JP5721055B2 - 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射出する面発光レーザ素子、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、及び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射出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；ＶＣＳＥＬ）は、基板に垂直な方向に光を射出するものであり、基板に平行な方向に光を射出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光源としても期待されている。

これらの応用分野では、水分などによる腐食に耐えうる高い信頼性を持ち、安定して稼動することが必要とされる場合が多い。

ところで、面発光レーザ素子には、Ａｌを含む材料（例えば、ＡｌＧａＡｓ）が用いられることが多い。そして、通常は、１枚の基板上に同時に複数の面発光レーザ素子を作成した後、個々の面発光レーザ素子に分割している。この場合は、Ａｌを含む材料の断面が露出することになる（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照）。

このようにＡｌを含む材料が露出していると、該Ａｌを含む材料が水分などと反応してチップが腐食し、半導体素子として機能しなくなるという不都合があった。

そこで、側面に露出したＡｌを含む材料を不動態化する方法（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）や、側面に露出したＡｌを含む材料の表面に保護膜を形成する方法（例えば、特許文献４参照）が提案された。

しかしながら、上記不動態化及び保護膜の形成の後には、例えばダイシング工程あるいはスクライブ・ブレーキング工程があり、その工程での衝撃で不動態化膜及び保護膜にひび（クラック）が入る場合があり、信頼性が十分ではなかった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、信頼性の高い面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイを提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、安定した光走査を行うことができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、高品質の画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の第４の目的は、信頼性の高い面発光レーザ素子を製造することができる製造方法を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、基板上に、アルミニウムを含む第１の半導体多層膜、活性層、及び第２の半導体多層膜を有する複数の半導体層が積層され、前記第１の半導体多層膜上にメサ構造の発光部を有する面発光レーザ素子において、前記第１の半導体多層膜の外形は、前記基板の表面に直交する方向からみたとき、角部が無くマクロ的に滑らかな形状であり、前記第１の半導体多層膜の側面は、不動態化膜と保護膜とによって被覆されていることを特徴とする面発光レーザ素子である。

なお、本明細書では、上記「角部が無くマクロ的に滑らかな形状」は、一つの角が鋭角ではなく、９０°より大きい多角であったり、屈曲しない曲線形状を含む。

これによれば、信頼性を向上させることができる。

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、信頼性を向上させることができる。

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光偏向器と、前記光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、安定した光走査を行うことができる。

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光偏向器と、前記光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、安定した光走査を行うことができる。

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できる。

本発明は、第６の観点からすると、基板上に、アルミニウムを含む第１の半導体多層膜、活性層、及び第２の半導体多層膜を有する複数の半導体層が積層され、前記第１の半導体多層膜上にメサ構造の発光部を有する面発光レーザ素子の製造方法であって、前記第１の半導体多層膜を、前記基板の表面に直交する方向からみたときの外形が角部が無くマクロ的に滑らかな形状となるようにエッチングする工程と、前記第１の半導体多層膜のエッチング面を不動態化する工程と、該不動態化された面を保護膜によって被覆する工程と、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、信頼性の高い面発光レーザ素子を製造することができる。

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素子を説明するための図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 面発光レーザ素子の構成を説明するための図である。 図６（Ａ）及び図６（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。 Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓにおけるｘの値と熱抵抗率との関係を説明するための図である。 チップ毎に分割する際の切断部を説明するための図である。 従来の面発光レーザ素子におけるベース部の外形を説明するための図である。 面発光レーザ素子１００におけるベース部の外形を説明するための図である。 面発光レーザ素子の変形例１を説明するための図である。 図１１のＡ−Ａ断面図である。 面発光レーザ素子の変形例２を説明するための図である。 面発光レーザ素子の変形例３を説明するための図である。 面発光レーザ素子の変形例４を説明するための図である。 面発光レーザ素子の変形例５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。 面発光レーザアレイにおける複数の発光部の配列状態を説明するための図である。 図１７のＡ−Ａ断面図である。 面発光レーザアレイの変形例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。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０を用いて説明する。図１には、一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、光偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、光偏向器前光学系は、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及び図４に示される面発光レーザ素子１００を有している。図３は面発光レーザ素子１００の平面図であり、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。ここで、不動態化膜１１５は説明のために図示しているだけであり、実際に基板表面に直交する方向から見たときには見えない。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。

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（ＶＣＳＥＬ）であり、基板１０１上に複数の半導体層が積層されている。該複数の半導体層は、発光部が含まれるメサ部と、該メサ部と基板１０１との間の部分（以下では、便宜上「ベース部」ともいう）とから構成されている。ここでは、Ｚ軸方向からみたとき、メサ部の外形は矩形であり、ベース部の外形は角丸矩形である。

面発光レーザ素子１００は、図４を拡大した図である図５に示されるように、基板１０１、バッファ層１０２、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６（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６（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５に戻り、バッファ層１０２は、基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。

