CN1241311A - 面发光激光器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一边控制横向模一边从多个光射出部分射出相位同步的激光光束,得到从表面上看为一束激光光束的面发光激光器及其制造方法。具备:构成光射出侧的反射镜的一部分的柱状部分(20);包围该柱状部分(20)周围的埋入层(22);被形成在柱状部分(20)以及埋入层(22)上的上部电极(23);被形成在柱状部分(20)以及埋入层(22)下的绝缘层(18)。在上述电极(23)上,在柱状部分(20)上形成多个开口部分(23a),在绝缘层(18)上,在和开口部分(23a)对应的位置上形成开口部分(18a),因为埋入层(22)的绝对折射率比柱状部分(20)稍小,所以可以控制横向模。

Description

面发光激光器及其制造方法
本发明涉及垂直谐振器型的面发光激光器，尤其涉及通过从多个光射出部分射出相位同步的激光光束得到高输出且辐射角窄的激光光束的面发光激光器及其制造方法。
在面发光激光器中，发射高输出且辐射角窄的激光光束是研究课题。在特开平8-340156号公报中，揭示了从多个光射出部分射出相位同步的激光光束，通过光的干涉效果发射看上去为一束激光光束的面发光激光器。看上去成为一束激光光束，可以观测到是高输出且辐射角窄的激光光束。
在该面发光激光器中，在光射出侧的金属包层上形成柱状部分，在该柱状部分的周围形成埋入层，光射出侧的电极具有多个开口部分，开口部分的边缘部分和柱状部分接触。而后，在电极的开口部分正下方和边缘部分正下方，光的振荡模不同，从开口部分射出的多条激光光束看上去成为一束激光光束。
在该面发光激光器中，作为埋入层使用了绝缘性的物质。作为绝缘性的埋入层，一般所使用的SiO2等的氧化物和Si3N4等的氮化物和ZnSe等的II-VI族化合物，和成为金属包层的构成要素的GaAs等的III-V族化合物折射率大不相同。因而，因为将光过分地封闭在谐振器的中心，所以不能消除高次横向模。
本发明就是为了解决上述以往的问题而提出的，提供一种一边控制横向模，一边从多个光射出部分射出相位同步的激光光束，可以得到看上去是一束激光光束的面发光激光器及其制造方法。
(1)本发明的垂直谐振器型的面发光激光器，
具有：至少由光输出侧的反射镜的一部分构成的柱状部分；包围该柱状部分的周围的埋入层；形成在上述柱状部分以及上述埋入层之上的上部电极；形成在上述柱状部分以及上述埋入层之下的绝缘层，
在上述上部电极上的上述柱状部分之上形成多个电极开口部分，
在上述绝缘层上对应上述电极开口部分的位置上形成绝缘开口部分，
上述埋入层的绝对折射率仅比上述柱状部分稍小。
如果采用本发明，则在绝缘层上形成有绝缘开口部分，从上述电极通过绝缘层开口部分向活性层提供电流。与各绝缘层开口部分对应产生的光，其振荡模相同。而后，从多个电极开口部分，射出相位同步的多束激光束。该多束激光光束，成为从外观上看是高输出且辐射角窄的一束激光光束。
另外，如果采用本发明，则用埋入层包围柱状部分的周围，埋入层的绝对折射率(相对真空的折射率)比柱状部分的绝对折射率还小。采用此构成就可以和光纤同样地使光封闭在柱状内部进行全反射。
进而，我们知道在光纤中，如果光纤芯和金属包层的绝对折射率差别大则传输多种波模。因而，通过减小绝对折射率差别就可以控制横向模。
同样，如果采用本发明，因为绝对折射率差别极小，所以可以控制横向模。
(2)在上述面发光激光器中，希望，
形成上述柱状部分的物质被单晶化，
形成上述埋入层的物质，和上述柱状部分是相同的物质，被非晶化。
同样的物质，如果被单晶化则密度增高绝对折射率增高，与此相反，如果被非单晶化(多晶化或者非晶化)则密度稍低且绝对折射率稍低。这样，通过单晶化，或者非单晶化，就可以稍微改变绝对折射率。
(3)在上述面发光激光器中，希望，
各电极开口部分直径是1～6μm，相邻的上述电极开口部分之间的距离设置为7μm以下。
