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CN101651287B - 垂直腔面发射激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供垂直腔面发射激光器，从基板侧依次包括：第一多层膜反射器；有源层，具有发光区域；第二多层膜反射器；以及反射率调整层。第一多层膜反射器和第二多层膜反射器具有层叠结构，其中振荡波长λx的反射率几乎为常数而不依赖于温度变化。有源层由在温度高于常温时获得最大增益的材料制作。反射率调整层具有层叠结构，其中发光区域的中心区域的相对区域的反射率Rx与发光区域的外边缘区域的相对区域的反射率Ry之差ΔR(＝Rx-Ry)随着温度从常温增加到高温而增加。

Description

垂直腔面发射激光器
技术领域
本发明涉及包括从顶面辐射激光的谐振器结构的垂直腔面发射激光器。
背景技术
垂直腔面发射激光器在垂直于基板的方向上辐射光，与现有的法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振器激光二极管不同。在垂直腔面发射激光器中，很多谐振器结构可在同一基板上设置为二维阵列状态。因此，近来垂直腔面发射激光器在数据通讯领域等已经引起人们的注意。
这样类型的激光二极管通常包括台面状的谐振器结构，其中下DBR层、下分隔层、有源层、上分隔层、上DBR层和接触层依次层叠在基板上。在下DBR层和上DBR层之一中，为了改善电流注入有源层的效率和降低阈值电流，提供具有限制电流注入区域结构的电流限制层。此外，电极分别提供在接触层的前面和基板的背面。在激光二极管中，从电极注入的电流受到电流限制层的限制，然后注入有源层中，并由于电子-空穴复合而在有源层中发光。由一对多层膜反射器反射光，在给定的波长产生激光振荡，并且从谐振器结构的顶面辐射作为激光的光。
在前述激光二极管中，已知的是在激光辐射区域中，基横模振荡(basictransverse mode)主要产生在中心区域中，而高阶横模振荡(high ordertransverse mode)主要产生在周边区域中。过去，已经提出了抑制高阶横模振荡的各种技术。例如，在日本未审查专利申请公开No.2000-332355中，揭示了下面的技术。在该技术中，在激光辐射区域中的中心区域中提供具有开口的金属电极，并且通过合金化将金属电极的反射率降低到约为80％或更低。
发明内容
然而，在日本未审查专利申请公开No.2000-332355的技术中，因为金属电极的光吸收大，所以高阶横模振荡的抑制和高输出难以相容。事实上，在实验的结果中，在25℃，基纵模振荡(basic longitudinal mode oscillation)仅产生至输出值略小于3mW。
考虑到这样的缺点，在本发明中，所希望的是提供的垂直腔面发射激光器能实现抑制高阶横模振荡(high order transverse mode oscillation)和高输出。
根据本发明的实施例，所提供的垂直腔面发射激光器从基板侧依次包括在基板上的第一多层膜反射器、具有发光区域的有源层、第二多层膜反射器和反射调整层。第一多层膜反射器和第二多层膜反射器具有层叠结构，其中振荡波长λx的反射率几乎为常数而不取决于温度变化。有源层由在高于常温(ambient temperature)的温度下获得最大增益的材料制造。反射率调整层具有层叠结构，其中在发光区域的中心区域的相对区域中的反射率Rx和发光区域的外边缘区域的相对区域中的反射率Ry之差ΔR(＝Rx-Ry)随着温度从常温增加到高温而增加。
在本发明实施例的垂直腔面发射激光器中，在提供在第二多层膜反射器上的反射调整层中，在发光区域的中心区域的相对区域中的反射率Rx和发光区域的外边缘区域的相对区域中的反射率Ry之差ΔR(＝Rx-Ry)随着温度从常温增加到高温而增加。因此，由于热透镜效应容易在高温下振荡的高阶横模振荡在高温下也能够有效抑制。此外，由于热透镜效应，几乎所有的基横模分布在发光区域的中心区域的相对区域中。因此，基横模几乎不受反射率Ry改变的影响。
