JP6608202B2 - 面発光レーザ、情報取得装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、面発光レーザ、情報取得装置及び撮像装置に関する。

発振波長を変えることができる波長可変レーザは、光通信分野や検査分野など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 Ｅｍｉｓｓｉｏｎ 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。

可動鏡としては、高屈折率材料に波長以下の間隔のグレーティングを形成した、高屈折率差サブ波長回折格子（Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｔｒａｓｔ Ｇｒａｔｉｎｇ：以下、ＨＣＧという）を用いることができる。非特許文献１には、可動鏡としてＨＣＧを用いたＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬについて開示されている。さらに、非特許文献１には、ＨＣＧを導電性の半導体で構成して、静電引力によってＨＣＧを活性層側に引き寄せる構成が開示されている。

米国特許第８０５９６９０号明細書 米国特許第８１８９６４３号明細書

Ｔｈｏｒ Ａｎｓｂaｋ 他３名、「１０６０―ｎｍ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｈｉｇｈ Ｉｎｄｅｘ Ｃｏｎｔｒａｓｔ Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｇｒａｔｉｎｇ ＶＣＳＥＬ」、ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．２５，ＮＯ．４，ｐ．３６５−３６７，ＦＥＢＲＵＡＲＹ １５，２０１３

導電性の半導体で構成されたＨＣＧを活性層側に引き寄せる場合、ＨＣＧが静電引力によって変形し、ＶＣＳＥＬの発振を阻害することがある。すなわち、ＨＣＧに静電引力を印加すると、ＨＣＧ自体にも静電引力が作用するため、ＨＣＧと活性層との距離が縮まるだけでなく、ＨＣＧ自体の形状が活性層側に凸状の形状に変形しやすくなる。このため、活性層からの光の反射方向が変化し、実質的な反射率が低下し、発振閾値が上昇してＶＣＳＥＬの発振が抑制されてしまう。

本発明の目的は、駆動時における可動鏡の形状変化を低減することができる面発光レーザを提供することである。

本発明の面発光レーザは、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、前記活性層の上に間隙を介して配置された、導電性を有する第１の梁と、前記第１の梁に形成された開口部に配置された第２の反射鏡と、前記開口部に配置され、前記第１の梁の短手方向に延びて、前記第２の反射鏡と前記第１の梁とを接続する第２の梁と、を有し、前記第１の梁は、少なくとも長手方向の両端が固定されており、前記第２の梁の前記第１の梁の長手方向の長さは、前記第２の反射鏡の前記第１の梁の長手方向の長さよりも小さく、前記第２の反射鏡は、前記第１の梁と電気的に接続されていないことを特徴とする。

本発明によれば、駆動時における可動鏡の形状変化を抑えた面発光レーザを得ることができる。

実施形態１、２に係るＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの一例を示す模式図 実施形態１、２に係るＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの製造方法の一例を示す模式図 実施形態３に係る撮像装置の一例を示す模式図 課題を説明するための図

まず、課題について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、ＨＣＧからなる反射鏡４１６が直接形成された梁４１０の上面模式図を示している。この反射鏡４１６は、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの可動鏡として用いられる。

図４（ｂ）は、反射鏡４１６と梁４１０の駆動時の様子を梁の短手方向（Ｙ方向）から見た図を示している。図４（ｂ）のように、梁４１０の長手方向（Ｘ方向）の中央部とその中央部にある反射鏡４１６は、静電引力によって不図示の活性層側（−Ｙ方向）に引き寄せられている。これは、反射鏡４１６と梁４１０とが導電性を有しており、さらに、梁４１０の長手方向（Ｘ方向）の両端は固定されているためである。その結果、反射鏡４１６内でも変形量が異なり、図４（ｂ）のように、活性層側に凸状の形状に変形してしまう。このため、活性層からの光の反射方向が変化し、実質的な反射率が低下する。この反射率の低下は、発振閾値の上昇につながり、ＶＣＳＥＬの発振を阻害してしまう。

