JP2806333B2 - 面発光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
面発光デバイスおよびその製造方法Info
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は波長を多重化した光
インターコネクションに必要な、多波長光源に関わり、
特に波長の異なる面発光レーザを集積化したデバイスの
構造およびその製造方法に関するものである。
インターコネクションに必要な、多波長光源に関わり、
特に波長の異なる面発光レーザを集積化したデバイスの
構造およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】波長多重化光インターコネクションの用
途に適した発光デバイスとして面発光レーザがある。端
面出射型レーザでは集積化が困難であるため、電気的な
配線の関係で並列配置される素子数が制限を受ける可能
性が高いが、面発光レーザは、集積化が比較的容易であ
り、多数の発光素子の２次元配列を構成できるために、
上記の用途に適した発光デバイスとして期待されてい
る。
途に適した発光デバイスとして面発光レーザがある。端
面出射型レーザでは集積化が困難であるため、電気的な
配線の関係で並列配置される素子数が制限を受ける可能
性が高いが、面発光レーザは、集積化が比較的容易であ
り、多数の発光素子の２次元配列を構成できるために、
上記の用途に適した発光デバイスとして期待されてい
る。
【０００３】波長の異なる面発光レーザを集積化する手
段として、次の二つの方法が知られている。第１は、Ｉ
ＥＥＥジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニク
ス（IEEE Journal of Quantum Electronics ）27巻、13
68〜1376頁に記載されているように、結晶成長の不均一
性を利用して、垂直共振器構造の反射膜と中間層の厚さ
を変化させることにより共振波長を変化させ、ウェハ上
に波長の異なる面発光レーザを集積化する方法である。
段として、次の二つの方法が知られている。第１は、Ｉ
ＥＥＥジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニク
ス（IEEE Journal of Quantum Electronics ）27巻、13
68〜1376頁に記載されているように、結晶成長の不均一
性を利用して、垂直共振器構造の反射膜と中間層の厚さ
を変化させることにより共振波長を変化させ、ウェハ上
に波長の異なる面発光レーザを集積化する方法である。
【０００４】第２は、ＩＥＥＥジャーナル・オブ・クオ
ンタム・エレクトロニクス（IEEE Journal of Quantum
Electronics ）29巻,411〜425 頁に記載されているよう
に、上側の反射膜を、半導体と金属からなるハイブリッ
ト構造にし、金属膜部分を後から作り込み、反射波長を
変えて、波長の異なる面発光レーザを集積化する方法で
ある。
ンタム・エレクトロニクス（IEEE Journal of Quantum
Electronics ）29巻,411〜425 頁に記載されているよう
に、上側の反射膜を、半導体と金属からなるハイブリッ
ト構造にし、金属膜部分を後から作り込み、反射波長を
変えて、波長の異なる面発光レーザを集積化する方法で
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の従来例では、結晶成長のウェハ全体での不均一性を
利用する技術であるために、ウェハ上の特定の個所に、
望みの波長を望みのサイズで集積化することが困難であ
る。また、第２の従来例では、上側反射膜の一部まで成
長させた後、パターニングを行うものであるため集積化
のサイズは精密に制御できるが、パターニングが大気中
で行われることや反射膜の構造を二回に分けて作製しな
ければならないことのため、波長制御が難しく、また、
作製工程も複雑である。したがって、本発明の目的とす
るところは、製作が容易で、かつ、正確に波長制御を行
うことができる集積型多波長面発光レーザの構造および
その製造方法を提供することである。
１の従来例では、結晶成長のウェハ全体での不均一性を
利用する技術であるために、ウェハ上の特定の個所に、
望みの波長を望みのサイズで集積化することが困難であ
る。また、第２の従来例では、上側反射膜の一部まで成
長させた後、パターニングを行うものであるため集積化
のサイズは精密に制御できるが、パターニングが大気中
で行われることや反射膜の構造を二回に分けて作製しな
ければならないことのため、波長制御が難しく、また、
作製工程も複雑である。したがって、本発明の目的とす
るところは、製作が容易で、かつ、正確に波長制御を行
うことができる集積型多波長面発光レーザの構造および
その製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による面発光デバイスは、下層反射膜、下層
クラッド層、活性層、上層クラッド層及び上層反射膜が
この順に積層されて構成された複数の面発光レーザを有
するものであって、前記上層クラッド層上には化学変化
により屈折率が変化する材料からなる波長チューニング
層が形成されており、かつ、少なくとも一つの面発光レ
ーザにおける前記波長チューニング層の化学変化の程度
が他の面発光レーザにおける前記波長チューニング層の
化学変化の程度とは異なっていることを特徴としてい
