本发明专利技术提供一种表面发射激光器及阵列、其制造方法和光学装置。该表面发射激光器制造方法等减少表面浮雕结构所出现的处理损伤，从而使得能够稳定地提供单横模特性。提供一种包含用于控制上部镜子的发光部分中的反射率的表面浮雕结构的方法，该表面浮雕结构包含阶梯结构，该方法包括：在上部镜子上面或之上，形成包含用于形成台面结构的图案和用于形成阶梯结构的图案的抗蚀剂图案，并执行第一阶段蚀刻，用于蚀刻上部镜子的表面层以确定阶梯结构的水平位置；在执行第一阶段蚀刻之后，形成电流限制结构；以及在形成电流限制结构之后，执行第二阶段蚀刻，用于进一步蚀刻已执行第一阶段蚀刻的区域，以确定阶梯结构的深度位置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面发射激光器制造方法、表面发射激光器阵列制造方法、表面发射激光器、表面发射激光器阵列和包含表面发射激光器阵列的光学装置。
技术介绍
作为表面发射激光器之一的垂直腔表面发射激光器(以下称为“VCSEL” )使得能够沿与基板表面垂直的方向提取光，并因此可仅通过改变用于元件形成的掩模图案来容易地形成二维阵列。使用从该二维阵列发射的多个射束的并行处理使得能够增大密度和速度，因此期望在例如光通信的各种产业中应用这种二维阵列。例如，使用表面发射激光器阵列作为用于电子照相打印机的曝光光源使得能够通过多个射束增大打印密度和速度。这种电子照相打印需要在感光鼓上形成稳定和微小的激光斑点(spot)，因此，作为激光器特性，需要单横模和/或单纵模下的稳定工作。近年来，对于表面发射激光器，已开发了使用选择性氧化技术形成电流限制 (confining)结构以仅向必要的区域注入电流的方法。在该方法中，为了更高的性能，在多层反射镜中设置具有高的Al比例(例如，98% 的Al比例)的AlGaAs层，并且在高温水蒸气气氛中对其进行选择性氧化，以形成电流限制结构，使得仅向必要的区域注入电流。图2示出截面图，所述截面图示出根据相关技术例子的表面发射激光器，其中，使用上述的选择性氧化技术形成电流限制结构。在图2中的表面发射激光器200中，在基板2104上形成垂直腔结构。在垂直腔结构中，在被注入电流时发光的活性层(active layer) 2110以及被设置为调整腔长度的下部间隔件层2108和上部间隔件层2112被插入下部镜子(mirror) 2106 和上部镜子2114之间。这里，镜子中的每一个被配置为多层反射镜。在垂直腔结构中，上部镜子2114的至少一部分被蚀刻以形成台面(mesa)结构。在上部镜子2114中的高Al比例层2115中，通过从台面结构的侧壁执行的选择性氧化形成电流限制结构2116。并且，通过绝缘膜21 使台面结构的表面部分地电钝化。在与基板2104的后表面接触的下部电极2102和与台面结构的上部接触的上部电极21 之间提供预定的电势差。因此，活性层2110在被注入电流时发光，所述光通过腔经受激光振荡，然后，从上部电极21 的开口中的光出射(exit)区域2140发射激光。但是，从单横模的观点看，该选择性氧化是不希望的。换句话说，由于存在氧化层，因此出现过大的折射率差，从而导致产生高阶横模分量。因此，作为针对它的对策，采用这样的方法例如，通过借助于电流限制结构将发光区域减小到约3μπι的直径，以防止高阶横模分量被限制，从而提供单横模激光发射 (Iasing) 0但是，在这种约束发光区域的方法中，由于发光区域的尺寸减小，因此每个元件的输出被显著地降低。鉴于如上所述的这种情况，在常规上，研究了使得能够在保持具有一定的大小的发光区域的同时实现单横模激光发射的方法，而不是上述的通过使发光区域变窄的仅借助于电流限制结构提供单横模的方法。换句话说，研究了这样的方法，所述方法有意在基本横模和高阶横模之间引入损失差，以使得能够在保持具有一定的大小的发光区域的同时实现单横模激光发射。作为这种方法的一个例子，日本专利申请公开No. 200H84722、H. J.Unold等 (Electronics Letters, Vol. 35, No. 16(1999))和 J.A. Vukusic 等(IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, Vol. 37, No. 1，(2001) 108)公开了被称为“表面浮雕(relief)” 的方法。在该方法中，对表面发射激光器元件的光出射表面(图2中的光出射区域2140) 设置用于控制反射率的阶梯(stepped)结构，以相对于基本横模分量的损失增大高阶横模分量的损失。以下，在本说明书中，如上所述的设置在反射镜的光出射表面的光出射区域中用于反射率控制的阶梯结构被称为“表面浮雕结构”。下面，使用图3A 3D描述根据上述的现有技术例子的表面浮雕结构。