表面发射激光器及其制造方法和图像形成装置的制作方法

专利名称：表面发射激光器及其制造方法和图像形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面发射激光器、用于制造表面发射激光器的方法和图像形成装置。
背景技术：
作为表面发射激光器中的一种的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)能够沿与基板 表面垂直的方向取出光。因此，可以很容易地形成二维阵列。可以利用从二维阵列发射的多个光束进行并行处理，来实现高密度和高速度，并 且，期望诸如光学通信等的各种工业应用。例如，当表面发射激光器阵列被用作电子照相打 印机的曝光光源时，可以提高利用多个光束的图像形成过程的密度和速度。上述类型的电子照相应用需要在感光鼓上形成稳定的微激光斑。因此，单横模和 单纵模中的稳定动作是VCSEL的所需激光特性。在表面发射激光器中，为了提高性能，已开发了用于通过使用选择性氧化技术形 成电流限制结构，以仅在必要的区域中注入电流的方法。这种用于形成电流限制结构的方法包括在多层反射镜中设置具有高Al成分比 的AlGaAs层(例如，Ala98Gaatl2As)；并在高温蒸汽气氛中选择性地氧化该层以形成电流限 制结构。由于被氧化区域从导电区域变为绝缘区域，因此，电流可被注入活性层区域的希望 部分中。为了在选择性氧化类型VCSEL中实现高的输出，必需增加用作电流限制结构的导 电区域的孔口的直径。但是，在电流载流子的分布中，载流子集中于孔口的边缘部分中，该 边缘部分为导电区域和绝缘区域之间的边界。因此，当孔口的直径增加时，很容易产生光强 度高度分布于边缘部分的高次横模振荡。在解决载流子集中于孔口的边缘部分处的问题的尝试中，H. J. Unold等人 在"Large-Area Single-Mode Selectively Oxidized VCSELs !Approaches and Experimental", Proceedings of SPIE Photon, West, Vol. 3946 (2000), H 207 ~ 218 M (以下，称为“Unold文献”)中公开了使用两个电流限制结构的方法。为了示出使用两个电 流限制结构的方法，这里在图9中示出Unold文献的图10(b)。在使用两个电流限制结构的方法中，如图9所示，具有比布置为接近活性层910的 电流限制结构920小的孔口直径的电流限制结构930被布置为比电流限制结构920更远离 活性层910。作为结果，电荷载流子集中于设置为更接近活性层910的电流限制结构920中 的孔口的中心部分中。由于被设置为更接近活性层910的电流限制结构920控制谐振光的 模式，因此，通过在孔口的中心部分中注入载流子，增强载流子和基模光的耦合效率。因此， 与使用一个电流限制结构相比，使用两个电流限制结构可以抑制高次模振荡并且形成高输 出的表面发射激光器。为了实现单横模，需要载流子和基模光的有效耦合。因此，在Unold文献中描述的 设置两个电流限制结构的技术中，远离活性层的电流限制结构的孔口直径必需比接近活性 层的电流限制结构的孔口直径小。
例如，当被布置为接近活性层910的电流限制结构920的孔口直径为6 7 μ m时， 被布置为远离活性层910的电流限制结构930的孔口直径为约一半，即，约3 4μ m。另外，美国专利No.5493577(以下，称为“‘577专利”)描述了构成两个电流限制 层的两个被氧化区域可以相同或不同(例如，参见第15栏)。’ 577专利还描述了可通过 控制Al成分来形成不同的被氧化区域；并且，可通过使用台阶状台面(mesa)来形成不同的 被氧化区域。如上所述，Unold文献公开了设置两个电流限制结构，并且远离活性层的电流限制 结构的孔口直径比接近活性层的电流限制结构的孔口直径小。‘ 577专利描述了可通过控制变为电流限制结构的可氧化层的Al成分比，形成不 同的被氧化区域。由于随着半导体的Al成分比的增加氧化速度增加，因此，当同时氧化具 有不同的Al成分比的半导体层时，与具有较低的Al成分比的半导体层相比，具有较高的Al 成分比的半导体层具有较小的孔口直径。但是，本发明的发明人确认，从器件的可靠性的观点看，在具有通过控制上部可氧 化层的Al成分比以使其比下部可氧化层的Al成分比高而形成的多个电流限制结构的表面 发射激光器中存在问题。

发明内容
