半导体激光模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及半导体激光模块，具备能够射出主光束和副光束的面发光激光元件、能够检测副光束的光强度的监测用光检测元件，面发光激光元件是PCSEL，主光束和副光束被射出至面发光激光元件的上方，仅以预先确定的角度互相倾斜，相对于面发光激光元件的驱动电流值的主光束的峰值光强度以及副光束的峰值光强度的各个的变动互相相关。因此，如果使用表示副光束的峰值光强度的监测用光检测元件的输出的话，则能够推定主光束的峰值光强度。
【专利说明】
半导体激光模块
技术领域
[0001 ]本发明涉及半导体激光模块。
【背景技术】
[0002]专利文献I公开了二维光子晶体面发光激光器。在该二维光子晶体面发光激光器中，以二维的周期将由折射率不同的第2介质构成的光子晶体周期结构体21排列于由载流子的注入而发光的活性层12(第I介质)或者其附近。光子晶体20的晶格结构为四方晶格或者正交晶格并且具备平移对称性，但是不具备旋转对称性。或者，光子晶体20的晶格结构为四方晶格或者正交晶格，并且按二维模式的分类方法而为pl、pm、pg或者cm中的任一者。晶格点的形状可以是大致三角形。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献I:日本专利第4484134号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的技术问题
[0007]在专利文献I所记载的二维光子晶体面发光激光器中，为了监测主光束的光强度，考虑对被面发光的激光光束的一部分进行分支。然而，如果对激光光束的一部分进行分支的话则二维光子晶体面发光激光器的光强度降低，因此，光束质量也降低。因此，本发明的一个目的是鉴于上述的状况而完成的，例如提供不会使主光束的光强度降低且能够进行主光束的光强度的监测(monitor)的面发光激光器。
[0008]解决问题的技术手段
[0009]PCSEL(Photonic Crystal Surface Emitting Laser:光子晶体面发光激光器)是一种面发光型激光器，具有在该面发光型激光器的光射出面的垂直方向上小于一度的光束发散角的单峰光束(主光束)作为光输出来获得等的特征。发明人在进行各种类型的PCSEL的研究的过程中，发现了除了向设备面的垂直方向的主光束之外还从PCSEL的光射出面的上部看例如在互相成90度的角度的倾斜四个方向(或者，从PCSEL的光射出面的上部看互相成180度的角度的倾斜两个方向)上获得微弱的副光束的结构。发明人对获得该倾斜方向的副光束的物理上的主要原因进行了悉心研究，结果发现了在主光束在面发光型激光器的光射出面的垂直方向上进行衍射的时候该主光束的一部分由PCSEL的共振器即光子晶体而接受反映了光子晶体的分散关系的衍射，结果在倾斜方向上获得副光束。再有，发明人经悉心研究探讨，结果了解到如果对使施加到面发光型激光器的电流发生变化的情况下的主光束的峰值光强度和副光束的峰值光强度进行比较的话，则两者互相单调增加，如果决定了一方，则可以唯一地决定另一方。即，如果通过预先测定两者的关系而了解副光束的峰值光强度的话，则能够推定主光束的峰值光强度。因此，如果使用测定副光束的峰值光强度的单元的话，则不会损坏主光束的光量并且能够推定主光束的峰值光强度。
[0010]本发明的第I侧面所涉及的半导体激光模块，是基于上述的那样的考察而完成的半导体激光模块，其特征在于，具备面发光激光元件、监测用光检测元件、和容纳容器;所述容纳容器具备上壁和底壁;所述容纳容器容纳所述面发光激光元件和所述监测用光检测元件;所述上壁具备开口并与所述底壁相对;所述面发光激光元件具备主面、光射出区域以及二维光子晶体层且被设置于所述底壁，以从所述光射出区域射出主光束和副光束并且所述主光束通过所述开口的方式被配置;所述光射出区域被设置于所述主面;所述主光束的第I光轴沿着所述主面的垂直方向延伸;所述副光束的第2光轴在与所述垂直方向之间成为预先确定的角度α;所述二维光子晶体层具备多个孔部并沿着所述主面延伸;所述多个孔部具备相同的形状并与所述主面相并行地沿着多个排列方向被排列成晶格状，构成衍射光栅；所述监测用光检测元件被设置于所述上壁并被配置于所述第2光轴与所述上壁相交的地方;所述监测用光检测元件具备光入射面;所述光入射面与所述第2光轴相交叉;所述第I光轴和所述第2光轴处于与基准方向相同的面;所述基准方向为所述多个排列方向中邻接的晶格间隔最短的排列方向；所述主光束的峰值光强度和所述副光束的峰值强度均伴随于所述面发光激光元件的驱动电流的增加而单调增加，在决定了所述主光束的峰值光强度和所述副光束的峰值光强度中的一方的值时，能够唯一地决定另一方的值。面发光激光元件输出对应于单峰光束的主光束和对应于微弱光的副光束，监测用光检测元件检测副光束的光强度。因此，因为如果使用该监测用光检测元件的输出的话则能够将副光束用于主光束的光强度的监测，所以不会损坏主光束的光量并且能够推定主光束的峰值光强度。
