JP2008311491A - 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発光部がいずれも高パワーのレーザ光を出力する。
【解決手段】２次元配列されている複数の発光部における各発光部の間、及び複数の発光部を取り囲む領域に、−Ｚ側の面の全面が半導体積層体の下部反射鏡１０３に接する金属膜１１０を放熱部材として形成する。これにより、各発光部で発生する熱は、金属膜１１０を介して面発光レーザアレイ１００の周辺部へすみやかに放熱され、発光部間の熱干渉を従来に比べて小さくすることができる。そこで、複数の発光部がいずれも高パワーのレーザ光を出力することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システムに係り、更に詳しくは、複数の発光部を有する面発光レーザアレイ、前記面発光レーザアレイを有する光走査装置、前記光走査装置を備える画像形成装置、前記面発光レーザアレイを有する光伝送モジュール、及び該光伝送モジュールを備える光伝送システムに関する。

面発光レーザは、半導体基板上に設けられた１対の分布ブラッグ反射器と、これらの間に設けられた活性層及び共振器スペーサ層とを有している。そして、各分布ブラッグ反射器に設けられた電極により活性層へ電流が注入され、半導体基板に対して垂直にレーザ発振を生じる。

また、面発光レーザは、低閾値電流化及び横モードの制御から、Ａｌ（アルミニウム）を含む半導体層を酸化して形成される電流狭窄構造を備えており、Ａｌを含む半導体層を酸化するために、発光部はメサ形状に加工されるのが一般的である。また、メサ形状の構造体はＳｉＯ_２等の絶縁膜によって保護されている。

面発光レーザには、（１）閾値電流が低い、（２）円形の出射ビーム形状が得られる、（３）半導体基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せる、という特徴がある。特に、半導体基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せることから、１つの半導体基板上に複数の発光部を高い位置精度で集積することが容易である。そこで、複数の発光部を有する面発光レーザアレイは、電子写真システムの書き込み用光源や並列光インターコネクション用光源として注目されている。

ところで、発光部は、メサ形状であるため、周囲の半導体層と熱的に絶縁され、またＳｉＯ_２等の絶縁膜の熱抵抗が半導体の熱抵抗に比べ非常に大きいので、発光部で発生した熱の放熱性が低い。具体的には、例えば、半導体ＧａＡｓの熱伝導率が５４[Ｗ／ｍＫ]であるのに対して、ＳｉＯ２の熱伝導率は１．４[Ｗ／ｍＫ]である。そこで、面発光レーザアレイでは、複数の発光部が互いに熱干渉を及ぼす恐れがある。一般に、発光部のレーザ出力特性は、温度に対して非常に敏感であり、熱飽和によってレーザ出力の上限が制限されている。従って、発光部で発生した熱の放熱性を向上させることは、高いレーザ出力を得る上で非常に重要である。

例えば、特許文献１には、半導体基板上に共振器が形成され、半導体基板に垂直な方向に光を出射する面発光型半導体レーザが開示されている。この面発光型半導体レーザは、共振器の少なくとも一部を構成する柱状部と、柱状部の側面を覆う絶縁層と、を含み、絶縁層は、フィラーを含んでいる。

また、特許文献２には、基板に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザを同一基板上に複数配置した面発光型半導体レーザアレイが開示されている。この面発光型半導体レーザアレイでは、隣接する面発光型半導体レーザの間の基板表面に土手状のヒートパイプが設けられている。

また、特許文献３には、突起状に加工された突起状構造を有する半導体素子において、該突起状構造の側壁の一部あるいは全てに放熱用の凹凸構造が形成されている半導体素子が開示されている。

