專利名稱：垂直腔表面發(fā)射激光器元件、垂直腔表面發(fā)射激光器陣列、光學掃描裝置和成像設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)元件、垂直腔表面發(fā)射激光器陣列、光學掃描裝置和成像設備。
背景技術：
垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)元件在垂直于襯底的方向上傳播。與普通邊緣發(fā)射型半導體激光器相比，垂直腔表面發(fā)射激光器元件可以以低成本、低功耗和緊湊器件的方式實現(xiàn)，適用于二維裝置。由于這些原因，垂直腔表面發(fā)射激光器元件吸引了很多人的注
辰、ο例如，如在美國專利第5493577號中公開的，垂直腔表面發(fā)射激光器元件具有電流阻擋結構并采用AiAs等制成的選擇性氧化和限制結構。垂直腔表面發(fā)射激光器元件的電流阻擋結構是通過如下方法形成的，即將具有圓形或矩形或方形形狀的臺地結構的半導體襯底或半導體元件布置在高溫蒸汽環(huán)境中，從 P-AlAs或AKiaAs層制成的臺地結構的側表面上的外周部分向臺地結構的中心氧化它，并且形成氧化的AlO的區(qū)域和未氧化的區(qū)域構成的選擇性氧化層。選擇性氧化層的氧化區(qū)域的折射率大約為1.6，低于其他半導體層的折射率。因此，所發(fā)射的光束被限制在氧化區(qū)域圍繞的未氧化區(qū)域內，由此降低了閾值。同時，當選擇性氧化層中未氧化區(qū)域的尺寸偏離最佳值時，光輸出的振蕩特性等也偏離，由此，發(fā)生產出率下降的問題。為了避免選擇性氧化層的未氧化區(qū)域與預定尺寸的這種偏離，已經提出幾種方法在日本未審專利申請公開說明書第2004-95934號中公開了利用監(jiān)視氧化圖案來間接監(jiān)視氧化度的方法。利用這種方法，除了普通諧振器的形狀外，還提供了條形圖案來監(jiān)視氧化率，并且在氧化室內側測量該圖案的反射率，由此獲得氧化度。在日本未審專利申請公開說明書第2003-179309號中公開了實時監(jiān)控氧化度的方法。利用這種方法，經具有顯微鏡的觀察口來觀察處于氧化過程中的半導體元件，并且利用顯微鏡在氧化區(qū)域和未氧化區(qū)域之間的對比觀察來估計氧化度，由此控制氧化來符合要求。在日本未審專利申請公開說明書第2004-95934號中公開的利用監(jiān)視氧化圖案間接監(jiān)控氧化度的方法中，存在這樣的問題，包括用于安裝垂直腔表面發(fā)射激光器元件的區(qū)域受到限制并且成本變高。這是由于需要使圍繞被監(jiān)控的氧化圖案的圖案為空白，來實現(xiàn)高精度監(jiān)控氧化率，并且普通諧振器不能由這種空白圖案安裝。此外，在日本未審專利申請公開說明書第2003-179309號中公開的用顯微鏡觀察氧化度的方法中，需要提高氧化度并也需要縮短半導體元件和顯微鏡之間的距離來將顯微鏡聚焦在形成臺地結構的部分上。但是，當觀察口和半導體元件之間的距離縮短時，在半導體元件上的水蒸汽濃度分布將擴散，因此，氧化量變得不均勻。從而產出率下降。此外， 當觀察口和半導體元件中間的距離縮短時，觀察口的折射率會被從加熱器發(fā)出的熱量所變化，并且安裝在顯微鏡內的光學元件，如透鏡會變形。在這些情況下，焦點會偏移而使得測量精度下降。從而，產出率會降低。此外，由于在這種方法中顯微鏡不可能再次使用，成本變得更高。

發(fā)明內容
于是，本發(fā)明的總的目的是提供一種新穎且有用的垂直腔表面發(fā)射激光器元件， 垂直腔表面發(fā)射激光器陣列，光學掃描裝置和成像設備，該激光器元件以低成本具有基本上均勻的激光發(fā)射屬性。本發(fā)明的其他和更具體的目的是提供一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，其具有氧化區(qū)域，該氧化區(qū)域在制造氧化電流阻擋層的過程中，以低成本具有均勻的特性。根據本發(fā)明的實施方式的一個方面，提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，其包括襯底、層疊體，該層疊體是通過將半導體有源層夾在上反射鏡和下反射鏡之間而形成的，并且該層疊體位于襯底的表面上、連接到襯底中的與所述表面相對的表面上的下電極、 以及連接到上反射鏡的上表面的上電極，其中，所述上反射鏡和下反射鏡分別通過交替層疊具有不同折射率的半導體膜而形成，并且在電流施加在上電極和下電極之間時，垂直腔表面發(fā)射激光器元件沿著垂直于襯底的表面的方向發(fā)射激光，所述垂直腔表面發(fā)射激光器元件還包括在上反射鏡中的選擇性氧化層，其具有由氧化區(qū)域和未氧化區(qū)域構成的電流阻擋結構，并且包括可探測部分，該可探測部分形成在由包括選擇性氧化層和有源層的上反射鏡成形的臺地結構的側表面上，由此能夠探測在層疊體的深度方向上選擇性氧化層距層疊體的頂部的位置。