JP2011009368A - 面発光レーザの製造方法、該製造方法により製造された面発光レーザ、およびそれを用いた面発光レーザアレイ素子、光走査装置、ならびに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンタクト層が２０ｎｍ程度と薄い面発光レーザであっても、コンタクト抵抗の増大、黒色化現象を回避し、低抵抗で安定した特性を有し、時間と共に出力が低下することのない、信頼性の高い面発光レーザ技術を提供すること。
【解決手段】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、上部多層膜反射鏡、コンタクト層からなる積層膜を形成する工程と、該積層膜上にメサ形成用マスクを兼ねた第一の保護膜を形成する工程と、積層膜および第一の保護膜をエッチングによりメサ構造に加工する工程と、該メサ構造上に第二の保護膜を形成する工程と、第一および第二の保護膜を光出射部分では残し電極とコンタクトする部分をエッチング除去してコンタクト層を露出させる工程と、該露出したコンタクト層に接続するように上部電極を形成し、化合物半導体基板の裏側に下部電極を形成する工程を有する。
【選択図】図１−Ｂ

Description

本発明は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）技術に係り、特に、コンタクト層が薄い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であっても、ＧａＡｓコンタクト層のダメージによる、コンタクト抵抗の増大、黒色化現象を回避し、低抵抗で安定した特性を有し、時間と共に出力が低下することがなく、信頼性の高い、歩留まりのよい面発光レーザ技術に関する。

なお、本発明に係る面発光レーザ技術は、電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステムに用いられる面発光レーザに適用可能である。

面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、半導体基板と垂直方向にレーザ共振器を構成し、発振光を基板と垂直に出射する構成を有している。より具体的に、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、基板側と表面側に対向して一対の高反射率の多層膜反射鏡（ＤＢＲ；Distributed Bragg Reflector）が設けられ、これら一対の多層膜反射鏡の間に活性層が設けられ、また、活性層と２つの多層膜反射鏡との間に上下２つのスペーサ層が設けられた構成となっている。

このような構成を有する面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、次のような利点をもつ。すなわち、活性層体積を小さくできることから、低い閾値電流、低い消費電力で駆動できる。また、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、高速伝送に有利である。

また、出射光の広がり角が小さく、光ファイバへの結合が容易である。また、面発光レーザは、製造にへき開を必要とせず素子面積も小さいので、並列化および２次元高密度アレイ化が容易である。

このような利点をもつため、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、ＬＡＮ（Local Area Network）などの光伝送用光源への適用にとどまらず、ボード間、ボード内、ＬＳＩのチップ間、チップ内の光伝送用光源への適用が期待されている。なお、従来技術としては、例えば、特開２００７−１７３５１３号公報（特許文献１）を参照されたい。

図５は、従来の一般的な面発光レーザの素子構造を示す図である。従来の一般的な面発光レーザは、同図に示すように、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板１上に積層された、下部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）３、下部スペーサ層４、ＭＱＷ活性層５、上部スペーサ層６、電流狭窄構造を有するＡｌＡｓ選択酸化層７、上部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）８、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層９からなるメサ構造と、保護膜（絶縁膜）１１３と、ｐ側電極１１１と、ｎ側電極２から構成されている。

図６は、図５に示した従来の面発光レーザの製造方法を説明するための図である。
同図に示すように、従来の面発光レーザの製造方法では、まず、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor：有機金属気相成長法）法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法により、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板１上に順次以下の積層膜を形成する。

すなわち、同図（１）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板１上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＧａＡｓ数十ペアからなる下部半導体多層膜（ＤＢＲ）３、下部ＡｌＧａＡｓスペーサ層４、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＭＱＷ活性層５、上部ＡｌＧａＡｓスペーサ層６、ＡｌＡｓ選択酸化層７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ 数十ペアからなる上部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）８、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９を順次成長させて、積層膜を形成する。

次に、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＭＱＷ活性層５の近傍に電流と光を閉じ込める必要があるため、および高速変調では寄生容量を低減する必要があるため、レーザ構造としてメサ構造（柱状構造）を形成する。

メサ構造形成のため、同図（２）に示すように、まず、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition；化学気相成長) 法などによるＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜等のメサマスク１１２を形成する。このときｐ−ＧａＡｓコンタクト層９はプラズマダメージに曝される。前記マスクによりドライエッチング法やウェットエッチング法で加工されるが、メサ側壁の垂直性が得やすく、メサの膜面内寸法の精度が高いなどの利点があるため、ドライエッチング法が用いられる場合が多い。また、エッチング面は下部半導体多層膜ＤＢＲ３中に達するようにすることが一般的である。

