JP2017204618A - 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、画像形成装置、画像表示装置、レーザ加工機、レーザアニール装置、点火装置及び面発光レーザ素子の製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性を向上できる面発光レーザ素子を提供すること。【解決手段】 面発光レーザ素子は、基板上に下部半導体ＤＢＲ（第１の反射鏡）と、活性層と、上部半導体ＤＢＲ（第２の反射鏡）とがこの順に積層された積層体に、少なくとも活性層及び第２の反射鏡を含むメサが形成された面発光レーザ素子において、活性層１０５に電流を注入するためのｐ側電極配線１１０がメサ上及びその周辺部上に設けられ、ｐ側電極配線１１０は、第１の配線層１１０−１と、該第１の配線層１１０−１の構成粒子間の空隙に一部の構成粒子が入り込んでいる第２の配線層１１０−２と、を含む。【選択図】図９

Description

本発明は、面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、画像形成装置、画像表示装置、レーザ加工機、レーザアニール装置、点火装置及び面発光レーザ素子の製造方法に関する。

近年、活性層を含むメサを備える面発光レーザ素子の開発が盛んに行われている。

例えば、特許文献１〜６には、活性層に電流を注入するための配線がメサとその周辺部に設けられた面発光レーザ素子が開示されている。

しかしながら、特許文献１〜６に開示されている面発光レーザでは、信頼性に関して向上の余地があった。

本発明は、基板上に第１の反射鏡と、活性層と、第２の反射鏡とがこの順に積層された積層体がエッチングされてメサが形成された面発光レーザ素子において、前記活性層に電流を注入するための配線が前記メサ上及びその周辺部上に設けられ、前記配線は、第１の配線層と、該第１の配線層の構成粒子間の空隙に一部の構成粒子が入り込んでいる第２の配線層と、を含むことを特徴とする面発光レーザ素子である。

本発明によれば、信頼性を向上できる。

本発明の一実施形態の光源装置の構成を概略的に示す図である。 図１の面発光レーザアレイにおける面発光レーザ素子のＸＺ断面図である。 複数の層が積層された積層体のＸＺ断面図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれメサ及び電極パッド領域が形成された積層体の上面図及びＸＺ断面図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、それぞれメサに電流狭窄層が形成され層間絶縁膜が設けられた積層体の上面図及びＸＺ断面図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれメサの上面上の誘電体膜及び層間絶縁膜にコンタクトホールが形成された積層体の上面図及びＸＺ断面図である。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれコンタクトホール及びその周辺部にｐ側電極配線が設けられた積層体の上面図及びＸＺ断面図である。 メサ及びその周辺部に設けられた、ｐ側電極配線の第１の配線層を示す図である。 メサ及びその周辺部に設けられたｐ側電極配線の第１及び第２の配線層を示す図である。 変形例１の面発光レーザ素子の上面図である。 変形例１の面発光レーザ素子のＸＺ断面図である。 変形例２の面発光レーザ素子の上面図である。 変形例２の面発光レーザ素子のＸＺ断面図である。 レーザプリンタを説明するための図である。 図１４のレーザプリンタの内部構成を概略的に示す図である。 図１５の光源ユニットが有する面発光レーザアレイにおける素子配列を説明するための図である。 図１５の光源ユニットの全体構成を説明するための図である。 図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、それぞれレーザアニール装置を説明するための図（その１及びその２）である。 レーザ切断機を説明するための図である。 画像表示装置を説明するための図である。 エンジンの概略構成を説明するための図である。 図２１のエンジンに設けられる点火装置を説明するための図である。 レーザ装置のレーザ共振器を説明するための図である。

《一実施形態》
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１には、一実施形態に係る光源装置１００が概略的に示されている。

光源装置１００は、例えばレーザ加工機等の光源として用いられる。光源装置１００は、一例として、図１に示されるように、面発光レーザアレイ１０、ヒートシンク１２、マイクロレンズアレイ１４、集光レンズ１６、光ファイバ１８などを備えている。

なお、本明細書では、面発光レーザアレイ１０の発振方向をＺ軸方向、該Ｚ軸方向に直交する平面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。ここでは、面発光レーザアレイ１０の射出方向は、＋Ｚ方向である。

面発光レーザアレイ１０は、一例として、図２に示されるように、ＸＹ平面に平行な基板１０１上にアレイ状に形成された複数の発光部１０ａ、該複数の発光部１０ａ上に共通に設けられたｐ側電極配線１１０などを有する。ここでは、複数の発光部１０ａは、ＸＹ平面に沿って２次元配列されている。なお、ｐ側電極配線は、発光部毎に分離して設けられても良い。図２には、便宜上、面発光レーザアレイ１０における１つの発光部１０ａのみが図示されている。

面発光レーザアレイ１０は、図１に示されるように、接合材１５（例えばペースト状のはんだ）を介してヒートシンク１２の＋Ｚ側の面に実装されている。以下では、面発光レーザアレイ１０、接合材１５及びヒートシンク１２を含んで構成されるユニットを光源モジュール６０と称する。

各発光部１０ａは、一例として、発振波長が８０８ｎｍ帯の垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）である。そこで、以下では、発光部１０ａを「面発光レーザ素子１０ａ」とも呼ぶ。

ヒートシンク１２は、一例として、ＸＹ平面に平行な板状部材である。ヒートシンクの材料としては、例えばＣＶＤ（化学気相成長）ダイヤモンド、高熱伝導率のセラミック（例えばＳｉＣやＡｕ薄膜パターンが形成されたＡｌＮ）を用いても良い。また、ヒートシンク１２としては、中空構造を有する部材であって、内部に水冷又は空冷などの冷却機能を有する部材であっても良い。また、ヒートシンクの代わりにヒートスプレッダを用いても良い。

マイクロレンズアレイ１４は、一例として、面発光レーザアレイ１０の＋Ｚ側に配置され、ＸＹ平面に平行に２次元配列された複数のマイクロレンズ１４ａを含む。複数のマイクロレンズ１４ａは、複数の発光部１０ａからの複数のレーザ光の光路上に個別に配置され、対応するレーザ光を略平行光にする。

集光レンズ１６は、一例として、光軸がＺ軸に略平行になるようにマイクロレンズアレイ１４の＋Ｚ側に配置され、該マイクロレンズアレイ１４からの複数のレーザ光を集光（合成）する。

光ファイバ１８は、入射端が集光レンズ１６の焦点位置近傍に配置され、集光レンズ１６で合成された複数のレーザ光を導波させる。光ファイバ１８内を導波したレーザ光（合成光）は、光ファイバ１８の射出端で取り出されて、例えばレーザ加工等に用いられる。

以上の説明から分かるように、マイクロレンズアレイ１４、集光レンズ１６及び光ファイバ１８を含んで、面発光レーザアレイ１０からの複数のレーザ光を導光する光学系を構成している。

図２には、面発光レーザ素子１０ａのＹＺ断面が示されている。

面発光レーザ素子１０ａは、一例として、図２に示されるように、基板１０１、ｎ側電極配線１１２、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、コンタクト層１０９、保護層１１１、ｐ側電極配線１１０などを有している。

基板１０１は、一例として、表面が鏡面研磨面であるｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。

ｎ側電極配線１１２は、一例として、基板１０１の−Ｚ側の面上に形成された金膜である。

下部半導体ＤＢＲ１０３は、一例として、基板１０１の＋Ｚ側に積層され、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ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４０．５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、λ／４（λは発振波長）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Ｌは、Ｌ＝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、一例として、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、一例として、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層され、Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓ量子井戸層／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ障壁層からなる３重量子井戸構造の活性層である。活性層１０５は、射出されるレーザ光の波長λ（発振波長）が８０８ｎｍとなる厚さに設定されている。

