JP4437376B2

JP4437376B2 - Manufacturing method of surface emitting laser element

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Publication number: JP4437376B2
Application number: JP2001090154A
Authority: JP
Inventors: 彰浩伊藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2002289969A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光レーザ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板表面に対し垂直に光を取り出せる面発光レーザは、従来の端面発光レーザと比べて、次のような利点をもっている。すなわち、活性層体積を小さくできることから、低いしきい値電流、低い消費電力で駆動できる。また、共振器のモード体積が小さいため数十ＧＨｚの変調が可能であり高速伝送に向いている。また、出射光の広がり角が小さく光ファイバへの結合が容易である。さらに、面発光レーザは、作製にへき開を必要とせず、素子面積も小さいので、並列化及び２次元高密度アレイ化が可能である。
【０００３】
これらの利点のため、伝送速度と伝送容量の急激な増大が必要となっている光通信システムや、コンピューター間，チップ間，チップ内の光インターコネクションや、光コンピューティングにおいて、面発光レーザはキーデバイスとして盛んに研究開発されている。
【０００４】
この面発光レーザの発振波長を可変または安定化できれば、波長多重方式などを利用し、より高スループットで大容量伝送が可能になる。面発光レーザの波長制御方法としては、次のような方法が提案されている。すなわち、第１の方法として、活性層の温度を変えること、また、第２の方法として、キャリアを注入しプラズマ効果により屈折率を変えること、また、第３の方法として、量子閉じ込めシュタルク効果により屈折率を変えること、また、第４の方法として、外部ミラーの位置を変化させ共振器長を変えることが提案されている。
【０００５】
しかしながら、第１の方法は、温度制御機構のほかに、閾値電流のドリフトに対処する電子回路が必要になり、構成が複雑となってしまう。また、第２，第３の方法は、可変波長範囲が１０ｎｍ以下と小さいという問題がある。これに対し、第４の方法は、可変波長範囲を数十ｎｍと広くできる。
【０００６】
第４の方法を用いた従来例として、特開平１０−２７９４３号（以下、従来技術１と称す）、特開平９−２７０５５６号（以下、従来技術２と称す）、特開平１１−１７２８５号（以下、従来技術３と称す）が知られている。
【０００７】
従来技術１では、電流を流す導電性膜が積層されていて外部ミラーを兼ねる両持ち梁（ブリッジ）を、外部から印加した磁場中におき、発生するローレンツ力により動かすようにしている。
【０００８】
しかしながら、この従来技術１では、磁場の印加が必要であり、素子が大型化するという問題がある。また、駆動用ストライプ膜に流す電流が発熱源となってレーザ素子の温度が上昇し、レーザ特性が低下するという問題がある。
【０００９】
また、従来技術２では、外部ミラーを兼ねるカンチレバー（片持ち梁）を静電力や圧電効果により動かすようにしている。
【００１０】
しかしながら、カンチレバーの主体となる層は、繰り返し加えられるひずみに対し高い耐久性をもつ必要があるため、高い均質性が必要であるが、成膜法により作製されるこれらの多層膜に十分な均質性をもたせるのは困難であるという問題がある。また、カンチレバー全体としては厚くなり、ひずみにくくなるという問題がある。さらに、初期状態のそりを小さくするため、この多層膜の内部応力を小さくする必要があり、作製上の課題が大きい。
【００１１】
また、従来技術３では、活性層と活性層の片側に設けたミラー層を設けた面発光レーザ本体をたわみ膜（ひずみ誘電体膜）上に設け、シリコン基板上に誘電体多層膜からなる外部ミラーを設け、この外部ミラーとたわみ膜との間に所定の間隔の空隙をもたせ、静電力により共振器長を変え、発振波長を変化させるようにしている。
【００１２】
しかしながら、従来技術３では、レーザ発振の共振領域にたわみ膜を含むので、共振器長がこの膜厚（数μｍ）以上になり、これによって、多モード発振しやすくなり、しきい値電流も大きくなるという問題がある。また、たわみ膜に面発光レーザ基体が接続されているので、活性層が歪み、発振波長がシフトするという問題もある。また、素子が劣化しやすくなるという問題もある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、単一モードの発振光を得やすく、低いしきい値電流で発振し、活性層の歪みによる波長シフトと素子の劣化を低減させることの可能な面発光レーザ素子の製造方法を提供することを目的としている。
【０００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、半導体基板上に、少なくとも、半導体多層膜反射鏡からなる第２のミラー層と、第１のスペーサ層と、活性層と、第２のスペーサ層と、電流注入層と、第２の空隙を形成するための犠牲層と、第１のミラー層とを積層して積層構造を形成する工程と、前記積層構造を、レーザ発振部の領域と駆動基体との接合部領域とを残して、犠牲層の深さ以上までエッチングにより除去し、面発光レーザ下部基体を形成する工程と、たわみ膜上に第１の空隙を介し支持基板を配置して駆動基体を作製する工程と、前記たわみ膜表面とエッチングされずに残った前記第１のミラー層表面とを接合して、前記面発光レーザ下部基体と前記駆動基体とを接合する工程と、前記犠牲層をエッチングにより除去し第２の空隙を形成する工程とを有していることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る面発光レーザ素子の構成例を示す図である。図１を参照すると、この面発光レーザ素子は、駆動基体と、面発光レーザ下部基体とを有し、駆動基体は、第１のミラー層１と、第１のミラー層１が配置されているたわみ膜２と、たわみ膜２の第１のミラー層１とは反対の側に第１の空隙３を介して配置されている支持基板４と、たわみ量を制御するために、たわみ膜２と支持基板４とに設けられている一対の変位制御電極５ａ，５ｂとを有している。
【００２７】
また、面発光レーザ下部基体は、半導体基板１１上に、半導体多層膜反射鏡からなる第２のミラー層１２と、第１のスペーサ層１４と、活性層１５と、第２のスペーサ層１６と、電流注入層１７とが積層されて、積層構造として形成されている。
【００２８】
そして、面発光レーザ下部基体と駆動基体とは、面発光レーザ下部基体の積層構造の表面と第１のミラー層１の表面とが第２の空隙１９を有するように対向して配置されている。
【００２９】
ここで、駆動基体は、例えば、支持基板４，たわみ膜２が導電性のものである場合、一対の変位制御電極５ａ，５ｂ間に電圧を印加するときにたわみ膜２と支持基板４との間に電界が生じ、これによるたわみ膜２と支持基板４との間の静電力によってたわみ膜２をたわませる（歪ませる）機能を有している。たわみ膜２の形状としては、広い面である場合もあり、両持ち梁（ブリッジ）やカンチレバー（片持ち梁）の構造をとる場合もある。また、上述の例では、たわみ膜２，支持基板４に導電性をもたせているが、たわみ膜２や支持基板４が絶縁性の材料で形成されている場合には、たわみ膜２，支持基板４に、それぞれ、変位制御用導電膜を付着させ、各変位制御用導電膜を、それぞれ、変位制御電極５ａ，５ｂに接続し、変位制御用導電膜間で静電力を発生させることで、たわみ膜２を支持基板４に対してたわませることができる。
【００３０】
図２には、支持基板４は導電性のものであるが、たわみ膜２が絶縁性のものである場合（また、たわみ膜２がカンチレバーの構造である場合）、たわみ膜２の先端に変位制御用導電膜２０を設け、この変位制御用導電膜２０をたわみ膜２に設けられている変位制御電極５ｂに電気的に接続した場合が示されており、この場合には、一対の変位制御電極５ａ，５ｂに電圧を印加すると、導電性の支持基板４と絶縁性のたわみ膜２の先端に設けられている変位制御用導電膜２０との間に静電力が発生し、たわみ膜２をたわませることができる。すなわち、一対の変位制御電極５ａ，５ｂに印加される電圧によって、たわみ膜２のたわみ量を制御することができるようになっている。
【００３１】
また、図１（あるいは図２）において、第１のミラー層１は、高反射率の誘電体多層膜反射鏡、あるいは、半導体多層膜反射鏡、あるいは、金属反射鏡、あるいは、これらを複合させた多層膜反射鏡などで構成されている。誘電体多層膜反射鏡で構成する場合には、ＺｒＯ₂／ＳｉＯ₂，ＭｇＯ／ＳｉＯ₂，ＭｇＯ／Ｓｉ，Ａｌ₂Ｏ₃／ＭｇＦ₂などにより第１のミラー層１を構成できる。また半導体多層膜反射鏡で構成する場合には、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ，ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ，ＡｌＧａＮ／ＧａＮ，ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰなどにより第１のミラー層１を構成できる。また、金属反射鏡で構成する場合には、Ａｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉやそれらの合金などにより第１のミラー層１を構成できる。
【００３２】
また、面発光レーザ下部基体の半導体基板１１には、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ，ＧａＮＡｓ，Ｓｉ，Ｇｅなどを用いることができる。
【００３３】
また、活性層１５は、ＧａＩｎＡｓ系またはＧａＩｎＮＡｓ系材料で形成されている。
【００３４】
ＧａＩｎＡｓ系またはＧａＩｎＮＡｓ系の材料を活性層１５に用いた面発光レーザ素子は、発振波長が０．９μｍ以上の長波長帯なので、１．３μｍ帯または１．５μｍ帯で伝送損失の最も小さい石英系ファイバとの整合性が高い。従来これらの波長帯用のレーザとしては、ＩｎＰ基板上に形成するＧａＩｎＡｓＰを活性層とする端面発光レーザが用いられているが、活性層におけるキャリアの閉じ込めが弱く温度特性が悪い。さらに、このＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰを活性層とする面発光レーザを形成しようとすると、ＩｎＰ基板上では最良の半導体多層膜反射鏡の構成であるＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰは屈折率差が小さく、高い反射率を得るには多くの層数を必要とする。
【００３５】
これに対し、ＧａＩｎＡｓ系またはＧａＩｎＮＡｓ系の材料を活性層１５に用いた面発光レーザは、ＧａＡｓ基板上に形成できるので、スペーサ層等の活性層の周りの層にワイドバンドギャップ材料を選択できる。よって、キャリアの閉じ込めが良好になり温度特性が良好な面発光レーザが得られる。また、ＧａＩｎＡｓ系またはＧａＩｎＮＡｓ系の材料を活性層１５に用いた面発光レーザは、ＧａＡｓ基板上に形成できるので、ＧａＡｓ基板上に形成できる屈折率差の大きいＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｓ半導体多層膜反射鏡をミラー層として利用できる。よって、少ない層数の半導体多層膜反射鏡をもつ面発光レーザが得られる。
【００３６】
ＧａＩｎＡｓ系またはＧａＩｎＮＡｓ系の材料として、ＧａＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓＳｂＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓ，ＡｌＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＮＡｓＰ，ＡｌＧａＮＡｓ，ＡｌＧａＮＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂなどが挙げられる。
【００３７】
より具体的に、活性層１５には、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ（１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯）、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ（１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯）、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ（０．９８μｍ帯）、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ（０．８５μｍ帯）、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ（０．６５μｍ帯）などを用いることができる。
