JP2007173514A - 大口径表面発光型半導体レーザ素子を用いた光情報処理装置 - Google Patents

大口径表面発光型半導体レーザ素子を用いた光情報処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 大口径のＶＣＳＥＬ素子を用いて、素子の信頼性の高い光情報処理装置を提供する。
【解決手段】 光情報処理装置の走査型露光装置４００は、ＶＣＳＥＬを含む光源と、光源より発せられるレーザ光を感光ドラム４８０に集光する光学系と、集光されたレーザ光を感光体ドラム４８０上で走査するポリゴンミラー４４０等を含む走査機構とを備えている。ＶＣＳＥＬの電流狭窄部の非酸化領域の径は、５ミクロン以上、好ましくは８ミクロン以上のものを用いることで、ＶＣＳＥＬの静電耐圧や信頼性が飛躍的に改善され、かつ非酸化領域の径のばらつきによる、素子間の特性ばらつきが低減される。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、表面発光型半導体レーザ素子を用いた光情報処理装置に関し、特に、複写機やプリンタなどの画像形成装置における大口径の表面発光型半導体レーザ素子の利用に関する。
表面発光型半導体レーザ素子（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode:以下、ＶＣＳＥＬと称する）は、半導体基板の主表面側から光を放出するタイプのレーザダイオードである。従来より用いられてきた端面発光型の半導体レーザ素子に比べ駆動電流が低い、ウエハレベルでの検査が可能、２次元化が容易、といった特徴を備える。このため光通信、あるいは光を用いて行われるデータ記憶、画像形成など、様々な光情報処理分野で光源としての利用が行われている。
ＶＣＳＥＬにおいては注入された電流を効率良く活性層に閉じ込めるため、電流狭窄構造が必要とされる。電流狭窄の方法には主にプロトン注入によって高抵抗化領域を形成する方法と、アルミニウムを含む半導体層を選択的に酸化させる方法の２つが用いられるが、近年は後者が主流となりつつある。
屈折率導波構造を有する選択酸化型のＶＣＳＥＬは、半導体多層膜がエピタキシャル成長された半導体基板をエッチングして、ポスト構造を形成した後、ポスト側面からＡｌを含む半導体層を熱的に酸化処理する工程を含んでいる。活性層近傍の半導体多層反射膜の一部であるアルミニウムを含む半導体層を選択的に酸化させ高抵抗化領域を形成すると同時に、この部位の屈折率を低下させ、光導波路を構成している。この強い光閉じ込め効果によって、低しきい値電流、かつ高効率な優れた特性を得ている。
酸化によって形成される高抵抗化領域の内側の径、すなわち非酸化領域の径は、レーザ光の発振モードを左右する。基本横モード発振（シングルモード）を得るには、非酸化領域の径を概ね４ミクロン以下に狭める必要がある。それよりも大きいと、高次モード発振（マルチモード）に移行する。
非酸化領域の径は、モード発振の他にも、静電耐圧や信頼性に影響を及ぼすことが知られている。例えば、非特許文献１によれば、図１３Ａに示すように、非酸化領域の径と素子が故障するまでの時間の関係が示され、また図１３Ｂに示すように、非酸化領域の径と静電耐圧の関係が示され、非酸化領域の径が小さくなるほど、静電耐圧、あるいは信頼性は低下することがわかる。
一方、非酸化領域の径が５ミクロン以上であっても、基板表面に細工を施すことで、高次横モード発振でありながらマルチモード発振ではなく、特定のひとつの横モード、すなわちシングルモードでの発振が得られることが特許文献１に開示されている。
Bobby M. Hawkings et al., "Reliability of Various Size Oxide Aperture VCSELs", [online], Advanced Optical Components white paper，［平成１７年１２月９日検索］、インターネット<URL:http://www.adopco.com/publication/documents/ReliabiliutyofVariousSizeOxideApertureVCSELs.pdf> 特開２００２−３５９４３２号公報
例えばレーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置（走査型露光装置）の光源にＶＣＳＥＬを用いた場合、高解像度を得るためには感光体ドラム面上に小さな発光スポットを結ぶ必要がある。すなわち、ＶＣＳＥＬの放射光をレンズで絞る要請から、発光強度分布がガウシアンライクなシングルモード（基本横モード発振）が好ましく、その結果、高解像度のレーザプリンタ等の用途には、非酸化領域の径が概ね４ミクロン以下のＶＣＳＥＬが用いられていた。
しかしながら、ＶＣＳＥＬのポスト部の径は、約２０〜３０ミクロンであり、そのポスト構造から４ミクロン径以下の非酸化領域を形成するためには、酸化深さを正確に制御する必要があり、その制御を行うことはプロセス的に難しく、さらにウエハ毎に径のバラツキが生じ歩留り低下の原因となっていた。
また、非酸化領域の径を小さくすればするほど、上記のように静電耐圧および信頼性が劣化するため、素子の劣化速度が高まり、寿命特性が低下する。素子の寿命は、製品の寿命を決するので、交換部品の準備といった余計なコストを誘引する。従って、非酸化領域の径が４ミクロン以下の小口径のシングルモードＶＣＳＥＬを、レーザプリンタ等の画像形成装置の光源に用いることは、コスト高の一因であった。
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、大口径のＶＣＳＥＬを光源に用いたコストを低減した光情報処理装置を提供することを目的とする。
本発明に係る光情報処理装置は、光源と、光源からの光を光情報記録媒体に集光する光学系と、該集光されたレーザ光を該光情報記録媒体上で走査する機構とを備え、光源は、レーザ光を出射する少なくとも１つの面発光型半導体レーザ素子を含んでいる。少なくとも１つの面発光型半導体レーザ素子は、垂直共振器構造を構成する第１および第２のミラーの間に活性領域および電流狭窄部を含み、電流狭窄部には電流を狭窄するための約４ミクロンよりも大きい開口部が形成されている。好ましくは、光源は、複数の面発光型半導体レーザ素子が配列されたアレイを含み、面発光型半導体レーザ素子が基板上に１次元または２次元に配列される。
好ましくは、電流狭窄部はＡｌを含む半導体層からなり、開口部は、Ａｌを含む半導体層を選択的に酸化した酸化領域によって包囲されている。開口部の平面形状が円形であれば、その直径が４ミクロンよりも大きく、平面形状が矩形であれば、その対角線が４ミクロンよりも大きい。より好ましくは、開口部は８ミクロン以上である。電流狭窄部がポスト構造内に形成されるとき、開口部の形状は、ポスト構造の外形を反映する形状となり、ポスト構造が円柱状であれば開口部の平面形状は円形状であり、ポスト構造が角柱状であれば開口部の平面形状は矩形状である。こうして、開口部の径を大口径とすることで、電流狭窄部の製造を容易にし、面発光型半導体レーザ素子の歩留まりを向上させコストを低減することができる。
好ましくは、面発光型半導体レーザ素子は、唯一つの横モードを含むシングルモードで動作される。電流狭窄部の開口部が４ミクロンより大きくなるとマルチモード発振となるが、高次シングルモードであれば、ひとつの横モード発振を得ることができる。これにより、高出力で広がり角の変動の少ない光源を得ることができる。高次シングルモードは、面発光型半導体レーザ素子の出射表面、例えば上部多層反射膜のコンタクト層に複数の孔または溝を加工することにより実現される。
また、面発光型半導体レーザ素子は、しきい値近傍で動作させるようにしてもよい。電流狭窄部の開口部が４ミクロンより大きくなると、注入電流量の増大と共にマルチモード発振となりやすいが、しきい値近傍で動作させれば、０次モード（基本横モード）のレーザ発振が得られる。しかも、駆動電流をしきい値近傍に固定することで、広がり角の変動も抑制することができる。このようにマルチモード発振しやすい大口径の面発光型半導体レーザ素子であっても、駆動条件を制御することでシングルモード発振と同等の動作が可能となり、光源として利用することができるようになる。またこの場合、光出力もシングルモード発振の面発光型半導体レーザ素子よりも高くなるという利点がある。
