面发射激光器元件和原子振荡器制造技术

面发射激光器元件包括：下DBR，形成在基板上；有源层，形成在下DBR之上；上DBR，形成在有源层上。上DBR包括电介质多层，该电介质多层通过交替层叠形成具有不同折射率的电介质而形成，遮光部形成在上DBR之上，并且遮光部在中心区域具有用于发射光的开口部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】面发射激光器元件和原子振荡器
本专利技术涉及面发射激光器元件和原子振荡器。
技术介绍
垂直腔面发射激光器(VCSEL)是在垂直于基板表面的方向上发光的半导体激光器，并且与边缘发射式半导体激光器相比，具有低成本、低功耗、小尺寸、高性能和易于二维集成的特点。垂直腔面发射激光器具有包括共振器区域的共振器结构，该共振器区域包括有源层以及分别提供在共振器区域之上和之下的上反射镜和下反射镜(见专利文件N0.1，稍后描述)。从而，共振器区域形成为具有预定的光学厚度，使波长λ的光共振发生在共振器区域中，以便获得振荡波长λ的光。上反射镜和下反射镜通过交替层叠且形成具有不同折射率的材料而形成，不同折射率的材料即低折射率材料(s)和高折射率材料(S)。为了在波长λ获得高反射率,上反射镜和下反射镜以这样的方式形成,低折射率材料(s)和高折射率材料(S)的光学厚度为λ/4。也已经提出了在芯片中形成具有不同波长的元件(见专利文件 N0.2、N0.3、N0.4 和 N0.7，稍后描述)。原子钟(原子振荡器)是可非常精确测量时间的时钟。已经研究了原子钟的小型化等的技术。原子钟是振荡器，其基于诸如碱金属的原子中包括的电子的跃迁能量。特别是，在没有干扰的状态下，能获得碱金属的原子的电子中非常精确的跃迁能量值。结果，能获得比晶体振荡器高几个数量级的频率稳定性。在几种类型的原子钟中，与现有技术的晶体振荡器相比，相干布居俘获(CPT)系统的原子钟的频率稳定性比晶体振荡器高约三个数量级，并且能期待极其紧凑的尺寸和极低的功耗(见非专利文件N0.1和N0.2以及专利文件N0.5，稍后描述)。CPT系统的原子钟如图1所示具有激光器元件或类似物的光源910、其中密封碱金属的碱金属单元940以及接收由碱金属单元940透射的激光的光检测器950。激光被调制，并且碱金属原子中的两种电子跃迁在出现于具体波长的载波两侧的边带波长处同时进行，因此激发激光。跃迁中的跃迁能量没有变化，并且当边带波长与对应于跃迁的波长一致时，发生碱金属中降低光吸收率的透明化现象。在该原子钟中，载波的波长调整为使碱金属的光吸收率因此减小，并且光检测器950中检测到的信号反馈回到调制器960。从诸如激光器元件的光源910发射激光的调制频率因此被调制器960调整。应注意，激光从光源910发射，并且通过准直透镜920和λ /4板930入射在碱金属单元940上。在图1中,MF表不磁场；L表不通过碱金属的激光的光程长度山表不激光的直径；并且X表示距离。作为这样极小尺寸原子钟的光源，小尺寸、极低功耗和高波长质量的垂直腔面发射激光器是适当的。作为载波的波长精度，需要相对于指定波长的±lnm (见专利文件N0.3)。原子钟的频率稳定性受到通过碱金属单元940的激光的直径D和光程长度L中较短者的限制。直径D或光程长度L越短，稳定性越差。从而，优选激光的直径D尽可能大。然而，垂直腔面发射激光器的激光发散角窄于边缘发射类型的激光器。从而，在要增加频率稳定性的情况下，必须加长光源910和准直透镜920之间的距离X，以便增加通过碱金属单元940的激光直径D。因此，在垂直腔面发射激光器用作光源910的情况下，可能难以同时满足原子钟小型化和高频率稳定性。此外，制造大量在相同的波长振荡的垂直腔面发射激光器因制造期间半导体层的生长速率变化和膜厚度分布变化等的影响可能很困难。因此，垂直腔面发射激光器可能具有有关如此制造的垂直腔面发射激光器中再现性和均匀性的问题。具体而言，由通常金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备或分子束外延(MBE)设备形成的膜具有1%至2%程度上的膜厚度均勻性。结果，在形成厚度与波长850nm相同的膜的情况下,可能发生8.5nm至17nm的面内分布。因此，为了要求相对于波长± Inm的程度的用途，可能降低产率，并且可能增加成本。
技术实现思路
根据一个方面，面发射激光器兀件具有形成在基板上的上分布布拉格反射器(DBR)、形成在下DBR之上的有源层以及形成在有源层之上的上DBR。上DBR包括电介质多层，其由交替层叠形成的不同折射率的电介质制成。遮光部形成在上DBR之上，并且发射光的开口部形成在遮光部的中心。根据另一个方面，面发射激光器元件具有形成在基板上的下DBR、形成在下DBR之上的有源层以及形成在有源层之上的上DBR。上DBR包括电介质多层，其由交替层叠形成的不同折射率的电介质制成。遮光部形成在有源层之上并且在电介质多层之下，并且发射光的开口部形成在遮光部的中心。本专利技术的其它目的、特征和优点在结合附图阅读时从下面的详细描述将变得更加明显易懂。