JP2010212515A - 面発光レーザ及びその製造方法、面発光レーザアレイ、光走査装置並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧａＡｓコンタクト層の厚さが２０ｎｍ程度以下である７８０ｎｍ帯又は７８０ｎｍ帯以下に発光波長を有する面発光レーザにおいて、ＧａＡｓコンタクト層がダメージを受けることによるコンタクト抵抗の増大や黒色化現象を回避し、低抵抗で安定した特性が得られる面発光レーザ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】化合物半導体基板１上に、下部半導体多層膜反射鏡３、下部スペーサ層４、活性層５、上部スペーサ層６、上部半導体多層膜反射鏡８、コンタクト層９を順に積層した積層膜を形成する積層膜形成工程と、コンタクト層９上に化合物半導体を含む第１の保護膜１０を形成する第１の保護膜形成工程と、積層膜の形状を加工する形状加工工程と、形状加工工程の後、第１の保護膜１０をエッチングしてコンタクト層９を露出させる第１の保護膜エッチング工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真システム、光通信システム及び光インターコネクトシステムに用いられる面発光レーザ及びその製造方法に関し、また、面発光レーザを複数有する面発光レーザアレイを用いた光走査装置並びに画像形成装置に関する。

面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER；ＶＣＳＥＬ）は、半導体基板の表面にレーザ共振器を形成したものであり、レーザ共振器で発振させた発振光を、半導体基板の表面と垂直な方向に出射するように構成されている。具体的には、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、基板側及び表面側に、出射するレーザ光に対して高い反射率を有し、対向する一対の反射鏡が設けられている。一対の反射鏡の間に活性層が設けられ、更に、一対の反射鏡のそれぞれの反射鏡と活性層との間には、それぞれスペーサ層が設けられている。

面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、次のような利点を有する。第１に、活性層の体積を小さくすることができるため、駆動電流が低く、駆動する際の消費電力が低い。第２に、共振器のモード体積が小さいため、数十ＧＨｚの変調が可能であり、高速伝送に適している。第３に、面発光レーザは、端面発光型レーザに比べ、製造プロセスにおいて基板をへき開する必要がなく、素子面積が小さいため、並列配置させ、二次元高密度アレイを容易に構成することができる。

上記のような利点を有するため、面発光レーザは、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク上の光伝送用光源への適用のみならず、電子機器のボード間又はボード内、更にはＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）チップ間又はチップ内の光伝送用光源へ適用することも可能であると期待されている。また、面発光レーザを複数有する面発光レーザアレイを用いて光走査装置を形成することにより、レーザプリンタ等の画像形成装置への適用することも可能であると期待されている。

図１４は、従来の面発光レーザの素子構造を示す図である。図１４に示すように、面発光レーザ１２０は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板１０１上に、下部半導体多層膜反射鏡（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）層１０３と、ドープしていないアンドープ下部ＡｌＧａＡｓスペーサ層１０４と、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの活性層１０５と、ドープしていないアンドープ上部ＡｌＧａＡｓスペーサ層１０６と、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層１０７と、上部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）層１０８と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９とを、順に積層し、メサ構造に形状加工された積層膜を有する。下部ＤＢＲ層１０３は、例えば数十対のｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ／Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓよりなる。ドープしていないアンドープ下部ＡｌＧａＡｓスペーサ層１０４は、例えばＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓよりなる。活性層１０５は、例えばＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸構造（Multi-Quantum Well：ＭＱＷ）活性層よりなる。ドープしていないアンドープ上部ＡｌＧａＡｓスペーサ層１０６は、例えばＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓよりなる。ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層１０７は、ＡｌＡｓ層を選択酸化して電流狭窄構造を構成するためのものである。上部ＤＢＲ層１０８は、例えば数十対のｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ／Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓよりなる。

また、図１４に示すように、従来の面発光レーザ１２０においては、メサ構造に形状加工された積層膜は、素子の絶縁のための保護膜１１２で被覆されている。保護膜１１２としては、例えばＳｉＯ_２膜又はＳｉＮ膜が用いられる（例えば特許文献１、２参照）。また、保護膜１１２の一部は、メサ構造に形状加工された積層膜の上面において開口された開口部を有し、開口部においてｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９と接続されるようにｐ側電極１１３が形成される。また、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板１０１の下面には、ｎ側電極１０２が形成される。

ところが、上記の面発光レーザにおいて、次のような問題があった。

面発光レーザを製造する製造工程の途中の工程において、積層膜の最表層であるｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９は、種々のダメージを受ける。例えば、保護膜１１２を成膜する工程のように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９表面にＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜等を成膜する工程が数工程あり、それらの工程において、プラズマに曝されプラズマダメージを受ける場合がある。

また、熱履歴によりｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９の表層においてＧａＡｓからＡｓが脱離させられることによって、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９の表層から１０ｎｍ程度の深さにわたり、ＧａＡｓの組成がストイキオメトリ（化学量論組成）の組成からずれたり、あるいはＧａＡｓの内部に結晶欠陥が生成し、ＧａＡｓ変質層になる場合がある。

ＧａＡｓ変質層はバッファードフッ酸によりエッチングされやすいため、その後保護膜の一部を開口し、コンタクトホールを形成する工程を行う際に、基板がバッファードフッ酸に曝される際に、ＧａＡｓ変質層が１０ｎｍ程度エッチングされてしまう場合がある。

ｐ−ＧａＡｓコンタクト層が厚い場合には、ダメージを受けたｐ−ＧａＡｓコンタクト層の表層１０ｎｍ程度がエッチングされても下層のＡｌＧａＡｓ層が露出することはない。しかしながら、７８０ｎｍ帯又は７８０帯以下に発光波長を有する面発光レーザの場合、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層における発振光の吸収分が増加してしまうため、コンタクト層の厚さは２０ｎｍ程度と薄くせざるを得ない。すなわち、７８０ｎｍ帯又は７８０ｎｍ帯以下に発光波長を有する面発光レーザの場合、下層のＡｌＧａＡｓ層が露出しないようにｐ−ＧａＡｓコンタクト層を厚くすることができないため、ダメージを受けたｐ−ＧａＡｓコンタクト層の表層１０ｎｍ程度がエッチングされて下層のＡｌＧａＡｓ層が露出してしまうという問題があった。

ｐ−ＧａＡｓコンタクト層がエッチングされて露出されたＡｌＧａＡｓ層の表面に上部電極が形成される場合、コンタクト抵抗が増大し、面発光レーザの素子の駆動電圧が高くなってしまうか、又はｐ−ＧａＡｓコンタクト層が黒色化して変質してしまうという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ＧａＡｓコンタクト層の厚さが２０ｎｍ程度以下である７８０ｎｍ帯又は７８０ｎｍ帯以下に発光波長を有する面発光レーザにおいて、ＧａＡｓコンタクト層がダメージを受けることによるコンタクト抵抗の増大や黒色化現象を回避し、低抵抗で安定した特性が得られる面発光レーザ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

