JP2011114155A - 面発光型レーザーの製造方法、面発光型レーザー、面発光型レーザーアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】素子分離溝の壁面からの酸化がされにくい信頼性の高い面発光レーザーを提供する。
【解決手段】半導体基板の表面上に、異なる屈折率の半導体膜を交互に積層することにより形成される下部反射鏡と、半導体膜からなる活性層と、半導体膜からなる電流狭窄層と、異なる屈折率の半導体膜を交互に積層することにより形成される上部反射鏡とをエピタキシャル成長により形成する半導体層形成工程と、前記半導体層形成工程により形成された半導体膜の一部をエッチングすることにより、メサ構造を形成するメサ構造形成工程と、前記半導体層形成工程により形成された半導体膜を前記半導体基板の表面までエッチングすることにより素子分離溝を形成する素子分離溝形成工程と、前記素子分離溝の壁面及び前記メサ構造の側面に半導体材料からなる再成長層を形成する再成長層形成工程と、前記再成長層上に、絶縁体からなる保護膜を形成する保護膜形成工程と、を有することを特徴とする面発光型レーザーの製造方法を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】図３

Description

本発明は、面発光型レーザーの製造方法、面発光型レーザー、面発光型レーザーアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置に関する。

面発光型レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、形成される基板に対し垂直方向に光を出射する半導体レーザーであり、端面発光型半導体レーザーに比べて低コストで、二次元アレイ化が比較的容易に行うことができ、また、高性能であるため、光インターコネクション等の光通信の光源、光ピックアップ用の光源、レーザープリンター等の画像形成装置の光源等の用途に用いられている。

具体的には、面発光型レーザーは、基板の表面に、対向する一対の高反射率の多層膜からなるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）反射鏡を有しており、この一対のＤＢＲ反射鏡の間に活性層が設けられている。また、活性層とＤＢＲ反射鏡との間には、各々スペーサ層が設けられている。

このような面発光型レーザーは、活性層の体積を小さくすることができることから、低い閾値電流、低い消費電力で駆動することができる。また、共振器におけるモード体積が小さいため、数十ＧＨｚの変調が可能であり、高速伝送に有利である。また、出射光の広がり角が小さく、光ファイバへの結合が容易である。更には、へき開を行うことなく製造することができ、素子面積も小さく、高密度に並列化及び二次元配列化を行うことができる等の利点を有している。

このような利点を有しているため、面発光型レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の光伝送用光源への適用に留まらず、ボード間、ボード内、ＬＳＩのチップ間、チップ内の光伝送用光源への適用が期待されている。

特許文献１及び２には、このような構成の面発光型レーザーが記載されている。図１には、従来の一般的な面発光型レーザーの断面構造を示す。従来の一般的な面発光型レーザーは、単結晶基板であるｎ型ＧａＡｓ基板３１１上に、エピタキシャル成長により形成された下部ＤＢＲ反射鏡３１２、下部スペーサ層３１３、ＭＱＷ活性層３１４、上部スペーサ層３１５、周囲が酸化されて電流狭窄構造を有する電流狭窄層３１６、上部ＤＢＲ反射鏡３１７及びコンタクト層３１８を有している。下部スペーサ層３１３、ＭＱＷ活性層３１４、上部スペーサ層３１５、電流狭窄層３１６、上部ＤＢＲ反射鏡３１７及びコンタクト層３１８はエッチングによりメサ構造が形成されており、メサ構造の側面には保護膜３１９が形成され、コンタクト層３１８はｐ側電極３２１に接続され、ｎ型ＧａＡｓ基板３１１の裏面には、ｎ側電極３２２が接続されている。

次に、図２に基づき図１に示す従来の一般的な面発光型レーザーの製造方法について説明する。

最初に、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３１１上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）により、下部ＤＢＲ反射鏡３１２、下部スペーサ層３１３、ＭＱＷ活性層３１４、上部スペーサ層３１５、電流狭窄層３１６、上部ＤＢＲ反射鏡３１７及びコンタクト層３１８を順次エピタキシャル成長させることにより形成する。

下部ＤＢＲ反射鏡３１２は、ｎ型ＡｌＧａＡｓの組成を変えることにより屈折率を変化させ、高屈折率層となるｎ型ＡｌＧａＡｓと低屈折率層となるｎ型ＡｌＧａＡｓとを交互に数十ペア積層形成することにより形成する。また、下部スペーサ層３１３はＡｌＧａＡｓにより形成し、ＭＱＷ活性層３１４は組成の異なるＡｌＧａＡｓを交互に形成することにより多重量子井戸構造を形成し、上部スペーサ層３１５はＡｌＧａＡｓにより形成し、電流狭窄層３１６はＡｌＡｓにより形成する。更に、上部ＤＢＲ反射鏡３１７は高屈折率層となるｐ型ＡｌＧａＡｓと低屈折率層となるｐ型ＡｌＧａＡｓとを交互に数十ペア積層形成することにより形成し、コンタクト層３１８はｐ型ＧａＡｓにより形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、所定の領域における下部スペーサ層３１３、ＭＱＷ活性層３１４、上部スペーサ層３１５、電流狭窄層３１６、上部ＤＢＲ反射鏡３１７及びコンタクト層３１８をエッチングすることによりメサ構造３３０を形成する。メサ構造３３０を形成することにより、ＭＱＷ活性層３１４において光と電流を閉じ込め、効率よくレーザー発振させることができ、また、高速変調における寄生容量を低減させることができる。

