CN103579901A - 表面发射激光器装置和原子振荡器 - Google Patents

表面发射激光器装置和原子振荡器 Download PDF

Info

Publication number
CN103579901A
CN103579901A CN201310471812.XA CN201310471812A CN103579901A CN 103579901 A CN103579901 A CN 103579901A CN 201310471812 A CN201310471812 A CN 201310471812A CN 103579901 A CN103579901 A CN 103579901A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
surface emitting
emitting laser
wavelength
adjustment layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310471812.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103579901B (zh
Inventor
铃木亮一郎
佐藤俊一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Publication of CN103579901A publication Critical patent/CN103579901A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103579901B publication Critical patent/CN103579901B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18341—Intra-cavity contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18358—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] containing spacer layers to adjust the phase of the light wave in the cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • G04F5/145—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks using Coherent Population Trapping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18369—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on dielectric materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18377—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors comprising layers of different kind of materials, e.g. combinations of semiconducting with dielectric or metallic layers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

表面发射激光器装置和原子振荡器。该激光器装置包括基板(101)、下部反射器(102)、有源层(104)、上部反射器(106，113)和配置为发光的表面发射激光器(11-14)。第二相调整层(108)、接触层(109)、第一相调整层(111)和波长调整层(112)从有源层侧依次层叠。从第二相调整层(108)的有源层侧到波长调整层(112)中部的总光学厚度约为(2N+1)×λ/4，λ代表光波长，N代表正整数。从第二相调整层(108)的有源层侧至接触层(109)中部的光学厚度约为Nλ/2。表面发射激光器(11-14)的至少两个具有设置在不同厚度的波长调整层(112)，并且配置为发射不同波长的光。

Description

表面发射激光器装置和原子振荡器
技术领域
本发明涉及表面发射激光器装置和原子振荡器。
背景技术
垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是一种能够以垂直于其基板的方向发射光的半导体激光器。当与以平行于其基板的方向发射光的边射型半导体激光器比较时，VCSEL可能具有一些优点，例如低成本、低能耗、小尺寸、高性能和易于应用于二维集成装置。
典型的表面发射激光器具有包括有源层的谐振器结构，该谐振器结构包括谐振器区域、设置在谐振器区域上侧的上部反射器和设置在谐振器区域下侧的下部反射器(参见公开号为No.2008-53353的日本公开专利申请)。为了获得具有振荡波长λ的光，谐振器区域被设置为具有预定的光学厚度，使得具有波长λ的光可在谐振器区域上振荡。上部反射器和下部反射器为通过交替层叠具有不同折射率材料的多层结构。即，上部反射器和下部反射器包括通过交替层叠低折射率层和高折射率层而形成的分布布拉格反射器(DBR)。低折射率层和高折射率层的光学膜厚被设置为λ／4以使得在波长λ上可获得高反射率。
已知具有用于以不同波长发射激光的形成在芯片内的多个表面发射激光器的多波长表面发射激光器装置，并且这样的多波长表面发射激光器装置被期望用于不同领域，例如波分复用器(WDM)(参见日本专利No.2751814、公开号为No.2000-58958的日本公开专利申请、公开号为No.11-330631的日本公开专利申请、公开号为No.2008-283129的日本公开专利申请)。关于制造该多波长表面发射激光器装置的方法，例如，日本专利No.2751814公开了交替层叠两种不同类型的材料以形成波长调整层，使用两种不同类型的刻蚀溶液可刻蚀材料以部分地去除该波长调整层的材料，并将该波长调整层设置为具有不同的膜厚。因为该波长调整层形成在谐振器区域内，通过该波长调整层具有不同的膜厚，对于每个表面发射激光器该谐振器区域的光学厚度可能不同。该制造表面发射激光器装置的方法例如在波长控制性和制造的容易性方面可能具有优势。
根据在日本专利No.2751814所公开的方法，在通过湿刻蚀一次一层地部分去除由半导体材料制成的波长调整层以形成表面发射激光器后，通过半导体材料的晶体生长，在波长调整层上形成了上部反射器和接触层。该接触层被连接至一个电极，并且其它的电极形成在基板的背面。然而，在具有这样结构的表面发射激光器装置中，因为波长调整层是通过交替地层叠不同的材料形成的，当电流流过该波长调整层时，由于在不同材料层界面处的能带不连续性，电阻可能增加。同样，因为该波长调整层被设置为对于该表面发射激光器具有不同的厚度，所以该表面发射激光器的电阻也可能变化。
相应地，表面发射激光器装置优选结构化为使得每个表面发射激光器具有波长调整层和可被注入电流的有源层，使得电流不流过波长调整层。同样，当接触层被形成在接近于波长调整层的位置上时，该接触层可不一定被设置在层叠结构内部的光学驻波的节点上，并且，以这种情形下，可能不能获得合适的激光器性能。
[相关的技术文件]
1.公开号为No.2008-53353的日本公开专利申请。
2.日本专利No.2751814
3.公开号为No.2000-58958的日本公开专利申请。
4.公开号为No.11-330631的日本公开专利申请。
5.公开号为No.2008-283129的日本公开专利申请。
6.公开号为No.2009-188598的日本公开专利申请。
7.Applied physics Express，Vol.2,pp.092501-092503(2009)
8.Applied physics Letters，Vol,85，pp.1460-1462(2004)
9.Comprehensive Microsystems，Vol.3,pp.571-612
10.Proc.Of SPIE，Vol.6132613208-1(2006)
发明内容
本发明的至少一个实施例的总体目标是提供一种实质上排除了由相关技术的限制和缺点所导致的一个或多个问题的表面发射激光器装置。
根据本发明的一个实施例，表面发射激光器装置包括形成在基板上的下部反射器，形成在下部反射器上的有源层，形成在有源层上的上部反射器，以及构造为发射光的多个表面发射激光器。该表面发射激光器装置进一步地包括从该有源层一侧被依次层叠并被配置在下部反射器内、下部反射层器和有源层之间、上部反射器内或者上部反射器与有源层之间的第二相调整层、接触层、第一相调整层和波长调整层。从第二相调整层的有源层一侧到波长调整层的中部的总光学厚度被设置为近似于(2N+1)×λ/4，其中λ代表表面发射激光器所发射的光的波长，N代表正整数。从第二相调整层的有源层一侧到接触层的中部的光学厚度被设置为大约Nλ/2。该表面发射激光器包括波长调整层被设置为不同厚度并且被设置为发射不同波长的光的第一表面发射激光器和第二表面发射激光器。
根据本发明的一方面，一种表面发射激光器装置，可具有例如期望的波长可控性、在低振荡阈值电流下高效的光输出以及均匀的电阻。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的表面发射激光器装置的俯视图；
图2是根据本发明的第一实施例的表面发射激光器装置的截面图；
图3是根据本发明的第一实施例的表面发射激光器装置的局部放大截面图；
图4A和4B说明了一种示意性结构，其中波长调整层直接设置在接触层之上；
图5A和5B说明了根据第一实施例的第一相调整层的设置；
图6说明了一种示意性结构，其中接触层被直接设置在第二上部反射器之上；
图7说明了根据第一实施例的第二相调整层的设置；
图8A和8B说明了根据第一实施例的表面发射激光器装置的层结构；
图9A和9B说明了根据本发明的第二实施例的表面发射激光器装置的层结构；
图10是第二实施例的表面发射激光器装置的俯视图；
图11是第二实施例的表面发射激光器装置的截面图；
图12是第二实施例的表面发射激光器装置的局部放大图；
图13A和13B说明了一种示意性结构，其中波长调整层直接设置在接触层之上；
图14A和14B说明了根据第二实施例的第一相调整层的设置；
图15说明了一种示意性结构，其中接触层被直接设置在第二上部反射器之上；
图16说明了根据第二实施例的第二相调整层的设置；
图17是根据本发明的第三实施例的表面发射激光器装置的截面图；
图18是第三实施例的表面发射激光器装置的局部放大图；
图19是根据本发明的第四实施例的表面发射激光器装置的俯视图；
图20是说明根据本发明的第五实施例的原子振荡器的结构的方框图；
图21说明了在CPT原子振荡器中的原子能级；
图22说明了当表面发射激光器被调制时，该表面发射激光器的输出波长；和
图23说明了调制频率和光传输量之间的关系。
具体实施方式
下面，将参照附图描述本发明的实施例。应当指出，附图中所示意的同样的部件和特征指定为同样的附图标记，并且可能省略了对相同部件或特征的重复描述。
[第一实施例]
下面，参照附图1-3描述了根据本发明的第一实施例的表面发射激光器装置。本实施例的表面发射激光器装置是用于在894.6nm范围的振荡波长发光。
