JP5585940B2 - 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及び面発光レーザ素子の製造方法 - Google Patents

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、画像形成装置及び面発光レーザ素子の製造方法に係り、更に詳しくは、基板表面に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ素子又は面発光レーザアレイを有する光走査装置、該光走査装置を備える画像形成装置、並びに基板表面に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザ素子の製造方法に関する。

垂直共振器型の面発光レーザ素子（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、基板に垂直な方向に光を出射するものであり、基板に平行な方向に光を出射する端面発光型の半導体レーザ素子よりも低価格、低消費電力、小型、２次元デバイスに好適、かつ、高性能であることから、近年、注目されている。

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）からなる。

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を形成した後、高温の水蒸気雰囲気中において、Ａｌをメサ側面から選択的に酸化させ、メサの中心付近に、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（電流通過領域）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（Ａｌ_ｘＯ_ｙ）した層（以下では、「酸化層」と略述する）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書き込み用光源（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。

これらの応用分野においては、面発光レーザ素子から出射される光（以下では、「出射光」ともいう）は、断面形状が円形であることが必要とされる場合が多い。出射光の断面形状を円形とするには、高次横モードの発振を抑制することが必要である。

例えば、特許文献１には、上部反射鏡層構造と下部反射鏡層構造との間に発光層を配置した半導体材料の層構造が基板の上に形成され、上部反射鏡層構造の上方には、平面視形状が円環形状をした上部電極が形成され、上部電極の内側が開口部になっており、開口部の一部表面を被覆して、発振レーザ光の発振波長に対して透明な層が形成されている面発光半導体レーザ素子が開示されている。

また、特許文献２には、発光中心領域を有する活性層と、活性層を間にして設けられ、一方に光出射領域を有する一対の多層膜反射鏡と、光出射領域に対応して開口部を有する電極と、光出射領域に対応して設けられると共に、光出射領域のうち発光中心領域に対応する中央領域を囲む周辺領域の反射率が中央領域のそれよりも低くなるように構成された絶縁膜とを備えた面発光型半導体レーザが開示されている。そして、絶縁膜の、光射出領域のうち中央領域に対応する部分は、第１絶縁膜と第２絶縁膜とを積層した構造であり、光出射領域のうち周辺領域に対応する部分は、屈折率が第１絶縁膜のそれよりも低い値を有する第３絶縁膜である。

発明者等が、一例として図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）に示されるように、レーザ光の出射面上に光学的に透明な膜（以下では、「モードフィルタ」ともいう）を形成し、詳細な検討を行ったところ、電流通過領域とモードフィルタの相対的な位置関係が光出射角に影響するという新しい知見を得た。ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、基板表面に垂直な方向をＺ軸方向としている。そして、モードフィルタは、長方形状のモードフィルタである。

また、「光出射角」とは、基板表面に垂直な方向（ここでは、Ｚ軸方向）に対する放射光強度が最大となる方向の傾斜角をいい、基板表面に垂直な方向に対して時計回りに傾斜した方向を＋、反時計回りに傾斜した方向を−とする。

そして、基板表面に垂直な方向からみたときの、電流通過領域の中心に対するモードフィルタの重心の位置ずれ量（以下では、「ずれ量」と略述する）と光出射角との関係が図２４及び図２５に示されている。

図２４は、モードフィルタの重心を電流通過領域の中心に対してＹ軸方向に沿ってずらした場合の実験結果であり、ずれの方向が＋Ｙ方向のときを＋、−Ｙ方向のときを−としている。これによると、Ｘ軸方向に関する光出射角は、ずれ量が変化してもほぼ一定であり、その値もほぼ０ｄｅｇであった。一方、Ｙ軸方向に関する光出射角は、ずれ量の大きさ（絶対値）が増加するにつれて、その大きさ（絶対値）が大きくなる傾向を示した。

図２５は、モードフィルタの重心を電流通過領域の中心に対してＸ軸方向に沿ってずらした場合の実験結果であり、ずれの方向が＋Ｘ方向のときを＋、−Ｘ方向のときを−としている。これによると、Ｙ軸方向に関する光出射角は、ずれ量が変化してもほぼ一定であり、その値もほぼ０ｄｅｇであった。一方、Ｘ軸方向に関する光出射角は、ずれ量の大きさ（絶対値）が増加するにつれて、その大きさ（絶対値）が大きくなる傾向を示した。

なお、画像形成装置において高精細な画像を得るためには、被走査面上の所望の位置に円形で微小な光スポットを形成することが重要である。そして、被走査面上の所望の位置に円形で微小な光スポットを形成するには、種々の実験及び理論計算から、面発光レーザ素子の光出射角の大きさ（絶対値）を、全ての方向に関して、０．２ｄｅｇ以下とする必要がある。

そこで、図２４及び図２５を参照すると、面発光レーザ素子における上記ずれ量の大きさ（絶対値）を、０．１μｍ以下に抑える必要がある。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている手法では、フォトリソ工程のアライメントでは、１μｍ程度の精度が通常であり、先に示したように０．１μｍ以下の精度でずれ量を制御することは困難であった。