る。
めの本発明による面発光デバイスは、下層反射膜、下層
クラッド層、活性層、上層クラッド層及び上層反射膜が
この順に積層されて構成された複数の面発光レーザを有
するものであって、前記上層クラッド層上には化学変化
により屈折率が変化する材料からなる波長チューニング
層が形成されており、かつ、少なくとも一つの面発光レ
ーザにおける前記波長チューニング層の化学変化の程度
が他の面発光レーザにおける前記波長チューニング層の
化学変化の程度とは異なっていることを特徴としてい
る。
【０００７】また、上記目的を達成するための本発明に
よる面発光デバイスの製造方法は、（１）上層クラッド
層より上で上層反射膜の上表面より下に形成される、化
学変化により屈折率が変化する材料からなる波長チュー
ニング層を含んで、半導体基板上に、下層反射膜、下層
クラッド層、活性層、上層クラッド層および上層反射膜
を成長させる工程と、（２）前記波長チューニング層お
よびその上の上層反射膜を選択的にエッチングして複数
のメサを形成し、少なくとも前記波長チューニング層の
上の上層反射膜を被覆するマスク膜を各メサ毎に形成す
る工程と、（３）前記マスク膜を介して前記波長チュー
ニング層に化学変化を起こさせる工程と、を含み、前記
第（２）の工程においては、少なくとも１つのメサにお
いては、マスク膜が波長チューニング層の少なくとも一
部をも含めて被覆しており、かつ、当該メサにおけるマ
スク膜の波長チューニング層に対する被覆状態は他のメ
サにおけるマスク膜の波長チューニング層に対する被覆
状態とは異なっていることを特徴としている。
よる面発光デバイスの製造方法は、（１）上層クラッド
層より上で上層反射膜の上表面より下に形成される、化
学変化により屈折率が変化する材料からなる波長チュー
ニング層を含んで、半導体基板上に、下層反射膜、下層
クラッド層、活性層、上層クラッド層および上層反射膜
を成長させる工程と、（２）前記波長チューニング層お
よびその上の上層反射膜を選択的にエッチングして複数
のメサを形成し、少なくとも前記波長チューニング層の
上の上層反射膜を被覆するマスク膜を各メサ毎に形成す
る工程と、（３）前記マスク膜を介して前記波長チュー
ニング層に化学変化を起こさせる工程と、を含み、前記
第（２）の工程においては、少なくとも１つのメサにお
いては、マスク膜が波長チューニング層の少なくとも一
部をも含めて被覆しており、かつ、当該メサにおけるマ
スク膜の波長チューニング層に対する被覆状態は他のメ
サにおけるマスク膜の波長チューニング層に対する被覆
状態とは異なっていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の
実施の形態を説明するための工程順断面図である。本発
明による面発光レーザを製作するには、まず、半導体基
板（図示なし）上に、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitax
y）法あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Va
por Deposition ）法を用いて、下層多層反射膜１１、
下層クラッド層１２、活性層１３、上層クラッド層１
４、下側上層多層反射膜１５ａ、波長チューニング層１
６および上側上層多層反射膜１５ｂを順次成長させる
〔図１（ａ）〕。波長チューニング１６は上層クラッド
層１４の直上であってもよい。
実施の形態を説明するための工程順断面図である。本発
明による面発光レーザを製作するには、まず、半導体基
板（図示なし）上に、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitax
y）法あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Va
por Deposition ）法を用いて、下層多層反射膜１１、
下層クラッド層１２、活性層１３、上層クラッド層１
４、下側上層多層反射膜１５ａ、波長チューニング層１
６および上側上層多層反射膜１５ｂを順次成長させる
〔図１（ａ）〕。波長チューニング１６は上層クラッド
層１４の直上であってもよい。
【０００９】ここで、波長チューニング層１６の材料に
は、酸化等の化学変化により屈折率が変化する材料が用
いられる。また、部分的な化学変化を容易にするため
に、化学的変化を起こしやすい材料層と起こし難い材料
層との多層積層構造とすることができる。また、活性層
１３は単一量子井戸層あるいは多重量子井戸構造とする
ことができる。
は、酸化等の化学変化により屈折率が変化する材料が用
いられる。また、部分的な化学変化を容易にするため
に、化学的変化を起こしやすい材料層と起こし難い材料
層との多層積層構造とすることができる。また、活性層
１３は単一量子井戸層あるいは多重量子井戸構造とする
ことができる。
【００１０】図１（ａ）に図示されたエピタキシャル成
長基板を得た後、フォトリソグラフィ法およびドライエ
ッチング法を適用して上側上層多層反射膜１５ｂをメサ
状に加工する。この上側上層多層反射膜１５ｂのメサ
は、角柱状、円柱状あるいは楕円柱状に形成される。次
に、再びフォトリソグラフィ法およびドライエッチング
法を適用して波長チューニング層１６を上側上層多層反
射膜１５ｂのメサよりも大面積にパターニングして２段
メサ構造を形成する。次に、マスクを形成するために例
えばＳｉＮ膜１７をプラズマＣＶＤ法により堆積し、フ
ォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を適用
