用于制造表面发射激光器的方法技术

本发明专利技术提供一种能够高度精确地且容易地在半导体内形成光子晶体结构而不用直接接合的制造表面发射激光器的方法。它是通过在基板上层叠包括活性层和其中形成有光子晶体结构的半导体层的多个半导体层的方法，所述方法包括步骤：在第一半导体层上形成第二半导体层以形成光子晶体结构，在第二半导体层中形成多个微孔，经由所述多个微孔在第一半导体层的一部分中形成低折射率部分，从而给第一半导体层提供在平行于基板的方向上具有一维或二维折射率分布的光子晶体结构，以及通过从第二半导体层的表面晶体再生长而形成第三半导体层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
最近，作为用于光通信或光传输的光源或电子摄影的光源的表面发射激光器已受到关注。表面发射激光器具有这样的优异性能容易 获得二维阵列以及其具有低阈值和单纵模。作为这样的表面发射激光 器，已经开发了利用光子晶体的光子晶体表面发射激光器。这里，光 子晶体是具有等于或小于光波长的折射率周期的结构。关于这样的表面发射激光器，在日本专利申请公开No. 2000-332351 (专利文献l)中公开了 一种利用光子晶体的二维光子晶 体表面发射激光器和其制造方法。专利文献l中公开的二维光子晶体表面发射激光器具有光子晶体周期性结构，在所述光子晶体周期性结 构中，折射率周期被二维地提供在通过载流子注入而发光的活性层(active layer)附近，且被配置成通过光子晶体引起谐振以产生表面发射。更具体地说，专利文献1的表面发射激光器如图12A和12B中 所示具有层叠在基板1210上的下部包层(cladding layer) 1212、活 性层1216和上部包层1218。该下部包层1212具有嵌入在活性层附近 的二维光子晶体。在上部包层1218上，布置上部电极1220，而在基 板1210上布置下部电极1222。当在上部电极1220和下部电极1222 之间施加电压以在活性层1216中注入载流子时，活性层发光以通过二 维光子晶体的光谐振而引起激光振荡。另外，专利文献l也公开了适 用于表面发射激光器的半导体表面发射装置的以下制造方法。半导体表面发射装置的制造方法具有以下步骤。所述步骤是准备具有第一表面、包括第一基板的第一部件 (piece)的步骤；在第二基板的主表面上顺序地层叠第一导电半导体 层、活性层和第二导电半导体层以形成具有沿着主表面的延伸方向的 第二表面的第二部件的步骤；在第一表面和第二表面的至少一个中形 成二维衍射光栅的光栅形成步骤；以及在光栅形成步骤后以使得第一 表面和第二表面彼此面对的方式使第一部件和第二部件接合(bond) 的步骤。具体地，这种半导体发光装置的制造方法使用将在其表面上形成 有光子晶体结构的半导体部件通过在其上形成有光子晶体结构的所述 表面直接接合到另 一半导体部件的方法。这种方法被认为适用于表面发射激光器，因为这使得能够制造在 半导体内部具有光子晶体结构的装置。
技术实现思路
在如专利文献1公开的半导体发光装置的制造方法中，如上所述 的直接接合被用作在半导体内部形成光子晶体结构的方法。然而，直接接合工艺具有一些与半导体材料有关的困难，并且即 使接合本身是可能的，也难以保证要接合的两个部件的定位、对准和 倾斜的精度。例如，当跨过两个部件提供激光谐振器(在第一部件上提供光子 晶体结构，在第二部件上提供多层反射镜，并且接合它们以构成谐振器)时，激光器性能依据定位精度而变化。因此，包括直接接合步骤 的制造表面发射激光器的方法对装置材料和设计施加了限制。考虑到上述问题，本专利技术具有如下目的提供能够在半导体内部 高度精确地且容易地形成光子晶体结构而不用直接接合的制造表面发 射激光器的方法。为了解决上述问题，本专利技术提供。本专利技术的方法是通过在基板上层叠包括活性层和其中形成有光子晶体结构的半导体层的多个半导体层而制造表面发射激光器的方法，所述方法包括步骤在第一半导体层上形成第二半导体层以形成 光子晶体结构；在第二半导体层中形成多个微孔；通过所述多个微孔在第一半导体层的一部分中形成低折射率部分，从而给第一半导体层 提供在平行于基板的方向上具有一维或二维折射率分布的光子晶体结 构；以及通过从第二半导体层的表面晶体再生长而形成第三半导体层。根据本专利技术，能在半导体内高度精确地以及容易地形成光子晶体 结构而不用直接接合。