CN102136677B - 表面发射激光器阵列、光学扫描装置及图像形成装置 - Google Patents

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Abstract

一种表面发射激光器阵列包括多个表面发射激光器元件(1)。每个表面发射激光器元件包括：第一反射层(102)，形成于基板(101)上；共振器腔(103，104，105)，形成为接触第一反射层并包含有源层(104)；以及第二反射层(106，107)，形成于第一反射层上方并接触共振器腔。第二反射层包含选择性氧化层(107)。第一反射层在有源层侧至少包含低折射率层(1021)，该低折射率层由例如AlAs制成且氧化速率相当于或高于包含在第二反射层内的选择性氧化层(107)的氧化速率。共振器腔是由至少包含In的AlGaInPAs基材料制成。台结构的底部位于选择性氧化层下方和第一反射层上方。

Description

表面发射激光器阵列、光学扫描装置及图像形成装置
本申请是申请号为200780001407.4、国际申请号为PCT/JP2007/066508、申请日为2007年8月20日和发明名称为“表面发射激光器阵列、光学扫描装置及图像形成装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及表面发射激光器阵列、包括该表面发射激光器阵列的光学扫描装置、以及包括该表面发射激光器阵列的图像形成装置。
背景技术
在其中集成了表面发射激光器元件的表面发射激光器阵列中，在工作时每个表面发射激光器元件的输出会由于通过从周围表面发射激光器元件吸收热的温度上升而降低，且表面发射激光器阵列的寿命会缩短。
为了克服该问题，需要改善热散逸特性。例如，具有高热导率的材料应被用于半导体布拉格反射器，其置于主要热散逸的侧上。在可以用于GaAs基板上表面发射激光器元件的半导体布拉格反射器的材料中，AlAs为具有最高热导率的合适材料之一。
然而，存在这样的情形，执行蚀刻以形成台(mesa)结构的形状从而将表面发射激光器元件与周围部分电学或空间上分离。这种情况下，尽管不要求该蚀刻到达布置在基板侧上的下半导体布拉格反射器，通过假设蚀刻底部到达下半导体布拉格反射器，考虑蚀刻可控制性的问题来实施设计。
例如，对于氧化物表面发射激光器元件的情形，与选择性氧化层(selective oxidation layer)相比需要蚀刻更深以执行选择性氧化。出于防止电流分散的目的，通常将选择性氧化层布置在p型半导体布拉格反射器的有源层(或者有源层上方的半导体布拉格反射器)附近的位置，或者在从有源层的第一至第五节点(激光束的场强度分布中的节点)的位置。
然而，考虑到蚀刻深度的可控制性问题，难以控制蚀刻底部比选择性氧化层深但又不到达下半导体布拉格反射器。
为了控制整个晶片表面内的蚀刻深度，要求不仅控制蚀刻时间，而且还要获得晶片表面内蚀刻的均匀性，以及结晶生长层厚度分布的均匀性。实际上，实施台蚀刻以深于选择性氧化层但又不到达下半导体布拉格反射器是很难的。
为了解决该问题，特开2002-164621号公报披露了将下半导体布拉格反射器分离为两层。在特开2002-164621号公报的激光器阵列中，两个下半导体布拉格反射器层的基板侧之一为主折射率层，其是由AlAs制成。AlAs热导率远大于AlGaAs热导率。另一方面，有源层侧反射器层是由常用的AlGaAs制成。
然而，对于表面发射激光器阵列的情形，出于其它附加原因，在晶片的表面内实施均匀的台蚀刻更为困难。如果表面发射激光器元件的元件间间隙变窄以实施具有高密度的阵列布置，则元件间间隙的蚀刻深度和表面发射激光器阵列外围平坦部的蚀刻深度之间的差异Δd变大。再者，在蚀刻配置中产生下侧缘(skirt)部分。期望选择性氧化层部从该下侧缘部分开始，从而严格控制氧化物变窄尺寸。
然而，如果按照选择性氧化层不从下侧缘部分开始的方式来执行蚀刻，则表面发射激光器阵列外围中的平坦部中的蚀刻底部进入下半导体布拉格反射器。
由于下半导体布拉格反射器的低折射率层通常厚于选择性氧化层，如果两层具有相同成份，则低折射率层的氧化速率快于选择性氧化层的氧化速率。
如果下半导体布拉格反射器的低折射率层的氧化速率快于该选择性氧化层，则整个低折射率层先被氧化，且执行电流注入是不可能的。
为了避免该问题，AlAs不能用做位于靠近下半导体布拉格反射器的有源层附近的低折射率层的材料。为此，为了减小半导体布拉格反射器的氧化速率，需要使用添加特定数量的Ga的AlGaAs(例如Al0.9Ga0.1As)。参考Technical Report CS-3-4(2004)from the Institute of Electronics，Informationand Communication Engineers，Electronics Society Convention以及IEEEPHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，VOL.11，No.12，1999，PP.1539-1541。
特开平09-018093号公报披露了上半导体布拉格反射器的蚀刻被停止直至GaInP盖层(共振器区域)。
图37为根据相关技术的表面发射激光器阵列的平面图。如图37所示，双虚拟元件布置在表面发射激光器元件所在的中心阵列部分的外围。
特开2000-114656号公报披露了中心阵列部分的柱(台)和阵列部分外围中的柱(台)经历不同的环境且这些柱(台)相应地具有不同配置。
且特开2000-114656号公报披露了一种表面发射激光器阵列，其中布置在中心阵列部分的外围的双虚拟元件实现了均匀特性。
在常规氧化类型表面发射激光器阵列中，表面发射激光器阵列的外围中平坦部内的蚀刻底部面向下半导体布拉格反射器。如果通过蚀刻出现在表面上，则具有高热导率材料例如AlAs容易被氧化。AlAs无法用于下半导体布拉格反射器(至少在有源层附近的区域内)。
因此，热量容易积累在有源层且有源层温度上升。存在光学输出下降以及表面发射激光器元件的寿命变短的问题。具体地，在表面发射激光器阵列工作时，由于热干扰引起的不期望影响变得显著。表面发射激光器阵列在高电流值的工作变得不可能且使用具有低光学输出的表面发射激光器阵列变为不可避免。此外，由于热干扰导致的温度上升，表面发射激光器阵列的寿命变短。
根据特开2000-114656号公报的教导，为了防止激光器阵列外围中的平坦部内的蚀刻底部到达下半导体布拉格反射器，虚拟元件可布置在整个晶片内，以使得中心阵列部分内的蚀刻深度和阵列部分外围的平坦部内的蚀刻深度之间的差异Δd变小。
如果平坦部不消除，蚀刻底部到达下半导体布拉格反射器，使得AlAs被氧化。因此，需要将虚拟元件布置在整个晶片内。
然而，如果虚拟元件布置在整个晶片内，则将被蚀刻的区域变小。这导致难以对氧化进行监测(等离子体发射谱、光学反射折射率分析等)。再者，如果虚拟元件布置在整个晶片内，则在激光器阵列的表面上出现不平整，且引线切断的可能性增大。另外，需要形成引线结合垫来实施。然而，如果在结合垫的底部下方存在不平整，则台结构在引线结合时会受损，这导致生产的表面发射激光器阵列不合格。
发明内容
根据本发明，提供了一种改进的表面发射激光器阵列，其中上述问题被消除。
根据本发明一个方面，提供了一种表面发射激光器阵列，其未布置有虚拟元件，使得热量不容易累积在有源层内。
根据本发明一个方面，提供了一种光学扫描装置，其包括未布置有虚拟元件的表面发射激光器阵列，使得热量不容易累积在有源层内。
根据本发明一方面，提供了一种图像形成装置，其包括未布置有虚拟元件的表面发射激光器阵列，使得热量不容易累积在有源层内。
在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种表面发射激光器阵列，该表面发射激光器阵列包含多个表面发射激光器元件，该多个表面发射激光器元件的每一个包括：第一反射层，形成于基板上以构成半导体布拉格反射器；共振器，形成为接触该第一反射层并包含有源层；以及第二反射层，形成于该第一反射层上方并接触该共振器以构成该半导体布拉格反射器，该第二反射层中含有选择性氧化层，其中该第一反射层在该有源层侧至少包含低折射率层，该低折射率层的氧化速率相当于或高于包含在该第二反射层内的选择性氧化层的氧化速率，该共振器是由至少包含In的AlGaInPAs基材料制成，且每个表面发射激光器元件中的台结构的底部位于该选择性氧化层下方和该第一反射层上方。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该共振器的蚀刻速率小于该第二反射层的蚀刻速率。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该第二反射层在该有源层侧包含由至少包含In的AlGaInPAs基材料制成的层。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该台结构的底部位于该共振器内部或者在该第二反射层和共振器之间的界面。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该第一反射层在该表面发射激光器元件的整个区域上方包含由AlAs制成的该低折射率层。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该第二反射层中包含的该选择性氧化层构成选择性氧化类型电流狭窄部。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该多个表面发射激光器元件的元件间间隙内的蚀刻深度和该多个表面发射激光器元件的外围部分的蚀刻深度之间的差异等于或小于每个表面发射激光器元件的束发射波长的1/2。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该多个表面发射激光器元件的相邻两个之间的元件间间隙设置为下述间隙中的较小之一：该多个表面发射激光器元件中两个台结构的顶面位置之间的间隙以及该两个台结构的底面位置之间的间隙，且该元件间间隙等于或小于20微米。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该第一反射层的侧面被保护膜覆盖。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该保护膜是由SiO2、SiN和SiON任意一种制成。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得布置在该第一反射层的共振器侧的该低折射率层的铝含量大于该选择性氧化层的铝含量。
上述表面发射激光器阵列可以配置成使得布置在该第一反射层的共振器侧的该低折射率层的铝含量等于该选择性氧化层的铝含量，且布置在该第一反射层的共振器侧的该低折射率层的厚度大于该选择性氧化层的厚度。
在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种光学扫描装置，包括：上述的表面发射激光器阵列；偏向单元，偏向由该表面发射激光器阵列发射的多个激光束；以及扫描光学元件，将激光束从该偏向单元引导在感光体的扫描表面上。
