專利名稱：表面發(fā)射激光器陣列、光學(xué)掃描裝置及圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面發(fā)射激光器陣列、包括該表面發(fā)射激光器陣列的光學(xué)掃描裝置、 以及包括該表面發(fā)射激光器陣列的圖像形成裝置。
背景技術(shù)：
在其中集成了表面發(fā)射激光器元件的表面發(fā)射激光器陣列中，在工作時(shí)每個(gè)表面 發(fā)射激光器元件的輸出會由于通過從周圍表面發(fā)射激光器元件吸收熱的溫度上升而降低， 且表面發(fā)射激光器陣列的壽命會縮短。為了克服該問題，需要改善熱散逸特性。例如，具有高熱導(dǎo)率的材料應(yīng)被用于半導(dǎo) 體布拉格反射器，其置于主要熱散逸的側(cè)上。在可以用于GaAs基板上表面發(fā)射激光器元件 的半導(dǎo)體布拉格反射器的材料中，AlAs為具有最高熱導(dǎo)率的合適材料之一。然而，存在這樣的情形，執(zhí)行蝕刻以形成臺(mesa)結(jié)構(gòu)的形狀從而將表面發(fā)射激 光器元件與周圍部分電學(xué)或空間上分離。這種情況下，盡管不要求該蝕刻到達(dá)布置在基板 側(cè)上的下半導(dǎo)體布拉格反射器，通過假設(shè)蝕刻底部到達(dá)下半導(dǎo)體布拉格反射器，考慮蝕刻 可控制性的問題來實(shí)施設(shè)計(jì)。例如，對于氧化物表面發(fā)射激光器元件的情形，與選擇性氧化層(selective oxidation layer)相比需要蝕刻更深以執(zhí)行選擇性氧化。出于防止電流分散的目的，通常 將選擇性氧化層布置在P型半導(dǎo)體布拉格反射器的有源層(或者有源層上方的半導(dǎo)體布拉 格反射器)附近的位置，或者在從有源層的第一至第五節(jié)點(diǎn)(激光束的場強(qiáng)度分布中的節(jié) 點(diǎn))的位置。然而，考慮到蝕刻深度的可控制性問題，難以控制蝕刻底部比選擇性氧化層深但 又不到達(dá)下半導(dǎo)體布拉格反射器。為了控制整個(gè)晶片表面內(nèi)的蝕刻深度，要求不僅控制蝕刻時(shí)間，而且還要獲得晶 片表面內(nèi)蝕刻的均勻性，以及結(jié)晶生長層厚度分布的均勻性。實(shí)際上，實(shí)施臺蝕刻以深于選 擇性氧化層但又不到達(dá)下半導(dǎo)體布拉格反射器是很難的。為了解決該問題，特開2002-164621號公報(bào)披露了將下半導(dǎo)體布拉格反射器分離 為兩層。在特開2002-164621號公報(bào)的激光器陣列中，兩個(gè)下半導(dǎo)體布拉格反射器層的基 板側(cè)之一為主折射率層，其是由AlAs制成。AlAs熱導(dǎo)率遠(yuǎn)大于AlGaAs熱導(dǎo)率。另一方面， 有源層側(cè)反射器層是由常用的MGaAs制成。然而，對于表面發(fā)射激光器陣列的情形，出于其它附加原因，在晶片的表面內(nèi)實(shí)施 均勻的臺蝕刻更為困難。如果表面發(fā)射激光器元件的元件間間隙變窄以實(shí)施具有高密度的 陣列布置，則元件間間隙的蝕刻深度和表面發(fā)射激光器陣列外圍平坦部的蝕刻深度之間的差異Ad變大。再者，在蝕刻配置中產(chǎn)生下側(cè)緣(skirt)部分。期望選擇性氧化層部從該 下側(cè)緣部分開始，從而嚴(yán)格控制氧化物變窄尺寸。然而，如果按照選擇性氧化層不從下側(cè)緣部分開始的方式來執(zhí)行蝕刻，則表面發(fā) 射激光器陣列外圍中的平坦部中的蝕刻底部進(jìn)入下半導(dǎo)體布拉格反射器。由于下半導(dǎo)體布拉格反射器的低折射率層通常厚于選擇性氧化層，如果兩層具有 相同成份，則低折射率層的氧化速率快于選擇性氧化層的氧化速率。如果下半導(dǎo)體布拉格反射器的低折射率層的氧化速率快于該選擇性氧化層，則整 個(gè)低折射率層先被氧化，且執(zhí)行電流注入是不可能的。為了避免該問題，AlAs不能用做位于靠近下半導(dǎo)體布拉格反射器的有源層附近的 低折射率層的材料。為此，為了減小半導(dǎo)體布拉格反射器的氧化速率，需要使用添加特定 數(shù)量的 Ga 的 AlGaAs (例如 Al0 9Ga0. #)。參考 ^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。特開平09-018093號公報(bào)披露了上半導(dǎo)體布拉格反射器的蝕刻被停止直至feilnP 蓋層(共振器區(qū)域)。圖37為根據(jù)相關(guān)技術(shù)的表面發(fā)射激光器陣列的平面圖。如圖37所示，雙虛擬元 件布置在表面發(fā)射激光器元件所在的中心陣列部分的外圍。特開2000-114656號公報(bào)披露了中心陣列部分的柱(臺)和陣列部分外圍中的柱 (臺)經(jīng)歷不同的環(huán)境且這些柱(臺)相應(yīng)地具有不同配置。且特開2000-114656號公報(bào)披露了一種表面發(fā)射激光器陣列，其中布置在中心陣 列部分的外圍的雙虛擬元件實(shí)現(xiàn)了均勻特性。在常規(guī)氧化類型表面發(fā)射激光器陣列中，表面發(fā)射激光器陣列的外圍中平坦部內(nèi) 的蝕刻底部面向下半導(dǎo)體布拉格反射器。如果通過蝕刻出現(xiàn)在表面上，則具有高熱導(dǎo)率材 料例如AlAs容易被氧化。AlAs無法用于下半導(dǎo)體布拉格反射器(至少在有源層附近的區(qū) 域內(nèi))。因此，熱量容易積累在有源層且有源層溫度上升。存在光學(xué)輸出下降以及表面發(fā) 射激光器元件的壽命變短的問題。具體地，在表面發(fā)射激光器陣列工作時(shí)，由于熱干擾引起 的不期望影響變得顯著。表面發(fā)射激光器陣列在高電流值的工作變得不可能且使用具有低 光學(xué)輸出的表面發(fā)射激光器陣列變?yōu)椴豢杀苊?。此外，由于熱干擾導(dǎo)致的溫度上升，表面發(fā) 射激光器陣列的壽命變短。根據(jù)特開2000-114656號公報(bào)的教導(dǎo)，為了防止激光器陣列外圍中的平坦部內(nèi)的 蝕刻底部到達(dá)下半導(dǎo)體布拉格反射器，虛擬元件可布置在整個(gè)晶片內(nèi)，以使得中心陣列部 分內(nèi)的蝕刻深度和陣列部分外圍的平坦部內(nèi)的蝕刻深度之間的差異△d變小。如果平坦部不消除，蝕刻底部到達(dá)下半導(dǎo)體布拉格反射器，使得AlAs被氧化。因 此，需要將虛擬元件布置在整個(gè)晶片內(nèi)。然而，如果虛擬元件布置在整個(gè)晶片內(nèi)，則將被蝕刻的區(qū)域變小。這導(dǎo)致難以對氧 化進(jìn)行監(jiān)測(等離子體發(fā)射譜、光學(xué)反射折射率分析等)。再者，如果虛擬元件布置在整個(gè) 晶片內(nèi)，則在激光器陣列的表面上出現(xiàn)不平整，且引線切斷的可能性增大。另外，需要形成引線結(jié)合墊來實(shí)施。然而，如果在結(jié)合墊的底部下方存在不平整，則臺結(jié)構(gòu)在引線結(jié)合時(shí)會 受損，這導(dǎo)致生產(chǎn)的表面發(fā)射激光器陣列不合格。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種改進(jìn)的表面發(fā)射激光器陣列，其中上述問題被消除。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，提供了一種表面發(fā)射激光器陣列，其未布置有虛擬元件，使 得熱量不容易累積在有源層內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，提供了一種光學(xué)掃描裝置，其包括未布置有虛擬元件的表 面發(fā)射激光器陣列，使得熱量不容易累積在有源層內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種圖像形成裝置，其包括未布置有虛擬元件的表面 發(fā)射激光器陣列，使得熱量不容易累積在有源層內(nèi)。在解決了一個(gè)或多個(gè)上述問題的本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種表面發(fā)射激光器陣 列，該表面發(fā)射激光器陣列包含多個(gè)表面發(fā)射激光器元件，該多個(gè)表面發(fā)射激光器元件的 每一個(gè)包括第一反射層，形成于基板上以構(gòu)成半導(dǎo)體布拉格反射器；共振器，形成為接觸 該第一反射層并包含有源層；以及第二反射層，形成于該第一反射層上方并接觸該共振器 以構(gòu)成該半導(dǎo)體布拉格反射器，該第二反射層中含有選擇性氧化層，其中該第一反射層在 該有源層側(cè)至少包含低折射率層，該低折射率層的氧化速率相當(dāng)于或高于包含在該第二反 射層內(nèi)的選擇性氧化層的氧化速率，該共振器是由至少包含^的Alfe^nPAs基材料制成， 且每個(gè)表面發(fā)射激光器元件中的臺結(jié)構(gòu)的底部位于該選擇性氧化層下方和該第一反射層 上方。