JP2012015364A - Method of manufacturing surface-emitting laser element, surface-emitting laser element, surface-emitting laser array element, optical scanner, and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、面発光レーザ素子の製造方法、面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ素子、光走査装置及び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 surface emitting laser element, a surface emitting laser array element, an optical scanning device, and an image forming apparatus.
昨今、多色画像形成装置においては、より高精細な画像品質が求められている。このため、高速化が年々進み、オンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷に用いられるようになりつつある。具体的には、面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER)を2次元的に配列した構成の2次元アレイ素子を用いることにより、感光体上での副走査間隔を記録密度の1/nにすることができ、単位画素をn×mの複数ドットのマトリクス構成を形成することができる。 In recent years, higher-definition image quality is required in multicolor image forming apparatuses. For this reason, the speed is increasing year by year and it is being used for simple printing as an on-demand printing system. Specifically, by using a two-dimensional array element having a configuration in which surface emitting lasers (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting LASER) are two-dimensionally arranged, the sub-scanning interval on the photosensitive member is set to 1 / n of the recording density. It is possible to form a matrix configuration of n × m plural dots as unit pixels.
ところで、面発光レーザは、垂直共振器型の半導体レーザであり、基板面に対し垂直方向に光を出射する半導体レーザである。従って、基板面に対し略平行方向に光を出射する、いわゆる端面発光型の半導体レーザと比べて、低価格、低消費電力、小型で高性能、2次元集積化が容易という特徴を有している。 By the way, the surface emitting laser is a vertical cavity type semiconductor laser, which emits light in a direction perpendicular to the substrate surface. Therefore, compared with a so-called edge emitting semiconductor laser that emits light in a direction substantially parallel to the substrate surface, it has features of low cost, low power consumption, small size, high performance, and easy two-dimensional integration. Yes.
このような面発光レーザにおいては、活性層における電流流入効率を高めるため電流狭窄構造を有している。この電流狭窄構造は、AlAsを含む電流狭窄層を形成し、周囲を酸化することにより形成される。具体的には、p−AlAsからなる電流狭窄層を形成した後、メサを形成することにより、p−AlAsからなる電流狭窄層の側面を露出させる。この後、高温の水蒸気雰囲気中において、p−AlAsからなる電流狭窄層の側面が露出している部分よりAlを酸化することにより、メサの周囲に選択酸化領域を形成し、中央部分の酸化されていない領域に電流狭窄領域を形成する。この酸化されていない電流狭窄領域が面発光レーザにおける駆動電流の通過領域、即ち、電流注入領域となり電流狭窄構造が形成される。 Such a surface emitting laser has a current confinement structure in order to increase the current inflow efficiency in the active layer. This current confinement structure is formed by forming a current confinement layer containing AlAs and oxidizing the periphery. Specifically, after forming the current confinement layer made of p-AlAs, the side surface of the current confinement layer made of p-AlAs is exposed by forming a mesa. Thereafter, in a high-temperature water vapor atmosphere, Al is oxidized from the portion where the side surface of the current confinement layer made of p-AlAs is exposed, thereby forming a selective oxidation region around the mesa and oxidizing the central portion. A current confinement region is formed in the unexposed region. This non-oxidized current confinement region becomes a drive current passage region in the surface emitting laser, that is, a current injection region, and a current confinement structure is formed.
ところで、電流狭窄層において選択酸化領域における屈折率は、1.6程度であるため、他の半導体層を比べて低い値となる。これにより、面発光レーザを構成する共振器構造体内おいては、面方向においても屈折率差が生じるため、光がメサ中央に閉じ込められ、発光効率を向上させることができ、更には、低閾値電流、高効率等の優れた特性を実現することができる。 By the way, since the refractive index in the selective oxidation region in the current confinement layer is about 1.6, the refractive index is lower than that in other semiconductor layers. As a result, in the resonator structure constituting the surface emitting laser, a refractive index difference also occurs in the surface direction, so that the light is confined in the center of the mesa and the light emission efficiency can be improved. Excellent characteristics such as current and high efficiency can be realized.
このような面発光レーザは、水分等の影響を受けやすく、特に、湿度の高い環境下においては、腐食等による劣化が生じてしまう。このため特許文献1から3に開示されているような、様々な対応がなされている。
Such a surface emitting laser is easily affected by moisture or the like, and particularly deteriorated due to corrosion or the like in a high humidity environment. For this reason, various measures as disclosed in
また、特許文献4では、面発光レーザにおいて、活性層で発生した熱を速やかに放熱することにより、ジャンクション温度(活性層温度)の上昇を抑えることができ、利得の低下が抑えられ、高出力が得られることが開示されている。
Further, in
ところで、特許文献1から3に記載されている面発光レーザでは、画像形成装置等に用いた場合、十分な耐久性を得ることができないため、信頼性に乏しいという問題点を有している。
By the way, the surface emitting lasers described in
よって、本発明は、上記に鑑みなされたものであり、信頼性の高い面発光レーザ素子の製造方法、面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイ素子を提供することを目的とするものであり、更には、安定して駆動することができ、高品質な画像を形成することのできる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。 Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a highly reliable surface-emitting laser element manufacturing method, surface-emitting laser element, and surface-emitting laser array element. An object of the present invention is to provide an optical scanning apparatus and an image forming apparatus that can be stably driven and can form a high-quality image.
本発明は、基板上に、下部半導体DBR、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層及び上部半導体DBRを順次積層形成する成膜工程と、前記下部半導体DBR、前記下部スペーサ層、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRの一部を除去することにより分離溝を形成する分離溝形成工程と、前記分離溝の側面にGaのイオン注入を行なうGaイオン注入工程と、を有することを特徴とする。 The present invention includes a film forming process for sequentially stacking a lower semiconductor DBR, a lower spacer layer, an active layer, an upper spacer layer, and an upper semiconductor DBR on a substrate, the lower semiconductor DBR, the lower spacer layer, the active layer, A separation groove forming step of forming a separation groove by removing a part of the upper spacer layer and the upper semiconductor DBR, and a Ga ion implantation step of implanting Ga ions into the side surfaces of the separation groove. Features.
また、本発明は、前記成膜工程の後であって前記分離溝形成工程の前に、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRの一部を除去することにより、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRからなるメサを形成するメサ形成工程を有することを特徴とする。 In addition, the present invention is a method of removing the active layer, the upper spacer layer, and a part of the upper semiconductor DBR after the film formation step and before the separation groove formation step, And a mesa forming step of forming a mesa made of the upper spacer layer and the upper semiconductor DBR.
また、本発明は、前記分離溝の側面は、前記基板面の法線方向に対して、10°以上傾斜していることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a side surface of the separation groove is inclined by 10 ° or more with respect to a normal direction of the substrate surface.
また、本発明は、基板上に、下部半導体DBR、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層及び上部半導体DBRを順次積層形成する成膜工程と、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRの一部を除去することにより、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRからなるメサ及び第1の分離溝を形成する第1の分離溝形成工程と、前記第1の分離溝の底部において、前記下部半導体DBR、前記下部スペーサ層の一部を除去することにより第2の分離溝を形成する第2の分離溝形成工程と、前記第2の分離溝の側面にGaのイオン注入を行なうGaイオン注入工程と、を有することを特徴とする。 In addition, the present invention provides a film forming process for sequentially forming a lower semiconductor DBR, a lower spacer layer, an active layer, an upper spacer layer, and an upper semiconductor DBR on a substrate, the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor. A first separation groove forming step of forming a mesa and a first separation groove comprising the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR by removing a part of the DBR; and the first separation groove A second separation groove forming step of forming a second separation groove by removing a part of the lower semiconductor DBR and the lower spacer layer, and Ga ions on side surfaces of the second separation groove. And a Ga ion implantation step for performing implantation.
