可输出高功率单模激光的垂直共振腔面射型激光元件制造技术

一种可输出单模激光的垂直共振腔面射型激光元件，其包括一多模输出的垂直共振腔面射型激光元件，其包含一顶面发光区；以及一抗反射膜，其完全覆盖于该多模输出的垂直共振腔面射型激光元件的顶面发光区，用以限制该多模输出的垂直共振腔面射型激光元件的输出为一单模激光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可输出高功率和稳定单模态激光的垂直共振腔面射型激光元件，特别是涉及一种于一多模输出的垂直共振腔面射型激光元件的顶面发光区上覆盖抗反射膜的垂直共振腔面射型激光元件。
技术介绍
垂直共振腔面射型激光元件由于具有低临界电流(low threshold current)、光束成圆对称、发散角小、适合作二维数组、制作容易等优点，近年来已经成为备受瞩目的光源。在实际应用上，其可依据传输的频率区分为多模(multiple mode)与单模(single mode)两种垂直共振腔面射型激光元件，于短距离的光通讯传输应用方面，如三百至五百米距离，多应用多模垂直共振腔面射型激光元件来进行传输，此乃因其传输信号衰减所造成的损耗较大，致使其传输距离较短；而单模垂直共振腔面射型激光元件则可有较长的传输距离，目前最大可达两公里。请参阅图1，图1为现有一多模垂直共振腔面射型激光元件10的结构示意图。多模垂直共振腔面射型激光元件10包含一基座12，一N型金属14，形成于基座12的下方，一N型布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector，DBR)16，形成于基座12上方，一有源区(active region)18，形成于N型布拉格反射镜16的上方，用来产生一激光，一P型布拉格反射镜20，形成于有源区18的上方，一离子注入层22，形成于P型布拉格反射镜20中，用来限制注入多模垂直共振腔面射型激光元件10的电流的流动方向，以及一P型金属24，形成于P型布拉格反射镜20的上方并形成一顶面发光区26，以限制该激光经由顶面发光区26输出。N型布拉格反射镜16与P型布拉格反射镜20分别由数十对(pair)高低两种不同折射系数的材料所构成，可使其间激光的反射率达到99％以上，而有源区18是由量子阱与被覆层所构成，当外加注入电流通过有源区18且该注入电流大于一临界电流时，则有源区18便会发射出激光，而该激光可由顶面发光区26输出。然而，若欲制作出单模的垂直共振腔面射型激光元件便必须缩小有源层18的有效作用面积，如此一来便必须将离子注入层22间的宽度W1与顶面发光区26的宽度W2缩小，然而于工艺上宽度W1与宽度W2的缩小并不易控制，故制作成品率较低、均匀度差，再者如此一来便会造成元件产生较大的阻抗(数百欧姆)，进而使元件发热，降低元件发光功率约1mW(毫瓦)，甚至严重地影响元件的寿命。
技术实现思路
本专利技术提供一种于一多模输出的垂直共振腔面射型激光元件的顶面发光区上覆盖抗反射膜的垂直共振腔面射型激光元件，以解决上述的问题。本专利技术揭露一种可输出高功率单模激光的垂直共振腔面射型激光元件，其包括一多模输出的垂直共振腔面射型激光元件，其包含一顶面发光区；以及一抗反射膜，其完全覆盖于该多模输出的垂直共振腔面射型激光元件的顶面发光区，用以限制该多模输出的垂直共振腔面射型激光元件转而输出为一单模激光。本专利技术揭露一种形成可输出单模激光的垂直共振腔面射型激光元件的方法，其包括下列步骤(a)运用一多模输出的垂直共振腔面射型激光元件的工艺制作一多模输出的垂直共振腔面射型激光元件，以及(b)于该多模输出的垂直共振腔面射型激光元件的顶面发光区上形成完全覆盖于该顶面发光区的抗反射膜，用以限制该高阶模输出的垂直共振腔面射型激光元件转而输出为一单模稳态的激光。综上所述，本专利技术可提供一种可以操作在稳定单模激光的面射型激光。这个稳定单模激光的面射型激光是在多模面射型激光的发光窗口上覆盖一层经过厚度控制的抗反射膜，这层抗反射膜能抑制高阶模态产生工作，藉此得到稳定操作的单横模面射型激光。附图说明图1为现有多模垂直共振腔面射型激光元件的结构示图。图2为本专利技术第一实施例可输出单模激光的垂直共振腔面射型激光元件的结构示意图。