专利名称：垂直腔表面发射激光器元件、垂直腔表面发射激光器阵列、光学扫描装置和成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种垂直腔表面发射激光器(VCSEL)元件、垂直腔表面发射激光器阵列、光学扫描装置和成像设备。
背景技术：
垂直腔表面发射激光器(VCSEL)元件在垂直于衬底的方向上传播。与普通边缘发射型半导体激光器相比，垂直腔表面发射激光器元件可以以低成本、低功耗和紧凑器件的方式实现，适用于二维装置。由于这些原因，垂直腔表面发射激光器元件吸引了很多人的注
辰、ο例如，如在美国专利第5493577号中公开的，垂直腔表面发射激光器元件具有电流阻挡结构并采用AiAs等制成的选择性氧化和限制结构。垂直腔表面发射激光器元件的电流阻挡结构是通过如下方法形成的，即将具有圆形或矩形或方形形状的台地结构的半导体衬底或半导体元件布置在高温蒸汽环境中，从 P-AlAs或AKiaAs层制成的台地结构的侧表面上的外周部分向台地结构的中心氧化它，并且形成氧化的AlO的区域和未氧化的区域构成的选择性氧化层。选择性氧化层的氧化区域的折射率大约为1.6，低于其他半导体层的折射率。因此，所发射的光束被限制在氧化区域围绕的未氧化区域内，由此降低了阈值。同时，当选择性氧化层中未氧化区域的尺寸偏离最佳值时，光输出的振荡特性等也偏离，由此，发生产出率下降的问题。为了避免选择性氧化层的未氧化区域与预定尺寸的这种偏离，已经提出几种方法在日本未审专利申请公开说明书第2004-95934号中公开了利用监视氧化图案来间接监视氧化度的方法。利用这种方法，除了普通谐振器的形状外，还提供了条形图案来监视氧化率，并且在氧化室内侧测量该图案的反射率，由此获得氧化度。在日本未审专利申请公开说明书第2003-179309号中公开了实时监控氧化度的方法。利用这种方法，经具有显微镜的观察口来观察处于氧化过程中的半导体元件，并且利用显微镜在氧化区域和未氧化区域之间的对比观察来估计氧化度，由此控制氧化来符合要求。在日本未审专利申请公开说明书第2004-95934号中公开的利用监视氧化图案间接监控氧化度的方法中，存在这样的问题，包括用于安装垂直腔表面发射激光器元件的区域受到限制并且成本变高。这是由于需要使围绕被监控的氧化图案的图案为空白，来实现高精度监控氧化率，并且普通谐振器不能由这种空白图案安装。此外，在日本未审专利申请公开说明书第2003-179309号中公开的用显微镜观察氧化度的方法中，需要提高氧化度并也需要缩短半导体元件和显微镜之间的距离来将显微镜聚焦在形成台地结构的部分上。但是，当观察口和半导体元件之间的距离缩短时，在半导体元件上的水蒸汽浓度分布将扩散，因此，氧化量变得不均勻。从而产出率下降。此外， 当观察口和半导体元件中间的距离缩短时，观察口的折射率会被从加热器发出的热量所变化，并且安装在显微镜内的光学元件，如透镜会变形。在这些情况下，焦点会偏移而使得测量精度下降。从而，产出率会降低。此外，由于在这种方法中显微镜不可能再次使用，成本变得更高。
发明内容
于是，本发明的总的目的是提供一种新颖且有用的垂直腔表面发射激光器元件， 垂直腔表面发射激光器阵列，光学扫描装置和成像设备，该激光器元件以低成本具有基本上均勻的激光发射属性。本发明的其他和更具体的目的是提供一种垂直腔表面发射激光器元件，其具有氧化区域，该氧化区域在制造氧化电流阻挡层的过程中，以低成本具有均勻的特性。根据本发明的实施方式的一个方面，提供了一种垂直腔表面发射激光器元件，其包括衬底、层叠体，该层叠体是通过将半导体有源层夹在上反射镜和下反射镜之间而形成的，并且该层叠体位于衬底的表面上、连接到衬底中的与所述表面相对的表面上的下电极、 以及连接到上反射镜的上表面的上电极，其中，所述上反射镜和下反射镜分别通过交替层叠具有不同折射率的半导体膜而形成，并且在电流施加在上电极和下电极之间时，垂直腔表面发射激光器元件沿着垂直于衬底的表面的方向发射激光，所述垂直腔表面发射激光器元件还包括在上反射镜中的选择性氧化层，其具有由氧化区域和未氧化区域构成的电流阻挡结构，并且包括可探测部分，该可探测部分形成在由包括选择性氧化层和有源层的上反射镜成形的台地结构的侧表面上，由此能够探测在层叠体的深度方向上选择性氧化层距层叠体的顶部的位置。根据本发明的另一方面，提供了一种垂直腔表面发射激光器元件，由此可探测部分是通过改变台地结构的侧表面的锥角而成形的台阶。