根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，由此可探測部分是通過改變臺地結構的側表面的錐角而成形的臺階。根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，由此可探測部分形成在距層疊體的頂部與選擇性氧化層的深度位置相對應的深度位置。根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，由此，臺地結構的側表面被成形為在臺地結構的下部的錐角大于在臺地結構的上部的錐角，并且可探測部分的深度位置與選擇性氧化層的深度位置相同或者比選擇性氧化層的深度位置高，在所述可探測部分，錐角在臺地結構的上部和下部之間變化。根據本發(fā)明的實施方式的另一方面，提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，由此，絕緣膜形成在臺地結構的側表面上。根據本發(fā)明的實施方式的另一方面，提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，由此，上電極形成在絕緣膜上，并且上電極的厚度比臺地結構的下部的高度厚。根據本發(fā)明的實施方式的另一方面，提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，由此有源層具有多重量子阱結構。根據本發(fā)明的實施方式的另一方面，提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，由此，臺地結構用等離子體蝕刻形成，并且在形成臺地結構的下部時施加的壓力和形成臺地結構的上部時施加的壓力不同。
根據本發(fā)明的實施方式的另一方面，提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器陣列，其包括多個垂直腔表面發(fā)射激光器元件。根據本發(fā)明的實施方式的另一方面，提供了一種光學掃描裝置，其利用光束掃描物體的表面，包括光源單元，該光源單元包括垂直腔表面發(fā)射激光器陣列；偏轉單元，該偏轉單元被構造成偏轉來自光源單元的光束；以及掃描光學系統(tǒng)，該掃描光學系統(tǒng)被構造成將被偏轉的光束會聚到物體的表面上。根據本發(fā)明的實施方式的另一方面，提供另一種光學掃描裝置，其利用多個光束掃描物體的表面，包括光源單元，該光源單元包括垂直腔表面發(fā)射激光器陣列；偏轉單元，該偏轉單元被構造成偏轉來自光源單元的多個光束；以及掃描光學系統(tǒng)，該掃描光學系統(tǒng)被構造成將被偏轉的光束會聚到物體的表面上。根據本發(fā)明的實施方式的另一方面，提供了一種成像設備，其包括一個或多個圖像保持單元；一個或多個光學掃描裝置，該光學掃描裝置被構造成用對應于圖像的光束掃描所述一個或多個圖像保持單元；以及轉印單元，該轉印單元被構造成將形成在圖像保持單元上的圖像轉印到被轉印物體上。根據本發(fā)明的實施方式的另一方面，提供了一種成像設備，其包括一個或多個圖像保持單元；一個或多個光學掃描裝置，該光學掃描裝置被構造成用對應于圖像的多個光束掃描所述一個或多個圖像保持單元；以及轉印單元，該轉印單元被構造成將形成在圖像保持單元上的圖像轉印到被轉印物體上。本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點將從下面結合附圖閱讀詳細描述中變得更清楚。


圖1示出根據實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的結構；圖2示出根據實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的制造過程的第一步驟；圖3示出根據實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的制造過程的第二步驟；圖4示出根據實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的制造過程的第三步驟；圖5示出根據實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的制造過程的第四步驟；圖6示出根據實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的制造過程的第五步驟；圖7示出感耦等離子體(ICP)的等離子體蝕刻裝置的結構；圖8示出氧化裝置的結構；圖9A和9B是通過掃描電子顯微鏡(SEM)取得的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的橫截面圖的照片；圖10示出根據實施方式2的激光打印機的結構；圖11示出光學掃描裝置的結構；以及圖12是利用激光器陣列解釋分辨率的視圖。
