專利名稱：表面發(fā)射激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面發(fā)射激光器。
背景技術(shù)：
垂直腔表面發(fā)射激光器(下面，稱為VCSEL)是用于在垂直于 半導(dǎo)體襯底的面內(nèi)向的方向發(fā)射激光束的激光器。
分布式布拉格(Bragg)反射器(下面，稱為DBR)通常用作 表面發(fā)射激光器的反射層。
DBR —般是通過將高折射率層和低折射率層以X/4的光學(xué)膜 厚度交替地層疊而形成的。
表面發(fā)射激光器具有這樣的極好的特性，以致于作為縱模特性， 獲得穩(wěn)定的單模，其閾值低于邊緣發(fā)射激光器的閾值，并易于形成二 維陣列。
因此，可以預(yù)期，表面發(fā)射激光器將作為光通信和光傳輸?shù)墓庠?或電子照相術(shù)的光源應(yīng)用。
為了增強VCSEL的適用性，需要產(chǎn)生較高的輸出而同時維持 單橫模振蕩的VCSEL。
相應(yīng)地，已經(jīng)考慮了各種結(jié)構(gòu)，作為其中一個有前途的結(jié)構(gòu)， Song et al" Applied Physics Letters Vol. 80, p. 3901 (2002)(下面，稱 為文獻l)提出了一種光子晶體VCSEL，其中，在VCSEL中形成 了光子晶體纖維結(jié)構(gòu)的二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
圖5顯示了文獻1中所描述的表面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)。
在圖5中所顯示的表面發(fā)射激光器600中，在襯底605上層 疊下部多層反射鏡610、下部間隔層620、活性層630、上部間隔層 640，以及上部多層反射鏡650。
4
當(dāng)向在上部多層反射鏡650上形成的上部電極690以及在襯 底605下面形成的下部電極695施加電壓時，活性層630發(fā)光， 發(fā)出的光被由上部反射鏡和下部反射鏡形成的共振器放大，從而，獲 得激光振蕩。結(jié)果，在垂直于襯底的方向發(fā)射激光束。
在上部多層反射鏡650的一部分中，形成了電流限制結(jié)構(gòu)660， 包括導(dǎo)電區(qū)域661和高阻區(qū)域662。
電流限制結(jié)構(gòu)是通過對具有高Al成分比例的AlGaAs層或 AlAs層的氧化而形成的。
通過AlGaAs或AlAs的氧化形成的AlxOy與AlGaAs或 AlAs相比具有較高的電阻和較低的折射率。
從上部多層反射鏡650的上表面到活性層側(cè)，形成包括多個孔 675的二維光子晶體結(jié)構(gòu)。在二維光子晶體結(jié)構(gòu)的中心設(shè)置了缺陷。
在形成二維光子晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域中，有效折射率減小。
這里，上文所描述的有效折射率的減小量小于在氧化AlGaAs或
AlAs的區(qū)域獲得的有效折射率的減小量。
在由折射率差異所引起的光學(xué)限制中，折射率差異越小，可以維 持單橫模的波導(dǎo)部分的面積越大。
相應(yīng)地，電流限制是通過氧化的孔進行的，在水平方向的光學(xué)限 制是通過二維光子晶體結(jié)構(gòu)進行的，從而，與兩種限制都通過氧化的 孔來進行的情況相比，可以增大發(fā)射面積，同時維持單橫模振蕩。在 前述的文獻1的表面發(fā)射激光器中，使二維光子晶體結(jié)構(gòu)的缺陷尺 寸小于電流限制尺寸，結(jié)果，可以實現(xiàn)維持了單橫模并具有較大的發(fā) 射面積的表面發(fā)射激光器。
然而，在其中從上部多層反射鏡的表面形成二維光子晶體的孔的 結(jié)構(gòu)中，與文獻1的情況相同，需要制造深孔，以便實現(xiàn)足夠的橫 模控制。
這是因為，具有大的光強度的共振區(qū)域位于上部多層反射鏡的活 性層側(cè)，所以沒有二維光子晶體結(jié)構(gòu)，就不能充分表現(xiàn)橫向?？?。
然而，當(dāng)制成深孔時，折射率在上部多層反射鏡內(nèi)的垂直方向的
