spreading direction.

本明細書において、上下は、便宜的な表現であり、固定基板2に対して活性層5等が積層された側を上方とし、その反対側を下方として説明する。
また、本実施形態において、下部コンタクト層4はnコンタクト層であり、上部コンタクト層6はpコンタクト層である。ただし、下部コンタクト層4と上部コンタクト層6の極性は逆にすることもできる。
In the present specification, the upper and lower are expressions for convenience, and the side on which the active layer 5 and the like are laminated with respect to the fixed substrate 2 will be referred to as the upper side, and the opposite side will be described as the lower side.
In the present embodiment, the lower contact layer 4 is an n contact layer, and the upper contact layer 6 is a p contact layer. However, the polarities of the lower contact layer 4 and the upper contact layer 6 can be reversed.

下部DBR層3は、低屈折率層31と高屈折率層32とを複数ペア積層してなり、例えば、2ペア〜8ペア積層してなることが好ましい。ただし、本実施形態においては、低屈折率層31と高屈折率層32との積層数は、6ペアである。   The lower DBR layer 3 is formed by laminating a plurality of pairs of low refractive index layers 31 and high refractive index layers 32, for example, preferably by laminating 2 pairs to 8 pairs. However, in the present embodiment, the number of stacked layers of the low refractive index layer 31 and the high refractive index layer 32 is 6 pairs.

低屈折率層31は、例えば酸化アルミニウム(Alxy)、又は、酸化アルミニウム(Alxy)とガリウム砒素(GaAs)との合金からなり、高屈折率層32は、例えばガリウム砒素(GaAs)からなる。また、低屈折率層31及び高屈折率層32は、それぞれ、発振させるレーザ光の波長の1/4程度の光学厚みを有するよう構成されている。 The low refractive index layer 31 is made of, for example, aluminum oxide (Al x O y ) or an alloy of aluminum oxide (Al x O y ) and gallium arsenide (GaAs), and the high refractive index layer 32 is made of, for example, gallium arsenide ( GaAs). The low refractive index layer 31 and the high refractive index layer 32 are each configured to have an optical thickness of about ¼ of the wavelength of the laser beam to be oscillated.

また、上部DBR層7も、下部DBR層3と同様に、低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層してなる。
図1に示すごとく、上部DBR層7は、固定基板2に対して、上下方向に変位可能に配された可動基板11に設けられている。本実施形態においては、上部DBR層7は、可動基板11の下面に設けられている。また、可動基板11の上面には、AR層(反射防止膜)12が形成されている。
Similarly to the lower DBR layer 3, the upper DBR layer 7 is also formed by laminating a plurality of pairs of low refractive index layers and high refractive index layers.
As shown in FIG. 1, the upper DBR layer 7 is provided on a movable substrate 11 disposed so as to be displaceable in the vertical direction with respect to the fixed substrate 2. In the present embodiment, the upper DBR layer 7 is provided on the lower surface of the movable substrate 11. An AR layer (antireflection film) 12 is formed on the upper surface of the movable substrate 11.

可動基板11は、例えばSi(シリコン)からなると共に、図1、図2に示すごとく、固定基板2に対してスペーサ13を介して固定される外周部111と、外周部111の内側において上下方向に振動する振動部112とを有する。振動部112と外周部111とは、複数のヒンジ部113によって部分的に連結されている。そして、振動部112に、上部DBR層7及びAR層12が配設されている。図2は、上部DBR層7を設けた可動基板11を下側から見た平面図である。   The movable substrate 11 is made of, for example, Si (silicon), and as shown in FIGS. 1 and 2, as shown in FIGS. 1 and 2, the outer peripheral portion 111 fixed to the fixed substrate 2 via the spacer 13, and the vertical direction inside the outer peripheral portion 111. And a vibrating portion 112 that vibrates. The vibration part 112 and the outer peripheral part 111 are partially connected by a plurality of hinge parts 113. In addition, the upper DBR layer 7 and the AR layer 12 are disposed in the vibration unit 112. FIG. 2 is a plan view of the movable substrate 11 provided with the upper DBR layer 7 as viewed from below.

可動基板11の上方には、絶縁層14を介してハンドル基板15が配設されている。絶縁層14は、例えばSiO2(酸化珪素)からなり、ハンドル基板15は、例えばSiからなる。ハンドル基板15は、上部DBR層7の上方となる位置に開口部を備えている。そして、可動基板11とハンドル基板15との間に電圧源16が接続されている。この電圧源16の電圧は、振動部112を静電引力によって上下に変位させることができる程度とされる。このように、ハンドル基板15と可動基板11と電圧源16とによって構成されたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)によって、上部DBR層7が活性層5及び下部DBR層3に対して上下に振動するよう構成されている。 A handle substrate 15 is disposed above the movable substrate 11 via an insulating layer 14. The insulating layer 14 is made of, for example, SiO 2 (silicon oxide), and the handle substrate 15 is made of, for example, Si. The handle substrate 15 has an opening at a position above the upper DBR layer 7. A voltage source 16 is connected between the movable substrate 11 and the handle substrate 15. The voltage of the voltage source 16 is set to such an extent that the vibrating part 112 can be displaced up and down by electrostatic attraction. As described above, the upper DBR layer 7 vibrates up and down with respect to the active layer 5 and the lower DBR layer 3 by a micro electro mechanical system (MEMS) constituted by the handle substrate 15, the movable substrate 11, and the voltage source 16. It is configured.

なお、固定基板2と上部コンタクト層6との間には、電流源17が接続されている。そして活性層5に電流源17より電流を注入することによって、上部DBR層7と下部DBR層3との間のキャビティで、キャビティ長の整数分の一と一致した波長でレーザ発振する。このレーザ光がハンドル基板15の中央の開口部より上方に向けて出力される。   A current source 17 is connected between the fixed substrate 2 and the upper contact layer 6. Then, by injecting current from the current source 17 into the active layer 5, laser oscillation occurs in the cavity between the upper DBR layer 7 and the lower DBR layer 3 at a wavelength that is equal to an integral fraction of the cavity length. This laser beam is output upward from the central opening of the handle substrate 15.

