專利名稱：垂直腔表面發(fā)射激光器件、垂直腔表面發(fā)射激光器陣列、光學(xué)掃描設(shè)備、成像設(shè)備、光學(xué)發(fā) ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明旨在一種垂直腔表面發(fā)射激光器件、垂直腔表面發(fā)射激光器陣列、光學(xué)掃 描設(shè)備、成像設(shè)備、光學(xué)發(fā)射模塊和光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)。尤其是，本發(fā)明旨在相對于襯底正交地 發(fā)射光線的垂直腔表面發(fā)射激光器件、其中集成有這種垂直腔表面發(fā)射激光器件的垂直腔 表面發(fā)射激光器陣列；包括這種垂直腔表面發(fā)射激光器件或者這種垂直腔表面發(fā)射激光器 陣列的光學(xué)掃描設(shè)備；包括這種光學(xué)掃描設(shè)備的成像設(shè)備以及包括這種垂直腔表面發(fā)射激 光器陣列的光學(xué)發(fā)射模塊和光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于它們的結(jié)構(gòu)，垂直腔表面發(fā)射激光器件特征在于容易降低閾值電流和功率消 耗。近年來，氧化物限制垂直腔表面發(fā)射激光器件已經(jīng)被集中地研究，與先前研究的離子注 入垂直腔表面發(fā)射激光器件(例如，見專利文件1)相比，該器件能夠降低閾值電流并且提 供更高速度的響應(yīng)。氧化物限制垂直腔表面發(fā)射激光器件具有如下的優(yōu)點(diǎn)具有氧化物所提供的有利 的橫向模式限制，這導(dǎo)致穩(wěn)定的振蕩模式；但是，由于氧化物的光學(xué)限制太強(qiáng)，難于獲得單 個基礎(chǔ)橫向模式振蕩。要指出的是，氧化物限制垂直腔表面發(fā)射激光器件在下面簡稱為“垂 直腔表面發(fā)射激光器件”。用于實(shí)現(xiàn)單個基礎(chǔ)橫向模式操作的廣泛采用的傳統(tǒng)技術(shù)是提供一個較小面積的 未氧化區(qū)域，該區(qū)域是電流注入?yún)^(qū)域(電流通過區(qū)域)，使得更高階的橫向模式被限制并且 不振蕩。換句話說，該技術(shù)是切斷高階橫向模式。用于實(shí)現(xiàn)單個基礎(chǔ)橫向模式操作的另一種提出的方法是減小由氧化物提供的橫 向模式限制的強(qiáng)度。如果橫向模式限制的強(qiáng)度降低，高階模式振蕩將被抑制。在這種情況 下，不需要使得未氧化區(qū)域較小，因此，可以改善熱特性和電特性。這導(dǎo)致飽和功率增加并 且調(diào)制率增大。為了減小氧化物帶來的光學(xué)限制的強(qiáng)度，傳統(tǒng)上，氧化物被設(shè)置在遠(yuǎn)離有源 層的位置處，或者氧化物被做得較薄。垂直腔表面發(fā)射激光器件由于每個激光器件相對于它的襯底正交地發(fā)射光束而 易于以高密度布置成二維形式，于是，開始研究將它們應(yīng)用于高速和高解析度電子照相系 統(tǒng)等。例如，非專利文件2公開了一種利用780nm波段VCSEL陣列(垂直腔表面發(fā)射激光 器陣列)的打印機(jī)。專利文件1公開了一種多點(diǎn)成像設(shè)備，其具有多個點(diǎn)光源。通常，通過 利用能夠以單個基礎(chǔ)橫向模式執(zhí)行高功率操作的垂直腔表面發(fā)射激光器件，可以實(shí)現(xiàn)更高 速度的光學(xué)寫入。這種垂直腔表面發(fā)射激光器件包括電流限制結(jié)構(gòu)，以便增加電流流入的效率。通 常使用的電流限制結(jié)構(gòu)是通過AlAs (砷化鋁)的選擇性氧化來形成的(電流限制結(jié)構(gòu)在下 面也稱為氧化物電流限制結(jié)構(gòu))(例如，見專利文件2)。氧化物電流限制結(jié)構(gòu)是如下形成 的，即在前體結(jié)構(gòu)中形成預(yù)定尺寸的臺地(mesa)，其中，要被選擇性氧化的p-AlAs層被沿著橫向側(cè)暴露，并且將前體結(jié)構(gòu)放置在高溫水蒸氣氣氛中，以便從橫向側(cè)開始Al被選擇性 氧化，使得臺地的中心部分保持未氧化。未氧化的部分作用為用于驅(qū)動垂直腔表面發(fā)射激 光器的電流的通過區(qū)域(電流注入?yún)^(qū)域)。以這種方式，容易獲得電流限制。對于垂直腔表面發(fā)射激光器，如果在有源層中產(chǎn)生的熱量被快速釋放，結(jié)溫度 (junction temperature)(有源層的溫度)的升高可以被抑制，并且可以防止增益降低。這 不僅導(dǎo)致高輸出，而且導(dǎo)致有利的溫度特性，并由此獲得更長的操作壽命。半導(dǎo)體多層反射器通常是由AlGaAs材料制成。AlGaAs材料的導(dǎo)熱性根據(jù)Al成分 變化很大，并且AlAs具有最高的導(dǎo)熱性(見圖65)。由于這個因素，已經(jīng)提出包括在設(shè)置于熱釋放路徑側(cè)并鄰近諧振器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體 多層反射器中的每個AlAs低折射率層被設(shè)計為具有比通常更大的光學(xué)厚度(例如，見專利 文件3至5)。[專利文件1]日本未審公開的專利申請公開說明書第H11-48520號；[專利文件2]美國專利公開說明書第M93577號[專利文件3]日本未審公開的專利申請公開說明書第2005-3M061號；[專利文件4]日本未審公開的專利申請公開說明書第2007-299897號；[專利文件5]美國專利公開說明書第6720585號；[非專利文件 1]K. D. Choquette, R. P. Schneider Jr, K. L. Lear & K. Μ. Geib, "Low threshold voltage vertical-cavity lasers fabricated by selective oxidation", Electronics Letters, No. 24,Vol.30，1994，pp.2043-2044[非專利文件 2] H. Nakayama, Τ. Nakamura, Μ. Funada, Y. Ohashi & Μ· Kato，‘‘780nm VCSELs for Home Networks and Printers，，，Electronic Components and Technology Conference Proceedings, 54th, Vol. 2，June 2004，pp.1371—1375 ；在電子照相術(shù)等中，當(dāng)驅(qū)動電流施加到光源上時所獲得的，光源的光學(xué)輸出響應(yīng) 波形的上升方式(rising behavior)會對圖像質(zhì)量有顯著影響。光學(xué)輸出響應(yīng)波形代表 光學(xué)輸出中的時間變化，并且在下面也稱為“光學(xué)波形”。例如，在上升開始時，不僅在光學(xué) 波形的上升時間過程中，而且在光學(xué)輸出已經(jīng)達(dá)到恒定光強(qiáng)度之后，光強(qiáng)度中的微小變化 (fractional change)都會使得圖像質(zhì)量退化。這是由于在光學(xué)波形的上升和下降時間的過程中形成的圖像部分是圖像的輪廓。 如果尤其在光學(xué)波形的上升時間的過程中和在光學(xué)波形被認(rèn)為基本上已升起之后的預(yù)定 時間段期間光強(qiáng)度變化，圖像的輪廓變得模糊，導(dǎo)致缺乏視覺銳度的不良圖像質(zhì)量。例如，在具有大約300mm寬度(長度方向)的A4紙張上需要300 μ s來掃描一行， 在1 μ s內(nèi)的掃描距離大約是lmm。也就是說當(dāng)寬度是1至2mm時，人眼對圖像密度的變化 具有最高的視覺靈敏度。因此，如果在大約Imm寬度上圖像密度變化，該密度變化將足以被 人眼察覺，產(chǎn)生輪廓模糊的印象。本發(fā)明要解決的另一個問題涉及在半導(dǎo)體多層發(fā)射器中低折射率層的光學(xué)厚度。 如果每個低折射率層的光學(xué)厚度從λ/4(λ是振蕩波長)到3λ/4變化，光吸收(下面為 了方便也簡稱為吸收)變化三倍。在半導(dǎo)體多層反射器中，越靠近諧振器結(jié)構(gòu)，電場強(qiáng)度越 強(qiáng)，并因此，吸收的顯著影響被施加。結(jié)果，在專利文件3至5中公開的方法存在使得斜坡 效率(slope efficiency)降低和閾值電流增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于下面描述的本發(fā)明人的新發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明包括以下各方面本發(fā)明的第一方面是垂直腔表面發(fā)射激光器件，其相對于襯底正交地發(fā)射光線， 并且包括諧振器結(jié)構(gòu)，該諧振器結(jié)構(gòu)包括有源層；以及半導(dǎo)體多層反射器，該半導(dǎo)體多層 反射器設(shè)置成將諧振器結(jié)構(gòu)夾在它們之間并且包括限制結(jié)構(gòu)，該限制結(jié)構(gòu)同時限制注入的 電流和振蕩光的橫向模式。限制結(jié)構(gòu)具有氧化區(qū)域，該氧化區(qū)域圍繞電流通過區(qū)域。氧化 區(qū)域是通過氧化一部分選擇性氧化層來形成的并包括至少一種氧化物，該選擇性氧化層包 括鋁。選擇性氧化層厚度至少為25nm。半導(dǎo)體多層反射器包括光學(xué)限制減弱部分，該光學(xué) 限制減弱部分在橫向上減小光學(xué)限制。該光學(xué)限制減弱部分相對于諧振器結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底 側(cè)。本發(fā)明的第二方面是一種垂直腔表面發(fā)射激光器件，其相對于襯底正交地發(fā)射光 束并包括諧振器結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體多層反射器，該諧振器結(jié)構(gòu)包括有源層，所述半導(dǎo)體多層反 射器設(shè)置成將諧振器結(jié)構(gòu)夾在它們之間并且包括多對第一層和第二層。第一層和第二層具 有不同的折射率。第二層比第一層具有更高的導(dǎo)熱性。半導(dǎo)體多層發(fā)射器包括第一局部發(fā) 射器和第二局部反射器。第一局部反射器包括至少一對第一層和第二層，其中第二層在光 學(xué)厚度上大于第一層。第二局部反射器設(shè)置在第一局部反射器和諧振器結(jié)構(gòu)之間，并且包 括至少一對第一層和第二層，其中，第一層和第二層每一個在光學(xué)厚度上都小于第一局部 反射器的第二層的。本發(fā)明的第三方面是垂直腔表面發(fā)射激光器陣列，其上集成有多個本發(fā)明的垂直 腔表面發(fā)射激光器件。本發(fā)明的第四方面是用于用光掃描掃描表面的光學(xué)掃描設(shè)備。該光學(xué)掃描設(shè)備包 括光源，該光源包括本發(fā)明的垂直腔表面發(fā)射激光器件；偏轉(zhuǎn)器，該偏轉(zhuǎn)器被構(gòu)造成偏轉(zhuǎn) 光源發(fā)出的光；以及掃描光學(xué)系統(tǒng)，該掃描光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造成將被偏轉(zhuǎn)的光聚焦在掃描表 面上。本發(fā)明的第五方面是用于用光掃描掃描表面的光學(xué)掃描設(shè)備。該光學(xué)掃描設(shè)備包 括光源，該光源包括本發(fā)明的垂直腔表面發(fā)射激光器件；偏轉(zhuǎn)器，該偏轉(zhuǎn)器被構(gòu)造成偏轉(zhuǎn) 光源發(fā)出的光；以及掃描光學(xué)系統(tǒng)，該掃描光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造成將被偏轉(zhuǎn)的光聚焦在掃描表 面上。本發(fā)明的第六表面是成像設(shè)備，該成像設(shè)備包括至少一個圖像載體；和一個或 多個本發(fā)明的光學(xué)掃描設(shè)備，該光學(xué)掃描設(shè)備被構(gòu)造成將包含圖像信息的光照射到至少一 個圖像載體上。本發(fā)明的第七方面是光學(xué)發(fā)射模塊，用于根據(jù)輸入電信號產(chǎn)生光學(xué)信號。該光學(xué) 發(fā)射模塊包括垂直腔表面發(fā)射激光器陣列；和驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置被構(gòu)造成根據(jù)輸入的 電信號驅(qū)動垂直腔表面發(fā)射激光器陣列。本發(fā)明的第八方面是光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)，該光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)包括光學(xué)發(fā)射模塊；和光學(xué) 傳輸介質(zhì)，該光學(xué)傳輸介質(zhì)被構(gòu)造成傳輸光學(xué)發(fā)射模塊所產(chǎn)生的光信號；以及轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn) 換器被構(gòu)造成將所傳輸?shù)墓庑盘栟D(zhuǎn)變成電信號。


本發(fā)明的這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)從下面本發(fā)明的詳細(xì)描述，并當(dāng)結(jié)合附圖 閱讀時可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員理解到，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施方式的激光打印機(jī)的示意結(jié)構(gòu)；圖2是示出圖1的光學(xué)掃描設(shè)備的示意圖；圖3示出包括在圖2的光源中的垂直腔表面發(fā)射激光器件；圖4A和4B是圖3的襯底的說明性視圖；圖5是示出圖3的低半導(dǎo)體DBR的一部分的放大圖；圖6是示出圖3的有源層的附近的放大圖；圖7示出當(dāng)傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件被方波電流脈沖驅(qū)動時獲得的光學(xué)波 形，所述方波電流脈沖具有Ims的脈沖周期和50%的占空比；圖8示出當(dāng)傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件被方波電流脈沖驅(qū)動時獲得的光學(xué)波 形，所述方波電流脈沖具有IOOns的脈沖周期和50%的占空比；圖9是內(nèi)建等效折射率差(built-in effective refractive index difference) Aneff (部分1)的說明圖；圖IOA和IOB是內(nèi)建等效折射率差A(yù)neff (部分2)的說明圖；圖IlA和IlB是在內(nèi)部溫度升高時獲得的內(nèi)建等效折射率差A(yù)neff的說明圖；圖12是由于在垂直腔表面發(fā)射激光器件的內(nèi)部溫度升高、I-L曲線偏移的說明 圖，該垂直腔表面發(fā)射激光器件在室溫下在橫向上的光學(xué)限制不充分；圖13示出在圖12的情況下獲得的光學(xué)波形；圖14示出用于計算的折射率；圖15示出光學(xué)限制系數(shù)、選擇性氧化層的厚度以及氧化物限制直徑之間的關(guān)系 (部分1)；圖16示出光學(xué)限制系數(shù)、選擇性氧化層的厚度以及氧化物限制直徑之間的關(guān)系 (部分2)；圖17示出光學(xué)限制系數(shù)、選擇性氧化層的厚度以及氧化物限制直徑之間的關(guān)系 (部分3)；圖18示出具有在25°C下大約0. 983的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制的垂直腔表面發(fā)射 激光器件的光學(xué)波形；圖19示出具有在25°C下大約0. 846的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制的垂直腔表面發(fā)射 激光器件的光學(xué)波形；圖20示出相對于在25°C的垂直腔表面發(fā)射激光器件、選擇性氧化層的厚度與下 降率之間的關(guān)系；圖21是Δ λ 0 > 0的說明圖；圖22是Δ λ。< 0的說明圖；圖23示出振蕩閾值電流和測量溫度之間的關(guān)系；圖M示出獲得最低閾值電流的溫度和失諧量之間的關(guān)系；圖25示出獲得最低閾值電流的溫度與下降率之間的關(guān)系(部分1)；圖沈示出獲得最低閾值電流的溫度與下降率之間的關(guān)系(部分2)；
