CN102664348B - 表面发射激光器及阵列、光学扫描装置、成像设备、光学传输模块和系统 - Google Patents

表面发射激光器及阵列、光学扫描装置、成像设备、光学传输模块和系统 Download PDF

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Abstract

公开一种表面发射激光器,其能够容易地制造,具有更高的产率和更长的使用寿命。在表面发射激光器中,选择性氧化层被包括作为上半导体分布式布拉格反射器的低折射率层的一部分;包括选择性氧化层的低折射率层包括邻接选择性氧化层的两个中间层和邻接中间层的两个低折射率层。中间层中的铝含量比率低于选择性氧化层中的,低折射率层中的铝含量比率低于选择性氧化层中的。该构型使得能够提供对氧化层的厚度和氧化速率更多的控制,从而使得能够降低氧化层的厚度的变化。

Description

表面发射激光器及阵列、光学扫描装置、成像设备、光学传输模块和系统

[0001] 本申请是2008年11月13日提交的申请人:株式会社理光;发明名称:表面发射激光器、表面发射激光器阵列、光学扫描装置、成像设备、光学传输模块和光学传输系统;申请号:200880101129.4 (国际申请号PCT/JP2008/071058)的发明专利申请的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及表面发射激光器、表面发射激光器阵列、光学扫描装置、成像设备、光学传输模块和光学传输系统。更准确地说,本发明涉及在垂直于其衬底方向发光的表面发射激光器、具有多个表面发射激光器的表面发射激光器阵列以及每个都具有表面发射激光器阵列的光学扫描装置、成像设备、光学传输模块和光学传输系统。

背景技术

[0003] 垂直腔表面发射激光器(在此及后可称为“VCSEL” )是在垂直于其衬底的方向发光的半导体激光器。当与边缘发射半导体激光器相比时,VCSEL具有一些优点,包括(I)较低的成本、(2)较低的能耗、(3)较小的尺寸和(4)更易于进行二维集成。近来,由于上述优点,VCSEL引起越来越多的关注。

[0004] 表面发射激光器具有电流限制结构以提高电流流入效率。为了形成电流限制结构,选择性的氧化工艺通常关于AlAs (Al:招,As:砷)层执行。在下面,为了方便起见,电流限制结构可称为“氧化物限制结构”(例如,参见专利文献I)。氧化物限制结构可通过形成具有规定尺寸和具有选择性氧化层暴露在其上的侧表面的台面结构而形成。然后,形成的台面结构在水-水蒸气气氛下进行处理以使得选择性氧化层中的铝(Al)从台面结构的表面侧被选择性地氧化。通过这样做,未氧化的区域保持在台面结构处且在台面结构的中心附近。未氧化的区域(为了解释的目的,在此及后称作“限制区域”)成为通过区域(或者“电流注入区域”),用于表面发射激光器的驱动电流通过该区域。

[0005] 氧化物限制结构中的铝氧化层(AlxOy)(在此及后称为“氧化层”)的折射率为大约1.6,这比半导体层的低。由于该特征,折射率差异在表面发射激光器的共振器结构的横向方向产生,光线被限制在台面结构的中心,从而提高表面发射激光器的发射效率。结果,可以获得优良的特征,例如较低的阈电流和更高的效率。

[0006] 为了进一步提高表面发射激光器的发射效率,通过氧化层,有效地减少氧化层的光散射损耗。为此,氧化层可以定位在光的电场的驻波分布的节点(例如,如在非专利文献I中所述的)。

[0007] 再者,在表面发射激光器的许多应用中,对具有更高功率和单峰形状的光束具有强烈的需求。但是,不幸地,在具有氧化物限制结构的表面发射激光器中,由于氧化层引起的横向方向的大的折射率差异,甚至更高阶的横向模(lateral mode)也会被限制和振荡。为了降低更高阶的横向模的光限制,减小横向方向的折射率差异和减小限制区域的面积(尺寸)是有效的。

[0008] 通过定位氧化层在光的电场的驻波分布的节点位置上,可以减小氧化层对电性分布的影响以及减少折射率差异。再者,通过减小限制区域的面积(尺寸),具有更宽模分布的更高阶的横向模可以从限制区域漏出;因此,对于更高阶的横向模会降低限制效果。尽管取决于波长范围,为了实现单基谐模(fundamental mode)振荡,可以考虑使得限制区域的一边或者直径降低到振荡波长的三倍或者四倍。例如,当振荡波长为0.85 μ m时,限制区域的一边或者直径为3.5 μ m或者更小,并且当振荡波长为1.3 μ m时,限制区域的一边或者直径为5 μ m或者更小。借助于此,阈电流值同时变得更小。

[0009] 但是,当限制区域的尺寸如上所述地减小时,只有当载体的注入水平相对低时,单基谐模才可以受控。再者,当载体的注入水平相对高时,更高阶的横向模可以通过产生的热引起的热透效应或者通过空间孔燃烧而振荡。尤其是,如上所述,当限制区域的尺寸减小时,振荡区域的尺寸相应地变得更小,其使得难以获得高的功率并使得表面发射激光器的电阻更大。

[0010] 为了克服这些问题并满足增大输出功率的要求,已经提出数种可以用于表面发射激光器并且不依赖于氧化层的模控制机制。

[0011] 例如,专利文献2公开了一种表面发射半导体激光器,其中开口的直径以及电流限制部分的直径被确定为以使得振荡器在激光的高阶横向模中的光学损耗与振荡器在激光的基谐横向模中的光学损耗之间的差异关于P侧电极基于所述区域的振荡器的折射率而变得更大。

[0012] 再者,专利文献3公开了一种表面发射半导体激光器,其中具有表明关于振荡波长的高折射率的厚度的GaAs层形成在上DBR镜上,凹槽形成在GaAs层上以使得凹槽定位在铝氧化层和AlAs层之间的分界线之上,该凹槽具有这样的深度,该深度使得在凹槽下面的GaAs层具有表明关于振荡波长的更低折射率的深度。

[0013] 但是,不幸地,在专利文献2中公开的表面发射激光器中,横向模特征、输出等对电极开口的尺寸、电极孔和选取的氧化结构之间的距离等非常敏感。由于该缺点,为了制造,高对齐精度和高形状可控性成为必要的,这使得难以均一地制造表面发射激光器。此夕卜,需要执行严格的工艺控制,这导致制造成本的升高。

[0014] 再者,在专利文献3中公开的表面发射激光器要求形成绝缘膜和部分去除绝缘膜的工艺,这不利地增大了制造成本。此外,装置特性对绝缘膜和电流注入区域之间的距离的精度敏感,这使得难以均一地制造表面发射激光器。

[0015] 另一方面,当半导体多层膜反射镜中的多个低折射率层之一完全是选择性氧化层时(例如,如在专利文献I和专利文献4中所述的),氧化层的厚度变为在50nm至80nm范围内,这由于氧化引起的体积收缩而会导致大的变形。由于氧化层的原因,氧化层布置在有源层附近。但是,氧化层会是由于变形而使得降级加速的主要原因,因而有氧化层越厚降级进行得越快的趋势。

[0016] 专利文献4公开一种表面发射激光器,其中中间薄膜形成在电流限制层的两侧上。中间薄膜是铝的组分比为0.38且厚度在20nm和30nm之间的范围内的AlGaAs薄膜。

[0017] 但是,在专利文献4公开的表面发射激光器中,所有的低折射率层都被氧化。因此,氧化层变得更厚,并且由于氧化引起的体积收缩所致的变形会负面地影响有源层并加速性能降级。再者,在专利文献I和专利文献4中公开的表面发射激光器,当从有源层观看时,电流限制层位于电场强度分布的节点和反节点位置之间,这不利地增大了衍射损耗并降低单模输出。

[0018] 专利文献5公开一种氧化物限制VCSEL,包括分布式布拉格(Bragg)反射器,其具有设置在低铝含量(例如,在0%和35%之间,有益地为大约15%)的第一层和中等铝含量(例如,大约65%,优选小于85%)的第二层之间的高度掺杂的高铝含量(例如,95%或更高,优选大约98%)的氧化物开口形成层。再者,在第一层和氧化物开口形成层之间,设置过渡层,其是具有大约20nm厚度的相对薄的层。在过渡层中,铝浓度在厚度方向上线性变化。

[0019] 另一方面,在用于降低半导体分布式布拉格反射器中的电阻的所谓的组分梯度层中,优选地,选择性地增大掺杂(例如,参见专利文献6)。再者,优选地,组分梯度层位于电场强度分布的节点位置以避免增大吸收损耗。再者,优选地,氧化物限制结构位于电场强度分布节点位置上以减少衍射损耗。

[0020] 但是,不幸地,在专利文献5中公开的氧化物限制VCSEL中,氧化物开口形成层(对应于电流限制结构)和过渡层(对应于组分梯度层)彼此邻接。因此,难以将两层都同时定位在电场强度分布的节点位置。

[0021] 包括Al和As的选择性氧化层的氧化速率对膜厚度、Al和As的组分比、氧化温度等敏感(例如,参见非专利文献2)。再者,选择性氧化层的氧化速率受到在氧化处理开始之前就已经形成在选择性氧化层的侧表面上的自然氧化膜的厚度的影响。

[0022] 当氧化量不同于期望的氧化量并且相应地电流注入区域的尺寸变化时,对有源层中的振荡有贡献的区域的尺寸会改变。结果,包括光输出的装置特性会改变,产品生产率降低。尤其是,单模装置的电流注入区域的尺寸小于多模装置的电流注入区域的尺寸。因此,单模装置的装置特性可能更严重地受到选择性氧化层中的氧化量的变化的影响。尤其是,当电流注入区域的尺寸变得比期望的更大时,该装置会以多模操作,并且制造单模装置的生产率不利地降低。

[0023] 专利文献1:美国专利N0.5493577

[0024] 专利文献2:日本专利申请公开说明书N0.2002-208755

[0025] 专利文献3:日本专利申请公开说明书N0.2003-115634

[0026] 专利文献4:日本专利申请公开说明书N0.Hl 1-26879

[0027] 专利文献5:日本专利申请公开说明书N0.2006-504281

[0028] 专利文献6:日本专利N0.2757633

[0029]非专利文献 I:A.E.Bond, P.D.Dapkus, J.D.0,Brien, “Design of Low-LossSingle-Mode Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers,,,IEEE Journal of selectedtopics in quantum electronics, vol.5,N0.3,pp.574—581,1999。

[0030]非专利文献 2:J.Select, “Topics Quantum Electron,,,vol.3,pp.916-926,1997

o

发明内容

[0031] 发明解决的技术问题

[0032] 根据对许多传统的表面发射激光器的光学特性的研究,即使当电流通过区域的尺寸大致一样时,光学特性例如单模输出会改变。发明人等进行了各种进一步的实验,发现新的事实,即使当选择性氧化层厚度、铝组分以及氧化条件设置为恒定时,氧化层的厚度会在各批次之间变化,甚至在相同的批次中也会变化;氧化层厚度的变化是导致光学特性变化的原因之一;并且尤其是在氧化开始的台面的侧表面上氧化层厚度显著地改变。此外,一些表面发射激光器呈现出,从氧化开始部分(台面的侧表面)到氧化结束部分(台面的中央内部)的氧化层厚度是不均一的。

[0033] 本发明基于发明人等已经获得上述发现进行。本发明的第一目的是提供一种表面发射激光器和表面发射激光器阵列,其可以容易地制造,具有更高的产率并具有更长的使用寿命。