して、上側上層多層反射膜１５ｂのメサを被覆し波長チ
ューニング層１６の側面を露出させるようにパターニン
グする。その後、ＳｉＮ膜１７をマスクとして波長チュ
ーニング層に化学的変化例えば酸化を起こさせ、波長チ
ューニング酸化層１６ａを形成する〔図１（ｂ）〕。
長基板を得た後、フォトリソグラフィ法およびドライエ
ッチング法を適用して上側上層多層反射膜１５ｂをメサ
状に加工する。この上側上層多層反射膜１５ｂのメサ
は、角柱状、円柱状あるいは楕円柱状に形成される。次
に、再びフォトリソグラフィ法およびドライエッチング
法を適用して波長チューニング層１６を上側上層多層反
射膜１５ｂのメサよりも大面積にパターニングして２段
メサ構造を形成する。次に、マスクを形成するために例
えばＳｉＮ膜１７をプラズマＣＶＤ法により堆積し、フ
ォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を適用
して、上側上層多層反射膜１５ｂのメサを被覆し波長チ
ューニング層１６の側面を露出させるようにパターニン
グする。その後、ＳｉＮ膜１７をマスクとして波長チュ
ーニング層に化学的変化例えば酸化を起こさせ、波長チ
ューニング酸化層１６ａを形成する〔図１（ｂ）〕。
【００１１】波長チューニング層が酸化されると、その
屈折率が変化してこの層を含む反射膜の波長が変わり、
共振器の共振周波数が変化するため、酸化された波長チ
ューニング層をもつ面発光レーザと、酸化されない波長
チューニング層をもつ面発光レーザとの間に発振波長に
差が生じる。例えば、酸化により屈折率が小さくなる場
合、酸化により発振波長が低波長側にシフトする。した
がって、酸化された波長チューニング層をもつレーザと
酸化されない波長チューニング層をもつレーザとを同一
基板上に集積化すれば集積型２波長面発光レーザを得る
ことができる。また、波長チューニング層の酸化の程度
の異ならせて複数のレーザを形成することにより、集積
型多波長面発光レーザを容易に得ることができる。
屈折率が変化してこの層を含む反射膜の波長が変わり、
共振器の共振周波数が変化するため、酸化された波長チ
ューニング層をもつ面発光レーザと、酸化されない波長
チューニング層をもつ面発光レーザとの間に発振波長に
差が生じる。例えば、酸化により屈折率が小さくなる場
合、酸化により発振波長が低波長側にシフトする。した
がって、酸化された波長チューニング層をもつレーザと
酸化されない波長チューニング層をもつレーザとを同一
基板上に集積化すれば集積型２波長面発光レーザを得る
ことができる。また、波長チューニング層の酸化の程度
の異ならせて複数のレーザを形成することにより、集積
型多波長面発光レーザを容易に得ることができる。
【００１２】波長チューニング層の酸化処理の終了後、
マスクとして用いたＳｉＮ膜１７を除去し、上側上層多
層反射膜１５ｂの上に第１の電極１８を形成し、続いて
波長チューニング酸化層１６ａの周囲を、下層多層反射
膜１１の表面が露出するまでエッチングし、反射膜１１
の上に第２の電極１９を形成すれば、所望の発光波長の
面発光レーザを得ることができる〔図１（ｃ）〕。な
お、ｐ側電極１８は、図１（ｃ′）に示されるように、
下側上層多層反射膜１５ａ上に形成するようにしてもよ
い。また、上層クラッド層１４上に形成するようにして
もよい。
マスクとして用いたＳｉＮ膜１７を除去し、上側上層多
層反射膜１５ｂの上に第１の電極１８を形成し、続いて
波長チューニング酸化層１６ａの周囲を、下層多層反射
膜１１の表面が露出するまでエッチングし、反射膜１１
の上に第２の電極１９を形成すれば、所望の発光波長の
面発光レーザを得ることができる〔図１（ｃ）〕。な
お、ｐ側電極１８は、図１（ｃ′）に示されるように、
下側上層多層反射膜１５ａ上に形成するようにしてもよ
い。また、上層クラッド層１４上に形成するようにして
もよい。
【００１３】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照に
して詳細に説明する。 ［第１の実施例］図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１
の実施例の集積型２波長面発光レーザの製造方法を説明
するための工程順断面図である。まず、ｎ型ＧａＡｓ基
板（図示なし）上に、ｎ型のＧａＡｓ層とＡｌＡｓ層を
交互に積層した下層多層反射膜１（１８対）を成長させ
る。その上に、ｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる下層
クラッド層２、１０ｎｍ厚のＩｎ0.18Ｇａ0.82Ａｓ活性
層３、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる上層クラッド
層４を成長させる。続いて、ｐ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
４対からなる下側上層多層反射膜５ａ、ｐ型の波長チュ
ーニングＡｌＡｓ層６、ｐ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ１０
対からなる上側上層多層反射膜５ｂを成長させる〔図２
（ａ）〕。
して詳細に説明する。 ［第１の実施例］図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１
の実施例の集積型２波長面発光レーザの製造方法を説明
するための工程順断面図である。まず、ｎ型ＧａＡｓ基
