專利名稱：表面發(fā)光激光器和圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面發(fā)光激光器和使用該表面發(fā)光激光器的圖像形成裝置。
背景技術(shù)：
垂直空腔表面發(fā)光激光器(VCSEL)被用作電子照相圖像形成裝置中的掃描光學(xué)裝置的光源。在這種類型的掃描光學(xué)裝置中，來自光源的出射光通過光闌被整形。出射光通過光偏轉(zhuǎn)器(例如，多面鏡)照射到作為掃描表面的感光體上，以形成潛像。當(dāng)表面發(fā)光激光器被用作圖像形成裝置的光源時，從感光體中的潛像的單模性(monomodality)和穩(wěn)定性的觀點來看,希望表面發(fā)光激光器僅在基本橫向模式中振蕩。日本專利申請公開N0.2001-284722討論了如下技術(shù)，即，通過在表面發(fā)光激光器的光出射面上設(shè)置階梯結(jié)構(gòu)(stepped structure)來使表面發(fā)光激光器在單一橫向模式中振蕩。階梯結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為使得發(fā)光區(qū)域的中心部分的反射率比周邊部分的反射率高。由于與高次橫向模式相比，光強度在基本橫向模式中分布在中心部分中，因此可通過設(shè)置階梯結(jié)構(gòu)選擇性使基本橫向模式中的光振蕩。日本專利申請公開N0.2001-284722的階梯結(jié)構(gòu)的特征在于，發(fā)光區(qū)域的中心部分中的反射率與周邊部分中的反射率不同。當(dāng)設(shè)置階梯結(jié)構(gòu)時，除了反射率以外，光在發(fā)光區(qū)域的中心部分中的透射率與在其周邊部分中的透射率也不同。發(fā)光區(qū)域的中心部分中的光路長度差與其周邊部分中的光路長度差不同。在中心部分的反射率比周邊部分的反射率高的階梯結(jié)構(gòu)中，從周邊部分透過的激光的強度高于在不存在階梯結(jié)構(gòu)的情況下的激光的強度。透過周邊部分的光的相位與透過中心部分的光的相位不同。作為結(jié)果，近視野光強度分布接近環(huán)狀。圖9示出與近視野光強度分布對應(yīng)的遠(yuǎn)視野光強度分布。與不設(shè)置階梯結(jié)構(gòu)時的遠(yuǎn)視野光強度分布920相比，在設(shè)置階梯結(jié)構(gòu)時的遠(yuǎn)視野光強度分布910中，發(fā)散角度的中心(例如:-5度至+5度)處的遠(yuǎn)視野光強度分布的半值寬度變細(xì)。當(dāng)使用該表面發(fā)光激光器作為圖像形成裝置的光源時，該表面發(fā)光激光器附接到圖像形成裝置的掃描光學(xué)系統(tǒng)的角度(光源的出射表面法線和光學(xué)系統(tǒng)的光軸的軸向?qū)?zhǔn))所需要的精度是更嚴(yán)苛的。因此，不希望使用該表面發(fā)光激光器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對表面發(fā)光激光器和使用該表面發(fā)光激光器的圖像形成裝置，所述表面發(fā)光激光器包括被設(shè)置來執(zhí)行用于橫向模式控制的反射率控制的階梯結(jié)構(gòu)，并具有遠(yuǎn)視野光強度分布的改進(jìn)的發(fā)散角度。根據(jù)本發(fā)明的一方面，表面發(fā)光激光器包含疊層結(jié)構(gòu)，疊層結(jié)構(gòu)包含基板以及在基板上形成的下部鏡、有源層和上部鏡，表面發(fā)光激光器被配置為以波長\振蕩，表面發(fā)光激光器包括:第一階梯結(jié)構(gòu)，第一階梯結(jié)構(gòu)被設(shè)置在上部鏡的上部上的光出射區(qū)域中，并包含布置在光出射區(qū)域的中心部分中的第一區(qū)域與設(shè)置在第一區(qū)域外的第二區(qū)域之間所形成的級差(level difference);以及第二階梯結(jié)構(gòu)，第二階梯結(jié)構(gòu)被設(shè)置在上部鏡的上部上的光出射區(qū)域中，并包含設(shè)置在第一區(qū)域外的第三區(qū)域與設(shè)置在第三區(qū)域外的第四區(qū)域之間所形成的級差，其中，第二階梯結(jié)構(gòu)的級差存在于第二區(qū)域中；對于垂直入射到基板并具有波長、的光，包含上部鏡、第一階梯結(jié)構(gòu)和第二階梯結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的反射率在第一區(qū)域中比在第二區(qū)域中高；以及第三區(qū)域的透射光與第四區(qū)域的透射光之間的相位差比第一區(qū)域的透射光與第三區(qū)域的透射光之間的相位差大。從參照附圖對示例性實施例的以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它特征和方面將變得明顯。


