JP2008135596A - 半導体レーザアレイ製造方法、面発光型半導体レーザアレイ、光源ユニット、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】実装時の破損、及び外力による信頼性の低下が抑制された面発光型半導体レーザアレイを製造する。
【解決手段】複数の発光部２３が形成されている領域の外側に、半導体積層体の基板側の面を底面としたときに、その高さが発光部の高さよりも高い平坦部１５をポリイミドで形成する。これにより、ＶＣＳＥＬアレイ１００を回路基板に実装する際に、コレットが平坦部１５内の位置に接触した状態で回路基板上に運搬され、回路基板上の所定位置に押し付けられても、力（応力）が発光部２３に伝わることを抑制することができる。また、ポリイミドが収縮しても、発光部２３に内部応力が生じることを抑制することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体レーザアレイ製造方法、面発光型半導体レーザアレイ、光源ユニット、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システムに係り、更に詳しくは、複数の発光部を有する面発光型半導体レーザアレイを製造する半導体レーザアレイ製造方法、複数の発光部を有する面発光型半導体レーザアレイ、該面発光型半導体レーザアレイを有する光源ユニット、該光源ユニットを備える光走査装置、該光走査装置を備える画像形成装置、前記面発光型半導体レーザアレイを有する光伝送モジュール、及び該光伝送モジュールを備える光伝送システムに関する。

電子写真の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられている。この場合、画像形成装置は光走査装置を備え、感光性を有するドラムの軸方向にポリゴンスキャナ（例えば、ポリゴンミラー）を用いてレーザ光を走査しつつ、ドラムを回転させ潜像を形成する方法が一般的である。このような電子写真の分野では、画像品質を向上させるために画像の高密度化、及び操作性を向上させるために画像出力の高速化が画像形成装置に求められている。

高密度化と高速化とを両立させる方法として、光源から射出される光束のマルチビーム化があり、マルチビーム光源として面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）の２次元アレイ（以下では、便宜上「ＶＣＳＥＬアレイ」ともいう）を用いることが考えられた。

ところで、面発光型半導体レーザは、端面発光型半導体レーザに比べて、（１）素子自体の大きさが小さい、（２）製造コストが安い、（３）アレイによる集積化が容易、といった利点を有していることから、光通信、光インターコネクション、及び光記録など多くの分野での利用が期待されている。

しかしながら、メサ形状の複数の発光部が同一基板上に形成されているＶＣＳＥＬアレイでは、配線が非常に微小となるため、通常の半導体レーザに比べて配線が破損しやすい。そこで、ＶＣＳＥＬアレイでは、各発光部の周辺をそれぞれポリイミドなどの樹脂によって保護することが通常行われている（図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）参照）。

ＶＣＳＥＬアレイは、回路基板に実装される際に、光が射出される側の面（以下では、便宜上「ＶＣＳＥＬ表面」ともいう）がコレットなどの冶具に吸着された状態で回路基板上に運搬され、回路基板上の所定位置に押し付けられる。このとき、例えば、図２６（Ｃ）に示されるように、コレットがＶＣＳＥＬ表面の樹脂と接触している場合には、樹脂を介して力（応力）が発光部に伝わり、発光部を破損するおそれがあった。また、図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）に示されるように、コレットがＶＣＳＥＬ表面の樹脂と接触していない場合には、基板に力（応力）が直接かかり、基板そのものが破損するおそれがあった。さらに、この場合には、配線や電極パッドに力（応力）がかかり、それらが破損するおそれもあった。

また、ポリイミドは、常温よりも高い温度で硬化させるため、重合収縮及び熱収縮を生じる。そして、これらの収縮に起因して発光部に内部応力が生じ、例えば、活性層の特性に経時変化が起こるおそれがあった。さらに、この場合に、内部応力に異方性があると、射出される光の偏光特性に悪影響を及ぼすおそれがあった。

ところで、面発光型半導体レーザの中で、しきい電流値、消費電力等、レーザ特性の観点から最も有望視されているものに、選択酸化型ＶＣＳＥＬと呼ばれるものがある。これは、結晶成長の際に被酸化層（ＡｌＡｓ層あるいはＡｌ組成が極めて１に近いＡｌＧａＡｓ層）を分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）の一部として成長させ、結晶成長後にこの被酸化層を選択酸化することで、ＶＣＳＥＬ構造の中にいわゆる電流狭窄構造を作りこんだものである。なお、以下では、便宜上、面発光型半導体レーザにおける選択酸化によって形成された電流狭窄構造を有する領域を「酸化狭窄領域」ともいう。そして、酸化狭窄領域における酸化物で囲まれた非酸化部分（開口部）の径が数μｍ程度である場合、面発光型半導体レーザに電流を注入すると、注入された電流は、メサ形状の中心の数μｍだけに狭窄されるため、低いしきい電流値を示す。