また、特許文献４には、半導体基板上に、活性層と、活性層の両側に隣接して設けられる共振器スペーサー層と、共振器スペーサー層を挟んで対抗する一対の分布ブラッグ反射器とからなる積層構造の一部を凸状に加工してなる複数のメサ構造体と、メサ構造体の上部に電流注入用の電極とを備えた面発光レーザアレイにおいて、アレイ周辺部における積層構造が除去され、更に、複数のメサ構造体の間の領域上、及び、アレイ周辺部の積層構造が除去された領域上に、これらの領域間で連続している放熱用電極が設けられている面発光レーザアレイが開示されている。

特開２００２−３４４０８１号公報 特開平１１−２６１１６２号公報 特開２００２−１９８６１３号公報 特開２００７−７３５８５号公報

しかしながら、面発光レーザアレイにおける複数の発光部の配列が更に高密度になると、特許文献１〜特許文献４に開示されている面発光レーザアレイでは、発光部で発生した熱を十分に放熱させることは困難である。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、複数の発光部がいずれも高パワーのレーザ光を出力することができる面発光レーザアレイを提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、高密度の光走査を行うことができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、高品質の画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の第４の目的は、高品質の光信号を生成することができる光伝送モジュールを提供することにある。

また、本発明の第５の目的は、高品質の光伝送を行うことができる光伝送システムを提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、基板上に積層された複数の半導体層からなる積層体をエッチングして形成されたメサ形状の構造体を複数有する面発光レーザアレイにおいて、前記複数の構造体における各構造体の周囲のエッチング部に設けられ、その少なくとも一部が前記複数の半導体層のうちの少なくとも１つの半導体層に接する放熱部材を備えることを特徴とする面発光レーザアレイである。

これによれば、複数の構造体における各構造体の周囲のエッチング部に設けられ、その少なくとも一部が複数の半導体層のうちの少なくとも１つの半導体層に接する放熱部材を備えているため、発光部で発生した熱を速やかに発散することができる。従って、複数の発光部における熱干渉を低減され、複数の発光部がいずれも高パワーのレーザ光を出力することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、本発明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を偏向する偏向器と；前記偏光器で偏向された光を被走査面上に集光する走査光学系と；を備える光走査装置である。

これによれば、本発明の面発光レーザアレイを有しているため、結果として、高密度の光走査を行うことが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、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を走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。

これによれば、少なくとも１つの本発明の光走査装置を備えているため、結果として、高品質の画像を形成することが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、入力される電気信号に応じた光信号を生成する光伝送モジュールであって、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を、前記入力される電気信号に応じて駆動する駆動装置と；を備える光伝送モジュールである。

これによれば、本発明の面発光レーザアレイを備えているため、結果として、高品質の光信号を生成することが可能となる。

本発明は、第５の観点からすると、本発明の光伝送モジュールと；前記光伝送モジュールで生成された光信号を伝達する光伝達媒体と；前記光伝達媒体を介した光信号を電気信号に変換する変換器と；を備える光伝送システムである。

これによれば、本発明の光伝送モジュールを備えているため、結果として、高品質の光伝送を行うことが可能となる。

《面発光レーザアレイ》
以下、本発明の面発光レーザアレイの一実施形態として、０．７８μｍ帯の面発光レーザアレイ１００について説明する。

この面発光レーザアレイ１００は、一例として図１（Ａ）及び図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である図１（Ｂ）に示されるように、２次元配列された１６個の発光部を有している。なお、本明細書では、面発光レーザアレイ１００におけるレーザ発振方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面内における互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。

各発光部は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、下部反射鏡１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、被選択酸化層１０７、上部反射鏡１０８、ＧａＡｓコンタクト層（図示省略）などの半導体層が、順次積層されている。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、便宜上「半導体積層体」ともいう。

下部反射鏡１０３は、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層とｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層とをペアとして、４０．５ペア有している。そして、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へ向かって組成を徐々に変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層（図示省略）が設けられている。なお、各屈折率層はいずれも、組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学厚さとなるように設定されている。

