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JP2000012981A - Surface type semiconductor optical device and method of manufacturing the same - Google Patents

Surface type semiconductor optical device and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JP2000012981A
JP2000012981A JP18964798A JP18964798A JP2000012981A JP 2000012981 A JP2000012981 A JP 2000012981A JP 18964798 A JP18964798 A JP 18964798A JP 18964798 A JP18964798 A JP 18964798A JP 2000012981 A JP2000012981 A JP 2000012981A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
optical device
semiconductor
layer
multilayer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP18964798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukio Furukawa
幸生 古川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP18964798A priority Critical patent/JP2000012981A/en
Publication of JP2000012981A publication Critical patent/JP2000012981A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】汎用性の高い多層反射膜を備え、生産性が良
く、歩留まりの良い面型半導体光デバイスおよびその作
製方法である。 【解決手段】面型半導体光デバイスは半導体多層膜1
7、18、21、半導体多層膜17、18、21の積層
方向の少なくとも一方の側に設けられた多層反射膜3
1、63を備える。一方の多層反射膜63が少ない層数
の半導体層と気体層の周期構造から成る。
[PROBLEMS] To provide a surface-type semiconductor optical device having a highly versatile multilayer reflective film, high productivity, and high yield, and a method for manufacturing the same. A surface type semiconductor optical device is a semiconductor multilayer film.
7, 18, 21 and the multilayer reflective film 3 provided on at least one side in the stacking direction of the semiconductor multilayer films 17, 18, 21
1 and 63 are provided. One of the multilayer reflective films 63 has a periodic structure of a small number of semiconductor layers and a gas layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に垂直な方向
に光を発する垂直共振器型面発光半導体レーザなどの多
層反射膜を有する面型半導体光デバイス及びその作製方
法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a surface type semiconductor optical device having a multilayer reflective film such as a vertical cavity surface emitting semiconductor laser emitting light in a direction perpendicular to a substrate, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】大容量の光通信や光インターコネクショ
ンを実現するために、複数のレーザ素子をアレイ状に配
置し、光情報を並列に伝送する研究が進められている。
アレイ化に適した発光デバイスとして、垂直共振器型面
発光半導体レーザ(Vertical Cavity
Surface Emitting Laser:VC
SEL)が注目されている。
2. Description of the Related Art In order to realize large-capacity optical communication and optical interconnection, research is being carried out on arranging a plurality of laser elements in an array and transmitting optical information in parallel.
As a light emitting device suitable for arraying, a vertical cavity surface emitting semiconductor laser (Vertical Cavity)
Surface Emitting Laser: VC
SEL) is attracting attention.

【0003】面発光半導体レーザは、上下2つの反射ミ
ラーで構成された共振器長数μmのファブリペロー共振
器であるのが一般的である。これの低しきい値化を実現
するために、発振波長において透明で、できるだけ反射
率の高い反射ミラーが要求され、通常、2種の屈折率の
異なる材料を1/4波長の厚さで交互に積層した多層膜
が面発光半導体レーザで用いられる。
A surface emitting semiconductor laser is generally a Fabry-Perot resonator having a resonator length of several μm and comprising two upper and lower reflecting mirrors. In order to reduce the threshold, a reflecting mirror that is transparent at the oscillation wavelength and has as high a reflectivity as possible is required. Usually, two kinds of materials having different refractive indices are alternately formed with a thickness of 1/4 wavelength. Is used in a surface emitting semiconductor laser.

【0004】また、半導体材料の選択によって様々な波
長の面発光半導体レーザを構成することが可能である。
例えば、発振波長0.85μmや0.98μmのGaA
s系面発光半導体レーザと、発振波長1.3μmや1.
55μmのInP系面発光半導体レーザが良く知られて
いる。GaAs系の場合、ミラーとしてはGaAs基板
上にエピタキシャル成長が可能で発振波長に対して吸収
の少ないAlAs/(Al)GaAs多層膜を用いるの
が一般的である。一方、InP系の場合、InP基板上
にエピタキシャル成長が可能なInGaAsP/InP
では、発振波長に対して吸収の少ないという条件の下で
は、その屈折率差が非常に小さく高反射率が得にくいた
め、他の材料、例えばSiO2/Si多層膜やAl23
/Si多層膜などがミラーとして用いられている。ま
た、InP基板上に成長した活性層を含む半導体層上
に、GaAs基板上に成長したAlAs/(Al)Ga
As多層膜を直接接合して高反射率ミラーを形成すると
いった手法も知られている。
Further, surface emitting semiconductor lasers having various wavelengths can be formed by selecting a semiconductor material.
For example, GaAs having an oscillation wavelength of 0.85 μm or 0.98 μm
An s-based surface emitting semiconductor laser and an oscillation wavelength of 1.3 μm or 1.
A 55 μm InP-based surface emitting semiconductor laser is well known. In the case of a GaAs-based mirror, an AlAs / (Al) GaAs multilayer film that can be epitaxially grown on a GaAs substrate and has a small absorption with respect to an oscillation wavelength is generally used as a mirror. On the other hand, in the case of the InP system, InGaAsP / InP capable of epitaxial growth on an InP substrate
Under the condition that absorption is small relative to the oscillation wavelength, the difference in the refractive index is very small and it is difficult to obtain a high reflectivity. Therefore, other materials such as a SiO 2 / Si multilayer film and Al 2 O 3
/ Si multilayer film or the like is used as a mirror. The AlAs / (Al) Ga grown on the GaAs substrate is formed on the semiconductor layer including the active layer grown on the InP substrate.
There is also known a method in which a high reflectivity mirror is formed by directly bonding As multilayer films.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、こ
のような面発光半導体レーザにおいて、GaAs系の場
合、AlAs/(Al)GaAs多層膜で高反射率化す
るためには、最も屈折率差の大きいAlAsとGaAs
の組み合わせでも20ペア以上必要であり、成長時間が
かかってしまい生産性が悪いという欠点がある。さら
に、発振波長によってはGaAsは吸収が大きく、Ga
AsをAl組成を増やしたAlGaAsにする必要があ
り、ペア数をさらに増やさなければならない。
However, in such a surface emitting semiconductor laser, in the case of a GaAs-based semiconductor laser, AlAs having the largest difference in the refractive index is required in order to increase the reflectance with an AlAs / (Al) GaAs multilayer film. And GaAs
However, there is a drawback that the growth time is required and the productivity is poor. Further, depending on the oscillation wavelength, GaAs has a large absorption,
As is required to be AlGaAs with an increased Al composition, and the number of pairs must be further increased.

【0006】一方、InP系の場合、活性層等を基板に
成長した後に、エッチング等で加工して蒸着やスパッタ
リングといった手法でSiO2/Si多層膜やAl23
/Si多層膜を成膜する必要があり、工程が煩雑になる
といった欠点がある。また、AlAs/(Al)GaA
s多層膜を張り合わせた場合は張り合わせという手法を
用いるため、工程が煩雑になることは否めず、更には、
共振器中に張り合わせの界面が存在するため、界面の状
態(洗浄状態、接合強度など)が、直接、レーザ特性に
影響を与えてしまうといった欠点がある。
On the other hand, in the case of the InP system, after an active layer or the like is grown on a substrate, it is processed by etching or the like, and a SiO 2 / Si multilayer film or Al 2 O 3
/ Si multi-layer film must be formed, which has the disadvantage of complicating the process. Also, AlAs / (Al) GaAs
When the s multilayer film is bonded, the method of bonding is used, so that the process is undeniably complicated.
Since the bonded interface exists in the resonator, there is a disadvantage that the state of the interface (cleaning state, bonding strength, etc.) directly affects the laser characteristics.

【0007】また、面発光半導体レーザにおいて、基板
の半導体材料と発振波長帯の関係によっては基板を除去
する必要がある。例えば、GaAs基板を用いて発振波
長0.85μmの面発光半導体レーザを作製する場合、
GaAs基板はこの光に対して吸収が大きいため、基板
側から光を取り出すためには基板を除去する必要があ
る。その他、InP基板を用いて発振波長1.3μmあ
るいは1.55μmの面発光半導体レーザを作製する場
合、InP基板を除去した後に誘電体からなる多層膜ミ
ラーを成膜する必要がある。そのため、面発光半導体レ
ーザの発光領域に応じて半導体基板をホール状にエッチ
ングすることが行われている。このホール状エッチング
を再現性良く行うことは困難であり、さらには、ホール
部にSiO2/Si多層膜やAl23/Si多層膜とい
った多層膜を再現性良く成膜することも難しく、歩留ま
りを下げる要因となる。
In a surface emitting semiconductor laser, it is necessary to remove the substrate depending on the relationship between the semiconductor material of the substrate and the oscillation wavelength band. For example, when manufacturing a surface emitting semiconductor laser having an oscillation wavelength of 0.85 μm using a GaAs substrate,
Since the GaAs substrate has a large absorption for this light, it is necessary to remove the substrate in order to extract light from the substrate side. In addition, when manufacturing a surface emitting semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.3 μm or 1.55 μm using an InP substrate, it is necessary to form a multilayer mirror made of a dielectric after removing the InP substrate. Therefore, a semiconductor substrate is etched into a hole shape in accordance with a light emitting region of a surface emitting semiconductor laser. It is difficult to perform this hole-shaped etching with good reproducibility, and it is also difficult to form a multilayer film such as a SiO 2 / Si multilayer film or an Al 2 O 3 / Si multilayer film with good reproducibility in the hole part. This is a factor that lowers the yield.

