表面发射激光器、阵列、光学扫描装置和成像设备.pdf

本发明公开了一种表面发射激光器包括衬底和堆叠在衬底上的多层半导体层。衬底的主平面的法线相对于其中一个晶体取向<1 0 0>朝向其中一个晶体取向<1 1 1>倾斜。所述半导体层包括：谐振器结构，其包括有源层；和半导体多层镜，其堆叠在谐振器结构上。半导体多层镜包括限制结构，其中电流通过区域由包括至少氧化物的氧化区域围绕，该氧化物通过氧化包含铝的选择性氧化层的一部分产生。由氧化所致的应变场存在于至少氧化区域附近的一部分中。在应变场中，在第一轴方向的应变量不同于在第二轴方向的应变量。

1.  一种表面发射激光器，包括：
衬底，其具有主平面，所述主平面的法线相对于其中一个晶体取向<100>朝向其中一个晶体取向<111>倾斜，其中所述表面发射激光器配置成在垂直于所述衬底的方向发光；以及
堆叠在所述衬底上的多层半导体层，所述半导体层包括
谐振器结构，该谐振器结构包括有源层，以及
半导体多层镜，该半导体多层镜堆叠在所述谐振器结构上并包括限制结构，其中电流通过区域由包括至少氧化物的氧化区域围绕，该氧化物通过氧化包含铝的选择性氧化层的一部分所产生，其中
由所述氧化所致的应变场至少在围绕所述电流通过区域的所述氧化区域附近的一部分中存在；以及
在所述应变场中，在平行于所述衬底的表面且垂直于所述其中一个晶体取向<100>和所述其中一个晶体取向<111>二者的第一轴方向上的应变量不同于在垂直于所述法线和所述第一轴方向二者的第二轴方向上的应变量。

2.  如权利要求1所述的表面发射激光器，其中，其中已经在所述第一轴方向进行氧化的氧化区域的一部分的厚度小于其中已经在所述第二轴方向进行氧化的氧化区域的一部分的厚度。

3.  如权利要求1所述的表面发射激光器，其中
所述半导体层通过在氧化之前进行蚀刻而成形为台面，以使得至少所述选择性氧化层在该台面的横向侧暴露；以及
在垂直于其中光发射的方向的平面中，在所述第二轴方向的氧化速率慢于在所述第一轴方向的氧化速率。

4.  如权利要求2所述的表面发射激光器，其中，其中已经向着所述第二轴方向的一端进行氧化的氧化区域的所述部分的第一部分的厚度大于其中已经向着所述第二轴方向的另一端进行氧化的氧化区域的所述部分的第二部分的厚度。

5.  如权利要求4所述的表面发射激光器，其中，当在所述第一轴方向的氧化速率为1时，向着所述第二轴方向的一端的氧化速率小于0.995。

6.  一种表面发射激光器阵列，包括多个如权利要求1-5中任一项所述的表面发射激光器。

7.  一种用于光学扫描目标表面的光学扫描装置，包括：
光源，该光源包括如权利要求1-5中任一项所述的表面发射激光器；
偏转器，该偏转器配置成偏转从所述光源发出的光；和
扫描光学系统，该扫描光学系统配置成将通过所述偏转器偏转的光聚焦在所述目标表面上。

8.  一种用于光学扫描目标表面的光学扫描装置，包括：
光源，该光源包括如权利要求6所述的表面发射激光器阵列；
偏转器，该偏转器配置成偏转从所述光源发出的光；和
扫描光学系统，该扫描光学系统配置成将通过所述偏转器偏转的光聚焦在所述目标表面上。

9.  一种成像设备，包括：
至少一个图像载体；和
如权利要求7所述的光学扫描装置，该光学扫描装置被配置成根据图像信息用光扫描所述至少一个图像载体。

10.  如权利要求9所述的成像设备，其中，所述图像信息是多色图像信息。

11.  一种成像设备，包括：
至少一个图像载体；和
如权利要求8所述的光学扫描装置，该光学扫描装置被配置成根据图像信息用光扫描所述至少一个图像载体。

12.  如权利要求11所述的成像设备，其中，所述图像信息是多色图像信息。

表面发射激光器、阵列、光学扫描装置和成像设备
技术领域
本发明的特定方面涉及表面发射激光器、表面发射激光器阵列、包括表面发射激光器或者表面发射激光器阵列的光学扫描装置和包括光学扫描装置的成像设备。
背景技术
包括作为光源的激光器成像设备广泛用于电子照相记录。用于电子照相记录的典型的成像设备包括光学扫描装置，其通过由光源发出并被偏转器偏转的光束扫描感光鼓的表面以在感光鼓表面上形成潜象。
这样的光学扫描装置包括光学系统，其包括扫描透镜。如果进入光学系统的光的偏振态不稳定，那么从成像设备输出的图像的质量会被降级。
为了防止或者减少该问题，已经提出各种用于控制从表面发射激光器发出的光的偏振态的方法。在第一方法中，其被认为是最有希望的方法，使用倾斜衬底(例如，见专利文献1和非专利文献1)。
在第二方法中，各向异性应力施加到有源层(例如，见专利文献2和3)。
