專利名稱：面發(fā)射激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及面發(fā)射激光器。
背景技術(shù)：
垂直腔面發(fā)射激光器(vertical-cavitysurface emitting laser, VCSEL)被用作包含于電子照相圖像形成設(shè)備中的曝光光學(xué)系統(tǒng)的光源。用作圖像形成設(shè)備的光源的面發(fā)射激光器被希望以單橫向模式(single transverse mode)振蕩。日本專利公開No. 2001-284722公開了一種通過在面發(fā)射激光器的輸出表面上設(shè)置起伏(relief)結(jié)構(gòu)(即，臺階狀(stepped)結(jié)構(gòu))而使得面發(fā)射激光器以單橫向模式振蕩的技術(shù)。即，配置臺階狀結(jié)構(gòu)使得其在發(fā)射區(qū)域的中心部分中延伸的部分的反射率比其在發(fā)射區(qū)域的外部延伸的部分的反射率高。與高次橫向模式(higher-order transverse mode)中的光強(qiáng)的分布相比，在基本橫向模式(fundamental transverse mode)中，光強(qiáng)的分布集中在中心部分。此外，臺階狀結(jié)構(gòu)的存在增大中心部分中的反射率。因此，可選擇性地導(dǎo)致基本橫向模式的光振蕩。因此，提供單橫向模式面發(fā)射激光器。這種面發(fā)射激光器可包括限定活性層的發(fā)射區(qū)域的氧化禁閉(oxidized confinement)結(jié)構(gòu)。通過從包含半導(dǎo)體層的臺面(mesa)結(jié)構(gòu)的側(cè)壁向著該結(jié)構(gòu)的中心使該半導(dǎo)體層氧化，獲得氧化禁閉結(jié)構(gòu)。氧化禁閉結(jié)構(gòu)在其氧化的并因此絕緣的區(qū)域(外部區(qū)域)中比在其半導(dǎo)體區(qū)域(中心區(qū)域)中具有更低的折射率，由此形成折射率引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。 因此，氧化禁閉結(jié)構(gòu)確定共振模式的輪廓(profile)。一般地，面發(fā)射激光器的腔的基本橫向模式形成表示對稱強(qiáng)度分布的函數(shù)曲線。 基本橫向模式的強(qiáng)度分布基本上與近場(near field)中的光強(qiáng)分布相符。近場中的光強(qiáng)分布，即近場圖案(NFP)是表示對稱強(qiáng)度分布的函數(shù)曲線。近場中的光的相位分布(波前) 是均勻的(even)，從而形成與共振方向垂直的平面。通過近場中的光分布(電場復(fù)幅度)的傅立葉變換而獲得遠(yuǎn)場中的光分布(電場復(fù)幅度(complex amplitude))。如果在近場中光強(qiáng)分布是對稱的并且相位分布是均勻的， 那么遠(yuǎn)場中的相位分布是均勻的。近場圖案(NFP)指的是近場(緊接在光輸出面之后的平面)中的電場強(qiáng)度分布。遠(yuǎn)場圖案(FFP)指的是以光源為中心的半徑為⑴的球面中的電場強(qiáng)度分布。在由日本專利公開No. 2001-284722公開的包括臺階狀結(jié)構(gòu)的面發(fā)射激光器中， 臺階狀結(jié)構(gòu)在中心部分和外部具有不同的光路長度。因此，近場波前被臺階狀結(jié)構(gòu)調(diào)制，從而使得遠(yuǎn)場相位分布不均勻。因此，遠(yuǎn)場波前從以光源為中心的基準(zhǔn)球面偏移，從而導(dǎo)致波
前像差。特別地，當(dāng)使用面發(fā)射激光器作為圖像形成設(shè)備的光源時(shí)，希望包含于圖像形成設(shè)備中的曝光光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳中的波前與基準(zhǔn)球面相符。如果入射光瞳中的波前與基準(zhǔn)球面不相符，那么在聚焦或散焦(defocus)時(shí)，成像位置從像平面中的關(guān)于光源的共軛點(diǎn)偏移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供包括臺階狀結(jié)構(gòu)的面發(fā)射激光器，所述面發(fā)射激光器被配置為產(chǎn)生反射率分布并由此控制橫向模式，使得遠(yuǎn)場中的波前像差減少。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種面發(fā)射激光器，所述面發(fā)射激光器被配置為以波長 λ振蕩，包括基板；多層結(jié)構(gòu)，設(shè)置在基板上，并且包含下部反射鏡(rear mirror)、活性層和上部反射鏡(front mirror)；以及第一臺階狀結(jié)構(gòu)，設(shè)置在上部反射鏡上，并且包含在發(fā)射區(qū)域的中心部分中限定的第一區(qū)域中延伸的部分和在發(fā)射區(qū)域內(nèi)的第一區(qū)域的外側(cè)限定的第二區(qū)域中延伸的部分，這些部分具有不同的厚度。第一臺階狀結(jié)構(gòu)包含第一結(jié)構(gòu)， 所述第一結(jié)構(gòu)由具有比環(huán)境介質(zhì)的折射率no大的折射率Ii1的第一材料制成。