CN113491045A - 垂直腔面发光器件 - Google Patents

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Abstract

一种垂直腔面发光器件包括：基板、第一多层膜反射镜、发光结构层和第二多层膜反射镜。第一多层膜反射镜形成在基板上。发光结构层形成在第一多层膜反射镜上。发光结构层包括发光层。第二多层膜反射镜形成在发光结构层上。第二多层薄膜反射镜构成第一多层膜反射镜和第二多层膜反射镜之间的共振器。第二多层膜反射镜包括第一多层膜、中间膜和第二多层膜。第一多层膜具有由低折射率材料制成的低折射率膜和由折射率高于低折射率材料的折射率的高折射率材料制成的高折射率膜。低折射率膜和高折射率膜交替堆叠。中间膜覆盖第一多层膜的上表面。中间膜对从发光层发射的光具有透光性。第二多层膜被形成为部分覆盖中间膜的上表面。第二多层膜具有由低折射率材料制成的低折射率膜和由高折射率材料制成的高折射率膜。低折射率膜和高折射率膜交替堆叠。中间膜的膜厚度基于从发光层发射的光在中间膜内的波长的1/2。

Description

垂直腔面发光器件
技术领域
本发明涉及垂直腔面发光器件，例如垂直腔面发射激光器。
背景技术
垂直腔面发射激光器(以下简称为面发射激光器)是一种半导体激光器，其包括由堆叠在基板上的多层膜形成的反射镜，并在垂直于基板表面的方向上发光。例如，专利文献1公开了一种使用氮化物半导体的面发射激光器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5707742号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
例如，在诸如面发射激光器等垂直腔面发光器件中，优选发光图样是稳定的，例如，远场图样是稳定的。因此，例如，优选将被构造为以期望的横模产生光的共振器构造在垂直腔面发光器件中。例如，以基本本征模产生激光束能够获得具有低发射角和高输出功率的单峰激光束的远场图样。
本发明考虑到上述问题而作出，其目的是提供一种能够以稳定的横模发射光的垂直腔面发光器件。
解决问题的方案
本发明的垂直腔面发光器件包括基板、第一多层膜反射镜、发光结构层和第二多层膜反射镜。第一多层膜反射镜形成在基板上。发光结构层形成在第一多层膜反射镜上。发光结构层包括发光层。第二多层膜反射镜形成在发光结构层上。第二多层膜反射镜构成第一多层膜反射镜和第二多层膜反射镜之间的共振器。第二多层膜反射镜包括第一多层膜、中间膜和第二多层膜。第一多层膜具有由低折射率材料制成的低折射率膜和由折射率高于低折射率材料的折射率的高折射率材料制成的高折射率膜。低折射率膜和高折射率膜交替堆叠。中间膜覆盖第一多层膜的上表面。中间膜对从发光层发射的光具有透光性。第二多层膜被形成为部分覆盖中间膜的上表面。第二多层膜具有由低折射率材料制成的低折射率膜和由高折射率材料制成的高折射率膜。低折射率膜和高折射率膜交替堆叠。中间膜的膜厚度基于从发光层发射的光在中间膜内的波长的1/2。
附图说明
图1是实施例1的面发射激光器的顶视图。
图2是实施例1的面发射激光器的截面图。
图3是实施例1的面发射激光器中的第二多层膜反射镜的侧视图。
图4A是示出实施例1的面发射激光器的制造方法的图。
图4B是示出实施例1的面发射激光器的制造方法的图。
图5是示出实施例1的面发射激光器中的第二多层膜反射镜的第一多层膜中的镜损失程度的图。
图6是实施例2的面发射激光器的顶视图。
图7是实施例2的面发射激光器的截面图。
图8是实施例3的面发射激光器的顶视图。
图9是实施例3的面发射激光器的截面图。
图10是实施例3的面发射激光器中的第二多层膜反射镜的侧视图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施方式。在下面的实施方式中，将描述将本发明实现为面发射激光器(半导体激光器)的情况。然而，本发明不限于面发射激光器，而是可应用于各种垂直腔面发光器件，例如垂直腔面发光二极管。
