JP2016021516A - 半導体装置、面発光レーザ、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】 信頼性を向上できる半導体装置を提供すること。
【解決手段】 下部半導体ＤＢＲ及び活性層を含む半導体装置は、アルミニウムとヒ素とを含む化合物半導体層の側面に酸化膜が形成された半導体装置であり、酸化膜は、第１の層と、該第１の層よりも外側に位置し、かつ前記第１の層よりもヒ素含有量が少ない第２の層と、を含み、第１の層の厚さは、前記酸化膜の厚さの２０％以上である。この場合、信頼性を向上できる半導体装置を提供できる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、半導体装置、面発光レーザ、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、アルミニウムとヒ素とを含む化合物半導体層を有する半導体装置、該半導体装置を備える面発光レーザ、該面発光レーザがアレイ状に複数配置された面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ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。

アルミニウムとヒ素とを含むクラッド層（化合物半導体層）を有する半導体レーザが知られている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示されている半導体レーザでは、信頼性を向上できなかった。

本発明は、アルミニウムとヒ素とを含む化合物半導体層の側面に酸化膜が形成された半導体装置において、前記酸化膜は、第１の層と、該第１の層よりも外側に位置し、かつ前記第１の層よりもヒ素含有量が少ない第２の層と、を含み、前記第１の層の厚さは、前記酸化膜の厚さの２０％以上であることを特徴とする半導体装置である。

これによれば、信頼性を向上できる。

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における光源に含まれる面発光レーザアレイを説明するための図である。 図３のＡ−Ａ切断面である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、それぞれ傾斜基板を説明するための図である。 下部半導体ＤＢＲを説明するための図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、それぞれ面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その１）である。 面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その２）である。 面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その３）である。 図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、それぞれ面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その４）である。 図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）は、それぞれ面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その５）である。 上部半導体ＤＢＲのメサ端面のダメージ層除去部分と下部反射鏡の放熱層端面を不動態化したものの位置関係を説明するための図である。 工程（１１）の不動態化処理を採用した面発光レーザアレイにおける、下部半導体ＤＢＲの側部付近の走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）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１４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応じ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、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、ポリゴンミラー１３、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、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、光学ハウジング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。

カップリングレンズ１５は、光源１４から出力された光束を略平行光とする。

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。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。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１４は、一例として図３に示されるように、２１個の発光部が２次元的に配列されて１つの基板上に形成され、各発光部が基板に垂直な方向にレーザ光を射出する面発光レーザアレイ１００を有している。すなわち、面発光レーザアレイ１００は、垂直共振器型の面発光レーザ素子が集積されたものである。この面発光レーザアレイ１００は、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザアレイである。なお、図３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、図３では、便宜上、配線及び電極パッドは図示を省略している。

面発光レーザアレイ１００の２１個の発光部は、すべての発光部をＳ方向に伸びる仮想線上に正射影したときに、隣接する発光部の間隔が等間隔ｃとなるように配置されている。なお、本明細書では、「発光部の間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいうものとする。従って、感光体ドラム１０３０の表面を、同時に２１本の光束で走査することが可能である。

図３のＡ−Ａ切断面が図４に示されている。なお、本明細書では、レーザ発振方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な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。

面発光レーザアレイ１００は、基板１０１、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などを有している。

基板１０１は、表面が鏡面研磨面であり、図５（Ａ）に示されるように、鏡面研磨面の法線方向が、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５（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。

下部半導体ＤＢＲ１０３は、一例として図６に示されるように、第１の下部半導体ＤＢＲ１０３_１と、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３_２とを有している。

第１の下部半導体ＤＢＲ１０３_１は、不図示のバッファ層を介して基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層１０３ａと、ｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層１０３ｂのペアを３７．５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（図示省略）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、光学的厚さとその層の実際の厚さについては以下の関係がある。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。

第２の下部半導体ＤＢＲ１０３_２は、第１の下部半導体ＤＢＲ１０３_１の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層１０３ａと高屈折率層１０３ｂのペアを３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組成傾斜層（図示省略）が設けられている。そして、低屈折率層１０３ａは、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、３λ／４の光学的厚さとなるように設定され、高屈折率層１０３ｂは、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。この第２の下部半導体ＤＢＲ１０３_２が、いわゆる「放熱構造体」となる。また、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３_２における低屈折率層１０３ａが、いわゆる「放熱層」となる。

図４に戻り、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_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ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、３層の量子井戸層と４層の障壁層とを有している。各量子井戸層は、Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓからなり、各障壁層は、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる。

