本发明专利技术提供一种具有改善的高频特性的垂直腔面发射激光器、半导体激光器件及光发送装置。该垂直腔面发射激光器包括：基板；形成在所述基板上的第一导电类型的第一半导体层；形成在所述第一半导体层上的有源层；形成在所述有源层上的第二导电类型的第二半导体层；形成在所述基板的主表面上的第一电极配线，所述第一电极配线与所述第一半导体层电连接；形成在所述基板的所述主表面上的第二电极配线，所述第二电极配线与所述第二半导体层电连接；以及形成在所述基板上的发光部，该发光部用于发射激光。所述第一电极配线与所述第一半导体层电连接的接触部以所述发光部为中心形成在等于或大于π／２弧度并且在π弧度之内的范围中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及一种用于光学数据处理或高速光通信的光源所使 用的表面发射型半导体激光元件及其制造方法。
技术介绍
近来，在诸如光通信或光存储的
，垂直腔面发射激光二极管 (下文中称为VCSEL)已越来越受到关注。与激光源所使用的边缘发射型半导体激光器相比，VCSEL的优势在于， 它们需要较低的阈值电流并具有较小的功耗。边缘发射型半导体激光器所 不具有的其他优异特性有可容易地获得圆的光斑；当VCSEL在晶片上时 也可以进行评价；以及可以按照二维阵列来排列光源。另一方面，因为 VCSEL的有源区的体积小(这导致低的阈值电流)，所以利用VCSEL难以获 得超过10 mW的高光输出。另一个缺点在于VCSEL的电阻通常为几十到几 百欧姆，这显著地高于边缘发射型半导体激光器的电阻(其为几个欧姆)。迄今已经采用了利用光纤的光通信用于数据传输，主要用于中到长距 离(几公里到几十公里)的数据传输。这样的传输使用了由石英制成的单 模光纤和激光发射峰值在1.31微米或1.55微米的长波长区域中的激光 器。这些是具有光纤中色散小或传输损耗极小的优点的光源。然而，它们 也具有如下许多缺点例如，可能需要对器件进行热控制，或者可能需要 进行光纤与激光器之间的光轴对准。另外，主要的用户是通信运营商，因 而这些光源针对普通消费者制造的产品的数量较少，这使得使用这些光源 的系统本身很昂贵。现在，由于非对称数字用户线(ADSL)和有线电视(CATV)的普及， 已实现了比以往高十倍至百倍的高速与高容量数据传输，互连网用户日益 增加。随着这种增加，即使在普通家庭中也开始需要更高速和更高容量的 数据传输，为许多家庭引入了光纤。然而，使用单模光纤(其主要用于中到长距离的传输)与分布反馈(DFB)激光器(其在诸如家庭与电线杆之间的通常为几米至最长几十米 的短距离中传输数据)的组合是不经济的。对于这样短距离(几百米以下) 的传输来说，使用诸如多模硅石光纤或塑料光纤(P0F)的更廉价光纤更 为经济。因此，用于这些多模光纤的光源本身应该是低廉的。另外，希望 不需要特别的光学系统或驱动系统。因而，满足这些要求的VCSEL是有希 望的候选之一。在诸如室内网络(indoor network)的局域网(LAN)的技术中，数 据传输速率已从每秒十兆比特增加到了每秒百兆比特。近来一些局域网提 供每秒一千兆比特的速率，希望在不远的将来将其增加到每秒十千兆比 特。使用由铜制成的双绞线的电配线每秒可以提供至多一千兆比特。然而， 预计对于超过每秒一千兆比特的区域，电配线将面临噪声电阻方面的限制 并被光配线所取代。采用VCSEL作为每秒传送十千兆比特的以太网(注册商标)所使用的 光配线的光源的情况越来越多，并且幵发了这种VCSEL。对于高至数千兆 赫兹的调制带宽来说，目前是没有问题的。然而，为了进一步增加调制带 宽，应采取一些措施。当感抗小得可以忽略不计时，可以通过下面的公式(1)来表示3dB 下截止频率(f，)(表示半导体激光元件的调制带宽的指标)；3dB 2ttCR其中C是元件的电容，R是元件的电阻。如根据公式中所见，调制带宽取 决于元件的CR时间常数，CR时间常数的减小可使得带宽扩大。如果发光区域的直径增加，则可以降低元件的电阻。然而，发光区域 直径增加不可避免地增大有源区的体积，这削弱了响应性。因此，发现提 高响应性的最容易的方式是减小元件的电容。为了减小VCSEL的元件的电容，提出了各种结构。典型的示例包括聚酰亚胺埋入型结构或共面电极结构。在平行平板导体之间产生的电容C可以通过下面的公式(2)获得 <formula>formula see original document page 10</formula>(2)其中e。