メサ構造３３０の形成方法は、コンタクト層３１８上に不図示のＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜を形成し、このＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜上にフォトレジストを塗布し、メサ構造３３０が形成される領域上にレジストパターンが形成されるように、露光装置により露光した後、現像する。これにより形成されたレジストパターンをマスクとして、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等により除去し、ＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜からなるメサマスクを形成する。この後、別の異なるエッチングガスを導入しＲＩＥ等により、メサマスクの形成されていない領域における下部スペーサ層３１３、ＭＱＷ活性層３１４、上部スペーサ層３１５、電流狭窄層３１６、上部ＤＢＲ反射鏡３１７、コンタクト層３１８を除去する。この後、ＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜からなるメサマスクを除去することによりメサ構造３３０が形成される。ＲＩＥ等のドライエッチングは、ｎ型ＧａＡｓ基板３１１に対して垂直方向にエッチングすることが可能であるため一般的に用いられることが多いが、ウエットエッチングにより形成することも可能である。

次に、図２（ｃ）に示すように、電流狭窄層３１６を選択酸化する。具体的には、メサ構造３３０を形成した後、水蒸気雰囲気中において熱処理を行うことにより、メサ構造３３０の側面に露出している電流狭窄層３１６のエッチング面より酸化をさせる。これにより、メサ構造３３０の周辺部分は酸化され絶縁体であるＡｌｘＯｙとなり選択酸化領域３１６ａが形成される。この選択酸化領域３１６ａと中央部分において酸化されていない電流狭窄領域３１６ｂとにより電流狭窄構造が形成される。

次に、図２（ｄ）に示すように、素子分離するための素子分離溝３３１を形成し、更に、保護膜３１９を形成する。具体的には、素子分離溝３３１が形成される領域以外の領域にレジストパターン等を形成し、ドライエッチング又はウエットエッチングにより、ｎ型ＧａＡｓ基板３１１の表面が露出するまでエッチングを行う。尚、素子分離溝３３１を形成することなくチップ分離をする際に、ダイシング加工等により分離する方法もあるが、この場合、エピタキシャル成長させた結晶層の側面が素子分離の際に露出してしまい好ましくない。素子分離溝３３１を形成した後、メサ構造３３０の側面及び素子分離溝３３１の壁面を含む全面に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜を成膜することにより保護膜３１９を形成する。

この後、コンタクト層３１８上に形成された保護膜３１９をエッチングにより除去し、図１に示すようにコンタクト層３１８に接続されるｐ側電極３２１を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板３１１の裏面にｎ側電極３２２を形成する。この後、素子分離することにより、面発光型レーザーを作製することができる。

ところで、上述した特許文献１及び２に記載されている面発光型レーザーを製造する場合では、保護膜３１９は絶縁性等の観点から、通常、ＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜により形成されている。しかしながら、ＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜は面発光型レーザーを構成する他のIII−Ｖ族化合物半導体とは異なる材料であり、また、このような保護膜３１９において、酸素や水蒸気等が通過することのない緻密な膜をメサ構造３３０の側面及び素子分離溝３３１の壁面に形成することは困難である。

このため、メサ構造３３０の側面及び素子分離溝３３１の壁面にＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜からなる保護膜３１９を形成した場合においても、酸素や水蒸気が保護膜３１９を通過して侵入し、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ層やＡｌＡｓ層がメサ構造３３０の側面及び素子分離溝３３１の壁面より徐々に酸化されてしまう。特に、下部ＤＢＲ反射鏡３１２及び上部ＤＢＲ反射鏡３１７は、Ａｌ組成の高い低屈折率層とＡｌ組成の低い高屈折率層とを交互に積層することにより形成されているが、ＤＢＲを構成する各層の厚さは、屈折率をｎとした場合、レーザー発振の波長λに対し、λ／（４×ｎ）の整数倍の厚さとなるように形成されているため、膜厚が厚く、更に数十層形成されているため、特にＡｌ組成の高い低屈折率層は酸化による影響を多大に受けやすい。

また、一般に面発光型レーザーは、レーザー発振により生じた熱をｎ型ＧａＡｓ基板３１１側からさせる構成とする場合が多く、この場合、下部ＤＢＲ反射鏡３１２における低屈折率層には、熱伝導率の高いＡｌＡｓ層を用いると有利である。しかしながら、素子分離溝３３１を形成した場合、下部ＤＢＲ反射鏡３１２におけるＡｌＡｓ層の側面はエッチングにより露出しているため、保護膜３１９を通過して侵入した酸素や水蒸気によって酸化されやすい。