第１の発明に係る面発光レーザの製造方法は、化合物半導体基板上に、下部半導体多層膜反射鏡、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、上部半導体多層膜反射鏡、コンタクト層を順に積層した積層膜を形成する積層膜形成工程と、前記コンタクト層上に化合物半導体を含む第１の保護膜を形成する第１の保護膜形成工程と、前記積層膜の形状を加工する形状加工工程と、前記形状加工工程の後、前記第１の保護膜をエッチングして前記コンタクト層を露出させる第１の保護膜エッチング工程とを有する。

第２の発明は、第１の発明に係る面発光レーザの製造方法において、前記コンタクト層はＧａＡｓを含み、前記第１の保護膜はＩｎＧａＰを含むことを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明に係る面発光レーザの製造方法において、前記形状加工工程の後、前記第１の保護膜エッチング工程の前に、前記第１の保護膜の上に第２の保護膜を形成する第２の保護膜形成工程と、前記第２の保護膜をエッチングする第２の保護膜エッチング工程とを有する。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明に係る面発光レーザの製造方法において、前記第２の保護膜は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙのいずれか１つからなることを特徴とする。

第５の発明は、第２の発明に係る面発光レーザの製造方法において、前記第１の保護膜のエッチング工程において、塩酸または硫酸をエッチャントとして用いることを特徴とする。

第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明に係る面発光レーザの製造方法において、前記積層膜形成工程と前記第１の保護膜形成工程とを同一のチャンバ内で連続して行うことを特徴とする。

第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明に係る面発光レーザの製造方法において、前記活性層より得られる発振光の波長は、７８０ｎｍ帯又は７８０ｎｍ以下であることを特徴とする。

第８の発明は、第１から第７のいずれかの発明に係る面発光レーザの製造方法において、前記第１の保護膜の光学長は、前記活性層より得られる発振光の波長の１／２の整数倍であることを特徴とする。

第９の発明に係る面発光レーザは、化合物半導体基板上に形成され、下部半導体多層膜反射鏡、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、上部半導体多層膜反射鏡、コンタクト層が順に積層された積層膜と、前記コンタクト層上に化合物半導体を含む第１の保護膜を介して形成された第２の保護膜とを有する。

第１０の発明は、第９の発明に係る面発光レーザにおいて、前記コンタクト層はＧａＡｓを含み、前記第１の保護膜はＩｎＧａＰを含むことを特徴とする。

第１１の発明は、第９又は第１０の発明に係る面発光レーザにおいて、前記第２の保護膜は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙのいずれか１つからなることを特徴とする
第１２の発明は、第９から第１１のいずれかの発明に係る面発光レーザにおいて、前記活性層より得られる発振光の波長は、７８０ｎｍ帯又は７８０ｎｍ以下であることを特徴とする。

第１３の発明は、第９から第１２のいずれかの発明に係る面発光レーザにおいて、前記第１の保護膜の光学長は、前記活性層より得られる発振光の波長の１／２の整数倍であることを特徴とする。

第１４の発明に係る面発光レーザアレイは、第９から第１３のいずれかの発明に係る面発光レーザを複数有する。

第１５の発明は、光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置であって、第１４の発明に係る面発光レーザアレイを有する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光ビームを偏向する偏向手段と、前記偏向手段で変更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。

第１６の発明に係る画像形成装置は、光ビームにより静電潜像を形成する像担持体と、前記像担持体に対して画像情報が含まれる光ビームを走査する請求項１５に記載の光走査装置と、前記像担持体に形成された静電潜像を転写対象物に転写する転写手段とを備える。

本発明によれば、ＧａＡｓコンタクト層の厚さが２０ｎｍ程度以下である７８０ｎｍ帯又は７８０ｎｍ帯以下に発光波長を有する面発光レーザにおいて、ＧａＡｓコンタクト層がダメージを受けることによるコンタクト抵抗の増大や黒色化現象を回避し、低抵抗で安定した特性が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザの製造方法の各工程の手順を説明するための工程図である。 本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザの製造方法の各工程における面発光レーザの構造を模式的に示す断面図（その１）である。 本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザの製造方法の各工程における面発光レーザの構造を模式的に示す断面図（その２）である。 本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザの製造方法の各工程における面発光レーザの構造を模式的に示す断面図（その３）である。 従来の面発光レーザの製造方法の各工程の手順を説明するための工程図である。 従来の面発光レーザの製造方法の各工程における面発光レーザの構造を模式的に示す断面図（その１）である。 従来の面発光レーザの製造方法の各工程における面発光レーザの構造を模式的に示す断面図（その２）である。 従来の別の面発光レーザの製造方法の各工程における面発光レーザの構造を模式的に示す断面図（その１）である。 従来の別の面発光レーザの製造方法の各工程における面発光レーザの構造を模式的に示す断面図（その２）である。 従来の面発光レーザの製造方法における保護膜エッチング工程におけるＧａＡｓコンタクト層の膜厚の減少量のエッチング時間依存性を示すグラフである。 従来の面発光レーザの製造方法における保護膜エッチング工程を行った後、電極とコンタクト層との間のコンタクト抵抗を測定した測定結果を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザの素子表面を、従来の面発光レーザの素子表面と比較して示す写真である。 本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザの駆動電流の素子間のばらつきを、従来の面発光レーザの駆動電流の素子間のばらつきと比較して示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る光走査装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光走査装置の光源ユニットとして用いる面発光レーザアレイの解像度を説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態に係る画像形成装置であるレーザプリンタの概略構成を示す縦断面図である。 従来の面発光レーザの構造を模式的に示す断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
最初に、本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザ及びその製造方法について説明する。

図１は、本実施の形態に係る面発光レーザの構造を模式的に示す断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る面発光レーザ２０は、化合物半導体基板１上に、下部ＤＢＲ層３と、下部スペーサ層４と、活性層５と、上部スペーサ層６と、選択酸化層７と、上部ＤＢＲ層８と、コンタクト層９とを、順に積層した積層膜を有する。化合物半導体基板１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板よりなる。下部ＤＢＲ層３は、例えば数十対のｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ／Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓよりなる。下部スペーサ層４は、ドープしていないアンドープ下部ＡｌＧａＡｓスペーサ層４であり、例えばＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓよりなる。活性層５は、例えばＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸構造（ＭＱＷ）活性層よりなる。上部スペーサ層６は、ドープしていないアンドープ上部ＡｌＧａＡｓスペーサ層６であり、例えばＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓよりなる。選択酸化層７は、ｐ−ＡｌＡｓよりなり、ＡｌＡｓ層を選択酸化して電流狭窄構造を構成するためのものである。上部ＤＢＲ層８は、例えば数十対のｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ／Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓよりなる。コンタクト層９は、例えばｐ−ＧａＡｓよりなる。

また、図１に示すように、本実施の形態に係る面発光レーザ２０においては、積層膜は、素子の絶縁のための保護膜１２で被覆されている。保護膜１２は、本発明における第２の保護膜に相当するものである。保護膜１２としては、例えばＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ_ｘ膜、又はＳｉＯ_ｘＮ_ｙ膜が用いられる。