根据本发明的另一方面，提供了一种垂直腔表面发射激光器元件，由此可探测部分形成在距层叠体的顶部与选择性氧化层的深度位置相对应的深度位置。根据本发明的另一方面，提供了一种垂直腔表面发射激光器元件，由此，台地结构的侧表面被成形为在台地结构的下部的锥角大于在台地结构的上部的锥角，并且可探测部分的深度位置与选择性氧化层的深度位置相同或者比选择性氧化层的深度位置高，在所述可探测部分，锥角在台地结构的上部和下部之间变化。根据本发明的实施方式的另一方面，提供了一种垂直腔表面发射激光器元件，由此，绝缘膜形成在台地结构的侧表面上。根据本发明的实施方式的另一方面，提供了一种垂直腔表面发射激光器元件，由此，上电极形成在绝缘膜上，并且上电极的厚度比台地结构的下部的高度厚。根据本发明的实施方式的另一方面，提供了一种垂直腔表面发射激光器元件，由此有源层具有多重量子阱结构。根据本发明的实施方式的另一方面，提供了一种垂直腔表面发射激光器元件，由此，台地结构用等离子体蚀刻形成，并且在形成台地结构的下部时施加的压力和形成台地结构的上部时施加的压力不同。
根据本发明的实施方式的另一方面，提供了一种垂直腔表面发射激光器阵列，其包括多个垂直腔表面发射激光器元件。根据本发明的实施方式的另一方面，提供了一种光学扫描装置，其利用光束扫描物体的表面，包括光源单元，该光源单元包括垂直腔表面发射激光器阵列；偏转单元，该偏转单元被构造成偏转来自光源单元的光束；以及扫描光学系统，该扫描光学系统被构造成将被偏转的光束会聚到物体的表面上。根据本发明的实施方式的另一方面，提供另一种光学扫描装置，其利用多个光束扫描物体的表面，包括光源单元，该光源单元包括垂直腔表面发射激光器阵列；偏转单元，该偏转单元被构造成偏转来自光源单元的多个光束；以及扫描光学系统，该扫描光学系统被构造成将被偏转的光束会聚到物体的表面上。根据本发明的实施方式的另一方面，提供了一种成像设备，其包括一个或多个图像保持单元；一个或多个光学扫描装置，该光学扫描装置被构造成用对应于图像的光束扫描所述一个或多个图像保持单元；以及转印单元，该转印单元被构造成将形成在图像保持单元上的图像转印到被转印物体上。根据本发明的实施方式的另一方面，提供了一种成像设备，其包括一个或多个图像保持单元；一个或多个光学扫描装置，该光学扫描装置被构造成用对应于图像的多个光束扫描所述一个或多个图像保持单元；以及转印单元，该转印单元被构造成将形成在图像保持单元上的图像转印到被转印物体上。本发明的其他目的、特征和优点将从下面结合附图阅读详细描述中变得更清楚。
图1示出根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件的结构；图2示出根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件的制造过程的第一步骤；图3示出根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件的制造过程的第二步骤；图4示出根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件的制造过程的第三步骤；图5示出根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件的制造过程的第四步骤；图6示出根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件的制造过程的第五步骤；图7示出感耦等离子体(ICP)的等离子体蚀刻装置的结构；图8示出氧化装置的结构；图9A和9B是通过扫描电子显微镜(SEM)取得的垂直腔表面发射激光器元件的横截面图的照片；图10示出根据实施方式2的激光打印机的结构；图11示出光学扫描装置的结构；以及图12是利用激光器阵列解释分辨率的视图。
具体实施例方式下面参照图1至12描述本发明的实施方式。下面附图标记通常标识如下11 :n_GaAs 倾斜衬底
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12下部分布布拉格反射器(DBR)层
13下间隔层
14有源层
15上间隔层
16选择性氧化层
17上部分布布拉格反射器(DBR)层
18绝缘膜
19正电极
20负电极
30谐振器
31氧化区域
