[發明專利]制造面發射激光器及其陣列的方法和光學設備

有效

• 申請號: 200910165013.3
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN101640375A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 內田達朗;井久田光弘;竹內哲也
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: H01S5/18
• 分類號: H01S5/18;H01S5/183;H01S5/42;G03G15/00
• 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: 申發振

技術領域

本發明涉及制造面發射激光器的方法、制造面發射激光器陣列的方法及包括由該方法制造的面發射激光器陣列的光學設備。

背景技術

垂直腔面發射激光器(在下文中稱為VCSEL)已知為面發射激光器中的一種。

在面發射激光器中，有源區被其兩側的兩個反射器夾在當中從而形成垂直于基板的方向上的諧振器，并且在垂直于基板的方向上發射光。

對于面發射激光器而言控制橫模振蕩是重要的。當要將面發射激光器應用于通信時，要求橫模輸出為單模輸出。

因此，根據面發射激光器，通過選擇性氧化在其內部中提供電流限制(current?confinement)結構以限制有源層的發光區，由此實現單橫模。

然而，當要僅僅通過電流限制結構來實現單橫模時，必須減小限制直徑。當限制直徑減小時，發光區變得更小，由此難以獲得較大的激光功率。

因此，到目前為止，已經研究了如下方法：在基橫模和高次橫模之間有意引入損失差從而允許單橫模振蕩而同時維持發光區比在僅由電流限制結構實現單橫模的情況下的發光區稍微寬些。

在這些方法中，所謂的表面起伏(surface?relief)方法在公開號為2001-284722的日本專利申請和H.J.Unold等人的論文(Electronics?Letters，Vol.35，No.16(1999))中公開。

表面起伏方法是執行用于控制面發射激光器器件表面上的反射率的階差(level?difference)加工從而使得高次橫模損失大于基橫模損失的方法。

在此，如上所述的為控制在反射器的發光表面的光輸出區中的反射率而設的階差結構在下文中稱為表面起伏結構。

接下來，參考圖2A和圖2B描述上述傳統實例中的表面起伏結構。

在圖2A和圖2B中，附圖標記200表示低折射率層；202表示高折射率層；204表示高反射率區；206表示低反射率區；208表示基橫模光分布；而210表示高次橫模光分布。

用于VCSEL的鏡通常是多層反射器，在其中低折射率層和高折射率層交替地層疊從而形成多對低折射率層和高折射率層，每個層的光學厚度等于激光振蕩波長λ的1/4。

一般而言，多層反射器終止于高折射率層，由此通過利用在與空氣(折射率＝1)的最終邊界上的反射而獲得等于或大于99％的高反射率。

描述圖2A中示出的凸表面起伏結構。該凸表面起伏結構在H.J.Unold等人的論文(Electronics?Letters，Vol.35，No.16(1999))中公開。

如圖2A中所示出的，將作為低反射率區206中最終層的高折射率層202的一部分去除等于λ/4的厚度，由此多層反射器終止于低折射率層200。因此，得到了凸表面起伏結構。

根據該凸表面起伏結構，在低折射率層200與折射率低于低折射率層200的空氣之間的邊界處反射的光束的相位從布置在低折射率層200下面的多層反射器的所有反射光束的相位偏離′π′。

結果，低反射率區206中的反射率減小到等于或小于99％的值，由此可以使得其反射損失高于高反射率區204中的反射損失。

為了根據此原理引入基橫模與高次橫模之間的損失差，將低反射率區206形成在光輸出區附近以使低反射率區206很大程度上與高次橫模光分布210相重疊。

相反，將基橫模光分布208設置為很大程度上與高折射率層202被留作最終層的高反射率區204相重疊。

當如上所述地形成表面起伏結構時，可以增大高次橫模中的反射損失，并由此可以抑制高次橫模振蕩。結果，可以獲得僅有基橫模的單模振蕩。

如圖2B中所示出的，當將厚度等于λ/4的低折射率層200附加地提供在作為最終層的高折射率層202上時，可以形成低反射率區206從而獲得凹表面起伏結構。該凹表面起伏結構在公開號為2001-284722的日本專利申請中公開。

如上所述，即使在凹表面起伏結構的情況下，也可以根據與凸表面起伏結構中相同的原理來減小反射率，由此可以獲得僅有基橫模的單模振蕩。

當要形成表面起伏結構時，在表面起伏結構與電流限制結構之間在面內(in-plane)方向上的對準是重要的。

也就是說，為了有效地獲得基橫模的單模振蕩，期望將表面起伏結構與確定光強分布的電流限制結構準確地對準。

例如，當表面起伏結構的中心軸偏離電流限制結構的中心軸時，不想要的損失被引入到期望的振蕩模(例如，基橫模)。