(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、下部反射ミラーと活性層と選択酸化層と上部反射ミラーとを含む積層体と、前記積層体の表面に形成された表面レリーフ構造と、を備え、メサ構造に構成された面発光レーザの製造方法であって、
下部反射ミラーと活性層と選択酸化層と上部反射ミラーとを含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の上に、マスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜に、メサ構造を画定するための第１のパターンと表面レリーフ構造を画定するための第２のパターンを形成する工程と、
前記第１のパターンと前記第２のパターンが形成された前記マスク膜の上と前記第１のパターンと前記第２のパターンに対応する前記積層体の上に、保護膜を形成する工程と、
前記第２のパターンに対応する前記積層体の上の前記保護膜を残して、前記第１のパターンに対応する積層体の上の前記保護膜を除去する工程と、
前記保護膜が除去された前記マスク膜の前記第１のパターンを用いて、前記メサ構造を形成する工程と、
前記メサ構造を形成する工程の後に、前記選択酸化層を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する工程と、
前記電流狭窄構造を形成する工程の後に、前記第２のパターンに対応する前記積層体の上の前記保護膜を除去する工程と、
前記保護膜が除去された前記マスク膜の前記第２のパターンを用いて、前記積層体の表面に前記第２のパターンを形成する工程と、
前記積層体の表面に形成された前記第２のパターンを用いてエッチングプロセスで表面レリーフ構造の下面を形成する工程と、前記マスク膜を除去して前記表面レリーフ構造の上面を形成する工程と、を同時に行い、前記表面レリーフ構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
【請求項２】
前記保護膜は、前記マスク膜よりも薄い膜厚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の製造方法。
【請求項３】
前記保護膜を形成する工程において、前記保護膜は前記マスク膜の側壁にまで形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項４】
前記第１のパターンの中心軸と前記第２のパターンの中心軸とが一致していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項５】
前記マスク膜と前記保護膜は、誘電体膜であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項６】
複数の面発光レーザを有する面発光レーザアレイの製造方法であって、
前記複数の面発光レーザの少なくとも一つの面発光レーザを、請求項１から５のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法を用いて製造することを特徴とする面発光レーザアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザの製造方法及び面発光レーザアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザの一つの構成として、垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ、以下これをＶＣＳＥＬと記す。）が知られている。
この面発光レーザは、活性領域の両側を二つの反射鏡で挟み、基板に対して垂直な方向に共振器を形成し、基板に対して垂直方向に光を出射する。
ところで、このような面発光レーザにおいて、発振する横モードの制御は重要な課題であり、電子写真、あるいは通信などへの応用を考えると、横モード出力は単一モード（シングルモード）であることが求められる。
このため、面発光レーザでは素子内部に選択酸化による電流狭窄構造を設け、これにより活性層の発光領域を制限することによって、単一横モード化が図られている。
しかし、この電流狭窄構造だけで単一横モード化を試みると、狭窄径を小さくしなければならず、狭窄径を小さくすると、発光領域が小さくなり大きなレーザ出力を得ることが難しい。
【０００３】
このようなことから、従来において、基本横モードと高次横モード間に損失差を意図的に導入することで、電流狭窄構造だけで単一横モード化を図る場合よりも、ある程度広い発光領域を保ちながら、単一横モード発振を可能にする方法が検討されている。
その方法の一つとして、特許文献１では、面発光レーザにおいて、光出射領域のうち発光中心領域に対応する中央領域を囲む周辺領域の反射率分布が中央領域のそれよりも低くなるように構成された半導体層による段差構造を形成した面発光レーザが提案されている。
特許文献１では、このような構造を形成することにより、中央領域を囲む周辺領域の反射率分布が中央領域のそれよりも相対的に低くなり、基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振を抑制することが可能とされている。
なお、以上のような段差構造を、本明細書では以下、表面レリーフ構造と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５６５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記表面レリーフ構造を形成する際には、表面レリーフ構造と電流狭窄構造の水平位置合わせと共に、表面レリーフ構造の深さ、つまり高反射率面と、低反射率面の段差が重要となる。
すなわち、高次横モードへの反射損を大きくして、高次横モードの発振を抑制し、基本横モードによる単一モード発振を効率良く得るためには、表面レリーフ構造と電流狭窄構造における非酸化領域との位置合わせを正確にする。それと共に、高反射率面と低反射率面の段差を１／４波長の奇数倍の光学厚さ（λ／４ｎの奇数倍、λ：発振波長、ｎ：半導体層の屈折率）とすることが望ましい。