本发明提供具有确保的器件可靠性并包含多个电流限制结构的表面发射激光器、 用于制造表面发射激光器的方法和包含配置有多个表面发射激光器的表面发射激光器阵 列的图像形成装置。根据本发明的实施例的表面发射激光器包括依次被设置在基板上的下部多层反 射镜、活性层和上部多层反射镜；被设置在上部多层反射镜中或在上部多层反射镜和活性 层之间的第一电流限制层，该第一电流限制层包含通过部分氧化第一可氧化层形成的第一 绝缘区域和第一导电区域；和被设置为距活性层的距离比活性层和第一电流限制层之间的 距离小的第二电流限制层，该第二电流限制层包含通过部分氧化第二可氧化层形成的第二 绝缘区域和第二导电区域。在该表面发射激光器中，第一导电区域和第一绝缘区域之间的 边界沿基板的面内方向被布置在第二导电区域中，并且，满足以下的条件(1) (3)中的任 一个。(1)第一可氧化层和第二可氧化层包含Al，并且，第一可氧化层具有比第二可氧 化层低的Al成分比。(2)第一可氧化层比第二可氧化层薄。(3)邻近第一可氧化层的层中的一个具有比邻近第二可氧化层的层中的一个高的 Al成分比。根据本发明的实施例的用于制造表面发射激 光器的方法是一种用于制造包括依 次被设置在基板上的下部多层反射镜、活性层和上部多层反射镜的叠层的表面发射激光器 的方法。该方法包括在叠层中形成第二可氧化层的步骤；在叠层中的第二可氧化层之上 形成第一可氧化层的步骤；部分氧化第一可氧化层以形成包含第一导电区域和第一绝缘区 域的第一电流限制层的步骤；和在形成第一电流限制层的步骤之后，部分氧化第二可氧化 层以形成包含第二导电区域和第二绝缘区域的第二电流限制层的步骤，第一导电区域和第一绝缘区域之间的边界沿基板的面内方向被布置在第二电流限制层内侧。第一可氧化层和 第二可氧化层或者邻近第一可氧化层的层和邻近第二可氧化层的层被调整，使得当两个层 在相同的条件下被氧化时第一可氧化层的氧化速度比第二可氧化层的氧化速度低。根据本发明，能够提供具有确保的器件可靠性并包含多个电流限制结构的表面发 射激光器、用于制造表面发射激光器的方法和包含配置有多个表面发射激光器的表面发射 激光器阵列的图像形成装置。根据参考附图的示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得明显。


图IA和图IB示意性地表示根据本发明的实施例的表面发射激光器。图2A 2F示意性地 表示根据本发明的实施例的用于制造表面发射激光器的方法。图3G 3L示意性地表示根据本发明的另一实施例的用于制造表面发射激光器的 方法。图4示意性地表示根据本发明的实施例的用于制造表面发射激光器的方法。图5示意性地表示根据本发明的实施例的表面发射激光器。图6A 6D示意性地表示根据本发明的实施例的用于制造表面发射激光器的方法 中的进展的流程。图7A和图7B示意性地表示根据本发明的实施例的光学装置。图8是用于解释本发明的实施例的特性的曲线图。图9是用于解释现有技术的曲线图。
具体实施例方式如上所述，用于形成具有小孔口直径的结构的可氧化层的Al成分比必需比用于 形成具有大孔口直径的结构的可氧化层的Al成分比高。但是，在通过多个氧化物电流限制结构控制载流子分布的方法中，随着孔口直径 减小，电流密度增加。特别地，在导电区域和绝缘区域之间的边界(氧化前沿(front))中， 电流密度增加。另一方面，在电流限制结构的氧化前沿，通过氧化可氧化层产生体积收缩，并且， 伴随该体积收缩，残余应力集中。随着可氧化层中的Al成分的增加，应力增加。S卩，高电流密度和高应力被施加到被布置为远离活性层的电流限制结构，由此导 致通电时的劣化。由此，存在降低器件的可靠性的问题。另外，为了形成小孔口直径，除了控制Al成分比以外，考虑通过增加可氧化层的 厚度来增加氧化速度。但是，当可氧化层的厚度增加时，由于氧化之后的体积收缩，残余应 力集中。另一方面，为了形成小孔口直径，考虑通过降低邻近可氧化层的层的Al成分比， 增加可氧化层的氧化速度。但是，当邻近可氧化层的层的Al成分比降低时，不能减轻氧化 之后的可氧化层中的残余应力，由此应力残存。如上所述，发明人发现，当为了减小被布置为远离活性层的电流限制结构的孔口直径而增加可氧化层的氧化速度时，器件的可靠性劣化。以下详细描述意图在于解决上述问题的表面发射激光器和用于制造表面发射激 光器的方法等。第一实施例 (表面发射激光器的配置)图IA是示意性地示出根据本发明的实施例的表面发射激光器100的断面图(沿 图IB的线IA-IA)的示图。图IB是示意性地示出根据本发明的实施例的表面发射激光器 100的顶视图的示图。在图IA中，依次在基板110上形成下部多层反射镜120、下部隔体层130、活性层 140、上部隔体层150和上部多层反射镜160，从而沿与基板110的表面垂直的方向形成激光 谐振器。