TWI424646B - 面發光型半導體雷射 - Google Patents

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Description

面發光型半導體雷射
本發明乃關於具備從上面射出雷射光之共振器構造的面發光型半導體雷射。
面發光型半導體雷射乃與以往之實比-皮洛特共振器型半導體雷射不同，對於基板而言垂直交叉之方向，射出光的構成，從於相同的基板上，可配列多數之共振器構造為二維陣列狀者，近年來在資料通信領域等受到注目。
此種半導體雷射係一般，具備於基板上，依下部DBR層，下部墊片層，活性層，上部墊片層，上部DBR層及接觸層的順序加以層積而成之凸形狀的共振器構造。並且，對於下部DBR層及上部DBR層的任一方，係設置有為了提昇對於活性層之電流注入效率，降低臨界值電流，而具有縮小電流注入範圍之構造的電流狹窄層。另外，對於接觸層的表面及基板背面，係各設置有電極。在其半導體雷射中，從電極所注入的電流乃經由電流狹窄層而加以縮小之後馬上注入於活性層，由此，產生經由電子與電洞之再結合的發光。此光係經由一對之多層膜反射鏡所反射，以特定的波長，雷射振盪則產生，從共振器構造之上面，作為雷射光而加以射出。
但在上述之半導體雷射中，知道有雷射光之射出範圍之中，在中央範圍主要產生基本橫形式振盪之另一方面，在周邊範圍主要產生高階橫形式振盪，從以往提案有控制高階橫形式振盪之各種技術。例如，在專利文獻1中，揭示有設置在雷射光之射出範圍之中，於中央範圍具有開口之金屬電極，更且經由合金，將在金屬電極之反射率縮小至80%以下程度之技術。
[專利文獻1]日本特開2000-332355號公報
但在專利文獻1之技術中，因經由金屬電極之光吸收為大之故，並存有高階橫形式振盪之控制與高輸出化則為困難。實際上，在實驗結果中，只產生在25℃不足光出力3mW之基本縱形式振盪。
本發明係有鑑於有關的問題點所作為之構成，其目的乃提供可使高階橫形式振盪之控制與高輸出化並存之面發光型半導體雷射。
本發明之面發光型半導體雷射乃於基板上，將第1多層膜反射鏡，具有發光範圍之活性層，第2多層膜反射鏡及反射率調整層，從前述基板側依其順序具備者。第1多層膜反射鏡及第2多層膜反射鏡，係具有振盪波長λx之反射率乃未依溫度變化而成為略一定之層積構造。活性層係經由如以較常溫為高之溫度而成為最大收益之材料加以構成。反射率調整層係具有與發光範圍之中心範圍的對向範圍之反射率Rx，和與發光範圍之外緣範圍的對向範圍之反射率Ry之差分ΔR(=Rx-Ry)乃伴隨從常溫至高溫之溫度上升而變大之層積構造。
在本發明之面發光型半導體雷射中，在設置於第2多層膜反射鏡上之反射率調整層，在與發光範圍之中心範圍的對向範圍之反射率Rx，和在與發光範圍之外緣範圍的對向範圍之反射率Ry之差分ΔR(=Rx-Ry)乃伴隨從常溫至高溫之溫度上升而變大。由此，經由熱透鏡效果，可將在高溫時容易振盪之高階橫形式振盪，在高溫時亦有效地控制者。另外，經由熱透鏡效果，幾乎基本橫形式乃成為呈分布於與發光範圍之中心範圍的對向範圍內之故，基本橫形式係幾乎不會受到經由反射率Ry之變動的影響。
如根據本發明之面發光型半導體雷射，在設置於第2多層膜反射鏡上之反射率調整層，差分ΔR乃作為呈伴隨從常溫至高溫之溫度上升而變大之故，將對於基本橫形式之光輸出的影響止於最小限度同時，可有效地控制高階橫形式振盪。隨之，可使高階橫形式振盪之控制與高輸出化並存者。
以下，對於本發明之實施型態，參照圖面詳細加以說明。
[第1之實施型態]
圖1乃顯示關於本發明之第1實施型態之面發光型半導體雷射1之剖面構成的圖。圖2乃擴大顯示圖1之面發光型半導體雷射1之剖面構成的一部分的圖。然而，圖1，圖2乃模式性地顯示的圖，與實際的尺寸，形狀不同。圖3(A)乃顯示後述之溫度補償DBR層17之反射率的溫度依存性的圖。圖3(B)乃顯示圖1之面發光型半導體雷射1的收益之溫度依存性的圖。圖3(C)乃顯示面發光型半導體雷射1之振盪波長λx，和相當於後述之活性層13之帶隙的發光波長λy之溫度依存性的圖。