使第一區(qū)域和第二區(qū)域中的第一結(jié)構(gòu)的實(shí)際厚度分別為dn和d12，則以下的關(guān)系成立H1(Cl11-Cl12) = λ /4 X (2Μ-1),這里，M是整數(shù)。關(guān)于從在第一臺階狀結(jié)構(gòu)之上限定并且與基板平行地延伸的平面到上部反射鏡與第一臺階狀結(jié)構(gòu)之間的界面的光路長度，第一區(qū)域中的光路長度L1和第二區(qū)域中的光路長度L2關(guān)于使IL2-L1-NX I最小化的整數(shù)N滿足以下的表達(dá)式I L2-L1-N λ I < ( λ /4) X (I-IitlAi1)。根據(jù)本發(fā)明的以上方面，包括臺階狀結(jié)構(gòu)的面發(fā)射激光器產(chǎn)生反射率分布并由此控制橫向模式，由此減少遠(yuǎn)場中的波前像差。參照附圖閱讀示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。


圖1是在本發(fā)明的第一實(shí)施例中描述的包括凹的臺階狀結(jié)構(gòu)的面發(fā)射激光器的示意圖。圖2是在第一實(shí)施例中描述的凸的臺階狀結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3Α和圖IBB是示出在第一實(shí)施例中描述的示例性計(jì)算的結(jié)果的曲線圖。圖4是在本發(fā)明的第二實(shí)施例中描述的面發(fā)射激光器的示意圖。圖5是在第二實(shí)施例中描述的另一面發(fā)射激光器的示意圖。圖6是在第二實(shí)施例中描述的又一面發(fā)射激光器的示意圖。圖7是在第二實(shí)施例中描述的再一面發(fā)射激光器的示意圖。圖8是在本發(fā)明的第三實(shí)施例中描述的面發(fā)射激光器的示意圖。圖9Α 9D示出制造在第三實(shí)施例中描述的面發(fā)射激光器的方法。圖10Α 10Ε示出制造在第三實(shí)施例中描述的面發(fā)射激光器的另一方法。圖IlA和IlB示出在實(shí)施例中的任一個(gè)中描述的面發(fā)射激光器對于圖像形成設(shè)備的曝光光源的示例性應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式根據(jù)標(biāo)量衍射理論(scalar diffraction theory)，被乘以復(fù)透射系數(shù)分布的面發(fā)射激光器的共振模式分布被視為可從中獲得遠(yuǎn)場中的電場復(fù)幅度的近場中的近似電場復(fù)幅度，所述復(fù)透射系數(shù)分布是由包含于面發(fā)射激光器中的上部反射鏡和臺階狀結(jié)構(gòu)的組合產(chǎn)生的。在射束的中心區(qū)域中，由上面的近似而計(jì)算出的遠(yuǎn)場圖案(FFP)和基于實(shí)驗(yàn)的 FFP彼此較好地相符。在圖像形成設(shè)備的曝光光學(xué)系統(tǒng)中，借助于光闌來選擇性地使用射束的中心區(qū)域，在該中心區(qū)域中，射束的強(qiáng)度高。因此，在針對圖像形成設(shè)備的曝光光學(xué)系統(tǒng)的面發(fā)射激光器中，可以利用上面的近似。在其不同的部分之間的光路長度的差異為L的整數(shù)倍的臺階狀結(jié)構(gòu)中，在上面的近似的范圍內(nèi)，將幅角(argument)為2 π L/λ的系數(shù)比賦予復(fù)透射系數(shù)分布。由此，通過將臺階狀結(jié)構(gòu)中的光路長度的差值設(shè)為Νλ (這里，N為整數(shù))或接近它的值，由臺階狀結(jié)構(gòu)提供給近場光分布的復(fù)透射系數(shù)分布的相位變得恒定，由此減少遠(yuǎn)場波前像差。第一實(shí)施例圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的面發(fā)射激光器200的示意性斷面圖。面發(fā)射激光器200包含基板210和設(shè)置在基板210上的多層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)包含下部反射鏡212、活性層214和上部反射鏡216。基板210由例如η摻雜的GaAs制成。下部反射鏡212為包含例如各自具有λ /4的光學(xué)厚度的70對的η型Ala5Giia5As 膜和η型Ala9Giia ^s膜的多層鏡。活性層214為由例如(ialnP膜和AWaInP膜制成的多量子阱結(jié)構(gòu)。當(dāng)向活性層214供給電流時(shí)，活性層214在680nm的波長λ以激光振蕩的形式產(chǎn)生光學(xué)增益。上部反射鏡216包含例如各自具有λ /4的光學(xué)厚度的35對的ρ型Ala 5Ga0.5As膜和ρ型Ala9Giia ^s膜?；钚詫?14和上部反射鏡216被蝕刻成例如具有30 μ m的直徑的圓筒狀臺面結(jié)構(gòu)。上部反射鏡216包含例如30nm的Ala98GEtaci2As層。該層的一部分從臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁被氧化，由此形成氧化區(qū)域。氧化區(qū)域用作絕緣體并且具有比非氧化區(qū)域低的折射率。