JP2004534383A - 微細に電気機械的に調整可能な垂直共振器光機能素子とその製造方法 - Google Patents

微細に電気機械的に調整可能な垂直共振器光機能素子とその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】調整可能なファブリ・ペロ型垂直共振器光機能素子とその製造方法を提供することである。
【解決手段】この素子は、上部および下部の半導体ＤＢＲスタックとそれらの間にある調整可能な空隙共振器を有する。この空隙共振器は、この下部ＤＢＲスタックの上にあるスペーサ内の窪みの中に形成されている。この上部ＤＢＲスタックは、支持構造によって、この支持構造の、この窪みの中央領域の上に位置する領域で支えられており、一方この支持構造の、この窪みの上の、このＤＢＲスタック以外の領域は、膜組織を構成し、この素子の接点への調整電圧の印加によって、この膜組織を偏向させることができるものである。

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的に半導体光電素子の分野内にあり、フィルタおよびレーザのような微細に電気機械的に調整可能な垂直共振器光機能素子ならびにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細で電気機械的なファブリ・ペロ型フィルタ技術をベースとする調整可能な光学フィルタおよび調整可能な垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、近年技術において大きな関心を起こしている。それは、通常は高価な部品であり、その理由から、コストに非常に厳しい発展しつつある波長分割多重（ＷＤＭ）ローカルエリアネットワークシステムに利用することができない、標準的な調整可能なフィルタ、レーザおよび光検出器に対して、これらの素子が低廉な代替素子を提供するという理由からである。
【０００３】
特定の波長範囲で動作する微細に電気機械的に調整可能な垂直共振器素子は、この特定の波長範囲において高い反射率値を持つ二つの分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）の間に形成されたファブリ・ペロ型共振器として構成される。このファブリ・ペロ型共振器は、約数半波長の厚さを持つ調整可能な空隙共振器を組み込んでいる。通常は、この上部ＤＢＲは、微細で電気機械的なカンチレバー（または、数個のマイクロビーム）で、この空隙の上に吊るされており、この空隙共振器内における電界を変化させることによって偏向させることができる。この偏向が、ファブリ・ペロ型共振器の共振波長を変化させることになる。このＤＢＲの反射率が高くなるほど、調整可能なフィルタにおける伝送波長の線幅が狭くなる。調整可能なＶＣＳＥＬと共振型光検出器において、それぞれより低い閾値利得とより高い選択度が達成される。
【０００４】
低い光の吸収、良好な熱伝導率および９９．５％を超える反射率の値を持つ、半導体ベースのＤＢＲは、異なるタイプの微細に電気機械的に調整可能な垂直共振器素子の製造技術において、広く利用されている。
【０００５】
米国特許第５，７７１，２５３号* は、電気的に偏向可能なカンチレバー、上部および下部ＤＢＲならびに多重量子井戸（ＭＱＷ）領域を有する微細で電気機械的なファブリ・ペロ型フィルタの技術をベースとする調整可能なＶＣＳＥＬ素子を開示している。このＭＱＷ井戸領域は、このＭＱＷの上に配置された部分ＤＢＲ、空隙およびこのカンチレバー上に配置された変動可能なＤＢＲから成る上部反射鏡と下部ＤＢＲとの間に配置されている。酸化物層は、活性領域内における横方向の電気と光の閉じ込めを行うために、この部分ＤＢＲ内に配置されている。
【０００６】
文献「"Widely and continuously tunable micromachined resonator cavity detector with wavelength tracking", M. S. Wu, E. S. Vail, G. S. Li, W. Yuen and C. J. Chang-Hasnain, IEEE Photon. Technol. Lett., 8, (1996), No. 1, pp.98-100 」* は、電気的に偏向可能なカンチレバー、上部および下部ＤＢＲスタックならびに上部および下部ＤＢＲ間に配置された光検出器領域を有する微細で電気機械的なファブリ・ペロ型フィルタの技術をベースとする調整可能な光検出器を開示している。
