JP2014093461A - 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりを向上できる面発光レーザ素子を提供する。
【解決手段】 面発光レーザ素子１００は、基板１０１と、該基板１０１上に積層された第１反射鏡１０３と、該第１反射鏡１０３上に積層された活性層１０５と、該活性層１０５上に積層された、複数の半導体層を含む第２反射鏡１０７と、該第２反射鏡１０７上に積層されたコンタクト層１０９とを含む積層体がエッチングされて形成されたメサと、該メサの頂面及び側面に沿って形成された、活性層に電流を供給するための金属配線１１０と、を備えている。そして、第２反射鏡１０７の複数の半導体層のうちのコンタクト層１０９の直下に位置する一の半導体層は、複数の半導体層のうちの一の半導体層以外の半導体層よりもエッチング選択比が小さい。
【選択図】図３

Description

本発明は、面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、基板に垂直な方向にレーザ光を射出する面発光レーザ素子、アレイ状に配列された複数の前記面発光レーザ素子を含む面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ素子又は前記面発光レーザアレイを備える光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

従来、垂直共振器型の面発光レーザ素子を製造する際に、基板上に活性層を含む複数の半導体層が積層されて成る積層体をエッチングすることによって、側面が基板に垂直なメサを形成し、活性層に電流を供給するための金属製の電極配線を金属蒸着法によってメサに形成していた。

ここで、メサに沿って金属配線を形成すると、特に、メサ頂部のコーナー（メサ頂面とメサ側面との接続部）で断線が発生するおそれがあった。

そこで、メサの周囲に例えばポリイミドなどの絶縁材料を塗布して、メサと周囲とを平坦化した後、金属配線を蒸着する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、金属配線と絶縁材料との密着性が悪く、金属配線の剥離が頻発し、歩留りが低下していた。

本発明は、基板に垂直な方向にレーザ光を射出する面発光レーザ素子であって、前記基板と、該基板上に積層された第１反射鏡と、該第１反射鏡上に積層された活性層と、該活性層上に積層された、複数の半導体層を含む第２反射鏡と、該第２反射鏡上に積層されたコンタクト層とを含む積層体がエッチングされて形成されたメサと、前記メサの頂面及び側面に沿って形成された、前記活性層に電流を供給するための配線部材と、を備え、前記複数の半導体層のうちの前記コンタクト層の直下に位置する一の半導体層、及び前記コンタクト層の少なくとも一方は、前記複数の半導体層のうちの前記一の半導体層以外の半導体層よりもエッチング選択比が小さいことを特徴とする面発光レーザ素子である。

これによれば、歩留まりを向上できる。

本発明の第１実施形態のレーザプリンタの概略構成を示す図である。 図１における光走査装置を説明するための図である。 図２における光源装置が有する面発光レーザ素子を説明するための図である。 第２実施形態の面発光レーザ素子を説明するための図である。 第３実施形態の面発光レーザアレイを説明するための図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 第３実施形態の面発光レーザアレイの複数の発光部の配列状態を説明するための図である。 カラープリンタの概略構成を説明するための図である。

《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態を、図１〜図３を用いて説明する。図１には、第１実施形態に係るレーザプリンタ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、帯電チャージャ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。なお、これらは、プリンタ筐体１０４４の中の所定位置に収容されている。

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。

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、図１における矢印方向に回転するようになっている。

帯電チャージャ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、帯電チャージャ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。

帯電チャージャ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、帯電チャージャ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レーザ光により走査し、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潜像（以下では、便宜上「トナー像」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の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙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上に順次スタックされる。

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、再度帯電チャージャ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、光源装置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。そして、これらは、ハウジング３０の中の所定位置に組み付けられている。

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。そして、図２に示されるようなＸＹＺ３次元直交座標系を用いて説明する。この場合、Ｘ軸方向が主走査対向方向であり、Ｙ軸方向が副走査対応方向である。