(4)在上述面发光激光器中，希望，
上述埋入层的电阻低。
这样，由于埋入层的电阻低就可以抑制发热。
(5)本发明的垂直谐振器型的面发光激光器的制造方法，包含，
形成位于在活性层上和光输出侧的反射镜下的单晶层的工序；
在上述单晶层上形成非单晶绝缘层工序；
在上述绝缘层上形成多个绝缘开口部分，并形成上述单晶层的露出部分的工序；
可以包含上述绝缘开口部分在上述绝缘层上有选择地生长多层膜的工序；
在上述多层膜上形成具有与上述绝缘开口部分对应的电极开口部分的上部电极的工序，
上述多层膜，在上述非单晶绝缘层上被非单晶化，在上述绝缘开口部分上被单晶化。
如果采用本发明，因为通过非选择生长的多层膜，从绝缘开口部分露出单晶层，所以在该绝缘开口部分上变为被单晶化的柱状部分，在其周围变为被非单晶化(多晶化或者非晶化)的埋入层。这样，就可以简单地制造上述的面发光激光器。
(6)在上述面发光激光器的制造方法中，希望
上述多层膜的电阻低。
这样，通过降低多层膜的电阻，就可以抑制埋入层的发热。
图1是本发明的实施例的面发光激光器的断面图。
图2A～图2C是本发明的实施例的面发光激光器的制造方法的一例的图。
图3A～图3B是本发明的实施例的面发光激光器的制造方法的一例的图。
以下，参照图面说明最适合本发明的实施例。图1是实施例的面发光激光器的断面图。
在该图中，例如在n型GaAs等的半导体基片12的背面上形成有下部电极11。
另外，在半导体基片12之上形成有下部反射镜13。下部反射镜13例如由40对n型Al0.8Ga0.2As层以及Al0.15Ga0.85As层构成，是对波长800nm附近的光具有99.5％以上的反射率的分布反射型(DBR：分布布喇格反射镜)多层膜反射镜。
在下部反射镜13上，从下至上依次形成有金属包层14，活性层15以及单晶层16。金属包层14，例如由n型Al0.7Ga0.3As层构成，活性层15例如成为由n-型GaAs阱层以及n-型Al0.3Ga0.7As势垒层构成的多阱构造，单晶层16成为金属包层，例如由p型Al0.7Ga0.3As层构成。
在单晶层16上形成有绝缘层18。另外，绝缘层18由非单晶(多晶或者非晶)的SiO2等的氧化膜构成，具有绝缘性。
在绝缘层18上形成有多个开口部分18a，通过开口部分18a在单晶层16的露出部分16a上形成单晶AlAs层19a。
在AlAs层19a上形成有柱状部分20。详细地说，在绝缘层18的开口部分18a附近上形成有柱状部分20。因而，柱状部分20的一部分通过单晶AlAs层19a以及开口部分18a位于单晶层16之上。
柱状部分20由相互叠层单晶Al0.8Ga0.2As层和单晶Al0.15Ga0.85As层的多层膜构成。AlAs层19a以及柱状部分20，构成光射出侧的反射镜。
在柱状部分20的周围形成有埋入层22。埋入层22由相互叠层非单晶Al0.8Ga0.2As层和非单晶Al0.15Ga0.85As层的多层膜构成。这里，所谓非单晶是多晶以及非晶的一种。形成埋入层22的物质是和形成柱状部分20的物质相同的物质被非单晶化的物质。而且，如果是同一物质，因为非单晶比单晶密度低，所以非单晶埋入层22与单晶的柱状部分20相比绝对折射率稍低(约低0.01)。另外，埋入层22的电阻降低。进而，在绝缘层18上形成非单晶AlAs层19b。
从埋入层22之上，到位于柱状部分20的最上层的接触层21之上，形成有上部电极23。在上部电极23上形成有多个开口部分23a。开口部分23a被形成在与绝缘层18的开口部分18a的正上方对应的位置上。这里，希望开口部分23a作成矩形，一边的宽度W是1～6μm，并且开口部分23a之间的间隔在7μm以下(最好是5.5μm以下)。进而，开口部分23a的形状，不限于矩形可以是圆形等的形状。在将开口部分23a形成圆形的情况下，最好将直径设置成1～6μm。
而后，上部电极23与柱状部分20的最上层的接触层21接触提供电流。
