JP6269913B2 - Surface emitting laser element manufacturing method, light source device manufacturing method, optical scanning device, and image forming apparatus - Google Patents
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本発明は、面発光レーザ素子の製造方法、光源装置の製造方法、光走査装置、及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、発光部を有する面発光レーザ素子の製造方法、該製造方法で製造された面発光レーザ素子を有する光源装置の製造方法、該製造方法で製造された光源装置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。 The present invention relates to a method for manufacturing a surface-emitting laser element, a method for manufacturing a light source device, an optical scanning device, and an image forming apparatus, and more specifically, a method for manufacturing a surface-emitting laser element having a light-emitting portion. The present invention relates to a method of manufacturing a light source device having a surface emitting laser element, an optical scanning device including the light source device manufactured by the manufacturing method, and an image forming apparatus including the optical scanning device.
従来、基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、被選択酸化層を含む上部反射鏡及びコンタクト層を順次積層して積層体を作成する工程と、積層体をエッチングしてメサ構造体を形成する工程と、メサ構造体上及び該メサ構造体の周辺領域上に保護膜を形成する工程と、保護膜上にレジストパターンを形成し、保護膜をウエットエッチングする工程と、を含む面発光レーザの製造方法が知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。 Conventionally, a lower reflector, a resonator structure including an active layer, an upper reflector including a selective oxidation layer, and a contact layer are sequentially stacked on a substrate to form a stacked body, and the stacked body is etched to form a mesa. A step of forming a structure, a step of forming a protective film on the mesa structure and a peripheral region of the mesa structure, a step of forming a resist pattern on the protective film, and wet etching the protective film. A method for manufacturing a surface emitting laser including the same is known (for example, see Patent Documents 1 to 3).
しかしながら、特許文献1〜3に開示されている面発光レーザの製造方法では、ウエットエッチング用のエッチャント(例えばBHF)にコンタクト層が曝されることでコンタクト層に所謂「黒色化不良」が発生しても、この黒色化不良が発生した面発光レーザを不良品として排除することが困難であった。 However, in the surface emitting laser manufacturing methods disclosed in Patent Documents 1 to 3, a so-called “blackening defect” occurs in the contact layer by exposing the contact layer to an etchant for wet etching (for example, BHF). However, it is difficult to eliminate the surface emitting laser in which the blackening defect has occurred as a defective product.
本発明は、少なくとも1つ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、基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、被選択酸化層を含む上部反射鏡及びコンタクト層を順次積層して積層体を作成する工程と、前記少なくとも1つの発光部となる、前記被選択酸化層が側面に露出している少なくとも1つのメサ構造体が形成されるように前記積層体をエッチングする工程と、前記少なくとも1つのメサ構造体上、及び該少なくとも1つのメサ構造体の周辺領域上に保護膜を形成する工程と、前記保護膜上にレジストパターンを形成し、前記保護膜をウエットエッチングする工程と、を含み、前記ウエットエッチングする工程では、前記少なくとも1つのメサ構造体上に形成された前記保護膜が部分的に除去され、少なくとも1つの光射出口が形成されるとともに、前記周辺領域上に形成された前記保護膜が部分的に除去され、少なくとも1つの開口が形成され、前記開口の開口面積は、前記光射出口の開口面積よりも大きいことを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法である。 The present invention relates to a method of manufacturing a surface-emitting laser device having at least one light-emitting portion, and includes a lower reflector on a substrate, a resonator structure including an active layer, an upper reflector including a selective oxidation layer, and a contact layer Forming the laminate by sequentially laminating the laminate, and forming the laminate so as to form at least one mesa structure that is the at least one light emitting portion and the selective oxidation layer is exposed on a side surface. Etching, forming a protective film on the at least one mesa structure and a peripheral region of the at least one mesa structure, forming a resist pattern on the protective film, and forming the protective film Wet etching, and in the wet etching step, the protective film formed on the at least one mesa structure is partially removed, and at least One of with the emission port is formed, said protective film formed on the peripheral region is partially removed, at least one opening is formed, opening area of the opening, an opening area of the light exit opening It is a manufacturing method of the surface emitting laser element characterized by being larger than this.
これによれば、黒色化不良が発生した面発光レーザ素子を不良品として排除できる。 According to this, the surface emitting laser element in which the blackening defect has occurred can be excluded as a defective product.
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図13(B)に基づいて説明する。図1には、第1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。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a
このレーザプリンタ1000は、光走査装置1010、感光体ドラム1030、帯電装置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。
The
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。
The
プリンタ制御装置1060は、CPU、該CPUにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているROM、作業用のメモリであるRAM、アナログデータをデジタルデータに変換するAD変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置1060は、上位装置からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置からの画像情報を光走査装置1010に送る。
The
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。
The
帯電装置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、帯電装置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。
帯電装置1031は、感光体ドラム1030の表面を均一に帯電させる。
The
The
光走査装置1010は、帯電装置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。
The
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。
The
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。
The developing
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。
A voltage having a polarity opposite to that of the toner is applied to the
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、積み重ねられる。
除電ユニット1034は、感光体ドラム1030の表面を除電する。
In the fixing
The
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、再度帯電装置1031に対向する位置に戻る。
The
次に、前記光走査装置1010の構成について説明する。
この光走査装置1010は、一例として図2に示されるように、光源装置14、カップリングレンズ15、開口板16、シリンドリカルレンズ17、反射ミラー18、ポリゴンミラー13、第1走査レンズ11a、第2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。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 2 as an example, the
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。 In the following, for convenience, the direction corresponding to the main scanning direction is abbreviated as “main scanning corresponding direction”, and the direction corresponding to the sub scanning direction is abbreviated as “sub scanning corresponding direction”.
カップリングレンズ15は、光源装置14から射出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。
The
The
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。
The
光源装置14とポリゴンミラー13との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ15と開口板16とシリンドリカルレンズ17と反射ミラー18とから構成されている。
The optical system disposed on the optical path between the
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。
The
第1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。
The
第2走査レンズ11bは、第1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、この第2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。
The
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、第1走査レンズ11aと第2走査レンズ11bとから構成されている。なお、第1走査レンズ11aと第2走査レンズ11bの間の光路上、及び第2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。
The optical system arranged on the optical path between the
光源装置14は、一例として、図3に示されるように、面発光レーザ素子100及び該面発光レーザ素子100が実装されるパッケージ(不図示)を有している。
As an example, the
面発光レーザ素子100は、一例として、マトリクス状に配列されている35個(7×5個)の発光部140、該35個の発光部140を取り囲むように配置されている4つの検査用開口150を含む。
As an example, the surface emitting
ここでは、各発光部は、発振波長が850nm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、複数の発光部140を併せて面発光レーザアレイとも呼ぶ。
Here, each light emitting unit is a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) having an oscillation wavelength of 850 nm. Therefore, hereinafter, the plurality of light emitting
なお、本明細書では、各発光部からの光の射出方向をZ軸方向、このZ軸方向に直交する平面内で互いに直交する2つの方向をX軸方向及びY軸方向として説明する。 In this specification, the light emission direction from each light emitting unit is described as a Z-axis direction, and two directions orthogonal to each other in a plane orthogonal to the Z-axis direction are described as an X-axis direction and a Y-axis direction.