また、本発明は、前記第2の分離溝の側面は、前記基板面の法線方向に対して、10°以上傾斜していることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a side surface of the second separation groove is inclined by 10 ° or more with respect to a normal direction of the substrate surface.
また、本発明は、前記下部半導体DBRは、AlAs層を含むものであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the lower semiconductor DBR includes an AlAs layer.
また、本発明は、前記AlAs層は、前記面発光レーザの発振波長をλとした場合に、光学的な膜厚が、λ/4以上の厚さで形成されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the AlAs layer is formed with an optical film thickness of λ / 4 or more when the oscillation wavelength of the surface emitting laser is λ.
また、本発明は、前記Gaイオン注入工程後、前記分離溝の壁面を覆うように、SiN、SiONまたはSiO2のいずれかにより保護膜を形成する保護膜形成工程を有することを特徴とする。 In addition, the present invention is characterized by having a protective film forming step of forming a protective film with any one of SiN, SiON, and SiO 2 so as to cover the wall surface of the separation groove after the Ga ion implantation step.
また、本発明は、基板上に、順次積層形成された下部半導体DBR、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層及び上部半導体DBRと、前記下部半導体DBR、前記下部スペーサ層、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRの一部を除去することにより形成された分離溝と、前記分離溝の側面に形成されたGa高濃度層と、を有することを特徴とする。 The present invention also provides a lower semiconductor DBR, a lower spacer layer, an active layer, an upper spacer layer and an upper semiconductor DBR, which are sequentially stacked on a substrate, the lower semiconductor DBR, the lower spacer layer, the active layer, A separation groove formed by removing a part of the upper spacer layer and the upper semiconductor DBR, and a Ga high concentration layer formed on a side surface of the separation groove.
また、本発明は、前記第2の分離溝の側面は、前記基板面の法線方向に対して、10°以上傾斜していることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a side surface of the second separation groove is inclined by 10 ° or more with respect to a normal direction of the substrate surface.
また、本発明は、前記分離溝は、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRの一部が除去された第1の分離溝と、下部半導体DBR及び下部スペーサ層の一部が除去された第2の分離溝からなるものであって、前記Ga高濃度層は、前記第2の分離溝の側面に形成されるものであることを特徴とする。 According to the present invention, the isolation trench includes a first isolation trench from which the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR are partially removed, and a lower semiconductor DBR and a portion of the lower spacer layer that are removed. The Ga high-concentration layer is formed on a side surface of the second separation groove.
また、本発明は、前記第2の分離溝の側面は、前記基板面の法線方向に対して、10°以上傾斜していることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a side surface of the second separation groove is inclined by 10 ° or more with respect to a normal direction of the substrate surface.
また、本発明は、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRの一部を除去することにより、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRからなるメサが形成されていることを特徴とする。 In the present invention, a mesa composed of the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR is formed by removing a part of the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR. It is characterized by.
また、本発明は、前記下部半導体DBRは、AlAs層を含むものであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the lower semiconductor DBR includes an AlAs layer.
また、本発明は、前記AlAs層は、前記面発光レーザの発振波長をλとした場合に、光学的な膜厚が、λ/4以上の厚さで形成されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the AlAs layer is formed with an optical film thickness of λ / 4 or more when the oscillation wavelength of the surface emitting laser is λ.
また、本発明は、前記AlAs層は、光学的な膜厚が、(2m+1)λ/4(mは1以上の自然数)で形成されていることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the AlAs layer has an optical film thickness of (2m + 1) λ / 4 (m is a natural number of 1 or more).
また、本発明は、前記Gaイオン注入工程後、前記分離溝の壁面を覆うように、SiN、SiONまたはSiO2のいずれかにより保護膜が形成されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a protective film is formed of any one of SiN, SiON, or SiO 2 so as to cover the wall surface of the separation groove after the Ga ion implantation step.
また、本発明は、前記基板には、前記記載の面発光レーザ素子に含まれる面発光レーザが複数形成されていることを特徴とする。 The present invention is characterized in that a plurality of surface emitting lasers included in the surface emitting laser element described above are formed on the substrate.
また、本発明は、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、前記記載の面発光レーザ素子、または、前記記載の面発光レーザアレイ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部と、前記光偏向部により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、を有することを特徴とする。 The present invention also provides an optical scanning device that scans a surface to be scanned with light, the light source having the surface-emitting laser element described above or the surface-emitting laser array element described above, and light from the light source. And a scanning optical system for condensing the light deflected by the light deflection unit on the surface to be scanned.
また、本発明は、像担持体と、前記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前記記載の光走査装置と、を有することを特徴とする。 According to another aspect of the invention, there is provided an image carrier, and the above-described optical scanning device that scans the image carrier with light modulated in accordance with image information.
また、本発明は、前記像担持体は複数であって、前記画像情報は、多色のカラー情報であることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that there are a plurality of the image carriers, and the image information is multicolor color information.
本発明によれば、信頼性の高い面発光レーザ素子の製造方法、面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイ素子を提供することができ、更には、安定して駆動することができ、高品質な画像を形成することのできる光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a surface emitting laser element with high reliability, a surface emitting laser element, and a surface emitting laser array element can be provided, Furthermore, it can drive stably and is high quality. An optical scanning device and an image forming apparatus capable of forming an image can be provided.
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。 The form for implementing this invention is demonstrated below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態は、面発光レーザ及びこの面発光レーザを複数有する面発光レーザからなる面発光レーザ素子であり、更には、この面発光レーザの製造方法である。
[First Embodiment]
The first embodiment is a surface-emitting laser element including a surface-emitting laser and a surface-emitting laser having a plurality of the surface-emitting lasers, and further a manufacturing method of the surface-emitting laser.
(面発光レーザ及び面発光レーザアレイ)
最初に、本実施の形態における面発光レーザ及び面発光レーザアレイについて説明する。図1及び図2は、本実施の形態における面発光レーザアレイ10からなる面発光レーザ素子であり、面発光レーザが複数形成されている。具体的には、この面発光レーザアレイ10は、面発光レーザが2次元的に複数形成されているものである。
(Surface emitting laser and surface emitting laser array)
First, the surface emitting laser and the surface emitting laser array in the present embodiment will be described. FIG. 1 and FIG. 2 show a surface emitting laser element composed of a surface emitting
図1に示す本実施の形態における面発光レーザアレイ10は、複数(ここでは21個)の発光部100となる面発光レーザが同一基板上に配置されている。尚、X軸方向は主走査対応方向であり、Y軸方向は副走査対応方向である。複数の発光部100は、すべての発光部100をY軸方向に伸びる仮想線上に正射影したときに等間隔d2となるように配置されている。このようにして、21個の発光部100は2次元的に配列されている。尚、本明細書では、「発光部間隔」とは2つの発光部100の中心間距離を意味する。また、図1では発光部100の数が21個であるものを示しているが、発光部100の個数は、複数であればよく、例えば、発光部100が40個のものであってもよい。
In the surface emitting
図2には、図1における破線1A−1Bにおいて切断した断面図を示す。本実施の形態における面発光レーザアレイ10において、各発光部100は、本実施の形態における面発光レーザにより構成されている。このような面発光レーザアレイ10により、円形で且つ光密度の高い微小な光スポットを21個(40個)同時に、後述する感光体ドラム上に形成することが可能となる。
FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along broken
また、面発光レーザアレイ10では、各発光部を副走査対応方向に延びる仮想線上に正射影したときの発光部間隔が等間隔d2であるので、点灯のタイミングを調整することにより、後述する感光体ドラム上において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。
Further, in the surface emitting
そして、例えば、上記間隔d2を2.65μm、後述する光走査装置の光学系の倍率を2倍とすれば、4800dpi(ドット/インチ)の高密度書込みができる。もちろん、主走査対応方向の発光部数を増加したり、副走査対応方向のピッチd1を狭くして間隔d2を更に小さくした構成の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することが可能であり、より高品質の印刷が可能となる。なお、主走査方向の書き込み間隔は、発光部の点灯のタイミングで容易に制御できる。 For example, if the distance d2 is 2.65 μm and the magnification of the optical system of the optical scanning device described later is doubled, high-density writing of 4800 dpi (dots / inch) can be performed. Of course, if the number of light emitting portions in the main scanning direction is increased, the array arrangement is configured such that the pitch d1 in the sub scanning direction is narrowed and the interval d2 is further reduced, or the magnification of the optical system is reduced, the higher the number. Densification is possible, and higher quality printing is possible. Note that the writing interval in the main scanning direction can be easily controlled by the lighting timing of the light emitting unit.