【０００７】
文献「"GaAs Micromachined Widely Tunable Fabry-Perot Filters", E. C. Vail et al., Electronics Letters Online, Vol. 31, No. 3, 1995, pp. 228-229 」* は、前述の種類の調整可能な光学フィルタの製造プロセスを開示している。最初に、犠牲層によって分離された上部と下部ＤＢＲから成るモノリシック構造を形成する。次に、この上部ＤＢＲを、これのマスクしていない領域を犠牲層に到達するまで完全にエッチングすることによって構造化する。このプロセスに続いて、この犠牲層を、上部ＤＢＲと支持カンチレバーの下で、かつマスクしていない領域に対して選択エッチングする。この結果、この上部ＤＢＲは、下部ＤＢＲ上で、かつ上部と下部ＤＢＲ間の空隙内に吊るされた状態となり、この空隙は、犠牲層の厚さとほぼ等しい厚さを持つ。この犠牲層の残りの部分は、その基礎部のところでカンチレバーを支える。
【０００８】
すべてのカンチレバーベースの素子は、複雑な製造プロセスを持ち、機械的に不安定であり、その結果製造の歩留まりが低くなっている。これらの素子は、最適化することも難しい。このカンチレバーが１００μｍより長い場合、機械的な不安定さが急激に増加する。より短いカンチレバーの場合、柔軟性が低下し、その結果その厚さを低減する必要が出てくる。これらの結果、上部ＤＢＲスタックの対の数が減少し、したがって素子のパラメータが悪くなる。
【０００９】
機械的に調整可能な光学フィルタの違った製造技術が、米国特許第５，７３９，９４５号と文献「"Widely Tunable Fabry-Perot Filter Using Ga(Al)As-AlOx Deformable Mirrors", P. Tayebati et al., IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, No. 3, 1998, pp. 394-396 」* に開示されている。この技術によると、ＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ層から成る従来のミラースタックの低反射率のＡｌＧａＡｓ層が、酸化ＡｌＧａＡｓ層または空隙と入れ替わっている。この技術は、全く良い結果を生み出すが、すなわち、５０Ｖの電圧を印加することによって、１．５μｍ付近に７０ｎｍの調整範囲が得られるが、製造プロセスが非常に複雑で、この技術により得られた素子構造は、標準的なカンチレバータイプの素子よりも、より一層機械的に不安定である。
【特許文献１】
米国特許第５，７７１，２５３号
【特許文献２】
米国特許第５，７３９，９４５号
【非特許文献１】
"Widely and continuously tunable micromachined resonator cavity detector with wavelength tracking", M. S. Wu, E. S. Vail, G. S. Li, W. Yuen and C. J. Chang-Hasnain, IEEE Photon. Technol. Lett., 8, (1996), No. 1, pp.98-100
【非特許文献２】
"GaAs Micromachined Widely Tunable Fabry-Perot Filters", E. C. Vail et al., Electronics Letters Online, Vol. 31, No. 3, 1995, pp. 228-229
【非特許文献３】
"Widely Tunable Fabry-Perot Filter Using Ga(Al)As-AlOx Deformable Mirrors", P. Tayebati et al., IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, No. 3, 1998, pp. 394-396