下部スペーサ層１０４は、ノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる層である。

活性層１０５は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸活性層である。

上部スペーサ層１０６は、ノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる層である。

下部スペーサ層１０４と活性層１０５と上部スペーサ層１０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、その厚さが１波長光学厚さとなるように設定されている。なお、活性層１０５は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布の腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられている。

上部反射鏡１０８は、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層とをペアとして、２４ペア有している。そして、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へ向かって組成を徐々に変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層（図示省略）が設けられている。なお、各屈折率層はいずれも、組成傾斜層の１／２を含んで、λ／４の光学厚さとなるように設定されている。

上部反射鏡１０８における共振器構造体からλ／４離れた位置には、ｐ−ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１０７が設けられている。

次に、面発光レーザアレイ１００の製造方法について簡単に説明する。

（１）上記半導体積層体を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）を用いた結晶成長によって作成する（図２（Ａ）参照）。

ここでは、III族の原料には、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）を用い、Ｖ族の原料にはアルシン（ＡｓＨ_３）ガスを用いている。また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）を用いている。

（２）半導体積層体における表面（基板１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に対応するフォトマスク１０９を含むフォトマスクをパターニングする（図２（Ｂ）参照）。ここでは、一例として、各発光部に対応するフォトマスク１０９の形状は、一辺が２０μｍの正方形状であり、互いに隣接する２つのフォトマスク１０９間の間隙は２０μｍである。

（３）フォトマスク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２（Ｃ）参照）。なお、以下では、便宜上、メサ形状の部分（構造体）を「メサ」と略述する。ここでは、エッチングは、エッチング底面が下部反射鏡１０３に達するまで行われる。

（４）フォトマスクを除去する（図３（Ａ）参照）。

（５）半導体積層体を水蒸気中で熱処理し、メサにおける被選択酸化層１０８を選択的に酸化する。そして、メサの中央部に、被選択酸化層１０８における酸化されていない領域を残留させる。これにより、発光部の駆動電流の経路をメサの中央部だけに制限する、いわゆる電流狭窄構造が形成される（図３（Ｂ）参照）。なお、上記酸化されていない領域（電流通過領域）は、一辺の長さが３μｍの正方形状である。

（６）リフトオフ法により、エッチング底面に、放熱部材としての金属膜１１０を形成する（図３（Ｃ）参照）。すなわち、金属膜１１０は、−Ｚ側の面の全面が半導体積層体の下部反射鏡１０３に接することとなる。なお、ここでは、金属膜１１０として、厚さ０．５μｍの金の薄膜を用いている。また、金属膜１１０は、一例として図４に示されるように、複数のメサにおけるメサとメサとの間だけでなく、複数のメサを取り囲む領域にも形成されている。

（７）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、パッシベーション膜として、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜１１１を形成する（図５（Ａ）参照）。

（８）ポリイミド１１２で平坦化する（図５（Ｂ）参照）。

（９）メサ上部にＰ側電極コンタクトの窓開けを行う（図５（Ｃ）参照）。ここでは、フォトレジストによるマスクを施した後、メサ上部の開口部を露光してその部分のフォトレジストを除去した後、ＢＨＦにてポリイミド１１２及び絶縁膜１１１をエッチングして開口する。

（１０）メサ上部の光出射部となる領域に一辺１０μｍの正方形状のレジストパターンを形成し、ｐ側の電極材料の蒸着を行なう。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。

（１１）光出射部の電極材料をリフトオフし、ｐ側の電極１１３を形成する（図６（Ａ）参照）。

（１２）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、ｎ側の電極１１４を形成する（図６（Ｂ）参照）。ここでは、ｎ側の電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。

（１３）アニールによって、ｐ側の電極１１３とｎ側の電極１１４のオーミック導通をとる。これにより、各メサは、それぞれ発光部となる。

（１４）半導体積層体をチップ毎に切断する。

以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザアレイ１００によると、一方の面の全面が半導体積層体の下部反射鏡１０３に接する金属膜１１０が、複数の発光部における各発光部の間、及び複数の発光部を取り囲む領域に形成されている。これにより、各発光部で発生する熱は、金属膜１１０を介して面発光レーザアレイ１００の周辺部へすみやかに放熱され、発光部間の熱干渉を従来に比べて小さくすることができる。従って、複数の発光部は、いずれも高パワーのレーザ光を出力することが可能となる。