当载流子从设置在上部多层反射镜160上的上部电极170和设置在基板110下面 的下部电极180被注入到活性层140中时，活性层140发光，从而导致表面发射激光器100 的振荡。第一电流限制层210被设置在上部多层反射镜160中。第一电流限制层210具有 第一绝缘区域214和第一导电区域212。通过部分氧化第一可氧化层250，形成第一绝缘区 域214和第一导电区域212。第一电流限制层210具有在活性层140的中心部分中注入电 流的功能。第二电流限制层220被设置在比第一电流限制层210更接近活性层140的位置 处。例如，第二电流限制层220被设置在第一电流限制层210和活性层140之间。第二电 流限制层220具有通过部分氧化第二可氧化层260形成的第二绝缘区域224和第二导电区 域222。第二电流限制层220具有控制谐振光的模式的功能。虽然在图IA中第一电流限制层210和第二电流限制层220被设置在活性层140 之上，但是，第二电流限制层220可被设置在活性层140下面。另外，在图IA中，第一电流 限制层210被设置在上部多层反射镜160的层中，但可以不必被设置在上部多层反射镜160 中。并且，应当注意，在本说明书中使用的“第一”层和“第二”层的表示法仅是出于方便的 目的。只要存在至少两个限制层，层的命名次序是无关紧要的。沟槽结构240被设置为从上部多层反射镜160的顶面穿过第一电流限制层210至 少延伸到第二电流限制层220的顶面。因此，面向沟槽结构240的半导体层从侧壁被氧化， 以形成第一绝缘区域214和第二绝缘区域224。沟槽结构240的长度(或深度)从上部多 层反射镜160的顶面延伸，并且会停在第二电流限制层220的中心，或者会穿过第二电流限 制层220。当从上面观察表面发射激光器100时，如图IB所示，第一导电区域212具有比第 二导电区域222小的尺寸，并且，在第二导电区域222内发现第一导电区域212和第一绝缘 区域214之间的边界。该状态可被表示为“第一导电区域212和第一绝缘区域214之间的边界沿基板的 面内方向存在于第二导电区域222内侧”。如图8所示，第一导电区域212的存在增加基模光强度分布和电流分布的耦合。图 8是表面发射激光器的基模的光强度分布和活性层附近的电流密度分布的示图。图8的横 轴表示沿基板的面内方向距光轴的中心的距离。因此，可以在宽的驱动电流范围内在单横模中操作表面发射激光器100。
另外，在形成第一导电区域212和第一绝缘区域214的步骤中在这两个区域之间 的边界中产生的残余应力的大小被控制为比在形成第二导电区域222和第二绝缘区域224 的步骤中在这两个区域之间的边界中产生的残余应力小。结果，与不执行这种控制的情况 相比，器件的可靠性得到提高。为了如上面描述的那样控制残余应力的大小，控制第一可氧化层250和第二可氧 化层260，使得在相同的氧化条件下，第一可氧化层250的氧化速度比第二可氧化层260的 氧化速度小。作为替代方案，控制邻近第一可氧化层250的层和邻近第二可氧化层260的 层，使得在相同的条件下第一可氧化层250的氧化速度比第二可氧化层260的氧化速度低。随着可氧化层的Al成分比减小、可氧化层的厚度减小或者可氧化层的周边的Al 成分比增加，可氧化层的氧化速度降低。另一方面，随着可氧化层的Al成分比减小、可氧化 层的厚度减小或者可氧化层的周边的Al成分比增加，可氧化层的氧化之后在被氧化区域 和未氧化区域之间的边界中的残余应力减小。另外，随着可氧化层的氧化速度减小，可氧化 层的氧化之后在被氧化区域和未氧化区域之间的边界中的残余应力减小。(用于制造表面发射激光器的方法)在相同的条件下第一可氧化层的氧化速度比第二可氧化层的氧化速度低的层结 构中，当两个可氧化层同时被氧化时，第二导电区域222变得比第一导电区域212小。在这 种情况下，不能实现有效的单横模特性。因此，本实施例使用包括通过氧化第一可氧化层形成第一电流限制结构并且然后 通过氧化第二可氧化层形成第二电流限制结构的制造方法。因此，可与可氧化层的氧化速 度无关地确定第一导电区域212和第二导电区域222的尺寸。下面，描述根据实施例的包含基板和层叠于基板上的叠层的表面发射激光器的特 定配置及其制造方法。基板110为例如η型掺杂GaAs基板。可通过使用已知的制造方法分阶段形成包 含设置(层叠)于基板110上的下部多层反射镜120、活性层140和上部多层反射镜160的 叠层。