激光器、模块、光传输装置和系统、光通信装置和系统的制作方法

专利名称：激光器、模块、光传输装置和系统、光通信装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用作光数据处理或高速光传输的光源的垂直腔体表面发
射型激光器(此后称为VCSEL)。
背景技术：
近年来，在诸如光通信或者光存储的技术领域中，越来越多地关注 VCSEL。 VCSEL具有边缘发射型半导体激光器所不具有的优异特性。例 如，VCSEL具有较低的阈值电流和低功耗。使用VCSEL，可以容易地获 得圆形光斑，并且当它们在晶片上时可以进行评估，并可以将多个光源 设置成二维阵列。使用这些特性，对VCSEL用作光源的需求可望得到增 长，尤其在通信领域。
JP-A-2004-128482公开了一种VCSEL，其包括组成与基板垂直的谐 振器的下部多层膜反射镜和上部多层膜反射镜、以及位于所述谐振器内 的活性层。该谐振器包括带隙(bandgap)比所述活性层的带隙大但比组 成所述谐振器的材料的带隙小的载流子扩散层。该载流子扩散层改进载 流子在横向上的扩散程度，这可以改善流入所述活性层的电流的均匀性。

发明内容
本发明要解决的问题
为了实现低阈值和低电阻，现有技术的VCSEL被设计成将DBR中 的具有高折射率的半导体层的带隙设置为大于活性层的带隙，并且该带 隙值尽可能地小。此外，已经提出，为了抑制VCSEL在低温下的光输出 减少，可以在活性层附近设置电流扩散层，以使得电流扩散到电流限制 层的中央部分附近。然而，在该方法中，在活性层附近存在具有高掺杂 浓度的半导体层，因此VCSEL在高温下的光吸收率变得相当大，可能减小高温下的光输出。
本发明的目的是提供一种VCSEL，其中，解决了上述的现有技术的 缺点，并在从低温到高温的宽温度范围内改善了光输出的降低。 解决问题的技术手段
本发明的一个方面提供了一种VCSEL，该VCSEL包括基板；在
所述基板上形成的第一导电型的第一半导体多层膜反射镜；在所述第一 半导体多层膜反射镜上形成的活性区域；在所述活性区域上形成的第二
导电型的电流限制层；在所述电流限制层上形成的第二导电型的第二半 导体多层膜反射镜；以及在所述第二半导体多层膜反射镜上形成的第二 导电型的第三半导体多层膜反射镜。所述第一半导体多层膜反射镜、第 二半导体多层膜反射镜和第三半导体多层膜反射镜各自包括成对的高折 射率层和低折射率层。所述第二半导体多层膜反射镜的杂质浓度高于所 述第三半导体多层膜反射镜的杂质浓度。所述第二半导体多层膜反射镜 中的高折射率层的带隙能量大于由所述第一半导体多层膜反射镜、所述 活性区域、所述电流限制层、所述第二半导体多层膜反射镜和所述第三 半导体多层膜反射镜形成的谐振器的波长的能量。
优选的是，所述高折射率层是具有相对较低的Al成分的半导体层， 所述低折射率层是具有相对较高的Al成分的半导体层，所述第二半导体 多层膜反射镜中的具有相对较低的Al成分的半导体层的Al成分大于所 述谐振器的波长的能量。优选的是，所述第二半导体多层膜反射镜中的 对的数量在1与3之间。
优选的是，所述第一半导体多层膜反射镜包括成对的AlxlGai.xlAs 半导体层和AlylGaLylAs半导体层(X1>Y1， 0<X1<1， 0<Y1<1),所述第 二半导体多层膜反射镜包括成对的Alx2Ga,.x2As半导体层和Aly2Ga|_y2As 半导体层(X2>Y2， 0<X2<1， 0<Y2<1)，所述第三半导体多层膜反射镜 包括成对的A^Ga^As半导体层和Aly3GaNy3As半导体层(X3>Y3， 0<X3<1， 0<Y3<1)，其中Y2>Y1并且Y2〉Y3。
优选的是，所述第二半导体多层膜反射镜中的高折射率层的带隙能 量和所述谐振器的波长的能量之间的差等于或大于0.1 eV并且等于或小