また、図１に示すように、本実施の形態に係る面発光レーザ２０においては、積層膜のコンタクト層９と保護膜１２との間に、コンタクト層保護層１０、メサマスク１１を有する。コンタクト層保護層１０は、ＩｎＧａＰよりなり、積層膜をメサ構造に形状加工する際及びメサ構造に形状加工された積層膜を保護膜１２で被覆する際に、コンタクト層９を保護するためのものである。コンタクト層保護層１０の材料としては、ＩｎＧａＰの他に、例えば、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＰが用いられる。メサマスク１１は、積層膜をメサ構造に形状加工する際のマスクとなるものである。メサマスク１１としては、例えばＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ_ｘ膜、又はＳｉＯ_ｘＮ_ｙ膜が用いられる。

また、図１に示すように、本実施の形態に係る面発光レーザ２０においては、保護膜１２、メサマスク１１、コンタクト層保護層１０は、メサ構造の中心部において、開口され、開口部が設けられている。開口部の周縁及び保護膜１２を被覆するように、ｐ側電極１３が形成される。ｐ側電極１３は、コンタクト層９をメサ構造の外部と電気的に接続するためのものである。

また、図１に示すように、本実施の形態に係る面発光レーザ２０においては、化合物半導体基板１の裏面に、ｎ側電極２が形成されている。

次に、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法について説明する。

図２は、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法の各工程の手順を説明するための工程図である。図３Ａ及び図３Ｂは、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法の各工程における面発光レーザの構造を模式的に示す断面図である。また、図２のステップＳ１１からステップＳ１９の各々の工程が行われた後の面発光レーザの構造は、図３Ａ（ａ）から図３Ｃ（ｉ）の各々の断面図で示される構造に対応する。

本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法は、図２に示されるように、積層膜形成工程と、第１の保護膜形成工程と、メサマスク形成工程と、形状加工工程と、酸化工程と、第２の保護膜形成工程と、第２の保護膜エッチング工程と、第１の保護膜エッチング工程と、ｐ側電極形成工程とを含む。積層膜形成工程はステップＳ１１を含み、第１の保護膜形成工程はステップＳ１２を含み、メサマスク形成工程はステップＳ１３を含み、形状加工工程はステップＳ１４を含み、酸化工程はステップＳ１５を含み、第２の保護膜形成工程はステップＳ１６を含み、第２の保護膜エッチング工程はステップＳ１７を含み、第１の保護膜エッチング工程はステップＳ１８を含み、ｐ側電極形成工程はステップＳ１９を含む。

始めに、ステップＳ１１を含む積層膜形成工程を行う。ステップＳ１１は、化合物半導体基板１上に、下部ＤＢＲ層３、下部スペーサ層４、活性層５、上部スペーサ層６、選択酸化層７、上部ＤＢＲ層８、コンタクト層９を順に積層した積層膜を形成する工程である。図３Ａ（ａ）は、ステップＳ１１が行われた後の面発光レーザの構造を示す断面図である。

ステップＳ１１では、図３Ａ（ａ）に示されるように、化合物半導体基板１の上に、下から順に下部ＤＢＲ層３、下部スペーサ層４、活性層５、上部スペーサ層６、選択酸化層７、上部ＤＢＲ層８、コンタクト層９を積層した積層膜を形成する。具体的には、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法（有機金属化学気相成長法）やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法（分子ビームエピタキシー法）等の成膜方法を用い、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板よりなる化合物半導体基板１上に、数十対のｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ／Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓよりなる下部ＤＢＲ層３と、ドープしていないアンドープＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓよりなる下部スペーサ層４と、Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸構造（ＭＱＷ）活性層よりなる活性層５と、ドープしていないアンドープＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓよりなる上部スペーサ層６と、ｐ−ＡｌＡｓよりなる選択酸化層７と、数十対のｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ／Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓよりなる上部ＤＢＲ層８と、ｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層９とを順に積層した積層膜を形成する。

次に、ステップ１２を含む第１の保護膜形成工程を行う。ステップＳ１２は、積層膜のコンタクト層９上に化合物半導体を含む第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０を形成する工程である。図３Ａ（ｂ）は、ステップＳ１２が行われた後の面発光レーザの構造を示す断面図である。

ステップＳ１２では、図３Ａ（ｂ）に示すように、積層膜のｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層９の上に、ＩｎＧａＰよりなるコンタクト層保護層１０を積層する。具体的には、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の成膜方法を用いる。また、積層膜形成工程であるステップＳ１１と第１の保護膜形成工程であるステップＳ１２とを、同一のチャンバ内で連続して行うことができる。

次に、ステップＳ１３を含むメサマスク形成工程を行う。ステップＳ１３は、ＩｎＧａＰよりなるコンタクト層保護層１０の上にマスク材を形成し、メサ構造に形状加工してメサマスク１１を形成する工程である。メサマスク１１は、ステップＳ１４を含む形状加工工程において、第１の保護膜であるコンタクト保護層１０及び積層膜をエッチングして形状を加工し、活性層近傍に電流及び光を閉じ込めるため、又は寄生容量を低減して高速変調を可能にするためのメサ構造を形成するためのマスクである。図３Ａ（ｃ）は、ステップＳ１３が行われた後の面発光レーザの構造を示す断面図である。

ステップＳ１３では、図３Ａ（ｃ）に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法（化学気相成長法）等により、コンタクト層保護層１０が形成された化合物半導体基板１の全面にＣＶＤ法等により、ＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ_ｘ膜、又はＳｉＯ_ｘＮ_ｙ膜等のマスク材を成膜し、成膜されたマスク材の上にレジストを塗布、パターン露光、現像を行うフォトリソグラフィを行ってレジストのパターニングを行い、パターニングされたレジストをエッチングマスクに用いてマスク材のエッチングを行ってメサマスク１１を形成する。又は、パターニングされたレジスト自体をメサマスクとしてもよい。

次に、ステップＳ１４を含む形状加工工程を行う。ステップＳ１４は、積層膜をメサ構造に形状加工する工程である。本実施の形態では、積層膜はコンタクト層保護層１０で被覆されているため、ステップＳ１４は、メサマスク１１をマスクに用い、コンタクト層保護層１０で被覆された積層膜をメサ構造（柱状構造）に形状加工するエッチング工程を行う工程である。図３Ｂ（ｄ）は、ステップＳ１４が行われた後の面発光レーザの構造を示す断面図である。

ドライエッチング法とウェットエッチング法とでは、側壁を基板面に対して垂直に近い角度に加工することができること、メサ構造を形成する積層膜の基板面内の寸法を高い精度で加工することができること、等の利点があるため、ドライエッチング法がより好適に用いられる。また、通常は、積層膜の表面から内部に進行するエッチングの先端が、下部ＤＢＲ層３に達するように、エッチング加工が行われる。

ステップＳ１４では、図３Ｂ（ｄ）に示すように、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４等のガスをエッチングガスとして用いる反応性イオンエッチング法、誘導結合プラズマエッチング法等のドライエッチング法、ウェットエッチング法又はドライエッチング法及びウェットエッチング法を組合せることによってコンタクト層保護層１０及び積層膜をエッチングし、メサ構造の形成を行う。ステップＳ１５の酸化工程を行って選択酸化層７の周縁部を酸化させるため、少なくともコンタクト層保護層１０及び積層膜のコンタクト層９から選択酸化層７までの各層が形状加工され、メサ構造が形成される。図３Ｂ（ｄ）に示す例では、積層膜のコンタクト層９から下部スペーサ層４までが形状加工されている。これは、下部スペーサ層４がその下層である下部ＤＢＲ層３に対して高いエッチングの選択比を有しており、その高い選択比を利用して、下部ＤＢＲ層３をエッチングストップ層として用いるためである。