本発明の光情報処理装置によれば、電流狭窄部の開口部が約４ミクロンよりも大きなＶＣＳＥＬを光源に用いることで、電流狭窄部の開口部の製造がプロセス的に容易となり、ウエハ毎の開口部のバラツキを低減し、歩留まりを向上させることができる。また、開口部の静電耐圧や信頼性が向上し、ひいては、レーザプリンタ等の光情報処理装置のコスト低下につながる。さらに、開口部の径を大きくすることで、シングルモード発振のみが得られる小口径のＶＣＳＥＬよりも高い光出力を得ることができる。
一般に、非酸化領域の径が４ミクロンよりも大きい選択酸化型ＶＣＳＥＬにおいては、注入電流量の増加と共に高次横モード発振を生じ、広がり角が増大する。これは高次横モードが多くの場合複数の横モード、すなわちマルチモード発振となることに基因する。高次横モードは次数が上がるほど広がり角が大きくなる傾向にあり、マルチモード発振はその重ね合わせとなることから、見かけ上広がり角が増大することになる。
ところが非酸化領域の径が４ミクロンより大きくても、基板表面のレーザ出射領域に凹部または窪み施すことで、高次横モード発振でありながらマルチモード発振ではなく、特定のひとつの横モード、すなわちシングルモードでの発振を得られることができる。
図１４Ｃは、高次シングルモード発振を生ずるＶＣＳＥＬについて、注入電流量と光出力（●で示す）、および広がり角（▲で示す）関係を示したものである。比較のため通常のマルチモードＶＣＳＥＬ（図１４Ｂ）、並びにシングルモードＶＣＳＥＬ（図１４Ａ）において得られた測定結果も示した。なお、ここで、マルチモードＶＣＳＥＬにおける非酸化領域の径は、高次シングルモードＶＣＳＥＬと同じで８ミクロンであり、シングルモードＶＣＳＥＬは３ミクロンである。
測定結果からも明らかなように、高次シングルモードＶＣＳＥＬの広がり角は、広い光出力範囲で安定しており、その変化の割合は、シングルモードＶＣＳＥＬと同等となった。例えば、図１４Ｃにおいて、光出力が開始するときの広がり角は約２０度であり、光出力がピークとなる約５ｍＷのときの広がり角は約２１度であり、その変化量は約５％以下ある。さらに、開口径が大きいことから広がり角の絶対値は、シングルモードＶＣＳＥＬよりもむしろ小さい。したがって基本横モード発振の場合と同様、高次横モード発振でも「小さな発光スポットを結ぶ」ことが可能であることがわかる。
このように高次シングルモード素子を用いれば、感光体ドラム面上で変化の少ない発光スポットを容易に得ることができるから、歩留り向上と共に特性ばらつきの小さいＶＣＳＥＬが簡便に得られ、安価な走査型露光装置が実現できる。
また上記測定結果より、マルチモードＶＣＳＥＬであっても注入電流域をしきい値付近に限定すれば広がり角の変化は小さく保つことが可能であることがわかる。したがって、基板表面に細工を施さなくてもしきい値近傍で上記素子を動作させることで単峰性の発光プロファイルを得ることも可能である。このことはマルチモードＶＣＳＥＬの走査型露光装置への適用可能性を示すものである。
このように、本発明のＶＣＳＥＬを用いた光情報処理装置によれば、非酸化領域の径が５ミクロン以上、より好ましくは８ミクロン以上の高次シングルモードＶＣＳＥＬ、あるいはマルチモードＶＣＳＥＬを光源に用いることで、素子の静電耐圧、信頼性が飛躍的に改善され、かつ非酸化領域の径のばらつきによる、素子間の特性ばらつきも小さな光情報処理装置が実現可能であり、コスト低減に繋がる。
以下、本発明に係るＶＣＳＥＬを用いた走査型露光装置の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの斜視図である。本実施例のＶＣＳＥＬは、基板１０上に角柱状のポスト部３０を含み、ポスト部３０の頂部の電極開口部４０内に複数の孔５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅが形成されている。そして、ポスト部３０内のＡｌＡｓ層（電流狭窄層）２０には約８ミクロンの径の非酸化領域が形成されている。このような構成のＶＣＳＥＬは、後述するように、高次シングルモードのレーザ光を出射する。
