CN102891434A - 激光器阵列、激光器装置及光学传输装置和信息处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直腔面发射激光器阵列、垂直腔面发射激光器装置、光学传输装置及信息处理装置。该激光器阵列包括：基板，其上具有元件形成区域；多个柱状结构，其形成在基板上的元件形成区域中；以及至少一根金属配线，其形成为与多个柱状结构相邻。多个柱状结构中的每一个包括第一导电类型的下部半导体反射器、第二导电类型的上部半导体反射器、以及形成在该下部半导体反射器和该上部半导体反射器之间的活性区域。每个柱状结构沿着与基板垂直的方向发射光。上述至少一根金属配线具有变形施加部分，该变形施加部分相对于上述多个柱状结构沿着同一方向延伸。

Description

激光器阵列、激光器装置及光学传输装置和信息处理装置
技术领域
本发明涉及垂直腔面发射激光器阵列、垂直腔面发射激光器装置、光学传输装置及信息处理装置。
背景技术
具有元件阵列的垂直腔面发射激光器阵列能够利用多条激光束对图像进行光学渲染，因而应用于例如激光打印机等光学写入装置中。这样的光学写入装置使用依赖于偏振方向的例如透镜、反射镜、分光器和玻璃盖等光学元件。因此，需要对激光束执行偏振控制。
与将光偏振成TE模式并且使光振荡的常见边发射半导体激光器对比，垂直腔面发射激光器因其腔体结构对称而在稳定偏振方面有难度。另外，在垂直腔面发射激光器阵列具有多元件阵列的情况下，对于所有的元件都使光沿着同一方向偏振更加困难。作为现有技术的在垂直腔面发射激光器中控制偏振的方法，将变形施加部分设置在腔体的相反两侧以便向该腔体的活性层施加各向异性变形(例如，参见未经审查的日本专利申请No.2003-332685和No.2011-3748)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直腔面发射激光器阵列，该激光器阵列的各元件受到偏振控制。
根据本发明的第一方面，提供一种垂直腔面发射激光器阵列，所述激光器阵列包括：基板，其上具有元件形成区域；多个柱状结构，其形成在所述基板上的所述元件形成区域中；以及至少一根金属配线，其形成为与所述多个柱状结构相邻。所述多个柱状结构中的每一个包括第一导电类型的下部半导体反射器、第二导电类型的上部半导体反射器、以及形成在所述下部半导体反射器和所述上部半导体反射器之间的活性区域。所述多个柱状结构中的每一个沿着与所述基板垂直的方向发射光。所述至少一根金属配线具有变形施加部分，所述变形施加部分相对于所述多个柱状结构沿着同一方向延伸。
根据本发明的第二方面，在根据第一方面所述的垂直腔面发射激光器阵列中，所述多个柱状结构可以线性地排列，并且所述变形施加部分可以与所述多个柱状结构的排列方向平行地延伸。
根据本发明的第三方面，在根据第一或第二方面所述的垂直腔面发射激光器阵列中，所述至少一根金属配线的构成材料可以与所述多个柱状结构的与所述上部半导体反射器电连接的电极配线的构成材料相同，并且所述至少一根金属配线和所述电极配线可以在同一工序中形成。
根据本发明的第四方面，在根据第一或第二方面所述的垂直腔面发射激光器阵列中，所述至少一根金属配线还可以用作所述多个柱状结构的电极配线。
根据本发明的第五方面，根据第三方面所述的垂直腔面发射激光器阵列还可以包括与所述多个柱状结构对应的多个电极片。此外，所述至少一根金属配线可以包括将所述多个柱状结构和所述多个电极片彼此连接的多根金属配线。在这种情况下，所述多根金属配线中的每一根可以具有所述变形施加部分。
根据本发明的第六方面，在根据第五方面所述的垂直腔面发射激光器阵列中，所述多个电极片可以设置在所述垂直腔面发射激光器阵列的第一端和与所述第一端相反的第二端。所述多个柱状结构可以包括位于所述多个柱状结构的中部的第一柱状结构和第二柱状结构，所述第一柱状结构设置为靠近所述第一端，而所述第二柱状结构设置为靠近所述第二端。所述多根金属配线可以包括与所述第一柱状结构连接并朝向所述第二端延伸的第一金属配线以及与所述第二柱状结构连接并朝向所述第一端延伸的第二金属配线。所述第一金属配线和所述第二金属配线可以各自具有所述变形施加部分。
根据本发明的第七方面，在根据第五方面所述的垂直腔面发射激光器阵列中，所述多个电极片可以设置在所述垂直腔面发射激光器阵列的第一端和与所述第一端相反的第二端。所述多个柱状结构可以包括位于所述多个柱状结构的中部的第一柱状结构和第二柱状结构，所述第一柱状结构设置为靠近所述第一端，而所述第二柱状结构设置为靠近所述第二端。所述多根金属配线可以包括与所述第一柱状结构连接并朝向所述第一端延伸的第一金属配线以及与所述第二柱状结构连接并朝向所述第二端延伸的第二金属配线。所述变形施加部分可以包括设置在所述第一金属配线中的多个变形施加部分以及设置在所述第二金属配线中的多个变形施加部分，所述第一金属配线中的所述多个变形施加部分至少与所述第一柱状结构和与所述第一柱状结构相邻的柱状结构平行地延伸，而所述第二金属配线中的所述多个变形施加部分至少与所述第二柱状结构和与所述第二柱状结构相邻的柱状结构平行地延伸。