圖27示出在光學(xué)限制減弱區(qū)域A中的對的個數(shù)與基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)之 間的關(guān)系；圖觀示出用于計算的傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件的結(jié)構(gòu)；圖四示出用于計算的具有光學(xué)限制減弱區(qū)域的垂直腔表面發(fā)射激光器件的結(jié) 構(gòu)；圖30示出用于計算的傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件的下半導(dǎo)體DBR的結(jié)構(gòu)；圖31示出光學(xué)限制減弱區(qū)域A ；圖32示出光學(xué)限制減弱區(qū)域B ；圖33示出在光學(xué)限制減弱區(qū)域B中的對數(shù)與基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)之間的 關(guān)系；圖34示出光學(xué)限制減弱區(qū)域C ；圖35示出在光學(xué)限制減弱區(qū)域C中的對的個數(shù)與基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)之 間的關(guān)系；圖36是示出光學(xué)限制減弱區(qū)域的效果的視圖；圖37是示出系數(shù)損失減小層的視圖(部分1)；圖38是示出系數(shù)損失減小層的視圖(部分2)；圖39是輸出吸收損失減小層對光學(xué)限制系數(shù)的影響的視圖；圖40是示出光學(xué)限制減弱區(qū)域和吸收損失減小層的效果的視圖(部分1)；圖41是示出光學(xué)限制減弱區(qū)域和吸收損失減小層的效果的視圖(部分2)；圖42示出光學(xué)限制減弱區(qū)域的第一種改進(jìn)；圖43示出光學(xué)限制減弱區(qū)域的第二種改進(jìn)；圖44示出光學(xué)限制減弱區(qū)域的第三種改進(jìn)；圖45示出垂直腔表面發(fā)射激光器陣列；圖46示出圖45的發(fā)光部件的二維陣列；圖47是沿著圖46的線A-A的橫截面圖；圖48是彩色打印機(jī)的示意圖；圖49示出傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件的光學(xué)波形；圖50示出圖49種光學(xué)波形的上升及其附近的放大圖；圖51是示出下半導(dǎo)體DBR的放大圖；圖52示出實(shí)施例1的下半導(dǎo)體DBR ；圖53示出實(shí)施例2的下半導(dǎo)體DBR ；圖M示出第三下半導(dǎo)體DBR包括三對折射率層的下半導(dǎo)體DBR ；圖55示出熱阻的計算結(jié)果；圖56示出垂直腔表面發(fā)射激光器件的改進(jìn)；圖57示出下半導(dǎo)體DBR的一部分的放大圖；圖58是示出有源層的附近的放大圖；圖59示出光學(xué)發(fā)射模塊和光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)；圖60示出包括在光源中的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列；圖61示出沿著圖60所示的A-A線的截面圖62示出圖61的下半導(dǎo)體DBR的一部分的放大圖；圖63是示出圖61的有源層的附近的放大圖；圖64示出圖59的光纖電纜；以及圖65示出AWaAs材料的導(dǎo)熱性與Al組分之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施方式圖49示出在脈沖寬度500 μ S、占空比50% (脈沖周期1ms)的脈沖條件下驅(qū)動 垂直腔表面發(fā)射激光器件時獲得的光學(xué)波形。如圖49所示，剛好在上升時間之后的達(dá)到峰 值之后，光學(xué)輸出掉落并且在相對長時間觀察時變得穩(wěn)定。光學(xué)輸出的變化是由于垂直腔 表面發(fā)射激光器件的自加熱，并通常稱作“下降特性(droop characteristic)”。在本發(fā)明的發(fā)明人所進(jìn)行的深入檢驗(yàn)中，已經(jīng)作出新的發(fā)現(xiàn)，即在短的時間段上 出現(xiàn)不同于“下降特性”的光學(xué)輸出的變化，如圖50所示，圖50提供了圖49的光學(xué)波形的 上升及其附近的放大圖。根據(jù)圖50，在IOns之后光學(xué)輸出已經(jīng)完全上升。在大約200ns之后，光學(xué)輸出基 本上完全上升，并且隨后逐漸增加，直到大約Iys為止。這個現(xiàn)象(特性)是本發(fā)明的發(fā) 明人作出的新發(fā)現(xiàn)。在這個說明書中，這種特性被稱作“負(fù)下降特性”。要指出的是負(fù)下降 特性在傳統(tǒng)邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器件中沒有被發(fā)現(xiàn)過。為了用垂直腔表面發(fā)射激光器件獲得高圖像質(zhì)量，在上升時間過程中的光學(xué)相應(yīng) 需要被適當(dāng)控制，并且已經(jīng)清楚難于利用具有負(fù)下降特性的垂直腔表面發(fā)射激光器件來獲 得高質(zhì)量圖像。接著參照圖1到圖41描述本發(fā)明的一個實(shí)施方式。圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí) 施方式的激光打印機(jī)1000的總體結(jié)構(gòu)。激光打印機(jī)1000例如包括光學(xué)掃描設(shè)備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、清潔單元1035、調(diào)色劑盒1036、供紙輥1037、供 紙托盤1038、成對的阻擋輥1039、定影輥1041、排紙輥1042、收集托盤1043、通信控制單元 1050、以及用于對上面各個部件進(jìn)行總體控制的打印機(jī)控制單元1060。所有這些部件設(shè)置 在打印機(jī)機(jī)殼1044中的預(yù)定位置處。通信控制單元1050控制與更高層設(shè)備(例如，個人計算機(jī))的雙向通信，該更高 層設(shè)備例如通過網(wǎng)絡(luò)連接到激光打印機(jī)1000上。感光鼓1030具有圓柱形主體，在其表面上形成感光層。即，感光鼓1030的表面是 其上進(jìn)行掃描的表面。感光鼓1030被設(shè)計成沿著圖1中箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)。充電器1031、顯影輥1032、轉(zhuǎn)印充電器1033、中和單元10；34和清潔單元1035設(shè)置 在感光鼓1030的表面附近。具體地說，這些部件沿著感光鼓1030的旋轉(zhuǎn)方向以所陳述的 順序設(shè)置。充電器1031均勻充電感光鼓1030的表面。光學(xué)掃描設(shè)備1010將基于從更高層設(shè)備送出的圖像信息調(diào)制的光束發(fā)射到被充 電器1031充電的感光鼓1030的表面上。于是，在感光鼓1030的表面上形成與圖像信息相 對應(yīng)的潛像。然后，隨著感光鼓1030旋轉(zhuǎn)，潛像朝向顯影輥1032移動。要指出的是光學(xué)掃描設(shè)備1010的結(jié)構(gòu)將在后面描述。調(diào)色劑盒1036容納調(diào)色劑，該調(diào)色劑將被提供到顯影輥1032。顯影輥1032將調(diào)色劑盒1036提供的調(diào)色劑施加到感光鼓1030表面上形成的潛 像上，由此將潛像顯影成可見圖像。然后具有調(diào)色劑的可見圖像(以下為了方便也稱作“調(diào) 色劑圖像”)隨著感光鼓1030的旋轉(zhuǎn)而朝向轉(zhuǎn)印充電器1033移動。供紙托盤1038容納記錄片材1040。供紙輥1037設(shè)置在供紙托盤1038附近。供 紙輥1037 —次從供紙托盤1038取出一張記錄片材1040，并且將它傳送到成對的阻擋輥 1039。阻擋輥1039首先供紙輥1037取出的記錄片材1040，并且然后根據(jù)感光鼓1030的旋 轉(zhuǎn)而將記錄片材1040送出到感光鼓1030與轉(zhuǎn)印充電器1033之間的間隙。極性與感光鼓1030表面上的調(diào)色劑的極性相反的電壓被施加到轉(zhuǎn)印充電器 1033，以便電吸引調(diào)色劑。通過該電壓，感光鼓1030表面上的調(diào)色劑圖像被轉(zhuǎn)印到記錄片 材1040。其上已經(jīng)轉(zhuǎn)印有調(diào)色劑圖像的記錄片材1040被送到定影輥1041。定影輥1041向記錄片材1040施加熱和壓力，由此調(diào)色劑被固定到記錄片材1040 上。然后，其上已經(jīng)定影有調(diào)色劑的記錄片材1040經(jīng)由排紙輥1042被送到收集托盤1043。 經(jīng)歷這種處理過程的多張記錄片材1040被依次堆疊在收集托盤1043上。中和單元1034使得感光鼓1030的表面電中和。清潔單元1035去除在感光鼓1030表面上剩余的調(diào)色劑(殘留調(diào)色劑)。從其上 已經(jīng)去除了調(diào)色劑的感光鼓1030的表面返回到與充電器1031相對的位置。接著描述光學(xué)掃描設(shè)備1010的結(jié)構(gòu)。作為示例，如圖2所示，光學(xué)掃描設(shè)備1010包括偏轉(zhuǎn)器側(cè)掃描透鏡11a、圖像平面 側(cè)掃描透鏡lib、多角鏡13、光源14、耦合透鏡15、光圈擋板16、變形透鏡17、反射鏡18、掃 描控制器(未示出)等。這些部件設(shè)置并固定在殼體30中的預(yù)定位置處。要指出的是對應(yīng)于主掃描方向的方向和對應(yīng)于副掃描方向的方向在下面分別簡 稱為主掃描對應(yīng)方向和副掃描對應(yīng)方向。耦合透鏡15將光源14發(fā)射的光束轉(zhuǎn)變成基本上平行光。光圈擋板16具有光圈，并限制通過耦合透鏡15的光的直徑。變形透鏡17轉(zhuǎn)變已經(jīng)穿過光圈擋板16的光圈的光束，使得該光束通過反射鏡18 在多角鏡13的偏轉(zhuǎn)反射表面附近沿著副掃描對應(yīng)方向形成圖像。設(shè)置在光源14和多角鏡13之間的光路上的光學(xué)系統(tǒng)可以稱為偏轉(zhuǎn)器前光學(xué)系 統(tǒng)。在本實(shí)施方式中，偏轉(zhuǎn)器前光學(xué)系統(tǒng)包括耦合透鏡15、光圈擋板16、變形透鏡17和反 射鏡18。多角鏡13例如包括六面鏡，它的內(nèi)切圓直徑為18mm。多角鏡13的每個面是偏轉(zhuǎn) 反射面。多角鏡13隨著它圍繞與副掃描對應(yīng)方向平行的軸線以均勻速度旋轉(zhuǎn)而偏轉(zhuǎn)被反 射鏡18所反射的光束。偏轉(zhuǎn)器側(cè)掃描透鏡Ila設(shè)置在多角鏡13偏轉(zhuǎn)的光束的光路上。圖像平面?zhèn)葤呙柰哥Rlib設(shè)置在已經(jīng)穿過偏轉(zhuǎn)器側(cè)掃描透鏡Ila的光束的光路 上。已經(jīng)穿過圖像平面?zhèn)葤呙柰哥Rlib的光束被投影在感光鼓1030的表面上，由此形成光 點(diǎn)。隨著多角鏡13旋轉(zhuǎn)，光點(diǎn)在感光鼓1030的縱向上偏移。即，光點(diǎn)橫過感光鼓1030掃 描。光點(diǎn)移動的方向是主掃描方向。另一方面，感光鼓1030的旋轉(zhuǎn)方向是副掃描方向。
設(shè)置在多角鏡13和感光鼓1030之間的光路上的光學(xué)系統(tǒng)可以稱作掃描光學(xué)系 統(tǒng)。在本實(shí)施方式中，掃描光學(xué)系統(tǒng)包括偏轉(zhuǎn)器側(cè)掃描透鏡Ila和圖像平面?zhèn)葤呙柰哥R lib。要指出的是在偏轉(zhuǎn)器側(cè)掃描透鏡Ila和圖像平面?zhèn)葤呙柰哥Rlib之間的光路上以及 在圖像平面?zhèn)葤呙柰哥Rlib和感光鼓1030之間的光路上的至少一個上可以設(shè)置至少一個 光路彎曲鏡。光源14包括垂直腔表面發(fā)射激光器件100，其實(shí)施例在圖3中示出。在這個說明 書中，激光振蕩方向被稱作Z方向，而在垂直于Z方向的平面內(nèi)彼此正交的兩個方向被稱作 X和Y方向。垂直腔表面發(fā)射激光器件100被設(shè)計成具有780nm波段的振蕩波長，并且包括襯 底101、緩沖層102、下半導(dǎo)體DBR(分布式布拉格反射器)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。包括在垂直腔表面發(fā)射激光器件100內(nèi)的襯底101具有鏡面拋光表面。襯底101 是n-GaAs單晶襯底，其中鏡面拋光表面的法線方向從晶體取向[1 0 0]朝向晶體取向[1 1 1]A傾斜15度，如圖4A所示。也就是說，襯底101是傾斜襯底。在這個實(shí)施方式中，襯底 101設(shè)置成使得晶體取向W 1 -1]與+X方向?qū)R，且晶體取向W "I 1]與-χ方向?qū)R， 如圖4B所示。緩沖層102是n-GaAs層，其布置在襯底101的+Z方向表面上。下半導(dǎo)體DBR 103包括第一下半導(dǎo)體DBR IOS1、第二下半導(dǎo)體DBR 10 和第三下 半導(dǎo)體DBR1033，其實(shí)施例在圖5中示出。第一下半導(dǎo)體DBR IOS1鋪設(shè)在緩沖層102的+Z方向表面上。第一下半導(dǎo)體DBR IOS1包括36. 5對n-AlAs低折射率層103a和Ii-Ala3GEia7As高折射率層10 。為了減小電 阻，組分梯度層(compositionally graded layer)(未示出)設(shè)置在每兩個相鄰的折射率 層之間。在組分梯度層中，組分從一個向另一個逐漸變化。設(shè)計成每個折射率層通過包括 它相鄰的組分梯度層的1/2厚度而具有λ/4(其中λ是振蕩波長)的光學(xué)厚度。當(dāng)光學(xué) 厚度是λ/4時，層的實(shí)際厚度d是λ/4Ν(其中，N是層的材料的折射率)。第二下半導(dǎo)體DBR 10 鋪設(shè)在第一下半導(dǎo)體DBR IOS1的+Z方向表面上，并且包 括三對低折射率層103a和高折射率層10北。為了減少電阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在 每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個低折射率層103a通過包括1/2厚度的其相鄰的 組分梯度層而具有3 λ /4的光學(xué)厚度，而每個高折射率層10 通過包括1/2厚度的其相鄰 的組分梯度層而具有λ/4的光學(xué)厚度。第二下半導(dǎo)體DBR 10 是光學(xué)限制減弱區(qū)域。第三下半導(dǎo)體DBR 10 鋪設(shè)在第二下半導(dǎo)體DBR 10 的+Z方向表面上，并且包 括一對低折射率層103a和高折射率層10北。為了減少電阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在 每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚度的其相鄰的組分梯度 層而具有λ/4的光學(xué)厚度。從而，在本實(shí)施方式中，下半導(dǎo)體DBR 103包括40. 5對低和高折射率層103a和 103b。作為未摻雜(AlaiGiia9)a5Ina5P層的下間隔層104鋪設(shè)在第三下半導(dǎo)體DBR 1033 的+Z方向表面上。有源層105鋪設(shè)在下間隔層104的+Z方向表面上。有源層105是三重量子阱有源層，包括feilnAsP量子阱層10 和feilnP勢壘層105b，如圖6所示的實(shí)施例中的。每個量 子阱層10 通過將As引入到(ialnp混合晶體中而產(chǎn)生，由此獲得780nm波段的振蕩波長， 并且具有壓縮應(yīng)變。勢壘層10 具有帶間隙，且引入拉伸應(yīng)變，由此提供高載流子限制，并 且也作用為量子阱層10 的應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。在這個實(shí)施方式中，由于傾斜襯底用作襯底101，各向異性被引入到有源層的增益 中，由此實(shí)現(xiàn)將極化方向沿預(yù)定方向?qū)?zhǔn)(極化控制)。作為未摻雜(AlaiGiia9)a5Ina5P層的上間隔層106鋪設(shè)在有源層105的+Z方向表 面上。包括下間隔層104、有源層105和上間隔層106的區(qū)域被稱為諧振器結(jié)構(gòu)，它被設(shè) 計為具有λ的光學(xué)厚度。有源層105的PL波長被設(shè)計為772nm，比諧振器結(jié)構(gòu)的諧振波長 780nm短8nm，并且最低閾值電流在17°C下獲得。有源層105設(shè)置在諧振器結(jié)構(gòu)的中心，這 對應(yīng)于電場的駐波的腹點(diǎn)(antinode)，以便實(shí)現(xiàn)高激勵發(fā)射率。諧振器結(jié)構(gòu)夾在下半導(dǎo)體 DBR 103和上半導(dǎo)體DBR 107之間。上半導(dǎo)體DBR 107包括第一上半導(dǎo)體DBR 107:和第二上半導(dǎo)體DBR 1072。第一上半導(dǎo)體DBR 1071鋪設(shè)在上間隔層106的+Z方向表面上，并且包括一對 P- (Al0.7Ga0.3) ο. 5I% 5P低折射率層和P- (Al0. ^a0.9) 0.5In0.5P高折射率層。為了減小電阻，組分 梯度層設(shè)置在每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚度的其相 鄰的組分梯度層而具有λ/4的光學(xué)厚度。與AlGaAs層相比，第一上半導(dǎo)體DBR 1071具有更高的帶隙能量，并且作為阻止電 子注入有源區(qū)域的阻擋層。由于傾斜襯底用作襯底101，不僅有可能減小AWaInP材料的小丘缺陷形成的出 現(xiàn)并改善結(jié)晶性，而且有可能減小自然超晶格的出現(xiàn)并防止帶隙能量減小。于是，第一上半 導(dǎo)體DBR IOT1能夠保持高帶隙能量，并且有利的起到電子阻擋層的作用。第二上半導(dǎo)體DBR IOl2鋪設(shè)在第一上半導(dǎo)體DBR IOT1的+Z方向表面上，并且包 括23對P-Ala9GiiaiAs低折射率層和P-Ala3G^l7As高折射率層。為了減小電阻，組分梯度 層設(shè)置在每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚度的其相鄰組 分梯度層而具有λ /4的光學(xué)厚度。在第二上半導(dǎo)體DBR 1072的一個低折射率層中，插入30nm厚度的p_AlAs選擇性 氧化層。選擇性氧化層設(shè)置在從上間隔層106起第三對的低折射率層之內(nèi)，在對應(yīng)于電場 的駐波的節(jié)點(diǎn)的位置。接觸層109是p-GaAs層，鋪設(shè)在第二上半導(dǎo)體DBR IOl2的+Z方向表面上。下面將其中多個半導(dǎo)體層鋪設(shè)在襯底101上所形成的結(jié)構(gòu)成為層疊體。另外，下面描述的每個折射率層的厚度包括1/2厚度的其相鄰組分梯度層。接著是用于制造垂直腔表面發(fā)射激光器件100的方法的簡要描述。(1)上述層疊體是通過晶體生長的方法產(chǎn)生，該晶體生長的方法如金屬有機(jī)化學(xué) 蒸鍍(M0CVD方法)或者分子束外延附生(MBE方法)。在這個步驟中，三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)和三甲基銦(TMI)用作三族材料， 且三氫化砷(AsH3)氣體用作四族材料。另外，四溴化碳(CBr4)用作ρ型摻雜物，而硒化氫 (H2Se)作為η型摻雜物。磷化氫(PH3)氣體用作AKialnAsP材料的四族P材料，而二甲基鋅(DMZn)用作AWaInP的ρ型摻雜物。(2)在層疊體的表面上形成方形抗蝕圖案，每一邊為25 μ m。(3)利用方形抗蝕圖案作為光掩膜，通過利用Cl2氣體的ECR蝕刻形成方柱形臺 地。蝕刻底部位于下半導(dǎo)體DBR 103中。(4)去除掩膜。(5)層疊體在水蒸氣中被熱處理。在這個步驟中，選擇性氧化層中的Al被從臺 地的四周選擇性氧化。于是，在臺地的中心留下由Al氧化層108b所圍繞的未氧化區(qū)域 108a(見圖3)。以這種方式，形成氧化的電流限制結(jié)構(gòu)，其中，用于驅(qū)動發(fā)光部分的電流的 通道被局限于臺地的中心。未氧化區(qū)域108a作用為電流通過區(qū)域(電流注入?yún)^(qū)域)。