JP5504784B2 - 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置に関する。
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、基板に垂直方向に光を出射するものであり、通常の端面発光型の半導体レーザに比べて、低価格、低消費電力、小型であり、２次元デバイスに適している等の理由により近年注目されている。
面発光レーザは電流狭窄構造を有しており、ＡｌＡｓ等からなる選択酸化狭窄構造が採用されている（例えば、特許文献１）。
この面発光レーザにおける電流狭窄構造は、円形状又は矩形（四角形）台状のメサ構造が形成された半導体基板又は半導体部材を高温水蒸気雰囲気中に配置し、このメサ構造が形成されているｐ−ＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓ層のメサ構造の側面の外周部より中心部に向けて酸化し、酸化されたＡｌＯよりなる領域と、酸化されない領域からなる選択酸化層を形成することにより形成される。
このように形成された選択酸化層の酸化された領域におけるＡｌＯの屈折率は、１．６程度であり、他の半導体層と比べて低い。よって、発光した光は酸化された領域に囲まれた酸化されない領域に閉じ込められ、閾値電流を低くすることができるという効果を有している。
ところで、選択酸化層において酸化されない領域の大きさが、最適な値からずれてしまうと、光出力等の発振特性においてずれが生じてしまい、歩留まりが低下するといった問題を生じる。
よって、選択酸化層において酸化されない領域の大きさが、所望の大きさからずれてしまうことを避けるため、幾つかの方法が開示されている。
例えば、特許文献２には、酸化モニタパターンにより酸化の進行具合を間接的に監視する方法が開示されている。この方法は、通常の共振器の形状とは別に酸化速度をモニタするため、ストライプ状のパターンを設け、酸化炉中でそのパターン領域の反射率を測定して酸化の進行度を知る方法である。
また、特許文献３には、酸化の進行具合をリアルタイムでモニタする方法が開示されている。この方法は、酸化処理中の半導体部材について観察窓を介して顕微鏡で観察し、顕微鏡で観察された酸化された領域と酸化されていない領域とのコントラストから酸化の進行度を見積もり、その後の酸化量を制御する方法である。
ところで、特許文献２に記載されているように、酸化モニタパターンにより酸化の進行具合を間接的に監視する方法では、高い精度で酸化速度を監視するためには、酸化速度モニタパターン近傍のパターンはブランクにすることが必要となり、通常の共振器を配置することができず、面発光レーザを配置する面積が限定されてしまい、コスト高になってしまうという問題点を有している。
また、特許文献３に記載されているように、顕微鏡により酸化の進行具合を観察する方法では、顕微鏡の倍率を高める必要があり、また、顕微鏡の焦点をメサ構造の形成されている部分にあわせるため半導体部材と顕微鏡との距離を狭める必要がある。しかしながら、観察窓と半導体部材の間隔を狭めると、半導体部材上の水蒸気濃度分布と半導体部材の温度分布にバラツキが生じ、面内における酸化量の不均一となり、歩留まりが低下してしまう。また、顕微鏡と観察窓との距離を狭めると、ヒータから放熱される熱によって観察窓の屈折率が変化し、顕微鏡に組み込まれている光学部品（例えば、レンズ）が熱により変形し、焦点のズレが生じ測定精度が不正確となり、歩留まりが低ましてしまう。また、この方法では使用した顕微鏡を再び使用することが不可能であるため、実際に行う場合、より一層高コストなものとなる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、面発光レーザを製造する際の酸化狭窄工程において、低コストでバラツキの少ない酸化領域を形成することを目的とするものである。
本発明は、半導体材料により構成される活性層を、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２つの反射鏡によって上下から挟み込まれた積層体を半導体基板の表面上に形成してなり、該半導体基板の前記積層体を形成した面と反対側の面に下部電極が接続され、前記積層体の上部の反射鏡表面には上部電極が接続されており、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て垂直にレーザ光を発する面発光半導体レーザにおいて、該面発光半導体レーザは上側の反射鏡に形成された半導体膜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選択酸化層を有するとともに、前記活性層と前記選択酸化層と前記上側の反射鏡領域においてメサ構造が形成されており、該メサ構造の側壁面に、前記選択酸化層の幅を検出するための検出部が設けられており、前記検出部は、前記メサ構造の側壁面をテーパ形状とするとともに、そのテーパ角度を途中で変えて形成される段差部分とし、前記段差部分は、前記選択酸化層の深さ方向位置と略一致する位置に形成するものであって、前記メサ構造の側壁面には、絶縁膜が形成されており、前記上部電極は、前記絶縁膜上にも形成されており、前記メサ構造の下部における前記段差部分までの高さよりも、前記上部電極の厚さの方が大であることを特徴とする。