6于0.3eV。优选的是，所述VCSEL还包括从所述第三半导体多层膜反射 镜开始、至少到所述活性区域的台(mesa)，所述电流限制层包括氧化区 域，该氧化区域的一部分是从所述台的侧面氧化的。 本发明的优点
根据本发明，所述第二半导体多层膜反射镜设置在所述活性区域或 者所述电流限制层附近，并且使得所述第二半导体多层膜反射镜中的杂 质浓度较高，由此可以改进低温下的载流子扩散程度，可以增加通过所 述电流限制层流入所述活性区域的载流子，并且可以抑制光输出的降低。 此外，使所述第二半导体多层膜反射镜中的高折射率层的带隙能量大于 所述第三半导体多层膜反射镜中的高折射率层的带隙能量、并且大于所 述谐振器的波长的能量，由此可以抑制高温下的光吸收。该结构使得能 够获得其中在从低温度到高温度的宽温度范围内抑制光输出的降低的 VCSEL。


基于以下附图详细描述本发明的示例性实施方式，在附图中-图1是根据本发明的示例的VCSEL的示意性平面图； 图2是沿着图1的线A-A所截取的剖面图3例示了根据本发明的示例的下部DBR、活性区域以及上部DBR 的结构；
图4的曲线图例示了在恒定的驱动电流下、在高温下激光的光输出 与在室温下的光输出之比，并示出了A1成分与谐振器波长之间的带隙差 与光输出比之间的关系；
图5A到5C是例示了根据本发明的示例的VCSEL的制造方法的剖 面图6A到6C是例示了根据本发明的示例的VCSEL的制造方法的剖 面图7A到7B是例示了根据本发明的示例的VCSEL的制造方法的剖 面图；图8A和8B是例示了其中安装有根据示例的VCSEL和光学部件的
模块的结构的示意性剖面图9例示了其中使用VCSEL的光源装置的结构的示例；
图IO是例示了其中使用图8A中所示模块的光传输装置的结构示例
的示意性剖面图11例示了其中将图8A或图8B中所示模块用于自由空间光传输
装置的结构示例；
图12A是例示了光传输系统的结构示例的框图12B例示了光传输装置的外部结构示例；以及
图13例示了其中使用图12B中所示的光传输装置的视频传输系统。
具体实施例方式
现在参考附图来描述实现本发明的示桐性实施方式。在本说明书中， 使用AlGaAs半导体层和GaAs基板作为III-V族化合物半导体的示例。 所例示的VCSEL具有如下结构在基板的背面形成有n侧电极，激光从 基板的上方发射。
图1是根据本发明的示例的VCSEL的平面图。图2是沿着图1的线 A-A所截取的剖面图。如图1和图2所示，VCSEL 100可以包括n型GaAs 基板102的背面上的n侧电极150。在基板102上可以层叠有多个半导体 层，包括n型GaAs缓冲层104、由n型AlGaAs半导体多层膜制成的下 部分布式布拉格反射器(DBR) 106、活性区域108、由p型AIAs制成 的电流限制层110、由p型AlGaAs半导体多层膜制成的上部DBR 112、 p型GaAs接触层114。
对于基板102，可以通过刻蚀半导体层来形成环形槽116，使得该槽 116具有从接触层114幵始直到下部DBR 106的一部分的深度。通过该 槽116，可以限定成为激光发射部的圆筒形柱(台)P，并且可以与柱P 隔开地形成焊盘形成区域118。柱P用作由下部DBR106和上部DBR112 构成的谐振器结构，并且在下部DBR 106和上部DBR 112之间插有活性 区域108和电流限制层110。电流限制层IIO包括通过选择性地对暴露在柱P的侧面的AlAs的外周进行氧化而形成的氧化区域110a、和由该氧化 区域包围的导电区域，并且限制导电区域中的电流和光。平面图中的导 电区域可以是反映柱P的外形的圆形形状。
