專利名稱：面發(fā)光激光器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及垂直諧振器型的面發(fā)光激光器，尤其涉及通過從多個(gè)光射出部分射出相位同步的激光光束得到高輸出且輻射角窄的激光光束的面發(fā)光激光器及其制造方法。
在面發(fā)光激光器中，發(fā)射高輸出且輻射角窄的激光光束是研究課題。在特開平8-340156號公報(bào)中，揭示了從多個(gè)光射出部分射出相位同步的激光光束，通過光的干涉效果發(fā)射看上去為一束激光光束的面發(fā)光激光器?？瓷先コ蔀橐皇す夤馐梢杂^測到是高輸出且輻射角窄的激光光束。
在該面發(fā)光激光器中，在光射出側(cè)的金屬包層上形成柱狀部分，在該柱狀部分的周圍形成埋入層，光射出側(cè)的電極具有多個(gè)開口部分，開口部分的邊緣部分和柱狀部分接觸。而后，在電極的開口部分正下方和邊緣部分正下方，光的振蕩模不同，從開口部分射出的多條激光光束看上去成為一束激光光束。
在該面發(fā)光激光器中，作為埋入層使用了絕緣性的物質(zhì)。作為絕緣性的埋入層，一般所使用的SiO2等的氧化物和Si3N4等的氮化物和ZnSe等的II-VI族化合物，和成為金屬包層的構(gòu)成要素的GaAs等的III-V族化合物折射率大不相同。因而，因?yàn)閷⒐膺^分地封閉在諧振器的中心，所以不能消除高次橫向模。
本發(fā)明就是為了解決上述以往的問題而提出的，提供一種一邊控制橫向模，一邊從多個(gè)光射出部分射出相位同步的激光光束，可以得到看上去是一束激光光束的面發(fā)光激光器及其制造方法。
(1)本發(fā)明的垂直諧振器型的面發(fā)光激光器，具有至少由光輸出側(cè)的反射鏡的一部分構(gòu)成的柱狀部分；包圍該柱狀部分的周圍的埋入層；形成在上述柱狀部分以及上述埋入層之上的上部電極；形成在上述柱狀部分以及上述埋入層之下的絕緣層，在上述上部電極上的上述柱狀部分之上形成多個(gè)電極開口部分，在上述絕緣層上對應(yīng)上述電極開口部分的位置上形成絕緣開口部分，上述埋入層的絕對折射率僅比上述柱狀部分稍小。
如果采用本發(fā)明，則在絕緣層上形成有絕緣開口部分，從上述電極通過絕緣層開口部分向活性層提供電流。與各絕緣層開口部分對應(yīng)產(chǎn)生的光，其振蕩模相同。而后，從多個(gè)電極開口部分，射出相位同步的多束激光束。該多束激光光束，成為從外觀上看是高輸出且輻射角窄的一束激光光束。
另外，如果采用本發(fā)明，則用埋入層包圍柱狀部分的周圍，埋入層的絕對折射率(相對真空的折射率)比柱狀部分的絕對折射率還小。采用此構(gòu)成就可以和光纖同樣地使光封閉在柱狀內(nèi)部進(jìn)行全反射。
進(jìn)而，我們知道在光纖中，如果光纖芯和金屬包層的絕對折射率差別大則傳輸多種波模。因而，通過減小絕對折射率差別就可以控制橫向模。
同樣，如果采用本發(fā)明，因?yàn)榻^對折射率差別極小，所以可以控制橫向模。
(2)在上述面發(fā)光激光器中，希望，形成上述柱狀部分的物質(zhì)被單晶化，形成上述埋入層的物質(zhì)，和上述柱狀部分是相同的物質(zhì)，被非晶化。
同樣的物質(zhì)，如果被單晶化則密度增高絕對折射率增高，與此相反，如果被非單晶化(多晶化或者非晶化)則密度稍低且絕對折射率稍低。這樣，通過單晶化，或者非單晶化，就可以稍微改變絕對折射率。
(3)在上述面發(fā)光激光器中，希望，各電極開口部分直徑是1～6μm，相鄰的上述電極開口部分之間的距離設(shè)置為7μm以下。