しかしながら、選択酸化型ＶＣＳＥＬは、酸化狭窄領域の体積変化に伴う歪の発生と、酸化狭窄領域とＡｌＧａＡｓ系の半導体層との密着力の低さとがあいまって、実装の際に酸化狭窄領域に応力がかかると、欠陥の増殖が助長されて経時変化が促進されたり、最悪の場合には、破損するおそれがあった。

そこで、特許文献１には、少なくとも化合物半導体層の多層膜からなる多層膜反射鏡と、多層膜反射鏡に近接して設けられ、又は多層膜反射鏡内に設けられ、電流狭窄領域を形成するＡｌ酸化層とを有する積層構造をメサポストとして備え、前記Ａｌ酸化層が、メサポスト中央部の電流注入領域を取り囲むようにしてメサポストの外周部に環状に設けられている、酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子において、Ａｌ酸化層からメサポストの最上層までの高さをａ、メサポスト側壁から内方に延在するＡｌ酸化層の幅をｂとするとき、ａとｂが、ａ／ｂ＞０．６、ｂ≧２μｍの関係を満足する面発光型半導体レーザ素子が開示されている。この面発光型半導体レーザ素子では、Ａｌ酸化層と電流注入領域との境界、つまりＡｌ酸化層の先端部（メサポスト中央部側）に加わる応力を低減している。

また、特許文献２には、発光表面を有する表面発光レーザであって、活性層を通る電流を制御する開口板領域が電流制御層の中の非導電性領域によって囲まれた電流制御層の中の導電性領域によって画定され、非導電性領域の各々が１つのキャビティを囲んでいる表面発光レーザが開示されている。この表面発光レーザでは、複数の半導体構造を互いに周囲の半導体構造と連結した配置とし、電流制御層の接着力を向上させている。

特開２００３−３７３３６号公報 特開平１０−２２９２４８号公報

しかしながら、ＶＣＳＥＬアレイでは、従来の対策は十分でなく、実装の際に破損したり、実装時の外力により信頼性が低下するおそれがあった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、実装時の破損、及び外力による信頼性の低下が抑制された面発光型半導体レーザアレイを製造することができる半導体レーザアレイ製造方法を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、実装時の破損、及び外力による信頼性の低下を抑制することができる面発光型半導体レーザアレイを提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、高コスト化を招くことなく、安定した光出力ができる光源ユニットを提供することにある。

また、本発明の第４の目的は、高コスト化を招くことなく、高密度、高速度の光走査を安定して行うことができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第５の目的は、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速度で安定して形成することができる画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の第６の目的は、高コスト化を招くことなく、光信号を安定して生成することができる光伝送モジュールを提供することにある。

また、本発明の第７の目的は、高コスト化を招くことなく、安定した光伝送を行うことができる光伝送システムを提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、それぞれが配線により対応する電極パッドに接続される複数の発光部を有する面発光型半導体レーザアレイを製造する半導体レーザアレイ製造方法であって、基板上に複数の半導体層が積層された積層体を前記基板と反対側の面である積層体表面からエッチングし、それぞれが前記発光部となる複数のメサ形状のアレイを形成する工程と；前記積層体表面における前記複数のメサ形状のアレイが形成される領域の外側に、前記積層体の基板側の面を底面としたときに、その高さが前記発光部の高さよりも高い平坦部を形成する工程と；を含む半導体レーザアレイ製造方法である。

これによれば、積層体表面における複数のメサ形状のアレイが形成される領域の外側に、積層体の基板側の面を底面としたときに、その高さが発光部の高さよりも高い平坦部が形成される。この場合には、複数のメサ形状のアレイの外側に平坦部が形成されているため、面発光型半導体レーザアレイを回路基板に実装する際に、平坦部を介して力（応力）が発光部に伝わることを抑制することができる。従って、結果として実装時の破損、及び外力による信頼性の低下が抑制された面発光型半導体レーザアレイを製造することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の半導体レーザアレイ製造方法によって製造された面発光型半導体レーザアレイである。

これによれば、複数のメサ形状のアレイの外側に平坦部が形成されているため、面発光型半導体レーザアレイを回路基板に実装する際に、平坦部を介して力（応力）が発光部に伝わることを抑制することができる。従って、結果として実装時の破損、及び外力による信頼性の低下を抑制することが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、それぞれが配線により対応する電極パッドに接続される複数の発光部を有する面発光型半導体レーザアレイであって、基板上に形成されたメサ形状の複数の発光部からなる発光部アレイと；前記発光部アレイの外側に設けられ、前記基板の表面を底面としたときに、その高さが前記発光部の高さよりも高い平坦部と；を備える面発光型半導体レーザアレイである。

これによれば、発光部アレイの外側に、基板の表面を底面としたときに、その高さが発光部の高さよりも高い平坦部が設けられているため、回路基板に実装する際に、平坦部を介して応力が発光部に伝わることを抑制することができる。従って、結果として実装時の破損、及び外力による信頼性の低下を抑制することが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、複数の光束を出力する光源ユニットであって、前記複数の光束を発する本発明の面発光型半導体レーザアレイを備える光源ユニットである。

