JPH1027943A - 面発光半導体レーザ及びその製造方法及び波長可変方法 - Google Patents

面発光半導体レーザ及びその製造方法及び波長可変方法

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JPH1027943A
JPH1027943A JP18022696A JP18022696A JPH1027943A JP H1027943 A JPH1027943 A JP H1027943A JP 18022696 A JP18022696 A JP 18022696A JP 18022696 A JP18022696 A JP 18022696A JP H1027943 A JPH1027943 A JP H1027943A
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GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO
GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 面発光レーザを小消費電力で波長をチューニ
ングする。 【解決手段】 1)一導電型半導体基板 7上に, 一導電
型半導体多層膜反射鏡 8, 一導電型半導体層 9, 活性層
10, 反対導電型半導体層11, レーザ電極13, 誘電体多層
膜反射鏡12, 該誘電体多層膜反射鏡の駆動用ストライプ
及び該駆動用ストライプの両端に接続される波長チュー
ニング電極14がこの順に積層され,該反対導電型半導体
層11と該誘電体多層膜反射鏡12との間に空洞23が形成さ
れてなる面発光半導体レーザ, 2)前記1記載の面発光半導体レーザを磁場中で発振さ
せ,前記駆動用ストライプに電流を流すことにより,前
記誘電体多層膜反射鏡に力を加えてこれを機械的に動か
す波長可変方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は波長可変面発光半導
体レーザに関する。近年, 光インタコネクション, 並列
光リンクのためのキーデバイスである面発光レーザの研
究が盛んになっている。垂直共振器面発光レーザは次の
ような利点をもっている。
【0002】(1) 共振器体積が小さいので極低しきい値
動作が可能 (2) 共振器長が短いので単一モード動作が容易 (3)ビーム広がりがストライプレーザに比べて狭いので
光ファイバとの結合が容易 (4)ウェーハの状態での検査が可能であり,構造上へき
開面が不要
【0003】
【従来の技術】図6は垂直共振器面発光レーザの代表的
な従来例を示す。図において, 1は一導電型半導体基
板, 2は一導電型半導体多層膜反射鏡, 3は微小共振
器, 4は誘電体多層膜反射鏡, 5は無反射コーティング
膜, 6は電流狭窄層, 7, 8 は電極である。
【0004】多層膜反射鏡 2, 4 は屈折率差の大きい材
料を交互に積層したもので,その反射率が99%を越える
ように作製されている。この理由は共振器長が短いので
共振器損が大きくなるからである。
【0005】垂直共振器面発光レーザは他の光機能デバ
イスとの積層集積化が可能であり,波長可変機能を付加
することができる。垂直共振器面発光レーザの波長可変
方法としては次の方法によるものがある。
【0006】(1) 温度を制御 (ペルチェ効果) (2) キャリア注入によるプラズマ効果 (3)電界印加による屈折率変化 (4)外部ミラーの機械的な駆動
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記(1) の温度制御や
(2) のキャリアの注入による方法は電流をデバイスに注
入するため, 抵抗発熱や光の吸収の問題がある。
【0008】また,上記(3)の電界による屈折率変化を
用いる方法では, 広範囲のチューニングを行うために
は, 高い電圧を印加しなければならないのが現状であ
る。また,(4)の外部ミラーを機械的に動かす方法で
は, マイクロメータを手動で動かすものや,静電引力を
用いて動かすものがあり,前者では装置が大型化し,後
者では(3)の場合と同様にチューニング電圧が高くなっ
てしまうという問題がある。
【0009】本発明は, 面発光レーザを小消費電力で波
長をチューニングできることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は, 1)一導電型半導体基板上に, 一導電型半導体多層膜反
射鏡, 一導電型半導体層, 活性層, 反対導電型半導体
層, レーザ電極, 誘電体多層膜反射鏡, 該誘電体多層膜
反射鏡の駆動用ストライプ及び該駆動用ストライプの両
端に接続される波長チューニング電極がこの順に積層さ
れ,該反対導電型半導体層と該誘電体多層膜反射鏡との
間に空洞が形成されてなる面発光半導体レーザ,あるい
は 2)前記1記載の面発光半導体レーザを磁場中で発振さ
せ,前記駆動用ストライプに電流を流すことにより,前
記誘電体多層膜反射鏡に力を加えて機械的に動かす波長
可変方法,あるいは 3)前記1記載の面発光半導体レーザを磁場中で発振さ
せ,該磁場を一定に保ち,前記駆動用ストライプに流す
電流量を変えてチューニング量を変える波長可変方法,
あるいは 4)前記1記載の面発光半導体レーザを磁場中で発振さ
せ,前記駆動用ストライプに流す電流量を一定に保ち,
該磁場の強度を変えてチューニング量を変える波長可変
方法,あるいは 5)一導電型半導体基板上に,少なくとも一導電型半導
体多層膜反射鏡, 一導電型半導体層, 活性層, 反対導電
型半導体層及び空洞形成のための犠牲層をこの順に積層
する工程と,次いで,該犠牲層の一部を残してエッチン
グ除去する工程と,次いで,該基板上に該犠牲層を覆っ
て誘電体多層膜鏡とその駆動用ストライプ及びチューニ
ング電極を積層する工程と,次いで,該犠牲層をエッチ
ング除去して空洞を形成する工程とを含む面発光半導体
レーザの製造方法によって達成される。
【0011】本発明は,面発光レーザを一定の磁場中,
あるいは可変磁場中で駆動し,外部ミラーに密着して形
成された導電性のストライプに電流を流して,ローレン
ツ(Lorentz) 力により外部ミラーを機械的に駆動するこ
とにより波長チューニングを行う。
【0012】図1に本発明の原理図を示す。図におい
て, 7は一導電型半導体基板, 8は一導電型半導体多層
膜反射鏡, 9は一導電型半導体層, 10は活性層, 11は反
対導電型半導体層, 12は誘電体多層膜反射鏡, 13はレー
ザ電極, 14は誘電体多層膜反射鏡の駆動用金属ストライ
プ及びチューニング電極である。
【0013】図2は図1のA-B 断面図で, 15は電流狭窄
層である。波長可変を実現するためには, この構造の面
発光レーザを図1,2中のベクトルBの方向の磁場中で
駆動する。金属ストライプ14に矢印(A) の方向に電流を
流すと, フレミングの左手の法則により誘電体多層膜反
射鏡12に下向きの力が加わって共振波長が短波になる。
又,逆に, 金属ストライプ14に矢印(B) の方向に電流を
流すと, フレミングの左手の法則により誘電体多層膜反
射鏡12に上向きの力が加わって共振波長が長波になる。
【0014】あるいは,金属ストライプ14に流す電流を
一定にして, 磁場Bの向きを変えることにより誘電体多
層膜反射鏡12に働く力の方向,すなわちチューニングの
方向を変えることができる。
【0015】上記のように,本発明によればローレンツ
力によって外部ミラーを機械的に動かして波長をチュー
ニングするので,吸収の影響はなく,しかも波長チュー
ニングは金属ストライプ14に電流を流すことにより行う
ので低電圧チューニングが可能である。従って,小消費
電力でチューニングを行うことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明を0.98μm帯の面発光レー
ザに適用する例を図3,4を用いて製造プロセスととも
に説明する。
【0017】図3(A) 〜(C) ,図4(D),(E) は本発明の
実施の形態の説明図である。この例の結晶成長は有機金
属気相成長(MOCVD) 法で行い, 一単体素子の寸法は300
μm角とする。
【0018】図3(A) において,n型(n-)GaAs基板上
に,n-AlAs/GaAs(いずれも膜厚はλ/4) 25.5ペアからな
る半導体多層膜反射鏡 8,n側クラッド層 9のn-Alx Ga
1-x As層(x=0.53,厚さ1047.5Å, 不純物濃度 5×1017
cm-3),活性層10として,スペーサ層の真性(i-)Alx Ga
1-x As層(x=0.53,厚さ 300Å),バリア層のi-GaAs層
(厚さ 100Å),歪み量子井戸のi-Iny Ga1-y As層(y=0.