このように、面発光型レーザーを構成するＡｌＡｓ層、特に下部ＤＢＲ反射鏡３１２が酸化されると、酸化された層の体積が変化して応力が発生し、面発光型レーザーを構成する素子が破壊され、面発光型レーザーを構成する素子及び面発光型レーザーを構成する素子を用いた装置の信頼性に悪影響を与える。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、下部ＤＢＲ反射鏡等を構成するＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓ等の層の側面からの酸化を防いだ構造の面発光型レーザーを提供することを目的とするものであり、更には、信頼性の高い面発光型レーザー、面発光型レーザーアレイ、光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、半導体基板の表面上に、異なる屈折率の半導体膜を交互に積層することにより形成される下部反射鏡と、半導体膜からなる活性層と、半導体膜からなる電流狭窄層と、異なる屈折率の半導体膜を交互に積層することにより形成される上部反射鏡とをエピタキシャル成長により形成する半導体層形成工程と、前記半導体層形成工程により形成された半導体膜の一部をエッチングすることにより、メサ構造を形成するメサ構造形成工程と、前記半導体層形成工程により形成された半導体膜を前記半導体基板の表面までエッチングすることにより素子分離溝を形成する素子分離溝形成工程と、前記素子分離溝の壁面及び前記メサ構造の側面に半導体材料からなる再成長層を形成する再成長層形成工程と、前記再成長層上に、絶縁体からなる保護膜を形成する保護膜形成工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記メサ構造形成工程は、前記メサ構造が形成される領域にＳｉＯ_２又はＳｉＮからなるメサマスクを形成した後に、エッチングを行うことにより前記メサ構造を形成するものであって、再成長層形成工程は、前記メサマスクを残した状態で行うものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記再成長層は、Ａｌを含まないIII−Ｖ族の化合物半導体であることを特徴とする。

また、本発明は、前記再成長層は、ＧａＡｓであることを特徴とする。

また、本発明は、前記再成長層は、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥにより形成されるものであることを特徴とする。

また、本発明は、半導体基板の表面上に、異なる屈折率の半導体膜を交互に積層することにより形成される下部反射鏡と、前記下部反射鏡上において、半導体材料により構成される活性層と、前記活性層上において、半導体材料の一部の領域を酸化することにより電流狭窄構造が形成される電流狭窄層と、前記電流狭窄層上において、異なる屈折率の半導体膜を交互に積層することにより形成される上部反射鏡と、を有し、前記半導体層の一部をエッチングすることによりメサ構造を形成し、前記半導体基板には下部電極が、前記上部反射鏡には上部電極が接続され、前記上部電極と前記下部電極の間に電流を流すことにより、前記半導体基板面に対し略垂直にレーザー光を発する面発光型レーザーにおいて、前記半導体基板上における前記下部反射鏡、前記活性層、前記電流狭窄層、前記上部反射鏡には、素子分離をするための素子分離溝が形成されており、前記素子分離溝の壁面及び前記メサ構造の側面には、半導体材料からなる再成長層と、前記再成長層上に保護膜が形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記メサ構造は、前記上部反射鏡、前記活性層、前記電流狭窄層及び前記下部反射鏡の一部を除去することにより形成されるものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記素子分離溝は、前記半導体基板の表面が露出するまで形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記再成長層は、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥにより形成されたものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記再成長層は、Ａｌを含まないIII−Ｖ族の化合物半導体であることを特徴とする。

また、本発明は、前記再成長層は、ＧａＡｓであることを特徴とする。

また、本発明は、前記保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２又は、ＳｉＮとＳｉＯ_２とを組み合わせた構成のものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記下部反射鏡は、低屈折率層がＡｌＡｓにより形成されているものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記記載の面発光型レーザーが、同一半導体基板上に複数配列されていることを特徴とする。

また、本発明は、光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、前記記載の面発光型レーザーアレイ素子を有する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向手段と、前記偏光手段により偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、複数の光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、前記記載の面発光型レーザーアレイ素子を有する光源ユニットと、前記光源ユニットからの複数の光束を偏向する偏向手段と、前記偏光手段により偏向された複数の光束を被走査面上に集光する走査光学系と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、少なくとも一つの像担持体と、前記少なくとも一つの像担持体に対して、画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも一つの請求項１５に記載の光走査装置と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、少なくとも一つの像担持体と、前記少なくとも一つの像担持体に対して、画像情報が含まれる複数の光束を走査する少なくとも一つの請求項１６に記載の光走査装置と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記画像はカラー画像であることを特徴とする。

本発明によれば、下部ＤＢＲ反射鏡等を構成するＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓ等の層の側面からの酸化を防いだ構造の面発光型レーザーを提供することができ、更には、信頼性の高い面発光型レーザー、面発光型レーザーアレイ、光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。

従来の面発光型レーザーの断面図 従来の面発光型レーザーの製造方法の工程図 第１の実施の形態における面発光型レーザーの断面図 第１の実施の形態における面発光型レーザーの製造工程図（１） 第１の実施の形態における面発光型レーザーの製造工程図（２） 第２の実施の形態における画像形成装置の構成図 第２の実施の形態における光走査装置の概要図 第２の実施の形態における面発光型レーザーアレイ素子の概要図 第２の実施の形態におけるカラー印刷が可能な画像形成装置の構成図

本発明の実施形態について説明する
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態における面発光型レーザーについて説明する。本実施の形態の面発光型レーザーは、III−Ｖ族の化合物半導体により形成される面発光型半導体レーザーである。

（面発光型レーザー）
図３に基づき本実施の形態における面発光型レーザーについて説明する。本実施の形態における面発光型レーザーは、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、エピタキシャル成長により形成した下部ＤＢＲ反射鏡１２、下部スペーサ層１３、ＭＱＷ活性層１４、上部スペーサ層１５、電流狭窄層１６、上部ＤＢＲ反射鏡１７及びコンタクト層１８を有している。

