专利名称：表面发射激光器、表面发射激光器阵列和包含表面发射激光器的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、表面发射激光器阵列和包含表面发 射激光器的图像形成装置。
背景技术：
VCSEL可沿与其半导体衬底垂直的方向发射光束，因此可以容易 地被应用于二维阵列。由二维VCSEL阵列发射的多光束的并行处理 允许更高的密度和更高的速度。因此，VCSEL有望被用于各种工业应 用。
在VCSEL中，为了有效地向活性层(active layer)供给电流， 具有高的Al含量的AlxGa^As (以下也被称为"AlGaAs")被选择 性氧化以形成电流限制(confinement)结构。对于单横模操作，电流 限制的典型直径一般约为3 |nm。
但是，这种小的限制直径导致小的活性面积，并因此大大减小激 光器设备的输出。
为了即使在较大的限制直径下也执行单横模振荡，IEEE Photonics Technology Letters, vol. 12, No. 8， 2000， p. 939提出通过增 加腔长度来增加高阶横模的衍射损失。下面将参照图2说明在该IEEE 文件中说明的表面发射激光器设备的结构。
下部半导体多层反射器(reflector) 220被设置在GaAs衬底210 上。下部半导体多层反射器220包含交替层叠的低折射率子层和高折 射率子层。低折射率子层和高折射率子层中的每一个具有 i/4的光学 厚度。层的光学厚度为层的厚度和形成层的材料的折射率的积。波长入 指的是振荡波长。多层反射器也被称为分布式布拉格反射器(DBR)。厚度比通常情况厚的GaAs间隔层(spacer layer) 230被设置在 下部半导体多层反射器220上。下部包层240、包含量子阱的活性层 250、和上部包层260以这种次序被j殳置在间隔层230上。上部半导体 多层反射器270被设置在上部包层260上。上部半导体多层反射器270 包會交替层叠的低折射率子层和高折射率子层。
间隔层230仅由GaAs形成并具有2至8 Jim的范围内的长度。一 般地，在表面发射激光器中，由上部和下部DBR限定的腔的悉学厚 度被设计为约1或2波长。例如，在上述IEEE文件中说明的980 nm 的激光器中，腔长度对于1波长腔约为0.3 )Lim，而对于2波长腔约为 0.6拜。
在包含具有l或2波长的光学厚度的腔的表面发射激光器中，在 大于3或4 nm的氧化限制的直径下，激光器以高阶模以及基模振荡。
由于在上述IEEE文件中说明的表面发射激光器包含长达约8(im 的间隔件，因此，即使在7 pm的氧化限制的直径下也实现单一基横 模的振荡。在具有长腔结构的表面发射激光器中，用作反射镜的DBR 之间的长距离导致传播的光束展开。对于表面发射激光器设备内的光 束，高阶模的光束的发散角比基模的宽。因此，在具有长腔结构的表 面发射激光器中，高阶模的光束在DBR之间传播时趋于具有大的衍 射损失。因此，在具有长腔结构的表面发射激光器中比在不具有长腔 结构的激光器中更容易执行基模的单横模振荡。
在表面发射激光器设备中，设备中的生热对于其光学输出功率具 有大的影响。由此，散热能力的改善是另一技术问题。特别地，用于 630至690 nm范围内的红带发射的表面发射激光器中的由 AlGalnP/GalnP形成的活性层的温度特性劣于红外半导体激光器中的 活性层的温度特性。因此，散热能力在具有AlGalnP/GalnP活性层的
表面发射激光器中更加重要。
美国专利申请公开No. 2005/0271113公开了在包层下面设置具有 的整数倍的光学厚度的导热层的结构。导热层改善了散热能力，
由此增加激光输出。导热层由GaAs、 AlAs或InP形成。
6如上所述，用于红带发射的表面发射激光器的实际利用需要单横 模振荡和改善的散热能力。本发明的发明人使用表现出低的带到带
(band-to-band )吸收的厚AlAs膜作为间隔层，以实现单横模振荡和 改善的散热能力。