包含于說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示出本發(fā)明的示例性實施例、特征和方面，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1是根據(jù)第一示例性實施例的表面發(fā)光激光器的示意性斷面圖。圖2A、圖2B、圖2C和圖2D是包含于根據(jù)第一示例性實施例的表面發(fā)光激光器中的第一階梯結(jié)構(gòu)的示意性斷面圖。圖3A和圖3B是包含于根據(jù)第一示例性實施例的表面發(fā)光激光器中的第二階梯結(jié)構(gòu)的示意性斷面圖。圖4是根據(jù)第二示例性實施例的表面發(fā)光激光器的示意性斷面圖。圖5A、圖5B、圖5C、5E和圖5F是包含于根據(jù)第二示例性實施例的表面發(fā)光激光器中的第一階梯結(jié)構(gòu)的示意性斷面圖。圖6A和圖6B是包含于根據(jù)第二示例性實施例的表面發(fā)光激光器中的第二階梯結(jié)構(gòu)的示意性斷面圖。圖7不出根據(jù)第一不例性實施例的表面發(fā)光激光器的遠(yuǎn)視野光強度分布。圖8A和圖8B是根據(jù)第三示例性實施例的圖像形成裝置的示意圖。圖9示出具有階梯結(jié)構(gòu)的表面發(fā)光激光器和不具有階梯結(jié)構(gòu)的表面發(fā)光激光器的遠(yuǎn)視野光強度分布。
具體實施例方式下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實施例、特征和方面。在根據(jù)本發(fā)明的實施例的表面發(fā)光激光器中，除了被配置為施加反射率差的階梯結(jié)構(gòu)(第一階梯結(jié)構(gòu))以外，還在第一階梯結(jié)構(gòu)的低反射率區(qū)域中設(shè)置被配置為改變遠(yuǎn)視野光強度分布的階梯結(jié)構(gòu)(第二階梯結(jié)構(gòu))。在第一階梯結(jié)構(gòu)中，光出射區(qū)域通過其級差的邊界被分成第一區(qū)域和第二區(qū)域。例如，第一區(qū)域位于光出射區(qū)域的中心部分。第二區(qū)域被設(shè)置在第一區(qū)域外側(cè)的周邊部分。由于橫向模式控制，因此，第一區(qū)域的反射率比第二區(qū)域的反射率高。包含于第一階梯結(jié)構(gòu)中的第一材料包含如下材料，具有振蕩波長\的光的至少一部分透過該材料。例如，第一階梯結(jié)構(gòu)的光學(xué)厚度在第一區(qū)域中為X/2，在第二區(qū)域為入/4。當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域的光學(xué)厚度與第二區(qū)域的光學(xué)厚度之間的差值為X/4的奇數(shù)倍時，這兩個區(qū)域之間的反射率差增加。當(dāng)光學(xué)厚度之間的差值較小時，從反射率的可控性的觀點來看，可以以高精度制成第一階梯結(jié)構(gòu)。從而，光學(xué)厚度之間的差值可以為X/4。在上部鏡和第一階梯結(jié)構(gòu)的上部上布置第二階梯結(jié)構(gòu)，或者在上部鏡與第一階梯結(jié)構(gòu)之間布置第二階梯結(jié)構(gòu)。包含于第二階梯結(jié)構(gòu)中的第二材料包含如下材料，具有振蕩波長X的光的至少一部分透過該材料。這是由于需要使透射的具有不同相位的光在遠(yuǎn)視野中干涉以提高遠(yuǎn)視野光強度分布的發(fā)散角度，所述不同相位通過第二階梯結(jié)構(gòu)的光路長度差被施加。第二材料被構(gòu)造為使得振蕩波長\中的折射率與包含于第一階梯結(jié)構(gòu)中的第一材料的振蕩波長X中的折射率不同。這是由于第一階梯結(jié)構(gòu)的功能與第二階梯結(jié)構(gòu)的功能分離。例如，當(dāng)?shù)谝徊牧习雽?dǎo)體時，第二材料包含電介質(zhì)材料。如上所述，可通過設(shè)置第一階梯結(jié)構(gòu)來控制反射率。然而，視野光強度分布的半值寬度變細(xì)。因此，為了補償視野光強度分布，與第一階梯結(jié)構(gòu)相比，第二階梯結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為使得向透射光施加相位差。當(dāng)使用術(shù)語“區(qū)域”時，這可被描述為“第三區(qū)域的透射光與第四區(qū)域的透射光之間的相位差大于第一區(qū)域的透射光與第三區(qū)域的透射光之間的相位差”。在標(biāo)量衍射近似下在近視野中由第二階梯結(jié)構(gòu)施加的相位差(弧度)幾乎等于通過將如下值除以X而獲得的值，所述值是通過從級差的光學(xué)厚度減去級差的實際厚度而獲得的。因此，通過從第二階梯結(jié)構(gòu)的級差的“光路長度差”減去其“實際厚度(不考慮折射率的厚度)差”而獲得的值的絕對值大于通過從第一階梯結(jié)構(gòu)的級差的“光路長度差”減去其“實際厚度差”而獲得的值的絕對值。從而，由于第二階梯結(jié)構(gòu)在近視野中相比于第一階梯結(jié)構(gòu)可以向透射光施加相位差，因此可以施加具有大的波面的畸變，并且可以極大地使遠(yuǎn)視野光強度分布變形。當(dāng)使用術(shù)語“區(qū)域”時，這可被描述為“通過從第三區(qū)域與第四區(qū)域之間的光路長度差減去第三區(qū)域與第四區(qū)域之間的實際厚度差而獲得的值的絕對值大于通過從第一區(qū)域與第三區(qū)域之間的光路長度差減去第一區(qū)域與第三區(qū)域之間的實際厚度差而獲得的值的絕對值”。當(dāng)?shù)诙A梯結(jié)構(gòu)的級差的邊界內(nèi)的透射光和所述邊界外的透射光之間的相位差被設(shè)置為大于n/2時，這兩個透射光的干涉增加，這可極大地使遠(yuǎn)視野光強度分布變形。