これによれば、本発明の面発光型半導体レーザアレイを備えているため、歩留まりの向上及び経年変化の抑制が可能となる。従って、結果として、高コスト化を招くことなく、安定した光出力が可能となる。

本発明は、第５の観点からすると、光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、本発明の光源ユニットと；前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向器と；前記偏光器で偏向された光ビームを被走査面上に集光する走査光学系と；を備える光走査装置である。

これによれば、本発明の光源ユニットを備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、高密度、高速度の光走査を安定して行うことが可能となる。

本発明は、第６の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる複数の光束を走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。

これによれば、少なくとも１つの本発明の光走査装置を備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速度で安定して形成することが可能となる。

本発明は、第７の観点からすると、入力される電気信号に応じた光信号を生成する光伝送モジュールであって、本発明の面発光型半導体レーザアレイと；前記面発光型半導体レーザアレイを、前記入力される電気信号に応じて駆動する駆動装置と；を備える光伝送モジュールである。

これによれば、本発明の面発光型半導体レーザアレイを備えているため、歩留まりの向上及び経年変化の抑制が可能となる。従って、結果として、高コスト化を招くことなく、安定した光信号を生成することが可能となる。

本発明は、第８の観点からすると、本発明の光伝送モジュールと；前記光伝送モジュールで生成された光信号を伝達する光伝達媒体と；前記光伝達媒体を介した光信号を電気信号に変換する変換器と；を備える光伝送システムである。

これによれば、本発明の光伝送モジュールを備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、安定した光伝送を行うことが可能となる。

《半導体レーザアレイ製造方法》

《第１の実施形態》
以下、本発明の半導体レーザアレイ製造方法の第１の実施形態として、１．３μｍ帯のＶＣＳＥＬアレイの製造方法について図１（Ａ）〜図９を用いて説明する。

（１）有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いた結晶成長によって、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、下部反射鏡２、下部スペーサ層３、活性層４、上部スペーサ層５、被選択酸化層６、上部反射鏡７などの半導体層を、順次積層する（図１（Ａ）参照）。なお、以下では、これら複数の半導体層が積層されているものを「半導体積層体」ともいう。

前記下部反射鏡２は、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層２ｂとｎ−ＧａＡｓからなる高屈折率層２ａのペア（図２参照）を３５ペア有している。各屈折率層の光学厚さは、発振波長をλとすると、λ／４である。なお、低屈折率層と高屈折率層との間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成に向かって組成を徐々に変化させた組成傾斜層（図示省略）が設けられている。

前記下部スペーサ層３は、ＧａＡｓからなる層である。

前記活性層４は、一例として図２に示されるように、Ｇａ_０．７Ｉｎ_０．３Ｎ_０．０１Ａｓ_０．９９からなる層４ｂとＧａＡｓからなる層４ａとを有するＤＱＷ量子井戸活性層である。ここでは、Ｇａ_０．７Ｉｎ_０．３Ｎ_０．０１Ａｓ_０．９９からなる層４ｂの厚さは８ｎｍである。

前記上部スペーサ層５は、ＧａＡｓからなる層である。

下部スペーサ層３と活性層４と上部スペーサ層５とよって共振器領域が形成されている。この共振器領域の光学厚さはλである。

前記上部反射鏡７は、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層７ａとｐ−ＧａＡｓからなる高屈折率層７ｂのペア（図２参照）を２６ペア有している。なお、低屈折率層と高屈折率層との間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成に向かって組成を徐々に変化させた組成傾斜層（図示省略）が設けられている。

前記被選択酸化層６は、Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓからなる層であり、一例として図２に示されるように、上部反射鏡７の低屈折率層７ａを介して、共振器領域からλ／４離れた位置に設けられている。一例として、被選択酸化層６の厚さは３０ｎｍである。なお、被選択酸化層６は低屈折率層７ａに挟まれており、被選択酸化層６と該被選択酸化層６を挟む２つの低屈折率層７ａとからなる領域は、１つの低屈折率層としての役目も有しており、その領域の光学厚さは３λ／４である。

ここでは、III族の原料には、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族の原料にはアルシン（ＡｓＨ_３）ガスを用いている。また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）を用いている。

（２）半導体積層体の表面（基板１と反対側の面）である積層体表面に、発光部及び切断部（ダイシングライン）に対応してフォトマスク８を設ける（図１（Ｂ）参照）。ここでは、一例として、１つのチップが２次元的に配列された４個（２×２）の発光部を有するものとする。

（３）フォトマスク８をエッチングマスクとして、ドライエッチング法によりメサ形状を形成する（図１（Ｃ）参照）。なお、以下では、便宜上、メサ形状の部分を「メサ」と略述する。

（４）フォトマスク８を除去する（図３（Ａ）参照）。

（５）水蒸気中で熱処理して、エッチングにより側面が露出した被選択酸化層６の一部を酸化させて絶縁物１０に変え、素子駆動用の電流の経路を被選択酸化層６の中心部の酸化されていない領域９だけに制限する電流狭窄構造を形成する（図３（Ｂ）参照）。

