JP2011211227A - 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】 素子の信頼性を確保した複数の電流狭窄構造を有する面発光レーザ、該面発光レーザの製造方法、画像形成装置を提供する。
【解決手段】 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る。第１の被酸化層の一部を酸化し、第１の導電性領域と第１の絶縁性領域とを有する第１の電流狭窄層を形成する。第２の被酸化層の一部を酸化し、基板の面内方向において第１の導電性領域と第１の絶縁性領域の境界を内側に含む第２の導電性領域と、第２の絶縁性領域とを有する第２の電流狭窄層を形成する。同一の条件で酸化した場合に、第１の被酸化層の酸化速度は第２の被酸化層の酸化速度よりも遅くなるように、第１の被酸化層および前記第２の被酸化層、または、第１の被酸化層に隣接する隣接層および第２の被酸化層に隣接する隣接層を調整する。
【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可能になる。

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の組成比の高い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９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。

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。

ところで、特許文献１には、２つの電流狭窄層を構成する２つの酸化領域を同じ範囲としても異なる範囲としても良いとの記載がある。また、特許文献１には、Ａｌ組成を調整することにより、異なる酸化領域を作製することができるとの記載がある。さらに、特許文献１には、ステップ型のメサを利用することにより、異なる酸化領域を形成することができるとの記載がある。

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

米国特許第５４９３５７７号明細書（第１５欄）

上記のように、非特許文献１には、２つの電流狭窄構造を有し、かつ、活性層から遠い側の電流狭窄構造のアパーチャ径を活性層から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ことが開示されている。

ここで、特許文献１には、電流狭窄構造となる被酸化層のＡｌの組成比を調整することにより、異なる酸化領域を作製することができるとの記載がある。Ａｌの組成比が高い半導体ほど酸化速度が速くなるため、異なるＡｌの組成比を有する半導体層を同一時間で酸化すれば、Ａｌの組成比の高い半導体層の方がＡｌの組成比の低い半導体層に比べて、小さいアパーチャ径を有することになる。

しかしながら、本発明者は、上記のように、下部の被酸化層のＡｌの組成比よりも、上部の被酸化層Ａｌの組成比を高くすることにより作製した複数の電流狭窄構造を有する面発光レーザは、素子の信頼性の点から課題が存在するという認識に至った。

そこで、本発明は、素子の信頼性を確保した複数の電流狭窄構造を有する面発光レーザ、該面発光レーザの製造方法、該面発光レーザを複数配置した面発光レーザアレイを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本願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、活性層、上部多層膜反射鏡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の被酸化層の一部が酸化されることにより構成された第１の絶縁性領域と第１の導電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、前記活性層との距離が近い位置に設けられ、かつ、第２の被酸化層の一部が酸化されることにより構成された第２の絶縁性領域と第２の導電性領域とを有する第２の電流狭窄層と、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おり、少なくとも、以下の（１）から（３）のいずれかの条件を満たすことを特徴とする。

（１）前記第１の被酸化層および前記第２の被酸化層はＡｌを含み、該第１の被酸化層のＡｌの組成比は該第２の被酸化層のＡｌの組成比よりも低い
（２）前記第１の被酸化層は前記第２の被酸化層よりも薄い
（３）前記第１の被酸化層に隣接する層のいずれか一方の層は、前記第２の被酸化層に隣接するいずれの層よりもＡｌ組成が高い
また、本願発明に係る面発光レーザの製造方法は、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、前記第１の被酸化層の一部を酸化し、第１の導電性領域と第１の絶縁性領域とを有する第１の電流狭窄層を形成する工程と、前記第１の電流狭窄層を形成する工程の後に、前記第２の被酸化層の一部を酸化し、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を内側に含む第２の導電性領域と、第２の絶縁性領域とを有する第２の電流狭窄層を形成する工程と、を含み、同一の条件で酸化した場合に、前記第１の被酸化層の酸化速度は前記第２の被酸化層の酸化速度よりも遅くなるように、前記第１の被酸化層および前記第２の被酸化層、または、該第１の被酸化層に隣接する隣接層および該第２の被酸化層に隣接する隣接層を調整することを特徴とする。

