JP2011029495A - 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 作製誤差が少なく、かつ、素子の信頼性を確保できる複数の電流狭窄構造を持つ面発光レーザおよびその製法を提供する。
【解決手段】 第１のトレンチ構造２３０を用いて第１の電流狭窄層２１０を構成する第１の絶縁性領域２１４を作製する。第１のトレンチ構造２３０を囲むように設けられた第２のトレンチ構造２４０を用いて第２の電流狭窄層２２０を構成する第２の絶縁性領域２２４を作製する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、画像形成装置等に関する。

面発光レーザのひとつである垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、基板表面に対して垂直方向に光を取り出すことができる。そのため、二次元アレイの形成が容易になる。

この二次元アレイから出射される複数のビームを用いた並列処理により、高密度化および高速化が可能になり、光通信など様々な産業上の応用が期待される。例えば、電子写真プリンタの露光光源として面発光レーザアレイを用いると、複数のビームによる画像形成工程の高密度・高速化が可能となる。

このような電子写真では、感光ドラム上に安定かつ微小なレーザスポットの形成が必要なため、レーザ特性として、単一横モードや単一縦モードでの安定動作が要求される。

面発光レーザにおいては、選択酸化技術を用いて電流狭窄構造を形成し、必要な領域のみに電流を注入する方法が開発されている。

この方法では、高性能化のためにＡｌ組成比の高いＡｌＧａＡｓ層（例：Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ）を多層膜反射鏡内に設け、この層を高温水蒸気雰囲気中で選択酸化することで、電流狭窄構造を形成する。酸化された領域は導電性領域から絶縁性領域になるため、活性層領域の所望の場所に電流を注入することが可能となる。

選択酸化型のＶＣＳＥＬにおいて高出力を得るには、電流狭窄構造の導電性領域であるアパーチャの径を大きくする必要がある。しかし、電流の担い手であるキャリアの分布は電導性領域と絶縁性領域の境界であるアパーチャのエッジ部に集中する。このため、アパーチャ径を大きくするとそのエッジ部に大きな光強度分布を持つ高次の横モードが発振しやすくなる。

この問題を解決するために、電流狭窄構造を２つ用いる方法が、非特許文献１に開示されている。これを図１２に示す。

この電流狭窄構造を２つ用いる手法では、活性層の近傍にある電流狭窄構造よりもアパーチャ径の小さい電流狭窄構造を活性層より遠い側に配置する。これにより、活性層に近い方の電流狭窄構造におけるアパーチャの中心部にキャリアが寄せられる。活性層に近い方の電流狭窄構造は共振光のモードを支配するため、アパーチャの中央部にキャリアが注入されれば、キャリアと基本モード光との結合効率を高められる。したがって、電流狭窄構造を２つ用いれば、電流狭窄構造が１つの場合に比べて高次モードの発振を抑えることができ、かつ、高出力の面発光レーザが得られる。

Ｈ．Ｊ．Ｕｎｏｌｄ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．３９４６，（２０００）（Ｆｉｇｕｒｅ．１０（ｂ））

単一横モード化を図るためには、キャリアと基本モード光との効果的なカップリングを行う必要がある。そのため、前記非特許文献１に記載の電流狭窄構造を２つ設ける技術においては、活性層より遠い側の電流狭窄構造のアパーチャ径は活性層に近い側の電流狭窄構造のアパーチャ径よりも小さくする必要がある。

例えば、活性層に近い側に配されている電流狭窄構造のアパーチャ径の直径が６〜７μｍの場合、活性層より遠い側に配されている電流狭窄構造のアパーチャ径の直径は半分程度、すなわち３〜４μｍ程度が好ましい。

ここで前記非特許文献１に示されている通常のメサ構造においては、径の小さな酸化電流狭窄構造を作製するために、径の大きな酸化電流狭窄構造を作製する場合よりも、メサ側壁から横方向に長距離にわたって酸化を行う必要がある。

しかしながら、経験的事実として、酸化距離が長くなれば長くなるほど、酸化プロセスの制御が難しく、設計値と整合しない確率が高くなるため、歩留まりが低下する。
また、酸化距離が長くなると、アニール処理時や電流注入時に酸化層が周囲の半導体層から剥離しやすくなり、素子の信頼性が低下する。

本発明は、上記課題を鑑み、作製誤差が少なく、かつ、素子の信頼性を確保できる複数の電流狭窄構造を持つ面発光レーザおよびその製法を提供することを目的とする。

本発明に係る面発光レーザは、基板の上に下部多層膜反射鏡と活性層と上部多層膜反射鏡とをこの順に有する面発光レーザであって、前記上部多層膜反射鏡の層内部、または、前記上部多層膜反射鏡と前記活性層との間に設けられ、かつ、第１の導電性領域と第１の絶縁性領域とを有する第１の電流狭窄層と、前記第１の電流狭窄層の距離より前記活性層に近い位置に設けられ、かつ、第２の導電性領域と第２の絶縁性領域とを有する第２の電流狭窄層と、前記上部多層膜反射鏡の上部から形成された前記第１の絶縁性領域を作製するための第１のトレンチ構造と、前記第１のトレンチ構造を囲むように前記上部多層膜反射鏡の上部から形成され、前記第１のトレンチ構造の底部の深さよりも深い位置の底部を有する前記第２の絶縁性領域を作製するための第２のトレンチ構造と、を備え、前記基板の面内方向において、前記第１の導電性領域と前記第１の絶縁性領域の境界は、前記第２の導電性領域の内側に配されていることを特徴とする。

本発明によれば、作製誤差が少なく、かつ、素子の信頼性を確保できる複数の電流狭窄構造を持つ面発光レーザおよびその製法を提供できる。

実施形態にかかる面発光レーザを模式的に示す図である。 実施形態にかかる面発光レーザを模式的に示す図である。 実施形態にかかる面発光レーザの製造方法を模式的に示す図である。 実施形態にかかる面発光レーザの製造方法を模式的に示す図である。 実施形態にかかる面発光レーザの製造方法を模式的に示す図である。 実施形態の特徴を説明するための参考となる図である。 実施形態にかかる面発光レーザを模式的に示す図である。 実施形態にかかる面発光レーザを模式的に示す図である。 実施形態にかかる面発光レーザの製造方法を模式的に示す図である。 実施形態にかかる画像形成装置を模式的に示す図である。 実施形態の特徴を説明するための図である。 先行技術を説明する図である。

［実施形態１］
図１（Ａ）は、本発明の実施形態である面発光レーザ１００の模式的断面図であり、図１（Ｂ）は、面発光レーザ１００の模式的上面図である。

基板１１０上に下部多層膜反射鏡１２０、下部スペーサ層１３０、活性層１４０、上部スペーサ層１５０、上部多層膜反射鏡１６０がこの順に形成され、基板面に垂直な方向にレーザ共振器が形成されている。上部多層膜反射鏡１６０上の上部電極１７０と、基板１１０下方の下部電極１８０から、活性層１４０にキャリアが注入され、活性層１４０が発光し、面発光レーザ１００は発振にいたる。

