JP2008244431A - 面発光レーザアレイ及びその製造方法、面発光レーザアレイを備えている画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】素子間の距離が挟ピッチであっても、効率的に熱放散を実現することができると共に、各素子の独立駆動ができるレーザアレイを構成することが可能となる面発光レーザアレイ等を提供する。
【解決手段】第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含む半導体層１００を有する面発光レーザ素子が複数配置されている面発光レーザアレイである。
この半導体層の上に、第１の絶縁層１０４を介して熱を放散させるための第１の金属材料層１０２が形成されている。
また、第１の金属材料層上に、第２の絶縁層１０６を介して活性層に電流を注入するための第２の金属材料層１１０が形成されている。そして、第１の金属材料層１０２は、複数の各面発光レーザ素子間で共有されている。
【選択図】 図１
【解決手段】第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含む半導体層１００を有する面発光レーザ素子が複数配置されている面発光レーザアレイである。
この半導体層の上に、第１の絶縁層１０４を介して熱を放散させるための第１の金属材料層１０２が形成されている。
また、第１の金属材料層上に、第２の絶縁層１０６を介して活性層に電流を注入するための第２の金属材料層１１０が形成されている。そして、第１の金属材料層１０２は、複数の各面発光レーザ素子間で共有されている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、面発光レーザアレイ及びその製造方法、面発光レーザアレイを備えている画像形成装置に関するものである。
垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖａｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、基板面に対して垂直方向に光を出射することが可能なレーザであり、
二次元アレイを容易に形成することが可能となることなど端面発光型レーザにはない特徴を有している。
特に、二次元アレイから出射されるマルチビームの並列処理により高密度化および高速化が同時に可能になり、様々な産業上の応用が期待される。
例えば、電子写真用露光光源として垂直共振器型面発光レーザのアレイを用いると、マルチビーム化による印字工程の並列処理による、印刷の高精細化および高速化が可能となる。
二次元アレイを容易に形成することが可能となることなど端面発光型レーザにはない特徴を有している。
特に、二次元アレイから出射されるマルチビームの並列処理により高密度化および高速化が同時に可能になり、様々な産業上の応用が期待される。
例えば、電子写真用露光光源として垂直共振器型面発光レーザのアレイを用いると、マルチビーム化による印字工程の並列処理による、印刷の高精細化および高速化が可能となる。
一方、垂直共振器型面発光レーザは、端面発光型レーザと比べ、低電流駆動時の発熱による温度上昇により光出力の飽和が発生し、光出力が制限されるという課題を有している。
また、素子周辺温度（環境温度）の上昇に伴い、光出力が低下するという課題も有している。
このようなことから、特許文献１では、メサ構造の周辺部を金属メッキで充填することにより、電極としての機能を持たせつつ、熱を放散するようにした垂直共振器型半導体発光素子が提案されている。
特開２００３−８６８９５号公報
また、素子周辺温度（環境温度）の上昇に伴い、光出力が低下するという課題も有している。
このようなことから、特許文献１では、メサ構造の周辺部を金属メッキで充填することにより、電極としての機能を持たせつつ、熱を放散するようにした垂直共振器型半導体発光素子が提案されている。
アレイ型の垂直共振器型面発光レーザを電子写真用光源等へ応用する場合、高速化乃至は高精細化等の要請から垂直共振器型面発光レーザ素子間の距離は益々短くなり、更なる狭ピッチ化が求められることとなる。
このような狭ピッチのものに、特許文献１のようにメサ構造の周辺部を金属メッキで充填して、ヒートシンク部として放熱機能を果たすメッキ構造体を形成した場合、メッキ構造体同士が触れることとなり、上記各素子を独立駆動することが困難となる。
一方、上記各素子を独立駆動させるために、狭ピッチ素子間に素子分離構造としてメッキ形成阻害部を形成することも考えられる。しかし、このような素子分離構造を形成すると、上記放熱機能を有するメッキ構造体の面積を大きく取ることが困難となる。
このように、上記従来例においては、素子間の距離が挟ピッチな場合において、各素子を独立駆動することと、効率的に熱放散を実現することを、両立させることが困難となる。
このような狭ピッチのものに、特許文献１のようにメサ構造の周辺部を金属メッキで充填して、ヒートシンク部として放熱機能を果たすメッキ構造体を形成した場合、メッキ構造体同士が触れることとなり、上記各素子を独立駆動することが困難となる。
一方、上記各素子を独立駆動させるために、狭ピッチ素子間に素子分離構造としてメッキ形成阻害部を形成することも考えられる。しかし、このような素子分離構造を形成すると、上記放熱機能を有するメッキ構造体の面積を大きく取ることが困難となる。
このように、上記従来例においては、素子間の距離が挟ピッチな場合において、各素子を独立駆動することと、効率的に熱放散を実現することを、両立させることが困難となる。
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、素子間の距離が挟ピッチであっても、効率的に熱放散を実現することができると共に、各素子の独立駆動ができる面発光レーザアレイおよび該アレイの製造方法の提供を目的とする。
また、上記本発明のレーザアレイを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
また、上記本発明のレーザアレイを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
本発明は、つぎのように構成した面発光レーザアレイ及びその製造方法、面発光レーザアレイを備えている画像形成装置を提供するものである。