可通过在基板110上交替层叠具有λ/4的光学厚度的Ala9GaaiAs和具有λ/4的光 学厚度的Ala5Gaa5As,形成η型下部多层反射镜120。例如，对的数目为70。另外，λ是谐 振器的谐振波长，并且在真空波长方面为例如680nm。例如，在下部多层反射镜120上通过晶体生长形成基于AlGaInP的活性层140，具 体而言，形成具有在λ = 680nm处具有发射峰的GalnP/AlGalnP多量子阱结构的活性层 140。另外，为了谐振器的相位调整，分别在活性层140下面和上面形成下部隔体层130和 上部隔体层150。下部隔体层130、活性层140和上部隔体层150的总光学厚度为λ /2的 整数倍，例如，为入。在活性层140上生长ρ型上部多层反射镜160。上部多层反射镜160由例如40对 的具有λ /4的光学厚度的Ala9GaaiAs和具有λ /4的光学厚度的Ala5Gaa5As的重复构成。 上部多层反射镜160的一部分被Al成分比比构成上部多层反射镜160的多对的AlGaAs的 Al成分比高的AlGaAs替代，从而提供可氧化层。可氧化层被部分氧化，以形成包含被氧化 的绝缘区域和未氧化的导电区域的电流限制层。例如，当在上部多层反射镜160中的两个 位置处形成可氧化层时，第二可氧化层260和第一可氧化层250分别被布置在从活性层140起的上部多层反射镜160中的第1对和第6对的位置处。本发明不限于这种形式，而是可 以具有其它的形式，在该其它的形式中，例如，第一可氧化层250被布置在上部多层反射镜 160中，并且，第二可氧化层260被布置在下部多层反射镜120中。作为可氧化层，例如，可以使用AlGaAs层。例如，AlxGa1^xAs (0. 95 ^ χ ^ 1)很容 易通过例如加热到300°C或更高的温度并暴露于蒸汽中而被氧化为包含Al氧化物的绝缘 体。 另外，为了与上部电极170接触，作为上部多层反射镜160的顶层，形成半导体接 触层。半导体接触层为例如20nm的GaAs层。通过例如MOCVD (金属有机化学气相沉积)方法执行上述叠层的晶体生长。(可氧化层的层配置)调整第一可氧化层250和第二可氧化层260或邻近第一可氧化层250的层和邻近 第二可氧化层260的层，以使得在相同的氧化条件下，第一可氧化层250的氧化速度比第二 可氧化层260的氧化速度低。作为调整方法，可以调整以下参数中的任一种或更多种(1) 可氧化层的Al成分比；(2)可氧化层的厚度；和(3)邻近层的Al成分比。对于氧化速度的 影响的次序一般为⑴> (2) > (3)。(1)可氧化层的Al成分比当第一可氧化层250的Al成分比减小为比第二可氧化层260的Al成分比小时，
残余应力可减小。例如，可对于第一可氧化层250使Ala98Gaatl2As,并且可对于第二可氧化 层260使用AlAs。当这些层被氧化时，特别地，AlAs和Ala98Gaatl2As的体积变化的速度分别为-11 % 和-2%。利用低Al成分比，由于氧化导致的体积减小是小的，由此减小施加到被氧化区域 和未氧化区域之间的边界的残余应力。关于氧化速度，当Ala5Gaa5As的层邻近分别具有30nm厚度的AlAs和Ala98Gaatl2As 时，例如，氧化速度比为440°C处的氧化的约2倍和370°C处的氧化的约30倍。根据以下描述的制造方法，在第二可氧化层被氧化之际，第一可氧化层可被氧化 很少。因此，从该观点看，第一可氧化层和第二可氧化层之间的氧化速度的差异与现有技术 相反。因此，如上所述，第一可氧化层250的Al成分比比第二可氧化层260的Al成分比低。 Al成分比之间的差值优选为或更大，并且更优选为2%或更大。当第一可氧化层250和 第二可氧化层260的Al成分比过度减小时，多层反射镜的AlGaAs层也被氧化，由此降低装 置的机械强度。因此，第二可氧化层260的Al成分比优选为98%或更大，更优选为99%或 更大，最优选为100%。(2)可氧化层的厚度随着可氧化层的厚度减小，由氧化导致的体积减小的量可减小，由此减小残余应 力。因此，第一可氧化层比第二可氧化层薄。例如，第一可氧化层250的厚度为20nm，并且， 第二可氧化层的厚度为30nm。如上所述，为了方便根据本发明的制造方法，第一可氧化层250的氧化速度与第 二可氧化层260的氧化速度不同。随着厚度减小，由于层的厚度导致的氧化速度的差值变得明显。因此，第一可氧化 层可以有些薄。第一可氧化层的厚度优选为30nm或更小，更优选为20nm或更小。