【0008】このような課題に鑑み、本発明の目的は、
汎用性の高い多層反射膜を備え、生産性が良く、歩留ま
りの良い面発光半導体レーザなどの面型半導体光デバイ
スおよびその作製方法を提供することにある。
In view of these problems, an object of the present invention is to
It is an object of the present invention to provide a surface-type semiconductor optical device such as a surface-emitting semiconductor laser having a highly versatile multilayer reflective film, high productivity, and high yield, and a method for manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本発明では、半導体多層膜、該半導体多層
膜の積層方向の少なくとも一方の側に設けられた多層反
射膜を備える垂直共振器型面発光半導体レーザなどの基
板に垂直方向に伝播する光を扱う面型半導体光デバイス
において、多層反射膜が半導体層と気体層の周期構造か
ら成ることを特徴としている。典型的には、この面型半
導体光デバイスは、活性層を含む半導体多層膜、該半導
体多層膜の積層方向の両側に設けられた第1、第2の多
層反射膜、活性層の活性媒質を励起するための励起手段
とからなる垂直共振器型面発光半導体レーザであって、
第1の多層反射膜が半導体層と気体層(典型的には、空
気層であるが、Arなどの気体が封入されていたりして
もよい。また、圧力状態は、典型的には、大気圧である
が、必要ならば減圧或は加圧されていてもよい。)の周
期構造から成ることを特徴としたり、活性層を含む半導
体多層膜、該半導体多層膜の積層方向の一方の側に設け
られた多層反射膜、活性層の活性媒質を励起するための
励起手段からなる面型LEDとして構成されたことを特
徴としたりする。
According to the present invention, there is provided a vertical resonator comprising a semiconductor multilayer film and a multilayer reflective film provided on at least one side in the stacking direction of the semiconductor multilayer film. 2. Description of the Related Art In a surface type semiconductor optical device for handling light propagating in a direction perpendicular to a substrate, such as a surface emitting semiconductor laser, a multilayer reflective film is characterized by comprising a periodic structure of a semiconductor layer and a gas layer. Typically, this surface type semiconductor optical device includes a semiconductor multilayer film including an active layer, first and second multilayer reflective films provided on both sides in the stacking direction of the semiconductor multilayer film, and an active medium of the active layer. A vertical cavity surface emitting semiconductor laser comprising excitation means for exciting,
The first multilayer reflective film is a semiconductor layer and a gas layer (typically an air layer, but may be filled with a gas such as Ar. The pressure state is typically large. Pressure, but may be decompressed or pressurized if necessary), a semiconductor multilayer film including an active layer, and one side in the stacking direction of the semiconductor multilayer film. Or a multi-layered reflective film provided on the surface layer, and a surface-type LED comprising excitation means for exciting the active medium of the active layer.

【0010】空気層などの気体層および半導体層という
屈折率差の大きい2つの層で反射膜を構成しているた
め、少ない周期で高反射率を達成できるとともに、成長
時間が短くて済む。また、半導体層と気体層の屈折率差
が大きいため高反射波長域が非常に広く、波長に限定さ
れず様々な波長の面発光半導体レーザなどの面型半導体
光デバイスに応用することが可能となる。加えて、In
P系の面発光半導体レーザにおいては、片側の誘電体反
射膜が不要となる。
Since the reflective film is composed of a gas layer such as an air layer and a semiconductor layer having a large difference in refractive index, a high reflectivity can be achieved with a small period, and the growth time can be shortened. In addition, since the refractive index difference between the semiconductor layer and the gas layer is large, the high reflection wavelength range is very wide, and it can be applied to surface-type semiconductor optical devices such as surface-emitting semiconductor lasers of various wavelengths without being limited to wavelengths. Become. In addition, In
In a P-based surface emitting semiconductor laser, a dielectric reflection film on one side is not required.

【0011】より具体的には、以下の様な形態を取り得
る。前記半導体層と気体層の周期構造から成る多層反射
膜は、最終的には除去される第1の基板上にエピタキシ
ャル成長された異なる2つの半導体層からなる周期構造
の一方の半導体層を選択的に除去することにより構成さ
れている。選択性エッチングという容易な手法で高反射
率の反射膜を作製できる。また、エッチングされる半導
体材料は取り扱う波長に対して吸収があっても問題ない
ので、材料の選択幅が広がり、より安定に成長できる材
料を選ぶことができて、歩留まりが向上する。
More specifically, the present invention can take the following forms. The multilayer reflective film composed of the periodic structure of the semiconductor layer and the gas layer selectively selects one semiconductor layer of the periodic structure composed of two different semiconductor layers epitaxially grown on the first substrate to be finally removed. It is constituted by removing. A reflection film having high reflectance can be manufactured by an easy method called selective etching. Further, since there is no problem even if the semiconductor material to be etched absorbs the wavelength to be handled, a wider range of materials can be selected, and a material that can grow more stably can be selected, thereby improving the yield.

【0012】第1の基板、第1の基板上にエピタキシャ
ル成長された異なる2つの半導体層からなる周期構造、
活性層を有する少なくとも1つの発光領域などの機能領
域を含む半導体多層膜を含む第1の基体が、第2の基板
を主体とする第2の基体に貼り付けられて成り、前記第
1の基板を除去して前記異なる2つの半導体層からなる
周期構造を露出させ、該周期構造の機能領域に対応する
部分において、周期構造を形成する異なる2つの半導体
層のどちらか一方を選択的にエッチングして半導体層と
気体層の周期構造が形成されている。前記第1の基体
が、第1の基板、第1の基板上にエピタキシャル成長さ
れた異なる2つの半導体層からなる周期構造、活性層と
スペーサ層からなる少なくとも1つの機能領域を含む半
導体多層膜、機能領域に合わせて形成された第2の多層
反射膜(誘電体多層膜或は半導体多層膜である)を含む
構成にして、面発光半導体レーザとしてもよい。第2の
基板を保持基板として用いることができるので、第1の
基板を簡単に除去することができる。また、第1の基板
除去後の面は平坦であるので、その後のパターニング、
エッチング等の加工が容易である。
A first substrate, a periodic structure including two different semiconductor layers epitaxially grown on the first substrate;
A first substrate including a semiconductor multilayer film including a functional region such as at least one light emitting region having an active layer attached to a second substrate mainly including a second substrate; To expose a periodic structure composed of the two different semiconductor layers, and selectively etch one of the two different semiconductor layers forming the periodic structure in a portion corresponding to a functional region of the periodic structure. Thus, a periodic structure of the semiconductor layer and the gas layer is formed. A first substrate, a first substrate; a periodic structure including two different semiconductor layers epitaxially grown on the first substrate; a semiconductor multilayer film including at least one functional region including an active layer and a spacer layer; A structure including a second multilayer reflective film (dielectric multilayer film or semiconductor multilayer film) formed in accordance with the region may be used as a surface emitting semiconductor laser. Since the second substrate can be used as a holding substrate, the first substrate can be easily removed. Further, since the surface after the removal of the first substrate is flat, the subsequent patterning,
Processing such as etching is easy.

【0013】前記第1の多層反射膜と活性層を含む半導
体多層膜との間に、エピタキシャル成長された2つある
いはそれ以上の半導体層の周期構造で構成された半導体
多層膜からなる第3の多層反射膜(組成変調された層、
ドーピング変調された層を含んだりしてもよい)が存在
する構成を有する。第1の多層反射膜は気体層を含むた
め、電流注入は第1の多層反射膜を迂回して行う必要が
あるが、第1の多層反射膜と活性層を含む半導体多層膜
との間に第3の多層反射膜が存在することによって電流
が拡散し、活性層への電流注入を効果的に行うことが可
能となる。また、第3の多層反射膜がない場合と比べ、
第1の多層反射膜における各層の膜厚(特に気体層)が
変動した場合に生じる位相の変化量は小さくなるので共
振器長の変動を小さくすることができる。よって、より
低しきい値化、発振波長の安定化をさせた面発光半導体
レーザなどを提供できる。
A third multilayer comprising a semiconductor multilayer film having a periodic structure of two or more semiconductor layers epitaxially grown between the first multilayer reflective film and the semiconductor multilayer film including an active layer. Reflective film (composition-modulated layer,
(Which may include a doping-modulated layer). Since the first multilayer reflective film includes a gas layer, current injection needs to be performed by bypassing the first multilayer reflective film, but between the first multilayer reflective film and the semiconductor multilayer film including the active layer. The presence of the third multilayer reflective film allows the current to diffuse, making it possible to effectively inject the current into the active layer. In addition, compared to the case without the third multilayer reflective film,
Since the amount of phase change that occurs when the film thickness (particularly, the gas layer) of each layer in the first multilayer reflective film changes, the change in resonator length can be reduced. Therefore, it is possible to provide a surface emitting semiconductor laser having a lower threshold and a stabilized oscillation wavelength.

【0014】前記第1の多層反射膜が少なくとも3周期
以上の半導体層と気体層の周期構造からなる。この構成
で、99%以上の反射率を有し、かつ、高反射波長域の
広い反射多層膜を作製できる。
The first multilayer reflection film has a periodic structure of a semiconductor layer and a gas layer having at least three periods or more. With this configuration, a reflective multilayer film having a reflectance of 99% or more and a wide reflection wavelength range can be manufactured.

【0015】前記第1、第2の基体の最表面には励起手
段である電極が形成されており、その電極同士が電気的
に接続するように貼り付けられている。これにより、第
2の基板を介して電流注入を行うことができ、実装を容
易にした面発光半導体レーザなどを提供できる。
On the outermost surfaces of the first and second substrates, electrodes as excitation means are formed, and the electrodes are attached so as to be electrically connected to each other. Thus, current injection can be performed through the second substrate, and a surface-emitting semiconductor laser or the like that can be easily mounted can be provided.

【0016】前記第1の基体と第2の基体を貼り付ける
手段として、導電性粒子を含んだ接着剤であって、基板
に垂直な方向にのみ導電性を有する異方導電性接着剤を
用いている。これにより、必要な部分での電気的なコン
タクトを容易な方法で確実に得ることができ、実装を容
易にした面発光半導体レーザなどを提供できる。
As means for attaching the first substrate and the second substrate, an anisotropic conductive adhesive containing conductive particles and having conductivity only in a direction perpendicular to the substrate is used. ing. As a result, it is possible to reliably obtain an electrical contact at a necessary portion by an easy method, and it is possible to provide a surface emitting semiconductor laser or the like that is easy to mount.

【0017】前記第2の基板が、Si、AlNなどの熱
伝導性の良い材料である。これにより、放熱をより効果
的に行うことが可能となり、より放熱性を向上させた面
発光半導体レーザなどを提供できる。
The second substrate is made of a material having good heat conductivity, such as Si or AlN. As a result, heat radiation can be performed more effectively, and a surface emitting semiconductor laser or the like with further improved heat radiation can be provided.

【0018】更に、上記目的を達成するための本発明の
面型半導体光デバイスの作製方法では、第1の基板、第
1の基板上にエピタキシャル成長された異なる2つの半
導体層からなる周期構造、活性層を有する少なくとも1
つの発光領域などの機能領域を含む半導体多層膜を含む
第1の基体を、第2の基板を主体とする第2の基体に貼
り付ける工程と、該第1の基板を除去して該異なる2つ
の半導体層からなる周期構造を露出させる工程と、該周
期構造に、該周期構造をほぼ貫通するようなエッチング
窓を機能領域の回りに数箇所形成する工程と、該エッチ
ング窓からエッチャントを注入して該周期構造を形成す
る異なる2つの半導体層のどちらか一方を選択的にエッ
チングし、機能領域に対応する部分に半導体層と気体層
の周期構造を形成する工程を含むことを特徴とする。前
記第1の基体は、第1の基板、第1の基板上にエピタキ
シャル成長された異なる2つの半導体層からなる周期構
造、活性層とスペーサ層を含む少なくとも1つの機能領
域を含む半導体多層膜、機能領域に合わせて形成された
第2の多層反射膜を含む構成としてもよい。これによ
り、上記のような面発光半導体レーザなどの面型半導体
光デバイスを容易に作製することができる。
Further, in the method of manufacturing a surface type semiconductor optical device according to the present invention for achieving the above object, the present invention provides a method for manufacturing a planar semiconductor optical device, comprising: a first substrate; a periodic structure comprising two different semiconductor layers epitaxially grown on the first substrate; At least one with a layer
Attaching a first substrate including a semiconductor multilayer film including a functional region such as one light-emitting region to a second substrate mainly including a second substrate; and removing the first substrate to remove the second substrate. Exposing a periodic structure composed of two semiconductor layers, forming an etching window in the periodic structure at several locations around the functional region so as to substantially penetrate the periodic structure, and injecting an etchant from the etching window. And selectively etching either one of the two different semiconductor layers forming the periodic structure to form a periodic structure of the semiconductor layer and the gas layer in a portion corresponding to the functional region. A first substrate, a first substrate, a periodic structure including two different semiconductor layers epitaxially grown on the first substrate, a semiconductor multilayer film including at least one functional region including an active layer and a spacer layer, A configuration including a second multilayer reflective film formed in accordance with the region may be adopted. Thus, a surface-type semiconductor optical device such as the above-described surface-emitting semiconductor laser can be easily manufactured.