本発明の面発光レーザアレイは、第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含む半導体層を有する面発光レーザ素子が複数配置されている面発光レーザアレイにおいて、
前記半導体層の上に、第１の絶縁層を介して形成された熱を放散させるための第１の金属材料層と、
前記第１の金属材料層の上に、第２の絶縁層を介して形成された前記活性層に電流を注入するための第２の金属材料層とを有し、
前記第１の金属材料層は前記複数の各面発光レーザ素子間で共有されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記第１の絶縁層が、前記第２の反射ミラーの上層側に構成されているレーザ出射口を除き、前記半導体層の上に形成され、
前記第１の絶縁層を介して、前記第１の金属材料層が少なくとも前記活性層を含め、前記半導体層の上に形成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記第２の絶縁層が、前記第２の金属材料層と接する領域のみに形成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記複数の各面発光レーザ素子間のピッチが、８０μｍ以下とされていることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、上記したいずれかに記載の面発光レーザアレイを備えていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイの製造方法は、第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含む半導体層を有する面発光レーザアレイの製造方法において、
前記半導体層をエッチングすることによりメサ構造を形成する工程と、
前記半導体層の上に、第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層の上に、前記活性層の側部領域を覆うように熱を放散させるための第１の金属材料層を形成する工程と、
前記第１の金属材料層の上に、第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の上に、前記活性層に電流を注入するための第２の金属材料層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイの製造方法は、前記第２の絶縁層の上に前記第２の金属材料層を形成した後に、該第２の金属材料層と接していない前記第２の絶縁層の領域をエッチングによって除去する工程を有することを特徴とする。
本発明の面発光レーザアレイは、第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含む半導体層を有する面発光レーザ素子が複数配置されている面発光レーザアレイにおいて、
前記半導体層の上に、第１の絶縁層を介して形成された熱を放散させるための第１の金属材料層と、
前記第１の金属材料層の上に、第２の絶縁層を介して形成された前記活性層に電流を注入するための第２の金属材料層とを有し、
前記第１の金属材料層は前記複数の各面発光レーザ素子間で共有されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記第１の絶縁層が、前記第２の反射ミラーの上層側に構成されているレーザ出射口を除き、前記半導体層の上に形成され、
前記第１の絶縁層を介して、前記第１の金属材料層が少なくとも前記活性層を含め、前記半導体層の上に形成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記第２の絶縁層が、前記第２の金属材料層と接する領域のみに形成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記複数の各面発光レーザ素子間のピッチが、８０μｍ以下とされていることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、上記したいずれかに記載の面発光レーザアレイを備えていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイの製造方法は、第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含む半導体層を有する面発光レーザアレイの製造方法において、
前記半導体層をエッチングすることによりメサ構造を形成する工程と、
前記半導体層の上に、第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層の上に、前記活性層の側部領域を覆うように熱を放散させるための第１の金属材料層を形成する工程と、
前記第１の金属材料層の上に、第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の上に、前記活性層に電流を注入するための第２の金属材料層を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイの製造方法は、前記第２の絶縁層の上に前記第２の金属材料層を形成した後に、該第２の金属材料層と接していない前記第２の絶縁層の領域をエッチングによって除去する工程を有することを特徴とする。
本発明によれば、素子間の距離が挟ピッチであっても、効率的に熱放散を実現することができると共に、各素子の独立駆動ができる面発光レーザアレイを実現することができる。
また、上記本発明の面発光レーザアレイの製造方法を実現することができる。
また、上記本発明の面発光レーザアレイを備えている画像形成装置を実現することができる。
また、上記本発明の面発光レーザアレイの製造方法を実現することができる。
また、上記本発明の面発光レーザアレイを備えている画像形成装置を実現することができる。
本発明の実施の形態においては、第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含む半導体層を有する面発光レーザ素子を適用し、垂直共振器型面発光レーザアレイをつぎのように構成することができる。
本実施の形態においては、垂直共振器型面発光レーザアレイを構成するに際し、効率的に発生した熱を放散し、かつ独立駆動を可能にするために、