[0011]在本发明的第2侧面所涉及的半导体激光模块中，相对于第I侧面所涉及的半导体激光模块，进一步具备驱动装置和显示装置;所述驱动装置被连接于所述面发光激光元件并将所述驱动电流输出至所述面发光激光元件;所述显示装置被连接于所述监测用光检测元件并显示从所述监测用光检测元件输出的光强度信号的内容。显示装置因为能够显示副光束的光强度，所以半导体激光模块的操作者能够一边参照显示装置的显示内容一边由驱动装置来进行相对于面发光激光元件的驱动信号(面发光激光元件的驱动电流)的控制。
[0012]在本发明的第3侧面所涉及的半导体激光模块中，相对于第I侧面所涉及的半导体激光模块，进一步具备驱动装置和控制装置;所述驱动装置被连接于所述面发光激光元件并将所述驱动电流输出至所述面发光激光元件;所述控制装置被连接于所述监测用光检测元件和所述驱动装置，并根据从所述监测用光检测元件输出的光强度信号将所述驱动装置的控制信号输出至所述驱动装置。控制电路因为能够根据副光束的光强度控制驱动装置的动作，所以相对于面发光激光元件的驱动信号(面发光激光元件的驱动电流)的控制能够根据副光束的光强度自动地进行。
[0013]在本发明的第4侧面所涉及的半导体激光模块中，在所述衍射光栅为四方晶格的情况下，所述衍射光栅的晶格间隔与所述面发光激光元件的振荡波长大致一致，所述面发光激光元件在由来于四方晶格的四个光波段中从长波长侧起第2个光波段下进行振荡。这样，在衍射光栅为四方晶格的情况下，上述的面发光激光元件中，在由来于四方晶格的四个光波段中从长波长侧起第2个光波段下进行振荡。
[0014]在本发明的第5侧面所涉及的半导体激光模块中，所述面发光激光元件具备活性层;所述孔部的底面的形状为直角三角形;所述孔部具备与所述衍射光栅的母材的折射率不同的折射率。此时，例如在衍射光栅为四方晶格的情况下，上述的面发光激光元件中，在由来于四方晶格的四个光波段中从长波长侧起第2个光波段下产生振荡，上述的面发光激光元件能够输出主光束和副光束。在此情况下，由所述活性层的发光而产生于所述衍射光栅的光的驻波的电磁场的节点处于与所述孔部的直角三角形的重心大致相同的位置，所述电磁场中的磁场的强度的极值存在于所述孔部的周围。
[0015]发明的效果
[0016]根据本发明的上述的各个侧面，能够提供例如不会使主光束的光强度降低且能够进行主光束的光强度的监测的面发光激光器。
【附图说明】
[0017]图1是概略性地表示实施方式所涉及的面发光激光元件的结构的图。
[0018]图2是用于说明实施方式所涉及的面发光激光元件的衍射光栅的结构的一个例子的图。
[0019]图3是用于说明实施方式所涉及的面发光激光元件的衍射光栅的结构的另一个例子的图。
[0020]图4是用于说明实施方式所涉及的面发光激光元件的主光束的测定图。
[0021]图5是用于说明实施方式所涉及的面发光激光元件的主光束的测定图。
[0022]图6是用于说明实施方式所涉及的面发光激光元件的副光束的测定图。
[0023]图7是用于说明实施方式所涉及的面发光激光元件的副光束的测定图。
[0024]图8是表示在实施方式所涉及的面发光激光元件中主光束的峰值光强度与副光束的峰值光强度的相关的图。
[0025]图9是概略性地表示实施方式所涉及的半导体激光模块的结构的一个例子的图。
[0026]图10是概略性地表示实施方式所涉及的半导体激光模块的结构的一个例子的图。
[0027]图11是用于说明实施方式所涉及的面发光激光元件的制造方法的主要工序的图。
[0028]图12是用于说明实施方式所涉及的面发光激光元件的制造方法的主要工序的图。
[0029]图13是表示在实施方式所涉及的面发光激光元件的衍射光栅为四方晶格并且晶格点为直角三角形的平面形状的孔的情况下由该衍射光栅产生的电磁场的图。
【具体实施方式】
[0030]以下，参照附图，对本发明所涉及的实施方式进行详细的说明。还有，在附图的说明中，在可能的情况下将相同符号标注于相同要素，并省略重复的说明。以下，参照附图并就本发明所涉及的实施方式进行详细说明。还有，在附图的说明中，在可能的情况下将相同符号标注于相同要素，并省略重复的说明。参照图1?图5来说明实施方式所涉及的半导体激光模块100的结构和面发光激光元件I的结构。在图1中表示有由X轴、y轴、z轴构成的直角坐标系。X轴、y轴、z轴和面发光激光元件1(特别是衍射光栅6ba、孔部6b)的配置在图1?5中是相同的。
[0031 ] 面发光激光元件I是一种再生长型的PCSEL (Pho toni c Crystal SurfaceEmitting Laser:光子晶体面发光激光器)。面发光激光元件I具备半导体层叠la、AR涂层9a(Anti 1^;^601:;^6:无反射)、11侧电极94侧电极10、绝缘膜11。半导体层叠13的材料例如是包含GaAs的II1-V族半导体。半导体层叠Ia具备支撑基体2、层叠lbl、二维光子晶体层6、层叠lb2。层叠Ibl具备η型覆盖(clad)层3、活性层4、电子阻挡(block)层5。层叠lb2具备p型覆盖层7、接触层8。层叠Ibl被设置于支撑基体2的主面2a。层叠lb2被设置于二维光子晶体层6之上。二维光子晶体层6被设置于层叠Ibl与层叠lb2之间。η侧电极9被设置于面发光激光元件I的主面la2。
[0032]面发光激光元件I的主面la2是处于主面2a的相反侧的支撑基体2的表面，并处于面发光激光元件I的表面Ial的相反侧。η侧电极9接触于主面la2。]!侧电极9具备如包围开口9b那样的形状。η侧电极9划定开口 9b。开口 9b包含主面la2的中心AR涂层9a被设置于主面la2 AR涂层9a在俯视图中被设置于主面I a2中除了 η侧电极9的区域。AR涂层9a接触于主面IaSc3P侧电极10被设置于半导体层叠Ia的表面Ial (接触层8的表面)。