【００３８】
ＧａＩｎＡｓ系またはＧａＩｎＮＡｓ系の面発光レーザは、温度が変化してもレーザ特性の変動が小さいので、さらに波長制御が容易になる。また、ＧａＩｎＡｓ系またはＧａＩｎＮＡｓ系の面発光レーザは、少ない層数の半導体多層膜反射鏡を持つので、低コストで作製できる。また、ＧａＩｎＡｓ系またはＧａＩｎＮＡｓ系の面発光レーザは、レーザ光がＳｉを透過するので、Ｓｉ支持基板上に設ける光学素子との結合により素子の高機能化，多機能化が容易になる。
【００３９】
また、第２のミラー層１２である半導体多層膜反射鏡は、半導体基板１１がＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ，ＧａＮＡｓ，Ｓｉ，Ｇｅなどで形成される場合に、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ，ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ，ＡｌＧａＮ／ＧａＮ，ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰなどの多層膜を用いて形成される。
【００４０】
また、スペーサ層１４，１６は、キャリアを活性層１５まで輸送し共振器長を調節するために設けられており、発光する光に対して透明である必要がある。具体的に、スペーサ層１４，１６は、活性層１５の材料に応じて、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＰなどから選択される。
【００４１】
また、電流注入層１７は、面発光レーザ下部基体の積層構造表面の全域または発光領域を除いた領域に設けられ、電流注入層１７には、高導電性の半導体層／金属膜や金属膜などを用いることができる。
【００４２】
また、面発光レーザ下部基体は、活性層１５の近傍に、Ａｌ_xＯ_yなどからなる絶縁層やプロトンを注入した高抵抗領域を設けて、電流狭窄構造をとることが望ましい。
【００４３】
なお、面発光レーザ下部基体は、ＭＯＣＶＤ法，ＭＢＥ法などの成膜法及びこれらの手法により作製した試料を接合する方法で作製することができる。また、接合前に、両基体の一部をエッチングしたりスペーサ層を設けて第１の空隙３の間隔を調節する場合や、両基体を研磨し表面の平滑性を改善する場合もある。
【００４４】
また、駆動基体と面発光レーザ下部基体とは、たわみ膜２のたわみ領域以外の部分で、ろう接，融接，圧接（固相接合）−常温界面接合，陽極接合,直接接合,拡散接合などにより接続される。これらの接合法の詳細は、例えば文献「江刺正喜他著「マイクロマシーニングとマイクロメカトロニクス」培風館」などに述べられている。
【００４５】
面発光レーザ下部基体と前記駆動基体とを直接接合法により接続する場合について説明する。直接接合は、平滑な基板同士を大気雰囲気下で重ね合わせ、界面の原子間力で結合を生じさせるもので、重ね合わせた後、加温して界面の結合をより強固にするのが好ましい。ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＰなどの化合物半導体の基板や膜同士、シリコンの基板や膜同士、化合物半導体の基板や膜とシリコンの基板や膜との接合が可能である（例えば文献「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５６（１９９０）１１」を参照）。なお、ミラー間の距離を調節するため、面発光レーザ下部基体と駆動基体の接合部に化合物半導体膜やシリコン膜や酸化ケイ素膜からなる接合スペーサ層を設ける場合もある。直接接合の場合、界面にできるバインダ層は１０ｎｍ以下であるので、容易に精度良く第１のミラー層１と面発光レーザ下部基体との空隙を所定の間隔を有するように形成できる。
【００４６】
また、本発明の面発光レーザ素子の作製方法として、第１のミラー層１が誘電体多層膜反射鏡である場合に、この誘電体多層膜反射鏡をたわみ膜２上に成膜法により形成して、第１のミラー層１を形成することができる。
【００４７】
具体的に、たわみ膜２上に、第１のミラー層１として、ＺｒＯ₂／ＳｉＯ₂，ＭｇＯ／ＳｉＯ₂，ＭｇＯ／Ｓｉ，Ａｌ₂Ｏ₃／ＭｇＦ₂などの誘電体多層膜反射鏡を電子線蒸着法，抵抗加熱蒸着法，スパッタリング法などで形成することができる。この方法では、第１のミラー層１がたわみ膜２と強固に接着されるので、たわみ（歪み）に対して耐久性の高いミラー層１が得られる。
【００４８】
図３は本発明の面発光レーザ素子の作製工程例を示す図である。なお、図３（ａ）乃至（ｄ）は縦断面図として示されている。図３を参照すると、先ず、半導体基板１１上に、少なくとも、半導体多層膜反射鏡からなる第２のミラー層１２と、第１のスペーサ層１４と、活性層１５と、第２のスペーサ層１６と、電流注入層１７と、空隙形成用の犠牲層１８と、第１のミラー層１とを積層し、積層構造とする（図３（ａ））。
【００４９】
次に、この積層構造を、レーザ発振部の領域と駆動基体との接合部領域を残して、犠牲層１８の深さ以上までエッチングにより除去し、面発光レーザ下部基体を形成する（図３（ｂ））。
【００５０】
次いで、たわみ膜２とこのたわみ膜２の表面上に所定の間隔を隔てて支持基板４を配置して駆動基体を作製する。しかる後、面発光レーザ下部基体と駆動基体とを、たわみ膜２の表面とエッチングされずに残った第１のミラー層１の表面とを接合することで、接続する（図３（ｃ））。
【００５１】
次に、犠牲層１８をエッチングにより除去し、第２の空隙１９を形成する（図３（ｄ））。これにより、図１の面発光レーザ素子を作製することができる。
【００５２】
図３の作製工程例において、エッチングにＨＦ水溶液を用いた場合、ＡｌＡｓ，ＳｉＯ₂は、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＡｌＦ₃，ＳｒＦ₂，Ｓｉ，ＳｉＮ，ＳｉＯＮと比較してエッチング速度が格段に大きい。ＡｌＡｓ，ＳｉＯ₂を犠牲層１８の材料としＨＦ水溶液をエッチング液とした場合、エッチング液が触れる部分をＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＡｌＦ₃，ＳｒＦ₂，Ｓｉ，ＳｉＮ，ＳｉＯＮなどの材料で構成すれば、積層構造の表面と第１のミラー層１の表面との間に第２の空隙１９の間隔を形成できる。
【００５３】
図３の作製工程例では、第１のミラー層１を含め面発光レーザ下部基体を駆動基体と接合した後、犠牲層１８を除去するので、積層構造の表面と第１のミラー層１の表面との間の第２の空隙１９の間隔をより精密に設定できる。よって、面発光レーザ素子の製造がより容易になる。
【００５４】
また、支持基板４が例えば絶縁性のものである場合、たわみ膜２に空隙を介して対向する支持基板４の表面に変位制御用導電膜を設け、この変位制御用導電膜を一方の変位制御電極，例えば５ａと電気的に接続することができる。
【００５５】
具体的には、シリコンやケイ酸ガラスからなる支持基板４の表面に、多結晶シリコン，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ及びそれらの窒化物、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄなどからなる変位制御用導電膜を設けることができる。また、支持基板４が導電性の場合には、この導電膜と支持基板４との間にＳｉＮ，ＳｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅，Ａｌ₂Ｏ₃などの絶縁層を設けることもできる。このような構成では、レーザ光が駆動基体側に出射される場合、この導電膜の出射ビームが通る個所に孔を開けるのが好ましい。静電力を発生する導電性領域間の静電容量を小さくでき、高速の変位制御が可能になる。また、素子ごとに個別に変位制御電圧を印加できることにより素子のアレイ化が可能になる。
【００５６】
図１（または図２）の面発光レーザ素子では、第１のミラー層１と第２のミラー層１２とで共振器が構成され、レーザ発振する。この場合、第１のミラー層１と第２のミラー層１２との間の距離によって発振波長が変化する。すなわち、図１（または図２）の面発光レーザ素子では、一対の変位制御電極５ａ，５ｂ間に印加する電圧を調節することにより、たわみ膜２のたわみ量が変化し、これにより、ミラー層１，１２間の距離が変化して、発振波長が変わる。なお、レーザ光は支持基板４側から出射させる場合もあるし、半導体基板１１側から出射させる場合もある。
【００５７】
図１（または図２）の構成は、前述した従来技術３（特開平１１−１７２８５号）の構成と異なり、２つのミラー層１，１２間にたわみ膜を含まない構成なので、極短の共振器構造が可能になる。このため、縦モードの単一共振モードが得やすくなる。よって、発振光の波長ピークのスプリットがなくなり光伝送が容易になる。また、共振器長に対する活性層厚の割合が高まるので、光の閉じ込めが良くなり、低いしきい値電流で発振するので、レーザ駆動が容易になる。
【００５８】
また、面発光レーザ下部基体がほとんどたわまない構成なので、活性層１５のひずみによる波長シフトが生ぜず、また、素子の劣化が少なくなる。
【００５９】
なお、図１（または図２）の面発光レーザ素子において、たわみ膜２には、シリコンまたは酸化ケイ素などを用いることができる。たわみ膜２にシリコンを用いる場合、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの膜が欠陥が少ないので望ましい。また、たわみ膜に酸化ケイ素を用いる場合、単結晶シリコンあるいは多結晶シリコンを熱酸化した膜や高温で気相成長させた膜が欠陥が少ないので望ましい。
【００６０】
また、支持基板４には、シリコンまたは酸化ケイ素ガラスなどを用いることができる。支持基板４にシリコンを用いる場合、単結晶シリコンあるいは多結晶シリコンの膜が均質性が良く、加工も容易なので望ましい。また、支持基板４に酸化ケイ素ガラスを用いる場合、ホウ珪酸ガラス，アルカリガラス，石英ガラスが均質性が良く、加工も容易なので望ましい。
【００６１】
たわみ膜２にシリコンまたは酸化ケイ素などを用いること、また、支持基板４にシリコンまたは酸化ケイ素ガラスなどを用いることについて、さらに説明する。シリコンまたは酸化ケイ素は、マイクロマシニング技術で中心材料として用いられる材料であり、エッチング，気相堆積，研磨，接合などで、安定した微細加工技術が蓄積されている。例えば、接合技術では次のようなものがある。すなわち、シリコンとシリコンとは、また、ＳｉＯ₂層を介してシリコンとシリコンとは、直接接合できる。また、アルカリやアルカリ土類イオンを含むホウ珪酸ガラス，アルカリガラスは、シリコンと陽極接合できる。また、石英ガラスは、表面にホウ珪酸ガラス，アルカリガラス，Ｉｎ₂Ｏ₃などのバインダ層を付着させれば、シリコンと陽極接合できる。
【００６２】
図４には、これらの材料を使用した駆動基体を用いた面発光レーザ素子の作製工程例が表示されている。なお、図４（ａ）乃至（ｅ）は縦断面図として示されている。図４を参照すると、先ず、第１のシリコンウェハ（除去用）３１に高濃度のボロンを拡散させてボロン拡散シリコン領域３２を形成し、また、第２のシリコンウェハ支持基板３３の表面にＳｉＯ₂熱酸化膜３４を形成し、第１のシリコンウェハ３１と第２のシリコンウェハ支持基板３３とを、ボロン拡散シリコン領域３２の面と熱酸化膜３４の面とで、直接接合させる（図４（ａ））。この後、ＫＯＨなどの異方性エッチング液を用い第１のシリコンウェハ３１でボロン拡散シリコン領域３２だけを残しシリコンを除去する（図４（ｂ））。
【００６３】
しかる後、ボロン拡散シリコン領域３２の一部の領域に第１のミラー層３５を形成し、次いで、ボロン拡散シリコン領域３２をエッチング加工し、これをたわみ膜３２として形成する（図４（ｃ））。
【００６４】
しかる後、面発光レーザ下部基体３６を接合する（図４（ｄ））。次に、ボロン拡散シリコン領域（たわみ膜）３２に接触している熱酸化膜３４の一部をＨＦ液により除去し、第１の空隙３７を形成する（図４（ｅ））。
【００６５】
これにより、本発明の面発光レーザ素子を作製できる。この面発光レーザ素子では、ボロン拡散シリコン領域（たわみ膜）３２と第２のシリコンウェハ（支持基板）３３との間に電界を印加して共振器長を変化させることができる。
【００６６】