熱を放散させるための第１の金属材料層と、活性層に電流を注入するための第２の金属材料層をそれぞれ別に設けるように構成する。
具体的には、上記第１の金属材料層を熱放散用金属材料層で構成し、これを上記半導体層上において、第１絶縁層を介してメサの一部（特に活性層領域を取り巻くように）を覆うようにする。
また、上記第２の金属材料層を配線用金属材料層で構成し、これらの熱放散用金属材料層と配線用金属材料層とは、電気的に接続されないように、これら両材料層の間には、第２絶縁層を挿入する。
また、放熱体として機能する熱放散用金属材料層を、各素子間で一つのものとして共有化する。
本実施の形態においては、垂直共振器型面発光レーザアレイを構成するに際し、効率的に発生した熱を放散し、かつ独立駆動を可能にするために、
熱を放散させるための第１の金属材料層と、活性層に電流を注入するための第２の金属材料層をそれぞれ別に設けるように構成する。
具体的には、上記第１の金属材料層を熱放散用金属材料層で構成し、これを上記半導体層上において、第１絶縁層を介してメサの一部（特に活性層領域を取り巻くように）を覆うようにする。
また、上記第２の金属材料層を配線用金属材料層で構成し、これらの熱放散用金属材料層と配線用金属材料層とは、電気的に接続されないように、これら両材料層の間には、第２絶縁層を挿入する。
また、放熱体として機能する熱放散用金属材料層を、各素子間で一つのものとして共有化する。
以上のように構成することにより、狭ピッチの垂直共振器型面発光レーザアレイにおいても、各素子が電気的に接続されることなく、独立に駆動することができると共に、効率的な熱放散ができる。
特に、上記した従来例のように、熱放散用の金属材料層を素子毎に個別に形成する必要がなく、放熱体として機能する熱放散用金属材料層を、各素子間で一つのものとして共有化することが可能となる。
そのため、表面積が大きいヒートシンクとして形成することができ、熱放散をより効率的に行うことが可能となる。
また、本発明による上記効果を有する垂直共振器型面発光レーザアレイを備えた画像形成装置を構成することにより、高速・高精細印刷を実現できる画像形成装置を得ることが可能となる。
特に、上記した従来例のように、熱放散用の金属材料層を素子毎に個別に形成する必要がなく、放熱体として機能する熱放散用金属材料層を、各素子間で一つのものとして共有化することが可能となる。
そのため、表面積が大きいヒートシンクとして形成することができ、熱放散をより効率的に行うことが可能となる。
また、本発明による上記効果を有する垂直共振器型面発光レーザアレイを備えた画像形成装置を構成することにより、高速・高精細印刷を実現できる画像形成装置を得ることが可能となる。
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用して構成した垂直共振器型面発光レーザアレイの構成例について説明する。
図１に、本実施例の垂直共振器型面発光レーザアレイを示す。この面発光レーザは面発光レーザ素子が複数配置されている。
図１において、１００は半導体層であり、基板上に形成された少なくとも第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含んでいる。
本実施例では、上記第１の反射ミラーがＤＢＲミラーで形成されている。
また、本実施例では、本発明の第１の金属材料層が１０２で示される熱放散用金属材料層で形成される。
１０４は第１の絶縁層、１０６は第２の絶縁層、１０８は活性層、１１０は配線用金属材料層及び１１２は電極である。
本実施例の垂直共振器型面発光レーザアレイは、半導体層１００上において、ＤＢＲミラー層が露出するように形成されたメサ構造の上部表面以外の部分に、第１の絶縁層１０４が形成されている。
つまり、第２の反射ミラーの上層側に構成されているレーザ出射口を除き、第１の絶縁層１０４が形成されている。
また、第１の絶縁層１０４が形成されている半導体層１００上を、活性層１０８の側部を含め、これらを覆うように熱放散用金属材料層１０２が形成されている。
また、上記熱放散用金属材料層上の、少なくともメサの上部表面以外の部分に、第２の絶縁層１０６が形成されている。
そして、第２の絶縁層１０６の上に、配線用金属材料層１１０が形成されている。
このような本実施例の構成によれば、熱放散用金属材料層１０２と配線用金属材料層１１０とが絶縁層によって分離して構成することができるため、各素子を独立駆動することが可能となる。
また、熱放散用金属材料層を各素子間で共有することができるため、従来例のように、素子毎に放熱用金属部を形成するよりも、効率的な熱放散が可能となる。また、熱放散用金属材料層の厚さを、配線用金属材料層による配線が段差で断線しない厚さに調整すれば、配線の断線を抑制することができる。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用して構成した垂直共振器型面発光レーザアレイの構成例について説明する。
図１に、本実施例の垂直共振器型面発光レーザアレイを示す。この面発光レーザは面発光レーザ素子が複数配置されている。
図１において、１００は半導体層であり、基板上に形成された少なくとも第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含んでいる。
本実施例では、上記第１の反射ミラーがＤＢＲミラーで形成されている。
また、本実施例では、本発明の第１の金属材料層が１０２で示される熱放散用金属材料層で形成される。
１０４は第１の絶縁層、１０６は第２の絶縁層、１０８は活性層、１１０は配線用金属材料層及び１１２は電極である。
本実施例の垂直共振器型面発光レーザアレイは、半導体層１００上において、ＤＢＲミラー層が露出するように形成されたメサ構造の上部表面以外の部分に、第１の絶縁層１０４が形成されている。
つまり、第２の反射ミラーの上層側に構成されているレーザ出射口を除き、第１の絶縁層１０４が形成されている。
また、第１の絶縁層１０４が形成されている半導体層１００上を、活性層１０８の側部を含め、これらを覆うように熱放散用金属材料層１０２が形成されている。
また、上記熱放散用金属材料層上の、少なくともメサの上部表面以外の部分に、第２の絶縁層１０６が形成されている。
そして、第２の絶縁層１０６の上に、配線用金属材料層１１０が形成されている。