長距離內(nèi)發(fā)生變化，這會導(dǎo)致反射鏡的共振波長的偏移量的增大。
結(jié)果，對于共振激光束，上部反射鏡的反射率減小，這會增大反 射損失。
因此，在橫向?？亟Y(jié)構(gòu)中，可以保證較大的發(fā)射面積，但是，共 振器性能下降，由此不能充分提高輸出。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上文所提及的問題，本發(fā)明的目的是提供能夠在單橫模下減 小對上部反射鏡的反射率的影響的高輸出表面發(fā)射激光器。
因此，為了解決上文所提及的問題，本發(fā)明提供了具有下述結(jié)構(gòu) 的表面發(fā)射激光器。
根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光器包括在襯底上層疊的多個半導(dǎo)體 層，半導(dǎo)體層包括下部半導(dǎo)體多層反射鏡、活性層、以及上部半導(dǎo)體 多層反射鏡，其中，所述下部半導(dǎo)體多層反射鏡和所述上部半導(dǎo)體多 層反射鏡中的一個包括具有二維光子晶體結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體層，所述 二維光子晶體結(jié)構(gòu)由高折射率部分和低折射率部分構(gòu)成，所述高折射 率部分和低折射率部分被布置在平行于所述襯底的方向，以及其中， 層疊在所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層包括到達所述低折射率 部分的微孔，所述微孔在平行于所述襯底的所述方向的截面小于在所
述第一半導(dǎo)體層中形成的所述低折射率部分的截面。
根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)能夠在單橫模下減小對上部反射鏡的反射 率的影響的高輸出表面發(fā)射激光器。
通過下列參考附圖對示范性實施例的描述，本發(fā)明的其他特征將 變得清楚。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例1的表面發(fā)射激光器的示意 性說明視圖。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例2的表面發(fā)射激光器的示意
性說明視圖。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例3的表面發(fā)射激光器的示意 性說明視圖。
圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例1的表面發(fā)射激光器的光子 晶體結(jié)構(gòu)中的抗蝕劑圖案的形成的視圖。
圖5是顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的表面發(fā)射激光器的示意性說明視圖。
具體實施例方式
接下來，描述本發(fā)明的實施例。
下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光器的實施例，其 中，在襯底上層疊了多個半導(dǎo)體層，包括下部半導(dǎo)體多層反射鏡、活 性層、以及上部半導(dǎo)體多層反射鏡。
注意，在下面描述的圖1到圖4中，相同或相應(yīng)的部分通過相 同的標號來表示。
實施例1
下面描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的表面發(fā)射激光器。
圖1是顯示根據(jù)此實施例的表面發(fā)射激光器的示意性說明視圖。
在圖1中，表面發(fā)射激光器100包括襯底105、共振器107、 下部半導(dǎo)體多層反射鏡iio、下部間隔層120、活性層130、上部間 隔層140、上部半導(dǎo)體多層反射鏡150、電流限制層160、 二維光子 晶體結(jié)構(gòu)no,以及低折射率部分175。
表面發(fā)射激光器100包括微孔180、上部電極190，以及下部 電極195。
在此實施例中，表面發(fā)射激光器100具有其中在襯底105上形 成共振器107的結(jié)構(gòu)。
