專利名稱：表面發(fā)射激光器、表面發(fā)射激光器陣列、光學(xué)掃描裝置、成像設(shè)備、光學(xué)傳輸模塊和光學(xué)傳 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面發(fā)射激光器、表面發(fā)射激光器陣列、光學(xué)掃描裝置、成像設(shè)備、光
學(xué)傳輸模塊和光學(xué)傳輸系統(tǒng)。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及在垂直于其襯底方向發(fā)光的表面發(fā) 射激光器、具有多個表面發(fā)射激光器的表面發(fā)射激光器陣列以及每個都具有表面發(fā)射激光 器陣列的光學(xué)掃描裝置、成像設(shè)備、光學(xué)傳輸模塊和光學(xué)傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
垂直腔表面發(fā)射激光器(在此及后可稱為"VCSEL")是在垂直于其襯底的方向發(fā) 光的半導(dǎo)體激光器。當(dāng)與邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器相比時，VCSEL具有一些優(yōu)點，包括(1)較 低的成本、(2)較低的能耗、(3)較小的尺寸和(4)更易于進(jìn)行二維集成。近來，由于上述優(yōu) 點，VCSEL引起越來越多的關(guān)注。 表面發(fā)射激光器具有電流限制結(jié)構(gòu)以提高電流流入效率。為了形成電流限制結(jié) 構(gòu)，選擇性的氧化工藝通常關(guān)于AlAs(Al :鋁，As:砷)層執(zhí)行。在下面，為了方便起見，電流 限制結(jié)構(gòu)可稱為"氧化物限制結(jié)構(gòu)"(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。氧化物限制結(jié)構(gòu)可通過形成 具有規(guī)定尺寸和具有選擇性氧化層暴露在其上的側(cè)表面的臺面結(jié)構(gòu)而形成。然后，形成的 臺面結(jié)構(gòu)在水-水蒸氣氣氛下進(jìn)行處理以使得選擇性氧化層中的鋁(Al)從臺面結(jié)構(gòu)的表 面?zhèn)缺贿x擇性地氧化。通過這樣做，未氧化的區(qū)域保持在臺面結(jié)構(gòu)處且在臺面結(jié)構(gòu)的中心 附近。未氧化的區(qū)域(為了解釋的目的，在此及后稱作"限制區(qū)域")成為通過區(qū)域(或者 "電流注入?yún)^(qū)域")，用于表面發(fā)射激光器的驅(qū)動電流通過該區(qū)域。 氧化物限制結(jié)構(gòu)中的鋁氧化層(Alx0y)(在此及后稱為"氧化層")的折射率為大約 1. 6，這比半導(dǎo)體層的低。由于該特征，折射率差異在表面發(fā)射激光器的共振器結(jié)構(gòu)的橫向 方向產(chǎn)生，光線被限制在臺面結(jié)構(gòu)的中心，從而提高表面發(fā)射激光器的發(fā)射效率。結(jié)果，可 以獲得優(yōu)良的特征，例如較低的閾電流和更高的效率。 為了進(jìn)一步提高表面發(fā)射激光器的發(fā)射效率，通過氧化層，有效地減少氧化層的 光散射損耗。為此，氧化層可以定位在光的電場的駐波分布的節(jié)點(例如，如在非專利文獻(xiàn) 1中所述的)。 再者，在表面發(fā)射激光器的許多應(yīng)用中，對具有更高功率和單峰形狀的光束具有 強烈的需求。但是，不幸地，在具有氧化物限制結(jié)構(gòu)的表面發(fā)射激光器中，由于氧化層引起 的橫向方向的大的折射率差異，甚至更高階的橫向模(lateral mode)也會被限制和振蕩。 為了降低更高階的橫向模的光限制，減小橫向方向的折射率差異和減小限制區(qū)域的面積 (尺寸)是有效的。 通過定位氧化層在光的電場的駐波分布的節(jié)點位置上，可以減小氧化層對電性分 布的影響以及減少折射率差異。再者，通過減小限制區(qū)域的面積(尺寸)，具有更寬模分布 的更高階的橫向?？梢詮南拗茀^(qū)域漏出；因此，對于更高階的橫向模會降低限制效果。盡管 取決于波長范圍，為了實現(xiàn)單基諧模(fundamental mode)振蕩，可以考慮使得限制區(qū)域的一邊或者直徑降低到振蕩波長的三倍或者四倍。例如，當(dāng)振蕩波長為0. 85 m時，限制區(qū)域 的一邊或者直徑為3. 5 m或者更小，并且當(dāng)振蕩波長為1. 3 m時，限制區(qū)域的一邊或者直 徑為5 m或者更小。借助于此，閾電流值同時變得更小。 但是，當(dāng)限制區(qū)域的尺寸如上所述地減小時，只有當(dāng)載體的注入水平相對低時，單 基諧模才可以受控。再者，當(dāng)載體的注入水平相對高時，更高階的橫向模可以通過產(chǎn)生的熱 引起的熱透效應(yīng)或者通過空間孔燃燒而振蕩。尤其是，如上所述，當(dāng)限制區(qū)域的尺寸減小 時，振蕩區(qū)域的尺寸相應(yīng)地變得更小，其使得難以獲得高的功率并使得表面發(fā)射激光器的 電阻更大。 為了克服這些問題并滿足增大輸出功率的要求，已經(jīng)提出數(shù)種可以用于表面發(fā)射 激光器并且不依賴于氧化層的?？刂茩C制。 例如，專利文獻(xiàn)2公開了一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中開口的直徑以及電流 限制部分的直徑被確定為以使得振蕩器在激光的高階橫向模中的光學(xué)損耗與振蕩器在激 光的基諧橫向模中的光學(xué)損耗之間的差異關(guān)于P側(cè)電極基于所述區(qū)域的振蕩器的折射率 而變得更大。 再者，專利文獻(xiàn)3公開了一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中具有表明關(guān)于振蕩波 長的高折射率的厚度的GaAs層形成在上DBR鏡上，凹槽形成在GaAs層上以使得凹槽定位 在鋁氧化層和AlAs層之間的分界線之上，該凹槽具有這樣的深度，該深度使得在凹槽下面 的GaAs層具有表明關(guān)于振蕩波長的更低折射率的深度。 但是，不幸地，在專利文獻(xiàn)2中公開的表面發(fā)射激光器中，橫向模特征、輸出等對 電極開口的尺寸、電極孔和選取的氧化結(jié)構(gòu)之間的距離等非常敏感。由于該缺點，為了制 造，高對齊精度和高形狀可控性成為必要的，這使得難以均一地制造表面發(fā)射激光器。此 外，需要執(zhí)行嚴(yán)格的工藝控制，這導(dǎo)致制造成本的升高。 再者，在專利文獻(xiàn)3中公開的表面發(fā)射激光器要求形成絕緣膜和部分去除絕緣膜 的工藝，這不利地增大了制造成本。此外，裝置特性對絕緣膜和電流注入?yún)^(qū)域之間的距離的 精度敏感，這使得難以均一地制造表面發(fā)射激光器。 另一方面，當(dāng)半導(dǎo)體多層膜反射鏡中的多個低折射率層之一完全是選擇性氧化層 時(例如，如在專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)4中所述的)，氧化層的厚度變?yōu)樵?0nm至80nm范 圍內(nèi)，這由于氧化引起的體積收縮而會導(dǎo)致大的變形。由于氧化層的原因，氧化層布置在有 源層附近。但是，氧化層會是由于變形而使得降級加速的主要原因，因而有氧化層越厚降級 進(jìn)行得越快的趨勢。 專利文獻(xiàn)4公開一種表面發(fā)射激光器，其中中間薄膜形成在電流限制層的兩側(cè) 上。中間薄膜是鋁的組分比為0. 38且厚度在20nm和30nm之間的范圍內(nèi)的AlGaAs薄膜。
但是，在專利文獻(xiàn)4公開的表面發(fā)射激光器中，所有的低折射率層都被氧化。因 此，氧化層變得更厚，并且由于氧化引起的體積收縮所致的變形會負(fù)面地影響有源層并加 速性能降級。再者，在專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)4中公開的表面發(fā)射激光器，當(dāng)從有源層觀看 時，電流限制層位于電場強度分布的節(jié)點和反節(jié)點位置之間，這不利地增大了衍射損耗并 降低單模輸出。 專利文獻(xiàn)5公開一種氧化物限制VCSEL，包括分布式布拉格(Bragg)反射器，其具 有設(shè)置在低鋁含量(例如，在0%和35%之間，有益地為大約15%)的第一層和中等鋁含量(例如，大約65%，優(yōu)選小于85% )的第二層之間的高度摻雜的高鋁含量(例如，95%或更 高，優(yōu)選大約98%)的氧化物開口形成層。再者，在第一層和氧化物開口形成層之間，設(shè)置 過渡層，其是具有大約20nm厚度的相對薄的層。在過渡層中，鋁濃度在厚度方向上線性變 化。 另一方面，在用于降低半導(dǎo)體分布式布拉格反射器中的電阻的所謂的組分梯度層 中，優(yōu)選地，選擇性地增大摻雜(例如，參見專利文獻(xiàn)6)。再者，優(yōu)選地，組分梯度層位于電 場強度分布的節(jié)點位置以避免增大吸收損耗。再者，優(yōu)選地，氧化物限制結(jié)構(gòu)位于電場強度 分布節(jié)點位置上以減少衍射損耗。 但是，不幸地，在專利文獻(xiàn)5中公開的氧化物限制VCSEL中，氧化物開口形成層 (對應(yīng)于電流限制結(jié)構(gòu))和過渡層(對應(yīng)于組分梯度層)彼此鄰接。因此，難以將兩層都同 時定位在電場強度分布的節(jié)點位置。 包括Al和As的選擇性氧化層的氧化速率對膜厚度、A1和As的組分比、氧化溫度 等敏感(例如，參見非專利文獻(xiàn)2)。再者，選擇性氧化層的氧化速率受到在氧化處理開始之 前就已經(jīng)形成在選擇性氧化層的側(cè)表面上的自然氧化膜的厚度的影響。
當(dāng)氧化量不同于期望的氧化量并且相應(yīng)地電流注入?yún)^(qū)域的尺寸變化時，對有源層 中的振蕩有貢獻(xiàn)的區(qū)域的尺寸會改變。結(jié)果，包括光輸出的裝置特性會改變，產(chǎn)品生產(chǎn)率降 低。尤其是，單模裝置的電流注入?yún)^(qū)域的尺寸小于多模裝置的電流注入?yún)^(qū)域的尺寸。因此， 單模裝置的裝置特性可能更嚴(yán)重地受到選擇性氧化層中的氧化量的變化的影響。尤其是， 當(dāng)電流注入?yún)^(qū)域的尺寸變得比期望的更大時，該裝置會以多模操作，并且制造單模裝置的 生產(chǎn)率不利地降低。 專利文獻(xiàn)1 :美國專利No. 5493577 專利文獻(xiàn)2 :日本專利申請公開說明書No. 2002-208755
專利文獻(xiàn)3 :日本專利申請公開說明書No. 2003-115634
專利文獻(xiàn)4 :日本專利申請公開說明書No. HI 1-26879
專利文獻(xiàn)5 :日本專利申請公開說明書No. 2006-504281
專利文獻(xiàn)6 :日本專利No. 2757633 非專利文獻(xiàn)1 :A. E. Bond, P. D. Dapkus， J. D. 0， Brien， "Design ofLow-Loss Single-Mode Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers", IEEE Journalof selected topics in quantum electronics, vol. 5， No. 3，pp. 574—581，1999。 非專利文獻(xiàn)2 :J. Select,"Topics Quantum Electron", vol. 3，pp. 916—926， 1997。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明解決的技術(shù)問題 根據(jù)對許多傳統(tǒng)的表面發(fā)射激光器的光學(xué)特性的研究，即使當(dāng)電流通過區(qū)域的尺 寸大致一樣時，光學(xué)特性例如單模輸出會改變。發(fā)明人等進(jìn)行了各種進(jìn)一步的實驗，發(fā)現(xiàn)新 的事實，即使當(dāng)選擇性氧化層厚度、鋁組分以及氧化條件設(shè)置為恒定時，氧化層的厚度會在 各批次之間變化，甚至在相同的批次中也會變化；氧化層厚度的變化是導(dǎo)致光學(xué)特性變化 的原因之一 ；并且尤其是在氧化開始的臺面的側(cè)表面上氧化層厚度顯著地改變。此外， 一些 表面發(fā)射激光器呈現(xiàn)出，從氧化開始部分(臺面的側(cè)表面)到氧化結(jié)束部分(臺面的中央
7內(nèi)部)的氧化層厚度是不均一的。 本發(fā)明基于發(fā)明人等已經(jīng)獲得上述發(fā)現(xiàn)進(jìn)行。本發(fā)明的第一 目的是提供一種表面 發(fā)射激光器和表面發(fā)射激光器陣列，其可以容易地制造，具有更高的產(chǎn)率并具有更長的使 用壽命。 本發(fā)明的第二目的是提供 本的光學(xué)掃描裝置。
本發(fā)明的第三目的是提供 成像設(shè)備。 本發(fā)明的第四目的是提供 成本的光學(xué)傳輸模塊。
本發(fā)明的第五目的是提供
高成本的光學(xué)傳輸系統(tǒng)。
碰,、口扁禍鮮肖
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種表面發(fā)射激光器，包括包括有源層的振蕩器結(jié)構(gòu)； 半導(dǎo)體分布式布拉格反射器，每個包括多對低折射率層和高折射率層，并且半導(dǎo)體分布式 布拉格反射器夾置振蕩器結(jié)構(gòu)；以及通過選擇性地氧化包括鋁的選擇性氧化層形成的限制 結(jié)構(gòu)。在該構(gòu)型中，選擇性氧化層被包括為半導(dǎo)體分布式布拉格反射器的低折射率層的一 部分。再者，包括選擇性氧化層的低折射率層包括第一層和第二層。第一層鄰接選擇性氧 化層的一側(cè)和另一側(cè)的至少一個，第二層鄰接第一層。再者，第一層中的鋁含量比率低于選 擇性氧化層中的并大于第二層中的。 應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)其中組分從一側(cè)逐漸變化到另一側(cè)的組分梯度層插入到折射率層