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_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ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、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。

また、活性層１０５で発生した熱は、主として下部半導体ＤＢＲ１０３を介して基板１０１に放熱されるようになっている。基板１０１は、その裏面が導電性接着剤等を用いてパッケージに装着されており、熱は基板１０１からパッケージに放熱される。

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_０．９Ｇａ_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を２４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における共振器構造体から光学的にλ／４離れた位置に、ｐ−ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１０８が設けられている。なお、図４では、便宜上、被選択酸化層１０８は、上部半導体ＤＢＲ１０７と共振器構造体との間に図示されている。

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、面発光レーザアレイ１００の製造方法について説明する。
（１）上記積層体を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作成する（図７（Ａ）参照）。

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）を用い、Ｖ族の原料には、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。

（２）積層体の表面に、複数の発光部に対応した複数のメサ構造体（以下では、便宜上「メサ」と略述する）を形成するためのレジストパターンを設ける。ここでは、一例として、メサとなる部分には一辺が２０μｍの正方形状のレジストパターンが設けられる。

また、隣接するメサの間隔は、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。

（３）Ｃｌ_２ガスを用いるＩＣＰエッチング法で、レジストパターンをフォトマスクとしてメサを形成する。ここでは、エッチングの底面は下部スペーサ層１０４の上面に位置するようにした。なお、エッチングの底面が第２の下部半導体ＤＢＲ１０３_２に達すると、その後の酸化工程でＡｌ組成の多い放熱層が酸化されることとなる。そこで、それを避けるため、エッチングの底面は、被選択酸化層１０８より深く、放熱層に至らない範囲で止めることが必要である。なお、下部スペーサ層１０４としてＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いると、エッチングの底面の制御性を向上させることができる。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。
（４）フォトマスクを除去する（図７（Ｂ）参照）。
（５）積層体を水蒸気中で熱処理する。ここでは、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の酸化層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７（Ｃ）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）を適切に選択している。

このとき、一例として図８に示されるように、メサの側面に露出している上部半導体ＤＢＲ１０７の低屈折率層も、Ａｌを多く含んでいるため、露出部から酸化されその長さ（深さ）は数十ｎｍとなる。この酸化された部分１５１は、ダメージ層とも呼ばれ、大きな応力をメサに与え、レーザ寿命に影響を与える。なお、該酸化された部分の長さは上部半導体ＤＢＲの低屈折率層のＡｌ組成比率に依存する。

（６）メサの側面をＢＨＦ（バッファード・フッ酸）で、約１０秒〜１５秒間エッチングする。これにより、一例として図９に示されるように、ダメージ層が除去される。すなわち、酸化狭窄構造体が形成されたメサの側面の不要な酸化物を除去する。これにより、酸化による応力が緩和される。

ところで、ダメージ層の除去は適切なエッチング時間で行わなければならず、エッチングの適切な時間は上部半導体ＤＢＲの低屈折率層のＡｌ組成比率に依存する。仮にエッチング時間が適切な時間よりも長すぎると、上部半導体ＤＢＲ層にダメージを与え、ＤＢＲ層に亀裂が入ったり折れたりするおそれがある。そこで、適切なエッチング時間が明確でないときは、ダメージ層を除去する工程は省略しても良い。

（７）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。
（８）上述した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。
（９）エッチングマスクを除去する（図１０（Ａ）参照）。ここでは、基板１０１に達する溝１５２が形成されている。これにより、下部半導体ＤＢＲ１０３が露出することとなる。
（１０）積層体を、５％アンモニア水に４０秒間浸漬させる。
（１１）不動態化処理を行う。以下に、不動態化処理の一例を説明する。積層体を加熱処理用のチャンバー内に入れ、窒素（Ｎ_２）と酸素（Ｏ_２）と高温水蒸気をそれぞれ７ＳＬＭ、１．５ＳＬＭ、１００ｇ／ｈｒで同時に含む雰囲気中で３５０℃〜４００℃の温度で１５分間保持する。（図１０（Ｂ）参照）
この場合、露出している下部半導体ＤＢＲ１０３の側面からの酸化が進むことなく、最表面がきわめて薄く、かつ安定した酸化膜（不動態膜）１５３によって覆われることとなる。