上部多層膜反射鏡１６０の中に第１の電流狭窄層２１０が設けられている。第１の電流狭窄層２１０は、第１の導電性領域２１２と、第１の絶縁性領域２１４、２１５を有し、活性層１４０の中央部に電流を注入する機能を備える。

また、第１の電流狭窄層２１０よりも活性層１４０に近い位置に第２の電流狭窄層２２０が設けられている。例えば、第１の電流狭窄層２１０と活性層１４０との間に、第２の電流狭窄層２２０が設けられている。第２の電流狭窄層２２０は、第２の導電性領域２２２と、第２の絶縁性領域２２４とを有し、共振光のモードを支配する機能を有する。

なお、本実施形態においては、活性層１４０の上部に第１の電流狭窄層２１０と第２の電流狭窄層２２０が設けられているが、活性層１４０の下部に第２の電流狭窄層２２０を設けてもよい。また、第１の電流狭窄層２１０は上部多層膜反射鏡１６０の途中に設けられていたが、必ずしも上部多層膜反射鏡中に設けなくてもよい。

上部多層膜反射鏡１６０の上面から、少なくとも第１の電流狭窄層２１０の上面まで到達し、かつ第２の電流狭窄層２２０の上面には到達していない第１のトレンチ構造２３０が設けられている。そして、第１のトレンチ構造２３０に面した半導体層が側壁から酸化されて前記第１の絶縁性領域２１４が形成される。また、第１のトレンチ構造２３０および第２のトレンチ構造２４０に面した半導体層が側壁から酸化されて第１の絶縁性領域２１５が形成される。なお、トレンチ構造２３０は、第１の電流狭窄層２１０の中央で停止していてもよいし、また第１の電流狭窄層２１０を貫通していてもよい。

また、上部多層膜反射鏡１６０の上面から、第１のトレンチ構造２３０を取り囲むように第２のトレンチ構造２４０が設けられている。該第２のトレンチ構造２４０は第１の電流狭窄層２１０を貫通し、第２の電流狭窄層２２０の少なくとも上面まで到達している。すなわち、第２のトレンチ構造２４０の底部が設けられている位置は、前記第１のトレンチ構造２３０の底部が設けられている位置よりも深い位置に設けられている。第２のトレンチ構造２４０に面した半導体層の側壁から酸化されて第２の絶縁性領域２２４が形成される。なお、第２のトレンチ構造２４０は、第２の電流狭窄層２２０の中央で停止していてもよいし、また第２の電流狭窄層２２０を貫通していてもよい。

このように、本実施形態に係る面発光レーザは、第１のトレンチ構造２３０と第２のトレンチ構造２４０が形成されているため、第２のトレンチ構造２４０と第１のトレンチ構造２３０との間には、上部多層膜反射鏡１６０が存在することになる。

この面発光レーザを上方から見ると、図１（Ｂ）に示すように、第１の導電性領域２１２は第２の導電性領域２２２よりもサイズが小さく、第１の導電性領域２１２と第１の絶縁性領域２１４の境界は第２の導電性領域２２２の内側に存在する。

なお、このような状態を「基板面内方向において、第１の導電性領域２１２と第１の絶縁性領域２１４の境界は第２の導電性領域２２２の内側に配されている」と表現することもある。

本実施形態の第１の電流狭窄層２１０において、第１の導電性領域２１２と第１のトレンチ構造２３０との間に設けられている第１の絶縁性領域２１４は、第１のトレンチ構造２３０の側壁から横方向に酸化されて形成されている。また、第１のトレンチ構造２３０と第２のトレンチ構造２４０との間に設けられている第１の絶縁性領域２１５は第２のトレンチ構造２４０の側壁から横方向に酸化されて形成されている。

一方、非特許文献１では、アパーチャ径の小さい電流狭窄構造を構成する第１の絶縁性領域２１４および２１５はすべて第２のトレンチ構造２４０の側壁から酸化される。

すなわち、本発明の実施形態によれば、第２のトレンチ構造２４０とは別に第１のトレンチ構造２３０を設け、このトレンチ構造２３０を利用してアパーチャ径の小さい電流狭窄構造を形成している。このため、非特許文献１よりも短い酸化距離でアパーチャとなる第１の導電性領域２１２を形成することができる。

酸化距離が短ければ酸化時間も短いため、酸化による反応副生成物が溜まりにくい。例えば、ＡｌＧａＡｓ層を酸化すると酸化の進行とともにＡｓ残留物が酸化フロント（酸化領域（絶縁性領域）と未酸化領域（導電性領域）との境界）などに生じる。このＡｓ残留物がアニール処理時や通電時に昇華などの反応を生じさせ、酸化層が剥離する等の素子にダメージを与える可能性がある。

一方、本実施形態に係る構造では非特許文献１に記載した手法に比べ、第１の電流狭窄層２１０における酸化距離を抑えられるため、アニール処理時や通電時の素子劣化を抑えられる。

なお、「酸化距離」とは、酸化フロントと、前記酸化フロントから酸化領域が露出しているトレンチ構造の側壁との距離の最小値をいう。

一般に、酸化距離のウエハ内でのばらつき、またプロセス間でのばらつきは、その酸化距離の長さに比例する。したがって、酸化距離を短くできる本実施形態の手法によれば、設計値からのばらつきを抑制できる。このため、素子作製歩留まりが向上する。

キャリア分布と基本モード光強度分布のカップリングを考慮すると、例えば、第１の導電性領域２１２の直径は、第２の導電性領域２２２の直径の半分程度とすることが好ましい。それぞれに対する酸化距離のばらつき比を一定とするには、第１の電流狭窄層２１０の酸化距離は、第２の電流狭窄層２２０の酸化距離の半分程度とすることが好ましい。

なお、第１の電流狭窄層２１０の電流密度は第２の電流狭窄層２２０の電流密度よりも高くなる。このため、第１の電流狭窄層２１０の酸化距離は、第２の電流狭窄層２２０の酸化距離よりも短いことが好ましい。

この面発光レーザ１００は、第２の導電性領域２２２がおよそ発光領域となる。そのため、基板１１０の面内方向において、第１のトレンチ構造２３０が、第２の導電性領域２２２の内側にあると、レーザの共振モードに散乱損失を与えることとなり、発振しきい値が上昇する。このため、基板１１０の面内方向において、第１のトレンチ構造２３０は、第２の導電性領域２２２よりも外側にあることが望ましい。

次に、本実施形態に係る面発光レーザの具体的な構成と製造方法について述べる。

基板１１０は例えばｎ型ドーピングされたＧａＡｓ基板である。この基板１１０上に例えばλ／４の光学厚さのＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓと、λ／４の光学厚さのＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓを交互に積層してｎ型の下部多層膜反射鏡１２０を形成する。例えば、高屈折率層と低屈折率層のペア数としては７０ペアである。また、λは共振器の共振波長であり、例えば真空波長で６８０ｎｍである。

下部多層膜反射鏡１２０上に、例えばＡｌＧａＩｎＰ系の活性層１４０、具体的にはＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのλ＝６８０ｎｍに発光ピークを持つ多重量子井戸構造を含む活性層１４０が結晶成長により形成される。活性層の発光ピークについて、実際の駆動条件の温度変化などを考慮し、発振波長より短波側または長波側へのデチューニングを施しても良い。また、活性層１４０の下側および上側には、共振器の位相調整のための下部スペーサ層１３０、上部スペーサ層１５０がそれぞれ形成される。下部スペーサ層１３０と活性層１４０と上部スペーサ層１５０の光学厚さの合計は、λ／２の整数倍であり、例えばλである。

