JP2007178597A - Reflection unit and method of manufacturing reflection unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、垂直共振型面発光型半導体レーザ、或は、ファブリーペローフィルタ等で使用可能な反射ユニット及び該反射ユニット製作方法に関するものである。 The present invention relates to a reflection unit that can be used in a vertical cavity surface emitting semiconductor laser, a Fabry-Perot filter, or the like, and a method of manufacturing the reflection unit.
従来、垂直共振型面発光型半導体レーザ等の波長可変レーザ、或は、波長可変フィルタ等で使用される反射ユニットに於いては、相対向する反射面を有する共振器を有し、前記反射面の一方を変位させることにより波長を可変にするものである。 2. Description of the Related Art Conventionally, a reflection unit used in a wavelength tunable laser such as a vertical cavity surface emitting semiconductor laser or a wavelength tunable filter has a resonator having opposing reflection surfaces. The wavelength is made variable by displacing one of them.
例えば、波長可変レーザに於いては、共振器として機能する反射ユニットの反射面を変位させて波長を可変にするものであるが、平面から成る反射面を変位させる際に反射面に傾きが生じるのが避けられず、該反射面の傾きにより反射方向が変化し、その結果として波長を変える際の共振器全体が不安定になるという問題点を有していた。上記問題点を解決する為、少なくとも変位側の反射面を凹面形状にすることにより、反射面の傾きの影響を軽減し安定した共振器構造にした技術が提案されている（特許文献１）。 For example, in a wavelength tunable laser, the reflection surface of a reflection unit that functions as a resonator is displaced to change the wavelength, but when the reflection surface composed of a plane is displaced, the reflection surface is inclined. Inevitably, the reflection direction changes due to the inclination of the reflection surface, and as a result, there is a problem that the entire resonator becomes unstable when changing the wavelength. In order to solve the above problems, a technique has been proposed in which at least the reflecting surface on the displacement side is formed into a concave shape, thereby reducing the influence of the inclination of the reflecting surface and making a stable resonator structure (Patent Document 1).
上記技術に於いては、エッチング等の半導体製造技術を利用して反射型の誘電性薄膜により反射面を形成するものである。反射面は、支持体間に掛渡された薄膜に引張り応力、前記支持体に圧縮応力が作用する状態で、局部的に誘電性薄膜を蒸着させることで形成される。 In the above technique, a reflective surface is formed by a reflective dielectric thin film using a semiconductor manufacturing technique such as etching. The reflective surface is formed by locally depositing a dielectric thin film in a state where tensile stress is applied to the thin film stretched between the supports and compressive stress is applied to the support.
反射面が蒸着された後、該反射面、前記支持体を拘束している部位をエッチングにより除去することで、前記薄膜の引張り応力、前記支持体の圧縮応力が開放され、前記反射面が湾曲する様に変形し、反射凹面が形成される。 After the reflective surface is deposited, the tensile surface of the thin film and the compressive stress of the support are released by etching away the portion that restrains the reflective surface and the support, and the reflective surface is curved. As a result, the reflective concave surface is formed.
然し乍ら、上記製造方法に於いては、応力の量／方向を制御するのは難しく、最終的に形成される反射面の大きさ、曲率を、種々の用途に合せた所望の値に設定することは極めて難しい。又、残留応力により経時的に変形進行する可能性が有るという問題点を有していた。 However, in the above manufacturing method, it is difficult to control the amount / direction of stress, and the size and curvature of the finally formed reflecting surface should be set to desired values according to various applications. Is extremely difficult. In addition, there is a problem that deformation may progress with time due to residual stress.
本発明は斯かる実情に鑑み、種々の用途に応じて適正な大きさ、曲率の反射面を形成することが容易な反射ユニットの製造方法、及びその製造方法により製作される反射ユニットを提供するものである。 In view of such circumstances, the present invention provides a method for manufacturing a reflection unit that can easily form a reflection surface having an appropriate size and curvature according to various applications, and a reflection unit manufactured by the method. Is.
本発明は、連続して形成された反射層が、中途部に形成された凹面反射鏡と、該凹面反射鏡より半径方向に延出する梁部とを有し、前記凹面反射鏡は前記梁部により変位可能に支持された反射ユニットに係り、又前記梁部に電極が設けられ、該電極に対して静電位が印加され、該静電位により前記梁部が変位される反射ユニットに係り、又基板上に犠牲層が形成され、該犠牲層にエッチングにより空間が形成され、前記反射層は前記犠牲層上に前記空間を掛渡る橋状に形成された反射ユニットに係り、又前記基板に電極が設けられ、該電極と前記梁部に設けられた電極間に静電位が印加される様構成された反射ユニットに係り、更に又前記基板はガラス基板であり、該ガラス基板、前記反射層、前記犠牲層が一体にユニット化された反射ユニットに係るものである。 According to the present invention, the reflection layer formed continuously includes a concave reflecting mirror formed in the middle portion, and a beam portion extending in a radial direction from the concave reflecting mirror, and the concave reflecting mirror is the beam. The present invention relates to a reflection unit supported to be displaceable by a portion, and an electrode is provided on the beam portion, an electrostatic potential is applied to the electrode, and the beam portion is displaced by the electrostatic potential, A sacrificial layer is formed on the substrate, and a space is formed in the sacrificial layer by etching. The reflective layer is a reflective unit formed in a bridge shape over the space on the sacrificial layer. An electrode is provided, and the reflection unit is configured to apply an electrostatic potential between the electrode and the electrode provided on the beam portion, and the substrate is a glass substrate, and the glass substrate, the reflection layer A reflective unit in which the sacrificial layer is unitized. It relates to the door.
