JP6598577B2 - 面発光レーザ、情報取得装置、撮像装置及び面発光レーザの製造方法 - Google Patents

面発光レーザ、情報取得装置、撮像装置及び面発光レーザの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、面発光レーザ、情報取得装置、撮像装置及び面発光レーザの製造方法に関する。
発振波長を変えることのできる波長可変レーザは、通信やセンシング、イメージングなどの様々な分野への応用が期待できることから、近年盛んに研究開発が行われている。波長可変レーザとしては、垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：以下、ＶＣＳＥＬという）の一対の反射鏡の一方を動かす構成が開発されている。具体的には、Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ（以下、ＭＥＭＳという）技術により一対の反射鏡の一方（可動鏡）を機械的に動かすことで共振器長を変動させ、ＶＣＳＥＬの発振波長を変化させている。このようなＶＣＳＥＬを以下では、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬという。
非特許文献１のＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬでは、一対の反射鏡の一方である可動鏡が、メサ形状に形成された半導体積層体の上に、支持部材を介して支持された構成について開示されている。また、半導体積層体は、発光領域に効率よく電流を注入するための酸化狭窄部を有しており、電流は非酸化領域を介して活性層に流れてその領域に対応する領域が主に発光する。このように、酸化狭窄層内の非酸化領域が発光領域と対応する。
米国特許第８０５９６９０号明細書 米国特許第８１８９６４３号明細書
Ｔｈｏｒ Ａｎｓｂａｅｋ 他３名、「１０６０−ｎｍ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｈｉｇｈ Ｉｎｄｅｘ Ｃｏｎｔｒａｓｔ Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｇｒａｔｉｎｇ ＶＣＳＥＬ」、ＩＥＥＥ，Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ １５ ２０１３ Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．４ ｐ．３６５−３６７
ところで、詳細は後述するが、メサ形状や支持部材の配置位置やそれらが形成される領域の大きさによっては、支持部材に対応する部分にも非酸化領域が形成されて、その非酸化領域にも電流が流れてしまう。このため、本来の発光領域における電流注入量が低下し、発光効率を低下させてしまう。
本発明は、上記課題に鑑み、漏れ電流を抑制する波長可変型面発光レーザおよびその製造方法の提供を目的とする。
本発明の一つの態様は、第１反射鏡と、前記第１反射鏡の上に配置された活性層と、前記活性層の上に配置されたコンタクト層と、前記第１反射鏡と前記コンタクト層との間に配置された酸化狭窄層と、前記コンタクト層の一部の領域の上に配置された支持層と、前記支持層の上に前記コンタクト層と離間して配置された、第２反射鏡を有する梁部と、前記コンタクト層の他の一部の領域の上に配置された電極と、を有し、前記支持層によって、前記梁部と前記コンタクト層の間に間隙が形成され、前記酸化狭窄層は、前記間隙に対応する領域の一部に形成された第１非酸化領域と、前記支持層に対応する領域の一部に形成された第２非酸化領域と、を有し、前記電極は、前記コンタクト層と前記第１非酸化領域とを介して、前記活性層にキャリアを注入する構成であり、前記コンタクト層は、前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域に対応する少なくとも一部に溝が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の別の態様は、第１反射鏡と、前記第１反射鏡の上に配置された活性層と、前記活性層の上に配置されたコンタクト層と、前記第１反射鏡と前記コンタクト層との間に配置された酸化狭窄層と、前記コンタクト層の一部の領域の上に配置された支持層と、前記支持層の上に前記コンタクト層と離間して配置された、第２反射鏡を有する梁部と、前記コンタクト層の他の一部の領域の上に配置された電極と、を有し、前記支持層によって、前記梁部と前記コンタクト層の間に間隙が形成され、前記酸化狭窄層は、前記間隙に対応する領域の一部に形成された第１非酸化領域と、前記支持層に対応する領域の一部に形成された第２非酸化領域と、を有し、前記電極は、前記コンタクト層と前記第１非酸化領域とを介して、前記活性層にキャリアを注入する構成であり、前記コンタクト層は、前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域の上の少なくとも一部の、前記梁部の長手方向の単位長さ当たりの抵抗が、前記第１非酸化領域の上の、前記梁部の長手方向の単位長さ当たりの抵抗よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明の別の態様は、第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡の上に配置された活性層と、前記活性層の上に配置されたコンタクト層と、前記第１の反射鏡と前記コンタクト層の間に配置された酸化狭窄層と、前記コンタクト層の一部の領域の上に配置された支持層と、前記支持層の上に前記コンタクト層と離間して配置された第２の反射鏡を有する梁部と、前記コンタクト層の他の一部の領域の上に配置された電極と、を有する面発光レーザの製造方法であって、第１の反射鏡と、活性層と、被酸化層と、コンタクト層と、犠牲層と、第２の反射鏡を備える梁部前駆層と、を有する構造体を準備する工程と、前記犠牲層と前記梁部前駆層と前記コンタクト層と前記被酸化層とをエッチングする工程と、前記エッチングする工程の後に、前記被酸化層を酸化して、酸化狭窄層を形成する工程と、前記酸化狭窄層を形成する工程の後に、前記コンタクト層の一部の上に電極を形成する工程と、前記コンタクト層の少なくとも一部を除去する工程と、前記犠牲層の一部を除去して間隙を形成し、支持層と梁部とを形成する工程と、を有し、前記酸化狭窄層は、前記間隙に対応する領域の一部に形成された第１非酸化領域と、前記支持層に対応する領域の一部に形成された第２非酸化領域と、を有し、前記コンタクト層は、前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域に対応する少なくとも一部に溝が形成されていることを特徴とする。
本発明によると、漏れ電流を抑制する波長可変型面発光レーザおよびその製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態１に係る波長可変型面発光レーザの一例を示す模式図。 本発明の実施形態１に係る波長可変型面発光レーザの製造方法の一例を示す模式図。 本発明の実施形態１に係る波長可変型面発光レーザの製造方法の一例を示す模式図。 本発明の実施形態１に係る波長可変型面発光レーザの製造方法の一例を示す模式図。 本発明の実施形態１に係る波長可変型面発光レーザの製造方法の一例を示す模式図。 本発明の実施形態２に係る撮像装置の一例を示す模式図。 本発明の課題について説明するための図。
まず、本発明の課題について図７を用いて説明する。図７は、波長可変型の面発光レーザの一例であるＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの模式図を示す。図７（ａ）は、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの断面模式図を表している。図７（ｂ）は、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの上面模式図を表しており、図７（ａ）は、図７（ｂ）のＢ−Ｂ’断面の模式図を表している。図７（ｃ）は、図７（ａ）の酸化狭窄層の平面模式図を表している。
図７（ａ）のＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬは、基板７０１上に、下部反射鏡７０２、活性層７０３、スペーサ層７０４、酸化狭窄層７０５、コンタクト層７０６、支持層７０７、上部反射鏡を含む梁部７０８が積層されて構成されている。コンタクト層７０６と梁部７０８との間は離間しており、間隙７１２が形成されている。また、基板７０１の下には第１電極７０９が形成され、梁部７０８の上には第２電極７１０が形成されている。そして、コンタクト層７０６の上に第３電極７１１が形成されている。なお、図７（ｂ）で明らかなように、第３電極７１１は、梁部７０８の直下には形成されていない。このため、図７（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図である図７（ａ）では、第３電極７１１は本来見えないが、理解を助けるためにＢ−Ｂ’断面への射影部分を図示している。
第１電極７０９と第３電極７１１の間に電圧を印加することで、第３電極７１１から、コンタクト層７０６、酸化狭窄層７０５の非酸化領域７１３、スペーサ層７０４を介して活性層７０３に電子とホールの一方のキャリアが供給される。また、電子とホールの他方のキャリアは、第１電極７０９から、基板７０１、下部反射鏡７０２を介して活性層７０３に流れる。そして、活性層７０３内で電子とホールが再結合することで、発光が生じる。