图1所示的表面发射激光器装置对应于具有形成在300μm见方的半导体芯片上的4个表面发射激光器11、12、13和14的半导体装置。图2为该表面发射激光器装置沿着图1的点划线1A-1B的截面图。虽然图1中没有示出，但是表面发射激光器11、12、13和14每一个都具有设置在其上的上部电极。表面发射激光器11的上部电极连接至电极盘21，表面发射激光器12的上部电极连接至电极盘22，表面发射激光器13的上部电极连接至电极盘23，并且表面发射激光器14的上部电极连接至电极盘24。
如图2中所示，本实施例的表面发射激光器装置包括由半导体材料制成的基板101，在该基板上层叠了下部反射器102、下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105、第二上部反射器106、第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111、波长调整层112和第一上部反射器113。该基板101为导电的半导体晶体基板。在本实施例中，通过例如干法刻蚀，局部地移除接触层109、第二相调整层108、第二上部反射器106、上部分隔层105、有源层104、下部分隔层103和下部反射器102形成了台面。电流约束层107被形成在第二上部反射器106内，当形成所述台面时，电流约束层107的侧面被暴露。通过从每个台面的周边氧化电流约束层107的被暴露的侧面，在每个台面的周边部分可形成选择性的氧化区域107a。用这种方式，在每个台面的中心部分形成了未被氧化的电流约束区域107b。保护膜121被设置在通过刻蚀上面层以形成所述台面时而被暴露的台面的侧面和底面上，并且聚酰亚胺层122被填充到层被移除的刻蚀区域中。
另外，上部电极131被形成在台面的未设置第一相调整层111的接触层109的上表面的周边区域上，并且下部电极132被设置在基板101的背面上。
在本实施例的表面发射激光器装置中，波长调整层112被形成在下部反射器102和第一上部反射器113之间，并且被设置为在表面发射激光器11、12、13和14上具有不同的厚度。通过设置波长调整层112具有不同的厚度，从表面发射激光器11、12、13和14所发射的光的波长可被设置为不同。即，在本实施例中，波长调整层112被设置为具有不同厚度，从而使得可由表面发射激光器11发射具有第一波长λ1的光，由表面发射激光器12发射具有第二波长λ2的光，由表面发射激光器13发射具有第三波长λ3的光，由表面发射激光器14发射具有第四波长λ4的光(其中波长λ1-λ4对应于不同的波长)。
在本实施例中，半导体层，例如下部反射器102、下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105、第二上部反射器106、第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112，被通过MOCVD(金属有机气相沉积)或MBE(分子束外延法)外延生长在基板101上。
基板101为n-GaAs基板，并且下部反射器102为通过交替地层叠35.5对的每种都具有λ／4光学厚度的由n-Al0.1Ga0.9As制成的高折射率层和由n-Al0.9Ga0.1As制成的低折射率层而形成的多层半导体膜。
下部分隔层103和上部分隔层105由Al0.2Ga0.8As制成，并且有源层104通过交替层叠GaInAs量子阱层和GaInPAs势垒层而形成。在本实施例中，下部分隔层103、有源层104和上部分隔层105形成了具有近似一个波长(1λ)的光学厚度的谐振器区域。
第二上部反射器106被设置在上部分隔层105上并由多层半导体膜制成，该多层半导体膜通过交替层叠6对每种都具有λ／4光学厚度的由n-Al0.1Ga0.9As制成的高折射率层和由n-Al0.9Ga0.1As制成的低折射率层而形成。
如图3所示，在本实施例的表面发射激光器装置中，第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112被以这一顺序依次层叠在第二上部反射器106上。在本实施例中，第二相调整层108由p-Al0.9Ga0.1As制成，接触层109由p++-GaAs制成，第一相调整层111由GaInP／GaAsP两层膜制成，并且波长调整层112由GaInP／GaAsP／GaInP三层膜制成。
在本实施例的表面发射激光器装置中，从第二相调整层108的底侧至波长调整层112的中部的光学厚度；也就是第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112的一半的总光学厚度，被设置为近似3λ／4。在下面的描述中应该指出，从第二相调整层108的底侧至波长调整层112的中部的区域可被称为“波长调整区域”，并且该波长调整区域的光学厚度可被称为“波长调整区域的光学厚度”。另外，在本实施例中，从接触层109的中部至波长调整层112的中部的光学厚度被设置为近似λ/4。进一步地，在本实施例中，形成第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112的材料的折射率接近于第二上部反射器106的高折射率层材料的折射率。因此，第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112可作为第二上部反射器106的一部分高折射率层起作用。
在本实施例的表面发射激光器装置中，该波长调整层112被设置为在表面发射激光器11、12、13和14上具有不同的厚度。具体地，在形成GaInP／GaAsP／GaInP三半导体层膜作为波长调整层112之后，可实施一种适当的工艺，例如光刻或选择性刻蚀工艺，根据所必需或期望的从三层、两层、一层到无该层，来调整构成波长调整层112的半导体层的数量。例如，在表面发射激光器11上，该波长调整层112可由三层半导体层构成；在表面发射激光器12上，该波长调整层112可由两层半导体层构成；在表面发射激光器13上，该波长调整层112可由一层半导体层构成；在表面发射激光器14上，可没有设置波长调整层112。通过以上述的方式改变构成波长调整层112的半导体层的数量，由表面发射激光器11、12、13和14所发射的光的波长可被设置为不同。
在本实施例中，通过例如湿法刻蚀，波长调整层112的半导体层可被一次去除一层。在这种情形下，例如硫酸、过氧化氢和水的混合溶液可被用作去除GaAsP的刻蚀溶液。同样，例如盐酸和水的混合溶液可被用作去除GaInP的刻蚀溶液。进一步地，在本实施例中，在上面的湿法刻蚀工艺后，在形成上部电极131的区域上去除了波长调整层112和第一相调整层111。这种情形下，硫酸、过氧化氢和水的混合溶液可被用作去除GaAs的刻蚀溶液。应该指出，根据本发明的一个实施例的波长调整层包括由第一波长调整材料构成的第一膜和由第二波长调整材料构成的第二膜。在本实施例中，波长调整层112包括作为第一波长调整材料的GaInP和作为第二波长调整材料的GaAsP。另外，在本实施例中，用于刻蚀第一波长调整材料的GaInP的刻蚀溶液对应于第一刻蚀溶液，并且用于刻蚀第二波长调整材料的GaAsP的刻蚀溶液对应于第二刻蚀溶液。
在以上述的方式刻蚀了波长调整层112之后，通过干法刻蚀形成台面，例如，通过在预定的区域去除层至某一深度从而使得电流约束层107的侧面被暴露。例如，在图2中，通过去除下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105、第二上部反射器106、第二相调整层108和接触层109以暴露下部反射器102而形成台面。该台面的俯视图形状可被设置为如本实施例中所示(参见图1)的圆形，或者该台面可被设置为例如椭圆形、矩形或正方形。
通过如上所述的刻蚀形成台面，可暴露电流约束层107的侧面。接着，每一个台面都被蒸汽热处理以从台面的周边氧化由AlAs构成的电流约束层107以形成由AlxOy构成的选择性被氧化区域107a。通过这种方式，该选择性被氧化区域107a被形成在台面的周边部分，并且在台面的中部的电流约束层107的未被氧化区域变成了电流约束区域107b。通过在电流约束层107上形成选择性被氧化区域107a，可形成电流约束结构使得在电流约束层107内的电流流动被限制到电流约束区域107b。
接着，由SiN制成的保护膜121被设置以覆盖包括台面侧面的台面。进一步地，聚酰亚胺层122被设置在形成台面时半导体层被刻蚀了的区域。该聚酰亚胺层122被填充到被刻蚀的区域以填平这些区域。然后，保护膜121和聚酰亚胺膜122被从要形成上部电极131和第一上部反射器113的台面的上面区域去除，并且接触层109和波长调整层112或第一相调整层111被暴露在这些区域。然后，对应于p-侧电极的上部电极131形成在台面上面的接触层109被暴露的周边区域，并且对应于n-侧电极的下部电极132形成在基板101的背面。表面发射激光器11-14的每一个都形成了上部电极131，而下部电极132对应于表面发射激光器11-14的共用电极。
接着，第一上部反射器113被设置在台面的上面波长调整层112或相调整层111被暴露的区域上。第一反射器113是通过例如电子束蒸发来交替层叠8.5对由TiO2制成的高折射率层和由SiO2制成的低折射率层而形成的介电多层膜，所述高折射率层和第折射率层的每一个都具有λ/4的光学厚度。应该指出，介电多层膜可通过层叠多层介电材料而形成。
用上述方式制造的表面发射激光器装置的表面发射激光器被配置为以相对于基板101的表面正交的方向发射光。在本实施例中，由SiN制成的保护膜121被设置在在形成台面时通过刻蚀而被暴露的台面的侧面和底面上，从而使得可改进表面发射激光器装置的可靠性。也就是，通过在形成台面时通过蚀刻暴露的台面的侧面和底面上设置保护膜121，易于腐蚀的含Al层可被保护从而可改善表面发射激光器装置的可靠性。
下面，如图3中所示，描述了本实施例的特征，这些特征涉及在波长调整层112下面设置接触层109和调整波长调整区域(例如，从第二相调整层108的底侧至波长调整层112的中部的区域)的光学厚度调整至近似3λ/4。
例如，在接触层被设置到波长调整层上面的情况下，流过表面发射激光器的电流量会基于在表面发射激光器的波长调整层的厚度变化，并且依次，由于在这些表面发射激光器上的波长调整层厚度的变化，该表面发射激光器的电特性和发光特性会极大地变化。另外，当电流流过波长调整层时，由于形成该波长调整层的半导体层的界面处的能带不连续性，电阻会增加。
相反地，在本实施例中，接触层109被设置在波长调整层112的下面。在这种情况下，电流会被注入到每一表面发射激光器的有源层104中，并且电流不必流过波长调整层112。通过这种方式，具有被配置为不同厚度的波长调整层112的表面发射激光器可被配置为具有实质上相同的电特性和发光特性。
在本实施例中，因为上面的原因，接触层109被设置在波长调整层112的下面。应该指出，为了减小光吸收的目的，该接触层109优选被设置在光学驻波的光密度最弱的位置处。在这方面，如图4A所示，接触层109被优选设置为与波长调整层112接触。另外，为了阻止由于光吸收的激光器特性的退化，接触层109优选设置在光学驻波的节点位置。然而，在这种情况下，如图4B所示，表面发射激光器的反射器的反射率值相互极大地变化。因此，在激光器特性方面具有宽的变化，例如表面发射激光器的阈值电流。即，在这种情况下，波长调整层被设置为不同的厚度的每个表面发射激光器从接触层109到波长调整层112的光学厚度从λ/4大幅地变化。因此，表面发射激光器的反射率发生了变化。这又导致了例如表面发射激光器的阈值电流的激光器特性的变化。
相应地，在本实施例中，如图5A中所示，第一相调整层111被设置在接触层109和波长调整层112之间，并且第一相调整层111的厚度被调整从而使得表面发射激光器的反射率值实质上相同。特别地，如图5A中所示，第一相调整层111被设置在接触层109和波长调整层112之间从而使得从接触层109的中部至波长调整层112的中部的光学厚度近似为λ／4。通过这种方式，如图5B中所示，具有被设置为不同厚度的波长调整层112的表面发射激光器的反射率值实质上相同。