[0033]面发光激光元件I具备光射出区域R1。光射出区域Rl被设置于主面la2。光射出区域Rl被形成于开口 ％。面发光激光元件I从光射出区域Rl射出主光束LI和副光束L2。主光束LI的第I光轴A2沿着主面la2的垂直方向进行延伸，副光束L2的第2光轴A3在与主面la2的垂直方向(或者第I光轴A2)之间成为预先确定的角度α。如果将电压施加于n侧电极9和P侧电极10并使电流流到半导体层Ia的话则在主面la2的上方向上主光束LI和副光束L2从光射出区域Rl被输出。
[0034]η型覆盖层3、活性层4、电子阻挡层5、二维光子晶体层6、p型覆盖层7、接触层8从主面2a在与z轴方向相反方向(主面2a的法线方向)上按顺序由外延生长而被层叠。支撑基体
2、n型覆盖层3、活性层4、电子阻挡层5、二维光子晶体层6、p型覆盖层7、接触层8沿着xy面进行延伸。主面la2(支撑基体2的表面)、主面2a、二维光子晶体层6的P侧表面6a、表面Ial(接触层8的表面)沿着xy面进行延伸。η型覆盖层3接触于支撑基体2和活性层4，活性层4接触于η型覆盖层3和电子阻挡层5，电子阻挡层5接触于活性层4和二维光子晶体层6，二维光子晶体层6接触于电子阻挡层5和P型覆盖层7，ρ型覆盖层7接触于二维光子晶体层6和接触层8。
[0035]二维光子晶体层6具备衍射光栅6ba。衍射光栅6ba具备四方晶格配置或者三角晶格配置的二维光子晶体结构。在三角晶格的情况下单位晶格的晶格形状为平行四边形。衍射光栅6ba的二维光子晶体结构沿着主面la2进行延伸。衍射光栅6ba的二维光子晶体结构为二维(xy面)的晶体结构。衍射光栅6ba被设置于二维光子晶体层6的P侧表面6a。二维光子晶体层6的折射率在衍射光栅6ba中在沿着主面la2进行延伸的方向(xy面内)周期性地进行变化。二维光子晶体层6具备多个孔部6b。多个孔部6b具备相同的形状(大致三角柱状或者圆柱状)。多个孔部6b在衍射光栅6ba的母材中在沿着主面la2进行延伸的xy面内的多个排列方向上被周期性地设置。即，多个孔部6b沿着衍射光栅6ba的四方晶格或者三角晶格被配置。多个孔部6b构成衍射光栅6ba。孔部6b对应于衍射光栅6ba的晶格点。孔部6b具备与衍射光栅6ba的母材的折射率不同的折射率。衍射光栅6ba的折射率由多个孔部6b而在相同波长的光中在沿着主面la2进行延伸的方向(xy面内)周期性地进行变化。孔部6b被设置于二维光子晶体层6的P侧表面6a，孔部6b的形状(也可以是大致三角柱状或者圆柱状)从孔部6b的底面朝着P侧(朝着P侧表面6a)进行延伸。孔部6b的底面的形状和孔部6b的开口(P侧表面6a上的孔部6b的开口)的形状(孔部6b的平面形状)具备相同的形状，并且都可以是直角三角形或者圆，但是允许在制作工序中所产生的变形。
[0036]例如，在衍射光栅6ba为四方晶格的情况下，孔部6b的平面形状(孔部6b的底面的形状)为直角三角形(三个顶点的形状被弄圆)，夹住该直角三角形的直角的两边的纵横比为1.0以上2.0以下，填充因子(f i 11 ing factor)(相对于单位晶格R2的面积，孔部6b的底面的面积所占的比例(％ ))为10 %以上35 %以下，该直角三角形的三个顶点的圆度为0.1OXLa(La为晶格间隔)左右，在此情况下，在该二维光子晶体层6的四个光波段(后面所述的图4所表示的光波段BI?B4)中从长波长侧起第2个波段(后面所述的图4所表示的B2)下得到振荡。此时，由二维光子晶体层6的发光而产生于衍射光栅6ba的光的驻波的电磁场的节点(后面所述的图13所表示的电磁场的节点R4)处于与孔部6b的直角三角形的重心大致相同的位置。在此情况下，该电磁场中的磁场的强度的极值存在于孔部6b的周围。
[0037]在图13中表示衍射光栅6ba为四方晶格，在孔部6b的平面形状(孔部6b的底面的形状)为直角三角形的情况下，被配置于单位晶格R2的孔部6b、单位晶格R2上的电场的朝向R3、单位晶格R2上的磁场分布Ml。磁场分布Ml包含于由活性层4的发光而产生于衍射光栅6ba的光的驻波的电磁场，表示磁场的强度的比较强的大致圆形状的区域并且包含磁场的强度的极值。在面发光激光元件I的主光束LI中，电磁场的节点R4处于与孔部6b的直角三角形(孔部6b的底面的形状)的重心大致相同的位置。在主光束LI的情况下，磁场分布Ml(由活性层4的发光而产生于衍射光栅6ba的电磁场中的磁场的强度的极值)存在于孔部6b的周围。主光束LI的情况下的孔部6b的周围的电场的电场成分在与孔部6b的底面的直角三角形的斜边相交叉的方向Dr I和沿着该斜边进行延伸的方向Dr 2上比较大。
[0038]支撑基板2的材料例如是η型的GaAs。!!型覆盖层3的材料例如是η型的AlGaAs。!!型覆盖层3的厚度例如是2000[nm]左右。例如，如果作为面发光激光元件I的振荡波长而设想980[nm]的话则η型覆盖层3的折射率为3.11左右。