在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种图像形成装置，其中设置有上述的光学扫描装置。
在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种图像形成装置，其中上述的表面发射激光器阵列设置为发射多个激光束的光源。
在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种表面发射激光器元件，具有发射激光束的台结构，该表面发射激光器元件包括：基板；第一反射层，形成于该基板上以构成半导体布拉格反射器；共振器，形成为接触该第一反射层并包含有源层；第二反射层，形成为接触该共振器以构成该半导体布拉格反射器；以及吸收层，布置为在形成该台结构时吸收沿该基板的表面内方向的蚀刻深度差异，其中该台结构的底部沿与该基板垂直的方向位于该吸收层内，且该吸收层沿该共振器的厚度方向形成于至少部分该共振器内。
上述表面发射激光器元件可以配置成使得该吸收层沿该共振器的厚度方向形成于该共振器的整个区域内。
上述表面发射激光器元件可以配置成使得该吸收层沿该共振器的厚度方向形成于该共振器的整个区域内，并沿该第二反射层的厚度方向部分地形成。
上述表面发射激光器元件可以配置成使得该吸收层至少包含In。
在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种表面发射激光器阵列的制造方法，该表面发射激光器阵列包括：元件布置部，设置在基板上并布置有多个表面发射激光器元件；以及平坦部，设置在该基板上并沿该基板的表面内方向布置在该元件布置部的周围，该多个表面发射激光器元件的每一个包括发射激光束的台结构，且该平坦部和该元件布置部包含吸收层，该吸收层布置为在形成该台结构时吸收沿该表面内方向的蚀刻深度差异，该制造方法包括如下步骤：在该基板上形成多层半导体膜；以及蚀刻该多层半导体膜以使得该台结构的底部位于该吸收层内，以便该元件布置部和平坦部形成。
在构成该表面发射激光器阵列的表面发射激光器元件的每一个中，共振器是由至少包含In的材料制成，台结构的底部布置成使得第二反射层与第一反射层相比更靠近台结构的底部，且第一反射层在有源层侧至少包含低折射率层，该低折射率层的氧化速率相当于或大于该选择性氧化层的氧化速率。
在形成该台结构的工艺中，布置有表面发射激光器元件的阵列区域内的蚀刻深度与阵列区域的周围的蚀刻深度之间的差异减小以防止第一反射层在该阵列区域的周围露出，并防止该第一反射层的氧化。结果，在有源层内产生的热量通过第一反射层容易放射到基板侧。因此，根据本发明，可以不使用虚拟元件来布置该表面发射激光器阵列，使得热量不容易累积在有源层内。
附图说明
在参考附图来阅读下述详细描述时，本发明的其它目的、特征和优点将显而易见。
图1为本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。
图2为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的截面图。
图3为示出图2的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。
图4A、图4B和图4C为解释图1的表面发射激光器阵列的制造方法的图示。
图5A、图5B和图5C为解释图1的表面发射激光器阵列的制造方法的图示。
图6A和图6B为解释图1的表面发射激光器阵列的制造方法的图示。
图7为解释图4B的工艺中的蚀刻的图示。
图8为用于解释在制作图1的表面发射激光器阵列时，在蚀刻时的等离子体发射的时序图。
图9为用于解释在制作图1的表面发射激光器阵列时，在蚀刻时的等离子体发射的时序图。
图10的图示用于解释在共振器区域内停止蚀刻时平坦部内蚀刻深度，以及表面发射激光器元件的元件间间隙内的蚀刻深度与平坦部内蚀刻深度之间的差异与台间隔的关系。
图11的图示用于解释在布置在基板侧上的反射层内停止蚀刻时平坦部内蚀刻深度，以及表面发射激光器元件的元件间间隙内的蚀刻深度与平坦部内蚀刻深度之间的差异与台间隔的关系。
图12为图1的表面发射激光器阵列的平面图和截面图。
图13为本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。
图14为本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。
图15为图14的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的截面图。
图16为示出图15的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。
图17为用于实验的图14的实施例中表面发射激光器元件的截面图。
图18为用于实验的比较例中的表面发射激光器元件的截面图。
图19为用于解释光学输出和电流之间的关系的图示，其示出了实验结果。
图20为本发明实施例中表面发射激光器阵列的平面图。
图21A、图21B、图21C和图21D为用于解释本发明实施例的表面发射激光器阵列的制造方法的图示。
图22A、图22B、图22C和图22D为用于解释本发明实施例的表面发射激光器阵列的制造方法的图示。
图23为用于解释本实施例的表面发射激光器阵列的制造方法的图示。
图24为用于解释本实施例的表面发射激光器阵列的图示。
图25为示出使用图13的表面发射激光器阵列的光学扫描装置的组成的图示。
图26为示出激光打印机的组成的图示。
图27为示出图像形成装置的组成的图示。
图28为光学传送模块的图示。
图29为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的改进的截面图。
图30为示出图29的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。
图31为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的改进的截面图。
图32为示出图31的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。
图33为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的改进的截面图。
图34为示出图33的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。
图35为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的改进的截面图。
图36为示出图35的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。
图37为根据相关技术的表面发射激光器阵列的平面图。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的实施例。
图1本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。如图1所示，本实施例的表面发射激光器阵列100包括表面发射激光器元件1-32、焊垫51-82和引线W1-W32。
表面发射激光器元件1-32布置成4行×8列的二维形式。每个表面发射激光器元件1-32具有矩形形状，一条边为16微米。
四个表面发射激光器元件的列1，9，17，25/2，10，18，26/3，11，19，27/4，12，20，28/5，13，21，29/6，14，22，30/7，15，23，31/8，16，24，32沿子扫描方向布置。八个表面发射激光器元件的行1-8/9-16/17-24/25-32沿主扫描方向布置。
沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件的行1-8/9-16/17-24/25-32沿子扫描方向按台阶方式平移，且布置成使得从32个表面发射激光器元件1-32发射的32个激光束不相互交叠。在沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件1-8/9-16/17-24/25-32中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为间隔X。在沿子扫描方向布置的四个表面发射激光器元件1，9，17，25/2，10，18，26/3，11，19，27/4，12，20，28/5，13，21，29/6，14，22，30/7，15，23，31/8，16，24，32中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为间隔d。间隔d小于间隔X。
例如，间隔d等于24微米，间隔X等于30微米。
从沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件1-8的中心取的与平行于子扫描方向的直线垂直的八条法线沿子扫描方向按相等间隔c1排列，间隔c1是由条件c1＝d/8决定。也就是说，当间隔d设置为24微米时，间隔c1等于24/8＝3微米。
从沿主扫描方向布置的其余八个表面发射激光器元件9-16/17-24/25-32的相应中心取的与平行于子扫描方向的直线垂直的八条法线也沿子扫描方向按相等间隔c1排列。
焊垫51-82围绕表面发射激光器元件1-32外围布置成二维形式。引线W1-W32布置成将表面发射激光器元件1-32分别连接到焊垫51-82。每条引线W1-W32具有例如8微米的线宽。
引线W1-W9、W16、W17、W24-W32将布置成二维形式的表面发射激光器元件1-32中布置在最外围的表面发射激光器元件1-8、9、16、17、24-32分别连接到焊垫51-59、66、67、74、75-82，且引线W1-W9、W16、W17、W24-W32布置成不沿主扫描方向经过两个相邻表面发射激光器元件之间。
引线W10-W15、W18-W23将布置成二维形式的表面发射激光器元件1-32中布置在内部位置的表面发射激光器元件10-15、18-23分别连接到焊垫60-65、68-73，且引线W10-W15、W18-W23布置成沿主扫描方向经过两个相邻表面发射激光器元件之间。
在沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件1-8/9-16/17-24/25-32中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为上述的间隔X(＝30微米)。每个表面发射激光器元件1-32具有矩形形状，一条边长16微米。沿主扫描方向的两个相邻表面发射激光器元件的间隔等于14(＝30-16)微米。引线W10-W15、W18-W23的线宽为8微米，这些引线可以沿主扫描方向布置在两个相邻表面发射激光器元件之间。
图2为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件1的截面图。如图2所示，表面发射激光器元件1包括基板101、反射层102，106、共振器阻挡层103，105、有源层104、选择性氧化层107、接触层108、SiO2层109、绝缘树脂110、p型电极111和n型电极112。