在第三方法中，使用具有矩形或者椭圆形状的选择性氧化层(例如，见专利文献4-6)。在第四方法中，使用具有非均一厚度的选择性氧化层(例如，见专利文献7)。
但是，第一方法缺乏稳定性。例如，对于第一方法，当激光器的温度变高或者激光器长时间工作时，光的偏振态变得不稳定。对于第二方法，其中引线(wire)可以被拉出的方向受到限制，并且不能使用各向同性的干蚀刻来形成台面(mesa)。结果，这增加激光器的成本。第三方法不利地影响光束的形状(截面形状)。对于第四方法，不能使用金属有机化学蒸汽沉积(MOCVD)来生产激光器。结果，这增加生产成本。
[专利文献1]日本专利No.4010095
[专利文献2]日本专利No.3606059
[专利文献3]日本专利申请公开No.2006-13366
[专利文献4]日本专利No.3799667
[专利文献5]日本专利No.3551718
[专利文献6]日本专利No.2891133
[专利文献7]日本专利No.3800852
[非专利文献1]T.Ohtosh，T.Kuroda，A.Niwa和S.Tsuji的“在具有应变量子阱的表面发射激光器中光学增益对晶体取向的相关性(Dependence ofoptical gain on crystal orientation in surface-emitting lasers with strainedquantμm wells)”，Appl.Phys.Lett.65(15)，1994年10月10日。
发明内容
本发明的一方面提供表面发射激光器、表面发射激光器阵列、包括表面发射激光器或者表面发射激光器阵列的光学扫描装置和包括光学扫描装置的成像设备，其解决或者减少现有技术的限制和不利所致的一种或多种问题。
根据本发明的一方面，表面发射激光器包括衬底和堆叠在衬底上的多层半导体层，并配置得以在垂直于衬底的方向发光。衬底的主平面的法线相对于其中一个晶体取向<100>朝向其中一个晶体取向<111>倾斜。半导体层包括：谐振器结构，其包括有源层；和半导体多层镜，该半导体多层镜堆叠在谐振器结构上并包括限制结构，其中电流通过区域由氧化区域围绕，氧化区域包括至少一种氧化物，其通过氧化包含铝的选择性氧化层的一部分而产生。由氧化所致的应变场至少存在于围绕电流通过区域的氧化区域的附近的一部分中。在应变场中，在平行于衬底表面并垂直于其中一个晶体取向<100>和其中一个晶体取向<111>的第一轴方向的应变值不同于在垂直于法线和第一轴方向二者的第二轴方向的应变值。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的激光打印机的结构的示意图；
图2是示出图1所示的光学扫描装置的示意图；
图3是示出图2所示的光源的表面发射激光器的视图；
图4A和4B是示出图3所示的衬底的视图；
图5是图3所示的有源层周围部分的放大图；
图6是图3所示的上半导体DBR的一部分的放大图；
图7是沿着图3的线A-A剖开的表面发射激光器的截面视图；
图8是示出通过IR显微镜观察到的氧化层和电流通过区域的图形；
图9是示出氧化速率比和偏振抑制比之间的关系的曲线；
图10A是沿着图7的线A-A剖开的氧化物限制结构的截面视图；
图10B是示出Sy1和Sy2的示例性值的表；
图11A是沿着图7的线B-B剖开的氧化物限制结构的截面视图；
图11B是示出Sx1和Sx2的示例性值的表；
图11C是示出Sy1和Sx1的示例性值的表；
图12是图3所示的表面发射激光器中的阴极发光的测量峰值波长的曲线；
图13是示出根据对比例1的表面发射激光器中的阴极发光的测量峰值波长的曲线；
图14是示出根据对比例2的表面发射激光器中的阴极发光的测量峰值波长的曲线；
图15是示出选择性氧化层的氧化长度和厚度之间的关系的曲线；
图16是示出表面发射激光器阵列的视图；
图17是示出图16所示的光发射体的二维布置的视图；
图18是沿着图17的线A-A剖开的光发射体的截面视图；以及
图19是示出彩色打印机的结构的示意图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的优选实施例。
图1是示出根据本发明的实施例的激光打印机1000的结构的示意图。
激光打印机1000包括光学扫描装置1010、感光鼓1030、充电器1031、显影辊1032、转印充电器1033、放电单元1034、清洁单元1035、色粉盒1036、馈纸辊1037、馈纸托盘1038、抵靠辊对1039、定影辊1041、纸张弹出辊1042、纸张接收托盘1043、通信控制单元1050和用于控制其它部件的打印机控制单元1060。这些部件布置在打印机外壳1044中的相应位置中。