根据本发明的第八方面，在根据第一或第二方面所述的垂直腔面发射激光器阵列中，所述变形施加部分可以沿着所述基板的平面方向(110)或(1-10)延伸。
根据本发明的第九方面，在根据第八方面所述的垂直腔面发射激光器阵列中，所述至少一根金属配线的所述变形施加部分可以沿着所述基板的所述平面方向(110)或(1-10)延伸。此外，所述至少一根金属配线可以包括延伸部分，所述延伸部分从所述多个柱状结构的电极相对于所述基板的所述平面方向以约45°角延伸。
根据本发明的第十方面，在根据第一或第二方面所述的垂直腔面发射激光器阵列中，所述多个柱状结构中的每一个可以具有底部、侧部和顶部。在这种情况下，所述底部、侧部和顶部可以被绝缘膜覆盖。此外，所述变形施加部分可以经由所述绝缘膜形成在所述底部上。
根据本发明的第十一方面，在根据第一或第二方面所述的垂直腔面发射激光器阵列中，所述多个柱状结构中的每一个可以具有电流限制层，所述电流限制层包括通过选择性地使所述多个柱状结构的侧表面氧化而形成的氧化区域以及被所述氧化区域包围的导电区域。
根据本发明的第十二方面，在根据第一或第二方面所述的垂直腔面发射激光器阵列中，所述至少一根金属配线可以由金或包含金的材料构成，并且可以向所述多个柱状结构的所述活性区域施加拉伸应力。
根据本发明的第十三方面，提供一种垂直腔面发射激光器装置，所述激光器装置包括：根据第一至第十二方面中任一方面所述的垂直腔面发射激光器阵列；以及光学部件，其接收来自所述垂直腔面发射激光器阵列的光。
根据本发明的第十四方面，提供一种光学传输装置，所述光学传输装置包括：根据第十三方面所述的垂直腔面发射激光器装置；以及传输单元，其经由光学介质传输从所述垂直腔面发射激光器装置发射出的激光。
根据本发明的第十五方面，提供一种信息处理装置，所述信息处理装置包括：根据第一至第十二方面中任一方面所述的垂直腔面发射激光器阵列；聚焦单元，其将从所述垂直腔面发射激光器阵列发射出的激光聚焦在记录介质上；以及扫描机构，其将由所述聚焦单元聚焦的激光扫描经过所述记录介质。
根据第一、第二和第十三至第十五方面中的任一方面，可以沿着预定方向对从多个柱状结构发射出的激光束进行偏振控制。
根据第三方面，与至少一根金属配线的构成材料与电极配线的构成材料不同或者二者的形成工序不同的情况相比，可以容易地形成至少一根金属配线。
根据第四方面，可以获得节省空间的阵列构造。
根据第五方面，可以单独地驱动每个柱状结构。
根据第六和第七方面，可以获得节省空间的阵列构造。
根据第八方面，与变形施加部分不是沿着基板的平面方向(110)或(1-10)延伸的情况相比，可以有效地执行偏振控制。
根据第九方面，可以防止延伸部分的变形效果下降和偏振控制效果下降。
根据第十和第十二方面，可以有效地向活性区域施加变形。
根据第十一方面，可以获得基本横向模态的光。
附图说明
基于下列附图，详细地描述本发明的示例性实施例，其中：
图1是根据本发明的第一示例性实施例的垂直腔面发射激光器阵列的示意性俯视图；
图2是沿着图1中的线II-II截取的垂直腔面发射激光器阵列的剖视图；
图3是用于解释台面式晶体管和向其施加变形的金属配线之间的关系的简图；
图4是示出根据第一示例性实施例的垂直腔面发射激光器阵列的变型的俯视图；
图5A和5B是根据本发明的第二示例性实施例的垂直腔面发射激光器阵列的示意性俯视图；
图6是根据本发明的第三示例性实施例的垂直腔面发射激光器阵列的示意性俯视图；
图7是根据本发明的第四示例性实施例的垂直腔面发射激光器阵列的示意性俯视图；
图8A和8B是根据本发明的第五示例性实施例的垂直腔面发射激光器阵列的示意性俯视图；
图9是根据本发明的第六示例性实施例的垂直腔面发射激光器阵列的示意性俯视图；
图10是示出在根据上述示例性实施例中的任一实施例的垂直腔面发射激光器阵列上安装有光学部件的垂直腔面发射激光器装置的构造的示意性剖视图；
图11示出配备有根据图10所示示例性实施例的垂直腔面发射激光器装置的光源装置的构造实例；以及
图12是示出配备有图10所示垂直腔面发射激光器装置的光学传输装置的构造的示意性剖视图。
具体实施方式
现在，参照附图来描述本发明的示例性实施例。作为实例，以下描述涉及选择氧化型的垂直腔面发射激光器(VCSEL)，并且在下文中将该垂直腔面发射激光器称为“VCSEL”。此外，在下文中，将排列在单个基板上的多个发光元件的阵列称为“VCSEL阵列”。应当注意到：为了使本发明的示例性实施例更容易理解，夸大了附图中的比例，而附图中的比例可以与实际装置中的比例不同。
