JP2009152296A - Method of manufacturing surface-emitting semiconductor laser - Google Patents

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JP2009152296A JP2007327359A JP2007327359A JP2009152296A JP 2009152296 A JP2009152296 A JP 2009152296A JP 2007327359 A JP2007327359 A JP 2007327359A JP 2007327359 A JP2007327359 A JP 2007327359A JP 2009152296 A JP2009152296 A JP 2009152296A
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Masamitsu Mochizuki
理光 望月
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of efficiently manufacturing a surface-emitting semiconductor laser having desired wavelength relation by fabricating the surface-emitting semiconductor laser accurately to a desired thickness with a small number of times of trial manufacture. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the surface-emitting semiconductor laser includes the steps of: forming a lower mirror, an active layer, a first semiconductor layer having the same layer constitution with the upper mirror, a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer on a first substrate; performing reflectivity inspection to measure the center wavelength of a reflection band of the first and third semiconductor layers and the resonance wavelength of a first optical resonator having the first to third semiconductor layers; calculating a lower and an upper mirror forming time to calculate a first and a second calculated value; finding the thickness of the active layer in the second calculated value and the thickness of the active layer in the desired resonance wavelength of a second optical resonator having a lower and an upper mirror and an active layer, from the relation between thicknesses of the active layer and resonance wavelengths of the second optical resonator; calculating an active layer forming time; forming a lower and an upper mirror and an active layer on a second substrate; and forming a first and a second electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、面発光型半導体レーザの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser.

半導体レーザの分野において、安価で高性能な光源として、垂直共振器面発光型レーザ(VCSEL)などの面発光型半導体レーザ(以下「面発光レーザ」ともいう)は大変注目されている。一般に、面発光レーザは、分布ブラッグ反射型(DBR)ミラーの各層の厚さがλ/4nであり、活性層の厚さがmλ/2nである構造を有している(例えば下記非特許文献1参照)。但し、λは設計共振波長であり、nは各層の屈折率であり、mは正の整数である。
「面発光レーザ」伊賀 健一,小山 二三夫,オーム社,(1990/09)
In the field of semiconductor lasers, surface emitting semiconductor lasers (hereinafter also referred to as “surface emitting lasers”) such as vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) have attracted a great deal of attention as inexpensive and high performance light sources. In general, the surface emitting laser has a structure in which the thickness of each layer of the distributed Bragg reflection (DBR) mirror is λ D / 4n and the thickness of the active layer is mλ D / 2n (for example, the following non-layered laser). Patent Document 1). Where λ D is the design resonance wavelength, n is the refractive index of each layer, and m is a positive integer.
"Surface emitting laser" Kenichi Iga, Fumio Koyama, Ohmsha, (1990/09)

しかしながら、実際にMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置やMBE(Molecular Beam Epitaxy)装置などの成膜装置を用いて面発光レーザを作製した場合、必ずしも正確に所望の厚さとはならない場合がある。また、実際の共振波長は、DBRミラーの周期性(DBRミラー部分における多重反射による電磁界プロファイル)の影響を受けており、活性層の厚さのみでは決定されない。即ち、例えば、成膜時にDBRミラーの厚さがλ/4nよりも厚くなってしまったとしたら、活性層の厚さが正確にmλ/2nであったとしても、実際の共振波長は、設計共振波長(λ)よりも長波長となってしまう。 However, when a surface emitting laser is actually produced using a film forming apparatus such as a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus or an MBE (Molecular Beam Epitaxy) apparatus, the desired thickness may not always be obtained accurately. The actual resonance wavelength is affected by the periodicity of the DBR mirror (electromagnetic field profile due to multiple reflection at the DBR mirror portion), and is not determined only by the thickness of the active layer. That is, for example, if the thickness of the DBR mirror becomes thicker than λ D / 4n at the time of film formation, even if the thickness of the active layer is exactly mλ D / 2n, the actual resonance wavelength is The wavelength becomes longer than the design resonance wavelength (λ D ).

本発明の目的の1つは、少ない試作回数で面発光型半導体レーザを正確に所望の厚さで作製することで、所望の波長関係を有する面発光型半導体レーザを効率的に製造する方法を提供することにある。   One of the objects of the present invention is a method for efficiently producing a surface emitting semiconductor laser having a desired wavelength relationship by accurately producing a surface emitting semiconductor laser with a desired thickness with a small number of trial manufactures. It is to provide.

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、
第1基板の上方に下部ミラーと同じ層構成を有する第1半導体層を成膜時間(t10)で成膜する工程と、
前記第1半導体層の上方に活性層と同じ層構成を有する第2半導体層を成膜時間(t20)で成膜する工程と、
前記第2半導体層の上方に上部ミラーと同じ層構成を有する第3半導体層を成膜時間(t30)で成膜する工程と、
前記第1半導体層、前記第2半導体層、および前記第3半導体層を有する半導体多層膜に対して反射率検査を行い、前記第1半導体層および前記第3半導体層の反射帯域の中心波長(λS0)、並びに、前記第1半導体層、前記第2半導体層、および前記第3半導体層を有する第1光共振器の共振波長(λD0)を測定する工程と、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長をλとして、下部ミラー成膜時間(t11)および上部ミラー成膜時間(t31)を下記式(1)および式(2)から算出し、活性層成膜時間(t22)を算出するための第1計算値(t21)および第2計算値(λ)を下記式(3)および式(4)から算出する工程と、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーを所望の厚さに固定した時の、前記活性層の一部または全部の厚さ(x)と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第2光共振器の共振波長(λ)との関係から、前記第2計算値(λ)における前記活性層の一部または全部の厚さ(xλ1)、および、前記第2光共振器の所望の共振波長をλとして、前記λにおける前記活性層の一部または全部の厚さ(xλD)を求める工程と、
前記活性層成膜時間(t22)を下記式(5)から算出する工程と、
第2基板の上方に前記下部ミラー成膜時間(t11)で下部ミラーを成膜する工程と、
前記下部ミラーの上方に前記活性層成膜時間(t22)で活性層を成膜する工程と、
前記活性層の上方に前記上部ミラー成膜時間(t31)で上部ミラーを成膜する工程と、
前記下部ミラーに電気的に接続される第1電極、および、前記上部ミラーに電気的に接続される第2電極を形成する工程と、を含む。
A method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention includes:
Depositing a first semiconductor layer having the same layer configuration as the lower mirror above the first substrate in a deposition time (t 10 );
Depositing a second semiconductor layer having the same layer configuration as the active layer above the first semiconductor layer in a deposition time (t 20 );
Depositing a third semiconductor layer having the same layer configuration as the upper mirror over the second semiconductor layer in a deposition time (t 30 );
A reflectance test is performed on the semiconductor multilayer film including the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer, and a central wavelength (in a reflection band of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer) λ S0 ), and measuring a resonance wavelength (λ D0 ) of a first optical resonator having the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer;
The center wavelength of the desired reflection band of the lower mirror and the upper mirror is λ S , and the lower mirror film formation time (t 11 ) and the upper mirror film formation time (t 31 ) are expressed by the following equations (1) and (2) The first calculation value (t 21 ) and the second calculation value (λ 1 ) for calculating the active layer deposition time (t 22 ) are calculated from the following formulas (3) and (4). When,
A thickness (x) of a part or all of the active layer when the lower mirror and the upper mirror are fixed to a desired thickness, and a second mirror having the lower mirror, the active layer, and the upper mirror. From the relationship with the resonance wavelength (λ) of the optical resonator, the thickness (x λ1 ) of a part or all of the active layer at the second calculated value (λ 1 ) and the desired value of the second optical resonator Λ D is a resonance wavelength of λ D , and the thickness (x λD ) of a part or all of the active layer at λ D is obtained;
Calculating the active layer deposition time (t 22 ) from the following equation (5);
Depositing a lower mirror on the second substrate at the lower mirror deposition time (t 11 );
Depositing an active layer above the lower mirror with the active layer deposition time (t 22 );
Depositing an upper mirror above the active layer at the upper mirror deposition time (t 31 );
Forming a first electrode electrically connected to the lower mirror and a second electrode electrically connected to the upper mirror.

11=t10×(λ/λS0) …(1)
31=t30×(λ/λS0) …(2)
21=t20×(λ/λS0) …(3)
λ=λD0×(λ/λS0) …(4)
22=t21×(xλD/xλ1) …(5)
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法によれば、前記下部ミラー成膜時間(t11)、前記活性層成膜時間(t22)、及び前記上部ミラー成膜時間(t31)の正確な値を予め算出することができる。即ち、前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長λと、前記第2光共振器の所望の共振波長λとを、二度の試作を繰り返して個別に合わせこむ必要がない。従って、余分な試作を行うことなく、一度の補正で正確に所望の厚さで作製することが可能となり、資源の節約や製造コストの削減に繋がる。
t 11 = t 10 × (λ S / λ S0 ) (1)
t 31 = t 30 × (λ S / λ S0 ) (2)
t 21 = t 20 × (λ S / λ S0 ) (3)
λ 1 = λ D0 × (λ S / λ S0 ) (4)
t 22 = t 21 × (x λD / x λ1 ) (5)
According to the method of manufacturing the surface emitting semiconductor laser according to the present invention, the lower mirror film formation time (t 11 ), the active layer film formation time (t 22 ), and the upper mirror film formation time (t 31 ). An accurate value can be calculated in advance. That is, the center wavelength λ S of the desired reflection band of the lower mirror and the upper mirror and the desired resonance wavelength λ D of the second optical resonator need to be individually matched by repeating the trial production twice. Absent. Therefore, it is possible to accurately produce a desired thickness with a single correction without performing an extra trial production, which leads to resource saving and manufacturing cost reduction.

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定の部材(以下「A部材」という)の「上方」に他の特定の部材(以下「B部材」という)を成膜する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、A部材上に直接B部材を成膜するような場合と、A部材上に他のものを介してB部材を成膜するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。   In the description of the present invention, the word “upper” is used, for example, “an upper part of a specific member (hereinafter referred to as“ A member ”) and another specific member (hereinafter referred to as“ B member ”). "Membrane". In the description according to the present invention, in this case, the B member is directly formed on the A member, and the B member is formed on the A member via another material. The word “above” is used to include

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記活性層の一部または全部の厚さ(x)と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第2光共振器の共振波長(λ)との関係から、前記活性層の一部または全部の厚さ(x)に対する前記第2光共振器の共振波長(λ)の変化率(f)を求める計算工程を有し、
前記変化率(f)は、下記式(6)で表され、
前記活性層成膜時間(t22)は、上記式(5)を変形した下記式(5−2)から算出されることができる。
In the method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention,
From the relationship between the thickness (x) of part or all of the active layer and the resonance wavelength (λ) of the second optical resonator having the lower mirror, the active layer, and the upper mirror, Calculating a change rate (f) of a resonance wavelength (λ) of the second optical resonator with respect to a part or all of the thickness (x),
The rate of change (f) is represented by the following formula (6):
The active layer deposition time (t 22 ) can be calculated from the following equation (5-2) obtained by modifying the above equation (5).

f=(λ−λ)/(xλD−xλ1) …(6) f = (λ D −λ 1 ) / (x λD −x λ1 ) (6)

Figure 2009152296
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記活性層の一部または全部の厚さ(x)と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第2光共振器の共振波長(λ)との関係から、前記活性層の一部または全部の厚さ(x)に対する前記第2光共振器の共振波長(λ)の変化率(f)を求める計算工程を有し、
前記変化率(f)は、前記活性層の一部または全部の厚さ(x)と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第2光共振器の共振波長(λ)との関係における、λとλの中間波長(λ+λ)/2における微分値の下記式(7)で表され、
前記活性層成膜時間(t22)は、上記式(5)を変形した下記式(5−2)から算出されることができる。
Figure 2009152296
In the method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention,
From the relationship between the thickness (x) of part or all of the active layer and the resonance wavelength (λ) of the second optical resonator having the lower mirror, the active layer, and the upper mirror, Calculating a change rate (f) of a resonance wavelength (λ) of the second optical resonator with respect to a part or all of the thickness (x),
The rate of change (f) is the thickness (x) of a part or all of the active layer, and the resonance wavelength (λ) of the second optical resonator having the lower mirror, the active layer, and the upper mirror. In the relationship, λ D and λ 1 are expressed by the following equation (7) of the differential value at the intermediate wavelength (λ D + λ 1 ) / 2,
The active layer deposition time (t 22 ) can be calculated from the following equation (5-2) obtained by modifying the above equation (5).