实施例1
图1是实施例1的垂直腔面发射激光器(VCSEL，以下称为面发射激光器)的示意性顶视图。图2是面发射激光器10的截面图。图2是沿图1中的线2-2截取的截面图。将参照图1和图2描述面发射激光器10的构造。
面发射激光器10包括基板11和形成在基板11上的第一多层膜反射镜(以下简称为第一反射镜)12。在本实施例中，第一反射镜12形成在基板11上，并具有第一半导体膜(以下称为高折射率半导体膜)H1和折射率低于高折射率半导体膜H1的第二半导体膜(以下称为低折射率半导体膜)L1交替堆叠的结构。在本实施例中，第一反射镜12构成由半导体材料制成的分布式布拉格反射器(DBR)。
在本实施例中，基板11的组成为GaN。基板11是用于第一反射镜12的晶体生长的生长用基板。第一反射镜12中的高折射率半导体膜H1的组成为GaN，低折射率半导体膜L1的组成为AlInN。在本实施例中，在基板11和第一反射镜12之间设置组成为GaN的缓冲层(未示出)。
面发射激光器10包括形成在第一反射镜12上并包括发光层14的发光结构层EM1。在本实施例中，发光结构层EM1包括由氮化物类半导体制成的多个半导体层。发光结构层EM1包括形成在第一反射镜12上的n型半导体层(第一半导体层)13、形成在n型半导体层13上的发光层(有源层)14以及形成在发光层14上的p型半导体层(第二半导体层)15。
在本实施例中，n型半导体层13的组成为GaN并且包含Si作为n型杂质。发光层14具有量子阱结构，其包括组成为InGaN的阱层和组成为GaN的屏障层。p型半导体层15具有GaN类组成并且包含Mg作为p型杂质。
发光结构层EM1的构造不限于此。例如，n型半导体层13可以包括具有相互不同的组成的多个n型半导体层。p型半导体层15可以包括具有相互不同的组成的多个p型半导体层。
例如，p型半导体层15可以包括例如作为电子阻挡层(未示出)的AlGaN层，其减少注入到发光层14中的电子在与发光层14的界面处溢流到p型半导体层15。p型半导体层15可以包括接触层(未示出)以形成与电极的欧姆接触。在这种情况下，例如，p型半导体层15仅需要包括GaN层作为电子阻挡层和接触层之间的覆盖层。
在本实施例中，p型半导体层15包括在其上表面上的凸部15A。在本实施例中，凸部15A具有圆柱形状。面发射激光器10具有在除p型半导体层15的凸部15A以外的上表面上形成的的绝缘层(第一绝缘层)16。绝缘层16对从发光层14发射的光具有透光性，并且由折射率低于p型半导体层15(凸部15A)的折射率的材料(例如氧化物，如SiO2)制成。p型半导体层15的凸部15A的上端面从绝缘层16露出。
面发射激光器10包括形成在绝缘层16上并在p型半导体层15的凸部15A处连接到p型半导体层15的透光电极层17。透光电极层17是对从发光层14发射的光具有透光性的导电膜。透光电极层17与绝缘层16的上表面和p型半导体层15的凸部15A的上端面接触。例如，透光电极层17由诸如ITO或IZO等金属氧化物膜制成。
绝缘层16用作电流限制层，其限制经由透光电极层17注入到发光结构层EM1中的电流。具体而言，p型半导体层15中的凸部15A的外侧的上表面区域由于被绝缘层16覆盖而用作具有比其它区域更高的电阻的高电阻区域。因此，发光结构层EM1内的电流路径受到p型半导体层15的凸部15A的区域的限制。
面发射激光器10包括形成在透光电极层17上的绝缘层(第二绝缘层)18。例如，绝缘层18由具有绝缘性的金属氧化物(例如Ta2O5、Nb2O5、ZrO2、TiO2和HfO2)制成。绝缘层18对于从发光层14发射的光具有透光性。
