JP2012190872A - 面発光レーザ素子の製造方法、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】素子特性を低下させることなく、長寿命化を図ることができる面発光レーザ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び被選択酸化層を含む上部反射鏡が積層された積層体にメサ構造体を形成し（Ｓ４０３）、被選択酸化層の一部を酸化してメサ構造体に電流通過領域を形成し（Ｓ４０５）、電流通過領域を介して活性層に電流を供給するための電極を形成し（Ｓ４１３）、通常のＥＳＤ試験装置と同等の構成を持つ装置を用いて、ｐ側電極とｎ側電極との間に静電耐圧以下の電圧を印加する（Ｓ４２１）。
【選択図】図５

Description

本発明は、面発光レーザ素子の製造方法、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、基板表面に直交する方向に光を射出する面発光レーザ素子の製造方法、該製造方法で製造された面発光レーザ素子を有する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

垂直共振器型の面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、基板に対して垂直方向に光を射出する半導体レーザ素子であり、基板に対して平行方向に光を射出する端面発光型の半導体レーザ素子に比べて、（１）低価格、（２）低消費電力、（３）小型で高性能、（４）２次元集積化が容易、という特徴を有している。

面発光レーザ素子は、電流流入効率を高めるために狭窄構造体を有している。この狭窄構造体としては、Ａｌ（アルミニウム）Ａｓ（ヒ素）層の選択酸化による狭窄構造体（以下では、便宜上「酸化狭窄構造体」ともいう）がよく用いられている。

この酸化狭窄構造体は、ｐ−ＡｌＡｓからなる被選択酸化層が側面に露出している所定の大きさのメサ構造体を形成した後、高温の水蒸気雰囲気中に置いて、Ａｌをメサ構造体の側面から選択的に酸化させ、メサ構造体の中心付近に、被選択酸化層における酸化されていない領域を残留させたものである。この酸化されていない領域が、面発光レーザ素子の駆動電流の通過領域（電流注入領域）となる。

このように、容易に電流狭窄が可能となる。酸化狭窄構造体におけるＡｌの酸化物（Ａｌ_ｘＯ_ｙ）の屈折率は、１．６程度であり、半導体層に比べて低い。これにより、共振器構造体内に横方向の屈折率差が生じ、光がメサ中央に閉じ込められるので、発光効率を向上させることができる。その結果、低閾値電流、高効率等の優れた特性を実現することが可能となる。

面発光レーザ素子の応用分野としては、プリンタにおける光書き込み系の光源（発振波長：７８０ｎｍ帯）、光ディスク装置における記録・再生用光源（発振波長：７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯）、光ファイバを用いるＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの光伝送システムの光源（発振波長：１．３μｍ帯、１．５μｍ帯）が挙げられる。さらには、ボード間、ボード内、集積回路（ＬＳＩ：Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）のチップ間、及び集積回路のチップ内の光伝送用の光源としても期待されている。

このように様々な用途への応用が期待される面発光レーザ素子には高い信頼性が求められている。すなわち、面発光レーザ素子には、基本横モードで安定して長時間動作することが要求されている。

そこで、長寿命化を図る目的で、面発光レーザ素子の構造に関して種々検討された（例えば、特許文献１〜４参照）。

しかしながら、特許文献１〜４に開示されている対策では、とりわけ素子特性との両立を図ることが難しく、素子の長寿命化を実現する一方で、素子特性を犠牲にする場合があった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、素子特性を低下させることなく、長寿命化を図ることができる面発光レーザ素子の製造方法を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、安定した光走査を行うことができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、高品質の画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、基板に直交する方向に光を射出する面発光レーザ素子の製造方法であって、基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び被選択酸化層を含む上部反射鏡が積層された積層体にメサ構造体を形成する工程と、前記被選択酸化層の一部を酸化して前記メサ構造体に電流通過領域を形成する工程と、前記電流通過領域を介して前記活性層に電流を供給するための電極を形成する工程と、前記電極を介して静電耐圧よりも低い電圧を印加する工程と、を含むことを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法である。