下面，描述第二上部反射器106和接触层109之间的关系。接触层109由p++-GaAs制成，并且与形成第二上部反射器106的低折射率层的p-Al0.9Ga0.1As相比，接触层109的折射率值更接近于形成第二上部反射器106的高折射率层的p-Al0.1Ga0.9As。
例如，如图6所示，在接触层109直接形成在第二上部反射器106的上面以与形成第二上部反射器106的低折射率层的p-Al0.9Ga0.1As接触的情况下，因为节点实质上定位在接触层109的中部，因此，接触层109和形成第二上部反射器106的低折射率层的p-Al0.9Ga0.1As之间的界面将不被定位在节点上。因此，在这种情况下，反射器的总体反射率将降低。
相反地，在本实施例中，如图7中所示，第二相调整层108被设置在接触层109下面以与接触层109接触。该第二相调整层108由具有与接触层109的折射率相同或相似的例如p-Al0.1Ga0.9As的材料制成。第二相调整层108被设置为使得第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和一半的波长调整层112的总光学厚度为近似为3λ/4。通过在形成第二上部反射器106的低折射率层的p-Al0.9Ga0.1As层和接触层109之间设置具有预定光学厚度的由p-Al0.1Ga0.9As层制成的第二相调整层108，可防止反射器的总体反射率的下降。
应该指出，在本发明的一个实施例中，第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和一半的波长调整层112的总光学厚度可被设置为近似于(2N+1)×λ／4，其中N代表正整数(即，N=1，2，3，...)。即，尽管在本实施例中上面的总光学厚度被设置为近似于3λ/4(N=1)，但是N的值可大于1(N=2，3，...)。然而，在这种情况下，例如，表面发射激光器更容易受光吸收的影响，并且表面发射激光器的阈值电流会增加。因此，N的值优选设置为相对小的值。
另外，尽管在本实施例中第二相调整层108和一半的接触层109的光学厚度被设置为近似于λ／2，但是第二相调整层108和一半的接触层109的光学厚度可选择性地被设置为近似于λ×M／2(其中M=2，3，4，...)。在这种情况下，从接触层109到电流约束区域的距离会增加使得电阻会被减小。然而，因为在这种情况下会增加易受光吸收影响，因此M的值优选设置为相对小的值。
根据本实施例的一方面，第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112被以这个顺序依次地层叠；并且第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和一半的波长调整层112的总的光学厚度被设置为近似于3λ／4。通过这种方式，具有被设置为不同光学厚度的波长调整层112的表面发射激光器11、12、13和14的反射率会实质上相同。另外，在本实施例中，第二相调整层108被设置在接触层109和第二上部反射器106之间从而使得驻波节点会被定位在接触层109处。通过这种方式，例如，可防止激光器特性退化并且形成在表面激光器装置上的表面激光器11、12、13和14的激光器特性和电阻值会被设置为实质上相同。
另外，在本实施例中，通过湿法刻蚀去除第一相调整层111，可暴露接触层109的表面。该第一相调整层111通过在由p++-GaAs制成的接触层109上依次层叠GaInP层和GaAsP层而形成。因此，通过湿法刻蚀选择性地刻蚀第一相调整层111可容易地暴露接触层109。
在一个可选择的实施例中，波长调整层112可通过设置GaAsP／GaInP／GaAsP三层膜而形成，第一相调整层111可通过设置单层GaInP而形成。
应该指出，公开号为No.11-330631的日本公开专利申请披露了一种由AlGaAs和GaInP的组合物制成的波长调整层，并且日本专利No.2751814披露了一种由GaAs和AlGaAs的组合物制成的波长调整层。在两个公开物中，包含Al的AlGaAs都被用于波长调整层中。因为AlGaAs包含Al，所以易于受到例如氧化的腐蚀并且导致波长调整层的退化。特别地，如日本专利No.2751814中所披露的，当是在刻蚀该波长调整层之后重新生长层时的情况下，因为至少在刻蚀过程中波长调整层的表面被暴露至空气中，因此Al表面会易于氧化并因此难以在其上通过半导体材料的晶体生长来形成上部反射器。
与上面的公开物相反，在本实施例中，波长调整层由不包含Al的GaInP和GaAsP的组合物制成。通过这种方式，可防止制造过程中的腐蚀并且能够制造可靠的表面发射激光器装置。在另一个实施例中，在制造用于发射具有1μm或更长的相对长波长的光的表面发射激光器装置的情况下，GaAs可被用于替代GaAsP。在这种情况下，制造工艺会便利，因为不像GaAsP层，GaAs层对于GaAs基板将没有应变。
如上所述，本实施例的表面发射激光器装置包括由高折射率材料制成的波长调整层112。根据本实施例的一个方面，如图8B中所示，包括波长调整层112并具有3λ／4的光学厚度的层140被设置在第二上部反射器106上。也就是，在本实施例中，由高折射率材料制成并具有3λ／4的光学厚度的层140被设置为替代第二上部反射器106的高折射率层。该如图8B中所示的层140，除了波长调整层112之外，还包括第二相调整层108、接触层109和第一相调整层111。图8A示出了不包括波长调整层的表面发射激光器的层结构。在图8A中，以与本实施例的第二上部反射器106形成方式相似的方式，第二上部反射器906被形成在谐振器区域上，并且第一上部反射器113形成在第二上部反射器906上。下部反射器102、第二上部反射器106和第一上部反射器113包括布拉格反射器。
[第二实施例]
下面，描述根据本发明的第二实施例的表面发射激光器装置。本实施例的表面发射激光器装置用于发射894.6nm振荡波长的光。如上所述，在第一实施例的表面发射激光器装置中，包括波长调整层112的层140被设置以替代第二上部反射器106的高折射率层的其中之一。在根据本实施例的表面发射激光器装置中，包括波长调整层的层替代了低折射率层。特别地，如图9B中所示，在本实施例的表面发射激光器装置中，包括波长调整层212的层240由低折射率材料制成，并且包括波长调整层212和具有λ/4光学厚度的介电多层膜反射器的低折射率层的总光学厚度被设置为3λ／4。如图9B所示的具有波长调整层212的层240，除了波长调整层212之外，还包括第二相调整层108、接触层109和第一相调整层111。应该指出，图9A中所示的层结构与图8A中所示的相一致。
下面，参照图10-12描述了本实施例的表面发射激光器装置。如图10中所示，本实施例的表面发射激光器装置包括配置在300μm见方的半导体芯片上的四个表面发射激光发射器11a、12a、13a和14a。图11是沿着图10中的点画线10A-10B的本实施例的表面发射激光器装置的截面图。尽管图10中没有示出，但是表面发射激光发射器11a、12a、13a和14a每一个都具有形成在其上的上部电极。表面发射激光发射器11a的上部电极连接到电极盘21，表面发射激光发射器12a的上部电极连接到电极盘22，表面发射激光发射器13a的上部电极连接到电极盘23，并且表面发射激光发射器14a的上部电极连接到电极盘24。
如图11中所示，本实施例的表面发射激光器装置包括由半导体材料制成的基板101，该基板上层叠了下部反射器102、下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105、第二上部反射器106、第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111、波长调整层212和第一上部反射器113。通过例如干法刻蚀局部地去除接触层109、第二相调整层108、第二上部反射器106、上部分隔层105、有源层104、下部分隔层103以及下部反射器102形成了台面，电流约束层107形成在第二上部反射器106内，并且通过形成该台面，电流约束层107的侧面会被暴露。通过从每个台面的周边氧化所暴露的电流约束层107的侧面，可在每个台面的周边部分形成选择性被氧化区域107a。通过这种方式，可在每个台面的中央部分形成未被氧化的电流约束区域107b。保护层121被设置在形成该台面时通过刻蚀所暴露的台面的侧面和底面，并且聚酰亚胺层122被填充到被去除了层的被刻蚀区域中。
另外，上部电极131被形成在台面的接触层109的上面没有设置第一相调整层111的周边区域，并且下部电极132被形成在基板101的背面上。
在本实施例的表面发射激光器装置中，被设置在下部反射器102和第一上部反射器113之间的波长调整层212被设置为在表面发射激光器11a、12a、13a和14a上具有不同的厚度。通过设置波长调整层具有不同的厚度，由表面发射激光器11a、12a、13a和14a所发射的光波长可被设置为不同。即，在本实施例中，波长调整层212被设置为具有不同的厚度从而使得由表面发射激光器11a可发射具有第一波长λ1的光，由表面发射激光器12a可发射具有第二波长λ2的光，由表面发射激光器13a可发射具有第三波长λ3的光，由表面发射激光器14a可发射具有第四波长λ4的光(其中波长λ1-λ4对应于不同的波长)。
在本实施例中，通过MOCVD(金属有机气相沉积)或MBE(分子束外延)在基板101上外延生长例如下部反射器102、下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105、第二上部反射器106、第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层212的半导体层。
基板101为n-GaAs基板，并且下部反射器102为通过交替地层叠35.5对的每种都具有λ/4光学厚度的由n-Al0.1Ga0.9As制成的高折射率层和由n-Al0.9Ga0.1As制成的低折射率层而形成的多层半导体膜。
下部分隔层103和上部分隔层105由Al0.2Ga0.8As制成，并且有源层104通过交替层叠GaInAs量子阱层和GaInPAs势垒层而形成。在本实施例中，下部分隔层103、有源层104和上部分隔层105包括具有近似一个波长(1λ)的光学厚度的谐振器区域。
第二上部反射器106被设置在上部分隔层105上并由多层半导体膜制成，该多层半导体膜通过交替层叠6对每种都具有λ/4光学厚度的由p-Al0.1Ga0.9As制成的高折射率层和由p-Al0.9Ga0.1As制成的低折射率层而形成。
如图12所示，在本实施例的表面发射激光器装置中，第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层212被以这一顺序依次层叠在第二上部反射器106上。在本实施例中，第二相调整层108由p-Al0.1Ga0.9As制成，接触层109由p++-GaAs制成，第一相调整层111由AlGaInP／AlGaAsP两层膜制成。波长调整层212由(Al0.5Ga0.5)0.52In0.48P／Al0.7Ga0.3As／(Al0.5Ga0.5)0.52In0.48P三层膜制成，并且该三层膜被设置为具有5.7nm／5.7nm／5.7nm的厚度。波长调整层212的折射率低于第一实施例中波长调整层121的折射率。在本实施例的波长调整层212中使用了上面的材料组合物使得它的层可被选择性地刻蚀。以波长调整层212的三层的上述膜厚度，表面发射激光器的四个波长可被设置为间隔0.5nm的波长。