根据本发明实施例的垂直腔面发射激光器，在提供在第二多层膜反射器上的反射率调整层中，差值ΔR随着温度从常温增加到高温而增加。因此，在基横模的光输出上的作用保持到最小，而高阶横模振荡能够有效抑制。因此，能够满足高阶横模振荡和高输出。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的根据本发明第一实施例的垂直腔面发射激光器的截面图；
图2是图1的温度补偿DBR层及其附近的放大截面图；
图3是示出图1的激光器的温度对反射率、增益和波长的特性示意图；
图4是图解图1的激光器在25℃下反射率分布和光强度之间关系的关系示意图；
图5是图解图1的激光器在60℃下反射率分布和光强度之间关系的关系示意图；
图6是图解图1的激光器的I-L特性的特性示意图；
图7是根据本发明第二实施例的垂直腔面发射激光器的截面图；
图8是图解图7的激光器的温度对反射率、增益和波长的特性示意图；
图9是图解温度补偿DBR层中的高折射系数层的总位移量与第二(第三)调整层的位移量之间关系的关系示意图；和
图10是图解图7的激光器的I-L特性的特性示意图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细描述本发明的实施例。
第一实施例
图1图解了根据本发明第一实施例的垂直腔面发射激光器1的截面结构。图2是图1的垂直腔面发射激光器1的截面结构的放大部分。图1和图2是示意图，并且因此其尺寸和形状与实际的尺寸和实际的形状不同。图3的(A)图解了稍后描述的温度补偿DBR层17的反射率的温度相依性(temperature dependence)。图3(B)图解了图1的垂直腔面发射激光器1的增益的温度相依性。图3(C)图解了稍后描述的垂直腔面发射激光器1的振荡波长λx和对应于有源层13的带隙的发光波长λy的温度相依性。
垂直腔面发射激光器1例如包括层叠结构，在该层叠结构中在基板10的一个表面侧上依次层叠下DBR层11、下分隔层12、有源层13、上分隔层14、电流限制层15、上DBR层16、温度补偿DBR层17和接触层18。在层叠结构的上部分中，具体地讲，在由下分隔层12、有源层13、上分隔层14、电流限制层15、上DBR层16、温度补偿DBR层17和接触层18构成的上部分中，形成宽度例如约为20μm的柱状台面部分(columnar mesasection)19。
在该实施例中，下DBR层11对应于本发明的“第一多层膜反射器”的具体示例，上DBR层16对应于本发明的“第二多层膜反射器”的具体示例，并且温度补偿DBR层17对应于本发明的“反射率调整层”或者“第三多层膜反射器”的具体示例。
基板10例如由n型GaAs构成。n型杂质的示例例如包括硅(Si)和硒(Se)。
下DBR层11具有层叠结构，在该层叠结构中交替层叠低折射系数层(第一低折射系数层)和高折射系数层(第一高折射系数层)。低折射系数层例如由厚度为λ1/4n1的n型Alx1Ga1-x1As(0＜x1＜1)构成。高折射系数层例如由厚度为λ1/4n2的n型Alx2Ga1-x2As(0≤x2＜x1)形成。n1是低折射系数层的折射系数。n2是高折射系数层的折射系数，并且大于n1。λ1是垂直腔面发射激光器1在25℃的振荡波长，并且大于发光波长λ2，λ2对应于有源层13在25℃的带隙(参考图3的(C))。
下DBR层11的低折射系数层和高折射系数层不限于前述结构。例如，下DBR层11的低折射系数层和高折射系数层可以由多层构造，而光学厚度保持在λ1/4。
下分隔层12例如由n型Alx3Ga1-x3As(0≤x3＜1)构成。上分隔层14例如由p型Alx4Ga1-x4As(0≤x4＜1)构造。p型杂质的示例例如包括锌(Zn)、镁(Mg)和铍(Be)。