これによれば、素子特性を低下させることなく、長寿命化を図ることができる。

本発明は、第２の観点からすると、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、本発明の面発光レーザ素子の製造方法によって製造された面発光レーザ素子を有する光源と、前記光源からの光を偏向する光偏向器と、前記光偏向器で偏向された光を前記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である。

これによれば、安定した光走査を行うことができる。

本発明は、第３の観点からすると、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に応じて変調された光を走査する本発明の光走査装置と、を備える画像形成装置である。

これによれば、高品質の画像を形成することができる。

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１における光走査装置を示す概略図である。 図２の光源に含まれる面発光レーザ１００の構成を説明するための図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ傾斜基板を説明するための図である。 面発光レーザ１００の製造プロセスを説明するためのフローチャートである。 面発光レーザ１００の製造方法を説明するための図（その１）である。 面発光レーザ１００の製造方法を説明するための図（その２）である。 面発光レーザ１００の製造方法を説明するための図（その３）である。 面発光レーザ１００の製造方法を説明するための図（その４）である。 面発光レーザ１００の製造方法を説明するための図（その５）である。 面発光レーザ１００の製造方法を説明するための図（その６）である。 面発光レーザ１００の製造方法を説明するための図（その７）である。 ＨＢＭ装置を説明するための図である。 ＭＭ装置を説明するための図である。 素子寿命を評価するための加速試験の結果を説明するための図（その１）である。 素子寿命を評価するための加速試験の結果を説明するための図（その２）である。 ＨＢＭ装置を用いたときの、印加電圧と動作電流の変化率との関係を説明するための図である。 ＭＭ装置を用いたときの、印加電圧と動作電流の変化率との関係を説明するための図である。 面発光レーザアレイを説明するための図である。 複数の発光部の配列を説明するための図である。 図２０のＡ−Ａ断面図である。 カラープリンタの概略構成を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１８に基づいて説明する。図１には、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１０００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電装置１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングユニット１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０などを備えている。

通信制御装置１０５０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

プリンタ制御装置１０６０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置１０６０は、上位装置からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置からの画像情報を光走査装置１０１０に送る。

感光体ドラム１０３０は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム１０３０は、不図示の回転機構によって、図１における矢印方向に回転するようになっている。

帯電装置１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングユニット１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に沿って、帯電装置１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングユニット１０３５の順に配置されている。

帯電装置１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。

光走査装置１０１０は、帯電装置１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面を、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束により走査し、感光体ドラム１０３０の表面に画像情報に対応した潜像を形成する。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。

トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。

現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６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した像（以下では、便宜上「トナー画像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。

給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対１０３９は、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、該記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面のトナーを電気的に記録紙１０４０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１０３０の表面のトナー画像が記録紙１０４０に転写される。ここでトナー画像が転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。

定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次積み重ねられる。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

クリーニングユニット１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電装置１０３１に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置１０１０の構成について簡単に説明する。

この光走査装置１０１０は、一例として図２に示されるように、光源１４、カップリングレンズ１５、開口板１６、シリンドリカルレンズ１７、反射ミラー１８、ポリゴンミラー１３、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、及び走査制御装置（図示省略）などを備えている。

なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

カップリングレンズ１５は、光源１４から射出された光束を略平行光束とする。

開口板１６は、開口部を有し、カップリングレンズ１５を介した光束のビーム径を規定する。

シリンドリカルレンズ１７は、開口板１６の開口部を通過した光束を、反射ミラー１８を介してポリゴンミラー１３の偏向反射面近傍に副走査対応方向に関して結像する。

光源１４とポリゴンミラー１３との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。

ポリゴンミラー１３は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面に６面の偏向反射面が形成されている。このポリゴンミラー１３は、副走査対応方向に平行な軸のまわりを等速回転しながら、反射ミラー１８からの光束を偏向する。