本实施例的面发光激光器如上述那样构成。如果说明其作用，则是在活性层15中发光，由下部反射镜13和成为光射出侧的反射镜的AlAs层19a以及柱状部分20构成谐振器，在该谐振器之间光谐振。由产生光而损失的能量，由在上部电极23和下部电极11之间流动的电流提供。而后，来自柱状部分20的接触层21的透过光成为输出光。该面发光激光器可以归类为和半导体基片12垂直构成谐振器的垂直型谐振器型。
另外，在本实施例中，因为埋入层22的电阻降低，所以来自上部电极23的电流，不仅从接触层21而且还从埋入层22流入柱状部分20。因而，可以抑制埋入层22的发热。
而后，用形成在埋入层22下的绝缘层18隔断电流。但是，由于在绝缘层18上形成有开口部分18a，因此通过该开口部分18a，电流流入单晶层16。这样，与该开口部分18a对应地使电流局部集中在活性层15，就可以发光。
在活性层15中发出的光，通过开口部分18a，在成为上部反射镜的柱状部分20以及AlAs层19a，和下部反射镜13之间被放大。
在本实施例中，与多个开口部分18a对应地在上部电极23上形成多个开口部分23a。而后，从各开口部分23a射出激光光束，而且从各开口部分23a射出的激光光束相位同步。因而，多束激光光束从窄辐射角上看成为一束激光光束。
另外，与成为光射出侧的反射镜的AlAs层19a以及柱状部分20相比，还是包围其周围的埋入层22的绝对折射率稍低(约低0.01)。因而，因为并不是封闭全部光，所以可以控制横向模。
这样，如果采用本实施例，就可以发射辐射角稳定的高输出激光光束。
以下，图2A～3C是说明图1所示的面发光激光器的制造方法的一例的图。
首先，如图2A所示，在半导体基片12的背面形成下部电极11，同时使用有机金属气相生长(MOCVD：金属有机化学气相淀积)法或者分子束外延(MBE)法等，在半导体基片12的表面从下部反射镜开始生长到单晶层16。
接着，如图2B所示，在单晶层16上形成绝缘层18。该绝缘层18是由CVD法或者溅射等形成的SiO2等的非单晶(多晶或者非晶)氧化膜。
或者，也可以使单晶层16的表面氧化形成非单晶氧化铝层，将其作为绝缘层18。
接着，如图2C所示，在绝缘层18上形成多个开口部分18a，并形成单晶层16的露出部分16a。开口部分18a的形成可使用光刻技术。
或者，在单晶层16上形成薄的AlGaAs层，在其上形成作为最上层的AlAs层，以抑制在室温大气中的AlAs层的氧化，可以用光刻技术在AlAs层形成开口部分，在使AlGaAs的一部分露出之后，在约400℃的水蒸气环境中使AlAs层氧化。这种情况下，氧化后的AlAs层相当于绝缘层18，AlGaAs层的露出部分相当于单晶层16的露出部分16a。
进而，在单晶层16的表面最好实施钝化。为此，例如进行脱脂洗净、硫化铵的涂布以及高温处理，或者进行超纯粹的洗净以及高温处理。
接着，如图3A所示，在绝缘层18以及单晶层16上用MOCVD法生长AlAs层。这样，就可以通过进行非选择生长在绝缘层18以及单晶层16上形成AlAs层19a、19b。
AlAs层19a在单晶层16上被单晶化，而AlAs层19b在绝缘层18上被非单晶化(多晶化或者非晶化)。进而，在绝缘层18上形成有开口部分18a，比该开口部分18a还宽的区域被单晶化。因而，如图3A所示，开口部分18a附近上方全部被单晶化。
而后，在AlAs层19a、19b上，相互叠层Al0.15Ga0.85As层31和Al0.8Ga0.2As层32。
即使在Al0.15Ga0.85As层31上，也是位于被单晶化后的AlAs层19a上的部分31a被单晶化，位于被非单晶化(多晶化或者非晶)后的AlAs层19b上的部分31b被非单晶化(多晶或者非晶化)。
同样，即使在Al0.8Ga0.2As层32上，也是位于被单晶化后的部分31a上的32a被单晶化，位于被非单晶化(多晶化或者非晶)后的部分31b上的32b被非单晶化(多晶或者非晶化)。