如图3的(B)所示，有源层13由在温度高于常温(25℃)时获得最大增益(例如，图3(B)中的P点的增益)的材料制作。更具体地讲，有源层13由这样的材料制作：该材料在25℃时的振荡波长λ1与对应于有源层13在25℃时带隙的发光波长λ2之差Δλa(＝λ1-λ2)大于Δλm(在最大增益的情况下，振荡波长λx与发光波长λy之差)。例如，在有源层13由未掺杂Alx5Ga1-x5As(0≤x5＜1)构成的情况下，Al成分比x5的值大于在25℃时获得最大增益的值。
振荡波长λx相对于温度变化的波动量与发光波长λy相对于温度变化的波动量彼此不同。发光波长λy相对于温度的波动量大于振荡波长λx相对于温度变化的波动量。因此，振荡波长λx和发光波长λy之差Δλ(＝λx-λy)随着温度的增加而变小。因此，在有源层13由Δλa大于Δλm的材料制作的情况下，振荡波长λx与发光波长λy之差Δλ变为Δλm时的温度高于25℃。图3(C)例示这样的情况：25℃时的差Δλa为20nm(＞Δλm)，并且60℃时的振荡波长λ3与对应于有源层在60℃时带隙的发光波长λ4之差Δλb(＝λ3-λ4)为13nm(＝Δλm)。
一般而言，已知在振荡波长λx与对应于有源层的带隙的发光波长λy(＜λx)之差Δλ变为给定大小的情况下，垂直腔面发射激光器的增益变为最大值。例如，在有源层13由Alx5Ga1-x5As构成的情况下，当Δλm为13nm时，垂直腔面发射激光器的增益变为最大值。此外，在有源层13由波长范围为650nm至670nm的AlGaInP材料或者波长范围为400nm的InGaN材料构成的情况下，当Δλm为10nm时，垂直腔面发射激光器的增益变为最大值。因此，在过去，通常选择有源层的材料以及下DBR层11和上DBR层16中每一层的每个厚度，使得在常温时的差Δλa变为Δλm。
通过测量从垂直腔面发射激光器1辐射激光的光谱分布，可以检测振荡波长λx。此外，例如可以这样检测发光波长λy：从垂直腔面发射激光器1去除基板10和下DBR层11，暴露下分隔层12，以给定的激光辐射下分隔层12，并且测量从有源层13发射光的光谱分布。
电流限制层15具有在距台面部分19的侧表面给定的深度的区域中的电流限制区域15A，以及在电流限制区域15A之外的区域中(台面部分19的中心区域)中的电流注入区域15B。电流注入区域15B例如由p型Alx6Ga1-x6As(0＜x6≤1)构成。电流限制区域15A例如包含Al2O3(氧化铝)。电流限制区域15A通过从台面部分19的侧面氧化包含在氧化层(未示出)中的高浓度Al来形成。因此，在有源层13中，相对于电流注入区域15B的区域对应于有源层13的电流注入区域，即发光区域13A。
电流限制层15并不必须设置在上分隔层14和上DBR层16之间。例如，尽管没有示出，但是电流限制层15可以取代低折射系数层16A设置在上DBR层16中远离有源层13侧几层的低折射系数层16A的区域中。
例如，如图2所示，上DBR层16具有层叠结构，在该层叠结构中交替层叠低折射系数层16A(第二低折射系数层)和高折射系数层16B(第二高折射系数层)。上DBR层16具有在最上层的高折射系数层16B。低折射系数层16A例如由厚度D1为λ1/4n3的p型Alx7Ga1-x7As(0＜x7＜1)构成。高折射系数层16B例如由厚度D2为λ1/4n4的p型Alx8Ga1-x8As(0≤x8＜x7)构成。n3是低折射系数层的折射系数。n4是高折射系数层的折射系数，并且大于n3。
上DBR层16中的低折射系数层16A和高折射系数层16B不限于前述结构。例如，低折射系数层16A和高折射系数层16B可以由多层构造，而光学厚度保持在λ1/4。