光源装置１４は、レーザ光をＺ軸方向に射出する。光源装置１４については、後に詳述する。

カップリングレンズ１５は、光源装置１４からのレーザ光を略平行光とする。

開口板１６は、開口部を有し、カップリングレンズ１５を介したレーザ光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レーザ光を、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。

光源装置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。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ１５と開口板１６とシリンドリカルレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されている。

ポリゴンミラー１３は、一例として内接円の半径が１８ｍｍの６面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１３は、副走査対応方向に平行な軸の周りを等速回転しながら、反射ミラー１８からのレーザ光を偏向する。

偏向器側走査レンズ１１ａは、ポリゴンミラー１３で偏向されたレーザ光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を介したレーザ光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を介したレーザ光が、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。すなわち、感光体ドラム１０３０上を走査する。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。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂとから構成されている。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。

光源装置１４は、一例として、図３に示されるように、メサ構造を有する発光部１００ａを含む面発光レーザ素子１００、該面発光レーザ素子１００が実装されるパッケージ（不図示）などを有している。

各面発光レーザ素子１００は、一例として、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、第１反射鏡１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、第２反射鏡１０７、コンタクト層１０９、金属配線１１０（ｐ側電極）、保護層１１１、ｎ側電極１１２などを有している。

基板１０１は、例えばｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。

バッファ層１０２は、例えばｎ−ＧａＡｓからなる層であり、基板１０１の＋Ｚ側に積層されている。

第１反射鏡１０３は、一例として、Ｚ軸方向に交互に積層された低屈折率層及び高屈折率層を含む半導体多層膜反射鏡であり、バッファ層１０２の＋Ｚ側に積層されている。詳述すると、第１反射鏡１０３は、発振波長をλとしたとき、光学的厚さがλ／４となる膜厚のｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層と、光学的厚さがλ／４となる膜厚のｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアがｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓから始まり、４０．５ペア積層されている。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。

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。なお、上記各屈折率層の膜厚はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んでいる。

下部スペーサ層１０４は、例えばノンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなる層であり、第１反射鏡１０３の＋Ｚ側に積層されている。

活性層１０５は、例えばＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる３重量子井戸構造の活性層であり、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層されている。

上部スペーサ層１０６は、例えばノンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなる層であり、活性層１０５の＋Ｚ側に積層されている。

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、その厚さが１波長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。

第２反射鏡１０７は、一例として、Ｚ軸方向に交互に積層された低屈折率層及び高屈折率層のペアを２５ペア含む半導体多層膜反射鏡であり、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層されている。

詳述すると、第２反射鏡１０７では、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアが、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層から始まり、２４．５ペア積層され、該２４．５ペアの＋Ｚ側にＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる高屈折率層１０７ａが積層されている。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。

第２反射鏡１０７には、ｐ−ＡｌＡｓからなる選択酸化層が厚さ３０ｎｍで挿入されている。なお、選択酸化層１０８は、ｐ−ＡｌＡｓ層の＋Ｚ側及び−Ｚ側の少なくとも一方に例えば組成傾斜層、中間層などの層を含んでいても良く、ここでは、実際に酸化される層を併せて選択酸化層１０８と呼ぶ。この選択酸化層の挿入位置は、上部スペーサ層１０６から数えて２つ目の高屈折率層と低屈折率層のペア内である。

コンタクト層１０９は、例えばｐ−ＧａＡｓからなる層であり、第２反射鏡１０７の＋Ｚ側に積層されている。なお、コンタクト層の材料は、ｐ−ＧａＡｓ以外であっても良い。

コンタクト層１０９からは、電極パッド（不図示）に延伸する、ｐ−ＳｉＮからなる光学的に透明な誘電体層である保護層１１１によって絶縁された、ｐ側電極としての金属配線１１０が形成されている。金属配線１１０及び電極パッドは、オーミック材料のＡｕＺｎと配線材としてのＡｕがリフトオフ法により形成される。