本発明では、この駆動時の可動鏡の変形を抑制するための変形抑制構造が設けられている。具体的には、可動鏡が梁と繋がっている領域を減らし、さらに可動鏡には静電引力がかからないような構成を採っている。より具体的には、可動部の構成は、長手方向の両端が固定された第１の梁に開口部が形成され、その開口部内に可動鏡が配置され、可動鏡と第１の梁とは、第２の梁のみで接続される構成である。その第２の梁の第１の梁の長手方向の長さは、可動鏡の第１の梁の長手方向の長さよりも小さい。さらに、可動鏡と導電性を有する第１の梁とは電気的に接続されていない。

以下に、本発明の各実施形態を図面を参照しながら説明するが、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ＭＥＭＳ−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、Ｘ方向とは第１の梁の長手方向であり、Ｙ方向とは第１の梁の短手方向である。さらに、Ｚ方向とは、活性層の厚さ方向、言い換えるとＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬを構成する第１反射鏡と活性層と第２反射鏡とがこの順で配置されている方向である。

なお、以下では、可動鏡としてＨＣＧを例として説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、可動鏡として半導体多層膜などを用いる場合にも発明は適用できる。

（実施形態１）
図１（ａ）は、本実施形態に係る波長可変型の面発光レーザの一例であるＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの一例を示す上面模式図、図１（ｂ）は、本実施形態のＶＣＳＥＬの一例を示す断面模式図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図に対応する。

図１（ｂ）で示すように、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬは、基板１００の上に、下部反射鏡（第１の反射鏡）１０１と、下部スペーサ層１０２と、活性層１０３と、上部スペーサ層１０４と、電流狭窄層１０５と、支持層１０８と可動部と、を有している。可動部は、上部反射鏡（第２の反射鏡）１１６と、Ｚ方向に駆動され、Ｘ方向の両端が少なくとも固定され、導電性を有する第１の梁１１０と、を有している。

さらに、可動部は、図１（ａ）で示すように、上部反射鏡１１６と第１の梁１１０とを接続する第２の梁１１４と、を有している。上部反射鏡１１６は可動鏡であり、第１の梁１１０の開口部１３０に配置されている。また、上部反射鏡１１６は、第１の梁１１０のＹ方向に延びる第２の梁１１４によって、第１の梁１１０に支持されている。

図１（ｂ）で示すように、上部反射鏡１１６と上部スペーサ層１０４との間には、間隙１４０が形成されている。第１の梁１１０は、支持層１０８により支持されている。また、基板１００の下には第１電極１１８が形成されている。第１の梁１１０は導電性を有しており、第２電極を兼ねている。

また、上部スペーサ層１０４の上に第３電極１１３が形成されている（図１（ａ）参照）。第１電極１１８と第３電極１１３の間に電圧を印加することで、第１電極１１８から、基板１００、下部反射鏡１０１、下部スペーサ層１０２を介して活性層１０３に電子が供給される。一方、第３電極１１３から、上部スペーサ層１０４、電流狭窄層１０５の低抵抗領域１２０を介して、活性層１０３にホールが供給される。その結果、活性層１０３にて、電子とホールが再結合して活性層１０３で発光が生じる。

また、第３電極１１３は、第２電極である第１の梁１１０と対をなし、第１の梁１１０を駆動するための電極である。すなわち、第２電極である第１の梁１１０と第３電極１１３との間に交流電圧を印加することによって、第１の梁１１０がＺ方向に振動する。この結果、上部反射鏡１１６もＺ方向に振動し、下部反射鏡１０１と上部反射鏡１１６からなる一対の反射鏡の共振器長が変動し、活性層１０３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。