本願発明者等は、モードフィルタを正確な位置に形成するための工法を発明したが、その工法の面発光レーザ素子の製造時のｐ側電極のコンタクトホールを形成する工程において、後述のように空間ができるという不具合が生じた。

また、面発光レーザ素子の製造時のｐ側電極のコンタクトホールを形成する工程では、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）によるウエットエッチングを行うが、例えば、コンタクト層の上に２層の誘電体層が形成され、下側の誘電体層がＳｉＯ_２であり、上側の誘電体層がＳｉＮ膜のときには、エッチングレートの違いにより下側の誘電体層のサイドエッチング量が上側の誘電体層より大きくなるため、図２６に示されるように、下側の誘電体層が後退して空間ができることが新たに判明した。

この空間が形成されると、エッチング後のリンスを十分に行ったとしても、完全にＢＨＦを除去することが難しく、最悪はＢＨＦの残渣によりレーザ寿命に影響を与えることもあった。

また、この空間が存在すると、次工程でのレジストワーク等で残渣が発生し、この残渣が影響を及ぼして素子抵抗の増大やｐ側電極の密着性の低下が懸念される。

さらに、上側の誘電体層のひさし部分での電極配線のカバレージ不良による段切れや、ひさし部分の折れや欠けなども懸念される。

また、上側の誘電体層がプラズマＣＶＤ法で成膜される場合、該誘電体層は水素（Ｈ）を含む層となる。ところで、層中の水素含有量が少ないとＢＨＦに対するエッチングレートが小さくなり、水素含有量が多いとＢＨＦに対するエッチングレートが大きくなる。そこで、プラズマＣＶＤ法で成膜される上側の誘電体層は、成膜条件により水素含有量をコントロールして、エッチングに要する時間を短くすることが必要となる。

コンタクトホールを形成する際のエッチング方法として、ドライエッチング法を用いることが考えられるが、ドライエッチングでは終点検知が難しく、エッチングが足りないとコンタクト不良となり、オーバーエッチングするとコンタクト層が薄くなるため素子抵抗が増大する。また、ドライエッチングでは、面の周辺でエッチングレートが大きく、面の中心でエッチングレートが小さくなる傾向があり、面内での膜厚ばらつきが発生する。この膜厚ばらつきはエッチング装置の性能に依存するが、ＲＩＥ装置では面の中心部と周辺部でのコンタクト層の厚さの差は５ｎｍ〜１０ｎｍとなり、面内での素子抵抗値がばらつく。

本発明は、上述した発明者等の得た新規知見に基づいてなされたものであり、以下の構成を有するものである。

本発明は、第１の観点からすると、基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体を含む上部反射鏡が積層されているメサ構造体の発光部を有し、該発光部における出射領域は、前面が透明な誘電体で被覆され、相対的に反射率が高い部分と低い部分とを有する面発光レーザ素子において、前記メサ構造の上面における辺縁部は誘電体膜で被覆され、前記辺縁部の誘電体膜は２層からなり、ＳｉＯ _２ からなる下側の誘電体膜の上面及び側面は、ＳｉＮからなる上側の誘電体膜に完全に覆われている面発光レーザ素子である。

これによれば、基本横モードの光出力を低下させることなく高次横モードの発振を抑制しつつ、素子寿命を長くすることが可能である。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイである。

これによれば、本発明の面発光レーザ素子が集積されているため、各発光部では、基本横モードの光出力を低下させることなく高次横モードの発振を抑制しつつ、素子寿命を長くすることが可能である。

本発明は、第３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を有する光源と、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、光源が本発明の面発光レーザ素子を有しているため、高い精度の光走査を行うことが可能である。

本発明は、第４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アレイを有する光源と、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、光源が本発明の面発光レーザアレイを有しているため、高い精度の光走査を行うことが可能である。

本発明は、第５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少なくとも１つの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、本発明の光走査装置を備えているため、結果として、高品質の画像を形成することが可能である。

本発明は、第６の観点からすると、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発光部となるメサ構造体を形成し、該発光部に酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体、及び相対的に反射率が高い部分と低い部分とを含む出射領域を有する面発光レーザ素子の製造方法であって、前記メサ構造体を形成するのに先立って、前記積層体の上面に、透明な第１の誘電体膜を形成する工程と、前記第１の誘電体膜の上面に、前記メサ構造体の外形を規定する一のレジストパターン、及び前記出射領域における反射率が高い部分を規定する他のレジストパターンを同時に形成する工程と、前記一及び他のレジストパターンを含む第１のレジストパターンをエッチングマスクとして前記第１の誘電体膜をエッチングする工程と、前記出射領域の全体に対応する領域を保護する第２のレジストパターンを形成する工程と、前記メサ構造体を形成する工程と、前記狭窄構造体を形成する工程と、前記狭窄構造体が形成された積層体の上面に、前記第１の誘電体膜よりもウエットエッチングレートが小さい第２の誘電体膜を形成する工程と、前記第１の誘電体膜を完全に覆うように前記第２の誘電体膜をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、前記メサ構造体の上面の前記出射領域を除いた部分を覆うように電極を形成する工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法である。