[0034] 本发明的第二目的是提供一种能够稳定地执行高密度光学扫描而不会导致高成本的光学扫描装置。

[0035] 本发明的第三目的是提供一种能够稳定地形成高质量图像而不会导致高成本的成像设备。

[0036] 本发明的第四目的是提供一种能够稳定地产生高质量的光学信号而不会导致高成本的光学传输模块。

[0037] 本发明的第五目的是提供一种能够稳定地执行高质量光学数据传输而不会导致高成本的光学传输系统。

[0038] 解决技术问题的技术手段

[0039] 根据本发明的第一方面,一种表面发射激光器,包括:包括有源层的振荡器结构;半导体分布式布拉格反射器,每个包括多对低折射率层和高折射率层,并且半导体分布式布拉格反射器夹置振荡器结构;以及通过选择性地氧化包括铝的选择性氧化层形成的限制结构。在该构型中,选择性氧化层被包括为半导体分布式布拉格反射器的低折射率层的一部分。再者,包括选择性氧化层的低折射率层包括第一层和第二层。第一层邻接选择性氧化层的一侧和另一侧的至少一个,第二层邻接第一层。再者,第一层中的铝含量比率低于选择性氧化层中的并大于第二层中的。

[0040] 应当注意到,当其中组分从一侧逐渐变化到另一侧的组分梯度层插入到折射率层之间时,每个折射率层的光学厚度可以包括邻接折射率层的每个组分梯度层的一半。

[0041] 通过这样做,选择性氧化层被包括为半导体分布式布拉格反射器的低折射率层的一部分,包括选择性氧化层的低折射率层包括第一和第二层、第一层邻接选择性氧化层的一侧和另一侧的至少一个且第二层邻接第一层。再者,第一层中的铝含量比率低于选择性氧化层中的并大于第二层中的。通过该构型,当氧化层被氧化时,可以提供关于选择性氧化层的向内方向的氧化速率以及氧化层的厚度更多的控制。因此,可以容易地减小氧化层的厚度变化。也就是,可以更容易地且更高产率地进行制造。再者,可以降低变形对有源层的影响并提闻使用寿命。

[0042] 根据本发明的第二方面,提供一种用于在垂直于其衬底的方向发光的表面发射激光器。该表面发射激光器包括:包括有源层的振荡器结构;半导体分布式布拉格反射器,每个半导体分布式布拉格反射器包括多对低折射率层和高折射率层,半导体分布式布拉格反射器夹置振荡器结构;以及限制结构,其中电流通过区域被氧化层围绕,该限制结构形成在半导体分布式布拉格反射器中并通过选择性氧化铝形成。在表面发射激光器中,氧化层包括第一和第二边界表面,第一边界表面设置在更靠近有源层的一侧,第二边界表面设置在另一侧;氧化层的厚度随着距离电流通过区域的距离减小而逐渐减小;第二边界表面比第一边界表面关于垂直于激光发射方向的假想表面更倾斜。

[0043] 通过这样做,可以增加更高阶横向模中的阈电流值而不会使得基谐横向模的斜度效率降级。因此,可以获得高单模输出而不会导致高成本。

[0044] 在所述描述中,应当注意到,当组分梯度层邻接折射率层时,折射率层的光学厚度包括邻接折射率层的组分梯度层的一半。

[0045] 根据本发明的第三方面,提供了一种表面发射激光器阵列,根据本发明的实施方式的表面发射激光器集成在其中。

[0046] 通过这样做,因为根据本发明的实施方式的多个表面发射激光器被包括,所以可以获得高单模输出而不会导致高成本。再者,可以更容易且产率更高地进行制造并提高使用寿命。

[0047] 根据本发明的第四方面,提供一种将光扫描在扫描表面上的光学扫描装置。该光学扫描装置包括:包括根据本发明的实施方式的表面发射激光器阵列的光源;将光从光源偏转的偏转器;以及将被偏转器所偏转的光聚焦在扫描表面上的扫描光学系统。

[0048] 通过这样做,因为光学扫描装置的光源包括根据本发明的实施方式的表面发射激光器阵列,所以可以进行高精度光学扫描而不会导致高成本。

[0049] 根据本发明的第五方面,第一成像设备包括至少一个图像载体;和根据本发明的实施方式的用于将具有图像信息的光扫描到图像载体上的至少一个光学扫描装置。

[0050] 通过这样做,因为成像设备包括根据本发明的实施方式的至少一个光学扫描装置,所以可以形成高质量图像而不会导致高成本。

[0051] 根据本发明的第六方面,第二成像设备包括:图像载体;根据本发明的实施方式的表面发射激光器阵列;以及用于根据图像信息驱动表面发射激光器阵列并曝光图像载体的曝光装置。

[0052] 通过这样做,第二成像设备包括根据本发明的实施方式的表面发射激光器阵列。因此,可以形成高质量图像而不会导致高成本。

[0053] 根据本发明的第七方面,提供了一种根据输入信号产生光学信号的光学传输模块。光学传输模块包括根据本发明的实施方式的表面发射激光器;以及根据输入电信号驱动表面发射激光器阵列的驱动单元。

[0054] 通过这样做,因为光学传输模块包括根据本发明的实施方式的表面发射激光器阵列,所以可以产生高质量光学信号。

[0055] 根据本发明的第八方面,提供一种光学传输系统。该光学传输系统包括:根据本发明的实施方式的光学传输模块;光学介质;由光学传输模块产生的光学信号通过该光学介质传输;以及转换器,其将通过光学介质传输的光学信号转化为电子信号。

[0056] 通过这样做,因为光学传输系统包括根据本发明的实施方式光学传输模块,所以可以执行高质量光学数据传输。

附图说明

[0057] 图1是示出根据本发明的第一和第二实施方式的表面发射激光器的构型的示意图;

[0058] 图2是示出根据本发明的第一实施方式的图1中的有源层的附近(vicinity)的放大图;

[0059] 图3是示出根据本发明的第一实施方式的图1中的上半导体DBR的一部分的放大图;

[0060] 图4是示出图1中的上半导体DBR的对比例I的图形。

[0061] 图5是示出图1中的上半导体DBR的对比例2的图形;

[0062] 图6是示出图1中的上半导体DBR的修改例子的图形;

[0063] 图7是示出根据本发明的第二实施方式的图1中的上半导体DBR的一部分的放大图;

[0064] 图8是示出台面形成在其中的层叠体的图形;

[0065] 图9是示出在水-水蒸气气氛下热处理后的层叠体的图形;

[0066] 图10是图9中的层叠体的局部放大图;

[0067] 图11是示出选择性氧化层的中心位置和振荡阈值增益之间的关系的曲线;

[0068] 图12是示出选择性氧化层的位置和电场的驻波分布之间的关系的图形;

[0069] 图13是示出根据本发明的第二实施方式的表面发射激光器中的氧化层形状和电场驻波分布之间的关系的图形;

[0070] 图14A和14B是每个示出对比例I中的氧化层的形成的图形;

[0071] 图15A和15B是每个示出比较例2中的氧化层的形状的图形;

[0072] 图16是示出修改例子的层叠体的图形;

[0073] 图17是根据本发明的第三实施方式的表面发射激光器的构型的示意图;

[0074] 图18是示出图17中的有源层的附近的放大图;

[0075] 图19是示出图17中的上半导体DBR的一部分的放大图;

[0076] 图20是示出根据本发明的第四和第五实施方式的表面发射激光器阵列的图形;

[0077] 图21是示出发光部分的二维阵列的图形;

[0078] 图22是沿图21的线A-A的截面视图;

[0079] 图23是不出氧化层最大厚度和使用寿命之间的关系的图表;

[0080] 图24是示出根据本发明的第六和第七实施方式的表面发射激光器阵列的图形;

[0081] 图25是沿着图24的线A-A的截面视图;

[0082] 图26是示出图25中的有源层的附近的放大图;

[0083] 图27是示出根据本发明的第六实施方式的图25中的上半导体DBR的一部分的放大图;

[0084] 图28是示出根据本发明的第七实施方式的上半导体DBR的一部分的放大图;

[0085] 图29是示出根据本发明的第八实施方式的激光打印机的构型的示意图;

[0086] 图30是示出图29中的光学扫描装置的示意图;

[0087] 图31是示出串列式彩色设备的构型的示意图;

[0088] 图32是不出根据本发明的第九实施方式的光学传输模块和光学传输系统的构型的不意图;以及

[0089] 图33是示出图32中的光纤的图形。

[0090] 附图标记的描述

[0091] Ila 偏转器-旁侧扫描透镜(扫描光学系统的一部分)

[0092] IlB 像表面侧扫描透镜(扫描光学系统的一部分)

[0093] 13 多角镜(偏转器)

[0094] 14 光源

[0095] 100 表面发射激光器

[0096] 103 下半导体DBR (半导体分布式布拉格反射器的一部分)

[0097] 104 下间隔层(振荡器结构的一部分)

[0098] 105 有源层

[0099] 106 上间隔层(振荡器结构的一部分)

[0100] 107 上半导体DBR (半导体分布式布拉格反射器的一部分)

[0101] 107a低折射率层

[0102] 107al低折射率层(第一层、第三层)

[0103] 107b高折射率层

[0104] 107c低折射率层(第二层)

[0105] 107m中间层(第一层)

[0106] 108 选择性氧化层

[0107] 108a 氧化层

[0108] 108b 电流通过区域

[0109] 200 表面发射激光器

[0110] 203 下半导体DBR (半导体分布式布拉格反射器的一部分)

[0111] 204 下间隔层(振荡器结构的一部分)

[0112] 205 有源层

[0113] 206 上间隔层(振荡器结构的一部分)

[0114] 207 上半导体DBR (半导体分布式布拉格反射器的一部分)

[0115] 207a低折射率层

[0116] 208 选择性氧化层

[0117] 208a 氧化层

[0118] 208b 电流通过区域

[0119] 303 下半导体DBR (半导体分布式布拉格反射器的一部分)

[0120] 304 下间隔层(振荡器结构的一部分)

[0121] 305 有源层

[0122] 306 上间隔层(振荡器结构的一部分)

[0123] 307 上半导体DBR (半导体分布式布拉格反射器的一部分)

[0124] 307a低折射率层

[0125] 307al低折射率层(第一层、第三层)

[0126] 307b高折射率层

[0127] 307c低折射率层(第二层)

[0128] 307m中间层(第一层)

[0129] 308 选择性氧化层

[0130] 308a 氧化层

[0131] 308b 电流通过区域

[0132] 500 表面发射激光器阵列

[0133] 600 表面发射激光器阵列

[0134] 1000 激光打印机(成像设备)

[0135] 1010 光学扫描装置

[0136] 1010A 光学扫描装置

[0137] 1030 感光鼓(图像载体)

[0138] 1500 串联式彩色设备(成像设备)

[0139] 2000 光学传输系统

[0140] 2001 光学传输模块

[0141] 2002 光源

[0142] 2003 驱动电路(驱动装置)

[0143] 2004 光纤电缆(光学传输介质)

[0144] 2006 光接收装置(转换器的一部分)

[0145] 2007 接收电路(转换器的一部分)

[0146] KU CUMU Yl感光鼓(图像载体)

具体实施方式

[0147]〈〈表面发射激光器》

[0148] “第一实施方式”

[0149] 图1是示意性地示出根据本发明的第一实施方式的表面发射激光器100的截面图。应当注意到,图中的Z方向是平行于激光振荡方向的方向,X方向和Y方向彼此垂直并且位于垂直于Z方向的平面内。

[0150] 表面发射激光器100用于在850nm的波长带振荡。如图1所不,在表面发射激光器100中,下半导体DBR 103、下间隔层104、有源层105、上间隔层106、上半导体DBR 107和接触层109以该顺序顺次层叠在衬底101上。应当注意到,在下面,为了方便,包括多个半导体层的层叠结构可被称作“层叠体”。图2是有源层105的附近的放大视图,图3是上半导体DBR 107的局部放大视图。

[0151] 衬底101是n-GaAs单晶衬底。

[0152] 下半导体DBR 103包括40.5对由“n-AlQ.9GaaiAS”形成的低折射率层103a和由“n-AlaiGaa9AS”形成的高折射率层103b。再者,组分梯度层插入到每个折射率层(见图2)之间以减小电阻。在组分梯度层中,组分从一侧逐渐变化到另一侧。应当注意到,每一折射率层设计为相对于折射率层的光学厚度和邻接折射率层的每一组分梯度层的一半的光学厚度等于λ/4 (λ:振荡波长)。再者,应当注意到,在层的光学厚度和层的实际厚度之间存在一关系,其中当层的光学厚度为λ/4时,层的实际厚度“d”由下面的公式表示:

[0153] (1=λ/4Ν

[0154] 其中:“Ν”表示层的介质的折射率。

[0155] 下间隔层104是由Ala4Gaa6As形成的层。

[0156] 有源层105包括由GaAs形成的三个量子阱层105a和由Ala3Gaa7As形成的四个阻挡层105b (见图2)。

[0157] 上间隔层106由Ala4Gaa6As形成。

[0158] 包括下间隔层104、有源层105和上间隔层106的多层部分可称作“振荡器结构”。振荡结构设计为使得其光学长度等于光学厚度中的一个波长。应当注意到,有源层105位于“振荡器结构”的中间位置以获得高激励发射概率,该位置对应电场的驻波分布的反节点位置。

[0159] 该振荡器结构夹在下半导体DBR103和上半导体DBR107之间。

[0160] 上半导体DBR107包括24对低折射率层和高折射率层。此外,组分梯度层插入在每一折射率层之间(见图3)以减小电阻。在组分梯度层中,组分从一侧逐渐变化到另一侧。

[0161] 上半导体DBR107包括由ρ-AlAs形成的具有20nm厚度的选择性氧化层108作为其中一个低折射率层。选择性氧化层108的插入位置为与上间隔层106光学间隔开5 λ /4。再者,包括选择性氧化层108的低折射率层设计为使得低折射率层和邻接低折射率层的每一组分梯度层的一半的光学厚度等于3 λ /4。

[0162] 再者,上半导体DBR107设计为以使得选择性氧化层108和定位在包括选择性氧化层108的低折射率层的+Z侧上的组分梯度层的位置对应于电场强度分布的节点位置(见图3)。

[0163] 在上半导体DBR107中,除了包括选择性氧化层108的低折射率层之外的每一折射率层设计为以使得折射率层和邻接折射率层的每一组分梯度层的一半的光学厚度等于λ/4。

[0164] 在选择性氧化层108的+Z和-Z侧的每一侧上,提供由P-Ala83Gaai7As形成且具有20nm厚度的中间层107m。

[0165] 邻接包括选择性氧化层108的低折射率层中的每个中间层107m的层107c由P-Ala75Gaa25As形成(在此及后,层107c称为“低折射率层107c”)。

[0166] 在上半导体DBR107中,除了包括选择性氧化层108的低折射率层之外的每个低折射率层107a由P-Ala9GaaiAs形成。再者,在上半导体DBR107中,每个高折射率层107b由P-Al0 !Gaa9As 形成。

[0167] 也就是,选择性氧化层108包括在上半导体DBR107中的低折射率层之一中。再者,包括选择性氧化层108的低折射率层还包括都邻接选择性氧化层108的两个中间层107m和邻接相应的中间层107m的两个低折射率层107c。再者,中间层107m中的铝含量比率比选择性氧化层108中的小17% ;低折射率层107c中的铝含量比率比选择性氧化层108中的小 25%。

[0168] 接触层109由P-GaAs制成。

[0169] 接着,简要描述制造表面发射激光器100的方法。

[0170] (I):上面的层叠体通过MOCVD(金属有机化学汽相淀积)方法或者MBE(分子束外延)方法通过晶体生长形成。

[0171] 在这种情形中,三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)和三甲基铟(TMI)用作族III材料,胂(AsH3)气体用作族V材料。四溴化碳(CBr4)用作P型掺杂材料,硒化氢(H2Se)用作η型掺杂材料。

[0172] (2):具有一边长度为20 μ m的正方形形状的抗蚀图案形成在层叠体表面上。

[0173] (3):通过利用氯气的ECR蚀刻法,通过将抗蚀图案用作光掩模而形成具有方柱形状的台面。在该情形下,蚀刻被执行以使得蚀刻的底面止于下间隔层104中。

[0174] (4):光掩模被移除。

[0175] (5):层叠体用水蒸气热处理。在这种情形中,选择性氧化层108和中间层107m中的铝从台面的侧表面选择性地氧化。然后,未氧化并由氧化铝层108a围绕的区域108b形成在台面的中间。通过这样做,所谓的氧化物限制结构得以形成用于限制用于发光部分的驱动电流到台面的中央区域的流动。未氧化的区域是电流通过区域(电流注入区域)。应当注意到,氧化层108a包括选择性氧化层108和中间层107m的铝氧化物。

[0176] (6):由SiN或者S12形成的防护层111通过利用CVD (化学气相沉积)方法形成(见图1)。

[0177] (7):聚酰亚胺112用于执行平整(见图1)。

[0178] (8):用于P侧电极接触的窗开在台面的上侧上。在该情形中,在光致抗蚀剂用于光刻掩蔽后,台面的上侧上的开口被曝光以移除开口上的光致抗蚀剂。然后,聚酰亚胺112和防护层111通过利用BHF进行蚀刻以形成开口。

[0179] (9):具有一边长度为ΙΟμπι的正方形图案的抗蚀图案形成在台面的上侧上待形成为发光部分的区域中,以使得P侧电极材料蒸发。作为P侧电极材料,使用由Cr/AuZn/Au制成的多层膜或者由Ti/Pt/Au制成的多层膜。

[0180] (10):发光部分的电极材料被提去以形成P侧电极113(见图1)。

[0181] (11):在抛光衬底101的后侧以使其具有规定厚度(例如,大约100 μ m)之后,形成η侧电极114 (见图1)。在该情形中,η侧电极114是由AuGe/Ni/Au制成的多层膜。

[0182] (12):退火处理被执行以产生相对于P侧电极113和η侧电极114的欧姆导电性。通过这样做,台面变成发光部分。

[0183] (13):晶片被切割为芯片。

[0184] 这样制造的多个表面发射激光器100的氧化物限制结构通过利用SEM(扫描电子显微镜)观测。观测的结果表明,在氧化开始的台面的侧表面上的氧化层108a的厚度在60nm至70nm范围内,厚度的变化较小;电流通过区域108b呈现期望的正方形形状;诸如阈值电流的特性变化微小。

[0185] 作为比较例1,考虑中间层107m没有形成的情形,如图4所示。在这种情况中,氧化开始的台面的侧表面上的氧化层108a的厚度在40nm至50nm范围内,并且厚度变化较小。但是,在X-Y平面中的氧化速率显著变化,电流通过区域108b的形状与台面的形状不匹配并具有正方形之外的形状。具有期望尺寸和形状的电流通过区域108b不能获得。再者,诸如阈值电流的特性的变化大。因此,在这种情况中的构型提供较少的控制作为外延构型。

[0186] 再者,作为对比例2,考虑图4所示的低折射率层107c被如图5所示的由P-Ala83Gaai7As制成的低折射率层107d代替的情形。在该情形中,电流通过区域108b的形状大致匹配如表面发射激光器100的形状的正方形形状。但是,在氧化开始的台面的侧表面上氧化层108a的厚度从80nm到160nm大幅变化,在它们的氧化停止端上的氧化层108a的厚度几乎与选择性氧化层108的相同。也就是,氧化层108a的厚度从它们的氧化开始端到它们的氧化停止端逐渐减小以使得氧化层108a具有锥形形状。该现象表明氧化不仅在X-Y平面向着台面中心进行并且同时也在层叠方向(该情形中,Z方向)进行。氧化层108a越薄,单模输出功率可能变得更大,光发散角可能变得更窄。因此,单模输出功率和光发散角大幅变化。再者,在台面的侧表面上具有较厚氧化层的产品具有较短的使用寿命。

[0187] 当把上面的情形考虑在一起时,可以理解,通过形成邻接选择性氧化层108的中间层107m,可以(I)非常精确地控制在X-Y平面的氧化速率,并且(2)使得氧化层108a均一地薄。

[0188] 对于这个实施方式的构型,氧化在X-Y平面平稳地进行,主要是因为具有83%的铝含量比率的中间层107m被提供以使得两个中间层107m都邻接选择性氧化层108。但是,另一方面,氧化并不在层叠方向(该情形,Z方向)大量进行,主要是因为中间层107m是具有20nm厚度的薄层并且具有75%铝含量比率的低折射率层107c被提供以使得低折射率层107c邻接相应的中间层107m。

[0189] 结果,可以提供对电流通过区域108b的尺寸以及氧化层108a的厚度更大的控制,从而使得能够减小阈值电流、单模输出功率、光发散角、使用寿命等特性的变化。

[0190] 优选地,选择性氧化层108和中间层107m之间的铝含量比率的差异为大于等于5%且小于等于20% ;选择性氧化层108和低折射率层107c之间的铝含量比率的差异为20%或以上。

[0191] 如上所述,在根据本发明的第一实施方式的表面发射激光器100中,选择性氧化层108被包括在上半导体DBR107中的低折射率层之一中,包括选择性氧化层108的低折射率层进一步包括均邻接选择性氧化层108的两个中间层107m和邻接相应的中间层107m的两个低折射率层107c。再者,中间层107m的铝含量比率小于选择性氧化层108中的17% ;低折射率层107c中的铝含量比率比选择性氧化层108中的小25%。通过该结构,可以提供对选择性氧化层108的X-Y平面中的氧化速率以及氧化层108a的厚度的更大的控制,从而使得能够减小氧化层108a的厚度的变化。也就是,在表面发射激光器的制造中可以容易地增大产率并降低变形对有源层105的负面影响,从而提高使用寿命。

[0192] 此外,包括选择性氧化层108的低折射率层的光学厚度被制成等于3 λ /4。通过这样做,定位在包括选择性氧化层108的低折射率层的+Z侧上的组分梯度层和选择性氧化层108每一个可以定位在电场强度分布的节点位置上。结果,可以减小由于选择性氧化层108所致的衍射损耗和重掺杂组分梯度层中的吸收损耗。应当注意到,当包括选择性氧化层108的低折射率层的光学厚度等于(2η+1)λ/4(λ:振荡波长,η:大于等于I的整数),使得定位在包括选择性氧化层108的低折射率层的+Z侧上的组分梯度层和选择性氧化层108可以定位在电场强度分布的节点位置。

[0193] 在该第一实施方式中,假定中间层设置在选择性氧化层的上侧和下侧(两侧)上。但是,本发明并不限于该构型。例如,中间层可以仅设置在选择性氧化层的一侧上。

[0194] 再者,在该第一实施方式中,描述了低折射率层和邻接低折射率层的每一组分梯度层的一半的光学厚度等于3 λ/4的情况。但是,本发明并不限于该情形。

[0195] 例如,另一示例性情形示出在图6中,其中低折射率层和邻接低折射率层的每个组分梯度层的一半的光学厚度等于λ/4。

[0196] 在图6中,选择性氧化层108插入在与上间隔层106光学间隔开λ /4的位置。再者,中间层107m和低折射率层107c设置在选择性氧化层108的-Z侧上,高折射率层107b设置在选择性氧化层108的+Z侧上,组分梯度层设置在高折射率层107b和选择性氧化层108之间。在这种情形中,同样地,可以提供对选择性氧化层108的X-Y平面中的氧化速率和氧化层108a的厚度比传统情形更多的控制。

[0197] 再者,在该第一实施方式中,描述一种情形,其中当沿着垂直于激光振荡方向的平面切割时台面的形状为正方形。但是本发明并不限于该形状。该形状可以是包括圆形、椭圆形和矩形形状的任何其它形状。

[0198] 再者,在该第一实施方式中,描述一种情形,其中蚀刻被执行以使得蚀刻的底面止于下间隔层。但是,本发明并不限于该构型。例如,可以执行蚀刻以使得蚀刻的底面抵达下半导体DBR。

[0199] 再者,在该第一实施方式中,描述一种情形,其中表面发射激光器的振荡波长为780nm波长带。但是,本发明并不限于该构型。例如,另一波长带,如650nm、780nm、980nm、1.3μπι或者1.5μπι都可以使用。在这样的情形中,作为有源层的半导体材料,可以使用根据振荡波长的半导体材料。例如,AlGaInP类型的混晶半导体可以用于650nm带,InGaAs类型的混晶半导体可以用于980nm带,GaInNAs (Sb)类型的混晶半导体可以用于1.3μπι和1.5 μ m 带。