また、本発明は、前記メサ構造の側壁面は、前記半導体基板面に対して、下部のテーパ角が上部のテーパ角より大となるようにしたテーパ形状とし、前記テーパ角が変わる段差部分は、前記選択酸化層の深さ方向位置と同等の位置もしくはそれより上部にあることを特徴とする。
また、本発明は、前記活性層は、多重量子井戸構造を有することを特徴とする。
また、本発明は、前記メサ構造は、プラズマエッチングによるエッチングにより形成されるものであって、前記メサ構造の下部を形成する際の圧力と、前記メサ構造の上部を形成する際の圧力とが異なることを特徴とする。
また、本発明は、前記記載の面発光半導体レーザを複数有することを特徴とする。
また、本発明は、光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置であって、前記記載の面発光レーザアレイを有する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光ビームを偏向する偏向部と、前記偏向された光ビームを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。
また、本発明は、複数の光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置であって、前記記載の面発光レーザアレイを有する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光ビームを偏向する偏向部と、前記偏向された光ビームを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。
また、本発明は、少なくとも１つの像担持体と、前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる光ビームを走査する少なくとも１つの前記記載の光走査装置と、前記少なくとも１つの像担持体に形成された像を転写対象物に転写する転写部と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、少なくとも１つの像担持体と、前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる複数の光ビームを走査する少なくとも１つの前記記載の光走査装置と、前記少なくとも１つの像担持体に形成された像を転写対象物に転写する転写部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、低コストで、バラツキのない面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。
第１の実施の形態に係る面発光半導体レーザの構造図 第１の実施の形態に係る面発光半導体レーザの製造工程図（１） 第１の実施の形態に係る面発光半導体レーザの製造工程図（２） 第１の実施の形態に係る面発光半導体レーザの製造工程図（３） 第１の実施の形態に係る面発光半導体レーザの製造工程図（４） 第１の実施の形態に係る面発光半導体レーザの製造工程図（５） ＩＣＰプラズマエッチング装置の構成図 酸化装置の構成図 面発光半導体レーザの断面ＳＥＭ写真 第２の実施の形態に係るレーザプリンタの構成図 光走査装置の構成図 レーザアレイを用いた場合の解像度の説明図
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態に係る面発光レーザについて説明する。
（面発光レーザの構造）
図１に、本実施の形態に係る面発光レーザの構造を示す。本実施の形態に係る面発光レーザは、７８０ｎｍ帯の面発光レーザであり、半導体基板であるｎ−ＧａＡｓ傾斜基板１１上に、下部半導体ＤＢＲ層１２、下部スペーサ層１３、活性層１４、上部スペーサ層１５、選択酸化層１６、上部半導体ＤＢＲ層１７が、エピタキシャル成長により形成した構成のものである。下部スペーサ層１３、活性層１４、上部スペーサ層１５、選択酸化層１６、上部半導体ＤＢＲ層１７及び下部半導体ＤＢＲ層１２の一部はメサ構造に形成されており、メサ構造の側面のメサ構造上部４２は緩やかなテーパ角で形成され、メサ構造の側面のメサ構造下部４１は、メサ構造上部４２よりも急峻なテーパ角により形成されている。
尚、ここでいう緩やかなテーパ角とは、ｎ−ＧａＡｓ傾斜基板１１の基板平面に対する角度が７３°〜７８°であるような場合を意味しており、急峻なテーパ角とは、８５°〜９０°というように基板平面に対してほぼ垂直に近い角度である場合を意味している。また、メサ構造上部４２とメサ構造下部４１とが接するメサ構造のテーパ角が変化する部分には段部４３が形成される。更に、後述するように、選択酸化層１６は、上部半導体ＤＢＲ層１７を形成する際に形成される。