具體實施例方式下面參照圖1至12描述本發(fā)明的實施方式。下面附圖標記通常標識如下11 :n_GaAs 傾斜襯底
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12下部分布布拉格反射器(DBR)層
13下間隔層
14有源層
15上間隔層
16選擇性氧化層
17上部分布布拉格反射器(DBR)層
18絕緣膜
19正電極
20負電極
30諧振器
31氧化區(qū)域
32未氧化區(qū)域
41臺地結構下部
42臺地結構上部
43臺階部分(可探測部分)N:臺地結構下部的高度T :p側電極的厚度實施方式1描述根據實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件。<垂直腔表面發(fā)射激光器元件(VCSEL)的結構>圖1示出根據本發(fā)明實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的結構。實施方式 1的780nm垂直腔表面發(fā)射激光器元件是通過在n-GaAs傾斜襯底11上外延生長下半導體 DBR層12、下間隔層15、有源層14、上間隔層15、選擇性氧化層16和上半導體DBR層17而形成。下間隔層13、有源層14、上間隔層15、選擇性氧化層16、上半導體DBR層17和一部分下半導體DBR層12形成為具有臺地結構。包括臺地結構的側面的臺地結構上部42形成為相對于襯底平面具有中等角度，并且臺地結構下部41的角度比臺地機構上部42的角度更陡。在此，中等錐角是相對于n-GaAs傾斜襯底11的表面平面73度到78度，更大的錐角是85度到90度，基本上垂直于襯底平面。在臺地結構上部42和臺地結構下部43之間錐角變化的位置處，形成臺階部分43。如下面描述的，選擇性氧化層16在形成上半導體DBR 層17的時候形成。氧化硅或者氮化硅制成的層間絕緣膜18被形成以覆蓋臺地結構的側表面和下間隔層13的表面。正電極19形成在上半導體DBR層17上和層間絕緣膜18上。負電極20 形成在n-GaAs傾斜襯底11的背面上。n-GaAs傾斜襯底11是n-GaAs單晶襯底，其鏡面拋光表面的法線從[1 00]方向朝 [111]方向傾斜15度。下半導體DBR層12是通過交替層疊Ii-Ala93Giiaci7As形成的低折射率層和 n-Al0.3Ga0.7As形成的高折射率層而形成的。低折射率層和高折射率層對的數(shù)量是四十二點五(42. 5)對。
下間隔層13是由A1。.33Gei。.67AS制成。有源層14具有三重量子阱結構，由GaInASP/AlQ.33G￡ia67AS制成。上間隔層15由Al0.33Ga0.67As制成。諧振器30由下間隔層13、有源層14和上間隔層15形成。上半導體DBR層17是通過交替層疊由P-Ala93Giiaci7As制成的低折射率層和由 P-Ala33G^l67As制成的高折射率層而形成的。低折射率層和高折射率層對的數(shù)量是三十二 (32)對。選擇性氧化層16是從上間隔層15算起上半導體DBR層17中的第二對中的低折射率層。選擇性氧化層16由P-AlAs制成并且具有20nm的厚度。選擇性氧化層16包括氧化區(qū)域31和未氧化區(qū)域32，如下面所描述的。在垂直腔表面發(fā)射激光器元件中，電流穿過未氧化區(qū)域32，在此電流被阻擋。因此，包括未氧化區(qū)域32的選擇性氧化層16也稱作為電流阻擋層。此外，臺地錐角變化所處的臺階部分43形成在沿著深度方向從上半導體DBR層17 的頂部起與選擇性氧化層16所形成的位置相類似的位置處。臺階部分43作用為可探測部分，用于探測在深度方向上選擇性氧化層16距上半導體DBR層17的頂部的位置。如后面所描述的，通過用顯微鏡等探測臺階部分43，可以測量臺地結構的外徑。臺地結構下部41 的錐角(襯底表面和臺地結構的側表面之間的角度)是85度到90度，并且臺地結構上部 42的錐角是73度到78度。如所述，臺階部分43作用為可探測部分，用于使得探測在深度方向上選擇性氧化層16距上半導體DBR層17的頂部的位置成為可能。當臺地結構下部41具有85度到90 度的陡峭角度時，如在本實施例中的，即使臺階部分43定位高于選擇性氧化層16所形成的位置，沿著深度方向臺階部分43和選擇性氧化層16之間的位置偏差可以被忽略；所導致的測量臺地結構的側表面的外徑的精度幾乎不降低。因此，沿著深度方向，臺階部分43可以在類似于或者稍高于選擇性氧化層16的位置處。參照圖1所示的臺地結構，正電極19的厚度T大于臺地結構下部41的高度N。