上部スペーサ層１０６は、一例として、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、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、その厚さが１波長（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。なお、各発光部１０ａは、共振器構造体を１つずつ有している。

上部半導体ＤＢＲ１０７は、一例として、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。

上部半導体ＤＢＲ１０７におけ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には、一例として、共振器構造体からλ／４離れた位置にｐ−Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓからなる電流狭窄層１０８が厚さ３０ｎｍで挿入されている。電流狭窄層１０８は、上部半導体ＤＢＲ１０７の一の低屈折率層である被選択酸化層１１５（図３参照）が側面からＡｌが選択的に酸化されて生成されている。

コンタクト層１０９は、一例として、上部半導体ＤＢＲ１０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。

コンタクト層１０９には、ｐ−ＳｉＮ（プラズマＣＶＤにより成膜されたＳｉＮ）からなる光学的に透明な誘電体から成る保護層１１１（「層間絶縁膜」とも呼ぶ）によって絶縁されたｐ側電極配線１１０の一部が接触している（接続されている）。ここでは、ｐ側電極配線１１０の材料には、Ａｕ（金）が用いられている。

また、ｐ側電極配線１１０は、複数の発光部１０ａが配置された領域の周辺領域に配置された電極パッドに接続され、該電極パッドには、Ａｕからなる通電用のワイヤが接続されている。

以下に、面発光レーザアレイ１０を含む光源モジュール６０の製造方法について説明する。面発光レーザアレイ１０は、半導体製造工程によって、同時に複数個が一体的に形成された後、複数のチップ状の面発光レーザアレイ１０に分割される。なお、図３に示される基板１０１上に複数の半導体層が積層されたものを、以下では、「積層体」ともいう。また、面発光レーザアレイ１０を「チップ」とも呼ぶ。

（１）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。この結晶成長は、不図示の結晶成長装置の反応管内において行われる。

ここでは、ＭＯＣＶＤ法を例に説明する。ＭＯＣＶＤ法では、ＩＩＩ族の原料に、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、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。

具体的には、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、被選択酸化層１１５を含む上部半導体ＤＢＲ１０７、コンタクト層１０９をこの順にエピタキシャル成長させた後、プラズマＣＶＤ法によりコンタクト層１０９上に誘電体膜１１３を形成して積層体を作成する（図３参照）。

誘電体膜１１３としては、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）、二酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ膜）等が挙げられるが、特に窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）が好適である。

（２）複数のメサと電極パッド領域を形成する。先ず、複数のメサと電極パッド領域のレジストパターンを通常のフォトリソグラフィ法により形成する。

具体的には、フォリソグラフィにより積層体の表面に一辺が例えば２５μｍの正方形状のレジストパターンをアレイ状に複数形成する。ここでは、後の工程で形成されるｐ側電極配線１１０の電極領域に対応する範囲以上の範囲に亘ってレジストパターンを形成する。

次に、上記レジストパターンをフォトマスクとして誘電体膜１１３をウェットエッチングした後、該レジストパターンをエッチングマスクとして積層体に対してエッチング条件を適切に設定して異方性ドライエッチングを行うことによりテーパ形状のメサを形成する（図４（Ａ）、図４（Ａ）のＡ−Ａ断面図である図４（Ｂ）参照）。ここでは、エッチング底面が下部半導体ＤＢＲ１０３内に達するまでドライエッチングを行う。なお、ドライエッチングを下部半導体ＤＢＲ１０３内に達する前に（例えば下部スペーサ層１０４内で）終了させても良い。

（３）レジストを除去する。すなわち、メサ形成のために用いたレジストを除去し、メサ上部にレーザ光の射出領域となる平坦部を露出させる。

（４）電流狭窄層を形成する。具体的には、メサを形成する工程で側面が露出した被選択酸化層１１５を、水蒸気中で熱処理することにより、被選択酸化層１１５中のＡｌ（アルミニウム）をメサの外周部から選択的に酸化し、メサの中央部に、Ａｌの酸化層によって囲まれた酸化されていない領域を形成する（図５（Ａ）、図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である図５（Ｂ）参照）。このようにして、電流狭窄層１０８が生成される。電流狭窄層１０８では、酸化層１０８ａ（絶縁層）により発光部の駆動電流の経路がメサの中央部だけに制限される。領域１０８ｂは、電流通過領域（電流注入領域）とも呼ばれる。ここでは、例えば幅４μｍから６μｍ程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。

（５）酸化処理が完了した積層体に対して、チップ分離溝を形成する領域のみを露出させるようリソグラフィによりレジストパターンを形成し、ＩＣＰドライエッチング法を用いてチップ分離溝を形成した後、レジストパターンを除去する。

（６）メサ及びチップ分離溝が形成された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分間保持する。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。なお、この工程（６）は、必須ではなく、省略しても良い。

（７）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の誘電体からなる保護層１１１（「層間絶縁膜」とも呼ぶ）を形成する（図５（Ａ）、図５（Ｂ）参照）。

層間絶縁膜の厚さは、１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲が望ましい。層間絶縁膜が１００ｎｍより薄い場合、配線容量が増大するため動作速度が低下する不具合があり、層間絶縁膜が４００ｎｍより厚い場合、層間絶縁膜の内部応力により結晶欠陥を誘発する不具合がある。層間絶縁膜の厚さの更に望ましい範囲は１５０ｎｍ〜３００ｎｍであり、ここではｐ−ＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法により２００ｎｍの厚さで形成している。

（８）メサ上部にｐ側電極コンタクトの窓開けを行う。すなわち、コンタクト層１０９（ｐ−ＧａＡｓ層）を露出させるために、上部半導体ＤＢＲ１０７上に形成された誘電体膜１１３と該誘電体膜１１３上に形成された保護層１１１をエッチングにより除去し、コンタクトホールを形成する（図６（Ａ）、図６（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である図６（Ｂ）参照）。

ここでは、フォトレジストによるエッチングマスクを施した後、メサ上部を露光してその部分のフォトレジストを除去し、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）にて保護層１１１及び誘電体膜１１３をウェットエッチングして開口（コンタクトホール）を形成する。また、このとき同時に（６）工程で形成したチップ分離溝の底面にあるスクライブする領域の保護層１１１も除去する。

（９）エッチングマスクを除去する。

（１０）フォトリソグラフィによりフォトレジスト（リフトオフレジスト）をパターンニングし、ｐ側の電極材料の蒸着を行う。具体的には、メサ上部にｐ側電極で囲まれた射出領域（射出口）を形成するための一辺１０μｍの正方形状のレジストパターンと、複数の電極パッドを形成するためのレジストパターンとを形成した後、電極材料であるＡｕ薄膜を２段階に分けて成膜する。

より具体的には、真空蒸着法によって第１の配線層１１０−１として全面にＡｕ薄膜を７００ｎｍ〜２０００ｎｍの厚さに成膜（蒸着）した後、電解メッキ法（電気メッキ法）により第２の配線層１１０−２としてＡｕ薄膜を１００ｎｍ〜２０００ｎｍの厚さに成膜（メッキ）する。

実施例１として、第１の配線層１１０−１としてのＡｕ配線を真空蒸着法により０．７μｍの膜厚で形成し、第２の配線層１１０−２としてのＡｕ配線を電界メッキ法によりメッキ液としてミクロファブ（商品名）を用いメッキ条件が電流密度0.2A/dm²、液温45℃、メッキ時間16分でメッキ厚さ2250nmで形成した。

ところで、メサ領域及び電極パッド領域には通常３μｍ〜５μｍの段差があり、この段差をステップしてメサ側面及び電極パッド領域側面に電極材料を形成するときの断線防止のために、メサや電極パッド領域をテーパ形状としてステップカバレージを確保している。

