JP2009277781A5 - - Google Patents

Description

面発光型レーザーアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置

本発明は、環境耐久性に優れた面発光型レーザーアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置に関する。

面発光型半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、形成される基板に対し垂直方向に光を出射する半導体レーザーであり、端面発光型半導体レーザーに比べて低コストで、高性能であるため、光インターコネクション等の光通信の光源、光ピックアップ用の光源、レーザープリンター等の画像形成装置の光源等の用途に用いられている。

このような用途に用いられる面発光型半導体レーザーの特性としては、活性層の利得が大きく低閾値・高出力であって、信頼性に優れ、偏光方向が制御されたものが要求されている。

通常、面発光型半導体レーザーは、ＧａＡｓ基板上に半導体膜を積層することにより形成される。具体的には、ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓとＡｌＡｓからなる膜を交互に積層することにより形成される半導体多層膜からなる下部反射鏡（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）、ＡｌＧａＡｓからなる下部クラッド層、ＧａＡｓからなる量子井戸活性層、ＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層、ＡｌＧａＡｓとＡｌＡｓからなる膜を交互に積層することにより形成される半導体多層膜からなる上部反射鏡（ＤＢＲ）、更にコンタクト層を積層することにより構成されている。このように積層形成された半導体層を基板面に対し、下部反射鏡の表面が露出するまで垂直方向にエッチングを行うことにより、メサ構造を形成し、形成されたメサ構造の側壁等を絶縁体で被覆し、基板に形成された電極と、上部反射鏡上に形成されたコンタクト層に接続された電極との間に電流を流すことにより、メサ構造の上面に開口した発光面からレーザー光を出射する構成となっている。

このような面発光型半導体レーザーを二次元的に配列したものを面発光型レーザーアレイ素子（面発光型半導体レーザーアレイ）と呼んでいる。このようなメサ構造の形成された面発光型半導体レーザーにおいて、上部クラッド層と上部反射鏡の間に電流狭窄層を形成することにより高性能化を図った選択酸化型ＶＣＳＥＬと呼ばれるものがある。この選択酸化型ＶＣＳＥＬは、上述の半導体層を積層形成する際において、上部クラッド層上にＡｌＡｓ膜又はＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ膜を選択酸化層として形成されるものであり、メサ構造が形成された後に、この選択酸化層の一部を酸化させた電流狭窄構造を有するものである。このような構造にすることにより、面発光型半導体レーザーにおけるしきい値電流、消費電力等の特性を向上させることが可能である。

特許文献１、２には、面発光型半導体レーザーにおける高出力化や熱により特性が低下することを防ぐため、下部反射鏡（ＤＢＲ）において活性層側に放熱層を形成した構造が開示されている。具体的には、下部反射鏡は、屈折率の異なる材料からなる半導体膜を交互に積層形成することにより形成されているが、このうちＡｌを多く含む低屈折率材料からなる膜において、活性層に近い側において、光学的な膜厚がλ／４より厚い、３λ／４となる膜を数層形成することにより、活性層から発生する熱を効率よく放熱する構成のものである。

また、特許文献３には、チップ分割ラインに基板まで達する溝を形成し、下部ＤＢＲ端面を露出させ、パッシベーション膜を被覆させてからチップに分割する方法が開示されている。
米国特許第６７２０５８５号明細書 特開２００５−３５４０６１号公報 特開２００６−３０２９１９号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載されている面発光型半導体レーザーでは、湿気等により特性に影響を受けやすく、具体的には、Ａｌを多く含む層においては酸化等の影響が大きく、特許文献１、２に記載されているように、Ａｌを多く含む層の光学的な膜厚が３λ／４と厚い場合には、特に顕著となる。

また、特許文献３に記載されているように、単にパッシベーション膜を被覆させただけでは、酸化等の影響を十分に防ぐことは困難である。

本発明は、このような問題に対しなされたものであり、複数の面発光型半導体レーザーが配列されている面発光型レーザーアレイ素子において、酸化等の影響により特性が劣化することを防ぐことにより、放熱効果が高く信頼性の高い面発光型レーザーアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置を提供するものである。