在共振器107中，按順序形成了下部半導(dǎo)體多層反射鏡110、 下部間隔層120、活性層130、上部間隔層140，以及上部半導(dǎo)體多
層反射鏡150。
上部半導(dǎo)體多層反射鏡150包括由導(dǎo)電區(qū)域161和高阻區(qū)域 162形成的電流限制層160。
此外，形成上部半導(dǎo)體多層反射鏡150的第一半導(dǎo)體層配備有 與周圍的半導(dǎo)體層相比具有較低的折射率的低折射率部分175，從 而，形成了在平行于襯底的方向具有二維折射率分布的二維光子晶體 結(jié)構(gòu)。
換句話說，通過形成低折射率部分175，形成了由高折射率部分 和低折射率部分(它們被布置在平行于襯底的方向)構(gòu)成的二維光子 晶體結(jié)構(gòu)170。
第二半導(dǎo)體層層疊在第一半導(dǎo)體層上，微孔180從低折射率部 分175的上表面穿透到第二半導(dǎo)體層的上表面，即，到上部半導(dǎo)體 多層反射鏡150的表面。
使微孔在平行于襯底的方向的截面小于第一半導(dǎo)體層的低折射 率部分在平行于襯底的方向的截面。此外，在上部半導(dǎo)體多層反射鏡 150的表面上設(shè)置環(huán)形的上部電極190，在襯底105上設(shè)置下部電 極195。
在表面發(fā)射激光器100中，當(dāng)在上部電極190和下部電極195 之間施加電壓時，活性層130發(fā)光，從活性層130泄漏的光被共振 器107共振并放大。相應(yīng)地，激光束從上部半導(dǎo)體多層反射鏡150 的上表面進行面發(fā)射。作為此實施例的二維光子晶體結(jié)構(gòu)170，光子 晶體纖維結(jié)構(gòu)是理想的。在光子晶體纖維結(jié)構(gòu)中，光傳播軸充當(dāng)芯， 多個低折射率部分(它們與上部半導(dǎo)體多層反射鏡相比，具有較低的 折射率)形成芯周圍的包層部分。
電流限制結(jié)構(gòu)可以以與在制造常規(guī)垂直腔表面發(fā)射激光器 (VCSEL)時使用的方法同樣的方式制造。
換句話說，作為典型的方法，可以使用質(zhì)子離子注入或選擇性氧化。
根據(jù)如前所述的實施例的表面發(fā)射激光器，可以通過二維光子晶體結(jié)構(gòu)來控制橫模。
此外，如上文所描述的，使微孔在平行于襯底的方向的截面小于 第一半導(dǎo)體層的低折射率部分在平行于襯底的方向的截面。結(jié)果，與
其中直接從上部多層反射鏡的表面制成二維光子晶體結(jié)構(gòu)的孔的常 規(guī)結(jié)構(gòu)相比，可以抑制共振性能的降低。
即，與通過使用如前所述的結(jié)構(gòu)允許二維光子晶體結(jié)構(gòu)的孔從表 面穿透的情況相比，所需的孔的體積較小。如此，可以減小反射鏡的 波長偏移。
此外，所形成的孔的表面粗糙度可導(dǎo)致界面上的共振光的散射損 失，但是，其表面積也可以減小。相應(yīng)地，可以抑制多層反射鏡的反 射率的降低，從而，可以抑制面發(fā)射激光共振器中的光的壽命的縮短。 結(jié)果，可以實現(xiàn)高輸出操作。
此外，根據(jù)上面的實施例的表面發(fā)射激光器，上部多層反射鏡是 半導(dǎo)體，因此，上部多層反射鏡具有導(dǎo)電性。相應(yīng)地，可以實現(xiàn)其中 在上部多層反射鏡的表面上設(shè)置電極的結(jié)構(gòu)。
接下來，描述根據(jù)此實施例的制造表面發(fā)射激光器100的方法。 在此實施例中，作為圖1中所顯示的表面發(fā)射激光器的襯底105， 例如，可以使用諸如n-GaAs襯底之類的n型半導(dǎo)體襯底。
隨后，在n型半導(dǎo)體襯底105上，按下面描述的方式層疊下 部多層反射鏡110、下部間隔層120、活性層130、上部間隔層140， 以及上部多層反射鏡150。
首先，在襯底105上層疊多對低折射率層和高折射率層，以形 成下部多層反射鏡110。
例如，使用金屬有機化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)層疊低折射率
層和高折射率層。
可以在具有激光振蕩波長的光沒有被吸收的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)剡x擇
低折射率層和高折射率層的層狀結(jié)構(gòu)。