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得該共振器的蝕刻速率小于該第二反射 層的蝕刻速率。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得該第二反射層在該有源層側(cè)包含由至 少包含h的AlfeJnPAs基材料制成的層。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得該臺結(jié)構(gòu)的底部位于該共振器內(nèi)部或 者在該第二反射層和共振器之間的界面。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得該第一反射層在該表面發(fā)射激光器元 件的整個(gè)區(qū)域上方包含由AlAs制成的該低折射率層。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得該第二反射層中包含的該選擇性氧化 層構(gòu)成選擇性氧化類型電流狹窄部。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得該多個(gè)表面發(fā)射激光器元件的元件間 間隙內(nèi)的蝕刻深度和該多個(gè)表面發(fā)射激光器元件的外圍部分的蝕刻深度之間的差異等于 或小于每個(gè)表面發(fā)射激光器元件的束發(fā)射波長的1/2。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得該多個(gè)表面發(fā)射激光器元件的相鄰兩 個(gè)之間的元件間間隙設(shè)置為下述間隙中的較小之一該多個(gè)表面發(fā)射激光器元件中兩個(gè)臺 結(jié)構(gòu)的頂面位置之間的間隙以及該兩個(gè)臺結(jié)構(gòu)的底面位置之間的間隙，且該元件間間隙等 于或小于20微米。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得該第一反射層的側(cè)面被保護(hù)膜覆蓋。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得該保護(hù)膜是由Si02、SiN和SiON任意一種制成。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得布置在該第一反射層的共振器側(cè)的該 低折射率層的鋁含量大于該選擇性氧化層的鋁含量。上述表面發(fā)射激光器陣列可以配置成使得布置在該第一反射層的共振器側(cè)的該 低折射率層的鋁含量等于該選擇性氧化層的鋁含量，且布置在該第一反射層的共振器側(cè)的 該低折射率層的厚度大于該選擇性氧化層的厚度。在解決了一個(gè)或多個(gè)上述問題的本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種光學(xué)掃描裝置，包 括上述的表面發(fā)射激光器陣列；偏向單元，偏向由該表面發(fā)射激光器陣列發(fā)射的多個(gè)激 光束；以及掃描光學(xué)元件，將激光束從該偏向單元引導(dǎo)在感光體的掃描表面上。在解決了一個(gè)或多個(gè)上述問題的本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種圖像形成裝置，其 中設(shè)置有上述的光學(xué)掃描裝置。在解決了一個(gè)或多個(gè)上述問題的本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種圖像形成裝置，其 中上述的表面發(fā)射激光器陣列設(shè)置為發(fā)射多個(gè)激光束的光源。在解決了一個(gè)或多個(gè)上述問題的本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種表面發(fā)射激光器元 件，具有發(fā)射激光束的臺結(jié)構(gòu)，該表面發(fā)射激光器元件包括基板；第一反射層，形成于該 基板上以構(gòu)成半導(dǎo)體布拉格反射器；共振器，形成為接觸該第一反射層并包含有源層；第 二反射層，形成為接觸該共振器以構(gòu)成該半導(dǎo)體布拉格反射器；以及吸收層，布置為在形成 該臺結(jié)構(gòu)時(shí)吸收沿該基板的表面內(nèi)方向的蝕刻深度差異，其中該臺結(jié)構(gòu)的底部沿與該基板 垂直的方向位于該吸收層內(nèi)，且該吸收層沿該共振器的厚度方向形成于至少部分該共振器 內(nèi)。上述表面發(fā)射激光器元件可以配置成使得該吸收層沿該共振器的厚度方向形成 于該共振器的整個(gè)區(qū)域內(nèi)。上述表面發(fā)射激光器元件可以配置成使得該吸收層沿該共振器的厚度方向形成 于該共振器的整個(gè)區(qū)域內(nèi)，并沿該第二反射層的厚度方向部分地形成。上述表面發(fā)射激光器元件可以配置成使得該吸收層至少包含h。在解決了一個(gè)或多個(gè)上述問題的本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種表面發(fā)射激光器陣 列的制造方法，該表面發(fā)射激光器陣列包括元件布置部，設(shè)置在基板上并布置有多個(gè)表面 發(fā)射激光器元件；以及平坦部，設(shè)置在該基板上并沿該基板的表面內(nèi)方向布置在該元件布 置部的周圍，該多個(gè)表面發(fā)射激光器元件的每一個(gè)包括發(fā)射激光束的臺結(jié)構(gòu)，且該平坦部 和該元件布置部包含吸收層，該吸收層布置為在形成該臺結(jié)構(gòu)時(shí)吸收沿該表面內(nèi)方向的蝕 刻深度差異，該制造方法包括如下步驟在該基板上形成多層半導(dǎo)體膜；以及蝕刻該多層 半導(dǎo)體膜以使得該臺結(jié)構(gòu)的底部位于該吸收層內(nèi)，以便該元件布置部和平坦部形成。在構(gòu)成該表面發(fā)射激光器陣列的表面發(fā)射激光器元件的每一個(gè)中，共振器是由至 少包含^的材料制成，臺結(jié)構(gòu)的底部布置成使得第二反射層與第一反射層相比更靠近臺 結(jié)構(gòu)的底部，且第一反射層在有源層側(cè)至少包含低折射率層，該低折射率層的氧化速率相 當(dāng)于或大于該選擇性氧化層的氧化速率。在形成該臺結(jié)構(gòu)的工藝中，布置有表面發(fā)射激光器元件的陣列區(qū)域內(nèi)的蝕刻深度 與陣列區(qū)域的周圍的蝕刻深度之間的差異減小以防止第一反射層在該陣列區(qū)域的周圍露 出，并防止該第一反射層的氧化。結(jié)果，在有源層內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過第一反射層容易放射到基板側(cè)。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以不使用虛擬元件來布置該表面發(fā)射激光器陣列，使得熱量 不容易累積在有源層內(nèi)。


在參考附圖來閱讀下述詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列的平面圖。圖2為圖1的表面發(fā)射激光器陣列中表面發(fā)射激光器元件的截面圖。圖3為示出圖2的表面發(fā)射激光器元件的有源層附近的截面圖。圖4A、圖4B和圖4C為解釋圖1的表面發(fā)射激光器陣列的制造方法的圖示。圖5A、圖5B和圖5C為解釋圖1的表面發(fā)射激光器陣列的制造方法的圖示。圖6A和圖6B為解釋圖1的表面發(fā)射激光器陣列的制造方法的圖示。圖7為解釋圖4B的工藝中的蝕刻的圖示。圖8為用于解釋在制作圖1的表面發(fā)射激光器陣列時(shí)，在蝕刻時(shí)的等離子體發(fā)射 的時(shí)序圖。圖9為用于解釋在制作圖1的表面發(fā)射激光器陣列時(shí)，在蝕刻時(shí)的等離子體發(fā)射 的時(shí)序圖。圖10的圖示用于解釋在共振器區(qū)域內(nèi)停止蝕刻時(shí)平坦部內(nèi)蝕刻深度，以及表面 發(fā)射激光器元件的元件間間隙內(nèi)的蝕刻深度與平坦部內(nèi)蝕刻深度之間的差異與臺間隔的關(guān)系。圖11的圖示用于解釋在布置在基板側(cè)上的反射層內(nèi)停止蝕刻時(shí)平坦部內(nèi)蝕刻深 度，以及表面發(fā)射激光器元件的元件間間隙內(nèi)的蝕刻深度與平坦部內(nèi)蝕刻深度之間的差異 與臺間隔的關(guān)系。