しかしながら、真空蒸着法によるＡｕ粒子のメサ側面に対する飛翔入射角はメサ上面に対する飛翔入射角よりも小さいため、メサ側面に蒸着するＡｕの密度がメサ上面に蒸着するＡｕの密度よりも小さくなり、配線中に空隙（粒子間ボイド）が生じ、信頼性が低下することが懸念される。

そこで、本実施形態では、上述の如く、第１の配線層１１０−１を真空蒸着法により蒸着した後に、第２の配線層１１０−２を電解メッキ法によりメッキしている。このような二重配線構造とすることでメサ側面や電極パッド領域側面に形成された配線の内部において空隙の少ない、もしくは存在しない密度の高いｐ側電極配線１１０を形成することができる。すなわち、Ａｕメッキ液がＡｕ蒸着粒子間の空隙中に入り込み該空隙がＡｕメッキ液で満たされＡｕが成長することにより空隙を充填する。

（１１）射出領域となる領域の電極材料（第１及び第２の配線層）をリフトオフしてＰ側電極配線１１０を形成するとともに、複数の電極パッドが形成される領域の電極材料（第１及び第２の配線層）もリフトオフして複数の電極パッドを形成する（図７（Ａ）、図７（Ａ）のＤ−Ｄ断面図である図７（Ｂ）参照）。具体的には、フォトレジストをＮＭＰなどの有機溶剤で溶解除去すると同時にリフトオフすることにより、フォトレジストが無かった部分のＡｕを残存させ、ｐ側電極配線１１０及び電極パッドを形成する。

（１２）基板１０１の裏側を所定の厚さ（例えば１００μｍ程度）まで研磨した後、ｎ側電極配線１１２を形成する（図２参照）。

（１３）アニールによって、ｐ側電極配線１１０とｎ側電極配線１１２のオーミック導通をとる。

（１４）スクライブ・ブレーキングにより、チップ毎に切断する。

結果として、上記（１）〜（１４）の工程により、複数の発光部１０ａをそれぞれが含む複数のチップ状の面発光レーザアレイ１０が製造される。

（１５）２００〜２５０℃に加熱したホットプレート上で、厚さ１μｍのＮｉ／Ｐｔ／Ａｕによりパターンが形成されたＡｌＮ材料からなるヒートシンク１２と面発光レーザアレイ１０とを接合材１５（例えばペースト状のはんだ）により接合する。なお、ヒートシンク１２にはＡｕが成膜されていない領域が設けられており、これにより、ｐ側電極配線１１０とｎ側電極配線１１２の短絡が防止される。

（１６）Ａｕからなる通電用のワイヤを、電極パッドに対して接続する。

結果として、上記（１）〜（１６）の工程により、面発光レーザアレイ１０を含む光源モジュール６０が製造される（図１参照）。

以下に、ｐ側電極配線１１０の構造について更に詳細に説明する。
図８には、メサ上面、メサ側面、メサ周辺部に蒸着した第１の配線層１１０−１の粒子構成が示されている。図８では、省略されているが、電極パッド領域上面、電極パッド領域側面に形成された第１の配線層１１０−１も同様の粒子構成である。

図８から分かるように、メサ上面とメサ周辺部と電極パッド領域上面には第１の配線層１１０−１の第１粒径部１１０−１−ａが形成され、メサ側面及び電極パッド領域側面には第１の配線層１１０−１の第２粒径部１１０−１−ｂが形成されている。すなわち、第１の配線層１１０−１では、部分的に構成粒子（Ａｕ粒子）の粒径、密度が異なる。ここでは、粒径は第１粒径部１１０−１−ａの構成粒子が第２の粒径部１１０−１−ｂの構成粒子よりも小さく、密度は第１の粒径部１１０−１−ａが第２の粒径部１１０−１−ｂよりも大きい。図８から、第２の粒径部１１０−１−ｂの構成粒子間には空隙が存在することが分かる。また、第２の配線層１１０−２の構成粒子は第２の粒径部１１０−１−ｂの構成粒子よりも粒径が小さく、密度が大きい。

そこで、真空蒸着法により形成された第１の配線層１１０−１をシード層として電解メッキ法により第２の配線層１１０−２をＡｕメッキすることにより、第１粒径部１１０−１−ａと第２粒径部１１０−１−ｂ上にＡｕが成長する（図９参照）。このとき、メサ側面や電極パッド領域側面に形成された第２粒径部１１０−１−ｂにおけるＡｕ粒子間の空隙にＡｕメッキ液が浸透しＡｕ粒子間を充填するようにＡｕが成長する。この結果、メサ側面や電極パッド領域側面に空隙の少ない、もしくは存在しないｐ側電極配線が形成される。一方、Ａｕ粒子の密度の高いメサ上面や電極パッド領域上面には空隙のほとんどないＡｕが成長する。このようにして、全域において内部に空隙の少ない、もしくは空隙の存在しないｐ側電極配線１１０を形成することが可能となる。

以上説明した一実施形態の面発光レーザ素子１０ａは、基板１０１上に下部半導体ＤＢＲ１０３（第１の反射鏡）と、活性層１０５と、上部半導体ＤＢＲ１０７（第２の反射鏡）とがこの順に積層された積層体がエッチングされてメサが形成された面発光レーザ素子において、活性層１０５に電流を注入するためのｐ側電極配線１１０がメサ上及びその周辺部上に設けられ、ｐ側電極配線１１０は、第１の配線層１１０−１と、該第１の配線層１１０−１の構成粒子間の空隙に一部の構成粒子が入り込んでいる第２の配線層１１０−２と、を含む。

この場合、ｐ側電極配線１１０のステップカバレージを向上でき、ひいては断線や配線抵抗の上昇を抑制することができる。

この結果、信頼性を向上できる。

なお、例えば、ＶＣＳＥＬを大規模にアレイ化して、１００００個以上のＶＣＳＥＬを集積して１００Ｗ以上の出力とする場合には、５０Ａを超える大電流で駆動する必要がある。このような場合、電極配線の厚さが薄いと、駆動時に電極配線の抵抗が大きくなり、その発熱によりレーザ出力が飽和するため、電極配線のステップカバレージ不足はＶＣＳＥＬの高出力化の妨げになっていた。

また、第２の配線層１１０−２の構成粒子は、第１の配線層１１０−１の構成粒子間の空隙に充填されることが好ましい。

この場合、ｐ側電極配線１１０のステップカバレージをより確実に向上できる。

なお、第１の配線層１１０−１の構成粒子間の空隙に第２の配線層１１０−２の構成粒子が充填されていなくても、ある程度入り込んでいれば信頼性を向上することができる。

また、第１の配線層１１０−１の構成粒子間の空隙は、第１の配線層１１０−１の互いに接触する構成粒子間の空隙を含む。

この場合、電気的に接続された構成粒子間の抵抗の上昇を抑制できる。

無論、第１の配線層１１０−１の構成粒子間の空隙は、第１の配線層１１０−１の互いに接触しない構成粒子間の空隙も含む。仮に第１の配線層１１０−１の隣り合う構成粒子が接触していない場合でも、構成粒子間の空隙に入り込んだ第２の配線層１１０−２の構成粒子を介して導通させることができる。

また、第１の配線層１１０−１は真空蒸着法により形成され、第２の配線層１１０−２は電界メッキ法により形成されることが好ましい。

この場合、第１及び第２の配線層が異なる手法で形成されるので、それぞれの特徴を活かした配線形成が可能となる。すなわち、真空蒸着法により配線の膜厚の大部分を形成した後、電界メッキ法により配線内部の空隙を埋めるようにメッキ液を流し込むことができる。

この結果、メサ側面に十分な膜厚と密度の高い配線を形成することが可能となり、信頼性が向上する。しかも、信頼性の高い配線を大幅なコストアップなしに形成することができる。