根據(jù) 各種初步試驗(yàn)結(jié)果來選擇熱處理的適當(dāng)條件(保持溫度、保持時間等)，使得電流通過區(qū)域 的每邊大約4 μ m。具體地說，保持溫度是360°C，而保持時間是30分鐘。(6) SiN或者SiO2制成的保護(hù)層通過化學(xué)蒸鍍(CVD方法)形成。(7)聚酰亞胺112用于平面化層疊體。(8)用于ρ-電極接觸的孔設(shè)置在臺地的頂部上。在這個步驟中，光阻材料掩膜設(shè) 置在臺地的頂部，然后臺地上要形成孔的位置被暴露于光，以從該位置去除光阻材料掩膜。 隨后，通過緩沖HF蝕刻(BHF蝕刻)聚酰亞胺112和保護(hù)層111來形成孔。(9)每一邊為10 μ m的方形抗蝕圖案形成在臺地的頂部、要成為發(fā)光部分的區(qū)域 上，并且P電極材料然后通過蒸鍍沉積。作為P電極材料，使用Cr/Auai/Au或Ti/Pt/Au制 成的多層膜。(lO)p-電極材料被從要成為發(fā)光部分的區(qū)域浮脫(lift off)，由此形成ρ-電極 113。(11)襯底101的背面被拋光使得襯底101具有預(yù)定厚度(例如大約100 μ m)，然 后，形成η-電極114。η-電極114是AuGe/Ni/Au制成的多層膜。(12)p-電極113和η-電極114通過退火而歐姆接觸，由此臺地成為發(fā)光部分。(13)層疊體被切割成芯片。通過向以上述方式制造的垂直腔表面發(fā)射激光器件100施加方波電流脈沖來進(jìn) 行試驗(yàn)，該方波電流脈沖具有Ims的脈沖周期和500μ s的脈沖寬度(占空比50% )，以 產(chǎn)生1.4mW的光學(xué)輸出為目標(biāo)。結(jié)果為(Pl-P》/P2 =-0.06，其中Pl是在施加之后IOns 獲得的光學(xué)輸出，而Ρ2是在施加后Iys獲得的光學(xué)輸出。要指出的是，從方程(Ρ1-Ρ2)/ Ρ2Χ100(單位％)獲得的值在下面也稱為下降率。從而，本實(shí)施方式的垂直腔表面發(fā)射 激光器件100的下降率為-6%。應(yīng)該指出的是，如果具有小于-10%的下降率的垂直腔表 面發(fā)射激光器件用于激光打印機(jī)，在用裸眼觀察時，從該激光打印機(jī)輸出的圖像非常易于 出現(xiàn)模糊輪廓，至少局部上出現(xiàn)。在上述試驗(yàn)中，垂直腔表面發(fā)射激光器件100產(chǎn)生大于2mW的單個基礎(chǔ)橫向模式 輸出。另外，垂直腔表面發(fā)射激光器件100呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件相當(dāng) 的閾值電流特性和外微分量子效率(斜坡效率)。本發(fā)明的發(fā)明人詳細(xì)地檢驗(yàn)了在具有氧化的電流限制結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā) 射激光器件被各種方波電流脈沖驅(qū)動時獲得的光學(xué)波形。圖7示出脈沖周期為Ims且占空比為50%獲得的光學(xué)波形，而圖8示出脈沖周期IOOns且占空比為50%獲得的光學(xué)波形。根據(jù)圖7的光學(xué)波形，示出負(fù)下降特性，其中，在上升時間之后光輸出逐漸增加。 甚至在60ns后，光輸出不會達(dá)到目標(biāo)值(1.5mW)。另一方面，根據(jù)圖8的光學(xué)波形，在上升 時間之后的光輸出是穩(wěn)定的，且不出現(xiàn)負(fù)下降特性。于是，可以理解到即使施加到傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件上的方波電流脈沖 具有相同的占空比，即，相同的加熱值，如果所施加的方波電流脈沖具有長的脈沖周期，則 出現(xiàn)負(fù)下降特性，而如果所施加的方波電流脈沖具有短的脈沖周期，則不出現(xiàn)負(fù)下降特性?？梢灶A(yù)期在脈沖周期上的差導(dǎo)致垂直腔表面發(fā)射激光器件的內(nèi)部溫度的不同。 即，在長脈沖周期的情況下，加熱周期和冷卻周期都長，垂直腔表面發(fā)射激光器件的內(nèi)部溫 度變化很大。另一方面，在短脈沖周期的情況下，冷卻周期不會持續(xù)很長時間。因此，垂直腔 表面發(fā)射激光器件的內(nèi)部溫度的變化較小，并且內(nèi)部溫度保持為平均相對較高。也就是說， 對于導(dǎo)致負(fù)下降特性的驅(qū)動條件，垂直腔表面發(fā)射激光器件的內(nèi)部溫度變化很大，因此，可 以推導(dǎo)出負(fù)下降特性是歸因于垂直腔表面發(fā)射激光器件的內(nèi)部溫度的現(xiàn)象。如果垂直腔表面發(fā)射激光器件的內(nèi)部溫度變化，在橫向上的振蕩模式的電場強(qiáng)度 分布(以下也稱為橫向模式分布)也變化。在氧化的電流限制結(jié)構(gòu)中的氧化層具有大約1. 6的折射率，該折射率低于相鄰半 導(dǎo)體層的折射率(大約幻。于是，在垂直腔表面發(fā)射激光器件的內(nèi)側(cè)，在橫向上存在所謂的 內(nèi)建等效折射率差A(yù)neff (見圖9)。通過等效折射率差A(yù)neff，包括基礎(chǔ)橫向模式的振蕩模式被限制在橫向上。在這 一點(diǎn)上，振蕩模式在橫向上的傳播取決于Aneff的大小，Aneff越大，在橫向上的傳播越 小(見圖IOA和10B)。如果電流(驅(qū)動電流)被注入到垂直腔表面發(fā)射激光器件中，電流被集中在臺地 的中心部分(下面稱為臺地中心部分)。然后，由于Joule熱，在有源層區(qū)域等中的無輻射 復(fù)合、尤其在臺地中心部分的靠近有源層一部分與周圍區(qū)域相比具有更高的局部溫度。如 果半導(dǎo)體材料的溫度增加，半導(dǎo)體材料的帶隙能量降低，這導(dǎo)致高折射率。因此，如果臺地 中心部分的局部溫度增加，臺地中心部分的折射率變得比周圍區(qū)域的高，并于是，在橫向上 的光學(xué)限制變得明顯。如圖IOA所示，在內(nèi)建等效折射率差A(yù)neff小時，如果臺地中心部分的局部溫度 增加，等效折射率差A(yù)neff的變化變大，如圖IlA中所示，這導(dǎo)致橫向模式分布中的大變 動。在這種情況下，電流被注入的增益區(qū)域與橫向模式之間的重疊增大，并且在橫向上的光 學(xué)限制變得明顯。結(jié)果，在增益區(qū)域的光強(qiáng)度增大，并且激勵發(fā)射率增加，并于是降低閾值 電流。從而，對于具有小內(nèi)建等效折射率差Δ neff并在室溫下具有在橫向上不充分光 學(xué)限制的垂直腔表面發(fā)射激光器件，如果內(nèi)部溫度增加，I-L曲線(注入電流-光學(xué)輸出曲 線)整個向低電流側(cè)偏移，并且發(fā)光效率提高(見圖12)。在這種情況下，用相同驅(qū)動電流 值獲得的光學(xué)輸出隨時間增加，并從而可以觀察到負(fù)下降特性(見圖13)。圖12示出對于 時間t =、秒估算的I-L特性，該時間為內(nèi)部溫度增加之前，并示出對于時間t =、秒估 算的I-L特性，在時間t1;內(nèi)部溫度已經(jīng)隨著脈沖驅(qū)動電流的供給而充分增加。隨著溫度增 加，發(fā)光效率提高且閾值電流降低，因此，、秒的I-L特性與、秒的I-L特性相比向低電流側(cè)偏移。由于驅(qū)動電流在I。p恒定，光學(xué)輸出在、秒的情況下較大。這個情況的光學(xué)波形 示于圖13中。另一方面，在內(nèi)建等效折射率差A(yù)neff大的情況下，如圖IOB所示，即使臺地中心 部分的局部溫度增加，在等效折射率差A(yù)neff方面的變化小，如圖IlB所示，于是，在橫向 模式分布上觀察到小的變化。從而，對于具有大內(nèi)建等效折射率差A(yù)neff并具有在室溫下在橫向上充分光學(xué) 限制的垂直腔表面發(fā)射激光器件中，即使內(nèi)部溫度增加，橫向模式分布穩(wěn)定，且在發(fā)光效率 上看到很小變化。在這種情況下，用相同驅(qū)動電流值獲得的光學(xué)輸出保持隨時間變化基本 穩(wěn)定，并因此，不會出現(xiàn)負(fù)下降特性。橫向光學(xué)限制系數(shù)(下面，簡稱為光學(xué)限制系數(shù))用作表示在橫向上光學(xué)限制的 強(qiáng)度的指標(biāo)，要指出的是光學(xué)限制系數(shù)可以從“位于電流通過區(qū)域所處的半徑范圍內(nèi)的電 場的積分強(qiáng)度(integrated intensity) ”與“在穿過垂直腔表面發(fā)射激光器件的中心的X_Y 橫截面上的電場的積分強(qiáng)度”的比中獲得。光學(xué)限制系數(shù)越大，電場強(qiáng)度的分布更明顯地集 中在增益區(qū)域。換句話說，在室溫下獲得的光學(xué)限制系數(shù)越大，通過氧化的電流限制結(jié)構(gòu)獲 得的光學(xué)限制更充分，這表示即使在增益區(qū)域的局部溫度變化的過程中，橫向模式分布也 是穩(wěn)定的。垂直腔表面發(fā)射激光器件的橫向模式分布可以通過利用下面的Helmholtz方程 (方程(1)和O))計算電場強(qiáng)度的分布來估計。[方程1]
f d2 d2 λ+ +Em(x,y,z) = 0(1)
Iv^ dyj[方程2]Em (χ, y, ζ) = Em (χ, y) exp (ik0neffjII1z)(2)但是，要指出的是方程(1)和(2)在分析上難于計算，并因此，通常執(zhí)行借助積分 器利用有限元技術(shù)的數(shù)值分析。各種工具可以被用作有限元技術(shù)的求解器，并且商用VCSEL 模擬器(例如LASER MOD)是一個這樣的例子。780nm波段垂直腔表面發(fā)射激光器件的基礎(chǔ)橫向模式分布作為例子進(jìn)行計算。在用于該計算的垂直腔表面發(fā)射激光器件中，有源層具有三重量子阱結(jié)構(gòu)，包括 Al0.12Ga0.88As層(各具有Snm的厚度)和Al0.3Ga0.7As層(各具有Snm的厚度)。每個間隔 層由Ala6GEta4As制成。下半導(dǎo)體DBR包括40. 5對Ala3GEta7As高折射率層和AlAs低折射 率層。上半導(dǎo)體DBR包括M對Ala3GEta7As高折射率層和Ala9GEtaiAs低折射率層。垂直腔表面發(fā)射激光器件具有圓柱形臺地，直徑為25微米。臺地蝕刻已經(jīng)進(jìn)行到 下半導(dǎo)體DBR和下間隔層之間的邊界，并且被蝕刻區(qū)域被填充周圍空氣。即，垂直腔表面發(fā) 射激光器件具有簡單蝕刻的臺地結(jié)構(gòu)。沒有經(jīng)歷臺地蝕刻的下半導(dǎo)體DBR具有35微米的 直徑，這是在計算中所關(guān)注的最大寬度。AlAs制成的選擇性氧化層設(shè)置在上半導(dǎo)體DBR中 具有3 λ /4光學(xué)厚度的低折射率層中，更具體地說，設(shè)置在與從有源層算起駐波的第三個 節(jié)點(diǎn)相對應(yīng)的位置。要指出的是，計算沒有將有源層的增益和半導(dǎo)體材料的吸收考慮在內(nèi)，并且僅獲 得由結(jié)構(gòu)所確定的固有模式分布。垂直腔表面發(fā)射激光器件的溫度保持恒定在300Κ。每種材料的折射率在圖14中示出。要指出的是氧化的電流限制結(jié)構(gòu)的氧化層也簡稱為“氧化 層”，并且電流通過區(qū)域的直徑也稱為“氧化限制直徑”。基于以上述方式計算的基礎(chǔ)橫向模式分布，光學(xué)限制系數(shù)Γ工利用下面的方程(3) 計算。在該方程中，a是電流通過區(qū)域的半徑。[方程3]Γ) ^ J°' ’(3)
J0卞在室溫下780nm波段垂直腔表面發(fā)射激光器件的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)針 對選擇性氧化層的各種厚度以及各種氧化物限制直徑進(jìn)行計算。計算結(jié)果示于圖15中。根 據(jù)該結(jié)果，光學(xué)限制系數(shù)取決于選擇性氧化層的厚度以及氧化物限制直徑，并且選擇性氧 化層的厚度越大且氧化物限制直徑越大，光學(xué)限制系數(shù)越大。圖16是示出圖15的計算結(jié)果的曲線，其中水平軸上是選擇性氧化層的厚度，而豎 直軸是光學(xué)限制系數(shù)。至于與選擇性氧化層的厚度中的變化相關(guān)聯(lián)的光學(xué)限制系數(shù)的變 化，可以看出對于所有不同的氧化物限制直徑當(dāng)選擇性氧化層的厚度是25nm或更小時該 變化是顯著的，但是當(dāng)選擇性氧化層的厚度是25nm或更大時該變化趨于飽和。制造具有各種選擇性氧化層厚度和各種氧化物限制直徑的多個垂直腔表面發(fā)射 激光器件，以便評估它們的下降特性。圖17示出評估結(jié)果。在圖17中“0”表示-10%或更 大的下降率，而“X”表示小于-10%的下降率。根據(jù)圖15和17，可以理解到在室溫下具有 0. 9或更大的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)的器件結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出-10%或更大的下降率。圖18示出在室溫下具有大約0. 983的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)的垂直腔表面 發(fā)射激光器件的光學(xué)波形。這個光學(xué)波形的下降率大約是-4. 3%。圖19示出在室溫下具有大約0. 846的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)的垂直腔表面 發(fā)射激光器件的光學(xué)波形。這個光學(xué)波形的下降率大約是_62.8%。制造具有各種光學(xué)限制系數(shù)的各種垂直腔表面發(fā)射激光器件，且執(zhí)行徹底檢驗(yàn)。 根據(jù)該檢驗(yàn)，如果光學(xué)限制系數(shù)是大約0. 9，則下降率是大約-5% ；且如果光學(xué)限制系數(shù)進(jìn) 一步增加，則下降率與光學(xué)限制系數(shù)的增加一起增大。另一方面，如果光學(xué)限制系數(shù)小于 0. 9，下降率隨著光學(xué)限制系數(shù)變小而減小。在該檢驗(yàn)中，具有小光學(xué)限制系數(shù)的一些垂直 腔表面發(fā)射激光器件呈現(xiàn)出-70%或更小的下降率。從而，如果在室溫下基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)為0.9或更大，則可以抑制負(fù)下 降特性。通常，室溫下的等效折射率差A(yù)neff隨著選擇性氧化層的厚度越大并隨著選擇 性氧化層越靠近有源層設(shè)置而變大。但是要指出的是，如果這兩個因素的影響程度相比較， 選擇性氧化層的厚度對等效折射率差Δηθ 影響更大。于是，在橫向上光學(xué)限制的強(qiáng)度主 要由選擇性氧化層的厚度來決定。通常使用的氧化物限制直徑為4.0微米或更大。如圖15所示，如果氧化物限制直 徑為4. 0微米或更大，并且選擇性氧化層的厚度是25nm或更大，則可以獲得0. 9或更大的 光學(xué)限制系數(shù)。圖20示出選擇性氧化層108的厚度與具有方柱形臺地并且氧化物限制直徑為4微米或更大的垂直腔表面發(fā)射激光器件的下降率之間的關(guān)系。圖20的下降率是從在垂直 腔表面發(fā)射激光器件通過施加脈沖周期為Ims且占空比為50%的方波電流脈沖被驅(qū)動時 獲得的光學(xué)波形中計算出來的。根據(jù)圖20，如果選擇性氧化層的厚度減小，則下降率以指 數(shù)方式減小，并且負(fù)下降特性變得顯著。而且，在垂直腔表面發(fā)射激光器件之間的下降率的 變化變得顯著。為了具有-10%或更大的下降率，選擇性氧化層應(yīng)該在厚度上為25nm或更 大。由于基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)顯著十主要取決于氧化物限制直徑和選擇性氧化層的厚 度二者，重要的是如何選擇氧化物限制直徑和選擇性氧化層的厚度的組合。對于氧化物限制直徑和選擇性氧化層的組合，發(fā)明人利用各種配合技術(shù)進(jìn)行試 驗(yàn)。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)圖15的計算結(jié)果可以通過具有兩個變量的二次方程形式來表示，所述兩個 變量為氧化物限制直徑(d[ym])和選擇性氧化層厚度(t[nm])。下面的方程(4)是通過 將基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)(Γ)配合到具有氧化物限制直徑(d)和選擇性氧化層厚度 (t)的二次方程形式中獲得的。通過將圖15的特定值賦值給d和t，圖15的系數(shù)可以在誤 差大約的情況下獲得。[方程4]Γ (d, t) = -2. 54d2-0. 14t2_0. 998d · t+53. 4d+12. 9t_216如上所述，為了有效抑制負(fù)下降特性，光學(xué)限制系數(shù)需要為0. 9或更大。用于獲得 0. 9或更大的光學(xué)限制系數(shù)的氧化物限制直徑(d)和選擇性氧化層(t)的組合(范圍)可 以通過上述方程(4)尋找。S卩，該范圍表示滿足不等式Γ (d，t)彡0.9的d和t的組合，并 且更具體地說，該范圍由下一個方程( 來表示[方程5]-2. 54d2-0. 14t2_0. 998d · t+53. 4d+12. 9t_216 彡 0. 9通過選擇氧化物限制直徑(d)和選擇性氧化層厚度(t)使之滿足上述方程(5)， 可以實(shí)現(xiàn)0. 9或更大的光學(xué)限制系數(shù)，由此獲得沒有負(fù)下降特性的垂直腔表面發(fā)射激光器 件。在過去，還不知道Aneff對下降特性具有影響，并且本發(fā)明的發(fā)明人第一次獲知 了該影響。在選擇性氧化Al的過程(上述步驟( 的過程)中，氧化不僅在平行于襯底平面 (在這種情況下為X-Y面內(nèi)方向)而且在垂直方向(Z方向)上進(jìn)行，盡管很小。因此，在選 擇性氧化后用電子顯微鏡觀察臺地的橫截面可以看到氧化層的厚度并不均勻，并且臺地的 周邊(氧化開始之處)較厚，且氧化層的厚度在氧化結(jié)束的地方(簡稱為氧化結(jié)束區(qū)域)較 小。但是要指出的是在從氧化結(jié)束區(qū)域向周邊延伸2到3微米的區(qū)域內(nèi)，氧化層的厚度基 本上對應(yīng)于選擇性氧化層的。由于振蕩光主要受到氧化結(jié)束區(qū)域的等效折射率差的影響， 因此，在上述過程(1)中，選擇性氧化層被控制成具有理想的厚度或更大)，由此，在 氧化層中的氧化結(jié)束區(qū)域具有理想的厚度。垂直腔表面發(fā)射激光器件的內(nèi)部溫度的變化不僅導(dǎo)致光學(xué)限制系數(shù)的變化，而且 導(dǎo)致失諧。下面描述失諧量和負(fù)下降特性之間的關(guān)系。在邊緣發(fā)光半導(dǎo)體激光器件中，由于諧振縱向模式接近，激光振蕩在增益峰值波 長Ag處發(fā)生。另一方面，垂直腔表面發(fā)射激光器件通常具有單獨(dú)一個諧振波長，并且在半導(dǎo)體DBR的反射波段中僅存在單獨(dú)一個縱向模式。另外，由于激光振蕩發(fā)生在諧振波長 λ r處，垂直腔表面發(fā)射激光器件的發(fā)射特性取決于有源層的增益峰值波長λ g和諧振波
