(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられ、エッチングにより形成されたメサ構造体を含む複数の面発光レーザ素子が配置された素子配置部と、前記基板上に設けられ、前記基板の面内方向において前記素子配置部の周囲に設けられた平坦部とを備える面発光レーザアレイであって、
前記複数の面発光レーザ素子の各々は、
半導体ブラッグ反射器からなり、前記基板上に形成された第１の反射層と、
前記第１の反射層上に形成され、少なくともＩｎを含むＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料からなる層を含む共振器と、
前記半導体ブラッグ反射器からなり、前記共振器上に形成され、電流狭窄構造を有する選択酸化層を含む第２の反射層とを有し、
前記第１の反射層は、前記選択酸化層の酸化速度と同等以上の酸化速度を有するＡｌＡｓからなる低屈折率層を全ての領域に含み、
前記第２の反射層は、少なくともＩｎを含むＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料からなる層を前記共振器側に含み、
前記共振器のエッチング速度は、前記第２の反射層のうち前記少なくともＩｎを含むＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料からなる層以外の層のエッチング速度よりも遅く、
前記素子配置部における前記複数の面発光レーザ素子の間隙部のエッチング底面、及び前記平坦部のエッチング底面は、厚さ方向においていずれも前記共振器の少なくともＩｎを含むＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料からなる層内に位置しており、
前記素子配置部における前記複数の面発光レーザ素子の間隙部の底面は、前記平坦部の底面よりも前記基板から離れた位置にある面発光レーザアレイ。
【請求項２】
前記間隙部におけるエッチング深さと、前記平坦部のエッチング深さとの差は、媒体内の実効的な長さとして前記面発光レーザ素子の発振波長の２分の１以下である、請求項１に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項３】
前記間隙部において隣接する２つの面発光レーザ素子間の間隔は、前記メサ構造体の上面位置における２つのメサ構造体間の間隔および前記メサ構造体の底面位置における２つのメサ構造体間の間隔のうちの狭い方の間隔からなり、２０μｍ以下である、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項４】
前記第１の反射層の側面は、保護膜で被覆されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項５】
前記保護膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ及びＳｉＯＮのいずれかの膜である、請求項４に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項６】
前記第１の反射層の前記共振器側に配置された低屈折率層のアルミニウム組成は、前記選択酸化層のアルミニウム組成よりも大きい、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項７】
前記第１の反射層の前記共振器側に配置された低屈折率層のアルミニウム組成は、前記選択酸化層のアルミニウム組成と同じであり、
前記第１の反射層の前記共振器側に配置された低屈折率層の膜厚は、前記選択酸化層の膜厚よりも厚い、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイと、
前記面発光レーザアレイから出射された複数のビームを偏向する偏向手段と、
前記偏向手段からのビームを被走査面上に導く走査光学素子とを備える光走査装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光走査装置を備える画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイを書き込み光源として備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面発光レーザアレイ、それを備えた光走査装置および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ素子を密集させて集積化した面発光レーザアレイでの動作時に、周りの面発光レーザ素子から発生する熱が伝わることによる温度上昇のため、面発光レーザ素子の出力が低下したり、面発光レーザアレイの寿命が短くなる不具合があった。このため、放熱特性を改善する必要があり、一例としては、主たる放熱側の半導体ブラッグ反射器に熱伝導率の高い材料を用いることである。ＧａＡｓ基板上の面発光レーザ素子の半導体ブラッグ反射器に用いることが可能な材料では、ＡｌＡｓが最も熱伝導率が高く、好ましい。
【０００３】
しかし、電気的または空間的に周囲と分離するためにメサ形状等のエッチングを行なう場合がある。この場合、機能上、基板側に設けられた半導体ブラッグ反射器（下部半導体ブラッグ反射器）に至るまでエッチングしなくても良いにも拘わらず、エッチングの制御性の問題からエッチング底面が下部半導体ブラッグ反射器に至ることを想定して設計する場合がある。
【０００４】
たとえば、酸化狭窄型の面発光レーザ素子では、選択酸化を行なうために被選択酸化層よりも深くエッチングする必要がある。被選択酸化層は、電流の広がりを抑える目的から、ｐ側の半導体ブラッグ反射器（活性層よりも上側に設けられた半導体ブラッグ反射器）の活性層に近い場所、すなわち、活性層から１〜５番目の節（レーザ光の電界強度分布における節）の位置に設けられるのが一般的である。
【０００５】
しかし、エッチング深さの制御性の問題から、エッチング底面を被選択酸化層よりも深く、かつ、下部半導体ブラッグ反射器には、至らないように制御することは、困難である。特に、ウェハ面内の全体でエッチング深さを制御するためには、エッチング時間の制御の他に、ウェハ面内でのエッチングの均一性、更には、結晶成長層の厚さ分布を均一化する必要があり、被選択酸化層を超えて下部半導体ブラッグ反射器に入らないようにメサエッチングすることは、生産上、極めて困難である。
【０００６】
このため、下部半導体ブラッグ反射器を２段にする提案（特許文献１）がある。この提案においては、下部半導体ブラッグ反射器の基板側であって、大部分の低屈折率層にＡｌＧａＡｓよりも熱伝導率が格段に良いＡｌＡｓが用いられている。そして、下部半導体ブラッグ反射器の活性層側の低屈折率層には、従来のＡｌＧａＡｓが用いられている。
【０００７】
しかし、面発光レーザアレイの場合、ウェハ面内において均一なメサエッチングを行なうことは、別の理由も加わり、更に困難となることがわかった。高密度にアレイ配置するために、面発光レーザ素子の素子間隙を狭くすると、素子間隙のエッチング深さと、面発光レーザアレイ周辺の平坦部のエッチング深さとの差Δｄが存在する。更に、エッチング形状にすそ引きが生じる。酸化狭窄寸法を厳密に制御するためには、被選択酸化層は、すそ引きの部分にかからない方が好ましい。このため、被選択酸化層がすそ引きの部分にかからないようにエッチングを行なうと、面発光レーザアレイ周辺の平坦部におけるエッチング底面は、下部半導体ブラッグ反射器に入ってしまう。下部半導体ブラッグ反射器の低屈折率層は、通常、選択酸化層よりも厚いので、同じ組成であれば、酸化速度が選択酸化層よりも速い。下部半導体ブラッグ反射器の低屈折率層の酸化速度が選択酸化層よりも速いと、低屈折率層の全体が酸化されて電流注入できなくなる等の不具合が生じる。このため、少なくとも、下部半導体ブラッグ反射器の活性層に近い領域の低屈折率層にＡｌＡｓを用いることができなかった。したがって、従来、半導体ブラッグ反射器の酸化速度を遅くするため、Ｇａを添加したＡｌＧａＡｓ（例えば、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ）を用いざるを得なかった（非特許文献１，２）。
【０００８】
また、ＧａＩｎＰクラッド層（共振器領域）で上部半導体ブラッグ反射器のエッチングを停止させることも提案されている（特許文献２）。
【０００９】
図２９は、従来の面発光レーザアレイの平面図である。図２９を参照して、面発光レーザ素子が配置された素子部の周辺に二重のダミー素子が形成されている。特許文献３においては、アレイ周辺部にあるポスト（メサ）と中心部にあるポストとでは環境が異なり、ポストの形状が異なってしまうことが指摘されている。そして、特許文献３においては、二重のダミー素子をアレイ周辺部に設けることにより均一な特性を有する面発光レーザアレイを提供できることが提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１６４６２１号公報
【特許文献２】特開平９−１８０９３号公報
【特許文献３】特開２０００−１１４６５６号公報
【非特許文献１】２００４年電子情報通信学会エレクトロニクスソサエティ大会，ＣＳ−３−４
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  ＶＯＬ．  １１，Ｎｏ．  １２，１９９９，  ｐｐ１５３９−１５４１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の酸化狭窄型の面発光レーザアレイでは、少なくとも面発光レーザアレイ周辺の平坦部におけるエッチング底面は、下部半導体ブラッグ反射器になってしまうため、ＡｌＡｓ層のような熱伝導率の高い材料は、エッチングで表面に現れると酸化されやすいため、下部半導体ブラッグ反射器（少なくとも活性層に近い領域）に用いることができなかった。そのため、活性層に熱がこもり、活性層の温度が上昇し、面発光レーザ素子の出力低下および素子寿命が短くなるという不具合があった。特に、面発光レーザアレイで動作させた場合、熱干渉により悪影響が顕著になるので、高い電流での動作をさせることができず、低い出力で使用せざるを得なかった。また、熱干渉による温度上昇により寿命が短かった。
【００１２】
また、特許文献３の記載に基づけば、アレイ周辺の平坦部におけるエッチング底面が下部半導体ブラッグ反射器に到達しないようにするために、ダミー素子をウェハ全体に形成することによりアレイ部におけるエッチング深さとアレイ周辺の平坦部におけるエッチング深さとの差Δｄを小さくすることが考えられる。平坦部をなくさないとエッチング底面が下部半導体ブラッグ反射器に到達し、ＡｌＡｓが酸化されてしまうので、ウェハ全体にダミー素子を形成する必要がある。
【００１３】
しかし、ウェハ全体にダミー素子を形成すると、エッチングされる面積が小さくなってしまい、酸化のモニター（プラズマ発光分析および光学的反射率分析等）が困難になってしまう。また、ウェハ全体にダミー素子を形成すると、でこぼこなので配線の断切れの確率が高くなってしまう。さらに、実装用のワイヤーボンディングパッドを形成する必要があるが、ボンディングパッドの下にでこぼこがあると、ワイヤーボンド時にメサ部を壊してしまい、不良となってしまうという不具合が生じる。
【００１４】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ダミー素子を用いずに熱が活性層にこもり難い面発光レーザアレイを提供することである。
【００１５】
また、この発明の別の目的は、ダミー素子を用いずに熱が活性層にこもり難い面発光レーザアレイを備えた光走査装置を提供することである。
【００１６】