之間時，每個折射層的光學(xué)厚度可以包括鄰接折射率層的每個組分梯度層的一半。 通過這樣做，選擇性氧化層被包括為半導(dǎo)體分布式布拉格反射器的低折射率層的
一部分，包括選擇性氧化層的低折射率層包括第一和第二層、第一層鄰接選擇性氧化層的
一側(cè)和另一側(cè)的至少一個且第二層鄰接第一層。再者，第一層中的鋁含量比率低于選擇性
氧化層中的并大于第二層中的。通過該構(gòu)型，當(dāng)氧化層被氧化時，可以提供關(guān)于選擇性氧化
層的向內(nèi)方向的氧化速率以及氧化層的厚度更多的控制。因此，可以容易地減小氧化層的
厚度變化。也就是，可以更容易地且更高產(chǎn)率地進(jìn)行制造。再者，可以降低變形對有源層的
影響并提高使用壽命。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于在垂直于其襯底的方向發(fā)光的表面發(fā)射激 光器。該表面發(fā)射激光器包括包括有源層的振蕩器結(jié)構(gòu)；半導(dǎo)體分布式布拉格反射器，每 個半導(dǎo)體分布式布拉格反射器包括多對低折射率層和高折射率層，半導(dǎo)體分布式布拉格反 射器夾置振蕩器結(jié)構(gòu)；以及限制結(jié)構(gòu)，其中電流通過區(qū)域被氧化層圍繞，該限制結(jié)構(gòu)形成在 半導(dǎo)體分布式布拉格反射器中并通過選擇性氧化鋁形成。在表面發(fā)射激光器中，氧化層包 括第一和第二邊界表面，第一邊界表面設(shè)置在更靠近有源層的一側(cè)，第二邊界表面設(shè)置在 另一側(cè)；氧化層的厚度隨著距離電流通過區(qū)域的距離減小而逐漸減小；第二邊界表面比第 一邊界表面關(guān)于垂直于激光發(fā)射方向的假想表面更傾斜。 通過這樣做，可以增加更高階橫向模中的閾電流值而不會使得基諧橫向模的斜度 效率降級。因此，可以獲得高單模輸出而不會導(dǎo)致高成本。
種能夠穩(wěn)定地執(zhí)行高密度光學(xué)掃描而不會導(dǎo)致高成 種能夠穩(wěn)定地形成高質(zhì)量圖像而不會導(dǎo)致高成本的 種能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生高質(zhì)量的光學(xué)信號而不會導(dǎo)致高 種能夠穩(wěn)定地執(zhí)行高質(zhì)量光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸而不會導(dǎo)致
在所述描述中，應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)組分梯度層鄰接折射率層時，折射率層的光學(xué)厚度 包括鄰接折射率層的組分梯度層的一半。 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種表面發(fā)射激光器陣列，根據(jù)本發(fā)明的實施方 式的表面發(fā)射激光器集成在其中。 通過這樣做，因為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的多個表面發(fā)射激光器被包括，所以可 以獲得高單模輸出而不會導(dǎo)致高成本。再者，可以更容易且產(chǎn)率更高地進(jìn)行制造并提高使 用壽命。 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種將光掃描在掃描表面上的光學(xué)掃描裝置。該光
學(xué)掃描裝置包括包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式的表面發(fā)射激光器陣列的光源；將光從光源
偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)器；以及將被偏轉(zhuǎn)器所偏轉(zhuǎn)的光聚焦在掃描表面上的掃描光學(xué)系統(tǒng)。 通過這樣做，因為光學(xué)掃描裝置的光源包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式的表面發(fā)射激
光器陣列，所以可以進(jìn)行高精度光學(xué)掃描而不會導(dǎo)致高成本。 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，第一成像設(shè)備包括至少一個圖像載體；和根據(jù)本發(fā)明的
實施方式的用于將具有圖像信息的光掃描到圖像載體上的至少一個光學(xué)掃描裝置。 通過這樣做，因為成像設(shè)備包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式的至少一個光學(xué)掃描裝
置，所以可以形成高質(zhì)量圖像而不會導(dǎo)致高成本。 根據(jù)本發(fā)明的第六方面，第二成像設(shè)備包括圖像載體；根據(jù)本發(fā)明的實施方式 的表面發(fā)射激光器陣列；以及用于根據(jù)圖像信息驅(qū)動表面發(fā)射激光器陣列并曝光圖像載體 的曝光裝置。 通過這樣做，第二成像設(shè)備包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式的表面發(fā)射激光器陣列。 因此，可以形成高質(zhì)量圖像而不會導(dǎo)致高成本。 根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種根據(jù)輸入信號產(chǎn)生光學(xué)信號的光學(xué)傳輸模 塊。光學(xué)傳輸模塊包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式的表面發(fā)射激光器；以及根據(jù)輸入電信號驅(qū) 動表面發(fā)射激光器陣列的驅(qū)動單元。 通過這樣做，因為光學(xué)傳輸模塊包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式的表面發(fā)射激光器陣 列，所以可以產(chǎn)生高質(zhì)量光學(xué)信號。 根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供一種光學(xué)傳輸系統(tǒng)。該光學(xué)傳輸系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)
明的實施方式的光學(xué)傳輸模塊；光學(xué)介質(zhì)；由光學(xué)傳輸模塊產(chǎn)生的光學(xué)信號通過該光學(xué)介
質(zhì)傳輸；以及轉(zhuǎn)換器，其將通過光學(xué)介質(zhì)傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號轉(zhuǎn)化為電子信號。 通過這樣做，因為光學(xué)傳輸系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式光學(xué)傳輸模塊，所以
可以執(zhí)行高質(zhì)量光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實施方式的表面發(fā)射激光器的構(gòu)型的示意 圖； 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的圖1中的有源層的附近(vicinity)的 放大圖； 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的圖1中的上半導(dǎo)體DBR的一部分的放大 9
圖4是示出圖1中的上半導(dǎo)體DBR的對比例1的圖形。 圖5是示出圖1中的上半導(dǎo)體DBR的對比例2的圖形； 圖6是示出圖1中的上半導(dǎo)體DBR的修改例子的圖形； 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的圖1中的上半導(dǎo)體DBR的一部分的放大 圖； 圖8是示出臺面形成在其中的層疊體的圖形； 圖9是示出在水_水蒸氣氣氛下熱處理后的層疊體的圖形； 圖10是圖9中的層疊體的局部放大圖； 圖11是示出選擇性氧化層的中心位置和振蕩閾值增益之間的關(guān)系的曲線； 圖12是示出選擇性氧化層的位置和電場的駐波分布之間的關(guān)系的圖形； 圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的表面發(fā)射激光器中的氧化層形狀和電 場駐波分布之間的關(guān)系的圖形； 圖14A和14B是每個示出對比例1中的氧化層的形成的圖形； 圖15A和15B是每個示出比較例2中的氧化層的形狀的圖形； 圖16是示出修改例子的層疊體的圖形； 圖17是根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的表面發(fā)射激光器的構(gòu)型的示意圖； 圖18是示出圖17中的有源層的附近的放大圖； 圖19是示出圖17中的上半導(dǎo)體DBR的一部分的放大圖； 圖20是示出根據(jù)本發(fā)明的第四和第五實施方式的表面發(fā)射激光器陣列的圖形； 圖21是示出發(fā)光部分的二維陣列的圖形； 圖22是沿圖21的線A-A的截面視圖； 圖23是示出氧化層最大厚度和使用壽命之間的關(guān)系的圖表； 圖24是示出根據(jù)本發(fā)明的第六和第七實施方式的表面發(fā)射激光器陣列的圖形； 圖25是沿著圖24的線A-A的截面視圖； 圖26是示出圖25中的有源層的附近的放大圖； 圖27是示出根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的圖25中的上半導(dǎo)體DBR的一部分的放 大圖； 圖28是示出根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的上半導(dǎo)體DBR的一部分的放大圖； 圖29是示出根據(jù)本發(fā)明的第八實施方式的激光打印機的構(gòu)型的示意圖； 圖30是示出圖29中的光學(xué)掃描裝置的示意圖； 圖31是示出串列式彩色設(shè)備的構(gòu)型的示意圖； 圖32是示出根據(jù)本發(fā)明的第九實施方式的光學(xué)傳輸模塊和光學(xué)傳輸系統(tǒng)的構(gòu)型 的示意圖；以及 圖33是示出圖32中的光纖的圖形。 附圖標(biāo)記的描述 11a 偏轉(zhuǎn)器-旁側(cè)掃描透鏡(掃描光學(xué)系統(tǒng)的一部分) 11B 像表面?zhèn)葤呙柰哥R(掃描光學(xué)系統(tǒng)的一部分) 13多角鏡(偏轉(zhuǎn)器) 14 光源
100表面發(fā)射激光器103下半導(dǎo)體DBR(半導(dǎo)體分布式布拉格反射器的-一部分)104下間隔層(振蕩器結(jié)構(gòu)的一部分)105有源層106上間隔層(振蕩器結(jié)構(gòu)的一部分)107上半導(dǎo)體DBR(半導(dǎo)體分布式布拉格反射器的-一部分)107a低折射率層107al低折射率層(第一層、第三層)107b高折射率層107c低折射率層(第二層)107m中間層(第一層)108選擇性氧化層108a氧化層108b電流通過區(qū)域200表面發(fā)射激光器203下半導(dǎo)體DBR(半導(dǎo)體分布式布拉格反射器的-一部分)204下間隔層(振蕩器結(jié)構(gòu)的一部分)205有源層206上間隔層(振蕩器結(jié)構(gòu)的一部分)207上半導(dǎo)體DBR(半導(dǎo)體分布式布拉格反射器的-一部分)207a低折射率層208選擇性氧化層208a氧化層208b電流通過區(qū)域303下半導(dǎo)體DBR(半導(dǎo)體分布式布拉格反射器的-一部分)304下間隔層(振蕩器結(jié)構(gòu)的一部分)305有源層306上間隔層(振蕩器結(jié)構(gòu)的一部分)307上半導(dǎo)體DBR(半導(dǎo)體分布式布拉格反射器的-一部分)307a低折射率層307al低折射率層(第一層、第三層)307b高折射率層307c低折射率層(第二層)307m中間層(第一層)208選擇性氧化層308a氧化層308b電流通過區(qū)域500表面發(fā)射激光器陣列600表面發(fā)射激光器陣列0133]1000激光打印機(成像設(shè)備)
0134]1010光學(xué)掃描裝置
0135]1010A光學(xué)掃描裝置
0136]1030感光鼓(圖像載體)
0137]1500串聯(lián)式彩色設(shè)備(成像設(shè)備)
0138]2000光學(xué)傳輸系統(tǒng)
0139]2001光學(xué)傳輸模塊
0140]2002光源
0141]2003驅(qū)動電路(驅(qū)動裝置)
0142]2004光纖電纜(光學(xué)傳輸介質(zhì))
0143]2006光接收裝置(轉(zhuǎn)換器的一部分)
0144]2007接收電路(轉(zhuǎn)換器的一部分)
0145]K1、C1、M1、Y1 感光鼓(圖像載體)
具體實施例方式《表面發(fā)射激光器》
"第一實施方式" 圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的表面發(fā)射激光器100的截面圖。應(yīng)當(dāng)注意到，圖中的Z方向是平行于激光振蕩方向的方向，X方向和Y方向彼此垂直并且位于垂直于Z方向的平面內(nèi)。 表面發(fā)射激光器100用于在850nm的波長帶振蕩。如圖1所示，在表面發(fā)射激光器100中，下半導(dǎo)體DBR 103、下間隔層104、有源層105、上間隔層106、上半導(dǎo)體DBR 107和接觸層109以該順序順次層疊在襯底101上。應(yīng)當(dāng)注意到，在下面，為了方便，包括多個半導(dǎo)體層的層疊結(jié)構(gòu)可被稱作"層疊體"。圖2是有源層105的附近的放大視圖，圖3是上半導(dǎo)體DBR107的局部放大視圖。
