JP2013157473A - 面発光レーザ - Google Patents

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Abstract

【課題】 電流狭窄構造を有するメサ型面発光レーザにおいて、オフ基板および表面レリーフ構造を用いた場合であっても、発振閾電流の値の上昇を抑制する。
【解決手段】 メサ構造を有する面発光レーザであって、オフ基板と、下部反射ミラーと、活性層と、電流狭窄構造と、上部反射ミラーと、表面レリーフ構造とを有する。表面レリーフ構造の高反射率領域の中心軸と、メサ構造の中心軸が一致しておらず、表面レリーフ構造の高反射率領域の中心軸と、メサ構造の中心軸が一致しているときよりも、発振閾値電流の値が低い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光レーザに関する。
面発光レーザの一つの構成として、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）が知られている。
この面発光レーザは、活性領域の両側を二つの反射鏡で挟み、基板に対して垂直な方向に共振器を形成し、基板に対して垂直方向に光を出射する。
ところで、このような面発光レーザにおいて、発振する横モードの制御は重要な課題であり、電子写真、あるいは通信などへの応用を考えると、横モードは単一モード（シングルモード）であることが求められる。
このため、面発光レーザでは、素子内部に選択酸化による電流狭窄構造を設けている。これにより、活性層の発光領域を制限するとともに、導波構造を形成し、単一横モード化を図っている。
しかし、この電流狭窄構造だけで単一横モード化を試みると、狭窄径を小さくしなければならず、狭窄径を小さくすると、発光領域が小さくなり、大きなレーザ出力を得ることが難しい。
このようなことから、従来において、基本横モードと高次横モード間に損失差を意図的に導入することで、電流狭窄構造だけで単一横モード化を図る場合よりも、ある程度広い発光領域を保ちながら、単一横モード発振を可能にする方法が検討されている。
その方法の一つとして、特許文献１では、光出射領域のうち、中央領域と、中央領域を囲む周辺領域との反射率分布を異ならせるために、段差構造を設けた面発光レーザが提案されている。特許文献１では、このような段差構造を形成することにより、周辺領域の反射率が中央領域の反射率よりも相対的に低くさせ、基本横モードの光出力を低減することなく高次横モードの発振を抑制している。
なお、以上のような段差構造を、本明細書では以下、「表面レリーフ構造」と称する。
特開２００１−２８４７２２号公報
ところで、可視域、特に赤色面発光レーザにおいては、活性層である量子井戸構造の構成材料であるＡｌＧａＩｎＰ系結晶の原子配列が自然超格子構造になること等を考慮し、＜１１１＞Ａ方向に数度から十数度傾いた（１００）面ＧａＡｓ基板がよく用いられる。
このような特定の結晶面に対してオフ角があるように加工されたオフ基板（傾斜基板）を用いた場合、電流狭窄構造を作製するために水蒸気酸化を行うと、酸化速度の面方位異方性により、非酸化領域である電流注入領域がメサ形状を反映した形とならずに歪んだ形状となることがある。例えば、円柱型メサのＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層を水蒸気酸化すると、図３に示すように、電流注入領域（非酸化領域）３０４の形状は、特定方向が歪んだ円形になる。このように、電流注入領域が歪んだ円形になると、基本横モードの中心位置は、メサ構造の中心３０６とは異なる位置となる。この状態で、メサ構造の中心と、高反射率領域の中心を合わせるように表面レリーフを形成すると、発振させたい基本モードの一部に損失を与え、基本モードの発振閾電流の値が上昇するおそれがある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、電流狭窄構造を有するメサ型面発光レーザにおいて、オフ基板および表面レリーフ構造を用いた場合であっても、発振閾電流の値の上昇を抑制することのできる面発光レーザの提供を目的とする。
本願発明に係る面発光レーザは、メサ構造を有する面発光レーザであって、オフ基板と、
前記オフ基板の上に形成された下部反射ミラーと、前記下部反射ミラーの上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成され、酸化領域と非酸化領域とからなる電流狭窄構造と、
前記電流狭窄層の上に形成された上部反射ミラーと、前記上部反射ミラーの光出射領域に形成され、低反射率領域と高反射率領域とを有する段差構造からなる表面レリーフ構造と、を有し、前記表面レリーフ構造の高反射率領域の中心軸と、前記メサ構造の中心軸が一致しておらず、前記表面レリーフ構造の高反射率領域の中心軸と、前記メサ構造の中心軸が一致しているときよりも、発振閾値電流の値が低いことを特徴とする。