根据本实施例的一个方面，通过使用具有比第一实施例中的波长调整层112的折射率低的材料形成波长调整层212，例如在激光器波长被以0.5nm的密集波长间隔调整的应用中，波长调整层212的半导体层可被设计为比第一实施例厚。通过这种方式，形成半导体层时的生长速度的变化可被减小并且膜厚的变化可被减小。相应地本实施例的表面发射激光器装置可适于例如需要密集的波长间隔的高密度波分多路复用技术(DWDM)。
如图12中所示，在本实施例的表面发射激光器装置中，从第二相调整层108的底侧至波长调整层212的中部的光学厚度，也就是第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层212的一半的总光学厚度，被设置为近似λ/2。进一步地，形成第一上部反射器113的介电多层膜的低折射率层(具有λ／4的光学厚度)被设置在波长调整层212上，从而使得该低折射率层、光学调整层212、第一相调整层111、接触层109和第二相调整层108的总光学厚度可接近于3λ／4。另外，从接触层109的中部到波长调整层212的中部的光学厚度被设置为λ／4。进一步地，在本实施例中，形成第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层212的材料的折射率接近于第二上部反射器106的低折射率层材料Al0.9Ga0.1As的折射率。因此，第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层212可作为第二上部反射器106的一部分低折射率层起作用。
在本实施例的表面发射激光器装置中，该波长调整层212被设置为在表面发射激光器11a、12a、13a和14a上具有不同的厚度。具体地，在形成AlGaInP／AlGaAs／AlGaInP三半导体层膜作为波长调整层212之后，可实施一种适当的工艺，例如光刻或选择性刻蚀工艺，根据所必需或期望的从三层、两层、一层到没有该层，来调整构成波长调整层212的半导体层的数量。例如，在表面发射激光器11a上，该波长调整层112可由三层半导体层制成；在表面发射激光器12a上，该波长调整层112可由两层半导体层制成；在表面发射激光器13a上，该波长调整层112可由一层半导体层制成；而在表面发射激光器14a上，可没有设置波长调整层112。通过以上述的方式改变构成波长调整层212的半导体层的数量，由表面发射激光器11a、12a、13a和14a所发射的光的波长可被设置为不同。
在本实施例中，通过例如湿法刻蚀，波长调整层212的半导体层可被一次去除一层。在这种情形下，例如硫酸、过氧化氢和水的混合溶液可被用作去除AlGaAs的刻蚀溶液。同样，例如盐酸和水的混合溶液可被用作去除AlGaInP的刻蚀溶液。进一步地，在本实施例中，在上面的湿法刻蚀工艺后，在设置上部电极131的区域上去除了波长调整层212和第一相调整层111。这种情形下，硫酸、过氧化氢和水的混合溶液可被用作去除AlGaAs的刻蚀溶液。应该指出，在本实施例的波长调整层212中，AlGaInP对应于第一波长调整材料，而AlGaAs对应于第二波长调整材料。同样，用于刻蚀第一波长调整材料的AlGaInP的刻蚀溶液对应于第一刻蚀溶液，并且用于刻蚀第二波长调整材料的AlGaAs的刻蚀溶液对应于第二刻蚀溶液。
在实施了上面的湿法刻蚀之后，通过干法刻蚀形成台面，例如，通过在预定的区域去除层至某个深度从而使得电流约束层107的侧面被暴露。例如，在图11中，通过去除下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105、第二上部反射器106、第二相调整层108和接触层109以暴露下部反射器102而形成台面。该台面的俯视图形状可被设置为如本实施例中所示(参见图10)的圆形，或者该台面可被设置为例如椭圆形、矩形或正方形。
通过如上所述的刻蚀形成台面，可暴露电流约束层107的侧面。接着，每一个台面都被蒸汽热处理以从台面的周边氧化由AlAs构成的电流约束层107中所包含的Al以形成由AlxOy构成的选择性被氧化区域107a。通过这种方式，该选择性被氧化区域107a被形成在台面的周边部分，并且在台面的中部的电流约束层107的未被氧化区域变成了电流约束区域107b。通过在电流约束层107上形成选择性被氧化区域107a，可形成电流约束结构使得在电流约束层107内的电流流动被限制到电流约束区域107b。
接着，由SiN制成的保护膜121被设置以覆盖包括台面侧面的台面。进一步地，聚酰亚胺层122被设置在形成台面时半导体层被刻蚀了的区域。该聚酰亚胺层122被填充到被刻蚀了的区域以填平这些区域。接着，保护膜121和聚酰亚胺膜122被从台面的上面要形成上部电极131和第一上部反射器113的区域去除，并且接触层109和波长调整层112或第一相调整层111被暴露在这些区域上。接着，对应于p-侧电极的上部电极131被形成在台面的上面接触层109被暴露的周边区域，并且对应于n-侧电极的下部电极132被形成在基板101的背面。表面发射激光器11a-14a的每一个都形成了上部电极131，而下部电极132对应于表面发射激光器11a-14a的共用电极。
接着，第一上部反射器113被形成在台面的上面波长调整层212或相调整层111被暴露的区域上。第一反射器113是通过例如电子束蒸发来交替层叠6对由TiO2制成的高折射率层和由SiO2制成的低折射率层而形成的介电多层膜，所述高折射率层和低折射率层的每一个都具有λ／4的光学厚度。
用上述方式制造的表面发射激光器装置的表面发射激光器被配置为以相对于基板101的表面正交的方向发射光。在本实施例中，由SiN制成的保护膜121被设置在形成台面时通过刻蚀而被暴露的台面的侧面和底面上，从而使得所暴露的面可以被保护并且可改进表面发射激光器装置的可靠性。
下面，如图12中所示，描述了本实施例的特征，这些特征涉及在波长调整层212下面的接触层109的设置和设置为近似于λ/2的波长调整区域(例如，从第二相调整层108的底部至波长调整层212的中部的区域)的光学厚度的调整。
例如，在接触层被设置到波长调整层上面的情况下，流过表面发射激光器的电流量会基于在表面发射激光器上的波长调整层的厚度变化，并且依次，由于在这些表面发射激光器上的波长调整层厚度的变化，表面发射激光器的电特性和发光特性会极大地变化。另外，当电流流过波长调整层时，由于形成该波长调整层的半导体层的界面处的能带不连续性，电阻会增加。
相反地，在本实施例中，接触层109被设置在波长调整层212的下面。在这种情况下，电流会被注入到每一表面发射激光器的有源层104中，并且电流不必流过波长调整层212。通过这种方式，具有被配置为不同厚度的波长调整层212的表面发射激光器可被配置为具有实质上相同的电特性和发光特性。
在本实施例中，因为上面的原因，接触层109被设置在波长调整层212的下面。应该指出，为了减小光吸收的目的，该接触层109优选被设置在光学驻波的光密度最弱的位置处。在这方面，如图13A所示，接触层109被优选设置为与波长调整层212接触。另外，为了防止由于光吸收的激光器特性的退化，接触层109优选设置在光学驻波点的位置处。然而，如图13B所示，在这种情况下，表面发射激光器的反射器的反射率值相互极大地变化。因此，在激光器特性方面具有宽的变化，例如表面发射激光器的阈值电流。即，在这种情况下，波长调整层被设置为不同的厚度的每个表面发射激光器中从接触层109到波长调整层212的光学厚度从λ/4大幅地变化。因此，表面发射激光器的反射率发生了变化。这又导致了例如表面发射激光器的阈值电流的激光器特性的变化。
相应地，在本实施例中，如图14A中所示，第一相调整层111被设置在接触层109和波长调整层212之间，并且第一相调整层111的厚度被调整从而使得表面发射激光器的反射率值实质上相同。特别地，如图14A中所示，第一相调整层111被设置在接触层109和波长调整层212之间从而使得在该表面发射激光器处接触层109、第一相调整层111和波长调整层212的平均光学厚度为λ/4。通过这种方式，如图14B中所示，具有被设置为不同厚度的波长调整层212的表面发射激光器的反射率值实质上相同。
下面，描述了第二上部反射器106和接触层109之间的关系。图15示出了示例性的情形，其中p-Al0.1Ga0.9As高折射率层被在接触层109下面直接地连接。在这种情况下，在下侧的高折射率层和在上侧的低折射率层之间的结被定位在波腹(anti-node)，在接触层109处会发生显著量的光吸收。
相反地，在本实施例中，如图16中所示，第二相调整层108被设置在接触层109下面以与接触层109接触。该第二相调整层108由例如p-Al0.9Ga0.1As的低折射率材料制成。该第二相调整层108被形成为使得波长调整层212、第一相调整层111、接触层109和第二相调整层108的总光学厚度可为近似于λ/2。进一步地，上面那些层的低折射率层的光学厚度，与设置在其上的介电多层膜的SiO2低折射率层的光学厚度λ/4合并，被设置为近似于3λ/4。通过在第二上部反射器106的p-Al0.1Ga0.9As高折射率层和接触层109之间设置具有预定光学厚度的由p-Al0.9Ga0.1As层制成的第二相调整层108，具有被设置为不同厚度的波长调整层212的表面发射激光器的反射率指可被设置为实质上相同而不干扰层的相匹配。
在本发明的实施例中，第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和一半的波长调整层212的总光学厚度可被设置为近似于Nλ／2，其中N代表正整数(例如N=1，2，3，...)。即，尽管在本实施例中上面的总光学厚度被设置为近似于λ/2(N=1)，但是N的值可大于1(N=2，3，...)。然而，在这种情况下，例如，表面发射激光器更容易受光吸收的影响，并且表面发射激光器的阈值电流会增加。因此，N的值优选设置为相对小的值。
根据本实施例的一个方面，通过依次层叠第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层212，并且设置第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和一半的波长调整层112的总的光学厚度为近似于λ/2，具有被设置为不同光学厚度的波长调整层212的表面发射激光器11a、12a、13a和14a的反射率可被设置为实质上相同。同样，通过在接触层109和第二上部反射器106之间设置第二相调整层108使得光学驻波的节点会被定位在接触层109上，可防止激光器特性退化，并且形成在表面发射激光器装置上的表面发射激光器11a、12a、13a和14a的激光器特性和电阻值会被设置为实质上相同。
另外，在本实施例中，通过湿法刻蚀去除第一相调整层111，可暴露接触层109的表面。该第一相调整层111通过在由p++-GaAs制成的接触层109上依次层叠AlGaInP层和AlGaAsP层而形成。因此，通过湿法刻蚀选择性地刻蚀第一相调整层111可容易地暴露接触层109。
应该指出，为了减小波长间隔，可减小波长调整层的膜厚。然而，当波长调整层被配置地太薄时，表面发射激光器装置会容易受例如不均匀晶体生长或刻蚀的影响。在这方面，与在第一实施例中所用的GaInP／GaAsP／GaInP层相比，在本实施例中被用作波长调整层材料的AlGaInP／AlGaAs／AlGaInP层具有较低的折射率。通过这种方式，在同样的膜厚下，与第一实施例相比，本实施例中会获得较小的光学厚度。相应地，本实施例可适用于例如在密集波长间隔下需要细小波长调节的应用中。
应该指出，本实施例的特征除了上面所述的之外，与第一实施例相同。
[第三实施例]
下面，描述根据本发明的第三实施例的表面发射激光器装置。本实施例的表面发射激光器装置用于发射振荡波长在894.6nm的范围中的光。