本実施形態では、上部反射鏡１１６は、第１の梁１１０と第２の梁１１４で支持されている。また、上部反射鏡１１６は、第１の梁１１０とＸ方向で支持されてはいない。図１（ａ）で示すように、第２の梁１１４の第１の梁１１０のＸ方向の長さＴは、上部反射鏡１１６のＸ方向の長さＬよりも小さい。さらに、上部反射鏡１１６は、第１の梁１１０と電気的に接続されていない構成である。具体的には、上部反射鏡１１６の体積抵抗率は、第１の梁１１０の体積抵抗率よりも大きい。より具体的には、上部反射鏡１１６の体積抵抗率は、１×１０^５Ωｃｍ以上である。また、第１の梁１１０の体積抵抗率は、１×１０^２Ωｃｍ以下である。つまり、上部反射鏡１１６の体積抵抗率は、第１の梁１１０の体積抵抗率よりも１０^３倍以上大きくなっている。上部反射鏡１１６と第２の梁１１４は、キャリア移動度を高めるドーパントを含んでいないか、含んでいてもキャリア移動度を高める機能を有さない程度のドーピング濃度である構成が挙げられる。一方、第１の梁１１０は、キャリア移動度を高める機能を有する程度、ドーパントを含む構成が挙げられる。

なお、上部反射鏡１１６は第１の梁１１０と電気的に接続されない構成であればよい。そのため、第２の梁１１４の体積抵抗率が、第１の梁１１０の体積抵抗率よりも大きければよい。すなわち、上部反射鏡１１６の体積抵抗率が、１×１０^５Ωｃｍ未満で、第１の梁１１０の体積抵抗率と同じであっても、第２の梁１１４の体積抵抗率が第１の梁１１０の体積抵抗率より大きく、１×１０^５Ωｃｍ以上であればよい。電気抵抗を測定する方法としては、走査広がり抵抗顕微鏡法（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いることができる。

図１（ｃ）は、駆動時の可動部をＹ方向から見た図である。図１（ｃ）から分かるように、第１の梁１１０が活性層１０３側に引きつけられた状態において、第１の梁１１０の長手方向における中央部における第１の梁１１０の一部の形状と、上部反射鏡１１６の形状と、が異なっている。具体的には、第１の梁１１０のＸ方向における中央部における第１の梁１１０の一部の形状よりも上部反射鏡１１６の形状の方が歪みが小さくなっている。この原理について以下で説明する。

第２電極を兼ねる第１の梁１１０と第３電極１１３の間に電圧を印加させると、第１の梁１１０の長手方向の両端は固定されているため、静電引力で第１の梁１１０の中央部が活性層１０３側に引きつけられる。そのため、図１（ｃ）のように、第１の梁１１０は変形する。

一方、上部反射鏡１１６は、第１の梁１１０と電気的に接続されていないので、第３電極１１３と第１の梁１１０とに電圧を印加しても帯電しない。また、上部反射鏡１１６は、第２の梁１１４を介してしか第１の梁１１０と接続されていないため、第１の梁１１０の変形の影響をほぼ受けることがない。そのため、図１（ｃ）のように、第１の梁１１０が駆動時に変形しても、上部反射鏡１１６は変形することが抑制される。その結果、上部反射鏡１１６の駆動時の変形による反射率の低下が抑制され、発振閾値の上昇を抑え、可動部の駆動時においてもＶＣＳＥＬを安定して発振させることができる。

なお、上部反射鏡１１６で第２の梁１１４と接続されていない部分は自由に振動できる。そのため、上部反射鏡１１６と第１の梁１１０とが電気的に接続されていると、上部反射鏡１１６で第２の梁１１４と接続されていない部分が、静電引力によって自由に振動するため、上部反射鏡１１６が変形してしまう。

開口部１３０は、第１の梁１１０のＹ方向における中央部に位置している。第２の梁１１４は、開口部１３０の第１の梁１１０の長手方向における中央部で第１の梁１１０と上部反射鏡１１６とを接続する。この開口部１３０内に配置された上部反射鏡１１６は、活性層１０３の発光領域に対応する位置に配置されている。

第２の梁１１４のＸ方向の長さＴは、第１の梁１１０の駆動時の変形の影響を上部反射鏡１１６に伝えないという観点で、第１の梁１１０のＸ方向の長さＬの１／３以下が好ましい。第２の梁１１４のＸ方向の長さＴは、第１の梁１１０のＸ方向の長さＬの１／５以下がさらに好ましく、１／７以下がより好ましい。また、第２の梁１１４のＸ方向の長さＴは上部反射鏡１１６を第１の梁１１０に保持するという点において、上部反射鏡１１６のＸ方向の長さＬの１／２０以上である事が好ましい。