図２および図３は、図１のＶＣＳＥＬの製造方法を示す工程断面図である。先ず、図２Ａに示すように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ型のＧａＡｓ基板１０の（１００）面上に、ｎ型のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とｎ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなる下部多層反射膜１２と、アンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層よりなる下部スペーサ層１４と、アンドープのＧａＡｓ層よりなる量子井戸層並びにアンドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層よりなる障壁層との積層体である量子井戸活性層１６と、アンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層よりなる上部スペーサ層１８と、ｐ型のＡｌＡｓ層２０と、ｐ型のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とｐ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなる上部多層反射膜２２と、ｐ型のＧａＡｓ層よりなるコンタクト層２４とを、順次積層形成する。
下部多層反射膜１２および上部多層反射膜２２を構成するＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層の各層の厚さは、いずれもλ／４ｎr（但し、λは発振波長、ｎrは媒質の屈折率）である。なお上部多層反射膜２２は、最上層にコンタクト層２４、最下層にＡｌＡｓ層２０を加えて構成される。
下部スペーサ層１４の下面から上部スペーサ層１８の上面までの膜厚は全体でλ／ｎrの整数倍であり、その間に定在波が立つ。そして光強度の最も強い、定在波の所謂「腹」の部分が、量子井戸活性層の位置に来る設計となっている。
次に、図２Ｂに示すように、基板上面にエッチング時のマスク材料となるＳｉＯＮ２６を堆積した後、フォトリソグラフィを使ってレジスト２８を堆積し、所望の形状に加工する。これをエッチングマスクとしてＢＣｌ3：Ｃｌ2を原料ガスとする反応性イオンエッチングを行い、図２Ｃに示すように、少なくともＡｌＡｓ層２０が露出するまで掘り下げポスト部３０を形成する。
つづいて窒素をキャリアガス（流量：２リットル／分）とする３４０℃の水蒸気雰囲気に１５分間晒す。ＡｌＡｓ層２０は上部多層反射膜の主成分であるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層やＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層に比べ著しく速い酸化速度を有するから、活性領域の直上部分がポスト外周部から酸化され、図２Ｄに示すように、ポスト形状を反映した絶縁領域（電流狭窄部）３２が形成される。酸化されずに残った非酸化領域３４は電流注入領域となる。ここでは直径約８ミクロンの非酸化領域を形成した。
次に、図３Ｅに示すように、表面保護膜となるＳｉＮx３６を堆積した後、ポスト形成時にエッチングマスクとして使用したＳｉＯＮ２６と共に一部を除去して、ポスト部３０の頂部のコンタクト層２４を露出させ、さらに図３Ｆに示すように、ポスト頂部の中央領域に矩形のレジスト構造物３８を形成する。そして、上方より電子ビーム蒸着にてＡｕ、Ｚｎ、Ａｕを連続的に堆積し、レジスト構造物３８を除去すると、上面に堆積していたＡｕ、Ｚｎ、Ａｕが共に取り除かれ（リフトオフ）、ポスト頂部にはｐ側電極１１と共に電極開口部４０が形成される。
この後、図３Ｇに示すように、電極開口部４０内に集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置を用いて５つの孔５０ａ〜５０ｅを形成する。１つの孔５０ａは電流注入領域の中心位置に相当する上方の多層反射膜表面に形成し、残りの４つの孔５０ｂ〜５０ｅは電流注入領域のコーナー部に形成した。ここでは、各孔５０ａ〜５０ｅの径は約０．５ミクロンとし、深さは上部多層反射膜２２に達する深さ約０．５ミクロンとした。
最後に、図３Ｈに示すように、基板裏面側にＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、３４０℃の窒素雰囲気下で熱処理を１０分間行い、これをｎ側電極１３として、図１に示すＶＣＳＥＬが完成した。