在此情況下，從對具有670 nm波長的光透明并確保低折射率 層和高折射率層之間的較大的折射率差異的角度來看，可以使用下列
層狀結(jié)構(gòu)，以便利用少量的對即可獲得高反射率。
也就是說，使用厚度為49 nm的n-A10.93Ga0.07As層作為低 折射率層，使用厚度為54 nm的n-A10.5Ga0.5As層作為高折射率層， 從而，層疊70對的上述低折射率層和高折射率層。
然后，在多層反射鏡110上，例如通過使用MOCVD來層疊下 部間隔層120、活性層130，以及上部間隔層140。
作為下部間隔層120 ，使用n型半導(dǎo)體，例如， n-A10.93Ga0.07As。
作為活性層130，例如，從在670 nm波長時具有光學(xué)增益的 角度來看，使用具有量子阱結(jié)構(gòu)的GalnP/AlGalnP。
作為上部間隔層 140 ，使用p型半導(dǎo)體，例如， p-A10.93Ga0.07As。
層疊下部間隔(層)120、活性層130，上部間隔層140，以便 它們的總的光學(xué)厚度基本上等于例如激光振蕩波長。
接下來，在用于形成電流限制結(jié)構(gòu)的上部間隔層140上，層疊 40對低折射率層和高折射率層，以形成多層反射鏡150。
現(xiàn)在，形成用于在多層反射鏡結(jié)構(gòu)的一部分中形成電流限制結(jié)構(gòu) 的電流限制層160。
作為用于形成電流限制結(jié)構(gòu)的電流限制層160，允許具有高Al 成分比例的AlGaAs，例如，p-A10.98Ga0.02As，生長20 nm (從底 部開始第二對中形成的低折射率層由A10.98Ga0.02As構(gòu)成)。
此外，在多層反射鏡結(jié)構(gòu)內(nèi)的電流限制層160的上側(cè)，層疊用 于形成二維光子晶體結(jié)構(gòu)170的第一半導(dǎo)體層。第一半導(dǎo)體層的厚 度例如是振蕩波長的3.25倍的光學(xué)厚度。
然后，在第一半導(dǎo)體層上，層疊用于形成多個微孔180的第二
半導(dǎo)體層。
可以從上文所描述的材料中適當(dāng)?shù)剡x擇低折射率層和高折射率層。
例如，使用厚度為49 nm的p-A10.93Ga0.07As層作為低折射
10
率層，使用厚度為54 nm的p-A10.5Ga0.5As層作為高折射率層，從 而層疊40對低折射率層和高折射率層。
在該情況下，使由AlGaAs層構(gòu)成的第一半導(dǎo)體層的Al成分
比例高于第二半導(dǎo)體層的Al成分比例，并高于在第一半導(dǎo)體層下形 成的半導(dǎo)體層的ai成分比例。
接下來，為了形成多個微孔180,在第二半導(dǎo)體層的表面上涂敷 抗蝕劑，以在被涂敷的膜上形成二維光子晶體圖案。
例如，如圖4所示，在基本微孔圖案410中形成抗蝕劑圖案， 其中，對于在對應(yīng)于設(shè)置了發(fā)射部分420的位置的地方中的一個圓， 抗蝕劑不去除。在基本微孔圖案410中，周期性地重復(fù)單位形狀， 其中，在邊長為2.5 jim的等邊三角形的三個頂點，以直徑為250納 米的圓的形狀，去除抗蝕劑。
接下來，使用ICP蝕刻法，該方法引入氯氣，在第二半導(dǎo)體層 中形成多個孩史孔180 (其直徑例如是50 nm(p)。
這里，使微孔的底部位于第一半導(dǎo)體層的上表面上，第一半導(dǎo)體 層形成了用于形成二維光子晶體結(jié)構(gòu)170的上部半導(dǎo)體多層反射鏡 150。
接下來，通過氧化區(qū)域(其被通過微孔提供的氧化物種氧化)， 在第一半導(dǎo)體層中形成低折射率部分175，該部分與周圍的半導(dǎo)體層
相比折射率較低。
例如，在除去抗蝕劑之后，通過微孔引入水蒸汽，然后，在450°C 下對第一半導(dǎo)體層進行熱處理。結(jié)果，在第一半導(dǎo)體層中，按下面描 述的方式形成具有低折射率部分175 (例如，具有對應(yīng)于200 nmcp 的截面的低折射率部分)的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，該低折射率部分175 在平行于襯底方向的截面大于微孔180的截面。