ここで、波長可変型面発光レーザ1は、上述のような構成を備えるため、下部コンタクト層4、活性層5、上部コンタクト層6を挟んで、上下方向に対向配置された下部DBR層3と上部DBR層7との間のキャビティ長を変動させることができる。すなわち、ハンドル基板15と可動基板11との間に印加する電圧を変化させることによって、静電引力により振動部112の位置を上下方向に変化させる。これにより、下部DBR層7に対する上部DBR層7の位置を変動させ、キャビティ長を変化させる。その結果、下部DBR層3と上部DBR層7との間において共振する光の波長を変動させることができ、発振させるレーザ光の波長を変化させることができる。   Here, since the wavelength tunable surface emitting laser 1 has the above-described configuration, the lower DBR layer 3 disposed vertically opposite to the lower contact layer 4, the active layer 5, and the upper contact layer 6. The cavity length between the upper DBR layer 7 can be varied. That is, by changing the voltage applied between the handle substrate 15 and the movable substrate 11, the position of the vibration part 112 is changed in the vertical direction by electrostatic attraction. Thereby, the position of the upper DBR layer 7 with respect to the lower DBR layer 7 is changed, and the cavity length is changed. As a result, the wavelength of the light that resonates between the lower DBR layer 3 and the upper DBR layer 7 can be varied, and the wavelength of the laser light to be oscillated can be changed.

本実施形態においては、固定基板2の上面において、その全面にわたって、下部DBR層3、下部コンタクト層4、活性層5、上部コンタクト層6が形成されている。すなわち、下部DBR層7の全面にわたって、下部コンタクト層4、活性層5、上部コンタクト層6が形成されている。それゆえ、上述したように、図4、図5に示すごとく、下部DBR層7に形成された開口穴33は、下部コンタクト層4、活性層5、上部コンタクト層6にも、連続して形成されている。つまり、下部DBR層3、下部コンタクト層4、活性層5、上部コンタクト層6からなる積層体に、その厚み方向の全体にわたって貫通するように、開口穴33が形成されている。   In the present embodiment, the lower DBR layer 3, the lower contact layer 4, the active layer 5, and the upper contact layer 6 are formed over the entire upper surface of the fixed substrate 2. That is, the lower contact layer 4, the active layer 5, and the upper contact layer 6 are formed over the entire surface of the lower DBR layer 7. Therefore, as described above, as shown in FIGS. 4 and 5, the opening 33 formed in the lower DBR layer 7 is also continuously formed in the lower contact layer 4, the active layer 5, and the upper contact layer 6. Has been. That is, the opening hole 33 is formed so as to penetrate through the entire laminate in the thickness direction including the lower DBR layer 3, the lower contact layer 4, the active layer 5, and the upper contact layer 6.

開口穴33は、図5に示すごとく、固定基板2(下部DBR層3)の広がり方向の全体にわたって、万遍なく形成されている。すなわち、複数の開口穴33は、等間隔に配設されている。ただし、複数の開口穴33の配置は、等間隔であることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。   As shown in FIG. 5, the opening holes 33 are uniformly formed over the entire spreading direction of the fixed substrate 2 (lower DBR layer 3). That is, the plurality of opening holes 33 are arranged at equal intervals. However, the arrangement of the plurality of opening holes 33 is preferably equidistant, but is not necessarily limited thereto.

図4、図5に示すごとく、下部コンタクト層4と活性層5と上部コンタクト層6とからなる積層部には、広がり方向において他の部位と隔離された状態で立設された柱状部8(メサ構造部)が形成されている。柱状部8の一部には、酸化物からなるアパーチャ81が、外周面から中心側へ向かって環状に形成されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the stacked portion including the lower contact layer 4, the active layer 5, and the upper contact layer 6 has a columnar portion 8 ( Mesa structure part) is formed. An aperture 81 made of an oxide is formed in a part of the columnar portion 8 in an annular shape from the outer peripheral surface toward the center side.

アパーチャ81は、活性層5と上部コンタクト層6との間に形成されている。また、環状のアパーチャ81の内周側に、酸化されていない導電性の非酸化部811が形成されている。アパーチャ81は、例えば、酸化アルミニウム(Alxy)とガリウム砒素(GaAs)との合金からなる。また、非酸化部811は、AlyGa1‐yAsからなる(yは0.6〜0.99程度)。 The aperture 81 is formed between the active layer 5 and the upper contact layer 6. Further, a non-oxidized conductive non-oxidized portion 811 is formed on the inner peripheral side of the annular aperture 81. The aperture 81 is made of, for example, an alloy of aluminum oxide (Al x O y ) and gallium arsenide (GaAs). The non-oxidized portion 811 is made of Al y Ga 1-y As (y is about 0.6 to 0.99).

柱状部8の周囲には、上部コンタクト層6から下部コンタクト層4までの深さ分、環状の溝部83が形成されている。
本実施形態において、柱状部8は略円柱形状を有し、アパーチャ81は略円環状に形成されている。開口穴33は、柱状部8が形成された部分とは異なる領域において、固定基板2の広がり方向に、多数、分散配置されている。
An annular groove 83 is formed around the columnar portion 8 by a depth from the upper contact layer 6 to the lower contact layer 4.
In the present embodiment, the columnar portion 8 has a substantially cylindrical shape, and the aperture 81 is formed in a substantially annular shape. A large number of the opening holes 33 are distributed in the spreading direction of the fixed substrate 2 in a region different from the portion where the columnar portions 8 are formed.

そして、柱状部8の直径をLm、アパーチャ81の内径をDm、下部DBR層3における任意の点から最寄りの開口穴33又は下部DBR層3の端縁35までの距離をLx、としたとき、Lx/(Lm−Dm)≦5が満たされる。すなわち、開口穴33は、この条件が満たされるように、互いの間隔や端縁35との位置関係を考慮して、分散配置されている。より好ましくは、Lx/(Lm−Dm)≦2.5が満たされるようにする。   When the diameter of the columnar portion 8 is Lm, the inner diameter of the aperture 81 is Dm, and the distance from an arbitrary point in the lower DBR layer 3 to the nearest opening hole 33 or the edge 35 of the lower DBR layer 3 is Lx, Lx / (Lm−Dm) ≦ 5 is satisfied. That is, the opening holes 33 are dispersedly arranged in consideration of the mutual distance and the positional relationship with the edge 35 so that this condition is satisfied. More preferably, Lx / (Lm−Dm) ≦ 2.5 is satisfied.