そして、メサ側面に設けられた第１の配線層１１０−１（第２の粒径部１１０−１−ｂ）の構成粒子は、メサ側面以外に設けられた第１の配線層１１０−１（第１の粒径部１１０−１−ａ）の構成粒子よりも大きい。換言すると、メサ側面に設けられた第１の配線層１１０−１（第２の粒径部１１０−１−ｂ）の密度は、メサ側面以外に設けられた第１の配線層（第１の粒径部１１０−１−ａ）の構成粒子の密度よりも小さい。

この場合、第２の粒径部１１０−１−ｂにおける構成粒子間の空隙が大きくなるが、この空隙に第２の配線層１１０−２の構成粒子が入り込むため、断線や配線抵抗の上昇を抑制できる。なお、第１の粒径部１１０−１−ａにおける構成粒子間の空隙は小さいが、この空隙にも第２の配線層１１０−２の構成粒子が入り込むため、断線や配線抵抗の上昇を抑制することができる。

また、第２の配線層１１０−２の構成粒子は、メサの側面に設けられた第１の配線層１１０−１（第２粒径部１１０−１−ｂ）の構成粒子よりも粒径が小さいことが好ましい。

この場合、第２粒径部１１０−１−ｂの構成粒子間の空隙における第２の配線層１１０−２の構成粒子の占有率を高くすることができる。

さらに、第２の配線層１１０−２の構成粒子は、メサの側面以外に設けられた第１の配線層１１０−１（第１粒径部１１０−１−ａ）の構成粒子よりも粒径が小さいことが好ましい。

この場合、第１粒径部１１０−１−ａの構成粒子間の空隙における第２の配線層１１０−２の構成粒子の占有率を高くすることができる。

また、メサは、上面から底面に向かうほど幅が広くなるテーパ形状（順テーパ形状）であるため、ステップカバレージを更に向上することができる。なお、メサは、順テーパ形状以外の形状であっても良い。

また、上部半導体ＤＢＲ１０７は、電流狭窄層１０８を含むことが好ましい。この場合、活性層１０５へ電流を効率良く注入することができ、ひいては素子の応答性や出力の向上を図ることができる。なお、電流狭窄層１０８は必須ではない。

また、第１及び第２の配線層１１０−１、１１０−２は、Ａｕを含むことが好ましい。この場合、Ａｕの展性、延性の良さによって配線をスムーズに行うことができる。なお、第１及び第２の配線層１１０−１、１１０−２は、Ａｕ以外の導電材料（例えば金属や合金）を含んでも良いが、同一もしくは同種の導電材料を含むことが好ましい。蒸着用、メッキ用のＡｕ以外の導電材料としては、例えばＣｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）、Ａｌ（アルミニウム）等が好適である。また、メッキ用の導電材料として、Ｎｉ（ニッケル）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（すず）等を用いても良い。

また、面発光レーザアレイ１０によれば、面発光レーザ素子１０ａを複数備えるため、高出力化を実現でき、かつチップ単位で高信頼性、高歩留まりを実現できる。

本実施形態の面発光レーザ素子１０ａの製造方法は、基板１０１上に下部半導体ＤＢＲ１０３（第１反射鏡）と、活性層１０５と、上部半導体ＤＢＲ１０７（第２反射鏡）とをこの順に積層し、積層体を作製する工程と、該積層体をエッチングしてメサを形成する工程と、該メサが形成された積層体上に保護層１１１（絶縁膜）を形成する工程と、メサの上面上に形成された保護層１１１にコンタクトホールを形成する工程と、保護層１１１上及びコンタクトホールに真空蒸着法により第１の配線層１１０−１を形成する工程と、第１の配線層１１０−１に電界メッキ法により第２の配線層１１０−２を形成する工程と、コンタクトホールに形成された第１及び第２の配線層１１０−１、１１０−２の一部を除去する工程と、を含む。

この場合、ステップカバレージを向上でき、ひいては断線や配線抵抗の上昇を抑制することができる。

この結果、信頼性を向上できる。

［変形例１］
変形例１の面発光レーザ素子１０ｂについて、上面図である図１０、図１０のＥ−Ｅ断面図である図１１を用いて説明する。

変形例１の面発光レーザ素子１０ｂのメサ上面上の射出領域では、保護層１１１（例えばＳｉＮ）のみの単層誘電体領域が、誘電体膜１１３（例えばＳｉＮ）と保護層１１１（例えばＳｉＮ）から成る２層誘電体領域で囲まれ、該２層誘電体領域がコンタクトホールに配置されたｐ側電極配線１１０の一部で囲まれている。

変形例１の面発光レーザ素子１０ｂは、上記実施形態の面発光レーザ素子１０ａと同様の工程に従って、保護層１１１や誘電体膜１１３のエッチングに用いられるマスクパターンを変更することで上記実施例１と同じ条件で作製することができる。なお、変形例１では、誘電体膜１１３の枠状の中央部を残留させるために誘電体膜１１３をエッチングする工程を行った後、コンタクトホールを形成するために保護層１１１をエッチングする工程を行う必要がある。

変形例１でも、メサ領域及び電極パッド領域には３μｍ〜５μｍの段差があるが、メサ上面、メサ側面、メサ周辺部、電極パッド領域上面、電極パッド領域側面に第１の配線層１１０−１を真空蒸着法により形成し、第２の配線層１１０−２を電界メッキ法により形成しているので空隙の少ない、もしくは存在しない高密度のｐ側電極配線１１０を形成することができる。

［変形例２］
変形例２の面発光レーザ素子１０ｃについて、上面図である図１２、図１２のＦ−Ｆ断面図である図１３を用いて説明する。

変形例２の面発光レーザ素子１０ｃのメサ上面上の射出領域では、誘電体膜１１３（例えばＳｉＮ）と保護層１１１（例えばＳｉＯ_２）から成る２層誘電体領域が、保護層１１１（例えばＳｉＯ_２）のみの単層誘電体領域で囲まれ、該単層誘電体領域がコンタクトホールに配置されたｐ側電極配線１１０の一部で囲まれている。

変形例２の面発光レーザ素子１０ｃは、上記実施形態の面発光レーザ素子１０ａと同様の工程に従って、保護層１１１や誘電体膜１１３のエッチングに用いられるマスクパターンを変更することで上記実施例１と同じ条件で作製することができる。なお、変形例２では、誘電体膜１１３の円形の中央部を残留させるために誘電体膜１１３をエッチングする工程を行った後、コンタクトホールを形成するために保護層１１１をエッチングする工程を行う必要がある。

変形例２でも、メサ領域及び電極パッド領域には３μｍ〜５μｍの段差があるが、メサ上面、メサ側面、メサ周辺部、電極パッド領域上面、電極パッド領域側面に第１の配線層１１０−１を真空蒸着法により形成し、第２の配線層１１０−２を電界メッキ法により形成しているので空隙の少ない、もしくは存在しない高密度のｐ側電極配線１１０を形成することができる。

以上説明した変形例１、２の面発光レーザ素子の製造方法は、基板１０１上に下部半導体ＤＢＲ１０３（第１反射鏡）と、活性層１０５と、上部半導体ＤＢＲ１０７（第２反射鏡）とをこの順に積層し、積層体を作製する工程と、該積層体をエッチングしてメサを形成する工程と、該メサが形成された積層体上に保護層１１１（絶縁膜）を形成する工程と、メサの上面上に形成された保護層１１１にコンタクトホールを形成する工程と、保護層１１１上及びコンタクトホールに真空蒸着法により第１の配線層１１０−１を形成する工程と、第１の配線層１１０−１に電界メッキ法により第２の配線層１１０−２を形成する工程と、コンタクトホールに形成された第１及び第２の配線層１１０−１、１１０−２の一部を除去する工程と、を含む。