換句話說，與第一半導(dǎo)體層接觸的部分被氧化，從而，形成了與 周圍的半導(dǎo)體層相比折射率較低的Al氧化物。如此形成的Al氧化 物形成了對應(yīng)于二維光子晶體的低折射率部分175的區(qū)域。
可以通過改變氧化過程的條件，即，處理時間、水蒸汽的流動速
i
率，以及熱處理的溫度，調(diào)節(jié)低折射率部分的尺寸。
在此情況下，可以將低折射率部分的尺寸設(shè)置為直徑例如為lnm 的圓形區(qū)域。
例如用Si02或樹脂填充微孔，然后，形成直徑為30 nm的圓形 臺面(mesa )。
使圓形臺面的中心和二維光子晶體圖案的中心(在圖4中，光 子晶體的缺陷的中心)彼此重合。
允許臺面的底部到達下部多層反射鏡。
從由p-A10.98Ga0.02As制成的電流限制層(高阻層)160的端 面(暴露于臺面?zhèn)缺?引入水蒸汽，在450。C下對電流限制層160進 行熱處理，從而，形成AlxOy高阻區(qū)域162。
在此情況下，控制氧化時間，以便在臺面的中心處留下截面為 lOOjun2的導(dǎo)電區(qū)域161，從而形成電流限制結(jié)構(gòu)。
接下來，在臺面的附近形成聚酰亞胺保護膜，在臺面的上表面上 再設(shè)置與其連接的p型上部電極190。
上部電極例如由Ti/Au制成。通過剝離法去除距離臺面中心的 10nm的直徑內(nèi)的區(qū)域內(nèi)提供的電極，以便進行光提取。
最后，在襯底105的后側(cè)形成n型下部電極195,從而，可 以制造其中橫模被控制的以670 nm的波長振蕩的表面發(fā)射激光器 100。
上文描述了通過氧化區(qū)域形成二維光子晶體的低折射率部分的 方法，氧化區(qū)域是通過對第一半導(dǎo)體層的一部分區(qū)域的氧化形成的， 該氧化過程是利用通過微孔提供的氧化物種進行的。然而，形成二維 光子晶體的低折射率部分的方法不限于此。
例如，使用蝕刻液(例如，緩沖的氟化氫)(利用所述蝕刻液， 可以根據(jù)Al成分比例有選擇地進行濕蝕刻)，以便可以通過在第一 半導(dǎo)體層的一部分區(qū)域進行蝕刻，形成由空隙(void)構(gòu)成的低折射 率部分。
在這種情況下，空隙可以用與第一半導(dǎo)體層相比具有較低的折射
率的材料填充。
此外，在此實施例中，電流限制結(jié)構(gòu)是在上部多層反射鏡中形成 的，但是也可以在下部多層反射鏡中形成。
此外，在此實施例中，電流限制結(jié)構(gòu)是通過選擇性氧化形成的， 但是，也可以通過質(zhì)子注入形成。在這樣的情況下，并不總是需要形 成臺面結(jié)構(gòu)，因此，面發(fā)射激光設(shè)備可以容易地集成到小的區(qū)域中， 以用作陣列。
此外，在此實施例中，微孔是用其折射率比第一半導(dǎo)體層的折射 率低的材料填充的。相應(yīng)地，與微孔是由空氣構(gòu)成的情'況相比，其機 械強度得到增強，從側(cè)壁界面對半導(dǎo)體多層反射鏡的影響，如氧化， 可以降低。
(實施例2)
下面描述根據(jù)本發(fā)明的實施例2的表面發(fā)射激光器。
圖2是顯示根據(jù)此實施例的表面發(fā)射激光器的示意性說明視圖。
在圖2中，表面發(fā)射激光器200包括襯底205、共振器207、 下部多層反射鏡210、下部間隔層220，以及活性層230。
表面發(fā)射激光器200包括上部間隔層240、上部多層反射鏡 250，以及電流限制層260。
表面發(fā)射激光器200包括二維光子晶體結(jié)構(gòu)270以及低折射 率部分275。
表面發(fā)射激光器200包括微孔280、上部電極290,以及下部 電極295。
在實施例2中，表面發(fā)射激光器200具有其中在村底205上 形成共振器207的結(jié)構(gòu)。
在共振器207中，按順序形成下部多層反射鏡210、下部間隔 層220、活性層230、上部間隔層240，以及上部半導(dǎo)體多層反射鏡 250。
在上部半導(dǎo)體多層反射鏡250中，形成由導(dǎo)電區(qū)域261和高阻
區(qū)域262構(gòu)成的電流限制層260。
此外，在形成上部半導(dǎo)體多層反射鏡250的第一半導(dǎo)體層中形 成低折射率部分275，從而，形成了由高折射率部分和低折射率部分 構(gòu)成的二維光子晶體結(jié)構(gòu)270，高折射率部分和低折射率部分被布置 在平行于襯底的方向。