特許文献１では、レジストマスクによりドライエッチングを行っているが、パターニング時にレジストや現像液などの薬品にＧａＡｓコンタクトが曝され、レジスト除去時にも、レジスト除去のための薬品やエッチング液、Ｏ_２プラズマなどに曝される。

次に、同図（３）に示すように、エッチング工程により側面が露出したＡｌＡｓ選択酸化層７を、水蒸気中で熱処理し周辺を酸化させてＡｌｘＯｙの絶縁層に変え、素子駆動電流の経路を、中心部の酸化されていないＡｌＡｓ領域だけに制限する電流狭窄構造を形成する。

特許文献１では、ＧａＡｓコンタクト層がむき出しのため、高温の水蒸気に曝される。

次に、同図（４）に示すように、ＣＶＤ法等によりＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜等の絶縁膜（保護膜）１１３でメサ構造上を被覆し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９上の電極取り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。

このとき、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９は電極取り出し部と光出力部上の絶縁膜（ＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜等）をエッチング除去するためのエッチャント（例えばバッファードフッ酸）に曝される。

特許文献１では、このＣＶＤ工程でＧａＡｓ表面がプラズマによるダメージを受ける。

続いて、同図（５）に示すように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９を含む所定の箇所にｐ側電極１１１、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏側にｎ側電極２を形成して、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を製造することができる。

ｐ側電極１１１を形成する際にも、パターニングのためのレジスト、現像液などの薬品に曝されることによりｐ−ＧａＡｓコンタクト層９が変質することがあった。

端面発光レーザや、波長が長い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）においては、通常、上部電極に接している最表層であるＧａＡｓコンタクト層の厚さは５０ｎｍ〜数μｍとするが、７８０ｎｍ帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）では、ＧａＡｓコンタクト層を厚くとると、その層での光吸収が大きくなり、閾値電流を著しく増大させてしまう。したがって、光吸収を抑え実用的な特性とするために、ＧａＡｓコンタクト層の厚さを数ｎｍ〜２０ｎｍ程度と小さくする必要があった。

面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を製造する途中の段階で、この最表層であるＧａＡｓコンタクト層は、様々なプロセス環境に曝されてダメージを受ける。例えば、ＧａＡｓコンタクト層表面にＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜等を成膜する工程では、プラズマや熱履歴によりＧａＡｓ表層からＡｓの脱離が促進され表層から１０ｎｍ程度の深さのＧａＡｓはストイキオメトリの崩れた層に変質したり、結晶欠陥が生成されたりする。その後のコンタクトホール形成工程では、このＧａＡｓ変質層はバッファードフッ酸に曝される。

通常、ＧａＡｓはバッファードフッ酸ではエッチングされないが、このＧａＡｓ変質層は１０ｎｍ程度エッチングされてしまう。またピンホール状に一部が２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度までエッチングされることもある。

その他にも、酸化狭窄のための高温の水蒸気雰囲気や、レジストパターニングのためのレジストや現像液、レジスト除去のための薬品、エッチング液および酸素プラズマなどに曝されて、ＧａＡｓが変質することがあった。

ここで、ＧａＡｓコンタクト層が厚い場合には、ダメージを受けた層の表層１０ｎｍ程度がエッチングされる程度で済むが（もちろん、コンタクトとしての機能に影響は少ないが、ＧａＡｓコンタクトの厚みが変わると、反射率が変化し特性が変動するため問題である）、７８０ｎｍ帯のようなコンタクト層がもともと２０ｎｍ程度と薄い場合には、下層のＡｌＧａＡｓ層が一部露出してしまうことがあった。

ＧａＡｓコンタクト層が消失して現れたＡｌＧａＡｓ層表面に上部電極が形成されると、コンタクト抵抗は増大し、デバイスの駆動電圧が高くなってしまう。また、上部電極の開口部は光出射口となるが、その出射口表面の一部がＡｌＧａＡｓとなってしまうため、大気中の酸素や水分と反応しＡｌＧａＡｓが酸化され、黒色化する。その結果、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光出力の低下が生じる。