又本発明は、球曲面を有する成形型に反射層を成膜し、成形型の少なくとも前記球曲面を含む部分をエッチングにより除去し、凹面反射鏡を形成する反射ユニットの製作方法に係り、又前記球曲面は所要量のレジストが加熱溶融され、表面張力で形成される反射ユニットの製作方法に係り、又前記球曲面はピンホールを介してエッチングして形成される凹部である反射ユニットの製作方法に係るものである。 The present invention also relates to a method of manufacturing a reflection unit in which a reflective layer is formed on a mold having a spherical curved surface, and at least a portion including the spherical curved surface of the mold is removed by etching, and a concave reflecting mirror is formed. The spherical curved surface relates to a method of manufacturing a reflective unit in which a required amount of resist is heated and melted to form surface tension, and the spherical curved surface is a concave unit formed by etching through a pinhole. It concerns the method.
又本発明は、基板上に犠牲層を成膜する第１ステップと、該犠牲層上に所要量のレジストがパターニングされる第２ステップと、該レジストを加熱溶融して球曲面を形成させる第３ステップと、前記レジスト、前記犠牲層上に反射層を成膜する第４ステップと、前記レジスト、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記基板と前記反射層間に空間を形成し、前記基板側に反射凹面を有する凹面反射鏡を形成する第５ステップとを具備する反射ユニットの製作方法に係り、又基板上に犠牲層を成膜する第１ステップと、該犠牲層上に所要量のレジストがパターニングされる第２ステップと、該レジストを加熱溶融して球曲面を形成させる第３ステップと、該レジストと共に前記犠牲層をエッチングして前記レジストの球曲面を前記犠牲層に転写する第４ステップと、該犠牲層上に反射層を成膜する第５ステップと、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記基板と前記反射層間に空間を形成し、前記基板側に反射凹面を有する凹面反射鏡を形成する第６ステップとを具備する反射ユニットの製作方法に係り、又基板上に所要量のレジストがパターニングされる第１ステップと、該レジストを加熱溶融して球曲面を形成させる第２ステップと、該レジスト、前記基板上に犠牲層を成膜し、前記レジストの球曲面を前記犠牲層上面に転写する第３ステップと、該犠牲層に反射層を成膜する第４ステップと、前記犠牲層、前記レジストをエッチングにより除去して前記基板と前記反射層間に空間を形成し、前記基板側に反射凹面を有する凹面反射鏡を形成する第５ステップとを具備する反射ユニットの製作方法に係り、又ガラス基板上に犠牲層を形成する第１ステップと、該犠牲層上にピンホールを有するレジスト層を成膜する第２ステップと、前記ピンホールを介して前記犠牲層をエッチングして球曲面を形成する第３ステップと、前記レジスト層を除去する第４ステップと、前記犠牲層上に反射層を成膜する第５ステップと、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記ガラス基板と前記反射層間に空間を形成し、前記ガラス基板側に反射凹面を有する凹面反射鏡を形成する第６ステップとを具備する反射ユニットの製作方法に係り、又犠牲層が設けられる前に一方の電極を形成するステップと、反射層を形成した後に前記一方の電極に対向する他方の電極を形成するステップとを更に有する反射ユニットの製作方法に係り、更に又反射層を成膜した後、該反射層を球面部、該球面部より半径方向に延出する梁部を残してエッチングにより除去するステップを更に具備する反射ユニットの製作方法に係るものである。 The present invention also includes a first step of forming a sacrificial layer on the substrate, a second step of patterning a required amount of resist on the sacrificial layer, and a step of heating and melting the resist to form a spherical curved surface. Three steps, a fourth step of forming a reflective layer on the resist and the sacrificial layer, and removing the resist and the sacrificial layer by etching to form a space between the substrate and the reflective layer. And a fifth step of forming a concave reflecting mirror having a reflective concave surface, a first step of forming a sacrificial layer on a substrate, and a required amount of resist on the sacrificial layer. A second step in which the resist is patterned, a third step in which the resist is heated and melted to form a spherical curved surface, and the sacrificial layer is etched together with the resist to transfer the spherical curved surface of the resist to the sacrificial layer. A fourth step of forming a reflective layer on the sacrificial layer; removing the sacrificial layer by etching to form a space between the substrate and the reflective layer; and forming a reflective concave surface on the substrate side. A reflecting unit comprising a sixth step of forming a concave reflecting mirror, a first step of patterning a required amount of resist on a substrate, and heating and melting the resist to form a spherical curved surface A second step of forming a sacrificial layer on the resist and the substrate, transferring a spherical surface of the resist onto the upper surface of the sacrificial layer, and forming a reflective layer on the sacrificial layer. And a fifth step of forming a space between the substrate and the reflective layer by removing the sacrificial layer and the resist by etching, and forming a concave reflecting mirror having a reflective concave surface on the substrate side. A first step of forming a sacrificial layer on a glass substrate, a second step of forming a resist layer having a pinhole on the sacrificial layer, and the pinhole through the pinhole. A third step of etching the sacrificial layer to form a spherical surface, a fourth step of removing the resist layer, a fifth step of forming a reflective layer on the sacrificial layer, and removing the sacrificial layer by etching And a sixth step of forming a concave reflecting mirror having a reflective concave surface on the glass substrate side and forming a space between the glass substrate and the reflective layer, and a sacrificial layer is provided. A method of manufacturing a reflection unit, further comprising: forming one electrode before being formed; and forming the other electrode opposite to the one electrode after forming the reflection layer. Further, the invention relates to a method of manufacturing a reflection unit, further comprising the step of removing the reflective layer by etching after forming the reflective layer, leaving a spherical portion and a beam portion extending radially from the spherical portion. It is.