例えば、表面レリーフ構造と電流狭窄構造の中心軸がずれていると、発振させたいモード（例えば、基本横モード）に意図しない損失を導入することとなる。
また、高反射率面と低反射率面の段差が１／４波長の奇数倍の光学厚さからずれていると、基本横モードと高次横モードの間に十分な損失差を導入することができなくなる。
【０００６】
特許文献１では、表面レリーフ構造と電流狭窄構造の中心軸の位置合わせを正確に行うため、二つの層の誘電体と一つの層のレジストをマスクに用いたセルフアライメントプロセスと呼ばれる手法が開示されている。
この手法は、表面レリーフ構造と電流狭窄構造の中心軸の位置合わせを正確に達成するという観点においては、非常に有益な製造方法である。ところで、表面レリーフ構造の深さ制御という観点においては、更なる精度の向上が必要となる場合もある。
具体的には、特許文献１に開示されている作製方法においては、表面レリーフ構造を初期の工程で形成しており、その後の工程で、先に形成した表面レリーフ構造にダメージを与える（表面を削る）場合がある。そのため、最も損失差を大きく与えられる深さ（段差）である１／４波長の奇数倍の光学厚さを安定に形成する上で、必ずしも満足の得られるものではない。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、表面レリーフ構造の中心位置と電流狭窄構造の中心位置とを精度良く位置合わせでき、基本横モードと高次横モードの間に十分な損失差を導入できる表面レリーフ構造の形成が可能な面発光レーザの製造方法及び面発光レーザアレイの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の面発光レーザの製造方法は、基板上に、下部反射ミラーと活性層と選択酸化層と上部反射ミラーとを含む積層体と、前記積層体の表面に形成された表面レリーフ構造と、を備え、メサ構造に構成された面発光レーザの製造方法であって、下部反射ミラーと活性層と選択酸化層と上部反射ミラーとを含む積層体を形成する工程と、前記積層体の上に、マスク膜を形成する工程と、前記マスク膜に、メサ構造を画定するための第１のパターンと表面レリーフ構造を画定するための第２のパターンを形成する工程と、前記第１のパターンと前記第２のパターンが形成された前記マスク膜の上と前記第１のパターンと前記第２のパターンに対応する前記積層体の上に、保護膜を形成する工程と、前記第２のパターンに対応する前記積層体の上の前記保護膜を残して、前記第１のパターンに対応する積層体の上の前記保護膜を除去する工程と、前記保護膜が除去された前記マスク膜の前記第１のパターンを用いて、前記メサ構造を形成する工程と、前記メサ構造を形成する工程の後に、前記選択酸化層を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する工程と、前記電流狭窄構造を形成する工程の後に、前記第２のパターンに対応する前記積層体の上の前記保護膜を除去する工程と、前記保護膜が除去された前記マスク膜の前記第２のパターンを用いて、前記積層体の表面に前記第２のパターンを形成する工程と、前記積層体の表面に形成された前記第２のパターンを用いてエッチングプロセスで表面レリーフ構造の下面を形成する工程と、前記マスク膜を除去して前記表面レリーフ構造の上面を形成する工程と、を同時に行い、前記表面レリーフ構造を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、表面レリーフ構造の中心位置と電流狭窄構造の中心位置とを精度良く位置合わせでき、基本横モードと高次横モードの間に十分な損失差を導入できる表面レリーフ構造の形成が可能な面発光レーザの製造方法及び面発光レーザアレイの製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の垂直共振器型面発光レーザの構成を説明する模式図。
【図２】実施例１の垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図。
【図３】実施例１の垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図。
【図４】実施例１の垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図。
【図５】実施例１の垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図。
【図６】実施例１の垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図。
【図７】実施例１の垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図。
【図８】実施例１の垂直共振器型面発光レーザの製造方法において形成された第一のレジスト膜の模式図。
【図９】実施例１の垂直共振器型面発光レーザの製造方法において形成された表面レリーフ構造の模式図。
【図１０】実施例２の垂直共振器型面発光レーザの構成を説明する模式図。
【図１１】実施例２の垂直共振器型面発光レーザの製造方法において形成された第一のレジスト膜の模式図。
【図１２】実施例３の垂直共振器型面発光レーザの製造方法によるレーザアレイを実装した電子写真記録方式の画像形成装置を説明する概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明によれば、上部反射ミラーの光出射部に反射率分布を制御するために施された段差構造による表面レリーフ構造を形成するに際し、従来例と異なり、二つの誘電体膜を用いた、次のような構成を採ることができる。
すなわち、第１および第２のパターンを形成した第一の誘電体膜を含む半導体層の上に、第二の誘電体膜を形成する工程を実施する。
また、メサ構造形成に続いて、電流狭窄構造を形成した後に、少なくとも第２のパターンが形成された半導体層の上の第二の誘電体膜を除去する工程を実施する。