また、図５には、本発明の面発光レーザ素子の他の作製工程例が示されている。図５を参照すると、先ず、第２のシリコンウェハ（支持基板）４１の表面に凹部４２をドライエッチングにより形成し、また、第１のシリコンウェハ（除去用）４３の表面にＳｉＯ₂熱酸化膜４４を形成し、第１のシリコンウェハ４３と第２のシリコンウェハ４１とを、凹部４２を有する面とＳｉＯ₂熱酸化膜４４の面とで、直接接合させる（図５（ａ））。
【００６７】
次に、第１のシリコンウェハ４３のシリコンをＫＯＨによりすべて除去し、表面に出たＳｉＯ₂熱酸化膜４４の一部の領域に第１のミラー層４５を形成し、第１のミラー層４５の周辺に一方の変位制御用導電膜４６を形成する（図５（ｂ））。
【００６８】
しかる後、ＳｉＯ₂熱酸化膜４４をエッチング加工して、たわみ膜４４を形成し、次に、面発光レーザ下部基体４７を接合する（図５（ｃ））。
【００６９】
これにより、本発明の面発光レーザ素子を作製できる。この面発光レーザ素子では、変位制御導電膜４６と第２のシリコンウェハ（支持基板）４１との間に電界を印加して共振器長を変化させることができる。
【００７０】
また、図６には、本発明の面発光レーザ素子の他の作製工程例が示されている。なお、図６（ａ）乃至（ｃ）は縦断面図として示されている。図６を参照すると、先ず、パイレックス板（支持基板）５１の表面に凹部５２をドライエッチングにより形成し、シリコンウェハ（除去用）５３に高濃度のボロンを拡散させてボロン拡散シリコン領域５４を形成し、パイレックス板５１とシリコンウェハ５３とを、凹部５２を設けた面とボロン拡散シリコン領域５４の面とで、陽極接合する（図６（ａ））。この後、ＫＯＨなどの異方性エッチング液を用いシリコンウェハ５３のボロン拡散シリコン領域５４を残してシリコンを除去し、パイレックス板５１の裏面に変位制御用導電膜５５を設け、また、ボロン拡散シリコン領域５４の一部の領域に第１のミラー層５６を形成する（図６（ｂ））。しかる後、ボロン拡散シリコン領域５４をエッチング加工し、これをたわみ膜５４として形成し、次いで、面発光レーザ下部基体５７を接合する（図６（ｃ））。
【００７１】
これにより、本発明の面発光レーザ素子を作製できる。この面発光レーザ素子では、ボロン拡散シリコン領域（たわみ膜）５４と変位制御用導電膜５５との間に電界を印加し、共振器長を変化させることができる。
【００７２】
シリコン及び酸化ケイ素は高品質なので、成膜したたわみ膜と異なり、高信頼性のたわみ膜が得られ、且つ、歩留り良く製造できる。シリコンとシリコンとの間は、また、酸化ケイ素膜を介してシリコンとシリコンとの間は、直接接合ができるので、容易に精度良く駆動基体を形成できる。また、シリコン及び酸化ケイ素ガラスは均質なので、精密な加工が可能であり、信頼性の高い駆動基体を形成できる。
【００７３】
また、図７は本発明の面発光レーザ素子の変形例を示す図である。図７の例の面発光レーザ素子は、支持基板４のたわみ膜２が接合されている面とは反対側の面のレーザ光の経路上に、光学素子２２が設けられている。なお、図７の例では、光学素子２２はマイクロレンズとなっているが、光学素子２２としては、図８のように回折レンズでも良いし、あるいは、図９のように、ミラー及び導波路でも良い。
【００７４】
図７，図８あるいは図９の面発光レーザ素子では、支持基板４を加工して、または、支持基板４と一体で、マイクロレンズ、回折レンズ、あるいは、ミラー及び導波路等の光学素子２２を形成することができる。これらの光学素子２２は、前述のマイクロマシニング技術により容易に作製できる。支持基板４の表面にこれらの光学素子２２を設けることにより、面発光レーザ素子の高機能化，多機能化が容易になる。
【００７５】
また、同一の支持基板に、上述した本発明の面発光レーザ素子を複数個設けて面発光レーザアレイを構成することができる。
【００７６】
このような面発光レーザアレイは、次のような方法によって作製できる。すなわち、シリコンウェハ，ケイ酸ガラス板上に複数の駆動基体を一括して形成し、別途、半導体基板ウェハ上に複数の面発光レーザ下部基体を形成する。次に、第１の例として、シリコンウェハ，ケイ酸ガラス板の駆動基体を設けた面と、半導体基板ウェハの面発光レーザ下部基体を設けた面とを接合して面発光レーザアレイを作製することができる。また、第２の例として、シリコンウェハ，ケイ酸ガラス板上の各駆動基体に個々に分離した面発光レーザ下部基体を接合して面発光レーザアレイを作製することができる。
【００７７】
図１０，図１１には、本発明の面発光レーザアレイと石英系ファイバとを結合した並列伝送システムの構成例が示されている。本発明の面発光レーザアレイは、単一モードで、且つ、各波長が安定しているので、複数の光源をもつ信頼性の高い伝送システムの構築が容易になる。
【００７８】
また、上述した本発明の面発光レーザ素子、または、上述した本発明の面発光レーザアレイを用いて波長多重伝送システムを構築することができる。
【００７９】
図１２には、本発明の面発光レーザアレイを用いた波長多重伝送システムの構成例が示されている。図１２の波長多重伝送システムでは、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を配列して面発光レーザアレイを構成し、面発光レーザアレイの各面発光レーザ素子からの各発振光を合波器を通して１本の光ファイバに結合させるように構成されている。このような構成では、１本のファイバで、高スループットに大容量の信号伝送ができる。このように、本発明の面発光レーザアレイは、単一モードで、且つ、各発振波長が安定しているので、高い信頼性で高密度大容量の波長多重伝送が可能になる。
【００８０】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００８１】
実施例１
図１３，図１４，図１５は実施例１の面発光レーザ素子の構成例を示す図である。なお、図１３は側面図であり、図１４は正面図であり、図１５は下面図である。
【００８２】
実施例１の面発光レーザ素子は、次のように作製される。すなわち、先ず、駆動基体を作製する。駆動基体は、前述した例のように、先ず、第１のシリコンウェハ（図１３乃至図１５には図示せず）の表面から２μｍの深さに固相拡散により１×１０²⁰／ｃｍ³の濃度のボロンを拡散させる。また、第２のシリコンウェハ支持基板６１の表面に厚さ１μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ₂熱酸化膜）６２を形成する。そして、第１のシリコンウェハと第２のシリコンウェハ支持基板６１とをボロン拡散シリコン領域の面と熱酸化膜６２の面とで大気中において直接接合させる。しかる後、１１００℃に加熱する。そして、ＫＯＨ水溶液を用い第１のシリコンウェハでボロン拡散シリコン領域を残しシリコンを除去する。次いで、ボロン拡散シリコン領域の上に３μｍの厚さでＣＶＤ法でｐ型多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を形成し、しかる後、６０μｍ×２００μｍの領域の多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）をＫＯＨ水溶液で除去する。残った領域の多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の表面を研磨し平滑にし、接合スペーサ層（ｐｏｌｙ−Ｓｉ接合スペーサ層）６３を形成する。
【００８３】
次に、ＣＦ₄を用いたドライエッチングにより６０μｍ×２００μｍのボロン拡散シリコン領域の中央の３０μｍ×２００μｍの領域を残すようにエッチングし、ボロン拡散シリコン領域の両持ち梁をたわみ膜（ひずみ膜）６４として形成する。そして、この梁（たわみ膜）６４の中央に２０μｍ×２０μｍの広さのＺｒＯ₂／ＳｉＯ₂の７ペアからなる第１のミラー層６５をＥＢ蒸着法により形成する。このようにして、駆動基体を作製できる。
【００８４】
次いで、面発光レーザ下部基体を作製する。すなわち、先ず、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ（１００）基板６６上に、ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの２５ペアからなる第２のミラー層６７、第１のＧａＡｓスペーサ層６８、３層のＧａＩｎＡｓと２層のＧａＡｓからなる多重量子井戸活性層６９、第２のＧａＡｓスペーサ層７０、ｐ⁺−ＧａＡｓ電流注入層７１を形成する。次いで、プロトン注入により電流狭窄構造７２を作製する。このようにして、面発光レーザ下部基体を作製する。
【００８５】
次いで、このように作製した駆動基体と面発光レーザ下部基体とを、発振光が通る部分と第１のミラー層６５の位置とを整合させ、大気中で直接接合する。しかる後、２００℃に加温する。次に、この試料をＨＦ液に入れボロン拡散シリコン領域の両持ち梁周辺と下のＳｉＯ₂酸化膜を除去する。
【００８６】
次いで、駆動基体の変位制御電極（図示せず）を、第２のシリコンウェハ支持基板６１の裏面に設ける。また、面発光レーザ素子の駆動電極（ｎ側駆動電極）７３を、ｎ−ＧａＡｓ基板６６の裏面に形成する。また、ｐ型多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜の接合領域の外周の一部に変位制御とレーザ駆動を兼ねる接地電極７４を設ける。
【００８７】
この実施例１では、第１のミラー層６５とｐ⁺−電流注入層７１との間の空隙の長さは、０．４５０μｍである。そして、ボロン拡散シリコン領域の両持ち梁（たわみ膜）６４と第２のシリコンウェハ支持基板６１との間に０〜８Ｖの電圧を印加すると、発振波長は、１．０５〜１．２２μｍに変化する。発振光スペクトルは単一ピークである。
【００８８】
実施例１の面発光レーザ素子では、２つのミラー層６５，６７間にたわみ膜６４を含まないので、極短の共振器構造が可能になり、また、単一共振モードの発光を得ることができる。また、駆動基体と面発光レーザ下部基体とを直接接合することにより、容易に精度良く第１のミラー層６５と面発光レーザ下部基体との空隙を所定の間隔を有するように形成できる。また、シリコンとシリコンとの間、及び、シリコンと酸化ケイ素は直接接合ができるので、容易に精度よく駆動基体を形成できる。また、第１のミラー層６５がたわみ膜（ひずみ膜）６４と強固に接着されるので、たわみ（ひずみ）に対して耐久性の高いミラー層６５が得られる。また、ＧａＩｎＡｓ系面発光レーザ素子は、温度が変化してもレーザ特性の変化が小さいので、さらに波長制御が容易になる。
【００８９】
実施例２
図１６は実施例２の面発光レーザ素子の構成例を示す図である。実施例２の面発光レーザ素子は、次のように作製される。すなわち、先ず、駆動基体を作製する。駆動基体は、前述した例のように、先ず、第１のシリコンウェハ（図１６には図示せず）の表面から２μｍの深さに固相拡散により１×１０²⁰／ｃｍ³の濃度のボロンを拡散させる。また、第２のシリコンウェハ支持基板８１の表面に厚さ１μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ₂熱酸化膜）８２を形成する。そして、第１のシリコンウェハと第２のシリコンウェハ支持基板８１とをボロン拡散シリコン領域の面と熱酸化膜８２の面とで大気中において直接接合させる。しかる後、１１００℃に加熱する。そして、ＫＯＨ水溶液を用い第１のシリコンウェハでボロン拡散シリコン領域を残しシリコンを除去する。
【００９０】
次に、ＣＦ₄を用いたドライエッチングにより６０μｍ×２００μｍのボロン拡散シリコン領域の中に３０μｍ×１２０μｍの片持ち梁（たわみ膜）８４を形成する。そして、ボロン拡散シリコン領域の表面を研磨し平滑にする。このようにして、駆動基体を作製できる。
【００９１】
次いで、面発光レーザ下部基体を作製する。すなわち、先ず、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ（１００）基板８５上に、ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの２５ペアからなる第２のミラー層８６、第１のＧａＡｓスペーサ層８７、３層のＧａＩｎＮＡｓと２層のＧａＡｓからなる多重量子井戸活性層８８、第２のＧａＡｓスペーサ層８９、ｐ⁺−ＧａＡｓ電流注入層９０、ｐ−ＡｌＡｓ犠牲層９１、ｐ−ＡｌＧａＡｓ／ｐ−ＧａＡｓの１８ペアからなる第１のミラー層９２を形成する。次に、この積層膜の６０μｍ×２００μｍの領域をレーザ発振部がポスト形状に残るように、また、ｐ⁺−電流注入層９０に達するようにドライエッチングする。次に、プロトン注入により電流狭窄構造９３を作製する。このようにして、面発光レーザ下部基体を作製する。
【００９２】
次いで、このようにして作製した駆動基体と面発光レーザ下部基体とを、ポスト形状の積層膜と片持ち梁（たわみ膜）８４の先端付近の位置とを整合させ、大気中で直接接合する。しかる後、４００℃に加温する。次に、この試料をＨＦ液に入れ、ｐ−ＡｌＡｓ犠牲層９１とボロン拡散シリコン領域の片持ち梁周辺と下のＳｉＯ₂酸化膜を除去する。なお、このとき接合部のｐ−ＡｌＡｓ層も２０μｍほど内部にエッチングされるが、レーザ特性に大きな影響はない。