第二半導(dǎo)體層層疊在第一半導(dǎo)體層上，微孔280從低折射率部
分275的上表面穿透到不是第二半導(dǎo)體層的上表面的中間層，即， 穿透到不是上部半導(dǎo)體多層反射鏡250的表面的中間層。
從而，微孔在平行于襯底的方向的截面小于在第一半導(dǎo)體層的區(qū) 域形成的低折射率部分在平行于襯底的方向的截面。
此外，在上部半導(dǎo)體多層反射鏡250的表面上提供了環(huán)形的上 部電極290，在襯底205上提供下部電極295。
換句話說，實施例2具有基本上與實施例1相同的結(jié)構(gòu)，只是， 在上部半導(dǎo)體多層反射鏡中，與二維光子晶體的低折射率部分接觸的 微孔不會穿透到上部半導(dǎo)體多層反射鏡的表面。
在實施例2中，因為微孔的體積小于實施例1的微孔的體積， 因此，有以下優(yōu)點可以進一步抑制上部半導(dǎo)體多層反射鏡的光損耗。
此外，因為在形成微孔時所需的蝕刻深度比較小，因此有更加簡 化工藝的優(yōu)點。
接下來，描述根據(jù)本發(fā)明的實施例2的制造表面發(fā)射激光器 200的方法。如圖2所示，在此面發(fā)射激光設(shè)備中，在諸如n-GaAs 襯底之類的n型半導(dǎo)體襯底205上按順序?qū)盈B下部多層反射鏡 210、下部間隔層220、活性層230、上部間隔層240，以及上部半 導(dǎo)體多層反射鏡250。
上部半導(dǎo)體多層反射鏡250由第一上部多層反射鏡251和第 二上部多層反射鏡252構(gòu)成。
直到制造上部間隔層240的制造方法在與實施例1相同的過程 中進行。
接下來，在上部間隔層上，層疊由10對低折射率層和高折射率
層構(gòu)成的第一上部多層反射鏡251。
現(xiàn)在，使從第一上部多層反射鏡251的底部開始的第二對中的 低折射率層充當(dāng)用于進行電流限制的電流限制層260，并為此使用例 如p-A10.98Ga0.02As。此外，使從底部開始的第七對的低折射率層充 當(dāng)用于形成二維光子晶體結(jié)構(gòu)270的第一半導(dǎo)體層，并為此使用 p-A10.96Ga0.04As。
此外，第一半導(dǎo)體層的厚度例如是振蕩波長的3.25倍的光學(xué)厚度。
接下來，在用于形成二維光子晶體結(jié)構(gòu)270的第一半導(dǎo)體層上 層疊第二半導(dǎo)體層，在層疊的膜表面上形成保護層之后涂敷抗蝕劑， 從而，形成類似于實施例1的圖案。
接下來，使用引入氯氣的ICP蝕刻法，給第二半導(dǎo)體層提供多 個孩史孔280。
與上文所描述的實施例1的情況相同，微孔的底部被布置成位
于第一半導(dǎo)體層的上表面上，第一半導(dǎo)體層形成用于形成二維光子晶 體結(jié)構(gòu)270的上部半導(dǎo)體多層反射鏡250。
接下來，在除去抗蝕劑之后，通過微孔引入水蒸汽，然后，例如 在450。C下對微孔進行熱處理。
相應(yīng)地，與上文所描述的實施例1的情況相同，在第一半導(dǎo)體 層中形成具有低折射率部分275的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，該低折射率 部分275在平行于襯底方向的截面大于微孔280的截面。
可以通過改變氧化過程的條件，即，處理時間、水蒸汽的流動速 率、以及熱處理的溫度，調(diào)節(jié)低折射率部分的尺寸。低折射率部分的 尺寸是，例如，直徑為lnm的圓的尺寸。
接下來，為了制造其中形成微孔直到到達第二半導(dǎo)體層的上表面 的途中的中間層的結(jié)構(gòu)，在第二半導(dǎo)體層上形成第三半導(dǎo)體層，該第 三半導(dǎo)體層是通過晶體的再生長形成的。具體來說，在用例如Si02
或樹脂填充微孔之后，除去第一上部多層反射鏡251的表面的保護 層，從第一上部多層反射鏡251的表面進行半導(dǎo)體晶體的再生長。
相應(yīng)地，在第二半導(dǎo)體層上，形成由通過晶體再生長形成的第三
半導(dǎo)體層構(gòu)成的第二上部多層反射鏡252。
在再生長過程中，例如，使用MOCVD方法。
在MOCVD中， 一般控制生長參數(shù)，以使橫向生長模式大于厚 度方向生長模式。