此種面發光型半導體雷射1係例如，具備於基板10之一面側，依下部DBR層11，下部墊片層12，活性層13，上部墊片層14，電流狹窄層15，上部DBR層16，溫度補償DBR層17及接觸層18的順序加以層積之層積構造。此種層積構造的上部，具體而言係例如，對於下部墊片層12之上部，活性層13，上部墊片層14，電流狹窄層15，上部DBR層16，溫度補償DBR層17及接觸層18，例如形成有寬度20μm程度之圓柱狀的凸形部19。
然而，在本實施型態中，下部DBR層11乃相當於本發明之「第1多層膜反射鏡」之一具體例，上部DBR層16乃相當於本發明之「第2多層膜反射鏡」之一具體例，溫度補償DBR層17乃相當於本發明之「反射率調整層」或「第3多層膜反射鏡」之一具體例。
基板10乃例如由n型GaAs所成。然而，作為n型不純物，係例如可舉出矽(Si)或硒(Se)等。
下部DBR層11係成為交互層積低折射率層(第1低折射率層)及高折射率層(第1高折射率層)所成之層積構造。其低折射率層係經由例如厚度乃λ1 /4n1 之n型Alx1 Ga1-x1 As(0<x1<1)、高折射率層係經由例如厚度乃λ1 /4n2 之n型Alx2 Ga1-x2 As(0≦x2<1)所構成。在此，n1 係低折射率層之折射率。n2 高折射率層之折射率，較n1 為大。λ1 乃面發光型半導體雷射1之在25℃振盪波長，較相當於活性層13之在25℃之帶隙的發光波長λ2 為大(參照圖3(C))。
然而，下部DBR層11內之低折射率層及高折射率層，並不限於上述之構成，例如在將其光學厚度保持為λ1 /4上，經由複數層所構成亦可。
下部墊片層12乃例如經由n型Alx3 Ga1-x3 As(0≦x3<1)所構成。上部墊片層14乃例如經由p型Alx4 Ga1-x4 As(0≦x4<1)所構成。然而，作為型不純物，係例如可舉出鋅(Zn)或鎂(Mg)，鈹(Be)等。
活性層13係如圖3(B)所示，經由如以較常溫(25℃)為高之溫度得到最大收益(例如，在圖3(B)的P所示處的收益)之材料加以構成。更具體而言，活性層13係經由在25℃之振盪波長λx與相當於活性層13之在25℃之帶隙的發光波長λy之差分Δλa(=λ1 -λ2 )乃變較Δλm(成為最大收益時之振盪波長λx與發光波長λy之差分)為大之材料所構成。例如，對於活性層13乃經由未摻雜之Alx5 Ga1-x5 As(0≦x5<1)所構成之情況，Al組成比x5乃成為較如在25℃成為最大收益的值為大的值。
在此，對於發光波長λx之溫度變化而言的變動量，和對於發光波長λy之溫度變化而言的變動量係相互不同，對於發光波長λy之溫度變化而言的變動量乃較對於發光波長λx之溫度變化而言的變動量為大。因此，發光波長λx與發光波長λy之差分Δλ(=λx-λy)係伴隨溫度上升而變小。隨之，對於活性層13乃經由如Δλa變較Δλm為大之材料加以構成之情況，發光波長λx與發光波長λy之差分Δλ乃成為存在於成為Δλm之溫度則較25℃為高溫側者。然而，對於圖3(C)，係例示有在25℃之差分Δλa乃成為20nm(>Δλm)，且在60℃之振盪波長λ3 與相當於活性層13之在60℃之帶隙的發光波長λ4 之差分Δλb(=λ3 -λ4 )乃成為13nm(=Δλm)之情況。
然而，一般，知道振盪波長λx與相當於活性層13之帶隙的發光波長λy(<λx)之差分Δλ乃成為特定的大小時，面發光型半導體雷射之收益乃成為最大者。例如，對於活性層13乃Alx5 Ga1-x5 As所成之情況，Δλm乃成為13nm時，面發光型半導體雷射的收益乃成為最大。另外，對於活性層13乃650nm~670nm之波長帶的AlGaInP系材料，或400nm之波長帶的InGaN系材料所成之情況，Δλm乃成為10nm時，面發光型半導體雷射的收益乃成為最大。因此，從以往，一般在常溫之差分Δλa乃成為Δλm地，進行選擇活性層材料，和下部DBR層11及上部DBR層16內之各層之厚度者。
然而，振盪波長λx係可經由計測從面發光型半導體雷射1所射出之雷射光的光譜分布之時而確認者。另外，發光波長λy係可經由從面發光型半導體雷射1，去除例如基板10及下部DBR層11，使下部墊片層12露出之後，於下部墊片層12照射特定之雷射光，計測從發光層13所發射的光之光譜而確認者。