【0019】前記半導体層と気体層の周期構造を形成す
る工程の後に、前記エッチング窓を粘性の高い埋め込み
材で埋め込む工程を更に含むでもよい。これにより、加
工プロセスの際に空気層などの気体層が潰れたり膜厚が
設計よりずれたりすることが抑えられ、また、回りの圧
力による膜厚の変動を小さく抑えられる。よって、構造
を丈夫にした面型半導体光デバイスを提供できる。
[0019] After the step of forming the periodic structure of the semiconductor layer and the gas layer, the method may further include a step of filling the etching window with a highly viscous filling material. Accordingly, it is possible to prevent a gas layer such as an air layer from being crushed or a film thickness from being deviated from a design during a processing process, and to suppress a change in the film thickness due to a surrounding pressure. Therefore, a surface-type semiconductor optical device having a strong structure can be provided.

【0020】図1、図4、図5に図示の具体例を用いて
本発明の原理を説明する。第1の基体において、第1の
基板11(最終的には発光領域などの機能領域に対応す
る部分は必ず除去されるが、全て除去される場合が多
い)は例えばn−InP基板であり、先ず、第1の基板
11上に、図4に示す様に、n−InGaAsエッチス
トップ層13、InGaAsおよびInPを交互に積層
した半導体多層膜15、n−InPスペーサ層17、I
nGaAsPバルク活性層19、p−InPスペーサ層
21、p−InGaAsPコンタクト層23を順次成長
し、発光領域のまわりをドーナツ状にエッチングしてボ
リイミド25などの絶縁材料を埋め込む。発光領域は例
えば直径20μmの円形で、ドーナツ形状にエッチング
した外形は40μmの円形とする。図には示していない
が、ポリイミド25で埋め込む前に、後に作製する多層
反射膜31の有効径に合わせて活性層部分を直径15μ
m程度まで選択エッチングしてもよい。
The principle of the present invention will be described with reference to specific examples shown in FIGS. In the first base, the first substrate 11 (a portion corresponding to a functional region such as a light emitting region is eventually removed, but is often removed entirely) is, for example, an n-InP substrate. First, on the first substrate 11, as shown in FIG. 4, an n-InGaAs etch stop layer 13, a semiconductor multilayer film 15 in which InGaAs and InP are alternately laminated, an n-InP spacer layer 17,
An nGaAsP bulk active layer 19, a p-InP spacer layer 21, and a p-InGaAsP contact layer 23 are sequentially grown, and the periphery of the light emitting region is etched in a donut shape to embed an insulating material such as polyimide 25. The light emitting region is, for example, a circle having a diameter of 20 μm, and the outer shape etched into a donut shape is a circle having a diameter of 40 μm. Although not shown in the figure, before embedding with the polyimide 25, the active layer portion is adjusted to have an effective diameter of
m may be selectively etched to about m.

【0021】さらに、発光領域以外の部分をSiNx
どの絶緑層27で覆った後に、直径15μmの窓をあけ
た電極29を成膜し、窓部分のコンタクト層23を除去
する。次いで、直径100μmの誘電体多層反射膜31
をRFスパッタ法などで形成し、反射膜31を電極33
で覆う。
Further, after covering a portion other than the light emitting region with a green layer 27 such as SiN x , an electrode 29 having a window having a diameter of 15 μm is formed, and the contact layer 23 in the window portion is removed. Next, a dielectric multilayer reflective film 31 having a diameter of 100 μm
Is formed by an RF sputtering method or the like, and the reflection film 31 is
Cover with.

【0022】第2の基体51は、例えばSi基板を主体
としており、図1の例においては、表面に熱酸化膜53
を形成した後に電極55を形成している。図には示して
いないが、この電極53はパッドを備えた配線に接続さ
れている。
The second substrate 51 is mainly composed of, for example, a Si substrate, and in the example of FIG.
Is formed, and then the electrode 55 is formed. Although not shown, the electrode 53 is connected to a wiring provided with a pad.

【0023】次いで、第1、第2の基体の最表面の電極
同士が電気的に接続するように貼り付ける。貼り付け方
法としては、電極33、55同士を圧着しその回りを熱
硬化樹脂57で埋め込んで接着したり、導電性粒子を含
んだ熱硬化樹脂を塗布し電極33、55同士が接着する
ように第1の基体を合わせて圧縮加熱することによって
接着する方法がある。
Next, the first and second substrates are attached so that the electrodes on the outermost surfaces are electrically connected to each other. The bonding method is such that the electrodes 33 and 55 are pressed together and embedded with a thermosetting resin 57 for bonding, or a thermosetting resin containing conductive particles is applied to bond the electrodes 33 and 55 together. There is a method in which the first substrates are bonded together by compression heating.

【0024】さらに、第1の基板11を選択ウエットエ
ッチングなどの方法を用いて除去し、それによって現れ
た半導体多層膜15を、反応性イオンビームエッチング
等の方法で、この半導体多層膜15をほぼ貫通するよう
なエッチング窓61を発光領域の回りに数箇所形成す
る。
Further, the first substrate 11 is removed by using a method such as selective wet etching, and the resulting semiconductor multilayer film 15 is substantially removed by a method such as reactive ion beam etching. Several penetrating etching windows 61 are formed around the light emitting region.

【0025】そして、このエッチング窓61からエッチ
ャントを注入して該周期構造を形成する異なる2つの半
導体層のどちらか一方、例えばInGaAsを選択的に
ウエットエッチングし、発光領域に半導体層と空気層の
周期構造63を形成する。
Then, an etchant is injected from the etching window 61 to selectively wet-etch one of the two different semiconductor layers forming the periodic structure, for example, InGaAs, to form the semiconductor layer and the air layer in the light emitting region. The periodic structure 63 is formed.

【0026】空気の屈折率は1.0、半導体、例えばI
nPの屈折率は3.2程度である。この2層を1周期と
して、そのペア数を増やした場合の設計波長での反射率
の変化を図2に示す。図2から分かるように、この2つ
の積層構造からなる多層反射膜は高々3周期程度で99
%の反射率を得ることができるので、半導体多層膜のみ
でミラーを構成する場合に比べ、成長に要する時間を短
くすることができて、生産性が向上する。
The refractive index of air is 1.0, and a semiconductor such as I
The refractive index of nP is about 3.2. FIG. 2 shows a change in reflectance at a design wavelength when the number of pairs is increased with the two layers as one cycle. As can be seen from FIG. 2, the multilayer reflective film having the two stacked structures has a thickness of 99 for at most three periods.
%, It is possible to shorten the time required for the growth and improve the productivity as compared with the case where the mirror is constituted only by the semiconductor multilayer film.

【0027】反射率の波長依存性を図3に示す。半導体
層と空気層の屈折率差が大きいため高反射波長域が非常
に広く、発振波長に限定されず様々な波長の面発光半導
体レーザに応用することが可能となる。
FIG. 3 shows the wavelength dependence of the reflectance. Since the difference in the refractive index between the semiconductor layer and the air layer is large, the high reflection wavelength range is very wide, and the invention can be applied to surface emitting semiconductor lasers of various wavelengths without being limited to the oscillation wavelength.

【0028】また、エッチングされる半導体材料は発振
波長に対して吸収があっても問題ないので材料の選択幅
が広がり、より安定に成長できる材料を選ぶことができ
て、歩留まりが向上する。
Further, since there is no problem even if the semiconductor material to be etched absorbs the oscillation wavelength, a wider range of materials can be selected, and a material that can grow more stably can be selected, thereby improving the yield.

【0029】加えて、本発明の半導体光デバイスにおい
ては、第2の基板を保持基板として用いることができる
ので、部分的にホールエッチングすることなく、第1の
基体側の半導体基板を容易に除去することが可能とな
り、歩留まりを向上させることが可能となる。
In addition, in the semiconductor optical device of the present invention, since the second substrate can be used as a holding substrate, the semiconductor substrate on the first substrate side can be easily removed without partial hole etching. It is possible to improve the yield.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下に実施例を用いて本発明の実
施の形態を詳しく説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in detail below using embodiments.

【0031】第1の実施例 図1、図4、図5を用いて本発明による第1の実施例の
半導体光デバイスを説明する。図1は本実施例による面
発光半導体レーザの断面図、図4、図5はその作製工程
を説明する図である。
[0031] First Embodiment FIG. 1, FIG. 4, the semiconductor optical device of the first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment, and FIGS. 4 and 5 are views for explaining a manufacturing process thereof.

【0032】まず、図4を用いて第1の基体について説
明する。n−InP基板11上に、厚さ0.2μmのn
−InGaAsエッチストップ層13、n−InP/n
−InGaAs 3周期からなる半導体多層膜15(I
nP層の厚さ0.1μm、InGaAsの厚さ0.32
5μm)、厚さ1.9μmのn−InPスペーサ層1
7、厚さ0.7μmのInGaAsP(バンドギャップ
波長1.3μm)のバルク活性層19、厚さ1.0μm
のp−InPスペーサ層21、厚さ0.2μmのp−I
nGaAsPコンタク卜層23を順次成長する(図4
(a))。成長手段は、たとえばMOCVD、MBE、
CBE等の方法で行う。
First, the first base will be described with reference to FIG. On the n-InP substrate 11, a 0.2 μm thick n
-InGaAs etch stop layer 13, n-InP / n
-InGaAs semiconductor multilayer film 15 (I
nP layer thickness 0.1 μm, InGaAs thickness 0.32
5 μm), 1.9 μm thick n-InP spacer layer 1
7. 0.7 μm thick InGaAsP (bandgap wavelength 1.3 μm) bulk active layer 19, 1.0 μm thickness
P-InP spacer layer 21, 0.2 μm thick p-I
An nGaAsP contact layer 23 is sequentially grown (FIG. 4).
(A)). The growth means is, for example, MOCVD, MBE,
This is performed by a method such as CBE.