(4)在上述面發(fā)光激光器中，希望，上述埋入層的電阻低。
這樣，由于埋入層的電阻低就可以抑制發(fā)熱。
(5)本發(fā)明的垂直諧振器型的面發(fā)光激光器的制造方法，包含，形成位于在活性層上和光輸出側(cè)的反射鏡下的單晶層的工序；在上述單晶層上形成非單晶絕緣層工序；在上述絕緣層上形成多個(gè)絕緣開口部分，并形成上述單晶層的露出部分的工序；可以包含上述絕緣開口部分在上述絕緣層上有選擇地生長多層膜的工序；在上述多層膜上形成具有與上述絕緣開口部分對應(yīng)的電極開口部分的上部電極的工序，上述多層膜，在上述非單晶絕緣層上被非單晶化，在上述絕緣開口部分上被單晶化。
如果采用本發(fā)明，因?yàn)橥ㄟ^非選擇生長的多層膜，從絕緣開口部分露出單晶層，所以在該絕緣開口部分上變?yōu)楸粏尉Щ闹鶢畈糠?，在其周圍變?yōu)楸环菃尉Щ?多晶化或者非晶化)的埋入層。這樣，就可以簡單地制造上述的面發(fā)光激光器。
(6)在上述面發(fā)光激光器的制造方法中，希望上述多層膜的電阻低。
這樣，通過降低多層膜的電阻，就可以抑制埋入層的發(fā)熱。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的面發(fā)光激光器的斷面圖。
圖2A～圖2C是本發(fā)明的實(shí)施例的面發(fā)光激光器的制造方法的一例的圖。
圖3A～圖3B是本發(fā)明的實(shí)施例的面發(fā)光激光器的制造方法的一例的圖。
以下，參照圖面說明最適合本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是實(shí)施例的面發(fā)光激光器的斷面圖。
在該圖中，例如在n型GaAs等的半導(dǎo)體基片12的背面上形成有下部電極11。
另外，在半導(dǎo)體基片12之上形成有下部反射鏡13。下部反射鏡13例如由40對n型Al0.8Ga0.2As層以及Al0.15Ga0.85As層構(gòu)成，是對波長800nm附近的光具有99.5％以上的反射率的分布反射型(DBR分布布喇格反射鏡)多層膜反射鏡。
在下部反射鏡13上，從下至上依次形成有金屬包層14，活性層15以及單晶層16。金屬包層14，例如由n型Al0.7Ga0.3As層構(gòu)成，活性層15例如成為由n-型GaAs阱層以及n-型Al0.3Ga0.7As勢壘層構(gòu)成的多阱構(gòu)造，單晶層16成為金屬包層，例如由p型Al0.7Ga0.3As層構(gòu)成。
在單晶層16上形成有絕緣層18。另外，絕緣層18由非單晶(多晶或者非晶)的SiO2等的氧化膜構(gòu)成，具有絕緣性。
在絕緣層18上形成有多個(gè)開口部分18a，通過開口部分18a在單晶層16的露出部分16a上形成單晶AlAs層19a。
在AlAs層19a上形成有柱狀部分20。詳細(xì)地說，在絕緣層18的開口部分18a附近上形成有柱狀部分20。因而，柱狀部分20的一部分通過單晶AlAs層19a以及開口部分18a位于單晶層16之上。
柱狀部分20由相互疊層單晶Al0.8Ga0.2As層和單晶Al0.15Ga0.85As層的多層膜構(gòu)成。AlAs層19a以及柱狀部分20，構(gòu)成光射出側(cè)的反射鏡。
在柱狀部分20的周圍形成有埋入層22。埋入層22由相互疊層非單晶Al0.8Ga0.2As層和非單晶Al0.15Ga0.85As層的多層膜構(gòu)成。這里，所謂非單晶是多晶以及非晶的一種。形成埋入層22的物質(zhì)是和形成柱狀部分20的物質(zhì)相同的物質(zhì)被非單晶化的物質(zhì)。而且，如果是同一物質(zhì)，因?yàn)榉菃尉П葐尉芏鹊?，所以非單晶埋入?2與單晶的柱狀部分20相比絕對折射率稍低(約低0.01)。另外，埋入層22的電阻降低。進(jìn)而，在絕緣層18上形成非單晶AlAs層19b。