板（図示なし）上に、ｎ型のＧａＡｓ層とＡｌＡｓ層を
交互に積層した下層多層反射膜１（１８対）を成長させ
る。その上に、ｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる下層
クラッド層２、１０ｎｍ厚のＩｎ0.18Ｇａ0.82Ａｓ活性
層３、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる上層クラッド
層４を成長させる。続いて、ｐ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
４対からなる下側上層多層反射膜５ａ、ｐ型の波長チュ
ーニングＡｌＡｓ層６、ｐ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ１０
対からなる上側上層多層反射膜５ｂを成長させる〔図２
（ａ）〕。
【００１４】多層反射膜の反射波長は９８０ｎｍが中心
となるように設計されている。また、活性層の波長も９
８０ｎｍに設定されており、クラッド層厚も波長９８０
ｎｍの１波長の光学長となるように設定される。これら
全ての構造は１回の結晶成長で作製するため、各層の設
計波長を正確に一致させることができる。
となるように設計されている。また、活性層の波長も９
８０ｎｍに設定されており、クラッド層厚も波長９８０
ｎｍの１波長の光学長となるように設定される。これら
全ての構造は１回の結晶成長で作製するため、各層の設
計波長を正確に一致させることができる。
【００１５】次に、図２（ｂ）に示すように、形成した
エピタキシャル成長ウェハを６μｍ□で２種の形状にメ
サ加工する。一つは、上側上層多層反射膜５ｂおよび波
長チューニングＡｌＡｓ層６に対し１段のメサ加工を行
う。もう一つは、上側上層多層反射膜５ｂを６μｍ□
に、その下の波長チューニング層をより広い面積となる
２段メサ形状に加工する。その後、ＳｉＮ膜７を被着
し、１段メサの方はメサ全体を覆うように、２段メサの
方は上部の１段メサ部分のみを覆うようにＳｉＮ膜７を
パターニングする。これにより、２段メサの波長チュー
ニング層のみ側面が露出する。
エピタキシャル成長ウェハを６μｍ□で２種の形状にメ
サ加工する。一つは、上側上層多層反射膜５ｂおよび波
長チューニングＡｌＡｓ層６に対し１段のメサ加工を行
う。もう一つは、上側上層多層反射膜５ｂを６μｍ□
に、その下の波長チューニング層をより広い面積となる
２段メサ形状に加工する。その後、ＳｉＮ膜７を被着
し、１段メサの方はメサ全体を覆うように、２段メサの
方は上部の１段メサ部分のみを覆うようにＳｉＮ膜７を
パターニングする。これにより、２段メサの波長チュー
ニング層のみ側面が露出する。
【００１６】次に、このように加工したウェハを、水分
を含んだ窒素雰囲気中の炉中にて４００度で５分間加熱
する。これにより、側面の露出した波長チューニング層
のＡｌＡｓは、ＡｌＯX に変換され、波長チューニング
酸化層６ａが形成される〔図２（ｃ）〕。この酸化加熱
処理では、ＡｌＡｓのみが酸化され、ＧａＡｓは酸化さ
れない。したがって、ウェハ表面の露出しているＧａＡ
ｓ層部分は酸化されない。次に、電極を取るためのウェ
ハ加工を行い、上側上層多層反射膜５ｂ上にｐ側電極８
を、露出した下層多層反射膜１上にｎ側電極９を形成す
れば、本実施例の面発光レーザの製作工程が完了する
〔図２（ｄ）〕。
を含んだ窒素雰囲気中の炉中にて４００度で５分間加熱
する。これにより、側面の露出した波長チューニング層
のＡｌＡｓは、ＡｌＯX に変換され、波長チューニング
酸化層６ａが形成される〔図２（ｃ）〕。この酸化加熱
処理では、ＡｌＡｓのみが酸化され、ＧａＡｓは酸化さ
れない。したがって、ウェハ表面の露出しているＧａＡ
ｓ層部分は酸化されない。次に、電極を取るためのウェ
ハ加工を行い、上側上層多層反射膜５ｂ上にｐ側電極８
を、露出した下層多層反射膜１上にｎ側電極９を形成す
れば、本実施例の面発光レーザの製作工程が完了する
〔図２（ｄ）〕。
【００１７】ＡｌＡｓ層が酸化されるとその屈折率が
２．９５から１．５５に変化する。この波長チューニン
グ層の屈折率が変わると、この波長チューニング酸化層
を含めた上層多層反射膜全体の反射波長が変わり、その
結果垂直共振器の共振波長が変わる。上述した面発光レ
ーザで波長チューニングＡｌＡｓ層の膜厚が９８０ｎｍ
の１／４λ厚（８２．９ｎｍ）の場合、波長チューニン
グ層が酸化されていない素子では、共振波長つまりレー
ザの発光波長は９８０ｎｍである。一方、波長チューニ
ング層が酸化された素子では、レーザの発光波長が短波
長側にシフトし、９７７ｎｍとなる。これにより、集積
化２波長面発光レーザが得られる。
２．９５から１．５５に変化する。この波長チューニン
グ層の屈折率が変わると、この波長チューニング酸化層
を含めた上層多層反射膜全体の反射波長が変わり、その
結果垂直共振器の共振波長が変わる。上述した面発光レ
ーザで波長チューニングＡｌＡｓ層の膜厚が９８０ｎｍ
の１／４λ厚（８２．９ｎｍ）の場合、波長チューニン
グ層が酸化されていない素子では、共振波長つまりレー
ザの発光波長は９８０ｎｍである。一方、波長チューニ
ング層が酸化された素子では、レーザの発光波長が短波
長側にシフトし、９７７ｎｍとなる。これにより、集積
化２波長面発光レーザが得られる。
【００１８】２波長の波長は波長チューニング層厚によ
って任意に設計でき、例えば１５０ｎｍにすると、酸化
していない素子では９９５ｎｍ、酸化のある素子では９
８０ｎｍとなる。各単位面発光レーザは、フォトリソグ