（上部反射鏡）
上部反射鏡１１６は、高屈折率差サブ波長回折格子（ＨＣＧ）を用いることができる。この構成であれば、後述する製造方法によって、第１の梁１１０、第２の梁１１４のパターニングと同じ工程でパターン形成することができる。ＨＣＧは高屈折率の材料（高屈折率部）と低屈折率の材料（低屈折率部）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スリットを設けた、高屈折率領域（ＡｌＧａＡｓ部）と低屈折領域（スリット部）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１１６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としては、非特許文献１の他、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。

図１（ａ）で示すように、上部反射鏡１１６がＨＣＧで構成される場合には、格子が第１の梁１１０のＸ方向に周期的に配置されている構成が、上部反射鏡１１６のＹ方向の剛性を高めて駆動時の変形をより抑制することができるので好ましい。

また、ＨＣＧ以外にも、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）を用いることもできる。上部反射鏡としては、半導体で構成されたＤＢＲ、誘電体で構成されたＤＢＲのどちらを用いてもよい。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。半導体ＤＢＲとしてはＡｌ_０．４Ｇａ_０．６ＡｓとＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ、誘電体ＤＢＲは酸化シリコンと酸化チタン（または酸化タンタル）を用いることができる。

上部反射鏡１１６の面積は、発光領域の面積よりも大きいことが、光の利用効率の観点で好ましい。また、上部反射鏡１１６は、絶縁性を有することが好ましい。

（第１の梁）
第１の梁１１０は、少なくともＸ方向の２箇所で固定されている。第１の梁１１０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。第１の梁１１０には、上部反射鏡１１６が配置されるための開口部１３０が形成されている。この開口部１３０は、活性層１０３の発光領域と対応させて形成されている。開口部１３０の面積は、発光領域の面積よりも大きい。

第１の梁１１０は、ＧａＡｓ系の材料を用いることができる。また、第１の梁１１０は、第２の梁１１４と上部反射鏡１１６と同じ半導体材料で構成されることが、プロセスを簡略化する点で好ましい。

（第２の梁）
第２の梁１１４は、第１の梁１１０の開口部１３０に、上部反射鏡１１６とともに配置されている。そして、第１の梁１１０から上部反射鏡１１６に向かって、Ｘ方向に延びて、上部反射鏡１１６と接続されている。第２の梁１１４は２箇所に１つずつ配置されている。この２つの第２の梁１１４の中心軸が大きく異なっていると、上部反射鏡１１６にねじれの力が加わり、上部反射鏡１１６の変形に原因になるため、２つの第２の梁１１４の中心軸は、ほぼ一致ことが好ましい。また、２つの第２の梁１１４の中心軸は、上部反射鏡１１６のＸ方向の中心軸とほぼ一致していることが好ましい。なお、ほぼ一致とは、中心軸のＸ方向のずれが、第２の梁１１４のＸ方向の長さの半分以下のことをいう。

また、第２の梁１１４は２箇所以上に配置されていてもよい。ただし、第１の梁１１０の変形の影響を抑えるために、上部反射鏡１１６との接続部分を小さくすることが好ましい。そのため、第２の梁１１４は少ない方が好ましい。

第２の梁１１４のＹ方向の長さは、第２の梁１１４のＸ方向の長さと同程度であることが好ましい。第２の梁１１４は、絶縁性を有するものが好ましい。第２の梁１１４は、第１の梁１１０と同様にＧａＡｓ系の材料を用いることができる。

（間隙）
間隙１４０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１４０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１４０のＺ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１４０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１４０の長さは１μｍ以上２μｍ程度となる。

（スペーサ層）
スペーサ層は、導電性を有している。例えば、ｐ型である上部スペーサ層１０４には、Ｍｇなどのアクセプターが適量ドープされている。一方ｎ型の下部スペーサ層１０２には、Ｓｉなどのドナーが適量ドープされている。スペーサ層は、ＧａＡｓ系の半導体材料を用いることができる。