さらに、この発明の別の目的は、ダミー素子を用いずに熱が活性層にこもり難い面発光レーザアレイを備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、第１の観点からすると、基板上に設けられ、エッチングにより形成されたメサ構造体を含む複数の面発光レーザ素子が配置された素子配置部と、前記基板上に設けられ、前記基板の面内方向において前記素子配置部の周囲に設けられた平坦部とを備える面発光レーザアレイであって、前記複数の面発光レーザ素子の各々は、半導体ブラッグ反射器からなり、前記基板上に形成された第１の反射層と、前記第１の反射層上に形成され、少なくともＩｎを含むＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料からなる層を含む共振器と、前記半導体ブラッグ反射器からなり、前記共振器上に形成され、電流狭窄構造を有する選択酸化層を含む第２の反射層とを有し、前記第１の反射層は、前記選択酸化層の酸化速度と同等以上の酸化速度を有するＡｌＡｓからなる低屈折率層を全ての領域に含み、前記第２の反射層は、少なくともＩｎを含むＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料からなる層を前記共振器側に含み、前記共振器のエッチング速度は、前記第２の反射層のうち前記少なくともＩｎを含むＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料からなる層以外の層のエッチング速度よりも遅く、前記素子配置部における前記複数の面発光レーザ素子の間隙部のエッチング底面、及び前記平坦部のエッチング底面は、厚さ方向においていずれも前記共振器の少なくともＩｎを含むＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料からなる層内に位置しており、前記素子配置部における前記複数の面発光レーザ素子の間隙部の底面は、前記平坦部の底面よりも前記基板から離れた位置にある面発光レーザアレイである。
【００２３】
好ましくは、複数の面発光レーザ素子の間隙部におけるエッチング深さと、複数の面発光レーザ素子の周辺部のエッチング深さとの差は、媒体内の実効的な長さとして面発光レーザ素子の発振波長の２分の１以下である。
【００２４】
好ましくは、間隙部において隣接する２つの面発光レーザ素子間の間隔は、メサ構造体の上面位置における２つのメサ構造体間の間隔およびメサ構造体の底面位置における２つのメサ構造体間の間隔のうちの狭い方の間隔からなり、２０μｍ以下である。
【００２５】
本発明は、第２の観点からすると、本発明の面発光レーザアレイと、前記面発光レーザアレイから出射された複数のビームを偏向する偏向手段と、前記偏向手段からのビームを被走査面上に導く走査光学素子とを備える光走査装置である。
【００２６】
本発明は、第３の観点からすると、本発明の光走査装置を備える画像形成装置である。
【００２７】
本発明は、第４の観点からすると、本発明の面発光レーザアレイを書き込み光源として備える画像形成装置である。
【発明の効果】
【００２９】
この発明によれば、ダミー素子を用いずに熱が活性層にこもり難くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００３１】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による面発光レーザアレイの平面図である。図１を参照して、実施の形態１による面発光レーザアレイ１００は、面発光レーザ素子１〜３２と、パッド５１〜８２と、ワイヤＷ１〜Ｗ３２とを備える。
【００３２】
面発光レーザ素子１〜３２は、４行×８列の２次元に配置される。面発光レーザ素子１〜３２の各々は、一辺が１６μｍである矩形形状を有する。そして、４個の面発光レーザ素子１，９，１７，２５／２，１０，１８，２６／３，１１，１９，２７／４，１２，２０，２８／５，１３，２１，２９／６，１４，２２，３０／７，１５，２３，３１／８，１６，２４，３２は、副走査方向に配置され、８個の面発光レーザ素子１〜８／９〜１６／１７〜２４／２５〜３２は、主走査方向に配置される。
【００３３】
主走査方向に配置された８個の面発光レーザ素子１〜８／９〜１６／１７〜２４／２５〜３２は、副走査方向に階段的にずらされて配置される。その結果、３２個の面発光レーザ素子１〜３２から放射された３２個のレーザ光は、相互に重なることがない。
【００３４】
主走査方向に配置された８個の面発光レーザ素子１〜８／９〜１６／１７〜２４／２５〜３２において、隣接する２つの面発光レーザ素子間の間隔は、間隔Ｘに設定される。
【００３５】
また、副走査方向に配置された４個の面発光レーザ素子１，９，１７，２５／２，１０，１８，２６／３，１１，１９，２７／４，１２，２０，２８／５，１３，２１，２９／６，１４，２２，３０／７，１５，２３，３１／８，１６，２４，３２において、隣接する２つの面発光レーザ素子間の間隔は、間隔ｄに設定される。そして、間隔ｄは、間隔Ｘよりも狭い。たとえば、間隔ｄは、２４μｍに設定され、間隔Ｘは、３０μｍに設定される。
【００３６】
主走査方向に配置された８個の面発光レーザ素子１〜８の８個の中心から副走査方向に配置された直線に下ろした８個の垂線の副走査方向における間隔ｃ１は、等間隔であり、ｃ１＝ｄ／８によって決定される。間隔ｄが２４μｍに設定された場合、間隔ｃ１は、２４／８＝３μｍである。
【００３７】
主走査方向に配置された８個の面発光レーザ素子９〜１６／１７〜２４／２５〜３２の８個の中心から副走査方向に配置された直線に下ろした８個の垂線の副走査方向における間隔も、等間隔であり、間隔ｃ１と同じである。
【００３８】
パッド５１〜８２は、二次元に配列された面発光レーザ素子１〜３２の周囲に配置される。ワイヤＷ１〜Ｗ３２は、それぞれ、面発光レーザ素子１〜３２をパッド５１〜８２に接続する。そして、ワイヤＷ１〜Ｗ３２の各々は、例えば、８μｍの線幅を有する。
【００３９】
二次元に配列された面発光レーザ素子１〜３２のうち、最外周に配置された面発光レーザ素子１〜８，９，１６，１７，２４〜３２をそれぞれパッド５１〜５９，６６，６７，７４，７５〜８２に接続するワイヤＷ１〜Ｗ９，Ｓ１６，Ｗ１７，Ｗ２４〜Ｗ３２は、隣接する２つの面発光レーザ素子間を通らずに配置される。
【００４０】
また、二次元に配列された面発光レーザ素子１〜３２のうち、内周部に配置された面発光レーザ素子１０〜１５，１８〜２３をそれぞれパッド６０〜６５，６８〜７３に接続するワイヤＷ１０〜Ｗ１５，Ｗ１８〜Ｗ２３は、主走査方向において隣接する２つの面発光レーザ素子間を通るように配置される。上述したように、主走査方向に配置された８個の面発光レーザ素子１〜８／９〜１６／１７〜２４／２５〜３２において、隣接する２つの面発光レーザ素子間の間隔は、間隔Ｘ（＝３０μｍ）に設定され、面発光レーザ素子１〜３２の各々は、一辺が１６μｍである矩形形状を有するので、主走査方向において隣接する２つの面発光レーザ素子間は、３０−１６＝１４μｍであり、線幅が８μｍであるワイヤＷ１０〜Ｗ１５，Ｗ１８〜Ｗ２３を主走査方向において隣接する２つの面発光レーザ素子間に配置することができる。
【００４１】
図２は、図１に示す面発光レーザ素子１の概略断面図である。図２を参照して、面発光レーザ素子１は、基板１０１と、反射層１０２，１０６と、共振器スペーサー層１０３，１０５と、活性層１０４と、選択酸化層１０７と、コンタクト層１０８と、ＳｉＯ２層１０９と、絶縁性樹脂１１０と、ｐ側電極１１１と、ｎ側電極１１２とを備える。面発光レーザ素子１は、７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射する面発光レーザである。
【００４２】
基板１０１は、ｎ型ガリウム砒素（ｎ−ＧａＡｓ）からなる。反射層１０２は、ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４０．５周期の［ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、基板１０１の一主面に形成される。そして、ｎ−ＡｌＡｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの各々の膜厚は、面発光レーザ素子１の発振波長をλとした場合、λ／４ｎ（ｎは各半導体層の屈折率）である。
【００４３】
共振器スペーサー層１０３は、ノンドープの（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、反射層１０２上に形成される。活性層１０４は、ＧａＩｎＰＡｓからなる井戸層と、Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐからなる障壁層とを含む量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層１０３上に形成される。
【００４４】
共振器スペーサー層１０５は、ノンドープの（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、活性層１０４上に形成される。反射層１０６は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層１０５上に形成される。そして、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１ＡｓおよびＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの各々の膜厚は、λ／４ｎ（ｎは各半導体層の屈折率）である。
【００４５】
選択酸化層１０７は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層１０６中に設けられる。より具体的には、選択酸化層１０７は、共振器スペーサー層１０５から７λ／４の位置に設けられる。そして、選択酸化層１０７は、非酸化領域１０７ａと酸化領域１０７ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。
【００４６】
コンタクト層１０８は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層１０６上に形成される。ＳｉＯ２層１０９は、共振器スペーサー層１０３の一部の一主面と、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８の端面とを覆うように形成される。
【００４７】
絶縁性樹脂１１０は、ＳｉＯ２層１０９に接して形成される。ｐ側電極１１１は、コンタクト層１０８の一部および絶縁性樹脂１１０上に形成される。ｎ側電極１１２は、基板１０１の裏面に形成される。
【００４８】
反射層１０２，１０６の各々は、活性層１０４で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層１０４に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【００４９】
また、酸化領域１０７ｂは、非酸化領域１０７ａよりも小さい屈折率を有する。そして、酸化領域１０７ｂは、ｐ側電極１１１から注入された電流が活性層１０４へ流れる経路を非酸化領域１０７ａに制限する電流狭窄部を構成するとともに、活性層１０４で発振した発振光を非酸化領域１０７ａに閉じ込める。これによって、面発光レーザ素子１は、低閾値電流での発振が可能となる。このように、電流狭窄部は、選択酸化層１０７の酸化領域１０７ｂを選択酸化することによって作製される。したがって、電流狭窄部は、選択酸化型である。
【００５０】
図３は、図２に示す面発光レーザ素子１の活性層１０４の近傍を示す断面図である。図３を参照して、反射層１０２は、低屈折率層１０２１と、高屈折率層１０２２と、組成傾斜層１０２３とを含む。低屈折率層１０２１は、ｎ−ＡｌＡｓからなり、高屈折率層１０２２は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる。組成傾斜層１０２３は、低屈折率層１０２１および高屈折率層１０２２のいずれか一方から他方へ向かってＡｌ組成が徐々に変化するｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。そして、低屈折率層１０２１が共振器スペーサー層１０３に接する。