組合的氧化區(qū)域和非氧化區(qū)域形成限制流過活性層214的電流的空間分布的電流禁閉結(jié)構(gòu)218。非氧化區(qū)域具有例如直徑為5 μ m的圓形。上部反射鏡216在其上面承載在不同的平面區(qū)域中具有不同的光學(xué)厚度的臺階狀結(jié)構(gòu)270。這里，上部反射鏡216和臺階狀結(jié)構(gòu)270之間的界面由附圖標(biāo)記242表示。臺階狀結(jié)構(gòu)270(第一臺階狀結(jié)構(gòu))包含第一結(jié)構(gòu)觀0。第一結(jié)構(gòu)觀0由具有折射率Ii1的第一材料制成。例如，第一材料為ρ型AlGaAs并且具有3. 3的折射率Ii1。環(huán)境介質(zhì)240是空氣并且折射率nQ為1 (比Ii1小)。由例如AuGe膜和Au膜制成的下部電極220位于基板210下面。由Ti膜、Pt膜和Au膜制成的上部電極222例如在第一結(jié)構(gòu)280上面。第一結(jié)構(gòu)280在發(fā)射區(qū)域的中心部分中限定的第一區(qū)域沈0中具有實(shí)際厚度dn， 并且在第一區(qū)域沈0的外側(cè)限定的第二區(qū)域沈2中具有實(shí)際厚度d12。第一區(qū)域260是中心與電流禁閉結(jié)構(gòu)218的非氧化區(qū)域的中心基本上一致的圓形區(qū)域。例如，當(dāng)從上面觀察面發(fā)射激光器200時(shí)，第一區(qū)域260在非氧化區(qū)域的內(nèi)側(cè)形成直徑為4μπι的圓形區(qū)域。
第二區(qū)域262是包圍第一區(qū)域沈0的區(qū)域。在第一實(shí)施例中，第一結(jié)構(gòu)280具有這樣的凹的斷面形狀該凹的斷面形狀具有比d12小的dn。第一結(jié)構(gòu)280在第一區(qū)域沈0中具有為λ /4的偶數(shù)倍的光學(xué)厚度，并在第二區(qū)域洸2中具有為λ/4的奇數(shù)倍的光學(xué)厚度。即，第一結(jié)構(gòu)280滿足條件|ni(dn-d12) I = λ/4X ΟΜ-1)(這里，M是整數(shù))。例如，當(dāng)dn = (λ /Πι) X (1/2)并且 d12 = (λ /V X (7/4)時(shí)，|H1 (dn_d12) | = (1/2-7/4) λ I = 5 λ /4。在這種情況下，M為3，滿足以上條件。因此，關(guān)于從活性層214以波長λ發(fā)射的光，上部反射鏡216與臺階狀結(jié)構(gòu)270 的組合在不同的區(qū)域中提供不同的反射率。例如，可使得第一區(qū)域260中的反射率比第二區(qū)域262中的反射率高。因此，面發(fā)射激光器200實(shí)現(xiàn)這樣的單橫向模式振蕩在所述單橫向模式振蕩中，抑制高次橫向模式的振蕩，并且僅出現(xiàn)基本橫向模式的振蕩。上部反射鏡216與臺階狀結(jié)構(gòu)270的組合關(guān)于來自活性層214的波長為λ的光的透射系數(shù)的幅度在第二區(qū)域沈2中比在第一區(qū)域沈0中高，例如，為其三倍。由于臺階狀結(jié)構(gòu)270在不同的平面區(qū)域中具有不同的光學(xué)厚度，因此在第一區(qū)域 260中的透射系數(shù)和第二區(qū)域沈2中的透射系數(shù)之間存在相位差。這里，與基板210平行的平面244被限定于臺階狀結(jié)構(gòu)270之上。使第一區(qū)域沈0和第二區(qū)域沈2中的從界面242到平面Μ4的光路長度分別為L1和L2，光路長度L1和L2之間的差值由L2-L1 = (Cl12-Cl11) X (nrn0)= (Cl12Xn1-Cl11Xn1) X (I-Ii0Ai1)給出。代入上面的值，則L2-L1 = (7 λ/4-λ/2) X (1-1/3. 3) = 0· 871 λ，并且 Ν(在下面描述)為1。從以上的光路長度L1和L2之間的差值得到的光的相位差由I L2-L1-N λ | · 2 π / λ 給出，這里，N是使上述值最小化的整數(shù)。在上述情況下，當(dāng)N = 1 時(shí)，I L2-LfN λ | · 2 π / λ = 0· 258 π。采取這樣的配置為比較實(shí)施例該配置是通過以與上述的根據(jù)第一實(shí)施例的配置中的反射率分布相同的反射率分布使第一結(jié)構(gòu)280的實(shí)際厚度dn和d12之間的差值最小化而獲得的。特別地，在比較實(shí)施例中，dn = (λ/ηι)Χ(1/2)并且d12= ( λ/Πι) X (3/4) 0在比較實(shí)施例中，L2-L1 = (λ/4) X (I-IiciAi1) = 0. 174λ。在這種情況下，使 L2-L1-N λ I 最小化的整數(shù) N 為 0。當(dāng) N = 0 時(shí)，IL2-L1-NX | · 2 π / λ = ο· 348 π。S卩，由臺階狀結(jié)構(gòu)270產(chǎn)生的相位差在第一實(shí)施例中比在比較實(shí)施例中小。因此， 使得FFP中的相位分布更接近均勻。在第一實(shí)施例中，關(guān)于光路長度L1*!^，使IL2-L1-NX |最小化的整數(shù)N滿足以下條件I L2-L1-N λ I < ( λ /4) X (I-Ii0Ai1)，或者，優(yōu)選地，| L2-L1-N λ | = 0。如上所述，本發(fā)明的第一實(shí)施例要降低由IL2-L1-NX I ·2π/λ給出的值。因此， 在產(chǎn)生希望的反射率分布的值中，L2-L1未必是最小值。隨著值|Ν|變小，臺階狀結(jié)構(gòu)270的厚度減小得更多。因此，|Ν| = ι優(yōu)選于|Ν| =2，并且，N = O是更優(yōu)選的。