なお、図１０（Ｂ）は、溝が形成された部分を拡大した図である。ここで生成される酸化膜（不動態膜）は、従来の酸化処理で生成される酸化膜よりも非常に薄い酸化膜であり、下部半導体ＤＢＲ１０３との密着性に優れている。また、ここで生成される酸化膜（不動態膜）は、従来の不動態化条件で得られる膜よりも非常に緻密な酸化膜であり、下部半導体ＤＢＲ１０３内部への酸素の侵入を阻止していると考えられる。

上述した不動態化処理直後の状態で、温度８５℃、湿度８５％の環境下で５００ｈｒの高温高湿試験を、５７４個の積層体について行ったところ、腐食が発生した積層体は０個だった。

ここで、比較例として、積層体を加熱処理用のチャンバー内に入れ、窒素雰囲気中で３５０℃〜４００℃の温度に３分間保持する。ここでは、大気中で積層体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、窒素雰囲気中で加熱処理されて得られた酸化膜（不動態膜）が形成された積層体４９個について、この不動態化直後の状態で温度８５℃、湿度８５％の環境下での高温高湿試験を行ったところ、開始６０ｈｒで全ての積層体に腐食が発生した。

（１２）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１０（Ｃ）参照）。このとき、一例として図１０（Ｄ）に示されるように、酸化膜（不動態膜）１５３もパッシベーション膜１１１で覆われることとなる。なお、図１０（Ｄ）は、溝が形成された部分を拡大した図である。
（１３）溝１５２のスクライブラインとメサ上部のコンタクトホール１５４を形成する（図１１（Ａ）参照）。このときの、上部半導体ＤＢＲ１０７のメサ端面のダメージ層除去部分と、下部半導体ＤＢＲ１０３の放熱層の端面を不導態化したものの位置関係が図１２に示されている。
（１４）メサ上部の光出射部となる領域に一辺が１０μｍの正方形状のレジストパターンを形成し、ｐ側の電極材料の蒸着を行なう。ｐ側の電極材料としてはＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる多層膜、もしくはＡｕＺｎ／Ｔｉ／Ａｕからなる多層膜が用いられる。このとき、電極パッド及び配線部材の蒸着を同時に行っても良い。
（１５）光出射部の電極材料をリフトオフし、ｐ側の電極１１３を形成する（図１１（Ｂ）参照）。ここでは、予め電極以外の部分をフォトレジストによりマスクしておき、電極材料を蒸着後、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することで電極を形成している。
（１６）基板１０１の裏側を所定の厚さ（例えば１００μｍ〜３００μｍ程度）まで研磨した後、ｎ側の電極１１４を形成する（図１１（Ｃ）参照）。ここでは、ｎ側の電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。
（１７）アニールによって、ｐ側の電極１１３とｎ側の電極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。
（１８）溝１５２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（図１１（Ｄ）参照）。これにより、面発光レーザアレイ１００が完成する。

以上の説明から明らかなように、上記面発光レーザアレイ１００の製造方法において、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アレイ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、下部半導体ＤＢＲ１０３の側面には、安定した酸化膜（不動態膜）が形成されている。また、不動態膜は、誘電体であるＳｉＮ、ＳｉＯＮ及びＳｉＯ_２のいずれかからなるパッシベーション膜１１１で被覆されている。この場合、信頼性を従来よりも向上させることができる。

ところで、面発光レーザは、湿度（水分）の影響を受け易い。本願の発明者らは、種々の実験等を行い、Ａｌの含有量が多く、層の厚さが他の層よりも厚い放熱層が、特に水分に弱い部分であることが分かっている。上述した不動態化処理により、仮にパッシベーション膜にピンホールが存在していても、不動態膜だけで放熱層に水分が侵入するのを防止できる。これにより、高温高湿に対する耐性が向上し、寿命を従来よりも延ばすことが可能となる。

また、本実施形態では、放熱層が下部半導体ＤＢＲの一部を構成している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。例えば、Ａｌの含有量の多い放熱層が、スペーサ層に含まれている場合や、共振器構造体に隣接して設けられている場合であっても、上述した不動態化処理の工程（１１）を適用することができる。

本実施形態の不動態化処理を行った下部半導体ＤＢＲの構成について詳細に説明する。なお、ここでは、一例として、下部半導体ＤＢＲの低屈折率層に、放熱層としても機能する、光学的厚さが３λ／４のＡｌＡｓ層を用いた場合について説明する。