また、製造工程でＧａＡｓコンタクト層が薄くなってしまうと、これが、多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の一部を構成しているため、多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の反射率が変化することになり、発振閾値などの特性が変動してしまう。この特性変動は、７８０ｎｍ帯以外の厚いＧａＡｓコンタクトであっても、問題である。

通常、ＧａＡｓコンタクト層を厚くすることによりＡｌＧａＡｓの露出は防げるが、その反面、光吸収が増加する。

以上のように、７８０ｎｍ帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）など、コンタクト層が２０ｎｍ程度と薄い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）において、ＧａＡｓコンタクトのダメージによる、コンタクト抵抗の増大、黒色化現象の問題があり、それによって時間と共に出力が低下し、信頼性に問題があった。また、歩留まりも悪化していた。

また、７８０ｎｍ帯よりも波長の長い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であっても、作成工程でＧａＡｓコンタクト層が薄くなってしまうと、これが、多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の一部を構成しているため、多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の反射率が変化することになり、発振閾値などの特性が変動してしまい問題であった。

そこで、本発明は、前記従来のおける問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明は、７８０ｎｍ帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）など、コンタクト層が２０ｎｍ程度と薄い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であっても、ＧａＡｓコンタクトのダメージによる、コンタクト抵抗の増大、黒色化現象を回避し、低抵抗で安定した特性を有し、時間と共に出力が低下することのない、信頼性の高い面発光レーザおよび、その製造方法を歩留まりよく提供することを目的とする。

また、７８０ｎｍ帯よりも波長の長い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であっても、作成工程でＧａＡｓコンタクト層が薄くならず、多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の反射率が変化することがなく、発振閾値などの特性が変動しない面発光レーザおよび、その製造方法を歩留まりよく提供することを目的とする。

本発明は、７８０ｎｍ帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）など、コンタクト層が２０ｎｍ程度と薄い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）において、ＧａＡｓコンタクトのダメージによる、コンタクト抵抗の増大、黒色化現象を回避し、低抵抗で安定した特性を有し、時間と共に出力が低下することのない、信頼性の高い面発光レーザを得ることができ、また、７８０ｎｍ帯よりも波長の長い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であっても、作成工程でＧａＡｓコンタクト層が薄くならず、多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の反射率が変化することがなく、発振閾値などの特性が変動しない面発光レーザとその製造方法を歩留まりよく提供することのできるようにしたものであり、その具体的手段は以下の通りである。

ａ）本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、上部多層膜反射鏡、コンタクト層からなる積層膜を形成する工程と、該積層膜上にメサ形成用マスクを兼ねた第一の保護膜を形成する工程と、前記積層膜および前記第一の保護膜をエッチングによりメサ構造に加工する工程と、該メサ構造上に第二の保護膜を形成する工程と、前記第一および前記第二の保護膜を光出射部分では残し電極とコンタクトする部分をエッチング除去して前記コンタクト層を露出させる工程と、該露出したコンタクト層に接続するように上部電極を形成するとともに、前記化合物半導体基板の裏側に下部電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。

ｂ）上記ａ）において、発光されるレーザの波長が、波長７８０ｎｍ帯または７８０ｎｍよりも短波であることを特徴とする。

ｃ）上記ａ）またはｂ）において、前記コンタクト層が、ＧａＡｓで構成されることを特徴とする。

ｄ）上記ａ）〜ｃ）のいずれかにおいて、前記保護膜が、ＳｉＮまたはＳｉＯ_２またはその組合わせで構成されることを特徴とする。

ｅ）上記ａ）〜ｄ）のいずれかにおいて、前記第一の保護膜と前記第二の保護膜の光学長の合計が前記活性層より得られる発振光の波長の１／２の整数倍に形成されたことを特徴とする。

ｆ）上記ｅ）において、前記第一の保護膜の光学長が前記活性層より得られる発振光の波長の１／４に形成され、前記第二の保護膜の光学長が前記活性層より得られる発振光の波長の１／４または３／４に形成されたことを特徴とする。

ｇ）上記ｆ）において、前記光出射部を含むメサ構造上の保護膜の光学長が前記活性層より得られる発振光の波長に形成され、前記メサ構造以外の保護膜の光学長が前記活性層より得られる発振光の波長の１／４または３／４に形成されたことを特徴とする。