このような本実施例の構成によれば、熱放散用金属材料層１０２と配線用金属材料層１１０とが絶縁層によって分離して構成することができるため、各素子を独立駆動することが可能となる。
また、熱放散用金属材料層を各素子間で共有することができるため、従来例のように、素子毎に放熱用金属部を形成するよりも、効率的な熱放散が可能となる。また、熱放散用金属材料層の厚さを、配線用金属材料層による配線が段差で断線しない厚さに調整すれば、配線の断線を抑制することができる。
つぎに、本実施例の垂直共振器型面発光レーザアレイの製造方法について説明する。
図２に本実施例の上記面発光レーザアレイの製造方法について説明する模式図を示す。
図２において、２００はｎ型ＧａＡｓ基板、２０２は半導体エピ層、２０４は活性層、２
０６はメサ構造、２０８は第１の絶縁層、２１０は熱放散用金属材料層、２１２は第２の絶縁層、２１４は配線用金属材料層及び２１６は電極金属層である。
図２に本実施例の上記面発光レーザアレイの製造方法について説明する模式図を示す。
図２において、２００はｎ型ＧａＡｓ基板、２０２は半導体エピ層、２０４は活性層、２
０６はメサ構造、２０８は第１の絶縁層、２１０は熱放散用金属材料層、２１２は第２の絶縁層、２１４は配線用金属材料層及び２１６は電極金属層である。
本実施例において、垂直共振器型面発光レーザアレイは、つぎの各工程により製造される。
まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２００上にＭＯＣＶＤ装置によりバッ
ファー層を介して、以下のように半導体エピ層２０２を成長させる。
すなわち、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスペーサー層、ＧａＡｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ−ＭＱＷ活性層２０４を順次成長させる。
そして更に、ｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスペーサー層、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層を順次成長させる。
つぎに、図２（ｂ）に示すように、リソグラフィー及びドライエッチング技術を用いてｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層が露出するようにメサ２０６を形成する。
なお、素子分離の観点からは、ＧａＡｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ−ＭＱＷ活性層２０４までエッチングするだけであっても良い。
つぎに、図２（ｃ）に示すように、ＣＶＤ成膜技術、リソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、メサの上部表面以外の部分に第１の絶縁層（酸化シリコン膜）２０８を形成する。
つぎに、図２（ｄ）に示すように、リソグラフィー技術及び金属蒸着技術を用いて、前記第１の絶縁層上に、活性層２０４側部領域を覆うように熱放散用金属材料層２１０（Ｔｉ／Ａｕ）を３μｍ形成する。
まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２００上にＭＯＣＶＤ装置によりバッ
ファー層を介して、以下のように半導体エピ層２０２を成長させる。
すなわち、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスペーサー層、ＧａＡｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ−ＭＱＷ活性層２０４を順次成長させる。
そして更に、ｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスペーサー層、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層を順次成長させる。
つぎに、図２（ｂ）に示すように、リソグラフィー及びドライエッチング技術を用いてｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層が露出するようにメサ２０６を形成する。
なお、素子分離の観点からは、ＧａＡｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ−ＭＱＷ活性層２０４までエッチングするだけであっても良い。
つぎに、図２（ｃ）に示すように、ＣＶＤ成膜技術、リソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、メサの上部表面以外の部分に第１の絶縁層（酸化シリコン膜）２０８を形成する。
つぎに、図２（ｄ）に示すように、リソグラフィー技術及び金属蒸着技術を用いて、前記第１の絶縁層上に、活性層２０４側部領域を覆うように熱放散用金属材料層２１０（Ｔｉ／Ａｕ）を３μｍ形成する。
つぎに、図２（ｅ）に示すように、ＣＶＤ成膜技術、リソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、上記熱放散用金属材料層上における、少なくともメサ構造の上部表面以外の部分に、第２の絶縁層（酸化シリコン膜）２１２を形成する。
つぎに、図２（ｆ）に示すように、リソグラフィー技術及び金属蒸着技術を用いて、第２の絶縁層上に、素子駆動用の配線用金属材料層２１４（Ｔｉ／Ａｕ）を１μｍ形成する。
つぎに、図２（ｇ）に示すように、金属蒸着技術を用いて、ｎ型ＧａＡｓに電極金属層２１６（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を形成する。
つぎに、図２（ｆ）に示すように、リソグラフィー技術及び金属蒸着技術を用いて、第２の絶縁層上に、素子駆動用の配線用金属材料層２１４（Ｔｉ／Ａｕ）を１μｍ形成する。
つぎに、図２（ｇ）に示すように、金属蒸着技術を用いて、ｎ型ＧａＡｓに電極金属層２１６（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を形成する。