通信控制单元1050控制通过例如网络与上游设备(例如，个人电脑)的双向通信。
感光鼓1030为圆筒状，其表面覆盖有感光层，感光层由光束进行扫描。感光鼓1030配置得以在图1所示的箭头方向旋转。
充电器1031、显影辊1032、转印充电器1033、放电单元1034和清洁单元1034定位为靠近感光鼓1030的表面并沿着感光鼓1030的转动方向以上述顺序排列。
充电器1031对感光鼓1030的表面均匀充电。
光学扫描装置1010通过光束照射通过充电器1031充电的感光鼓1030的表面，光束根据来自上游设备的图像信息进行调制。结果，在感光鼓1030的表面上形成对应图像信息的潜象。形成的潜象随着感光鼓1030旋转向着显影辊1032移动。光学扫描装置1010的结构稍后描述。
色粉盒1036包含色粉并供应色粉到显影辊1032。
显影辊1032使得从色粉盒1036供应的色粉附着到形成在感光鼓1030上的潜象上，从而显影潜象。显影的潜象(在此及后称作色粉图像)随着感光鼓1030旋转向着转印充电器1033移动。
馈纸托盘1038容纳记录纸张1040。馈纸辊1037定位为靠近馈纸托盘1038并从馈纸托盘1038将记录纸张1040一张一张地馈送到抵靠辊对1039。抵靠辊对1039临时保持从馈纸辊1037馈送的记录纸张1040并根据感光鼓1030的旋转将纸张1040馈送到感光鼓1030和转印充电器1033之间的间隙中。
具有与色粉极性相反的极性的电压施加到转印充电器1033以电吸引在感光鼓1030上的色粉到记录纸张1040。换句话说，电压使得感光鼓1030上的色粉图像转印到记录纸张1040上。具有转印的图像的记录纸张1040传递到定影辊1041。
定影辊1041施加热和压力到记录纸张1040，从而将色粉图像定影到记录纸张1040上。然后，记录纸张1040由纸张弹出辊1042弹出并堆叠在纸张接收托盘1043中上。
放电单元1034对感光鼓1030表面放电。
清洁单元1035将残留在感光鼓1030表面上的色粉(残余色粉)移除。在残余色粉移除后，感光鼓1030的表面返回到面对充电器1031的位置。
下面描述光学扫描装置1010的示例性结构。
如图2所示，光学扫描装置1010包括偏转器侧扫描透镜11a、图像表面侧扫描透镜11b、多角镜13、光源14、耦合透镜15、光圈挡片16、变形透镜17、反射镜18和扫描控制单元(未示出)。这些部件布置在壳体30中的相应位置中。
在下面的描述中，对应主扫描方向的方向称作“主方向”，对应副扫描方向的方向称作“副方向”。
耦合透镜15大致校准从光源14发出的光束。光源14和耦合透镜15固定到由铝制成的保持器，从而结合为一个单元。
光圈挡片16具有用于限制通过耦合透镜15的光束的直径的光圈。
变形透镜17使得通过光圈挡片16的光圈的光束由反射镜18反射并在副方向聚焦在多角镜13的偏转表面附近。
布置在光源14和多角镜13之间的光路中的光学系统也称作偏转器前光学系统。在该实施例中，偏转器前光学系统包括耦合透镜15、光圈挡片16、变形透镜17和反射镜18。
例如，多角镜13是具有18毫米的内接圆半径的六面镜，其中六面镜子的每一面用作偏转表面。多角镜13当以恒定的速率围绕平行于副方向的轴旋转时偏转来自反射镜18的光束。
偏转器侧扫描透镜11a布置在由多角镜13偏转的光束的路径中。
图像表面侧扫描透镜11b布置在通过偏转器侧扫描透镜11a的光束的路径中。通过图像表面侧扫描透镜11b的光束在感光鼓1030表面上形成光点。形成的光点随着多角镜13旋转在感光鼓1030的纵向方向移动。换句话说，感光鼓1030被光点扫描。光点的运动方向是主扫描方向，感光鼓1030的旋转方向是副扫描方向。
布置在多角镜13和感光鼓1030之间的光路中的光学系统也称作扫描光学系统。在该实施例中，扫描光学系统包括偏转器侧扫描透镜11a和图像表面侧扫描透镜11b。再者，一个或多个弯曲镜可设置在偏转器侧扫描透镜11a和图像表面侧扫描透镜11b之间的光路中和/或在图像表面侧扫描透镜11b和感光鼓1030之间的光路中。
光源14包括图3中举例示出的表面发射激光器100。在本申请中，激光振荡方向称作Z轴方向，垂直于Z轴方向的平面中的两个正交方向称作X轴方向和Y轴方向。
表面发射激光器100具有在780nm波段的设计振荡波长，并包括衬底101、下半导体DBR103、下间隔层104、有源层105、上间隔层106、上半导体DBR(半导体多层镜)107和接触层109。