長入！·。失諧量Δ λ ^由下面的方程(6)定義。λ r(l是諧振波長，并且λ g0是增益峰值波 長。要指出的是下標(biāo)“0”表示這個值是通過在室溫在閾值電流下以CW(連續(xù)波振蕩)模式 驅(qū)動垂直腔表面發(fā)射激光器件所獲得的值。下面沒有下標(biāo)“0”的值表示在不同條件下獲得 的值，例如通過以大于閾值電流的電流驅(qū)動垂直腔表面發(fā)射激光器件所獲得的值。[方程6]Δ X0=Xr0-Xg0圖21示出Δ λ ^ > 0的情況，而圖22示出Δ λ ^ < 0的情況。振蕩波長不是由增益峰值波長確定，而是由諧振波長確定，并因此，垂直腔表面發(fā) 射激光器件的激光特性極大地取決于Δ λ ^是正值還是負(fù)值以及該值的大小。例如，隨著 Δ入^的絕對值增加，在室溫下的閾值電流也趨于增加。隨著溫度增加，諧振波長和增益峰值波長二者都變長。諧振波長的變化是由于構(gòu) 成諧振器結(jié)構(gòu)的材料的折射率變化所發(fā)生的，并且增益峰值波長的變化是由于有源層材料 的帶隙能量變化所發(fā)生的。要指出的是帶隙能量的變化率比折射率的變化率大大約一位 數(shù)。于是，在溫度變化時的發(fā)射特性主要取決于增益峰值波長的變化量。要指出的是諧振 波長具有大約0. 05nm/K的溫度變化率，其實(shí)際上可以忽略不計。在垂直腔表面發(fā)射激光器件中，如果內(nèi)部溫度(有源層的溫度)由于注入電流的 變化等而增加，增益峰值波長向長波長側(cè)偏移。在Δ λ ^ > 0的情況下(見圖21)，Δ λ的 絕對值(失諧程度)曾經(jīng)減小并然后增加。通常，在增益峰值波長和諧振波長彼此重合時。垂直腔表面發(fā)射激光器件具有最 高的振蕩效率(發(fā)光效率)。在Δ λ ^ > 0的情況下，如果器件的溫度(周圍溫度)從室溫增加，隨著器件溫度 增加，閾值電流開始減小。然后，在增益峰值波長和諧振波長彼此重合時，閾值電流達(dá)到最 小值，并且當(dāng)溫度進(jìn)一步增加是開始增大。也就是說，獲得最低閾值電流的溫度高于室溫。在Δ λ。<0的情況下(見圖22)，如果內(nèi)部溫度(有源層的溫度)增加，Δ λ的 絕對值簡單增加。因此，如果器件的溫度從室溫增加，隨著器件溫度的增加，閾值電流簡單 增加。在這種情況下，如果器件的溫度從室溫降低，增益峰值波長Δ Xg向短波長側(cè)偏 移。對于這個因素，如果器件的溫度從室溫降低，閾值電流開始減小，并然后在增益峰值波 長和諧振波長彼此重合時達(dá)到最小值。隨后，如果器件的溫度進(jìn)一步降低，閾值電流開始增 加。也就是說，在Δ Xci < 0的情況下，獲得最低閾值電流的溫度低于室溫。利用具有不同Δ λ Q的三個器件(AXQ<0、AXQ 0、Δλ。> 0)，通過改變每 個器件的溫度(周圍溫度)，測量振蕩閾值電流。測量結(jié)果作為示例在圖23中示出。圖23 的垂直軸示出將每個溫度(Ith)下的振蕩閾值電流通過被25°C (室溫)(Ith(25°C))下的 振蕩閾值電流除而標(biāo)準(zhǔn)化來獲得的值?？梢詮膱D23中看到下面內(nèi)容在Δ Xci < 0的情況 下，閾值電流在低于室溫的溫度下變成最低；在Δ λ ^ 0的情況下，閾值電流在大約室溫 的溫度下成為最低；而在Δ λ ^ > 0的情況下，閾值電流在高于室溫的溫度下成為最低。
為了防止高溫下發(fā)射特性退化以及高功率操作，傳統(tǒng)的垂直腔表面發(fā)射激光器件 通常被設(shè)計成具有Δ λ。> 0，使得閾值電流在高溫下減小。但是，如果Δ λ 0 > 0的傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器被方波電流脈沖驅(qū)動，隨著內(nèi) 部溫度增高，I-L曲線向低電流側(cè)偏移，并因此閾值電流減小。于是，以恒定驅(qū)動電流值獲 得的光學(xué)輸出隨時間增加。即，發(fā)生負(fù)下降特性。另一方面，在Δ XciCO的情況下，隨著內(nèi) 部溫度增加，I-L曲線向高電流側(cè)偏移，因此，光學(xué)輸出不增加。即，不會發(fā)生負(fù)下降特性。 從而，為了抑制負(fù)下降特性，除了氧化層厚度外，還要滿足下面的條件Δ λ。< 0 ；并且，在 高于室溫的溫度下不會獲得最低閾值電流。為了給λ ^賦予理想值，需要確定增益峰值波長λ &。在邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器 件的情況下，由于振蕩波長與增益峰值波長重合，增益峰值波長可以從振蕩波長確定。但 是，對于垂直腔表面發(fā)射激光器件，諧振波長根據(jù)它的結(jié)構(gòu)確定。因此，難于估計增益峰值 波長，這不同于邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器件。于是，采用下面的任一種方法(1)制造具有相同有源層的邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光 器件，并且從室溫下的振蕩波長估計增益峰值波長；以及( 制造具有相同有源層的雙向 異性(double-hetero)結(jié)構(gòu)，并且從光致發(fā)光波長(PL波長)估計增益峰值波長。在采用上述方法(1)的情況下，例如，制造具有相同有源層結(jié)構(gòu)且?guī)挾?0微米、 諧振波長500微米的氧化物帶邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，并且在室溫下以CW工作在閾值電 流下獲得的邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器件的波長被用作增益峰值波長λ &。在采用上述方法⑵的情況下，由于相對于PL波長，激光振蕩過程中的波長在縱 向上偏移(波長偏移)，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。波長偏移歸因于激勵過程中的差異，如光激勵和電 流激勵；或者在電流激勵情況下電流所產(chǎn)生的熱量的影響。通常，邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器件 的振蕩波長比PL波長λ PL長大約lOnm。因此，在此假設(shè)波長偏移量是10nm。于是，基于PL波長，上述方程(6)可以表示為下面的方程(7)。[方程(7)]Δ λ ο = λ r0- λ g0 = λ r0- ( λ PL+10) = Ar0-A PL-10上面的波長偏移量lOnm是一個通常的數(shù)字，但是，根據(jù)使用的材料系統(tǒng)，它會有 所變化。在試驗(yàn)中，制造各自具有不同Δ λ ^的各種垂直腔表面發(fā)射激光器件，并且，對每 個垂直腔表面發(fā)射激光器件找到獲得最小閾值電流的溫度。圖M示出試驗(yàn)結(jié)果。從圖M 可以看出在Δ = 0時，在室溫下獲得最低閾值電流。在接著的試驗(yàn)中，制造各自具有不同厚度(30、31或34nm)的選擇性氧化層的各種 垂直腔表面發(fā)射激光器件。通過改變光學(xué)脈沖輸出來驅(qū)動每個垂直腔表面發(fā)射激光器件， 以便找到下降率和獲得最低閾值電流的溫度。圖25和26示出根據(jù)選擇性氧化層的厚度、 下降率和獲取最低閾值電流的溫度之間的關(guān)系。具體地說，圖25示出當(dāng)垂直腔表面發(fā)射激光器件被產(chǎn)生1. 4mff的光學(xué)輸出的電流 脈沖驅(qū)動時獲得的下降率。圖沈示出當(dāng)與圖25中相同的垂直腔表面發(fā)射激光器件被產(chǎn)生 0. 3mff的光學(xué)輸出的電流脈沖驅(qū)動時獲得的下降率。當(dāng)比較圖25和沈時，可以看出下降率取決于光學(xué)輸出變化。光學(xué)輸出越小(即， 0. 3mff)，下降率越低，并且明顯呈現(xiàn)出負(fù)下降特性。
考慮到在光學(xué)輸出大的情況下，注入電流的量也大，并且器件的熱量值也大，因 此，從施加電流開始起，明顯出現(xiàn)熱量造成的功率飽和的影響。即，考慮到在相對早階段表 現(xiàn)出正常下降特性。要指出的是，負(fù)下降特性是光學(xué)脈沖輸出從施加電流開始直到 μ s逐 漸增加的現(xiàn)象。因此，根據(jù)熱量帶來的功率飽和的影響在電流施加的開始就出現(xiàn)這個事實(shí)， 可以認(rèn)為已經(jīng)改善了負(fù)下降特性。因此，甚至利用相同的器件，通過改變器件的光學(xué)輸出，下降率也會變化。光學(xué)輸 出越低，負(fù)下降特性越明顯出現(xiàn)。在打印系統(tǒng)中，光學(xué)脈沖強(qiáng)度被調(diào)制，以便表示圖像的灰度。于是，為了實(shí)現(xiàn)高解 析度圖像，非常重要的是在從低到高的寬輸出范圍上抑制負(fù)下降特性。如上所述，由于低的 輸出負(fù)下降特性更明顯出現(xiàn)，非常重要的是在光學(xué)輸出低時抑制負(fù)下降特性。這是本發(fā)明 的發(fā)明人通過在器件的各種驅(qū)動條件下詳細(xì)檢驗(yàn)下降特性而新發(fā)現(xiàn)的問題。下面參照圖25和沈考慮在25°C或更低溫度下具有最低閾值電流的垂直腔表面 發(fā)射激光器件的選擇性氧化層的厚度與下降率之間的關(guān)系。至于具有30nm或31nm厚度的 選擇性氧化層，它們的分布彼此重合。但是，當(dāng)具有30nm或31nm厚度的選擇性氧化層與具 有34nm厚度的選擇性氧化層相比較時，可以理解到選擇性氧化層越厚，下降率越大(更接 近0)，并因此，抑制了負(fù)下降特性。圖25和沈中的虛線A代表器件的平均下降率，該器件 的選擇性氧化層具有34nm的厚度，并且它在25°C或更低溫度下具有最低閾值電流。虛線B 代表器件的平均下降率，該器件的選擇性氧化層具有30nm或31nm的厚度，并且它在25°C或 更低溫度下具有最低閾值電流。如上所述，這些結(jié)果表示選擇性氧化層越厚，氧化層的光學(xué) 限制系數(shù)越大，即使在溫度變化的過程中，基礎(chǔ)橫向模式變得穩(wěn)定。如上所述，負(fù)下降特性開始影響圖像質(zhì)量的下降率是在-10%左右。如果下降率變 得小于-10%，所形成的一部分圖像很有可能變得模糊。如圖25所示，在光學(xué)輸出是1. 4mff 的情況下，具有34nm厚度的選擇性氧化層的器件的平均下降率是，雖然下降率多少有 些變化。另一方面，選擇性氧化層的厚度為30nm或31nm的器件的平均下降率為大約。 基于這些平均下降率的差，如果選擇性氧化層的厚度為25nm或更大，則可以實(shí)現(xiàn)_10%或 更大的下降率。同樣如圖沈所示，在光學(xué)輸出是0. 3mff的情況下，選擇性氧化層的厚度為34nm的 器件的平均下降率為大約-5%，雖然下降率或多或少變化。另一方面，選擇性氧化層的厚度 為30nm或31nm的器件的平均下降率為大約_7%?；谶@些平均下降率的差，如果選擇性 氧化層的厚度為25nm或更大，則可以實(shí)現(xiàn)-10%或更大的下降率。從而，選擇性氧化層厚度為25nm或更大且在25°C或更低的溫度下具有最低振蕩 閾值電流的器件能夠在從低到高輸出的寬輸出范圍上實(shí)現(xiàn)-10%或更大的下降率。在高于室溫(25°C )的溫度下具有最低振蕩閾值電流的垂直腔表面發(fā)射激光器 件中，當(dāng)有源層的溫度由于電流注入而增加時振蕩效率增加，因此，如上所述出現(xiàn)負(fù)下降特 性。這個趨勢在垂直腔表面發(fā)射激光器件被產(chǎn)生0. 3mW的光學(xué)輸出的脈沖電流驅(qū)動時尤為 明顯，如圖沈所示。對于光學(xué)限制系數(shù)和獲得最低閾值電流的溫度(失諧量)二者，重要的是設(shè)定它 們，以便抑制負(fù)下降特性，垂直腔表面發(fā)射激光器件的效率(發(fā)光效率)不會增大而超過有 源層溫度升高時在室溫下獲得的效率。另外，即使選擇性氧化層具有特定程度的厚度，如果獲得最低閾值電流的溫度被設(shè)定得較高，也易于出現(xiàn)負(fù)下降特性。如果在25°C或更高的溫度下具有最低閾值電流的垂直腔表面發(fā)射激光器件被產(chǎn) 生0. 3mff的光學(xué)輸出的電流脈沖驅(qū)動，如圖沈所示，顯著出現(xiàn)負(fù)下降特性。但是，如果獲得 最低閾值電流的溫度是35°C或更低并且選擇性氧化層的厚度是30nm或更大，則平均上實(shí) 現(xiàn)-10%或更大的下降率。如圖25所示，如果垂直腔表面發(fā)射激光器件被產(chǎn)生1. 4mW的光學(xué)輸出的電流脈沖 驅(qū)動，無論氧化層的厚度如何(30nm，或34nm)在獲得最低閾值電流的圖25的溫度范圍上實(shí) 現(xiàn)-10%或更大的下降率。結(jié)論是，選擇性氧化層的厚度為30nm或更大且在35°C或更低的溫度下獲得最低 閾值電流的垂直腔表面發(fā)射激光器件能夠在寬輸出范圍上獲得-10%或更大的下降率。通 過利用這種垂直腔表面發(fā)射激光器件作為打印機(jī)的寫入光源，可以獲得免受亮度不均勻影 響的高解析度圖像。要指出的是，參照圖對，在35°C具有最低閾值電流的垂直腔表面發(fā)射 激光器件在室溫下具有大約4nm的失諧量。在垂直腔表面發(fā)射激光器件用在寫入光源中的情況下，具有大的單個基礎(chǔ)橫向模 式輸出是很大的優(yōu)點(diǎn)。為了增加單個基礎(chǔ)橫向模式輸出，有效的是減小光學(xué)限制的強(qiáng)度。這 與減小負(fù)下降特性不兼容。考慮到這個因素，旨在增加單個基礎(chǔ)橫向模式輸出同時保持對負(fù)下降特性的抑 制，本發(fā)明的發(fā)明人對諧振器結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與垂直腔表面發(fā)射激光器件的光學(xué)限制強(qiáng)度之間 的關(guān)系進(jìn)行了徹底研究。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在下半導(dǎo)體DBR(n型襯底側(cè)多層反射器)中提供下面 將解釋的光學(xué)限制減弱區(qū)域來實(shí)現(xiàn)上述目的是有效的。接著解釋光學(xué)限制減弱區(qū)域的效果。對于沒有光學(xué)限制減弱區(qū)域的傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件以及具有光學(xué)限制 減弱區(qū)域的垂直腔表面發(fā)射激光器件，計算在室溫(300K)下基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)。 圖27示出計算結(jié)果。用于計算的每個垂直腔表面發(fā)射激光器件具有780nm波段的振蕩 波長，并基本上包括下半導(dǎo)體DBR(n型襯底側(cè)多層反射器)，其包括40. 5對n-AlAs低折 射率層和Ala3Giia7As高折射率層；上半導(dǎo)體DBR(ρ型發(fā)射側(cè)多層反射器)，其具有M對 P-Al0.^1As折射率層和P-Ala3Giia7As折射率層；以及Ala6Giia4As間隔層。有源層具有 三重量子阱結(jié)構(gòu)，包括Ala 12Ga0. 88As和Ala 3Ga0.7As層，并設(shè)置在間隔層的中心。在上半導(dǎo)體 DBR中，選擇性氧化層設(shè)置在對應(yīng)于自有源層算起駐波的第三個節(jié)點(diǎn)的位置處。氧化層厚度 為^nm,且氧化物限制直徑為4微米。傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件在下半導(dǎo)體DBR上包括圓柱形臺地柱結(jié)構(gòu)，如圖觀 所示，具有25微米的直徑。另一方面，具有光學(xué)限制減弱區(qū)域的垂直腔表面發(fā)射激光器件 包括鄰近下半導(dǎo)體DBR的光學(xué)限制減弱區(qū)域，如圖四所示。圖30示出傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射器件的下半導(dǎo)體DBR的結(jié)構(gòu)。每個折射率層具有 λ /4的光學(xué)厚度。圖31示出具有光學(xué)限制減弱區(qū)域的垂直腔表面發(fā)射激光器件的下半導(dǎo) 體DBR的結(jié)構(gòu)。光學(xué)限制減弱區(qū)域具有3對具有3 λ/4光學(xué)厚度的高折射率層和具有λ/4 光學(xué)厚度的低折射率層。要指出的是光學(xué)限制減弱區(qū)域下面也成為光學(xué)限制減弱區(qū)域Α，該 光學(xué)限制減弱區(qū)域具有3 λ /4光學(xué)厚度的高折射率層和λ /4光學(xué)厚度的低折射率層對。傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件和具有光學(xué)限制減弱區(qū)域A的垂直腔表面發(fā)射激光器件在下半導(dǎo)體DBR中具有相同數(shù)量的高和低折射率層對。光學(xué)限制減弱區(qū)域A的每個 高折射率層具有對應(yīng)于λ/4奇數(shù)倍的光學(xué)厚度，這滿足多反射的相位條件。因此，如果在 半導(dǎo)體材料中自由載流子吸收等被考慮在內(nèi)，具有光學(xué)限制減弱區(qū)域A的每個垂直腔表面 發(fā)射激光器件的下半導(dǎo)體DBR在垂直方向(Ζ方向)的反射率等于傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激 光器件的下半導(dǎo)體DBR的反射率。圖27表示在光學(xué)限制減弱區(qū)域A包括一對、兩對或三對的情況下獲得的基礎(chǔ)橫向 模式光學(xué)限制系數(shù)。在圖27中，對的個數(shù)為零表示傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件。根據(jù)圖27，可以理解的是具有光學(xué)限制減弱區(qū)域A的垂直腔表面發(fā)射激光器件與 傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件相比具有較低的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)。另外，隨著光 學(xué)限制減弱區(qū)域A的對的個數(shù)增加，光學(xué)限制系數(shù)減小。圖32示出具有高折射率層(Ala3G^7As)和低折射率層(AlAs)對的另一光學(xué)限制 減弱區(qū)域，所述高折射率層具有λ /4的光學(xué)厚度，所述低折射率層具有3 λ /4的光學(xué)厚度。 