专利名称：表面发射激光器阵列、光学扫描装置及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阵列、包括该表面发射激光器阵列的光学扫描装置、 以及包括该表面发射激光器阵列的图像形成装置。
背景技术：
在其中集成了表面发射激光器元件的表面发射激光器阵列中，在工作时每个表面 发射激光器元件的输出会由于通过从周围表面发射激光器元件吸收热的温度上升而降低， 且表面发射激光器阵列的寿命会缩短。为了克服该问题，需要改善热散逸特性。例如，具有高热导率的材料应被用于半导 体布拉格反射器，其置于主要热散逸的侧上。在可以用于GaAs基板上表面发射激光器元件 的半导体布拉格反射器的材料中，AlAs为具有最高热导率的合适材料之一。然而，存在这样的情形，执行蚀刻以形成台(mesa)结构的形状从而将表面发射激 光器元件与周围部分电学或空间上分离。这种情况下，尽管不要求该蚀刻到达布置在基板 侧上的下半导体布拉格反射器，通过假设蚀刻底部到达下半导体布拉格反射器，考虑蚀刻 可控制性的问题来实施设计。例如，对于氧化物表面发射激光器元件的情形，与选择性氧化层(selective oxidation layer)相比需要蚀刻更深以执行选择性氧化。出于防止电流分散的目的，通常 将选择性氧化层布置在P型半导体布拉格反射器的有源层(或者有源层上方的半导体布拉 格反射器)附近的位置，或者在从有源层的第一至第五节点(激光束的场强度分布中的节 点)的位置。然而，考虑到蚀刻深度的可控制性问题，难以控制蚀刻底部比选择性氧化层深但 又不到达下半导体布拉格反射器。为了控制整个晶片表面内的蚀刻深度，要求不仅控制蚀刻时间，而且还要获得晶 片表面内蚀刻的均勻性，以及结晶生长层厚度分布的均勻性。实际上，实施台蚀刻以深于选 择性氧化层但又不到达下半导体布拉格反射器是很难的。为了解决该问题，特开2002-164621号公报披露了将下半导体布拉格反射器分离 为两层。在特开2002-164621号公报的激光器阵列中，两个下半导体布拉格反射器层的基 板侧之一为主折射率层，其是由AlAs制成。AlAs热导率远大于AlGaAs热导率。另一方面， 有源层侧反射器层是由常用的MGaAs制成。然而，对于表面发射激光器阵列的情形，出于其它附加原因，在晶片的表面内实施 均勻的台蚀刻更为困难。如果表面发射激光器元件的元件间间隙变窄以实施具有高密度的 阵列布置，则元件间间隙的蚀刻深度和表面发射激光器阵列外围平坦部的蚀刻深度之间的差异Ad变大。再者，在蚀刻配置中产生下侧缘(skirt)部分。期望选择性氧化层部从该 下侧缘部分开始，从而严格控制氧化物变窄尺寸。然而，如果按照选择性氧化层不从下侧缘部分开始的方式来执行蚀刻，则表面发 射激光器阵列外围中的平坦部中的蚀刻底部进入下半导体布拉格反射器。由于下半导体布拉格反射器的低折射率层通常厚于选择性氧化层，如果两层具有 相同成份，则低折射率层的氧化速率快于选择性氧化层的氧化速率。如果下半导体布拉格反射器的低折射率层的氧化速率快于该选择性氧化层，则整 个低折射率层先被氧化，且执行电流注入是不可能的。为了避免该问题，AlAs不能用做位于靠近下半导体布拉格反射器的有源层附近的 低折射率层的材料。为此，为了减小半导体布拉格反射器的氧化速率，需要使用添加特定 数量的 Ga 的 AlGaAs (例如 Al0 9Ga0. #)。参考 ^Technical Report CS-3-4 (2004) from the Institute of Electronics, Informationand Communication Engineers, Electronics Society Convention 以及 IEEEPH0T0NICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.11，No. 12,1999， PP.1539-1541。特开平09-018093号公报披露了上半导体布拉格反射器的蚀刻被停止直至feilnP 盖层(共振器区域)。图37为根据相关技术的表面发射激光器阵列的平面图。如图37所示，双虚拟元 件布置在表面发射激光器元件所在的中心阵列部分的外围。特开2000-114656号公报披露了中心阵列部分的柱(台)和阵列部分外围中的柱 (台)经历不同的环境且这些柱(台)相应地具有不同配置。且特开2000-114656号公报披露了一种表面发射激光器阵列，其中布置在中心阵 列部分的外围的双虚拟元件实现了均勻特性。在常规氧化类型表面发射激光器阵列中，表面发射激光器阵列的外围中平坦部内 的蚀刻底部面向下半导体布拉格反射器。如果通过蚀刻出现在表面上，则具有高热导率材 料例如AlAs容易被氧化。AlAs无法用于下半导体布拉格反射器(至少在有源层附近的区 域内)。因此，热量容易积累在有源层且有源层温度上升。存在光学输出下降以及表面发 射激光器元件的寿命变短的问题。具体地，在表面发射激光器阵列工作时，由于热干扰引起 的不期望影响变得显著。表面发射激光器阵列在高电流值的工作变得不可能且使用具有低 光学输出的表面发射激光器阵列变为不可避免。此外，由于热干扰导致的温度上升，表面发 射激光器阵列的寿命变短。根据特开2000-114656号公报的教导，为了防止激光器阵列外围中的平坦部内的 蚀刻底部到达下半导体布拉格反射器，虚拟元件可布置在整个晶片内，以使得中心阵列部 分内的蚀刻深度和阵列部分外围的平坦部内的蚀刻深度之间的差异△d变小。如果平坦部不消除，蚀刻底部到达下半导体布拉格反射器，使得AlAs被氧化。因 此，需要将虚拟元件布置在整个晶片内。然而，如果虚拟元件布置在整个晶片内，则将被蚀刻的区域变小。这导致难以对氧 化进行监测(等离子体发射谱、光学反射折射率分析等)。再者，如果虚拟元件布置在整个 晶片内，则在激光器阵列的表面上出现不平整，且引线切断的可能性增大。另外，需要形成引线结合垫来实施。然而，如果在结合垫的底部下方存在不平整，则台结构在引线结合时会 受损，这导致生产的表面发射激光器阵列不合格。
发明内容
根据本发明，提供了一种改进的表面发射激光器阵列，其中上述问题被消除。根据本发明一个方面，提供了一种表面发射激光器阵列，其未布置有虚拟元件，使 得热量不容易累积在有源层内。根据本发明一个方面，提供了一种光学扫描装置，其包括未布置有虚拟元件的表 面发射激光器阵列，使得热量不容易累积在有源层内。根据本发明一方面，提供了一种图像形成装置，其包括未布置有虚拟元件的表面 发射激光器阵列，使得热量不容易累积在有源层内。在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种表面发射激光器阵 列，该表面发射激光器阵列包含多个表面发射激光器元件，该多个表面发射激光器元件的 每一个包括第一反射层，形成于基板上以构成半导体布拉格反射器；共振器，形成为接触 该第一反射层并包含有源层；以及第二反射层，形成于该第一反射层上方并接触该共振器 以构成该半导体布拉格反射器，该第二反射层中含有选择性氧化层，其中该第一反射层在 该有源层侧至少包含低折射率层，该低折射率层的氧化速率相当于或高于包含在该第二反 射层内的选择性氧化层的氧化速率，该共振器是由至少包含^的Alfe^nPAs基材料制成， 且每个表面发射激光器元件中的台结构的底部位于该选择性氧化层下方和该第一反射层 上方。