ここで、距離Lxは、下部DBR層3の法線方向から見たとき、下部DBR層3において任意に選んだ点から、複数の開口穴33及び下部DBR層3の端縁35のうち最も近い部位までの距離を意味する。したがって、上記条件が満たされる下部DBR層3の構成としては、下部DBR層3上の何れの点を選んでも、Lx/(Lm−Dm)≦5が満たされるように、開口穴33が分散配置された構成である。
また、柱状部8の形状が円柱形状でない場合には、「柱状部の直径Lm」とは、柱状部8の外形の内接円を意味する。同様に、アパーチャ81の内周輪郭の形状が円形でない場合には、「アパーチャの内径Dm」とは、アパーチャ81の内接円を意味する。
Here, the distance Lx is the closest among the plurality of opening holes 33 and the edge 35 of the lower DBR layer 3 from the point arbitrarily selected in the lower DBR layer 3 when viewed from the normal direction of the lower DBR layer 3. It means the distance to the part. Therefore, as the configuration of the lower DBR layer 3 that satisfies the above conditions, the opening holes 33 are dispersedly arranged so that Lx / (Lm−Dm) ≦ 5 is satisfied regardless of which point on the lower DBR layer 3 is selected. It is the structure which was made.
Further, when the shape of the columnar portion 8 is not a cylindrical shape, the “diameter Lm of the columnar portion” means an inscribed circle of the outer shape of the columnar portion 8. Similarly, when the shape of the inner peripheral contour of the aperture 81 is not circular, the “inner diameter Dm of the aperture” means an inscribed circle of the aperture 81.

次に、本実施形態の波長可変型面発光レーザ1の製造方法につき、説明する。
まず、図6に示すごとく、例えばGaAsからなる固定基板2の上面に、酸化処理前の状態の下部DBR層3を形成する。酸化処理前の状態の下部DBR層3とは、低屈折率層31を酸化させる前の状態の下部DBR層3であり、以下において、適宜「未酸化DBR層30」という。すなわち、例えば、固定基板2の上面に、アルミニウム砒素(AlAs)からなる層とガリウム砒素(GaAs)からなる層とを交互に成膜(結晶成長)することにより、未酸化DBR層30を形成する。AlAsからなる層(低屈折率層31とする層)については、AlAsにGaをドープしたAlxGa1-xAsを用いることもできる(xは0.8〜1.0程度)。
Next, a manufacturing method of the wavelength tunable surface emitting laser 1 of the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 6, the lower DBR layer 3 in the state before the oxidation treatment is formed on the upper surface of the fixed substrate 2 made of, for example, GaAs. The lower DBR layer 3 in the state before the oxidation treatment is the lower DBR layer 3 in a state before the low refractive index layer 31 is oxidized, and is hereinafter referred to as “unoxidized DBR layer 30” as appropriate. That is, for example, the unoxidized DBR layer 30 is formed on the upper surface of the fixed substrate 2 by alternately forming (crystal growth) layers made of aluminum arsenic (AlAs) and layers made of gallium arsenide (GaAs). . For the layer made of AlAs (the layer to be the low refractive index layer 31), Al x Ga 1-x As in which Ga is doped into AlAs can be used (x is about 0.8 to 1.0).

次いで、例えばnドープされたガリウム砒素からなる下部コンタクト層4と、例えばガリウム砒素およびインジウムガリウム砒素からなる活性層5とを、順次成膜する。次いで、アパーチャ81を形成するためのアパーチャ前駆体層810を形成する。ここで、アパーチャ前駆体層810とは、後の工程において部分的に酸化させることによって一部をアパーチャ81とするための層を意味する。アパーチャ前駆体層810は、例えば、AlyGa1-yAsを用いることができる。 Next, a lower contact layer 4 made of, for example, n-doped gallium arsenide and an active layer 5 made of, for example, gallium arsenide and indium gallium arsenide are sequentially formed. Next, an aperture precursor layer 810 for forming the aperture 81 is formed. Here, the aperture precursor layer 810 means a layer that is partially made into the aperture 81 by being partially oxidized in a later step. As the aperture precursor layer 810, for example, Al y Ga 1-y As can be used.

次いで、例えばpドープされたガリウム砒素からなる上部コンタクト層6を成膜する。
以上により得られたもの(図6)を、便宜的に、成膜基板101という。
本実施形態においては、固定基板2の全面にわたって、酸化処理前の状態の下部DBR層3、下部コンタクト層4、活性層5、アパーチャ前駆体層810、上部コンタクト層6を形成する。
Next, the upper contact layer 6 made of, for example, p-doped gallium arsenide is formed.
The substrate obtained as described above (FIG. 6) is referred to as a film formation substrate 101 for convenience.
In the present embodiment, the lower DBR layer 3, the lower contact layer 4, the active layer 5, the aperture precursor layer 810, and the upper contact layer 6 in a state before the oxidation treatment are formed over the entire surface of the fixed substrate 2.

次いで、図7に示すごとく、エッチングによって、上部コンタクト層6とアパーチャ前駆体層810と活性層5と下部コンタクト層4とを部分的に除去して、環状の溝部83を形成して、その内側に柱状部8を形成する。また、エッチングによって、上部コンタクト層6から下部DBR層3までを貫通するように、開口穴33を多数形成する。この状態のものを、便宜的に、未酸化基板102という。   Next, as shown in FIG. 7, the upper contact layer 6, the aperture precursor layer 810, the active layer 5, and the lower contact layer 4 are partially removed by etching to form an annular groove 83, and the inner side thereof The columnar portion 8 is formed on the substrate. Further, a large number of opening holes 33 are formed by etching so as to penetrate from the upper contact layer 6 to the lower DBR layer 3. The substrate in this state is referred to as an unoxidized substrate 102 for convenience.