また、上述した2次元的に面発光レーザが配列された面発光レーザアレイ10に代えて、発光部100となる面発光レーザを1次元配列した面発光レーザアレイを用いてもよい。
Instead of the surface emitting
図2に示されるように、本実施の形態における面発光レーザアレイ素子における面発光レーザアレイ10は、基板101上に、下部半導体DBR(Distributed Bragg Reflector)103、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が積層形成されており、更に、メサ110が形成されている。尚、メサ110の形成されている面には、保護膜111が形成されており、更に、p側電極113が形成されている。また、基板101の裏面には、n側電極114が形成されている。上部スペーサ層106と上部半導体DBR107との間、または上部半導体DBR107内の一部には、電流狭窄層108が形成されており、電流狭窄層108におけるメサ110の周囲の領域は選択酸化されて選択酸化領域108aが形成され、電流狭窄層108において選択酸化されていない領域が電流狭窄領域108bとなる。
As shown in FIG. 2, the surface emitting
基板101は、表面が鏡面研磨されている基板であり、図3(a)に示されるように、基板101の表面の法線方向が、結晶方位[1 0 0]に対して、結晶方向[1 1 1]A方向に向かって角度θ(θ=15°)傾斜した、いわゆる傾斜基板と称されるn−GaAs単結晶基板である。この基板10は、図3(b)に示されるように、結晶方位[0 1 −1]方向が−X軸方向、結晶方向[0 −1 1]が+X軸方向となるように配置されている。
The
下部半導体DBR103は、一例として、図4に示すように、第1の下部半導体DBR131と、第2の下部半導体DBR132とにより構成されている。
As an example, the
第1の下部半導体DBR131は、不図示のバッファ層を介して基板101の+Z側に、n−AlAsからなる低屈折率層103a1と、n−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層103b1とからなるペアを交互に37.5ペア積層することにより形成されている。低屈折率層103a1と高屈折率層103b1との間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成に向かって組成を徐々に変化させた厚さ20nmの不図示の組成傾斜層が設けられている。尚、低屈折率層103a1及び高屈折率層103b1の光学的な膜厚は、面発光レーザの発振波長をλとした場合に、隣接する不図示の組成傾斜層の1/2の膜厚を含んでλ/4となるように形成されている。ここで、各々の層の光学的な膜厚がλ/4である場合において、各々の層の実際の膜厚Dとの関係は、各々の層の屈折率をNとすると、D=λ/4Nである。
The first
第2の下部半導体DBR132は、第1の下部半導体DBR131上の+Z側に、n−AlAsからなる低屈折率層103a2と、n−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層103b1とからなるペアを交互に3ペア積層することにより形成されている。低屈折率層103a2と高屈折率層103b1との間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成に向かって組成を徐々に変化させた厚さ20nmの不図示の組成傾斜層が設けられている。尚、低屈折率層103a2の光学的な膜厚は、面発光レーザの発振波長をλとした場合に、隣接する不図示の組成傾斜層の1/2の膜厚を含んで3λ/4となるように形成されており、高屈折率層103b1の光学的な膜厚は、隣接する不図示の組成傾斜層の1/2の膜厚を含んでλ/4となるように形成されている。
The second
このように形成された第2の下部半導体DBR132は、「放熱構造体」となる。放熱構造体とは、光学的な膜厚がλ/4よりも厚く、高屈折率層より熱伝導率の高い層(放熱層)を含む構造体を意味する。本実施の形態では、第2の下部半導体DBR132における低屈折率層103a2が、放熱層に相当する。放熱構造体には含まれないが第1の半導体DBR131における低屈折率層103a1についてもAlの組成比が高くなると、熱抵抗は低くなるため、放熱効果が高くなるようにAlAsにより形成されることが好ましい。
The second
下部スペーサ層104は、下部半導体DBR103上の+Z側に形成されたノンドープのAl0.6Ga0.4Asからなる層である。
The
活性層105は、下部スペーサ層104上の+Z側に、3層の量子井戸層と4層の障壁層とが交互に積層形成されたものである。尚、本実施の形態においては、量子井戸層はAl0.12Ga0.88Asからなり、障壁層はAl0.3Ga0.7Asにより形成されている。
The
上部スペーサ層106は、活性層105上の+Z側に形成されたノンドープのAl0.6Ga0.4Asからなる層である。
The
下部スペーサ層104、活性層105及び上部スペーサ層106により共振器が形成されるため、これらからなる半導体層の光学的な膜厚は1波長(λ)となるように形成されており、この部分を共振器構造体とも呼ぶ。また、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の部分に対応する位置である共振器構造体の中央部分に形成されている。
Since the resonator is formed by the
尚、活性層105において発生した熱は、主に下部半導体DBR103を介して、基板101に放熱されるように構成されており、基板101の裏面は、導電性接着剤等を用いて、不図示のパッケージに接着されているため、熱は基板101を介しパッケージに放熱される。
The heat generated in the
上部半導体DBR107は、上部スペーサ層106上の+Z側に、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とからなるペアを交互に24ペア積層することにより形成されている。低屈折率層と高屈折率層との間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成に向かって組成を徐々に変化させた厚さ20nmの不図示の組成傾斜層が設けられている。尚、この低屈折率層及び高屈折率層の光学的な膜厚は、面発光レーザの発振波長をλとした場合に、隣接する不図示の組成傾斜層の1/2の膜厚を含んでλ/4となるように形成されている。
The
電流狭窄層108は、p−AlAsからなる層であり、共振器構造体から光学的にλ/4離れた位置の上部半導体DBR107に設けられている。尚、図2においては、便宜上、電流狭窄層108は、上部半導体DBR107と共振器構造体との間に図示している。また、後述する面発光レーザの構造を示す図においても同様である。
The
(面発光レーザの製造方法)
次に、本実施の形態における面発光レーザの製造方法について説明する。
(Method for manufacturing surface emitting laser)
Next, a method for manufacturing the surface emitting laser in the present embodiment will be described.