[0200] «表面发射激光器>>

[0201] “第二实施方式”

[0202] 图1是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的表面发射激光器100的截面视图。

[0203] 表面发射激光器100设计来在780nm的波长带振荡。如图1所示,表面发射激光器100包括半导体层,如衬底101、下半导体DBR103、下间隔层104、有源层105、上间隔层106、上半导体DBR107和接触层109,其彼此层叠。在下面,应当注意到,为了方便,包括多个半导体层的层叠结构可以称作“层叠体”。图2是有源层105的附近的放大视图,图7是上半导体DBR107的局部放大视图。

[0204] 衬底101是由n-GaAs制成的单晶衬底。

[0205] 下半导体DBR103包括40.5对由n_AlAs制成的低折射率层103a和由n-AlQ.3Gaa7AS制成的高折射率层103b。再者,组分梯度层介于每一折射率层中(见图2)以减小电阻。在组分梯度层中,组分从一侧到另一侧逐渐变化。应当注意到,每个折射率层设计为以使得相对于折射率层和邻接折射率层的每一组分梯度的一半的光学厚度等于λ /4( λ:振荡波长)。

[0206]下间隔层 104 由(Al0.7Ga0.3) 0.5工% 5P 制成。

[0207] 有源层105包括由GaInPAs制成的三个量子阱层105a和由Gaa6Ina4P制成的四个阻挡层105b(见图2)。量子阱层105a具有相对于衬底101的压应力,带隙波长为大约780nm。再者,阻挡层105b与量子阱层105a晶格匹配并具有拉伸应变。

[0208]上间隔层 106 是由(Ala7Gaa3)a5Ina5P 制成。

[0209] 包括下间隔层104、有源层105和上间隔层106的多层部分可称作“振荡器结构”。振荡结构设计为以使得其光学长度等于光学厚度中的一个波长。应当注意到,有源层105位于“振荡器结构”的中央位置以获得高激励发射概率,该位置对应电场驻波分布的反节点位置。

[0210] 上半导体DBR107包括24对低折射率层和高折射率层。再者,组分梯度层插入在每一折射率层之间以减小电阻。在组分梯度层中,组分从一侧到另一侧逐渐变化。

[0211 ] 上半导体DBR107包括由ρ-AlAs制成并具有30nm厚度的选择性氧化层108作为其中一个低折射率层。选择性氧化层108的插入位置与上间隔层106光学间隔开例如5 λ /4,如图7所示,并包括在低折射率层中,该低折射率层是从上间隔层106起的第三对。再者,包括选择性氧化层的低折射率层设计为使得低折射率层和邻接低折射率层的每个组分梯度层的一半的光学厚度等于3 λ /4。

[0212] 再者,上半导体DBR107设计为以使得定位在包括选择性氧化层108的低折射率层的+Z侧上的组分梯度层和选择性氧化层108的每个定位在电场强度分布的节点位置。

[0213] 除包括选择性氧化层108的低折射率层以外的折射率层设计为使得折射率层和邻接折射率层的每个组分梯度层的一半的光学厚度等于λ /4。

[0214] 由P-Ala83Gaai7As制成并具有35nm厚度的中间层107m设置在选择性氧化层108的+Z侧上。

[0215] 由P-Ala75Gaa25As制成的层107al (为了方便,在此及后称为“低折射率层107al”)设置在选择性氧化层108的-Z侧和中间层107m的+Z侧上。

[0216] 因此,在上半导体DBR107中,包括选择性氧化层108的低折射率层还包括中间层107m和两个低折射率层107al。

[0217] 在上半导体DBR107中,除包括选择性氧化层108的低折射率层以外的低折射率层107a 由 p-Al0.9GaaiAs 形成。

[0218] 再者,在上半导体DBR107中,高折射率层107b由ρ_Α1α 3GaQ.7As制成。

[0219] 也就是,选择性氧化层108关于它的厚度方向的中心位置对应电场驻波分布(为了方便起见,在此及后简称“驻波分布”)的节点位置,并且选择性氧化层108插入在中间层107m和低折射率层107al之间。再者,中间层107m和低折射率层107al中的铝含量比率小于选择性氧化层108中的。再者,低折射率层107al中的铝含量比率小于中间层107m中的。再者,低折射率层107al中的铝含量比率小于低折射率层107a中的。

[0220] 接触层109是由P-GaAs制成。

[0221] 接着,简要描述制造根据本发明的第二实施方式的表面发射激光器100的方法。

[0222] (I):上面的层叠体通过MOCVD(金属有机化学汽相淀积)方法或者MBE(分子束外延)方法通过晶体生长形成。

[0223] 在该情形中,三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)和三甲基铟(TMI)用作族III材料,胂(AsH3)气体用作族V材料。溴化碳(CBr4)用作P型掺杂材料,硒化氢(H2Se)用作η型掺杂材料。

[0224] (2):具有一边长度为20 μ m的正方形形状的抗蚀图案形成在层叠体表面上。

[0225] (3):通过利用氯气的ECR蚀刻方法,具有方柱形状的台面通过利用具有正方形形状的抗蚀图案作为光掩模形成。在该情形中,执行蚀刻以使得蚀刻的底面止于下间隔层104(见图 8)。

[0226] (4):移除光掩模。

[0227] (5):层叠体通过水蒸气进行热处理。在该情形中,选择性氧化层108和中间层107m中的铝被选择性氧化。然后,仍未氧化的区域形成在台面的中央(见图9)。通过这样做,所谓的氧化物限制结构得以形成用于限制用于发光部分到台面的中央区域的驱动电流的流动。未氧化的区域是电流通过区域(电流注入区域)。

[0228] 在该情形中,如图10所示,氧化层具有在更靠近有源层105的一侧上的第一边界表面和在另一侧面上的第二边界表面。氧化层的厚度随着距离电流通过区域的距离减小而逐渐减小。再者,第二边界表面比第一边界表面关于垂直于激光发射方向(在该情形中,Z方向)的虚拟表面更倾斜。应当注意到,氧化层包括中间层107m和选择性氧化层108的铝氧化物。

[0229] (6):由SiN制成的防护层111通过利用CVD (化学气相沉积)方法形成(见图1)。

[0230] (7):聚酰亚胺112用于执行平整(见图1)。

[0231] (8):用于P侧电极接触的窗开口于台面的上侧。在该情形中,在光致抗蚀剂被用于光刻掩蔽之后,台面的上侧上的开口被曝光以移除开口上的光致抗蚀剂。然后聚酰亚胺112和防护层111通过利用BHF进行蚀刻以形成开口。

[0232] (9):具有一边长度为ΙΟμπι的正方形图案的抗蚀图案形成在台面的上侧上待形成为发光部分的区域中,以使得P侧电极材料蒸发。作为P侧电极材料,使用由Cr/AuZn/Au制成的多层膜或者由Ti/Pt/Au制成的多层膜。

[0233] (10):发光部分的电极材料被提去以形成P侧电极113(见图1)。

[0234] (11):在抛光衬底101的后侧以使之具有规定厚度(例如,大约ΙΟΟμπι)之后,η侧电极114得以形成(见图1)。在该情形中,η侧电极114是由AuGe/Ni/Au制成的多层膜。

[0235] (12):退火处理被执行以产生P侧电极113和η侧电极114的欧姆导电性。通过这样做,台面变成发光部分。

[0236] (13):晶片被切割为芯片。

[0237] 图11是示出电流限制结构中的氧化层关于氧化层的厚度方向的中心位置(在此及后,为了方便,简称“氧化层中心位置”)和振荡阈值增益(对应反射损耗)(见日本专利申请公开N0.2007-318064))之间的关系的曲线。在该情况下,电流限制结构通过具有780nm振荡波长的如图12所示的表面发射激光器中的选择性氧化层(AlAs层)的选择性氧化形成。应当注意到,图11的曲线是基于利用转换矩阵方法的一维分析。因此,由于氧化层等所致的衍射效应(衍射损耗)没有纳入考虑。再者,在图11中,横轴表明“氧化层的中心位置”,横轴的原点对应驻波分布中从振荡器结构的第四节点位置。再者,横轴的坐标通过振荡波形归一化,正方向被限定以使得随着距离有源层的距离增大而该值在正方向上增加。

[0238] 如图12所示,驻波分布的每个节点位置位于高折射率层和低折射率层之间,该低折射率层设置在关于高折射率层的有源层侧上并邻接高折射率层。再者,为了提供低折射率层中的氧化层,必须确定低折射率层的厚度以使得在低折射率层中的振荡光的相移量等于或者大于Jim/2(m=3,5,7……)。也就是,低折射率层的光学厚度必须等于或者大于λ m/4 (m=3, 5,7……)。通过实现上述情况,可以满足分布式布拉格反射器的多反射的相位条件。

[0239] 在图12的表面发射激光器中,包括氧化层的低折射率层(在该情形中,由Ala9GaaiAs制成)被设置为从上间隔层起的第四对,并且它们的光学厚度为3 λ /4。

[0240] 如图11所示,当氧化层的中心位置在正方向上从驻波分布的节点位置移动时,振荡阈值增益在电流限制结构的未氧化区域稍微增大,振荡阈值增益在电流限制结构的氧化区域大幅增大。在这种情形中,只有当基谐横向模的振荡阈值增益保持为低时才可能增大更高阶横向模的振荡阈值增益。此外,可以获得高至高输出功率的基谐横向模。

[0241] 另一方面,当氧化层的中心位置在负方向从驻波分布的节点位置移动时,电流限制结构的未氧化区域的振荡阈值增益变得大于电流限制结构的氧化区域的振荡阈值增益。在该情形中,更高阶的横向模易于振荡。因此,基谐横向模的振荡的振幅不能增大。

[0242] 但是,当氧化层的中心位置在正方形从驻波分布的节点位置移动时,在1-L特性中的斜度效率(slope efficiency)会稍微降级。由于该特征,当要求期望的输出值(功率)时,在其中氧化层的中心位置在正方向上从驻波分布的节点位置移动的表面发射激光器中比其中氧化层的中心位置位于驻波分布的节点位置的表面发射激光器中要求更大的驱动电流。

[0243] 如上所述,在根据本发明的第二实施方式的表面发射激光器中,氧化层的厚度随着距离电流通过区域的距离减小而逐渐减小。再者,第二边界表面比第一边界表面关于垂直于激光发射方向的虚拟表面更加倾斜。也就是,如图13所示,在氧化层的头部,氧化层的中心位置位于驻波分布的节点位置。但是,在与氧化层的头部间隔开并更靠近台面的侧表面的外部,氧化层的中心位置实际上在正方向从驻波分布的节点位置位移。

[0244] —般地,当光在基谐横向模振荡并且在更高阶横向模增大时,在光的横向方向的散射被最小化。由于该特征,在根据本发明的第二实施方式的表面发射激光器中,条件被满足以使得氧化层的中心位置位于基谐横向模的驻波分布的节点位置,氧化层的中心位置在正方向从更高阶横向模的驻波分布的节点位置偏移。由于该原因,可以在更高阶横向模中增大阈电流值而不会降级基谐横向模的斜度效率。

[0245] 另一方面,当氧化从其中如图14A所示选择性氧化层(AlAs层)被由AlxGajriAs制成的层夹住的样品的一侧表面执行时,氧化层得以形成为具有大致关于如图14B所示的横向方向对称的锥形形状。(见R.L.Naone等人的“oxidat1n of AlGaAs layers fortapered apertures in vertical-cavity lasers,,, Electronics Letters, 1997 年 2 月 13日,卷33,第4期,第300-301页)