雖然以上的第一實(shí)施例的描述涉及dn<d12的凹的臺階狀結(jié)構(gòu)，但是，作為替代方案，可以使用dn > d12的凸的臺階狀結(jié)構(gòu)。圖2是凸的臺階狀結(jié)構(gòu)270的斷面圖，其中，關(guān)于界面242的下側(cè)的諸如上部反射鏡216的多個(gè)部分沒有被示出。在這種情況下，例如，dn= (λ Ai1) X (3/2)并且 d12 = ( λ /Πι) X (1/4)。此外，由上部反射鏡216和臺階狀結(jié)構(gòu)270的組合提供的反射率在第二區(qū)域沈2中比在第一區(qū)域 260中低。在這種情況下，L2-L1= -0. 871 λ 并且 N = _l。由此，IL2-L1-NX! · 2 π / λ = 0. 258 π。即，由臺階狀結(jié)構(gòu)270產(chǎn)生的相位差比在比較實(shí)施例中小。圖3Α和圖:3Β示出表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的面發(fā)射激光器200的遠(yuǎn)場光分布的示例性計(jì)算。圖3Α示出在0°處被歸一化的遠(yuǎn)場強(qiáng)度分布。圖郎示出除以？^!的遠(yuǎn)場相位的分布，其中0°處的值被限定為0。假定面發(fā)射激光器200的基本橫向模式是通過有效折射率近似獲得的具有直徑為5μπι且折射率為3. 3的圓形芯部(core)并且芯部-覆層(cladding)的相對折射率差值為0.3%的LPOl模式。圖3A和圖:3B中的曲線(a)分別表示在不設(shè)置臺階狀結(jié)構(gòu)的情況下在遠(yuǎn)場中的強(qiáng)度分布和相位分布。圖3A和圖;3B中的曲線(b) (d)表示在設(shè)置不同的臺階狀結(jié)構(gòu)270 的相應(yīng)情況下在遠(yuǎn)場中的強(qiáng)度分布和相位分布。在發(fā)射區(qū)域的中心中限定的第一區(qū)域260是直徑為4μπι的圓形區(qū)域，并且，第二區(qū)域262包圍第一區(qū)域沈0。各臺階狀結(jié)構(gòu)270被設(shè)計(jì)為使得第一區(qū)域沈0中的透射系數(shù)幅度與第二區(qū)域262中的透射系數(shù)幅度的比為1 3。此外，兩個(gè)區(qū)域260和262中的透射系數(shù)之間的相位差在情況(b)為π/3、在情況(c)為π/6并且在情況(d)為0。遠(yuǎn)場光分布的計(jì)算中的每一個(gè)基于根據(jù)標(biāo)量衍射理論的近似。參照圖3B，雖然相位在情況(b)時(shí)隨著角度大大改變，但是，相位變化在情況(c) 和(d)時(shí)被抑制。即，隨著兩個(gè)透射系數(shù)之間的相位差變得更接近于零，遠(yuǎn)場中的在零度近旁的角度處的相位變化被更多地抑制，由此，遠(yuǎn)場中的波前像差被抑制。第二實(shí)施例圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的面發(fā)射激光器的示意性斷面圖。在上部反射鏡216在其上面承載臺階狀結(jié)構(gòu)272的方面，根據(jù)第二實(shí)施例的面發(fā)射激光器與根據(jù)第一實(shí)施例的面發(fā)射激光器200類似。包含于根據(jù)第二實(shí)施例的面發(fā)射激光器中的臺階狀結(jié)構(gòu)272包含第一結(jié)構(gòu)280和第二結(jié)構(gòu)觀2。通過包含多個(gè)結(jié)構(gòu)的臺階狀結(jié)構(gòu)272，可以比其它情況更多地抑制具有反射率分布的臺階狀結(jié)構(gòu)272和上部反射鏡216的組合所提供的兩個(gè)透射系數(shù)之間的相位差。第一結(jié)構(gòu)觀0由具有折射率Ii1的第一材料制成。第二結(jié)構(gòu)觀2由具有比Ii1小的折射率n2的第二材料制成。上部電極222例如在第一結(jié)構(gòu)280之上。第一材料為例如AWaAs，并具有3. 3的折射率Ii1。
第二材料為例如SiO2,并具有1. 5的折射率n2。如圖4所示，第一結(jié)構(gòu)280在第一區(qū)域260中具有實(shí)際厚度dn，并在第二區(qū)域沈2 中具有實(shí)際厚度d12。此外，如圖4所示，第二結(jié)構(gòu)282在第一區(qū)域沈0中具有實(shí)際厚度d21，并在第二區(qū)域沈2中具有實(shí)際厚度d22。在這種情況下，如圖4所示，Cl11Sd12并且d21<d22。第一結(jié)構(gòu)280在第一區(qū)域沈0 中具有為λ/4的偶數(shù)倍的光學(xué)厚度，并在第二區(qū)域沈2中具有為λ/4的奇數(shù)倍的光學(xué)厚度。例如，dn= (λ /ηι) X (1/2)并且 d12 = (λ /ηι) X (3/4)。