本発明によれば、連続して形成された反射層が、中途部に形成された凹面反射鏡と、該凹面反射鏡より半径方向に延出する梁部とを有し、前記凹面反射鏡は前記梁部により変位可能に支持されたので、前記凹面反射鏡の構成が極めて簡潔となる。 According to the present invention, the continuously formed reflecting layer has a concave reflecting mirror formed in the middle portion and a beam portion extending in a radial direction from the concave reflecting mirror, and the concave reflecting mirror comprises: Since it is supported by the beam portion so as to be displaceable, the configuration of the concave reflecting mirror becomes extremely simple.
又本発明によれば、前記梁部に電極が設けられ、該電極に対して静電位が印加され、該静電位により前記梁部が変位されるので、前記静電位の値を調整することで、凹面反射鏡の位置調整が可能で、共振器の一方に使用された場合の共振周波数の変更が可能となる。 According to the present invention, an electrode is provided on the beam portion, an electrostatic potential is applied to the electrode, and the beam portion is displaced by the electrostatic potential. Therefore, by adjusting the value of the electrostatic potential, The position of the concave reflecting mirror can be adjusted, and the resonance frequency can be changed when used for one of the resonators.
又本発明によれば、基板上に犠牲層が形成され、該犠牲層にエッチングにより空間が形成され、前記反射層は前記犠牲層上に前記空間を掛渡る橋状に形成されたので、凹面反射鏡支持部の構造が簡潔となる。 According to the present invention, a sacrificial layer is formed on the substrate, a space is formed in the sacrificial layer by etching, and the reflective layer is formed on the sacrificial layer in a bridge shape that spans the space. The structure of the reflector support part is simplified.
又本発明によれば、前記基板に電極が設けられ、該電極と前記梁部に設けられた電極間に静電位が印加される様構成されたので、凹面反射鏡の変位は梁部の撓みで与えられ、前記凹面反射鏡の変位量の調整が容易であると共に前記凹面反射鏡自体を変位させるのではないので、該凹面反射鏡が変形せず、該凹面反射鏡の反射性能に影響を与えることがない。 Further, according to the present invention, since the electrode is provided on the substrate and an electrostatic potential is applied between the electrode and the electrode provided on the beam portion, the displacement of the concave reflecting mirror causes the deflection of the beam portion. It is easy to adjust the amount of displacement of the concave reflecting mirror and does not displace the concave reflecting mirror itself, so that the concave reflecting mirror is not deformed and affects the reflecting performance of the concave reflecting mirror. Never give.
又本発明によれば、前記基板はガラス基板であり、該ガラス基板、前記反射層、前記犠牲層が一体にユニット化されたので、取扱い性、汎用性が向上する。 Further, according to the present invention, the substrate is a glass substrate, and the glass substrate, the reflective layer, and the sacrificial layer are integrated into a unit, so that handleability and versatility are improved.
又本発明によれば、球曲面を有する成形型に反射層を成膜し、成形型の少なくとも前記球曲面を含む部分をエッチングにより除去し、凹面反射鏡を形成するので、製作が簡単であり、又前記凹面反射鏡に残留応力を発生させないので、該凹面反射鏡の経時的変形が防止される。 Also, according to the present invention, a reflective layer is formed on a mold having a spherical curved surface, and at least a portion including the spherical curved surface of the mold is removed by etching to form a concave reflecting mirror. In addition, since no residual stress is generated in the concave reflecting mirror, the concave reflecting mirror is prevented from being deformed with time.
又本発明によれば、前記球曲面は所要量のレジストが加熱溶融され、表面張力で形成されるので、微小な球曲面が簡単に形成できる。 According to the present invention, the spherical curved surface is formed by surface tension by melting a predetermined amount of resist, so that a fine spherical curved surface can be easily formed.