但是，作为深入研究的结果，本发明的发明人发现，难以生长具 有例如1 pm或更厚的横模控制所需要的厚度的AlAs膜。更具体而言， 具有至少1 iam的厚度的AlAs单层膜的晶体生长导致如此粗糙的晶体 表面，以致于AlAs单层膜作为用于激光器中的衬底、尤其是对于活 性层的生长是不可接受的。
总之，虽然可以制备包含厚度小于1 (im的AlAs层的激光器设备 以改善散热能力，但是具有长腔的单横模振荡所需要的厚度即至少1 Hm的AlAs层是难以制备的。
发明内容
本发明在其一方面提供一种表面发射激光器，该表面发射激光器 尽管具有长腔结构，但具有足够的1t热能力、产生比常规的表面发射 激光器高的激光输出、并以单横模振荡。本发明在其一方面还提供包 含该表面发射激光器的表面发射激光器阵列和包含该表面发射激光器 或该表面发射激光器阵列的图像形成装置。
上述的难以生长厚的AlAs单层的问题仅是例子。本发明的多个 方面提供使用难以作为厚膜形成的导热材料的长腔结构。
因此，本发明的多个方面提供一种表面发射激光器，该表面发射 激光器尽管具有长腔结构，但具有足够的散热能力、产生比常规的表 面发射激光器高的激光输出、并以单横模振荡。本发明的多个方面还 提供包含该表面发射激光器的表面发射激光器阵列和包含该表面发射 激光器或该表面发射激光器阵列的图像形成装置。
由参照附图对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l是根据本发明的实施例的激光器设备的示意性横截面图。
图2是根据常规的例子的激光器设备的示意性横截面图。
图3是根据第一实施例的表面发射激光器的示意性横截面图。
图4是示出作为间隔层中的厚度比的函数的热阻(thermal
resistance )的示图。
图5是根据第二实施例的表面发射激光器的示意性横截面图。 图6是根据第三实施例的表面发射激光器的示意性横截面图。 图7是根据第四实施例的表面发射激光器的示意性横截面图。 图8是根据第五实施例的表面发射激光器阵列的示意性平面图。 图9A是根据第六实施例的图像形成装置的示意性俯视图，该图
像形成装置包括作为曝光光源的表面发射激光器或表面发射激光器阵
列，图9B是该图像形成装置的示意性侧视图。
具体实施例方式
图1是根据本发明的实施例的激光器设备的示意性横截面图。 设置在衬底110上的下部多层反射器120包含交替层叠的低折射
率子层和高折射率子层。间隔层130、下部包层140、活性层150和上
部包层160以这种次序被设置在下部反射器120上。上部多层反射器
170被设置在上部包层160上。
间隔层130包含交替层叠的导热的第一半导体子层131和第二半
导体子层132。第二半导体子层132具有比第一半导体子层131低的
热导率。
第一半导体子层131由诸如砷化铝(AlAs)或砷化铝镓(AlGaAs) 的热导率比第二半导体子层132高的材料形成。第一半导体子层131 可由AlGaAs ( AlxGa^As)形成，其中，Al/(A1+Ga)原子比可为至少 0.90 ( x》0.90 )或至少0.95 ( x20.95 )。第一半导体子层131可由AlAs (x = 1)形成。
第二半导体子层132可以是热导率比第一半导体子层131低的AlGaAs子层。第二半导体子层132与第一半导体子层131 —起构成 长腔结构。更具体而言，第二半导体子层132可以由AlyGa^yAs形成， 其中，Al/(A1+Ga)原子比小于第一半导体子层131中的Al/(A1+Ga)原 子比(1，0并且x々)。
第一半导体子层131和第二半导体子层132中的每一个的光学厚 度被设为A72的整数倍。在这种情况下，被第一半导体子层131和第 二半导体子层132之间的界面反射的光束相消。因此，与多层反射器 120和170不同，间隔层130不明显反射光。这里使用的短语"A72的 整数倍"指的是不明显反射激光器设备内的光的光学厚度。因此，短 语"X/2的整数倍"包含与人/2的整数倍稍有不同的光学厚度，只要激 光器设备内的光在该光学厚度下不被明显反射。
第一半导体子层131因此具有被抑制的诸如反射的光学作用，同
时具有高的热导率。