例えば、上記特許文献４では放熱用電極と半導体層の間に熱抵抗の大きい絶縁膜を介しているため、面発光レーザアレイにおける複数の発光部の配列が更に高密度になると、放熱の効率が低下することが予想される。具体的には、面発光レーザアレイの半導体基板としてよく利用されるＧａＡｓの熱伝導率は５４［Ｗ／ｍＫ］であるのに対して、電極材料として広く使われる金の熱伝導率は３１５［Ｗ／ｍＫ］であり、電極による良好な放熱効果が期待される。しかし、絶縁膜に広く使用される例えばＳｉＯ_２の熱伝導率は１．４［Ｗ／ｍＫ］と非常に低く、ＧａＡｓの１／４０程度の熱伝導率しかないため、半導体基板であるＧａＡｓと放熱用電極の間で大きな熱抵抗を生じる。これに対し、本実施形態では、半導体層に直接接触した放熱部材を設ける構成としているため、放熱効率を従来よりも大幅に向上させることができる。そこで、発光部間の熱干渉、及び発光部アレイの温度上昇を、効果的に低減することが可能になり、高出力が得られる。

特に、集積度の大きな面発光レーザアレイでは、発光部間の幅が小さくなってしまうため、発光部間での放熱部材の面積をあまり大きくとることができない。この様な制約の中で最も放熱の効率を上げるためには、放熱部材の一方の面の全面が半導体に直接接触するようにすればよい。なお当然のことではあるが、半導体に接触した放熱部材によって面発光レーザアレイの特性を損なわないよう、放熱部材がＰＮ接合をまたがない配慮が必要である。

なお、上記実施形態では、メサ形状を形成する際に、エッチング底面が下部反射鏡１０３に達するまでエッチングする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。例えば、エッチング底面を下部スペーサ層１０４中としても良い。

また、上記実施形態では、金属膜の−Ｚ側の面の全面が半導体積層体の下部反射鏡１０３に接する場合について説明したが、例えば、図７及び図８に示されるように、２次元配列における外周部の発光部の周辺では、前記金属膜１１０に代えて、−Ｚ側の面のほぼ半分（１１０Ａ_１）が下部反射鏡１０３に接し、−Ｚ側の面の残り（１１０Ａ_２）が絶縁膜１１１に接する金属膜１１０Ａを形成しても良い。ここでは、２次元配列における外周部の発光部に近いほうが１１０Ａ_２である。なお、図８は、ポリイミド１１５で平坦化する前の半導体積層体を示している。

この場合には、上記面発光レーザアレイ１００の製造方法において、前記工程（６）及び工程（７）に代えて、図９（Ａ）に示されるように、金属膜を形成する前に、絶縁膜１１１を形成する工程と、図９（Ｂ）に示されるように、金属膜が下部反射鏡１０３に接する部分の絶縁膜１１１を除去する工程と、図９（Ｃ）に示されるように、エッチング底面に金属膜を形成する工程と、その金属膜上に絶縁膜１１１を形成する工程（図示省略）とが行われる。

特に、集積度の大きな面発光レーザアレイでは、発光部の占める面積が大きくなることから、周辺部にまで至る放熱部材の長さも長くなる。これにより、アレイ中央部からアレイ周辺部に至るまでの間に、放熱部材から徐々に放熱が起こり、アレイ全体の温度を上昇させてしまうおそれがある。また、アレイ中央部の温度が高く、周辺部の温度が低いという不均一な温度分布がアレイ内に生じ、複数の発光部の光出力特性にばらつきが生じてしまう。これに対し、２次元配列における中央部に金属膜１１０を設け、２次元配列における外周部の発光部の周辺に金属膜１１０Ａを設けることにより、吸熱作用及び排熱作用を主作用とする放熱部材は半導体層に直接接触させて半導体層に対する熱抵抗を下げ、伝熱作用を主作用とする放熱部材は部分的に絶縁膜を用いて半導体層とは直接接触しないようにして半導体層に対する熱抵抗を上げることができる。これにより、２次元配列における外周部の発光部への熱干渉を起こさずに、２次元配列における中央部の熱を周辺部に効率的に放熱することが可能となる。