これによれば、基本横モードの光出力を低下させることなく高次横モードの発振が抑制され、素子寿命の長い面発光レーザ素子を安定的に量産することが可能である。

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素子を説明するための図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の基板を説明するための図である。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その１）である。 レジストパターン１２０ａ及びレジストパターン１２０ｂを説明するための図である。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その２）である。 図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その３）である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その４）である。 基板温度とエッチングレートとの関係を説明するための図である。 基板温度と屈折率ｎとの関係を説明するための図である。 ＣＤロスを説明するための図である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その５）である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その６）である。 図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれ具体的な寸法を説明するための図である。 図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その７）である。 図１６（Ｂ）におけるメサ上面を取り出して拡大した図である。 電流の通過経路を説明するための図である。 ＨＭＤＳ処理時間とＣＤロス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。 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。 図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、それぞれモードフィルタ及び光出射角を説明するための図である。 Ｙ軸方向に関するモードフィルタのずれ量と光出射角との関係を説明するための図である。 Ｘ軸方向に関するモードフィルタのずれ量と光出射角との関係を説明するための図である。 ２層の誘電体層とコンタクト層とによって形成される空間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１７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、光学ハウジング３０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、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。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に示されるような面発光レーザ素子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。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である。

この面発光レーザ素子１００は、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、基板１０１、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、下部半導体ＤＢＲ１０３は、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と、ｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを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。

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。

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（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、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３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。

コンタクト層１０９は、上部半導体ＤＢＲ１０７の＋Ｚ側に積層され、膜厚が２５ｎｍの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５（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）、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。

（２）Ｐ−ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法）を用いて、Ｐ−ＳｉＯ_２（Ｓｉ_ｘＯ_ｙ）からなる光学的に透明な誘電体層１１１ａを形成する（図５（Ｂ）参照）。ここでは、誘電体層１１１の光学的厚さがλ／４となるようにした。具体的には、ＳｉＯ_２の屈折率が１．４５、発振波長λが７８０ｎｍであるため、実際の膜厚（＝λ／４ｎ）は１３５ｎｍに設定した。

（３）誘電体層１１１ａの表面に、第１のレジストを塗布し、メサ構造体（以下では、便宜上、「メサ」と略述する）の外形を規定するためのレジストパターン１２０ａ、出射領域における反射率が高い部分に対応する領域をマスクするためのレジストパターン１２０ｂ、及び電極パッドが形成される領域をマスクするためのレジストパターン１２０ｃを形成する（図５（Ｃ）参照）。

レジストパターン１２０ａは、図６に示されるように、外形が一辺の長さＬ３の正方形状で、幅Ｌ４の閉じたパターンである。レジストパターン１２０ｂは、図６に示されるように、Ｘ軸方向の長さＬ１、Ｙ軸方向の長さＬ２の長方形状のパターンである。ここでは、一例として、Ｌ１＝５μｍ、Ｌ２＝８μｍ、Ｌ３＝２０μｍ、Ｌ４＝２μｍである。

また、レジストパターン１２０ｂの重心は、レジストパターン１２０ａの重心より＋Ｙ側にＬ１０だけずれている。

ここでは、レジストパターン１２０ａとレジストパターン１２０ｂは同時に作り込まれるため、レジストパターン１２０ａとレジストパターン１２０ｂの位置関係にずれは発生しない。

ところで、基板１０１が傾斜基板であるため、メサの４つの側壁からメサの中心に向かう結晶方位はそれぞれ異なっている。結晶方位が違うと、選択酸化の際の酸化速度に差が生じやすくなり、その結果、酸化狭窄構造体の中心がメサの中心からずれることとなる。

本実施形態での酸化速度は、［０ １ １］から［１ １ １］Ａ方向に１５度傾斜した方向＞［０ １ −１］＝［０ −１ １］＞［０ −１ −１］から［１ １ １］Ａ方向に１５度傾斜した方向、の関係がある。すなわち、＋Ｙ方向への酸化速度＞−Ｘ方向への酸化速度＝＋Ｘ方向への酸化速度＞−Ｙ方向への酸化速度、の関係がある。

このとき、酸化狭窄構造体の中心は、メサの中心から−Ｙ側に０．６μｍ程度ずれる。そこで、本実施形態では、酸化狭窄構造体の中心とレジストパターン１２０ｂの重心とが相対的に一致するように、上記Ｌ１０の値を０．６μｍとしている。

なお、酸化速度と結晶方位との関係は酸化条件に依存するため、本実施形態でのずれ量やずれ方向は一例であり、これに限られるものではない。

また、以下では、ここで形成された各レジストパターンを総称して、「第１のレジストパターン」ともいう。そして、第１のレジストパターンを形成するのに用いられるレジストを「第１のレジスト」という。

この第１のレジストは、一般的なポジレジストであり、ここでは、東京応化社製の「ＯＦＰＲ８００−６４ｃｐ」を使用している。第１のレジストの塗布には、膜厚が約１．６μｍとなるように回転数が調整されたスピンコータを用いている。そして、露光、現像、ポストベーク（例えば、１２０℃で２分加熱）を経て第１のレジストパターンを形成している。

（４）第１のレジストパターンにＵＶ光（紫外光）を照射後、積層体を１５０℃に温度設定されたホットプレートにのせて５分間の加熱を行う。これにより、第１のレジストパターンが硬化する。なお、以下では、ここでの処理を「硬化処理」ともいう。

