[发明专利]制造面发射激光器及其阵列的方法和光学设备

说明书

技术领域

本发明涉及制造面发射激光器的方法、制造面发射激光器阵列的方法及包括由该方法制造的面发射激光器阵列的光学设备。

背景技术

垂直腔面发射激光器(在下文中称为VCSEL)已知为面发射激光器中的一种。

在面发射激光器中，有源区被其两侧的两个反射器夹在当中从而形成垂直于基板的方向上的谐振器，并且在垂直于基板的方向上发射光。

对于面发射激光器而言控制横模振荡是重要的。当要将面发射激光器应用于通信时，要求横模输出为单模输出。

因此，根据面发射激光器，通过选择性氧化在其内部中提供电流限制(current confinement)结构以限制有源层的发光区，由此实现单横模。

然而，当要仅仅通过电流限制结构来实现单横模时，必须减小限制直径。当限制直径减小时，发光区变得更小，由此难以获得较大的激光功率。

因此，到目前为止，已经研究了如下方法：在基横模和高次横模之间有意引入损失差从而允许单横模振荡而同时维持发光区比在仅由电流限制结构实现单横模的情况下的发光区稍微宽些。

在这些方法中，所谓的表面起伏(surface relief)方法在公开号为2001-284722的日本专利申请和H.J.Unold等人的论文(Electronics Letters，Vol.35，No.16(1999))中公开。

表面起伏方法是执行用于控制面发射激光器器件表面上的反射率的阶差(level difference)加工从而使得高次横模损失大于基横模损失的方法。

在此，如上所述的为控制在反射器的发光表面的光输出区中的反射率而设的阶差结构在下文中称为表面起伏结构。

接下来，参考图2A和图2B描述上述传统实例中的表面起伏结构。

在图2A和图2B中，附图标记200表示低折射率层；202表示高折射率层；204表示高反射率区；206表示低反射率区；208表示基横模光分布；而210表示高次横模光分布。

用于VCSEL的镜通常是多层反射器，在其中低折射率层和高折射率层交替地层叠从而形成多对低折射率层和高折射率层，每个层的光学厚度等于激光振荡波长λ的1/4。

一般而言，多层反射器终止于高折射率层，由此通过利用在与空气(折射率＝1)的最终边界上的反射而获得等于或大于99％的高反射率。

描述图2A中示出的凸表面起伏结构。该凸表面起伏结构在H.J.Unold等人的论文(Electronics Letters，Vol.35，No.16(1999))中公开。

如图2A中所示出的，将作为低反射率区206中最终层的高折射率层202的一部分去除等于λ/4的厚度，由此多层反射器终止于低折射率层200。因此，得到了凸表面起伏结构。

根据该凸表面起伏结构，在低折射率层200与折射率低于低折射率层200的空气之间的边界处反射的光束的相位从布置在低折射率层200下面的多层反射器的所有反射光束的相位偏离′π′。

结果，低反射率区206中的反射率减小到等于或小于99％的值，由此可以使得其反射损失高于高反射率区204中的反射损失。

为了根据此原理引入基横模与高次横模之间的损失差，将低反射率区206形成在光输出区附近以使低反射率区206很大程度上与高次横模光分布210相重叠。

相反，将基横模光分布208设置为很大程度上与高折射率层202被留作最终层的高反射率区204相重叠。

当如上所述地形成表面起伏结构时，可以增大高次横模中的反射损失，并由此可以抑制高次横模振荡。结果，可以获得仅有基横模的单模振荡。

如图2B中所示出的，当将厚度等于λ/4的低折射率层200附加地提供在作为最终层的高折射率层202上时，可以形成低反射率区206从而获得凹表面起伏结构。该凹表面起伏结构在公开号为2001-284722的日本专利申请中公开。

如上所述，即使在凹表面起伏结构的情况下，也可以根据与凸表面起伏结构中相同的原理来减小反射率，由此可以获得仅有基横模的单模振荡。

当要形成表面起伏结构时，在表面起伏结构与电流限制结构之间在面内(in-plane)方向上的对准是重要的。

也就是说，为了有效地获得基横模的单模振荡，期望将表面起伏结构与确定光强分布的电流限制结构准确地对准。

例如，当表面起伏结构的中心轴偏离电流限制结构的中心轴时，不想要的损失被引入到期望的振荡模(例如，基横模)。