因此，可以防止正電極19在臺地結構下部41的下端處附近斷開，在該處臺地結構的錐角是陡峭的。<制造垂直腔表面發(fā)射激光器元件的方法>接著描述制造根據實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的方法。首先，如圖2所示，下半導體DBR層12、下間隔層13、有源層14、上間隔層15、選擇性氧化層16和上半導體DBR層17在作為半導體襯底的n-GaAs傾斜襯底11上外延生長。 利用分子束外延附生(MBE)方法或者分子束外延生長方法，通過生長晶體而形成薄膜。如圖3所示，方形、邊長20 μ m的抗蝕劑圖案50形成在上半導體DBR層17的表面上?？刮g劑圖案50是為了形成臺地而設置。在用光抗蝕劑涂敷上半導體DBR層17的表面之后，上半導體DBR層17被曝光并顯影。在實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件中， 其上形成有各種層的n-GaAs傾斜襯底11稱作半導體元件113(見圖7)。如圖4所示，在側視圖中呈梯形的臺地結構通過利用抗蝕劑圖案作為掩膜由感耦等離子體(ICP)蝕刻裝置來形成。圖7是用于形成臺地結構的ICP蝕刻裝置的示意圖。在將其上形成有如圖3所示的抗蝕劑圖案50的半導體元件113插入到負載閉鎖腔室101并且用干燥泵121排氣十(10)分鐘之后，閘門閥102打開并且半導體元件113被帶到反應腔室103。環(huán)形的硅104容納在反應腔室103中，使得硅104的反應產品有助于蝕刻GaAs系統(tǒng)材料。在將半導體元件113保持在反應腔室103中十(10)分鐘之后，Cl2氣體被從氯氣 (Cl2)氣缸105以2個標準CC/min(SCCm)引入到反應腔室中；SiCl4氣體從四氯化硅(CCl4) 氣缸106以Isccm引入；并且Ar氣體從氬(Ar)氣缸107以3sCCm引入。質量流控制器108、 109和110分別連接到氣缸105、106和107上，以便控制來自氣缸的氣體流量。此外，反應腔室103被增壓分子泵122和干燥泵123排氣。流量調節(jié)閥111連接到反應腔室103和增壓分子泵122之間。壓力表122被設置以測量反應腔室103內的壓力。流量調節(jié)閥111的開度基于壓力表112測量的壓力來調節(jié)，以便在反應腔室103內保持預定壓力。當反應腔室103的內部壓力恒定位于0. 1到0. 3Pa范圍內的值時，ICP等離子體蝕刻裝置制造具有73度到78度的穩(wěn)定錐角的臺地結構的垂直腔表面發(fā)射激光器元件。當反應腔室103的內部壓力是在0. 3到0. 5Pa的范圍內的值時，ICP等離子體蝕刻裝置制造具有寬發(fā)散的錐角73度到90度的垂直腔表面發(fā)射激光器元件。當反應腔室103的內部壓力是在0. 6到1. OPa范圍內的值時，ICP等離子體蝕刻裝置制造具有在85度到90度范圍內的穩(wěn)定錐角的垂直腔表面發(fā)射激光器元件。因此，臺地結構的上部直到距臺地結構的底部500nm在0. 3Pa的壓力下蝕刻，以使得臺地結構的錐角中等。具體地說，在從引入Cl2氣體、SiCl4氣體和Ar氣體起經過30秒后，400W的電功率被施加到感應線1圈114上。由此臺地結構上部42，其在臺地結構的底部之上高500nm，被形成為具有73度到78度的錐角。此后，施加到感應線圈114上的電功率被切斷，并且流量調節(jié)閥111的開度被控制以保持反應腔室103的內部壓力為l.OPa。接著，1.0 的內部壓力被保持三十(30)秒，并且400W的電功率被施加到感應線圈114上，以蝕刻半導體元件113。此后，半導體元件113 被蝕刻500nm，并且施加到感應線圈114上的電功率被切斷。在蝕刻之后，下間隔層13的表面露出。以這種方式，定位在臺地結構的底部之上500nm的臺地結構下部41被形成為具有 85度到90度的錐角。如上所述，形成了由具有中等錐角的臺地結構上部42和具有陡峭錐角的臺地結構下部41構成的臺地結構。臺階部分43形成在臺地結構下部41和臺地結構上部42之間的接觸部分處、在臺地結構的上DBR層17的側表面上。此外，在從上半導體DBR層17的頂部起的深度方向上，臺階部分的位置類似于或者高于選擇性氧化層16的位置。蝕刻條件可以隨著反射率測量裝置115的反射率的變化而測量，該反射率測量裝置115通過藍寶石窗口(未示出)設置在反應腔室103的上部上。通過確認在反射率監(jiān)視器116上的條件，可以知道目前哪個層在被蝕刻。因此，錐角可以通過控制引入氣體的條件加以變化，如上所述。接著，如圖5所示，去除抗蝕劑圖案50。然后，氧化區(qū)域31形成在選擇性氧化層 16中。具體地說，在去除抗蝕劑圖案50之后，臺地結構的圖案被金相顯微鏡從半導體元件 113的上部以一百(100)倍放大率取得，并且臺地結構的側表面的直徑由圖像編輯軟件等來測量。