温度补偿DBR层17具有层叠结构，在该层叠结构中包括振荡波长λx和对应于有源层13的带隙的发光波长λy的给定波长范围内的反射率随着波长的增长而减小。温度补偿DBR层17具有周期与下DBR层11和上DBR层16的周期不同的层叠结构。例如，温度补偿DBR层17通过交替层叠低折射系数层17A(第三低折射系数层)和高折射系数层17B(第三高折射系数层)而形成。低折射系数层17A例如由厚度D3为λ1/4n5的p型Alx9Ga1-x9As(0＜x9＜1)构造。高折射系数层17B例如由厚度D4小于λ1/4n6的p型Alx10Ga1-x10As(0≤x10＜x9)构成。n5是低折射系数层的折射系数。n6是折射系数层的折射系数，并且大于n5。高折射系数层17B的厚度D4是这样的值以使得反射率变为低于没有在上DBR层16上设置温度补偿DBR层17的情况下的反射率。
温度补偿DBR层17中的低折射系数层17A和高折射系数层17B不限于前述结构。例如，低折射系数层17A可以由多层构造，而光学厚度保持在λ1/4。高折射系数层17B可以由多层构成，而光学厚度保持在小于λ1/4的给定厚度。
在该实施例中，温度补偿DBR层17至少设置在发光区域13A的外边缘区域的相对区域中以及发光区域13A的中心区域的相对区域之外的区域中。从垂直腔面发射激光器1的层叠方向上观察，温度补偿DBR层17为环形。图1和图2例示了温度补偿DBR层17不仅设置在发光区域13A的外边缘区域的相对区域中，而且设置在其外侧周围的相对区域中的情况。
在发光区域13A的中心区域的相对区域中，设置开口17A。上DBR层16(高折射系数层16B)的最上表面暴露在开口17A的底面上。在层叠方向上观察垂直腔面发射激光器1的情况下，对应于开口17A的区域不包括温度补偿DBR层17，并且因此对应于开口17A的区域是高反射区域β。对应于开口17A的周边的区域(对应于温度补偿DBR层17中的发光区域13A的区域)包括温度补偿DBR层17，并且因此对应于开口17A的周边的区域是低反射区域α。
如图3的(A)所示，高反射区域β的反射率Rx几乎为常数而不依赖于温度变化，这是因为下DBR层11和上DBR层16光学厚度λ1/4的周期的事实。此外，如图3(A)所示，低反射区域α的反射率Ry随着温度从常温增加到高温而变小，这是因为温度补偿DBR层17不具有光学厚度λ1/4的周期的事实。如果反射率Rx与反射率Ry相比，则发现反射率Rx与反射率Ry的差ΔR(＝Rx-Ry)随着温度从常温增加到高温而增加。此外，发现反射率Ry随着温度从常温增加到高温的减少率(dRy/dt)大于反射率Rx随着温度从常温增加到高温的减少率(dRx/dt)。因此，发现如图3(A)所示，高反射区域β的反射率Rx与低反射区域α的反射率Ry之差ΔR(＝Rx-Ry)随着温度从常温增加到高温而增加。
接触层18例如由p型Alx11Ga1-x11As(0≤x11＜1)构成。
此外，在垂直腔面发射激光器1中，上电极20形成在台面部分19的顶面(接触层18)上。上电极20为环形形状，且至少在高反射区域β的相对区域中具有开口。在基板10的背面上，形成下电极21。
上电极20具有这样的结构，例如，其中从基板10侧依次层叠钛(Ti)、铂(Pt)和金(Au)。上电极20电连接到接触层18。下电极21具有这样的结构，例如，其中从基板10侧依次层叠金(Au)和锗(Ge)的合金、镍(Ni)和金(Au)。下电极21电连接到基板10。
根据该实施例的垂直腔面发射激光器1例如可以如下制造。
例如，为了制造GaAs垂直腔面发射激光器，例如，利用MBE(分子束外延)法和MOCVD(金属有机化学气相沉积)法，通过外延晶体生长在基板10上形成层叠结构。此时，作为GaAs化合物半导体的原材料，例如，采用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMIn)和三氢化砷(AsH3)。作为施主杂质的原材料，例如采用H2Se。作为受主杂质的原材料，例如采用二甲基锌(DMZ)。
首先，在基板10上依次层叠下DBR层11、下分隔层12、有源层13、上分隔层14、氧化层(未示出)、上DBR层16、温度补偿层17和接触层18。
接下来，在接触层18上形成在对应于高反射区域β的区域中具有开口的抗蚀剂层。随后，利用抗蚀剂层作为掩模，例如，通过湿蚀刻法选择性蚀刻从接触层18到温度补偿DBR层17的部分，以形成开口17A。其后，去除抗蚀剂层。