在包括槽116的基板的整个表面上，可以形成有层间绝缘膜120。换 句话说，层间绝缘膜120可以覆盖柱P的顶部的一部分、槽116和焊盘 形成区域118的侧面。在柱P的顶部，在层间绝缘膜120中可以形成有 环形接触孔。通过该接触孔，p侧圆形上部电极130可以电连接到接触层 114。 p侧上部电极130可以由金或者钛/金制成，并且在其中央部分可以 形成有限定激光发射区域的圆形开口 132。在图2的示例中，开口 132被 层间绝缘膜120遮蔽并受到保护，以使得GaAs接触层114不暴露于外界。 然而，开口 132不一定要被层间绝缘膜120遮蔽，也可以暴露出来。
在焊盘形成区域118中，可以在层间绝缘膜120上形成有圆形电极 焊盘134。电极焊盘134可以通过在槽116中延伸的引出电极配线136连 接到p侧上部电极130。
图3是例示了图2中所示的下部DBR、活性区域和上部DBR的详 细结构的示意性剖面图。下部DBR 106通过交替层叠Alo.9Gao.,As和 Al0.12Gao.88As (其各自的载流子浓度为2xl018 cnf3并且厚度为介质中波长 的1/4)的40.5个周期而形成。
活性区域108包括未掺杂下部Ala6Ga。.4As间隔层108a、未掺杂量子 阱活性层108b (由各自厚度为70 nm的三个GaAs量子阱层和各自厚度 为50 nm的四个Ala3Gao.7As势垒层构成)、以及未掺杂上部Alo.6Gao.4As 间隔层108c。活性区域108的膜厚度为介质中波长。由量子阱活性层108b 的组成确定的增益峰波长是835 nm，其中的带隙能量为1.485 eV。
在活性区域108上，形成有由厚度例如为30 nm的AlAs层构成的电 流限制层IIO。在电流限制层110的周缘上，如上所述，从柱P的侧面起 形成有氧化区域110a，并且形成有由氧化区域110a包围的导电区域110b。 例如，在单模激光的情况下，导电区域110b的直径可以小于5微米。
在电流限制层IIO上设置有具有高杂质浓度的高浓度DBR112A， 其通过交替层叠Al^Ga^As和Al。.2CGao.8oAs (各自具有6xl018 cm'3的载流子浓度)的3个周期、使得各层的厚度为介质中波长的1/4而构成；以
及形成在其上的DBR 112B， DBR 112B通过交替层叠Alo.gGaojAs和 Al0.12Gao.88As (各自具有2xl018 cm'3的载流子浓度)的27个周期、使得 各层的厚度为介质中波长的1/4而构成。注意，将与AlAs层相邻的 Alo.9Ga^As层的厚度调节为使得组合AlAs层和Ala9GaQ.,As层的厚度为 介质中波长的1/4。对于DBR 112B的最上层，形成有载流子浓度为 lxl019cm'3、厚度约为20 nm的p型GaAs接触层114。
高浓度DBR 112A提高了横向上的载流子扩散程度，尤其是在低温 下进行驱动时。例如，当在-40到-20摄氏度的范围内的低温下驱动VCSEL 时，载流子的扩散长度根据温度而变短。换句话说，如图3所示，在柱P 的顶部，从环形电极130注入的载流子由于电场而可以移动到活性区域。 然而，如果在横向上的载流子扩散程度不够，则柱P的光轴(中心)上 的载流子浓度减小，并且在光轴上通过电流限制层110中的导电区域110b 注入到活性区域108的载流子也会减少。结果，可能降低光轴的光输出 的大小。通过形成高浓度DBR1I2A，可以改进在低温下在横向上的载流 子扩散程度，并且能够增加在光轴上通过导电区域110b注入到活性区域 108的载流子。
活性层附近的光强度的量很大，如果活性区域附近的杂质浓度高， 则光吸收会较大。高浓度DBR 112A的掺杂浓度为6xl018 cm'3;然而， 高浓度DBR 112A中的周期数是3,因此抑制了由高浓度DBR 112A引起 的活性区域附近的光吸收。如果高浓度DBR112A中的周期数大于3，则 由杂质造成的光吸收损耗变得大于由横向上的载流子扩散而造成的光输 出的提高。因此，优选的是高浓度DBR 112A中的周期数最多等于或者 小于3。