ラフィ技法を用いてパターニングされるため、そのサイ
ズは、サブミクロン程度の精度で作り込むことができ
る。
って任意に設計でき、例えば１５０ｎｍにすると、酸化
していない素子では９９５ｎｍ、酸化のある素子では９
８０ｎｍとなる。各単位面発光レーザは、フォトリソグ
ラフィ技法を用いてパターニングされるため、そのサイ
ズは、サブミクロン程度の精度で作り込むことができ
る。
【００１９】［第２の実施例］図３（ａ）〜（ｄ）は、
本発明の第２の実施例の多波長面発光レーザの製造方法
を説明するための工程順断面図である。先の第１の実施
例の場合と同様に、ｎ型ＧａＡｓ基板（図示なし）上に
ｎ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層反射膜１（１８対）を成
長させる。その上に、ｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからな
る下層クラッド層２、１０ｎｍ厚のＩｎ0.18Ｇａ0.82Ａ
ｓ活性層３、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる上層ク
ラッド層４を成長させる。続いて、ｐ型のＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓ４対からなる下側上層多層反射膜５ａ、ｐ型のＡ
ｌＡｓ層（２５ｎｍ）とｐ型のＧａＡｓ層（５ｎｍ）と
を交互に８対積層した波長チューニングＡｌＡｓ／Ｇａ
Ａｓ多層膜１０、ｐ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ１０対から
なる上側上層多層反射膜５ｂを成長させる〔図３
（ａ）〕。
本発明の第２の実施例の多波長面発光レーザの製造方法
を説明するための工程順断面図である。先の第１の実施
例の場合と同様に、ｎ型ＧａＡｓ基板（図示なし）上に
ｎ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層反射膜１（１８対）を成
長させる。その上に、ｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからな
る下層クラッド層２、１０ｎｍ厚のＩｎ0.18Ｇａ0.82Ａ
ｓ活性層３、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる上層ク
ラッド層４を成長させる。続いて、ｐ型のＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓ４対からなる下側上層多層反射膜５ａ、ｐ型のＡ
ｌＡｓ層（２５ｎｍ）とｐ型のＧａＡｓ層（５ｎｍ）と
を交互に８対積層した波長チューニングＡｌＡｓ／Ｇａ
Ａｓ多層膜１０、ｐ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ１０対から
なる上側上層多層反射膜５ｂを成長させる〔図３
（ａ）〕。
【００２０】ここで、下層多層反射膜１および波長チュ
ーニング膜を含めた上層多層反射膜は、９８０ｎｍが反
射波長の中心となるように設計されている。また、活性
層の波長も９８０ｎｍに設定されており、クラッド層の
層厚も９８０ｎｍの１波長の光学長となるように設定さ
れている。
ーニング膜を含めた上層多層反射膜は、９８０ｎｍが反
射波長の中心となるように設計されている。また、活性
層の波長も９８０ｎｍに設定されており、クラッド層の
層厚も９８０ｎｍの１波長の光学長となるように設定さ
れている。
【００２１】次に、図３（ｂ）に示すように、上側上層
多層反射膜５ｂおよび波長チューニングＡｌＡｓ／Ｇａ
Ａｓ多層膜１０を一つの１段メサを含む２段メサ形状に
加工するが、ここで波長チューニング膜の２段目のメサ
部高さが、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓを対にして８段階に変わ
るように加工する。次に、この２段メサの１段目をＳｉ
Ｎ膜７で覆い、水分を含む窒素雰囲気の炉中にて４００
℃で５分間加熱する。これにより、波長チューニング膜
の内、メサの２段目の側面を露出したＡｌＡｓ層が酸化
され、波長チューニング酸化層１０ａに変換される〔図
３（ｃ）〕。その後、電極形成のためのウェハ加工を行
い、ｐ側電極８とｎ側電極９を形成する〔図３
（ｄ）〕。
多層反射膜５ｂおよび波長チューニングＡｌＡｓ／Ｇａ
Ａｓ多層膜１０を一つの１段メサを含む２段メサ形状に
加工するが、ここで波長チューニング膜の２段目のメサ
部高さが、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓを対にして８段階に変わ
るように加工する。次に、この２段メサの１段目をＳｉ
Ｎ膜７で覆い、水分を含む窒素雰囲気の炉中にて４００
℃で５分間加熱する。これにより、波長チューニング膜
の内、メサの２段目の側面を露出したＡｌＡｓ層が酸化
され、波長チューニング酸化層１０ａに変換される〔図
３（ｃ）〕。その後、電極形成のためのウェハ加工を行
い、ｐ側電極８とｎ側電極９を形成する〔図３
（ｄ）〕。
【００２２】形成された酸化層の層数は、段階的なメサ
加工により、各メサによって変化している。したがっ
て、各メサの屈折率が変わった酸化層の層厚が８段階に
変化することとなり、共振波長が８段階に変化する。こ
れにより、波長チューニング膜がＧａＡｓ２５ｎｍ／Ａ
ｌＡｓ５ｎｍの８対の場合、発光波長が９７６ｎｍ〜９
９１ｎｍまで等間隔の９波長の面発光レーザが形成され