表面发射激光器元件1为表面发射激光器，发射波长为780nm的激光束。基板101由n型砷化镓(n-GaAs)构成。
反射层102是由40.5个周期的n-AlAs/n-Al0.3Ga0.7As构成且形成于基板101上，其中一个周期为一对n-AlAs层和n-Al0.3Ga0.7As层。
当表面发射激光器元件1的发射波长设置为λ时，每个n-AlAs和n-Al0.3Ga0.7As的厚度设置为λ/4n(其中n为各半导体层的折射率)。
共振器阻挡层103是由非掺杂(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P构成并形成于反射层102上。有源层104具有量子阱结构且形成于共振器阻挡层103上，其中该量子阱结构包含由GaInPAs构成的阱层和由Ga0.6In0.4P构成的垒层。
共振器阻挡层105是由非掺杂(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P构成并形成于有源层104上。假设一对p-Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As为一个周期，则反射层106是由24个周期的p-Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As构成，并形成于共振器阻挡层105上。
每个p-Al0.9Ga0.1As和Al0.3Ga0.7As的厚度设置为λ/4n(其中n为各半导体层的折射率)。选择性氧化层107是由p-AlAs构成并形成于反射层106内。
更具体而言，选择性氧化层107形成于距离共振器阻挡层1057λ/4的位置。选择性氧化层107包括非氧化区域107a和氧化区域107b，且厚度为20nm。
接触层108是由p-GaAs构成并形成于反射层106上。
SiO2层109形成为覆盖共振器阻挡层103的一部分的一个主平面，以及有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108的端面。
绝缘树脂110形成为接触SiO2层109。p型电极111形成于部分接触层108以及绝缘树脂110上。n型电极112形成于基板101的背面。
各反射层102、106构成半导体分布布拉格反射器，该半导体分布布拉格反射器通过布拉格多路径反射来反射从有源层104发射的发射光，并包括有源层104内的发射光。
氧化区域107b的折射率小于非氧化区域107a的折射率。氧化区域107b将有源层104振荡的发射光限制在非氧化区域107a，并构成电流狭窄部，该电流狭窄部将从p型电极111注入的电流流入有源层104的路径限制到非氧化区域107a。
这样，获得具有低阈值电流的表面发射激光器元件1的发射。如此，电流狭窄部是通过对选择性氧化层107进行选择性氧化形成氧化区域107b而形成的。因此，该电流狭窄部为选择性氧化类型。
图3为示出图2的表面发射激光器元件1的有源层104的附近的截面图。如图3所示，反射层102包括低折射率层1021、高折射率层1022和组份倾斜层1023。
低折射率层1021是由n-AlAs构成，高折射率层1022是由n-Al0.3Ga0.7As构成。
组份倾斜层1023是由n-AlGaAs组成，其中Al的含量从低折射率层1021或高折射率层1022朝另一侧逐渐改变。
低折射率层1021接触共振器阻挡层103。反射层106包括低折射率层1061、高折射率层1062和组份倾斜层1063。
低折射率层1061是由p-Al0.9Ga0.1As构成，高折射率层1062是由p-Al0.3Ga0.7As构成。组份倾斜层1063是由p-AlGaAs组成，其中Al的含量从低折射率层1061或高折射率层1062朝另一侧逐渐改变。
低折射率层1061接触共振器阻挡层105。有源层104是由量子阱结构构成，其中均由GaInPAs构成的三层阱层1041和均由Ga0.6In0.4P构成的四层垒层1042在该量子阱结构中交替层叠。
垒层1042接触共振器阻挡层103、105。构成阱层1041的GaInPAs具有压应变，构成垒层1042的Ga0.6In0.4P具有张应变。
在表面发射激光器元件1中，共振器阻挡层103、105和有源层104构成共振器，且共振器的沿与基板101垂直的方向的厚度设置为表面发射激光器元件1的一个波长(＝λ)。也就是说，共振器阻挡层103、105和有源层104构成单波长(one-wave)共振器。
图1所示表面发射激光器元件2-32的每一个构造成具有与图2和图3的表面发射激光器元件1相同的组成。
图4A-4C、图5A-5C以及图6A和6B为解释图1的表面发射激光器阵列100的制造方法的图示。在图4A-6B中，将解释制作图1的表面发射激光器阵列100的32个表面发射激光器元件1-32中的四个表面发射激光器元件1、9、17和25的情况下的制造工艺，作为表面发射激光器阵列100的制造方法的示例。
在图4A，在制造工艺开始时，执行金属有机物化学气相沉积(MOCVD)工艺。反射层102、共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108逐一层叠在基板101上(见图4A)。
这种情况下，使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、砷烷(AsH3)和硒化氢(H2Se)为原料，形成反射层102的n-AlAs和n-Al0.3Ga0.7As。使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，形成共振器阻挡层103的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P。
使用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)、磷烷(PH3)和砷烷(AsH3)为原料，形成有源层104的GaInPAs。使用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，形成有源层104的Ga0.6In0.4P。
使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，形成共振器阻挡层105的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P。使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、砷烷(AsH3)和四溴化碳(CBr4)为原料，形成反射层106的p-Al0.9Ga0.1As/p-Al0.3Ga0.7As。可以使用二甲基锌(DMZn)替代四溴化碳(CBr4)。
通过使用三甲基铝(TMA)、砷烷(AsH3)和四溴化碳(CBr4)为原料，形成选择性氧化层107的p-AlAs。通过使用三甲基镓(TMG)、砷烷(AsH3)和四溴化碳(CBr4)为原料，形成接触层108的p-GaAs。同样，在这种情况下，可以使用二甲基锌(DMZn)替代四溴化碳(CBr4)。
随后，抗蚀剂施加到接触层108，且通过光刻(photoengraving)工艺技术，抗蚀剂图案120形成于接触层108上(见图4B)。
如果抗蚀剂图案120形成，则抗蚀剂图案120用做掩模。实施对部分的共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108的干法蚀刻，且进一步除去抗蚀剂图案120。
这种情况下，部分的共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108经历被引入其中的卤素基气体Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4或CF4。使用等离子体的干法蚀刻方法，例如反应离子束蚀刻(RIBE)方法、感应耦合等离子体(ICP)蚀刻方法和反应离子蚀刻(RIE)方法，由此进行蚀刻。
在蚀刻部分的共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108期间，从蚀刻系统的窗口执行等离子体发射光谱分析，且In的451nm的发射强度随时间变化被监测。
由于只有当共振器区域被蚀刻时才能探测到In的发射，因此可以容易地将蚀刻停止于由AlGaInPAs基材料构成的共振器区域内。
结果，形成表面发射激光器元件1、9、17和25中的台结构131-134(见图4C)。
每个台结构131-134是由部分的共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108。
备选地，部分的共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108可以通过湿法蚀刻来蚀刻。当通过湿法蚀刻来选择性蚀刻反射层106、选择性氧化层107和接触层108时，可以使用硫酸基蚀刻剂。
接着，如图5A-5C所示，在图4C的工艺完成之后，在使用氮气对被加热在85摄氏度的水进行鼓泡(bubbling)的气氛中，样品加热到350摄氏度，且选择性氧化层107的周围沿从外围部到中心部的方向被氧化，使得非氧化区域107a和氧化区域107b形成于选择性氧化层107内(见图5A)。
随后，使用化学气相沉积(CVD)方法在整个样品上形成SiO2层109，且使用电子照相(electrophotographic)工艺除去用做发光部的区域及其相邻区域内的SiO2层109(见图5B)。
接着，绝缘树脂110通过旋转涂敷施加到整个样品，且用做发光部的区域内的绝缘树脂110被除去(见图5C)。
接着，如图6A和图6B所示，在绝缘树脂110形成之后，具有预定尺寸的抗蚀剂图案形成于用做发光部的区域内，p型电极材料通过气相沉积方法形成于整个样品上，抗蚀剂图案上的p型电极材料通过剥离方法被除去，且p型电极111形成(见图6A)。
基板101的背面被研磨，n型电极112形成于基板101的背面上且被进一步退火以形成p型电极111和n型电极112的欧姆传导(见图6B)。如此，完成了表面发射激光器阵列100。
在图4B和图4C的工艺中，示出了用于形成四个表面发射激光器元件的干法蚀刻。然而，在实践中，在图4B和图4C的工艺中同时进行用于形成图1的32个表面发射激光器元件1-32的干法蚀刻。
这种情况下，使用光掩模形成用于同时形成32个表面发射激光器元件1-32的抗蚀剂图案，该光掩模与图1的32个表面发射激光器元件1-32相一致。也就是说，用于同时形成32个表面发射激光器元件1-32的抗蚀剂图案按下述方式布置，即，间隔X和d设置为满足条件d＜X，且从沿主扫描方向排布的八个表面发射激光器元件1-8/9-16/17-24/25-32的八个中心的与沿子扫描方向布置的直线垂直的八条法线按相等间隔c1排列。
在表面发射激光器阵列100中，沿子扫描方向布置的表面发射激光器元件的间隔d设置为小于沿主扫描方向布置的表面发射激光器元件的间隔X。由此，当与间隔d大于间隔X的情形相比，间隔c1(＝d/8)可变小且这对于高密度记录是有益的。
还可以使沿子扫描方向布置的表面发射激光器元件的间隔和沿主扫描方向布置的表面发射激光器元件的间隔均变窄。然而，需要扩大至少一个间隔，以保证元件布线所需的空间以及减小元件之间的热干扰的影响。因此，为了进行高密度写入，优选地扩大沿主扫描方向的间隔。