Figure 2009152296
Figure 2009152296

Figure 2009152296
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長(λ)と、前記第2光共振器の所望の共振波長(λ)とは、異なる波長であることができる。
Figure 2009152296
In the method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention,
The center wavelength (λ S ) of the desired reflection band of the lower mirror and the upper mirror may be different from the desired resonance wavelength (λ D ) of the second optical resonator.

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長(λ)と、前記第2光共振器の所望の共振波長(λ)とは、同じ波長であることができる。
In the method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention,
A center wavelength (λ S ) of a desired reflection band of the lower mirror and the upper mirror and a desired resonance wavelength (λ D ) of the second optical resonator may be the same wavelength.

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーは、複数の単位多層膜を積層した多層膜ミラーからなるように形成され、
前記単位多層膜は、上下方向に積層された1組の低屈折率層と高屈折率層を有するように形成され、
前記単位多層膜は、下記式(I)を満たすように形成され、
前記活性層は、下記式(II)を満たすように形成されることができる。
In the method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention,
The lower mirror and the upper mirror are formed of a multilayer mirror in which a plurality of unit multilayer films are stacked,
The unit multilayer film is formed to have a pair of a low refractive index layer and a high refractive index layer stacked in the vertical direction,
The unit multilayer film is formed to satisfy the following formula (I):
The active layer may be formed to satisfy the following formula (II).

< λ/2n …(I)
> mλ/2n …(II)
但し、
mは、正の整数であり、
は、前記単位多層膜の厚さであり、
は、前記単位多層膜の平均屈折率であり、
は、前記活性層の厚さであり、
は、前記活性層の平均屈折率である。
x D <λ D / 2n D ... (I)
x A> mλ D / 2n A ... (II)
However,
m is a positive integer;
x D is the thickness of the unit multilayer film,
n D is an average refractive index of the unit multilayer film,
x A is the thickness of the active layer;
n A is the average refractive index of the active layer.

なお、本発明において、「上下方向に積層された1組の低屈折率層と高屈折率層」という場合には、低屈折率層と高屈折率層との間に他の層が積層されるような場合が含まれるものとする。   In the present invention, when “a pair of low refractive index layer and high refractive index layer laminated in the vertical direction” is referred to, another layer is laminated between the low refractive index layer and the high refractive index layer. Such cases are included.

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記計算工程における前記活性層の一部として、該活性層が有するコンファインメント層を用いることができる。
In the method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention,
As a part of the active layer in the calculation step, a confinement layer included in the active layer can be used.

なお、本発明において、「コンファインメント層」とは、量子井戸に効率的に電子を注入し閉じ込める構造をいう。   In the present invention, the “confinement layer” refers to a structure in which electrons are efficiently injected and confined in the quantum well.

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記変化率(f)は、0.46より大きく、0.92より小さいことができる。
In the method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention,
The rate of change (f) may be greater than 0.46 and less than 0.92.

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記計算工程は、時間領域差分法を用いて行われることができる。
In the method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention,
The calculation process may be performed using a time domain difference method.

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記計算工程は、1次元時間領域差分法を用いて行われることができる。
In the method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention,
The calculation process may be performed using a one-dimensional time domain difference method.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

1. まず、本実施形態に係る面発光レーザ100について説明する。   1. First, the surface emitting laser 100 according to the present embodiment will be described.

図1は、面発光レーザ100を概略的に示す断面図であり、図2は、図1の領域Vを拡大して示す概略図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a surface emitting laser 100, and FIG. 2 is a schematic view showing an enlarged region V in FIG.

面発光レーザ100は、図1に示すように、基板101と、下部ミラー10と、活性層103と、上部ミラー20と、絶縁層110と、第1電極107と、第2電極109と、を含むことができる。   As shown in FIG. 1, the surface emitting laser 100 includes a substrate 101, a lower mirror 10, an active layer 103, an upper mirror 20, an insulating layer 110, a first electrode 107, and a second electrode 109. Can be included.

基板101としては、例えば第1導電型(例えばn型)GaAs基板などを用いることができる。   As the substrate 101, for example, a first conductivity type (for example, n-type) GaAs substrate or the like can be used.

基板101上には、例えば第1導電型の下部ミラー10が形成されている。下部ミラー10は、単位多層膜10pを複数積層した多層膜ミラーである。単位多層膜10pは、図2に示すように、例えば、低屈折率層10Lと、低屈折率層10Lの下に形成された高屈折率層10Hと、からなることができる。即ち、下部ミラー10は、例えば、低屈折率層10Lと高屈折率層10Hとを交互に積層した分布ブラッグ反射型(DBR)ミラーであることができる。低屈折率層10Lは、例えば、n型Al0.9Ga0.1As層(屈折率3.049)からなることができる。高屈折率層10Hは、例えば、n型Al0.12Ga0.88As層(屈折率3.544)からなることができる。単位多層膜10pの積層数(ペア数)は、例えば35.5ペア〜43.5ペアなどとすることができる。なお、下部ミラー10の単位多層膜10pとしては、単位多層膜10pの層構成が繰り返されて、下部ミラー10が構成されるものであれば良い。例えば、単位多層膜10pは、低屈折率層10Lと、低屈折率層10Lの上に形成された高屈折率層10Hとからなることができる。 On the substrate 101, for example, a first conductivity type lower mirror 10 is formed. The lower mirror 10 is a multilayer mirror in which a plurality of unit multilayer films 10p are stacked. As shown in FIG. 2, the unit multilayer film 10p can be composed of, for example, a low refractive index layer 10L and a high refractive index layer 10H formed under the low refractive index layer 10L. That is, the lower mirror 10 can be, for example, a distributed Bragg reflection (DBR) mirror in which low refractive index layers 10L and high refractive index layers 10H are alternately stacked. The low refractive index layer 10L can be composed of, for example, an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer (refractive index 3.049). The high refractive index layer 10H can be composed of, for example, an n-type Al 0.12 Ga 0.88 As layer (refractive index 3.544). The number of stacked units (number of pairs) of the unit multilayer film 10p can be, for example, 35.5 pairs to 43.5 pairs. The unit multilayer film 10p of the lower mirror 10 may be any unit as long as the lower mirror 10 is configured by repeating the layer configuration of the unit multilayer film 10p. For example, the unit multilayer film 10p can include a low refractive index layer 10L and a high refractive index layer 10H formed on the low refractive index layer 10L.

下部ミラー10の上には、活性層103が形成されている。活性層103は、例えば、GRIN−SCH(graded-index separate-confinement heterostructure)構造を有する。活性層103の構造としては、例えば、多重量子井戸(MQW)構造304を、その上下に形成されたグレーデッドインデックス(Graded Index)層であるコンファインメント層302,306で挟み込むものが挙げられる。MQW構造304としては、例えば、図3に示すように、GaAsウェル層303とAl0.3Ga0.7Asバリア層305とからなる量子井戸構造を3つ重ねたものが挙げられる。なお、図3は、活性層103及びその付近におけるAlGaAs層のアルミニウム(Al)組成を概略的に示す図である。AlGaAs層のAl組成とは、III族源(Al及びGa)に対するAlの組成である。Al組成は、0から1までとする。即ち、AlGaAs層には、GaAs層(Al組成が0の場合)及びAlAs層(Al組成が1の場合)が含まれるものとする。 An active layer 103 is formed on the lower mirror 10. The active layer 103 has, for example, a GRIN-SCH (graded-index separate-confinement heterostructure) structure. Examples of the structure of the active layer 103 include a structure in which a multiple quantum well (MQW) structure 304 is sandwiched between confinement layers 302 and 306 that are graded index layers formed above and below the structure. Examples of the MQW structure 304 include a structure in which three quantum well structures each composed of a GaAs well layer 303 and an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 305 are stacked as shown in FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing the aluminum (Al) composition of the active layer 103 and the AlGaAs layer in the vicinity thereof. The Al composition of the AlGaAs layer is the Al composition relative to the group III source (Al and Ga). The Al composition is 0 to 1. That is, the AlGaAs layer includes a GaAs layer (when the Al composition is 0) and an AlAs layer (when the Al composition is 1).

また、MQW構造304の下に形成された下部コンファインメント層302としては、例えば、図3に示すように、AlGaAs層のAl組成を0.9から0.3まで上方向に連続的に減少させたものが挙げられる。MQW構造304の上に形成された上部コンファインメント層306としては、例えば、図3に示すように、AlGaAs層のAl組成を0.3から0.6まで上方向に連続的に増加させたものが挙げられる。   Further, as the lower confinement layer 302 formed under the MQW structure 304, for example, as shown in FIG. 3, the Al composition of the AlGaAs layer is continuously decreased upward from 0.9 to 0.3. Can be mentioned. As the upper confinement layer 306 formed on the MQW structure 304, for example, as shown in FIG. 3, the Al composition of the AlGaAs layer is continuously increased upward from 0.3 to 0.6. Is mentioned.

活性層103の上には、例えば第2導電型(例えばp型)の上部ミラー20が形成されている。上部ミラー20は、単位多層膜20pを複数積層した多層膜ミラーである。単位多層膜20pは、図2に示すように、例えば、低屈折率層20Lと、低屈折率層20Lの下に形成された高屈折率層20Hと、からなることができる。即ち、上部ミラー20は、例えば、低屈折率層20Lと高屈折率層20Hとを交互に積層したDBRミラーであることができる。低屈折率層20Lは、例えば、p型Al0.9Ga0.1As層(屈折率3.049)からなることができる。高屈折率層20Hは、例えば、p型Al0.12Ga0.88As層(屈折率3.544)からなることができる。単位多層膜20pの積層数(ペア数)は、例えば19ペア〜31ペアなどとすることができる。なお、上部ミラー20の単位多層膜20pとしては、単位多層膜20pの層構成が繰り返されて、上部ミラー20が構成されるものであれば良い。例えば、単位多層膜20pは、低屈折率層20Lと、低屈折率層20Lの上に形成された高屈折率層20Hとからなることができる。 On the active layer 103, for example, a second conductivity type (for example, p-type) upper mirror 20 is formed. The upper mirror 20 is a multilayer film mirror in which a plurality of unit multilayer films 20p are stacked. As shown in FIG. 2, the unit multilayer film 20p can include, for example, a low refractive index layer 20L and a high refractive index layer 20H formed under the low refractive index layer 20L. That is, the upper mirror 20 can be, for example, a DBR mirror in which low refractive index layers 20L and high refractive index layers 20H are alternately stacked. The low refractive index layer 20L can be composed of, for example, a p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer (refractive index 3.049). The high refractive index layer 20H can be composed of, for example, a p-type Al 0.12 Ga 0.88 As layer (refractive index 3.544). The number of stacked unit multilayer films 20p (number of pairs) can be, for example, 19 to 31 pairs. The unit multilayer film 20p of the upper mirror 20 may be any unit as long as the upper mirror 20 is configured by repeating the layer configuration of the unit multilayer film 20p. For example, the unit multilayer film 20p can include a low refractive index layer 20L and a high refractive index layer 20H formed on the low refractive index layer 20L.

本実施形態では、例えば、上述した複数の単位多層膜10p,20pのうちの全てに対して、下記式(I)が満たされることができる。また、本実施形態では、活性層103は、下記式(II)を満たすことができる。   In the present embodiment, for example, the following formula (I) can be satisfied for all of the plurality of unit multilayer films 10p and 20p described above. In the present embodiment, the active layer 103 can satisfy the following formula (II).

< λ/2n …(I)
> mλ/2n …(II)
但し、
λは、面発光レーザ100の設計共振波長であり、
mは、正の整数であり、
は、単位多層膜10p,20pの厚さであり、
は、単位多層膜10p,20pの平均屈折率であり、
は、活性層103の厚さであり、
は、活性層103の平均屈折率である。
x D <λ D / 2n D ... (I)
x A> mλ D / 2n A ... (II)
However,
λ D is the design resonance wavelength of the surface emitting laser 100,
m is a positive integer;
x D, the unit multilayer film 10p, the thickness of 20p,
n D is an average refractive index of the unit multilayer films 10p and 20p,
x A is the thickness of the active layer 103;
n A is the average refractive index of the active layer 103.