襯底101是n-GaAs單晶襯底。 下半導(dǎo)體DBR 103包括40. 5對由"n-Al。.9Ga。.^s"形成的低折射率層103a和由"n-AlMGauAs"形成的高折射率層103b。再者，組分梯度層插入到每個折射率層(見圖2)之間以減小電阻。在組分梯度層中，組分從一側(cè)逐漸變化到另一側(cè)。應(yīng)當(dāng)注意到，每一折射率層設(shè)計為相對于折射率層的光學(xué)厚度和鄰接折射率層的每一組分梯度層的一半的光學(xué)厚度等于入/4(A :振蕩波長)。再者，應(yīng)當(dāng)注意到，在層的光學(xué)厚度和層的實際厚度之間存在一關(guān)系，其中當(dāng)層的光學(xué)厚度為入/4時，層的實際厚度"d"由下面的公式表示
d =入/4N 其中"N"表示層的介質(zhì)的折射率。
下間隔層104是由Al。.4Ga。.6As形成的層。 有源層105包括由GaAs形成的三個量子阱層105a和由Al。. 3Ga。.7As形成的四個阻擋層105b(見圖2)。 上間隔層106由Al。.4Ga。.6As形成。 包括下間隔層104、有源層105和上間隔層106的多層部分可稱作"振蕩器結(jié)構(gòu)"。振蕩結(jié)構(gòu)設(shè)計為使得其光學(xué)長度等于光學(xué)厚度中的一個波長。應(yīng)當(dāng)注意到，有源層105位于"振蕩器結(jié)構(gòu)"的中間位置以獲得高激勵發(fā)射概率，該位置對應(yīng)電場的駐波分布的反節(jié)點位置。 該振蕩器結(jié)構(gòu)夾在下半導(dǎo)體DBR103和上半導(dǎo)體DBR107之間。
上半導(dǎo)體DBR107包括24對低折射率層和高折射率層。此外，組分梯度層插入在每一折射率層之間(見圖3)以減小電阻。在組分梯度層中，組分從一側(cè)逐漸變化到另一側(cè)。
上半導(dǎo)體DBR107包括由p-AlAs形成的具有20nm厚度的選擇性氧化層108作為其中一個低折射率層。選擇性氧化層108的插入位置為與上間隔層106光學(xué)間隔開5 A /4。再者，包括選擇性氧化層108的低折射率層設(shè)計為使得低折射率層和鄰接低折射率層的每一組分梯度層的一半的光學(xué)厚度等于3 A /4。 再者，上半導(dǎo)體DBR107設(shè)計為以使得選擇性氧化層108和定位在包括選擇性氧化層108的低折射率層的+Z側(cè)上的組分梯度層的位置對應(yīng)于電場強度分布的節(jié)點位置(見圖3)。 在上半導(dǎo)體DBR107中，除了包括選擇性氧化層108的低折射率層之外的每一折射率層設(shè)計為以使得折射率層和鄰接折射率層的每一組分梯度層的一半的光學(xué)厚度等于入/4。 在選擇性氧化層108的+Z和-Z側(cè)的每一側(cè)上，提供由p-Al。.83Ga。.17As形成且具有20nm厚度的中間層107m。 鄰接包括選擇性氧化層108的低折射率層中的每個中間層107m的層107c由p-Al。.75Ga。.25As形成(在此及后，層107c稱為"低折射率層107c")。 在上半導(dǎo)體DBR107中，除了包括選擇性氧化層108的低折射率層之外的每個低折射率層107a由p-Al。.gGa。.^s形成。再者，在上半導(dǎo)體DBR107中，每個高折射率層107b由p_Al0. M^As形成。 也就是，選擇性氧化層108包括在上半導(dǎo)體DBR107中的低折射率層之一中。再者，包括選擇性氧化層108的低折射率層還包括都鄰接選擇性氧化層108的兩個中間層107m和鄰接相應(yīng)的中間層107m的兩個低折射率層107c。再者，中間層107m中的鋁含量比率比選擇性氧化層108中的小17% ;低折射率層107c中的鋁含量比率比選擇性氧化層108中的小25%。 接觸層109由p-GaAs制成。 接著，簡要描述制造表面發(fā)射激光器100的方法。 (1):上面的層疊體通過MOCVD(金屬有機化學(xué)汽相淀積)方法或者M(jìn)BE(分子束外延)方法通過晶體生長形成。 在這種情形中，三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)和三甲基銦(TMI)用作族III材料，胂(AsH3)氣體用作族V材料。四溴化碳(CBr4)用作p型摻雜材料，硒化氫(H2Se)用作n型摻雜材料。 (2):具有一邊長度為20iim的正方形形狀的抗蝕圖案形成在層疊體表面上。
(3):通過利用氯氣的ECR蝕刻法，通過將抗蝕圖案用作光掩模而形成具有方柱形狀的臺面。在該情形下，蝕刻被執(zhí)行以使得蝕刻的底面止于下間隔層104中。
(4):光掩模被移除。
13
(5):層疊體用水蒸氣熱處理。在這種情形中，選擇性氧化層108和中間層107m中的鋁從臺面的側(cè)表面選擇性地氧化。然后，未氧化并由氧化鋁層108a圍繞的區(qū)域108b形成在臺面的中間。通過這樣做，所謂的氧化物限制結(jié)構(gòu)得以形成用于限制用于發(fā)光部分的驅(qū)動電流到臺面的中央?yún)^(qū)域的流動。未氧化的區(qū)域是電流通過區(qū)域(電流注入?yún)^(qū)域)。應(yīng)當(dāng)注意到，氧化層108a包括選擇性氧化層108和中間層107m的鋁氧化物。
(6):由SiN或者Si02形成的防護(hù)層lll通過利用CVD(化學(xué)氣相沉積)方法形成(見圖1)。 (7):聚酰亞胺112用于執(zhí)行平整(見圖1)。 (8):用于p側(cè)電極接觸的窗開在臺面的上側(cè)上。在該情形中，在光致抗蝕劑用于光刻掩蔽后，臺面的上側(cè)上的開口被曝光以移除開口上的光致抗蝕劑。然后，聚酰亞胺112和防護(hù)層111通過利用BHF進(jìn)行蝕刻以形成開口 。 (9):具有一邊長度為lOiim的正方形圖案的抗蝕圖案形成在臺面的上側(cè)上待形成為發(fā)光部分的區(qū)域中，以使得P側(cè)電極材料蒸發(fā)。作為P側(cè)電極材料，使用由Cr/AuZn/Au制成的多層膜或者由Ti/Pt/Au制成的多層膜。 (10):發(fā)光部分的電極材料被提去以形成p側(cè)電極113(見圖1)。 (11):在拋光襯底101的后側(cè)以使其具有規(guī)定厚度(例如，大約lOOym)之后，形
成n側(cè)電極114(見圖1)。在該情形中，n側(cè)電極114是由AuGe/Ni/Au制成的多層膜。 (12):退火處理被執(zhí)行以產(chǎn)生相對于p側(cè)電極113和n側(cè)電極114的歐姆導(dǎo)電性。
通過這樣做，臺面變成發(fā)光部分。 (13):晶片被切割為芯片。 這樣制造的多個表面發(fā)射激光器100的氧化物限制結(jié)構(gòu)通過利用SEM(掃描電子顯微鏡)觀測。觀測的結(jié)果表明，在氧化開始的臺面的側(cè)表面上的氧化層108a的厚度在60nm至70nm范圍內(nèi)，厚度的變化較小；電流通過區(qū)域108b呈現(xiàn)期望的正方形形狀；諸如閾值電流的特性變化微小。 作為比較例l，考慮中間層107m沒有形成的情形，如圖4所示。在這種情況中，氧化開始的臺面的側(cè)表面上的氧化層108a的厚度在40nm至50nm范圍內(nèi)，并且厚度變化較小。但是，在X-Y平面中的氧化速率顯著變化，電流通過區(qū)域108b的形狀與臺面的形狀不匹配并具有正方形之外的形狀。具有期望尺寸和形狀的電流通過區(qū)域108b不能獲得。再者，諸如閾值電流的特性的變化大。因此，在這種情況中的構(gòu)型提供較少的控制作為外延構(gòu)型。 再者，作為對比例2，考慮圖4所示的低折射率層107c被如圖5所示的由p-Al。.83Ga。.17As制成的低折射率層107d代替的情形。在該情形中，電流通過區(qū)域108b的形狀大致匹配如表面發(fā)射激光器100的形狀的正方形形狀。但是，在氧化開始的臺面的側(cè)表面上氧化層108a的厚度從80nm到160nm大幅變化，在它們的氧化停止端上的氧化層108a的厚度幾乎與選擇性氧化層108的相同。也就是，氧化層108a的厚度從它們的氧化開始端到它們的氧化停止端逐漸減小以使得氧化層108a具有錐形形狀。該現(xiàn)象表明氧化不僅在X-Y平面向著臺面中心進(jìn)行并且同時也在層疊方向(該情形中，Z方向)進(jìn)行。氧化層108a越薄，單模輸出功率可能變得更大，光發(fā)散角可能變得更窄。因此，單模輸出功率和光發(fā)散角大幅變化。再者，在臺面的側(cè)表面上具有較厚氧化層的產(chǎn)品具有較短的使用壽命。
當(dāng)把上面的情形考慮在一起時，可以理解，通過形成鄰接選擇性氧化層108的中間層107m，可以(1)非常精確地控制在X-Y平面的氧化速率，并且(2)使得氧化層108a均一地薄。 對于這個實施方式的構(gòu)型，氧化在X-Y平面平穩(wěn)地進(jìn)行，主要是因為具有83X的鋁含量比率的中間層107m被提供以使得兩個中間層107m都鄰接選擇性氧化層108。但是，另一方面，氧化并不在層疊方向(該情形，Z方向)大量進(jìn)行，主要是因為中間層107m是具有20nm厚度的薄層并且具有75X鋁含量比率的低折射率層107c被提供以使得低折射率層107c鄰接相應(yīng)的中間層107m。 結(jié)果，可以提供對電流通過區(qū)域108b的尺寸以及氧化層108a的厚度更大的控制，
從而使得能夠減小閾值電流、單模輸出功率、光發(fā)散角、使用壽命等特性的變化。 優(yōu)選地，選擇性氧化層108和中間層107m之間的鋁含量比率的差異為大于等于
5%且小于等于20% ;選擇性氧化層108和低折射率層107c之間的鋁含量比率的差異為
20%或以上。 如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的表面發(fā)射激光器100中，選擇性氧化層108被包括在上半導(dǎo)體DBR107中的低折射率層之一中，包括選擇性氧化層108的低折射率層進(jìn)一步包括均鄰接選擇性氧化層108的兩個中間層107m和鄰接相應(yīng)的中間層107m的兩個低折射率層107c。再者，中間層107m的鋁含量比率小于選擇性氧化層108中的17%;低折射率層107c中的鋁含量比率比選擇性氧化層108中的小25%。通過該結(jié)構(gòu)，可以提供對選擇性氧化層108的X-Y平面中的氧化速率以及氧化層108a的厚度的更大的控制，從而使得能夠減小氧化層108a的厚度的變化。也就是，在表面發(fā)射激光器的制造中可以容易地增大產(chǎn)率并降低變形對有源層105的負(fù)面影響，從而提高使用壽命。 此外，包括選擇性氧化層108的低折射率層的光學(xué)厚度被制成等于3 A /4。通過這樣做，定位在包括選擇性氧化層108的低折射率層的+Z側(cè)上的組分梯度層和選擇性氧化層108每一個可以定位在電場強度分布的節(jié)點位置上。結(jié)果，可以減小由于選擇性氧化層108所致的衍射損耗和重?fù)诫s組分梯度層中的吸收損耗。應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)包括選擇性氧化層108的低折射率層的光學(xué)厚度等于(2n+l) A/4(A :振蕩波長，n:大于等于l的整數(shù))，使得定位在包括選擇性氧化層108的低折射率層的+Z側(cè)上的組分梯度層和選擇性氧化層108可以定位在電場強度分布的節(jié)點位置。 在該第一實施方式中，假定中間層設(shè)置在選擇性氧化層的上側(cè)和下側(cè)(兩側(cè))上。
但是，本發(fā)明并不限于該構(gòu)型。例如，中間層可以僅設(shè)置在選擇性氧化層的一側(cè)上。 再者，在該第一實施方式中，描述了低折射率層和鄰接低折射率層的每一組分梯
度層的一半的光學(xué)厚度等于3A/4的情況。但是，本發(fā)明并不限于該情形。 例如，另一示例性情形示出在圖6中，其中低折射率層和鄰接低折射率層的每個
組分梯度層的一半的光學(xué)厚度等于 在圖6中，選擇性氧化層108插入在與上間隔層106光學(xué)間隔開A/4的位置。再者，中間層107m和低折射率層107c設(shè)置在選擇性氧化層108的-Z側(cè)上，高折射率層107b設(shè)置在選擇性氧化層108的+Z側(cè)上，組分梯度層設(shè)置在高折射率層107b和選擇性氧化層108之間。在這種情形中，同樣地，可以提供對選擇性氧化層108的X-Y平面中的氧化速率和氧化層108a的厚度比傳統(tǒng)情形更多的控制。
再者，在該第一實施方式中，描述一種情形，其中當(dāng)沿著垂直于激光振蕩方向的平面切割時臺面的形狀為正方形。但是本發(fā)明并不限于該形狀。該形狀可以是包括圓形、橢圓形和矩形形狀的任何其它形狀。 再者，在該第一實施方式中，描述一種情形，其中蝕刻被執(zhí)行以使得蝕刻的底面止于下間隔層。但是，本發(fā)明并不限于該構(gòu)型。例如，可以執(zhí)行蝕刻以使得蝕刻的底面抵達(dá)下半導(dǎo)體DBR。 再者，在該第一實施方式中，描述一種情形，其中表面發(fā)射激光器的振蕩波長為850nm波長帶。但是，本發(fā)明并不限于該構(gòu)型。例如，另一波長帶，如650nm、850nm、980nm、1. 3 ii m或者1. 5 ii m都可以使用。在這樣的情形中，作為有源層的半導(dǎo)體材料，可以使用根據(jù)振蕩波長的半導(dǎo)體材料。例如，AlGalnP類型的混晶半導(dǎo)體可以用于650nm帶，InGaAs類型的混晶半導(dǎo)體可以用于980nm帶，GalnNAs(Sb)類型的混晶半導(dǎo)體可以用于1. 3ym和1. 5踐帶。《表面發(fā)射激光器》
"第二實施方式" 圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的表面發(fā)射激光器100的截面視圖。 表面發(fā)射激光器100設(shè)計來在780nm的波長帶振蕩。如圖1所示，表面發(fā)射激光器IOO包括半導(dǎo)體層，如襯底101、下半導(dǎo)體DBR103、下間隔層104、有源層105、上間隔層106、上半導(dǎo)體DBR107和接觸層109，其彼此層疊。在下面，應(yīng)當(dāng)注意到，為了方便，包括多個半導(dǎo)體層的層疊結(jié)構(gòu)可以稱作"層疊體"。圖2是有源層105的附近的放大視圖，圖7是上半導(dǎo)體DBR107的局部放大視圖。 襯底101是由n-GaAs制成的單晶襯底。 下半導(dǎo)體DBR103包括40. 5對由n-AlAs制成的低折射率層103a和由!!41。.36&。.48制成的高折射率層10313。再者，組分梯度層介于每一折射率層中(見圖2)以減小電阻。在組分梯度層中，組分從一側(cè)到另一側(cè)逐漸變化。應(yīng)當(dāng)注意到，每個折射率層設(shè)計為以使得相對于折射率層和鄰接折射率層的每一組分梯度的一半的光學(xué)厚度等于入/4(入:振蕩波長)。 下間隔層104由(Al。.7Ga。.3)。.5In。.5P制成。 有源層105包括由GalnPAs制成的三個量子阱層105a和由Ga。.6In。.4P制成的四個阻擋層105b(見圖2)。量子阱層105a具有相對于襯底101的壓應(yīng)力，帶隙波長為大約780nm。再者，阻擋層105b與量子阱層105a晶格匹配并具有拉伸應(yīng)變。