この場合、ステップカバレージを向上でき、ひいては断線や配線抵抗の上昇を抑制することができる。

この結果、信頼性を向上できる面発光レーザ素子を製造可能である。

また、上記積層体を作製する工程では、上部半導体ＤＢＲ１０７上に誘電体膜１１３を更に積層し、上記コンタクトホールを形成する工程では、メサの上面の中央部又は該中央部付近に誘電体膜の一部を残留させる。

更に、コンタクトホールを形成する工程では、メサ上面の中央領域に保護層１１１の一部を残留させる。

この場合、射出領域における中央部と周囲部の反射率を制御できるため、結果として、信頼性を向上でき、かつ単一横モードの発振を抑制することなく高次横モードの発振を抑制できる面発光レーザ素子を製造可能である。

なお、射出領域において保護層１１１及び誘電体膜１１３の一方を残留させなくても良い。すなわち、射出領域に誘電体膜１１３のみを残留させても良いし、保護層１１１のみを残留させても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、ｐ側電極配線は、第１及び第２の配線層から成る２層構造であるが、これに限らず、要は、２層以上の積層構造であれば良い。ｐ側電極配線を２層以上の積層構造とする場合、各層は、同一の材料であっても良いし、異なる材料であっても良い。例えば、配線材料を蒸着後、該配線材料と同一もしくは異なる配線材料で少なくとも１回メッキしても良い。また、配線材料を蒸着後、該配線材料と同一もしくは異なる配線材料でメッキする一連の工程（サイクル）を複数回行っても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、第１の配線層を真空蒸着法により形成した後、第２の配線層を電界メッキ法により形成しているが、これに限られない。例えば第１の配線層を化学蒸着法やスパッタリングにより形成しても良い。例えば第２の配線層を無電界メッキ法や溶融メッキ法により形成しても良い。

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、光学系は、集光レンズ１６及び光ファイバ１８を含んで構成されているが、これに限られず、要は、集光レンズ１６及び光ファイバ１８のうち少なくとも１つを含んで構成されることが好ましい。また、マイクロレンズアレイ１４は、必ずしも設けなくても良い。

また、上記各実施形態及び各変形例では、発光部の発振波長が８０８ｎｍ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、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３ｕｍ帯、１．５ｕｍ帯の波長帯の面発光レーザアレイを同様に作製することができる。

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８０８ｎｍ帯に限定されるものではなく、６５０ｎｍ帯、７８０ｎｍ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、上記実施形態及び各変形例の面発光レーザアレイは、レーザ加工以外の用途（例えば画像形成、画像表示、点火プラグ等）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。

《レーザプリンタ》
図１４には、本発明の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５００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ５００は、光走査装置９００、感光体ドラム９０１、帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、トナーカートリッジ９０４、クリーニングブレード９０５、給紙トレイ９０６、給紙コロ９０７、レジストローラ対９０８、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４、定着ローラ９０９、排紙ローラ９１２、及び排紙トレイ９１０などを備えている。

帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４及びクリーニングブレード９０５は、それぞれ感光体ドラム９０１の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム９０１の回転方向に関して、帯電チャージャ９０２→現像ローラ９０３→転写チャージャ９１１→除電ユニット９１４→クリーニングブレード９０５の順に配置されている。

感光体ドラム９０１の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム９０１は、図１８における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。

帯電チャージャ９０２は、感光体ドラム９０１の表面を均一に帯電させる。

光走査装置９００は、帯電チャージャ９０２で帯電された感光体ドラム９０１の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム９０１の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム９０１の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って現像ローラ９０３の方向に移動する。なお、この光走査装置９００の構成については後述する。

トナーカートリッジ９０４にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ９０３に供給される。

現像ローラ９０３は、感光体ドラム９０１の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ９０４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された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って転写チャージャ９１１の方向に移動する。

給紙トレイ９０６には記録紙９１３が格納されている。この給紙トレイ９０６の近傍には給紙コロ９０７が配置されており、該給紙コロ９０７は、記録紙９１３を給紙トレイ９０６から１枚づつ取り出し、レジストローラ対９０８に搬送する。該レジストローラ対９０８は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ９０７によって取り出された記録紙９１３を一旦保持するとともに、該記録紙９１３を感光体ドラム９０１の回転に合わせて感光体ドラム９０１と転写チャージャ９１１との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ９１１には、感光体ドラム９０１の表面上のトナーを電気的に記録紙９１３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９０１の表面の潜像が記録紙９１３に転写される。ここで転写された記録紙９１３は、定着ローラ９０９に送られる。

この定着ローラ９０９では、熱と圧力とが記録紙９１３に加えられ、これによってトナーが記録紙９１３上に定着される。ここで定着された記録紙９１３は、排紙ローラ９１２を介して排紙トレイ９１０に送られ、排紙トレイ９１０上に順次スタックされる。

除電ユニット９１４は、感光体ドラム９０１の表面を除電する。

クリーニングブレード９０５は、感光体ドラム９０１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム９０１の表面は、再度帯電チャージャ９０２の位置に戻る。

《光走査装置》
次に、前記光走査装置９００の構成及び作用について図１５を用いて説明する。

この光走査装置９００は、上記実施形態及び変形例１、２の面発光レーザ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれかがアレイ状に複数配置された面発光レーザアレイＬＡを含む光源ユニット９５０、カップリングレンズ９５１、アパーチャ９５２、シリンドリカルレンズ９５３、ポリゴンミラー９５４、ｆθレンズ９５５、トロイダルレンズ９５６、２つのミラー（９５７、９５８）、及び上記各部を統括的に制御する不図示の主制御装置を備えている。

前記カップリングレンズ９５１は、光源ユニット９５０から射出された光ビームを略平行光に整形する。

前記アパーチャ９５２は、カップリングレンズ９５１を介した光ビームのビーム径を規定する。

前記シリンドリカルレンズ９５３は、アパーチャ９５２を通過した光ビームをミラー９５７を介してポリゴンミラー９５４の反射面に集光する。

前記ポリゴンミラー９５４は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向面が形成されている。そして、不図示の回転機構により、図１５に示される矢印の方向に一定の角速度で回転されている。したがって、光源ユニット９５０から射出され、シリンドリカルレンズ９５３によってポリゴンミラー９５４の偏向面に集光された光ビームは、ポリゴンミラー９５４の回転により一定の角速度で偏向される。

前記ｆθレンズ９５５は、ポリゴンミラー９５４からの光ビームの入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー９５４により一定の角速度で偏向される光ビームの像面を、主走査方向に対して等速移動させる。

前記トロイダルレンズ９５６は、ｆθレンズ９５５からの光ビームをミラー９５８を介して、感光体ドラム９０１の表面上に結像する。

この場合に、面発光レーザアレイＬＡにおいて各面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）が図１６に示されるように配置されていると、ＶＣＳＥＬの中心から副走査方向に対応する方向に垂線を下ろした時の副走査方向に対応する方向における各ＶＣＳＥＬの位置関係が等間隔（間隔ｄ２とする）となるので、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム９０１上では副走査方向に等間隔で光源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、副走査方向に対応した方向に関する面発光レーザ素子のピッチｄ１が２６．５μｍであれば、前記間隔ｄ２は２．６５μｍとなる。そして、光学系の倍率を２倍とすれば、感光体ドラム９０１上では副走査方向に５．３μｍ間隔で書き込みドットを形成することができる。これは、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）に対応している。すなわち、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。もちろん、主走査方向に対応する方向の面発光レーザ数を増加したり、前記ピッチｄ１を狭くして間隔ｄ２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、光源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５００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。

