[发明专利]表面发射激光器、其制造方法和图像形成装置

说明书

技术领域

本发明涉及表面发射激光器、表面发射激光器的制造方法和图像形成装置。

背景技术

垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是能够沿与基板表面垂直的方向发光的表面发射激光器，并具有可容易地形成二维阵列的特征。

可通过对从二维阵列发射的多个光束的并行处理实现高密度化和高速化，并且，可以期望诸如光学通信的各种工业应用。例如，当表面发射激光器阵列被用作电子照相打印机的曝光光源时，可在通过使用多个光束形成图像的步骤中实现高密度化和高速动作。

在这种电子照相应用中，必须在感光鼓上稳定地形成非常小的激光斑。因此，单一横向模式或单一纵向模式中的稳定的动作是需要的VCSEL的激光特性中的一种。

在诸如上面提到的VCSEL的表面发射激光器中，已开发了通过使用选择性氧化技术形成电流限制结构的方法，使得电流可被选择性注入实现高性能所需要的区域中。

在该方法，具有高的铝(Al)成分比的AlGaAs层(例如，Al_0.98Ga_0.02As)被设置在多层反射镜中，并且，该AlGaAs层在高温水蒸气气氛中被选择性氧化，以形成电流限制结构。由于被氧化区域从导电区域变为绝缘区域，因此，电流可被选择性注入活性层区域的希望的位置中。

为了在这种选择性氧化类型VCSEL中实现高的输出，必须增加用作电流限制结构的导电区域的孔口(aperture)的直径。但是，携带电流的载流子的分布集中于孔口的边缘部分上，该边缘部分为导电区域和绝缘区域之间的边界。因此，当增加孔口的直径时，在边缘部分中具有大的光强度分布的高次横向模式趋于振荡。

为了解决该问题，H.J.Unold et al.在“Large-Area Single-Mode Selectively Oxidized VCSELs：Approaches and Experimental”，Proceedings of SPIE Photon，West，Vol.3946，(2000)，pp.207～218(以下，称为“非专利文献1”)中公开了使用两个电流限制结构的方法。非专利文献1的图10(b)在这里被再现为图12。

在非专利文献1的使用两个电流限制结构的方法中，电流限制结构1230被布置在远离活性层的侧，该电流限制结构1230具有比接近活性层1210设置的另一电流限制结构1220的孔口直径小的孔口直径。通过该结构，载流子集中于较接近活性层1210地设置的电流限制结构1220中的孔口的中心部分上。设置为较接近活性层1210的电流限制结构1220主导共振光的模式。因此，当载流子被注入孔口的中心部分中时，可增加载流子和基本模式光之间的耦合效率。类似地，当使用两个电流限制结构时，与使用一个电流限制结构的情况相比，可以抑制高次模式中的振荡，并且，可以获得高输出的表面发射激光器。

为了实现单一横向模式，必须在载流子和基本模式光之间执行有效的耦合。出于这种目的，在非专利文献1公开的设置两个电流限制结构的技术中，设置在远离活性层1210的侧的电流限制结构1230的孔口直径必须比设置在接近活性层1210的侧的电流限制结构1220的孔口直径小。

例如，当被设置在接近活性层1210的侧的电流限制结构1220的孔口直径的范围为6μm～7μm时，被设置在远离活性层1210的侧的电流限制结构1230的孔口直径为电流限制结构1220的孔口直径的约一半，即，为约3μm～4μm的范围。

在非专利文献1描述的正常台面结构中，在具有小直径的氧化电流限制结构的制备中，必须沿横向在长距离上从台面的侧壁执行氧化。相反，具有大直径的氧化电流限制结构的制备需要沿横向从台面的侧壁的氧化，但是仅是在短距离上的氧化。

但是，根据经验的事实，随着氧化距离的增加，变得难以控制氧化过程并且氧化距离不与设计值匹配的可能性增加，从而导致产量的降低。另外，当氧化距离增加时，得到的氧化层趋于在退火处理中或在电流注入中从相邻的半导体层分离，从而导致得到的器件的可靠性的降低。

发明内容

本发明提供包括多个制备误差小并且可保证器件的可靠性的电流限制结构的表面发射激光器及其制造方法。