32未氧化区域
41台地结构下部
42台地结构上部
43台阶部分(可探测部分)N:台地结构下部的高度T :p侧电极的厚度实施方式1描述根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件。<垂直腔表面发射激光器元件(VCSEL)的结构>图1示出根据本发明实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件的结构。实施方式 1的780nm垂直腔表面发射激光器元件是通过在n-GaAs倾斜衬底11上外延生长下半导体 DBR层12、下间隔层15、有源层14、上间隔层15、选择性氧化层16和上半导体DBR层17而形成。下间隔层13、有源层14、上间隔层15、选择性氧化层16、上半导体DBR层17和一部分下半导体DBR层12形成为具有台地结构。包括台地结构的侧面的台地结构上部42形成为相对于衬底平面具有中等角度，并且台地结构下部41的角度比台地机构上部42的角度更陡。在此，中等锥角是相对于n-GaAs倾斜衬底11的表面平面73度到78度，更大的锥角是85度到90度，基本上垂直于衬底平面。在台地结构上部42和台地结构下部43之间锥角变化的位置处，形成台阶部分43。如下面描述的，选择性氧化层16在形成上半导体DBR 层17的时候形成。氧化硅或者氮化硅制成的层间绝缘膜18被形成以覆盖台地结构的侧表面和下间隔层13的表面。正电极19形成在上半导体DBR层17上和层间绝缘膜18上。负电极20 形成在n-GaAs倾斜衬底11的背面上。n-GaAs倾斜衬底11是n-GaAs单晶衬底，其镜面抛光表面的法线从[1 00]方向朝 [111]方向倾斜15度。下半导体DBR层12是通过交替层叠Ii-Ala93Giiaci7As形成的低折射率层和 n-Al0.3Ga0.7As形成的高折射率层而形成的。低折射率层和高折射率层对的数量是四十二点五(42. 5)对。
下间隔层13是由A1。.33Gei。.67AS制成。有源层14具有三重量子阱结构，由GaInASP/AlQ.33G￡ia67AS制成。上间隔层15由Al0.33Ga0.67As制成。谐振器30由下间隔层13、有源层14和上间隔层15形成。上半导体DBR层17是通过交替层叠由P-Ala93Giiaci7As制成的低折射率层和由 P-Ala33G^l67As制成的高折射率层而形成的。低折射率层和高折射率层对的数量是三十二 (32)对。选择性氧化层16是从上间隔层15算起上半导体DBR层17中的第二对中的低折射率层。选择性氧化层16由P-AlAs制成并且具有20nm的厚度。选择性氧化层16包括氧化区域31和未氧化区域32，如下面所描述的。在垂直腔表面发射激光器元件中，电流穿过未氧化区域32，在此电流被阻挡。因此，包括未氧化区域32的选择性氧化层16也称作为电流阻挡层。此外，台地锥角变化所处的台阶部分43形成在沿着深度方向从上半导体DBR层17 的顶部起与选择性氧化层16所形成的位置相类似的位置处。台阶部分43作用为可探测部分，用于探测在深度方向上选择性氧化层16距上半导体DBR层17的顶部的位置。如后面所描述的，通过用显微镜等探测台阶部分43，可以测量台地结构的外径。台地结构下部41 的锥角(衬底表面和台地结构的侧表面之间的角度)是85度到90度，并且台地结构上部 42的锥角是73度到78度。如所述，台阶部分43作用为可探测部分，用于使得探测在深度方向上选择性氧化层16距上半导体DBR层17的顶部的位置成为可能。当台地结构下部41具有85度到90 度的陡峭角度时，如在本实施例中的，即使台阶部分43定位高于选择性氧化层16所形成的位置，沿着深度方向台阶部分43和选择性氧化层16之间的位置偏差可以被忽略；所导致的测量台地结构的侧表面的外径的精度几乎不降低。因此，沿着深度方向，台阶部分43可以在类似于或者稍高于选择性氧化层16的位置处。参照图1所示的台地结构，正电极19的厚度T大于台地结构下部41的高度N。因此，可以防止正电极19在台地结构下部41的下端处附近断开，在该处台地结构的锥角是陡峭的。<制造垂直腔表面发射激光器元件的方法>接着描述制造根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件的方法。