又本発明によれば、前記球曲面はピンホールを介してエッチングして形成される凹部であるので、微小な球曲面が簡単に形成できる。 According to the present invention, since the spherical curved surface is a recess formed by etching through a pinhole, a minute spherical curved surface can be easily formed.
又本発明によれば、基板上に犠牲層を成膜する第１ステップと、該犠牲層上に所要量のレジストがパターニングされる第２ステップと、該レジストを加熱溶融して球曲面を形成させる第３ステップと、前記レジスト、前記犠牲層上に反射層を成膜する第４ステップと、前記レジスト、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記基板と前記反射層間に空間を形成し、前記基板側に反射凹面を有する凹面反射鏡を形成する第５ステップとを具備するので、該凹面反射鏡に残留応力を発生させず、微小な球曲面を簡単に製作することができる。 According to the present invention, a first step of forming a sacrificial layer on the substrate, a second step of patterning a required amount of resist on the sacrificial layer, and heating and melting the resist to form a spherical curved surface A third step of forming a reflective layer on the resist and the sacrificial layer; and removing the resist and the sacrificial layer by etching to form a space between the substrate and the reflective layer; And a fifth step of forming a concave reflecting mirror having a reflecting concave surface on the substrate side, so that a minute spherical curved surface can be easily manufactured without generating residual stress in the concave reflecting mirror.
又本発明によれば、基板上に犠牲層を成膜する第１ステップと、該犠牲層上に所要量のレジストがパターニングされる第２ステップと、該レジストを加熱溶融して球曲面を形成させる第３ステップと、該レジストと共に前記犠牲層をエッチングして前記レジストの球曲面を前記犠牲層に転写する第４ステップと、該犠牲層上に反射層を成膜する第５ステップと、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記基板と前記反射層間に空間を形成し、前記基板側に反射凹面を有する凹面反射鏡を形成する第６ステップとを具備するので、該凹面反射鏡に残留応力を発生させず、微小な球曲面を簡単に製作することができる。 According to the present invention, a first step of forming a sacrificial layer on the substrate, a second step of patterning a required amount of resist on the sacrificial layer, and heating and melting the resist to form a spherical curved surface A fourth step of etching the sacrificial layer together with the resist to transfer the spherical curved surface of the resist to the sacrificial layer, a fifth step of forming a reflective layer on the sacrificial layer, A sacrificial layer is removed by etching to form a space between the substrate and the reflective layer, and a sixth step of forming a concave reflector having a reflective concave surface on the substrate side is provided. It is possible to easily produce a minute spherical curved surface without generating any.
又本発明によれば、基板上に所要量のレジストがパターニングされる第１ステップと、該レジストを加熱溶融して球曲面を形成させる第２ステップと、該レジスト、前記基板上に犠牲層を成膜し、前記レジストの球曲面を前記犠牲層上面に転写する第３ステップと、該犠牲層に反射層を成膜する第４ステップと、前記犠牲層、前記レジストをエッチングにより除去して前記基板と前記反射層間に空間を形成し、前記基板側に反射凹面を有する凹面反射鏡を形成する第５ステップとを具備するので、該凹面反射鏡に残留応力を発生させず、微小な球曲面を簡単に製作することができる。 According to the present invention, a first step in which a required amount of resist is patterned on the substrate, a second step in which the resist is heated and melted to form a spherical curved surface, and a sacrificial layer is formed on the resist and the substrate. Forming a film, and transferring the spherical curved surface of the resist to the upper surface of the sacrificial layer; a fourth step of forming a reflective layer on the sacrificial layer; removing the sacrificial layer and the resist by etching; A fifth step of forming a space between the substrate and the reflecting layer and forming a concave reflecting mirror having a reflecting concave surface on the substrate side, so that no residual stress is generated in the concave reflecting mirror and a minute spherical curved surface Can be easily manufactured.
又本発明によれば、ガラス基板上に犠牲層を形成する第１ステップと、該犠牲層上にピンホールを有するレジスト層を成膜する第２ステップと、前記ピンホールを介して前記犠牲層をエッチングして球曲面を形成する第３ステップと、前記レジスト層を除去する第４ステップと、前記犠牲層上に反射層を成膜する第５ステップと、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記ガラス基板と前記反射層間に空間を形成し、前記ガラス基板側に反射凹面を有する凹面反射鏡を形成する第６ステップとを具備するので、該凹面反射鏡に残留応力を発生させず、微小な球曲面を簡単に製作することができる。 According to the invention, a first step of forming a sacrificial layer on the glass substrate, a second step of forming a resist layer having a pinhole on the sacrificial layer, and the sacrificial layer through the pinhole Etching to form a spherical curved surface, a fourth step of removing the resist layer, a fifth step of forming a reflective layer on the sacrificial layer, and removing the sacrificial layer by etching. A sixth step of forming a space between the glass substrate and the reflective layer and forming a concave reflecting mirror having a reflecting concave surface on the glass substrate side; A simple spherical curved surface can be produced easily.