示例性实施例
图1是根据本发明的第一示例性实施例的VCSEL阵列的示意性俯视图。根据第一示例性实施例的VCSEL阵列10由排列在单个GaAs基板上的多个发光元件的阵列组成。最终，该基板被切割成矩形的芯片。VCSEL阵列10可以包括元件形成区域20和配线形成区域30，元件形成区域20用于形成多个发光元件，而配线形成区域30用于形成与该多个发光元件连接的电极配线50和电极片60。
在图1所示实例中，元件形成区域20通过将叠置在基板上的半导体层蚀刻至预定深度而形成，并且具有矩形轮廓。于是，配线形成区域30形成在元件形成区域20的周围，并且在元件形成区域20和配线形成区域30之间设置有预定台阶。元件形成区域20具有用作发光元件的三个台面式晶体管M1、M2和M3(共同被称为“台面式晶体管M”)。台面式晶体管M1、M2和M3各自具有柱状结构并且线性地排列，这些柱状结构从元件形成区域20的底表面突出成圆筒形。尽管台面式晶体管M是圆筒形的，然而作为选择，台面式晶体管M也可以是椭圆筒形、锥形或长方体形。
一个台面式晶体管对应于一个发光元件，并且包括基板上的垂直腔体。激光从每个台面式晶体管M的顶部沿着与基板垂直的方向发出。待发射的激光可以呈基本横向模态。分别在台面式晶体管M1、M2和M3的顶部上形成有环形电极40-1、40-2和40-3(共同被称为“环形电极40”)。环形电极40与位于台面式晶体管M的p侧的半导体层电连接。环形电极40-1、40-2和40-3分别与电极配线50-1、50-2和50-3(共同被称为“电极配线50”)连接。电极配线50经由元件形成区域20的底表面和侧表面延伸到配线形成区域30，从而与电极片或端子60-1、60-2和60-3连接。可以通过选择性地向电极片60-1、60-2和60-3提供驱动电力来单独地驱动台面式晶体管M1、M2和M3。
元件形成区域20的底表面设置有与台面式晶体管M相邻的金属配线70。金属配线70相对于所有的台面式晶体管M1、M2和M3沿着同一方向延伸。换言之，金属配线70向台面式晶体管M1、M2和M3施加变形。因此，金属配线70相对于台面式晶体管M1的延伸方向与金属配线70相对于台面式晶体管M2的延伸方向相同，并且还与金属配线70相对于台面式晶体管M3的延伸方向相同。在台面式晶体管M线性地排列的情况下，金属配线70与台面式晶体管M的线性排列方向平行地延伸。如稍后所述，金属配线70向台面式晶体管M1、M2和M3的活性层施加变形，以便接受变形的台面式晶体管M1、M2和M3可以发射出沿着同一方向受到偏振控制的激光。
图2示出了VCSEL的典型构造。图2是沿着图1中的线II-II截取的台面式晶体管M1的剖视图。如图2所示，台面式晶体管M1的VCSEL元件具有多层结构，该多层结构包括：下部n型分布式布拉格反射器(DBR)102，其通过将Al含量不同的AlGaAs层交替地叠置在n型GaAs基板100上而形成；活性区域104，其形成在下部DBR 102上并且包括置于上、下间隔层之间的量子阱活性层；以及上部p型DBR 106，其通过将Al含量不同的AlGaAs层交替地叠置在活性区域104上而形成。例如，下部n型DBR 102是具有Al0.9Ga0.1As层和Al0.3Ga0.7As层的层对的多层体。每一层的厚度是λ/4nr(λ是振荡波长，而nr是介质的折射率)。上述层对的叠置交替40个周期。例如，在将下部DBR 102与作为n型杂质的硅掺杂之后的载流子浓度为3×1018cm-3。在活性区域104中，例如，下间隔层是无掺杂的Al0.6Ga0.4As层，量子阱活性层包括无掺杂的Al0.11Ga0.89As量子阱层和无掺杂的Al0.3Ga0.7As载流子层，并且上间隔层是无掺杂的Al0.6Ga0.4As层。例如，上部p型DBR 106是具有Al0.9Ga0.1As层和Al0.3Ga0.7As层的层对的多层体。每一层的厚度是λ/4nr。上述层对的叠置交替24个周期。例如，在将上部DBR 106与作为p型杂质的碳掺杂之后的载流子浓度为3×1018cm-3。上部DBR 106的最上层是由p型GaAs构成的接触层，并且上部DBR 106的最下层或中间层是由p型AlAs构成的电流限制层108。
通过蚀刻从上部DBR 106到下部DBR 102的半导体层，在基板100上形成圆筒形的台面式晶体管M。可以执行对每个台面式晶体管M的蚀刻，直到达到至少使电流限制层108的侧表面露出的深度为止。电流限制层108在每个台面式晶体管M的侧表面露出，并且具有通过选择性地使这些侧表面氧化而形成的氧化区域108A以及被氧化区域108A包围的导电区域(氧化孔)108B。在电流限制层108的氧化工序中，AlAs层的氧化速率高于AlGaAs层的氧化速率，并且从台面式晶体管M的侧表面朝向其内部以基本上固定的速率进行氧化。因此，导电区域108B的与基板100的主表面平行的内表面具有与台面式晶体管M的轮廓对应的圆形形状，并且该圆形的中心与台面式晶体管M的轴心(即光轴)对准。在可以获得基本横向模态的情况下(例如在780nm波段)，将导电区域108B的直径设定为5μm或更小。