前記活性層１４０上に、ｐ型の上部多層膜反射鏡１６０が結晶成長により形成される。上部多層膜反射鏡１６０は、例えばそれぞれλ／４厚さのＡｌ_０．９Ｇａ_０．１ＡｓとＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓの４０ペアの繰り返しからなる。この上部多層膜反射鏡１６０の一部分を、多層膜反射鏡のペアを構成するＡｌＧａＡｓよりもＡｌ組成比の高いＡｌＧａＡｓ層で置き換え、これを被酸化層とする。この被酸化層の一部を酸化することで、酸化された絶縁性領域と未酸化の導電性領域からなる電流狭窄層が形成される。例えば、上部多層膜反射鏡１６０中の２箇所を被酸化層とする場合、活性層１４０から１ペア目と６ペア目の上部多層膜反射鏡の位置に、それぞれ第２の被酸化層２６０、第１の被酸化層２５０を配置する。なお、本発明ではこの形態に限るものではなく、例えば第１の被酸化層２５０を上部多層膜反射鏡１６０の層内部に、第２の被酸化層２６０を下部多層膜反射鏡１２０の層内部に置く形態もありうる。

被酸化層としては、ＡｌＧａＡｓ層を用いることができる。例えばＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．９５≦ｘ≦１）は、例えば３００℃以上に加熱し水蒸気中に晒すことによって容易に酸化され、Ａｌ酸化物を含む絶縁体となる。
そこで、第１の被酸化層２５０を例えば１５ｎｍのＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓとし、第２の被酸化層２６０を例えば３０ｎｍのＡｌＡｓとすることができる。

なお、第１の被酸化層２５０および第２の被酸化層２６０の周囲層は上部多層膜反射鏡１６０を構成する高屈折率層（例えば、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ）としても良いし、低屈折率層（例えば、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ）としても良い。また、グレーデッド層（例えば、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１ＡｓからＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓまで組成比が連続的に変化する）としても良い。

また上部多層膜反射鏡１６０の最上層は上部電極１７０とのコンタクトのための半導体コンタクト層とする。半導体コンタクト層は例えば２０ｎｍのＧａＡｓ層である。

以上の積層体の結晶成長は、例えばＭＯＣＶＤ法によってなされる。

ところで、上記では第１の絶縁性領域２１５が設けられている例を説明した。しかし、第１の電流狭窄層２１０において、第１のトレンチ構造２３０の外側（第１のトレンチ構造２３０と第２のトレンチ構造２４０との間）には導電性領域が存在しても良い。例えば、第１のトレンチ構造２３０がリング状であり、かつ、上部多層膜反射鏡１６０と上部電極１７０とのコンタクトが第１のトレンチ構造２３０の内側に限られている場合には、導電性領域があっても、そこにキャリアは流れないからである。

一方、第１のトレンチ構造２３０が閉じておらず、素子上部から見た場合に断続的になっている場合は、第１の電流狭窄層２１０における導電性領域は第１の導電性領域２１２のみに限られていることが望ましい。すなわち、第１の電流狭窄層２１０より上側の上部多層膜反射鏡１６０において、第１のトレンチ構造２３０の内側部分と外側部分とが導通状態にある場合には、第１の絶縁性領域２１５が設けられていることが望ましい。

また、上部多層膜反射鏡１６０と上部電極１７０とのコンタクトが第１のトレンチ構造２３０の外側にもある場合も、第１の絶縁性領域２１５が設けられていることが望ましい。なぜなら、第１の電流狭窄層２１０において、第１の導電性領域２１２以外の導電性領域を通ってくるキャリアの分布は、必ずしも単一横モード化に寄与しないからである。

上記の層構成を有したウエハに、図３から図５に模式的に示す半導体プロセスを施す。以下のプロセスは、第１のトレンチ構造２３０と第２のトレンチ構造２４０の位置決めを同時に行うセルフアラインメントプロセスである。また、以下のプロセスは、第１の被酸化層２５０の酸化と第２の被酸化層２６０の酸化を別のタイミングで行うプロセスである。具体的には、第１の被酸化層２５０の酸化工程は、第２の被酸化層２６０の酸化工程に先立って行われる。

まず図３（Ａ）に示すように、上部多層膜反射鏡１６０上に、保護層として第１の誘電体層３００を成膜する。誘電体層３００は例えば１μｍ厚の酸化シリコン（例えばＳｉＯ_２）であり、成膜方法は例えばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。

前記誘電体層３００上に、フォトレジスト３１０を塗布し、第１のトレンチ構造２３０および第２のトレンチ構造２４０の位置に開口パターンがあくようにパターニングおよび現像を行う。

第１のトレンチ構造２３０は、例えば内径（直径）が１４μｍ、外径（直径）が２０μｍの同心円リング形状である。第２のトレンチ構造２４０は、例えば内径（直径）が２７μｍである。第２のトレンチ構造２４０の外径は例えば３３μｍ以上である。ここでは図示していない。

次に、図３（Ｂ）に示すように、前述のパターニングされたレジスト３１０をマスクにして、保護層としての誘電体層３００をエッチングする。エッチングは例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ）によるウエットエッチングでも良いし、例えばＣＨＦ_３ガスプラズマによるドライエッチングでも良い。

次に、図３（Ｃ）に示すように、前述のレジスト３１０および誘電体層３００をマスクとして、半導体層をドライエッチングし、第１のトレンチ構造２３０および第２のトレンチ構造２４０を形成する。この際に、第１のトレンチ構造２３０および第２のトレンチ構造２４０は、第２の被酸化層２６０上面に到達しないようにエッチングを行う。ドライエッチングは、例えばＳｉＣｌ_４ガスとＡｒガスのプラズマにより行う。

次に、図３（Ｄ）に示すように、誘電体層３００上に残っているレジスト３１０を除去する。例えば酸素プラズマによるアッシングにより除去する。

次に、図３（Ｅ）に示すように、第１のトレンチ構造２３０および第２のトレンチ構造２４０において露出している側壁から、第１の被酸化層２５０を酸化し、第１の絶縁性領域２１４および２１５を形成する。酸化は、基板を例えば４５０℃に加熱し、水蒸気中に晒すことで行う。酸化された被酸化層は、主成分が多結晶またはアモルファスのＡｌ酸化物である絶縁体となる。

第１の被酸化層２５０の中央部には未酸化領域、すなわち第１の導電性領域２１２を残すように酸化を行う。

第１の被酸化層２５０において、その中心部に存在する前記第１の導電性領域２１２を除いて全て酸化するためには、図２に示すように、第１のトレンチ構造２３０と第２のトレンチ構造２４０との距離２７０を酸化距離２７２の２倍以下とすることが好ましい。

第１のトレンチ構造２３０と第２のトレンチ構造２４０の間にある第１の被酸化層２５０は、２つのトレンチ構造の側壁から酸化されるため、前記の条件を満たすことで、全て酸化される可能性が高くなる。