又本発明によれば、犠牲層が設けられる前に一方の電極を形成するステップと、反射層を形成した後に前記一方の電極に対向する他方の電極を形成するステップとを更に有するので、凹面反射鏡の位置調整が可能とした反射ユニットを提供できる。 According to the present invention, the method further includes the step of forming one electrode before the sacrificial layer is provided and the step of forming the other electrode opposite to the one electrode after forming the reflective layer. A reflection unit capable of adjusting the position of the reflector can be provided.
又本発明によれば、反射層を成膜した後、該反射層を球面部、該球面部より半径方向に延出する梁部を残してエッチングにより除去するステップを更に具備するので、凹面反射鏡の位置調整が簡単に行え、該凹面反射鏡の形状の維持が容易な反射ユニットを提供できる等の優れた効果を発揮する。 According to the present invention, the method further comprises the step of removing the reflective layer by etching after forming the reflective layer, leaving a spherical portion and a beam portion extending radially from the spherical portion. The mirror position can be easily adjusted, and an excellent effect such as providing a reflection unit that can easily maintain the shape of the concave reflecting mirror is exhibited.
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
先ず、本発明に係る反射ユニットを具備した半導体レーザの共振器について説明する。 First, the resonator of the semiconductor laser provided with the reflection unit according to the present invention will be described.
図１、図２は、垂直共振型面発光半導体レーザを示し、１はシリコン基板を示し、該シリコン基板１上には、成膜、拡散、エッチング等によりパターン層２が形成されると共に面発光半導体レーザ３が製作されている。尚、図中４は、発光部を示している。
1 and 2 show a vertical cavity surface emitting semiconductor laser, 1 shows a silicon substrate, and a
前記パターン層２の表面には、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等の絶縁膜５が形成され、該絶縁膜５を介在して所要の良導電材質、例えば金等の下側電極６ａ，６ｂが形成される。該下側電極６ａ，６ｂは、前記パターン層２に形成された電源ライン（図示せず）に接続されている。又、前記絶縁膜５の上面にはシリコン等（Ｓｉ、ＳｉＯ2 ）の犠牲層８が形成され、該犠牲層８はエッチング等所要の手段で前記面発光半導体レーザ３、前記下側電極６ａ，６ｂの周囲が除去され、前記面発光半導体レーザ３、前記下側電極６ａ，６ｂを収納する空間９が形成されている。以下、前記シリコン基板１、前記パターン層２、該パターン層２上に形成された前記絶縁膜５を含めたものを基板７と称す。
An insulating film 5 such as silicon oxide (SiO2) is formed on the surface of the
前記犠牲層８の上には前記空間９を跨ぐ橋状に単層、複層の誘電体層である反射層１１が形成される。該反射層１１は帯状をしており、前記面発光半導体レーザ３に対峙する部分に球曲面、或は略球曲面、或は近似球曲面（以下球曲面と総称する）の凹面１２が形成され、前記反射層１１の前記犠牲層８のエッヂから前記凹面１２迄の部分が梁部１３ａ，１３ｂ、前記凹面１２が形成された部分が凹面反射鏡１５となっている。該凹面反射鏡１５は所定周波数のレーザ光線を透過する様になっている。尚、該凹面反射鏡１５の周囲にはフランジ部１５ａを形成することが好ましい。
On the
前記反射層１１の材質は、導電性の材質、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ａｕ等、非導電性の材質、例えばＴｉＯ2 、ＳｉＯ2 等のいずれでもよく、前記反射層１１が導電性の材質であれば絶縁膜を介して上側電極１６ａ，１６ｂが形成され、前記反射層１１が非導電性の材質であれば直接上側電極１６ａ，１６ｂが形成される。尚、前記反射層１１が導電性の材質の場合、該反射層１１自体を電極として使用してもよい。
The material of the
前記上側電極１６ａ，１６ｂは電源ライン（図示せず）に接続され、前記下側電極６ａと前記上側電極１６ａ間、及び前記下側電極６ｂと前記上側電極１６ｂ間にそれぞれ独立して電圧が印加可能となっている。
The
前記発光部４からレーザ光線を射出させると、前記凹面反射鏡１５と反射鏡１８間で多重反射して共振し、増幅されたレーザ光線が前記凹面反射鏡１５透過して射出される。尚、該凹面反射鏡１５の位置により共振周波数が変化し、射出されるレーザ光線の波長が変更される。
When a laser beam is emitted from the
該凹面反射鏡１５の位置の変位は、前記下側電極６ａと前記上側電極１６ａ、前記下側電極６ｂと前記上側電極１６ｂ間にそれぞれ電圧を印加することにより、以下に述べる様に達成される。
The displacement of the concave reflecting
前記下側電極６ａと前記上側電極１６ａ、前記下側電極６ｂと前記上側電極１６ｂ間にそれぞれ電圧を印加することで、静電エネルギにより前記下側電極６ａと前記上側電極１６ａ間、前記下側電極６ｂと前記上側電極１６ｂ間に吸引力が発生する。
By applying a voltage between the
前記凹面反射鏡１５は前記梁部１３ａ，１３ｂを介して片持梁状に支持されているので、前記下側電極６ａと前記上側電極１６ａ、前記下側電極６ｂと前記上側電極１６ｂ間に吸引力が発生することで、前記梁部１３ａ，１３ｂが撓み、前記凹面反射鏡１５は凹面形状を維持して前記面発光半導体レーザ３に対して近接離反方向に変位する。又、上記した様に、前記凹面反射鏡１５の周囲に前記フランジ部１５ａを形成することで、前記凹面反射鏡１５の剛性が増大し、凹面形状の維持性能が向上する。