接下来，在包括开口17A的给定区域中形成环形抗蚀剂层。随后，利用抗蚀剂层作为掩模，例如，通过RIE(反应离子蚀刻)法从接触层18到下DBR层11的部分选择性蚀刻，以形成台面部分19。其后，去除抗蚀剂层。
接下来，在水蒸汽气氛中在高温执行氧化处理，以从台面部分19的侧面选择性氧化氧化层中的Al。由此，氧化层的周边区域变为电流限制区域15A，并且中心区域变为电流注入区域15B。
接下来，例如，通过蒸发法，在接触层18上形成上电极20，并且在基板10的背面上形成下电极21。由此，制造了本实施例的垂直腔面发射激光器1。
接下来，将描述该实施例的垂直腔面发射激光器1的作用和效果。
在该实施例的垂直腔面发射激光器1中，在给上电极20和下电极21之间施加给定的电压的情况下，由电流限制层15限制的电流注入有源层13中，并且因电子-空穴的复合而产生光。这样的光被一对下DBR层11和上DBR层16反射。在给定的波长产生激光振荡，并且该光向外辐射为激光束。
通常，在垂直腔面发射激光器中，已知在激光辐射区域中，在中心区域中主要产生基横模振荡，而在周边区域中主要产生高阶横模振荡。过去，已经提出了抑制高阶横模振荡的各种技术。例如，已经提出了这样的方法：其中设置仅在激光辐射区域中的中心区域中具有开口的金属电极，并且金属电极中的反射率通过合金化降低到约80％或者更小。
然而，在这样的方法中，因为金属电极的光吸收大，所以高阶横模振荡的抑制和高输出几乎不相容。事实上，在实验的结果中，基纵模振荡在25℃时仅产生至略低于3mW的光输出值。
而在该实施例中，温度补偿DBR层17设置在上DBR层16上，至少在发光区域13A的外边缘区域的相对区域中以及发光区域13A的中心区域的相对区域之外的区域中。在发光区域13A的中心区域的相对区域中，设置开口17A。高反射区域β的反射率Rx和低反射区域α的反射率Ry之差ΔR(＝Rx-Ry)随着温度从常温增加到高温而增加。
由此，甚至在由于热透镜效应，高阶横模的波形(profile)从发光区域13A的外边缘区域移动到发光区域13A的中心区域且易于产生高阶横模振荡的情况下，在高温时也能有效抑制高阶横模振荡。
图4中的(A)图解了在常温时高反射区域β的反射率Rx和低反射区域α的反射率Ry之间关系的示例。图4中的(B)图解了在常温时基横模和一次横模(primary transverse mode)的波形示例。图5中的(A)图解了在高温度时高反射区域β的反射率Rx和低反射区域α的反射率Ry之间关系的示例，以及当温度从常温改变到高温时反射率Rx和反射率Ry的变化状态。图5中的(B)图解了在高温度时基横模和一次横模的波形示例，以及基横模和一次横模的波形的改变状态。
根据图4中的(A)和(B)以及图5中的(A)和(B)，发现一次横模的峰值位置随着温度从常温改变到高温而移动到低反射区域α和高反射区域β之间边界附近的位置。然而，在该实施例中，发现因为低反射区域α的反射率Ry随着温度从常温改变到高温而大大降低，保持了一次横模振荡的抑制。
此外，根据4中的(A)和(B)以及图5中的(A)和(B)，发现随着温度从常温改变到高温，几乎所有的基横模分布在高反射区域β中。因此即使低反射区域α的反射率Ry大大地降低，基横模也几乎不受此影响。从而，由于高反射区域β的高反射率，能够使基横模振荡实现高输出。
如上所述，在该实施例中，在基横模的光输出上的作用保持到最小化，而能有效抑制高阶横模振荡。因此能够满足高阶横模振荡的抑制以及高输出。
此外，在过去的通常的垂直腔面发射激光器中，一般选择有源层的材料和下DBR层11和上DBR层16中每一层的每个厚度，使得常温时的差Δλa变为Δλm(在最大增益的情况下，振荡波长λx与发光波长λy之差)。因此，因为高温时的差Δλb小于Δλm，如图6中的虚线所示，在高温(60℃)时增加了阈值电流。
