TWI470891B - 表面發射雷射，表面發射雷射陣列，光學掃描設備，及影像形成設備 - Google Patents

表面發射雷射，表面發射雷射陣列，光學掃描設備，及影像形成設備 Download PDF

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Description

表面發射雷射，表面發射雷射陣列，光學掃描設備，及影像形成設備
本發明係有關於表面發射雷射、表面發射雷射陣列、光學掃描設備、及影像形成設備。詳言之，本發明有關於被建構來發射光線於一垂直於一基材的方向上的表面發射雷射、一包括多個該表面發射雷射的表面發射雷射陣列、一包括該表面發射雷射或該表面發射雷射陣列的光學掃描設備、及一包括該光學掃描設備的影像形成設備。
發射光線於一垂直於一基材的方向上的表面發射雷射是熱門的硏發主題。該等表面發射雷射之用於振盪的門檻值電流比邊緣發射雷射的門檻值電流低，且能夠發射高品質的圓形光束輪廓。因為雷射輸出可從垂直於該雷射的基材的方向上之表面發射雷射獲得，所以多個表面發射雷射能夠很容易地作二維的高密度集成。表面發射雷射的潛在應用包括了用於平行光學互連及高速/高解析度電子照相系統。
典型地，該表面發射雷射具有一用於改善電流流入效率(current inflow efficiency)的限制結構。該限制結構可藉由鋁(Al)的選擇性氧化來形成，如非專利文獻1及2所示述。此限制結構在下文中被稱為“被氧化的限制結構”。
非專利文獻3揭示一種印表機，一780奈米頻帶的VCSEL(垂直穴表面發射)陣列被使用於該印表機內。專利文獻1討論一種表面發射雷射，其中一預定數量的差異(“失調(detuning)”)在一由該共振器的長度決定的振盪波長與一由主動層的成分在一預定的溫度下決定的峰值增益波長之間被獲得。專利文獻1中亦討論到該振盪波長對應於在一超過該預定的溫度的溫度範圍內的峰值增益波長。
專利文獻2討論一種具有多點光源的多點影像形成設備。當一表面發射雷射被應用至一影像形成設備時，譬如一印表機時，小直徑之聚焦於一光敏材料上的光點是所想要的。又，用為高速書寫，大的雷射輸出是所想要的。亦即，在單一基本橫向模式(單一模式)操作中獲得高輸出。
在印表機系統中，例如，光源在驅動電流開始供應之後的上升時序(rise timing)的光學輸出的反應波形(“光學波形”)的行為，即上升時間在光學輸出上的變化，對於影像品質有很大的影響。此行為包括該上升時間。例如，在上升時序的初始期間中該光學輸出已達到一定的量之後，即使是光的量只稍微改變，影像品質仍會下降。
這是因為被形成在光學波形的上升時序及下降時序的是一影像的輪廓部分。詳言之，如果在上升時序或在被實質上認為是該上升時序的時間之後的一端時間內光的數量改變了，則該影像輪廓被糢糊，因而認為該影像是視覺上不清楚的。
當沿著一張A4大小的紙張的長度(其約為300mm)掃描一條在該紙上的線需時300微秒時，約1mm的寬度在1微秒內被掃描。一般認為人類的眼睛對於寬度在1mm至2mm之內的影像密度的變化是最敏感的。因此，如果影像密度在約1mm的寬度內改變的話，則該密度改變是可被人類眼睛完全辨識出來，因給予觀看者一種輪廓糢糊的印象。
圖1是一具有被氧化的限制結構的表面發射雷射在500微秒的脈衝寬度及50%的能率(duty)(脈衝週期：1ms)的脈衝條件下被驅動時所畫出的圖表。如圖1所例示，當從一相當長的時間尺度來看時，該光學輸出在上升之後立即表現出一峰值，然後降低並穩定下來。此一光學輸出上的改變是導因於該表面發射雷射的自我加熱且通常被稱為“下垂特性(droop characteristics)”。
該下垂特性例示出緊接在脈衝施用之後(即，緊接在光學脈衝的上升之後)的光學輸出與脈衝施用之後的500微秒的光學輸出兩者的比較，且將熱對於光學輸出的影響加以量化。
由本案發明人所進行的詳細分析顯示出，當藉由放大接近該上升時序的光學波形的初始部分來在一很短的時間尺度中觀看圖1的下垂特性時(如圖2中所例示)，會出現一不同於該下垂特性之光學輸出的改變。
詳言之，圖2的波形顯示出即使是在100ns之後該光學輸出並沒有完全上升且只有在約200ns之後才被認為是已完全上升，在那之後，波形逐漸地上升直到1微秒為止。就本案發明人所知，此現象(特性)從未被報導過。例示於圖2中的時間尺度為緊接在脈衝施用之後(即，緊接在光學脈衝的上升之後)約1微秒且與該下垂特性的時間尺度比較起來是極短的時間尺度。這些在該短的時間長度內的特性在本文中被稱為“負的下垂特性”。該負的下垂特性基本上在傳統的邊緣發射雷射中並沒有被觀察到。
該負的下垂特性的成因的詳細硏究透露出，此現象係導因於該裝置的加熱所造成之在側方向上的光學限制的改變，及在該裝置的發光效率上的改變。
專利文獻1:JP2004-319643A。
專利文獻2:JP11-48520A。
非專利文獻1:K.D. Choquette,K.L. Lear,R.P. Schneider,Jr.,K.M. Geib,“Cavity characteristics of selectively oxidized vertical-cavity lasers”,Applied Physics Letters,Vol. 66,No. 25,pp. 3413-3415,1995。
非專利文獻2:K.D. Choquette,R.P. Schneider,Jr.,K.L. Lear,K.M. Geib,“Low threshold voltage vertical-cavity lasers fabricated by elective oxidation”,Electronics Letters,No. 24,Vol. 30,pp. 2043-2044,1994。
非專利文獻3:H. Nakayama,T. Nakamura,M. Funada,Y. Ohashi,M. Kato,“780nm VCSELs for Home Networks and Printers”,Electronic Components and Thehnology Conference Proceedings,54th ,Vol. 2,June,2004,pp. 1371-1375。
相關前技的一或多項缺點被本發明克服，本發明在一態樣中為表面發射雷射，其包括基材；下半導體多層薄膜反射器其被設置在該基材上；共振器結構其包括一主動層且其被設置在該下半導體多層薄膜反射器上；上半導體多層薄膜反射器其被設置在該共振器結構上，該第二半導體多層薄膜反射器包括一限制結構，在該限制結構中，一電流通道區被一包含鋁之被選擇性地氧化的層的氧化部分所包圍；及上電極其被設置在該上半導體多層薄膜反射器上，該上電極界定一發射區。該發射區包括一中心部分及一周邊部分，該周邊部分被一透明的介電薄膜覆蓋且具有一反射率其低於該中心部分的反射率。該被選擇性地氧化的層具有一厚度其在30奈米至40奈米的範圍之內，且振盪門檻值電流被最小化的溫度為60℃或更低。
在另一態樣中，本發明可提供一種表面發射雷射陣列其包含多個表面發射雷射。
在另一態樣中，本發明可提供一種光學掃描設備其包括光源其包含該表面發射雷射；偏轉器其被建構來偏轉由該光源發出的光束；及掃描光學系統其被建構來將被該偏轉器偏轉的光束聚焦至一被掃描的表面上。
在另一態樣中，本發明可提供一種光學掃描設備其包括光源其包含該表面發射雷射陣列；偏轉器其被建構來偏轉由該光源發出的光束；及掃描光學系統其被建構來將被該偏轉器偏轉的光束聚焦至一被掃描的表面上。
在另一態樣中，本發明可提供一種影像形成設備其包括影像載體及該光學掃描設備。該光學掃描設備被建構來用該光束掃描該影像載體，該光束係根據影像資訊加以調變。
在另一態樣中，本發明可提供一種影像形成設備其包括影像載體及該光學掃描設備。該光學掃描設備被建構來用該光束掃描該影像載體，該光束係根據影像資訊加以調變。
圖3例示依據本發明的一實施例的雷射印表機1000(影像形成設備)。該雷射印表機1000包括光學掃描設備1010；光敏鼓1030；充電單元1031；顯影滾筒1032；轉印充電器1033；中和單元1034；清潔單元1035；碳粉匣(toner cartridge)1036；進紙滾筒1037；進紙盤1038；套合(registration)滾筒對1039；熱熔滾筒1041；出紙滾筒1042；出紙盤1043；通信控制單元1050；及印表機控制單元1060其被建構來中央控制該雷射印表機1000的各單元。該雷射印表機1000的這些單元被容納在印表機機殼1044內。
該通信控制單元1050透過網絡控制著與高階設備，譬如像是個人電腦，的通信。該光敏鼓1030是一圓筒形構件，一光敏層被形成在它的表面上。該光敏鼓1030的該表面提供一被掃描的表面。該光敏鼓1030被建構成可轉動於圖3的箭頭所示的方向上。
該充電單元1031，該顯影滾筒1032，該轉印充電器1033，該中和單元1034，及該清潔單元1035依此順序沿著該光敏鼓1030的轉動方向被設置靠近該光敏鼓1030的該被掃描的表面。
該充電單元1031被建構來讓該光敏鼓1030的該被掃描的表面均勻地帶電。該光學掃描設備1010被建構來用一根據該高階設備所提供的影像資訊調變的光束掃描該光敏鼓1030之該被充電的被掃描表面，藉以形成一與該影像資訊相對應的潛像於該被掃描的表面上。該潛像然後隨著該光敏鼓1030轉動而被輸送於該顯影滾筒1032的方向上。該光學掃描設備1010的結構稍後將更詳細地描述。
該碳粉匣1036存放著將被供應至該顯影滾筒1032的碳粉。該顯影滾筒1032被建構來促使從該碳粉匣1036被供應的碳粉附著至該光敏鼓1030的該潛像上，藉以產生碳粉影像。該碳粉影像然後隨著該光敏鼓1030的轉動而被輸送於該轉印充電器1033的方向上。
該進紙盤1038存放著記錄紙1040。進紙滾筒1037被設置在靠近該進紙盤1038處。該進紙滾筒1037被建構來從該進紙盤1038中一次一張地取出該記錄紙1040，並將該記錄紙輸送至該套合滾筒對1039。該套合滾筒對1039被構來先固持該記錄紙1040，然後與該光敏鼓1030的轉動一致地，將該記錄紙1040送入一介於該光敏鼓1030與該轉印充電器1033之間的間隙內。
該轉印充電器1033施加一電性與該碳粉的電性相反的電壓，使得在該光敏鼓1030的表面上的碳粉可被電吸引至該記錄紙1040上。因此，在該光敏鼓1030的表面上的碳粉影像可被轉印至該記錄紙1040上。帶著該被轉印的影像的該記錄紙1040然後被輸送至該熱熔滾筒1041。
該熱熔滾筒1041被建構來藉由施加熱及壓力至該記錄紙1040上而將該碳粉影像熱熔於該記錄紙1040上。如此被熱熔的該記錄紙1040然後經由該出紙滾筒1042而被送出到該出紙盤1043。
該中和單元1034被建構來將該光敏鼓1030的該表面中和。該清潔單元1035被建構來將留在該光敏鼓1030的該表面上的碳粉去除掉。該光敏鼓1030的該表面上殘留的碳粉被去除掉的一個區域再次被移動回到與該充電單元1031相對的位置。
光學掃描設備
該光學掃描設備1010如圖4所例示，包括一偏轉器側掃描鏡片11a，一影像器側掃描鏡片11b；一多邊形鏡13；一光源14；一耦合鏡片15；光圈板16；一圓柱形鏡片17；一反射鏡18；及一掃描控制單元(未示出)。該光學掃描設備1010的各部分係附裝至一光學外殼30內的預定位置。
在下文中，一對應於主掃描方向的方向被稱為“主掃描對應方向”，且一對應於副掃描方向的方向被稱為“副掃描對應方向”。
該耦合鏡片15被建構來將該光源14所發射出的光束變成為一實質平行的光束。該光圈板16具有一光圈部分其被建構來界定通過該耦合鏡片15的光束的大小。該圓柱形鏡片17被建構來將來自該光圈板16的光圈部分的光束經由該反射鏡18而相對於該副掃描對應方向聚焦到靠近該多邊形鏡13的偏轉/反射表面處。
一預偏轉器光學系統包括該耦合鏡片15，該光圈板16，該圓柱形鏡片17，及該反射鏡18。該多邊形鏡13可具有半徑18mm的內切圓，每一鏡子提供一偏轉/反射表面。該多邊形鏡13被建構來在繞著一平行於該副掃描對應方向的軸線轉動的同時將來自該反射鏡18的光束偏轉。