また、梁部７０８は、導電性を有している。そして、第２電極７１０と第３電極７１１との間に交流電圧を印加することによって、梁部７０８が活性層７０３の厚さ方向に振動する。この結果、上部反射鏡も活性層７０３の厚さ方向に振動し、下部反射鏡７０２と上部反射鏡からなる共振器の共振器長が変動し、発光領域で発光した光のうち共振器長に応じた特定の波長の光が外部に射出される。このようにして、面発光レーザの発振波長が可変となる。
ところで、支持領域７１７にある酸化狭窄層７０５にも非酸化領域７１４が形成されている。これは、このＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬが、図７（ｂ）のような構成であるからである。すなわち、領域７１６よりも支持領域７１７の方が大きい。この構成になるのは、支持領域７１７を大きくして梁部７０８の強度を高めているためであり、結果として、領域７１６よりも支持領域７１７の方が大きくなっている。領域７１６及び支持領域７１７の側面から、酸化狭窄層を形成する場合、図７（ｃ）に示すように、支持領域７１７にある酸化狭窄層７０５では、酸化が内部まで十分に進まずに、非酸化領域７１４が残ってしまう。
そして、コンタクト層７０６は、第３電極７１１からのキャリアの注入障壁を低くするために、ドーパントを多く含み、電気伝導率が高くなっている。このため、第３電極７１１からのキャリアが、コンタクト層７０６の面内方向に拡散しやすくなる。そして、拡散されたキャリアが非酸化領域７１４を介して活性層７０３に流れてしまう。その結果、非酸化領域７１３に対応する活性層７０３の領域に注入されるキャリア量が減少し、レーザ発振するための閾値電圧、閾値電流が高くなり、発光効率が低下してしまう。特に、非酸化領域７１３と非酸化領域７１４との間のＸ方向の距離Ｌが、以下の式を満たす場合には、上記の課題が顕著となる。
Ｌ≦２０ｗｔｒ／ρ ・・・式１
ここで、ｗは、非酸化領域７１３と非酸化領域７１４との間にある領域の酸化狭窄層７０５の幅である。なお、この酸化狭窄層７０５の幅は、非酸化領域７１３と非酸化領域７１４との間にある領域に対応する位置にあるコンタクト層の幅とほぼ同等である。ｔは、非酸化領域７１３の上にあるコンタクト層７０６の厚さ、すなわちコンタクト層７０６のＺ方向の長さである。ｒは、非酸化領域７１３の抵抗である。ρはコンタクト層７０６を構成する材料の体積抵抗率である。
式１は、以下のように導かれる。非酸化領域７１３を通る電流Ｉに対する非酸化領域７１４を通る電流ｉの比の値ｉ／Ｉは、以下の式で近似される。
ｉ／Ｉ≒（２ｒ）／Ｒ ・・・式２
なお、Ｒは、コンタクト層７０６の非酸化領域７１３と非酸化領域７１４の間の抵抗の値であり、以下の式で表される。
Ｒ＝ρＬ／（ｗｔ） ・・・式３
ｉ／Ｉが０．１、つまり、非酸化領域７１４を通る電流ｉが非酸化領域７１３を通る電流Ｉに対して１割以上になると、レーザ発振するための閾値電圧、閾値電流の上昇が顕著になる。つまり、ｉ／Ｉ≧０．１であると、上記の課題が顕著になる。このため式２、３より、式１となる。
例えば、ｗ＝２０μｍ、ｔ＝０．１５μｍ、ｒ＝２００Ω、ρ＝１×１０−２［ｃｍ・Ω］とすると、Ｌは１２０μｍ以下となると課題が顕著に表れる。
これに対して、本発明では、以下のような構成のいずれかを採っている。一つの態様は、非酸化領域の間の領域の上の少なくとも一部のコンタクト層の、梁部の長手方向の単位長さ当たりの抵抗が、非酸化領域の上の、梁部の長手方向の単位長さ当たりの抵抗よりも大きくしている。別の態様は、非酸化領域の間の領域の上のコンタクト層を厚さ方向（Ｚ方向）において完全にあるいは一部を除去している。いずれの態様でも、支持領域に形成された非酸化領域へのキャリアパスの抵抗を大きくし、発光部の領域に形成された非酸化領域を通過するキャリア数の低減を抑制している。なお、以下では、酸化狭窄層において、間隙に対応する領域の一部に形成された非酸化領域を第１非酸化領域、支持層に対応する領域の一部に形成された非酸化領域を第２非酸化領域という。
一つ目の態様は、以下の構成が挙げられる。例えば、コンタクト層はドーパントを含有しており、コンタクト層の梁部の長手方向において、そのドーパント濃度が均一でない構成が挙げられる。具体的には、コンタクト層の第１非酸化領域と第２非酸化領域との間の領域に対応する領域の少なくとも一部に含まれる濃度が、第１非酸化領域の上のコンタクト層に含まれる濃度よりも小さくなる濃度分布が形成されている構成である。なお、このドーパントは、コンタクト層の第１非酸化領域と第２非酸化領域との間の領域に対応する領域の少なくとも一部と、第１非酸化領域の上のコンタクト層には、導電性を高める同じ種類のドーパントが含有されている。同じ種類とは、ドナーあるいはアクセプターとして機能する元素が同じ種類であることをいう。また、コンタクト層の第１非酸化領域と第２非酸化領域との間の領域に対応する領域の少なくとも一部には、ドーパントが含まれないように構成してもよい。
また、一つ目の態様の別の構成としては、コンタクト層が導電性を高めるドーパントを有し、第１非酸化領域と第２非酸化領域との間の領域に対応する領域において、そのドーパントの働きを打ち消すドーパントが注入された構成を採ることができる。例えば、コンタクト層がＭｇをドーパントとして含む場合、第１非酸化領域と第２非酸化領域との間の領域に対応する領域にだけ水素を注入させて、高抵抗化処理する方法がある。
また、一つ目の態様の別の構成としては、第１非酸化領域と第２非酸化領域との間の領域に対応する領域において、コンタクト層に溝を設けることが挙げられる。ただし、溝には、一部コンタクト層が残っている。つまり、溝にあるコンタクト層の厚さは、他の領域のコンタクト層の厚さよりも薄くなっている。このため、第１非酸化領域と第２非酸化領域との間の領域に対応する領域においては、梁部の長手方向の単位長さ当たりのコンタクト層の抵抗が他の領域のそれよりも小さくなっているため、キャリアが梁部の長手方向に流れにくくなっている。
第１非酸化領域と第２非酸化領域との間の領域に対応する領域の少なくとも一部のコンタクト層の、梁部の長手方向の単位長さ当たりの抵抗をＲ１とする。一方、第１非酸化領域の上のコンタクト層の、梁部の長手方向の単位長さ当たりの抵抗をＲ２とする。抵抗の比の値Ｒ１／Ｒ２は、１０以上であることが好ましい。
また、コンタクト層はドーパントを含有している場合、第１非酸化領域と第２非酸化領域との間の領域に対応する領域の少なくとも一部のコンタクト層のドーパント濃度をＣ１、第１非酸化領域の上のコンタクト層のドーパント濃度をＣ２とする。ドーパント濃度の比の値Ｃ１／Ｃ２は、０．０以上０．１以下が好ましい。
また、二つ目の態様として、第１非酸化領域と第２非酸化領域との間の領域に対応する領域のコンタクト層に溝を設けている。溝は、１つでもよいし複数でもよい。また、完全にコンタクト層が除去されていてもよいし、一部が除去されていてもよい。なお、一部が除去される形態は、１つの目の形態でもある。また、複数の溝が形成される場合、完全にコンタクト層が除去された溝と一部が除去された溝とが混合されていてもよい。
また、一つ目の態様と二つ目の態様とがどちらか一方で合ってもよいし、併用されていてもよい。
以下に、本発明の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について説明するが、はじめに、本明細書中で使用する用語等について定義する。本明細書中でＶＣＳＥＬ構造の上下方向について言及する場合は、基板側を下側、基板と反対側を上側と定義する。また、本明細書中では、ＤＢＲの高屈折率層とは、ＤＢＲを構成している２つの層のうち相対的に屈折率が高い層のことをいう。ＤＢＲの高屈折率層とは、同様に、ＤＢＲを構成している２つの層のうち相対的に屈折率が低い層のことをいう。
（実施形態１）
以下に、本発明の実施形態１に係る波長可変型の面発光レーザの一例であるＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの構成および製造方法について説明する。図１（ａ）は本実施形態におけるＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの断面模式図、図１（ｂ）は、本実施形態におけるＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの上面模式図を示している。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面の模式図に対応する。図１（ｃ）は、コンタクト層１０６の平面模式図である。
このＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬは、図１（ａ）で示すように、基板１０１上に、下部反射鏡（第１反射鏡）１０２、活性層１０３、酸化狭窄層１０５、コンタクト層１０６、支持層１０７、上部反射鏡（第２反射鏡）を有する梁部１０８が積層されて構成されている。また、下部反射鏡１０２と活性層１０３の間には下部スペーサ層１２０、活性層１０３と酸化狭窄層１０５の間には上部スペーサ層１０４が配置されている。また、コンタクト層１０６と支持層１０７の間には、第１の層１２１がコンタクト層１０６と直接接して配置されている。ここでは、酸化狭窄層１０５とコンタクト層１０６が接して積層されているが、この間に別の層を有していてもよい。