次いで、未酸化基板102を、所定の酸化雰囲気(例えば約450℃の水蒸気雰囲気)中に所定時間置くことにより、未酸化DBR層30の低屈折率層31及びアパーチャ前駆体層810の一部を酸化させる。なお、未酸化DBR層30の低屈折率層31は、酸化処理前の低屈折率層31であるが、これについても適宜、単に低屈折率層31というものとする。   Next, the non-oxidized substrate 102 is placed in a predetermined oxidizing atmosphere (for example, a water vapor atmosphere at about 450 ° C.) for a predetermined time, whereby a part of the low refractive index layer 31 and the aperture precursor layer 810 of the non-oxidized DBR layer 30 is formed. Oxidize. The low-refractive index layer 31 of the unoxidized DBR layer 30 is the low-refractive index layer 31 before the oxidation treatment, and this is also simply referred to as the low-refractive index layer 31 as appropriate.

低屈折率層31及びアパーチャ前駆体層810には、開口穴33を通じて酸化ガス(水蒸気)が送り込まれる。つまり、開口穴33の内側面に露出した低屈折率層31及びアパーチャ前駆体層810の端縁に、水蒸気が接触し、低屈折率層31及びアパーチャ前駆体層810の広がり方向に酸化が進む。また、溝部83からも、同様に、水蒸気が侵入し、低屈折率層31及びアパーチャ前駆体層810の端縁から酸化が進む。なお、未酸化基板102の端面からも、低屈折率層31及びアパーチャ前駆体層810の端縁に水蒸気が接触し、同様に酸化が内側へ進む。   Oxidizing gas (water vapor) is fed into the low refractive index layer 31 and the aperture precursor layer 810 through the opening hole 33. That is, water vapor contacts the edges of the low refractive index layer 31 and the aperture precursor layer 810 exposed on the inner surface of the opening hole 33, and oxidation proceeds in the spreading direction of the low refractive index layer 31 and the aperture precursor layer 810. . Similarly, water vapor enters from the groove 83, and oxidation proceeds from the edges of the low refractive index layer 31 and the aperture precursor layer 810. Note that water vapor contacts the edge of the low-refractive index layer 31 and the aperture precursor layer 810 also from the end surface of the unoxidized substrate 102, and oxidation proceeds inward as well.

ここで、アパーチャ前駆体層810については、柱状部8における酸化範囲が正確に行われることが重要である。つまり、柱状部8におけるアパーチャ前駆体層810は、図4に示すごとく、柱状部8の外周面から所定の領域までを酸化して、アパーチャ81とし、それよりも内側の領域を酸化させずに、非酸化部811として残す必要がある。すなわち、アパーチャ81の内径は、例えば5〜10μmとし、その内側の部分を非酸化部811とする。なお、柱状部8以外におけるアパーチャ前駆体層810についても、一部に酸化部812が形成され、未酸化部813が残る。   Here, regarding the aperture precursor layer 810, it is important that the oxidation range in the columnar portion 8 is accurately performed. That is, as shown in FIG. 4, the aperture precursor layer 810 in the columnar portion 8 is oxidized from the outer peripheral surface of the columnar portion 8 to a predetermined region to form an aperture 81 without oxidizing the region inside it. The non-oxidized portion 811 needs to be left. That is, the inner diameter of the aperture 81 is, for example, 5 to 10 μm, and the inner portion is a non-oxidized portion 811. Note that, in the aperture precursor layer 810 other than the columnar portion 8, an oxidized portion 812 is partially formed, and an unoxidized portion 813 remains.

一方、低屈折率層31については、全体を酸化させる。つまり、低屈折率層31に未酸化の状態の領域が残らないようにする。
なお、アパーチャ前駆体層810の一部が酸化されて形成された、酸化部812と未酸化部813との境界部においては、層の厚みが数十nm程度と十分薄いであるため、問題となるような内部応力は生じない。
On the other hand, the entire low refractive index layer 31 is oxidized. That is, an unoxidized region is not left in the low refractive index layer 31.
Note that, at the boundary portion between the oxidized portion 812 and the non-oxidized portion 813 formed by oxidizing a part of the aperture precursor layer 810, the thickness of the layer is as thin as several tens of nanometers. There is no such internal stress.

このような状態を得るために、開口穴33の配設密度、柱状部8の直径、アパーチャ前駆体層810及び低屈折率層31の酸化速度等を適宜調整している。
具体的には、本実施形態においては、アパーチャ前駆体層810と低屈折率層31との酸化速度を異ならせるために、両者の組成を適宜調整する。具体的には、アパーチャ前駆体層810をAlyGa1-yAsによって構成し、低屈折率層31をAlAs又はAlxGa1-xAsとし、xは0.8〜1.0程度、yは0.6〜0.99程度の間で、それぞれ適宜調整する。
In order to obtain such a state, the arrangement density of the opening holes 33, the diameter of the columnar portion 8, the oxidation rates of the aperture precursor layer 810 and the low refractive index layer 31, and the like are appropriately adjusted.
Specifically, in the present embodiment, in order to make the oxidation rates of the aperture precursor layer 810 and the low refractive index layer 31 different, the compositions of both are adjusted as appropriate. Specifically, the aperture precursor layer 810 is composed of Al y Ga 1-y As, the low refractive index layer 31 is AlAs or Al x Ga 1-x As, and x is about 0.8 to 1.0, y is appropriately adjusted between about 0.6 and 0.99.

ただし、アパーチャ前駆体層810及び低屈折率層31の組成及び膜厚の調整には限界があるため、上述のように、開口穴33を適切な配設間隔にて形成することにより、アパーチャ81と下部DBR層3との酸化を適切に行えるようにする。すなわち、アパーチャ前駆体層810と低屈折率層31とを一度に酸化させたときにアパーチャ81の内径を適切な大きさに確保することができるようにすべく、開口穴33を適切な配設間隔にて形成する。その条件として、「柱状部8の直径Lm」と、「アパーチャ81の内径Dm」と、「下部DBR層3における任意の点から最寄りの開口穴33又は下部DBR層3の端縁35までの距離Lx」との関係を、Lx/(Lm−Dm)≦5としている。これにより、アパーチャ81が適切な大きさとなるまでアパーチャ前駆体層810が酸化した時点で、確実に低屈折率層31が全体にわたって酸化した状態とすることができる。
また、より好ましくは、Lx/(Lm−Dm)≦2.5とすることにより、一層確実に、低屈折率層31の全体を酸化させることができる。
However, since there is a limit to the adjustment of the composition and film thickness of the aperture precursor layer 810 and the low refractive index layer 31, the aperture 81 is formed by forming the opening holes 33 at appropriate intervals as described above. And lower DBR layer 3 can be appropriately oxidized. That is, when the aperture precursor layer 810 and the low refractive index layer 31 are oxidized at a time, the opening hole 33 is appropriately disposed so that the inner diameter of the aperture 81 can be ensured to an appropriate size. Form at intervals. As the conditions, “the diameter Lm of the columnar portion 8”, “the inner diameter Dm of the aperture 81”, and “the distance from an arbitrary point in the lower DBR layer 3 to the nearest opening hole 33 or the edge 35 of the lower DBR layer 3” The relationship with “Lx” is Lx / (Lm−Dm) ≦ 5. Thereby, when the aperture precursor layer 810 is oxidized until the aperture 81 has an appropriate size, the low refractive index layer 31 can be surely oxidized throughout.
More preferably, by setting Lx / (Lm−Dm) ≦ 2.5, the entire low refractive index layer 31 can be more reliably oxidized.

