[發(fā)明專利]垂直腔表面發(fā)射激光器、裝置、光學(xué)掃描設(shè)備和成像設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910141334.X
• 申請日: 2009-06-02
• 公開（公告）號: CN101599616A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 原敬;上西盛圣
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社理光
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/02;H01S5/34;H01S5/06;H01S5/42;G02B26/12;B41J2/47;B41J2/455
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 王 冉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及表面發(fā)射激光器，更具體地，涉及垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)、VCSEL陣列裝置、結(jié)合有該VCSEL陣列裝置的光學(xué)掃描設(shè)備和結(jié)合有該光學(xué)掃描設(shè)備的成像設(shè)備。

背景技術(shù)

垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)是在垂直于激光器形成在其上的襯底的方向發(fā)光的半導(dǎo)體激光器。VCSEL比邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器成本更低且性能更好。由于該原因，VCSEL越來越多地用作用于光通信、光學(xué)互連、光學(xué)拾取器和成像設(shè)備例如激光打印機(jī)的光源。例如，IEEE?PHOTONICSTECHNOLOGY?LETTERS，1999，Vol.11，No.12，pp.1539-1541(“非專利文獻(xiàn)”)公開一種采用AlGaAs材料的VCSEL，其中激光器具有3mW或以上的單模輸出。

用于上述應(yīng)用的VCSEL要求具有這樣的特征，如高有源層增益、低閾值電流、高輸出、高可靠性和受控偏振方向。

典型地，VCSEL是通過在GaAs襯底上形成半導(dǎo)體薄膜層而形成。具體地，VCSEL包括形成在GaAs量子阱有源層的任一側(cè)上的AlGaAs覆層和由AlGaAs和AlAs薄膜的交替半導(dǎo)體層制成的反射鏡(分布布拉格(Bragg)反射器(DBR))。電流限制層形成在光發(fā)射側(cè)面上的覆層和反射鏡之間用于提高性能。

但是，在具有上面的結(jié)構(gòu)的VCSEL中，與邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器相比，偏振控制是困難的。在許多情形中，偏振控制取決于制造過程中的不可預(yù)知的變化。偏振甚至在相同的襯底上也會不同，從而使得其難以穩(wěn)定地獲得具有恒定偏振方向的VCSEL。因為VCSEL具有比邊緣發(fā)射激光器更短的腔長度和更大的開口用于光發(fā)射，所以難以獲得偏振穩(wěn)定性。

當(dāng)VCSEL用作光源用于通過成像設(shè)備例如激光打印機(jī)形成圖像時，在偏振方向的變化導(dǎo)致在用于光學(xué)掃描的多角鏡上不同的反射率。結(jié)果，光利用效率降低或者不能穩(wěn)定地寫入圖像。已經(jīng)進(jìn)行各種手段以穩(wěn)定VCSEL中的偏振方向，如下面所討論的。

IEEE?PHOTONICS?TECHNOLOGY?LETTERS，1998，Vol.10，No.12，pp.1676-1678(“非專利文獻(xiàn)2”)公開一種用于控制VCSEL中的偏振方向的方法，由此利用例如襯底的各向異性。具體地，該方法包括通過利用傾斜(311)B襯底控制偏振方向到(-233)方向。

日本專利申請公開說明書第2008-28424號(“專利文獻(xiàn)1”)公開一種通過提供各向異性給VCSEL中的臺面(mesa)結(jié)構(gòu)控制偏振的方法。日本專利第3791193號(“專利文獻(xiàn)2”)公開一種利用其中金屬絲引線被抽出的方向的偏振控制方法。日本專利申請公開說明書第2008-16824號(“專利文獻(xiàn)3”)公開一種偏振控制方法，其通過在VCSEL內(nèi)部局部地提供氧化區(qū)域使得應(yīng)力施加到有源層。

日本專利申請公開說明書第11-340570號(“專利文獻(xiàn)4”)和11-354888號(“專利文獻(xiàn)5”)公開一種多束半導(dǎo)體激光器，其中為了滿足對成像設(shè)備例如激光打印機(jī)中的更高速度的要求，在單個芯片上設(shè)置多個光源。

日本專利申請公開說明書第2002-217492號(“專利文獻(xiàn)6”)公開一種用于在襯底上形成有源層的方法，其中在有源層和襯底之間設(shè)置松弛層，該松弛層具有在有源層和襯底之間的中等晶格常數(shù)，以使得可以形成高質(zhì)量的有源層。

日本專利申請公開說明書第2003-347582號(“專利文獻(xiàn)7”)公開一種使用AlInP/GaInP在襯底上形成DBR以使得晶格常數(shù)逐漸改變以便形成高質(zhì)量的有源層的方法。

在根據(jù)非專利文獻(xiàn)2的方法中，襯底傾斜25°。隨著襯底傾斜增大，當(dāng)形成氧化限制層時，各向同性的氧化變得越來越困難，從而導(dǎo)致增大制造難度。再者，這樣的襯底是專門的襯底，非常昂貴，從而使得難以以低的成本制造VCSEL。

在專利文獻(xiàn)1的方法中，臺面結(jié)構(gòu)的各向異性反映在電流限制區(qū)域中。在這種情形下，電流注入均一性會失去，或者不能從制造的激光器獲得期望的光斑形狀。此外，在專利文獻(xiàn)1的方法中，臺面結(jié)構(gòu)各向異性還影響在VCSEL中形成電流限制區(qū)域的過程，使得均勻的電流注入是困難的。

在根據(jù)專利文獻(xiàn)2的方法中，當(dāng)VCSEL高密度地集成在單一芯片內(nèi)時，單個元件的間隔變得更窄，從而使得難以自由地形成金屬絲。如果單個元件之間的間隔由于布線的原因而增大，單個芯片的區(qū)域增大，從而導(dǎo)致制造成本增大。