[0039]活性层4产生光。活性层4例如具备三个量子阱层。活性层4的量子阱层的材料例如是i型的InGaAs。活性层4的势皇层(barrier layer)的材料例如是i型的AlGaAs。活性层4能够具备接触于η型覆盖层3的引导层。该活性层4的引导层的材料例如是i型的AlGaAs。活性层4的厚度例如是140[nm]左右。活性层4的折射率例如如果设想面发光激光元件I的振荡波长980[nm]的话则为3.49左右。
[0040]电子阻挡层5处于P型的导电类型的P型覆盖层7与活性层4之间。电子阻挡层5的材料例如是i型的AlGaAs。电子阻挡层5能够具备接触于二维光子晶体层6的引导层。该电子阻挡层5的引导层的材料例如是i型的AlGaAs。电子阻挡层5的厚度例如是35[nm]左右。电子阻挡层5的折射率例如如果设想振荡波长980[nm]的话则为3.33左右。
[0041]二维光子晶体层6处于P型的导电类型的P型覆盖层7与活性层4之间。二维光子晶体层6具备二维光子晶体结构的衍射光栅6ba。二维光子晶体层6进一步具备接触于电子阻挡层5的引导层。二维光子晶体层6的厚度例如是300[nm]左右。二维光子晶体层6的引导层的材料例如是i型的GaAs。衍射光栅6ba的母材例如是i型的GaAs、i型的AlGaAs等。衍射光栅6ba具备多个孔部6b(空洞)。多个孔部6b与主面la2并行地沿着多个排列方向被排列成晶格状。多个孔部6b在衍射光栅6ba的母材中在xy面内(沿着主面la2、p侧表面6a)被周期性地设置。衍射光栅6ba的折射率由多个孔部6b而在相同波长的光中在沿着主面la2( P侧表面6a)进行延伸的方向上周期性地进行变化。衍射光栅6ba的折射率，例如设想面发光激光元件I的振荡波长980[nm]并将孔部6b假定为折射率=1的空洞，由对应于相对于衍射光栅6ba的表面(包含于P侧表面6a的面区域)的孔部6b的面积对介电常数(在此为折射率的2次方)进行平均化而求得的介电常数的值，从而能够做出估算。孔部6b的深度例如是200[nm]。二维光子晶体层6的厚度为300[nm]左右且孔部6b的深度为300[nm]的情况下，二维光子晶体层6不具备引导层。
[0042]P型覆盖层7的材料例如是P型的AlGaAs。？型覆盖层7的厚度例如是2000[nm]左右。P型覆盖层7的折射率例如如果设想面发光激光元件I的振荡波长980[nm]的话则为3.27左右。P型覆盖层7的导电类型和η型覆盖层3的导电类型互相不同。
[0043]接触层8的材料例如是P型的GaAs。接触层8的厚度例如是200[nm]左右。接触层8的折射率例如如果设想面发光激光元件I的振荡波长980[nm]的话则为3.52左右。
[0044]n侧电极9的材料能够利用设置于GaAs类材料的半导体层的电极的材料。η侧电极9的材料例如可以是Au等金属与Ge等半导体的混合物。η侧电极例如可以是AuGe、AuGe/Au等。
[0045 ] P侧电极1的材料能够利用设置于GaAs类材料的半导体层的电极的材料。P侧电极10的材料例如可以是Au、T1、Pt、Cr等金属。P侧电极10例如从GaAs半导体层侧起按顺序可以是Ti/Pt/Au、Ti/Au/、Cr/Au等。接触于P侧电极10的接触层8以lX1019[cm—3]以上的高浓度添加有杂质。P侧电极10例如是正方形的形状，面积例如是200 X 200[μπι2]左右。
[0046]参照图2以及图3来说明二维光子晶体层6的衍射光栅6ba的结构。图2的(A)部以及图3的(A)部是从主面la2侧看衍射光栅6ba的图。图2的(B)部表不图2的(A)部所表不的衍射光栅6ba的反晶格空间，图3的(B)部表示图3的(A)部所表示的衍射光栅6ba的反晶格空间。在图2的(B)部以及图3的(B)部，表示有反晶格点6c。图2的(A)部以及图3的(A)部所表示的孔部6b的形状是P侧表面6a上的孔部6b的开口(xy面上的孔部6b的截面)的形状。
[0047]图2的(A)部所表示的衍射光栅6ba为四方晶格。图2的(A)部所表示的衍射光栅6ba的单位晶格R2的形状为正方形。图2的(A)部所表示的单位晶格R2的排列方向(孔部6b的排列方向)包含Γ -X方向(Γ -Y方向)以及Γ -M方向。一个孔部6b被配置于一个单位晶格R2。图2的(A)部所表示的单位晶格R2的正方形的边的方向为Γ-X方向(Γ-Y方向)。图2的(A)部所表示的单位晶格R2的对角线的方向包含Γ -M方向。图2的(A)部所表示的Γ -X方向(Γ -Y方向)与X轴或者y轴相平行。图2的(A)部所表示的基准方向Al平行于Γ -X方向(Γ -Y方向)。图2的(A)部所表示的基准方向Al是孔部6b的多个排列方向(Γ -X方向(Γ -Y方向)以及Γ -M方向)中邻接的晶格间隔(晶格常数)最短的排列方向，即，是图2的(A)部所表示的单位晶格R2的正方形的边的方向并且是Γ -X方向(Γ -Y方向)。在图2的(A)部的情况下，在Γ -X方向(Γ - Y方向)上，邻接的晶格间隔为L a。还有，在图2的(A)部的情况下，Γ -M方向上的邻接的晶格间隔为V 2XLa(用2的平方根乘La所得的值)，并且长于La。图2的⑶所表示的反晶格点6c被配置在Γ-Χ方向(Γ-Y方向)上。在图2的⑶部的情况下，在Γ-Χ方向(Γ-Y方向)上，邻接的两个反晶格点6c的间隔为2VLa。