首先，如图2所示，下半导体DBR层12、下间隔层13、有源层14、上间隔层15、选择性氧化层16和上半导体DBR层17在作为半导体衬底的n-GaAs倾斜衬底11上外延生长。 利用分子束外延附生(MBE)方法或者分子束外延生长方法，通过生长晶体而形成薄膜。如图3所示，方形、边长20 μ m的抗蚀剂图案50形成在上半导体DBR层17的表面上。抗蚀剂图案50是为了形成台地而设置。在用光抗蚀剂涂敷上半导体DBR层17的表面之后，上半导体DBR层17被曝光并显影。在实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件中， 其上形成有各种层的n-GaAs倾斜衬底11称作半导体元件113(见图7)。如图4所示，在侧视图中呈梯形的台地结构通过利用抗蚀剂图案作为掩膜由感耦等离子体(ICP)蚀刻装置来形成。图7是用于形成台地结构的ICP蚀刻装置的示意图。在将其上形成有如图3所示的抗蚀剂图案50的半导体元件113插入到负载闭锁腔室101并且用干燥泵121排气十(10)分钟之后，闸门阀102打开并且半导体元件113被带到反应腔室103。环形的硅104容纳在反应腔室103中，使得硅104的反应产品有助于蚀刻GaAs系统材料。在将半导体元件113保持在反应腔室103中十(10)分钟之后，Cl2气体被从氯气 (Cl2)气缸105以2个标准CC/min(SCCm)引入到反应腔室中；SiCl4气体从四氯化硅(CCl4) 气缸106以Isccm引入；并且Ar气体从氩(Ar)气缸107以3sCCm引入。质量流控制器108、 109和110分别连接到气缸105、106和107上，以便控制来自气缸的气体流量。此外，反应腔室103被增压分子泵122和干燥泵123排气。流量调节阀111连接到反应腔室103和增压分子泵122之间。压力表122被设置以测量反应腔室103内的压力。流量调节阀111的开度基于压力表112测量的压力来调节，以便在反应腔室103内保持预定压力。当反应腔室103的内部压力恒定位于0. 1到0. 3Pa范围内的值时，ICP等离子体蚀刻装置制造具有73度到78度的稳定锥角的台地结构的垂直腔表面发射激光器元件。当反应腔室103的内部压力是在0. 3到0. 5Pa的范围内的值时，ICP等离子体蚀刻装置制造具有宽发散的锥角73度到90度的垂直腔表面发射激光器元件。当反应腔室103的内部压力是在0. 6到1. OPa范围内的值时，ICP等离子体蚀刻装置制造具有在85度到90度范围内的稳定锥角的垂直腔表面发射激光器元件。因此，台地结构的上部直到距台地结构的底部500nm在0. 3Pa的压力下蚀刻，以使得台地结构的锥角中等。具体地说，在从引入Cl2气体、SiCl4气体和Ar气体起经过30秒后，400W的电功率被施加到感应线1圈114上。由此台地结构上部42，其在台地结构的底部之上高500nm，被形成为具有73度到78度的锥角。此后，施加到感应线圈114上的电功率被切断，并且流量调节阀111的开度被控制以保持反应腔室103的内部压力为l.OPa。接着，1.0 的内部压力被保持三十(30)秒，并且400W的电功率被施加到感应线圈114上，以蚀刻半导体元件113。此后，半导体元件113 被蚀刻500nm，并且施加到感应线圈114上的电功率被切断。在蚀刻之后，下间隔层13的表面露出。以这种方式，定位在台地结构的底部之上500nm的台地结构下部41被形成为具有 85度到90度的锥角。如上所述，形成了由具有中等锥角的台地结构上部42和具有陡峭锥角的台地结构下部41构成的台地结构。台阶部分43形成在台地结构下部41和台地结构上部42之间的接触部分处、在台地结构的上DBR层17的侧表面上。此外，在从上半导体DBR层17的顶部起的深度方向上，台阶部分的位置类似于或者高于选择性氧化层16的位置。蚀刻条件可以随着反射率测量装置115的反射率的变化而测量，该反射率测量装置115通过蓝宝石窗口(未示出)设置在反应腔室103的上部上。通过确认在反射率监视器116上的条件，可以知道目前哪个层在被蚀刻。因此，锥角可以通过控制引入气体的条件加以变化，如上所述。接着，如图5所示，去除抗蚀剂图案50。然后，氧化区域31形成在选择性氧化层 16中。具体地说，在去除抗蚀剂图案50之后，台地结构的图案被金相显微镜从半导体元件 113的上部以一百(100)倍放大率取得，并且台地结构的侧表面的直径由图像编辑软件等来测量。