最初に、図5(a)に示すように、基板101上に、有機金属気相成長法(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition)または、分子線エピタキシャル成長法(MBE; Molecular Beam Epitaxy)により、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を積層形成する。この際、本実施の形態では、III族の原料としては、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)及びトリメチルインジウム(TMI)が用いられ、V族の原料としては、フォスフィン(PH3)及びアルシン(AsH3)が用いられる。また、p型のドーパントの原料としては、四臭化炭素(CBr4)またはジメチルジンク(DMZn)が用いられ、n型のドーパントの原料としては、セレン化水素(H2Se)が用いられる。尚、電流狭窄層108は、図面上では上部スペーサ層106と上部半導体DBR107との間に形成されているが、上部半導体DBR107を形成する際に形成される。
First, as shown in FIG. 5A, a lower semiconductor is formed on a
次に、図5(b)に示すように、メサ110を形成する。各々のメサ110には各々面発光レーザが形成されるものであり、メサ110をメサ構造体という場合がある。具体的には、上部半導体DBR107の表面上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより不図示のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、メサ110が形成される領域の上部半導体DBR107上に形成されるものであり、一辺が約20μmの略正方形状のものである。尚、隣接するメサ110同士の間隔は、各々の面発光レーザを電気的及び空間的に分離するために、約5μmとすることが好ましく、よって、形成されるレジストパターンも間隔も約5μm以上であることが好ましい。また、この間隔があまり狭いと、後述するエッチング工程における制御が困難なものとなる。
Next, as shown in FIG. 5B, the
この後、塩素(Cl2)ガスを用いたECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマエッチングにより、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における上部半導体DBR107、電流狭窄層108、上部スペーサ層106及び活性層105を除去し、下部スペーサ層104の表面を露出させる。尚、このエッチングが、下部半導体DBR103における第2の下部半導体DBR132まで進行すると、後述する酸化工程において、Al組成比が高い放熱層が酸化されてしまうため好ましくない。このため、電流狭窄層108よりも深い位置であって、第2の下部半導体DBR132に形成されている放熱層に至らない深さまでの範囲において、エッチングを行なうことが必要である。この後、不図示のレジストパターンを除去する。このようにして一辺が約20μmのメサ110を形成する。形成されたメサ110の大きさは、一辺が10μm以上であることが好ましい。メサ110が小さいと、面発光レーザを駆動した際に、内部に熱がこもってしまい、特性が低下してしまう可能性があるからである。
Thereafter, by means of ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma etching using chlorine (Cl 2 ) gas, the
次に、図5(c)に示すように、メサ100の形成されている領域における電流狭窄層108を選択酸化する。具体的には、メサ110を形成した後に、水蒸気中で熱処理することにより、メサ110の外周部より電流狭窄層108を選択酸化することにより、選択酸化領域108aを形成する。尚、電流狭窄層108においてメサ110中央部の選択酸化されていない領域は、電流狭窄領域108bとなる。このように、電流狭窄層108において、酸化された選択酸化領域108aと酸化されていない電流狭窄領域108bとを形成することにより、駆動電流は、電流狭窄領域108bに流れるため、メサ110の中央部分に集中して電流を流すことができる。尚、電流狭窄層108に形成される電流狭窄領域108bが所定の大きさ及び所定の形状となるように、選択酸化領域108aを形成するための熱処理条件(熱処理温度、熱処理時間)が定められる。
Next, as shown in FIG. 5C, the
ところで、この選択酸化工程においては、メサ110の側面に露出している上部半導体DBR107における低屈折率層107aの一部も酸化されてしまう。具体的には、本実施の形態においては、図6に示すように、上部半導体DBR107は、低屈折率層107aと高屈折率層107bとを交互に積層することにより形成されているが、上部半導体DBR107における低屈折率層107aは、p−Al0.9Ga0.1Asからなるものであり、Alの組成比が高いため、メサ110の側面より、数十nm酸化されてしまう。この上部半導体DBR107における低屈折率層107aの酸化された領域170は、ダメージ領域とも呼ばれるものであり、大きな応力をメサ110に与えることから、面発光レーザの寿命に大きな影響を与える。尚、上部半導体DBR107における低屈折率層107aにおいて形成される酸化された領域170の大きさは、上部半導体DBR107における低屈折率層107aのAlの組成比に依存する。
By the way, in this selective oxidation process, a part of the low
次に、図7に示すように、メサ110の側面をBHF(バッファード・フッ酸)により、10〜15秒間エッチングすることにより、低屈折率層107aの酸化された領域170、即ち、ダメージ領域を除去する。このように、低屈折率層107aの酸化された領域170をBHFにより除去することにより形成される空間が除去領域171となる。この状態では、低屈折率層107aの酸化された領域170は、BHFにより除去され除去領域171となっているため、メサ110に応力等を与えることはない。尚、この際、電流狭窄層108における選択酸化領域108aの一部も除去されるが、選択酸化領域108aは、低屈折率層107aの酸化された領域170に比べ、十分深い位置まで酸化されているため、選択酸化領域108aが除去されてしまうことはない。
Next, as shown in FIG. 7, the side surface of the
ここで、低屈折率層の酸化された領域170を除去するためのBHFによるエッチング時間は、適切な時間で行なう必要がある。このエッチング時間が長すぎると、上部半導体DBR107の一部を除去する等のダメージを与えてしまうからである。このエッチング時間は、低屈折率層の酸化された領域170の大きさ等に依存するものであり、上部半導体DBR107における低屈折率層におけるAl組成比に依存するものである。尚、上述した低屈折率層の酸化された領域170を除去するためのBHFによるエッチング工程は、必要に応じて行なわれるものであり、この工程を省略することも可能である。
Here, the etching time by BHF for removing the oxidized
次に、図8(a)に示すように、分離溝180を形成する。具体的には、電流狭窄層108における選択酸化を行なった後、メサ110の形成されている面に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、分離溝180が形成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、この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における下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、電流狭窄層108及び上部半導体DBR107をECRプラズマエッチング、RIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチングにより除去する。このドライエッチングは、基板101の表面が露出するまで行ない、この後、レジストパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 8A, a
このドライエッチングにより、分離溝180が形成される。形成された分離溝180においては、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、電流狭窄層108及び上部半導体DBR107の側面が露出した状態となっている。尚、このように形成される分離溝180は、基板101面の法線方向(Z軸方向)に対し、10°以上の傾斜を有していることが好ましい。これは、後述するGa(ガリウム)のイオン注入する際に、10°以上の傾斜を有していないと、分離溝180の側面にGaのイオンが注入されず、分離溝180の側面を削り取ってしまうからである。
By this dry etching, a
次に、図8(b)に示すように、Gaのイオン注入を行なう。具体的には、分離溝180の形成されたものをイオン注入装置における真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー内を排気した後、分離溝180を形成することにより側面の露出している下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、電流狭窄層108及び上部半導体DBR107にGaイオンをイオン注入する。Gaイオンは、これらの層の側面近傍にのみに注入されるように調整されており、これにより、分離溝180の側面の最表面には、Ga高濃度層181が形成される。Ga高濃度層181では、内部における各々の層と比較してGaの濃度が高濃度となっている。
Next, as shown in FIG. 8B, Ga ion implantation is performed. Specifically, the
図8(b)は、分離溝180となる領域の一部を拡大した図であるが、更に拡大した図を図9に示す。図9に示されるように、分離溝180の側面180aは、基板101面の法線方向Aに対し、角度φ(φ≧10°)となるように形成されている。Gaイオンは、基板101面に対し略垂直方向より注入され、分離溝180の側面180aに注入される。これにより、分離溝180の側面180aの最表面には、Ga濃度の高いGa高濃度層181が形成される。尚、基板101面の法線方向Aと分離溝180の側面180aとなす角度φが0°の場合、Gaイオンが注入される方向と分離溝180の側面180aとが略平行になるため、分離溝180の側面180aにGaイオンを注入することができない。また、角度φが0°に近い角度では、同様に、分離溝180の側面180aにGaイオンを注入することができず、更には、Gaイオンにより、分離溝180の側面180aを削り取ってしまう。このため、分離溝180の側面180aは基板101面の法線方向Aに対し所定の角度以上の傾斜を有している必要がある。即ち、角度φが所定の角度以上となるように分離溝180の側面180aを形成する必要がある。発明者らの経験等に基づくならば、分離溝180の側面180aにGa高濃度層181を形成するためには、Gaイオンを基板101面に対し垂直方向より注入する場合、角度φは10°以上で形成されていることが好ましい。
FIG. 8B is an enlarged view of a part of the region to be the