本発明によれば、素子の信頼性を確保した複数の電流狭窄構造を有する面発光レーザ、該面発光レーザの製造方法、該面発光レーザを複数配置した面発光レーザアレイを備えた画像形成装置を提供することができる。

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。 実施形態にかかる光学機器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。

上記のように、アパーチャ径の小さい構造を形成するための被酸化層のＡｌの組成比は、アパーチャ径の大きい構造を形成するための被酸化層のＡｌの組成比よりも大きくする必要がある。

しかしながら、複数の酸化電流狭窄構造により、キャリア分布を制御する方法では、アパーチャ径が小さいものほど電流密度が高くなり、導電性領域と絶縁性領域の境界（酸化フロント）では特に電流密度が上昇する。

一方、電流狭窄構造の酸化フロントでは、被酸化層が酸化されると体積が収縮し、そのことに伴う残留応力が集中してかかる。この応力は、被酸化層のＡｌ組成が高いほど大きくなる。

つまり、活性層より遠い側の電流狭窄構造には、高い電流密度と高い応力がかかることになり、通電の際の劣化原因となる。このため素子の信頼性が低下するという課題がある。

ところで、小さいアパーチャ径を形成するためには、Ａｌの組成比を調整する以外に、被酸化層の厚さを厚くすることにより酸化速度を速くすることも考えられる。しかし、被酸化層の厚さを厚くすると、酸化後の体積収縮により残留応力が集中してかかることになる。

また一方で、小さいアパーチャ径を形成するためには、被酸化層に隣接する層のＡｌの組成比を低くすることにより、被酸化層の酸化速度を速くすることも考えられる。しかし、被酸化層に隣接する層のＡｌの組成比を低くすると、酸化後における被酸化層の残留応力を緩和することができず、応力が残存することになる。

以上のように、本発明者は、活性層から遠い側に配置されている電流狭窄構造のアパーチャ径を小さくするために、被酸化層の酸化速度を速くすると、素子の信頼性を低下させてしまうことを見出した。

以下、これらの課題を解決するための面発光レーザおよび該面発光レーザの製造方法等について具体的に説明する。

［実施形態１］
（面発光レーザの構成）
図１（Ａ）は、本発明の実施形態である面発光レーザ１００の断面を模式的に説明する図であり、図１（Ｂ）は、本発明の実施形態である面発光レーザ１００を上方から見たものを模式的に説明する図である。

図１（Ａ）において、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の被酸化層の一部が酸化されることにより構成された第１の絶縁性領域２１４と第１の導電性領域２１２とを有し、活性層１４０の中央部に電流を注入する機能を有する。

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の被酸化層の一部が酸化されることにより構成された第２の絶縁性領域２２４と、第２の導電性領域２２２とを有し、共振光のモードを支配する機能を備える。

なお、図１（Ａ）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、図１（Ａ）においては、第１の電流狭窄層２１０は上部多層膜反射鏡１６０の層内部に設けられていたが、必ずしも上部多層膜反射鏡の中に設けなくてもよい。

上部多層膜反射鏡１６０の上面から、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トレンチ構造２４０が設けられている。そして、トレンチ構造２４０に面した半導体層が側壁から酸化され、第１の絶縁性領域２１４および第２の絶縁性領域２２４が形成される。なお、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を貫通していても良い。

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。

このような第１の導電性領域２１２の存在によって、図８に示すように基本モードの光強度分布と電流分布とのカップリングが大きくなる。このため、面発光レーザ１００は広い駆動電流の範囲において単一横モードで動作することができる。

また、第１の導電性領域２１２と第１の絶縁性領域２１０の形成工程で生じた両者の境界面における残留応力の大きさが、第２の導電性領域２２２と第２の絶縁性領域２２４の形成工程で生じた両者の境界面における残留応力の大きさよりも小さくなるように調整されている。これにより、そのような調整を施さなかった場合に比べ、素子の信頼性を向上している。

このように残留応力の大きさを調整するためには、同一条件において、第１の被酸化層２５０が第２の被酸化層２６０よりも酸化速度が遅くなるように、第１の被酸化層および第２の被酸化層が調整されている。または、同一条件において、第１の被酸化層２５０が第２の被酸化層２６０よりも酸化速度が遅くなるように、第１の被酸化層２５０の隣接層、および、第２の被酸化層２６０の隣接層が調整されている。