また、コンタクト層１０６と梁部１０８との間は離間しており、間隙１１２が形成されている。梁部１０８は支持層１０７の第１支持領域１１７によって支持されている。基板１０１の下には第１電極１０９、梁部１０８の上には第２電極１１０、コンタクト層１０６の上に第３電極１１１が配置されている。なお、図１（ｂ）で明らかなように、第３電極１１１は、梁部１０８の直下には形成されていない。このため、図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である図７（ａ）では、第３電極１１１は本来見えないが、理解を助けるためにＡ−Ａ’断面への射影部分を図示している。
酸化狭窄層１０５は酸化領域１１５と非酸化領域（第１非酸化領域）１１３で構成されており、酸化領域１１５よりも低い抵抗率を有する非酸化領域１１３をキャリアが通過することができる。これにより、第１電極１０９と第３電極１１１の間に電圧を印加することで、第３電極１１１から、コンタクト層、酸化狭窄層１０５の非酸化領域１１３、上部スペーサ層１０４を介して活性層１０３に電子とホールの一方のキャリアが供給される。また、電子とホールの他方のキャリアは、第１電極１０９から、基板１０１、下部反射鏡１０２を介して活性層１０３に流れる。そして、活性層１０３内で電子とホールが再結合することで、発光が生じる。
また、梁部１０８は、導電性を有している。そして、第２電極１１０と第３電極１１１との間に交流電圧を印加することによって、梁部１０８が活性層１０３の厚さ方向に振動する。この結果、上部反射鏡も活性層１０３の厚さ方向に振動し、下部反射鏡１０２と上部反射鏡からなる共振器の共振器長が変動し、発光領域で発光した光のうち共振器長に応じた特定の波長の光が外部に射出される。このようにして、面発光レーザの発振波長が可変となる。
また、本実施形態のＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの俯瞰模式図は、図１（ｂ）で示されている。２つの第１支持領域１１７の間には可動領域１１８がある。第１支持領域１１７には、図１（ａ）で示すように支持層１０７が形成されている。また、可動領域１１８には、図１（ａ）で示すように、梁部１０８の可動部分が対応している。また、図１（ｂ）で示すように、発光部が形成される発光部領域１１６と第２支持領域１３０との間に、発光部領域１１６と第２支持領域１３０とを接続する接続領域１１９がある。発光部領域１１６と第２支持領域１３０と接続領域１１９のパターンで、コンタクト層１０６、酸化狭窄層１０５、上部スペーサ層１０４、活性層１０３、下部スペーサ層１２０が形成されている。
第１支持領域１１７は、支持層１０７が梁部１０８を支持している領域である。一方、第２支持領域１３０は、コンタクト層１０６や活性層１０３を有する構造体によって、第１支持領域１１７に形成される支持層１０７を支持する領域である。図１（ｂ）のように、第２支持領域１３０は第１支持領域１１７より大きくてもよいが、第１支持領域１１７と第２支持領域１３０は同じ大きさでもよい。
以下で、発光部領域１１６にあるコンタクト層１０６という場合があるが、それは、コンタクト層１０６のうち発光部領域１１６に対応する部分を指す。なお、コンタクト層１０６を例に出して説明したが、他の層でも同様である。
図１（ｂ）で示すように、可動領域１１８の短手方向と平行な方向（Ｙ方向）において、接続領域１１９の幅よりも発光部領域１１６の幅及び支持領域（第１支持領域１１７、第２支持領域１３０）の幅の方が大きい。また、Ｙ方向において、発光部領域１１６の幅よりも支持領域（第１支持領域１１７、第２支持領域１３０）の幅の方が大きい。さらに、可動領域１１８の長手方向と平行な方向（Ｘ方向）においても、発光部領域１１６の幅よりも支持領域（第１支持領域１１７、第２支持領域１３０）の幅の方が大きい。このため、酸化狭窄層１０５には、図７の構成と同様に、支持領域に対応する部分に非酸化領域（第２非酸化領域）１１４が形成される。
しかし、本実施形態では以下の構成を採っているために、漏れ電流を抑制することができる。すなわち、図１（ｃ）で示すように、コンタクト層１０６の接続領域１１９の一部が除去され、溝１５０が形成されている。言い換えると、第３電極１１１と電気的に接続された、発光部領域１１６にあるコンタクト層１０６は、溝１５０を介して、第２支持領域１３０にあるコンタクト層１０６と分離されている。そのため、発光部領域１１６にあるコンタクト層１０６と第２支持領域１３０にあるコンタクト層１０６は電気的に接続されず、第３電極１１１のキャリアが非酸化領域１１４を通過して漏れ電流が生じることを抑制することができる。そのため、非酸化領域１１３を介して活性層１０３に供給されるキャリアが減らないため、活性層１０３の非酸化領域１１３に対応する部分での発光の低減が抑制される。
なお、溝１５０は、コンタクト層１０６の厚さ方向（Ｚ方向）において完全に除去されていなくてもよく、厚さ方向の一部が除去されていてもよい。後者の構成であれば、溝１５０が設けられた領域のコンタクト層の厚さが薄くなる。そのため、溝１５０が設けられた領域のコンタクト層の、梁部１０８の長手方向（Ｘ方向）の単位長さ当たりの抵抗が、非酸化領域に対応する領域のコンタクト層の、Ｘ方向の単位長さ当たりの抵抗よりも大きくなる。このため上述したように、漏れ電流を低減することが可能となる。同様に、コンタクト層１０６に溝１５０を設けることによって、幅方向（Ｘ方向）の長さを短くするようにしてもよい。また、溝１５０は１つでなくても、複数設けられていてもよい。
また、溝１５０は、絶縁体で埋められていてもよい。このように、溝１５０によって、非酸化領域１１３の上にあるコンタクト層１０６と非酸化領域１１４の上にあるコンタクト層１０６とが電気的に分離される構成であってもよい。
また、溝１５０を設ける代わりに、コンタクト層１０６の一部の領域が、漏れ電流を低減するように高抵抗化されていてもよい。具体的には、キャリア濃度を一部の領域だけ他の領域よりも小さくする。これは、その領域の体積抵抗率を低減することに相当する。そして、結果としては、高抵抗化された領域のコンタクト層の、梁部１０８の長手方向（Ｘ方向）の単位長さ当たりの抵抗が、非酸化領域に対応する領域のコンタクト層の、Ｘ方向の単位長さ当たりの抵抗よりも大きくなっている。高抵抗化の手段としては、以下の方法が挙げられる。例えば、コンタクト層１０６を形成する際に、Ｘ方向のキャリア濃度の分布として、高抵抗とすべき領域のキャリア濃度をそれ以外の領域よりも小さくする。また、キャリア注入を高めるためのドーパントを有するコンタクト層１０６を形成した後、一部の領域が高抵抗化するように、キャリア注入を高めるためのドーパントを非活性するドーパントを所定の領域に注入する方法が挙げられる。
（上部反射鏡および下部反射鏡）
上部反射鏡および下部反射鏡は、例えば、高屈折率の層と低屈折率の層とが光学厚さ１／４波長で交互に積層された分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：以下ＤＢＲという）で構成されている。反射鏡は、波長可変範囲を広くするためには、出来る限り広帯域において高反射率を有することが好ましい。上部反射鏡および下部反射鏡には、半導体で構成されたＤＢＲ、誘電体で構成されたＤＢＲのどちらを用いることもできる。一般的に、誘電体で構成されたＤＢＲの方が半導体で構成されたＤＢＲよりも、高屈折率の層と低屈折率の層の屈折率差を大きくしやすいため、少ない積層数で高い反射率を実現できる。一方、半導体で構成されたＤＢＲはペア数が多くなってしまうが、結晶成長中に同時に成膜でき、ドーピングにより電流を流すことができる等のプロセス上の利点がある。また、半導体で構成されたＤＢＲは、梁部と兼用することができる。
エピタキシャル成長で一括形成するためには、下部反射鏡に半導体ＤＢＲ、上部反射鏡にも半導体ＤＢＲを用いることができるが、より広帯域で高反射率を得るために誘電体ＤＢＲを上部反射鏡に用いてもよい。なお、誘電体ＤＢＲを上部反射鏡として用いる際に、半導体層の上に誘電体ＤＢＲを形成する構成とすることができる。上記の上部反射鏡の材料の例として、半導体ＤＢＲではＡｌ０．４Ｇａ０．６ＡｓとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、誘電体ＤＢＲでは酸化シリコンと酸化チタンを用いることができる。下部反射鏡としてはＧａＡｓとＡｌＡｓを用いることができる。
また、反射鏡として、高屈折率差サブ波長回折格子（Ｈｉｇｈ ＩｎｄｅｘＣｏｎｔｒａｓｔ Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｇｒａｔｉｎｇ：以下ＨＣＧという）を用いてもよい。ＨＣＧは高屈折率の材料と低屈折率の材料とが面内方向に交互に周期的に並んだ構成である。ＨＣＧの例として、ＡｌＧａＡｓ層のような半導体層を加工して周期的な間隙を設けた、高屈折率領域（ＡｌＧａＡｓ部）と低屈折領域（間隙部）の周期構造体が挙げられる。高速な波長可変を行う観点から、可動鏡である上部反射鏡を軽量な反射鏡とすることが求められており、ＨＣＧを用いることが好ましい。なお、ＨＣＧとして、特許文献１及び２に記載されているものを用いることができる。
（梁部）
梁部は、２箇所の支持領域で支持されていてもよいし、３箇所以上の支持領域で支持されていてもよい。また、梁部は、シリコンカンチレバーのような１箇所で支持する構成も構わない。また、梁部には、結晶成長時の歪みや、動作環境温度に由来する応力などを緩和するための構造が形成されていてもよい。