スペーサ層は、単層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。また、第３電極１１３と直接接続される層、あるいは第３電極１１３が形成される領域にはコンタクト層が形成されていてもよい。コンタクト層のドーパント濃度は、その他の上部スペーサ層１０４のドーパント濃度よりも高いことが好ましい。

（活性層）
活性層１０３は、特に限定されない。本実施形態では、電流注入型を示したが、光励起型の構成でも構わない８５０ｎｍ付近の波長帯域の光を出射させる場合、Ａｌ_ｎＧａ_１−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、Ｉｎ_ｎＧａ_１−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１０３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１１６および下部反射鏡１０１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１０３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。

（電流狭窄層）
電流狭窄層１０５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層１０５を形成している。選択酸化プロセスにより電流狭窄層１０５となる被酸化層は、ＡｌＡｓ層またはＡｌ組成比の高い、例えばＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層が好ましい。高温水蒸気雰囲気中で被酸化層を選択酸化することで、Ａｌ_ｘＯ_ｙが形成され、電流狭窄層１０５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。

電流狭窄層１０５の位置は、間隙１４０と下部反射鏡１０１の間であれば、活性層１０３の上側でもよいし、下側でもよい。また電流狭窄層１０５は複数あってもよい。その場合には、複数の電流狭窄層１０５は、活性層１０３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。

（下部反射鏡）
下部反射鏡１０１は、上述したＤＢＲを用いることができる。下部反射鏡１０１としては、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。下部反射鏡１０１として半導体ＤＢＲを用いる場合には、ＧａＡｓとＡｌＡｓの積層膜を用いることができる。また、誘電体ＤＢＲでは酸化シリコンと酸化チタン（または酸化タンタル）を用いることができる。また、下部反射鏡１０１として、ＨＣＧを用いることも可能である。

（第１電極と第３電極）
第１電極１１８と第３電極１１３は、チタンや金、アルミニウム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１１８は、キャリアが注入できれば、下部反射鏡１０１の下側ではなく、下部反射鏡１０１の上側であってもよい。

本実施形態では、活性層１０３の励起方法として電流注入型の励起方法を用いて説明したが、光励起を用いてもよい。その場合、第１電極１１８と電流狭窄層１０５を設ける必要はない。

（製造方法）
次に、図２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。各図内では図１（ａ）のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’断面に対応する模式図を示している。なお、以下では、上部反射鏡がＨＣＧで構成される例を用いて説明するが、上部反射鏡は、これに限れない。

まず、図２（ａ）で示すように、基板１００の上に、下部反射鏡１０１と、下部スペーサ層１０２と、活性層１０３と、上部スペーサ層１０４と、犠牲層２０８と、梁前駆層２１０と、を有する構造体を準備する。構造体を準備するには、基板１００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。本実施形態では、梁前駆層２１０には、Ｓｉなどのドナーがドーピングされており、導電性を有している。梁前駆層２１０の体積抵抗率は１×１０^２Ωｃｍ以下にすることが好ましい。

次に、図２（ｂ）に示すように、梁前駆層２１０のうち、上部反射鏡と第２の梁となる部分２１６を高抵抗化する処理を施す。具体的には、上部反射鏡と第２の梁となる部分２１６に酸素イオン注入を行いって高抵抗化する。その他の部分２１４は、体積抵抗率が低いままである。なお、高抵抗化するための処理はこれに限定されない。また、第２の梁となる部分だけを高抵抗化してもよい。高抵抗化された部分２１６の体積抵抗率は、１×１０^５Ωｃｍ以上にすることが好ましい。この工程により、上部反射鏡と第１の梁とが電気的に接続されない構成とすることができる。

そして、上部反射鏡と第２の梁となる部分２１６と第１の梁となる部分以外の梁前駆層２１０を除去する（Ａ−Ａ’断面図参照）。また、ＨＣＧの低屈折率部となる部分の梁前駆層２１０も除去する（Ｂ−Ｂ断面図参照）。なお、これら２つの除去工程は同時に行ってもよい。ＨＣＧの低屈折率部となるスリットパターンは、電子ビーム描画装置で形成することができる。また、梁前駆層２１０の除去工程はドライエッチングを用いて行うことができる。また、図２（ｂ）では、梁前駆層２１０だけでなく犠牲層２０８の一部まで除去しているが、梁前駆層２１０だけを除去するようにしてもよい。

