半导体激光器制造技术

本发明专利技术提供半导体激光器。该半导体激光器包括柱形层叠结构，该柱形层叠结构从基板开始依次包括基板上的第一多层反射镜、第一间隔层、ＡｌｘＧａｙＩｎ１－ｘ－ｙＰ（其中０≤ｘ＜１且０＜ｙ＜１）基有源层、第二间隔层、第二多层反射镜和横模调节层，该柱形层叠结构还包括电流窄化层。电流窄化层包括在面内中间区域中的未氧化区域和在未氧化区域周围的环形氧化区域。横模调节层包括与未氧化区域对应的高反射区域和在高反射区域周围的环形低反射区域。假设未氧化区域的直径为Ｄｏｘ，高反射区域的直径为Ｄｈｒ，则直径Ｄｏｘ和Ｄｈｒ满足下面０．８＜Ｄｈｒ／Ｄｏｘ＜１．５的关系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能够从表面发射激光束的面发射半导体激光器，并具体地涉及适用于 需要单模光学输出的情形的面发射半导体激光器。
技术介绍
在垂直于基板的方向上发光的面发射半导体激光器中，多个元件可以以二维形状 排列在同一基板上。例如，当排列为二维形状的面发射半导体激光器用作数字复印设备或 打印机的光源时，像素信息可以通过并行处理输入到光导鼓，从而实现高密度和高速度。因 此，近来面发射半导体激光器已经用作数字复印设备或打印机的光源。用作打印机光源的面发射半导体激光器已经被几个制造商商业化。然而，波带局 限于红外波带(770nm至790nm)。当使振荡波长较短时，束斑(beam spot)可以更小。因 此，可以实现高精确度的打印机。从而，近来已经开发了可以用作打印机光源的红色波带面 发射半导体激光器。例如，美国专利No. 7359421披露了能够将红色波带面发射半导体激光器振荡为 单横模的技术。在美国专利No. 7359421中，由于氧化层的电流窄化实现了强折射系数分 布，所以认为单模特性不好。在美国专利No. 735942 1中，离子注入的增益引导结构(gain guide structure)被用来实现弱折射系数分布。而且，因为电流窄化层通过两次离子注入 形成，所以折射系数上的变化由于热透镜效应(thermal lensing effect)而受到限制。在 美国专利No. 7359421中，认为由于可以通过宽电流窄化来控制横模，所以可以实现高输出 的单模振荡。美国专利No. 7359421的专利技术人发表了有关红色波带面发射半导体激光器的 文章(SPIE Vol. 6484 Vertical-Cavity Surface-Emitting LasersXI, paper 6484-04)。 在“SPIE Vol.6484 Vertical-Cavity Surface-Emitting LasersXI,paper 6484-04”中，不 清楚是否采用了美国专利No. 7359421中的构造。然而，当假设采用了美国专利No. 7359421 中构造时，在环境温度下可以可靠地实现2. Smff的单模光学输出。
技术实现思路
然而，在“SPIE Vol.6484 Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers XI， paper6484-04”中，2. 8mA的阈值太高，并且在高温(60°C )下超过了 3mA。这样高阈值的电 流是可靠性降低的因素。采用面发射半导体激光器作为打印机光源的原因是期待低阈值导 致低下降(drooping)。然而，无法实现低下降的上述方法不被认为是合适的方法。Electronics Letters 19th January 2006 Vol. 42 No. 2 介绍了通过抑制热透 镜效应使激光振荡成单模的方法。在Electronics Letters 19th January 2006 Vol. 42 No. 2 中，也采用增益引导结构。而且，在 Electronics Letters 19th January2006 Vol.42 No. 2中，在一部分台面中采用加热电极(电流源用于加热)。这样，只有电流窄化层的中间 部分被局部加热，因此防止了中间部分的折射系数增加。根据该方法，因为有源层的温度分 布和折射系数分布接近于平滑，所以可以通过宽电流窄化来控制横模。因此，可以获得单模振荡。然而，当设置加热电极时，加工或安装会变得复杂，因此从应用上看并不实际。而且，即使具有使有源层的温度分布平滑的优点，整个装置的温度增加也不可避免。出于这样的 原因，光学输出可能减少，并且因此可靠性可能降低。