本発明によれば、電流狭窄構造を有するメサ型面発光レーザにおいて、オフ基板および表面レリーフ構造を用いた場合であっても、発振閾値電流の値の上昇を抑制することのできる面発光レーザを提供することができる。
実施例１の面発光レーザの構成を説明する模式図。 実施例１の面発光レーザの構成を説明する模式図。 実施例１の面発光レーザの電流狭窄構造の断面形状を説明する図。 実施例１の面発光レーザの電流狭窄構造の断面形状を説明する図。 実施例１の面発光レーザの電流−光出力特性を説明する図。 実施例１の面発光レーザの高反射率領域の中心を形成する領域を説明する図。 実施例１の面発光レーザの製造方法を説明する図。 実施例１の面発光レーザの製造方法を説明する図。 実施例１の面発光レーザの製造方法を説明する図。 実施例１の面発光レーザの製造方法を説明する図。 実施例１の面発光レーザの製造方法を説明する図。 実施例１の面発光レーザの製造方法を説明する図。 実施例１の面発光レーザの製造方法において形成された第一のレジスト膜の模式図。 実施例１の面発光レーザの製造方法において形成された表面レリーフ構造の模式図。 実施例２の面発光レーザの構成を説明する模式図。 実施例２の面発光レーザの製造方法において形成された第一のレジスト膜の模式図。 実施例３の面発光レーザの製造方法による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を説明する概略図。
上記したように、オフ基板を用いると、メサ構造を形成した後に行う水蒸気酸化の際に、電流注入領域（非酸化領域）が歪んだ形になってしまう。この場合、メサ構造の中心は、基本横モードの中心とはならなくなってしまうため、メサ構造の中心と表面レリーフ構造の高反射率領域の中心を合わせてしまうと、発振閾値電流の値が高くなってしまう。そこで、本願発明では、表面レリーフ構造の高反射率領域の中心を、より基本横モードの中心に合わせるように構成することが特徴である。また、このように構成するために、水蒸気酸化速度の面方位異方性を考慮して、オフ基板の傾きに対応して表面レリーフ構造の高反射率領域の中心を設ける必要がある。以下、本願発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、光出射領域に凸型の表面レリーフ構造を有する面発光レーザについて説明する。
図１に、本発明における面発光レーザの構成を説明する模式図を示す。
図１は本実施例における面発光レーザの断面模式図である。オフ基板１０２の上には、下部反射ミラー（多層膜反射鏡）１０４、活性層１０６、電流狭窄層を形成した。電流狭窄層は、電流狭窄領域（酸化領域）１０８と、電流注入領域（非酸化領域）１１０とから構成されている。この電流狭窄層の上には、上部反射ミラー（多層膜反射鏡）１１２、誘電体膜１１４、絶縁膜１１６が形成した。上部反射ミラー１１２の一部がエッチングされて表面レリーフ構造１２０が形成されている。なお、１２２は光出射領域、１２４はメサ構造の中心軸である。また、これらの面発光レーザに電流を注入するために、ｎ側電極１００とｐ側電極（パッド電極）１１８が設けられている。
図２は、光出射領域１２２周辺の拡大図である。図２に示すように、表面レリーフ構造の高反射率領域１２６と低反射率領域１２８に着目すると、高反射率領域１２６の中心はメサ構造の中心軸１２４と一致していない。これにより、オフ基板１０２を用いた場合であっても、発振閾値電流の値の向上を抑制している。
ここで、表面レリーフ構造の層構成を詳しく説明する。
上部反射ミラー１１２の表面を構成する部分は、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層１３０、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層１３２、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層１３４、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３６の積層構造体となっている。本実施例においては、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層１３２、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層１３４、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３６の一部をエッチングすることにより、表面レリーフ構造が構成されている。
なお、最も効率良く単一横モード動作を得るためには、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層１３２、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層１３４、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３６の合計層厚を、１／４波長の奇数倍の光学的厚さとするのが望ましい。なお、１／４波長の奇数倍の光学的厚さは、λ／４ｎの奇数倍（λ：発振波長、ｎ：半導体層の屈折率）と表現することもできる。