台面式晶体管M的最上层或顶部设置有由金属构成的环形p侧电极110。例如，p侧电极110由例如Au或Ti/Au等金属构成，并且与上部DBR 106的接触层欧姆连接。P侧电极110的中央区域设置有圆形开口。该开口限定发射光的发光口110A。发光口110A的中心可以与台面式晶体管M的光轴对准，并且发光口110A的直径可以大于导电区域108B的直径。发光口110A可以被对振荡波长透明的圆形发射保护膜112覆盖。基板100的底表面设置有由台面式晶体管M1、M2和M3共用的n侧电极120。
层间绝缘膜114形成为覆盖台面式晶体管M的底部、侧部和顶部。在每个台面式晶体管M的顶部的层间绝缘膜114中形成有圆形接触孔。环形电极40经由这些接触孔与p侧电极110连接。环形电极40与电极配线50连接。电极配线50经由层间绝缘膜114通过台面式晶体管M的侧部和底部延伸到配线形成区域30。此外，金属配线70经由层间绝缘膜114形成在台面式晶体管M的底部。金属配线70形成为从台面式晶体管M1延伸到台面式晶体管M3的矩形图案。
图3是用于解释金属配线70的细节的简图。如上所述，金属配线70相对于所有的台面式晶体管M沿着同一方向延伸，并且向台面式晶体管M的活性区域104施加变形。具体来说，形成在层间绝缘膜114上的金属配线70具有内部应力，并且利用其内部应力来沿着固定方向向所有台面式晶体管M中的活性区域104施加应力或各向异性变形。本实例中的金属配线70被图案化从而具有固定宽度W、固定厚度T和固定长度L(见图1)。金属配线70形成为与活性区域104相距固定距离D。图3中所示的距离D表示从每个台面式晶体管M的光轴到金属配线70的边缘的距离。适当地选择W、T、L、D值，以便金属配线70可以向活性区域104施加预定的应力或变形。例如，可以将距离D设定为几微米。
例如，金属配线70的构成材料与电极配线50的构成材料相同，以便金属配线70和电极配线50可以在同一工序中同时形成。如果电极配线50的构成材料与环形电极40的构成材料相同，则金属配线70、电极配线50和环形电极40都可以在同一工序中同时形成。例如，金属配线70和电极配线50由金(Au)构成。通过在使金图案化之后在370℃温度下执行退火工序，金属配线70可以具有约200MP的拉伸应力。作为选择，金属配线70和电极配线50可以具有包括金层和除金层以外的金属层的多层结构。例如，该多层结构可以包括Au/Ti两个金属层。上述金属材料仅仅是实例。可以使用任何种类的金属材料或者具有导电性和预定内部应力的材料来形成金属配线70和电极配线50。此外，尽管图2示出了环形电极40与p侧电极110连接的各个台面式晶体管M的实例，然而环形电极40也可以与上部DBR106的接触层直接欧姆连接而无需p侧电极110的介入。
因此，金属配线70用于向所有的台面式晶体管M施加各向异性变形以便在台面式晶体管M的活性区域104中发生各向异性变形，从而在所有的台面式晶体管M中将偏振稳定在预定方向。尽管在上述实例中基板100上的元件形成区域20和配线形成区域30彼此分离，然而在适当的情况下也可以省略配线形成区域30。在这种情况下，电极配线50和电极片60可以形成在元件形成区域20的形成有金属配线70的底表面上。
图4是根据第一示例性实施例的变型例的VCSEL阵列10A的示意性俯视图。与为台面式晶体管M1、M2和M3形成单个连续的金属配线70的上述第一示例性实施例对比，本变型例为台面式晶体管M1、M2和M3形成不连续的金属配线70A、70B和70C。金属配线70A、70B和70C相对于相应的台面式晶体管M1、M2和M3沿着同一方向延伸，并且具有对于向台面式晶体管M的活性区域施加各向异性变形足够的距离D和长度L。
接下来，描述本发明的第二示例性实施例。尽管在第一示例性实施例中用于施加变形的金属配线70设置为与台面式晶体管M的环形电极40分离，然而第二示例性实施例中的用于施加变形的金属配线还用作台面式晶体管M的环形电极40。在金属配线还用作环形电极的情况下，可以获得节省空间的构造，从而可以实现VCSEL阵列的高密度化。