図１３には、不動態化処理として上記工程（１１）を行ったときの、下部半導体ＤＢＲの側部付近を走査型電子顕微鏡で観察した像（ＳＥＭ像）が示されている。図１３における左側に下部半導体ＤＢＲの側部が示されている。ここでは、誘電体からなるパッシベーション膜は成膜されていない。図１３における下部半導体ＤＢＲの側部の右側に放熱層（ＡｌＡｓ層）を含む下部半導体ＤＢＲの内部が示されている。

図１３から分かるように、下部半導体ＤＢＲの放熱層（ＡｌＡｓ層）の外側（図１３における左側）に、不動態化処理により下部半導体ＤＢＲの側面（側部の表面）に沿って形成された構造物（酸化膜）があり、この構造物、すなわち不動態膜は、図１３におけるコントラストから、内側の第１の層と該第１の層に隣接する外側の第２の層の２層構造となっていることがわかる。第１及び第２の層の厚さの合計、すなわち不動態化処理における酸化距離（アルミ酸化物を主とする層の厚さ）は、４００ｎｍ〜４５０ｎｍであった。

また、第１の層は、第２の層よりもヒ素含有量が多いことがわかっている。アルミニウムとヒ素を含む酸化物は、ヒ素含有量が多いほど緻密さが増し、酸化の進行を防ぐ機能に優れる。すなわち、第１の層は、第２の層よりも酸化の進行を防ぐ機能（以下では、酸化防止機能とも称する）に優れている。

このため、不動態膜は、全膜厚（第１及び第２の層の厚さの合計）に対する第１の層の厚さの割合が大きいほど酸化防止機能に優れる。

そこで、本実施形態では、不動態膜において、全膜厚に対する第１の層の厚さの割合を２０％以上に設定している。すなわち、第１の層の厚さを８０ｎｍ以上に設定している。

換言すると、本実施形態では、全膜厚に対する第１の層の厚さの割合が２０％以上になるような（第１の層の厚さが８０ｎｍ以上になるような）条件、すなわち工程（１１）の冒頭の説明で挙げた条件で、不動態化処理を行っている。

結果として、必要十分な酸化防止機能を確保でき、信頼性を向上できる。

また、第１の層のアルミニウム含有量は、第２の層のアルミニウム含有量よりも少ないことがわかっている。

本実施形態では、不動態化処理の工程（１１）を採用することにより、下部半導体ＤＢＲの側面に、温度８５℃、湿度８５％の雰囲気下で形成される酸化物より安定な酸化膜が形成されるため、高い信頼性を有する面発光レーザ素子となる。

以上説明したように、本実施形態に係る下部半導体ＤＢＲ１０３及び活性層１０５を含む半導体装置（面発光レーザアレイ１００の一部）は、第１の観点からすると、ＡｌＡｓ層（アルミニウムとヒ素とを含む化合物半導体層）の側面に酸化膜（不動態膜）が形成された半導体装置であり、酸化膜は、第１の層と、該第１の層よりも外側に位置し、かつ前記第１の層よりもヒ素含有量が少ない第２の層と、を含み、第１の層の厚さは、酸化膜の厚さの２０％以上である。

また、本実施形態に係る下部半導体ＤＢＲ１０３及び活性層１０５を含む半導体装置（面発光レーザアレイ１００の一部）は、第２の観点からすると、ＡｌＡｓ層（アルミニウムとヒ素とを含む化合物半導体層）の側面に酸化膜（不動態膜）が形成された半導体装置であり、酸化膜は、第１の層と、該第１の層よりも外側に位置し、かつ前記第１の層よりもヒ素含有量が少ない第２の層と、を含み、第１の層の厚さは、８０ｎｍ以上である。

本実施形態の半導体装置によれば、酸化膜（不動態膜）により下部半導体ＤＢＲの酸化防止機能を向上でき、ひいては信頼性を向上できる。

この結果、下部半導体ＤＢＲの酸化防止機能に関するパッシベーション膜への依存度を極力低くすることができる。そこで、仮にパッシベーション膜にピンホールが存在していても、下部半導体ＤＢＲの放熱層（ＡｌＡｓ層）が腐食するのを確実に防止できる。

なお、（１１）の不動態化工程で、積層体を加熱処理用のチャンバー内に入れ、窒素（Ｎ_２）と酸素（Ｏ_２）と高温水蒸気をそれぞれ７ＳＬＭ、１．５ＳＬＭ、１００ｇ／ｈｒで同時に含む雰囲気中で３５０℃〜４００℃の温度で１５分間保持としたが、酸素の流量が０．７ＳＬＭ、および３．０ＳＬＭでも不動態化工程を行った。それぞれの条件で作製したサンプルで、不動態化直後の状態で温度８５℃、湿度８５％の環境下で４９個の積層体について５００ｈｒの高温高湿試験を行ったところ、腐食が発生した積層体はいずれも０個だった。このように本実施形態における、不動態化工程は、従来の不動態化工程に比べて、非常にプロセスマージンが大きいといえる。