次に、面発光レーザ素子１００の製造方法について説明する。なお、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。

（１）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、積層体を作成する。ここでは、ＭＯＣＶＤ法を用いた例を示す。また、ここでは、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、ＡｌＧａＡｓ系のｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）、ＡｌＧａＩｎＰ系のｐ型ドーパントにはジメチルジンク（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。

ここでは、有機金属気層成長法を用いて、基板１０１上にバッファ層１０２、第１反射鏡１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、第２反射鏡１０７及びコンタクト層１０９を、この順に積層して積層体を作成する。

（２）積層体の＋Ｚ側の面上に、例えば一辺が２５μｍの正方形のレジストパターンを形成する。

（３）積層体を、上記レジストパターンをフォトマスクとして、ＩＣＰドライエッチング法を用いてエッチングする。ここでは、エッチングは、第１反射鏡１０３に達するまで行われる。この場合、エッチング底面は、第１反射鏡１０３の＋Ｚ側の面となる。結果として、後に詳述するように、ＸＹ断面が＋Ｚ側ほど小さくなる四角錐台形状のメサが形成される（図３参照）。

この場合、メサの＋Ｘ側の側面、−Ｘ側の側面、＋Ｙ側の側面及び−Ｙ側の側面それぞれを含む仮想平面と、メサの＋Ｚ側の面（頂面）を含む仮想平面との成す角は、鈍角である。すなわち、鋭角及び直角のいずれでもない。

そして、メサの＋Ｚ側の面と、＋Ｘ側、−Ｘ側、＋Ｙ側及び−Ｙ側の各側面との接続部であるコーナーは、図３の部分拡大図から分かるように、曲率が小さい曲面、より詳細には、互いに鈍角を成す微小な複数の平面で構成されている。以下では、便宜上、メサの＋Ｚ側の面と、＋Ｘ側、−Ｘ側、＋Ｙ側及び−Ｙ側の各側面との接続部であるコーナーを、メサ頂部のコーナーと総称する。

（４）レジストパターンを除去する。

（５）メサが形成された積層体を酸化対象物として、酸化処理を行う。ここでは、メサの外周部から選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）が選択的に酸化される。そして、メサの中央部に、酸化領域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。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、酸化狭窄構造体が形成される。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。

（６）酸化処理が完了した積層体に対して、スクライブラインを形成するために、メサの周囲のみを露出させるようにリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、ＩＣＰドライエッチング法を用いてメサを分離するための分離溝を形成し、該レジストパターンを除去する。

（７）積層体を加熱チャンバーに入れ、窒素雰囲気中に３８０〜４００℃の温度で３分間放置する。これにより、大気中で表面に付着した酸素や水、もしくは加熱処理用のチャンバー内の微量な酸素や水による自然酸化膜が、窒素雰囲気中での加熱処理により安定した不動態皮膜になる。

（８）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮ、ＳｉＯＮあるいはＳｉＯ_２からなる保護層１１１を形成する。

（９）メサ頂部にｐ側電極コンタクトの窓開けを行う。すなわち、コンタクトホールを形成する。ここでは、メサ頂部上にレジストを均一に塗布し、該レジストの周辺部上にフォトマスクを形成した後、露光して該レジストの中央部のみを除去する。次いで、メサ頂部の中央の保護層１１１を、ＢＨＦをエッチャントに用いてウエットエッチングし、開口（コンタクトホール）を形成する。また、このとき同時に、（６）の工程で形成した分離溝の底面に形成された、スクライブする領域の保護層１１１も除去する。

（１０）メサ頂部の光射出口となる領域に一辺が１０μｍの正方形状のレジストパターンと、電極パッドとコンタクト層１０９とを電気的に接続する金属配線１１０を形成するためのレジストパターンを形成し、配線材料の蒸着を行い、ｐ側電極としての金属配線１１０を形成する。ここでは、金属配線１１０の配線材料としてはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜が用いられる。

