本发明专利技术公开了一种表面发射激光器装置，其包括连接到热沉的基板；由半导体分布式布拉格反射器形成于该基板上的第一反射层；形成为接触该第一反射层的第一腔阻挡层；形成为接触该第一腔阻挡层的有源层；形成为接触该有源层的第二腔阻挡层；以及由半导体分布式布拉格反射器形成为接触该第二腔阻挡层的第二反射层。该第一腔阻挡层包括一半导体材料，该半导体材料的热导率大于形成该第二腔阻挡层的半导体材料的热导率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及表面发射激光器装置、包含该表面发射激光器装置的表面发 射激光器阵列、包含该表面发射激光器阵列的成像设备、包含该表面发射激 光器装置或该表面发射激光器阵列的光学拾取单元、包含该表面发射激光器 装置或该表面发射激光器阵列的光学发送器模块、包含该表面发射激光器装 置或该表面发射激光器阵列的光学收发器模块、包含该表面发射激光器装置 或该表面发射激光器阵列的光学通信系统、包含该表面发射激光器阵列的光 学扫描器、以及包含该光学扫描器的电子照相设备。
技术介绍
表面发射激光器装置(表面发射半导体激光器装置)是沿垂至于基板的 方向发光的半导体激光器。由于表面发射激光器装置与边发射激光器装置相 比低成本地获得高性能的特性，表面发射激光器装置被用于消费应用，例如， 诸如光学互联的光学通信用光源、光学拾取器用光源、以及成像设备用光源。具体而言，850nm和980nm波段的表面发射激光器装置在有源层中享 有良好的载流子限制。更具体而言，850nm波段的表面发射激光器装置采用 由砷化镓(GaAs)形成的量子阱有源层以及由砷化铝镓(AlGaAs)形成的 垒层和阻挡层(覆层)。此外，在850nm波段的表面发射激光器装置中，由于可以采用使用高性 能AlGaAs系反射镜的电流限制结构(例如半导体多层膜反射镜和半导体分 布式布拉格反射器)以及Al氧化物膜，因此实现了实用水平 的性能。然而，由于表面发射激光器装置中有源层的体积小，表面发射激光器装 置的光输出低于边发射激光器，从而经常需要提高输出。尤其是，随着波长 变短，有源层中载流子的限制变得更差，因此导致诸如无法获得高输出和不 良温度特性的问题。振荡波长在780nm波段的短波长表面发射激光器装置采用选择性氧化13的AlAs层作为电流限制结构。(见非专利文献1 )。非专利文献1中披露的表面发射激光器装置具有夹置于下反射镜和上反射镜之间的腔(谐振腔)， 其中该腔具有夹置于阻挡层之间的有源层。该腔具有一个振荡波长相当的厚度。该有源层具有交替堆叠的Al0.12Gao.88As阱层和Alo.3Gao.7As垒层的量子阱结构。此外，阻挡层是由 Al0.6Gaa4As形成。另外，下反射镜具有40.5个n型Ala3Gao.7As高折射率层 和n型Alo"Ga(nAs低折射率层的堆叠对。这种情况下，设表面发射激光器 装置的振荡波长为X,则各个该高折射率层和低折射率层的膜厚为X/4。此外，上反射镜具有24个p型Al。.3Gao.7As高折射率层和p型Alo.9Ga。.,As 低折射率层的堆叠对。这种情况下，各个该高折射率层和低折射率层的膜厚 亦为A74。此夕卜，AlAs选择性氧化层(selectively oxidized layer ) "i殳于上反射镜中 与该腔相隔A/4。组分逐渐变化的组分渐变层设于各个反射镜的各相邻两层 之间以降j氐电阻。诸如有源层和阻挡层的上述层是由MOCVD (金属有^L物化学气相沉 积)或MBE (分子光束外延)形成。非专利文献l中披露的表面发射激光器装置采用台形状(mesashape)。 通过在基板上连续堆叠下反射镜、(下)阻挡层、有源层、(上)阻挡层和上 反射镜，且通过干法蚀刻随后蚀刻该上反射镜、(上)阻挡层、有源层和(下) 阻挡层以达到该下反射镜，由此形成该台形状。一旦形成该台形状，将用做AlAs选择性氧化层的AlAs层的侧表面露出。 因此，AlAs层在蒸气中经历热处理从而将AlAs转换成AlxAsy绝缘体，由此 形成电流限制结构(氧化物窗口)，该电流限制结构将装置驱动电流的路径 限制在中心的未氧化的AlAs区域。随后，p侧电极形成于该台顶部除了出光部(金属窗口 )之外的该台上， 且n侧电极形成于基板的底侧上，由此完成该表面发射激光器装置。