更に、第二の誘電体膜が除去された前記第一の誘電体膜の第２のパターンを用いて、表面レリーフ構造を形成する工程を実施する。
これらにより、表面レリーフ構造の段差（深さ）を１／４波長の奇数倍の光学厚さに安定して形成することが可能となる。
【００１２】
また、以上のような二つの誘電体膜を用いた構成によれば、つぎのような表面レリーフ構造を備えた面発光レーザを製造する方法を提供することができる。
すなわち、表面レリーフ構造の中心位置と電流狭窄構造の中心位置とが位置合わせされ、且つ基本横モードと高次横モードの間に最も大きな損失差を導入する表面レリーフ構造を備えた面発光レーザを製造する方法を提供することができる。また、このような面発光レーザの製造方法による面発光レーザを複数個配置して面発光レーザアレイを製造する面発光レーザアレイの製造方法を提供することができる。
以上のように、本実施形態の構成によれば、表面レリーフ構造の中心位置と電流狭窄構造の中心位置とを高精度で位置合わせすることが可能となる。
また、作製過程において、表面への損傷を軽減することができ、かつ１／４波長の奇数倍の光学長さに対応する深さ（段差）を有する表面レリーフ構造を精度良く形成することが可能となる。
【実施例】
【００１３】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、凸型の表面レリーフ構造を有する垂直共振器型面発光レーザの製造方法について説明する。
図１に、本発明における垂直共振器型面発光レーザの構成を説明する模式図を示す。
図１（ａ）は本実施例における面発光レーザの断面模式図であり、１００はｎ側電極、１０２は基板、１０４は下部ＤＢＲミラー（多層膜反射鏡）、１０６は活性層、１０８は電流狭窄部（酸化領域）、１１０は非酸化領域である。
また、１１２は上部ＤＢＲミラー（多層膜反射鏡）、１１４は誘電体膜、１１６は絶縁膜、１１８はｐ側電極（パッド電極）、１２０は表面レリーフ構造、１２２は光出射領域である。
図１（ｂ）は光出射領域１２２周辺の拡大図であり、１２４は高反射率領域、１２６は低反射率領域である。
また、表面レリーフ構造を形成する領域の層構成は、上部ＤＢＲミラー１１２の表面に形成した、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１２８、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層１３０、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１３２、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３４よりなる。
なお、最も効率良く単一横モード動作を得るためには、つぎの三つの層の合計層厚を、上記した１／４波長の奇数倍の光学厚さ（λ／４ｎの奇数倍、λ：発振波長、ｎ：半導体層の屈折率）にするのが望ましい。
すなわち、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層１３０、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１３２、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３４の三つの層の合計層厚を上記光学厚さにするのが望ましい。
【００１４】
本実施例の垂直共振器型面発光レーザにおいては、表面レリーフ構造の中心軸と電流狭窄構造の非酸化領域（発光領域）の中心軸が一致するように配置されている。
特に、非酸化領域１１０の直径が７ミクロン以下の場合では、表面レリーフ構造１２０における高反射率領域１２４の直径が、非酸化領域の直径の半分から３／４となるように形成することにより、高出力かつ単一横モード発振が可能となる。
このように、表面レリーフ構造の中心軸と電流狭窄構造の非酸化領域（発光領域）の中心軸を揃え、且つ非酸化領域の直径と表面レリーフ構造における高反射率領域１２４の直径の関係を適切にとる。
これらにより、基本モードに損失を与えることなく、且つ高次モードの出射を抑制することができ、高出力かつ基本モードによる単一横モード発振が可能となる。
【００１５】
次に、本実施例の面発光レーザの製造方法について説明する。
図２から図７に、本実施例における垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図を示す。
まず、図２（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ結晶成長技術を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板２００上に、バッファー層（不図示）を介して、ｎ型ＡｌＡｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ多層膜（下部ＤＢＲミラー）２０２を成長させる。
更にその上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサー層２０４、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰＭＱＷ活性層２０６を、順次成長させる。
そして、この活性層２０６上に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサー層２０８、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ０．０２Ａｓ選択酸化層２１０を成長させる。
更にその上に、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ多層膜２１２を成長させる。
引き続きｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２１６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８を、順次成長させ、ＤＢＲミラー層とする。