面発光レーザ素子100は、例えば図4に示されるようにZ軸周りの回転位置が調整された状態でパッケージ(不図示)に実装されている。この場合、35個の発光部の中心から、副走査対応方向に延びる仮想線上に下ろした垂線が等間隔(間隔d2とする)となるので、各発光部の点灯タイミングを調整することで感光体ドラム1030上に35個の光スポットを副走査方向に等間隔で形成することができる。以下では、面発光レーザ素子100において、7個の発光部140が並んでいる方向を行方向、5個の発光部140が並んでいる方向を列方向と称する。
The surface emitting
一例として、列方向に隣り合う2つの発光部の副走査対応方向のピッチd1が例えば18.55μmであれば、間隔d2は2.65μmとなる。そして、光走査装置1010の全光学系の倍率が例えば2倍であれば、感光体ドラム1030上に副走査方向に5.3μm間隔で書き込みドットを形成することができる。すなわち、4800dpi(ドット/インチ)の高密度書込みができる。
As an example, if the pitch d1 in the sub-scanning corresponding direction between two light emitting units adjacent in the column direction is, for example, 18.55 μm, the interval d2 is 2.65 μm. If the magnification of the entire optical system of the
勿論、行方向に並ぶ発光部の数を増やしたり、ピッチd1を狭くして間隔d2がより小さくなるように発光部を配置したり、光走査装置1010の全光学系の倍率を下げたりすれば、書込み密度をより高密度化でき、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、各発光部の点灯のタイミングを調整することで容易に制御できる。
4つの検査用開口150については、後に詳述する。
Of course, if the number of light emitting units arranged in the row direction is increased, the light emitting units are arranged so that the pitch d1 is narrowed and the interval d2 is further reduced, or the magnification of the entire optical system of the
The four
面発光レーザ素子100は、一例として、図3のA−A線断面図である図5に示されるように、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、層間絶縁膜111、p側電極113、n側電極114などを有している。
As an example, the surface emitting
基板101は、n−GaAs単結晶基板である。
下部半導体DBR103は、基板101の+Z側に積層され、n−AlAsからなる低屈折率層と、n−Al0.3Ga0.7As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、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。
The
The
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(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pからなる層である。
The
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層の障壁層とを有する3重量子井戸構造の活性層である。各量子井戸層は、0.7%の圧縮歪みを誘起する組成であるGaInAsPからなり、バンドギャップ波長が約780nmである。また、各障壁層は、0.6%の引張歪みを誘起する組成であるGaInPからなる。
The
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(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pからなる層である。
The
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、共振器反射率は99%以上となるように設計されている。
A portion composed of the
上部半導体DBR107は、上部スペーサ層106の+Z側に積層され、p−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層とp−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層のペアを25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。
The
上部半導体DBR107における低屈折率層の1つには、p−AlAsからなる被選択酸化層108が厚さ33nmで挿入されている。
In one of the low refractive index layers in the
この被選択酸化層108の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層105から3番目となる節に対応する位置である。
The insertion position of the selectively oxidized
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。
The
層間絶縁膜111は、コンタクト層109の+Z側に積層され、SiN膜からなる層である。
The
コンタクト層109からは、電極パッド(不図示)に延伸する、層間絶縁膜111によって絶縁された金属配線が形成されている。金属配線及び電極パッドは、オーミック材料のAuZnと配線材としてのAuがリフトオフ法により形成される。
A metal wiring insulated from the
次に、面発光レーザ素子100の製造方法について説明する。面発光レーザ素子100は、半導体製造工程によって、基板101上に同時に複数個形成された後、複数のチップ状の面発光レーザ素子100に分割される。なお、上記のように、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。
Next, a method for manufacturing the surface emitting
(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(図6参照)。 (1) A laminate is formed by crystal growth by metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE) (see FIG. 6).
ここでは、MOCVD法の場合には、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(PH3)、アルシン(AsH3)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(CBr4)を用い、n型ドーパントの原料にはセレン化水素(H2Se)を用いている。 Here, in the case of the MOCVD method, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), and trimethylindium (TMI) are used as the group III material, and phosphine (PH 3 ) is used as the group V material. Arsine (AsH 3 ) is used. Further, carbon tetrabromide (CBr 4 ) is used as a p-type dopant material, and hydrogen selenide (H 2 Se) is used as an n-type dopant material.
(2)積層体の表面の35個の発光部140となる35箇所を、それぞれ例えば一辺が25μmの正方形状のレジストパターンでマスクする。また、積層体の表面の上記35箇所を取り囲む領域を、4つの検査用開口150が形成される4つの箇所(それぞれ例えば一辺が25μmの正方形状部分)が内側に突出する略正方形枠状のレジストパターンでマスクする(図3及び図7参照)。
(2) The 35 locations that will be the 35
(3)Cl2ガスを用いるECRエッチング法で、各レジストパターンをフォトマスクとしてメサ構造体(以下では、便宜上「メサ」と略述する)を形成する。ここでは、エッチングは、下部半導体DBR103に達するまで行われる。この場合、各発光部となる発光メサ、及び各検査用開口が形成される検査用メサが形成される。なお、検査用開口が形成される箇所は、厳密には、メサ構造体ではないが、便宜上、検査用メサと呼ぶことにする。
(3) A mesa structure (hereinafter abbreviated as “mesa” for the sake of convenience) is formed by ECR etching using Cl 2 gas using each resist pattern as a photomask. Here, the etching is performed until the
(4)フォトマスクを除去する(図8参照)。 (4) The photomask is removed (see FIG. 8).
(5)積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、発光メサの被選択酸化層108中のAl(アルミニウム)が発光メサの外周部から選択的に酸化され、発光メサの中央部に、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9参照)。すなわち、発光部の駆動電流の経路を発光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(電流注入領域)である。このようにして、例えば幅4μm程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。なお、検査用メサも3つの側面から内側に選択的に酸化される。
(5) The laminated body is heat-treated in water vapor. As a result, Al (aluminum) in the selectively oxidized
(6)気相化学堆積法(CVD法)を用いて、SiNからなる層間絶縁膜111を形成する(図10参照)。
(6) An
(7)各発光メサの上部にp側電極取り出し口としての正方形状のコンタクトホール230を形成するためのフォトマスクを作成する。また、各検査用メサの上部にコンタクトホール230の開口面積と開口面積が同じ正方形状の検査用開口150を形成するためのフォトマスクを作成する。
(7) A photomask for forming a
(8)層間絶縁膜111上にレジストを塗布し、上記フォトマスクを介して光(例えば紫外光)を照射し、現像して、レジストパターンを形成する。
(8) A resist is applied on the
(9)レジストパターンが形成された層間絶縁膜111に、ウエットエッチングを施し、コンタクトホール230及び検査用開口150を形成する。ここでは、エッチャントとして、例えばBHF(バッファードフッ酸)が用いられる。
(9) The
(10)フォトマスクを除去する。 (10) The photomask is removed.
結果として、層間絶縁膜111における各発光メサの+Z側に正方形状のコンタクトホール230が形成され、層間絶縁膜111における各検査用メサの+Z側にコンタクトホール230の開口面積と同じ開口面積の正方形状の検査用開口150が形成される(図11参照)。
As a result, a
(11)発光メサ上部の光射出部となる領域(射出領域)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。このとき、同時に電極パッド及び金属配線となる部分にもp側の電極材料が蒸着される。 (11) A square-shaped resist pattern having a side of 10 μm is formed in a region (emission region) serving as a light emitting part on the light emitting mesa, and a p-side electrode material is deposited. As the electrode material on the p side, a multilayer film made of Cr / AuZn / Au or a multilayer film made of Ti / Pt / Au is used. At this time, the p-side electrode material is also deposited on the electrode pad and the metal wiring.
(12)光射出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。このp側電極で囲まれた領域が射出領域(光射出口)である(図5参照)。このとき、同時に電極パッド及び金属配線も形成される。図5から分かるように、光射出口の開口面積は、検査用開口150の開口面積よりも小さい。
(12) The electrode material deposited in the region to be the light emitting portion is lifted off, and the p-
(13)基板101の裏側を所定の厚さ(例えば、250μm程度)まで研磨した後、基板101の裏面(−Z側の面)にn側電極114を形成する。ここでは、n側電極はAuGe/Ni/Auからなる多層膜である。
(13) After polishing the back side of the
(14)アニールによって、p側電極とn側電極のオーミック導通をとる。これにより、発光メサは発光部となり、基板101上に複数の面発光レーザ素子100が形成されたこととなる。
(14) Ohmic conduction is established between the p-side electrode and the n-side electrode by annealing. Thus, the light emitting mesa becomes a light emitting portion, and a plurality of surface emitting
この後、例えばヘキ開工程等の幾つかの工程を経て、複数のチップ状の面発光レーザ素子100が作成される。
Thereafter, a plurality of chip-shaped surface emitting
ところで、露光によるウエットエッチングによってコンタクトホールを形成する際、メサのp−GaAsからなるコンタクト層は、層間絶縁膜をエッチング除去するためのエッチャント(例えばBHF)に曝される。 By the way, when a contact hole is formed by wet etching by exposure, the contact layer made of p-GaAs as a mesa is exposed to an etchant (for example, BHF) for etching and removing the interlayer insulating film.
一般的には、p−GaAsからなるコンタクト層はフッ酸には溶けることはなく、ウエットエッチングの際にはエッチングのストップ層として働く。 In general, a contact layer made of p-GaAs does not dissolve in hydrofluoric acid, and acts as an etching stop layer during wet etching.
しかし、コンタクト層を比較的薄く(20nm程度)する必要がある例えば可視帯〜850nm帯の面発光レーザ素子の作製の際には、コンタクト層にサブミクロンから数μmオーダの孔が開く「黒色化不良」が発生する。この「黒色化不良」による孔は、コンタクト層に留まらず、上部半導体DBRにも達する。 However, it is necessary to make the contact layer relatively thin (about 20 nm). For example, when manufacturing a surface emitting laser element in the visible band to 850 nm band, a hole on the order of submicron to several μm is opened in the contact layer. "Bad" occurs. The hole due to the “blackening failure” does not stay in the contact layer but also reaches the upper semiconductor DBR.
すなわち、コンタクト層がダメージを受けて一部消失し、その下層のp−AlGaAsからなる上部半導体DBRが一部露出してしまう。なお、便宜上、上部半導体DBRを構成する低屈折率層及び高屈折率層の材料を、p−AlGaAsと総称した。 That is, the contact layer is damaged and partially disappears, and the upper semiconductor DBR made of p-AlGaAs under the contact layer is partially exposed. For convenience, the materials of the low refractive index layer and the high refractive index layer constituting the upper semiconductor DBR are collectively referred to as p-AlGaAs.