本実施例では、オフ基板１０２として、＜１１１＞Ａ方向に１０度傾いた（１００）面ＧａＡｓオフ基板を用いた。また、選択酸化により電流狭窄構造を形成する層として、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層を用いた。円柱状のメサ構造をエッチングにより形成し、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層をメサ構造の側壁より高温下で水蒸気酸化すると、図３に示すような、電流狭窄構造となる。すなわち、基板の面方位異方性のため、電流狭窄領域（酸化領域）３０２の酸化速度に異方性が生じ、電流注入領域（非酸化領域）３０４は、メサ構造の外径３００を反映したきれいな円形とはならずに、＜１１１＞Ａ方向側が歪んだ円形となる。
図４は、歪んだ円形となった電流注入領域３０４を有する面発光レーザの出射口に、表面レリーフ構造を形成した形態を示している。なお、図４では、表面レリーフ構造の高反射率領域４００だけを示し、低反射率領域については図示していない。
図４の（ａ）から（ｃ）は以下のように形成されている。
図４（ａ）：高反射率領域４００の中心とメサ構造の中心３０６を一致
図４（ｂ）：高反射率領域４００の中心を、メサ構造の中心３０６から（０１１）面に垂直な軸上に配置（２つの中心間は、０．４０μｍ）
図４（ｃ）：高反射率領域４００の中心を、メサ構造の中心３０６から（００１）面に垂直な軸上に配置（２つの中心間は、０．５６μｍ）
図５に、図４（ａ）から（ｃ）に示した面発光レーザの電流−光出力特性を示す。
図５に示すように、図４（ｂ）に示した素子の発振閾電流の値は、図４（ａ）に示した素子の発振閾電流の値に比べて、１０％程度低い。一方で、図４（ｃ）に示した素子の発振閾電流の値は、図４（ａ）に示した素子に比べて、１０％程度高い。
なお、本実施例では、電流注入領域の（０１１）面側の端とメサ構造の中心とを結んだ距離５００は３．２μｍであり、高反射率領域は半径２．０μｍの円形状である。
本実施例では、＜１１１＞Ａ方向に１０度傾いた（１００）面ＧａＡｓオフ基板を用いているため、水蒸気酸化速度の面方位異方性は（１００）面基板の傾きの方向に起因して生じる。具体的には、［００−１］方向及び［０−１０］方向からの酸化速度が速くなり、図４に示すような歪んだ電流注入領域となる。
このような電流注入領域においては、基本横モードの中心は、メサ構造の中心から［０１１］方向に外れる。そのため、図６に示すように、高反射率領域の中心が扇型領域６０４内に属することが好ましい形態である。この扇型領域は、中心角９０度、半径ｒであって、この扇型領域の円弧がメサ構造の中心からオフ基板の傾き方向の面を結んだ軸と交わっている。また、この半径ｒは、メサ構造の中心６００から電流注入領域（非酸化領域）６０２の外周部までの距離の１５％以下である。
なお、このメサ構造の中心からオフ基板の傾き方向の面を結んだ軸が、扇型領域の中心角の二等分線となるように構成することが好ましい。
また、この扇型領域の中心角は４５度以下とすることが好ましく、３０度以下とすることがより好ましい。
さらに好ましくは、高反射率領域の中心を、メサ構造の中心から（０１１）面に垂直な軸上に位置するように形成することで、発振閾電流値を効果的に低減することが可能となる。また、この高反射率領域の中心を、メサ構造の中心から（０−１−１）面に垂直な軸上に設けてもよい。
ここで、二つの中心間の距離は、電流注入領域の（０１１）面側の端とメサ構造の中心とを結んだ距離５００の１５％以内であることが好ましく、効果的に発振閾電流値を低減させるためには、１０％から１３％程度の距離とすることがより好ましい。
なお、本実施例では、電流注入領域の（０１１）面側の端とメサ中心とを結んだ距離は３．２μｍであり、二つの中心間の距離は０．４μｍとした。すなわち、１２．５％の距離である。
また、本実施例では、＜１１１＞Ａ方向に１０度傾いたオフ基板を用いたが、この角度は適宜選択できる。例えば、２度から１５度傾いたオフ基板を用いても良い。
（製造方法）
次に、本実施例の面発光レーザの製造方法について説明する。
図７から図１２に、本実施例における面発光レーザの製造方法を説明する図を示す。
まず、図７（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ結晶成長技術を用いて、ｎ型の＜１１１＞Ａ方向に１０度傾いた（１００）面ＧａＡｓオフ基板２００上に、バッファー層（不図示）を介して、ｎ型ＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜（下部反射ミラー）２０２を成長させる。