另外，随着氧化温度的降低，氧化速度对于厚度的依赖性增加。例如，440°C处的具 有60nm厚度的AlAs和具有30nm厚度的AlAs的氧化导致基本上不存在氧化速度的差别。 但是，370°C处的具有60nm厚度的AlAs和具有30nm厚度的AlAs的氧化导致约2倍的氧化 速度差。因此，第二可氧化层在尽可能低的温度处被氧化，由此，第二可氧化层的Al成分比 被设为比第一可氧化层的Al成分比高。因此，通过组合(1)和(2)实现更希望的设计。(3)邻近层的A l成分比当邻近可氧化层的层具有这种不被氧化的Al成分比(例如，0.9或更小)时，随着 邻近层的Al成分比的增加，施加到可氧化层的被氧化区域的边界上的残余应力减小。其原 因在于，与具有较低Al成分比的邻近层相比，具有较高Al成分比的邻近层可减轻由于表面 张力的差导致的被氧化的可氧化层上的应力。因此，希望邻近第一可氧化层250的层具有 比邻近第二可氧化层260的层高的Al成分比。另外，根据以下描述的制造方法，在第二可 氧化层260被氧化之际，第一可氧化层250可被氧化很少。因此，从该观点看，也希望邻近 第一可氧化层250的层具有比邻近第二可氧化层260的层的Al成分比高的Al成分比。当 如上面描述的那样调整邻近层的Al成分时，第一可氧化层250的氧化速度变得比第二可氧 化层260的氧化速度低。随着可氧化层的Al成分比增加，由于邻近各可氧化层的层之间的Al成分比的差 导致的可氧化层的氧化速度之间的差变得明显。并且，随着氧化温度降低，差变得明显。当邻近可氧化层的层具有高Al成分比以致其不被氧化时，邻近层具有降低可氧 化层的未氧化区域和邻近层之间的界面处的电阻(异质势垒(hetero barrier))的效果。 因此，可形成具有高Al成分比的层作为形成具有最高电流密度的第一电流限制结构的第 一可氧化层250的邻近层。例如，当第一可氧化层250由Ala98Gaatl2As构成时，可以使用从 可氧化层侧起成分从Ala9GaaiAs递变为Ala5Gaa5As的递变层，作为第一可氧化层250的邻 近层。从降低可氧化层的界面处的电阻的观点看，可以使用该递变层。然后，对于经受上述生长的晶片执行图2A 2F、图3G 3L和图4所示的半导体 处理。以下描述的过程是利用不同的定时执行第一可氧化层250的氧化和第二可氧化 层260的氧化的过程。特别地，在第一可氧化层250的氧化之后执行第二可氧化层260的氧化。首先，如图2A所示，在上部多层反射镜160上沉积第一电介质层300作为保护层。 第一电介质层300由例如具有1 μ m的厚度的SiO2构成，并且可通过例如等离子体CVD方 法被沉积。然后，光刻胶310被施加到第一电介质层300上并然后经受构图和显影，使得在与 沟槽结构240对应的位置处形成孔口图案。沟槽结构240具有例如27 μ m的内径。沟槽结构240的外径为例如33 μ m。在图 2A中没有示出沟槽结构240。然后，如图2B所示，通过使用被构图的光刻胶310作为掩模蚀刻第一电介质层 300。蚀刻可以是例如使用BHF(缓冲的氢氟酸)的湿蚀刻或使用CHF3气体的等离子体的 干蚀刻。然后，如图2C所示，通过使用光刻胶310和第一电介质层300作为掩模干蚀刻半导体层，以形成沟槽结构240。在这种情况下，执行蚀刻，使得沟槽结构240至少到达第一可 氧化层250的顶面，但不到达第二可氧化层260的顶面。利用例如SiCl4气体和Ar气体的 等离子体执行干蚀刻。 然后，如图2D所示，通过例如利用氧等离子体的灰化，去除残留于第一电介质层 300上的光刻胶310。然后，如图2E所示，从在沟槽结构240中露出的侧壁氧化第一可氧化层250，以形 成第一绝缘区域214。通过例如将基板加热到450°C并使其暴露于蒸汽，执行氧化。可氧化 层的被氧化部分变成以多晶或非晶Al氧化物为主要成分构成的绝缘体。另外，未氧化区 域，即第一导电区域212，保持在第一可氧化层250的中心部分中。第一导电区域212具有 例如具有4 μ m直径的圆形形状。然后，如图2F所示，通过使用第一电介质层300作为掩模从沟槽结构240的底部 蚀刻半导体层，以露出第二可氧化层260。蚀刻是采用例如SiCl4气体和Ar气体的等离子 体的干蚀刻。蚀刻可以是湿蚀刻。例如，为了提高放热性，可以在下部多层反射镜120中使用AlAs层作为低折射率 层。在这种情况下，沟槽结构240的蚀刻停止以不露出下部多层反射镜120的AlAs。然后，如图3G所示，从在沟槽结构240中露出的侧壁氧化第二可氧化层260，以形 成第二绝缘区域224。通过例如将基板加热到400°C并使其暴露于蒸汽，执行氧化。由于第一可氧化层250的表面已被氧化，因此，在许多情况下，即使当基板在该步 骤中被加热并且暴露于蒸汽中时，第一可氧化层250的氧化也很少进展。