上間隔層106是由(Al。.7Ga。.3)。.5In。.5P制成。 包括下間隔層104、有源層105和上間隔層106的多層部分可稱作"振蕩器結(jié)構(gòu)"。振蕩結(jié)構(gòu)設(shè)計為以使得其光學(xué)長度等于光學(xué)厚度中的一個波長。應(yīng)當(dāng)注意到，有源層105位于"振蕩器結(jié)構(gòu)"的中央位置以獲得高激勵發(fā)射概率，該位置對應(yīng)電場駐波分布的反節(jié)點位置。 上半導(dǎo)體DBR107包括24對低折射率層和高折射率層。再者，組分梯度層插入在
每一折射率層之間以減小電阻。在組分梯度層中，組分從一側(cè)到另一側(cè)逐漸變化。 上半導(dǎo)體DBR107包括由p-AlAs制成并具有30nm厚度的選擇性氧化層108作為其中一個低折射率層。選擇性氧化層108的插入位置與上間隔層106光學(xué)間隔開例如5 A /4，如圖7所示，并包括在低折射率層中，該低折射率層是從上間隔層106起的第三對。再者，包括選擇性氧化層的低折射率層設(shè)計為使得低折射率層和鄰接低折射率層的每個組分梯度層的一半的光學(xué)厚度等于3 A /4。 再者，上半導(dǎo)體DBR107設(shè)計為以使得定位在包括選擇性氧化層108的低折射率層的+Z側(cè)上的組分梯度層和選擇性氧化層108的每個定位在電場強度分布的節(jié)點位置。
除包括選擇性氧化層108的低折射率層以外的折射率層設(shè)計為使得折射率層和鄰接折射率層的每個組分梯度層的一半的光學(xué)厚度等于A /4。 由p-Al。.83Ga。.17As制成并具有35nm厚度的中間層107m設(shè)置在選擇性氧化層108的+Z側(cè)上。 由p-Al。^Ga。.^As制成的層107al (為了方便，在此及后稱為"低折射率層107al")設(shè)置在選擇性氧化層108的-Z側(cè)和中間層107m的+Z側(cè)上。 因此，在上半導(dǎo)體DBR107中，包括選擇性氧化層108的低折射率層還包括中間層107m和兩個低折射率層107al。 在上半導(dǎo)體DBR107中，除包括選擇性氧化層108的低折射率層以外的低折射率層107a由p-Al。.9Ga。jAs形成。 再者，在上半導(dǎo)體DBR107中，高折射率層107b由p_Al。. 3Ga。. 7As制成。 也就是，選擇性氧化層108關(guān)于它的厚度方向的中心位置對應(yīng)電場駐波分布(為
了方便起見，在此及后簡稱"駐波分布")的節(jié)點位置，并且選擇性氧化層108插入在中間層
107m和低折射率層107al之間。再者，中間層107m和低折射率層107al中的鋁含量比率
小于選擇性氧化層108中的。再者，低折射率層107al中的鋁含量比率小于中間層107m中
的。再者，低折射率層107al中的鋁含量比率小于低折射率層107a中的。 接觸層109是由p-GaAs制成。 接著，簡要描述制造根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的表面發(fā)射激光器100的方法。
(1):上面的層疊體通過MOCVD(金屬有機化學(xué)汽相淀積)方法或者M(jìn)BE(分子束外延)方法通過晶體生長形成。 在該情形中，三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)和三甲基銦(TMI)用作族III材料，胂(AsH3)氣體用作族V材料。溴化碳(CBr4)用作p型摻雜材料，硒化氫(H2Se)用作n型摻雜材料。 (2):具有一邊長度為20 i！ m的正方形形狀的抗蝕圖案形成在層疊體表面上。 (3):通過利用氯氣的ECR蝕刻方法，具有方柱形狀的臺面通過利用具有正方形
形狀的抗蝕圖案作為光掩模形成。在該情形中，執(zhí)行蝕刻以使得蝕刻的底面止于下間隔層
104(見圖8)。 (4):移除光掩模。 (5):層疊體通過水蒸氣進(jìn)行熱處理。在該情形中，選擇性氧化層108和中間層107m中的鋁被選擇性氧化。然后，仍未氧化的區(qū)域形成在臺面的中央(見圖9)。通過這樣做，所謂的氧化物限制結(jié)構(gòu)得以形成用于限制用于發(fā)光部分到臺面的中央?yún)^(qū)域的驅(qū)動電流的流動。未氧化的區(qū)域是電流通過區(qū)域(電流注入?yún)^(qū)域)。 在該情形中，如圖10所示，氧化層具有在更靠近有源層105的一側(cè)上的第一邊界表面和在另一側(cè)面上的第二邊界表面。氧化層的厚度隨著距離電流通過區(qū)域的距離減小而逐漸減小。再者，第二邊界表面比第一邊界表面關(guān)于垂直于激光發(fā)射方向(在該情形中，z方向)的虛擬表面更傾斜。應(yīng)當(dāng)注意到，氧化層包括中間層107m和選擇性氧化層108的鋁氧化物。 (6):由SiN制成的防護(hù)層111通過利用CVD(化學(xué)氣相沉積)方法形成(見圖1)。
(7):聚酰亞胺112用于執(zhí)行平整(見圖1)。 (8):用于p側(cè)電極接觸的窗開口于臺面的上側(cè)。在該情形中，在光致抗蝕劑被用于光刻掩蔽之后，臺面的上側(cè)上的開口被曝光以移除開口上的光致抗蝕劑。然后聚酰亞胺112和防護(hù)層111通過利用BHF進(jìn)行蝕刻以形成開口。 (9):具有一邊長度為lOiim的正方形圖案的抗蝕圖案形成在臺面的上側(cè)上待形成為發(fā)光部分的區(qū)域中，以使得P側(cè)電極材料蒸發(fā)。作為P側(cè)電極材料，使用由Cr/AuZn/Au制成的多層膜或者由Ti/Pt/Au制成的多層膜。 (10):發(fā)光部分的電極材料被提去以形成p側(cè)電極113(見圖1)。 (11):在拋光襯底101的后側(cè)以使之具有規(guī)定厚度(例如，大約100iim)之后，n側(cè)
電極114得以形成(見圖l)。在該情形中，n側(cè)電極114是由AuGe/Ni/Au制成的多層膜。 (12):退火處理被執(zhí)行以產(chǎn)生p側(cè)電極113和n側(cè)電極114的歐姆導(dǎo)電性。通過
這樣做，臺面變成發(fā)光部分。 (13):晶片被切割為芯片。 圖11是示出電流限制結(jié)構(gòu)中的氧化層關(guān)于氧化層的厚度方向的中心位置(在此及后，為了方便，簡稱"氧化層中心位置")和振蕩閾值增益(對應(yīng)反射損耗)(見日本專利申請公開No. 2007-318064))之間的關(guān)系的曲線。在該情況下，電流限制結(jié)構(gòu)通過具有780nm振蕩波長的如圖12所示的表面發(fā)射激光器中的選擇性氧化層(AlAs層)的選擇性氧化形成。應(yīng)當(dāng)注意到，圖11的曲線是基于利用轉(zhuǎn)換矩陣方法的一維分析。因此，由于氧化層等所致的衍射效應(yīng)(衍射損耗)沒有納入考慮。再者，在圖11中，橫軸表明"氧化層的中心位置"，橫軸的原點對應(yīng)駐波分布中從振蕩器結(jié)構(gòu)的第四節(jié)點位置。再者，橫軸的坐標(biāo)通過振蕩波形歸一化，正方向被限定以使得隨著距離有源層的距離增大而該值在正方向上增加。
如圖12所示，駐波分布的每個節(jié)點位置位于高折射率層和低折射率層之間，該低折射率層設(shè)置在關(guān)于高折射率層的有源層側(cè)上并鄰接高折射率層。再者，為了提供低折射率層中的氧化層，必須確定低折射率層的厚度以使得在低折射率層中的振蕩光的相移量等
于或者大于Jim/2(m = 3，5，7......)。也就是，低折射率層的光學(xué)厚度必須等于或者大于
入m/4(m二 3，5，7......)。通過實現(xiàn)上述情況，可以滿足分布式布拉格反射器的多反射的
相位條件。 在圖12的表面發(fā)射激光器中，包括氧化層的低折射率層(在該情形中，由
Al。.9GaaiAS制成)被設(shè)置為從上間隔層起的第四對，并且它們的光學(xué)厚度為3 A /4。 如圖ll所示，當(dāng)氧化層的中心位置在正方向上從駐波分布的節(jié)點位置移動時，振
蕩閾值增益在電流限制結(jié)構(gòu)的未氧化區(qū)域稍微增大，振蕩閾值增益在電流限制結(jié)構(gòu)的氧化
區(qū)域大幅增大。在這種情形中，只有當(dāng)基諧橫向模的振蕩閾值增益保持為低時才可能增大
更高階橫向模的振蕩閾值增益。此外，可以獲得高至高輸出功率的基諧橫向模。 另一方面，當(dāng)氧化層的中心位置在負(fù)方向從駐波分布的節(jié)點位置移動時，電流限制結(jié)構(gòu)的未氧化區(qū)域的振蕩閾值增益變得大于電流限制結(jié)構(gòu)的氧化區(qū)域的振蕩閾值增益。
在該情形中，更高階的橫向模易于振蕩。因此，基諧橫向模的振蕩的振幅不能增大。 但是，當(dāng)氧化層的中心位置在正方形從駐波分布的節(jié)點位置移動時，在I-L特性
中的斜度效率(slope efficiency)會稍微降級。由于該特征，當(dāng)要求期望的輸出值(功
率)時，在其中氧化層的中心位置在正方向上從駐波分布的節(jié)點位置移動的表面發(fā)射激光
器中比其中氧化層的中心位置位于駐波分布的節(jié)點位置的表面發(fā)射激光器中要求更大的
驅(qū)動電流。 如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的表面發(fā)射激光器中，氧化層的厚度隨
著距離電流通過區(qū)域的距離減小而逐漸減小。再者，第二邊界表面比第一邊界表面關(guān)于垂
直于激光發(fā)射方向的虛擬表面更加傾斜。也就是，如圖13所示，在氧化層的頭部，氧化層的
中心位置位于駐波分布的節(jié)點位置。但是，在與氧化層的頭部間隔開并更靠近臺面的側(cè)表
面的外部，氧化層的中心位置實際上在正方向從駐波分布的節(jié)點位置位移。 —般地，當(dāng)光在基諧橫向模振蕩并且在更高階橫向模增大時，在光的橫向方向的
散射被最小化。由于該特征，在根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的表面發(fā)射激光器中，條件被滿
足以使得氧化層的中心位置位于基諧橫向模的駐波分布的節(jié)點位置，氧化層的中心位置在
正方向從更高階橫向模的駐波分布的節(jié)點位置偏移。由于該原因，可以在更高階橫向模中
增大閾電流值而不會降級基諧橫向模的斜度效率。 另一方面，當(dāng)氧化從其中如圖14A所示選擇性氧化層(AlAs層)被由AlxGax—#制成的層夾住的樣品的一側(cè)表面執(zhí)行時，氧化層得以形成為具有大致關(guān)于如圖14B所示的橫向方向?qū)ΨQ的錐形形狀。(見R. L. Naone等人的"oxidation of AlGaAs layers fort即ered apertures in vertical-cavity lasers", Electronics Letters, 1997年2月13日，巻33，第4期，第300-301頁) 此外，在大多數(shù)表面發(fā)射激光器中，氧化層插入在上半導(dǎo)體DBR中的駐波分布的節(jié)點位置。如通常的情況一樣，當(dāng)上半導(dǎo)體DBR中的每一折射率層的光學(xué)厚度等于A/4時，駐波分布的每一節(jié)點位置位于高折射率層和低折射率層之間的邊界表面上，該低折射率層相對于高折射率層設(shè)置在有源層側(cè)上并鄰接高折射率層。在使用廣泛使用的AlGaAs類型的材料用于上半導(dǎo)體DBR的情形中，當(dāng)鋁含量比率高時，折射率變低，并且當(dāng)Al含量比率低時，折射率變高。然后，考慮其中選擇性氧化層(AlAs層)插入在由具有低折射率的AlGaAs類型材料制成的層和具有高折射率的AlGaAs類型材料的層之間的情形，如圖15A所示。在該情形中，不同于第一實施方式，當(dāng)氧化從一個側(cè)表面執(zhí)行時，第一邊界表面比第二邊界表面關(guān)于垂直于激光發(fā)射方向的虛擬表面更加傾斜。在該情形中，在不降低基諧橫向模中的斜度效率的情況下不可能增大更高階橫向模中的閾電流值。 如從上面的描述明顯的，在根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的表面發(fā)射激光器IOO中，第一層形成為鄰接選擇性氧化層108的-Z側(cè)的低折射率層107al，第二層形成為中間層107m。 此外，第三層形成為鄰接中間層107m的+Z側(cè)的低折射率層107al。 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的表面發(fā)射激光器包括在襯底101上的振
蕩器結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體DBR(下半導(dǎo)體DBR103和上半導(dǎo)體DBR107)，該振蕩器結(jié)構(gòu)包括有源層
105，每一半導(dǎo)體DBR包括多對低折射率層和高折射率層，振蕩器結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體DBR夾住。再者，在上半導(dǎo)體DBR107中，同樣提供通過A1的選擇性氧化形成的電流限制結(jié)構(gòu)，其中電流 通過區(qū)域由氧化層圍繞。氧化層的厚度隨著距離電流通過區(qū)域的距離減小而逐漸減小。氧 化層包括在更靠近有源層105的一側(cè)上的第一邊界表面和在另一側(cè)上的第二邊界表面，第 二邊界表面比第一邊界表面關(guān)于垂直于激光發(fā)射方向的虛擬表面更加傾斜。借助該結(jié)構(gòu)， 可以增大更高階橫向模中的閾電流值而不會降級基諧橫向模中的斜度效率。結(jié)果，具有高 功率的單模輸出可以得以獲得而不會導(dǎo)致高成本。 在第二實施方式中，描述其中夾住選擇性氧化層108的兩層(中間層107m和低折 射率層107al)的鋁含量比率彼此不同的情形。但是，本發(fā)明并不限于該構(gòu)型。