此外，将高浓度DBR 112A中的高折射率层(具有低Al成分的 Al,Gao加As层)的Al成分设置为0.20，高于DBR 112B的Al成分0.12。 具有低Al成分的半导体层通常具有低带隙能量。如果其带隙能量与谐振 器波长的能量之间的差较小，则在高温驱动期间可能吸收光。为了防止 光吸收，将高浓度DBR 112A中低Al半导体层的Al成分设置为0.20，以使得该差较大。光强度尤其在离活性区域大约3个周期处很大，因此 使在该距离处的低A1半导体层的带隙能量与谐振器波长的能量之间的能 量差很大是有效的。
图4是例示了在如下情况下在恒定的驱动电流下85摄氏度的光输出 与室温(25摄氏度)的光输出之比的曲线图在使得谐振器波长的能量 和高浓度DBR 112A中的高折射率层的Al成分的带隙能量之间的差发生 变化的同时，将DBR中的对的数量保持恒定。考虑到在高温下活性层的 增益峰值波长会变大，将谐振器波长设置为略高于由活性层的组成确定 的增益峰值波长835 nm (能量为1.485 eV)。由DBR 106、活性区域、电 流限制层、以及DBR 112A和112B产生谐振器波长。
当高浓度DBR 112A中的高折射率层的Al成分为0.20时，带隙能 量约为1.673 eV，与谐振器波长的能量的差约为0.188 eV。在这种情况下， 在85摄氏度的光输出比约为0.68。另一方面，当高折射率层的A1成分 为与DBR112B中的A1成分相同的0.12时，带隙能量约为1.574 eV，与 谐振器波长的能量差约为0.09 eV。在这种情况下，在85摄氏度的光输 出比约为0.60。
如图4所示，当能量差小于O.leV时，由于构成DBR的高折射率层 的光吸收而造成的发热量增加，并且在高温下的光输出比降低到0.6以 下。另一方面，当能量差在0.3eV以上时，构成DBR的半导体层之间的 折射率之差减小，这降低了反射率并增加了阈值。因此，在高温下在恒 定驱动电流时的光输出减小，并且比率降低到0.6以下。通常，如果光输 出量的减小等于或大于2 dB，则它不能作为系统进行工作。因此，优选 的是，将高折射率层的带隙能量与谐振器波长的能量之间的差设置为等 于或大于O.l eV并且等于或小于0.3 eV，以使得在高温下光输出的减小 小于2dB。通过这样设置，当以恒定驱动电流驱动VCSEL时，可以抑制 高温下的光输出与室温下的光输出之比的减小。
如上所述，通过在活性区域108的附近设置高浓度DBR 112A，可 以促进在低温驱动期间在横向上的电流(载流子)扩散，可以促进电流 移动到电流限制层110中的导电区域110b，并且可以抑制在低温驱动期
ii间光输出的降低。另一方面，通过使高浓度DBR 112A中的具有高折射 率的半导体层的带隙能量大于谐振器波长的带隙，可以抑制在高温下的 光吸收。结果，能够获得其中在至少从-40摄氏度到+摄氏85度的宽温度 范围内减小光输出的降低的VCSEL。
现在参考图5A到7B，描述根据示例的VCSEL的制造方法。如图 5A所示，通过金属有机化学汽相淀积(MOCVD)，在n型GaAs基板102 上，淀积载流子浓度为2 x io18 cm'3且厚度约为0.2微米的n型GaAs缓 冲层104。在缓冲层104上，交替层叠各自具有2xlO'Scn^的载流子浓度 以及介质中波长的1/4厚度的Alo.9Gao.,As和Alo.12Gao.88As的40.5个周期， 以形成总厚度约为4微米的下部n型DBR 106。在下部DBR 106上层叠 活性区域108，该活性区域108的厚度为介质中波长，并且由未掺杂的下 部Al。.6Gao.4As间隔层、未掺杂量子阱活性层(由各自具有70 nm的厚度 的三个GaAs量子阱层和各自具有50 nm的厚度的四个Al。.3Gao.7As势垒 层构成)、以及未掺杂上部Alo.6Gao.4As间隔层构成。在活性区域108上， 层叠用于使得能够通过氧化来进行电流限制的AlAs层110。