即使当第一半导体子层131由难以作为厚膜形成的材料形成时， 也在间隔层130中交替层叠具有在光学上没有影响的厚度(optically inert thickness )的笫二半导体子层132，以形成长腔结构。长腔结构 在激光器设备中提供长的光学路径。比基模的光束更宽地展开的高阶 模的光束因此具有大的衍射损失。这有助于基模的单横模振荡。
当长腔结构不能仅由导热材料形成时，本发明根据其多个方面是 有效的。
表面发射激光器的特性还受其水平方向的散热能力影响。由交替 的子层构成的间隔层130还可改善水平方向的散热能力。
第一半导体子层131可邻近或靠近生热的活性层150以保证散热。 例如，如图1所示，间隔层130的最上面的第一半导体子层133可比 最上面的第二半导体子层134更接近活性层150。
最上面的第一半导体子层133可具有比其它的第一半导体子层 131厚的厚度。例如，最上面的第一半导体子层133可具有5X的光学 厚度，而其它的第一半导体子层131可具有人/2的光学厚度。
考虑到光学吸收和可从晶体生长获得的平坦性，可确定AlyGaLyAs半导体子层132的Al/(A1+Ga)原子比(与y对应)。
在半导体中，具有特定的波长或更短的波长的光由于带到带吸收
而经受高的光学吸收。特定的波长取决于半导体的带隙。带隙随 Al/(A1+Ga)原子比而增加。表面发射激光器需要在振荡波长下具有减 小的光学吸收的材料。因此，AlyGaLyAs半导体子层132的Al/(A1+Ga) 原子比可被增加，以避免在振荡波长下的带到带吸收。
例如，鉴于光学吸收，Al/(A1+Ga)原子比对于850 nm的带可以至 少为0.16 ( AlyGapyAs (l>y^0.16))，而对于680 nm的带可以至少 为0.50 ( AlyGa"yAs (l>y^0.50 ))。
但是，过高的Al/(A1+Ga)原子比对于晶体生长面的平坦性具有不 利的影响。因此，在这一点上希望Al/(A1+Ga)原子比低。特别地，第 二半导体子层132降低由第一半导体子层131的生长导致的表面粗糙
度。因此，在这一点上希望Al/(A1+Ga)原子比低。
如上所述，在光学吸收的降低和晶体生长面的平坦性之间存在权 衡。因此，AlGaAs的Al/(A1+Ga)原子比被降低到使得光学吸收可忽 略不计的水平。
例如，AlGaAs的Al/(A1+Ga)原子比对于850 nm的带可以为0.16 至0.26 ( AlyGa^yAs ( 0.26^^0.16 ))，而对于680 nm的带可以为0.50 至0.60 ( AlyGa!-yAs ( 0.60^^0.50 ))。
由于可在包含InGaAs活性层的980 nm激光器的波长范围处以及 更长的波长范围处对于间隔层使用GaAs，因此长腔结构可由GaAs 单层形成。但是，AlAs具有比GaAs高的热导率。因此，可以适当地 使用本发明。更具体而言，还可对于980 nm的带使用由AlxGa^As (l》x>0 )形成的第一半导体子层131和由AlyGa"yAs( l>y>0并且x〉y) 形成的第二半导体子层132。
在包含GaAs活性层的850 nm激光器的波长范围和包含AlGaAs 活性层的780 nm激光器的波长范围中，GaAs间隔层在光学吸收方面 是难以使用的，并且，必须使用AlGaAs间隔层。但是，由于AlGaAs 具有比AlAs低的热导率，因此包含厚的AlGaAs单层的激光器设备具有低的散热能力。因此，可对于各具有长腔结构的850 nm激光器和 780 nm激光器适当地使用本发明的多个方面。更具体而言，还可对 850 nm的带和780 nm的带使用由AlxGa^As (l》x>0 )形成的第一半 导体子层131和由AlyGa^yAs ( l>y>0并且x>y)形成的第二半导体子 层132。