（６）パッシベーション膜として、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜１１を形成する（図３（Ｃ）参照）。

（７）メサ上部にＰ側電極コンタクトの窓開けを行う（図４（Ａ）参照）。ここでは、フォトレジストによるマスクを施した後、メサ上部の開口部を露光してその部分のフォトレジストを除去した後、ＢＨＦにて絶縁膜１１をエッチングして開口した。

（８）リフトオフ法によりメサ上部にｐ側電極１２を形成する。具体的には、予め電極以外の部分をフォトレジストによりマスクしておき、電極材料を蒸着後アセトン等のフォトレジストが溶解する溶液中で超音波洗浄する。ｐ側電極１２の材料としてはＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる多層膜、もしくはＡｕＺｎ／Ｔｉ／Ａｕからなる多層膜が用いられる。なお、ｐ側電極１２はその中央に窓１３が開けられており、この部分からレーザ光が射出される（図４（Ｂ）参照）。

（９）複数の電極パッド２１、及び各メサのｐ側電極１２と対応する電極パッドとの間を電気的に接続する配線２２を形成する（図６参照）。

（１０）複数のメサが形成されている領域の外側に、半導体積層体の基板側の面を底面としたときに、その高さがメサ（ｐ側電極１２及び配線を含む）の高さよりも高い平坦部１５をポリイミドで形成する（図４（Ｃ）参照）。なお、ここでは、平坦部１５は、複数の電極パッドが形成されている領域からも離れて形成される（図６参照）。また、配線の一部は、ポリイミドによって覆われている（図６参照）。

（１１）基板１の裏側を１００μｍ程度まで研磨してからｎ側電極１４を形成する（図５（Ａ）参照）。ここでは、ｎ側電極１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜とすることでオーミックコンタクトを得ている。これにより、各メサは、それぞれ発光部２３となる。

（１２）各ダイシングライン（図５（Ｂ）参照）に沿って切断し、チップ毎に分割する。

このようにして製造されたＶＣＳＥＬアレイ１００が図６〜図８に示されている。このＶＣＳＥＬアレイ１００では、４個の発光部が形成されている領域の外側、及び４個の電極パッドが形成されている領域の外側に、半導体積層体の基板側の面を底面としたときに、その高さが発光部の高さよりも高い平坦部１５が形成されている。なお、図７は、図６のＡ−Ａ断面図であり、図８は、図７における１個の発光部２３の拡大図である。

以上説明したように、本第１の実施形態に係る半導体レーザアレイ製造方法によると、複数の発光部が形成されている領域の外側に、半導体積層体の基板側の面を底面としたときに、その高さが発光部の高さよりも高い平坦部１５をポリイミドで形成している。これにより、ＶＣＳＥＬアレイ１００を回路基板に実装する際に、一例として図９に示されるように、コレットが平坦部１５内の位置ＰＫに接触した状態で回路基板上に運搬され、回路基板上の所定位置に押し付けられても、力（応力）が発光部２３に伝わることを抑制することができる。また、ポリイミドが収縮しても、発光部２３に内部応力が生じることを抑制することができる。従って、実装時の破損、及び外力による信頼性の低下が抑制された面発光型半導体レーザアレイを製造することが可能となる。

《第２の実施形態》
次に、本発明の半導体レーザアレイ製造方法の第２の実施形態を図１０（Ａ）〜図１６に基づいて説明する。

この第２の実施形態は、ドライエッチング法によりメサ形状を形成する際に、半導体積層体における平坦部となる領域がエッチングされない点に特徴を有する。従って、以下においては、第１の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。

（１）有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いた結晶成長によって、半導体積層体を作成する（図１０（Ａ）参照）。

（２）積層体表面に、平坦部、発光部及び切断部（ダイシングライン）に対応してフォトマスク８を設ける（図１０（Ｂ）参照）。平坦部に対応するフォトマスク８は、複数のメサが形成される領域の外側に設けられる。

（３）フォトマスク８をエッチングマスクとして、ドライエッチング法によりメサ形状を形成する（図１０（Ｃ）参照）。

（４）フォトマスク８を除去する（図１１（Ａ）参照）。

（５）電流狭窄構造を形成する（図１１（Ｂ）参照）。

（６）ＳｉＯ_２からなる絶縁膜１１を形成する（図１１（Ｃ）参照）。

（７）メサ上部にＰ側電極コンタクトの窓開けを行う（図１２（Ａ）参照）。

（８）メサ上部にｐ側電極１２を形成する（図１２（Ｂ）参照）。

（９）複数の電極パッド２１及び配線２２を形成する（図１４参照）。

（１０）複数のメサが形成されている領域の外側にある、ドライエッチングされなかった領域にポリイミドを塗布し、半導体積層体の基板側の面を底面としたときに、その高さがメサ（ｐ側電極１２及び配線を含む）の高さよりも高い平坦部１５を形成する（図１２（Ｃ）参照）。