这样，就可以用被单晶化后的部分31a、32a形成柱状部分20，用被非单晶化后的部分31b、32b形成埋入层22。总之，可以形成单晶柱状部分20和非单晶埋入层22。柱状部分20以及单晶层19a成为光射出侧的反射镜。
进而，最好在形成了单晶层16时，测定用单晶层16和下部反射镜13构成的谐振器的纵向模，通过调整构成柱状部分20的多层膜的各自厚度，调整纵向模。
更详细地说，AlAs、Al0.8Ga0.2As以及Al0.15Ga0.85As，以TMGa、TMAl、AsH3为原料，在基片温度650～800℃(最好是约750℃)、10～200Torr(最好是约145Torr)的减压下，用MOCVD法生长。这里，在Al0.15Ga0.85As的生长中，表示As和Ga的摩尔比的V/III比是290，在Al0.8Ga0.2As的生长中，因为V/III比是95，所以对生长中的V/III比没有依赖性。
接着，如图3B所示，在埋入层22和成为柱状部分20的最上层的接触层12之上，通过蒸镀金属形成上部电极23。接着，通过去掉蒸镀金属的一部分，如图1所示，在上部电极23上形成开口部分23a。该开口部分23a被形成在与绝缘层18的开口部分18a对应的位置上。
如果采用这种制造方法，则与用光刻等形成柱状部分20，其后通过再生长埋入非单晶形成埋入层22相比，可以用更简便的方法制造图1所示的面发光激光器。
进而，本发明并不限于上述实施例，可以有各种变形。
例如，在图3所示的工序中，代替AlAs、Al0.8Ga0.2As以及Al0.15Ga0.85As中的As，可以用使用了N的III-V族氮化物半导体。
或者，也可以在图2C的工序后，图3A的工序前，在单晶层16的露出部分16a上，形成第2单晶层使其和绝缘层18成为同一面。
详细地说，在图2C所示的工序结束后，在绝缘层18以及露出部分16a上，用MOCVD法，生长Al成分低Ga成分高的Al0.15Ga0.85As。这样，由于Ga成分高并有选择地进行生长，所以Al0.15Ga0.85As并不全部生长在由SiO2等的氧化膜构成绝缘层18上，只在由单晶AlGaAs构成的露出部分16a上生长。进而，最好是第2单晶层具有成为多层反射镜的一层膜那样的厚度。为此，最好是和第2单晶层形成同一面的绝缘层18也用同样的厚度形成。

Claims (6)

1、一种面发光激光器，在垂直谐振器型的面发光激光器中，具有：柱状部分，至少由光输出侧的反射镜的一部分构成；埋入层，包围该柱状部分的周围；上部电极，被形成在上述柱状部分以及上述埋入层之上；绝缘层，被形成在上述柱状部分以及上述埋入层之下，在上述上部电极上，在上述柱状部分之上形成多个电极开口部分，在上述绝缘层上，在与上述电极开口部分对应的位置上形成绝缘开口部分，上述埋入层的绝对折射率比上述柱状部分稍小。
2、如权利要求1所述的面发光激光器，形成上述柱状部分的物质被单晶化，形成上述埋入层的物质是被非晶化的和上述柱状部分相同的物质。
3、如权利要求1所述的面发光激光器，各电极开口部分的直径是1～6μm，相邻的上述电极开口部分间的距离约为7μm以下。
4、如权利要求1至权利要求3的任意项所述的面发光激光器，上述埋入层的电阻低。
5、一种面发光激光器的制造方法，在垂直谐振器型的面发光激光器的制造方法中，包含：形成位于活性层上和光射出侧的反射镜下的单晶层的工序；在上述单晶层上形成非单晶绝缘层的工序；在上述绝缘层上形成多个绝缘开口部分，并形成上述单晶层的露出部分的工序；包含上述绝缘开口部分在上述绝缘层上有选择地生长多层膜的工序；在上述多层膜上形成具有与上述绝缘开口部分对应的电极开口部分的上部电极的工序，上述多层膜在上述非单晶绝缘层上被非单晶化，在上述绝缘开口部分上被单晶化。
6、如权利要求5所述的面发光激光器的制造方法，上述多层膜的电阻低。
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