在包含GalnP活性层的红带(630至690 nm )激光器的波长范围 中，GaAs或InP在晶格匹配或光学吸收方面是难以使用的。在该波 长范围中，可作为稍厚的膜被形成并且不具有明显低的热导率的包含 约20%的Al的AlGaAs也是难以4吏用的。如在IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 12， No. 8， 2000， p. 939中说明的表面发射激 光器设备中那样，当长腔结构由厚的单层膜形成时，考虑到光学吸收 和可从晶体生长获得的平坦性，必须使用包含约50%的Al的AlGaAs。 但是，由于AlGaAs在约50%的Al含量处具有最低的热导率，因此 具有由厚的AlGaAs单层形成的长腔结构的激光器设备具有减小的散 热能力。因此，对于该680 nm的带，可以比对于上述的波长带更适 当地使用本发明的多个方面。
本发明的发明人发现，AlxGaLXAs ( l>x》0.90 )和AlAs难以通过 当前已知的成膜技术在保持高的晶体质量和平坦性的同时作为具有1
或更大的厚度的膜而被形成。因此，当第一半导体子层131由 AlxGa^As (l>x^0.90 )或AlAs形成时，各子层131应具有1 |im或 更小的厚度。
本发明的发明人还发现，取决于限制直径，腔长度可以至少为2 pm，以提供有助于单横模振荡的长腔结构。因此，可考虑腔长度而确 定间隔层130的厚度。这里使用的术语"腔长度"指的是上部反射器 的顶表面和下部反射器的底表面之间的物理距离。
在图l中，尽管示出间隔层130被设置在活性层150和下部反射 器120之间，但作为替代方案，间隔层130可被设置在活性层150和 上部反射器170之间。同样作为替代方案，间隔层130可被设置在活 性层150和下部反射器120之间以及活性层150和上部反射器170之间。
当反射器为p型和n型DBR时，由于掺杂，p型DBR表现出比 n型DBR高的光学吸收。间隔层130可因此被设置在具有较低的光学 吸收的n型DBR —侧。当下部反射器120为n型DBR时，间隔层130 可如图1所示的那样被设置在活性层150和下部反射器120之间。
这种表面发射激光器可被一维或二维地布置以形成表面发射激光 器阵列。
并且，可使用该表面发射激光器或该表面发射激光器阵列作为光 源来制造图像形成装置。 第一实施例
图3是根据第一实施例的红色表面发射激光器的示意性横截面图。
下部DBR 320被设置在n型GaAs衬底310上。下部DBR 320 包含交替层叠的n型AlAs子层321和n型Al。.5Ga。.5As子层322。 n 型AlAs子层321和n型Al。.5Ga。.sAs子层322中的每一个具有入/4的 光学厚度。尽管为了方便起见示出下部DBR 320包含三对n型AlAs 子层321和Alo.5Gao.5As子层322，但下部DBR 320实际上可包含希 望的数量的对(例如，60对)。
间隔层330被设置在下部DBR 320上。间隔层330包含交替层叠 的第一 AlAs半导体子层331和第二 Aln.5Ga。.5As半导体子层332。第 一半导体子层331和第二半导体子层332中的每一个具有入/2的光学 厚度。如上所述，光学厚度不必是A72的整数倍，只要激光器设备内 的光不被明显反射。
AlGalnP层340、包含四个量子阱(GaQ.45I1io.s5P)的活性层350 和AlGalnP层360被设置在间隔层330上。AlGalnP层340、活性层 350和AlGalnP层360的总光学厚度为1波长。
p型上部DBR 370被设置在AlGalnP层360上。上部DBR 370 包含交替层叠的Alo.gGauAs子层371和Al。.5Ga。.5As子层372。 Alo.9Ga。jAs子层371和Al。.5Ga。.5As子层372中的每一个具有X/4的光学厚度。虽然为了方便起见示出上部DBR 370包含三对Alo.9Ga。jAs 子层371和Alo.5Gao.5As子层372，但上部DBR 370实际上可包含希 望的数量的对(例如，36对)。
最下面的Al。.9Ga(uAs子层371包含厚度为30 nm的Aln.98Ga。.02As 层(选择氧化层)。通过形成柱(post)之后的水蒸汽(steam)氧化 在选择氧化层中形成氧化区域373和未氧化区域374，由此形成电流 限制结构。限制结构(未氧化区域)374具有5pm的直径。
厚度为10 nm的高掺杂的p型GaAs层380和上部电极395被设 置在上部DBR370上。n型GaAs衬底310与下部电极390电连接。