圖12為圖1的表面發(fā)射激光器陣列的平面圖和截面圖。圖13為本發(fā)明實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列的平面圖。圖14為本發(fā)明實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列的平面圖。圖15為圖14的表面發(fā)射激光器陣列中表面發(fā)射激光器元件的截面圖。圖16為示出圖15的表面發(fā)射激光器元件的有源層附近的截面圖。圖17為用于實(shí)驗(yàn)的圖14的實(shí)施例中表面發(fā)射激光器元件的截面圖。圖18為用于實(shí)驗(yàn)的比較例中的表面發(fā)射激光器元件的截面圖。圖19為用于解釋光學(xué)輸出和電流之間的關(guān)系的圖示，其示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖20為本發(fā)明實(shí)施例中表面發(fā)射激光器陣列的平面圖。圖21A、圖21B、圖21C和圖21D為用于解釋本發(fā)明實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列 的制造方法的圖示。圖22A、圖22B、圖22C和圖22D為用于解釋本發(fā)明實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列 的制造方法的圖示。圖23為用于解釋本實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列的制造方法的圖示。圖M為用于解釋本實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列的圖示。圖25為示出使用圖13的表面發(fā)射激光器陣列的光學(xué)掃描裝置的組成的圖示。圖沈?yàn)槭境黾す獯蛴C(jī)的組成的圖示。
圖27為示出圖像形成裝置的組成的圖示。圖觀為光學(xué)傳送模塊的圖示。圖四為圖1的表面發(fā)射激光器陣列中表面發(fā)射激光器元件的改進(jìn)的截面圖。圖30為示出圖四的表面發(fā)射激光器元件的有源層附近的截面圖。圖31為圖1的表面發(fā)射激光器陣列中表面發(fā)射激光器元件的改進(jìn)的截面圖。圖32為示出圖31的表面發(fā)射激光器元件的有源層附近的截面圖。圖33為圖1的表面發(fā)射激光器陣列中表面發(fā)射激光器元件的改進(jìn)的截面圖。圖34為示出圖33的表面發(fā)射激光器元件的有源層附近的截面圖。圖35為圖1的表面發(fā)射激光器陣列中表面發(fā)射激光器元件的改進(jìn)的截面圖。圖36為示出圖35的表面發(fā)射激光器元件的有源層附近的截面圖。圖37為根據(jù)相關(guān)技術(shù)的表面發(fā)射激光器陣列的平面圖。
具體實(shí)施例方式將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1本發(fā)明實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列的平面圖。如圖1所示，本實(shí)施例的表 面發(fā)射激光器陣列100包括表面發(fā)射激光器元件1-32、焊墊51-82和引線W1-W32。表面發(fā)射激光器元件1-32布置成4行X8列的二維形式。每個(gè)表面發(fā)射激光器 元件1-32具有矩形形狀，一條邊為16微米。四個(gè)表面發(fā)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 沿子掃描方向布置。八個(gè)表面發(fā)射激 光器元件的行1-8/9-16/17-M/25-32沿主掃描方向布置。沿主掃描方向布置的八個(gè)表面發(fā)射激光器元件的行1-8/9-16/17-M/25-32沿子 掃描方向按臺階方式平移，且布置成使得從32個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-32發(fā)射的32個(gè)激 光束不相互交疊。在沿主掃描方向布置的八個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-8/9-16/17-M/25-32 中，兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間的間隙設(shè)置為間隔X。在沿子掃描方向布置的四個(gè) 表面發(fā)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，兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間的間隙設(shè)置為間隔 do間隔d小于間隔X。例如，間隔d等于M微米，間隔X等于30微米。從沿主掃描方向布置的八個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-8的中心取的與平行于子掃 描方向的直線垂直的八條法線沿子掃描方向按相等間隔Cl排列，間隔Cl是由條件cl = d/8決定。也就是說，當(dāng)間隔d設(shè)置為M微米時(shí)，間隔cl等于24/8 = 3微米。從沿主掃描方向布置的其余八個(gè)表面發(fā)射激光器元件9-16/17-M/25-32的相應(yīng) 中心取的與平行于子掃描方向的直線垂直的八條法線也沿子掃描方向按相等間隔cl排 列。焊墊51-82圍繞表面發(fā)射激光器元件1-32外圍布置成二維形式。引線W1-W32布 置成將表面發(fā)射激光器元件1-32分別連接到焊墊51-82。每條引線W1-W32具有例如8微 米的線寬。引線W1-W9、W16、W17、WM_W32將布置成二維形式的表面發(fā)射激光器元件1_32中布置在最外圍的表面發(fā)射激光器元件1-8、9、16、17、Μ-32分別連接到焊墊51_59、66、67、 74、75-82，且引線11-19、116、117、1對-132布置成不沿主掃描方向經(jīng)過兩個(gè)相鄰表面發(fā)射 激光器元件之間。引線W10-W15、W18-W23將布置成二維形式的表面發(fā)射激光器元件1_32中布置 在內(nèi)部位置的表面發(fā)射激光器元件10-15、18-23分別連接到焊墊60-65、68-73，且引線 W10-W15、W18-W23布置成沿主掃描方向經(jīng)過兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間。在沿主掃描方向布置的八個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-8/9-16/17-M/25-32中，兩 個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間的間隙設(shè)置為上述的間隔X( = 30微米)。每個(gè)表面發(fā)射 激光器元件1-32具有矩形形狀，一條邊長16微米。沿主掃描方向的兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激 光器元件的間隔等于14( = 30-16)微米。弓丨線W10-W15、W18-W23的線寬為8微米，這些引 線可以沿主掃描方向布置在兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間。圖2為圖1的表面發(fā)射激光器陣列中表面發(fā)射激光器元件1的截面圖。如圖2所 示，表面發(fā)射激光器元件1包括基板101、反射層102，106、共振器阻擋層103，105、有源層 104、選擇性氧化層107、接觸層108、SiO2層109、絕緣樹脂110、ρ型電極111和η型電極 112。表面發(fā)射激光器元件1為表面發(fā)射激光器，發(fā)射波長為780nm的激光束?；?01 由η型砷化鎵(n-GaAs)構(gòu)成。反射層102是由40. 5個(gè)周期的Ii-AlAsAi-Ala3GiIa7As構(gòu)成且形成于基板101上， 其中一個(gè)周期為一對n-AlAs層和Ii-Ala3GEia7As層。當(dāng)表面發(fā)射激光器元件1的發(fā)射波長設(shè)置為λ時(shí)，每個(gè)n-AlAs和Ii-Ala3Giia7As 的厚度設(shè)置為λ /4η(其中η為各半導(dǎo)體層的折射率)。共振器阻擋層103是由非摻雜(Ala7Giia3)a5Ina5P構(gòu)成并形成于反射層102上。有 源層104具有量子阱結(jié)構(gòu)且形成于共振器阻擋層103上，其中該量子阱結(jié)構(gòu)包含由fe^nPAs 構(gòu)成的阱層和由G^l6Ina4P構(gòu)成的壘層。