為了進(jìn)一步加寬遠(yuǎn)視野光強度分布的半值寬度，第二階梯結(jié)構(gòu)的級差的邊界內(nèi)的透射光和所述邊界外的透射光之間的相位差有利地接近H。具體地，第二階梯結(jié)構(gòu)的第三區(qū)域的透射光與第四區(qū)域的透射光之間的相位差有利地接近H。因此，與第一區(qū)域的透射光與第三區(qū)域的透射光之間的相位差相比，第三區(qū)域的透射光與第四區(qū)域的透射光之間的相位差可以接近n。將描述第一示例性實施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)光激光器100的示意性斷面圖。表面發(fā)光激光器100具有疊層結(jié)構(gòu),在所述疊層結(jié)構(gòu)中,在基板110上層疊下部鏡120、有源層130和上部鏡140。上部鏡140和有源層130被部分蝕刻，以形成直徑為例如30 ii m的圓筒狀的臺面結(jié)構(gòu)。例如，基板110是摻雜為n型并具有600 U m厚度的GaAs基板。下部鏡120包含摻雜為n型的Alci 5Gaci 5AsAlAst5下部鏡120是通過如下方式獲得的多層膜反射器，所述方式為通過\ /4的光學(xué)厚度交替層疊各材料以包含60對的Al0 5Ga0 5As 和 AlAs。有源層130具有被調(diào)整為使得共振波長被設(shè)置為\的厚度。例如，有源層130包含多量子阱結(jié)構(gòu)和包覆層。多量子阱結(jié)構(gòu)和包覆層的總光學(xué)厚度為2入。多量子阱結(jié)構(gòu)位于共振器的腹點中，并且包含GalnP/AlGalnP。包覆層包含AlGalnP。上部鏡140包含摻雜為p型的Alci 5Gaci 5AsAla9GaaiAst5上部鏡140是通過如下方式獲得的多層膜反射器，所述方式為通過X/4的光學(xué)厚度交替層疊各材料以包含34對的Ala5Gaa5As和Ala9GaaiAstj上部鏡140在靠近有源層130的一側(cè)的Ala9GaaiAs的一部分包含Ala98Gaaci2Asc臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)面被氧化，它是氧化區(qū)域142。氧化區(qū)域142形成限流結(jié)構(gòu)，并形成具有例如5 u m直徑的圓形限流結(jié)構(gòu)。在上部鏡140上的光出射區(qū)域中形成包含半導(dǎo)體的第一階梯結(jié)構(gòu)160。第一階梯結(jié)構(gòu)160具有在第一區(qū)域171與第二區(qū)域172之間形成的級差，第一區(qū)域171位于發(fā)光區(qū)域的中心部分，第二區(qū)域172位于其周邊部分。第一區(qū)域171與第二區(qū)域172之間的邊界由具有例如4 iim直徑的圓構(gòu)成。在第一階梯結(jié)構(gòu)160上形成包含電介質(zhì)材料的第二階梯結(jié)構(gòu)162。第二階梯結(jié)構(gòu)162具有在第三區(qū)域173與第四區(qū)域174之間形成的級差。第三區(qū)域173與第四區(qū)域174之間的邊界存在于第二區(qū)域172中。所述邊界為具有例如4.5 iim直徑的圓。例如，氧化區(qū)域142、第一階梯結(jié)構(gòu)160和第二階梯結(jié)構(gòu)162的中心是共軸的。包含于第一階梯結(jié)構(gòu)160中的第一材料具有比包含于第二階梯結(jié)構(gòu)162中的第二材料高的折射率。例如，第一材料的折射率為2.5至4.0，第二材料的折射率為1.0至2.5?？梢栽谂_面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁和底表面上形成作為保護膜的電介質(zhì)材料膜。電介質(zhì)材料膜可包含與第二階梯結(jié)構(gòu)的材料相同的材料。上部電極152被設(shè)置為與上部鏡140或第一階梯結(jié)構(gòu)160接觸。上部電極152包含例如 Ti/Au (厚度為 50nm/1000nm)。上部電極152具有比第二階梯結(jié)構(gòu)162的第三區(qū)域173與第四區(qū)域174之間的邊界寬的開口。有利的是，上部電極152不存在于發(fā)光區(qū)域上以抑制輸出劣化。下部電極150被設(shè)置為與基板110接觸。下部電極150包含例如AuGe/Ni/Au(厚度為 150nm/30nm/200nm)。通過向上部電極152和下部電極150施加電壓，將載流子注入到有源層130中。從而，發(fā)光區(qū)域發(fā)光，這導(dǎo)致表面發(fā)光激光器100的振蕩。在圖2中示出第一階梯結(jié)構(gòu)160的形狀例子。在圖2A至2D的各情況下，在包含上部鏡140、第一階梯結(jié)構(gòu)160和第二階梯結(jié)構(gòu)162的整個結(jié)構(gòu)中，對于垂直入射并具有波長、的光，反射率在結(jié)構(gòu)的中心部分中比在周邊部分中高。第一階梯結(jié)構(gòu)160可以為凸型或凹型。圖2A示出凸型階梯結(jié)構(gòu)。例如，Ala5Gaa5As層202的光學(xué)厚度在第一區(qū)域171(中心部分)中為入/2，在第二區(qū)域172 (周邊部分)中為入/4。圖2B表示凹型階梯結(jié)構(gòu)。例如，Ala5Gaa5As層204的光學(xué)厚度在第一區(qū)域171(中心部分)中為入/2，在第二區(qū)域172 (周邊部分)中為3入/4。如圖2C和圖2D所示，第一階梯結(jié)構(gòu)160可包含多種材料。