次に、図２（ｃ）で示すように、可動部（第１の梁、第２の梁、上部反射鏡）に対応するパターンを残して、梁前駆層２１０と犠牲層２０８の一部を除去する。この除去工程では、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。

そして、上部スペーサ層１０４の上に第３電極を形成するためのパターンを残して、上部スペーサ層１０４、活性層１０３の一部を除去する。この除去工程では、フォトリソグラフィーとウェットエッチングを用いる。なお、この除去工程では、図２（ｃ）では、活性層１０３の側面まで露出しているが、下部スペーサ層１０２の側面、さらに下部反射鏡１０１の一部あるいは全部の側面が露出されるようにしてもよい。この除去工程では、次の工程で形成する電流狭窄層となる層の側面が露出されていればよい。

次に、高温水蒸気雰囲気中で、上部スペーサ層１０４の一部の層を、その側面から酸化させて電流狭窄層１０５を上部スペーサ層１０４内に形成する。電流狭窄層１０５の低抵抗領域１２０は酸化されないままである。この低抵抗領域１２０は、活性層１０３中の発光領域、梁前駆層２１０の上部反射鏡となる部分と対応している。

次に、図２（ｄ）に示すように、基板１００の下部に第１電極１１８を、上部スペーサ層１０４の上部の露出面に第３電極１１３をそれぞれ形成する。

最後に、図２（ｅ）に示すように、犠牲層２０８を支持層１０８となる部分を残して除去する。その結果、第１の梁１１０、第２の梁１１４、上部反射鏡１１６、間隙１４０が形成される。この除去工程では、ウェットエッチングを用いる。

なお、上記のいずれの除去工程においても、適宜、マスク層を設けてもよい。また、上述した方法以外の方法で製造したものも本発明に含まれる。

（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１と製造方法が異なっており、構成は実施形態１と同じである。以下では、実施形態１と異なる点を中心に述べる。なお、本実施形態の製造方法も図２を用いて説明する。

まず、図２（ａ）で示すように、実施形態１と同様に、積層体を準備する。ただし、本実施形態では、実施形態１とは異なり、梁前駆層２１０にはドナーとなるドーパントが注入されず、体積抵抗率が１×１０^５Ωｃｍ以上で構成されている。

次に、図２（ｂ）で示すように、梁前駆層２１０のうち、上部反射鏡と第２の梁となる部分２１６以外の第１の梁となる部分２１４に、Ｓｉなどのドナーとなるイオンを注入する。そして、高温でアニール処理をすることによって第１の梁となる部分２１４の体積抵抗率を小さくすることができる。具体的には、第１の梁となる部分２１４の体積抵抗率は１×１０^２Ωｃｍ以下にすることが好ましい。なお、ドナーの注入は、少なくとも第１の梁のＸ方向の一方の端から他方の端まで体積抵抗率が１×１０^５Ωｃｍ以上となる領域が繋がるように行う。このようにして第１の梁１１０が導電性を有するようになる。

この後の工程は、実施形態１と同様である。上記の工程により、可動部の駆動時に、上部反射鏡１１６は、静電引力が生じず、さらに第１の梁１１０の変形の影響を受けることが抑制される構成を得ることができる。この結果、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１又は２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３を用いて説明する。

図３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８０１、干渉光学系８０２、光検出部８０３、測定対象物の内部情報を取得する情報取得部８０４、を少なくとも有する。光源装置８０１として、実施形態１又は２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８０４はフーリエ変換器を有する。ここで、情報取得部８０４がフーリエ変換器を有するとは、情報取得部８０４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８０４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８０４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８０１から出た光は干渉光学系８０２を経て測定対象の物体８１２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８０３において受光される。なお光検出部８０３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８０３から情報取得部８０４に送られる。情報取得部８０４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８１２の情報（例えば断層像の情報）を取得する。