共振器阻擋層105是由非摻雜(Ala7Giia3)a5Ina5P構(gòu)成并形成于有源層104 上。假設(shè)一對P-Al0.9Ga0.3Ga0.7As為一個(gè)周期，則反射層106是由M個(gè)周期的 P-Al0.^ao^As/Alo^Gao^As構(gòu)成，并形成于共振器阻擋層105上。每個(gè)ρ-ΑΙ。. W^llAs和Ala3Giia7As的厚度設(shè)置為λ /4n (其中η為各半導(dǎo)體層的折 射率)。選擇性氧化層107是由p-AlAs構(gòu)成并形成于反射層106內(nèi)。更具體而言，選擇性氧化層107形成于距離共振器阻擋層1057 λ /4的位置。選擇 性氧化層107包括非氧化區(qū)域107a和氧化區(qū)域107b，且厚度為20nm。接觸層108是由p-GaAs構(gòu)成并形成于反射層106上。SiO2層109形成為覆蓋共振器阻擋層103的一部分的一個(gè)主平面，以及有源層 104、共振器阻擋層105、反射層106、選擇性氧化層107和接觸層108的端面。絕緣樹脂110形成為接觸SiA層109。P型電極111形成于部分接觸層108以及 絕緣樹脂110上。η型電極112形成于基板101的背面。各反射層102、106構(gòu)成半導(dǎo)體分布布拉格反射器，該半導(dǎo)體分布布拉格反射器通 過布拉格多路徑反射來反射從有源層104發(fā)射的發(fā)射光，并包括有源層104內(nèi)的發(fā)射光。氧化區(qū)域107b的折射率小于非氧化區(qū)域107a的折射率。氧化區(qū)域107b將有源層104振蕩的發(fā)射光限制在非氧化區(qū)域107a，并構(gòu)成電流狹窄部，該電流狹窄部將從ρ型電 極111注入的電流流入有源層104的路徑限制到非氧化區(qū)域107a。這樣，獲得具有低閾值電流的表面發(fā)射激光器元件1的發(fā)射。如此，電流狹窄部是 通過對選擇性氧化層107進(jìn)行選擇性氧化形成氧化區(qū)域107b而形成的。因此，該電流狹窄 部為選擇性氧化類型。圖3為示出圖2的表面發(fā)射激光器元件1的有源層104的附近的截面圖。如圖3 所示，反射層102包括低折射率層1021、高折射率層1022和組份傾斜層1023。低折射率層1021是由n-AlAs構(gòu)成，高折射率層1022是由Ii-Ala3Giia7As構(gòu)成。組份傾斜層1023是由n-AWaAs組成，其中Al的含量從低折射率層1021或高折 射率層1022朝另一側(cè)逐漸改變。低折射率層1021接觸共振器阻擋層103。反射層106包括低折射率層1061、高折 射率層1062和組份傾斜層1063。低折射率層1061是由P-Ala9GEtaiAs構(gòu)成，高折射率層1062是由ρ_Α1α 3G￡tQ. 7As構(gòu) 成。組份傾斜層1063是由p-AWaAs組成，其中Al的含量從低折射率層1061或高折射率 層1062朝另一側(cè)逐漸改變。低折射率層1061接觸共振器阻擋層105。有源層104是由量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中 均由fe^nPAs構(gòu)成的三層阱層1041和均由G^l6Ina4P構(gòu)成的四層壘層1042在該量子阱結(jié)
構(gòu)中交替層疊。壘層1042接觸共振器阻擋層103、105。構(gòu)成阱層1041的feJnPAs具有壓應(yīng)變，構(gòu) 成壘層1042的G^l6Ina4P具有張應(yīng)變。 在表面發(fā)射激光器元件1中，共振器阻擋層103、105和有源層104構(gòu)成共振器，且 共振器的沿與基板101垂直的方向的厚度設(shè)置為表面發(fā)射激光器元件1的一個(gè)波長(= 入)。也就是說，共振器阻擋層103、105和有源層104構(gòu)成單波長(one-wave)共振器。圖1所示表面發(fā)射激光器元件2-32的每一個(gè)構(gòu)造成具有與圖2和圖3的表面發(fā) 射激光器元件1相同的組成。圖4A-4C、圖5A-5C以及圖6A和6B為解釋圖1的表面發(fā)射激光器陣列100的制造 方法的圖示。在圖4A-6B中，將解釋制作圖1的表面發(fā)射激光器陣列100的32個(gè)表面發(fā)射 激光器元件1-32中的四個(gè)表面發(fā)射激光器元件1、9、17和25的情況下的制造工藝，作為表 面發(fā)射激光器陣列100的制造方法的示例。在圖4A，在制造工藝開始時(shí)，執(zhí)行金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝。反射層 102、共振器阻擋層103、有源層104、共振器阻擋層105、反射層106、選擇性氧化層107和接 觸層108逐一層疊在基板101上(見圖4A)。這種情況下，使用三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)、砷烷(AsH3)和硒化氫(H2Se) 為原料，形成反射層102的Ii-AlAi^nn-Ala3GEia7Astj使用三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)、 三甲基銦(TMI)和磷烷(PH3)為原料，形成共振器阻擋層103的(Α10.Α0.3)0.5Ιη0.5Ρ。使用三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)、磷烷(PH3)和砷烷(AsH3)為原料，形成有源 層104的fe^nPAs。使用三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)和磷烷(PH3)為原料，形成有源 層 104 的 &ια6Ιη。.4Ρ。使用三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)和磷烷(PH3)為原料，形成共振器阻擋層105的(Ala7Giia3)a5Ina5Ptj使用三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)、砷烷(AsH3) 和四溴化碳(CBr4)為原料，形成反射層106的p-Al^GE^As/p-Al^Gi^As。可以使用二甲 基鋅(DMZn)替代四溴化碳(CBr4)。通過使用三甲基鋁(TMA)、砷烷(AsH3)和四溴化碳(CBr4)為原料，形成選擇性氧化 層107的p-AlAs。通過使用三甲基鎵(TMG)、砷烷(AsH3)和四溴化碳(CBr4)為原料，形成接 觸層108的p-GaAs。同樣，在這種情況下，可以使用二甲基鋅(DMZn)替代四溴化碳(CBr4)。隨后，抗蝕劑施加到接觸層108，且通過光刻(photoengraving)工藝技術(shù)，抗蝕劑 圖案120形成于接觸層108上(見圖4B)。如果抗蝕劑圖案120形成，則抗蝕劑圖案120用做掩模。實(shí)施對部分的共振器阻 擋層103、有源層104、共振器阻擋層105、反射層106、選擇性氧化層107和接觸層108的干 法蝕刻，且進(jìn)一步除去抗蝕劑圖案120。這種情況下，部分的共振器阻擋層103、有源層104、共振器阻擋層105、反射層 106、選擇性氧化層107和接觸層108經(jīng)歷被引入其中的鹵素基氣體Cl2、BC13、SiCl4, CCl4 或CF4。使用等離子體的干法蝕刻方法，例如反應(yīng)離子束蝕刻(RIBE)方法、感應(yīng)耦合等離子 體(ICP)蝕刻方法和反應(yīng)離子蝕刻(RIE)方法，由此進(jìn)行蝕刻。在蝕刻部分的共振器阻擋層103、有源層104、共振器阻擋層105、反射層106、選擇 性氧化層107和接觸層108期間，從蝕刻系統(tǒng)的窗口執(zhí)行等離子體發(fā)射光譜分析，且^的 45Inm的發(fā)射強(qiáng)度隨時(shí)間變化被監(jiān)測。由于只有當(dāng)共振器區(qū)域被蝕刻時(shí)才能探測到h的發(fā)射，因此可以容易地將蝕刻 停止于由Alfe^nPAs基材料構(gòu)成的共振器區(qū)域內(nèi)。結(jié)果，形成表面發(fā)射激光器元件1、9、17和25中的臺結(jié)構(gòu)131-134(見圖4C)。每個(gè)臺結(jié)構(gòu)131-134是由部分的共振器阻擋層103、有源層104、共振器阻擋層 105、反射層106、選擇性氧化層107和接觸層108。備選地，部分的共振器阻擋層103、有源層104、共振器阻擋層105、反射層106、選 擇性氧化層107和接觸層108可以通過濕法蝕刻來蝕刻。當(dāng)通過濕法蝕刻來選擇性蝕刻反 射層106、選擇性氧化層107和接觸層108時(shí)，可以使用硫酸基蝕刻劑。