この際、金属配線１１０は、メサの＋Ｚ側の面（頂面）、メサの＋Ｘ側の側面、及び該側面に連続する、メサの周囲部の＋Ｚ側の面に沿って形成される（図３参照）。

（１１）リフトオフ法によって、光射出口となる領域上の不要な配線材料をレジストと共に除去する。この結果、メサ頂部に金属配線１１０で囲まれた光射出口が形成される。

（１２）基板１０１の裏側を所定の厚さ（例えば１００μｍなど）まで研磨した後、ｎ側電極１１２を形成する。ここでは、ｎ側電極１１２はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。

（１３）アニールによって、ｐ側電極（金属配線１１０）とｎ側電極１１２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。

（１４）スクライブ・ブレーキングにより、素子毎に分割する。

（１５）そして、種々の後工程を経て、面発光レーザ素子１００となる。

ここで、上述の如く、第２反射鏡１０７の最も＋Ｚ側の高屈折率層１０７ａ、すなわち第２反射鏡１０７の複数の屈折率層のうち、コンタクト層１０９の直下に位置する屈折率層は、Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる層である。

このようなＩｎを含む層では、Ｉｎを含まない層（メサ形成時にエッチングされる層である、例えばＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ等からなり、低屈折率層又は高屈折率層に用いられる層）に比べて、エッチング速度が遅いため、すなわちエッチングされ難いため、Ｉｎを含まない層よりも深さ方向（−Ｚ方向）へのエッチングが緩やかになる。以下では、例えばＩｎのようなエッチングされ難い材料を、難エッチング材料とも称する。

すなわち、Ｉｎを含む高屈折率層１０７ａは、第２反射鏡１０７のＩｎを含まない他の屈折率層（高屈折率層及び低屈折率層）よりもエッチング選択比が小さい。ここで、エッチング選択比とは、非エッチング対象物であるレジストのエッチングレート（エッチング速度）に対するエッチング対象物のエッチングレート（エッチング速度）の比率を意味する。

この場合、深さ方向へのエッチングが緩やかになるため、メサ側壁を保護する側壁保護作用が十分に働き（側壁保護作用が相対的に大きくなり）、メサ頂部のコーナーが、曲率が小さい曲面となり、メサ側面の勾配（ＸＹ平面に対する傾斜角）が緩やかになる。

この結果、電極形成時（配線蒸着時）に、メサ頂部のコーナーに十分な厚さで成膜できるため、配線の断線を防止でき、かつ配線抵抗の増加を防止できる。

一方、仮に第２反射鏡１０７の最も＋Ｚ側の高屈折率層を、難エッチング材料を含まない層とした場合、ドライエッチング時にメサ頂部が容易にエッチングされるため側壁保護作用が追いつかず、メサ側面が基板１０１（ＸＹ平面）に略垂直に形成される。すなわち、メサ頂部のコーナーが略直角に形成される。この結果、配線蒸着時にメサ頂部のコーナーに成膜され難くなり、配線の断線が発生し、かつ配線抵抗が増加してしまう。

上述した製造方法により、面発光レーザ素子１００を１０００個製造し、各面発光レーザ素子１００の出力特性を測定したところ、全ての面発光レーザ素子１００に配線断線が発生していないことが確認された。また、ワイヤーボンディング時に、保護層１１１上及び電極パッド上に形成された金属配線１１０の剥離は発生しなかった。