但是，为了使该步骤中的第一可氧化层250的氧化最小化，至少与第一可氧化层 250的氧化相比，第二可氧化层260的氧化中的基板的加热温度尽可能地低。因此，第二可 氧化层260的Al成分比被设为比第一可氧化层250的Al成分比高，或者，第二可氧化层 260的厚度被设为比第一可氧化层250的厚度大。当然，Al成分比和厚度均可被控制。另 夕卜，当邻近第一可氧化层250的半导体层中的一个的Al成分比被设为比邻近第二可氧化层 260的半导体层中的一个的Al成分比高时，第一可氧化层250的氧化可进一步被抑制。并且，未氧化区域，即第二导电区域222，被留在第二可氧化层260的中心部分中。 第二导电区域222具有例如具有6 μ m直径的圆形形状、具有6 μ m的边的正方形形状、或者 圆形和正方形之间的中间形状。在这种情况下，第二导电区域222和绝缘区域之间的边界 (氧化前沿)与沟槽结构240的内周之间的距离为10.5 μ m。S卩，氧化距离为10. 5 μ m。然后，如图3H所示，使用例如缓冲的氢氟酸来去除残留的第一电介质层300。然后，如图31所示，在整个器件上沉积绝缘膜190。绝缘膜190包含例如具有λ /2 的光学厚度并由例如硅氧化物构成的电介质层，并且可通过例如等离子体CVD被沉积。然后，如图3J所示，光刻胶330被施加，并且，为了在半导体接触层和后面形成的 上部电极170之间进行接触，使光刻胶330经受用于部分去除绝缘膜190的构图曝光和显 影。然后，如图3Κ所示，通过使用光刻胶330作为掩模部分地去除绝缘膜190。然后， 去除光刻胶330。然后，如图3L所示，用于剥离的光刻胶340被施加并且经受用于通过剥离方法形 成上部电极170的构图，从而形成用于剥离的抗蚀剂图案。
然后，如图4所示，通过使用电子束蒸镀等和剥离方法，形成上部电极170。上部电 极170由例如Ti/Au构成。上部电极170具有例如在其中心具有开口的环形形状。开口比第一导电区域212 大，以不干涉穿过的激光器发射光。上部电极170中的开口的尺寸可比第二导电区域222 大或小。当开口的尺寸比第二导电区域222的尺寸小时，上部电极170与发光区域的周边 的一部分重叠。在比基模更高次的模中，光强度分布和上部电极170之间的重叠增加。因 此，当上部电极170在模式中的每一个中导致诸如散射效应等的光损失时，上部电极170具 有进一步抑制高次模的效果。最后，通过例如电阻加热蒸镀在基板的背面上形成下部电极180。下部电极180由 例如AuGe/Au构成。在上述的过程中，用不同的定时执行第一可氧化层250的氧化和第二可氧化层 260的氧化。在与用于氧化第一可氧化层250的条件(第一氧化条件)不同的条件(第二氧化 条件)下氧化第二可氧化层260。特别地，在氧化速度比第一可氧化层250的氧化的氧化速 度低的条件下，氧化第二可氧化层260。作为结果，可以在氧化第二可氧化层260的步骤中 防止第一可氧化层250的氧化。作为这些条件，例如，可使得第二氧化条件的基板温度比第一氧化条件的基板温 度低。在第二氧化条件中，可使得气氛中的氧化剂浓度比第一氧化条件中的氧化剂浓度低。 作为氧化剂，例如，可以使用h20。另外，在第二氧化条件中，可使得气氛中的氧化抑制剂浓 度比第一氧化条件中的氧化抑制剂浓度高。作为氧化抑制剂，例如，可以使用02。可通过增 加O2的量降低氧化AlGaAs的步骤中的反应速度。第二实施例在第一实施例中，当第一可氧化层被氧化时，第二可氧化层不在沟槽结构中被露 出。在第一可氧化层被氧化之后，通过进一步蚀刻沟槽结构的底部露出第二可氧化层。但是，在第二实施例中，如图5所示，可以从沟槽结构240的底部新设置另一沟槽 结构245。首先形成的沟槽结构240被称为“第一沟槽结构”，并且，从沟槽结构240的底部新 形成的沟槽结构245被称为“第二沟槽结构”。在本实施例中，可以在第一实施例中的露出的第一可氧化层的侧壁上形成保护 层。因此，第二实施例具有在第二可氧化层260的氧化期间进一步抑制第一可氧化层250 的氧化的特定效果。图6A 6D表示第二实施例的制造方法的示例性步骤。一直到图2E所示的步骤， 第二实施例的制造方法与在第一实施例中描述的制造方法相同，由此省略一直到图2E所 示的步骤的描述。如图6A所示，保护层320被沉积于第一沟槽结构240的底部和侧边上以及剩余的 电介质层300上。保护层320由例如硅氧化物构成并且通过等离子体CVD方法被沉积。当 第二可氧化层被氧化时，保护层320保护第一可氧化层的侧壁。然后，抗蚀剂被施加并经受用于形成第二沟槽结构245的构图。