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面發(fā)光元件

閱讀：1014發(fā)布：2020-06-17

專利匯可以提供面發(fā)光元件專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及一種面發(fā)光元件，用于增大光限制系數(shù)、使模增益有效增大。在光 諧振器 (3)的厚度方向的兩端側(cè)分別設(shè)置有下部反射層(4)及上部反射層(5)，并且在光諧振器(3)的厚度方向的中央部設(shè)置有主有源層(6)。而且，針對(duì)光諧振器(3)，在下部反射層(4)的附近設(shè)置有第1副有源層(7)，并在上部反射層(5)的附近設(shè)置有第2副有源層(8)。由此，能夠不延長(zhǎng)下部反射層(4)與上部反射層(5)之間的光學(xué)長(zhǎng)度(Lo)地將第1副有源層(7)及第2副有源層(8)配置到光的振幅大的 駐波 的 波腹 的 位置 。，下面是面發(fā)光元件專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種面發(fā)光元件，具備光諧振器，該光諧振器具有第1有源層、和隔著該第1有源層對(duì)置設(shè)置的一對(duì)反射層，并形成在所述一對(duì)反射層各自的附近至少具有光的振幅最大的波腹而構(gòu)成的駐波，其特征在于，
在所述一對(duì)反射層各自的附近中的至少一方設(shè)置第2有源層，
在所述一對(duì)反射層之間設(shè)置包層，為了抵消因設(shè)置了所述第2有源層而引起的所述一對(duì)反射層之間的物理長(zhǎng)度或光學(xué)長(zhǎng)度的增加，對(duì)該包層實(shí)施了用于縮短該包層的物理長(zhǎng)度或光學(xué)長(zhǎng)度的縮短方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面發(fā)光元件，其特征在于，
所述縮短方法是將所述包層的物理長(zhǎng)度形成得薄。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面發(fā)光元件，其特征在于，
所述縮短方法是將形成所述包層的膜以低折射率的材料形成，來(lái)縮短光學(xué)長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的面發(fā)光元件，其特征在于，
將所述第2有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)，形成在比所述第1有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)，
對(duì)因從室溫變化為低溫時(shí)的所述第1有源層的增益光譜向短波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)而使得增益系數(shù)減少的頻帶，疊加基于從室溫變化為低溫時(shí)第2有源層的增益光譜向短波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)的增益系數(shù)，來(lái)彌補(bǔ)所述第1有源層的增益系數(shù)的減少。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的面發(fā)光元件，其特征在于，
將所述第2有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)，形成在比所述第1有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)側(cè)，
對(duì)因從室溫變化為高溫時(shí)的所述第1有源層的增益光譜向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)而使得增益系數(shù)減少的頻帶，疊加基于從室溫變化為高溫時(shí)第2有源層的增益光譜向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)的增益系數(shù)，來(lái)彌補(bǔ)所述第1有源層的增益系數(shù)的減少。
6.一種面發(fā)光元件，具備光諧振器，該光諧振器具有第1有源層、和隔著該第1有源層對(duì)置設(shè)置的一對(duì)反射層，并形成在所述一對(duì)反射層各自的附近至少具有光的振幅最大的波腹而構(gòu)成的駐波，其特征在于，
在所述一對(duì)反射層各自的附近中的至少一方設(shè)置有第2有源層。

說(shuō)明書(shū)全文

面發(fā)光元件

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及例如發(fā)光二極管(LED)、垂直腔面發(fā)光激光器(VCSEL)等面發(fā)光元件。

背景技術(shù)

[0002] 一般情況下，面發(fā)光元件具備在第1導(dǎo)電型基板的上表面依次層疊了第1導(dǎo)電型的下部反射層、多個(gè)阻擋層、形成在阻擋層之間的使用了單一量子阱或多重量子阱構(gòu)造的多個(gè)有源層、和第2導(dǎo)電型的上部反射層的層疊構(gòu)造。其中，在下部反射層或上部反射層的任意一個(gè)上，設(shè)置有用于向有源層高效注入電流的電流狹窄層。通過(guò)形成這樣的構(gòu)造，由下部反射層、多個(gè)阻擋層、有源層和上部反射層來(lái)形成光諧振器。其中，構(gòu)成光諧振器的一對(duì)下部反射層與上部反射層被配置成，其之間的光學(xué)長(zhǎng)度為“光的半波長(zhǎng)(λ/2)×(1+n)(n為自然數(shù))”左右。
[0003] 而且，在基板的下表面形成有第1電極，并且在上部反射層的上表面形成有第2電極，借助第1電極及第2電極來(lái)施加電壓。當(dāng)被施加電壓時(shí)，有源層被注入電流，從有源層中感應(yīng)釋放出光。產(chǎn)生出的光在下部反射層及上部反射層之間不斷反射，形成了光的駐波(光駐波)。其中，有源層在靠光諧振器的中央處，被分別配置在與駐波中振幅最大的波腹對(duì)應(yīng)的位置。其結(jié)果，在有源層中傳播的駐波的電場(chǎng)得以提高，使得來(lái)自各有源層的光輸出增強(qiáng)，提高了作為其總和的整體的光輸出。在進(jìn)一步使光輸出提高的情況下，延長(zhǎng)諧振器長(zhǎng)度來(lái)增加駐波的波腹的數(shù)量，在與增加的駐波了的波腹對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)一步設(shè)置有源層(例如參照專利文獻(xiàn)1、2)。
[0004] 【專利文獻(xiàn)1】日本特開(kāi)平10-27945號(hào)公報(bào)
[0005] 【專利文獻(xiàn)2】日本特開(kāi)2007-87994號(hào)公報(bào)
[0006] 但是，如果延長(zhǎng)諧振器長(zhǎng)度，并在與新形成的駐波的波腹對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)一步設(shè)置有源層，則由于光諧振器的光學(xué)長(zhǎng)度變長(zhǎng)，所以光限制變?nèi)?，存在不能獲得足夠的模增益這一問(wèn)題。
[0007] 如果對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，則首先光諧振器中的光限制的強(qiáng)弱由光限制系數(shù)表示。光限制系數(shù)是在有源層中光被限制的比例，各有源層的總物理(實(shí)效)長(zhǎng)度d與光諧振器中的一對(duì)反射層間的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度L之比(d/L)成為指標(biāo)。另一方面，模增益被表示為將在有源層中獲得的增益系數(shù)與光限制系數(shù)相乘而得到的值，表示光諧振器的實(shí)效光增益。因此，光限制越弱、即光限制系數(shù)越小，面發(fā)光元件中的模增益越小。