面发射激光器10包括形成在绝缘层18上的第二多层膜反射镜(以下简称为第二反射镜)19。第二反射镜19设置在面对第一反射镜12的位置，二者之间插入发光结构层EM1。在第二反射镜19和第一反射镜12之间构成具有垂直于发光结构层EM1的方向(垂直于基板11的方向)作为共振器长度方向的共振器OC1。
在本实施例中，第二反射镜19具有下述结构：第一介电膜(以下称为高折射率介电膜)H2和折射率低于高折射率介电膜H2的第二介电膜(以下称为低折射率介电膜)L2交替堆叠。
即，在本实施例中，第二反射镜19构成由介电材料制成的分布式布拉格反射器(DBR)。例如，在本实施例中，高折射率介电膜H2由Nb2O5膜制成，低折射率介电膜L2由SiO2膜制成。
在本实施例中，第二反射镜19具有各自包括多个高折射率介电膜H2和低折射率介电膜L2的第一和第二介电多层膜(以下称为第一和第二多层膜)19A和19B以及中间介电膜(中间膜)19C，该中间介电膜19C形成在第一多层膜19A和第二多层膜19B之间，并具有小于例如高折射率介电膜H2和低折射率介电膜L2的刻蚀速率。
中间介电膜19C例如由Al2O3膜制成，并且具有Nb2O5膜和SiO2膜的1/10以下的干法刻蚀速率。中间介电膜19C的另一实例包括AlN膜。
在本实施例中，中间介电膜19C形成在第二反射镜19内的高折射率介电膜H2之间。具体而言，在本实施例中，第一多层膜19A在其上表面上具有膜厚度为高折射率介电膜H2的膜厚度的一半的高折射率介电膜(以下称为第一薄膜高折射率介电膜)H21。中间介电膜19C形成在第一薄膜高折射率介电膜H21上。第二多层膜19B在与中间介电膜19C的界面上具有高折射率介电膜(第二薄膜高折射率介电膜)H21。
第二多层膜19B在中间介电膜19C的面内方向上设置在中间介电膜19C内侧。在本实施例中，第一多层膜19A和中间介电膜19C具有相同的宽度。在本实施例中，第一多层膜19A和中间介电膜19C具有直径相同的圆柱形状。
第二多层膜19B的宽度小于中间介电膜19C的宽度。在本实施例中，第二多层膜19B形成为与第一多层膜19A和中间介电膜19C同轴，并且具有直径小于第一多层膜19A和中间介电膜19C的直径的圆柱形状。
在本实施例中，如图1所示，面发射激光器10具有共振器OC1，该共振器OC1具有与第二反射镜19的第一多层膜19A的形状对应的截面形状，在本实施例中为圆柱形状。
面发射激光器10具有形成在第二反射镜19上的金属膜20。在本实施例中，金属膜20对从发光层14发射的光具有反射性。金属膜20包括覆盖第二多层膜19B的上表面的第一金属膜21和覆盖从第二多层膜19B露出的中间介电膜19C的上表面区域的第二金属膜22。例如，金属膜20由诸如Ti、Cr、Ni、Pt、Au和Sn等金属材料制成。
面发射激光器10包括向发光结构层EM1施加电流的第一电极E1和第二电极E2。第一电极E1形成在n型半导体层13上。第二电极E2形成在透光电极层17上。
在第一电极E1和第二电极E2之间施加电压使得从发光结构层EM1中的发光层14发射光。从发光层14发射的光在第一反射镜12和第二反射镜19之间重复反射，从而进入共振状态(进行激光振荡)。
在本实施例中，第一反射镜12的反射率略低于第二反射镜19的反射率。因此，在第一反射镜12和第二反射镜19之间共振的一部分光透过第一反射镜12和基板11并被取出外部。因此，面发射激光器10在垂直于基板11和发光结构层EM1的方向上发射光。
作为发光结构层EM1中的电流限制部分的p型半导体层15的凸部15A界定发光层14中的发光区域，并将共振器OC1的中心轴(发光中心轴)CA界定为穿过发光区域中心的轴。例如，共振器OC1的中心轴CA穿过p型半导体层15的凸部15A的中心，并且在垂直于p型半导体层15(发光结构层EM1)的方向上延伸。