【0033】さらに、発光領域の周りをRIBE法など
でドーナツ状にエッチングして、エッチング部分をポリ
イミド25で埋め込む(図4(b))。発光領域は、例
えば直径20μmの円形で、ドーナツ形状にエッチング
した外形は40μmの円形とする。図4には示していな
いが、ポリイミド25で埋め込む前に、後に作製する第
2の多層反射膜の有効径に合わせて活性層19を直径1
5μm程度まで硫酸系エッチャントで選択ウエットエッ
チングしてもよい。
Further, the periphery of the light emitting region is etched into a donut shape by the RIBE method or the like, and the etched portion is embedded with polyimide 25 (FIG. 4B). The light emitting region is, for example, a circle having a diameter of 20 μm, and the outer shape etched into a donut shape is a circle having a diameter of 40 μm. Although not shown in FIG. 4, before embedding with the polyimide 25, the active layer 19 has a diameter of 1 according to the effective diameter of a second multilayer reflective film to be manufactured later.
Selective wet etching may be performed with a sulfuric acid-based etchant up to about 5 μm.

【0034】次に、発光領域以外の部分を絶縁するため
にSiNx27で覆った後に、直径15μmの窓をあけ
た厚さ0.5μmのCr/Auからなるp電極29を蒸
着し、窓部分のコンタクト層23を除去する(図4
(c))。次いで、厚さ2.5μm、直径100μmの
Al23/Siからなる第2の多層反射膜31(誘電体
多層膜)をRFスパッタ法などで形成し、第2の多層反
射膜を厚さ0.5μmのAu電極33で覆う(図4
(d))。以上で、第1の基体の貼り付け面側の加工を
終了する。
Next, after covering a portion other than the light emitting region with SiN x 27, a p-electrode 29 made of Cr / Au and having a thickness of 0.5 μm and having a 15 μm diameter window is deposited by vapor deposition. Part of the contact layer 23 is removed (FIG.
(C)). Next, a second multilayer reflective film 31 (dielectric multilayer film) made of Al 2 O 3 / Si having a thickness of 2.5 μm and a diameter of 100 μm is formed by RF sputtering or the like, and the thickness of the second multilayer reflective film is reduced. Cover with a 0.5 μm Au electrode 33 (FIG. 4)
(D)). This completes the processing of the first base body on the side to which the first base is attached.

【0035】次いで、図5を用いて、貼り付けおよび裏
面加工について説明する。第1の基体は上記の工程で作
製したものを上下反転させてある(図5(a−1))。
第1の基体については、その後の基板除去を簡単にする
ために100μm程度まで予め基板11を研磨しておい
てもよい。
Next, the attachment and the back surface processing will be described with reference to FIG. As the first base, the one manufactured in the above process is turned upside down (FIG. 5 (a-1)).
As for the first base, the substrate 11 may be polished in advance to about 100 μm in order to simplify the subsequent removal of the substrate.

【0036】第2の基体において、第2の基板51とし
ては熱伝導性の良いSiを用いており、第2の基板51
の表面に熱酸化膜53を形成した後に、例えば厚さ1μ
mのCr/Auからなる電極55を形成する(図5(a
−2))。図5には示していないが、この電極はパッド
を備えた配線に接続されている。
In the second substrate, Si having good heat conductivity is used as the second substrate 51, and the second substrate 51
After the thermal oxide film 53 is formed on the surface of
m of an electrode 55 made of Cr / Au (FIG. 5 (a)
-2)). Although not shown in FIG. 5, this electrode is connected to a wiring having a pad.

【0037】このように作製された第1の基体と第2の
基体の夫々の電極部33、55が接触するように両基体
を圧着し、その回りを熱硬化樹脂57で埋め込み両基体
を接着する(図5(b))。
The two substrates are pressed together so that the electrode portions 33 and 55 of the first substrate and the second substrate thus produced are in contact with each other, and the surroundings are embedded with a thermosetting resin 57 to bond the two substrates together. (FIG. 5B).

【0038】次に、基板11を塩酸系エッチャントでエ
ッチストップ層13までエッチングし、さらに、エッチ
ストップ層13を硫酸系エッチャントでエッチングして
除去する(図5(c))。このとき、全面に亙ってエッ
チングすることができるので、ホール状エッチングする
場合に比べ、工程が簡単で歩留まりが向上する。
Next, the substrate 11 is etched to the etch stop layer 13 with a hydrochloric acid-based etchant, and the etch stop layer 13 is removed by etching with a sulfuric acid-based etchant (FIG. 5C). At this time, since etching can be performed over the entire surface, the process is simpler and the yield is improved as compared with the case of performing hole-shaped etching.

【0039】さらに、除去して現れた半導体面に、図5
(d−2))に示す様に一部が切れたリング状の窓の空
いたパターンを形成したレジスト(図中表示なし)を形
成し、このレジストをマスクとして、半導体多層膜15
を反応性イオンビームエッチング(RIBE)のような
指向性の強いエッチング方法でエッチングを行う。こう
して、半導体多層膜15ををほぼ貫通するようなエッチ
ング窓61を発光領域の回りを取り囲むように形成す
る。その後、レジストを除去する(図5(d−1))。
基板11除去により現れた半導体面は平坦であるので、
上記パターニングやエッチング等の加工は簡単である。
Further, on the semiconductor surface which has appeared after the removal, FIG.
As shown in (d-2)), a resist (not shown in the figure) is formed in which a partially open ring-shaped window is formed, and the semiconductor multilayer film 15 is formed using this resist as a mask.
Is etched by a highly directional etching method such as reactive ion beam etching (RIBE). In this way, an etching window 61 that substantially penetrates the semiconductor multilayer film 15 is formed so as to surround the light emitting region. After that, the resist is removed (FIG. 5D-1).
Since the semiconductor surface appeared by removing the substrate 11 is flat,
Processing such as patterning and etching is simple.

【0040】続いて、エッチング窓61から硫酸系エッ
チャントを注入して、半導体多層膜15を構成している
材料の一方であるInGaAsを選択的に除去し、空気
層およびInP層の積層構造からなる第1の多層反射膜
63を形成する。最後に、所定領域にAuGe/Auか
らなるn電極65を成膜する。
Subsequently, a sulfuric acid-based etchant is injected from the etching window 61 to selectively remove InGaAs, which is one of the materials constituting the semiconductor multilayer film 15, and has a laminated structure of an air layer and an InP layer. A first multilayer reflection film 63 is formed. Finally, an n-electrode 65 of AuGe / Au is formed in a predetermined region.

【0041】本実施例において、空気の屈折率は1.
0、InPの屈折率は3.2であり、第1の多層反射膜
63は3周期で構成されているが、レーザ発振に十分な
99%の反射率を得ることができる。従って、半導体多
層膜のみで反射膜を構成する場合に比べ、ペア数が少な
いので成長に要する時間を短くすることができる。第1
の多層反射膜63の反射率の波長依存性を図3に示す。
設定波長(1.3μm)の近傍に高反射域が存在してい
ることが分かる。
In this embodiment, the refractive index of air is 1.
0, the refractive index of InP is 3.2, and the first multilayer reflective film 63 is composed of three periods. However, a 99% reflectance sufficient for laser oscillation can be obtained. Therefore, the number of pairs is smaller and the time required for growth can be shortened as compared with the case where the reflection film is constituted only by the semiconductor multilayer film. First
FIG. 3 shows the wavelength dependence of the reflectance of the multilayer reflective film 63 of FIG.
It can be seen that a high reflection region exists near the set wavelength (1.3 μm).

【0042】このような方法を用いて、4×4の面発光
半導体レーザアレイ(各面発光半導体レーザ間は、第1
の多層反射膜63の周りを適当な深さの所までエッチン
グしてn電極65側も電気的に分離してもよいし、p電
極29側が電気的に分離されているのでn電極65側は
分離しないで共通電極としてもよい)を作製し電極を通
して電流を注入したところ、若干の波長ばらつきはある
ものの、しきい値やバワなどの特性のばらつきは殆どな
かった。
Using such a method, a 4 × 4 surface emitting semiconductor laser array (the first
May be etched to a suitable depth around the multilayer reflective film 63 to electrically separate the n-electrode 65 side, or because the p-electrode 29 side is electrically isolated, the n-electrode 65 side When a current was injected through the electrode, there was slight variation in wavelength but little variation in characteristics such as threshold voltage and power.

【0043】本実施例において、第2の基板51として
Si以外であってもよく、例えばAlNなどでもよい。
さらに、活性層19として、バルクではなくMQW構造
のものを用いてもよく、p−InP基板を用いてレーザ
の作製を行ってもよい。また、n電極65を、空気層形
成を行った後に成膜しているが、その前に予め成膜して
おいてもよい。加えて、第2の多層反射膜31はAl2
3/Siに限ったものではなく、例えば、SiO2/S
i、MgO/Siなどであってもよい。
In this embodiment, the second substrate 51 may be made of a material other than Si, for example, AlN.
Further, the active layer 19 may have a MQW structure instead of a bulk, and a laser may be manufactured using a p-InP substrate. Further, the n-electrode 65 is formed after forming the air layer, but may be formed beforehand. In addition, the second multilayer reflective film 31 is made of Al 2
Not limited to O 3 / Si, for example, SiO 2 / S
i, MgO / Si or the like.

【0044】第2の実施例 図6を用いて本発明による第2の実施例を説明する。図
6は本実施例による面発光半導体レーザの断面図であ
る。構造は殆ど第1の実施例と同様であり、重複する部
分の詳しい説明は省略する。図6において、図1と同一
の部分には同じ番号を付けてある。本実施例では、第1
の基体と第2の基体を貼り付ける手段として、異方導電
性接着剤を用いている。
Second Embodiment A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view of the surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment. The structure is almost the same as that of the first embodiment, and a detailed description of overlapping parts will be omitted. 6, the same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers. In the present embodiment, the first
An anisotropic conductive adhesive is used as a means for attaching the second base and the second base.

【0045】異方導電性接着剤は、例えば、適当な密度
で導電性粒子101を含んだ熱硬化樹脂103からな
る。導電性粒子101は、例えば、Niの金属粒子に金
をコーティングしたものであり、粒径4μm程度のもの
である。
The anisotropic conductive adhesive is made of, for example, a thermosetting resin 103 containing conductive particles 101 at an appropriate density. The conductive particles 101 are, for example, metal particles of Ni coated with gold, and have a particle size of about 4 μm.

