專利名稱：表面發(fā)射激光器器件、表面發(fā)射激光器陣列、光學掃描裝置和成像設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及表面發(fā)射激光器器件、表面發(fā)射激光器陣列、光學掃描裝置和成像設備。更具體地說，本發(fā)明涉及在垂直于襯底的方向上發(fā)射激光的表面發(fā)射激光器器件和表面發(fā)射激光器陣列、包括該表面發(fā)射激光器器件或表面發(fā)射激光器陣列的光學掃描裝置以及包括該光學掃描裝置的成像設備。
背景技術：
垂直腔表面發(fā)射激光器器件在垂直于襯底的方向上發(fā)射光線，由于垂直腔表面發(fā)射激光器器件成本低、功耗小、尺寸小并且與沿著平行于襯底方向發(fā)射光線的邊緣發(fā)射型半導體激光器器件相比更適于二維裝置，因此近年來越來越受到關注。表面發(fā)射激光器器件的應用領域包括用于打印機中光學寫入系統(tǒng)的光源(具有在780nm波段的振蕩波長)、用于在光盤設備中寫入的光源(具有在1. 3 μ m波段或在850nm 波段的振蕩波長)、以及用于利用光纖的光學傳輸系統(tǒng)，如LAN(即局域網)中的光源(具有在1. 3 μ m或1. 5 μ m波段的振蕩波長)。此外，表面發(fā)射激光器器件被期望用于在板之間、 板之內、LSI(即，大規(guī)模集成電路)的芯片之間和LSI內的芯片之內進行光學傳輸的光源。在這些應用領域中，從表面發(fā)射激光器器件發(fā)出的光線(下面可以稱為發(fā)射光線)經常具有(1)具有圓形橫截面形狀；以及( 具有恒定的偏振方向。為了使得發(fā)射光線的橫截面形狀為圓形，需要控制高階橫模振蕩。為此，已經嘗試各種方法，如在日本專利公告說明書第3566902號(下面稱為專利文件1)中公開的。而且，已經嘗試了各種控制發(fā)射光線的偏振方向的方法，如在日本專利公告說明書第3955925號(以下稱為專利文件2)中公開的。此外，已經研究了在控制高階橫模振蕩和控制偏振方向之間的平衡，如在日本專利申請公開說明書第2007-201398號(下面稱為專利文件3)和日本專利申請公開說明書第2004-289033號(下面稱為專利文件4)中公開的。但是，專利文件1和專利文件2中公開的方法在平衡高階橫模振蕩的控制和偏振方向的控制的方面存在困難。此外，專利文件3公開的方法產生表面發(fā)射激光器器件的電阻增加或者由于電流密度增大而工作壽命期減少的風險。此外，專利文件4中公開的方法在穩(wěn)定表面發(fā)射激光器器件的各種特性或者控制高階橫模的特征方面存在困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施方式可以解決或減少上述問題中的一個或多個。更具體地說，本發(fā)明的實施方式可以穩(wěn)定發(fā)射光線的偏振方向，同時控制高階橫模振蕩。根據本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種表面發(fā)射激光器器件，以在垂直于襯底的方向上發(fā)射激光，包括
圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域的ρ側電極；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側的外側區(qū)域上和發(fā)射區(qū)域之內，以降低反射率，使之低于中心部分的反射率，其中，發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在相互垂直的兩個方向上具有形狀各向異性。根據本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種表面發(fā)射激光器陣列，其被構造成在垂直于襯底的方向上發(fā)射多束激光，包括集成在襯底上的多個表面發(fā)射激光器器件；其中，所述表面發(fā)射激光器器件包括圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域的ρ側電極；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側的外側區(qū)域上和發(fā)射區(qū)域之內，以降低反射率，使之低于中心部分的反射率，其中，發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在相互垂直的兩個方向上具有形狀各向異性。根據本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種光學掃描裝置，其被構造成用激光掃描要被掃描的表面；包括光源，該光源包括沿著垂直于襯底的方向發(fā)射激光的表面發(fā)射激光器器件；偏轉單元，該偏轉單元偏轉來自光源的激光；以及光學掃描系統(tǒng)，以將偏轉單元偏轉的激光聚焦，其中，所述表面發(fā)射激光器器件包括圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域的ρ側電極；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側的外側區(qū)域上和發(fā)射區(qū)域之內，以降低反射率，使之低于中心部分的反射率，其中，發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在相互垂直的兩個方向上具有形狀各向異性。根據本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種光學掃描裝置，以用激光掃描要被掃描的表面，包括光源，該光源包括沿著垂直于襯底的方向發(fā)射多束激光的表面發(fā)射激光器陣列；偏轉單元，該偏轉單元偏轉來自光源的激光；以及光學掃描系統(tǒng)，以將偏轉單元偏轉的激光聚焦，其中，所述表面發(fā)射激光器陣列包括集成在襯底上的多個表面發(fā)射激光器器件，其中，所述表面發(fā)射激光器器件包括圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域的ρ側電極；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側的外側區(qū)域上和發(fā)射區(qū)域之內，以降低反射率，使之低于中心部分的反射率，其中，發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在相互垂直的兩個方向上具有形狀各向異性。根據本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種成像設備，包括圖像保持體；以及光學掃描裝置，該光學掃描裝置被構造成用根據圖像信息調制的激光掃描所述圖像保持體，其中，所述光學掃描裝置包括
光源，該光源包括沿著垂直于襯底的方向發(fā)射激光的表面發(fā)射激光器器件；偏轉單元，該偏轉單元偏轉來自光源的激光；以及光學掃描系統(tǒng)，以將偏轉單元偏轉的激光聚焦，其中，所述表面發(fā)射激光器器件包括圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域的ρ側電極；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側的外側區(qū)域上和發(fā)射區(qū)域之內，以降低反射率，使之低于中心部分的反射率，其中，發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在相互垂直的兩個方向上具有形狀各向異性。根據本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種成像設備，其包括圖像保持體；以及光學掃描裝置，該光學掃描裝置被構造成用根據圖像信息調制的激光掃描所述圖像保持體，其中，所述光學掃描裝置包括光源，該光源包括沿著垂直于襯底的方向發(fā)射多束激光的表面發(fā)射激光器陣列；偏轉單元，該偏轉單元偏轉來自光源的激光；以及光學掃描系統(tǒng)，以將偏轉單元偏轉的激光聚焦，其中，所述表面發(fā)射激光器陣列包括集成在襯底上的多個表面發(fā)射激光器器件，其中，所述表面發(fā)射激光器器件包括圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域的ρ側電極；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側的外側區(qū)域上和發(fā)射區(qū)域之內，以降低反射率，使之低于中心部分的反射率，其中，發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在相互垂直的兩個方向上具有形狀各向異性。本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點將從下面結合附圖閱讀的詳細描述中變得更容易理解。