發(fā)明內(nèi)容

[0008] 本發(fā)明鑒于上述的現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題而提出，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠增大光限制系數(shù)、有效地實(shí)現(xiàn)模增益增大的面發(fā)光元件。
[0009] 為了解決上述課題，技術(shù)方案1的發(fā)明涉及的面發(fā)光元件具備光諧振器，該光諧振器具有第1有源層、和隔著該第1有源層對(duì)置設(shè)置的一對(duì)反射層，并形成在所述一對(duì)反射層各自的附近至少具有光的振幅最大的波腹而構(gòu)成的駐波，其中，在所述一對(duì)反射層各自的附近中的至少一方設(shè)置第2有源層，在所述一對(duì)反射層之間設(shè)置包層，為了抵消因設(shè)置所述第2有源層而引起的所述一對(duì)反射層之間的物理長(zhǎng)度或光學(xué)長(zhǎng)度的增加，對(duì)該包層實(shí)施了用于縮短該包層的物理長(zhǎng)度或光學(xué)長(zhǎng)度的縮短方法。
[0010] 在技術(shù)方案2的發(fā)明中，所述縮短方法是將所述包層的物理長(zhǎng)度形成得薄。
[0011] 在技術(shù)方案3的發(fā)明中，所述縮短方法是將形成所述包層的膜以低折射率的材料形成，來(lái)縮短光學(xué)長(zhǎng)度。
[0012] 在技術(shù)方案4的發(fā)明中，將所述第2有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)，形成在比所述第1有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)，對(duì)因從室溫變化為低溫時(shí)的所述第1有源層的增益光譜向短波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)而使得增益系數(shù)減少的頻帶，疊加基于從室溫變化為低溫時(shí)第2有源層的增益光譜向短波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)的增益系數(shù)，來(lái)彌補(bǔ)所述第1有源層的增益系數(shù)的減少。
[0013] 在技術(shù)方案5的發(fā)明中，將所述第2有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)，形成在比所述第1有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)側(cè)，對(duì)因從室溫變化為高溫時(shí)的所述第1有源層的增益光譜向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)而使得增益系數(shù)減少的頻帶，疊加基于從室溫變化為高溫時(shí)第2有源層的增益光譜向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)的增益系數(shù)，來(lái)彌補(bǔ)所述第1有源層的增益系數(shù)的減少。
[0014] 另外，技術(shù)方案6的發(fā)明涉及的面發(fā)光元件具備光諧振器，該光諧振器具有第1有源層、和隔著該第1有源層對(duì)置設(shè)置的一對(duì)反射層，并形成在所述一對(duì)反射層各自的附近至少具有光的振幅最大的波腹而構(gòu)成的駐波，其中，在所述一對(duì)反射層各自的附近中的至少一方設(shè)置有第2有源層。
[0015] 根據(jù)技術(shù)方案1的發(fā)明，成為在一對(duì)反射層各自的附近中的至少一方設(shè)置第2有源層的構(gòu)成。此時(shí)，由于形成在一對(duì)反射層各自的附近至少具有光的振幅最大的波腹而構(gòu)成的駐波，所以即使在第2有源層的位置，光的振幅也變大，能夠通過(guò)第2有源層提高光輸出。
[0016] 而且，根據(jù)技術(shù)方案1的發(fā)明，能夠?qū)庵C振器不延長(zhǎng)一對(duì)反射層之間的光學(xué)長(zhǎng)度地設(shè)置第2有源層。因此，與延長(zhǎng)一對(duì)反射層之間的光學(xué)長(zhǎng)度、增加了駐波的波腹的數(shù)量，并在增加的波腹的位置設(shè)置了新的有源層的情況相比，可抑制一對(duì)反射層之間的物理長(zhǎng)度L增加。結(jié)果，可以使作為光限制系數(shù)的指標(biāo)的比(d/L)有效增加，能夠有效增大模增益。
[0017] 并且，由于對(duì)一對(duì)反射層之間設(shè)置的包層，實(shí)施了用于縮短其物理長(zhǎng)度或光學(xué)長(zhǎng)度的縮短方法，所以能夠通過(guò)縮短方法，抵消因設(shè)置了第2有源層而引起一對(duì)反射層之間的物理長(zhǎng)度或光學(xué)長(zhǎng)度增加。由此，由于能夠在抑制構(gòu)成光諧振器的一對(duì)反射層之間的物理長(zhǎng)度增加的同時(shí)，將光學(xué)長(zhǎng)度保持為一定，所以能夠增大作為光限制系數(shù)的指標(biāo)的比(d/L)、有效增大模增益。
[0018] 根據(jù)技術(shù)方案2的發(fā)明，由于縮短方法采用將包層的物理長(zhǎng)度形成得薄的構(gòu)成，所以，通過(guò)對(duì)應(yīng)于第2有源層將包層的物理長(zhǎng)度形成得薄，能夠抵消因設(shè)置了第2有源層而引起一對(duì)反射層之間的物理長(zhǎng)度或光學(xué)長(zhǎng)度增加。由此，可以將構(gòu)成光諧振器的一對(duì)反射層之間的光學(xué)長(zhǎng)度保持為一定。
[0019] 根據(jù)技術(shù)方案3的發(fā)明，由于縮短方法采用將形成包層的膜以低折射率的材料形成的構(gòu)成，所以，能夠?qū)?yīng)于第2有源層來(lái)縮短包層的光學(xué)長(zhǎng)度。由此，可以抵消因設(shè)置了第2有源層而引起一對(duì)反射層之間的物理長(zhǎng)度或光學(xué)長(zhǎng)度增加，能夠?qū)?gòu)成光諧振器的一對(duì)反射層之間的光學(xué)長(zhǎng)度保持為一定。
[0020] 根據(jù)技術(shù)方案4的發(fā)明，由于將第2有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)，形成在比第1有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)，所以能夠?qū)σ驈氖覝刈兓癁榈蜏貢r(shí)的第1有源層的增益光譜向短波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)而使得增益系數(shù)減少的頻帶，疊加基于從室溫變化為低溫時(shí)的第2有源層的增益光譜向短波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)的增益系數(shù)，可以彌補(bǔ)因向低溫側(cè)的溫度變化引起第1有源層的增益系數(shù)的減少。由此，即使產(chǎn)生了從室溫向低溫側(cè)的溫度變化，元件的動(dòng)作特性也穩(wěn)定。