【0046】第2の基体上にこの接着剤を塗布し、第1
の基体と第2の基体との電極部分33、55が一致する
するように夫々の基体を合わせて、3kgf/cm2
圧力を加えながら200℃に加熱して樹脂103を硬化
させる。圧縮加熱することにより、電極33と電極55
に挟まれた部分では導電性粒子が変形したりー部が電極
にめり込んだりして上下の導通が可能になる。一方、そ
の他の部分では粒子101は樹脂103中に浮遊した状
態であり導通はとれない。
This adhesive is applied on a second substrate, and the first
The two substrates are combined so that the electrode portions 33 and 55 of the second substrate and the second substrate coincide with each other, and heated to 200 ° C. while applying a pressure of 3 kgf / cm 2 to cure the resin 103. By compression heating, the electrode 33 and the electrode 55
In the portion sandwiched between the conductive particles, the conductive particles are deformed, and the portion is sunk into the electrode, thereby enabling vertical conduction. On the other hand, in other portions, the particles 101 are in a state of floating in the resin 103 and cannot be conducted.

【0047】本実施例においては、第1の実施例に比
べ、表面に絶縁物のゴミが付着していたり、酸化膜で覆
われていたりした場合においても、確実に電気的コンタ
クトを得ることが可能となり、歩留まりが向上するとい
う利点がある。
In the present embodiment, as compared with the first embodiment, even if the surface is covered with insulating dust or covered with an oxide film, an electric contact can be reliably obtained. This has the advantage that the yield is improved.

【0048】本実施例において、導電性粒子としてNi
粒子に金をコーティングものを用いたが、これに限った
ものではなく、例えばプラスチック粒子に金をコーティ
ングしたもの等であってもよい。また、その粒径も構造
に応じて適当なものを選べばよい。加えて、紫外線硬化
型樹脂を用いてもよい。この場合、第2の基体に用いる
基板51としては紫外線を透過するタイプのものが望ま
しい。さらに、導電粒子を配合した樹脂を予めシート状
に加工したものを第1の基体と第2の基体の間に挟ん
で、加圧加熱することにより両基体の接着を行ってもよ
い。
In this embodiment, Ni is used as the conductive particles.
Although a particle coated with gold is used, the present invention is not limited to this. For example, a particle obtained by coating plastic particles with gold may be used. The particle size may be appropriately selected according to the structure. In addition, an ultraviolet curable resin may be used. In this case, the substrate 51 used for the second base is preferably of a type that transmits ultraviolet light. Furthermore, a resin obtained by processing a resin containing conductive particles into a sheet shape in advance may be sandwiched between the first base and the second base, and the two bases may be bonded to each other by heating under pressure.

【0049】第3の実施例 図7を用いて本発明による第3の実施例を説明する。図
7は本実施例による面発光半導体レーザの断面図であ
る。構造は殆ど第1の実施例と同様であり、重複する部
分の詳しい説明は省略する。図7において、図1と同一
の部分には同じ番号を付けてある。
Third Embodiment A third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a sectional view of the surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment. The structure is almost the same as that of the first embodiment, and a detailed description of overlapping parts will be omitted. 7, the same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers.

【0050】本実施例では、エッチング窓61から硫酸
系エッチャントを注入して、半導体多層膜15を構成し
ている材料の一方であるInGaAsを選択的に除去
し、空気層およびInP層の積層構造からなる第1の多
層反射膜63を形成した後、エッチング窓61を埋め込
み材201で埋め込みを行っていることが、第1の実施
例との違いである。本実施例では、埋め込み材201と
して、空気層への染み込みを押さえるため比較的粘性の
高いボリイミドを用いている。
In this embodiment, a sulfuric acid-based etchant is injected from the etching window 61 to selectively remove InGaAs, which is one of the materials constituting the semiconductor multilayer film 15, to form a laminated structure of an air layer and an InP layer. The difference from the first embodiment is that the etching window 61 is buried with the burying material 201 after forming the first multilayer reflective film 63 made of. In this embodiment, a relatively viscous polyimide is used as the embedding material 201 to suppress penetration into the air layer.

【0051】この埋め込み材201を付加することによ
り空気層の状態を保持できるので、加工プロセスの際に
空気層がつぶれたり、膜厚が設計よりずれたりすること
を抑え、また、回りの圧力による膜厚の変動を小さくす
ることが可能となった。その結果、レーザアレイを作製
した際、第1の実施例に比べ、発振波長のばらつきを小
さくすることができた。
By adding this filling material 201, the state of the air layer can be maintained, so that the air layer is prevented from being crushed or the film thickness from being deviated from the design during the processing process. It has become possible to reduce the variation in the film thickness. As a result, when the laser array was manufactured, variation in the oscillation wavelength could be reduced as compared with the first embodiment.

【0052】第4の実施例 図8を用いて本発明による第4の実施例を説明する。図
8は本実施例による面発光半導体レーザの断面図であ
る。構造は殆ど第1の実施例と同様であり、重複する部
分の詳しい説明は省略する。図8において、図1と同一
の部分には同じ番号を付けてある。
Fourth Embodiment A fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a sectional view of the surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment. The structure is almost the same as that of the first embodiment, and a detailed description of overlapping parts will be omitted. 8, the same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers.

【0053】本実施例では、第1の多層反射膜63の活
性層19側に、n−InGaAsP(バンドギャップ波
長1.1μm)/n−InP 6.5周期からなる第3
の多層反射膜301をエピタキシャル成長段階で挿入し
ていること、およびn−InPスペーサ層317の膜厚
を0.98μmとして第1の実施例におけるスペーサ層
17と比べて薄くしていることが、第1の実施例との違
いである。
In this embodiment, the third layer composed of 6.5 cycles of n-InGaAsP (band gap wavelength: 1.1 μm) / n-InP is provided on the active layer 19 side of the first multilayer reflection film 63.
That the multilayer reflective film 301 is inserted in the epitaxial growth stage and that the thickness of the n-InP spacer layer 317 is 0.98 μm, which is thinner than the spacer layer 17 in the first embodiment. This is a difference from the first embodiment.

【0054】この第3の多層反射膜301を付加するこ
とにより次のような利点がある。 (1)低しきい値化 第1の多層反射膜63は空気層を含んでいるためここを
通して電流を流すことができず、第1の多層反射膜を迂
回して電流注入を行わなければならない。そのため、活
性層19への電流注入を効果的に行うためにはスペーサ
層で電流を拡散させる必要があり、スペーサ層の膜厚を
ある程度厚めにしておく必要がある(具体的には、1μ
m以上あることが望ましく、第1の実施例ではスペーサ
層17の膜厚を1.9μmとした)。本実施例では、第
3の多層反射膜301を電流拡散のために使えるので、
スペーサ層317の膜厚を小さくすることができる。そ
の結果、共振器長を小さくできるので、第1の実施例に
比べ、低しきい値化を図ることができた。
The addition of the third multilayer reflective film 301 has the following advantages. (1) Lowering the Threshold Value Since the first multilayer reflective film 63 contains an air layer, current cannot flow through the first multilayer reflective film 63, and current must be injected around the first multilayer reflective film 63. . Therefore, in order to effectively inject current into the active layer 19, it is necessary to diffuse the current in the spacer layer, and it is necessary to increase the thickness of the spacer layer to some extent (specifically, 1 μm).
m, and the thickness of the spacer layer 17 is 1.9 μm in the first embodiment.) In this embodiment, since the third multilayer reflective film 301 can be used for current diffusion,
The thickness of the spacer layer 317 can be reduced. As a result, the length of the resonator can be reduced, so that the threshold can be reduced as compared with the first embodiment.

【0055】(2)発振波長の変動を低減 第1の多層反射膜63は空気層を含んでいるため、空気
層の膜厚が加工プロセスの際に設計からずれたり、ま
た、回りの圧力による膜厚の変動が生じやすい。もちろ
ん、第3の実施例のように埋め込み材で埋め込むことに
よりその誤差を小さくすることはできるが、完全に無く
すことは難しい。この様に膜厚が変化した場合、第1の
多層反射膜63での反射波の位相が変化する。これは、
実効的な共振器長が変化することを意味し、その結果、
発振波長が変化してしまう。しかし、第3の多層反射膜
301を設けると、第1の多層反射膜63の膜厚が変化
した場合の影響が小さくなる。
(2) Reduction of Fluctuation of Oscillation Wavelength Since the first multilayer reflection film 63 includes an air layer, the thickness of the air layer may deviate from the design during the processing process, or may be caused by the surrounding pressure. The film thickness tends to fluctuate. Of course, the error can be reduced by embedding with the embedding material as in the third embodiment, but it is difficult to completely eliminate the error. When the film thickness changes in this way, the phase of the reflected wave at the first multilayer reflective film 63 changes. this is,
It means that the effective resonator length changes, and as a result,
The oscillation wavelength changes. However, when the third multilayer reflective film 301 is provided, the influence when the film thickness of the first multilayer reflective film 63 changes is reduced.

【0056】空気層の膜厚が設計からずれたときの、第
3の多層反射膜301(InGaAsP/1nP)があ
る場合(本実施例に相当)と無い場合(第1の実施例に
相当)での反射波の位相シフトの計算結果を図9に示
す。この計算においては、空気層の各層が一様に設計か
らずれるが、その他の層は変動はない、と仮定してい
る。
When there is a third multilayer reflective film 301 (InGaAsP / 1nP) when the thickness of the air layer deviates from the design (corresponding to the present embodiment) and when it does not (corresponding to the first embodiment) FIG. 9 shows the calculation result of the phase shift of the reflected wave at. In this calculation, it is assumed that each layer of the air layer deviates uniformly from the design, while the other layers do not change.

【0057】図9から分かるように、第3の多層反射膜
301がある場合の方が、空気層の膜厚変化に対する反
射波の位相シフトの割合が小さいことが分かる。この結
果、本実施例では、第1の実施例に比べ、設計からずれ
ることによる発振波長の変動の低減化を図ることができ
た。もちろん、第3の多層反射膜301の付加に加え、
第3の実施例のように、埋め込み材による補強を行なっ
てもよい。
As can be seen from FIG. 9, the ratio of the phase shift of the reflected wave to the change in the thickness of the air layer is smaller when the third multilayer reflective film 301 is provided. As a result, in the present embodiment, it was possible to reduce the fluctuation of the oscillation wavelength due to the deviation from the design as compared with the first embodiment. Of course, in addition to the addition of the third multilayer reflective film 301,
As in the third embodiment, reinforcement with an embedding material may be performed.

【0058】本実施例では、n−InP基板を用いてレ
ーザの作製を行っているが、p−InP基板を用いても
よい。この場合、n−InGaAsP/n−InPに比
べ、第3の多層反射膜301としてのp−InGaAs
P/p−InPでは抵抗が高くなるという問題があるの
で、低しきい値化については若干劣るが、発振波長の変
動低減の効果はある。
In this embodiment, the laser is manufactured using the n-InP substrate, but a p-InP substrate may be used. In this case, compared with n-InGaAsP / n-InP, p-InGaAs as the third multilayer reflective film 301 is used.
P / p-InP has a problem in that the resistance becomes high, so that lowering the threshold voltage is slightly inferior, but has the effect of reducing the fluctuation of the oscillation wavelength.