一方、距離Lxを小さくすればするほど、低屈折率層31の全体を早期に酸化させることができ、未酸化部のない状態をより確実に防ぎやすいが、固定基板2に対する下部DBR層3の密着性を考慮して、下部DBR層3における開口穴33の形成密度は、面積比率において、例えば30%以下とすることが好ましい。   On the other hand, the smaller the distance Lx, the faster the entire low refractive index layer 31 can be oxidized, and it is easier to more reliably prevent the state without the unoxidized portion. In consideration of adhesion, the formation density of the opening holes 33 in the lower DBR layer 3 is preferably, for example, 30% or less in terms of area ratio.

本実施形態の波長可変型面発光レーザ1は、波長走査型光源タイプの光断層画像表示システム(SS−OCT)の光源として用いることができる。また、本実施形態の波長可変型面発光レーザ1が発振するレーザ光は、赤外線レーザ光とすることができ、例えば、その波長を980〜1200nmの間で走査できるよう構成することができる。   The wavelength tunable surface emitting laser 1 of the present embodiment can be used as a light source of a wavelength scanning light source type optical tomographic image display system (SS-OCT). The laser light oscillated by the wavelength tunable surface emitting laser 1 of the present embodiment can be infrared laser light, and can be configured to scan the wavelength between 980 and 1200 nm, for example.

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記波長可変型面発光レーザ1において、下部DBR層3における低屈折率層31を、酸化物からなる層としている。これにより、高屈折率層32と低屈折率層31との間の屈折率差を容易に大きくすることができる。本実施形態においては、例えば、高屈折率層32の屈折率を3.5程度、低屈折率層31の屈折率を1.5〜1.7程度とすることができる。その結果、下部DBR層3の反射波長帯域を拡げることができ、発振するレーザ光を広い波長帯域にわたって変化させることができる波長可変型面発光レーザ1を得ることが可能となる。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
In the wavelength tunable surface emitting laser 1, the low refractive index layer 31 in the lower DBR layer 3 is an oxide layer. Thereby, the refractive index difference between the high refractive index layer 32 and the low refractive index layer 31 can be easily increased. In the present embodiment, for example, the refractive index of the high refractive index layer 32 can be about 3.5, and the refractive index of the low refractive index layer 31 can be about 1.5 to 1.7. As a result, the reflection wavelength band of the lower DBR layer 3 can be expanded, and it is possible to obtain the wavelength tunable surface emitting laser 1 that can change the oscillating laser light over a wide wavelength band.

そして、波長可変型面発光レーザ1は、開口穴33が、下部DBR層3の広がり方向の全域にわたって分散配置されている。そのため、下部DBR層3を形成するにあたり、低屈折率層31を、その広がり方向の全体にわたって確実に酸化させることができる。   In the wavelength tunable surface emitting laser 1, the opening holes 33 are distributed over the entire area of the lower DBR layer 3 in the spreading direction. Therefore, when the lower DBR layer 3 is formed, the low refractive index layer 31 can be reliably oxidized over the entire spreading direction.

すなわち、低屈折率層31の酸化処理は、固定基板2上に、酸化前の下部DBR層3と、下部コンタクト層4、活性層5と、上部コンタクト層6とを成膜した後に行うことができる。ここで、上方に開口した開口穴33が下部DBR層3に形成されていることにより、開口穴33を通じて、酸化ガス(水蒸気)を酸化前の各低屈折率層31に供給することができる。そして、開口穴33が、下部DBR層3の広がり方向の全域にわたって分散配置されていることにより、低屈折率層31を、その広がり方向の全体にわたって確実に酸化させることができる。その結果、低屈折率層31に酸化部と未酸化部とが存在する状態が形成されることを防ぎ、内部応力が生じることを防ぐことができる。そのため、下部DBR層3に、酸化部と未酸化部との間の境界部を起点としたクラックが生じるなどの不具合を防ぐことができる。   That is, the oxidation treatment of the low refractive index layer 31 is performed after forming the lower DBR layer 3, the lower contact layer 4, the active layer 5, and the upper contact layer 6 before oxidation on the fixed substrate 2. it can. Here, since the opening hole 33 opened upward is formed in the lower DBR layer 3, the oxidizing gas (water vapor) can be supplied to each low refractive index layer 31 before oxidation through the opening hole 33. Since the opening holes 33 are distributed over the entire area of the lower DBR layer 3 in the spreading direction, the low refractive index layer 31 can be reliably oxidized over the entire spreading direction. As a result, it is possible to prevent the low refractive index layer 31 from being formed with an oxidized portion and an unoxidized portion, and to prevent internal stress from being generated. Therefore, the lower DBR layer 3 can be prevented from having a defect such as a crack starting from a boundary portion between the oxidized portion and the unoxidized portion.