由此，第一結(jié)構(gòu)280和第二結(jié)構(gòu)282之間的界面在第一區(qū)域260和第二區(qū)域沈2 中分別被限定于不同的位置處，并且，由上部反射鏡216和臺階狀結(jié)構(gòu)272的組合提供的反射率在第二區(qū)域沈2中比在第一區(qū)域沈0中低。然后，設(shè)定第二結(jié)構(gòu)282的實(shí)際厚度，使得由臺階狀結(jié)構(gòu)272提供的兩個(gè)透射系數(shù)之間的相位差變得接近于零Qn的整數(shù)倍)。優(yōu)選地，第二結(jié)構(gòu)觀2的實(shí)際厚度被設(shè)定為使得由臺階狀結(jié)構(gòu)272提供的兩個(gè)透射系數(shù)之間的相位差變?yōu)榱鉗n的整數(shù)倍)。如第一實(shí)施例那樣，使第一區(qū)域260和第二區(qū)域沈2中的從界面242到平面Μ4 的光路長度分別為L1和L2。由臺階狀結(jié)構(gòu)272產(chǎn)生的相位差由IL2-L1-NX · 2 π / λ給出，這里，N是使上述值最小化的整數(shù)。L2-L1的值由下式給出L2-L1 = ((I12-(I11) (Ii1-Ii0) + ((^2-(I21) (n2_n0) = (d12 X Ii1-Cl11 X η) (1 _η0/ Ii1) + (d22 X n2-d21 X n2) (l-n0/n2)。如果第二結(jié)構(gòu)282的光學(xué)厚度為λ /4的偶數(shù)倍，那么第二結(jié)構(gòu)282不影響由上部反射鏡216和臺階狀結(jié)構(gòu)272的組合提供的反射率。例如，當(dāng)d21 = (λ /η2) X (1/2)并且 d22 = (λ /η2) X3 時(shí)，L2-L1 = 1· 01 λ。在這種情況下，N= 1。由此，IL2-L1-NX I =0·01λ。因此，相位差 IL2-L1-NX | ·2 π/λ = ο· 02 ji。即使第二結(jié)構(gòu)282的光學(xué)厚度不為λ /4的偶數(shù)倍，第一區(qū)域260中的高的反射率也變化很小。例如，當(dāng)d21 = (λ /η2) Χ0. 52并且d22 = (λ /η2) X3時(shí)，L2-L1 = λ。在這種情況下，N= 1。由此，相位差I(lǐng)L2-L1-NX卜2 π/λ =0。以上的第二實(shí)施例的描述涉及包含具有由dn < d12和d21 <屯給出的實(shí)際厚度的凹的第一結(jié)構(gòu)280和凹的第二結(jié)構(gòu)觀2的臺階狀結(jié)構(gòu)272。作為替代方案，如圖5所示，臺階狀結(jié)構(gòu)272可包含具有由dn > d12和d21 > d22給出的實(shí)際厚度的凸的第一結(jié)構(gòu)280和凸的第二結(jié)構(gòu)觀2。例如，在nQ = Un1 = 3.3并且n2 = 1. 5的情況下，假定Cl11=(XAi1)Xa/^),(I12=UAi1)Xa/^),(121=(入/112)\3，并且，d22 = (λ /n2) X (1/2)
則L2-L1 = -1. 01 λ。在這種情況下，N = _1，并且，由臺階狀結(jié)構(gòu)272產(chǎn)生的相位差為0.02 π。作為替代方案，假定(121=(入/112)\2.98，并且，d22 = (λ /n2) X (1/2) 則L2-L1 = - λ。在這種情況下，N = -1，并且，由臺階狀結(jié)構(gòu)272產(chǎn)生的相位差為 O0作為替代方案，如圖6所示，可以使用dn < d12并且d21 > d22的配置。S卩，臺階狀結(jié)構(gòu)272可包含凹的第一結(jié)構(gòu)280和凸的第二結(jié)構(gòu)觀2。例如，在nQ = Un1 = 3.3并且n2 = 1. 5的情況下，假定(I11=UAi1)Xa/^),d12 = ( λ Ai1) X (3/4)，d21 = (λ/η2)，并且，= (λ/η2) X (1/2)。從而，L2-L1 = 0. 01 λ。在這種情況下，N = O,并且，由臺階狀結(jié)構(gòu)272產(chǎn)生的相位差為0.02 π。作為替代方案，假定(121=(入/112)\1.02，并且，= (λ/η2) X (1/2)。則L2-L1 = 0。在這種情況下，N = O,并且，由臺階狀結(jié)構(gòu)272產(chǎn)生的相位差為0。 作為替代方案，如圖7所示，可以使用dn > d12并且d21 < d22的配置。即，臺階狀結(jié)構(gòu)272 可包含凸的第一結(jié)構(gòu)280和凹的第二結(jié)構(gòu)觀2。例如，在nQ = Un1 = 3.3并且n2 = 1. 5的情況下，假定Cl11=(XAi1)Xa/^),Cl12=(XAi1)Xa/^),d21 = (λ /η2) X (1/2)，并且，d22 = (λ /η2)。則L2-L1 = 0. 01 λ。在這種情況下，N = 0，并且，由臺階狀結(jié)構(gòu)272產(chǎn)生的相位差為0.02 π。作為替代方案，假定d21 = (λ /η2) X 0. 48，并且d22 = (λ /η2)。則L2-L1 = 0。在這種情況下，N = O,并且，由臺階狀結(jié)構(gòu)272產(chǎn)生的相位差為0。在圖6和圖7所示的(dn-d12) X (d21-d22) < 0的配置中，N = 0。