图5A是根据第二示例性实施例的VCSEL阵列10B的俯视图。元件形成区域20具有排列成2行×4列的八个台面式晶体管M1～M8。台面式晶体管M1～M4和台面式晶体管M5～M8在与基板100的主表面平行的表面上沿着X方向线性地排列。用于驱动台面式晶体管M1、M3、M5和M7的电极片60-1、60-3、60-5和60-7设置在阵列或芯片的第一端，并且用于驱动台面式晶体管M2、M4、M6和M8的电极片60-2、60-4、60-6和60-8设置在与第一端相反的第二端。电极片60-1～60-8可以像第一示例性实施例中一样形成在配线形成区域中，或者也可以形成在元件形成区域20的底表面上。
台面式晶体管M1经由金属配线70-1与电极片60-1连接，并且台面式晶体管M2经由金属配线70-2与电极片60-2连接。同样地，台面式晶体管M3～M8分别经由金属配线70-3～70-8与电极片60-3至60-8连接。在第二示例性实施例中，金属配线70-1～70-8还用作台面式晶体管M1～M8的环形电极。因此，金属配线70-1～70-8与台面式晶体管M1～M8中的上部DBR 106的接触层电连接。
对于台面式晶体管M1来说，金属配线70-3包括变形施加部分80A，变形施加部分80A相对于台面式晶体管M1沿着固定方向延伸。具体来说，从台面式晶体管M1的光轴看去，变形施加部分80A沿着X方向延伸、位于与台面式晶体管M1的光轴相距固定距离D的位置、并且沿着X方向向台面式晶体管M1的活性区域施加各向异性变形。对于台面式晶体管M2来说，金属配线70-3包括变形施加部分80B，变形施加部分80B沿着X方向延伸并且位于与台面式晶体管M2的光轴相距固定距离D的位置。变形施加部分80B沿着X方向向台面式晶体管M2的活性区域施加各向异性变形。对于台面式晶体管M3来说，金属配线70-2包括变形施加部分82A，变形施加部分82A相对于台面式晶体管M3沿着X方向延伸并且位于与台面式晶体管M3相距固定距离D的位置。变形施加部分82A沿着X方向向台面式晶体管M3的活性区域施加各向异性变形。对于台面式晶体管M4来说，金属配线70-2包括变形施加部分82B，变形施加部分82B相对于台面式晶体管M4沿着X方向延伸并且位于与台面式晶体管M4相距固定距离D的位置。变形施加部分82B沿着X方向向台面式晶体管M4的活性区域施加各向异性变形。对于台面式晶体管M5～M8来说，金属配线70-7类似地包括沿着X方向向台面式晶体管M5和M6施加各向异性变形的变形施加部分84A和84B，并且金属配线70-6类似地包括沿着X方向向台面式晶体管M7和M8施加各向异性变形的变形施加部分86A和86B。
因此，金属配线70-1～70-8还用作台面式晶体管M1～M8的环形电极，并且所选出的金属配线70-2、70-3、70-6和70-7包括沿着X方向向台面式晶体管M1～M8施加各向异性变形的变形施加部分80A、80B、82A、82B、84A、84B、86A和86B，从而实现配线的有效利用并且获得节省空间的构造。此外，可以将从台面式晶体管M1～M8输出的基本横向模态的光的偏振稳定在预定方向。
图5B示出了VCSEL阵列10C，其中，台面式晶体管M1～M4和台面式晶体管M5～M8相对于X方向以预定角度按照倾斜方式线性地排列。与图5A所示的实例相似，从金属配线70-1～70-8中选出的金属配线70-2、70-3、70-6和70-7包括沿着X方向向台面式晶体管M1～M8施加各向异性变形的变形施加部分90A、90B、92A、92B、94A、94B、96A和96B。因此，可以获得节省空间的构造，并且可以将从台面式晶体管M1～M8输出的基本横向模态的光的偏振稳定在预定方向。
在上述实例中，VCSEL阵列10B和10C具有2行×4列的排列方式。作为选择，在将排成一行的台面式晶体管M1～M4的金属配线70-1～70-4限定为基础图案的情况下，可以通过在多行上重复该基础图案来获得具有n行×4列的排列方式的VCSEL阵列。对于台面式晶体管M1～M4的基础图案中的两个中间台面式晶体管M2和M3来说，靠近阵列的左端的台面式晶体管M2的金属配线70-2朝向阵列的右端延伸，并且靠近阵列的右端的台面式晶体管M3的金属配线70-3朝向阵列的左端延伸。此外，金属配线70-2具有供位于阵列的右侧的台面式晶体管使用的变形施加部分，并且金属配线70-3具有供位于阵列的左侧的台面式晶体管使用的变形施加部分。
接下来，描述本发明的第三示例性实施例。第三示例性实施例涉及具有排成一行的M个(M是5或更大)台面式晶体管的VCSEL阵列的金属配线图案。图6是至少具有14个台面式晶体管M1～M14的VCSEL阵列10D的示意性俯视图。