以上説明した工程により、面発光レーザの活性層で発熱した熱を効率的に放散する金属材料層と面発光レーザを駆動するための配線である金属材料層とが別々に形成された垂直共振器型面発光レーザアレイを得ることが可能となる。
なお、本実施例では、メサ径２０μｍ、メサピッチ４０μｍの４×４の垂直共振器型面発光レーザアレイを形成している。
本実施例では、活性層中心位置から２．５μｍ厚さの熱放散用の金属材料層を蒸着により形成している。
また、メサ構造の最上部から熱放散用の金属材料層の最表面までの高さが２μｍ以下になるように熱放散用金属材料層の厚さを制御している。
このような構成をとることにより、配線用の金属材料層が断線することなく形成できる。
なお、メサ最上部から熱放散用の金属材料層の最表面までの高さが２μｍを越えると断線する割合が高くなる。
なお、本実施例では、メサ径２０μｍ、メサピッチ４０μｍの４×４の垂直共振器型面発光レーザアレイを形成している。
本実施例では、活性層中心位置から２．５μｍ厚さの熱放散用の金属材料層を蒸着により形成している。
また、メサ構造の最上部から熱放散用の金属材料層の最表面までの高さが２μｍ以下になるように熱放散用金属材料層の厚さを制御している。
このような構成をとることにより、配線用の金属材料層が断線することなく形成できる。
なお、メサ最上部から熱放散用の金属材料層の最表面までの高さが２μｍを越えると断線する割合が高くなる。
この構成により、各面発光レーザ素子間のピッチが、８０μｍ以下のｍ×ｎ（ｍ，ｎ：自然数（０は含まず））の垂直共振器型面発光レーザにおいて、つぎのようなことが可能となる。
すなわち、熱放散と配線を担う金属材料層を分離する（絶縁層を挟みに層構造にする）ことにより、配線パターンの自由度を増加させることが可能となる。
また、断線を抑制し、かつ活性層で発熱した熱を効率的に放散することが可能な狭ピッチ二次元垂直共振器型面発光レーザアレイを作製することが可能となる。
すなわち、熱放散と配線を担う金属材料層を分離する（絶縁層を挟みに層構造にする）ことにより、配線パターンの自由度を増加させることが可能となる。
また、断線を抑制し、かつ活性層で発熱した熱を効率的に放散することが可能な狭ピッチ二次元垂直共振器型面発光レーザアレイを作製することが可能となる。
本実施例では、８５０ｎｍ帯垂直共振器型面発光レーザについて述べたがこれに限定されるものではなく、例えば６８０ｎｍ帯（ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ活性層系）などの垂直共振器型面発光レーザにも適用可能である。
また、本実施例において示した、成長、リソグラフィー、エッチング、アッシング及び蒸着に用いた手法（装置）は記述手法（装置）に限るものではなく、同様の効果が得られるのであればいかなる手法（装置）であっても良い。
また、本実施例において示した、成長、リソグラフィー、エッチング、アッシング及び蒸着に用いた手法（装置）は記述手法（装置）に限るものではなく、同様の効果が得られるのであればいかなる手法（装置）であっても良い。
［実施例２］
実施例２においては、本発明を適用して構成した実施例１とは異なる形態による垂直共振器型面発光レーザアレイの構成例について説明する。
実施例２における実施例１との違いは、第２の絶縁層が、配線用金属材料層と接する領域のみに形成されている点である。
図３に、本実施例の垂直共振器型面発光レーザアレイを示す。
図３において、３００は半導体層、３０２は熱放散用金属材料層、３０４は第１の絶縁層、３０６は第２の絶縁層、３０８は活性層、３１０は配線金属材料層及び３１２は電極である。
本実施例の垂直共振器型面発光レーザアレイは、半導体層３００上と、ＤＢＲミラー層が露出するように形成されたメサの上部表面以外の部分に、第１の絶縁層３０４が形成されている。
また、第１の絶縁層３０４が形成されている半導体層３００上を、活性層３０８の側部領域を含め、これらを覆うように熱放散用金属材料層３０２が形成されている。
また、熱放散用金属材料層３０２が形成された上において、第２の絶縁層３０６が、配線用金属材料層３１０と接する領域のみに形成されている。
実施例２においては、本発明を適用して構成した実施例１とは異なる形態による垂直共振器型面発光レーザアレイの構成例について説明する。
実施例２における実施例１との違いは、第２の絶縁層が、配線用金属材料層と接する領域のみに形成されている点である。
図３に、本実施例の垂直共振器型面発光レーザアレイを示す。
図３において、３００は半導体層、３０２は熱放散用金属材料層、３０４は第１の絶縁層、３０６は第２の絶縁層、３０８は活性層、３１０は配線金属材料層及び３１２は電極である。
本実施例の垂直共振器型面発光レーザアレイは、半導体層３００上と、ＤＢＲミラー層が露出するように形成されたメサの上部表面以外の部分に、第１の絶縁層３０４が形成されている。
また、第１の絶縁層３０４が形成されている半導体層３００上を、活性層３０８の側部領域を含め、これらを覆うように熱放散用金属材料層３０２が形成されている。
また、熱放散用金属材料層３０２が形成された上において、第２の絶縁層３０６が、配線用金属材料層３１０と接する領域のみに形成されている。
つぎに、本実施例の垂直共振器型面発光レーザアレイの製造方法について説明する。
図４に本実施例の上記面発光レーザアレイの製造方法について説明する模式図を示す。
図４において、４００はｎ型ＧａＡｓ基板、４０２は半導体エピ層、４０４は活性層、４
０６メサ構造、４０８は第１の絶縁層、４１０は熱放散用金属材料層、４１２は第２の絶縁層、４１４は配線用金属材料層及び４１６は電極金属層である。
図４に本実施例の上記面発光レーザアレイの製造方法について説明する模式図を示す。
図４において、４００はｎ型ＧａＡｓ基板、４０２は半導体エピ層、４０４は活性層、４
０６メサ構造、４０８は第１の絶縁層、４１０は熱放散用金属材料層、４１２は第２の絶縁層、４１４は配線用金属材料層及び４１６は電極金属層である。
本実施例において、垂直共振器型面発光レーザアレイは、つぎの工程を経て製造される。
まず、図４（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板４００上にＭＯＣＶＤ装置によりバッ
ファー層を介して、以下のように各半導体エピ層４０２を成長させる。