【００５１】
反射層１０６は、低屈折率層１０６１と、高屈折率層１０６２と、組成傾斜層１０６３とを含む。低屈折率層１０６１は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層１０６２は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる。組成傾斜層１０６３は、低屈折率層１０６１および高屈折率層１０６２のいずれか一方から他方へ向かってＡｌ組成が徐々に変化するｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。そして、低屈折率層１０６１が共振器スペーサー層１０５に接する。
【００５２】
活性層１０４は、各々がＧａＩｎＰＡｓからなる３層の井戸層１０４１と、各々がＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐからなる４層の障壁層１０４２とが交互に積層された量子井戸構造からなる。そして、障壁層１０４２が共振器スペーサー層１０３，１０５に接する。井戸層１０４１を構成するＧａＩｎＰＡｓは、圧縮歪組成を有し、障壁層１０４２を構成するＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐは、引っ張り歪を有する。
【００５３】
面発光レーザ素子１においては、共振器スペーサー層１０３，１０５および活性層１０４は、共振器を構成し、基板１０１に垂直な方向における共振器の厚さは、面発光レーザ素子１の１波長（＝λ）に設定される。すなわち、共振器スペーサー層１０３，１０５および活性層１０４は、１波長共振器を構成する。
【００５４】
なお、図１に示す面発光レーザ素子２〜３２の各々は、図２および図３に示す面発光レーザ素子１の構成と同じ構成からなる。
【００５５】
図４、図５および図６は、それぞれ、図１に示す面発光レーザアレイ１００の製造方法を示す第１から第３の工程図である。なお、図４〜図６の説明においては、図１に示す３２個の面発光レーザ素子１〜３２のうち、４個の面発光レーザ素子１，９，１７，２５が作製される工程を参照して面発光レーザアレイ１００の製造方法を説明する。
【００５６】
図４を参照して、一連の動作が開始されると、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、反射層１０２、共振器スペーサー層１０３、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８を基板１０１上に順次積層する（図４の工程（ａ）参照）。
【００５７】
この場合、反射層１０２のｎ−ＡｌＡｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、共振器スペーサー層１０３の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐを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）およびフォスフィン（ＰＨ３）を原料として形成する。
【００５８】
また、活性層１０４のＧａＩｎＰＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、フォスフィン（ＰＨ３）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層１０４のＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびフォスフィン（ＰＨ３）を原料として形成する。
【００５９】
さらに、共振器スペーサー層１０５の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐを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）およびフォスフィン（ＰＨ３）を原料として形成する。
【００６０】
さらに、反射層１０６のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。なお、四臭化炭素（ＣＢｒ４）に代えて、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いてもよい。
【００６１】
さらに、選択酸化層１０７のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層１０８のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。この場合も、四臭化炭素（ＣＢｒ４）に代えて、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いてもよい。
【００６２】
その後、コンタクト層１０８の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層１０８上にレジストパターン１２０を形成する（図４の工程（ｂ）参照）。
【００６３】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、共振器スペーサー層１０３の一部、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８をドライエッチングし、さらに、レジストパターン１２０を除去する。
【００６４】
この場合、共振器スペーサー層１０３の一部、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８は、Ｃｌ２，ＢＣｌ３，ＳｉＣｌ４，ＣＣｌ４、ＣＦ４等のハロゲン系のガスを導入し、反応性イオンビームエッチング法（ＲＩＢＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング法および反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のプラズマを用いたドライエッチング法によりエッチングされる。そして、共振器スペーサー層１０３の一部、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８のエッチング中、エッチング装置の覗き窓からプラズマ発光分光を行ない、Ｉｎの４５１ｎｍの発光強度の時間変化をモニタする。共振器の領域をエッチングしているときだけ、Ｉｎの発光を検出できるので、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料からなる共振器領域中でエッチングを容易に停止させることができる。
【００６５】
その結果、面発光レーザ素子１，９，１７，２５におけるメサ構造体１３１〜１３４が形成される（図４の工程（ｃ）参照）。メサ構造体１３１〜１３４の各々は、共振器スペーサー層１０３の一部、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８からなる。
【００６６】
なお、共振器スペーサー層１０３の一部、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８は、ウェットエッチングによりエッチングされてもよい。ＡｌＧａＡｓ系材料からなる反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８をウェットエッチングにより選択的にエッチングする場合、硫酸系エッチャントを用いることができる。
【００６７】
次に、図５を参照して、図４に示す工程（ｃ）の後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を３５０℃に加熱して、選択酸化層１０７の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層１０７中に非酸化領域１０７ａと酸化領域１０７ｂとを形成する（図５の工程（ｄ）参照）。
【００６８】
その後、気相化学堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層１０９を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層１０９を除去する（図５の工程（ｅ）参照）。
【００６９】
次に、試料の全体に絶縁性樹脂１１０をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂１１０を除去する（図５の工程（ｆ）参照）。
【００７０】
図６を参照して、絶縁性樹脂１１０を形成した後、光出射部となる領域上に所定のサイズを有するレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極１１１を形成する（図６の工程（ｇ）参照）。そして、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の裏面にｎ側電極１１２を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極１１１およびｎ側電極１１２のオーミック導通を取る（図６の工程（ｈ）参照）。これによって、面発光レーザアレイ１００が完成する。
【００７１】
なお、図４に示す工程（ｂ），（ｃ）においては、４個の面発光レーザ素子を形成するためのドライエッチングが図示されているが、実際には、工程（ｂ），（ｃ）においては、図１に示す３２個の面発光レーザ素子１〜３２を同時に形成するためのドライエッチング行なわれる。この場合、３２個の面発光レーザ素子１〜３２を同時に形成するためのレジストパターンは、図１に示す３２個の面発光レーザ素子１〜３２の配置に適合したフォトマスクを用いて形成される。すなわち、３２個の面発光レーザ素子１〜３２を同時に形成するためのレジストパターンは、間隔Ｘ，ｄがｄ＜Ｘを満たすように設定され、かつ、主走査方向に配置された８個の面発光レーザ素子１〜８／９〜１６／１７〜２４／２５〜３２の８個の中心から副走査方向に配置された直線に下ろした８個の垂線が等間隔ｃ１になるように設計されたフォトマスクを用いて形成される。
【００７２】
面発光レーザアレイ１００においては、副走査方向に配置した面発光レーザ素子の間隔ｄを主走査方向に配置した面発光レーザ素子の間隔Ｘよりも小さく設定する。これにより、間隔ｄを間隔Ｘよりも大きくした場合よりも、間隔ｃ１（＝ｄ／８）を小さくでき、高密度記録に有利となる。
【００７３】
副走査方向に配置した面発光レーザ素子の間隔、および主走査方向に配置した面発光レーザ素子の間隔の両方を狭くすることも可能であるが、各素子間の熱干渉の影響の低減、各素子の配線を通すために必要なスペースを確保するためには、少なくとも一方の間隔を広げる必要があるので、高密度書き込みを行なうためには、主走査方向を広げることが好ましい。
【００７４】
図７は、図４の（ｂ）におけるエッチングを詳細に説明するための図である。なお、図７は、共振器スペーサー層１０３、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８からなる結晶層をレジストパターン１２０を用いずにエッチングした場合の基板１０１の面内方向ＤＲ１におけるエッチング深さの分布を示す。
【００７５】
図７を参照して、コンタクト層１０８、選択酸化層１０７および反射層１０６（「領域ＲＥＧ１」と言う。）をエッチングするときの基板１０１の面内方向ＤＲ１におけるエッチング深さの分布は、曲線ｋ１によって表される。また、共振器スペーサー層１０５、活性層１０４および共振器スペーサー層１０３（「領域ＲＥＧ２」と言う。）をエッチングするときの基板１０１の面内方向ＤＲ１におけるエッチング深さの分布は、曲線ｋ２によって表される。
【００７６】