なお、xの下限値、及び、xの上限値は、λが多層膜ミラー(下部ミラー10及び上部ミラー20)の反射帯域に入るか否かで決定されることができる。xの下限値は、例えば、λ=850nmのAlGa1−xAs(x=0.12、0.90)からなる多層膜ミラーでは、例えばλ/2nに対して5%程度小さくした値とすることができる。また、xの上限値は、設計共振波長λに応じて適宜決定されるが、例えばmλ/2nに対して20%程度大きくした値とすることができる。 The lower limit of x D, and the upper limit value of x A is, lambda D can be determined by whether or not to enter the reflection band of the multilayer mirror (lower mirror 10 and the upper mirror 20). For example, in a multilayer mirror made of Al x Ga 1-x As (x = 0.12, 0.90) with λ D = 850 nm, the lower limit value of x D is, for example, 5% with respect to λ D / 2n D The value can be reduced to some extent. The upper limit of x A is appropriately determined according to the design resonance wavelength lambda D, may be 20% of large value with respect to e.g. mλ D / 2n A.

また、上述した式(I)及び(II)は、下記式(A)に書き換えられることができる。   Moreover, the above-mentioned formulas (I) and (II) can be rewritten into the following formula (A).

2n・x < λ < (2n・x)/m …(A)
また、上述した式(I)及び(II)から、活性層103の厚さxと単位多層膜10p,20pの厚さxとの比(x/x)は、下記式(B)を満たすことができる。
2n D · x D <λ <(2n A · x A ) / m (A)
Further, from the above formulas (I) and (II), the ratio (x A / x D ) between the thickness x A of the active layer 103 and the thickness x D of the unit multilayer films 10p and 20p is expressed by the following formula (B ) Can be satisfied.

/x > mn/n …(B)
設計波長λは、例えば、780nm、850nm、1300nmなどであるが、特に限定されない。また、mが例えば2である場合には、1λ共振器が構成される。
x A / x D> mn D / n A ... (B)
The design wavelength λ D is, for example, 780 nm, 850 nm, 1300 nm, etc., but is not particularly limited. When m is 2, for example, a 1λ resonator is configured.

本実施形態では、例えば図2に示すように、下部ミラー10における複数の単位多層膜10pのそれぞれの厚さ、及び、上部ミラー20における複数の単位多層膜20pのそれぞれの厚さは、同じxであることができる。また、本実施形態では、例えば、下部ミラー10における複数の単位多層膜10pのそれぞれの平均屈折率、及び、上部ミラー20における複数の単位多層膜20pのそれぞれの平均屈折率は、同じnであることができる。 In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 2, the thicknesses of the plurality of unit multilayer films 10p in the lower mirror 10 and the thicknesses of the plurality of unit multilayer films 20p in the upper mirror 20 are the same x Can be D. In the present embodiment, for example, the average refractive index of each of the plurality of unit multilayer films 10p in the lower mirror 10 and the average refractive index of each of the plurality of unit multilayer films 20p in the upper mirror 20 are the same n D. Can be.

また、例えば、下部ミラー10における複数の単位多層膜10pのうち、2種類以上の単位多層膜10pの厚さがあって、それらが互いに異なる値であることもできる。また、例えば、下部ミラー10における複数の単位多層膜10pのうち、2種類以上の異なる厚さの単位多層膜10pに対して、平均屈折率が、互いに異なる値であることもできる。同様に、例えば、上部ミラー20における複数の単位多層膜20pのうち、2種類以上の単位多層膜20pの厚さがあって、その厚さ及び平均屈折率の値が、互いに異なる値であることもできる。上述した式(I)は、下部ミラー10及び上部ミラー20における複数の種類の単位多層膜10p、20pのうちの少なくとも1つに対して満たされれば良い。例えば、上述した式(I)を満たしていない単位多層膜10p,20pに対しては、下記式(III)が満たされることができる。   Further, for example, among the plurality of unit multilayer films 10p in the lower mirror 10, there are two or more types of unit multilayer films 10p, and they may have different values. Further, for example, the average refractive index may be different from each other for two or more types of unit multilayer films 10p having different thicknesses among the plurality of unit multilayer films 10p in the lower mirror 10. Similarly, for example, among the plurality of unit multilayer films 20p in the upper mirror 20, there are two or more types of unit multilayer films 20p, and the values of the thickness and the average refractive index are different from each other. You can also. The above-described formula (I) only needs to be satisfied for at least one of the plurality of types of unit multilayer films 10p and 20p in the lower mirror 10 and the upper mirror 20. For example, the following formula (III) can be satisfied for the unit multilayer films 10p and 20p that do not satisfy the above-described formula (I).

= λ/2n …(III)
また、例えば図2に示すように、下部ミラー10の単位多層膜10pが低屈折率層10Lと高屈折率層10Hからなり、上部ミラー20の単位多層膜20pが低屈折率層20Lと高屈折率層20Hからなる場合には、上述した式(I)は、下記式(IV)に書き換えられることができる。
x D = λ D / 2n D ... (III)
For example, as shown in FIG. 2, the unit multilayer film 10p of the lower mirror 10 includes a low refractive index layer 10L and a high refractive index layer 10H, and the unit multilayer film 20p of the upper mirror 20 has a low refractive index layer 20L and a high refractive index. In the case of the rate layer 20H, the above-described formula (I) can be rewritten into the following formula (IV).

+x < λ/4n+λ/4n …(IV)
但し、
は、前記低屈折率層の厚さであり、
は、前記高屈折率層の厚さであり、
は、前記低屈折率層の屈折率であり、
は、前記高屈折率層の屈折率である。
x H + x L <λ D / 4n L + λ D / 4n H ... (IV)
However,
x H is the thickness of the low refractive index layer;
x L is the thickness of the high refractive index layer;
n L is the refractive index of the low refractive index layer;
n H is the refractive index of the high refractive index layer.

また、上述した下部ミラー10における単位多層膜10pの積層数、及び、上部ミラー20における単位多層膜20pの積層数を適宜調整することにより、面発光レーザ100のしきい値を調整することができる。   Further, the threshold value of the surface emitting laser 100 can be adjusted by appropriately adjusting the number of unit multilayer films 10p in the lower mirror 10 and the number of unit multilayer films 20p in the upper mirror 20 described above. .

なお、本実施形態に係る面発光レーザ100では、上記式(I)及び(II)に替えて、下記式(V)及び(V I)を満たすことも可能である。   In the surface emitting laser 100 according to the present embodiment, the following formulas (V) and (V I) can be satisfied instead of the above formulas (I) and (II).

≧ λ/2n ・・・(V)
≦ mλ/2n ・・・(VI)
下部ミラー10、活性層103、及び上部ミラー20は、垂直共振器を構成することができる。下部ミラー10、活性層103、及び上部ミラー20を構成する各層の組成及び層数は、必要に応じて適宜調整されることができる。なお、xの上限値、及び、xの下限値も、λが多層膜ミラー(下部ミラー10及び上部ミラー20)の反射帯域に入るか否かで決定されることができる。p型の上部ミラー20、不純物がドーピングされていない活性層103、及びn型の下部ミラー10により、pinダイオードが構成される。上部ミラー20、活性層103、及び下部ミラー10の一部は、柱状の半導体堆積体(以下「柱状部」という)30を構成することができる。柱状部30の平面形状は、例えば円形などである。
x D ≧ λ / 2n D (V)
x A ≦ mλ / 2n A (VI)
The lower mirror 10, the active layer 103, and the upper mirror 20 can constitute a vertical resonator. The composition and the number of layers constituting the lower mirror 10, the active layer 103, and the upper mirror 20 can be appropriately adjusted as necessary. The upper limit of x D, and the lower limit value of x A also, lambda D can be determined by whether or not to enter the reflection band of the multilayer mirror (lower mirror 10 and the upper mirror 20). The p-type upper mirror 20, the active layer 103 not doped with impurities, and the n-type lower mirror 10 constitute a pin diode. A part of the upper mirror 20, the active layer 103, and the lower mirror 10 can constitute a columnar semiconductor deposited body (hereinafter referred to as “columnar portion”) 30. The planar shape of the columnar portion 30 is, for example, a circle.

また、図1に示すように、例えば、上部ミラー20を構成する層のうちの少なくとも1層またはその一部を電流狭窄層105とすることができる。電流狭窄層105は、例えば活性層103に近い領域に形成されている。電流狭窄層105としては、例えば、AlGaAs層を酸化したものや、プロトンを打ち込んだものなどを用いることができる。電流狭窄層105は、開口部を有する絶縁層である。電流狭窄層105はリング状に形成されていることができる。   In addition, as shown in FIG. 1, for example, at least one of the layers constituting the upper mirror 20 or a part thereof can be used as the current confinement layer 105. The current confinement layer 105 is formed in a region close to the active layer 103, for example. As the current confinement layer 105, for example, an oxidized AlGaAs layer or a proton implanted layer can be used. The current confinement layer 105 is an insulating layer having an opening. The current confinement layer 105 can be formed in a ring shape.

基板101の裏面(下部ミラー10側とは逆側の面)には、第1電極107が形成されている。第1電極107は、基板101を介して、下部ミラー10と電気的に接続されている。第1電極107は、例えば、下部ミラー10の上面側(柱状部の周辺)に形成されることもできる。   A first electrode 107 is formed on the back surface of the substrate 101 (the surface opposite to the lower mirror 10 side). The first electrode 107 is electrically connected to the lower mirror 10 through the substrate 101. For example, the first electrode 107 can be formed on the upper surface side of the lower mirror 10 (around the columnar portion).

上部ミラー20及び絶縁層110の上には、第2電極109が形成されている。第2電極109は、上部ミラー20と電気的に接続されている。第2電極109は、柱状部30上に開口部を有する。該開口部によって、上部ミラー20の上面上に第2電極109の設けられていない領域が形成される。この領域が、レーザ光の出射面108である。出射面108の平面形状は、例えば円形などである。   A second electrode 109 is formed on the upper mirror 20 and the insulating layer 110. The second electrode 109 is electrically connected to the upper mirror 20. The second electrode 109 has an opening on the columnar part 30. Due to the opening, a region where the second electrode 109 is not provided is formed on the upper surface of the upper mirror 20. This region is the laser light emission surface 108. The planar shape of the emission surface 108 is, for example, a circle.

絶縁層110は、下部ミラー10の上に形成されている。絶縁層110は、柱状部30を取り囲むように形成されている。絶縁層110は、第2電極109と下部ミラー10を電気的に分離させることができる。   The insulating layer 110 is formed on the lower mirror 10. The insulating layer 110 is formed so as to surround the columnar portion 30. The insulating layer 110 can electrically separate the second electrode 109 and the lower mirror 10.

2. 次に、本実施形態に係る面発光レーザ100の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。   2. Next, an example of a method for manufacturing the surface emitting laser 100 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図4、図5、図13、及び図14は、図1に示す本実施形態の面発光レーザ100の一製造工程を概略的に示す断面図である。   4, 5, 13, and 14 are cross-sectional views schematically showing a manufacturing process of the surface emitting laser 100 of the present embodiment shown in FIG. 1.

(1)まず、図4に示すように、第1基板201の上に下部ミラー10と同じ層構成を有する第1半導体層210を成膜時間t10で成膜する。第1基板201としては、上述した基板(第2基板)101と同じ材質の基板を用いる。第1基板201としては、例えばn型GaAs基板などを用いることができる。第1半導体層210の例示としては、上述した下部ミラー10の例示と同じものとなる。第1半導体層210の成膜は、例えば、MOCVD法、MBE法などを用いて、組成を変調させながら行われる。 (1) First, as shown in FIG. 4, a first semiconductor layer 210 having the same layer configuration as that of the lower mirror 10 is formed on the first substrate 201 at a film formation time t 10 . As the first substrate 201, a substrate made of the same material as the substrate (second substrate) 101 described above is used. As the first substrate 201, for example, an n-type GaAs substrate can be used. An example of the first semiconductor layer 210 is the same as that of the lower mirror 10 described above. The first semiconductor layer 210 is formed while the composition is modulated using, for example, the MOCVD method, the MBE method, or the like.

(2)次に、図4に示すように、第1半導体層210の上に活性層103と同じ層構成を有する第2半導体層203を成膜時間t20で成膜する。例えば、MQW構造304と同じ層構成を有する層を成膜時間tM0で成膜し、下部及び上部コンファインメント層302,306と同じ層構成を有する層を成膜時間tC0(2つの層の合計時間)で成膜することができる。第2半導体層203の例示としては、上述した活性層103の例示と同じものとなる。第2半導体層203の成膜は、例えば、MOCVD法、MBE法などを用いて、組成を変調させながら行われる。 (2) Next, as shown in FIG. 4, forming the second semiconductor layer 203 having the same layer structure as the active layer 103 on the first semiconductor layer 210 by deposition time t 20. For example, a layer having the same layer configuration as that of the MQW structure 304 is formed at the deposition time t M0 , and a layer having the same layer configuration as the lower and upper confinement layers 302 and 306 is formed by the deposition time t C0 (two layers (Total time). An example of the second semiconductor layer 203 is the same as that of the active layer 103 described above. The formation of the second semiconductor layer 203 is performed while the composition is modulated using, for example, the MOCVD method, the MBE method, or the like.