（１１）基板１の裏側を１００μｍ程度まで研磨してからｎ側電極１４を形成する（図１３（Ａ）参照）。

（１２）各ダイシングライン（図１３（Ｂ）参照）に沿って切断し、チップ毎に分割する。

このようにして製造されたＶＣＳＥＬアレイ２００が図１４及び図１５に示されている。このＶＣＳＥＬアレイ２００では、前記ＶＣＳＥＬアレイ１００と同様に、４個の発光部が形成されている領域の外側、及び４個の電極パッドが形成されている領域の外側に、半導体積層体の基板側の面を底面としたときに、その高さが発光部の高さよりも高い平坦部１５が形成されている。なお、図１５は、図１４のＢ−Ｂ断面図である。

以上説明したように、本第２の実施形態に係る半導体レーザアレイ製造方法によると、複数の発光部が形成されている領域の外側に、半導体積層体の基板側の面を底面としたときに、その高さが発光部の高さよりも高い平坦部１５をポリイミドで形成している。これにより、ＶＣＳＥＬアレイ２００を回路基板に実装する際に、一例として図１６に示されるように、コレットが平坦部１５内の位置ＰＫに接触した状態で回路基板上に運搬され、回路基板上の所定位置に押し付けられても、応力が発光部２３に伝わることを抑制することができる。また、ポリイミドが収縮しても、発光部２３に内部応力が生じることを抑制することができる。従って、前述した第１の実施形態と同様に、実装時の破損、及び外力による信頼性の低下が抑制された面発光型半導体レーザアレイを製造することが可能となる。

本第２の実施形態によると、第１の実施形態よりもポリイミドの量が少なくなるため、ポリイミドの収縮量を第１の実施形態よりも小さくすることができ、発光部２３に内部応力が生じることを更に抑制することが可能となる。

なお、上記各実施形態では、１つのチップに含まれる発光部の数が４個の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、１つのチップ内に含まれる発光部の数が１６（４×４）個のＶＣＳＥＬアレイや、一例として図１７に示されるように、１つのチップ内に含まれる発光部の数が４０（４×１０）個のＶＣＳＥＬアレイ３００なども、同様にして製造することができる。そして、上記各実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、図１７のＣ−Ｃ断面図が図１８に示されている。

この場合に、一例として図１９に示されるように、平坦部１５が２つに分かれていても良い。なお、図１９のＤ−Ｄ断面図が図２０に示されている。

また、上記各実施形態では、複数の発光部が２次元的に配列される場合について説明したが、これに限らず、複数の発光部が１次元的に配列されても良い。

また、上記各実施形態では、面発光型半導体レーザアレイが１．３μｍ帯の面発光型半導体レーザアレイの場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記各実施形態では、結晶成長方法としてＭＯＣＶＤ法を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）等のその他の結晶成長法を用いることもできる。

《画像形成装置》
次に、本発明の画像形成装置の一実施形態を図２１に基づいて説明する。図２１には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ５００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ５００は、光走査装置９００、感光体ドラム９０１、帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、トナーカートリッジ９０４、クリーニングブレード９０５、給紙トレイ９０６、給紙コロ９０７、レジストローラ対９０８、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４、定着ローラ９０９、排紙ローラ９１２、及び排紙トレイ９１０などを備えている。

帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４及びクリーニングブレード９０５は、それぞれ感光体ドラム９０１の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム９０１の回転方向に関して、帯電チャージャ９０２→現像ローラ９０３→転写チャージャ９１１→除電ユニット９１４→クリーニングブレード９０５の順に配置されている。

感光体ドラム９０１の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム９０１は、図２１における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。

帯電チャージャ９０２は、感光体ドラム９０１の表面を均一に帯電させる。

光走査装置９００は、帯電チャージャ９０２で帯電された感光体ドラム９０１の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム９０１の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム９０１の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って現像ローラ９０３の方向に移動する。なお、この光走査装置９００の構成については後述する。

トナーカートリッジ９０４にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ９０３に供給される。

現像ローラ９０３は、感光体ドラム９０１の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ９０４から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム９０１の回転に伴って転写チャージャ９１１の方向に移動する。

給紙トレイ９０６には記録紙９１３が格納されている。この給紙トレイ９０６の近傍には給紙コロ９０７が配置されており、該給紙コロ９０７は、記録紙９１３を給紙トレイ９０６から１枚づつ取り出し、レジストローラ対９０８に搬送する。該レジストローラ対９０８は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ９０７によって取り出された記録紙９１３を一旦保持するとともに、該記録紙９１３を感光体ドラム９０１の回転に合わせて感光体ドラム９０１と転写チャージャ９１１との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ９１１には、感光体ドラム９０１の表面上のトナーを電気的に記録紙９１３に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム９０１の表面のトナー像が記録紙９１３に転写される。ここで転写された記録紙９１３は、定着ローラ９０９に送られる。

この定着ローラ９０９では、熱と圧力とが記録紙９１３に加えられ、これによってトナーが記録紙９１３上に定着される。ここで定着された記録紙９１３は、排紙ローラ９１２を介して排紙トレイ９１０に送られ、排紙トレイ９１０上に順次スタックされる。