尚、Gaイオンを注入するためのGaのイオンビームは、シャワー状に半導体膜の形成された基板101表面の全体に照射するようにしてもよいし、収束させたGaのイオンビームを用いて、分離溝180の形成されている領域にGaのイオンビームを照射するものであってもよい。Gaのイオンビームをシャワー状に照射する場合、分離溝180以外の領域にGaイオンが注入されないように、分離溝180以外の領域はレジストパターンが形成されていることが好ましい。例えば、分離溝180を形成する際に用いたレジストパターンを分離溝180が形成された後も除去することなく、そのまま残しGaイオンの注入を行なってもよい。
The Ga ion beam for implanting Ga ions may be irradiated to the entire surface of the
本実施の形態では、生産性の観点から、Gaのイオン注入はシャワー状に半導体膜の形成された基板101表面の全体に照射されており、Gaのイオン注入を行う際のGaイオンの加速電圧は5kVとなるように調節されて照射されている。尚、Gaのイオン注入を行う際には、Gaイオンの加速電圧は40kV以下であることが好ましい。これよりも高い加速電圧では、Gaイオンにより分離溝180の側面180aの半導体層を削り取ってしまうからである。
In the present embodiment, from the viewpoint of productivity, Ga ion implantation is performed on the entire surface of the
ところで、本願発明者らは、検討の結果、AlGaAs等のIII−V族の化合物半導体においては、Alの組成比が高く、膜厚が他の層よりも厚く形成されている放熱層が、特に水分の影響を受けやすく、腐食しやすい部分であることを見出した。更に、Alを含有する化合物半導体においては、Alの組成比が低くなるに従い、急激に腐食への耐性が強くなることを見出した。よって、本実施の形態は、分離溝180の側面180aに露出している下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、電流狭窄層108及び上部半導体DBR107の側面にGaイオンを注入することによりGa組成の高いGa高濃度層181を形成するものである。このように形成されたGa高濃度層181では、Gaの注入が行なわれる前の状態と比較してGaの組成比が高いため、相対的にAlの組成比は低くなり、腐食等に強くなる。特に、基板101上に形成される半導体層の中で最も水分の影響を受けやすく、腐食等しやすいAlAsからなる放熱層等では、Gaイオンが注入されることにより、AlGaAsとなるため、水分等の影響を受けにくくなり、腐食等に強くなる。
By the way, as a result of investigations, the inventors of the present invention, in the III-V group compound semiconductors such as AlGaAs, in particular, a heat dissipation layer in which the Al composition ratio is high and the film thickness is thicker than the other layers, It was found that it is a part that is susceptible to moisture and susceptible to corrosion. Furthermore, it has been found that in a compound semiconductor containing Al, the resistance to corrosion rapidly increases as the Al composition ratio decreases. Therefore, in this embodiment, Ga ions are formed on the side surfaces of the
尚、Gaイオンが注入されることにより形成されるGa高濃度層181は、分離溝180の側面180aより、10nm〜50nmの厚さ形成されていることが好ましい。Gaの組成比が増加した領域は、水分等の影響を受けにくくなるため、腐食等の耐性が高くなり、信頼性等も飛躍的に向上するが、Ga高濃度層181の厚さが10nm未満の場合では、Ga高濃度層181が薄すぎて水分等が透過してしまい、水分等による影響を受けてしまう場合があり、また、Ga高濃度層181の厚さが50nmを超える場合には、Gaイオンの注入により半導体層にダメージを与えてしまい、かえって信頼性を低下させてしまうからである。更に、Ga高濃度層181をあまり厚く形成すると、各々の半導体層の組成比が変わってしまうため、光学的な特性や温度特性が変化してしまい、所望の特性の面発光レーザが得られなくなってしまう可能性がある。
The Ga high-
次に、図10(a)に示すように、保護膜111を形成する。保護膜111は、パッシベーション膜であり、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)により、SiN、SiON及びSiO2の誘電体のうち、いずれかにより形成される。保護膜111は、150nmから300nmの膜厚で形成されるが、プラズマCVDにより形成された保護膜111は、ステップカバレッジがよいため、図10(b)に示すように、分離溝180の側面180a全体を覆うことができる。即ち、分離溝180の側面180aにおいて、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、電流狭窄層108及び上部半導体DBR107の側面に形成されるGa高濃度層181を保護膜111で覆うことができる。尚、図10(b)は、図10(a)における分離溝180が形成されている領域を拡大した図である。
Next, as shown in FIG. 10A, a
次に、図11(a)に示すように、分離溝180の底面とメサ110の上面の一部において保護膜111を除去する。尚、メサ110の上面において保護膜111の除去された領域は、コンタクトホール182となる。具体的には、メサ110の形成されている面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより不図示のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、保護膜111が除去される領域に開口部を有するものであり、分離溝180の底面及びコンタクトホール182の形成される領域に開口部を有している。この後、このレジストパターンをマスクとして、RIE等により、レジストパターンの形成されていない領域、即ち、レジストパターンの開口部が形成されている領域における保護膜111を除去する。この後、レジストパターンを除去することにより、分離溝180の底面の保護膜111を除去し、メサ110の上面にコンタクトホール182を形成することができる。図11(b)は、面発光レーザの形成されている領域を拡大した概要図である。破線Bで囲まれた領域に示されるように、メサ110の側面では、上部半導体DBR107において、Alの組成比の高いp−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層107aの側面は、酸化された領域が除去され除去領域171が形成されているが、更に、この上には、保護膜111が形成されている。また、破線Cで囲まれた領域に示されるように、分離溝180の側面180aでは、下部半導体DBR103の第2の下部半導体DBR132の側面には、Ga高濃度層181が形成されており、更に、この上に、保護膜111が形成されている。よって、第2の下部半導体DBR132におけるn−AlAsからなる低屈折率層103a2の側面にも、Ga高濃度層181が形成されており、更に、この上に、保護膜111が形成されている。
Next, as shown in FIG. 11A, the
次に、図12(a)に示されるように、p側電極113を形成する。具体的には、メサ110の形成されている面に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、メサ110の上部において光が出射する領域に、一辺が10μmの略正方形状の不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりp側電極113となる金属膜を成膜する。p側電極113となる金属膜は、Cr/AuZn/Auからなる多層膜、または、AuZn/Ti/Auからなる多層膜により形成される。この際、不図示の電極パッド及び配線部材の蒸着を同時に行なってもよい。この後、リフトオフを行なうことにより、メサ110の上面に形成されたレジストパターン上の金属膜はレジストパターンとともに除去され、p側電極113が形成される。リフトオフは、レジストパターンが溶解する有機溶剤に基板101を浸漬させ、超音波洗浄を行なうことにより行なわれる。
Next, as shown in FIG. 12A, the p-
次に、図12(b)に示されるように、基板101の裏面を所定の厚さまで研磨した後、n側電極114を形成する。n側電極114は、真空蒸着等によりAuGe/Ni/Auからなる多層膜により形成されている。この後、アニールを行なうことにより、p側電極113及びn側電極114にオーミックコンタクトをとることができ、本実施の形態における面発光レーザが作製される。
Next, as shown in FIG. 12B, after the back surface of the
この後、図12(c)に示されるように、分離溝180をスクライブラインとし、ダイシングまたはスクライビングすることにより、半導体層の形成された基板101を各々のチップごとに分離する。このように分離されたチップが、複数の面発光レーザを有する面発光レーザアレイを有する面発光レーザ素子となる。
Thereafter, as shown in FIG. 12C, the
このようにして製造された複数の面発光レーザアレイを有する面発光レーザ素子を容器内の温度85℃、湿度85%の高温高湿雰囲気である容器中に1000時間放置することにより、高温高湿保持試験を行った。この結果、全ての面発光レーザアレイにおいて発光不良等が生ずることなく、所定の規格条件を満たすものであり、水分の影響等による劣化は確認されなかった。 The surface-emitting laser element having a plurality of surface-emitting laser arrays manufactured in this way is left in a container having a high-temperature and high-humidity atmosphere at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85% in the container for 1000 hours, whereby high temperature and high humidity. A retention test was performed. As a result, all the surface emitting laser arrays did not cause light emission defects and the like, satisfying a predetermined standard condition, and no deterioration due to the influence of moisture or the like was confirmed.