Since the concave reflecting
更に、前記下側電極６ａと前記上側電極１６ａ間、前記下側電極６ｂと前記上側電極１６ｂ間に印加する電圧に偏差を与えることで、前記下側電極６ａと前記上側電極１６ａ間、前記下側電極６ｂと前記上側電極１６ｂ間に発生する吸引力に差が生じ、従って前記梁部１３ａ、前記梁部１３ｂに変位量の差が生じ、前記凹面反射鏡１５が傾斜する。即ち、前記下側電極６ａと前記上側電極１６ａ間、前記下側電極６ｂと前記上側電極１６ｂ間に印加する電圧を制御することで、前記凹面反射鏡１５の傾きを調整することができる。
Further, by giving a deviation to the voltage applied between the
又、共振器の反射鏡を平面鏡でなく、前記凹面反射鏡１５とすることで、該凹面反射鏡１５が傾斜した場合に、レーザ光線の反射方向に影響が出難く、安定した共振が得られる。
In addition, by using the concave reflecting
而して、本発明に係る垂直共振型面発光半導体レーザは、波長可変であると共に前記凹面反射鏡１５の傾斜が調整可能であり、安定したレーザ光線の発振を可能としている。
Thus, the vertical cavity surface emitting semiconductor laser according to the present invention is tunable in wavelength and can adjust the inclination of the concave reflecting
尚、前記凹面反射鏡１５の位置調整、傾き調整を必要としない場合、或は微小な調整のみでよい場合は、前記梁部１３ａ，１３ｂを形成する必要はなく、面状の前記反射層１１の所要位置に前記凹面反射鏡１５が形成され、該凹面反射鏡１５に対応した部分に前記空間９が形成されればよい。
If the position adjustment and tilt adjustment of the concave reflecting
図３は反射ユニットの第２の実施の形態を示しており、凹面反射鏡１５を４方から梁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄにより支持したものであり、又該梁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの長さが等しくなる様に、空間９の形状を矩形形状としたものである。尚、該空間９は円状であってもよい。尚、図示していないが、下側電極６（図２参照）は前記梁部１３にそれぞれ対応して設けられ、各梁部１３にも上側電極１６（図２参照）が設けられ、対峙した下側電極６と上側電極１６毎に独立して電圧を印加可能となっており、各梁部１３毎に変位の調整が可能となっている。
FIG. 3 shows a second embodiment of the reflecting unit, in which a concave reflecting
図４は反射ユニットの第３の実施の形態を示しており、前記凹面反射鏡１５を３方から梁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより支持したものであり、又該梁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長さが等しくなる様に、空間９の形状を円形状としたものである。尚、該空間９は６角形状とし、前記梁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃは６角形状の隔辺毎に接続されたものとしてもよい。尚、第３の実施の形態に於いても、第２の実施の形態と同様に下側電極６、梁部１３が設けられ、前記梁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの変位は独立して調整可能となっている。
FIG. 4 shows a third embodiment of the reflecting unit, in which the concave reflecting
次に、上記反射ユニットの製作方法について説明する。 Next, a manufacturing method of the reflection unit will be described.
図５により反射ユニットの製作方法に於ける第１の実施の形態について説明する。 With reference to FIG. 5, a description will be given of a first embodiment in a method of manufacturing a reflection unit.
基板７上に下側電極６ａ，６ｂを形成し、該下側電極６ａ，６ｂはパターン層２の電源ラインに接続される。前記下側電極６ａ，６ｂの材質は高導電材料である金が用いられる（図５（Ａ））。尚、下側電極６ａ，６ｂを接地電極として使用する場合は、一体に連続していてもよい。
前記基板７上にＳｉ等の犠牲層８を、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等所要の方法で成膜する（図５（Ｂ））。尚、材質はＳｉに限らず乾式エッチング、湿式エッチング等、エッチングにより除去可能な材質、例えばＳｉＯ2 であればよく、前記犠牲層８がＳｉの場合、湿式エッチングではフッ酸・硝酸混合液等が用いられ、乾式エッチングではＸｅＦ2 ガス等が用いられ、前記犠牲層８がＳｉＯ2 の場合、湿式エッチングではフッ酸等が用いられ、乾式エッチングではＣＦ4 ガス等が用いられる。
A
前記犠牲層８の上面に感光性樹脂であるレジスト２１をフォトリソグラフィー法により円状にパターニングする（図５（Ｃ））。尚、前記レジスト２１の量は、後述する凹面反射鏡１５の大きさ、曲率に対応して決定される。
A resist 21 which is a photosensitive resin is patterned in a circular shape on the upper surface of the
次に、加熱（リフロー）して、前記レジスト２１を溶かす。該レジスト２１が溶け、表面張力により半球体となることで凸球面が形成される。その後、前記レジスト２１を冷却すると、前記レジスト２１は凸球面を維持したまま固化する（図５（Ｄ））。 Next, the resist 21 is melted by heating (reflow). A convex spherical surface is formed by melting the resist 21 and forming a hemisphere by surface tension. Thereafter, when the resist 21 is cooled, the resist 21 is solidified while maintaining the convex spherical surface (FIG. 5D).