る。ここで、波長チューニング膜のＧａＡｓ層とＡｌＡ
ｓ層の厚さを変化させることにより発光波長は任意に設
計できる。
加工により、各メサによって変化している。したがっ
て、各メサの屈折率が変わった酸化層の層厚が８段階に
変化することとなり、共振波長が８段階に変化する。こ
れにより、波長チューニング膜がＧａＡｓ２５ｎｍ／Ａ
ｌＡｓ５ｎｍの８対の場合、発光波長が９７６ｎｍ〜９
９１ｎｍまで等間隔の９波長の面発光レーザが形成され
る。ここで、波長チューニング膜のＧａＡｓ層とＡｌＡ
ｓ層の厚さを変化させることにより発光波長は任意に設
計できる。
【００２３】［第３の実施例］図４（ａ）〜（ｄ）は、
本発明の第３の実施例の２波長面発光レーザの製造方法
を説明するための工程順断面図である。先の第１および
第２の実施例では波長チューニング層は上層多層反射膜
中に形成されていたが、本実施例では、上層クラッド層
上に直接形成される。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板（図示な
し）上に、ｎ型のＧａＡｓ層とＡｌＡｓ層を交互に積層
した下層多層反射膜１（１８対）を成長させ、その上
に、ｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる下層クラッド層
２、１０ｎｍ厚のＩｎ0.18Ｇａ0.82Ａｓ活性層３、ｐ型
Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる上層クラッド層４を成長
させる。続いて、厚さ５０ｎｍでｐ型の波長チューニン
グＡｌＡｓ層６と、ｐ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ１５対か
らなる上層多層反射膜５を成長させる〔図４（ａ）〕。
本発明の第３の実施例の２波長面発光レーザの製造方法
を説明するための工程順断面図である。先の第１および
第２の実施例では波長チューニング層は上層多層反射膜
中に形成されていたが、本実施例では、上層クラッド層
上に直接形成される。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板（図示な
し）上に、ｎ型のＧａＡｓ層とＡｌＡｓ層を交互に積層
した下層多層反射膜１（１８対）を成長させ、その上
に、ｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる下層クラッド層
２、１０ｎｍ厚のＩｎ0.18Ｇａ0.82Ａｓ活性層３、ｐ型
Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる上層クラッド層４を成長
させる。続いて、厚さ５０ｎｍでｐ型の波長チューニン
グＡｌＡｓ層６と、ｐ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ１５対か
らなる上層多層反射膜５を成長させる〔図４（ａ）〕。
【００２４】次に、図４（ｂ）に示すように、形成した
エピタキシャル成長ウェハの上層多層反射膜５および波
長チューニングＡｌＡｓ層６を６μｍ□で２種の形状に
メサ加工する。一つは、上層多層反射膜５および波長チ
ューニングＡｌＡｓ層６に対し１段のメサ加工を行う。
もう一つは、上層多層反射膜５を６μｍ□に、その下の
波長チューニングＡｌＡｓ層６をより広い面積となる２
段メサ形状に加工する。その後、ＳｉＮ膜７を被着し、
１段メサの方はメサ全体を覆うように、２段メサの方は
上部の１段メサ部分のみを覆うようにＳｉＮ膜７をパタ
ーニングする。これにより、２段メサの波長チューニン
グ層のみ側面が露出する。
エピタキシャル成長ウェハの上層多層反射膜５および波
長チューニングＡｌＡｓ層６を６μｍ□で２種の形状に
メサ加工する。一つは、上層多層反射膜５および波長チ
ューニングＡｌＡｓ層６に対し１段のメサ加工を行う。
もう一つは、上層多層反射膜５を６μｍ□に、その下の
波長チューニングＡｌＡｓ層６をより広い面積となる２
段メサ形状に加工する。その後、ＳｉＮ膜７を被着し、
１段メサの方はメサ全体を覆うように、２段メサの方は
上部の１段メサ部分のみを覆うようにＳｉＮ膜７をパタ
ーニングする。これにより、２段メサの波長チューニン
グ層のみ側面が露出する。
【００２５】次に、このように加工したウェハを、水分
を含んだ窒素雰囲気の炉中にて４００度で５分間加熱す
る。これにより、側面の露出した波長チューニングのＡ
ｌＡｓは酸化され、波長チューニング酸化層６ａが形成
される〔図４（ｃ）〕。次に、電極を取るためのウェハ
加工を行い、上層多層反射膜５上にｐ側電極８を、露出
した下層多層反射膜１上にｎ側電極９を形成すれば、本
実施例の面発光レーザの製作工程が完了する〔図４
（ｄ）〕。
を含んだ窒素雰囲気の炉中にて４００度で５分間加熱す
る。これにより、側面の露出した波長チューニングのＡ
ｌＡｓは酸化され、波長チューニング酸化層６ａが形成
される〔図４（ｃ）〕。次に、電極を取るためのウェハ
加工を行い、上層多層反射膜５上にｐ側電極８を、露出
した下層多層反射膜１上にｎ側電極９を形成すれば、本
実施例の面発光レーザの製作工程が完了する〔図４
（ｄ）〕。
【００２６】クラッド層上の波長チューニング層で屈折
率が変わると、波長チューニング層を含む中間層の共振
器長が変わるので、短共振器である垂直共振器の場合、
共振波長が変化する。したがって、波長チューニング層
を酸化させたものと、酸化させなかったものとで、面発
光レーザの発光波長が異なってくる。波長チューニング