【００１６】
表面レリーフ構造を形成する領域の層構成は、図２（ｂ）に示すように、
１／２波長のＮ倍の光学厚さ（λ／２ｎのＮ倍、Ｎ：１以上の自然数、λ：発振波長、ｎ：半導体層の屈折率）を有するｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２２０（前記ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ多層膜２１２の最上層）と、
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４と、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２１６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８と、
で構成される。
なお、最も効率良く単一横モード動作を得るためには、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２１６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８の三つの層の合計層厚を、
上記した１／４波長の奇数倍の光学厚さ（λ／４ｎの奇数倍、λ：発振波長、ｎ：半導体層の屈折率）にするのが望ましい。
一例として、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４を１０ｎｍ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８を２０ｎｍとし、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２１６の厚さを適切に取ることで、三つの層の合計層厚を上記した１／４波長の奇数倍の光学厚さとする。
このように、基板上に、下部反射ミラー、活性層、選択酸化層（電流狭窄増）、上部反射ミラー、コンタクト層、を含む複数の半導体層を順次成長させる。
そして、図３（ａ）に示すように、これらの積層された半導体層上に第一の誘電体膜２２２を形成する。
例えば、第一の誘電体膜２２２の材料としては、シリコンオキサイド、シリコンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライドのいずれかを用いることができる。
続いて、２２２の第一の誘電体膜上にリソグラフィ技術を用いて、第一のレジストパターン２２４を形成する（図３（ｂ））。
【００１７】
図８に、以上のようにして形成された第一のレジスト膜２２４の模式図を示す。図８（ａ）は面発光レーザの斜視図、図８（ｂ）はその平面図、図８（ｃ）は斜視図のｙ−ｙ’断面図である。
図８に示すように、第一のレジスト膜２２４には、第一の誘電体膜２２２上に中心軸が同一である（大小異なる環状の）パターン（第１のパターン２２６、第２のパターン２２８）が開口するように形成されている。
なお、図８に示された構成では、中心軸を同じとする、形状の異なるパターンが、大きい径の円環状のパターンと小さい径の円開口パターンで同心円環状に構成されているが、このような構成に限定されるものではない。
例えば、大きい環状のパターンを正方環状のパターンなどとし、同心正方環状に構成してもよい。
なお、この工程において、第１及び第２のパターンは、リソグラフィ技術により、第一の誘電体膜２２２上に一括で形成されるため、前記第１のパターン及び第２のパターンの相対位置関係が規定されることになる。
小さい径の円開口パターン（第２のパターン２２８）によって表面レリーフ構造（段差構造）が画定され、大きい径の円環状の開口パターン（第１のパターン２２６）によってメサ構造の径が決定される。
この結果、酸化狭窄構造と表面レリーフ構造（段差構造）の位置関係を精度よく設定することができる。
【００１８】
次に、図３（ｃ）に示すように、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングにより、第一のレジストパターン２２４を第一の誘電体膜２２２に転写する。
なお、この転写はウエットエッチングによるだけでなく、ドライエッチングによって行ってもよい。
この際に、第一の誘電体膜２２２には、中心軸が同一である大小二つの異なる環状の開口パターンによる前記第１のパターンと第２のパターンが形成されるように転写される。
上記バッファードフッ酸を用いたウエットエッチングを行った後に、第一のレジストパターン２２４除去する。
次に、図３（ｄ）に示すように、第１のパターン２２６及び第２のパターン２２８が形成された第一の誘電体膜２２２を有した積層された半導体層上に、ＣＶＤ成膜技術を用いて第二の誘電体膜２３０を成膜する。
この第二の誘電体膜２３０は、表面レリーフ構造を保護するための層であり、例えば２００ｎｍで形成する。
第二の誘電体膜２３０としては、例えばシリコンオキサイド膜、シリコンナイトライド膜、シリコンオキシナイトライド膜が挙げられる。
このように、本実施例では、表面レリーフ構造は第二の誘電体膜２３０で保護されているため、後の工程（図５（ａ））でレジストを除去するための酸素プラズマアッシングを実施しても、表面レリーフ構造表面への損傷を低減することができる。
ところで、この工程においては、第一の誘電体膜２２２に形成した第１のパターン２２６を覆うように第二の誘電体膜２３０が形成され、フォトリソグラフィにより決定したパターン形状が変化してしまうことになる。
しかし、第二の誘電体膜２３０は例えばプラズマＣＶＤ法を用いて成膜するため、第二の誘電体膜２３０は第一の誘電体膜２２２に形成した第１のパターン２２６の側壁に、第一の誘電体膜２２２の膜厚より薄い均一な厚さで成膜される。
このため、メサ構造を画定するための第１のパターン２２６の幅は狭まるが、均一な膜厚の第二の誘電体膜２３０が等方的に成膜されることから、後の工程（図４（ｄ））のメサ構造の形成に際し、ドライエッチングにおいて支障をきたすことは少ない。