前記犠牲層８、前記レジスト２１の上に、反射層１１を真空蒸着、スパッタリング等所要の方法で、単層、又は複層に形成する（図５（Ｅ））。尚、前記反射層１１としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ａｕ等金属膜による単層膜があり、或はＴｉＯ2 、ＳｉＯ2 とから成る多層膜がある。前記レジスト２１は成形型として機能し、前記反射層１１が前記レジスト２１を覆うことで凸球面部が形成され、該凸球面部は後述する凹面反射鏡１５となる。
On the
前記反射層１１の一部に上側電極１６を成膜する（図５（Ｆ））。尚、前記反射層１１を金属膜層とした場合は、該反射層１１の上面に絶縁膜を形成し、前記上側電極１６を形成する。或は、前記反射層１１を金属膜層とした場合は、該反射層１１自体を上側電極として使用することができ、この場合前記上側電極１６の成膜を省略する。
An
フォトリソグラフィー法により梁部１３、凹面反射鏡１５、フランジ部１５ａ（図２参照）を残置させ、前記反射層１１を除去する。又、前記上側電極１６は前記凹面反射鏡１５、フランジ部１５ａ部分を除去する。即ち、前記上側電極１６、前記反射層１１の上面に前記レジスト２１を塗布し、マスク処理をして前記梁部１３、前記凹面反射鏡１５、前記フランジ部１５ａの領域を露光させ、前記梁部１３、前記凹面反射鏡１５、前記フランジ部１５ａの領域を残してエッチングにより上側電極層、前記反射層１１を除去する。又、上側電極層は更に、凹面反射鏡１５、フランジ部１５ａ部分を除去する。
The
同様に、フォトリソグラフィー法により、前記凹面反射鏡１５を中心とする矩形形状を残してマスキングを行う。マスキングされない部分は、図２に示される様に、少なくとも前記フランジ部１５ａの周囲、及び前記下側電極６ａ，６ｂを含む範囲となっている。
Similarly, masking is performed by a photolithography method, leaving a rectangular shape centered on the concave reflecting
次に、ドライエッチング法等、所要のエッチング方法で前記犠牲層８、前記レジスト２１をエッチングする。エッチングすることでマスキングされていない部分が除去され、前記空間９が形成され、該空間９に前記下側電極６ａ，６ｂが露出する状態となる（図５（Ｇ））。
Next, the
前記空間９が形成されることで、残置された帯状の反射層１１が前記空間９を跨ぐ橋状となり、前記凹面反射鏡１５は前記梁部１３ａ，１３ｂによって片持状に支持された構造となる。又、前記凹面反射鏡１５は前記基板７に向って凹面の反射面を有し、共振器の凹面反射鏡１５として機能する（図１参照）。
By forming the
図６により、反射ユニットの製作方法の第２の実施の形態について説明する。 A second embodiment of the manufacturing method of the reflection unit will be described with reference to FIG.
基板７上に下側電極６ａ，６ｂを形成し、その後前記基板７上に犠牲層８を成膜し、該犠牲層８上にレジスト２１をフォトリソグラフィー法により形成し、更に、リフローにより前記レジスト２１を溶かして半球形状にする（図６（Ａ）、図６（Ｂ））迄の工程は、第１の実施の形態と同様である。
前記犠牲層８上に前記レジスト２１が半球状に固化した後、ドライエッチングを行う。ドライエッチングでは、表面から等速でエッチングが進行するので、前記レジスト２１が除去された状態では、該レジスト２１の形状が前記犠牲層８に転写される（図６（Ｃ）、図６（Ｄ））。
After the resist 21 is solidified into a hemispherical shape on the
該犠牲層８を成形型として、該犠牲層８上に反射層１１を形成する。該反射層１１を形成した後は、第１の実施の形態と同様の工程で前記犠牲層８をエッチングで除去して凹面反射鏡１５を形成する。
A
即ち、図５（Ｅ）〜図５（Ｇ）に示される様に、上側電極１６ａ，１６ｂを形成し、フォトリソグラフィー法により梁部１３、凹面反射鏡１５、フランジ部１５ａを形成し、更にエッチングにより犠牲層８を除去して空間９を形成し、前記梁部１３で支持された凹面反射鏡１５を形成する。
That is, as shown in FIGS. 5E to 5G, the
図７により、反射ユニットの製作方法の第３の実施の形態について説明する。 With reference to FIG. 7, a third embodiment of the manufacturing method of the reflecting unit will be described.