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该共振器的蚀刻速率小于该第二反射 层的蚀刻速率。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该第二反射层在该有源层侧包含由至 少包含h的AlfeJnPAs基材料制成的层。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该台结构的底部位于该共振器内部或 者在该第二反射层和共振器之间的界面。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该第一反射层在该表面发射激光器元 件的整个区域上方包含由AlAs制成的该低折射率层。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该第二反射层中包含的该选择性氧化 层构成选择性氧化类型电流狭窄部。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该多个表面发射激光器元件的元件间 间隙内的蚀刻深度和该多个表面发射激光器元件的外围部分的蚀刻深度之间的差异等于 或小于每个表面发射激光器元件的束发射波长的1/2。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该多个表面发射激光器元件的相邻两 个之间的元件间间隙设置为下述间隙中的较小之一该多个表面发射激光器元件中两个台 结构的顶面位置之间的间隙以及该两个台结构的底面位置之间的间隙，且该元件间间隙等 于或小于20微米。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该第一反射层的侧面被保护膜覆盖。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得该保护膜是由Si02、SiN和SiON任意一种制成。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得布置在该第一反射层的共振器侧的该 低折射率层的铝含量大于该选择性氧化层的铝含量。上述表面发射激光器阵列可以配置成使得布置在该第一反射层的共振器侧的该 低折射率层的铝含量等于该选择性氧化层的铝含量，且布置在该第一反射层的共振器侧的 该低折射率层的厚度大于该选择性氧化层的厚度。在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种光学扫描装置，包 括上述的表面发射激光器阵列；偏向单元，偏向由该表面发射激光器阵列发射的多个激 光束；以及扫描光学元件，将激光束从该偏向单元引导在感光体的扫描表面上。在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种图像形成装置，其 中设置有上述的光学扫描装置。在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种图像形成装置，其 中上述的表面发射激光器阵列设置为发射多个激光束的光源。在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种表面发射激光器元 件，具有发射激光束的台结构，该表面发射激光器元件包括基板；第一反射层，形成于该 基板上以构成半导体布拉格反射器；共振器，形成为接触该第一反射层并包含有源层；第 二反射层，形成为接触该共振器以构成该半导体布拉格反射器；以及吸收层，布置为在形成 该台结构时吸收沿该基板的表面内方向的蚀刻深度差异，其中该台结构的底部沿与该基板 垂直的方向位于该吸收层内，且该吸收层沿该共振器的厚度方向形成于至少部分该共振器 内。上述表面发射激光器元件可以配置成使得该吸收层沿该共振器的厚度方向形成 于该共振器的整个区域内。上述表面发射激光器元件可以配置成使得该吸收层沿该共振器的厚度方向形成 于该共振器的整个区域内，并沿该第二反射层的厚度方向部分地形成。上述表面发射激光器元件可以配置成使得该吸收层至少包含h。在解决了一个或多个上述问题的本发明实施例中，提供了一种表面发射激光器阵 列的制造方法，该表面发射激光器阵列包括元件布置部，设置在基板上并布置有多个表面 发射激光器元件；以及平坦部，设置在该基板上并沿该基板的表面内方向布置在该元件布 置部的周围，该多个表面发射激光器元件的每一个包括发射激光束的台结构，且该平坦部 和该元件布置部包含吸收层，该吸收层布置为在形成该台结构时吸收沿该表面内方向的蚀 刻深度差异，该制造方法包括如下步骤在该基板上形成多层半导体膜；以及蚀刻该多层 半导体膜以使得该台结构的底部位于该吸收层内，以便该元件布置部和平坦部形成。在构成该表面发射激光器阵列的表面发射激光器元件的每一个中，共振器是由至 少包含^的材料制成，台结构的底部布置成使得第二反射层与第一反射层相比更靠近台 结构的底部，且第一反射层在有源层侧至少包含低折射率层，该低折射率层的氧化速率相 当于或大于该选择性氧化层的氧化速率。在形成该台结构的工艺中，布置有表面发射激光器元件的阵列区域内的蚀刻深度 与阵列区域的周围的蚀刻深度之间的差异减小以防止第一反射层在该阵列区域的周围露 出，并防止该第一反射层的氧化。结果，在有源层内产生的热量通过第一反射层容易放射到基板侧。因此，根据本发明，可以不使用虚拟元件来布置该表面发射激光器阵列，使得热量 不容易累积在有源层内。
在参考附图来阅读下述详细描述时，本发明的其它目的、特征和优点将显而易见。图1为本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。图2为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的截面图。图3为示出图2的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。图4A、图4B和图4C为解释图1的表面发射激光器阵列的制造方法的图示。图5A、图5B和图5C为解释图1的表面发射激光器阵列的制造方法的图示。图6A和图6B为解释图1的表面发射激光器阵列的制造方法的图示。图7为解释图4B的工艺中的蚀刻的图示。图8为用于解释在制作图1的表面发射激光器阵列时，在蚀刻时的等离子体发射 的时序图。图9为用于解释在制作图1的表面发射激光器阵列时，在蚀刻时的等离子体发射 的时序图。图10的图示用于解释在共振器区域内停止蚀刻时平坦部内蚀刻深度，以及表面 发射激光器元件的元件间间隙内的蚀刻深度与平坦部内蚀刻深度之间的差异与台间隔的关系。图11的图示用于解释在布置在基板侧上的反射层内停止蚀刻时平坦部内蚀刻深 度，以及表面发射激光器元件的元件间间隙内的蚀刻深度与平坦部内蚀刻深度之间的差异 与台间隔的关系。图12为图1的表面发射激光器阵列的平面图和截面图。图13为本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。图14为本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。图15为图14的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的截面图。图16为示出图15的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。图17为用于实验的图14的实施例中表面发射激光器元件的截面图。图18为用于实验的比较例中的表面发射激光器元件的截面图。图19为用于解释光学输出和电流之间的关系的图示，其示出了实验结果。图20为本发明实施例中表面发射激光器阵列的平面图。图21A、图21B、图21C和图21D为用于解释本发明实施例的表面发射激光器阵列 的制造方法的图示。图22A、图22B、图22C和图22D为用于解释本发明实施例的表面发射激光器阵列 的制造方法的图示。图23为用于解释本实施例的表面发射激光器阵列的制造方法的图示。图M为用于解释本实施例的表面发射激光器阵列的图示。图25为示出使用图13的表面发射激光器阵列的光学扫描装置的组成的图示。图沈为示出激光打印机的组成的图示。