具體來說，在AlGaAs的MOCVD中，將V/III提高(到500 )， 將生長壓力減小(到100mmHg)，并將生長溫度提高(到750。C )。 結(jié)果，可以容易地確保等于或大于50 nm的擴散長度。
在微孔平坦化之后，期望將生長條件復(fù)位到正常生長模式。
第二多層反射鏡252例如是由30對膜構(gòu)成的多層膜。
隨著在半導(dǎo)體的表面上形成的低折射率介質(zhì)的孔的面積變小，可 以更加容易地進行再生長。
因此，盡管由于低折射率孔的尺寸，難以從二維光子晶體結(jié)構(gòu)進 行再生長，但是，從表面(在那里，制造了小于二維光子晶體結(jié)構(gòu)的 低折射率孔的微孔)可以容易地進行再生長。然后，與實施例1的 情況相同，形成圓形的臺面和電流限制層，然后，形成上部電極290 和下部電極295，從而，可以制造表面發(fā)射激光器200。
以這種方式，根據(jù)此實施例的結(jié)構(gòu)，由于在二維光子晶體結(jié)構(gòu)的 孔上形成了與二維光子晶體結(jié)構(gòu)的孔相比孔直徑較小的微孔的層的 存在，所以可以在其上進行半導(dǎo)體的晶體再生長。
換句話說，用于控制橫模的二維光子晶體的孔的孔直徑一般等于 或大于數(shù)百個納米，因此，難以直接在其上進行半導(dǎo)體的高質(zhì)量的晶 體再生長。然而，根據(jù)此實施例的結(jié)構(gòu)，可以進行較高質(zhì)量的再生長。
相應(yīng)地，可以層疊高質(zhì)量的上部半導(dǎo)體多層反射鏡，如此，可以 解決電流注入的問題和工藝的問題，同時又可控制表面發(fā)射激光器的 橫模。
(實施例3 )
描述根據(jù)本發(fā)明的實施例3的表面發(fā)射激光器。
圖3是顯示了根據(jù)此實施例的表面發(fā)射激光器的示意性說明視
16
圖。
在圖3中，表面發(fā)射激光器300包括襯底305、共振器307、 下部多層反射鏡310、下部間隔層320，以及活性層330。
表面發(fā)射激光器300包括上部間隔層340、上部多層反射鏡 350，以及電流限制層360。
表面發(fā)射激光器300包括二維光子晶體結(jié)構(gòu)370以及低折射 率部分375。
表面發(fā)射激光器300包括微孔380、上部電極390，以及下部 電極395。
在實施例2中，在上部半導(dǎo)體多層反射鏡中形成二維光子晶體 結(jié)構(gòu)和微孔，但是，也可以在下部多層反射鏡中形成，如此實施例所 描述的。
在根據(jù)此實施例的表面發(fā)射激光器300中，在襯底305上層疊 下部多層反射鏡310、下部間隔層320、活性層330、上部間隔層 340，以及上部多層反射鏡350。
此外，還在下部多層反射鏡310中形成二維光子晶體結(jié)構(gòu)370 和^L孔380。這樣的實施例也適用于本發(fā)明。
在此結(jié)構(gòu)中，在襯底305上層疊35對下部多層反射鏡311， 然后，形成微孔和光子晶體結(jié)構(gòu)。
然后，通過使用半導(dǎo)體的晶體再生長，從下部多層反射鏡311的 表面層疊下部多層反射鏡312、下部間隔層320、活性層330、上部 間隔層340，以及上部多層反射鏡350。
在此實施例中，在形成光子晶體結(jié)構(gòu)之后，形成下部間隔層和活性層。
因此，在活性層側(cè)上形成的半導(dǎo)體多層反射鏡312不會受諸如 過蝕刻之類的制造偏差的影響，這穩(wěn)定了其特性。
雖然是參考示范性實施例描述本發(fā)明的，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明 不限于所公開的示范性實施例。下列權(quán)利要求的范圍應(yīng)該有最寬泛的 解釋，以便包含所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。 具體來說，可以對半導(dǎo)體層，光子晶體結(jié)構(gòu)，以及電極的材料或 形狀，光子晶體結(jié)構(gòu)的折射率分布的圖案等等進行適當(dāng)?shù)母摹?br> 例如，在上面的實施例中，對使用AlGaAs層作為半導(dǎo)體層的 情況進行了描述，但是，也可以使用AlAs層。
權(quán)利要求