ｈ）本発明に係る面発光レーザは、上記ａ）〜ｇ）のいずれかに記載の面発光レーザの製造方法により製造されたことを特徴とする面発光レーザである。

上記ａ）〜ｈ）について、実施例に対応させてそれぞれの構成とその効果を述べる。
本発明では、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＧａＡｓ数十ペアからなる下部半導体多層膜（ＤＢＲ）、下部ＡｌＧａＡｓスペーサ層、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＭＱＷ活性層、上部ＡｌＧａＡｓスペーサ層、ＡｌＡｓ選択酸化層、ｐ−ＡｌＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ 数十ペアからなる上部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層を順次成長させて、積層膜を形成する。

積層膜を形成した後、ＳｉＮまたはＳｉＯ_２またはその組合わせからなる第一の保護膜を全面にＣＶＤ等の方法で形成する。

上記ＳｉＮまたはＳｉＯ_２またはその組合わせからなる第一の保護膜をパターニングしてマスクとし、エッチングによりメサ構造を形成し、上記第一の保護膜を形成したまま、酸化狭窄を行い、その後、ＳｉＮまたはＳｉＯ_２またはその組合わせからなる第二の保護膜を全面にＣＶＤ等の方法で形成する。

このとき、第一の保護膜を残したまま酸化狭窄を行うので、高温の水蒸気雰囲気に曝されることがない。また第二の保護膜形成時にプラズマに曝されることもない。

次に、光出射部では第一および第二の保護膜を残し、コンタクト部のみ第一第二の保護膜をバッファードフッ酸等のエッチャントでエッチング除去するが光出射部は保護されたままであるので、光出射部はバッファードフッ酸等のエッチャントに曝されない。その後ｐ側電極を形成し、露出されたコンタクト部でオーミック接続する。ｐ電極の形成工程においても、パターニングのためのレジストや現像液などの薬品に曝されることがない。

ｐ側電極以降の工程は、通常と同様のプロセスで面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を製造する

上記のような工程とすることにより、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を製造する最初の工程で第一の保護膜を形成する、このとき一度だけプラズマに曝されるがその後は保護し続けるため出射面がエッチングされることはなく、電極とのコンタクト面への影響も少ない。

以降のプロセスでは、前記第一の保護膜はＧａＡｓコンタクト層の光出射部を保護し続ける。これにより、ＧａＡｓコンタクト層が、様々なプロセス環境に曝されてダメージを受けたり、熱履歴によりＧａＡｓ表層からＡｓの脱離が促進され表層から数十ｎｍの深さのＧａＡｓはストイキオメトリの崩れた層に変質したり、結晶欠陥が生成されたりすることがなくなる。また、プロセス終了後も保護膜は残るので、面発光レーザの実使用時にも常に保護膜で保護される。

その結果、ＡｌＧａＡｓ層が表面に露出することがなくなり、コンタクト抵抗は増大がなくなり、デバイスの駆動電圧が高くなることもなくなる。また、大気中の酸素や水分と反応しＡｌＧａＡｓが酸化され、黒色化することもなくなる。その結果、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光出力の低下が生じるという現象もなくなる。

また、ＡｌＧａＡｓ層が表面に露出しなくても、製造工程でＧａＡｓコンタクト層が薄くなってしまうと、これが、多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の一部を構成しているため、多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の反射率が変化することになり、発振閾値などの特性が変動してしまう問題があったが、本発明では、ＧａＡｓコンタクト層が薄くなることはないので上記問題は発生しない。

また、ＧａＡｓコンタクト層を厚くすることによりＡｌＧａＡｓの露出は防げるが、その反面、光吸収が増加するという問題があったが、本発明ではＧａＡｓコンタクト層を厚くする必要がない。

以上のように、７８０ｎｍ帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）など、コンタクト層が２０ｎｍ程度と薄い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であっても、ＧａＡｓコンタクトのダメージによる、コンタクト抵抗の増大、黒色化現象を回避し、低抵抗で安定した特性を有し、時間と共に出力が低下することのない、信頼性の高い面発光レーザを提供できる。

また、７８０ｎｍ帯よりも波長の長い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であっても、作成工程でＧａＡｓコンタクト層が薄くならず、多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の反射率が変化することがなく、発振閾値などの特性が変動しない面発光レーザおよび、その製造方法を歩留まりよく提供することができる。