該偏轉器側掃描鏡片11a被設置在被該多邊形鏡13偏轉的光束的光學路徑上。該影像側掃描鏡片11b被設置在該已通過該偏轉器側掃描鏡片11a的光束的光學路徑上。該已通過該影像側掃描鏡片11b的光束照射該光敏鼓1030的該表面，形成一光點。該光點在該多邊形鏡13轉動時沿著該光敏鼓1030的縱長方向移動，因而掃描該光敏鼓1030的該表面。該光點的運動方向對應於該主掃描方向。該光敏鼓1030的轉動方向對應於該副掃描方向。
一掃描光學系統包括該偏轉器側掃描鏡片11a及該影像側掃描鏡片11b。較佳地，至少一折疊鏡可被設置在該偏轉器側掃描鏡片11a與該影像側掃描鏡片11b之間的光學路徑上，及介於該影像側掃描鏡片11b與該光敏鼓1030之間的光學路徑上。
表面發射雷射
該光源14可包括一例示於圖5A及5B中的表面發射雷射100。在本揭示中，雷射振盪發生的方向被界定為Z軸方向，且在垂直於該Z軸方向的平面上的兩個彼此垂直的方向被界定為X軸方向及Y軸方向。圖5A為該表面發射雷射100平行於X-Z平面的剖面圖。圖5B為該表面發射雷射100平行於Y-Z平面的剖面圖。
該表面發射雷射100具有780nm頻帶的振盪波長。該表面發射雷射100包括一基材101；一緩衝層102；一下半導體DBR 103；一下間隔物層104；一主動層105；一上間隔物層106；一上半導體DBR 107；及一接觸層109。該基材101可包括一n-GaAs單晶基材其具有一鏡片拋光的表面。如圖6A所例示，該鏡面拋光的表面(主表面)的法線N相對於[1 0 0]的結晶方位的方向被朝向[1 1 1]A的結晶方位傾斜15度(θ=15°)。亦即，該基材101是一傾斜的基材。如圖6B所例示，結晶方位[0 -1 1]的方向對應於+X方向，及結晶方位[0 1 -1]的方向對應於-X方向。
回頭參考圖5A及5B，該緩衝層102被堆疊在該基材101的+Z側上且包含n-GaAs。該下半導體DBR 103被堆疊在該緩衝層102的+Z側上且包含40.5對的低折射率層n-Al0.9 Ga0.1 As及高折射率層n-Al0.3 Ga0.7 As。一20nm厚的階化式成分層(graded composition layer)被設置在這些折射率層之間，在這些階化式成分層中成分逐漸地從一種成分改變至另一種成分，用以降低電阻。每一折射率層都具有一λ/4的光學厚度其包括1/2的相鄰的階化式分層，其中λ是振盪波長。當該光學厚度是λ/4時，該層的實際厚度D為λ/4n(其中n為該層的中間的折射率)。
該下間隔物層104被堆疊在該下半導體DBR 103的+Z側上且包含未摻雜的(Al0.1 Ga0.9 )0.5 In0.5 P層。該主動層105被堆疊在該下間隔物層104的+Z側上且具有GaInAsP/GaInP的多量子阱結構。該量子阱層包含一混合式的GaInP結晶，As被導入該結晶中用以獲得780nm的振盪波長。該量子阱層可具有0.7%的壓縮應變。該量子阱層的成分被加以選擇使得在邊緣LD(雷射二極體)中的CW振盪門檻值電流下的振盪波長等於該表面發射雷射100的振盪波長。詳言之，有鑑於與該邊緣LD振盪波長的差異(約10nm)，該PL(光致發光)波長被調整為770nm。在此例子中，當該共振器的振盪波長為780nm時，該門檻值電流被最小化的溫度(在下文中被稱為“門檻值電流最小化溫度”)為25℃，且失調的量為0nm。該門檻值電流最小化溫度可藉由根據振盪波長調整該主動層的PL波長而被設定為等於或小於60℃，其對應於8.4nm或更小的失調量。
藉由引入0.6%的拉伸應變至該阻障層中，該頻帶間隙被增大且在形成一用於該量子阱層的應變補償結構的同時可獲得一高程度的載體限制。該傾斜的基材101及一應變主動層將光學非等方向性導入該主動層105的增益中，使得該偏極方向可被對準在一特定的方向上(譬如在所例示的例子中之X軸方向)。
該上間隔物層106被堆疊在該主動層105的+Z側上且包含未摻雜的(Al0.1 Ga0.9 )0.5 In0.5 P層。一共振器結構是由該下間隔物層104、該主動層105及該上間隔物層106所形成。該共振結構的厚度被設定為等於一個波長的光學厚度。該主動層105被設置在該共振結構之對應於一電場的駐波分佈的反節點的中心處，而獲得一高或然率之被刺激的發射。
該上半導體DBR 107包括一第一上半導體DBR 1071 及一第二上半導體DBR 1072 。該第一上半導體DBR 1071 被堆疊在該上間隔物層106的+Z側上且包括一對p-(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P的低折射率層及p-(Al0.1 Ga0.9 )0.5 In0.5 P的高折射率層。一階化式成分層(graded composition layer)被設置在這些折射率層之間，在該階化式成分層中成分逐漸地從一種成分改變至另一種成分，用以降低電阻。每一折射率層都具有一λ/4的光學厚度其包括1/2的相鄰的階化式成分層。
該第一上半導體DBR 1071 具有一比該AlGaAs層大的帶隙能量且其功能係如一用於被射入到該主動區內的電子的阻擋層般地作用。因為該基材101是傾斜的，所以可以防止像是AlGaInP材料中的小丘(hillock)的瑕疵並改善結晶性。因此，可防止天然超晶格的發展，並可防止帶隙能量的降低。因此，該第一上半導體DBR 1071 可保持高的帶隙能量，而如一適當的電子阻擋層般地作用。
該第二上半導體DBR 1072 被堆疊在該第一上半導體DBR 1071 的+Z側上且包括24對p-Al0.9 Ga0.1 As的低折射率層及p-Al0.3 Ga0.7 As的高折射率層。階化式成分層被設置在這些折射率層之間，在該等階化式成分層中成分逐漸地從一種成分改變至另一種成分，用以降低電阻。每一折射率層都具有一λ/4的光學厚度其包括1/2的相鄰的階化式成分層。
在該第二上半導體DBR 1072 中的該等低折射率層包括一被選擇性地氧化的層108其包含p-AlAs且具有34nm的厚度。該被選擇性地氧化的層108的被插入部分對應於一電場的駐波分佈中從該主動層105算起的第三個節點。因此，該因為電流限制造成的電阻升高而被加熱的部分可以位在遠離該主動層處，同時維持一可實行的門檻值電流。再者，熱阻值可被降低且在中心部分的局部加熱可被降低。此外，導因於該被選擇性地氧化的層108的選擇性氧化的應變對於主動層的影響可被降低，使得該裝置的使用壽命可被增加。該接觸層109被疊在該上半導體DBR 107的+Z側上且包括p-GaAs。
在該上半導體DBR 107靠近該共振結構的一層中(圖7的區域A)，p型摻質的摻雜濃度被調整為低於在其它區域的摻雜濃度。詳言之，在該上半導體DBR 107中，在一與該上間隔物層106相鄰的區域內的四對形成一低摻雜濃度區域，其摻雜濃度低於其它20對的摻雜濃度。詳言之，該低摻雜濃度區域的摻雜濃度對於固定成分層(該等折射率層)及對應於該駐波分佈的反節點的部分而言可以是在約2.0至1.3x1018 cm-3 的範圍內，及對於對應該駐波分佈的節點的部分而言可以是在2.0x1017 至4.0x1018 cm-3 的範圍內。對於該等其餘的20對而言，該摻雜濃度對於固定成分層(該等折射率層)及對應於該駐波分佈的反節點的部分而言可以是在約1.0 x1018 至1.5x1018 cm-3 的範圍內，及對於對應該駐波分佈的節點的部分而言可以是在4.0x1018 cm-3 或更大的範圍內。
在兩種固定成分層及對應於駐波的反節點的部分中的摻雜濃度不一定要相同且可在前述的範圍內不相同。在兩種固定成分層及對應於駐波的反節點的部分中的摻雜濃度在低濃度區域中的所有區段並不一定都要相同，而是可以在區段與區段之間有所改變。詳言之，靠近該低摻雜濃度區域的間隔物層之具有較大的光學駐波強度的部分可具有較低的濃度，使得自由載體吸收可被有效地降低。
在靠近該共振器結構的多層下半導體DBR 103中(圖7的區域B)，n-型摻質的摻雜濃度與其它區域比較起來是被降低的。詳言之，在下半導體DBR 103中，在一與該下間隔物層104相鄰的四對形成一低摻雜濃度區域，其摻雜濃度低於其餘36.5對的摻雜濃度。詳言之，該低摻雜濃度區域的摻雜濃度對於固定成分層(該等折射率層)及對應於該駐波分佈的反節點的部分而言可以是在約3.0至7.5x1017 cm-3 的範圍內，及對於對應該駐波分佈的節點的部分而言可以是在3.0x1017 至1.0x1018 cm-3 的範圍內。對於該等其餘的36.5對而言，該摻雜濃度對於固定成分層(該等折射率層)及對應於該駐波分佈的反節點的部分而言可以是在約1.0 x1018 至3.0x1018 cm-3 的範圍內，及對於對應該駐波分佈的節點的部分而言可以是在1.0x1018 cm-3 至5.0x1018 cm-3 的範圍內。
因此，與上半導體DBR 107的情況相類似地，自由載體吸收所造成的損失可被有效地降低。在吸收損失方面的降低可促成振盪門檻值電流的降低及在坡度效率(slope efficiency)上的提高，使得裝置驅動電流可被降低。換言之，熱的產生可藉由所需功率的降低來加以減少。
接下來，將簡單描述一種製造該表面發射雷射100的方法。如上文中提到的，其上堆疊了多層半導體層的基材101可被稱為“堆疊體”。
(1)該堆疊體係藉由長晶處理，譬如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)或分子束磊晶(MBE)，來製造，如圖8A所例示。
在MOCVD的例子中，第III族的材料可包括三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)、或三甲基銦(TMI)，及第V族的材料可磷化氫(PH3 )或胂(AsH3 )。該p-型摻質材料可包括四溴甲烷(CBr4 )或二甲基鋅(DMZn)，及該n-型摻質材料可包括硒化氫(H2 Se)。
(2)每邊長25微米的方形光阻圖案被形成在該堆疊體上。
(3)一方柱形的高台結構(其可單純地被稱為“高台”)藉由一使用Cl2 氣體及該光阻圖案作為光罩的ECR蝕刻來形成，使得一被蝕刻的底部被設置在該下間隔物層104內。
(4)該光罩被去除掉(參見圖8B)。
(5)該堆疊體在水蒸氣氛圍中被熱處理。藉此，在該被選擇性地氧化的層108內的Al(鋁)從該高台的側邊被選擇性地氧化，留下在該高台中心處未被氧化的區域108b，其被一鋁被氧化的層108a所包圍(參見圖8C)。因此，一被氧化的限制結構被形成，其將該發光部分驅動電流的通道限制到該高台的中心處。該未被氧化的區域108b提供一電流通道區域(電流注入區域)。該電流通道區域可具有一實質方形的形狀及約4微米的寬度。
(6)一SiN的保護層111藉由化學氣相沉積(CVD)而被形成，如圖9A所例示。該保護層111可具有λ/4的光學厚度。詳言之，因為SiN的折射率為1.86及振盪波長λ為780奈米，所以實際的薄膜厚度(=λ/4n)可被設定為約105奈米。
(7)一蝕刻罩幕M被製備。該蝕刻罩幕M被用來形成一用於P側電極接點於該高台的頂部上的窗口，一雷射發光表面將被形成於該處。例如，如圖9B及圖10(其為圖9B的高台部分的放大視圖)所例示，該罩幕M被形成來覆蓋該高台的側邊，該高台的頂面的周邊區域，及兩個小區域，即第一及第二小區域M1及M2。該第一及第二小區域M1及M2相關於一平行於一所想要的偏極方向P的方向(譬如X軸方向)隔著該高台的頂面的中心部分彼此相對。如圖10所例示，該罩幕M的尺寸為L1為4.5微米，L2為4微米，及c為2.2微米。該第一及第二小區域M1及M2可被視為一環的一部分，該環的外徑為L1+2L2及其內徑為L1，其被一條平行於Y軸方向且延伸穿過該環的中心的線分為兩半，該條線的寬度為c。
(8)該保護層111被BHF蝕刻用以形成該用於P側電極接點的窗口。
(9)該罩幕M被去除掉(參見圖11A及11B)。在下文中，該保護層111留在該第一小區域M1內的部分可被稱為“透明層111A”，及該保護層111留在該第二小區域內的部分可被稱為“透明層111B”。