图7为解释图4B的工艺中的蚀刻的图示。图7示出了当不使用抗蚀剂图案120来蚀刻由共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108的任何一种构成的结晶层时，沿基板101的表面内方向(in-surface direction)DR1的蚀刻深度分布。
如图7所示，在蚀刻接触层108、选择性氧化层107和反射层106(称为区域REG1)时，沿基板101的表面内方向DR1的蚀刻深度分布用曲线k1表示。另一方面，在共振器阻挡层105、有源层104、和共振器阻挡层103(称为区域REG2)时，沿基板101的表面内方向DR1的蚀刻深度分布用曲线k2表示。
由于反射层106、选择性氧化层107和接触层108如上所述是由AlGaAs基材料构成，蚀刻速率较大且沿表面内方向DR1的区域REG1的蚀刻深度分布较大(见曲线k1)。
另一方面，由于共振器阻挡层103、105和有源层104包含In且In的反应物的蒸气压低，因此共振器阻挡层103、105和有源层104的蚀刻速率小于反射层106、选择性氧化层107和接触层108的蚀刻速率。因此，沿表面内方向DR1的区域REG2的蚀刻深度分布小于沿表面内方向DR1的区域REG1的蚀刻深度分布(见曲线k2)。
也就是说，沿表面内方向DR1在区域REG1内产生的蚀刻深度差异通过降低区域REG2内的蚀刻速率而被吸收。结果，沿表面内方向DR1的区域REG2的蚀刻深度分布小于沿表面内方向DR1的区域REG1的蚀刻深度分布。
接着，将解释实验结果，该实验结果表明包含In的区域REG2的蚀刻速率小于由AlGaAs基材料构成的区域REG1的蚀刻速率。
图8和图9为分别用于解释在制作图1的表面发射激光器阵列100时，在蚀刻时的等离子体发射的第一和第二时序图。
在图8和图9，垂直轴表示等离子体发射光的强度，水平轴表示时间。图8示出蚀刻进行到共振器区域的中间的情形，图9示出蚀刻从共振器区域进行到反射层102的第三周期的情形。
在图8，曲线k3示出镓(Ga)的发射强度，曲线k4示出铟(In)的发射强度，且曲线k5示出铝(Al)的发射强度。
在图9，曲线k6示出Ga的发射强度，曲线k7示出In的发射强度，且曲线k8示出Al的发射强度。
在实验中使用这样的样品，从表面到反射层106和共振器区域之间的界面的厚度为3.18微米，且包含In的共振器区域的厚度为0.23微米。
从表面到反射层106和共振器区域之间的界面的区域内的蚀刻速率为3.18微米/871秒＝3.65×10-3微米/秒。另一方面，共振器区域内的蚀刻速率为0.23微米/372秒＝6.18×10-4微米/秒(见图9)。
如上所述，在包含In的共振器区域中，蚀刻速率减小。尽管共振器区域的厚度(＝0.23微米)小于共振器区域上方的区域的厚度(＝3.18微米)，共振器区域需要更长的蚀刻时间。
在共振器区域中，In的发射强度增大(见曲线k4和k7)。因此，通过探测In的发射强度的增大，蚀刻可以容易地停止于共振器区域内。
Ga的发射强度和Al的发射强度随着蚀刻时间的推移而周期性改变，且发射强度的幅值随着蚀刻时间的推移而逐渐减小(见曲线k3、k5、k6和k8)。
如果沿表面内方向DR1的晶片的蚀刻深度分布是均匀的，则Ga的发射强度和Al的发射强度以固定幅值而周期性改变。
另一方面，如果沿表面内方向DR1的晶片的蚀刻深度分布不均匀，则同时观察到Al的发射和Ga的发射，使得Ga的发射强度的幅值和Al的发射强度的幅值变小。
因此，Ga的发射强度的幅值和Al的发射强度的幅值随着蚀刻时间的推移而逐渐减小意味着，随着蚀刻时间的推移，晶片的沿表面内方向DR1的蚀刻深度差异出现。
在蚀刻进行穿过共振器区域时，Ga的发射强度的幅值和Al的发射强度的幅值进一步减小。当蚀刻底部到达反射层102时，出现沿表面内方向DR1的蚀刻深度的更大差异(见曲线k6和k8)。
图10的图示用于解释在共振器区域内停止蚀刻时平坦部内蚀刻深度，以及表面发射激光器元件的元件间间隙内的蚀刻深度与平坦部内蚀刻深度之间的差异与台间隔的关系。
图11的图示用于解释在布置在基板101侧上的反射层102内停止蚀刻时平坦部内蚀刻深度，以及表面发射激光器元件的元件间间隙内的蚀刻深度与平坦部内蚀刻深度之间的差异与台间隔的关系。
在图10和图11中，垂直轴表示元件间间隙内的蚀刻深度和平坦部内蚀刻深度之间的差异Δd，水平轴表示台间隔。
在图10和图11中，◆表示平坦部蚀刻深度，■表示差异Δd。
当蚀刻停止于共振器区域的中间时，即使台间隔为10微米以下，元件间间隙(inter-element gap)内的蚀刻深度和平坦部内蚀刻深度之间的差异Δd为100nm以下(见图10)。
另一方面，当蚀刻停止于布置在基板101侧的反射层102内且台间隔约为23微米时，差异Δd设置为100nm。当台间隔设置为20微米以下时，差异Δd超过100nm。当台间隔为10微米以下时，差异Δd增大到约250nm(见图11)。
这样，即使到蚀刻底部到达共振器区域的时间为止，在元件间部分和平坦部之间产生大的蚀刻深度差异，蚀刻仍停止于包含In的共振器区域，大的蚀刻深度差异被蚀刻速率小的共振器区域所吸收。即使台间隔变小，元件间隙和平坦部之间的蚀刻深度差异Δd仍可以变小。
也就是说，由于蚀刻停止于包含In的共振器区域，因此可以使晶片沿表面内方向DR1的蚀刻深度相同，其中在该晶片内，表面发射激光器元件1-32致密排布的元件间间隙和不形成表面发射激光器元件的平坦部共存。
图12为图1的表面发射激光器阵列100的平面图和截面图。如图12所示，布置有表面发射激光器元件1-32的区域为非蚀刻区域，且表面发射激光器元件1-32周围为蚀刻区域。
沿线A-A’截取的截面图包括表面发射激光器元件25-27以及表面发射激光器元件25附近的平坦部的截面。表面发射激光器元件25和26之间以及表面发射激光器元件26和27之间的蚀刻深度设置为D1，且表面发射激光器元件25附近的平坦部的蚀刻深度设置为D2。
蚀刻深度D1小于蚀刻深度D2。结果，蚀刻深度D1和蚀刻深度D2之间的差异设置为Δd。
下侧缘部141-145是通过蚀刻接触层108、选择性氧化层107、反射层106、共振器阻挡层105、有源层104和共振器阻挡层103而形成。如上所述，共振器阻挡层103、105和有源层104包含In且蚀刻速率较小。为此，在共振器阻挡层103、105和有源层104的蚀刻时，沿表面内方向DR1的表面发射激光器阵列100的蚀刻也在进行。结果，下侧缘部141-145的尺寸小于现有表面发射激光器阵列。
当该蚀刻配置中的下侧缘部具有与台结构的上部的侧面不同的倾斜且氧化狭窄层包含在该蚀刻配置中的下侧缘部内时，选择性氧化层的宽度大于台结构的上部的宽度，且难以正确地评估该选择性氧化层的宽度。结果，氧化区域107b的评估变得不精确，且难以正确地控制氧化狭窄的直径。因此，期望蚀刻底部进入共振器区域穿过整个阵列芯片。
当共振器区域的厚度等于λ(单波长共振器的厚度)时，期望按照下述方式进行蚀刻，即，沿共振器区域的厚度方向的中心与蚀刻底部(平坦部)一致，从而获得沿晶片表面的表面内方向的蚀刻深度均匀性。这种情况下，期望Δd设置为λ/2以下作为介质内的有效长度。
由于该实施例中每个表面发射激光器元件1-32的发射波长为780nm，单波长共振器的厚度约为230nm。因此，期望差异Δd等于115nm以下。
在现有表面发射激光器阵列中，差异Δd为115nm，台间隔为20微米以下(见图11)。在本发明的表面发射激光器阵列100中，差异Δd小于100nm，即使台间隔约为20微米。因此，当台间隔低于20微米时，本发明是有效的。如果波长短于780nm，则单波长共振器的厚度更小，且在台间隔更大的区域内，差异Δd超过λ/2。
如上所述，用于形成表面发射激光器阵列100中的台结构的台蚀刻停止于包含In的共振器区域的中间(或者共振器阻挡层103的中间)。即使台间隔变小，元件间间隙和平坦部之间的蚀刻深度差异Δd变小，且反射层102的低折射率层(＝AlAs)在平坦部不露出。结果，即使选择性氧化层107的选择性氧化被执行，反射层102的低折射率层(＝AlAs)不被氧化。
因此，根据本发明，在有源层104内产生的热量可以通过反射层102的AlAs(低折射率层)散逸到基板101，且可以防止热量累积在有源层104内而不使用虚拟元件。
两个相邻表面发射激光器元件之间的间隔是指下述较窄之一：在台结构的顶面位置的表面发射激光器元件之间的间隙以及在台结构的底面位置的表面发射激光器元件之间的间隙。在台结构的顶面位置的表面发射激光器元件之间的间隙较大还是在台结构的底面位置的表面发射激光器元件之间的间隙较大，这取决于形成该台结构的蚀刻方法。
图13为本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。如图13所示，表面发射激光器阵列100A与图1的表面发射激光器阵列100基本上相同，除了表面发射激光器元件33-40、焊垫83-90和引线W33-W40添加到图1的表面发射激光器阵列100。
在表面发射激光器阵列100A中，表面发射激光器元件1-40布置成4行×10列的二维形式每个表面发射激光器元件33-40具有矩形形状，一条边长16微米，这类似于每个表面发射激光器元件1-32。
四个表面发射激光器元件1，11，21，31/2，12，22，32/3，13，23，33/4，14，24，34/5，15，25，35/6，16，26，36/7，17，27，37/8，18，28，38/9，19，29，39/10，20，30，40沿子扫描方向布置，而十个表面发射激光器元件1-10/11-20/21-30/31-40沿主扫描方向布置。
沿主扫描方向布置的十个表面发射激光器元件的行1-10/11-20/21-30/31-40沿子扫描方向按台阶方式平移，且布置成使得从40个表面发射激光器元件1-40发射的40个激光束不相互交叠。
在沿主扫描方向布置的十个表面发射激光器元件1-10/11-20/21-30/31-40中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为间隔“X”。在沿子扫描方向布置的四个表面发射激光器元件1，11，21，31/2，12，22，32/3，13，23，33/4，14，24，34/5，15，25，35/6，16，26，36/7，17，27，37/8，18，28，38/9，19，29，39/10，20，30，40中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为间隔d。
从沿主扫描方向布置的十个表面发射激光器元件(例如元件31-40)的相应中心的与平行于子扫描方向的直线垂直的十条法线沿子扫描方向按相等间隔c2排列，以满足条件c2＝d/8。当间隔d设置为24微米时，间隔c2等于24/10＝2.4微米。
与上述相同，从沿主扫描方向布置的其余十个表面发射激光器元件1-10/11-20/21-30的相应中心的与平行于子扫描方向的直线垂直的十条法线也沿子扫描方向按相等间隔c2排列。
焊垫52-90围绕表面发射激光器元件1-40外围布置成二维形式。引线W1-W40布置成将表面发射激光器元件1-40分别连接到焊垫51-90。每条引线W33-W40具有例如8微米的线宽。