[0246] 此外,在大多数表面发射激光器中,氧化层插入在上半导体DBR中的驻波分布的节点位置。如通常的情况一样,当上半导体DBR中的每一折射率层的光学厚度等于λ/4时,驻波分布的每一节点位置位于高折射率层和低折射率层之间的边界表面上,该低折射率层相对于高折射率层设置在有源层侧上并邻接高折射率层。在使用广泛使用的AlGaAs类型的材料用于上半导体DBR的情形中,当铝含量比率高时,折射率变低,并且当Al含量比率低时,折射率变高。然后,考虑其中选择性氧化层(AlAs层)插入在由具有低折射率的AlGaAs类型材料制成的层和具有高折射率的AlGaAs类型材料的层之间的情形,如图15Α所示。在该情形中,不同于第一实施方式,当氧化从一个侧表面执行时,第一边界表面比第二边界表面关于垂直于激光发射方向的虚拟表面更加倾斜。在该情形中,在不降低基谐横向模中的斜度效率的情况下不可能增大更高阶横向模中的阈电流值。

[0247] 如从上面的描述明显的,在根据本发明的第二实施方式的表面发射激光器100中,第一层形成为邻接选择性氧化层108的-Z侧的低折射率层107al,第二层形成为中间层107mo

[0248] 此外,第三层形成为邻接中间层107m的+Z侧的低折射率层107al。

[0249] 如上所述,根据本发明的第二实施方式的表面发射激光器包括在衬底101上的振荡器结构和半导体DBR (下半导体DBR103和上半导体DBR107),该振荡器结构包括有源层105,每一半导体DBR包括多对低折射率层和高折射率层,振荡器结构由半导体DBR夹住。再者,在上半导体DBR107中,同样提供通过Al的选择性氧化形成的电流限制结构,其中电流通过区域由氧化层围绕。氧化层的厚度随着距离电流通过区域的距离减小而逐渐减小。氧化层包括在更靠近有源层105的一侧上的第一边界表面和在另一侧上的第二边界表面,第二边界表面比第一边界表面关于垂直于激光发射方向的虚拟表面更加倾斜。借助该结构,可以增大更高阶横向模中的阈电流值而不会降级基谐横向模中的斜度效率。结果,具有高功率的单模输出可以得以获得而不会导致高成本。

[0250] 在第二实施方式中,描述其中夹住选择性氧化层108的两层(中间层107m和低折射率层107al)的铝含量比率彼此不同的情形。但是,本发明并不限于该构型。

[0251] 例如,夹住选择性氧化层108的两层的铝含量比率可以相同,更靠近有源层105并且设置在选择性氧化层108的一侧上的层可以薄于在选择性氧化层108的另一侧上的层。更具体地,例如,如图16所示,具有1nm和38nm厚度的层107m可以被设置为分别邻近选择性氧化层108的-Z侧和+Z侧。即使在该情形中,如在第二实施方式中一样,氧化层的厚度随着距离电流通过区域的距离减小而逐渐减小,第二边界表面比第一边界表面关于垂直于激光发射方向的虚拟表面更加倾斜。

[0252] 再者,在第二实施方式中,描述其中夹住选择性氧化层108和中间层107m的两层(都是低折射率层107al)的铝含量比率大致彼此相同的情形。但是,本发明并于限于该构型。也就是,邻近选择性氧化层108的-Z侧的层的铝含量比率可以不同于邻近中间层107m的+Z侧的层的铝含量比率。但是,优选地,所述层的铝含量比率低于中间层107m和低折射率层107a的铝含量比率。

[0253] 再者,在第二实施方式中,描述其中包括选择性氧化层108的低折射率层的光学厚度等于3 λ/4的情形。但是,本发明并不限于该构型。利用η,低折射率层的光学厚度可以等于(2η+1) λ /4,其中η为大于等于I的整数。

[0254] 再者,在第二实施方式中,描述其中当沿着垂直于激光振荡方向的平面切割时台面的形状为正方形的情形。但是,本发明并不限于该形状。所述形状可以是包括圆形、椭圆形和矩形形状的任何其它形状。

[0255] 再者,在第二实施方式中,描述其中执行蚀刻以使得蚀刻的底面止于下间隔层104的情形。但是,本发明并不限于该构型。例如,蚀刻可以执行以使得蚀刻的底面抵达下半导体DBR103。

[0256] 再者,在第二实施方式中,描述其中表面发射激光器的振荡波长是780nm带的情形。但是,本发明并于限于该构型。例如,可以使用另一波长带,诸如是650nm、850nm、980nm、1.3 μ m或者1.5 μ m。在该情形中,作为有源层的半导体材料,可以根据振荡波长使用半导体材料。例如,AlGaInP类型混晶半导体可以用于650nm带,InGaAs类型混晶半导体可用于980nm带,GaInNAs (Sb)类型混晶半导体可用于1.3 μ m和1.5 μ m带。

[0257] «表面发射激光器>>

[0258] “第三实施方式”

[0259] 图17示意性地示出根据本发明的第三实施方式的表面发射激光器200的构型。

[0260] 表面发射激光器200设计为在780nm波长带振荡。如图17所示,在表面发射激光器200中,下半导体203、下间隔层204、有源层205、上间隔层206、上半导体DBR207和接触层209依照该顺序顺次层叠在衬底201上。图18是有源层205的附近的放大视图,图19是上半导体DBR207的局部放大视图。

[0261] 衬底201是由n-GaAs制成的单晶衬底。

[0262] 下半导体DBR203包括40.5对由n_AlAs制成的低折射率层203a和由n-Ala3Gaa7AS制成的高折射率层203b。再者,组分梯度层插入在相邻的折射率层之间(见图18)以减小电阻。在组分梯度层中,组分从一侧到另一侧逐渐变化。应当注意到,每个折射率层设计为以使得关于折射率层和邻接折射率层的每个组分梯度层的一半的光学厚度等于λ/4(λ:振荡波长)。

[0263]下间隔层 204 由(Al。.7Ga0.3) 0.5工% 5P 制成。

[0264] 有源层205包括由GaInPAs制成的三个量子阱层205和由Gaa6Ina4P制成的四个阻挡层205b。量子阱层205a具有关于衬底201的压应力,带隙波长为大约780nm。再者,阻挡层205b与量子阱层205a晶格匹配并具有拉伸应变。

[0265]上间隔层 206 由(Ala7Gaa3)a5Ina5P 制成。

[0266] 包括下间隔层204、有源层205和上间隔层206的多层部分可以称作“振荡器结构”。振荡结构设计为以使得它的光学长度等于光学厚度中的一个波长。应当注意到,有源层205位于“振荡器结构”的中央位置以使得获得高激励发射概率,该位置对应电场的驻波分布的反节点位置。

[0267] 上半导体DBR207包括24对低折射率层和高折射率层。再者,组分梯度层插入在相邻的折射率层之间(见图19)以减小电阻。在组分梯度层中,组分从一侧到另一侧逐渐变化。

[0268] 在上半导体DBR207中,具有由p-AlAs制成并具有30nm厚度的选择性氧化层208,其被包括在低折射率层之一中。选择性氧化层208的插入位置与上间隔层206光学间隔开5 λ /4。再者,包括选择性氧化层208的低折射率层设计为以使得低折射率层和邻接低折射率层的每一组分梯度的一半的光学厚度等于3 λ /4。

[0269] 再者,定位在包括选择性氧化层的低折射率层的+Z侧上的组分梯度层和选择性氧化层208的每个位置设计为定位在电场强度分布的节点位置(见图19)。

[0270] 除包括选择性氧化层208的低折射率层以外的每一折射率层设计为折射率层和邻接折射率层的每一组分梯度层的一半的光学厚度等于λ /4。

[0271] 在选择性氧化层208的+Z和-Z侧上,由P-Ala83Gaa 17As制成并具有40nm厚度的中间层207被提供。

[0272] 由P-Ala75Gaa25As制成的层207c (在此及后称为“低折射率层207c”)被提供以使得层207c邻接包括选择性氧化层203的低折射率层中的相应的中间层207m。

[0273] 在上半导体DBR207中,除包括选择性氧化层208的低折射率层以外的低折射率层207a由P-Al0 9Ga0.!As形成。再者,高折射率层207b由P-Alci 3Gatl 7As形成。

[0274] 也就是,选择性氧化层208包括在上半导体DBR207中的低折射率层之一中,包括选择性氧化层208的低折射率层还包括邻接选择性氧化层208的两个中间层207m和邻接相应的中间层207m的两个低折射率层207c。再者,中间层207m的铝含量比率比选择性氧化层208中的低17% ;低折射率层207c的铝含量比率比选择性氧化层208中的低25%。

[0275] 接触层209由p-GaAs形成。

[0276] 在图17中,附图标记“208a”和“208b”分别表示铝氧化层和电流通过区域。附图标记“211”和“212”分别表示防护层和聚酰亚胺。附图标记“213”和“214”分别表示P侧电极和η侧电极。

[0277] 表面发射激光器200可以以与上面的表面发射激光器100相同的方法制造。

[0278] 如上所述,在根据本发明的第三实施方式的表面发射激光器200中,选择性氧化层208被包括在上半导体DBR207中的低折射率层之一中,包括选择性氧化层208的低折射率层进一步包括邻接选择性氧化层208的两个中间层207m和邻接相应的中间层207m的两个低折射率层207c。再者,中间层207m中的铝含量比率小于选择性氧化层208中的17% ;在低折射率层207c中的铝含量比率比选择性氧化层208中的小25%。通过这样做,当选择性氧化层208被选择性氧化时,可能提供对选择性氧化层208的X-Y平面中的氧化速率和氧化层208a的厚度更多的控制,从而能够降低氧化层208a的厚度变化。结果,可以有利于制造并增大制造产率。再者,可以降低变形相对于有源层205的负面影响并提高使用寿命。

[0279] 再者,包括选择性氧化层208的低折射率层的光学厚度等于3 λ /4。通过这样做,定位在包括选择性氧化层的低折射率层的+Z侧上的组分梯度层和选择性氧化层208每一个可以定位在电场强度分布的节点位置。结果,可以降低由于选择性氧化层208所致的衍射损耗以及由于组分梯度层所致的吸收损耗。

[0280] 再者,在第三实施方式中,描述其中当沿着垂直于激光振荡方向的平面切割时台面的形状为正方形的情形。但是,本发明并不限于该形状。所述形状可以是包括圆形、椭圆形和矩形形状的任何其它形状。

[0281] 再者,在第三实施方式中,描述其中蚀刻被执行以使得蚀刻的底面止于下间隔层的情形。但是本发明并不限于该构型。例如,蚀刻可以被执行以使得蚀刻的底面抵达下半导体DBR。

[0282] 再者,在第三实施方式中,描述其中表面发射激光器的振荡波长在780nm带的情形。但是,本发明并不限于该构型。例如,另一波长带,如650nm、850nm、980nm、l.3μηι或者1.5μπι可以被使用。在该情形中,作为有源层的半导体材料,可以根据振荡波长使用半导体材料。例如,AlGaInP类型混晶半导体可用于650nm带,InGaAs类型混晶半导体可用于980nm带,GaInNAs (Sb)类型混晶半导体可用于1.3 μ m和1.5 μ m带。

[0283] «表面发射激光器阵列>>

[0284] “第四实施方式”

[0285] 图20示意性地示出根据本发明的第四实施方式的表面发射激光器阵列500的构型。

[0286] 如图20所示,表面发射激光器阵列500包括安置在相同的衬底上的多个(在该情形中为32个)发光部分。

[0287] 图21示出表面发射激光器阵列500的发光部分的布置方式。如图21所示,发光部分安置为四排,每排在“T”方向排列。四排以规则间隔安置在“S”方向。“T”方向倾斜从“M”方向的轴向着“S ”方向的轴测量的“ α ”度(0° <α〈90° )。四排的每排具有在“Μ”方向以规则间隔隔开的8个发光部分。也就是,32个发光部分处于具有“T”方向和“S ”方向的二维阵列。在该描述中,术语“发光部分间隔”是指两个相邻的发光部分的中心之间的距离。

[0288] 在该二维阵列中,在“S”方向的发光部分间隔“d”为24 μ m,在“M”方向的发光部分间隔“X”为30 μ m(见图21)。再者,当32个发光部分正投影到在“S”方向延伸的虚拟线上时获得的间隔“c”为3 μ m(见图21)。

[0289] 图22是沿着图21的线A-A绘得的截面视图。如图22所示,每个发光部分具有与上述表面发射激光器200相同的结构。

[0290] 再者,表面发射激光器阵列500可以以关于表面发射激光器200描述的方式相同的方式制造。

[0291] 另一方面,优选地,两个发光部分之间的凹槽具有5 μ m或更大的长度,用于保证发光部分之间的电和空间隔离。当它们彼此靠得太近时,在制造中会难以提供精确控制的蚀刻。再者,优选地,台面的尺寸(一边)为1ym或更大。当该尺寸太小时,热量会保持在内部,这会使得特性降级。

[0292] 如上所述,根据本发明的第四实施方式的表面发射激光器阵列500由多个表面发射激光器200制成。因此,表面发射激光器阵列500具有与表面发射激光器200相同的效果。再者,在表面发射激光器阵列500中,电流通过区域的尺寸(面积)和氧化层厚度的变化在发光部分中是小的,阈值电流、单模输出功率、光散射角度、使用寿命等的变化也小。

[0293] 另一方面,图23不出氧化层的最大厚度和使用寿命之间的关系。图23绘出在多个批次中制造的表面发射激光器阵列的使用寿命和氧化层的最大厚度的每个测量结果,其中每个表面发射激光器阵列包括根据上面的对比例2的多个表面发射激光器。图23中的符号的不同表示批次的不同。再者,使用寿命确定为当在驱动电流上执行反馈控制以使得发光部分的输出功率变为恒定时至少一个发光部分的驱动电流变为初始值的120%所经过的时间。

[0294] 再者,其它实验表明当氧化层的最大厚度为60nm时的使用寿命与氧化层的最大厚度为80nm时的使用寿命相同。

[0295] 基于上面的结果,优选地,氧化层的最大厚度为IlOnm或者更小。在根据本发明的第四实施方式的表面发射激光器阵列500中,氧化层的最大厚度为从70nm到90nm的范围。

[0296] 再者,围绕氧化物限制结构中的电流通过区域的氧化层包括选择性氧化层的铝氧化物和中间层的铝氧化物。因此,优选地,选择性氧化层和每一中间层的总厚度为IlOnm或更小。

[0297] 因此,表面发射激光器阵列500会比传统的表面发射激光器阵列更易于制造,具有更高的产率,并具有更长的使用寿命。

[0298] 在第四实施方式的描述中,描述其中表面发射激光器阵列500具有32个发光部分的情形。但是,发光部分的数量并不限于该数量。

[0299] 在第四实施方式中,描述其中在垂直于激光发射方向的横截面表面中的台面的形状为正方形的情形。但是,在本发明中,台面的形状并不限于该形状。例如,台面可以具有包括矩形、圆形和椭圆形的任何其它形状。

[0300] 在第四实施方式中,描述其中波长为780nm带的情形。但是,在本发明中,波长并不限于该波长带。例如,波长带可以是例如650nm、850nm、980nm、1.3 μ m和1.5 μ m0

[0301] «表面发射激光器阵列>>

[0302] “第五实施方式”

[0303] 图20示意性地示出根据本发明的第五实施方式的表面发射激光器阵列500的构型。

[0304] 如图20所示,表面发射激光器阵列500包括布置在相同的衬底上的多个(在该情形中为32个)发光部分。在下面的描述中,假定“M”方向表不纸上的向右方向,“S”方向表示纸上的向下方向,如图21所示。

[0305] 图21不出表面发射激光器阵列500的发光部分的布置方式。如图21所不,发光部分具有四排,每排在“T”方向对齐。四排在“S”方向以规则间隔“d”安置,以使得当所有的发光部分正投影到“S”方向延伸的虚拟线上时获得间隔“c”。“T”方向以从“M”方向的轴向着“S”方向的轴测量的“ α ”角度(0° <α〈90° )倾斜。四排的每排具有在“Μ”方向规则间隔的8个发光部分。也就是,32个发光部分为在“Τ”方向和“S”方向的二维阵列。在该描述中,术语“发光部分间隔”是指两个发光部分的中心之间的距离。

[0306] 在该情形中,距离“C,,为3 μ m,距离“d”为24 μ m,发光部分间隔“X”为30 μ m。

[0307] 图22是沿着图21中的线A-A的截面图。每个发光部分具有与上述表面发射激光器100相同的结构。也就是,在每个发光部分中,振荡器结构包括有源层205和半导体DBR (下半导体DBR203和上半导体DBR207),每个半导体DBR包括多对低折射率层和高折射率层,半导体DBR夹住振荡器结构,设置在衬底201上。再者,上半导体DBR207包括电流限制结构,其中电流通过区域被由Al的选择性氧化形成的氧化层围绕。

[0308] 氧化层的厚度随着距离电流通过区域距离的减小而减小。氧化层具有在更靠近有源层205的一侧上的第一边界表面和在另一侧上的第二边界表面。再者,第二边界表面比第一边界表面关于垂直于激光发射方向的虚拟表面更加倾斜。由于该特征,可以增大更高阶横向模的阈电流值而不会降级基谐横向模的斜度效率。

[0309] 再者,表面发射激光器阵列500可以以与表面发射激光器100同样的方式进行制造。

[0310] 另一方面,优选地,两个发光部分之间的凹槽具有5μπι或更大的长度用于保证发光部分之间的电和空间隔离。当它们彼此靠得太近时,在制造中会难以提供精确控制的蚀亥IJ。再者,优选地,台面的尺寸(一边)为1ym或更大。当该尺寸太小时,热量会保持在内部,这会降级特性。

[0311] 如上所述,根据本发明的第五实施方式的表面发射激光器阵列500包括多个表面发射激光器100。因此,表面发射激光器阵列500可以在每个发光部分中获得高单模输出功率而不会导致高成本。

[0312] 在第五实施方式中,描述其中表面发射激光器阵列500具有32个发光部分的情形。但是,发光部分的数量并不限于该数量。

[0313] 在第五实施方式中,描述其中台面在垂直于激光发射方向的横截表面的形状为正方形的情形。但是,在本发明中,台面并不限于该形状。例如,台面可以具有包括矩形、圆形和椭圆形的任何其它形状。

[0314] 在第五实施方式中,描述其中波长为780nm带的情形。但是,在本发明中,波长并不限于该波长带。例如,波长带可以为650nm、850nm、980nm、1.3 μ m和1.5 μ m0

[0315] «表面发射激光器阵列>>

[0316] “第六实施方式”

[0317] 图24示意性地示出根据本发明的第六实施方式的表面发射激光器阵列600的构型。

[0318] 表面发射激光器阵列600包括多个(在该情形中为10个)发光部分,其为一维地排列在相同衬底上。

[0319] 表面发射激光器阵列600的每一发光部分设计来用作具有1.3 μ m振荡波长带的表面发射激光器。图25是沿着图24的线A-A的截面视图。如图25所示,半导体层例如下半导体DBR303、下间隔层304、有源层305、上间隔层306、上半导体DBR307和接触层309顺次层叠在衬底301上。图26是有源层305的附近的放大视图,图27是上半导体307的局部放大视图。

[0320] 衬底301是由n-GaAs制成的单晶衬底。

[0321 ] 下半导体DBR303包括36.5对由n_Al0.9Ga0.,As制成的低折射率层303a和由n-GaAs制成的高折射率层303b。再者,组分梯度层插入在每一折射率层之间以减小电阻。在组分梯度层中,组分从一个侧到另一侧逐渐变化。应当注意到,每一折射率层设计为以使得关于折射率层和邻接折射率层的每一组分梯度层的一半的光学厚度等于λ/4(λ:振荡波长)。

[0322] 下间隔层304由GaAs制成。

[0323] 有源层305包括由GaInNAs制成的三个量子阱层305a和由GaAs制成的四个阻挡层 305b。

[0324] 上间隔层306由GaAs制成。

[0325] 包括下间隔层304、有源层305和上间隔层306的多层部分可称作“振荡器结构”。振荡结构设计为以使得其光学长度等于光学厚度中的一个波长。应当注意到,有源层305位于“振荡器结构”的中央位置以获得高的激励发射概率,所述位置对应电场驻波分布的反节点位置。

[0326] 上半导体DBR307包括26对低折射率层和高折射率层。再者,组分梯度层插入在相邻的折射率层之间以减小电阻。在组分梯度层中,该组分从一侧到另一侧逐渐变化。

[0327] 在上半导体DBR307中,有具有20nm厚度的由p_AlAs制成的选择性氧化层308,其包括在低折射率层之一中。选择性氧化层308的插入位置从上间隔层306光学地间隔开5 λ /4。再者,包括选择性氧化层308的低折射率层设计为以使得低折射率层和邻接低折射率层的每一组分梯度的一半的光学厚度等于3 λ /4。

[0328] 除包括选择性氧化层308的低折射率层以外的折射率层设计为以使得折射率层和邻接折射率层的每个组分梯度层的一半的光学厚度等于λ /4。

[0329] 在选择性氧化层308的+Z和-Z侧上,提供由P-Ala8Gaa2As制成并具有35nm厚度的中间层307m。

[0330] 提供由P-Ala6Gaa4As制成的层307c (在此及后称作“低折射率层307c” )其邻接包括选择性氧化层308的低折射率层中的相应的中间层307m。

[0331] 在上半导体DBR307中,除包括选择性氧化层308的低折射率层以外的低折射率层307a由P-Ala9GaaiAs制成。再者,高折射率层307b由p-GaAs制成。

[0332] 也就是,选择性氧化层308包括在上半导体DBR307中的低折射率层之一中,包括选择性氧化层308的低折射率进一步包括邻接选择性氧化层308的两个中间层307m和邻接相应的中间层307m的两个低折射率层307c。再者,中间层307中的铝含量比率比选择性氧化层308中的小20% ;低折射率层307c中的铝含量比率比选择性氧化层308中的小40%。

[0333] 表面发射激光器阵列600可以以与表面发射激光器100相同的方式进行制造。但是,表面发射激光器阵列600的台面的形状为圆形。

[0334] 如上所述,根据本发明的第六实施方式的表面发射激光器阵列600包括具有与表面发射激光器100类似结构的多个表面发射激光器。因此,表面发射激光器阵列600具有与表面发射激光器100相同的效果。再者,在表面发射激光器阵列600中,电流通过区域的尺寸(面积)和氧化层的厚度的变化在发光部分中是小的,并且阈值电流、单模输出功率、光散射角度、使用寿命等的变化也小。

[0335] 因此表面发射激光器阵列600与传统的表面发射激光器阵列相比可以更容易地制造,具有更高的产率,并具有更长的使用寿命。

[0336] 在第六实施方式中,描述其中表面发射激光器阵列600具有10个发光部分的情形。但是,发光部分的数量并不限于该数量。

[0337] 在第六实施方式中,描述其中台面在垂直于激光发射方向的横截面表面的形状为圆形的情形。但是,在本发明中,台面的形状并不限于该形状。例如,台面可以具有包括正方形、矩形和椭圆形的任何其它形状。

[0338] 在第六实施方式中,描述其中波长为1.3 μ m带的情形。但是,在本发明中,波长并不限于该波长带。例如,波长带可以为650nm、780nm、850nm、980nm和1.5μηι。

[0339] «表面发射激光器阵列>>

[0340] “第七实施方式”

[0341] 图24示意性地示出根据本发明的第七实施方式的表面发射激光器阵列600的构型。

[0342] 表面发射激光器阵列600包括多个(在该情形中为10个)发光部分,其一维排列在相同的衬底上。

[0343] 表面发射激光器阵列600的每一发光部分设计来用作具有1.3μπι振荡波长带的表面发射激光器。图25是沿着图24的线A-A的横截面视图。半导体层例如下半导体DBR303、下间隔层304、有源层305、上间隔层306、上半导体DBR307和接触层309顺次层叠在衬底301上。图26是图25所示的有源层305的附近的放大视图,图28是图25所示的上半导体DBR307的局部放大视图。