更にその上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサー層２０４、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ−ＭＱＷ活性層２０６を、順次成長させる。
そして、この活性層２０６上に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサー層２０８、ｐ型Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ選択酸化層２１０を成長させる。
更にその上に、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜２１２を成長させる。
引き続きｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２１６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８を、順次成長させる。ここでは、ｐ型多層膜２１２からｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８までが、上部反射ミラーとなる。
図７（ｂ）は、表面レリーフ構造の層構成を示したものである。１／２波長のＮ倍の光学的厚さ（Ｎ：１以上の自然数）を有するｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２２０と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４と、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２１６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８と、で構成される。
なお、最も効率良く単一横モード動作を得るためには、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２１６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８の三つの層の合計層厚を、上記した１／４波長の奇数倍の光学的厚さにするのが望ましい。
一例として、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４を１０ｎｍ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８を２０ｎｍとし、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２１６の厚さを適切に取ることで、三つの層の合計層厚を上記した１／４波長の奇数倍の光学的厚さとする。
このように、基板上に、下部反射ミラー、活性層、選択酸化層（電流狭窄増）、上部反射ミラー、コンタクト層、を含む複数の半導体層を順次成長させる。
そして、図８（ａ）に示すように、これらの積層された半導体層上に第一の誘電体膜２２２を形成する。例えば、第一の誘電体膜２２２の材料としては、シリコンオキサイド、シリコンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライド等を用いることができる。
次に、第一の誘電体膜２２２の上にリソグラフィ技術を用いて、第一のレジストパターン２２４を形成する（図８（ｂ））。このようにして形成された第一のレジスト膜２２４の模式図は、図１３に示されている。図１３（ａ）は面発光レーザの斜視図、図１３（ｂ）はその平面図、図１３（ｃ）は斜視図のｙ−ｙ’断面図である。
図１３を参照すれば理解されるように、第一のレジスト膜２２４には、第一の誘電体膜２２２上に中心軸が異なる（大小異なる環状の）パターン（第１のパターン２２６、第２のパターン２２８）が開口するように形成されている。小さい径の円環状パターン（第２のパターン２２８）によって表面レリーフ構造（段差構造）が画定され、大きい径の円環状の開口パターン（第１のパターン２２６）によってメサ構造の径が決定される。したがって、両パターンの中心軸が異なるということは、メサ構造の中心と、表面レリーフ構造の中心とが異なるように面発光レーザ形成されることを意味する。
本実施例では、第２のパターン２２８の中心を第１のパターンの中心から（０１１）面に垂直な軸上に位置するように形成し、かつ、二つの中心間の距離は０．４μｍとなるように形成した。しかし、二つのパターンの中心の関係は、必ずしも軸上に位置する必要はなく、上記のように扇型領域内に高反射率領域の中心が位置するように構成してもよい。
なお、図１３に示された構成では、大きい径の円環状のパターンと小さい径の円環状パターンを用いたが、小さい環状のパターンを正方環状のパターンなどとしてもよい。
なお、この工程において、第１及び第２のパターンは、リソグラフィ技術により、第一の誘電体膜２２２上に一括で形成されるため、前記第１のパターン及び第２のパターンの相対位置関係が規定されることになるため、高い精度で構造が形成されることになる。