本発明は、半導体基板の表面上に、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下部反射鏡と、前記下部反射鏡上において、半導体材料により構成される活性層と、前記活性層上において、半導体材料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と、前記選択酸化層上において、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上部反射鏡と、前記半導体基板上における少なくとも前記活性層と前記選択酸化層と前記上部反射鏡においてメサ構造が形成されており、前記半導体基板には下部電極が、前記上部反射鏡には上部電極が接続され、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垂直にレーザー光を発する面発光型半導体レーザーが、同一基板上に複数配列された面発光型レーザーアレイ素子において、前記半導体基板は、（１００）面から（１１１）Ａ面方向に傾斜させた面を表面とするものであって、前記面発光型半導体レーザーの発振波長をλとし、前記発振波長における前記低屈折率材料における屈折率をｎとした場合に、前記下部反射鏡を構成する低屈折率材料からなる低屈折率半導体膜のうち、所定の複数の低屈折率半導体膜における膜厚は、λ／（４×ｎ）以上であって、前記面発光型レーザーアレイ素子における下部反射鏡の断面が露出している部分を覆うように窒化物からなる保護膜が形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記半導体基板は、（１００）面から（１１１）Ａ面方向に２〜２０°傾斜させた面を表面とするものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記窒化物は、ＳｉＮであることを特徴とする。

また、本発明は、前記窒化物は、ＣＶＤにより形成されているものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記所定の複数の光学的な膜厚がλ／（４×ｎ）以上である低屈折率半導体膜は、前記下部反射鏡において、前記活性層側に設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、前記光学的な膜厚がλ／（４×ｎ）以上である低屈折率半導体膜の膜厚は、（ｍ×λ）／（４×ｎ）であること（ｍは２以上の整数）を特徴とする。

また、本発明は、前記光学的な膜厚がλ／（４×ｎ）以上である低屈折率半導体膜の膜厚は、６００〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。

また、本発明は、前記下部反射鏡の断面に垂直方向における前記保護膜の膜厚が１００〔ｎｍ〕以上であることを特徴とする。

また、本発明は、光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、前記記載の面発光型レーザーアレイ素子を有する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向手段と、前記偏光手段により偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、少なくとも一つの像担持体と、前記少なくとも一つの像担持体に対して、画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも一つの前記記載の光走査装置と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、特定方向に傾斜した傾斜基板を用いて、面発光型レーザーアレイ素子における積層された膜の断面に窒化物からなる保護膜を形成することにより、半導体膜の酸化等の進行を抑制することが可能となり、これにより、放熱効果が高く信頼性の高い面発光型レーザーアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について、以下に説明する。

〔第１の実施の形態〕
本発明に係る第１の実施の形態は、面発光型半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ）を二次元的に配列させた面発光型レーザーアレイ素子の構造及び製造方法に関するものである。この面発光型半導体レーザーは、発振波長が約７８０〔ｎｍ〕であり、電流狭窄構造を有するものである。

最初に、図１に基づき本実施の形態において用いられる半導体基板について説明する。本実施の形態において用いられる半導体基板は、ｎ−ＧａＡｓ基板である。図１（ａ）に傾斜させていないｎ−ＧａＡｓ基板１０の上面図を示し、図１（ｂ）では、図１（ａ）の波線Ａ１−Ａ２において切断した断面図を示す。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、傾斜させていない（１００）面を主面とするｎ−ＧａＡｓ基板１０の表面は（１００）面となる。

図１（ｃ）は、（１００）面より角度αだけ（０１１）方向に傾斜させたｎ−ＧａＡｓ基板１１の断面である。角度αは、一般的には、２〜２０〔°〕であるが、本実施の形態では、（１００）面より（０１１）方向に１５〔°〕傾斜させた傾斜基板を用いている。このように、傾斜基板を用いることにより、傾斜方向とそれに直交する方向とで活性層に利得差が生じ、偏光方向を一定方向に制御することが可能となるからである。