因此，與 (dn-d12) X (d21-d22) > 0的情況相比，臺階狀結(jié)構(gòu)272的厚度減小更多。這提供諸如提高制造精度和減少臺階狀結(jié)構(gòu)272中的在第一區(qū)域260和第二區(qū)域262之間的邊界處的散射的益處。注意，除非背離本發(fā)明的范圍，否則，dn、d12、d21和屯不一定都是正值，并且，它們中的一個(gè)或兩個(gè)可以為零。第三實(shí)施例圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的面發(fā)射激光器的示意性斷面圖。如第二實(shí)施例那樣，根據(jù)第三實(shí)施例的面發(fā)射激光器的臺階狀結(jié)構(gòu)272包含第一結(jié)構(gòu)280和第二結(jié)構(gòu)觀2。根據(jù)第三實(shí)施例的面發(fā)射激光器與根據(jù)第二實(shí)施例的面發(fā)射激光器的不同在于， 第一結(jié)構(gòu)觀0由具有折射率Ii1的第一材料制成，但第二結(jié)構(gòu)觀2由具有比Ii1大的折射率n2 的第二材料制成。第一材料為例如SiO2,并具有1. 5的折射率ηι。第二材料為例如SiN，并具有2. 0的折射率n2。上部電極222例如在上部反射鏡216之上。由于ηι<η2并且n2>rv因此，如果dn被設(shè)為λ/4的奇數(shù)倍并且d21被設(shè)為λ/4 的奇數(shù)倍，那么第一區(qū)域260中的由上部反射鏡216和臺階狀結(jié)構(gòu)272的組合所提供的反射率增大。而且，如果d12被設(shè)為λ/4的偶數(shù)倍并且C^2被設(shè)為λ/4的奇數(shù)倍，那么第二區(qū)域 262中的由上部反射鏡216和臺階狀結(jié)構(gòu)272的組合所提供的反射率減小。在臺階狀結(jié)構(gòu)272中，dn可比d12小或大，并且，d21可比屯小或大。為方便起見， 假定d12 = 0并且以dn = d21 = d22 = λ /4的配置為比較實(shí)施例，則L2-L1 = -0. 083 λ。在這種情況下，N = O,并且，由臺階狀結(jié)構(gòu)272產(chǎn)生的相位差為0. 166 π。同時(shí)，如果例如在第三實(shí)施例中dn = 0. 75、d21 = 1. 75并且d22 = 0. 25，那么L2-L1 =- λ。在這種情況下，N = -1，并且，由臺階狀結(jié)構(gòu)272提供的相位差為0。作為替代方案，如果dn = 0.75、d21 = 0.25 并且 d22 = 0.75，那么 L2-L1 = O15 在這種情況下，N = O,并且，由臺階狀結(jié)構(gòu)272提供的相位差為0。制造方法現(xiàn)在將描述制造根據(jù)以上實(shí)施例中的任一個(gè)的面發(fā)射激光器的示例性方法?；?10為例如η型GaAs基板。通過例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)而在基板210上形成下部反射鏡212、活性層214和上部反射鏡216。下部反射鏡212為包含各自具有λ /4的光學(xué)厚度的70對的η型Ala 56知5As膜和 η型Ala9GiiaiAs膜的多層鏡子?；钚詫?14為由GaInP膜和AWaInP膜制成的多量子阱結(jié)構(gòu)。當(dāng)向活性層214供給電流時(shí)，活性層214在680nm的波長λ產(chǎn)生激光振蕩形式的光學(xué)
增 ο上部反射鏡216包含各自具有λ/4的光學(xué)厚度的35對的ρ型Ala5Giia5As膜和ρ 型 Ala9GEtaiAs 膜。上部反射鏡216的一部分形成由Ala98Giiaci2As制成并具有30nm的實(shí)際厚度的可
氧化層。如果在臺階狀結(jié)構(gòu)272中使用由半導(dǎo)體制成的第一結(jié)構(gòu)觀0，那么可以在上部反射鏡216之后形成第一結(jié)構(gòu)觀0。隨后，活性層214和上部反射鏡216被蝕刻(例如，干蝕刻)成具有例如30 μ m的直徑的圓筒臺面結(jié)構(gòu)。如果已形成第一結(jié)構(gòu)觀0，那么第一結(jié)構(gòu)觀0也被蝕刻。然后從臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁氧化可氧化層。在加熱到450°C的水蒸汽氣氛中執(zhí)行例如 30分鐘的氧化。這樣，可氧化層形成為包含氧化區(qū)域和非氧化區(qū)域的電流禁閉結(jié)構(gòu)218。