【００９３】
次いで、駆動基体の変位制御電極（図示せず）を、第２のシリコンウェハ支持基板８１の裏面に設ける。また、面発光レーザ素子の駆動電極（ｎ側駆動電極）９４を、ｎ−ＧａＡｓ基板８５の裏面に形成する。また、ボロン拡散シリコン領域の接合領域の外周の一部に変位制御用とレーザ駆動用の接地電極を設ける。
【００９４】
この実施例２では、第１のミラー層９２とｐ⁺−ＧａＡｓ電流注入層９０との間の空隙の長さは、０．４μｍである。そして、ボロン拡散シリコン領域の片持ち梁（たわみ膜）８４と第２のシリコンウェハ支持基板８１との間に０〜４Ｖの電圧を印加すると、発振波長は、１．１５〜１．３０μｍに変化する。発振光スペクトルは単一ピークである。
【００９５】
実施例２の面発光レーザ素子では、２つのミラー層９２，８６間にたわみ膜８４を含まないので、極短の共振器構造が可能になり、また、単一共振モードの発光を得ることができる。また、駆動基体と面発光レーザ下部基体とを直接接合することにより、容易に精度良く第１のミラー層９２と面発光レーザ下部基体との空隙を所定の間隔を有するように形成できる。また、第１のミラー層９２を含め面発光レーザ下部基体を駆動基体と接合した後で犠牲層９１を除去するので、積層膜表面と第１のミラー層９２表面との間の空隙の間隔をより精密に設定できる。よって、面発光レーザ素子の製造がより容易になる。また、シリコンとシリコンは直接接合ができるので、容易に精度良く駆動基体部を形成できる。また、ＧａＩｎＮＡｓ系面発光レーザは、温度が変化してもレーザ特性の変化が小さいので、さらに波長制御が容易になる。
【００９６】
実施例３
図１７は実施例３の面発光レーザ素子の構成例を示す図である。実施例３の面発光レーザ素子は、次のように作製される。すなわち、先ず、駆動基体を作製する。駆動基体は、前述した例のように、先ず、厚さ２５０μｍの第２のシリコンウェハ支持基板１０１の表面に６０μｍ×２００μｍの領域を深さ３μｍまでＣＦ₄でドライエッチングし凹部を形成する。エッチングされた凹部底面に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ絶縁膜１０２、スパッタリング法によりＴｉ変位制御用導電膜１０３を形成し、これらの膜１０２，１０３の中央を円形にＣｌ₂を用いるドライエッチングで除去する。次に、第２のシリコンウェハ支持基板１０１の表面にホウ珪酸ガラス１０５をＥＢ蒸着で成膜し、研磨によりホウ珪酸ガラス１０５を凸部から１μｍまで除去する。
【００９７】
また、第１のシリコンウェハ（図１７には図示せず）の表面から２μｍの深さに固相拡散により１×１０²⁰／ｃｍ³の濃度のボロンを拡散させる。そして、第２のシリコンウェハ支持基板１０１と第１のシリコンウェハとをホウ珪酸ガラス１０５の面とボロン拡散シリコン領域の面とを合わせて４００℃で陽極接合する。次いで、ＫＯＨ水溶液を用い第１のシリコンウェハでボロン拡散シリコン領域を残しシリコンを除去する。
【００９８】
次に、ＣＦ₄を用いたドライエッチングにより６０μｍ×２００μｍのボロン拡散シリコン領域の中に３０μｍ×１２０μｍの片持ち梁（たわみ膜）１０４を形成する。そして、ボロン拡散シリコン領域の表面を研磨し平滑にする。このようにして、駆動基体を作製できる。
【００９９】
面発光レーザ下部基体の作製工程については、実施例２と同様に行ない、後の工程も実施例２と同様に行なって、面発光レーザ素子を作製する。なお、図１７において、面発光レーザ下部基体の各部分については、図１６と同じ符号を付している。
【０１００】
このようにして作製した実施例３の面発光レーザ素子において、ボロン拡散シリコン領域の片持ち梁（たわみ膜）１０４とＴｉ変位制御導電膜１０３との間に０〜４Ｖの電圧を印加すると、発振波長は、１．１５〜１．３０μｍに変化する。発振光スペクトルは単一ピークである。
【０１０１】
実施例３の面発光レーザ素子では、２つのミラー層９２，８６間にたわみ膜１０４を含まないので、極短の共振器構造が可能になり、また、単一共振モードの発光を得ることができる。また、駆動基体と面発光レーザ下部基体とを陽極接合することにより、容易に精度良く第１のミラー層９２と面発光レーザ下部基体との空隙を所定の間隔を有するように形成できる。また、第１のミラー層９２を含め面発光レーザ下部基体を駆動基体と接合した後で犠牲層９１を除去するので、積層膜表面と第１のミラー層９２表面との間の空隙の間隔をより精密に設定できる。よって、面発光レーザ素子の製造がより容易になる。また、シリコンとシリコンとの間、及び、シリコンと酸化ケイ素は、直接接合ができるので、容易に精度良く駆動基体部を形成できる。また、ＧａＩｎＮＡｓ系面発光レーザ素子は温度が変化してもレーザ特性の変化が小さいので、さらに波長制御が容易になる。また、実施例３では、静電力を発生する導電性領域間の静電容量を小さくでき、高速の変位制御が可能になる。また、各面発光レーザ素子ごとに個別に変位制御電圧を印加できることにより、素子のアレイ化が可能になる。
【０１０２】
実施例４
図１８は実施例４の面発光レーザ素子の構成例を示す図である。なお、図１８において、図１７と同様の箇所には同じ符号を付している。実施例４の面発光レーザ素子は、ＫＯＨ水溶液を用い第１のシリコンウェハでボロン拡散シリコン領域を残しシリコンを除去する工程の後に、第２のシリコンウェハ支持基板１０１の凹部を形成したのとは反対の面のレーザ光が出射する部位に、ホトマスクの厚さをかえたグラデーション法によるＣＦ₄を用いたドライエッチングによりマイクロレンズ１２０を形成する工程を挿入する他は、実施例３と同一の工程で作製され、実施例４では、第２のシリコンウェハ支持基板１０１からなる駆動基体に１次元に３００μｍの間隔で並列に４つの面発光レーザ素子が並ぶ面発光レーザアレイを作製している。
【０１０３】
実施例４の面発光レーザアレイでは、４つの面発光レーザ素子のボロン拡散シリコン領域の片持ち梁（たわみ膜）１０４とＴｉ変位制御用導電膜１０３との間に０〜４Ｖの範囲で電圧を印加し、４つの面発光レーザ素子を、それぞれ、１．１５，１．２０，１．２５，１．３０μｍの発振波長を持つように設定することができる。なお、各面発光レーザ素子の発振光スペクトルは単一ピークである。
【０１０４】
このように、実施例４の面発光レーザアレイ（面発光レーザ素子）では、２つのミラー層９２，８６間にたわみ膜１０４を含まないので、極短の共振器構造が可能になり、また、単一共振モードの発光を得ることができる。また、駆動基体と面発光レーザ下部基体とを陽極接合することにより、容易に精度良く第１のミラー層９２と面発光レーザ下部基体との空隙を所定の間隔を有するように形成できる。また、第１のミラー層９２を含め面発光レーザ下部基体を駆動基体と接合した後で犠牲層９１を除去するので、積層膜表面と第１のミラー層９２表面との間の空隙の間隔をより精密に設定できる。よって、面発光レーザ素子の製造がより容易になる。また、シリコンと酸化ケイ素は陽極接合ができるので、容易に精度良く駆動基体部を形成できる。また、ＧａＩｎＮＡｓ系面発光レーザ素子は温度が変化してもレーザ特性の変化が小さいので、さらに波長制御が容易になる。また、実施例４では、各面発光レーザ素子ごとに個別に電圧制御電極を設けるので、電極の静電容量を小さくでき、高速の変位制御が可能になる。また、各面発光レーザ素子ごとに個別に変位制御電圧を印加できることにより素子のアレイ化が可能になる。また、支持基板１０１の表面にマイクロレンズ１２０を設けることにより、素子の高機能化，多機能化が容易になる。
【０１０５】
図１９，図２０は実施例４の面発光レーザアレイを用いた波長多重光伝送システムの構成例を示す図である。なお、図２０は、図１９における面発光レーザアレイの４つの面発光レーザ素子と光ファイバとの関係を示す図である。図１９，図２０のように、実施例４の面発光レーザアレイの４つの面発光レーザ素子からのレーザ光を、各面発光レーザ素子のマイクロレンズの先端で光ファイバ（マルチモードファイバ）と光結合させ、合波器を介して５００ｍのシングルモードファイバに入れ波長多重伝送を行うと、１本のファイバながら２．５Ｇｂｐｓ×４のスループットが得られる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、半導体基板上に、少なくとも、半導体多層膜反射鏡からなる第２のミラー層と、第１のスペーサ層と、活性層と、第２のスペーサ層と、電流注入層と、第２の空隙を形成するための犠牲層と、第１のミラー層とを積層して積層構造を形成する工程と、前記積層構造を、レーザ発振部の領域と駆動基体との接合部領域とを残して、犠牲層の深さ以上までエッチングにより除去し、面発光レーザ基体を形成する工程と、たわみ膜上に第１の空隙を介し支持基板を配置して駆動基体を作製する工程と、前記たわみ膜表面とエッチングされずに残った前記第１のミラー層表面とを接合して、前記面発光レーザ基体と前記駆動基体とを接合する工程と、前記犠牲層をエッチングにより除去し第２の空隙を形成する工程とを有しており、第１のミラー層を含め面発光レーザ下部基体を駆動基体と接合した後、犠牲層を除去するので、積層構造表面と第１のミラー層表面との空隙の間隔をより精密に設定できる。よって、面発光レーザ素子の作製がより容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面発光レーザ素子の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る面発光レーザ素子の他の構成例を示す図である。
【図３】図１の面発光レーザ素子の作製工程例を示す図である。
【図４】本発明の面発光レーザ素子の作製工程例を示す図である。
【図５】本発明の面発光レーザ素子の他の作製工程例を示す図である。
【図６】本発明の面発光レーザ素子の他の作製工程例を示す図である。
【図７】本発明に係る面発光レーザ素子の変形例を示す図である。
【図８】本発明に係る面発光レーザ素子の変形例を示す図である。
【図９】本発明に係る面発光レーザ素子の変形例を示す図である。
【図１０】本発明の面発光レーザアレイと石英系ファイバとを結合した並列伝送システムの構成例を示す図である。
【図１１】本発明の面発光レーザアレイと石英系ファイバとを結合した並列伝送システムの構成例を示す図である。
【図１２】本発明の面発光レーザアレイを用いた波長多重伝送システムの構成例を示す図である。
【図１３】実施例１の面発光レーザ素子の構成例を示す図である。
【図１４】実施例１の面発光レーザ素子の構成例を示す図である。
【図１５】実施例１の面発光レーザ素子の構成例を示す図である。
【図１６】実施例２の面発光レーザ素子の構成例を示す図である。
【図１７】実施例３の面発光レーザ素子の構成例を示す図である。
【図１８】実施例４の面発光レーザ素子の構成例を示す図である。
【図１９】実施例４の面発光レーザアレイを用いた波長多重光伝送システムの構成例を示す図である。
【図２０】実施例４の面発光レーザアレイを用いた波長多重光伝送システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１第１のミラー層
２たわみ層
３第１の空隙
４支持基板
５ａ，５ｂ変位制御電極
１１半導体基板
１２第２のミラー層
１４第１のスペーサ層
１５活性層
１６第２のスペーサ層
１７電流注入層
１８犠牲層
１９第２の空隙
２０変位制御用導電膜
２２光学素子
３１第１のシリコンウェハ
３２ボロン拡散シリコン領域
３３第２のシリコンウェハ支持基板
３４熱酸化膜
３５第１のミラー層
３６面発光レーザ下部基体
４１第２のシリコンウェハ支持基板
４３第１のシリコンウェハ
４４熱酸化膜
４５第１のミラー層
４６変位制御用導電膜
４７面発光レーザ下部基体
５１パイレックス板
５３シリコンウェハ
５４ボロン拡散シリコン領域
５５変位制御用導電膜
５６第１のミラー層
５７面発光レーザ下部基体
６１第２のシリコンウェハ支持基板
６２熱酸化膜
６３接合スペーサ層
６４たわみ膜
６５第１のミラー層
６６ＧａＡｓ基板
６７第２のミラー層
６８第１のスペーサ層
６９活性層
７０第２のスペーサ層
７１電流注入層
７２電流狭窄構造
７３駆動電極
７４接地電極
８１第２のシリコンウェハ支持基板
８２熱酸化膜
８４たわみ膜
９２第１のミラー層
８５ＧａＡｓ基板
８６第２のミラー層
８７第１のスペーサ層
８８活性層
８９第２のスペーサ層
９０電流注入層
９３電流狭窄構造
９１犠牲層
９４駆動電極
１０１第２のシリコンウェハ支持基板
１０２ＳｉＮ絶縁膜
１０３変位制御導電膜
１０４たわみ膜
１２０マイクロレンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a surface emitting laser element.Manufacturing methodAbout.