在這種情況下，每個低折射率層被形成為比傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件厚。要指出的是 包括λ /4光學(xué)厚度的高折射率層和3 λ /4光學(xué)厚度的低折射率層對的光學(xué)限制減弱區(qū)域 下面被稱為光學(xué)限制減弱區(qū)域B。圖33表示具有光學(xué)限制減弱區(qū)域B的垂直腔表面發(fā)射激光發(fā)射器件在室溫 (300Κ)下的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)，以及傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件的基礎(chǔ)橫向模 式光學(xué)限制系數(shù)。根據(jù)圖33，可以理解的是具有光學(xué)限制減弱區(qū)域B的垂直腔表面發(fā)射激光器件與 傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件相比具有更低的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)，如在提供光學(xué) 限制減弱區(qū)域A的情況那樣。另外，隨著光學(xué)限制減弱區(qū)域B內(nèi)的對的數(shù)量增加，光學(xué)限制 系數(shù)減小。如果基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)在具有相同對數(shù)的光學(xué)限制減弱區(qū)域A和B之 間比較，可以看出光學(xué)限制減弱區(qū)域B具有比光學(xué)限制減弱區(qū)域A更低的減弱效率。在作 為半導(dǎo)體多層反射器的材料的AKiaAs混合晶體中，AlAs具有最高導(dǎo)熱性。因此，在橫向上 的熱擴(kuò)散通過形成AlAs厚度的層有利的提高，這有利于減少有源層中的溫度增加。另外， 垂直腔表面發(fā)射激光器件的中心部分內(nèi)增加的溫度被降低，因此，等效折射率差中的變化 變小，由此也可以獲得抑制負(fù)下降特性的效果。圖34示出另一光學(xué)限制減弱區(qū)域，其具有高折射率層(Ala3Giia7As)和低折射率 層(AlAs)對，該高折射率層具有3 λ/4的光學(xué)厚度，該低折射率層具有3 λ/4的光學(xué)厚度。 在這種情況下，低折射率層和高折射率層二者形成得比傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件的更 厚。要指出的是，包括3 λ /4光學(xué)厚度的高折射率層和3 λ /4光學(xué)厚度的低折射率層對的 光學(xué)限制減弱區(qū)域在下面也稱為“光學(xué)限制減弱區(qū)域C”。圖35表示具有光學(xué)限制減弱區(qū)域C的垂直腔表面發(fā)射激光器件的室溫(300Κ)下 的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)，以及傳統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限 制系數(shù)。根據(jù)圖35，可以理解具有光學(xué)限制減弱區(qū)域C的垂直腔表面發(fā)射激光器件與傳統(tǒng) 垂直腔表面發(fā)射激光器件相比具有更低的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)，如在提供了光學(xué)限 制減弱區(qū)域A的情況中的。另外，隨著光學(xué)限制減弱區(qū)域C中的對的數(shù)量增加，光學(xué)限制系 數(shù)減小。如果在具有相同數(shù)量對的光學(xué)限制減弱區(qū)域Α、Β和C之間比較基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)，可以看出光學(xué)限制減弱區(qū)域C具有最大的減弱效果。從而，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)隨著光學(xué)限制減弱區(qū)域中高和低折射率層越厚、 以及隨著折射率層的對的數(shù)量越大，基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)可以被更有效減小。尤其要指出的是光學(xué)限制減弱效果增加單個基礎(chǔ)橫向模式輸出，而不使負(fù)下降特 性變差，如下所述?？偟膩碚f，光學(xué)限制系數(shù)上的減小具有增加單個基礎(chǔ)橫向模式輸出的優(yōu) 點(diǎn)；但是，可以預(yù)料到橫向模式的穩(wěn)定性變差，并且易于出現(xiàn)負(fù)下降特性。圖36示出用于檢驗(yàn)具有780nm波段振蕩波長的垂直腔表面發(fā)射激光器件的單個 基礎(chǔ)橫向模式輸出和下降率之間的關(guān)系所進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果。圖46中的填充圓圈表示從傳 統(tǒng)垂直腔表面發(fā)射激光器件獲得的結(jié)果，而開口圓圈表示從具有光學(xué)限制減弱區(qū)域B的垂 直腔表面發(fā)射激光器件獲得的結(jié)果。在每個垂直腔表面發(fā)射激光器件中的電流通過區(qū)域的 面積是16 μ m2。圖36的數(shù)字“28”表示選擇性氧化層的厚度是^nm，而數(shù)字“30”表示選 擇性氧化層的厚度是30nm。負(fù)下降特性和單個基礎(chǔ)橫向模式輸出都與光學(xué)限制系數(shù)相關(guān)，并且彼此為反比關(guān) 系，如圖36所示。例如，由于橫向模式的穩(wěn)定性隨著光學(xué)限制系數(shù)越大而增加，抑制了負(fù)下 降特性。另外，對于較大光學(xué)限制系數(shù)，高階橫向模式的限制被改善，這有利于振蕩，并于是 減小單個基礎(chǔ)橫向模式輸出。如果光學(xué)限制系數(shù)僅是確定下降率和單個基礎(chǔ)橫向模式輸出 的因素，那么下降率和單個橫向模式輸出之間的相關(guān)性由一條直線來表示，而無論光學(xué)限 制減弱區(qū)域是否存在。但是，如圖36所示，取決于是否提供了光學(xué)限制減弱區(qū)域，下降率和單個基礎(chǔ)橫 向模式輸出之間的直線相關(guān)性變化。更具體地說，具有光學(xué)限制減弱區(qū)域的垂直腔表面發(fā) 射激光器件比沒有光學(xué)限制減弱區(qū)域的實(shí)現(xiàn)了更高的單個基礎(chǔ)橫向模式輸出，即使在它們 都具有相同的下降率時。這表示光學(xué)限制減弱區(qū)域具有增加基礎(chǔ)橫向模式輸出的效果，而 不影響下降率。從而，本發(fā)明的發(fā)明人最新發(fā)現(xiàn)通過提供光學(xué)限制減弱區(qū)域、將失諧量設(shè)定成在 25°C或更低溫度獲得最小閾值電流以及形成25nm或更低厚度的選擇性氧化層，可以有效 低減小負(fù)下降特性，由此可以增加單個基礎(chǔ)橫向模式輸出，同時有利的保持下降特性。垂直腔表面發(fā)射激光器件100包括在光學(xué)限制減弱區(qū)域和諧振器結(jié)構(gòu)之間的第 三下半導(dǎo)體DBR 10；33。第三下半導(dǎo)體DBR 10 的作用在下面解釋。通常，自由載流子的光吸收發(fā)生在半導(dǎo)體材料中。光吸收與光的電場強(qiáng)度和自由 載流子濃度成比例地增加。由自由載流子吸收的光能變成自由載流子的動能，并最終轉(zhuǎn)變 成晶格振動能量。這導(dǎo)致振蕩閾值電流增加和外微分量子效率(斜坡效率)減小。在每個半導(dǎo)體DBR中，折射率層一個重疊在另一個頂上，使得從每個折射率層的 交界反射的光處于相同相位，并且具有相對于入射光相反的相位，由此半導(dǎo)體DBR產(chǎn)生強(qiáng) 反射(高反射率)。在這點(diǎn)上，由于反射僅發(fā)生在交界處，在每個折射率層內(nèi)的電場強(qiáng)度(振 幅)不會衰減并且保持恒定。在激光振蕩過程中，在半導(dǎo)體DBR的電場分布中產(chǎn)生駐波，并 且對于每個λ/4光學(xué)厚度，交替出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)和腹點(diǎn)。在包括具有λ/4光學(xué)厚度的低和高折 射率層的正常半導(dǎo)體DBR中，在低折射率層和高折射率層之間的每個交界是對應(yīng)于駐波的 節(jié)點(diǎn)和腹點(diǎn)的位置。在鄰近諧振器結(jié)構(gòu)的區(qū)域中，振蕩光的駐波具有高強(qiáng)度，并且自由載流 子的光吸收在這個區(qū)域很顯著。
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對于在光學(xué)限制減弱區(qū)域和諧振器結(jié)構(gòu)之間設(shè)置各自具有λ /4光學(xué)厚度的一對 或多對低和高折射率層的情況，計算在吸收損失上的減小效果，如圖37所示。要指出的是， 一組成對的高和低折射率層在下面也稱為吸收損失減小層。在此假設(shè)傳統(tǒng)半導(dǎo)體DBR(見圖30)的吸收損失是100%。計算結(jié)果表明在提供 包括一對高和低折射率層的吸收損失減小層的情況下，與沒有提供吸收損失減小層的情況 (見圖3 相比，吸收損失減小了 23%，如圖38所示。另外，在提供包括三對的吸收損失減 小層的情況下，與沒有提供吸收損失減小層的情況相比，吸收損失減小了 M%。在計算中， η型載流子濃度在3到5Χ IO18CnT3的范圍內(nèi)變化，且包括在光學(xué)限制減弱區(qū)域中的對的數(shù) 量在1到5的范圍內(nèi)變化，但是，在上述百分比上看到變化很小。在垂直腔表面發(fā)射激光器件100中，自由載流子的光吸收通過提供包括一對的吸 收損失減小層而予以減小。即，在光學(xué)限制減弱區(qū)域中，每個折射率層在厚度上大，并因此， 由于光學(xué)限制減弱區(qū)域的厚度增加以及由于厚度增加而包括更多數(shù)量的駐波的腹點(diǎn)，自由 載流子的光吸收增大。在這種情況下，如果提供了包括一對的吸收損失減小層，可以減小光 學(xué)限制減弱區(qū)域的電場強(qiáng)度，從而降低吸收損失。圖39示出對于存在一對的吸收損失減小層和不存在吸收損失減小層情況所獲得 的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)。提供了三種不同光學(xué)限制減弱區(qū)域——光學(xué)限制減弱區(qū)域 A、B和C (類型A、B和C)，其中，每個高折射率層由Ala 3Ga0.7As制成，而每個低折射率層由 AlAs制成。包括在每個光學(xué)限制減弱區(qū)域中的對的個數(shù)是三。圖39還示出每種類型的光學(xué)限制系數(shù)的減弱百分比。減弱百分比表示在傳統(tǒng)半 導(dǎo)體DBR(見圖30)的基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)是100%時每種光學(xué)限制減弱區(qū)域的光學(xué) 限制系數(shù)的減小(％)。根據(jù)圖39，可以理解到通過提供包括一對的吸收損失減小層所產(chǎn)生的光學(xué)限制系 數(shù)的變化僅僅很小。通過制造沒有光學(xué)限制減弱區(qū)域的垂直腔表面發(fā)射激光器件VCSELl (見圖30)； 具有光學(xué)限制減弱區(qū)域B但是沒有吸收損失減小層的垂直腔表面發(fā)射激光器件VCSEL2 (見 圖32)；以及具有光學(xué)限制減弱區(qū)域B和包括一對的吸收損失減小層的垂直腔表面發(fā)射激 光器件VCSEL3 (見圖38)，來進(jìn)行對比評估。要指出的是，在每種垂直腔表面發(fā)射激光器件 中，振蕩波長是在780nm波段，且電流通過區(qū)域的面積是16 μ m2。另外，所有垂直腔表面發(fā) 射激光器件在它們的下半導(dǎo)體DBR中具有相同數(shù)量的高和低折射率層對。對比評估的結(jié)果表明與垂直腔表面發(fā)射激光器件VCSELl相比，垂直腔表面發(fā)射 激光器件VCSEL2和VCSEL3在單個基礎(chǔ)橫向模式輸出上呈現(xiàn)出清楚和基本上相等的增加， 如圖40所示。圖40中的數(shù)字“30”表示選擇性氧化層的厚度為30nm，而圖40中的數(shù)字 “28”表示選擇性氧化層的厚度為^nm。根據(jù)圖40，在相同的下降率下，每個垂直腔表面發(fā)射激光器件VCSEL2和VCSEL3具 有超過垂直腔表面發(fā)射激光器件VCSELl大約0. 3到0. 5mff的單個基礎(chǔ)橫向模式輸出。圖41示出單個基礎(chǔ)橫向模式輸出(計算值)和基礎(chǔ)橫向模式光學(xué)限制系數(shù)(計 算值)之間的關(guān)系。圖41中使用的符號與圖40中的指代相同，另外，圖41中的數(shù)字“30” 和“28”也與圖40中的表示相同含義。根據(jù)圖41，與垂直腔表面發(fā)射激光器件VCSELl相 比，垂直腔表面發(fā)射激光器件VCSEL3明顯具有減小的光學(xué)限制系數(shù)，由此呈現(xiàn)出增加的單個基礎(chǔ)橫向模式輸出。另外，與垂直腔表面發(fā)射激光器件VCSEL2相比，垂直腔表面發(fā)射激光器件VCSEL3 具有較低的閾值電流和較高的外微分量子效率(斜坡效率)。這是由于吸收損失減小。如上面已經(jīng)描述的，本實(shí)施方式的垂直腔表面發(fā)射激光器件100具有包括有源 層105的諧振器結(jié)構(gòu)以及使得諧振器結(jié)構(gòu)在它們之間的下半導(dǎo)體DBR 103和上半導(dǎo)體DBR 107。上半導(dǎo)體DBR 107包括電流限制結(jié)構(gòu)，其中氧化層108b圍繞電流通過區(qū)域108a。氧 化層108b包括至少一種氧化物，并且通過氧化選擇性氧化層的一部分而形成，該選擇性氧 化層包括鋁并且具有30nm的厚度。在此，電流限制結(jié)構(gòu)能夠同時限制注入電流以及振蕩光 的橫向模式。下半導(dǎo)體DBR 103相對于諧振器結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底101側(cè)上，并且包括第二下半導(dǎo) 體DBR 1032，該第二下半導(dǎo)體DBR作用為光學(xué)限制減弱區(qū)域，用于減小橫向光學(xué)限制。于是， 可以在單個基礎(chǔ)橫向模式振蕩下執(zhí)行高功率操作，同時抑制負(fù)下降特性。另外，在諧振器波長為780nm且在室溫下的失諧量Δ λ ^設(shè)定成-2nm時，有源層 的PL波長設(shè)定為772nm，使得最低閾值電流可以在17°C時獲得。在此，進(jìn)一步抑制了負(fù)下 降特性。由于在第二下半導(dǎo)體DBR 10 中，低折射率層103a各自設(shè)置成具有3 λ /4的光 學(xué)厚度，可以將每個折射率層的交界設(shè)定在對應(yīng)于腹點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)的位置。要指出的是，第二下 半導(dǎo)體DBR 1032的低折射率層103a不需要具有3 λ /4的光學(xué)厚度，而是應(yīng)該具有Qn+1) λ /4的光學(xué)厚度，其中η是等于或大于1的整數(shù)。于是，每個折射率層的交界可以設(shè)定在對 應(yīng)于駐波的腹點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)的位置。在供給脈沖周期為Ims且脈沖寬度為500 μ s的方波電流脈沖的情況下，(P1-P2/ P2 = -0. 06)。因此，進(jìn)一步抑制負(fù)下降特性。另外，在第二下半導(dǎo)體DBR 10 和諧振器結(jié)構(gòu)之間設(shè)置了第三下半導(dǎo)體DBR 1033，并因此能夠減小吸收損失。對于本實(shí)施方式的光學(xué)掃描設(shè)備1010，由于光學(xué)掃描設(shè)備1010的光源14具有垂 直腔表面發(fā)射激光器件100，該光學(xué)掃描設(shè)備1010能夠高精度執(zhí)行光學(xué)掃描。本發(fā)明的激光打印機(jī)1000包括光學(xué)掃描設(shè)備1010，并因此能夠形成高質(zhì)量的圖像。b.第一實(shí)施方式的改進(jìn)根據(jù)上述實(shí)施方式，第三下半導(dǎo)體DBR 10 包括低折射率層103a和高折射率層 10 對，但是，本發(fā)明不局限于這種情況。在上述實(shí)施方式中不需要將任何吸收損失考慮在內(nèi)的情況下，第二下半導(dǎo)體DBR 10 可以鄰近諧振器結(jié)構(gòu)定位，如圖42所示。根據(jù)上述實(shí)施方式，第二下半導(dǎo)體DBR 10 包括三對低和高折射率層103a和 10北，但是，本發(fā)明不局限于這種情況。在上述實(shí)施方式中，圖32所示的第四下半導(dǎo)體DBR 10 用于替代第二下半導(dǎo)體 DBR 1032。第四下半導(dǎo)體DBR 10 包括三對低和高折射率層103a和10北。如在光學(xué)限制 減弱區(qū)域B中的，每個低折射率層103a具有λ /4的光學(xué)厚度，并且每個高折射率層具有 3入/4的光學(xué)厚度。