第１の導電性領域２１２は、例えば直径が４μｍの円形状である。この場合、第１の導電性領域２１２と絶縁性領域２１４との境界、すなわち酸化フロントと、第１のトレンチ構造２３０の内周との距離は５μｍであり、酸化距離は５μｍである。一方、第１のトレンチ構造２３０の外周と、第２のトレンチ構造２４０の内周との距離は３．５μｍである。

次に、図３（Ｆ）に示すように、先の工程で成膜した保護膜３００よりも薄い保護膜３２０を成膜する。薄い保護膜３２０とは、例えば１００μｍの第２の誘電体層、例えば酸化シリコンである。

なお、この工程は省略することもできる。すなわち、第２の被酸化層２６０を酸化する際には、第１のトレンチ構造２３０において第１の被酸化層２５０の側壁が晒される。しかし、一度酸化した箇所から再度酸化が進行することは少ないため、保護膜は必ずしも必要ではない。特に、第２の被酸化層２６０の酸化における基板温度が、第１の被酸化層２５０の酸化における基板温度よりも低くても良い場合は、保護膜を設けなくてもよい。また、酸化がほとんど進行しない場合でも、高温水蒸気下に晒されたＡｌＧａＡｓ側壁表面にはバッファードフッ酸耐性膜が生じるため、敢えて晒すほうが良い場合がある。

次に、図４（Ｇ）に示すように、フォトレジスト３３０を塗布し、第１のトレンチ構造２３０を覆い、かつ第２のトレンチ構造２４０を覆わないレジストを形成するように、パターニング露光および現像を行う。第１のトレンチ構造２３０と第２のトレンチ構造２４０がつながっておらず、これらの構造の間に上部多層膜反射鏡１６０が存在するために、ここにレジストへのパターニングの境界を置くことができる。このような上部多層膜反射鏡１６０がない場合は、ここでのレジストのパターニングにより第２のトレンチ構造２４０の内周が決まってしまうため、セルフアラインプロセスを行うことができなくなる。

図４（Ｈ）に示すように、このレジストをマスクとし、薄い保護膜３２０をエッチングし、第２のトレンチ構造２４０の底部に半導体面を露出させる。エッチングは、例えばバッファードフッ酸に１分程度浸けることで行う。

次に、図４（Ｉ）に示すように、レジスト３３０、保護膜３２０、誘電体層３００をマスクとし、第２のトレンチ構造２４０のエッチングを行う。エッチングは少なくとも第２の被酸化層２６０上面が出るまで行う。エッチングは例えば、例えばＳｉＣｌ_４＋Ａｒプラズマによるドライエッチングにより行う。なお、例えば下部多層膜反射鏡１２０において放熱性向上のために低屈折率層としてＡｌＡｓを用いることがある。この場合、ＡｌＡｓは酸化されやすいため、第２のトレンチ構造２４０は下部多層膜反射鏡１２０のＡｌＡｓを露出させないところで止めるのが好ましい。

次に、図４（Ｊ）に示すように、誘電体層３２０上に残っているレジスト３３０を除去する。例えば酸素プラズマによるアッシングにより除去する。

次に、図４（Ｋ）に示すように、第２のトレンチ構造２４０において露出している側壁から、第２の被酸化層２６０を酸化し、第２の絶縁性領域２２４を形成する。酸化は、基板を例えば４００℃に加熱し、水蒸気中に晒すことで行う。

第１の被酸化層２５０は既に酸化されているため、この工程において加熱し水蒸気に晒されても酸化の進行は少ない。

しかし、第１の被酸化層２５０の酸化をより少なくするためには、第２の被酸化層２６０の酸化での基板加熱温度を、第１の被酸化層２５０の酸化時よりも低温とすることが望ましい。このためには、第２の被酸化層２６０のＡｌ組成比は第１の被酸化層２５０のＡｌ組成比よりも高くしておくことが好ましい。または、第２の被酸化層２６０の厚さを第１の被酸化層２５０よりも厚くしておくことが好ましい。さらに、Ａｌ組成比および厚さの調整の両方を実施しても良い。

もっとも、上記のように第１の酸化層２５０は既に酸化されていれば酸化の進行は少ない。そのため、第２の被酸化層２６０のＡｌ組成比は第１の被酸化層２５０のＡｌ組成比よりも低くしてもよい。または、第２の被酸化層２６０の厚さを第１の被酸化層２５０よりも薄くしてもよい。

第２の被酸化層２６０の中央部には未酸化領域、すなわち第２の導電性領域２２２を残す。第２の導電性領域２２２は、例えば直径が６μｍの円形状、または一辺が６μｍの正方形状、あるいはその中間的な形状である。この場合、第２の導電性領域２２２と絶縁性領域の境界（酸化フロント）と、第２のトレンチ構造２４０の内周との距離は１０．５μｍである。すなわち、酸化距離は１０．５μｍである。

なお、ＡｌＧａＡｓ層を酸化した場合の導電性領域の形状は、Ａｌの組成比が高いほど、また酸化温度が低いほど異方性が出る。例えば（１００）ＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＡｓ層は、［０１１］、［０１−１］、［０−１１］、［０−１−１］方向で酸化が遅く、［００１］、［００−１］、［０１０］、［０−１０］方向で酸化が速い。

次に、図４（Ｌ）に示すように、残っている誘電体膜３００、保護層３２０を例えばバッファードフッ酸などを用いて除去する。

次に、図５（Ｍ）に示すように、全体に絶縁膜１９０を成膜する。絶縁膜１９０は例えば光学厚さがλ／２厚の第３の誘電体層、例えば酸化シリコンであり、例えばプラズマＣＶＤを用いて成膜する。

次に、図５（Ｎ）に示すように、フォトレジストを塗布し（不図示）、後に形成する上部電極１７０が半導体コンタクト層と接触させるため絶縁膜１９０の一部を除去するためのパターニング露光・現像を行う。そしてこのレジストをマスクとし、絶縁膜１９０の一部を除去する。その後レジストを除去する。上部電極１７０は、第１のトレンチ構造２３０の内側において半導体コンタクト層と接する。また、第１のトレンチ構造２３０の内側には絶縁膜１９０が成膜されている。なお、この工程の前に第１のトレンチ構造２３０を例えば非導電性樹脂などで埋め込んでいても良い。

次に、図５（Ｏ）に示すように、リフトオフ用のフォトレジスト３４０を塗布する。上部電極１７０をリフトオフ法で形成するためのパターニングを行い、リフトオフ用レジストパターンを形成する。

その後、図５（Ｐ）に示すように、例えば電子線蒸着などで上部電極１７０を蒸着し、リフトオフ法により形成する。上部電極１７０は、例えばＴｉ／Ａｕである。

上部電極１７０は、例えば中央に開口を持つリング形状をしており、開口の大きさはレーザ出射光を大幅に遮ることのないように、第１の導電性領域２１２よりも大きくする。開口の大きさは、第２の導電性領域２２２より大きくても良いし、小さくても良い。開口の大きさが第２の導電性領域２２２より小さい場合、発光領域の周辺側の一部に上部電極１７０が重複することになる。基本モードの光強度分布よりも、高次モードの光強度分布の方が上部電極１７０との重なりが大きくなる。そのため、上部電極１７０が各モードに対し例えば散乱効果などの光損失をもたらす場合、上部電極１７０は高次モードをより抑圧する効果を有する。