[0048]图3的(A)部所表不的衍射光栅6ba为三角晶格。图3的(A)部所表不的衍射光栅6ba的单位晶格R2的形状为平行四边形。图3的(A)部所表示的单位晶格R2的排列方向(孔部6b的排列方向)包含r -J方向以及r -X方向。一个孔部6b被配置于图3的(A)部所表示的单位晶格R2的平行四边形的各个顶点。图3的(A)部所表示的Γ-J方向以及Γ-X方向分别与X轴、y轴相平行。图3的(A)部所表示的单位晶格R2的平行四边形的边的方向为Γ-J方向。垂直于图3的(A)部所表示的单位晶格R2的平行四边形的边的方向为Γ-X方向。图3的(A)部所表示的基准方向Al平行于Γ-J方向。图3的(A)部所表示的基准方向Al为孔部6b的多个排列方向(Γ-J方向以及Γ-Χ方向)中邻接的晶格间隔最短的排列方向，g卩，是图3的(A)部所表示的单位晶格R2的平行四边形的边的方向并且是Γ -J方向。在图3的(A)部的情况下，在Γ -J方向上，邻接的晶格间隔为L a。还有，在图3的(A)部的情况下，Γ - X方向上的邻接的晶格间隔为V 3XLa(用3的平方根乘La所得的值)，并且长于La。图3的(B)所表示的反晶格点6c被配置在Γ-X方向上。在图3的⑶部的情况下，在Γ-X方向上，邻接的两个反晶格点6c的间隔为2V(LaXsin(V3))。
[0049]接着，就面发光激光元件I的发光特性作如下说明。面发光激光元件I在具有如图2所表示的那样的四方晶格的衍射光栅6ba的情况下，衍射光栅6ba的晶格间隔(La)与面发光激光元件I的振荡波长大致一致，并如图4所示具有由来于四方晶格的四个光波段BI，B2，B3，B4( 二维光子晶体层6的四个光波段)。图4表示面发光激光元件I的多个光波段。图4的横轴表示沿着光子晶体层的方向的波数[2VLa]，图4的纵轴表示波长[nm]。还有，图4?图8所表示的结果是关于具有如图2所表示的那样的四方晶格的衍射光栅6ba的面发光激光元件I的测定结果，但是即使关于具有如图3所表示的那样的三角晶格的衍射光栅6ba的面发光激光元件I，同样的主张也是可以的。在此情况下，存在六个光波段。
[0050]如图4所示，光波段B2的沿着Γ-X方向的形状随着从Γ点离开而在一旦向长波长侧弯曲之后再向短波长侧弯曲(具有向下的凸形状)。因此，了解到在光波段B2上，频率与光波段B2的波段端(将光波段的Γ点上的部分称作为波段端，以下相同)相等的地方在Γ -X方向的波数0.045 [2 VLa]附近也存在。
[0051]图5表示面发光激光元件I的振荡前后的分光光谱。图5的横轴表示波长[nm]，图5的纵轴(左右)表示光强度。图5所表示的峰值Pl，P2是将160[mA]的驱动电流提供给面发光激光元件I的情况下(振荡前)的峰值，并由图5的纵轴(左)来进行规定。图5所表示的峰值P21是将210[mA]的驱动电流提供给面发光激光元件I的情况下(振荡后)的峰值，并由图5的纵轴(右)来进行规定。振荡前的峰值P2和振荡后的峰值P21都处于与光波段B2的波段端的波长相同的波长，振荡前的峰值Pl处于与光波段BI的波段端的波长相同的波长。由此，了解到振荡从光波段B2的波段端产生。即，在由来于四方晶格的四个光波段BI?B4中从长波长侧起第2个光波段B2下进行振荡。由该面发光激光元件I的振荡而输出与光波段B2的波段端的波长相同的波长的两个光束(主光束LI以及副光束L2)。此时，主光束LI是向Γ点即主面la2的垂直方向射出的光束，副光束L2是在由主面la2的垂直方向(主光束LI的第I光轴A2)和基准方向Al (即Γ -X方向(Γ -Y方向))来进行规定的面上在相对于主面la2的垂直方向(或者第I光轴A2)仅以角度α(α为7度以上9度以下，例如8度左右)进行倾斜的方向上被射出的微弱的光束。
[0052]作为一个例子，将Γ-X方向上的面发光激光元件I的射出光的光强度的测定结果表不于图6。图6的横轴表不光束方向(从主面la2的垂直方向起的倾斜)[度]，图6的纵轴表示光强度。根据图6，了解到在从主面la2的垂直方向起7度以上9度以下(更加具体来说，8.2度左右)的方向上存在微弱的峰值P3，该峰值P3对应于副光束L2。
[0053]接着，就副光束L2的产生原因进行考察。遍布全方向来测定面发光激光元件I的光波段，将切割出与光波段B2的波段端相同的频率的截面而获得的结果表示于图7。图7的纵轴表示Γ -X方向的波数[231/La]，图6的横轴表示Γ -Y方向的波数[2VLa]。图7所表示的颜色的浓淡表示光强度。图7所表示的结果与被实测的微弱的副光束L2的模式良好地一致，在光波段B2的波段端进行振荡的主光束LI被认为通过由向Γ-X方向以及Γ-Y方向延伸的光波段B2而受到衍射并产生微弱的副光束L2来获得。一般来说，在四方晶格上因为光波段B2如图4所示在沿着Γ -X方向以及Γ -Y方向一旦向长波长侧弯曲之后再向短波长侧弯曲，所以在Γ点以外的部分存在与波段端相同波长的部分。即，就光波段B2而言在从沿着Γ -X方向以及Γ-Y方向的Γ点离开的部分存在与Γ点相同波长的部分。因此，认为在光波段B2的波段端即Γ点获得振荡，在此情况下，沿着Γ -X方向以及Γ -Y方向容易获得微弱光。同样，认为在三角晶格的情况下，沿着Γ -J方向容易获得微弱光。