在AlAs层 110上，层叠各自具有6xl018 cm-3的载流子浓度的p型Alo;Gao.,As和 Alo.2。Gao.8cAs的3个周期，使得各层的厚度为介质中波长的1/4，并且， 在其上进一步层叠各自具有2xl018 cm's的载流子浓度的p型Al^Gao.As 和Al。.12Gao.88As的27个周期，使得各层的厚度为介质中波长的1/4。由 如上所述的2个半导体镜层构成的p型上部DBR 112的总厚度约为2微 米。最后，层叠载流子浓度为lxl019 cm-3并且厚度约为20 nm的p型GaAs 接触层114,作为最上层。
尽管没有详细描述,但是，为了减小DBR的电阻，可以在Alo.9Gao.,As 和Al,Gao.抑As或AlQ.12Gao.88AsAl之间的界面上设置其中Al成分从90% 到20°/。或者到12%逐步变化的厚度约为20 nm的区域。在本示例中，通 过使用三甲基镓、三甲基铝和砷化三氢作为按顺序改变的原料气体、使 用环戊镁(cyclopentadinium magnesium)、碳作为p型掺杂并使用硅烷作 为n型掺杂，在将基板温度保持在750摄氏度而不打破真空的条件下， 连续地进行淀积以形成这些层。接着，如图5B所示，通过使用光刻处理，在晶体生长层上形成抗蚀 剂掩模R。然后，使用三氯化硼作为刻蚀气体执行反应离子刻蚀，以使 环形槽116形成到下部DBR106的中部，如图5C所示。通过该处理，可 以形成直径约为10到30微米的多个圆柱形半导体柱P或者多个矩形棱 柱形状的半导体柱P以及包围柱P的焊盘形成区域118。
然后，如图6A所示，将基板暴露于例如340摄氏度的蒸气氛围达一 定量的时间，以执行氧化处理。构成电流限制层110的AlAs层的氧化速 度显著高于也构成电流限制层110的一部分的Alo.9GaojAs层和 Alo.2QGao.8QAS层的氧化速度，并且构成电流限制层110的AlAs层从柱P 的侧面开始氧化以形成氧化区域110a，反映柱的形状。剩下未氧化的非 氧化区域(导电区域)成为电流注入区域或者导电区域。
接着，在去除抗蚀剂R之后，如图6B所示，通过使用等离子体CVD 装置，在包括槽116的基板的整个表面上淀积由SiN等构成的层间绝缘 膜120。此后，如图6C所示，使用普通的光刻处理和干法刻蚀对层间绝 缘膜120进行刻蚀，以去除柱P的顶部的层间绝缘膜120并在其形成圆 形接触孔120a。另选的是，可以将接触孔120a形成为环形，并且可以用 SiN保护作为发射区的上部DBR的接触层，如图2所示。
然后，如图7A所示，使用光刻处理在柱P的上部的中央部分形成 抗蚀图案Rl。从抗蚀图案Rl的上方，使用EB淀积装置，淀积厚度为 100妾[]1000 nm、优选为600 nm的Au作为p侧电极材料。当剥离了抗蚀 图案R1时，去除了抗蚀图案R1上的Au，如图7B所示，并形成了上部 电极130、电极焊盘134和引出配线136。激光从没有p侧电极的部分、 即柱的中央部分的开口 132发射。尽管这里没有详细描述，但是可以在 形成柱之前形成在柱P上形成的金属开口部分。
在基板的背面淀积Au/Ge，作为n电极。然后，在250至lj 500摄氏 度的范围内的温度下，优选地在300到400摄氏度的范围的温度下，用 退火温度执行退火10分钟。退火持续时间不必限于10分钟，并且可以 在0到30分钟的范围内。而且，淀积方法不必限于EB淀积，可以使用 电阻加热法、溅射法、磁电管溅射法或者CVD法。此外，退火方法不必限于使用普通电炉的热退火法。通过使用红外辐射的闪光退火或激光退 火、通过高频加热的退火、通过电子束的退火或者通过灯加热的退火， 也能够获得类似的效果。
尽管已经详细描述了本发明的示例性实施方式，但本发明不限于这 些具体的实施方式，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情