図４Ａは、ＶＣＳＥＬを上方から見た図である。５つの丸い孔５０ａ〜５０ｅを形成することで、図４Ｂに示すように４つの発光スポット６０ａ〜６０ｄが得られる。図４Ｃは図４ＡのＶＣＳＥＬのＡ−Ａ線断面図である。
このようにして得られたＶＣＳＥＬの光出力−注入電流（Ｌ−Ｉ）特性および近視野像を図５に示す。光出力は実線、直列抵抗は一点鎖線、印加電圧は破線で各々表されている。すべての電流注入域で安定なＬＰ21モードの発振が得られ、光出力は最大で３．８ｍＷ、直列抵抗は光出力３ｍＷ時に８０Ωとなった。
図６は、同一の非酸化領域３４の径を有し、表面加工を行なわなかったＶＣＳＥＬ（以下、孔なしＶＣＳＥＬと称する。）と表面加工を行って５つの丸い孔５０ａ〜５０ｅを形成したＶＣＳＥＬ（以下、孔有りＶＣＳＥＬと称する。）とでＬ−Ｉ特性を比較したものである。表面加工によって共振器損失が増え、しきい値電流が上昇すると共に光出力も２／３程度に低下している。
図７は、孔なしＶＣＳＥＬと孔有りＶＣＳＥＬのそれぞれに対し、注入電流３ｍＡ、７ｍＡ、１０ｍＡ時の発振スペクトルを示したものである。孔なしＶＣＳＥＬでは注入電流３ｍＡで既にＬＰ01、ＬＰ11、ＬＰ21の各モードに対応したスペクトルが観察され、マルチモード発振していることが確認できる。これに対し孔有りＶＣＳＥＬでは、注入電流３から１０ｍＡの間でＬＰ11とＬＰ21のモード間でのスペクトル強度比は３０ｄＢを超え、ＬＰ21モードによる発振が維持されていることがわかる。
以上示した例では５つの孔を開けてＬＰ21モードを得たが、これ以外にも基板表面の加工パターンを変更することで他の高次横モードを得ることが可能である。例えば、図８Ａに示すように、９つの孔５１ａ〜５１ｉを設けることにより、図８Ｂに示すような発光スポット６１ａ〜６１ｈからなるＬＰ41モードを得ることもできる。
図１に示すＶＣＳＥＬは、基板上に１つのポスト部（発光部）が形成されたシングルスポット型のレーザであるが、これ以外にも、基板上に複数のポスト部（発光部）が形成されたマルチスポット型のＶＣＳＥＬアレイとすることも可能である。光源に高い光出力を要する場合には、マルチスポット型のＶＣＳＥＬが用いられる。
図９は、マルチスポット型のＶＣＳＥＬアレイを駆動する回路の構成を示す図である。レーザーダイオード・ドライバ（ＬＤＤ）２００は、入力された駆動制御信号に応答して基板上に形成された複数のポスト部２０２−１〜２０２−ｎに対して同一の駆動信号２１０を供給する。この駆動信号２１０は、ＶＣＳＥＬのｐ側電極１１とｎ側電極１３に供給される。各ポスト部２０２−１〜２０２―ｎは、同時に駆動され、ポスト頂部の電極開口部４０から基板と垂直方向に複数のレーザ光が同時に出射される。ＬＤＤ２００の駆動信号２１０は、光信号に変換され、全体として１つの光信号として、例えば、感光体ドラム面上を走査したり、光ファイバ等に入射される。
図１０は、ＶＣＳＥＬを実装したパッケージの構成を示す断面図である。パッケージ３００は、単一もしくは複数のＶＣＳＥＬが形成されたチップ３１０を、導電性接着剤３２０を介して円盤状の金属ステム３３０上に固定する。導電性のリード３４０、３４２は、ステム３３０に形成された貫通孔（図示省略）内に挿入され、一方のリード３４０は、チップ３１０の裏面に形成されたｎ側電極に電気的に接続され、他方のリード３４２は、チップ３１０の表面に形成されたｐ側電極にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。
チップ３１０を含むステム３３０上に矩形状の中空のキャップ３５０が固定され、キャップ３５０の中央の開口内にボールレンズ３６０が固定されている。ボールレンズ３６０の光軸は、チップ３１０のアレイのほぼ中心と一致するように位置決めされる。リード３４０、３４２間に順方向の電圧が印加されると、チップ３１０のポスト部からレーザ光が出射される。チップ３１０とボールレンズ３６０との距離は、チップ３１０からのレーザ光の放射角度θ内にボールレンズ３６０が含まれるように調整される。なお、キャップ内に、ＶＣＳＥＬの発光状態をモニターするための受光素子を含ませるようにしてもよい。