氧化电流阻挡处理的处理时间T通过将被氧化的电流阻挡层的外径值M、预定未氧化区域的半径OA和氧化率V带入如下的方程(1)中获得的，该外径值是通过测量台地结构的侧表面部分的外径得到的方程1 T= (M-OA)/2 X V氧化电流阻挡处理是基于方程1获得的处理时间来进行的。具体地说，选择性氧化层16是通过用氧化装置氧化来形成。图8示出氧化装置的结构。氧化装置包括水分供给单元210、不锈钢反应容器220、 吸入管230、排出管M0、水收集器250、温度控制器(未示出)等。水分供给单元210包括质量流控制器211、蒸发器212、液体质量流控制器213和水供给单元214，其中，水蒸汽被供给到不锈钢反应容器220。不锈钢反应容器220包括其上安装要被氧化的半导体元件113的托盘221、具有盘形并且集成有陶瓷加热器224以用于通过托盘221加热半导体元件113的加热台222、用于测量半导体元件113的温度的热偶225和支撑以转动加热台222的旋转基底223。温度控制器(未示出)控制施加到陶瓷加热器2M上的电流或电压，同时监控来自热偶225的输出信号，以恒定保持半导体元件113的预设温度(保持温度)预定时间周期(保持时间周期)。在图8所示的氧化装置中，当氮气汎)引入到水供给单元214中时，水(H2O)的流量被液体质量流控制器213控制，并且水供给到蒸发器212。被供给的水被蒸发器212变化成水蒸汽。随着队载体气体被引入到蒸发器212，N2载体气体的流量被质量流控制器211 控制，并且队载体气体夹带水蒸汽。队载体气体和水蒸汽通过吸入管230被供给到不锈钢反应容器220内部。供给到不锈钢反应容器220的内部的包含水蒸汽的队载体气体到达半导体元件 113并围绕半导体元件113。以这种方式，半导体元件113暴露于水蒸汽环境，以从半导体元件113的对应于选择性氧化层116的部分的周边开始逐渐增强氧化。从而，氧化区域31 形成在选择性氧化层16中。此后，N2载体气体从排出管240和水收集器250排出。氧化是在被供给的水的流量是80克每小时(g/hr) ,N2载体气体的流量是20标准升每分钟(SLM)，例如在Iatm和0°C，保持温度是410°C、且时间周期T是11. 3分钟的条件下进行，该时间周期T是从方程1获得的。从而，形成选择性氧化层16，其包括作为3. 5平 Sum的电流阻挡区域的未氧化区域32和围绕未氧化区域32的氧化区域31。参照图6，在形成层间绝缘膜18之后，形成正电极19和负电极20。具体地说，氧化硅或者氮化硅制成的层间绝缘膜18形成在预定区域。然后，形成150nm厚的氮化硅(SiN)膜。在侧视图中具有梯形形状的台地结构的顶部上，在SiN膜上形成用于18平方μ m开口的抗蚀剂图案。在未形成抗蚀剂图案的区域中，SiN膜通过缓冲氢氟酸被蚀刻，从而在台地结构的顶部上形成18平方微米的开口。接着，形成用于形成正电极19的抗蚀剂图案，并且Cr、Auai和Au的金属膜以这个顺序利用真空沉积方法层叠，以具有750nm的总厚度。然后，层叠的金属膜经历提脱(lift off)，由此形成正电极19。然后，在抛光作为半导体衬底的n-GaAs倾斜衬底11的背面之后，AuGe, Ni和Au 的金属膜以这个顺序用真空沉积方法沉积在抛光的背面上。从而，形成负电极20。此后，半导体元件在400°C下经历热处理四(4)分钟。
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图9A和9B是通过扫描电子显微镜(SEM)取得的垂直腔表面发射激光器元件的横截面图的照片。图9A是根据本实施方式的垂直腔表面发射激光器元件的台地结构的横截面的照片，图9B是根据现有技术的垂直腔表面发射激光器元件的台地结构的横截面照片。参照图9A，在实施方式1中，箭头Bl表示测量的位置(台地顶部)，箭头Al表示在本发明的实施方式1中的测量位置，箭头A2表示阻挡氧化层。参照图9B，在现有技术中， 箭头Bl表示测量位置(台地顶部)，而箭头B2表示阻挡氧化层。在台地结构的侧表面上，形成层间绝缘膜。此外，正电极19形成在层间绝缘膜上。 在台地结构上部和台地结构下部，当台地结构的锥角大时，易于出现中断。在这种情况下， 产出率会下降。因此，通常台地结构形成为具有中等锥角，如图9B所示。但是，当台地结构形成为具有中等锥角时，难于精确知道形成作为电流阻挡层的选择性氧化层的位置的宽度值。换句话说，其中形成功能为电流阻挡层的选择性氧化层的部分的宽度值可以仅从上面观察。