次に、ステップＳ１５を含む酸化工程を行う。ステップＳ１５は、形状加工工程の後、メサ構造を有するＡｌＡｓよりなる選択酸化層７の周縁部を酸化する工程である。図３Ｂ（ｅ）は、ステップＳ１５が行われた後の面発光レーザの構造を示す断面図である。

ステップＳ１５では、図３Ｂ（ｅ）に示すように、水蒸気中で熱処理して酸化を行うことにより、形状加工工程によりメサ構造が形成され側面が露出した積層膜のＡｌＡｓよりなる選択酸化層７の周縁部を酸化させ、Ａｌ_ｘＯ_ｙの絶縁層にすることができる。ＡｌＡｓよりなる選択酸化層７の周縁部を酸化させることにより、メサ構造を有する素子を駆動する駆動電流の経路を、ＡｌＡｓよりなる選択酸化層７の中心部であって酸化されていない領域のみに制限する電流狭窄構造を形成することができる。

次に、ステップＳ１６を含む第２の保護膜形成工程を行う。ステップＳ１６は、第１の保護膜の上に第２の保護膜である保護膜１２を形成する工程である。図３Ｂ（ｆ）は、ステップＳ１６が行われた後の面発光レーザの構造を示す断面図である。

ステップＳ１６では、図３Ｂ（ｆ）に示すように、メサ構造を被覆するように、ＣＶＤ法等によりＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ_ｘ膜、又はＳｉＯ_ｘＮ_ｙ膜等よりなる保護膜１２を形成する。なお、ステップＳ１５を含む酸化工程の後、メサマスク１１を除去し、ステップＳ１６を含む第２の保護膜形成工程において、メサマスク１１の除去されたメサ構造を被覆するように、保護膜１２を形成してもよい。

次に、ステップＳ１７を含む第２の保護膜エッチング工程を行う。ステップＳ１７は、第２の保護膜である保護膜１２をエッチングして第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０を露出させる工程である。図３Ｃ（ｇ）は、ステップＳ１７が行われた後の面発光レーザの構造を示す断面図である。

ステップＳ１７では、図３Ｃ（ｇ）に示すように、保護膜１２及びメサマスク１１で被覆されたメサ構造の電極取出し部と光出力部よりなる開口部となる領域を除いた領域をフォトレジスト等でパターニングし、ＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ_ｘ膜、又はＳｉＯ_ｘＮ_ｙ膜等の保護膜１２及びメサマスク１１を、例えばバッファードフッ酸等のエッチャントを用いてエッチング除去する。

次に、ステップＳ１８を含む第１の保護膜エッチング工程を行う。ステップＳ１８は、第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０をエッチングしてコンタクト層９を露出させる工程である。図３Ｃ（ｈ）は、ステップＳ１８が行われた後の面発光レーザの構造を示す断面図である。

ステップＳ１８では、図３Ｃ（ｈ）に示すように、ＩｎＧａＰよりなるコンタクト層保護層１０をｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層９に対して高い選択比を維持しながらエッチングすることができるエッチャント、例えば加熱した硫酸、加熱した塩酸等によりエッチングを行い、メサ構造の電極取出し部と光出力部よりなる開口部となる領域において、ｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層９を露出させる。

次に、ステップＳ１９を含むｐ側電極形成工程を行う。ステップＳ１９は、メサ構造の開口部のうち電極取出し部となる領域において、ｐ側電極を形成する工程である。図３Ｃ（ｉ）は、ステップＳ１９が行われた後の面発光レーザの構造を示す断面図である。

ステップＳ１９では、図３Ｃ（ｉ）に示すように、従来と同様のプロセスを行うことにより、メサ構造の開口部のうち電極取出し部となる領域において、ｐ側電極１３を形成する。

また、ｐ側電極形成工程の後は、従来と同様なプロセスを行うことにより、ｎ側電極を所定の箇所に形成することができ、図１に示すような構造を有する面発光レーザを製造することができる。

次に、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法において、メサマスク形成工程、形状加工工程、酸化工程、第２の保護膜形成工程、第２の保護膜エッチング工程、第１の保護膜エッチング工程において、コンタクト層９が劣化、変質等のダメージを受けることがない作用効果について説明する。

まず、本実施の形態に係る面発光レーザにおいて、メサマスク形成工程、酸化工程、第２の保護膜形成工程において、コンタクト層９が劣化、変質等のダメージを受けることがない作用効果について説明する。

最初に、ＣＶＤ法等によりＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ_ｘ膜、又はＳｉＯ_ｘＮ_ｙ膜等よりなるマスク材又は保護膜１２を形成する工程であるメサマスク形成工程及び第２の保護膜形成工程において、コンタクト層９が劣化、変質等のダメージを受けることがない作用効果を説明する。

ここで、比較のため従来の面発光レーザの製造方法について説明する。図４は、従来の面発光レーザの製造方法の各工程の手順を説明するための工程図である。図５Ａ及び図５Ｂは、従来の面発光レーザの製造方法の各工程における面発光レーザの構造を模式的に示す断面図である。また、図４のステップＳ１１１からステップＳ１１８の各々の工程が行われた後の面発光レーザの構造は、図５Ａ（ａ）から図５Ｂ（ｈ）の各々の断面図で示される構造に対応する。

従来の面発光レーザの製造方法は、図１４に示す従来の面発光レーザを製造する製造方法であり、図４に示すように、積層膜形成工程と、メサマスク形成工程と、形状加工工程と、酸化工程と、メサマスクエッチング工程と、保護膜形成工程と、保護膜エッチング工程と、ｐ側電極形成工程とを含む。積層膜形成工程はステップＳ１１１を含み、メサマスク形成工程はステップＳ１１２を含み、形状加工工程はステップＳ１１３を含み、酸化工程はステップＳ１１４を含み、メサマスクエッチング工程はステップＳ１１５を含み、保護膜形成工程はステップＳ１１６を含み、保護膜エッチング工程はステップＳ１１７を含み、ｐ側電極形成工程はステップＳ１１８を含む。

始めに、ステップＳ１１１を含む積層膜形成工程を行う。ステップＳ１１１は、図５Ａ（ａ）に示すように、化合物半導体基板１０１上に、下部ＤＢＲ層１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、選択酸化層１０７、上部ＤＢＲ層１０８、コンタクト層１０９を順に積層した積層膜を形成する工程である。

次に、ステップＳ１１２を含むメサマスク形成工程を行う。ステップＳ１１２は、図５Ａ（ｂ）に示すように、コンタクト層１０９の上にマスク材を形成し、メサ構造に形状加工してメサマスク１１１を形成する工程である。