接著，如圖5A-5C所示，在圖4C的工藝完成之后，在使用氮?dú)鈱Ρ患訜嵩?5攝氏 度的水進(jìn)行鼓泡(bubbling)的氣氛中，樣品加熱到350攝氏度，且選擇性氧化層107的周 圍沿從外圍部到中心部的方向被氧化，使得非氧化區(qū)域107a和氧化區(qū)域107b形成于選擇 性氧化層107內(nèi)(見圖5A)。隨后，使用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法在整個(gè)樣品上形成SW2層109，且使用電子照 相(electrophotographic)工藝除去用做發(fā)光部的區(qū)域及其相鄰區(qū)域內(nèi)的SiO2層109 (見 圖 5B)。接著，絕緣樹脂110通過旋轉(zhuǎn)涂敷施加到整個(gè)樣品，且用做發(fā)光部的區(qū)域內(nèi)的絕 緣樹脂110被除去(見圖5C)。接著，如圖6A和圖6B所示，在絕緣樹脂110形成之后，具有預(yù)定尺寸的抗蝕劑圖 案形成于用做發(fā)光部的區(qū)域內(nèi)，P型電極材料通過氣相沉積方法形成于整個(gè)樣品上，抗蝕劑 圖案上的P型電極材料通過剝離方法被除去，且P型電極111形成(見圖6A)?；?01的背面被研磨，η型電極112形成于基板101的背面上且被進(jìn)一步退火以形成P型電極111和η型電極112的歐姆傳導(dǎo)(見圖6Β)。如此，完成了表面發(fā)射激光器 陣列100。在圖4Β和圖4C的工藝中，示出了用于形成四個(gè)表面發(fā)射激光器元件的干法蝕刻。 然而，在實(shí)踐中，在圖4Β和圖4C的工藝中同時(shí)進(jìn)行用于形成圖1的32個(gè)表面發(fā)射激光器 元件1-32的干法蝕刻。這種情況下，使用光掩模形成用于同時(shí)形成32個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-32的 抗蝕劑圖案，該光掩模與圖1的32個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-32相一致。也就是說， 用于同時(shí)形成32個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-32的抗蝕劑圖案按下述方式布置，即，間 隔X和d設(shè)置為滿足條件d < X，且從沿主掃描方向排布的八個(gè)表面發(fā)射激光器元件 1-8/9-16/17-24/25-32的八個(gè)中心的與沿子掃描方向布置的直線垂直的八條法線按相等 間隔cl排列。在表面發(fā)射激光器陣列100中，沿子掃描方向布置的表面發(fā)射激光器元件的間隔 d設(shè)置為小于沿主掃描方向布置的表面發(fā)射激光器元件的間隔X。由此，當(dāng)與間隔d大于間 隔X的情形相比，間隔Cl ( = d/8)可變小且這對于高密度記錄是有益的。還可以使沿子掃描方向布置的表面發(fā)射激光器元件的間隔和沿主掃描方向布置 的表面發(fā)射激光器元件的間隔均變窄。然而，需要擴(kuò)大至少一個(gè)間隔，以保證元件布線所需 的空間以及減小元件之間的熱干擾的影響。因此，為了進(jìn)行高密度寫入，優(yōu)選地?cái)U(kuò)大沿主掃 描方向的間隔。圖7為解釋圖4B的工藝中的蝕刻的圖示。圖7示出了當(dāng)不使用抗蝕劑圖案 120來蝕刻由共振器阻擋層103、有源層104、共振器阻擋層105、反射層106、選擇性氧化 層107和接觸層108的任何一種構(gòu)成的結(jié)晶層時(shí)，沿基板101的表面內(nèi)方向(in-surface direction) DRl的蝕刻深度分布。如圖7所示，在蝕刻接觸層108、選擇性氧化層107和反射層106 (稱為區(qū)域REG1) 時(shí)，沿基板101的表面內(nèi)方向DRl的蝕刻深度分布用曲線kl表示。另一方面，在共振器阻 擋層105、有源層104、和共振器阻擋層103(稱為區(qū)域REG2)時(shí)，沿基板101的表面內(nèi)方向 DRl的蝕刻深度分布用曲線k2表示。由于反射層106、選擇性氧化層107和接觸層108如上所述是由AWaAs基材料構(gòu) 成，蝕刻速率較大且沿表面內(nèi)方向DRl的區(qū)域REGl的蝕刻深度分布較大(見曲線kl)。另一方面，由于共振器阻擋層103、105和有源層104包含化且h的反應(yīng)物的蒸 氣壓低，因此共振器阻擋層103、105和有源層104的蝕刻速率小于反射層106、選擇性氧化 層107和接觸層108的蝕刻速率。因此，沿表面內(nèi)方向DRl的區(qū)域REG2的蝕刻深度分布小 于沿表面內(nèi)方向DRl的區(qū)域REGl的蝕刻深度分布(見曲線k2)。也就是說，沿表面內(nèi)方向DRl在區(qū)域REGl內(nèi)產(chǎn)生的蝕刻深度差異通過降低區(qū)域 REG2內(nèi)的蝕刻速率而被吸收。結(jié)果，沿表面內(nèi)方向DRl的區(qū)域REG2的蝕刻深度分布小于沿 表面內(nèi)方向DRl的區(qū)域REGl的蝕刻深度分布。接著，將解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明包含h的區(qū)域REG2的蝕刻速率小于由 AlGaAs基材料構(gòu)成的區(qū)域REGl的蝕刻速率。圖8和圖9為分別用于解釋在制作圖1的表面發(fā)射激光器陣列100時(shí)，在蝕刻時(shí) 的等離子體發(fā)射的第一和第二時(shí)序圖。
在圖8和圖9，垂直軸表示等離子體發(fā)射光的強(qiáng)度，水平軸表示時(shí)間。圖8示出蝕 刻進(jìn)行到共振器區(qū)域的中間的情形，圖9示出蝕刻從共振器區(qū)域進(jìn)行到反射層102的第三 周期的情形。在圖8，曲線k3示出鎵(Ga)的發(fā)射強(qiáng)度，曲線k4示出銦(In)的發(fā)射強(qiáng)度，且曲線 k5示出鋁(Al)的發(fā)射強(qiáng)度。在圖9，曲線M示出( 的發(fā)射強(qiáng)度，曲線k7示出h的發(fā)射強(qiáng)度，且曲線k8示出 Al的發(fā)射強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)中使用這樣的樣品，從表面到反射層106和共振器區(qū)域之間的界面的厚度 為3. 18微米，且包含h的共振器區(qū)域的厚度為0. 23微米。從表面到反射層106和共振器區(qū)域之間的界面的區(qū)域內(nèi)的蝕刻速率為3. 18微米 /871秒=3. 65X ΙΟ"3微米/秒。另一方面，共振器區(qū)域內(nèi)的蝕刻速率為0. 23微米/372秒 =6. 18X IO"4微米/秒(見圖9)。如上所述，在包含h的共振器區(qū)域中，蝕刻速率減小。盡管共振器區(qū)域的厚度(= 0. 23微米)小于共振器區(qū)域上方的區(qū)域的厚度(=3. 18微米)，共振器區(qū)域需要更長的蝕 刻時(shí)間。在共振器區(qū)域中，In的發(fā)射強(qiáng)度增大(見曲線k4和k7)。因此，通過探測化的發(fā) 射強(qiáng)度的增大，蝕刻可以容易地停止于共振器區(qū)域內(nèi)。Ga的發(fā)射強(qiáng)度和Al的發(fā)射強(qiáng)度隨著蝕刻時(shí)間的推移而周期性改變，且發(fā)射強(qiáng)度 的幅值隨著蝕刻時(shí)間的推移而逐漸減小(見曲線k3、k5、k6和k8)。如果沿表面內(nèi)方向DRl的晶片的蝕刻深度分布是均勻的，則( 的發(fā)射強(qiáng)度和Al 的發(fā)射強(qiáng)度以固定幅值而周期性改變。另一方面，如果沿表面內(nèi)方向DRl的晶片的蝕刻深度分布不均勻，則同時(shí)觀察到 Al的發(fā)射和( 的發(fā)射，使得( 的發(fā)射強(qiáng)度的幅值和Al的發(fā)射強(qiáng)度的幅值變小。因此，Ga的發(fā)射強(qiáng)度的幅值和Al的發(fā)射強(qiáng)度的幅值隨著蝕刻時(shí)間的推移而逐漸 減小意味著，隨著蝕刻時(shí)間的推移，晶片的沿表面內(nèi)方向DRl的蝕刻深度差異出現(xiàn)。在蝕刻進(jìn)行穿過共振器區(qū)域時(shí)，Ga的發(fā)射強(qiáng)度的幅值和Al的發(fā)射強(qiáng)度的幅值進(jìn) 一步減小。當(dāng)蝕刻底部到達(dá)反射層102時(shí)，出現(xiàn)沿表面內(nèi)方向DRl的蝕刻深度的更大差異 (見曲線k6和k8)。圖10的圖示用于解釋在共振器區(qū)域內(nèi)停止蝕刻時(shí)平坦部內(nèi)蝕刻深度，以及表面 發(fā)射激光器元件的元件間間隙內(nèi)的蝕刻深度與平坦部內(nèi)蝕刻深度之間的差異與臺間隔的關(guān)系。