また、下部コンタクト層4、活性層5、上部コンタクト層6からなる積層部には、柱状部8が形成されており、柱状部8の一部にアパーチャ81が形成されている。これにより、下部コンタクト層4と上部コンタクト層6との間に流れる電流の絞込みと、光の横モードを抑制して、シングルモードのレーザ光の発振を効率的に行うことができる。そして、かかる構造において、下部DBR層31に開口穴33を形成した構造を採用することにより、アパーチャ81の酸化と下部DBR層3における低屈折率層31の酸化とを一つの工程にて行いやすくなる。   Further, a columnar portion 8 is formed in the laminated portion including the lower contact layer 4, the active layer 5, and the upper contact layer 6, and an aperture 81 is formed in a part of the columnar portion 8. Thereby, the current flowing between the lower contact layer 4 and the upper contact layer 6 can be narrowed down and the transverse mode of light can be suppressed, and single mode laser light can be efficiently oscillated. In such a structure, by adopting a structure in which the opening hole 33 is formed in the lower DBR layer 31, the oxidation of the aperture 81 and the oxidation of the low refractive index layer 31 in the lower DBR layer 3 can be easily performed in one step. Become.

特に、柱状部8の直径Lm、アパーチャ81の内径Dmとの関係において、下部DBR層3における任意の点から最寄りの開口穴33又は下部DBR層3の端縁35までの距離Lxは、Lx/(Lm−Dm)≦5を満たす。これにより、アパーチャ81を正確に形成すると共に、下部DBR層3における低屈折率層31の全体をより確実に酸化させることができる。   In particular, in relation to the diameter Lm of the columnar portion 8 and the inner diameter Dm of the aperture 81, the distance Lx from any point in the lower DBR layer 3 to the nearest opening hole 33 or the edge 35 of the lower DBR layer 3 is Lx / Satisfies (Lm−Dm) ≦ 5. Thereby, the aperture 81 can be accurately formed, and the entire low refractive index layer 31 in the lower DBR layer 3 can be more reliably oxidized.

すなわち、アパーチャ81の機能上、アパーチャ81の内側には、非酸化部(導電部)を適切な大きさに残す必要がある。つまり、アパーチャ81の内径Dmの大きさは、その内側の非酸化部811からシングルモードのレーザ光を出射させるために適切な大きさ(例えば5〜10μm)があり、設計上の制約がある。それゆえ、アパーチャ81の酸化と低屈折率層31の酸化とを一つの工程で行う場合、アパーチャ81の内径が適切な大きさとなるまで、アパーチャ81の酸化を進めた時点で、確実に低屈折率層31の全体を確実に酸化させる必要がある。アパーチャ81の酸化速度と、低屈折率層31の酸化速度とは、材料の調整等によってある程度は調整することができるが、成膜状態等の観点から限界がある。そこで、Lx/(Lm−Dm)≦5とすることにより、アパーチャ81の内径Dmが適切な大きさとなった時点で、確実に低屈折率層31の全体が酸化した状態とすることができる。したがって、アパーチャ81と低屈折率層31とを一度に、より確実に形成することができ、波長可変型面発光レーザ1の生産効率を向上させることができる。   That is, in view of the function of the aperture 81, it is necessary to leave a non-oxidized portion (conductive portion) in an appropriate size inside the aperture 81. That is, the size of the inner diameter Dm of the aperture 81 has an appropriate size (for example, 5 to 10 μm) for emitting a single mode laser beam from the non-oxidized portion 811 inside the aperture 81, and there are design restrictions. Therefore, when the oxidation of the aperture 81 and the oxidation of the low-refractive index layer 31 are performed in one process, the low refraction is surely reduced when the aperture 81 is oxidized until the inner diameter of the aperture 81 becomes an appropriate size. It is necessary to reliably oxidize the entire rate layer 31. The oxidation rate of the aperture 81 and the oxidation rate of the low refractive index layer 31 can be adjusted to some extent by adjusting the material, but there are limitations from the viewpoint of the film formation state and the like. Therefore, by setting Lx / (Lm−Dm) ≦ 5, the entire low refractive index layer 31 can be surely oxidized when the inner diameter Dm of the aperture 81 becomes an appropriate size. Therefore, the aperture 81 and the low refractive index layer 31 can be more reliably formed at a time, and the production efficiency of the wavelength tunable surface emitting laser 1 can be improved.

以上のごとく、本実施形態によれば、下部DBR層における内部応力の発生を抑制しつつ、発振するレーザ光を広い波長帯域にわたって変化させることができる波長可変型面発光レーザを提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a wavelength tunable surface emitting laser capable of changing the oscillating laser light over a wide wavelength band while suppressing the generation of internal stress in the lower DBR layer. .

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
例えば、固定基板2、下部DBR層3、下部コンタクト層4、活性層5、上部コンタクト層6の積層体は、その機能を阻害しない限り、各層の間に他の層を介在させていてもよい。また、上部コンタクト層6の上面には、光学膜が形成されていてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it is possible to apply to various embodiment.
For example, in the stacked body of the fixed substrate 2, the lower DBR layer 3, the lower contact layer 4, the active layer 5, and the upper contact layer 6, other layers may be interposed between the respective layers as long as the functions thereof are not impaired. . An optical film may be formed on the upper surface of the upper contact layer 6.

また、波長可変型面発光レーザは、OCT用の光源に限らず、例えば、ガスセンシング、光学デバイスの評価等、種々の用途において用いることができる。
また、固定基板に対する上部DBR層の上下方向の変位は、実施形態に示した機構に限らず、種々の機構を採用することができる。また、上部DBR層は、可動基板の上面に形成することもできるし、可動基板自身が上部DBR層を構成してもよい。
また、柱状部の周囲の溝部は、開口穴と接続されていてもよい。
The wavelength-tunable surface emitting laser is not limited to the OCT light source, and can be used in various applications such as gas sensing and optical device evaluation.
The vertical displacement of the upper DBR layer relative to the fixed substrate is not limited to the mechanism shown in the embodiment, and various mechanisms can be employed. Further, the upper DBR layer can be formed on the upper surface of the movable substrate, or the movable substrate itself may constitute the upper DBR layer.
Moreover, the groove part around a columnar part may be connected with the opening hole.

(比較例1)
本比較例は、図8、図9に示すごとく、下部DBR層3に、開口穴を設けていない例である。
ただし、柱状部8の周囲の溝部830が、下部DBR層3にまで、連続形成されている。
(Comparative Example 1)
This comparative example is an example in which no opening hole is provided in the lower DBR layer 3 as shown in FIGS.
However, the groove portion 830 around the columnar portion 8 is continuously formed up to the lower DBR layer 3.