下部ＤＢＲ反射鏡１２は、ｎ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓとｎ型ＡｌＡｓとを４０．５ペア交互に積層することにより形成したものであり、ドーパントとしてＳｅ（セレン）が、５×１０^１７ｃｍ^−３〜２×１０^１８ｃｍ^−３ドープされている。尚、下部ＤＢＲ反射鏡１２は、低屈折率層と高屈折率層とが積層されたものであるが、ｎ型ＡｌＡｓにより形成される層が低屈折率層となり、ｎ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓにより形成される層が高屈折率層となる。

下部スペーサ層１３は、ノンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓにより形成されている。

ＭＱＷ活性層１４は、Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９ＡｓとＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓとを交互に積層した多重量子井戸構造により形成されている。

上部スペーサ層１５は、ノンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓにより形成されている。

電流狭窄層１６は、ｐ型ＡｌＡｓにより形成されており、後に選択酸化されることにより選択酸化領域１６ａと電流狭窄領域１６ｂからなる電流狭窄構造を形成する。

上部ＤＢＲ反射鏡１７は、ｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓとｐ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓとを２１ペア交互に積層形成することにより形成したものである。上部ＤＢＲ反射鏡１７には、ドーパントとしてＺｎが、５×１０^１７ｃｍ^−３〜６×１０^１８ｃｍ^−３ドープされている。尚、上部ＤＢＲ反射鏡１７は、低屈折率層と高屈折率層とが積層されたものであるが、ｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓにより形成される層が低屈折率層となり、ｐ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓにより形成される層が高屈折率層となる。

コンタクト層１８は、ｐ型ＧａＡｓからなる膜により形成されている。

この後、所定の領域における下部スペーサ層１３、ＭＱＷ活性層１４、上部スペーサ層１５、電流狭窄層１６、上部ＤＢＲ反射鏡１７及びコンタクト層１８をエッチングすることによりメサ構造３０を形成し、更に、電流狭窄層１６であるＡｌＡｓ層を選択酸化する。尚、メサ構造３０の上面にはメサ構造を形成するためのメサマスクとなる保護膜１９が形成されており、後述するように一部をエッチングして、コンタクト層１８とｐ側電極２２とが接続されている。

また、実施の形態における面発光型レーザーでは、下部ＤＢＲ反射鏡１２、下部スペーサ層１３、ＭＱＷ活性層１４、上部スペーサ層１５、電流狭窄層１６、上部ＤＢＲ反射鏡１７及びコンタクト層１８をエッチングすることにより、素子分離をするための素子分離溝３１を形成し、メサ構造３０及び素子分離溝３１の周囲を覆うように、再成長層２０及び保護膜２１を形成する。尚、本実施の形態における面発光型レーザーでは、メサ構造３０を形成する際に、下部ＤＢＲ反射鏡１２の一部を除去する場合がある。

ｐ側電極２２は、保護膜２１上にコンタクト層１８と接して形成されており、コンタクト層１８とオーミック接触するように形成されている。

ｎ側電極２３は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面に設けられており、ｎ型ＧａＡｓ基板１１とオーミック接触するように形成されている。

尚、本実施の形態における面発光型レーザーでは、下部ＤＢＲ反射鏡１２及び上部ＤＢＲ反射鏡１７は、高屈折率層と低屈折率層とを積層した構成のものであるが、高屈折率層と低屈折率層との界面における電気抵抗を低減させるため、高屈折率層と低屈折率層との界面においては、ＡｌＧａＡｓの組成を変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層が形成されている。

（面発光型レーザーの製造方法）
次に、図４及び図５に基づき本実施の形態における面発光型レーザーの製造方法を説明する。

最初に、図４（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）により、下部ＤＢＲ反射鏡１２、下部スペーサ層１３、ＭＱＷ活性層１４、上部スペーサ層１５、電流狭窄層１６、上部ＤＢＲ反射鏡１７及びコンタクト層１８を順次エピタキシャル成長により形成する。

下部ＤＢＲ反射鏡１２は、高屈折率層となるｎ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓと低屈折率層となるｎ型ＡｌＡｓとを交互に４０．５ペア積層形成することにより形成する。また、下部スペーサ層１３はアンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓにより形成し、ＭＱＷ活性層１４はＡｌ_０．１Ｇａ_０．９ＡｓとＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓとを交互に積層形成することにより多重量子井戸構造を形成し、上部スペーサ層１５はアンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓにより形成し、電流狭窄層１６はｐ型ＡｌＡｓにより形成する。更に、上部ＤＢＲ反射鏡１７として高屈折率層となるｐ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓと低屈折率層となるｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓとを交互に２１ペア積層形成することにより形成し、コンタクト層１８はｐ型ＧａＡｓにより形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、所定の領域における下部スペーサ層１３、ＭＱＷ活性層１４、上部スペーサ層１５、電流狭窄層１６、上部ＤＢＲ反射鏡１７及びコンタクト層１８の一部をエッチングすることによりメサ構造３０を形成する。メサ構造３０を形成することにより、ＭＱＷ活性層１４において光と電流を閉じ込め、効率よくレーザー発振させることができ、また、高速変調における寄生容量を低減させることができる。