图3为形成垂直共振腔面射型激光元件的流程图。图4为本专利技术第二实施例可输出单模激光的垂直共振腔面射型激光元件的结构示意图。图5为本专利技术第三实施例可输出单模激光的垂直共振腔面射型激光元件的结构示意图。图6为本专利技术抗反射膜的厚度与反射率的关系图。图7为本专利技术抗反射膜的厚度与临界增益的关系图。图8与图9为本专利技术垂直共振腔面射型激光元件的输入电流与输出功率的关系图。简单符号说明10 多模垂直共振腔面射型激光元件12 基座14 N型金属 16 N型布拉格反射镜18 有源区 20 P型布拉格反射镜22 离子注入层 24 P型金属26 顶面发光区30 垂直共振腔面射型激光元件32 基座34 N型金属36 N型布拉格反射镜 38 有源区40 P型布拉格反射镜 42 离子注入层44 P型金属 46 顶面发光区48 抗反射膜50 垂直共振腔面射型激光元件52 氧化层具体实施方式请参阅图2，图2为本专利技术第一实施例一可输出单模激光的垂直共振腔面射型激光元件30的结构示意图。于本实施例中，垂直共振腔面射型激光元件30是以离子注入(ion-implanted)技术制作，垂直共振腔面射型激光元件30包含一基座32，一N型金属34，其可包含金锗合金(AuGe)、镍(Ni)及金(Au)等材料，且形成于基座32的下方，一N型布拉格反射镜36，其可包含化合物半导体材料，且形成于基座32上方，一有源区38，形成于N型布拉格反射镜36的上方，用来产生一激光，一P型布拉格反射镜40，其可包含化合物半导体材料，且形成于有源区38的上方，一离子注入层42，形成于P型布拉格反射镜40中，其可利用能量为300KeV且密度为3×1014ions/cm2的质子(proton)掺杂注入，用来限制注入垂直共振腔面射型激光元件30的电流的流动方向，以及一P型金属44，其可包含铍(Be)、铬(Cr)、钛(Ti)、铂(Pt)及金(Au)等材料，形成于P型布拉格反射镜40的上方并形成一顶面发光区46，顶面发光区46的直径D可小于或等于5微米(μm)，用以限制该激光经由顶面发光区46输出。垂直共振腔面射型激光元件30还包括一抗反射膜48，其完全覆盖于垂直共振腔面射型激光元件30的顶面发光区46上，用以限制垂直共振腔面射型激光元件30的输出为一单模激光，而抗反射48包含高折射率的材料，其可为一单层介电层(dielectric film)或多层介电层的组合，其中该介电层的材料为SiNx或SiOx。而N型布拉格反射镜36与P型布拉格反射镜40分别由数十对(pair)高低两种不同折射系数的材料所构成，可使其间激光的反射率达到99％以上；有源区38则是由量子阱与被覆层所构成，当外加注入电流通过有源区38且该注入电流大于一临界电流时，则有源区38便会发射出激光，而该激光可由顶面发光区46输出。本专利技术的重点在于于垂直共振腔面射型激光元件30的顶面发光区46上完全覆盖抗反射膜48，而经过厚度控制的抗反射膜48可使其覆盖部分的反射率降低，故进而可使抗反射膜48下方的有源区38中的高阶模不易达到临界起始条件而发出激光，因而仅能输出单模的激光。请参阅图3，图3为形成垂直共振腔面射型激光元件30的流程图，形成垂直共振腔面射型激光元件30的方法包括下列步骤步骤100运用一般多模输出的垂直共振腔面射型激光元件的工艺制作一多模输出的垂直共振腔面射型激光元件。步骤102于该多模输出的垂直共振腔面射型激光元件的顶面发光区上形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直共振腔面射型激光元件（Ｖｅｒｔｉｃａｌ－ＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ，ＶＣＳＥＬ），其包括：一垂直共振腔面射型激光元件，其包含一顶面发光区；以及一抗反射膜，其完全覆盖于该垂直共振腔 面射型激光元件的顶面发光区。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志诚，
申请(专利权)人：和心光通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]