ｉ）本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、上記ｈ）に記載の面発光レーザを複数備えたことを特徴とする面発光レーザアレイ素子である。
この構成によれば、選別の自由度がある単素子の場合に比べて製造歩留まり改善効果が大きい。また、ＧａＡｓコンタクトのダメージによりエッチングが不均一になるとアレイにした場合、個々のばらつき（ＧａＡｓ厚さのばらつきによる反射率のばらつきなどがあり、レーザ特性がばらつく）があったが、本発明によれば、アレイの個々の特性が均一になる効果がある。

ｊ）本発明に係る光走査装置は、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、上記ｉ）に記載の面発光レーザアレイ素子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たことを特徴とする光走査装置である。
この構成によれば、高精細な光走査装置をアレイ間の特性を均一に、低コストで提供することができる。

ｋ）本発明に係る光走査装置は、複数の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、上記ｉ）に記載の面発光レーザアレイ素子を有する光源ユニットと、前記光源ユニットからの複数の光ビームを偏向する偏向手段と、前記偏向された複数の光ビームを被走査面上に集光する走査光学系とを備えたことを特徴とする光走査装置である。
この構成によれば、高精細且つ高速走査可能な光走査装置をアレイ間の特性を均一に低コストで提供することができる。

ｌ）本発明に係る画像形成装置は、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光ビームを走査する少なくとも１つの上記ｊ）に記載の光走査装置と、前記少なくとも１つの像担持体に形成された像を転写対象物に転写する転写手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置である。
この構成によれば、高精細な画像形成装置をアレイ間の特性を均一に低コストで提供することができる。

ｍ）本発明に係る画像形成装置は、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ビームを走査する少なくとも１つの上記ｋ）に記載の光走査装置と、前記少なくとも１つの像担持体に形成された像を転写対象物に転写する転写手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置である。
この構成によれば、高精細且つ高速描画可能な画像形成装置をアレイ間の特性を均一に低コストで提供することができる。

本発明によれば、７８０ｎｍ帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）など、コンタクト層が数十ｎｍと薄い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であっても、ＧａＡｓコンタクトの光出射部におけるダメージによる、コンタクト抵抗の増大、黒色化現象を回避し、低抵抗で安定した特性を有し、時間と共に出力が低下することのない、信頼性の高い面発光レーザおよび、その製造方法を実現することができる。

また、７８０ｎｍ帯よりも波長の長い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であっても、作成工程でＧａＡｓコンタクト層が薄くならず、多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の反射率が変化することがなく、発振閾値などの特性が変動しない面発光レーザおよび、その製造方法を歩留まりよく実現することができる。

本発明に係る面発光レーザの素子構造を説明するための図である。 本発明に係る面発光レーザの製造方法を説明するための図である。 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２のレーザプリンタにおける光走査装置の概略構成を説明するための図である。 面発光レーザアレイを用いたときの解像度を説明するための図である。 従来の面発光レーザの素子構造を示す図である。 従来の面発光レーザの製造方法を示す図である。

以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。なお、従来技術と同じ構成に対しては同じ参照符号を用いて説明する。

図１−Ａは、本発明に係る面発光レーザの素子構成を示す図である。
本発明に係る面発光レーザは、同図に示すように、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板１上に積層された、下部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）３、下部スペーサ層４、ＭＱＷ活性層５、上部スペーサ層６、電流狭窄構造を有するＡｌＡｓ選択酸化層７、上部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）８、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層９、メサマスクパターン層１１２からなるメサ構造と、保護膜（絶縁膜）１１３と、ｐ側電極１１１と、ｎ側電極２と、から構成されている。

図１−Ｂは、本発明に係る面発光レーザの製造方法を説明するための図である。
同図に示すように、本発明に係る面発光レーザの製造方法では、まず、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor：有機金属気相成長法）法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法により、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板１上に順次以下の積層膜を形成する。

すなわち、同図（１）に示すように、まず、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板１上に、、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等により、数十周期のｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ/Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓからなる下部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）３と、アンドープ下部Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓスペーサ層４と、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ/Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ多重量子井戸活性層（ＭＱＷ）５と、アンドープ上部Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓスペーサ層６と、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層７と、数十周期のｐ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ/Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓからなる上部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）層８と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９とをこの順に積層形成する。

次に、全面にＣＶＤ法等によりＳｉＯ_２またはＳｉＮあるいはその組み合わせからなるマスク材を光学長が活性層より得られる発振光の波長の１／４となるように成膜し、フォトレジスト等でパターニングし、エッチングによりＳｉＯ_２またはＳｉＮあるいはその組み合わせからなるメサマスクパターン１１２（第１の保護膜となる）を形成する。