图17为本实施例的表面发射激光器装置的截面图。应该指出，本实施例的表面发射激光器装置的俯视图与图1中所示的第一实施例相同。本实施例的表面发射激光器装置包括由半导体材料制成的基板101，该基板101上层叠有下部反射器102、下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105、电流约束层107、第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111、波长调整层112和上部反射器213。另外，例如，通过干法刻蚀局部地去除接触层109、第二相调整层108、电流约束层107、上部分隔层105、有源层104、下部分隔层103和下部反射器102形成台面。通过用这种方式形成台面，可暴露电流约束层107的侧面。通过从台面的周边氧化电流约束层107的被暴露的侧面，在台面的周边部分上可形成选择性的氧化区域107a。用这种方式，在台面的中心部分上形成了未被氧化的电流约束层区域107b。保护膜121被设置在通过刻蚀而形成的台面的侧面和底面上，并且聚酰亚胺层122被填充到层通过蚀刻被移除的刻蚀区域中。
另外，上部电极131被形成在台面的上面未设置第一相调整层111的接触层109的周边区域上，并且下部电极132被设置在基板101的背面上。
在本实施例的表面发射激光器装置中，形成在下部反射器102和上部反射器213之间的波长调整层112被设置为在各个表面发射激光器上具有不同的厚度。通过设置波长调整层112具有不同的厚度，由各个表面发射激光器所发射的光的波长可被设置为不同。
在本实施例中，半导体层，例如下部反射器102、下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105、电流约束层107、第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112，被通过MOCVD(金属有机气相沉积)或MBE(分子束外延法)外延生长在基板101上。
基板101为n-GaAs基板，并且下部反射器102为通过交替地层叠35.5对的每种都具有λ/4光学厚度的由n-Al0.1Ga0.9As制成的高折射率层和由n-Al0.9Ga0.1As制成的低折射率层而形成的多层半导体膜。
下部分隔层103和上部分隔层105由Al0.2Ga0.8As制成，并且有源层104通过交替层叠GaInAs量子阱层和GaInPAs势垒层而形成。
由AlAs制成的电流约束层107被设置在上部分隔层105上，并且第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112被设置在电流约束层107。在本实施例中，第二相调整层108由p-Al0.2Ga0.8As制成，接触层109由P++-GaAs制成，第一相调整层111由GaInP／GaAsP两层膜制成，波长调整层112由GaInP／GaAsP／GaInP三层膜制成。
在本实施例的表面发射激光器装置中，下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105、电流约束层107、第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112形成了一个谐振器区域，并且该谐振器区域被设置为具有约3λ/2的光学厚度。进一步地，如图18所示，谐振器区域可被划分为有源区域和波长调整区域，该有源区域包括下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105；该波长调整区域包括第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112。该有源区域和波长调整区域每一个都被设置为具有约3λ／4的光学厚度。因此，被设置在活性区域和波长调整区域之间的电流约束层107被近似定位在谐振器区域的中部。
在本实施例的表面发射激光器装置中，波长调整层112被设置为在各个表面发射激光器上具有不同的厚度。特别地，在形成了作为波长调整层112的GaInP／GaAsP／GaInP三半导体层膜之后，可实施一种适当的工艺，例如光刻或选择性刻蚀工艺，根据所必需或期望的从三层、两层、一层到没有该层，来调整构成波长调整层112的半导体层的数量。通过以上述的方式改变构成波长调整层112的半导体层的数量，由表面发射激光器所发射的光的波长可被设置为不同。
在本实施例中，通过例如湿法刻蚀，波长调整层112的半导体层可被一次去除一层。在这种情形下，例如硫酸、过氧化氢和水的混合溶液可被用作去除GaAsP的刻蚀溶液。同样，例如盐酸和水的混合溶液可被用作去除GaInP的刻蚀溶液。应该指出，在本实施例的波长调整层112中，GaInP对应于第一波长调整材料，GaAsP对应于第二波长调整材料。另外，用于刻蚀第一波长调整材料GaInP的刻蚀溶液对应于第一刻蚀溶液，用于刻蚀第二波长调整材料GaAsP的刻蚀溶液对应于第二刻蚀溶液。
在本实施例中，通过湿法刻蚀可部分地去除波长调整层112的半导体层从而使得该波长调整层112可被设置为在每个表面发射激光器上具有合适数量的半导体层。接着，通过晶体生长在波长调整层112上形成上部反射器213。接着，通过湿法刻蚀，从台面的上面要形成上部电极131的周边区域去除了上部反射器213、波长调整层112、第一相调整层111。在这种情况下，例如硫酸、过氧化氢和水的混合溶液可被用作去除GaAs的刻蚀溶液。
上部反射器213为半导体多层膜，该半导体多层膜通过交替层叠24对每种都具有λ／4光学厚度的由Al0.1Ga0.9As制成的高折射率层和由Al0.9Ga0.1As制成的低折射率层而形成。应该指出，虽然上面所述的上部反射器213对应于半导体多层膜，但是该上部反射器213可选择性地为介电多层膜。例如，该上部反射器213可以是通过例如电子束蒸发来交替层叠由TiO2制成的高折射率层和由SiO2制成的低折射率层而形成，所述高折射率层和低折射率层的每一个都具有λ／4的光学厚度。
接着，通过干法刻蚀形成了台面，例如，通过在预定的区域上去除层至某一深度从而使得电流约束层107的侧面被暴露。例如，在图17中，通过去除下部分隔层103、有源层104、上部分隔层105、电流约束层107、第二相调整层108和接触层109以暴露下部反射器102而形成台面。该台面的俯视图形状例如可被设置为圆形、椭圆形、矩形或正方形。
通过如上所述的刻蚀形成台面，暴露了电流约束层107的侧面。接着，每一个台面都被蒸汽热处理以从台面的周边氧化由AlAs构成的电流约束层107以形成由AlxOy制成的选择性被氧化区域107a。通过这种方式，该选择性被氧化区域107a被形成在台面的周边部分，并且在台面的中央部分的电流约束层107的未被氧化区域变成了电流约束区域107b。通过以上述方式在电流约束层107上形成选择性被氧化区域107a，可形成电流约束结构使得在电流约束层107内的电流流动可被限制到电流约束区域107b。
接着，由SiN制成的保护膜121被设置以覆盖包括台面侧面的台面。进一步地，聚酰亚胺层122被设置在形成台面时半导体层被刻蚀了的区域上。该聚酰亚胺层122被填充到被刻蚀了的区域以填平这些区域。然后，保护膜121和聚酰亚胺膜122被从台面的上面要形成上部电极131和第一上部反射器113的区域上去除，并且接触层109和波长调整层112或第一相调整层111被暴露在这些区域上。接着，对应于p-侧电极的上部电极131被形成在台面的上面接触层109被暴露的周边区域，并且对应于n-侧电极的下部电极132被形成在基板101的背面。该上部电极131被各自设置在每个表面发射激光器上，而下部电极132对应于这些表面发射激光器的共用电极。
用上述方式制造的表面发射激光器装置的表面激光器被配置为以与基板101的表面正交的方式发光。在本实施例中，由SiN制成的保护膜121被设置在形成台面时通过刻蚀而被暴露的台面的侧面和底面上，从而改进了表面发射激光器装置的可靠性。即，通过在形成台面时通过刻蚀而被暴露的台面的侧面和底面上设置保护膜121，可保护易于侵蚀的包含Al的层，从而使得改进了该表面发射激光器装置的可靠性。
下面，如图18中所示，描述了本实施例的特征，这些特征涉及在波长调整层112下面隔着第一相调整层111设置接触层109和调整波长调整区域(例如，从第二相调整层108的底部至波长调整层112的中部的区域)的光学厚度至近似3λ/4。
例如，在接触层被设置到波长调整层上面的情况下，流过表面发射激光器的电流量会基于在表面发射激光器上的波长调整层的厚度变化，并且依次，由于在这些表面发射激光器中的波长调整层厚度的变化，该表面发射激光器的电特性和发光特性会极大地变化。另外，当电流流过波长调整层时，由于形成该波长调整层的半导体层的界面处的能带不连续性，电阻会增加。
相反地，在本实施例中，接触层109被设置在波长调整层112的下面。在这种情况下，电流会被注入到每一表面发射激光器的有源层104中，并且电流不必流过波长调整层112。通过这种方式，具有被配置为不同厚度的波长调整层112的表面发射激光器可被配置为具有实质上相同的电特性和发光特性。
在本实施例中，因为上面的原因，接触层109被设置在波长调整层112的下面。应该指出，为了减小光吸收的目的，该接触层优选被设置在光学驻波的光密度最弱的位置处。在这方面，如图4A所示，接触层109被优选设置为与波长调整层112接触。另外，为了防止由于光吸收的激光器特性的退化，接触层109优选设置在光学驻波的节点的位置。在这种情况下，如图4B所示，表面发射激光器的反射器的反射率值相互间极大地变化。因此，在激光器特性方面具有宽的变化，例如表面发射激光器的阈值电流。即，在这种情况下，从接触层109到每个表面发射激光器中的波长调整层112的光学厚度从λ/4大幅地变化，所述每个表面发射激光器的波长调整层被设置为不同的厚度。因此，表面发射激光器的反射率发生了变化。这又导致了例如表面发射激光器的阈值电流的激光器特性的变化。
相应地，在本实施例中，如图5A中所示，第一相调整层111被设置在接触层109和波长调整层112之间，并且第一相调整层111的厚度被调整从而使得表面发射激光器的反射率值实质上相同。特别地，如图5A中所示，接触层109、第一相调整层111和波长调整层112的平均光学厚度被设置为λ/4，并且通过这种方式，如图5B中所示，具有被设置为不同厚度的波长调整层112的表面发射激光器的反射率值可被设置为实质上相同。
下面，描述了被配置在接触层109下面的第二相调整层108。在本实施例中，由p-Al0.2Ga0.8As层制成的第二相调整层108具有近似于λ/2的光学厚度。
特别地，第二相调整层108被设置在有源层104(朝向上面电极131侧)，上面，并且由p-Al0.2Ga0.8As制成以形成p-n结。该第二相调整层108被设置为具有近似于λ／2的光学厚度从而使得电流约束层107会被形成在谐振器区域内的光学驻波节点的位置。即，第二相调整层108的光学厚度被设置为近似于λ／2从而使得接触层109和电流约束层107可被间隔开大约λ／2的光学厚度，其中接触层109被形成在节点位置，电流约束层107也形成在节点位置。
在本发明的一个实施例中，第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和一半的波长调整层112的总光学厚度可被设置为近似于(2N+1)×λ/4，其中N代表正整数(例如N＝1，2，3，...)。即，尽管在本实施例中上面的波长调整区域的光学厚度被设置为近似于3λ／4(N=1)，但是N的值可选择性地大于1(N=2，3，...)。然而，在这种情况下，例如，表面发射激光器更容易受光吸收的影响，并且表面发射激光器的阈值电流会增加。因此，N的值优选设置为相对小的值。