图27为示出图像形成装置的组成的图示。图观为光学传送模块的图示。图四为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的改进的截面图。图30为示出图四的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。图31为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的改进的截面图。图32为示出图31的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。图33为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的改进的截面图。图34为示出图33的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。图35为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件的改进的截面图。图36为示出图35的表面发射激光器元件的有源层附近的截面图。图37为根据相关技术的表面发射激光器阵列的平面图。
具体实施例方式将参考附图描述本发明的实施例。图1本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。如图1所示，本实施例的表 面发射激光器阵列100包括表面发射激光器元件1-32、焊垫51-82和引线W1-W32。表面发射激光器元件1-32布置成4行X8列的二维形式。每个表面发射激光器 元件1-32具有矩形形状，一条边为16微米。四个表面发射激光器元件的列1,9,17,25/2,10,18,26/3,11,19,27/4,12,20, 28/5，13，21，29/6，14，22，30/7，15，23，31/8，16，24，32 沿子扫描方向布置。八个表面发射激 光器元件的行1-8/9-16/17-M/25-32沿主扫描方向布置。沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件的行1-8/9-16/17-M/25-32沿子 扫描方向按台阶方式平移，且布置成使得从32个表面发射激光器元件1-32发射的32个激 光束不相互交叠。在沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件1-8/9-16/17-M/25-32 中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为间隔X。在沿子扫描方向布置的四个 表面发射激光器元件 1,9,17, 25/2，10，18，26/3，11，19，27/4，12，20，28/5，13，21，29/6，14， 22，30/7，15，23，31/8，16，M，32中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为间隔 do间隔d小于间隔X。例如，间隔d等于M微米，间隔X等于30微米。从沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件1-8的中心取的与平行于子扫 描方向的直线垂直的八条法线沿子扫描方向按相等间隔Cl排列，间隔Cl是由条件cl = d/8决定。也就是说，当间隔d设置为M微米时，间隔cl等于24/8 = 3微米。从沿主扫描方向布置的其余八个表面发射激光器元件9-16/17-M/25-32的相应 中心取的与平行于子扫描方向的直线垂直的八条法线也沿子扫描方向按相等间隔cl排 列。焊垫51-82围绕表面发射激光器元件1-32外围布置成二维形式。引线W1-W32布 置成将表面发射激光器元件1-32分别连接到焊垫51-82。每条引线W1-W32具有例如8微 米的线宽。引线W1-W9、W16、W17、WM_W32将布置成二维形式的表面发射激光器元件1_32中布置在最外围的表面发射激光器元件1-8、9、16、17、Μ-32分别连接到焊垫51_59、66、67、 74、75-82，且引线11-19、116、117、1对-132布置成不沿主扫描方向经过两个相邻表面发射 激光器元件之间。引线W10-W15、W18-W23将布置成二维形式的表面发射激光器元件1_32中布置 在内部位置的表面发射激光器元件10-15、18-23分别连接到焊垫60-65、68-73，且引线 W10-W15、W18-W23布置成沿主扫描方向经过两个相邻表面发射激光器元件之间。在沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件1-8/9-16/17-M/25-32中，两 个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为上述的间隔X( = 30微米)。每个表面发射 激光器元件1-32具有矩形形状，一条边长16微米。沿主扫描方向的两个相邻表面发射激 光器元件的间隔等于14( = 30-16)微米。弓丨线W10-W15、W18-W23的线宽为8微米，这些引 线可以沿主扫描方向布置在两个相邻表面发射激光器元件之间。图2为图1的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件1的截面图。如图2所 示，表面发射激光器元件1包括基板101、反射层102，106、共振器阻挡层103，105、有源层 104、选择性氧化层107、接触层108、SiO2层109、绝缘树脂110、ρ型电极111和η型电极 112。表面发射激光器元件1为表面发射激光器，发射波长为780nm的激光束。基板101 由η型砷化镓(n-GaAs)构成。反射层102是由40. 5个周期的Ii-AlAsAi-Ala3GiIa7As构成且形成于基板101上， 其中一个周期为一对n-AlAs层和Ii-Ala3GEia7As层。当表面发射激光器元件1的发射波长设置为λ时，每个n-AlAs和Ii-Ala3Giia7As 的厚度设置为λ /4η(其中η为各半导体层的折射率)。共振器阻挡层103是由非掺杂(Ala7Giia3)a5Ina5P构成并形成于反射层102上。有 源层104具有量子阱结构且形成于共振器阻挡层103上，其中该量子阱结构包含由fe^nPAs 构成的阱层和由G^l6Ina4P构成的垒层。