次に、図８（ｃ）示すように、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングにより、第一のレジストパターン２２４を第一の誘電体膜２２２に転写する。この際に、第一の誘電体膜２２２には、中心軸の異なる大小二つの異なる環状の開口パターンによる前記第１のパターン２２６と第２のパターン２２８が形成される。
なお、この転写はウエットエッチングによるだけでなく、ドライエッチングによって行ってもよい。
上記バッファードフッ酸を用いたウエットエッチングを行った後に、第一のレジストパターン２２４を除去する。
次に、図８（ｄ）に示すように、第１のパターン２２６および第２のパターン２２８が形成された第一の誘電体膜２２２をマスクとして、上部反射ミラー中の第一のエッチングストップ層２１４を用い、半導体層の表面に、第１および第２のパターンを形成する。なお、第一のエッチングストップ層は、ＡｌＧａＩｎＰやＧａＩｎＰなどを用いることができる。
ここでは、例えば１０ｎｍ厚のｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層（第一のエッチングストップ層）２１４として、例えば（ＡｌｘＧａ）ＩｎｙＰ、ｘ＝０．５、ｙ＝０．５）を用いる。
そして、ウエットエッチングによりｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８とｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２１６にパターンを転写する。この工程では、エッチングストップ層のエッチングレートが、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８、及びｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２１６に対して、１０倍以上遅いリン酸系のエッチャントを用いた（選択比１０以上）。
なお、表面への損傷の影響を考慮するとウエットエッチングが好ましいが、ドライエッチングによって行っても良い。
次に、図９（ａ）に示すように第一の誘電体膜２２２を覆うように、ＣＶＤ成膜技術を用いて第二の誘電体膜２３０を成膜する。
この第二の誘電体膜２３０は、表面レリーフ構造を保護するための層であり、例えば２３０ｎｍで形成する。第二の誘電体膜２３０としては、例えばシリコンオキサイド膜、シリコンナイトライド膜、シリコンオキシナイトライド膜などが挙げられる。このように、本実施例では、表面レリーフ構造は第二の誘電体膜２３０で保護されているため、後の工程（図１０（ａ））でレジストを除去するための酸素プラズマアッシングを実施しても、表面レリーフ構造表面への損傷を低減することができる。
ところで、この工程においては、第一の誘電体膜２２２に形成した第１のパターン２２６を覆うように第二の誘電体膜２３０が形成され、フォトリソグラフィにより決定したパターン形状が変化してしまうことになる。しかし、第二の誘電体膜２３０は例えばプラズマＣＶＤ法を用いて成膜するため、第二の誘電体膜２３０は第一の誘電体膜２２２に形成した第１のパターン２２６の側壁に均一な厚さで成膜される。このため、メサ構造を画定するための第１のパターン２２６の幅は狭まるが、均一な膜厚の第二の誘電体膜２３０が等方的に成膜されることから、後の工程（図８（ｄ））のメサ構造の形成に際し、ドライエッチングにおいて支障をきたすことは少ない。
次に、図９（ｂ）に示すように、リソグラフィ技術を用いて、第二のレジストパターン２３２を形成する。この際に、第二のレジストパターン２３２は、第二の誘電体膜２３０を有した第２のパターン２２８を覆うように形成する。
次に、図９（ｃ）に示すように、第二のレジストパターン２３２をマスクとして、バッファードフッ酸を用いたウエットエッチングにより、第二の誘電体膜２３０の一部を除去する。
なお、第二の誘電体膜２３０は表面レリーフ構造を保護するための層であるため、前記第一の誘電体膜２２２よりも薄い膜厚で形成することが望ましい。仮に、第二の誘電体膜２３０を厚く形成すると、第二の誘電体膜２３０の一部を除去する際にエッチング時間が長く必要になり、第一の誘電体膜２２２に対するサイドエッチング量が増すこととなり、当初の設計値からずれる可能性がある。
次に、図９（ｄ）に示すように、ドライエッチングにより、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサー層２０４が露出するように、トレンチ２３４を形成する。これにより、メサ構造のポストが作製される。
なお、第二のレジストパターン２３２は、ドライエッチング後にも残存するように形成することが望ましい。仮に、レジストがなくなると、第二の誘電体膜２３０がドライエッチング中に除去されることとなり、先に形成した表面レリーフ構造にダメージを与える可能性がある。