具体的に、本実施の形態における面発光型レーザーでは、ＣＶＤ等によりコンタクト層１８上に、面発光型レーザーの発振波長λに対し、光学長がλ／４となる膜厚のＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜を形成し、このＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜上にフォトレジストを塗布し、露光装置により露光し、現像することによりメサ構造３０が形成される領域上にレジストパターンを形成する。次に、これにより形成されたレジストパターンをマスクとして、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜をＲＩＥ等により除去し、ＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜からなるメサマスクとなる保護膜１９を形成する。次に、ＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜からなるメサマスクとなる保護膜１９をマスクとして、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４等のガスを導入しＲＩＥ等により、下部スペーサ層１３、ＭＱＷ活性層１４、上部スペーサ層１５、電流狭窄層１６、上部ＤＢＲ反射鏡１７、コンタクト層１８を除去する。これによりメサ構造３０が形成される。尚、メサ構造３０を形成するためのエッチング方法は、ＲＩＥ以外の誘導結合プラズマエッチング等のドライエッチング法、または、ウエットエッチング法、更には、ドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせたエッチング方法によって行うことも可能である。

次に、図４（ｃ）に示すように、電流狭窄層１６を選択酸化する。具体的には、メサ構造３０を形成した後、水蒸気雰囲気中において熱処理を行うことにより、メサ構造３０により露出している電流狭窄層１６の側面より酸化を進行させる。これによりメサ構造３０の周辺部分は酸化され絶縁体であるＡｌｘＯｙが形成され選択酸化領域１６ａが形成される。この選択酸化領域１６ａと中央部分の酸化されていない電流狭窄領域１６ｂとにより、電流狭窄構造が形成される。

次に、図５（ｄ）に示すように、素子分離溝３１を形成する。具体的には、フォトレジストの塗布、露光装置による露光、現像により、素子分離溝３１が形成されない領域上に不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域における下部ＤＢＲ反射鏡１２、下部スペーサ層１３、ＭＱＷ活性層１４、上部スペーサ層１５、電流狭窄層１６、上部ＤＢＲ反射鏡１７及びコンタクト層１８をＲＩＥ等によりエッチングし除去することにより素子分離溝３１を形成する。素子分離溝３１を形成するためのエッチング方法は、ＲＩＥ以外のドライエッチング法、または、ウエットエッチング法、更には、ドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせたエッチング方法によって行うことも可能である。

次に、図５（ｅ）に示すように、再成長層２０を形成する。具体的には、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ等により化合物半導体をエピタキシャル成長させることにより形成する。再成長層２０を形成する材料は、できるだけ酸化を抑制するためにＡｌを含まないＧａＡｓ、ＧａＩｎＰであることが好ましい。即ち、再成長層２０は、Ａｌ組成の低いIII−Ｖ族化合物半導体により形成されていることが好ましく、更には、Ａｌを含まないIII−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ等により形成されていることがより好ましい。特に、ＧａＡｓの場合、ＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜からなるメサマスクとなる保護膜１９上においてはエピタキシャル成長することがなく、メサマスクとなる保護膜１９の形成されていない領域における表面、即ち、メサ構造３０の側面及び素子分離溝３１の壁面においても再成長膜２０を形成することができるので、より一層好ましい。また、再成長層２０は、メサ構造３０の側面及び素子分離溝３１の壁面に所望の膜厚の再成長層２０が形成することができる方法が好ましく、このためＭＯＣＶＤにより再成長層２０を形成することが好ましい。このように形成された再成長膜２０はエピタキシャル成長により形成されたものであるため緻密な膜であり、素子分離溝３１の壁面からの酸素の侵入を防止することができる。即ち、形成された再成長膜２０により面発光型レーザーを構成する素子端部からの酸素の侵入を防ぐことができるため、応力等により破壊されることがなく信頼性を高めることができる。

次に、図５（ｆ）に示すように、保護膜２１を形成する。具体的には、ＣＶＤ等により、本実施の形態における面発光型レーザーの発振波長λに対し、光学長がλ／４または３×λ／４となる膜厚のＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜からなる保護膜２１を形成する。

次に、図５（ｇ）に示すように、ｐ側電極２２及びｎ側電極２３を形成する。具体的には、保護膜２１上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ｐ側電極２２とコンタクト層１８とが接続される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域における保護膜２１及びメサマスクとなる保護膜１９をバッファードフッ酸等によりウエットエッチングを行うことにより除去する。この後、コンタクト層１８に接続されるｐ側電極２２を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面にｎ側電極２３を形成する。これにより、本実施の形態における面発光型レーザーを作製することができる。

尚、コンタクト層１８では、メサマスクとなる保護膜１９と保護膜２１とが積層された構造となるが、ともにＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜により形成されており、本実施の形態における面発光型レーザーの発振波長λに対し、メサマスクとなる保護膜１９と保護膜２１とを合わせた膜厚は、光学長がλ／２の整数倍となる膜厚により形成されているため、面発光型レーザーの特性に影響を与えることはない。即ち、面発光型レーザーの特性に影響を及ぼさないためには、メサマスクとなる保護膜１９と保護膜２１とを合わせた膜厚の光学長を、λ／２の整数倍となる膜厚とする必要がある。