すなわち、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスペーサー層、ＧａＡｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ−ＭＱＷ活性層４０４を順次成長させる。
そして更に、ｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスペーサー層、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層を順次成長させる。
つぎに、図４（ｂ）に示すように、リソグラフィー及びドライエッチング技術を用いてｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層が露出するようにメサ４０６を形成する。
つぎに、図４（ｃ）に示すように、ＣＶＤ成膜技術、リソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、メサ構造の上部表面以外の部分に第１の絶縁層（酸化シリコン膜）４０８を形成する。
つぎに、図４（ｄ）に示すように、リソグラフィー技術及び金属蒸着技術を用いて活性層４０４側部を覆うように熱放散用金属材料層４１０（Ｔｉ／Ａｕ）を３μｍ形成する。
まず、図４（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板４００上にＭＯＣＶＤ装置によりバッ
ファー層を介して、以下のように各半導体エピ層４０２を成長させる。
すなわち、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスペーサー層、ＧａＡｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ−ＭＱＷ活性層４０４を順次成長させる。
そして更に、ｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスペーサー層、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層を順次成長させる。
つぎに、図４（ｂ）に示すように、リソグラフィー及びドライエッチング技術を用いてｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ−ＤＢＲミラー層が露出するようにメサ４０６を形成する。
つぎに、図４（ｃ）に示すように、ＣＶＤ成膜技術、リソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、メサ構造の上部表面以外の部分に第１の絶縁層（酸化シリコン膜）４０８を形成する。
つぎに、図４（ｄ）に示すように、リソグラフィー技術及び金属蒸着技術を用いて活性層４０４側部を覆うように熱放散用金属材料層４１０（Ｔｉ／Ａｕ）を３μｍ形成する。
つぎに、図４（ｅ）に示すように、ＣＶＤ成膜技術、リソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、メサの上部表面以外の部分に第２の絶縁層（酸化シリコン膜）４１２を形成する。
つぎに、図４（ｆ）に示すように、リソグラフィー技術及び金属蒸着技術を用いて、第２の絶縁層上に、素子駆動用の配線用金属材料層４１４（Ｔｉ／Ａｕ）を１μｍ形成する。
その後、バッファードフッ酸に浸漬することにより、上記金属材料層４１４をマスクとして、第２の絶縁層をエッチングする。
つまり、このプロセスにより、前記第２の金属材料層と接していない前記第２の絶縁層の領域をエッチングによって除去する。
つぎに、図４（ｇ）に示すように、金属蒸着技術を用いて、ｎ型ＧａＡｓに電極金属層４１６（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を形成する。
つぎに、図４（ｆ）に示すように、リソグラフィー技術及び金属蒸着技術を用いて、第２の絶縁層上に、素子駆動用の配線用金属材料層４１４（Ｔｉ／Ａｕ）を１μｍ形成する。
その後、バッファードフッ酸に浸漬することにより、上記金属材料層４１４をマスクとして、第２の絶縁層をエッチングする。
つまり、このプロセスにより、前記第２の金属材料層と接していない前記第２の絶縁層の領域をエッチングによって除去する。
つぎに、図４（ｇ）に示すように、金属蒸着技術を用いて、ｎ型ＧａＡｓに電極金属層４１６（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を形成する。
以上説明した工程により、面発光レーザの活性層で発熱した熱を効率的に放散する金属材料層と面発光レーザを駆動するための配線である金属材料層とが別々に形成された垂直共振器型面発光レーザアレイを得ることが可能となる。
特に本実施例では、第２の絶縁層を配線用金属材料層と接する領域のみに形成することによって、熱放散用金属が熱伝導率の小さい絶縁層で覆われる領域を最小限にでき、より熱を効率的に放散することが可能となる。
特に本実施例では、第２の絶縁層を配線用金属材料層と接する領域のみに形成することによって、熱放散用金属が熱伝導率の小さい絶縁層で覆われる領域を最小限にでき、より熱を効率的に放散することが可能となる。
なお、本実施例では、メサ径２０μｍ、メサピッチ４０μｍの４×４の垂直共振器型面発光レーザアレイを形成している。
本実施例では、活性層中心位置から２．５μｍ厚さの熱放散用の金属材料層を蒸着により形成している。
また、メサ最上部から熱放散用の金属材料層の最表面までの高さが２μｍ以下になるように熱放散用金属材料層の厚さを制御している。
このような構成をとることにより、配線用の金属材料層が断線することなく形成できる。なお、メサ最上部から熱放散用の金属材料層の最表面までの高さが２μｍを越えると断線する割合が高くなる。
本実施例では、活性層中心位置から２．５μｍ厚さの熱放散用の金属材料層を蒸着により形成している。
また、メサ最上部から熱放散用の金属材料層の最表面までの高さが２μｍ以下になるように熱放散用金属材料層の厚さを制御している。
このような構成をとることにより、配線用の金属材料層が断線することなく形成できる。なお、メサ最上部から熱放散用の金属材料層の最表面までの高さが２μｍを越えると断線する割合が高くなる。
この構成により、素子間ピッチ８０μｍ以下のｍ×ｎ（ｍ，ｎ：自然数（０は含まず））の垂直共振器型面発光レーザにおいて、つぎのようなことが可能となる。