次に、ステップＳ１１３を含む形状加工工程を行う。ステップＳ１１３は、図５Ａ（ｃ）に示すように、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４等のガスをエッチングガスとして用いる反応性イオンエッチング法、誘導結合プラズマエッチング法等のドライエッチング法、ウェットエッチング法又はドライエッチング法及びウェットエッチング法を組合せることによって積層膜をエッチングし、メサ構造の形成を行う。積層膜の少なくともコンタクト層１０９から選択酸化層１０７までの各層が形状加工され、メサ構造が形成される。

次に、ステップＳ１１４を含む酸化工程を行う。ステップＳ１１４は、図５Ａ（ｄ）に示すように、形状加工工程の後、水蒸気中で熱処理して酸化を行い、メサ構造を有するＡｌＡｓよりなる選択酸化層１０７の周縁部を酸化する工程である。

次に、ステップＳ１１５を含むメサマスクエッチング工程を行う。メサマスクエッチング工程は、図５Ｂ（ｅ）に示すように、バッファードフッ酸等のエッチャントを用いて、メサマスク１１１をエッチングする工程である。

次に、ステップＳ１１６を含む保護膜形成工程を行う。ステップＳ１１６は、図５Ｂ（ｆ）に示すように、メサ構造を被覆するように、ＣＶＤ法等によりＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜等よりなる保護膜１１２を形成する工程である。

次に、ステップＳ１１７を含む保護膜エッチング工程を行う。ステップＳ１１７は、図５Ｂ（ｇ）に示すように、保護膜１１２をエッチングし、メサ構造の電極取出し部と光出力部よりなる開口部となる領域においてメサ構造のコンタクト層１０９を露出させる工程である。

最後に、ステップＳ１１８を含むｐ側電極形成工程を行う。ステップＳ１１８は、図５Ｂ（ｈ）に示すように、メサ構造の開口部のうち電極取出し部となる領域において、ｐ側電極１１３を形成する工程である。

従来の面発光レーザの製造方法では、保護膜形成工程を行って、ＣＶＤ法等によりＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜等よりなる保護膜１１２を成膜する際に、ｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１０９はプラズマに曝されプラズマにより劣化、変質されるプラズマダメージを受ける。

一方、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法では、積層膜のコンタクト層９が第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０で被覆されているため、メサマスク形成工程又は第２の保護膜形成工程を行って、ＣＶＤ法等によりＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ_ｘ膜、又はＳｉＯ_ｘＮ_ｙ膜等よりなるマスク材又は保護膜１２を成膜する際に、コンタクト層保護層１０自体がプラズマダメージを受けることはあっても、コンタクト層９がプラズマダメージを受けることがない。従って、メサマスク形成工程及び第２の保護膜形成工程を行う際に、コンタクト層９は劣化、変質されることがない。

次に、メサ構造を有するＡｌＡｓよりなる選択酸化層７の周縁部を酸化する工程である酸化工程において、コンタクト層９が劣化、変質等のダメージを受けることがない作用効果を、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、従来の別の面発光レーザの製造方法の各工程における面発光レーザの構造を模式的に示す断面図である。

図６Ａ及び図６Ｂに示す従来の別の面発光レーザの製造方法では、従来の面発光レーザの製造工程を簡略化するために、メサマスクを単層のレジストとしている。図６Ａ（ａ）から図６Ａ（ｃ）までは、図５Ａ（ａ）から図５Ａ（ｃ）に示す従来の面発光レーザの製造工程と同一である。また、図６Ｂ（ｆ）から図６Ｂ（ｈ）までは、図５Ｂ（ｆ）から図５Ｂ（ｈ）に示す従来の面発光レーザの製造工程と同一である。

メサマスク１１１をレジスト単層とした場合には、図６Ｂ（ｅ）に示す酸化工程の前に、図６Ａ（ｄ）に示すようにレジストよりなるメサマスク１１１を除去し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層の表面を露出させ、その後、図６Ｂ（ｅ）に示すようにレジストよりなるメサマスク１１１が除去されたメサ構造を酸化する酸化工程を行う。その結果、コンタクト層１０９は、図６Ａ（ｂ）に示すメサマスク形成工程、図６Ｂ（ｆ）に示す保護膜形成工程においてプラズマダメージを受け、図６Ｂ（ｇ）に示す保護膜エッチング工程においてバッファードフッ酸によるダメージを受けるのに加え、図６Ｂ（ｅ）に示す酸化工程において、水蒸気による酸化のダメージを受ける。

一方、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法では、積層膜のコンタクト層９が第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０で被覆されているため、第２の保護膜成膜工程を行う際に、コンタクト層９がプラズマに曝されて劣化、変質等のダメージを受けることがなく、酸化工程を行う際にも、酸化によって劣化、変質等のダメージを受けることがない。従って、第１の保護膜エッチング工程を行う際に、コンタクト層９がバッファードフッ酸等のエッチャントに曝されて膜厚が減少するおそれがない。

次に、バッファードフッ酸等のエッチャントを用いて第２の保護膜である保護膜１２をエッチングして第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０を露出させる工程である第２の保護膜エッチング工程、更に第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０をエッチングしてコンタクト層９を露出させる第１の保護膜エッチング工程において、コンタクト層９が劣化、変質等のダメージを受けることがない作用効果を説明する。

まず、バッファードフッ酸等のエッチャントを用いて第２の保護膜である保護膜１２をエッチングして第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０を露出させる工程である第２の保護膜エッチング工程において、コンタクト層９が劣化、変質等のダメージを受けることがない作用効果を説明する。

従来の面発光レーザの製造方法では、保護膜エッチング工程を行って、保護膜１１２をエッチングしてコンタクト層１０９を露出させる際に、コンタクト層１０９は、例えばバッファードフッ酸等のエッチャントに曝される。コンタクト層１０９がバッファードフッ酸等のエッチャントによってエッチングされる結果、コンタクト層１０９の膜厚が減少する。図７、表１及び図８を用いてコンタクト層１０９がエッチングされるエッチング量及びその結果コンタクト抵抗が増大する効果を説明する。

上述したように、従来の面発光レーザを製造する製造工程の途中の工程において、積層膜の最表層であるｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１０９は、種々のダメージを受ける。例えば、保護膜１１２を成膜する保護膜形成工程のように、ｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１０９の表面にＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜等を成膜する工程が数工程あり、それらの工程において、プラズマに曝されプラズマダメージを受ける場合がある。

また、熱履歴によりｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１０９の表層においてＧａＡｓからＡｓが脱離させられることによって、ｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１０９の表層から１０ｎｍ程度の深さにわたり、ＧａＡｓの組成がストイキオメトリ（化学量論組成）の組成からずれたり、あるいはＧａＡｓの内部に結晶欠陥が生成し、ＧａＡｓ変質層になる場合がある。

ＧａＡｓ変質層はバッファードフッ酸によりエッチングされやすいため、その後保護膜の一部を開口し、コンタクトホールを形成する保護膜エッチング工程において、基板がバッファードフッ酸に曝される際に、ＧａＡｓ変質層が１０ｎｍ程度エッチングされてしまう場合がある。また、ＧａＡｓがメサ構造の面内で不均一に変質されていた場合、ピンホール状にエッチングが進行し、ピンホール状にエッチングが進行する場所においては２０〜３０ｎｍ程度までエッチングされる場合もある。