次に、図２、図３に基づき本実施の形態における面発光型レーザーアレイ素子の製造方法について説明する。

最初に、図２（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率膜と、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率膜を交互に４０．５ペア積層形成した下部反射鏡１２と、Ａｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなる下部スペーサ層１３と、Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓ膜からなる量子井戸層とＡｌＧａＡｓ膜からなる障壁層とにより構成される量子井戸活性層１４と、Ａｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなる上部スペーサ層１５と、ＡｌＧａからなる選択酸化層１６と、ｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率膜と、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率膜とを各々光学的な膜厚が、λ／４となるような膜厚で、交互に２４ペア積層形成した上部反射鏡１７と、後述する上部電極と接続するためのコンタクト層１８を積層形成したものである。尚、λは、本実施の形態における面発光型半導体レーザーの発振波長である。

ここで、下部反射鏡１２は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上から約３７ペアは、低屈折率膜、高屈折率膜の各々の光学的な膜厚がλ／４となるような膜厚で交互に形成されており、その後、高屈折率膜の光学的な膜厚がλ／４、低屈折率膜の光学的な膜厚が３λ／４となるような膜厚で交互に積層形成された構造のものである。このように、低屈折率膜の膜厚を３λ／４と厚くすることにより、量子井戸活性層１４からの発熱を効率よく放熱することが可能であり、特にこの層を放熱層と称する。尚、光学的な膜厚とは、材料の屈折率を考慮した膜厚であり、光学的な膜厚がλ／４である場合とは、波長λにおける屈折率がｎとなる材料においては、λ／（４×ｎ）となる膜厚を意味している。

上記の半導体材料からなる各々の層は、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により形成されており、下部反射鏡１２及び上部反射鏡１７に形成される各々の高屈折率膜、低屈折率膜においては抵抗低減のため組成傾斜を有する構造となっている。

次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によりメサ構造３１を形成する。この際、同時に素子分離領域３２も形成する。具体的には、図２（ａ）に示すコンタクト層１８上にフォトレジストを塗布した後、プレベーク、露光、現像を行うことにより、形成されるメサ構造の平面形状と同様の形状を有するレジストパターン（不図示）を形成した後、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、ドライエッチングを行うことにより、レジストパターンの形成されていない領域の半導体層を除去し、メサ構造３１及び素子分離領域３２を形成する。尚、ＲＩＥによるドライエッチングは、下部スペーサ層１３の表面が露出するまで行う。

次に、図２（ｃ）に示すように、メサ構造３１の形成された選択酸化層１６の一部領域を酸化する。具体的には、選択酸化層１６は、Ａｌを多く含んでおり他の半導体層に比べて酸化されやすい特性を有している。このため、水蒸気中において熱処理を行うことにより、メサ構造３１の側面に露出している選択酸化層１６の断面から酸化が進行する。即ち、側面となる周辺から中心方向に向かって酸化が進行し、周辺部の酸化された領域（酸化領域）３４と、中心部分の酸化されていない領域（電流狭窄領域）３５とが形成される。酸化領域３４ではＡｌｘＯｙとなる絶縁物が形成され、素子に電流を流した場合には、電流狭窄領域３５に電流が集中して流れる電流狭窄構造が形成される。

次に、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により素子分離部３２に溝３３を形成する。具体的には、図２（ｃ）に示す半導体層の形成されている面にフォトレジストを塗布した後、プレベーク、露光、現像を行うことにより、形成される溝３３と同様の形状を有するレジストパターン（不図示）を形成した後、ＲＩＥ法等によるドライエッチングを行うことにより、レジストパターンの形成されていない領域の半導体層を除去することにより、溝３３を形成する。尚、ＲＩＥ法等によるドライエッチングは、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の表面が露出するまで行う。このドライエッチングにより、下部反射鏡１２の断面も露出し、よって、後述する放熱層の断面も露出する。