发光层14的发光区域是例如具有预定宽度的区域，在发光层14中从该区域发出具有预定强度以上的光，并且该区域的中心是发光中心。例如，发光层14的发光区域是在发光层14中注入具有预定密度以上的电流的区域，并且其中心是发光中心。穿过发光中心并垂直于基板11的直线是中心轴CA。中心轴CA是沿着由第一反射镜12和第二反射镜19构成的共振器OC1的共振器长度方向延伸的直线。中心轴CA对应于从面发射激光器10发射的激光束的光轴。
这里，将描述面发射激光器10中的各层的示例性构造。在本实施例中，第一反射镜12由44对GaN层和AlInN层形成。n型半导体层13具有650nm的层厚度。发光层14由具有多量子阱结构的有源层形成，其中4nm的InGaN层和5nm的GaN层堆叠三次。第二反射镜19由10.5对Nb2O5层和SiO2层形成。
p型半导体层15在凸部15A的区域中具有50nm的层厚度。p型半导体层15在除凸部15A以外的区域中具有30nm的层厚度。凸部15A的外径为8μm。绝缘层16具有20nm的层厚度。绝缘层16的上表面形成为布置在与p型半导体层15的凸部15A的上端面相同的高度位置处。注意，这些仅仅是一个示例。
图3是第二反射镜19的侧视图。利用图3，将描述第二反射镜19的详细构造。首先，第一多层膜19A具有下述结构：低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2在绝缘层18上依次层叠四次，并且第一薄膜高折射率介电膜H21形成在最上面的低折射率介电膜L2上。
第二多层膜19B具有下述结构：第二薄膜高折射率介电膜H21形成在中间介电膜19C上，低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2在其上依次堆叠五次，并且低折射率介电膜L2形成在最上面的高折射率介电膜H2上。
如图3所示，在本实施例中，第二反射镜19由10个高折射率介电膜H2和11个低折射率介电膜L2制成。第一和第二薄膜高折射率介电膜H21(6)具有相当于当从最上表面侧(金属膜20侧)起第六个高折射率介电膜H2(6)的层厚度减半并一分为二时的构造。中间介电膜19C形成在这些第一和第二薄膜高折射率介电膜H21(6)之间。
在本实施例中，各个低折射率介电膜L2和各个高折射率介电膜H2的膜厚度对应于从发光层14发射的光在各个介电膜中的波长的1/4。例如，在将各介电膜的折射率设为折射率n(实践中，在低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2之间不同)，并且从发光层14发射的光波长为波长λ时，各个介电膜的膜厚度为λ/4n。
另一方面，在本实施例中，第一和第二薄膜高折射率介电膜H21(6)的膜厚为其一半，即λ/8n。在本实施例中，中间介电膜19C的膜厚度为λ/2n。
图4A和图4B是示出面发射激光器10的制造方法的一部分的图。使用图4A和图4B，将描述面发射激光器10的制造方法。首先，图4A是示出形成有作为用作第二反射镜19的多层膜的第一多层膜19A和第二多层膜19BP以及中间介电膜19C的半导体晶片的一部分的截面图。
首先，在用作基板11的半导体晶片上，形成第一反射镜12、发光结构层EM1、绝缘层16、透光电极层17和绝缘层18。在绝缘层18上，将低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2层叠多次(在本实施例中为五对)，并形成第一薄膜高折射率介电膜H21，从而形成第一多层膜19A(步骤1)。
在第一多层膜19A上，形成用作中间介电膜19C且刻蚀速率小于高折射率介电膜H2和低折射率介电膜L2的刻蚀速率的介电膜(步骤2)。在中间介电膜19C上，形成第二薄膜高折射率介电膜H21，层叠五对低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2，并形成低折射率介电膜L2，从而形成第二多层膜19BP(步骤3)。
