表面发射激光器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种表面发射激光器及其制造方法。该表面发射激光器能够保持基横模，以获得较高功率，同时抑制高阶横模振荡。该表面发射激光器包括：孔口部分，其是用于将电流注入活性层的路径；电流限制区域，其被提供在孔口部分的周边；以及电流注入区域，其被提供在光输出侧的相对于活性层的相对侧上，该活性层在该光输出侧和该相对侧之间，其中，在电流注入区域中的电流注入路径的直径小于孔口部分的直径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及表面发射激光器以及制造该表面发射激光器的方法， 更具体地，本专利技术涉及利用基横模来实现较高功率以及改进的量子效 率的表面发射激光器以及制造该表面发射激光器的方法。
技术介绍
常规垂直腔表面发射激光器(下文中称为VCSEL)采用如下结 构，其中发光区域的直径被变窄到大致5nm以获得基横模的激光器振 荡。因此，活性层区域的体积变得更小，由此降低了光学功率。 为了解决该问题，在日本专利申请特开第2002-208755号中提出了 一种抑制了高阶横模振荡而不影响基横模振荡的表面发射半导体激光器。图5示出了表面发射半导体激光器，其中在半导体基板101之上 提供有下部n型分布布拉格反射器(DBR)层103,活性区域104以 及上部p型DBR层106。在上部p型DBR层106之上形成有具有用作激光输出区域的孔 口部分127的上部p型电极108。电流限制区域124 ,皮形成为氧化区 域。根据具有上述结构的表面发射半导体激光器，基于与上部p型电 极108对应的腔的反射率确定电流限制区域124的孔口直径和上部p 型电极108的孔口直径，从而，在激光的高阶横模和基横模之间腔的 光学损耗差变得更大。也就是说，在活性层(活性区域)附近提供的并且被插入以限制 电流路径的电流限制区域的孔口直径以及被提供以输出激光的上部p型电极的孔口直径被如上所述地确定。因此，在基横模下实现高光学 功率。在具有台面结构的发光器件中，在活性层附近提供的电流限制区 域对于减少流过该台面结构的已加工表面的泄漏电流非常有效。因此，电流限制区域对于高效台面型VCSEL是极其重要的。另一方面，激光器振荡不仅依赖于腔的反射特性，而且依赖于活 性层的发光复合(增益)分布。具体地，在具有用于通过氧化区域对使电流(限制电流以)注入 活性层的路径进行限制的孔口部分的电流限制区域中，电流被限制于 该孔口部分。然而，电流集中在该孔口部分的周边区域上，从而增益 必然变得更大，由此激发了高阶横模。因此，在如日本专利申请特开 第2002-208755中所公开的其中腔的反射损耗被控制以实现基横模振 荡的结构中，如上所述，高阶横模下的增益增加，从而腔的反射损耗 增加以抑制高阶横模。由此，如上所述的常规示例具有在注入功率和光学功率之间的转 换效率(量子效率)的问题。此外，常规示例的问题在于，电流限制区域的氧化区域的折射率 与非氧化区域的折射率之间的差异大，从而发光器件成为其中波导光 被强烈限制的折射率波导型并且具有其中容易获得高阶横模的波导结 构。
技术实现思路
已经考虑到上述问题而做出了本专利技术。本专利技术的目的是提供一种 表面发射激光器，其能够保持基横模，以获得较高功率，同时抑制高 阶横模振荡，还提供一种制造该表面发射激光器的方法。根据本专利技术，提供了一种具有以下结构的表面发射激光器以及该 表面发射激光器的制造方法。根据本专利技术的表面发射激光器包括孔口部分，其是用于将电流 注入活性层的路径；电流限制区域，其被提供在孔口部分的周边上；以及电流注入区域，其被提供在光输出侧的相对于活性层的相对侧上， 该活性层在该光输出侧和该相对侧之间，其中，在电流注入区域中的 电流注入路径的直径小于孔口部分的直径。在根据本专利技术的表面发射激光器中，电流限制区域的强度等于或小于活性层中的光强度分布的最大强度的50%,在根据本专利技术的表面发射激光器中，电流注入区域中的电流注入 路径的直径Di和孔口部分的直径Do满足以下关系式(l):DKDo國4(nm) (1)。在根据本专利技术的表面发射激光器中，电流注入区域被结合到在基 板上形成的配线图案。