反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８は、上述したように、ＡｌＧａＡｓ系の材料からなるので、エッチング速度が相対的に速く、領域ＲＥＧ１におけるエッチング深さの面内方向ＤＲ１の分布は、相対的に大きくなる（曲線ｋ１参照）。
【００７７】
一方、共振器スペーサー層１０３，１０５および活性層１０４は、Ｉｎを含み、Ｉｎの反応物の蒸気圧が低いので、共振器スペーサー層１０３，１０５および活性層１０４のエッチング速度は、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８のエッチング速度よりも遅くなり、領域ＲＥＧ２におけるエッチング深さの面内方向ＤＲ１の分布は、領域ＲＥＧ１におけるエッチング深さの面内方向ＤＲ１の分布よりも小さくなる（曲線ｋ２参照）。即ち、領域ＲＥＧ１において生じた面内方向ＤＲ１のエッチング深さの差は、領域ＲＥＧ２においてエッチング速度が遅くなることによって吸収される。その結果、領域ＲＥＧ２におけるエッチング深さの面内方向ＤＲ１の分布は、領域ＲＥＧ１におけるエッチング深さの面内方向ＤＲ１の分布よりも小さくなる。
【００７８】
Ｉｎを含む領域ＲＥＧ２におけるエッチング速度がＡｌＧａＡｓ系材料からなる領域ＲＥＧ１におけるエッチング速度よりも遅くなることを示す実験結果について説明する。図８および図９は、それぞれ、図１に示す面発光レーザアレイ１００を作製するときのエッチング時のプラズマ発光の第１および第２のタイミングチャートである。
【００７９】
図８および図９において、縦軸は、プラズマ発光の強度を表し、横軸は、時間を表す。また、図８は、共振器領域の途中までエッチングした場合を示し、図９は、共振器領域から反射層１０２の３ペア目程度までエッチングした場合を示す。さらに、図８において、曲線ｋ３は、ガリウム（Ｇａ）の発光強度を示し、曲線ｋ４は、インジウム（Ｉｎ）の発光強度を示し、曲線ｋ５は、アルミニウム（Ａｌ）の発光強度を示す。さらに、図９において、曲線ｋ６は、Ｇａの発光強度を示し、曲線ｋ７は、Ｉｎの発光強度を示し、曲線ｋ８は、Ａｌの発光強度を示す。さらに、実験においては、表面から反射層１０６と共振器領域との界面までの厚さが３．１８μｍであり、Ｉｎを含む共振器領域の厚さが０．２３μｍである試料を用いた。
【００８０】
表面から反射層１０６と共振器領域との界面までの領域におけるエッチング速度は、３．１８μｍ／８７１ｓｅｃ＝３．６５×１０−３μｍ／ｓｅｃである。一方、共振器領域におけるエッチング速度は、０．２３μｍ／３７２ｓｅｃ＝６．１８×１０−４μｍ／ｓｅｃである（図９参照）。
【００８１】
このように、Ｉｎを含む共振器領域においては、エッチング速度が低下し、共振器領域の膜厚（＝０．２３μｍ）が共振器領域よりも上側の領域の膜厚（＝３．１８μｍ）に比べて薄いにも拘わらず、共振器領域の全体をエッチングするために長い時間を要する。
【００８２】
Ｉｎの発光強度は、共振器領域において増加する（曲線ｋ４，ｋ７参照）。したがって、Ｉｎの発光強度が増加したことを検知することによって、エッチングを共振器領域で容易に停止させることができる。
【００８３】
Ｇａの発光強度およびＡｌの発光強度は、エッチング時間の経過とともに周期的に変化し、発光強度の振幅は、エッチング時間の経過とともに徐々に小さくなる（曲線ｋ３，ｋ５，ｋ６，ｋ８参照）。
【００８４】
ウェハの面内方向ＤＲ１におけるエッチング深さの分布が均一であれば、Ｇａの発光強度およびＡｌの発光強度は、ほぼ一定の振幅で周期的に変化する。一方、ウェハの面内方向ＤＲ１におけるエッチング深さの分布が不均一であれば、Ａｌの発光とＧａの発光とを同時に観測することになり、Ｇａの発光強度の振幅およびＡｌの発光強度の振幅は、小さくなる。
【００８５】
したがって、Ｇａの発光強度の振幅およびＡｌの発光強度の振幅がエッチング時間の経過とともに徐々に小さくなっていることは、エッチング時間の経過とともにウェハの面内方向ＤＲ１におけるエッチング深さに差が生じていることを意味する。
【００８６】
そして、エッチングが共振器領域を突き抜けた後においては、Ｇａの発光強度の振幅およびＡｌの発光強度の振幅は、さらに小さくなっているので、エッチング底面が反射層１０２に到達した段階では、面内方向ＤＲ１におけるエッチング深さにさらに大きな差が生じている（曲線ｋ６，ｋ８参照）。
【００８７】
図１０は、共振器領域でエッチングを停止させた場合の平坦部におけるエッチング深さおよび面発光レーザ素子の素子間隙部におけるエッチング深さと平坦部におけるエッチング深さとの差をメサ間隔に対して示す図である。また、図１１は、基板１０１側に配置された反射層１０２でエッチングを停止させた場合の平坦部におけるエッチング深さおよび面発光レーザ素子の素子間隙部におけるエッチング深さと平坦部におけるエッチング深さとの差をメサ間隔に対して示す図である。
【００８８】
図１０および図１１において、縦軸は、平坦部のエッチング深さおよび素子間隙部におけるエッチング深さと平坦部におけるエッチング深さとの差Δｄを表し、横軸は、メサ間隔を表す。また、図１０および図１１において、◆は、平坦部エッチング深さを示し、■は、差Δｄを示す。
【００８９】
エッチングを共振器領域の途中で停止させた場合、メサ間隔が１０μｍ以下であっても、面発光レーザ素子間におけるエッチング深さと平坦部におけるエッチング深さとの差Δｄは、１００ｎｍ以下である（図１０参照）。
【００９０】
一方、エッチングを基板１０１側に設けられた反射層１０２で停止させた場合、メサ間隔が約２３μｍのとき、差Δｄは、１００ｎｍになり、メサ間隔が２０μｍ以下になると、差Δｄは、１００ｎｍよりも大きくなる。そして、メサ間隔が１０μｍ以下では、差Δｄは、２５０ｎｍ程度まで大きくなる（図１１参照）。
【００９１】
このように、Ｉｎを含む共振器領域でエッチングを停止させることによって、共振器領域に至るまでに素子間隙部と平坦部との間でエッチング深さに大きな差が生じていても、そのエッチング深さの大きな差は、エッチング速度が遅い共振器領域で吸収され、メサ間隔が小さくなっても素子間隙部におけるエッチング深さと平坦部におけるエッチング深さとの差Δｄを小さくすることができる。つまり、Ｉｎを含む共振器領域でエッチングを停止させることによって、複数の面発光レーザ素子１〜３２が密集した素子間隙部と面発光レーザ素子が形成されていない平坦部とが存在するウェハの面内方向ＤＲ１におけるエッチング深さを均一化できる。
【００９２】
図１２は、図１に示す面発光レーザアレイ１００の平面図および断面図である。図１２を参照して、面発光レーザ素子１〜３２が配置された領域は、非エッチング領域であり、面発光レーザ素子１〜３２の周囲は、エッチング領域である。Ａ−Ａ’間の断面図は、面発光レーザ素子２５〜２７および面発光レーザ素子２５周辺の平坦部の断面図である。面発光レーザ素子２５，２６間および面発光レーザ素子２６，２７間におけるエッチング深さは、Ｄ１であり、面発光レーザ素子２５周辺の平坦部におけるエッチング深さは、Ｄ２である。そして、エッチング深さＤ１は、エッチング深さＤ２よりも浅い。その結果、エッチング深さＤ１とエッチング深さＤ２との差は、Δｄとなる。
【００９３】
コンタクト層１０８、選択酸化層１０７、反射層１０６、共振器スペーサー層１０５、活性層１０４および共振器スペーサー層１０３をエッチングすることによって、すそ引き１４１〜１４５が形成されるが、共振器スペーサー層１０３，１０５および活性層１０４は、上述したように、Ｉｎを含み、エッチング速度が相対的に遅いため、共振器スペーサー層１０３，１０５および活性層１０４のエッチング時に面発光レーザアレイ１００の面内方向ＤＲ１におけるエッチングも進行する。その結果、すそ引き１４１〜１４５の大きさは、従来の面発光レーザアレイよりも小さくなる。
【００９４】
エッチング形状のすそ引き部分は、メサ構造体の上部の側面の傾斜と傾斜率が異なり、エッチング形状のすそ引き部分に酸化狭窄層が含まれると、被選択酸化層の幅がメサ構造体の上部の幅よりも広くなり、被選択酸化層の幅を正確に見積もることが困難となる。その結果、酸化領域１０７ｂの幅の見積もりが不正確になり、酸化狭窄径を正確に制御することが困難となる。したがって、エッチング底面は、アレイチップ全体を通して共振器領域に入っていることが好ましい。
【００９５】
共振器領域の厚さがλ（１波長共振器厚さ）である場合、共振器領域の厚さ方向の中心がエッチング底面（平坦部）になるように狙ってエッチングを行なうことがウェハ面内におけるエッチング深さの均一性を考慮すると好ましく、この場合、Δｄは、媒体内の実効的な長さとしてλ／２以下であればよい。実施の形態１における面発光レーザ素子１〜３２の発振波長は、７８０ｎｍであるので、１波長共振器の厚さは、２３０ｎｍ程度である。その結果、Δｄは、１１５ｎｍ以下であると好ましい。
【００９６】
従来の面発光レーザアレイにおいては、差Δｄが１１５ｎｍである場合、メサ間隔は、約２０μｍであり（図１１参照）、この発明による面発光レーザアレイ１００においては、メサ間隔が２０μｍ以下であっても、差Δｄは、１００ｎｍよりも小さい。したがって、この発明は、メサ間隔が２０μｍ以下である場合に特に効果がある。なお、波長が７８０ｎｍよりも短くなると、１波長共振器の厚さは、薄くなるので、メサ間隔がより広い領域でΔｄがλ／２を超えるようになる。
【００９７】
上述したように、面発光レーザアレイ１００においては、メサ構造体を形成するためのメサエッチングは、Ｉｎを含む共振器領域の途中（＝共振器スペーサー層１０３の途中）で停止されるので、メサ間隔が小さくなっても素子間隙部におけるエッチング深さと平坦部におけるエッチング深さとの差Δｄが小さくなり、平坦部において反射層１０２の低屈折率層（＝ＡｌＡｓ）が露出することがない。その結果、選択酸化層１０７を選択酸化しても、反射層１０２の低屈折率層（＝ＡｌＡｓ）は、酸化されない。
【００９８】
したがって、この発明によれば、活性層１０４で発生した熱を反射層１０２のＡｌＡｓ（低屈折率層）を介して基板１へ逃がすことができ、ダミー素子を用いずに熱を活性層１０４にこもり難くできる。
【００９９】
なお、素子間隙部において隣接する２つの面発光レーザ素子の間隔とは、メサ構造体の上面位置における面発光レーザ素子間の間隔およびメサ構造体の底面位置における面発光レーザ素子間の間隔のうち、狭い方の間隔を言う。メサ構造体を形成するためのエッチングの方法によっては、メサ構造体の上面位置における面発光レーザ素子間の間隔の方が広くなったり、メサ構造体の底面位置における面発光レーザ素子間の間隔の方が広くなったりするからである。
【０１００】
図１３は、実施の形態１による面発光レーザアレイの他の平面図である。実施の形態１による面発光レーザアレイは、図１３に示す面発光レーザアレイ１００Ａであってもよい。図１３を参照して、面発光レーザアレイ１００Ａは、図１に示す面発光レーザアレイ１００に面発光レーザ素子３３〜４０と、パッド８３〜９０と、ワイヤＷ３３〜Ｗ４０とを追加したものであり、その他は、面発光レーザアレイ１００と同じである。
【０１０１】
面発光レーザアレイ１００Ａにおいては、面発光レーザ素子１〜４０は、４行×１０列の２次元に配置される。面発光レーザ素子３３〜４０の各々は、面発光レーザ素子１〜３２の各々と同じように、一辺が１６μｍである矩形形状を有する。そして、４個の面発光レーザ素子１，１１，２１，３１／２，１２，２２，３２／３，１３，２３，３３／４，１４，２４，３４／５，１５，２５，３５／６，１６，２６，３６／７，１７，２７，３７／８，１８，２８，３８／９，１９，２９，３９／１０，２０，３０，４０は、副走査方向に配置され、１０個の面発光レーザ素子１〜１０／１１〜２０／２１〜３０／３１〜４０は、主走査方向に配置される。
【０１０２】
主走査方向に配置された１０個の面発光レーザ素子１〜１０／１１〜２０／２１〜３０／３１〜４０は、副走査方向に階段的にずらされて配置される。その結果、４０個の面発光レーザ素子１〜４０から放射された４０個のレーザ光は、相互に重なることがない。
【０１０３】