また、メサ構造の側面及び下部スペーサ層１３の表面を覆うように酸化シリコン又は窒化シリコンからなる層間絶縁膜１８が形成され、上部半導体ＤＢＲ層１７及び層間絶縁膜１８上には、ｐ側電極１９が形成され、ｎ−ＧａＡｓ傾斜基板１１の裏面には、ｎ側電極２０が形成されている。
ｎ−ＧａＡｓ傾斜基板１１は、鏡面研磨された基板面の法線が［１００］方向から［１１１］Ａ方向に１５°傾斜したｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
下部半導体ＤＢＲ層１２は、ｎ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層を交互に積層形成したものであり、低屈折率層と高屈折率層とのペアを４２．５ペア有するものである。
下部スペーサ層１３は、Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓにより形成されている。
活性層１４は、ＧａＩｎＡｓＰ／Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる３重量子井戸構造からなる活性層である。
上部スペーサ層１５は、Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓにより形成されている。尚、下部スペーサ層１３、活性層１４、上部スペーサ層１５により共振器３０が形成される。
上部半導体ＤＢＲ層１７は、ｐ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓからなる低屈折率層と、ｐ−Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる高屈折率層を交互に積層形成したものであり、低屈折率層と高屈折率層とのペアを３２ペア有するものである。
選択酸化層１６は、上部半導体ＤＢＲ層１７において上部スペーサ層１５より２ペア目の低屈折率層であり、厚さが２０ｎｍのｐ−ＡｌＡｓにより形成されている。尚、この選択酸化層１６は、後述するように、酸化された領域３１と酸化されない領域３２とが形成される。本実施の形態における面発光レーザでは、電流は酸化されない領域３２を通るため電流が狭窄されることから電流狭窄層とも称する。
また、メサ構造のテーパ角が変化する段部４３は、選択酸化層１６が形成される位置と同等の位置（上部半導体ＤＢＲ層１７の頂上面からの深さ方向位置において同等の位置）に形成され、選択酸化層１６の上部半導体ＤＢＲ層１７の頂上面からの深さ方向位置を検出する検出部として機能する。また後述するが、この部分を顕微鏡手段で検出し、メサ構造の側面部の外径を計測する。本実施の形態に好適に適用されるメサ構造下部４１とメサ構造上部４２のテーパ角（基板面に対するメサ構造の側面の角度）は、メサ構造下部４１では、８５°〜９０°であり、メサ構造上部４２では、７３°〜７８°である。
前述のように段部４３は、選択酸化層１６の上部半導体ＤＢＲ層１７の頂上面からの深さ方向位置を検出する検出部として機能するわけであるが、メサ構造下部４１がこの例のように比較的急峻な角度（８５°〜９０°）である場合には、この段部４３は選択酸化層１６が形成される位置よりも上部の位置であっても、深さ方向位置を検出して、メサ構造の側面部の外径を計測する精度はそれほど低下しないので、この段部４３は選択酸化層１６の深さ方向位置と同等の位置もしくはそれより上部にあればよい。また、メサ構造におけるメサ構造下部４１の高さＮよりも、ｐ側電極１９の厚さＴの方が大きい。これにより、メサ構造においてテーパ角が急峻となるメサ構造下部４１の下端近傍において、ｐ側電極１９が断線してしまうこと等を防ぐことができる。
（面発光レーザの製造方法）
次に、本実施の形態に係る面発光レーザの製造方法について説明する。
最初に、図２に示すように、半導体基板であるｎ−ＧａＡｓ傾斜基板１１上に、下部半導体ＤＢＲ層１２、下部スペーサ層１３、活性層１４、上部スペーサ層１５、選択酸化層１６、上部半導体ＤＢＲ層１７をエピタキシャル成長により積層形成する。成膜方法は、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）により、結晶成長させることにより形成する。
次に、図３に示すように、上部半導体ＤＢＲ層１７の表面に、一辺が２０μｍの正方形のレジストパターン５０を形成する。このレジストパターン５０はメサ構造を形成するためのものであり、上部半導体ＤＢＲ層１７の表面にフォトレジストを塗布した後、露光、現像を行うことにより形成する。尚、本実施の形態における面発光レーザにおいて、製造工程の途中における半導体基板のｎ−ＧａＡｓ傾斜基板１１上に各々層が形成されたものを半導体部材１１３とも称する。
次に、図４に示すように、ＩＣＰプラズマエッチング装置を用いて、レジストパターン５０をマスクとして、台形状のメサ構造を形成する。図７に、メサ構造を形成するためのＩＰＣプラズマエッチング装置の概略図を示す。