引线W1-W11、W20、W21、W30-W40将布置成二维形式的表面发射激光器元件1-40中布置在最外围的表面发射激光器元件1-11、20、21、30-40分别连接到焊垫51-61、70、71、80-90，且引线W1-W11、W20、W21、W30-W40布置成不经过两个相邻表面发射激光器元件之间。
引线W12-W19、W22-W29将布置成二维形式的表面发射激光器元件1-40中布置在内部位置的表面发射激光器元件12-19、22-29分别连接到焊垫62-69、72-79，且W12-W19、W22-W29布置成沿主扫描方向经过两个相邻表面发射激光器元件之间。如果如上所述每条引线W1-W40的线宽为8微米，则每条引线W12-W19、W22-W29可以沿主扫描方向布置在两个相邻表面发射激光器元件之间。
在布置有焊垫51-90的区域，外延层保留，槽150形成为围绕表面发射激光器元件1-40的周围，且槽150嵌有聚酰亚胺。引线布置成经过聚酰亚胺层的顶部。焊垫51-90通过接绝缘层结合到外延层。通过这种形式(而不是在聚酰亚胺上形成焊垫1-40)，焊垫1-40和绝缘层的附着可以提高，且在引线结合时焊垫的分离可以完全得以防止。
每个表面发射激光器元件33-40具有与图2和图3的表面发射激光器元件1相同的截面结构。
因此，用于形成表面发射激光器阵列100A中的台结构的台蚀刻停止于包含In的共振器区域(共振器阻挡层103)的中间，且即使台间隔变小，元件间间隙和平坦部之间的蚀刻深度差异Δd变小，反射层102的低折射率层(＝AlAs)在平坦部不露出。结果，即使选择性氧化层107的选择性氧化被执行，反射层102的低折射率层(＝AlAs)不被氧化。
因此，根据本实施例，在有源层104内产生的热量可以通过反射层102的AlAs(低折射率层)散逸到基板101，且可以防止热量累积在有源层104内而不使用虚拟元件。
图14为本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。如图14所示，在本实施例的表面发射激光器阵列200中，图1的表面发射激光器阵列100的表面发射激光器元件1-32被表面发射激光器元件151-182取代，其余组成与表面发射激光器阵列100相同。
在表面发射激光器阵列200中，引线W1-W32分别将表面发射激光器元件151-182连接到焊垫51-82。表面发射激光器元件151-182布置成4行×8列的二维形式。
每个表面发射激光器元件151-182具有矩形形状，一条边为16微米。四个表面发射激光器元件的八列151，159，167，175/152，160，168，176/153，161，169，177/154，162，170，178/155，163，171，179/156，164，172，180/157，165，173，181/158，166，174，182沿子扫描方向布置，八个表面发射激光器元件151-158/159-166/167-174/175-182沿主扫描方向布置。沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件151-158/159-166/167-174/175-182沿子扫描方向按台阶方式平移和配置。结果，从32个表面发射激光器元件1-32发射的32个激光束不相互交叠。
在沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件151-158/159-166/167-174/175-182中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为间隔X。
在沿子扫描方向布置的四个表面发射激光器元件151，159，167，175/152，160，168，176/153，161，169，177/154，162，170，178/155，163，171，179/156，164，172，180/157，165，173，181/158，166，174，182中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为间隔d。从沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件151-158的八个中心取的与沿子扫描方向布置的直线垂直的八条法线的沿子扫描方向的间隙沿子扫描方向按相等间隔c1排列。
从沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件159-166/167-174/175-182的八个中心的与沿子扫描方向布置的直线垂直的八条法线的沿子扫描方向的间隙也沿按相等间隔c1排列。
图15为图14的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件151的截面图。如图15所示，在表面发射激光器元件151中，图2所示的表面发射激光器元件1的共振器阻挡层103、105和反射层106分别被共振器阻挡层103A、105A和反射层106A取代，其余组成与表面发射激光器元件1相同。
共振器阻挡层103A是由非掺杂(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P构成并形成于反射层102上。共振器阻挡层105A是由非掺杂(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P构成并形成于有源层104上。
反射层106A是由p-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P构成，以形成图2所示反射层106中最靠近有源层104的低折射率层，且反射层106A形成于共振器阻挡层105A上。
反射层106A构成半导体分布布拉格反射器，该半导体分布布拉格反射器通过布拉格多路径反射来反射由有源层104发射的发射光束，并包括有源层104内的光束。
图16为示出图15的表面发射激光器元件151的有源层104附近的截面图。如图16所示，反射层102的低折射率层1021接触共振器阻挡层103A。共振器阻挡层103A接触反射层102的低折射率层1021和有源层104的垒层1042。在反射层106A中，图3所示的反射层106中最靠近有源层104的低折射率层1061被低折射率层1061A取代，其余组成与反射层106相同。
低折射率层1061A是由p-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P构成并接触共振器阻挡层105A。共振器阻挡层105A接触有源层104的垒层1042和反射层106A的低折射率层1061A。
在表面发射激光器元件151中，共振器阻挡层103A、105A和有源层104构成共振器，且该共振器沿与基板101垂直的方向的厚度设置为表面发射激光器元件151的一个波长(＝λ)。也就是说，共振器阻挡层103A、105A和有源层104A构成单波长共振器。
图14所示的表面发射激光器元件152-182的每一个具有与图15和16所示的表面发射激光器元件151相同的组成。
表面发射激光器阵列200按照图4A-6B的制造工艺来制作。
这种情况下，在图4A的工艺中，通过MOCVD方法，使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，形成共振器阻挡层103A和105A的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P。通过MOCVD方法，使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)、磷烷(PH3)和二甲基锌(DMZn)为原料，形成构成反射层106A的低折射率层1061A的p-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P。可以使用四溴化碳(CBr4)替代二甲基锌(DMZn)。
在表面发射激光器阵列200的每个表面发射激光器元件151-182中，共振器(＝共振器阻挡层103A、105A和有源层104)和部分反射层106A(低折射率层1061A)包含In，且包含In的层的厚度大于表面发射激光器元件1-32中的厚度。因此，与表面发射激光器阵列100相比，对表面发射激光器阵列200的蚀刻的控制变得更容易。
在本实施例中，反射层106A中仅最靠近共振器的低折射率层1061A包含In。备选地，该实施例可以调整为，该共振器的较靠近共振器的反射层106A的低折射率层和高折射率层均包含In。这种情况下，低折射率层是由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P构成，高折射率层是由(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P构成。这种情况下，两层以上包含In，且包含In的层的厚度总和可以更大。
p-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P为宽带隙，通过掺杂Zn或Mg可以用于许多场合。这些掺杂剂容易扩散。如果这些掺杂剂扩散到有源层104，有源层104会受损，这导致发射光效率降低并导致可靠性下降。
在表面发射激光器元件151-182中，p-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P布置在与共振器阻挡层105A相比更远离有源层104的反射层106A内，且共振器阻挡层103A和105A是由非掺杂(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P构成。可以防止受到杂质的不期望影响。
因此，用于形成表面发射激光器阵列200的台结构的台蚀刻停止于包含In的区域的中间(或者共振器阻挡层103A的中间)。即使台间隔变小，元件间间隙和平坦部之间的蚀刻深度差异Δd变小，且反射层102的低折射率层1021(＝AlAs)在平坦部不露出。结果，即使选择性氧化层107的选择性氧化被执行，反射层102的低折射率层1021(＝AlAs)不被氧化。
因此，根据本实施例，在有源层104内产生的热量可以通过反射层102的AlAs(低折射率层)散逸到基板101，且可以防止热量累积在有源层104内而不使用虚拟元件。由于表面发射激光器阵列200设有表面发射激光器元件151-182，其包含In的层的厚度大于表面发射激光器元件1-32，因此与表面发射激光器阵列100相比，可以更有效地可控地将蚀刻停止于包含用于In的蚀刻底部的层内。
接着，解释本实施例的表面发射激光器阵列200的输出特性。
图17为用于实验的图14的实施例中表面发射激光器元件的截面图。图18为用于实验的比较例中的表面发射激光器元件的截面图。
在图17的实施例中，表面发射激光器元件151的反射层102中有源层104附近的三个周期的低折射率层1021(＝AlAs)的厚度设置为3λ/4，且其余组成与表面发射激光器元件151相同。
在图18的比较例中，表面发射激光器元件151的反射层102被一反射层取代，该反射层是由30.5个周期的n-Al0.3Ga0.7As/n-AlAs和10个周期的n-Al0.3Ga0.7As/n-Al0.9Ga0.1As构成。n-Al0.3Ga0.7As、n-AlAs和n-Al0.9Ga0.1As的每一层的厚度为λ/4。
