[發明專利]垂直腔表面發射激光器

有效

• 申請號: 200810095659.4
• 申請日: 2008-05-07
• 公開（公告）號: CN101304158A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 內田達朗
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/125;H01S5/187
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 康建忠

技術領域

本發明涉及一種垂直腔表面發射激光器。

背景技術

作為表面發射激光器的配置，已知垂直腔表面發射激光器，其中，其活性區域被放置在兩個反射鏡之間，所述兩個反射鏡被布置在所述活性區域的兩側，以在垂直于其襯底表面的方向上形成諧振器，并且將光從襯底表面發射到垂直方向。

因為垂直腔表面發射激光器具有以下很多技術優點，所以已經積極地研究垂直腔表面發射激光器。

也就是說，這種表面發射激光器以低閾值和低功耗操作，并且還被布置為發射圓形光斑光，從而所述激光器可以容易地與光學元件耦合，以與所述光學元件一起形成陣列。

然而，另一方面，因為表面發射激光器的活性區域小，所以表面發射激光器難以獲得振蕩所需的增益。

相應地，構成諧振器的一對分布式布拉格反射器(下文中稱之為DBR鏡)需要具有等于或大于99％的高反射率。

為了實現高反射性，在半導體鏡的情況下，需要幾十個堆疊層。

由于堆疊層的層厚度，表面發射激光器具有以下問題：熱量容易充滿諧振器，大的閾值，以及其增加的電阻，這使得難以將電流注入其中。

作為可以被這種DBR替換的諧振鏡，第一非專利文獻(V.Lousse等人：Opt.Express?12(2004)1575)報告了在使用板型(slab-type)二維光子晶體作為鏡的情況下所反射的光和所透射的光的波長依賴性。

光子晶體是這樣的結構：其中，人工形成光波長量級的折射率改變，也就是說，周期性地布置周期性折射率結構，在所述周期性折射率結構中，介質具有彼此不同的折射率。

第一非專利文獻中所公開的技術在具有高折射率的材料中周期性地形成孔，以形成空氣孔(孔)型二維光子晶體作為二維光子晶體。

其后，據報告，如果使得具有預定頻率的光從幾乎垂直于二維光子晶體的平面的方向進入所述平面，則所述光以幾乎100％的效率從所述平面反射。

通過在對于光的諧振方向的垂直布置中使用這種二維(或一維)光子晶體作為反射鏡，可以由十分薄的膜形成垂直腔表面發射激光器的反射鏡。

也就是說，可以由從幾十nm到幾百nm量級的十分薄的膜形成常規上已經由大約幾μm量級的厚的多層膜形成的反射鏡。

因此，諸如由反射鏡的層厚度導致的熱輻射和電阻的難點的問題可以被減少。

以下，將這種反射鏡稱為光子晶體鏡。

第二非專利文獻(H.T.Hattori等人：Opt.Express?11(2003)1799)公開了一種表面發射激光器結構的數值計算示例，該表面發射激光器結構通過將一維光子晶體鏡與DBR鏡組合作為實際表面發射激光器設備，來配置諧振器。

為了具體描述，如圖2所示，假設在以周期性折射率結構形成的層(核心層)之上和之下的層(覆層)是空氣層來執行計算。

圖2中的下側的區域206被稱為氣隙層。在圖2中，表面發射激光器結構包括半導體襯底200、DBR鏡202、活性層(active?layer)204、氣隙層(覆層)206、光子晶體鏡(核心層)208、以及孔210。

然而，在其圖2所示的第二非專利文獻的元素的配置中，因為氣隙層206被直接形成在光子晶體鏡208之下，所以當通過電流注入來驅動元件時，難以將載流子注入被直接布置在光子晶體鏡208之下的活性區域204中。

發明內容

本發明的一方面在于提供一種垂直腔表面發射激光器，其能夠將載流子高效地注入被直接布置在光子晶體鏡之下的活性區域中，以形成具有光子晶體鏡的表面發射激光器的反射鏡。

根據本發明的垂直腔表面發射激光器包括：第一反射鏡，其構成下鏡；第二反射鏡，其構成上鏡；活性層，其形成在所述第一反射鏡和所述第二反射鏡之間；以及襯底，所述第一反射鏡、所述第二反射鏡以及所述活性層形成在所述襯底上，其中，所述第二反射鏡具有周期性折射率結構，其中，在平行于所述襯底的表面的方向上周期性地提供具有導電性的第一介質和具有比所述第一介質的折射率低的折射率的第二介質，并且在所述周期性折射率結構的下側，由具有比所述第一介質的折射率低的折射率的第三介質制成的層結構被嵌入所述第一介質中。

根據本發明，可以實現一種垂直腔表面發射激光器，其中，可以將載流子高效注入被直接布置在光子晶體鏡之下的活性區域中，以形成具有光子晶體鏡的表面發射激光器的反射鏡。

本發明的進一步的特征將通過以下參照附圖對示例性實施例的描述變得清楚。

附圖說明

圖1是示出本發明示例性實施例的垂直腔表面發射激光器的基本配置的示意截面圖。