在上述實(shí)施方式中，圖44所示的第五下半導(dǎo)體DBR 10 可以用于替代第二下半 導(dǎo)體DBR 10；32。第五下半導(dǎo)體DBR 10 包括三對低和高折射率層103a和10北。如在光學(xué) 限制減弱區(qū)域C中的，每個低折射率層103a具有3 λ/4的光學(xué)厚度，并且每個高折射率層 具有3 λ/4的光學(xué)厚度。在上述實(shí)施方式中，作為示例，光源14可以包括圖45所示的垂直腔表面發(fā)射激光 器陣列，替代垂直腔表面發(fā)射激光器件100。在垂直腔表面發(fā)射激光器件500中，多個(在這種情況下，32個)發(fā)光部分布置在 單個襯底上。在圖45中，M方向是主掃描對應(yīng)方向，而S方向是副掃描對應(yīng)方向。要指出 的是，發(fā)光部分的數(shù)量不局限于32。垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500包括四行八列發(fā)光部分，其中，列沿著T方向等間 隔，該T方向是從M方向向S方向傾斜的方向，如圖46所示。更具體地說，如果每個發(fā)光部 分沿著S方向正交投影到假想線上，發(fā)光部分的中心點(diǎn)從M方向上最近相鄰的發(fā)光部分的 中心點(diǎn)偏移假想線上的均勻量c。從而，在S方向上，發(fā)光部分具有等間隔d。即，三十二個 發(fā)光部分排列成二維陣列。要指出的是，在本說明書中，術(shù)語“發(fā)光部分間隔”指兩個相鄰 發(fā)光部分的中心到中心的間隔。在間隔c是3微米的情況下，間隔d是M微米，且在M方向上發(fā)光部分間隔X(見 圖46)是30微米。每個發(fā)光部分具有與上述垂直腔表面發(fā)射激光器件100相同的結(jié)構(gòu)，如圖47所 示，圖47是沿圖46所示的A-A線的橫截面圖。垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500以與針對 垂直腔表面發(fā)射激光器件100所描述的相同的方式來制造。從而，由于包括集成的垂直腔表面發(fā)射激光器件100，垂直腔表面發(fā)射激光器陣列 500能夠?qū)崿F(xiàn)與垂直腔表面發(fā)射激光器件100相同的效果。尤其是在采取陣列結(jié)構(gòu)的情況 下，氧化層108a的厚度輪廓中的變化以及氧化在發(fā)光部分之間擴(kuò)散的變化非常小。因此， 包括下降特性的各種特性均一，因此，易于執(zhí)行驅(qū)動控制。在發(fā)光部分中工作壽命的變化也 很小，實(shí)現(xiàn)長的工作壽命。根據(jù)垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500，如果每個發(fā)光部分沿著副掃描對應(yīng)方向正 交投影到假想線上，發(fā)光部分的中心部分從M方向最近的附近發(fā)光部分的中心部分偏移在 假想線上的均勻量c。于是，調(diào)節(jié)發(fā)光部分的發(fā)光定時，在感光鼓1030上，垂直腔表面發(fā)射 激光器陣列500的結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為如同發(fā)光部分在副掃描方向上以等間隔排列。由于間隔c是3微米，如果光學(xué)掃描設(shè)備1010的光學(xué)系統(tǒng)的放大率被設(shè)定為大約 1.8倍，可以實(shí)現(xiàn)具有4800dpi(點(diǎn)/英寸)的密度的高密度寫入。另外，通過增加發(fā)光部分 在主掃描對應(yīng)方向上的數(shù)量；縮小間隔d以便減小陣列結(jié)構(gòu)中的間隔c ；或者減小光學(xué)系統(tǒng) 的放大率，可以進(jìn)一步增加密度，由此實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的打印。要指出的是通過調(diào)節(jié)發(fā)光部分 的發(fā)光定時，可以輕易控制主掃描方向上的寫入間隔。在這種情況下，即使寫入點(diǎn)密度增加，激光打印機(jī)100可以在不會減緩打印速度 的情況下執(zhí)行打印?；蛘咴诓桓淖儗懭朦c(diǎn)密度的情況下，可以提高打印速度。兩個相鄰的發(fā)光部分之間的溝槽優(yōu)選的為5微米或更大，以便允許每個發(fā)光部分 彼此電隔離和空間隔離。這是因?yàn)槿绻麥喜厶y于在制造過程中控制蝕刻。要指出的 是，臺地優(yōu)選的具有10微米或更大(一邊的長度)的尺寸。這是因?yàn)槿绻_地太小，在工
27作過程中熱量保持在內(nèi)側(cè)，這會導(dǎo)致特性退化。根據(jù)上述實(shí)施方式，臺地形狀在垂直于激光振蕩方向的橫截面為方形；但是，本發(fā) 明并不局限于這種情況。臺地形狀可以是任意的，例如圓形、橢圓形或者矩形。上述實(shí)施方式描述了其中放光部分的振蕩波長在780nm波段的情況；但是，本發(fā) 明并不局限于這種情況。發(fā)光部分的振蕩波長可以根據(jù)感光體的特性加以變化。垂直腔表面發(fā)射激光器件100和垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500可以用在成像設(shè) 備之外的設(shè)備中。在這種情況下，振蕩波長可以根據(jù)用途需要變化為650nm波段、850nm波 段、980nm波段、1. 3μπι波段、1. 5μπι波段等。在上述實(shí)施方式中，具有一維排列的類似于垂直腔表面發(fā)射激光器件100的發(fā)光 部分的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列可以替代垂直腔表面發(fā)射激光器件使用。在上述實(shí)施方式中，激光打印機(jī)1000用作成像設(shè)備的例子，但是，本發(fā)明并不局 限于這種情況。例如，本發(fā)明可以是用于將激光直接投射到介質(zhì)(例如紙)上的成像設(shè)備，其中在 介質(zhì)上的顏色用激光顯影。本發(fā)明可以應(yīng)用于利用銀鹽膠片作為圖像載體的成像設(shè)備。在這種情況下，潛像 通過光學(xué)掃描形成在銀鹽膠片上，并然后通過相當(dāng)于傳統(tǒng)鹵化銀攝影的顯影過程的過程可 視化?？梢姷膱D像通過相當(dāng)于傳統(tǒng)鹵化銀攝影的打印過程的過程轉(zhuǎn)印到打印紙上。這種成 像設(shè)備可以用作光學(xué)制版設(shè)備或者用于繪制CT掃描圖像等的光學(xué)繪圖設(shè)備。本發(fā)明可以是具有多個感光鼓的彩色打印機(jī)2000，如圖48所述的示例中的。彩色打印機(jī)2000是串列型多色打印機(jī)，用于通過重疊四種顏色(黑色、青色、品紅 色和黃色)來形成全彩色圖像。彩色打印機(jī)2000包括黑色感光鼓Κ1、黑色充電裝置Κ2、 黑色顯影裝置Κ4、黑色清潔單元Κ5和黑色轉(zhuǎn)印裝置Κ6 ；青色感光鼓Cl、青色充電裝置C2、 青色顯影裝置C4、青色清潔單元C5和青色轉(zhuǎn)印裝置C6 ；品紅色感光鼓Ml、品紅色充電裝置 M2、品紅色顯影裝置M4、品紅色清潔單元M5和品紅色轉(zhuǎn)印裝置M6 ；黃色感光鼓Y1、黃色充 電裝置Y2、黃色顯影裝置W、黃色清潔單元TO和黃色轉(zhuǎn)印裝置Y6 ；光學(xué)掃描設(shè)備2010 ’傳 送帶2080 ；定影單元2030等。每個感光鼓沿著圖48所示箭頭的方向旋轉(zhuǎn)，并且相應(yīng)的充電裝置、顯影裝置、轉(zhuǎn) 印裝置和清潔單元圍繞感光鼓沿著旋轉(zhuǎn)方向依次排列。每個充電裝置均勻充電相應(yīng)感光鼓 的表面。被充電裝置充電的感光鼓的表面用從光學(xué)掃描設(shè)備2010發(fā)射的光照射，并且在感 光鼓上形成潛像。然后，通過相應(yīng)的顯影裝置，在每個感光鼓的表面上形成調(diào)色劑圖像。每 個轉(zhuǎn)印裝置將相應(yīng)顏色的調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印到傳送帶2080上的記錄片材上，最后，轉(zhuǎn)印的重 疊調(diào)色劑圖像被定影單元2030定影在記錄片材上。光學(xué)掃描設(shè)備2010具有用于每種顏色的光源，該光源包括類似于垂直腔表面發(fā) 射激光器件100的垂直腔表面發(fā)射激光器件或者類似于垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500的 垂直腔表面發(fā)射激光器陣列。于是，光學(xué)掃描設(shè)備2010產(chǎn)生與光學(xué)掃描設(shè)備1010類似的 效果。彩色打印機(jī)2000包括光學(xué)掃描設(shè)備2010，并因此能夠產(chǎn)生類似于激光打印機(jī)1000 的效果。彩色打印機(jī)2000會由于制造誤差、定位偏差等造成顏色失準(zhǔn)。即使在這種情況 下，如果光學(xué)掃描設(shè)備2010的每個光源包括相當(dāng)于垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列，彩色打印機(jī)2000選擇要發(fā)光的發(fā)光部分，由此減小顏色失準(zhǔn)。c.第二實(shí)施方式本發(fā)明的第二實(shí)施方式旨在提供一種垂直腔表面發(fā)射激光器件和垂直腔表面發(fā) 射激光器陣列，其具有更長的工作壽命，高發(fā)光效率和優(yōu)異的溫度特性。本實(shí)施方式的垂直腔表面發(fā)射激光器件100也可以應(yīng)用于激光打印機(jī)1000的光 源，如同第一實(shí)施方式中的。在本實(shí)施方式中，相同的附圖標(biāo)記被賦予與第一實(shí)施方式共同 的部件，并且省略它們的描述。本實(shí)施方式的垂直腔表面發(fā)射激光器件100被設(shè)計成具有780nm波段的振蕩波 長，并且包括襯底101、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。襯底101是n-GaAs單晶襯底。下半導(dǎo)體DBR 103包括第一下半導(dǎo)體DBR IOS1、第二下半導(dǎo)體DBR 10 、和第三下 半導(dǎo)體DBR 1033，如圖51所示的示例中的。第一下半導(dǎo)體DBR IOS1鋪設(shè)在襯底101的+Z方向表面上，且緩沖層(未示出)介 于它們之間。第一下半導(dǎo)體DBR 103:包括36. 5對n-AlAs低折射率層103a和n-Ala3G￡ia7As 高折射率層103b。低折射率層103a與高折射率層10 相比具有更高的導(dǎo)熱率(見圖65)。 為了減小電阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在每兩個相鄰的折射率層之間。在組分梯度層 中，組分從一個向另一個逐漸變化。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚度的其相鄰組分 梯度層而具有λ/4的光學(xué)厚度，其中λ是振蕩波長。第二下半導(dǎo)體DBR 10 鋪設(shè)在第一下半導(dǎo)體DBR IOS1的+Z方向表面上，并且包 括三對低折射率層103a和高折射率層10北。為了減小電阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在 每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個低折射率層103a通過包括1/2厚度的其相鄰組 分梯度層而具有3 λ /4的光學(xué)厚度，每個高折射率層10 通過包括1/2厚度的其相鄰組分 梯度層而具有λ/4的光學(xué)厚度。第二下半導(dǎo)體DBR 10 是熱釋放結(jié)構(gòu)，在第二下半導(dǎo)體 DBR 10 中的低折射率層103a是熱釋放層。第三下半導(dǎo)體DBR 10 鋪設(shè)在第二下半導(dǎo)體DBR 10 的+Z方向表面上，并且包 括一個包括低折射率層103a和高折射率層10 的對。為了減小電阻，組分梯度層(未示 出)設(shè)置在每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚度的其相鄰 組分梯度層而具有λ /4的光學(xué)厚度。從而，下半導(dǎo)體DBR 103包括40. 5對低和高折射率層103a和103b。下間隔層104鋪設(shè)在第三下半導(dǎo)體DBR 10 的+Z方向表面上，并且是未摻雜 (Al0 iGa0 9) 0 5In0 5P 層。有源層105鋪設(shè)在下間隔層104的+Z方向表面上，并且包括三個量子阱層10 和四個勢壘層105b，如圖5中示例所示。每個量子阱層10 由fe^nPAs制成，它是引起壓 縮應(yīng)變的組分，并且具有大約780nm的帶隙波長。每個勢壘層10 由G^6Ina4P制成，它是 引起拉伸應(yīng)變的組分。上間隔層106鋪設(shè)在有源層105的+Z方向表面上，并且是未摻雜 (Al0 iGa0 9) 0 5In0 5P 層。包括下間隔層104、有源層105和上間隔層106的部分稱為諧振器結(jié)構(gòu)，它被設(shè)計成具有λ的光學(xué)厚度。有源層105設(shè)置在諧振器結(jié)構(gòu)的中心，它對應(yīng)于電場的駐波的腹點(diǎn)， 以便實(shí)現(xiàn)高受激發(fā)射率。在有源層105中產(chǎn)生的熱量被設(shè)計成主要通過下半導(dǎo)體DBR 103釋放到襯底101。 襯底101的背面利用導(dǎo)熱粘結(jié)劑等附著到封裝上，并且熱量從襯底101釋放到封裝。上半導(dǎo)體DBR 107鋪設(shè)在上間隔層106的+Z方向表面上，并且包括M對 P-Al0.^1As低折射率層107a和Ii-Ala3Giia7As高折射率層107b。為了減小電阻，組分梯 度層(未示出)設(shè)置在每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚 度的其相鄰組分梯度層而具有λ/4的光學(xué)厚度。在上半導(dǎo)體DBR 107的一個低折射率層中，插入30nm厚度的ρ-AlAs選擇性氧化 層。選擇性氧化層與上間隔層106在光學(xué)上遠(yuǎn)離5 λ /4，并且設(shè)置在從上間隔層106算起第 三對低折射率層內(nèi)。接觸層109是p-GaAs層，鋪設(shè)在上半導(dǎo)體DBR 107的+Z方向表面上。接著，簡單描述制造本實(shí)施方式的垂直腔表面發(fā)射激光器件100的方法。(1)通過晶體生長方法產(chǎn)生上述層疊體，該晶體生長方法如金屬有機(jī)化學(xué)蒸鍍 (M0CVD方法)或者分子束外延附生(MBE方法)。在這個步驟中，三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)和三甲基銦(TMI)用作三族材料， 且三氫化砷(AsH3)氣體和磷化氫(PH3)氣體用作四族材料。另外，四溴化碳(CBr4)用作ρ 型摻雜物，而硒化氫(H2Se)作為η型摻雜物。(2)在層疊體的表面上形成方形抗蝕圖案，每一邊為20 μ m。(3)利用方形抗蝕圖案作為光掩膜，通過利用Cl2氣體的ECR蝕刻形成方柱形臺 地。蝕刻底部位于下間隔層104。要指出的是臺地優(yōu)選的具有10 μ m或更大(一邊的長度) 的尺寸。這是因?yàn)槿绻_地太小，在工作過程中熱量保持在內(nèi)側(cè)，會導(dǎo)致特性退化。(4)去除掩膜。(5)層疊體在水蒸氣中被熱處理。在這個步驟中，選擇性氧化層中的Al被從臺地 的四周選擇性氧化。于是，在臺地的中心留下由Al氧化層108b所圍繞的未氧化區(qū)域108a(。 以這種方式，形成氧化的電流限制結(jié)構(gòu)，其中，用于驅(qū)動發(fā)光部分的電流的通道被局限于臺 地的中心。未氧化區(qū)域108a作用為電流通過區(qū)域(電流注入?yún)^(qū)域)。根據(jù)各種初步試驗(yàn) 結(jié)果來選擇熱處理的適當(dāng)條件(保持溫度、保持時間等)，使得電流通過區(qū)域具有理想的尺 寸。(6) SiN或者SiO2制成的保護(hù)層111通過化學(xué)蒸鍍(CVD方法)形成。(7)聚酰亞胺112用于平面化層疊體。(8)用于ρ-電極接觸的孔設(shè)置在臺地的頂部上。在這個步驟中，光阻材料掩膜設(shè) 置在臺地的頂部，然后臺地上要形成孔的位置被暴露于光，以從該位置去除光阻材料掩膜。 隨后，通過緩沖HF蝕刻(BHF蝕刻)聚酰亞胺112和保護(hù)層111來形成孔。(9)每一邊為10 μ m的方形抗蝕圖案形成在臺地的頂部、要成為發(fā)光部分的區(qū)域， 并且P電極材料然后通過蒸鍍沉積。P電極材料包括Cr/Auai/Au或Ti/Pt/Au并且沉積成 多層膜形式。(10)在要成為發(fā)光部分的區(qū)域上的P-電極材料被浮脫(lift off)，由此形成 P"電極113。
(11)襯底101的背面被拋光使得襯底101具有預(yù)定厚度(例如大約100 μ m)，然 后，形成η-電極114。η-電極114是AuGe/Ni/Au制成的多層膜。(12)p-電極113和η-電極114通過退火而歐姆接觸，由此臺地成為發(fā)光部分。(13)層疊體被切割成芯片。在試驗(yàn)中，對于下面三個示例檢驗(yàn)吸收損失示例1 其中下半導(dǎo)體DBR 103包括 僅第一下半導(dǎo)體DBR ^ ”其具有仙；對折射率層(見圖5 ；示例2:其中下半導(dǎo)體DBR 103包括具有37. 5對折射率層的第一下半導(dǎo)體DBR IOS1和具有三對折射率層的第二下半 導(dǎo)體DBR 1032 (見圖53)；以及示例3:其中，下半導(dǎo)體DBR 103包括具有36. 5對折射率層 的第一下半導(dǎo)體DBR IOS1、具有三對折射率層的第二下半導(dǎo)體DBR 10 和具有一對折射率 層的第三下半導(dǎo)體DBR 1033，如同本實(shí)施方式中的情形。根據(jù)該試驗(yàn)，當(dāng)相比示例1的吸收 損失示例2的吸收損失的增加被認(rèn)為是100%時，與示例1中的吸收損失相比，示例3的吸 收損失的增加大約是77%。S卩，可以理解第三下半導(dǎo)體DBR 10 將吸收損失減小了大約 23%。要指出的是，在第三下半導(dǎo)體DBR 10 包括三對折射率層(見圖54)時，與示例1的 吸收損失相比，吸收損失的增加大約是46%。該試驗(yàn)還表明即使雜質(zhì)濃度(雜質(zhì)摻雜濃度)在3 X IO18 (cm-3)和5 X IO18 (cm_3) 之間變化，對吸收損失可以獲得相同減小效果。另外，雖然波長變化，對吸收損失可以獲得 相同的減小效果。此外，即使在第二下半導(dǎo)體DBR 10 中提供了五對折射率層，對吸收損 失可以獲得相同的減小效果。本實(shí)施方式的下半導(dǎo)體DBR 103的熱阻是2720 (K/W)。另一方面，示例1(見圖52) 和示例2(見圖53)的熱阻分別是3050 (K/W)和沈70 (K/W)。于是，可以理解第三下半導(dǎo)體 DBR 10 對下半導(dǎo)體DBR 103的熱阻不利影響很小。圖55示出在第三下半導(dǎo)體DBR 10 中的折射率層的對的個數(shù)與下半導(dǎo)體DBR 103的熱阻之間的關(guān)系。根據(jù)圖55，如果對的個數(shù)超過5，第二下半導(dǎo)體DBR 10 的熱釋放 效果變成一半或更小。于是，第三下半導(dǎo)體DBR 10 優(yōu)選的包括一至五對折射率層。熱釋放層導(dǎo)致吸收損失增加，但是也減小鋪設(shè)在熱釋放層頂部的層的結(jié)晶性。如 果鋪設(shè)在熱釋放層頂部(在這種情況下為+Z方向)的有源層具有較小的結(jié)晶性，發(fā)光效率 將下降。在下半導(dǎo)體DBR 103僅包括具有40. 5對折射率層的第二下半導(dǎo)體DBR 1032，實(shí)現(xiàn) 熱釋放的顯著效果；但是，有源層的結(jié)晶性難于被保持。因此，第二下半導(dǎo)體DBR 10 優(yōu)選 的包括一至五對折射率層。第三下半導(dǎo)體DBR 10 也恢復(fù)鋪設(shè)在第三下半導(dǎo)體DBR 1033 頂部的有源層的結(jié)晶性，因此，減小對有源層的不利影響。對于具有氧化的電流限制結(jié)構(gòu)的垂直腔表面發(fā)射激光器，在制造過程中采用蝕刻 來獲得臺地形狀等，以便提供與周圍的電和空間隔離。在這一點(diǎn)上，蝕刻應(yīng)該進(jìn)行得比選擇 性氧化層深，以便允許Al的選擇性氧化。選擇性氧化層通常設(shè)置在ρ側(cè)半導(dǎo)體DBR(設(shè)置在 有源層上側(cè)的上半導(dǎo)體DBR)附近，以便減小電流擴(kuò)散，且更具體地說，設(shè)置在對應(yīng)于從有 源層起電場的激光駐波的第一到第五節(jié)點(diǎn)的位置處。但是，由于蝕刻深度的控制能力的問 題，難于將蝕刻控制成蝕刻底部達(dá)到比選擇性氧化層深但是不達(dá)到下半導(dǎo)體DBR。尤其是， 為了控制蝕刻深度穿過整個晶片需要不僅控制蝕刻時間，而且控制在晶片表面上蝕刻的均 勻性以及晶體生長層的厚度的均勻性。從而，從生產(chǎn)的角度講，執(zhí)行蝕刻使得蝕刻的底部不 達(dá)到下半導(dǎo)體DBR是極其困難的。