除電ユニット９１４は、感光体ドラム９０１の表面を除電する。

クリーニングブレード９０５は、感光体ドラム９０１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム９０１の表面は、再度帯電チャージャ９０２の位置に戻る。

《光走査装置》
次に、前記光走査装置９００の構成及び作用について図２２及び図２３を用いて説明する。

この光走査装置９００は、光源ユニット１２１、カップリングレンズ１２２、開口板１２３、アナモルフィックレンズ１２４、ポリゴンミラー１２５、偏向器側走査レンズ１２６、像面側走査レンズ１２７、及び処理装置１４０などを備えている。図２２では、紙面左右方向が主走査方向であり、紙面に垂直な方向が副走査方向である。

前記光源ユニット１２１は、図２３に示されるように、本発明の半導体レーザアレイ製造方法と同様にして製造された１６（＝４×４）個の発光部を有するＶＣＳＥＬアレイ４００を備え、１６本の光束を同時に出力することができる。なお、図２３では、電極パッド、配線及び平坦部の図示を省略している。

前記カップリングレンズ１２２は、光源ユニット１２１から出力された複数の光束をそれぞれ弱い発散光にする。

前記開口板１２３は、カップリングレンズ１２２からの複数の光束のビーム径を規定する。

前記アナモルフィックレンズ１２４は、開口板１２３の開口部を通過した複数の光束を、主走査方向に関しては平行光、副走査方向に関しては前記ポリゴンミラー１２５近傍で収束する光束とする。

アナモルフィックレンズ１２４からの複数の光束は、ポリゴンミラー１２５でそれぞれ偏向された後、偏向器側走査レンズ１２６及び像面側走査レンズ１２７によって、感光体ドラム９０１表面上の、副走査方向に互いに所定の間隔だけ離れた位置に、光スポットとして集光される。

なお、ポリゴンミラー１２５は、ポリゴンモータ（不図示）によって一定の速度で回転しており、その回転に伴って、複数の光束はそれぞれ等角速度的に偏向され、感光体ドラム９０１上の各光スポットは、主走査方向に等速移動する。

前記処理装置１４０は、上位装置（例えば、パソコン）からの画像情報に基づいて、画像データを生成し、該画像データに応じたＶＣＳＥＬアレイ４００の駆動信号を光源ユニット１２１に出力する。

ＶＣＳＥＬアレイ４００では、図２３に示されるように、各発光部の中心から副走査方向に対応する方向に延びる仮想線に垂線を下ろした時の副走査方向における各発光部の位置関係が等間隔（間隔Ｃとする）となるので、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム９０１上では副走査方向に等間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。例えば、各発光部の大きさがφ２０μｍであり、主走査方向に対応する方向に関するピッチが４０μｍ、副走査方向に対応する方向に関するピッチが４０μｍとなるように配置されている場合には、間隔Ｃ＝１０μｍとなり、仮に走査光学系の倍率を１とすると、２４００ｄｐｉ（ドット／インチ）が実現できる。もちろん、主走査方向に対応する方向の発光部の数を増加したり、副走査方向に対応する方向に関するピッチを小さくして間隔Ｃを更に小さくすれば、より高密度化でき、より高品質の印刷が可能となる。なお、主走査方向の書き込み間隔は、発光部の点灯タイミングで容易に制御できる。

従って、本実施形態に係る光源ユニット１２１によると、実装時の破損、及び外力による信頼性の低下が抑制された面発光型半導体レーザアレイを有しているため、歩留まりを向上させることができるとともに、経年変化を抑制することができる。その結果、高コスト化を招くことなく、安定した光出力が可能となる。

また、本実施形態に係る光走査装置９００によると、高コスト化を招くことなく、安定した光出力ができる光源ユニット１２１を有しているため、高コスト化を招くことなく、高密度、高速度の光走査を安定して行うことが可能となる。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ５００によると、高コスト化を招くことなく、高密度、高速度の光走査を安定して行うことができる光走査装置９００を備えているため、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速度で安定して形成することが可能となる。

なお、上記実施形態では、光源ユニット１２１が１６（＝４×４）個の発光部を有するＶＣＳＥＬアレイ４００を備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。本発明の半導体レーザアレイ製造方法と同様にして製造された面発光型半導体レーザアレイであれば良い。例えば、ＶＣＳＥＬアレイ４００に代えて、前述したＶＣＳＥＬアレイ３００を用いても良い。この場合には、４０本の光ビームを同時に出射することができ、感光体ドラム９０１上を更に高密度で走査することが可能である。

なお、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ５００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置９００を備えた画像形成装置であれば、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速度で安定して形成することが可能となる。

また、カラー画像を形成する画像形成装置であっても、本発明の面発光型半導体レーザアレイを有し、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高コスト化を招くことなく、高品質のカラー画像を高速度で安定して形成することが可能となる。