况下可以作出各种变形和修改。例如，在上述示例中，AlGaAs用作化合 物半导体层；然而，也可以使用其他的m-V族半导体。此外，Al成分或 者掺杂浓度可以根据设计而适当改变。此外，尽管在示例中n侧电极形 成于基板的背面；另选的是，也可以形成电连接到基板上层叠的n型半 导体层的n侧电极。在这种情况下，基板可以是电绝缘的，激光可以从 基板侧发射。此外，在基板上，可以单片地形成多个发光部分(柱)。
参考附图，现在来描述使用根据本发明示例的VCSEL的模块、光传 输装置、自由空间光通信系统等。图8A是例示其中安装了 VCSEL的封 装(模块)的结构示例的剖面图。在封装300中，其中形成有VCSEL的 芯片310通过导电粘合剂320固定在盘状金属座330上。导电引线340 和342插入形成在座330中的通孔(未示出)。 一个引线340电连接到 VCSEL的n侧电极，而另一个引线342电连接到p侧电极。
在包括芯片310的座330上方，固定有圆柱形中空盖350，并在盖 350的中央部分的开口 352中固定有球透镜360。球透镜360的光轴的位 置与芯片310的近似中心一致。当在引线340和342之间施加正向电压 时，从芯片310垂直地发射激光。调节芯片310和球透镜360之间的距 离，以使得球透镜360被包含在来自芯片310的激光的发散角e之内。 在该模块中，可以包含感光元件或者热传感器以监视VCSEL的发射状 态。
图8B例示了另一封装的结构示例。在图8B中所示的封装302中， 没有使用球透镜360，而是将平板玻璃362固定于盖350的中央部分的开 口 352中。平板玻璃362的中心的位置与芯片310的近似中心一致。调 节芯片310和平板玻璃362之间的距离，以使得平板玻璃362的开口直 径等于或者大于来自芯片310的激光的发散角e。
14图9例示了其中使用VCSEL作为光源的示例。光照射装置370包括 如图8A或者图8B所示的其中安装了 VCSEL的封装300、注入来自封装 300的多束激光的准直透镜372、以特定速度旋转并以特定发散角反射来 自准直透镜372的光线的多角镜374、接收来自多角镜374的激光并将该 激光投射到反射镜378上的伤透镜376、线形反射镜378、以及基于来自 反射镜378的反射光而形成潜像的感光鼓380。这样，VCSEL可以用作 诸如复印机或者打印机的光数据处理装置的光源，该光数据处理装置配 备有将来自VCSEL的激光集光到感光鼓上的光学系统以及对感光鼓上 的集光激光进行扫描的机构。
图10是例示其中将图8A中所示的模块应用到光传输装置的结构示 例的示意性剖面图。光传输装置400包括固定到座330的圆柱形外壳410、 与外壳410 —体地形成在其端面上的套管420、套管420的开口 422中保 持的套圈430、以及由该套圈430保持的光纤440。在沿座330的圆周方 向形成的凸缘332中固定着外壳410的端部。套圈430精确定位于套管 420的开口 422中，并且光纤440的光轴与球透镜360的光轴对准。在套 圈430的通孔432中保持光纤440的芯。
从芯片310的表面发射的激光由球透镜360会聚。会聚光注入到光 纤440的芯中并传输。尽管在上述示例中使用了球透镜360，但是也可以
使用诸如双凸面透镜或者平凸透镜的其他透镜。此外，光传输装置400 可以包括用于向引线340和342施加电信号的驱动电路。此夕卜，光传输 装置400可以具有用于通过光纤440接收光信号的接收功能。
图11例示其中将图8A或图8B中所示的模块用于自由空间光通信 系统中的结构示例。自由空间光通信系统500包括封装300、聚光透镜 510、扩散板520以及反射镜530。由聚光透镜510会聚的光透过反射镜 530的开口 532被扩散板520反射。反射光被反射到反射镜530。反射镜 530将该反射光向预定方向反射以执行光传输。