而在该实施例中，有源层13由这样的材料制作：25℃时的振荡波长λ1和对应于有源层13的25℃时的带隙的发光波长λ2之差Δλa(＝λ1-λ2)大于Δλm。由此，如图3(C)所示，振荡波长λx和发光波长λy之差Δλ变为Δλm的温度高于25℃。因此，通过在差值Δλ变为Δλm(在图3的(C)中，60℃)的温度，即在垂直腔面发射激光器1的增益变为最大值的温度驱动垂直腔面发射激光器1，能使阈值电流最小化。结果，如图6中的虚线所示，在高温(60℃)时能够降低阈值电流。
然而，在该实施例的垂直腔面发射激光器1中，与通常的垂直腔面发射激光器一样，如图6所示，由于高温而降低斜度效率(slope efficiency)。
第二实施例
图7图解了根据本发明第二实施例的垂直腔面发射激光器2的截面结构。图7为示意图，并且因此其大小和形状与实际的大小和实际的形状不同。图8中的(A)图解了由温度补偿DBR层17和稍后描述的横模调整层22构成的层叠结构(反射率调整层)的反射率的温度相依性。图8中的(B)图解了垂直腔面发射激光器2的增益的温度相依性。图8中的(C)图解了振荡波长λx和发光波长λy的温度相依性。
该实施例的垂直腔面发射激光器2与前述实施例的垂直腔面发射激光器1的结构不同在于：垂直腔面发射激光器2至少在发光区域13A的整个相对区域中包括温度补偿DBR层17，而不包括开口17A。此外，垂直腔面发射激光器2与前述实施例的垂直腔面发射激光器1的结构不同在于：垂直腔面发射激光器2还包括在温度补偿DBR层17上且在发光区域13A的整个相对区域中的横模调整层22。因此，下面将描述与前述实施例的不同点，而适当省略与前述实施例的共同点的描述。
横模调整层22具有层叠结构，在该层叠结构中在大于25℃时的振荡波长λ1的给定波长(λ3)中低反射区域α的反射率Ry低于高反射区域β的反射率Rx。横模调整层22设置为与温度补偿DBR层17(高折射系数层17B)接触。横模调整层22的层叠结构具有与下DBR层11和上DBR层16不同的周期。横模调整层22具有例如在高反射区域β中从上DBR层16侧依次层叠第一调整层22A和第二调整层22B的结构，并且具有在低反射区域α中包括第三调整层22C的结构。
第一调整层22A由厚度为(2k-1)λ1/4n7的材料(例如，诸如SiO2(氧化硅)的电介质体)构成，其中折射系数n7具有低于上DBR层16的最上表面(高折射系数层16B)的折射系数。第二调整层22B由厚度大于(2m-1)λ1/4n8的材料(例如，诸如SiN(氮化硅)的电介质体)构成，其中折射系数n8具有高于第一调整层22A的折射系数n7的值。第三调整层22C由厚度为(2n-1)λ1/4n9的材料(例如诸如SiN(氮化硅)的电介质体)构成，其中折射系数n9具有高于第一调整层22A的折射系数n7的值。
k、m和n分别为1或者更大的整数。n7是第一调整层22A的折射系数。n8是第二调整层22B的折射系数。n9是第三调整层22C的折射系数。
第二调整层22B和第三调整层22C优选具有相同的膜厚度，并且优选由相同的材料制作。在此情况下，在制造工艺中，第二调整层22B和第三调整层22C能够一体形成，并且能够简化制造步骤。
第二调整层22B和第三调整层22C中从光学厚度λ1/4的周期偏移补偿了温度补偿DBR层17中从光学厚度λ1/4的周期偏移。例如，如图9所示，因为温度补偿DBR层17中高折射系数层17B的总偏移量随着高折射系数层17B的对数的增加而在负方向增加，所以第二调整层22B和第三调整层22C的偏移量随着高折射系数层17B的对数的增加而在正方向增加。此外，如图9所示，因为温度补偿DBR层17中高折射系数层17B的总偏移量随着单个高折射系数层17B的偏移量的增加而在负方向增加，所以第二调整层22B和第三调整层22C的偏移量随着单个高折射系数层17B的偏移量的增加而在正方向增加。
通过如上由第二调整层22B和第三调整层22C补偿温度补偿DBR层17的周期偏移，由第一调整层22A和第二调整层22B构造的层叠结构具有以高反射率从有源层13反射光的功能，并且变为横模调整层22中的高反射区域。同时，第三调整层22C具有以低于由第一调整层22A和第二调整层22B构成的层叠结构的反射率的反射率从有源层13反射光的功能，并且变为横模调整层22中的低反射区域。