ここで、被酸化層のＡｌの組成比が低いほど、被酸化層の層厚が薄いほど、被酸化層の周囲のＡｌの組成比が高いほど被酸化層の酸化速度は遅くなる。一方、被酸化層のＡｌの組成比が低いほど、被酸化層の層厚が薄いほど、被酸化層の周囲のＡｌの組成比が高いほど、被酸化層を酸化した後の酸化領域と未酸化領域との境界での残留応力が小さくなる。そして、被酸化層の酸化速度が遅くなるほど、被酸化層を酸化した後の酸化領域と未酸化領域との境界での残留応力が小さくなる。

（面発光レーザの製造方法）
第１の被酸化層が第２の被酸化層よりも同条件での酸化速度が小さくなるような層構成の場合、２つの被酸化層を同時に酸化すると、第２の導電性領域２２２が第１の導電性領域２１２よりも小さくなってしまう。この場合、効果的な単一横モード特性を得ることができない。

そこで、本実施形態では、第１の被酸化層の酸化による第１電流狭窄構造の形成の後に、第２の被酸化層の酸化による電流狭窄構造の形成を行う作製方法を取る。これにより、第１の導電性領域２１２と第２の導電性領域２２２のサイズを、被酸化層の酸化速度によらずに、定めることができる。

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基板であり、この基板１１０上にそれぞれλ／４光学厚さのＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓと、λ／４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、ペア数は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。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を成長する。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の組成比の高い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に、第２の被酸化層２６０を下部多層膜反射鏡１２０に置く形態もありうる。

被酸化層としては、例えば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。

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。

（被酸化層の層構成）
第１の被酸化層２５０が第２の被酸化層２６０よりも同条件での酸化速度が小さくなるように、前記第１の被酸化層および前記第２の被酸化層、または、該第１の被酸化層の隣接層および該第２の被酸化層の隣接層は、調整される。
調整方法としては、（１）被酸化層のＡｌの組成比、（２）被酸化層の層厚、（３）隣接層のＡｌの組成比、のいずれかを調整することまたは複数を調整することができる。なお、酸化速度に与える影響は、一般に、（１）＞（２）＞（３）の順に大きい。

（１）被酸化層のＡｌの組成比
第１の被酸化層２５０のＡｌの組成比を第２の被酸化層２６０のＡｌの組成比よりも下げることにより、残留応力を低減することができる。例えば、第１の被酸化層２５０はＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓであり、第２の被酸化層２６０はＡｌＡｓとすることができる。

これらの層を酸化した場合の体積変化率は、一具体例として、ＡｌＡｓがマイナス１１％、Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓがマイナス２％である。Ａｌの組成比が低いほど酸化した場合の体積減少量が小さいため、酸化領域と未酸化領域との境界にかかる残留応力が小さくなる。

なお、酸化速度については、隣接層がＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓである３０ｎｍ厚のＡｌＡｓとＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓにおいては、一例として４４０℃で酸化した場合は約２倍、３７０℃で酸化した場合は約３０倍の酸化速度比がある。

後に述べる製造方法によっては、第２の被酸化層を酸化する際に、第１の被酸化層がほとんど酸化されないことが好ましい。このため、従来技術とは反対側に、第１の被酸化層と第２の被酸化層の酸化速度比に差がついていることが、この点においても好ましい。したがって、上記のように、Ａｌの組成比について、第１の被酸化層２５０は第２の被酸化層２６０よりも低いことが好ましい。
Ａｌの組成比の差は、好ましくは１％以上であり、さらに好ましくは２％以上である。また第１の被酸化層２５０と第２の被酸化層２６０のＡｌの組成比を下げすぎると、多層膜反射鏡のＡｌＧａＡｓ層も酸化されてしまいデバイスの機械的強度が落ちる。このため第２の被酸化層２６０のＡｌの組成比は好ましくは９８％以上であり、さらに好ましくは９９％以上であり、さらに好ましくは１００％である。

（２）被酸化層の層厚
被酸化層の厚さが薄いほど、酸化した場合の体積減少量は小さくでき、残留応力を低減することができる。このため、第１の被酸化層は第２の被酸化層より薄いことが好ましい。例えば第１の被酸化層の厚さは２０ｎｍであり、第２の被酸化層の厚さは３０ｎｍである。