(3)次に、図4に示すように、第2半導体層203の上に上部ミラー20と同じ層構成を有する第3半導体層220を成膜時間t30で成膜する。第3半導体層220の例示としては、上述した上部ミラー20の例示と同じものとなる。第3半導体層220の成膜は、例えば、MOCVD法、MBE法などを用いて、組成を変調させながら行われる。なお、第3半導体層220を成膜する際に、第2半導体層203近傍のミラーの少なくとも1層またはその一部を、後述する電流狭窄層105となる層と同じ層構成を有する層とすることができる。 (3) Next, as shown in FIG. 4, a third semiconductor layer 220 having the same layer configuration as the upper mirror 20 is formed on the second semiconductor layer 203 at a film formation time t 30 . An example of the third semiconductor layer 220 is the same as that of the upper mirror 20 described above. The third semiconductor layer 220 is formed while the composition is modulated using, for example, the MOCVD method, the MBE method, or the like. When the third semiconductor layer 220 is formed, at least one layer or a part of the mirror in the vicinity of the second semiconductor layer 203 is a layer having the same layer configuration as a layer to be a current confinement layer 105 described later. be able to.

(4)以上の工程により、図4に示すように、下部ミラー10、活性層103、及び上部ミラー20のそれぞれと同じ層構成を有する第1半導体層210、第2半導体層203、及び第3半導体層220を順に積層した第1半導体多層膜250が形成される。   (4) Through the above steps, as shown in FIG. 4, the first semiconductor layer 210, the second semiconductor layer 203, and the third semiconductor layer having the same layer configuration as the lower mirror 10, the active layer 103, and the upper mirror 20, respectively. A first semiconductor multilayer film 250 in which the semiconductor layers 220 are sequentially stacked is formed.

(5)次に、図5に示すように、第1半導体層210、第2半導体層203、及び第3半導体層220を有する第1半導体多層膜(第1光共振器ともいう)250に対して反射率検査を行う。反射率検査は、例えば、図5に示すように、白色光を発する光源310から回折格子(図示せず)とハーフミラー314を介して光311を第1半導体多層膜250の表面側から垂直に照射し、反射された光313を、ハーフミラー314を介してCCD(Charge Coupled Device)等の受光素子312に入射させることにより行われる。   (5) Next, as shown in FIG. 5, with respect to a first semiconductor multilayer film (also referred to as a first optical resonator) 250 having a first semiconductor layer 210, a second semiconductor layer 203, and a third semiconductor layer 220. To perform reflectivity inspection. In the reflectance inspection, for example, as shown in FIG. 5, light 311 is vertically emitted from a light source 310 that emits white light through a diffraction grating (not shown) and a half mirror 314 from the surface side of the first semiconductor multilayer film 250. The irradiation and reflected light 313 is made incident on a light receiving element 312 such as a CCD (Charge Coupled Device) through a half mirror 314.

図6は、本工程で得られる反射率プロファイルP0の一例を概略的に示す図である。本実施形態では、例えば、反射率が最大値の半分となるときの波長間の領域をDBRミラーの反射帯域とすることができる。本工程では、図6に示すように、第1半導体層210及び第3半導体層220を構成するDBRミラーの反射帯域Wの中心の波長λS0を測定することができる。λS0は、例えば835.0nmである(第1の例)。また、λS0は、例えば830.0nmである(第2の例)。 FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of the reflectance profile P0 obtained in this step. In the present embodiment, for example, a region between wavelengths when the reflectance is half of the maximum value can be set as the reflection band of the DBR mirror. In this step, as shown in FIG. 6, the wavelength λ S0 at the center of the reflection band W 0 of the DBR mirrors constituting the first semiconductor layer 210 and the third semiconductor layer 220 can be measured. λ S0 is, for example, 835.0 nm (first example). Further, λ S0 is, for example, 830.0 nm (second example).

また、本工程で得られる反射率プロファイルP0では、図6に示すように、窪み(dip)が観測される。このdipの最下点における波長は、第1〜第3半導体層210,203,220を有する第1光共振器250の共振波長λD0である。即ち、本工程では、第1光共振器250の共振波長λD0を測定することができる。λD0は、例えば846.0nmである(第1の例)。また、λD0は、例えば849.0nmである(第2の例)。 Further, in the reflectance profile P0 obtained in this step, a dip is observed as shown in FIG. The wavelength at the lowest point of this dip is the resonance wavelength λ D0 of the first optical resonator 250 having the first to third semiconductor layers 210, 203, and 220. That is, in this step, the resonance wavelength λ D0 of the first optical resonator 250 can be measured. λ D0 is, for example, 846.0 nm (first example). Further, λ D0 is, for example, 849.0 nm (second example).

(6)次に、第1算出工程を行う。第1算出工程では、後述する下部ミラー10の成膜工程における下部ミラー成膜時間t11を下記式(1)から算出する。 (6) Next, the first calculation step is performed. In the first calculation step calculates a lower mirror deposition time t 11 in the step of forming the lower mirror 10 to be described later from the following equation (1).

11=t10×(λ/λS0) …(1)
なお、λは、下部ミラー10及び上部ミラー20の所望の反射帯域Wの中心波長(設計値)である。λは、第1及び第2の例では、例えば829.36nmである。
t 11 = t 10 × (λ S / λ S0 ) (1)
Incidentally, lambda S is the desired center wavelength of the reflection band W S of the lower mirror 10 and the upper mirror 20 (design value). λ S is, for example, 829.36 nm in the first and second examples.

同様に、後述する上部ミラー20の成膜工程における上部ミラー成膜時間t31を下記式(2)から算出する。 Similarly, to calculate the upper mirror forming time t 31 in the step of forming the upper mirror 20 described below from the following equation (2).

31=t30×(λ/λS0) …(2)
また、後述する活性層103の成膜工程における活性層成膜時間t22を算出するための第1計算値t21及び第2計算値λを下記式(3)及び式(4)から算出する。
t 31 = t 30 × (λ S / λ S0 ) (2)
Further, a first calculation value t 21 and a second calculation value λ 1 for calculating an active layer deposition time t 22 in the film formation step of the active layer 103 described later are calculated from the following formulas (3) and (4). To do.

21=t20×(λ/λS0) …(3)
λ=λD0×(λ/λS0) …(4)
例えば、第1の例では、λは、式(4)により、846.0×(829.36/835.0)=840.3nmと算出される。また、第2の例では、λは、849.0×(829.36/830.0)=848.3nmと算出される。
t 21 = t 20 × (λ S / λ S0 ) (3)
λ 1 = λ D0 × (λ S / λ S0 ) (4)
For example, in the first example, λ 1 is calculated as 846.0 × (829.36 / 835.0) = 840.3 nm by the equation (4). In the second example, λ 1 is calculated as 849.0 × (829.36 / 830.0) = 848.3 nm.

第1算出工程では、第1〜第3半導体層210,203,220(下部ミラー10、活性層103、上部ミラー20に対応)のそれぞれの厚さが、同じ比率(s=λ/λS0)で変動するように計算を行っている。各層の厚さと成膜時間、並びに、各層の厚さと共振波長及び反射波長帯域は、それぞれ比例関係にあることを利用している。図7は、本工程の計算を説明するための仮想的な反射率プロファイルP1を示す図である。図7に示すように、本工程の計算により、上述した反射率プロファイルP0は、例えば矢印A1の方向にシフトして、反射率プロファイルP1となる。計算後の反射率プロファイルP1の反射帯域Wの中心波長λS1は、下記式(a)からも分かるように、下部ミラー10及び上部ミラー20の所望の反射帯域Wの中心波長λと同じになる。 In the first calculation step, the thicknesses of the first to third semiconductor layers 210, 203, and 220 (corresponding to the lower mirror 10, the active layer 103, and the upper mirror 20) have the same ratio (s = λ S / λ S0). ) To make fluctuations. It utilizes the fact that the thickness of each layer and the deposition time, and the thickness of each layer, the resonance wavelength, and the reflection wavelength band are in a proportional relationship. FIG. 7 is a diagram showing a virtual reflectance profile P1 for explaining the calculation in this step. As shown in FIG. 7, the reflectance profile P0 described above is shifted to, for example, the direction of the arrow A1 to become the reflectance profile P1 by the calculation in this step. Central wavelength lambda S1 of the reflection band W S of the reflectivity profile P1 after calculation, as can be seen from the following formula (a), the center wavelength lambda S of the desired reflection band W S of the lower mirror 10 and the upper mirror 20 Be the same.

λS1=λS0×s=λS0×(λ/λS0)=λ …(a)
また、本工程では、第2半導体層203(活性層103に対応)の一部(例えばコンファインメント層302,306に対応)のみの厚さが変動するように計算を行うこともできる。この場合でも、本工程後の第2半導体層203の全体の厚さが上述した場合と同じになるように計算を行えば、MQW構造304に対応する層が薄いため、光路長はほとんど変化しない。即ち、例えば、第2半導体層203の一部として、コンファインメント層302,306に対応する層を用いる場合には、下記式(b)を満たせば良い。
λ S1 = λ S0 × s = λ S0 × (λ S / λ S0 ) = λ S (a)
In this step, the calculation can also be performed so that the thickness of only a part of the second semiconductor layer 203 (corresponding to the active layer 103) (for example, corresponding to the confinement layers 302 and 306) varies. Even in this case, if the calculation is performed so that the total thickness of the second semiconductor layer 203 after this step is the same as that described above, the optical path length hardly changes because the layer corresponding to the MQW structure 304 is thin. . That is, for example, when a layer corresponding to the confinement layers 302 and 306 is used as a part of the second semiconductor layer 203, the following formula (b) may be satisfied.

(x+x)×s=x+xC’ …(b)
但し、xは、本工程後のMQW構造304に対応する層の厚さであり、s倍することで、活性層103に対応する層の全部の厚さを変動させた場合における第1算出工程後のMQW構造304に対応する層の厚さとなる。xは、本工程後のコンファインメント層302,306に対応する層の厚さであり、s倍することで、活性層103に対応する層の全部の厚さを変動させた場合における第1算出工程後のコンファインメント層302,306に対応する層の厚さとなる。xC’は、コンファインメント層302,306に対応する層のみの厚さを変動させた場合における第1算出工程後のコンファインメント層302,306に対応する層の厚さである。
(X M + x C ) × s = x M + x C ′ (b)
However, x M is the thickness of the layer corresponding to the MQW structure 304 after this step, by multiplying s, first calculation in a case of varying the entire thickness of the layer corresponding to the active layer 103 This is the thickness of the layer corresponding to the MQW structure 304 after the process. x C is the thickness of the layer corresponding to the confinement layers 302 and 306 after this step, and is the first in the case where the total thickness of the layer corresponding to the active layer 103 is changed by multiplying by s. It becomes the thickness of the layer corresponding to the confinement layers 302 and 306 after the calculation step. xC is the thickness of the layer corresponding to the confinement layers 302 and 306 after the first calculation step when only the thickness of the layer corresponding to the confinement layers 302 and 306 is changed.

従って、活性層103に対応する層の全部の厚さを変動させた場合における第1計算値t21は、単純にs×(tC0+tM0)となるが、コンファインメント層302,306に対応する層のみの厚さを変動させた場合における第1計算値t21は、上記式(b)から、下記式(c)で表される。 Therefore, the first calculated value t 21 when the entire thickness of the layer corresponding to the active layer 103 is varied is simply s × (t C0 + t M0 ), but corresponds to the confinement layers 302 and 306. The first calculated value t 21 when the thickness of only the layer to be changed is expressed by the following formula (c) from the above formula (b).