考慮這個因素，已經(jīng)提出使得下半導(dǎo)體DBR分兩級(two-tier)(例如，見日本未審 公開的專利申請公開說明書第2003-347670號)。根據(jù)該提議，具有比AWaAs顯著高導(dǎo)熱 率的AlAs用于下半導(dǎo)體DBR中更靠近襯底設(shè)置的大多數(shù)低折射率層，而AWaAs以傳統(tǒng)的 方式在下半導(dǎo)體DBR中用作更靠近有源層的低折射率層。但是，在這種情況下，難于增加靠 近諧振器結(jié)構(gòu)設(shè)置的折射率層的導(dǎo)熱率。根據(jù)本實(shí)施方式的垂直腔表面發(fā)射激光器件100，半導(dǎo)體DBR主要由AWaAs材料 制成，并且諧振器結(jié)構(gòu)由Alfe^nPAs材料制成，其包含h。在這種情況下，諧振器結(jié)構(gòu)的蝕 刻速率被設(shè)定成低于半導(dǎo)體DBR的蝕刻速率。于是，利用蝕刻監(jiān)視器可以輕易探測蝕刻底 部是否到達(dá)諧振器結(jié)構(gòu)。在此，可以以高精度執(zhí)行蝕刻直到諧振器結(jié)構(gòu)的中心附近，并且減 小載流子的擴(kuò)散，從而減小不起振蕩作用的載流子。從上面的描述可以清楚地看到，根據(jù)本實(shí)施方式的垂直腔表面發(fā)射激光器件100， 下半導(dǎo)體DBR 103是第一半導(dǎo)體多層反射器，而上半導(dǎo)體DBR 107是第二半導(dǎo)體多層反射 器，如在所附的權(quán)利要求書中描述的。另外，第二下半導(dǎo)體DBR 10 是第一局部反射器，而 第三下半導(dǎo)體DBR 10 是第二局部反射器。高折射率層10 是第一層，而低折射率層103a是第二層。如上面已經(jīng)描述的，本實(shí)施方式的垂直腔表面發(fā)射激光器件100在下半導(dǎo)體DBR 103和上半導(dǎo)體DBR 107之間具有包括有源層105的諧振器結(jié)構(gòu)，下半導(dǎo)體DBR 103和上 半導(dǎo)體DBR 107都包括多對低和高折射率層。下半導(dǎo)體DBR 103包括第一下半導(dǎo)體DBR 1031，其包括36.5對折射率層；第二下半導(dǎo)體DBR 10 ，其包括三對折射率層；和第三下半 導(dǎo)體DBR 1033，其包括一對折射率層。在下半導(dǎo)體DBR 103中，每對包括具有高導(dǎo)熱率的 n-AlAs低折射率層103a和具有比低折射率層103a低的導(dǎo)熱率的Ii-Ala3Giia7As高折射率 層 103b。在第二下半導(dǎo)體DBR 10 中，低折射率層103a被設(shè)計成通過包括1/2厚度的其 相鄰組分梯度層而具有3 λ /4的光學(xué)厚度，并且高折射率層10 被設(shè)計成通過包括1/2厚 度的其相鄰組分梯度層而具有λ/4的光學(xué)厚度。第三下半導(dǎo)體DBR 10 設(shè)置在諧振器結(jié)構(gòu)和第二下半導(dǎo)體DBR 10 之間。每個 折射率層被設(shè)計成通過包括1/2厚度的其相鄰組分梯度層而具有λ /4的光學(xué)厚度。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可以增加熱釋放效率，同時減小吸收損失中的增大。在此，本實(shí)施 方式的垂直腔表面發(fā)射激光器件100具有更長的工作壽命、高發(fā)光效率和優(yōu)異的溫度特 性。對于本實(shí)施方式的光學(xué)掃描設(shè)備1010，由于光學(xué)掃描設(shè)備1010的光源14具有垂 直腔表面發(fā)射激光器件100，該光學(xué)掃描設(shè)備1010能夠執(zhí)行穩(wěn)定的光學(xué)掃描。對于本實(shí)施方式的激光打印機(jī)1000，由于包括了光學(xué)掃描設(shè)備1010，該激光打印 機(jī)1000能夠形成高質(zhì)量圖像。另外，垂直腔表面發(fā)射激光器件100的工作壽命急劇增加，這允許寫入單元或者 光源單元可以再次使用。d.第二實(shí)施方式的改進(jìn)根據(jù)上述實(shí)施方式，在第二下半導(dǎo)體DBR 10 中，下折射率層103a被設(shè)計成通過 包括1/2厚度的其相鄰組分梯度層而具有3 λ/4的光學(xué)厚度。但是，本發(fā)明并不局限于這種情況，并且如果低折射率層103a通過包括1/2厚度的其相鄰組分梯度層而具有On+1) λ/4(η是等于或大于1的整數(shù))的光學(xué)厚度就足夠了。根據(jù)上述實(shí)施方式，第二下半導(dǎo)體DBR 10 包括三對低折射率層103a和高折射 率層10 ；但是，本發(fā)明并不局限于此。根據(jù)上述實(shí)施方式，第三下半導(dǎo)體DBR 10 包括一對低折射率層103a和高折射 率層10 ；但是本發(fā)明不局限于這種情況。第三下半導(dǎo)體DBR 10 可以包括一至五對低折 射率層103a和高折射率層10北。根據(jù)上述實(shí)施方式，臺地形狀在垂直于激光振蕩方向的橫截面上是方形的，但是， 本發(fā)明不局限于這種情況。臺地形狀可以是任意的，例如，圓形的、橢圓形的或矩形的。在上述實(shí)施方式中，鄰近諧振器結(jié)構(gòu)的一對下半導(dǎo)體DBR 103的雜質(zhì)濃度與剩余 部分相比可以較低。隨著雜質(zhì)濃度增加吸收量增大。因此，受到吸收影響很大程度的部分 的雜質(zhì)濃度被形成得低于具有吸收較小影響的部分的。以這種方式，可以減少吸收的增加， 這是通過增加低折射率層的厚度來產(chǎn)生的。例如，在鄰近諧振器結(jié)構(gòu)的下半導(dǎo)體DBR 103 的四對中的雜質(zhì)濃度可以是5 X IO17 (cm_3)，而剩余對的雜質(zhì)濃度可以是1 X IOw (cm_3)。上述實(shí)施方式描述了其中發(fā)光波分的振蕩波長在780nm波段的情況；但是，本發(fā) 明不局限于這種情況。發(fā)光部分的振蕩波長可以根據(jù)感光體的特性予以改變。垂直腔表面發(fā)射激光器件100可以用在成像設(shè)備之外的設(shè)備中。在這種情況 下，振蕩波長可以根據(jù)用途需要變化到650nm波段、850nm波段、980nm波段、1. 3 μ m波段、 1.5μπι波段等。作為示例，圖56示出設(shè)計成具有850nm波段的振蕩波長的垂直腔表面發(fā)射激光器 件 IOOA0該垂直腔表面發(fā)射激光器件100A包括襯底201、下半導(dǎo)體DBR 203、下間隔層204、 有源層205、上間隔層206、上半導(dǎo)體DBR 207、接觸層209等。襯底201是n-GaAs單晶襯底。下半導(dǎo)體DBR 203包括第一下半導(dǎo)體DBR 203:、第二下半導(dǎo)體DBR 2032和第三下 半導(dǎo)體DBR 2033，如圖57所示的示例那樣。第一下半導(dǎo)體DBR 203!鋪設(shè)在襯底201的+Z方向表面上，且緩沖層(未示出)置 于它們之間。第一下半導(dǎo)體DBR 203:包括30. 5對n-AlAs低折射率層203a和n-AlaiG￡ia9As 高折射率層203b。低折射率層203a具有與高折射率層20 相比更高的導(dǎo)熱率(見圖65)。 為了減小電阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在每兩個相鄰的折射率層之間。在組分梯度層 中，組分從一個向另一個逐漸變化。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚度的其相鄰組分 梯度層而具有λ/4的光學(xué)厚度，其中λ是振蕩波長。第二下半導(dǎo)體DBR 20 鋪設(shè)在第一下半導(dǎo)體DBR 203i的+Z方向表面上，并且包 括五對低折射率層203a和高折射率層20北。為了減小電阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在 每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個低折射率層203a通過包括1/2厚度的其相鄰組 分梯度層而具有3 λ /4的光學(xué)厚度，每個高折射率層20 通過包括1/2厚度的其相鄰組分 梯度層而具有λ/4的光學(xué)厚度。第三下半導(dǎo)體DBR 2033鋪設(shè)在第二下半導(dǎo)體DBR 20 的+Z方向表面上，并且包 括一對低折射率層203a和高折射率層20北。為了減小電阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚度的其相鄰組分梯度層 而具有λ/4的光學(xué)厚度。下間隔層204鋪設(shè)在第三下半導(dǎo)體DBR 2033的+Z方向表面上，并且是未摻雜
Al0 4Ga0 6As 層。有源層205鋪設(shè)在下間隔層204的+Z方向表面上，并且包括三個量子阱層20 和四個勢壘層20 ，如圖12中示例所示。每個量子阱層205a由Alai2G^l88As制成。每個 勢壘層205b由Al0.3Ga0.7As制成。上間隔層206鋪設(shè)在有源層205的+Z方向表面上，并且是未摻雜Ala4Giia6As層。包括下間隔層204、有源層205和上間隔層206的部分稱為諧振器結(jié)構(gòu)，它被設(shè)計 成具有λ的光學(xué)厚度。有源層205設(shè)置在諧振器結(jié)構(gòu)的中心，它對應(yīng)于電場的駐波的腹點(diǎn)， 以便實(shí)現(xiàn)高受激發(fā)射率。在有源層205中產(chǎn)生的熱量被設(shè)計成主要通過下半導(dǎo)體DBR 203 釋放到襯底201。上半導(dǎo)體DBR 207鋪設(shè)在上間隔層206的+Z方向表面上，并且包括M對 P-Al0.9Ga0. ^s低折射率層207a和η-Α1α A^l9As高折射率層207b。為了減小電阻，組分梯 度層(未示出)設(shè)置在每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚 度的其相鄰組分梯度層而具有λ/4的光學(xué)厚度。在上半導(dǎo)體DBR 207的一個低折射率層中，插入30nm厚度的ρ-AlAs選擇性氧化 層。選擇性氧化層設(shè)置在從上間隔層206在光學(xué)上遠(yuǎn)離λ /4的位置處。接觸層209是p-GaAs層，鋪設(shè)在上半導(dǎo)體DBR 207的+Z方向表面上。垂直腔表面發(fā)射激光器件100Α以上面針對垂直腔表面發(fā)射激光器件100所描述 的相同方式制造。要指出的是，在圖56中，附圖標(biāo)記211表示保護(hù)層；附圖標(biāo)記212表示聚 酰亞胺；附圖標(biāo)記213表示ρ-電極；附圖標(biāo)記214表示η-電極；附圖標(biāo)記208a表示氧化 層；而附圖標(biāo)記208b表示電流通過區(qū)域。垂直腔表面發(fā)射激光器件100A能夠?qū)崿F(xiàn)與垂直 腔表面發(fā)射激光器件100相同的效果。同樣在這個實(shí)施方式中，光源14可以包括如圖45所示的垂直腔表面發(fā)射激光器 陣列500作為示例，來取代本實(shí)施方式的垂直腔表面發(fā)射激光器件100。通常，理想的蝕刻深度對于每個發(fā)光部分來說是不同的，這是由于晶體生長層的 厚度變化以及在襯底(晶片)表面上的蝕刻速率的變化。但是，難于對所有發(fā)光部分控制 蝕刻，使得蝕刻底部到達(dá)比選擇性氧化層更深，但是不會到達(dá)下半導(dǎo)體DBR的低折射率層， 該低折射率層具有Al組分，相當(dāng)于選擇性氧化層中的。尤其在垂直腔表面發(fā)射激光器陣列的情況下，如果蝕刻寬度由于發(fā)光部分的間隔 不同而不同，則蝕刻速率發(fā)生變化。在這種情況下，即使如果不存在上述變化，蝕刻深度對 每個發(fā)光部分來說也會變化。根據(jù)垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500，半導(dǎo)體DBR主要由AlGaAs材料制成，并且諧 振器結(jié)構(gòu)由Alfe^nPAs材料制成，其包含In。于是，諧振器結(jié)構(gòu)的蝕刻速率被設(shè)定成低于半 導(dǎo)體DBR的蝕刻速率。在此，跨過晶片和陣列芯片，蝕刻的底部不會到達(dá)下半導(dǎo)體DBR，并于 是可以控制蝕刻，使得蝕刻底部保持在諧振器結(jié)構(gòu)中。從而，根據(jù)垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500，通過在預(yù)定位置不提供阻止蝕刻的層 但是減慢蝕刻速率來控制蝕刻。于是，由于利用蝕刻監(jiān)控器可以輕易探測到蝕刻底部是否
34達(dá)到諧振器結(jié)構(gòu)，可以輕易控制蝕刻。另外，可以以高精度執(zhí)行蝕刻直到諧振器結(jié)構(gòu)的中心 附近，并且減少載流子擴(kuò)散，從而減少不用于振蕩的載流子。在預(yù)定位置處提供用于阻止蝕刻的層的情況下，在深度方向上(在這種情況下， 在-Z方向上)的蝕刻可以被控制，但是，在橫向上(在這種情況下，在平行于X-Y平面的方 向上)的蝕刻不能被控制，這會造成諸如在臺地尺寸上批次和批次之間不同的問題。垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500是具有32個通道的多束光源；但是由于提供了熱 釋放措施，每個發(fā)光部分與相鄰發(fā)光部分之間的熱干涉被減輕。于是，當(dāng)多個發(fā)光部分被同 時驅(qū)動時，垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500僅具有很小的特性變化，并且呈現(xiàn)出更長工作 壽命ο本實(shí)施方式利用激光打印機(jī)1000作為成像設(shè)備的例子來描述；但是，本發(fā)明的本 實(shí)施方式并不局限于這種情況。如在第一實(shí)施方式中所描述的，本實(shí)施方式的成像設(shè)備可 以是用于將激光直接投射到介質(zhì)(例如紙)上的成像設(shè)備，其中，在介質(zhì)上，顏色通過激光 來顯影；也可以是利用銀鹽膠片作為圖像載體的成像設(shè)備；或者具有多個感光體的彩色打 印機(jī)2000。圖59示出光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)3000的示意性結(jié)構(gòu)。在光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)3000中，光學(xué)發(fā)射 器模塊3001和光學(xué)接收器模塊3005通過光纖電纜3004連接，由此，實(shí)現(xiàn)從光學(xué)發(fā)射器模 塊3001向光學(xué)接收器模塊3005的單向光通信。光學(xué)發(fā)射器模塊3001包括光源3002和驅(qū)動電路3003，該驅(qū)動電路3003用于根據(jù) 從外側(cè)輸入的電信號來調(diào)制從光源3002發(fā)射的激光的光強(qiáng)度。光源3002包括垂直腔表面發(fā)射激光器陣列600，如圖60所示的示例那樣。垂直腔表面發(fā)射激光器陣列600包括多個(在這種情況下為十個)發(fā)光部分，這 些發(fā)光部分以一維排列在單個襯底上。要指出的是，發(fā)光部分的數(shù)量不局限于十個。垂直腔表面發(fā)射激光器陣列600的每個發(fā)光部分被設(shè)計為具有1. 3 μ m波段的振 蕩波長的垂直腔表面發(fā)射激光器。如圖61所示，圖61是沿著圖60所示的線A-A的截面圖， 每個發(fā)光部分包括襯底301、下半導(dǎo)體DBR 303、下間隔層304、有源層305、上間隔層306、上 半導(dǎo)體DBR 307、接觸層309等。 襯底301是n-GaAs單晶襯底。下半導(dǎo)體DBR 303包括第一下半導(dǎo)體DBR 303:、第二下半導(dǎo)體DBR 30 和第三下 半導(dǎo)體DBR 3033，如圖62所示的示例中的。第一下半導(dǎo)體DBR 303!鋪設(shè)在襯底301的+Z方向表面上，且緩沖層(未示出)置 于它們之間。第一下半導(dǎo)體DBR 303:包括30. 5對n-AlAs低折射率層303a和n-GaAs高 折射率層30北。低折射率層303a具有與高折射率層30 相比更高的導(dǎo)熱率。為了減小電 阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在每兩個相鄰的折射率層之間。在組分梯度層中，組分從一 個向另一個逐漸變化。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚度的其相鄰組分梯度層而具有 λ/4的光學(xué)厚度，其中λ是振蕩波長。第二下半導(dǎo)體DBR 30 鋪設(shè)在第一下半導(dǎo)體DBR SOS1的+Z方向表面上，并且包 括五對低折射率層303a和高折射率層30北。為了減小電阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在 每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個低折射率層303a通過包括1/2厚度的其相鄰組 分梯度層而具有3 λ /4的光學(xué)厚度，每個高折射率層30 通過包括1/2厚度的其相鄰組分