一方、分離溝の側面にGaのイオン注入等を行なわない(分離溝の側面にGa高濃度層が形成されていない)、従来の製造方法で製造された複数の面発光レーザアレイに対して、同様の高温高湿保持試験を行ったところ、所定の規格条件を満たしている面発光レーザアレイは約60%であり、よって、約40%のものについては、水分の影響等による劣化が確認された。 On the other hand, no ion implantation or the like of Ga is performed on the side surface of the separation groove (no Ga high concentration layer is formed on the side surface of the separation groove). A similar high-temperature and high-humidity retention test revealed that about 60% of surface-emitting laser arrays satisfying the prescribed standard conditions. Therefore, about 40% of the surface-emitting laser arrays were confirmed to be deteriorated due to the influence of moisture and the like. It was.
以上より、本実施の形態における面発光レーザ及び面発光レーザアレイからなる面発光レーザ素子は、信頼性を向上させることができる。即ち、本実施の形態における面発光レーザアレイは、基板101上に下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、電流狭窄層108及び上部半導体DBR107が積層されているものであって、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、電流狭窄層108及び上部半導体DBR107の分離溝180の側面の最表面にGaイオンビームを照射することにより、Ga高濃度層181が形成されているため、各層の内部よりもGa濃度が高くなっており酸化されにくくなっている。特に、放熱層であるAlAs層も側面の最表面は安定したAlGaAsになっており酸化されにくくなっている。また、この側面は、更に、誘電体であるSiN、SiON及びSiO2のいずれかからなるパッシベーション膜111により覆われている。従って、本実施の形態における面発光レーザからなる面発光レーザ素子は、従来の面発光レーザ素子と比べて、より一層信頼性が向上したものとなる。
As described above, the surface emitting laser element including the surface emitting laser and the surface emitting laser array in the present embodiment can improve the reliability. That is, the surface emitting laser array according to the present embodiment has a
以上、本実施の形態における面発光レーザとして、放熱構造体となる第2の下部半導体DBR132において、放熱層となるn−AlAsからなる低屈折率層103a2と、n−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層103b1が交互に3ペア積層されたものについて説明したが、このペア数に限定されるものではない。また、放熱層となるn−AlAsからなる低屈折率層103a2の光学的な膜厚が、3λ/4の場合について説明したが、光学的な厚さは、λ/4以上であればよく、例えば、λ/4であってもよい。特に、光学的な膜厚が、(2m+1)λ/4となるものであればより好ましい。(mは1以上の自然数)
更に、分離溝180におけるGaのイオン注入は、放熱層以外におけるAlの組成比の高い層であれば、いずれの層においても効果を有するものであるが、放熱層を設けた場合に、特に顕著な効果が得られる。
Above, the surface emitting laser of the present embodiment, the second lower semiconductor DBR132 as a heat dissipation structure, and the low refractive index layer 103a2 made of n-AlAs as the heat dissipation layer, n-Al 0.3 Ga 0. Although the description has been given of the case where three pairs of high refractive index layers 103b1 made of 7 As are alternately stacked, the number of pairs is not limited thereto. Moreover, although the case where the optical film thickness of the low refractive index layer 103a2 made of n-AlAs serving as the heat dissipation layer is 3λ / 4 has been described, the optical thickness may be λ / 4 or more, For example, it may be λ / 4. In particular, it is more preferable if the optical film thickness is (2m + 1) λ / 4. (M is a natural number of 1 or more)
Further, the Ga ion implantation in the
尚、本実施の形態では、Gaのイオン注入は、少なくとも放熱層の側面において行なわれていればよく、必ずしも分離溝180の側面全面において行なわれていることが必要ではない。
In the present embodiment, it is sufficient that Ga ion implantation is performed at least on the side surface of the heat dissipation layer, and is not necessarily performed on the entire side surface of the
また、活性層105は、圧縮歪みを誘起する組成であるGaInPAsからなるバンドギャップ波長が約780nmである3層の量子井戸層と、この量子井戸層と格子整合する引張歪みを誘起する組成となるGa0.3In0.7Pからなる4層の障壁層を有するものであってもよい。この際、下部スペーサ層104及び上部スペーサ層106は、ワイドバンドギャップである(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pを用いてもよい。この場合、下部スペーサ層104及び上部スペーサ層106をAlGaAs系で形成した場合と比較して、下部スペーサ層104及び上部スペーサ層106と量子井戸層とのバンドギャップ差を極めて大きくすることができる。
The
また、メサ110の形状は、略正方形状に限定されるものではなく、円形状、楕円形状または略長方形状に形成してもよい。また、面発光レーザの発振波長は、780nm帯以外にも、650nm帯、850nm帯、980nm帯、1.3μm帯、1.5μm帯等の波長帯域であってもよく、各々の波長帯域に適した用途に用いられる。
The shape of the
また、上記説明では、複数の面発光レーザを有する面発光レーザアレイからなる面発光レーザ素子について説明したが、一つの面発光レーザを有する面発光レーザ素子についても同様である。 In the above description, a surface-emitting laser element including a surface-emitting laser array having a plurality of surface-emitting lasers has been described. The same applies to a surface-emitting laser element having one surface-emitting laser.