共振器阻挡层105是由非掺杂(Ala7Giia3)a5Ina5P构成并形成于有源层104 上。假设一对P-Al0.9Ga0.3Ga0.7As为一个周期，则反射层106是由M个周期的 P-Al0.^ao^As/Alo^Gao^As构成，并形成于共振器阻挡层105上。每个ρ-ΑΙ。. W^llAs和Ala3Giia7As的厚度设置为λ /4n (其中η为各半导体层的折 射率)。选择性氧化层107是由p-AlAs构成并形成于反射层106内。更具体而言，选择性氧化层107形成于距离共振器阻挡层1057 λ /4的位置。选择 性氧化层107包括非氧化区域107a和氧化区域107b，且厚度为20nm。接触层108是由p-GaAs构成并形成于反射层106上。SiO2层109形成为覆盖共振器阻挡层103的一部分的一个主平面，以及有源层 104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108的端面。绝缘树脂110形成为接触SiA层109。P型电极111形成于部分接触层108以及 绝缘树脂110上。η型电极112形成于基板101的背面。各反射层102、106构成半导体分布布拉格反射器，该半导体分布布拉格反射器通 过布拉格多路径反射来反射从有源层104发射的发射光，并包括有源层104内的发射光。氧化区域107b的折射率小于非氧化区域107a的折射率。氧化区域107b将有源层104振荡的发射光限制在非氧化区域107a，并构成电流狭窄部，该电流狭窄部将从ρ型电 极111注入的电流流入有源层104的路径限制到非氧化区域107a。这样，获得具有低阈值电流的表面发射激光器元件1的发射。如此，电流狭窄部是 通过对选择性氧化层107进行选择性氧化形成氧化区域107b而形成的。因此，该电流狭窄 部为选择性氧化类型。图3为示出图2的表面发射激光器元件1的有源层104的附近的截面图。如图3 所示，反射层102包括低折射率层1021、高折射率层1022和组份倾斜层1023。低折射率层1021是由n-AlAs构成，高折射率层1022是由Ii-Ala3Giia7As构成。组份倾斜层1023是由n-AWaAs组成，其中Al的含量从低折射率层1021或高折 射率层1022朝另一侧逐渐改变。低折射率层1021接触共振器阻挡层103。反射层106包括低折射率层1061、高折 射率层1062和组份倾斜层1063。低折射率层1061是由P-Ala9GEtaiAs构成，高折射率层1062是由ρ_Α1α 3G￡tQ. 7As构 成。组份倾斜层1063是由p-AWaAs组成，其中Al的含量从低折射率层1061或高折射率 层1062朝另一侧逐渐改变。低折射率层1061接触共振器阻挡层105。有源层104是由量子阱结构构成，其中 均由fe^nPAs构成的三层阱层1041和均由G^l6Ina4P构成的四层垒层1042在该量子阱结
构中交替层叠。垒层1042接触共振器阻挡层103、105。构成阱层1041的feJnPAs具有压应变，构 成垒层1042的G^l6Ina4P具有张应变。 在表面发射激光器元件1中，共振器阻挡层103、105和有源层104构成共振器，且 共振器的沿与基板101垂直的方向的厚度设置为表面发射激光器元件1的一个波长(= 入)。也就是说，共振器阻挡层103、105和有源层104构成单波长(one-wave)共振器。图1所示表面发射激光器元件2-32的每一个构造成具有与图2和图3的表面发 射激光器元件1相同的组成。图4A-4C、图5A-5C以及图6A和6B为解释图1的表面发射激光器阵列100的制造 方法的图示。在图4A-6B中，将解释制作图1的表面发射激光器阵列100的32个表面发射 激光器元件1-32中的四个表面发射激光器元件1、9、17和25的情况下的制造工艺，作为表 面发射激光器阵列100的制造方法的示例。在图4A，在制造工艺开始时，执行金属有机物化学气相沉积(MOCVD)工艺。反射层 102、共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接 触层108逐一层叠在基板101上(见图4A)。这种情况下，使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、砷烷(AsH3)和硒化氢(H2Se) 为原料，形成反射层102的Ii-AlAi^nn-Ala3GEia7Astj使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、 三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，形成共振器阻挡层103的(Α10.Α0.3)0.5Ιη0.5Ρ。使用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)、磷烷(PH3)和砷烷(AsH3)为原料，形成有源 层104的fe^nPAs。使用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，形成有源 层 104 的 &ια6Ιη。.4Ρ。使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，形成共振器阻挡层105的(Ala7Giia3)a5Ina5Ptj使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、砷烷(AsH3) 和四溴化碳(CBr4)为原料，形成反射层106的p-Al^GE^As/p-Al^Gi^As。可以使用二甲 基锌(DMZn)替代四溴化碳(CBr4)。通过使用三甲基铝(TMA)、砷烷(AsH3)和四溴化碳(CBr4)为原料，形成选择性氧化 层107的p-AlAs。通过使用三甲基镓(TMG)、砷烷(AsH3)和四溴化碳(CBr4)为原料，形成接 触层108的p-GaAs。同样，在这种情况下，可以使用二甲基锌(DMZn)替代四溴化碳(CBr4)。随后，抗蚀剂施加到接触层108，且通过光刻(photoengraving)工艺技术，抗蚀剂 图案120形成于接触层108上(见图4B)。如果抗蚀剂图案120形成，则抗蚀剂图案120用做掩模。实施对部分的共振器阻 挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108的干 法蚀刻，且进一步除去抗蚀剂图案120。这种情况下，部分的共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层 106、选择性氧化层107和接触层108经历被引入其中的卤素基气体Cl2、BC13、SiCl4, CCl4 或CF4。使用等离子体的干法蚀刻方法，例如反应离子束蚀刻(RIBE)方法、感应耦合等离子 体(ICP)蚀刻方法和反应离子蚀刻(RIE)方法，由此进行蚀刻。在蚀刻部分的共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择 性氧化层107和接触层108期间，从蚀刻系统的窗口执行等离子体发射光谱分析，且^的 45Inm的发射强度随时间变化被监测。由于只有当共振器区域被蚀刻时才能探测到h的发射，因此可以容易地将蚀刻 停止于由Alfe^nPAs基材料构成的共振器区域内。