根据本实施例的一方面，通过形成包括第二相调整层108、接触层109、第一相调整层111和波长调整层112的波长调整区域，并且该波长调整区域的光学厚度被设置为近似于3λ／4，接触层109可被形成在光学驻波节点的位置，能够防止激光器特性的退化，并且被配置为以不同波长发光的表面发射激光器装置的表面发射激光器的激光器特性和电阻值可被设置为实质上相同。
应该指出，除了上面所述的以外，本实施例的特征与第一实施例相同。另外，在一个修改实施例中，波长调整层112可被第二实施例的波长调整层212替代。
[第四实施例]
下面，描述了根据本发明的第四实施例的表面发射激光器装置300。图19为本实施例表面发射激光器装置300的俯视图。该表面发射激光器装置300具有形成在基板301上的8个表面发射激光器，这些表面发射激光器的每两个被配置为发生相同波长的光。如第一实施例一样，本实施例的表面发射激光器装置用于发射波长在894.6nm的范围中的光。
特别地，本实施例的表面发射激光器装置300具有形成在基板301上的第一表面发射激光器311、第二表面发射激光器312、第三表面发射激光器313、第四表面发射激光器314、第五表面发射激光器315、第六表面发射激光器316、第七表面发射激光器317和第八表面发射激光器318。尽管图19中没有示出，但是表面发射激光发射器311-318的每一个都具有设置在其上并连接至相应的电极盘的上部电极。即，第一表面发射激光发射器311的上部电极连接到电极盘321，第二表面发射激光发射器312的上部电极连接到电极盘322，第三表面发射激光发射器313的上部电极连接到电极盘323，第四表面发射激光发射器314的上部电极连接到电极盘324，第五表面发射激光发射器315的上部电极连接到电极盘325，第六表面发射激光发射器316的上部电极连接到电极盘326，第七表面发射激光发射器317的上部电极连接到电极盘327，以及第八表面发射激光发射器318的上部电极连接到电极盘328。
表面发射激光器311-318被设置为每两个表面发射激光器以相同的波长发光。特别地，第一表面发射激光器311和第二表面发射激光器312被配置为以波长λ1发光，第三表面发射激光器313和第四表面发射激光器314被配置为以波长λ2发光，第五表面发射激光器315和第六表面发射激光器316被配置为以波长λ3发光，以及第七表面发射激光器317和第八表面发射激光器318被配置为以波长λ4发光，其中λ1-λ4代表不同的波长。在本实施例中，为了构建以不同波长发光的表面发射激光器，在表面发射激光器上设置了例如第一实施例的波长调整层112的波长调整层，并且根据表面发射激光器的波长调整该波长调整层的厚度。在说明示例中，电极盘321-328的每一个被设置为大约50μm见方的尺寸，并且基板301对应于300μm见方的半导体芯片。
根据本实施例的一个方面，通过包括具有两个相同波长发光的表面发射激光器，例如，当这两个具有相同激光器波长的表面发射激光器的其中之一由于故障或缺陷不能发光时，另一个表面发射激光器可被用于发光。因此，例如，会延长表面发射激光器装置的工作寿命并且会提高表面发生激光器装置的产率。另外，在本实施例的表面发射激光器装置中，除了使用被配置为以最接近于目标波长的波长发光的表面发射激光器之外，另一个被配置为以第二接近于目标波长发光的表面发射激光器可被用作后备，从而使得可进一步地延长表面发射激光器的工作寿命。
应该指出，根据本实施例的表面发射激光器单元300的其它结构和特征可与根据第一实施例的表面发射激光器装置的那些结构和特征相似。同样，在其它的修改实施例中，本实施例的表面发射激光器装置结构可被应用到第二实施例和第三实施例的表面发射激光器装置。
[第五实施例]
下面，描述了本发明的第五实施例。该第五实施例涉及使用铯(Cs)的D1-线的CPT(相干布居俘获)原子振荡器(原子钟)和用于该原子振荡器中的表面发射激光器装置。
原子振荡器(原子钟)能够进行非常准确的时间测量，并且需要减小该原子钟尺寸的技术。原子振荡器被配置为基于碱金属原子中的电子传输能振荡。特别地，没有干扰的该碱金属原子中的电子传输能能够获得极其准确的值，并且因此原子振荡器能够达到比例如石英振荡器的频率稳定性高几个数量级的频率稳定性。有数种类型的原子振荡器，并且作为一种原子振荡器的CPT原子振荡器可具有比石英振荡器高大约三个数量级的频率稳定性。另外，期望发展用于形成具有超低能耗的超紧凑尺寸的CPT原子振荡器的技术。
参照图20，下面描述了根据第五实施例的原子振荡器。本实施例的原子振荡器是紧凑尺寸的CPT原子振荡器，包括光源410、准直透镜420、λ／4波板430、碱金属单元440，光探测器450和调制器460。
光源410使用根据上述第一至第四实施例的表面发射激光器装置之一。碱金属单元440包封作为碱金属的铯(Cs)原子气体并且利用铯的D1线跃迁。光探测器450使用光电二极管。
在根据本实施例的原子振荡器中，铯(Ce)原子中的电子被来自于光源410的照射光激发至包封了铯(Cs)原子气体的碱金属单元440上。通过碱金属单元440来传输的光源410所照射的光被光探测器450探测而作为信号，该所探测到的信号被反馈至调制器460，并且调制器460调制光源410的表面发射激光器装置。
图21示出了CPT原子振荡器的原子能级。本实施例的原子振荡器利用了光吸收中的现象，即当电子被同时从两个基态激发至激发态时则光吸收降低。具有接近于894.6nm的载波波长的表面发射激光器被用于光源410。载波的波长可通过改变温度或表面发射激光器的输出来调节。如图22中所示，当表面发射激光器被调制了时，在载波的两侧产生了边带(sideband)，并且该边带的频率差被调制为4.6GHz以匹配9.2GHz的铯(Ce)原子的本征频率。如图23中所示，当边带之间的频率差匹配铯原子的本征频率时，通过激发Cs气体的光传输量达到了最大水平。从而，通过激发的Cs气体所传输的光被反馈至调制器460以调整从光源410的表面发射激光器装置发射的光的调制频率，从而使得光探测器450的输出保持最大值。因为Cs原子的本征频率极其稳定，所以调制频率保持一个稳定值并通过它的输出获得了该信息。
在原子振荡器的激光器波长为894.6nm的情形下，光源410需要能够以在894.6nm的±1nm，更优选±0.3nm以内的波长发光的表面发射激光器。例如，因为通过晶体生长形成的膜的膜厚的变化，对于表面激光器来说，通常难以达到在±1nm的范围以内的均匀振荡波长。然而，因为根据本发明的第一至第四实施例的表面发射激光器装置具有形成在单个芯片上的具有不同振荡波长的多个表面发射激光器，可选择性的应用该表面发射激光器中最接近于894.6nm的波长的一个，从而使得可发射具有期望振荡波长的光。通过这种方式，例如可改进表面发射激光器装置的产率并可以较低的成本制造原子振荡器。
根据本实施例的一个方面，考虑到由于晶体生长所导致的振荡波长的变化，通过使用根据本发明的第一至第四实施例的能够精确控制表面发射激光器的波长间隔的表面发射激光器装置，该波长间隔可被容易地调整到最优的波长间隔，从而可改进振荡波长的产率。进一步地，通过使用根据第四实施例的表面发射激光器装置，可延长原子振荡器的工作寿命。
应该指出，尽管本实施例的原子振荡器利用铯(Cs)作为碱金属并且表面发射激光器发射894.6nm波长的光以利用Cs的D1-线跃迁，但是在替换实施例中，也可以使用发射852.3nm波长的光以利用Cs的D2-线跃迁的表面发射激光器。在另一个实施例中，可利用铷(Rb)作为碱金属。在这种情况下，如果使用Rb的D1-线跃迁，则可使用发射795.0nm波长光的表面发射激光器；或者如果使用Rb的D2-线跃迁，则可使用发射780.2nm波长光的表面发射激光器。可根据激光器波长设计有源层的材料组分。此外，Rb的调制频率，对于87Rb为3.4GHz，对于85Rb为1.5GHz。应该指出，对于具有上述激光器波长的表面发射激光器仍然希望±1nm的波长范围。
尽管出于示意性的目的上面描述了本发明的某些优选实施例，但是本发明不限于这些实施例，并且在不脱离本发明范围的前提下可进行各种变化和修改。进一步地，虽然上面描述了在原子振荡器中的表面发射激光器装置的示例性应用，但是本发明的表面发射激光器装置也可用于需要具有预定波长的光的其它应用中，例如气体传感器。应该指出，例如，在这些应用中，通过选择性的使用以所希望的波长发光的表面发射激光器，其效果和优点与在原子振荡器中使用本发明的表面发射激光器装置所达到的效果和优点相似。
本申请基于并要求2012年7月23日提交的日本专利申请No.2012-163012和2013年5月31日提交的日本专利申请No.2013-114880的优先权，将其全部内容以引用的方式包含在本申请中。

Claims (11)

1.一种表面发射激光器装置，包括：
形成在基板上的下部反射器；
形成在所述下部反射器上的有源层；
形成在所述有源层上的上部反射器；
被配置为发光的多个表面发射激光器；以及
从所述有源层侧被依次层叠并被设置在所述下部反射器内、所述下部反射器和所述有源层之间、所述上部反射器内或所述上部反射器和所述有源层之间的第二相调整层、接触层、第一相调整层和波长调整层；
其中从所述第二相调整层的所述有源层侧到所述波长调整层的中部的总光学厚度被设置为约(2N+1)×λ／4，其中λ代表所述表面发射激光器所发射的光的波长，N代表正整数；
其中从所述第二相调整层的所述有源层侧到所述接触层的中部的光学厚度被设置为约Nλ/2；以及
其中所述表面发射激光器包括具有被设置为不同厚度的波长调整层并且被配置为发射不同波长的光的第一表面发射激光器和第二表面发射激光器。
2.一种表面发射激光器装置，包括：
形成在基板上的下部反射器，形成在所述下部反射器上的有源层，形成在所述有源层上的上部反射器；
被配置为发光的多个表面发射激光器；
从所述有源层侧被依次层叠并被设置在所述下部反射器内或所述上部反射器内的第二相调整层、接触层、第一相调整层和波长调整层；
其中从所述第二相调整层的所述有源层侧到所述波长调整层的中部的总光学厚度被设置为约Nλ/2，其中λ代表所述表面发射激光器所发射的光的波长，N代表正整数；
其中从所述第二相调整层的所述有源层侧到所述接触层的中部的光学厚度被设置为约(2M-1)×λ／4，其中M代表正整数；以及
其中所述表面发射激光器包括具有被设置为不同厚度的波长调整层并且被配置为发射不同波长的光的第一表面发射激光器和第二表面发射激光器。
3.如权利要求1或2所述的表面发射激光器装置，其中
所述上部反射器包括第一上部反射器和第二上部反射器，该第一上部反射器通过交替层叠具有不同折射率的第一组材料而形成，并且该第二上部反射器通过交替层叠具有不同折射率的第二组材料而形成；以及
所述第二上部反射器、所述第二相调整层、所述接触层、所述第一相调整层、所述波长调整层和所述第一上部反射器从所述有源层侧被依次层叠。
4.如权利要求1所述的表面发射激光器装置，其中
所述第二相调整层、所述接触层、所述第一相调整层、所述波长调整层和所述上部反射器从所述有源层侧被依次层叠；并且
所述上部反射器通过交替层叠具有不同折射率的一组材料而制成。
5.如权利要求3所述的表面发射激光器装置，其中
所述基板是显示出导电性的半导体晶体基板；并且
所述下部反射器、所述有源层、所述第二上部反射器、所述第二相调整层、所述接触层和所述第一相调整层通过在所述基板上外延生长半导体材料而形成。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的表面发射激光器装置，其中
至少一部分所述上部反射器通过交替层叠具有不同折射率的介电材料形成。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的表面发射激光器装置，其中
所述波长调整层包括由第一波长调整材料制成的第一膜和由第二波长调整材料制成的第二膜；
该第一膜和该第二膜通过湿法刻蚀被部分地去除；
用于刻蚀所述第一波长调整材料的第一刻蚀溶液与用于刻蚀所述第二波长调整材料的第二刻蚀溶液彼此不同；并且