(10)每邊長10微米的方形光阻圖案被形成在該高台頂部的一個該發光部分將被形成於該處的區域內，及一p-側電極材料被氣相沉積在該區域內。該p-側電極材料可包括一Cr/AuZn/Au或Ti/Pt/Au的多層薄膜。
(11)被氣相沉積在該區域內用於該發光部分(發射區)的電極材料被剝離，藉以形成一p-側電極113(參見圖11C)。一被該p-側電極113包圍的區域提供該發射區域。圖12為圖11C的該高台部分的放大視圖。該發射區域的形狀可以是方形，其側邊長度為L4(譬如10微米)。根據此實施例，該等透明層111A及111B存在於該發射區域內的兩個小區域內(其對應於該第一及第二小區域M1及M2)。該等透明層111A及111B為透明的SiN介電薄膜，其具有λ/4的光學厚度。因此，這兩個小區域的反射率小於該發射區域的中心部分的反射率。
(12)在基材101的背側被硏磨至一預定的厚度(譬如，200微米)時，一n-側電極114被形成(參見圖13)。該n-側電極114可包含一AuGe/Ni/Au的多層薄膜。
(13)退火處理被實施用以提供歐姆連接於該p-側電極113與該n-側電極114之間，藉以形成一發光部分。
(14)個別的晶片被切割出來。
當一表面發射雷射為了達到1.4mW的光學輸出目標而被提供一脈衝週期為1ms及脈衝寬度為500微秒的方形波電流脈衝時，一用下面的式子(1)計算出來的數值被稱為“負的下垂率(%)”。
(P1-P2)/P2×100　(1)
其中P1及P2分別為提供脈衝之後10奈秒及1微秒的光學輸出。
如果該輸出隨著時間增加的話，則式子(1)的數值變成負的，其為該“負的下垂特性”的外觀的表示。該負的下垂特性的外觀顯示出在一很短的期間內在光學量上有一與正常的下垂特性相反的改變。
分析由具有負的下垂比的多個表面發射雷射所形成的各式影像的品質顯示出當該負的下垂比為-10%或更大時，從該雷射印表機輸出的影像的輪廓在用裸眼觀察時在高頻下至少部分是糢糊的。在用上述方法所製造的表面發射雷射100中，該負的下垂比為-6%。該表面發射雷射100亦提供2mW或更大的單一基本橫向模式輸出。
本案發明人亦對於具有被氧化的限制結構的傳統表面發射雷射在以各式方形波電流脈衝加以驅動時的光學波形實施一詳細的分析。圖14例示該脈衝週期為1ms且該能率(duty)為50%的光學波形。圖15例示該脈衝週期為100ns且該能率為50%的光學波形。關於圖14的光學波形，在脈衝上升之後，該光學輸出逐漸地增加，表現出該負的下垂特性。即使是在60ns之後，該光學輸出沒有到達目標值(1.5mW)。在另一方面，在圖15的光學波形中，該輸出在該脈衝上升之後即穩定，沒有表現出負的下垂特性。
因此，當傳統的表面發射雷射被提供具有相同能率(即，相同的熱產生量)的方形波電流脈衝時，負的下垂特性會在脈衝週期很長時被觀察到且在脈衝週期很短時不會被觀察到。
不同的脈衝週期會在該表面發射雷射中造成不同的溫度刺激。詳言之，當脈衝週期很長時，雷射被加熱的時間及雷射被冷卻的時間這兩個時間都很長，使得在該表面發射雷射中的溫度會大幅地改變。在另一方面，當該脈衝週期很短時，連續的冷卻時間無法被充分地獲得，因此在該表面發射雷射內部的溫度變動很小，使得雷射可被穩定在一相對高的平均溫度。因此，在負的下垂特性被觀察到的驅動條件下，該表面發射雷射的內部溫度會大幅地波動。換言之，負的下垂特性可被視為是該表面發射雷射的內部溫度所造成的現象。
該被氧化的限制結構之被氧化的層具有一約1.6的折射率，其比該包圍半導體層的折射率(約為3)小。因此，在該表面發射雷射內部有一俗稱內建的(build-in)有效折射率差Δneff於該橫截方向上(參見圖16)。
該有效折射率差Δneff造成一振盪模式，譬如該基本橫向模式，被限制在該橫截方向上。在此例子中，該振盪模式在該橫截方向上的散布是由該Δneff來界定。亦即，該Δneff愈大，在橫截方向上的散布就愈小(參見圖17A及17B)。
當電流(驅動電流)被注入到該表面發射雷射時，該電流被聚集在該高台中心部分。因此，在該高台中心部分的主動層附近的溫度會因為在該主動層區域內的焦耳熱或非輻射性再結合而相對於週邊區域局部地升高。半導體材料具有溫度上升、帶隙能量降低及折射率增加等特性。因此，當在該高台中心部分有局部性的溫度上升時，該中心部分的折射率相對於週邊部分會升高，造成在該橫截方向上一更強的光學限制。
當該內建的有效折射率差Δneff如圖17A所示地很小時，即使該高台中心部分的溫度局部地升高，該有效折射率差Δneff上的改變仍會增加，如圖18A所示。因此，相關於該振盪模式的橫截方向的該電場強度分布(其在下文中被稱為橫向模式分布)會大幅改變。在此例子中，介於發生電流注入的該增益區域與該橫向模式之間的重疊會增加，使得在該橫截方向上的光學限制變得更強。因此，在該增益區域中的光學強度增加，被刺激的發射率增加，及該門檻值電流降低。
因此，在該內建的有效折射率差Δneff很小且室溫下在該橫截方向上的光學限制不足的表面發射雷射中，該門檻值電流可藉由提高內部溫度而被降低，藉以改善該I-L特性。圖19例示出被預測將在該內部溫度升高之前的時間t=t0 時出現的I-L特性，及被預測將在施加脈衝之後該內部溫度已充分地升高時的時間t=t1 出現的I-L特性。當溫度升高時，發射效率提高且門檻值電流降低。因此，在t1 的I-L特性相對於在t0 時的I-L特性朝向低電流側偏移。
圖20例示當脈衝驅動時在光學輸出上的改變。因為該驅動脈衝的電流值是固定的，所以當該I-L特性如圖19所示地改變時在t1 時的光學輸出大於在t0 時的光學輸出。因此，在相同的驅動電流值下，光學輸出會隨著時間增加，因此產生該負的下垂特性的外觀。
在另一方面，當該內建的有效折射率差Δneff如圖17B所示地很大時，即使是在該高台中心部分的溫度局部地升高的時候，該有效折射率差Δneff的改變如圖18B所示地仍是很小，使得該橫向模式分布不會改變太多。
因此，當該內建的有效折射率差Δneff很大且在室溫下在橫截方向上有夠大的光學限制時，該橫向模式分布即使是在內部溫度升高時仍被穩定，使得該發射效率變化的很小。在此例子中，在相同驅動電流下，光學輸出在整個期間內都是固定的，且觀察不到負的下垂特性。
一表面發射雷射的橫向模式分可藉由使用下面的Helmholtz公式計算電場強度分布來預估：
Em (x,y,z)=Em (x,y)exp(ik0 neff,m z)　‧‧‧‧‧(3)
因為很難分析性地解上面的公式(2)及(3)，所以通常係藉由有限元素分析方法用電腦來實施數值分析。有許多用於有限元素分析的解算器(solver)，且可使用市面上有售的VCSEL模擬器(譬如由RSoft Design Group所提供的Laser MOD)。
一780nm頻帶表面發射雷射的基本橫向模式分布可當作一個例子來加以計算。在用於該計算的該表面發射雷射中，該主動層具有Al0.1 2Ga0.88 As/Al0.3 Ga0.7 As(其具有8nm/8nm的厚度)的三量子阱結構，且該間隔物層包含Al0.6 Ga0.4 As。該下半導體DBR包含40.5對的Al0.3 Ga0.7 As(高折射率層)/AlAs(低折射率層)。該上半導體DBR包含24對的Al0.3 Ga0.7 As(高折射率層)/Al0.9 Ga0.1 As(低折射率層)。
該表面發射雷射具有柱狀高台形狀其具有25微米的直徑。高台蝕刻被實施往下到達該下半導體DBR與該下間隔物層之間的界面。被蝕刻掉的區域被該氛圍所佔據。亦即，該表面發射雷射具有一簡單型蝕刻的高台結構。該下半導體DBR之未被高台蝕刻的部分的直徑為35微米，其為在該計算中被考量的最大側向寬度。該被選擇性地氧化的層的材料為AlAs。該被選擇性地氧化的層係位在該低折射率層內，其具有光學厚度3λ/4於該上半導體DBR內。詳言之，該被選擇性地氧化的層的位置對應於該駐波分布從該主動層算起的第三個節點。
該計算只決定被結構性地決定之固有的模式分布而沒有將該主動層的增益或半導體材料的吸收列入考量。在下文中，該被氧化的限制結構的被氧化層被單純地稱為“被氧化層”。該電流通道區域的直徑可被稱為“被氧化的限制直徑”。
圖21例示具有4微米的被氧化的限制直徑及20奈米的被選擇性地氧化的層的厚度的表面發射雷射結構的自我加熱所造成之橫向模式分布的計算結果。圖22例示具有4微米的被氧化的限制直徑及30奈米的被選擇性地氧化的層的厚度的表面發射雷射結構的自我加熱所造成之橫向模式分布的計算結果。因為該主動層的電流注入區的溫度在操作狀態中會顯著地升高是可被預期的，所以該計算係藉由改變該共振器結構的溫度來實施。圖21及22中顯示的溫度是圖23所示的一被加熱的區域的溫度。其它區域的溫度為27℃。
圖21例示該被選擇性地氧化的層的厚度很小且在橫截方向上的光學限制很弱的例子。圖22例示該被選擇性地氧化的層的厚度很大且在橫截方向上的光學限制很強的例子。從這些圖中可看出來的是，當該被選擇性地氧化的層的厚度很小時，該橫向模式分布會根據雷射的自我加熱而大幅地改變。當例示於圖21中的橫向模式有所改變時，負的下垂特性就會出現。Δneff對於負的下垂特性的影響從來都不被知曉且是被本案發明人的分析首次地揭露。
因為加熱造成該表面發射雷射的效率上的改變的另一因素是失調(detuning)的量。接下來，將描述該失調的量與負的下垂特性之間的關係。
在邊緣發射的雷射中，因為共振器縱向模式密集地存在，所以雷射振盪發生在峰值增益波長λ g處。在另一方面，在表面發射雷射中，通常該振盪波長對應於一單一波長，使得只有單一縱長模式可存在該半導體DBR的反射頻帶中。又，因為了射振盪發生在共振波長λ r，所以該表面發射雷射的發射特徵與該共振波長λ r及該主動層的峰值增益波長λ g之間的關係有關。
失調Δ λ0 的量係由下面的式子來決定：
Δλ0 =λr0 -λg0　(4)
其中λ r0 為振盪波長，及λ g0 為峰值增益波長。下標“0”表示室溫下在門檻值電流之下的CW(連續波)操作。沒有下標“0”表示其它操作，例如，驅動電流等於或大於該門檻值電流。
圖24A例示Δ λ0 >0的例子。圖24B例示Δ λ0 <0的例子。
因為該振盪波長並不是由峰值增益波長來決定，而是由共振波長來定，所以表面發射雷射的雷射特徵主要是與Δ λ0 的符號及其數值相關。例如，在室溫下的該門檻值電流會隨著Δ λ0 的絕對值的增加而增加。
大體上，表面發射雷射的振盪(發射)效率在該共振波長與該峰值增益波長彼此相當時是最高。該共振波長與該峰值增益波長兩者當溫度升高時都會在長的波長側改變。在此情況中，在共振波長上的改變是由該共振結構的材料的折射率的改變所造成的，而在峰值增益波長上的改變是由該主動層材料的帶隙能量的改變所造成的。然而，該帶隙能量的改變率比該折射率的改變率大了約一個數量級(an order of magnitude)。該共振波長導因於溫度的改變率約為0.05nm/K，其實質上是可忽略的。因此，可以說在溫度改變時，發射特徵主要是由峰值增益波長的改變量來決定。
因此，在表面發射雷射中，當內部溫度(主動層溫度)因為在注入電流上的改變而被升高時，在Δ λ0 >0的例子中(參見圖24A)，該Δ λ的絕對值(失調的程度)先減小，然後增加。在Δ λ0 >0的例子中，當門檻值電流被測量同時該裝置溫度(環境溫度)從室溫被升高時，該門檻值電流隨著裝置溫度的升高而開始下降。當該峰值增益波長對應於該振盪波長時，該門檻值電流被最小化，並開始隨著該溫度的繼續升高而增加。因此，該門檻值電流最小化溫度(T_Ith_min)存在於室溫之上。
在Δ λ0 <0的例子中(參見圖24B)，當內部溫度(主動層溫度)升高時，Δ λ的絕對值很單純地變大。因此，當門檻值電流被測量同時該裝置溫度(環境溫度)從室溫被升高時，該門檻值電流很單純地隨著裝置溫度的升高而增加。在此例子中，該門檻值電流最小化溫度(T_Ith_min)存在於室溫之下。當該裝置溫度從室溫下降時，該峰值增益波長Δ λ g被朝向短的波長側偏移。因此，當門檻值電流被測量同時該裝置溫度(環境溫度)從室溫被降低時，該門檻值電流開始下降且當該峰值增益波長與該振盪波長彼此相當時，該門檻值電流被最小化。當該溫度被進一步下降時，該門檻值電流開始增加。因此，在Δ λ0 <0的例子中，該門檻值電流最小化溫度存在於室溫之下。