なお、図９（ｄ）では、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサー層２０４が露出するまでドライエッチングを行っている。しかし、電流狭窄構造を形成するｐ型Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ選択酸化層２１０側壁が完全に露出するまでエッチングすれば良く、必ずしもｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサー層２０４が露出するまでドライエッチングする必要はない。
次に、図１０（ａ）に示すように、酸素プラズマアッシング技術を用いて、第二のレジストパターン２３２を除去する。この際に表面レリーフ構造は第二の誘電体膜２３０で保護されているため、表面レリーフ構造表面への損傷を防止することができる。
次に、図１０（ｂ）に示すように、例えば基板温度４５０℃にて、水蒸気雰囲気下でｐ型Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ選択酸化層２１０を選択的に酸化し、電流狭窄構造（酸化領域２３６、非酸化領域２３８）を形成する。
この際に、半導体層の表面は第一の誘電体膜２２２あるいは第二の誘電体膜２３０で覆われているため、積層された半導体層の表面を酸化工程から保護することもできる。このため、後の工程（図１１（ｃ））で形成する電極をコンタクト抵抗が良好な状態で形成することが可能となる。
次に、第一のエッチングストップ層の直下に配置されている半導体層を第二のエッチングストップ層として用い、第二の誘電体膜２３０の除去と、第２のパターンに沿って行われる第一のエッチングストップ層２１４の除去とが、同一工程で実施される。
具体的には、まず図１０（ｃ）に示すように、メサ上部の第一の誘電体２２２及び第二の誘電体膜２３０を露出するように第三のレジストパターン２４０を形成する。
次に、図１０（ｄ）に示すように、ウエットエッチングにより、第一の誘電体膜２２２を含む第二の誘電体膜２３０を除去すると共に、第一のエッチングストップ層２１４を第２のパターンに沿って除去し、この第一のエッチングストップ層２１４にパターンを転写する。
図１４（ａ）はウエットエッチング前を示し、図１４（ｂ）はウエットエッチング後を示している。この工程では、図１４（ａ）と図１４（ｂ）に示すように、第一の誘電体膜２２２、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８及びｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２１６の３層をマスクとし、つぎのようにパターンが転写される。
すなわち、上記３層をマスクとし、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２２０をエッチングストップ層（第二のエッチングストップ層）として機能させる。そして、この第二のエッチングストップ層を用いて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層（第一のエッチングストップ層）２１４にパターンが転写される。
このような第二のエッチングストップ層としては、ＡｌＧａＡｓが挙げられ、例えばＡｌ組成が７５％以下のものを用いることができる。
また、上記第一のエッチングストップ層２１４にパターンを転写する際、第一の誘電体膜２２２の直下に配置したｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８を、エッチングストップ層（第三のエッチングストップ層）として用いるようにしてもよい。このような第三のエッチングストップ層と、上記した第一のエッチングストップ層及び第二のエッチングストップ層とは、同一の伝導型で構成することができる。
また、この際のエッチャントとして、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２２０のエッチングレートが、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４に対して、１０倍以上遅いフッ化水素酸とフッ化アンモニウムを含むバッファードフッ酸を用いた（選択比１０以上）。
この工程により、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８及びｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２１６に加え、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４がエッチングされる。これにより、表面レリーフ構造が形成される。
次に、図１１（ａ）に示すように、素子全体を覆うように、ＣＶＤ成膜技術を用いて絶縁膜２４２を成膜する。例えば、絶縁膜２４２の材料としては、シリコンオキサイド、シリコンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライドなどを用いることができる。