接着，图4B是示出在第二多层膜19BP上进行刻蚀之后的半导体晶片的一部分的截面图。在形成第二多层膜19BP之后，在第二多层膜19BP上进行刻蚀，部分地去除第二多层膜19BP，并且使中间介电膜19C部分地露出。在本实施例中，在第二多层膜19BP上进行干法刻蚀。这形成第二多层膜19B，由此，形成第二反射镜19(步骤4)。
这里，中间介电膜19C的刻蚀速率小于第二反射镜19中的其它介电膜的刻蚀速率。因此，当进行第二多层膜19BP的刻蚀时，可以在中间介电膜19C的途中可靠地停止刻蚀。也就是说，例如，在没有部分地保留在被刻蚀的部分中的第二多层膜19BP的底部处的介电膜或第一多层膜19A的一部分被刻蚀的情况下，可仅稳定地刻蚀第二多层膜19BP。
因此，刻蚀精度基本上稳定。因此，可以加工多层膜，使得刻蚀在设计深度位置或设计膜位置处停止。在本实施例中，可以稳定地调节作为第二反射镜19的反射特性。
在本实施例中，在形成第二反射镜19之后，在中间介电膜19C和第二多层膜19B上形成金属膜20(步骤5)。接着，分别在发光结构层EM1的n型半导体层13和p型半导体层15上形成第一和第二电极E1和E2(步骤6)。由此，可以制造面发射激光器10。
图5是示出基于第二多层膜19BP的上表面的刻蚀深度(位置)与第二反射镜19中的镜损失之间的关系的图。如图5所示，可以看出，当进行刻蚀至从上表面侧起第六对的高折射率介电膜H2的途中(例如，膜厚方向的中央)时，与对其它位置进行刻蚀的情况相比，将导致显著较大的镜损失。
因此，与本实施例中的第二反射镜19一样，第六对的高折射率介电膜H2被分成第一和第二薄膜高折射率介电膜H21(6)，并在其间设置中间介电膜19C，以便停止途中的刻蚀，从而稳定地去除第二多层膜19B，由此确保在去除的部分引起较大的镜损失。
在本实施例中，第二多层膜19B形成在第一多层膜19A的平面内的第一多层膜19A的中心部分。即，在第一多层膜19A的外周部，除去第二多层膜19B。第一多层膜19A和第二多层膜19B设置在共振器OC1的中心轴CA上。这稳定地确保了在包括中心轴CA的区域的周围部分的区域中的镜损失高于在包括共振器OC1的中心轴CA的区域中的镜损失。
这导致面发射激光器10的稳定横模。具体而言，当中心轴CA上的区域与其周围部分的区域之间的镜损失差异较小时，面发射激光器10的振荡模式变得不稳定，有时以更高阶模式进行激光振荡。这是由于未能稳定形成镜损失差异造成的。
例如，在本实施例中，当介电多层膜形成第二反射镜19时，通常通过部分去除多层膜来形成中心轴CA和其周围部分的镜损失差异。然而，当多层膜的去除量变得不稳定时，如图5所示，根据残留的多层膜的深度位置几乎不引起镜损失。这导致振荡模式变为多模或不稳定。
与此相反，在本实施例中，如在中间介电膜19C中，在用作第二反射镜19的多层膜中的优选位置处形成刻蚀极慢的膜，并且通过在其上进行刻蚀来部分地去除第二多层膜19BP。因此，可以在优选位置可靠地停止刻蚀，并且可以形成具有优选镜特性的第二反射镜19。这可以提供具有稳定的横模的面发射激光器10
在本实施例中，已经描述了第二反射镜19是由介电材料制成的DBR的情况。然而，第二反射镜19仅需要是多层反射镜，并且材料不限于介电材料。
第一多层膜19A和第二多层膜19B的构造也不限于上述情况。例如，第一多层膜19A仅需要具有由低折射率材料(例如，低折射率介电材料)制成的低折射率膜(低折射率介电膜L2)和由折射率大于低折射率材料的高折射率材料(例如，高折射率介电材料)制成的高折射率膜(高折射率介电膜H2)交替堆叠的结构。
第二多层膜19B仅需要形成为部分地覆盖中间介电膜19C的上表面，并且具有由低折射率材料制成的低折射率膜(低折射率介电膜L2)和由高折射率材料制成的高折射率膜(高折射率介电膜H2)交替堆叠的结构。