最後に、基板１１０の裏面に下部電極１８０を例えば抵抗加熱蒸着により形成する。下部電極１８０は例えばＡｕＧｅ／Ａｕである。

以上のプロセスは第１のトレンチ構造２３０と第２のトレンチ構造２４０を同時に位置決めするセルフアラインメントプロセスであり、また第１の被酸化層２５０の酸化と、第２の被酸化層２６０の酸化を別タイミングで行うプロセスである。

しかし、本発明においては必ずしもセルフアラインメントプロセスを行わなくても良い。すなわち、第１のトレンチ構造２３０を形成後に、別パターニングにより第２のトレンチ構造２４０を形成しても良い。また逆に第２のトレンチ構造２４０を形成後、第１のトレンチ構造２３０を形成しても良い。これらの場合には、両者のトレンチ構造の正確な相対位置決めを必要とする。

また、第１の被酸化層２５０の酸化と第２の被酸化層２６０の酸化を個別でなく同時に行っても良い。この場合、ウエハ成長時において、第１の被酸化層２５０および第２の被酸化層２６０の組成や、膜厚の正確な制御を必要とする。また半導体ドライエッチングのエッチング異方性の再現性も必要となる。

ところで、第１の電流狭窄層２１０の酸化距離を減らすだけであれば、図６に示すように、第１のトレンチ構造２３０を設けず第２のトレンチ構造２４０をステップ型にするという方法も考えられる。しかし、このような形状には以下３点の問題がある。

（１）上部電極のコンタクト性の低下
通常、上部電極は金属であり、電子線蒸着や抵抗加熱蒸着などで半導体メサおよび絶縁膜上に形成される。ステップ型のトレンチ構造では、上部電極を蒸着できる上部多層膜反射鏡１６０の上面が少なくなる。
メサの側壁や段差のある面には蒸着されにくいため、この場合、上部電極が剥離しやすくなる。
また、電極と半導体層との接触部分では、オーミック接合とするため、半導体側にＧａＡｓ層のような電気伝導率の高い層をコンタクト層として用いる。電気伝導率の高い層は光学吸収が大きい場合が多いため、垂直共振器型面発光レーザの場合、コンタクト層はできるだけ活性層１４０から離しておくことが好ましい。さらに好ましくは上部多層膜反射鏡１６０上面にコンタクト層を配置することが好ましい。この結果、ステップ型のトレンチ構造では、上部電極１７０と半導体層との間で十分なコンタクトが取れず、ショットキー接合となってしまう可能性がある。

（２）放熱性の低下
本発明に比べ、ステップ型のトレンチ構造では、上部多層膜反射鏡１６０の体積を多く確保できない。このため、活性層１４０や上部多層膜反射鏡１６０からの発熱がこもりやすくなる。このため活性層１４０の温度が増加するので出力が減少し、また素子の信頼性が低下する。

（３）製法の困難化
ステップ型のトレンチ構造のエッチングによる形成は困難であり、とくに各々の段差の境界を相対的に正確に位置決めすることは困難である。そのため、図のように各導電性領域の中心がずれ、単一横モード化が得られない可能性が高い。

一方、本実施形態の構造は、各トレンチ構造は通常のエッチングで十分であるから製造が容易である。また第１のトレンチ構造２３０と第２のトレンチ構造２４０は、間に多層膜反射鏡が存在するため、上述のようにセルフアラインメントプロセスを行うことができる。これにより、第１の導電性領域２１２の中心と、第２の導電性領域２２２の中心との位置ずれが起きにくくなる。

特に、赤色帯面発光レーザの場合、赤外のものに比べ、以下の３つの特徴がある。
（１）赤色波長帯ではコンタクト層であるＧａＡｓの光学吸収が大きい
（２）ＡｌＧａＩｎＰ系活性層ではキャリアオーバーフローが起きやすく発熱が大きい
（３）短波長であることから単一横モード化のためには素子スケールを小さくする必要があり、電流狭窄層の位置合わせが困難である
したがって、赤色帯面発光レーザにおいては、本発明を好適に用いることができる。

なお、上記ではステップ型のトレンチ構造の課題を指摘したが、これらの課題が実用上問題とならない場合には、ステップ型のトレンチ構造も実施可能であることは勿論である。

次に、電流狭窄層の設計方針について述べる。

第１の電流狭窄層２１０、および、第２の電流狭窄層２２０は活性層１４０に流れるキャリア分布を制御するものであり、それぞれの導電性領域の基板面内方向の面積および形状が主要なパラメータである。

図１１に一計算例を示す。図１１は、面発光レーザの基本モードの光強度分布、および活性層近傍における電流密度分布をプロットしたものである。横軸は光軸中心からの基板面内方向の距離である。

この面発光レーザは上部スペーサ層直上に酸化による第２の電流狭窄層２２０を持つとしている。第２の導電性領域２２０は直径６μｍの円形状とする。
基本モードの光強度分布は図１１に示すように、第２の導電性領域２２０の大きさとほぼ同じ発光領域で、ガウス分布に近いプロファイルとなる。

この面発光レーザについて、第１の電流狭窄層２１０がない場合と、ある場合との電流密度分布を図１１にプロットしている。電流の合計値はそれぞれ３ｍＡとした。第１の電流狭窄層２１０がある場合については、その第１の導電性領域２１２は、第２の電流狭窄層２２０の０．４μｍ上方にあり、中心が第２の導電性領域と一致している直径３μｍの円形状であるとした。

第１の電流狭窄層２１０がない場合、電流は第２の電流狭窄層２２０によって絞られるため、第２の導電性領域の周辺部で電流密度分布が大きくなる。このため、高次モードのゲインが大きくなり単一横モードが得られにくい。

一方、第２の導電性領域よりも面積の小さい第１の導電性領域を持つ第１の電流狭窄層が設けられている場合、電流はいったん第１の電流狭窄層によって絞られているため、第２の導電性領域の中心の電流密度分布が大きくなる。

したがって、電流密度分布が基本モードの光強度分布に近づき、基本モードが効率的に励起されるため、単一横モード効果が得られる。

第１の導電性領域２１２は、第２の導電性領域２２２よりも真円に近い形状であるほうが、その逆の場合よりも、活性層１４０におけるキャリア分布が基本モードに対して重なりが大きくなるため好ましい。なぜなら、図１１からも理解できるように、活性層１４０におけるキャリア分布は面積の小さい第１の導電性領域２１２の影響を強く受けるからである。

一般に、ＡｌＧａＡｓ層について、Ａｌ組成比が高いほど酸化速度の結晶方位依存性が大きくなる。

従って、例えばトレンチ構造の素子内側の側壁が円または円弧となっている場合は、第１の被酸化層２５０のＡｌ組成比は、第２の被酸化層２６０のＡｌ組成比と同じ、またはより低いことが好ましい。