例如，夾住選擇性氧化層108的兩層的鋁含量比率可以相同，更靠近有源層105并 且設(shè)置在選擇性氧化層108的一側(cè)上的層可以薄于在選擇性氧化層108的另一側(cè)上的層。 更具體地，例如，如圖16所示，具有10nm和38nm厚度的層107m可以被設(shè)置為分別鄰近選 擇性氧化層108的-Z側(cè)和+Z側(cè)。即使在該情形中，如在第二實施方式中一樣，氧化層的厚 度隨著距離電流通過區(qū)域的距離減小而逐漸減小，第二邊界表面比第一邊界表面關(guān)于垂直 于激光發(fā)射方向的虛擬表面更加傾斜。 再者，在第二實施方式中，描述其中夾住選擇性氧化層108和中間層107m的兩層 (都是低折射率層107al)的鋁含量比率大致彼此相同的情形。但是，本發(fā)明并于限于該構(gòu) 型。也就是，鄰近選擇性氧化層108的-Z側(cè)的層的鋁含量比率可以不同于鄰近中間層107m 的+Z側(cè)的層的鋁含量比率。但是，優(yōu)選地，所述層的鋁含量比率低于中間層107m和低折射 率層107a的鋁含量比率。 再者，在第二實施方式中，描述其中包括選擇性氧化層108的低折射率層的光學(xué) 厚度等于3A/4的情形。但是，本發(fā)明并不限于該構(gòu)型。利用n，低折射率層的光學(xué)厚度可 以等于(2n+l) A /4，其中n為大于等于1的整數(shù)。 再者，在第二實施方式中，描述其中當(dāng)沿著垂直于激光振蕩方向的平面切割時臺 面的形狀為正方形的情形。但是，本發(fā)明并不限于該形狀。所述形狀可以是包括圓形、橢圓 形和矩形形狀的任何其它形狀。 再者，在第二實施方式中，描述其中執(zhí)行蝕刻以使得蝕刻的底面止于下間隔層104 的情形。但是，本發(fā)明并不限于該構(gòu)型。例如，蝕刻可以執(zhí)行以使得蝕刻的底面抵達(dá)下半導(dǎo) 體DBR103。 再者，在第二實施方式中，描述其中表面發(fā)射激光器的振蕩波長是780nm帶的情 形。但是，本發(fā)明并于限于該構(gòu)型。例如，可以使用另一波長帶，諸如是650nm、850nm、980nm、 1. 3 ii m或者1. 5 ii m。在該情形中，作為有源層的半導(dǎo)體材料，可以根據(jù)振蕩波長使用半導(dǎo) 體材料。例如，AlGalnP類型混晶半導(dǎo)體可以用于650nm帶，InGaAs類型混晶半導(dǎo)體可用于 980nm帶，GalnNAs (Sb)類型混晶半導(dǎo)體可用于1. 3 y m和1. 5 y m帶。
《表面發(fā)射激光器》
"第三實施方式" 圖17示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的表面發(fā)射激光器200的構(gòu)型。
表面發(fā)射激光器200設(shè)計為在780nm波長帶振蕩。如圖17所示，在表面發(fā)射激光 器200中，下半導(dǎo)體203、下間隔層204、有源層205、上間隔層206、上半導(dǎo)體DBR207和接觸 層209依照該順序順次層疊在襯底201上。圖18是有源層205的附近的放大視圖，圖19是上半導(dǎo)體DBR207的局部放大視圖。 襯底201是由n-GaAs制成的單晶襯底。 下半導(dǎo)體DBR203包括40. 5對由n-AlAs制成的低折射率層203a和由 !1-八1。.36&。.48制成的高折射率層20313。再者，組分梯度層插入在相鄰的折射率層之間(見 圖18)以減小電阻。在組分梯度層中，組分從一側(cè)到另一側(cè)逐漸變化。應(yīng)當(dāng)注意到，每個折 射率層設(shè)計為以使得關(guān)于折射率層和鄰接折射率層的每個組分梯度層的一半的光學(xué)厚度 等于入/4(A :振蕩波長)。 下間隔層204由(Al。.7Ga。.3)。.5In。.5P制成。 有源層205包括由GalnPAs制成的三個量子阱層205和由Ga。.6In。.4P制成的四個 阻擋層205b。量子阱層205a具有關(guān)于襯底201的壓應(yīng)力，帶隙波長為大約780nm。再者， 阻擋層205b與量子阱層205a晶格匹配并具有拉伸應(yīng)變。
上間隔層206由(Al。.7Ga。.3)。.5In。.5P制成。 包括下間隔層204、有源層205和上間隔層206的多層部分可以稱作"振蕩器結(jié) 構(gòu)"。振蕩結(jié)構(gòu)設(shè)計為以使得它的光學(xué)長度等于光學(xué)厚度中的一個波長。應(yīng)當(dāng)注意到，有源 層205位于"振蕩器結(jié)構(gòu)"的中央位置以使得獲得高激勵發(fā)射概率，該位置對應(yīng)電場的駐波 分布的反節(jié)點位置。 上半導(dǎo)體DBR207包括24對低折射率層和高折射率層。再者，組分梯度層插入在 相鄰的折射率層之間(見圖19)以減小電阻。在組分梯度層中，組分從一側(cè)到另一側(cè)逐漸 變化。 在上半導(dǎo)體DBR207中，具有由p-AlAs制成并具有30nm厚度的選擇性氧化層208， 其被包括在低折射率層之一中。選擇性氧化層208的插入位置與上間隔層206光學(xué)間隔開 5入/4。再者，包括選擇性氧化層208的低折射率層設(shè)計為以使得低折射率層和鄰接低折射 率層的每一組分梯度的一半的光學(xué)厚度等于3 A /4。 再者，定位在包括選擇性氧化層的低折射率層的+Z側(cè)上的組分梯度層和選擇性 氧化層108的每個位置設(shè)計為定位在電場強度分布的節(jié)點位置(見圖19)。
除包括選擇性氧化層208的低折射率層以外的每一折射率層設(shè)計為折射率層和 鄰接折射率層的每一組分梯度層的一半的光學(xué)厚度等于A /4。 在選擇性氧化層208的+Z和-Z側(cè)上，由p_Al。.83Ga。. 17As制成并具有40nm厚度的 中間層207被提供。 由p-Al。.75Ga。.25As制成的層207c (在此及后稱為"低折射率層207c")被提供以使
得層207c鄰接包括選擇性氧化層203的低折射率層中的相應(yīng)的中間層207m。 在上半導(dǎo)體DBR207中，除包括選擇性氧化層208的低折射率層以外的低折射率層
207a由p-Al。.9Ga。.!As形成。再者，高折射率層107b由p-Al。.3Ga。.7As形成。 也就是，選擇性氧化層208包括在上半導(dǎo)體DBR207中的低折射率層之一中，包括
選擇性氧化層208的低折射率層還包括鄰接選擇性氧化層208的兩個中間層207m和鄰接
相應(yīng)的中間層207m的兩個低折射率層207c。再者，中間層207m的鋁含量比率比選擇性氧
化層208中的低17% ;低折射率層207c的鋁含量比率比選擇性氧化層208中的低25%。 接觸層209由p-GaAs形成。 在圖17中，附圖標(biāo)記"208a"和"208b"分別表示鋁氧化層和電流通過區(qū)域。附圖標(biāo)記"211"和"212"分別表示防護(hù)層和聚酰亞胺。附圖標(biāo)記"213"和"214"分別表示p側(cè) 電極和n側(cè)電極。 表面發(fā)射激光器200可以以與上面的表面發(fā)射激光器100相同的方法制造。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的表面發(fā)射激光器200中，選擇性氧化 層208被包括在上半導(dǎo)體DBR207中的低折射率層之一中，包括選擇性氧化層208的低折射 率層進(jìn)一步包括鄰接選擇性氧化層208的兩個中間層207m和鄰接相應(yīng)的中間層207m的兩 個低折射率層207c。再者，中間層207m中的鋁含量比率小于選擇性氧化層208中的17%; 在低折射率層207c中的鋁含量比率比選擇性氧化層208中的小25%。通過這樣做，當(dāng)選擇 性氧化層208被選擇性氧化時，可能提供對選擇性氧化層208的X-Y平面中的氧化速率和 氧化層208a的厚度更多的控制，從而能夠降低氧化層208a的厚度變化。結(jié)果，可以有利于 制造并增大制造產(chǎn)率。再者，可以降低變形相對于有源層205的負(fù)面影響并提高使用壽命。
再者，包括選擇性氧化層208的低折射率層的光學(xué)厚度等于3 A /4。通過這樣做， 定位在包括選擇性氧化層的低折射率層的+Z側(cè)上的組分梯度層和選擇性氧化層208每一 個可以定位在電場強度分布的節(jié)點位置。結(jié)果，可以降低由于選擇性氧化層208所致的衍 射損耗以及由于組分梯度層所致的吸收損耗。 再者，在第三實施方式中，描述其中當(dāng)沿著垂直于激光振蕩方向的平面切割時臺 面的形狀為正方形的情形。但是，本發(fā)明并不限于該形狀。所述形狀可以是包括圓形、橢圓 形和矩形形狀的任何其它形狀。 再者，在第三實施方式中，描述其中蝕刻被執(zhí)行以使得蝕刻的底面止于下間隔層 的情形。但是本發(fā)明并不限于該構(gòu)型。例如，蝕刻可以被執(zhí)行以使得蝕刻的底面抵達(dá)下半 導(dǎo)體DBR。 再者，在第三實施方式中，描述其中表面發(fā)射激光器的振蕩波長在780nm帶的情 形。但是，本發(fā)明并不限于該構(gòu)型。例如，另一波長帶，如650nm、850nm、980nm、1. 3iim或者 1.5iim可以被使用。在該情形中，作為有源層的半導(dǎo)體材料，可以根據(jù)振蕩波長使用半導(dǎo) 體材料。例如，AlGalnP類型混晶半導(dǎo)體可用于650nm帶，InGaAs類型混晶半導(dǎo)體可用于 980nm帶，GalnNAs (Sb)類型混晶半導(dǎo)體可用于1. 3 y m和1. 5 y m帶。
《表面發(fā)射激光器陣列》
"第四實施方式" 圖20示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的表面發(fā)射激光器陣列500的構(gòu) 型。 如圖20所示，表面發(fā)射激光器陣列500包括安置在相同的襯底上的多個(在該情 形中為32個)發(fā)光部分。 圖21示出表面發(fā)射激光器陣列500的發(fā)光部分的布置方式。如圖21所示，發(fā)光 部分安置為四排，每排在"T"方向排列。四排以規(guī)則間隔安置在"S"方向。"T"方向傾斜 從"M"方向的軸向著"S"方向的軸測量的"a "度(0° < a < 90° )。四排的每排具有 在"M"方向以規(guī)則間隔隔開的8個發(fā)光部分。也就是，32個發(fā)光部分處于具有"T"方向和 "S"方向的二維陣列。在該描述中，術(shù)語"發(fā)光部分間隔"是指兩個相鄰的發(fā)光部分的中心 之間的距離。 在該二維陣列中，在"S"方向的發(fā)光部分間隔"d"為24 ii m，在"M"方向的發(fā)光部分間隔"X"為30ym(見圖21)。再者，當(dāng)32個發(fā)光部分正投影到在"S"方向延伸的虛擬線 上時獲得的間隔"c"為3 ii m(見圖21)。 圖22是沿著圖21的線A-A繪得的截面視圖。如圖22所示，每個發(fā)光部分具有與 上述表面發(fā)射激光器200相同的結(jié)構(gòu)。 再者，表面發(fā)射激光器陣列500可以以關(guān)于表面發(fā)射激光器200描述的方式相同 的方式制造。 另一方面，優(yōu)選地，兩個發(fā)光部分之間的凹槽具有5ym或更大的長度，用于保證 發(fā)光部分之間的電和空間隔離。當(dāng)它們彼此靠得太近時，在制造中會難以提供精確控制的 蝕刻。再者，優(yōu)選地，臺面的尺寸(一邊)為10ym或更大。當(dāng)該尺寸太小時，熱量會保持 在內(nèi)部，這會使得特性降級。 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的表面發(fā)射激光器陣列500由多個表面發(fā) 射激光器200制成。因此，表面發(fā)射激光器陣列500具有與表面發(fā)射激光器200相同的效 果。再者，在表面發(fā)射激光器陣列500中，電流通過區(qū)域的尺寸(面積)和氧化層厚度的變 化在發(fā)光部分中是小的，閾值電流、單模輸出功率、光散射角度、使用壽命等的變化也小。
另一方面，圖23示出氧化層的最大厚度和使用壽命之間的關(guān)系。圖23繪出在多 個批次中制造的表面發(fā)射激光器陣列的使用壽命和氧化層的最大厚度的每個測量結(jié)果，其 中每個表面發(fā)射激光器陣列包括根據(jù)上面的對比例2的多個表面發(fā)射激光器。圖23中的 符號的不同表示批次的不同。再者，使用壽命確定為當(dāng)在驅(qū)動電流上執(zhí)行反饋控制以使得 發(fā)光部分的輸出功率變?yōu)楹愣〞r至少一個發(fā)光部分的驅(qū)動電流變?yōu)槌跏贾档?20%所經(jīng)過 的時間。 再者，其它實驗表明當(dāng)氧化層的最大厚度為60nm時的使用壽命與氧化層的最大 厚度為80nm時的使用壽命相同。 基于上面的結(jié)果，優(yōu)選地，氧化層的最大厚度為110nm或者更小。在根據(jù)本發(fā)明的 第四實施方式的表面發(fā)射激光器陣列500中，氧化層的最大厚度為從70nm到90nm的范圍。
再者，圍繞氧化物限制結(jié)構(gòu)中的電流通過區(qū)域的氧化層包括選擇性氧化層的鋁氧 化物和中間層的鋁氧化物。因此，優(yōu)選地，選擇性氧化層和每一中間層的總厚度為110nm或 更小。 因此，表面發(fā)射激光器陣列500會比傳統(tǒng)的表面發(fā)射激光器陣列更易于制造，具 有更高的產(chǎn)率，并具有更長的使用壽命。 在第四實施方式的描述中，描述其中表面發(fā)射激光器陣列500具有32個發(fā)光部分 的情形。但是，發(fā)光部分的數(shù)量并不限于該數(shù)量。 在第四實施方式中，描述其中在垂直于激光發(fā)射方向的橫截面表面中的臺面的形 狀為正方形的情形。但是，在本發(fā)明中，臺面的形狀并不限于該形狀。例如，臺面可以具有 包括矩形、圓形和橢圓形的任何其它形狀。 在第四實施方式中，描述其中波長為780nm帶的情形。但是，在本發(fā)明中，波長并 不限于該波長帶。例如，波長帶可以是例如650nm、850nm、980nm、1. 3iim和1. 5iim。 [OSOO]《表面發(fā)射激光器陣列》