35梯度層而具有λ/4的光學(xué)厚度。第三下半導(dǎo)體DBR 3033鋪設(shè)在第二下半導(dǎo)體DBR 30 的+Z方向表面上，并且包 括一對低折射率層303a和高折射率層30北。為了減小電阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在 每兩個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚度的其相鄰組分梯度層 而具有λ/4的光學(xué)厚度。下間隔層304鋪設(shè)在第三下半導(dǎo)體DBR 30 的+Z方向表面上，并且是未摻雜GaAs層。有源層305鋪設(shè)在下間隔層304的+Z方向表面上，并且包括三個量子阱層30 和四個勢壘層30 ，如圖63中示例所示。每個量子阱層30 由feJnNAs制成。每個勢壘 層305b由GaAs制成。上間隔層306鋪設(shè)在有源層305的+Z方向表面上，并且是未摻雜GaAs層。包括下間隔層304、有源層305和上間隔層306的部分稱為諧振器結(jié)構(gòu)，它被設(shè)計 成具有λ的光學(xué)厚度。有源層305設(shè)置在諧振器結(jié)構(gòu)的中心，它對應(yīng)于電場的駐波的腹點(diǎn)， 以便實(shí)現(xiàn)高受激發(fā)射率。在有源層305中產(chǎn)生的熱量被設(shè)計成主要通過下半導(dǎo)體DBR 303 釋放。上半導(dǎo)體DBR 307鋪設(shè)在上間隔層306的+Z方向表面上，并且包括沈?qū)Φ驼凵?率層307a和n-GaAs高折射率層307b。為了減小電阻，組分梯度層(未示出)設(shè)置在每兩 個相鄰的折射率層之間。設(shè)計成每個折射率層通過包括1/2厚度的其相鄰組分梯度層而具 有λ/4的光學(xué)厚度。在上半導(dǎo)體DBR 307的一個低折射率層中，插入20nm厚度的ρ-AlAs選擇性氧化 層。選擇性氧化層設(shè)置在從上間隔層306在光學(xué)上遠(yuǎn)離5 λ /4的位置處。包括選擇性氧化層的低折射率層是P-Ala6G^4As層，其他的低折射率層是 P-Ala9GiiaiAs層。在包括選擇性氧化層的低折射率層中，35nm厚度的P-Ala8Giia2As中間層 設(shè)置在選擇性氧化層附近。垂直腔表面發(fā)射激光器陣列600以上面相對垂直腔表面發(fā)射激光器件100所描述 的相同的方式制造。要指出的是，在圖61中，附圖標(biāo)記311表示保護(hù)層；附圖標(biāo)記312表示 聚酰亞胺；附圖標(biāo)記313表示ρ-電極；附圖標(biāo)記314表示η-電極；附圖標(biāo)記308a表示氧 化層；而附圖標(biāo)記308b表示電流通過區(qū)域。垂直腔表面發(fā)射激光器陣列600產(chǎn)生與垂直腔表面發(fā)射激光器陣列500相類似的 效果，這是因?yàn)?，每個發(fā)光部分的下半導(dǎo)體DBR 303具有與垂直腔表面發(fā)射激光器件100的 下半導(dǎo)體DBR 103相類似的結(jié)構(gòu)。要指出的是，在形成臺地時，包括In (銦)的feilnP層被用來替代GaAs間隔層，以 便將蝕刻停止在諧振器結(jié)構(gòu)內(nèi)。從光源3002輸出的光信號進(jìn)入并穿過光纖電纜3004，并然后輸入到光學(xué)接收器 模塊3005中。光纖電纜3004包括多個光纖，一對一地與垂直腔表面發(fā)射激光器陣列600 的多個發(fā)光部分相對應(yīng)；如圖64所示的示例中的。光學(xué)接收器模塊3005包括光接收元件3006，用于將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，還包括 接收電路3007，用于在光接收元件3006上輸出的電信號上執(zhí)行信號放大、波形整形等。本實(shí)施方式的光學(xué)發(fā)射器模塊3001能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的光信號，這是因?yàn)楣庠?002包括垂直腔表面發(fā)射激光器陣列600。結(jié)果，光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)3000能夠執(zhí)行高質(zhì)量光學(xué)發(fā)射。于是，光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)3000也對于在家庭、辦公室、設(shè)備等內(nèi)使用的短距離數(shù)據(jù)通 信有效。另外，由于具有均勻特性的多個發(fā)光部分安裝在單個襯底上，可以輕易實(shí)現(xiàn)利用 大量光束同時數(shù)據(jù)傳輸，由此能夠進(jìn)行高速通信。 此外，由于垂直腔表面發(fā)射激光器以低功耗工作，能夠降低溫度升高，尤其是在垂 直腔表面發(fā)射激光器被集成并用在設(shè)備中的情況下。要指出的是，上述實(shí)施方式描述了發(fā)光部分一對一地與光纖對應(yīng)的情況；但是，具 有不同振蕩波長的多個垂直腔表面發(fā)射激光器件可以以一維布置或者以二維陣列布置，以 便執(zhí)行多波長傳輸，由此進(jìn)一步提高傳輸速率。上面作為例子示出了單向通信結(jié)構(gòu)，但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于雙向通信結(jié)構(gòu)。工業(yè)應(yīng)用性如上所述，本發(fā)明的垂直腔表面發(fā)射激光器件和垂直腔表面發(fā)射激光器陣列能夠 抑制負(fù)下降特性，并且以單個基礎(chǔ)橫向模式振蕩執(zhí)行高功率操作。本發(fā)明的光學(xué)掃描設(shè)備 能夠以高精度執(zhí)行光學(xué)掃描。本發(fā)明的成像設(shè)備能夠形成高質(zhì)量圖像。而且，本發(fā)明的垂直腔表面發(fā)射激光器件和垂直腔表面發(fā)射激光器陣列能夠?qū)崿F(xiàn) 更長的工作壽命、高發(fā)光效率和優(yōu)異的溫度特性。本發(fā)明的光學(xué)掃描設(shè)備能夠執(zhí)行穩(wěn)定的 光學(xué)掃描。本發(fā)明的成像設(shè)備能夠形成高質(zhì)量的圖像。本發(fā)明的光學(xué)發(fā)射模塊能夠產(chǎn)生穩(wěn) 定的光信號。本發(fā)明的光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)能夠執(zhí)行高質(zhì)量光學(xué)傳輸。本申請基于2008年5月2日提交的日本專利申請2008_120062、2008年6月11 日提交的日本專利申請2008-152427和2009年4月7日提交的日本專利申請2009-093021 并要求它們的優(yōu)先權(quán)，它們的全部內(nèi)容通過引用由此結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種垂直腔表面發(fā)射激光器件，其相對于襯底正交地發(fā)光，該垂直腔表面發(fā)射激光 器件包括包括有源層的諧振器結(jié)構(gòu)；半導(dǎo)體多層反射器，該半導(dǎo)體多層反射器設(shè)置成在其間夾置該諧振器結(jié)構(gòu)，并且包括 限制結(jié)構(gòu)，該限制結(jié)構(gòu)同時限制注入的電流和振蕩光的橫向模式，所述限制結(jié)構(gòu)具有氧化 區(qū)域，該氧化區(qū)域圍繞電流通過區(qū)域，氧化區(qū)域是通過氧化包含鋁的選擇性氧化層并包括 至少一種氧化物來形成的，其中，所述選擇性氧化層在厚度上至少為25nm ；且所述半導(dǎo)體多層反射器包括減小在橫向上的光學(xué)限制的光學(xué)限制減弱區(qū)域，并且該光 學(xué)限制減弱區(qū)域相對于諧振器結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底側(cè)上。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，所述半導(dǎo)體多層反射器包括 多對低折射率層和高折射率層，所述光學(xué)限制減弱區(qū)域包括至少一對，所述至少一對中的 低折射率層和高折射率層中的至少一個具有Οη+1) λ/4的光學(xué)厚度，其中，λ是振蕩波 長，而η是等于或大于1的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，所述至少一對設(shè)置在所述光 學(xué)限制減弱區(qū)域和所述諧振器結(jié)構(gòu)之間，所述至少一對中的低折射率層和高折射率層都具 有λ/4的光學(xué)厚度。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，在25°C或更低 溫度下獲得最低振蕩閾值電流。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，滿足表達(dá)式 -2. 54d2-0. 14t2-0. 998d · t+53. 4d+12. 9t_216 彡 0. 9其中，d是電流通過區(qū)域的寬度，單位為μ m，而t是氧化區(qū)域的厚度，單位是nm。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，所述選擇性氧化 層在厚度上是30nm或更大，且最低振蕩閾值電流在35 °C或更低溫度下獲得。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，當(dāng)脈沖周期為 Ims且脈沖寬度為500 μ s的方波電流脈沖被施加時，滿足表達(dá)式(Ρ1_Ρ2)/Ρ2彡-0. 1，其中 Pl是在施加之后IOns獲得的光學(xué)輸出，而Ρ2是在施加之后1 μ s獲得的光學(xué)輸出。
8.—種垂直腔表面發(fā)射激光器陣列，其上集成有多個如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述 的垂直腔表面發(fā)射激光器件。
9.一種光學(xué)掃描設(shè)備，用于用光對掃描表面掃描，所述光學(xué)掃描設(shè)備包括光源，該光源包括如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件；偏轉(zhuǎn)器，該偏轉(zhuǎn)器被構(gòu)造成偏轉(zhuǎn)從所述光源發(fā)出的光；以及掃描光學(xué)系統(tǒng)，該掃描光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造成將被偏轉(zhuǎn)的光聚焦到所述掃描表面上。
10.一種光學(xué)掃描設(shè)備，用于用光對掃描表面掃描，所述光學(xué)掃描設(shè)備包括 光源，該光源包括如權(quán)利要求8所述的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列；偏轉(zhuǎn)器，該偏轉(zhuǎn)器被構(gòu)造成偏轉(zhuǎn)從所述光源發(fā)出的光；以及掃描光學(xué)系統(tǒng)，該掃描光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造成將被偏轉(zhuǎn)的光聚焦到所述掃描表面上。
11.一種成像設(shè)備，該成像設(shè)備包括 至少一個圖像載體；以及一個或多個如權(quán)利要求9或10所述的光學(xué)掃描設(shè)備，該光學(xué)掃描設(shè)備被構(gòu)造成將包含 圖像信息的光照射到所述至少一個圖像載體上。
12.如權(quán)利要求11所述的成像設(shè)備，其中，所述圖像信息是多顏色圖像信息。
13.—種垂直腔表面發(fā)射激光器件，其相對于襯底正交地發(fā)光，該垂直腔表面發(fā)射激光 器件包括包括有源層的諧振器結(jié)構(gòu)；以及半導(dǎo)體多層反射器，該半導(dǎo)體多層反射器設(shè)置成在其間夾置該諧振器結(jié)構(gòu)，并且包括 多對第一層和第二層，所述第一層和第二層具有不同的折射率，其中，所述第二層比第一層具有更高的導(dǎo)熱率，所述半導(dǎo)體多層反射器包括第一局部反射器和第二局部反射器，第一局部反射器包括 至少一對，其中所述第二層在光學(xué)厚度上大于第一層，所述第二局部反射器設(shè)置在第一局 部反射器和諧振器結(jié)構(gòu)之間，并且包括至少一對，其中，第一層和第二層中每一個在光學(xué)厚 度上都小于所述第一局部反射器的第二層的。
14.如權(quán)利要求13所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，所示第二局部反射器的第 一層和第二層的每一個的光學(xué)厚度是振蕩波長的1/4。
15.如權(quán)利要求13和14中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，所述第二局 部反射器包括一對和五對之間。
16.如權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，在第一局 部反射器中，第一層的光學(xué)厚度是振蕩波長的1/4，而第二層的光學(xué)厚度是011+1)入/4，其 中，λ是振蕩波長，而η是等于或大于1的整數(shù)。
17.如權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，每對的第二 層是包含AlAs的層。
18.如權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，所述半導(dǎo)體 多層反射器包括鋪設(shè)在諧振器結(jié)構(gòu)的一側(cè)上的第一半導(dǎo)體多層反射器；和鋪設(shè)在諧振器結(jié) 構(gòu)的另一側(cè)上的第二半導(dǎo)體多層反射器，在有源層中產(chǎn)生的熱量主要通過第一半導(dǎo)體多層反射器釋放；且所述第一局部反射器和第二局部反射器包括在所述第一半導(dǎo)體多層反射器中。
19.如權(quán)利要求18所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，在所述第一半導(dǎo)體多層反 射器中，雜質(zhì)摻雜濃度在諧振器結(jié)構(gòu)側(cè)上相對低。
20.如權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件，其中，所述諧振器 結(jié)構(gòu)包括銦。
21.一種垂直腔表面發(fā)射激光器陣列，其上集成有多個如權(quán)利要求13至20中任一項(xiàng)所 述的垂直腔表面發(fā)射激光器件。
22.一種光學(xué)掃描設(shè)備，用于用光對掃描表面掃描，所述光學(xué)掃描設(shè)備包括光源，該光源包括如權(quán)利要求13至20中任一項(xiàng)所述的垂直腔表面發(fā)射激光器件；偏轉(zhuǎn)器，該偏轉(zhuǎn)器被構(gòu)造成偏轉(zhuǎn)從所述光源發(fā)出的光；以及掃描光學(xué)系統(tǒng)，該掃描光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造成將被偏轉(zhuǎn)的光聚焦到所述掃描表面上。
23.一種光學(xué)掃描設(shè)備，用于用光對掃描表面掃描，所述光學(xué)掃描設(shè)備包括光源，該光源包括如權(quán)利要求21所述的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列；偏轉(zhuǎn)器，該偏轉(zhuǎn)器被構(gòu)造成偏轉(zhuǎn)從所述光源發(fā)出的光；以及掃描光學(xué)系統(tǒng)，該掃描光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造成將被偏轉(zhuǎn)的光聚焦到所述掃描表面上。
24.一種成像設(shè)備，該成像設(shè)備包括 至少一個圖像載體；以及一個或多個如權(quán)利要求22或23所述的光學(xué)掃描設(shè)備，該光學(xué)掃描設(shè)備被構(gòu)造成將包 含圖像信息的光照射到所述至少一個圖像載體上。
25.如權(quán)利要求M所述的成像設(shè)備，其中，所述圖像信息是多顏色圖像信息。
26.一種光學(xué)發(fā)射模塊，用于根據(jù)輸入的電信號產(chǎn)生光信號，所述光學(xué)發(fā)射模塊包括 如權(quán)利要求21所述的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列；以及驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置被構(gòu)造成根據(jù)輸入的電信號驅(qū)動所述表面腔垂直發(fā)射激光器陣列。
27.一種光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求26所述的光學(xué)發(fā)射模塊；光學(xué)傳輸介質(zhì)，該光學(xué)傳輸介質(zhì)被構(gòu)造成傳輸光學(xué)發(fā)射模塊產(chǎn)生的光信號； 轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造成將所傳輸?shù)墓庑盘栟D(zhuǎn)變成電信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直腔表面發(fā)射激光器件，其相對于襯底垂直發(fā)射光，并且包括包括有源層的諧振器結(jié)構(gòu)；和半導(dǎo)體多層反射器，該半導(dǎo)體多層反射器設(shè)置成在其間夾置該諧振器結(jié)構(gòu)，并且包括限制結(jié)構(gòu)，該限制結(jié)構(gòu)同時限制注入的電流和振蕩光的橫向模式，所述限制結(jié)構(gòu)具有氧化區(qū)域，該氧化區(qū)域圍繞電流通過區(qū)域，氧化區(qū)域是通過氧化包含鋁的選擇性氧化層來形成的并包括至少一種氧化物，其中，所述選擇性氧化層在厚度上至少為25nm；且所述半導(dǎo)體多層發(fā)射器包括減小在橫向上的光學(xué)限制的光學(xué)限制減弱區(qū)域，并且該光學(xué)限制減弱區(qū)域相對于諧振器結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底側(cè)上。
文檔編號H01S5/183GK102077428SQ20098012544
公開日2011年5月25日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月2日
發(fā)明者佐藤俊一, 本村寬, 菅原悟, 軸谷直人 申請人:株式會社理光