[发明专利]表面发射激光元件、阵列、光学扫描设备和成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面发射激光元件、一种表面发射激光阵列、一种光学扫描 设备以及一种成像装置。

背景技术

垂直腔式表面发射激光(以下也称“VCSEL”)元件是向与其基底垂直的方向 发射光，与向平行于其基底方向发射光的边缘发射式半导体激光元件相比，垂直 腔式表面发射激光元件价格更低，电能损耗更小，结构更紧凑，适合于二维设 备，性能好，因而近期受到关注。

对于VCSEL应用领域，涉及的有光源：用于打印机中的光写入系统的光源 (振荡波长：780nm波段)，用于光盘设备的光写入系统的光源(振荡波长： 780nm波段和850nm波段)，用于光学传输系统的光源(振荡波长：1.3微米波段 和1.5微米波段)，例如LAN(局域网)使用的光纤，等等。此外，这种光源也 被期望用于电路板与电路板之间、同一块电路板内部、大规模集成电路(LSI) 的芯片之间、大规模集成电路芯片内部的光学传输。

VCSEL的这些应用领域中，可能通常要求从VCSEL发射的光(以下也称 “输出光”)具有以下特点：(1)一个单独的波长，(2)恒定的偏振模式，(3)圆 形截面的输出光。

例如，反射镜或透镜用于聚集光写入系统中的输出光，并且有必要进行准确 且复杂的光学路径控制。在此情况之下，由于反射镜的反射特性随着入射光的偏 振方向变化，并且透镜的折射角特性随着波长变化，所以，输出光最好具有单一 的波长和恒定的偏振模式，从而抑制光强度变化以及写入表面上的光斑变模糊。 此外，也希望照射到写入表面的光束的截面形状是圆形，以获得高清晰度的写入 质量。

可以通过一个FFP(远场图形)来评估光束的截面形状，其中，FFP很大程 度上取决于经氧化和狭窄结构中的电流通道区域的形状。例如，在一个基本模式 的操作中，电流通道区域的宽度越大，FFP越狭窄，电流通道区域的宽度越小， FFP越宽。因此，电流通道区域需要具有高度对称的形状，如方形和圆形，从而 形成圆形的FFP。

同时，在选择性地氧化要被选择性氧化的层中的氧化率随着结晶取向 (crystallographic orientation)变化。例如，被层叠在基底上的要选择性氧化的层的氧 化率具有四重对称性，其中基底的主平面是[1 0 0]平面(非倾斜的基底)。

因此，在VCSEL制造中建议使用非倾斜的基底调整台面的外轮廓，从而获 得较好对称性的电流通道区域，比如圆形(例如，参见日本专利公开NO.2007- 142375和日本专利NO.3762765)。

此外，可能需要特殊的设备，并尝试不同的方法用来控制偏振模式，因为 VCSEL的基础结构具有很高的对称性(例如，参见日本专利申请公开NO.09- 172218，日本专利号NO.3799667，以及日本专利申请公开NO.11-307882)。

而且，建议使用所谓的倾斜基底从而达到偏振模式(参见IGA和KAYAMA， “表面发射激光器的基理和应用”，KYORITSU SHUPPAN有限公司，以及 A.Mizutam、N.Hatori、N.Nishiyama、F.Koyama以及K.Iga，“基于GaAs(311)B基 底的低阈值偏振控制垂直腔式表面激光发射器”，IEEE Photonics Technology Letters，第10卷，第5期，1998年5月，第633-63页)。

然而，在VCSEL的制造过程中使用倾斜的基底可能破坏在选择性氧化要被 选择性氧化的层中的氧化率的四重对称性。因此，电流通道区域的形状可能为低 对称性的多边形，例如长方形和不规则的椭圆形，甚至对于这样的台面(台面结 构)，该台面平行于基底的截面形状具有高对称性，例如正方形，正多边形，以 及圆形。因此，当电流通道区域的形状是长方形或者椭圆时，用于写入的光源输 出光的FFP可能是椭圆形，并且光电导体表面的光斑形状可能也是椭圆。因此， 会存在缺点使得写入精度降低。

发明内容