また、上記実施形態において、一例として図１０及び図１１に示されるように、複数の発光部を取り囲む領域では、前記金属膜１１０に代えて、−Ｚ側の面の一部（１１０Ｂ_１）が半導体積層体の下部反射鏡１０３に接し、−Ｚ側の面の残り（１１０Ｂ_２）が基板１０１に接する金属膜１１０Ｂを形成しても良い。ここでは、２次元配列における外周部の発光部に近いほうが１１０Ｂ_１である。なお、図１１は、ポリイミド１１５で平坦化する前の半導体積層体を示している。また、金属膜１１０Ｂの側面の一部は、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２に接することとなる。

この場合には、上記面発光レーザアレイ１００の製造方法において、金属膜を形成する前に、金属膜が基板１０１に接する部分の下部反射鏡１０３及びｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２をエッチング除去する工程が行われる。

これにより、複数の発光部で発生した熱は、面発光レーザアレイ１００の周辺部の基板１０１へすみやかに放熱される。

また、上記実施形態において、一例として図１２及び図１３に示されるように、前記金属膜１１０に代えて、−Ｚ側の面の周囲（１１０Ｃ_１）が半導体積層体の下部反射鏡１０３に接し、−Ｚ側の面の中央部（１１０Ｃ_２）が基板１０１に接する金属膜１１０Ｃを形成しても良い。なお、図１３は、ポリイミド１１５で平坦化する前の半導体積層体を示している。また、金属膜１１０Ｃの側面の一部は、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２に接することとなる。

この場合には、上記面発光レーザアレイ１００の製造方法において、金属膜を形成する前に、金属膜が基板１０１に接する部分の下部反射鏡１０３及びｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２をエッチング除去する工程が行われる。

これにより、放熱を更に効果的に行なうことができる。

さらに、この場合に、メサ形状を形成する際の最初のエッチング底面を下部スペーサ層１０４中としても良い。このときは、金属膜は、下部スペーサ層１０４、下部反射鏡１０３、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２及び基板１０１に接することとなる。下部スペーサ層１０４、下部反射鏡１０３及びｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２の導電型は、基板１０１と同じ導電型である。

また、上記実施形態において、配線が近接して設けられ、配線間の電気的結合により、一方に印加された電位により他方の配線に電位が誘起され、電気的ノイズを生じる（電気的干渉）おそれがある場合には、前記放熱部材を接地しても良い。電気的干渉を低減するには、配線間の（容量の）結合係数を低減することが必要である。一般に２つの配線間に対して、これらよりも大きな接地された容量（対アース間自己容量）を設けると、上記結合係数は減少し、電気干渉を低減することができる。本実施形態では、発光部間に放熱部材を設けており、この放熱部材の上に絶縁膜を挟んで配線が設けられている。配線の面積はその断面積に比べ大きいので、放熱部材と配線間の容量は、配線間に生じる容量よりも大きい。従って、放熱部材を接地することにより、上記の用件を満たす対アース間自己容量を配線に設けることができる。これにより、配線間の電気干渉を低減することができ、特に高速変調時の特性を向上できる効果が得られる。