在圖2C中，第二區(qū)域172包含具有入/4的厚度的Ala9GaaiAs層206。然而，第一區(qū)域171包含Ala9GaaiAs層206和具有入/4的厚度的Ala5Gaa5As層208。在圖2D中，第一區(qū)域171包含具有X/4的厚度的Ala9GaaiAs層210和具有入/4的厚度的Ala5Gaa5As層212。另一方面，第二區(qū)域172包含在以上各層的上部上形成并具有X/4的厚度的Ala9GaaiAs層214。從而，第一階梯結(jié)構(gòu)160包含多種材料，由此與單一材料的情況相比，可以增加第一區(qū)域171與第二區(qū)域172之間的反射率差。在圖1中，第二階梯結(jié)構(gòu)162是其中第三區(qū)域173的光學(xué)厚度與第四區(qū)域174的光學(xué)厚度不同的階梯結(jié)構(gòu)。第三區(qū)域173位于第四區(qū)域174內(nèi)。第三區(qū)域173與第四區(qū)域174之間的邊界位于第二區(qū)域172中。第一階梯結(jié)構(gòu)160被設(shè)置用于反射率控制，并且并不怎么從作為高反射率區(qū)域的第一區(qū)域171發(fā)射光。因此，需要在作為低反射率區(qū)域的第二區(qū)域172中提供第二階梯結(jié)構(gòu)的級差(第三區(qū)域173與第四區(qū)域174之間的邊界)，所述第二階梯結(jié)構(gòu)被配置為將希望的相位差施加到透射光。例如，第一區(qū)域171中的第二階梯結(jié)構(gòu)162的光學(xué)厚度被設(shè)置為與第三區(qū)域173的相同。圖3A和圖3B是示出第二階梯結(jié)構(gòu)162的光學(xué)厚度的示意圖。第二階梯結(jié)構(gòu)162被配置為改變遠(yuǎn)視野光強度分布。第二階梯結(jié)構(gòu)162被配置為在第三區(qū)域173和第四區(qū)域174中施加希望的相位差。由于如圖1所示在第一階梯結(jié)構(gòu)160的上部上形成第二階梯結(jié)構(gòu)162，因此第二階梯結(jié)構(gòu)162繼承第一階梯結(jié)構(gòu)160的第一區(qū)域171與第二區(qū)域172之間的級差。作為結(jié)果，同樣在第二階梯結(jié)構(gòu)162中，底表面和上表面可以在第一區(qū)域171與第二區(qū)域172之間偏離。如圖3A所示，在第二階梯結(jié)構(gòu)162中，第三區(qū)域173中的電介質(zhì)材料302的光學(xué)厚度與第四區(qū)域174中的相比可以增加。相反，如圖3B所示，在第二階梯結(jié)構(gòu)162中，第三區(qū)域173中的電介質(zhì)材料304的光學(xué)厚度與第四區(qū)域174中的相比可以減小。例如，第三區(qū)域173和第四區(qū)域174中的第二階梯結(jié)構(gòu)162的光學(xué)厚度為入/2或其整數(shù)倍。在這種情況下，可以抑制由第二階梯結(jié)構(gòu)162導(dǎo)致的反射率的變化。具體地，只有第一階梯結(jié)構(gòu)施加反射率差，而第二階梯結(jié)構(gòu)用于改變遠(yuǎn)視野光強度分布。從而，可以簡化設(shè)計。第三區(qū)域173的光學(xué)厚度增加在第二階梯結(jié)構(gòu)162和環(huán)境介質(zhì)中的第三區(qū)域173與第四區(qū)域174之間的光路長度差，以獲得希望的透射光相位差。透射光相位差有利地大于n/2。當(dāng)階梯結(jié)構(gòu)具有錐形形狀時，相位差進(jìn)一步增加。例如，透射光相位差大于或3 Tl /I。圖3A所示的第二階梯結(jié)構(gòu)162包含例如具有1.5的折射率的Si02。第四區(qū)域174的光學(xué)厚度為0.5入。第三區(qū)域173 (第一區(qū)域171)的光學(xué)厚度為1.5入至2.0入，例如，為2.0入。圖3B所示的第二階梯結(jié)構(gòu)162包含例如具有1.5的折射率的Si02。第四區(qū)域174的光學(xué)厚度例如為1.5入至2.0入。第三區(qū)域173 (第一區(qū)域171)的光學(xué)厚度例如為