【００１９】
次に、図４（ａ）に示すように、リソグラフィ技術を用いて、第二のレジストパターン２３２を形成する。この際に、第二のレジストパターン２３２は、第二の誘電体膜２３０を有した第２のパターン２２８を覆うように形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、第二のレジストパターン２３２をマスクとして、バッファードフッ酸を用いたウエットエッチングにより、第二の誘電体膜２３０の一部を除去する。
なお、第二の誘電体膜２３０は表面レリーフ構造を保護するための層であり、前記第一の誘電体膜２２２よりも薄い膜厚で形成することが望ましい。
仮に、厚く形成すると、第二の誘電体膜２３０の一部を除去する際にエッチング時間が長く必要になり、第一の誘電体膜２２２に対するサイドエッチング量が増すこととなり、当初の設計値からずれる可能性があるからである。
本実施例においては、第一の誘電体膜２２２の厚さを１μｍ、第二の誘電体膜２３０の厚さを２００ｎｍとした。
次に、図４（ｃ）に示すように、ドライエッチングにより、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサー層２０４が露出するように（下部ＤＢＲミラー層２０２は露出させない）、トレンチ２３４を形成することにより、メサ構造のポストが作製される。なお、表面レリーフを画定する第２のパターン２２８に形成した第二のレジストパターン２３２は、ドライエッチング後にも残存するように形成することが望ましい。
仮に、レジストがなくなると、第二の誘電体膜２３０がドライエッチング中に除去されることとなり、積層された半導体層にダメージ（削れなど）を与える可能性があるからである。
なお、図４（ｃ）では、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサー層２０４が露出するまでドライエッチングを行っている。
しかし、電流狭窄構造を形成するｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ選択酸化層２１０側壁が完全に露出するまでエッチングすれば良く、必ずしもｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサー層２０４が露出するまでドライエッチングする必要はない。
次に、図４（ｄ）に示すように、酸素プラズマアッシング技術を用いて、第二のレジストパターン２３２を除去する。
この際に、積層された半導体層は第二の誘電体膜２３０で保護されているため、積層された半導体層表面への損傷を防止することができる。
【００２０】
次に、図５（ａ）に示すように、例えば基板温度４５０℃にて、水蒸気雰囲気下でｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ選択酸化層２１０を選択的に酸化し、電流狭窄構造（酸化領域２３６、非酸化領域２３８）を形成する。
この際に、トレンチ２３４以外の積層された半導体層の表面は第一の誘電体膜２２２あるいは第二の誘電体膜２３０で覆われているため、積層された半導体層の表面を酸化工程から保護することもできる。
このため、後の工程（図７（ａ）、（ｂ））で形成する電極をコンタクト抵抗が良好な状態で形成することが可能となる。
【００２１】
次に、第２のパターンが形成された第一の誘電体膜をマスクとして、上部反射ミラー中の第一のエッチングストップ層を用い、半導体層の表面に、第２のパターンを転写する。
具体的には、まず図５（ｂ）に示すように、メサ上部の第一の誘電体膜２２２及び第二の誘電体膜２３０を露出するように第三のレジストパターン２４０を形成する。次に、図５（ｃ）に示すように、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングにより、第二の誘電体膜２３０を除去する。このウエットエッチングは、第二の誘電体を除去するに足る時間以上は行わないことが好ましい。なお、表面への損傷の影響を考慮するとウエットエッチングが好ましいが、ドライエッチングによって行っても良い。本実施例では、メサ構造の側壁を、ＢＨＦによる浸食（エッチング）から保護するため、第三のレジストパターン２４０を形成しているが、必ずしも形成する必要はない。
次に、図５（ｄ）に示すように、第２のパターンが形成された第一の誘電体膜をマスクとして、上部反射ミラー中の第一のエッチングストップ層を用い、半導体層の表面に、第２のパターンを形成する。
このような第一のエッチングストップ層としては、ＡｌとＧａとＩｎとＰとから、あるいはＧａとＩｎとＰとから構成される混晶を用いることができる。
具体的には、図５（ｄ）に示すように、第２のパターンが形成された第一の誘電体膜をマスクとし、次のようにパターンを転写する。
ここでは、例えば１０ｎｍ厚のｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層（第一のエッチングストップ層）２１４（例えば（ＡｌｘＧａ）ＩｎｙＰ、ｘ＝０．５、ｙ＝０．５）を用いる。
そして、ウエットエッチングによりｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８／ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２１６にパターンを転写する。
この工程では、エッチングストップ層の選択比が、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８、及びｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２１６に対して、１０倍以上となるリン酸系のエッチャントを用いた。
なお、表面への損傷の影響を考慮するとウエットエッチングが好ましいが、ドライエッチングによって行っても良い。
【００２２】
次に、図６（ａ）に示すように、第一のエッチングストップ層の直下に配置されている半導体層を第二のエッチングストップ層として用い、