氧化電流阻擋處理的處理時間T通過將被氧化的電流阻擋層的外徑值M、預定未氧化區(qū)域的半徑OA和氧化率V帶入如下的方程(1)中獲得的，該外徑值是通過測量臺地結構的側表面部分的外徑得到的方程1 T= (M-OA)/2 X V氧化電流阻擋處理是基于方程1獲得的處理時間來進行的。具體地說，選擇性氧化層16是通過用氧化裝置氧化來形成。圖8示出氧化裝置的結構。氧化裝置包括水分供給單元210、不銹鋼反應容器220、 吸入管230、排出管M0、水收集器250、溫度控制器(未示出)等。水分供給單元210包括質量流控制器211、蒸發(fā)器212、液體質量流控制器213和水供給單元214，其中，水蒸汽被供給到不銹鋼反應容器220。不銹鋼反應容器220包括其上安裝要被氧化的半導體元件113的托盤221、具有盤形并且集成有陶瓷加熱器224以用于通過托盤221加熱半導體元件113的加熱臺222、用于測量半導體元件113的溫度的熱偶225和支撐以轉動加熱臺222的旋轉基底223。溫度控制器(未示出)控制施加到陶瓷加熱器2M上的電流或電壓，同時監(jiān)控來自熱偶225的輸出信號，以恒定保持半導體元件113的預設溫度(保持溫度)預定時間周期(保持時間周期)。在圖8所示的氧化裝置中，當?shù)獨鈿?引入到水供給單元214中時，水(H2O)的流量被液體質量流控制器213控制，并且水供給到蒸發(fā)器212。被供給的水被蒸發(fā)器212變化成水蒸汽。隨著隊載體氣體被引入到蒸發(fā)器212，N2載體氣體的流量被質量流控制器211 控制，并且隊載體氣體夾帶水蒸汽。隊載體氣體和水蒸汽通過吸入管230被供給到不銹鋼反應容器220內部。供給到不銹鋼反應容器220的內部的包含水蒸汽的隊載體氣體到達半導體元件 113并圍繞半導體元件113。以這種方式，半導體元件113暴露于水蒸汽環(huán)境，以從半導體元件113的對應于選擇性氧化層116的部分的周邊開始逐漸增強氧化。從而，氧化區(qū)域31 形成在選擇性氧化層16中。此后，N2載體氣體從排出管240和水收集器250排出。氧化是在被供給的水的流量是80克每小時(g/hr) ,N2載體氣體的流量是20標準升每分鐘(SLM)，例如在Iatm和0°C，保持溫度是410°C、且時間周期T是11. 3分鐘的條件下進行，該時間周期T是從方程1獲得的。從而，形成選擇性氧化層16，其包括作為3. 5平 Sum的電流阻擋區(qū)域的未氧化區(qū)域32和圍繞未氧化區(qū)域32的氧化區(qū)域31。參照圖6，在形成層間絕緣膜18之后，形成正電極19和負電極20。具體地說，氧化硅或者氮化硅制成的層間絕緣膜18形成在預定區(qū)域。然后，形成150nm厚的氮化硅(SiN)膜。在側視圖中具有梯形形狀的臺地結構的頂部上，在SiN膜上形成用于18平方μ m開口的抗蝕劑圖案。在未形成抗蝕劑圖案的區(qū)域中，SiN膜通過緩沖氫氟酸被蝕刻，從而在臺地結構的頂部上形成18平方微米的開口。接著，形成用于形成正電極19的抗蝕劑圖案，并且Cr、Auai和Au的金屬膜以這個順序利用真空沉積方法層疊，以具有750nm的總厚度。然后，層疊的金屬膜經歷提脫(lift off)，由此形成正電極19。然后，在拋光作為半導體襯底的n-GaAs傾斜襯底11的背面之后，AuGe, Ni和Au 的金屬膜以這個順序用真空沉積方法沉積在拋光的背面上。從而，形成負電極20。此后，半導體元件在400°C下經歷熱處理四(4)分鐘。
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圖9A和9B是通過掃描電子顯微鏡(SEM)取得的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的橫截面圖的照片。圖9A是根據本實施方式的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的臺地結構的橫截面的照片，圖9B是根據現(xiàn)有技術的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的臺地結構的橫截面照片。參照圖9A，在實施方式1中，箭頭Bl表示測量的位置(臺地頂部)，箭頭Al表示在本發(fā)明的實施方式1中的測量位置，箭頭A2表示阻擋氧化層。參照圖9B，在現(xiàn)有技術中， 箭頭Bl表示測量位置(臺地頂部)，而箭頭B2表示阻擋氧化層。在臺地結構的側表面上，形成層間絕緣膜。此外，正電極19形成在層間絕緣膜上。 在臺地結構上部和臺地結構下部，當臺地結構的錐角大時，易于出現(xiàn)中斷。在這種情況下， 產出率會下降。因此，通常臺地結構形成為具有中等錐角，如圖9B所示。