结果，形成表面发射激光器元件1、9、17和25中的台结构131-134(见图4C)。每个台结构131-134是由部分的共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层 105、反射层106、选择性氧化层107和接触层108。备选地，部分的共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选 择性氧化层107和接触层108可以通过湿法蚀刻来蚀刻。当通过湿法蚀刻来选择性蚀刻反 射层106、选择性氧化层107和接触层108时，可以使用硫酸基蚀刻剂。接着，如图5A-5C所示，在图4C的工艺完成之后，在使用氮气对被加热在85摄氏 度的水进行鼓泡(bubbling)的气氛中，样品加热到350摄氏度，且选择性氧化层107的周 围沿从外围部到中心部的方向被氧化，使得非氧化区域107a和氧化区域107b形成于选择 性氧化层107内(见图5A)。随后，使用化学气相沉积(CVD)方法在整个样品上形成SW2层109，且使用电子照 相(electrophotographic)工艺除去用做发光部的区域及其相邻区域内的SiO2层109 (见 图 5B)。接着，绝缘树脂110通过旋转涂敷施加到整个样品，且用做发光部的区域内的绝 缘树脂110被除去(见图5C)。接着，如图6A和图6B所示，在绝缘树脂110形成之后，具有预定尺寸的抗蚀剂图 案形成于用做发光部的区域内，P型电极材料通过气相沉积方法形成于整个样品上，抗蚀剂 图案上的P型电极材料通过剥离方法被除去，且P型电极111形成(见图6A)。基板101的背面被研磨，η型电极112形成于基板101的背面上且被进一步退火以形成P型电极111和η型电极112的欧姆传导(见图6Β)。如此，完成了表面发射激光器 阵列100。在图4Β和图4C的工艺中，示出了用于形成四个表面发射激光器元件的干法蚀刻。 然而，在实践中，在图4Β和图4C的工艺中同时进行用于形成图1的32个表面发射激光器 元件1-32的干法蚀刻。这种情况下，使用光掩模形成用于同时形成32个表面发射激光器元件1-32的 抗蚀剂图案，该光掩模与图1的32个表面发射激光器元件1-32相一致。也就是说， 用于同时形成32个表面发射激光器元件1-32的抗蚀剂图案按下述方式布置，即，间 隔X和d设置为满足条件d < X，且从沿主扫描方向排布的八个表面发射激光器元件 1-8/9-16/17-24/25-32的八个中心的与沿子扫描方向布置的直线垂直的八条法线按相等 间隔cl排列。在表面发射激光器阵列100中，沿子扫描方向布置的表面发射激光器元件的间隔 d设置为小于沿主扫描方向布置的表面发射激光器元件的间隔X。由此，当与间隔d大于间 隔X的情形相比，间隔Cl ( = d/8)可变小且这对于高密度记录是有益的。还可以使沿子扫描方向布置的表面发射激光器元件的间隔和沿主扫描方向布置 的表面发射激光器元件的间隔均变窄。然而，需要扩大至少一个间隔，以保证元件布线所需 的空间以及减小元件之间的热干扰的影响。因此，为了进行高密度写入，优选地扩大沿主扫 描方向的间隔。图7为解释图4B的工艺中的蚀刻的图示。图7示出了当不使用抗蚀剂图案 120来蚀刻由共振器阻挡层103、有源层104、共振器阻挡层105、反射层106、选择性氧化 层107和接触层108的任何一种构成的结晶层时，沿基板101的表面内方向(in-surface direction) DRl的蚀刻深度分布。如图7所示，在蚀刻接触层108、选择性氧化层107和反射层106 (称为区域REG1) 时，沿基板101的表面内方向DRl的蚀刻深度分布用曲线kl表示。另一方面，在共振器阻 挡层105、有源层104、和共振器阻挡层103(称为区域REG2)时，沿基板101的表面内方向 DRl的蚀刻深度分布用曲线k2表示。由于反射层106、选择性氧化层107和接触层108如上所述是由AWaAs基材料构 成，蚀刻速率较大且沿表面内方向DRl的区域REGl的蚀刻深度分布较大(见曲线kl)。另一方面，由于共振器阻挡层103、105和有源层104包含化且h的反应物的蒸 气压低，因此共振器阻挡层103、105和有源层104的蚀刻速率小于反射层106、选择性氧化 层107和接触层108的蚀刻速率。因此，沿表面内方向DRl的区域REG2的蚀刻深度分布小 于沿表面内方向DRl的区域REGl的蚀刻深度分布(见曲线k2)。也就是说，沿表面内方向DRl在区域REGl内产生的蚀刻深度差异通过降低区域 REG2内的蚀刻速率而被吸收。结果，沿表面内方向DRl的区域REG2的蚀刻深度分布小于沿 表面内方向DRl的区域REGl的蚀刻深度分布。接着，将解释实验结果，该实验结果表明包含h的区域REG2的蚀刻速率小于由 AlGaAs基材料构成的区域REGl的蚀刻速率。图8和图9为分别用于解释在制作图1的表面发射激光器阵列100时，在蚀刻时 的等离子体发射的第一和第二时序图。
在图8和图9，垂直轴表示等离子体发射光的强度，水平轴表示时间。图8示出蚀 刻进行到共振器区域的中间的情形，图9示出蚀刻从共振器区域进行到反射层102的第三 周期的情形。在图8，曲线k3示出镓(Ga)的发射强度，曲线k4示出铟(In)的发射强度，且曲线 k5示出铝(Al)的发射强度。在图9，曲线M示出( 的发射强度，曲线k7示出h的发射强度，且曲线k8示出 Al的发射强度。在实验中使用这样的样品，从表面到反射层106和共振器区域之间的界面的厚度 为3. 18微米，且包含h的共振器区域的厚度为0. 23微米。从表面到反射层106和共振器区域之间的界面的区域内的蚀刻速率为3. 18微米 /871秒=3. 65X ΙΟ"3微米/秒。另一方面，共振器区域内的蚀刻速率为0. 23微米/372秒 =6. 18X IO"4微米/秒(见图9)。如上所述，在包含h的共振器区域中，蚀刻速率减小。尽管共振器区域的厚度(= 0. 23微米)小于共振器区域上方的区域的厚度(=3. 18微米)，共振器区域需要更长的蚀 刻时间。在共振器区域中，In的发射强度增大(见曲线k4和k7)。因此，通过探测化的发 射强度的增大，蚀刻可以容易地停止于共振器区域内。Ga的发射强度和Al的发射强度随着蚀刻时间的推移而周期性改变，且发射强度 的幅值随着蚀刻时间的推移而逐渐减小(见曲线k3、k5、k6和k8)。如果沿表面内方向DRl的晶片的蚀刻深度分布是均勻的，则( 的发射强度和Al 的发射强度以固定幅值而周期性改变。另一方面，如果沿表面内方向DRl的晶片的蚀刻深度分布不均勻，则同时观察到 Al的发射和( 的发射，使得( 的发射强度的幅值和Al的发射强度的幅值变小。因此，Ga的发射强度的幅值和Al的发射强度的幅值随着蚀刻时间的推移而逐渐 减小意味着，随着蚀刻时间的推移，晶片的沿表面内方向DRl的蚀刻深度差异出现。在蚀刻进行穿过共振器区域时，Ga的发射强度的幅值和Al的发射强度的幅值进 一步减小。当蚀刻底部到达反射层102时，出现沿表面内方向DRl的蚀刻深度的更大差异 (见曲线k6和k8)。图10的图示用于解释在共振器区域内停止蚀刻时平坦部内蚀刻深度，以及表面 发射激光器元件的元件间间隙内的蚀刻深度与平坦部内蚀刻深度之间的差异与台间隔的关系。图11的图示用于解释在布置在基板101侧上的反射层102内停止蚀刻时平坦部 内蚀刻深度，以及表面发射激光器元件的元件间间隙内的蚀刻深度与平坦部内蚀刻深度之 间的差异与台间隔的关系。