次に、同図（２）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使用する）反応性イオンビームエッチング法、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またはウェットエッチング法またはドライエッチング法とウェットエッチング法の組み合わせによりメサ形成を行う。

次に、同図（３）に示すように、ＡｌＡｓ選択酸化層７を水蒸気中で熱処理し、電流狭窄構造を形成する。

次に、同図（４）に示すように、全面にＣＶＤ法等によりＳｉＯ_２，ＳｉＮ等の保護膜１１３を光学長が活性層より得られる発振光の波長の１／４または３／４となるように形成する。

次に、同図（５）に示すように、電極取り出し部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またはＳｉＮあるいはその組み合わせからなる第２の保護膜１１３と第１の保護膜１１２をバッファードフッ酸等のエッチャントでエッチング除去する。このとき光出射部はパターン１１２と保護膜１１３を残す。

このとき光出射部に残る第１の保護膜１１２と第２の保護膜１１３のトータルの光学長は活性層より得られる発振光の波長の１／２の整数倍に形成すると、面発光レーザの特性に影響を与えない。

ここまでのプロセスで、従来はＧａＡｓ表面にダメージを与える工程があるが、本発明ではコンタクト部分は常に保護されているため、ＧａＡｓコンタクト層はダメージを受けない。

その後は従来と同様のプロセスで、ｐ側電極１１１およびｎ側電極２を所定の箇所に形成し、図１−Ａに示す構造を有する面発光レーザを製造することができる。

また、電流狭窄構造の構成と作成方法も限定されるものではなく、イオンイ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、保護膜もＳｉＮ、ＳｉＯ_２に限定されることはない。

このように、製造することにより、７８０ｎｍ帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）など、コンタクト層が２０ｎｍ程度と薄い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であっても、ＧａＡｓコンタクトのダメージによる、コンタクト抵抗の増大、黒色化現象を回避し、低抵抗で安定した特性を有し、時間と共に出力が低下することのない、信頼性の高い面発光レーザを提供することができる。

また、７８０ｎｍ帯以外であっても、ＧａＡｓコンタクトの厚さ変化は反射率の変化となり、レーザ特性を変動させるため、本発明による効果があることはいうまでもない。

また、この面発光レーザをアレイ化した場合（図４参照）には、単素子のように選別ができないことから、高歩留まりの効果が大きくなる。

また、ＧａＡｓコンタクト層のダメージによりエッチングが不均一になるとアレイにした場合、個々のばらつき（ＧａＡｓ厚さのばらつきによる反射率のばらつきなどがあり、レーザ特性がばらつく）があったが、本発明によれば、アレイの個々の特性が均一になる効果がある。

《レーザプリンタ》
図２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２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。

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枚ずつ取り出し、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。

《光走査装置》
次に、図２における光走査装置９００の構成および作用を、図３を用いて説明する。

この光走査装置９００は、前記面発光レーザアレイＬＡを含む光源ユニット１０、カップリングレンズ１１、アパーチャ１２、シリンドリカルレンズ１３、ポリゴンミラー１４、ｆθレンズ１５、トロイダルレンズ１６、２つのミラー（１７、１８）、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。図３の９０１は、図２の感光体ドラム９０１に相当している。

前記カップリングレンズ１１は、光源ユニット１０から出射された光ビームを略平行光に整形する。

前記アパーチャ１２は、カップリングレンズ１１を介した光ビームのビーム径を規定する。

前記シリンドリカルレンズ１３は、アパーチャ１２を通過した光ビームをミラー１７を介してポリゴンミラー１４の反射面に集光する。

前記ポリゴンミラー１４は、高さの低い正六角柱状部材からなり、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３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。したがって、光源ユニット１０から出射され、シリンドリカルレンズ１３によってポリゴンミラー１４の偏向面に集光された光ビームは、ポリゴンミラー１４の回転により一定の角速度で偏向される。

前記ｆθレンズ１５は、ポリゴンミラー１４からの光ビームの入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１４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。

前記トロイダルレンズ１６は、ｆθレンズ１５からの光ビームをミラー１８を介して、感光体ドラム９０１の表面上に結像する。

この場合に、面発光レーザアレイＬＡが図４に示されるように配置されていると、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時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、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、前記間隔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。もちろん、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、前記ピッチ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、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。