圖11的圖示用于解釋在布置在基板101側(cè)上的反射層102內(nèi)停止蝕刻時(shí)平坦部 內(nèi)蝕刻深度，以及表面發(fā)射激光器元件的元件間間隙內(nèi)的蝕刻深度與平坦部內(nèi)蝕刻深度之 間的差異與臺間隔的關(guān)系。在圖10和圖11中，垂直軸表示元件間間隙內(nèi)的蝕刻深度和平坦部內(nèi)蝕刻深度之 間的差異Ad，水平軸表示臺間隔。在圖10和圖11中， 表示平坦部蝕刻深度，■表示差異Ad。當(dāng)蝕刻停止于共振器區(qū)域的中間時(shí)，即使臺間隔為10微米以下，元件間間隙 (inter-element gap)內(nèi)的蝕刻深度和平坦部內(nèi)蝕刻深度之間的差異Ad為IOOnm以下(見圖10)。另一方面，當(dāng)蝕刻停止于布置在基板101側(cè)的反射層102內(nèi)且臺間隔約為23微米 時(shí)，差異Ad設(shè)置為lOOnm。當(dāng)臺間隔設(shè)置為20微米以下時(shí)，差異Δ d超過lOOnm。當(dāng)臺間 隔為10微米以下時(shí)，差異Ad增大到約250nm(見圖11)。這樣，即使到蝕刻底部到達(dá)共振器區(qū)域的時(shí)間為止，在元件間部分和平坦部之間 產(chǎn)生大的蝕刻深度差異，蝕刻仍停止于包含h的共振器區(qū)域，大的蝕刻深度差異被蝕刻速 率小的共振器區(qū)域所吸收。即使臺間隔變小，元件間隙和平坦部之間的蝕刻深度差異Ad 仍可以變小。也就是說，由于蝕刻停止于包含h的共振器區(qū)域，因此可以使晶片沿表面內(nèi)方向 DRl的蝕刻深度相同，其中在該晶片內(nèi)，表面發(fā)射激光器元件1-32致密排布的元件間間隙 和不形成表面發(fā)射激光器元件的平坦部共存。圖12為圖1的表面發(fā)射激光器陣列100的平面圖和截面圖。如圖12所示，布置 有表面發(fā)射激光器元件1-32的區(qū)域?yàn)榉俏g刻區(qū)域，且表面發(fā)射激光器元件1-32周圍為蝕 刻區(qū)域。沿線A-A’截取的截面圖包括表面發(fā)射激光器元件25-27以及表面發(fā)射激光器元 件25附近的平坦部的截面。表面發(fā)射激光器元件25和沈之間以及表面發(fā)射激光器元件 26和27之間的蝕刻深度設(shè)置為Dl，且表面發(fā)射激光器元件25附近的平坦部的蝕刻深度設(shè) 置為D2。蝕刻深度Dl小于蝕刻深度D2。結(jié)果，蝕刻深度Dl和蝕刻深度D2之間的差異設(shè)置 為Ad。下側(cè)緣部141-145是通過蝕刻接觸層108、選擇性氧化層107、反射層106、共振器 阻擋層105、有源層104和共振器阻擋層103而形成。如上所述，共振器阻擋層103、105和 有源層104包含h且蝕刻速率較小。為此，在共振器阻擋層103、105和有源層104的蝕刻 時(shí)，沿表面內(nèi)方向DRl的表面發(fā)射激光器陣列100的蝕刻也在進(jìn)行。結(jié)果，下側(cè)緣部141-145 的尺寸小于現(xiàn)有表面發(fā)射激光器陣列。當(dāng)該蝕刻配置中的下側(cè)緣部具有與臺結(jié)構(gòu)的上部的側(cè)面不同的傾斜且氧化狹窄 層包含在該蝕刻配置中的下側(cè)緣部內(nèi)時(shí)，選擇性氧化層的寬度大于臺結(jié)構(gòu)的上部的寬度， 且難以正確地評估該選擇性氧化層的寬度。結(jié)果，氧化區(qū)域107b的評估變得不精確，且難 以正確地控制氧化狹窄的直徑。因此，期望蝕刻底部進(jìn)入共振器區(qū)域穿過整個(gè)陣列芯片。當(dāng)共振器區(qū)域的厚度等于λ (單波長共振器的厚度)時(shí)，期望按照下述方式進(jìn)行 蝕刻，即，沿共振器區(qū)域的厚度方向的中心與蝕刻底部(平坦部)一致，從而獲得沿晶片表 面的表面內(nèi)方向的蝕刻深度均勻性。這種情況下，期望Ad設(shè)置為λ/2以下作為介質(zhì)內(nèi)的 有效長度。由于該實(shí)施例中每個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-32的發(fā)射波長為780nm，單波長共振 器的厚度約為230nm。因此，期望差異Ad等于115nm以下。在現(xiàn)有表面發(fā)射激光器陣列中，差異Ad為115nm，臺間隔為20微米以下(見圖 11)。在本發(fā)明的表面發(fā)射激光器陣列100中，差異Ad小于lOOnm，即使臺間隔約為20微 米。因此，當(dāng)臺間隔低于20微米時(shí)，本發(fā)明是有效的。如果波長短于780nm，則單波長共振 器的厚度更小，且在臺間隔更大的區(qū)域內(nèi)，差異Ad超過λ/2。
如上所述，用于形成表面發(fā)射激光器陣列100中的臺結(jié)構(gòu)的臺蝕刻停止于包含h 的共振器區(qū)域的中間(或者共振器阻擋層103的中間)。即使臺間隔變小，元件間間隙和 平坦部之間的蝕刻深度差異Ad變小，且反射層102的低折射率層(=AlAs)在平坦部不 露出。結(jié)果，即使選擇性氧化層107的選擇性氧化被執(zhí)行，反射層102的低折射率層(= AlAs)不被氧化。因此，根據(jù)本發(fā)明，在有源層104內(nèi)產(chǎn)生的熱量可以通過反射層102的AlAs (低折 射率層)散逸到基板101，且可以防止熱量累積在有源層104內(nèi)而不使用虛擬元件。兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間的間隔是指下述較窄之一在臺結(jié)構(gòu)的頂面位 置的表面發(fā)射激光器元件之間的間隙以及在臺結(jié)構(gòu)的底面位置的表面發(fā)射激光器元件之 間的間隙。在臺結(jié)構(gòu)的頂面位置的表面發(fā)射激光器元件之間的間隙較大還是在臺結(jié)構(gòu)的底 面位置的表面發(fā)射激光器元件之間的間隙較大，這取決于形成該臺結(jié)構(gòu)的蝕刻方法。圖13為本發(fā)明實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列的平面圖。如圖13所示，表面發(fā)射 激光器陣列100A與圖1的表面發(fā)射激光器陣列100基本上相同，除了表面發(fā)射激光器元件 33-40、焊墊83-90和引線W33-W40添加到圖1的表面發(fā)射激光器陣列100。在表面發(fā)射激光器陣列100A中，表面發(fā)射激光器元件1-40布置成4行X 10列的 二維形式每個(gè)表面發(fā)射激光器元件33-40具有矩形形狀，一條邊長16微米，這類似于每個(gè) 表面發(fā)射激光器元件1-32。四個(gè)表面發(fā)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 沿子掃描方向
布置，而十個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-10/11-20/21-30/31-40沿主掃描方向布置。沿主掃描方向布置的十個(gè)表面發(fā)射激光器元件的行1-10/11-20/21-30/31-40沿 子掃描方向按臺階方式平移，且布置成使得從40個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-40發(fā)射的40個(gè) 激光束不相互交疊。在沿主掃描方向布置的十個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-10/11-20/21-30/31-40中， 兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間的間隙設(shè)置為間隔“X”。在沿子掃描方向布置的四個(gè)表 面發(fā)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，兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元 件之間的間隙設(shè)置為間隔d。從沿主掃描方向布置的十個(gè)表面發(fā)射激光器元件(例如元件31-40)的相應(yīng)中心 的與平行于子掃描方向的直線垂直的十條法線沿子掃描方向按相等間隔c2排列，以滿足 條件c2 = d/8。當(dāng)間隔d設(shè)置為M微米時(shí)，間隔c2等于M/10 = 2.4微米。與上述相同，從沿主掃描方向布置的其余十個(gè)表面發(fā)射激光器元件 1-10/11-20/21-30的相應(yīng)中心的與平行于子掃描方向的直線垂直的十條法線也沿子掃描 方向按相等間隔c2排列。焊墊52-90圍繞表面發(fā)射激光器元件1-40外圍布置成二維形式。引線W1-W40布 置成將表面發(fā)射激光器元件1-40分別連接到焊墊51-90。每條引線W33-W40具有例如8微 米的線寬。