该第一膜和该第二膜通过湿法刻蚀被一次一个地部分地去除，从而使得所述波长调整层的厚度被改变。
8.如权利要求7所述的表面发射激光器装置，其中
所述第一波长调整材料包括GaInP；并且
所述第二波长调整材料包括GaAsP。
9.如权利要求1-8中的任一项所述的表面发射激光器装置，其中
至少一个表面发射激光器所发射的光的波长被设置为780.2nm、795.0nm、852.3nm和894.6nm的至少一个。
10.一种原子振荡器，包括：
如权利要求1-9中的任一项所述的表面发射激光器装置；
包封碱金属的碱金属单元；以及
被配置为探测由所述表面发射激光器装置的表面发射激光器照射在所述碱金属单元上的光中的透过该碱金属单元的光，由所述表面发射激光器照射的光包括边带；
其中调制频率是基于由两组不同谐振光引起的量子干涉效应所获得的光吸收特性而被控制，所述两组不同谐振光是由被包含在由所述表面发射激光器照射在所述碱金属单元上的光中的具有两种不同波长的照射光所产生。
11.如权利要求10所述的原子振荡器，其中
具有两种不同波长的光对应于由所述表面发射激光器所照射的边带的光。
CN201310471812.XA 2012-07-23 2013-07-23 表面发射激光器装置和原子振荡器 Expired - Fee Related CN103579901B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012163012 2012-07-23
JP2012-163012 2012-07-23
JP2013-114880 2013-05-31
JP2013114880A JP6102525B2 (ja) 2012-07-23 2013-05-31 面発光レーザ素子及び原子発振器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103579901A true CN103579901A (zh) 2014-02-12
CN103579901B CN103579901B (zh) 2016-05-04

Family

ID=48793095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310471812.XA Expired - Fee Related CN103579901B (zh) 2012-07-23 2013-07-23 表面发射激光器装置和原子振荡器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8971372B2 (zh)
EP (1) EP2690725B1 (zh)
JP (1) JP6102525B2 (zh)
CN (1) CN103579901B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104081599A (zh) * 2011-12-02 2014-10-01 株式会社理光 面发射激光器元件、面发射激光器元件制造方法和原子振荡器
CN106451073A (zh) * 2015-08-06 2017-02-22 株式会社理光 表面发射激光器元件和原子振荡器
CN111699598A (zh) * 2017-12-08 2020-09-22 通快光电器件有限公司 分段垂直腔面发射激光器

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015008271A (ja) * 2013-05-31 2015-01-15 株式会社リコー 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP2015177000A (ja) 2014-03-14 2015-10-05 株式会社リコー 面発光レーザ、面発光レーザ素子及び原子発振器
CN104158086B (zh) * 2014-08-27 2017-07-28 武汉光迅科技股份有限公司 一种半导体发光器件
US10868407B2 (en) * 2015-06-04 2020-12-15 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Monolithic WDM VCSELS with spatially varying gain peak and fabry perot wavelength
JP6852262B2 (ja) * 2016-02-01 2021-03-31 株式会社リコー 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP7027033B2 (ja) * 2016-09-28 2022-03-01 スタンレー電気株式会社 照明用の垂直共振器型発光素子モジュール
JP7027032B2 (ja) * 2016-09-28 2022-03-01 スタンレー電気株式会社 照明用の垂直共振器型発光素子モジュール
JP2018073931A (ja) * 2016-10-27 2018-05-10 株式会社リコー 面発光レーザ素子、原子発振器
JP6834368B2 (ja) * 2016-11-07 2021-02-24 株式会社リコー 面発光レーザ素子、原子発振器
JP2020092256A (ja) * 2018-11-27 2020-06-11 株式会社リコー 光源、光源装置、光学装置、計測装置、ロボット、電子機器、移動体、および造形装置
US11527867B2 (en) 2019-03-20 2022-12-13 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser element, illumination device, projection device, measurement device, robot, electronic apparatus, mobile body, and modeling device
US11362486B2 (en) 2019-05-06 2022-06-14 Mellanox Technologies, Ltd. High speed high bandwidth vertical-cavity surface-emitting laser with controlled overshoot
US11165222B2 (en) * 2019-05-06 2021-11-02 Mellanox Technologies, Ltd. Optically matched vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) with passivation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004288789A (ja) * 2003-03-20 2004-10-14 Ricoh Co Ltd 面発光型半導体レーザ素子の製造方法および結晶成長装置、ならびにこれらを用いて形成した面発光型半導体レーザ素子、該面発光型半導体レーザ素子を用いた光送信モジュール、光送受信モジュール、光通信システム
CN101356702A (zh) * 2006-08-23 2009-01-28 株式会社理光 表面发射激光器阵列、光学扫描装置及图像形成装置
US20090285602A1 (en) * 2008-05-15 2009-11-19 Ricoh Company, Ltd Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus
US20090303308A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-10 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser element, surface-emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5206872A (en) * 1991-11-01 1993-04-27 At&T Bell Laboratories Surface emitting laser
JP2751814B2 (ja) 1994-01-14 1998-05-18 日本電気株式会社 波長多重面型発光素子の作製方法
US6169756B1 (en) * 1997-12-23 2001-01-02 Lucent Technologies Inc. Vertical cavity surface-emitting laser with optical guide and current aperture
US6117699A (en) * 1998-04-10 2000-09-12 Hewlett-Packard Company Monolithic multiple wavelength VCSEL array
JP2000058958A (ja) 1998-08-06 2000-02-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 多波長面発光半導体レーザアレイ
JP4192324B2 (ja) * 1999-02-24 2008-12-10 住友電気工業株式会社 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2002111054A (ja) * 2000-09-29 2002-04-12 Toshiba Corp 垂直共振器型半導体発光素子及び垂直共振器型半導体発光装置
JP4113576B2 (ja) * 2002-05-28 2008-07-09 株式会社リコー 面発光半導体レーザおよび光伝送モジュールおよび光交換装置および光伝送システム
EP1780849B1 (en) 2004-06-11 2013-01-30 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser diode and its manufacturing method
US7981700B2 (en) 2005-02-15 2011-07-19 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor oxidation apparatus and method of producing semiconductor element
JP2006302955A (ja) 2005-04-15 2006-11-02 Sony Corp 面発光半導体レーザ
JP5194432B2 (ja) 2005-11-30 2013-05-08 株式会社リコー 面発光レーザ素子
US7693204B2 (en) 2006-02-03 2010-04-06 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser device and surface-emitting laser array including same
CN101776224B (zh) 2006-04-28 2012-11-28 株式会社理光 面发光激光阵列、光学扫描装置和成像装置
EP2054980B1 (en) 2006-08-23 2013-01-09 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser array, optical scanning device, and image forming device