偏向器側走査レンズ１１ａは、ポリゴンミラー１３で偏向された光束の光路上に配置されている。

像面側走査レンズ１１ｂは、偏向器側走査レンズ１１ａを介した光束の光路上に配置されている。そして、この像面側走査レンズ１１ｂを介した光束が、感光体ドラム１０３０の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１３の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。

ポリゴンミラー１３と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。なお、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂの間の光路上、及び像面側走査レンズ１１ｂと感光体ドラム１０３０の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されても良い。

光源１４は、一例として図３に示されるように、面発光レーザ素子１００を有している。なお、本明細書では、レーザ発振方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交する面内における互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。図３は面発光レーザ素子１００をＸＺ面に平行に切断したときの切断面を示す図（縦断面図）である。

面発光レーザ素子１００は、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、基板１０１、バッファ層１０２、下部半導体ＤＢＲ１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、上部半導体ＤＢＲ１０７、及びコンタクト層１０９などを有している。

基板１０１は、表面が鏡面研磨面であり、図４（Ａ）に示されるように、鏡面研磨面（主面）の法線方向が、結晶方位［１ ０ ０］方向に対して、結晶方位［１ １ １］Ａ方向に向かって１５度（θ＝１５度）傾斜したｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。すなわち、基板１０１はいわゆる傾斜基板である。ここでは、図４（Ｂ）に示されるように、結晶方位［０ −１ １］方向が＋Ｘ方向、結晶方位［０ １ −１］方向が−Ｘ方向となるように配置されている。

図３に戻り、バッファ層１０２は、基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。

下部半導体ＤＢＲ１０３は、バッファ層１０２の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−Ａｌ_０．９３Ｇａ_０．０７Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを４２．５ペア有している。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学的厚さとなるように設定されている。なお、光学的厚さがλ／４のとき、その層の実際の厚さＤは、Ｄ＝λ／４ｎ（但し、ｎはその層の媒質の屈折率）である。

下部スペーサ層１０４は、下部半導体ＤＢＲ１０３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＡｌ_０．３３Ｇａ_０．６７Ａｓからなる層である。

活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＡｓＰ／Ａｌ_０．３３Ｇａ_０．６７Ａｓからなる３重量子井戸構造の活性層である。

上部スペーサ層１０６は、活性層１０５の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＡｌ_０．３３Ｇａ_０．６７Ａｓからなる層である。

下部スペーサ層１０４と活性層１０５と上部スペーサ層１０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、λの光学的厚さとなるように設定されている。なお、活性層１０５は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられている。

上部半導体ＤＢＲ１０７は、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ_０．９３Ｇａ_０．０７Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ_０．３３Ｇａ_０．６７Ａｓからなる高屈折率層のペアを３２ペア有している。各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、λ／４の光学的厚さとなるように設定されている。

上部半導体ＤＢＲ１０７における低屈折率層の１つには、ｐ−Ａｌ_０．９９Ｇａ_０．０１Ａｓからなる被選択酸化層が厚さ３０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層の挿入位置は、上部スペーサ層１０６から２ペア目の低屈折率層中である。

コンタクト層１０９は、上部半導体ＤＢＲ１０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。

なお、このように基板１０１上に複数の半導体層が積層されたものを、以下では、便宜上「積層体」ともいう。

次に、面発光レーザ素子１００の製造方法について図５のフローチャートを用いて説明する。

最初の工程Ｓ４０１は、結晶成長工程である。

この工程では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）による結晶成長によって上記積層体を作成する（図６参照）。

ＩＩＩ族の原料には、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族の原料には、フォスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）を用いている。また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）を用いている。