特别地，形成在第 一沟槽结构240的底部具有开口的图案。然后，如图6B所示，通过使用抗蚀剂图案作为掩模的蚀刻，去除第一沟槽结构的底部处的保护层320的一部分。然后，如图6C所示，通过使用抗蚀剂和保护层320作为掩模来蚀刻半导体层，形成 第二沟槽结构245。第二沟槽结构245被蚀刻成至少达到第二可氧化层260的顶部。第二 沟槽结构245会停在第二可氧化层260的中间位置处或者会穿过第二可氧化层260。蚀刻为例如采用SiCl4+Ar等离子体的干蚀刻。可以执行湿蚀刻。 然后，当抗蚀剂残留时，去除抗蚀剂，然后，如图6D所示，从在第二沟槽结构245中 露出的侧壁氧化第二可氧化层260以形成第二绝缘区域224。通过例如将基板加热到400°C 并使其暴露于蒸汽，执行氧化。然后，通过使用例如缓冲的氢氟酸等去除保护层320。随后的步骤与第一实施例的 制造过程相同，特别是图31所示的步骤和随后的步骤，因此不描述这些步骤。第三实施例描述使用表面发射激光器阵列的图像形成装置，该表面发射激光器阵列配置有在 第一或第二实施例中描述的多个表面发射激光器。图7A和图7B是表示具有根据本发明的表面发射激光器的电子照相记录型图像形 成装置的结构图。图7A是图像形成装置的平面图，图7B是同一装置的侧视图。表面发射 激光器阵列514用作记录光源，并被配置为根据来自激光器驱动器(未示出)的图像信号 被打开和关闭。通过准直透镜520从表面发射激光器阵列514向多角镜510施加调制的激光束。 多角镜510通过电动机512沿箭头方向旋转，使得当随着多角镜510的旋转由反射表面连 续改变发射角度时从表面发射激光器阵列514输出的激光束作为偏转光束被反射。反射光 通过f_ θ透镜522经受畸变的校正等，通过反射镜516被施加到感光鼓500，并且沿主扫 描方向在感光鼓(感光部件)500上扫描。此时，通过光束在多角镜510的一个表面上的反 射，沿感光鼓500的主扫描方向形成与表面发射激光器阵列514的多个线对应的图像。在 本实施例中，使用4X8的表面发射激光器阵列514，使得形成32线的图像。感光鼓500事先通过充电器502被充电，并且通过激光束的扫描依次被曝光，以形 成静电潜像。感光鼓500沿箭头方向(图7Β中的圆形箭头)旋转，使得通过显影器件504使形 成的静电潜像显影，并且，通过转印充电器506，显影的可见图像被转印到转印纸(未示出) 上。转印有可见图像的转印纸移动到定影器件508，并在定影之后被排出到装置外面。虽然本实施例使用4X8的表面发射激光器阵列，但是，表面发射激光器阵列不限 于此，可使用mXn(m，n:自然数(除0以外))的表面发射激光器阵列。虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性 实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变型以及等同的结构和 功能。
权利要求
一种表面发射激光器，包括依次被设置在基板上的下部多层反射镜、活性层和上部多层反射镜；被设置在上部多层反射镜中或在上部多层反射镜和活性层之间的第一电流限制层，该第一电流限制层包含通过部分氧化第一可氧化层形成的第一绝缘区域和第一导电区域；和被设置为比第一电流限制层更接近活性层的第二电流限制层，该第二电流限制层包含通过部分氧化第二可氧化层形成的第二绝缘区域和第二导电区域，其中，第一导电区域和第一绝缘区域之间的边界沿基板的面内方向被布置在第二导电区域内侧，并且，其中，满足以下的条件(1)～(3)中的任一个(1)第一可氧化层和第二可氧化层包含Al，并且，第一可氧化层具有比第二可氧化层低的Al成分比；(2)第一可氧化层比第二可氧化层薄；并且(3)邻近第一可氧化层的层中的一个具有比邻近第二可氧化层的层中的一个高的Al成分比。
2.根据权利要求1的表面发射激光器，其中，第二电流限制层在第一电流限制层和活 性层之间形成。
3.一种图像形成装置，包括表面发射激光器阵列，在该表面发射激光器阵列中配置有多个根据权利要求1的表面 发射激光器；感光部件，被配置为通过利用来自表面发射激光器阵列的光进行照射，形成静电潜像；充电器；和显影单元。
4.一种用于制造表面发射激光器的方法，该表面发射激光器包括依次被设置在基板上 的下部多层反射镜、活性层和上部多层反射镜的叠层，该方法包括在叠层中形成第二可氧化层的步骤；在叠层中的第二可氧化层之上形成第一可氧化层的步骤；部分氧化第一可氧化层以形成包含第一导电区域和第一绝缘区域的第一电流限制层 的步骤；和在形成第一电流限制层的步骤之后，部分氧化第二可氧化层以形成包含第二导电区域 和第二绝缘区域的第二电流限制层的步骤，第一导电区域和第一绝缘区域之间的边界沿基 板的面内方向被布置在第二电流限制层内侧，其中，第一可氧化层和第二可氧化层或者邻近第一可氧化层的层和邻近第二可氧化层 的层被调整，使得当两个层在相同的条件下被氧化时，第一可氧化层的氧化速度比第二可 氧化层的氧化速度低。