JP5309485B2 (ja) 2006-08-30 2013-10-09 株式会社リコー 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP2008060322A (ja) 2006-08-31 2008-03-13 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及び光通信システム
JP2008064801A (ja) 2006-09-04 2008-03-21 Ricoh Co Ltd 光走査装置及び画像形成装置
JP2008283129A (ja) 2007-05-14 2008-11-20 Sony Corp 面発光半導体レーザアレイ
JP5177399B2 (ja) 2007-07-13 2013-04-03 株式会社リコー 面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
CN102664348B (zh) 2007-11-14 2014-12-31 株式会社理光 表面发射激光器及阵列、光学扫描装置、成像设备、光学传输模块和系统
JP4952603B2 (ja) 2008-02-05 2012-06-13 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
KR20130006705A (ko) 2008-02-12 2013-01-17 가부시키가이샤 리코 면 발광 레이저 소자, 면 발광 레이저 어레이, 광 주사 장치, 및 화상 형성 장치
CN102983498B (zh) 2008-05-02 2015-04-22 株式会社理光 激光器件及具有激光器件的阵列、设备、模块和系统
JP5316784B2 (ja) 2008-06-11 2013-10-16 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5707021B2 (ja) * 2008-09-30 2015-04-22 株式会社日立ハイテクノロジーズ 磁場計測装置
JP5748949B2 (ja) 2008-11-20 2015-07-15 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5261754B2 (ja) 2008-11-27 2013-08-14 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5515767B2 (ja) 2009-05-28 2014-06-11 株式会社リコー 面発光レーザ素子の製造方法、面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5510899B2 (ja) 2009-09-18 2014-06-04 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、及び画像形成装置
JP5532321B2 (ja) 2009-11-17 2014-06-25 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5522595B2 (ja) 2009-11-27 2014-06-18 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP2011151357A (ja) 2009-12-21 2011-08-04 Ricoh Co Ltd 光デバイス、光走査装置及び画像形成装置
JP2011159943A (ja) 2010-01-08 2011-08-18 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP2011166108A (ja) 2010-01-15 2011-08-25 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5834414B2 (ja) 2010-03-18 2015-12-24 株式会社リコー 面発光レーザモジュール、光走査装置及び画像形成装置
JP5585940B2 (ja) 2010-04-22 2014-09-10 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及び面発光レーザ素子の製造方法
JP5754624B2 (ja) 2010-05-25 2015-07-29 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及び面発光レーザ素子の製造方法
JP5721055B2 (ja) 2010-06-11 2015-05-20 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及び面発光レーザ素子の製造方法
JP2012019157A (ja) * 2010-07-09 2012-01-26 Furukawa Electric Co Ltd:The 光インターコネクションシステム
JP2012049230A (ja) * 2010-08-25 2012-03-08 Seiko Epson Corp 量子干渉装置及び量子干渉方法
JP2012209534A (ja) * 2011-03-17 2012-10-25 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、原子発振器及び面発光レーザ素子の検査方法
JP5929259B2 (ja) 2011-05-17 2016-06-01 株式会社リコー 面発光レーザ素子、光走査装置及び画像形成装置
JP6303255B2 (ja) * 2011-12-02 2018-04-04 株式会社リコー 面発光レーザ素子及び原子発振器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004288789A (ja) * 2003-03-20 2004-10-14 Ricoh Co Ltd 面発光型半導体レーザ素子の製造方法および結晶成長装置、ならびにこれらを用いて形成した面発光型半導体レーザ素子、該面発光型半導体レーザ素子を用いた光送信モジュール、光送受信モジュール、光通信システム
CN101356702A (zh) * 2006-08-23 2009-01-28 株式会社理光 表面发射激光器阵列、光学扫描装置及图像形成装置
US20090285602A1 (en) * 2008-05-15 2009-11-19 Ricoh Company, Ltd Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus
US20090303308A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-10 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser element, surface-emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104081599A (zh) * 2011-12-02 2014-10-01 株式会社理光 面发射激光器元件、面发射激光器元件制造方法和原子振荡器
CN106451073A (zh) * 2015-08-06 2017-02-22 株式会社理光 表面发射激光器元件和原子振荡器
CN106451073B (zh) * 2015-08-06 2019-03-05 株式会社理光 表面发射激光器元件和原子振荡器
CN111699598A (zh) * 2017-12-08 2020-09-22 通快光电器件有限公司 分段垂直腔面发射激光器
US11563306B2 (en) 2017-12-08 2023-01-24 Trumpf Photonic Components Gmbh Segmented vertical cavity surface emitting laser
CN111699598B (zh) * 2017-12-08 2023-11-07 通快光电器件有限公司 分段垂直腔面发射激光器

Also Published As

Publication number Publication date
EP2690725A2 (en) 2014-01-29
US20140023104A1 (en) 2014-01-23
EP2690725B1 (en) 2019-03-27
EP2690725A3 (en) 2017-07-26
CN103579901B (zh) 2016-05-04
JP2014041997A (ja) 2014-03-06
JP6102525B2 (ja) 2017-03-29
US8971372B2 (en) 2015-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103579901A (zh) 表面发射激光器装置和原子振荡器
JP6303255B2 (ja) 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP6107089B2 (ja) 面発光レーザ素子及び原子発振器
EP2686923B1 (en) Surface-emitting laser element, atomic oscillator, and surface-emitting laser element testing method
US9225149B2 (en) Surface emitting laser element and atomic oscillator
US10084286B2 (en) Surface emitting laser, surface emitting laser element and atomic oscillator
JP6620453B2 (ja) 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP2018073931A (ja) 面発光レーザ素子、原子発振器
JP2017204616A (ja) 面発光レーザ素子、原子発振器
JP2014022667A (ja) 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP2018010940A (ja) 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP6699341B2 (ja) 面発光レーザ素子、及びその製造方法、並びに原子発振器
JP2016518031A (ja) 垂直外部共振器面発光レーザーのための導光
JP2018078134A (ja) 面発光レーザ素子、原子発振器
JP6852262B2 (ja) 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP2016208049A (ja) 面発光レーザ素子、原子発振器及び面発光レーザ素子の検査方法
KR20150125784A (ko) 수직형 광반도체 소자 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160504