[0021] 根據(jù)技術(shù)方案5的發(fā)明，由于將第2有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)，形成在比第1有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)側(cè)，所以能夠?qū)σ驈氖覝刈兓癁楦邷貢r(shí)的第1有源層的增益光譜向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)而使得增益系數(shù)減少的頻帶，疊加基于從室溫向高溫變化時(shí)的第2有源層的增益光譜向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的移動(dòng)的增益系數(shù)，從而能夠彌補(bǔ)因向高溫側(cè)的溫度變化引起第1有源層的增益系數(shù)的減少。由此，即使發(fā)生了從室溫向高溫側(cè)的溫度變化，元件的動(dòng)作特性也穩(wěn)定。
[0022] 另外，通過(guò)技術(shù)方案6的發(fā)明，也能夠與技術(shù)方案1的發(fā)明同樣，在第2有源層的位置增大光的振幅，能夠通過(guò)第2有源層提高光輸出。而且，由于可以抑制一對(duì)反射層之間的物理長(zhǎng)度L增加，所以能夠有效增加作為光限制系數(shù)的指標(biāo)的比(d/L)，使模增益有效增大。附圖說(shuō)明
[0023] 圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的垂直腔面發(fā)光激光元件的剖視圖。
[0024] 圖2是表示作為第1比較例的垂直腔面發(fā)光激光元件的剖視圖。
[0025] 圖3是表示作為第2比較例的垂直腔面發(fā)光激光元件的剖視圖。
[0026] 圖4是表示第2實(shí)施方式涉及的垂直腔面發(fā)光激光元件的剖視圖。
[0027] 圖5是表示在室溫時(shí)、低溫時(shí)以及高溫時(shí)各種情況下，一般的垂直腔面發(fā)光激光元件的增益光譜的特性線圖。
[0028] 圖6是表示在室溫時(shí)，圖4中的垂直腔面發(fā)光激光元件的增益光譜以及主有源層自身的增益光譜的特性線圖。
[0029] 圖7是表示在低溫時(shí)，圖4中的垂直腔面發(fā)光激光元件的增益光譜以及主有源層自身的增益光譜的特性線圖。
[0030] 圖8是表示第3實(shí)施方式涉及的垂直腔面發(fā)光激光元件的剖面圖。
[0031] 圖9是表示在室溫時(shí)，圖8中的垂直腔面發(fā)光激光元件的增益光譜以及主有源層自身的增益光譜的特性線圖。
[0032] 圖10是表示在高溫時(shí)，圖8中的垂直腔面發(fā)光激光元件的增益光譜以及主有源層自身的增益光譜的特性線圖。
[0033] 圖中：1、41、61-垂直腔面發(fā)光激光元件(面發(fā)光元件)；3、43、63-光諧振器；4、44、64-下部反射層(反射層)；5、45、65-上部反射層(反射層)；6、46、66-主有源層(第
1有源層)；7、8、47、67-副有源層(第2有源層)；11、12、49、50、69、70-包層。

具體實(shí)施方式

[0034] 下面，作為本發(fā)明的實(shí)施方式，以垂直腔面發(fā)光激光元件(下面稱作VCSEL)為例，參照附圖對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0035] 首先，利用圖1，對(duì)第1實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。第1實(shí)施方式涉及的VCSEL1具備在基板2的上表面依次層疊了下部反射層4、第1阻擋層9、第1副有源層7(第2有源層)、第1包層11、主有源層6(第1有源層)、第2包層12、第2副有源層8(第2有源層)、第2阻擋層10和上部反射層5的層疊構(gòu)造。由下部反射層4、第1阻擋層9、第1副有源層7、第1包層11、主有源層6、第2包層12、第2副有源層8、第2阻擋層10和上部反射層5，形成了光諧振器3。其中，在上部反射層5設(shè)置有電流狹窄層(未圖示)。而且，在上部反射層5的最上部，設(shè)置有用于取得與后述的p型電極14的歐姆接觸的接觸層(未圖示)。
[0036] 并且，在基板2的下表面形成有n型電極13，在上部反射層5的上表面形成有p型電極14。下部反射層4、第1阻擋層9、第1副有源層7、第1包層11、主有源層6、第2包層12、第2副有源層8、第2阻擋層10和上部反射層5，例如通過(guò)采用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積)法等外延生長(zhǎng)技術(shù)成膜而形成。另外，n型電極13及p型電極14是導(dǎo)電性的金屬薄膜，通過(guò)蒸鍍、濺射等形成。其中，在p型電極14的中央部，形成有用于釋放光的開(kāi)口14A。
[0037] 基板2例如采用厚度尺寸為數(shù)百μm左右的作為n型化合物半導(dǎo)體的砷化鎵(n-GaAs)單晶體來(lái)形成。
[0038] 下部反射層4由將例如鋁組成為12％的n型化合物半導(dǎo)體即鋁鎵砷(n-Al0.12Ga0.88As)單晶體的薄膜層、和例如鋁組成為90％的n型化合物半導(dǎo)體即鋁鎵砷(n-Al0.9Ga0.1As)單晶體的薄膜層交替層疊多組(例如30組)而成的n型分布型布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector：DBR)構(gòu)成。n-Al0.12Ga0.88As單晶體的薄膜層及n-Al0.9Ga0.1As單晶體的薄膜層都是其光學(xué)長(zhǎng)度相對(duì)由光諧振器3產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)λ(例如λ＝850nm)被設(shè)定為λ/4左右的值。其中，光學(xué)長(zhǎng)度通過(guò)對(duì)膜厚的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度乘以膜(介質(zhì))的折射率來(lái)計(jì)算。
[0039] 上部反射層5與下部反射層4同樣，由將例如鋁組成為12％的p型化合物半導(dǎo)體即鋁鎵砷(p-Al0.12Ga0.88As)單晶體的薄膜層、與例如鋁組成為90％的p型化合物半導(dǎo)體即鋁鎵砷(p-Al0.9Ga0.1As)單晶體的薄膜層交替層疊多組(例如10組)而成的p型分布型布拉格反射器構(gòu)成。p-Al0.12Ga0.88As單晶體的薄膜層及p-Al0.9Ga0.1As單晶體的薄膜層都是其光學(xué)長(zhǎng)度相對(duì)由光諧振器3產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)λ(例如λ＝850nm)被設(shè)定為λ/4左右的值。
[0040] 構(gòu)成光諧振器3的下部反射層4及上部反射層5被分離配置成，下部反射層4與上部反射層5之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo例如與光的波長(zhǎng)λ(850nm)為相同程度。
[0041] 主有源層6被配置在光諧振器3中的厚度方向的中央部。該主有源層6由多重量子阱構(gòu)成，例如具備成為量子阱的3個(gè)阱層6A、6B、6C。這些阱層6A、6B、6C例如由砷化鎵(GaAs)單晶體形成，分別具有數(shù)nm左右的厚度。而且，在阱層6A、6B、6C各自之間形成有阻擋層6D、6E。阻擋層6D、6E由例如鋁組成為30％的鋁鎵砷(Al0.3Ga0.7As)單晶體形成，分別具有數(shù)nm左右的厚度。
[0042] 第1副有源層7被隔著第1阻擋層9配置在下部反射層4的附近。第1副有源層7由單一量子阱構(gòu)成。第1副有源層7例如與主有源層6的阱層6A、6B、6C同樣，由砷化鎵(GaAs)單晶體形成，具有數(shù)nm左右的厚度。另一方面，第1阻擋層9由例如鋁組成為30％的鋁鎵砷(Al0.3Ga0.7As)單晶體形成。
[0043] 第2副有源層8隔著第2阻擋層10被配置在上部反射層5的附近。第2副有源層8由單一量子阱構(gòu)成。第2副有源層8也與第1副有源層7同樣，例如由砷化鎵(GaAs)單晶體形成，具有數(shù)nm左右的厚度。另外，第2阻擋層10由例如鋁組成為30％的鋁鎵砷(Al0.3Ga0.7As)單晶體形成。而且，對(duì)第1副有源層7及第2副有源層8來(lái)說(shuō)，其增益光譜的峰值波長(zhǎng)被設(shè)定成與主有源層6的增益光譜的峰值波長(zhǎng)大致相同的值。