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、新しい素子構造と製造技術を提示することによって微細に電気機械的に調整可能な垂直共振器光機能素子を改善する技術ニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の主要な考えは、前述した種類の従来技術の素子における上部ＤＢＲを支えるカンチレバーとビームを膜組織に取り替えることにあり、その膜組織は、空隙共振器を完全に覆うとともに、この膜組織の中央に位置する上部ＤＢＲスタックを支えるものである。この空隙は、この素子の接点に電圧をかけて、この膜組織を偏向させた場合に、電流の流れをブロックするスペーサ内のエッチングでくり貫かれた窪みの中に組み込まれている。膜組織を偏向させることは、空隙共振器を、そしてその結果として素子の共振波長を調整することとなる。
【００１２】
上記のものは、次の方法で実現される。第一に、スペーサの表面を、その中にエッチングで窪みをくり貫くことにより構造化する。次に、このスペーサの構造化された表面と支持構造とを接合する。この支持構造の上にはＤＢＲが配置されている。これに続いて、この支持領域に到達するまで、このＤＢＲをエッチングし、そうすることによってこの上部ＤＢＲスタックのメサを形成する。このメサは、この窪みの中央を通る垂直軸のあたりに中心があり、ならびにこの窪みの横方向の寸法より小さい横方向の寸法を持つ。この上部ＤＢＲスタック（メサ）以外の、この窪みの上の支持構造の領域は、膜組織を構成するものである。
【００１３】
この膜組織は、一方では非常に柔軟性があり（約１μｍの厚さを持つ）、他方では横方向に連続しており、そのため機械的に安定しており、製造の歩留まりが高くなる。この上部ＤＢＲは、膜組織の柔軟性に影響を及ぼすこと、ならびに伝送される光の線幅を狭くすることなく、多数の層から構成することができる。素子の光学共振器内の光ビームの通り道に、高い屈折率の材料の島を形成することによって、調整プロセス時におけるビームの位置が、安定化される。
【００１４】
このようにして、この発明の一つの特徴にもとづき、ファブリ・ペロ型の調整可能な垂直共振器素子を提供するものであり、この素子は、調整可能な空隙共振器によって分離された上部および下部の半導体ＤＢＲスタックおよびこの上部ＤＢＲスタックを支える支持構造を有し、その際この空隙共振器は、この支持構造によって完全に覆われたスペーサ内に形成された窪みの中に配置され、この上部ＤＢＲスタックは、この窪みの中央を通る垂直軸のあたりに中心があり、ならびにこの窪みの横方向の寸法より小さい横方向の寸法を持ち、この窪みの上で、かつ上部ＤＢＲスタック以外の支持構造の領域は、この素子の電気接点に調整電圧を印加することによって偏向される膜組織を構成するものである。
【００１５】
この発明の別の特徴にもとづき、上部および下部ＤＢＲスタックと、これらの間に調整可能な空隙共振器を有するファブリ・ペロ型の調整可能な垂直共振器素子の製造方法を提供し、この方法は、次の措置を有する。
【００１６】
（ｉ）この下部ＤＢＲスタックの上にスペーサを形成する。
【００１７】
（ii）このスペーサ内にエッチングでくり貫いた窪みを作り、それによってこのスペーサの構造化された表面を形成し、この窪みがこの調整可能な空隙共振器用の場所を提供することとなる。
【００１８】
（iii ）このスペーサの構造化された表面に、支持構造を含む上部ＤＢＲウエハーを、この支持構造が、このスペーサの構造化された表面に面して、この窪みを完全に覆うように接合し、このようにしてこの空隙共振器を形成し、そして基板の層の上にこの上部ＤＢＲを成長させておき、この基板を選択エッチングする。
【００１９】
（iv）この支持構造に到達するまで、この上部ＤＢＲの層をエッチングすることにより、この窪みの中央領域の上にこの上部ＤＢＲスタックを、ならびにこの上部ＤＢＲスタック以外の、この窪みの上に膜組織を形成して、この上部ＤＢＲスタックを構成し、この窪みの横方向の寸法より小さい横方向の寸法を持つとともに、この窪みの中央を通る垂直軸のあたりに中心を持つ一つのメサを規定し、この窪みの上の、このメサ以外の、この支持構造の領域が、この膜組織を構成し、この素子の電気接点に調整電圧を印加することにより偏向可能となる。
【００２０】
伝送される、または放射される光学モードの光を閉じ込めるために、この窪みの底部上に、この窪みの中央を通る垂直軸のあたりに中心を持ち、この素子の動作波長の１０倍以下の横方向の長さと１／３０以下の高さを持つメサを形成することができる。
【００２１】
このスペーサ領域は、この下部ＤＢＲの上に配置することができ、その場合この素子は、調整可能な光学フィルタを構成する。調整可能なＶＣＳＥＬと調整可能な共振型光検出器の場合、活性共振器材料は、このスペーサと下部ＤＢＲの間に配置される。
【００２２】