[0054]可是，使面发光激光元件I的驱动电流进行变化，在主面la2的垂直方向上射出的主光束LI的峰值光强度(光强度的峰值)与微弱的副光束L2的峰值光强度的关系如果是唯一地决定的关系话则能够将副光束L2用于主光束LI的峰值光强度的监测。从这样的观点出发，用光谱分析仪来测定脉冲驱动面发光激光元件I的情况下的主光束LI的峰值光强度和副光束L2的峰值光强度的电流依赖性，将测定结果表示于图8。图8的横轴表示驱动电流[mA]，图8的纵轴表示峰值光强度[dBm]。如图8所示，相对于面发光激光元件I的驱动电流的变化的主光束LI的峰值光强度的变化(曲线Kl)与相对于面发光激光元件I的驱动电流的变化的副光束L2的峰值光强度的变化(曲线K2)互相相关。更加具体来说，主光束LI的峰值光强度和副光束L2的峰值光强度都会伴随于驱动电流的增加而单调增加，并且在主光束LI的峰值光强度与副光束L2的峰值光强度之间看到唯一地决定的关系。以上，就例如进行脉冲驱动的情况作了说明，但是在连续驱动的情况下也是同样的。换言之，如果决定了主光束LI的峰值光强度和副光束L2的峰值光强度中的一方的值(峰值光强度的值)的话则能够唯一地决定另一方的值(峰值光强度的值)。因此，通过将监测用的光电二极管配置于副光束L2的第2光轴A3并使用该监测用的光电二极管来测定副光束L2的光强度，从而根据副光束L2的峰值光强度的监测结果而能够监测主光束LI的峰值光强度。图9以及图10所表示的半导体激光模块100，10a是基于相对于面发光激光元件I的发光特性的上述考察来实现的半导体激光模块，将副光束L2用于主光束LI的峰值光强度的监测。
[0055]首先，就图9所表示的半导体激光模块100作如下说明。图9所表示的半导体激光模块100具备面发光激光元件1、容纳容器101、监测用光检测元件101d、驱动装置102、显示装置103。容纳容器101具备底壁101a。容纳容器101具备上壁101b。容纳容器101容纳面发光激光元件I和监测用光检测元件101d。上壁1lb具备开口 101c。上壁1lb与底壁1la相对。面发光激光元件I被设置于底壁101a。面发光激光元件I以主光束LI (第I光轴A2)通过开口101 c的方式被配置。
[0056]监测用光检测元件101为光电二极管。监测用光检测元件1ld被设置于上壁101b。监测用光检测元件1ld被配置于副光束L2(第2光轴A3)与上壁1lb相交的地方。监测用光检测元件1ld具备光入射面lOlda。光入射面1lda与第2光轴A3相交叉。第I光轴A2和第2光轴A3处于与基准方向Al相同的面。
[0057]驱动装置102被连接于面发光激光元件I。驱动装置102将驱动面发光激光元件I的驱动信号Gl输出到面发光激光元件I。驱动信号Gl为驱动电流。显示装置103被连接于监测用光检测元件101d。显示装置103显示从监测用光检测元件1ld被输出的光强度信号G2的内容(光强度值或者光强度的分光光谱)。半导体激光模块100的操作者一边参照显示装置103的显示内容一边操作驱动装置102的动作。
[0058]图10所表示的半导体激光模块10a是图9所表示的半导体激光模块100的变形例。半导体激光模块10a具备面发光激光元件1、容纳容器101、监测用光检测元件101d、驱动装置102、控制装置104。半导体激光模块10a具备控制装置104，但不具备半导体激光模块100的显示装置103。控制装置104被连接于监测用光检测元件1ld和驱动装置102。控制装置104根据从监测用光检测元件1ld被输出的光强度信号G2将驱动装置102的控制信号G3输出至驱动装置102。
[0059]接着，参照图11和图12并就面发光激光元件I的制造方法作如下说明。通过按顺序执行从步骤SI到步骤Sll的各个工序，从而制造出具备面发光激光元件I的结构的基板产品。在步骤SI中，由MOCVD法来使第I外延层结构20生长。第I外延层结构20的层结构被表示于图12的(A)部。第I外延层结构20具备基板20a(n-GaAs基板)、覆盖层20b(n-AlGaAs覆盖层)、光引导层20c( 1-AlGaAs引导层)、多重量子讲层20d( 1-1nGaAs/AlGaAs 3Qffs)、电子阻挡层20e(1-AlGaAs载流子阻挡层)、光引导层20f (i_AlGaAs引导层)、覆盖层20g( i_GaAs引导层)。基板20a对应于支撑基体2。覆盖层20b对应于η型覆盖层3。由光引导层20c和多重量子阱层20d构成的层对应于活性层4。由电子阻挡层20e和光引导层20f构成的层对应于电子阻挡层5。覆盖层20g是形成有衍射光栅6ba的层。第I外延层结构20的表面201为覆盖层20g的表面。表面201对应于P侧表面6a。
[0060]在步骤S2中，将抗蚀剂21涂布于第I外延层结构20的表面201。在步骤S3中，使用电子束描绘装置来将光子晶体图形22a曝光到抗蚀剂21之上，用显影液进行显影。抗蚀剂21由该显影而变成抗蚀剂22。抗蚀剂22具备光子晶体图形22a。