圖1是解釋本發(fā)明實施方式的激光打印機的輪廓構型的視圖；圖2是示出圖1的光學掃描裝置的外廓圖；圖3A是解釋包括在光源內的表面發(fā)射激光器器件的第一視圖；圖;3B是從與圖3A所示不同角度觀察的解釋包括在光源內的表面發(fā)射激光器器件的第二視圖；圖4A是解釋用于表面發(fā)射激光器器件的襯底的第一視圖；圖4B是從與圖4A所示不同角度觀察的解釋表面發(fā)射激光器器件的襯底的第二視圖；圖5是有源層附近的放大視圖；圖6A是解釋表面發(fā)射激光器器件的第一制造方法的第一視圖；圖6B是解釋表面發(fā)射激光器器件的第一制造方法的第二視圖；圖6C是解釋表面發(fā)射激光器器件的第一制造方法的第三視圖7A是解釋表面發(fā)射激光器器件的第二制造方法的第一視圖；圖7B是解釋表面發(fā)射激光器器件的第二制造方法的第二視圖；圖8是圖7B所示的臺地的頂面的放大圖；圖9A是解釋表面發(fā)射激光器器件的第三制造方法的第一視圖；圖9B是解釋表面發(fā)射激光器器件的第三制造方法的第二視圖；圖9C是解釋表面發(fā)射激光器器件的第三制造方法的第三視圖；圖10是圖9C所示的臺地的頂面的放大圖；圖11是解釋表面發(fā)射激光器器件的第四制造方法的視圖；圖12是解釋高階橫模振蕩的抑制比SMSR和電流通過區(qū)域的方形測度(measure) S之間的關系的視圖；圖13是解釋偏振抑制比PMSR和偏振角度θ ρ之間的關系的視圖；圖14是解釋表面發(fā)射激光器器件的第一改進例的視圖；圖15是解釋表面發(fā)射激光器器件的對比例的視圖；圖16是解釋用于計算橫模分布的表面發(fā)射激光器器件的視圖；圖17是解釋在小區(qū)域的內徑L5和高階橫模的Q值之間的關系的視圖；圖18是解釋小區(qū)域的內徑L5和橫向上基礎橫模的光限制因數Γ之間的關系的視圖；圖19是解釋表面發(fā)射激光器器件的第二改進實施例的視圖；圖20Α是解釋表面發(fā)射激光器器件的第三改進實施例的第一視圖；圖20Β是解釋表面發(fā)射激光器器件的第三改進實施例的第二視圖；圖21Α是解釋表面發(fā)射激光器器件的第三改進實施例的制造方法的第一視圖；圖21Β是解釋表面發(fā)射激光器器件的第三改進實施例的制造方法的第二視圖；圖21C是解釋表面發(fā)射激光器器件的第三改進實施例的制造方法的第三視圖；圖22Α是解釋表面發(fā)射激光器器件的第四改進實施例的第一視圖；圖22Β是解釋表面發(fā)射激光器器件的第四改進實施例的第二視圖；圖23是在第四改進實施例的表面發(fā)射激光器器件的制造過程中臺地的頂面的放大圖；圖M是第四改進實施例的表面發(fā)射激光器器件的臺地的頂面的放大圖；圖25是解釋高階橫模的抑制結構存在或不存在與高階橫模的抑制比SMSR之間的關系的視圖；圖沈是解釋R2/R1與偏振模式抑制比PMSR之間的關系的視圖；圖27Α是解釋低反射率區(qū)域的結構的第一視圖；圖27Β是解釋低反射率區(qū)域的結構的第二視圖；圖27C是解釋低反射率區(qū)域的結構的第三視圖；圖27D是解釋低反射率區(qū)域的結構的第四視圖；圖27Ε是解釋低反射率區(qū)域的結構的第五視圖；圖27F是解釋低反射率區(qū)域的結構的第六視圖；圖觀是解釋表面發(fā)射激光器陣列的視圖；圖四是沿著圖28中的線Α-Α’剖得的橫截面圖；以及
圖30是解釋彩色打印機的外廓結構的視圖。
具體實施例方式參照附圖1到圖30描述本發(fā)明的實施方式。開始，基于圖1到圖18解釋本發(fā)明的一個實施方式。圖1示出作為本發(fā)明該實施方式的成像設備的激光打印機1000的外廓結構。這個激光打印機1000包括光學掃描裝置1010、感光鼓1030、充電器1031、顯影輥1032、轉印充電器1033、電去除單元1034、清潔單元1035、調色劑卡盒1036、紙張供給輥 1037、紙張供給托盤1038、一對阻擋輥1039、定影輥1041、紙張彈出輥1042、收集托盤1043、 通信控制裝置1050和用于整體控制上述部件的打印機控制裝置1060。打印機機殼1044在預定位置處容納這些部件。通信控制裝置1050控制通過網絡與更高級裝置(例如包括個人計算機)之間的雙向通信。感光鼓1030是圓柱形元件，在其表面上形成感光層。更具體地說，感光鼓1030具有要被掃描的表面。此外，感光鼓1030在圖1中箭頭的方向上旋轉。充電器1031、顯影輥1032、轉印充電器1033、電去除單元10；34和清潔單元1035設置在感光鼓1030的表面的附近。這些部件沿著感光鼓1030的旋轉方向以下面的順序設置 充電器1031 —顯影輥1032 —轉印充電器1033 —電去除單元10；34 —清潔單元10；35。充電器1031均勻充電感光鼓1030的表面。光學掃描裝置1010用基于來自更高級裝置的圖像信息調制的光通量掃描被充電器1031充電的感光鼓1030的表面，并且在感光鼓1030的表面上形成對應于圖像信息的潛像。形成在此的潛像伴隨感光鼓1030的旋轉移動向顯影輥1032。下面描述光學掃描裝置 1010的結構。調色劑卡盒1036包含調色劑，并且調色劑提供給顯影輥1032。顯影輥1032將從調色劑卡盒1036提供的調色劑粘附到形成在感光鼓1030的表面上的潛像上，并使得該圖像可見。在此，粘附調色劑的潛像(下面為了簡單稱為調色劑圖像)隨著感光鼓1030的旋轉向轉印充電器1033移動。紙張供給托盤1038容納記錄紙張1040。紙張供給輥1037設置在紙張供給托盤 1038附近。紙張供給輥1037從紙張供給托盤1038抽出一頁記錄紙張1040，并且將這頁記錄紙張(下面稱為記錄紙張頁1040)供給到一對阻擋輥1039。該對阻擋輥1039保持被紙張供給輥1037拉出的記錄紙張頁1040 —會兒，并且隨著感光鼓1030的旋轉，將記錄紙張頁1040送出到感光鼓1030和轉印充電器1033之間的間隙。與調色劑的極性相反的電壓施加到轉印充電器1033上，以電吸引感光鼓1030表面上的調色劑。感光鼓1030表面上的調色劑圖像被這個施加的電壓轉印到記錄紙張頁 1040上。在此，轉印的記錄紙張頁1040被傳送到定影輥1041。定影輥1041向記錄紙張頁1040施加熱量和壓力，由此，調色劑牢固固定到記錄紙張頁1040上。其上定影調色劑的記錄紙張頁1040通過紙張彈出輥1042被送到收集托盤 1043，并堆疊在收集托盤1043中。電去除單元1034從感光鼓1030的表面上去除電荷。