圖25例示在該裝置溫度(環境溫度)被改變的同時測量三個具有不同的Δ λ0 (Δ λ0 <0；Δ λ0 0；及Δ λ0 >0)的雷射的振盪波長的結果。圖23的垂直軸顯示在不同的溫度時該振盪門檻值電流(Ith)，其係經過25℃室溫的振盪門檻值電流(Ith(25℃))標準化。從圖25可以看出的是，該門檻值電流在該門檻值電流在Δ λ0 <0的例子中是在低於室溫的溫度，在Δ λ0 0的例子中是在接近室溫的溫度，及在Δ λ0 >0的例子中是在高於室溫的溫度，被最小化。
在傳統的表面發射雷射中，Δ λ0 被設定為Δ λ0 >0使得該門檻值電流在高溫時可被降低，以防止在高溫及高輸出操作狀態時表面發射特徵變差。然而，當Δ λ0 >0的表面發射雷射用方形波電流脈衝來驅動時，該I-L特徵在該內部溫度升高時被偏移至低電流側，造成門檻值電流的降低。因此，在相同的驅動電流值下，該光學輸出會隨著時間增加；亦即，該負的下垂特性會出現。在另一方面，當Δ λ0 <0時，I-L特徵在內部溫度升高時被偏移至高電流側，使得光學輸出沒有增加；即該負的下垂特性沒有出現。
為了要將λ0 設定在所想要的數值，該峰值增益波長λ g0 必須被知道。在邊緣發射雷射中，因為振盪波長相當於該峰值增益波長，該峰值增益波長可從該共振波長知道。然而，在表面發射雷射中，該振盪波長是被結構地決定，使得預估峰值增益波長變得困難。因此，可以使用下面兩種方法中的任一種方法：(1)製造具有相同主動層的邊緣發射雷射，在室溫下由該振盪波長來預估該峰值增益波長；或(2)製造具有相同主動層的雙異質結構雷射，及從光致發光(PL)波長來預估該峰值增益波長。
例如，當使用方法(1)時，具有相同主動層結構、40微米的條(stripe)寬度、及500微米的共振器長度的氧化物薄膜條式的邊緣發射雷射被製造，且室溫的CW振盪門檻值電流的波長被用作為該峰值增益波長λ g0 。
當使用方法(2)時，因為雷射振盪期間的波長被偏移至相對於該PL波長之長的波長側，所以需要一適當的調整。此波長偏移是因為激勵處理上的差異，如光激勵或電流激勵，所致或是在電流激勵的例子中因電流所產生的熱的影響所致。大體上，邊緣發射雷射的振盪波長比PL波長λPL 長了約10奈米。因此，在此例子中波長偏移的量被認為是10奈米。
因此，關於PL波長，式子(4)可被修改成下面的式子：
Δλ0 =λr0 -λg0=λr0 -(λPL +10)=λr0 -λPL -10　(5)
該10奈米的波長偏移量是一大概的數值且可根據材料系統或使用的結構來加以修改。或者，該波長偏移量可用上述之該門檻值電流被最小化的溫度來取代。
藉由適當地設定Δ λ0 使得元件效率不會在主動層溫度升高時下降，如此即可防止負的下垂特性。
因此，負的下垂特性可藉由適當地設定該被選擇性地氧化的層的厚度及失調的量來加以有效地控制。然而，增加該被選擇性地氧化的層的厚度來提高在橫截方向上的光學限制通常會產生限制單一模式輸出的結果。這是因為藉由增加在橫截方向上的光學限制，高階的橫向模式會被限制且振盪更容易發生。
不只是在表面發射雷射被用作為用於一影像形成設備中的寫入光源時而是在一般情況中，儘可能地提高單一模式輸出是所想要的。因此，依據此實施例，高階橫向模式的振盪可藉由提供一透明的介電薄膜的高反射率區域及一低反射率區域於該表面發射雷射的發射表面上來加以防止。以此方式，在有效地防止負的下垂特性的同時亦可獲得一大的單一模式輸出。
例如，圖26例示一種具有圓形發射區200之(理論上的)表面發射雷射。該發射區200的一中心部分被一環形的低反射率區域111所包圍。在該低反射率區域111中，形成有一具有λ/4的光學厚度的透明介電薄膜(SiN)。在改變該低反射率區域111的內徑L1的同時，該振盪模式分布用該低反射率區域111的寬度L2被固定在3微米來加以計算。該計算係以該電流通道區域的直徑為4.5微米的此一假設為依據。在圖26中，為了易於說明及瞭解，與表面發射雷射100的部件相對應的部件被標以類似的標號。
圖27例示該低反射率區域的內徑L1與根據該計算的該高階橫向模式的Q值之間的關係。從圖27可看出的是，當L1的數值從1微米被增加時，該Q值大幅地減小。
在許多表面發射雷射中，該中心部分主要對應到該基本橫向模式的振盪區域，且該高階橫向模式具有一在周邊部分中的部分模式分布。該低折射區可位在一對應於該高階橫向模式的振盪區的一部分的位置，使得相關於該高階橫向模式的折射率可被選擇性地降低。亦即，藉由將該高階橫向模式內的高光學強度部分重疊在該低反射率區域上，可防止該高階橫向模式的振盪。
圖28例示該低反射率區域的內徑L1與在該基本橫向模式的橫截方向上由上述的計算所決定的光學限制係數之間的關係。從圖28可看出來的是，在該橫截方向上的光學限制效果在L1的數值為5微米或更小時是很強的，且該效果在L1的數值增加到超過5微米時就會下降。這顯示藉由提供多個低反射率區域及提供光學非等向性於該等低反射率區域之間，可在該橫截方向上的限制效果中產生光學非等向性。因此，在具有強的限制效果的方向上的偏極構件可以比在具有弱的限制效果的方向上的偏極構件更容易振盪。以此方式，該偏極方向可被控制成為一具有強的限制效果的方向。
根據此實施例，縱長方向在Y軸方向上的兩個低反射率區域被設置成相關於X軸方向彼此相對。在此例子中，在X軸方向及Y軸方向上，光學非等向性被產生在該橫截方向上的限制效果中，使得該橫截方向的光學限制係數在Y軸方向上變得小於在X軸方向上。因此，在Y軸方向上被偏極化的光線的振盪可被防止，使得振盪是在偏極對準於X軸方向時發生。
圖29例示L1與一具有32奈米厚的該被選擇性地氧化的層及25微米平方的電流通道區的表面發射雷射的單一模式輸出之間的關係。圖30例示L1與該表面發射雷射的負的下垂率之間的關係。圖29顯示出當L1的數值降低時，該單一模式輸出提高。這被認為是因為當L1的數值降低時該低反射率區域與該高階模式的振盪區域之間的重疊會增加，造成防止該高階模式振盪的效果更大。在圖29中，虛線表示一其內未設置該低反射率區域的表面發射雷射的單一模式輸出(0.9mW)。藉由提供該低反射率區域，該單一模式輸出可被大幅地提高。該單一模式輸出在L1數值約為4微米時達到飽和。
圖30顯示當L1數值降低時，在負的區域中之該負的下垂率的絕對值會下降。這是因為當L1的數值降低時，該低反射率區域與該基本模式之間空間上的重疊會增加，造成門檻值電流的升高。此門檻值電流的升高造成操作電流及被產生的熱量的增加。
因此，該低反射率區域的內徑L1在4.0微米至5.0微米的範圍內，在該範圍內該單一模式輸出可被顯著地增加且不會增加負的下垂特性。
圖31例示兩個低反射率區域的間距c(參見圖10)與一具有32奈米厚的該被選擇性地氧化的層及25微米平方的氧化限制面積的表面發射雷射的單一模式輸出之間的關係。圖32例示該間距c與該表面發射雷射的負的下垂率之間的關係。
圖31顯示，當間距c減小時，該單一模式輸出增加。這是因為當c的數值減小時，該低反射率區域與該高階模式的振盪區域之間的重疊會增加，造成防止該高階模式振盪的效果更大。
圖32顯示當c的數值減小時，在負的區域中之該負的下垂率的絕對值會下降，雖然其改變程度小於L1。從單一模式輸出的觀點來看，c的數值小一些是較佳的。然而，如果該c的數值太小的話，在製程期間之形狀再現性或偏極方向的穩定性及類此者會被降低。因此，從再現性及類此者的觀點來看，c的數值較佳地是在1.7微米至2.7微米的範圍內。
圖33例示該被選擇性地氧化的層的厚度與一發射區內設置有一介電薄膜(SiN)的低反射率區域的表面發射雷射的負的下垂率之間，及其內未設置低反射率區域的表面發射雷射之間的關係。該表面發射雷射的電流通道區域的形狀是方形且具有一範圍在16至28微米平方的面積。該等表面發射雷射的失調量為0奈米或更少。
圖33顯示不論是否有該低反測率區域存在，當該被選擇性地氧化的層的厚度變得較小時，在負的區域內之該下垂率的絕對值會增大。亦即，負的下垂特性變得更為顯著。這是因為該被選擇性地氧化的層厚度的減小造成在該橫截方向上的光學限制減小。圖33亦顯示當負的下垂特性變得更明顯時，負的下垂特性的變化亦會增加。該負的下垂率與該被選擇性地氧化的層的厚度的相關性對於兩個表面發射雷射而言係實質上相同的。亦即，負的下垂特性基本上是由該被選擇性地氧化的層的厚度及失調的量來決定的。為了要獲得清晰的影像，該負的下垂率必需被控制在不大於10%。圖33顯示對於失調量為0奈米或更大的表面發射雷射而言，該被選擇性地氧化的層的厚度必需是約25奈米或更大。
圖34例示表面發射雷射在25℃及1.4mW的輸出時該門檻值電流最小化溫度與負的下垂率之間的關係，其中介電薄膜(SiN)的低反射率區域被設置在表面發射雷射的發射區域中且具有不同厚度的該被選擇性地氧化的層，即30奈米、32奈米、及34奈米。
在門檻值電流最小化溫度為25℃的該表面發射雷射中失調的量為0奈米。當該門檻值電流最小化溫度增加1℃時該失調的量會增加約0.24奈米。
圖34顯示該被選擇性地氧化的層的厚度愈大，負的下垂特性減小的愈多，圖33亦有相同的顯示。當該門檻值電流最小化溫度升高時，在負的方向上之該下垂率的絕對值會增大。這被認為是因為在該門檻值電流最小化溫度很高的表面發射雷射中，發射效率可藉由電流注入提高該表面發射雷射的內部溫度來加以改善。這傾向在該被選擇性地氧化的層的厚度變得更小時會更為顯著。
在圖33中，10%或更小的負的下垂率可在該被選擇性地氧化的層的厚度為25奈米或更大時被獲得。這是因為例示於圖33中的該表面發射雷射的失調的量小於0奈米。從圖34所示的傾向可看出來的是，負的下垂特性回應門檻值電流最小化溫度升高的外觀在該被選擇性地氧化的層的厚度減小時更加顯著。例如，此傾向在該被選擇性地氧化的層的厚度為25奈米的例子中是非常地顯著。-10%或更小的負的下垂率只有在該門檻值電流最小化溫度為25℃或更小(即，失調的量為0奈米或更小)的表面發射雷射中被獲得。
因此，當負的下垂特性可藉由將該門檻值電流最小化溫度設定在低的數值來加以有效地降低時，具此溫度設定的表面發射雷射在高溫操作期間會經歷操作電流增加，造成不佳的溫度特性。因此，為了實用的目的，在負的下垂特性與溫度特性的控制之間必需達到一適當的平衡。詳言之，考慮到溫度特性，該門檻值電流最小化溫度應為25℃或更高。
此一需求可藉由增加該被選擇性地氧化的層的厚度來達成。藉由如此作，該負的下垂率接近0%，如圖33所例示，且與該門檻值電流最小化溫度的相依性亦可被降低，如圖34所例示。又，即使是在該門檻值電流最小化溫度為25℃或更高(即，失調的量為0奈米或更大)的時候亦可獲得-10%或更小的負的下垂率。圖34顯示只要該被選擇性地氧化的層的厚度為30奈米或更大，即使是在門檻值電流最小化溫度為60℃的時候仍可獲得-10%或更小的負的下垂率。因此，藉由增加該被選擇性地氧化的層的厚度，負的下垂特性即可被控制且溫度特性亦可被改善。然而，該單一模式輸出(其為該表面發射雷射的一個重要的特徵)會受到限制。
圖35例示該被選擇性地氧化的層的厚度與一發射區內設置有一介電薄膜(SiN)的低反射率區域的表面發射雷射的負的下垂率之間，及其內未設置低反射率區域的表面發射雷射之間的關係。如可從圖35中看出來的，不論是否有該低反射率區域存在，該單一模式輸出在該被選擇性地氧化的層的厚度增加時傾向於減小。這被認為是因為是因為當該被選擇性地氧化的層的厚度增加時，該被選擇性地氧化的層在該橫截方向上的光學限制提高，使得該高階橫向模式被限制且振盪更容易發生。亦可從圖35看出來的是，該被選擇性地氧化的層的厚度每增加1奈米該單一模式輸出就會下降約0.1mW。
仍然參考圖35，考慮該沒有設置低反射率區域的表面發射雷射，可以預估的是，當該被選擇性地氧化的層的厚度是約25奈米時可獲得約2.5mW的單一模式輸出。然而，當該被選擇性地氧化的層的厚度減小至30奈米時，該單一模式輸出亦被降低至約1.5mW。因此，在該負的下垂特性與該單一模式輸出之間存在著取捨(trade-off)。亦即，償試要有效地控制該負的下垂特性會導致單一模式輸出的降低。償試要獲得高的單一模式輸出則會導致顯著的負的下垂特性。為了要降低負的下垂特性的影響(即使是降低一點點)，該失調的量將必需被設定成使得該表面發射雷射的溫度特性被降低。