衬底101是具有镜面抛光表面的n-GaAs单晶衬底。如图4A所示，镜面抛光表面的法线相对于晶体取向[100]向着晶体取向[111]A倾斜15度(θ＝15度)。换句话说，衬底101是倾斜的衬底。在该实施例中，如图4B所示，衬底101定位成以使得晶体取向[01-1]对应+X方向，晶体取向[0-11]对应-X方向。同样地，假定X轴方向是期望的偏振方向。
下半导体DBR103经由缓冲层(未示出)堆叠在衬底101的+Z侧上，并包括40.5对主要由n-AIAs形成的低折射率层103a和主要由n-Al_0.3Ga_0.7As形成的高折射率层。在每对折射率层之间，设置具有逐渐改变的组分且厚度为20nm的组分梯度层(未示出)以降低电阻。每一折射率层和邻接的组分梯度层的一半的组合光学厚度是λ/4，其中λ表示振荡波长。当层的光学厚度为λ/4时，该层的实际厚度为λ/4N，其中N表示该层介质的折射率。
下间隔层104堆叠在下半导体DBR103的+Z侧上并主要由未掺杂的(Al_0.1Ga_0.9)_0.5In_0.5P组成。
有源层105堆叠在下间隔层104的+Z侧上，并且如图5中举例所示，包括三层量子阱层105a和四层阻挡层105b。每一量子阱层105a主要由GaInPAs组成，其引起0.7％的压缩应变并具有大约780nm的波段间隙波长。每一阻挡层105b主要由Ga_0.68In_0.32P组成，其引起0.6％的拉伸应变。
随着应变增大，重空穴和轻空穴的波段离差(band dispersion)增大。结果，这增大增益，减小阈值，并提高效率(增大功率)。这还改善载流子限制能力并降低阈值，从而使得可能降低上半导体DBR107的反射力，其导致功率的进一步增大。
上间隔层106堆叠在有源层105的+Z侧上，并主要由未掺杂的(Al_0.1Ga_0.9)_0.5In_0.5P形成。
下间隔层104、有源层105和上间隔层106形成具有一个波长的光学厚度的谐振器结构。有源层105定位在谐振器结构中间，其对应于电场驻波分布的波峰以实现高受激发射概率。
上半导体DBR107堆叠在上隔板层106的+Z侧上并包括23对低折射率层和高折射率层。在每对折射率层之间，设置具有逐渐改变的组分的组分梯度层(未示出)以降低电阻。
如图6中举例所示，选择性氧化层108主要由p-AlAs组成并具有30nm的均一厚度，其插入到上半导体DBR107的低折射率层之一中。选择性氧化层108插入到从上间隔层106的第三低折射率层中，其位于距上间隔层106的5λ/4的光学距离上。包括选择性氧化层108的低折射率层和邻接的组分梯度层的一半的组合光学厚度为3λ/4。
同时，除了包括选择性氧化层108的低折射率层和邻接的组分梯度层的一半之外，上半导体DBR107的每个折射率层的组合光学厚度为λ/4。
同样如图6所示，中间层107m主要由p-Al_0.81Ga_0.19As形成并具有38nm的厚度，其设置在选择性氧化层108的-Z和+Z侧上。
如图6所示，包括选择性氧化层108的低折射率层还包括主要由p-Al_0.7Ga_0.3As组成并与中间层107m相邻地定位的层107c(在此及后称作低折射层107c)。
在上半导体DBR107中，107a表示除了包括选择性氧化层108的低折射率层之外的低折射率层。低折射率层107a主要由p-Al_0.9Ga_0.1As组成。同样地，在上半导体DBR107中，107b表示高折射率层。高折射率层107b主要由p-Al_0.3Ga_0.7As组成。
接触层109堆叠在上半导体DBR107的+Z侧上并主要由p-GaAs组成。
在此及后，通过将多层半导体层堆叠在衬底101上形成的结构，如上所述，称作“层叠结构”。
下面概述生产表面发射激光器100的示例性方法。
(1)如上所述的层叠结构通过金属有机化学蒸汽沉积(MOCVD)或者分子束外延(MBE)生长晶体而生产。
在该例子中，三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)用作族III材料，磷化氢(PH₃)和三氢化砷(AsH₃)用作族V材料。再者，四溴化碳(CBr₄)和二甲基锌(DMZn)用作用于p类型掺杂物材料，硒化氢(H₂Se)用作用于n类型掺杂物的材料。对于载流子气，使用H₂。对于MOCVD方法，通过控制供应的源气的量可以容易地形成如组分梯度层的结构。因此，作为用于包括半导体DBR的表面发射激光器的晶体生长方法，MOCVD方法比MBE方法更加优选。再者，对于MOCVD方法，通过控制供应的源气的量以及供应源气的持续时间，而不是如同在MBE方法中使用高真空，可以生长晶体。因此，MOCVD方法同样适于批量生产。
