公开一种表面发射激光器，其能够容易地制造，具有更高的产率和更长的使用寿命。在表面发射激光器中，选择性氧化层被包括作为上半导体分布式布拉格反射器的低折射率层的一部分；包括选择性氧化层的低折射率层包括邻接选择性氧化层的两个中间层和邻接中间层的两个低折射率层。中间层中的铝含量比率低于选择性氧化层中的，低折射率层中的铝含量比率低于选择性氧化层中的。该构型使得能够提供对氧化层的厚度和氧化速率更多的控制，从而使得能够降低氧化层的厚度的变化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面发射激光器、表面发射激光器阵列、光学扫描装置、成像设备、光学传输模块和光学传输系统。更准确地说，本专利技术涉及在垂直于其衬底方向发光的表面发射激光器、具有多个表面发射激光器的表面发射激光器阵列以及每个都具有表面发射激光器阵列的光学扫描装置、成像设备、光学传输模块和光学传输系统。
技术介绍
垂直腔表面发射激光器(在此及后可称为“VCSEL” )是在垂直于其衬底的方向发光的半导体激光器。当与边缘发射半导体激光器相比吋，VCSEL具有ー些优点，包括(I)较低的成本、(2)较低的能耗、(3)较小的尺寸和(4)更易于进行ニ维集成。近来，由于上述优点，VCSEL引起越来越多的关注。表面发射激光器具有电流限制结构以提高电流流入效率。为了形成电流限制结构，选择性的氧化工艺通常关于AlAs (Al :招，As :神)层执行。在下面，为了方便起见，电流 限制结构可称为“氧化物限制结构”(例如，參见专利文献I)。氧化物限制结构可通过形成具有规定尺寸和具有选择性氧化层暴露在其上的侧表面的台面结构而形成。然后，形成的台面结构在水-水蒸气气氛下进行处理以使得选择性氧化层中的铝(Al)从台面结构的表面侧被选择性地氧化。通过这样做，未氧化的区域保持在台面结构处且在台面结构的中心附近。未氧化的区域(为了解释的目的，在此及后称作“限制区域”)成为通过区域(或者“电流注入区域”)，用于表面发射激光器的驱动电流通过该区域。氧化物限制结构中的铝氧化层(AlxOy)(在此及后称为“氧化层”)的折射率为大约I.6，这比半导体层的低。由于该特征，折射率差异在表面发射激光器的共振器结构的横向方向产生，光线被限制在台面结构的中心，从而提高表面发射激光器的发射效率。结果，可以获得优良的特征，例如较低的阈电流和更高的效率。为了进一步提高表面发射激光器的发射效率，通过氧化层，有效地減少氧化层的光散射损耗。为此，氧化层可以定位在光的电场的驻波分布的节点(例如，如在非专利文献I中所述的)。再者，在表面发射激光器的许多应用中，对具有更高功率和单峰形状的光束具有強烈的需求。但是，不幸地，在具有氧化物限制结构的表面发射激光器中，由于氧化层引起的横向方向的大的折射率差异，甚至更高阶的横向模(lateral mode)也会被限制和振荡。为了降低更高阶的横向模的光限制，减小横向方向的折射率差异和减小限制区域的面积(尺寸)是有效的。通过定位氧化层在光的电场的驻波分布的节点位置上，可以减小氧化层对电性分布的影响以及減少折射率差异。再者，通过减小限制区域的面积(尺寸)，具有更宽模分布的更高阶的横向模可以从限制区域漏出；因此，对于更高阶的横向模会降低限制效果。尽管取决于波长范围，为了实现单基谐模(fundamental mode)振荡，可以考虑使得限制区域的一边或者直径降低到振荡波长的三倍或者四倍。例如，当振荡波长为O. 85 μ m吋，限制区域的一边或者直径为3. 5 μ m或者更小，并且当振荡波长为I. 3 μ m吋，限制区域的一边或者直径为5 μ m或者更小。借助于此，阈电流值同时变得更小。但是，当限制区域的尺寸如上所述地减小时，只有当载体的注入水平相对低时，单基谐模才可以受控。再者，当载体的注入水平相对高时，更高阶的横向模可以通过产生的热引起的热透效应或者通过空间孔燃烧而振荡。尤其是，如上所述，当限制区域的尺寸减小时，振荡区域的尺寸相应地变得更小，其使得难以获得高的功率并使得表面发射激光器的 电阻更大。