[0002]
[Prior art]
A surface emitting laser that can extract light perpendicular to the surface of a semiconductor substrate has the following advantages over a conventional edge emitting laser. That is, since the volume of the active layer can be reduced, it can be driven with a low threshold current and low power consumption. Further, since the mode volume of the resonator is small, modulation of several tens of GHz is possible, which is suitable for high-speed transmission. In addition, the spread angle of the emitted light is small and coupling to the optical fiber is easy. Further, the surface emitting laser does not require cleavage for production and has a small element area, and thus can be parallelized and formed into a two-dimensional high-density array.
[0003]
Because of these advantages, surface-emitting lasers are key in optical communication systems that require rapid increases in transmission speed and transmission capacity, optical interconnections between computers, chips, chips, and optical computing. It is actively researched and developed as a device.
[0004]
If the oscillation wavelength of this surface-emitting laser can be varied or stabilized, a large-capacity transmission with higher throughput becomes possible using a wavelength multiplexing method or the like. The following method has been proposed as a method for controlling the wavelength of a surface emitting laser. That is, the first method is to change the temperature of the active layer, the second method is to inject carriers and change the refractive index by the plasma effect, and the third method is to use the quantum confined Stark effect. It has been proposed to change the refractive index and, as a fourth method, to change the resonator length by changing the position of the external mirror.
[0005]
However, the first method requires an electronic circuit for coping with the drift of the threshold current in addition to the temperature control mechanism, and the configuration becomes complicated. Further, the second and third methods have a problem that the variable wavelength range is as small as 10 nm or less. In contrast, the fourth method can widen the variable wavelength range to several tens of nm.
[0006]
As conventional examples using the fourth method, JP-A-10-27943 (hereinafter referred to as Conventional Technology 1), JP-A-9-270556 (hereinafter referred to as Conventional Technology 2), JP-A-11-17285 ( Hereinafter, it is referred to as Conventional Technology 3).
[0007]
In the prior art 1, a doubly-supported beam (bridge), which is also laminated with a conductive film through which an electric current flows and also serves as an external mirror, is placed in a magnetic field applied from the outside and moved by a Lorentz force generated.
[0008]
However, this prior art 1 requires the application of a magnetic field, and there is a problem that the element becomes large. Further, there is a problem that the current flowing through the driving stripe film becomes a heat generation source, the temperature of the laser element rises, and the laser characteristics deteriorate.
[0009]
In the prior art 2, a cantilever (cantilever beam) that also serves as an external mirror is moved by electrostatic force or a piezoelectric effect.
[0010]
However, the layer that is the main component of the cantilever needs to have high durability against repeated applied strains, and thus high homogeneity is necessary. There is a problem that it is difficult to give it sex. Moreover, there exists a problem that it becomes thick as the whole cantilever and becomes difficult to distort. Furthermore, in order to reduce the warpage in the initial state, it is necessary to reduce the internal stress of the multilayer film, and the manufacturing problems are great.
[0011]
Further, in the prior art 3, a surface emitting laser body provided with an active layer and a mirror layer provided on one side of the active layer is provided on a flexible film (strained dielectric film), and an external layer comprising a dielectric multilayer film on a silicon substrate. A mirror is provided, a gap having a predetermined interval is provided between the external mirror and the flexible film, and the resonator length is changed by electrostatic force to change the oscillation wavelength.
[0012]
However, in the prior art 3, since the flexure film is included in the resonance region of the laser oscillation, the resonator length becomes equal to or greater than this film thickness (several μm), which facilitates multimode oscillation and increases the threshold current. There is a problem of becoming. Further, since the surface emitting laser substrate is connected to the flexible film, there is a problem that the active layer is distorted and the oscillation wavelength is shifted. There is also a problem that the element is likely to deteriorate.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention provides a surface emitting laser element that can easily obtain single-mode oscillation light, oscillates with a low threshold current, and can reduce wavelength shift and element degradation due to distortion of an active layer.Manufacturing methodThe purpose is to provide.
[00014]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention according to claim 1On the semiconductor substrate, at least a second mirror layer made of a semiconductor multilayer mirror, a first spacer layer, an active layer, a second spacer layer, a current injection layer, and a second gap are formed. A step of laminating a sacrificial layer and a first mirror layer to form a laminated structure, and leaving the laminated structure in a sacrificial layer leaving a region of the laser oscillation portion and a junction region of the drive base Removing by etching to a depth equal to or greater than the depth of the surface, forming a surface emitting laser lower substrate, disposing a support substrate on the flexible film with a first gap interposed therebetween, producing a driving substrate, and the surface of the flexible film; A step of bonding the surface of the first mirror layer remaining without being etched to bond the surface emitting laser lower substrate and the driving substrate, and removing the sacrificial layer by etching to form a second gap. The process ofIt is characterized by that.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a surface emitting laser element according to the present invention. Referring to FIG. 1, this surface emitting laser element has a driving base and a surface emitting laser lower base, and a first mirror layer 1 and a first mirror layer 1 are arranged on the driving base. A flexible substrate 2, a support substrate 4 disposed on the opposite side of the flexible membrane 2 from the first mirror layer 1 via a first gap 3, and a flexible membrane 2 for controlling the amount of deflection A pair of displacement control electrodes 5 a and 5 b provided on the support substrate 4 are provided.
[0027]
The surface emitting laser lower substrate is formed on a semiconductor substrate 11 with a second mirror layer 12 made of a semiconductor multilayer mirror, a first spacer layer 14, an active layer 15, and a second spacer layer 16. The current injection layer 17 is laminated to form a laminated structure.
[0028]
The surface emitting laser lower substrate and the drive substrate are disposed so as to face each other so that the surface of the laminated structure of the surface emitting laser lower substrate and the surface of the first mirror layer 1 have the second gap 19. .
[0029]
Here, when the driving substrate is, for example, the support substrate 4 and the flexible film 2 are conductive, when the voltage is applied between the pair of displacement control electrodes 5a and 5b, the flexible substrate 2 and the support substrate 4 An electric field is generated between them, and it has a function of deflecting (distorting) the flexible film 2 by the electrostatic force between the flexible film 2 and the support substrate 4. The shape of the flexible film 2 may be a wide surface or may have a double-supported beam (bridge) or cantilever (cantilever) structure. In the above-described example, the flexible film 2 and the support substrate 4 are made conductive. However, when the flexible film 2 and the support substrate 4 are made of an insulating material, the flexible film 2 and the support substrate are used. 4, each of the displacement control conductive films is attached to each other, and each displacement control conductive film is connected to each of the displacement control electrodes 5a and 5b to generate an electrostatic force between the displacement control conductive films. The membrane 2 can be deflected with respect to the support substrate 4.
[0030]
In FIG. 2, the support substrate 4 is conductive, but when the flexible film 2 is insulative (and when the flexible film 2 has a cantilever structure), the support substrate 4 is displaced to the tip of the flexible film 2. A case is shown in which a control conductive film 20 is provided and this displacement control conductive film 20 is electrically connected to a displacement control electrode 5b provided in the flexible film 2. In this case, a pair of displacement controls is shown. When a voltage is applied to the electrodes 5 a and 5 b, an electrostatic force is generated between the conductive support substrate 4 and the displacement control conductive film 20 provided at the tip of the insulating flexible film 2. Can bend. That is, the deflection amount of the flexible film 2 can be controlled by the voltage applied to the pair of displacement control electrodes 5a and 5b.
[0031]
In FIG. 1 (or FIG. 2), the first mirror layer 1 is a high-reflectivity dielectric multilayer reflector, a semiconductor multilayer reflector, a metal reflector, or a combination thereof. It is composed of a multilayer film reflecting mirror. In the case of a dielectric multilayer film reflecting mirror, ZrO₂/ SiO₂, MgO / SiO₂, MgO / Si, Al₂O_Three/ MgF₂Thus, the first mirror layer 1 can be configured. When the semiconductor multilayer mirror is used, the first mirror layer 1 is made of AlAs / GaAs, AlGaAs / GaAs, AlGaAs / GaAs, GaInP / GaAs, AlGaN / GaN, GaInAsP / InP, AlGaInAs / InP, or the like. it can. In the case where the first mirror layer 1 is composed of a metal reflector, the first mirror layer 1 can be composed of Au, Al, Pt, Pd, Ag, Ni, Cr, Ti, alloys thereof, or the like.
[0032]
Further, GaAs, InP, GaP, GaNAs, Si, Ge, or the like can be used for the semiconductor substrate 11 of the surface emitting laser lower base.
[0033]
The active layer 15 is formed of a GaInAs-based or GaInNAs-based material.
[0034]
Since the surface emitting laser element using a GaInAs-based or GaInNAs-based material for the active layer 15 is a long wavelength band having an oscillation wavelength of 0.9 μm or more, it is a quartz-based one having the smallest transmission loss in the 1.3 μm band or 1.5 μm band High consistency with fiber. Conventionally, as these lasers for wavelength bands, edge emitting lasers using GaInAsP formed on an InP substrate as an active layer are used, but the confinement of carriers in the active layer is weak and the temperature characteristics are poor. Furthermore, when a surface emitting laser having GaInAsP as an active layer is formed on this InP substrate, GaInAsP / InP, which is the best semiconductor multilayer reflector structure on the InP substrate, has a small refractive index difference and a high reflectance. It takes a lot of layers to get
[0035]
On the other hand, since a surface emitting laser using a GaInAs-based or GaInNAs-based material for the active layer 15 can be formed on a GaAs substrate, a wide band gap material can be selected as a layer around the active layer such as a spacer layer. Thus, a surface emitting laser with good carrier confinement and good temperature characteristics can be obtained. Further, since a surface emitting laser using a GaInAs-based or GaInNAs-based material for the active layer 15 can be formed on a GaAs substrate, an Al (Ga) As / GaAs semiconductor multilayer film having a large refractive index difference that can be formed on the GaAs substrate. A reflector can be used as a mirror layer. Therefore, a surface emitting laser having a semiconductor multilayer mirror having a small number of layers can be obtained.
[0036]
Examples of the GaInAs-based or GaInNAs-based materials include GaInAs, AlGaInAs, GaInAsP, AlGaInAsP, AlGaAs, AlGaAsP, GaInAsSb GaInNAs, GaNAs, AlGaInNAs, GaInNAsP, AlGaInNAsP, AlGaNAs, AlGaNAsP, and GaInNASb.
[0037]
More specifically, the active layer 15 includes GaInAsP / InP (1.3 μm band, 1.55 μm band), GaInNAs / GaAs (1.3 μm band, 1.55 μm band), GaInAs / GaAs (0.98 μm band). GaAlAs / GaAs (0.85 μm band), AlGaInP / GaAs (0.65 μm band), and the like can be used.
[0038]
Since the GaInAs-based or GaInNAs-based surface emitting laser has a small fluctuation in laser characteristics even when the temperature changes, wavelength control is further facilitated. Further, a GaInAs-based or GaInNAs-based surface emitting laser has a semiconductor multilayer film reflecting mirror with a small number of layers, and can be manufactured at low cost. In addition, since a GaInAs-based or GaInNAs-based surface emitting laser transmits laser light through Si, it is easy to increase the functionality and functionality of the device by coupling with an optical device provided on a Si support substrate.
[0039]
In addition, the semiconductor multilayer reflector as the second mirror layer 12 is formed of AlAs / GaAs, AlGaAs / GaAs, AlGaAs / when the semiconductor substrate 11 is formed of GaAs, InP, GaP, GaNAs, Si, Ge, or the like. It is formed using a multilayer film such as GaAs, GaInP / GaAs, AlGaN / GaN, GaInAsP / InP, or AlGaInAs / InP.