中间介电膜19C的膜厚度不限于上述。例如，中间介电膜19C仅需要具有不破坏第二反射镜19中的DBR条件的膜厚度，即从发光层14发射的光在与中间介电膜19C中的其它层的界面处穿过而不反转的膜厚度。例如，中间介电膜19C仅需要具有基于从发光层14发射的光在中间介电膜19C中的波长的1/2的膜厚度，例如膜厚度满足λx/2n(x是自然数)。
对于中间介电膜19C的位置，仅需要将中间介电膜19C设置在第二反射镜19中的任何优选位置。例如，当金属膜20覆盖第二反射镜19的上表面时，其优选设置在各个第一多层膜19A和第二多层膜19B中设置的第一和第二薄膜高折射率膜H21之间。
更具体而言，例如，优选低折射率介电膜L2设置在第一多层膜19A的最靠近基板11的一侧上。优选的是，由高折射率材料制成且膜厚度小于高折射率介电膜H2的膜厚度的薄膜高折射率介电膜H21设置在第一多层膜19A的最靠近中间介电膜19C的一侧上。优选的是，低折射率介电膜L2设置在第二多层膜19B的最靠近上表面的一侧上。优选的是，由高折射率材料制成且膜厚度小于高折射率介电膜H2的膜厚度的薄膜高折射率介电膜H21设置在第二多层膜19B的最靠近中间介电膜19C的一侧上。
例如，如图3所示，第二多层膜19B优选具有低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2各5个以及薄膜高折射率膜H21。优选的是，第一多层膜19A和第二多层膜19B中的低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2的膜厚度基于从发光层14发射的光在低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2各自中的波长的1/4(例如，膜厚度满足λx/4n(x是自然数))。优选的是，薄膜高折射率膜H21的膜厚度基于从发光层14发射的光在薄膜高折射率膜中的波长的1/8(例如，膜厚度满足λx/8n(x为自然数))。
本实施例已经描述了中间介电膜19C的刻蚀速率小于高折射率介电膜H2和低折射率介电膜L2的刻蚀速率的情况。然而，中间介电膜19C仅需要是具有足以可靠地停止刻蚀的膜厚度(例如，上述膜厚度)的透光膜。中间介电膜19C不限于膜的刻蚀速率小于其它层的刻蚀速率的情况。中间介电膜19C仅需要覆盖第一多层膜19A的上表面。
如上所述，在本实施例中，面发射激光器10具有基板11、形成在基板11上的第一多层膜反射镜12、形成在第一多层膜反射镜12上并包括发光层14的发光结构层EM1、形成在发光结构层EM1上并构成第一多层膜反射镜12和第二多层膜反射镜19之间的共振器OC1的第二多层膜反射镜19。
第二多层膜反射镜19包括：第一多层膜19A，其中由低折射率材料制成的低折射率膜L2和由折射率大于低折射率材料的高折射率材料制成的高折射率膜H2交替堆叠；中间介电膜19C，其覆盖第一多层膜19A的上表面并对从发光层14发射的光具有透光性；以及第二多层膜19B，其形成为部分地覆盖中间介电膜19C的上表面，并且其中由低折射率材料制成的低折射率膜L2和由高折射率材料制成的高折射率膜H2交替地堆叠。
中间介电膜19C的膜厚度基于从发光层14发射的光在中间介电膜19C中的波长的1/2。因此，可以提供能够以稳定的横模发射光的面发射激光器10(垂直腔面发光器件)。
实施例2
图6是实施例2的面发射激光器30的顶视图。图7是面发射激光器30的截面图。图7是沿图6中的线7-7截取的截面图。除了第二反射镜31和金属膜32的构造之外，面发射激光器30具有类似于面发射激光器10的构造。
在本实施例中，第二反射镜31具有在中间介电膜19C的上表面上形成为环状的第二多层膜31A代替第二反射镜19的第二反射镜19B。在本实施例中，第二多层膜31A具有形成为圆环状的高折射率介电膜H2和低折射率介电膜L2。
金属膜32形成在包括在第二多层膜31的内侧从第二多层膜31露出的中间介电膜31A的上表面的中间介电膜19C和第二多层膜31A上。