下部半導体ＤＢＲ１０３は、第１の下部半導体ＤＢＲと第２の下部半導体ＤＢＲを有している。

第１の下部半導体ＤＢＲは、バッファ層１０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ_０．３３Ｇａ_０．６７Ａｓからなる高屈折率層のペアを３７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、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ＤＢＲは、第１の下部半導体ＤＢＲの＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ_０．３３Ｇａ_０．６７Ａｓからなる高屈折率層のペアを３ペア有している。そして、低屈折率層は、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ている。また、高屈折率層は、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。

すなわち、第２の下部半導体ＤＢＲでは、低屈折率層の厚さが第１の下部半導体ＤＢＲにおける低屈折率層の厚さよりも厚く設定されている。

ところで、図７に示されるように、ＡｌＡｓ層の熱抵抗が任意の組成のＡｌＧａＡｓ層の熱抵抗よりも小さいため、熱源となる活性層１０５に近い部分のＡｌＡｓ層の厚さを厚くすることにより、効率良く放熱を行うことが可能となる。これは、発光時の発熱による素子特性の劣化の抑制や素子寿命の増大に効果がある。

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_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる層である。下部スペーサ層１０４の光学的厚さはλ／４である。

活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＰからなる３重量子井戸構造の活性層である。

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_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる層である。上部スペーサ層１０６の光学的厚さはλ／４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、共振器構造体は全域にＩｎを含むことが望ましい。これは、共振器構造体がＩｎを含む材料から形成されることで、Ｉｎを含まない層とのエッチング速度の差が大きくなり、ドライエッチング法によりメサを形成するときに下部半導体ＤＢＲに達することなく、共振器構造体中でエッチングを止めることが容易となるためである。

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_０．９３Ｇａ_０．０７Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ_０．３１Ｇａ_０．６９Ａｓからなる高屈折率層のペアを２３ペア有している。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。

上部半導体ＤＢＲ１０７における低屈折率層の１つには、ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１０８が厚さ３０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層１０８の挿入位置は、上部スペーサ層１０６から２ペア目の低屈折率層中である。

コンタクト層１０９は、上部半導体ＤＢＲ１０７の＋Ｚ側に積層され、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形成する。

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）積層体の表面に１辺が２５μｍの正方形状のレジストパターンを形成する。

（３）ＩＣＰドライエッチング法で、上記レジストパターンをフォトマスクとして四角柱状のメサを形成する。ここではエッチングの底面は活性層１０５中に位置している。

（４）フォトマスクを除去する。

（５）メサが形成された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）が選択的に酸化される。そして、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、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。

（６）選択酸化処理が完了した積層体に対して、ベース部の外形を規定するため、外形が角丸矩形状のレジストパターンをリソグラフィにより形成する。

（７）ＩＣＰドライエッチング法で、底面がＡｌを含まない材料からなる基板に至るようにベース部を形成する。ここで形成されたベース部の外形は角丸矩形状である。なお、一例として図８に示されるように、隣接する２つのベース部の間が切断部となる。

（８）レジストパターンを除去する。

（９）積層体を加熱処理用のチャンバー内に入れ、３８０〜４００℃の窒素雰囲気中に３分間保持する。これにより、ベース部の側壁は、大気中で表面に付着した酸素や水、もしくはチャンバー内の微量な酸素や水による自然酸化膜が、安定した不動態化膜１１５になる。不動態化膜１１５は、アルミニウムの酸化物を含んでいる。

（１０）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。

（１１）メサ上部にｐ側電極コンタクトの窓開けを行う。ここでは、フォトレジストによるマスクを施した後、メサ上部の開口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をエッチングして開口した。

（１２）メサ上部の光射出部となる領域に一辺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。

（１３）光射出部の電極材料をリフトオフし、ｐ側電極１１３を形成する。

（１４）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。ここでは、ｎ側電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。

（１５）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。

（１６）隣接する２つのベース部の間の切断部を、ダイシングあるいはスクライブ・ブレーキングによって切断する。

そして、種々の後工程を経て、面発光レーザ素子１００となる。

ここでは、ベース部の側壁は、不動態化され、更に誘電体からなる保護膜（保護層１１１）で被覆されている。すなわち、水分などに対して二重に保護されている。

このとき、仮に図９に示されるように、ベース部の外形が矩形状であると、ベース部の四隅における不動態化膜１１５の長さ（不動態化される距離）ｄ２は、その他に部分における不動態化膜１１５の長さ（不動態化される距離）ｄ１の約１．４倍となる。不動態化膜１１５は、歪みを有しているため、不動態化膜１１５が形成された後に行われる、フォトマスクをフォトレジストを介して積層体に密着させる工程（例えば、上記工程（１１））、及びチップ毎に分割する工程（上記工程（１６））などにおいて、ベース部の四隅近傍にクラックが入りやすくなる。すなわち、水分などに対する保護が損なわれるおそれがある。