间隔层330具有5 jim的厚度。间隔层330的厚度取决于希望的 发射直径。例如，为了以5 pm的氧化限制的直径实现单横模，间隔 层330的厚度应至少为3 |Lim。
间隔层330包含交替层叠的Alo.sGan.sAs子层332和AlAs子层 331。子层331和子层332中的每一个具有 i/2的光学厚度。
单独的AlAs的晶体生长常形成粗糙的表面。因此，在适当地控 制AlAs的晶体生长之后，生长AlyGai_yAs以降低由AlAs的晶体生长 导致的表面粗糙度。这是由于Ga原子可比Al原子更广地迁移，由此 提供更平坦的表面。本实施例因此可解决由于厚的AlAs子层导致的 表面粗糙度的问题。因此，包含导热的半导体子层331的间隔层330 可具有达几微米的长度。
如上所述，可以在980 nm、 1.3 |um或1.55 pm的表面发射激光器 中使用GaAs和InP。虽然GaAs和InP具有比AlAs低的热导率，但 GaAs和InP可容易地生长到大于1 的厚度。因此，可以使用GaAs 或InP以相对容易地形成长腔结构。
但是，GaAs和InP难以在红带中使用。并且，难以通过当前已 知的晶体生长技术形成由在热导率和光学吸收方面为希望的材料的 AlAs形成的长腔结构。
因此，根据本发明的多个方面的表面发射激光器在红带中具有相 当大的优点。
13制造方法
以下是根据第一实施例的表面发射激光器的制造方法。
在图3所示的激光器设备中，通过金属-有机化学气相沉积 (MOCVD )或分子束外延(MBE )生长n型GaAs衬底310、下部 DBR 320、间隔层330、 AlGalnP层340、活性层350、 AlGalnP层360、 上部DBR 370和p型GaAs层380。
通过使用半导体光刻的干蚀刻和一般已知的半导体蚀刻技术，去 除从活性层350到p型GaAs层380的层的部分，由此在AlGalnP层 340上形成直径约为30 |im的柱状的柱。由于AlAs子层331容易被氧 化，因此干蚀刻在AlGalnP层340上停止。
然后在约450。C在水蒸汽的气氛中水平地氧化最下面的 Alo力Ga(uAs子层371中的选择氧化层。控制氧化时间，以形成限制电 流和光束的氧化区域373和未氧化区域(限制结构)374。考虑到模式 控制，控制氧化时间，使得限制结构374具有约5ium的直径。
然后通过真空蒸发和光刻来沉积p侧上部电极395和n侧下部电 极390。上部电极395具有光束从其出来的圆形窗口。
最后，在高温氮气氛中将电极和半导体合金化，以实现优异的电 特性，由此完成激光器设备。
图4表示热阻与间隔层中的厚度比之间的关系。
水平轴表示AlAs子层(第一半导体子层)与Al。.5Ga。.5As子层(第 二半导体子层)的厚度比。垂直轴表示激光器设备的热阻。在厚度比 为零处，间隔层330仅包含Al。.5GaQ,5As子层。图4表示随着AlAs子 层的比例增加，散热能力增加。
在厚度比大于l处，这种改善热阻的效果降低。在本例子中，考 虑到连续生长AlAs的难度，将厚度比设为1，以平衡长腔结构的形成 和晶体表面的可获得的平坦性。换句话说，第一半导体子层和第二半 导体子层具有相同的光学厚度。
当厚度比为1时，激光器设备的热阻大大降低到包含仅由 Al0.5Ga。.5As形成的长腔间隔件的激光器设备的热阻的约70%。由于红色表面发射激光器的效率随着温度的升高而降低，因此这种热阻的降 低导致光学转换效率的增加和由于热造成的输出饱和电流的增加，由 此改善激光器设备的特性。
如上所述，间隔层330的子层331和332可具有X/2的整数倍的 光学厚度，并且，间隔层330的子层331和332的厚度比或厚度可能 不是A72的光学厚度。例如，对于通过MOCVD生长的晶体，由于晶 体会被碳污染，因此可能难以控制n型AlAs的自由电子密度。因此， AlAs子层与AksGa。.5As子层的厚度比可在邻近散热能力重要的活性 层350的子层中增加，并且可在邻近n型DBR320的层中降低。这可 降低热阻的增加，同时降低AlAs子层中的自由电子吸收对于激光器 设备的特性的影响。当第一半导体子层331比第二半导体子层332更 接近活性层350时，第一半导体子层331的光学厚度可以为X，并且第 二半导体子层332的光学厚度可以为X/2。换句话说，第一半导体子层 的光学厚度可以比第二半导体子层的光学厚度大。