21=tC0×{x×s+(s−1)×x}/x+tM0 …(c)
(7)次に、下部ミラー10及び上部ミラー20を所望の厚さに固定して、活性層103の一部または全部の厚さxと、下部ミラー10、活性層103、及び上部ミラー20を有する第2光共振器150の共振波長λとの関係を計算する工程を行う。本計算工程は、例えば時間領域差分(FDTD)法を用いて行われる。
t 21 = t C0 × {x C × s + (s-1) × x M} / x C + t M0 ... (c)
(7) Next, the lower mirror 10 and the upper mirror 20 are fixed to a desired thickness, and a part or all of the thickness x of the active layer 103 and the lower mirror 10, the active layer 103, and the upper mirror 20 are The step of calculating the relationship with the resonance wavelength λ of the second optical resonator 150 is performed. This calculation step is performed using, for example, a time domain difference (FDTD) method.

図8は、1次元のFDTD法を用いて、本実施形態の面発光レーザ100について光学シミュレーションを行い、活性層103の一部であるコンファインメント層302,306の厚さxと、共振波長λとの関係を計算した結果である。図9は、同様に、1次元のFDTD法を用いて、活性層103の全部の厚さxと、共振波長λとの関係を計算した結果である。本シミュレーションでは、4つの条件1〜4の面発光レーザに対して行った。数値計算を適用したサンプルの構造は、以下の通りである。   FIG. 8 shows an optical simulation of the surface emitting laser 100 of the present embodiment using a one-dimensional FDTD method. The thickness x of the confinement layers 302 and 306 that are part of the active layer 103 and the resonance wavelength λ It is the result of calculating the relationship. Similarly, FIG. 9 shows the result of calculating the relationship between the total thickness x of the active layer 103 and the resonance wavelength λ using the one-dimensional FDTD method. In this simulation, the surface emitting lasers under four conditions 1 to 4 were used. The structure of the sample to which numerical calculation is applied is as follows.

基板101:n型GaAs基板(屈折率3.62)
下部ミラー10の単位多層膜10p:n型Al0.9Ga0.1As層(屈折率3.049)とn型Al0.12Ga0.88As層(屈折率3.544)からなる2層構造
下部ミラー10の単位多層膜10pの平均屈折率n:2n/(n+n)=3.278
活性層103:GaAs層(屈折率3.6201)とAl0.2Ga0.8As層(屈折率3.4297)とからなる量子井戸構造を3層重ねたMQW構造304を、AlGaAsからなるコンファインメント層(グレーデッドインデックス層)302,306で挟み込むGRIN−SCH構造
活性層103の平均屈折率n:3.3838
上部ミラー20の単位多層膜20p:p型Al0.9Ga0.1As層(屈折率3.049)とp型Al0.12Ga0.88As層(屈折率3.544)からなる2層構造
上部ミラー20の単位多層膜20pの平均屈折率n:2n/(n+n)=3.278
面発光レーザ100の外部空間40:空気(屈折率1.00)
後に電流狭窄層105となるAl0.98Ga0.02As層の屈折率:2.998
後に電流狭窄層となるAl0.98Ga0.02As層の厚さ:12nm
共振波長(設計値)λ:850nm
条件1のサンプルの活性層103の厚さxと単位多層膜10p、20pの厚さxの比x/xは、設計値通りの共振波長のときに2n/nに等しく、x=λ/4n+λ/4n=λ/2n(=129.66nm)、及び、x=mλ/2n(=253.77nm)である。他の条件のサンプルのx/xは、設計値通りの共振波長のときに、条件2では、2n/n(=r=1.96)の1.05倍、条件3では、1.10倍、条件4では、1.15倍となる。
Substrate 101: n-type GaAs substrate (refractive index 3.62)
The unit multilayer film 10p of the lower mirror 10 comprises an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer (refractive index 3.049) and an n-type Al 0.12 Ga 0.88 As layer (refractive index 3.544). Two-layer structure Average refractive index n D of unit multilayer film 10p of lower mirror 10: 2n H n L / (n H + n L ) = 3.278
Active layer 103: MQW structure 304 in which three quantum well structures composed of a GaAs layer (refractive index 3.6201) and an Al 0.2 Ga 0.8 As layer (refractive index 3.4297) are stacked are made of AlGaAs. GRIN-SCH structure sandwiched between the confinement layers (graded index layers) 302, 306 Average refractive index n A of the active layer 103: 3.3838
The unit multilayer film 20p of the upper mirror 20 is composed of a p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer (refractive index 3.049) and a p-type Al 0.12 Ga 0.88 As layer (refractive index 3.544). Two-layer structure Average refractive index n D of unit multilayer film 20p of upper mirror 20: 2n H n L / (n H + n L ) = 3.278
External space 40 of surface emitting laser 100: air (refractive index 1.00)
Refractive index of the Al 0.98 Ga 0.02 As layer that will later become the current confinement layer 105: 2.998
The thickness of the Al 0.98 Ga 0.02 As layer that will later become the current confinement layer: 12 nm
Resonance wavelength (design value) λ D : 850 nm
The ratio x A / x D between the thickness x A of the active layer 103 and the thickness x D of the unit multilayer films 10p and 20p is equal to 2n D / n A at the resonance wavelength as designed. X D = λ / 4n H + λ / 4n L = λ / 2n D (= 129.66 nm) and x A = mλ / 2n A (= 253.77 nm). The x A / x D of the sample under the other conditions is 1.05 times 2n D / n A (= r 0 = 1.96) under the condition 2 at the resonance wavelength as designed, and under the condition 3 1.10 times, and under condition 4, 1.15 times.

各サンプル(条件1〜4)における、設計値どおりの共振波長を実現する単位多層膜10p,20pの全体の厚さx、該xの内訳(即ち、高屈折率層10H,20Hの厚さxDH及び低屈折率層10L,20Lの厚さxDL)、活性層103の厚さx、上部コンファインメント層306の厚さxCP、下部コンファインメント層302の厚さxCN、並びに、xのxに対する比x/xを表1に示す。なお、AlGaAsの格子周期を上回る有効桁となっているが、あくまで計算上用いた値であり、現実に即した値のものを用いれば特に問題はない。また、上部コンファインメント層306の厚さと下部コンファインメント層302の厚さとは、光路長が同じになるように設計されている。また、各サンプル(条件1〜4)における反射帯域の中心波長λ、下部ミラー10のペア数、及び上部ミラー20のペア数を表2に示す。なお、条件2〜4のサンプルにおける厚さx及びxは、上述した下記式(I)及び(II)を満たしている。 In each sample (conditions 1 to 4), the total thickness x D of the unit multilayer films 10p and 20p that realize the resonance wavelength as designed, and the breakdown of the x D (that is, the thickness of the high refractive index layers 10H and 20H) Thickness x DH and the thickness x DL of the low refractive index layers 10L and 20L), the thickness x A of the active layer 103, the thickness x CP of the upper confinement layer 306, the thickness x CN of the lower confinement layer 302, and , X A to x D ratio x A / x D is shown in Table 1. Although it is an effective digit exceeding the lattice period of AlGaAs, it is a value used for calculation to the last, and there is no particular problem if a value according to reality is used. Further, the thickness of the upper confinement layer 306 and the thickness of the lower confinement layer 302 are designed to have the same optical path length. Table 2 shows the center wavelength λ S of the reflection band, the number of pairs of the lower mirror 10, and the number of pairs of the upper mirror 20 in each sample (conditions 1 to 4). The thickness x D and x A in a sample condition 2-4 satisfies the above-mentioned formula (I) and (II).

< λ/2n …(I)
> mλ/2n …(II)
但し、本数値計算例では、m=2である。
x D <λ D / 2n D ... (I)
x A> mλ D / 2n A ... (II)
However, in this numerical calculation example, m = 2.

Figure 2009152296
Figure 2009152296

Figure 2009152296
次に、表1の設計値から膜厚がずれた場合を想定して、活性層103全体の膜厚を変化させながら共振波長の計算を行い、活性層103の総厚さxと共振波長λとの関係(図8)を得る。図8から、上述した第2計算値λにおける活性層103の総厚さxλ1、及び、第2光共振器150の所望の共振波長λにおける活性層103の総厚さxλDを求めることができる。図8に示す関係から、第1の例(条件4に相当)では、xλ1は、例えば264.83nmであり、xλDは、例えば282.70nmであることが分かる。なお、図8における条件1〜4の近似曲線は、下記式でそれぞれ表される。
Figure 2009152296
Next, assuming a case where the film thickness deviates from the design value in Table 1, the resonance wavelength is calculated while changing the film thickness of the entire active layer 103, and the total thickness x of the active layer 103 and the resonance wavelength λ are calculated. (FIG. 8). From FIG. 8, the total thickness x λ1 of the active layer 103 at the second calculated value λ 1 and the total thickness x λD of the active layer 103 at the desired resonance wavelength λ D of the second optical resonator 150 are obtained. be able to. From the relationship shown in FIG. 8, it can be seen that in the first example (corresponding to condition 4), x λ1 is 264.83 nm, for example, and x λD is 282.70 nm, for example. In addition, the approximate curve of the conditions 1-4 in FIG. 8 is each represented by a following formula.

条件1:y=−5.6826x+3.7572x+0.2653
条件2:y=−5.7723x+3.7572x+0.2612
条件3:y=−5.8206x+3.7572x+0.2590
条件4:y=−5.8692x+3.7572x+0.2569
また、活性層103の総厚さxと共振波長λとの関係から、活性層103の総厚さxに対する第2光共振器150の共振波長λの変化率fを求めることができる。変化率fは、共振波長λが例えばλからλまでの範囲の一部または全部において求められることができる。
Condition 1: y = −5.6826x 2 + 3.7572x + 0.2653
Condition 2: y = −5.7723x 2 + 3.7572x + 0.2612
Condition 3: y = −5.8206x 2 + 3.7572x + 0.2590
Condition 4: y = −5.8692 × 2 + 3.7572x + 0.2569
Further, from the relationship between the total thickness x of the active layer 103 and the resonance wavelength λ, the rate of change f of the resonance wavelength λ of the second optical resonator 150 with respect to the total thickness x of the active layer 103 can be obtained. The rate of change f can be obtained in part or all of the range where the resonance wavelength λ ranges from λ 1 to λ D, for example.

変化率fは、例えば下記式(6)で表されることができる。   The change rate f can be expressed by, for example, the following formula (6).

f=(λ−λ)/(xλD−xλ1) …(6)
なお、λは、第2光共振器150の所望の共振波長、即ち、本実施形態の面発光レーザ100の所望の共振波長(設計値)である。本シミュレーションでは、λ=850nmである。第2光共振器150の所望の共振波長(λ)は、下部ミラー10及び上部ミラー20の所望の反射帯域の中心波長(λ)とは異なっていても良く、同じであっても良い。
f = (λ D −λ 1 ) / (x λD −x λ1 ) (6)
Λ D is a desired resonance wavelength of the second optical resonator 150, that is, a desired resonance wavelength (design value) of the surface emitting laser 100 of the present embodiment. In this simulation, λ D = 850 nm. The desired resonance wavelength (λ D ) of the second optical resonator 150 may be different from or the same as the center wavelength (λ S ) of the desired reflection band of the lower mirror 10 and the upper mirror 20. .

また、変化率fは、例えば下記式(7)で表されることもできる。   Moreover, the change rate f can also be represented by the following formula (7), for example.

Figure 2009152296
また、図8を得るのと同様にコンファインメント層302,306の膜厚を変化させながら共振波長の計算を行う、または図8の活性層103全体の膜厚に上記関係式(b)を適用することで、コンファインメント層302,306の厚さxと共振波長λとの関係(図9)を導出することもできる。図9から、第2計算値λにおけるコンファインメント層302,306の厚さxλ1、及び、第2光共振器150の所望の共振波長λにおけるコンファインメント層302,306の厚さxλDを求めることができる。図9に示す関係から、第1の例では、xλ1は、例えば182.73nmであり、xλDは、例えば200.60nmであることが分かる。また、コンファインメント層302,306の厚さxと共振波長λとの関係から、コンファインメント層302,306の厚さxに対する第2光共振器150の共振波長λの変化率fを求めることができる。変化率fは、例えば、上記式(6)、式(7)などで表されることができる。
Figure 2009152296
In addition, the resonance wavelength is calculated while changing the film thickness of the confinement layers 302 and 306 as in the case of obtaining FIG. 8, or the relational expression (b) is applied to the film thickness of the entire active layer 103 in FIG. By doing so, the relationship (FIG. 9) between the thickness x of the confinement layers 302 and 306 and the resonance wavelength λ can also be derived. From FIG. 9, the thickness x λ1 of the confinement layers 302 and 306 at the second calculated value λ 1 and the thickness x λD of the confinement layers 302 and 306 at the desired resonance wavelength λ D of the second optical resonator 150 are obtained. Can be requested. From the relationship shown in FIG. 9, in the first example, it can be seen that x λ1 is 182.73 nm, for example, and x λD is 200.60 nm, for example. Further, the change rate f of the resonance wavelength λ of the second optical resonator 150 with respect to the thickness x of the confinement layers 302 and 306 can be obtained from the relationship between the thickness x of the confinement layers 302 and 306 and the resonance wavelength λ. it can. The change rate f can be expressed by, for example, the above formula (6), formula (7), and the like.