0.5 入。在圖7中示出第一示例性實施例的表面發(fā)光激光器100的遠(yuǎn)視野光強度的計算結(jié)果的例子。圖7的示圖中的橫軸代表激光的發(fā)散角度。其縱軸代表通過光軸方向上的強度歸一化的遠(yuǎn)視野光強度。示圖中的三條曲線代表以下的三種情況(A)至(C): (A)第一階梯結(jié)構(gòu)160和第二階梯結(jié)構(gòu)162均不存在；(B)只有第一階梯結(jié)構(gòu)160存在；以及(C)第一階梯結(jié)構(gòu)160和第二階梯結(jié)構(gòu)162都存在。這些曲線的比較表明，可以通過第二階梯結(jié)構(gòu)擴展通過第一階梯結(jié)構(gòu)變細(xì)的遠(yuǎn)視野光強度分布，以及光強度分布可以在中心附近平坦化。這里，在以入=680nm振蕩的表面發(fā)光激光器100中通過氧化區(qū)域142形成具有5.2um的直徑的圓形限流區(qū)域。第一階梯結(jié)構(gòu)160包含具有3.4的折射率的半導(dǎo)體。其光學(xué)厚度在第一區(qū)域171中為X/2，在第二區(qū)域172中為X/4。第一階梯結(jié)構(gòu)160在第一區(qū)域171與第二區(qū)域172之間施加16倍的透射率比。第一區(qū)域171具有與限流區(qū)域的中心共軸的中心，并且具有直徑為3.7 y m的圓形形狀。第二階梯結(jié)構(gòu)162包含具有1.5的折射率的電介質(zhì)材料。其光學(xué)厚度在第三區(qū)域173中為2 X，在第四區(qū)域174中為X/2。第二階梯結(jié)構(gòu)162不施加反射率分布。第三區(qū)域173具有與限流區(qū)域的中心共軸的中心，并且具有直徑為4.8 y m的圓形形狀。將描述制造方法。使用MOCVD方法在基板110上生長下部鏡120、有源層130和上部鏡140。形成作為第一階梯結(jié)構(gòu)160的半導(dǎo)體層。使用干蝕刻方法以臺面形狀蝕刻作為第一階梯結(jié)構(gòu)160的半導(dǎo)體層、上部鏡140和有源層130。通過希望的厚度蝕刻變?yōu)榈谝粎^(qū)域171或第二區(qū)域172的區(qū)域以形成第一階梯結(jié)構(gòu)160。可以使用被配置為執(zhí)行同時蝕刻的自對準(zhǔn)處理來形成臺面和第一階梯結(jié)構(gòu)160。使用等離子體CVD方法在臺面的上部和臺面的側(cè)壁上形成電介質(zhì)材料。通過希望的厚度蝕刻變?yōu)榈谝粎^(qū)域171和第三區(qū)域173或第四區(qū)域174的區(qū)域。如果需要的話，進(jìn)一步在臺面的上部上形成電介質(zhì)材料膜以形成第二階梯結(jié)構(gòu)162。可以使用剝離方法來形成第二階梯結(jié)構(gòu)162。電介質(zhì)材料層在臺面的上表面上的一部分被蝕刻，使得上部電極152和半導(dǎo)體層可相互接觸。通過使用剝離方法的電子束氣相沉積方法或電阻加熱氣相沉積方法來形成上部電極152。類似地，在基板110的下表面上形成下部電極150。將描述第二例性實施例。在第二例性實施例的表面發(fā)光激光器400中，上部鏡140上的第一階梯結(jié)構(gòu)460和第二階梯結(jié)構(gòu)462的層疊次序與第一示例性實施例的表面發(fā)光激光器100的不同。第一不例性實施例的第二階梯結(jié)構(gòu)162包含電介質(zhì)材料。第二不例性實施例的第二階梯結(jié)構(gòu)462與第一示例性實施例的第二階梯結(jié)構(gòu)162的不同在于，第二階梯結(jié)構(gòu)462包含半導(dǎo)體。在圖4中示出表面發(fā)光激光器400的示意性斷面圖。包含半導(dǎo)體的第二階梯結(jié)構(gòu)462被設(shè)置在表面發(fā)光激光器400的上部鏡140上。包含電介質(zhì)材料的第一階梯結(jié)構(gòu)460被設(shè)置在第二階梯結(jié)構(gòu)462的上部上。包含于第一階梯結(jié)構(gòu)460中的第一材料具有比包含于第二階梯結(jié)構(gòu)462中的第二材料低的折射率。例如，第一材料的折射率為1.0至2.5，第二材料的折射率為2.5至4.0。如第一示例性實施例的第一階梯結(jié)構(gòu)160的情況那樣，第一階梯結(jié)構(gòu)460使得第一區(qū)域471的反射率高于第二區(qū)域472的反射率。如第一示例性實施例的第二階梯結(jié)構(gòu)162的情況那樣，第二階梯結(jié)構(gòu)462在第三區(qū)域473與第四區(qū)域474之間施加大的透射光相位差，以使遠(yuǎn)視野光強度分布變形。圖5A至5F是示出根據(jù)第二示例性實施例的表面發(fā)光激光器400的第一階梯結(jié)構(gòu)460的示意性斷面圖。如圖3A和圖3B的情況那樣，圖5A至5F是示意圖。因此，當(dāng)在第二階梯結(jié)構(gòu)462上形成第一階梯結(jié)構(gòu)460時，第一階梯結(jié)構(gòu)460的形狀繼承第二階梯結(jié)構(gòu)462的級差。作為結(jié)果，同樣在第一階梯結(jié)構(gòu)460中，底表面和上表面可以在第三區(qū)域473與第四區(qū)域474之間偏離。例如，第一階梯結(jié)構(gòu)460的形狀可以是如圖5A、圖5C和圖5E所示的凸型，或者可以是如圖5B、圖和圖5F所示的凹型。在圖5A中，包含于第一階梯結(jié)構(gòu)460中的部件502的光學(xué)厚度在第一區(qū)域471中為X/2，在第二區(qū)域472中為入/4。在圖5B中，包含于第一階梯結(jié)構(gòu)460中的部件504的光學(xué)厚度在第一區(qū)域471中為入/2，在第二區(qū)域472中為:U/4。在圖5C中，第一階梯結(jié)構(gòu)460包含部件506和508，部件506和508包含不同的材料。在具有光學(xué)厚度\ /4的部件506的上部上僅僅在第一區(qū)域471中形成具有\(zhòng) /4的光學(xué)厚度的部件508。從使得第一區(qū)域471的反射率比第二區(qū)域472的反射率高的觀點來看，部件508的折射率有利地比部件506的折射率高。