次の工程Ｓ４０３は、メサ形成工程である。

この工程では、積層体の表面に一辺がＬ１（ここでは、２５μｍ）の正方形状のレジストパターンを形成する。

そして、誘導結合型（ＩＣＰ）ドライエッチング法で、上記レジストパターンをフォトマスクとしてメサ構造体（以下では、便宜上「メサ」と略述する）を形成する。ここでは、エッチングの底面は下部スペーサ層１０４中に位置するようにした。

そして、フォトマスクを除去する（図７参照）。

次の工程Ｓ４０５は、水蒸気酸化工程である。

この工程では、積層体を水蒸気中で熱処理する。メサの外周部から被選択酸化層１０８中のＡｌが選択的に酸化される。そして、メサの中央部に、Ａｌの酸化物１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂを残留させる（図８参照）。これにより、発光部の駆動電流の経路をメサの中央部だけに制限する、酸化狭窄構造体が作成される。上記酸化されていない領域１０８ｂが電流通過領域（電流注入領域）である。ここでは、種々の予備実験の結果から、電流通過領域１０８ｂが所望の大きさとなるように、熱処理の条件（保持温度、保持時間等）を適切に設定している。

次の工程Ｓ４０７は、分離用溝形成工程である。

この工程では、積層体の表面に、分離用（チップ切り出し用）の溝を形成するためのレジストマスクを設ける。

そして、該レジストマスクをエッチングマスクとして、ドライエッチング法により分離用（チップ切り出し用）の溝を形成する。

次の工程Ｓ４０９は、パッシベーション膜形成工程である。

この工程では、プラズマＣＶＤ法を用いて、誘電体であるＳｉＮ、ＳｉＯＮ及びＳｉＯ_２のいずれかからなる厚さが１５０ｎｍ〜３００ｎｍのパッシベーション膜１１１を形成する（図９参照）。

次の工程Ｓ４１１は、コンタクトホール形成工程である。

この工程では、レーザ光の射出面となるメサ上部にｐ側電極コンタクトの窓開けを行うためのエッチングマスクを作成する。

そして、ＢＨＦ（バッファード・ふっ酸）にてパッシベーション膜１１１をエッチングし、ｐ側電極コンタクトの窓開けを行う。

そして、エッチングマスクを除去する（図１０参照）。

次の工程Ｓ４１３は、ｐ側電極形成工程である。

この工程では、ｐ側電極となる部分以外をフォトレジストによりマスクし、ｐ側の電極材料の蒸着を行なう。

そして、アセトン等のフォトレジストが溶解する溶液中で超音波洗浄し、ｐ側電極１１３を形成する（図１１参照）。ｐ側電極は、Ｃｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる多層膜、もしくはＡｕＺｎ／Ｔｉ／Ａｕからなる多層膜である。なお、このとき、電極パッド及び配線部材も同時に形成しても良い。

次の工程Ｓ４１５は、裏面研磨工程である。

この工程では、基板１０１の裏側を所定の厚さ（例えば、１００μｍ〜３００μｍ程度）まで研磨する。

次の工程Ｓ４１７は、ｎ側電極形成工程である。

この工程では、研磨された基板１０１の裏側にｎ側の電極材料を蒸着し、ｎ側電極１１４を形成する（図１２参照）。ｎ側電極１１４は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。

そして、アニールによって、ｐ側電極１１３とｎ側電極１１４のオーミック導通をとる。これにより、メサは発光部となる。

次の工程Ｓ４１９は、チップ分離工程である。

この工程では、溝のスクライブラインをダイシングあるいはスクライビングし、チップを切り出す。

次の工程Ｓ４２１は、静電負荷工程である。

この工程では、切り出されたチップに対して、ｐ側電極とｎ側電極との間に所定の電圧を印加する。なお、ここでの条件等は後述する。

次の工程Ｓ４２３は、検査工程である。

この検査工程で合格と判定されたチップが、面発光レーザ素子１００となる。

このようにして製造された面発光レーザ素子１００に対して、２つのＥＳＤ（Ｅｌｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）試験を行った。