[0040]
The spacer layers 14 and 16 are provided for transporting carriers to the active layer 15 and adjusting the resonator length, and are required to be transparent to the emitted light. Specifically, the spacer layers 14 and 16 are selected from GaAs, InP, GaInAsP, GaAlAs, AlGaInP, GaInP, and the like according to the material of the active layer 15.
[0041]
The current injection layer 17 is provided on the entire surface of the laminated structure of the surface emitting laser lower substrate or in a region excluding the light emitting region. The current injection layer 17 includes a highly conductive semiconductor layer / metal film, metal film, or the like. Can be used.
[0042]
In addition, the surface emitting laser lower substrate is placed near the active layer 15 with Al._xO_yIt is desirable to provide a current confinement structure by providing a high resistance region into which an insulating layer and protons are implanted.
[0043]
The surface emitting laser lower substrate can be manufactured by a film forming method such as MOCVD method or MBE method and a method of joining samples prepared by these methods. In some cases, a part of both substrates is etched or a spacer layer is provided to adjust the distance between the first gaps 3 before bonding, or both substrates are polished to improve surface smoothness.
[0044]
Further, the drive substrate and the surface emitting laser lower substrate are portions other than the deflection region of the flexible film 2, such as brazing, fusion, pressure welding (solid phase bonding) -room temperature interface bonding, anodic bonding, direct bonding, diffusion bonding, etc. Connected by Details of these joining methods are described in, for example, the literature “Masaki Esashi et al.,“ Micromachining and Micromechatronics ”Baifukan”.
[0045]
The case where the surface emitting laser lower substrate and the driving substrate are connected by a direct bonding method will be described. In direct bonding, smooth substrates are overlapped with each other in an air atmosphere, and bonding is generated by atomic force at the interface. After overlapping, heating is preferably performed to further strengthen the bonding at the interface. Bonding of a compound semiconductor substrate or film such as GaAs, GaAlAs, InP, or the like, a silicon substrate or film, a compound semiconductor substrate or film, and a silicon substrate or film is possible (for example, the document “Appl. Phys. Lett. ., 56 (1990) 11 "). In order to adjust the distance between the mirrors, a bonding spacer layer made of a compound semiconductor film, a silicon film, or a silicon oxide film may be provided at the bonding portion between the surface emitting laser lower substrate and the driving substrate. In the case of direct bonding, since the binder layer that can be formed at the interface is 10 nm or less, the gap between the first mirror layer 1 and the surface emitting laser lower substrate can be easily formed with a predetermined interval.
[0046]
Further, as a method for manufacturing the surface emitting laser element of the present invention, when the first mirror layer 1 is a dielectric multilayer film reflector, the dielectric multilayer film reflector is formed on the flexible film 2 by a film forming method. Thus, the first mirror layer 1 can be formed.
[0047]
Specifically, on the flexible film 2, as the first mirror layer 1, ZrO₂/ SiO₂, MgO / SiO₂, MgO / Si, Al₂O_Three/ MgF₂A dielectric multilayer film reflector such as an electron beam evaporation method, a resistance heating evaporation method, or a sputtering method can be formed. In this method, since the first mirror layer 1 is firmly bonded to the flexure film 2, the mirror layer 1 having high durability against flexure (distortion) can be obtained.
[0048]
FIG. 3 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the surface emitting laser element of the present invention. 3A to 3D are shown as longitudinal sectional views. Referring to FIG. 3, first, at least a second mirror layer 12 made of a semiconductor multilayer reflector, a first spacer layer 14, an active layer 15, and a second spacer layer 16 are formed on a semiconductor substrate 11. Then, the current injection layer 17, the gap forming sacrificial layer 18, and the first mirror layer 1 are laminated to form a laminated structure (FIG. 3A).
[0049]
Next, this stacked structure is removed by etching to a depth greater than or equal to the depth of the sacrificial layer 18, leaving the region of the laser oscillation portion and the drive substrate, thereby forming a surface emitting laser lower substrate (FIG. 3 ( b)).
[0050]
Next, the support substrate 4 is arranged at a predetermined interval on the flexible film 2 and the surface of the flexible film 2 to produce a drive base. Thereafter, the surface emitting laser lower substrate and the driving substrate are connected by bonding the surface of the flexible film 2 and the surface of the first mirror layer 1 remaining without being etched (FIG. 3C). .
[0051]
Next, the sacrificial layer 18 is removed by etching to form a second gap 19 (FIG. 3D). Thereby, the surface emitting laser element of FIG. 1 can be produced.
[0052]
In the manufacturing process example of FIG. 3, when an HF aqueous solution is used for etching, AlAs, SiO₂Is GaAs, AlGaAs, Al₂O_Three, TiO₂, AlF_Three, SrF₂Compared with Si, SiN, and SiON, the etching rate is significantly higher. AlAs, SiO₂Is a material of the sacrificial layer 18 and an aqueous solution of HF is used as an etching solution, a portion where the etching solution comes into contact is formed with GaAs, AlGaAs, Al.₂O_Three, TiO₂, AlF_Three, SrF₂, Si, SiN, SiON, or the like, the second gap 19 can be formed between the surface of the laminated structure and the surface of the first mirror layer 1.
[0053]
In the example of the manufacturing process of FIG. 3, since the sacrificial layer 18 is removed after the surface emitting laser lower substrate including the first mirror layer 1 is bonded to the driving substrate, the surface of the laminated structure and the surface of the first mirror layer 1 are removed. The space | interval of the 2nd space | gap 19 between these can be set more precisely. Therefore, it becomes easier to manufacture the surface emitting laser element.
[0054]
When the support substrate 4 is, for example, insulative, a displacement control conductive film is provided on the surface of the support substrate 4 facing the flexible film 2 with a gap, and this displacement control conductive film is used as one displacement control. It can be electrically connected to an electrode, for example 5a.
[0055]
Specifically, displacement control made of polycrystalline silicon, Ti, Mo, W, Ta and nitrides thereof, Al, Cu, Au, Pt, Pd or the like is provided on the surface of the support substrate 4 made of silicon or silicate glass. A conductive film can be provided. When the support substrate 4 is conductive, SiN, SiO is interposed between the conductive film and the support substrate 4.₂, Ta₂O_Five, Al₂O_ThreeAn insulating layer such as can also be provided. In such a configuration, when the laser beam is emitted to the driving substrate side, it is preferable to make a hole at a position where the emission beam of the conductive film passes. Capacitance between conductive regions that generate electrostatic force can be reduced, and high-speed displacement control is possible. In addition, since the displacement control voltage can be individually applied to each element, the elements can be arrayed.
[0056]
In the surface emitting laser element shown in FIG. 1 (or FIG. 2), the first mirror layer 1 and the second mirror layer 12 form a resonator, and laser oscillation occurs. In this case, the oscillation wavelength varies depending on the distance between the first mirror layer 1 and the second mirror layer 12. That is, in the surface emitting laser element of FIG. 1 (or FIG. 2), the amount of deflection of the flexure film 2 is changed by adjusting the voltage applied between the pair of displacement control electrodes 5a and 5b. As the distance between 1 and 12 changes, the oscillation wavelength changes. The laser light may be emitted from the support substrate 4 side or may be emitted from the semiconductor substrate 11 side.
[0057]
The configuration of FIG. 1 (or FIG. 2) is different from the configuration of the prior art 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-17285) described above, and does not include a flexible film between the two mirror layers 1 and 12, and therefore has an extremely short resonance. A vessel structure becomes possible. For this reason, it becomes easy to obtain a single resonance mode of the longitudinal mode. Therefore, there is no splitting of the wavelength peak of the oscillation light, and optical transmission is facilitated. In addition, since the ratio of the active layer thickness to the resonator length is increased, light confinement is improved and oscillation is performed with a low threshold current, which facilitates laser driving.
[0058]
Further, since the lower substrate of the surface emitting laser is hardly bent, the wavelength shift due to the distortion of the active layer 15 does not occur, and the deterioration of the element is reduced.
[0059]
In the surface emitting laser element of FIG. 1 (or FIG. 2), silicon, silicon oxide, or the like can be used for the flexible film 2. When silicon is used for the flexible film 2, a single crystal silicon or polycrystalline silicon film is desirable because it has few defects. In addition, when silicon oxide is used for the flexible film, a film obtained by thermally oxidizing single crystal silicon or polycrystalline silicon or a film obtained by vapor phase growth at a high temperature is preferable because there are few defects.
[0060]
The support substrate 4 can be made of silicon or silicon oxide glass. When silicon is used for the support substrate 4, a single crystal silicon or polycrystalline silicon film is desirable because it has good homogeneity and is easy to process. Further, when silicon oxide glass is used for the support substrate 4, borosilicate glass, alkali glass, and quartz glass are desirable because they have good homogeneity and are easy to process.
[0061]
The use of silicon or silicon oxide for the flexible film 2 and the use of silicon or silicon oxide glass for the support substrate 4 will be further described. Silicon or silicon oxide is a material used as a central material in micromachining technology, and stable microfabrication technology has been accumulated through etching, vapor deposition, polishing, bonding, and the like. For example, there are the following bonding techniques. That is, silicon and silicon are also SiO₂Silicon and silicon can be directly bonded through the layer. Further, borosilicate glass or alkali glass containing alkali or alkaline earth ions can be anodically bonded to silicon. Quartz glass has borosilicate glass, alkali glass, In on the surface.₂O_ThreeIf a binder layer such as is attached, anodic bonding with silicon can be achieved.
[0062]
FIG. 4 shows a manufacturing process example of a surface emitting laser element using a driving base using these materials. FIGS. 4A to 4E are shown as vertical cross-sectional views. Referring to FIG. 4, first, boron-diffused silicon regions 32 are formed by diffusing high-concentration boron in the first silicon wafer (for removal) 31, and SiO 2 is formed on the surface of the second silicon wafer support substrate 33.₂A thermal oxide film 34 is formed, and the first silicon wafer 31 and the second silicon wafer support substrate 33 are directly bonded to each other at the surface of the boron diffusion silicon region 32 and the surface of the thermal oxide film 34 (FIG. 4 ( a)). Thereafter, silicon is removed using an anisotropic etching solution such as KOH, leaving only the boron diffusion silicon region 32 on the first silicon wafer 31 (FIG. 4B).
[0063]
Thereafter, the first mirror layer 35 is formed in a partial region of the boron diffusion silicon region 32, and then the boron diffusion silicon region 32 is etched to form a flexible film 32 (FIG. 4C). ).
[0064]
Thereafter, the surface emitting laser lower base 36 is bonded (FIG. 4D). Next, a part of the thermal oxide film 34 in contact with the boron diffusion silicon region (flexible film) 32 is removed with HF liquid, thereby forming a first gap 37 (FIG. 4E).
[0065]
Thereby, the surface emitting laser element of this invention is producible. In this surface emitting laser element, the resonator length can be changed by applying an electric field between the boron diffusion silicon region (flexible film) 32 and the second silicon wafer (support substrate) 33.
[0066]
FIG. 5 shows another example of the manufacturing process of the surface emitting laser element of the present invention. Referring to FIG. 5, first, a recess 42 is formed on the surface of a second silicon wafer (support substrate) 41 by dry etching, and SiO 2 is formed on the surface of the first silicon wafer (for removal) 43.₂A thermal oxide film 44 is formed, and the first silicon wafer 43 and the second silicon wafer 41 are bonded to the surface having the recess 42 and SiO 2.₂It joins directly with the surface of the thermal oxide film 44 (FIG. 5A).
[0067]
Next, all the silicon of the first silicon wafer 43 is removed by KOH, and the SiO that has come to the surface is removed.₂A first mirror layer 45 is formed in a partial region of the thermal oxide film 44, and one displacement control conductive film 46 is formed around the first mirror layer 45 (FIG. 5B).
[0068]
After that, SiO₂The thermal oxide film 44 is etched to form a flexible film 44, and then the surface emitting laser lower substrate 47 is bonded (FIG. 5C).
[0069]
Thereby, the surface emitting laser element of this invention is producible. In this surface emitting laser element, the resonator length can be changed by applying an electric field between the displacement control conductive film 46 and the second silicon wafer (supporting substrate) 41.