[0344] 衬底301是由n-GaAs制成的单晶衬底。

[0345] 下半导体DBR303包括36.5对由n_Al0.9Ga0.,As制成的低折射率层303a和由n-GaAs制成的高折射率层303b。再者,组分梯度层插入在低折射率层和高折射率层之间以减小电阻。在组分梯度层中,组分从一侧到另一侧逐渐变化。应当注意到,每个折射率层设计为以使得关于折射率层和邻接折射率层的组分梯度层的每个的一半的光学厚度等于λ/4。

[0346] 下间隔层304由GaAs制成。

[0347] 有源层305包括由GaInNAs制成的三个量子阱层305a和由GaAs制成的四个阻挡层 305b。

[0348] 上间隔层306由GaAs制成。

[0349] 包括下间隔层304、有源层305和上间隔层306的多层部分可称作“振荡器结构”。振荡结构设计为具有等于光学厚度中的一个波长的光学长度。应当注意到,有源层305位于“振荡器结构”的中央的位置以获得高激励发射概率,所述位置对应电场的驻波分布的反节点位置。

[0350] 上半导体DBR307包括26对低折射率层和高折射率层。再者,组分梯度层插入在低折射率层和高折射率层之间以减小电阻。在组分梯度层中,组分从一侧到另一侧逐渐变化。

[0351 ] 在上半导体DBR307中,存在由ρ-AlAs制成并具有20nm厚度的选择性氧化层308,其包括在低折射率层之一中。选择性氧化层308的插入位置与上间隔层306光学间隔开5 λ /4。再者,包括选择性氧化层308的低折射率层设计为以使得低折射率层和邻接低折射率层的每一组分梯度的一半的光学厚度等于3 λ /4。

[0352] 除包括选择性氧化层308的低折射率层以外的每一折射率层设计为以使得折射率层和邻接折射率层的每一组分梯度层的一半的光学厚度等于λ /4。

[0353] 由P-Ala8Gaa2As制成并具有35nm厚度的层307m设置在选择性氧化层308的+Z侧上。

[0354] 由P-Ala6Gaa4As制成的层307al (在此及后称为“低折射率层307al” )设置在选择性氧化层308的-Z侧和中间层307m的+Z侧的每一个上。因此,包括选择性氧化层308的低折射率层进一步包括中间层307m和两个低折射率层307al。

[0355] 在上半导体DBR307中,除包括选择性氧化层308的低折射率层以外的每一低折射率层307a由P-Ala9GaaiAs制成。再者,每一闻折射率层307b由P-AlaiGaa9As制成。

[0356] 也就是,选择性氧化层308关于其厚度方向的中心位置对应驻波分布的节点位置并定位在中间层307m和低折射率层307al之间。再者,每一中间层307m和低折射率层307al中的铝含量比率低于选择性氧化层308中的,低折射率层307al中的铝含量比率小于中间层307m中的。

[0357] 表面发射激光器阵列600可以以与表面发射激光器100相同的方式进行制造。

[0358] 在表面发射激光器阵列的每一发光部分中,上半导体DBR包括电流限制结构,其中电流通过区域被通过铝的选择性氧化形成的氧化层围绕。氧化层的厚度随着距离电流通过区域的距离的减小而逐渐减小。氧化层具有在更靠近有源层305的一侧上的第一边界表面和在另一侧上的第二边界表面。再者第二边界表面比第一边界表面关于垂直于激光发射方向的虚拟表面更加倾斜。

[0359] 如上所述,根据本发明的第七实施方式的表面发射激光器阵列600包括具有与表面发射激光器100类似结构的多个表面发射激光器。因此,表面发射激光器阵列600可以在每个发光部分中获得高单模输出功率而不会导致高成本。

[0360] 在第七实施方式中,描述其中表面发射激光器阵列600具有十个发光部分的情形。但是,发光部分的数量并不限于该数量。

[0361] 在第七实施方式中,描述其中台面在垂直于激光发射方向的横截面表面中的形状为圆形的情形。但是,在本发明中,台面的形状并不限于该形状。例如,台面可以具有包括正方形、矩形和椭圆形的任何其它形状。

[0362] 在该第七实施方式中,描述其中波长为1.3μπι波长带的情形。但是,在本发明中,波长并不限于该波长带。例如,波长带可以为650nm、780nm、850nm、980nm和1.5μηι。

[0363] «成像设备>>

[0364] “第八实施方式”

[0365] 图29示意性地示出根据本发明的第八实施方式的作为成像设备的激光打印机1000的构型。

[0366] 如图29所示,激光打印机1000包括光学扫描装置1010、感光鼓1030、充电器1031、显影辊1032、转印充电器1033、中和单元1034、清洁刮板1035、色粉盒1036、馈纸辊1037、馈纸托盘1038、支撑辊对1039、定影辊1041、排出辊1042、排出托盘1043、通信控制装置1050和总体上控制以上部件的印刷控制装置1060。这些部件容纳在打印机机壳1044中。

[0367] 通信控制装置1050通过网络借助更上位的装置(例如个人电脑)控制双向通信。

[0368] 感光鼓1030具有圆柱形状,感光层形成在感光鼓1030的表面上。也就是,鼓1030的表面将被扫描。感光鼓1030在图29的箭头所示的方向旋转。

[0369] 充电器1031、显影辊1032、转印充电器1033、中和单元1034和清洁刮板1035的每一个布置在感光鼓1030的表面附近。再者,充电器1031、显影辊1032、转印充电器1033、中和单元1034和清洁刮板1035沿着感光鼓1030的旋转方向以该顺序顺次安置。

[0370] 充电器1031对感光鼓1030的表面均匀充电。

[0371] 光学扫描装置1010照射根据来自更上层装置的图像信息而调制的光通量。通过这样做,根据图像信息的潜影形成在感光鼓1030的表面上。形成的潜影在显影辊1032的方向通过感光鼓1030的转动而移动。下面详细描述光学扫描装置1010的构型。

[0372] 收纳在色粉盒1036中的色粉提供给显影辊1032。

[0373] 显影辊1032使得色粉附着到形成在感光鼓1030的表面上的潜影上以可视化图像信息。具有附着的色粉的潜影(为了方便,在此及后可称为“色粉图像”)在转印充电器1033的方向通过感光鼓1030的转动而移动。

[0374] 记录纸张1040提供在纸张馈送托盘1038中。在纸张馈送托盘1038附近,提供纸张馈送辊1037。纸张馈送辊1037 —张一张地从纸张馈送托盘1038馈送记录纸张1040到支撑辊对1039。支撑辊对1039首先保持由纸张馈送辊1037取出的记录纸张1040,并向着感光鼓1030和转印充电器1033之间的间隙与感光鼓1030的转动同步地发送记录纸张1040。

[0375] 与色粉极性相反极性的电压施加到转印充电器1033以电吸引感光鼓1030的表面上的色粉到记录纸张1040。通过施加该电压,在感光鼓1030的表面上的色粉图像转印到记录纸张1040上。转印的记录纸张1040馈送到定影棍1041。

[0376] 定影辊1041施加热和压力到记录纸张1040以将色粉定影到记录纸1040上。定影的记录纸张1040排出到排出托盘1043以连续地堆叠在排出托盘1043上。

[0377] 中和单元1034中和感光鼓1030的表面。

[0378] 清洁刮板1035移除感光鼓1030的表面上剩余的色粉(剩余色粉)。在其上剩余色粉被移除的感光鼓1030的表面再次返回到面对充电器1031的位置。

[0379] «光学扫描装置>>

[0380] 接着,描述光学扫描装置1010的构型。

[0381] 例如,如图30所示,光学扫描装置1010包括光源14、耦合透镜15、光圈挡片16、变形透镜17、反射镜18、多角镜13、偏转器侧扫描透镜11a、像表面侧扫描透镜Ilb和扫描控制装置(未示出)。这些部件安置在壳体30中的它们的规定位置。

[0382] 应当注意到,在下面,对应主扫描方向的方向简称“主扫描对应方向”,对应次扫描方向的方向简称“次扫描对应方向”。

[0383] 光源14包括表面发射阵列500并能够同时发射32个光束。在该情形中,表面发射阵列500布置为以使得“M”方向对应主扫描对应方向,“S”方向对应次扫描对应方向。

[0384] 耦合透镜15平行于来自光源14的发散光通量束。光源14和耦合透镜15固定在铝保持器上以使得光源14和耦合透镜15之间的位置关系固定到它们期望的位置作为一个单元。

[0385] 光圈挡片16具有开口以调节通过耦合透镜15的光通量的束的直径。

[0386] 变形透镜17通过折射已经通过光圈挡片16的开口和反射镜18的光通量而在多角镜13的偏转反射面的附近相对于次扫描对应方向形成图像。

[0387] 布置在光源14和多角镜13之间的光学路径上的光学系统可以称作偏转器前光学系统。在该实施方式中,偏转器前光学系统包括稱合透镜15、光圈挡片16、变形透镜17和反射镜18。

[0388] 多角镜13可以是具有18毫米内切圆半径的六角反射镜。每个镜子用作偏转反射表面。这个多角镜13在围绕平行于次扫描对应方向的轴线旋转的同时偏斜来自反射镜18的光通量。

[0389] 偏转器侧扫描透镜Ila布置在通过多角镜13偏转的光通量的光学路径上。

[0390] 像表面侧扫描透镜Ilb布置在通过偏转器侧扫描透镜Ila的光通量的光学路径上。通过像表面侧扫描透镜Ilb的光通量传输到感光鼓1030的表面上以形成光点。该光点在感光鼓1030的纵向方向根据多角镜13的转动而移动。也就是,光点被扫描到感光鼓1030的表面上。光点的移动方向是在“主扫描对应方向”。再者,感光鼓1030的转动方向是在“次扫描对应方向”。

[0391] 布置在多角镜13和感光鼓1030之间的光学路径上的光学系统可以称作扫描光学系统。在该实施方式中,扫描光学系统包括偏转器侧扫描透镜Ila和像表面侧扫描透镜lib。应当注意到,至少一个折叠式镜子可布置在偏转器侧扫描透镜Ila和像表面侧扫描透镜Ilb之间和像表面侧扫描透镜Ilb和感光鼓1030之间的至少一个光学路径上。

[0392] 在该情形中,在表面发射激光器阵列500中,每个发光部分间隔是当发光部分正投射到在“S”方向延伸的虚拟线上时的接触间隔“C”。因此,通过调节发射光的定时,该构型被认为大致与其中发光部分以相同的间隔排列在次扫描对应方向的构型相同。

[0393] 再者,因为间隔“c”为3μπι,通过设置光学系统的放大率到大约1.8可以获得4800dpi (点/英寸)的高密度写。不用说,可以通过例如增加在“T”方向的发光部分的数量从而通过按比例缩小间隔“d”和进一步按比例缩小间隔“C”,以及增大光学系统的放大率,改变阵列构型,而获得高密度和高质量的印刷,应当注意到,在主扫描方向的写入间隔可以通过调节发光部分的发光定时而容易地进行控制。

[0394] 再者,在这个构型中,激光打印机1000可以进行印刷而不会降低印刷速度,即使在写入点密度增大的情形中。再者,当写入点密度保持时,印刷速度可以进一步提高。

[0395] 再者,在表面激光器阵列500中,在发光部分中电流通过区域的尺寸和氧化层的厚度的变化是小的。因此,发光直径和特性的变化变小,形成在感光鼓1030上的束点的直径变为大致彼此相等。

[0396] 如上所述,在根据本发明的第八实施方式的光学扫描装置1010中,光源14装备有表面发射激光器阵列500。因此,光学扫描装置1010能够稳定地进行高密度光学扫描而不会导致高成本。