一方、従来の面発光レーザ素子を１０００個製造し、各面発光レーザ素子の出力特性を測定したところ、２０個の面発光レーザ素子で配線断線が発生していることが確認された。

また、メサの周囲にポリイミドを成膜し、メサと周囲とを平坦化した面発光レーザ素子を製造したところ、ワイヤーボンディング時に、多くの配線剥離が発生した。

以上説明した本実施形態の面発光レーザ素子１００は、基板１０１と、該基板１０１上に積層された第１反射鏡１０３と、該第１反射鏡１０３上に積層された活性層１０５と、該活性層１０５上に積層された、複数の半導体層を含む第２反射鏡１０７と、該第２反射鏡１０７上に積層されたコンタクト層１０９とを含む積層体がエッチングされて形成されたメサと、該メサの頂面及び側面に沿って形成された、活性層に電流を供給するための金属配線１１０と、を備えている。そして、第２反射鏡１０７の複数の半導体層のうちのコンタクト層１０９の直下に位置する一の半導体層（例えばＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる高屈折率層１０７ａ）は、複数の半導体層のうちの一の半導体層以外の半導体層（例えばＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層及びＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層）よりもエッチング選択比が小さい。

この場合、第２反射鏡１０７の複数の半導体層のうち、一の半導体層は、該一の半導体層以外の半導体層に比べてエッチングされ難いため、積層体がエッチングされるとき、一の半導体層のエッチングは、緩やかに進行する。

この結果、メサの頂面を含む仮想平面と、メサの側面を含む仮想平面との成す角は、鈍角になり、メサ頂部のコーナー（メサ頂面とメサ側面との接続部）は、曲率が小さい曲面となる。

この場合、金属配線１１０を、メサ頂面、コーナー及びメサ側面に沿って十分な厚さで均一に成膜できるため、配線の断線及び配線剥離を防止でき、歩留りを向上できる。また、配線抵抗の増加も抑制できる。

結果として、第１実施形態では、低消費電力の面発光レーザ素子１００を低価格で提供できる。

また、第２反射鏡１０７の複数の半導体層のうちのコンタクト層１０９の直下に位置する一の半導体層（高屈折率層）は、ＧａＩｎＰ系の化合物からなる。

この場合、一の半導体層と、他の半導体層を格子整合させることができ、結晶内のバンド構造の変化を抑制でき、熱力学的に安定化することができる。

また、光走査装置１０１０は、面発光レーザ素子１００を備えているため、安価で低消費電力な光走査装置を提供することができる。

また、レーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０を備えているため、安価で低消費電力な画像形成装置を提供することができる。

以下に、他の実施形態を説明するが、以下の実施形態では、主に上記第１実施形態と異なる点を説明し、上記第１実施形態と同様の構成を有する部材には、同一の符号を付して、その説明を省略する。

《第２実施形態》
第２実施形態は、図４に示されるように、面発光レーザ素子の構成が、上記第１実施形態と異なる。第２実施形態の面発光レーザ素子２００では、下部スペーサ層１０４及び上部スペーサ層１０６を、一例として（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層としている。また、発光部２００ａ（メサ）の底面（エッチング底面）を、上部スペーサ層１０６内に位置させている。すなわち、メサ形成の際に、積層体を上部スペーサ層１０６の内部に達するまでエッチングしている。

すなわち、面発光レーザ素子２００では、下部スペーサ層１０４及び上部スペーサ層１０６は、第２反射鏡１０７の複数の半導体層のうちの一の半導体層（例えばＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる高屈折率層１０７ａ）以外の半導体層（例えばＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層及びＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層））よりもエッチング選択比が小さい。

この場合、メサ形成時のエッチングの際に、メサ底部がエッチングされ難くなり、エッチングが緩やかに進行するため、結果として、メサの各側面を含む仮想平面と、該側面に連続する、メサの周囲部の＋Ｚ側の面を含む仮想平面との成す角が鈍角となる。そして、メサ底部のコーナー、すなわちメサの側面と該側面に連続する、メサの周囲部の＋Ｚ側の面との接続部は、図４の部分拡大図から分かるように、曲率が小さい曲面、より詳細には、互いに鈍角を成す微小な複数の平面で構成されている。