図３に示すレジストパターン５０の形成された半導体部材１１３をロードロックチャンバー１０１に入れ、ドライポンプ１２１により１０分間排気した後、ゲートバルブ１０２を開き反応室１０３に半導体部材１１３を搬送する。反応室１０３には、リング状のシリコン１０４が設けられており、その反応生成物がＧａＡｓ系材料のエッチングに寄与するものである。
反応室１０３において、半導体部材１１３を１０分間保持した後、塩素（Ｃｌ２）ガスボンベ１０５よりＣｌ２ガスを２ｓｃｃｍ、四塩化炭素（ＳｉＣｌ４）ガスボンベ１０６よりＳｉＣｌ４ガスを１ｓｃｃｍ、アルゴン（Ａｒ）ガスボンベ１０７よりＡｒガスを３ｓｃｃｍ導入する。各々のガスボンベ１０５、１０６、１０７には、マスフローコントローラ１０８、１０９、１１０が取り付けられており、マスフローコントローラ１０８、１０９、１１０により各々のガスの流量が制御される。
また、反応室１０３は、ターボ分子ポンプ１２２及びドライポンプ１２３により排気されており、反応室１０３とターボ分子ポンプ１２２との間には、開度調整機能付バルブ１１１が設けられている。
また、反応室１０３内の圧力を測定するための圧力計１１２が設けられている。反応室１０３内は、所定の圧力に保たれるように、圧力計１１２において測定された圧力に基づき、開度調整機能付バルブ１１１の開度が調整される。
このような構成のＩＰＣプラズマエッチング装置においては、反応室１０３における圧力を一定とした場合、反応室１０３における圧力が０．１〜０．３Ｐａの場合、メサ構造のテーパ角度は、７３〜７８°の角度で安定して形成される。一方、反応室１０３における圧力が０．３〜０．５Ｐａの場合、メサ構造のテーパ角度は、７３〜９０°の角度で幅広くばらつく。更に、反応室１０３における圧力が０．６〜１．０Ｐａの場合、メサ構造のテーパ角度は、８５〜９０°の角度で安定して形成される。
このため、メサ構造の下端より５００ｎｍの位置までは、メサ構造のテーパ角が緩やかな角度となるように、反応室１０３における圧力を０．３Ｐａでエッチングする。具体的には、Ｃｌ２ガス、ＳｉＣｌ４ガス、Ａｒガスの導入より３０秒経過した後、誘導コイル１１４に４００Ｗの電力を供給する。このようにして、メサ構造の下端より５００ｎｍより上部となるメサ構造上部４２においては、テーパ角が７３〜７８°の角度となるように形成する。
この後、誘導コイル１１４に供給していた電力を遮断し、反応室１０３の圧力を１．０Ｐａに維持することができるように開度調整機能付バルブ１１１における開度を制御する。次に、３０秒間この圧力を維持した後、誘導コイル１１４に４００Ｗの電力を供給しエッチングする。これによりさらに５００ｎｍエッチングし、誘導コイル１０８に供給する電力を遮断する。エッチング後においては、下部スペーサ層１３の表面が露出した状態となっている。このようにして、メサ構造の下端より５００ｎｍまでのメサ構造下部４１においては、テーパ角は８５〜９０°の角度となるように形成する。
以上により、上部のテーパ角が緩やかなメサ構造上部４２と下部のテーパ角が急峻なメサ構造下部４１かならなるメサ構造が形成される。メサ構造の側面においては、メサ構造下部４１とメサ構造上部４２とが接する段部４３が形成されるが、この段部は上部ＤＢＲ層１７のメサ構造の側面に形成される。また、この段部の位置は、上部半導体ＤＢＲ層１７の頂上面からの深さ方向位置において選択酸化層１６の位置と同等の位置もしくはそれより上部に形成される。
なお、エッチングの状態については、反応室１０３の上部に、不図示のサファイア窓を介して設けられた反射率測定器１１５により、反射率の変化として計測可能である。計測された反射率は、反射率モニタ１１６に表示され、この反射率モニタ１１６に表示された状況を確認しながらエッチングを行うことにより、現在、どの層をエッチングしているか確認することが可能である。よって、選択酸化層１６の位置で、メサ構造のテーパ角が変化するように、前述のようにガス導入条件を変えればよい。
次に、図５に示すように、レジストパターン５０を除去し、選択酸化層１６に酸化された領域３１を形成する。具体的には、レジストパターン５０を除去した後、半導体部材１１３の上部より金属顕微鏡を用いて１００倍の倍率でメサ構造の画像を撮像し、画像処理ソフト等を使用して、メサ構造の側面部の外径を計測する。測定されたメサ構造の側面部の外径の計測値を選択酸化層１６が形成される酸化狭窄層外径値Ｍとし、所望の酸化されない領域の半径ＯＡと、酸化速度Ｖより、酸化狭窄工程の処理時間Ｔを式（１）より算出する。
Ｔ＝（Ｍ−ＯＡ）／２×Ｖ・・・・（１）
次に、式（１）により得られた酸化狭窄工程の処理時間Ｔに基づき酸化狭窄工程における処理を行う。具体的には、酸化装置により酸化を行うことにより選択酸化層１６を形成する。
図８に酸化装置の構成図を示す。水蒸気供給部２１０、ステンレス製反応容器２２０、導入管２３０、排気管２４０、水捕集器２５０及び不図示の温度コントローラ等を有している。
水蒸気供給部２１０は、マスフローコントローラ２１１、気化器２１２、液体マスフローコントローラ２１３及び水供給器２１４を備えており、水蒸気がステンレス製反応容器２２０に供給される。
