[发明专利]垂直腔面发射激光器、模块、光传输装置及系统、自由空间光通信装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及垂直腔面发射激光器(以下称为VCSEL)、模块、光传输装置、光传输系统、自由空间光通信装置和自由空间光通信系统。 

背景技术

近年来，在诸如光通信或光存储之类的技术领域中，对VCSEL的兴趣正日益增长。VCSEL具有边缘发射半导体激光器所不具有的优异特性。例如，VCSEL具有低阈值电流并消耗较少的功率。通过VCSEL，可以容易地获得圆光点，并可以在VCSEL位于晶片上的同时进行评价，并且光源可以排列成二维阵列。通过这些特性，尤其在通信领域对VCSEL作为光源的需求得以增长。 

JP-A-2001-94208中所公开的面发射激光器具有如下结构：第一导电型的第一DBR、第一导电型的第二DBR、活性层、第二导电型的第三DBR和第二导电型的第四DBR顺序叠置。在相同导电型的DBR之间进行对比，靠近活性层的DBR具有比远离活性层的DBR的掺杂浓度低的掺杂浓度。而且，在相同导电型的DBR之间进行对比，靠近活性层的DBR中的高折射率层的带隙大于较远DBR的高折射率层的带隙。该结构还包括通过蚀刻穿第四DBR到第三DBR的一部分而形成的低台面结构。该结构设计成提供低阈值、高效率、高可靠性和低成本。 

在JP-A-2002-164621中所公开的面发射激光器中，对于下反射镜提出了不同的构造。下反射镜构造有：下多层膜，该下多层膜由25.5对设置成低折射率膜的p-AlAs膜和设置成高折射率膜的p-Al_0.2Ga_0.8As膜制成；以及形成在下多层膜上的上多层膜，该上多层膜由10对p-Al_0.2Ga_0.8As膜和p-Al_0.9Ga_0.1As膜制成。上多层膜的最上层形成有p-AlAs膜而不是形成有p-Al_0.9Ga_0.1As膜，在p-AlAs膜中，形成有Al氧化层作为电流限制区。 

发明内容

本发明要解决的问题 

在现有技术的VCSEL中，为了改善在高温下光输出的降低，已提出使得具有高折射率(低Al组成)并形成在活性层附近的AlGaAs层的带隙较大，并降低在活性层附近的掺杂浓度。但是，在现有技术的该方法中，因为在活性层附近的掺杂浓度较低，所以在低温下载流子不能充分地扩散到电流限制区的中心部分。另外，如果增加在除了活性层之外的整个区域中的掺杂浓度而使得在低温下载流子充分地扩散，则在该区域中的自由载流子吸收变大，从而会降低光输出。 

本发明旨在提供一种VCSEL，其中克服了如上所述的现有技术的缺点，并在宽温度范围内改善了光输出的降低。 

本发明的一个方面提供了一种VCSEL，该VCSEL包括：基板；第一导电型的第一半导体多层膜反射镜，该第一半导体多层膜反射镜形成在所述基板上并具有第一掺杂浓度；形成在所述第一半导体多层膜反射镜上的活性区；第二导电型的第二半导体多层膜反射镜，该第二半导体多层膜反射镜形成在所述活性区上并邻近所述活性区，并且具有第二掺杂浓度；第二导电型的第三半导体多层膜反射镜，该第三半导体多层膜反射镜形成在所述第二半导体多层膜反射镜上并具有第三掺杂浓度；以及第二导电型的第四半导体多层膜反射镜，该第四半导体多层膜反射镜形成在所述第三半导体多层膜反射镜上并具有第四掺杂浓度。所述第一、第二、第三和第四半导体多层膜反射镜包括成对的具有相对较低Al组成的低Al半导体层和具有相对较高Al组成的高Al半导体层。所述第二半导体多层膜反射镜中的低Al半导体层的Al组成高于所述第四半导体多层膜反射镜中的低Al半导体层的Al组成。所述第二掺杂浓度低于所述第四掺杂浓度。所述第三掺杂浓度高于所述第二掺杂浓度。 

优选的是，所述第三半导体多层膜反射镜中的低Al半导体层的Al 组成高于所述第四半导体多层膜反射镜中的低Al半导体层的Al组成，并且所述第三掺杂浓度高于所述第四掺杂浓度。 

优选的是，所述第三半导体多层膜反射镜中的低Al半导体层的Al组成等于所述第二半导体多层膜反射镜中的低Al半导体层的Al组成。