すなわち、熱放散と配線を担う金属材料層を分離する（絶縁層を挟みに層構造にする）ことにより、配線引き回し（パターン）の自由度を増加させることが可能となる。
また、断線を抑制し、かつ活性層で発熱した熱を効率的に放散することが可能な狭ピッチ二次元垂直共振器型面発光レーザアレイを作製することが可能となる。
すなわち、熱放散と配線を担う金属材料層を分離する（絶縁層を挟みに層構造にする）ことにより、配線引き回し（パターン）の自由度を増加させることが可能となる。
また、断線を抑制し、かつ活性層で発熱した熱を効率的に放散することが可能な狭ピッチ二次元垂直共振器型面発光レーザアレイを作製することが可能となる。
本実施例では、８５０ｎｍ帯垂直共振器型面発光レーザについて述べたがこれに限定されるものではなく、例えば６８０ｎｍ帯（ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ活性層系）などの垂直共振器型面発光レーザにも適用可能である。
また、本実施例において示した、成長、リソグラフィー、エッチング、アッシング及び蒸着に用いた手法（装置）は記述手法（装置）に限るものではなく、同様の効果が得られるのであればいかなる手法（装置）であっても良い。
また、本実施例において示した、成長、リソグラフィー、エッチング、アッシング及び蒸着に用いた手法（装置）は記述手法（装置）に限るものではなく、同様の効果が得られるのであればいかなる手法（装置）であっても良い。
［実施例３］
実施例３においては、本発明による垂直共振器型面発光レーザアレイを備えている画像形成装置の構成例について説明する。
図５に、本発明による垂直共振器型面発光レーザアレイを実装した電子写真記録方式の画像形成装置の構造図を示す。
図５（ａ）は画像形成装置の側面図であり、図５（ｂ）は同装置の側面図である。
図５において、５００は感光ドラム、５０２は帯電器、５０４は現像器、５０６は転写帯電器、５０８は定着器、５１０は回転多面鏡である。
５１２はモータ、５１４は垂直共振器型面発光レーザアレイ、５１６は反射鏡、５２０はコリメータレンズ及び５２２はｆ−θレンズである。
実施例３においては、本発明による垂直共振器型面発光レーザアレイを備えている画像形成装置の構成例について説明する。
図５に、本発明による垂直共振器型面発光レーザアレイを実装した電子写真記録方式の画像形成装置の構造図を示す。
図５（ａ）は画像形成装置の側面図であり、図５（ｂ）は同装置の側面図である。
図５において、５００は感光ドラム、５０２は帯電器、５０４は現像器、５０６は転写帯電器、５０８は定着器、５１０は回転多面鏡である。
５１２はモータ、５１４は垂直共振器型面発光レーザアレイ、５１６は反射鏡、５２０はコリメータレンズ及び５２２はｆ−θレンズである。
図５において、モータ５１２は回転多面鏡５１０を回転駆動するものである。本実施例における回転多面鏡５１０は、６つの反射面を備えている。５１２は記録用光源であるところの垂直共振器型面発光レーザアレイである。
垂直共振器型面発光レーザアレイ５１４は、レーザドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯する。
このようにして光変調されたレーザ光は、垂直共振器型面発光レーザアレイ５１４からコリメータレンズ５２０を介し回転多面鏡５１０に向けて照射される。
回転多面鏡５１０は矢印方向に回転していて、垂直共振器型面発光レーザアレイ５１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡５１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。
この反射光は、ｆ−θレンズ５２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡５１６を経て感光ドラム５００に照射され、感光ドラム５００上で主走査方向に走査される。
このとき、回転多面鏡５１０の１面を介したビーム光の反射により、感光ドラム５００の主走査方向に垂直共振器型面発光レーザアレイ５１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。
本実施例においては、４×８の垂直共振器型面発光レーザアレイ５１４を用いており、４ライン分の画像が形成される。
垂直共振器型面発光レーザアレイ５１４は、レーザドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯する。
このようにして光変調されたレーザ光は、垂直共振器型面発光レーザアレイ５１４からコリメータレンズ５２０を介し回転多面鏡５１０に向けて照射される。
回転多面鏡５１０は矢印方向に回転していて、垂直共振器型面発光レーザアレイ５１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡５１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。
この反射光は、ｆ−θレンズ５２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡５１６を経て感光ドラム５００に照射され、感光ドラム５００上で主走査方向に走査される。
このとき、回転多面鏡５１０の１面を介したビーム光の反射により、感光ドラム５００の主走査方向に垂直共振器型面発光レーザアレイ５１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。
本実施例においては、４×８の垂直共振器型面発光レーザアレイ５１４を用いており、４ライン分の画像が形成される。
感光ドラム５００は、予め帯電器５０２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。
また、感光ドラム５００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は、現像器５０４により現像され、現像された可視像は転写帯電器５０６により、転写紙（図示せず）に転写される。
可視像が転写された転写紙は、定着器５０８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。