先に述べたように、本発明に係る製造方法の都合上、第１の被酸化層２５０と第２の被酸化層２６０の酸化速度比に差がついていることが好ましい。

層厚による酸化速度の差は、層厚が薄くなるほど顕著となる。このため、第１の被酸化層はある程度薄いことが好ましい。第１の被酸化層の層厚について、好ましくは３０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。

また、酸化温度が低温になるほど酸化速度の層厚依存性が大きくなる。例えば、一例を示すと、６０ｎｍ厚のＡｌＡｓと３０ｎｍ厚のＡｌＡｓとで、４４０℃で酸化した場合はほとんど酸化速度に差がない。しかし、３７０℃で酸化した場合は、６０ｎｍ厚のＡｌＡｓと３０ｎｍ厚のＡｌＡｓとの酸化速度は２倍程度の差となる。したがって、できるだけ低温で第２の被酸化層の酸化を行うことが好ましく、そのためには第２の被酸化層のＡｌの組成比は、第１の被酸化層のＡｌの組成比よりも高いことが好ましい。したがって、（１）と（２）を組み合わせることはより好ましい設計である。

（３）隣接層のＡｌの組成比
被酸化層に隣接する層が酸化されない程度のＡｌの組成比（例えば０．９以下）を持つ場合、隣接する層のＡｌの組成比が高いほど被酸化層の酸化領域の境界にかかる残留応力は小さくなる。なぜなら、Ａｌの組成比が高い隣接層は、Ａｌの組成比が低い隣接層よりも、表面張力の違いによって、酸化された被酸化層の応力を緩和できるからである。したがって、第１の被酸化層２５０に隣接する層のＡｌの組成比は、第２の被酸化層２６０に隣接する層のＡｌの組成比よりも高いことが望ましい。また、後述する製造方法によっては、第２の被酸化層を酸化する際に、第１の被酸化層がほとんど酸化されないことが好ましい。そのため、第１の被酸化層２５０に隣接する層のＡｌの組成比は、第２の被酸化層２６０に隣接する層のＡｌの組成比よりも高いことがこの点からも望ましい。このように隣接層のＡｌ組成が調整されている場合、第１の被酸化層２５０の酸化速度は、第２の被酸化層２６０の酸化速度よりも遅くなる。

被酸化層の隣接層のＡｌの組成比の違いによる、被酸化層の酸化速度の違いは、被酸化層のＡｌの組成比が高いほど顕著になる。また、酸化温度が低くなるほど顕著になる。

なお、被酸化層の隣接層を酸化されない程度に高いＡｌの組成比の層とすることは、被酸化層の未酸化領域と隣接層との界面の電気抵抗（ヘテロバリア）を低減することにも効果がある。このため、もっとも電流密度が高くなる第１の電流狭窄構造が形成される第１の被酸化層２５０の隣接層にはＡｌの組成比の高い層とすることが好ましい。たとえば、第１の被酸化層２５０をＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓとした場合、第１の被酸化層２５０の隣接層を被酸化層側からＡｌ_０．９Ｇａ_０．１ＡｓからＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓのグレーデッド層とすることができる。グレーデッド層の利用は被酸化層の界面の電気抵抗の低減の観点からより好ましい。

上述のように成長されたウエハに、図３と図４に示す半導体プロセスを行う。

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の酸化工程後に、第２の被酸化層２６０の酸化工程を行う。

まず、図２（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３１０を塗布し、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。

トレンチ構造２４０は、例えば内径（直径）が２７μｍである。トレンチ構造２４０の外径は例えば３３μｍである。ここでは図示していない。

次に、図２（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、誘電体層３００をエッチングする。エッチングは例えばＢＨＦ（バッファードフッ酸）によるウエットエッチングでも良いし、例えばＣＨＦ_３ガスのプラズマによるドライエッチングでも良い。

次に、図２（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、トレンチ構造２４０を形成する。この際に、トレンチ構造２４０は、少なくとも第１の被酸化層２５０上面まで到達するが、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ガスとＡｒガスのプラズマにより行う。

次に、図２（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２（Ｅ）に示すように、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。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状の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。第１の導電性領域２１２は、例えば直径が４μｍの円形状である。