【附图说明】图1不出了原子振荡器；图2是根据第一实施例的面发射激光器元件的构造图；图3是开口部的面积和FFP之间的关系图(I)；图4是开口部的面积和FFP之间的关系图(2)；图5是开口部的直径和FFP之间的关系图；图6是根据第二实施例的面发射激光器元件的平面图；图7示出了根据第二实施例的面发射激光器元件；图8A、8B和SC示出了用于根据第二实施例(I)的面发射激光器元件的制造方法；图9A、9B和9C示出了用于根据第二实施例(2)的面发射激光器元件的制造方法；图1OA和IOB示出了用于根据第二实施例(3)的面发射激光器元件的制造方法；图11示出了根据第二实施例的面发射激光器元件的结构；图12示出了根据第三实施例的面发射激光器元件的结构；图13是根据第三实施例的面发射激光器元件的上电极开口部的面积和FFP之间的关系图；图14是根据第四实施例的面发射激光器元件的平面图；图15是根据第五实施例的面发射激光器元件的平面图；图16示出了根据第六实施例的原子振荡器；图17示出了根据第六实施例的原子振荡器的结构；图18示出了用于示例CPT系统的原子能级；图19示出了在调制垂直腔面发射激光器时的输出波长；以及图20是调制频率和透射光量之间的关系图。【具体实施方式】将描述本专利技术的实施例。应注意相同的附图标记用于表示相同的构件等，并且省略重复的描述。[第一实施例]根据图2，将描述根据第一实施例的面发射激光器元件。通过在由半导体等制成的基板101上层叠下DBR102、有源层103、接触层105和上DBR106，形成根据第一实施例的面发射激光器元件。在上DBR106上，形成遮光部107。通过交替层叠具有不同折射率的半导体层而形成下DBR102。有源层103在下DBR102上形成为具有预定的厚度，并且内部形成电流限制层。电流限制层具有在其周围从外侧选择性氧化的选择性氧化区域123a和没有选择性氧化的电流限制区域123b，并且电流以集中的方式流过电流限制区域123b。接触层105形成在有源层103上，并且由半导体材料形成。应注意，下DBR102、有源层103和接触层105通过外延生长形成，并且共振器区域RA由有源层103和接触层105形成。上DBR106形成在接触层105上。上DBR106由氧化物、氮化物、氟化物和/或类似物的电介质膜制成，并且通过交替层叠高折射率膜和低折射率膜而形成。应注意，根据第一实施例，下DBR102和上DBR106具有反射镜的功能，因此，下DBR102可称为“下反射镜”且上DBR106可称为“上反射镜”。在根据第一实施例的面发射激光器元件中，要发射激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面发射激光器元件，包括：下DBR，形成在基板上；有源层，形成在该下DBR之上；上DBR，形成在该有源层之上，其中该上DBR包括电介质多层，该电介质多层由交替层叠形成的具有不同折射率的电介质制成，遮光部形成在该上DBR之上，并且该遮光部具有在中心区域的用于发射光的开口部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.07 JP 2011-151279;2012.04.24 JP 2012-09911.一种面发射激光器元件，包括: 下DBR，形成在基板上； 有源层，形成在该下DBR之上； 上DBR，形成在该有源层之上，其中 该上DBR包括电介质多层，该电介质多层由交替层叠形成的具有不同折射率的电介质制成， 遮光部形成在该上DBR之上，并且 该遮光部具有在中心区域的用于发射光的开口部。2.如权利要求1所述的面发射激光器元件，其中 从该开口部发射的光的光强成为Ι/e2的发散角大于或等于20度。3.如权利要求1所述的面发射激光器元件，其中 该开口部的面积小于或等于30 μ m2。4.如权利要求1所述的面发射激光器元件，其中 该开口部的面积小于或等于20 μ m2。5.如权利要求1所述的面发射激光器元件，其中 该遮光部由金属材料或吸收光的材料制成。6.如权利要求1所述的面发射激光器元件，还包括: 接触层，形成在该有源层与该上DBR的该电介质多层之间，其中 一个电极与该接触层连接。7.如权利要求1所述的面发射激光器元件，还包括: 波长调整层，位于该有源层和该上DBR的该电介质多层之间，其中该面发射激光器元件包括多个垂直腔面发射激光器，通过改变该波长调整层的厚度而使该多个垂直腔面发射激光器分别发射不同波长的光。8.如权利要求7所述的面发射激光器元件，还包括: 接触层，形成在该有源层和该波长调整层之间，其中 一个电极与该接触层连接。9.如权利要求7所述的面发射激光器元件，其中 该波长调整层由通过交替层叠GaInP和GaAsP获得的膜或者通过交替层叠GaInP和GaAs获得的膜形成，并且通过将该层叠膜的一部分逐层地去除而改变该波长调整层的膜厚度。10.一种原子振荡器，包括: 如权利要求1所述的面发射激光器元件； 碱金属单元，其中密封碱金属；以及 光检测器，检测由该面发射激光器元件的垂直腔面发射激光器发射到该碱金属单元的光中由该碱金属单元透射的光，其中 通过由该垂直腔面发射激光器发射的包括边带的光中两种不同波长的光入射在该碱金属单...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤俊一，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：
国别省市：