VCSEL阵列10D至少包括14个台面式晶体管M1～M14、14个电极片60-1～60-14和14个金属配线70-1～70-14。与第二示例性实施例相似，金属配线70-1～70-14还用作台面式晶体管的环形电极。从金属配线70-1～70-14中选出的金属配线包括向台面式晶体管M1～M14施加各向异性变形的变形施加部分K1～K14(以图6中的黑色涂画的区域表示)。台面式晶体管M1～M6的电极片60-1～60-6设置在阵列的左端，并且台面式晶体管M9～M14的电极片60-9～60-14设置在阵列的右端。中间的两个台面式晶体管M7和M8的电极片60-7和60-8分别设置在阵列的相反两端。在图6所示的实例中，台面式晶体管M1从两根金属配线70-2和70-3的变形施加部分K1和K2接受变形。由于两个变形施加部分K1和K2隔着台面式晶体管M1彼此平行地延伸，也就是说，两个变形施加部分K1和K2设置在相对于台面式晶体管M1对称的位置，所以台面式晶体管M1接受X方向上的变形。
对于台面式晶体管M1的金属配线70-1来说，编号为奇数的台面式晶体管M3和M5的金属配线70-3和70-5设置在金属配线70-1上方，而编号为偶数的台面式晶体管M2、M4和M6的金属配线70-2、70-4和70-6设置在金属配线70-1下方。台面式晶体管M2从相邻的台面式晶体管M3的金属配线70-3的变形施加部分K3接受X方向上的变形。台面式晶体管M3从相邻的台面式晶体管M4的金属配线70-4的变形施加部分K4接受X方向上的变形。台面式晶体管M5从相邻的编号为偶数的台面式晶体管(未示出)的金属配线的变形施加部分接受X方向上的变形。
对于设置在中间的两个台面式晶体管M7和M8来说，台面式晶体管M7的金属配线70-7与电极片60-7连接，并且台面式晶体管M8的金属配线70-8与电极片60-8连接。金属配线70-7和70-8分别朝向相应的电极片60-7和60-8沿着彼此相反的方向延伸。台面式晶体管M7从金属配线70-8的变形施加部分K7接受变形，并且台面式晶体管M8从金属配线70-7的变形施加部分K8接受变形。与台面式晶体管M1～M6相似，台面式晶体管M9～M14从相邻台面式晶体管的相应金属配线的变形施加部分K9～K14接受变形。通过这样在相邻的台面式晶体管的金属配线中交替地设置变形施加部分，使这些金属配线具有基本上对称的图案，从而实现配线的有效利用并且获得节省空间的构造。
接下来，参照图7来描述本发明的第四示例性实施例。在根据第四示例性实施例的VCSEL阵列10E中，各金属配线向自己的台面式晶体管施加变形。VCSEL阵列10E具有排列成2行×4列的八个台面式晶体管M1～M8。台面式晶体管M1～M8分别经由金属配线70-1～70-8与电极片60-1～60-8连接。台面式晶体管M1从相邻的台面式晶体管M2的金属配线70-2中所包含的变形施加部分K1接受X方向上的变形。台面式晶体管M2从自己的(即台面式晶体管M2的)金属配线70-2中所包含的变形施加部分K2接受X方向上的变形。这种关系同样适用于其余的台面式晶体管M3～M8。根据第四示例性实施例，由于各金属配线具有供自己的台面式晶体管使用的变形施加部分，所以可以有效地利用配线空间。
接下来，参照图8A和8B来描述本发明的第五示例性实施例。第五示例性实施例涉及仅仅在阵列的一侧设置有电极片(电力供给部分)的VCSEL阵列10F。图8A所示的VCSEL阵列10F包括线性地排列的台面式晶体管M1～M6以及设置在阵列的一侧的电极片60-1～60-6。与第三示例性实施例(见图6)相似，台面式晶体管M1～M4从相邻的台面式晶体管的金属配线中所包含的变形施加部分K1～K3接受变形。对于台面式晶体管M5和M6来说，由于不存在与台面式晶体管M1～M4相反的台面式晶体管，所以台面式晶体管M5的金属配线70-5设置有沿着X方向延伸的虚设部分72。虚设部分72包括沿着X方向使台面式晶体管M6的活性区域施加各向异性变形的变形施加部分K5。
图8B中所示的VCSEL阵列10G是金属配线的另一个布线实例。在本实例中，金属配线70-6包括分别沿着X方向向台面式晶体管M1～M5施加变形的变形施加部分K1～K5。此外，台面式晶体管M5的金属配线70-5设置有虚设部分72，虚设部分72设置为与台面式晶体管M6相邻并且沿着X方向延伸。虚设部分72包括沿着X方向使台面式晶体管M6的活性区域施加各向异性变形的变形施加部分K6。由于在第五示例性实施例中设置有变形施加部分的金属配线的数目受限制，所以可以减小阵列在Y方向上的尺寸。
接下来，描述本发明的第六示例性实施例。在III-V族化合物半导体类型的VCSEL中，倾向于沿着平面方向(110)或(1-10)发生偏振。因此，通过将台面式晶体管附近的金属配线的延伸方向与上述平面方向(110)或(1-10)对准，可以实现更有效的偏振控制。图9是根据第六示例性实施例的VCSEL阵列10H的示意性俯视图。台面式晶体管M1～M4沿着平面方向(1-10)排列，并且金属配线70也沿着平面方向(1-10)排列。