非氧化區(qū)域具有直徑為5μπκ中心與臺面結(jié)構(gòu)的中心一致的圓形形狀。隨后，用絕緣膜等覆蓋臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。在基板210的背面形成由AuGe膜和Au膜制成的下部電極220。并且，在上部反射鏡216或第一結(jié)構(gòu)280上形成由Ti膜、Pt膜和Au膜制成的上部電極222。在上面的制造面發(fā)射激光器的過程中，在形成上部反射鏡216或第一結(jié)構(gòu)280之后的任意步驟中形成臺階狀結(jié)構(gòu)272。例如，在形成電流禁閉結(jié)構(gòu)218之后形成臺階狀結(jié)構(gòu)272。可通過蝕刻等形成臺階狀結(jié)構(gòu)272?，F(xiàn)在，將參照圖9Α 9D描述形成圖4或圖5所示的(dn-d12) X (d21_d22) > 0的臺階狀結(jié)構(gòu)272特別是圖5所示的臺階狀結(jié)構(gòu)272的方法。參照圖9A，在上部反射鏡216上形成第一層300，并且在第一層300上形成第二層 302。第一層300為例如由MGaAs制成的半導(dǎo)體層。作為替代方案，第一層300可以為例如由S^2制成的電介質(zhì)層。第二層302為例如由SiN制成的電介質(zhì)層。通過M0CVD、等離子化學(xué)氣相沉積(CVD)或?yàn)R射等形成第一層300和第二層302。在第二層302上設(shè)置抗蝕劑320，并且，第二區(qū)域沈2中的抗蝕劑320的一部分以光刻的方法被去除，由此形成圖案。隨后，參照圖9B，以得到的抗蝕劑320用作掩模，蝕刻第二層302和第一層300。通過例如諸如磷酸(phosphoric acid)或緩沖氫氟酸(buffered hydrofluoric acid)的濕蝕刻劑執(zhí)行蝕刻。隨后，參照圖9C，通過有機(jī)溶劑等去除抗蝕劑320。隨后，參照圖9D，通過等離子CVD或?yàn)R射等在第一層300和第二層302上形成第三層 304。第三層304由具有與第二層302的折射率接近或相同的折射率的材料制成。因此，設(shè)置由第一層300制成的第一結(jié)構(gòu)觀0以及由第二層302和第三層304制成的第二結(jié)構(gòu)觀2。如果第一區(qū)域沈0中的抗蝕劑320的一部分在上面的過程中被去除，那么提供圖 4所示的臺階狀結(jié)構(gòu)272。現(xiàn)在將參照圖IOA IOE描述形成圖6或圖7所示的(dn_d12) X (d21_d22) < 0的臺階狀結(jié)構(gòu)272特別是圖7所示的臺階狀結(jié)構(gòu)272的方法。參照圖10A，在上部反射鏡216上形成第一層300。第一層300是半導(dǎo)體或電介質(zhì)， 并且通過M0CVD、等離子CVD或?yàn)R射等形成。在第一層300上設(shè)置抗蝕劑320，并且，以光刻的方法去除抗蝕劑320在第二區(qū)域 262中的部分，由此形成圖案。在該步驟中，可以形成抗蝕劑圖案，使得其島狀體(island) 各自具有面積從頂部向底部減小的倒錐形的斷面圖。隨后，參照圖10B，以得到的抗蝕劑320用作掩模，蝕刻第一層300。通過例如諸如磷酸或緩沖氫氟酸的濕蝕刻劑執(zhí)行蝕刻。隨后，參照圖10C，通過濺射等在第一層300和抗蝕劑320上形成第二層302。
隨后，參照圖10D，通過有機(jī)溶劑等去除抗蝕劑320。在該步驟中，在抗蝕劑320上形成的第二層302也被去除。隨后，參照圖10E，通過等離子CVD或?yàn)R射等在第一層300和第二層302上形成第三層304。第三層304由折射率與第二層302的折射率相近或相同的材料制成。因此，提供由第一層300制成的第一結(jié)構(gòu)觀0以及由第二層302和第三層304制成的第二結(jié)構(gòu)觀2。如果抗蝕劑320在第一區(qū)域沈0中的部分在上面的過程中被去除，那么提供圖6 所示的臺階狀結(jié)構(gòu)272。第四實(shí)施例現(xiàn)在，作為根據(jù)第一到第三實(shí)施例中的任一個(gè)的面發(fā)射激光器的示例性應(yīng)用，將描述電子照相圖像形成設(shè)備。所述圖像形成設(shè)備包括面發(fā)射激光器的陣列的形式的光源以及掃描設(shè)備。圖IlA和圖IlB示出包括其中設(shè)置了多個(gè)根據(jù)以上的實(shí)施例中的任一個(gè)的面發(fā)射激光器的面發(fā)射激光器陣列光源514的圖像形成設(shè)備等。圖IlA是圖像形成設(shè)備的平面圖。圖IlB是圖像形成設(shè)備的側(cè)視圖。從作為記錄光源的面發(fā)射激光器陣列光源514發(fā)射的激光束透射通過準(zhǔn)直透鏡 (collimator lens) 520并且向被馬達(dá)512驅(qū)動(dòng)以旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)多棱鏡510行進(jìn)。主掃描孔徑光闌530在光軸上被設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡520和旋轉(zhuǎn)多棱鏡510之間。副掃描孔徑光闌532被設(shè)置在面發(fā)射激光器陣列光源514和圓柱透鏡521之間。面發(fā)射激光器陣列光源514導(dǎo)致線性偏光(polarization)。線性偏光的方向例如與主掃描方向平行。入射到旋轉(zhuǎn)多棱鏡510上的激光束被正在旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)多棱鏡510反射，由此以連續(xù)改變的角度偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)的射束透射通過補(bǔ)償射束的畸變等的θ透鏡522。射束隨后以落到感光部件500上的方式被反射鏡516反射。感光部件500事先通過帶電器件502帶電并且通過掃描地移動(dòng)的激光束被曝光， 由此在其上面形成靜電潛像。在感光部件500上形成的靜電潛像通過顯影器件504顯影成可見圖像?？