（５）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誘電体層１１１ａをエッチングする。これにより、第１のレジストパターンでマスクされていない部分の誘電体層１１１ａが除去される（図７（Ａ）参照）。

（６）第２のレジストを塗布し、レジストパターン１２０ａによって囲まれた領域を覆う第２のレジストパターン１２３を形成する（図７（Ｂ）参照）。第２のレジストパターン１２３は、一辺の長さ１８μｍの正方形状のパターンである。第２のレジストは、第１のレジストと同じ種類のレジストであり、同じ条件で形成することができる。

ところで、第２のレジストを塗布する前に第１のレジストパターンが硬化処理されているため、第２のレジストを塗布したときに、第１のレジストパターンが第２のレジストの溶剤によって溶けることはなく、２層のレジスト構造を作り込むことができる。

（７）Ｃｌ_２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、第１のレジストパターン及び第２のレジストパターン１２３をエッチングマスクとして積層体をエッチングし、少なくとも被選択酸化層１０８が側面に露出しているメサを形成する。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（図８（Ａ）参照）。

（８）アセトン液に浸漬し、超音波洗浄によってエッチングマスクを除去する（図８（Ｂ）参照）。

（９）積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）がメサの外周部から選択的に酸化され、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が残留する（図８（Ｃ）参照）。すなわち、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、いわゆ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が電流通過領域である。このようにして、例えば幅４．５μｍの正方形状の電流通過領域が形成される。

（１０）プラズマＣＶＤ法を用いて、Ｐ−ＳｉＮ（Ｓｉ_ｘＮ_ｙＨ_ｚ）からなる光学的に透明な誘電体層１１１ｂを形成する（図９参照）。ここでは、誘電体層１１１ｂの光学的厚さがλ／４となるようにした。具体的には、ＳｉＮの屈折率ｎが１．８９、発振波長λが７８０ｎｍであるため、実際の膜厚（＝λ／４ｎ）は１０３ｎｍに設定した。

誘電体層１１１ｂは、５０％フッ化水素酸と４０％フッ化アンモニウム水溶液を１対１０で混合したＢＨＦ（以下では、便宜上、「ＢＨＦ_１１０」という）に対するエッチングレートが５０ｎｍ／ｍｉｎ〜８０ｎｍ／ｍｉｎとなるように成膜条件を設定している。なお、Ｐ−ＳｉＮ膜のＢＨＦに対する通常のエッチングレートは２０ｎｍ／ｍｉｎ〜３０ｎｍ／ｍｉｎの範囲である（薄膜ハンドブック：日本学術振興会、薄膜第１３１委員会編参照）。

ＢＨＦ_１１０については、森田化学工業社から「１１０ＢＨＦ」、ダイキン工業社から「ＢＨＦ１１０」という商品名で市販されている。また、ダイキン工業社では、界面活性剤入り（商品名：「ＢＨＦ１１０Ｕ」）のものも販売されており、濡れ性が良く微細なパターンでもエッチング液が入り込むことができる。

誘電体層１１１ｂのエッチングレートを大きくする主な理由は、コンタクト層１０９のエッチングレートとの差を大きくするためである。

また、誘電体１１１ｂをエッチングする際、エッチング時間をジャストエッチング時間よりも若干延長するオーバーエッチングが行われる。このオーバーエッチングは、面内でのエッチングのばらつきを低減するために行われるもので、経験的にジャストエッチング時間の１０％〜２０％をオーバーエッチング時間としている。

ここでは、次のようにしてジャストエッチング時間を求めている。（ａ）ＳｉＮ膜を成膜する際、モニタ用のＳｉ基板を一緒にチャンバー内に入れて成膜する。（ｂ）成膜後、モニタ用Ｓｉ基板の中央部を１５ｍｍ×３０ｍｍ程度の大きさに切り出してチップ化する。（ｃ）該チップの成膜面が半分ほどＢＨＦに浸るようピンセットで摘み、時々引き上げエッチング具合を観察する。（ｄ）ＳｉＮ膜が完全にエッチングされるとＳｉチップ表面が疎水性（ＢＨＦを弾く）となるので、その時間がジャストエッチング時間となる。

コンタクト層１０９は膜厚が２５ｎｍに設定されており、ＢＨＦ_１１０によるエッチングレートは約８ｎｍ／ｍｉｎである。

そこで、例えば、誘電体層１１１ｂのエッチングレートが２０ｎｍ／ｍｉｎであれば、膜厚が１０３ｎｍの誘電体層１１１ｂのジャストエッチング時間は３１９秒、オーバーエッチング時間は６３秒（２０％オーバー）となる。このとき、コンタクト層１０９は最大で８ｎｍ薄くなり、膜減り量は成膜時の厚さの１／３倍にも及ぶ。

一方、誘電体層１１１ｂのエッチングレートが５０ｎｍ／ｍｉｎ〜８０ｎｍ／ｍｉｎであれば、オーバーエッチング量を２０％とすると、エッチング時間は２４秒〜１６秒となる。このとき、コンタクト層１０９の膜減り量は最大でも２．１ｎｍ〜２．６ｎｍであり、膜減り量は成膜時の厚さの１／１０倍で済む。