但是，當臺地結構形成為具有中等錐角時，難于精確知道形成作為電流阻擋層的選擇性氧化層的位置的寬度值。換句話說，其中形成功能為電流阻擋層的選擇性氧化層的部分的寬度值可以僅從上面觀察。為了從側面觀察，需要在制造過程中破壞半導體元件 113。當從上面觀察具有如圖9B所示的中等錐角的臺地結構時，在確定其中形成功能為電流阻擋層的選擇性氧化層的部分的寬度值中的誤差會增加。這是由于形成在箭頭B2所示位置處的選擇性氧化層的寬度值的誤差變大，這是因為臺地結構可以從圖9B的箭頭Bl觀察。因此，在選擇性氧化層內的未氧化區(qū)域的尺寸大大地擴散，由此導致產出率下降。但是，當臺地結構在選擇性氧化層16形成在側表面上的部分處具有陡峭錐角，如圖9A所示時，臺階部分能夠形成在具有中等錐角的臺地結構上部和具有陡峭錐角的臺地結構下部之間。然后，可以更精確地從上面觀察其中形成作用為電流阻擋層的選擇性氧化層的部分的寬度。因此，臺地結構可以不僅從箭頭Bl觀察，而且從箭頭Al觀察，由此精確探測形成在箭頭A2所示位置的選擇性氧化層16的寬度。結果，可以確定在從上半導體DBR 層17的頂部的深度方向上其中形成選擇性氧化層16的部分在上半導體DBR層17中的位置，由此能夠測量臺地結構的側表面的外徑。因此，可以確定選擇性氧化層16的氧化電流阻擋層的外徑值M。根據實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件，在選擇性氧化層16中的未氧化區(qū)域可以被均勻地制造，由此防止產出率下降，并且可以避免正電極19的中斷等，由此防止產出率下降。根據實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件，由于在選擇性氧化層16中的形成電流阻擋區(qū)域的精度高，可以利用垂直腔表面發(fā)射激光器元件以高產出率制造垂直腔表面發(fā)射激光器陣列。實施方式2描述實施方式2的成像設備?！醇す獯蛴C〉圖10示出作為實施方式2的成像設備的激光打印機的結構。激光打印機包括光學掃描裝置300、光導體鼓301、充電器302、顯影輥303、調色劑卡盒304、清潔刮刀305、紙張供給托盤306、紙張供給輥307、成對的阻擋輥308、轉印充電器 311、中和單元314、定影輥309、彈出輥312、彈出紙張接收托盤310等。充電器302、顯影輥303、轉印充電器311、中和單元314和清潔刮刀305設置在光導體鼓301的附近。充電器302、顯影輥303、轉印充電器311、中和單元314、和清潔刮刀
11305沿著光導體鼓301的旋轉方向圍繞光導體鼓301布置。感光層形成在光導體鼓301的表面上。在此，如圖10所示，光導體鼓301沿著順時針方向(箭頭方向)旋轉。充電器302均勻充電光導體鼓301的表面。光學掃描裝置300將基于從上級設備如個人計算機接收到的圖像信息調制的光線發(fā)射到光導體鼓301的表面上，該光導體鼓301的表面被充電器302充電。因此，對應于圖像信息的潛像形成在光導體鼓301的表面上。在此形成的潛像隨著光導體鼓301的旋轉而在朝向顯影輥303的方向上移動。下面詳細描述光學掃描裝置300的結構。調色劑卡盒包含調色劑。調色劑被供給到顯影輥303上。顯影輥303使得從調色劑卡盒304供給的調色劑附著到光導體鼓301表面上形成的潛像上，由此使得圖像信息可見。附著有調色劑的潛像隨著光導體鼓301的轉動而沿著顯影輥303的方向移動。紙張供給托盤306包含記錄紙張313。紙張供給輥307設置在紙張供給托盤306 的附近。紙張供給輥307 —張接一張地將記錄紙張從紙張供給托盤306中取出，并將它們送到成對的阻擋輥308。成對的阻擋輥308設置在轉印輥311的附近，以暫時保持由紙張供給輥307拾取的記錄紙張313，并且同時與光導體鼓301的旋轉一起，將記錄紙張一張接一張送到光導體鼓301和轉印充電器311之間的間隙。轉印充電器311被施加極性與調色劑相反的電壓，以便將光導體鼓301的表面上的調色劑靜電吸引到記錄紙張313上。在光導體鼓301的表面上的潛像被施加的電壓轉印到記錄紙張上。被轉印的記錄紙張313被傳送到定影輥309。定影輥309向記錄紙張施加熱量和壓力，由此將調色劑固定到記錄紙張313上。 定影的記錄紙張313被送到彈出紙張接收托盤310，并且依次堆疊在彈出紙張接收托盤310 中。中和單元314除去光導體鼓301表面上的電荷。清潔刮刀305去除在光導體鼓301的表面上剩余的調色劑(殘留調色劑)。被去除的殘留調色劑可以再次使用。從上面去除了殘留調色劑的光導體鼓301的表面返回到充電器302的位置處?！垂鈱W掃描裝置〉參照圖11，描述光學掃描裝置300的結構和功能。