電流狹窄層15係於從凸形部19之側面至特定的深度之範圍，具有電流狹窄範圍15A，於除此以外之範圍(凸形部19之中央範圍)，具有電流注入範圍15B。電流注入範圍15B乃例如經由p型Alx6 Ga1-x6 As(0<x6≦1)所構成。電流狹窄範圍15A係例如含有Al2 O3 (氧化鋁)所構成，經由從凸形部19之側面氧化含於被氧化層(未圖示)之高濃度的Al之時而加以形成者。隨之，活性層13之中與電流注入範圍15B對向範圍乃對應於活性層13之電流注入範圍，即發光範圍13A。
然而，電流狹窄層15係無需經常設置於上部墊片層14與上部DBR層16之間，例如雖未圖示，但於上部DBR層16內之從活性層13側相距數層之低折射率層16A之部位，取代低折射率層16A而加以設置亦可。
下部DBR層16係例如如圖2所示，成為交互層積低折射率層16A(第2低折射率層)及高折射率層16B(第2高折射率層)所成之層積構造，於最上層，具有高折射率層16B。低折射率層16A係經由例如厚度D1乃λ1 /4n3 之p型Alx7 Ga1-x7 As(0<x7<1)、高折射率層16B係經由例如厚度D2乃λ1 /4n4 之p型Alx8 Ga1-x8 As(0≦x8<x7)所構成。在此，n3 係低折射率層之折射率。n4 高折射率層之折射率，較n3 為大。
然而，上部DBR層16內之低折射率層16A及高折射率層16B，並不限於上述之構成，例如在將其光學厚度保持為λ1 /4上，經由複數層所構成亦可。
溫度補償DBR層17係成為含有振盪波長λx，與相當於活性層13之帶隙的發光波長λy之特定的波長帶之反射率乃隨著朝長波長側而變小之層積構造。其溫度補償DBR層17係成為具有與下部DBR層11及上部DBR層16之周期性不同之周期性的層積構造，例如，交互層積低折射率層17A(第3低折射率層)及高折射率層17B(第3高折射率層)所成者。低折射率層17A係經由例如厚度D3乃λ1 /4n5 之p型Alx9 Ga1-x9 As(0<x9<1)、高折射率層17B係經由例如較厚度D4乃λ1 /4n6 為薄之p型Alx10 Ga1-x10 As(0≦x10<x9)所構成。在此，n5 係低折射率層之折射率。n6 高折射率層之折射率，較n5 為大。在此，高折射率層17B之厚度D4係成為較未設置溫度補償DBR層17於上部DBR層16上之情況的反射率為低的值。
然而，溫度補償DBR層17內之低折射率層17A及高折射率層17B，並不限於上述之構成，例如低折射率層17A乃在將其光學厚度保持為λ1/4上，經由複數層所構成亦可，高折射率層17B乃在將其光學厚度保持較λ1/4為薄之特定厚度上，經由複數層所構成亦可。
在本實施型態中，其溫度補償DBR層17係至少與發光範圍13A之外緣範圍對向範圍，且設置於除了與發光範圍13A之中心範圍對向範圍之範圍，從面發光型半導體雷射1之層積方向而視，成為環狀形狀。然而，對於圖1，圖2，係例示有溫度補償DBR層17，並不只發光範圍13A之外緣範圍，亦設置於與其外側周圍對向範圍之情況。
對於與發光範圍13A之中心範圍對向範圍係設置有開口17A，於開口17A之底面，露出有上部DBR層16之最表面(高折射率層16B)。將其面發光型半導體雷射1，從層積方向而視時，與開口17A對應之範圍係從未存在有溫度補償DBR層17之情況，成為高反射區域β，而與開口17A周緣(溫度補償DBR層17之中與發光範圍13A對向之範圍)對應之範圍係從存在有溫度補償DBR層17之情況，成為低反射區域α。
在此，高反射區域β之反射率Rx係如圖3(A)所示，未依溫度變化而成為略一定。此係因下部DBR層11及上部DBR層16具有光學厚度λ1 /4之周期性者引起。另外，低反射區域α之反射率Ry係如圖3(A)所示，伴隨從常溫至高溫的溫度上升而變小。此係因溫度補償DBR層17乃從光學厚度λ1 /4之周期性偏移者引起。當將反射率Rx與反射率Ry作為對比來看時，了解到反射率Rx與反射率Ry之差分ΔR(=Rx-Ry)乃伴隨從常溫至高溫之溫度上升而變大者。另外，亦了解到反射率Ry之伴隨從常溫至高溫之溫度上升的減少率(dRx/dt)乃變較反射率Rx之伴隨從常溫至高溫之溫度上升的減少率(dRy/dt)為大者。隨之，了解到低反射區域α之反射率Rx，和高反射區域β之反射率Ry之差分ΔR(=Rx-Ry)乃如圖3(A)所示，伴隨從常溫至高溫的溫度上升而變大。