[0044] 如后所述，駐波S中的光的振幅最大的波腹，形成在第1副有源層7、主有源層6和第2副有源層8的位置處。其中，光的振幅最大的波腹的位置，成為光最強(qiáng)的位置。因此，通過(guò)將第1副有源層7盡量配置到接近下部反射層4的位置，能夠進(jìn)一步提高基于第1副有源層7的光輸出。同樣，通過(guò)將第2副有源層8盡量配置到接近上部反射層5的位置，能夠進(jìn)一步提高基于第2副有源層8的光輸出。
[0045] 但是，如果使第1阻擋層9及第2阻擋層10的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度過(guò)薄，則不僅第1副有源層7過(guò)于接近下部反射層4，而且第2副有源層8會(huì)過(guò)于接近上部反射層5，存在第1副有源層7及第2副有源層8的膜質(zhì)變差的可能性。因此，優(yōu)選第1阻擋層9的膜厚在第1副有源層7與下部反射層4之間能夠形成足夠的間隙的范圍內(nèi)，被設(shè)定為盡量小的值。而且，通常第1阻擋層9的膜厚被設(shè)定為5nm左右的盡量小的值。
[0046] 而且，第2阻擋層10的膜厚也與第1阻擋層9同樣地，優(yōu)選在第2副有源層8與上部反射層5之間能夠形成足夠的間隙的范圍內(nèi)，被設(shè)定為盡量小的值。而且，通常第2阻擋層10的膜厚被設(shè)定為5nm左右的盡量小的值。
[0047] 第1包層11被配置在第1副有源層7與主有源層6之間，第2包層12被配置在主有源層6與第2副有源層8之間。第1包層11及第2包層12都由例如鋁組成為30％的鋁鎵砷(Al0.3Ga0.7As)單晶體形成。
[0048] 其中，第1包層11及第2包層12的總的光學(xué)長(zhǎng)度被設(shè)定為從下部反射層4與上部反射層5之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo中，減去了主有源層6、第1副有源層7、第2副有源層8、第1阻擋層9、第2阻擋層10各自的光學(xué)長(zhǎng)度而得到的長(zhǎng)度。
[0049] 具體而言，當(dāng)將下部反射層4與上部反射層5之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo設(shè)定成例如與光的波長(zhǎng)λ(850nm)相同程度，并且將主有源層6的光學(xué)長(zhǎng)度設(shè)為160nm、第1副有源層7及第2副有源層8的光學(xué)長(zhǎng)度分別設(shè)為30.8nm、第1阻擋層9及第2阻擋層10的光學(xué)長(zhǎng)度分別設(shè)為33.8nm時(shí)，第1包層11及第2包層12的總的光學(xué)長(zhǎng)度為560.8nm。
[0050] 由于第1包層11及第2包層12的光學(xué)長(zhǎng)度通常形成為相等，所以第1包層11及第2包層12的光學(xué)長(zhǎng)度分別為280.4nm。因此，第1包層11及第2包層12在厚度方向的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度，也被縮短了與第1副有源層7及第2副有源層8等對(duì)應(yīng)的值。通過(guò)如此對(duì)第1包層11及第2包層12實(shí)施縮短方法、調(diào)整它們的光學(xué)長(zhǎng)度，會(huì)抵消新形成的第1副有源層7及第2副有源層8各自的光學(xué)長(zhǎng)度，使得構(gòu)成光諧振器3的下部反射層4與上部反射層5之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo被保持為一定。
[0051] 另外，第1包層11及第2包層12還具有在提高主有源層6、第1副有源層7、和第2副有源層8的電子密度及空穴密度的同時(shí)，與第1阻擋層9及第2阻擋層10同樣，將光限制到主有源層6、第1副有源層7、第2副有源層8中的功能。
[0052] 本實(shí)施方式涉及的VCSEL1具有上述那樣的構(gòu)成，下面對(duì)其動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
[0053] 當(dāng)向n型電極13與p型電極14之間施加電壓時(shí)，第1副有源層7、主有源層6及第2副有源層8被注入電流，分別構(gòu)成的阱層6A～6C等被激勵(lì)，感應(yīng)釋放出光。產(chǎn)生出的光在下部反射層4與上部反射層5之間不斷反射。其結(jié)果，在下部反射層4與上部反射層5之間形成駐波S，并經(jīng)由開(kāi)14A射出波長(zhǎng)λ的光。其中，在光諧振器3中形成與光的波長(zhǎng)λ的1個(gè)波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度的駐波S，在主有源層6、第1副有源層7、第2副有源層8各自的位置處形成駐波S的振幅最大的波腹。
[0054] 在駐波S中，光的振幅最大的波腹的位置為光最強(qiáng)的位置。因此，駐波S的強(qiáng)度在主有源層6、第1副有源層7、第2副有源層8各自的位置處變強(qiáng)，通過(guò)第1副有源層7及第2副有源層8能夠提高光輸出。
[0055] 接著，對(duì)第1實(shí)施方式中的VCSEL1的光限制系數(shù)、和省略了第1、第2副有源層7、8而構(gòu)成的第1比較例所涉及的VCSEL101的光限制系數(shù)進(jìn)行比較說(shuō)明。其中，VCSEL1及VCSEL101中的光諧振器的光學(xué)長(zhǎng)度同樣地形成。
[0056] 圖2表示第1比較例涉及的VCSEL101。對(duì)于該VCSEL101而言，在基板102的上表面設(shè)置有光諧振器103，并且該光諧振器103通過(guò)依次層疊下部反射層104、第1包層107、有源層106、第2包層108、上部反射層105而形成。另外，在基板102的下表面形成有n型電極109，在上部反射層105的上表面形成有具有開(kāi)110A的p型電極110。
[0057] 這里，第1比較例涉及的VCSEL101也與第1實(shí)施方式涉及的VCSEL1同樣，將光諧振器103的光學(xué)長(zhǎng)度Lo形成為與光的波長(zhǎng)λ相同程度。而且，在第1比較例涉及的VCSEL101中，在駐波S的波腹的部分形成了例如具備3個(gè)阱層106A、106B、106C的有源層106。其中，在阱層106A、106B、106C之間分別形成阻擋層106D、106E。
[0058] 但是，在第1比較例中，與第1實(shí)施方式相比，有源層106的總物理長(zhǎng)度d縮短了對(duì)應(yīng)于省略第1、第2副有源層7、8的量。因此，作為光限制系數(shù)的指標(biāo)的比(d/L)，比第1實(shí)施方式減小。具體而言，VCSEL1中的比(d/L)為0.059左右的值，而VCSEL101中的比(d/L)為0.034左右的值。
[0059] 接著，對(duì)第1實(shí)施方式中的VCSEL1的光限制系數(shù)、與延長(zhǎng)光諧振器的光學(xué)長(zhǎng)度來(lái)增加駐波的波腹的數(shù)量并在所增加的駐波的波腹的位置進(jìn)一步設(shè)置了有源層的第2比較例涉及的VCSEL121的光限制系數(shù)進(jìn)行比較說(shuō)明。
[0060] 圖3表示第2比較例涉及的VCSEL121。對(duì)該VCSEL121而言，在基板122的上表面設(shè)置有光諧振器123，并且該光諧振器123通過(guò)依次層疊下部反射層124、第1包層128、有源層126、第2包層129、有源層127、第3包層130和上部反射層125而形成。而且，在基板122的下表面形成有n型電極131，在上部反射層125的上表面形成有具有開(kāi)口132A的p型電極132。