図１０は、他のパッケージの構成を示す図である。同図に示すパッケージ３０２は、ボールレンズ３６０を用いる代わりに、キャップ３５０の中央の開口内に平板ガラス３６２を固定している。平板ガラス３６２の中心は、チップ３１０のほぼ中心と一致するように位置決めされる。チップ３１０と平板ガラス３６２との距離は、平板ガラス３６２の開口径がチップ３１０からのレーザ光の放射角度θ以上になるように調整される。
図１１は、電子写真式画像形成装置の一部を構成する走査型露光装置４００の構成を示す概略図である。ＶＣＳＥＬチップを含むＶＣＳＥＬパッケージ３００は、図示しない筐体に固定され、駆動回路と接続される。ＶＣＳＥＬチップより出射されたレーザ光は、集光光学系４１０を通過してその先に設置されたハーフミラー４２０により分岐され、一部はモニタ用フォトダイオード４３０へ、残りはポリゴンミラー４４０へと導かれる。モニタ用フォトダイオード４３０は、出射光の光出力値を検出し、ＶＣＳＥＬの発光状態を確認するためのものである。
ポリゴンミラー４４０は、下部に回転モーター４５０を備え、毎分１万回を超える高速で回転し、レーザ光をｆθレンズ４６０、反射ミラー４７０を介して円筒形の感光体ドラム４８０の表面上へと導く。通常のレンズの歪曲特性は、像高をｙ、焦点距離をｆ、画角をθとすれば次式で表される。
Figure 2007173514
これに対し、歪曲特性がｙ＝ｆ・θとなるよう設計されたレンズをｆθレンズという。ポリゴンミラーによって反射されたレーザ光は、モーターの回転数が一定なら等角度運動するが、このレンズを透過したレーザ光は、感光体ドラムの面上において走査速度が一定（等速度運動）となるよう変換される。
感光体ドラム４８０へ導かれたレーザ光に基づき潜像を形成（露光工程）した後、現像、転写、定着の各工程を経て電子写真式の複写機、レーザプリンタが実現される。
大口径の孔なしＶＣＳＥＬを用いた場合、マルチモード発振の結果として注入電流量の変化と共に広がり角が大きく変化することは避けられない。しかし、孔有りＶＣＳＥＬの場合、高次横モードの発振ではあっても特定の横モード、つまりシングルモードの発振が得られるから、マルチモード発振時に比べ広がり角の変化は僅かであり、感光体ドラム面上で光スポットを安定化させ、なおかつ十分に小さく絞ることができるようになる。
なお実施例は、ポスト頂部に細工を施し、高次モードでありながらシングルモードのＶＣＳＥＬを光源に使用する例を示したが、電極開口部４０の表面を加工していない大口径の孔なしＶＣＳＥＬを光源に利用することも可能である。上述の通り動作範囲は狭いものの、ポスト頂部に細工を施していない通常の大口径ＶＣＳＥＬでも注入電流域をしきい値付近に限定すれば変化の小さい広がり角を得ることはできる。ＶＣＳＥＬをしきい値近傍で駆動することより、レーザ光に０次モード（基本横モード）のみを生じさせ、マルチモードの短所である駆動電流の変化に伴い広がり角の変化を抑制しつつ、マルチモードの長所である高光出力を得ることができる。この場合、上記したＬＤＤ２００によりＶＣＳＥＬの駆動電流を制御する。但し、この場合に得られる光出力の範囲も限定的なものとなり、光強度変調を伴う用途には適さない。
上記実施例は例示的なものであり、これによって本発明の範囲が限定的に解釈されるべきものではなく、本発明の構成要件を満足する範囲内で他の方法によっても実現可能であることは言うまでもない。
本発明に係る半導体レーザ素子を用いた光情報処理装置は、装置のコスト低減に寄与する。
本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの斜視図である。 図２Ａないし２Ｄは、本実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を示す工程断面図である。 図３Ｅないし３Ｈは、本実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を示す工程断面図である。 図４Ａは本実施例に係るＶＣＳＥＬの上面図、４ＢはＶＣＳＥＬの発光パターンを表す図、４Ｃは４ＡのＡ−Ａ線断面図である。 孔有りＶＣＳＥＬにおいて得られた光出力−注入電流特性および近視野像示す図である。 