第１のＥＳＤ試験では、図１３に示されるように、可変電圧直流電源、充電抵抗器、コンデンサ、放電抵抗器、面発光レーザ素子１００がセットされるホルダ部材（ＤＵＴ）、及びスイッチからなる第１の試験装置を用いた。

可変電圧直流電源と充電抵抗器とコンデンサとからなる部分は充電回路であり、コンデンサと放電抵抗器とホルダ部材（ＤＵＴ）とからなる部分は放電回路である。スイッチは、充電回路と放電回路を切りかえるためのスイッチである。

放電抵抗器の抵抗値は１．５ｋΩであり、コンデンサの静電容量は１００ｐＦである。この場合は、いわゆる人体帯電モデル（ＨＢＭ：Ｈｕｍａｎ Ｂｏｄｙ Ｍｏｄｅｌ）に対応したＥＳＤ試験が可能である。すなわち、第１の試験装置は、人体帯電モデルに対応したＥＳＤ試験装置である。

第１の試験装置を用いてＥＳＤ試験を実施したところ、面発光レーザ素子１００の静電耐圧は２４０Ｖであった。

第２のＥＳＤ試験では、図１４に示されるように、可変電圧直流電源、充電抵抗器、コンデンサ、面発光レーザ素子１００がセットされるホルダ部材（ＤＵＴ）、及びスイッチからなる第２の試験装置を用いた。

可変電圧直流電源と充電抵抗器とコンデンサとからなる部分は充電回路であり、コンデンサとホルダ部材（ＤＵＴ）とからなる部分は放電回路である。スイッチは、充電回路と放電回路を切りかえるためのスイッチである。

放電抵抗器の抵抗値は０Ωであり、コンデンサの静電容量は２００ｐＦである。この場合は、いわゆる機械帯電モデル（ＭＭ：Ｍａｃｈｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ）に対応したＥＳＤ試験が可能である。すなわち、第２の試験装置は、機械帯電モデルに対応したＥＳＤ試験装置である。

第２の試験装置を用いてＥＳＤ試験を実施したところ、面発光レーザ素子１００の静電耐圧は３０Ｖであった。

なお、ここでの静電耐圧とは、ＥＳＤ試験の実施前に対する面発光レーザ素子の動作電流の変化率が３％を越えたときの印加電圧をいう。

また、以下では、便宜上、第１の試験装置を「ＨＢＭ装置」といい、第２の試験装置を「ＭＭ装置」ともいう。

上記静電負荷工程では、ＨＢＭ装置あるいはＭＭ装置を用いて、静電耐圧以下の電圧をチップに印加する。具体的には、ＨＢＭ装置が用いられる場合は、１４０Ｖの電圧がチップに印加される。また、ＭＭ装置が用いられる場合は、２０Ｖの電圧がチップに印加される。

そして、素子寿命を評価するための加速試験を行ったところ、面発光レーザ素子１００は、上記静電負荷工程を省いて製造された面発光レーザ素子（以下では、便宜上「比較用面発光レーザ素子」という）に比べて、素子寿命が長かった（図１５及び図１６参照）。なお、図１６におけるＴｊは、加速試験の温度である。

図１７には、上記静電負荷工程でＨＢＭ装置が用いられた面発光レーザ素子１００について、静電負荷工程での印加電圧と動作電流の変化率との関係が示されている。

図１７によると、印加電圧が静電耐圧の２０〜６０％のときは、動作電流に変化はなかった。この範囲の印加電圧で上記静電負荷工程を行った面発光レーザ素子は、比較用面発光レーザ素子に比べて、素子寿命が長かった。一方、静電耐圧の６０％を越えた印加電圧で上記静電負荷工程を行った面発光レーザ素子は、動作電流の変化率が大きくなり、素子寿命は比較用面発光レーザ素子とほほ同じであった。