次に、図２（Ｆ）に示すように、誘電体層３００をマスクとし、トレンチ構造２４０の底部から半導体層をエッチングし、第２の被酸化層２６０を露出させる。エッチングは例えばＳｉＣｌ_４ガスとＡｒガスのプラズマによるドライエッチングで行う。またウエットエッチングで行っても良い。

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を用いることがあり、その場合はトレンチ構造２４０のエッチング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。

次に、図３（Ｇ）に示すように、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の表面は既に酸化されているため、この工程にて加熱し水蒸気に晒されても、被酸化層２５０の酸化はほとんど進行しないことが多い。

しかし、この工程において、第１の被酸化層２５０の酸化を可能な限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、少なくとも第１の被酸化層２５０の酸化時よりも、できるだけ低温で行うことが望ましい。このためにも、第２の被酸化層２６０のＡｌの組成比は第１の被酸化層２５０のＡｌの組成比よりも高くしておくか、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。もちろん両方を実施しても良い。また、第１の被酸化層２５０に隣接する半導体層のいずれかの層を、第２の被酸化層２６０に隣接するいずれの層よりもＡｌ組成が高い層とすることでも、第１の被酸化層の酸化をより抑えることができる。

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、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。
（Ｈ）次に、図３（Ｈ）に示すように、残っている保護膜３００を例えばバッファードフッ酸などを用いて除去する。
（Ｉ）次に、図５（Ｉ）に示すように、素子全体に絶縁膜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。
（Ｊ）次に、図３（Ｊ）に示すように、フォトレジスト３３０を塗布し、後に形成する上部電極１７０と半導体コンタクト層とを接触させるため、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。
（Ｋ）次に、図３（Ｋ）に示すように、レジスト３３０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３３０を除去する。
（Ｌ）次に、図３（Ｌ）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。
（Ｍ）次に、図４（Ｍ）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。基本モードより高次モードのほうが、その光強度分布と上部電極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持つ。

最後に、基板裏面に下部電極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ものである。

第２の被酸化層を酸化するときの条件（第２の酸化条件）は、第１の被酸化層を酸化するときの条件（第１の酸化条件）と異なる条件で行うことが好ましい。具体的には、第１の被酸化層を酸化するときよりも酸化が遅くなる条件で第２の被酸化層の酸化を行うことが好ましい。これにより、第２の被酸化層の酸化工程における第１の被酸化層の酸化の進行を妨げることができる。

そのような条件として、例えば第２の酸化条件における基板温度は、第１の酸化条件における基板温度よりも温度を低くすることができる。また、第２の酸化条件では、第１の酸化条件よりも雰囲気中の酸化剤濃度を減らすことができる。酸化剤としては、例えばＨ_２Ｏがある。また、第２の酸化条件では、第１の酸化条件よりも雰囲気中の酸化抑制剤濃度を高くすることができる。酸化抑制剤としては、例えばＯ_２がある。Ｏ_２を増すことで、ＡｌＧａＡｓの酸化過程の反応速度は下がる。

［実施形態２］
実施形態１では、第１の被酸化層の酸化時に、第２の被酸化層はトレンチ構造において露出していない。第１の被酸化層の酸化後に、トレンチ構造の底部を更にエッチングすることで、第２の被酸化層を露出させている。

これに対し、本実施形態では、トレンチ構造２４０の底部に、図５のように新たに別のトレンチ構造２４５を設けることができる。

ここで、最初に形成されたトレンチ構造２４０を第１のトレンチ構造、その底面から新たに形成されたトレンチ構造２４５を第２のトレンチ構造と名前をつける。

この形態は、実施形態１に対して、露出している第１の被酸化層の側壁に保護層を成膜することができるため、第２の被酸化層の酸化時における第１の被酸化層の酸化をさらに抑制することができるという特有の効果がある。

図６に本実施形態の製法を示す。なお、本実施形態の製法は、実施形態１で説明した製法と図２（Ｅ）に示された箇所まで共通であるため説明を省略する。

図６（Ａ）に示すように、第１のトレンチ構造２４０の底部および側部、または残っている誘電体層３００上部に、保護層３２０を成膜する。保護層３２０は例えば酸化シリコンであり、プラズマＣＶＤ法によって成膜する。この保護層が第２の被酸化層の酸化時に、第１の被酸化層の側壁を保護する。