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

また、面発光レーザアレイ１００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。

例えば、面発光レーザアレイ１００における前記間隔ｃが１０μｍであり、光学系の倍率が１であれば、２４００ｄｐｉ（ドット／インチ）が実現できる。もちろん、主走査対応方向の発光部数を増加させたり、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、発光部の点灯の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。

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格段に向上するので、書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、上記実施形態では、放熱構造体が、低屈折率層１０３ａと高屈折率層１０３ｂのペアを３ペア有する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。

また、上記実施形態では、各放熱層の光学的厚さが３λ／４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、各放熱層の光学的厚さは、λ／４よりも厚ければ良い。

また、上記実施形態では、放熱層が下部半導体ＤＢＲ中に配置される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、放熱層が、共振器構造体中にあっても良いし、あるいは共振器構造体に隣接して配置されても良い。

また、上記実施形態では、放熱層がＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ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、熱伝導度の高い材料であれば良い。例えば、Ａｌ組成が０．９以上のＡｌ（Ｇａ）Ａｓ系が好ましく、最も熱伝導度の高いＡｌＡｓが最も好ましい。

また、上記実施形態では、不動態化処理として、ＡｌとＡｓとを含む放熱層（化合物半導体層）を不動態化する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、ＡｌとＡｓとを含む他の化合物半導体層でも不動態化により腐食を防止できる効果がある。例えば、光学的厚さがλ/４のＡｌＧａＡｓを用いた半導体ＤＢＲであっても、側面が大気中にさらされると腐食する場合があるため、上記実施形態と同様に不動態化の効果を有する。

ところで、面発光レーザ素子は、通常、半導体ウエハ上に同時に複数個形成されたのち、個々のチップに分割される。そこで、メサ形成時のエッチングを基板に至るまで行なわない場合、半導体ウエハを分離する際に、面発光レーザ素子を構成する半導体層が積層された積層体の側面が、必ずチップ端部に現れる。その現われた側面を不動態化処理によって保護するものである。

また、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。さらに、Ｉｎを含むことで、メサ形成時のエッチングの底面の制御性を向上させることができる。この場合、ＩＩＩ族の原料としては、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族の原料としてはフォスフィン（ＰＨ_３）を用いることができる。

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、面発光レーザアレイ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、上記実施形態では、面発光レーザアレイ１００が２１個の発光部を有する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。また、面発光レーザアレイ１００では、複数（例えば２１個）の発光部が２次元配列されているが、１次元配列されても良い。

また、上記実施形態において、光源１４は、前記面発光レーザアレイ１００に代えて、前述した面発光レーザアレイ１００と同様な製造方法で製造され、１つの面発光レーザ（発光部）を有していても良い。

また、上記実施形態では、下部半導体ＤＢＲ１０３及び活性層１０５を含んで構成される、面発光レーザアレイ１００の一部を半導体装置と称しているが、下部半導体ＤＢＲ及び活性層を含んで構成される、１つの面発光レーザ（発光部）の一部を半導体装置と称しても良い。

また、上記実施形態では、ＡｌとＡｓとを含む化合物半導体層を有する下部半導体ＤＢＲ１０３及び電流により励起される活性層１０５を含むものを半導体装置と称しているが、これに限らず、要は、少なくとも下部半導体ＤＢＲ１０３を含むものを半導体装置と称すれば良い。

また、例えば、半導体装置として、半導体ＤＢＲ及び該半導体ＤＢＲ上に積層された光により励起される活性層を含むレーザ媒体を用いても良い。この場合も、レーザ媒体の半導体ＤＢＲのＡｌとＡｓを含む化合物半導体層の側面に上述した第１及び第２の層を含む不動態膜を形成することで酸化防止機能を向上できる。

なお、上記レーザ媒体を用いる場合には、活性層に光を照射するための励起用光源と、活性層の半導体ＤＢＲとは反対側に配置され、活性層及び半導体ＤＢＲと共に垂直外部共振器型の面発光レーザ（レーザ発振器）を構成する外部反射鏡とが必要になる。