主走査方向に配置された１０個の面発光レーザ素子１〜１０／１１〜２０／２１〜３０／３１〜４０において、隣接する２つの面発光レーザ素子間の間隔は、間隔Ｘに設定される。
【０１０４】
また、副走査方向に配置された４個の面発光レーザ素子１，１１，２１，３１／２，１２，２２，３２／３，１３，２３，３３／４，１４，２４，３４／５，１５，２５，３５／６，１６，２６，３６／７，１７，２７，３７／８，１８，２８，３８／９，１９，２９，３９／１０，２０，３０，４０において、隣接する２つの面発光レーザ素子間の間隔は、間隔ｄに設定される。
【０１０５】
主走査方向に配置された１０個の面発光レーザ素子１〜１０の１０個の中心から副走査方向に配置された直線に下ろした１０個の垂線の副走査方向における間隔ｃ２は、等間隔であり、ｃ２＝ｄ／１０によって決定される。間隔ｄが２４μｍに設定された場合、間隔ｃ２は、２４／１０＝２．４μｍである。
【０１０６】
主走査方向に配置された１０個の面発光レーザ素子１１〜２０／２１〜３０／３１〜４０の１０個の中心から副走査方向に配置された直線に下ろした１０個の垂線の副走査方向における間隔も、等間隔であり、間隔ｃ２と同じである。
【０１０７】
パッド５１〜９０は、二次元に配列された面発光レーザ素子１〜４０の周囲に配置される。ワイヤＷ１〜Ｗ４０は、それぞれ、面発光レーザ素子１〜４０をパッド５１〜９０に接続する。そして、ワイヤＷ３３〜Ｗ４０の各々は、例えば、８μｍの線幅を有する。
【０１０８】
二次元に配列された面発光レーザ素子１〜４０のうち、最外周に配置された面発光レーザ素子１〜１１，２０，２１，３０〜４０をそれぞれパッド５１〜６１，７０，７１，８０〜９０に接続するワイヤＷ１〜Ｗ１１，Ｗ２０，Ｗ２１，Ｗ３０〜Ｗ４０は、隣接する２つの面発光レーザ素子間を通らずに配置される。
【０１０９】
また、二次元に配列された面発光レーザ素子１〜４０のうち、内周部に配置された面発光レーザ素子１２〜１９，２２〜２９をそれぞれパッド６２〜６９，７２〜７９に接続するワイヤＷ１２〜Ｗ１９，Ｗ２２〜Ｗ２９は、主走査方向において隣接する２つの面発光レーザ素子間を通るように配置される。上述したように、ワイヤＷ１〜Ｗ４０の線幅が８μｍであれば、ワイヤＷ１２〜Ｗ１９，Ｗ２２〜Ｗ２９の各々を主走査方向において隣接する２つの面発光レーザ素子間に配置することができるからである。
【０１１０】
さらに、パッド５１〜９０が配置された領域には、エピタキシャル層が残っており、溝部１５０が面発光レーザ素子１〜４０の周辺に形成され、溝部１５０は、ポリイミドで埋め込まれている。そして、配線は、そのポリイミドの上を通っている。また、パッド５１〜９０は、絶縁膜を介してエピタキシャル層と接合している。ポリイミド上にパッド１〜４０を形成するよりもパッド１〜４０と絶縁膜との密着性を強くでき、ワイヤーボンド時のパッド剥がれを確実に防止することができる。
【０１１１】
面発光レーザ素子３３〜４０の各々は、図２および図３に示す面発光レーザ素子１の断面構造と同じ断面構造からなる。したがって、面発光レーザアレイ１００Ａにおいても、メサ構造体を形成するためのメサエッチングは、Ｉｎを含む共振器領域の途中（＝共振器スペーサー層１０３の途中）で停止されるので、メサ間隔が小さくなっても素子間隙部におけるエッチング深さと平坦部におけるエッチング深さとの差Δｄが小さくなり、平坦部において反射層１０２の低屈折率層（＝ＡｌＡｓ）が露出することがない。その結果、選択酸化層１０７を選択酸化しても、反射層１０２の低屈折率層（＝ＡｌＡｓ）は、酸化されない。
【０１１２】
したがって、この発明によれば、活性層１０４で発生した熱を反射層１０２のＡｌＡｓ（低屈折率層）を介して基板１へ逃がすことができ、ダミー素子を用いずに熱を活性層１０４にこもり難くできる。
【０１１３】
［実施の形態２］
図１４は、実施の形態２による面発光レーザアレイの平面図である。図１４を参照して、実施の形態２による面発光レーザアレイ２００は、図１に示す面発光レーザアレイ１００の面発光レーザ素子１〜３２を面発光レーザ素子１５１〜１８２に代えたものであり、その他は、面発光レーザアレイ１００と同じである。なお、面発光レーザアレイ２００においては、ワイヤＷ１〜Ｗ３２は、面発光レーザ素子１５１〜１８２をそれぞれパッド５１〜８２に接続する。
【０１１４】
面発光レーザ素子１５１〜１８２は、４行×８列の２次元に配置される。面発光レーザ素子１５１〜１８２の各々は、一辺が１６μｍである矩形形状を有する。そして、４個の面発光レーザ素子１５１，１５９，１６７，１７５／１５２，１６０，１６８，１７６／１５３，１６１，１６９，１７７／１５４，１６２，１７０，１７８／１５５，１６３，１７１，１７９／１５６，１６４，１７２，１８０／１５７，１６５，１７３，１８１／１５８，１６６，１７４，１８２は、副走査方向に配置され、８個の面発光レーザ素子１５１〜１５８／１５９〜１６６／１６７〜１７４／１７５〜１８２は、主走査方向に配置される。
【０１１５】
主走査方向に配置された８個の面発光レーザ素子１５１〜１５８／１５９〜１６６／１６７〜１７４／１７５〜１８２は、副走査方向に階段的にずらされて配置される。その結果、３２個の面発光レーザ素子１〜３２から放射された３２個のレーザ光は、相互に重なることがない。
【０１１６】
主走査方向に配置された８個の面発光レーザ素子１５１〜１５８／１５９〜１６６／１６７〜１７４／１７５〜１８２において、隣接する２つの面発光レーザ素子間の間隔は、間隔Ｘに設定される。
【０１１７】
また、副走査方向に配置された４個の面発光レーザ素子１５１，１５９，１６７，１７５／１５２，１６０，１６８，１７６／１５３，１６１，１６９，１７７／１５４，１６２，１７０，１７８／１５５，１６３，１７１，１７９／１５６，１６４，１７２，１８０／１５７，１６５，１７３，１８１／１５８，１６６，１７４，１８２において、隣接する２つの面発光レーザ素子間の間隔は、間隔ｄに設定される。
【０１１８】
主走査方向に配置された８個の面発光レーザ素子１５１〜１５８の８個の中心から副走査方向に配置された直線に下ろした８個の垂線の副走査方向における間隔は、等間隔であり、間隔ｃ１に設定される。
【０１１９】
主走査方向に配置された８個の面発光レーザ素子１５９〜１６６／１６７〜１７４／１７５〜１８２の８個の中心から副走査方向に配置された直線に下ろした８個の垂線の副走査方向における間隔も、等間隔であり、間隔ｃ１に設定される。
【０１２０】
図１５は、図１４に示す面発光レーザ素子１５１の概略断面図である。図１５を参照して、面発光レーザ素子１５１は、図２に示す面発光レーザ素子１の共振器スペーサー層１０３，１０５および反射層１０６をそれぞれ共振器スペーサー層１０３Ａ，１０５Ａおよび反射層１０６Ａに代えたものであり、その他は、面発光レーザ素子１と同じである。
【０１２１】
共振器スペーサー層１０３Ａは、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、反射層１０２上に形成される。共振器スペーサー層１０５Ａは、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、活性層１０４上に形成される。
【０１２２】
反射層１０６Ａは、図２に示す反射層１０６のうち、活性層１０４に最も近い低屈折率層をｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐにより構成したものであり、共振器スペーサー層１０５Ａ上に形成される。そして、反射層１０６Ａは、活性層１０４で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層１０４に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０１２３】
図１６は、図１５に示す面発光レーザ素子１５１の活性層１０４の近傍を示す断面図である。図１６を参照して、反射層１０２の低屈折率層１０２１が共振器スペーサー層１０３Ａに接する。共振器スペーサー層１０３Ａは、反射層１０２の低屈折率層１０２１および活性層１０４の障壁層１０４２に接する。反射層１０６Ａは、図３に示す反射層１０６のうち、活性層１０４に最も近い低屈折率層１０６１を低屈折率層１０６１Ａに代えたものであり、その他は、反射層１０６と同じである。そして、低屈折率層１０６１Ａは、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、共振器スペーサー層１０５Ａに接する。共振器スペーサー層１０５Ａは、活性層１０４の障壁層１０４２および反射層１０６Ａの低屈折率層１０６１Ａに接する。
【０１２４】
面発光レーザ素子１５１においては、共振器スペーサー層１０３Ａ，１０５Ａおよび活性層１０４は、共振器を構成し、基板１０１に垂直な方向における共振器の厚さは、面発光レーザ素子１５１の１波長（＝λ）に設定される。すなわち、共振器スペーサー層１０３Ａ，１０５Ａおよび活性層１０４は、１波長共振器を構成する。
【０１２５】
なお、図１４に示す面発光レーザ素子１５２〜１８２の各々は、図１５および図１６に示す面発光レーザ素子１５１の構成と同じ構成からなる。
【０１２６】
面発光レーザアレイ２００は、図４、図５および図６に示す工程（ａ）〜（ｈ）に従って作製される。この場合、図４の工程（ａ）において、共振器スペーサー層１０３Ａ，１０５Ａの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、ＭＯＣＶＤ法を用いて、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）およびフォスフィン（ＰＨ３）を原料として形成され、反射層１０６Ａの低屈折率層１０６１Ａを構成するｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、ＭＯＣＶＤ法を用いて、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）、フォスフィン（ＰＨ３）およびジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を原料として形成される。なお、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）に代えて四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いてもよい。
【０１２７】
面発光レーザアレイ２００の面発光レーザ素子１５１〜１８２の各々は、共振器（＝共振器スペーサー層１０３Ａ，１０５Ａおよび活性層１０４）と、反射層１０６Ａの一部（低屈折率層１０６１Ａ）とにＩｎを含むので、Ｉｎを含む層の膜厚が面発光レーザ素子１〜３２よりも厚くなる。したがって、エッチングの制御が面発光レーザアレイ１００に比べさらに容易になる。なお、ここでは反射層１０６Ａのうち共振器に最も近い低屈折率層１０６１ＡにのみＩｎを含むとしたが、共振器に対して上側に位置する反射層１０６Ａの共振器に近いほうから低屈折率層と高屈折率層の両方にＩｎを含ませ、複数層Ｉｎを含むように構成してもよい。その場合、低屈折率層としては（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐとし、高屈折率層としては（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐとする。そして複数層Ｉｎを含む層を有することで、Ｉｎを含む層の合計の膜厚を更に厚くすることができる。
【０１２８】
また、ワイドバンドギャップであるｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、ＺｎまたはＭｇをドーピングして使う場合が多いが、これらのドーパントは、拡散し易く、活性層１０４へ拡散した場合、活性層１０４にダメージを与え、発光効率の低下および信頼性の低下を招く。
【０１２９】