【0059】加えて、本実施例では、第3の多層反射膜
301を2つの半導体層の周期構造で構成しているが、
例えば、組成変調層やドーピング変調層を加えた3層以
上を1組とした周期構造としてもよい。これにより、バ
ンドの不連続を緩和して抵抗低減を図ることが可能とな
る。
In addition, in the present embodiment, the third multilayer reflective film 301 has a periodic structure of two semiconductor layers.
For example, a periodic structure in which three or more layers including a composition modulation layer and a doping modulation layer are added may be used. This makes it possible to reduce the discontinuity of the band and reduce the resistance.

【0060】第5の実施例 図10を用いて本発明による第5の実施例を説明する。
図10は本実施例による面発光半導体レーザの断面図で
ある。
Fifth Embodiment A fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a sectional view of the surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment.

【0061】本実施例は、p電極、n電極ともに第2の
基体側から取り出せる構造になっている。構造は殆ど第
1の実施例と同様であり、重複する部分の詳しい説明は
省略する。図10において、図1と同一の部分には同じ
番号を付けてある。
This embodiment has a structure in which both the p-electrode and the n-electrode can be taken out from the second substrate side. The structure is almost the same as that of the first embodiment, and a detailed description of overlapping parts will be omitted. 10, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0062】本実施例では、第1の基体は、発光領域以
外の部分の一部において、n−InPスペーサ層17が
露出するようにエッチングされている。そして、この部
分でn側のコンタクトがとれるようにn電極401が成
膜されている。このとき、n電極401とp電極29と
を共に、両極性に対応できる電極、例えばTi/Pt/
Auで構成しておけば、同時に成膜することが可能とな
る。さらに、第2の多層反射膜31を成膜する際に同時
にこれと同一の構成のバンプ403を形成し、その上を
Auから成る電極405で覆う。
In this embodiment, the first base is etched so that the n-InP spacer layer 17 is exposed in a part of the portion other than the light emitting region. Then, an n-electrode 401 is formed so that an n-side contact can be made at this portion. At this time, both the n-electrode 401 and the p-electrode 29 are electrodes capable of handling both polarities, for example, Ti / Pt /
If it is made of Au, it is possible to form a film at the same time. Further, when the second multilayer reflective film 31 is formed, a bump 403 having the same configuration as that of the second multilayer reflective film 31 is formed, and the bump 403 is covered with an electrode 405 made of Au.

【0063】このように作製した第1の基体に対して、
第1の実施例と同様の方法で、第2の基体への貼り付
け、基板11およびエッチストップ層13の除去、第1
の多層反射膜63の加工を施す。
With respect to the first substrate thus manufactured,
In the same manner as in the first embodiment, affixing to the second base, removal of the substrate 11 and the etch stop layer 13,
Of the multilayer reflection film 63 is performed.

【0064】本実施例は、第1の実施例に比べ、n電
極、p電極双方を第2の基体側から取り出せるので、I
Cパッケージ等への実装が容易になる、第2の基体の主
体であるSi基板51に電子回路を設けた場合にこの電
子回路の各箇所とn電極、p電極との接続が容易になっ
て整合性が良い、といった利点がある。
In this embodiment, both the n-electrode and the p-electrode can be taken out from the second substrate side, as compared with the first embodiment.
When an electronic circuit is provided on the Si substrate 51, which is the main body of the second base, it is easy to mount it on a C package or the like, and the connection between each part of the electronic circuit and the n-electrode and the p-electrode becomes easy. There is an advantage that consistency is good.

【0065】第6の実施例 上記の実施例においては、InP基板を用いた例につい
て示したが、GaAs基板を用いることも可能である。
図11を用いて本発明による第6の実施例を説明する。
図11は本実施例による面発光半導体レーザの断面図で
ある。
Sixth Embodiment In the above embodiment, an example using an InP substrate has been described, but a GaAs substrate can also be used.
A sixth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a sectional view of the surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment.

【0066】まず、第1の基体について説明する。n−
GaAs基板(図中においては後に除去されるため記さ
れていない)上に、n−AlAs/n−GaAs 4周
期からなる半導体多層膜515(AlAs層の厚さ0.
072μm、GaAsの厚さ0.212μm)、厚さ
1.0μmのn−Al0.6Ga0.4Asスペーサ層51
7、In0.3Ga0.7As/GaAsからなる量子井戸構
造の活性層519(バンドギャップ波長0.85μ
m)、厚さ0.5μmのp−Al0.6Ga0.4Asスペー
サ層521、p−Al0.1Ga0.9As/p−AlAsか
らなる第2の半導体多層反射膜523を順次成長する。
成長手段は、同じく、たとえばMOCVD、MBE、C
BE等の方法で行う。
First, the first base will be described. n-
On a GaAs substrate (not shown in the figure because it will be removed later), a semiconductor multilayer film 515 (thickness of the AlAs layer of 0.4 mm) consisting of four periods of n-AlAs / n-GaAs is provided.
N-Al 0.6 Ga 0.4 As spacer layer 51 having a thickness of 0.72 μm and a GaAs thickness of 0.212 μm) and a thickness of 1.0 μm.
7. An active layer 519 having a quantum well structure composed of In 0.3 Ga 0.7 As / GaAs (band gap wavelength 0.85 μm).
m), a 0.5 μm-thick p-Al 0.6 Ga 0.4 As spacer layer 521 and a second semiconductor multilayer reflective film 523 made of p-Al 0.1 Ga 0.9 As / p-AlAs are sequentially grown.
The growth means is, for example, MOCVD, MBE, C
It is performed by a method such as BE.

【0067】さらに、発光領域のまわりをRIBE法な
どでドーナツ状にエッチングしてエッチング部分をポリ
イミド525で埋め込む。発光領域は例えば直径25μ
mの円形で、ドーナツ形状にエッチングした外形は50
μmの円形とする。図11には示していないが、ポリイ
ミド525で埋め込む前に発光領域の第2の多層反射膜
523のAlAsを選択的に酸化してAlAsの径を更
に小さくすることにより、電流狭窄構造を設けてもよ
い。
Further, the periphery of the light emitting region is etched in a donut shape by the RIBE method or the like, and the etched portion is embedded with polyimide 525. The light emitting region has a diameter of, for example, 25 μm.
m, donut-shaped outer shape is 50
It is a circle of μm. Although not shown in FIG. 11, before embedding with polyimide 525, the current constriction structure is provided by selectively oxidizing AlAs of the second multilayer reflective film 523 in the light emitting region to further reduce the diameter of AlAs. Is also good.

【0068】次に、発光領域以外の部分を絶縁するため
に、SiNx527で覆った後に直径80μmのTi/
Pt/Auからなる円形のp電極529を蒸着する。以
上で、第1の基体の貼り付け面側の加工を終了する。
Next, in order to insulate a portion other than the light emitting region, TiN having a diameter of 80 μm after covering with SiN x 527 was used.
A circular p-electrode 529 made of Pt / Au is deposited. This completes the processing of the first base body on the side to which the first base is attached.

【0069】第2の基体は、Si基 板551の表面に熱
酸化膜553を形成した後に、例えば厚さ1μmのCr
/Auからなる電極555を形成してあり、さらに電気
的接続部以外の領域を5μm程度エッチングしてある。
ここで、エッチングにより段差を設けているのは、接着
する際の樹脂の回り込みを良くするためである。
The second substrate is made of a Si-based Heat on the surface of plate 551
After forming the oxide film 553, for example, a 1 μm thick Cr
/ Au electrode 555 is formed.
The area other than the connection part is etched by about 5 μm.
Here, the step is provided by etching because of adhesion
This is to improve the wraparound of the resin when performing.

【0070】このように作製した第1、第2の基体を、
第1の実施例と同様の方法で熱硬化樹脂557を用いて
貼り付けた後、第1の基体側のn−GaAs基板(図中
表示なし)を全面に亙って除去する。半導体多層膜51
5の第1層であるAlAsに対して選択性を持たせるに
は、アンモニア+過酸化水素系のウエットエッチングと
ドライエッチングとを併用すればよい。さらに、半導体
多層膜515の第1層であるAlAsをドライエッチン
グにより除去し、それにより現れたGaAsの発光領域
以外の一部分にTi/Pt/Auからなるn電極559
を成膜する。
The first and second substrates thus manufactured are
After bonding using a thermosetting resin 557 in the same manner as in the first embodiment, the n-GaAs substrate (not shown in the figure) on the first substrate side is removed over the entire surface. Semiconductor multilayer film 51
In order to impart selectivity to AlAs, which is the first layer of No. 5, the wet etching and the dry etching based on ammonia + hydrogen peroxide may be used in combination. Further, AlAs, which is the first layer of the semiconductor multilayer film 515, is removed by dry etching, and an n-electrode 559 made of Ti / Pt / Au is formed on a part other than the GaAs light-emitting region.
Is formed.

【0071】さらに、第1の実施例と同様の手法で、半
導体多層膜515をほぼ貫通するようなエッチング窓5
61を発光領域の回りを取り囲むように形成する。続い
て、エッチング窓561からエッチャントを注入して、
半導体多層膜515を構成している材料の一方であるG
aAsを選択的に除去し、空気層およびAlAs層の積
層構造からなる第1の多層反射膜563を形成する。
Further, in the same manner as in the first embodiment, the etching window 5 almost penetrating through the semiconductor multilayer film 515 is formed.
61 is formed so as to surround the light emitting region. Subsequently, an etchant is injected from the etching window 561,
G which is one of the materials constituting the semiconductor multilayer film 515
aAs is selectively removed to form a first multilayer reflective film 563 having a laminated structure of an air layer and an AlAs layer.

【0072】本実施例の面発光半導体レーザにおいて、
発振波長に対してGaAs基板は不透明であるので除去
する必要があるが、ホール状エッチングすることなく、
第2の基体を支持基板としてn−GaAs基板(図中表
示なし)を全面に亙って除去できるので、工程が簡単で
歩留まりが向上する。
In the surface emitting semiconductor laser of this embodiment,
Since the GaAs substrate is opaque to the oscillation wavelength, it needs to be removed.
Since the n-GaAs substrate (not shown in the figure) can be removed over the entire surface using the second base as a support substrate, the process is simple and the yield is improved.