図１８には、上記静電負荷工程でＭＭ装置が用いられた面発光レーザ素子１００について、静電負荷工程での印加電圧と動作電流の変化率との関係が示されている。

図１８によると、印加電圧が静電耐圧の３０〜７０％のときは、動作電流に変化はなかった。この範囲の印加電圧で上記静電負荷工程を行った面発光レーザ素子は、比較用面発光レーザ素子に比べて、素子寿命が長かった。一方、静電耐圧の７０％を越えた印加電圧で上記静電負荷工程を行った面発光レーザ素子は、動作電流の変化率が大きくなり、素子寿命は比較用面発光レーザ素子とほほ同じであった。

なお、面発光レーザ素子に、その静電耐圧を超える電圧を印加した場合には、例えば、ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長した層が溶融し、素子破壊に至るおそれがある。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る面発光レーザ１００を製造する際に、本発明の製造方法が実施されている。

以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザ１００によると、基板１０１上に下部半導体ＤＢＲ１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、及び上部半導体ＤＢＲ１０７が積層されている。

そして、製造過程において、チップ状に切り出された状態で、人体帯電モデルに対応したＥＳＤ試験装置あるいは機械帯電モデルに対応したＥＳＤ試験装置を用いて、ｐ側電極とｎ側電極との間に静電耐圧以下の電圧が印加されている。この場合は、静電耐圧以下の静電負荷工程を実施することで、結晶成長工程で製膜された膜の膜質の良化が起き、素子寿命が長くなると考えられる。そこで、同様な構成を有する従来の面発光レーザ素子よりも素子寿命を長くすることができた。

そして、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源１４が面発光レーザ１００を有しているため、信頼性が高く安定した光走査を行うことが可能となる。

さらに、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、光走査装置１０１０を備えているため、高品質の画像を形成することが可能となる。

また、面発光レーザ素子の寿命が向上するので、書き込みユニットもしくは光源ユニットの再利用が可能となる。

なお、上記実施形態において、活性層１０５として、圧縮歪みを誘起する組成であるＧａＩｎＰＡｓからなり、バンドギャップ波長が約７８０ｎｍである３層の量子井戸層と、該量子井戸と格子整合し、引張歪みを誘起する組成であるＧａ_０．６Ｉｎ_０．４Ｐからなる４層の障壁層とを有する活性層であっても良い。このとき、各スペーサ層として、ワイドバンドギャップである（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを用いても良い。この場合は、スペーサ層をＡｌＧａＡｓ系で形成した場合に比べて、スペーサ層と量子井戸層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができる。

また、上記実施形態では、レーザ発振方向に直交する断面でのメサ形状が正方形の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば円形、楕円形あるいは長方形など任意の形状とすることができる。

また、上記実施形態では、発光部の発振波長が７８０ｎｍ帯の場合について説明したが、これに限定されるものではない。感光体の特性に応じて、発光部の発振波長を変更しても良い。

また、面発光レーザ１００は、画像形成装置以外の用途に用いることができる。その場合には、発振波長は、その用途に応じて、６５０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯であっても良い。

また、上記実施形態において、光源１４は、前記面発光レーザ１００に代えて、一例として図１９及び図２０に示されるように、前述した面発光レーザ素子１００の製造方法と同様な製造方法で製造された面発光レーザアレイ１００Ｍを有していても良い。

この面発光レーザアレイ１００Ｍは、同一基板上に２次元的に配列されている複数（ここでは３２個）の発光部を有している。図１９及び図２０におけるＹ軸方向は主走査対応方向であり、Ｘ軸方向は副走査対応方向である。なお、発光部の数は３２個に限定されるものではない。

複数（ここでは３２個）の発光部は、図２０に示されるように、すべての発光部をＸ軸方向に伸びる仮想線上に正射影したときに、発光部間隔が等間隔ｄ１となるように配置されている。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいう。