一方、本実施形態では、ベース部の外形を角丸矩形としているため、図１０に示されるように、ベース部の四隅における不動態化膜１１５の長さ（不動態化される距離）ｄ４は、他に部分における不動態化膜１１５の長さ（不動態化される距離）ｄ３とほぼ同じとなり、不動態化膜１１５が形成された後に行われる工程においてクラックは入りにくい。これにより、従来に比べて腐食するのを抑制でき、信頼性を格段に向上させることができる。

ここで、角丸矩形は、角部が屈曲していない曲線形状である。本実施形態では、角部において、不動態化膜がほぼ一定の長さとなる形状である、これが、角部が無くマクロ的に滑らかな形状である。

上記のようにして製造された３０００個の面発光レーザ素子１００を、温度８５℃、湿度８５％の高温高湿雰囲気中に５００時間放置したところ、いずれの面発光レーザ素子１００においても腐食は見られなかった。

比較例として、ベース部の外形を矩形状とした面発光レーザ素子を３０００個製造し、同様に高温高湿保持試験を行ったところ、８個の面発光レーザ素子では、ベース部の角近傍から腐食していた。

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、上部半導体ＤＢＲ１０７などが積層されている。

そして、下部半導体ＤＢＲ１０３の外形は、基板の表面に直交する方向からみたとき、角部が無くマクロ的に滑らかな形状であり、下部半導体ＤＢＲ１０３のエッチング面は、不動態化膜１１５と保護層１１１とによって被覆されている。

ここで角部が無くマクロ的に滑らかな形状には、一つの角が鋭角でなく、９０°より大きい多角であったり、屈曲しない曲線形状を含む。ここで、角部が屈曲しないとは、ある一つの角部において、1箇所も内側に凹むことが無いと言う意味である。すなわち、ひとつの角部に着目した場合、その角部の曲線部分にある全ての点における接線は、その角部においてただ1点のみで接する曲線形状とも言える。

この場合は、不動態化膜１１５にクラックが入るのを抑制でき、従来よりも信頼性を向上させることができる。

また、面発光レーザ素子１００の信頼性が格段に向上しているため、光走査装置１０１０及びレーザプリンタ１０００の信頼性も向上させることができる。

そこで、光走査装置１０１０では、安定した光走査を行うことができる。また、レーザプリンタ１０００では、高品質の画像を形成することができる。

ところで、一例として図１１及び該図１１のＡ−Ａ断面図である図１２に示されるように、メサの周囲を溝構造としても良い。この場合は、電極パッドをメサ上面と同じ高さにすることができ、フォトマスクをフォトレジストを介して積層体に密着させる際に、発光部に印加される圧力を低減する効果や、電極パッドによる寄生容量を低減する効果があり、歩留りの向上や素子特性の向上に有効である。

また、ベース部の外形は、角丸矩形に限定されるものではなく、一例として図１３及び図１４に示されるように、楕円形状であっても良いし、一例として図１５及び図１６に示されるように、円形状であっても良い。要するに、不動態化膜１１５の厚さをほぼ均一にすることが可能な形状であれば良い。なお、図１３及び図１５は、メサの周囲に溝が設けられていない面発光レーザ素子であり、図１４及び図１６は、メサの周囲に溝が設けられている面発光レーザ素子である。

また、メサの外形、ｐ側電極の形状、及びメサの周囲の溝の形状も、上記説明に限定されるものではない。

また、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１７に示されるように、面発光レーザアレイ５００を有していても良い。

この面発光レーザアレイ５００は、同一基板上に２次元的に配列されている複数（ここでは１６個）の発光部を有している。図１７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。なお、発光部の数は１６個に限定されるものではない。

複数（ここでは１６個）の発光部は、図１８に示されるように、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。

ここでは、間隔ｃは６μｍ、Ｙ軸方向の発光部間隔ｄは２４μｍ、Ｘ軸方向の発光部間隔ｘは３０μｍである。

各発光部は、図１７のＡ−Ａ断面図である図１９に示されるように、面発光レーザ素子１００と同様な構造を有している。すなわち、面発光レーザアレイ５００は、面発光レーザ素子１００が集積された面発光レーザアレイである。そこで、面発光レーザアレイ５００は、面発光レーザ素子１００と同様にして製造することができる。また、面発光レーザアレイ５００は、面発光レーザ素子１００と同様な効果を得ることができる。

３０００個の面発光レーザアレイ５００を、温度８５℃、湿度８５％の高温高湿雰囲気中に５００時間放置したところ、いずれの面発光レーザアレイ５００においても腐食は見られなかった。