虽然干蚀刻在上述的柱的制造过程中在AlGalnP层340上停止， 但干蚀刻可在AlGalnP层360和上部DBR 370之间的界面处停止。
可以在下部DBR320、间隔层330和上部DBR370的子层之间设 置成分渐变(composition-graded)子层，以降低电阻。在成分渐变子 层中，Al或Ga成分连续变化。当在间隔层330中的第一半导体子层 331和第二半导体子层332之间设置渐变子层时，第一和第二半导体 子层的光学厚度由一个渐变子层的中心部分和相对的渐变子层的中心 部分之间的光学厚度限定。在这种情况下，第一半导体子层或第二半 导体子层不具有单一的成分，而具有多个成分。
AIAs子层331可被AlxGa^As ( x20.95 )子层代替。
虽然间隔层330被设置在活性层350和下部DBR 320之间，但是 间隔层330可被^殳置在活性层350和上部DBR 370之间。当衬底310 和下部DBR 320为正类型而活性层350和其它的上部层为负类型时， 由于n型层表现出比p型层低的光学吸收，因此可在活性层350上设 置间隔层330。可以在间隔层330上适当地设置绝缘体。可以在该绝缘体上设置 用于与上部电极395电连接的布线。
可以在高度掺杂的p型GaAs层380上设置保护性绝缘膜。
为了减少光学吸收，可以在制造激光器设备之后去除高度掺杂的 p型GaAs层380，并且随后可在上部DBR370上i殳置保护性绝缘膜。
第二实施例
图5是根据第二实施例的表面发射激光器的示意性横截面图。在 第二实施例中使用的与第 一 实施例相同的附图标记表示相同的部件。
如在第一实施例中那样，根据第二实施例的表面发射激光器包含 间隔层530。但是,第二实施例与第一实施例的不同之处在于，构成 间隔层530的子层具有不同的厚度。
更具体而言，直接在AlGalnP层340下设置厚度为540 nm的AlAs 子层533，并且直接在AlAs子层533下设置厚度为290 nm的 Al0.5Ga。.5As层534。由此，AlAs子层533具有(5入)/2的光学厚度， 而Al。.5Ga。.5As子层534具有() /2的光学厚度。光学厚度比X/2大 的AlAs子层533可有效地从活性层散热。
用作第二半导体子层的Alfl.5Ga((.5As子层534可被设置在用作第一 半导体子层的AlAs子层533上，以使表面平坦化。这有助于诸如活 性层350的随后的上部层的晶体生长。
尽管间隔层530的AlAs子层531和Alo.sGaQ.sAs子层532的光学 厚度为人/2，但该光学厚度可以为入/2的整数倍。
第三实施例
图6是根据第三实施例的表面发射激光器的示意性横截面图。在 第三实施例中使用的与第 一 实施例相同的附图标记表示相同的部件。
第三实施例与第 一实施例的不同之处在于，直接设置在AlGalnP 层340下的间隔层630的最上面的子层是AlG力Ga(uAs子层601。因此， 第一实施例中的第一 AlAs半导体子层被Al。力Ga(uAs子层601替代。
出于以下的原因采用这种结构在通过干蚀刻形成台面结构时暴 露的间隔层的最上面的AlAs子层会在形成电流限制结构的过程中被氧化。因此，根据第三实施例的结构可增加激光器设备的产量。代替
Alo.9Ga(uAs，可以使用Al/(A1+Ga)原子比为0.95或更小或0.90或更小 的AlGaAs。
第四实施例
图7是根据第四实施例的表面发射激光器的示意性横截面图。在 第四实施例中使用的与第一实施例相同的附图标记表示相同的部件。
直接在AlGalnP层340下设置光学厚度为A74的半导体层750。 n 型掺杂的下部DBR 720的最上面的子层不是AlAs子层721，而是 Al0.5Gao.5As子层722。间隔层730的最上面的子层是AlAs子层731。 半导体层750被设置在间隔层730上，以使腔中驻波的节点与子层730 和731的界面一致。当高浓度掺杂剂或成分渐变层被加入半导体界面 中以减小电阻时，半导体层750可避免增加光学吸收。