また、上記実施形態では、面発光レーザアレイの発振波長が０．７８μｍ帯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。例えば、０．６５μｍ帯，０．８５μｍ帯，０．９８μｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯で有っても良い。この場合、活性層を構成する半導体材料は、発振波長に応じた半導体材料を用いることができる。例えば、０．６５μｍ帯ではＡｌＧａＩｎＰ系混晶半導体材料、０．９８μｍ帯ではＩｎＧａＡｓ系混晶半導体材料、１．３μｍ帯及び１．５μｍ帯ではＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）系混晶半導体材料を用いることができる。

また、各反射鏡の材料及び構成を発振波長に応じて選択することにより、任意の発振波長に対応した発光部を形成することができる。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ混晶などのＡｌＧａＡｓ混晶以外のものを用いることができる。なお、低屈折率層及び高屈折率層は、発振波長に対して透明で、かつ可能な限り互いの屈折率差が大きく取れる組み合わせが好ましい。

また、上記実施形態では、１つのチップに含まれる発光部の数が１６個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。

また、上記実施形態では、各メサの形状が正方形状の場合について説明したが、これに限らず、例えば円形状、楕円形状、長方形状など任意の形状であっても良い。

《画像形成装置》
次に、本発明の画像形成装置の一実施形態を説明する。図１４には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ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、クリーニングブレード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、及び排紙トレイ１０４３などを備えている。

感光体ドラム１０３０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。ここでは、感光体ドラム１０３０は、図１４における矢印方向に回転するようになっている。

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及びクリーニングブレード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の回転方向に関して、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→クリーニングブレード１０３５の順に配置されている。

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。

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１０３０の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム１０３０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。

トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該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。

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、該給紙コロ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。該レジストローラ対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、該記録紙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の表面上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。

この定着ローラ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。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

クリーニングブレード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。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１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１の位置に戻る。

《光走査装置》
次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。

この光走査装置１０１０は、図１５に示されるように、光源ユニット１０、カップリングレンズ１１、開口板１２、シリンドリカルレンズ１３、ポリゴンミラー１４、ｆθレンズ１５、トロイダルレンズ１６、２つのミラー（１７、１８）、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。

光源ユニット１０は、一例として図１６に示されるように、４０個の発光部が２次元配列されている面発光レーザアレイ１０Ａを有している。この面発光レーザアレイ１０Ａは、前記面発光レーザアレイ１００と同様な放熱部材を備えている。なお、図１６におけるＭ方向は、主走査方向に対応する方向を示し、Ｓ方向は、副走査方向に対応する方向を示している。

面発光レーザアレイ１０Ａでは、Ｍ方向に対して角度θだけ傾斜した方向（以下、便宜上「Ｔ方向」という）に沿って一列に等間隔で配列された１０個の発光部からなる発光部列が、Ｓ方向に等間隔ｄ１で４列配置されている。また、４０個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したときの発光部間隔は等間隔ｄ２である。

図１５に戻り、カップリングレンズ１１は、光源ユニット１０から射出された光を略平行光に整形する。

開口板１２は、開口部を有し、カップリングレンズ１１を介した光のビーム径を規定する。

シリンドリカルレンズ１３は、開口板１２の開口部を通過した光をミラー１７を介してポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍に集光する。

ポリゴンミラー１４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、図１５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。従って、光源ユニット１０から射出され、シリンドリカルレンズ１３によってポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍に集光された光は、ポリゴンミラー１４の回転により一定の角速度で偏向される。

ｆθレンズ１５は、ポリゴンミラー１４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１４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１６は、ｆθレンズ１５からの光をミラー１８を介して、感光体ドラム１０３０の表面に結像する。

この場合に、面発光レーザアレイ１０Ａでは、各発光部をＳ軸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、図１７に示されるように、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム１０３０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、前記間隔ｄ１が２６．５μｍであれば、前記間隔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１０３０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、Ｔ方向の発光部数を増加したり、前記間隔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１０００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。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源ユニット１０が、前記面発光レーザアレイ１００と同様な放熱部材を備えている面発光レーザアレイ１０Ａを有している。従って、各発光部は、いずれも高パワーのレーザ光を出力することができ、結果として高密度の光走査を行うことが可能となる。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、高密度の光走査を行うことができる光走査装置１０１０を備えているため、結果として、高品質の画像を形成することが可能となる。