【0073】このような方法を用いて、4×4の面発光
半導体レーザアレイを作製したところ、しきい値やパワ
などの特性のばらつきは殆どなかった。本実施例におい
て、活性層として、バルク構造のものを用いてもよく、
p−GaAs基板を用いてレーザの作製を行ってもよ
い。
When a 4 × 4 surface-emitting semiconductor laser array was manufactured using such a method, there was almost no variation in characteristics such as threshold voltage and power. In this embodiment, the active layer may have a bulk structure,
The laser may be manufactured using a p-GaAs substrate.

【0074】第7の実施例 図12を用いて本発明による第7の実施例を説明する。
図12は本実施例による面発光半導体レーザの断面図で
ある。第2の基体の構成は第6の実施例と同様の構造で
あり、同一の番号を付けてある。
Seventh Embodiment A seventh embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is a sectional view of the surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment. The structure of the second base is the same as that of the sixth embodiment, and is given the same number.

【0075】本実施例では、第1の多層反射膜563の
活性層519側に、n−AlAs/n−Al0.1Ga0.9
As 7周期からなる第3の多層反射膜601をエピタ
キシャル成長段階で挿入していること、スペーサ層61
7を薄くして、活性層519を合わせた共振器長を小さ
くしていることが、第6の実施例との違いである。
In this embodiment, n-AlAs / n-Al 0.1 Ga 0.9 is provided on the active layer 519 side of the first multilayer reflection film 563.
As a third multilayer reflective film 601 having seven periods is inserted in the epitaxial growth stage,
7 is different from the sixth embodiment in that the thickness of the resonator 7 and the active layer 519 are shortened.

【0076】作製方法はこれまでに述べたものと同様で
あるので省略する。第3の多層反射膜601の第1層
(第1の多層反射膜563側の層)は、空気層形成のた
めのGaAsエッチングの際の選択性を確保するために
AlAsとしている。また、第1の多層反射膜563と
第3の多層反射膜601において屈折率の大小関係が逆
転しているので、第3の多層反射膜601の第1番目の
層の膜厚を通常の1/4波長ではなく1/2波長とし
て、位相的には第1番目の層は存在しないことと等価な
状態にしている。
The manufacturing method is the same as that described above, and a description thereof will be omitted. The first layer (the layer on the first multilayer reflective film 563 side) of the third multilayer reflective film 601 is made of AlAs in order to secure selectivity in GaAs etching for forming an air layer. In addition, since the magnitude relationship between the refractive indices of the first multilayer reflective film 563 and the third multilayer reflective film 601 is reversed, the thickness of the first layer of the third multilayer reflective film 601 is changed to a normal one. The wavelength is set to 波長 wavelength instead of 位相 wavelength, and is equivalent in phase to the absence of the first layer.

【0077】第4の実施例と同様、第3の多層反射膜6
01を付加することにより、(1)低しきい値化、
(2)発振波長の変動の低減を図ることができる。
As in the fourth embodiment, the third multilayer reflective film 6
By adding 01, (1) lowering the threshold value,
(2) Variation in oscillation wavelength can be reduced.

【0078】GaAs基板を用いた第6、第7の実施例
においても、埋め込み材による第1の多層反射膜の補強
や、第2の基体側からp、n双方の電極を取り出す構成
にしても勿論よい。
In the sixth and seventh embodiments using a GaAs substrate, the first multilayer reflective film is reinforced with a filling material, and both the p and n electrodes are taken out from the second base. Of course.

【0079】第8の実施例 上記実施例では、全て面発光半導体レーザであったが、
本発明の半導体層と気体層の多層反射膜を持つ構造は、
LED、受光素子などの面型半導体光デバイスにも適用
できる。LEDの場合は、多層反射膜は半導体層と気体
層の多層反射膜のみでよく、これにより多層反射膜の垂
直方向の膜厚で規定される特定の波長について指向性の
良いLEDが実現できる。導体層と気体層の多層反射膜
を持つ受光素子は波長について非常に選択性の強い受光
素子となる。また、光励起型の面発光半導体レーザなど
であってもよい。
Eighth Embodiment Although the above embodiments are all surface-emitting semiconductor lasers,
The structure having the multilayer reflective film of the semiconductor layer and the gas layer of the present invention,
The present invention can also be applied to a surface type semiconductor optical device such as an LED and a light receiving element. In the case of an LED, the multilayer reflective film may be only a multilayer reflective film of a semiconductor layer and a gas layer, whereby an LED with good directivity at a specific wavelength defined by the vertical thickness of the multilayer reflective film can be realized. A light receiving element having a multilayer reflective film of a conductor layer and a gas layer is a light receiving element having extremely high selectivity with respect to wavelength. Further, an optically pumped surface emitting semiconductor laser may be used.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
汎用性の高い多層反射膜を備え、生産性が良く、歩留ま
りの良い面発光半導体レーザなどの面型半導体光デバイ
スを実現でき、この様な面型半導体光デバイスを比較的
容易に作製する方法を提供できる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to realize a surface-emitting semiconductor optical device such as a surface-emitting semiconductor laser with a highly versatile multilayer reflective film, high productivity, and high yield, and a method for manufacturing such a surface-emitting semiconductor optical device relatively easily. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による面発光半導体レーザの第1の実施
例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a surface emitting semiconductor laser according to the present invention.

【図2】第1の多層反射膜の反射率のペア数依存を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing the dependence of the reflectance of a first multilayer reflective film on the number of pairs.

【図3】第1の多層反射膜の反射率の波長依存を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing the wavelength dependence of the reflectance of a first multilayer reflective film.

【図4】第1の実施例の第1の基体の作製プロセスを説
明する図である。
FIG. 4 is a view for explaining a manufacturing process of a first base of the first embodiment.

【図5】第1の実施例の作製プロセスを説明する図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a manufacturing process of the first embodiment.

【図6】本発明による面発光半導体レーザの第2の実施
例を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a second embodiment of the surface emitting semiconductor laser according to the present invention.

【図7】本発明による面発光半導体レーザの第3の実施
例を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a third embodiment of the surface emitting semiconductor laser according to the present invention.

【図8】本発明による面発光半導体レーザの第4の実施
例を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a fourth embodiment of the surface emitting semiconductor laser according to the present invention.

【図9】空気層の膜厚変化に対する反射波の位相シフト
を、第3の多層反射膜ありとなしとで比較して示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing a phase shift of a reflected wave with respect to a change in the film thickness of an air layer, with and without a third multilayer reflective film.

【図10】本発明による面発光半導体レーザの第5の実
施例を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a fifth embodiment of the surface emitting semiconductor laser according to the present invention.

【図11】本発明による面発光半導体レーザの第6の実
施例を示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing a sixth embodiment of the surface emitting semiconductor laser according to the present invention.

【図12】本発明による面発光半導体レーザの第7の実
施例を示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view showing a seventh embodiment of the surface emitting semiconductor laser according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,51,551 基板 13 エッチストップ層 15,515 半導体多層膜 17,21,317,517,521,617 スペ
ーサ層 19,519 活性層 23 コンタクト層 25,525 ボリイミド 27,527 SiNx 29,33,55,65,401,405,529,5
55,559 電極 31,523 第2の多層反射膜 53,553 熱酸化膜 57,103,557 樹脂 61,561 エッチング窓 63,563 第1の多層反射膜 101 導電性粒子 201 埋め込み材 301,601 第3の多層反射膜 403 バンプ
11, 51, 551 substrate 13 etch stop layer 15, 515 semiconductor multilayer film 17, 21, 317, 517, 521, 617 spacer layer 19, 519 active layer 23 contact layer 25, 525 polyimide 27, 527 SiN x 29, 33, 55, 65, 401, 405, 529, 5
55,559 electrode 31,523 second multilayer reflective film 53,553 thermal oxide film 57,103,557 resin 61,561 etching window 63,563 first multilayer reflective film 101 conductive particles 201 filling material 301,601 first 3 multilayer reflective film 403 bump