また、この場合には、レーザプリンタ５００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、メサ底部周囲に凹みを有し酸化狭窄層外径の測長精度が良く、結果的に電流狭窄面積の設計値からのズレが微小であ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。

本発明によれば、均一な特性のアレイをより低コストで提供することができるため、光走査装置も低コスト化できる。

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１０は前記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。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ５００によると、前記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。

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。

１：ｎ−ＧａＡｓ基板
２：ｎ側電極
３：下部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）
４：下部スペーサ層
５：ＭＱＷ活性層
６：上部スペーサ層
７：ＡｌＡｓ選択酸化層
８：上部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）
９：ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１０：光源ユニット
１１：カップリングレンズ
１２：アパーチャ
１３：シリンドリカルレンズ
１４：ポリゴンミラー（偏向手段）
１５：ｆθレンズ（走査光学系の一部）
１６：トロイダルレンズ（走査光学系の一部）
１７，１８：ミラー
１１１：ｐ側電極
１１２：第一の保護膜（メサマスクを兼ねる）
１１３：第二の保護膜
５００：レーザプリンタ
９００：光走査装置
９０１：感光体ドラム（像担持体）
９０２：帯電チャージャ
９０３：現像ローラ（転写手段の一部）
９０４：トナーカートリッジ
９０５：クリーニングブレード
９０６：給紙トレイ
９０７：給紙コロ
９０８：レジストローラ対
９０９：定着ローラ
９１０：排紙トレイ
９１１：転写チャージャ（転写手段の一部）
９１２：排紙ローラ
９１３：記録紙
９１４： 徐電ユニット

特開２００７−１７３５１３号公報

Claims (13)

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、上部多層膜反射鏡、コンタクト層からなる積層膜を形成する工程と、該積層膜上にメサ形成用マスクを兼ねた第一の保護膜を形成する工程と、前記積層膜および前記第一の保護膜をエッチングによりメサ構造に加工する工程と、該メサ構造上に第二の保護膜を形成する工程と、前記第一および前記第二の保護膜を光出射部分では残し電極とコンタクトする部分をエッチング除去して前記コンタクト層を露出させる工程と、該露出したコンタクト層に接続するように上部電極を形成するとともに、前記化合物半導体基板の裏側に下部電極を形成する工程と、を有することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
2. 発光されるレーザの波長が、波長７８０ｎｍ帯または７８０ｎｍよりも短波であることを特徴とする、請求項１に記載の面発光レーザの製造方法。
3. 前記コンタクト層が、ＧａＡｓで構成され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の製造方法。
4. 前記保護膜が、ＳｉＮまたはＳｉＯ_２またはその組合わせで構成されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
5. 前記第一の保護膜と前記第二の保護膜の光学長の合計が前記活性層より得られる発振光の波長の１／２の整数倍に形成されたことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
6. 前記第一の保護膜の光学長が前記活性層より得られる発振光の波長の１／４に形成され、前記第二の保護膜の光学長が前記活性層より得られる発振光の波長の１／４または３／４に形成されたことを特徴とする、請求項５に記載の面発光レーザの製造方法。
7. 前記光出射部を含むメサ構造上の保護膜の光学長が前記活性層より得られる発振光の波長に形成され、前記メサ構造以外の保護膜の光学長が前記活性層より得られる発振光の波長の１／４または３／４に形成されたことを特徴とする、請求項６に記載の面発光レーザの製造方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法により製造されたことを特徴とする面発光レーザ。
9. 請求項８に記載の面発光レーザを複数備えたことを特徴とする面発光レーザアレイ素子。
10. 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９に記載の面発光レーザアレイ素子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、を備えたことを特徴とする光走査装置。
11. 複数の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９に記載の面発光レーザアレイ素子を有する光源ユニットと、前記光源ユニットからの複数の光ビームを偏向する偏向手段と、前記偏向された複数の光ビームを被走査面上に集光する走査光学系と、を備えたことを特徴とする光走査装置。
12. 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光ビームを走査する少なくとも１つの請求項１０に記載の光走査装置と、前記少なくとも１つの像担持体に形成された像を転写対象物に転写する転写手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
13. 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ビームを走査する少なくとも１つの請求項１１に記載の光走査装置と、前記少なくとも１つの像担持体に形成された像を転写対象物に転写する転写手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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