なお、図10及び図11は、λを780nmに変えて行ったシミュレーションの結果であり、それぞれ図8及び図9に対応している。 Note that FIG. 10 and FIG. 11 is the result of simulation performed by changing the lambda D to 780 nm, respectively correspond to FIGS. 8 and 9.

(8)次に、後述する活性層103の成膜工程における活性層成膜時間t22を下記式(5)または(5−2)から算出する(第2算出工程)。 (8) Next, to calculate the active layer deposition time t 22 in the step of forming the active layer 103 to be described later from the following formula (5) or (5-2) (second calculation step).

22=t21×(xλD/xλ1) …(5) t 22 = t 21 × (x λD / x λ1 ) (5)

Figure 2009152296
なお、上記式(5)において、xλDの代わりにxを用いることができる。xは、本算出工程後の第2半導体層203(活性層103に対応)の一部または全部の最終的な厚さを表している。xを用いる場合、t22及びt21において、t20と膜厚及び時間を変更しない部分、例えばMQW部分についてはt20に含まれるtM0などと同じ値を用い、膜厚及び時間を変更する部分、例えばコンファインメント層部分についてのみ式(5)を適用する。具体的には、コンファインメント層302,306部分のみを変更する場合は、上記関係式(c)において、コンファインメント層に相当する部分tC0×{x×s+(s−1)×x}/xのみをt21として扱って(x/xλ1)倍し、変更しない部分tM0はそのままの時間を用い、
22=tC0×{x×s+(s−1)×x}/x×(x/xλ1)+tM0
とする。活性層103全体の膜厚を変更する場合は、
22=s×(tC0+tM0)×(x/xλ1
である。
Figure 2009152296
In the above formula (5), it can be used x F instead of x .lambda.D. x F represents the final thickness of some or all of the second semiconductor layer 203 after the calculation step (corresponding to the active layer 103). When using a x F, at t 22 and t 21, using the same value as such t M0 contained in t 20 is the portion that does not change the t 20 and the film thickness and the time, for example MQW portion, changing the film thickness and the time Formula (5) is applied only to the part to be performed, for example, the confinement layer part. Specifically, when only the portions of the confinement layers 302 and 306 are changed, a portion t C0 × {x C × s + (s−1) × x M corresponding to the confinement layer in the relational expression (c). } / X C is treated as t 21 and multiplied by (x F / x λ1 ), and the unmodified portion t M0 uses the same time,
t 22 = t C0 × {x C × s + (s−1) × x M } / x C × (x F / x λ1 ) + t M0
And When changing the film thickness of the entire active layer 103,
t 22 = s × (t C0 + t M0 ) × (x F / x λ1 )
It is.

また、例えば、第2の例のように、λとλが近い値である場合(第2の例では、λ=848.3nm、λ=850.0nm)には、変化率fとして、上記式(7)で表されるものを用いることができる。第2の例の場合には、上記式(7)で表されるように、変化率fは、λとλの平均値である849.15nmにおける微分値となる。この場合の具体的な変化率fの値を表3及び表4に示す。 For example, when λ 1 and λ D are close to each other as in the second example (in the second example, λ 1 = 848.3 nm, λ D = 850.0 nm), the rate of change f As the above, one represented by the above formula (7) can be used. In the case of the second example, the change rate f is a differential value at 849.15 nm, which is an average value of λ 1 and λ D , as represented by the above formula (7). Tables 3 and 4 show specific values of the change rate f in this case.

Figure 2009152296
Figure 2009152296

Figure 2009152296
なお、表3は、上述した第1算出工程において、第1計算値t21を第2半導体層203(活性層103に対応)の全部の厚さが変動するようにして求めた場合を示している。また、表4は、上述した第1算出工程において、第1計算値t21を第2半導体層203(活性層103に対応)の一部(コンファインメント層302,306に対応)のみの厚さが変動するようにして求めた場合を示している。また、表3及び表4には、それぞれの場合におけるλ、xλ1、及びxの値も併せて示してある。表3及び表4に示すように、活性層103またはコンファインメント層302,306の厚さxに対する、波長λの変化率fは、0.46より大きく、0.92より小さな値となっている。即ち、面発光レーザ100が、上述した下記式(I)及び(II)を満たすような構造である場合、例えば条件2〜4の場合は、条件1と比較して変化率fの値が小さい。従って、波長ずれ量が同程度の場合、より大きな補正が必要となることが分かる。
Figure 2009152296
Incidentally, Table 3, in the first calculating step described above, shows a case in which all of the thickness of the first calculated value t 21 second semiconductor layer 203 (corresponding to the active layer 103) is determined so as to vary Yes. Further, Table 4, in the first calculating step described above, the first calculated value t 21 part of the second semiconductor layer 203 (corresponding to the active layer 103) (corresponding to the confinement layer 302 and 306) only the thickness It shows the case where it is determined so that fluctuates. Tables 3 and 4 also show the values of λ S , x λ1 , and x F in each case. As shown in Tables 3 and 4, the change rate f of the wavelength λ with respect to the thickness x of the active layer 103 or the confinement layers 302 and 306 is larger than 0.46 and smaller than 0.92. . That is, when the surface emitting laser 100 has a structure that satisfies the following formulas (I) and (II) described above, for example, in the case of the conditions 2 to 4, the value of the change rate f is smaller than that of the condition 1. . Therefore, it can be seen that when the amount of wavelength shift is the same, a larger correction is required.

< λ/2n ・・・(I)
> mλ/2n ・・・(II)
具体的には、表3及び表4に示すように、λが856.6nmの場合(条件1)の変化率fは、λが829.4nmの場合(条件4)の変化率fの約2倍になっている。即ち、条件4の場合は条件1と比較して約2倍の成膜時間の補正が必要となる。
x D <λ / 2n D (I)
x A > mλ / 2n A (II)
Specifically, as shown in Tables 3 and 4, the rate of change f when λ S is 856.6 nm (condition 1) is the same as the rate of change f when λ S is 829.4 nm (condition 4). It has doubled. That is, in the case of condition 4, it is necessary to correct the film formation time approximately twice as much as that in condition 1.

図12は、本工程を説明するための仮想的な反射率プロファイルP2を示す図である。図12に示すように、本工程により、上述した反射率プロファイルP1におけるdipのみが、例えば矢印A2の方向にシフトして、反射率プロファイルP2のdipとなる。本工程後の反射率プロファイルP2のdipの最下点における波長λは、面発光レーザ100の所望の共振波長λとなる。 FIG. 12 is a diagram showing a virtual reflectance profile P2 for explaining this process. As shown in FIG. 12, by this step, only the dip in the reflectance profile P1 described above is shifted to the dip of the reflectance profile P2, for example, in the direction of the arrow A2. The wavelength λ 2 at the lowest point of dip of the reflectance profile P 2 after this step is the desired resonance wavelength λ D of the surface emitting laser 100.

(9)次に、図13に示すように、第2基板101の上に、上述した下部ミラー成膜時間t11で下部ミラー10を成膜する。下部ミラー10の成膜は、上述した第1半導体層210の成膜と同様にして行われることができる。 (9) Next, as shown in FIG. 13, the lower mirror 10 is deposited on the second substrate 101 at the lower mirror deposition time t 11 described above. The film formation of the lower mirror 10 can be performed in the same manner as the film formation of the first semiconductor layer 210 described above.

(10)次に、図13に示すように、下部ミラー10の上に、上述した活性層成膜時間t22で活性層103を成膜する。活性層103の成膜は、上述した第2半導体層203の成膜と同様にして行われることができる。 (10) Next, as shown in FIG. 13, the active layer 103 is formed on the lower mirror 10 at the above-described active layer formation time t 22 . The film formation of the active layer 103 can be performed in the same manner as the film formation of the second semiconductor layer 203 described above.

(11)次に、図13に示すように、活性層103の上に、上述した上部ミラー成膜時間t31で上部ミラー20を成膜する。上部ミラー20の成膜は、上述した第3半導体層220の成膜と同様にして行われることができる。なお、上部ミラー20を成膜する際に、活性層103近傍のミラーの少なくとも1層またはその一部を、後に酸化されて電流狭窄層105となる層とすることができる。電流狭窄層105となる層としては、例えば、Al組成が0.95以上のAlGaAs層などを用いることができる。活性層近傍のミラーの1層の一部を電流狭窄層105となる層とする場合に、当該1層の残りの部分として、例えば、Al0.6Ga0.4As層などを用いることができる。 (11) Next, as shown in FIG. 13, the upper mirror 20 is deposited on the active layer 103 at the above-described upper mirror deposition time t 31 . The film formation of the upper mirror 20 can be performed in the same manner as the film formation of the third semiconductor layer 220 described above. When forming the upper mirror 20, at least one of the mirrors in the vicinity of the active layer 103 or a part of the mirror can be formed into a layer that is oxidized later to become the current confinement layer 105. As the layer that becomes the current confinement layer 105, for example, an AlGaAs layer having an Al composition of 0.95 or more can be used. When a part of one layer of the mirror near the active layer is a layer to be the current confinement layer 105, for example, an Al 0.6 Ga 0.4 As layer or the like is used as the remaining part of the one layer. it can.

(12)以上の工程により、図13に示すように、下部ミラー10、活性層103、及び上部ミラー20を構成する半導体層を順に積層した第2半導体多層膜150が形成される。   (12) Through the above steps, the second semiconductor multilayer film 150 in which the lower mirror 10, the active layer 103, and the semiconductor layers constituting the upper mirror 20 are sequentially stacked is formed as shown in FIG.

(13)次に、図14に示すように、第2半導体多層膜150をパターニングし、所望の形状の下部ミラー10、活性層103、及び上部ミラー20を形成することができる。これにより、柱状部30が形成される。第2半導体多層膜150のパターニングは、例えばリソグラフィ技術及びエッチング技術等を用いて行われることができる。   (13) Next, as shown in FIG. 14, the second semiconductor multilayer film 150 can be patterned to form the lower mirror 10, the active layer 103, and the upper mirror 20 having desired shapes. Thereby, the columnar part 30 is formed. The patterning of the second semiconductor multilayer film 150 can be performed using, for example, a lithography technique and an etching technique.

次に、例えば400℃程度の水蒸気雰囲気中に基板101を含む全体を投入することにより、前述の電流狭窄層105となる層を側面から酸化して、電流狭窄層105を形成する。なお、電流狭窄層105をプロトン打ち込みにより形成する場合などは、第2半導体多層膜150をパターニングしないこともできる。   Next, the current confinement layer 105 is formed by oxidizing the layer to be the current confinement layer 105 from the side surface by putting the entire substrate 101 in a water vapor atmosphere at about 400 ° C., for example. When the current confinement layer 105 is formed by proton implantation, the second semiconductor multilayer film 150 may not be patterned.

(14)次に、図1に示すように、下部ミラー10上に、柱状部30を取り囲むように絶縁層110を形成する。まず、例えばスピンコート法等を用いて全面にポリイミド樹脂等からなる絶縁層を形成する。次に、例えば化学的機械的研磨(CMP)等を用いて柱状部30の上面を露出させる。次に、例えばリソグラフィ技術及びエッチング技術等を用いて絶縁層をパターニングする。このようにして所望の形状の絶縁層110を形成することができる。   (14) Next, as shown in FIG. 1, an insulating layer 110 is formed on the lower mirror 10 so as to surround the columnar portion 30. First, an insulating layer made of polyimide resin or the like is formed on the entire surface by using, for example, a spin coating method. Next, the upper surface of the columnar portion 30 is exposed using, for example, chemical mechanical polishing (CMP). Next, the insulating layer is patterned using, for example, a lithography technique and an etching technique. In this manner, the insulating layer 110 having a desired shape can be formed.