在图10和图11中，垂直轴表示元件间间隙内的蚀刻深度和平坦部内蚀刻深度之 间的差异Ad，水平轴表示台间隔。在图10和图11中， 表示平坦部蚀刻深度，■表示差异Ad。当蚀刻停止于共振器区域的中间时，即使台间隔为10微米以下，元件间间隙 (inter-element gap)内的蚀刻深度和平坦部内蚀刻深度之间的差异Ad为IOOnm以下(见图10)。另一方面，当蚀刻停止于布置在基板101侧的反射层102内且台间隔约为23微米 时，差异Ad设置为lOOnm。当台间隔设置为20微米以下时，差异Δ d超过lOOnm。当台间 隔为10微米以下时，差异Ad增大到约250nm(见图11)。这样，即使到蚀刻底部到达共振器区域的时间为止，在元件间部分和平坦部之间 产生大的蚀刻深度差异，蚀刻仍停止于包含h的共振器区域，大的蚀刻深度差异被蚀刻速 率小的共振器区域所吸收。即使台间隔变小，元件间隙和平坦部之间的蚀刻深度差异Ad 仍可以变小。也就是说，由于蚀刻停止于包含h的共振器区域，因此可以使晶片沿表面内方向 DRl的蚀刻深度相同，其中在该晶片内，表面发射激光器元件1-32致密排布的元件间间隙 和不形成表面发射激光器元件的平坦部共存。图12为图1的表面发射激光器阵列100的平面图和截面图。如图12所示，布置 有表面发射激光器元件1-32的区域为非蚀刻区域，且表面发射激光器元件1-32周围为蚀 刻区域。沿线A-A’截取的截面图包括表面发射激光器元件25-27以及表面发射激光器元 件25附近的平坦部的截面。表面发射激光器元件25和沈之间以及表面发射激光器元件 26和27之间的蚀刻深度设置为Dl，且表面发射激光器元件25附近的平坦部的蚀刻深度设 置为D2。蚀刻深度Dl小于蚀刻深度D2。结果，蚀刻深度Dl和蚀刻深度D2之间的差异设置 为Ad。下侧缘部141-145是通过蚀刻接触层108、选择性氧化层107、反射层106、共振器 阻挡层105、有源层104和共振器阻挡层103而形成。如上所述，共振器阻挡层103、105和 有源层104包含h且蚀刻速率较小。为此，在共振器阻挡层103、105和有源层104的蚀刻 时，沿表面内方向DRl的表面发射激光器阵列100的蚀刻也在进行。结果，下侧缘部141-145 的尺寸小于现有表面发射激光器阵列。当该蚀刻配置中的下侧缘部具有与台结构的上部的侧面不同的倾斜且氧化狭窄 层包含在该蚀刻配置中的下侧缘部内时，选择性氧化层的宽度大于台结构的上部的宽度， 且难以正确地评估该选择性氧化层的宽度。结果，氧化区域107b的评估变得不精确，且难 以正确地控制氧化狭窄的直径。因此，期望蚀刻底部进入共振器区域穿过整个阵列芯片。当共振器区域的厚度等于λ (单波长共振器的厚度)时，期望按照下述方式进行 蚀刻，即，沿共振器区域的厚度方向的中心与蚀刻底部(平坦部)一致，从而获得沿晶片表 面的表面内方向的蚀刻深度均勻性。这种情况下，期望Ad设置为λ/2以下作为介质内的 有效长度。由于该实施例中每个表面发射激光器元件1-32的发射波长为780nm，单波长共振 器的厚度约为230nm。因此，期望差异Ad等于115nm以下。在现有表面发射激光器阵列中，差异Ad为115nm，台间隔为20微米以下(见图 11)。在本发明的表面发射激光器阵列100中，差异Ad小于lOOnm，即使台间隔约为20微 米。因此，当台间隔低于20微米时，本发明是有效的。如果波长短于780nm，则单波长共振 器的厚度更小，且在台间隔更大的区域内，差异Ad超过λ/2。
如上所述，用于形成表面发射激光器阵列100中的台结构的台蚀刻停止于包含h 的共振器区域的中间(或者共振器阻挡层103的中间)。即使台间隔变小，元件间间隙和 平坦部之间的蚀刻深度差异Ad变小，且反射层102的低折射率层(=AlAs)在平坦部不 露出。结果，即使选择性氧化层107的选择性氧化被执行，反射层102的低折射率层(= AlAs)不被氧化。因此，根据本发明，在有源层104内产生的热量可以通过反射层102的AlAs (低折 射率层)散逸到基板101，且可以防止热量累积在有源层104内而不使用虚拟元件。两个相邻表面发射激光器元件之间的间隔是指下述较窄之一在台结构的顶面位 置的表面发射激光器元件之间的间隙以及在台结构的底面位置的表面发射激光器元件之 间的间隙。在台结构的顶面位置的表面发射激光器元件之间的间隙较大还是在台结构的底 面位置的表面发射激光器元件之间的间隙较大，这取决于形成该台结构的蚀刻方法。图13为本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。如图13所示，表面发射 激光器阵列100A与图1的表面发射激光器阵列100基本上相同，除了表面发射激光器元件 33-40、焊垫83-90和引线W33-W40添加到图1的表面发射激光器阵列100。在表面发射激光器阵列100A中，表面发射激光器元件1-40布置成4行X 10列的 二维形式每个表面发射激光器元件33-40具有矩形形状，一条边长16微米，这类似于每个 表面发射激光器元件1-32。四个表面发射激光器元件1，11，21，31/2，12，22，32/3，13，23，33/4，14，24，34/5， 15,25,35/6,16，26，36/7，17，27，37/8，18，28，38/9，19，29，39/10，20，30，40 沿子扫描方向
布置，而十个表面发射激光器元件1-10/11-20/21-30/31-40沿主扫描方向布置。沿主扫描方向布置的十个表面发射激光器元件的行1-10/11-20/21-30/31-40沿 子扫描方向按台阶方式平移，且布置成使得从40个表面发射激光器元件1-40发射的40个 激光束不相互交叠。在沿主扫描方向布置的十个表面发射激光器元件1-10/11-20/21-30/31-40中， 两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为间隔“X”。在沿子扫描方向布置的四个表 面发射激光器元件 1，11，21，31/2，12，22，32/3，13，23，33/4，14，24，34/5，15，25，35/6，16， 26，36/7，17，27，37/8，18，28，38/9，19，29，39/10，20，30，40 中，两个相邻表面发射激光器元 件之间的间隙设置为间隔d。从沿主扫描方向布置的十个表面发射激光器元件(例如元件31-40)的相应中心 的与平行于子扫描方向的直线垂直的十条法线沿子扫描方向按相等间隔c2排列，以满足 条件c2 = d/8。当间隔d设置为M微米时，间隔c2等于M/10 = 2.4微米。与上述相同，从沿主扫描方向布置的其余十个表面发射激光器元件 1-10/11-20/21-30的相应中心的与平行于子扫描方向的直线垂直的十条法线也沿子扫描 方向按相等间隔c2排列。焊垫52-90围绕表面发射激光器元件1-40外围布置成二维形式。引线W1-W40布 置成将表面发射激光器元件1-40分别连接到焊垫51-90。每条引线W33-W40具有例如8微 米的线宽。引线Wl-Wl 1、W20、W21、W30-W40将布置成二维形式的表面发射激光器元件1_40 中布置在最外围的表面发射激光器元件1-11、20、21、30-40分别连接到焊垫51_61、70、71、80-90，且引线Wl-Wl 1、W20、W21、W30-W40布置成不经过两个相邻表面发射激光器元件之间。