図７は、従来の面発光レーザの製造方法における保護膜エッチング工程におけるＧａＡｓコンタクト層の膜厚の減少量のエッチング時間依存性を示すグラフである。具体的には、保護膜エッチング工程を行う前のＧａＡｓコンタクト層の膜厚をＴ０とし、エッチング時間を５５秒、１分３０秒、２分と変えて保護膜エッチング工程を行った素子のＧａＡｓコンタクト層の膜厚をＴ１としたときの、Ｔ０−Ｔ１をＧａＡｓコンタクト層の膜厚の減少量ΔＴとした。また、図７において、同じエッチング時間に対応する複数のデータは、複数の素子のそれぞれのＧａＡｓコンタクト層の膜厚の減少量ΔＴを示しており、Ａｖｅで示されるデータは、複数の素子のそれぞれのＧａＡｓコンタクト層の膜厚の減少量ΔＴの平均値を示す。図７に示すように、エッチング時間が増大するにつれてＧａＡｓコンタクト層の膜厚の減少量ΔＴが増大する。

表１は、従来の面発光レーザの製造方法における保護膜エッチング工程を行った後、電極とコンタクト層との間のコンタクト抵抗を測定した測定結果を示す。また図８は、表１の結果を示すグラフである。具体的には、保護膜エッチング工程を行ってＧａＡｓコンタクト層の膜厚が減少した複数の素子について、化合物半導体基板１とｎ側電極２との間のコンタクト抵抗が一定との仮定のもとで、ｐ側電極とｎ側電極との間の抵抗を測定することによって、ｐ側電極とＧａＡｓコンタクト層との間のコンタクト抵抗を測定した。

表１のＧａＡｓコンタクト層の状態の欄には、保護膜エッチング工程を行った後、ＧａＡｓコンタクト層の膜厚の減少あるいはピンホールの発生によるＡｌＧａＡｓ層の露出の有無について、露出がないものに○、露出があるものに×とした。ＡｌＧａＡｓ層の露出がある素子では、露出がない素子と比較して、コンタクト抵抗が増大している。

ｐ側電極を形成する電極取出し領域において、ＡｌＧａＡｓ層の露出がおこると、ＧａＡｓコンタクト層ではなく、ＡｌＧａＡｓ層にｐ側電極が接触することになるため、コンタクト抵抗が増大してしまう。

さらに、電極取出し領域のＧａＡｓコンタクト層が全てエッチングされて完全にＡｌＧａＡｓ層が露出している場合、ＧａＡｓコンタクト層が部分的に残っている場合など、同領域の状態がサンプルによって異なるため、素子間の駆動電流のばらつきも増大する。

また、ＡｌＧａＡｓは酸化されやすいため、ＡｌＧａＡｓ層が露出すると、露出したＡｌＧａＡｓ層が空気中の酸素や水分によって酸化され、黒色化してしまう。出射口から出射すべきレーザが表層の黒色化したＡｌＧａＡｓ酸化層で吸収されて発振光の出力が低下してしまう。

一方、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法では、積層膜のコンタクト層９が第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０で被覆されているため、第１の保護膜エッチング工程を行う際に、コンタクト層保護層１０がバッファードフッ酸等のエッチャントに曝されることはあっても、コンタクト層９自体がバッファードフッ酸等のエッチャントに曝されることがない。従って、第１の保護膜エッチング工程を行う際に、コンタクト層９の膜厚は減少するおそれがない。

次に、第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０をエッチングしてコンタクト層９を露出させる第１の保護膜エッチング工程において、コンタクト層９が劣化、変質等のダメージを受けることがない作用効果を説明する。

本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法では、第２の保護膜エッチング工程において、コンタクト層保護層１０を塩酸、硫酸等のエッチャントを用いてエッチングする際に、コンタクト層保護層１０がコンタクト層９に対して高いエッチング選択比を有するため、コンタクト層保護層１０のみをエッチング除去することができる。

また、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法では、第１の保護膜形成工程、メサマスク形成工程および形状加工工程、酸化工程、第２の保護膜形成工程および第２の保護膜エッチング工程において、コンタクト層９は劣化、変質等のダメージを受けていない上、コンタクト層９を露出させる第１の保護膜エッチング工程においても、劣化、変質等のダメージを受けたＧａＡｓコンタクト層９がバッファードフッ酸に曝されることがないため、コンタクト層９の膜厚が減少したり、ピンホールが発生してしまうおそれはない。

図９は、本実施の形態に係る面発光レーザの素子表面を、従来の面発光レーザの素子表面と比較して示す写真である。本実施の形態に係る製造方法により製造した面発光レーザの素子表面を図９（ａ）に示し、従来の製造方法により製造した面発光レーザの素子表面を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）に示すように、従来の製造方法により製造した面発光レーザのメサ構造の中心であるコンタクト層が露出している領域において、ピンホールが形成されているのが観察されるが、図９（ａ）に示すように、本実施の形態に係る製造方法により製造した面発光レーザのメサ構造の中心であるコンタクト層が露出している領域においては、ピンホールは形成されていない。

なお、従来の面発光レーザの製造方法で、図５Ｂ（ｅ）に示すメサマスクエッチング工程を行わず、保護膜１１２及びメサマスク１１１の二層の保護膜を後で一括にエッチング除去する場合も、メサマスク形成工程においてＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜等のマスク材を形成する際に、コンタクト層１０９がプラズマに曝されプラズマダメージを受けること、及び保護膜エッチング工程においてコンタクト層１０９上の電極取出し部と光出力部の絶縁膜（ＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜等）をエッチング除去する際に、コンタクト層１０９がバッファードフッ酸等のエッチャントに曝されることは免れない。

図８に示すように、従来の面発光レーザの製造方法では、保護膜エッチング工程において、バッファードフッ酸等のエッチャントによりコンタクト層の膜厚が減少し、所定の膜厚よりも膜厚が小さくなると、コンタクト抵抗が増大してしまう。従って、バッファードフッ酸等のエッチャントにより膜厚が減少しても所定の膜厚よりも膜厚が小さくならないように、コンタクト層を形成する際に、形成するコンタクト層の膜厚を増大させることも考えられる。コンタクト層の膜厚を大きくすることによって、保護膜形成工程においてプラズマに曝されて劣化、変質等のプラズマダメージを受けることを抑制することができるからである。

しかしながら、コンタクト層の膜厚を増大させると、面発光レーザの発振光がコンタクト層を通過する際の光吸収分が大きくなってしまうという問題がある。半導体レーザが端面型発光レーザである場合、又は発振光の波長が長い面発光レーザである場合には、通常、上部電極に接している最表層であるｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層の厚さは５０ｎｍ〜数μｍとすることができるが、７８０ｎｍ帯の面発光レーザの場合は、ｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層の膜厚を増大させると、面発光レーザの発振光がｐ−ＧａＡｓコンタクト層を通過する際の光吸収分が大きくなるために、面発光レーザを駆動するための駆動電流が著しく増大してしまう。従って、７８０ｎｍ帯の面発光レーザの場合は、光吸収分を低減させるために、ｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層の厚さを数〜２０ｎｍ程度に小さくしなくてはならない。