根据非专利文献l，通过优化该氧化物窗口和金属窗口，获得了3.4mW 的输出，该输出是780nm波段内单模输出的最大值。然而，在850nm和980nm波段已经报道了 7mW的输出，表明780nm 波段的表面发射激光器装置的输出低。增大该光输出的一个方法是降低发光 部的温度上升。作为抑制发光部的温度上升的方法，已经提出了降低振荡波长为850nm 的表面发射激光器装置中的热阻的配置(专利文献l)。该配置中，置于下反 射镜的下部中的大部分低折射率层采用热导率高于AlGaAs的AlAs。常规AlGaAs被用于下反射镜的上部的低折射率层。如果在形成台形状 时该蚀刻表面到达使用AlAs的下反射镜内部，则下反射镜中露出的AlAs 在形成AlAs选择性氧化层时也被该蚀刻后续工艺中的氧化所氧化，使得该 装置被绝缘或具有高电阻。因此，为了避免该问题，AlGaAs被用于该下反 射镜的上部的低折射率层。也就是说，通过在下反射镜的上侧提供蚀刻速率低于AlAs的AlGaAs, 该蚀刻表面被置于该下反射镜的上侧上的AlGaAs内部。此外，在780nm波段的表面发射激光器装置中，由于活性铝(A1)添加 到有源层，氧在生长或处理时被捕获，使得非辐射复合中心形成于该有源层 内。这降低了发光效率和可靠性。因此，在短于850nm波段的表面发射激光器装置中，已经提出了一种 780nm波段的表面发射激光器装置，该表面发射激光器装置采用无Al有源 区(量子阱有源层及其相邻的层)以防止非辐射复合中心的形成(专利文献 2 )。具体而言，具有张应变的GaAsP用于量子阱有源层，具有压应变的GalnP 用于垒层，晶格匹配的GalnP用于阻挡层(介于覆层和第一及第三量子阱有 源层之间)，且AlGalnP用于该覆层。采用这种配置改善了该表面发射激光 器装置的可靠性。此外，已经提出了一种780nm波段的表面发射激光器装置，该表面发射 激光器装置除了产生由于无Al有源区引起的效应之外，使用具有压应变的 GalnPAs用于量子阱层，使用晶格匹配的GalnP或具有张应变的GalnP用于 垒层，且使用Al组分大于阻挡层的AlGalnP用于覆层，从而提高有源层的 增益(非专利文献2)。与专利文献1所披露的表面发射激光器装置的结构相器装置具有良好的载流子限制。然而，存在的问题为，短振荡波长的表面发射激光器装置的输出低。 同时，由于表面发射激光器与边发射激光器相比消耗更少的功率，具有更佳的模式稳定性，且更容易高度集成，其研发最近活跃，以期应用于通信领域和图像记录领域。在半导体激光器中，振荡波长是由有源层的材料的带隙决定。在可见光范围到近红外范围，已经研究了 AlGaAs系和(Al) GalnP系材料。其中， 尤其是AlGaAs系材料已经长时间被研究且具有许多报道，且如非专利文献 1所报道，对于表面发射激光器装置已经实现了超过3mW的单模输出特性。 使用该特性的产品已经可购得。然而，在半导体激光器中，Al被视为器件劣化的起因。由于AlGaAs系 材料固有地包含劣化的起因，使用AlGaAs系材料难以实现高度可靠的装置。 另一方面，使用GalnP系和GalnAsP系材料比较容易实现高度可靠的装置， 因为有源层中不含有Al。同时，表面发射激光器装置具有如下结构，其中腔垂直地夹置于多层膜 之间，该多层膜分别由折射率不同的两种材料形成。这两种材料的组合包括 AlxGa"xAs/AlyGa!—本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种表面发射激光器装置，包括：连接到热沉的基板；由半导体分布式布拉格反射器形成于该基板上的第一反射层；形成为接触该第一反射层的第一腔阻挡层；形成为接触该第一腔阻挡层的有源层；形成为接触该有源层的第二腔阻挡层；以及 由半导体分布式布拉 格反射器形成为接触该第二腔阻挡层的第二反射层，其中该第一腔阻挡层包括一半导体材料，该半导体材料的热导率大于形成该第二腔阻挡层的半导体材料的热导率。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤俊一，原敬，轴谷直人，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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