[0061] 這里，在第1實(shí)施方式涉及的VCSEL1中，將光諧振器3的光學(xué)長(zhǎng)度形成為光的波長(zhǎng)λ，與之相對(duì)，在第2比較例涉及的VCSEL121中，將光諧振器123的光學(xué)長(zhǎng)度Lc例如形成為光的波長(zhǎng)λ的1.5倍。此時(shí)，在VCSEL121的光諧振器123中形成光的波長(zhǎng)λ的1.5倍長(zhǎng)度的駐波S，在駐波S的中央附近形成振幅最大的新的波腹。
[0062] 因此，第2比較例涉及的VCSEL121中，在位于駐波S的中央附近的2個(gè)波腹中的接近下部反射層124的部分，形成例如具備3個(gè)阱層126A、126B、126C的有源層126。其中，在阱層126A、126B、126C之間分別形成阻擋層126D、126E。
[0063] 另一方面，在與新的波腹對(duì)應(yīng)的位置、即位于駐波S的中央附近的2個(gè)波腹中的接近上部反射層125的部分，進(jìn)一步形成有具備2個(gè)阱層127A、127B的有源層127。其中，在阱層127A、127B之間形成了阻擋層127C。而且，在有源層126、127之間形成了包層129。因此，與只設(shè)置了有源層126時(shí)相比，構(gòu)成光諧振器123的下部反射層124與上部反射層125之間的各有源層的總物理(實(shí)效)長(zhǎng)度，增長(zhǎng)了阱層127A、127B的膜厚。
[0064] 但是，由于第2比較例涉及的光諧振器123的下部反射層124與上部反射層125之間的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度L′，長(zhǎng)至第1實(shí)施方式涉及的光諧振器3的下部反射層4與上部反射層5之間的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度L的1.5倍左右，所以作為光限制系數(shù)的指標(biāo)的比(d/L′)不變大，導(dǎo)致進(jìn)一步設(shè)置了有源層127的效果消失。具體而言，相對(duì)于VCSEL1中的比(d/L)為0.059左右的值，VCSEL121中的比(d/L′)為0.054左右的值。
[0065] 因此，第1實(shí)施方式中的VCSEL1與第1、第2比較例涉及的VCSEL101、121相比，可以有效地增大模增益。
[0066] 這樣一來(lái)，根據(jù)第1實(shí)施方式，由于在處于駐波S的波腹的位置的下部反射層4及上部反射層5各自的附近設(shè)置了副有源層7、8，所以即便在副有源層7、8的位置光的振幅也變大，由此可以通過(guò)副有源層7、8提高光輸出。
[0067] 而且，可以在光諧振器3中不延長(zhǎng)下部反射層4與上部反射層5之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo地設(shè)置副有源層7、8。因此，與如第2比較例涉及的VCSEL121那樣，延長(zhǎng)下部反射層124與上部反射層125之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lc來(lái)增加駐波S的波腹的數(shù)量，并在所增加的波腹的位置設(shè)置了新的有源層127的情況相比，可抑制下部反射層4與上部反射層5之間的物理長(zhǎng)度L增加。因此，能夠使作為光限制系數(shù)的指標(biāo)的比(d/L)有效增加，可以有效增大模增益。
[0068] 并且，對(duì)設(shè)置在下部反射層4與上部反射層5之間的包層11、12，實(shí)施了用于縮短其物理長(zhǎng)度的縮短方法。因此，能夠通過(guò)縮短方法，來(lái)抵消因設(shè)置了副有源層7、8而引起下部反射層4與上部反射層5之間的物理長(zhǎng)度L或光學(xué)長(zhǎng)度Lo的增加。由此，由于能夠在抑制構(gòu)成光諧振器3的下部反射層4與上部反射層5之間的物理長(zhǎng)度L的增加的同時(shí)，將光學(xué)長(zhǎng)度Lo保持為一定，所以可以增大作為光限制系數(shù)的指標(biāo)的比(d/L)，有效地增大模增益。
[0069] 另外，在第1實(shí)施方式中，作為針對(duì)第1包層11及第2包層12的縮短方法，采用了將第1包層11及第2包層12的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度形成得薄的方法。但是，本發(fā)明不限于此，也可以作為其他的縮短方法，例如第1包層11及第2包層12其物理(實(shí)效)長(zhǎng)度不改變，與不設(shè)置第1副有源層7及第2副有源層8的情況下的包層相比，以低折射率的材料形成。該情況下，由于第1包層11及第2包層12各自的光學(xué)長(zhǎng)度，由其膜厚的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度與膜(介質(zhì))的折射率之積表示，所以第1包層11及第2包層12各自的光學(xué)長(zhǎng)度變薄，能夠獲得與改變物理(實(shí)效)長(zhǎng)度的情況同樣的效果。
[0070] 而且，也可以替代對(duì)第1包層11及第2包層12的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度進(jìn)行改變，而改變第1阻擋層9及第2阻擋層10的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度。不過(guò)，由于如果使第1阻擋層9及第2阻擋層10的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度過(guò)薄，則第1副有源層7及第2副有源層8的膜質(zhì)有可能變差，所以優(yōu)選改變第1包層11及第2包層12的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度。
[0071] 并且，上述第1實(shí)施方式中，在主有源層6的上下2個(gè)位置設(shè)置了第1副有源層7及第2副有源層8，但也可以采用僅在任意一方設(shè)置的構(gòu)成。
[0072] 另外，在上述第1實(shí)施方式中，第1副有源層7及第2副有源層8由單一量子阱形成，但也可以由多重量子阱形成。
[0073] 接著，利用圖4，對(duì)第2實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。第2實(shí)施方式的第1特征在于，與VCSEL的構(gòu)成光諧振器的上部反射層或下部反射層的一方接近、或與上部反射層及下部反射層雙方接近地設(shè)置了副有源層。而第2特征在于，為了改善低溫動(dòng)作，將副有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)形成在比主有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)。其中，在圖4所示的第2實(shí)施方式中，舉例說(shuō)明了與下部反射層接近地設(shè)置了副有源層的情況。
[0074] 對(duì)于第2實(shí)施方式涉及的VCSEL41而言，在基板42的上表面設(shè)置有光諧振器43，并且該光諧振器43通過(guò)依次層疊了下部反射層44、阻擋層48、副有源層47(第2有源層)、第1包層49、主有源層46(第1有源層)、第2包層50和上部反射層45而形成。而且，在基板42的下表面形成有n型電極51，在上部反射層45的上表面形成有具有開(kāi)52A的p型電極52。
[0075] 第2實(shí)施方式涉及的基板42、下部反射層44、上部反射層45，與第1實(shí)施方式涉及的基板2、下部反射層4、上部反射層5大致同樣地形成。
[0076] 而且，構(gòu)成光諧振器43的下部反射層44及上部反射層45被分離配置成，下部反射層44與上部反射層45之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo例如與光的波長(zhǎng)λ(850nm)相同程度。