1.一種表面發(fā)射激光器，包括在襯底上層疊的多個半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括下部半導(dǎo)體多層反射鏡、活性層、以及上部半導(dǎo)體多層反射鏡，其中，所述下部半導(dǎo)體多層反射鏡和所述上部半導(dǎo)體多層反射鏡中的一個包括具有二維光子晶體結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體層，所述二維光子晶體結(jié)構(gòu)由高折射率部分和低折射率部分構(gòu)成，所述高折射率部分和低折射率部分被布置在平行于所述襯底的方向，以及其中，層疊在所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層包括到達所述低折射率部分的微孔，所述微孔在平行于所述襯底的所述方向的截面小于在所述第一半導(dǎo)體層中形成的所述低折射率部分的截面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述微孔是 從包括所述低折射率部分的所述第一半導(dǎo)體層的上表面到位于到達 所述第二半導(dǎo)體層的上表面的中途上的層形成的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述微孔被 形成到位于到達所述第二半導(dǎo)體層的上表面的中途上的層的結(jié)構(gòu)是 如下構(gòu)造的在所述笫二半導(dǎo)體層上通過晶體再生長而形成第三半導(dǎo) 體層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述第一半 導(dǎo)體層包括AlGaAs層和AlAs層中的一個。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的表面發(fā)射激光器，其中，包括AlGaAs 層和AlAs層中的一個的所述第一半導(dǎo)體層的Al成分比例高于所述 第二半導(dǎo)體層的Al成分比例，并高于在所述第一半導(dǎo)體層下形成的 半導(dǎo)體層的Al成分比例。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述低折射 率部分包括氧化區(qū)域，該氧化區(qū)域利用通過所述微孔提供的氧化物 種、通過對包括AlGaAs層和AlAs層中的一個的所述第一半導(dǎo)體層 的一部分區(qū)域的氧化來形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述低折射 率部分包括在所述第一半導(dǎo)體層的所述一部分區(qū)域中形成的空隙。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述空隙用 其折射率比所述第一半導(dǎo)體層的折射率低的材料填充。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述微孔用 其折射率比所述第一半導(dǎo)體層的折射率低的材料填充。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠在單橫模下減小對上部反射鏡的反射率的影響的高輸出的表面發(fā)射激光器。該表面發(fā)射激光器包括在襯底上層疊的多個半導(dǎo)體層，包括下部半導(dǎo)體多層反射鏡、活性層，以及上部半導(dǎo)體多層反射鏡，其中，下或上部半導(dǎo)體多層反射鏡包括具有二維光子晶體結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體層，該二維光子晶體結(jié)構(gòu)由高折射率部分和低折射率部分構(gòu)成，高折射率部分和低折射率部分被布置在平行于襯底的方向，以及其中，層疊在所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層包括到達所述低折射率部分的微孔，所述微孔在平行于所述襯底的所述方向的截面小于在所述第一半導(dǎo)體層中形成的所述低折射率部分的截面。
文檔編號H01S5/30GK101359807SQ200810129459
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者井久田光弘 申請人:佳能株式會社