本実施の形態における面発光型レーザーでは、メサ構造３０の側面及び素子分離溝３１の壁面がエピタキシャル成長により形成された緻密な再成長膜２０により覆われているため、外部からの酸素の侵入を防ぐことができるため、半導体層の酸化を防ぐことができる。これにより、半導体層が酸化することにより体積が変化し応力が加わり、面発光型レーザーを構成する素子が破壊されるといったことを防ぐことができ、信頼性を高めることができる。特に、ＧａＡｓ層を用いた構成の下部ＤＢＲ反射鏡１２における酸化を防ぐことができ、放熱効果の高い構造の面発光型レーザーにおいて、素子分離溝３１を形成した場合においても、信頼性の高い面発光型レーザーを得ることができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、本発明に係る面発光型レーザーアレイ素子、即ち、第１の実施の形態に係る面発光型レーザーアレイ素子を光源として用いた画像形成装置である。本実施の形態について、図６に基づいて説明する。

本実施の形態に係る画像形成装置であるレーザープリンターは、光走査装置１００、感光体ドラム１０１、帯電チャージャ１０２、現像ローラ１０３、トナーカートリッジ１０４、クリーニングブレード１０５、給紙トレイ１０６、給紙コロ１０７、レジストローラ対１０８、定着ローラ１０９、排紙トレイ１１０、転写チャージャ１１１、排紙ローラ１１２及び除電ユニット１１４等を備えている。

具体的には、感光体ドラム１０１の回転方向において、帯電チャージャ１０２、現像ローラ１０３、転写チャージャ１１１、除電ユニット１１４及びクリーニングブレード１０５の順に、感光体ドラム１０１の近傍に配置されている。

感光体ドラム１０１の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム１０１は、図に示すように、時計回りで回転するように構成されている。帯電チャージャ１０２は、感光体ドラム１０１の表面を均一に帯電させる機能を有するものである。

光走査装置１００は、帯電チャージャ１０２により帯電された感光体ドラム１０１の表面に、パソコン等の上位装置からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。この光の照射により感光体ドラム１０１の表面には、画像情報に応じた潜像が形成される。感光体ドラム１０１の表面において潜像の形成された領域は、感光体ドラム１０１が回転することにより、現像ローラ１０３の設けられている方向に移動する。尚、光走査装置１００の詳細については後述する。

トナーカートリッジ１０４には、トナーが格納されており、このトナーは現像ローラ１０３に供給される。現像ローラ１０３は、感光体ドラム１０１の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０４から供給されたトナーを付着させて、感光体ドラム１０１の表面において画像情報を顕像化させる。この後、感光体ドラム１０１が回転することにより、感光体ドラム１０１の表面の潜像にトナーが付着している領域は、転写チャージャ１１１の設けられている方向に移動する。

給紙トレイ１０６には記録紙１１３が格納されている。この給紙トレイ１０６の近傍には、給紙コロ１０７が配置されており、この給紙コロ１０７は、記録紙１１３を給紙トレイ１０６から一枚ずつ取り出し、レジストローラ対１０８に搬送する。このレジストローラ対１０８は、転写チャージャ１１１の近傍に配置されており、給紙コロ１０７によって取り出された記録紙１１３を一旦保持するとともに、この記録紙１１３を感光体ドラム１０１の回転に合わせて感光体ドラム１０１と転写チャージャ１１１との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ１１１には、感光体ドラム１０１の表面上のトナーを電気的に記録紙１１３に引きつけるため、感光体１０１の表面上のトナーとは逆極性の電荷が印加されている。この電荷により感光体ドラム１０１の表面上のトナーは、記録紙１１３に転写され、即ち、トナーにより形成される画像が記録紙１１３に転写される。この後、記録紙１１３は、定着ローラ１０９に送られる。

定着ローラ１０９では、熱と圧力とが記録紙１１３に加えられ、これによって、トナーが記録紙１１３に定着される。ここで画像が定着された記録紙１１３は、排紙ローラ１１２を介して排紙トレイ１１０に送られ、排紙トレイ１１０上に順次スタックされる。

尚、除電ユニット１１４は、感光体ドラム１０１の表面を除電する。クリーニングブレード１０５は、感光体ドラム１０１の表面に残存するトナー（残留トナー）を除去する。除去された残留トナーは、再利用可能な構成となっている。残留トナーが除去された感光体ドラム１０１の表面は、再び帯電チャージャ１０２の設けられている方向に移動する。

（光走査装置）
次に、図７に基づき光走査装置１００について説明する。

この光走査装置１００は、光源ユニット１２１、カップリングレンズ１２２、開口板（アパーチャ）１２３、シリンドリカルレンズ１２４、ポリゴンミラー１２５、ｆθレンズ１２６、トロイダルレンズ１２７、２つのミラー１２８、１２９及び上記各部を統括的に制御する不図示の主制御装置を有している。

光源ユニット１２１は、第１の実施の形態における面発光型半導体レーザーが複数形成された面発光型レーザーアレイを備えている。

カップリングレンズ１２２は、光源ユニット１２１から出射された光束を略平行光にするためのものである。

開口板１２３は、開口部を有し、カップリングレンズ１２２からの光束のビーム径を規定するためのものである。

シリンドリカルレンズ１２４は、開口板１２３を通過した光束を、ミラー１２８を介してポリゴンミラー１２５の反射面に集光する。

ポリゴンミラー１２５は、正六角柱状に形成されており、６つの側面が反射面となるよう鏡面が形成されている。ポリゴンミラー１２５は、不図示のモータによって、矢印に示す方向に一定速度で回転しており、この回転に伴って、光束は等角速度的に偏向される。