梁部は、共振器長を変化させることができるものであれば特に限定されない。例えば、本実施形態のように静電気力で駆動するものでもよいし、ピエゾ等の圧電材料を用いて機械的に駆動するものでもよい。
また、梁部は、本実施形態のように、上部反射鏡を兼ねる構成であってもよいし、上部反射鏡とは別に構成されていてもよい。後者の場合、梁部の発光部領域と対応する位置、つまり発光領域と対応する位置に、上部反射鏡が配置されていればよく、上部反射鏡は梁部の上でも下でもどちらにでも配置されていてもよい。また梁部の発光領域と対応する位置に貫通孔が形成され、その貫通孔に上部反射鏡が配置されている構成でもよい。梁部と上部反射鏡とが別体で構成される場合には、後述する製造方法において、梁部前駆体層のパターニングの前に、上部反射鏡をパターニング形成すればよい。
（コンタクト層）
コンタクト層は、第３電極と直接接する層であり、第３電極からキャリアが注入されやすい構成あれば特に限定されない。例えば、コンタクト層は、ドーパントを含有する半導体層が挙げられる。この場合、例えば、ドーパントのドーピング濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。さらに、電極とのコンタクト抵抗をより低減するために、ドーピング濃度が３×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。また、活性層で発光された光の吸収を抑えるために、ドーピング濃度は２×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。さらには、ドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。
キャリア移動度を高めるために、コンタクト層以外の例えばスペーサ層などの半導体層にもドーパントが含まれていてもよいが、第１電極と第３電極の間にある半導体層の中では、コンタクト層のドーピング濃度が最も高いことが好ましい。
（活性層）
活性層は電流を注入することで光を発生する材料であれば特に限定されない。８５０ｎｍ付近の波長帯域の光を出射させる場合、ＡｌｎＧａ１−ｎＡｓ（０≦ｎ≦１）からなる量子井戸構造を有する材料を用いることができる。また、１０６０ｎｍ付近の波長帯域の光を出射させる場合、ＩｎｎＧａ１−ｎＡｓ（０≦ｎ≦１）からなる材料などを用いることができる。
また、活性層は十分に広い利得を有するものであることが好ましく、具体的には上部反射鏡および下部反射鏡の反射帯域より広い波長領域において利得を有することが好ましい。そのような活性層としては、例えば、少なくとも２つ以上の異なるエネルギー準位で発光が可能な量子井戸構造、いわゆる非対称量子井戸構造を有する活性層が挙げられる。また、量子井戸構造は、単量子井戸または多重量子井戸を有するように複数の層で構成されたものであってもよい。本実施形態における活性層の材料・構造は、発振波長させたい波長に応じて適宜選択できる。
（酸化狭窄層）
酸化狭窄層は、選択酸化プロセスにより、選択的に酸化される酸化領域を高抵抗部、酸化されない非酸化領域を低抵抗部として電流狭窄構造を形成している。選択酸化プロセスにより酸化狭窄層となる被酸化層は、ＡｌＡｓ層またはＡｌ組成比の高い、例えばＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層が好ましい。高温水蒸気雰囲気中で酸化狭窄層を選択酸化することで、ＡｌｘＯｙが形成され、電流狭窄構造が形成される。非酸化領域の形状を制御することによって発光形状を制御できる。発光部内部に形成される非酸化領域、すなわち発光領域の大きさは５μｍ乃至１５μｍ程度である。また、発光部と支持領域の間の領域では、酸化狭窄層は漏れ電流が生じないように選択酸化された酸化領域である。非酸化領域は酸化された酸化領域により囲まれている。
また、酸化狭窄層の位置は、コンタクト層と下部反射鏡の間であれば、活性層の上側でもよいし、下側でもよい。また酸化狭窄層は複数あってもよい。その場合には、複数の酸化狭窄層は、活性層の上側、下側のいずれか一方にあってもよいし、両方にあってもよい。
（間隙）
間隙には、通常固体が存在しない。よって、その雰囲気により間隙は真空であってもよいし、空気、不活性ガス、水のような液体といった流体が存在してもよい。なお、間隙の構造体の厚さ方向の長さは、波長可変帯域幅や可動反射鏡のプルインを考慮して決定することができる。例えば、間隙を空気とした１０６０ｎｍを中心として波長可変帯域幅１００ｎｍで可変する際には、間隙の長さは２μｍ程度となる。
（第１電極、第２電極及び第３電極）
第１電極、第２電極及び第３電極は、チタンや金などの単体の金属や合金、または金属膜の積層体を用いることができる。例えば、Ｔｉ／Ａｕ、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを電極材料として用いることができる。また、第１電極は、キャリアが注入できれば、下部反射鏡の下側ではなく、下部反射鏡の上側であってもよい。また、梁部と第３電極との間に静電引力を働かせて梁部を駆動する場合、第２電極は、梁部の支持領域に配置されていなくても、可動部分に配置されていてもよい。
（製造方法）
次に、図２乃至５を用いて、本実施形態に係るＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの製造方法の一例を説明する。各図内では俯瞰図およびその俯瞰図のａ−ａ’、ｂ−ｂ’断面に対応する模式図、図３以降では、それに加えてｃ−ｃ’断面に対応する模式図を示している。
まず、図２（ａ）で示すように、下部反射鏡１０２と、活性層１０３と、被酸化層２０５と、コンタクト層１０６と、犠牲層２０７と、第２の反射鏡を備える梁部前駆層２０８と、を有する構造体を準備する。構造体は、より具体的には、基板１０１の上に、基板１０１側から順に、下部反射鏡１０２、下部スペーサ層１２０、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、被酸化層２０５、コンタクト層１０６、第１の層１２１を有する。さらに、構造体は、第１の層１２１の上に、犠牲層２０７、上部反射鏡を含む梁部前駆層２０８を有する。構造体を準備するには、基板１０１の上に各層を形成してもよいし、購入してきてもよい。各層の形成は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いて結晶成長を行う方法が挙げられる。
次に、図２（ｂ）に示すように、第１支持領域１１７と可動領域１１８を形成するため、エッチングマスクを形成する。例えば、エッチングマスクとして第１の誘電体膜２１０を構造体の全面に形成する。そして、この第１の誘電体膜２１０をフォトリソグラフィーとウェットエッチングすることにより、第１の誘電体膜２１０を第１支持領域１１７と可動領域１１８に対応する第１のマスクパターンに形成する。なお、第１の誘電体膜２１０のパターン形成は、ウェットエッチングに限らず、ドライエッチングで形成してもよい。第１の誘電体膜２１０には例えば酸化シリコン、窒化ケイ素を用いる。可動領域１１８の短手方向と平行な方向（Ｙ方向）において、第１支持領域１１７のパターン幅は、可動領域１１８のそれよりも大きい。
次に、図２（ｃ）に示すように、第１の誘電体膜２１０に形成された第１のマスクパターンを用いて、梁部前駆層２０８と犠牲層２０７と第１の層１２１までをエッチングし、第１の誘電体膜２１０を除去する。このとき、エッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチング、あるいはその組み合わせを用いてもよい。ドライエッチングとウェットエッチングを組み合わせる場合、犠牲層２０７の途中までドライエッチングを行った後に、残りの犠牲層２０７と第１の層１２１をそれぞれ別々のエッチャントによりウェットエッチングを行ってもよい。また、第１の層１２１の途中までドライエッチングを行った後に、残りの第１の層１２１をウェットエッチングする方法でもよい。第１の層１２１をウェットエッチングにより除去する際には第１の層１２１とコンタクト層１０６とでエッチングの選択比が大きくなるようなエッチャントを用いて、コンタクト層１０６をエッチングストップ層とすることが好ましい。ここでは第１の誘電体膜２１０を除去したが、この段階では除去せずに、後述する発光部を形成するための第２の誘電体膜を付けて、発光部を形成した後に、第１の誘電体膜２１０と第２の誘電体膜を同時に除去してもよい。
次に、図３（ａ）に示すように、発光部を形成するためのエッチングマスクを形成する。例えば、エッチングマスクとして第１のマスクパターンに形成された梁部前駆層２０８の上と、図２（ｃ）の工程で露出したコンタクト層１０６の上に第２の誘電体膜２２０を形成する。そして、フォトリソグラフィーとウェットエッチングすることにより、第２の誘電体膜２２０を、第２支持領域１３０と、発光部領域１１６と、発光部領域１１６と第２支持領域１３０とを接続する接続領域１１９と、に対応する第２のマスクパターンに形成する。なお、第２の誘電体膜２２０のパターン形成は、ウェットエッチングに限らず、ドライエッチングで形成してもよい。第２の誘電体膜２２０には例えば酸化シリコン、窒化ケイ素を用いる。
第２のマスクパターンは、接続領域１１９のＹ方向のパターン幅が、発光部領域１１６、第２支持領域１３０のそれよりも小さくなるパターンである。このパターンは、後の工程において、被酸化層２０５の側面を露出させて酸化させる際に、被酸化層２０５の発光部領域１１６は電流注入のために非酸化領域を残し、被酸化層２０５の接続領域１１９は全て選択酸化するためである。この結果、さらに後の工程で発光部領域１１６と第２支持領域１３０の間の接続領域１１９でコンタクト層１０６をウェットエッチングで除去した際に、キャリアパスを切断することができる。
続いて、図３（ｂ）に示すように、第２の誘電体膜２２０に形成された第２のマスクパターンを用いて、ドライエッチングにより、活性層１０３の側面が露出するまでをエッチングする。具体的には、コンタクト層１０６、被酸化層２０５、上部スペーサ層１０４、活性層１０３、下部スペーサ層１２０がパターニングされる。
この工程では、後の工程で被酸化層２０５を側面から酸化させるために、少なくとも被酸化層２０５の側面が露出するまでエッチングすればよい。また、下部反射鏡１０２の側面の一部あるいは全部が露出するまでエッチングしてもよい。ただし、下部反射鏡１０２に被酸化層２０５よりもＡｌ組成の高い層を用いる場合には、エッチングが下部反射鏡１０２にまで達しないようにする。例えば被酸化層２０５としてＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓを、下部反射鏡１０２としてＡｌＡｓ層を用いている場合である。この場合には、エッチングが下部反射鏡１０２にまで達すると、下部反射鏡１０２のＡｌＡｓ層まで酸化されてしまう。そうなると、ペアとなる高屈折率層と低屈折率層の屈折率差が所望の値を得られず、高い反射率、広い反射帯域を有する多層膜反射鏡を得ることができなくなるからである。
また、図２（ｃ）の工程と図３（ｂ）の工程により、本発明のＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬは、下部反射鏡１０２と下部スペーサ層１２０の間の段差とコンタクト層１０６と第１の層１２１との間の段差の２段の段差が形成される。なお、後の工程のコンタクト層１０６の除去の際に、コンタクト層１０６が露出している必要があるため、本工程でコンタクト層１０６と第１の層１２１との間の段差を形成している。
次に、図３（ｃ）で示すように、高温水蒸気雰囲気中で被酸化層２０５を側壁から、発光部領域１１６にある被酸化層２０５の一部と第２支持領域１３０にある被酸化層２０５の一部を残して、被酸化層２０５を酸化する。これにより、酸化領域１１５、非酸化領域１１３、１１４を有する酸化狭窄層１０５を形成する。その後、第２の誘電体膜２２０を除去する。非酸化領域１１３，１１４は、図７（ｃ）と同様に、酸化領域１１５により囲まれている。なお、第２の誘電体膜２２０を除去する際には、発光部の側面をエッチャントによるダメージから保護するために、エッチング面以外にレジスト等の保護膜を設けた後に第２の誘電体膜２２０を除去することが好ましい。
発光部領域１１６にある酸化狭窄層１０５には、非酸化領域１１３が形成される。また、上述したように、Ｙ方向において、接続領域１１９のパターン幅は発光部領域１１６、第２支持領域１３０のそれよりも狭くなっているため、酸化狭窄層１０５の接続領域１１９は酸化される。さらに、Ｘ方向、Ｙ方向の両方向において、発光部領域１１６のパターン幅よりも第２支持領域１３０のパターン幅の方が大きい。そのため、第２支持領域１３０にある酸化狭窄層１０５には、酸化が内部まで届かず、非酸化領域１１４が形成される。なお、接続領域１１９のパターン幅が大きくなるにつれ、発光部領域１１６の非酸化領域１１３の形状が円形からずれるため、接続領域１１９のパターン幅は大きくしないことが好ましい。非酸化領域１１３の形状は発光分布の形状にかかわる。
次に、図４（ａ）に示すように、上記までの工程でできた構造物の全面を絶縁膜２３０で覆った後に、絶縁膜２３０をフォトリソグラフィーとウェットエッチングで所定のパターンに形成する。絶縁膜２３０には例えば酸化シリコン、窒化シリコンを用いる。所定のパターンとは、梁部前駆層２０８の所定の位置、犠牲層２０７の側面、コンタクト層１０６の所定の位置を露出させるパターンである。
そして、図４（ｂ）に示すように、コンタクト層１０６の発光部領域１１６の露出面の上に第３電極１１１を形成する（ｂ−ｂ’断面参照）。また、第１支持領域１１７にある梁部前駆層２０８の露出面の上に第２電極１１０を形成する（ａ−ａ’断面参照）。ここでは、第２電極１１０を２箇所に形成しているが、どちらか一方のみでもよい。第２電極１１０、第３電極１１１の材料としては例えばＴｉ／Ａｕを用いる。なお、図４（ｂ）では、第２電極１１０が絶縁膜２３０に重なっていないが、絶縁膜２３０の一部に第２電極１１０の一部が重なるように形成されてもよい。
次に、図４（ｃ）に示すように、接続領域１１９にあるコンタクト層１０６を除去するためのマスク層を形成する。そのために、まず、レジスト（マスク層）２４０を全面に塗布した後に、発光部領域１１６にある犠牲層２０７の側面の一部が露出し、かつ、発光部領域１１６にあるコンタクト層１０６が露出しないようにアッシングする（ｂ−ｂ’断面参照）。さらに、接続領域１１９にあるコンタクト層１０６が露出するように、その領域にあるコンタクト層１０６の上のレジスト２４０を除去する（ｃ−ｃ’断面参照）。なお、図４（ｃ）の俯瞰図ではレジスト塗布エリア（色付）とレジスト除去エリア（白抜）を示している。
そして、図５（ａ）に示すように、可動領域１１８にある犠牲層２０７および接続領域１１９にあるコンタクト層１０６をウェットエッチングにて除去する。図４（ｃ）の工程により、発光部領域１１６にある犠牲層２０７の側面の一部が露出しているため、犠牲層２０７は除去される。しかし、発光部領域１１６にあるコンタクト層１０６は、レジスト２４０とエッチングストップ層である第１の層１２１で覆われているため、除去されずに残ったままである（ｂ−ｂ’断面参照）。
一方で、接続領域１１９にある犠牲層２０７、接続領域１１９にあるコンタクト層１０６は露出しているため、その領域の犠牲層２０７およびコンタクト層１０６は除去され、第１の層１２１のみが残る（ｃ−ｃ’断面参照）。この工程により、支持層１０７と梁部１０８が形成される。また、梁部１０８と第１の層１２１の間に間隙１１２が形成されて、波長可変機構が形成される。また、接続領域１１９にあったコンタクト層１０６が除去されて、溝１５０が形成されることで、コンタクト層１０６、非酸化領域１１４を介した漏れ電流パスを切断することができる。
ここで、犠牲層２０７およびコンタクト層１０６をエッチングする際には、犠牲層２０７およびコンタクト層１０６と、第１の層１２１とでエッチャントの選択比を大きくする必要がある。具体的には、犠牲層２０７およびコンタクト層１０６は、可動領域１１８をサイドエッチングにて数μｍ乃至数十μｍエッチングするのに対し、第１の層１２１は層厚方向に数十ｎｍ乃至数百ｎｍエッチングされてはいけない。例えば、犠牲層２０７およびコンタクト層１０６と、第１の層１２１とで選択比が１００以上であることが好ましい。なお、図では犠牲層２０７の層さ（Ｚ方向の長さ）が梁部１０８のＹ方向の幅よりも大きく記載しているが、犠牲層２０７の層厚方向は２μｍ程度、梁部１０８の幅方向は２０μｍ程度であり、犠牲層２０７の層さの方が梁部１０８のＹ方向の幅よりも小さい。
本工程のエッチングは、犠牲層２０７を第１のエッチャントにおいてエッチングした後にコンタクト層１０６を第２のエッチャントにおいてエッチングをしてもよい。プロセスを容易にするためには、第１のエッチャントによって犠牲層２０７とコンタクト層１０６を同時にエッチングすることが好ましい。そのために犠牲層２０７とコンタクト層１０６が同一材料であるとより好ましい。ＡｌＧａＡｓ系で結晶成長を行う際には、コンタクト抵抗を小さくするためにはコンタクト層１０６はＧａＡｓ層とすることが好ましく、また、エッチャントの選択性から犠牲層２０７をＧａＡｓ層とすることが好ましい。すなわち、コンタクト層１０６および犠牲層２０７をＧａＡｓ層で構成することが好ましい。
このような関係の層構成およびエッチャントの例として、以下のような構成を用いる。上部反射鏡を兼ねた梁部１０８はＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ、犠牲層２０７はＧａＡｓ、第１の層１２１はＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、コンタクト層１０６はＧａＡｓを用いる。さらに、被酸化層２０５はＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ、上部スペーサ層１０４はＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓを用いる。なお、酸化狭窄層１０５の酸化領域１１５は、ＡｌｘＯｙとなっている。特に、梁部のコンタクト層１０６の下ではＡｌｘＯｙである。犠牲層２０７およびコンタクト層１０６のエッチャントとしてクエン酸系のエッチャントを用いる。クエン酸系のエッチャントとして、例えば、クエン酸１水和物と水を重量費で１：１で混合したものをＡとし、Ａ：過酸化水素水（３０％）＝４：１の体積比で混合した水溶液をエッチャントとして用いることができる。当エッチャントではＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのｘが大きくなる、すなわちＡｌ組成が多くなるとエッチングレートが低くなる。ＧａＡｓの犠牲層２０７のエッチングのために１０分以上エッチングを行っても、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ第１の層１２１はエッチングストップ層として残る。なお、クエン酸系のエッチャントとして上記混合比に限らず、例えば、過酸化水素水の割合を増やしたり、水をさらに加えたりする等してもよい。
また、犠牲層２０７と第１の層１２１とコンタクト層１０６の材料の別の例として、犠牲層２０７とコンタクト層１０６にＧａＡｓ、第１の層１２１にＧａＩｎＰを用いてもよい。この場合、犠牲層２０７とコンタクト層１０６のエッチングには前述のクエン酸系エッチャントと用い、第１の層１２１のエッチングには塩酸を用いることができる。
その後、図５（ｂ）で示すように、可動領域１１８に残っている第１の層１２１をウェットエッチングで除去し、レジスト２４０を剥離する。第１の層１２１を除去すると、間隙１１２の厚さ方向の距離を長くすることができ、共振器部の実効共振器長を短くすることができる。ただし、第１の層１２１は除去せずに残しておいてもよい。ここで、第１の層１２１をエッチングする際には、コンタクト層１０６に対してエッチャントの選択比を大きくする必要がある。例えば、第１の層１２１にＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、コンタクト層１０６にＧａＡｓを用い、第１の層１２１のエッチャントとしてバッファードフッ酸を用いる。なお、のコンタクト層１０６の接続領域１１９の下の酸化狭窄層１０５の酸化領域１１５はＡｌｘＯｙであり、バッファードフッ酸によりエッチングされる。しかし、例えば、その下部の上部スペーサ層１０４をＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓで形成すると、バッファードフッ酸によりエッチングされないエッチングストップ層として機能し、活性層１０３にダメージを与えることがない。
また、コンタクト層１０６と酸化狭窄層１０５の間に第２の層（不図示）を設けてもよい。この第２の層は、コンタクト層１０６および第１の層１２１のエッチャントに対し、選択比が大きい材料を用いることで、エッチングストップ層として利用できる。ただし、第２の層は、発光部領域１１６、接続領域１１９、第２支持領域１３０にわたって残るため、電流パスとならないように、抵抗を大きくする必要がある。具体的には、第２の層の抵抗は、コンタクト層１０６のそれに比べて大きい必要がある。例えば、第２の層は、コンタクト層１０６のドーピング濃度よりも小さいドーピング濃度を有する構成とすればよい。また、第２の層は、コンタクト層１０６の厚さより厚くすればよい。
また、各エッチングに対して、エッチャントと接する部分として梁部１０８や絶縁膜２３０なども選択比を大きく取ることが好ましいが、特性に影響を与えない程度であれば、一部エッチングされてもよい。
最後に、図５（ｃ）で示すように、第１電極１０９を形成する。電極材料としては例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを用いることができる。なお、絶縁膜２３０は、図１（ａ）のように除去してもよいし、除去しなくてもよい。ただし、絶縁膜２３０を除去する場合には、図５（ｃ）のｂ−ｂ’断面図で示されている第３電極１１１の下部は残るように、それ以外を除去する。
このような製造方法を用いることで、コンタクト層１０６の一部を除去することができ、漏れ電流を抑制する波長可変ＶＣＳＥＬが形成される。なお、本実施形態に関して、構成および製造方法は示したものに限らない。
例えば、上記の製造方法の一例では、図２（ｃ）の工程において、梁部前駆層２０８と犠牲層２０７と第１の層１２１までをエッチングした。しかし、少なくとも梁部前駆層２０８までをエッチングすればよく、犠牲層２０７と第１の層１２１は発光部を形成する工程（図３（ｂ）の工程）の後で第３電極１１１を形成する工程（図４（ｂ）の工程）の前までにエッチングを実施してもよい。
また、第２電極１１０と第３電極１１１を形成後に犠牲層２０７をエッチングし、第１電極１０９を形成した。しかし、犠牲層２０７のエッチングの前に第１電極１０９を形成してもよいし、第２電極１１０と第３電極１１１の形成前に犠牲層２０７をエッチングしてもよく、この順番に限らない。
また、コンタクト層１０６の一部を除去する工程は、第２電極１１０や第３電極１１１を形成する前に行ってもよい。
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１の面発光レーザを光源装置として用いた情報取得装置の例について説明する。波長可変型の光源装置は、光通信用光源や光計測用光源として利用することができる。さらに、波長可変型の光源装置は、非侵襲、非破壊で測定対象物の内部の情報を取得する情報取得装置の光源装置として利用することができる。以下では、本実施形態の光源装置を用いた情報取得装置の一例として、光干渉断層撮像装置（以下、ＯＣＴ装置という）について図６を用いて説明する。
図６は、本実施形態に係るＯＣＴ装置を示す模式図である。ＯＣＴ装置は、光源装置６０１、干渉光学系６０２、光検出部６０３、測定対象物の内部情報を取得する情報取得部６０４、を少なくとも有する。光源装置６０１として、実施形態１の面発光レーザを用いることができる。また、図示していないが、情報取得部６０４はフーリエ変換器を有する。ここで、情報取得部６０４がフーリエ変換器を有するとは、情報取得部６０４が入力されたデータに対してフーリエ変換する機能を有していれば形態は特に限定されない。一例は、情報取得部６０４が演算部を有し、この演算部がフーリエ変換する機能を有する場合である。具体的には、演算部がＣＰＵを有するコンピュータであり、このコンピュータが、フーリエ変換機能を有するアプリケーションを実行する場合である。他の例は、情報取得部６０４がフーリエ変換機能を有するフーリエ変換回路を有する場合である。
光源装置６０１から出た光は干渉光学系６０２を経て測定対象の物体６１２の情報を有する干渉光となって出力される。干渉光は光検出部６０３において受光される。なお光検出部６０３は差動検出型でも良いし単純な強度モニタ型でも良い。受光された干渉光の強度の時間波形の情報は光検出部６０３から情報取得部６０４に送られる。情報取得部６０４では、受光された干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得してフーリエ変換をし、物体６１２の情報（例えば断層像の情報）を取得する。なお、ここで挙げた光源装置６０１、干渉光学系６０２、光検出部６０３、情報取得部６０４を任意に設けることができる。
以下、光源装置６０１から光が照射されてから、測定対象の物体の内部の情報を得るまでについて詳細に説明する。光源装置６０１から出た光は、ファイバ６０５を通って、カップラ６０６に入り、照射光用のファイバ６０７を通る照射光と、参照光用のファイバ６０８を通る参照光とに分岐される。カップラ６０６は、光源の波長帯域でシングルモード動作のもので構成し、各種ファイバカップラは３ｄＢカップラで構成することができる。照射光はコリメーター６０９を通って平行光になり、ミラー６１０で反射される。ミラー６１０で反射された光はレンズ６１１を通って物体６１２に照射され、物体６１２の奥行き方向の各層から反射される。
一方、参照光はコリメーター６１３を通ってミラー６１４で反射される。カップラ６０６では、物体６１２からの反射光とミラー６１４からの反射光による干渉光が発生する。干渉した光はファイバ６１５を通り、コリメーター６１６を通って集光され、光検出部６０３で受光される。光検出部６０３で受光された干渉光の強度の情報は電圧などの電気的な情報に変換されて、情報取得部６０４に送られる。情報取得部６０４では、干渉光の強度のデータを処理、具体的にはフーリエ変換し断層像の情報を得る。このフーリエ変換する干渉光の強度のデータは通常、等波数間隔にサンプリングされたデータであるが、等波長間隔にサンプリングされたデータを用いることも可能である。
得られた断層像の情報は、情報取得部６０４から画像表示部６１７に送って画像として表示させてもよい。なお、ミラー６１０を照射光の入射する方向と垂直な平面内で走査することで、測定対象の物体６１２の３次元の断層像を得ることができる。また、光源装置６０１の制御は、情報取得部６０４が電気回路６１８を介して行ってもよい。また図示しないが、光源装置６０１から出る光の強度を逐次モニタリングし、そのデータを干渉光の強度の信号の振幅補正に用いてもよい。
ＯＣＴ装置は、眼科、歯科、皮膚科等の分野において、動物や人のような生体内の断層像を取得する際に有用である。生体の断層像に関する情報とは、生体の断層像のみならず、断層像を得るために必要な数値データをも含む。特に、測定対象を人体の眼底や歯、血管とし、それらの断層像に関する情報を取得することに用いられることが好適である。
