具有改善的模式选择性的垂直腔表面发射激光器制造技术

本发明专利技术的一个目的是提供一种既具有高的束质量或相应的低Ｍ２因子又具有降低的镜厚度的ＶＣＳＥＬ，其改善了由于降低的厚度所致的散热以及制造成本。所建议的是使用布拉格反射器结合金属反射器，所述金属反射器使从激光腔观看的布拉格反射器的远侧终止，其中金属反射器层定位在围绕光轴的中心处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及半导体激光二极管，更具体而言，涉及垂直腔表面发射激光器 (VCSEL)的改进。
技术介绍
对于高功率应用而言，垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是有吸引力的器件。因为在 CW操作中VCSEL的输出功率和效率通常受到热效应的限制，所以对于高功率应用而言，优选的是发射波长在大约980nm左右的底部发射VCSEL。它们ρ侧向下安装以便使有源区靠近散热器并避免高的热阻。然而，底部发射VCSEL在VCSEL的ρ侧上需要相当数量的分布式布拉格反射器(DBR)以便实现适度的阈值电流并避免在不适当的面上的输出耦合损耗。 由于P-DBR的数量决定了热性能，所以用于高功率应用的底部发射VCSEL的设计通常需要在光学性能与热管理之间进行困难的折衷。当前工艺水平的向底部(衬底)侧发射的垂直腔表面发射激光器大约需要在激光二极管P侧上的30对分布式布拉格反射器(DBR)。如果想要将这些器件用在高功率应用中，则它们典型地P侧向下安装并且P-DBR的数量限定了热阻。在 M.R. Daniel 等人的出版物 “Hybrid dielectric/metal reflector for low threshold vertical-cavity surface emitting lasers，， (Electron. Lett. 1997 Vol. 33 No. 20，pp 1704 ff)中，公开了一种底部发射VCSEL，其包括具有金属性外涂层的电介质顶部镜以便降低镜厚度。然而，伴随着镜厚度降低而来的是，不仅带宽增大，如在以上提到的出版物中所公开的那样，而且放大了各种模式。对于束质量而言，这从另一方面来说也是有害的。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种既具有高的束质量或相应的低M2因子又具有降低的镜厚度的VCSEL，其改善了由于降低的厚度所致的散热以及制造成本。这一目的通过权利要求1的主题得以实现。在从属权利要求中限定了有利的实施例和改进。所建议的是使用布拉格反射器结合金属反射器，所述金属反射器使从激光腔观看的布拉格反射器的远侧终止，其中金属反射器层定位在围绕光轴的中心处。这样，最低的光学模式、即TEMtltl模式的反射率非常高，因为这一模式的强度具有高斯分布，而更高的模式具有相对于腔的中心轴径向偏移的强度最大值。由此，对于更高的光学模式而言，反射率降低。因此，提供了一种垂直腔表面发射激光二极管，包括衬底，以及设置在该衬底上的第一布拉格反射器叠层和第二布拉格反射器叠层， 所述第一和第二布拉格反射器叠层形成具有光轴的激光腔，在操作中激光束沿着该光轴发出。典型地，p-n转变或者一个或多个量子阱嵌入在两个布拉格反射器叠层之间以作为发光元件。金属性反射器层在光学上终止布拉格反射器叠层之一。所述金属性反射器层环绕光轴定位并且覆盖一定区域，该区域不大于在其中TEMcitl激光模式的强度超过该TEMcitl 激光模式的最大强度的三分之一、优选的超过该TEMtltl激光模式的最大强度的一半的区域。用于高质量束的VCSEL常常包括限制层，该限制层限制了电流的流动并因而限制了横向方向上的产生激光的区域。这里，如果被金属性反射器层覆盖的区域不超过限制层的电流孔的区域，则与TEMotl模式的横向强度分布无关，能够实现更高光学模式的反射率的降低。因此，根据本专利技术的另一、替换性的或附加性的实施例，提供了一种垂直腔表面发射激光二极管，包括衬底以及设置在该衬底上的第一布拉格反射器叠层和第二布拉格反射器叠层，其共同形成了具有光轴的激光腔，在操作中激光束沿着该光轴发出。根据本专利技术这一实施例的金属性反射器层使布拉格反射器叠层之一终止并且环绕光轴定位。另外，提供具有电流孔的电流限制层，该电流限制层横向地限制流过激光腔的电流，其中金属性反射器层覆盖其大小不超过被所述孔覆盖的区域的大小的区域。为了提供用于TEMcitl模式的足够的反射率，进一步有利的是如果被金属性反射器层覆盖的区域至少是被孔覆盖的区域的1/10。根据TEMcitl模式的横向强度分布，优选的是金属性反射器层覆盖至少这样的区域，沿着该区域TEMtltl模式为其最大强度的至少3/4。进一步优选的是如果布拉格反射器被金属反射器终止的话，将金属性反射器层沉积到绝缘层上。绝缘材料的目的在于阻碍反射器层的金属、比如特别是金扩散到半导体中并将绝缘体-金属界面的光学反射的相位调节到谐振器的驻波模式。在这方面，一种特别适合的绝缘体是氧化硅。可替换地，可以使用其他氧化物，比如，例如氧化铝。