(2)在层叠结构的表面上形成具有20μm边长的正方形光阻图案。
(3)形状象四棱柱的台面通过ECR蚀刻形成，ECR蚀刻采用Cl₂气体将正方形光阻图案作为光掩模。在该例子中，蚀刻停止在下间隔层104中(见图3)。台面的尺寸(一边的长度)优选地大于或等于10μm。如果台面太小，在操作期间产生的热量积聚，激光器的性能会被降级。
(4)去除光掩模。
(5)层叠机构通过水蒸气进行热处理。在该例子中，假定其中布置有层叠结构的台面的温度为380℃，氧化时间为37分钟。通过热处理，在选择性氧化层108中的铝(Al)从台面的圆周表面选择性地氧化，结果，由Al的氧化层(氧化区域)108a围绕的未氧化的区域108留在台面的中心(见图3)。换句话说，其中光发射体驱动电流的路径被限制在台面的中心部分的氧化物限制结构得以形成。也就是，未氧化的区域108b用作电流通过区域(电流注入区域)。
(6)主要由SiN或者SiO₂组成的保护层111通过化学蒸汽沉积(CVD)形成(见图3)。
(7)用聚酰亚胺112平整该层叠结构(见图3)。
(8)用于p电极113的开口形成在台面的上侧中。在该例子中，光阻形成在台面的上侧，并且与要形成的开口相对应的光阻的那部分通过曝光而被去除。然后，通过BHF蚀刻保护层111以形成开口。
(9)具有10μm边长的正方形光阻图案形成在台面的上侧的区域上以用作光输出部分，用于p电极113的材料被沉积。作为用于p电极113的材料，可以使用由Cr、AuZn和Au形成的多层薄膜或者由Ti、Pt和Au组成的多层薄膜。
(10)在光输出部分上的电极材料被提去(lift off)以形成p电极113(见图3)。
(11)衬底101的底面被打磨到预定厚度(例如，大约100μm)，然后形成n-电极114(见图3)。在该例子中，由AuGe、Ni和Au形成的多层薄膜用于n电极114。
(12)p电极113和n电极114之间的欧姆导通通过退火实现。结果，台面变为光发射体。
(13)然后，其中形成有多个表面发射激光器100的层叠结构被切成片。
在测试中，上述产生的表面发射激光器100发出线偏振光，并且光的偏振方向在期望的X轴方向稳定。从表面发射激光器100发出的光束的形状(远场图案：FFP)为大致圆形的。
图7是沿着图3的线A-A剖开的表面发射激光器100的截面视图。在图7中，dy1表示氧化层108a的+Y端和电流通过区域108b的+Y端之间的距离；dy2表示氧化层108a的-Y端和电流通过区域108b的-Y端之间的距离；dx1表示氧化层108a的+X端和电流通过区域108b的+X端之间的距离；dx2表示氧化层108a的-X端和电流通过区域108b的-X端之间的距离。使用IR显微镜测量距离，测量结果表明dy2＞dy1，dx2≈dx1＞dy1。
在此，dy1对应在-Y方向进行的氧化的长度(氧化长度或者距离)，dy2对应在+Y方向进行的氧化的长度，dx1对应在-X方向进行的氧化的长度，dx2对应在+X方向进行的氧化的长度。因为氧化时间恒定，氧化长度随着氧化速率增大而增大。因此，上面的测量结果表明在-Y方向的氧化速率慢于在+Y、+X和-X方向的氧化速率。
同样地，根据测量结果，dy1/dx1(氧化速率比)为0.95。
图9示出在仅氧化条件变化的实验中氧化速率比和偏振抑制比之间的关系。偏振抑制比是在期望的偏振方向上光的强度与在垂直于期望的偏振方向的方向上光的强度的比。例如，对于复印机，通常需要大约20dB的偏振抑制比。如图9所示，氧化速率比从0.95逐渐增大。当氧化速率比达到大约0.98时偏振抑制比开始减小，并且当氧化速率比达到0.995时变得小于20dB。当氧化速率比大于或者等于0.995时，偏振态非常不稳定，并且当产生的热量或者工作时间达到特定值时，偏振方向旋转。该实施例的表面发射激光器100的偏振抑制比大于或者等于20dB。
图10A是沿着图7的线A-A剖开的氧化物限制结构的截面视图。氧化层108a的截面通过透射电子显微镜(TEM)进行观测。根据观测结果，氧化层108a的截面在氧化处理方向稍微向下倾斜。在图10B中，Sy1表示氧化层108a在电流通过区域108b的+Y侧上的厚度，Sy2表示氧化层108a在电流通过区域108b的-Y侧上的厚度。厚度Sy1和Sy2在沿着Y轴的不同位置进行测量。如图10B所示，在距相应的氧化端点相同距离处，Sy1大于Sy2。