次に、ライトエッチングを行う。このライトエッチングは、パッシベーション膜との密着性を向上させるために行うものであり、ライトエッチングを行うことにより、製造プロセス中の膜剥がれや膜浮きの発生を防止することが可能となる。このライトエッチングは、いわゆるウエットエッチングであり、ライトエッチング液としてＢＨＦ（バッファードフッ酸：フッ酸濃度１０〔％〕）を用いて、１０〜２０〔秒〕行うものである。

ライトエッチング後の下部反射鏡１２における放熱層周辺の様子を図４（ｂ）、図４（ｃ）に示す。尚、図４（ａ）は、図３（ａ）の中心部分の拡大図であり、破線で囲まれた領域Ｐの拡大図が図４（ｂ）、図４（ｃ）である。図４（ｂ）は、紙面上、左方向にオリフラ（ＯＦ）がある場合の断面であり、図４（ｃ）は、紙面上、下方向にオリフラ（ＯＦ）がある場合の断面である。

図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すように、下部反射鏡１２は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１に近い側は、低屈折率膜２５と高屈折率膜２６の各々の光学的な膜厚がλ／４となるような膜厚のものを交互に積層することにより形成されるが、量子井戸活性層１４に近い側の上部スペーサ層１３近傍の数ペアにおいては、低屈折率膜２７の光学的な膜厚が３λ／４、高屈折率膜２６の光学的な膜厚がλ／４となるような膜厚のものを交互に積層することにより形成される。この低屈折率膜２７は、熱伝導性の高い材料を厚い膜厚で形成しており、量子井戸活性層１４において発生した熱を放出する機能を有しているため放熱層と呼んでいる。本実施の形態では、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、光学的な膜厚が３λ／４となる放熱層となる低屈折率膜２７は３層形成されている。

低屈折率膜２５、２７は、屈折率を高めるため高屈折率膜２６よりもＡｌを多く含んでいる。このため、ＢＨＦによる低屈折率膜２５、２７におけるエッチングレートは速く、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、低屈折率膜２５、２７においては、特定の面が露出したような形状となる。

次に、図３（ｂ）に示すように、ＢＨＦによるライトエッチングが終了したものについて、保護膜２２を形成し、メサ構造３１の上面部に開口を形成する。具体的には、保護膜２２は、Ｐ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）法により形成されたＳｉＮ膜であり、膜厚が１５０〜２００〔ｎｍ〕形成されている。このように、保護膜２２としてＰ−ＣＶＤ法により１５０〜２００〔ｎｍ〕のＳｉＮ膜を形成することにより、高温高湿試験（温度８５〔℃〕、湿度８５〔％〕）、において１０００〔時間〕経過後も放熱層である低屈折率膜２７の劣化は確認されなかった。ＳｉＮ等の窒化膜はバリア性が高く、特にＳｉＮ膜はバリア性が高い。また、Ｐ−ＣＶＤ等のＣＶＤ法により成膜された膜は良好なステップカバーレッジが得られる。本実施の形態においては、ＳｉＮ膜はＰ−ＣＶＤ法により成膜を行っている。また、放熱層となる低屈折率膜２７の膜厚Ｔは、６００〔ｎｍ〕以下であれば、良好なステップカバーレッジが得られることが確認されており、これ以上の膜厚では、保護膜２２によりライトエッチング後の放熱層からの劣化を防ぐことが困難であることが確認されている。また、ＳｉＮ膜を保護膜２２として用いる場合、ピンホールやその他カバーレッジの影響を考慮すると、少なくとも１００〔ｎｍ〕以上は必要である。

尚、保護膜２２としてＳｉＯ_２膜を用いた場合では、図４（ｂ）、（ｃ）に示す面において７５時間以内に全ての劣化が確認された。また、保護膜２２としてＳｉＯ_２膜を用いた場合において、図４（ｃ）に示す傾斜方向の面が露出している方が劣化の進行は遅く、図４（ｂ）に示す傾斜方向ではない面が露出している方が劣化の進行は速かった。具体的には、図４（ｂ）に示す傾斜方向ではない面が露出している面からは、２４時間以内に全て劣化がされてしまったが、図４（ｃ）に示す傾斜方向の面が露出している面からは、遅いものでは２４時間以降に劣化が始まり、全て劣化するのに５０〜７５時間程度を要した。