かかる構成の固定基板2と下部DBR層3(未酸化DBR層30)と下部コンタクト層4と活性層5とアパーチャ81(アパーチャ前駆体層810)と上部コンタクト層6との積層体9を、実施形態1に示した方法と同様の方法にて、酸化処理を行うと、下部DBR層3に、未酸化部39が残ってしまう。すなわち、柱状部8におけるアパーチャ81の酸化と共に下部DBR層3を酸化させる場合、アパーチャ81についても、下部DBR層3についても、溝部83及び積層体9の外周端から酸化が進むこととなる。この場合、アパーチャ81の内側に非酸化部811を適切な大きさで残すために、酸化処理を途中で止めることとなる。この段階で、下部DBR層3の酸化も止まる。この時点で、下部DBR層3の全体が酸化されている状態が得られないと、図9に示すごとく、酸化部34と未酸化部39との境界部38が、下部DBR層3(低屈折率層31)に形成されることとなる。   The laminated body 9 of the fixed substrate 2, the lower DBR layer 3 (unoxidized DBR layer 30), the lower contact layer 4, the active layer 5, the aperture 81 (aperture precursor layer 810), and the upper contact layer 6 having such a configuration is implemented. When the oxidation process is performed by the same method as that of the first embodiment, the unoxidized portion 39 remains in the lower DBR layer 3. That is, when the lower DBR layer 3 is oxidized together with the oxidation of the aperture 81 in the columnar portion 8, the oxidation progresses from the outer peripheral edge of the groove 83 and the stacked body 9 in both the aperture 81 and the lower DBR layer 3. In this case, in order to leave the non-oxidized portion 811 with an appropriate size inside the aperture 81, the oxidation process is stopped halfway. At this stage, the oxidation of the lower DBR layer 3 is also stopped. At this time, if a state in which the entire lower DBR layer 3 is oxidized is not obtained, the boundary portion 38 between the oxidized portion 34 and the non-oxidized portion 39 becomes lower DBR layer 3 (low refractive index) as shown in FIG. The rate layer 31) is formed.

上述のごとく、アパーチャ前駆体層810及び未酸化DBR層30の材料等を調整することで、ある程度は酸化速度に差をつけることが可能であるが、それには限界がある。それゆえ、上記構成においては、適切な大きさの内径を有するアパーチャ81と下部DBR層3とを同一工程にて酸化させると、境界部38が形成されやすい。その結果、境界部38に内部応力が生じ、クラック等の要因となりうる。   As described above, by adjusting the materials of the aperture precursor layer 810 and the unoxidized DBR layer 30 and the like, it is possible to make a difference in oxidation rate to some extent, but there is a limit to this. Therefore, in the above configuration, when the aperture 81 having the appropriate inner diameter and the lower DBR layer 3 are oxidized in the same process, the boundary portion 38 is easily formed. As a result, an internal stress is generated in the boundary portion 38, which may cause a crack or the like.

これに対し、実施形態1の波長可変型面発光レーザ1のように、下部DBR層3に開口穴33を設けることにより、上記のような不具合を防ぐことができる。   On the other hand, by providing the opening hole 33 in the lower DBR layer 3 as in the wavelength tunable surface emitting laser 1 according to the first embodiment, the above-described problems can be prevented.

1 波長可変型面発光レーザ
2 固定基板
3 下部DBR層
31 低屈折率層
32 高屈折率層
33 開口穴
4 下部コンタクト層
5 活性層
6 上部コンタクト層
7 上部DBR層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wavelength-variable surface emitting laser 2 Fixed substrate 3 Lower DBR layer 31 Low refractive index layer 32 High refractive index layer 33 Open hole 4 Lower contact layer 5 Active layer 6 Upper contact layer 7 Upper DBR layer

Claims (3)

固定基板と、
該固定基板の上面に順次成膜された下部DBR層、下部コンタクト層、活性層、上部コンタクト層と、
上記固定基板の上側に対向配置されると共に該固定基板に対して上下方向に変位することができるよう配置された上部DBR層と、を有し、
上記下部DBR層は、酸化物からなる複数の低屈折率層と、該低屈折率層よりも屈折率の高い複数の高屈折率層とを交互に積層してなり、
上記下部DBR層には、上下方向の全体に形成されると共に上方に開口した開口穴が、上記下部DBR層の広がり方向の全域にわたって分散配置されていることを特徴とする波長可変型面発光レーザ。
A fixed substrate;
A lower DBR layer, a lower contact layer, an active layer, and an upper contact layer sequentially formed on the upper surface of the fixed substrate;
An upper DBR layer disposed on the upper side of the fixed substrate and disposed so as to be vertically displaced with respect to the fixed substrate;
The lower DBR layer is formed by alternately laminating a plurality of low refractive index layers made of oxide and a plurality of high refractive index layers having a higher refractive index than the low refractive index layer,
The wavelength tunable surface emitting laser, wherein the lower DBR layer is formed with a plurality of apertures formed in the entire vertical direction and open upward, distributed over the entire area of the lower DBR layer. .
上記下部コンタクト層と上記活性層と上記上部コンタクト層とからなる積層部には、広がり方向において他の部位と隔離された状態で立設された柱状部が形成されており、該柱状部の一部には、酸化物からなるアパーチャが、外周面から中心側へ向かって環状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の波長可変型面発光レーザ。   In the laminated portion composed of the lower contact layer, the active layer, and the upper contact layer, a columnar portion that is erected in a state of being separated from other portions in the spreading direction is formed. 2. The wavelength tunable surface emitting laser according to claim 1, wherein an aperture made of an oxide is formed in an annular shape from the outer peripheral surface toward the center. 上記柱状部の直径をLm、上記アパーチャの内径をDm、上記下部DBR層の広がり方向における任意の点から最寄りの上記開口穴又は最寄りの上記下部DBR層の端縁までの距離をLx、としたとき、Lx/(Lm−Dm)≦5が満たされることを特徴とする請求項2に記載の波長可変型面発光レーザ。   The diameter of the columnar portion is Lm, the inner diameter of the aperture is Dm, and the distance from an arbitrary point in the spreading direction of the lower DBR layer to the nearest opening hole or the edge of the nearest lower DBR layer is Lx. 3. The tunable surface emitting laser according to claim 2, wherein Lx / (Lm−Dm) ≦ 5 is satisfied.
JP2015022313A 2015-02-06 2015-02-06 Tunable surface emitting laser Active JP6561373B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015022313A JP6561373B2 (en) 2015-02-06 2015-02-06 Tunable surface emitting laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015022313A JP6561373B2 (en) 2015-02-06 2015-02-06 Tunable surface emitting laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016146399A true JP2016146399A (en) 2016-08-12
JP6561373B2 JP6561373B2 (en) 2019-08-21