ＡｌＡｓ層を５０ｎｍとした場合、酸化により３ｎｍ短
波長化する。これにより２波長の面発光レーザを集積化
できる。
率が変わると、波長チューニング層を含む中間層の共振
器長が変わるので、短共振器である垂直共振器の場合、
共振波長が変化する。したがって、波長チューニング層
を酸化させたものと、酸化させなかったものとで、面発
光レーザの発光波長が異なってくる。波長チューニング
ＡｌＡｓ層を５０ｎｍとした場合、酸化により３ｎｍ短
波長化する。これにより２波長の面発光レーザを集積化
できる。
【００２７】このクラッド層上の波長チューニング層を
ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ対からなる多層構造にして、酸化さ
せるＡｌＡｓ層の層数を段階的に変えることにより、さ
らに多波長の面発光レーザを集積化できる。
ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ対からなる多層構造にして、酸化さ
せるＡｌＡｓ層の層数を段階的に変えることにより、さ
らに多波長の面発光レーザを集積化できる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の面発光デ
バイスは、垂直共振器中に酸化等の化学変化により屈折
率が変化する波長チューニング層を設けておき、各面発
光レーザでの波長チューニング層の化学変化の有無、あ
るいは部分的な化学変化を選択することができるように
したものであるので、多波長の面発光レーザを容易に集
積化することができる。そして、この構造では、面発光
レーザの結晶成長を１回の連続した成長で行えるため、
波長を精密に制御することができる。また、波長を変え
るための波長チューニング層の大きさを、結晶成長後の
通常のパターニングにより制御するため、各面発光レー
ザのサイズをサブミクロン以下の精度で制御できる。
バイスは、垂直共振器中に酸化等の化学変化により屈折
率が変化する波長チューニング層を設けておき、各面発
光レーザでの波長チューニング層の化学変化の有無、あ
るいは部分的な化学変化を選択することができるように
したものであるので、多波長の面発光レーザを容易に集
積化することができる。そして、この構造では、面発光
レーザの結晶成長を１回の連続した成長で行えるため、
波長を精密に制御することができる。また、波長を変え
るための波長チューニング層の大きさを、結晶成長後の
通常のパターニングにより制御するため、各面発光レー
ザのサイズをサブミクロン以下の精度で制御できる。
【図１】本発明の実施の形態を説明するための工程順断
面図。
面図。
【図２】本発明の第１の実施例を説明するための工程順
断面図。
断面図。
【図３】本発明の第２の実施例を説明するための工程順
断面図。
断面図。
【図４】本発明の第３の実施例を説明するための工程順
断面図。
断面図。
１、１１ 下層多層反射膜 ２、１２ 下層クラッド層 ３ Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ａｓ活性層 １３ 活性層 ４、１４ 上層クラッド層 ５ 上層多層反射膜 ５ａ、１５ａ 下側上層多層反射膜 ５ｂ、１５ｂ 上側上層多層反射膜 ６ 波長チューニングＡｌＡｓ層 ６ａ、１０ａ、１６ａ 波長チューニング酸化層 １６ 波長チューニング層 ７、１７ ＳｉＮ膜 ８ ｐ側電極 １８ 第１の電極 ９ ｎ側電極 １９ 第２の電極 １０ 波長チューニングＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多層膜
Claims (7)
- 【請求項１】 下層反射膜、下層クラッド層、活性層、
上層クラッド層および上層反射膜がこの順に積層されて
構成された複数の面発光レーザを有する面発光デバイス
において、上層クラッド層上には化学変化により屈折率
が変化する材料からなる波長チューニング層が形成され
ており、かつ、少なくとも一つの面発光レーザにおける
前記波長チューニング層の化学変化の程度が他の面発光
レーザにおける前記波長チューニング層の化学変化の程
度とは異なっていることを特徴とする面発光デバイス。 - 【請求項２】 前記波長チューニング層が前記上層反射
膜内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の
面発光デバイス。 - 【請求項３】 前記波長チューニング層がＡｌＡｓ層に
より形成されていることを特徴とする請求項１記載の面
発光デバイス。 - 【請求項４】 前記波長チューニング層がＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡｓの多層膜により形成されていることを特徴とする
請求項１記載の面発光デバイス。 - 【請求項５】 （１）上層クラッド層より上で上層反射
膜の上表面より下に形成される、化学変化により屈折率
が変化する材料からなる波長チューニング層を含んで、
半導体基板上に、下層反射膜、下層クラッド層、活性
層、上層クラッド層および上層反射膜を成長させる工程
と、 （２）前記波長チューニング層およびその上の上層反射
膜を選択的にエッチングして複数のメサを形成し、少な
くとも前記波長チューニング層の上の上層反射膜を被覆
するマスク膜を各メサ毎に形成する工程と、 （３）前記マスク膜を介して前記波長チューニング層に
化学変化を起こさせる工程と、 を含む面発光デバイスの製造方法であって、前記第
（２）の工程においては、少なくとも１つのメサにおい
ては、マスク膜が波長チューニング層の少なくとも一部