清潔單元1035去除感光鼓1030表面上殘留的調色劑(S卩，殘存調色劑)。從其上去除了殘存調色劑的感光鼓1030的表面返回到面對充電器1031的位置。接著，解釋光學掃描裝置1010的結構。如圖2中作為實施例所示，這個光學掃描裝置1010包括偏轉器側掃描透鏡11a、像平面?zhèn)葤呙柰哥Rlib、多角鏡13、光源14、耦合透鏡15、孔徑板16、變形透鏡17、反射鏡18 和掃描控制裝置(圖2中省略)。這些部件設定在殼體30中的預定位置處。下面為了簡單，對應于主掃描方向的方向稱為“主掃描對應方向”，對應于垂直掃描方向的方向稱為“垂直掃描對應方向”。耦合透鏡15使得光源14發(fā)出的光通量成為基本上平行光通量?？讖桨?6包括開口部分，該開口部分成形已經穿過耦合透鏡15的光通量的束直徑。變形透鏡17將已經穿過孔徑板16的開口部分的光通量聚焦，并且借助于反射鏡 18，沿著垂直掃描對應方向，在多角鏡13的偏轉和反射表面的附近形成圖像。設置在光源14和多角鏡13之間的光路上的光學系統(tǒng)稱為偏轉器前光學系統(tǒng)。在這個實施方式中，偏轉器前光學系統(tǒng)包括耦合透鏡15、孔徑板16、變形透鏡17和反射鏡18。多角鏡13例如包括六面鏡，具有半徑18mm的內接圓。六面鏡的每一側面鏡作為偏轉和反射表面。多角鏡13偏轉來自反射鏡18的光通量，同時以恒定速度圍繞平行于垂直掃描對應方向的軸線旋轉。偏轉器側掃描透鏡Ila設置在被多角鏡13偏轉的光通量的光路上。像平面?zhèn)葤呙柰哥Rlib設置在經偏轉器側掃描透鏡Ila透射的光通量的光路上。 通過用經像平面?zhèn)葤呙柰哥Rlib透射的光通量照射感光鼓1030的表面，在感光鼓1030的表面上形成光點。伴隨多角鏡13的旋轉，光點在感光鼓1030的縱向上移動。更具體地說， 光點掃描感光鼓1030的表面。光點的移動方向是主掃描方向。而且，感光鼓1030的旋轉方向是垂直掃描方向。設置在多角鏡13和感光鼓1030之間的光路上的光學系統(tǒng)稱為掃描光學系統(tǒng)。在這個實施方式中，掃描光學系統(tǒng)包括偏轉器側掃描透鏡Ila和像平面?zhèn)葤呙柰哥Rlib。另外，至少回轉鏡可以設置在偏轉器側掃描透鏡Ila和像平面?zhèn)葤呙柰哥Rlib之間和像平面?zhèn)葤呙柰哥Rlib和感光鼓1030之間的至少一個光路上。如圖3A和:3B所示，作為實施例，光源14包括表面發(fā)射激光器器件100。這個專利說明書通過將激光振蕩方向稱為Z軸方向，并通過將在垂直于Z軸方向的平面內彼此成直角的兩個方向稱為X軸方向和Y軸方向來作出解釋。圖3A是示出平行于表面發(fā)射激光器器件100的X-Z平面的橫截面圖。圖:3B是示出平行于表面發(fā)射激光器器件100的Y-Z平面的橫截面圖。表面發(fā)射激光器器件100發(fā)出振蕩波長780nm波段的表面發(fā)射激光。表面發(fā)射激光器器件100包括襯底101、緩沖層102、下部半導體DBR(即，分布式布拉格反射器)103、間隔層104、有源層105、上部半導體DBR 107、接觸層109等。襯底101具有鏡面拋光表面，如圖4A所示，鏡面拋光表面(也稱為主表面)的法向從晶體取向[1 0 0]朝向晶體取向[1 1 1]傾斜15度(即，θ = 15度)。襯底101是 n-GaAs單晶襯底，并且是所謂的傾斜襯底。如在此的圖4B所示，襯底101設置成使得晶體取向W-I 1]方向成為+X方向，并且晶體取向W 1-1]方向成為-χ方向。另外，通過用傾斜襯底作為襯底101，起到試圖穩(wěn)定在X軸方向上的偏振方向的偏振控制作用。如圖3A所示，緩沖層102包括n-GaAs，并且堆疊在襯底101的+Z側表面上。下部半導體DBR 103堆疊在緩沖層102的+Z側上，并且包括40. 5對包含n-AlAs 的低折射率層和包含Ii-Ala3Giia7As的高折射率層。參照圖5，20nm厚度的組分梯度層設置在相鄰的折射率層之間，以便減小電阻，所述組分梯度層的組分從一個組分向另一個組分逐漸變化。每個折射率層包括一半相鄰層，并且設定成具有λ/4的光學厚度(如果振蕩波長為λ)。當光學厚度是λ/4時，層的實際厚度D是D= λ/4n (在此，η表示層的介質的折射率)。下部間隔層104包括未摻雜(AlaiGiia9)a5Ina5P,并且堆疊在下部半導體DBR 103 的+Z側上。有源層105具有三重量子阱結構，包括三個量子阱層10 和四個勢壘層105b，并且堆疊在下部間隔層104的+Z側上(參見圖5)。每個量子阱層10 包括(ialnAsP組分， 其誘發(fā)0. 7 %的壓縮應變，并且具有大約780nm的帶隙波長。而且，每個勢壘層10 包括 GaInP的組分，其誘發(fā)0. 6%的壓縮應變。上部間隔層106是包含未摻雜(AlaiGiia9)a5Ina5P的層，并且堆疊在有源層105的 +Z側上。包括下部間隔層104、有源層105和上部間隔層106的部分稱為諧振器結構體，其厚度被設定為一個波長的光學厚度(參見圖幻。有源層105設置在諧振器結構體的中間， 為對應于電場駐波分布的腹點的位置，由此獲得高受激發(fā)射概率。上部半導體DBR 107堆疊在上部間隔層106的+Z側上，并且包括23對包含 P-Al0. ^1As的低折射率層和包含P-Ala3GEta7As的高折射率層。組分梯度層設置在上部半導體DBR 107中相鄰的折射率層之間，該組分梯度層的組分從一個組分逐漸變化到另一個組分，以便減小電阻。每個折射率層包括一半的相鄰層， 并且設定為具有λ /4的光學厚度。包含p-AlAs的30nm厚度的選擇性氧化層108插入到上部半導體DBR107的其中一個低折射率層中。選擇性氧化層108的插入位置對應于電場駐波中從有源層105起的第三個節(jié)點。接觸層109包括p-GaAs，并且堆疊在上部半導體DBR 107的+Z側。這種包括堆疊在襯底101上的多個半導體層的結構在下面稱為堆疊體。接著，以簡單易懂的方式解釋表面發(fā)射激光器器件的制造方法。理想的偏振方向 (下面稱為理想偏振方向P)被設定為χ軸方向。(1)堆疊體是通過晶體生長，如金屬有機化學蒸鍍(M0CVD方法)或者分子束外延附生(MBE方法)形成，如圖6A所示。三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)和三甲基銦(TMI)用作用于III族的原材料。磷化氫(PH3)或三氫化砷(AsH3)用作用于V族的原材料。四溴化碳(CBr4)和二甲基鋅(DMZn) 用作用于P型摻雜物的原材料，硒化氫用作用于η型摻雜物的原材料。(2) 一邊25 μ m的方形的抗蝕劑圖案形成在堆疊體的表面上。
(3)四棱柱形狀的臺地結構體(下面為了簡單稱為臺地)通過利用Cl2氣體的ECR 蝕刻方法、用抗蝕劑圖案作為光掩膜而形成。如圖6B所示，蝕刻的底面設定為處于下部間隔層104中。(4)去除光掩膜(參照圖6B)。(5)堆疊體在水蒸氣中表面處理。通過這樣做，選擇性氧化層108中的Al ( S卩，鋁) 在臺地的外周部分內被選擇性氧化，并且未氧化的區(qū)域108b保留在臺地的中心部分，如圖 6C所示。更具體地說，形成所謂的氧化物限制結構，其將發(fā)光部分的驅動電流通道限制為僅在臺地的中心部分。未氧化區(qū)域108b是電流通過區(qū)域(S卩，電流注入區(qū)域)。從而，例如， 形成大約方形的電流通過區(qū)域，寬度從4 μ m到6 μ m。(6)包括SiN的保護層111通過利用化學蒸鍍方法形成，如圖7A所示。保護層111 的光學厚度被設定為λ/4。具體地說，由于SiN的折射率為1.86，且振蕩波長λ是780nm， 實際膜厚度(等于λ /4η)設定為大約105nm。(7)在臺地的上部形成蝕刻掩膜(其稱為掩膜M)，以形成用于ρ側電極接觸的孔， 該臺地的上部成為激光的發(fā)射表面。如圖8所示，圖8摘錄和放大了圖7A和7B的臺地，掩膜M形成為不蝕刻兩個小區(qū)域(即，第一小區(qū)域和第二小區(qū)域)，這兩個小區(qū)域跨過臺地的周邊的中心部分、臺地上表面的周邊和臺地的上表面沿著平行于理想偏振方向P(為X軸方向)的方向彼此面對。更具體地說，在圖8中，Ll被設定為5μπι，L2被設定為2μπι，且L3 被設定為8 μ m。(8)保護層111通過BHF (S卩，緩沖氫氟酸)蝕刻而蝕刻，并且形成ρ側電極接觸的孔。(9)如圖9Α和9Β所示，去除掩膜Μ。下面，剩余在第一小區(qū)域上的保護層111稱為透明層111Α，而剩余在第二小區(qū)域上的保護層111稱為透明層111Β。(10)邊長ΙΟμπι的方形抗蝕劑圖案形成在臺地上部上要形成發(fā)光部分的區(qū)域 (即，金屬層的開孔部分)，并且執(zhí)行P側電極材料的蒸汽沉積。包括Cr/Auai/Au或者Ti/ Pt/Au的多層膜用作ρ側電極材料。(11)如圖9C所示，提脫(lift off)技術應用到沉積于要變成發(fā)光部分(即，發(fā)射區(qū)域)的區(qū)域上的電極材料，并且形成P側電極113。由P側電極113圍繞的區(qū)域是發(fā)射區(qū)域。圖10示出從圖9中摘錄的臺地的放大圖。發(fā)射區(qū)域的結構為方形L4，邊長為ΙΟμπι。 在該實施方式中，在兩個小區(qū)域(它們是第一小區(qū)域和第二小區(qū)域)具有透明層IllA和透明層IllB作為透明介電膜，其包括SiN，具有λ/4的光學厚度。由此，兩個小區(qū)域(即，第一小區(qū)域、第二小區(qū)域)的反射率小于發(fā)射區(qū)域的中心部分的。(12)在拋光襯底101的背面直到達到預定厚度(例如為ΙΟΟμπι的程度)之后，形成η側電極114，如圖11所示。在此，η側電極114是包括Au/Ni/Au的多層膜。(13)通過退火形成在ρ側電極113和η側電極114之間的歐姆接觸層，由此，臺地變成發(fā)光部分。(14)芯片被切割而彼此分離。對于以這種方式制造的表面發(fā)射激光器器件，獲得當光輸出為2. OmW時高階橫模的SMSR(即，側模抑制比)與電流通過區(qū)域的方形測度S之間的關系。所獲得的該關系的結果與對比例一起在圖12中示出。