为了从侧面观察，需要在制造过程中破坏半导体元件 113。当从上面观察具有如图9B所示的中等锥角的台地结构时，在确定其中形成功能为电流阻挡层的选择性氧化层的部分的宽度值中的误差会增加。这是由于形成在箭头B2所示位置处的选择性氧化层的宽度值的误差变大，这是因为台地结构可以从图9B的箭头Bl观察。因此，在选择性氧化层内的未氧化区域的尺寸大大地扩散，由此导致产出率下降。但是，当台地结构在选择性氧化层16形成在侧表面上的部分处具有陡峭锥角，如图9A所示时，台阶部分能够形成在具有中等锥角的台地结构上部和具有陡峭锥角的台地结构下部之间。然后，可以更精确地从上面观察其中形成作用为电流阻挡层的选择性氧化层的部分的宽度。因此，台地结构可以不仅从箭头Bl观察，而且从箭头Al观察，由此精确探测形成在箭头A2所示位置的选择性氧化层16的宽度。结果，可以确定在从上半导体DBR 层17的顶部的深度方向上其中形成选择性氧化层16的部分在上半导体DBR层17中的位置，由此能够测量台地结构的侧表面的外径。因此，可以确定选择性氧化层16的氧化电流阻挡层的外径值M。根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件，在选择性氧化层16中的未氧化区域可以被均勻地制造，由此防止产出率下降，并且可以避免正电极19的中断等，由此防止产出率下降。根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件，由于在选择性氧化层16中的形成电流阻挡区域的精度高，可以利用垂直腔表面发射激光器元件以高产出率制造垂直腔表面发射激光器阵列。实施方式2描述实施方式2的成像设备。〈激光打印机〉图10示出作为实施方式2的成像设备的激光打印机的结构。激光打印机包括光学扫描装置300、光导体鼓301、充电器302、显影辊303、调色剂卡盒304、清洁刮刀305、纸张供给托盘306、纸张供给辊307、成对的阻挡辊308、转印充电器 311、中和单元314、定影辊309、弹出辊312、弹出纸张接收托盘310等。充电器302、显影辊303、转印充电器311、中和单元314和清洁刮刀305设置在光导体鼓301的附近。充电器302、显影辊303、转印充电器311、中和单元314、和清洁刮刀
11305沿着光导体鼓301的旋转方向围绕光导体鼓301布置。感光层形成在光导体鼓301的表面上。在此，如图10所示，光导体鼓301沿着顺时针方向(箭头方向)旋转。充电器302均勻充电光导体鼓301的表面。光学扫描装置300将基于从上级设备如个人计算机接收到的图像信息调制的光线发射到光导体鼓301的表面上，该光导体鼓301的表面被充电器302充电。因此，对应于图像信息的潜像形成在光导体鼓301的表面上。在此形成的潜像随着光导体鼓301的旋转而在朝向显影辊303的方向上移动。下面详细描述光学扫描装置300的结构。调色剂卡盒包含调色剂。调色剂被供给到显影辊303上。显影辊303使得从调色剂卡盒304供给的调色剂附着到光导体鼓301表面上形成的潜像上，由此使得图像信息可见。附着有调色剂的潜像随着光导体鼓301的转动而沿着显影辊303的方向移动。纸张供给托盘306包含记录纸张313。纸张供给辊307设置在纸张供给托盘306 的附近。纸张供给辊307 —张接一张地将记录纸张从纸张供给托盘306中取出，并将它们送到成对的阻挡辊308。成对的阻挡辊308设置在转印辊311的附近，以暂时保持由纸张供给辊307拾取的记录纸张313，并且同时与光导体鼓301的旋转一起，将记录纸张一张接一张送到光导体鼓301和转印充电器311之间的间隙。转印充电器311被施加极性与调色剂相反的电压，以便将光导体鼓301的表面上的调色剂静电吸引到记录纸张313上。在光导体鼓301的表面上的潜像被施加的电压转印到记录纸张上。被转印的记录纸张313被传送到定影辊309。定影辊309向记录纸张施加热量和压力，由此将调色剂固定到记录纸张313上。 定影的记录纸张313被送到弹出纸张接收托盘310，并且依次堆叠在弹出纸张接收托盘310 中。中和单元314除去光导体鼓301表面上的电荷。清洁刮刀305去除在光导体鼓301的表面上剩余的调色剂(残留调色剂)。被去除的残留调色剂可以再次使用。从上面去除了残留调色剂的光导体鼓301的表面返回到充电器302的位置处。