このことの意味するところは、傾斜方向ではない面は傾斜基板ではない基板の面と同等であることから、傾斜基板を用いることにより劣化を抑制することが可能であるものと推察される。即ち、発明者は、傾斜基板を用いることが劣化の防止の要因となるということを見出したのである。よって、この傾斜基板を用いてＰ−ＣＶＤ法により形成したＳｉＮ膜を保護膜２２として用いることにより、より一層劣化を防ぐことが可能となるのである。

次に、図３（ｃ）に示すように、メサ構造の開口の形成されている領域のコンタクト層１８と接触する上部電極２３を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面に下部電極２４を形成する。具体的には、メサ構造の形成されている半導体層上に、スピンコーター等によりフォトレジストを塗布した後、プリベークを行い、露光装置による露光、現像を行うことにより、上部電極２３の形成されない領域上にレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着またはスパッタリングにより上部電極２３となる金属膜を成膜する。この後、アセトン等の有機溶媒中において超音波洗浄を行うことによりリフトオフを行い、上部電極２３を形成する。本実施の形態では、上部電極２３はｐ側電極となるものであり、Ｃｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる積層膜により形成されている。この後、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面を１００〜３００〔μｍ〕になるまで研磨した後、下部電極２４を形成する。下部電極２４は、ｎ側電極となるものであり、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる積層膜を真空蒸着またはスパッタリングにより成膜することにより形成される。これによりオーミックコンタクトを得ることができる。このように多数の面発光型半導体レーザーが形成されたｎ−ＧａＡｓ基板１１をダイシングやスクライビングにより１チップごとに分離し、面発光型レーザーアレイ素子が得られる。

本実施の形態により得られた面発光型レーザーアレイ素子は、下部反射鏡１２において放熱のために設けられた放熱層を有しており、製造プロセスでライトエッチングを行っても、所定の傾斜基板を用いＳｉＮ膜からなる保護膜を形成することにより水分等に対し十分な耐性を得ることができ、歩留まりや信頼性が高く、寿命の長い面発光型半導体レーザーからなる面発光型レーザーアレイ素子を得ることができる。

〔第２の実施の形態〕
本発明に係る第２の実施の形態は、本発明に係る面発光型レーザーアレイ素子を光源として用いた画像形成装置である。本実施の形態について、図５に基づいて説明する。

本実施の形態に係る画像形成装置であるレーザープリンターは、光走査装置１００、感光体ドラム１０１、帯電チャージャ１０２、現像ローラ１０３、トナーカートリッジ１０４、クリーニングブレード１０５、給紙トレイ１０６、給紙コロ１０７、レジストローラ対１０８、定着ローラ１０９、排紙トレイ１１０、転写チャージャ１１１、排紙ローラ１１２及び除電ユニット１１４等を備えている。

具体的には、感光体ドラム１０１の回転方向において、帯電チャージャ１０２、現像ローラ１０３、転写チャージャ１１１、除電ユニット１１４及びクリーニングブレード１０５の順に、感光体ドラム１０１の近傍に配置されている。

感光体ドラム１０１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１０１は、図に示すように、時計回りで回転するように構成されている。帯電チャージャ１０２は、感光体ドラム１０１の表面を均一に帯電させる機能を有するものである。

光走査装置１００は、帯電チャージャ１０２により帯電された感光体ドラム１０１の表面に、パソコン等の上位装置からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。この光の照射により感光体ドラム１０１の表面には、画像情報に応じた潜像が形成される。感光体ドラム１０１の表面において潜像の形成された領域は、感光体ドラム１０１が回転することにより、現像ローラ１０３の設けられている方向に移動する。尚、光走査装置１００の詳細については後述する。