また、面発光レーザアレイＬＡを含む光源ユニット９５０が図１７に示される構成を有する場合に、ＶＣＳＥＬのメサ側面、ダミーメサ（ＶＣＳＥＬと同じ構成を有し発光させないメサ）のメサ側面、電極パッド領域の側面における何れの段差ステップにおいても電極配線のカバレージ不足による配線不良は発生しない。このため、高精細な画像を形成するためにアレイ数が増加、高密度化しても高歩留り高信頼性の電極配線を有するＶＣＳＥＬアレイが実現できるので、レーザプリンタ５００に適用した例でも高精細な画像を高速で安定して形成することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置９００によると、光源ユニット９５０は前記面発光レーザアレイＬＡを含んでいるため、感光体ドラム９０１の表面上を高速かつ高密度に走査することが可能な信頼性の高い光走査装置を提供できる。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ５００によると、前記面発光レーザアレイＬＡを含む光走査装置９００を備えているため、高精細な画像を高速に形成できる信頼性の高い画像形成装置を提供できる。

なお、面発光レーザアレイＬＡに代えて、単一の面発光レーザ素子（例えば面発光レーザ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれか）を光源に用いてレーザプリンタを構成しても良い。

また、画像形成装置として、カラー画像に対応し、例えばブラック（Ｋ）用の感光体ドラム、シアン（Ｃ）用の感光体ドラム、マゼンダ（Ｍ）用の感光体ドラム、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムのように複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。

《レーザアニール装置》
一例として図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）にレーザ加工機としてのレーザアニール装置１５００の概略構成が示されている。このレーザアニール装置１５００は、光源１０１０、光学系１０２０、テーブル装置１０３０、及び不図示の制御装置などを備えている。

光源１０１０は、上記面発光レーザアレイＬＡを含む光源ユニット９５０を複数有し、複数のレーザ光を射出することができる。光学系１０２０は、光源１０１０から射出された複数のレーザ光を対象物Ｐの表面に導光する。テーブル装置１０３０は、対象物Ｐが載置されるテーブルを有している。該テーブルは、少なくともＹ軸方向に沿って移動することができる。

例えば、対象物Ｐがアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の場合、レーザ光が照射されると、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）は、温度が上昇し、その後、徐々に冷却されることによって結晶化し、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）になる。

この場合、レーザアニール装置１５００は、光源１０１０が上記面発光レーザアレイＬＡを含む光源ユニット９５０を有しているため、アニール処理を効率的に行うことができる。

なお、面発光レーザアレイＬＡに代えて、単一の面発光レーザ素子（例えば面発光レーザ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれか）を光源に用いてレーザアニール装置を構成しても良い。

《レーザ切断機》
一例として図１９にレーザ加工機としてのレーザ切断機２０００の概略構成が示されている。このレーザ切断機２０００は、光源２０１０、光学系２１００、対象物Ｐが載置されるテーブル２１５０、テーブル駆動装置２１６０、操作パネル２１８０及び制御装置２２００などを備えている。

光源２０１０は、上記面発光レーザアレイＬＡを含む光源ユニット９５０を有し、制御装置２２００の指示に基づいてレーザ光を射出する。光学系２１００は、光源２０１０から射出されたレーザ光を対象物Ｐの表面近傍で集光させる。テーブル駆動装置２１６０は、制御装置２２００の指示に基づいて、テーブル２１５０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動させる。

操作パネル２１８０は、作業者が各種設定を行うための複数のキー、及び各種情報を表示するための表示器を有している。制御装置２２００は、操作パネル２１８０からの各種設定情報に基づいて、光源２０１０及びテーブル駆動装置２１６０を制御する。

この場合、レーザ切断機２０００は、光源２０１０が上記面発光レーザアレイＬＡを含む光源ユニット９５０を有しているため、切断処理を効率的に行うことができる。

なお、レーザ切断機２０００は、複数の光源２０１０を有しても良い。

また、面発光レーザアレイＬＡに代えて、単一の面発光レーザ素子（例えば面発光レーザ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれか）を光源に用いてレーザ切断器を構成しても良い。

また、上記面発光レーザアレイＬＡや上記面発光レーザ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、レーザアニール装置及びレーザ切断機以外のレーザ光を利用する装置にも好適である。例えば、画像表示装置の光源に用いても良い。

《レーザ・ディスプレイ装置》
図２０には、画像表示装置としてのレーザ・ディスプレイ装置３０００の概略構成が示されている。

このレーザ・ディスプレイ装置３０００は、上記面発光レーザアレイＬＡ及び上記面発光レーザ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれかを含む光源ユニット３００１と、該光源ユニット３００１からのレーザ光により画像を形成する画像形成素子及び画像を形成したレーザ光をスクリーン３０１０に向けて投光する投光部を含む光学系３００３と、光源ユニット３００１及び光学系３００３を制御する制御装置３００５とを備えている。なお、画像形成素子としては、例えばＭＥＭＳスキャナ、ガルバノスキャナ等が挙げられる。投光部は、例えば凹面鏡や凸面鏡や自由曲面ミラーを含む。

このレーザ・ディスプレイ装置３０００は、光源ユニット３００１を有しているため、表示される画像品質を向上させることができる。

なお、空間を貫くレーザ光によって映像表現を行うレーザ・ディスプレイ装置であっても、前記光源ユニット３００１を備えるレーザ・ディスプレイ装置であれば、表示される画像品質を向上させることができる。

また、光学系３００３から出力された光を透過スクリーンもしくは反射スクリーンを介して透過反射部材（例えば車両、航空機、船舶等の移動体のウインドシールドやコンバイナ）に導く投光光学系（例えば凹面鏡や凸面鏡）を設けて、透過反射部材を介して虚像を視認させる画像表示装置としてのヘッドアップディスプレイを構成することも可能である。

また、以下に説明するように、上記面発光レーザアレイＬＡを備えるエンジン用の点火装置を提供することもできる。

上記面発光レーザアレイＬＡは、マイクロチップレーザとして高出力、高発振速度、高信頼性が得られ、車両、船舶、航空機、宇宙船等のエンジンに組み込みな寸法に収めることができる。

また、上記面発光レーザアレイＬＡは、複数のレーザビームを射出可能なため着火位置（点火ポイント）の自由度が高く、また混合ガス（燃焼ガス）に着火し易い極短パルスのナノ秒領域でも高出力を出すことが可能である。また、レーザ光の集光位置を調節することで、燃焼室の自由な場所に点火ポイントを設定することができる

なお、従来の点火装置では放電電極位置からの着火に限られていたが、上記面発光レーザアレイＬＡであれば、最適な空間位置へ着火することが可能である。これは、燃費向上目的の希薄燃焼法などにおいて最適着火位置を設定できるため、大いなるメリットである。

《点火装置》
図２１には、内燃機関としてのエンジン３００の主要部が模式図的に示されている。

このエンジン３００は、点火装置３０１、燃料噴出機構３０２、排気機構３０３、燃焼室３０４、及びピストン３０５などを備えている。

エンジン３００の動作について簡単に説明する。
（１）燃料噴出機構３０２が、燃料と空気の可燃性混合気を燃焼室３０４内に噴出させる（吸気）。
（２）ピストン３０５が上昇し、可燃性混合気を圧縮する（圧縮）。
（３）点火装置３０１が、燃焼室３０４内にレーザ光を出射する。これにより、燃料に点火される（着火）。
（４）燃焼ガスが発生し、ピストン３０５が降下する（燃焼）。
（５）排気機構３０３が、燃焼ガスを燃焼室３０４外へ排気する（排気）。

このように、吸気、圧縮、着火、燃焼、排気からなる一連の過程が繰り返される。そして、燃焼室３０４内の気体の体積変化に対応してピストン３０５が運動し、運動エネルギーを生じさせる。燃料には例えば天然ガスやガソリン等が用いられる。

