[發(fā)明專利]垂直腔面發(fā)射激光二極管及其制造方法和相關(guān)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710154074.0
• 申請(qǐng)日: 2007-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101237123A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吉川昌宏;山本將央;近藤崇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富士施樂(lè)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01S5/183
• 分類號(hào): H01S5/183;H01S5/30;G11B7/125;H04B10/00
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 黨曉林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種垂直腔面發(fā)射激光二極管(以下稱為VCSEL)、光學(xué)裝置、光照射裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、光發(fā)送裝置、光空間傳輸裝置、光傳輸系統(tǒng)和用于制造VCSEL的方法。

背景技術(shù)

在諸如光通信或光存儲(chǔ)的技術(shù)領(lǐng)域中，對(duì)VCSEL的興趣日益增加。VCSEL具有邊緣發(fā)光半導(dǎo)體激光器所不具有的良好特性。例如，VCSEL的特征在于低閾值電流和低功耗。對(duì)于VCSEL，可以容易地獲得圓光斑。而且，可以在VCSEL位于晶片上的同時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并且光源可以以二維陣列布置。通過(guò)這些特性，尤其是對(duì)通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域中的光源的需求已預(yù)期地增長(zhǎng)。

在JP2000-022204A中公開(kāi)的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，通過(guò)由AlGaAs制成的鈍化層而使蝕刻停止，并且當(dāng)有選擇地使AlAs層氧化時(shí)，在AlAs層正下方的鈍化層同時(shí)被氧化以形成保護(hù)層，從而緩解了在被有選擇地氧化的部分處的應(yīng)力，增加了有效折射率的差異，并降低了閾值。JP2000-012974A公開(kāi)了一種選擇氧化型面發(fā)射激光器，其中提供了這樣的技術(shù)，即：通過(guò)使具有氧化速度高的成分的第一層和具有氧化速度低于第一層的成分的第二層疊置而形成超點(diǎn)陣層、然后使該層氧化而提供氧化區(qū)。在JP2000-183461A公開(kāi)的半導(dǎo)體疊置結(jié)構(gòu)中，電流限制層中的V族元素組由多個(gè)元素構(gòu)成，并且所述多個(gè)元素組成比沿著層疊置的方向逐漸改變。

當(dāng)在光通信或光存儲(chǔ)中使用VCSEL作為光源時(shí)，需要使從VCSEL發(fā)射的激光的發(fā)散角或遠(yuǎn)場(chǎng)圖形(FFP)小于一定值。如果發(fā)散角變大，則光斑直徑就變大，從而光通信中的錯(cuò)誤發(fā)生率會(huì)增加，或者從存儲(chǔ)介質(zhì)讀數(shù)據(jù)或向存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)數(shù)據(jù)的分辨率會(huì)降低。

在發(fā)射850nm激光的GaAs型VCSEL中，使用Al成分高的AlAs或AlGaAs用于電流限制層。電流限制層形成在臺(tái)式晶體管(mesa)中，并且在氧化處理中從臺(tái)式晶體管的側(cè)表面被氧化至一定距離，以在內(nèi)部形成被氧化區(qū)包圍的導(dǎo)電區(qū)(氧化孔)。

VCSEL的發(fā)散角取決于形成在電流限制層中的氧化孔的直徑。更具體地說(shuō)，如果氧化孔的直徑變小，則發(fā)散角趨于變大，而如果氧化孔的直徑變大，則發(fā)散角趨于變小。另外，氧化孔是決定激光發(fā)射模式的關(guān)鍵因素。為了獲得單模激光，應(yīng)使氧化孔較小。

通過(guò)對(duì)疊置在基板上的半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻而處理呈柱形或方形的臺(tái)式晶體管。直徑的尺寸會(huì)根據(jù)在該處理中的精度而改變。另外，如果從具有這樣結(jié)構(gòu)的臺(tái)式晶體管的側(cè)表面氧化電流限制層，則還會(huì)由于氧化而發(fā)生改變。具體地說(shuō)，如果氧化孔的直徑如單模中那樣小，則難以再現(xiàn)氧化孔的直徑，從而難以控制發(fā)散角。

本發(fā)明的目的是提供一種可以使發(fā)散角比現(xiàn)有技術(shù)中小的VCSEL，以及使用該VCSEL的模塊、光源裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、光發(fā)送裝置、光空間傳輸裝置和光空間傳輸系統(tǒng)，和用于制造VCSEL的方法。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種VCSEL，該VCSEL包括：在基板上的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體鏡面層、在該第一半導(dǎo)體鏡面層上的有源區(qū)、在該有源區(qū)上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體鏡面層和接近所述有源區(qū)的電流限制層。臺(tái)式晶體管結(jié)構(gòu)形成為使得所述電流限制層的至少一側(cè)表面露出。所述電流限制層包括具有鋁成分的第一半導(dǎo)體層和具有鋁成分的第二半導(dǎo)體層，該第二半導(dǎo)體層形成為比所述第一半導(dǎo)體層更靠近所述有源區(qū)。所述第一半導(dǎo)體層的鋁濃度高于所述第二半導(dǎo)體層的鋁濃度。當(dāng)激光的振蕩波長(zhǎng)為λ時(shí)，作為所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層的厚度總和的光學(xué)厚度為λ/4。從所述臺(tái)式晶體管結(jié)構(gòu)的所述側(cè)表面有選擇地使所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層氧化。

所述電流限制層中的所述第二半導(dǎo)體層形成為鄰近所述有源區(qū)，并且所述第一半導(dǎo)體層形成為鄰近所述第二半導(dǎo)體層。

所述電流限制層形成在所述第二半導(dǎo)體鏡面層中，所述第一半導(dǎo)體層是所述第二導(dǎo)電型的Al_xGa_1-xAs層，并且所述第二半導(dǎo)體層是所述第二導(dǎo)電型的Al_yGa_1-yAs層，其中x＞y。

所述電流限制層形成在所述第一半導(dǎo)體鏡面層中，所述第一半導(dǎo)體層是所述第一導(dǎo)電型的Al_xGa_1-xAs層，并且所述第二半導(dǎo)體層是所述第一導(dǎo)電型的Al_yGa_1-yAs層，其中x＞y。

所述第一半導(dǎo)體層的x等于1，并且所述第二半導(dǎo)體層的y約為0.85＜y＜0.90。