トナーカートリッジ１０４には、トナーが格納されており、このトナーは現像ローラ１０３に供給される。現像ローラ１０３は、感光体ドラム１０１の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０４から供給されたトナーを付着させて、感光体ドラム１０１の表面において画像情報を顕像化させる。この後、感光体ドラム１０１が回転することにより、感光体ドラム１０１の表面の潜像にトナーが付着している領域は、転写チャージャ１１１の設けられている方向に移動する。

給紙トレイ１０６には記録紙１１３が格納されている。この給紙トレイ１０６の近傍には、給紙コロ１０７が配置されており、この給紙コロ１０７は、記録紙１１３を給紙トレイ１０６から一枚ずつ取り出し、レジストローラ対１０８に搬送する。このレジストローラ対１０８は、転写チャージャ１１１の近傍に配置されており、給紙コロ１０７によって取り出された記録し１１３を一旦保持するとともに、この記録紙１１３を感光体ドラム１０１の回転に合わせて感光体ドラム１０１と転写チャージャ１１１との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ１１１には、感光体ドラム１０１の表面上のトナーを電気的に記録紙１１３に引きつけるため、感光体１０１の表面上のトナーとは逆極性の電荷が印加されている。この電荷により感光体ドラム１０１の表面上のトナーは、記録紙１１３に転写され、即ち、トナーにより形成される画像が記録紙１１３に転写される。この後、記録紙１１３は、定着ローラ１０９に送られる。

定着ローラ１０９では、熱と圧力とが記録紙１１３に加えられ、これによって、トナーが記録紙１１３に定着される。ここで画像が定着された記録紙１１３は、排紙ローラ１１２を介して排紙トレイ１１０に送られ、排紙トレイ１１０上に順次スタックされる。

尚、除電ユニット１１４は、感光体ドラム１０１の表面を除電する。クリーニングブレード１０５は、感光体ドラム１０１の表面に残存するトナー（残留トナー）を除去する。除去された残留トナーは、再利用可能な構成となっている。残留トナーが除去された感光体ドラム１０１の表面は、再び帯電チャージャ１０２の設けられている方向に移動する。

次に、図６に基づき光走査装置１００について説明する。

この光走査装置１００は、光源ユニット１２１、カップリングレンズ１２２、開口板１２３、アナモルフィックレンズ１２４、ポリゴンミラー１２５，偏向器側走査レンズ１２６、像面側走査レンズ１２７、及び処理装置１４０等を備えている。尚、図６において、紙面の左右方向が主走査方向であり、紙面に垂直方向が副走査方向である。

光源ユニット１２１は、第１の実施の形態における面発光型半導体レーザーが複数形成された面発光型半導体レーザーアレイを備えている。

カップリングレンズ１２２は、光源ユニット１２１から出射された光束を略平行光にするためのものである。

開口板１２３は、開口部を有し、カップリングレンズか１２２からの光束のビーム径を規定するためのものである。

アナモルフィック１２４は、開口板１２３の開口部を通過した光束を主走査方向に関しては平行光に、副走査方向に関してはポリゴンミラー１２５の表面近傍で収束する光束とするものである。アナモルフィックレンズ１２４からの光束は、回転するポリゴンミラー１２５により反射され、偏向器側走査レンズ１２６と像面側走査レンズ１２７によって結像され、感光体ドラム１０１の表面上において、光スポットとして集光される。

尚、ポリゴンミラー１２５は、前述したように、不図示のモータによって、一定速度で回転しており、この回転に伴って、光束は等角速度的に偏向され、感光体ドラム１０１の表面上における光スポットは、主走査方向に等速移動する。

処理装置１４０は、パソコン等の上位装置からの画像情報に基づいて、画像データを生成し、この画像データに応じて半導体レーザーの駆動信号を光源ユニット１２１に出力する。