[0397] 再者根据本发明的第八实施方式的激光打印机1000包括光学扫描装置1010。因此,激光打印机1000能够稳定地形成高质量图像而不会导致高成本。

[0398] 再者,在其中开始氧化的台面的侧表面上的氧化层几乎不比设计的更厚,表面发射激光器阵列的使用寿命明显更长。因此,可以再次使用写入单元或者光源单元。

[0399] 在第八实施方式中,描述其中光源14具有32个发光部分的情形。但是,发光部分的数量并不限于该数量。

[0400] 在第八实施方式中,代替使用表面发射激光器阵列500,可以使用其中与表面发射激光器阵列500中的发光部分相同的发光部分一维地排列的表面发射激光器阵列。

[0401] 在该第八实施方式中,描述其中激光打印机1000用作成像设备的情形。但是,本发明的成像设备并不限于激光打印机。也就是,本发明可以应用到具有光学扫描装置1010的任何成像设备。这样的成像设备可以稳定地形成高质量图像而不会导致高成本。

[0402] 例如,本发明可以应用到能够将激光直接照射到通过激光显影颜色的介质(例如纸张)上的成像设备。

[0403] 再者,本发明可以应用到其中银盐膜用作图像载体的成像设备。在该情形中,潜影形成在银盐膜上,并且形成的潜影可以以与银摄影术工艺中的通常的显影方法相同的方式可视化并且以与银摄影术工艺中的通常的印刷方法相同的方式转印到印刷纸张上。这样的成像设备可应用到光学照相制版设备和光学描绘仪用于绘制CT扫描图像等。

[0404] 再者,当使用根据本发明的实施方式的适于多颜色图像的光学扫描装置时,能够形成多颜色图像的成像设备可以稳定地形成高质量图像而不会导致高成本。

[0405] 例如,如图31所示,本发明可以应用到装备有用于彩色图像处理的多个感光鼓的串列式彩色设备1500。

[0406] 如图31所示,串列式彩色设备1500包括用于黑色处理的“感光鼓K1、充电装置K2、显影装置K4、清洁单元K5和转印装置K6” ;用于青色处理的“感光鼓Cl、充电装置C2、显影装置C4、清洁单元C5和转印装置C6” ;用于品红色处理的“感光鼓Ml、充电装置M2、显影装置M4、清洁单元M5和转印装置M6” ;用于黄色处理的“感光鼓Y1、充电装置Y2、显影装置Y4、清洁单元Y5和转印装置Y6” ;光学扫描装置1010A ;转印带1580 ;和定影单元1530。

[0407] 每个感光鼓在图31中的对应箭头所示的方向旋转。为了在旋转方向旋转,充电装置、显影装置、转印装置和清洁单元顺次布置。每个充电装置对相应的感光鼓的表面均匀充电。来自光学扫描装置1010A的光照射到被充电装置充电的感光鼓的表面上以在感光鼓上形成潜像。然后,色粉图像通过对应的显影装置形成在感光鼓的表面上。然后,每个颜色的色粉图像通过相应的转印装置转印到转印带1580上的记录纸张上。最后,套叠的图像通过定影单元1530定影在记录纸张上。

[0408] 光学扫描装置1010A具有每种颜色的光源,该光源类似于光源14。因此,光学扫描装置1010A可以实现与光学扫描装置1010相同的结果。再者,串列式彩色设备1500装备有光学扫描装置1010A。因此,串列式彩色设备1500可以实现与激光打印机1000相同的效果O

[0409] 另一方面,在串列式彩色设备中,颜色偏移的问题会由每个部分的制造误差或者位移误差等导致。即使在这种情形下,在光学扫描装置1010A中,可以通过将发光部分变化为打开而减小颜色位移,因为光学扫描装置1010A的每个光源具有与表面发射激光器阵列500相同的表面发射激光器阵列。

[0410] 再者,在本发明的第八实施方式中,替代使用光学扫描装置1010,包括表面发射激光器阵列500的装备有光源的曝光装置可以被使用。在该情形中,可以实现与激光打印机1000相同的效果。

[0411 ] «光学传输系统>>

[0412] “第九实施方式”

[0413] 图32示意性地示出根据本发明的第九实施方式的光学传输系统2000的构型。如图32所示,光学传输系统2000包括通过光线电缆2004彼此连接的光学发射模块2001和光学接收模块2005,其允许从光学发射模块2001到光学接收模块2005的单向光学传输。

[0414] 再者,光学传输模块2001包括光源2002和驱动电路2003。驱动电路2003根据来自传输模块2001的外面的电子信号输入控制从光源2002输出的激光的光强。

[0415] 光源2002包括表面发射激光器阵列600。

[0416] 从光源2002输出的光学信号与光线电缆2004耦合并导引通过光缆2004以被输入到光学接收模块2005中。应当注意到,如图33所示,光缆2004可包括多个光纤以使得多个光纤对应表面发射激光器阵列600的发光部分。

[0417] 光学接收模块2005包括光接收装置2006和接收电路2007。光接收装置2006将光学信号转换为电子信号。接收电路2007放大并执行来自光接收装置2006的电子信号的波形整形等。

[0418] 在根据本发明的第九实施方式的光学传输模块2001中,光源2002包括表面发射激光器阵列600。因此,光学传输模块2001可以稳定地产生高质量光学信号而不会导致高成本。

[0419] 此外,在根据本发明的第九实施方式的光学传输系统2000中,光学传输系统2000包括光学传输模块2001。因此,高质量光学传输可稳定地执行而不会导致高成本。

[0420] 因此,光学传输系统2000可以应用到用于家庭使用、室内办公室使用、设备内部等的短程数据传输。

[0421] 此外,因为集成在相同衬底上的多个发光部分具有一致的特性,所以易于执行基于同时发生的多个束的数据传输和快速数据传输。

[0422] 此外,表面发射激光器低能耗地进行操作。因此,当表面发射激光器包括在设备中时,温升可以被控制。

[0423] 应该注意到,在第九实施方式中,描述了其中多个发光部分一个一个地对应光纤。但是,具有不同振荡波长的多个光反射部分可以基于波长复用通信使用以提高传输速率。

[0424] 此外在第九实施方式的描述中,描述了用于单向通信的构型。但是,本发明可以应用到用于双向通信的构型。

[0425] 工业实用性

[0426] 如上所述,根据本发明的实施方式的表面发射激光器和表面发射激光器阵列与传统的表面发射激光器和表面发射激光器阵列相比可以更容易地进行制造,具有更高的产率,具有更长的使用寿命。再者,根据本发明的实施方式的光学扫描装置可以适于稳定地执行高密度光学扫描而不会导致高成本。再者,根据本发明的实施方式的成像设备可以适于稳定地形成高质量的图像而不会导致高成本。再者,根据本发明的实施方式的光学传输模块可适于稳定地产生高质量的光学信号而不会导致高成本。再者,根据本发明的光学传输系统可以适于执行高质量的光学数据传输而不会导致高成本。

[0427] 本申请是基于于2007年11月14提交的日本专利申请公开说明书N0.2007-295505、于 2008 年 I 月 28 日提交的 N0.2008-016331 和于 2008 年 5 月 26 日提交的N0.2008-136146并要求其优先权,其整个内容在此通过引用结合于此。

Claims (16)

1.一种在垂直于其衬底方向发光的表面发射激光器,所述表面发射激光器包括: 包括有源层的振荡器结构; 半导体分布式布拉格反射器,每个半导体分布式布拉格反射器包括多对低折射率层和高折射率层,所述半导体分布式布拉格反射器夹置所述振荡器结构;以及 电流限制结构,其中电流通过区域由氧化层围绕,所述电流限制结构通过选择性氧化铝而形成在所述半导体分布式布拉格反射器中,其中, 所述氧化层包括第一和第二边界表面,所述第一边界表面设置在更靠近所述有源层的一侧上,所述第二边界表面设置在另一侧上, 所述氧化层的厚度随着距离所述电流通过区域的距离减小而逐渐减小,以及 所述第二边界表面比所述第一边界表面相对于垂直于激光发射方向的虚拟表面更倾斜。
2.如权利要求1所述的表面发射激光器,其中, 所述半导体分布式布拉格反射器包括选择性氧化层、第一层和第二层, 所述选择性氧化层相对于其厚度方向的中心布置在对应振荡光的电场的驻波分布的节点位置的位置, 所述第一层邻接所述选择性氧化层的一侧,所述一侧更靠近所述有源层, 所述第二层邻接所述选择性氧化层的另一侧, 在所述第一层和第二层的每一个中的铝含量比率小于所述选择性氧化层中的铝含量比率, 所述第一层中的所述铝含量比率小于所述第二层中的铝含量比率,以及 所述氧化层包括在所述选择性氧化层中的铝氧化物和在所述第二层中的铝氧化物。
3.如权利要求2所述的表面发射激光器,其中, 所述选择性氧化层、所述第一层和所述第二层包括作为所述半导体分布式布拉格反射器的低折射率层之一的一部分。
4.如权利要求3所述的表面发射激光器,其中, 所述第一层的铝含量比率小于除包括所述选择性氧化层的所述低折射率层以外的每个低折射率层的铝含量比率。
5.如权利要求1所述的表面发射激光器,其中, 所述半导体分布式布拉格反射器包括选择性氧化层、第一层和第二层, 所述选择性氧化层相对于其厚度方向的中心设置在对应振荡光的电场的驻波分布的节点位置的位置, 所述第一层邻接所述选择性氧化层的一侧,所述一侧更靠近所述有源层, 所述第二层邻接所述选择性氧化层的另一侧, 所述第一和第二层中的铝含量比率大致彼此相等并小于所述选择性氧化层中的铝含量比率, 所述第二层的厚度大于所述第一层的厚度,以及 所述氧化层包括所述选择性氧化层的铝氧化物和所述第二层的铝氧化物。
6.如权利要求2-5中任一项所述的表面发射激光器,其中, 所述半导体分布式布拉格反射器进一步包括邻接所述第二层的第三层, 在所述第三层中的铝含量比率小于在所述第二层中的铝含量比率。
7.如权利要求6所述的表面发射激光器,其中, 所述选择性氧化层、所述第一层、所述第二层和所述第三层被包括作为所述半导体分布式布拉格反射器的低折射率层之一的一部分。
8.如权利要求7所述的表面发射激光器,其中, 所述第三层的铝含量比率小于除包括所述选择性氧化层的所述低折射率层以外的每一低折射率层中的铝含量比率。
9.如权利要求2-5中任一项所述的表面发射激光器,其中, 包括所述选择性氧化层的所述低折射率层的光学厚度由以下公式表示: (2η+1) λ/4 其中:“η”表示大于或等于I的整数,“ λ ”表示振荡波长。
10.一种表面发射激光器阵列,其中集成有多个根据权利要求1-9中任一项所述的表面发射激光器。
11.一种将光扫描在扫描表面上的光学扫描装置,所述光学扫描装置包括: 光源,该光源包括如权利要求10所述的表面发射激光器阵列; 偏转器,该偏转器偏转来自所述光源的光;以及 扫描光学系统,该扫描光学系统将通过所述偏转器偏转的光聚焦在所述扫描表面上。
12.—种成像设备,包括: 图像载体;以及 如权利要求11所述的光学扫描装置,该光学扫描装置将包括图像信息的光扫描到所述图像载体上。
13.一种成像设备,包括: 图像载体; 如权利要求10所述的表面发射激光器阵列;以及 曝光装置,该曝光装置根据图像信息驱动所述表面发射激光器阵列并曝光所述图像载体。
14.如权利要求12或13所述的成像设备,其中, 所述图像信息是多颜色图像信息。
15.—种根据输入信号产生光学信号的光学传输模块,所述光学传输模块包括: 如权利要求10所述的表面发射激光器阵列;以及 根据输入电子信号驱动所述表面发射激光器阵列的驱动单元。
16.—种光学传输系统,包括: 如权利要求15所述的光学传输模块; 光学介质,由所述光学传输模块产生的光学信号通过该光学介质进行传输;以及 转换器,该转换器将通过所述光学介质传输的光学信号转换为电子信号。
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