圖12中的附圖標記A示出本發(fā)明實施方式的表面發(fā)射激光器器件100的特性曲線，附圖標記B示出對比例的表面發(fā)射激光器器件的特性曲線，該對比例的發(fā)射區(qū)域不包括介電膜。在附圖標記B的情況下，由于在發(fā)射區(qū)域的周邊部分內具有光輸出峰值的高階橫模趨于隨著電流通過區(qū)域的方形測度的增加而振蕩，SMSR廣泛地減小。另一方面，在附圖標記A的情況下，與附圖標記B的情況相比，SMSR從5dB改善到15dB。尤其是，在方形測度小于或等于30 μ m2的范圍內獲得約大于25dB的SMSR。通常，基礎橫模的光輸出在發(fā)射區(qū)域的中心附近趨于最大，并且隨著光輸出的位置遠離中心而減小。另一方面，高階橫模的光輸出在周邊部分趨于最大，并且隨著光輸出的位置靠近中心而減小。在實施方式中，設置在發(fā)射區(qū)域的周邊部分的兩個小區(qū)域(即，第一小區(qū)域和第二小區(qū)域)的反射率被設定為小于中心部分的，其作用為減小高階橫模的反射，但不減小基礎橫模的反射，并且作用為抑制高階橫模的振蕩。此外，對于表面發(fā)射激光器器件100，獲得PMSR(即，偏振模抑制比)和偏振角度 θ ρ之間的關系。圖13與對比例一起示出該結果。在此，偏振模抑制比意思為在理想偏振方向上的光強度與在與理想方向垂直的方向上的光強度的比；例如，復印機需要20dB程度的偏振模抑制比。在此，Y軸方向意味著偏振角度θρ = 0度，而X軸方向意味著偏振角度 θρ = 90 度。圖13中的附圖標記A示出本發(fā)明實施方式的表面發(fā)射激光器器件的情況，圖13 中的附圖標記C，如作為實施例的圖14所示，示出表面發(fā)射激光器器件的改進實施例，其相當于表面發(fā)射激光器器件100圍繞Z軸旋轉90度的情況。此外，圖13中的附圖標記D，如圖15所示，示出表面發(fā)射激光器器件的對比例，其包括其上設置圍繞發(fā)射區(qū)域的中心部分的小區(qū)域的發(fā)射區(qū)域，并且包括形成在該小區(qū)域上的光學厚度為λ/4的透明介電膜。結果，在附圖標記A的情況下，偏振方向在X軸方向上穩(wěn)定。而且結果，在附圖標記 C的情況下，偏振方向在Y軸方向上穩(wěn)定。在兩種情況下，PMSR高于附圖標記D的情況大約 5dB。另一方面，在附圖標記D的情況下，偏振方向在X軸方向上穩(wěn)定，但PMSR低于IOdB，且有時偏振方向不穩(wěn)定。作為通過形成其上設置透明介電膜的多個小區(qū)域來改善偏振穩(wěn)定性的因素，認為在兩個相互垂直方向(它們是X軸方向和Y軸方向)上的限制作用具有形狀各向異性。在本實施方式中，偏振方向與X軸方向一致的光線施加限制作用在發(fā)射區(qū)域的中心部分內， 該中心部分的反射率高于發(fā)射區(qū)域周邊部分的反射率，并且振動閾值比偏振方向與Y軸方向一致的光線的振動閾值下降更多。結果，認為改善了偏振模抑制比。作為實施例，如圖16所示，在圓形發(fā)射區(qū)域內設置圍繞發(fā)射區(qū)域的中心部分的環(huán)形小區(qū)域111，并且光學厚度為λ /4的透明介電膜形成在小區(qū)域111上，由此，構成表面發(fā)射激光器器件(計算的表面發(fā)射激光器器件)。對于這種表面發(fā)射激光器器件，在小區(qū)域 111的寬度L6固定為3μπι時，在改變小區(qū)域111的內徑的同時，計算振蕩模分布。在計算過程中，電流通過區(qū)域的直徑被設定為4. 5μπι。而且，在圖16中，為了方便，相同的附圖標記用于等價于表面發(fā)射激光器器件的部件。圖17示出從計算得出的小區(qū)域111的內徑L5與高階橫模中的Q值之間的關系。 由此，要注意的是隨著內徑L5從Ιμπι起增加，Q值顯著減小。這是由于在高階橫模中的光強度部分重疊小區(qū)域111，這防止了高階橫模的振蕩所發(fā)生的。更精確地說，將內徑L5設定在5 μ m到9 μ m范圍內使得高階橫?；旧媳灰种?。另外，圖18示出通過計算得出的小區(qū)域111的內徑L5和高階橫模的橫向光限制因數Γ之間的關系。由此，要注意的是如果內徑L5小于或等于5μπι，橫向光限制作用較強，并且如果內徑L5大于5 μ m,隨著內徑L5增加，橫向光限制作用減弱。由此，通過形成多個小區(qū)域并且通過在兩個小區(qū)域之間提供距離，向橫向光限制作用施加形狀各向異性變得可能。結果，在強限制作用的方向上的偏振分量比在弱限制作用方向上的偏振分量相比更易于振蕩，這使得可以將偏振方向朝向具有強限制作用的方向控制。如上面所解釋的，根據本實施方式的表面發(fā)射激光器器件100，緩沖層102、下部半導體DBR 107、下部間隔層104、有源層105、上部間隔層106、上部半導體DBR 107和接觸層109層疊在襯底101上。而且，表面發(fā)射激光器器件100包括在發(fā)射激光的發(fā)射表面上圍繞發(fā)射區(qū)域設置的P側電極113，和在襯底101側的η側電極114。另外，在發(fā)射區(qū)域內的中心部分外側的兩個小區(qū)域(即，第一小區(qū)域和第二小區(qū)域)內，透明層IllA和透明層 IllB形成為λ/4的光學厚度，該透明層IllA和IllB是光學透明的介電膜，以減小每個小區(qū)域的反射率使之小于發(fā)射區(qū)域的中心部分的。在這種情況下，形成在發(fā)射表面上的光學透明膜使得發(fā)射區(qū)域的周邊區(qū)域的反射率相對低于發(fā)射區(qū)域的中心區(qū)域的，這使得可以抑制高階橫模振蕩，但不減小基礎橫模的光輸出。此外，表面發(fā)射激光器器件100具有相對高反射率的發(fā)射區(qū)域的中心部分，作為在相互垂直方向上具有形狀各向異性的結構，這允許施加到激光上的橫向限制作用故意產生形狀各向異性，并且可以改善偏振方向的穩(wěn)定性。換句話說，可以控制高階橫模振蕩并且穩(wěn)定偏振方向。此外，在不減小電流通過區(qū)域的方形測度的情況下，可以控制高階橫模和偏振方向。這防止器件的電阻和電流限制區(qū)域的電流密度增加，這防止了器件壽命的縮短。另外，在發(fā)射區(qū)域中的兩個小區(qū)域(S卩，第一小區(qū)域和第二小區(qū)域)跨過發(fā)射區(qū)域的中心部分在平行于偏振方向P的理想方向上面對。在這種情況下，容易和精確地在每個小區(qū)域上提供介電膜是有可能的。而且，襯底101是所謂的傾斜襯底，并且第一小區(qū)域和第二小區(qū)域的面對方向平行于襯底101的主表面上的傾斜軸方向(這是X軸方向)。在這種情況下，利用傾斜襯底的偏振控制作用得以加強，這可以改善偏振方向的穩(wěn)定性。另外，臺地的側表面覆蓋有介電膜的保護層111。在這種情況下，防止了由于吸收水分而造成的器件損壞，這可以改善長期可靠性。根據光學掃描裝置1010，光源14包括表面發(fā)射激光器器件100。在這種情況下， 由于可以獲得單個基礎橫模的激光，容易在感光鼓1030的表面上形成圓形和微小的激光點。此外，由于偏振方向穩(wěn)定，光學掃描裝置1010不存在光點扭曲、光強度波動等。