因此，在沒有設置低反射率區域的表面發射雷射中，在該單一模式輸出與負的下垂特性之間必需達到平衡。
高的單一模式輸出不只是印表機系統中想要的，在其它應用中亦是所想要的。在印表機系統中，約1mW或更大的單一模式輸出對於特定的用途而言也許是足夠的。一更快速的系統可藉由提高輸出來達成，而且對於更快的列印速度一直都存在著持續的需求。因此，實現一種負的下垂特性被最小化且單一輸出模式被最大化的表面發射雷射是所想要的。
依據本實施例，此取捨的問題可由一介電薄膜的低反射率區域被設置在發射表面中的表面發射雷射來解決。圖35顯示，在設有該介電薄膜低反射率區域的表面發射雷射的例子中，可藉由該低反射率區域控制高階橫向模式的功能來獲得一比未設有該低反射率區域的表面發射雷射更高的單一模式輸出。例如，當該被選擇性地氧化的層的厚度為30奈米或更大時，負的下垂特性在門檻值電流最小化溫度高達60℃的雷射中被有效地控制。當該被選擇性地氧化的層具有此一厚度時，可在其內設有介電薄膜的低反射率區域的表面發射雷射中獲得2.5mW的單一模式輸出，在輸出上表現出約1mW的改進。重要的是，該單一模式控制不是用該被選擇性地氧化的層的厚度來控制，而是用介電薄膜來控制。亦即，該介電薄膜大幅地降低該單一模式輸出與該被氧化的層的相依性，使得即使是在該被氧化的層具有相當大的厚度，仍可獲得一高的單一模式輸出。
因此，在相同的負的下垂率下(即，相同的被氧化層厚度下)，依據此實施例的表面發射雷射可提供一比未設有該介電薄膜的低反射率區域的表面發射雷射更高的單一模式輸出。從一不同的觀點來看，在相同的單一模式輸出下，與未設有介電薄膜的低反射率區域的表面發射雷射相比，該被氧化的層的厚度可被增大。因此，該門檻值電流最小化溫度可被設定在更高的數值，這就溫度特性而言是較佳的。因此，依據此實施例，上文中提到的取捨問題較小，使得一比印表機系統所需之1mW或更大的單一模式輸出可被輕易地獲得，只要如圖35所例示地該被選擇性地氧化的層的厚度是40奈米或更小即可。
因此，在負的下垂特性被有效地控制的同時，可獲得一大的單一模式輸出。因此，可實現一具有良好的溫度特性且可達到高影像品質及列印速度之適合印表機系統的表面發射雷射。
如上文中描述的，依據此實施例，該表面發射雷射100包括基材101，其上疊設有該緩衝層102、該下半導體DBR 103、包括該主動層105的該共振器結構、該上半導體DBR 107、及該接觸層109。該上半導體DBR 107包括一限制結構其中一電流通道區被氧化物包圍，該氧化物包括至少一由該被選擇性地氧化的層108的一包括鋁的部分的氧化所形成的氧化物。在雷射光經由該處發射出的發射區域中，兩個小區域(第一及第二小區域)被設置在被該發射區域的中心部分間隔開的區域內。在該二個小區域中形成有光學厚度為λ/4的透明層111A及111B。透明層111A及111B包括透光的介電薄膜使得該等小區域的反射率低於該發射區域的中心部分的反射率。該被選擇性地氧化的層的厚度可在30奈米至34奈米的範圍內，且該振盪門檻值電流被最小化的溫度為60℃或更低。
在此例子中，-10%或更小的負的下垂率及2mW或更大的一極大的單一模式輸出可在同一時間被獲得。因此，不論脈衝週期為何，在負的下垂特性被控制的同時即可實現一大的單一模式輸出。當單一模式輸出的目標為1mW或更大時，該被選擇性地氧化的層的厚度可以是在30奈米至40奈米的範圍內。透明層111A及111B相關於兩個彼此垂直的方向具有光學非等向性。因此，光學非等向性可在對於雷射光在橫截方向上的限制效果中被有意地造成，使得在偏極方向上的穩定性可被改善。
透明層111A及111B具有λ/4的光學厚度。當從光學發射的方向觀看時，透明層111A及111B具有範圍在4.0微米至5.0微米之間的距離L1及範圍在1.7微米至2.7微米之間的寬度c。因此，在再現性被維持且負的下垂特性被控制的同時，該單一模式輸出可被提高且偏極方向的穩定性可被改善。當一脈衝週期為1毫秒且脈衝寬度為500微秒的方形波電流脈衝被提供時，(P1-P2)/P2≧-0.1的關係被滿足，其中P1為脈衝供應開始之後10奈秒的光學輸出，及P2為脈衝供應開始之後1微秒的光學輸出。因此，負的下垂特性可被進一步降低。
因為該光學掃描設備1010的光源14具有表面發射雷射100，所以該光學掃描設備1010可實施高精確度的光學掃描操作。因此，包括該光學掃描設備1010的雷射印表機1000可形成高品質影像。
雖然在前述的實施例中，該保護層111已被描述為包含SiN，但本發明並不侷限於此實施例。介電薄膜(介電層)的材料的例子包括SiO2 、SiN、TiOx、AlOx、FCa、及FMg。詳言之，例如，當被用作為一表面保護薄膜時，SiN具有緻密的薄膜結構且能夠有效地防止水或氧的進入，因此對於該裝置的可靠度的顯著改善具有貢獻。又，SiN薄膜可用氫氟酸溶液及類此者輕易地蝕刻掉。因此，從製程可控制性及長期可靠度的觀點來看，SiN是較佳的。
又，雖然在上述的實施例中，該等小區域的形狀被描述為是半圓形的，但本發明並不侷限於此實施例。例如，該等小區域可具有其它的形狀，譬如橢圓形或矩形。雖然透明層111A及111B的材料已被描述為與保護層111的材料相同，但這只是一個例子且透明層111A及111B可用其它材料來製造。相同地，雖然透明層111A及111B已被描述為具有λ/4的光學厚度，但這只是一個例子。在另一例中，透明層111A及111B可具有3λ/4的光學厚度，如圖36中所例示的表面發射雷射100A。亦即，透明層111A及111B的光學厚度只要是λ/4的奇數倍即可。
圖36為表面發射雷射100A沿著一平行於X-Z平面的平面所取的剖面圖。在此例子中，該發射區域的中心部分被一光學厚度為2λ/4的保護層111(介電薄膜)覆蓋。該發射區域之除了該二小區域(該第一及第二小區域)之外的周邊部分亦被該光學厚度為2λ/4的保護層111(介電薄膜)覆蓋。
在該表面發射雷射100A中，因為整個發射表面被該保護層111(介電薄膜)覆蓋，所以可以防止該發射表面的氧化或污染。雖然發射區域的中心部分亦被該保護層111(介電薄膜)覆蓋，但類似於在沒有該保護層111(介電薄膜)時獲得的光學特性可在不降低反射率下被獲得，因為該中心部分的光學厚度為λ/2的偶數倍。亦即，所要求的是，在反射率需要被降低的區域中其光學厚度為λ/4的奇數倍，而其它區域的光學厚度則為λ/4的偶數倍。
因此，可獲得一具有高抗潮性的表面發射雷射且其不會輕易地隨著時間而降低。大體上，一光學厚度為λ/2的整數倍的光學薄膜對於反射率的影響很小。因此，提供光學厚度為λ/2的整數倍的介電薄膜於該表面發射雷射的表面上不會影響該裝置的特性。
半導體材料具有與大氣中的氧氣及水反應而產生腐蝕的問題。腐蝕可藉由將該表面發射雷射安裝在一充滿了鈍氣，譬如氮氣，之被氣密地密封的封裝中來加以防止。然而，這會造成更高的封裝或安裝成本。而且，完全的氣密密封是很難達成的。因此，從成本或安裝技術的觀點來看，該表面發射雷射本身在抗腐蝕上的改善提供了一項優點。SiN或SiO2 的介電薄膜可被緻密地形成且在防止氧氣或水的進入上具有顯著的效果。因此，藉由提供此一材料的介電構件於該裝置的表面上，就可有效地防止氧氣或水進入該裝置，及有效地防止該裝置的腐蝕。在此例子中，當該介電薄膜的厚度被設定成λ/2的整數倍時，該介電薄膜對於反射率的影響很小。同樣的效果可在該介電薄膜在該低反射率區域中的光學厚度為λ/4的奇數倍時被獲得。因此，該裝置可被保護，高階模式可被控制，且在同一時間，偏極方向可藉由將該低反射率區域的薄膜厚度(光學厚度)設定為λ/4且將如一保護薄膜般地覆蓋整個裝置的該介電薄膜的光學厚度設定為λ/2來加以控制。以此方式，該裝置導因於例如濕氣的吸收的損壞即可被防止，進而改善該裝置的長期可靠度。
在該表面發射雷射100A(其為前一實施例的變化例)中，一光學厚度為λ/4的奇數倍的介電薄膜(第一介電薄膜)被設置在一遠離該發射區的中心的區域內。之後，一光學厚度為λ/2的介電薄膜(第二介電薄膜)被設置在該裝置的整個表面上。當該第一及第二介電薄膜是用相同的材料製造時，其內設置有該第一及第二介電薄膜的區域的反射率可被更有效地被降低。在另一方面，當該第一及第二介電薄膜是用不同材料製造時，會在該第一及第二介電薄膜的界面造成折射率差，使得反射率的降低會被該界電的反射所阻礙。特別是，當位在下面的第一介電薄膜的折射率較小時，該界面處的反射的影響會增加。在該表面發射雷射100A，因為該第一及第二介電薄膜是用相同的材料製造的，所以遠離該發射區的中心的區域的反射率可被有效地降低，使得控制該高階橫向模式的效果可被有效地獲得。
圖37A及37B例示一根據本發明的實施例的該表面發射雷射100B。一具有兩個透明的介電層的高反射率區域被設置在該表面發射雷射100B的中心部分中。一具有單一介電層的低反射率區域被設置在一遠離該中心區域的區域中。該等介電層每一者都具有對應於振盪波長λ的λ/4的奇數倍的光學厚度。圖37B為沿著圖37A的A-A線所取的剖面。
該中心區域包含兩種介電材料，即SiO2 (下層111)及TiOx(上層115)。該上層與下層被設置在一接觸層109上。在此例子中，下介電層111的折射率小於上介電層115的折射率是必要的。較佳地，下介電層111的折射率是約1.5，而上介電層115的折射率是約2.5。在一遠離該雷射的中心的區域中，只有TiOx被疊置。
在此介電層的厚度設定中，該中心區域具有與傳統多層薄膜反射器相同的結構，得到一高反射率的結果。在遠離該中心區域的周邊區域中有厚度為λ/4n的單層介電層。因為TiOx(上層115)的折射率小於半導體層的折射率，所以該周邊區域具有較低的反射率。
又，在表面發射雷射100B中，因為中心區域的反射率增加，所以在該中心區域與該周邊區域之間有一極大的反射率差異。該高階橫向模式通常具有一部分模式分布於遠離該裝置的中心區域的周邊區域中。因此，在表面發射雷射100B中，相關於該高階橫向模式的反射率可被選擇性地降低，使得該高階橫向模式的振盪可被防止且可獲得大的單一模式輸出。
如圖37A、37B、38A及38B所例示，即使是在該被選擇性地氧化的層有一大的厚度時，大的單一模式輸出仍可藉由提供該低反射率區域於遠離該表面發射雷射的中心的區域中來獲得。因此，負的下垂特性可藉由增加該被氧化的層的厚度加以有效地降低。又，該門檻值電流溫度可被設定在高溫(譬如，60℃)。當必需控制偏極性時，可使用圖10所例示之分離的介電形狀。
雖然在表面發射雷射100B中該第二介電層具有方形的外形，但這只是一個例子。在另一實施例中，該第二介電層的外形可包括圓形。相同地，該高反射率區域的形狀可以是圓形以外的形狀。如果該單一模式輸出可被增加的話，則不論該被選擇性地氧化的層的厚度為何，仍可獲得與此實施例相近的效果。例如，除了依據此實施例提供介電薄膜之外，該遠離該發射區域的中心的區域的反射率可藉由蝕刻將一部分的半導體多層薄膜反射器從該發射區域的中心去除掉來加以選擇性地降低，使得該周邊區域的厚度減小。或者，該周邊區域的反射率可藉由部分地提供半導體層於該遠離該發射區域的中心的周邊區域上來加以降低。又再或者，具有被稱為ARROW結構的反引導結構的表面發射雷射可藉由處理該半導體多層薄膜反射器的周邊區域形成一折射率步階於該橫截方向上來形成(參見IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS,VOL. 38,NO. 12,DECEMBER 2002 pp. 1599)。此結構亦可防止高階橫向模式的振盪。
在任何情況中，不論該被選擇性地氧化的層的厚度為何都可獲得高的單一模式輸出。因此，負的下垂特性可被降低同時獲得高的單一模式輸出。
光源14可包括圖39所示的表面發射雷射陣列100C，而不是表面發射雷射100。該表面發射雷射陣列100C包括多個(在所示的例子中為21個)設置在同一基材上的發光部分。在此例子中，圖39的X軸相當於主掃描對應方向，Y軸相當於副掃描對應方向。該等發光部分被設置成當所有發光部分都正交地投射於一沿著Y軸方向延伸的假想線上時，相鄰的發光部分係以d2的間距被設置。因此，該21個發光部分係被二維度地設置。在此揭示中，“發光部分的間距”係指介於兩個相鄰的發光部分的中心之間的距離。發光部分的數量並不侷限於21個。