面発光レーザ素子１５１〜１８２においては、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐを共振器スペーサー層１０５Ａよりも活性層１０４から遠い反射層１０６Ａ中に配置し、共振器スペーサー層１０３Ａ，１０５Ａをアンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐから構成したので、不純物の悪影響を抑えることができる。
【０１３０】
このように、面発光レーザアレイ２００においても、メサ構造体を形成するためのメサエッチングは、Ｉｎを含む領域の途中（＝共振器スペーサー層１０３Ａの途中）で停止されるので、メサ間隔が小さくなっても素子間隙部におけるエッチング深さと平坦部におけるエッチング深さとの差Δｄが小さくなり、平坦部において反射層１０２の低屈折率層１０２１（＝ＡｌＡｓ）が露出することがない。その結果、選択酸化層１０７を選択酸化しても、反射層１０２の低屈折率層１０２１（＝ＡｌＡｓ）は、酸化されない。
【０１３１】
したがって、この発明によれば、活性層１０４で発生した熱を反射層１０２のＡｌＡｓ（低屈折率層）を介して基板１へ逃がすことができ、ダミー素子を用いずに熱を活性層１０４にこもり難くできる。
【０１３２】
また、面発光レーザアレイ２００は、Ｉｎを含む層の膜厚が面発光レーザ素子１〜３２よりも厚い面発光レーザ素子１５１〜１８２を備えるので、面発光レーザアレイ１００よりも制御性良くエッチング底面をＩｎを含む層で停止させることができる。
【０１３３】
次に、実施の形態２による面発光レーザアレイ２００の出力特性について説明する。図１７は、実験に用いた実施の形態２による面発光レーザ素子の断面図である。また、図１８は、実験に用いた比較用の面発光レーザ素子の断面図である。
【０１３４】
図１７に示す断面図は、面発光レーザ素子１５１の反射層１０２のうち、活性層１０４に近い３周期分の低屈折率層１０２１（＝ＡｌＡｓ）の膜厚を３λ／４に設定したものであり、その他は、面発光レーザ素子１５１と同じである。
【０１３５】
また、図１８に示す断面図は、面発光レーザ素子１５１の反射層１０２を、３０．５周期の［ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ／ｎ−ＡｌＡｓ］と１０周期の［ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ］とからなる反射層に代えたものである。そして、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ、ｎ−ＡｌＡｓおよびｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの各々は、λ／４の膜厚を有する。
【０１３６】
図１９は、実験結果を示す光出力と電流との関係図である。図１９において、縦軸は、光出力を表し、横軸は、電流を表す。また、曲線ｋ９は、この発明による面発光レーザ素子の光出力と電流との関係を示し、曲線ｋ１０は、比較用の面発光レーザ素子の光出力と電流との関係を示す。なお、実験は、光出射部の面積が１６μｍ２である面発光レーザ素子を用い、２０℃における連続光（ＣＷ）を観測することにより行なわれた。
【０１３７】
図１９に示す実験結果から明らかなように、この発明による面発光レーザ素子の光出力の飽和値が比較用の面発光レーザ素子の光出力の飽和値よりも高電流値側へシフトし、高出力が得られている。これは、この発明による面発光レーザ素子においては、基板１０１側の反射層１０２の低屈折率層１０２１は、全て、熱伝導率の高いＡｌＡｓにより構成されているので、基板１０１側への放熱が良好になり、素子動作時の素子の温度上昇が抑制されたためである。
【０１３８】
このように、基板１０１に設けられた反射層１０２の低屈折率層１０２１を熱伝導率が高いＡｌＡｓにより構成し、活性層１０４で発生した熱を基板１０１へ放熱させる構成を採用することによって、面発光レーザ素子の出力特性、引いては、面発光レーザアレイの出力特性を向上できることが実験的に実証された。
【０１３９】
なお、実施の形態２による面発光レーザアレイは、面発光レーザアレイ１００Ａ（図１３参照）のように４行×１０列に配置された４０個の面発光レーザ素子を備えるものであってもよい。
【０１４０】
また、この発明による面発光レーザアレイは、面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２の共振器スペーサー層１０３，１０３ＡをＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐによって構成した面発光レーザ素子を備えていてもよい。
【０１４１】
さらに、この発明による面発光レーザアレイは、面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２の共振器スペーサー層１０３，１０３Ａを（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐによって構成した面発光レーザ素子を備えていてもよい。この場合、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、活性層１０４側に配置され、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐは、反射層１０２側に配置される。これによって、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐによる活性層１０４へのキャリアの閉じ込めが向上するとともに、活性層１０４で発生した熱をより反射層１０２へ放熱させることができる。Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐは、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりも熱伝導率が高いからである。
【０１４２】
表１は、共振器スペーサー層１０３，１０５；１０３Ａ，１０５Ａ／活性層１０４の井戸層１０４１が、それぞれ、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓから形成された場合およびＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰＡｓから形成された場合における共振器スペーサー層１０３，１０５；１０３Ａ，１０５Ａと井戸層１０４１とのバンドギャップの差および障壁層１０４２と井戸層１０４１とのバンドギャップの差を示す。
【０１４３】
【表１】
0005442940.tif 000002
【０１４４】
共振器スペーサー層１０３，１０５；１０３Ａ，１０５Ａおよび活性層１０４の井戸層１０４１にそれぞれＡｌＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓを用いた場合、発振波長が７８０ｎｍである面発光レーザ素子における共振器スペーサー層１０３，１０５；１０３Ａ，１０５Ａと井戸層１０４１とのバンドギャップの差は、４６５．９ｍｅＶであり、障壁層１０４２と井戸層１０４１とのバンドギャップの差は、２２８．８ｍｅＶである。
【０１４５】
また、共振器スペーサー層１０３，１０５；１０３Ａ，１０５Ａおよび活性層１０４の井戸層１０４１にそれぞれＡｌＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓを用いた場合、発振波長が８５０ｎｍである面発光レーザ素子における共振器スペーサー層１０３，１０５；１０３Ａ，１０５Ａと井戸層１０４１とのバンドギャップの差は、６０２．６ｍｅＶであり、障壁層１０４２と井戸層１０４１とのバンドギャップの差は、３６５．５ｍｅＶである。
【０１４６】
一方、共振器スペーサー層１０３，１０５；１０３Ａ，１０５Ａおよび活性層１０４の井戸層１０４１にそれぞれＡｌＧａＩｎＰおよびＧａＩｎＰＡｓを用いた場合、発振波長が７８０ｎｍである面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２における共振器スペーサー層１０３，１０５；１０３Ａ，１０５Ａと井戸層１０４１とのバンドギャップの差は、７６７．３ｍｅＶであり、障壁層１０４２と井戸層１０４１とのバンドギャップの差は、４６３．３ｍｅＶである。
【０１４７】
このように、共振器スペーサー層１０３，１０５；１０３Ａ，１０５Ａおよび活性層１０４の井戸層１０４１をそれぞれＡｌＧａＩｎＰおよびＧａＩｎＰＡｓによって構成することにより、共振器スペーサー層１０３，１０５；１０３Ａ，１０５Ａと井戸層１０４１とのバンドギャップの差および障壁層１０４２と井戸層１０４１とのバンドギャップの差を従来よりも格段に大きくできる。その結果、井戸層１０４１へのキャリアの閉じ込め効果が格段に大きくなり、面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２は、低閾値で発振するとともに、より高出力の発振光を放射する。
【０１４８】
また、活性層１０４が圧縮歪を有するＧａＩｎＰＡｓを含むので、ヘビーホールとライトホールとのバンド分離によって利得の増加が大きくなる。これにより、高利得となり、低閾値で高出力な発振光を得ることができる。なお、この効果は、ＧａＡｓ基板とほぼ同じ格子定数を有するＡｌＧａＡｓ系で作製した７８０ｎｍまたは８５０ｎｍの面発光レーザ素子では得られない。
【０１４９】
さらに、キャリア閉じ込めの向上、および活性層１０４が歪量子井戸構造からなることによる高利得化によって、面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２の閾値電流が低化し、光取り出し側の反射層１０６，１０６Ａによる反射率の低減が可能となり、さらに高出力化できる。
【０１５０】
さらに、活性層１０４は、Ａｌを含んでいない材料から構成されており、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層およびそれに隣接する層）としているので、これらの領域への酸素の取り込みが低減することによって非発光再結合センターの形成を抑制でき、長寿命化を図れる。これによって、書き込みユニットまたは光源ユニットの再利用が可能となる。
【０１５１】
さらに、上記においては、反射層１０２の低屈折率層１０２１は、ＡｌＡｓからなると説明したが、この発明においては、活性層１０４よりも基板１０１側に配置された反射層１０２の低屈折率層１０２１は、選択酸化層１０７の酸化速度と同等以上の酸化速度を有する半導体材料からなっていればよい。選択酸化層１０７は、一般的には、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９）からなるので、ＡｌＡｓからなる低屈折率層１０２１は、一般的には、選択酸化層１０７の酸化速度と同等以上の酸化速度を有することになるからである。なお、Ａｌを含む層において酸化速度は、Ａｌ組成が異なる場合にはＡｌ組成が大きいほうが酸化速度が速く、Ａｌ組成が同じ場合には層の膜厚が厚いほうが酸化速度が速くなる。
【０１５２】
さらに、上記においては、反射層１０２の複数の低屈折率層１０２１は、全てＡｌＡｓからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、反射層１０２は、選択酸化層１０７の酸化速度以上の酸化速度を有する低屈折率層（＝ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９））を少なくとも活性層１０４側に備えていればよい。発熱源（＝活性層１０４）に近い部分の熱伝導率を高くすることは、活性層１０４で発生した熱を基板１０１へ放熱する効果が高いからである。
【０１５３】