[0070]
FIG. 6 shows another example of manufacturing steps of the surface emitting laser element of the present invention. FIGS. 6A to 6C are shown as longitudinal sectional views. Referring to FIG. 6, first, a recess 52 is formed on the surface of a Pyrex plate (support substrate) 51 by dry etching, and a high-concentration boron is diffused in a silicon wafer (for removal) 53 to form a boron diffusion silicon region 54. Then, the Pyrex plate 51 and the silicon wafer 53 are anodically bonded with the surface provided with the recess 52 and the surface of the boron diffusion silicon region 54 (FIG. 6A). Thereafter, silicon is removed using an anisotropic etching solution such as KOH, leaving the boron diffusion silicon region 54 of the silicon wafer 53, a displacement control conductive film 55 is provided on the back surface of the Pyrex plate 51, and boron diffusion silicon is provided. The first mirror layer 56 is formed in a part of the region 54 (FIG. 6B). Thereafter, the boron diffusion silicon region 54 is etched to form it as a flexible film 54, and then the surface emitting laser lower substrate 57 is bonded (FIG. 6C).
[0071]
Thereby, the surface emitting laser element of this invention is producible. In this surface emitting laser element, the resonator length can be changed by applying an electric field between the boron diffusion silicon region (flexible film) 54 and the displacement control conductive film 55.
[0072]
Since silicon and silicon oxide are of high quality, unlike the formed flexible film, a highly reliable flexible film can be obtained and can be manufactured with high yield. Since the silicon and the silicon can be directly bonded to each other through the silicon oxide film, the driving base can be easily formed with high accuracy. In addition, since silicon and silicon oxide glass are homogeneous, precise processing is possible and a highly reliable drive base can be formed.
[0073]
FIG. 7 is a view showing a modification of the surface emitting laser element of the present invention. In the surface emitting laser element of the example of FIG. 7, an optical element 22 is provided on the laser beam path on the surface opposite to the surface to which the flexible film 2 of the support substrate 4 is bonded. In the example of FIG. 7, the optical element 22 is a microlens. However, the optical element 22 may be a diffractive lens as shown in FIG. 8, or may be a mirror and a waveguide as shown in FIG. good.
[0074]
In the surface emitting laser element shown in FIG. 7, FIG. 8, or FIG. Can be formed. These optical elements 22 can be easily manufactured by the above-described micromachining technology. By providing these optical elements 22 on the surface of the support substrate 4, it becomes easy to make the surface emitting laser element highly functional and multifunctional.
[0075]
In addition, a surface emitting laser array can be configured by providing a plurality of the surface emitting laser elements of the present invention described above on the same support substrate.
[0076]
Such a surface emitting laser array can be manufactured by the following method. That is, a plurality of driving bases are collectively formed on a silicon wafer and a silicate glass plate, and a plurality of surface emitting laser lower bases are separately formed on a semiconductor substrate wafer. Next, as a first example, a surface emitting laser array is manufactured by bonding a surface provided with a driving base of a silicon wafer or a silicate glass plate and a surface provided with a surface emitting laser lower base of a semiconductor substrate wafer. be able to. Further, as a second example, a surface emitting laser array can be manufactured by bonding individually separated surface emitting laser lower substrates to each driving substrate on a silicon wafer and a silicate glass plate.
[0077]
10 and 11 show configuration examples of a parallel transmission system in which the surface emitting laser array of the present invention and a silica fiber are coupled. Since the surface emitting laser array of the present invention is single mode and each wavelength is stable, it is easy to construct a highly reliable transmission system having a plurality of light sources.
[0078]
A wavelength division multiplexing transmission system can be constructed using the above-described surface-emitting laser element of the present invention or the above-described surface-emitting laser array of the present invention.
[0079]
FIG. 12 shows a configuration example of a wavelength multiplexing transmission system using the surface emitting laser array of the present invention. In the wavelength division multiplexing transmission system of FIG. 12, a plurality of surface emitting laser elements having different oscillation wavelengths are arranged to form a surface emitting laser array, and each oscillation light from each surface emitting laser element of the surface emitting laser array is multiplexed. It is comprised so that it may couple | bond with one optical fiber through. In such a configuration, a large amount of signal can be transmitted with high throughput with a single fiber. As described above, the surface emitting laser array of the present invention is in a single mode and each oscillation wavelength is stable, so that it is possible to perform wavelength multiplexing multiplex transmission with high reliability and high density and large capacity.
[0080]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described.
[0081]
Example 1
13, FIG. 14, and FIG. 15 are diagrams showing a configuration example of the surface emitting laser element according to the first embodiment. 13 is a side view, FIG. 14 is a front view, and FIG. 15 is a bottom view.
[0082]
The surface emitting laser element of Example 1 is manufactured as follows. That is, first, a drive base is manufactured. As in the example described above, the driving base is first 1 × 10 3 by solid phase diffusion to a depth of 2 μm from the surface of the first silicon wafer (not shown in FIGS. 13 to 15).²⁰/ Cm^ThreeDiffuses boron at a concentration of. Further, a thermal oxide film (SiO 2 having a thickness of 1 μm is formed on the surface of the second silicon wafer support substrate 61.₂Thermal oxide film) 62 is formed. Then, the first silicon wafer and the second silicon wafer support substrate 61 are directly bonded in the atmosphere between the surface of the boron diffusion silicon region and the surface of the thermal oxide film 62. Then, it is heated to 1100 ° C. Then, using a KOH aqueous solution, the silicon is removed while leaving the boron diffusion silicon region on the first silicon wafer. Next, p-type polycrystalline silicon (poly-Si) is formed on the boron diffusion silicon region by a CVD method at a thickness of 3 μm, and then polycrystalline silicon (poly-Si) in a region of 60 μm × 200 μm is KOH. Remove with aqueous solution. The surface of polycrystalline silicon (poly-Si) in the remaining region is polished and smoothed to form a bonding spacer layer (poly-Si bonding spacer layer) 63.
[0083]
Next, CF_FourEtching is performed so as to leave a region of 30 μm × 200 μm in the center of the boron-diffused silicon region of 60 μm × 200 μm by dry etching using, and a doubly supported beam of the boron-diffused silicon region is formed as a flexible film (strain film) 64. Then, ZrO having a size of 20 μm × 20 μm is formed at the center of the beam (flexible film) 64.₂/ SiO₂The first mirror layer 65 consisting of 7 pairs is formed by EB vapor deposition. In this way, a drive base can be produced.
[0084]
Next, a surface emitting laser lower substrate is fabricated. That is, first, a second mirror layer 67 composed of 25 pairs of n-AlAs / n-GaAs, a first GaAs spacer layer 68, and three layers of GaInAs are formed on an n-GaAs (100) substrate 66 by MOCVD. And a multi-quantum well active layer 69 composed of two layers of GaAs, a second GaAs spacer layer 70, p⁺A GaAs current injection layer 71 is formed. Next, a current confinement structure 72 is produced by proton injection. In this way, a surface emitting laser lower substrate is produced.
[0085]
Next, the drive substrate and the surface emitting laser lower substrate manufactured in this way are directly bonded in the atmosphere with the portion through which the oscillation light passes and the position of the first mirror layer 65 aligned. Then, heat to 200 ° C. Next, this sample is put in an HF solution, and the surrounding area of the boron diffusion silicon region and the lower SiO₂The oxide film is removed.
[0086]
Next, a displacement control electrode (not shown) of the drive base is provided on the back surface of the second silicon wafer support substrate 61. Further, a drive electrode (n-side drive electrode) 73 of the surface emitting laser element is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 66. Further, a ground electrode 74 serving both as displacement control and laser driving is provided on a part of the outer periphery of the junction region of the p-type polycrystalline silicon (poly-Si) film.
[0087]
In Example 1, the first mirror layer 65 and p⁺-The length of the space | gap between the current injection layers 71 is 0.450 micrometer. When a voltage of 0 to 8 V is applied between the both-end supported beam (flexible film) 64 in the boron diffusion silicon region and the second silicon wafer support substrate 61, the oscillation wavelength changes from 1.05 to 1.22 μm. To do. The oscillation light spectrum has a single peak.
[0088]
In the surface emitting laser element of Example 1, since the flexible film 64 is not included between the two mirror layers 65 and 67, an extremely short resonator structure is possible, and light emission in a single resonance mode can be obtained. it can. Further, by directly bonding the driving substrate and the surface emitting laser lower substrate, the gap between the first mirror layer 65 and the surface emitting laser lower substrate can be easily formed with a predetermined interval. In addition, since the silicon and silicon oxide and silicon and silicon oxide can be directly bonded, the driving base can be easily formed with high accuracy. Further, since the first mirror layer 65 is firmly bonded to the flexure film (strain film) 64, the mirror layer 65 having high durability against the flexure (strain) can be obtained. In addition, since the GaInAs surface emitting laser element has a small change in laser characteristics even when the temperature changes, wavelength control is further facilitated.
[0089]
Example 2
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of the surface emitting laser element according to the second embodiment. The surface emitting laser element of Example 2 is manufactured as follows. That is, first, a drive base is manufactured. As in the example described above, the drive base is first 1 × 10 5 by solid phase diffusion to a depth of 2 μm from the surface of the first silicon wafer (not shown in FIG. 16).²⁰/ Cm^ThreeDiffuses boron at a concentration of. Further, a thermal oxide film (SiO 2 having a thickness of 1 μm is formed on the surface of the second silicon wafer support substrate 81.₂(Thermal oxide film) 82 is formed. Then, the first silicon wafer and the second silicon wafer support substrate 81 are directly bonded in the atmosphere between the surface of the boron diffusion silicon region and the surface of the thermal oxide film 82. Then, it is heated to 1100 ° C. Then, using a KOH aqueous solution, the silicon is removed while leaving the boron diffusion silicon region on the first silicon wafer.
[0090]
Next, CF_FourA 30 μm × 120 μm cantilever (flexible film) 84 is formed in a boron-diffused silicon region of 60 μm × 200 μm by dry etching using silicon. Then, the surface of the boron diffusion silicon region is polished and smoothed. In this way, a drive base can be produced.
[0091]
Next, a surface emitting laser lower substrate is fabricated. That is, first, a second mirror layer 86 composed of 25 pairs of n-AlAs / n-GaAs, a first GaAs spacer layer 87, and three GaInNAs layers are formed on an n-GaAs (100) substrate 85 by MOCVD. And a multi-quantum well active layer 88 made of two layers of GaAs, a second GaAs spacer layer 89, p⁺A GaAs current injection layer 90, a p-AlAs sacrificial layer 91, and a first mirror layer 92 composed of 18 pairs of p-AlGaAs / p-GaAs are formed. Next, a region of 60 μm × 200 μm of this laminated film is left so that the laser oscillation part remains in a post shape, and p⁺-Dry etching to reach the current injection layer 90. Next, the current confinement structure 93 is produced by proton injection. In this way, a surface emitting laser lower substrate is produced.
[0092]
Next, the drive base and the surface emitting laser lower base manufactured in this way are joined directly in the atmosphere with the post-shaped laminated film and the position near the tip of the cantilever (flexible film) 84 aligned. Then, heat to 400 ° C. Next, this sample is put into an HF solution, the p-AlAs sacrificial layer 91, the boron diffusion silicon region and the lower SiO.₂The oxide film is removed. At this time, the p-AlAs layer at the junction is also etched to the inside by about 20 μm, but the laser characteristics are not greatly affected.
[0093]
Next, a displacement control electrode (not shown) of the drive base is provided on the back surface of the second silicon wafer support substrate 81. Further, a drive electrode (n-side drive electrode) 94 of the surface emitting laser element is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 85. Further, a ground electrode for displacement control and laser driving is provided on a part of the outer periphery of the bonding region of the boron diffusion silicon region.
[0094]
In Example 2, the first mirror layer 92 and p⁺The length of the gap between the −GaAs current injection layer 90 is 0.4 μm. When a voltage of 0 to 4 V is applied between the cantilever (flexible film) 84 in the boron diffusion silicon region and the second silicon wafer support substrate 81, the oscillation wavelength changes to 1.15 to 1.30 μm. To do. The oscillation light spectrum has a single peak.