ｆθレンズ１２６は、ポリゴンミラー１２５からの光束の入射角に比例した像高さを有しており、ポリゴンミラー１２５により一定の角速度で偏光される光束の像面を主走査方向に対して等速移動させる。

トロイダルレンズ１２７は、ｆθレンズ１２６からの光束を、ミラー１２９を介して、感光体ドラム１０１の表面上に結像する。

図８に示すように、光源ユニット１２１は、面発光型レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）がアレイ状に２次元的に配列された面発光型レーザーアレイＬＡを含むものにより構成されている。各々の面発光型レーザーは、主走査方向には所定の十分な間隔をもって配列されており、面発光型レーザーの主走査方向における配列は副走査方向において間隔ｄ２ずつずれながら配列されている。このように副走査方向において間隔ｄ２ずつずれながら主走査方向の配列されているものが、副走査方向におけるピッチｄ１ごとに形成されている。このように配置することにより各々の面発光型レーザーの中心から副走査方向に垂直な垂線の間隔を等間隔（間隔ｄ２が等間隔）とすることができる。これにより、各々の面発光型レーザーの点灯のタイミングを制御することにより、感光体ドラム１０１上において、副走査方向に狭い等間隔で光源が配列されている場合と同様の構成とすることができる。

例えば、副走査方向における各々の面発光型半導体レーザーのピッチｄ１が２６．５μｍであって、面発光型半導体レーザーを主走査方向に１０個ずつ配列させた場合、面発光型半導体レーザーの間隔ｄ２は、２．６５μｍとなる。そして、光学系における倍率を２倍に設定すれば、感光体ドラム１０１上において、５．３μｍ間隔で書き込みドットを形成することができる。これは、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）に相当するものであり、４８００ｄｐｉの高密度の書き込みを行うことができる。

また、主走査方向に配列される面発光型半導体レーザーの個数を増やし、ピッチｄ１を狭め、間隔ｄ２をさらに狭めたアレイ状にすることにより、さらに高密度な書き込みを行うことが可能となる。尚、主走査方向の書き込みの間隔は、光源である面発光型半導体レーザーの点灯のタイミングを制御することにより容易に制御が可能である。

本実施の形態における光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置においては、光源として、信頼性の高い第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザーを用いているため、低コストであって、低消費電力で、高速で高品質となる光走査装置、及び画像形成装置を得ることが可能となる。

（カラー画像を形成するための画像形成装置）
次に、図９に基づきカラー画像を形成するための画像形成装置について説明する。

この画像形成装置は、カラーレーザープリンタであり、カラー画像に対し複数の感光体ドラムを備えたダンデムカラー機である。

このカラーレーザープリンタは、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンタ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置１００、転写ベルト２０１、定着手段２０２等を備えている。

このカラーレーザープリンタでは、光走査装置１００において、ブラック用の半導体レーザー、シアン用の半導体レーザー、マゼンタ用の半導体レーザー、イエロー用の半導体レーザーを有しており、各々の半導体レーザーは、本発明に係る面発光型半導体レーザーにより構成されている。ブラック用の半導体レーザーからの光束はブラック用の感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の半導体レーザーからの光束はシアン用の感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンタ用の半導体レーザーからの光束はマゼンタ用の感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の半導体レーザーからの光束はイエロー用の感光体ドラムＹ１に照射される。

各々の感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１は、矢印の方向に回転し、回転方向の順に、各々の帯電器Ｋ２、Ｃ２、Ｍ２、Ｙ２、現像器Ｋ４、Ｃ４、Ｍ４、Ｙ４、転写用帯電手段Ｋ６、Ｃ６、Ｍ６、Ｙ６、クリーニング手段Ｋ５、Ｃ５、Ｍ５、Ｙ５が配置されている。各々の帯電器Ｋ２、Ｃ２、Ｍ２、Ｙ２は、対応する感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面を均一に帯電する。帯電された感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面に、光走査装置１００から光束が照射され、感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面に静電潜像が形成される構成となっている。この後、各々の現像器Ｋ４、Ｃ４、Ｍ４、Ｙ４によって、感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面にトナー像が形成され、各々に対応する転写用帯電手段Ｋ６、Ｃ６、Ｍ６、Ｙ６により、記録紙に各々の色のトナー像が転写され、定着手段２０２により、記録紙に画像が定着される。尚、クリーニング手段Ｋ５、Ｃ５、Ｍ５、Ｙ５は、各々に対応した感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面に残存する残留トナーを除去するものである。

尚、本実施の形態では、像担持体として感光体ドラムについて説明したが、像担持体としては、銀塩フィルムを用いた画像形成装置であってもよい。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様の処理により可視化させることができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼き付け処理と同様の処理により印画紙に転写することが可能である。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することが可能である。

また、像担持体としてビームスポットの熱エネルギーにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）を用いた画像形成装置であってもよい。この場合においては、光走査により可視画像を直接像担持体に形成することが可能である。