なお、上記実施形態では、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。要するに、光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば、高品質の画像を形成することが可能となる。

例えば、前記光走査装置１０１０を備え、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良い。

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。

また、多色のカラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高精細な画像を形成することが可能となる。

例えば、図１８に示されるように、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機１５００であっても良い。このタンデムカラー機１５００は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンタ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置１０１０Ａと、転写ベルト８０と、定着手段３０などを備えている。

光走査装置１０１０Ａは、ブラック用の面発光レーザアレイ、シアン用の面発光レーザアレイ、マゼンタ用の面発光レーザアレイ、イエロー用の面発光レーザアレイを有している。各面発光レーザアレイは、前記面発光レーザアレイ１００と同様な放熱部材を備えている。そして、ブラック用の面発光レーザアレイからの光はブラック用の走査光学系を介して感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の面発光レーザアレイからの光はシアン用の走査光学系を介して感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンタ用の面発光レーザアレイからの光はマゼンタ用の走査光学系を介して感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の面発光レーザアレイからの光はイエロー用の走査光学系を介して感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。

各感光体ドラムは、図１８中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置１０１０Ａにより光が照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録紙に画像が定着される。

タンデムカラー機では、機械精度等で各色の色ずれが発生する場合があるが、点灯させる発光部を選択することで各色の色ずれの補正精度を高めることができる。

なお、このタンデムカラー機１５００において、光走査装置１０１０Ａに代えて、ブラック用の光走査装置とシアン用の光走査装置とマゼンタ用の光走査装置とイエロー用の光走査装置を用いても良い。要するに、各面発光レーザアレイが、前記面発光レーザアレイ１００と同様な放熱部材を備えていれば良い。

《光伝送システム》
図１９には、本発明の一実施形態に係る光伝送システム２０００の概略構成が示されている。この光伝送システム２０００は、光送信モジュール２００１と光受信モジュール２００５が光ファイバケーブル２００４で接続されており、光送信モジュール２００１から光受信モジュール２００５への一方向の光通信が可能となっている。

光送信モジュール２００１は、前記面発光レーザアレイ１００と同様な放熱部材を備えている面発光レーザアレイを含む光源２００２と、外部から入力された電気信号に応じて、光源２００２から出力されるレーザ光の光強度を変調する駆動回路２００３とを有している。

光源２００２から出力された光信号は、光ファイバケーブル２００４に結合し、該光ファイバケーブル２００４を導波して光受信モジュール２００５に入力される。

光受信モジュール２００５は、光信号を電気信号に変換する受光素子２００６と、受光素子２００６から出力された電気信号に対して信号増幅、及び波形整形等を行う受信回路２００７とを有している。

本実施形態に係る光送信モジュール２００１によると、光源２００２が前記面発光レーザアレイ１００と同様な放熱部材を備えている面発光レーザアレイを有しているため、発光部間の熱干渉が少なく、各発光部から高パワーのレーザ光を出力することができ、その結果、高品質の光信号を生成することが可能となる。

また、本実施形態に係る光伝送システム２０００によると、高品質の光信号を生成することができる光送信モジュール２００１を備えているため、電気干渉が少なく、符号誤り率が小さい。その結果、高品質の光伝送を行うことが可能となる。また、高速伝送も可能となる。

なお、本実施形態では、単チャンネルの一方向通信の構成例を示しているが、双方向通信、並列伝送方式、波長分割多重伝送方式等の構成をとることもできる。要するに、光源２００２が前記面発光レーザアレイ１００と同様な放熱部材を備えている面発光レーザアレイを有していれば良い。