なお、エンジン３００は、外部に設けられ、該エンジン３００と電気的に接続されているエンジン制御装置の指示に基づいて、上記動作を行う。

点火装置３０１は、一例として図２２に示されるように、レーザ装置２００、及び駆動装置２１０を有している。

レーザ装置２００は、上記面発光レーザアレイＬＡ、第１集光光学系２０３、光ファイバ２０４、第２集光光学系２０５、レーザ共振器２０６、第３集光光学系２０７、これらを収容する筐体２５０、該筐体２５０に設けられた光学窓部材２０８などを備えている。なお、本明細書では、面発光レーザアレイＬＡからの光の出射方向を＋Ｚ方向として説明する。

面発光レーザアレイＬＡでは、垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）がアレイ状に配置されている。ここでは、面発光レーザアレイＬＡは、励起用光源であり、複数の発光部を有している。そして、面発光レーザアレイＬＡから光を出射する際には、複数の発光部は、同時に発光される。また、面発光レーザアレイＬＡから出射される光の波長は８０８ｎｍである。面発光レーザアレイＬＡは、駆動装置２１０により駆動される。

なお、面発光レーザは、温度による波長ずれが非常に少ないため、波長ずれによって特性が大きく変化するＱスイッチレーザを励起するのに有利な光源である。そこで、面発光レーザを励起用光源に用いると、環境の温度制御を簡易なものにできるという利点がある。

Ｑスイッチレーザは、予め励起用光源からの光を照射することで反転分布を増加させ、Ｑスイッチ素子を解除することによりエネルギーを取り出すものであり、高いピークエネルギーを得ることができるという特徴がある。そのような特徴から、Ｑスイッチレーザは、内燃機関における燃焼室内の可燃性混合気の点火装置に応用されている。

第１集光光学系２０３は、集光レンズであり、面発光レーザアレイＬＡから出射された光を集光する。なお、第１集光光学系２０３は、複数の光学素子から構成されていても良い。

光ファイバ２０４は、第１集光光学系２０３によって光が集光される位置にコアの−Ｚ側端面の中心が位置するように配置されている。ここでは、光ファイバ２０４として、コア径が１．５ｍｍの光ファイバを用いている。

光ファイバ２０４を設けることによって、面発光レーザアレイＬＡをレーザ共振器２０６から離れた位置に置くことができる。これにより配置設計の自由度を増大させることができる。また、レーザ装置２００を点火装置に用いる際に、熱源から面発光レーザアレイＬＡを遠ざけることができるため、エンジン３００を冷却する方法の幅を広げることが可能である。さらに振動源であるエンジン３００から面発光レーザアレイＬＡを遠ざけることができるため、面発光レーザアレイＬＡの信頼性を高めることが可能である。

光ファイバ２０４に入射した光はコア内を伝播し、コアの＋Ｚ側端面から出射される。

第２集光光学系２０５は、集光レンズであり、光ファイバ２０４から出射された光の光路上に配置され、該光を集光する。なお、光の品質等により、第２集光光学系２０５として、複数の光学素子を用いる場合もある。第２集光光学系２０５で集光された光は、レーザ共振器２０６に入射する。

レーザ共振器２０６は、Ｑスイッチレーザであり、一例として図２３に示されるように、レーザ媒質２０６ａ、及び可飽和吸収体２０６ｂを有している。

レーザ媒質２０６ａは、Ｎｄ：ＹＡＧセラミック結晶であり、Ｎｄが１．１％ドープされている。可飽和吸収体２０６ｂは、Ｃｒ：ＹＡＧセラミック結晶であり、初期透過率が３０％のものである。

なお、ここでは、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶及びＣｒ：ＹＡＧ結晶は、いずれもセラミックスである。そして、レーザ共振器２０６は、レーザ媒質２０６ａと可飽和吸収体２０６ｂとが接合されている、いわゆるコンポジット結晶である。

第２集光光学系２０５からの光は、レーザ媒質２０６ａに入射される。すなわち、第２集光光学系２０５からの光によってレーザ媒質２０６ａが励起される。なお、面発光レーザアレイＬＡから出射される光の波長（ここでは、８０８ｎｍ）は、ＹＡＧ結晶において最も吸収効率の高い波長である。そして、可飽和吸収体２０６ｂは、Ｑスイッチの動作を行う。

レーザ媒質２０６ａの入射側（−Ｚ側）の面、及び可飽和吸収体２０６ｂの出射側（＋Ｚ側）の面は光学研磨処理がなされ、ミラーの役割を果たしている。なお、以下では、便宜上、レーザ媒質２０６ａの入射側の面を「第１の面」ともいい、可飽和吸収体２０６ｂの出射側の面を「第２の面」ともいう（図３参照）。

そして、第１の面及び第２の面には、面発光レーザアレイＬＡから出射される光の波長（ここでは８０８ｎｍ）、及びレーザ共振器２０６から出射される光の波長（ここでは１０６４ｎｍ）に応じた誘電体多層膜がコーティングされている。

具体的には、第１の面には、波長が８０８ｎｍの光に対して高い透過率を示し、波長が１０６４ｎｍの光に対して高い反射率を示すコーティングがなされている。また、第２の面には、波長が１０６４ｎｍの光に対して約５０％の反射率を示すコーティングがなされている。

これにより、レーザ共振器２０６内で光が共振し増幅される。ここでは、レーザ共振器２０６の共振器長は１０ｍｍである。

第３集光光学系２０７は、レーザ共振器２０６から出射される光の光路上に配置され、例えば少なくとも１つのレンズで構成されている。この場合に、レンズの光軸方向の位置やレンズの組み合わせによって、点火装置３０１から出射される光の集光位置の調整を行うことができる。

光学窓部材２０８は、第３集光光学系２０７から出射される光の光路上に配置された、透明もしくは半透明の平面視矩形の部材から成る。

また、光学窓部材２０８は、筐体２５０の燃焼室３０４に臨む面に形成された開口の周囲部に該開口を覆うように取り付けられている。第３集光光学系２０７から出射され光学窓部材２０８を透過したレーザ光が、レーザ装置２００から出射されたレーザ光である。

光学窓部材の材料として、高温高圧環境下での耐久性に優れたサファイアガラスが用いられている。

以上説明した点火装置３０１によれば、面発光レーザアレイＬＡを有しているため、動作信頼性が高い点火装置を実現できる。

なお、面発光レーザアレイＬＡに代えて、単一の面発光レーザ素子（例えば面発光レーザ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれか）を光源に用いて点火装置を構成しても良い。

また、上記光源ユニット３００１を含む投光部と、該投光部から投光され、物体で反射された光を受光する受光部と、を含んで物体検出装置を構成することもできる。この物体検出装置は、タイム・オブ・フライト方式を用いて、物体の有無、物体までの距離、物体の形状や大きさ等の物体に関する情報を検出することができる。

また、面発光レーザアレイＬＡ、面発光レーザ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、例えば固体レーザ等のレーザ媒質の励起用光源として用いることもできる。

以下に、発明者らが上記実施形態及び各変形例を発案するに至った思考プロセスを説明する。

面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ素子）の作製工程の一つである配線を形成する工程においてＶＣＳＥＬのメサ上部から電流を注入するためのｐ側上部電極は大きな段差を越えて配線しなければならず、配線のステップカバレージ不足による断線や信頼性不良の原因となっていた。

このステップカバレージ不足を解消する構成として、特許文献１（特開２００８−３４６３７号公報）には、ｐ側電極配線でメサ側壁全体を被覆する構成が開示されている。

しかしながら、特許文献１では、メサ全体をカバーするようにメサ側壁全面にｐ側電極配線を形成した場合、電極自身が有する配線の内部応力によってＶＣＳＥＬ素子に歪が作用し結晶欠陥を誘発し信頼性不良の原因となっていた。