そして、上記レーザ発振器をアレイ状（１次元又は２次元）に複数配置することで、垂直外部共振器型の面発光レーザアレイを構成することもできる。

また、例えば、半導体装置として、端面発光レーザ（レーザダイオード）を用いても良い。この場合、端面発光レーザの例えば活性層を挟む２つのクラッド層の少なくとも一方にＡｌとＡｓを含む化合物半導体層を用い、該化合物半導体層の側面に上述した第１及び第２の層を含む不動態膜を形成することで酸化防止機能を向上できる。

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。

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、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１４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「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「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「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「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１４中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転順にそれぞれ帯電装置、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、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、前記面発光レーザアレイ１００と同様な面発光レーザアレイを含む光源を、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の各光源が面発光レーザアレイを有しているため、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。

また、上記実施形態及び各変形例では、ＡｌＧａＡｓ系の半導体ＤＢＲ、ＡｌＧａＩｎＰ系のスペーサ層、ＧａＩｎＡｓＰ系の活性層の例を示したが、この材料系に限定されるものではない。

また、上記実施形態及び各変形例では、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。材料を適切に選択する事により、例えば６５０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３ｕｍ帯、１．５ｕｍ帯の波長帯の素子を同様に作成することができる。

以上は、ｎ型基板上の素子について説明したものであるが、ｎ型基板上の素子に対して限定されるものではなく、ｐ型基板上の素子に対しても同様のことが言える。ｐ型基板を用いた場合には、上記の説明において、各層の導電型とキャリアの極性を入れ換えれば同様の効果が得られる。また、波長も７８０ｎｍ帯に限定されるものではなく、６５０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ及び１．５μｍ帯など、異なる活性層材料を用いた他の波長帯であっても良い。また、基板もＧａＡｓ以外の基板を用いても良い。

また、上記面発光レーザアレイ１００及び面発光レーザは、画像形成以外の用途（例えばレーザ加工、光通信、レーザ測距等）にも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、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯であっても良い。この場合に、活性層を構成する半導体材料は、発振波長に応じた混晶半導体材料を用いることができる。例えば、６５０ｎｍ帯ではＡｌＧａＩｎＰ系混晶半導体材料、９８０ｎｍ帯ではＩｎＧａＡｓ系混晶半導体材料、１．３μｍ帯及び１．５μｍ帯ではＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）系混晶半導体材料を用いることができる。

１１ａ…偏向器側走査レンズ（光学系の一部）、１１ｂ…像面側走査レンズ（光学系の一部）、１３…ポリゴンミラー（偏向器）、１４…光源、１００…面発光レーザアレイ（光源の一部）、１０３…下部半導体ＤＢＲ（反射鏡、半導体装置の一部）、１０５…活性層（半導体装置の一部）、１０７…上部半導体ＤＢＲ（別の反射鏡）、１５３…不動態膜（酸化膜）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、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）、１０１０、２０１０…光走査装置。

特開平３−１２６２８４号公報

Claims (9)

1. アルミニウムとヒ素とを含む化合物半導体層の側面に酸化膜が形成された半導体装置において、
   前記酸化膜は、第１の層と、該第１の層よりも外側に位置し、かつ前記第１の層よりもヒ素含有量が少ない第２の層と、を含み、
   前記第１の層の厚さは、前記酸化膜の厚さの２０％以上であることを特徴とする半導体装置。
2. アルミニウムとヒ素とを含む化合物半導体層の側面に酸化膜が形成された半導体装置おいて、
   前記酸化膜は、第１の層と、該第１の層よりも外側に位置し、かつ前記第１の層よりもヒ素含有量が少ない第２の層と、を含み、
   前記第１の層の厚さは、８０ｎｍ以上であることを特徴とする半導体装置。
3. 前記化合物半導体層は、ＡｌＡｓからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記酸化膜の表面は、誘電体膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 前記化合物半導体層を含む反射鏡上に活性層が積層されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 請求項５に記載の半導体装置と、
   前記活性層の前記反射鏡とは反対側に配置された別の反射鏡と、を備える面発光レーザ。
7. 請求項６に記載の面発光レーザがアレイ状に複数配置された面発光レーザアレイ。
8. 光により被走査面を走査する光走査装置であって、
   請求項６に記載の面発光レーザ又は請求項７に記載の面発光レーザアレイを含む光源と、
   前記光源からの光を偏向する偏向器と、
   前記偏向器で偏向された光を前記被走査面に導く光学系と、を備える光走査装置。
9. 像担持体と、
   光により前記像担持体の表面を走査する請求項８に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。