为了增强模式选择性的效果，可以适当地构造金属性反射层和/或可选的绝缘层，使得反射率从光轴朝向金属性反射层的边缘降低。一种适合的构造尤其可以是覆盖度的变化，即，被层覆盖的表面区域与未被覆盖的区域的比率。因此，根据本专利技术的此改进，金属性反射层的覆盖度从光轴处的覆盖度沿着径向地向外的方向逐渐降低。尤其适合用于金属性反射层的材料是金、银、铜及其合金。上述所列的金属具有在 500nm与IOOOnm之间的典型VCSEL激光波长处小于0. 5的折射率实部。在激光波长处的金属的低折射率实部一般是优选的，从而提供高的折射率差异以及由此提供在与相邻层的界面处的高反射率。根据本专利技术的优选实施例，VCSEL是底部发射VCSEL，并且金属性反射器层设置在沉积于衬底上的最顶部布拉格反射器叠层(即从衬底观看在有源层相对侧上的布拉格反射器叠层)上。特别是，如果金属性反射器层沉积到绝缘层上，则通过单独的金属层来实现 VCSEL顶部上的电接触。尤其是，在激光二极管顶部上的电接触层可以围绕在金属性反射器层周边。由此，所述电接触形成了围绕金属性反射器层的环接触。有利的是，环接触和金属性反射器层可以通过间隙被至少部分地分开。这样，最主要来自更高光学模式的来自腔内的光可以穿过该间隙。然而，还可能的是使用金属性反射器层作为电接触之一的至少一部分。例如，如果省略布拉格反射器与金属性反射器层之间的绝缘层，则这是有可能的。然而，如果使用围绕金属性反射器层的环接触，则载流子不再注入台面的中心而是轻微地偏离。这有可能是有害的，特别是对于具有大有源区的VCSEL而言，其中横向电导率成为一个问题。因此，根据本专利技术的改进，建议制造电接触层，该电接触层接触被金属性反射器层终止的布拉格反射器叠层，其中该电接触层包括与金属性反射器层相交的部分。特别是，相交部分可以位于光轴处或者在光轴附近。例如，P接触不仅可以包括环而且可以具有某些薄的金属条带，所述金属条带通过台面的内部部分以改善载流子注入。根据另一实施例，VCSEL是顶部发射激光二极管。在这种情况下，金属性反射器层可以埋置在或嵌入在第一和第二布拉格反射器叠层之下。所定位的金属性反射器层既提供了光学模式选择性又提供了增强的反射率。由于后一效应，被金属性反射器层终止的相应的布拉格反射器可以显著更薄，由此降低了制造成本。特别是，被金属性反射器层终止的布拉格反射器叠层可以包括15对或者甚至少于15 对的具有交替的较高和较低折射率的层。附图说明 图1示出了本专利技术的第一实施例的截面图。图2示出了在径向方向上TEMcitl和TEMltl模式的强度分布。图3示出了图1的实施例的变型，其具有电流限制层。图4绘制了具有横向受限的金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种垂直腔表面发射激光二极管（１），包括：衬底（２），以及设置在该衬底上的第一布拉格反射器叠层（５），第二布拉格反射器叠层（９），所述第一和第二布拉格反射器叠层（５，９）形成具有光轴（３）的激光腔，在操作中激光束沿着该光轴发出；使布拉格反射器叠层（５，９）之一终止的金属性反射器层（１５），所述金属性反射器层（１５）环绕所述光轴（１５）定位并且覆盖一定区域，该区域不大于在其中ＴＥＭ００激光模式的强度超过该ＴＥＭ００激光模式的最大强度的三分之一的区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP08166564.82008年10月14日1.一种垂直腔表面发射激光二极管(1)，包括衬底(2)，以及设置在该衬底上的第一布拉格反射器叠层(5)，第二布拉格反射器叠层(9)，所述第一和第二布拉格反射器叠层(5，9)形成具有光轴(3)的激光腔，在操作中激光束沿着该光轴发出；使布拉格反射器叠层(5，9)之一终止的金属性反射器层(15)，所述金属性反射器层 (15)环绕所述光轴(15)定位并且覆盖一定区域，该区域不大于在其中TEMcitl激光模式的强度超过该TEMcitl激光模式的最大强度的三分之一的区域。2.根据权利要求1所述的垂直腔表面发射激光二极管，包括电流限制层(8)，该电流限制层(8)具有横向地限制流过激光腔的电流的电流孔(81)，其中所述金属性反射器层 (15)覆盖其大小不超过被所述孔(81)覆盖的区域的大小的区域。3.根据权利要求2所述的垂直腔表面发射激光二极管，其特征在于，被所述金属性反射器层(15)覆盖的所述区域至少是被所述孔(81)覆盖的区域的1/10。4.根据权利要求1所述的垂直腔表面发射激光二极管，其特征在于，所述金属性反射器层(15 )被沉积到绝缘层(13 )上。5.根据之前的权利要求所述的垂直腔表面发射激光器，其中所述绝缘层(13)是氧化硅层。6.根据权利要求1所述的垂直腔表面发射激光二极管，其特征在于，所述垂直腔表面发射激光二极管(...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·H·格莱克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL