[发明专利]表面发射半导体激光器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面发射半导体激光器、用于制造表面发射半导体激光 器的方法、模块、光源装置、数据处理装置、光发送装置、光学空间传 输装置和光学空间传输系统。

背景技术

在诸如光通信或光存储的技术领域中，对表面发射半导体激光器， 即垂直腔表面发射激光器(下文中称为VCSEL)的关注正在增长。VCSEL 具有边缘发射半导体激光器所不具备的卓越特性。例如，VCSEL有低阈 值电流和小功耗的特征。藉由VCSEL，可以容易地获得圆形光斑，可以 当VCSEL在晶片上时进行评价，并且光源可以被布置在二维阵列中。由 于这些特性，预期对作为光源的VCSEL的需求在通信领域中尤其被会增 长。

在VCSEL被用作用于光学传输的光源等的情况下，需要对光源的模 式进行选择。例如，在VCSEL被耦合到光纤并且将执行长途通信的情况 下，单模是更可取的。通常，为了获得单模，需要将VCSEL的电流限制 层的直径构造为大约3至4微米。

对于选择性氧化类型的VCSEL，具有高的Al成分的AlAs或AlGaAs 被用来做电流限制层，并且电流限制层的一部分被氧化以在该电流限制 层中形成孔。因为所述孔是由Al的氧化反应形成的，所以难于精确地控 制其直径，特别是，难于再现用于获得单模的小的孔径，导致了VCSEL 的产量减少。

例如，JP-A-11-204875公开了一种表面发射激光器，其由n型GaAs 基板、n型半导体多层反射镜、第一间隔层、有源层(active layer)、第 二间隔层、电流限制层、p型GaAs电流注入层、再生长界面、p型第三 间隔层和多层反射镜等形成。通过将AlInP、AlGaInP或AlAs等的其能 带间隙等于或大于2eV的宽间隙半导体应用于电流限制层，并通过由光 刻工艺和再生工艺形成孔层，VCSEL的产量可以得到提高。

JP-A-2002-359432公开了一种表面发射半导体激光器，其中界面区 域抑制了所关心的振荡模式之外的振荡模式，由所述界面区域划分并形 成在用于获得发射光斑的光发射表面的表面上的多个分开的区域相应于 所关心的振荡模式，由此可以使横向模式稳定。

在VCSEL被用作光导路径或用作对存储介质进行读出或写入的光 源的情况下，需要控制激光的偏振方向。JP-A-8-56049公开了一种控制 表面发射激光器的偏振的方法。通过利用由金属/介电衍射光栅偏光镜和 半导体多层反射镜构成的复合反射镜的双折射和相位差，控制激光器的 偏振方向。

发明内容

本发明旨在提供一种表面发射半导体激光器，其中可以比现有技术 通过光发射表面的表面处理进行的模式控制更有效地执行模式控制，以 及提供使用所述表面发射半导体激光器的模块、光源装置、数据处理装 置、光发送装置、光学空间传输装置和光学空间传输系统，并提供了用 于制造表面发射半导体激光器的方法。

本发明的一个方面提供了一种表面发射半导体激光器，其包括：基 板；在所述基板上形成的下反射镜；在所述下反射镜上形成并发射光的 有源层；在所述有源层上形成的上反射镜，在所述下反射镜和所述上反 射镜之间形成谐振器；在所述下反射镜和所述上反射镜之间形成的光学 模式控制层，其在光学上控制激光的模式；以及在所述下反射镜和所述 上反射镜之间形成的电流限制层，其限制在驱动期间所施加的电流。在 光学模式控制层中，形成用于选择性吸收或反射在有源层发射的光的开 口。

优选的是，从有源层发射的光的一部分通过所述开口，其余的光被 光学模式控制层吸收或反射。

优选的是，光学模式控制层由具有与有源层匹配的晶格常数的半导 体层构成。

优选的是，光学模式控制层包括光吸收层。

优选的是，光学模式控制层包括金属层。

优选的是，电流限制层包括导电部分和相对于导电部分具有较高电 阻的高反射部分，所述导电部分被所述高反射部分包围，并且光学模式 控制层的开口的中心与所述导电部分的中心一致。

优选的是，光学模式控制层的开口的直径小于电流限制层的导电部 分的直径。

优选的是，电流限制层的高反射部分是选择性氧化区域。

优选的是，下反射镜具有第一导电类型，而光学模式控制层具有第 二导电类型，并且在所述光学模式控制层和上反射镜之间形成电极，该 电极被电耦合到所述光学模式控制层。