この上部ＤＢＲスタックは、ｘとして相異なる値を持つ数対のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの層を有することができ、そしてこの支持構造および下部ＤＢＲスタックも、この上部ＤＢＲスタックと同じ対の層を持つことができる。このスペーサは、ｎ−型とｐ−型に交互にドーピングされた層を持つことができる。この調整可能なフィルタの場合、このスペーサは、ｎ−型とｐ−型に交互にドーピングされた下部ＤＢＲと同じ対の層を持つことができる。調整可能なＶＣＳＥＬと調整可能な共振型光検出器の場合、このスペーサは、ｎ−型とｐ−型に交互にドーピングされた活性共振器材料のスタックにおける層と同じ材料組織で成長させた層を持つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ここでは、この発明を理解するとともに、この発明が実際にどのように実施されるのかを見るために、添付した図面を参照し、限定されない例だけを用いて、いくつかの実施形態を記載する。
【００２４】
図．１を参照すると、この発明の一つの実施形態にもとづき構成された調整可能な垂直共振器素子（一般的に符号１０で示す）の構造が描かれている。この素子１０は、二つの半導体ＤＢＲ１２ａと１２ｂと、これらの間にある空隙共振器１４を持つ、ファブリ・ペロ型垂直共振器ベースの素子の形で設計されており、調整可能な光学フィルタを構成している。この空隙共振器１４は、スペーサ１７内にエッチングでくり貫かれて形成された窪み１６内に配置されており、この窪みは、下部ＤＢＲ１２ｂの上に配置され、上部ＤＢＲスタック１２ａを支える支持構造１８により完全に覆われている。この上部ＤＢＲスタック１２ａは、この支持構造１８の領域１８ａ上に配置されており、この窪み１６の中心を通る垂直軸のあたりに中心を持つ。この上部ＤＢＲスタック１２ａは、この窪み１６のものより小さい横方向の寸法を持つ。この（上部ＤＢＲスタック１２ａを支える）領域１８ａ以外の、この支持構造の領域１８ｂは、この素子の接点２６に調整電圧を印加することにより偏向可能な膜組織２３を構成する。
【００２５】
この例では、下部ＤＢＲ１２ｂは、ｎ−型ＧａＡｓ基板上に成長させた、１．５５μｍで９９．５％の反射率を持つ３０対のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのｎ−型層を有する。このスペーサ１７は、この下部ＤＢＲスタック１２ｂと同じ厚さと組成値を持つ６対のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ層のスタックである。下部ＤＢＲの層構造と異なり、このスペーサ１７の層は、ｎ−型とｐ−型に交互にドーピングされている。３００ｘ３００μｍ2 の横方向の寸法を持つこの窪み１６は、この窪み１６の深さが約１．５μｍと等しくなるように（これが空隙共振器１４の厚さを規定する）、ならびにこの窪み１６の下部表面２０が下部ＤＢＲスタック１２ｂの上部と一致するように、このスペーサ１７の６層すべてをエッチングすることによって作られる。
【００２６】
上部ＤＢＲスタック１２ａは、２５対のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ層を持ち、９９．７％の反射率と８０ｘ８０μｍ2 の横方向の寸法を持つメサである。この上部ＤＢＲスタック１２ａは、上部ＤＢＲスタック１２ａの層と同じ厚さと組成を持つ４対のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ層から成る（その領域１８ａ内の）支持構造１８上に配置されており、ＩｎＧａＰエッチストップ層１９で終端している。この層１９は、３０ｎｍの厚さを持ち、上部ＤＢＲ１２ａと支持構造１８間の境界面に配置されている。この支持構造１８の、その領域１８ｂ内における（領域１８ａ以外の）横方向の連続は、この窪み１６を完全に覆う膜組織２３を形成するものである。
【００２７】
ここからは、図．２を参照して、このフィルタ素子１０の製造について記述する。
【００２８】
