[发明专利]半导体激光器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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的发明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2.8mW的单模光学输出。

发明内容

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℃)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。

根据本发明的实施例，提供了Al_xGa_yIn_1-x-yP(其中0≤x＜1且0＜y＜1)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_ox，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，