[0095]
In the surface emitting laser element of Example 2, since the flexible film 84 is not included between the two mirror layers 92 and 86, an extremely short resonator structure is possible, and light emission in a single resonance mode can be obtained. it can. Further, by directly bonding the driving substrate and the surface emitting laser lower substrate, the gap between the first mirror layer 92 and the surface emitting laser lower substrate can be easily formed with a predetermined interval. In addition, since the sacrificial layer 91 is removed after the surface emitting laser lower substrate including the first mirror layer 92 is bonded to the driving substrate, the gap between the surface of the laminated film and the surface of the first mirror layer 92 is reduced. It can be set more precisely. Therefore, it becomes easier to manufacture the surface emitting laser element. Further, since silicon and silicon can be directly bonded, the drive base portion can be easily formed with high accuracy. In addition, since the GaInNAs-based surface emitting laser has a small change in laser characteristics even when the temperature changes, wavelength control is further facilitated.
[0096]
Example 3
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of the surface emitting laser element according to the third embodiment. The surface emitting laser element of Example 3 is manufactured as follows. That is, first, a drive base is manufactured. As in the example described above, the drive base is first formed by forming a region of 60 μm × 200 μm on the surface of the second silicon wafer support substrate 101 having a thickness of 250 μm to a depth of 3 μm._FourTo form a recess. A SiN insulating film 102 is formed on the bottom surface of the etched recess by plasma CVD, and a Ti displacement control conductive film 103 is formed by sputtering, and the center of these films 102 and 103 is formed in a circular shape with Cl.₂It is removed by dry etching using Next, a borosilicate glass 105 is formed on the surface of the second silicon wafer support substrate 101 by EB vapor deposition, and the borosilicate glass 105 is removed from the convex portion to 1 μm by polishing.
[0097]
Further, 1 × 10 6 is obtained by solid phase diffusion to a depth of 2 μm from the surface of the first silicon wafer (not shown in FIG. 17).²⁰/ Cm^ThreeDiffuses boron at a concentration of. Then, the second silicon wafer supporting substrate 101 and the first silicon wafer are anodically bonded at 400 ° C. with the surface of the borosilicate glass 105 and the surface of the boron diffusion silicon region. Next, using a KOH aqueous solution, the silicon is removed while leaving the boron diffusion silicon region on the first silicon wafer.
[0098]
Next, CF_FourA 30 μm × 120 μm cantilever beam (flexible film) 104 is formed in a boron diffused silicon region of 60 μm × 200 μm by dry etching using silicon. Then, the surface of the boron diffusion silicon region is polished and smoothed. In this way, a drive base can be produced.
[0099]
The manufacturing process of the surface emitting laser lower substrate is performed in the same manner as in Example 2, and the subsequent processes are also performed in the same manner as in Example 2 to manufacture the surface emitting laser element. In FIG. 17, the same reference numerals as those in FIG. 16 are assigned to the respective portions of the surface emitting laser lower substrate.
[0100]
In the surface-emitting laser device of Example 3 manufactured in this way, when a voltage of 0 to 4 V is applied between the cantilever (flexible film) 104 in the boron diffusion silicon region and the Ti displacement control conductive film 103, oscillation occurs. The wavelength changes from 1.15 to 1.30 μm. The oscillation light spectrum has a single peak.
[0101]
In the surface emitting laser element according to the third embodiment, since the flexible film 104 is not included between the two mirror layers 92 and 86, an extremely short resonator structure is possible, and light emission in a single resonance mode can be obtained. it can. Further, by anodically bonding the driving substrate and the surface emitting laser lower substrate, the gap between the first mirror layer 92 and the surface emitting laser lower substrate can be easily formed with a predetermined interval. In addition, since the sacrificial layer 91 is removed after the surface emitting laser lower substrate including the first mirror layer 92 is bonded to the driving substrate, the gap between the surface of the laminated film and the surface of the first mirror layer 92 is reduced. It can be set more precisely. Therefore, it becomes easier to manufacture the surface emitting laser element. Further, since the silicon and silicon oxide and silicon and silicon oxide can be directly bonded, the drive base portion can be easily formed with high accuracy. In addition, since the GaInNAs surface emitting laser element has a small change in laser characteristics even when the temperature changes, wavelength control is further facilitated. Moreover, in Example 3, the electrostatic capacitance between the electroconductive area | regions which generate | occur | produces an electrostatic force can be made small, and high-speed displacement control becomes possible. In addition, since the displacement control voltage can be individually applied to each surface emitting laser element, the elements can be arrayed.
[0102]
Example 4
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration example of the surface emitting laser element according to the fourth embodiment. In FIG. 18, the same parts as those in FIG. In the surface emitting laser element of Example 4, the concave portion of the second silicon wafer support substrate 101 was formed after the step of removing the silicon while leaving the boron diffusion silicon region on the first silicon wafer using the KOH aqueous solution. CF by gradation method where the thickness of the photomask is changed to the part where the laser beam on the opposite side is emitted_FourThe microlens 120 is formed by the same process as that of the third embodiment except that the step of forming the microlens 120 is inserted by dry etching using silicon. A surface emitting laser array in which four surface emitting laser elements are arranged in parallel at intervals of 300 μm is manufactured.
[0103]
In the surface emitting laser array of Example 4, a voltage is applied in the range of 0 to 4 V between the cantilever (flexible film) 104 in the boron diffusion silicon region of the four surface emitting laser elements and the Ti displacement control conductive film 103. When applied, the four surface emitting laser elements can be set to have oscillation wavelengths of 1.15, 1.20, 1.25, and 1.30 μm, respectively. The oscillation light spectrum of each surface emitting laser element has a single peak.
[0104]
Thus, in the surface emitting laser array (surface emitting laser element) of Example 4, since the flexible film 104 is not included between the two mirror layers 92 and 86, an extremely short resonator structure is possible, Single resonance mode light emission can be obtained. Further, by anodically bonding the driving substrate and the surface emitting laser lower substrate, the gap between the first mirror layer 92 and the surface emitting laser lower substrate can be easily formed with a predetermined interval. In addition, since the sacrificial layer 91 is removed after the surface emitting laser lower substrate including the first mirror layer 92 is bonded to the driving substrate, the gap between the surface of the laminated film and the surface of the first mirror layer 92 is reduced. It can be set more precisely. Therefore, it becomes easier to manufacture the surface emitting laser element. Further, since silicon and silicon oxide can be anodic bonded, the drive base portion can be easily formed with high accuracy. In addition, since the GaInNAs surface emitting laser element has a small change in laser characteristics even when the temperature changes, wavelength control is further facilitated. In Example 4, since the voltage control electrode is individually provided for each surface emitting laser element, the capacitance of the electrode can be reduced, and high-speed displacement control is possible. In addition, since the displacement control voltage can be individually applied to each surface emitting laser element, the elements can be arrayed. Further, by providing the microlens 120 on the surface of the support substrate 101, it becomes easy to increase the functionality and functionality of the element.
[0105]
19 and 20 are diagrams showing a configuration example of a wavelength division multiplexing optical transmission system using the surface emitting laser array of the fourth embodiment. FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the four surface emitting laser elements of the surface emitting laser array in FIG. 19 and the optical fiber. As shown in FIGS. 19 and 20, the laser light from the four surface emitting laser elements of the surface emitting laser array of Example 4 is divided into an optical fiber (multimode fiber) and light at the tip of the microlens of each surface emitting laser element. When coupled and wavelength multiplexed using a single mode fiber of 500 m via a multiplexer, a throughput of 2.5 Gbps × 4 can be obtained with a single fiber.
[0106]
【The invention's effect】
  As explained above, the claims1According to the invention described,On the semiconductor substrate, at least a second mirror layer made of a semiconductor multilayer mirror, a first spacer layer, an active layer, a second spacer layer, a current injection layer, and a second gap are formed. A step of laminating a sacrificial layer and a first mirror layer to form a laminated structure, and leaving the laminated structure in a sacrificial layer leaving a region of the laser oscillation portion and a junction region of the drive base The surface of the flexible film is removed by etching to a depth equal to or greater than the depth, a surface emitting laser base is formed, a support base is disposed on the flexible film via the first gap, and a driving base is formed. Bonding the surface of the first mirror layer remaining without being bonded, bonding the surface emitting laser substrate and the driving substrate, and removing the sacrificial layer by etching to form a second gap And the first mirror layer After bonding the drive substrate-fit surface emitting laser lower substrate, so removing the sacrificial layer, it can be set gap spacing of the stacked structure surface and the first mirror layer surface more accurately. Therefore, it becomes easier to fabricate the surface emitting laser element..
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a surface emitting laser element according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the surface emitting laser element according to the present invention.
3 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the surface emitting laser element of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the surface emitting laser element of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing another manufacturing process example of the surface emitting laser element of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing another manufacturing process example of the surface emitting laser element of the present invention.
FIG. 7 is a view showing a modification of the surface emitting laser element according to the present invention.
FIG. 8 is a view showing a modification of the surface emitting laser element according to the present invention.
FIG. 9 is a view showing a modification of the surface emitting laser element according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a parallel transmission system in which a surface emitting laser array of the present invention and a silica fiber are coupled.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a parallel transmission system in which the surface emitting laser array of the present invention and a silica fiber are coupled.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a wavelength division multiplexing transmission system using the surface emitting laser array of the present invention.
13 is a diagram illustrating a configuration example of a surface emitting laser element according to Example 1. FIG.
14 is a diagram illustrating a configuration example of a surface emitting laser element according to Example 1. FIG.
15 is a diagram showing a configuration example of a surface emitting laser element according to Example 1. FIG.
16 is a diagram illustrating a configuration example of a surface emitting laser element according to Example 2. FIG.
17 is a diagram illustrating a configuration example of a surface emitting laser element according to Example 3. FIG.
18 is a diagram illustrating a configuration example of a surface emitting laser element according to Example 4. FIG.
FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration example of a wavelength division multiplexing optical transmission system using the surface emitting laser array according to the fourth embodiment.
20 is a diagram illustrating a configuration example of a wavelength division multiplexing optical transmission system using the surface emitting laser array of Example 4. FIG.
[Explanation of symbols]
1 First mirror layer
2 Deflection layer
3 First gap
4 Support substrate
5a, 5b Displacement control electrode
11 Semiconductor substrate
12 Second mirror layer
14 First spacer layer
15 Active layer
16 Second spacer layer
17 Current injection layer
18 Sacrificial layer
19 Second gap
20 Conductive film for displacement control
22 Optical elements
31 First silicon wafer
32 Boron diffusion silicon region
33 Second silicon wafer support substrate
34 Thermal oxide film
35 First mirror layer
36 Surface emitting laser lower substrate
41 Second silicon wafer support substrate
43 First silicon wafer
44 Thermal oxide film
45 First mirror layer
46 Conductive film for displacement control
47 Surface emitting laser lower substrate
51 Pyrex board
53 Silicon wafer
54 Boron diffusion silicon region
55 Conductive film for displacement control
56 First mirror layer
57 Surface emitting laser lower substrate
61 Second silicon wafer support substrate
62 Thermal oxide film
63 Junction spacer layer
64 Flexible membrane
65 First mirror layer
66 GaAs substrate
67 Second mirror layer
68 First spacer layer
69 Active layer
70 Second spacer layer
71 Current injection layer
72 Current confinement structure
73 Drive electrode
74 Ground electrode
81 Second silicon wafer support substrate
82 Thermal oxide film
84 Deflection membrane
92 First mirror layer
85 GaAs substrate
86 Second mirror layer
87 First spacer layer
88 Active layer
89 Second spacer layer
90 Current injection layer
93 Current confinement structure
91 Sacrificial layer
94 Drive electrode
101 Second silicon wafer support substrate
102 SiN insulating film
103 Displacement control conductive film
104 Deflection membrane
120 micro lens

Claims

On the semiconductor substrate, at least a second mirror layer composed of a semiconductor multilayer mirror, a first spacer layer, an active layer, a second spacer layer, a current injection layer, and a second gap are formed. A step of laminating a sacrificial layer and a first mirror layer to form a laminated structure, and leaving the laminated structure in a sacrificial layer, leaving a region of the laser oscillation portion and a junction region of the drive base Removing by etching to a depth greater than or equal to the depth of the surface, forming a surface emitting laser lower substrate, disposing a support substrate on the flexible film through a first gap, producing a driving substrate, and the surface of the flexible film; Joining the surface of the first mirror layer remaining without being etched to join the surface emitting laser lower substrate and the driving substrate, and removing the sacrificial layer by etching to form a second gap. And having a process of performing A method for manufacturing a surface-emitting laser element.