ここでは、間隔ｄ１は３μｍ、Ｘ軸方向の発光部間隔ｄ２は２４μｍ、Ｙ軸方向の発光部間隔Ｘは３０μｍである。

各発光部は、図２０のＡ−Ａ断面図である図２１に示されるように、前述した面発光レーザ素子１００と同様な構造を有し、面発光レーザ素子１００と同様の製造方法で製造されている。すなわち、面発光レーザアレイ１００Ｍは、面発光レーザ素子１００が集積された面発光レーザアレイである。そこで、面発光レーザ素子１００と同様な効果を得ることができる。

この場合に、面発光レーザアレイ１００Ｍでは、各発光部を副走査対応方向に延びる仮想線上に正射影したときの発光部間隔が等間隔ｄ１であるので、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム１０３０上では副走査方向に等間隔で発光部が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。

そして、上記間隔ｄ１が３μｍであるため、光走査装置１０１０の光学系の倍率を約１．８倍とすれば、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。もちろん、主走査対応方向の発光部数を増加したり、前記間隔ｄ２を狭くして間隔ｄ１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、発光部の点灯タイミングで容易に制御できる。

そして、レーザプリンタ１０００では、書き込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、同じ書き込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。

ところで、２つの発光部の間の溝は、各発光部の電気的及び空間的分離のために、５μｍ以上とすることが好ましい。あまり狭いと製造時のエッチングの制御が難しくなるからである。また、メサの大きさ（１辺の長さ）は１０μｍ以上とすることが好ましい。あまり小さいと動作時に熱がこもり、特性が低下するおそれがあるからである。

また、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば良い。

例えば、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。

例えば、媒体が、ＣＴＰ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｏ Ｐｌａｔｅ）として知られている印刷版であっても良い。つまり、光走査装置１０１０は、印刷版材料にレーザアブレーションによって直接画像形成を行い、印刷版を形成する画像形成装置にも好適である。

また、例えば、媒体が、いわゆるリライタブルペーパーであっても良い。これは、例えば紙や樹脂フィルム等の支持体上に、以下に説明するような材料が記録層として塗布されている。そして、レーザ光による熱エネルギー制御によって発色に可逆性を与え、表示／消去を可逆的に行うものである。

透明白濁型リライタブルマーキング法とロイコ染料を用いた発消色型リライタブルマーキング法があり、いずれも適用できる。

透明白濁型は、高分子薄膜の中に脂肪酸の微粒子を分散したもので、１１０℃以上に加熱すると脂肪酸の溶融により樹脂が膨張する。その後、冷却すると脂肪酸は過冷却状態になり液体のまま存在し、膨張した樹脂が固化する。その後、脂肪酸が固化収縮して多結晶の微粒子となり樹脂と微粒子間に空隙が生まれる。この空隙により光が散乱されて白色に見える。次に、８０℃から１１０℃の消去温度範囲に加熱すると、脂肪酸は一部溶融し、樹脂は熱膨張して空隙を埋める。この状態で冷却すると透明状態となり画像の消去が行われる。

ロイコ染料を用いたリライタブルマーキング法は、無色のロイコ型染料と長鎖アルキル基を有する顕消色剤との可逆的な発色及び消色反応を利用している。レーザ光により加熱されるとロイコ染料と顕消色剤が反応して発色し、そのまま急冷すると発色状態が保持される。そして、加熱後、ゆっくり冷却すると顕消色剤の長鎖アルキル基の自己凝集作用により相分離が起こり、ロイコ染料と顕消色剤が物理的に分離されて消色する。

また、媒体が、紫外光を当てるとＣ（シアン）に発色し、可視光のＲ（レッド）の光で消色するフォトクロミック化合物、紫外光を当てるとＭ（マゼンタ）に発色し、可視光のＧ（グリーン）の光で消色するフォトクロミック化合物、紫外光を当てるとＹ（イエロー）に発色し、可視光のＢ（ブルー）の光で消色するフォトクロミック化合物が、紙や樹脂フィルム等の支持体上に設けられた、いわゆるカラーリライタブルペーパーであっても良い。