〔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、第1の実施の形態と異なる方法により製造される面発光レーザ及び面発光レーザアレイからなる面発光レーザ素子である。具体的には、メサ110を形成する際に、同時に分離溝の一部を形成するものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. The present embodiment is a surface emitting laser element comprising a surface emitting laser and a surface emitting laser array manufactured by a method different from the first embodiment. Specifically, when the
最初に、図5(a)に示すように、第1の実施の形態と同様に、基板101上に、下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、上部半導体DBR107を積層形成する。尚、電流狭窄層108は、上部半導体DBR107を形成する際に形成される。
First, as shown in FIG. 5A, as in the first embodiment, a
次に、図13(a)に示すように、メサ110を形成する。この際、同時に分離溝180の一部となる第1の分離溝281も形成する。具体的には、上部半導体DBR107の表面上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより不図示のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、上部半導体DBR107上において、メサ110が形成される領域に形成されており、更に、第1の分離溝281が形成される領域には開口部を有しているものである。
Next, as shown in FIG. 13A, a
この後、塩素ガスを用いたECRプラズマエッチングにより、不図示の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における上部半導体DBR107、電流狭窄層108、上部スペーサ層106及び活性層105を除去し、下部スペーサ層104の表面を露出させる。この後、不図示のレジストパターンを除去することにより、メサ110及び第1の分離溝281を形成する。
Thereafter, the
次に、図13(b)に示すように、電流狭窄層108を選択酸化する。具体的には、メサ110の形成されたものを水蒸気中で熱処理することにより、電流狭窄層108をメサ110の外周部より選択酸化し、選択酸化領域108aを形成する。尚、電流狭窄層108においてメサ110中央部の選択酸化されていない領域は、電流狭窄領域108bとなる。この際、第1の分離溝281の側面に露出している電流狭窄層108も一部酸化されるが、第1の分離溝281は、メサ110から離れた領域に形成されるものであるため、面発光レーザの特性等に影響を与えることはない。尚、この後、必要に応じて、図7に示すように、メサ110の側面をBHFにより、10〜15秒間エッチングすることにより、低屈折率層の酸化された領域、即ち、ダメージ領域を除去する。
Next, as shown in FIG. 13B, the
次に、図13(c)に示すように、第2の分離溝282を形成する。具体的には、電流狭窄層108における選択酸化を行なった後、メサ110の形成されている面に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、第2の分離溝282が形成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、この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における下部半導体DBR103、下部スペーサ層104をECRプラズマエッチング、RIE等のドライエッチングにより除去する。このドライエッチングは、基板101の表面が露出するまで行ない、この後、レジストパターンを除去することにより、第2の分離溝282が形成される。これにより、第1の分離溝281と第2の分離溝282とからなる分離溝280が形成され、分離溝280の側面には、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、電流狭窄層108及び上部半導体DBR107の側面が露出した状態となる。尚、このように形成される第2の分離溝282は、基板101面の法線方向に対し、10°以上の傾斜を有していることが好ましい。これは、後述するGa(ガリウム)のイオン注入する際に、10°以上の傾斜を有していないと、第2の分離溝282の側面にGaのイオンが注入されないためGa高濃度領域が形成されないからである。
Next, as shown in FIG. 13C, a
次に、図13(d)に示すように、Gaのイオン注入を行なう。具体的には、分離溝280の形成されたものをイオン注入装置における真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー内を排気した後、第2の分離溝282が形成されることにより側面の露出している下部半導体DBR103、下部スペーサ層104にGaイオンをイオン注入する。Gaイオンは、これらの層の側面近傍にのみに注入されるように調整されており、これにより、これらの層の側面の最表面となる領域は、内部と比較してGaの濃度が高濃度となる。このようにしてGa濃度の高いGa高濃度層283が形成される。
Next, as shown in FIG. 13D, Ga ion implantation is performed. Specifically, the portion where the
次に、図14(a)に示すように、保護膜111を形成する。保護膜111は、パッシベーション膜となるものであり、プラズマCVDにより、SiN、SiON及びSiO2の誘電体のうち、いずれかにより形成される。保護膜111は、膜厚が150nmから300nm形成されるが、プラズマCVDにより形成された保護膜111は、ステップカバレッジがよいため、図14(b)に示すように、分離溝280の側面全体を覆うことができる。即ち、保護膜111は、第1の分離溝281の側面において、活性層105、上部スペーサ層106、電流狭窄層108及び上部半導体DBR107の側面を覆い、第2の分離溝282の側面において、下部半導体DBR103、下部スペーサ層104の側面に形成されるGa高濃度層283を保護膜111で覆うことができる。尚、図14(b)は、図14(a)における分離溝280が形成されている領域を拡大した図である。
Next, as shown in FIG. 14A, a
次に、図14(c)に示すように、第2の分離溝282の底面とメサ110の上面における保護膜111の一部を除去する。尚、メサ110の上面において保護膜111の除去された領域は、コンタクトホール182となる。具体的には、メサ110の形成されている面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより不図示のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、保護膜111が除去される領域に開口部を有するものであり、第2の分離溝282の底面及びコンタクトホール182の形成される領域に開口部を有している。この後、このレジストパターンをマスクとして、RIE等により、レジストパターンの形成されていない領域、即ち、レジストパターンの開口部における領域の保護膜111を除去する。この後、レジストパターンを除去することにより、第2の分離溝282の底面における保護膜111を除去することができ、これにより、メサ110の上面にコンタクトホール182を形成することができる。この際、分離溝280の底面における保護膜111についても、同様の方法により同時に除去される。
Next, as shown in FIG. 14C, a part of the
次に、図15(a)に示されるように、p側電極113を形成する。具体的には、メサ110の形成されている面に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、メサ110の上部において光が出射する領域に、一辺が10μmの略正方形状の不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりp側電極113となる金属膜を成膜する。p側電極113となる金属膜は、Cr/AuZn/Auからなる多層膜、または、AuZn/Ti/Auからなる多層膜により形成される。この際、不図示の電極パッド及び配線部材の蒸着を同時に行なってもよい。この後、リフトオフを行なうことにより、メサ110の上面に形成されたレジストパターン上の金属膜はレジストパターンとともに除去され、p側電極113が形成される。
Next, as shown in FIG. 15A, the p-
次に、図15(b)に示されるように、基板101の裏面を所定の厚さまで研磨した後、n側電極114を形成する。n側電極114は、真空蒸着等によりAuGe/Ni/Auからなる多層膜により形成されている。この後、アニールを行なうことにより、p側電極113及びn側電極114にオーミックコンタクトをとることができ、本実施の形態における面発光レーザが作製される。
Next, as shown in FIG. 15B, after the back surface of the
この後、図15(c)に示されるように、第2の分離溝282をスクライブラインとし、ダイシングまたはスクライビングすることにより、半導体層の形成された基板101を各々のチップごとに分離する。このように分離されたチップが、複数の面発光レーザを有する面発光レーザアレイを有する面発光レーザ素子となる。本実施の形態では、分離溝280を形成する時間を短くすることができる。即ち、メサ110形成と同時に分離溝280の一部である第1の分離溝281を形成し、その後、第2の分離溝282を形成する方法であるため、短い時間で分離溝280を形成することができ、低コストで面発光レーザ素子を製造することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 15C, the
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as in the first embodiment.