ステンレス製反応容器２２０内には、酸化する対象物となる半導体部材１１３を設置するためのトレイ２２１、このトレイ２２１を介して半導体部材１１３を加熱するためのセラミックヒータ２２４を内蔵する円板状の加熱テーブル２２２、半導体部材１１３の温度を計測する熱電対２２５、加熱テーブル２２２を保持し回転可能な基台２２３が設けられている。不図示の温度コントローラは、熱電対２２５の出力信号をモニタしながらセラミックスヒータ２２４に供給する電流（又は電圧）を制御し、半導体部材１１３において、設定された温度（保持温度）で設定された時間（保持時間）一定の温度に保たれる。
酸化装置では、水蒸気供給部２１０において、水供給部２１４に窒素（Ｎ２）ガスを導入すると、水（Ｈ２Ｏ）が液体マスフローコントローラ２１３により流量制御されて気化器２１２に供給され水蒸気となる。Ｎ２キャリアガスがマスフローコントローラ２１１により流量が制御されて気化器２１２に導入されると、水蒸気を含むＮ２キャリアガスが導入管２３０を介してステンレス製反応容器２２０内に供給される。
ステンレス製反応容器２２０内に供給された水蒸気を含むＮ２キャリアガスは、半導体部材１１３の周囲に供給される。これにより、半導体部材１１３は水蒸気雰囲気にさらされ、半導体部材１１３において選択酸化層１６が形成される領域において周囲より次第に酸化が進行し、選択酸化層１６に酸化された領域３１とが形成される。その後、水蒸気を含むＮ２キャリアガスは、排気管２４０及び水捕集器２５０を介して排出される。
この際、供給する水の流量は、８０ｇ／ｈｒ、Ｎ２キャリアガスの流量が２０ＳＬＭ、保持温度４１０℃で式（１）により算出した時間Ｔである１１．３分間酸化を行う。これにより、３．５μｍの正方形の電流狭窄領域となる酸化されない領域３２と、この周囲を囲むように形成された酸化された領域３１からなる選択酸化層１６が形成される。
次に、図６に示すように、層間絶縁膜１８を形成した後、ｐ側電極１９及び、ｎ側電極２０を形成する。具体的には、所望の領域に酸化シリコン又は窒化シリコンからなる層間絶縁膜１８を形成する。
この後、プラズマＣＶＤ法により、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜を１５０ｎｍ形成し、台形状のメサ構造の上部に一辺１８μｍの正方形の開口レジストパターンを形成し、バッファードフッ酸によりレジストパターンの形成されていない領域のＳｉＮ膜をエッチングし、メサ構造の上部に１８μｍの開口部を形成する。
次に、ｐ側電極１９を形成するためのレジストパターンを形成した後、真空蒸着法によりＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕの順に金属膜を合計膜厚が７５０ｎｍとなるよう積層形成し、リフトオフを行うことによりｐ側電極１９を形成する。
更に、半導体基板であるｎ−ＧａＡｓ傾斜基板１１の裏面を研磨した後、研磨面に真空蒸着法により、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの順に金属膜を積層形成しｎ側電極２０を形成する。
この後、シンター炉により、４００℃、４分間の熱処理を行う。
図９に、面発光レーザのメサ構造の側面の断面ＳＥＭ写真を示す。図９（ａ）は、本実施の形態に係る面発光レーザのメサ構造の側面の断面ＳＥＭ写真であり、図９（ｂ）は、従来の面発光レーザのメサ構造の側面の断面写真である。
メサ構造の側面部には、層間絶縁膜を介しｐ側電極１９が形成されるが、メサ構造の上端部及び下端部においては、メサ構造のテーパ角が急峻であると、断線等が生じやすく歩留まり等が低下しやすい。このため、図９（ｂ）に示されるように、通常、メサ構造は緩やかなテーパ角で形成される。
しかしながら、メサ構造が緩やかなテーパ角で形成した場合、電流狭窄層となる選択酸化層が形成される部分の幅の値を正確には知ることは困難である。即ち、電流狭窄層となる選択酸化層が形成される部分の幅の値は、上方からしか観察することができず、側面から観察するためには、製造プロセス中の半導体部材を破壊する必要がある。よって、上方より観察する場合、図９（ｂ）に示されるように、メサ構造のテーパ角が緩やかである場合には、電流狭窄層となる選択酸化層が形成される部分の幅の値の誤差が大きくなってしまう。即ち、矢印Ｂ１に示す方向よりメサ構造が観察されるため、矢印Ｂ２に示す位置に形成される選択酸化層の幅の値の誤差が大きくなってしまう。よって、形成される選択酸化層において酸化されない領域の大きさのバラツキが多くなり歩留まりが低下してしまう。しかしながら、図９（ａ）に示すように、選択酸化層１６が形成される部分のメサ構造の側面のテーパ角が急峻となるように形成すれば、テーパ角が緩やかである部分メサ構造上部の部分との間に段差部分ができ、上方より正確に観察することが可能である。即ち、矢印Ａ１に示す方向よりメサ構造を観察することができ、矢印Ａ２に示す位置に形成される選択酸化層１６の幅を正確に検出することができる。その結果、選択酸化層１６が形成される部分の上部半導体ＤＢＲ層１７の頂上面からの深さ方向位置を特定することができ、メサ構造の側面部の外径が計測できる。これより選択酸化層１６が形成される酸化狭窄層外径値Ｍを決めることができる。