在图9所示的实例中，台面式晶体管M1～M4的环形电极40-1～40-4分别经由电极配线50-1～50-4与电极片60-1～60-4连接。在这种情况下，电极配线50-1～50-4可以具有分别从环形电极40-1～40-4倾斜地延伸的延伸部分74-1～74-4。延伸部分74-1～74-4的延伸方向相对于平面方向(110)或(1-10)以约45°角倾斜。从台面式晶体管延伸的延伸部分74-1～74-4的配线向活性区域施加应力。从而，使延伸部分74-1～74-4相对于平面方向(110)或(1-10)以约45°角倾斜至少可以防止仅仅在平面方向(110)和(1-10)中的一个方向上使偏振加强或减弱。因此，由在台面式晶体管附近延伸的金属配线70的变形施加部分施加的应力可以单纯地影响偏振。尽管在图9所示的实例中金属配线70和电极配线50设置为彼此独立，然而如果金属配线像第二至第四示例性实施例中一样还用作电极配线，则金属配线可以设置有延伸部分。
尽管在上述示例性实施例中电流限制层108由例如AlAs构成，然而作为选择，电流限制层108也可以由Al含量比其他DBR高的AlGaAS构成。此外，VCSEL不限于基于GaAs的类型，而是也可以使用其他种类的III-V族化合物半导体。
接下来，参照附图来描述使用根据上述示例性实施例中的任一实施例的VCSEL阵列的垂直腔面发射激光器装置、光学信息处理装置和光学传输装置。图10是示出具有VCSEL阵列和安装(封装)在该阵列中的光学部件的垂直腔面发射激光器装置的构造的剖视图。通过使用导电粘合剂320将具有VCSEL阵列的芯片310固定在盘状的金属管座330上来形成垂直腔面发射激光器装置300。多根导电引线340插入形成在管座330中的通孔(未示出)内，以便引线340与VCSEL阵列的相应电极片60和n侧电极120电连接。矩形的中空盖件350固定在包括芯片310的管座330上方，并且玻璃平板362固定在位于盖件350的中部的开口352上。当在所选出的引线340之间施加正向驱动电流时，与芯片310垂直地发射出激光。调整芯片310和玻璃平板362之间的距离，以便使玻璃平板362处于来自芯片310的激光的发散角θ的范围内。此外，盖件350可以包含用于监测VCSEL阵列的发光状态的温度传感器或受光元件。
图11示出了将VCSEL应用于光学信息处理装置的光源的实例。光学信息处理装置370包括：准直透镜372，其从图10所示配备有VCSEL阵列的垂直腔面发射激光器装置300接收激光；多棱镜374，其以预定速度旋转并且以预定发散角反射来自准直透镜372的光束；fθ透镜376，其接收来自多棱镜374的激光并且朝向线性的反射镜378照射激光；以及感光鼓(记录介质)380，其基于从反射镜378反射的光来形成潜像。因此，可以使用VCSEL作为例如复印机或打印机等光学信息处理装置的光源，该光学信息处理装置包括：光学系统，其将来自VCSEL的激光聚焦在感光鼓上；以及扫描机构，其将聚焦的激光扫描经过该感光鼓。
图12是示出将图10所示垂直腔面发射激光器装置300应用于光学传输装置的构造的剖视图。光学传输装置400包括固定在管座330上的筒状外壳410、一体地形成在筒状外壳410的端面上的套筒420、支撑在套筒420的开口422内的插芯430、以及由插芯430支撑的光纤440。筒状外壳410的端部固定在沿着管座330的周向形成在管座330周围的凸缘332上。插芯430精确地定位在套筒420的开口422内，以便光纤440的光轴与玻璃平板362的中心基本上对准。光纤440的芯线被支撑在插芯430的通孔432内。从芯片310发射出的激光经由玻璃平板362输入到光纤440的芯线中以便被传输。此外，光学传输装置400可以包括用于向引线340提供电信号的驱动电路。此外，光学传输装置400可以具有经由光纤440接收光信号的接收功能。
尽管已经详细地描述了本发明的示例性实施例，然而本发明不限于特定的示例性实施例，而是允许在由权利要求限定的本发明的保护范围内进行各种修改和变更。

Claims (15)

1.一种垂直腔面发射激光器阵列，包括：
基板，其上具有元件形成区域；
多个柱状结构，其形成在所述基板上的所述元件形成区域中；以及
至少一根金属配线，其形成为与所述多个柱状结构相邻，
其中，所述多个柱状结构中的每一个包括第一导电类型的下部半导体反射器、第二导电类型的上部半导体反射器、以及形成在所述下部半导体反射器和所述上部半导体反射器之间的活性区域，并且所述柱状结构沿着与所述基板垂直的方向发射光，并且
所述至少一根金属配线具有变形施加部分，所述变形施加部分相对于所述多个柱状结构沿着同一方向延伸。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列，其中，
所述多个柱状结构线性地排列，并且所述变形施加部分与所述多个柱状结构的排列方向平行地延伸。