图19为用于解释光学输出和电流之间的关系的图示，其示出了实验结果。在图19，垂直轴表示光学输出，水平轴表示电流。
曲线k9示出本发明的表面发射激光器元件的光学输出和电流之间的关系，曲线k10示出比较例的表面发射激光器元件的光学输出和电流之间的关系。通过观察发光部的面积为16平方微米的表面发射激光器元件在20摄氏度的连续波(CW)来进行该实验。
从图19的实验结果显见，与比较例的表面发射激光器元件的光学输出的饱和值相比，本发明的表面发射激光器元件的光学输出的饱和值朝高电流值侧偏移很多，获得了高的输出。
在本发明的表面发射激光器元件中，由于基板101侧上的反射层102的低折射率层1021是由具有高热导率的AlAs构成，基板101侧的热散逸良好且元件工作时元件的温度上升得到控制。
因此，通过使用具有高热导率的AlAs构成设于基板101内的反射层102的低折射率层1021，且调适组成使得在有源层104内产生的热量发散到基板101，在实验上证明该表面发射激光器元件的输出特性，进言之该表面发射激光器阵列的输出特性改善。
本实施例的表面发射激光器阵列可设有布置成4行×10列的40个表面发射激光器元件，类似于表面发射激光器阵列100A(见图13)。
本发明的表面发射激光器阵列可按下述方式设置，表面发射激光器元件1-40、151-182的共振器阻挡层103、103A包括由Ga0.5In0.5P构成的表面发射激光器元件。本发明的表面发射激光器阵列可按下述方式设置，表面发射激光器元件1-40、151-182的共振器阻挡层103、103A包括由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P/Ga0.5In0.5P构成的表面发射激光器元件。这种情况下，(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P布置在有源层104侧，且Ga0.5In0.5P布置在反射层102侧。
到(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P有源层104的载流子被锁定且增加，在有源层104内产生的热量可以更多地发散到反射层102。Ga0.5In0.5P的热导率高于(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P。
表1示出共振器阻挡层103、105；103A、105A/有源层104的阱层1041分别由AlGaAs/AlGaAs、AlGaInP/GaInPAs形成的情形下，共振器阻挡层103、105；103A、105A和阱层1041之间的带隙差异以及垒层1042和阱层1041之间的带隙差异。
表1
当AlGaAs和AlGaAs分别用于共振器阻挡层103、105；103A、105A和有源层104的阱层1041时，发射波长为780nm的表面发射激光器元件中共振器阻挡层103、105；103A、105A和阱层1041之间的带隙差异为465.9meV，且垒层1042和阱层1041之间的带隙差异为228.8meV。
当AlGaAs和AlGaAs分别用于共振器阻挡层103、105；103A、105A和有源层104的阱层1041时，发射波长为850nm的表面发射激光器元件中共振器阻挡层103、105；103A、105A和阱层1041之间的带隙差异为602.6meV，且垒层1042和阱层1041之间的带隙差异为365.5meV。
另一方面，当AlGaInP和GaInPAs分别用于共振器阻挡层103、105；103A、105A和有源层104的阱层1041时，发射波长为780nm的表面发射激光器元件1-40、151-182中共振器阻挡层103、105；103A、105A和阱层1041之间的带隙差异为767.3meV，且垒层1042和阱层1041之间的带隙差异为463.3meV。
因此，分别使用AlGaInP和GaInPAs来构造共振器阻挡层103、105；103A、105A和有源层104的阱层1041，共振器阻挡层103、105；103A、105A和阱层1041之间的带隙差异以及垒层1042和阱层1041之间的带隙差异与先前相比增大。
结果，载流子锁定到阱层1041的效果显著改善且表面发射激光器元件1-40、151-182可以发射更高输出的发射光，同时以低阈值振荡。由于有源层104包含具有压应变的GaInPAs，通过重空穴和轻空穴的能带分离使得增益增加变大。
因此，可以低阈值地获得高增益和高输出发射光。使用由晶格常数几乎与GaAs基板相同的AlGaAs体系制作的表面发射激光器元件(780nm或850nm)，无法实现这个效果。
随着载流子锁定的改善以及由畸变量子阱结构构成的有源层104的高增益，表面发射激光器元件1-40、151-182的阈值电流可以降低，光学提取侧的反射层106、106A反射率降低，可以获得高的输出发射。
由于有源层104包含的材料不含有铝，可以将其视为无铝有源区(量子阱有源层和相邻层)，当这些区域包含的氧减少时，可以控制非辐射复合中心的形成，且可以实现长寿命工作。这使得光学写入单元或光源单元可再利用。
在上述实施例中，反射层102的低折射率层1021是由AlAs构成。备选地，比有源层104布置成更靠近基板101侧的反射层102的低折射率层1021应仅包括氧化速率和选择性氧化层107相当或更高的半导体材料。由于选择性氧化层107通常是由AlxGa1-xAs(x≥0.9)构成，由AlAs构成的低折射率层1021通常具有与选择性氧化层107的氧化速率相当或更高的氧化速率。
对于包含铝的层的情形，如果铝含量不同，铝含量高的层的氧化速率更高，且如果铝含量相同，则厚度大的层的氧化速率更高。
在上述实施例中，反射层102的所有低折射率层1021均由AlAs构成。备选地，反射层102应仅在有源层104侧配备氧化速率高于选择性氧化层107的低折射率层(AlxGa1-xAs(x≥0.9))。这是因为加热源(＝有源层104)附近部分的热导率高，使得在有源层104内产生的热量发散到基板101的效果更好。
在上述实施例中，台蚀刻停止于共振器阻挡层103、103A的中间。备选地，在表面发射激光器阵列100、100A中，台蚀刻停止于共振器(共振器阻挡层103、有源层104和共振器阻挡层105)的内部或者共振器与反射层106的界面。在表面发射激光器阵列200中，台蚀刻停止于共振器(共振器阻挡层103A、有源层104和共振器阻挡层105A)的内部、或者反射层106A的低折射率层1061A的内部、或者低折射率层1061A和高折射率层1062的界面。通常，台蚀刻停止在反射层106侧，而不是反射层102。
图20为本发明实施例中表面发射激光器阵列的平面图。如图20所示，本实施例的表面发射激光器阵列300包括基板310、表面发射激光器元件311-320和焊垫321-330。
表面发射激光器元件311-320在基板310上布置成一维形式。表面发射激光器元件311-320是由上述的表面发射激光器元件1-40或表面发射激光器元件151-182构成。
焊垫321-330分别布置成围绕表面发射激光器元件311-320并连接到p型电极111。阈值上升被控制，且通过在同一基板310上聚集可实现高输出工作的许多场发射激光器装置311-320，由于例如同时可以实现通过束的大量数据传输，当其用于光学通信时，可以实现高速通信。
由于在有源层104内产生的热量的放热特性良好且工作于低功耗，因此在用到设备且具体使用时，表面发射激光器元件311-320可以减小温度上升。
接着，参考图21A-23描述本发明实施例中的表面发射激光器阵列的制造方法。
(1)使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法的结晶生长，半导体层，包括反射层(下反射器)102、共振器阻挡层(下阻挡层)103、有源层104、共振器阻挡层(上阻挡层)105、选择性氧化层107和反射层(上反射层)106逐一层叠在基板101上(见图21A)。在下文中，层叠了这些层的半导体分层产物称为多层半导体膜。
(2)通过光刻方法，与发光部及阵列边界部相对应的光掩模PM图案形成于该多层半导体膜的表面(该表面与基板101相对)上(见图21B)。在该示例中，一个芯片具有九个发光部(3×3)。
(3)使用光掩模PM作为蚀刻掩模，通过干法蚀刻来形成台的形状(见图21C)。在下文中，为了方便将台的形状称为“台”。此时，也在用做阵列边界部的部分内进行蚀刻。在该示例中，进行蚀刻直至蚀刻底部到达下阻挡层103。
(4)除去光掩模PM。
(5)电流狭窄结构形成于选择性氧化层107内(见图21D)。
(6)用于蚀刻阵列边界部的蚀刻掩模的图案通过光刻方法来形成。
(7)对阵列边界部进行蚀刻，直至蚀刻底部到达基板101(见图22A)。每个阵列部分别与其它阵列部分离或分割。
(8)形成由SiO2、SiN和SiON任意一种制成的保护膜109作为钝化膜(见图22B)。
(9)进行蚀刻以除去在台上部的接触的分割部以及阵列边界部的底部的钝化膜(见图22C)。此时，阵列边界部的侧面上的钝化膜部分被掩蔽，以便不被蚀刻。
(10)通过剥离方法形成p型电极111(见图22D)。除了电极之外的部分预先通过光致抗蚀剂被掩蔽，且在电极材料的气相沉积之后，在例如丙酮的溶液中进行超声清洗，其中光致抗蚀剂溶解在该溶液内。Cr/AuZn/Au多层膜或者Ti/Pt/Au多层膜用做p型电极材料。
(11)基板101的背面被研磨到预定厚度(约100微米)之后，形成n型电极112(见图23)。n型电极112是由AuGe/Ni/Au多层膜构成。
(12)形成引线，该引线用于建立电极焊垫(未示出)与和发光部相应p型电极111相对应的电极焊垫之间的电学连接。开口形成于p型电极111的中心，且激光束从该开口发射。由此，每个台用做发光部。
(13)沿阵列边界部的底部的分割部进行切割，从而将晶片划分为芯片。
如此制作的本实施例的表面发射激光器阵列400示于图24。由于表面发射激光器阵列400在制造时制作成被划分的芯片，因此可以减小基板101的弯曲。因此，制造良率提高且可以实现低成本生产。
由于表面发射激光器阵列350中下反射器102的侧面被保护膜覆盖，因此可以抑制下反射器102的低折射率层与大气中的水气反应而被氧化，从而避免发生畸变以及出现破坏。也就是说，可以防止随着时间推移出现的退化，且可以形成可靠的表面发射激光器阵列。
[应用例]
图25为示出使用图13的表面发射激光器阵列100A的光学扫描装置的组成的图示。
如图25所示，光学扫描装置400包括光源401、耦合透镜402、光圈403、变形透镜(anamorphic lens)404、多角镜405、偏向器侧扫描透镜406、像面侧扫描透镜407、防尘玻璃408、像面409、防声玻璃410和虚拟透镜(dummylens)411。
光源401是由图13所示的表面发射激光器阵列100A构成。从光源401发射的40个光束进入耦合透镜402，耦合透镜402将其转换成弱发散光束并将其引导进入变形透镜404。
入射到变形透镜404的光束被变形透镜404转换，从而沿主扫描方向是平行的并沿子扫描方向会聚在多角镜405附近。