また、一例として図２４に示されるように、画像形成装置として、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。この図２４に示されるタンデムカラー機は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンダ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置９００と、転写ベルト８０と、定着手段３０などを備えている。

この場合には、光走査装置９００では、面発光型半導体レーザアレイにおける複数の発光部はブラック用、シアン用、マゼンダ用、イエロー用に分割されている。そして、ブラック用の各発光部からの光束は感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の各発光部からの光束は感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンダ用の各発光部からの光束は感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の各発光部からの光束は感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。なお、光走査装置９００は、色毎に個別の面発光型半導体レーザアレイを備えても良い。また、色毎に光走査装置９００を備えていても良い。

各感光体ドラムは、図２４中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置９００により光束が照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録紙に画像が定着される。

タンデムカラー機では、機械精度等で各色の色ずれが発生する場合があるが、光走査装置９００は発光部が高密度な面発光型半導体レーザアレイを有しているため、点灯させる発光部を選択することで各色の色ずれの補正精度を高めることができる。

また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。

また、像担持体としてビームスポットの熱エネルギにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）を用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により可視画像を直接、像担持体に形成することができる。

《光伝送システム》
図２５には、本発明の一実施形態に係る光伝送システム１０００の概略構成が示されている。この光伝送システム１０００は、光送信モジュール１００１と光受信モジュール１００５が光ファイバケーブル１００４で接続されており、光送信モジュール１００１から光受信モジュール１００５への一方向の光通信が可能となっている。

光送信モジュール１００１は、本発明の半導体レーザアレイ製造方法と同様にして製造された面発光型半導体レーザアレイを含む光源１００２と、外部から入力された電気信号に応じて、光源１００２から出射されるレーザ光の光強度を変調する駆動回路１００３とを有している。

光源１００２から出力された光信号は、光ファイバケーブル１００４に結合し、該光ファイバケーブル１００４を導波して光受信モジュール１００５に入力される。

光受信モジュール１００５は、光信号を電気信号に変換する受光素子１００６と、受光素子１００６から出力された電気信号に対して信号増幅、及び波形整形等を行う受信回路１００７とを有している。

本実施形態に係る光送信モジュール１００１によると、光源１００２が、実装時の破損、及び外力による信頼性の低下が抑制された面発光型半導体レーザアレイを有しているため、歩留まりを向上させることができるとともに、経年変化を抑制することができるができる。その結果、高コスト化を招くことなく、光信号を安定して生成することが可能となる。

また、本実施形態に係る光伝送システム１０００によると、高コスト化を招くことなく、光信号を安定して生成することができる光送信モジュール１００１を備えているため、高コスト化を招くことなく、低消費電力で、高速で、大容量の光伝送を安定して行うことが可能となる。

なお、本実施形態では、一方向通信の構成例を示しているが、双方向通信、並列伝送方式、波長分割多重伝送方式等の構成をとることもできる。要するに、光源１００２が本発明の半導体レーザアレイ製造方法と同様にして製造された面発光型半導体レーザアレイを含んでいれば良い。

以上説明したように、本発明の半導体レーザアレイ製造方法によれば、実装時の破損、及び外力による信頼性の低下が抑制された面発光型半導体レーザアレイを製造するのに適している。また、本発明の面発光型半導体レーザアレイによれば、実装時の破損、及び外力による信頼性の低下を抑制するのに適している。また、本発明の光源ユニットによれば、高コスト化を招くことなく、安定した光出力を行うのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、高密度、高速度の光走査を安定して行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速度で安定して形成するのに適している。また、本発明の光伝送モジュールによれば、高コスト化を招くことなく、光信号を安定して生成するのに適している。また、本発明の光伝送システムによれば、高コスト化を招くことなく、安定した光伝送を行うのに適している。

図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造方法を説明するための図（その１）である。 半導体積層体の活性層近傍を拡大した図である。 図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造方法を説明するための図（その２）である。 図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造方法を説明するための図（その３）である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造方法を説明するための図（その４）である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造方法によって製造された面発光型半導体レーザアレイを説明するための図である。 図６のＡ−Ａ断面図である。 図７の発光部を拡大した図である。 図６の面発光型半導体レーザアレイにおけるコレットの接触位置ＰＫを説明するための図である。 図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造方法を説明するための図（その１）である。 図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造方法を説明するための図（その２）である。 図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造方法を説明するための図（その３）である。 図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造方法を説明するための図（その４）である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザアレイの製造方法によって製造された面発光型半導体レーザアレイを説明するための図である。 図１４のＢ−Ｂ断面図である。 図１４の面発光型半導体レーザアレイにおけるコレットの接触位置ＰＫを説明するための図である。 ４０個の発光部を有する面発光型半導体レーザアレイを説明するための図である。 図１７のＣ−Ｃ断面図である。 平坦部が２分割されている面発光型半導体レーザアレイを説明するための図である。 図１９のＤ−Ｄ断面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図２１における光走査装置を示す概略図である。 図２２における光源ユニットに含まれる面発光型半導体レーザアレイを説明するための図である。 タンデムカラー機の概略構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光伝送モジュール及び光伝送システムの概略構成を説明するための図である。 図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）は、それぞれ従来の面発光型半導体レーザアレイの一例を説明するための図である。 図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）は、それぞれ従来の面発光型半導体レーザアレイの他の例を説明するための図である。