さらに、上記においては、メサエッチングは、共振器スペーサー層１０３，１０３Ａ中で停止されると説明したが、この発明においては、これに限らず、面発光レーザアレイ１００，１００Ａにおいては、メサエッチングは、共振器（共振器スペーサー層１０３、活性層１０４および共振器スペーサー層１０５）内または共振器と反射層１０６との界面で停止されればよく、面発光レーザアレイ２００においては、共振器（共振器スペーサー層１０３Ａ、活性層１０４および共振器スペーサー層１０５Ａ）内または反射層１０６Ａの低屈折率層１０６１Ａ内または低屈折率層１０６１Ａと高屈折率層１０６２との界面で停止されればよく、一般的には、反射層１０２よりも反射層１０６側で停止されればよい。
【０１５４】
［実施の形態３］
図２０は、実施の形態３による面発光レーザアレイの平面図である。図２０を参照して、実施の形態３による面発光レーザアレイ３００は、基板３１０と、面発光レーザ素子３１１〜３２０と、パッド３２１〜３３０とを備える。
【０１５５】
面発光レーザ素子３１１〜３２０は、基板３１０上に一次元に配置される。そして、面発光レーザ素子３１１〜３２０の各々は、上述した面発光レーザ素子１〜４０または面発光レーザ素子１５１〜１８２からなる。
【０１５６】
パッド３２１〜３３０は、それぞれ、面発光レーザ素子３１１〜３２０の周囲に配置され、ｐ側電極１１１に接続される。
【０１５７】
閾値上昇が抑制され、高出力動作が可能な面発光レーザ素子３１１〜３２０を同一基板３１０上に多数集積することで、たとえば、光通信に用いた場合、同時に多数ビームによるデータ伝送が可能となるので、高速通信を行なうことができる。また、面発光レーザ素子３１１〜３２０は、低消費電力で動作するとともに、活性層１０４で発生した熱の放熱特性も良いので、特に、機器の中に取り込んで利用した場合、温度上昇を低減させることができる。
【０１５８】
［実施の形態４］
実施の形態４による面発光レーザアレイの製造方法が図２１（Ａ）〜図２３に示されている。
【０１５９】
（１）有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いた結晶成長によって、前記基板１０１上に、前記反射層（下部反射鏡）１０２、前記共振器スペーサ層（下部スペーサ層）１０３、前記活性層１０４、前記共振器スペーサ層（上部スペーサ層）１０５、前記選択酸化層１０７、前記反射層（上部反射鏡）１０６などの半導体層を、順次積層する（図２１（Ａ）参照）。なお、以下では、これら複数の半導体層が積層されているものを「半導体積層体」ともいう。
【０１６０】
（２）半導体積層体における表面（基板１０１と反対側の面）である積層体表面に、フォトリソグラフィー法により発光部及びアレイ境界部に対応してフォトマスクＰＭをパターニングする（図２１（Ｂ）参照）。ここでは、一例として、１つのチップが９個（３×３）の発光部を有するものとする。
【０１６１】
（３）フォトマスクＰＭをエッチングマスクとして、ドライエッチング法によりメサ形状を形成する（図２１（Ｃ）参照）。なお、以下では、便宜上、メサ形状の部分を「メサ」と略述する。このとき、アレイ境界部となる部分も同時にエッチングする。ここでは、エッチングは、エッチング底面が下部スペーサ層１０３に達するまで行われる。
【０１６２】
（４）フォトマスクＰＭを除去する。
【０１６３】
（５）選択酸化層１０７に電流狭窄構造を形成する（図２１（Ｄ）参照）。
【０１６４】
（６）アレイ境界部をエッチングするためのエッチングマスクをフォトリソグラフィー法によりパターニングする。
【０１６５】
（７）アレイ境界部をエッチング底面が基板１０１に達するまでエッチングする（図２２（Ａ）参照）。これにより、各アレイ部は、それぞれ他のアレイ部から分離され、いわゆるアイランド化されることとなる。
【０１６６】
（８）パッシベーション膜として、ＳｉＯ２、ＳｉＮ及びＳｉＯＮのいずれかからなる保護膜１０９を形成する（図２２（Ｂ）参照）。
【０１６７】
（９）メサ上部のコンタクトとアレイ境界部の底面の分割部分のパッシベーション膜をエッチングにより除去する（図２２（Ｃ）参照）。このとき、アレイ境界部の側面のパッシベーション膜はエッチングされないようにマスクされる。
【０１６８】
（１０）リフトオフ法により前記ｐ側電極１１１を形成する（図２２（Ｄ）参照）。具体的には、予め電極以外の部分をフォトレジストによりマスクしておき、電極材料を蒸着後アセトン等のフォトレジストが溶解する溶液中で超音波洗浄する。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。
【０１６９】
（１１）基板１０１の裏側を所定の厚さ（例えば１００μｍ程度）まで研磨した後、前記ｎ側電極１１２を形成する（図２３参照）。ここでは、ｎ側電極１１２はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。
【０１７０】
（１２）不図示の複数の電極パッド、及び各発光部のｐ側電極１１１と対応する電極パッドとの間を電気的に接続する配線を形成する。なお、ｐ側電極１１１はその中央に窓が開けられ、この部分からレーザ光が射出される。これにより、各メサは、それぞれ発光部となる。
【０１７１】
（１３）アレイ境界部の底面の分割部分に沿って切断し、チップ毎に分割する。
【０１７２】
このようにして製造された実施の形態４による面発光レーザアレイ３５０が図２４に示されている。
【０１７３】
この面発光レーザアレイ３５０は、製造時にアイランド化されているため、基板１０１の反りを低減することができる。従って、製造歩留まりが向上し、低コスト化を図ることが可能となる。
【０１７４】
また、面発光レーザアレイ３５０は、下部反射鏡１０２の側面が保護膜で被覆されているため、下部反射鏡１０２の低屈折率層が大気中の水分と反応して酸化され、歪みが発生し破壊が進行するのを抑制することができる。すなわち、経時劣化を防ぐことができ、信頼性の高い面発光レーザアレイを実現することが可能となる。
【０１７５】
［応用例］
図２５は、図１３に示す面発光レーザアレイ１００Ａを用いた光走査装置の構成を示す概略図である。図２５を参照して、光走査装置４００は、光源４０１と、カップリングレンズ４０２と、アパーチャ４０３と、アナモルフィックレンズ４０４と、ポリゴンミラー４０５と、偏向器側走査レンズ４０６と、像面側走査レンズ４０７と、防塵ガラス４０８と、像面ガラス４０８と、像面４０９と、防音ガラス４１０と、ダミーレンズ４１１とを備える。
【０１７６】
光源４０１は、図１３に示す面発光レーザアレイ１００Ａからなる。光源４０１から出射された４０個の光束は、カップリングレンズ４０２に入射し、カップリングレンズ４０２によって弱い発散光にされ、アナモルフィックレンズ４０４に入射する。
【０１７７】
そして、アナモルフィックレンズ４０４に入射した光束は、アナモルフィックレンズ４０４によって、主走査方向が平行光にされ、副走査方向がポリゴンミラー４０５近傍に集束するように変えられる。その後、光束は、アパーチャ４０３、ダミーレンズ４１１および防音ガラス４１０を経て、ポリゴンミラー４０５に入射する。
【０１７８】
そして、光束は、ポリゴンミラー４０５によって偏向され、偏向器側走査レンズ４０６および像面側走査レンズ４０７によって防塵ガラス４０８を経て、像面４０９に結像する。
【０１７９】
光源４０１およびカップリングレンズ４０２は、材質がアルミニウムからなる同一の部材に固定される。
【０１８０】
光源４０１は、１０個の面発光レーザ素子１〜１０／１１〜２０／２１〜３０／３１〜４０の１０個の中心から副走査方向に配置された直線に下ろした１０本の垂線の副走査方向における間隔が等間隔ｃ２になるように配置された４０個の面発光レーザ素子１〜４０を備える面発光レーザアレイ１００Ａからなるので、４０個の面発光レーザ素子１〜４０の点灯のタイミングを調整することにより、感光体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して捉えることができる。
【０１８１】
また、面発光レーザ素子１〜４０の素子間隔ｃ２および光学系の倍率を調整することにより、副走査方向に書き込まれる間隔を調整できる。すなわち、光源４０１として面発光レーザアレイ１００Ａ（４０チャネル）を用いた場合、素子間隔ｃ２は、上述したように２．４μｍに設定されるので、光学系の倍率を約２．２倍に設定することによって、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書き込みを行なうことができる。また、主走査方向の素子数を増加したり、副走査方向において隣接する面発光レーザ素子間の間隔ｄをさらに狭くすることによって間隔ｃ２をさらに小さくしたり、光学系の倍率を下げたりすることによって、さらに高密度書き込みが可能となり、より高品質な印刷が可能となる。この場合、主走査方向の書き込み間隔は、光源４０１の点灯タイミングを調整することによって、容易に制御できる。
【０１８２】
このように、光走査装置４００においては、４０ドットを同時に書き込み可能であり、高速印刷を行なうことができた。面発光レーザアレイ１００Ａにおける面発光レーザ素子の素子数を増加することによって、さらに高速印刷が可能である。
【０１８３】
さらに、面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２を面発光レーザアレイ１００Ａに用いることによって、面発光レーザアレイ１００Ａの寿命が格段に向上するので、書込みユニットまたは光源ユニットの再利用が可能となる。
【０１８４】
光走査装置４００においては、光源４０１を図１に示す面発光レーザアレイ１００または図１４に示す面発光レーザアレイ２００によって構成してもよい。
【０１８５】
図２６は、レーザプリンターの概略図である。図２６を参照して、レーザプリンター５００は、感光体ドラム５０１と、光走査装置５０２と、クリーニングユニット５０３と、帯電ユニット５０４と、現像ユニット５０５と、転写ユニット５０６と、定着ユニット５０７とを備える。
【０１８６】
光走査装置５０２、クリーニングユニット５０３、帯電ユニット５０４、現像ユニット５０５、転写ユニット５０６および定着ユニット５０７は、感光体ドラム５０１の周囲に配置される。
【０１８７】
光走査装置５０２は、図２５に示す光走査装置４００からなり、上述した方法によって複数のレーザ光を用いて感光体ドラム５０１上に潜像を形成する。クリーニングユニット５０３は、感光体ドラム５０１上に残留しているトナーを除去する。
【０１８８】
帯電ユニット５０４は、感光体ドラム５０１の表面を帯電させる。現像ユニット５０５は、トナーを感光体ドラム５０１の表面に導き、光走査装置５０２によって形成された潜像にトナー現像を施す。
【０１８９】
転写ユニット５０６は、トナー画像を転写する。定着ユニット５０７は、転写されたトナー画像を定着させる。
【０１９０】
レーザプリンター５００において、一連の動作が開始されると、帯電ユニット５０４は、感光体ドラム５０１の表面を帯電させ、光走査装置５０２は、複数のレーザ光によって感光体ドラム５０１上に潜像を形成する。そして、現像ユニット５０５は、光走査装置５０２によって形成された潜像にトナー現像を施し、転写ユニット５０６は、トナー画像を転写し、定着ユニット５０７は、転写されたトナー画像を定着する。これにより、トナー画像が記録紙５０８上に転写され、その後、トナー画像は、定着ユニット５０７によって熱定着を施され、電子写真画像の形成が完了する。
【０１９１】
一方、除電ユニット（図示せず）は、感光体ドラム５０１上の潜像を消去し、クリーニングユニット５０３は、感光体ドラム５０１上に残留したトナーを除去する。これにより、一連の動作は終了し、上述した動作を繰り返すことにより、電子写真画像を連続、かつ、高速に出力することができる。
【０１９２】
なお、レーザプリンター５００は、「画像形成装置」を構成する。
【０１９３】