图12A例示其中使用VCSEL作为光源的光传输系统的结构的示例。 光传输系统600包括具有其中形成了 VCSEL的芯片310的光源610、例 如用于会聚从光源610发射的激光的光学系统620、用于接收从光学系统620输出的激光的光接收器630、以及用于控制光源610的驱动的控制器 640。控制器640向光源610提供用于驱动VCSEL的驱动脉冲信号。从 光源610发射的光经由光学系统620，通过光纤或者用于自由空间传输的 反射镜传输到光接收器630。例如，光接收器630通过光检测器检测接收 到的光。光接收器630能够通过控制信号650对控制器640的操作(例 如，光传输的开始定时)进行控制。
图12B例示用于光传输系统的光传输装置的结构示例。光传输装置 700包括壳体710、光信号发送/接收连接器720、光发射/光接收元件730、 电信号线缆连接器740、电源输入750、用于指示正常运行的LED760、 用于指示异常的LED 770、以及DVI连接器780，并且包括安装在内部 的发送电路板/接收电路板。
图13例示其中使用光传输装置700的视频传输系统。视频传输系统 800使用图12B所示的光传输装置来向诸如液晶显示器的图像显示器820 传送在视频信号发生器810生成的视频信号。更具体地说，视频传输系 统800包括视频信号发生器810、图像显示器820、用于DVI的电缆830、 发送模块840、接收模块850、用于视频信号传输光信号的连接器860、 光纤870、用于控制信号的电缆连接器880、电源适配器890以及用于 DVI的电缆900。
根据本发明的VCSEL可以用于诸如光数据处理或者光高速数据通 信的领域。
对示例的前述描述是为了例示和说明的目的而提供的，其并非旨在 限制本发明的范围。应当理解，满足本发明的结构的要求的本发明范围 内的其他方法也可以实现本发明。
权利要求
1. 一种垂直腔体表面发射型激光器，该垂直腔体表面发射型激光器包括基板；在所述基板上形成的第一导电型的第一半导体多层膜反射镜；在所述第一半导体多层膜反射镜上形成的活性区域；在所述活性区域上形成的第二导电型的电流限制层；在所述电流限制层上形成的第二导电型的第二半导体多层膜反射镜；以及在所述第二半导体多层膜反射镜上形成的第二导电型的第三半导体多层膜反射镜，所述第一半导体多层膜反射镜、所述第二半导体多层膜反射镜和所述第三半导体多层膜反射镜各自包括成对的高折射率层和低折射率层，所述第二半导体多层膜反射镜的杂质浓度高于所述第三半导体多层膜反射镜的杂质浓度，并且所述第二半导体多层膜反射镜中的高折射率层的带隙能量大于由所述第一半导体多层膜反射镜、所述活性区域、所述电流限制层、所述第二半导体多层膜反射镜和所述第三半导体多层膜反射镜形成的谐振器的波长的能量。
2. 根据权利要求1所述的垂直腔体表面发射型激光器，其中，所述 高折射率层是具有相对较低的Al成分的半导体层，所述低折射率层是具 有相对较高的Al成分的半导体层，并且所述第二半导体多层膜反射镜中 的具有相对较低的Al成分的半导体层的Al成分大于所述谐振器的波长 的能量。
3. 根据权利要求1所述的垂直腔体表面发射型激光器，其中，所述 第二半导体多层膜反射镜中的对的数量在1与3之间。
4. 根据权利要求1所述的垂直腔体表面发射型激光器，其中，所述 第一半导体多层膜反射镜包括成对的AlxlGai.xlAs半导体层和Aly,Ga^As半导体层，其中X1〉Y1， 0<X1<1， 0<Y1<1,所述第二半导体 多层膜反射镜包括成对的Alx2Gai-x2As半导体层和Aly2Gai-y2As半导体层， 其中X2>Y2， 0<X2<1， 0<Y2<1，并且，所述第三半导体多层膜反射镜 包括成对的Alx3Gai.x3As半导体层和Aly3Gai.y3As半导体层，其中X3>Y3， 0<X3<1， 0<Y3<1，并且其中，Y2〉Y1且Y2〉Y3。