第一の措置において、３００ｘ３００μｍ2 の横方向の寸法を持つ、エッチングでくり貫かれた窪み１６を、Ｃｌ2 −ＣＨ4 −Ａｒでの反応性プラズマドライエッチングとＨＦ−Ｈ2 Ｏ溶液による選択化学エッチングにより、（ｎ−型とｐ−型に交互にドーピングされた６対のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ層のスタックから成る）スペーサ１７内に形成する。この手順により、（基板１１上に成長させた）ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの下部ＤＢＲスタック１２ｂの上部のＧａＡｓ層に到達した場合に、正確にエッチングを停止することができ、その結果窪みの深さを約１．５μｍにすることができる。
【００２９】
第二の措置において、上部ＤＢＲウエハー２４の支持構造１８の表面とスペーサ１７の構造化された表面との間で、ウエハー融着を行う。上部ＤＢＲウエハー２４は、ＧａＡｓ基板２５上に成長させたＤＢＲ１２（後でこの中に上部ＤＢＲ１２ａを形成する）とこのＤＢＲ１２の上に成長させた支持構造１８を有する。それから、スペーサ１７の構造化された表面と、この支持構造１８の表面を面と面を合わせて融着させて、窪み以外のスペーサ１７の表面領域で融着境界面を形成する。この融着は、６５０°Ｃで融着境界面に２バールの圧力をかけることによって行われる。その後、ここには明確には示していないが、エッチストップ層として働き、またＨＦ−Ｈ2 Ｏ溶液で選択エッチングされる層である、ＤＢＲ構造１２の最初のＡｌＧａＡｓ層に到達するまで、Ｈ2 Ｏ2 −ＮＨ3 ＯＨ溶液でＧａＡｓ−基板２５を選択エッチングする（すなわち、構造１２の下部層をスペーサと接合させる）。
【００３０】
第三の措置において、Ｃｌ2 −ＣＨ4 −ＡｒでのドライエッチングとＨＦ−Ｈ2 Ｏ溶液による選択化学エッチングにより、エッチストップ層１９に到達するまで、このＤＢＲ１２をエッチングしてメサを作り、窪み１６の中心を通る垂直軸のあたりに中心があり、８０ｘ８０μｍ2 の横方向の寸法を持つ上部ＤＢＲスタック１２ａ（図．１）を形成する。このエッチングの結果、この窪み１６を完全に覆い、支持構造１８（その領域１８ｂ）の横方向の連続として、膜組織２３が形成される。これによって、空隙共振器１４が、その底部側を下部ＤＢＲスタック１２ｂの上部表面によって、そしてその上部側を支持構造１８によって閉じられた形で形成される。この素子の製造は、電気接点２６を形成することによって完成する。
【００３１】
この例においては、スペーサ構造１７と支持構造１８は、数対のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層から構成されている。しかし、ＤＢＲスタックのものと同様に、ＧａＡｓ、またはその他の誘電体層から、これらの構造を構成することもできることに留意すべきである。伝送される光学モードを安定化させるために、窪みの中央を通る垂直軸のあたりに中心があり、素子の動作波長の１０倍以下の横方向の寸法と１／３０以下の高さを持つ窪みの底部上にメサを形成することができる。
【００３２】
図．３を参照すると、ＶＣＳＥＬ素子構造を構成する、この発明の一つの実施形態にもとづく調整可能な垂直共振器素子１００が描かれている。この素子は、１．５５μｍ付近の光を放射するように設計されている。理解を助けるために、素子１０と１００に共通な構成要素を識別するために、同じ符号が使われている。前の例の素子１０と同様に、この素子１００は、それぞれ１．５５μｍに最大反射率を持つ、上部および下部ＤＢＲ１２ａと１２ｂを有する調整可能なファブリ・ペロ型共振器の形で設計されている。前に記載した素子１０と違って、この素子１００では、スペーサ１７は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの下部ＤＢＲスタック１２ｂの表面と融着されている活性共振器材料２７の上に配置されている。
【００３３】
この活性共振器材料２７は、１．５５μｍに最大の光ルミネセンス放射を持ち、二つのＩｎＰの被覆層２９と３４間に挟まれた多重量子井戸のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ層のスタック２８を有する。この活性共振器材料の光学的厚さは、３／２ｘ１．５５μｍに等しい。このスペーサ１７は、全部で１．５μｍの厚さを持ち、２つのＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層３１と３２間に挟まれた、交互にｐ−ｎ−ｐ−ｎとドーピングされたＩｎＰ層３０を有する。このスペーサ１７を、この活性共振器材料２７と同じプロセスで成長させる。ＩｎＧａＡｓＰから成り、１．４μｍに最大の光ルミネセンス（ＰＬmax ）を持つメサは、窪み１６の底部上に配置され、窪み１６の中心を通る垂直軸のあたりに中心を持つ。