図２７は、画像形成装置の概略図である。図２７を参照して、画像形成装置６００は、感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋと、帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、クリーニング手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋと、転写用帯電手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋと、定着手段６１０と、書き込みユニット６２０と、転写ベルト６３０とを備える。なお、Ｙは、イエローを表し、Ｍは、マゼンダを表し、Ｃは、シアンを表し、Ｋは、ブラックを表す。
【０１９４】
感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、矢印の方向に回転し、回転順に、帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ、転写用帯電手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋおよびクリーニング手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが配置されている。
【０１９５】
帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの表面を均一に帯電するための帯電装置を構成する帯電部材である。この帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋとの間の感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの表面に書き込みユニット６２０（＝光走査装置４００からなる）によりビームが照射され、感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに静電画像が形成される。そして、現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、静電画像に基づいて、感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの表面にトナー画像を形成する。そして、転写用帯電手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、記録紙６４０に各色の転写トナー画像が順次転写され、定着手段６１０は、最終的に、記録紙６４０に画像を定着する。
【０１９６】
機械精度等で各色の色ずれが発生する場合があるが、画像形成装置６００は、高密度対応であり、書き込みユニット６２０に用いられる面発光レーザアレイの複数の面発光レーザ素子を点灯させる順序を変えることによって各色の色ずれの補正精度を高めることができる。
【０１９７】
図２８は、光送信モジュールの概略図である。図２８を参照して、光送信モジュール７００は、面発光レーザアレイ７０１と、光ファイバー７０２とを備える。面発光レーザアレイ７０１は、複数の面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２を一次元に配列した構造からなる。光ファイバー７０２は、複数のプラスチック光ファイバー（ＰＯＦ）からなる。そして、複数のプラスチック光ファイバーは、面発光レーザアレイ７０１の複数の面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２に対応して配置される。
【０１９８】
光送信モジュール７００においては、各面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２から放射されたレーザ光は、対応するプラスチック光ファイバーに伝送される。そして、アクリル系のプラスチック光ファイバーは、６５０ｎｍに吸収損失のボトムがあり、６５０ｎｍの面発光レーザ素子が検討されているが、高温特性が悪く、実用化されていない。
【０１９９】
光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が用いられているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを超えた高速伝送の実現のためには、半導体レーザが必要である。
【０２００】
上述した面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２の発振波長は、７８０ｎｍであるが、放熱特性が改善され、高出力であるとともに、高温特性にも優れており、光ファイバーの吸収損失は大きくなるが、短距離であれば、伝送可能である。
【０２０１】
光通信の分野では、同時により多くのデータを伝送するために、複数の半導体レーザを集積したレーザアレイを用いた並列伝送が試みられている。これにより、高速な並列伝送が可能となり、従来よりも多くのデータを同時に伝送できるようになった。
【０２０２】
光送信モジュール７００では、面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２と、光ファイバーとを１対１に対応させたが、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を１次元または２次元にアレイ状に配置して、波長多重送信することにより、伝送速度をさらに増大させることができる。
【０２０３】
さらに、面発光レーザ素子１〜４０，１５１〜１８２を用いた面発光レーザアレイと、安価なＰＯＦとを組み合わせた光送信モジュール７００を光通信システムに用いると、低コストな光送信モジュールを実現できる他、これを用いた低コストな光通信システムを実現できる。そして、極めて低コストであるので、家庭用、オフィスの室内用、および機器内等の短距離のデータ通信に有効である。
【０２０４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２０５】
この発明は、ダミー素子を用いずに熱が活性層にこもり難い面発光レーザアレイに適用される。また、この発明は、ダミー素子を用いずに熱が活性層にこもり難い面発光レーザアレイを備えた光走査装置に適用される。さらに、この発明は、ダミー素子を用いずに熱が活性層にこもり難い面発光レーザアレイを備えた画像形成装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２０６】
【図１】この発明の実施の形態１による面発光レーザアレイの平面図である。
【図２】図１に示す面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図３】図２に示す面発光レーザ素子の活性層の近傍を示す断面図である。
【図４】図１に示す面発光レーザアレイの製造方法を示す第１の工程図である。
【図５】図１に示す面発光レーザアレイの製造方法を示す第２の工程図である。
【図６】図１に示す面発光レーザアレイの製造方法を示す第３の工程図である。
【図７】図４の（ｂ）におけるエッチングを詳細に説明するための図である。
【図８】図１に示す面発光レーザアレイを作製するときのエッチング時のプラズマ発光の第１のタイミングチャートである。
【図９】図１に示す面発光レーザアレイを作製するときのエッチング時のプラズマ発光の第２のタイミングチャートである。
【図１０】共振器領域でエッチングを停止させた場合の平坦部におけるエッチング深さおよび面発光レーザ素子の素子間隙部におけるエッチング深さと平坦部におけるエッチング深さとの差をメサ間隔に対して示す図である。
【図１１】基板側に配置された反射層でエッチングを停止させた場合の平坦部におけるエッチング深さおよび面発光レーザ素子の素子間隙部におけるエッチング深さと平坦部におけるエッチング深さとの差をメサ間隔に対して示す図である。
【図１２】図１に示す面発光レーザアレイの平面図および断面図である。
【図１３】実施の形態１による面発光レーザアレイの他の平面図である。
【図１４】実施の形態２による面発光レーザアレイの平面図である。
【図１５】図１４に示す面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図１６】図１５に示す面発光レーザ素子の活性層の近傍を示す断面図である。
【図１７】実験に用いた実施の形態２による面発光レーザ素子の断面図である。
【図１８】実験に用いた比較用の面発光レーザ素子の断面図である。
【図１９】実験結果を示す光出力と電流との関係図である。
【図２０】実施の形態３による面発光レーザアレイの平面図である。
【図２１】図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）は、それぞれ実施の形態４の面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その１）である。
【図２２】図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）は、それぞれ実施の形態４の面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その２）である。
【図２３】実施の形態４の面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その３）である。
【図２４】実施の形態４の面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図２５】図１３に示す面発光レーザアレイを用いた光走査装置の構成を示す概略図である。
【図２６】レーザプリンターの概略図である。
【図２７】画像形成装置の概略図である。
【図２８】光送信モジュールの概略図である。
【図２９】従来の面発光レーザアレイの平面図である。
【符号の説明】
【０２０７】
１〜４０，１５１〜１８２，３１１〜３２０…面発光レーザ素子、５１〜９０，３２１〜３３０…パッド、１００，１００Ａ，２００，３００，７０１…面発光レーザアレイ、１０１…基板、１０２，１０６，１０６Ａ…反射層、１０３，１０３Ａ，１０５，１０５Ａ…共振器スペーサー層、１０４…活性層、１０７…選択酸化層、１０７ａ…非酸化領域、１０７ｂ…酸化領域、１０８…コンタクト層、１０９…ＳｉＯ２層、１１０…絶縁性樹脂、１１１…ｐ側電極、１１２…ｎ側電極、１２０…レジストパターン、１３１〜１３４…メサ構造体、１４１〜１４５…すそ引き、３５０…面発光レーザアレイ、４００，５０２…光走査装置、４０１…光源、４０２…カップリングレンズ、４０３…アパーチャ、４０４…アナモルフィックレンズ、４０５…ポリゴンミラー、４０６…偏向器側走査レンズ、４０７…像面側走査レンズ、４０８…防塵ガラス、４０９…像面、４１０…防音ガラス、４１１…ダミーレンズ、５００…レーザプリンター、５０１…感光体ドラム、５０３…クリーニングユニット、５０４…帯電ユニット、５０５…現像ユニット、５０６…転写ユニット、５０７…定着ユニット、６００…画像形成装置、１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ…感光体、２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ…帯電器、４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ…現像器、５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ…クリーニング手段、６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ…転写用帯電手段、６１０…定着手段、６２０…書き込みユニット、６３０…転写ベルト、６４０…記録紙、７００…光送信モジュール、７０２…光ファイバー、１０２１，１０６１…低屈折率層、１０２２，１０６２…高屈折率層、１０２３，１０６３…組成傾斜層、１０４１…井戸層、１０４２…障壁層、Ｗ１〜Ｗ４０…ワイヤ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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