從埋入層22之上，到位于柱狀部分20的最上層的接觸層21之上，形成有上部電極23。在上部電極23上形成有多個(gè)開口部分23a。開口部分23a被形成在與絕緣層18的開口部分18a的正上方對應(yīng)的位置上。這里，希望開口部分23a作成矩形，一邊的寬度W是1～6μm，并且開口部分23a之間的間隔在7μm以下(最好是5.5μm以下)。進(jìn)而，開口部分23a的形狀，不限于矩形可以是圓形等的形狀。在將開口部分23a形成圓形的情況下，最好將直徑設(shè)置成1～6μm。
而后，上部電極23與柱狀部分20的最上層的接觸層21接觸提供電流。
本實(shí)施例的面發(fā)光激光器如上述那樣構(gòu)成。如果說明其作用，則是在活性層15中發(fā)光，由下部反射鏡13和成為光射出側(cè)的反射鏡的AlAs層19a以及柱狀部分20構(gòu)成諧振器，在該諧振器之間光諧振。由產(chǎn)生光而損失的能量，由在上部電極23和下部電極11之間流動(dòng)的電流提供。而后，來自柱狀部分20的接觸層21的透過光成為輸出光。該面發(fā)光激光器可以歸類為和半導(dǎo)體基片12垂直構(gòu)成諧振器的垂直型諧振器型。
另外，在本實(shí)施例中，因?yàn)槁袢雽?2的電阻降低，所以來自上部電極23的電流，不僅從接觸層21而且還從埋入層22流入柱狀部分20。因而，可以抑制埋入層22的發(fā)熱。
而后，用形成在埋入層22下的絕緣層18隔斷電流。但是，由于在絕緣層18上形成有開口部分18a，因此通過該開口部分18a，電流流入單晶層16。這樣，與該開口部分18a對應(yīng)地使電流局部集中在活性層15，就可以發(fā)光。
在活性層15中發(fā)出的光，通過開口部分18a，在成為上部反射鏡的柱狀部分20以及AlAs層19a，和下部反射鏡13之間被放大。
在本實(shí)施例中，與多個(gè)開口部分18a對應(yīng)地在上部電極23上形成多個(gè)開口部分23a。而后，從各開口部分23a射出激光光束，而且從各開口部分23a射出的激光光束相位同步。因而，多束激光光束從窄輻射角上看成為一束激光光束。
另外，與成為光射出側(cè)的反射鏡的AlAs層19a以及柱狀部分20相比，還是包圍其周圍的埋入層22的絕對折射率稍低(約低0.01)。因而，因?yàn)椴⒉皇欠忾]全部光，所以可以控制橫向模。
這樣，如果采用本實(shí)施例，就可以發(fā)射輻射角穩(wěn)定的高輸出激光光束。
以下，圖2A～3C是說明圖1所示的面發(fā)光激光器的制造方法的一例的圖。
首先，如圖2A所示，在半導(dǎo)體基片12的背面形成下部電極11，同時(shí)使用有機(jī)金屬氣相生長(MOCVD金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)法或者分子束外延(MBE)法等，在半導(dǎo)體基片12的表面從下部反射鏡開始生長到單晶層16。
接著，如圖2B所示，在單晶層16上形成絕緣層18。該絕緣層18是由CVD法或者濺射等形成的SiO2等的非單晶(多晶或者非晶)氧化膜。
或者，也可以使單晶層16的表面氧化形成非單晶氧化鋁層，將其作為絕緣層18。
接著，如圖2C所示，在絕緣層18上形成多個(gè)開口部分18a，并形成單晶層16的露出部分16a。開口部分18a的形成可使用光刻技術(shù)。