【００３４】
この素子１００は、例えば上部ＤＢＲ１２ａを通して、９８０ｎｍの励起光で光励起し、下部ＤＢＲ１２ｂとＧａＡｓ基板１１を通して１．５５μｍでの放射を発生させることができる。接点２６間に電圧を印加すると、膜組織２３が窪み１６の底部の方に偏向され、それは空隙共振器１４を、したがってＶＣＳＥＬ素子の放射波長も短くする。このメサ３３は、光学モードの安定化を可能とする、光学共振器における横方向の屈折率の変化をもたらす。このメサ３３の高さと横方向の寸法は、それぞれこの素子の動作波長の１／３０以下と１０倍以下に設定するのが良い。
【００３５】
ここからは、図．４と５を参照して、調整可能なＶＣＳＥＬ素子１００の製造について記述する。
【００３６】
第一に、ＩｎＰ基板３５上に多層スタック構造４０を成長させる。この構造４０は、スペーサ１７と活性共振器材料２７を有する。このスペーサ１７は、全部で１．５μｍの厚さを持ち、両方ともＰＬmax ＝１．４μｍと厚さ５０ｎｍを持つ、二つのエッチストップのＩｎＧａＡｓＡＰ層間に挟まれ、交互にｐ−ｎ−ｐ−ｎにドーピングされたＩｎＰ層３０を有する。この活性共振器材料２７は、全部で７２５ｎｍの厚さを持ち、二つのＩｎＰ被覆層間に挟まれた６つの量子井戸を有する。
【００３７】
次に、この多層スタック４０の下部ＤＢＲスタック１２ｂとの融着は、形成ガスの環境内でそれらの面と面を合わせて、温度を６５０°Ｃに上げ、約２バールの圧力を融着境界面に加えることによって実施する。このプロセスに続いて、ＩｎＧａＡｓＰのエッチストップ層３２まで、ＨＣｌ−Ｈ2 Ｏ溶液でＩｎＰ基板３５を選択エッチングし、窪み１６を形成する。より明確には、この選択エッチングは、次のことから成る。第一に、ＩｎＧａＡｓＰのエッチストップ層３２をＨ2 ＳＯ4 −Ｈ2 Ｏ2 −Ｈ2 Ｏ溶液でエッチングし、次にＩｎＰ層３０をＨＣｌ−Ｈ2 Ｏ溶液でエッチングする。その後、Ｈ2 ＳＯ4 −Ｈ2 Ｏ2 −Ｈ2 Ｏ溶液でエッチングすることにより、メサ３３を形成する。
【００３８】
次の措置において、スペーサ１７の構造化された表面を、支持構造１８の実質的に平坦な表面と融着する。この融着は、６５０°Ｃで２バールの圧力を融着境界面にかけることにより実施する。これに続いて、上部ＤＢＲウエハー２４のＧａＡｓ基板２５を選択エッチングし、この素子１０の製造に関して上述したとおりにこのＤＢＲ１２をエッチングし、メサ１２ａを形成する。この素子の製造は、電気接点２６を形成することにより、完成する。
【００３９】
当業者は、この前に説明したこの発明の好ましい実施構成には、この発明の請求項内にならびにこの請求項によって定義される範囲を逸脱することなく、様々な修正や変更を加えることができることを容易に理解することであろう。アスタリスク＊で示した出版物は、それへの参照として、ここに組み込まれていることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明にもとづく調整可能な光学フィルタ素子の例を描いた図
【図２】図１のフィルタ素子の製造方法を描いた図
【図３】この発明にもとづく調整可能なＶＣＳＥＬ素子の例を描いた図
【図４】図３の調整可能なＶＣＳＥＬ素子の製造方法を描いた図
【図５】図３の調整可能なＶＣＳＥＬ素子の製造方法を描いた図
【符号の説明】
【００４１】
１０ この発明にもとづく調整可能な光学フィルタ素子
１００ この発明にもとづ調整可能なＶＣＳＥＬ素子
１１ 基板
１２ 分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）
１２ａ 上部ＤＢＲ、メサ
１２ｂ 下部ＤＢＲ
１４ 空隙共振器
１６ 窪み
１７ スペーサ
１８ 支持構造
１８ａ，１８ｂ 支持構造の領域
１９ エッチストップ層
２０ 窪みの底部表面
２３ 膜組織
２４ 上部ＤＢＲウエハー
２５ 基板
２６ 電気接点
２７ 活性共振器材料
２８ 多重量子井戸のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ層のスタック
２９ 被覆層
３０ 交互にｐ−ｎ−ｐ−ｎとドーピングされたＩｎＰ層
３１，３２ エッチストップ層
３３ メサ
３４ 被覆層
３５ 基板
４０ 多層スタック構造

Claims (14)

