[发明专利]VCSEL、其制造方法、模块、光发送装置、光空间传输装置、光发送系统以及光空间传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及可用作光学数据处理或高速光通信的光源的垂直腔表面发射激光二极管(以下称为VCSEL)及其制造方法，更具体地说，涉及一种抑制高阶横模激射的技术。

背景技术

在诸如光通信或光存储的技术领域中，VCSEL越来越受到关注。VCSEL具有边缘发射半导体激光器所不具备的出色特性。例如，VCSEL以低阈值电流和低能耗为特征。使用VCSEL，圆型光点能够被轻易获得。另外，当VCSEL在晶片上时能够进行评估，从而能够将光源排列成二维阵列。由于具有这些特性，所以可以预料到对于VCSEL尤其作为通信领域中的光源的需求会不断增加。

当VCSEL与光纤耦合时，激光令人满意地为单横模或基横模。这是由于单横模在与光纤等耦合时，与多模相比具有较小的辐射角和较高的效率。因此，建议抑制从VCSEL发射的激光的高阶横模。

例如，如图18所示，JP2001-284722A公开了一种VCSEL，该VCSEL包括反射率调节层12，该反射率调节层12位于上反射镜10的顶层中。反射率调节层12具有厚度满足布拉格反射条件(厚度为λ/4)的第一镜面区域12a，以及厚度满足反布拉格反射条件(厚度为λ/2)的第二镜面区域12b。因而，第一镜面区域12a的反射率比第二镜面区域12b的反射率要高。第一镜面区域12a形成在上电极14的开口部分14a的光轴的中心部分，而远离光轴的外围部分中的第二镜面区域12b抑制了高阶横模激射，因而获得了单横模激射。

在JP2002-208755A中公开的可选氧化型VCSEL中，根据谐振器的与形成有开口部分的上电极相对应的区域(其形成了发射区)中的反射率，来确定开口部分的开口直径以及电流限制部分(current confiningportion)的直径，使得高阶横模激光在谐振器中的光损耗与基横模激光在谐振器中的光损耗之间的差变得很大。换句话说，对于上电极的开口部分的尺寸有一最优值，该最优值使得开口部分有效地运作从而获得基横模激射，该最优值根据电流限制部分的开口直径而不同。例如，对于开口直径在3.0到5.0μm范围内的电流限制部分，希望开口部分的开口直径的值比电流限制部分的开口直径大0到1μm。该公开指出，电流限制部分的开口直径越大，电极开口的直径与电流限制部分的开口直径的差就越小。

在JP2004-241422A中公开的具有柱结构(post structure)的VCSEL中，上电极被形成为平面形状，该平面形状与出现在上镜面的上表面上的横模发射图案的暗部分的形状相匹配。由于是如此形成的，所以上电极甚至能够形成在激光发射窗口的中心部分附近，从而防止上电极切断发射光。这使得注入到有源层中的电流密度均匀，并抑制了电流密度分布的变化。此外，可以获得特定横模下的稳定激射。因此，可以使所述柱与电流注入区的直径变大以扩大发射区，从而获得稳定横模下的高激光输出。

上文描述的现有技术的VCSEL的结构对于抑制高阶横模有一定效果，但是，在宽温度范围内，它们并不总能充分地抑制高阶横模。当VCSEL在低温下工作时，存在激射开始于高阶横模的问题。激射提高了低阶横模的激射阈值，因此低阶横模激射倾向于更少的发生。另一方面，当VCSEL在高温下工作时，光输出与室温情况相比显著降低。这种问题在任何现有技术中都没有认知也没有解决。

此外，现有技术中建议的对高阶横模的抑制需要蚀刻工艺，该蚀刻工艺可能造成反射率调节层的厚度变化或产生台阶(step)，因此，难以通过蚀刻工艺来形成具有高度重现性的精确厚度。

根据其他现有技术，它们通过上电极的形状来抑制高阶横模。因此，应该将上电极的形状处理成与发射图案的暗部分的形状相匹配，因而工艺非常复杂。此外，该形状对应于特定横模，因此，难以充分对高阶横模进行抑制。

本发明的一个目的是解决上述现有技术的问题，并提供一种能够在宽温度范围内抑制高阶横模的VCSEL。本发明的另一目的是提供一种不需加入复杂工艺就可以制造出能够抑制高阶横模的VCSEL的方法。

发明内容

在根据本发明一方面的VCSEL中，半导体层的最终层(final layer)的厚度在其中心部分和其外围区域相同；但是，最终层的厚度被制作成与其他半导体镜面层的厚度不同。此外，通过使用金属电极，获得了远离光轴的外围部分中的高阶横模与靠近光轴的低阶横模之间的反射率差，因此，可以获得高输出，同时抑制了高阶横模。