半导体层750控制腔内的驻波的位置，并且由光学厚度为X/4的 AlGaAs形成。关于获得适当的平坦性，AlGaAs可具有0.50的 Al/(A1+Ga)原子比(AlQ.5Ga().5As )。
第五实施例
图8是根据第五实施例的表面发射激光器阵列的示意性平面图。 本实施例是设置在衬底上的3x4表面发射激光器的阵列。表面发射激 光器是在第一到第四实施例中的任一个中说明的那些。
表面发射激光器阵列包含柱810、上部电极820、激光发射区域 830和4f底840。
虽然示出表面发射激光器被均匀地隔开，但是表面发射激光器可 以以不规则的间隔被隔开。可以i殳置例如由SK)2形成的钝化膜，以保 护柱的侧表面和顶表面。虽然示出表面发射激光器是以四方 (tetragonal)格子图案布置的，但表面发射激光器可以以另 一图案布 置。
可以在上面没有形成柱的衬底840的一部分上设置用于半导体层 的电绝缘和保护的绝缘体、与上部电极820电连接的布线和将布线电 连接到外面的焊盘。第六实施例
图9A和9B是根据第六实施例的电子照相记录型图像形成装置的 示意图。图像形成装置可包含上述的任何的表面发射激光器或表面发 射激光器阵列。
图像形成装置包含光导体(photo conductor)、被配置为使光导 体带电的充电单元、；故配置为用光照射带电的光导体以形成静电图像 的光束照射单元、和被配置为使静电图像显影的显影单元。
图9A是图像形成装置的俯视图，图9B是图像形成装置的示意侧 视图。图像形成装置包含光导体900、充电单元902、显影单元904、 转印充电单元906、定影(fusing)单元908、可旋转多面镜910、电 动机912、表面发射激光器阵列914、反射器916、准直透镜920和f-0 透镜922。
电动机912驱动可旋转多面镜910。可旋转多面镜910具有六个 反射表面。表面发射激光器阵列914通过激光器驱动器(未示出)响 应图片信号而发射激光束。激光束通过准直透镜920到达可旋转多面 镜910。
沿箭头方向旋转的可旋转多面镜910以随可旋转多面镜910的旋
转而连续改变的出射角反射激光束作为偏转光束。反射的光束通过f-e
透镜922经受畸变像差校正，并通过反射器916到达光导体900。通 过光束沿主扫描方向扫描光导体900。从可旋转多面镜910的一个面 反射的光束沿主扫描方向在光导体900上形成与表面发射激光器阵列 914对应的图像的多条线。
光导体卯0先前通过充电单元902被充有电。当光导体900暴露 于扫描激光束时，形成静电潜像。随着光导体900沿箭头的方向旋转， 通过显影单元904使静电潜像显影，并且，被显影的可见图像通过转 印充电单元906被转印到转印纸(未示出)上。已被转印了可见图像 的转印纸被传送到用于定影的定影单元908 ，并从装置排出。
如上所述，包含根据本发明实施例的表面发射激光器或表面发射 激光器阵列的电子照相记录型图像形成装置可执行高速和高分辨率的打印。
尽管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， 以包含所有的修改以及等同的结构和功能。
权利要求
1. 一种以波长λ振荡的表面发射激光器，包括上部反射器；下部反射器；设置在所述上部反射器和所述下部反射器之间的活性层；和设置在所述上部反射器或所述下部反射器和所述活性层之间的间隔层，其中，所述间隔层是包括成分为AlxGa1-xAs(1≥x>0)的第一半导体子层和成分为AlyGa1-yAs(1>y>0并且x>y)的第二半导体子层的叠层结构。
2. 根据权利要求l的表面发射激光器，其中，所述第一半导体子 层具有AlxGaLXAs ( 12x20.90 )的成分。
3. 根据权利要求l的表面发射激光器，其中，所述第一半导体子 层具有AlAs的成分。
4. 根据权利要求1的表面发射激光器，其中，所述第一半导体子 层和所述第二半导体子层中的每一个具有入/2的整数倍的光学厚度。