本実施の形態に係る面発光レーザでは、選択酸化層１６における酸化されない領域を均一にすることができ歩留まりの低下を防ぐことができるとともに、ｐ側電極１９の断線等による歩留まりの低下を防ぐことができる。
本実施の形態における面発光レーザでは、選択酸化層１６における電流狭窄領域の形成精度が高いため、面発光レーザをアレイ化した場合であっても、高い歩留まりで製造することが可能である。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態に係る画像形成装置について説明する。
（レーザプリンタ）
図１０は、本実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタの構成図である。
このレーザプリンタは、光走査装置３００、感光体ドラム３０１、帯電チャージャ３０２、現像ローラ３０３、トナーカートリッジ３０４、クリーニングブレード３０５、給紙トレイ３０６、給紙コロ３０７、レジストローラ対３０８、転写チャージャ３１１、除電ユニット３１４、定着ローラ３０９、排紙ローラ３１２、及び排紙トレイ３１０などを備えている。
帯電チャージャ３０２、現像ローラ３０３、転写チャージャ３１１、除電ユニット３１４及びクリーニングブレード３０５は、それぞれ感光体ドラム３０１の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム３０１の回転方向に関して、帯電チャージャ３０２→現像ローラ３０３→転写チャージャ３１１→除電ユニット３１４→クリーニングブレード３０５の順に配置されている。
感光体ドラム３０１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３０１は、図１０における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。
帯電チャージャ３０２は、感光体ドラム３０１の表面を均一に帯電させる。
光走査装置３００は、帯電チャージャ３０２で帯電された感光体ドラム３０１の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム３０１の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム３０１の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム３０１の回転に伴って現像ローラ３０３の方向に移動する。なお、この光走査装置３００の構成については後述する。
トナーカートリッジ３０４にはトナーが格納されており、このトナーは現像ローラ３０３に供給される。
現像ローラ３０３は、感光体ドラム３０１の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ３０４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された潜像は、感光体ドラム３０１の回転に伴って転写チャージャ３１１の方向に移動する。
給紙トレイ３０６には記録紙３１３が格納されている。この給紙トレイ３０６の近傍には給紙コロ３０７が配置されており、この給紙コロ３０７は、記録紙３１３を給紙トレイ３０６から１枚づつ取り出し、レジストローラ対３０８に搬送する。このレジストローラ対３０８は、転写ローラ３１１の近傍に配置され、給紙コロ３０７によって取り出された記録紙３１３を一旦保持するとともに、この記録紙３１３を感光体ドラム３０１の回転に合わせて感光体ドラム３０１と転写チャージャ３１１との間隙に向けて送り出す。
転写チャージャ３１１には、感光体ドラム３０１の表面上のトナーを電気的に記録紙３１３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３０１の表面の潜像が記録紙３１３に転写される。ここで転写された記録紙３１３は、定着ローラ３０９に送られる。
この定着ローラ３０９では、熱と圧力とが記録紙３１３に加えられ、これによってトナーが記録紙３１３上に定着される。ここで定着された記録紙３１３は、排紙ローラ３１２を介して排紙トレイ３１０に送られ、排紙トレイ３１０上に順次スタックされる。
除電ユニット３１４は、感光体ドラム３０１の表面を除電する。
クリーニングブレード３０５は、感光体ドラム３０１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム３０１の表面は、再度帯電チャージャ３０２の位置に戻る。
（光走査装置）
次に、図１１に基づき本実施の形態における光走査装置３００の構成及び作用について説明する。
この光走査装置３００は、第１の実施の形態に係る面発光レーザにより形成された面発光レーザアレイＬＡを含む光源ユニット４１０、カップリングレンズ４１１、アパーチャ４１２、シリンドリカルレンズ４１３、ポリゴンミラー４１４、ｆθレンズ４１５、トロイダルレンズ４１６、２つのミラー（４１７、４１８）、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備えている。