以上説明した第２実施形態の面発光レーザ素子２００では、上記第１実施形態と同様のメサ頂部のコーナーでの配線断線防止効果に加えて、メサ底部のコーナーを曲率が小さい曲面とすることで、メサ底部での成膜を十分な厚さで行うことができ、該底部での配線断線及び配線抵抗の増加を防止できる。すなわち、上記第１実施形態よりも歩留りの向上及び低消費電力化を図ることができる。

結果として、第２実施形態では、上記第１実施形態の面発光レーザ素子１００よりも低消費電力の面発光レーザ素子２００を、より低価格で提供できる。

また、第２実施形態では、光源装置は、面発光レーザ素子２００を有しているため、より低消費電力な光走査装置及びレーザプリンタをより低価格で提供できる。

また、面発光レーザ素子２００を１０００個製造し、各面発光レーザ素子２００の出力特性を測定したところ、配線断線がないことが確認された。また、面発光レーザ素子２００では、上記第１実施形態の面発光レーザ素子１００と比較して、配線抵抗が約３０％小さかった。また、ワイヤーボンディング時に、保護層１１１上及び電極パッド上に形成された金属配線１１０の剥離は発生しなかった。

なお、上記第２実施形態では、メサの底面（エッチング底面）は、上部スペーサ層１０６内に位置しているが、これに限らず、要は、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側の面と下部スペーサ層１０４の−Ｚ側の面との間、すなわち上部スペーサ層１０６内、活性層１０５内又は下部スペーサ層１０４内に位置していることが望ましい。

これは、メサ頂部の場合と同様に、難エッチング材料を含む層の側面の勾配を緩やかにすることができるからであり、エッチング底面が下部スペーサ層１０４よりも−Ｚ側に位置すると、発光部の底部のコーナーの曲率が難エッチング物を含まない層の場合と同様に大きくなり、上部スペーサ層１０６及び下部スペーサ層１０４に難エッチング材料を用いた効果が十分に得られなくなるからである。

なお、上述したように、エッチング底面は、活性層１０５内に位置していても良い。これは、活性層１０５の膜厚は極僅かであり、上部スペーサ層１０６に難エッチング材料を用いた効果が十分に得られるためである。

また、上記第２実施形態では、上部スペーサ層１０６及び下部スペーサ層１０４のいずれにも、難エッチング材料であるＩｎが含まれているが、＋Ｚ側の面がエッチング底面よりも＋Ｚ側に位置する上部スペーサ層１０６に難エッチング物が含まれていれば良く、＋Ｚ側の面がエッチング底面よりも−Ｚ側に位置する下部スペーサ層１０４には、難エッチング物が含まれていなくても良い。すなわち、発光部の底部のコーナーの曲率を小さくすることに寄与するスペーサ層にのみ、難エッチング材料が含まれていれば良い。

また、上記第２実施形態では、上部スペーサ層１０６及び下部スペーサ層１０４の材料として、Ａｌを含む（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを用いているが、例えばＡｌを含まないＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを用いても良い。この場合、Ａｌを含まない材料を使用することで、Ａｌの酸化物に起因する結晶品質の低下を防ぐことができ、ひいては素子の長寿命化を図ることができる。

なお、上部スペーサ層１０６及び下部スペーサ層１０４の材料として、例えばＡｌを含まないＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを用いた面発光レーザ素子を１０００個製造したところ、上記第２実施形態の面発光レーザ素子２００と同様の効果が得られ、かつ面発光レーザ素子２００よりも寿命が伸びた。

《第３実施形態》
第３実施形態は、図５に示されるように、光源装置の構成が上記第１及び第２実施形態と異なる。第３実施形態の光源装置は、面発光レーザアレイ３００、該面発光レーザアレイ３００が実装されるパッケージなどを有している。

面発光レーザアレイ３００は、ＸＹ平面に沿って２次元配列（アレイ状に配列）された複数（例えば１６個）の面発光レーザ素子１００と、該複数の面発光レーザ素子１００の周囲に配置された複数（例えば１６個）の電極パッド１１５とを含む。