一方、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法においては、積層膜のコンタクト層９が、塩酸、硫酸等のエッチャントを用いる場合にコンタクト層９と高いエッチング選択比を有する第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０で被覆されているため、第２の保護膜成膜工程及び第１の保護膜エッチング工程を行った後に、第１の保護膜であるコンタクト層保護層１０を容易に除去することができる。従って、面発光レーザの発振光がコンタクト層を通過する際の光吸収分が大きくなることがない。

図１０は、本実施の形態に係る面発光レーザの駆動電流の素子間のばらつきを、従来の面発光レーザの駆動電流の素子間のばらつきと比較して示すグラフである。本実施の形態に係る製造方法により製造した面発光レーザのグラフを図１０（ａ）に示し、従来の製造方法により製造した面発光レーザのグラフを図１０（ｂ）に示す。横軸は駆動電流の平均値からの差を百分率で示し、縦軸はそれぞれの駆動電流に対応する素子チャンネル数を示している。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る製造方法により製造した面発光レーザの駆動電流の素子間のばらつきは、従来の製造方法で製造した面発光レーザの駆動電流の素子間のばらつきに比べて小さくなっている。従って、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法によれば、本信頼性の高い面発光レーザを歩留まりよく製造することができる。

なお、図１に示す面発光レーザ素子の例では、半導体基板の上方に発振光を出力するように構成されているが、半導体基板の下方（半導体基板側）に発振光を出力するように構成することもできる。また、電流狭窄構造の構成又は作製方法は、本実施の形態に記載された構成又は方法に限定されるものではなく、イオンプランテーション法等の方法を用いることもできる。また、コンタクト層保護層は、ＩｎＧａＰに限定されるものではなく、ＧａＡｓよりなるコンタクト層と連続して成膜することができ、かつ、ＧａＡｓに対して高い選択比を維持しながらエッチングができるような材料であればよく、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＰ等の化合物半導体を用いることができる。

また、本実施の形態に係る面発光レーザでは、上部電極の開口部は光出射口として機能する部分であるが、開口部の一部においてｐ−ＧａＡｓコンタクト層がエッチングされて下層のＡｌＧａＡｓ層が露出し、大気中の酸素や水分と反応してＡｌＧａＡｓが酸化され黒色化することがない。従って、出射口から出射すべきレーザが表層の黒色化したＡｌＧａＡｓ酸化層で吸収されて発振光の出力が低下することがない。

また、本実施の形態に係る面発光レーザでは、上部ＤＢＲ層の一部を構成しているｐ−ＧａＡｓコンタクト層がエッチングされて薄くなることがなく、上部ＤＢＲ層の反射率が変化することにより、発振を開始するために必要な駆動電流等の特定が変動してしまうことがない。

以上、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法によれば、７８０ｎｍ帯面発光レーザ等のＧａＡｓコンタクト層の膜厚が薄く２０ｎｍ程度である面発光レーザの場合において、ＧａＡｓコンタクト層がダメージを受けること、コンタクト抵抗が増大すること、及び黒色化することを防止することができ、抵抗が低く、かつ抵抗値が安定しているために、時間経過に伴って出力が低下することがない信頼性の高い面発光レーザを歩留まりよく製造することができる。

また、面発光レーザをアレイ化する場合、単素子の場合に比べ更に歩留まりが低下するのが一般的であるが、本実施の形態に係る面発光レーザをアレイ化する場合には、従来の面発光レーザをアレイ化する場合に比べ、歩留まりを高くすることができる。

ところで、面発光レーザの製造工程においては、半導体基板上にＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等の方法により各層を積層した積層膜を形成する積層膜形成工程を行った後、半導体基板（ウェハ）の検査を行う検査工程を行う。面発光レーザの検査工程においては、ウェハ（半導体基板）上面から光を照射し、ウェハ（半導体基板）表面で反射される光の反射スペクトルを測定し、測定された反射スペクトルが所定の範囲内にあるかどうかを判定することにより、製造された面発光レーザの良否の判定を行う。本実施の形態に係る面発光レーザにおいては、ｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層の上にＩｎＧａＰよりなるコンタクト層保護層が形成された状態で検査工程を行う場合がある。このような場合、ＩｎＧａＰよりなるコンタクト層保護層が最表層に存在するため、測定される反射スペクトルはコンタクト層保護層の膜厚等によって影響を受ける。

コンタクト層保護層の光学長を発振波長の１／２の整数倍にすることにより、コンタクト層保護層の上の空気とコンタクト層保護層との境界で反射される光と、コンタクト層保護層の下方の上部ＤＢＲ層で反射される光とが同位相になる。一方、コンタクト層保護層とコンタクト層との間の界面で反射される光は、コンタクト層保護層の上の空気とコンタクト層保護層との境界で反射される光、及び上部ＤＢＲ層で反射される光と逆位相になる。ただし、コンタクト層保護層のＩｎＧａＰとコンタクト層のＧａＡｓとの屈折率の差は小さいため、コンタクト層保護層とコンタクト層との間の界面で反射される光の影響はほとんど無視することができる。

従って、本実施の形態においては、コンタクト層保護層の光学長を発振波長の１／２の整数倍にすることにより、コンタクト層保護層が有る場合も無い場合も反射スペクトルはほとんど変わらない。すなわち、コンタクト層保護層が形成された状態で反射スペクトルの検査を行っても何ら問題がない。
（第２の実施の形態）
次に、図１１及び図１２を参照し、本発明の第２の実施の形態に係る光走査装置について説明する。本実施の形態に係る成膜装置は、本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザをアレイ状に配列させた面発光アレイを含む光源ユニットを備え、光を走査するための装置である。

図１１は、本実施の形態に係る光走査装置の概略構成を示す斜視図である。図１２は、本実施の形態に係る光走査装置の光源ユニットとして用いる面発光レーザアレイの解像度を説明するための図である。

図１１に示すように、光走査装置９００は、面発光レーザアレイＬＡを含む光源ユニット２１０、カップリングレンズ２１１、アパーチャ２１２、シリンドリカルレンズ２１３、ポリゴンミラー２１４、ｆθレンズ２１５、トロイダルレンズ２１６、２つのミラー２１７、２１８、及び上記各部を統括的に制御する不図示の主制御装置を備えている。

カップリングレンズ２１１は、光源ユニット２１０から出射された光ビームを略平行光に整形する。アパーチャ２１２は、カップリングレンズ２１１を介した光ビーム径を規定する。シリンドリカルレンズ２１３は、アパーチャ２１２を通過した光ビームをミラー２１７を介してポリゴンミラー２１４の反射面に集光する。

ポリゴンミラー２１４は、高さの低い正六角柱状部材よりなり、側面には６面の偏向面が形成されている。そして、不図示の回転機構により、図１１に示される矢印の方向に一定の角速度で回転されている。従って、光源ユニット２１０から出射され、シリンドリカルレンズ２１３によってポリゴンミラー２１４の偏向面に集光された光ビームは、ポリゴンミラー２１４の回転により一定の角速度で偏向される。