この場合、コンタクト層が消失することで露出した上部半導体DBR上にp側電極が形成されると、コンタクト抵抗は増大し、デバイスの駆動電圧が高くなってしまう。 In this case, when the p-side electrode is formed on the upper semiconductor DBR exposed by the disappearance of the contact layer, the contact resistance increases and the drive voltage of the device increases.
また、p側電極の開口は光射出口として機能するが、この光射出口付近にp−AlGaAsが露出するため、該p−AlGaAsが酸化され、黒色化する。その結果、光射出口から射出されるレーザ光が黒色化したp−AlGaAs酸化層で散乱・吸収されて、光出力が低下してしまう。 The opening of the p-side electrode functions as a light exit, but p-AlGaAs is exposed near the light exit, so that the p-AlGaAs is oxidized and becomes black. As a result, the laser light emitted from the light exit is scattered and absorbed by the blackened p-AlGaAs oxide layer, and the light output is reduced.
また、面発光レーザ素子の製造工程でコンタクト層が薄くなると、上部半導体DBRの反射率が変化し、発振閾値などの特性が変動してしまう。 Further, when the contact layer becomes thin in the manufacturing process of the surface emitting laser element, the reflectance of the upper semiconductor DBR changes, and characteristics such as the oscillation threshold value change.
以上のように、可視帯〜850nm帯の面発光レーザ素子の製造工程においては、コンタクトホールを形成するためのウエットエッチング時にコンタクト層が受けるダメージによって、黒色化不良が発生し、素子の信頼性の低下や歩留まりの低下を招いていた。
このことは、コンタクト層を厚くできる赤外域の面発光レーザ素子であっても、問題となる。
As described above, in the manufacturing process of the surface-emitting laser element in the visible band to the 850 nm band, the contact layer is damaged during wet etching for forming the contact hole, so that the blackening defect occurs, and the reliability of the element is increased. This led to a decrease in yield and yield.
This is a problem even in the case of an infrared surface emitting laser element capable of thickening the contact layer.
通常、p−GaAs層(コンタクト層)を厚くすることによりp−AlGaAs層(上部半導体DBR)の露出を防ぐことができるが、その反面、光吸収が増加する。また、面発光レーザ素子の製造工程でp−GaAs層が薄くなってしまうと、p−AlGaAs層の反射率が変化し、発振閾値などの特性が変動してしまう。 Usually, by increasing the thickness of the p-GaAs layer (contact layer), it is possible to prevent the p-AlGaAs layer (upper semiconductor DBR) from being exposed, but on the other hand, light absorption increases. Further, when the p-GaAs layer becomes thin in the manufacturing process of the surface emitting laser element, the reflectance of the p-AlGaAs layer changes, and the characteristics such as the oscillation threshold value fluctuate.
そこで、発明者は、コンタクトホールを形成する際にp−GaAs層がエッチャント(例えばBHF)に曝されるときに、「黒色化不良」が発生する要因及びそのメカニズムを、試行錯誤の末、解明するに至った。 Therefore, the inventors have elucidated the cause and the mechanism of “blackening failure” when the p-GaAs layer is exposed to an etchant (for example, BHF) when forming a contact hole, through trial and error. It came to do.
すなわち、この「黒色化不良」の発生には、以下に説明するように、光が照射されることによって半導体内に生成されるエレクトロンとホールが関与していることを突き止めた。 That is, it has been found that the occurrence of the “blackening failure” involves electrons and holes generated in the semiconductor when irradiated with light, as will be described below.
例えば基板側がn型半導体材料で構成され、かつ射出口側がp型半導体材料で構成された面発光レーザ素子のダイオード構造に、エネルギギャップ以上のエネルギの光が照射されることで、ホールとエレクトロンが生成される。 For example, the surface of the surface emitting laser element in which the substrate side is made of an n-type semiconductor material and the exit side is made of a p-type semiconductor material is irradiated with light having energy greater than the energy gap, so that holes and electrons are generated. Generated.
このエレクトロンとホールは、PN接合のエネルギバンドによって形成されている電界によって、エレクトロンは基板側に、ホールは射出口側にドリフトする。ドリフトして蓄積されるホールがある一定の閾値を超えると、放電を起こす。 The electrons and holes drift to the substrate side and the holes drift to the exit side by an electric field formed by the energy band of the PN junction. When holes accumulated by drifting exceed a certain threshold, discharge occurs.
この放電が引き金となって、その部分のp−GaAs層が酸化されることになる。この酸化によって、コンタクト層のエッチングが進行し、場合によっては孔が開き、その下層のp−AlGaAs層のAlがBHFで酸化されることで、孔が深さ方向に進行する。 This discharge triggers the p-GaAs layer in that portion to be oxidized. Due to this oxidation, etching of the contact layer proceeds, and in some cases, a hole is opened. Al in the underlying p-AlGaAs layer is oxidized by BHF, so that the hole progresses in the depth direction.
そして、メサ上部のコンタクト層はメサ内部において電気的に独立しており、蓄積されていくホールはメサの外側に逃げることができない。このため、メサの面積が大きい場合や、コンタクトホール形成時における層間絶縁膜(誘電体層)が除去されている面積が小さい場合などは、「黒色化不良」が大量に発生する。 The contact layer above the mesa is electrically independent inside the mesa, and the accumulated holes cannot escape to the outside of the mesa. For this reason, when the area of the mesa is large, or when the area where the interlayer insulating film (dielectric layer) is removed at the time of forming the contact hole is small, “blackening failure” occurs in large quantities.
実験的に形成された、通常のメサに比べて1000倍程度ある大きなメサの場合には、同じコンタクトホールの面積でも、「黒色化不良」の発生率は著しく高く、孔が開くというよりは、p−GaAs層表面が酸化によって荒れている状態である。 In the case of a large mesa which is about 1000 times compared to a normal mesa formed experimentally, the occurrence rate of “blackening failure” is remarkably high even with the same contact hole area, rather than opening a hole. The p-GaAs layer surface is roughened by oxidation.
以上説明した「黒色化不良」が発生する要因及びそのメカニズムは、発明者が様々な実験を繰り返して、初めて実証した新規知見である。 The factors causing the “blackening failure” and the mechanism thereof described above are new findings that the inventors have demonstrated for the first time after repeating various experiments.
この黒色化不良に対して、本実施形態では、前述したように、面発光レーザ素子100に4つの検査用開口150を形成し、各検査用開口150を介してコンタクト層109を例えば顕微鏡等を用いて外観検査することで、「黒色化不良」の発生の有無を判断し、素子を選別することとしている。
For this blackening defect, in this embodiment, as described above, four
すなわち、各検査用開口150を介するコンタクト層109の外観検査によって「黒色化不良」が発生していると判断された面発光レーザ素子は不良品と判定されて排除され、「黒色化不良」が発生していないと判断された面発光レーザ素子は、良品としてパッケージに実装されるか、又はその他の検査工程に送られ良品と判定された後にパッケージに実装される。
That is, a surface emitting laser element that is determined to have a “blackening defect” by appearance inspection of the
なお、前述したように「黒色化不良」は徐々に進行するため、各検査用開口150を介してコンタクト層109を所定時間モニタし、モニタ結果に基づいて、素子を選別することとしても良い。
Since the “blackening failure” gradually proceeds as described above, the
図11には、比較例の面発光レーザ素子の平面図が示されている。この面発光レーザ素子では、素子製造時に検査用開口が形成されないため、「黒色化不良」の発生の有無を外観検査で判断することは困難である。この場合、「黒色化不良」による孔がp−AlGaAs層まで達している場合は、その後、p−AlGaAs層の酸化が進行し、例えば面発光レーザ素子をパッケージに実装した後に発光特性の劣化が判明することが考えられる。この結果、素子が実装されたパッケージを不良品として排除せざるをえなくなり、実装工程が無駄になる等の製造効率の悪化、及び実装後の歩留まりの低下を招く。 FIG. 11 shows a plan view of a surface emitting laser element of a comparative example. In this surface emitting laser element, since an inspection opening is not formed when the element is manufactured, it is difficult to determine whether or not “blackening failure” has occurred by appearance inspection. In this case, when the hole due to “blackening failure” reaches the p-AlGaAs layer, the oxidation of the p-AlGaAs layer proceeds thereafter. For example, after the surface emitting laser element is mounted on the package, the emission characteristics are deteriorated. It is possible to find out. As a result, the package on which the element is mounted must be excluded as a defective product, resulting in deterioration in manufacturing efficiency such as a waste of the mounting process and a decrease in yield after mounting.