为了克服这些问题并满足增大输出功率的要求，已经提出数种可以用于表面发射激光器并且不依赖于氧化层的模控制机制。例如，专利文献2公开了ー种表面发射半导体激光器，其中开ロ的直径以及电流限制部分的直径被确定为以使得振荡器在激光的高阶横向模中的光学损耗与振荡器在激光的基谐横向模中的光学损耗之间的差异关于P侧电极基于所述区域的振荡器的折射率而变得更大。再者，专利文献3公开了ー种表面发射半导体激光器，其中具有表明关于振荡波长的高折射率的厚度的GaAs层形成在上DBR镜上，凹槽形成在GaAs层上以使得凹槽定位在铝氧化层和AlAs层之间的分界线之上，该凹槽具有这样的深度，该深度使得在凹槽下面的GaAs层具有表明关于振荡波长的更低折射率的深度。但是,不幸地,在专利文献2中公开的表面发射激光器中，横向模特征、输出等对电极开ロ的尺寸、电极孔和选取的氧化结构之间的距离等非常敏感。由于该缺点，为了制造，高对齐精度和高形状可控性成为必要的，这使得难以均一地制造表面发射激光器。此夕卜，需要执行严格的エ艺控制，这导致制造成本的升高。再者，在专利文献3中公开的表面发射激光器要求形成绝缘膜和部分去除绝缘膜的エ艺，这不利地増大了制造成本。此外，装置特性对绝缘膜和电流注入区域之间的距离的精度敏感，这使得难以均一地制造表面发射激光器。另ー方面，当半导体多层膜反射镜中的多个低折射率层之ー完全是选择性氧化层时(例如，如在专利文献I和专利文献4中所述的)，氧化层的厚度变为在50nm至80nm范围内，这由于氧化引起的体积收缩而会导致大的变形。由于氧化层的原因，氧化层布置在有源层附近。但是，氧化层会是由于变形而使得降级加速的主要原因，因而有氧化层越厚降级进行得越快的趋势。专利文献4公开ー种表面发射激光器，其中中间薄膜形成在电流限制层的两侧上。中间薄膜是铝的组分比为O. 38且厚度在20nm和30nm之间的范围内的AlGaAs薄膜。但是，在专利文献4公开的表面发射激光器中，所有的低折射率层都被氧化。因此，氧化层变得更厚，并且由于氧化引起的体积收缩所致的变形会负面地影响有源层并加速性能降级。再者，在专利文献I和专利文献4中公开的表面发射激光器，当从有源层观看时，电流限制层位于电场强度分布的节点和反节点位置之间，这不利地増大了衍射损耗并降低单模输出。专利文献5公开ー种氧化物限制VCSEL，包括分布式布拉格(Bragg)反射器，其具有设置在低铝含量(例如，在0%和35%之间，有益地为大约15%)的第一层和中等铝含量(例如，大约65%，优选小于85%)的第二层之间的高度掺杂的高铝含量(例如，95%或更高，优选大约98%)的氧化物开ロ形成层。再者，在第一层和氧化物开ロ形成层之间，设置过渡层，其是具有大约20nm厚度的相对薄的层。在过渡层中，铝浓度在厚度方向上线性变化。另ー方面，在用于降低半导体分布式布拉格反射器中的电阻的所谓的组分梯度层中，优选地，选择性地増大掺杂(例如，參见专利文献6)。再者，优选地，组分梯度层位于电场强度分布的节点位置以避免増大吸收损耗。再者，优选地，氧化物限制结构位于电场強度分布节点位置上以减少衍射损耗。但是，不幸地，在专利文献5中公开的氧化物限制VCSEL中，氧化物开ロ形成层(对应于电流限制结构)和过渡层(对应于组分梯度层)彼此邻接。因此，难以将两层都同时定位在电场强度分布的节点位置。包括Al和As的选择性氧化层的氧化速率对膜厚度、Al和As的组分比、氧化温度等敏感(例如，參见非专利文献2)。再者，选择性氧化层的氧化速率受到在氧化处理开始之前就已经形成在选择性氧化层的侧表面上的自然氧化膜的厚度的影响。当氧化量不同于期望的氧化量并且相应地电流注入区域的尺寸变化时，对有源层中的振荡有贡献的区本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤俊一，伊藤彰浩，日野威，轴谷直人，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：
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