以下に本発明の実施例を示す。本実施例では、図１乃至５に基づいて、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの製造方法及び構成について説明する。まず、図２（ａ）で示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ下部反射鏡１０２、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ下部スペーサ層１２０、多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＡｓ活性層１０３を順に形成する。そして、その上に、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ上部スペーサ層１０４、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ被酸化層２０５、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第２の層（不図示）、ＧａＡｓコンタクト層１０６を順に形成する。そして、その上に、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ第１の層１２１、ＧａＡｓ犠牲層２０７、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ梁部前駆層２０８を順に形成する。これらの層はＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。活性層１０３は中心波長を１０６０ｎｍである。下部反射鏡１０２は、ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層が３５ペア、梁部前駆層２０８は、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層とＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層が３５ペアである。コンタクト層１０６のドーピング濃度は３×１０１８ｃｍ−３、第２の層１２１のドーピング濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
次に、図２（ｂ）で示すように、プラズマＣＶＤにより酸化シリコン膜２１０を全面に成膜する。フォトリソグラフィーとウェットエッチングによって第１支持領域１１７と可動領域１１８の第１マスクパターンとなるように酸化シリコン膜２１０をパターニングする。可動領域１１８の幅は２０μｍ、第１支持領域１１７は１００μｍ×１００μｍとする。ウェットエッチングにはバッファードフッ酸を用いる。
次に、図２（ｃ）で示すように、第１マスクパターンに対して、梁部前駆層２０８と犠牲層２０７の途中までをドライエッチングする。残りの犠牲層２０７をクエン酸１水和物と水を重量費で１：１で混合したものをＡとし、Ａ：過酸化水素水（３０％）＝４：１の体積比で混合したクエン酸系エッチャントにより、ウェットエッチングする。次に第１の層１２１をバッファードフッ酸によりウェットエッチングする。第１の層１２１は３０ｎｍであるため、１０秒程度で十分にエッチングされるが、引き続き、同じエッチャントで酸化シリコン膜２１０も除去する。なお、梁部前駆層２０８のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓも一部エッチングされるが、可動領域１１８の幅は２０μｍとしており、そこの一部がサイドエッチングされるだけであり、特性上に問題は及ぼさない。
次に、図３（ａ）で示すように、酸化シリコン膜２２０を用いて、発光部領域１１６と第２支持領域１３０と接続領域１１９とのパターンの第２マスクパターンを形成する。パターン形成された梁部前駆層２０８の幅２０μｍに対し、接続領域１１９のＹ方向のパターン幅は２５μｍである。また、発光部領域１１６の直径は５０μｍであり、第２支持領域１３０は１０５μｍ×１０５μｍである。このように、Ｙ方向において、接続領域１１９の幅は、発光部領域１１６の幅、支持領域（第１支持領域１１７、第２支持領域１３０）の幅よりも小さい。さらに、Ｘ方向、Ｙ方向の両方向において、発光部領域１１６の幅は、支持領域（第１支持領域１１７、第２支持領域１３０）の幅よりも小さい。
そして、図３（ｂ）に示すように、第２マスクパターンに対し、下部反射鏡１０２の上までドライエッチングする。この結果、被酸化層２０５の側壁が露出する。
次に、図３（ｃ）で示すように、高温水蒸気雰囲気中で被酸化層２０５を選択酸化する。この結果、接続領域１１９にＡｌｘＯｙの酸化領域１１５、発光部領域１１６と第２支持領域１３０に非酸化領域１１３、１１４が形成され、酸化狭窄層１０５が形成される。その後、酸化シリコン膜２２０を除去する際のバッファードフッ酸による発光部の側壁へのダメージから保護するために、エッチング面以外を保護膜（不図示）で保護した後に酸化シリコン膜２２０を除去し、保護膜剥離する。
次に、図４（ａ）で示すように、ウエハ全面を酸化シリコン膜２３０で覆う。そして、第２電極、第３電極を形成するため、および犠牲層２０７をエッチングをするために、酸化シリコン膜２３０の一部をフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより除去する。
続いて、図４（ｂ）で示すように、Ｔｉ／Ａｕ膜により、第１支持領域１１７にある梁部前駆層２０８の上に第２電極１１０と、発光部領域１１６にあるコンタクト層１０６の上に第３電極１１１と、を形成する。このときの電極パターンはリフトオフにより形成する。
次に、図４（ｃ）で示すように、レジスト２４０を全面に塗布する。そして、酸素プラズマにより、可動領域１１８にある犠牲層２０７の側面の一部が露出し、かつ、発光部領域１１６にあるコンタクト層１０６が露出しない状態までレジスト２４０をアッシングする。露出する犠牲層２０７の側面は、犠牲層２０７の厚さ２μｍに対して、その半分の１μｍほど露出させる。また、接続領域１１９にあるコンタクト層１０６が露出するようにレジスト２４０を露光することにより除去する。
そして、図５（ａ）で示すように、可動領域１１８にある犠牲層２０７と接続領域１１９にあるコンタクト層１０６を前述のクエン酸系エッチャントにて同時にウェットエッチングする。このエッチングでは発光部領域１１６にある犠牲層２０７をサイドエッチングにより１０μｍずつエッチングされる。その一方で、このエッチャントに曝されている、第１の層１２１、第２の層（不図示）、梁部前駆層２０８は３０ｎｍ乃至数百ｎｍ程度の厚さであるが、選択比が大きいために、何れの層もエッチングされずに残る。
その後、図５（ｂ）で示すように、第１の層１２１をウェットエッチングで除去し、レジスト２４０を剥離する。この際にコンタクト層１０６および第２の層（不図示）はバッファードフッ酸によりエッチングされずに残っている。なお、第２の層（不図示）は、コンタクト層１０６よりも抵抗が大きいため、漏れ電流のパスとはなりにくい。
最後に、図５（ｃ）のように、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜により第１電極１０９を形成する。このようにして、本発明のＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬを得ることができる。
このように、接続領域１１９にあるコンタクト層１０６を除去することにより、発光部領域１１６にあるコンタクト層１０６と第２支持領域１３０にあるコンタクト層１０６とを分離することができる。このため、第３電極１１１からコンタクト層１０６、第２支持領域１３０の非酸化領域１１４を介してのキャリアの流れを抑制することができる。それにより、漏れ電流を抑制することが可能となる。また、第１電極１０９と第３電極１１１の間に電圧を印加することで、酸化狭窄層１０５の非酸化領域１１３に対応する領域から発光が生じる。第２電極１１０と第３電極１１１との間に交流電圧を印加することによって、上部反射鏡を有する梁部１０８が活性層１０３の厚さ方向に振動し、発光領域で発光した光のうち共振器長に応じた特定の波長の光が外部に射出される。このようにして、面発光レーザの発振波長が可変となる。
１０２ 下部反射鏡（第１の反射鏡）
１０３ 活性層
１０５ 酸化狭窄層
１０６ コンタクト層
１０７ 支持層
１０８ 梁部
１１２ 間隙
２０５ 被酸化層
２０７ 犠牲層
２０８ 梁部前駆層
１１６ 発光部領域
１１７ 第１支持領域
１１８ 可動領域
１１９ 接続領域
１３０ 第２支持領域
１５０ 溝

Claims (21)

  1. 第１反射鏡と、
    前記第１反射鏡の上に配置された活性層と、
    前記活性層の上に配置されたコンタクト層と、
    前記第１反射鏡と前記コンタクト層との間に配置された酸化狭窄層と、
    前記コンタクト層の一部の領域の上に配置された支持層と、
    前記支持層の上に前記コンタクト層と離間して配置された、第２反射鏡を有する梁部と、
    前記コンタクト層の他の一部の領域の上に配置された電極と、を有し、
    前記支持層によって、前記梁部と前記コンタクト層の間に間隙が形成され、
    前記酸化狭窄層は、前記間隙に対応する領域の一部に形成された第１非酸化領域と、前記支持層に対応する領域の一部に形成された第２非酸化領域と、を有し、
    前記電極は、前記コンタクト層と前記第１非酸化領域とを介して、前記活性層にキャリアを注入する構成であり、
    前記コンタクト層は、前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域に対応する少なくとも一部に溝が形成されていることを特徴とする面発光レーザ。
  2. 前記第１非酸化領域の上のコンタクト層は、前記溝を介して、前記第２非酸化領域の上のコンタクト層から分離されていることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
  3. 前記第１非酸化領域の上と前記第２非酸化領域の上には、前記コンタクト層が形成されており、