[0077] 主有源層46被配置在光諧振器43中的厚度方向的中央部。該主有源層46由多重量子阱構(gòu)成，例如具備成為量子阱的3個(gè)阱層46A、46B、46C。這些阱層46A、46B、46C例如由砷化鎵(GaAs)單晶體形成，分別具有數(shù)nm左右的厚度。而且，在阱層46A、46B、46C各自之間形成有阻擋層46D、46E。阻擋層46D、46E例如由鋁組成為30％的鋁鎵砷(Al0.3Ga0.7As)單晶體形成，分別具有數(shù)nm左右的厚度。而且，主有源層46被設(shè)定成其增益光譜的峰值波長(zhǎng)例如為835nm左右。
[0078] 副有源層47被隔著阻擋層48配置在下部反射層44的附近。該副有源層47由單一量子阱構(gòu)成。該副有源層47例如與主有源層46的阱層46A、46B、46C同樣地，由砷化鎵(GaAs)單晶體形成，具有數(shù)nm左右的厚度。另一方面，阻擋層48由例如鋁組成為30％的鋁鎵砷(Al0.3Ga0.7As)單晶體形成。而且，副有源層47的增益光譜的峰值波長(zhǎng)以位于比主有源層46的增益光譜的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)的方式，被設(shè)定為例如848nm左右。
[0079] 并且，在光諧振器3中形成有光的波長(zhǎng)λ的1個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)度的駐波S。此時(shí)，主有源層46及副有源層47分別被配置在駐波S中的光的振幅最大的波腹的位置。
[0080] 第1包層49被配置在副有源層47與主有源層46之間，第2包層50被配置在主有源層46與上部反射層45之間。第1包層49及第2包層50都由例如鋁組成為30％的鋁鎵砷(Al0.3Ga0.7As)單晶體形成。
[0081] 這里，第1包層49及第2包層50的總的光學(xué)長(zhǎng)度，被設(shè)定為從下部反射層44與上部反射層45之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo中，減去了主有源層46、副有源層47、阻擋層48各自的光學(xué)長(zhǎng)度而得到的長(zhǎng)度。而且，由于在光諧振器43中的厚度方向的中央部配置有主有源層46，所以例如第1包層49、副有源層47及阻擋層48的總的光學(xué)長(zhǎng)度，被設(shè)定為與第2包層
50的光學(xué)長(zhǎng)度大致相同的值。
[0082] 因此，第1包層49在厚度方向的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度比第2包層50的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度縮短了與副有源層47等對(duì)應(yīng)的值。通過(guò)如此對(duì)第1包層49實(shí)施縮短方法、調(diào)整其光學(xué)長(zhǎng)度，會(huì)抵消新形成的副有源層47的光學(xué)長(zhǎng)度，將構(gòu)成光諧振器43的下部反射層44與上部反射層45之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo保持為一定。
[0083] 第2實(shí)施方式涉及的VCSEL41具有上述那樣的構(gòu)成，其發(fā)光動(dòng)作與第1實(shí)施方式的VCSEL1同樣，可以獲得與第1實(shí)施方式同樣的作用效果。并且，在第2實(shí)施方式中，由于設(shè)置了具有在比主有源層46的增益光譜的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)，形成峰值波長(zhǎng)的增益光譜的副有源層47，所以即使發(fā)生從室溫到低溫的溫度變化，動(dòng)作特性也穩(wěn)定。接著，對(duì)該效果具體進(jìn)行說(shuō)明。
[0084] 圖5表示在從使用了量子阱構(gòu)造的有源層感應(yīng)釋放出光的情況下，該感應(yīng)釋放出-1的光的一般的增益光譜。增益光譜的橫軸為波長(zhǎng)(nm)，縱軸是增益系數(shù)(cm )。其中，有源層采用多重量子阱構(gòu)造構(gòu)成的情況下的增益光譜，成為將構(gòu)成有源層的各個(gè)量子阱所具有的增益光譜合并而得到的增益光譜。對(duì)于增益光譜的增益系數(shù)而言，如果波長(zhǎng)從峰值波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)側(cè)變化，則衰減，并且由于在某一波長(zhǎng)以下會(huì)吸收該波長(zhǎng)的光而變?yōu)閾p失所以從正轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)。另外，雖然當(dāng)波長(zhǎng)從峰值波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)變化時(shí)增益系數(shù)衰減，但由于不產(chǎn)生光的吸收損失，所以不會(huì)變?yōu)樨?fù)，而漸進(jìn)于橫軸(零值)。
[0085] 如果VCSEL的動(dòng)作溫度從室溫變化為低溫，則有源層的增益光譜整體上向短波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)，并且以最大增益系數(shù)變大的方式，相似地發(fā)生變化。
[0086] 另一方面，從VCSEL41出射的光的諧振波長(zhǎng)λ0，由VCSEL41的構(gòu)成光諧振器43的上部反射層45與下部反射層44之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo決定。由于即使溫度變動(dòng)，構(gòu)成光諧振器43的介質(zhì)的線膨脹率、折射率也不大幅變化，所以即便動(dòng)作溫度發(fā)生變化，光的諧振波長(zhǎng)λ0也幾乎不變化。因此，對(duì)于VCSEL41中的溫度特性的主要因素而言，構(gòu)成主有源層46及副有源層47的量子阱的溫度依賴性成為支配性因素。
[0087] 圖6中針對(duì)具有主有源層46及副有源層47的VCSEL41，示出室溫下的增益光譜G1R的模擬結(jié)果。增益光譜G1R是將主有源層46的增益光譜與副有源層47的增益光譜(未圖示)合并后的輪廓曲線(profile)。其中，為了示出VCSEL41中設(shè)置的副有源層47的效果，一同示出了不設(shè)置副有源層47而只設(shè)置了主有源層46的VCSEL的增益光譜G2R的模擬結(jié)果。模擬在主有源層46的增益光譜的峰值波長(zhǎng)為835nm、副有源層47的增益光譜的峰18
值波長(zhǎng)為848nm、主有源層46及副有源層47被注入的載流子數(shù)相同、例如為2.0×10 個(gè)/
3
cm 的條件下進(jìn)行。而且，VCSEL41的諧振波長(zhǎng)λ0被設(shè)定在增益光譜G1R的增益系數(shù)為正的頻帶處。
[0088] 對(duì)于副有源層47的增益光譜的峰值波長(zhǎng)而言，當(dāng)將副有源層47的增益光譜與主有源層46的增益光譜G2R合并時(shí)，在比增益光譜G2R的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)的頻帶中，被選擇成增益光譜G1R的增益系數(shù)比增益光譜G2R的增益系數(shù)大。結(jié)果，當(dāng)將增益光譜G1R及G2R中的增益系數(shù)都例如成為g(g＞0)的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的波長(zhǎng)(頻率)分別設(shè)為λ1R、λ2R、諧振波長(zhǎng)λ0與波長(zhǎng)λ1R之間的頻帶寬度設(shè)為W1R、諧振波長(zhǎng)λ0與波長(zhǎng)λ2R之間的頻帶寬度設(shè)為W2R時(shí)，頻帶寬度W1R比頻帶寬度W2R形成得寬。