一般地，对于VCSEL镜子，使用包含交替地层叠的多对具有不同折射率的两层的多层反射镜，每个层具有激光发射波长的四分之一(以下，除非另外指明，否则其可被简写成“1/4波长”)的光学厚度。通常，该多层反射镜被高折射率层终止，并因此也通过利用由与空气的低折射率终端界面进行的反射而具有不小于99%的高反射率。这里，首先描述图3A和图;3B所示的凸出的表面浮雕结构。Unold等也公开了这种凸出的表面浮雕结构。象图3A所示的低反射区域2204那样，当高折射率层2206的最后的层(其具有 1/4波长的光学厚度)被去除时，多层反射镜被低折射率层2208终止。因此，可以获得凸出的表面浮雕结构。利用这种凸出的表面浮雕结构，被低折射率层2208和折射率比低折射率层2208 低的空气之间的界面所反射的光的相位被从由存在于所述界面之下的多层反射镜全反射的光的相位偏移η。因此，低反射区域2204的反射率被降低到例如不大于99%，并且，反射率损失可被增大直至约五到十倍。为了利用该原理在基本横模和高阶横模之间提供损失差，如图IBB所示，仅在发光部分周围形成低反射区域2204，使得低反射区域2204和高阶横模光学分布2212彼此大大重叠。同时，高反射区域2202被留在发光部分的中心部分中，使得基本横模光学分布2210和其中高折射率层2206的最后的层被留下的高反射区域2202彼此大大重叠。因此，增大高阶横模分量的反射损失以抑制高阶横模激光发射，从而使得能够仅提供基本横模激光发射。并且，象图3C和图3D所示的低反射区域2204那样，可通过在高折射率层2206的最后的层之上进一步添加具有1/4波长的光学厚度的低折射率层(其也可以是高折射率层)(或者仅对于高反射区域2202执行蚀刻而使低反射区域2204保持原样)，提供凹陷的表面浮雕结构。在日本专利申请公开NO.200H84722中也公开了诸如上述的凹陷的表面浮雕结构。该结构也使得能够通过与凸出的表面浮雕相同的原理降低反射率，从而使得能够仅以基本横模提供单模激光发射。当通过借助于表面浮雕结构在VCSEL的光学模式之间提供损失差来执行控制时， 表面浮雕结构和电流限制结构的水平方向的对准是重要的。换句话说，当试着仅以基本横模提供激光发射时，如果电流限制开口中心和表面浮雕中心彼此不对准，那么将在想要提供的激光发射模式(例如，基本横模)的分量中导致额外的损失。作为用于制造表面浮雕结构的方法，例如，在L. M. A Plouzennec等(Proceedings of SPIE Vol. 3946(2000)219)中公开了在完成元件之后通过例如FIB(聚焦离子束)处理表面的方法。但是，难以在该阶段中使浮雕位置与发光区域(电流注入区域)对准。特别是，在制造VCSEL阵列器件的情况下，上述处理(其中上述未对准的量会根据元件而改变)导致阵列器件产出率的下降。作为解决该问题的浮雕对准技术，Unold等公开了被称作自对准处理的方法。以下，将使用图4A 4E进一步描述Unold等中的上述自对准处理。如图4A所示，第一抗蚀剂MlO被涂覆到VCSEL晶片的上部镜子2114上，并且，同时在抗蚀剂上执行对表面浮雕结构的构图本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种表面发射激光器，包括：层叠在基板上的下部镜子、活性层和上部镜子；和包含设置在所述上部镜子的发光部分处以控制反射率的阶梯结构的表面浮雕结构，其中，所述表面浮雕结构包含依次层叠的第三浮雕层、第二浮雕层和第一浮雕层；其中，所述阶梯结构包含已通过层叠在所述第三浮雕层上的所述第一浮雕层和所述第二浮雕层执行蚀刻的蚀刻区域；其中，所述第一浮雕层包含ＧａＡｓ，并且所述第二浮雕层包含ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ，ｘ＞０；以及其中，所述第三浮雕层包含ＡｌｙＧａ１－ｙＡｓ或ＡｌＧａＩｎＰ，ｙ＜ｘ。
【技术特征摘要】
2008.07.31 JP 2008-1989511.一种表面发射激光器，包括层叠在基板上的下部镜子、活性层和上部镜子；和包含设置在所述上部镜子的发光部分处以控制反射率的阶梯结构的表面浮雕结构， 其中，所述表面浮雕结构包含依次层叠的第三浮雕层、第二浮雕层和第一浮雕层； 其中，所述阶梯结构包含已通过层叠在所述第三浮雕层上的所述第一浮雕层和所述第二浮雕层执行蚀刻的蚀刻区域；其中，所述第一浮雕层包含GaAs，并且所述第二浮雕层包含AlxGai_xAS，χ > 0 ；以及其中，所述第三浮雕层包含AlyGai_yAs或Alfe^nP，y < χ。2.根据权利要求1的表面发...
【专利技术属性】
技术研发人员：井久田光弘，稻生耕久，山口贵子，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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