第二の誘電体膜の除去と、第２のパターンに沿って行われる第一のエッチングストップ層の除去とが、同一工程で実施される。
具体的には、図６（ａ）に示すように、ウエットエッチングにより、第一の誘電体膜２２２を除去すると共に、第一のエッチングストップ層を第２のパターンに沿って除去し、この第一のエッチングストップ層にパターンを転写する。図９（ａ）はウエットエッチング前を示し、図９（ｂ）はウエットエッチング後を示している。
この工程では、図９（ａ）と図９（ｂ）に示すように、第一の誘電体膜２２２、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８及びｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２１６の３層をマスクとし、つぎのようにパターンが転写される。
すなわち、上記３層をマスクとし、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２２０をエッチングストップ層（第二のエッチングストップ層）として機能させる。
そして、この第二のエッチングストップ層を用いて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層（第一のエッチングストップ層）２１４（例えば（ＡｌｘＧａ）ＩｎｙＰ、ｘ＝０．５、ｙ＝０．５）にパターンが転写される。
このような第二のエッチングストップ層としては、ＡｌとＧａとＡｓとから構成される混晶であり、Ａｌ組成が７５％以下のものを用いることができる。
また、上記第一のエッチングストップ層にパターンを転写する際、第一の誘電体膜２２２の直下に配置したｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８をエッチングストップ層（第三のエッチングストップ層）として用いるようにしてもよい。
このような第三のエッチングストップ層と、上記した第一のエッチングストップ層及び第二のエッチングストップ層とは、同一の伝導型で構成することができる。
また、この際のエッチャントとして、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２２０の選択比が、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４に対して、１０倍以上となるフッ化水素酸とフッ化アンモニウムを含むバッファードフッ酸を用いた。
この工程において、第一の誘電体膜２２２がマスクの最上層であるため、表面レリーフ構造表面を削ることなく、十分な選択比を有して表面レリーフ構造を形成することができる。
この工程により、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１８及びｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２１６に加え、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１４がエッチングされる。これにより、表面レリーフ構造（１／４波長の奇数倍の光学厚さ（深さ）を有する段差構造）が形成される。
【００２３】
次に、図６（ｂ）に示すように、第三のレジストパターン２４０を除去した後に、素子全体を覆うように、ＣＶＤ成膜技術を用いて絶縁膜２４２を成膜する。例えば、絶縁膜２４２の材料としては、シリコンオキサイド、シリコンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライドのいずれかを用いることができる。
このとき、絶縁膜２４２の膜厚をｄとすると、
ｄ＝（Ｎλ）／（２ｎｄ）
の関係を満足させるように構成すれば、表面レリーフ構造として形成した高反射率領域及び低反射率領域の反射率を変化させることはない。
但し、λは発振波長、ｎｄは絶縁膜２４２の屈折率であり、Ｎは１以上の自然数である。
次に、図６（ｃ）に示すように、リソグラフィ技術を用いて、第四のレジストパターン２４４を形成する。
その後、図６（ｄ）に示すように、バッファードフッ酸を用いたウエットエッチングにより、絶縁膜２４２を除去し、コンタクト層２１８の一部を露出させる。
【００２４】
次に、図７（ａ）に示す工程において、出射口部を覆い、かつコンタクト層を露出するように、第五のレジストパターン２４６を形成する。
次に、図７（ｂ）に示す工程において、金属蒸着技術を用いて表面にＴｉ／Ａｕからなる金属膜２４８を蒸着する。
次に、図７（ｃ）に示す工程において、リフトオフ技術により、出射口が開くようにパッド電極２５０を形成する。
次に、図７（ｄ）に示す工程において、金属蒸着技術を用いてｎ型ＧａＡｓ基板裏面にｎ側電極（ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ）２５２を形成する。
以上説明した本実施例の工程によれば、位置精度の高いフォトリソグラフィ技術を用いて、互いの中心軸が一致した、形状の異なる二つの開口パターンが形成される（大きい径の円環状の開口パターンと、小さい径の円開口パターン）。
そして、この小さい円開口パターンによって反射率分布の高低を制御した表面レリーフ構造が画定され、大きい円環状の開口パターンによってメサ構造の外径が画定され電流狭窄構造の非酸化領域が画定される。
したがって、表面レリーフ構造の中心軸と、電流狭窄構造の非酸化領域の中心軸とを高い位置精度で制御することができる。
また、大きい円環状の開口パターンを用いて、ドライエッチングにてメサ構造を形成する際には、小さい円開口パターンに形成されている表面レリーフ構造を誘電体膜とレジストにて保護しており、表面レリーフ構造が外部に露出することがない。
また、電流狭窄構造形成の後に、第一及び第二の誘電体層を除去する際に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層にパターン転写が行われる。