をも含めて被覆しており、かつ、当該メサにおけるマス
ク膜の波長チューニング層に対する被覆状態は他のメサ
におけるマスク膜の波長チューニング層に対する被覆状
態とは異なっていることを特徴とする面発光デバイスの
製造方法。 - 【請求項６】 各メサにおける波長チューニング層の前
記マスク膜に被覆されない部分は、当該メサにおける上
層反射膜の面積より広い面積に形成されていることを特
徴とする請求項５記載の面発光デバイスの製造方法。 - 【請求項７】 前記波長チューニング層がＡｌＡｓ層を
含む膜として形成され、該波長チューニング層の化学変
化が酸化であることを特徴とする請求項５記載の面発光
デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7314936A JP2806333B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 面発光デバイスおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7314936A JP2806333B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 面発光デバイスおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09135051A JPH09135051A (ja) | 1997-05-20 |
| JP2806333B2 true JP2806333B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=18059441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7314936A Expired - Fee Related JP2806333B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 面発光デバイスおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| WO2000065700A2 (en) * | 1999-04-27 | 2000-11-02 | Gore Enterprise Holdings, Inc. | Postgrowth adjustment of cavity spectrum for semiconductor lasers and detectors |
| JP4710282B2 (ja) | 2004-09-06 | 2011-06-29 | 富士ゼロックス株式会社 | 多波長面発光レーザの製造方法 |
| JP4830358B2 (ja) * | 2005-06-14 | 2011-12-07 | 富士ゼロックス株式会社 | 面発光レーザの製造方法 |
| JP2012209534A (ja) * | 2011-03-17 | 2012-10-25 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子、原子発振器及び面発光レーザ素子の検査方法 |
| JP2016208049A (ja) * | 2011-03-17 | 2016-12-08 | 株式会社リコー | 面発光レーザ素子、原子発振器及び面発光レーザ素子の検査方法 |
| JP2013243329A (ja) * | 2011-07-07 | 2013-12-05 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子及び原子発振器 |
| JP6303255B2 (ja) * | 2011-12-02 | 2018-04-04 | 株式会社リコー | 面発光レーザ素子及び原子発振器 |
| US9748443B2 (en) | 2013-03-18 | 2017-08-29 | Epistar Corporation | Light emitting device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0563301A (ja) * | 1991-09-05 | 1993-03-12 | Hitachi Ltd | 半導体光素子および光通信システム |
| JPH06291406A (ja) * | 1993-03-31 | 1994-10-18 | Fujitsu Ltd | 面発光半導体レーザ |
| JPH06350190A (ja) * | 1993-06-07 | 1994-12-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 波長制御型面発光半導体レーザ |
| JP3093547B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2000-10-03 | 日本電気株式会社 | 光集積回路およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-11-09 JP JP7314936A patent/JP2806333B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH09135051A (ja) | 1997-05-20 |
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