[0061 ]在步骤S4中，相对于第I外延层结构20的表面201的覆盖层20g，由干法蚀刻从表面201侧起复制光子晶体图形23a。第I外延层结构20由该复制而成为第2外延层结构23。第2外延层结构23具备光子晶体图形23a。在第2外延层结构23中形成光子晶体图形23a的表面对应于图1所表不的P侧表面6a。光子晶体图形23a和光子晶体图形22a从垂直于表面201的方向(z轴方向)看是同样的图形。光子晶体图形23a的深度在覆盖层20g的厚度例如为300[nm]左右的情况下从表面201起可以是100?300[nm]左右，例如从表面201起为100[nm]左右，从表面201起为200[nm]左右，从表面201起为300[nm]左右。覆盖层20g由步骤S4而成为由不含有光子晶体图形23a的1-GaAs引导层和含有光子晶体图形23a的1-GaAs引导层构成的层。第I外延层结构20由步骤4而成为第2外延层结构23。相对于第I外延层结构20具备覆盖层20g，第2外延层结构23具备由不含有光子晶体图形23a的1-GaAs引导层和含有光子晶体图形23a的1-GaAs引导层构成的层且不具备覆盖层20g。仅该不同点是第I外延层结构20与第2外延层结构23的不同点。在步骤S4之后，在步骤S5中，从第2外延层结构23剥离抗蚀剂22。
[0062]在步骤S6中，在进行了一般的前处理之后，由MOCVD法使图12的(B)部所表示的第3外延层结构24生长。第3外延层结构24具备覆盖层24a(p-AlGaAs覆盖层)、接触层24b(p-GaAs接触层)。覆盖层24a在第2外延层结构23的1-GaAs引导层的表面(形成有光子晶体图形23a的表面)上生长。在使覆盖层24a生长的工序中，将AlGaAs附着于光子晶体图形23a。包含于第2外延层结构23并且含有光子晶体图形23a的1-GaAs引导层伴随于覆盖层24a的生长而成为含有Al的光子晶体层20i (是1-GaAs/AlGaAs PC层，并对应于衍射光栅6ba)。此时，在光子晶体层20i的内部形成空洞(对应于孔部6b)。第2外延层结构23的光子晶体图形23a伴随于覆盖层24a的生长而成为包含AlGaAs和空洞(对应于孔部6b)的光子晶体图形23al。光子晶体层20i是包含光子晶体图形23al的层。最后，第I外延层结构20的覆盖层20g由光子晶体图形23a的复制和覆盖层24a的生长而成为由光引导层20h(i_GaAs引导层)和光子晶体层20i构成的层，第I外延层结构20经过第2外延层结构23而变成第4外延层结构231。相对于第I外延层结构20具备覆盖层20g，第4外延层结构231具备由光引导层20h和光子晶体层20i构成的层，不具备覆盖层20g。仅该不同点为第I外延层结构20与第4外延层结构231的不同点。由光引导层20h和光子晶体层20i构成的层对应于二维光子晶体层6。由到步骤6为止的工序而形成PCSEL的外延层结构(对应于面发光激光元件I的半导体层叠Ia)的全体。
[0063]在步骤7中，将SiN层25形成于第3外延层结构24的表面(对应于表面Ial)。
[0064]在步骤S8中，使用通常的曝光显影技术和反应性离子蚀刻(Reactive 1nEtching:RIE)，相对于SiN层25，形成对应于P侧电极27的形状(200[μπι]见方的正方形的形状)的开口 26a。通过开口 26a的形成，SiN层25成为SiN层26 AiN层26具备开口 26a。在开口26a，第3外延层结构24的表面露出。
[0065]在步骤S9中，通过剥离(lift off)而在开口26a形成P侧电极271侧电极27经由开口 26a而接触于第3外延层结构24的接触层24b。？侧电极27对应于P侧电极10。
[0066 ] P侧电极2 7的材料可以使用设置于GaA s类材料的半导体层的电极的材料。P侧电极27的材料例如可以使用Au、T1、Pt、Cr等金属。P侧电极27例如从GaAs半导体层侧起按顺序可以是打/^/^11、11/^11、0/^11等。接触于?侧电极27的第3外延层结构24以1\1019[011—3]以上的高浓度添加有杂质。
[0067]在步骤10中，研磨第4外延层结构231的主面la2，使用曝光显影技术，将SiN层28形成于研磨后的背面(对应于主面la2)的地方(位于P侧电极27的正下方的地方KSiN层28也具备作为无反射涂层的功能。SiN层28的光学膜厚为面发光激光元件I的振荡波长的λ/4(λ为振荡波长)。SiN层28具备开口 28a。在开口 28a，第4外延层结构231的背面露出。
[0068]在步骤Sll中，通过剥离而以包围第4外延层结构231的背面上的表面射出区域的形状形成η侧电极29。η侧电极29对应于η侧电极9。
[0069 ] η侧电极29的材料可以使用设置于GaAs类材料的半导体层的电极的材料。η侧电极29的材料例如可以是Au等金属与Ge等半导体的混合物。11侧电极例如可以是AuGe、AuGe/Au等。
[0070]以上，通过执行步骤SI的工序到步骤Sll的工序从而制造出具备面发光激光元件I的结构的基板广品。在步骤SI I之后，将由到步骤SI I为止的工序制造出的基板广品分割成多个面发光激光元件I的芯片。
[0071]根据以上说明的结构的半导体激光模块100，100a，面发光激光元件I输出对应于单峰光束的主光束LI和对应于微弱光的副光束L2，监测用光检测元件1ld检测副光束2的峰值光强度。因此，因为如果使用该监测用光检测元件1ld的输出的话则能够将副光束L2用于主光束LI的峰值光强度的监测，所以不会损坏主光束LI的光量并且能够推定主光束LI的峰值光强度。
[0072]在半导体激光模块100的情况下，因为显示装置103能够显示副光束L2的光强度(是光强度的分光光谱，光强度信号G2的内容)，所以半导体激光模块100的操作者能够一边参照显示装置103的显示内容一边通过驱动装置102来进行相对于面发光激光元件I的驱动信号Gl (面发光激光元件I的驱动电流)的控制。