"第五實施方式" 圖20示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的表面發(fā)射激光器陣列500的構(gòu)型。 如圖20所示，表面發(fā)射激光器陣列500包括布置在相同的襯底上的多個(在該情 形中為32個)發(fā)光部分。在下面的描述中，假定"M"方向表示紙上的向右方向，"S"方向 表示紙上的向下方向，如圖21所示。 圖21示出表面發(fā)射激光器陣列500的發(fā)光部分的布置方式。如圖21所示，發(fā)光 部分具有四排，每排在"T"方向?qū)R。四排在"S"方向以規(guī)則間隔"d"安置，以使得當(dāng)所有 的發(fā)光部分正投影到"S"方向延伸的虛擬線上時獲得間隔"c"。 "T"方向以從"M"方向的 軸向著"S"方向的軸測量的"a "角度(0° <a <90° )傾斜。四排的每排具有在"M" 方向規(guī)則間隔的8個發(fā)光部分。也就是，32個發(fā)光部分為在"T"方向和"S"方向的二維陣 列。在該描述中，術(shù)語"發(fā)光部分間隔"是指兩個發(fā)光部分的中心之間的距離。
在該情形中，距離"c"為3iim，距離"d"為24iim，發(fā)光部分間隔"X"為30iim。
圖22是沿著圖21中的線A-A的截面圖。每個發(fā)光部分具有與上述表面發(fā)射激 光器100相同的結(jié)構(gòu)。也就是，在每個發(fā)光部分中，振蕩器結(jié)構(gòu)包括有源層205和半導(dǎo)體 DBR(下半導(dǎo)體DBR203和上半導(dǎo)體DBR207)，每個半導(dǎo)體DBR包括多對低折射率層和高折射 率層，半導(dǎo)體DBR夾住振蕩器結(jié)構(gòu)，設(shè)置在襯底201上。再者，上半導(dǎo)體DBR207包括電流限 制結(jié)構(gòu)，其中電流通過區(qū)域被由Al的選擇性氧化形成的氧化層圍繞。 氧化層的厚度隨著距離電流通過區(qū)域距離的減小而減小。氧化層具有在更靠近有 源層205的一側(cè)上的第一邊界表面和在另一側(cè)上的第二邊界表面。再者，第二邊界表面比 第一邊界表面關(guān)于垂直于激光發(fā)射方向的虛擬表面更加傾斜。由于該特征，可以增大更高 階橫向模的閾電流值而不會降級基諧橫向模的斜度效率。 再者，表面發(fā)射激光器陣列500可以以與表面發(fā)射激光器100同樣的方式進(jìn)行制造。 另一方面，優(yōu)選地，兩個發(fā)光部分之間的凹槽具有5ym或更大的長度用于保證發(fā) 光部分之間的電和空間隔離。當(dāng)它們彼此靠得太近時，在制造中會難以提供精確控制的蝕 刻。再者，優(yōu)選地，臺面的尺寸(一邊)為10ym或更大。當(dāng)該尺寸太小時，熱量會保持在 內(nèi)部，這會降級特性。 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的表面發(fā)射激光器陣列500包括多個表面 發(fā)射激光器100。因此，表面發(fā)射激光器陣列500可以在每個發(fā)光部分中獲得高單模輸出功 率而不會導(dǎo)致高成本。 在第五實施方式中，描述其中表面發(fā)射激光器陣列500具有32個發(fā)光部分的情 形。但是，發(fā)光部分的數(shù)量并不限于該數(shù)量。 在第五實施方式中，描述其中臺面在垂直于激光發(fā)射方向的橫截表面的形狀為正 方形的情形。但是，在本發(fā)明中，臺面并不限于該形狀。例如，臺面可以具有包括矩形、圓形 和橢圓形的任何其它形狀。 在第五實施方式中，描述其中波長為780nm帶的情形。但是，在本發(fā)明中，波長并 不限于該波長帶。例如，波長帶可以為650nm、850nm、980nm、1. 3iim和1.5iim。
《表面發(fā)射激光器陣列》
"第六實施方式" 圖24示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的表面發(fā)射激光器陣列600的構(gòu)型。 表面發(fā)射激光器陣列600包括多個(在該情形中為IO個)發(fā)光部分，其為一維地 排列在相同襯底上。 表面發(fā)射激光器陣列600的每一發(fā)光部分設(shè)計來用作具有1. 3 m振蕩波長帶的 表面發(fā)射激光器。圖25是沿著圖24的線A-A的截面視圖。如圖25所示，半導(dǎo)體層例如下 半導(dǎo)體DBR303、下間隔層304、有源層305、上間隔層305、上半導(dǎo)體DBR307和接觸層309順 次層疊在襯底301上。圖26是有源層305的附近的放大視圖，圖27是上半導(dǎo)體307的局 部放大視圖。 襯底301是由n-GaAs制成的單晶襯底。 下半導(dǎo)體DBR303包括36. 5對由n_Al。. 9Ga。. 制成的低折射率層303a和由 n-GaAs制成的高折射率層303b。再者，組分梯度層插入在每一折射率層之間以減小電阻。 在組分梯度層中，組分從一個側(cè)到另一側(cè)逐漸變化。應(yīng)當(dāng)注意到，每一折射率層設(shè)計為以使 得關(guān)于折射率層和鄰接折射率層的每一組分梯度層的一半的光學(xué)厚度等于入/4(A :振蕩 波長)。 下間隔層304由GaAs制成。 有源層305包括由GalnNAs制成的三個量子阱層305a和由GaAs制成的四個阻擋 層305b。 上間隔層306由GaAs制成。 包括下間隔層304、有源層305和上間隔層306的多層部分可稱作"振蕩器結(jié)構(gòu)"。 振蕩結(jié)構(gòu)設(shè)計為以使得其光學(xué)長度等于光學(xué)厚度中的一個波長。應(yīng)當(dāng)注意到，有源層305 位于"振蕩器結(jié)構(gòu)"的中央位置以獲得高的激勵發(fā)射概率，所述位置對應(yīng)電場駐波分布的反 節(jié)點位置。 上半導(dǎo)體DBR307包括26對低折射率層和高折射率層。再者，組分梯度層插入在 相鄰的折射率層之間以減小電阻。在組分梯度層中，該組分從一側(cè)到另一側(cè)逐漸變化。
在上半導(dǎo)體DBR307中，有具有20nm厚度的由p-AlAs制成的選擇性氧化層308， 其包括在低折射率層之一中。選擇性氧化層308的插入位置從上間隔層306光學(xué)地間隔開 5入/4。再者，包括選擇性氧化層308的低折射率層設(shè)計為以使得低折射率層和鄰接低折射 率層的每一組分梯度的一半的光學(xué)厚度等于3 A /4。 除包括選擇性氧化層308的低折射率層以外的折射率層設(shè)計為以使得折射率層 和鄰接折射率層的每個組分梯度層的一半的光學(xué)厚度等于A /4。 在選擇性氧化層308的+Z和-Z側(cè)上，提供由p_Al。. 8Ga。. 2As制成并具有35nm厚度 的中間層307m。 提供由p-Al。.6Ga。.4As制成的層307c (在此及后稱作"低折射率層307c")其鄰接 包括選擇性氧化層308的低折射率層中的相應(yīng)的中間層307m。 在上半導(dǎo)體DBR307中，除包括選擇性氧化層308的低折射率層以外的低折射率層 307a由p-Alo.gGa^As制成。再者，高折射率層307b由p-GaAs制成。 也就是，選擇性氧化層308包括在上半導(dǎo)體DBR307中的低折射率層之一中，包括 選擇性氧化層308的低折射率進(jìn)一步包括鄰接選擇性氧化層308的兩個中間層307m和鄰 接相應(yīng)的中間層307m的兩個低折射率層3Q7c。再者，中間層307中的鋁含量比率比選擇性氧化層308中的小20% ;低折射率層307c中的鋁含量比率比選擇性氧化層308中的小 40%。 表面發(fā)射激光器陣列600可以以與表面發(fā)射激光器100相同的方式進(jìn)行制造。但 是，表面發(fā)射激光器陣列600的臺面的形狀為圓形。 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的表面發(fā)射激光器陣列600包括具有與表 面發(fā)射激光器100類似結(jié)構(gòu)的多個表面發(fā)射激光器。因此，表面發(fā)射激光器陣列600具有 與表面發(fā)射激光器100相同的效果。再者，在表面發(fā)射激光器陣列600中，電流通過區(qū)域的 尺寸(面積)和氧化層的厚度的變化在發(fā)光部分中是小的，并且閾值電流、單模輸出功率、 光散射角度、使用壽命等的變化也小。 因此表面發(fā)射激光器陣列600與傳統(tǒng)的表面發(fā)射激光器陣列相比可以更容易地 制造，具有更高的產(chǎn)率，并具有更長的使用壽命。 在第六實施方式中，描述其中表面發(fā)射激光器陣列600具有10個發(fā)光部分的情 形。但是，發(fā)光部分的數(shù)量并不限于該數(shù)量。 在第六實施方式中，描述其中臺面在垂直于激光發(fā)射方向的橫截面表面的形狀為 圓形的情形。但是，在本發(fā)明中，臺面的形狀并不限于該形狀。例如，臺面可以具有包括正 方形、矩形和橢圓形的任何其它形狀。 在第六實施方式中，描述其中波長為1. 3 ii m帶的情形。但是，在本發(fā)明中，波長并 不限于該波長帶。例如，波長帶可以為650nm、780nm、850nm、980nm和1. 5iim。
《表面發(fā)射激光器陣列》
"第七實施方式" 圖24示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的表面發(fā)射激光器陣列600的構(gòu) 型。 表面發(fā)射激光器陣列600包括多個(在該情形中為IO個)發(fā)光部分，其一維排列 在相同的襯底上。 表面發(fā)射激光器陣列600的每一發(fā)光部分設(shè)計來用作具有1. 3 ii m振蕩波長帶 的表面發(fā)射激光器。圖25是沿著圖24的線A-A的橫截面視圖。半導(dǎo)體層例如下半導(dǎo)體 DBR303、下間隔層304、有源層305、上間隔層305、上半導(dǎo)體DBR307和接觸層309順次層疊 在襯底301上。圖26是圖25所示的有源層305的附近的放大視圖，圖28是圖25所示的 上半導(dǎo)體DBR307的局部放大視圖。
襯底301是由n-GaAs制成的單晶襯底。 下半導(dǎo)體DBR303包括36. 5對由n_Al。. 9Ga。. 制成的低折射率層303a和由 n-GaAs制成的高折射率層303b。再者，組分梯度層插入在低折射率層和高折射率層之間以 減小電阻。在組分梯度層中，組分從一側(cè)到另一側(cè)逐漸變化。應(yīng)當(dāng)注意到，每個折射率層 設(shè)計為以使得關(guān)于折射率層和鄰接折射率層的組分梯度層的每個的一半的光學(xué)厚度等于 入/4。 下間隔層304由GaAs制成。 有源層305包括由GalnNAs制成的三個量子阱層305a和由GaAs制成的四個阻擋 層305b。 上間隔層306由GaAs制成。
包括下間隔層304、有源層305和上間隔層306的多層部分可稱作"振蕩器結(jié)構(gòu)"。 振蕩結(jié)構(gòu)設(shè)計為具有等于光學(xué)厚度中的一個波長的光學(xué)長度。應(yīng)當(dāng)注意到，有源層305位 于"振蕩器結(jié)構(gòu)"的中央的位置以獲得高激勵發(fā)射概率，所述位置對應(yīng)電場的駐波分布的反 節(jié)點位置。 上半導(dǎo)體DBR307包括26對低折射率層和高折射率層。再者，組分梯度層插入在 低折射率層和高折射率層之間以減小電阻。在組分梯度層中，組分從一側(cè)到另一側(cè)逐漸變 化。 在上半導(dǎo)體DBR307中，存在由p-AlAs制成并具有20nm厚度的選擇性氧化層308， 其包括在低折射率層之一中。選擇性氧化層308的插入位置與上間隔層306光學(xué)間隔開 5入/4。再者，包括選擇性氧化層308的低折射率層設(shè)計為以使得低折射率層和鄰接低折射 率層的每一組分梯度的一半的光學(xué)厚度等于3 A /4。 除包括選擇性氧化層308的低折射率層以外的每一折射率層設(shè)計為以使得折射 率層和鄰接折射率層的每一組分梯度層的一半的光學(xué)厚度等于A /4。 由p-Al。.8Ga。.2As制成并具有35nm厚度的層307m設(shè)置在選擇性氧化層308的+Z 由p-Al。.6Ga。.4As制成的層307al (在此及后稱為"低折射率層307al")設(shè)置在選 擇性氧化層308的-Z側(cè)和中間層307m的+Z側(cè)的每一個上。因此，包括選擇性氧化層308 的低折射率層進(jìn)一步包括中間層307m和兩個低折射率層307al。 在上半導(dǎo)體DBR307中，除包括選擇性氧化層308的低折射率層以外的每一低折射 率層307a由p-Al。.gGa。.^s制成。再者，每一高折射率層307b由p-Al^Ga^As制成。
也就是，選擇性氧化層308關(guān)于其厚度方向的中心位置對應(yīng)駐波分布的節(jié)點位置 并定位在中間層307m和低折射率層307al之間。再者，每一中間層307m和低折射率層 307al中的鋁含量比率低于選擇性氧化層308中的，低折射率層307al中的鋁含量比率小于 中間層307m中的。 表面發(fā)射激光器陣列600可以以與表面發(fā)射激光器100相同的方式進(jìn)行制造。
在表面發(fā)射激光器陣列的每一發(fā)光部分中，上半導(dǎo)體DBR包括電流限制結(jié)構(gòu)，其 中電流通過區(qū)域被通過鋁的選擇性氧化形成的氧化層圍繞。氧化層的厚度隨著距離電流通 過區(qū)域的距離的減小而逐漸減小。氧化層具有在更靠近有源層305的一側(cè)上的第一邊界表 面和在另一側(cè)上的第二邊界表面。再者第二邊界表面比第一邊界表面關(guān)于垂直于激光發(fā)射 方向的虛擬表面更加傾斜。 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的表面發(fā)射激光器陣列600包括具有與表 面發(fā)射激光器100類似結(jié)構(gòu)的多個表面發(fā)射激光器。因此，表面發(fā)射激光器陣列600可以 在每個發(fā)光部分中獲得高單模輸出功率而不會導(dǎo)致高成本。 在第七實施方式中，描述其中表面發(fā)射激光器陣列600具有十個發(fā)光部分的情 形。但是，發(fā)光部分的數(shù)量并不限于該數(shù)量。 在第七實施方式中，描述其中臺面在垂直于激光發(fā)射方向的橫截面表面中的形狀 為圓形的情形。但是，在本發(fā)明中，臺面的形狀并不限于該形狀。例如，臺面可以具有包括 正方形、矩形和橢圓形的任何其它形狀。 在該第七實施方式中，描述其中波長為1.3iim波長帶的情形。但是，在本發(fā)明中，