在根据本专利技术的表面发射激光器中，包括配线图案的基板是以下 之一硅基板，氧化铝基板，以及其上形成有绝缘膜的CuW基板。在根据本专利技术的表面发射激光器中，包括配线图案的基板是硅基 板并且包括用于驱动表面发射激光器的驱动电路。在根据本专利技术的表面发射激光器阵列中，以一维或二维方式布置 有上述表面发射激光器中的任一种。根据本专利技术， 一种制造表面发射激光器的方法，该表面发射激光 器包括电流限制区域，该电流限制区域具有作为用于将电流注入活性 层的路径的孔口部分，所述方法包括在基板上形成台面结构的表面 发射激光器图案，所迷表面发射激光器图案包括用于形成电流限制区 域的层；在用于形成电流限制区域的层中形成作为用于将电流注入活 性层的路径的孔口部分；使孔口部分的周边绝缘以形成电流限制区域； 并且在台面结构的顶部中央处，在光输出侧的相对于活性层的相对侧 上，形成电流注入区域，该电流注入区域的电流注入路径的直径小于 电流限制区域的孔口部分的直径，该活性层在该光输出侧和该相对侧 之间。根据本专利技术的制造表面发射激光器的方法还包括在形成电流注 入区域之后，使其上已经形成有电流注入区域的表面面对其上形成有 配线图案的不同基板并与该不同基板相结合。根据本专利技术的制造表面发射激光器的方法还包括在使其上已经 形成有电流注入区域的表面面对其上形成有配线图案的不同基板并与 该不同基板相结合的步骤之后，去除在形成表面发射激光器图案的步 骤中使用的基板。在根据本专利技术的制造表面发射激光器的方法中，在形成台面结构的表面发射激光器图案的步骤中所使用的基板是GaAs基板，并且在 使其上已经形成有电流注入区域的表面面对其上形成有配线图案的不 同基板并与该不同基板相结合的步骤中所使用的基板是硅基板。根据本专利技术的表面发射激光器包括在基板上从基板侧起依次布 置的p型电极，p型DBR， 一层，活性层，n型DBR，和n型电极。 所述一层包括电流限制区域和被该电流限制区域包围的孔口部分，包 括一部分p型电极的电流注入区域的直径小于孔口部分的直径，以防 止注入电流集中在孔口部分的周边上。根据本专利技术，能够保持基横才莫，以获得较高功率，同时抑制高阶 横模振荡。根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本专利技术的其它特征将 变得显而易见。附图说明图1是例示根据本专利技术实施例的表面发射激光器的结构示例的示 意解释性透视图。图2A， 2B， 2C和2D是例示根据本专利技术实施例的制造表面发射 激光器的方法的解释性视图。图3E, 3F和3G是例示根据本专利技术实施例的制造表面发射激光 器的方法的解释性制造工艺视图，其在图2A， 2B, 2C和2D所例示 的制造工艺之后。图4是例示在电流没有被限制在活性层附近的状态下对根据本发 明实施例的表面发射激光器的复合强度分布进行模拟而获得的结果的 曲线图，该表面发射激光器具有包括2jim的电流注入区域的台面结构。图5是例示日本专利申请特开第2002-208755号中公开的常规表 面发射激光器的结构的解释性视图。具体实施例方式下面，将根据附图详细描述根据本专利技术实施例的表面发射激光器。图l是例示根据本实施例的表面发射激光器的结构示例的示意解 释性透视图。在图l中，表面发射激光器包括活性层5，电流限制区域6， 电流注入区域8， p型金属电极(下部电极)41，硅基板51，金属配 线52， n型金属电极(上部电极)61，和发光窗口62。根据本实施例的表面发射激光器还包括把活性区域(活性层)5 夹在中间的上部多层膜反射器DBR-1和下部多层膜反射器DBR-2。 上部多层膜反射器DBR-1，下部多层膜反射器DBR-2和活性区域5 构成腔。n型金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面发射激光器，包括：　活性层；　孔口部分，其是用于将电流注入活性层的路径；　电流限制区域，其被提供在孔口部分的周边上；以及　电流注入区域，其被提供在光输出侧的相对于活性层的相对侧上，该活性层在该光输出侧和该相对侧之间，　其中，在电流注入区域中的电流注入路径的直径小于孔口部分的直径。

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