図13(A)には、第1実施形態の製造方法によって製造され黒色化不良が発生していないと判断された面発光レーザ素子100の発光部間の駆動電流のばらつきがグラフにて示されている。図13(B)には、図12に示される比較例の面発光レーザ素子の駆動電流のばらつきがグラフにて示されている。図13(A)及び図13(B)において、横軸は、駆動電流の平均値からの差を百分率で示し、縦軸は、駆動電流に対する発光部数(チャンネル数)を示している。
FIG. 13A is a graph showing variations in drive current between the light emitting portions of the surface emitting
図13(A)及び図13(B)から分かるように、第1実施形態の製造方法によって製造され黒色化不良が発生していないと判断された面発光レーザ素子の発光部間の駆動電流のばらつきは、比較例の面発光レーザ素子の発光部間の駆動電流のばらつきに比べて小さくなっている。 As can be seen from FIG. 13A and FIG. 13B, the drive current between the light emitting portions of the surface emitting laser element manufactured by the manufacturing method of the first embodiment and determined to have no blackening defect. The variation is smaller than the variation in the drive current between the light emitting portions of the surface emitting laser element of the comparative example.
以上説明した第1実施形態の面発光レーザ素子100の製造方法は、基板101上に下部半導体DBR103、活性層105、被選択酸化層108を含む上部半導体DBR107及びコンタクト層109を順次積層して積層体を作成する工程と、複数(例えば35個)の発光部となる、被選択酸化層108が側面に露出している複数(例えば35個)の発光メサが形成されるように前記積層体をエッチングする工程と、複数の発光メサ上及び該複数の発光メサの周辺領域上に層間絶縁膜111を形成する工程と、層間絶縁膜111上にレジストパターンを形成し、層間絶縁膜111をウエットエッチングする工程とを含んでいる。そして、ウエットエッチングする工程では、複数の発光メサ上に形成された層間絶縁膜111が部分的に除去され、複数の光射出口が形成されるとともに、前記周辺領域上に形成された層間絶縁膜111が部分的に除去され、コンタクト層109を外観検査するための複数(例えば4つ)の検査用開口150が形成される。
In the method of manufacturing the surface-emitting
この場合、例えばTEG(test element group)、PCM(process control module)などと比べて、素子単位による「黒色化不良」を精度良く検出できるため、黒色化不良が発生した素子を不良品として排除でき、ひいては発光特性のばらつきが少ない高信頼性の面発光レーザ素子を提供することができる。 In this case, compared with, for example, TEG (test element group), PCM (process control module), etc., “blackening failure” by element unit can be detected with high accuracy, so that an element with blackening failure can be excluded as a defective product. As a result, it is possible to provide a highly reliable surface emitting laser element with little variation in light emission characteristics.
結果として、第1実施形態によれば、黒色化不良のない信頼性の高い面発光レーザ素子をパッケージに実装して光源装置14を製造することができ、実装後の歩留りを向上させることができる。すなわち、実装工程が無駄になることを抑制でき、光源装置14の製造歩留りを向上させることができる。
As a result, according to the first embodiment, it is possible to manufacture the
また、複数の検査用開口150は、前記ウエットエッチングする工程で光射出口と並行して形成されるため、製造工程の増加を抑制できる。
In addition, since the plurality of
また、前記エッチングする工程では、複数の検査用開口150が形成される、複数の発光メサ側に突出する複数の検査用メサ(突出部)が複数の発光メサの周辺領域に形成されるように前記積層体がエッチングされる。
Further, in the etching step, a plurality of inspection mesas (projections) protruding to the plurality of light emitting mesas, in which the plurality of
この場合、各検査用メサに形成される検査用開口150の位置が一見して把握できるため、コンタクト層109の外観検査をスムーズに行うことができる。
In this case, since the position of the inspection opening 150 formed in each inspection mesa can be grasped at a glance, the appearance inspection of the
また、複数の発光部140の+X側、−X側、+Y側及び−Y側に検査用開口150が各1つ形成されているため、コンタクト層109全体に対して均等に外観検査することができる。
Further, since one
また、各検査用開口150の開口面積は、光射出口の開口面積よりも大きく設定されている。 The opening area of each inspection opening 150 is set larger than the opening area of the light exit.
この場合、仮に光射出口を介してコンタクト層109を外観検査する場合に比べて、各検査用開口150を介してコンタクト層109を広範囲かつ容易に外観検査することができる。
In this case, as compared with the case where the
また、光源装置14では、複数(例えば35個)の発光部140を含んで構成される面発光レーザ素子100(黒色化不良による不良品と判断されなかったもの)がパッケージに実装されているため、「黒色化不良」の無い高信頼性のマルチチャンネルの面発光レーザ素子を有する光源装置を提供することができる。
In the
また、光走査装置1010は、光源装置14を備えているため、多数の光スポットで同時に感光体ドラムを安定して精度良く走査することができる。
Further, since the
また、レーザプリンタ1000は、光走査装置1010を備えているため、高速、かつ高精細に画像を形成することができる。すなわち、スループット及び画像品質の向上を図ることができる。
Further, since the
一方、特許文献1〜3に開示されている技術でも「黒色化不良」を完全に抑制することはできず、コンタクト層に開いた孔がAlGaAs層まで達している場合は、AlGaAs層の酸化が進行し、初期特性検査では良品と判定されていた素子でも、時間の経過とともに発光特性が劣化し、パッケージに実装された後に不良品と判定される事態が生じていた。 On the other hand, even the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 cannot completely suppress “blackening failure”, and if the hole opened in the contact layer reaches the AlGaAs layer, the AlGaAs layer is oxidized. Even if the device progressed and was determined to be a non-defective product in the initial characteristic inspection, the light emission characteristics deteriorated over time, and it was determined that the device was determined to be defective after being mounted on the package.
この場合、実装に要するコストが無駄になり、素子の製造コストの増大を招く。また、この不良品が市場へと流出しないように検査工程を追加すると、検査工数増によるコストアップとなり、やはり製造コストの増大を招く。また、仮に実装工程前に光射出口を介して外観検査して「黒色化不良」を検出しようとしても、光射出口は開口面積が非常に小さく、欠陥のサイズがサブミクロン〜数ミクロン程度の大きさのため、検出が困難であった。結果として、特許文献1〜3に開示されている技術では、黒色化不良が発生した面発光レーザ素子を不良品として排除することが困難であった。 In this case, the cost required for mounting is wasted, and the manufacturing cost of the element is increased. Further, if an inspection process is added so that this defective product does not flow out to the market, the cost increases due to an increase in inspection man-hours, which also increases the manufacturing cost. Also, even if an appearance inspection is performed through the light emission port before the mounting process to detect “blackening failure”, the light emission port has a very small opening area and a defect size of about submicron to several microns. Due to its size, it was difficult to detect. As a result, with the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3, it is difficult to eliminate the surface emitting laser element in which the blackening defect has occurred as a defective product.
以下に、本発明の第2実施形態を、図14〜図24を参照して説明する。第2実施形態では、上記第1実施形態と異なる点を主に説明し、上記第1実施形態と同様の構成を有する部材には、同一の符号を付して、その説明を省略する。 Below, 2nd Embodiment of this invention is described with reference to FIGS. In the second embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and members having the same configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
第2実施形態では、各発光部は、発振波長が780nm帯の垂直共振器型の面発光レーザ(VCSEL)である。 In the second embodiment, each light emitting unit is a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) having an oscillation wavelength band of 780 nm.
第2実施形態の面発光レーザ素子200は、一例として、図14に示されるように、各検査用メサのコンタクト層109と層間絶縁膜111との間に、n型半導体層115及び光検出部121が配置されている点が、上記第1実施形態の面発光レーザ素子100と異なる。
As an example, a surface emitting
第2実施形態の面発光レーザ素子200の製造方法では、先ず、図15に示されるように、上記第1実施形態の製造工程(1)で作成された積層体の最上層であるコンタクト層109上にエッチング停止層及び拡散防止層として機能する例えば厚さ30nmのn−GaInPからなるn型半導体層115を形成する。
In the method for manufacturing the surface emitting
そして、このn型半導体層115上に厚さ例えば3μmのn−GaAsからなるn型半導体層117、例えば厚さ3μmのp−GaAsからなるp型半導体層119を順次積層して、n型半導体層117及びp型半導体層119で構成されるPN構造を有する光検出体を形成する。
Then, an n-
このように、光検出体は、基板101と同じ材料であるGaAsからなり、基板101上でこれよりもバンドギャップエネルギの小さい材料を設けることは一般に困難である。
Thus, the photodetector is made of GaAs, which is the same material as the
すなわち、光検出体は、最も長波長側の光まで吸収できる材料で構成されている。なお、光検出体は、p−GaAs層、i−GaAs層及びn−GaAs層で構成されるPIN構造を用いても良い。 That is, the photodetector is made of a material that can absorb even the light having the longest wavelength. Note that the photodetector may have a PIN structure including a p-GaAs layer, an i-GaAs layer, and an n-GaAs layer.