接觸層18乃例如經由p型Alx11 Ga1-x11 As(0≦x11<1)所構成。
另外，對於其面發光型半導體雷射1係上部電極20乃加以形成於凸形部19(接觸層18)之上面。上部電極20係成為至少於與高反射區域β對向範圍具有開口之環狀的形狀。另外，對於基板10之背面，形成下部電極21。
在此，上部電極20乃例如具有從基板10側依鈦(Ti)，白金(Pt)及金(Au)順序加以層積之構造，與接觸層18電性連接。下部電極21乃例如具有從基板10側依金(Au)與鍺(Ge)之合金，鎳(Ni)及金(Au)順序加以層積之構造，與基板10電性連接。
有關本實施型態之面發光型半導體雷射1係例如可由接下來的作為而製造者。
例如，對於為了製造GaAs系之面發光型半導體雷射，經由使基板10上之層積構造，例如經由MBE(Molecular Beam Epitaxy；分子束磊晶成長)法或，MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金屬化學氣相成長)法而磊晶結晶成長之時而形成。此時，作為GaAs系之化合物半導體的原料，例如使用三甲基胺(TMA)、三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMIn)、三氫化砷(AsH3 )，作為供體不純物之原料，例如使用H2 Se，作為受體不純物之原料，例如使用二甲基鋅(DMZ)。
首先，於基板10上，依下部DBR層11，下部墊片層12，活性層13，上部墊片層14，被氧化層(未圖示)，上部DBR層16，溫度補償DBR層17及接觸層18的順序加以層積。
接著，於接觸層18上，形成於對應於高反射區域β之範圍具有開口之光阻劑層。接著，例如經由濕蝕刻法，將光阻劑層作為光罩，經由從接觸層18至溫度補償DBR層17，選擇性地進行蝕刻之時，形成開口17A。之後，去除光阻劑層。
接著，於含有開口17A之特定的範圍，形成圓形狀之光阻劑層。接著，例如經由反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching；RIE)法，將光阻劑層作為光罩，經由從接觸層18至下部DBR層11之一部分，選擇性地進行蝕刻之時，形成凸形部19。之後，去除光阻劑層。
接著，在水蒸氣環境中，以高溫進行氧化處理，選擇性地從凸形部19之側面氧化被氧化層之Al。由此，被氧化層之外緣範圍乃成為電流狹窄範圍15A，中央範圍乃成為電流注入範圍15B。
接著，例如經由蒸鍍法，於接觸層18之上方，形成上部電極20之同時，於基板10的背面側，形成下部電極21。如此作為，製造本實施型態之面發光型半導體雷射1。
接著，對於本實施型態之面發光型半導體雷射1之作用及效果加以說明。
在本實施型態之面發光型半導體雷射1中，於上部電極20與下部電極21之間，施加特定之電壓時，經由電流狹窄層15所電流狹窄之電流乃加以注入於活性層13，由此，產生經由電子與電洞之再結合的發光。此光係經由一對之下部DBR層11及接觸層18所反射，以特定的波長，產生雷射振盪，作為雷射光束而射出於外部。
但一般，在面發光型半導體雷射中，知道有雷射光之射出範圍之中，在中央範圍主要產生基本橫形式振盪之另一方面，在周邊範圍主要產生高階橫形式振盪，從以往提案有控制高階橫形式振盪之各種技術。例如，提案有設置在雷射光之射出範圍之中，只於中央範圍具有開口之金屬電極，更且經由合金，將在金屬電極之反射率縮小至80%以下程度之方法。
但在如此之方法中，因經由金屬電極之光吸收為大之故，並存有高階橫形式振盪之控制與高輸出化則為困難。實際上，在實驗結果中，只產生在25℃不足光出力3mW之基本縱形式振盪。
另一方面，在本實施型態中，在上部DBR層16上，且於至少與發光範圍13A之外緣範圍對向範圍，且於除了與發光範圍13A之中心範圍對向範圍之範圍，設置溫度補償DBR層17，於與發光範圍13A之中心範圍對向範圍之範圍，設置開口17A，低反射區域α之反射率Rx，和高反射區域β之反射率Ry的差分ΔR(=Rx-Ry)乃伴隨從常溫至高溫的溫度上升而變大。