[0073]在半导体激光模块10a的情况下，因为控制装置104根据副光束L2的光强度控制驱动装置102的动作，所以相对于面发光激光元件I的驱动信号Gl(面发光激光元件I的驱动电流)的控制根据副光束L2的光强度而能够自动地进行。
[0074]以上，在实施方式中图示说明了本发明的原理，但是，本发明只要不脱离这样的原理就可以在配置以及细节上进行变更，这可以被本领域技术人员认识到。本发明并不限定于本实施方式所公开的特定的结构。因此，对来自权利要求的范围及其精神的范围的所有修正以及变更请求权利。
[0075]符号的说明
[0076]I…面发光激光元件、10，27…P侧电极、100，100a...半导体激光模块、101…容纳容器、1la…底壁、101b...上壁、101c...开口、101d...监测用光检测元件、1lda…光入射面、102…驱动装置、103…显示装置、104…控制装置、ll...绝缘膜、la...半导体层叠、lal，20l...表面、la2…主面、Ibl，lb2…层叠、2…支撑基体、20...第I外延层结构、20a…基板、20b,20g,24a…覆盖层、20c，20f，20h…光引导层、20d…多重量子讲层、20e，5…电子阻挡层、20i…光子晶体层、21，22…抗蚀剂、22a，23a，23al...光子晶体图形、23...第2外延层结构、231…第4外延层结构、24...第3外延层结构、24b…接触层、25，26，28…SiN层、26a，28a…开口、29，9…n侧电极、2a...主面、3...n型覆盖层、4…活性层、6…二维光子晶体层、6a...p侧表面、6b...孔部、6ba…衍射光栅、6c...反晶格点、7".ρ型覆盖层、8…接触层、9a...AR涂层、9b...开口、Α1."基准方向、Α2.._第I光轴、A3...第2光轴、G1...驱动信号、G2...光强度信号、G3...控制信号、LI...主光束、L2...副光束、Ml...磁场分布、Kl，K2…曲线、R1...光射出区域、R2...单位晶格、R3…电场的朝向、R4...电磁场的节点。
【主权项】
1.一种半导体激光模块，其特征在于: 具备: 面发光激光元件； 监测用光检测元件；以及 容纳容器， 所述容纳容器具备上壁和底壁， 所述容纳容器容纳所述面发光激光元件和所述监测用光检测元件， 所述上壁具备开口并与所述底壁相对， 所述面发光激光元件具备主面、光射出区域以及二维光子晶体层且被设置于所述底壁，以从所述光射出区域射出主光束和副光束并且所述主光束通过所述开口的方式被配置， 所述光射出区域被设置于所述主面， 所述主光束的第I光轴沿着所述主面的垂直方向延伸， 所述副光束的第2光轴在与所述垂直方向之间成为预先确定的角度α， 所述二维光子晶体层具备多个孔部并沿着所述主面延伸， 所述多个孔部具备相同的形状并与所述主面相并行地沿着多个排列方向被排列成晶格状，构成衍射光栅， 所述监测用光检测元件被设置于所述上壁并被配置于所述第2光轴与所述上壁相交的地方， 所述监测用光检测元件具备光入射面， 所述光入射面与所述第2光轴相交叉， 所述第I光轴和所述第2光轴处于与基准方向相同的面， 所述基准方向为所述多个排列方向中邻接的晶格间隔最短的排列方向， 所述主光束的峰值光强度和所述副光束的峰值光强度均伴随于所述面发光激光元件的驱动电流的增加而单调增加，在决定了所述主光束的峰值光强度和所述副光束的峰值光强度中的一方的值时，能够唯一地决定另一方的值。2.如权利要求1所述的半导体激光模块，其特征在于: 进一步具备驱动装置和显示装置， 所述驱动装置被连接于所述面发光激光元件并将所述驱动电流输出至所述面发光激光元件， 所述显示装置被连接于所述监测用光检测元件并显示从所述监测用光检测元件输出的光强度信号的内容。3.如权利要求1所述的半导体激光模块，其特征在于: 进一步具备驱动装置和控制装置， 所述驱动装置被连接于所述面发光激光元件并将所述驱动电流输出至所述面发光激光元件， 所述控制装置被连接于所述监测用光检测元件和所述驱动装置，并根据从所述监测用光检测元件输出的光强度信号将所述驱动装置的控制信号输出至所述驱动装置。4.如权利要求1?3中的任意一项所述的半导体激光模块，其特征在于: 在所述衍射光栅为四方晶格的情况下，所述衍射光栅的晶格间隔与所述面发光激光元件的振荡波长大致一致，所述面发光激光元件在由来于四方晶格的四个光波段中从长波长侧起第2个光波段下进行振荡。5.如权利要求1?4中任意一项所述的半导体激光模块，其特征在于: 所述面发光激光元件具备活性层， 所述孔部的底面的形状为直角三角形， 所述孔部具备与所述衍射光栅的母材的折射率不同的折射率， 由所述活性层的发光而产生于所述衍射光栅的光的驻波的电磁场的节点处于与所述孔部的直角三角形的重心大致相同的位置，所述电磁场中的磁场的强度的极值存在于所述孔部的周围D
【文档编号】H01S5/022GK105960744SQ201480074880
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2014年11月10日
【发明人】渡边明佳, 黑坂刚孝, 广瀬和义, 杉山贵浩, 野田进
【申请人】国立大学法人京都大学, 浜松光子学株式会社