是真空介电常数(8.854X10—12F/m)， e s是材料固有的相对介电常 数，S是导体的面积，而d是导体之间的距离。在日本特开2002-368334号公报中公开的聚酰亚胺埋入型结构的情 况中，位于发光区域附近的台底部被厚的聚酰亚胺所掩埋，厚的聚酰亚胺 夹在形成于其上面和下面的电极之间，来降低电极之间的电阻。 一般来说， 难以形成厚的硅系绝缘膜。因此，该方法似乎是通过使用可以容易形成为 厚膜的绝缘聚酰亚胺来扩大公式(2)中的导体之间的距离d。然而，聚酰亚胺材料固有的相对介电常数es —般大于硅系绝缘膜的 相对介电常数。聚酰亚胺的相对介电常数es通常是硅系绝缘膜的相对介 电常数的两倍，因而应说明的是，聚酰亚胺膜应比硅系绝缘膜的情况厚数 倍来减小电容。日本特开2004-47532号公报公开了共面电极结构的激光器件。对于 通常的VCSEL， p侧或n侧中任一个上的两表面的电极形成在基板的后表 面上。然而，在共面电极结构中，p侧和n侧上的电极都形成在基板的主 表面，共面电极结构具有三端子结构，其中布置有夹着信号源端子的接地端子c该结构被设计为用来降低高频处的传输损耗，并确保与器件的阻抗匹 配。在该结构中，不容易形成平行平板电容器，这导致电容减小相当多。
技术实现思路
专利技术要解决的问题通过日本特开2002-368334号公报或日本特开2004-47532号公报中 示出的方法确实可以减小电容，并可以期望在响应性方面有所改善。然而， 只减小电容改善响应性的程度有限。作为深入研究的结果，发现尤其是对 于曰本特开2004-47532号公报中示出的共面电极结构仍存在改善的余地。图16是例示具有共面电极结构的现有技术VCSEL的结构的平面图。 该VCSEL包括基板上的用来发射激光的具有柱形台(mesa)(或柱)结构 的发光部l、以及布置在该台的顶部的环形P侧电极2。 P侧电极2通过环 形接触区3 (由阴影图案示出)连接到台的顶部上的P侧接触层。为了形成共面电极结构，接地侧上的n侧电极4a和4b通过接触孔电连接到有源 层下面的n型半导体层5 (由阴影图案示出)，接触孔延伸为围绕发光部l 的大部分。为了增加n侧电极4a和4b与n型半导体层5的接触面积，特 别是在图16中，ri侧电极4a和4b与n型半导体层5的接触部或接触孔延 伸超过穿过发光部1中心的6 二 ^ (弧度)的线L，并具有比线L大的角度。 然而已经发现，对于这种接触部结构，从P侧电极2扩散的载流子(箭头 表示电流流动的方向)误入线L下面的区域6，这造成了所谓的电流拥挤 (current crowding)。这增加了无助于发光的再结合，并使得阈值电流 高于期望值。另外，尽管形成接地侧上的两个电极4a和4b来形成共面电极结构， 但可以预计，这些电极的不适当布置可能会导致磁力线之间的干扰，导致 传输损耗。同样，对于致力于改善高频特性的现有技术VCSEL的电极结构，仍存 在改善的余地。本专利技术的一个目的是解决上述现有技术的问题，并提供一种具有优异 高频特性的VCSEL的共面电极结构。本专利技术的另一目的是在不使用复杂的 晶体生成或处理工艺的情况下以简单的结构来改善VCSEL的高频特性和传 输损耗。 '技术方案本专利技术的一个方面是提供一种VCSEL，该VCSEL包括基板；形成在 所述基板上的第一导电型的第一半导体层；形成在所述第一半导体层上的 有源层；形成在所述有源层上的第二导电型的第本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种垂直腔面发射激光器，该垂直腔面发射激光器包括：基板；形成在所述基板上的第一导电类型的第一半导体层；形成在所述第一半导体层上的有源层；形成在所述有源层上的第二导电类型的第二半导体层；形成在所述基板的主表面上的第一电极配线，所述第一电极配线与所述第一半导体层电连接；形成在所述基板的所述主表面上的第二电极配线，所述第二电极配线与所述第二半导体层电连接；以及形成在所述基板上的发光部，该发光部用于发射激光，所述第一电极配线与所述第一半导体层电连接的接触部以所述发光部为中心形成在等于或大于约π／２弧度且在约π弧度内的范围中。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：植木伸明，向山尚孝，石井亮次，中村毅，
申请(专利权)人：富士施乐株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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