また、特許文献２（特開２００６−０１３３６６号公報）には、メサをテーパ形状にすることで配線のステップカバレージを改善する例が開示されている。

しかしながら、特許文献２では、メサのテーパ角を順テーパとしテーパ角を小さくすることで配線のカバレージ性を向上しているため、メサ形成時のエッチング工程のばらつきによって順テーパメサの側壁稜線が弓状に仕上がる場合があり、その場合メサの上端部の形状が垂直に近い形状となる。このような形状のメサにおいて配線を形成した場合、このメサ上端部で配線カバレージ不足による段切れが発生し導通不良の原因となっていた。更に、メサをテーパ形状とすることは、垂直形状のメサに比べてデバイス設計的にメサの間隔を狭く配置することが困難となり高集積化には不利であった。

また、特許文献３（特開２００４−２００２１１号公報）には、垂直形状のメサに形成された金属配線の例が開示されている。

しかしながら、特許文献３では、配線が垂直形状のメサ上端部に形成されているのでこの部分で配線の段切れによる導通不良が発生していた。

また、特許文献４（特開２００９−３０２１１３号公報）には、ＶＣＳＥＬ素子に電流を注入するための配線であって、凸部であるＶＣＳＥＬ素子のメサ上部からメサ底部を接続するメサ側壁部配線幅Ｗ２は凹部であるメサ底部に形成された配線幅Ｗ３よりも広くした例が開示されている。

しかしながら、ＶＣＳＥＬ素子に電流を注入するための配線であって、凸部であるＶＣＳＥＬ素子のメサ上部からメサ底部を接続するメサ側壁部配線幅Ｗ２は凹部であるメサ底部に形成された配線幅Ｗ３よりも広くしているが、メサ上端部の形状が垂直なので配線幅を広げたのみでは、十分な配線カバレージを確保することは困難であり電極配線の断線等の不良が発生していた。

また、特許文献５（特開２０１２−２２７４９９号公報）には、メサの上面における辺縁部は、最外周部に向かって厚さが小さくなるテーパ面を有する誘電体層で被覆され、該テーパ面の基板面に対するテーパ角は、メサにおける側面の基板面に対する傾斜角よりも小さく形成した例が開示されている。

しかしながら、特許文献５では、メサの上面における辺縁部は、最外周部に向かって厚さが小さくなるテーパ面を有する誘電体層で被覆され、該テーパ面の基板面に対するテーパ角が、メサにおける側面の基板面に対する傾斜角よりも小さく形成することでメサ辺縁での断線を防止しているが、メサ上面の辺縁部に形成したテーパ角の形成方法として誘電体層をウェットエッチングすることにより形成しているため制御性が悪くウェハ面内やウェハ間でばらつき断線不良のばらつきの原因となっていた。

また、特許文献６（特開２０００−０４９４１４号公報）には、ＶＣＳＥＬアレイ領域から外に電極パッドを引き出す様に配線パターンが形成されている。蒸着によるＣｒ／Ａｕを電極として用いたが、配線の長さによっては抵抗低減のためにＡｕメッキによる厚膜にしている。

しかしながら、特許文献６では、ＶＣＳＥＬアレイ領域から外に電極パッドを引き出す様に配線パターンが形成されている。蒸着によるＣｒ／Ａｕを電極として用いたが、配線の長さによっては抵抗低減のためにＡｕメッキによる厚膜にしているがメッキ法は形成する膜厚がパターンに大きく依存するため配線全体にわたり膜厚を均一に形成することは困難であり信頼性の低下を引き起こしていた。

結果として、特許文献１〜６の何れの方法によってもメサ側壁部のカバレージはある程度確保できるものの、真空蒸着法やスパッタ法により配線を形成した場合はメサ側壁部の配線内部に空隙が発生し十分な密度の配線を形成することは困難であり、信頼性の低下を引き起こしていた。

そこで、発明者らは、このような問題を解決すべく、上記実施形態及び各変形例を発案した。

１０…面発光レーザアレイ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…発光部（面発光レーザ素子）、１０１…基板、１０３…下部ＤＢＲ反射鏡（第１の反射鏡）、１０５…活性層、１０７…上部ＤＢＲ反射鏡（第２の反射鏡）、１０８…電流狭窄層、１１０…ｐ側電極配線、１１０−１…第１の配線層、１１０−２…第２の配線層、３０１…点火装置、５００…レーザプリンタ（画像形成装置）１５００…レーザアニール装置（レーザ加工機）、２０００…レーザ切断機（レーザ加工機）、３０００…レーザ・ディスプレイ装置（画像表示装置）、ＬＡ…面発光レーザアレイ。

特開２００８−３４６３７号公報 特開２００６−０１３３６６号公報 特開２００４−２００２１１号公報 特開２００９−３０２１１３号公報 特開２０１２−２２７４９９号公報 特開２０００−０４９４１４号公報

Claims (19)

1. 基板上に第１の反射鏡と、活性層と、第２の反射鏡とがこの順に積層された積層体がエッチングされてメサが形成された面発光レーザ素子において、
   前記活性層に電流を注入するための配線が前記メサ上及びその周辺部上に設けられ、
   前記配線は、第１の配線層と、該第１の配線層の構成粒子間の空隙に一部の構成粒子が入り込んでいる第２の配線層と、を含むことを特徴とする面発光レーザ素子。
2. 前記第２の配線層の構成粒子は、前記空隙に充填さ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素子。
3. 前記空隙は、前記第１の配線層の互いに接触する構成粒子間の空隙を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光レーザ素子。
4. 前記メサの側面に設けられた前記第１の配線層の構成粒子は、前記側面以外に設けられた前記第１の配線層の構成粒子よりも粒径が大き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２の配線層の構成粒子は、前記メサの側面に設けられた前記第１の配線層の構成粒子よりも粒径が小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
6. 前記第１の配線層は蒸着により形成され、前記第２の配線層はメッキにより形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
7. 前記第１の配線層は真空蒸着により形成され、前記第２の配線層は電気メッキにより形成されていることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ素子。
8. 前記メサは、上面から底面に向かうほど幅が広くなるテーパ形状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
9. 前記第２の反射鏡は、電流狭窄層を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
10. 前記第１及び第２の配線層は、Ａｕを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載に面発光レーザ素子。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子がアレイ状に複数配置された面発光レーザアレイ。
12. 光により被走査面を走査して画像を形成する画像形成装置であって、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子又は請求項１１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走査光学系と；を備える画像形成装置。
13. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子又は請求項１１に記載の面発光レーザアレイを含む光源と、
    前記光源からの光により画像を形成する画像形成素子と、を備える画像表示装置。
14. 画像を形成した光が照射されるスクリーンと、
    前記スクリーンを介した光を透過反射部材に導く投光光学系と、を備えることを特徴とする請求項１３に記載の画像表示装置。
15. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子又は請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備えるレーザ加工機。
16. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子又は請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備えるレーザアニール装置。
17. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子又は請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備える点火装置。
18. 基板上に第１の反射鏡と、活性層と、第２の反射鏡とをこの順に積層し、積層体を作製する工程と、
    前記積層体をエッチングしてメサを形成する工程と、
    前記メサが形成された前記積層体上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記メサの上面上に形成された前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
    前記絶縁膜上及び前記コンタクトホールに蒸着により第１の配線層を形成する工程と、
    前記第１の配線層にメッキにより第２の配線層を形成する工程と、
    前記コンタクトホールに形成された第１及び第２の配線層の一部を除去する工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法。
19. 前記作製する工程では、前記第２の反射鏡上に誘電体膜を更に積層し、
    前記コンタクトホールを形成する工程では、前記メサの上面の中央部又は該中央部付近に前記誘電体膜の一部を残留させることを特徴とする請求項１８に記載の面発光レーザ素子の製造方法。

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