次にレジストを塗布し、第２のトレンチ構造２４５の形成のためにパターニングを行う。具体的には、第１のトレンチ構造２４０の底部の一部に開口を持つパターンを形成する。そして、図６（Ｂ）に示すように、前記レジストパターンをマスクとし、第１のトレンチ構造の底部の保護層３２０の一部をエッチングにより除去する。

次に、図９（Ｃ）に示すように、レジストおよび保護層３２０をマスクとし、半導体層のエッチングにより第２のトレンチ構造２４５の形成を行う。第２のトレンチ構造２４５は、少なくとも第２の被酸化層２６０の上面まで至るようにエッチングされる。なお、第２のトレンチ構造２４５は第２の被酸化層２６０の途中で停止していてもよいし、また貫通していてもよい。

エッチングは例えばＳｉＣｌ_４＋Ａｒプラズマによるドライエッチングで行う。またウエットエッチングで行っても良い。

次に、レジストが残っている場合は除去した後、図６（Ｄ）に示すように、第２のトレンチ構造２４５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。

この後、保護膜３２０および３００を例えばバッファードフッ酸などで除去する。この後は実施形態１の製造工程、具体的には図３（Ｉ）以降の工程と本質的に同じであるから省略する。

［実施形態３］
実施形態１または２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７に、本発明による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７（ａ）は画像形成装置の平面図であり、図７（ｂ）は同装置の側面図である。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
２４０ トレンチ構造（第１のトレンチ構造）
２４５ 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 (10)

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、
   前記第１の被酸化層の一部を酸化し、第１の導電性領域と第１の絶縁性領域とを有する第１の電流狭窄層を形成する工程と、
   前記第１の電流狭窄層を形成する工程の後に、前記第２の被酸化層の一部を酸化し、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を内側に含む第２の導電性領域と、第２の絶縁性領域とを有する第２の電流狭窄層を形成する工程と、を含み、
   同一の条件で酸化した場合に、前記第１の被酸化層の酸化速度は前記第２の被酸化層の酸化速度よりも遅くなるように、前記第１の被酸化層および前記第２の被酸化層、または、該第１の被酸化層に隣接する隣接層および該第２の被酸化層に隣接する隣接層が調整されており、
   同一の層を酸化する場合において、前記第２の電流狭窄層を形成する工程における酸化条件は、前記第１の電流狭窄層を形成する工程における酸化条件よりも遅いことを特徴とする面発光レーザの製造方法。
2. 前記第１の被酸化層および前記第２の被酸化層はＡｌを含み、該第１の被酸化層のＡｌの組成比は該第２の被酸化層のＡｌの組成比よりも低い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. 前記第１の被酸化層は前記第２の被酸化層よりも薄い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。
4. 前記第１の被酸化層に隣接する層のいずれか一方の層は、前記第２の被酸化層に隣接するいずれの層よりもＡｌ組成が高い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。
5. 前記第１の電流狭窄層を形成する工程における酸化時の温度は、前記第２の電流狭窄層を形成する工程における酸化時の温度よりも高い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の製造方法。
6. 前記第１の電流狭窄層を形成する工程における雰囲気の酸化剤の濃度は、前記第２の電流狭窄層を形成する工程における雰囲気の酸化剤の濃度よりも高い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の製造方法。
7. 前記酸化剤はＨ_２Ｏである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. 前記第１の電流狭窄層を形成する工程における雰囲気の酸化抑制剤の濃度は、前記第２の電流狭窄層を形成する工程における雰囲気の酸化抑制剤の濃度よりも高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の製造方法。
9. 前記酸化抑制剤とはＯ_２であることを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザの製造方法。
10. 前記第１の電流狭窄層を形成する工程の前に、前記上部多層膜反射鏡の上面から該第１の被酸化層に到達し、該第２の被酸化層には至らないトレンチ構造をエッチングにより形成する工程と、
    前記第１の電流狭窄層を形成する工程と前記第２の電流狭窄層を形成する工程との間に、前記トレンチ構造の底面から該第２の被酸化層に到達するトレンチ構造をエッチングにより形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の面発光レーザの製造方法。

Images