或者，在單晶層16上形成薄的AlGaAs層，在其上形成作為最上層的AlAs層，以抑制在室溫大氣中的AlAs層的氧化，可以用光刻技術(shù)在AlAs層形成開口部分，在使AlGaAs的一部分露出之后，在約400℃的水蒸氣環(huán)境中使AlAs層氧化。這種情況下，氧化后的AlAs層相當(dāng)于絕緣層18，AlGaAs層的露出部分相當(dāng)于單晶層16的露出部分16a。
進(jìn)而，在單晶層16的表面最好實(shí)施鈍化。為此，例如進(jìn)行脫脂洗凈、硫化銨的涂布以及高溫處理，或者進(jìn)行超純粹的洗凈以及高溫處理。
接著，如圖3A所示，在絕緣層18以及單晶層16上用MOCVD法生長AlAs層。這樣，就可以通過進(jìn)行非選擇生長在絕緣層18以及單晶層16上形成AlAs層19a、19b。
AlAs層19a在單晶層16上被單晶化，而AlAs層19b在絕緣層18上被非單晶化(多晶化或者非晶化)。進(jìn)而，在絕緣層18上形成有開口部分18a，比該開口部分18a還寬的區(qū)域被單晶化。因而，如圖3A所示，開口部分18a附近上方全部被單晶化。
而后，在AlAs層19a、19b上，相互疊層Al0.15Ga0.85As層31和Al0.8Ga0.2As層32。
即使在Al0.15Ga0.85As層31上，也是位于被單晶化后的AlAs層19a上的部分31a被單晶化，位于被非單晶化(多晶化或者非晶)后的AlAs層19b上的部分31b被非單晶化(多晶或者非晶化)。
同樣，即使在Al0.8Ga0.2As層32上，也是位于被單晶化后的部分31a上的32a被單晶化，位于被非單晶化(多晶化或者非晶)后的部分31b上的32b被非單晶化(多晶或者非晶化)。
這樣，就可以用被單晶化后的部分31a、32a形成柱狀部分20，用被非單晶化后的部分31b、32b形成埋入層22?？傊?，可以形成單晶柱狀部分20和非單晶埋入層22。柱狀部分20以及單晶層19a成為光射出側(cè)的反射鏡。
進(jìn)而，最好在形成了單晶層16時(shí)，測定用單晶層16和下部反射鏡13構(gòu)成的諧振器的縱向模，通過調(diào)整構(gòu)成柱狀部分20的多層膜的各自厚度，調(diào)整縱向模。
更詳細(xì)地說，AlAs、Al0.8Ga0.2As以及Al0.15Ga0.85As，以TMGa、TMAl、AsH3為原料，在基片溫度650～800℃(最好是約750℃)、10～200Torr(最好是約145Torr)的減壓下，用MOCVD法生長。這里，在Al0.15Ga0.85As的生長中，表示As和Ga的摩爾比的V/III比是290，在Al0.8Ga0.2As的生長中，因?yàn)閂/III比是95，所以對生長中的V/III比沒有依賴性。
接著，如圖3B所示，在埋入層22和成為柱狀部分20的最上層的接觸層12之上，通過蒸鍍金屬形成上部電極23。接著，通過去掉蒸鍍金屬的一部分，如圖1所示，在上部電極23上形成開口部分23a。該開口部分23a被形成在與絕緣層18的開口部分18a對應(yīng)的位置上。
如果采用這種制造方法，則與用光刻等形成柱狀部分20，其后通過再生長埋入非單晶形成埋入層22相比，可以用更簡便的方法制造圖1所示的面發(fā)光激光器。
進(jìn)而，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，可以有各種變形。
例如，在圖3所示的工序中，代替AlAs、Al0.8Ga0.2As以及Al0.15Ga0.85As中的As，可以用使用了N的III-V族氮化物半導(dǎo)體。