次に図７に基づき、光源ユニット１２１に備えられた本実施の形態における面発光型レーザーアレイ素子２００について説明する。本図に示されるように、各々の面発光型半導体レーザー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ときの副走査方向における各面発光型半導体レーザーの位置関係は等間隔（間隔Ｃ）となるので、点灯のタイミングを調整することにより感光体ドラム１０１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なる。例えば、面発光型半導体レーザーの大きさがφ２０〔μｍ〕であり、主走査方向に対応する方向に関するピッチが４０〔μｍ〕、副走査方向に対応する方向に関するピッチは４０〔μｍ〕となるように配置されている場合には、間隔Ｃは１０〔μｍ〕となり、走査光学系の倍率を１とすると、２４００〔ｄｐｉ〕が実現される。本実施の形態では、このように主走査方向に配列される面発光型半導体レーザーの位置をずらすことにより、副走査方向における間隔Ｃを狭めることが可能となり、高密度で高品質な印刷が可能となるのである。

また、主走査方向に対応する方向の面発光型半導体レーザーの数を増やしたり、副走査方向に対応する方向に関するピッチを狭め、即ち、間隔Ｃをより小さくすることにより、よりドットピッチを高密度化することが可能となり、より高品質な印刷をすることが可能となる。尚、主走査方向の書き込みの間隔は、光源である面発光型半導体レーザーの点灯のタイミングを制御することにより容易に制御が可能である。

本実施の形態における光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置においては、光源として、低コストで製造することが可能な第１の実施の形態に係る面発光型レーザーアレイ素子を用いているため、低コストであって、高速で高品質となる光走査装置、及び画像形成装置を得ることが可能となる。

尚、本実施の形態では図７に示すように、１６（４×４）個の面発光型半導体レーザーにより構成された面発光型レーザーアレイ素子２００について説明したが、配列等を変えることにより、より多くの面発光型半導体レーザーにより形成される面発光型レーザー素子を得ることができる。

次に、図８に基づきカラー画像を形成するための画像形成装置について説明する。

この画像形成装置は、カラーレーザープリンタであり、カラー画像に対し複数の感光体ドラムを備えたダンデムカラー機である。

このカラーレーザープリンタは、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１００、転写ベルト２０１、定着手段２０２等を備えている。

このカラーレーザープリンタでは、光走査装置１００において、ブラック用の半導体レーザー、シアン用の半導体レーザー、マゼンタ用の半導体レーザー、イエロー用の半導体レーザーを有しており、各々の半導体レーザーは、本発明に係る面発光型半導体レーザーにより構成されている。ブラック用の半導体レーザーからの光束はブラック用の感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の半導体レーザーからの光束はシアン用の感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンタ用の半導体レーザーからの光束はマゼンタ用の感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の半導体レーザーからの光束はイエロー用の感光体ドラムＹ１に照射される。

各々の感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１は、矢印の方向に回転し、回転方向の順に、各々の帯電器Ｋ２、Ｃ２、Ｍ２、Ｙ２、現像器Ｋ４、Ｃ４、Ｍ４、Ｙ４、転写用帯電手段Ｋ６、Ｃ６、Ｍ６、Ｙ６、クリーニング手段Ｋ５、Ｃ５、Ｍ５、Ｙ５が配置されている。各々の帯電器Ｋ２、Ｃ２、Ｍ２、Ｙ２は、対応する感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面を均一に帯電する。帯電された感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面に、光走査装置１００から光束が照射され、感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面に静電潜像が形成される構成となっている。この後、各々の現像器Ｋ４、Ｃ４、Ｍ４、Ｙ４によって、感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面にトナー像が形成され、各々に対応する転写用帯電手段Ｋ６、Ｃ６、Ｍ６、Ｙ６により、記録紙に各々の色のトナー像が転写され、定着手段２０２により、記録紙に画像が定着される。尚、クリーニング手段Ｋ５、Ｃ５、Ｍ５、Ｙ５は、各々に対応した感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面に残存する残留トナーを除去するものである。

尚、本実施の形態では、像担持体として感光体ドラムについて説明したが、像担持体としては、銀塩フィルムを用いた画像形成装置であってもよい。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様の処理により可視化させることができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼き付け処理と同様の処理により印画紙に転写することが可能である。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することが可能である。