2,厚さ80Å)バリア層のi-GaAs層 (厚さ 100Å),スペー
サ層のi-Alx Ga1-x As層(x=0.53,厚さ 300Å),n側ク
ラッド層11のp-Alx Ga1-x As層(x=0.53,厚さ1047.5
Å, 不純物濃度 5×1017cm-3),コンタクト層のi-GaAs層
(厚さ 200Å)21,犠牲層22のi-InGaAs層 (厚さ9800Å)
の順に成長する。
【0019】図3(B) において,気相成長(CVD) 法によ
り, この基板上に二酸化シリコン(SiO2)膜23を1000Åの
厚さに積層し,単体デバイスとなる部分の中心に30μm
角の正方形にSiO2膜をパターニングする。パターニング
されたSiO2膜22をマスクにして最上層のi-InGaP 層22を
塩酸でエッチングした後, その状態で亜鉛(Zn)を熱拡散
する。p型拡散層24が形成される。
【0020】図3(C) において,SiO2マスク22の中心に
厚さ 5μm, 直径 5μmのレジストパターン25を付け
て, エネルギー 150 KeV, ドーズ量 5×1014cm-2でプロ
トンを注入して電流狭窄層15を形成する。
【0021】次いで,レジストマスク及びSiO2マスクを
除去し,再び基板上にSiO2膜を積層し,p側電極 (図1
の符号13)用の窓をパターニングして開口し,チタン(T
i)/白金(Pt)の順に蒸着し, その上に金(Au)のパッドを
形成する。
【0022】次いで, 金パッドをマスクにしてTi/Ptと
SiO2を反応性イオンエッチング(RIE) をより用いて除去
し,i-InGaP 層22が完全に露出するようにする。図4
(D) において,p側に誘電体多層膜反射鏡12を形成す
る。p側に図5(A)に示されるレジストパターン 1を形
成し,SiO2/Si(いずれも膜厚はλ/4) を 5ペア蒸着す
る。その上にさらにレジストを塗布し,図5(B) に示さ
れるレジストパターン 2を形成して誘電体多層膜反射鏡
12の駆動電極とストライプ14になるTi/Pt/Auを順に蒸着
し, リフトオフを行う。
【0023】図4(E) において,i-InGaP 層22を塩酸で
完全にエッチング除去して, 半導体層 8〜21と誘電体多
層膜反射鏡12の間にギャップ (空洞) 23を形成して素子
が完成する。この素子は, 半導体層と誘電体多層膜鏡の
間のギャップ及び半導体クラッド層, 活性層で2波長共
振器 (共振器長が発振波長の2倍の共振器)が形成され
ている。
【0024】図5(A),(B) は製造工程に用いられるレジ
ストパターンの平面図である。図5(A) はレジストパタ
ーン 1で, 誘電体多層膜反射鏡12を形成用のマスクであ
り,図5(B) はレジストパターン 2で,誘電体多層膜反
射鏡12の駆動電極とストライプ14を形成するマスクであ
る。図の斜線部はマスクの遮蔽部を示す。
【0025】次に,面発光レーザを0.1 T の磁場中で駆
動させ,チューニング電極に300 mA(この際の電圧は0.1
V)の電流を流すと,誘電体多層膜反射鏡が150 nm移動
し,150 nmのチューニングを行うことができた。この
際, 磁場を変化させても,あるいはチューニング電極に
流す電流を変化させてもローレンツ力は変化し, その結
果誘電体多層膜反射鏡の変位量を変えることができる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば,面発光レーザにおい
て,小消費電力でチューニングできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図(1)
【図2】 本発明の原理説明図(2)
【図3】 本発明の実施の形態の説明図(1)
【図4】 本発明の実施の形態の説明図(2)
【図5】 製造工程に用いられるレジストパターンの平
面図
【図6】 従来例の説明図
【符号の説明】
7 一導電型半導体基板 8 一導電型半導体多層膜反射鏡 9 一導電型半導体層 10 活性層 11 反対導電型半導体層 12 誘電体多層膜反射鏡 13 レーザ電極 14 誘電体多層膜反射鏡の駆動用金属ストライプ及びチ
ューニング電極 22 犠牲層 23 空洞

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型半導体基板上に, 一導電型半導
    体多層膜反射鏡, 一導電型半導体層, 活性層, 反対導電
    型半導体層, レーザ電極, 誘電体多層膜反射鏡, 該誘電
    体多層膜反射鏡の駆動用ストライプ及び該駆動用ストラ
    イプの両端に接続される波長チューニング電極がこの順
    に積層され,該反対導電型半導体層と該誘電体多層膜反
    射鏡との間に空洞が形成されてなることを特徴とする面
    発光半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の面発光半導体レーザを磁
    場中で発振させ,前記駆動用ストライプに電流を流すこ
    とにより,前記誘電体多層膜反射鏡に力を加えてこれを
    機械的に動かすことを特徴とする波長可変方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の面発光半導体レーザを磁
    場中で発振させ,該磁場を一定に保ち,前記駆動用スト
    ライプに流す電流量を変えてチューニング量を変えるこ
    とを特徴とする波長可変方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の面発光半導体レーザを磁
    場中で発振させ,前記駆動用ストライプに流す電流量を
    一定に保ち,該磁場の強度を変えてチューニング量を変
    えることを特徴とする波長可変方法。
  5. 【請求項5】 一導電型半導体基板上に,少なくとも一
    導電型半導体多層膜反射鏡, 一導電型半導体層, 活性
    層, 反対導電型半導体層及び空洞形成のための犠牲層を
    この順に積層する工程と,次いで,該犠牲層の一部を残
    してエッチング除去する工程と,次いで,該基板上に該
    犠牲層を覆って誘電体多層膜鏡とその駆動用ストライプ
    及びチューニング電極を積層する工程と,次いで,該犠
    牲層をエッチング除去して空洞を形成する工程とを含む
    ことを特徴とする面発光半導体レーザの製造方法。
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