本実施形態では、誘電体層１１１ｂのエッチングレートが６５ｎｍとなるような成膜条件を選択した。

具体的には、ＳｉＨ_４（１００％）のガス流量を５ｓｃｃｍ、ＮＨ_３（１００％）のガス流量を５ｓｃｃｍ、Ｎ_２キャリアの流量を２００ｓｃｃｍ、チャンバー内の圧力を７０Ｐａ、ＲＦパワーを１３５Ｗ、基板温度を２７５℃とした。この成膜条件は一例であり、成膜装置の違いなどにより異なる。

なお、図１０に示されるように、基板温度を変えることで、エッチングレートを自由に選択することができるが、基板温度が変化すると、図１１に示されるように、屈折率ｎも変化するため、そのときの屈折率ｎを用いて、誘電体層１１１ｂの光学的厚さがλ／４となるように実際の膜厚（＝λ／４ｎ）を設定する必要がある。

また、基板温度を下げてエッチングレートを大きくすると、誘電体層１１１ｂ中に水素（Ｈ）が多く含まれ、酸素（Ｏ_２）の透過率が悪くなる懸念もあるが、高温（８５℃）高湿度（８５％）に保持する耐久試験において、１０００時間経過後でもレーザ特性に影響はなかった。そこで、５０ｎｍ／ｍｉｎ〜８０ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートでは、誘電体層１１１ｂ中に含まれる水素（Ｈ）は、悪影響を及ぼさないと判断できる。

ところで、誘電体層をウエットエッチングするとサイドエッチングが発生する。そして、エッチングマスクがいわゆる抜きパターンであれば、エッチングされた部分の寸法は、フォトマスクの寸法より広がることが知られている。

例えば、図１２に示されるように、基板上に形成された誘電体層を、フォトレジストをエッチングマスクとしてウエットエッチングすると、サイドエッチングＬ３が発生し、誘電体層の開口寸法Ｌ２は、フォトマスクの開口寸法Ｌ１よりも大きくなる。開口寸法Ｌ１とＬ２の差は、ＣＤロスと呼ばれており、通常のパターニング工程では該ＣＤロスが約１μｍ（すなわち、Ｌ３≒０．５μｍ）発生し、それを見越してフォトマスクの開口寸法Ｌ１を小さく設計している。

発明者らは、誘電体層とフォトレジストとの密着性を向上させることでＣＤロスが小さくなり、該密着性を向上させるためには、フォトレジストを塗布する前に誘電体層に対して、表面改質処理を前処理として行うことが有効であることを見出した。

本実施形態では、上記前処理の一例として、誘電体層表面の結合基であるＯＨ基をＯ_２プラズマ処理によりＯ結合基に変質させる処理を行った。なお、予備実験によると、Ｏ_２プラズマ処理の効果は、ＣＤロスを約０．４μｍとすることができた。

（１１）誘電体１１１ｂが形成された積層体を真空チャンバー内に入れた後、該真空チャンバー内の圧力を約３Ｐａまで減圧する。

（１２）真空チャンバー内に酸素ガスを流量２００ｓｃｃｍで導入するとともに、作動排気により真空チャンバー内の圧力を１００Ｐａに調整する。

（１３）２００ＷのＲＦ電力を供給し、１０分間Ｏ_２プラズマ処理を行った。ここでは、対向電極の寸法がφ２００であるため、供給電力は約０．６４Ｗ／ｃｍ^２である。

（１４）ｐ側電極１１３のコンタクトホールを形成するためのレジストマスク１２４を、フォトリソグラフィにより形成する（図１３参照）。ここでは、フォトマスクは、上記予備実験の結果を参照し、コンタクトホールの寸法に対して０．４μｍだけ小さくなるように作製されている。具体的には、コンタクトホールの開口寸法の設計値が２μｍであるため、フォトマスクは、開口寸法が１．６μｍとなるように設計されている。

なお、本実施形態では、誘電体層１１１ａは露出されていないため、前記空間（図２６参照）は形成されない。そこで、エッチング液の残渣やレジスト残渣がなくなり、素子寿命の低下やｐ側電極１１３の密着性不良が抑制される。また、ＳｉＮ膜によるひさしも発生しないため、折れや欠けなども発生しない。

（１５）前記ＢＨＦ_１１０により、誘電体層１１１ｂをエッチングし、ｐ側電極１１３のコンタクトホールを形成する。ここでは、ＢＨＦ_１１０として、ダイキン工業社製の前記「ＢＨＦ１１０Ｕ」を用い、エッチング時間を、ジャストエッチング時間（９５秒）＋オーバーエッチング時間（２０秒）とした。

（１６）アセトン液に浸漬し、超音波洗浄によってレジストマスク１２４を除去する（図１４参照）。このときの具体的な寸法が、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示されている。発光部出射領域の誘電体領域１２１、１２２とメサ構造の上面辺縁部の誘電体領域１３１、１３２は分離され、分離された部分はコンタクト領域（コンタクトホール）となり、所望の開口寸法（ここでは、２μｍ）が形成されている。