图11A是沿着图7的线B-B的氧化物限制结构的截面视图。在图11B中，Sx1表示氧化层108a在电流通过区域108b的-X侧上的厚度，Sx2表示氧化层108a在电流通过区域108b的+X侧上的厚度。厚度Sx1和Sx2在沿着X轴的不同位置进行测量。如图11B所示，Sx1和Sx2在距相应的氧化端点相同距离处大致相同。同样地，如图11C所示，在距相应氧化端点相同距离处，Sx1和Sx2小于Sy1。
同时，通过上述选择性氧化形成的应变场可以例如从通过TEM获得的选取区域的电子衍射图像检测。根据所获得的该实施例的表面发射激光器100的选取区域的电子衍射图像，由选择性氧化所致的应变场在氧化端点附近更大，在氧化端点附近观测到应变场对有源层105的影响。这意味着局部应变已经通过选择性氧化施加到有源层105。
本发明的发明人通过使用阴极发光(CL)技术测量施加到有源层105的局部应变的程度(应变量)。
图12是示出在沿着Y轴方向的各个位置处表面发射激光器100上的有源层105中的阴极发光的测量峰值波长的曲线。如图12所示，在对应氧化端点附近的位置上的峰值波长关于在对应电流通过区域108b的区域中的峰值波长的变化(在此及后称作“偏移量”)是正的。这表明拉伸应力在位置F1和F2上存在。再者，在+Y侧上位置F1处的偏移量f1大于在-Y侧上位置F2处的偏移量f2。换句话说，在位置F1的拉伸应力大于在位置F2的拉伸应力。认为，拉伸应力中的差异是由Sy1和Sy2之间的差异(Sy1＞Sy2)所致。
在GaInAsP情形中，阴极发光中大约1nm的偏移量对应大约0.02％的应变量(见，例如，M.Watanabe，H.Matsuura和N.Shimada的“Investigation oftensile-strained InGaAIP multiquantμm-well active regions byphotoluminescence measurements”；J.Appi.Phys.76(12)，1994年12月15日)。
在该实施例的表面发射激光器100中，在F1位置的偏移量f1大于在位置F2的偏移量f2大约1nm(见图12)。这表明具有大约0.02％各向异性的局部应变已经施加到表面发射激光器100的有源层105。
图13是示出根据对比例1在降级的表面发射激光器中的阴极发光的测量峰值波长的曲线。在图13中，大约10μm的峰值波长的降低被认为是由于降级导致的发射强度降低所致，因此被忽略。在这种情形中，在对应氧化端点附近的位置F3和F4的偏移量大致是相同的，并且施加到有源层的局部应变的各向异性为大约0.002％。对比例1的表面发射激光器的光的偏振态不稳定。
图14是示出具有比表面发射激光器100的氧化层更厚的氧化层的对比例2的表面发射激光器中的阴极发光的测量峰值波长的曲线。在这种情形中，在对应氧化端点附近的位置F5和F6处的偏移量二者都为大约3nm。3nm的偏移量对应大约0.06％的应变量。在60℃用固定在1.4mW的输出功率在对比例2的表面发射激光器上进行寿命测试，激光器的寿命是数百小时。与典型的表面发射激光器的数千小时的寿命相比，对比例2的表面发射激光器的寿命明显短。对于数百小时的寿命，表面发射激光器不能满足成像设备的要求。这样，如果施加到表面发射激光器的有源层用于偏振控制的局部应变量变得0.06％那么大，表面发生激光器的寿命会降低。同样地，类似的结果利用如下的表面发射激光器获得，在该表面发射激光器中氧化层布置得比在表面发射激光器100中更靠近有源层。
在具有应变量子阱结构的典型的有源层中，应变通过例如间隔层进行补偿，并且在平面中是均一的。因此，在这样的有源层中应变对寿命的影响以不同于上述的局部应变的方式进行测量。影响表面发射激光器的寿命的应变是由局部氧化所致的局部应变，因此不能通过典型的光致发光技术量化。这样的局部应变的量化通过本发明的发明人的研究在表面发射激光器上利用阴极发光技术已经变为可能。
如上所述，该实施例的表面发射激光器100包括：衬底101，其主平面的法线相对于晶体取向[100]向着晶体取向[111]倾斜15度；以及堆叠在衬底101上的层叠结构。层叠结构包括氧化物限制结构，其包括氧化层108a。应变场至少在氧化层108a的附近的一部分中通过氧化形成。在应变场中，在X轴方向(第一轴方向)的应变量不同于在Y轴方向(第二轴方向)中的应变量。借助该结构，在有源层105中的量子阱示出光学特性，该光学特性是由衬底101所致的光学各向异性和由氧化层108a的附近的应变场所致的光学各向异性的总和。结果，这使得稳定光束的偏振态而不会影响光束的形状且不会增加生产成本成为可能。