接下来，将描述该实施例的垂直腔面发射激光器2的作用和效果。
在该实施例中，温度补偿DBR层17设置在上DBR层16上且至少在发光区域13A的相对区域中。横模调整层22设置在温度补偿DBR层17上且至少在发光区域13A的相对区域中。由于温度补偿DBR层17，高反射区域β的反射率Rx和低反射区域α的反射率Ry随着温度从常温增加到高温而减小。此外，由于横模调整层22，在25℃时大于振荡波长λ1的给定波长(λ3)中，低反射区域α的反射率Ry低于高反射区域β的反射率Rx。
从而，如图8中的(A)所示，在由温度补偿DBR层17和横模调整层22构成的层叠结构中，反射率Rx和反射率Ry随着温度从常温增加到高温而减小。此外，反射率Ry的随着温度从常温增加到高温的减少比率(dRy/dt)大于反射率Rx的随着温度从常温增加到高温的减少比率(dRx/dt)。因此，在由温度补偿DBR层17和横模调整层22构成的层叠结构中，高反射区域β的反射率Rx与低反射区域α的反射率Ry之差AR(＝Rx-Ry)随着温度从常温增加到高温而增加。
由此，即使在由于热透镜效应，高阶横模从发光区域13A的外边缘区域移动到发光区域13A的中心区域，并且易于产生高阶横模振荡时，在高温时也能够有效抑制高阶横模振荡。此外，如前述实施例参考图4的(A)和(B)以及图5的(A)和(B)所说明，在该实施例中，在基横模的光输出的作用保持到最小值时，还能够有效抑制高阶横模振荡。因此，能够满足高阶横模振荡的抑制和高输出。
此外，在该实施例中，与前述的实施例一样，有源层13由这样的材料制作：25℃时的振荡波长λ1与有源层13对应于25℃时的带隙的发光波长λ2之差Δλa(＝λ1-λ2)大于Δλm。由此，如图8的(C)所示，振荡波长λx和发光波长λy之差Δλ变为Δλm的温度高于25℃。因此，通过在差值Δλ变为Δλm(在图8的(C)中60℃)的温度下，即在垂直腔面发射激光器2的增益变为最大值的温度下驱动垂直腔面发射激光器2，能够最小化阈值电流。结果如图10所示，在高温(60℃)时能够减小阈值电流。
此外，在该实施例中，温度补偿DBR层17也设置在发光区域13A的中心区域的相对区域中。因此，发光区域13A的中心区域的该相对区域(高反射区域β)的反射率Rx随着温度从常温增加到高温而减小。由此，能够防止斜度效率随着温度的增加而下降。因此，如图10所示，能够主要防止在常温(25℃)时的斜度效率在高温(60℃)时改变。
本领域的技术人员应当理解的是，在权利要求或其等同特征的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。
例如，在前述实施例中，已经描述了作为半导体材料，采用AlGaAs化合物半导体的情况。然而，作为半导体材料，可以采用其它材料，如GaInP(红外)材料、AlGaAs(红)和GaN(蓝绿)等。
本申请包含2008年8月14日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP2008-209057中揭示的相关主题，因此其全部内容引用参考于此。

Claims (5)

1.一种垂直腔面发射激光器，在基板上从该基板侧依次包括：
第一多层膜反射器；
有源层，具有发光区域；
第二多层膜反射器；以及
反射率调整层，其中
该第一多层膜反射器和该第二多层膜反射器具有层叠结构，该层叠结构中振荡波长λx的反射率几乎为常数，而不依赖于温度变化，
该有源层由在温度高于常温时获得最大增益的材料制作，并且
该反射率调整层具有层叠结构，该层叠结构中该发光区域的中心区域的相对区域的反射率Rx与该发光区域的外边缘区域的相对区域的反射率Ry之差ΔR＝Rx-Ry随着温度从25℃的常温增加到高温而增加，
其中，该反射率调整层具有下述结构中的一种：