〈光学扫描装置〉参照图11，描述光学扫描装置300的结构和功能。光学扫描装置300包括光源单元410，其具有实施方式1的垂直腔表面发射激光器元件制成的垂直腔表面发射激光器阵列LA ；耦合透镜411 ；孔径412 ；圆柱透镜413 ；多角 H 414 ；f θ透镜415 ；曲面透镜(toroidal lens) 416 ；两个反射镜417和418 ；以及用于总体控制上述元件的主控制单元(未示出)。耦合透镜411将光源单元发出的光束成形为基本上平行光束。孔径412确定由耦合透镜411中继的光束的束直径。圆柱透镜413将穿过孔径412的光束汇聚并且由反射镜417反射到多角镜414的一个反射侧面。多角镜414由正六边形柱件制成，具有低高度，并在其侧面上具有六个偏转表面。 多角镜414被旋转机构(未示出)以预定的角度速在图11所示的箭头方向上旋转。因此，从光源单元410发出并被圆柱透镜413汇聚到多角镜414的偏转表面上的光束由于多角镜 414的旋转而以恒定的角度速被偏转。f θ透镜建立起图像，该图像的高度与从多角镜414的光束的入射角成比例，并且使得被多角镜414以恒定角速度偏转的图像表面相对于主扫描方向以恒定速度移动。来自f θ透镜415的光束透射过曲面透镜416，被反射镜418反射，并且在光导体鼓301的表面上形成图像。参照图12，具有四十个00)垂直腔表面发射激光器元件通道的垂直腔表面发射激光器阵列LA设置在光源单元410中，作为示例。从垂直腔表面发射激光器元件的中心到平行于副扫描方向的线的垂直线以均勻间隔d2排列。通过调节垂直腔表面发射激光器元件的发光时刻，可以获得类似于如下情况的功能，即垂直腔表面发射激光器元件以均勻间隔d2沿平行于副扫描方向的线实际设置在光导体鼓301上。例如，当针对360度一圈、十个(10)垂直腔表面发射激光器元件的间距dl是沈.5 μ m时，间隔变成2. 65 μ m。假设上述光学系统的光学放大率是二倍，可以在光导体鼓301上沿副扫描方向以 5. 3 μ m的间隔形成写入点。5. 3 μ m间隔对应于每英寸4800点(dpi)。换句话说，可以实现 4800dpi的高密度写入。通过增加在主扫描方向上针对360度一圈的垂直腔表面发射激光器元件的数量；通过将间距dl减小到间隔d2来改变阵列结构；或者减小上述光学系统的光学放大率，可以实现更高密度和更高质量的打印(写入)。然后，在主扫描方向上的打印 (写入)间隙可以通过改变垂直腔表面发射激光器元件(光源)的发光时刻来予以轻易控制。当这种光源单元410被采用时，即使激光打印机的点密度很高，也可以在不降低打印速度的情况下进行打印。此外，在保持点密度不变的情况下，可以使得打印速度进一步
尚ο由于垂直腔表面发射激光器阵列LA具有台阶部分43，在此存在台地结构上部42 和台地结构下部41之间的接触，具有相互不同的它们侧表面的锥角，在制造过程中，通过在比包括于台地结构下部41内的台阶部分43低的部分处测量台地结构的宽度，可以获得氧化阻挡层的外径。因此，估算氧化阻挡层的外径的精度非常高，并因此氧化阻挡区域的偏差非常小。因此，可以增加垂直腔表面发射激光器阵列中垂直腔表面发射激光器元件的数量。于是，可以在低成本和大产出率下获得形成精细绘画图像的激光打印机。如上所述，由于实施方式2的光学扫描装置300的光源单元410包括由实施方式 1的垂直腔表面发射激光器元件制成的垂直腔表面发射激光器阵列LA，可以在大产出率和低成本下获得能够高度精细扫描光导体鼓301表面的光学扫描装置。此外，由于实施方式2的激光打印机包括光学扫描装置300，该光学扫描装置300 包括垂直腔表面发射激光器阵列LA，可以在低成本和高产出率下获得形成精细绘制图像的激光打印机。通过使用可以扫描彩色图像的光学扫描装置，可以在低成本和高产出率下获得高度精细地形成彩色图像的成像设备。在此，成像设备可以是用于彩色成像的串列彩色机器，包括多个光导体鼓，如用于黑色(K)的光导体鼓、用于青色(C)的光导体鼓、用于品红色(M)的光导体鼓以及用于黄色 (Y)的光导体鼓。
本发明不局限于这些实施方式，而是在不背离本发明的范围的前提下可以作出变动和改进。本发明基于在日本专利局2009年3月18日提交的日本优先权专利申请第 2009-065667号、2009年9月18日提交的日本优先权专利申请第2009-217914号，这些申请的全部内容通过引用结合于此。
权利要求