ｆθレンズ２１５は、ポリゴンミラー２１４からの光ビームの入射角に比例した像高さを有し、ポリゴンミラー２１４により一定の角速度で偏向される光ビームの像面を、主走査方向に対して等速移動させる。トロイダルレンズ２１６は、ｆθレンズ２１５からの光ビームをミラー２１８を介して、感光体ドラム９０１の表面上に結像する。

光源ユニット２１０において、面発光レーザアレイＬＡが図１２に示すように配置されている場合、面発光レーザアレイＬＡでは、各面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）の中心から副走査方向に対応する方向に垂線を下ろした場合の副走査方向に対応する方向における各面発光レーザ素子の位置関係が等間隔（間隔ｄ２とする）となるので、点灯のタイミングを調整することにより、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、副走査方向に対応した方向に関する面発光レーザ素子のピッチｄ１が２６．５μｍであれば、間隔ｄ２は２．６５μｍとなる。そして、光学系の倍率を２倍とすれば、感光体ドラム９０１上では副走査方向に５．３μｍ間隔で書き込みドットを形成することができる。これは、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）に対応している。すなわち、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。また、主走査方向に対応する方向の面発光レーザ数を増加したり、ピッチｄ１を狭くして間隔ｄ２を更に小さくするアレイ配置としたり、光学系の倍率を下げる等を行えばより高密度化でき、後述する第３の実施の形態に係る画像形成装置であるレーザプリンタ６００において、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、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置９００によると、光源ユニット２１０は面発光レーザアレイＬＡを含んでいるため、感光体ドラム９０１の表面上を高精細、高速で走査することが低コストで可能となる。
（第３の実施の形態）
次に、図１３を参照し、本発明の第３の実施の形態に係る画像形成装置について説明する。本実施の形態に係る成膜装置は、第２の実施の形態に係る光走査装置を備えた画像形成装置であるレーザプリンタである。図１３は、本実施形態に係る画像形成装置であるレーザプリンタの概略構成を示す縦断面図である。

このレーザプリンタ６００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１３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。また、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ためのものである。

光走査装置９００は、第２の実施の形態で説明したように、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。

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て顕像化された潜像は、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、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。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、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の表面のトナーが付着されて顕像化された潜像が記録紙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。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ６００によると、面発光レーザアレイＬＡを含む光走査装置９００を備えているため、高精細な画像を高速で形成することが低コストで可能となる。具体的には、レーザプリンタ６００では書きこみドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷することができる。また、同じ書きこみドット密度の場合には印刷速度を更に速くすることができる。

面発光レーザアレイＬＡでは、メサ構造の底部周囲に凹みを有してもよい。メサ構造の底部周囲に凹みを有することにより、電流狭窄層外径の測長精度が良くなり、電流狭窄層の面積の設計値からのズレを微小にすることができるため、アレイ素子数を増加させることができる。これによりレーザプリンタ６００では高精細な画像を高速で形成することが低コストで可能となる。

また、カラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高精細な画像を高速で形成することが低コストで可能となる。

また、画像形成装置として、カラー画像に対応し、例えばブラック（Ｋ）用の感光体ドラム、シアン（Ｃ）用の感光体ドラム、マゼンダ（Ｍ）用の感光体ドラム、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムのように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。

以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 化合物半導体基板
２ ｎ側電極
３ 下部ＤＢＲ層（下部半導体多層膜）
４ 下部スペーサ層
５ 活性層
６ 上部スペーサ層
７ 選択酸化層
８ 上部ＤＢＲ層（上部半導体多層膜）
９ コンタクト層
１０ コンタクト層保護層
１１ メサマスク
１２ 保護膜
１３ ｐ側電極
２０ 面発光レーザ
２１０ 光源ユニット
２１４ ポリゴンミラー
２１５ ｆθレンズ
２１６ トロイダルレンズ
６００ レーザプリンタ
９００ 光走査装置
９０１ 感光体ドラム（像担持体）
９０３ 現像ローラ（転写手段の一部）
９１１ 転写チャージャ（転写手段の一部）

特開２００２−９３９３号公報 特開２００６−８６４９８号公報

Claims (16)

1. 化合物半導体基板上に、下部半導体多層膜反射鏡、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、上部半導体多層膜反射鏡、コンタクト層を順に積層した積層膜を形成する積層膜形成工程と、
   前記コンタクト層上に化合物半導体を含む第１の保護膜を形成する第１の保護膜形成工程と、
   前記積層膜の形状を加工する形状加工工程と、
   前記形状加工工程の後、前記第１の保護膜をエッチングして前記コンタクト層を露出させる第１の保護膜エッチング工程と
   を有する面発光レーザの製造方法。
2. 前記コンタクト層はＧａＡｓを含み、
   前記第１の保護膜はＩｎＧａＰを含むことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザの製造方法。
3. 前記形状加工工程の後、前記第１の保護膜エッチング工程の前に、
   前記第１の保護膜の上に第２の保護膜を形成する第２の保護膜形成工程と、
   前記第２の保護膜をエッチングする第２の保護膜エッチング工程と
   を有する請求項１又は請求項２に記載の面発光レーザの製造方法。
4. 前記第２の保護膜は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の面発光レーザの製造方法。
5. 前記第１の保護膜のエッチング工程において、塩酸または硫酸をエッチャントとして用いることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザの製造方法。
6. 前記積層膜形成工程と前記第１の保護膜形成工程とを同一のチャンバ内で連続して行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の面発光レーザの製造方法。
7. 前記活性層より得られる発振光の波長は、７８０ｎｍ帯又は７８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の面発光レーザの製造方法。
8. 前記第１の保護膜の光学長は、前記活性層より得られる発振光の波長の１／２の整数倍であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の面発光レーザの製造方法。
9. 化合物半導体基板上に形成され、下部半導体多層膜反射鏡、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、上部半導体多層膜反射鏡、コンタクト層が順に積層された積層膜と、
   前記コンタクト層上に化合物半導体を含む第１の保護膜を介して形成された第２の保護膜と
   を有する面発光レーザ。
10. 前記コンタクト層はＧａＡｓを含み、
    前記第１の保護膜はＩｎＧａＰを含むことを特徴とする請求項９に記載の面発光レーザ。
11. 前記第２の保護膜は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙのいずれか１つからなることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の面発光レーザ。
12. 前記活性層より得られる発振光の波長は、７８０ｎｍ帯又は７８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれかに記載の面発光レーザ。
13. 前記第１の保護膜の光学長は、前記活性層より得られる発振光の波長の１／２の整数倍であることを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれかに記載の面発光レーザ。
14. 請求項９から請求項１３のいずれかに記載の面発光レーザを複数有する面発光レーザアレイ。
15. 光ビーム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１４に記載の面発光レーザアレイを有する光源ユニットと、
    前記光源ユニットからの光ビームを偏向する偏向手段と、
    前記偏向手段で変更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。
16. 光ビームにより静電潜像を形成する像担持体と、
    前記像担持体に対して画像情報が含まれる光ビームを走査する請求項１５に記載の光走査装置と、
    前記像担持体に形成された静電潜像を転写対象物に転写する転写手段と
    を備える画像形成装置。