i)该反射率调整层在该发光区域的该外边缘区域的相对区域中具有第三多层膜反射器，并且在该发光区域的该中心区域的相对区域中具有开口，在该第三多层膜反射器中，给定波长范围内的反射率随着波长的增长而减小，该给定波长范围包括该振荡波长λx和对应于该有源层的带隙的发光波长λy且λy＜λx，并且该开口由该第三多层膜反射器围绕，
该第三多层膜反射器具有将厚度为λ1/4n5的第三低折射系数层和厚度小于λ1/4n6的第三高折射系数层交替层叠的结构，
λ1＞λ2+Δλm
λ1：在25℃时的振荡波长
λ2：对应于该有源层在25℃时的带隙的发光波长
Δλm：在该最大增益情况下振荡波长λx与发光波长λy之差
n5：该第三低折射系数层的折射系数
n6：该第三高折射系数层的折射系数，
ii)该反射率调整层至少在该发光区域的整个相对区域中具有第三多层膜反射器，在该第三多层膜反射器中，给定波长范围内的反射率随着波长的增长而减小，并且该给定波长范围包括该振荡波长λx和对应于该有源层的带隙的发光波长λy且λy＜λx，
该反射率调整层在该第三多层膜反射器上具有第四多层膜反射器，在该第四多层膜反射器中，在给定的波长内，该发光区域的该外边缘区域的相对区域中的反射率低于该发光区域的该中心区域的相对区域中的反射率，并且该给定的波长大于25℃时的振荡波长λ1，
该第四多层膜反射器从该第三多层膜反射器侧在该发光区域的该中心区域的相对区域中依次包括的第一调整层和第二调整层，厚度为(2k-1)λ1/4n7的该第一调整层的折射系数n7的值低于该第三多层膜反射器的最上表面的折射系数，并且厚度大于(2m-1)λ1/4n8的该第二调整层的折射系数n8的值高于该第一调整层的折射系数n7，并且
该第四多层膜反射器在该发光区域的该外边缘区域的相对区域中包括第三调整层，厚度大于(2n-1)λ1/4n9的该第三调整层的该折射系数n9的值高于该第一调整层的该折射系数n7，
λ1＞λ2+Δλm
λ1：在25℃时的振荡波长
λ2：对应于该有源层在25℃时的带隙的发光波长
Δλm：在该最大增益情况下振荡波长λx与发光波长λy之差
n7：该第一调整层的折射系数
n8：该第二调整层的折射系数
n9：该第三调整层的折射系数
k：1或更大的整数
m：1或更大的整数
n：1或更大的整数。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其中该反射率调整层具有该反射率Ry随着温度从常温增加到高温而减小的层叠结构。
3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其中该反射率调整层具有该反射率Ry随着温度从常温增加到高温的减小率大于该反射率Rx随着温度从常温增加到高温的减小率的层叠结构。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其中该有源层由这样的材料制作：该材料25℃时的振荡波长λ1与对应于该有源层在25℃时的带隙的发光波长λ2之差Δλa＝λ1-λ2大于该最大增益的情况下的振荡波长λx与发光波长λy之差Δλm。
5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其中该第一多层膜反射器具有将厚度为λ1/4n1的第一低折射系数层和厚度为λ1/4n2的第一高折射系数层交替层叠的结构，并且
该第二多层膜反射器具有将厚度为λ1/4n3的第二低折射系数层和厚度为λ1/4n4的第二高折射系数层交替层叠的结构，
λ1＞λ2+Δλm
λ1：在25℃时的振荡波长
λ2：对应于该有源层在25℃时的带隙的发光波长
Δλm：在该最大增益的情况下振荡波长λx与发光波长λy之差
n1：该第一低折射系数层的折射系数
n2：该第一高折射系数层的折射系数
n3：该第二低折射系数层的折射系数
n4：该第二高折射系数层的折射系数。
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