その際には、前述したようにＧａＡｓコンタクト層２１８およびｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２２０（ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層の下の層）をエッチングストップ層として機能させることができる。
これにより、３つの層（ＧａＡｓコンタクト層、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（ＧａＡｓコンタクト層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層に挟まれた層）、
および、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層）の合計層厚に起因する上記した１／４波長の奇数倍の光学厚さ（λ／４ｎの奇数倍、λ：発振波長、ｎ：半導体層の屈折率）の段差を有する表面レリーフ構造を精度良く形成することができる。
【００２５】
なお、本実施例では、前記第二の誘電体膜２３０を形成する工程の後に、第二のレジストパターン２３２を除去することなくメサ形成を行ったが、次に述べるような場合は、第二のレジストパターンを除去してもよい。
つまり、メサ形成ドライエッチング工程を終了した時点で、第二の誘電体膜２３０の膜厚が、第二のレジストパターン２３２を除去しない場合の第二の誘電体膜２３０の膜厚と同程度残存するように形成しておけば、第二のレジストパターン２３２を除去してもよい。
このように、メサ形成前に第二のレジストパターン２３２を除去する場合は、メサ形成ドライエッチングの後に除去する場合と比べ、容易に除去することが可能となり、工程が簡略化できる。
なお、本実施例では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層として、（ＡｌｘＧａ）ＩｎｙＰ、ｘ＝０．５、ｙ＝０．５を用いたが、選択比を満足するのであれば、この組成比に限定されるものではない。
例えば、ｐ型ＧａｚＩｎＰ層（ｚ＝０．５）であってもよい。
また、本実施例では、選択酸化により電流狭窄構造を形成した面発光レーザについて述べたがこれに限定されるものではない。
例えば、誘電体膜除去工程により、上記第１のパターンにおける露出した上記第二の誘電体膜と、該第二の誘電体膜よりも下層の第一の誘電体膜を除去する。
そして、この誘電体膜除去工程の後に、絶縁領域形成工程において前記第１のパターンよりプロトンイオン注入を行い、前記半導体層に絶縁領域を形成し、電流狭窄構造を形成するようにしてもよい。
【００２６】
また、本実施例では、表面レリーフ構造を形成する層構成として、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層１３０、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１３２、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３４の三つの層としたが、これに限定されるものではない。
例えば、表面レリーフ構造を形成する層の厚さの合計が、１／４波長の奇数倍の光学厚さ（λ／４ｎの奇数倍、λ：発振波長、ｎ：半導体層の屈折率）を満たすものであれば、エッチングストップ層とコンタクト層の二つの層の組合せであっても良い。
また、本実施例では、６８０ｎｍ帯面発光レーザについて述べたがこれに限定されるものではなく、例えば８５０ｎｍ帯（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ活性層系）などの面発光レーザにも適用可能である。
また、本実施例において示した、ＭＯＣＶＤ結晶成長技術、リソグラフィ、エッチング、アッシング及び蒸着に用いた手法（装置）あるいは記述手法（装置）に限るものではなく、同様の効果が得られるのであればいかなる手法（装置）であっても良い。
また、本実施例では、単素子の面発光レーザの製造方法について説明したが、この単素子の面発光レーザを複数個配置したアレイにも上述の製造方法を適用することができる。
【００２７】
［実施例２］
実施例２においては、凹型の表面レリーフ構造を有する垂直共振器型面発光レーザの製造方法等について説明する。
図１０に、本実施例における垂直共振器型面発光レーザの構成を説明する模式図を示す。
図１０（ａ）は光出射領域を説明する断面模式図であり、１２２は光出射領域である。図１０（ｂ）は上記光出射領域１２２の拡大図である。
図１０では、実施例１の構成を示す図１と同一の構成については同一の符号が用いられていることから、重複する部分の説明は省略する。
実施例１では高反射率領域１２４が凸状になっていたが、本実施例では、低反射率領域１２６が凸状になっており、凹型の表面レリーフ構造が形成されている。
【００２８】
次に、本実施例の面発光レーザの製造方法について説明する。
実施例１における製造方法と異なり、表面レリーフ構造を形成する領域の層構成は、図１０（ｂ）に示すように、つぎのような層構成を備える。
すなわち、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ−ＤＢＲミラー層１１２と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層１３０、ｐ型ＧａＡｓ層１３４とによる層構成を備える。
なお、最も効率良く単一横モード動作を得るためには、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層１３０、ｐ型ＧａＡｓ層１３４の二つの層の合計層厚を１／４波長の奇数倍の光学厚さ（λ／４ｎの奇数倍、λ：発振波長、ｎ：半導体層の屈折率）にするのが望ましい。
また、第一のレジストパターンにおける第２のパターン部分も異なる。
その他の工程は、実施例１と同様である。
【００２９】
図１１に、実施例１における第一のレジストパターン（図８）との違いを説明するための、本発明の実施例２における面発光レーザの製造方法において形成された第一のレジストパターンの模式図を示す。