在圖5D中，第一階梯結(jié)構(gòu)460包含部件510,512和514，部件510,512和514包含不同的材料。部件510和514可以相同。在具有光學(xué)厚度X/4的部件510的上部上形成具有光學(xué)厚度、/4的部件512。在部件512的上部上僅僅在第二區(qū)域472中形成具有入/4的光學(xué)厚度的部件514。從使得第一區(qū)域471的反射率比第二區(qū)域472的反射率高的觀點來看，部件512的折射率有利地比部件510和部件514的折射率高。在圖5E中，第一階梯結(jié)構(gòu)460包含部件516和518，部件516和518包含不同的材料。僅僅在第一區(qū)域471中形成具有光學(xué)厚度X/4的部件516。在第一區(qū)域471和第二區(qū)域472中形成具有光學(xué)厚度X/4的部件518以覆蓋部件516。從使得第一區(qū)域的反射率比第二區(qū)域的反射率高的觀點來看，部件518的折射率有利地比部件516的折射率高。在圖5F中，第一階梯結(jié)構(gòu)460包含具有不同材料的部件520、522和524。部件520和524可以相同。僅僅在第二區(qū)域472中形成具有光學(xué)厚度X/4的部件520。在第一區(qū)域471和第二區(qū)域472中形成具有光學(xué)厚度\ /4的部件522和部件524以覆蓋部件520。從使得第一區(qū)域的反射率比第二區(qū)域的反射率高的觀點來看，部件520和524的折射率有利地比部件522的折射率高。第一階梯結(jié)構(gòu)460包含電介質(zhì)材料，諸如具有約1.5的折射率的硅氧化物或具有約2.0的折射率的硅氮化物。圖6A和圖6B是示出根據(jù)第二示例性實施例的表面發(fā)光激光器400的第二階梯結(jié)構(gòu)462的示意性斷面圖。在第二階梯結(jié)構(gòu)462中，第三區(qū)域473中的光學(xué)厚度與第四區(qū)域474中的光學(xué)厚度不同。第二階梯結(jié)構(gòu)462的形狀可以是如圖6A所示的凸型，或者可以是如圖6B所示的凹型。如下是有用的，S卩，整個上部鏡的反射率分布不受第二階梯結(jié)構(gòu)462與在第二階梯結(jié)構(gòu)462的上部上形成的第一階梯結(jié)構(gòu)460之間的界面上的反射影響。因此，第二階梯結(jié)構(gòu)462的光學(xué)厚度有利地為入/2的整數(shù)倍。
圖6A所示的作為第二階梯結(jié)構(gòu)462的部件602的光學(xué)厚度例如在第三區(qū)域473中為2入，在第四區(qū)域474中為入/2。圖6B所示的作為第二階梯結(jié)構(gòu)462的部件604的光學(xué)厚度例如在第三區(qū)域473中為X/2，在第四區(qū)域474中為2入。第二階梯結(jié)構(gòu)462可包含單一材料，或者可包含多種材料。第二階梯結(jié)構(gòu)462包含例如AlGaAs的半導(dǎo)體材料。為了通過蝕刻形成這些結(jié)構(gòu),諸如GaAs或AlGaInP之類的蝕刻阻止層也可被插入阻止蝕刻的界面中。在根據(jù)第二示例性實施例的表面發(fā)光激光器400中，與根據(jù)第一示例性實施例的表面發(fā)光激光器100相比，第二階梯結(jié)構(gòu)462的實際厚度受到抑制，并且表面發(fā)光激光器400的制造精度得到提高。具體地，由于第二階梯結(jié)構(gòu)462被設(shè)計為向透射光施加大的相位差，因此需要增加通過從光路長度差減去實際厚度差而獲得的值的絕對值。因此，因為實際厚度受到抑制，所以第二階梯結(jié)構(gòu)462包含具有高折射率的材料是有利的。具體地，在這點上，根據(jù)第二不例性實施例的表面發(fā)光激光器400優(yōu)于根據(jù)第一不例性實施例的表面發(fā)光激光器100，在表面發(fā)光激光器400中第二階梯結(jié)構(gòu)462包含半導(dǎo)體，在表面發(fā)光激光器100中第二階梯結(jié)構(gòu)162包含電介質(zhì)材料。半導(dǎo)體的階梯結(jié)構(gòu)具有容易在水平方向上匹配階梯結(jié)構(gòu)與氧化區(qū)域142的中心的優(yōu)點。這是因為可在臺面蝕刻形成期間使用自對準(zhǔn)處理來形成半導(dǎo)體的階梯結(jié)構(gòu)。因此，半導(dǎo)體作為第二階梯結(jié)構(gòu)462的材料是有利的，在第二階梯結(jié)構(gòu)462中，級差和氧化區(qū)域142的中心之間的位移對于遠(yuǎn)視野具有大的影響。另一方面，由于可以通過電介質(zhì)材料在階梯結(jié)構(gòu)中形成具有在已經(jīng)存在的級差上控制的厚度的膜，因此可以如圖5E和圖5F所示的那樣形成具有大的反射率差的結(jié)構(gòu)。具體地，電介質(zhì)材料可以用作在第二階梯結(jié)構(gòu)462上形成的第一階梯結(jié)構(gòu)460的材料。第一階梯結(jié)構(gòu)460或第二階梯結(jié)構(gòu)462的材料和結(jié)構(gòu)不限于第一示例性實施例和第二示例性實施例中的那些，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變化。將描述第三不例性實施例。