n型半導体層115は、基板101に格子整合する組成が選択されており、GaAsに対して十分バンドギャップエネルギが大きく、キャリア拡散を効果的に抑制することができる。
The n-
また、n型にドーピングされているn型半導体層115は、価電子帯にポテンシャル障壁が形成されるので、光検出体のn型半導体層117中で発生した少数キャリアである正孔のコンタクト層109側への拡散を、さらに効果的に抑制することができる。
In addition, since the n-
次に、光検出体の所定部分に検査用メサ形成用のレジストパターンを形成し(図16参照)、硫酸系のエッチング液を用いて、光検出体のレジストパターンが形成されていない部分を除去することで、光検出部121を形成する(図17参照)。この場合、n−GaInPは、硫酸系エッチング液では侵食されないので、n型半導体層115の表面でエッチングを停止させることができる。
Next, a resist pattern for forming an inspection mesa is formed on a predetermined portion of the light detector (see FIG. 16), and a portion of the light detector on which the resist pattern is not formed is removed using a sulfuric acid-based etching solution. As a result, the
次に、塩酸系のエッチング液を用いてn型半導体層115の除去を行う。この場合、p−GaAsは、塩酸系のエッチング液で侵食されないので、エッチングをコンタクト層109の表面で停止させることができる(図18参照)。
Next, the n-
次いで、上記第1実施形態の製造工程(2)〜(4)と同様にして、発光メサ及び検査用メサを形成し(図19及び図20参照)、製造工程(5)と同様にして、酸化狭窄構造体を形成し(図21参照)、製造工程(6)と同様にして、層間絶縁膜111を形成し(図22参照)、製造工程(7)〜(10)と同様にして、コンタクトホール及び検査用開口を形成し(図23参照)、さらに製造工程(11)〜(14)と同様にして、基板101上に複数の面発光レーザ素子200が形成される。その後、複数のチップ状の面発光レーザ素子200に分割される。
Next, a light emitting mesa and an inspection mesa are formed in the same manner as in the manufacturing steps (2) to (4) of the first embodiment (see FIGS. 19 and 20), and in the same manner as in the manufacturing step (5). An oxide confinement structure is formed (see FIG. 21), and an
図24には、第2実施形態の製造方法によって製造され黒色化不良が発生していないと判断された面発光レーザ素子200の発光部間の駆動電流のばらつきがグラフにて示されている。図24において、横軸は、駆動電流の平均値からの差を百分率で示し、縦軸は、駆動電流に対する発光部数(チャンネル数)を示している。
FIG. 24 is a graph showing variations in driving current between the light emitting portions of the surface emitting
図24及び図13(A)から分かるように、第2実施形態の製造方法によって製造され黒色化不良が発生していないと判断された面発光レーザ素子200の発光部間の駆動電流のばらつきは、第1実施形態の製造方法によって製造された面発光レーザ素子100の発光部間の駆動電流のばらつきに比べて小さくなっている。
As can be seen from FIGS. 24 and 13A, the variation in the drive current between the light emitting portions of the surface emitting
第2実施形態では、検査用開口を介して光検出部121に入射した入射光の大半が光検出部121で吸収され、該光検出部121のn型半導体層117及びp型半導体層119の一方で発生した少数キャリアは容易に他方に到達できる。また、n型半導体層115によって、光検出部121からコンタクト層109への少数キャリアの拡散が抑制されている。以下では、面発光レーザ素子の光検出部以外の部分を、素子部と称する。
In the second embodiment, most of the incident light incident on the
結果として、光検出部121に蓄積される電荷量を大幅に増大することができ、以下に説明するように、光検出部121における素子部表面の損傷の検出感度を大幅に高め、非常に微細な欠陥も精度良く検出することが可能となる。
As a result, the amount of charge accumulated in the
一般に、面発光レーザ素子では、上部反射鏡として多層膜反射鏡が用いられている。多層膜反射鏡は、屈折率が異なる半導体層を交互に複数積層することにより、極めて高い反射率を実現している。この際、隣接する2つの半導体層は屈折率に加えて、バンドギャップエネルギも異なるため、隣接する2つの半導体層の界面にはバンド不連続によるヘテロ障壁が発生し、キャリアの拡散、ドリフトが妨げられる。 Generally, in a surface emitting laser element, a multilayer film reflecting mirror is used as an upper reflecting mirror. The multilayer mirror achieves extremely high reflectivity by alternately laminating a plurality of semiconductor layers having different refractive indexes. At this time, since the two adjacent semiconductor layers have different band gap energies in addition to the refractive index, a hetero barrier due to band discontinuity occurs at the interface between the two adjacent semiconductor layers, preventing carrier diffusion and drift. It is done.
p型の多層膜反射鏡では、ドーピングによってフェルミレベルが変化し、各半導体層の価電子帯エネルギが同程度となるように揃う。この場合、各半導体層のヘテロ界面の伝導帯側では、バンド不連続量に対応したポテンシャル障壁が存在していることになる。この結果、少数キャリアである電子のドリフト・拡散は、このポテンシャル障壁によって阻害される。 In the p-type multilayer mirror, the Fermi level is changed by doping, so that the valence band energies of the respective semiconductor layers are equal. In this case, a potential barrier corresponding to the band discontinuity exists on the conduction band side of the heterointerface of each semiconductor layer. As a result, drift and diffusion of electrons, which are minority carriers, are hindered by this potential barrier.
また、n型の多層膜反射鏡では、ドーピングにより伝導帯のエネルギが同程度となるように揃うので、価電子側にポテンシャル障壁が存在し、少数キャリアである正孔の運動が阻害される。 In addition, in the n-type multilayer mirror, the energy of the conduction band is aligned by doping, so that a potential barrier exists on the valence electron side, and movement of holes that are minority carriers is inhibited.
前述したように、p型半導体層で光吸収が起こり、電子−正孔ペアが形成されると、少数キャリアである電子は、拡散によりpn接合面(界面)まで移動し、接合部の電界により加速されて、n型半導体中に蓄積されていく。n型半導体中では、正孔が拡散し、pn接合面を横切って、p型半導体中に蓄積される。 As described above, when light absorption occurs in the p-type semiconductor layer and an electron-hole pair is formed, electrons that are minority carriers move to the pn junction surface (interface) by diffusion, and are generated by the electric field at the junction. It is accelerated and accumulated in the n-type semiconductor. In the n-type semiconductor, holes diffuse and accumulate in the p-type semiconductor across the pn junction.
この際、p型半導体層及びn型半導体層それぞれの少数キャリアは、ポテンシャルバリアの影響を受けて、pn接合面までの拡散が阻害される。この場合、多数のヘテロ界面を含んだ構造では、蓄積される電荷量が少なくなる傾向がある。このことは、「黒色化不良」の発生が抑制されることを意味しており、この点においては好ましい。 At this time, the minority carriers in the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are affected by the potential barrier, and the diffusion to the pn junction surface is inhibited. In this case, in a structure including a large number of heterointerfaces, the amount of accumulated charge tends to decrease. This means that the occurrence of “blackening failure” is suppressed, which is preferable in this respect.
しかしながら、素子部の表面の損傷の程度を高い感度で検出するためには、発生したキャリアが検査用メサの表面(検査用開口付近)に十分に蓄積されていることが望ましい。 However, in order to detect the degree of damage of the surface of the element portion with high sensitivity, it is desirable that the generated carriers are sufficiently accumulated on the surface of the inspection mesa (near the inspection opening).
第2実施形態では、素子部の表面へのダメージを極力低減でき、かつコンタクト層表面の損傷状態を感度良くモニタできる構成が実現されている。 In the second embodiment, a configuration is realized in which damage to the surface of the element portion can be reduced as much as possible, and the damage state of the contact layer surface can be monitored with high sensitivity.
そのために、光検出部は、ホモ接合で構成され、可能な限りバンドギャップエネルギが小さい半導体材料で構成されることが望ましい。また、光検出部とコンタクト層との間には、キャリアの拡散を防止するための、バンドギャップエネルギが極力大きい(例えば光検出部を構成する半導体材料よりもバンドギャップエネルギが大きい)半導体材料で構成される拡散防止層が配置されていることが望ましい。 Therefore, it is desirable that the light detection unit is formed of a semiconductor material that is homojunction and has as little band gap energy as possible. Further, a semiconductor material having a band gap energy as large as possible (for example, a band gap energy larger than that of a semiconductor material constituting the light detection unit) for preventing carrier diffusion between the light detection unit and the contact layer. It is desirable that a configured diffusion preventing layer is disposed.