引线W12-W19、W22-W29将布置成二维形式的表面发射激光器元件1_40中布置在 内部位置的表面发射激光器元件12-19、22-四分别连接到焊垫62-69、72-79，且W12-W19、 W22-W29布置成沿主扫描方向经过两个相邻表面发射激光器元件之间。如果如上所述每条 引线W1-W40的线宽为8微米，则每条引线机2-119、122-1四可以沿主扫描方向布置在两个 相邻表面发射激光器元件之间。在布置有焊垫51-90的区域，外延层保留，槽150形成为围绕表面发射激光器元件 1-40的周围，且槽150嵌有聚酰亚胺。引线布置成经过聚酰亚胺层的顶部。焊垫51-90通 过接绝缘层结合到外延层。通过这种形式(而不是在聚酰亚胺上形成焊垫1-40)，焊垫1-40 和绝缘层的附着可以提高，且在引线结合时焊垫的分离可以完全得以防止。每个表面发射激光器元件33-40具有与图2和图3的表面发射激光器元件1相同 的截面结构。因此，用于形成表面发射激光器阵列100A中的台结构的台蚀刻停止于包含h的 共振器区域(共振器阻挡层103)的中间，且即使台间隔变小，元件间间隙和平坦部之间的 蚀刻深度差异Δ d变小，反射层102的低折射率层( = AlAs)在平坦部不露出。结果，即使 选择性氧化层107的选择性氧化被执行，反射层102的低折射率层(=AlAs)不被氧化。因此，根据本实施例，在有源层104内产生的热量可以通过反射层102的AlAs (低 折射率层)散逸到基板101，且可以防止热量累积在有源层104内而不使用虚拟元件。图14为本发明实施例的表面发射激光器阵列的平面图。如图14所示，在本实施 例的表面发射激光器阵列200中，图1的表面发射激光器阵列100的表面发射激光器元件 1-32被表面发射激光器元件151-182取代，其余组成与表面发射激光器阵列100相同。在表面发射激光器阵列200中，引线W1-W32分别将表面发射激光器元件151-182 连接到焊垫51-82。表面发射激光器元件151-182布置成4行X8列的二维形式。每个表面发射激光器元件151-182具有矩形形状，一条边为16微米。四个表面 发射激光器元件的八列 151，159，167，175/152，160，168，176/153，161，169，177/154，162， 170，178/155，163，171，179/156，164，172，180/157，165，173，181/158，166，174，182 沿子扫 描方向布置，八个表面发射激光器元件151-158/159-166/167-174/175-182沿主扫描方向 布置。沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件151-158/159-166/167-174/175-182 沿子扫描方向按台阶方式平移和配置。结果，从32个表面发射激光器元件1-32发射的32 个激光束不相互交叠。在沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件 151-158/159-166/167-174/175-182中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为 间隔X。在沿子扫描方向布置的四个表面发射激光器元件151，159，167，175/152，160， 168，176/153，161，169，177/154，162，170，178/155，163，171，179/156，164，172，180/157， 165，173，181/158，166，174，182中，两个相邻表面发射激光器元件之间的间隙设置为间隔 d。从沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件151-158的八个中心取的与沿子扫描 方向布置的直线垂直的八条法线的沿子扫描方向的间隙沿子扫描方向按相等间隔cl排列。从沿主扫描方向布置的八个表面发射激光器元件159-166/167-174/175-182的 八个中心的与沿子扫描方向布置的直线垂直的八条法线的沿子扫描方向的间隙也沿按相 等间隔Cl排列。图15为图14的表面发射激光器阵列中表面发射激光器元件151的截面图。如图 15所示，在表面发射激光器元件151中，图2所示的表面发射激光器元件1的共振器阻挡层 103、105和反射层106分别被共振器阻挡层103A、105A和反射层106A取代，其余组成与表 面发射激光器元件1相同。共振器阻挡层103A是由非掺杂(AlaiG^9)a5Ina5P构成并形成于反射层102上。 共振器阻挡层105A是由非掺杂(AlaiGiia9)ci. Jna5P构成并形成于有源层104上。反射层106A是由ρ 0.3)0.5Ιη0.5Ρ构成，以形成图2所示反射层106中最靠 近有源层104的低折射率层，且反射层106Α形成于共振器阻挡层105Α上。反射层106Α构成半导体分布布拉格反射器，该半导体分布布拉格反射器通过布 拉格多路径反射来反射由有源层104发射的发射光束，并包括有源层104内的光束。图16为示出图15的表面发射激光器元件151的有源层104附近的截面图。如图 16所示，反射层102的低折射率层1021接触共振器阻挡层103Α。共振器阻挡层103Α接触 反射层102的低折射率层1021和有源层104的垒层1042。在反射层106Α中，图3所示的 反射层106中最靠近有源层104的低折射率层1061被低折射率层1061Α取代，其余组成与 反射层106相同。低折射率层1061Α是由P-(Ala7Giia3)a5Ina5P构成并接触共振器阻挡层105Α。共 振器阻挡层105Α接触有源层104的垒层1042和反射层106Α的低折射率层1061Α。在表面发射激光器元件151中，共振器阻挡层103Α、105Α和有源层104构成共振 器，且该共振器沿与基板101垂直的方向的厚度设置为表面发射激光器元件151的一个波 长(=λ )。也就是说，共振器阻挡层103Α、105Α和有源层104Α构成单波长共振器。图14所示的表面发射激光器元件152-182的每一个具有与图15和16所示的表 面发射激光器元件151相同的组成。表面发射激光器阵列200按照图4Α-6Β的制造工艺来制作。这种情况下，在图4Α的工艺中，通过MOCVD方法，使用三甲基铝(TMA)、三甲 基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和磷烷(PH3)为原料，形成共振器阻挡层103Α和105Α的 (Α10.Α0.9)0.5Ιη0.5Ρ。通过MOCVD方法，使用三甲基铝(ΤΜΑ)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟 (TMI)、磷烷(PH3)和二甲基锌(DMZn)为原料，形成构成反射层106Α的低折射率层1061Α的 ρ 0.3)0.5Ιη0.5Ρ。可以使用四溴化碳(CBr4)替代二甲基锌(DMZn)。在表面发射激光器阵列200的每个表面发射激光器元件151-182中，共振器(= 共振器阻挡层103Α、105Α和有源层104)和部分反射层106Α (低折射率层1061Α)包含In， 且包含h的层的厚度大于表面发射激光器元件1-32中的厚度。因此，与表面发射激光器 阵列100相比，对表面发射激光器阵列200的蚀刻的控制变得更容易。