從而， 利用基本光學系統(tǒng)，可以在感光鼓1030的表面上聚焦一個圓形、高強度和微小束點并形成圖像。因此，可以執(zhí)行穩(wěn)定的光學掃描。根據本實施方式的激光打印機1000，由于激光打印機1000包括光學掃描裝置 1010，可以形成高質量圖像。在上述實施方式中，針對為襯底101使用傾斜襯底導致偏振控制作用而將偏振方向穩(wěn)定在X軸方向的情況給出了解釋。如果穩(wěn)定偏振方向的偏振控制作用在Y軸方向上起效，也可以將理想偏振方向設定為Y軸方向，并且可以設定第一小區(qū)域和第二小區(qū)域垂直于傾斜軸向的主表面(這是X軸方向)面對的方向，如圖14所示。此外，在本實施方式中，解釋了保護層111是SiN的情況，但是，保護層111不局限于SiN。例如，也可以使用例如SiNx、Si0x、Ti0x和SiON。通過根據每種材料的折射率來設計膜厚度，可以獲得類似的效果。此外，在本實施方式中，給出了第一小區(qū)域和第二小區(qū)域關于穿過發(fā)射區(qū)域的中心平且平行于Y軸延伸的軸線對稱的情況的解釋，但是，該結構并不局限于這種情況。只要在穿過發(fā)射區(qū)域的中心并平行于Y軸延伸的軸線的一側具有第一小區(qū)域，并且在該軸線的另一側具有第二小區(qū)域，各種結構都是可以使用的。另外，在該實施方式中，給出了每個小區(qū)域是矩形的結構的情況的解釋，但是該結構并不局限于矩形形狀。小區(qū)域可以是任意形狀，包括橢圓形和半圓形，如圖19所示。而且，在該實施方式中，給出了透明層IllA和透明層IllB包括與保護層111相同的材料的情況的解釋，但是，透明層IllA和透明層IllB的材料不局限于相同材料。此外，在本實施方式中，給出了關于透明層IllA和透明層IllB的光學厚度是λ/4 的情況的解釋，但是，透明層IllA和透明層IllB的光學厚度不局限于這種情況。例如，如圖20Α和20Β所示，透明層IllA和透明層IllB的光學厚度可以是3 λ/4?；旧希灰该鲗覫llA和透明層IllB的光學厚度是λ /4的奇數倍，就可以獲得類似于本實施方式中的表面發(fā)射激光器器件100的橫模抑制效果。圖20Α是由平行于X-Z平面的平面剖開的表面發(fā)射激光器器件100Α的橫截面圖，圖20Β是由平行于Y-Z平面的平面剖開的表面發(fā)射激光器器件100Α的橫截面圖。在這種情況下，如作為實施例的圖21Α所示，在本實施方式中，形成ρ側電極。此后，如作為實施例的圖21Β所示，通過利用化學蒸鍍方法，包括SiN的保護層111形成以具有2 λ /4的光學厚度。更具體地說，由于SiN的折射率η是1. 86，并且振蕩波長是780nm， 實際膜厚度(即，=2λ/4η)被設定為大約210nm。然后，如圖21C所示，在將襯底101的下側拋光到預定厚度(例如，IOOym程度)后，形成η側電極114。此時，發(fā)射區(qū)域的中心部分覆蓋有光學厚度為2 λ/4的保護層111。另外，除兩個小區(qū)域(即，第一小區(qū)域和第二小區(qū)域)外的發(fā)色區(qū)域的周邊部分也覆蓋有光學厚度為 2 λ/4保護膜111(為介電膜)。對于表面發(fā)射激光器器件100A，獲得在光輸出是2. Omff時高階橫模抑制比SMSR和電流通過區(qū)域的方形測度之間的關系，在電流通過區(qū)域的方形測度小于或等于30 μ m2的范圍內獲得抑制比SMSR大于25dB。此外，獲得表面發(fā)射激光器器件100A的偏振模抑制比PMSR和偏振角θ ρ之間的關系，從表面發(fā)射激光器器件100Α發(fā)出的光的偏振方向被控制在X軸方向上，并且獲得 20dB程度的高偏振模抑制比PMSR。另外，在表面發(fā)射激光器器件100A中，整個發(fā)射表面被覆蓋有保護層111 (即，介電膜)，則可以防止發(fā)射區(qū)域的氧化或污染。而且，由于發(fā)射區(qū)域的中心部分覆蓋有保護層 111(即，介電膜)，其光學厚度為λ/2的偶數倍，獲得與發(fā)射區(qū)域的中心部分沒有覆蓋保護膜111的情況相當的光學特性，而不降低反射率。
更具體地說，當其反射率應該降低的部分的光學厚度是λ/4的奇數倍，且其他部分的光學厚度是λ/4的偶數倍時，獲得類似于實施方式中的橫模抑制效果。此外，在該實施方式中，光源14可以包括表面發(fā)射激光器器件100Β，如圖22Α和 22Β作為實施例示出的，來替代表面發(fā)射激光器器件100。表面發(fā)射激光器器件100Β發(fā)出振蕩波長在780nm波段的表面發(fā)射激光，并且包括襯底201、緩沖層202、下部半導體DBR 203、下部間隔層204、有源層205、上部間隔層206、 上部半導體DBR 207、選擇氧化層208a、208b和接觸層209。襯底201是類似于襯底101的傾斜襯底。下部半導體DBR 203層疊在緩沖層202的+Z側上，并且包括40. 5對包含n-AlAs 的低折射率層和包含Ii-Ala3Giia7As的高折射率層。20nm厚度的組分梯度層設置在相鄰的折射率層之間以降低電阻，該組分梯度層的組分從一個組分逐漸變化到另一個組分。而且， 每個折射率層包括相鄰組分梯度層的一半，并設定為λ/4的光學厚度，若λ是振蕩波長。下部間隔層204層疊在下部半導體DBR 203的+Z側，并且包括未摻雜 (Al0. iGa0. J 0.5In0.5P0有源層205疊置在下部間隔層204的+Z側上，并且是三重量子阱結構的有源層， 包括三個量子阱層和四個勢壘層。每個量子阱層包括felnAsP，其組分誘發(fā)0. 7%的壓縮應變，并且具有大約780nm的帶隙波長。而且，每個勢壘層包括fe^nP，其組分誘發(fā)0. 6%的壓
縮應變。上部間隔層206疊置在有源層205的+Z側上，并且包括未摻雜的 (Al0. iGa0. J 0.5In0.5P0包括下部間隔層204、有源層205和上部間隔層206的部分也稱為諧振結構體，其厚度被設定為一個波長的光學厚度。另外，有源層205設置在諧振結構體的中間、對應于電場中駐波分布的腹點，以便獲得高受激發(fā)射概率。上部半導體DBR 207包括第一上部半導體DBR和第二上部半導體DBR(在圖22A 和圖22B中未示出)。第一上部半導體DBR層疊在上部間隔層206的+Z側并且包括一對包含 p-(Al0.7Ga0.3)o.5ln0.5的低折射率層以及包含P-(Ala ^aUna5的高折射率層。組分從一個組分逐漸變化到另一個組分的組分梯度層設置在相鄰的折射率層之間，以降低電阻。在此，每個折射率層包括一半的相鄰組分梯度層，并且設定為λ/4的光學厚度。第二上部半導體DBR層疊在第一上部半導體DBR的+Z側，并且包括23對包含 P-Al0. ^1As的低折射率層和包含P-Ala3Giia7As的高折射率層。組分從一個組分逐漸變化到另一個組分的組分梯度層設置在相鄰的折射率層之間，以降低電阻。在此，每個折射率層包括一半的相鄰組分梯度層，并且設定為λ/4的光學厚度。包含p-AlAs的30nm厚的選擇性氧化層208a、208b插入到第二上部半導體DBR中的其中一個低折射率層中。更具體地說，第一上部半導體DBR、一個非常薄的層、位于選擇性氧化層208a、208b之下。選擇性氧化層208a、208b的插入位置對應于從有源層205起電場駐波分布的第三個節(jié)點處。接觸層209層疊在第二上部半導體DBR的+Z側，并且包括p-GaAs。為了簡單，多個半導體層層疊在襯底201上的這種結構在下面稱為層疊體B。