1.一种垂直腔表面发射激光器元件，包括衬底；层叠体，该层叠体是通过用上反射镜和下反射镜夹置半导体有源层而形成并且定位于衬底的表面上；连接到衬底中的与所述表面相对的另一表面上的下电极；以及连接到上反射镜的上表面的上电极，其中，所述上反射镜和下反射镜分别通过交替层叠具有不同折射率的半导体膜而形成，并且在电流施加在上电极和下电极之间时，垂直腔表面发射激光器元件沿着垂直于衬底的表面的方向发射激光，所述垂直腔表面发射激光器元件还包括在上反射镜中的选择性氧化层，其具有未氧化区域和氧化区域制成的电流阻挡结构，以及可探测部分，该可探测部分形成在由包括选择性氧化层和有源层的上反射镜成形的台地结构的侧表面上，由此能够探测在层叠体的深度方向上选择性氧化层距层叠体的顶部的位置。
2.如权利要求1所述的垂直腔表面发射激光器元件，其中，所述可探测部分是通过改变台地结构的侧表面的锥角而成形的台阶。
3.如权利要求2所述的垂直腔表面发射激光器元件，其中，所述可探测部分形成在距层叠体的顶部与选择性氧化层的深度位置相对应的深度位置处。
4.如权利要求2或3所述的垂直腔表面发射激光器元件，其中，所述台地结构的侧表面被成形为在台地结构的下部的锥角大于在台地结构的上部的锥角，并且可探测部分的深度位置与选择性氧化层的深度位置相同或者高于选择性氧化层的深度位置，在所述可探测部分处，锥角在台地结构的上部和下部之间变化。
5.如权利要求1至4中任一项所述的垂直腔表面发射激光器元件，其中，绝缘膜形成在台地结构的侧表面上。
6.如权利要求5所述的垂直腔表面发射激光器元件，其中，上电极形成在所述绝缘膜上，并且上电极的厚度大于台地结构的下部的高度。
7.如权利要求1至6中任一项所述的垂直腔表面发射激光器元件，其中，有源层具有多重量子阱结构。
8.如权利要求1至7中任一项所述的垂直腔表面发射激光器元件，其中，台地结构用等离子体蚀刻形成，并且在形成台地结构的下部时施加的压力和形成台地结构的上部时施加的压力不同。
9.一种垂直腔表面发射激光器阵列，包括多个如权利要求1至8中任一项所述的垂直腔表面发射激光器元件。
10.一种光学扫描装置，其利用光束扫描物体的表面，包括光源单元，该光源单元包括如权利要求9所述的垂直腔表面发射激光器阵列；偏转单元，该偏转单元被构造成偏转来自光源单元的光束；以及扫描光学系统，该扫描光学系统被构造成将被偏转的光束会聚到物体的表面上。
11.一种光学扫描装置，其利用多个光束扫描物体的表面，包括光源单元，该光源单元包括如权利要求9所述的垂直腔表面发射激光器阵列； 偏转单元，该偏转单元被构造成偏转来自光源单元的多个光束；以及扫描光学系统，该扫描光学系统被构造成将被偏转的光束会聚到物体的表面上。
12.—种成像设备，包括 一个或多个图像保持单元；一个或多个如权利要求10所述的光学扫描装置，该光学扫描装置被构造成用对应于图像的光束扫描所述一个或多个图像保持单元；以及转印单元，该转印单元被构造成将形成在图像保持单元上的图像转印到被转印物体上。
13.一种成像设备，包括 一个或多个图像保持单元；一个或多个如权利要求11所述的光学扫描装置，该光学扫描装置被构造成用对应于图像的多个光束扫描所述一个或多个图像保持单元；以及转印单元，该转印单元被构造成将形成在图像保持单元上的图像转印到被转印物体
全文摘要
本发明公开了一种垂直腔表面发射激光器元件，包括衬底；层叠体，该层叠体是通过用上反射镜和下反射镜夹置半导体有源层而形成并且定位于衬底的表面上；连接到衬底中的与所述表面相对的另一表面上的下电极；以及连接到上反射镜的上表面的上电极，其中，所述上反射镜和下反射镜分别通过交替层叠具有不同折射率的半导体膜而形成，并且在电流施加在上电极和下电极之间时，垂直腔表面发射激光器元件沿着垂直于衬底的表面的方向发射激光，所述垂直腔表面发射激光器元件还包括在上反射镜中的选择性氧化层，其具有由氧化区域和未氧化区域构成的电流阻挡结构，以及可探测部分，该可探测部分形成在由包括选择性氧化层和有源层的上反射镜成形的台地结构的侧表面上，由此能够探测在层叠体的深度方向上选择性氧化层距层叠体的顶部的位置。
文档编号B41J2/44GK102356525SQ2009801580
公开日2012年2月15日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年3月18日
发明者花冈克成 申请人:株式会社理光