或者，也可以在圖2C的工序后，圖3A的工序前，在單晶層16的露出部分16a上，形成第2單晶層使其和絕緣層18成為同一面。
詳細(xì)地說，在圖2C所示的工序結(jié)束后，在絕緣層18以及露出部分16a上，用MOCVD法，生長Al成分低Ga成分高的Al0.15Ga0.85As。這樣，由于Ga成分高并有選擇地進(jìn)行生長，所以Al0.15Ga0.85As并不全部生長在由SiO2等的氧化膜構(gòu)成絕緣層18上，只在由單晶AlGaAs構(gòu)成的露出部分16a上生長。進(jìn)而，最好是第2單晶層具有成為多層反射鏡的一層膜那樣的厚度。為此，最好是和第2單晶層形成同一面的絕緣層18也用同樣的厚度形成。
權(quán)利要求
1.一種面發(fā)光激光器，在垂直諧振器型的面發(fā)光激光器中，具有柱狀部分，至少由光輸出側(cè)的反射鏡的一部分構(gòu)成；埋入層，包圍該柱狀部分的周圍；上部電極，被形成在上述柱狀部分以及上述埋入層之上；絕緣層，被形成在上述柱狀部分以及上述埋入層之下，在上述上部電極上，在上述柱狀部分之上形成多個(gè)電極開口部分，在上述絕緣層上，在與上述電極開口部分對應(yīng)的位置上形成絕緣開口部分，上述埋入層的絕對折射率比上述柱狀部分稍小。
2.如權(quán)利要求1所述的面發(fā)光激光器，形成上述柱狀部分的物質(zhì)被單晶化，形成上述埋入層的物質(zhì)是被非晶化的和上述柱狀部分相同的物質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的面發(fā)光激光器，各電極開口部分的直徑是1～6μm，相鄰的上述電極開口部分間的距離約為7μm以下。
4.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3的任意項(xiàng)所述的面發(fā)光激光器，上述埋入層的電阻低。
5.一種面發(fā)光激光器的制造方法，在垂直諧振器型的面發(fā)光激光器的制造方法中，包含形成位于活性層上和光射出側(cè)的反射鏡下的單晶層的工序；在上述單晶層上形成非單晶絕緣層的工序；在上述絕緣層上形成多個(gè)絕緣開口部分，并形成上述單晶層的露出部分的工序；包含上述絕緣開口部分在上述絕緣層上有選擇地生長多層膜的工序；在上述多層膜上形成具有與上述絕緣開口部分對應(yīng)的電極開口部分的上部電極的工序，上述多層膜在上述非單晶絕緣層上被非單晶化，在上述絕緣開口部分上被單晶化。
6.如權(quán)利要求5所述的面發(fā)光激光器的制造方法，上述多層膜的電阻低。
全文摘要
一邊控制橫向模一邊從多個(gè)光射出部分射出相位同步的激光光束,得到從表面上看為一束激光光束的面發(fā)光激光器及其制造方法。具備:構(gòu)成光射出側(cè)的反射鏡的一部分的柱狀部分(20);包圍該柱狀部分(20)周圍的埋入層(22);被形成在柱狀部分(20)以及埋入層(22)上的上部電極(23);被形成在柱狀部分(20)以及埋入層(22)下的絕緣層(18)。在上述電極(23)上,在柱狀部分(20)上形成多個(gè)開口部分(23a),在絕緣層(18)上,在和開口部分(23a)對應(yīng)的位置上形成開口部分(18a),因?yàn)槁袢雽?22)的絕對折射率比柱狀部分(20)稍小,所以可以控制橫向模。
文檔編號H01S5/00GK1241311SQ9880148
公開日2000年1月12日 申請日期1998年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月8日
發(fā)明者金子丈夫 申請人:精工愛普生株式會社