第１の電流狭窄層２１０を通過したキャリアは活性層１４０に近づくにつれて横方向に拡散する。このため、単一横モード化の効果を得るためには、第１の電流狭窄層２１０を活性層１４０から離すほど、第１の導電性領域２１２のサイズを小さくしなければならない。しかしながら、第１の導電性領域２１２のサイズを小さくすると、それに応じて素子の電気抵抗が上がってしまう。

また、第１の導電性領域２１２と第２の導電性領域２２２との間隔が近すぎると、第１のトレンチ構造２３０の形成が困難となる。なぜなら、第１のトレンチ構造２３０が第２の導電性領域２２２に到達した場合、第１の電流狭窄層２１０の形成時に、第２の導電性領域２２２も第１のトレンチ構造２３０の側壁から酸化され、好ましくないからである。

一方、第１の導電性領域２１２と第２の導電性領域２２２との間隔が長いほど、第１の導電性領域２１２を通過したキャリアが第２の導電性領域２２２に到達するまでに基板面内方向に拡散しやすくなる。そのため、第２の導電性領域２２２におけるキャリア分布プロファイルは、第１の導電性領域２１２のサイズに依存しなくなる。

なお、第１の導電性領域２１２と第２の導電性領域２２２の間の多層膜反射鏡領域において、ドーピング濃度や構成材料を調整することで前記反射鏡領域の導電率を調整し、上記のキャリアの拡散を調整することができる。

第１の電流狭窄層２１０から第２の電流狭窄層２２０の間の多層膜反射鏡において、キャリアの水平方向の拡散を抑えるには、多層膜反射鏡のヘテロ障壁はできるだけ小さく抑えることが好ましい。この場合、グレーデッド多層膜とすることが好ましい。

以上のことを考慮して、第１の導電性領域２１２のサイズおよび位置を最適化することができる。例えば第１の導電性領域２１２の直径は第２の導電性領域２２２の直径の半分とする。また第１の導電性領域２１２と第２の導電性領域２２２との距離は例えば０．２μｍ以上１μｍ以下とする。

また第１の導電性領域２１２は、第２の導電性領域２２２よりも電流密度が高くなる。したがって第１の被酸化層２５０の厚さは第２の被酸化層２６０よりも薄くすることが信頼性の観点から好ましい。なぜなら、厚い被酸化層ほど、酸化した際の体積収縮により酸化フロントに応力がかかるからである。

さらに、光学特性の観点も考慮し、第１の電流狭窄層２１０、および、第２の電流狭窄層２２０の厚さおよび位置を決定することができる。

被酸化層としてＡｌＧａＡｓ層を高温水蒸気下で酸化するとその層の屈折率は大きく低下する。例えば、λ＝６８０ｎｍの光に対し、ＡｌＡｓの屈折率は３程度であるが、これを酸化すると屈折率は１．４〜１．８程度に下がる。

したがって、被酸化層の厚さが厚いほど、酸化した際に共振器に与える光学的な影響が大きくなる。また酸化された被酸化層が、面発光レーザ共振器の共振光の強度分布の腹に置かれている場合は、強度分布の節に置かれている場合よりも、共振器に与える影響が大きくなる。

本発明の面発光レーザ１００の共振光モードのプロファイルに大きな影響を与えるのは、活性層１４０に近い第２の電流狭窄層２２０である。第１の電流狭窄層２１０による光学的影響を抑制したい場合には、第１の被酸化層２５０を薄くし、かつ／または、共振光の強度分布の節に置くことが好ましい。

一方、その逆の構成を採用することにより、第１の電流狭窄層２１０による光学的影響を共振モードにもたらすことも可能である。例えば、第１の被酸化層２５０の酸化により、酸化部分を含む領域の上部多層膜反射鏡１６０の反射率が下がるように設計することができる。すなわち、上部多層膜反射鏡１６０の高屈折率部分に、第１の被酸化層２５０を挿入しておき、これを酸化すると多層膜反射鏡の反射率が低下する。基本モードよりも高次モードの方が、第１の絶縁性領域２１４と光強度分布が重なる部分が大きい。したがってこの場合、第１の電流狭窄層２１０は、高次モードに対しより反射損を与えることになる。つまり、第１の電流狭窄層２１０は、キャリア分布の整形効果に加え、光学的な面からも高次モードを抑制し単一横モード化を図ることができる。

［実施形態２］
図７（Ａ）は本実施形態の断面を模式的に説明する図であり、図７（Ｂ）は本発明の実施形態を上方から見たものを模式的に説明する図である。
図７（Ａ）の断面図の左半分、右半分は、図７（Ｂ）のＡ−Ｏ、Ｏ−Ｂでの断面に対応している。また、実施形態１と共通する要素については、図１から図６と同じ符号を付している。

本実施形態の特徴は、第１のトレンチ構造２３０が複数個に分割されていることである。このため、第１の電流狭窄層２１０よりも上方にあり、上部多層膜反射鏡１６０の素子中央部からみて第１のトレンチ構造２３０より外側にある領域からも、第１の導電性領域２１２にキャリアが流れ込むことができる。したがって、図７（Ｂ）に示すように、コンタクト領域１７５を第１のトレンチ構造２３０より外側においても設定することができる。ここで、コンタクト領域１７５とは、上部電極１７０と上部多層膜反射鏡１６０上のコンタクト層が接している領域のことである。本実施形態では、第１のトレンチ構造２３０が分割して形成されていることから、コンタクト領域１７５の面積を実施形態１の場合に比べて広く設けることができる。したがって、上部電極１７０と半導体との接触をより低抵抗とすることができる。また、絶縁膜の一部をエッチングするためのパターニング工程や、上部電極１７０のリフトオフパターンをパターニングする工程において、マージンを多くとることができるため、実施形態１に比べて製造プロセスが容易となる。

また、実施形態１に比べて、上部多層膜反射鏡の体積がより大きく残っているため、放熱性という観点でも優れている。

本実施形態のように、上部電極１７０と半導体とのコンタクトが第１のトレンチ構造２３０の外側にもある場合、第１の被酸化層２５０において、第１の導電性領域２１２以外に未酸化領域を形成しないようにすることが好ましい。すなわち、本実施形態では、このような条件を満たすことができるように複数の第１のトレンチ構造２３０を配置する。

ここで、第１のトレンチ構造２３０の側壁と第１の導電性領域２１２との距離の最小値（第１の被酸化層２５０の酸化における酸化距離）を第１の酸化距離とする。上記の条件を満たすためには、第１の被酸化層２５０の第１の導電性領域２１２以外の各点と、第１のトレンチ構造２３０または第２のトレンチ構造２４０の側壁との距離は、第１の酸化距離を下回っていることが望ましい。

また、第１の被酸化層２５０の酸化速度において異方性が出る場合には、第１のトレンチ構造２３０は素子の中央から見て酸化速度が極小となる方向に置かれていることが望ましい。これにより、第１の導電性領域２１２を真円に近づけることができる。また、上記方向に第１のトレンチ構造２３０を置かなかった場合よりも、第１の導電性領域２１２以外の第１の被酸化層２５０の完全な酸化をより確実に行うことができる。