如圖40所示(其為沿著圖39的A-A線所取的剖面)，每一發光部分都具有一類似於表面發射雷射100的結構。該表面發射雷射陣列100C可用類似於用來製造表面發射雷射100的製程來製造。因此，可從該等發光部分獲得多個具有高的單一模式輸出及一致的偏極方向的雷射光束。因此，21個具有高的光學密度及尺寸很小的圓形光點可被同時形成在該光敏鼓1030上。
該表面發射雷射陣列100C的發光部分在正交地投射於一沿著副掃描對應方向延伸的假想線上具有一致的間距d2，藉由調整打開該等發光部分的時序，此實施例提供的效果就如同該等發光部分在該副掃描對應方向上以等間距被配置在該光敏鼓1030上一樣。
當該間距d2為2.65微米且該光學掃描設備1010的光學系統的放大功率為2時，可實施4800dpi(每英吋的點數)的高密度書寫作業。很顯然地，高密度及高品質的列印作業可藉由增加設置在該主掃描對應方向上的發光部分的數量、藉由縮小在副掃描對應方向上的節距d1來進一步縮小間距d2、或藉由降低該光學系統的放大功率來實施。在主掃描方向上的書寫間距可藉由調整打開該等發光部分的時序來輕易地加以控制。
在此例子中，該雷射印表機1000即使是在點密度被提高時仍可在不降低列印速度下實施列印作業。又，對於相同的書寫點密度，該列印速度可被提高。因為依據此實施例的表面發射雷射在負的下垂特性被減小、獲得高的列印速度及高解晰度影像品質的同時仍可具有高的單一模式輸出。
因為來自該等發光部分的光束的偏極方向都很穩定且都被對準，所以該雷射印表機1000可穩定地形成高品質影像。較佳地，相鄰的發光部分被寬度為5微米或更大的溝槽電地及空間地隔開來。如果寬度太窄的話，在製程期間很難控制蝕刻步驟。較佳地，該高台的尺寸(即，側邊的長度)為10微米或更大。如果該高台的尺寸太小的話，熱在操作期間會被陷住而無法散熱，因而使得裝置特性變差。該表面發射雷射陣列100C可包括一維度的發光部分(其類似於表面發射雷射100)配置。
雖然前述實施例已參考該基材的主表面(principal surface)的法線位在相對於晶體方位[1 0 0]朝向晶體方位[1 1 1]A 15度的角度來描述，但這只是一個例子。所要求的只有，當使用一傾斜的基材時，該基材的主表面的法線相對於晶體方位[1 0 0]的方向被朝向晶體方位[1 1 1]的方向傾斜即可。
雖然在前述的實施例中，發光部分已被描述成具有780奈米頻帶的的振盪波長，但這只是一個例子。在另一實施例中，該發光部分可根據該光敏材料的特性而具有不同的振盪波長。
依據本發明的不同實施例的表面發射雷射可被用於影像形成設備以外的應用中。在此等實施例中，該振盪波長可根據特定的目的而包括650奈米頻帶、850奈米頻帶、980奈米頻帶、1.3微米頻帶、或1.5微米頻帶的波長。該主動層的半導體材料可根據該振盪波長而包括混合式結晶半導體材料。例如，在650奈米頻帶中，可使用AlGaInP混合式結晶半導體材料。在980奈米頻帶中，可使用InGaAs混合式結晶半導體材料。1.3微米及1.5微米頻帶中，可使用GaInNAs(Sb)混合式結晶半導體材料。
藉由根據振盪波長選擇材料及反射鏡結構，即可形成一對應於所想要的振盪波長的發光部分。例如，可使用AlGaInP混合式結晶，而不是AlGaAs混合式結晶。較佳地，該低折射率層與該高折射率層的組合被選擇，使得該組合對於該振盪波長是可穿透的且該低折射率層與該高折射率層之間的折射率差可被最大化。
雖然在前述實施例中該光學掃描設備1010已被描述為被應用在印表機中，但該光學掃描設備1010可被應用到其它種類的影像形成設備中，譬如像是影印機、傳真機、或是包含多種影像形成功能的多功能事務機(MFP)上。
雖然前述的實施例已參考雷射印表機1000作為影像形成設備來加以描述，但本發明並不侷限於此檔實施例。例如，本發明可被體現成一被建構來照射一媒體(譬如像是一片記錄材料)的影像形成設備，用以在用雷射光直接雷射照射時發出顏色。
該影像載體可包括鹵化銀薄膜。在此例子中，一潛影可藉由光學掃描而被形成在該鹵化銀薄膜上。該潛影被提供為可被看見的且藉由與傳統的鹵化銀攝影處理相類似的處理而被印在一列印紙上。此一影像形成設備可被建構成一光學製板設備，或一被建構來提供CT掃描影像或類此者的影像形成設備。
圖41例示一種依據本發明的實施例的彩色印表機2000其具有多個光敏鼓。該彩色印表機2000是一前一後式(tandem type)多色印表機，其被建構來藉由將黑色(B)、青綠色(C)、洋紅色(M)、及黃色(Y)四種顏色重疊來形成全彩影像。該彩色印表機2000包括用於各個顏色的光敏鼓K1、C1、M1及Y1；充電單元K2、C2、M2及Y2；顯影單元K4、C4、M4及Y4；清潔單元K5、C5、M5及Y5，及轉印單元K6、C6、M6及Y6。該彩色印表機2000亦包括光學掃描設備2010、輸送皮帶2080、及熱熔單元2030。
光敏鼓K1、C1、M1及Y1(每一者都被稱為“光敏鼓”)被轉動於圖41的箭頭所示的方向上。充電單元K2、C2、M2及Y2(每一者都被稱為“充電單元”)、顯影單元K4、C4、M4及Y4(每一者都被稱為“顯影單元”)、轉印單元K6、C6、M6及Y6(每一者都被稱為“轉印單元”)及清潔單元K5、C5、M5及Y5(每一者都被稱為“清潔單元”)沿著該光敏鼓的轉動方向被設置。該充電單元被建構來對該光敏鼓的表面均勻地帶電。該光敏鼓之帶電的表面然後用該光學掃描設備2010發出的光來照射，藉以形成一潛影於該光敏鼓上。該潛影然後被該顯影單元顯影，藉以形成一相對應的顏色的碳粉影像於該該光敏鼓表面上。各顏色的碳粉影像被該轉印單元轉印至一被載送於該輸送皮帶2080上的記錄紙上，接著該影像被該熱熔單元2030熱熔於該記錄紙上。
該光學掃描設備2010可包括該表面發射雷射100或該表面發射雷射陣列100C作為每一顏色的光源。因此，該光學掃描設備2010可提供與光學掃描設備1010的效果相近的效果。因為彩色印表機2000包括該光學掃描單元2010，所以彩色印表機2000可提供與雷射印表機1000的效果相近的效果。
在彩色印表機2000中，會因為彩色印表機2000的構件的製造或位置誤差而造成顏色位移(color displacement)。根據此實施例，此顏色位移在光學掃描設備2010的光源包含表面發射雷射陣列100C的例子中可藉由選擇性地打開該等發光位置來減少。
因此，依據本發明的實施例的表面發射雷射及表面發射雷射陣列不論脈衝週期為何都可在控制該負的下垂特性的同時提供高的單一模式輸出。依據本發明的實施例的光學掃描設備可實施高精確度的光學掃描作業。一種依據本發明的實施例的影像形成設備可被適當地用來形成高品質的影像。
雖然本發明已參考特定的實施例加以詳細地說明，但仍有變化及修改存在於下面的申請專利範圍所描述及界定的範圍與精神中。
本發明係根據2009年9月18日提申的日本優先權申請案第2009-217917號及2010年7月5日提申的第2010-152678號，其全部內容藉此參照被併於本文中。
1000．．．雷射印表機
1010．．．光學掃描設備
1030．．．光敏鼓
1031．．．清潔單元
1032．．．顯影滾筒
1033．．．轉印充電器
1034．．．中和單元
1035．．．清潔單元
1036．．．碳粉匣
1037．．．進紙滾筒
1038．．．進紙盤
1039．．．套合滾筒對
1041．．．熱熔滾筒
1042．．．出紙滾筒
1043．．．出紙盤
1050．．．通信控制單元
1060．．．印表機控制單元
1044．．．印表機機殼
1040．．．記錄紙
11a．．．偏轉器側掃描鏡片
11b．．．影像側掃描鏡片
13．．．多邊形鏡
14．．．光源
15．．．耦合鏡片
16．．．光圈板
17．．．圓柱形鏡片
18．．．反射鏡
30．．．光學外殼
100．．．表面發射雷射
101．．．基材
102．．．緩衝層
103．．．下半導體DBR
105．．．主動層
107．．．上半導體DBR
109．．．接觸層
106．．．上間隔物層
104．．．下間隔物層
1071 ．．．第一上半導體DBR
1072 ．．．第二上半導體DBR
108．．．被選擇性地氧化的層
108b．．．未被氧化的區域
108a．．．被氧化的層
111．．．保護層
M．．．蝕刻罩幕
M1．．．第一小區域
M2．．．第二小區域
L1．．．內徑
P．．．偏極方向
111A．．．透明層
111B．．．透明層
113．．．P側電極
114．．．N側電極
100B．．．表面發射雷射
100C．．．表面發射雷射陣列
d2．．．間距
d1．．．節距
2000．．．彩色印表機
2010．．．光學掃描設備
2030．．．熱熔單元
2080．．．輸送皮帶
K1,C1,M1,Y1．．．光敏鼓
K2,C2,M2,Y2．．．充電單元
K4,C4,M4,Y4．．．顯影單元
K5,C5,M5,Y5．．．清潔單元
K6,C6,M6,Y6．．．轉印單元
上述的發明內容以及下面的較佳實施例的詳細說明可在配合附圖閱讀之後被更佳地瞭解，其中
圖1為一圖表其顯示傳統表面發射雷射的光學波形；
圖2為一圖表其顯示圖1的圖表的一上升部分的放大部分；
圖3例示依據本發明的一實施例的雷射印表機；
圖4例示圖3所例示之雷射印表機光學掃描設備；
圖5A為圖4的光學掃描設備的光源中的表面發射雷射沿著X-Z平面所取的剖面；
圖5B為該表面發射雷射沿著Z-Y平面所取的剖面；
圖6A例示在該表面發射雷射內一傾斜的基材；
圖6B例示從Y方向看的該傾斜的基材；
圖7為該表面發射雷射的剖面，其顯示出一低摻雜濃度區A；
圖8A例示一製造表面發射雷射的製程的一個步驟；
圖8B例示該製造表面發射雷射的製程的另一個步驟；
圖8C例示該製造表面發射雷射的製程的另一個步驟；
圖9A例示該製造表面發射雷射的製程的另一個步驟；
圖9B為該表面發射雷射的平面圖其例示出一蝕刻罩幕；
圖10為該表面發射雷射的一高台(mesa)的放大平面圖；
圖11A例示該表面發射雷射製程的另一步驟；
圖11B為該表面發射雷射的平面圖其例示出一保護層；
圖11C例示該表面發射雷射製程的另一步驟；
圖12為該高台的一放大平面圖；
圖13例示該表面發射雷射製程的另一步驟；
圖14為脈衝週期很長的傳統表面發射雷射的光學波形的圖表；
圖15為脈衝週期很短的傳統表面發射雷射的光學波形的圖表；
圖16例示一內建(build-in)的有效折射率差Δneff；
圖17A例示當該內建的有效折射率差Δneff很小時一基本的橫向模式分布；
圖17B例示當該內建的有效折射率差Δneff很大時一基本的橫向模式分布；
圖18A例示當內部溫度升高時圖17A的基本橫向模式分布；
圖18B例示當內部溫度升高時圖17B的基本橫向模式分布；
圖19為一圖表其例示在I-L曲線上導因於一在橫向上具有不足的光學限制之表面發射雷射在室溫時的內部溫度升高的偏移；
圖20為一例示光學輸出上的改變的圖表；
圖21為一圖表，其例示該基本橫向模式分布回應一電流注入部分的溫度改變的變化的例子；
圖22為一圖表，其例示該基本橫向模式分布回應一電流注入部分的溫度改變的變化的另一例子；
圖23為該表面發射雷射的一剖面圖其例示一加熱區；
圖24A例示當Δ λ0 ]0時失調(detuning)的量；
圖24B例示當Δ λ0 <0時失調(detuning)的量；
圖25為一例示振盪門檻值電流與一測得的溫度之間的關係的圖表；
圖26例示一用來計算振盪模式分布的表面發射雷射；
圖27為一例示一低反射率區的內徑L1與在高階橫向模式中Q值之間的關係的圖表；
圖28為一例示一低反射率區的內徑L1與在該基本橫向模式中在橫向上的光學限制係數之間的關係的圖表；
圖29為一例示單模式輸出與該低反射率區的內徑L1之間的關係的圖表；
圖30為一例示負的下垂比與該低反射率區的內徑L1之間的關係的圖表；
圖31為一例示單一模式輸出與兩個示於圖10中的低反射率區的寬度c之間的關係的圖表；
圖32為一例示該負的下垂比與兩個低反射率區的寬度c之間的關係的圖表；
圖33為一例示該負的下垂比與該被選擇性地氧化的層的厚度之間的關係的圖表；
圖34為一例示該負的下垂比與門檻值電流最小化溫度之間的關係的圖表；