これは、一旦紫外光を当てて真っ黒にし、Ｒ・Ｇ・Ｂの光を当てる時間や強さで、Ｙ・Ｍ・Ｃに発色する３種類の材料の発色濃度を制御してフルカラーを表現し、仮に、Ｒ・Ｇ・Ｂの強力な光を当て続ければ３種類とも消色して真っ白にすることもできる。

このような、光エネルギー制御によって発色に可逆性を与えるものも上記実施形態と同様な光走査装置を備える画像形成装置として実現できる。

また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。

また、一例として図２２に示されるように、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００であっても良い。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用のステーション（感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６）と、シアン用のステーション（感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６）と、マゼンタ用のステーション（感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６）と、イエロー用のステーション（感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６）と、光走査装置２０１０と、搬送ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。

各感光体ドラムは、図２２中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転方向に沿って、それぞれ帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットが配置されている。各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置２０１０により光が照射され、各感光体ドラムに潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、搬送ベルト２０８０上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット２０３０により記録紙に画像が定着される。

光走査装置２０１０は、前記面発光レーザ素子１００と同様にして製造された面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイのいずれかを含む光源を、色毎に有している。そこで、上記光走査装置１０１０と同様の効果を得ることができる。また、カラープリンタ２０００は、この光走査装置２０１０を備えているため、上記レーザプリンタ１０００と同様の効果を得ることができる。

ところで、カラープリンタ２０００では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合がある。このような場合であっても、光走査装置２０１０の各光源が前記面発光レーザアレイ１００Ｍと同様な面発光レーザアレイを有していると、点灯させる発光部を選択することで色ずれを低減することができる。

以上説明したように、本発明の製造方法によれば、素子特性を低下させることなく、長寿命の面発光レーザ素子を製造するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、安定した光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高品質の画像を形成するのに適している。

１１ａ…偏向器側走査レンズ（走査光学系の一部）、１１ｂ…像面側走査レンズ（走査光学系の一部）、１３…ポリゴンミラー（光偏向器）、１４…光源、１００…面発光レーザ素子、１００Ｍ…面発光レーザアレイ、１０３…下部半導体ＤＢＲ（下部反射鏡）、１０４…下部スペーサ層（共振器構造体の一部）、１０５…活性層、１０６…上部スペーサ層（共振器構造体の一部）、１０７…上部半導体ＤＢＲ（上部反射鏡）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

特開２００６−２６９５６８号公報 特開２００７−１９４６６４号公報 特開２００５−１７５１１１号公報 特開２００２−２８９９６９号公報

Claims (6)

1. 基板に直交する方向に光を射出する面発光レーザ素子の製造方法であって、
   基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び被選択酸化層を含む上部反射鏡が積層された積層体にメサ構造体を形成する工程と、
   前記被選択酸化層の一部を酸化して前記メサ構造体に電流通過領域を形成する工程と、
   前記電流通過領域を介して前記活性層に電流を供給するための電極を形成する工程と、
   前記電極を介して静電耐圧よりも低い電圧を印加する工程と、を含むことを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
2. 前記電圧を印加する工程では、人体帯電モデル仕様の装置が用いられ、人体帯電モデルで計測された静電耐圧の２０〜６０％の電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
3. 前記電圧を印加する工程では、機械帯電モデル仕様の装置が用いられ、機械帯電モデルで計測された静電耐圧の４０〜７０％の電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
4. 光によって被走査面を走査する光走査装置であって、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子の製造方法によって製造された面発光レーザ素子を有する光源と、
   前記光源からの光を偏向する光偏向器と、
   前記光偏向器で偏向された光を前記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。
5. 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に応じて変調された光を走査する請求項４に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。
6. 前記画像情報は、多色のカラー画像情報であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

Images