5. 根据权利要求1所述的垂直腔体表面发射型激光器，其中，所述 第二半导体多层膜反射镜中的高折射率层的带隙能量和所述谐振器的波 长的能量之间的差等于或大于0.1 eV并且等于或小于0.3 eV。
6. 根据权利要求1所述的垂直腔体表面发射型激光器，该垂直腔体 表面发射型激光器还包括从所述第三半导体多层膜反射镜开始、至少到 所述活性区域的台，所述电流限制层包括氧化区域，其一部分是从所述 台的侧面开始氧化的。
7. —种垂直腔体表面发射型激光器，该垂直腔体表面发射型激光器 包括基板；在所述基板上形成的第一导电型的第一半导体多层膜反射镜 在所述第一半导体多层膜反射镜上形成的活性区域； 在所述活性区域上形成的第二导电型的电流限制层； 在所述电流限制层上形成的第二导电型的第二半导体多层膜反射 镜；以及在所述第二半导体多层膜反射镜上形成的第二导电型的第三半导体 多层膜反射镜，所述第一半导体多层膜反射镜、所述第二半导体多层膜反射镜、和 所述第三半导体多层膜反射镜分别包括成对的AlxlGai.xlAs半导体层和 AlylGai.ylAs半导体层、成对的A^Ga^As半导体层和Aly2Gai.y2As半导 体层、和成对的Alx3Gai.x3As半导体层和Aly3Gai.y3As半导体层，其中 X1>Y1， X2〉Y2，并且X3〉Y3，所述第二半导体多层膜反射镜中的Al成分Y2高于所述第一半导体 多层膜反射镜中的Al成分Yl，并且高于所述第三半导体多层膜反射镜中的A1成分Y3，所述第二半导体多层膜反射镜中的Aly2Gai_y2As半导体层的带隙能 量大于由所述第一半导体多层膜反射镜、所述活性区域、所述电流限制 层、所述第二半导体多层膜反射镜和所述第三半导体多层膜反射镜形成 的谐振器的波长的能量，并且所述第二半导体多层膜反射镜的杂质浓度高于所述第三半导体多层 膜反射镜的杂质浓度。
8. 根据权利要求7所述的垂直腔体表面发射型激光器，其中，所述 第二半导体多层膜反射镜中的Aly2GaLy2As半导体层的带隙能量和所述谐 振器的波长的能量之间的差等于或大于0.1 eV并且等于或小于0.3 eV。
9. 一种模块，该模块包括根据权利要求1到8中的任一项所述的垂 直腔体表面发射型激光器和光学材料。
10. —种光传输装置，该光传输装置包括根据权利要求9所述的模 块以及用于通过光学单元传输从所述模块发射的激光的传输单元。
11. 一种自由空间光通信装置，该自由空间光通信装置包括根据权利要求9所述的模块以及用于执行从所述模块发射的光的自由空间光通信 的传输单元。
12. —种光传输系统，该光传输系统包括根据权利要求9所述的模 块以及用于传输从所述模块发射的激光的传输单元。
13. —种自由空间光通信系统，该自由空间光通信系统包括根据权 利要求9所述的模块以及用于执行从所述模块发射的光的自由空间光通 信的传输单元。
全文摘要
本发明提供激光器、模块、光传输装置和系统、光通信装置和系统。所提供的垂直腔体表面发射型激光器包括在基板上形成的第一导电型的第一半导体多层膜反射镜；其上形成的活性区域；其上形成的第二导电型的电流限制层；其上形成的第二导电型的第二半导体多层膜反射镜；以及其上形成的第二导电型的第三半导体多层膜反射镜。这些反射镜包括成对的高折射率层和低折射率层。第二反射镜的杂质浓度高于第三反射镜的杂质浓度。第二反射镜中的高折射率层的带隙能量大于由第一反射镜、活性区域、电流限制层、第二反射镜和第三反射镜形成的谐振器的波长的能量。
文档编号H01S5/183GK101510665SQ20091000640
公开日2009年8月19日 申请日期2009年2月12日 优先权日2008年2月13日
发明者吉川昌宏, 山本将央, 近藤崇 申请人:富士施乐株式会社