この場合、検査用開口を介して光検出部に入射した光は、光検出部で効率良く吸収され、素子部に到達する光は大幅に低減される。この場合、多層膜反射鏡でのキャリアの生成が減るので、ヘテロ界面のポテンシャルバリアで阻害されて、素子部に留まったままになる無効キャリアの発生を低減することができる。また、従来素子部で検出されていた光は、光検出部で吸収されることになり、さらに光検出部ではキャリアの拡散を阻害する障壁はないので、少数キャリアは容易にpn接合の相手領域に到達し、入射光に対して極めて効率的にキャリアが蓄積される。 In this case, the light incident on the light detection unit through the inspection opening is efficiently absorbed by the light detection unit, and the light reaching the element unit is greatly reduced. In this case, since the generation of carriers in the multilayer reflector is reduced, it is possible to reduce the generation of ineffective carriers that are blocked by the potential barrier at the heterointerface and remain in the element portion. In addition, light that has been detected by the conventional element unit is absorbed by the photodetection unit, and since there is no barrier that inhibits carrier diffusion in the photodetection unit, minority carriers can easily be a partner region of a pn junction. The carriers are accumulated very efficiently with respect to the incident light.
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型基板を用いる場合には、上記の説明に対して、各半導体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。 The above is a description of an element on an n-type substrate, but it is not limited to an element on an n-type substrate, and the same can be said for an element on a p-type substrate. In the case of using a p-type substrate, the same effect can be obtained by replacing the conductivity type of each semiconductor layer and the polarity of carriers with respect to the above description.
ところで、GaAs基板上には、他の基板を用いた場合に比べて反射特性、放熱特性に優れたAlGaAsによる多層膜反射鏡を用いることができる。このため、GaAs基板を用いて実用に供する特性の優れた面発レーザ素子が実現されている。 By the way, on the GaAs substrate, an AlGaAs multilayer mirror having excellent reflection characteristics and heat dissipation characteristics can be used as compared with the case of using another substrate. For this reason, a surface emitting laser element having excellent characteristics for practical use using a GaAs substrate has been realized.
また、GaAs基板上に成長させた複数の半導体材料によって650〜850nm帯の発振波長を得ることができる。 In addition, an oscillation wavelength of 650 to 850 nm can be obtained by a plurality of semiconductor materials grown on a GaAs substrate.
また、GaAs基板に成長できる半導体材料の中では、GaAsが最もバンドギャップエネルギが小さく、これを光検出部のPN接合、又はPIN接合の材料として用いると870nm帯から短波にかけた広い範囲の光を検出することができる。 Of the semiconductor materials that can be grown on a GaAs substrate, GaAs has the smallest band gap energy, and if this is used as a material for the PN junction or PIN junction of the photodetection section, a wide range of light from the 870 nm band to a short wave can be obtained. Can be detected.
また、GaInPはGaAsに対してバンドギャップエネルギが大きく、光検出部で生成されたキャリアが素子部へ拡散するのを防ぐ効果が得られ、さらにGaAsに対して選択エッチングが可能であるので、素子部における発光部になる領域上に成長したGaAsからなるPN接合、又はPIN接合による光検出体を選択的に除去し、通常の素子部のみを残すことが可能である。 In addition, GaInP has a larger band gap energy than GaAs, and the effect of preventing the carriers generated in the photodetection part from diffusing into the element part is obtained. Furthermore, selective etching can be performed on GaAs. It is possible to selectively remove the photodetector by PN junction or PIN junction made of GaAs grown on the region to be the light emitting portion in the portion, leaving only the normal element portion.
結果として、第2実施形態によると、650〜850nm帯の面発光レーザ素子の製造する際に、素子部上にPN接合又はPIN接合による光検出部が設けられた構造体を容易に作製することができる。また、光検出の感度をより高くすることができる。 As a result, according to the second embodiment, when a surface-emitting laser element in the 650 to 850 nm band is manufactured, a structure in which a light detection part by a PN junction or a PIN junction is provided on the element part can be easily manufactured. Can do. In addition, the sensitivity of light detection can be further increased.
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。 The above is a description of an element on an n-type substrate, but it is not limited to an element on an n-type substrate, and the same can be said for an element on a p-type substrate. When a p-type substrate is used, the same effect can be obtained by replacing the conductivity type of each layer and the polarity of carriers in the above description. Further, the wavelength is not limited to the 780 nm band, and may be another wavelength band using different active layer materials such as a 650 nm band, an 850 nm band, a 980 nm band, a 1.3 μm band, and a 1.5 μm band. The substrate may be a substrate other than GaAs.
なお、上記第2実施形態では、光検出体とコンタクト層との間に、n型半導体層115が形成されているが、n型半導体層115を設けずに、光検出体をコンタクト層に直接形成しても良い。
In the second embodiment, the n-
以下に、本発明の第3実施形態を、図26〜図35を参照して説明する。第3実施形態では、上記第1及び第2実施形態と異なる点を主に説明し、上記第1及び第2実施形態と同様の構成を有する部材には、同一の符号を付して、その説明を省略する。 Below, 3rd Embodiment of this invention is described with reference to FIGS. In the third embodiment, differences from the first and second embodiments will be mainly described, and members having the same configurations as those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, Description is omitted.
図26には、第3実施形態の面発光レーザ素子300の断面図が示されている。第3実施形態では、コンタクト層109と層間絶縁膜111との間に誘電体層112が配置されている点が、上記第1及び第2実施形態と異なる。
FIG. 26 shows a cross-sectional view of the surface emitting
第3実施形態の面発光レーザ素子300の製造方法では、先ず、上記第1実施形態の製造工程(1)で作成された積層体の最上層であるコンタクト層109上に、P−CVD法(プラズマCVD法)を用いて、P−SiN(SiNx)からなる光学的に透明な誘電体層112を形成する(図27参照)。
In the method for manufacturing the surface-emitting
ここでは、誘電体層112の光学的長さがλ/4とされている。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に設定されている。
Here, the optical length of the
次いで、誘電体層112上にレジストパターンAを形成する(図28参照)。レジストパターンAは、一例として、各発光メサの外形を規定するためのパターンa、該発光メサにおける光射出口が形成される領域の一部をマスクするためのパターンb、及び各検査用メサの外形を規定するため、かつ電極パッドが形成される領域をマスクするためのパターンcを含む。 Next, a resist pattern A is formed on the dielectric layer 112 (see FIG. 28). As an example, the resist pattern A includes a pattern a for defining the outer shape of each light emitting mesa, a pattern b for masking a part of a region where a light emission port of the light emitting mesa is formed, and each inspection mesa A pattern c for defining the outer shape and for masking the region where the electrode pad is formed is included.
ここでは、図29に示されるように、パターンaは、正方形枠状のレジストからなる。パターンbは、パターンaの内側に該パターンaの中央部をX軸方向に挟むように形成されたY軸方向を長手方向とする矩形の2つのレジストからなる。パターンcは、検査用開口が形成される箇所に対応する箇所に開口が形成されている。パターンa及びパターンcの開口面積は、一例として、同じ大きさに設定されている。 Here, as shown in FIG. 29, the pattern a is made of a square frame resist. The pattern b is formed of two rectangular resists having a longitudinal direction in the Y-axis direction formed so as to sandwich the central portion of the pattern a in the X-axis direction inside the pattern a. In the pattern c, an opening is formed at a location corresponding to the location where the inspection opening is formed. As an example, the opening areas of the pattern a and the pattern c are set to the same size.
そして、例えばBHFをエッチャントに用いるウエットエッチングにより誘電体層112を選択的にエッチングする。この結果、誘電体層112におけるレジストパターンAが形成されていない領域が除去され、誘電体層112におけるレジストパターンAが形成された領域が残留する(図30参照)。
Then, for example, the
結果として、光射出口が形成される領域において、周辺部の反射率が中央部の反射率に比べて相対的に低くなり、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可能となる。 As a result, in the region where the light exit is formed, the reflectance of the peripheral portion is relatively lower than the reflectance of the central portion, and without lowering the light output of the fundamental transverse mode, Oscillation can be suppressed.
ここで、誘電体層112が除去されるとき、コンタクト層109が露出し、エッチャントに曝される。そこで、コンタクト層109の露出部分を外観検査することで、コンタクト層109における「黒色化不良」を検出できる。「黒色化不良」が検出された場合、加工対象の構造体を製造工程から排除することもできる。
Here, when the
次いで、レジストパターンA上にレジストパターンBを形成する。レジストパターンBは、パターンaで囲まれた領域をマスクするためのパターンdと、各検査用開口となる領域をマスクするためのパターンeを含む(図31参照)。 Next, a resist pattern B is formed on the resist pattern A. The resist pattern B includes a pattern d for masking a region surrounded by the pattern a and a pattern e for masking a region to be an inspection opening (see FIG. 31).