カップリングレンズ４１１は、光源ユニット４１０から出射された光ビームを略平行光に整形する。
アパーチャ４１２は、カップリングレンズ４１１を介した光ビームのビーム径を規定する。
シリンドリカルレンズ４１３は、アパーチャ４１２を通過した光ビームを、ミラー４１７を介してポリゴンミラー４１４の反射面に集光する。
ポリゴンミラー４１４は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向面が形成されている。そして、不図示の回転機構により、図１１に示される矢印の方向に一定の角速度で回転されている。したがって、光源ユニット４１０から出射され、シリンドリカルレンズ４１３によってポリゴンミラー４１４の偏向面に集光された光ビームは、ポリゴンミラー４１４の回転により一定の角速度で偏向される。
ｆθレンズ４１５は、ポリゴンミラー４１４からの光ビームの入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー４１４により一定の角速度で偏向される光ビームの像面を、主走査方向に対して等速移動させる。
トロイダルレンズ４１６は、ｆθレンズ４１５からの光ビームをミラー４１８を介して、感光体ドラム３０１の表面上に結像する。
この場合、図１２に示されるように４０チャンネルの面発光レーザアレイＬＡが配置されていると、面発光レーザアレイＬＡでは、各面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）の中心から副走査方向に対応する方向に垂線を下ろした時の副走査方向に対応する方向における各面発光レーザ素子の位置関係が等間隔（間隔ｄ２とする）となるので、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム３０１上では副走査方向に等間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。例えば、副走査方向に対応した方向に関する面発光レーザ素子のピッチｄ１が２６．５μｍであれば、間隔ｄ２は２．６５μｍとなる。そして、光学系の倍率を２倍とすれば、感光体ドラム３０１上では副走査方向に５．３μｍ間隔で書き込みドットを形成することができる。これは、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）に対応している。すなわち、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。もちろん、主走査方向に対応する方向の面発光レーザ数を増加したり、ピッチｄ１を狭くして間隔ｄ２を更に小さくするアレイ配置としたり、光学系の倍率を下げる等を行えばより高密度化でき、より高品質の印刷が可能となる。なお、主走査方向の書き込み間隔は、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。
また、この場合には、レーザプリンタでは書きこみドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷することができる。また、同じ書きこみドット密度の場合には印刷速度を更に速くすることができる。
面発光レーザアレイＬＡでは、面発光レーザにおけるメサ構造の側面にテーパ角が異なるメサ構造上部４２とメサ構造下部４１とが接する段部４３を有しており、製造工程において段部４３より下部、即ち、メサ構造下部４１におけるメサ構造の幅を測長して酸化狭窄層外径を求めるため酸化狭窄層外径の見積もり精度が良く、結果的に電流狭窄面積の設計値からのズレが微小であるためアレイ素子数を増加させることができる。これにより低コストで高精細な画像を高速で形成することが可能なレーザプリンタを得ることができる。
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置３００によると、光源ユニット４１０は第１の実施の形態に係る面発光レーザにより構成される面発光レーザアレイＬＡを含んでいるため、感光体ドラム３０１の表面上を高精細、高速で走査する光走査装置を低コストで得ることができる。
また、本実施形態に係るレーザプリンタによると、面発光レーザアレイＬＡを含む光走査装置３００を備えているため、高精細な画像を高速で形成するレーザプリンタを低コストで得ることができる。
また、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高精細な画像を高速で形成するカラー画像を形成する画像形成装置を低コストで得ることができる。
また、画像形成装置として、カラー画像に対応し、例えばブラック（Ｋ）用の感光体ドラム、シアン（Ｃ）用の感光体ドラム、マゼンダ（Ｍ）用の感光体ドラム、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムのように複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。