梢妶D像通過轉(zhuǎn)印帶電器件506被轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印紙上。轉(zhuǎn)印有可見圖像的轉(zhuǎn)印紙被傳輸?shù)蕉ㄓ捌骷?08，在該定影器件508中，在轉(zhuǎn)印紙上執(zhí)行定影。隨后，具有定影的圖像的紙被排出到設(shè)備的外面。面發(fā)射激光器陣列光源514也適用于任何其它的光學(xué)或醫(yī)療裝備。其它的實(shí)施例本發(fā)明不限于以上的實(shí)施例，并且，可以對其進(jìn)行各種變化和修改。例如，如果用于第一結(jié)構(gòu)觀0的第一材料和環(huán)境介質(zhì)240或第二材料之間的折射率的差值大，那么第一結(jié)構(gòu)280可由具有相互接近的相應(yīng)折射率的多種材料制成。此外，如果用于第二結(jié)構(gòu)觀2 的第二材料和環(huán)境介質(zhì)240或第一材料之間的折射率的差值大，那么第二結(jié)構(gòu)282可由具有相互接近的相應(yīng)折射率的多種材料制成。雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有的變更方式以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種被配置為以波長λ進(jìn)行振蕩的面發(fā)射激光器，包括 基板；多層結(jié)構(gòu)，設(shè)置在基板上，并且包含下部反射鏡、活性層和上部反射鏡；以及第一臺階狀結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在上部反射鏡上，并且包含在發(fā)射區(qū)域的中心部分中限定的第一區(qū)域中延伸的部分和在發(fā)射區(qū)域內(nèi)的第一區(qū)域的外側(cè)限定的第二區(qū)域中延伸的部分， 這些部分具有不同的厚度，其中，第一臺階狀結(jié)構(gòu)包含第一結(jié)構(gòu)，所述第一結(jié)構(gòu)由具有比環(huán)境介質(zhì)的折射率％大的折射率H1的第一材料制成，其中，使第一結(jié)構(gòu)的在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的實(shí)際厚度分別為dn和d12，則以下的關(guān)系成立Ii1 (Cl11-Cl12) I = λ/4 X (2Μ-1), 這里，M是整數(shù)，以及其中，關(guān)于從在第一臺階狀結(jié)構(gòu)之上限定的并且與基板平行地延伸的平面到上部反射鏡與第一臺階狀結(jié)構(gòu)之間的界面的光路長度，第一區(qū)域中的光路長度L1和第二區(qū)域中的光路長度L2對于使IL2-L1-NX I最小化的整數(shù)N滿足以下表達(dá)式 L2-LfN λ I < ( λ /4) X (l-rio/ri!)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的面發(fā)射激光器，其中，IL2-L1-NXI = 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的面發(fā)射激光器，其中，第一臺階狀結(jié)構(gòu)還包含第二結(jié)構(gòu)，所述第二結(jié)構(gòu)由具有比折射率Iltl大并且與折射率Ii1不同的折射率n2的第二材料制成， 其中，第二結(jié)構(gòu)被設(shè)置在第一結(jié)構(gòu)上，以及其中，第二結(jié)構(gòu)在第一區(qū)域中具有實(shí)際厚度d21并在第二區(qū)域中具有實(shí)際厚度d22，實(shí)際厚度d21和屯彼此不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的面發(fā)射激光器，其中，(dn-d12)X (d21-d22) > 0并且|N| = 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的面發(fā)射激光器，其中，(dn-d12)X (d21-d22) < 0并且N = 0。
6.一種圖像形成設(shè)備，包括面發(fā)射激光器陣列，包含多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1的面發(fā)射激光器； 感光部件，被配置為通過從所述面發(fā)射激光器陣列接收光而形成靜電潛像； 帶電器件，被配置為使所述感光部件帶電；以及顯影器件，被配置為將靜電潛像顯影。
全文摘要
本發(fā)明涉及面發(fā)射激光器。所述面發(fā)射激光器包括臺階狀結(jié)構(gòu)，所述臺階狀結(jié)構(gòu)包含具有不同厚度的部分。在臺階狀結(jié)構(gòu)的所述部分中的每一個(gè)中，從在臺階狀結(jié)構(gòu)之上限定的并且與基板平行地延伸的平面到上部反射鏡與臺階狀結(jié)構(gòu)之間的界面的光路長度被設(shè)為特定的值。
文檔編號H01S5/065GK102545039SQ20111040924
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者井久田光弘 申請人:佳能株式會社