当使用倾斜的衬底时，选择性地氧化包括Al的选择性氧化层的速率表明在平面中各向异性(in-plane anisotropy)。通过各种实验，本发明的发明人发现氧化速率在平面中的各向异性取决于氧化条件而变化很大。再者，本发明人在精确控制氧化速率的方法上进行了详细研究，并发现这样的氧化条件，在该条件下，电流通过区域的形状变得二轴对称，即使当氧化速率表现出在平面中各向异性时。借助具有二轴对称形状的电流通过区域，输出光束的偏振方向趋于对准二轴之一。换句话说，其变得更容易控制光的偏振。
在第一轴方向(在此，X轴方向)的氧化速率，在负第二轴方向(在此，-Y方向)的氧化速率和在正第二轴方向(在此，+Y方向)的氧化速率彼此不同，并且它们的数量级取决于氧化条件而变化。
通过各种氧化条件形成氧化层并通过TEM观测来测量氧化层的厚度，通过IR显微镜测量其氧化速率(氧化长度)，并通过CL技术测量应变量。结果表明，不管氧化条件如何，随着氧化层厚度增大，应变量变得更大且氧化速率变得更慢(氧化长度变得更短)。认为，如果氧化速率慢，氧化在厚度方向进行，从而增大体积收缩，其导致应变量增大。
表面发射激光器以与表面发射激光器100大致相同的方式制备，除了选择性氧化层的厚度分别变为32nm和34nm，测量距离dy1、dy2、dx1和dx2。根据测量结果，dx1和dx2为大约10μm，并大致相同，不管选择性氧化层的厚度如何。同样地，如图15所示，dy1小于dx1大约0.5μm，而不管选择性氧化层的厚度如何。再者，发现，dx1和dy2之间的差异(Δdy2)随着选择性氧化层厚度增大而增大。这表明dy2取决于选择性氧化层厚度而变化。这样，本发明的发明人发现，氧化速率的各向异性取决于选择性氧化层的厚度而变化，即使当氧化条件不变时。
本实施例的光学扫描装置1010包括光源14，该光源14包括表面发射激光器100，因此可以稳定地执行光学扫描。
本实施例的激光打印机1000包括光学扫描装置1010，因此可以形成高质量的图像。
可用于本发明的氧化条件并不限于生产表面发射激光器100的方法中步骤(5)所述的那些。可以使用任何氧化条件，只要其中在X轴方向的应变量不同于在Y轴方向的应变量的应变场可以通过至少在氧化层108a的附近的一部分中选择性的氧化而形成。
本发明并不限于上述其中期望的偏振方向是X轴方向的实施例。例如，利用衬底101相对于{100}平面的特定倾斜方向和特定倾斜角，期望的偏振方向可变为Y轴方向。
选择性氧化层的材料并不限于上面实施例中所述的p-AlAs。例如，选择性氧化层还可以包括Ga(例如，p-Al_0.98Ga_0.02As)。
选择性氧化层108的插入点并不限于如上述实施例中所述的距上间隔层1065λ/4的光学距离的位置。例如，选择性氧化层108可以插入距上间隔层1063λ/4或者7λ/4的光学距离的位置。
与激光振荡方向垂直的台面的截面并不限于上述正方形。例如，台面的截面可以具有圆形、椭圆形或者矩形形状。
在上面的实施例中，衬底101的主平面的法线相对于晶体取向[100]朝向晶体取向[111]倾斜15度。但是，本发明并不限于上面公开的实施例。衬底101的主平面的法线可以相对于任何一个晶体取向<100>朝向任何一个晶体取向<111>倾斜任何角度。在任何情形中，氧化条件可以根据倾斜方向和角度确定以使得在X轴方向和在Y轴方向的应变量变得不同。
再者，光源14可包括如图16所示的表面发射激光器阵列500，而不是表面发射激光器100。
在表面发射激光器阵列500中，多个光发射体(在这个例子中，32个光发射体)布置在相同的衬底上。在图16中，箭头M(M方向)表示主方向，箭头S(S方向)表示副方向。发射体的数量并不限于32。
如图17所示，光发射体布置为四排。在每一排中，以相同间隔沿着T方向布置八个光发射体，该T方向从M方向向着S方向倾斜。四排的光发射体以间隔d布置在S方向，以使得如果所有的光发射体正交地投影于在S方向延伸的虚拟的线上，突起的光发射体以间隔c布置。这样，32个光发射体二维布置。在本申请中，光发射体之间的间隔由光发射体中心之间的距离表示。
在这个例子中，间隔c是3μm，间隔d是24μm，在M方向在光发射体之间的间隔x(见图17)为30μm。
图18是沿着图17的线A-A剖开的光发射体的截面视图。如图18所示，每个光发射体具有与上述表面发射激光器100的结构大致相同的结构。因此，在表面发射激光器阵列500中的每个光发射体可以以与表面发射激光器100大致相同的方式生产。