    前記溝には、コンタクト層が形成されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光レーザ。
  4. 第１反射鏡と、
    前記第１反射鏡の上に配置された活性層と、
    前記活性層の上に配置されたコンタクト層と、
    前記第１反射鏡と前記コンタクト層との間に配置された酸化狭窄層と、
    前記コンタクト層の一部の領域の上に配置された支持層と、
    前記支持層の上に前記コンタクト層と離間して配置された、第２反射鏡を有する梁部と、
    前記コンタクト層の他の一部の領域の上に配置された電極と、を有し、
    前記支持層によって、前記梁部と前記コンタクト層の間に間隙が形成され、
    前記酸化狭窄層は、前記間隙に対応する領域の一部に形成された第１非酸化領域と、前記支持層に対応する領域の一部に形成された第２非酸化領域と、を有し、
    前記電極は、前記コンタクト層と前記第１非酸化領域とを介して、前記活性層にキャリアを注入する構成であり、
    前記コンタクト層は、前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域の上の少なくとも一部の、前記梁部の長手方向の単位長さ当たりの抵抗が、前記第１非酸化領域の上の、前記梁部の長手方向の単位長さ当たりの抵抗よりも大きいことを特徴とする面発光レーザ。
  5. 前記コンタクト層の前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域に対応する領域の少なくとも一部と前記第１非酸化領域の上のコンタクト層には、同じ種類のドーパントが含まれており、
    前記同じ種類のドーパントは、前記コンタクト層の前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域に対応する領域の少なくとも前記一部に含まれる濃度が、前記第１非酸化領域の上のコンタクト層に含まれる濃度よりも小さくなる濃度分布を有することを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ。
  6. 前記第１非酸化領域の上と前記第２非酸化領域の上と前記溝には、コンタクト層が形成されており、
    前記溝に形成されたコンタクト層の厚さは、前記第１非酸化領域の上のコンタクト層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１、４及び５のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  7. 前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の前記梁部の長手方向の距離Ｌは、下記の式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の面発光レーザ。Ｌ≦２０ｗｔｒ／ρ
    ここで、ｗは前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域の酸化狭窄層の幅、ｔは第１非酸化領域の上にあるコンタクト層の厚さ、ｒは第１非酸化領域の抵抗、ρはコンタクト層を構成する材料の体積抵抗率である。
  8. 前記第１非酸化領域は、酸化された領域により囲まれていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  9. 前記梁部の短手方向と平行な方向において、前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域に対応する領域の前記酸化狭窄層の幅よりも、前記第２非酸化領域を有する部分の前記酸化狭窄層の幅の方が大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  10. 前記梁部の短手方向と平行な方向及び前記梁部の長手方向と平行な方向それぞれにおいて、前記第１非酸化領域を有する部分の前記酸化狭窄層の幅よりも前記第２非酸化領域を有する部分の前記酸化狭窄層の幅の方が大きいことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  11. 前記支持層と前記コンタクト層との間に、前記コンタクト層と直接接する第１の層を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  12. 前記第１の層は、前記コンタクト層と異なる材料で構成されており、
    前記支持層は、前記コンタクト層と同じ材料で構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザ。
  13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の面発光レーザと、
    測定対象物の内部情報を取得する情報取得部と、を有することを特徴とする情報取得装置。
  14. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の面発光レーザと、
    前記面発光レーザからの光を測定対象物へ照射する照射光と参照光とに分岐させ、前記測定対象物に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
    前記干渉光を受光する光検出部と、
    前記光検出部からの信号に基づき、前記測定対象物の情報を取得する情報取得部と、を有することを特徴とする撮像装置。
  15. 第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡の上に配置された活性層と、前記活性層の上に配置されたコンタクト層と、前記第１の反射鏡と前記コンタクト層の間に配置された酸化狭窄層と、前記コンタクト層の一部の領域の上に配置された支持層と、前記支持層の上に前記コンタクト層と離間して配置された、第２の反射鏡を有する梁部と、前記コンタクト層の他の一部の領域の上に配置された電極と、を有する面発光レーザの製造方法であって、
    第１の反射鏡と、活性層と、被酸化層と、コンタクト層と、犠牲層と、第２の反射鏡を備える梁部前駆層と、を有する構造体を準備する工程と、
    前記犠牲層と前記梁部前駆層と前記コンタクト層と前記被酸化層とをエッチングする工程と、
    前記エッチングする工程の後に、前記被酸化層を酸化して、酸化狭窄層を形成する工程と、
    前記酸化狭窄層を形成する工程の後に、前記コンタクト層の一部の上に電極を形成する工程と、
    前記コンタクト層の少なくとも一部を除去する工程と、
    前記犠牲層の一部を除去して間隙を形成し、支持層と梁部とを形成する工程と、を有し、
    前記酸化狭窄層は、前記間隙に対応する領域の一部に形成された第１非酸化領域と、前記支持層に対応する領域の一部に形成された第２非酸化領域と、を有し、
    前記コンタクト層は、前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域に対応する少なくとも一部に溝が形成されていることを特徴とする面発光レーザの製造方法。
  16. 前記コンタクト層の少なくとも一部を除去する工程と、前記支持層と梁部とを形成する工程と、は同一工程で行われることを特徴とする請求項１５に記載の面発光レーザの製造方法。
  17. 前記構造体は、前記コンタクト層と前記犠牲層の間に第１の層を有し、
    前記梁部前駆層をエッチングする工程と同一工程で、前記第１の層をエッチングする工程と、
    前記コンタクト層の少なくとも一部を除去する工程の後に、前記梁部と対応する領域にある前記第１の層を除去する工程と、を有することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の面発光レーザの製造方法。
  18. 前記梁部の短手方向と平行な方向において、前記第１非酸化領域と前記第２非酸化領域との間の領域の前記酸化狭窄層の幅よりも前記第２非酸化領域を有する部分の前記酸化狭窄層の幅の方が大きいことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
  19. 前記梁部の短手方向と平行な方向、及び前記梁部の長手方向と平行な方向それぞれにおいて、前記第１非酸化領域を有する部分の前記酸化狭窄層の幅よりも前記第２非酸化領域を有する部分の前記酸化狭窄層の幅の方が大きいことを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
  20. 前記酸化狭窄層を形成する工程で酸化されない非酸化領域は、酸化された領域により囲まれていることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
  21. 前記犠牲層と前記梁部前駆層と前記コンタクト層と前記被酸化層とをエッチングする工程は、
    前記犠牲層と前記梁部前駆層をエッチングする工程と、
    前記犠牲層と前記梁部前駆層をエッチングする工程の後に、前記コンタクト層と前記被酸化層とをエッチングする工程と、を有することを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
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