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。

１１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１２ 下部ＤＢＲ反射鏡
１３ 下部スペーサ層
１４ 活性層（多重量子井戸層）
１５ 上部スペーサ層
１６ 電流狭窄層
１６ａ 選択酸化領域
１６ｂ 電流狭窄領域
１７ 上部ＤＢＲ反射鏡
１８ コンタクト層
１９ メサマスクとなる保護膜
２０ 再成長層
２１ 保護膜
２２ ｐ側電極
２３ ｎ側電極

特開２００６−３０２９１９号公報 特開２００７−１７３５１３号公報

Claims (19)

1. 半導体基板の表面上に、異なる屈折率の半導体膜を交互に積層することにより形成される下部反射鏡と、半導体膜からなる活性層と、半導体膜からなる電流狭窄層と、異なる屈折率の半導体膜を交互に積層することにより形成される上部反射鏡とをエピタキシャル成長により形成する半導体層形成工程と、
   前記半導体層形成工程により形成された半導体膜の一部をエッチングすることにより、メサ構造を形成するメサ構造形成工程と、
   前記半導体層形成工程により形成された半導体膜を前記半導体基板の表面までエッチングすることにより素子分離溝を形成する素子分離溝形成工程と、
   前記素子分離溝の壁面及び前記メサ構造の側面に半導体材料からなる再成長層を形成する再成長層形成工程と、
   前記再成長層上に、絶縁体からなる保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   を有することを特徴とする面発光型レーザーの製造方法。
2. 前記メサ構造形成工程は、前記メサ構造が形成される領域にＳｉＯ_２又はＳｉＮからなるメサマスクを形成した後に、エッチングを行うことにより前記メサ構造を形成するものであって、
   再成長層形成工程は、前記メサマスクを残した状態で行うものであることを特徴とする請求項１に記載の面発光型レーザーの製造方法。
3. 前記再成長層は、Ａｌを含まないIII−Ｖ族の化合物半導体であることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光型レーザーの製造方法。
4. 前記再成長層は、ＧａＡｓであることを特徴とする請求項３に記載の面発光型レーザーの製造方法。
5. 前記再成長層は、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥにより形成されるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面発光型レーザーの製造方法。
6. 半導体基板の表面上に、異なる屈折率の半導体膜を交互に積層することにより形成される下部反射鏡と、
   前記下部反射鏡上において、半導体材料により構成される活性層と、
   前記活性層上において、半導体材料の一部の領域を酸化することにより電流狭窄構造が形成される電流狭窄層と、
   前記電流狭窄層上において、異なる屈折率の半導体膜を交互に積層することにより形成される上部反射鏡と、
   を有し、前記半導体層の一部をエッチングすることによりメサ構造を形成し、前記半導体基板には下部電極が、前記上部反射鏡には上部電極が接続され、前記上部電極と前記下部電極の間に電流を流すことにより、前記半導体基板面に対し略垂直にレーザー光を発する面発光型レーザーにおいて、
   前記半導体基板上における前記下部反射鏡、前記活性層、前記電流狭窄層、前記上部反射鏡には、素子分離をするための素子分離溝が形成されており、
   前記素子分離溝の壁面及び前記メサ構造の側面には、半導体材料からなる再成長層と、前記再成長層上に保護膜が形成されていることを特徴とする面発光型レーザー。
7. 前記メサ構造は、前記上部反射鏡、前記活性層、前記電流狭窄層及び前記下部反射鏡の一部を除去することにより形成されるものであることを特徴とする請求項６に記載の面発光型レーザー。
8. 前記素子分離溝は、前記半導体基板の表面が露出するまで形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の面発光型レーザー。
9. 前記再成長層は、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥにより形成されたものであることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の面発光型レーザー。
10. 前記再成長層は、Ａｌを含まないIII−Ｖ族の化合物半導体であることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の面発光型レーザー。
11. 前記再成長層は、ＧａＡｓであることを特徴とする請求項１０に記載の面発光型レーザー。
12. 前記保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２又は、ＳｉＮとＳｉＯ_２とを組み合わせた構成のものであることを特徴とする請求項６から１１のいずれかに記載の面発光型レーザー。
13. 前記下部反射鏡は、低屈折率層がＡｌＡｓにより形成されているものであることを特徴とする請求項６から１２のいずれかに記載の面発光型レーザー。
14. 請求項６から１３のいずれかに記載の面発光型レーザーが、同一半導体基板上に複数配列されていることを特徴とする面発光型レーザーアレイ素子。
15. 光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、
    請求項１４に記載の面発光型レーザーアレイ素子を有する光源ユニットと、
    前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向手段と、
    前記偏光手段により偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と、
    を備えたことを特徴とする光走査装置。
16. 複数の光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、
    請求項１４に記載の面発光型レーザーアレイ素子を有する光源ユニットと、
    前記光源ユニットからの複数の光束を偏向する偏向手段と、
    前記偏光手段により偏向された複数の光束を被走査面上に集光する走査光学系と、
    を備えたことを特徴とする光走査装置。
17. 少なくとも一つの像担持体と、
    前記少なくとも一つの像担持体に対して、画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも一つの請求項１５に記載の光走査装置と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
18. 少なくとも一つの像担持体と、
    前記少なくとも一つの像担持体に対して、画像情報が含まれる複数の光束を走査する少なくとも一つの請求項１６に記載の光走査装置と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
19. 前記画像はカラー画像であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の画像形成装置。

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