このとき、絶縁膜２４２の膜厚をｄとするとき、
ｄ＝（Ｎλ）／（２ｎｄ）
の関係を満足させるように構成すれば、表面レリーフ構造として形成した高反射率領域及び低反射率領域の反射率を変化させることはない。ここで、λは発振波長、ｎｄは第二の誘電体膜の屈折率であり、Ｎは１以上の自然数である。
次に、図１１（ｂ）に示すように、リソグラフィ技術を用いて、第四のレジストパターン２４４を形成する。
その後、図１１（ｃ）に示すように、バッファードフッ酸を用いたウエットエッチングにより、絶縁膜２４２を除去し、コンタクト層２１８の一部を露出させる。
次に、図１１（ｄ）に示す工程において、出射口部を覆い、かつコンタクト層を露出するように、第五のレジストパターン２４６を形成する。
次に、図１２（ａ）に示す工程において、金属蒸着技術を用いて表面にＴｉ／Ａｕからなる金属膜２４８を蒸着する。
次に、図１２（ｂ）に示す工程において、リフトオフ技術により、出射口が開くようにパッド電極２５０を形成する。
次に、図１２（ｃ）に示す工程において、金属蒸着技術を用いてｎ型ＧａＡｓ基板裏面にｎ側電極（ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ）２５２を形成する。
なお、本実施例では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層の代わりに、ｐ型ＧａＩｎＰ層を用いてもよい。
また、本実施例では、表面レリーフ構造を形成する層構成として、三層構成のものを説明したが、これに限定されるものではない。例えば、表面レリーフ構造を形成する層の厚さの合計が、１／４波長の奇数倍の光学的厚さを満たすものであれば、エッチングストップ層とコンタクト層の二つの層の組合せであっても良い。
また、本実施例では、６８０ｎｍ帯面発光レーザについて述べたがこれに限定されるものではなく、例えば８５０ｎｍ帯（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ活性層系）などの面発光レーザにも適用可能である。
また、本実施例において示した、ＭＯＣＶＤ結晶成長技術、リソグラフィ、エッチング、アッシング及び蒸着に用いた手法（装置）あるいは記述手法（装置）に限るものではなく、同様の効果が得られるのであればいかなる手法（装置）であっても良い。
また、本実施例の製造方法は、単素子の面発光レーザを複数個配置したアレイにも適用することができる。
［実施例２］
実施例２においては、光出射領域に凹型の表面レリーフ構造を有する面発光レーザについて説明する。
図１５に、本実施例における面発光レーザの構成を説明する模式図を示す。
図１５（ａ）は光出射領域を説明する断面模式図であり、１２２は光出射領域である。図１５（ｂ）は上記光出射領域１２２の拡大図である。
図１５では、実施例１の構成を示す図１及び図２と同一の構成については同一の符号が用いる。
実施例１では高反射率領域１２４が凸状になっていたが、本実施例では、低反射率領域１２６が凸状になっており、高反射率領域１２４が凹型の表面レリーフ構造が形成されている点が異なる。次に、本実施例の面発光レーザの製造方法について説明する。
図１５（ｂ）に示すように、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる上部反射ミラー１１２の表面には、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層１３２とｐ型ＧａＡｓ層１３６とが設けられている。また、第一のレジストパターンにおける第２のパターン部分も異なる。その他の工程は、実施例１と同様である。
図１６に、実施例１における第一のレジストパターン（図１３）との違いを説明するための、実施例２にかかる第一のレジストパターンの模式図を示す。
図１６（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は斜視図におけるｙ−ｙ’断面図である。
図１６において、２２２は第一の誘電体膜、２２４は第一のレジストパターン、２２６は第１のパターン、及び２２８は第２のパターンである。
図１６に示すように、第一のレジストパターン２２４は、第一の誘電体膜２２２上に中心軸が同一である大小異なるパターン（第１のパターン２２６、第２のパターン２２８）が開口するように形成されている。この第１のパターン２２６はメサ構造を形成するためのパターンとなり、第２のパターン２２８は表面レリーフ構造を形成するためのパターンとなる。
［実施例３］
図１７を用いて、上記で説明した面発光レーザを複数配置した面発光レーザアレイ光源を用いた画像形成装置について説明する。
図１７（ａ）は画像形成装置の平面図であり、図１７（ｂ）は同装置の側面図である。