[0089] 接著，利用圖7，對(duì)VCSEL41的動(dòng)作溫度從室溫(例如25℃)變化為低溫(例如0℃)的情況進(jìn)行說(shuō)明。
[0090] 如果動(dòng)作溫度從室溫變化為低溫，則增益光譜G1R向短波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)、變化為增益光譜G1L。而增益光譜G2R也向短波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)，變化為增益光譜G2L。
[0091] 將增益光譜G1L、G2L中的增益系數(shù)都例如成為g的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的波長(zhǎng)(頻率)分別設(shè)為λ1L、λ2L、諧振波長(zhǎng)λ0與波長(zhǎng)λ1L之間的頻帶寬度設(shè)為W1L、諧振波長(zhǎng)λ0與波長(zhǎng)λ2L之間的頻帶寬度設(shè)為W2L。
[0092] 此時(shí)，由于增益光譜G2R向短波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)，所以頻帶寬度W2L與頻帶寬度W2R相比變窄。另一方面，頻帶寬度W1R比頻帶寬度W2R預(yù)先形成得寬。因此，即使在增益光譜G1R向短波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)了的情況下，頻帶寬度W1L也不會(huì)如頻帶寬度W2L那樣顯著變窄，而與頻帶寬度W2R成為相同程度。結(jié)果，即使VCSEL41的動(dòng)作溫度從室溫變化為低溫，在比增益光譜G1L中的峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)的頻帶中，也能夠確保與增益光譜G2R接近的增益系數(shù)的輪廓曲線。
[0093] 另外，在比增益光譜G1L中的峰值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)側(cè)的頻帶中，增益光譜G1L的增益系數(shù)成為比增益光譜G1R的增益系數(shù)大的值。因此，與不設(shè)置副有源層47而僅設(shè)置主有源層46的情況相比，諧振波長(zhǎng)λ0的兩端側(cè)處的增益系數(shù)能夠大范圍確保正區(qū)域的頻帶，即使從室溫變化為低溫，VCSEL41也會(huì)穩(wěn)定動(dòng)作。即，通過(guò)設(shè)置副有源層47，能夠彌補(bǔ)比峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)的頻帶中的增益系數(shù)的減少，并且，因比峰值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)側(cè)的頻帶中的增益系數(shù)的增大，即使在動(dòng)作溫度從室溫向低溫側(cè)變化了的情況下，也能夠使VCSEL41穩(wěn)定動(dòng)作。
[0094] 另外，上述第2實(shí)施方式中，在主有源層46的下側(cè)1個(gè)位置設(shè)置了副有源層47，但也可以與第1實(shí)施方式同樣，采用在主有源層的上下1個(gè)位置設(shè)置副有源層的構(gòu)成，還可以采用在主有源層的上側(cè)1個(gè)位置設(shè)置副有源層的構(gòu)成。
[0095] 而且，在上述第2實(shí)施方式中，副有源層47由單一量子阱形成，但也可以由多重量子阱形成。
[0096] 接著，利用圖8，對(duì)第3實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。第3實(shí)施方式的第1特征在于，與VCSEL的構(gòu)成光諧振器的上部反射層或下部反射層的一方接近、或與上部反射層及下部反射層雙方接近地設(shè)置了副有源層。另外，第2特征在于，為了改善高溫動(dòng)作，將副有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)形成在比主有源層的增益光譜的峰值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)側(cè)。其中，在圖8所示的第3實(shí)施方式中，舉例說(shuō)明與下部反射層接近地設(shè)置了副有源層的情況。
[0097] 第3實(shí)施方式涉及的VCSEL61與第2實(shí)施方式涉及的VCSEL41大致同樣地構(gòu)成。因此，對(duì)VCSEL61而言，在基板62的上表面設(shè)置有光諧振器63，并且該光諧振器63通過(guò)依次層疊下部反射層64、阻擋層68、副有源層67(第2有源層)、第1包層69、主有源層66(第
1有源層)、第2包層70和上部反射層65而形成。另外，在基板62的下表面形成有n型電極71，在上部反射層65的上表面形成有具有開(kāi)72A的p型電極72。
[0098] 而且，主有源層66被配置在光諧振器63中的厚度方向的中央部。該主有源層66與第2實(shí)施方式涉及的主有源層46同樣，由多重量子阱構(gòu)成，例如具備成為量子阱的3個(gè)阱層66A、66B、66C。在阱層66A、66B、66C各自之間形成有阻擋層66D、66E。
[0099] 并且，副有源層67被隔著阻擋層68配置在下部反射層64的附近。該副有源層67與第2實(shí)施方式涉及的副有源層47同樣，由單一量子阱構(gòu)成。
[0100] 但是，在副有源層67的增益光譜的峰值波長(zhǎng)位于比主有源層66的增益光譜的峰值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)側(cè)這一點(diǎn)，與第2實(shí)施方式涉及的主有源層46及副有源層47不同。具體而言，主有源層66的增益光譜的峰值波長(zhǎng)例如被設(shè)定為848nm左右，副有源層67的增益光譜的峰值波長(zhǎng)例如被設(shè)定為835nm左右。
[0101] 其中，第1包層69在厚度方向的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度與第2實(shí)施方式涉及的第1包層49同樣，比第2包層70的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度縮短了與副有源層67等對(duì)應(yīng)的值。通過(guò)如此對(duì)第1包層69實(shí)施縮短方法、調(diào)整其光學(xué)長(zhǎng)度，會(huì)抵消新形成的副有源層67的光學(xué)長(zhǎng)度，使得構(gòu)成光諧振器63的下部反射層64與上部反射層65之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo被保持為一定。
[0102] 第3實(shí)施方式涉及的VCSEL61具有上述那樣的構(gòu)成，其發(fā)光動(dòng)作與第1實(shí)施方式的VCSEL1同樣，能夠獲得與第1實(shí)施方式同樣的作用效果。此外，在第3實(shí)施方式中，由于設(shè)置了具有在比主有源層66的增益光譜的峰值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)側(cè)形成峰值波長(zhǎng)的增益光譜的副有源層67，所以即使發(fā)生從室溫向高溫側(cè)的溫度變化，動(dòng)作特性也穩(wěn)定。接著，對(duì)該效果具體進(jìn)行說(shuō)明。
[0103] 如圖5所示，當(dāng)VCSEL的動(dòng)作溫度從室溫變化為高溫時(shí)，有源層的增益光譜整體上向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)，并且以最大增益系數(shù)變小的方式，相似地變化。