3.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器阵列，其中，
所述至少一根金属配线的构成材料与所述多个柱状结构的与所述上部半导体反射器电连接的电极配线的构成材料相同，并且所述至少一根金属配线和所述电极配线在同一工序中形成。
4.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器阵列，其中，
所述至少一根金属配线还用作所述多个柱状结构的电极配线。
5.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器阵列，还包括：
与所述多个柱状结构对应的多个电极片，
其中，所述至少一根金属配线包括将所述多个柱状结构和所述多个电极片彼此连接的多根金属配线，所述多根金属配线中的每一根具有所述变形施加部分。
6.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器阵列，其中，
所述多个电极片设置在所述垂直腔面发射激光器阵列的第一端和与所述第一端相反的第二端，
所述多个柱状结构包括位于所述多个柱状结构的中部的第一柱状结构和第二柱状结构，所述第一柱状结构设置为靠近所述第一端，而所述第二柱状结构设置为靠近所述第二端，并且
所述多根金属配线包括与所述第一柱状结构连接并朝向所述第二端延伸的第一金属配线以及与所述第二柱状结构连接并朝向所述第一端延伸的第二金属配线，所述第一金属配线和所述第二金属配线各自具有所述变形施加部分。
7.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器阵列，其中，
所述多个电极片设置在所述垂直腔面发射激光器阵列的第一端和与所述第一端相反的第二端，
所述多个柱状结构包括位于所述多个柱状结构的中部的第一柱状结构和第二柱状结构，所述第一柱状结构设置为靠近所述第一端，而所述第二柱状结构设置为靠近所述第二端，
所述多根金属配线包括与所述第一柱状结构连接并朝向所述第一端延伸的第一金属配线以及与所述第二柱状结构连接并朝向所述第二端延伸的第二金属配线，并且
所述变形施加部分包括设置在所述第一金属配线中的多个变形施加部分以及设置在所述第二金属配线中的多个变形施加部分，所述第一金属配线中的所述多个变形施加部分至少与所述第一柱状结构和与所述第一柱状结构相邻的柱状结构平行地延伸，而所述第二金属配线中的所述多个变形施加部分至少与所述第二柱状结构和与所述第二柱状结构相邻的柱状结构平行地延伸。
8.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器阵列，其中，
所述变形施加部分沿着所述基板的平面方向(110)或(1-10)延伸。
9.根据权利要求8所述的垂直腔面发射激光器阵列，其中，
所述至少一根金属配线的所述变形施加部分沿着所述基板的所述平面方向(110)或(1-10)延伸，并且所述至少一根金属配线包括延伸部分，所述延伸部分从所述多个柱状结构的电极相对于所述基板的所述平面方向以约45°角延伸。
10.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器阵列，其中，
所述多个柱状结构中的每一个具有底部、侧部和顶部，所述底部、侧部和顶部被绝缘膜覆盖，并且所述变形施加部分经由所述绝缘膜形成在所述底部上。
11.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器阵列，其中，
所述多个柱状结构中的每一个具有电流限制层，所述电流限制层包括通过选择性地使所述多个柱状结构的侧表面氧化而形成的氧化区域以及被所述氧化区域包围的导电区域。
12.根据权利要求1或2所述的垂直腔面发射激光器阵列，其中，
所述至少一根金属配线由金或包含金的材料构成，并且向所述多个柱状结构的所述活性区域施加拉伸应力。
13.一种垂直腔面发射激光器装置，包括：
根据权利要求1至12中任一项所述的垂直腔面发射激光器阵列；以及
光学部件，其接收来自所述垂直腔面发射激光器阵列的光。
14.一种光学传输装置，包括：
根据权利要求13所述的垂直腔面发射激光器装置；以及
传输单元，其经由光学介质传输从所述垂直腔面发射激光器装置发射出的激光。
15.一种信息处理装置，包括：
根据权利要求1至12中任一项所述的垂直腔面发射激光器阵列；
聚焦单元，其将从所述垂直腔面发射激光器阵列发射出的激光聚焦在记录介质上；以及
扫描机构，其将由所述聚焦单元聚焦的激光扫描经过所述记录介质。
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