以下、光源装置８０１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８０１から出た光は、ファイバ８０５を通って、カップラ８０６に入り、照射光用のファイバ８０７を通る照射光と、参照光用のファイバ８０８を通る参照光とに分岐される。カップラ８０６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８０９を通って平行光になり、ミラー８１０で反射される。ミラー８１０で反射された光はレンズ８１１を通って物体８１２に照射され、物体８１２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８１３を通ってミラー８１４で反射される。カップラ８０６では、物体８１２からの反射光とミラー８１４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８１５を通り、コリメーター８１６を通って集光され、光検出部８０３で受光される。光検出部８０３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８０４に送られる。情報取得部８０４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８０４から画像表示部８１７に送って画像として表示させてもよい。なお、ミラー８１０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８１２の３次元の断層像を得ることができる。また、光源装置８０１の制御は、情報取得部８０４が電気回路８１８を介して行ってもよい。また図示しないが、光源装置８０１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。

（その他の実施形態）
実施形態１又は２による面発光レーザは、上記のＯＣＴ装置以外にも、光通信用光源や光計測用光源として利用できる。また、実施形態１又は２を適用したＶＣＳＥＬ構造を同一平面上に複数配列してアレイ光源として使用してもよい。

以下に本発明の実施例を示す。本実施例では、図１又は２に基づいて、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの製造方法及び構成について説明する。本実施例では、発振波長が１．０６μｍのＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬについて説明する。

まず、図２（ａ）で示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１００上に、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ／ＧａＡｓ（０．２≦Ｘ≦１）を５０ペアを積層して下部反射鏡１０１を形成する。その後、下部スペーサ層１０２および活性層１０３、ＡｌＧａＡｓ層を含む上部スペーサ層１０４、厚さ１．００μｍのＧａＡｓ犠牲層２０８、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．７）である梁前駆層２１０をＭＯＣＶＤ法等を用いて順次積層する。梁前駆層２１０の形成時にＳｉをドーピングし、体積抵抗率を８×１０^−３Ωｃｍとしている。

次に、図２（ｂ）で示すように、梁前駆層２１０のうち、上部反射鏡と第２の梁となる部分２１６の高抵抗化を行う。具体的には、その部分２１６に酸素イオンの注入を行い、その部分２１６の体積抵抗率を２×１０^８Ωｃｍとする。

次に、上部反射鏡と第２の梁となる部分２１６以外とＨＣＧの低屈折率部となる部分の梁前駆層２１０をドライエッチングで除去する。なお、ＨＣＧの格子は２５５ｎｍＬ／Ｓとして、電子ビーム描画装置で形成しておく。

その後、図２（ｃ）で示すように、可動部（第１の梁、第２の梁、上部反射鏡）に対応するパターンを残して、梁前駆層２１０と犠牲層２０８の一部をドライエッチングで除去する。そして、上部スペーサ層１０４の上に第３電極を形成するためのパターンを残して、上部スペーサ層１０４、活性層１０３の一部をフォトリソグラフィーとウェットエッチングで除去する。次に、高温水蒸気雰囲気中で、上部スペーサ層１０４の一部の層を、その側面から酸化させて電流狭窄層１０５を上部スペーサ層１０４内に形成する。

次に、図２（ｄ）に示すように、基板１００の下部に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる第１電極１１８を形成する。また、上部スペーサ層１０４の上部の露出面に、Ｔｉ／Ａｕからなる第３電極１１３をそれぞれ形成する。

最後に、図２（ｅ）に示すように、犠牲層２０８を支持層１０８となる部分を残して、クエン酸と過酸化水素の混合溶液からなるエッチャントを用いてウェットエッチングで除去する。その結果、第１の梁１１０、第２の梁１１４、上部反射鏡１１６、間隙１４０が形成される。