基板７に下側電極６ａ，６ｂを形成し（図７（Ａ））、前記基板７の所要位置、例えば前記下側電極６ａ，６ｂの中間にフォトリソグラフィー法により円状のレジスト２１をパターニングする（図７（Ｂ））。該レジスト２１をリフロー等により加熱して半球体とする（図７（Ｃ））。
前記基板７上に犠牲層８を、スパッタリング法、ＣＶＤ法等所要の方法で成膜する（図７（Ｄ））。
A
前記基板７上に前記犠牲層８を形成した場合、該犠牲層８の厚みは時間と対応して増加するので、該犠牲層８の厚みは均一となり、前記レジスト２１の形状が前記犠牲層８の上面に転写され、該犠牲層８の前記レジスト２１部分が凸曲面として突出する。
When the
前記犠牲層８を成形型として、該犠牲層８上に反射層１１を形成する（図７（Ｅ））。該反射層１１を形成した後は、第１の実施の形態と同様の工程で前記犠牲層８をエッチングで除去して凹面反射鏡１５を形成する。
A
図８により、反射ユニットの製作方法の第４の実施の形態について説明する。 A fourth embodiment of the manufacturing method of the reflection unit will be described with reference to FIG.
ガラス基板２２上にフォトリソグラフィー法により下側電極６ａ，６ｂ、及び該下側電極６ａ，６ｂに接続された電源ライン（図示せず）が形成される。
On the
前記ガラス基板２２上に犠牲層８が成膜され、該犠牲層８上にレジスト層２３が成膜される。該レジスト層２３の所要位置にはピンホール２４が形成される。該ピンホール２４の位置は、好ましくは前記下側電極６ａ，６ｂの中間位置とする（図８（Ａ））。
A
前記犠牲層８をエッチングすると、前記ピンホール２４からエッチングが進行していき、該ピンホール２４を中心とした半球状の凹部２５が形成される（図８（Ｂ））。
When the
前記レジスト層２３をエッチングにより除去する（図８（Ｃ））。
The resist
前記犠牲層８を成形型として、該犠牲層８上に反射層１１を成膜する（図８（Ｄ））。
Using the
第１の実施の形態の図５（Ｆ）で示される工程と同様にして、前記反射層１１の前記下側電極６ａ，６ｂと対向する位置に上側電極１６ａ，１６ｂを形成する（図８（Ｅ））。
In the same manner as the process shown in FIG. 5F of the first embodiment,
又、第１の実施の形態の図５（Ｇ）で示される工程と同様に、エッチングにより前記犠牲層８を除去して空間９を形成する（図８（Ｆ））。前記反射層１１は、前記空間９を跨ぐ橋状に残置し、更に中途部、好ましくは中央に形成された凹面反射鏡１５、該凹面反射鏡１５を支持する梁部１３ａ，１３ｂとなる。
Similarly to the step shown in FIG. 5G of the first embodiment, the
前記ガラス基板２２、前記犠牲層８、前記反射層１１等一体にユニット化することで反射ユニット２６が構成され、該反射ユニット２６を前記基板７に製作された面発光半導体レーザ３に対峙させることで、垂直共振型面発光半導体レーザの共振器の一方の凹面反射鏡１５として機能する（図８（Ｆ））。又、前記下側電極６ａ，６ｂと、前記上側電極１６ａ，１６ｂ間に電圧を印加することで両電極間に吸引力が作用し、前記凹面反射鏡１５と前記面発光半導体レーザ３間の距離が変位して射出するレーザ光線の波長を可変とすることができる。
The
又、前記下側電極６ａ，６ｂと、前記上側電極１６ａ，１６ｂをそれぞれに独立して電圧を印加可能とすることで、前記凹面反射鏡１５の傾斜の調整が可能となる。
In addition, since the
尚、前記下側電極６ａ，６ｂは前記ガラス基板２２に形成せず、前記基板７の上面に形成してもよい。
The
又、上記実施の形態は、垂直共振型面発光半導体レーザの共振器について説明したが、ファブリーペローフィルタ等の共振器に実施可能であることは言う迄もない。 In the above embodiment, the resonator of the vertical cavity surface emitting semiconductor laser has been described. However, it goes without saying that the embodiment can be implemented in a resonator such as a Fabry-Perot filter.
１ シリコン基板
２ パターン層
３ 面発光半導体レーザ
５ 絶縁膜
６ 下側電極
７ 基板
８ 犠牲層
９ 空間
１１ 反射層
１２ 凹面
１３ 梁部
１５ 凹面反射鏡
１６ 上側電極
２１ レジスト
２３ レジスト層
２４ ピンホール
２５ 凹部
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