光學掃描裝置300包括光源單元410，其具有實施方式1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件制成的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列LA ；耦合透鏡411 ；孔徑412 ；圓柱透鏡413 ；多角 H 414 ；f θ透鏡415 ；曲面透鏡(toroidal lens) 416 ；兩個反射鏡417和418 ；以及用于總體控制上述元件的主控制單元(未示出)。耦合透鏡411將光源單元發(fā)出的光束成形為基本上平行光束?？讖?12確定由耦合透鏡411中繼的光束的束直徑。圓柱透鏡413將穿過孔徑412的光束匯聚并且由反射鏡417反射到多角鏡414的一個反射側面。多角鏡414由正六邊形柱件制成，具有低高度，并在其側面上具有六個偏轉表面。 多角鏡414被旋轉機構(未示出)以預定的角度速在圖11所示的箭頭方向上旋轉。因此，從光源單元410發(fā)出并被圓柱透鏡413匯聚到多角鏡414的偏轉表面上的光束由于多角鏡 414的旋轉而以恒定的角度速被偏轉。f θ透鏡建立起圖像，該圖像的高度與從多角鏡414的光束的入射角成比例，并且使得被多角鏡414以恒定角速度偏轉的圖像表面相對于主掃描方向以恒定速度移動。來自f θ透鏡415的光束透射過曲面透鏡416，被反射鏡418反射，并且在光導體鼓301的表面上形成圖像。參照圖12，具有四十個00)垂直腔表面發(fā)射激光器元件通道的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列LA設置在光源單元410中，作為示例。從垂直腔表面發(fā)射激光器元件的中心到平行于副掃描方向的線的垂直線以均勻間隔d2排列。通過調節(jié)垂直腔表面發(fā)射激光器元件的發(fā)光時刻，可以獲得類似于如下情況的功能，即垂直腔表面發(fā)射激光器元件以均勻間隔d2沿平行于副掃描方向的線實際設置在光導體鼓301上。例如，當針對360度一圈、十個(10)垂直腔表面發(fā)射激光器元件的間距dl是沈.5 μ m時，間隔變成2. 65 μ m。假設上述光學系統(tǒng)的光學放大率是二倍，可以在光導體鼓301上沿副掃描方向以 5. 3 μ m的間隔形成寫入點。5. 3 μ m間隔對應于每英寸4800點(dpi)。換句話說，可以實現(xiàn) 4800dpi的高密度寫入。通過增加在主掃描方向上針對360度一圈的垂直腔表面發(fā)射激光器元件的數(shù)量；通過將間距dl減小到間隔d2來改變陣列結構；或者減小上述光學系統(tǒng)的光學放大率，可以實現(xiàn)更高密度和更高質量的打印(寫入)。然后，在主掃描方向上的打印 (寫入)間隙可以通過改變垂直腔表面發(fā)射激光器元件(光源)的發(fā)光時刻來予以輕易控制。當這種光源單元410被采用時，即使激光打印機的點密度很高，也可以在不降低打印速度的情況下進行打印。此外，在保持點密度不變的情況下，可以使得打印速度進一步
尚ο由于垂直腔表面發(fā)射激光器陣列LA具有臺階部分43，在此存在臺地結構上部42 和臺地結構下部41之間的接觸，具有相互不同的它們側表面的錐角，在制造過程中，通過在比包括于臺地結構下部41內的臺階部分43低的部分處測量臺地結構的寬度，可以獲得氧化阻擋層的外徑。因此，估算氧化阻擋層的外徑的精度非常高，并因此氧化阻擋區(qū)域的偏差非常小。因此，可以增加垂直腔表面發(fā)射激光器陣列中垂直腔表面發(fā)射激光器元件的數(shù)量。于是，可以在低成本和大產出率下獲得形成精細繪畫圖像的激光打印機。如上所述，由于實施方式2的光學掃描裝置300的光源單元410包括由實施方式 1的垂直腔表面發(fā)射激光器元件制成的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列LA，可以在大產出率和低成本下獲得能夠高度精細掃描光導體鼓301表面的光學掃描裝置。此外，由于實施方式2的激光打印機包括光學掃描裝置300，該光學掃描裝置300 包括垂直腔表面發(fā)射激光器陣列LA，可以在低成本和高產出率下獲得形成精細繪制圖像的激光打印機。通過使用可以掃描彩色圖像的光學掃描裝置，可以在低成本和高產出率下獲得高度精細地形成彩色圖像的成像設備。在此，成像設備可以是用于彩色成像的串列彩色機器，包括多個光導體鼓，如用于黑色(K)的光導體鼓、用于青色(C)的光導體鼓、用于品紅色(M)的光導體鼓以及用于黃色 (Y)的光導體鼓。
本發(fā)明不局限于這些實施方式，而是在不背離本發(fā)明的范圍的前提下可以作出變動和改進。本發(fā)明基于在日本專利局2009年3月18日提交的日本優(yōu)先權專利申請第 2009-065667號、2009年9月18日提交的日本優(yōu)先權專利申請第2009-217914號，這些申請的全部內容通過引用結合于此。
權利要求