由此，經由熱透鏡效果，高階橫形式振盪之曲線乃從與發光範圍13A之外緣範圍位移至與發光範圍13A之中心範圍，而容易產生高階橫形式振盪之情況，亦可將高階橫形式振盪，在高溫時有效地控制者。
圖4(A)乃顯示常溫時之低反射區域α之反射率Rx和高反射區域β之反射率Ry之關係的一例的圖，圖4(B)乃顯示常溫時之基本橫形式及1次橫形式之曲線的一例的圖。圖5(A)乃顯示高溫時之低反射區域α之反射率Rx和高反射區域β之反射率Ry之關係的一例，與顯示從常溫變化成高溫時之反射率Rx，Ry之變化樣子的圖。圖5(B)乃顯示高溫時之基本橫形式及1次橫形式之曲線的一例，與顯示從常溫變化成高溫時之基本橫形式及1次橫形式之曲線的變化樣子的圖。
從圖4(A)，(B)、圖5(A)，(B)，了解到伴隨著從常溫變為高溫，1次橫形式之峰值位置乃位移至低反射區域α與高反射區域β之邊界附近。但，在本實施型態中，了解到伴隨著從常溫變為高溫，高反射區域β之反射率Rx乃相當降低之故，維持1次橫形式振盪之控制者。
從圖4(A)，(B)、圖5(A)，(B)，了解到伴隨著從常溫變為高溫，基本橫形式之大部分乃呈成為分布於高反射區域β內者。因此，即使使高反射區域β之反射率Ry相當下降情況，基本橫形式係因幾乎未受到其影響之故，經由高反射區域β之高反射率，可以高輸出進行基本橫形式振盪者。
如此，在本實施型態中，可將對於基本橫形式之光輸出的影響止於最小限度同時，可有效地控制高階橫形式振盪者。隨之，可使高階橫形式振盪之控制與高輸出化並存者。
另外，一般的面發光型半導體雷射中，從以往，在常溫之差分Δλa乃成為Δλm(成為最大收益時之振盪波長λx與發光波長λy之差分)地，一般進行選擇活性層材料，和下部DBR層11及上部DBR層16內之各層之厚度者。因此，在高溫之差分Δλb乃成為較Δλm為小之故，如以圖6的虛線所示，在高溫(60℃)時，臨界值電流乃變大。
另一方面，在本實施型態中，活性層13係經由在25℃之振盪波長λ1 與相當於活性層13之25℃之帶隙的發光波長λ2 之差分Δλa(=λ1 -λ2 )乃變較Δλm為大之材料所構成。由此，如圖3(C)所示，發光波長λx與發光波長λy之差分Δλ乃成為存在於成為Δλm之溫度則較25℃為高溫側者。隨之，差分Δλa乃成為Δλm之溫度(在圖3(C)中為60℃)，即在面發光型半導體雷射1之收益乃成為最大之溫度，經由使面發光型半導體雷射1驅動之時，可將臨界值電流作為最小化者。其結果，如以圖6之一點虛線所示，在高溫(60℃)時，可將臨界值電流作為最小化者。
但在本實施型態之面發光型半導體雷射1中，與一般的面發光型半導體雷射1同樣，如圖6所示，可看到經由高溫之坡度效率之下降。
[第2之實施型態]
圖7乃顯示關於本發明之第2實施型態之面發光型半導體雷射2之剖面構成的圖。然而，圖7乃模式性地顯示的圖，與實際的尺寸，形狀不同。圖8(A)乃顯示溫度補償DBR層17及後述之橫形式調整層22所成之層積構造(反射率調整層)之反射率的溫度依存性的圖。圖8(B)乃顯示面發光型半導體雷射2的收益之溫度依存性的圖。圖8(C)乃顯示振盪波長λx與發光波長λy之溫度依存性的圖。
在本實施型態之面發光型半導體雷射2中，於至少與發光範圍13A對向範圍全體，具備溫度補償DBR層17，在未具備開口17A的點，與前述實施型態之面發光型半導體雷射1的構成不同。另外，在面發光型半導體雷射2中，更且在溫度補償DBR層17上，且於與發光範圍13A對向範圍全體，具備橫形式調整層22的點，與前述實施型態之面發光型半導體雷射1的構成不同。因此，在以下中，對於與前述實施型態之相差點，主要加以說明，作為適宜省略對於與前述實施型態之共同點的說明。
橫形式調整層22係成為在較在25℃之振盪波長λ1 為大之特定的波長(λ3 )，低反射區域α之反射率Rx乃變為較高反射區域β之反射率Ry為低之層積構造。橫形式調整層22係接觸設置於上部DBR層16之最表面(高折射率層16B)，成為具有下部DBR層11及上部DBR層16之周期性不同之周期性的層積構造。橫形式調整層22係例如在高反射區域β，將第1調整層22A及第2調整層22B，從上部DBR層16側依順序加以層積所構成，在低反射區域α，由含有第3調整層22C所構成。