また、像担持体としてビームスポットの熱エネルギーにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）を用いた画像形成装置であってもよい。この場合においては、光走査により可視画像を直接像担持体に形成することが可能である。

以上、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。

傾斜基板の説明図 第１の実施の形態おける面発光型レーザーアレイ素子の製造工程図（１） 第１の実施の形態おける面発光型レーザーアレイ素子の製造工程図（２） 第１の実施の形態おける面発光型レーザーアレイ素子の放熱層近傍の断面図 第２の実施の形態に係る画像形成装置の構成図 第２の実施の形態に係る画像形成装置における光走査装置の構成図 面発光型レーザーアレイ素子の概要図 第２の実施の形態に係るカラー印刷が可能な画像形成装置の構成図

１１ ｎ−ＧａＡｓ基板
１２ 下部反射鏡
１３ 下部スペーサ層
１４ 量子井戸活性層
１５ 上部スペーサ層
１６ 選択酸化層
１７ 上部反射鏡
１８ コンタクト層
２２ 保護膜
２３ 上部電極
２４ 下部電極
３１ メサ構造
３２ 素子分離領域
３３ 溝
３４ 酸化領域
３５ 電流狭窄領域

Claims (10)

1. 半導体基板の表面上に、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下部反射鏡と、
   前記下部反射鏡上において、半導体材料により構成される活性層と、
   前記活性層上において、半導体材料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と、
   前記選択酸化層上において、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上部反射鏡と、
   前記半導体基板上における少なくとも前記活性層と前記選択酸化層と前記上部反射鏡においてメサ構造が形成されており、
   前記半導体基板には下部電極が、前記上部反射鏡には上部電極が接続され、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垂直にレーザー光を発する面発光型半導体レーザーが、同一基板上に複数配列された面発光型レーザーアレイ素子において、
   前記半導体基板は、（１００）面から（１１１）Ａ面方向に傾斜させた面を表面とするものであって、
   前記面発光型半導体レーザーの発振波長をλとし、前記発振波長における前記低屈折率材料における屈折率をｎとした場合に、前記下部反射鏡を構成する低屈折率材料からなる低屈折率半導体膜のうち、所定の複数の低屈折率半導体膜における膜厚は、λ／（４×ｎ）以上であって、
   前記面発光型レーザーアレイ素子における下部反射鏡の断面が露出している部分を覆うように窒化物からなる保護膜が形成されていることを特徴とする面発光型レーザーアレイ素子。
2. 前記半導体基板は、（１００）面から（１１１）Ａ面方向に２〜２０°傾斜させた面を表面とするものであることを特徴とする請求項１に記載の面発光型レーザーアレイ素子。
3. 前記窒化物は、ＳｉＮであることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光型レーザーアレイ素子。
4. 前記窒化物は、ＣＶＤにより形成されているものであ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型レーザーアレイ素子。
5. 前記所定の複数の光学的な膜厚がλ／（４×ｎ）以上である低屈折率半導体膜は、前記下部反射鏡において、前記活性層側に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面発光型レーザーアレイ素子。
6. 前記光学的な膜厚がλ／（４×ｎ）以上である低屈折率半導体膜の膜厚は、（ｍ×λ）／（４×ｎ）であること（ｍは２以上の整数）を特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の面発光型レーザーアレイ素子。
7. 前記光学的な膜厚がλ／（４×ｎ）以上である低屈折率半導体膜の膜厚は、６００〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の面発光型レーザーアレイ素子。
8. 前記下部反射鏡の断面に垂直方向における前記保護膜の膜厚が１００〔ｎｍ〕以上であることを特徴とする請求項１から７に記載の面発光型レーザーアレイ素子。
9. 光束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１から８のいずれかに記載の面発光型レーザーアレイ素子を有する光源ユニットと、
   前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向手段と、
   前記偏光手段により偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と、
   を備えたことを特徴とする光走査装置。
10. 少なくとも一つの像担持体と、
    前記少なくとも一つの像担持体に対して、画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも一つの請求項９に記載の光走査装置と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。