本专利技术的进一步特征将从下面参考附图对示例性实施例的描述 而变得明显。附图说明图l是用于解释通过根据本专利技术第一实施例的方法制造的表面发 射激光器的结构的示意图。图2是用于解释根据本专利技术第一实施例的表面发射激光器的制造 方法的示意图。图3是用于解释在根据本专利技术第一实施例的表面发射激光器的制 造方法中在上部包层中形成二维光子晶体结构的步骤的示意图。图4是用于解释在根据本专利技术第一实施例的表面发射激光器的制 造方法中通过半导体晶体再生长形成在第三上部包层上的第四上部包 层的结构例子的示意图。图5是用于解释在本专利技术第二实施例中在形成光子晶体结构后在 通过晶体再生长而生长的半导体中具有活性层的结构的示意图。图6是用于解释用半导体多层膜反射镜代替包层的一部分以便在 通过本专利技术第二实施例制造的表面发射激光器中在垂直方向上增加封 闭性(confinement)的结构例子的示意图。图7是用于解释通过根据本专利技术第三实施例的方法制造的表面发 射激光器的结构的示意图。图8是用于解释根据本专利技术第三实施例的表面发射激光器的制造 方法的示意图。图9是用于解释根据本专利技术第三实施例的表面发射激光器的制造 方法的示意图。图10是用于解释根据本专利技术第三实施例的表面发射激光器的制 造方法的示意图。图11是用于解释根据本专利技术第三实施例组合具有彼此不平行的 折射率分布的方向的一维光子晶体从而允许二维谐振的表面发射激光 器的结构例子的示意图。图12A和12B是各用于解释制造表面发射激光器的常规方法的 示意图。具体实施例方式现在将参考附图描述本专利技术的实施例。下面的描述解释本专利技术的表面发射激光器的制造方法的实施例， 本专利技术的表面发射激光器通过在基板上层叠包括活性层和第 一半导体 层的半导体而构建，在所述第一半导体层中形成有在平行于基板的方 向上具有一维或二维折射率分布的第一光子晶体结构。这里，在图l到11中说明这些，其中用同样的附图标记表示同 样的或相应的部分。第一实施例现在，对于根据本专利技术第 一 实施例的表面发射激光器的制造方法 进行描述。图l是通过本实施例的方法制造的表面发射激光器的结构的示意图。在图1中，附图标记100表示表面发射激光器，105表示基板， IIO表示下部包层，并且130表示活性层。140表示上部包层，155表示第一上部包层，160表示第二上部包 层，并且165表示第三上部包层。170表示微孔，175表示光子晶体结构的低折射率部分，180表示第四上部包层，190表示上部电极并且195表示下部电极。这个实施例的表面发射激光器100具有在基板105上层叠下部包层IIO、活性层130和上部包层140的结构。上部包层140具有第一上部包层155、其中形成有光子晶体结构的第二上部包层160、具有形成在其中的微孔170的第三上部包层165、和第四上部包层180。第二上部包层160由构成表面发射激光器的多个半导体层的笫一半导体层构建。该第二上部包层160具有其折射率低于周围半导体层的折射率的 低折射率部分175。利用这种结构，构成在平行于基板的方向上具有 二维折射率分布的二维光子晶体结构。这里，微孔170从低折射率部分175延伸到第三上部包层165的表面。微孔在平行于基板105的方向上具有的截面小于第二上部包层 160中低折射率部分175在平行于基板105的方向上的截面。而且，在第四上部包层180的表面上，提供有环形的上部电极 190，而在基板105上提供下部电极195。对于这种表面发射激光器100，当施加电压到电极190和1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于通过在基板上层叠包含活性层和其中形成有光子晶体结构的半导体层的多个半导体层来制造表面发射激光器，所述方法包括如下步骤：　在第一半导体层上形成第二半导体层以形成所述光子晶体结构；　在所述第二半导体层中形成多个微孔；　经由所述多个微孔在所述第一半导体层的一部分中形成低折射率部分，从而给所述第一半导体层提供在平行于所述基板的方向上具有一维或二维折射率分布的所述光子晶体结构；以及　通过从所述第二半导体层的表面晶体再生长而形成第三半导体层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：井久田光弘，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]