在本实施例中，类似于第二多层膜19B，第二多层膜31A在与中间介电膜19C的界面处具有第二薄膜高折射率介电膜H21。中间介电膜19C形成在第一和第二薄膜高折射率介电膜H21之间。
本实施例可以提供以更稳定的横模进行激光振荡的面发射激光器30。具体而言，在本实施例中，即使在共振器OC1的中心轴CA的区域中，也形成高镜损失区域。即，在共振器OC1内，具有高反射特性的区域围绕中心轴CA形成为环状。
这可以使得在将光限制在环状区域中的同时进行激光振荡。因此，例如，调整环状区域的宽度确保在环状区域中形成多个本征模。
例如，第二多层膜31A具有7.5μm的外径W1和2.5μm的内径W2。例如，形成这种环状的第二多层膜31A可确保在多个位置处产生具有强度峰的近场图样。发射具有这种图样的近场图样的光，同时由于彼此干涉而整体变窄。也就是说，例如，可以发射稳定的单峰激光束。
因此，本实施例确保使用中间介电膜19C形成具有环状的第二多层膜31A的第二反射镜31。因此，可以将具有小镜损失的区域稳定地形成为环状，并且由此可以提供具有稳定横模的面发射激光器30。
实施例3
图8是实施例3的面发射激光器40的顶视图。图9是面发射激光器40的截面图。除了第二反射镜41的构造之外，面发射激光器40具有类似于面发射激光器10的构造。在面发射激光器40中，第二反射镜41在上表面中光学露出。
在本实施例中，第二反射镜41具有在最上表面具有低折射率层L2的第一多层膜41A、在第一多层膜41A的低折射率层L2上形成的中间介电膜41C、在中间介电膜41C上形成的在与中间介电膜41C的界面处具有高折射率层H2的第二多层膜41B。第二多层膜41B和中间介电膜41C的上表面没有金属膜并且是光学上露出的。
图10是第二反射镜41的侧视图。在本实施例中，第一多层膜41A具有堆叠了五对低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2以及第五个低折射率介电膜L2的结构。第二多层膜41B具有堆叠了五对高折射率介电膜H2和低折射率介电膜L2的结构。
如图10所示，在本实施例中，在第二反射镜41中，从第二多层膜41B的上表面起，在第五对高折射率介电膜H2(5)和第六对低折射率介电膜L2(6)之间形成中间介电膜41C。
在本实施例中，第二反射镜41的上表面是光学上露出的，这与金属膜以光反射状态设置在端面上的情况不同。在这种情况下，将中间介电膜41C设置在如上所述的位置并对其进行刻蚀可确保引起较大的镜损失。因此，例如，可以稳定地发射单峰激光束。
注意，在本实施例中，例如，如实施例2所示，第二多层膜41B可以形成为环状(管状)。在这种情况下，类似于实施例2，可以以更稳定的横模产生激光束。例如，当第二多层膜41B形成为环状时，其尺寸的实例包括9μm的外径W1和3μm的内径W2。
此外，在本实施例中，第一多层膜41A和第二多层膜41B的构造以及中间介电膜41C的构造也不限于上述情况。例如，当第二反射镜41的上表面光学上露出时，优选的是，低折射率介电膜L2设置在第一多层膜41A的最靠近基板11的一侧上，并且低折射率介电膜L2设置在第一多层膜41A的最靠近中间介电膜41C的一侧上。优选的是，低折射率介电膜L2设置在第二多层膜41B的最靠近上表面的一侧上，并且高折射率介电膜H2设置在第二多层膜41B的最靠近中间介电膜41C的一侧上。
例如，如图10所示，优选的是，第二多层膜41B具有低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2各5个。优选的是，低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2的膜厚度基于从发光层14发射的光在低折射率介电膜L2和高折射率介电膜H2各自中的波长的1/4(例如，膜厚度满足λx/4n(x是自然数))。