接著，簡要解釋表面發(fā)射激光器器件100B的制造方法。在此，理想的偏振方向P 設定為X軸方向。(1)層疊體B是通過諸如金屬-有機化學蒸鍍方法(S卩，MOCVD方法)和分子束外延附生方法(即，MBE方法)的晶體生長而形成；(2)在一邊上為25 μ m的方形的抗蝕劑圖案形成在層疊體B的表面上；(3)通過利用Cl2氣體的ECR蝕刻方法，形成四棱柱形狀的臺地。在此，蝕刻的底面設定在下部間隔層204中；(4)去除光掩膜；( 層疊體B在水蒸氣中熱處理。由此，選擇性氧化層208a、208b中的Al (鋁)在周邊部分上被選擇性氧化，并且由Al氧化層208a圍繞的未氧化區(qū)域208b保留在臺地的中心部分。更具體地說，形成所謂的氧化物限制結構體，其將發(fā)光部分的驅動電流路徑限制為臺地的中心部分。未氧化區(qū)域208b是電流通過區(qū)域(即，電流注入區(qū)域)。從而，例如，形成寬度上4 μ m到6 μ m程度的大約方形的電流通過區(qū)域。(6)包括SiN的保護層211通過化學蒸鍍方法(即，CVD方法)形成。在此，保護層211的光學厚度被設定為λ/4。更準確的說，由于SiN的折射率η為1.86，并且振蕩波長λ為780nm，實際膜厚度(S卩，=λ/4)被設定為大約105nm ；(7)形成蝕刻掩膜(也稱為掩膜M)，以在臺地的成為激光發(fā)射表面的上表面上形成P側電極接觸。在此，作為如圖23所示的實施例，僅提取和放大臺地，圍繞臺地的周邊、臺地的上表面的周邊和臺地的上表面的中心部分形成掩膜，以便不蝕刻環(huán)形區(qū)域，其短軸方向平行于理想的偏振方向P (為X軸方向)。更具體地說，在圖23中，附圖標記Rl是6 μ m， 附圖標記R2是7 μ m，且附圖標記Ml是10 μ m。(8)保護層211通過BHF蝕刻，并且形成用于ρ側電極接觸的孔。(9)去除掩膜Μ。(10) 一邊上為10 μ m的方形抗蝕劑圖案形成在臺地上部上的要成為發(fā)光區(qū)域的區(qū)域(即，金屬層的孔部分)，并且沉積P側電極材料。包括Cr/Auai/Au或Ti/Pt/Au的多層膜用作P側電極材料。(ll)p側電極213通過提脫技術形成，其去除沉積在要成為發(fā)光部分(即，發(fā)射區(qū)域)的區(qū)域上的P側電極材料的不需要的部分。圖M示出僅提取和放大臺地的視圖。由 P側電極213包圍的區(qū)域是發(fā)射區(qū)域。發(fā)射區(qū)域的結構是一邊上為 ομπι的方形Ml。在發(fā)射區(qū)域的環(huán)形區(qū)域上具有透明層211作為SiN的透明介電層，其光學厚度為λ/4。這使得環(huán)形區(qū)域的反射率低于發(fā)射區(qū)域的中心部分的。(12)在將襯底201的下側拋光到預定厚度(例如，100 μ m的程度)之后，形成η 側電極214。在此，η側電極214是包括AuGe/Ni/Au的多層膜。(13)通過退火形成歐姆接觸，以連接ρ側電極213和η側電極214。這使得臺地成為發(fā)光部分。(14)每個芯片被切割并且分離。在如上所述制造的表面發(fā)射激光器器件100Β中，留下λ /4η厚度的SiN膜的周邊部分的反射率低于發(fā)射區(qū)域內的中心部分的。通常，基礎橫模的光輸出在發(fā)射區(qū)域的中心部分的附近趨于最大，并且隨著遠離中心部分減小。另一方面，高階橫模的光輸出趨于在周邊部分區(qū)域最大，并且隨著靠近發(fā)射區(qū)域的中心部分減小。因此，在表面發(fā)射激光器器件 100B中，可以減小高階橫模的反射率，而不減小基礎橫模。更具體地說，起到抑制高階橫模振蕩的作用。圖25示出當光輸出是1. 4mV時在具有類似于表面發(fā)射激光器器件100B的高階橫模抑制結構的器件(以附圖標記A示出)和不具有高階橫模抑制結構的器件(以附圖標記 B示出)之間高階橫模抑制模比的比較結果。在此，橫軸S是電流通過區(qū)域的方形測度。在沒有高階橫模抑制結構的器件中，由于在發(fā)射區(qū)域的周邊部分內具有光輸出的峰值的高階橫模趨于振蕩，因此SMSR相當低。相反，在具有高階橫模抑制結構的器件中，與沒有高階橫?？刂平Y構的器件相比，SMSR改善多于10dB，且在電流通過區(qū)域的方形測度S小于30mm2的范圍內，獲得改善大于20dB的SMSR。此外，圖沈示出R2/R1 (在此Rl是平行于偏振方向的方向上的內徑，而R2是在垂直于偏振方向的方向上的半徑)和偏振模抑制比(即，PMSR)之間的關系。在圖沈中，點 A示出Rl = R2 = 5 μ m的情況，點B示出Rl = 5 μ m且R2 = 6 μ m的情況，點C示出Rl = 5 μ m且R2 = 7 μ m的情況，點D示出Rl = 5 μ m且保護層(低反射率區(qū)域)分成兩個的情況。由于利用傾斜襯底產生增益的形狀各向異性，素有四個結構的偏振方向面向X軸方向，而不取決于的低反射率區(qū)域的結構。但是，比較表示偏振穩(wěn)定性的偏振模抑制比表明隨著在垂直于偏振方向的方向上的內徑(即，R2)與在平行于偏振方向的方向上的內徑 (即，Rl)的比增大，獲得改善偏振模抑制比的結果。作為導致這種結構的一個因素，認為是在彼此垂直的兩個方向上的光限制作用具有形狀各向異性。在點B和點C，由于在中心部分中，在偏振方向的X軸方向上的光限制作用比Y軸方向上的強，具有在X軸方向上的偏振分量的光波的振蕩閾值減小，且與具有各項同性直徑的點A的結構相比，偏振穩(wěn)定性被改善得更好。而且，在將低反射率區(qū)域分成多個部分的點D的結構中，在這些點中，偏振模抑制比改善得最好，該結構類似于表面發(fā)射激光器器件100。另外，如圖27A到圖27F所示，低反射率區(qū)域的結構不局限于包括長軸和短軸的橢圓形的環(huán)形形狀，而是任何結構，如矩形，也可以獲得與上述實施方式類似的橫模抑制效果以及偏振控制效果。此外，作為實施例，光源14可以包括圖28所示的表面發(fā)射激光器陣列100C，替代表面發(fā)射激光器器件100。表面發(fā)射激光器陣列100C包括多個發(fā)光部分(在圖觀中為21個部分)，它們布置在共同的襯底上。在圖觀中，X軸方向是主掃描對應方向，而Y軸方向是垂直掃描對應方向。當所有發(fā)光部分沿著在Y軸方向上延伸的虛擬線正交投影時，多個發(fā)光部分以等間隔排列。換句話說，21個發(fā)光部分以二維方式排列。另外，在專利說明書中，“發(fā)光部分間隔” 意味著兩個發(fā)光部分的中心之間的距離。而且，發(fā)光部分的數量不局限于21個。如圖四所示，圖四示出圖洲的沿著線A-A的橫截面圖，每個發(fā)光部分具有類似于表面發(fā)射激光器器件100的結構。此外，表面發(fā)射激光器陣列100C可以以類似于表面發(fā)射激光器器件100的方法制造。從而，可以在發(fā)光部分之間獲得具有均勻偏振方向的多個單基礎橫模激光束。因此，可以同時在感光鼓1030上形成21個圓形的、光密集和微小的光點ο此外，在表面發(fā)射激光器陣列100C中，由于在發(fā)光部分沿著在垂直方向延伸的垂直線正交投影時，發(fā)光部分間隔是相等距離d2，通過調整發(fā)光時刻，表面發(fā)射激光器陣列 100C可以被作為發(fā)光部分沿著垂直方向在感光鼓1030上等間隔排列的情況被處理。另外，例如，通過設定距離d2為2. 65 μ m,并且光學掃描裝置1010的光學系統(tǒng)的放大率為2倍，可以實現4800dpi(即，點/英寸)的高密度寫入。當然，通過增加在主掃描對應方向上發(fā)光部分的數量，通過形成減小距離d2的陣列布置，通過縮短在垂直掃描對應方向上的間距dl，以及通過減小光學系統(tǒng)的放大率，可以實現更高的密度和更高質量的打印。 另外，基于發(fā)光部分的發(fā)光時刻，在主掃描對應方向上的寫入間隔可以被輕易控制。此外，在這種情況下，即使在打印點密度增加的情況下，激光打印機1000可以在不降低打印速度的情況下打印。另外，在相同寫入點密度的情況下，可以進一步增加打印速度。此外，在這個情況下，由于來自發(fā)光部分的光通量的偏振方向可以穩(wěn)定保持一致， 激光打印機1000可以穩(wěn)定形成高質量圖像。理想的是兩個相鄰發(fā)光部分之間的溝槽(trench)大于或等于5 μ m，用于電氣和空間分隔。這是由于如果溝槽太窄，在制造過程中控制蝕刻變得困難。此外，理想的是臺地的尺寸(指邊的長度)大于或等于ΙΟμπι。這是因此存在熱量會保留在臺地中的顧慮，并且如果尺寸過小，特性會降低。另外，在上述實施方式中，取代表面發(fā)射激光器器件100，包括一維排列的發(fā)光部分的表面發(fā)射激光器陣列也是可行的，該發(fā)光部分類似于表面發(fā)射激光器器件100。由于表面發(fā)射激光器器件100被集成，可以穩(wěn)定偏振方向，同時控制高階橫模振蕩。此外，在實施方式中，給出了針對襯底的主表面的法向從晶體取向[1 00]方向朝向晶體取向[1 1 1]方向A傾斜15度的情況的解釋，但是本實施方式并不局限于這種情況。