[发明专利]表面发射激光器阵列、光学扫描装置及图像形成装置

说明书

本申请是申请号为200780001407.4、国际申请号为PCT/JP2007/066508、申请日为2007年8月20日和发明名称为“表面发射激光器阵列、光学扫描装置及图像形成装置”的发明专利申请的分案申请。

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匀性，以及结晶生长层厚度分布的均匀性。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AlGaAs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匀的台蚀刻更为困难。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Δd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Al_0.9Ga_0.1As)。参考Technical Report CS-3-4(2004)from the Institute of Electronics，Informationand Communication Engineers，Electronics Society Convention以及IEEEPHOTONICS 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GaInP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。