27波長并不限于該波長帶。例如，波長帶可以為650nm、780nm、850nm、980nm和1. 5iim。
《成像設(shè)備》
"第八實施方式" 圖29示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第八實施方式的作為成像設(shè)備的激光打印機 1000的構(gòu)型。 如圖29所示，激光打印機IOOO包括光學(xué)掃描裝置1010、感光鼓1030、充電器 1031、顯影輥1032、轉(zhuǎn)印充電器1033、中和單元1034、清潔刮板1035、色粉盒1036、饋紙輥 1037、饋紙托盤1038、支撐輥對1039、定影輥1041、排出輥1042、排出托盤1043、通信控制 裝置1050和總體上控制以上部件的印刷控制裝置1060。這些部件容納在打印機機殼1044 中。 通信控制裝置1050通過網(wǎng)絡(luò)借助更上位的裝置(例如個人電腦)控制雙向通信。
感光鼓1030具有圓柱形狀，感光層形成在感光鼓1030的表面上。也就是，鼓1030 的表面將被掃描。感光鼓1030在圖29的箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)。 充電器1031 、顯影輥1032、轉(zhuǎn)印充電器1033、中和單元1034和清潔刮板1035的每 一個布置在感光鼓1030的表面附近。再者，充電器1031、顯影輥1032、轉(zhuǎn)印充電器1033、中 和單元1034和清潔刮板1035沿著感光鼓1030的旋轉(zhuǎn)方向以該順序順次安置。
充電器1031對感光鼓1030的表面均勻充電。 光學(xué)掃描裝置1010照射根據(jù)來自更上層裝置的圖像信息而調(diào)制的光通量。通過 這樣做，根據(jù)圖像信息的潛影形成在感光鼓1030的表面上。形成的潛影在顯影輥1032的 方向通過感光鼓1030的轉(zhuǎn)動而移動。下面詳細(xì)描述光學(xué)掃描裝置1010的構(gòu)型。
收納在色粉盒1036中的色粉提供給顯影輥1032。 顯影輥1032使得色粉附著到形成在感光鼓1030的表面上的潛影上以可視化圖 像信息。具有附著的色粉的潛影(為了方便，在此及后可稱為"色粉圖像")在轉(zhuǎn)印充電器 1033的方向通過感光鼓1030的轉(zhuǎn)動而移動。 記錄紙張1040提供在紙張饋送托盤1038中。在紙張饋送托盤1038附近，提供紙 張饋送輥1037。紙張饋送輥1037 —張一張地從紙張饋送托盤1038饋送記錄紙張1040到 支撐輥對1039。支撐輥對1039首先保持由紙張饋送輥1037取出的記錄紙張1040，并向 著感光鼓1030和轉(zhuǎn)印充電器1033之間的間隙與感光鼓1030的轉(zhuǎn)動同步地發(fā)送記錄紙張 1040。 與色粉極性相反極性的電壓施加到轉(zhuǎn)印充電器1033以電吸引感光鼓1030的表面 上的色粉到記錄紙張1040。通過施加該電壓，在感光鼓1030的表面上的色粉圖像轉(zhuǎn)印到記 錄紙張1040上。轉(zhuǎn)印的記錄紙張1040饋送到定影輥1041。 定影輥1041施加熱和壓力到記錄紙張1040以將色粉定影到記錄紙1040上。定 影的記錄紙張1040排出到排出托盤1043以連續(xù)地堆疊在排出托盤1043上。
中和單元1034中和感光鼓1030的表面。 清潔刮板1035移除感光鼓1030的表面上剩余的色粉(剩余色粉)。在其上剩余 色粉被移除的感光鼓1030的表面再次返回到面對充電器1031的位置。
《光學(xué)掃描裝置》 接著，描述光學(xué)掃描裝置1010的構(gòu)型。
例如，如圖30所示，光學(xué)掃描裝置1010包括光源14、耦合透鏡15、光圈擋片16、變 形透鏡17、反射鏡18、多角鏡13、偏轉(zhuǎn)器側(cè)掃描透鏡11a、像表面?zhèn)葤呙柰哥Rllb和掃描控 制裝置(未示出)。這些部件安置在殼體30中的它們的規(guī)定位置。 應(yīng)當(dāng)注意到，在下面，對應(yīng)主掃描方向的方向簡稱"主掃描對應(yīng)方向"，對應(yīng)次掃描 方向的方向簡稱"次掃描對應(yīng)方向"。 光源14包括表面發(fā)射陣列500并能夠同時發(fā)射32個光束。在該情形中，表面發(fā) 射陣列500布置為以使得"M"方向?qū)?yīng)主掃描對應(yīng)方向，"S"方向?qū)?yīng)次掃描對應(yīng)方向。
耦合透鏡15平行于來自光源14的發(fā)散光通量束。光源14和耦合透鏡15固定在 鋁保持器上以使得光源14和耦合透鏡15之間的位置關(guān)系固定到它們期望的位置作為一個 單元。 光圈擋片16具有開口以調(diào)節(jié)通過耦合透鏡15的光通量的束的直徑。 變形透鏡17通過折射已經(jīng)通過光圈擋片16的開口和反射鏡18的光通量而在多
角鏡13的偏轉(zhuǎn)反射面的附近相對于次掃描對應(yīng)方向形成圖像。 布置在光源14和多角鏡13之間的光學(xué)路徑上的光學(xué)系統(tǒng)可以稱作偏轉(zhuǎn)器前光學(xué) 系統(tǒng)。在該實施方式中，偏轉(zhuǎn)器前光學(xué)系統(tǒng)包括耦合透鏡15、光圈擋片16、變形透鏡17和 反射鏡18。 多角鏡13可以是具有18毫米內(nèi)切圓半徑的六角反射鏡。每個鏡子用作偏轉(zhuǎn)反射 表面。這個多角鏡13在圍繞平行于次掃描對應(yīng)方向的軸線旋轉(zhuǎn)的同時偏斜來自反射鏡18 的光通量。 偏轉(zhuǎn)器側(cè)掃描透鏡lla布置在通過多角鏡13偏轉(zhuǎn)的光通量的光學(xué)路徑上。
像表面?zhèn)葤呙柰哥Rlib布置在通過偏轉(zhuǎn)器側(cè)掃描透鏡lla的光通量的光學(xué)路徑 上。通過像表面?zhèn)葤呙柰哥Rlib的光通量傳輸?shù)礁泄夤?030的表面上以形成光點。該光 點在感光鼓1030的縱向方向根據(jù)多角鏡13的轉(zhuǎn)動而移動。也就是，光點被掃描到感光鼓 1030的表面上。光點的移動方向是在"主掃描對應(yīng)方向"。再者，感光鼓1030的轉(zhuǎn)動方向 是在"次掃描對應(yīng)方向"。 布置在多角鏡13和感光鼓1030之間的光學(xué)路徑上的光學(xué)系統(tǒng)可以稱作掃描光
學(xué)系統(tǒng)。在該實施方式中，掃描光學(xué)系統(tǒng)包括偏轉(zhuǎn)器側(cè)掃描透鏡lla和像表面?zhèn)葤呙柰哥R
llb。應(yīng)當(dāng)注意到，至少一個折疊式鏡子可布置在偏轉(zhuǎn)器側(cè)掃描透鏡lla和像表面?zhèn)葤呙柰?br> 鏡lib之間和像表面?zhèn)葤呙柰哥Rlib和感光鼓1030之間的至少一個光學(xué)路徑上。 在該情形中，在表面發(fā)射激光器陣列500中，每個發(fā)光部分間隔是當(dāng)發(fā)光部分正
投射到在"S"方向延伸的虛擬線上時的接觸間隔"c"。因此，通過調(diào)節(jié)發(fā)射光的定時，該構(gòu)
型被認(rèn)為大致與其中發(fā)光部分以相同的間隔排列在次掃描對應(yīng)方向的構(gòu)型相同。 再者，因為間隔"c"為3iim，通過設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)的放大率到大約1.8可以獲得
4800dpi(點/英寸)的高密度寫。不用說，可以通過例如增加在"T"方向的發(fā)光部分的數(shù)量
從而通過按比例縮小間隔"d"和進(jìn)一步按比例縮小間隔"c"，以及增大光學(xué)系統(tǒng)的放大率，
改變陣列構(gòu)型，而獲得高密度和高質(zhì)量的印刷，應(yīng)當(dāng)注意到，在主掃描方向的寫入間隔可以
通過調(diào)節(jié)發(fā)光部分的發(fā)光定時而容易地進(jìn)行控制。 再者，在這個構(gòu)型中，激光打印機1000可以進(jìn)行印刷而不會降低印刷速度，即使 在寫入點密度增大的情形中。再者，當(dāng)寫入點密度保持時，印刷速度可以進(jìn)一步提高。
再者，在表面激光器陣列500中，在發(fā)光部分中電流通過區(qū)域的尺寸和氧化層的 厚度的變化是小的。因此，發(fā)光直徑和特性的變化變小，形成在感光鼓1030上的束點的直 徑變?yōu)榇笾卤舜讼嗟取?如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第八實施方式的光學(xué)掃描裝置1010中，光源14裝備有 表面發(fā)射激光器陣列500。因此，光學(xué)掃描裝置1010能夠穩(wěn)定地進(jìn)行高密度光學(xué)掃描而不 會導(dǎo)致高成本。 再者根據(jù)本發(fā)明的第八實施方式的激光打印機1000包括光學(xué)掃描裝置1010。因 此，激光打印機1000能夠穩(wěn)定地形成高質(zhì)量圖像而不會導(dǎo)致高成本。 再者，在其中開始氧化的臺面的側(cè)表面上的氧化層幾乎不比設(shè)計的更厚，表面發(fā) 射激光器陣列的使用壽命明顯更長。因此，可以再次使用寫入單元或者光源單元。
在第八實施方式中，描述其中光源14具有32個發(fā)光部分的情形。但是，發(fā)光部分 的數(shù)量并不限于該數(shù)量。 在第八實施方式中，代替使用表面發(fā)射激光器陣列500，可以使用其中與表面發(fā)射
激光器陣列500中的發(fā)光部分相同的發(fā)光部分一維地排列的表面發(fā)射激光器陣列。 在該第八實施方式中，描述其中激光打印機1000用作成像設(shè)備的情形。但是，本
發(fā)明的成像設(shè)備并不限于激光打印機。也就是，本發(fā)明可以應(yīng)用到具有光學(xué)掃描裝置1010
的任何成像設(shè)備。這樣的成像設(shè)備可以穩(wěn)定地形成高質(zhì)量圖像而不會導(dǎo)致高成本。 例如，本發(fā)明可以應(yīng)用到能夠?qū)⒓す庵苯诱丈涞酵ㄟ^激光顯影顏色的介質(zhì)(例如
紙張)上的成像設(shè)備。 再者，本發(fā)明可以應(yīng)用到其中銀鹽膜用作圖像載體的成像設(shè)備。在該情形中，潛影
形成在銀鹽膜上，并且形成的潛影可以以與銀攝影術(shù)工藝中的通常的顯影方法相同的方式
可視化并且以與銀攝影術(shù)工藝中的通常的印刷方法相同的方式轉(zhuǎn)印到印刷紙張上。這樣的
成像設(shè)備可應(yīng)用到光學(xué)照相制版設(shè)備和光學(xué)描繪儀用于繪制CT掃描圖像等。 再者，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的實施方式的適于多顏色圖像的光學(xué)掃描裝置時，能夠
形成多顏色圖像的成像設(shè)備可以穩(wěn)定地形成高質(zhì)量圖像而不會導(dǎo)致高成本。 例如，如圖31所示，本發(fā)明可以應(yīng)用到裝備有用于彩色圖像處理的多個感光鼓的
串列式彩色設(shè)備1500。 如圖31所示，串列式彩色設(shè)備1500包括用于黑色處理的"感光鼓K1、充電裝置 K2、顯影裝置K4、清潔單元K5和轉(zhuǎn)印裝置K6";用于青色處理的"感光鼓Cl、充電裝置C2、 顯影裝置C4、清潔單元C5和轉(zhuǎn)印裝置C6";用于品紅色處理的"感光鼓M1、充電裝置M2、顯 影裝置M4、清潔單元M5和轉(zhuǎn)印裝置M6";用于黃色處理的"感光鼓Yl、充電裝置Y2、顯影裝 置Y4、清潔單元Y5和轉(zhuǎn)印裝置Y6";光學(xué)掃描裝置1010A ;轉(zhuǎn)印帶1580 ;和定影單元1530。
每個感光鼓在圖31中的對應(yīng)箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)。為了在旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，充電裝 置、顯影裝置、轉(zhuǎn)印裝置和清潔單元順次布置。每個充電裝置對相應(yīng)的感光鼓的表面均勻充 電。來自光學(xué)掃描裝置IOIOA的光照射到被充電裝置充電的感光鼓的表面上以在感光鼓上 形成潛像。然后，色粉圖像通過對應(yīng)的顯影裝置形成在感光鼓的表面上。然后，每個顏色的 色粉圖像通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)印裝置轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印帶1580上的記錄紙張上。最后，套疊的圖像通過 定影單元1530定影在記錄紙張上。 光學(xué)掃描裝置IOIOA具有每種顏色的光源，該光源類似于光源14。因此，光學(xué)掃描裝置1010A可以實現(xiàn)與光學(xué)掃描裝置1010相同的結(jié)果。再者，串列式彩色設(shè)備1500裝備 有光學(xué)掃描裝置IOIOA。因此，串列式彩色設(shè)備1500可以實現(xiàn)與激光打印機1000相同的效果。 另一方面，在串列式彩色設(shè)備中，顏色偏移的問題會由每個部分的制造誤差或者 位移誤差等導(dǎo)致。即使在這種情形下，在光學(xué)掃描裝置IOIOA中，可以通過將發(fā)光部分變化 為打開而減小顏色位移，因為光學(xué)掃描裝置1010A的每個光源具有與表面發(fā)射激光器陣列 500相同的表面發(fā)射激光器陣列。 再者，在本發(fā)明的第八實施方式中，替代使用光學(xué)掃描裝置1010，包括表面發(fā)射激
光器陣列500的裝備有光源的曝光裝置可以被使用。在該情形中，可以實現(xiàn)與激光打印機
IOOO相同的效果。《光學(xué)傳輸系統(tǒng)》"第九實施方式" 圖32示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第九實施方式的光學(xué)傳輸系統(tǒng)2000的構(gòu)型。如 圖32所示，光學(xué)傳輸系統(tǒng)2000包括通過光線電纜2004彼此連接的光學(xué)發(fā)射模塊2001和 光學(xué)接收模塊2005，其允許從光學(xué)發(fā)射模塊2001到光學(xué)接收模塊2005的單向光學(xué)傳輸。