このようにして、図１に示したＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬが作製される。具体的には、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬは、基板１００の上に、下部反射鏡１０１と、下部スペーサ層１０２と、活性層１０３と、上部スペーサ層１０４と、電流狭窄層１０５と、支持層１０８と、可動部と、を有している。可動部は、上部反射鏡１１６と、Ｚ方向に駆動され、Ｘ方向の両端が少なくとも固定された、導電性を有する第１の梁１１０と、上部反射鏡１１６と第１の梁１１０とを接続する第２の梁１１４と、を有している。可動部は、上部スペーサ層１０４の上に間隙１４０を介して配置されている。

上部反射鏡１１６と第２の梁１１４は、第１の梁１１０の開口部１３０に配置されている。また、上部反射鏡１１６は、第１の梁１１０のＹ方向に延びる第２の梁１１４によって、第１の梁１１０に支持されている。第２の梁１１４の第１の梁１１０のＸ方向の長さは、上部反射鏡１１６の第１の梁１１０のＸ方向の長さよりも小さい。上部反射鏡１１６は、第１の梁１１０と電気的に接続されていない構成である。

この結果、第２電極である第１の梁１１０と第３電極１１３の間に電圧をかけて、第１の梁１１０を−Ｚ方向に駆動させても、上部反射鏡１１６の変形を抑制することができる。

１０１ 下部反射鏡（第１の反射鏡）
１０３ 活性層
１１０ 第１の梁
１１４ 第２の梁
１１６ 上部反射鏡（第２の反射鏡）

Claims (16)

1. 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、
   前記活性層の上に間隙を介して配置された、導電性を有する第１の梁と、
   前記第１の梁に形成された開口部に配置された第２の反射鏡と、
   前記開口部に配置され、前記第１の梁の短手方向に延びて、前記第２の反射鏡と前記第１の梁とを接続する第２の梁と、
   前記第１の梁と前記活性層との間に設けられた電極と、
   を有し、
   前記第１の梁と前記電極との間に電圧を印加し、静電引力によって前記第２の反射鏡を動かすことで、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の共振器長を変動させて、発振波長を変化させる面発光レーザであって、
   前記第１の梁は、少なくとも長手方向の両端が固定されており、
   前記第２の梁の前記第１の梁の長手方向の長さは、前記第２の反射鏡の前記第１の梁の長手方向の長さよりも小さく、
   前記第２の反射鏡と前記第１の梁とは、前記第２の梁のみで接続されており、
   前記第２の反射鏡は、前記第１の梁と電気的に接続されていないことを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記第２の梁の体積抵抗率は、前記第１の梁の体積抵抗率よりも大きい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２の反射鏡の体積抵抗率は、前記第１の梁の体積抵抗率よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ。
4. 前記第２の梁の体積抵抗率は、１×１０^５Ωｃｍ以上である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。
5. 前記第２の反射鏡の体積抵抗率は、１×１０^５Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項４のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
6. 前記第１の梁の体積抵抗率は、１×１０^２Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の面発光レーザ。
7. 前記開口部は、前記第１の梁の長手方向における中央部に位置し、
   前記第２の梁は、前記開口部の前記第１の梁の長手方向における中央部で前記第１の梁と前記第２の反射鏡とを接続する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。
8. 前記第２の反射鏡は、前記活性層の発光領域に対応する位置に配置さ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. 前記第１の反射鏡は、回折格子であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
10. 前記回折格子の格子は、前記第１の梁の短手方向に周期的に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の面発光レーザ。
11. 前記第２の反射鏡は、誘電体で構成された分布ブラッグ反射鏡であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
12. 前記第１の梁が前記活性層側に引きつけられた状態において、前記第１の梁の短手方向から見た場合、前記第１の梁の前記長手方向における中央部における前記第１の梁の一部の形状と、前記第２の反射鏡の形状と、が異なっていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
13. 前記第１の梁が前記活性層側に引きつけられた状態において、前記第１の梁の前記長手方向における中央部における前記第１の梁の一部の形状よりも前記第１の反射鏡の形状の方が、歪みが小さいことを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザ。
14. 前記第２の反射鏡は、前記第１の梁と前記第１の梁の長手方向で支持されていないことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
15. 請求項１乃至１４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。
16. 請求項１乃至１５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。

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