只要襯底的法向從晶體取向<1 0 0>的其中一個方向朝向晶體取向<1 1 1>的其中一個方向傾斜，任何角度的傾斜都是可以的。此外，在上述實施方式中，解釋了發(fā)光部分的振蕩波長是780nm的情況，但是本實施方式并不局限于此。根據感光體的特性，發(fā)光部分的振蕩波長可以改變。另外，上述表面發(fā)射激光器器件可以應用于成像之外的其他用途。在這種情況下，根據用途，振蕩波長可以在包括650nm波段、850nm波段、980nm波段、1. 3 μ m波段和 1. 5μπι波段的波段內。在這種情況下，根據振蕩波長的混晶半導體材料可以用作構成有源層的半導體材料。例如，可以使用用于650nm波段的基于AKialnP的混晶半導體材料，用于980nm波段的基于InGaAs的混晶半導體材料，和用于1. 3 μ m波段和1. 5 μ m波段的基于 GaInNAs (Sb)的混晶半導體材料。此外，通過根據振蕩波長選擇反射鏡的材料和結構，可以形成對應于任何振蕩波長的發(fā)光部分。例如，可以使用AKiaAs混晶之外的材料，如AlfeInP混晶。此外，理想的是， 低折射率層和高折射率層對該振蕩波長來說是透明的，并且能夠使得二者之間的折射率差盡可能大。另外，在實施方式中，解釋了激光打印機1000作為成像設備的情況，但是成像設備并不局限于激光打印機1000。例如，直接將激光發(fā)射到由激光上色的介質(例如，紙張)上的成像設備也是有可能的。而且，利用銀鹽膠片作為圖像保持體的成像設備也是有可能的。在這種情況下，潛像通過光掃描形成在銀鹽膠片上，并且在與普通鹵化銀拍照過程中的顯影相當的過程中將潛像可視化。然后，與普通鹵化銀拍照過程中的打印相當的過程使得可見圖像轉印到相紙上。這種成像設備作為光制版設備或者光繪制設備投入使用，該光繪制設備繪制諸如計算機X線斷層攝像術掃描圖像的圖像。此外，如圖30所示，作為實施例，包括多個感光鼓的彩色打印機2000也是有可能的。彩色打印機2000是串列型多色打印機，通過組合四種顏色(包括黑色、青色、品紅色和黃色)來形成全彩色圖像。彩色打印機2000包括用于黑色的感光鼓K1、充電裝置K2、 顯影裝置K4、清潔單元K5和轉印裝置K6;用于青色的感光鼓Cl、充電裝置C2、顯影裝置C4、 清潔單元C5和轉印裝置C6 ；用于品紅色的感光鼓Ml、充電裝置M2、顯影裝置M4、清潔單元 M5和轉印裝置M6 ；以及用于黃色的感光鼓Y1、充電裝置Y2、顯影裝置W、清潔單元TO和轉印裝置Y6。而且，彩色打印機2000包括光學掃描裝置2010、傳送帶2080和定影單元2030。感光鼓K1、Cl、Ml、Yl在圖30中箭頭的方向上旋轉。充電裝置K2、C2、M2、Y2、顯影裝置K4、C4、M4、Y4、和清潔單元K5、C5、M5、Y5圍繞相應的感光鼓Kl、Cl、Ml、Yl沿著旋轉方向布置。充電裝置1(2丄2^2、￥2均勻充電相應感光鼓1(1、(1、111、￥1的表面。光學掃描裝置2010將光線發(fā)射到被充電裝置K2、C2、M2、Y2充電的感光鼓Kl、Cl、Ml、Yl的表面上，并且在各個感光鼓K1、C1、M1、Y1上形成潛像。相應的顯影裝置1(4丄4^4、料在感光鼓 K1、C1、M1、Y1的表面上形成調色劑圖像。此外，轉印裝置K4、C4、M4J4將相應顏色的調色劑圖像轉印到傳送帶2080上的記錄紙張頁上。最后，定影單元2030將最終圖像定影在記錄紙張頁上。光學掃描裝置2010可以包括彩色光源，類似于表面發(fā)射激光器器件100、100A、 100B并且類似于表面發(fā)射激光器陣列100C。由此，光學掃描裝置2010可以獲得與光學掃描裝置1010類似的效果。同時，彩色打印機2000會經歷由于部件的制造誤差或者定位誤差帶來的顏色偏移。即使在這種情況下，如果光學掃描裝置2010的光源包括類似于表面發(fā)射激光器陣列 100C的表面發(fā)射激光器陣列，有可能通過選擇照亮的發(fā)光部分來減小顏色偏移。如上所述，本發(fā)明的表面發(fā)射激光器器件能夠穩(wěn)定偏振方向，同時控制高階橫模振蕩。此外，本發(fā)明的表面發(fā)射激光器陣列適于穩(wěn)定偏振方向，同時控制高階橫模振蕩。此外，本發(fā)明的光學掃描裝置適于執(zhí)行穩(wěn)定的光學掃描。另外，本發(fā)明的成像設備適于形成高質量圖像。本發(fā)明不局限于在此具體描述的實施方式，并且在不背離本發(fā)明的范圍的前提下可以作出各種變形和改進。本申請基于2008年11月27日提交的日本優(yōu)先權專利申請第2008-302450號、 2009年5月21日提交的日本優(yōu)先權專利申請第2009-122907號，這些優(yōu)先權申請的整個內容通過引用結合于此。
權利要求
1.一種表面發(fā)射激光器器件，用以在垂直于襯底的方向上發(fā)射激光，包括 P側電極，該ρ側電極圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側且發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域上，以降低反射率為小于中心部分的；其中，所述發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在兩個相互垂直的方向上具有形狀各向異性。
2.如權利要求1所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，所述介電膜形成在所述外側區(qū)域內設置的多個小區(qū)域上。
3.如權利要求1所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，所述介電膜形成在所述外側區(qū)域內設置的環(huán)形區(qū)域上，且所述環(huán)形區(qū)域在兩個相互垂直的方向上具有不同的直徑。
4.如權利要求2所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，多個小區(qū)域包括第一小區(qū)域和第二小區(qū)域，且所述第一小區(qū)域和第二小區(qū)域跨過所述發(fā)射區(qū)域的中心部分彼此相對。
5.如權利要求4所述的表面發(fā)射激光器器件， 其中，所述激光是線性偏振光；且所述第一小區(qū)域和所述第二小區(qū)域在平行于所述激光的偏振方向的方向上相對。
6.如權利要求3所述的表面發(fā)射激光器器件， 其中，所述激光是線性偏振光；且所述環(huán)形區(qū)域的短軸方向處于平行于所述激光的偏振方向的方向上。
7.如權利要求4所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，所述襯底的主表面的法向從晶體取向<1 0 0>的其中一個方向朝向晶體取向<1 1 1>的其中一個方向傾斜。
8.如權利要求6所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，所述襯底的主表面的法向從晶體取向<1 0 0>的其中一個方向朝向晶體取向<1 1 1>的其中一個方向傾斜。
9.如權利要求7所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，第一小區(qū)域和第二小區(qū)域相對的方向平行于所述襯底的主表面的傾斜軸方向。
10.如權利要求8所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，所述環(huán)形區(qū)域的短軸方向平行于所述襯底的主表面的傾斜軸方向。
11.如權利要求7所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，第一小區(qū)域和第二小區(qū)域相對的方向垂直于所述襯底的主表面的傾斜軸方向。
12.如權利要求8所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，所述環(huán)形區(qū)域的短軸方向垂直于所述襯底的主表面的傾斜方向。