圖35為一例示該單一輸出模式與該被選擇性地氧化的層的厚度之間的關係的圖表；
圖36為依據本發明的一實施例的表面發射雷射的剖面圖；
圖37A為依據本發明的另一實施例的表面發射雷射的平面圖；
圖37B為圖37A的表面發射雷射的剖面圖；
圖38A為依據本發明的另一實施例的表面發射雷射的平面圖；
圖38B為圖38A的表面發射雷射的剖面圖；
圖39為一表面發射雷射陣列的平面圖；
圖40為沿著圖37的線A-A所取的剖面圖；及
圖41例示依據本發明的一實施例的彩色印表機。
100．．．表面發射雷射
101．．．基材
102．．．緩衝層
103．．．下半導體DBR
105．．．主動層
107．．．上半導體DBR
109．．．接觸層
106．．．上間隔物層
104．．．下間隔物層
1071 ．．．第一上半導體DBR
1072 ．．．第二上半導體DBR
108b．．．未被氧化的區域
108a．．．被氧化的層
111．．．保護層
111A．．．透明層
111B．．．透明層
113．．．P側電極
114．．．N側電極

Claims (12)

  1. 一種表面發射雷射，包含：基材；下半導體多層薄膜反射器，其被設置在該基材上；共振器結構，其包括一主動層且被設置在該下半導體多層薄膜反射器上；上半導體多層薄膜反射器，其被設置在該共振器結構上，該上半導體多層薄膜反射器包括一限制結構，在該限制結構中，一電流通道區被一包含鋁之被選擇性地氧化的層的氧化部分所包圍；及上電極，其被設置在該上半導體多層薄膜反射器上，該上電極界定一發射區，其中該發射區包括一中心部分及一周邊部分，該周邊部分被一透明的介電薄膜覆蓋且具有一反射率，其低於該中心部分的反射率，其中該被選擇性地氧化的層具有一厚度，其在30奈米至40奈米的範圍內，及一振盪門檻值電流被最小化的溫度為60℃或更低，其中該發射區的周邊部分具有相對於兩個彼此垂直的方向的光學非等向性，及其中該介電薄膜的厚度為λ/4n，其中λ為振盪波長及n為該介電薄膜的折射率，其中該周邊部分包括第一周邊部分及第二周邊部分，當從光線由該雷射發射出的方向觀看時，它們被一通過設 置在，它們之間的中心部分的直線彼此分隔開，其中該中心部分具有一寬度，其在4.0微米至5.0微米的範圍內，及該直線具有一寬度，其在1.7微米至2.7微米的範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之表面發射雷射，其中該被選擇性地氧化的層的厚度是在30奈米至34奈米的範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項之表面發射雷射，其中當提供一具有1毫秒的脈衝週期及500微秒的脈衝寬度的方形波電流脈衝時，(P1-P2)/P2≧-0.1的關係被滿足，其中P1為脈衝供應開始之後10奈秒的光學輸出及P2為脈衝開始供應之後1微秒的光學輸出。
  4. 如申請專利範圍第1項之表面發射雷射，其中該發射區整個被一厚度為λ/2n的第二介電薄膜所覆蓋。
  5. 如申請專利範圍第4項之表面發射雷射，其中該第二介電薄膜是用與該透明的介電薄膜相同的材料製造。
  6. 如申請專利範圍第1項之表面發射雷射，其中該透明的介電薄膜包含SiN。
  7. 一種表面發射雷射陣列，其包含多個如申請專利範圍第1項所述之表面發射雷射。
  8. 一種光學掃描設備，包含：光源，其包括申請專利範圍第1項所述之表面發射雷射；偏轉器，其被建構來將該光源發出的光束偏轉；及 掃描光學系統，其被建構來將被該偏轉器偏轉的光束聚焦至一被掃描的表面上。
  9. 一種光學掃描設備，包含：光源，其包括申請專利範圍第7項所述之表面發射雷射陣列；偏轉器，其被建構來將該光源發出的光束偏轉；及掃描光學系統，其被建構來將被該偏轉器偏轉的光束聚焦至一被掃描的表面上。
  10. 一種影像形成設備，包含：影像載體；及申請專利範圍第8項所述之光學掃描設備，其中該光學掃描設備被建構來用光束掃描該影像載體，該光束係根據影像資訊來加以調變。
  11. 一種影像形成設備，包含：影像載體；及如申請專利範圍第9項所述之光學掃描設備，其中該光學掃描設備被建構來用光束掃描該影像載體，該光束係根據影像資訊來加以調變。
  12. 如申請專利範圍第10項之影像形成設備，其中該影像資訊包括多色影像資訊。
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TW99131471A TWI470891B (zh) 2009-09-18 2010-09-16 表面發射雷射，表面發射雷射陣列，光學掃描設備，及影像形成設備

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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5527714B2 (ja) 2009-11-18 2014-06-25 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5585940B2 (ja) * 2010-04-22 2014-09-10 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及び面発光レーザ素子の製造方法
JP5950523B2 (ja) * 2010-10-16 2016-07-13 キヤノン株式会社 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、画像形成装置
JP5929259B2 (ja) * 2011-05-17 2016-06-01 株式会社リコー 面発光レーザ素子、光走査装置及び画像形成装置
JP5999303B2 (ja) 2011-06-24 2016-09-28 株式会社リコー 面発光レーザアレイ及び画像形成装置
JP2013051398A (ja) 2011-08-01 2013-03-14 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、光走査装置及び画像形成装置
DE102011085077B4 (de) * 2011-10-24 2020-12-31 Robert Bosch Gmbh Oberflächenemittierender Halbleiterlaser
JP6303255B2 (ja) 2011-12-02 2018-04-04 株式会社リコー 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP2013131509A (ja) 2011-12-20 2013-07-04 Ricoh Co Ltd 光学ユニットの製造方法、光学ユニット、光走査装置及び画像形成装置
JP5922400B2 (ja) * 2011-12-27 2016-05-24 古河電気工業株式会社 半導体装置の測定方法
JP5999304B2 (ja) 2012-02-17 2016-09-28 株式会社リコー 光学センサ及び画像形成装置
JP5999305B2 (ja) 2012-02-20 2016-09-28 株式会社リコー 光学センサ及び画像形成装置
JP5939461B2 (ja) 2012-03-01 2016-06-22 株式会社リコー 光学センサ及び画像形成装置
JP6102525B2 (ja) 2012-07-23 2017-03-29 株式会社リコー 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP6107089B2 (ja) 2012-11-30 2017-04-05 株式会社リコー 面発光レーザ素子及び原子発振器
EP3289979B1 (en) 2013-03-15 2023-03-01 Praevium Research, Inc. Widely tunable swept source
CN103872580B (zh) * 2014-01-24 2016-12-07 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 介质薄膜电流限制型垂直腔面发射激光器及其制作方法
JP2016174136A (ja) 2015-03-16 2016-09-29 株式会社リコー 面発光レーザアレイ、レーザ装置、点火装置、及び内燃機関
FI3386041T3 (fi) 2015-12-02 2023-06-02 Ricoh Co Ltd Laserlaite, sytytyslaite ja polttomoottori
JP6662013B2 (ja) 2015-12-11 2020-03-11 株式会社リコー 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、レーザ装置、点火装置、内燃機関、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール、及び光伝送システム
JP7077500B2 (ja) * 2017-01-12 2022-05-31 ローム株式会社 面発光レーザ素子、光学装置
US11152766B2 (en) * 2018-05-14 2021-10-19 Trumpf Photonics, Inc. Low current, high power laser diode bar
US10847949B2 (en) * 2018-08-29 2020-11-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Techniques for vertical cavity surface emitting laser oxidation
CN109167255A (zh) * 2018-11-12 2019-01-08 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种面发射激光器、面发射激光器阵列及光学扫描装置
CN111081896B (zh) * 2019-12-04 2021-02-23 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 显示面板及其制作方法
CN111162451A (zh) * 2019-12-26 2020-05-15 浙江博升光电科技有限公司 底部发射垂直腔面发射激光器
CN116914559B (zh) * 2023-09-12 2023-12-01 深圳市柏金科技有限公司 一种可调谐激光器芯片及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007201398A (ja) * 2005-07-04 2007-08-09 Sony Corp 面発光型半導体レーザ
WO2009102048A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-20 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3232152B2 (ja) 1992-05-14 2001-11-26 株式会社リコー 発光ダイオードアレイ
US6233264B1 (en) 1996-08-27 2001-05-15 Ricoh Company, Ltd. Optical semiconductor device having an active layer containing N
JP3788831B2 (ja) 1996-08-30 2006-06-21 株式会社リコー 半導体素子およびその製造方法
JP3449516B2 (ja) 1996-08-30 2003-09-22 株式会社リコー 半導体多層膜反射鏡および半導体多層膜反射防止膜および面発光型半導体レーザおよび受光素子