尚、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−ＧａＡｓ傾斜基板
１２ 下部ＤＢＲ層
１３ 下部スペーサ層
１４ 活性層
１５ 上部スペーサ層
１６ 選択酸化層
１７ 上部ＤＢＲ層
１８ 絶縁膜
１９ ｐ側電極
２０ ｎ側電極
３０ 共振器
３１ 酸化された領域
３２ 酸化されない領域
４１ メサ構造下部
４２ メサ構造上部
４３ 段部（検出部）
Ｎ メサ構造下部の高さ
Ｔ ｐ側電極の厚さ
米国特許第５４９３５７７号明細書 特開２００４−９５９３４号公報 特開２００３−１７９３０９号公報

Claims (9)

  1. 半導体材料により構成される活性層を、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２つの反射鏡によって上下から挟み込まれた積層体を半導体基板の表面上に形成してなり、該半導体基板の前記積層体を形成した面と反対側の面に下部電極が接続され、前記積層体の上部の反射鏡表面には上部電極が接続されており、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て垂直にレーザ光を発する面発光半導体レーザにおいて、
    該面発光半導体レーザは上側の反射鏡に形成された半導体膜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選択酸化層を有するとともに、前記活性層と前記選択酸化層と前記上側の反射鏡領域においてメサ構造が形成されており、
    該メサ構造の側壁面に、前記選択酸化層の幅を検出するための検出部が設けられており、
    前記検出部は、前記メサ構造の側壁面をテーパ形状とするとともに、そのテーパ角度を途中で変えて形成される段差部分とし、
    前記段差部分は、前記選択酸化層の深さ方向位置と略一致する位置に形成するものであって、
    前記メサ構造の側壁面には、絶縁膜が形成されており、
    前記上部電極は、前記絶縁膜上にも形成されており、前記メサ構造の下部における前記段差部分までの高さよりも、前記上部電極の厚さの方が大であることを特徴とする面発光半導体レーザ。
  2. 前記メサ構造の側壁面は、前記半導体基板面に対して、下部のテーパ角が上部のテーパ角より大となるようにしたテーパ形状とし、前記テーパ角が変わる段差部分は、前記選択酸化層の深さ方向位置と同等の位置もしくはそれより上部にあることを特徴とする請求項１に記載の面発光半導体レーザ。
  3. 前記活性層は、多重量子井戸構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の面発光半導体レーザ。
  4. 前記メサ構造は、プラズマエッチングによるエッチングにより形成されるものであって、前記メサ構造の下部を形成する際の圧力と、前記メサ構造の上部を形成する際の圧力とが異なることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光半導体レーザ。
  5. 請求項１から４のいずれかに記載の面発光半導体レーザを複数有することを特徴とする面発光レーザアレイ。
  6. 光ビーム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５に記載の面発光レーザアレイを有する光源ユニットと、
    前記光源ユニットからの光ビームを偏向する偏向部と、
    前記偏向された光ビームを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。
  7. 複数の光ビーム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５に記載の面発光レーザアレイを有する光源ユニットと、
    前記光源ユニットからの光ビームを偏向する偏向部と、
    前記偏向された光ビームを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。
  8. 少なくとも１つの像担持体と、
    前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる光ビームを走査する少なくとも１つの請求項６に記載の光走査装置と、
    前記少なくとも１つの像担持体に形成された像を転写対象物に転写する転写部と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
  9. 少なくとも１つの像担持体と、
    前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる複数の光ビームを走査する少なくとも１つの請求項７に記載の光走査装置と、
    前記少なくとも１つの像担持体に形成された像を転写対象物に転写する転写部と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
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