在此第1調整層22A係厚度乃(2k-1)λ1 /4n7 ，且折射率n7 乃具有較上部DBR層16之最表面(高折射率層16B)之折射率為低的值之物質，例如SiO2 (氧化矽)等之介電質所成。第2調整層22B係厚度乃較(2m-1)λ1 /4n8 為厚，且折射率n8 乃具有較第1調整層22A之折射率n7 為高的值之材料，例如SiN(氮化矽)等之介電質所成。另外，第3調整層22C係厚度乃(2n-1)λ1 /4n9 為厚，且折射率n9 乃具有較第1調整層22A之折射率n7 為高的值之材料，例如SiN(氮化矽)等之介電質所成。
但k，m，m係各為1以上的整數。n7 係第1調整層22A之折射率。n8 係第2調整層22B之折射率。n9 係第3調整層22C之折射率。
然而，第2調整層22B及第3調整層22C係經由同一膜厚及材料加以構成者為佳。對於如此作為之情況，在製造過程中，可將此等的層作為一次形成，可簡略化製造工程者。
在此，從在第2調整層22B及第3調整層22C之光學厚度λ1 /4之周期性偏移係補償從在溫度補償DBR層17之光學厚度λ1 /4之周期性偏移者。例如，如圖9所示，在溫度補償DBR層17之高折射率層17B的總位移量係對應於高折射率層17B的對數之增加，增加於負方向之故，伴隨著高折射率層17B之對數增加，第2調整層22B及第3調整層22C的位移量則增加於正方向。另外，如圖9所示，在溫度補償DBR層17之高折射率層17B的總位移量係對應於高折射率層17B單體的位移量之增加，增加於負方向之故，伴隨著高折射率層17B單體之位移量增加，第2調整層22B及第3調整層22C的位移量則增加於正方向。
如此作為，經由第2調整層22B及第3調整層22C而補償溫度補償DBR層17之周期性位移之時，第1調整層22A及第2調整層22B所成之層積構造乃成為具有以高反射率反射來自活性層13的光之機能，成為在橫形式調整層22之高反射率範圍。另一方面，成為具有以較第1調整層22A及第2調整層22B所成之層積構造為底的反射率反射來自活性層13的光之機能，成為在橫形式調整層22之低反射率範圍。
接著，對於本實施型態之面發光型半導體雷射2之作用及效果加以說明。
在本實施型態中，在上部DBR層16上，且於至少與發光範圍13A對向範圍，設置溫度補償DBR層17，在溫度補償DBR層17，且於至少與發光範圍13A對向範圍，設置橫形式調整層22。並且，經由溫度補償DBR層17，低反射區域α之反射率Rx及高反射區域β之反射率Ry乃同時伴隨從常溫至高溫的溫度上升而變小。更且，經由橫形式調整層22，在較在25℃之振盪波長λ1 為大之特定的波長(λ3 )，低反射區域α之反射率Rx乃變為較高反射區域β之反射率Ry為低。
由此，如圖8(A)所示，在溫度補償DBR層17及橫形式調整層22所成之層積構造，伴隨從常溫至高溫的溫度上升而變小。另外，反射率Ry之伴隨從常溫至高溫之溫度上升的減少率(dRx/dt)乃變較反射率Rx之伴隨從常溫至高溫之溫度上升的減少率(dRy/dt)為大。隨之，在溫度補償DBR層17及橫形式調整層22所成之層積構造，低反射區域α之反射率Rx，和高反射區域β之反射率Ry之差分ΔR(=Rx-Ry)乃伴隨從常溫至高溫的溫度上升而變大。
由此，經由熱透鏡效果，高階橫形式振盪之曲線乃從與發光範圍13A之外緣範圍位移至與發光範圍13A之中心範圍，而容易產生高階橫形式振盪之情況，亦可將高階橫形式振盪，在高溫時有效地控制者。另外，如在上述實施型態之圖4(A)，(B)、圖5(A)，(B)所說明地，在本實施型態中，可將對於基本橫形式之光輸出的影響止於最小限度同時，可有效地控制高階橫形式振盪之同時，有效地控制高階橫形式振盪者之故，可使高階橫形式振盪之控制與高輸出化並存者。