随后，光束通过光圈403、虚拟透镜411和防声玻璃410进入多角镜405。
光束被多角镜405偏向，穿过防尘玻璃408，且图像信息通过偏向器侧扫描透镜406和像面侧扫描透镜407被成像到像面409上。
光源401和耦合透镜402通常固定到由铝制成的部件。
光源401是由包括40个表面发射激光器元件1-40的表面发射激光器阵列100A构成，通过调整40个表面发射激光器元件1-40的发光时序，这些表面发射激光器元件按照下述方式布置，即，从十个表面发射激光器元件1-10/11-20/21-30/31-40的十个中心的沿子扫描方向布置的直线的十条法线沿子扫描方向的间隙按相等间隔c2布置，在感光体上可以视为与下述情形相同，即，光源沿子扫描方向按相等间隔位于一条直线上。
通过调整表面发射激光器元件1-40的元件间间隙c2以及光学系统的放大倍率，可以调整沿子扫描方向的光学写入的间隔。也就是说，当表面发射激光器阵列100A(40个通道)用做光源401时，由于元件间间隙c2如上所述设置为2.4微米，通过将光学系统的放大倍率设置为约2.2倍，则可以进行4800dpi的高密度写入。
通过增加沿主扫描方向的元件数目，使沿主扫描方向布置的相邻表面发射元件之间的间隔c2更小，使沿子扫描方向布置的表面发射激光器元件之间的间隔d更小，或者减小光学系统的放大倍率，则可以获得具有高质量印刷的高密度光学写入。这种情况下，通过调整光源401的发光时序，主扫描方向的光学写入间隔是容易可控制的。
因此，在光学扫描装置400中，可以同时写入40点(dot)且可以进行高速印刷。通过增加表面发射激光器阵列100A内表面发射激光器元件的数目，更加可以进行高速印刷。
由于通过使用表面发射激光器元件1-40、151-182用于表面发射激光器阵列100A，表面发射激光器阵列100A的寿命可以显著提高，该光学写入单元或光源可再利用。
在光学扫描装置400中，光源401可以由图1的表面发射激光器阵列100或者图14的表面发射激光器阵列200构成。
图26为示出激光打印机的组成的图示。如图26所示，激光打印机500包括感光体鼓501、光学扫描装置502、清洗单元503、充电单元504、显影单元505、转印单元506和定影单元507。
光学扫描装置502、清洗单元503、充电单元504、显影单元505、转印单元506和定影单元507布置在感光体鼓501外围的周围。
光学扫描装置502是由图25所示的光学扫描装置400构成，并通过上述方法使用多个激光束在感光体鼓501上形成潜像。
清洗单元503除去残留在感光体鼓501上的调色剂(toner)。充电单元504对感光体鼓501的表面充电。显影单元505供应调色剂到感光体鼓501的表面，并对由光学扫描装置502形成的潜像执行调色剂显影。
转印单元506将调色剂图像转印到记录介质。定影单元507将转印的调色剂图像固定到记录介质。
在激光打印机500中，在开始工作时，充电单元504对感光体鼓501表面充电，且光学扫描装置502使用多个激光束在感光体鼓501上形成潜像。
显影单元505供应调色剂到由光学扫描装置502形成的潜像，以形成调色剂图像。转印单元506将调色剂图像转印到记录介质，且定影单元507将转印的调色剂图像固定到记录介质。由此，调色剂图像被转印在记录纸508上，之后调色剂图像由定影单元507加热定影，且电子照相图像的形成完成。
另一方面，电子放电单元(未示出)通过对感光体鼓表面放电而除去感光体鼓501表面上的潜像，且清洗单元503除去感光体鼓501表面上残留的调色剂。由此，重复上述电子照相操作，使得一系列操作连续地高速输出图像。激光打印机500构成本发明实施例中的图像形成装置。
图27为示出图像形成装置的组成的图示。如图27所示，图像形成装置600包括感光体1Y、1M、1C、1K，充电单元2Y、2M、2C、2K，显影单元4Y、4M、4C、4K，清洗单元5Y、5M、5C、5K，转印/充电单元6Y、6M、6C、6K，定影单元610，光学写入单元620和传输带630。在图27，Y表示黄色，M表示洋红色，C表示青色，K表示黑色。
感光体1Y、1M、1C、1K沿箭头所示方向旋转。充电单元2Y、2M、2C、2K，显影单元4Y、4M、4C、4K，转印/充电单元6Y、6M、6C、6K和清洗单元5Y、5M、5C、5K按照旋转方向依序布置。
充电单元2Y、2M、2C、2K为对感光体1Y、1M、1C、1K表面均匀充电的部件。充电单元2Y、2M、2C、2K和显影单元4Y、4M、4C、4K之间的感光体1Y、1M、1C、1K的表面被来自光学写入单元620(由光学扫描装置400构成)的光束照射，使得静电图像形成于感光体1Y、1M、1C、1K上。
显影单元4Y、4M、4C、4K基于该静电图像在感光体1Y、1M、1C、1K的表面上形成调色剂图像。
转印/充电单元6Y、6M、6C、6K将每种颜色的调色剂图像逐一转印到记录纸640。最后，定影单元610将转印的图像固定到记录纸640。
尽管由于机械精确性等因素会出现各种颜色的色隙(color gap)，图像形成装置600设计成用于高密度图像信息，且可以通过调整光学写入单元620中使用的表面发射激光器阵列的表面发射激光器元件的开启时序来提高色隙的补偿精确性。
图28为光学传送模块的图示。如图28所示，光学传送模块700包括表面发射激光器阵列701和光纤702。
表面发射激光器阵列701按照下述方式来构造，即，表面发射激光器元件1-40、151-182布置成一维形式。光纤702是由多条塑料光纤(POF)构成。该多条塑料光纤布置为对应于表面发射激光器阵列701的多个表面发射激光器元件1-40、151-182。
在光学传送模块700中，从表面发射激光器元件1-40、151-182发射的激光束分别发送到相应塑料光纤。压克力(acryl)基塑料光纤在650nm具有吸收损耗底部，且650nm表面发射激光器元件正在发展之中。然而，其具有不期望的高温特性，且尚未投入实用。
LED(发光二极管)用作光源，但是难以实现高速调制。需要使用半导体激光器用于实现超过1Gbps的高速传送。
上述的表面发射激光器元件1-40、151-182的发射波长为780nm。放射特性得到改善，提供了高的输出，且高温特性良好。光纤的吸收损耗大，光学传送模块700仅能用于短距离传送。
在光学通信领域，为了同时传送大量数据，发展了使用激光器阵列的并行传送，其中该激光器阵列内集成了多个半导体激光器。采用这种技术，可以进行高速并行传送，且可以同时传送大量数据。
在光学传送模块700中，表面发射激光器元件1-40、151-182分别与光纤相对应。备选地，具有不同发射波长的若干表面发射激光器元件可以布置成一维或二维阵列形式，且传送速率通过执行波分复用传送而可以增大。
再者，光学传送模块700使得可以提供低成本光学传送模块以及使用其的光纤通信系统，其中光学传送模块700中组合了使用表面发射激光器元件1-40、151-182的表面发射激光器阵列以及廉价的POF。
由于光纤通信系统成本低，其在用于家用、办公室用、装置内使用等短距离数据通信方面是有效的。
图29为图1的表面发射激光器元件1-32的改进的截面图。
在该实施例中，图1的每个表面发射激光器元件1-32是由图29的表面发射激光器元件1B构成。如图29所示，在表面发射激光器元件1B中，图3的表面发射激光器元件1的共振器阻挡层103被共振器阻挡层103B取代，其余组成与表面发射激光器元件1相同。
共振器阻挡层103B是由非掺杂Ga0.5In0.5P构成且形成于反射层102上。Ga0.5In0.5P热导率高于构成共振器阻挡层103的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P。
图30为示出图29的表面发射激光器元件1B的有源层104附近的截面图。如图30所示，反射层102的低折射率层1021接触共振器阻挡层103B。共振器阻挡层103B接触反射层102的低折射率层1021和有源层104的垒层1042。
在表面发射激光器元件1B中，共振器阻挡层103B、105和有源层104构成共振器，且该共振器沿与基板101垂直的方向的厚度设置为表面发射激光器元件1B的一个波长(＝λ)。也就是说，共振器阻挡层103B、105和有源层104构成单波长共振器。
包括表面发射激光器元件1B的表面发射激光器阵列100按照图4A-6B的制造工艺来制作。这种情况下，在图4A的工艺中，使用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，通过MOCVD方法形成共振器阻挡层103B的Ga0.5In0.5P。
由于该共振器(＝共振器阻挡层103B、105和有源层104)包含In，其构成吸收层，在形成台结构时该吸收层吸收沿表面内方向的蚀刻深度差异。
在使用表面发射激光器元件1B制作表面发射激光器阵列100时，用于形成台结构的蚀刻停止在共振器(共振器阻挡层103B)的中间，元件间部分120和平坦部130之间的蚀刻深度差异Δd变小。
因此，根据本发明，沿基板101的表面内方向DR1的蚀刻深度差异可以减小而不使用虚拟元件。
由于元件间部分120和平坦部130之间的蚀刻深度差异Δd小，切断引线W1-W32的可能性可以降低。
由于焊垫51-82布置在平坦部130内，因此在引线结合时可以防止该台结构被焊垫51-82损伤。
与表面发射激光器元件1相反，表面发射激光器元件1B按照下述方式设置，即，共振器阻挡层103B是由热导率大于(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的Ga0.5In0.5P构成，且在有源层104内产生的热量的大部分可以放射到基板101侧。
在上述实施例中，台结构的底部位于共振器阻挡层103B的中间。备选地，该台结构的底部可以位于沿包含In的共振器(＝共振器阻挡层103B、105和有源层104)的厚度方向的任意位置。
图31为图1的表面发射激光器元件1-32的改进的截面图。在本实施例中，图1的表面发射激光器元件1-32的每一个是由图31的表面发射激光器元件1C构成。
如图31所示，在表面发射激光器元件1C中，图3的表面发射激光器元件1的共振器阻挡层103被共振器阻挡层103C替代，且其余组成与表面发射激光器元件1相同。
共振器阻挡层103C是由非掺杂(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P/Ga0.5In0.5P构成且形成于反射层102上。
图32为示出图31的表面发射激光器元件1C的有源层104附近的截面图。如图32所示，共振器阻挡层103C是由阻挡层1031和1032构成。阻挡层1031形成为接触反射层102的低折射率层1021，阻挡层1032形成为接触有源层104的垒层1042。
阻挡层1031是由Ga0.5In0.5P构成。阻挡层1032是由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P构成。
在表面发射激光器元件1C中，共振器阻挡层103C、105和有源层104构成共振器，且该共振器沿与基板101垂直的方向的厚度设置为表面发射激光器元件1C的一个波长(＝λ)。也就是说，共振器阻挡层103C、105和有源层104构成单波长共振器。