13.如權利要求1所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，所述介電膜的光學厚度為振蕩波長的1/4的奇數倍。
14.如權利要求1所述的表面發(fā)射激光器器件， 其中，所述發(fā)射區(qū)域的中心部分覆蓋有第二介電膜，且第二介電膜的光學厚度是振蕩波長的1/4的偶數倍。
15.如權利要求14所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，覆蓋所述發(fā)射區(qū)域的中心部分的第二介電膜和所述外側區(qū)域內的介電膜由共同的材料構成。
16.如權利要求2所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，多個小區(qū)域之外的外側區(qū)域覆蓋有第三介電膜；且所述第三介電膜的厚度是振蕩波長的1/4的偶數倍。
17.如權利要求3所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，所述環(huán)形區(qū)域之外的外側區(qū)域覆蓋有第四介電膜，且所述第四介電膜的厚度是振蕩波長的1/4的偶數倍。
18.如權利要求16所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，覆蓋多個小區(qū)域之外的外側區(qū)域的第三介電膜和形成在多個小區(qū)域上的介電膜包含共同的材料。
19.如權利要求17所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，覆蓋環(huán)形區(qū)域之外的外側區(qū)域的第四介電膜和形成在環(huán)形區(qū)域上的介電膜包含共同的材料。
20.如權利要求2所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，形成在多個小區(qū)域上的介電膜包含SiNx、SiOx, TiOx和SiON的膜中的一種。
21.如權利要求3所述的表面發(fā)射激光器器件，其中，形成在環(huán)形區(qū)域上的介電膜包含SiNx、SiOx、TiOx和SiON的膜中的一種。
22.如權利要求1所述的表面發(fā)射激光器器件， 其中，所述發(fā)射表面是臺地結構的頂面，且所述臺地結構的側表面覆蓋有第五介電膜。
23.—種表面發(fā)射激光器陣列，用以在垂直于襯底的方向上發(fā)射多束激光，包括 多個集成在襯底上的表面發(fā)射激光器器件；其中，所述表面發(fā)射激光器器件包括P側電極，該P側電極圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側且發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域上，以降低反射率為小于中心部分的；其中，所述發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在兩個相互垂直的方向上具有形狀各向異性。
24.一種光學掃描裝置，用以通過激光掃描要被掃描的表面，包括光源，該光源包括表面發(fā)射激光器器件，以在垂直于襯底的方向上發(fā)射激光； 偏轉單元，該偏轉單元偏轉來自光源的激光；以及光學掃描系統(tǒng)，該光學掃描系統(tǒng)聚焦由偏轉單元偏轉的激光， 其中，所述表面發(fā)射激光器器件包括P側電極，該P側電極圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側且發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域上，以降低反射率為小于中心部分的；其中，所述發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在兩個相互垂直的方向上具有形狀各向異性。
25.一種光學掃描裝置，用以通過激光掃描要被掃描的表面，包括光源，該光源包括表面發(fā)射激光器陣列，以在垂直于襯底的方向上發(fā)射多束激光；偏轉單元，該偏轉單元偏轉來自光源的激光；以及光學掃描系統(tǒng)，該光學掃描系統(tǒng)聚焦由偏轉單元偏轉的激光， 其中，所述表面發(fā)射激光器陣列包括多個集成在襯底上的表面發(fā)射激光器器件， 其中，所述表面發(fā)射激光器器件包括P側電極，該ρ側電極圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側且在發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域上，以降低反射率為小于中心部分的；其中，所述發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在兩個相互垂直的方向上具有形狀各向異性。
26.—種成像設備，包括 圖像保持體；以及光學掃描裝置，該光學掃描裝置利用根據圖像信息調制的激光掃描所述圖像保持體， 其中，所述光學掃描裝置包括光源，該光源包括表面發(fā)射激光器器件，以在垂直于襯底的方向上發(fā)射激光； 偏轉單元，該偏轉單元偏轉來自光源的激光；以及光學掃描系統(tǒng)，該光學掃描系統(tǒng)聚焦由偏轉單元偏轉的激光， 其中，所述表面發(fā)射激光器器件包括P側電極，該P側電極圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側且發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域上，以降低反射率為小于中心部分的；其中，所述發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在兩個相互垂直的方向上具有形狀各向異性。
27.一種成像設備，包括 圖像保持體；以及光學掃描裝置，該光學掃描裝置利用根據圖像信息調制的激光掃描所述圖像保持體， 其中，所述光學掃描裝置包括光源，該光源包括表面發(fā)射激光器陣列，以在垂直于襯底的方向上發(fā)射激光；偏轉單元，該偏轉單元偏轉來自光源的激光；以及光學掃描系統(tǒng)，該光學掃描系統(tǒng)聚焦由偏轉單元偏轉的激光，其中，所述表面發(fā)射激光器陣列包括多個集成在襯底上的表面發(fā)射激光器器件，其中，所述表面發(fā)射激光器器件包括P側電極，該P側電極圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域；以及透明介電膜，該透明介電膜形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側且發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域上，以降低反射率為小于中心部分的；其中，所述發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域在兩個相互垂直的方向上具有形狀各向異性。
28.如權利要求沈所述的成像設備， 其中，所述圖像信息是多顏色圖像信息。
29.如權利要求27所述的成像設備， 其中，所述圖像信息是多顏色圖像信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一中表面發(fā)射激光器器件，其用以在垂直于襯底的方向上發(fā)射激光，包括圍繞發(fā)射激光的發(fā)射表面上的發(fā)射區(qū)域的p側電極；以及形成在發(fā)射區(qū)域的中心部分的外側且在發(fā)射區(qū)域之內的外側區(qū)域上以降低其反射率低于中心部分的透明介電膜。所述發(fā)射區(qū)域內的外側區(qū)域在兩個相互垂直的方向上具有形狀各向異性。
文檔編號H01S5/183GK102224646SQ200980146798
公開日2011年10月19日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權日2008年11月27日
發(fā)明者佐藤俊一, 原坂和宏, 軸谷直人 申請人:株式會社理光