[0104] 另一方面，從VCSEL61出射的光的諧振波長(zhǎng)λ0，由VCSEL61的構(gòu)成光諧振器63的上部反射層65與下部反射層64之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo決定。由于即使溫度變動(dòng)，構(gòu)成光諧振器63的介質(zhì)的線膨脹率、折射率也不變化，所以即使動(dòng)作溫度變化，光的諧振波長(zhǎng)λ0也幾乎不變化。因此，對(duì)于VCSEL61中的溫度特性的主要因素而言，構(gòu)成主有源層66及副有源層67的量子阱的溫度依賴性成為支配性因素。
[0105] 圖9針對(duì)具有主有源層66及副有源層67的VCSEL61，示出了室溫下的增益光譜G3R的模擬結(jié)果。增益光譜G3R是將主有源層66的增益光譜與副有源層67的增益光譜(未圖示)合并后的輪廓曲線。其中，為了示出VCSEL61中設(shè)置的副有源層67的效果，一同示出了不設(shè)置副有源層67而僅設(shè)置了主有源層66的VCSEL的增益光譜G4R的模擬結(jié)果。模擬在主有源層66的增益光譜的峰值波長(zhǎng)為848nm、副有源層67的增益光譜的峰值波長(zhǎng)為18 3
835nm、主有源層66及副有源層67被注入的載流子數(shù)相同、例如為2.0×10 個(gè)/cm 的條件下進(jìn)行。而且，VCSEL61的諧振波長(zhǎng)λ0被設(shè)定在增益光譜G3R的增益系數(shù)為正的頻帶處。
[0106] 對(duì)于副有源層67的增益光譜的峰值波長(zhǎng)而言，當(dāng)將副有源層67的增益光譜與主有源層66的增益光譜G4R合并時(shí)，在比增益光譜G4R的峰值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)側(cè)的頻帶中，被選擇為增益光譜G3R的增益系數(shù)比增益光譜G4R的增益系數(shù)大。結(jié)果，當(dāng)將增益光譜G3R及G4R中的增益系數(shù)都成為零值的短波長(zhǎng)側(cè)的波長(zhǎng)(頻率)分別設(shè)為λ3R、λ4R、諧振波長(zhǎng)λ0與波長(zhǎng)λ3R之間的頻帶寬度設(shè)為W3R、諧振波長(zhǎng)λ0與波長(zhǎng)λ4R之間的頻帶寬度設(shè)為W4R時(shí)，頻帶寬度W3R比頻帶寬度W4R形成得寬。
[0107] 接著，利用圖10，對(duì)VCSEL61的動(dòng)作溫度從室溫(例如25℃)變化為高溫(例如50℃)的情況進(jìn)行說(shuō)明。
[0108] 如果動(dòng)作溫度從室溫變化為高溫，則增益光譜G3R向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)，變化為增益光譜G3H。而且，增益光譜G4R也向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)，變化成增益光譜G4H。
[0109] 將增益光譜G3H及G4H中的增益系數(shù)都成為零值的短波長(zhǎng)側(cè)的波長(zhǎng)(頻率)分別設(shè)為λ3H、λ4H、諧振波長(zhǎng)λ0與波長(zhǎng)λ3H之間的頻帶寬度設(shè)為W3H、諧振波長(zhǎng)λ0與波長(zhǎng)λ4H之間的頻帶寬度設(shè)為W4H。
[0110] 此時(shí)，由于增益光譜G4R向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)，所以頻帶寬度W4H與頻帶寬度W4R相比變窄，成為非常狹窄的帶域。另一方面，頻帶寬度W3R比頻帶寬度W4R預(yù)先形成得寬。因此，即使在增益光譜G3R向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)了的情況下，頻帶寬度W3H也不像頻帶寬度W4H那樣顯著變窄，能夠確保某種程度的頻帶寬度。結(jié)果，即使VCSEL61的動(dòng)作溫度從室溫變化為高溫，也能夠在諧振波長(zhǎng)λ0的周圍的頻帶確保某一程度的增益系數(shù)。
[0111] 而且，在增益光譜G3H中的比峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)的頻帶中，雖然增益光譜G3H的增益系數(shù)比增益光譜G3R低，但成為與增益光譜G4R的增益系數(shù)接近的值。因此，與不設(shè)置副有源層67而僅設(shè)置了主有源層66的情況相比，諧振波長(zhǎng)λ0的兩端側(cè)處的增益系數(shù)可以大范圍確保正區(qū)域的頻帶，即使從室溫變化為高溫，VCSEL61也穩(wěn)定動(dòng)作。即，通過(guò)設(shè)置副有源層67，能夠彌補(bǔ)比峰值波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)側(cè)的頻帶中的增益系數(shù)的減少，并且，抑制比峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)的頻帶中的增益系數(shù)的減少，即使在動(dòng)作溫度從室溫變化為高溫的情況下，也能夠使VCSEL61穩(wěn)定動(dòng)作。
[0112] 另外，上述第3實(shí)施方式中，在主有源層66的下側(cè)1個(gè)位置設(shè)置了副有源層67，但也可以與第1實(shí)施方式同樣，采用在主有源層的上下1個(gè)位置設(shè)置副有源層的構(gòu)成，還可以采用在主有源層的上側(cè)1個(gè)位置設(shè)置副有源層的構(gòu)成。
[0113] 而且，在上述第3實(shí)施方式中，副有源層67由單一量子阱形成，但也可以由多重量子阱形成。
[0114] 并且，在上述第2、第3實(shí)施方式中，作為針對(duì)第1包層49、69的縮短方法，采取將第1包層49、69的物理(實(shí)效)長(zhǎng)度形成得薄。但是，本發(fā)明不限定于此，作為其他的縮短方法，例如可以不改變其物理(實(shí)效)長(zhǎng)度，與不設(shè)置副有源層47、67的情況下的包層相比，第1包層49、69以低折射率的材料形成。
[0115] 另外，在上述各實(shí)施方式中，舉例說(shuō)明了在0.8μm帶的VCSEL1、41、61中應(yīng)用的情況，但也可以在發(fā)出比其長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)的光的面發(fā)光元件中應(yīng)用，還可以在發(fā)出比其短的波長(zhǎng)側(cè)的光的面發(fā)光元件中應(yīng)用。
[0116] 此外，在上述各實(shí)施方式中，主有源層6、46、66由具備3個(gè)阱層6A～6C、46A～46C、66A～66C的多重量子阱構(gòu)成，但也可以由具備2個(gè)或4個(gè)以上阱層的多重量子阱構(gòu)成，還可以由單一量子阱構(gòu)成。
[0117] 而且，在上述各實(shí)施方式中，將光諧振器3、43、63的下部反射層4、44、64與上部反射層5、45、65之間的光學(xué)長(zhǎng)度Lo，設(shè)為與發(fā)出的光的波長(zhǎng)λ相同的值、即1個(gè)波長(zhǎng)量。但是，本發(fā)明不限于此，例如也可以與專利文獻(xiàn)2同樣，將下部反射層與上部反射層之間的光學(xué)長(zhǎng)度設(shè)定為光的波長(zhǎng)λ的1.5倍(1.5λ)或其以上的值(例如2λ、2.5λ等)。該情況下，除了在駐波的多個(gè)波腹的位置設(shè)置主有源層(第1有源層)之外，還與構(gòu)成光諧振器的上部反射層或下部反射層的一方接近、或與上部反射層及下部反射層雙方接近地設(shè)置副有源層(第2有源層)。
[0118] 并且，在上述各實(shí)施方式中，作為面發(fā)光元件，舉例說(shuō)明了VCSEL1、41、61，但作為面發(fā)光元件，也可以采用在面發(fā)光二極管(LED)中應(yīng)用的構(gòu)成。
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