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体多層膜、該半導体多層膜の積層方向
の少なくとも一方の側に設けられた多層反射膜を有する
面型半導体光デバイスにおいて、前記多層反射膜が半導
体層と気体層の周期構造から成ることを特徴とする面型
半導体光デバイス。
1. A surface type semiconductor optical device having a semiconductor multilayer film and a multilayer reflection film provided on at least one side in the stacking direction of the semiconductor multilayer film, wherein the multilayer reflection film has a periodic structure of a semiconductor layer and a gas layer. A surface type semiconductor optical device, comprising:
【請求項2】活性層を含む半導体多層膜、該半導体多層
膜の積層方向の両側に設けられた第1、第2の多層反射
膜、活性層を励起するための励起手段とからなる垂直共
振器型面発光半導体レーザであって、第1の多層反射膜
が半導体層と気体層の周期構造から成ることを特徴とす
る請求項1記載の面型半導体光デバイス。
2. A vertical resonance comprising a semiconductor multilayer film including an active layer, first and second multilayer reflection films provided on both sides of the semiconductor multilayer film in the laminating direction, and excitation means for exciting the active layer. 2. A surface-emitting semiconductor optical device according to claim 1, wherein said first multilayer reflection film has a periodic structure of a semiconductor layer and a gas layer.
【請求項3】活性層を含む半導体多層膜、該半導体多層
膜の積層方向の一方の側に設けられた多層反射膜、活性
層を励起するための励起手段からなる面型LEDとして
構成されたことを特徴とする請求項1記載の面型半導体
光デバイス。
3. A planar LED comprising a semiconductor multilayer film including an active layer, a multilayer reflective film provided on one side in the laminating direction of the semiconductor multilayer film, and an excitation means for exciting the active layer. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein:
【請求項4】前記半導体層と気体層の周期構造から成る
多層反射膜は、最終的には除去される第1の基板上にエ
ピタキシャル成長された異なる2つの半導体層からなる
周期構造の一方の半導体層を選択的に除去することによ
り構成されていることを特徴とする請求項1、2又は3
記載の面型半導体光デバイス。
4. A multilayer reflective film comprising a periodic structure of a semiconductor layer and a gas layer, wherein one of the semiconductors of a periodic structure comprising two different semiconductor layers epitaxially grown on a first substrate to be finally removed. 4. The method according to claim 1, wherein the layer is selectively removed.
The planar semiconductor optical device according to the above.
【請求項5】第1の基板、第1の基板上にエピタキシャ
ル成長された異なる2つの半導体層からなる周期構造、
活性層を有する少なくとも1つの発光領域などの機能領
域を含む半導体多層膜を含む第1の基体が、第2の基板
を主体とする第2の基体に貼り付けられて成り、前記第
1の基板を除去して前記異なる2つの半導体層からなる
周期構造を露出させ、該機能領域に対応する周期構造の
部分において、該周期構造を形成する異なる2つの半導
体層のどちらか一方を選択的にエッチングして半導体層
と気体層の周期構造が形成されていることを特徴とする
請求項1乃至4の何れかに記載の面型半導体光デバイ
ス。
5. A periodic structure comprising a first substrate, two different semiconductor layers epitaxially grown on the first substrate,
A first substrate including a semiconductor multilayer film including a functional region such as at least one light emitting region having an active layer attached to a second substrate mainly including a second substrate; To expose a periodic structure composed of the two different semiconductor layers, and selectively etch one of the two different semiconductor layers forming the periodic structure in a portion of the periodic structure corresponding to the functional region. 5. The planar semiconductor optical device according to claim 1, wherein a periodic structure of a semiconductor layer and a gas layer is formed.
【請求項6】前記第1の基体は、第1の基板、第1の基
板上にエピタキシャル成長された異なる2つの半導体層
からなる周期構造、活性層とスペーサ層からなる少なく
とも1つの機能領域を含む半導体多層膜、機能領域に合
わせて形成された第2の多層反射膜を含むことを特徴と
する請求項5記載の面型半導体光デバイス。
6. The first substrate includes a first substrate, a periodic structure including two different semiconductor layers epitaxially grown on the first substrate, and at least one functional region including an active layer and a spacer layer. 6. The surface type semiconductor optical device according to claim 5, further comprising a semiconductor multilayer film and a second multilayer reflection film formed in accordance with the functional region.
【請求項7】前記第2の多層反射膜は誘電体多層膜であ
ることを特徴とする請求項6記載の面型半導体光デバイ
ス。
7. The surface type semiconductor optical device according to claim 6, wherein said second multilayer reflection film is a dielectric multilayer film.
【請求項8】前記第1、第2の多層反射膜は共に半導体
多層膜であることを特徴とする請求項6記載の面型半導
体光デバイス。
8. The surface type semiconductor optical device according to claim 6, wherein both the first and second multilayer reflection films are semiconductor multilayer films.
【請求項9】前記第2の多層反射膜の一方の半導体層が
面内方向にエッチングされて電流狭窄構造が形成されて
いることを特徴とする請求項8記載の面型半導体光デバ
イス。
9. The surface type semiconductor optical device according to claim 8, wherein one semiconductor layer of said second multilayer reflection film is etched in an in-plane direction to form a current confinement structure.
【請求項10】前記第1の多層反射膜と活性層を含む半
導体多層膜との間に、エピタキシャル成長された2つあ
るいはそれ以上の半導体層の周期構造で構成された半導
体多層膜からなる第3の多層反射膜が存在することを特
徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の面型半導体光
デバイス。
10. A third semiconductor multilayer film comprising a periodic structure of two or more semiconductor layers epitaxially grown between the first multilayer reflective film and a semiconductor multilayer film including an active layer. The surface type semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 9, wherein the multilayer reflection film of (1) is present.
【請求項11】前記第2、第3の多層反射膜は組成変調
された層を含むことを特徴とする請求項10記載の面型
半導体光デバイス。
11. The surface type semiconductor optical device according to claim 10, wherein said second and third multilayer reflection films include layers whose composition is modulated.
【請求項12】前記第2、第3の多層反射膜はドーピン
グ変調された層を含むことを特徴とする請求項10記載
の面型半導体光デバイス。
12. The surface type semiconductor optical device according to claim 10, wherein said second and third multilayer reflection films include layers doped and modulated.
【請求項13】前記第1の多層反射膜が少なくとも3周
期以上の半導体層と気体層の周期構造からなることを特
徴とする請求項1乃至12の何れかに記載の面型半導体
光デバイス。
13. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein said first multilayer reflection film has a periodic structure of a semiconductor layer and a gas layer having at least three periods or more.
【請求項14】前記第1、第2の基体の最表面には活性
層に電流を流入する為の電極が形成されており、その電
極同士が電気的に接続するように貼り付けられているこ
とを特徴とする請求項1乃至13の何れかに記載の面型
半導体光デバイス。
14. An electrode for allowing a current to flow into the active layer is formed on the outermost surface of the first and second substrates, and the electrodes are attached so as to be electrically connected to each other. 14. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein:
【請求項15】前記第1の基体と第2の基体を貼り付け
る手段として、導電性粒子を含んだ接着剤であって、基
板に垂直な方向にのみ導電性を有する異方導電性接着剤
を用いていることを特徴とする請求項1乃至14の何れ
かに記載の面型半導体光デバイス。
15. An anisotropic conductive adhesive containing conductive particles, said conductive means having a conductivity only in a direction perpendicular to the substrate, as means for attaching said first base and said second base. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein the surface type semiconductor optical device is used.
【請求項16】前記第2の基板が熱伝導性の良い材料で
あることを特徴とする請求項1乃至15の何れかに記載
の面型半導体光デバイス。
16. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein said second substrate is made of a material having good heat conductivity.
【請求項17】前記第1の基板はInP基板であること
を特徴とする請求項1乃至16の何れかに記載の面型半
導体光デバイス。
17. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein said first substrate is an InP substrate.
【請求項18】前記第1の基板はGaAs基板であるこ
とを特徴とする請求項1乃至16の何れかに記載の面型
半導体光デバイス。
18. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein said first substrate is a GaAs substrate.
【請求項19】前記活性層は面内方向にエッチングされ
て電流狭窄構造が形成されていることを特徴とする請求
項1乃至18の何れかに記載の面型半導体光デバイス。
19. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein said active layer is etched in an in-plane direction to form a current confinement structure.
【請求項20】前記励起手段の一部であるp、n双方の
電極が第2の基体側から取り出されていることを特徴と
する請求項1乃至19の何れかに記載の面型半導体光デ
バイス。
20. The planar semiconductor light according to claim 1, wherein both the p and n electrodes, which are part of said excitation means, are taken out from the second base. device.
【請求項21】前記機能領域が柱状にエッチングされ
て、そこの周りに絶縁材料が埋め込まれていることを特
徴とする請求項1乃至20の何れかに記載の面型半導体
光デバイス。
21. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein said functional region is etched in a columnar shape, and an insulating material is buried around said functional region.
【請求項22】前記第2の基板は機能領域に対応する部
分以外の部分がエッチングされて段差が形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至21の何れかに記載の面
型半導体光デバイス。
22. The planar semiconductor light according to claim 1, wherein a portion of the second substrate other than a portion corresponding to a functional region is etched to form a step. device.
【請求項23】前記周期構造を形成する異なる2つの半
導体層のどちらか一方を選択的にエッチングする際に、
該周期構造をほぼ貫通するように機能領域の回りに数箇
所形成されるエッチング窓が粘性の高い埋め込み材で埋
め込まれていることを特徴とする請求項1乃至22の何
れかに記載の面型半導体光デバイス。
23. When selectively etching one of two different semiconductor layers forming the periodic structure,
23. The surface mold according to claim 1, wherein etching windows formed at several locations around the functional region so as to substantially penetrate the periodic structure are filled with a highly viscous filling material. Semiconductor optical device.
【請求項24】前記励起手段は、電流及び電極を介して
活性層に注入された電流からなることを特徴とする請求
項1乃至23の何れかに記載の面型半導体光デバイス。
24. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein said excitation means comprises a current and a current injected into the active layer via an electrode.
【請求項25】前記励起手段は、外部より注入された活
性層のバンドギャップ波長より短い波長を有する光であ
ることを特徴とする請求項1乃至23の何れかに記載の
面型半導体光デバイス。
25. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein said excitation means is light having a wavelength shorter than the band gap wavelength of the active layer injected from the outside. .
【請求項26】前記気体層は空気層であることを特徴と
する請求項1乃至25の何れかに記載の面型半導体光デ
バイス。
26. The surface type semiconductor optical device according to claim 1, wherein said gas layer is an air layer.
【請求項27】前記半導体多層膜と前記半導体層と気体
層の周期構造である多層反射膜を少なくとも含む組が複
数個形成されていることを特徴とする請求項1乃至26
の何れかに記載の面型半導体光デバイス。
27. A semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of sets including at least the semiconductor multilayer film and a multilayer reflection film having a periodic structure of the semiconductor layer and the gas layer are formed.
A surface type semiconductor optical device according to any one of the above.
【請求項28】第1の基板、第1の基板上にエピタキシ
ャル成長された異なる2つの半導体層からなる周期構
造、活性層を有する少なくとも1つの発光領域などの機
能領域を含む半導体多層膜を含む第1の基体を、第2の
基板を主体とする第2の基体に貼り付ける工程と、該第
1の基板を除去して該異なる2つの半導体層からなる周
期構造を露出させる工程と、該周期構造に、該周期構造
をほぼ貫通するようなエッチング窓を機能領域の回りに
数箇所形成する工程と、該エッチング窓からエッチャン
トを注入して該周期構造を形成する異なる2つの半導体
層のどちらか一方を選択的にエッチングし、機能領域に
対応する部分に半導体層と気体層の周期構造を形成する
工程を含むことを特徴とする請求項1乃至27の何れか
に記載の面型半導体光デバイスの作製方法。
28. A semiconductor device comprising: a first substrate; a periodic structure including two different semiconductor layers epitaxially grown on the first substrate; and a semiconductor multilayer film including a functional region such as at least one light emitting region having an active layer. Attaching a first substrate to a second substrate mainly including a second substrate; removing the first substrate to expose a periodic structure including the two different semiconductor layers; Forming a plurality of etching windows in the structure around the functional region so as to substantially penetrate the periodic structure; and either of two different semiconductor layers forming the periodic structure by injecting an etchant from the etching window. 28. The surface type semiconductor according to claim 1, further comprising a step of selectively etching one side to form a periodic structure of a semiconductor layer and a gas layer in a portion corresponding to the functional region. A method for manufacturing a device.
【請求項29】前記第1の基体は、第1の基板、第1の
基板上にエピタキシャル成長された異なる2つの半導体
層からなる周期構造、活性層とスペーサ層を含む少なく
とも1つの機能領域を含む半導体多層膜、機能領域に合
わせて形成された第2の多層反射膜を含むことを特徴と
する請求項28記載の面型半導体光デバイスの作製方
法。
29. The first substrate includes a first substrate, a periodic structure including two different semiconductor layers epitaxially grown on the first substrate, and at least one functional region including an active layer and a spacer layer. 29. The method for manufacturing a surface type semiconductor optical device according to claim 28, further comprising a semiconductor multilayer film and a second multilayer reflection film formed in accordance with the functional region.
【請求項30】前記半導体層と気体層の周期構造を形成
する工程の後に、前記エッチング窓を粘性の高い埋め込
み材で埋め込む工程を更に含むことを特徴とする請求項
28又は29記載の面型半導体光デバイスの作製方法。
30. The surface mold according to claim 28, further comprising a step of embedding the etching window with a highly viscous embedding material after the step of forming the periodic structure of the semiconductor layer and the gas layer. Manufacturing method of semiconductor optical device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011507273A (en) * 2007-12-10 2011-03-03 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof

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