記録用光源として用いる面発光レーザアレイ光源２０１４から出力されたレーザ光は、コリメータレンズ２０１８を介し、モータ２０１２により回転駆動された回転多面鏡２０１０に向けて照射される。回転多面鏡２０１０に照射されたレーザ光は、回転多面鏡２０１０の回転に伴い、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２０２０により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡２０１６を経て感光体２０００に照射される。感光体２０００は、帯電器２００２により予め帯電されており、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、感光体２０００に形成された静電潜像は、現像器２００４により現像され、現像された可視像は転写帯電器２００６により、転写紙に転写される。可視像が転写された転写紙は、定着器２００８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。
なお、本面発光レーザアレイ光源は、他の光学機器や医療機器にも用いることが可能である。
１００ ｎ側電極
１０２ オフ基板
１０４ 下部反射ミラー
１０６ 活性層
１０８ 電流狭窄部（酸化領域）
１１０ 非酸化領域
１１２ 上部反射ミラー
１２０ 表面レリーフ構造
１２２ 光出射領域
１２４ メサ構造の中心軸
１２６ 高反射率領域
１２８ 低反射率領域
図１６に示すように、第一のレジストパターン２２４は、第一の誘電体膜２２２上に中心軸が異なる大きな環状パターン（第１のパターン２２６）と小さな円形パターン（第２のパターン２２８）が開口するように形成されている。この第１のパターン２２６はメサ構造を形成するためのパターンとなり、第２のパターン２２８は表面レリーフ構造を形成するためのパターンとなる。

Claims (10)

  1. メサ構造を有する面発光レーザであって、
    オフ基板と、
    前記オフ基板の上に形成された下部反射ミラーと、
    前記下部反射ミラーの上に形成された活性層と、
    前記活性層の上に形成され、酸化領域と非酸化領域とからなる電流狭窄構造と、
    前記電流狭窄層の上に形成された上部反射ミラーと、
    前記上部反射ミラーの光出射領域に形成され、低反射率領域と高反射率領域とを有する段差構造からなる表面レリーフ構造と、を有し、
    前記表面レリーフ構造の高反射率領域の中心軸と、前記メサ構造の中心軸が一致しておらず、
    前記表面レリーフ構造の高反射率領域の中心軸と、前記メサ構造の中心軸が一致しているときよりも、発振閾値電流の値が低いことを特徴とする面発光レーザ。
  2. 前記表面レリーフ構造の高反射率領域の中心は、前記オフ基板の傾きの方向に対応して設けら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. 前記表面レリーフ構造の高反射率領域の中心が、中心角９０度、半径ｒの扇型領域内に属し、前記扇型領域の円弧は、前記メサ構造の中心から前記オフ基板の傾き方向の面を結んだ軸と交わっており、前記半径ｒは、前記メサ構造の中心から前記非酸化領域の外周部までの距離の１５％以下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。
  4. 前記メサ構造の中心から前記オフ基板の傾き方向の面を結んだ軸は、前記中心角の二等分線となるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザ。
  5. 前記扇型領域の中心角が４５度以下であることを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザ。
  6. 前記表面レリーフ構造の高反射率領域の中心が、前記メサ構造の中心から、前記オフ基板の傾きの方向の面を結んだ軸上に位置することを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
  7. 前記オフ基板は、＜１１１＞Ａ方向に２度から１５度傾いた（１００）面ＧａＡｓオフ基板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。
  8. 前記表面レリーフ構造の高反射率領域の中心が、前記メサ構造の中心から（０１１）面に垂直な軸上に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザ。
  9. 前記表面レリーフ構造の高反射率領域の中心が、前記メサ構造の中心から（０−１−１）面に垂直な軸上に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザ。
  10. 請求項１に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により静電潜像を形成する感光体と、該感光体を帯電する帯電器と、該静電潜像を現像する現像器と、を有することを特徴とする画像形成装置。
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