（１７）メサ上部の光出射部となる領域に一辺１０μｍの正方形状のレジストパターン（図示せず）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Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜が用いられる。

（１８）メサ上部の光出射部となる領域に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｐ側電極１１３を形成する（図１６（Ａ）参照）。ｐ側電極１１３で囲まれた領域が出射領域である。図１７に示されるように、メサ辺縁部の下側の誘電体膜１１１ａは上側の誘電体膜１１１ｂで覆われているので電極１１３と接触しない構造となる。なお、電極としてはＡｕ、ＡｕＺｎ、Ｃｒなどの金属で形成されている。また、発光部の出射領域の誘電体膜とメサ構造の上面における辺縁部の誘電体膜は分離され、該分離された部分は、電極が形成されて半導体層とのコンタクト領域となり、電極と辺縁部の下側の誘電体膜とは接触していない。

（１９）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１１４を形成する（図１６（Ｂ）参照）。ｎ側の電極材料としてはＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜、もしくはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜が用いられる。

（２０）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。

（２１）チップ毎に切断する。

そして、種々の後工程を経て、面発光レーザ素子１００となる。

このようにして製造された複数の面発光レーザ素子１００について光出射角を計測すると、Ｘ軸方向に関する光出射角及びＹ軸方向に関する光出射角は、いずれも、±０．２ｄｅｇ以内であった。

また、Ｚ軸方向からみたときに、出射領域内の誘電体層１１１ａと誘電体層１１１ｂとからなる２層の誘電体層（モードフィルタ）の重心と、電流通過領域１０８ｂの中心とのずれ量は、０．１μｍ以下であった。

Ｘ軸方向に関する光出射角及びＹ軸方向に関する光出射角は、いずれも、±０．２ｄｅｇ以内とし、さらに、２層の誘電体層（モードフィルタ）の重心と、電流通過領域１０８ｂの中心とのずれ量は、０．１μｍ以下とするのは、先の（３）に示した形成工程により得られるものである。

ところで、図１６（Ｂ）におけるメサ部分のみを取り出して拡大した図が図１７に示されている。出射領域１２５の形状は、一辺の長さが１０μｍの正方形である。本実施形態では、出射領域１２５内の周辺部は、光学的厚さがλ／４のＰ−ＳｉＮ（Ｓｉ_ｘＮ_ｙＨ_ｚ）からなる光学的に透明な誘電体層１１１ｂで覆われており、出射領域１２５の中心部は、光学的厚さがλ／４のＰ−ＳｉＯ_２（Ｓｉ_ｘＯ_ｙ）からなる光学的に透明な誘電体層１１１ａと光学的厚さがλ／４のＰ−ＳｉＮ（Ｓｉ_ｘＮ_ｙＨ_ｚ）からなる光学的に透明な誘電体層１１１ｂとからなる２層の誘電体層で覆われている。

すなわち、出射領域１２５内の周辺部は、反射率が相対的に低い低反射率部分１２１であり、出射領域１２５の中心部は反射率が相対的に高い高反射率部分１２２となる。

このように、面発光レーザ素子１００は、出射領域内において周辺部の反射率が中心部の反射率に比べて相対的に低いため、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる。

なお、ここでは、誘電体層１１１ｂは、保護膜（パッシベーション膜）としての機能を有しており、メサの側壁を保護している。

以上の説明から明らかなように、上記面発光レーザ素子１００の製造方法において、本発明の面発光レーザ素子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素子１００によると、基板１０１上に、下部半導体ＤＢＲ１０３、活性層１０５を含む共振器構造体、被選択酸化層１０８を有する上部半導体ＤＢＲ１０７などが積層されている。

そして、出射領域１２５は、全面がＰ−ＳｉＮからなる光学的に透明な誘電体で被覆され、相対的に反射率が高い高反射率部分１２２と相対的に反射率が低い低反射率部分１２１とを有している。これにより、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる。

また、コンタクトホールを形成する際、メサの上面における辺縁部は２層の誘電体層からなり、下側の誘電体層１１１ａは上側の誘電体層１１１ｂによって被覆されており表面に露出していないため、サイドエッチングがなく、誘電体層１１１ａの下に空間（図２６参照）が形成されない。このため、誘電体層１１１ａの下にエッチング液やレジスト等が残留することがなく、ｐ側電極１１３の密着性の低下や素子寿命の低下を抑制することができる。

また、メサの上面は誘電体層１１１ｂとｐ側電極１１３とで被覆されているため、隙間が生じておらず、水分などにより、コンタクト層１０９が腐食や変質するなどの劣化がない。なお、モードフィルタを構成している誘電体層１１１ｂの端部近傍では、Ｚ軸方向に関して、ｐ側電極１１３が重なっていても良い。

また、誘電体層１１１ｂのＢＨＦ_１１０に対するエッチングレートを５０ｎｍ／ｍｉｎ〜８０ｎｍ／ｍｉｎとしているため、コンタクト層１０９のエッチングレートとの差が大きくなり、コンタクト層１０９の膜減りを小さく抑えることができる。その結果、素子抵抗が増大するのを避けることが可能となる。