5.根据权利要求4的用于制造表面发射激光器的方法，其中，第一可氧化层和第二可 氧化层包含Al，并且，第一可氧化层具有比第二可氧化层低的Al成分比。
6.根据权利要求4的用于制造表面发射激光器的方法，其中，第一可氧化层比第二可 氧化层薄。
7.根据权利要求4的用于制造表面发射激光器的方法，其中，邻近第一可氧化层的层 中的一个具有比邻近第二可氧化层的层中的一个高的Al成分比。
8.根据权利要求4 7中的任一项的用于制造表面发射激光器的方法，其中，形成第一 电流限制层的步骤中的氧化温度比形成第二电流限制层的步骤中的氧化温度高。
9.根据权利要求4 8中的任一项的用于制造表面发射激光器的方法，其中，形成第一 电流限制层的步骤中的气氛的氧化剂浓度比形成第二电流限制层的步骤中的气氛的氧化 剂浓度高。
10.根据权利要求9的用于制造表面发射激光器的方法，其中，氧化剂是H20。
11.根据权利要求4 10中的任一项的用于制造表面发射激光器的方法，其中，形成第 一电流限制层的步骤中的气氛的氧化抑制剂浓度比形成第二电流限制层的步骤中的气氛 的氧化抑制剂浓度高。
12.根据权利要求11的用于制造表面发射激光器的方法，其中，氧化抑制剂是02。
13.根据权利要求4 12中的任一项的用于制造表面发射激光器的方法，还包括在形成第一电流限制层的步骤之前，通过蚀刻形成从上部多层反射镜的顶部延伸到第 一可氧化层但不到达第二可氧化层的第一沟槽结构的步骤；和在形成第一电流限制层的步骤和形成第二电流限制层的步骤之间，通过蚀刻形成从第 一沟槽结构的底部延伸到第二可氧化层的第二沟槽结构的步骤。
14.一种表面发射激光器，包括依次被设置在基板上的下部多层反射镜、活性层和上部多层反射镜；被设置在上部多层反射镜中或在上部多层反射镜和活性层之间的第一电流限制层，该 第一电流限制层包含通过部分氧化第一可氧化层形成的第一绝缘区域和第一导电区域；和被设置为距活性层的距离比活性层和第一电流限制层之间的距离小的第二电流限制 层，该第二电流限制层包含通过部分氧化第二可氧化层形成的第二绝缘区域和第二导电区 域，其中，第一导电区域和第一绝缘区域之间的边界沿基板的面内方向被布置在第二导电 区域内侧，并且，在形成第一导电区域和第一绝缘区域的步骤中在这两个区域之间的边界 处产生的残余应力的大小比在形成第二导电区域和第二绝缘区域的步骤中在这两个区域 之间的边界处产生的残余应力的大小小。
15.一种用于制造表面发射激光器的方法，包括在基板上形成包含下部多层反射镜、活性层和上部多层反射镜的叠层，叠层中的第二 可氧化层，和叠层中的第二可氧化层之上的第一可氧化层的步骤；部分氧化第一可氧化层以形成包含第一导电区域和第一绝缘区域的第一电流限制层 的步骤；和在形成第一电流限制层的步骤之后，部分氧化第二可氧化层以形成包含第二导电区域 和第二绝缘区域的第二电流限制层的步骤，第一导电区域和第一绝缘区域之间的边界沿基 板的面内方向被布置在第二电流限制层内侧，其中，第一可氧化层和第二可氧化层或邻近第一可氧化层的层和邻近第二可氧化层的 层被调整，使得在形成第一导电区域和第一绝缘区域的步骤中在这两个区域之间的边界处 产生的残余应力的大小比在形成第二导电区域和第二绝缘区域的步骤中在这两个区域之间的边界处产生的残余应力的大小小
全文摘要
本申请涉及表面发射激光器及其制造方法和图像形成装置。表面发射激光器包括设置在基板上的下部多层反射镜和上部多层反射镜。第一可氧化层被部分氧化，以形成包含第一导电区域和第一绝缘区域的第一电流限制层。第二可氧化层被部分氧化以形成包含第二导电区域和第二绝缘区域的第二电流限制层，第一导电区域和第一绝缘区域之间的边界沿基板的面内方向被布置在第二电流限制层内侧。第一可氧化层和第二可氧化层或邻近各可氧化层的层被调整，使得当两个层在相同的氧化条件下被氧化时，第一可氧化层的氧化速度比第二可氧化层的氧化速度低。
文档编号G03G15/04GK101986488SQ201010243718
公开日2011年3月16日 申请日期2010年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者井久田光弘 申请人:佳能株式会社