引線Wl-Wl 1、W20、W21、W30-W40將布置成二維形式的表面發(fā)射激光器元件1_40 中布置在最外圍的表面發(fā)射激光器元件1-11、20、21、30-40分別連接到焊墊51_61、70、71、80-90，且引線Wl-Wl 1、W20、W21、W30-W40布置成不經(jīng)過兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間。引線W12-W19、W22-W29將布置成二維形式的表面發(fā)射激光器元件1_40中布置在 內(nèi)部位置的表面發(fā)射激光器元件12-19、22-四分別連接到焊墊62-69、72-79，且W12-W19、 W22-W29布置成沿主掃描方向經(jīng)過兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間。如果如上所述每條 引線W1-W40的線寬為8微米，則每條引線機(jī)2-119、122-1四可以沿主掃描方向布置在兩個(gè) 相鄰表面發(fā)射激光器元件之間。在布置有焊墊51-90的區(qū)域，外延層保留，槽150形成為圍繞表面發(fā)射激光器元件 1-40的周圍，且槽150嵌有聚酰亞胺。引線布置成經(jīng)過聚酰亞胺層的頂部。焊墊51-90通 過接絕緣層結(jié)合到外延層。通過這種形式(而不是在聚酰亞胺上形成焊墊1-40)，焊墊1-40 和絕緣層的附著可以提高，且在引線結(jié)合時(shí)焊墊的分離可以完全得以防止。每個(gè)表面發(fā)射激光器元件33-40具有與圖2和圖3的表面發(fā)射激光器元件1相同 的截面結(jié)構(gòu)。因此，用于形成表面發(fā)射激光器陣列100A中的臺結(jié)構(gòu)的臺蝕刻停止于包含h的 共振器區(qū)域(共振器阻擋層103)的中間，且即使臺間隔變小，元件間間隙和平坦部之間的 蝕刻深度差異Δ d變小，反射層102的低折射率層( = AlAs)在平坦部不露出。結(jié)果，即使 選擇性氧化層107的選擇性氧化被執(zhí)行，反射層102的低折射率層(=AlAs)不被氧化。因此，根據(jù)本實(shí)施例，在有源層104內(nèi)產(chǎn)生的熱量可以通過反射層102的AlAs (低 折射率層)散逸到基板101，且可以防止熱量累積在有源層104內(nèi)而不使用虛擬元件。圖14為本發(fā)明實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列的平面圖。如圖14所示，在本實(shí)施 例的表面發(fā)射激光器陣列200中，圖1的表面發(fā)射激光器陣列100的表面發(fā)射激光器元件 1-32被表面發(fā)射激光器元件151-182取代，其余組成與表面發(fā)射激光器陣列100相同。在表面發(fā)射激光器陣列200中，引線W1-W32分別將表面發(fā)射激光器元件151-182 連接到焊墊51-82。表面發(fā)射激光器元件151-182布置成4行X8列的二維形式。每個(gè)表面發(fā)射激光器元件151-182具有矩形形狀，一條邊為16微米。四個(gè)表面 發(fā)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 沿子掃 描方向布置，八個(gè)表面發(fā)射激光器元件151-158/159-166/167-174/175-182沿主掃描方向 布置。沿主掃描方向布置的八個(gè)表面發(fā)射激光器元件151-158/159-166/167-174/175-182 沿子掃描方向按臺階方式平移和配置。結(jié)果，從32個(gè)表面發(fā)射激光器元件1-32發(fā)射的32 個(gè)激光束不相互交疊。在沿主掃描方向布置的八個(gè)表面發(fā)射激光器元件 151-158/159-166/167-174/175-182中，兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間的間隙設(shè)置為 間隔X。在沿子掃描方向布置的四個(gè)表面發(fā)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，兩個(gè)相鄰表面發(fā)射激光器元件之間的間隙設(shè)置為間隔 d。從沿主掃描方向布置的八個(gè)表面發(fā)射激光器元件151-158的八個(gè)中心取的與沿子掃描 方向布置的直線垂直的八條法線的沿子掃描方向的間隙沿子掃描方向按相等間隔cl排列。從沿主掃描方向布置的八個(gè)表面發(fā)射激光器元件159-166/167-174/175-182的 八個(gè)中心的與沿子掃描方向布置的直線垂直的八條法線的沿子掃描方向的間隙也沿按相 等間隔Cl排列。圖15為圖14的表面發(fā)射激光器陣列中表面發(fā)射激光器元件151的截面圖。如圖 15所示，在表面發(fā)射激光器元件151中，圖2所示的表面發(fā)射激光器元件1的共振器阻擋層 103、105和反射層106分別被共振器阻擋層103A、105A和反射層106A取代，其余組成與表 面發(fā)射激光器元件1相同。共振器阻擋層103A是由非摻雜(AlaiG^9)a5Ina5P構(gòu)成并形成于反射層102上。 共振器阻擋層105A是由非摻雜(AlaiGiia9)ci. Jna5P構(gòu)成并形成于有源層104上。反射層106A是由ρ 0.3)0.5Ιη0.5Ρ構(gòu)成，以形成圖2所示反射層106中最靠 近有源層104的低折射率層，且反射層106Α形成于共振器阻擋層105Α上。反射層106Α構(gòu)成半導(dǎo)體分布布拉格反射器，該半導(dǎo)體分布布拉格反射器通過布 拉格多路徑反射來反射由有源層104發(fā)射的發(fā)射光束，并包括有源層104內(nèi)的光束。圖16為示出圖15的表面發(fā)射激光器元件151的有源層104附近的截面圖。如圖 16所示，反射層102的低折射率層1021接觸共振器阻擋層103Α。共振器阻擋層103Α接觸 反射層102的低折射率層1021和有源層104的壘層1042。在反射層106Α中，圖3所示的 反射層106中最靠近有源層104的低折射率層1061被低折射率層1061Α取代，其余組成與 反射層106相同。低折射率層1061Α是由P-(Ala7Giia3)a5Ina5P構(gòu)成并接觸共振器阻擋層105Α。共 振器阻擋層105Α接觸有源層104的壘層1042和反射層106Α的低折射率層1061Α。在表面發(fā)射激光器元件151中，共振器阻擋層103Α、105Α和有源層104構(gòu)成共振 器，且該共振器沿與基板101垂直的方向的厚度設(shè)置為表面發(fā)射激光器元件151的一個(gè)波 長(=λ )。也就是說，共振器阻擋層103Α、105Α和有源層104Α構(gòu)成單波長共振器。圖14所示的表面發(fā)射激光器元件152-182的每一個(gè)具有與圖15和16所示的表 面發(fā)射激光器元件151相同的組成。表面發(fā)射激光器陣列200按照圖4Α-6Β的制造工藝來制作。這種情況下，在圖4Α的工藝中，通過MOCVD方法，使用三甲基鋁(TMA)、三甲 基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)和磷烷(PH3)為原料，形成共振器阻擋層103Α和105Α的 (Α10.Α0.9)0.5Ιη0.5Ρ。通過MOCVD方法，使用三甲基鋁(ΤΜΑ)、三甲基鎵(TMG)、三甲基銦 (TMI)、磷烷(PH3)和二甲基鋅(DMZn)為原料，形成構(gòu)成反射層106Α的低折射率層1061Α的 ρ 0.3)0.5Ιη0.5Ρ?？梢允褂盟匿寤?CBr4)替代二甲基鋅(DMZn)。在表面發(fā)射激光器陣列200的每個(gè)表面發(fā)射激光器元件151-182中，共振器(= 共振器阻擋層103Α、105Α和有源層104)和部分反射層106Α (低折射率層1061Α)包含In， 且包含h的層的厚度大于表面發(fā)射激光器元件1-32中的厚度。因此，與表面發(fā)射激光器 陣列100相比，對表面發(fā)射激光器陣列200的蝕刻的控制變得更容易。在本實(shí)施例中，反射層106A中僅最靠近共振器的低折射率層1061A包含h。備 選地，該實(shí)施例可以調(diào)整為，該共振器的較靠近共振器的反射層106A的低折射率層和高折 射率層均包含h。這種情況下，低折射率層是由(Ala7Giia3)a5Ina5P構(gòu)成，高折射率層是由(AlaiG^l9)a5Ina5P構(gòu)成。這種情況下，兩層以上包含In，且包含h的層的厚度總和可以更 大。ρ- (Al0.7Ga0.3) 0.5I% 5P為寬帶隙，通過摻雜Si或Mg可以用于許多場合。這些摻雜 劑容易擴(kuò)散。如果這些摻雜劑擴(kuò)散到有源層104，有源層104會受損，這導(dǎo)致發(fā)射光效率降 低并導(dǎo)致可靠性下降。