符号の説明

１…基板、１５…平坦部、２１…電極パッド、２２…配線、２３…発光部、１００…面発光型半導体レーザアレイ、１２１…光源ユニット、１２５…ポリゴンミラー（偏向器）、１２６…偏向器側走査レンズ（走査光学系の一部）、１２７…像面側走査レンズ（走査光学系の一部）、２００…面発光型半導体レーザアレイ、３００…面発光型半導体レーザアレイ、４００…面発光型半導体レーザアレイ、５００…レーザプリンタ（画像形成装置）、９００…光走査装置、９０１…感光体ドラム（像担持体）、１０００…光伝送システム、１００１…光送信モジュール（光伝送モジュール）、１００３…駆動回路（駆動装置）、１００４…光ファイバケーブル（光伝達媒体）、１００６…受光素子（変換器の一部）、１００７…受信回路（変換器の一部）。

Claims (21)

1. それぞれが配線により対応する電極パッドに接続される複数の発光部を有する面発光型半導体レーザアレイを製造する半導体レーザアレイ製造方法であって、
   基板上に複数の半導体層が積層された積層体を前記基板と反対側の面である積層体表面からエッチングし、それぞれが前記発光部となる複数のメサ形状のアレイを形成する工程と；
   前記積層体表面における前記複数のメサ形状のアレイが形成される領域の外側に、前記積層体の基板側の面を底面としたときに、その高さが前記発光部の高さよりも高い平坦部を形成する工程と；を含む半導体レーザアレイ製造方法。
2. 前記平坦部を形成する工程では、前記平坦部となる領域に樹脂を塗布して前記平坦部を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザアレイ製造方法。
3. 前記平坦部を形成する工程に先立って、前記配線を形成する工程を更に含み、
   前記平坦部を形成する工程では、前記配線の一部が覆われるように前記樹脂を塗布することを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザアレイ製造方法。
4. 前記複数のメサ形状を形成する工程では、前記平坦部となる領域もエッチングされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザアレイ製造方法。
5. 前記複数のメサ形状を形成する工程では、前記平坦部となる領域はエッチングされないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザアレイ製造方法。
6. 前記複数の半導体層は、被酸化層を含み、
   前記複数のメサ形状が形成された積層体を加熱して前記被酸化層を部分的に酸化させ、電流狭窄構造を形成する工程を、更に含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザアレイ製造方法。
7. 前記複数の半導体層は、活性層を含み、
   前記活性層は、圧縮歪が残留する活性層であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザアレイ製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザアレイ製造方法によって製造された面発光型半導体レーザアレイ。
9. それぞれが配線により対応する電極パッドに接続される複数の発光部を有する面発光型半導体レーザアレイであって、
   基板上に形成されたメサ形状の複数の発光部からなる発光部アレイと；
   前記発光部アレイの外側に設けられ、前記基板の表面を底面としたときに、その高さが前記発光部の高さよりも高い平坦部と；を備える面発光型半導体レーザアレイ。
10. 前記平坦部は、樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
11. 前記樹脂は、前記複数の発光部と対応する電極パッドとをそれぞれ電気的に接続する複数の配線の一部を覆っていることを特徴とする請求項１０に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
12. 前記平坦部は、前記メサ形状を形成する際にエッチングされていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
13. 前記平坦部は、前記メサ形状を形成する際にエッチングされていないことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
14. 前記複数の発光部は、それぞれ電流狭窄構造を有し、
    前記電流狭窄構造は、酸化によって形成された電流狭窄構造であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
15. 前記複数の発光部は、それぞれ活性層を有し、
    前記活性層は、圧縮歪が残留する活性層であることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
16. 複数の光束を出力する光源ユニットであって、
    前記複数の光束を発する請求項８〜１５のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザアレイを備える光源ユニット。
17. 光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、
    請求項１６に記載の光源ユニットと；
    前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向器と；
    前記偏光器で偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と；を備える光走査装置。
18. 少なくとも１つの像担持体と；
    前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる複数の光束を走査する少なくとも１つの請求項１７に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
19. 前記画像情報は、カラー画像情報であることを特徴とする請求項１８に記載の画像形成装置。
20. 入力される電気信号に応じた光信号を生成する光伝送モジュールであって、
    請求項８〜１５のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザアレイと；
    前記面発光型半導体レーザアレイを、前記入力される電気信号に応じて駆動する駆動装置と；を備える光伝送モジュール。
21. 請求項２０に記載の光伝送モジュールと；
    前記光伝送モジュールで生成された光信号を伝達する光伝達媒体と；
    前記光伝達媒体を介した光信号を電気信号に変換する変換器と；を備える光伝送システム。

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