例えば、ＧａＡｓ（１００）基板上のＡｌＧａＡｓを第１の被酸化層２５０であるなら、素子中央から見て、酸化の遅い方向である［０１１］［０１−１］［０−１１］［０−１−１］方向に第１のトレンチ構造２３０を置くことが好ましい。

第１のトレンチ構造２３０の形状サイズにおいては、例えば図に示すように実施形態１でのリング形状を扇状に分割したものが考えられる。この扇型リングの中心角（図のθ）を大きくすると、第１の導電性領域２１２以外の第１の被酸化層２５０の完全酸化は容易になる。但し、第１のトレンチ構造２３０の間が狭くなるために、第１のトレンチ構造２３０の外側にある上部電極１７０と第１の導電性領域２１２との間の電気抵抗が大きくなる。

一方、扇型リングの中心角を小さくするとその逆となる。θは例えば、３０°、４５°、６０°などいろいろな値をとることができるが、θが小さい場合は第１の酸化距離をできるだけ大きくとれるように第１のトレンチ構造２３０の内径を大きく取る。

一方、θが大きい場合は素子中心から見て第１のトレンチ構造２３０よりも内側においてコンタクト領域を確保できるようにする。例えば、第２のトレンチ構造２４０の内径（直径）を２７μｍとすると、第１のトレンチ構造２３０の内径（直径）は８〜１６μｍ程度、θは例えば６０〜３０°程度とすることができる。

［実施形態３］
図８（Ａ）は、本実施形態の断面を模式的に説明する図であり、図８（Ｂ）は、本発明の実施形態を上方から見たものを模式的に説明する図である。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、実施形態１または実施形態２の面発光レーザにおいて、その出射口に第３のトレンチ構造２８０を設けることができる。なお、図８（Ｂ）では第１の導電性領域２１２は簡単のため省略している。

第３のトレンチ構造２８０は、発光領域（具体的には、第２の導電性領域２２２）において、活性層側から見た上部多層膜反射鏡１６０の反射率に面内分布をつけるためのものである。そのため、基板の面内方向において、第３のトレンチ構造２８０は、第２の導電性領域２２２の内側に配される。

例えば、第２の導電性領域２２２が直径６μｍの円形状である場合に、その円内において、直径３μｍの高反射率部と周囲の低反射率部が形成されるように、第３のトレンチ構造２８０を形成する。

例えば、各層の光学厚さが波長λに対しλ／４厚の多層膜反射鏡は、多層膜反射鏡をエッチングする毎に、その深さ（光学距離）についてλ／２を周期として、反射率が変化する。

例えば、光出射側を低屈折率層にて終端している上部多層膜反射鏡１６０では、発光領域中心を中心とする直径３μｍの円形領域の上部多層膜反射鏡１６０をλ／４エッチングすることにより、第３のトレンチ構造２８０を形成する。一方、出射側を高屈折率層にて終端している上部多層膜反射鏡１６０では、発光領域中心を中心とする直径３μｍの円形を残してその周囲の上部多層膜反射鏡１６０をλ／４エッチングすることにより、第３のトレンチ構造２８０を形成する。

このように面内において反射率分布を付与することにより、基本モードの反射損よりも高次モードの反射損の方が大きくなるため、実施形態１よりもさらなる大電流を投入した時でも単一横モード化の効果を得ることができる。

次に、本実施形態の製造方法として、第１のトレンチ構造２３０、第２のトレンチ構造２４０、第３のトレンチ構造２８０の中心軸を自動的に合わせることが可能なセルフアラインメントプロセスを説明する。なお、本プロセスを行うためには、第３のトレンチ構造２８０は、第１および第２のトレンチ構造２４０とつながっていないことが必要である。

図９は本実施形態に係る面発光レーザの製造方法を説明する模式図である。

実施形態１と同様に、基板ウエハに下部多層膜反射鏡１２０、活性層１４０、上部多層膜反射鏡１６０を成長させる。この際、実施形態１で開示されている構造と同様に、上部多層膜反射鏡１６０には第２の被酸化層２６０と第１の被酸化層２５０が含まれている。また、本実施形態の上部多層膜反射鏡１６０は、出射側からλ／４の光学距離ほどエッチングした際に反射率が最大となるよう設計されている。

この成長されたウエハの上部多層膜反射鏡１６０上に、図９に示すような半導体プロセスを行う。以下のプロセスは第１のトレンチ構造２３０、第２のトレンチ構造２４０、第３のトレンチ構造２８０を同時に位置決めするセルフアラインメントプロセスである。

まず図９（Ａ）に示すように、上部多層膜反射鏡１６０上に、保護層として誘電体層３００を成膜する。誘電体層３００は例えば１μｍ厚のＳｉＯ２であり、成膜方法は例えばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。

前記誘電体層３００上に、フォトレジスト３５０を塗布し、第１のトレンチ構造２３０、第２のトレンチ構造２４０、第３のトレンチ構造２８０の位置に開口パターンがあくようにパターニングし、現像を行う。

第１のトレンチ構造２３０は、例えば内径が１４μｍ、外径が２０μｍの同心円リング形状である。第２のトレンチ構造２４０は、例えば内径が２７μｍである。第２のトレンチ構造２４０の外径は例えば３３μｍ以上である。ここでは図示していない。第３のトレンチ構造２８０は、例えば内径が３μｍである。

次に、図９（Ｂ）に示すように、前述のパターニングされたレジストをマスクにして、例えばバッファードフッ酸によるウエットエッチングにより誘電体層３００をエッチングする。

次に、誘電体層３００上に残っているレジスト３５０を除去する。例えばアセトンに浸けることにより除去する。

次に、図９（Ｃ）に示すように、上述の誘電体層３００をマスクとし、半導体層をエッチングする。エッチングは例えばウエットエッチングであり、半導体がＧａＡｓの場合はクエン酸、またＡｌＧａＡｓの場合はりん酸と過酸化水素水の混合液などをエッチャントとして用いることができる。ここでのエッチング深さは光学距離にしてλ／４とする。このエッチングにより、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層（例えばＡｌ_０．９０Ｇａ_０．１０Ａｓ）が露出しないように、上部多層膜反射鏡１６０を設計しておく。

次に、先の工程で成膜した保護膜よりも薄い保護膜を成膜する（不図示）。薄い保護膜とは、例えば１００μｍのＳｉＯ２である。

次に、図９（Ｄ）に示すように、フォトレジスト３６０を塗布し、第３のトレンチ構造２８０を完全に覆い、かつ第１のトレンチ構造２３０および第２のトレンチ構造２４０を覆わないレジストを形成するように、パターニング露光および現像を行う。

このレジスト３６０をマスクとし、先ほどの薄い保護膜をエッチングし、第１および第２のトレンチ構造２４０の底部の半導体面を露出させる。エッチングは、例えばバッファードフッ酸に１分程度浸けることで行う。

次に、図９（Ｅ）に示すように、前述のレジストおよび誘電体層をマスクとして、半導体層をドライエッチングし、第１および第２のトレンチ構造２４０を形成する。この際に、第１のトレンチ構造２３０および第２のトレンチ構造２４０は、ともに少なくとも第１の被酸化層２５０上面まで到達し、第２の被酸化層２６０上面には到達しないようにエッチングを行う。ドライエッチングは、例えばＳｉＣｌ_４＋Ａｒプラズマにより行う。