在表面發(fā)射激光器元件151-182中，P-(Ala7Giia3) α5Ι%5Ρ布置在與共振器阻擋層 105Α相比更遠(yuǎn)離有源層104的反射層106Α內(nèi)，且共振器阻擋層103Α和105Α是由非摻雜 (AlaiG^l9)a5Ina5P構(gòu)成?？梢苑乐故艿诫s質(zhì)的不期望影響。因此，用于形成表面發(fā)射激光器陣列200的臺結(jié)構(gòu)的臺蝕刻停止于包含h的區(qū)域 的中間(或者共振器阻擋層103A的中間)。即使臺間隔變小，元件間間隙和平坦部之間的 蝕刻深度差異Ad變小，且反射層102的低折射率層1021( = AlAs)在平坦部不露出。結(jié) 果，即使選擇性氧化層107的選擇性氧化被執(zhí)行，反射層102的低折射率層1021 ( = AlAs) 不被氧化。因此，根據(jù)本實(shí)施例，在有源層104內(nèi)產(chǎn)生的熱量可以通過反射層102的AlAs (低 折射率層)散逸到基板101，且可以防止熱量累積在有源層104內(nèi)而不使用虛擬元件。由于 表面發(fā)射激光器陣列200設(shè)有表面發(fā)射激光器元件151-182，其包含h的層的厚度大于表 面發(fā)射激光器元件1-32，因此與表面發(fā)射激光器陣列100相比，可以更有效地可控地將蝕 刻停止于包含用于h的蝕刻底部的層內(nèi)。接著，解釋本實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列200的輸出特性。圖17為用于實(shí)驗(yàn)的圖14的實(shí)施例中表面發(fā)射激光器元件的截面圖。圖18為用 于實(shí)驗(yàn)的比較例中的表面發(fā)射激光器元件的截面圖。在圖17的實(shí)施例中，表面發(fā)射激光器元件151的反射層102中有源層104附近的 三個(gè)周期的低折射率層1021 ( = AlAs)的厚度設(shè)置為3 λ /4，且其余組成與表面發(fā)射激光器 元件151相同。在圖18的比較例中，表面發(fā)射激光器元件151的反射層102被一反射層取 代，該反射層是由30. 5個(gè)周期的n-AlQ.3Ga0.7As/n-AlAs和10個(gè)周期的η-Α1α 3Ga0.7As/ n-Ala9GaaiAs 構(gòu)成。η_Α1α 3G￡ia 7As、n-AlAs 和 n-Ala9GaQ. ^s 的每一層的厚度為 λ /4。圖19為用于解釋光學(xué)輸出和電流之間的關(guān)系的圖示，其示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在圖 19，垂直軸表示光學(xué)輸出，水平軸表示電流。曲線k9示出本發(fā)明的表面發(fā)射激光器元件的光學(xué)輸出和電流之間的關(guān)系，曲線 klO示出比較例的表面發(fā)射激光器元件的光學(xué)輸出和電流之間的關(guān)系。通過觀察發(fā)光部的 面積為16平方微米的表面發(fā)射激光器元件在20攝氏度的連續(xù)波(CW)來進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。從圖19的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯見，與比較例的表面發(fā)射激光器元件的光學(xué)輸出的飽和值 相比，本發(fā)明的表面發(fā)射激光器元件的光學(xué)輸出的飽和值朝高電流值側(cè)偏移很多，獲得了 高的輸出。在本發(fā)明的表面發(fā)射激光器元件中，由于基板101側(cè)上的反射層102的低折射率 層1021是由具有高熱導(dǎo)率的AlAs構(gòu)成，基板101側(cè)的熱散逸良好且元件工作時(shí)元件的溫 度上升得到控制。因此，通過使用具有高熱導(dǎo)率的AlAs構(gòu)成設(shè)于基板101內(nèi)的反射層102的低折射
18率層1021，且調(diào)適組成使得在有源層104內(nèi)產(chǎn)生的熱量發(fā)散到基板101，在實(shí)驗(yàn)上證明該表 面發(fā)射激光器元件的輸出特性，進(jìn)言之該表面發(fā)射激光器陣列的輸出特性改善。本實(shí)施例的表面發(fā)射激光器陣列可設(shè)有布置成4行X 10列的40個(gè)表面發(fā)射激光 器元件，類似于表面發(fā)射激光器陣列100A(見圖13)。本發(fā)明的表面發(fā)射激光器陣列可按下述方式設(shè)置，表面發(fā)射激光器元件1-40、 151-182的共振器阻擋層103、103A包括由G^l5Ina5P構(gòu)成的表面發(fā)射激光器元件。本發(fā)明 的表面發(fā)射激光器陣列可按下述方式設(shè)置，表面發(fā)射激光器元件1-40、151-182的共振器 阻擋層103、103A包括由仏‘力 么乂 孑/^ ^ 孑構(gòu)成的表面發(fā)射激光器元件。這種 情況下，(Ala7Giia3)a5Ina5P布置在有源層104側(cè)，且Gaa5Ina5P布置在反射層102側(cè)。到(Ala7Giia3)a5Ina5P有源層104的載流子被鎖定且增加，在有源層104內(nèi)產(chǎn)生的 熱量可以更多地發(fā)散到反射層102。G^l5Ina5P的熱導(dǎo)率高于(Ala7GiiaUna5Ptj表1示出共振器阻擋層103、105 ； 103A、105A/有源層104的阱層1041分別由 AlGaAs/AlGaAs、AlGalnP/GalnPAs 形成的情形下，共振器阻擋層 103、105 ；103AU05A 和阱 層1041之間的帶隙差異以及壘層1042和阱層1041之間的帶隙差異。表 權(quán)利要求
1.一種表面發(fā)射激光器陣列，包括，元件布置部，設(shè)置在基板上并布置有多個(gè)表面發(fā)射激光器元件，平坦部，設(shè)置在所述基板上并沿所述基板的表面內(nèi)方向設(shè)置在所述元件布置部的周圍，所述多個(gè)表面發(fā)射激光器元件的每一個(gè)包括發(fā)射激光束的臺結(jié)構(gòu)， 所述平坦部和所述元件布置部包括吸收在形成所述臺結(jié)構(gòu)時(shí)沿所述表面內(nèi)方向的蝕 刻深度差異的吸收層，所述臺結(jié)構(gòu)的底面沿與所述基板垂直的方向位于所述吸收層中。
2.如權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器陣列，其中， 所述多個(gè)表面發(fā)射激光器元件的每一個(gè)包括第一反射層，形成于基板上以構(gòu)成半導(dǎo)體布拉格反射器； 共振器，形成為接觸所述第一反射層并包含有源層； 第二反射層，接觸所述共振器以構(gòu)成所述半導(dǎo)體布拉格反射器， 所述吸收層沿所述共振器的厚度方向設(shè)置為所述共振器的至少一部分。
3.如權(quán)利要求2所述的表面發(fā)射激光器元件，其中所述吸收層沿所述共振器的厚度方 向形成于所述共振器的整個(gè)區(qū)域內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的表面發(fā)射激光器元件，其中所述吸收層沿所述共振器的厚度方 向形成于所述共振器的整個(gè)區(qū)域內(nèi)，并沿所述第二反射層的厚度方向部分地形成。
5.如權(quán)利要求1 4的任一項(xiàng)所述的表面發(fā)射激光器元件，其中，所述吸收層至少包括In。
6.如權(quán)利要求1 5的任一項(xiàng)所述的表面發(fā)射激光器元件，其中，所述平坦部包括與所 述多個(gè)表面發(fā)射激光器元件連接的多個(gè)焊墊。
全文摘要
一種表面發(fā)射激光器陣列包括多個(gè)表面發(fā)射激光器元件(1)。每個(gè)表面發(fā)射激光器元件包括第一反射層(102)，形成于基板(101)上；共振器腔(103，104，105)，形成為接觸第一反射層并包含有源層(104)；以及第二反射層(106，107)，形成于第一反射層上方并接觸共振器腔。第二反射層包含選擇性氧化層(107)。第一反射層在有源層側(cè)至少包含低折射率層(1021)，該低折射率層由例如AlAs制成且氧化速率相當(dāng)于或高于包含在第二反射層內(nèi)的選擇性氧化層(107)的氧化速率。共振器腔是由至少包含In的AlGaInPAs基材料制成。臺結(jié)構(gòu)的底部位于選擇性氧化層下方和第一反射層上方。
文檔編號H01S5/183GK102136677SQ20111003706
公開日2011年7月27日 申請日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
發(fā)明者伊藤彰浩, 佐藤俊一, 莊司浩義, 菅原悟 申請人:株式會社理光