また、感光ドラム５００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は、現像器５０４により現像され、現像された可視像は転写帯電器５０６により、転写紙（図示せず）に転写される。
可視像が転写された転写紙は、定着器５０８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。
なお、感光ドラム５００の側部における主走査方向の走査開始位置近傍に、ビーム検出センサ（Ｂｅａｍ Ｄｅｔｅｃｔセンサ：以下ＢＤセンサ）が配置されている（図示せず）。
回転多面鏡５１０の各反射面で反射されたレーザ光は、ライン走査に先立ってＢＤセンサにより検出される。
この検出信号は、主走査奉公の走査開始基準信号としてタイミングコントローラ（図示せず）に入力され、この信号を規準として各ラインにおける走査方向の書き出し開始位置の同期が取られる。
なお、本実施例では、４×８垂直共振器型面発光レーザアレイを用いたが、これに限定されるものではなく、ｍ×ｎ垂直共振器型面発光レーザアレイ（ｍ，ｎ：自然数（０は含まず））であっても良い。
以上説明したように、本発明による垂直共振器型面発光レーザアレイを電子写真記録方式の画像形成装置に用いることにより、高速・高精細印刷を可能とする画像形成装置を得ることが可能となる。
回転多面鏡５１０の各反射面で反射されたレーザ光は、ライン走査に先立ってＢＤセンサにより検出される。
この検出信号は、主走査奉公の走査開始基準信号としてタイミングコントローラ（図示せず）に入力され、この信号を規準として各ラインにおける走査方向の書き出し開始位置の同期が取られる。
なお、本実施例では、４×８垂直共振器型面発光レーザアレイを用いたが、これに限定されるものではなく、ｍ×ｎ垂直共振器型面発光レーザアレイ（ｍ，ｎ：自然数（０は含まず））であっても良い。
以上説明したように、本発明による垂直共振器型面発光レーザアレイを電子写真記録方式の画像形成装置に用いることにより、高速・高精細印刷を可能とする画像形成装置を得ることが可能となる。
１００，３００：半導体層
１０２，３０２：熱放散用金属材料層
１０４，３０４：第１の絶縁層
１０６，３０６：第２の絶縁層
１０８，３０８：活性層
１１０，３１０：配線用金属材料層
１１２，３１２：電極
２００，４００：ｎ型ＧａＡｓ基板
２０２，４０２：半導体エピ層
２０４，４０４：活性層
２０６，４０６：メサ構造
２０８，４０８：第１の絶縁層
２１０，４１０：熱放散用金属材料層
２１２，４１２：第２の絶縁層
２１４，４１４：配線用金属材料層
２１６，４１６：電極金属層
５００：感光ドラム
５０２：帯電器
５０４：現像器
５０６：転写帯電器
５０８：定着器
５１０：回転多面鏡
５１２：モータ
５１４：垂直共振器型面発光レーザアレイ
５１６：反射鏡
５２０：コリメータレンズ
５２２：ｆ−θレンズ
１０２，３０２：熱放散用金属材料層
１０４，３０４：第１の絶縁層
１０６，３０６：第２の絶縁層
１０８，３０８：活性層
１１０，３１０：配線用金属材料層
１１２，３１２：電極
２００，４００：ｎ型ＧａＡｓ基板
２０２，４０２：半導体エピ層
２０４，４０４：活性層
２０６，４０６：メサ構造
２０８，４０８：第１の絶縁層
２１０，４１０：熱放散用金属材料層
２１２，４１２：第２の絶縁層
２１４，４１４：配線用金属材料層
２１６，４１６：電極金属層
５００：感光ドラム
５０２：帯電器
５０４：現像器
５０６：転写帯電器
５０８：定着器
５１０：回転多面鏡
５１２：モータ
５１４：垂直共振器型面発光レーザアレイ
５１６：反射鏡
５２０：コリメータレンズ
５２２：ｆ−θレンズ
Claims (7)
- 第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含む半導体層を有する面発光レーザ素子が複数配置されている面発光レーザアレイにおいて、
前記半導体層の上に、第１の絶縁層を介して形成された熱を放散させるための第１の金属材料層と、
前記第１の金属材料層の上に、第２の絶縁層を介して形成された前記活性層に電流を注入するための第２の金属材料層とを有し、
前記第１の金属材料層は前記複数の各面発光レーザ素子間で共有されていることを特徴とする面発光レーザアレイ。 - 前記第１の絶縁層が、前記第２の反射ミラーの上層側に構成されているレーザ出射口を除き、前記半導体層の上に形成され、
前記第１の絶縁層を介して、前記第１の金属材料層が少なくとも前記活性層を含め、前記半導体層の上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザアレイ。 - 前記第２の絶縁層が、前記第２の金属材料層と接する領域のみに形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記複数の各面発光レーザ素子間のピッチが、８０μｍ以下とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ。
- 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイを備えていることを特徴とする画像形成装置。
- 第１の反射ミラーと、活性層と、電流狭窄部と、第２の反射ミラーとを含む半導体層を有する面発光レーザアレイの製造方法において、
前記半導体層をエッチングすることによりメサ構造を形成する工程と、
前記半導体層の上に、第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層の上に、前記活性層の側部領域を覆うように熱を放散させるための第１の金属材料層を形成する工程と、
前記第１の金属材料層の上に、第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の上に、前記活性層に電流を注入するための第２の金属材料層を形成する工程と、
を有することを特徴とする面発光レーザアレイの製造方法。 - 前記第２の絶縁層の上に前記第２の金属材料層を形成した後に、該第２の金属材料層と接していない前記第２の絶縁層の領域をエッチングによって除去する工程を有することを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザアレイの製造方法。
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