孔有りＶＣＳＥＬと孔なしＶＣＳＥＬのＬ−Ｉ特性を比較した図である。 孔なしＶＣＳＥＬと孔有りＶＣＳＥＬそれぞれの発振スペクトルを示す図である。 図８Ａは頂部に形成した孔の一例を示す図、図８Ｂは発光パターンの一例を示す図である。 ＶＣＳＥＬアレイを駆動する回路構成例を示す図である。 ＶＣＳＥＬアレイを実装したパッケージの構成を示す模式図である。 ＶＣＳＥＬアレイを実装した他のパッケージの構成を示す模式図である。 本実施例に係る大口径ＶＣＳＥＬを用いた電子写真式画像形成装置の構成を示す模式図 図１３Ａは酸化開口径と信頼性に関するデータ、図１３Ｂは酸化開口径と静電耐圧に関するデータである。 図１４ＡはシングルモードＶＣＳＥＬの広がり角と光出力に関するデータ、図１４ＢはマルチモードＶＣＳＥＬの広がり角と光出力に関するデータ、図１４Ｃは高次シングルモードＶＣＳＥＬの広がり角と光出力に関するデータである。
符号の説明
１０：基板 １１：ｐ側電極
１２：下部多層反射膜 １３：ｎ側電極
１４：下部スペーサ層 １６：量子井戸活性層
１８：上部スペーサ層 ２０：ＡｌＡｓ層
２２：上部多層反射膜 ２４：コンタクト層
２６：ＳｉＯＮ ３０：ポスト部
３２：電流狭窄部 ３４：非酸化領域
３６：ＳｉＮｘ ３８：レジスト構造物
４０：電極開口部
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，：孔
５１ａ〜５１ｉ：孔
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ：発光スポット
６１ａ〜６１ｈ：発光スポット ３００：ＶＣＳＥＬパッケージ
３１０：ＶＣＳＥＬチップ ３２０：サブマウント
４００：走査型露光装置 ４１０：集光光学系
４２０：ハーフミラー ４３０：モニタ用フォトダイオード
４４０：ポリゴンミラー ４５０：回転モーター
４６０：ｆθレンズ ４７０：反射ミラー
４８０：感光体ドラム

Claims (10)

  1. 光源と、光源からの光を光情報記録媒体に集光する光学系と、該集光されたレーザ光を該光情報記録媒体上で走査する機構とを備えた光情報処理装置において、
    前記光源は、レーザ光を出射する少なくとも１つの面発光型半導体レーザ素子を含み、前記少なくとも１つの面発光型半導体レーザ素子は、垂直共振器構造を構成する第１および第２のミラーの間に活性領域および電流狭窄部を含み、前記電流狭窄部には電流を注入するための約４ミクロンよりも大きい開口部が形成されている、光情報処理装置。
  2. 前記光源は、複数の面発光型半導体レーザ素子が配列されたアレイを含む、請求項１に記載の光情報処理装置。
  3. 前記電流狭窄部はＡｌを含む半導体層を含み、開口部は、Ａｌを含む半導体層を選択的に酸化されてなる領域によって囲まれている、請求項１または２に記載の光情報処理装置。
  4. 面発光型半導体レーザ素子は、唯一つの横モードを含むシングルモードで動作される、請求項１ないし３いずれか１つに記載の光情報処理装置。
  5. 面発光型半導体レーザ素子は、高次シングルモードで動作される、請求項４に記載の光情報処理装置。
  6. 面発光型半導体レーザ素子は、しきい値近傍で動作される、請求項１ないし３いずれか１つに記載の光情報処理装置。
  7. 第１および第２のミラーは、Ａｌを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含み、活性領域において発生されるレーザ光の波長は約８５０ｎｍである、請求項１ないし６いずれか１つに記載の光情報処理装置。
  8. 前記光源は、少なくとも１つの面発光型半導体レーザを素子を実装するパッケージを含む、請求項１ないし７いずれか１つに記載の光情報処理装置。
  9. 前記パッケージは、面発光型半導体レーザ素子から出射された光を集光するレンズを含む、請求項８に記載の光情報処理装置。
  10. 光学系は、モータによって回転されるポリゴミミラーと、ｆθレンズを含み、光源からのレーザ光は、ポリゴンミラーで反射され、その反射光はｆθレンズにより感光体ドラム面上を走査する、請求項１ないし９いずれか１つに記載の光情報処理装置。
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