换句话说，表面发射激光器阵列500通过集成多个表面发射激光器100而生产，因此具有与表面发射激光器100大致相同的优点。
如上所述，在表面发射激光器阵列500中，当正交地投影在沿着副方向延伸的虚拟的线上时，光发射体以间隔c布置。通过以适当的时序打开光发射体，光发射体在感光鼓1030上提供在副扫描方向中以规则的间隔排列的光点阵列。
假定间隔c为3μm且光学扫描装置1010的光学系统的放大率为1.8，该结构使得能够以4800dpi的分辨率扫描。扫描分辨率或者打印质量可以通过在主方向增加光发射体的数量，通过减小间隔d从而减小光发射体的间隔c，或者通过减小光学系统的放大率而进一步提高。在主扫描方向的扫描间隔可以通过控制光发射体的打开时序而容易地调节。
该结构允许激光打印机1000形成具有更高点密度的图像而不会降低打印速率。再者，对于不变的点密度，上述结构使得可能增大打印速率。
再者，因为来自光发射体的光束的偏振态稳定且均一，所以激光打印机1000可以稳定地形成高质量图像。
同时，相邻光发射体之间的间隙优选地为5μm或者更大以电分离或者空间分离光发射体。如果间隙太小，在生产过程中变得难以控制蚀刻过程。台面的大小(一侧长度)优选地大于或等于10μm。如果台面太小，在操作过程中产生的热量积聚，激光器的性能会降级。
光发射体的振荡波长并不限于上述实施例中的780nm波段。光发射体的振荡波长可以根据感光鼓1030的特性而变化。
表面发射激光器100和表面发射激光器阵列500还可用于除了成像设备之外的应用。在这样的情形中，振荡波长可以例如变化为650nm波段、850nm波段、980nm波段、1.3μm波段或者1.5μm波段，取决于应用。
在上面的实施例中，表面发射激光器100可以由表面发射激光器阵列替代，其中具有与表面发射激光器100大致相同的结构的每个光发射体一维布置。
本发明的成像设备并不限于上面实施例的激光打印机1000。换句话说，光学扫描装置1010可以结合在其它类型的成像设备中。
例如，可以使用直接在记录介质(例如纸张)上形成图像的成像设备，该记录介质当被激光束照射时显影颜色。
再者，可以使用利用银膜作为图像载体的成像设备。在使用银膜的成像设备中，潜象通过光学扫描形成在银膜上，并且形成的潜象以与卤化银照相大致相同的方式显影。然后，显影的图像通过印刷工艺如同在卤化银照相中地转印到照相纸上。这样的成像设备可以用作例如光盘制造设备或者用于绘制CT扫描图像的光学绘图器。
再者，本发明可以应用到包括多个感光鼓的彩色打印机。图19是示出彩色打印机2000的结构的示意图。
彩色打印机2000是串联式彩色打印机，其通过重叠四种颜色(黑色、青色、品红色和黄色)而形成全色图像。彩色打印机2000包括用于黑色的感光鼓K1、充电器K2、显影单元K4、清洁单元K5和转印单元K6；用于青色的感光鼓C1、充电器C2、显影单元C4、清洁单元C5和转印单元C6；用于品红色的感光鼓M1、充电器M2、显影单元M4、清洁单元M5和转印单元M6：用于黄色的感光鼓Y1、充电器Y2、显影单元Y4、清洁单元Y5和转印单元Y6；光学扫描装置2010；转印带2080和定影单元2030。
感光鼓在图19所示的箭头方向旋转；并且充电器、显影单元、转印单元和清洁单元沿着相应的感光鼓的旋转方向布置。充电器对相应的感光鼓表面均一充电。感光鼓的充电表面通过光学扫描装置2010扫描以形成潜象。然后，显影单元将在相应的感光鼓上的潜象显影以形成不同颜色的色粉图像。转印单元转印不同颜色的色粉图像到转印带2080上的记录纸张上以形成彩色图像，定影单元2030将彩色图像定影到记录纸张上。
光学扫描装置2010包括用于每种颜色的具有与光源14大致相同的结构的光源。因此，光学扫描装置2010具有与光学扫描装置1010的优点大致相同的优点。同样地，因为彩色打印机2000包括光学扫描装置2010，所以彩色打印机2000提供与激光打印机1000大致相同的优点。
同时，在彩色打印机2000中，由于部件的制造误差和组装误差，会发生颜色错位。假定光学扫描装置2010的每个光源包括类似于表面发射激光器阵列500的表面发射激光器阵列，这样的颜色错位可以通过改变待打开的光发射体而被校正或者降低。
如上所述，本发明的一方面提供了表面发射激光器和表面发射激光器阵列，其可以实现稳定光束的偏振态而不会影响光束的形状而且不会增大生产成本。同样地，本发明的一方面提供了可以稳定地执行光学扫描的光学扫描装置。再者，本发明的一方面提供可以形成高质量图像的成像设备。
本发明并不限于特定公开的实施例，在不超出本发明的范围的前提下可以进行变化和修改。