1.一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，包括襯底；層疊體，該層疊體是通過用上反射鏡和下反射鏡夾置半導體有源層而形成并且定位于襯底的表面上；連接到襯底中的與所述表面相對的另一表面上的下電極；以及連接到上反射鏡的上表面的上電極，其中，所述上反射鏡和下反射鏡分別通過交替層疊具有不同折射率的半導體膜而形成，并且在電流施加在上電極和下電極之間時，垂直腔表面發(fā)射激光器元件沿著垂直于襯底的表面的方向發(fā)射激光，所述垂直腔表面發(fā)射激光器元件還包括在上反射鏡中的選擇性氧化層，其具有未氧化區(qū)域和氧化區(qū)域制成的電流阻擋結構，以及可探測部分，該可探測部分形成在由包括選擇性氧化層和有源層的上反射鏡成形的臺地結構的側表面上，由此能夠探測在層疊體的深度方向上選擇性氧化層距層疊體的頂部的位置。
2.如權利要求1所述的垂直腔表面發(fā)射激光器元件，其中，所述可探測部分是通過改變臺地結構的側表面的錐角而成形的臺階。
3.如權利要求2所述的垂直腔表面發(fā)射激光器元件，其中，所述可探測部分形成在距層疊體的頂部與選擇性氧化層的深度位置相對應的深度位置處。
4.如權利要求2或3所述的垂直腔表面發(fā)射激光器元件，其中，所述臺地結構的側表面被成形為在臺地結構的下部的錐角大于在臺地結構的上部的錐角，并且可探測部分的深度位置與選擇性氧化層的深度位置相同或者高于選擇性氧化層的深度位置，在所述可探測部分處，錐角在臺地結構的上部和下部之間變化。
5.如權利要求1至4中任一項所述的垂直腔表面發(fā)射激光器元件，其中，絕緣膜形成在臺地結構的側表面上。
6.如權利要求5所述的垂直腔表面發(fā)射激光器元件，其中，上電極形成在所述絕緣膜上，并且上電極的厚度大于臺地結構的下部的高度。
7.如權利要求1至6中任一項所述的垂直腔表面發(fā)射激光器元件，其中，有源層具有多重量子阱結構。
8.如權利要求1至7中任一項所述的垂直腔表面發(fā)射激光器元件，其中，臺地結構用等離子體蝕刻形成，并且在形成臺地結構的下部時施加的壓力和形成臺地結構的上部時施加的壓力不同。
9.一種垂直腔表面發(fā)射激光器陣列，包括多個如權利要求1至8中任一項所述的垂直腔表面發(fā)射激光器元件。
10.一種光學掃描裝置，其利用光束掃描物體的表面，包括光源單元，該光源單元包括如權利要求9所述的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列；偏轉單元，該偏轉單元被構造成偏轉來自光源單元的光束；以及掃描光學系統(tǒng)，該掃描光學系統(tǒng)被構造成將被偏轉的光束會聚到物體的表面上。
11.一種光學掃描裝置，其利用多個光束掃描物體的表面，包括光源單元，該光源單元包括如權利要求9所述的垂直腔表面發(fā)射激光器陣列； 偏轉單元，該偏轉單元被構造成偏轉來自光源單元的多個光束；以及掃描光學系統(tǒng)，該掃描光學系統(tǒng)被構造成將被偏轉的光束會聚到物體的表面上。
12.—種成像設備，包括 一個或多個圖像保持單元；一個或多個如權利要求10所述的光學掃描裝置，該光學掃描裝置被構造成用對應于圖像的光束掃描所述一個或多個圖像保持單元；以及轉印單元，該轉印單元被構造成將形成在圖像保持單元上的圖像轉印到被轉印物體上。
13.一種成像設備，包括 一個或多個圖像保持單元；一個或多個如權利要求11所述的光學掃描裝置，該光學掃描裝置被構造成用對應于圖像的多個光束掃描所述一個或多個圖像保持單元；以及轉印單元，該轉印單元被構造成將形成在圖像保持單元上的圖像轉印到被轉印物體
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直腔表面發(fā)射激光器元件，包括襯底；層疊體，該層疊體是通過用上反射鏡和下反射鏡夾置半導體有源層而形成并且定位于襯底的表面上；連接到襯底中的與所述表面相對的另一表面上的下電極；以及連接到上反射鏡的上表面的上電極，其中，所述上反射鏡和下反射鏡分別通過交替層疊具有不同折射率的半導體膜而形成，并且在電流施加在上電極和下電極之間時，垂直腔表面發(fā)射激光器元件沿著垂直于襯底的表面的方向發(fā)射激光，所述垂直腔表面發(fā)射激光器元件還包括在上反射鏡中的選擇性氧化層，其具有由氧化區(qū)域和未氧化區(qū)域構成的電流阻擋結構，以及可探測部分，該可探測部分形成在由包括選擇性氧化層和有源層的上反射鏡成形的臺地結構的側表面上，由此能夠探測在層疊體的深度方向上選擇性氧化層距層疊體的頂部的位置。
文檔編號B41J2/44GK102356525SQ2009801580
公開日2012年2月15日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權日2009年3月18日
發(fā)明者花岡克成 申請人:株式會社理光