複数の電極パッド１１５は、複数の面発光レーザ素子１００に対応し、対応する複数の面発光レーザ素子１００の発光部１００ａと、複数の金属配線を介して電気的に接続されている。なお、図５におけるＭ方向は主走査対応方向であり、Ｓ方向は副走査対応方向である。

すなわち、面発光レーザアレイ３００は、図５のＡ−Ａ断面図である図６に示されるように、複数の面発光レーザ素子１００が集積された構造を有している。

複数（例えば１６個）の面発光レーザ素子１００の発光部１００ａは、図７に示されるように、すべての発光部１００ａをＳ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ｃ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。また、図７におけるＭ方向は主走査対応方向であり、Ｓ方向は副走査対応方向である。また、発光部の数は１６個に限定されるものではない。

ここでは、一例として、間隔ｃは６μｍ、Ｓ方向の発光部間隔ｄは２４μｍ、Ｍ方向の発光部間隔Ｘは３０μｍに設定されている。

この場合に、面発光レーザアレイ３００では、各発光部１００ａ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ｃ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ｃが６μｍ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、２４００ｄｐｉ（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ｄを狭くして間隔ｃ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。

また、この場合には、レーザプリンタ１０００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。

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。

面発光レーザアレイ３００は、前述した面発光レーザ素子１００の製造方法と同様の製造方法で製造することができる。すなわち、面発光レーザ素子１００の製造方法において、レジストパターンをアレイ用に変更することで、面発光レーザアレイ３００を製造可能である。

そこで、前述した面発光レーザ素子１００と同様の製造方法で面発光レーザアレイ３００を１０００個製造し、各面発光レーザアレイ３００の出力特性を測定したところ、全ての面発光レーザ素子１００で配線断線が発生しなかった。また、ワイヤーボンディング時に、保護層１１１上及び電極パッド１１５上に形成された金属配線の剥離は発生しなかった。

一方、従来の面発光レーザアレイを１０００個製造したところ、３０個のチップで少なくとも１箇所以上の配線断線が発生した。

以上説明した第３実施形態の面発光レーザアレイ３００は、複数の面発光レーザ素子１００が集積された構成を有しているため、低消費電力化及び低価格化を図ることができる。

また、第３実施形態では、光源装置は、面発光レーザアレイ３００を有しているため、低消費電力な光走査装置及びレーザプリンタを低価格で提供できる。

なお、上記第３実施形態の面発光レーザアレイ３００では、複数の面発光レーザ素子１００が２次元配列されているが、これに限らず、１次元配列されていても良い。

また、上記第３実施形態の面発光レーザアレイは、面発光レーザ素子１００に代えて、上記第２実施形態の面発光レーザ素子２００を有していても良い。

なお、上記第１〜第３実施形態では、第２反射鏡１０７の最も＋Ｚ側の高屈折率層（コンタクト層１０９の直下の半導体層）を、難エッチング材料を含む層としているが、これに代えて又は加えて、例えばコンタクト層１０９を、難エッチング材料を含む層としても良い。

また、上記第１〜第３実施形態では、第２反射鏡１０７の最も＋Ｚ側の高屈折率層は、第２反射鏡１０７の他の屈折率層と格子整合される層であるＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層とされているが、結晶品質が保てる範囲であれば、第２反射鏡１０７の他の屈折率層と格子整合されない層とされても良い。

すなわち、第２反射鏡１０７の最も＋Ｚ側の高屈折率層は、例えばＩｎのような難エッチング材料を含み、第２反射鏡１０７の他の屈折率層よりもエッチング選択比が小さいものであることが好ましい。

また、上記第１〜第３実施形態では、第２反射鏡１０７の最も＋Ｚ側の高屈折率層は、Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐとされているが、これに限らず、要は、難エッチング材料を含む層であれば良く、例えばＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐと組成が異なるＧａＩｎＰ系の化合物であっても良い。