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態及び第2の実施の形態における面発光レーザアレイからなる面発光レーザ素子を用いた画像形成装置であるレーザプリンタ1000である。尚、第1の実施の形態及び第2の実施の形態における面発光レーザからなる面発光レーザ素子を用いてもよい。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. This embodiment is a
図16に基づき、本実施の形態におけるレーザプリンタ1000について説明する。本実施の形態におけるレーザプリンタ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等を備えている。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。
A
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
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、矢印Xで示す方向に回転するようになっている。
The
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。
The charging
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。
The charging
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。
The
トナーカートリッジ1036にはトナーが格納されており、この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。
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、この給紙コロ1037は、記録紙1040を給紙トレイ1038から1枚づつ取り出し、レジストローラ対1039に搬送する。このレジストローラ対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、この記録紙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上に順次スタックされる。
In the fixing
除電ユニット1034は、感光体ドラム1030の表面を除電する。
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、再度帯電チャージャ1031に対向する位置に戻る。
The
次に、図17に基づき光走査装置1010について説明する。光走査装置1010は、光源ユニット1100、不図示のカップリングレンズ及び開口板、シリンドリカルレンズ1113、ポリゴンミラー1114、fθレンズ1115、トロイダルレンズ1116、2つのミラー(1117、1118)、及び上記各部を統括的に制御する不図示の制御装置を備えている。尚、光源ユニット1100は、第1の実施の形態または第2の実施の形態における面発光レーザ素子を含む光源ユニット1100が用いられている。
Next, the
シリンドリカルレンズ1113は、光源ユニット1100から出力された光を、ミラー1117を介してポリゴンミラー1114の偏向反射面近傍に集光する。
The
ポリゴンミラー1114は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には6面の偏向反射面が形成されている。 そして、不図示の回転機構により、矢印Yに示す方向に一定の角速度で回転されている。
The
従って、光源ユニット1100から出射され、シリンドリカルレンズ1113によってポリゴンミラー1114の偏向反射面近傍に集光された光は、ポリゴンミラー1114の回転により一定の角速度で偏向される。
Accordingly, the light emitted from the
fθレンズ1115は、ポリゴンミラー1114からの光の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー1114により一定の角速度で偏向される光の像面を、主走査方向に関して等速移動させる。 トロイダルレンズ1116は、fθレンズ1115からの光をミラー1118を介して、感光体ドラム1030の表面に結像する。
The
トロイダルレンズ1116は、fθレンズ1115を介した光束の光路上に配置されている。そして、このトロイダルレンズ1116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1114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1114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。本実施の形態では、走査光学系は、fθレンズ1115とトロイダルレンズ1116とから構成されている。なお、fθレンズ1115とトロイダルレンズ1116の間の光路上、及びトロイダルレンズ1116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よい。
The optical system arranged on the optical path between the
本実施の形態におけるレーザプリンタ1000では、第1の実施の形態または第2の実施の形態における面発光レーザ素子を用いているため、高い信頼性を得ることができる。
Since the
また、この場合には、各発光部からの光束の偏光方向が安定して揃っているため、レーザプリンタ1000では、高品質の画像を安定して形成することができる。
In this case, since the polarization directions of the light beams from the respective light emitting units are stably aligned, the
尚、本実施の形態における説明では、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 description of the present embodiment, 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よい。 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.
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.
〔第4の実施の形態〕
次に、第4の実施の形態について説明する。第4の実施の形態は、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ2000である。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. The fourth embodiment is a
図18に基づき、本実施の形態におけるカラープリンタ2000について説明する。本実施の形態におけるカラープリンタ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「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「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「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「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。
A
各感光体ドラムは、図18において示される矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転順にそれぞれ帯電装置、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 shown in FIG. 18, and a charging device, a developing device, a transfer device, and a cleaning unit are arranged around each photoconductor drum in the order of rotation. 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、第1の実施の形態または第2の実施の形態における面発光レーザ素子を含む光源ユニットを、各々の色毎に有しており、第3の実施の形態において説明した光走査装置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、第3の実施の形態におけるレーザプリンタ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、光走査装置2010の各光源が第1の実施の形態または第2の実施の形態における面発光レーザ素子を含む光源ユニットにより形成されているため、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
よって、本実施の形態におけるカラープリンタ2000では、第1の実施の形態または第2の実施の形態における面発光レーザ素子を用いているため、信頼性が高く高品質の画像を形成することができる。
Therefore, since the
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。 As mentioned above, although the form which concerns on implementation of this invention was demonstrated, the said content does not limit the content of invention.
10 面発光レーザアレイ
100 発光部(面発光レーザ)
101 基板
102 バッファ層
103 下部半導体DBR
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
108 電流狭窄層
108a 選択酸化領域
108b 電流狭窄領域
110 メサ(メサ構造)
111 保護膜
113 p側電極
114 n側電極
180 分離溝
180a 側面
181 Ga高濃度層
1000 レーザプリンタ(画像形成装置)
1010 光走査装置
2000 カラープリンタ(画像形成装置)
10 Surface Emitting
101 Substrate 102
104
108
111 Protective film 113 P-side electrode 114 n-
1010
Claims (21)
前記下部半導体DBR、前記下部スペーサ層、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRの一部を除去することにより分離溝を形成する分離溝形成工程と、
前記分離溝の側面にGaのイオン注入を行なうGaイオン注入工程と、
を有することを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。 A film forming step of sequentially stacking a lower semiconductor DBR, a lower spacer layer, an active layer, an upper spacer layer, and an upper semiconductor DBR on a substrate;
A separation groove forming step of forming a separation groove by removing a part of the lower semiconductor DBR, the lower spacer layer, the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR;
Ga ion implantation step of implanting Ga ions into the side surface of the separation groove;
A method of manufacturing a surface emitting laser element, comprising:
前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRの一部を除去することにより、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRからなるメサを形成するメサ形成工程を有す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。 After the film forming step and before the separation groove forming step,
A mesa forming step of forming a mesa composed of the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR by removing a part of the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR; The manufacturing method of the surface emitting laser element of Claim 1.
前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRの一部を除去することにより、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRからなるメサ及び第1の分離溝を形成する第1の分離溝形成工程と、
前記第1の分離溝の底部において、前記下部半導体DBR、前記下部スペーサ層の一部を除去することにより第2の分離溝を形成する第2の分離溝形成工程と、
前記第2の分離溝の側面にGaのイオン注入を行なうGaイオン注入工程と、
を有することを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。 A film forming step of sequentially stacking a lower semiconductor DBR, a lower spacer layer, an active layer, an upper spacer layer, and an upper semiconductor DBR on a substrate;
A part of the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR is removed to form a first mesa and a first isolation groove including the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR. A separation groove forming step;
A second separation groove forming step of forming a second separation groove by removing a part of the lower semiconductor DBR and the lower spacer layer at the bottom of the first separation groove;
A Ga ion implantation step of implanting Ga ions into the side surface of the second separation groove;
A method of manufacturing a surface emitting laser element, comprising:
前記下部半導体DBR、前記下部スペーサ層、前記活性層、前記上部スペーサ層及び前記上部半導体DBRの一部を除去することにより形成された分離溝と、
前記分離溝の側面に形成されたGa高濃度層と、
を有することを特徴とする面発光レーザ素子。 A lower semiconductor DBR, a lower spacer layer, an active layer, an upper spacer layer, and an upper semiconductor DBR, which are sequentially stacked on the substrate;
An isolation groove formed by removing a part of the lower semiconductor DBR, the lower spacer layer, the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR;
Ga high concentration layer formed on the side surface of the separation groove;
A surface-emitting laser element comprising:
前記Ga高濃度層は、前記第2の分離溝の側面に形成されるものであることを特徴とする請求項9に記載の面発光レーザ素子。 The isolation trench includes a first isolation trench from which the active layer, the upper spacer layer, and the upper semiconductor DBR are partially removed, and a second isolation from which the lower semiconductor DBR and the lower spacer layer are partially removed. Consisting of grooves,
The surface emitting laser element according to claim 9, wherein the Ga high concentration layer is formed on a side surface of the second separation groove.
請求項9から17のいずれかに記載の面発光レーザ素子、または、請求項18に記載の面発光レーザアレイ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部と、
前記光偏向部により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、
を有することを特徴とする光走査装置。 An optical scanning device that scans a surface to be scanned with light,
A surface-emitting laser element according to any one of claims 9 to 17, or a light source comprising the surface-emitting laser array element according to claim 18.
A light deflector for deflecting light from the light source;
A scanning optical system for condensing the light deflected by the light deflection unit on the surface to be scanned;
An optical scanning device comprising:
前記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請求項19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。 An image carrier;
The optical scanning device according to claim 19, which scans the image carrier with light modulated according to image information.
An image forming apparatus comprising:
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