JP3467153B2 (ja) 1996-08-30 2003-11-17 株式会社リコー 半導体素子
US6072196A (en) 1996-09-05 2000-06-06 Ricoh Company, Ltd. semiconductor light emitting devices
GB9709949D0 (en) 1997-05-17 1997-07-09 Dowd Philip Vertical-cavity surface-emitting laser polarisation control
JP3687290B2 (ja) 1997-08-05 2005-08-24 富士ゼロックス株式会社 マルチスポット画像形成装置
US6563851B1 (en) 1998-04-13 2003-05-13 Ricoh Company, Ltd. Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength band
US6207973B1 (en) 1998-08-19 2001-03-27 Ricoh Company, Ltd. Light emitting devices with layered III-V semiconductor structures
US6542528B1 (en) 1999-02-15 2003-04-01 Ricoh Company, Ltd. Light-emitting semiconductor device producing red wavelength optical radiation
JP2000277852A (ja) * 1999-03-24 2000-10-06 Fuji Xerox Co Ltd 表面発光型半導体レーザ、及びその製造方法
US6614821B1 (en) 1999-08-04 2003-09-02 Ricoh Company, Ltd. Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation
CA2347708A1 (en) 1999-09-13 2001-03-22 The Furukawa Electric Co., Ltd. Surface-emission semiconductor laser
JP3566902B2 (ja) 1999-09-13 2004-09-15 古河電気工業株式会社 面発光半導体レーザ素子
US6975663B2 (en) 2001-02-26 2005-12-13 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-7μm and optical telecommunication system using such a laser diode
US6674785B2 (en) 2000-09-21 2004-01-06 Ricoh Company, Ltd. Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof
US6803604B2 (en) 2001-03-13 2004-10-12 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor optical modulator, an optical amplifier and an integrated semiconductor light-emitting device
US6765232B2 (en) 2001-03-27 2004-07-20 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
JP4537658B2 (ja) 2002-02-22 2010-09-01 株式会社リコー 面発光レーザ素子、該面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイ、電子写真システム、面発光レーザモジュール、光通信システム、光インターコネクションシステム、および面発光レーザ素子の製造方法
US6927412B2 (en) 2002-11-21 2005-08-09 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light emitter
JP2004201398A (ja) 2002-12-18 2004-07-15 Mitsui Home Co Ltd 屋内配線構造
JP4212046B2 (ja) 2003-03-20 2009-01-21 株式会社リコー 指向性可変アンテナおよび該アンテナを用いた電子機器、ならびに該アンテナを用いたアンテナ指向性制御方法
JP4381017B2 (ja) 2003-03-25 2009-12-09 三洋電機株式会社 面発光型半導体レーザ素子
JP2004319643A (ja) 2003-04-14 2004-11-11 Furukawa Electric Co Ltd:The 面発光レーザ素子
JP3838218B2 (ja) * 2003-05-19 2006-10-25 ソニー株式会社 面発光型半導体レーザ素子及びその製造方法
US7542499B2 (en) 2003-11-27 2009-06-02 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode and surface-emission laser array, optical interconnection system, optical communication system, electrophotographic system, and optical disk system
JP5057354B2 (ja) 2004-04-30 2012-10-24 株式会社リコー 面発光レーザの製造方法
WO2005122350A1 (ja) 2004-06-11 2005-12-22 Ricoh Company, Ltd. 面発光レーザダイオードおよびその製造方法
JP4919639B2 (ja) 2004-10-13 2012-04-18 株式会社リコー 面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび面発光レーザ素子の製造方法および面発光レーザモジュールおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム
US7981700B2 (en) 2005-02-15 2011-07-19 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor oxidation apparatus and method of producing semiconductor element
JP5194432B2 (ja) 2005-11-30 2013-05-08 株式会社リコー 面発光レーザ素子
US7693204B2 (en) 2006-02-03 2010-04-06 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser device and surface-emitting laser array including same
CN101776224B (zh) 2006-04-28 2012-11-28 株式会社理光 面发光激光阵列、光学扫描装置和成像装置
JP5250999B2 (ja) 2006-06-08 2013-07-31 ソニー株式会社 面発光型半導体レーザ
JP2008034795A (ja) * 2006-07-07 2008-02-14 Seiko Epson Corp 面発光型半導体レーザ
US7800805B2 (en) 2006-07-24 2010-09-21 Ricoh Company, Limited Optical Scanning apparatus and image forming apparatus
EP2054980B1 (en) 2006-08-23 2013-01-09 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser array, optical scanning device, and image forming device
JP5309485B2 (ja) 2006-08-30 2013-10-09 株式会社リコー 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP2008060322A (ja) 2006-08-31 2008-03-13 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及び光通信システム
JP2008064801A (ja) 2006-09-04 2008-03-21 Ricoh Co Ltd 光走査装置及び画像形成装置
JP5177399B2 (ja) 2007-07-13 2013-04-03 株式会社リコー 面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5093480B2 (ja) 2008-01-09 2012-12-12 ソニー株式会社 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
US8077752B2 (en) 2008-01-10 2011-12-13 Sony Corporation Vertical cavity surface emitting laser
JP4582237B2 (ja) 2008-01-10 2010-11-17 ソニー株式会社 面発光型半導体レーザ
JP5408477B2 (ja) 2008-05-13 2014-02-05 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5316783B2 (ja) 2008-05-15 2013-10-16 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP2009295792A (ja) 2008-06-05 2009-12-17 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5316784B2 (ja) 2008-06-11 2013-10-16 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP5261754B2 (ja) * 2008-11-27 2013-08-14 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007201398A (ja) * 2005-07-04 2007-08-09 Sony Corp 面発光型半導体レーザ
WO2009102048A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-20 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
EP2478600B1 (en) 2016-11-30
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US8624950B2 (en) 2014-01-07
EP2478600A4 (en) 2014-09-10

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