比較例として、ベース部の外形を矩形状とした面発光レーザアレイを３０００個製造し、同様に高温高湿保持試験を行ったところ、いくつかの面発光レーザアレイでは、ベース部の角近傍から腐食していた。

このように、面発光レーザアレイ５００は、従来の面発光レーザアレイよりも、格段に信頼性が向上しているといえる。

そして、この場合においても、ベース部の外形を楕円形状や円形状としても良い。

ベース部の外形が楕円形の面発光レーザアレイを３０００個製造し、上記と同様に高温高湿保持試験を行ったところ、腐食は全く見られなかった。また、ベース部の外形が円形の面発光レーザアレイを３０００個製造し、上記と同様に高温高湿保持試験を行ったところ、腐食は全く見られなかった。

また、一例として図２０及び該図２０のＡ−Ａ断面図である図２１に示されるように、メサの周囲に溝を設けても良い。

ところで、面発光レーザアレイ５００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。

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、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。

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、前記面発光レーザ素子１００と同様の製造方法で製造され、前記面発光レーザ素子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、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。傾斜基板を用いるときには、基板１０１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が傾斜基板であ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、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、面発光レーザ素子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、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。

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２２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、前記光源１４と同様な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の各光源が前記面発光レーザアレイ５００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。

なお、上記実施形態において、放熱について考慮する必要がないときは、下部半導体ＤＢＲの低屈折率層を、すべて光学的厚さがλ／４となる膜厚のｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層としても良い。

また、上記実施形態において、放熱について考慮する必要がないときは、下部半導体ＤＢＲの低屈折率層を、すべて光学的厚さがλ／４となる膜厚のｎ−Ａｌ_０．９３Ｇａ_０．０７Ａｓからなる低屈折率層としても良い。

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、信頼性を向上させるのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、安定した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、信頼性の高い面発光レーザ素子を製造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（光偏向器）、１４…光源、１００…面発光レーザ素子、１０１…基板、１０２…バッファ層、１０３…下部半導体ＤＢＲ（第１の半導体多層膜）、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（第２の半導体多層膜）、１０８…被選択酸化層、１０８ａ…酸化物、１０８ｂ…電流通過領域、１０９…コンタクト層、１１１…保護層、１１３…ｐ側電極、１１４…ｎ側電極、１１５…不動態化膜、５００…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２００２−２９９７６１号公報 特開２０００−２０８８１１号公報 特表２００４−５３５０５７号公報 特開２００７−１７３５１３号公報

植木伸明、他４名、「ＶＣＳＥＬアレイのレーザプリンタへの応用」、電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、ＣＳ−３−４、Ｓ−３１、２００４年

Claims (15)

1. 基板上に、アルミニウムを含む第１の半導体多層膜、活性層、及び第２の半導体多層膜を有する複数の半導体層が積層され、前記第１の半導体多層膜上にメサ構造の発光部を有する面発光レーザ素子において、
   前記第１の半導体多層膜の外形は、前記基板の表面に直交する方向からみたとき、角部が無くマクロ的に滑らかな形状であり、前記第１の半導体多層膜の側面は、不動態化膜と保護膜とによって被覆されていることを特徴とする面発光レーザ素子。
2. 前記不動態化膜は、前記アルミニウムの酸化物を含む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. 前記発光部の周囲に溝が形成されている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. 前記第１の半導体多層膜の外形は、前記基板の表面に直交する方向からみたとき、角丸矩形、楕円形、及び円形のいずれかであ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面発光レーザ素子。
5. 前記第１の半導体多層膜は、ＡｌＡｓの層を含む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の半導体多層膜における前記活性層近くの低屈折率層は、光学的厚さが「発振波長／４」よりも大きい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の半導体多層膜における前記活性層から低屈折率層の数にして５つよりも近い層に、光学的厚さが「発振波長／４」よりも大きい低屈折率層が含ま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. 前記活性層と該活性層を挟む２つのスペーサ層とからなる共振器構造体は、Ｉｎが含まれる層を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
9. 前記Ｉｎが含まれる層は、ＡｌＧａＩｎＰ層であることを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザ素子。
10. 請求項１〜９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。
11. 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１〜９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光偏向器と、
    前記光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。
12. 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１０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光偏向器と、
    前記光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。
13. 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１１又は１２に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。
14. 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１３に記載の画像形成装置。
15. 基板上に、アルミニウムを含む第１の半導体多層膜、活性層、及び第２の半導体多層膜を有する複数の半導体層が積層され、前記第１の半導体多層膜上にメサ構造の発光部を有する面発光レーザ素子の製造方法であって、
    前記第１の半導体多層膜を、前記基板の表面に直交する方向からみたときの外形が角部が無くマクロ的に滑らかな形状となるようにエッチングする工程と、
    前記第１の半導体多層膜のエッチング面を不動態化する工程と、
    該不動態化された面を保護膜によって被覆する工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法。

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