另外，在本實施型態中，與前述實施型態同樣，活性層13係經由在25℃之振盪波長λ1 與相當於活性層13之25℃之帶隙的發光波長λ2 之差分Δλa(=λ1 -λ2 )乃變較Δλm為大之材料所構成。由此，如圖8(C)所示，發光波長λx與發光波長λy之差分Δλ乃成為存在於成為Δλm之溫度則較25℃為高溫側者。隨之，差分Δλa乃成為Δλm之溫度(在圖8(C)中為60℃)，即在面發光型半導體雷射2之收益乃成為最大之溫度，經由使面發光型半導體雷射2驅動之時，可將臨界值電流作為最小化者。其結果，如圖10所示，在高溫(60℃)時，可將臨界值電流作為最小化者。
更且，在本實施型態中，因對於與發光範圍13A之中心範圍對向範圍，亦設置有溫度補償DBR層17之故，與發光範圍13A之中心範圍對向範圍(高反射區域β)之反射率Rx乃伴隨從常溫至高溫的溫度上升而變小。由此，因可防止伴隨溫度上升之坡度效率下降之故，如圖10所示，可作為在常溫(25℃)時，和高溫(60℃)時幾乎坡度效率不會產生變化者。
以上，雖舉實施型態加以說明過本發明，但本發明並非特別限定於前述實施型態，而可做種種變形。
例如，在前述實施型態中，對於將半導體材料，經由GaAs系化合物半導體而構成之情況加以說明，但亦可經由其他的材料系，例如GaInP系(紅色系)材料或AlGaAs系(紅外線系)，或者GaN系(藍綠色系)等而構成者。
1，2．．．面發光型半導體雷射
10．．．基板
11．．．下部DBR層
12．．．下部墊片層
13．．．活性層
13A．．．發光範圍
14．．．上部墊片層
15．．．電流狹窄層
15A．．．電流狹窄範圍
15B．．．電流注入範圍
16．．．上部DBR層
16A，17A．．．低折射率層
16B，17B．．．高折射率層
17．．．溫度補償DBR層
17A．．．開口
18．．．接觸層
19．．．凸形部
20．．．上部電極
21．．．下部電極
22．．．橫形式調整層
22A．．．第1調整層
22B．．．第2調整層
22C．．．第3調整層
α．．．低反射區域
β．．．高反射區域
λ2 ，λ4 ，λx．．．振盪波長
λ3 ，λ5 ，λy．．．發光波長
Δλa，Δλb．．．波長偏移
Δλm．．．成為最大收益時之振盪波長λx與發光波長λy之差分。
D1，D2，D3，D4．．．厚度
Rx，Ry，R1、R2，R3，R4．．．反射率
ΔRa，ΔRb．．．反射率之差分
dRx/dt，dRy/dt．．．反射率之減少比例
[圖1]乃說明關於本發明之第1實施型態之面發光型半導體雷射之剖面圖。
[圖2]乃擴大顯示圖1之溫度補償DBR層及其附近之剖面圖。
[圖3]乃顯示圖1之雷射的反射率，收益及波長之溫度依存性的特性圖。
[圖4]乃顯示在圖1之雷射之25℃的反射率分布與光強度之關係的一例關係圖。
[圖5]乃顯示在圖1之雷射之60℃的反射率分布與光強度之關係的一例關係圖。
[圖6]乃顯示圖1之雷射的I-L特性的特性圖。
[圖7]乃說明關於本發明之第2實施型態之面發光型半導體雷射之剖面圖。
[圖8]乃顯示圖9之雷射的反射率，收益及波長之溫度依存性的特性圖。
[圖9]乃顯示溫度補償DBR層內之高折射率層的總位移量，和第2(第3)調整層之位移量的關係之關係圖。
[圖10]乃顯示圖7之雷射的I-L特性的特性圖。
1．．．面發光型半導體雷射
10．．．基板
11．．．下部DBR層
12．．．下部墊片層
13．．．活性層
13A．．．發光範圍
14．．．上部墊片層
15．．．電流狹窄層
15A．．．電流狹窄範圍
15B．．．電流注入範圍
16．．．上部DBR層
17．．．溫度補償DBR層
17A．．．開口
18．．．接觸層
19．．．凸形部
20．．．上部電極
21．．．下部電極
α．．．低反射區域
β．．．高反射區域

Claims (9)

  1. 一種面發光型半導體雷射，其特徵乃於基板上，將第1多層膜反射鏡、具有發光範圍之活性層、第2多層膜反射鏡及反射率調整層，從前述基板側依其順序具備，前述第1多層膜反射鏡及前述第2多層膜反射鏡，係具有振盪波長λx之反射率乃未依溫度變化而成為略一定之層積構造，前述活性層係經由如以較常溫為高之溫度而成為最大收益之材料加以構成，前述反射率調整層係具有與前述發光範圍之中心範圍的對向範圍之反射率Rx，和與前述發光範圍之外緣範圍的對向範圍之反射率Ry之差分△R(=Rx-Ry)乃伴隨從常溫至高溫之溫度上升而變大之層積構造。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之面發光型半導體雷射，其中，前述反射率調整層係具有前述反射率Ry乃伴隨從常溫至高溫的溫度上升而變小之層積構造。