再者，光學(xué)傳輸模塊2001包括光源2002和驅(qū)動電路2003。驅(qū)動電路2003根據(jù)來 自傳輸模塊2001的外面的電子信號輸入控制從光源2002輸出的激光的光強。
光源2002包括表面發(fā)射激光器陣列600。 從光源2002輸出的光學(xué)信號與光線電纜2004耦合并導(dǎo)引通過光纜2004以被輸 入到光學(xué)接收模塊2005中。應(yīng)當(dāng)注意到，如圖33所示，光纜2004可包括多個光纖以使得 多個光纖對應(yīng)表面發(fā)射激光器陣列600的發(fā)光部分。 光學(xué)接收模塊2005包括光接收裝置2006和接收電路2007。光接收裝置2006將 光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電子信號。接收電路2007放大并執(zhí)行來自光接收裝置2006的電子信號的 波形整形等。 在根據(jù)本發(fā)明的第九實施方式的光學(xué)傳輸模塊2001中，光源2002包括表面發(fā)射 激光器陣列600。因此，光學(xué)傳輸模塊2001可以穩(wěn)定地產(chǎn)生高質(zhì)量光學(xué)信號而不會導(dǎo)致高 成本。 此外，在根據(jù)本發(fā)明的第九實施方式的光學(xué)傳輸系統(tǒng)2000中，光學(xué)傳輸系統(tǒng)2000 包括光學(xué)傳輸模塊2001。因此，高質(zhì)量光學(xué)傳輸可穩(wěn)定地執(zhí)行而不會導(dǎo)致高成本。
因此，光學(xué)傳輸系統(tǒng)2000可以應(yīng)用到用于家庭使用、室內(nèi)辦公室使用、設(shè)備內(nèi)部 等的短程數(shù)據(jù)傳輸。 此外，因為集成在相同襯底上的多個發(fā)光部分具有一致的特性，所以易于執(zhí)行基 于同時發(fā)生的多個束的數(shù)據(jù)傳輸和快速數(shù)據(jù)傳輸。 此外，表面發(fā)射激光器低能耗地進(jìn)行操作。因此，當(dāng)表面發(fā)射激光器包括在設(shè)備中 時，溫升可以被控制。 應(yīng)該注意到，在第九實施方式中，描述了其中多個發(fā)光部分一個一個地對應(yīng)光纖。 但是，具有不同振蕩波長的多個光反射部分可以基于波長復(fù)用通信使用以提高傳輸速率。
此外在第九實施方式的描述中，描述了用于單向通信的構(gòu)型。但是，本發(fā)明可以應(yīng) 用到用于雙向通信的構(gòu)型。
工業(yè)實用性 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的表面發(fā)射激光器和表面發(fā)射激光器陣列與傳 統(tǒng)的表面發(fā)射激光器和表面發(fā)射激光器陣列相比可以更容易地進(jìn)行制造，具有更高的產(chǎn) 率，具有更長的使用壽命。再者，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的光學(xué)掃描裝置可以適于穩(wěn)定地執(zhí) 行高密度光學(xué)掃描而不會導(dǎo)致高成本。再者，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的成像設(shè)備可以適于 穩(wěn)定地形成高質(zhì)量的圖像而不會導(dǎo)致高成本。再者，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的光學(xué)傳輸模 塊可適于穩(wěn)定地產(chǎn)生高質(zhì)量的光學(xué)信號而不會導(dǎo)致高成本。再者，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)傳輸 系統(tǒng)可以適于執(zhí)行高質(zhì)量的光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸而不會導(dǎo)致高成本。 本申請是基于于2007年11月14提交的日本專利申請公開說明書 No. 2007-295505、于2008年1月28日提交的No. 2008-016331和于2008年5月26日提交 的No. 2008-136146并要求其優(yōu)先權(quán)，其整個內(nèi)容在此通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
一種表面發(fā)射激光器，包括包括有源層的振蕩器結(jié)構(gòu)；半導(dǎo)體分布式布拉格反射器，每個半導(dǎo)體分布式布拉格反射器包括多對低折射率層和高折射率層，所述半導(dǎo)體分布式布拉格反射器夾置所述振蕩器結(jié)構(gòu)；以及由包括鋁的選擇性氧化層形成的限制結(jié)構(gòu)，其中，所述選擇性氧化層被包括作為所述半導(dǎo)體分布式布拉格反射器的所述低折射率層的一部分；包括所述選擇性氧化層的所述低折射率層包括第一和第二層，所述第一層鄰近所述選擇性氧化層的至少一側(cè)，所述第二層鄰接所述第一層；以及所述第一層中的鋁含量比率低于所述選擇性氧化層中的鋁含量比率并大于所述第二層中的鋁含量比率。
2. 如權(quán)利要求l所述的表面發(fā)射激光器，其中， 所述選擇性氧化層和所述第一層的總厚度小于或等于110nm。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述限制結(jié)構(gòu)包括電流通過區(qū)域和圍繞所述電流通過區(qū)域的氧化層，以及 所述氧化層包括通過氧化所述選擇性氧化層的一部分形成的氧化物和通過氧化所述 第一層的一部分形成的氧化物。
4. 如權(quán)利要求3所述的表面發(fā)射激光器，其中， 所述氧化層的最大厚度小于或等于110nm。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項所述的表面發(fā)射激光器，其中， 包括所述選擇性氧化層的所述低折射率層的光學(xué)厚度可以通過以下公式表示 (2n+l) A/4N其中"n"表示大于或等于1的整數(shù)，"A "表示振蕩波長，"N"表示所述層的折射率。
6. 如權(quán)利要求1-5中任一項所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述選擇性氧化層的鋁含量比率和所述第一層的鋁含量比率之間的差異大于或等于 5%且小于或等于20%。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一項所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述選擇性氧化層的鋁含量比率和所述第二層的鋁含量比率之間的差異大于20%。
8. —種在垂直于其襯底方向發(fā)光的表面發(fā)射激光器，所述表面發(fā)射激光器包括 包括有源層的振蕩器結(jié)構(gòu)；半導(dǎo)體分布式布拉格反射器，每個半導(dǎo)體分布式布拉格反射器包括多對低折射率層和 高折射率層，所述半導(dǎo)體分布式布拉格反射器夾置所述振蕩器結(jié)構(gòu)；以及電流限制結(jié)構(gòu)，其中電流通過區(qū)域由氧化層圍繞，所述電流限制結(jié)構(gòu)通過選擇性氧化 鋁而形成在所述半導(dǎo)體分布式布拉格反射器中，其中，所述氧化層包括第一和第二邊界表面，所述第一邊界表面設(shè)置在更靠近所述有源層的 一側(cè)上，所述第二邊界表面設(shè)置在另一側(cè)上。所述氧化層的厚度隨著距離所述電流通過區(qū)域的距離減小而逐漸減小，以及所述第二邊界表面比所述第一邊界表面相對于垂直于激光發(fā)射方向的虛擬表面更傾斜。
9. 如權(quán)利要求8所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述半導(dǎo)體分布式布拉格反射器包括選擇性氧化層、第一層和第二層， 所述選擇性氧化層相對于其厚度方向的中心布置在對應(yīng)振蕩光的電場的駐波分布的 節(jié)點位置的位置，所述第一層鄰接所述選擇性氧化層的一側(cè)，所述一側(cè)更靠近所述有源層， 所述第二層鄰接所述選擇性氧化層的另一側(cè)，在所述第一層和第二層的每一個中的鋁含量比率小于所述選擇性氧化層中的鋁含量 比率，所述第一層中的所述鋁含量比率小于所述第二層中的鋁含量比率，以及 所述氧化層包括在所述選擇性氧化層中的鋁氧化物和在所述第二層中的鋁氧化物。
10. 如權(quán)利要求9所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述選擇性氧化層、所述第一層和所述第二層包括作為所述半導(dǎo)體分布式布拉格反射 器的低折射率層之一的一部分。
11. 如權(quán)利要求10所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述第一層的鋁含量比率小于除包括所述選擇性氧化層的所述低折射率層以外的每 個低折射率層的鋁含量比率。
12. 如權(quán)利要求8所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述半導(dǎo)體分布式布拉格反射器包括選擇性氧化層、第一層和第二層， 所述選擇性氧化層相對于其厚度方向的中心設(shè)置在對應(yīng)振蕩光的電場的駐波分布的 節(jié)點位置的位置，所述第一層鄰接所述選擇性氧化層的一側(cè)，所述一側(cè)更靠近所述有源層， 所述第二層鄰接所述選擇性氧化層的另 一側(cè)，所述第一和第二層中的鋁含量比率大致彼此相等并小于所述選擇性氧化層中的鋁含 量比率，所述第二層的厚度大于所述第一層的厚度，以及所述氧化層包括所述選擇性氧化層的鋁氧化物和所述第二層的鋁氧化物。
13. 如權(quán)利要求9-12中任一項所述的表面發(fā)射激光器，其中， 所述半導(dǎo)體分布式布拉格反射器進(jìn)一步包括鄰接所述第二層的第三層， 在所述第三層中的所述鋁含量比率小于在所述第二層中的鋁含量比率。
14. 如權(quán)利要求13所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述選擇性氧化層、所述第一層、所述第二層和所述第三層被包括作為所述半導(dǎo)體分 布式布拉格反射器的低折射率層之一的一部分。
15. 如權(quán)利要求14所述的表面發(fā)射激光器，其中，所述第三層的鋁含量比率小于除包括所述選擇性氧化層的所述低折射率層以外的每 一低折射率層中的鋁含量比率。
16. 如權(quán)利要求9-15中任一項所述的表面發(fā)射激光器，其中， 包括所述選擇性氧化層的所述低折射率層的光學(xué)厚度由以下公式表示 (2n+l) A/4N其中"n"表示大于或等于1的整數(shù)，"A "表示振蕩波長，以及"N"表示所述層的折射率。
17. —種表面發(fā)射激光器陣列，其中集成有多個根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項所述的表 面發(fā)射激光器。
18. —種將光掃描在掃描表面上的光學(xué)掃描裝置，所述光學(xué)掃描裝置包括光源，該光源包括如權(quán)利要求17所述的表面發(fā)射激光器陣列；偏轉(zhuǎn)器，該偏轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)來自所述光源的光；以及掃描光學(xué)系統(tǒng)，該掃描光學(xué)系統(tǒng)將通過所述偏轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)的光聚焦在所述掃描表面上。
19. 一種成像設(shè)備，包括 圖像載體；以及如權(quán)利要求18所述的光學(xué)掃描裝置，該光學(xué)掃描裝置將包括圖像信息的光掃描到所 述圖像載體上。
20. —種成像設(shè)備，包括 圖像載體；如權(quán)利要求17所述的表面發(fā)射激光器陣列；以及曝光裝置，該曝光裝置根據(jù)圖像信息驅(qū)動所述表面發(fā)射激光器陣列并曝光所述圖像載體。
21. 如權(quán)利要求19或20所述的成像設(shè)備，其中，所述圖像信息是多顏色圖像信息。
22. —種根據(jù)輸入信號產(chǎn)生光學(xué)信號的光學(xué)傳輸模塊，所述光學(xué)傳輸模塊包括 如權(quán)利要求17所述的表面發(fā)射激光器陣列；以及根據(jù)輸入電子信號驅(qū)動所述表面發(fā)射激光器陣列的驅(qū)動單元。
23. —種光學(xué)傳輸系統(tǒng)，包括 如權(quán)利要求22所述的光學(xué)傳輸模塊；光學(xué)介質(zhì)，由所述光學(xué)傳輸模塊產(chǎn)生的光學(xué)信號通過該光學(xué)介質(zhì)進(jìn)行傳輸；以及 轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器將通過所述光學(xué)介質(zhì)傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號轉(zhuǎn)換為電子信號。
全文摘要
公開一種表面發(fā)射激光器，其能夠容易地制造，具有更高的產(chǎn)率和更長的使用壽命。在表面發(fā)射激光器中，選擇性氧化層被包括作為上半導(dǎo)體分布式布拉格反射器的低折射率層的一部分；包括選擇性氧化層的低折射率層包括鄰接選擇性氧化層的兩個中間層和鄰接中間層的兩個低折射率層。中間層中的鋁含量比率低于選擇性氧化層中的，低折射率層中的鋁含量比率低于選擇性氧化層中的。該構(gòu)型使得能夠提供對氧化層的厚度和氧化速率更多的控制，從而使得能夠降低氧化層的厚度的變化。
文檔編號H01S5/183GK101765951SQ200880101129
公開日2010年6月30日 申請日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日
發(fā)明者伊藤彰浩, 佐藤俊一, 日野威, 軸谷直人 申請人:株式會社理光