(15)次に、図1に示すように、下部ミラー10に電気的に接続される第1電極107及び上部ミラー20に電気的に接続される第2電極109を形成する。これらの電極は、例えば、真空蒸着法及びリフトオフ法の組み合わせ等により、所望の形状に形成されることができる。なお、各電極を形成する順番は、特に限定されない。   (15) Next, as shown in FIG. 1, a first electrode 107 electrically connected to the lower mirror 10 and a second electrode 109 electrically connected to the upper mirror 20 are formed. These electrodes can be formed in a desired shape by, for example, a combination of a vacuum deposition method and a lift-off method. In addition, the order which forms each electrode is not specifically limited.

(16)以上の工程により、図1に示すように、本実施形態の面発光レーザ100が得られる。   (16) Through the above steps, the surface emitting laser 100 of the present embodiment is obtained as shown in FIG.

5. 次に、本実施形態に係る面発光レーザの変形例について説明する。なお、上述した図1に示す面発光レーザ100(以下「面発光レーザ100の例」という)と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。   5). Next, a modification of the surface emitting laser according to this embodiment will be described. Note that differences from the surface-emitting laser 100 shown in FIG. 1 (hereinafter referred to as “example of surface-emitting laser 100”) will be described, and description of similar points will be omitted.

(1)まず、第1の変形例について説明する。   (1) First, a first modification will be described.

図15は、本変形例に係る面発光レーザの一部を概略的に示す断面図である。下部ミラー10の単位多層膜10pは、例えば、低屈折率層10Lと、低屈折率層10Lの下に形成された第1グレーデッドインデックス層(以下「第1GI層」という)12と、第1GI層12の下に形成された高屈折率層10Hと、高屈折率層10Hの下に形成された第2グレーデッドインデックス層(以下「第2GI層」という)14と、からなることができる。第1GI層12としては、例えば、AlGaAs層のAl組成を0.12から0.9まで下方向に連続的に増加させたもの等を用いることができる。また、第2GI層14としては、例えば、AlGaAs層のAl組成を0.9から0.12まで下方向に連続的に減少させたもの等を用いることができる。なお、同様に、上部ミラー20の単位多層膜20pは、例えば、低屈折率層20Lと、低屈折率層20Lの下に形成された第1GI層22と、第1GI層22の下に形成された高屈折率層20Hと、高屈折率層20Hの下に形成された第2GI層24と、からなることができる。   FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a part of a surface emitting laser according to this modification. The unit multilayer film 10p of the lower mirror 10 includes, for example, a low refractive index layer 10L, a first graded index layer (hereinafter referred to as “first GI layer”) 12 formed below the low refractive index layer 10L, and a first GI. The high refractive index layer 10H formed under the layer 12 and the second graded index layer (hereinafter referred to as “second GI layer”) 14 formed under the high refractive index layer 10H. As the first GI layer 12, for example, a layer in which the Al composition of the AlGaAs layer is continuously increased downward from 0.12 to 0.9 can be used. Further, as the second GI layer 14, for example, a layer in which the Al composition of the AlGaAs layer is continuously decreased downward from 0.9 to 0.12 can be used. Similarly, the unit multilayer film 20p of the upper mirror 20 is formed, for example, under the low refractive index layer 20L, the first GI layer 22 formed under the low refractive index layer 20L, and the first GI layer 22. The high refractive index layer 20H and the second GI layer 24 formed under the high refractive index layer 20H.

(2)次に、第2の変形例について説明する。   (2) Next, a second modification will be described.

本変形例では、図示しないが、例えば、エピタキシャルリフトオフ(ELO)法などを用いて、面発光レーザ100の例の基板101を切り離すことができる。即ち、面発光レーザ100は、基板101を有しないことができる。   In this modification, although not shown, the substrate 101 in the example of the surface emitting laser 100 can be separated using, for example, an epitaxial lift-off (ELO) method. That is, the surface emitting laser 100 can have no substrate 101.

(3)なお、上述した変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。   (3) Note that the above-described modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, it is possible to appropriately combine the modified examples.

6. 本実施形態の面発光レーザ100の製造方法によれば、上述したように、下部ミラー成膜時間t11、活性層成膜時間t22、及び上部ミラー成膜時間t31の正確な値を予め算出することができる。即ち、前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長λと、前記第2光共振器の所望の共振波長λとを、二度の試作を繰り返して個別に合わせこむ必要がない。従って、余分な試作を行うことなく、一度の補正で正確に所望の厚さで作製することが可能となり、資源の節約や製造コストの削減に繋がる。 6). According to the method for manufacturing the surface emitting laser 100 of this embodiment, as described above, accurate values of the lower mirror film formation time t 11 , the active layer film formation time t 22 , and the upper mirror film formation time t 31 are set in advance. Can be calculated. That is, the center wavelength λ S of the desired reflection band of the lower mirror and the upper mirror and the desired resonance wavelength λ D of the second optical resonator need to be individually matched by repeating the trial production twice. Absent. Therefore, it is possible to accurately produce a desired thickness with a single correction without performing an extra trial production, which leads to resource saving and manufacturing cost reduction.

また、本実施形態の面発光レーザ100の製造方法では、上述したように、活性層103の一部(MQW構造304以外の部分であり、例えばコンファインメント層302,306)に対応する層の厚さのみを変動させて計算を行うことができる。これにより、MQW構造304に対応する層の厚さは変動しないため、利得や利得帯域の変動を防ぐことができる。   In the method of manufacturing the surface emitting laser 100 according to the present embodiment, as described above, the thickness of the layer corresponding to a part of the active layer 103 (a part other than the MQW structure 304, for example, the confinement layers 302 and 306). It is possible to perform the calculation by changing only the length. Thereby, since the thickness of the layer corresponding to the MQW structure 304 does not vary, it is possible to prevent variations in gain and gain band.

また、本実施形態の面発光レーザ100は、上述した下記式(I)及び(II)を満たす新規な構造を有することができる。   In addition, the surface emitting laser 100 according to the present embodiment can have a novel structure that satisfies the following formulas (I) and (II).

< λ/2n ・・・(I)
> mλ/2n ・・・(II)
本実施形態の面発光レーザ100の製造方法は、このような経験則の存在しない新規な構造を有する面発光レーザの製造方法に好適である。
x D <λ / 2n D (I)
x A > mλ / 2n A (II)
The manufacturing method of the surface emitting laser 100 of this embodiment is suitable for the manufacturing method of the surface emitting laser which has a novel structure where such an empirical rule does not exist.

本実施形態の面発光レーザ100が上記式(I)及び(II)を満たす場合には、電流狭窄層105の厚さ、開口部径、ポスト(柱状部30)の傾斜角θ、外径などによらず、低次モード成分の共振エネルギー増加率をあまり減少させずに、高次モードの共振エネルギー増加率を減少させることができる。その結果、面発光レーザ100の出力を減少させることなく、高次モードをレーザ発振しないようにすることができる。さらには、出力を増加させたとしても、高次モードをレーザ発振しないようにすることも可能である。従って、本実施形態によれば、面発光レーザの発振モード数を削減することができ、かつ、単純に電流狭窄層の径を小さくして発振モードを削減する場合よりも高出力化の可能な面発光レーザを提供することができる。なお、上記式(I)及び(II)が満たされることにより、本実施形態の面発光レーザ100の作用・効果が奏される理由は以下の通りである。   When the surface emitting laser 100 of the present embodiment satisfies the above formulas (I) and (II), the thickness of the current confinement layer 105, the opening diameter, the inclination angle θ of the post (columnar portion 30), the outer diameter, etc. Regardless, the resonance energy increase rate of the higher-order mode can be reduced without significantly reducing the increase rate of the resonance energy of the lower-order mode component. As a result, it is possible to prevent the higher-order mode from lasing without reducing the output of the surface emitting laser 100. Furthermore, even if the output is increased, it is possible to prevent the higher-order mode from lasing. Therefore, according to this embodiment, the number of oscillation modes of the surface emitting laser can be reduced, and higher output can be achieved than when the oscillation mode is reduced simply by reducing the diameter of the current confinement layer. A surface emitting laser can be provided. The reason why the surface emitting laser 100 of the present embodiment exhibits the functions and effects by satisfying the above formulas (I) and (II) is as follows.

共振器内の波数ベクトルの大きさ|k|は、真空中の波数ベクトルの大きさkの有効屈折率neff倍である。このことを式で表すと、次のようになる。 The wave vector magnitude | k | in the resonator is an effective refractive index n eff times the wave vector magnitude k 0 in vacuum. This can be expressed as follows.

Figure 2009152296
但し、kは、共振器内の波数ベクトルの垂直方向の成分であり、k//は、面方向の成分である。
Figure 2009152296
Here, k z is a component in the vertical direction of the wave vector in the resonator, and k // is a component in the plane direction.

及びk//は、電流狭窄層105を含むクラッド領域と、電流狭窄層105を含まないコア領域との境界での全反射条件を満足する範囲で、電磁界の連続性が満足されるように決定される。面発光レーザでは、kとneffは近い値であるため、上述した式から分かるように、k//は小さな値である。従って、上述した電磁界の連続性を満足するようなk//の解、即ち、式の上で許される横モードの数は限られてくる。面発光レーザでは、その中で全反射条件を満たすもののみが発振する。本発明では、kをさらに大きくすることによって、k//の解を全反射条件よりもさらに制限している。kは、下部ミラー10や上部ミラー20の単位多層膜10p,20pの厚さxを薄くすることにより大きくすることができる。これによりk//の解を制限することで、レーザ光の発振モード数の削減が可能となる。また、活性層103の厚さxを厚くすることにより短波長化を防ぐことができる。 k z and k // satisfy the continuity of the electromagnetic field within the range satisfying the total reflection condition at the boundary between the clad region including the current confinement layer 105 and the core region not including the current confinement layer 105. To be determined. In the surface emitting laser, k z and n eff k 0 are close to each other, so that k // is a small value as can be seen from the above-described equation. Therefore, the solution of k // that satisfies the above-described continuity of the electromagnetic field, that is, the number of transverse modes allowed in the equation is limited. In the surface emitting laser, only those satisfying the total reflection condition oscillate. In the present invention, by further increasing k z , the solution of k // is further limited than the total reflection condition. k z can be increased by the unit multilayer film 10p of the lower mirror 10 and the upper mirror 20, the thickness x D of 20p thin. Thus, by limiting the solution of k //, the number of laser light oscillation modes can be reduced. Further, it is possible to prevent the short-wavelength side by increasing the thickness x A of the active layer 103.

従って、xを小さくし、xを大きくする、即ち、厚さ比x/xを大きくする(具体的にはmn/nよりも大きくする)ことにより、電流狭窄層105の厚さ等によらず、面発光レーザの発振モード数を削減できるとともに、所望の設計波長でレーザ発振させることができる。 Therefore, to reduce the x D, increasing the x A, i.e., by increasing the thickness ratio x A / x D (in particular larger than mn D / n A), the current constricting layer 105 Regardless of the thickness, the number of oscillation modes of the surface emitting laser can be reduced, and laser oscillation can be performed at a desired design wavelength.

7. 上述した本実施形態の面発光レーザ及びその製造方法は、例えば、排熱構造を有する素子、フリップチップ構造を有する素子、静電破壊(ESD)対策構造を有する素子、モニタフォトダイオード(MPD)を有する素子、インクジェットマイクロレンズを有する素子、誘電体ミラーを有する素子、CANやセラミックパッケージを用いたOSA(Optical Sub-Assembly)などの光モジュール、それらを組み込んだ光伝送装置などに適用されることができる。   7. The surface emitting laser and the manufacturing method thereof according to the present embodiment described above include, for example, an element having an exhaust heat structure, an element having a flip chip structure, an element having an ESD protection structure, and a monitor photodiode (MPD). It is applied to an optical module such as an OSA (Optical Sub-Assembly) using a CAN or a ceramic package, an optical transmission device incorporating them, an element having the same, an element having an inkjet microlens, an element having a dielectric mirror, and the like. it can.

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art can easily understand that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.