5. 根据权利要求l的表面发射激光器，其中，所述第一半导体子 层具有与所述第二半导体子层相同的光学厚度。
6. 根据权利要求l的表面发射激光器，其中，所述第一半导体子层被设置为比所述第二半导体子层更接近所述活性层，并且，所述第 一半导体子层具有比所述第二半导体子层大的光学厚度。
7. 根据权利要求1的表面发射激光器，其中，所述活性层由GalnP 形成，并且，所述波长人的范围为630至6卯nm。
8. 根据权利要求7的表面发射激光器，其中，所述第二半导体子 层具有AlyGa^yAs ( l>y^0.50 )的成分。
9. 根据权利要求7的表面发射激光器，其中，所述第二半导体子 层具有AlyGa!-yAs (0.60^^0.50)的成分。
10. 根据权利要求1的表面发射激光器，其中，所述间隔层包括最上面的AlGaAs子层，具有0.95或更小的Al/(A1+Ga)原子比。
11. 根据权利要求1的表面发射激光器，其中，由所述上部反射 器和所述下部反射器限定的腔长度至少为2 pm。
12. 根据权利要求3的表面发射激光器，其中，所述第一半导体 子层具有1 nm或更小的厚度。
13. 根据权利要求1的表面发射激光器，其中，所述上部反射器 和所述下部反射器为多层反射器。
14. 根据权利要求1的表面发射激光器，其中，所述表面发射激 光器被包括在作为表面发射激光器阵列的部分的多个表面发射激光器 中，并且其中，所述多个表面发射激光器被一维地或二维地设置在衬 底上。
15. —种图像形成装置，包括 光导体；被配置为使所述光导体带电以产生带电的光导体的充电单元；被配置为用光照射所述带电的光导体以形成静电图像的光束照射单元；和被配置为使所述静电图像显影的显影单元， 其中，所述光束照射单元包括作为光源的表面发射激光器，其中 所述表面发射激光器包括 上部反射器； 下部反射器；设置在所述上部反射器和所述下部反射器之间的活性层；和 设置在所述上部反射器或所述下部反射器和所述活性层之间的间 隔层，其中，所述间隔层是包括成分为AlxGai_xAs (lh>0 )的第一半导 体子层和成分为AlyGa^yAs (l>y>0并且x>y)的第二半导体子层的叠 层结构。
16. —种以波长X振荡的表面发射激光器，包括 上部反射器；下部反射器；设置在所述上部反射器和所述下部反射器之间的活性层；和 设置在所述上部反射器或所述下部反射器和所述活性层之间的间 隔层，其中，所述间隔层是包括第一半导体子层和第二半导体子层的叠 层结构，所述第二半导体子层具有比所述第一半导体子层低的热导率。
17. 根据权利要求16的表面发射激光器，其中，所述第一半导体 子层和所述第二半导体子层中的每一个具有入/2的整数倍的光学厚度。
18. —种图像形成装置，包括 光导体；被配置为使所述光导体带电以产生带电的光导体的充电单元； 被配置为用光照射所述带电的光导体以形成静电图像的光束照射 单元；和被配置为使所述静电图像显影的显影单元，其中，所述光束照射单元包括作为光源的表面发射激光器阵列， 其中所述表面发射激光器阵列包括多个表面发射激光器，并且其中每 一表面发射激光器包括上部反射器；下部反射器；设置在所述上部反射器和所述下部反射器之间的活性层；和 设置在所述上部反射器或所述下部反射器和所述活性层之间的间 隔层，其中，所述间隔层是包括成分为AlxGai_xAs (12x>0 )的第一半导 体子层和成分为AlyGaLyAs ( l>y>0并且x>y )的第二半导体子层的叠 层结构。
全文摘要
本发明公开了表面发射激光器以及图像形成装置。一种以波长λ振荡的表面发射激光器包括上部反射器、下部反射器、活性层和间隔层。所述间隔层是包括成分为Al<sub>x</sub>Ga<sub>1-x</sub>As(1≥x＞0)的第一半导体子层和成分为Al<sub>y</sub>Ga<sub>1-y</sub>As(1＞y＞0并且x＞y)的第二半导体子层的叠层结构。
文档编号H01S5/024GK101442182SQ200810178619
公开日2009年5月27日 申请日期2008年11月21日 优先权日2007年11月22日
发明者内田武志, 竹内哲也 申请人:佳能株式会社