ところで、ｐ側電極１１３から注入された電流は、コンタクト層１０９を垂直方向に流れて上部ＤＢＲ１０７に注入されるものと、コンタクト層１０９を横方向に流れてメサ中央部に到ってから上部ＤＢＲ１０７に注入されるものとに分かれる。そこで、仮に、図１８に示されるように、ｐ側電極１１３の−Ｚ側のコンタクト層１０９の膜厚が薄いと、抵抗Ｒｃが増大し、電流の横方向（Ｚ軸に直交する方向）への流れが阻害され、素子抵抗が増大する。本願の実施例の工程のように、ＢＨＦ_１１０に対するエッチングレートが５０ｎｍ／ｍｉｎ〜８０ｎｍ／ｍｉｎとなるように成膜条件を設定しているため、コンタクト層１０９の膜減りを抑えることができ、図１８のような素子抵抗が増大することを避けることができる。

また、発光部の出射領域の誘電体膜とメサ構造の上面における辺縁部の誘電体膜は分離され、該分離された部分は、電極が形成されて半導体層とのコンタクト領域となり、電極と辺縁部の下側の誘電体膜とは接触していない。

また、誘電体膜をパターニングするにあたり、レジスト塗布前にＯ_２プラズマ処理もしくはＨＭＤＳベーパー処理を３分間以上行う前処理を実施している。これによれば、微細な構造を精度良く製造することが可能となる。

本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源１４が面発光レーザ素子１００を有している。この場合、出射角の大きさ（絶対値）が０．２ｄｅｇ以下で、単一基本横モードのレーザ光が得られるために、感光体ドラム１０３０表面の所望の位置に円形で微小な光スポットを容易に形成することができる。また、偏光方向が安定しているため、光スポットの歪みや光量変動などの影響を受けにくい。従って、簡単な光学系で、円形で且つ光密度の高い微小な光スポットを感光体ドラム１０３０上の所望の位置に結像させることができる。そこで、高い精度の光走査を行うことが可能である。

また、コンタクトホール形成の前処理として、誘電体層に対して表面改質処理を行っているため、ＣＤロスを大きく改善することができる。これにより、ウエットエッチングによるばらつきが小さくなり、製造歩留を向上させることが可能となる。

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である。

なお、上記実施形態では、誘電体層１１１ａ及び誘電体層１１１ｂの光学的厚さがλ／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、各誘電体層の光学的厚さがλ／４の奇数倍であれば良い。

また、上記実施形態では、基板１０１の主面の法線方向が、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度傾斜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。基板１０１として傾斜基板を用いるときには、基板の主面の法線方向が、結晶方位＜１ ０ ０＞の一の方向に対して、結晶方位＜１ １ １＞の一の方向に向かって傾斜していれば良い。

また、上記実施形態では、基板１０１が傾斜基板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。

また、上記実施形態では、コンタクトホール形成の前処理として、Ｏ_２プラズマ処理を行う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、該前処理として、いわゆるＨＭＤＳ処理を行っても良い。このＨＭＤＳ処理は、ヘキサメチルジシラザンを蒸気状にして誘電体層の表面に塗布し、誘電体層の表面を親油性に変質させるものである。図１９には、ＨＭＤＳ処理時間とＣＤロスとの関係が示されている。これによると、ＣＤロスは、ＨＭＤＳ処理時間が３分間以上になると、ほぼ一定（約０．３μｍ）となる。そこで、フォトマスクの開口寸法を０．３μｍだけ小さく作製し、前処理として、ＨＭＤＳ処理を３分間以上行うことで、設計値通りの開口寸法でコンタクトホールを形成することができる。

ＨＭＤＳ処理とフォトレジスト塗布は、コータデベロッパー装置を使用している。そして、ＨＭＤＳ処理では、処理対象物を８０℃に加熱した状態で、ＨＭＤＳ蒸気を導入する。なお、ＨＭＤＳ処理後、処理対象物を冷却し、フォトレジストを塗布するが、コータデベロッパー装置に、ＨＭＤＳ処理条件とフォトレジスト塗布条件を入力しておくことで自動的にＨＭＤＳ処理とフォトレジスト塗布が完了する。

このように、ＨＭＤＳ処理によってＣＤロスが大きく改善されることで、ウエットエッチングによるばらつきが小さくなり、製造歩留を向上させることができる。また、大きな工程変更を必要とせず、コータデベロッパー装置の設定値を変えるだけで良い。

また、上記実施形態において、光源１４は、前記面発光レーザ素子１００に代えて、一例として図２０に示される面発光レーザアレイ２００を有しても良い。

この面発光レーザアレイ２００は、２次元的に配列された複数（ここでは２１個）の発光部が同一基板上に形成されている。ここでは、図２０におけるＸ軸方向は主走査対応方向であり、Ｙ軸方向は副走査対応方向である。複数の発光部は、すべての発光部をＹ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ｄ２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、発光部の数は２１個に限定されるものではない。