そして、例えばCl2ガスを用いるドライエッチングにより、発光メサ及び検査用メサを形成する(図32参照)。ここでは、ドライエッチングによるエッチング底面は、下部半導体DBR103の+Z側の面内に位置させている。ドライエッチング後、レジストパターンA及びレジストパターンBを除去する。
Then, for example, a light emitting mesa and an inspection mesa are formed by dry etching using Cl 2 gas (see FIG. 32). Here, the bottom surface of the etching by dry etching is located in the + Z side surface of the
次いで、ドライエッチングで側面が露出した被選択酸化層108を、水蒸気中で熱処理し、メサ側面から酸化を進行させ、酸化物108aを生成する(図33参照)。すなわち、素子の駆動電流の経路を中心部の酸化されていない領域108bだけに制限する酸化狭窄構造体が形成される。
Next, the selectively oxidized
次いで、図33の構造体上の全域に、プラズマCVD法により、SiNからなる層間絶縁膜111を形成する(図34参照)。
Next, an
そして、上記第1実施形態の製造工程(7)〜(9)と同様にして、発光メサ及び検査用メサのコンタクト層109上に形成された層間絶縁膜111を、例えばBHFをエッチャントに用いるウエットエッチングにより除去し、コンタクトホール及び検査用開口を形成する。
Similar to the manufacturing steps (7) to (9) of the first embodiment, the
ここで、層間絶縁膜111が除去されるとき、コンタクト層109におけるコンタクトホール及び検査用開口に対応する箇所が露出し、エッチャントに曝される。そこで、検査用開口を介してコンタクト層109を外観検査することで、コンタクト層109における「黒色化不良」を精度良く検出することができる。「黒色化不良」が検出された場合、加工対象の構造体を製造工程から排除することもできる。
Here, when the
次いで、上記第1実施形態の製造工程(11)〜(14)と同様にして、p側電極113を形成し、n側電極114を形成し、p側電極とn側電極のオーミック導通をとる。そして、例えばヘキ開工程との幾つかの工程を経て、複数のチップ状の面発光レーザ素子300が作成される。
Next, in the same manner as in the manufacturing steps (11) to (14) of the first embodiment, the p-
以上説明した第3実施形態では、ウエットエッチングにより誘電体層112が除去されるとき、及びウエットエッチングにより層間絶縁膜111が除去されるとき、コンタクト層109がエッチャントに曝される。この場合、誘電体層112が除去されてから層間絶縁膜111が除去されるまでは、コンタクト層109の露出部分を適宜外観検査することで、「黒色化不良」を検出できる。そして、層間絶縁膜111が除去された後、検査用開口を介してコンタクト層109を適宜外観検査することで、「黒色化不良」を検出できる。
In the third embodiment described above, the
一方、光射出口の開口面積は検査用開口の開口面積よりも小さく、かつ光射出口内には誘電体層112の一部があるため(図26参照)、光射出口を介しての外観検査によって「黒色化不良」を検出することは非常に困難である。
On the other hand, since the opening area of the light exit opening is smaller than the opening area of the inspection opening and there is a part of the
なお、上記第3実施形態におけるレジストパターンAは、適宜変更可能である。例えば、パターンbは、パターンaに対応する誘電体層の内側における周辺部での反射率が中央部での反射率よりも低くなるような構成であれば、上記第3実施形態とは異なる構成であっても良い。 Note that the resist pattern A in the third embodiment can be changed as appropriate. For example, the pattern b is different from the third embodiment as long as the reflectance at the peripheral portion inside the dielectric layer corresponding to the pattern a is lower than the reflectance at the central portion. It may be.
なお、上記第1〜第3実施形態では、層間絶縁膜111の材料として、SiNが用いられているが、例えばSiO2、SiON等であっても良い。
In the first to third embodiments, SiN is used as the material of the
また、上記第1〜第3実施形態では、誘電体層112の材料として、SiNが用いられているが、例えばSiO2、SiON等であっても良い。
In the first to third embodiments, SiN is used as the material of the
また、上記第1〜第3実施形態では、ウエットエッチングを行う際、レジストパターンを形成するときに、上部半導体DBR107を構成するAlGaAsのバンドギャップエネルギよりもエネルギが高い光を照射することとしても良い。
In the first to third embodiments, when wet etching is performed, light having energy higher than the band gap energy of AlGaAs constituting the
この場合、コンタクト層109に「黒色化不良」が発生している場合に、その進行を早めることができるため、コンタクト層109をモニタすることで、ウエットエッチング環境の微妙な変化による「黒色化不良」の発生を早期に確実に検出することができ、素子の選別をいち早く行うことができる。この結果、ウエットエッチング後の製造工程が無駄にならずに済む。また、モニタ結果をウエットエッチングプロセス環境へフィードバックすることで、「黒色化不良」の発生を抑制し、発光部間の発光特性のばらつきがより少ない高信頼性の面発光レーザ素子を製造することができる。
In this case, when the “blackening failure” occurs in the
ところで、通常、ウエットエッチングは、照明がない環境(暗い環境)又は照度が管理された環境で行われるが、照明がない環境でのウエットエッチングは、作業上及び安全上、難しく、また不意の照度変化も想定されるため、検査用開口を形成することにより、「黒色化不良」を精度良く検出することができる。 By the way, wet etching is usually performed in an environment without illumination (dark environment) or an environment in which illuminance is controlled. However, wet etching in an environment without illumination is difficult and unintentional illuminance in terms of work and safety. Since a change is also assumed, “blackening failure” can be accurately detected by forming the inspection opening.
また、上記第1〜第3実施形態では、各検査用開口の開口面積は、コンタクトホールの開口面積と同じにされているが、これに限られず、要は、光射出口の開口面積よりも大きいことが好ましい。 Moreover, in the said 1st-3rd embodiment, although the opening area of each test opening is made the same as the opening area of a contact hole, it is not restricted to this, Essentially, it is more than the opening area of a light emission opening. Larger is preferred.
また、上記第1〜第3実施形態では、4つの検査用開口の開口面積を、互いに異ならせても良いし、4つの検査用メサの突出面積(+Z側から見た面積)を互いに異ならせても良いし、4つの検査用メサの平面形状(+Z側から見た形状)を互いに異ならせても良いし、4つの検査用開口の開口形状(+Z側から見た形状)を互いに異ならせても良い。 In the first to third embodiments, the opening areas of the four inspection openings may be different from each other, and the protruding areas (areas viewed from the + Z side) of the four inspection mesas are different from each other. Alternatively, the four inspection mesas may have different planar shapes (the shapes viewed from the + Z side), and the four inspection openings may have different opening shapes (the shapes viewed from the + Z side). May be.
この場合、4つの検査用開口を容易に判別できるため、どの検査用開口に対応するコンタクト層に「黒色化不良」による欠陥が発生しているかを把握でき、これを例えばウエットエッチングプロセス環境にフィードバックすることにより、安定したウエットエッチングプロセスの構築が可能となり、発光部間の発光特性のばらつきがより少ない高信頼性の面発光レーザ素子を製造することができる。 In this case, since the four inspection openings can be easily identified, it is possible to grasp the defect caused by the “blackening failure” in the contact layer corresponding to which inspection opening, and this is fed back to the wet etching process environment, for example. By doing so, it is possible to construct a stable wet etching process, and it is possible to manufacture a highly reliable surface emitting laser element with less variation in light emission characteristics between light emitting portions.
また、上記第1〜第3実施形態では、検査用開口の数は、4つとされているが、これに限らず、例えば、1つ以上3つ以下でも良いし、5つ以上であっても良い。 In the first to third embodiments, the number of inspection openings is four. However, the number is not limited to this. For example, the number may be one or more and three or less, or may be five or more. good.
また、上記第1〜第3実施形態では、4つの検査用開口は、面発光レーザアレイの+X側、−X側、+Y側及び−Y側にそれぞれ形成されているが、これに限らず、例えば、面発光レーザアレイを取り囲む四角形の4隅に形成されても良い。 In the first to third embodiments, the four inspection openings are respectively formed on the + X side, the −X side, the + Y side, and the −Y side of the surface emitting laser array. For example, it may be formed at four corners of a rectangle surrounding the surface emitting laser array.
また、上記第1〜第3実施形態では、検査用開口は、面発光レーザアレイを取り囲む領域(周辺領域)の突出部である検査用メサに形成されているが、これに限られない。例えば、面発光レーザアレイを取り囲む領域に検査用メサを形成せず、該取り囲む領域に少なくとも1つの検査用開口を形成しても良い。また、例えば、面発光レーザアレイの周辺領域に発光メサと同様なメサ構造体を形成し、このメサ構造体に検査用開口を形成しても良い。 In the first to third embodiments, the inspection opening is formed in the inspection mesa that is a protruding portion of a region (peripheral region) surrounding the surface emitting laser array, but is not limited thereto. For example, at least one inspection opening may be formed in the surrounding region without forming the inspection mesa in the region surrounding the surface emitting laser array. Further, for example, a mesa structure similar to the light emitting mesa may be formed in the peripheral region of the surface emitting laser array, and an inspection opening may be formed in the mesa structure.