在本实施例中，反射层106A中仅最靠近共振器的低折射率层1061A包含h。备 选地，该实施例可以调整为，该共振器的较靠近共振器的反射层106A的低折射率层和高折 射率层均包含h。这种情况下，低折射率层是由(Ala7Giia3)a5Ina5P构成，高折射率层是由(AlaiG^l9)a5Ina5P构成。这种情况下，两层以上包含In，且包含h的层的厚度总和可以更 大。ρ- (Al0.7Ga0.3) 0.5I% 5P为宽带隙，通过掺杂Si或Mg可以用于许多场合。这些掺杂 剂容易扩散。如果这些掺杂剂扩散到有源层104，有源层104会受损，这导致发射光效率降 低并导致可靠性下降。在表面发射激光器元件151-182中，P-(Ala7Giia3) α5Ι%5Ρ布置在与共振器阻挡层 105Α相比更远离有源层104的反射层106Α内，且共振器阻挡层103Α和105Α是由非掺杂 (AlaiG^l9)a5Ina5P构成。可以防止受到杂质的不期望影响。因此，用于形成表面发射激光器阵列200的台结构的台蚀刻停止于包含h的区域 的中间(或者共振器阻挡层103A的中间)。即使台间隔变小，元件间间隙和平坦部之间的 蚀刻深度差异Ad变小，且反射层102的低折射率层1021( = AlAs)在平坦部不露出。结 果，即使选择性氧化层107的选择性氧化被执行，反射层102的低折射率层1021 ( = AlAs) 不被氧化。因此，根据本实施例，在有源层104内产生的热量可以通过反射层102的AlAs (低 折射率层)散逸到基板101，且可以防止热量累积在有源层104内而不使用虚拟元件。由于 表面发射激光器阵列200设有表面发射激光器元件151-182，其包含h的层的厚度大于表 面发射激光器元件1-32，因此与表面发射激光器阵列100相比，可以更有效地可控地将蚀 刻停止于包含用于h的蚀刻底部的层内。接着，解释本实施例的表面发射激光器阵列200的输出特性。图17为用于实验的图14的实施例中表面发射激光器元件的截面图。图18为用 于实验的比较例中的表面发射激光器元件的截面图。在图17的实施例中，表面发射激光器元件151的反射层102中有源层104附近的 三个周期的低折射率层1021 ( = AlAs)的厚度设置为3 λ /4，且其余组成与表面发射激光器 元件151相同。在图18的比较例中，表面发射激光器元件151的反射层102被一反射层取 代，该反射层是由30. 5个周期的n-AlQ.3Ga0.7As/n-AlAs和10个周期的η-Α1α 3Ga0.7As/ n-Ala9GaaiAs 构成。η_Α1α 3G￡ia 7As、n-AlAs 和 n-Ala9GaQ. ^s 的每一层的厚度为 λ /4。图19为用于解释光学输出和电流之间的关系的图示，其示出了实验结果。在图 19，垂直轴表示光学输出，水平轴表示电流。曲线k9示出本发明的表面发射激光器元件的光学输出和电流之间的关系，曲线 klO示出比较例的表面发射激光器元件的光学输出和电流之间的关系。通过观察发光部的 面积为16平方微米的表面发射激光器元件在20摄氏度的连续波(CW)来进行该实验。从图19的实验结果显见，与比较例的表面发射激光器元件的光学输出的饱和值 相比，本发明的表面发射激光器元件的光学输出的饱和值朝高电流值侧偏移很多，获得了 高的输出。在本发明的表面发射激光器元件中，由于基板101侧上的反射层102的低折射率 层1021是由具有高热导率的AlAs构成，基板101侧的热散逸良好且元件工作时元件的温 度上升得到控制。因此，通过使用具有高热导率的AlAs构成设于基板101内的反射层102的低折射
18率层1021，且调适组成使得在有源层104内产生的热量发散到基板101，在实验上证明该表 面发射激光器元件的输出特性，进言之该表面发射激光器阵列的输出特性改善。本实施例的表面发射激光器阵列可设有布置成4行X 10列的40个表面发射激光 器元件，类似于表面发射激光器阵列100A(见图13)。本发明的表面发射激光器阵列可按下述方式设置，表面发射激光器元件1-40、 151-182的共振器阻挡层103、103A包括由G^l5Ina5P构成的表面发射激光器元件。本发明 的表面发射激光器阵列可按下述方式设置，表面发射激光器元件1-40、151-182的共振器 阻挡层103、103A包括由仏‘力 么乂 孑/^ ^ 孑构成的表面发射激光器元件。这种 情况下，(Ala7Giia3)a5Ina5P布置在有源层104侧，且Gaa5Ina5P布置在反射层102侧。到(Ala7Giia3)a5Ina5P有源层104的载流子被锁定且增加，在有源层104内产生的 热量可以更多地发散到反射层102。G^l5Ina5P的热导率高于(Ala7GiiaUna5Ptj表1示出共振器阻挡层103、105 ； 103A、105A/有源层104的阱层1041分别由 AlGaAs/AlGaAs、AlGalnP/GalnPAs 形成的情形下，共振器阻挡层 103、105 ；103AU05A 和阱 层1041之间的带隙差异以及垒层1042和阱层1041之间的带隙差异。表 权利要求
1.一种表面发射激光器阵列，包括，元件布置部，设置在基板上并布置有多个表面发射激光器元件，平坦部，设置在所述基板上并沿所述基板的表面内方向设置在所述元件布置部的周围，所述多个表面发射激光器元件的每一个包括发射激光束的台结构， 所述平坦部和所述元件布置部包括吸收在形成所述台结构时沿所述表面内方向的蚀 刻深度差异的吸收层，所述台结构的底面沿与所述基板垂直的方向位于所述吸收层中。
2.如权利要求1所述的表面发射激光器阵列，其中， 所述多个表面发射激光器元件的每一个包括第一反射层，形成于基板上以构成半导体布拉格反射器； 共振器，形成为接触所述第一反射层并包含有源层； 第二反射层，接触所述共振器以构成所述半导体布拉格反射器， 所述吸收层沿所述共振器的厚度方向设置为所述共振器的至少一部分。
3.如权利要求2所述的表面发射激光器元件，其中所述吸收层沿所述共振器的厚度方 向形成于所述共振器的整个区域内。
4.如权利要求2所述的表面发射激光器元件，其中所述吸收层沿所述共振器的厚度方 向形成于所述共振器的整个区域内，并沿所述第二反射层的厚度方向部分地形成。
5.如权利要求1 4的任一项所述的表面发射激光器元件，其中，所述吸收层至少包括In。
6.如权利要求1 5的任一项所述的表面发射激光器元件，其中，所述平坦部包括与所 述多个表面发射激光器元件连接的多个焊垫。
全文摘要
一种表面发射激光器阵列包括多个表面发射激光器元件(1)。每个表面发射激光器元件包括第一反射层(102)，形成于基板(101)上；共振器腔(103，104，105)，形成为接触第一反射层并包含有源层(104)；以及第二反射层(106，107)，形成于第一反射层上方并接触共振器腔。第二反射层包含选择性氧化层(107)。第一反射层在有源层侧至少包含低折射率层(1021)，该低折射率层由例如AlAs制成且氧化速率相当于或高于包含在第二反射层内的选择性氧化层(107)的氧化速率。共振器腔是由至少包含In的AlGaInPAs基材料制成。台结构的底部位于选择性氧化层下方和第一反射层上方。
文档编号H01S5/183GK102136677SQ20111003706
公开日2011年7月27日 申请日期2007年8月20日 优先权日2006年8月23日
发明者伊藤彰浩, 佐藤俊一, 庄司浩义, 菅原悟 申请人:株式会社理光