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ている。そして、この面発光レーザアレイ２００は、前述した面発光レーザ素子１００と同様な方法で製造することができる。そこで、各発光部では、Ｚ軸方向から見たときに、出射領域内の誘電体層１１１ａと誘電体層１１１ｂとからなる２層の誘電体層の重心と、電流通過領域１０８ｂの中心とのずれ量の大きさ（絶対値）を０．１μｍ以下とすることができ、光出射角を、全ての方向に関して０．２ｄｅｇ以下とすることが可能である。また、各発光部で均一な偏光方向を持つ単一基本横モードのレーザ光を得ることができる。従って、円形で且つ光密度の高い微小な光スポットを２１個同時に感光体ドラム１０３０上の所望の位置に形成することが可能となる。また、ｐ側電極１１３の密着性の低下や素子寿命の低下を抑制することができる。

また、面発光レーザアレイ２００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ｄ２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、例えば、上記間隔ｄ２を２．６５μｍ、光走査装置１０１０の光学系の倍率を２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、副走査対応方向のピッチ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、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。

また、上記実施形態において、前記面発光レーザ素子１００に代えて、面発光レーザ素子１００と同様にして製造され、面発光レーザ素子１００と同様の発光部が１次元配列された面発光レーザアレイを用いても良い。

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、上記面発光レーザ素子１００及び面発光レーザアレイ２００は、画像形成装置以外の用途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、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。

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。

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、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１７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、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２００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、本発明の面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイによれば、基本横モードの光出力を低下させることなく高次横モードの発振を抑制しつつ、素子寿命を長くするのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高い精度の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。また、本発明の面発光レーザ素子の製造方法によれば、基本横モードの光出力を低下させることなく高次横モードの発振が抑制され、素子寿命の長い面発光レーザ素子を安定的に量産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（偏向器）、１４…光源、１００…面発光レーザ素子、１０１…基板、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）、１０８…被選択酸化層、１０８ａ…酸化物、１０８ｂ…電流通過領域、１１１ａ…誘電体層（下側の誘電体膜、第１の誘電体膜）、１１１ｂ…誘電体層（上側の誘電体膜、第２の誘電体膜）、１２０ａ…レジストパターン（第１のレジストパターンの一部）、１２０ｂ…レジストパターン（第１のレジストパターンの一部）、１２０ｃ…レジストパターン（第１のレジストパターンの一部）、１２１…低反射率領域、１２２…高反射率領域、１２３…第２のレジストパターン、１２５…出射領域、２００…面発光レーザアレイ、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２００１−１５６３９５号公報 特開２００６−２１０４２９号公報

Claims (10)

1. 基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体を含む上部反射鏡が積層されているメサ構造体の発光部を有し、該発光部における出射領域は、前面が透明な誘電体で被覆され、相対的に反射率が高い部分と低い部分とを有する面発光レーザ素子において、
   前記メサ構造の上面における辺縁部は誘電体膜で被覆され、前記辺縁部の誘電体膜は２層からなり、ＳｉＯ _２ からなる下側の誘電体膜の上面及び側面は、ＳｉＮからなる上側の誘電体膜に完全に覆われている面発光レーザ素子。
2. 前記発光部の出射領域の誘電体膜とメサ構造の上面における辺縁部の誘電体膜とはコンタクト領域により分離され、
   前記コンタクト領域は、電極が形成されてコンタクト層と接触し、
   前記電極と前記上面における辺縁部の下側の誘電体膜とは接触していない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. 前記下側の誘電体膜は、ウエットエッチングの際のエッチングレートが前記上側の誘電体膜よりも大きい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. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイ。
5. 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を有する光源と、
   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上に集光する走査光学系と、を備える光走査装置。
6. 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４に記載の面発光レーザアレイを有する光源と、
   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上に集光する走査光学系と、を備える光走査装置。
7. 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少なくとも１つの請求項５又は６に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。
8. 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７に記載の画像形成装置。
9. 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発光部となるメサ構造体を形成し、該発光部に酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体、及び相対的に反射率が高い部分と低い部分とを含む出射領域を有する面発光レーザ素子の製造方法であって、
   前記メサ構造体を形成するのに先立って、前記積層体の上面に、透明な第１の誘電体膜を形成する工程と、
   前記第１の誘電体膜の上面に、前記メサ構造体の外形を規定する一のレジストパターン、及び前記出射領域における反射率が高い部分を規定する他のレジストパターンを同時に形成する工程と、
   前記一及び他のレジストパターンを含む第１のレジストパターンをエッチングマスクとして前記第１の誘電体膜をエッチングする工程と、
   前記出射領域の全体に対応する領域を保護する第２のレジストパターンを形成する工程と、
   前記メサ構造体を形成する工程と、
   前記狭窄構造体を形成する工程と、
   前記狭窄構造体が形成された積層体の上面に、前記第１の誘電体膜よりもウエットエッチングレートが小さい第２の誘電体膜を形成する工程と、
   前記第１の誘電体膜を完全に覆うように前記第２の誘電体膜をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、
   前記メサ構造体の上面の前記出射領域を除いた部分を覆うように電極を形成する工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法。
10. 前記第２の誘電体膜は、プラズマＣＶＤ法で形成された膜であり、５０％フッ化水素酸と４０％フッ化アンモニウム水溶液を１対１０で混合したエッチング液によるエッチングレートは、５０ｎｍ／ｍｉｎ〜８０ｎｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項９に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
    

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