また、上記第1〜第3実施形態の面発光レーザアレイでは、発光部がXY平面に沿ってマトリクス状に配列されているが、これに限らず、要は、XY平面に沿って2次元配列されていれば良い。 In the surface emitting laser arrays of the first to third embodiments, the light emitting units are arranged in a matrix along the XY plane. However, the present invention is not limited to this, and the two-dimensional arrangement is essential along the XY plane. It only has to be done.
また、上記第1〜第3実施形態の面発光レーザアレイでは、射出口及び検査用開口の形状が正方形状とされているが、これに限らず、例えば、正方形以外の多角形状、円形状、楕円形状等の他の形状であっても良い。 Moreover, in the surface emitting laser arrays of the first to third embodiments, the shape of the emission port and the inspection opening is a square shape, but is not limited thereto, for example, a polygonal shape other than a square, a circular shape, Other shapes such as an elliptical shape may be used.
また、上記第1〜第3実施形態では、面発光レーザ素子100が35個の発光部を有する場合について説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、面発光レーザ素子は、発光部を1個のみ有していても良いし、2個〜34個を有していても良いし、36個以上有していても良い。
Moreover, although the said 1st-3rd embodiment demonstrated the case where the surface emitting
また、上記第1〜第3実施形態では、発光部の発振波長が850nm帯又は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。 Moreover, although the said 1st-3rd embodiment demonstrated the case where the oscillation wavelength of a light emission part was an 850 nm band or a 780 nm band, it is not limited to this. The oscillation wavelength of the light emitting unit may be changed according to the characteristics of the photoreceptor.
また、上記面発光レーザ素子100、面発光レーザ素子200及び面発光レーザ素子300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。
The surface-emitting
また、上記第1〜第3実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ1000の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
In the first to third embodiments, the case of the
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。 For example, an image forming apparatus that directly irradiates laser light onto a medium (for example, paper) that develops color with laser light may be used.
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。
For example, the medium may be a printing plate known as CTP (Computer to Plate). That is, the
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。 For example, the medium may be so-called rewritable paper. For example, a material described below is applied as a recording layer on a support such as paper or a resin film. Then, reversibility is imparted to color development by thermal energy control by laser light, and display / erasure is performed reversibly.
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。 There are a transparent cloudy type rewritable marking method and a color developing / erasing type rewritable marking method using a leuco dye, both of which can be applied.
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。 The transparent cloudy type is a polymer thin film in which fine particles of fatty acid are dispersed. When heated to 110 ° C. or higher, the resin expands due to melting of the fatty acid. Thereafter, when cooled, the fatty acid becomes supercooled and remains in a liquid state, and the expanded resin solidifies. Thereafter, the fatty acid solidifies and shrinks to become polycrystalline fine particles, and voids are formed between the resin and the fine particles. Light is scattered by this gap and appears white. Next, when heated to an erasing temperature range of 80 ° C. to 110 ° C., the fatty acid partially melts, and the resin thermally expands to fill the voids. If it cools in this state, it will be in a transparent state and an image will be erased.
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。 The rewritable marking method using a leuco dye utilizes a reversible color development and decoloration reaction between a colorless leuco dye and a developer / decolorant having a long-chain alkyl group. When heated by laser light, the leuco dye and the developer / decolorant react to develop color, and when rapidly cooled, the colored state is maintained. Then, when it is slowly cooled after heating, phase separation occurs due to the self-aggregating action of the long-chain alkyl group of the developer / decolorant, and the leuco dye and developer / decolorizer are physically separated and decolored.
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。 In addition, when the medium is exposed to ultraviolet light, it develops in C (cyan) and is decolored by visible R (red) light, and when exposed to ultraviolet light, it develops in M (magenta). A photochromic compound that is decolored by G (green) light, a photochromic compound that develops color when exposed to ultraviolet light (Y) and is decolored by visible B (blue) light. So-called color rewritable paper provided on the body may be used.
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。 This is a method of expressing full color by controlling the color density of the three types of materials that develop color in Y, M, and C by the time and intensity of applying R, G, and B light once it is made black by applying ultraviolet light. However, if the strong light of R, G, and B is continuously applied, all three types can be decolored to become pure white.
このような光エネルギ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。 A device that imparts reversibility to color development by such light energy control can also be realized as an image forming apparatus including an optical scanning device similar to the above-described embodiment.
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。 Further, an image forming apparatus using a silver salt film as the image carrier may be used. In this case, a latent image is formed on the silver salt film by optical scanning, and this latent image can be visualized by a process equivalent to a developing process in a normal silver salt photographic process. Then, it can be transferred to photographic paper by a process equivalent to a printing process in a normal silver salt photographic process. Such an image forming apparatus can be implemented as an optical plate making apparatus or an optical drawing apparatus that draws a CT scan image or the like.
また、一例として図25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。
As an example, as shown in FIG. 25, a
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。
The
各感光体ドラムは、図25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。
Each photoconductor drum rotates in the direction of the arrow in FIG. 25, and a charging device, a developing device, a transfer device, and a cleaning unit are arranged around each photoconductor drum along the rotation direction. Each charging device uniformly charges the surface of the corresponding photosensitive drum. The surface of each photoconductive drum charged by the charging device is irradiated with light by the
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を含む光源装置を、色毎に有している。そこで、上記光走査装置1010と同様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。
The
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、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。
By the way, in the
11a…第1走査レンズ(走査光学系の一部)、11b…第2走査レンズ(走査光学系の一部)、13…ポリゴンミラー(光偏向器)、14…光源装置、100…面発光レーザ素子、101…基板、103…下部半導体DBR(下部反射鏡)、104…下部スペーサ層、105…活性層、106…上部スペーサ層、107…上部半導体DBR(上部反射鏡)、108…被選択酸化層、109…コンタクト層、111…層間絶縁膜(保護膜)、112…誘電体層(保護膜)、140…発光部、150…検査用開口、1000…レーザプリンタ、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)。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、被選択酸化層を含む上部反射鏡及びコンタクト層を順次積層して積層体を作成する工程と、
前記少なくとも1つの発光部となる、前記被選択酸化層が側面に露出している少なくとも1つのメサ構造体が形成されるように前記積層体をエッチングする工程と、
前記少なくとも1つのメサ構造体上、及び該少なくとも1つのメサ構造体の周辺領域上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜上にレジストパターンを形成し、前記保護膜をウエットエッチングする工程と、を含み、
前記ウエットエッチングする工程では、前記少なくとも1つのメサ構造体上に形成された前記保護膜が部分的に除去され、少なくとも1つの光射出口が形成されるとともに、前記周辺領域上に形成された前記保護膜が部分的に除去され、少なくとも1つの開口が形成され、
前記開口の開口面積は、前記光射出口の開口面積よりも大きいことを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。 A method of manufacturing a surface-emitting laser element having at least one light-emitting portion,
A step of sequentially laminating a lower reflecting mirror, a resonator structure including an active layer, an upper reflecting mirror including a selective oxidation layer, and a contact layer on a substrate to form a stacked body;
Etching the stacked body so as to form at least one mesa structure in which the selective oxidation layer is exposed on a side surface, which serves as the at least one light emitting portion;
Forming a protective film on the at least one mesa structure and on a peripheral region of the at least one mesa structure;
Forming a resist pattern on the protective film, and wet etching the protective film,
In the wet etching step, the protective film formed on the at least one mesa structure is partially removed to form at least one light emission port, and the formed on the peripheral region. The protective film is partially removed to form at least one opening;
The method of manufacturing a surface-emitting laser element, wherein an opening area of the opening is larger than an opening area of the light emission port.
前記ウエットエッチングする工程では、前記レジストパターンを形成するときに、前記AlGaAsのバンドギャップエネルギよりもエネルギが高い光が照射され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の製造方法。 The upper reflector includes AlGaAs,
2. The method of manufacturing a surface emitting laser element according to claim 1, wherein in the wet etching step, light having an energy higher than a band gap energy of the AlGaAs is irradiated when forming the resist pattern. .
前記複数の開口の開口面積は、互いに異な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の製造方法。 The at least one opening is a plurality of openings;
The method of manufacturing a surface emitting laser element according to claim 1, wherein opening areas of the plurality of openings are different from each other.
前記開口を介して前記コンタクト層を検査して前記面発光レーザ素子が不良品であるか否かを判断する工程と、
前記判断する工程で不良品でないと判断された前記面発光レーザ素子を前記パッケージに実装する工程と、を含む光源装置の製造方法。
A method of manufacturing a light source device having a surface emitting laser element manufactured by the method of manufacturing a surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 6 and a package on which the surface emitting laser element is mounted,
Inspecting the contact layer through the opening to determine whether the surface emitting laser element is defective or not,
Mounting the surface-emitting laser element, which is determined not to be defective in the determining step, on the package.
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