図１１（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は斜視図におけるｙ−ｙ’断面図である。
図１１において、２２２は第一の誘電体膜、２２４は第一のレジストパターン、２２６は第１のパターン、及び２２８は第２のパターンである。
図１１に示すように、第一のレジストパターン２２４は、第一の誘電体膜２２２上に中心軸が同一である大小異なるパターン（第１のパターン２２６、第２のパターン２２８）が開口するように形成されている。
この第１のパターン２２６はメサ構造を形成するためのパターンとなり、第２のパターン２２８は表面レリーフ構造を形成するためのパターンとなる。
なお、この図１１に示された構成では、中心軸を同じとする、形状の異なるパターンが、大きい径の円環状パターンと小さい径の円開口パターンで構成されているが、このような構成に限定されるものではない。
例えば、大きい環状のパターンを正方環状のパターン等としても良い。
【００３０】
［実施例３］
実施例３として、図１２を用いて本発明を適用した垂直共振器型面発光レーザがアレイ状に配列して構成された面発光レーザアレイを、光源として備えられている光学機器の構成例について説明する。
ここでは、光学機器として、上記面発光レーザによるレーザアレイを用いて構成した画像形成装置の構成例について説明する。
図１２（ａ）は画像形成装置の平面図であり、図１２（ｂ）は同装置の側面図である。
図１２において、２０００は感光ドラム（感光体）、２００２は帯電器、２００４は現像器、２００６は転写帯電器、２００８は定着器、２０１０は回転多面鏡、２０１２はモータである。
また、２０１４は面発光レーザアレイ、２０１６は反射鏡、２０１８はコリメータレンズ及び２０２０はｆ−θレンズである。
本実施例においては、図１２（ｂ）に示されるモータ２０１２によって、回転多面鏡２０１０が回転駆動するように構成されている。
面発光レーザアレイ２０１４は、記録用光源となるものであり、レーザドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯するように構成されている。
こうして光変調されたレーザ光は、面発光レーザアレイ２０１４からコリメータレンズ２０１８を介し回転多面鏡２０１０に向けて照射される。
回転多面鏡２０１０は矢印方向に回転していて、面発光レーザアレイ２０１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡２０１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。
この反射光は、ｆ−θレンズ２０２０により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡２０１６を経て感光ドラム２０００に照射され、感光ドラム２０００上で主走査方向に走査される。
このとき、回転多面鏡２０１０の１面を介したビーム光の反射により、感光ドラム２０００の主走査方向に面発光レーザアレイ２０１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。
【００３１】
感光ドラム２０００は、予め帯電器２００２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。
また、感光ドラム２０００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は現像器２００４により現像され、現像された可視像は転写帯電器２００６により、転写紙に転写される。
可視像が転写された転写紙は、定着器２００８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。
なお、上記説明では、光学機器として画像形成装置を構成した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
例えば、本発明のレーザアレイを光源として用い、画像表示体と、光偏向器と、を有する構成として、前記光源からの光を前記光偏向器により偏向した光を、前記画像表示体上に入射可能としてプロジェクションディスプレイを構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１００：ｎ側電極
１０２：基板
１０４：下部ＤＢＲミラー
１０６：活性層
１０８：電流狭窄部（酸化領域）
１１０：非酸化領域
１１２：上部ＤＢＲミラー
１１４：誘電体膜
１１６：絶縁膜
１１８：ｐ側電極
１２０：表面レリーフ構造
１２２：光出射領域
１２４：高反射率領域
１２６：低反射率領域
１２８：ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層
１３０：ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層
１３２：ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層
１３４：ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
【図１】
0005769459.tif 000002
【図２】
0005769459.tif 000003
【図３】
0005769459.tif 000004
【図４】
0005769459.tif 000005
【図５】
0005769459.tif 000006
【図６】
0005769459.tif 000007
【図７】
0005769459.tif 000008
【図８】
0005769459.tif 000009
【図９】
0005769459.tif 000010
【図１０】
0005769459.tif 000011
【図１１】
0005769459.tif 000012
【図１２】
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