また、光伝送システム２０００は、機器間の他にも、ボード間、チップ間、チップ内インターコネクションに応用することもできる。

以上説明したように、本発明の面発光レーザアレイによれば、複数の発光部がいずれも高パワーのレーザ光を出力するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高密度の光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高品質の画像を形成するのに適している。また、本発明の光伝送モジュールによれば、高品質の光信号を生成するのに適している。また、本発明の光伝送システムによれば、高品質の光伝送を行うのに適している。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る面発光レーザアレイの平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、それぞれ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３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、それぞれ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３（Ｃ）の平面図である。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、それぞれ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６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ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４）である。 面発光レーザアレイの変形例１を説明するための図（その１）である。 面発光レーザアレイの変形例１を説明するための図（その２）である。 図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、それぞれ面発光レーザアレイの変形例１の製造方法を説明するための図である。 面発光レーザアレイの変形例２を説明するための図（その１）である。 面発光レーザアレイの変形例２を説明するための図（その２）である。 面発光レーザアレイの変形例３を説明するための図（その１）である。 面発光レーザアレイの変形例３を説明するための図（その２）である。 本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図１４における光走査装置を示す概略図である。 図１５における光源ユニットに含まれる面発光レーザアレイを説明するための図である。 書き込みドットを説明するための図である。 タンデムカラー機の概略構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光伝送モジュール及び光伝送システムの概略構成を説明するための図である。

符号の説明

１０…光源ユニット、１０Ａ…面発光レーザアレイ、１４…ポリゴンミラー（偏向器）、１５…ｆθレンズ（走査光学系の一部）、１６…トロイダルレンズ（走査光学系の一部）、１００…面発光レーザアレイ、１０１…基板、１１０…金属膜（放熱部材）、１１０Ａ…金属膜（放熱部材）、１１０Ｂ…金属膜（放熱部材）、１１０Ｃ…金属膜（放熱部材）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０１０Ａ…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、１５００…タンデムカラー機（画像形成装置）、２０００…光伝送システム、２００１…光送信モジュール（光伝送モジュール）、２００３…駆動回路（駆動装置）、２００４…光ファイバケーブル（光伝達媒体）、２００６…受光素子（変換器の一部）、２００７…受信回路（変換器の一部）、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

Claims (10)

1. 基板上に積層された複数の半導体層からなる積層体をエッチングして形成されたメサ形状の構造体を複数有する面発光レーザアレイにおいて、
   前記複数の構造体における各構造体の周囲のエッチング部に設けられ、その少なくとも一部が前記複数の半導体層のうちの少なくとも１つの半導体層に接する放熱部材を備えることを特徴とする面発光レーザアレイ。
2. 前記エッチング部の一部は、断熱部材で被覆されており、
   前記放熱部材は、一部が前記少なくとも１つの半導体層に接し、残りの少なくとも一部が前記断熱部材に接していることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザアレイ。
3. 前記放熱部材が接している前記少なくとも１つの半導体層の導電型は、前記基板の導電型と同じであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
4. 前記複数の構造体における互いに隣接する２つの構造体の間に、前記複数の半導体層の全てが除去されている領域を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
5. 前記複数の構造体が形成されている領域の外周部は、前記複数の半導体層の全てが除去されている領域を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
6. 光によって被走査面を走査する光走査装置であって、
   請求項１〜５のいずれか一項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を偏向する偏向器と；
   前記偏光器で偏向された光を被走査面上に集光する走査光学系と；を備える光走査装置。
7. 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；を備える画像形成装置。
8. 前記画像情報は、多色のカラー画像情報であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 入力される電気信号に応じた光信号を生成する光伝送モジュールであって、
   請求項１〜５のいずれか一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を、前記入力される電気信号に応じて駆動する駆動装置と；を備える光伝送モジュール。
10. 請求項９に記載の光伝送モジュールと；
    前記光伝送モジュールで生成された光信号を伝達する光伝達媒体と；
    前記光伝達媒体を介した光信号を電気信号に変換する変換器と；を備える光伝送システム。

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