  3. 如申請專利範圍第1項記載之面發光型半導體雷射，其中，前述反射率調整層係具有前述反射率Ry之伴隨從常溫至高溫之溫度上升的減少率乃成為較前述反射率Rx之伴隨從常溫至高溫之溫度上升的減少率為大之層積構造。
  4. 如申請專利範圍第1項記載之面發光型半導體雷射，其中，前述反射率調整層係於與前述發光範圍之外緣範圍對向之範圍，具有使包含前述振盪波長λx以及相當 於前述活性層之能隙的發光波長λy(<λx)之特定的波長帶之反射率，在伴隨朝向長波長側而變小之第3多層膜反射鏡，同時在於與前述發光範圍之中心範圍對向之範圍，具有以前述第3多層膜反射鏡所包圍之開口。
  5. 如申請專利範圍第1項記載之面發光型半導體雷射，其中，前述反射率調整層係於至少與前述發光範圍對向之範圍整體，具有使包含前述振盪波長λx與相當於前述活性層13之能隙的發光波長λy(<λx)之特定的波長帶之反射率，伴隨朝向長波長側而變小之第3多層膜反射鏡，同時於前述第3多層膜反射鏡上，在較25℃之振盪波長λ1 為大之特定的波長中，具有使與前述發光範圍之外緣範圍對向之範圍之反射率，相較與前述發光範圍之中央範圍對向之範圍之反射率為低之第4多層膜反射鏡。
  6. 如申請專利範圍第1項記載之面發光型半導體雷射，其中，前述活性層係經由25℃之振盪波長λ1 與相當於該活性層之25℃之能隙的發光波長λ2 之差量△λa(=λ1 -λ2 )，較成為最大增益時之前述振盪波長λx與前述發光波長λy之差量△λm為大之材料所構成。
  7. 如申請專利範圍第1項記載之面發光型半導體雷射，其中，前述第1多層膜反射鏡係交互層積厚度乃λ1 /4n1 之第1低折射率層，和厚度乃λ1 /4n2 之第1高折射率層而加以構成，前述第2多層膜反射鏡係交互層積厚度乃λ1 /4n3 之第2低折射率層，和厚度乃λ1 /4n4 之第2高折射率層而 加以構成，λ1 >λ2 +△λm λ1 ：在25℃之振盪波長λ2 ：相當於前述活性層之在25℃之帶隙的發光波長△λm：成為最大收益時之前述振盪波長λx與前述發光波長λy之差分n1 ：前述第1低折射率層之折射率n2 ：前述第1高折射率層之折射率n3 ：前述第2低折射率層之折射率n4 ：前述第2高折射率層之折射率。
  8. 如申請專利範圍第4項或第5項記載之面發光型半導體雷射，其中，前述第3多層膜反射鏡係交互層積厚度乃λ1 /4n5 之第3低折射率層，和較厚度乃λ1 /4n6 (n6 係折射率)為薄之第3高折射率層而加以構成，λ1 >λ2 +△λm λ1 ：在25℃之振盪波長λ2 ：相當於前述活性層之在25℃之帶隙的發光波長△λm：成為最大收益時之前述振盪波長λx與前述發光波長λy之差分n5 ：前述第3低折射率層之折射率n6 ：前述第3高折射率層之折射率。
  9. 如申請專利範圍第5項記載之面發光型半導體雷射，其中，前述第4多層膜反射鏡係從前述第3多層膜反射鏡側順序包含在於與前述發光範圍之中央範圍對向之範 圍，厚度係(2k-1)λ1 /4n7 ，且前述折射率n7 具有較前述第3多層膜反射鏡之最表面的折射率為低之值的第1調整層，以及厚度較(2m-1)λ1 /4n8 為厚，且折射率n8 具有較前述第1調整層的折射率n7 為高之值的第2調整層；且於與前述發光範圍之外緣範圍對向之範圍，含有厚度較(2n-1)λ1 /4n9 為厚，且折射率n9 具有較前述第1調整層的折射率n7 為高之值的第3調整層，λ1 >λ2 +△λm λ1 ：在25℃之振盪波長λ2 ：相當於前述活性層之在25℃之帶隙的發光波長△λm：成為最大收益時之前述振盪波長λx與前述發光波長λy之差分n7 ：前述第1調整層之折射率n8 ：前述第2調整層之折射率n9 ：前述第3調整層之折射率k：1以上的整數m：1以上的整數n：1以上的整數。
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