Family

ID=56686453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015022313A Active JP6561373B2 (en) 2015-02-06 2015-02-06 Tunable surface emitting laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6561373B2 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6266357B1 (en) * 1998-09-01 2001-07-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Microcavity surface emitting laser
JP2001251017A (en) * 1999-12-27 2001-09-14 Xerox Corp Semiconductor structure and its manufacturing method
JP2004063969A (en) * 2002-07-31 2004-02-26 Victor Co Of Japan Ltd Surface-emitting laser
JP2007035994A (en) * 2005-07-28 2007-02-08 Ricoh Co Ltd Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, optical writing system, and optical transmitting system
JP2007278868A (en) * 2006-04-07 2007-10-25 Sun Tec Kk Optical interference tomography image display system
JP2011029495A (en) * 2009-07-28 2011-02-10 Canon Inc Surface emitting laser, method for producing surface emitting laser, and image forming apparatus
JP2011142252A (en) * 2010-01-08 2011-07-21 Fuji Xerox Co Ltd Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser device, optical transmission device, and information processor
JP2011155087A (en) * 2010-01-26 2011-08-11 Sony Corp Surface-emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof
WO2015003023A1 (en) * 2013-07-03 2015-01-08 Inphenix, Inc. Wavelength-tunable vertical cavity surface emitting laser for swept source optical coherence tomography system
JP2015026645A (en) * 2013-07-24 2015-02-05 キヤノン株式会社 Surface emitting laser and optical coherence tomography

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6266357B1 (en) * 1998-09-01 2001-07-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Microcavity surface emitting laser
JP2001251017A (en) * 1999-12-27 2001-09-14 Xerox Corp Semiconductor structure and its manufacturing method
JP2004063969A (en) * 2002-07-31 2004-02-26 Victor Co Of Japan Ltd Surface-emitting laser
JP2007035994A (en) * 2005-07-28 2007-02-08 Ricoh Co Ltd Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, optical writing system, and optical transmitting system
JP2007278868A (en) * 2006-04-07 2007-10-25 Sun Tec Kk Optical interference tomography image display system
JP2011029495A (en) * 2009-07-28 2011-02-10 Canon Inc Surface emitting laser, method for producing surface emitting laser, and image forming apparatus
JP2011142252A (en) * 2010-01-08 2011-07-21 Fuji Xerox Co Ltd Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser device, optical transmission device, and information processor
JP2011155087A (en) * 2010-01-26 2011-08-11 Sony Corp Surface-emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof
WO2015003023A1 (en) * 2013-07-03 2015-01-08 Inphenix, Inc. Wavelength-tunable vertical cavity surface emitting laser for swept source optical coherence tomography system
JP2015026645A (en) * 2013-07-24 2015-02-05 キヤノン株式会社 Surface emitting laser and optical coherence tomography

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MACDOUGAL ET AL.: "Design and Fabrication of VCSEL's with AlxOy-GaAs DBR's", IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, vol. 3, no. 3, JPN6019019362, June 1997 (1997-06-01), US, pages 905 - 915, ISSN: 0004043817 *
MACDOUGAL ET AL.: "Electrically-Pumped Vertical-Cavity Lasers with AlxOy-GaAs Reflectors", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 8, no. 3, JPN6019019360, March 1996 (1996-03-01), US, pages 310 - 312, XP000582807, ISSN: 0004043816, DOI: 10.1109/68.481100 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6561373B2 (en) 2019-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6744805B2 (en) Single mode operation of microelectromechanically tunable, half-symmetric, vertical cavity surface emitting lasers
US9709381B2 (en) Surface emitting laser and optical coherence tomography apparatus including the same
Tayebati et al. Half-symmetric cavity tunable microelectromechanical VCSEL with single spatial mode
JP4868004B2 (en) Surface emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof
JP2007142375A (en) Surface emitting laser element, and method of manufacturing same
JP2004534383A (en) Vertical-cavity finely-tunable vertical-cavity optical functional device and method of manufacturing the same
US20020048301A1 (en) Single mode operation of microelectromechanically tunable, half-symmetric, vertical cavity surface emitting lasers
US8971367B2 (en) Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, method of manufacturing surface-emitting laser, method of manufacturing surface-emitting laser array and optical apparatus equipped with surface-emitting laser array
JP2001210908A (en) Surface-emitting semiconductor laser device
JP2012104522A (en) Surface emitting laser and surface emitting laser array, method for manufacturing surface emitting laser and surface emitting laser array, and optical apparatus including surface emitting laser array
US8389308B2 (en) Method for producing surface emitting semiconductor device
Maleev et al. Single-spatial-mode semiconductor VCSELs with a nonplanar upper dielectric DBR
JP6561373B2 (en) Tunable surface emitting laser
JP2009188238A (en) Surface light-emitting laser and method of manufacturing the same
JP3422413B2 (en) Surface emitting laser array and method of manufacturing the same
JP2008177414A (en) Surface emitting laser
JP2009246194A (en) Surface-emitting semiconductor laser element
JP6650961B2 (en) Surface emitting laser and optical coherence tomography using the same
JP2013157473A (en) Surface emitting laser
CN112537752B (en) Micro-electromechanical system, vertical cavity surface emitting laser and preparation method thereof
JP6608202B2 (en) Surface emitting laser, information acquisition device, and imaging device
JP6608203B2 (en) Surface emitting laser, information acquisition device, and imaging device
US9945658B2 (en) Wavelength tunable surface emitting laser and optical coherence tomography apparatus including the same
JP6136664B2 (en) Tunable device
JP2011003725A (en) Vertical cavity surface emitting laser

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180109

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180926

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181009

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181206

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190702

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6561373

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350