また、上記第１〜第３実施形態では、上部スペーサ層１０６及び下部スペーサ層１０４に、同じ組成の材料を用いているが、異なる組成の材料を用いても良い。

また、上記第１〜第３実施形態では、発光部（メサ）の形状が四角錐台形状に形成されているが、これに限らず、例えば円錐台形状、楕円錐台形状、四角錐台以外の角錐台形状等のＸＹ断面が＋Ｚ側ほど小さくなる形状に形成されることが好ましい。

また、上記第１〜第３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、上記面発光レーザ素子１００、面発光レーザ素子２００及び面発光レーザアレイ３００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、例えば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、上記第１〜第３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。

また、本発明の画像形成装置は、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。

また、本発明の画像形成装置は、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、本発明の画像形成装置は、一例として図８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、転写ベルト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８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によりレーザ光が照射され、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、転写ベルト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、上記第１、第２又は第３実施形態の光源装置と同様な光源装置を色毎に有している。そこで、上記光走査装置１０１０と同様な効果を得ることができる。また、カラープリンタ２０００は、光走査装置２０１０を備えているため、上記レーザプリンタ１０００と同様な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の各光源装置が前記面発光レーザアレイ３００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変更することで色ずれを低減することができる。

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…光源装置、１００…面発光レーザ素子（第１実施形態）、１０１…基板、１０３…第１反射鏡、１０５…活性層、１０７…第２反射鏡、１０７ａ…Ｉｎを含む高屈折率層（一の半導体層）、１０９…コンタクト層、１１０…金属配線、２００…面発光レーザ素子（第２実施形態）、３００…面発光レーザアレイ（第３実施形態）、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２００８−００４６７０号公報

Claims (10)

1. 基板に垂直な方向にレーザ光を射出する面発光レーザ素子であって、
   前記基板と、該基板上に積層された第１反射鏡と、該第１反射鏡上に積層された活性層と、該活性層上に積層された、複数の半導体層を含む第２反射鏡と、該第２反射鏡上に積層されたコンタクト層とを含む積層体がエッチングされて形成されたメサと、
   前記メサの頂面及び側面に沿って形成された、前記活性層に電流を供給するための配線部材と、を備え、
   前記複数の半導体層のうちの前記コンタクト層の直下に位置する一の半導体層、及び前記コンタクト層の少なくとも一方は、前記複数の半導体層のうちの前記一の半導体層以外の半導体層よりもエッチング選択比が小さいことを特徴とする面発光レーザ素子。
2. 前記一の半導体層及び前記コンタクト層の少なくとも一方は、Ｉｎを含む材料からな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。
3. 前記Ｉｎを含む材料は、ＧａＩｎＰ系の化合物であることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ素子。
4. 前記積層体は、前記第１反射鏡と前記活性層との間に配置された第１スペーサ層と、前記活性層と前記第２反射鏡との間に配置された第２スペーサ層とを含み、
   前記メサの底面は、前記第１スペーサ層内又は前記活性層内に位置し、
   前記第１及び第２スペーサ層の少なくとも一方は、前記複数の半導体層のうちの前記一の半導体層以外の半導体層よりもエッチング選択比が小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
5. 前記第１及び第２スペーサ層の少なくとも一方は、Ｉｎを含む層であることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ素子。
6. 前記Ｉｎを含む層は、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物からなることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ素子。
7. 前記Ｉｎを含む層は、ＧａＩｎＰ系の化合物からなることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ素子。
8. アレイ状に配列された複数の請求項１〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子を含む面発光レーザアレイ。
9. レーザ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１〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項８に記載の面発光レーザアレイを有する光源装置と、
   前記光源装置からのレーザ光を偏向する光偏向器と、
   前記光偏向器で偏向されたレーザ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。
10. 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レーザ光を走査する少なくとも１つの請求項９に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。

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