希望提供这样的半导体激光器，其能够以简单清晰的构造和低阈值电流实现高输 出的单模振荡。根据本专利技术的实施例，提供了 AlxGayIni_x_yP (其中0χ<1且0<y<l)基有 源层。更具体地讲，该半导体激光器包括柱形层叠结构，该柱形层叠结构从基板开始依次包 括在基板上的第一多层反射镜、有源层、第二多层反射镜和横模调节层，该柱形层叠结构还 包括电流窄化层。电流窄化层包括在面内中间区域中的未氧化区域和在未氧化区域周围的 环形氧化区域。横模调节层包括与未氧化区域对应的高反射区域和在高反射区域周围的环 形低反射区域。假设未氧化区域的直径为D。x，高反射区域的直径为Dhr，则直径Dox和Dto满 足下面的关系，0. 8 < DhlZDox <1.5··· (1)。在该半导体激光器中，有源层可以具有量子阱结构，该量子阱结构通过交替层叠 主要包含AlaGabIni_a_bP(其中0≤a< 1且0<b< 1)的阱层和主要包含Al。GadIni_。_dP(其 中0<c<l且0<d<l)的垒层而形成。电流窄化层可以形成在第二多层反射镜中，并 且可以形成在距有源层(7/4+(η/2)) λ (其中η是等于或大于0的整数)的位置。当操作 温度相对较低(例如，约25°C )时，优选直径D。x和Dto满足0. 8 < DhrZDox <1.0。当操作温 度相对较高(例如，约在40°C至约60°C的范围内)时，直径Dra^PDhr优选满足0.9 < Dto/ Dox < 1. 1，并且更优选为1. 0或几乎接近于1. 0。在根据本专利技术实施例的半导体激光器中，形成AlxGayIni_x_yP(其中0≤χ < 1且0 < y < 1)基有源层。就是说，有源层由产生红色波带的光的材料形成，红色波带的波长比 红外波带短。该半导体激光器包括电流窄化层，该电流窄化层包括在面内中间区域中的未 氧化区域和在未氧化区域周围的环形氧化区域。所提供的横模调节层包括与未氧化区域对 应的高反射区域和在高反射区域周围的环形低反射区域。而且，直径D。x和Dto满足上面的 公式(1)。这样，可以实现波导的等效折射系数分布弱的系数引导结构。在根据本专利技术实施例的半导体激光器中，在有源层由产生红色波带的光的材料形 成的激光器构造中，直径Dra^OhJi足上面的公式(1)。通过这样的构造，可以实现波导的 等效折射系数分布弱的系数引导结构。结果，因为可以减少无功电流，所以与折射系数分布 实现为增益引导结构的情况相比，可以实现低阈值。而且，因为可以通过宽电流窄化而控制 横模，所以可以实现高输出的单模振荡。在本专利技术的实施例中，因为不需要采用特殊的结构 或特殊的工艺，所以可以以简单清晰的结构实现单模的激光振荡。从而，在本专利技术的实施例 中，可以以简单清晰结构和低阈值电流实现高输出的单模振荡。附图说明图1是图解根据本专利技术实施例的半导体激光器的截面图。图2A和2B是图解图1所示的半导体激光器的一部分的放大示意图。图3是图解在图1所示的半导体激光器的单模中最大输出特性和温度依赖性的示意图。图4A至4C是图解图1所示的半导体激光器的I-L特性和斜率效率的示意图。图5A和5B是图解在图1所示的半导体激光器的电流窄化层中驻波位置关系的示 意图。 图6A和6B是图解在根据比较示例的半导体激光器的电流窄化层中驻波位置关系 的示意图。图7A和7B是图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光器，包括：柱形层叠结构，从基板开始依次包括所述基板上的第一多层反射镜、第一间隔层、Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｘ－ｙ］Ｐ基有源层、第二间隔层、第二多层反射镜和横模调节层，其中０≤ｘ＜１且０＜ｙ＜１，所述柱形层叠结构还包括电流窄化层，其中所述电流窄化层包括：在面内中间区域中的未氧化区域，以及在所述未氧化区域周围的环形氧化区域，其中所述横模调节层包括：与所述未氧化区域对应的高反射区域，以及在所述高反射区域周围的环形低反射区域，并且其中假设所述未氧化区域的直径为Ｄ↓［ｏｘ］，所述高反射区域的直径为Ｄ↓［ｈｒ］，则直径Ｄ↓［ｏｘ］和Ｄ↓［ｈｒ］满足下面的关系：０．８＜Ｄ↓［ｈｒ］／Ｄ↓［ｏｘ］＜１．５。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：前田修，谷口健博，荒木田孝博，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]