次に、図９（Ｆ）に示すように、残っているレジストをアッシングし、実施例１と同様に第１のトレンチ構造２３０および第２のトレンチ構造２４０において露出している側壁から、第１の被酸化層２５０を酸化し、第１の絶縁性領域２１４を形成する。酸化は、基板を例えば４５０℃に加熱し、水蒸気中に晒すことで行う。

この後の工程は、実施例１で開示したセルフアラインメントプロセス（図３の（Ｆ）以降）と同様に行う。この際、第１のトレンチ構造２３０と第３のトレンチ構造２８０を同様に扱う。すなわち、この後の工程での第２のトレンチ構造２４０のエッチングの際には、レジストにより第１のトレンチ構造２３０と第３のトレンチ構造２８０をマスクしておく。また、第２の導電性領域２２２の直径は第３のトレンチ構造２８０の直径より長く、例えば６μｍである。

このようにして、図８に示す面発光レーザを形成することができる。

本プロセスは第２の導電性領域２２２、第１の導電性領域２１２、そして上部多層膜反射鏡１６０の反射率分布の相対位置を合わせることができる。このため歩留まり高く、単一横モードの面発光レーザが作製できる。

［実施形態４］
実施形態１から３で説明したような面発光レーザを複数配置した面発光レーザアレイを用いた画像形成装置について説明する。

図１０に、本実施形態に係る電子写真記録方式の画像形成装置の構造図を示す。図１０（ａ）は画像形成装置の平面図であり、図１０（ｂ）は側面図である。

面発光レーザアレイ５１４は、記録用光源となるものであり、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ように構成されている。

こうして光変調されたレーザ光は、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はモータ５１２により矢印方向に回転され、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（感光体）の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。本実施形態においては、４×８の面発光レーザアレイ５１４を用いており、３２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。

なお、本実施形態では、４×８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。

１００ 面発光レーザ
１１０ 基板
１２０ 下部多層膜反射鏡
１３０ 下部スペーサ層
１４０ 活性層
１５０ 上部スペーサ層
１６０ 上部多層膜反射鏡
１７０ 上部電極
１７５ コンタクト領域
１８０ 下部電極
１９０ 絶縁膜（第３の誘電体層）
２１０ 第１の電流狭窄層
２１２ 第１の導電性領域
２１４ 第１の絶縁性領域
２２０ 第２の電流狭窄層
２２２ 第２の導電性領域
２２４ 第２の絶縁性領域
２３０ 第１のトレンチ構造
２４０ 第２のトレンチ構造
２５０ 第１の被酸化層
２６０ 第２の被酸化層

Claims (15)

1. 基板の上に下部多層膜反射鏡と活性層と上部多層膜反射鏡とをこの順に有する面発光レーザであって、
   前記上部多層膜反射鏡の層内部、または、前記上部多層膜反射鏡と前記活性層との間に設けられ、かつ、第１の導電性領域と第１の絶縁性領域とを有する第１の電流狭窄層と、
   前記活性層と前記第１の電流狭窄層との距離よりも、前記活性層にとの距離が近い位置に設けられ、かつ、第２の導電性領域と第２の絶縁性領域とを有する第２の電流狭窄層と、
   前記上部多層膜反射鏡の上部から形成された前記第１の絶縁性領域を作製するための第１のトレンチ構造と、
   前記第１のトレンチ構造を囲むように前記上部多層膜反射鏡の上部から形成され、前記第１のトレンチ構造の底部の深さよりも深い位置の底部を有する前記第２の絶縁性領域を作製するための第２のトレンチ構造と、を備え、
   前記基板の面内方向において、前記第１の導電性領域と前記第１の絶縁性領域の境界は、前記第２の導電性領域の内側に配されていることを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記基板の面内方向において、前記第１のトレンチ構造は、前記第２の導電性領域の外側に配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。
3. 前記第１の絶縁性領域および前記第２の絶縁性領域がＡｌ酸化物を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ。
4. 前記第１の電流狭窄層において、導電性領域は前記第１の導電性領域のみであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ。
5. 前記第１のトレンチ構造はリング状であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面発光レーザ。
6. 前記第１のトレンチ構造が複数個に分割されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の面発光レーザ。
7. 前記第１の導電性領域のＡｌ組成比は、前記第２の導電性領域のＡｌの組成比よりも低いことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の面発光レーザ。
8. 前記第１の電流狭窄層は前記第２の電流狭窄層よりも薄いことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の面発光レーザ。
9. 前記上部多層膜反射鏡に、該上部多層膜反射鏡の上部からエッチングされた第３のトレンチ構造が設けられており、
   前記基板の面内方向において、前記第３のトレンチ構造は、前記第２の導電性領域の内側に配されており、該第３のトレンチ構造により、前記上部多層膜反射鏡に反射率分布が形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の面発光レーザ。
10. 請求項１記載の面発光レーザを複数配置した面発光レーザアレイと、該面発光レーザアレイからの光を照射することにより静電潜像を形成する感光体と、帯電器と、現像器を備えていることを特徴とする画像形成装置。
11. 基板の上に下部多層膜反射鏡と活性層と上部多層膜反射鏡とを備えた積層体を有する面発光レーザの製造方法であって、
    前記積層体の中に第２の被酸化層を形成する工程と、
    前記積層体の中であって、かつ、前記第２の被酸化層よりも上部に第１の被酸化層を形成する工程と、
    前記上部多層膜反射鏡の上面から、少なくとも前記第１の被酸化層の上面まで到達し、かつ前記第２の被酸化層の上面に至らないように第１のトレンチ構造を形成する工程と、
    前記第１のトレンチ構造により露出している前記第１の被酸化層の側壁から、該第１の被酸化層を酸化し、第１の絶縁性領域と第１の導電性領域を有する第１の電流狭窄層を形成する工程と、
    前記上部多層膜反射鏡の上面から、前記第２の被酸化層の上面まで到達するように第２のトレンチ構造を形成する工程と、
    前記第２のトレンチ構造により露出している前記第２の被酸化層の側壁から、該第２の被酸化層を酸化し、第２の導電性領域と第２の絶縁性領域を有する第２の電流狭窄層を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする面発光レーザの製造方法。
12. 前記第１の電流狭窄層を形成する工程の後に、前記第２の電流狭窄層を形成する工程を行うことを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザの製造方法。
13. 前記第２のトレンチ構造を形成する工程は、前記第２の被酸化層の上面に至らないようにトレンチ構造を形成する工程と、該トレンチ構造の下部から前記第２の被酸化層の上面まで到達するようにエッチングを行う工程とを有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の面発光レーザの製造方法。
14. 前記基板の面内方向において前記第１のトレンチ構造よりも内側に、前記上部多層膜反射鏡の反射率を制御するための第３のトレンチ構造をエッチングにより形成する工程を有することを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載の面発光レーザの製造方法。
15. 前記第２の被酸化層を酸化する際の温度が、前記第１の被酸化層を酸化する際の温度よりも低いことを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載の製造方法。

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