將參照圖8A和圖8B描述使用表面發(fā)光激光器陣列光源的圖像形成裝置，在所述表面發(fā)光激光器陣列光源中布置多個上述的表面發(fā)光激光器。圖8A是圖像形成裝置的平面圖，圖8B是該裝置的側(cè)視圖。從用作記錄光源的表面發(fā)光激光器陣列光源814輸出的激光通過副掃描光闌832、準(zhǔn)直透鏡820、柱面透鏡821和主掃描光闌830被照射到由電動機812旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)多鏡(multiple mirror) 810。照射到旋轉(zhuǎn)多鏡810的激光被反射作為偏轉(zhuǎn)束，所述偏轉(zhuǎn)束具有隨著旋轉(zhuǎn)多鏡810的旋轉(zhuǎn)而連續(xù)改變的出射角度。反射的光通過9透鏡822經(jīng)受畸變像差的校正，并通過反射器816被照射到感光部件800。感光部件800通過帶電單元802被在先帶電。感光體800通過激光的掃描被依次曝光，以形成靜電潛像。在感光體800上形成的靜電潛像通過顯影單元804被顯影。顯影的可見圖像通過轉(zhuǎn)印充電單元806被轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印紙上。其上轉(zhuǎn)印有可見圖像的轉(zhuǎn)印紙被饋送到定影單元808。在轉(zhuǎn)印紙經(jīng)受定影之后，轉(zhuǎn)印紙被排出到裝置的外面。本說明書中的表面發(fā)光激光器和表面發(fā)光激光器陣列可以用作用于諸如顯示器和醫(yī)療裝置之類的其它光學(xué)裝置的光源。雖然已參照示例性實施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于公開的示例性實施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬泛的解釋以包含所有的修改、等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種表面發(fā)光激光器，所述表面發(fā)光激光器包含疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)包含基板以及在所述基板上形成的下部鏡、有源層和上部鏡，所述表面發(fā)光激光器被配置為以波長入振蕩，所述表面發(fā)光激光器包括: 第一階梯結(jié)構(gòu)，所述第一階梯結(jié)構(gòu)被設(shè)置在所述上部鏡的上部上的光出射區(qū)域中，并包含布置在所述光出射區(qū)域的中心部分中的第一區(qū)域與設(shè)置在所述第一區(qū)域外的第二區(qū)域之間所形成的級差；以及 第二階梯結(jié)構(gòu)，所述第二階梯結(jié)構(gòu)被設(shè)置在所述上部鏡的上部上的所述光出射區(qū)域中，并包含設(shè)置在所述第一區(qū)域外的第三區(qū)域與設(shè)置在所述第三區(qū)域外的第四區(qū)域之間所形成的級差， 其中，所述第二階梯結(jié)構(gòu)的級差存在于所述第二區(qū)域中； 對于垂直入射到所述基板并具有波長\的光，包含所述上部鏡、所述第一階梯結(jié)構(gòu)和所述第二階梯結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的反射率在所述第一區(qū)域中比在所述第二區(qū)域中高；以及 所述第三區(qū)域的透射光與所述第四區(qū)域的透射光之間的相位差比所述第一區(qū)域的透射光與所述第三區(qū)域的透射光之間的相位差大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)光激光器，其中，通過從所述第三區(qū)域與所述第四區(qū)域之間的光路長度差減去所述第三區(qū)域與所述第四區(qū)域之間的實際厚度差而獲得的值的絕對值比通過從所述第一區(qū)域與所述第三區(qū)域之間的光路長度差減去所述第一區(qū)域與所述第三區(qū)域之間的實際厚度差而獲得的值的絕對值大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)光激光器，其中，所述第一階梯結(jié)構(gòu)包含第一材料，具有波長、的光的至少一部分透過所述第一材料，以及， 其中，所述第二 階梯結(jié)構(gòu)包含第二材料，具有波長、的光的至少一部分透過所述第二材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面發(fā)光激光器，其中，所述第一材料具有與所述第二材料的折射率不同的折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面發(fā)光激光器，其中，所述第一材料是半導(dǎo)體，以及， 其中，所述第二材料是電介質(zhì)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面發(fā)光激光器，其中，所述第一材料是電介質(zhì)材料，以及， 其中，所述第二材料是半導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面發(fā)光激光器，其中，所述半導(dǎo)體包含AlGaAs。