包括表面发射激光器元件1C的表面发射激光器阵列100按照图4A-6B的制造工艺来制作。这种情况下，在图4A的工艺中，使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，通过MOCVD方法形成共振器阻挡层103C的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P/Ga0.5In0.5P。
由于该共振器(＝共振器阻挡层103C、105和有源层104)包含In，其构成吸收层，在形成台结构时该吸收层吸收沿表面内方向的蚀刻深度差异。
在使用表面发射激光器元件1C制作表面发射激光器阵列100时，用于形成台结构的蚀刻停止在共振器(共振器阻挡层103C)的中间，元件布置部120和平坦部130之间的蚀刻深度差异Δd变小。
因此，根据本发明，沿基板101的表面内方向DR1的蚀刻深度差异可以减小而不使用虚拟元件。
由于元件布置部120和平坦部130之间的蚀刻深度差异Δd小，切断引线W1-W32的可能性可以降低。
由于焊垫51-82布置在平坦部130内，因此在引线结合时可以防止该台结构被焊垫损伤。
在表面发射激光器元件1C中，共振器阻挡层103C中接触有源层104的阻挡层1032是由宽带隙材料(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P构成。
接触反射层102的低折射率层1021(＝AlAs)的阻挡层1031是由Ga0.5In0.5P构成。为此，与表面发射激光器元件1相反，在有源层104内产生的热量的大部分可以放射到基板101侧，且可以提供与包含在表面发射激光器元件1中的载流子程度相同的载流子程度。
在上述实施例中，台结构的底部位于共振器阻挡层103C的中间。备选地，该台结构的底部可以位于沿包含In的共振器(＝共振器阻挡层103C、105和有源层104)的厚度方向的任意位置。
图33为图1的表面发射激光器元件1-32的改进的截面图。
在本实施例中，图1的表面发射激光器元件1-32的每一个是由图33的表面发射激光器元件1D构成。如图33所示，在表面发射激光器元件1D中，图3的表面发射激光器元件1的共振器阻挡层103被共振器阻挡层103D替代，且其余组成与表面发射激光器元件1相同。
共振器阻挡层103D是由非掺杂(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P/AlGaAs构成且形成于反射层102上。
图34为示出图33的表面发射激光器元件1D的有源层104附近的截面图。如图34所示，共振器阻挡层103D是由阻挡层1031A和1032A构成。阻挡层1031A形成为接触反射层102的低折射率层1021，阻挡层1032A形成为接触有源层104的垒层1042。
阻挡层1031A是由热导率高于(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的AlGaAs构成。阻挡层1032A是由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P构成。
在表面发射激光器元件1D中，共振器阻挡层103D、105和有源层104构成共振器，且该共振器沿与基板101垂直的方向的厚度设置为表面发射激光器元件1D的一个波长(＝λ)。也就是说，共振器阻挡层103D、105和有源层104构成单波长共振器。
包括表面发射激光器元件1D的表面发射激光器阵列100按照图4A-6B的制造工艺来制作。这种情况下，在图4A的工艺中，使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，通过MOCVD方法形成共振器阻挡层103D的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P，且使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)和砷烷(AsH3)为原料，形成共振器阻挡层103D的AlGaAs。
由于共振器阻挡层103D的阻挡层1032A、有源层104和共振器阻挡层105包含In，其构成吸收层，在形成台结构时该吸收层吸收沿表面内方向的蚀刻深度差异。
在使用表面发射激光器元件1D制作表面发射激光器阵列100时，用于形成台结构的蚀刻停止在共振器阻挡层103D的阻挡层1032A的中间，元件布置部120和平坦部130之间的蚀刻深度差异Δd变小。
因此，根据本发明，沿基板101的表面内方向DR1的蚀刻深度差异可以减小而不使用虚拟元件。
由于元件布置部120和平坦部130之间的蚀刻深度差异Δd小，切断引线W1-W32的可能性可以降低。由于焊垫51-82布置在平坦部130内，因此在引线结合时可以防止该台结构被焊垫51-82损伤。
在表面发射激光器元件1D中，共振器阻挡层103D中接触有源层104的阻挡层1032A是由宽带隙材料(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P构成。接触反射层102的低折射率层1021(＝AlAs)的阻挡层1031A是由AlGaAs构成。
因此，与表面发射激光器元件1相反，在有源层104内产生的热量的大部分可以放射到基板101侧，且可以提供与包含在表面发射激光器元件1中的载流子程度相同的载流子程度。
在上述实施例中，台结构的底部位于共振器阻挡层103D的中间。备选地，该台结构的底部可以位于沿包含In的阻挡层1032A、有源层104和共振器阻挡层105的厚度方向的任意位置。
图35为图1的表面发射激光器元件1-32的改进的截面图。
在本实施例中，图1的表面发射激光器元件1-32的每一个是由图33的表面发射激光器元件1E构成。如图35所示，在表面发射激光器元件1E中，图3的表面发射激光器元件1的共振器阻挡层103和有源层104分别被共振器阻挡层103E和有源层104A替代，且其余组成与表面发射激光器元件1相同。
共振器阻挡层103E是由非掺杂AlGaAs构成且形成于反射层102上。有源层104A是由AlGaAs基材料构成并设置为发射780nm激光束。
在表面发射激光器元件1E中，台结构的底部位于共振器阻挡层105的中间。
图36为示出图35的表面发射激光器元件1E的有源层104A附近的截面图。如图36所示，共振器阻挡层103E形成为接触反射层102的低折射率层1021和有源层104A。
共振器阻挡层103E是由Al0.6Ga0.4As构成。有源层104A是由量子阱结构构成，其中三层阱层1041A和四层垒层1042A交替层叠。各阱层1041A是由Al0.12Ga0.88As构成。各垒层1042A是由Al0.3Ga0.7As构成。
在表面发射激光器元件1E中，共振器阻挡层103E、105和有源层104A构成共振器，且该共振器沿与基板101垂直的方向的厚度设置为表面发射激光器元件1E的一个波长(＝λ)。也就是说，共振器阻挡层103E、105和有源层104A构成单波长共振器。
包括表面发射激光器元件1E的表面发射激光器阵列100按照图4A-6B的制造工艺来制作。
这种情况下，在图4A的工艺中，使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)和砷烷(AsH3)为原料，通过MOCVD方法形成共振器阻挡层103E的Al0.6Ga0.4As、阱层1041A的Al0.12Ga0.88As以及垒层1042A的Al0.3Ga0.7As。
由于共振器阻挡层105包含In，其构成吸收层，在形成台结构时该吸收层吸收沿表面内方向的蚀刻深度差异。
由于在制作包含表面发射激光器元件1E的表面发射激光器阵列100时，用于形成台结构的蚀刻停止在共振器阻挡层105的中间，元件布置部120和平坦部130之间的蚀刻深度差异Δd变小。
因此，根据本发明，沿基板101的表面内方向DR1的蚀刻深度差异可以减小而不使用虚拟元件。
由于元件布置部120和平坦部130之间的蚀刻深度差异Δd小，切断引线W1-W32的可能性可以降低。由于焊垫51-82布置在平坦部130内，因此在引线结合时可以防止该台结构被焊垫51-82损伤。
在本实施例中，在构成表面发射激光器元件1E的反射层102、共振器阻挡层103E、有源层104A、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108中，仅共振器阻挡层105包含In。备选地，该实施例可以配置成仅共振器阻挡层103E包含In，或者仅有源层104A包含In。
当仅共振器阻挡层103E包含In时，共振器阻挡层103E构成吸收层，在形成台结构时该吸收层吸收沿表面内方向的蚀刻深度差异，且台结构的底部位于共振器阻挡层103E的中间。
当仅有源层104A包含In时，有源层104A构成吸收层，在形成台结构时该吸收层吸收沿表面内方向的蚀刻深度差异，且台结构的底部位于有源层104A的中间。
在上述实施例中，反射层102的低折射率层1021是由AlAs构成。备选地，根据本发明，低折射率层1021可以由AlxGa1-xAs(0.9≤x≤1)构成。
本发明的表面发射激光器阵列可以由多个表面发射激光器元件构成，这些表面发射激光器元件可以布置成除了4行×8列形式以外的二维形式。
本发明不限于上述实施例，且在不背离本发明的范围的情况下可以进行变型和调整。
本发明是基于下述申请并主张下述申请的优先权：申请日为2006年8月23日的日本专利申请2006-226561、申请日为2006年8月23日的日本专利申请2006-226562以及申请日为2007年5月22日的日本专利申请2007-134856。

Claims (5)

1.一种表面发射激光器阵列，包括，
元件布置部，设置在基板上并以二维形式布置有多个表面发射激光器元件，
平坦部，设置在所述基板上，并且从所述基板的表面内方向看，设置在所述元件布置部的周围，
所述多个表面发射激光器元件的每一个包括发射激光束的台结构，
所述平坦部和所述元件布置部包括：吸收在形成所述台结构时沿所述表面内方向的蚀刻深度差异的吸收层，
所述台结构的底面沿与所述基板垂直的方向位于所述吸收层中，其中，
所述多个表面发射激光器元件的每一个包括：
第一反射层，形成于基板上以构成半导体布拉格反射器；
共振器，形成为接触所述第一反射层并包含有源层；
第二反射层，接触所述共振器以构成所述半导体布拉格反射器，所述吸收层沿所述共振器的厚度方向设置为所述共振器的至少一部分，其中所述共振器的蚀刻速率小于所述第二反射层的蚀刻速率，
其中所述多个表面发射激光器元件中的两个相邻表面发射激光器元件之间的元件间间隙的底部比所述平坦部的底部离所述基板更远，且所述元件间间隙的底部和所述平坦部的底部在垂直于所述基板的方向上位于所述吸收层中。
2.如权利要求1所述的表面发射激光器阵列，其中所述吸收层沿所述共振器的厚度方向形成于所述共振器的整个区域内。
3.如权利要求1所述的表面发射激光器阵列，其中所述吸收层沿所述共振器的厚度方向形成于所述共振器的整个区域内，并沿所述第二反射层的厚度方向部分地形成。
4.如权利要求1～3的任一项所述的表面发射激光器阵列，其中，所述吸收层至少包括In。
5.如权利要求1～3的任一项所述的表面发射激光器阵列，其中，所述平坦部包括与所述多个表面发射激光器元件连接的多个焊垫。
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