(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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  ３００μｍ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  Ｇａ１−ｘ  Ａｓ層（ｘ＝０．５３，厚さ１０４７．５Å，  不純物濃度  ５×１０１７ｃｍ−３），
活性層１０として，
スペーサ層の真性（ｉ−）Ａｌｘ  Ｇａ１−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１０４７．５Å，  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（Ｔｉ）／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
【図１】
0003570094.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003570094.tif 000006
【図６】
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