  1. 調整可能な空隙共振器によって分離された上部および下部半導体分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）スタックとこの上部ＤＢＲスタックを支える支持構造を有する調整可能なファブリ・ペロ型垂直共振器素子であって、その際、この空隙共振器は、この支持構造によって完全に覆われた、スペーサ内に形成された窪みの中に配置されており、この上部ＤＢＲスタックは、この窪みの中央を通る垂直軸のあたりに中心があり、この窪みの横方向の寸法より小さい横方向の寸法を持っており、この上部ＤＢＲスタック以外の、この窪みの上にある、この支持構造の領域は、この素子の電気接点に調整電圧を印加することによって偏向される膜組織を構成する素子。
  2. 一つのメサが、前記の窪みの底部上に配置され、この窪みの中央を通る中央の垂直軸のあたりに中心を持ち、このメサが、この素子の動作波長の１／３０以下の高さと１０倍以下の横方向の寸法をそれぞれ持つ請求項１に記載の素子。
  3. 前記のスペーサが、前記の下部ＤＢＲスタックの上に配置されている請求項１に記載の素子。
  4. 調整可能な光学フィルタとして動作する請求項３に記載の素子。
  5. 請求項１に記載の素子であって、さらに前記の下部ＤＢＲスタックとスペーサの間に活性共振器材料を有し、調整可能な垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として動作する素子。
  6. 前記の活性共振器材料が、前記のスペーサと下部ＤＢＲスタックの間に配置された半導体多重量子井戸（ＭＱＷ）の発光材料を有する請求項５に記載の素子。
  7. 前記の膜組織の厚さが約１μｍである請求項１に記載の素子。
  8. 上部と下部分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）スタックと、これらのＤＢＲスタックの間に調整可能な空隙共振器を有するファブリ・ペロ型の調整可能な垂直共振器素子の製造方法であって、以下の措置を有する方法。
    （ｉ）この下部ＤＢＲスタックの上にスペーサを形成する。
    （ii）このスペーサ内にエッチングでくり貫いた窪みを作り、それによってこのスペーサの構造化された表面を形成し、この窪みがこの調整可能な空隙共振器用の場所を提供することとなる。
    （iii ）このスペーサの構造化された表面に、支持構造を含む上部ＤＢＲウエハーを、この支持構造が、このスペーサの構造化された表面に面して、この窪みを完全に覆うように接合し、このようにしてこの空隙共振器を形成し、そして基板の層の上にこの上部ＤＢＲを成長させておき、この基板を選択エッチングする。
    （iv）この支持構造に到達するまで、この上部ＤＢＲの層をエッチングすることにより、この窪みの中央領域の上にこの上部ＤＢＲスタックを、ならびにこの上部ＤＢＲスタック以外の、この窪みの上に膜組織を形成して、この上部ＤＢＲスタックを構成し、この窪みの横方向の寸法より小さい横方向の寸法を持つとともに、この窪みの中央を通る垂直軸のあたりに中心を持つ一つのメサを規定し、この窪みの上の、このメサ以外の、この支持構造の領域が、この膜組織を構成し、この素子の電気接点に調整電圧を印加することにより偏向可能となる。
  9. 前記の上部ＤＢＲスタックが、ｘを相異なる値とする複数対のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層を有する請求項８に記載の方法。
  10. 前記の支持構造が、ｘを相異なる値とする複数対のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層を有する請求項８に記載の方法。
  11. 前記の支持構造が、前記の上部ＤＢＲスタックと同じＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層の対を有する請求項１０に記載の方法。
  12. 前記の上部および下部ＤＢＲスタックのそれぞれが、ｘを相異なる値とする複数対のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層を有する請求項８に記載の方法。
  13. 請求項８に記載の方法であって、さらに前記の下部ＤＢＲスタックとスペーサとの間に活性共振器材料を形成する措置を有する方法。
  14. 前記の活性共振器材料の形成が、二つの被覆層の間に挟まれた多重量子井戸層のスタックを成長させる措置を有する請求項１３に記載の方法。
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