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面發(fā)光激光器,其中,所述電介質(zhì)材料包含娃氧化物或娃氮化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)光激光器，其中，在所述第一階梯結(jié)構(gòu)中，所述第一區(qū)域的光學(xué)厚度與所述第二區(qū)域的光學(xué)厚度之間的差值為X/4的奇數(shù)倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的表面發(fā)光激光器，其中，在所述第一階梯結(jié)構(gòu)中，所述第一區(qū)域的光學(xué)厚度與所述第二區(qū)域的光學(xué)厚度之間的差值為、/4。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)光激光器，其中，所述第三區(qū)域的透射光與所述第四區(qū)域的透射光之間的相位差大于n/2。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)光激光器，其中，所述第三區(qū)域的透射光與所述第四區(qū)域的透射光之間的相位差大于n /2且小于3 /2。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)光激光器，其中，所述第三區(qū)域的透射光與所述第四區(qū)域的透射光之間的相位差為n。
14.一種圖像形成裝置，包括: 表面發(fā)光激光器陣列，在所述表面發(fā)光激光器陣列中布置多個根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)光激光器； 感光部件，被配置為通過來自所述表面發(fā)光激光器陣列的光形成靜電潛像； 帶電單元，被配置為使所述感光部件帶電；以及 顯影單元，被配置為顯影所述靜電潛像。
15.—種表面發(fā)光激光器,所述表面發(fā)光激光器包含疊層結(jié)構(gòu),所述疊層結(jié)構(gòu)包含基板以及在所述基板上形成的下部鏡、有源層和上部鏡，所述表面發(fā)光激光器被配置為以波長入振蕩，所述表面發(fā)光激光器包括: 第一階梯結(jié)構(gòu)，所述第一階梯結(jié)構(gòu)被設(shè)置在所述上部鏡的上部上的光出射區(qū)域中，并包含布置在所述光出射區(qū)域的中心部分中的第一區(qū)域與設(shè)置在所述第一區(qū)域外的第二區(qū)域之間所形成的級差；以及 第二階梯結(jié)構(gòu)，所述第二階梯結(jié)構(gòu)被設(shè)置在所述上部鏡的上部上的所述光出射區(qū)域中，并包含設(shè)置在所述第一區(qū)域外的第三區(qū)域與設(shè)置在所述第三區(qū)域外的第四區(qū)域之間所形成的級差， 其中，所述第二階梯結(jié)構(gòu)的級差存在于所述第二區(qū)域中； 對于垂直入射到所述基板并具有波長、的光，包含所述上部鏡、所述第一階梯結(jié)構(gòu)和所述第二階梯結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的反射率在所述第一區(qū)域中比在所述第二區(qū)域中高；以及 所述第三區(qū)域的透射光與所述第四區(qū)域的透射光之間的相位差比所述第一區(qū)域的透射光與所述第三區(qū)域的透射光之間的相位差更接近于n。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的表面發(fā)光激光器，其中，在所述第一階梯結(jié)構(gòu)中，所述第一區(qū)域的光學(xué)厚度與所述第二區(qū)域的光學(xué)厚度之間的差值為X/4的奇數(shù)倍。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的表面發(fā)光激光器，其中，所述第三區(qū)域的透射光與所述第四區(qū)域的透射光之間的相位差大于n /2且小于3 /2。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的表面發(fā)光激光器，其中，所述第三區(qū)域的透射光與所述第四區(qū)域的透射光之間的相位差為n。
19.一種圖像形成裝置，包括: 表面發(fā)光激光器陣列，在所述表面發(fā)光激光器陣列中布置多個根據(jù)權(quán)利要求15所述的表面發(fā)光激光器； 感光部件，被配置為通過來自所述表面發(fā)光激光器陣列的光形成靜電潛像； 帶電單元，被配置為使所述感光部件帶電；以及 顯影單元，被配置為顯影所述靜電潛像。
全文摘要
本發(fā)明公開了表面發(fā)光激光器和圖像形成裝置。被配置為施加反射率差的第一階梯結(jié)構(gòu)和被配置為改變遠(yuǎn)視野光強度分布的第二階梯結(jié)構(gòu)被設(shè)置。在其中形成第一階梯結(jié)構(gòu)的級差的區(qū)域與在其中形成第二階梯結(jié)構(gòu)的級差的區(qū)域具有預(yù)定的關(guān)系。
文檔編號G03G15/04GK103078251SQ20121035859
公開日2013年5月1日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者井久田光弘 申請人:佳能株式會社