本実施形態に係る面発光レーザを概略的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a surface emitting laser according to an embodiment. 本実施形態に係る面発光レーザの一部を概略的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a part of the surface emitting laser according to the embodiment. 活性層及びその付近におけるAlGaAs層のAl組成を概略的に示す図。The figure which shows roughly the Al composition of the AlGaAs layer in the active layer and its vicinity. 本実施形態の面発光レーザの一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the surface emitting laser of this embodiment. 本実施形態の面発光レーザの一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the surface emitting laser of this embodiment. 反射率検査工程で得られる反射率プロファイルの一例を概略的に示す図。The figure which shows schematically an example of the reflectance profile obtained at a reflectance test process. 第1算出工程を説明するための仮想的な反射率プロファイルを示す図。The figure which shows the virtual reflectance profile for demonstrating a 1st calculation process. コンファインメント層の厚さxと共振波長λとの関係を計算した結果。The result of calculating the relationship between the thickness x of the confinement layer and the resonance wavelength λ. 活性層の全部の厚さxと共振波長λとの関係を計算した結果。The result of calculating the relationship between the total thickness x of the active layer and the resonance wavelength λ. コンファインメント層の厚さxと共振波長λとの関係を計算した結果。The result of calculating the relationship between the thickness x of the confinement layer and the resonance wavelength λ. 活性層の全部の厚さxと共振波長λとの関係を計算した結果。The result of calculating the relationship between the total thickness x of the active layer and the resonance wavelength λ. 第2算出工程を説明するための仮想的な反射率プロファイルを示す図。The figure which shows the virtual reflectance profile for demonstrating a 2nd calculation process. 本実施形態の面発光レーザの一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the surface emitting laser of this embodiment. 本実施形態の面発光レーザの一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the surface emitting laser of this embodiment. 本実施形態の面発光レーザの変形例の一部を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows a part of modification of the surface emitting laser of this embodiment roughly.

符号の説明Explanation of symbols

10 下部ミラー、12 第1GI層、14 第2GI層、22 第1GI層、24 第2GI層、20 上部ミラー、30 柱状部、100 面発光レーザ、101 第2基板、103 活性層、105 電流狭窄層、107 第1電極、108 出射面、109 第2電極、110 絶縁層、150 第2光共振器(第2半導体多層膜)、201 第1基板、203 第2半導体層、210 第1半導体層、220 第3半導体層、250 第1光共振器(第1半導体多層膜)、302 下部コンファインメント層、303 ウェル層、304 MQW構造、305 バリア層、306 上部コンファインメント層、310 光源、311 光、312 受光素子、313 光,314 ハーフミラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lower mirror, 12 1st GI layer, 14 2nd GI layer, 22 1st GI layer, 24 2nd GI layer, 20 Upper mirror, 30 Columnar part, 100 Surface emitting laser, 101 2nd board | substrate, 103 Active layer, 105 Current confinement layer , 107 first electrode, 108 emitting surface, 109 second electrode, 110 insulating layer, 150 second optical resonator (second semiconductor multilayer film), 201 first substrate, 203 second semiconductor layer, 210 first semiconductor layer, 220 third semiconductor layer, 250 first optical resonator (first semiconductor multilayer film), 302 lower confinement layer, 303 well layer, 304 MQW structure, 305 barrier layer, 306 upper confinement layer, 310 light source, 311 light, 312 light receiving element, 313 light, 314 half mirror

Claims (10)

第1基板の上方に下部ミラーと同じ層構成を有する第1半導体層を成膜時間(t10)で成膜する工程と、
前記第1半導体層の上方に活性層と同じ層構成を有する第2半導体層を成膜時間(t20)で成膜する工程と、
前記第2半導体層の上方に上部ミラーと同じ層構成を有する第3半導体層を成膜時間(t30)で成膜する工程と、
前記第1半導体層、前記第2半導体層、および前記第3半導体層を有する半導体多層膜に対して反射率検査を行い、前記第1半導体層および前記第3半導体層の反射帯域の中心波長(λS0)、並びに、前記第1半導体層、前記第2半導体層、および前記第3半導体層を有する第1光共振器の共振波長(λD0)を測定する工程と、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長をλとして、下部ミラー成膜時間(t11)および上部ミラー成膜時間(t31)を下記式(1)および式(2)から算出し、活性層成膜時間(t22)を算出するための第1計算値(t21)および第2計算値(λ)を下記式(3)および式(4)から算出する工程と、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーを所望の厚さに固定した時の、前記活性層の一部または全部の厚さ(x)と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第2光共振器の共振波長(λ)との関係から、前記第2計算値(λ)における前記活性層の一部または全部の厚さ(xλ1)、および、前記第2光共振器の所望の共振波長をλとして、前記λにおける前記活性層の一部または全部の厚さ(xλD)を求める工程と、
前記活性層成膜時間(t22)を下記式(5)から算出する工程と、
第2基板の上方に前記下部ミラー成膜時間(t11)で下部ミラーを成膜する工程と、
前記下部ミラーの上方に前記活性層成膜時間(t22)で活性層を成膜する工程と、
前記活性層の上方に前記上部ミラー成膜時間(t31)で上部ミラーを成膜する工程と、
前記下部ミラーに電気的に接続される第1電極、および、前記上部ミラーに電気的に接続される第2電極を形成する工程と、を含む、面発光型半導体レーザの製造方法。
11=t10×(λ/λS0) …(1)
31=t30×(λ/λS0) …(2)
21=t20×(λ/λS0) …(3)
λ=λD0×(λ/λS0) …(4)
22=t21×(xλD/xλ1) …(5)
Depositing a first semiconductor layer having the same layer configuration as the lower mirror above the first substrate in a deposition time (t 10 );
Depositing a second semiconductor layer having the same layer configuration as the active layer above the first semiconductor layer in a deposition time (t 20 );
Depositing a third semiconductor layer having the same layer configuration as the upper mirror over the second semiconductor layer in a deposition time (t 30 );
A reflectance test is performed on the semiconductor multilayer film including the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer, and a central wavelength (in a reflection band of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer) λ S0 ), and measuring a resonance wavelength (λ D0 ) of a first optical resonator having the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer;
The center wavelength of the desired reflection band of the lower mirror and the upper mirror is λ S , and the lower mirror film formation time (t 11 ) and the upper mirror film formation time (t 31 ) are expressed by the following equations (1) and (2) The first calculation value (t 21 ) and the second calculation value (λ 1 ) for calculating the active layer deposition time (t 22 ) are calculated from the following formulas (3) and (4). When,
A thickness (x) of a part or all of the active layer when the lower mirror and the upper mirror are fixed to a desired thickness, and a second mirror having the lower mirror, the active layer, and the upper mirror. From the relationship with the resonance wavelength (λ) of the optical resonator, the thickness (x λ1 ) of a part or all of the active layer at the second calculated value (λ 1 ) and the desired value of the second optical resonator Λ D is a resonance wavelength of λ D , and the thickness (x λD ) of a part or all of the active layer at λ D is obtained;
Calculating the active layer deposition time (t 22 ) from the following equation (5);
Depositing a lower mirror on the second substrate at the lower mirror deposition time (t 11 );
Depositing an active layer above the lower mirror with the active layer deposition time (t 22 );
Depositing an upper mirror above the active layer at the upper mirror deposition time (t 31 );
Forming a first electrode electrically connected to the lower mirror and a second electrode electrically connected to the upper mirror.
t 11 = t 10 × (λ S / λ S0 ) (1)
t 31 = t 30 × (λ S / λ S0 ) (2)
t 21 = t 20 × (λ S / λ S0 ) (3)
λ 1 = λ D0 × (λ S / λ S0 ) (4)
t 22 = t 21 × (x λD / x λ1 ) (5)
請求項1において、
前記活性層の一部または全部の厚さ(x)と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第2光共振器の共振波長(λ)との関係から、前記活性層の一部または全部の厚さ(x)に対する前記第2光共振器の共振波長(λ)の変化率(f)を求める計算工程を有し、
前記変化率(f)は、下記式(6)で表され、
前記活性層成膜時間(t22)は、上記式(5)を変形した下記式(5−2)から算出される、面発光型半導体レーザの製造方法。
f=(λ−λ)/(xλD−xλ1) …(6)
Figure 2009152296
In claim 1,
From the relationship between the thickness (x) of part or all of the active layer and the resonance wavelength (λ) of the second optical resonator having the lower mirror, the active layer, and the upper mirror, Calculating a change rate (f) of a resonance wavelength (λ) of the second optical resonator with respect to a part or all of the thickness (x),
The rate of change (f) is represented by the following formula (6):
The active layer deposition time (t 22 ) is a method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser, which is calculated from the following equation (5-2) obtained by modifying the above equation (5).
f = (λ D −λ 1 ) / (x λD −x λ1 ) (6)
Figure 2009152296
請求項1において、
前記活性層の一部または全部の厚さ(x)と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第2光共振器の共振波長(λ)との関係から、前記活性層の一部または全部の厚さ(x)に対する前記第2光共振器の共振波長(λ)の変化率(f)を求める計算工程を有し、
前記変化率(f)は、前記活性層の一部または全部の厚さ(x)と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第2光共振器の共振波長(λ)との関係における、λとλの中間波長(λ+λ)/2における微分値の下記式(7)で表され、
前記活性層成膜時間(t22)は、上記式(5)を変形した下記式(5−2)から算出される、面発光型半導体レーザの製造方法。
Figure 2009152296
Figure 2009152296
In claim 1,
From the relationship between the thickness (x) of part or all of the active layer and the resonance wavelength (λ) of the second optical resonator having the lower mirror, the active layer, and the upper mirror, Calculating a change rate (f) of a resonance wavelength (λ) of the second optical resonator with respect to a part or all of the thickness (x),
The rate of change (f) is the thickness (x) of a part or all of the active layer, and the resonance wavelength (λ) of the second optical resonator having the lower mirror, the active layer, and the upper mirror. In the relationship, λ D and λ 1 are expressed by the following equation (7) of the differential value at the intermediate wavelength (λ D + λ 1 ) / 2,
The active layer deposition time (t 22 ) is a method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser, which is calculated from the following equation (5-2) obtained by modifying the above equation (5).
Figure 2009152296
Figure 2009152296
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長(λ)と、前記第2光共振器の所望の共振波長(λ)とは、異なる波長である、面発光型半導体レーザの製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The center wavelength (λ S ) of the desired reflection band of the lower mirror and the upper mirror is different from the desired resonance wavelength (λ D ) of the second optical resonator. Production method.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長(λ)と、前記第2光共振器の所望の共振波長(λ)とは、同じ波長である、面発光型半導体レーザの製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The center wavelength (λ S ) of the desired reflection band of the lower mirror and the upper mirror and the desired resonance wavelength (λ D ) of the second optical resonator are the same wavelength. Production method.
請求項4において、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーは、複数の単位多層膜を積層した多層膜ミラーからなるように形成され、
前記単位多層膜は、上下方向に積層された1組の低屈折率層と高屈折率層を有するように形成され、
前記単位多層膜は、下記式(I)を満たすように形成され、
前記活性層は、下記式(II)を満たすように形成される、面発光型半導体レーザの製造方法。
< λ/2n …(I)
> mλ/2n …(II)
但し、
mは、正の整数であり、
は、前記単位多層膜の厚さであり、
は、前記単位多層膜の平均屈折率であり、
は、前記活性層の厚さであり、
は、前記活性層の平均屈折率である。
In claim 4,
The lower mirror and the upper mirror are formed of a multilayer mirror in which a plurality of unit multilayer films are stacked,
The unit multilayer film is formed to have a pair of a low refractive index layer and a high refractive index layer stacked in the vertical direction,
The unit multilayer film is formed to satisfy the following formula (I):
The said active layer is a manufacturing method of the surface emitting semiconductor laser formed so that following formula (II) may be satisfy | filled.
x D <λ D / 2n D ... (I)
x A> mλ D / 2n A ... (II)
However,
m is a positive integer;
x D is the thickness of the unit multilayer film,
n D is an average refractive index of the unit multilayer film,
x A is the thickness of the active layer;
n A is the average refractive index of the active layer.
請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記計算工程における前記活性層の一部として、該活性層が有するコンファインメント層を用いる、面発光型半導体レーザの製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
A method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser, wherein a confinement layer included in the active layer is used as a part of the active layer in the calculation step.
請求項2乃至4および請求項6乃至7のいずれかにおいて、
前記変化率(f)は、0.46より大きく、0.92より小さい、面発光型半導体レーザの製造方法。
In any one of Claims 2 to 4 and Claims 6 to 7,
The method of manufacturing a surface emitting semiconductor laser, wherein the rate of change (f) is greater than 0.46 and less than 0.92.
請求項1乃至8のいずれかにおいて、
前記計算工程は、時間領域差分法を用いて行われる、面発光型半導体レーザの製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 8.
The calculation step is a method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser, which is performed using a time domain difference method.
請求項1乃至9のいずれかにおいて、
前記計算工程は、1次元時間領域差分法を用いて行われる、面発光型半導体レーザの製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
The calculation step is a method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser, which is performed using a one-dimensional time domain difference method.
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