如上述各个实施例那样，在第二反射镜19、31和41内形成具有比其它层更小的刻蚀速率的层可确保形成具有优选反射特性的反射镜，从而确保提供例如具有稳定横模的面发射激光器10、30和40(垂直腔面发光器件)。
附图标记说明
10、30和40：面发射激光器(垂直腔面发光器件)
EM1：发光结构层
14：发光层
19、31和41：第二多层膜反射镜

Claims (9)

1.一种垂直腔面发光器件，其包括：
基板；
形成在所述基板上的第一多层膜反射镜；
形成在所述第一多层膜反射镜上的发光结构层，所述发光结构层包括发光层；
形成在所述发光结构层上的第二多层膜反射镜，所述第二多层薄膜反射镜构成所述第一多层膜反射镜和所述第二多层膜反射镜之间的共振器，其中，
所述第二多层膜反射镜包括第一多层膜、中间膜和第二多层膜，所述第一多层膜具有由低折射率材料制成的低折射率膜和由折射率高于所述低折射率材料的折射率的高折射率材料制成的高折射率膜，所述低折射率膜和所述高折射率膜交替堆叠，所述中间膜覆盖所述第一多层膜的上表面，所述中间膜对从所述发光层发射的光具有透光性，所述第二多层膜被形成为部分覆盖所述中间膜的上表面，所述第二多层膜具有由所述低折射率材料制成的低折射率膜和由所述高折射率材料制成的高折射率膜，所述低折射率膜和所述高折射率膜交替堆叠，并且
所述中间膜的膜厚度基于所述发光层发射的光在所述中间膜内的波长的1/2。
2.如权利要求1所述的垂直腔面发光器件，其中：
所述第一多层膜的最靠近所述基板的一侧上设置有低折射率膜，并且所述第一多层膜的最靠近所述中间膜的一侧上设置有由所述高折射率材料制成的薄膜高折射率膜，所述薄膜高折射率膜的膜厚度小于所述高折射率膜的膜厚度，
所述第二多层膜的最靠近其上表面的一侧上设置有低折射率膜，并且所述第二多层膜的最靠近所述中间膜的一侧上设置有由所述高折射率材料制成的薄膜高折射率膜，所述薄膜高折射率膜的膜厚度小于所述高折射率膜的膜厚度，
所述第二多层膜和所述中间膜具有覆盖有金属膜的上表面。
3.如权利要求2所述的垂直腔面发光器件，其中：
所述第二多层膜具有低折射率膜和高折射率膜各五个和所述薄膜高折射率膜，
所述第一多层膜和第二多层膜中的所述低折射率膜和所述高折射率膜的膜厚度基于从所述发光层发射的光在低折射率膜和高折射率膜各自中的波长的1/4，
所述第一多层膜和第二多层膜中的所述薄膜高折射率膜的膜厚度基于从所述发光层发射的光在所述薄膜高折射率膜内的波长的1/8。
4.如权利要求1所述的垂直腔面发光器件，其中：
所述第一多层膜的最靠近所述基板的一侧上设置有所述低折射率膜，所述第一多层膜的最靠近所述中间膜的一侧上设置有所述低折射率膜，
所述第二多层膜的最靠近其上表面的一侧上设置有所述低折射率膜，所述第二多层膜的最靠近所述中间膜的一侧上设置有所述高折射率膜，并且
所述第二多层膜和所述中间膜具有光学上露出的上表面。
5.如权利要求4所述的垂直腔面发光器件，其中：
所述第二多层膜具有低折射率膜和高折射率膜各五个，
所述第一多层膜和第二多层膜中的所述低折射率膜和所述高折射率膜的膜厚度基于从所述发光层发射的光在低折射率膜和高折射率膜各自中的波长的1/4。
6.如权利要求1所述的垂直腔面发光器件，其中：
所述第二多层膜在所述中间膜的上表面形成为环状。
7.如权利要求1至6中任一项所述的垂直腔面发光器件，其中：
所述中间膜的刻蚀速率小于所述第二多层膜的所述低折射率膜和所述高折射率膜的刻蚀速率。
8.如权利要求1至7中任一项所述的垂直腔面发光器件，其中：
所述高折射率膜、所述低折射率膜和所述中间膜由介电膜制成。
9.如权利要求8所述的垂直腔面发光器件，其中：
所述中间膜由Al2O3膜或AlN膜制成。
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