JP2010003750A - 面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面発光レーザアレイの製品歩留まりを向上させる。
【解決手段】基板１０１と、基板１０１上に積層され、複数の光出射部を有する多層の半導体層と、複数の光出射部に対応して設けられ、光の通路となる開口部を有する複数のｐ側の電極１１３と、複数のｐ側の電極１１３に対応して設けられた複数の電極パッドと、複数のｐ側の電極１１３のそれぞれを、対応する電極パッドに電気的に接続する複数の配線とを備える。そして、ｐ側の電極１１３の開口部における開口幅の最大値が、電気的に絶縁されている領域の最小幅よりも小さくなるように設定する。これにより、リフトオフ工程で剥離した金属片が再付着しても「同時発光現象」の発生を抑制することができ、製品歩留まりを向上させることが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置に係り、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、該面発光レーザアレイを有する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真の画像記録において、高精細な画像品質を得るための画像形成手段として、レーザ光を用いた画像形成方法が広く用いられている。電子写真の場合、感光性を有するドラムの軸方向に、ポリゴンミラーを用いてレーザ光を走査（主走査）しつつ、ドラムを回転（副走査）させて、ドラム表面に潜像を形成する方法が一般的である。

このような電子写真分野では画像品質の高精細化及び画像出力の高速化が求められている。画像品質の高精細化については、画像の解像度が２倍になった場合、主走査・副走査ともに２倍の時間が必要となるため、画像出力時においては４倍の時間が必要となる。従って画像品質の高精細化を実現するには、画像出力の高速化も同時に達成する必要がある。

画像出力の高速化を実現するための方法として、レーザ光の高出力化、マルチビーム化、感光体の高感度化などが考えられる。なかでも、高速出力機においてはマルチビーム化された書込み光源（マルチビーム光源）を用いるのが一般的となっている。１本のレーザ光を用いた場合と比較して、ｎ本のレーザ光を同時に用いた場合、一度の走査での潜像形成領域はn倍となり、画像形成に必要な時間は１／ｎとなる。

例えば、特許文献１には、同一基板に複数の光電変換部を備えた光電変換素子が開示されている。また、特許文献２には、同一基板に複数の発光部を備えた半導体発光素子が開示されている。特許文献１及び特許文献２に開示されている各素子は、複数の端面発光型半導体レーザ（端面発光レーザ）が１次元配置された構成である。これらの場合には、ビーム数が多くなると消費電力が大きくなり、冷却システムが新規に必要となるため、コスト上、４ビーム若しくは８ビーム程度が限界であった。

これに対し、近年盛んに研究が行われている面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、消費電力が端面発光レーザに比べて一桁程度小さい。また、面発光レーザでは、容易に多くの発光部を２次元的に集積し、アレイ化することができる。そのため、複数の発光部を有する面発光レーザアレイは、画像形成装置における高速化及び高密度化を達成するための光源として期待されている（例えば、特許文献３〜５参照）。

ところで、複数の発光部をそれぞれを個別に駆動制御する際に、発光対象の発光部と異なる発光部が、意図せずに同時に発光する現象（以下では、便宜上「同時発光現象」と略述する）を示す面発光レーザアレイがみられた。これは、画像品質を低下させるため、そのような面発光レーザアレイは、不良品となる。その結果、製品歩留まりが低下することとなる。

例えば、特許文献６には、共通電極構造に起因した共通インピーダンスと信号配線ワイヤ間の電磁誘導によるチャンネル間クロストークを抑制するマルチチャンネル光素子搭載基板が開示されている。

特開平１１−３４０５７０号公報 特開平１１−３５４８８８号公報 特開２００５−２７４７５５号公報 特開２００５−２３４５１０号公報 特開２００１−２７２６１５号公報 特開２００３−１４９９４号公報

発明者らは、面発光レーザアレイで上記「同時発光現象」がなぜ起きるのかを鋭利検討した。そして、「同時発光現象」が発生した面発光レーザアレイでは、発光部に対応する電極パッドに異常があることを見出した。具体的には、本来電気的に絶縁状態でなければならない隣接電極パッド間の領域（間隙）に異物が付着しており、この異物が隣接する電極パッドを導通（ショート）させていた。この異物に対して、組成分析など様々な分析を行ったところ、異物はパターニングされている電極と同じ成分の金属片であることが判った。

さらに発明者らは、この金属片がどのプロセスのどこから発生するか、探索したところ、製造プロセスにおけるリフトオフ工程で発生していることが判った。すなわち、この金属片は、製造プロセス中に除去された金属片が再付着したものであった。

このように、面発光レーザアレイにおける「同時発光現象」は、面発光レーザアレイに固有なものであり、特許文献６に開示されている方法では、製品歩留まりを向上させることは困難であった。

本発明は、上述した発明者等の得た新規知見に基づいてなされたものであり、以下の構成を有している。

本発明は、第１の観点からすると、基板と；前記基板上に積層され、複数の光出射部を有する多層の半導体層と；前記複数の光出射部に対応して設けられ、光の通路となる開口部を有する複数の電極と；前記複数の電極に対応して設けられた複数の電極パッドと；前記複数の電極のそれぞれを、対応する電極パッドに電気的に接続する複数の配線と；を備え、前記開口部における開口幅の最大値は、電気的に絶縁されている領域の最小幅よりも小さい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、金属片が再付着しても「同時発光現象」の発生を抑制することができる。そこで、製品歩留まりを向上させ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と；前記光源からの光を偏向する偏向器と；前記偏向器で偏向された光を前記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、光源が本発明の面発光レーザアレイを有しているため、高コスト化を招くことなく、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、高コスト化を招くことなく、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２１を用いて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係るレーザプリンタ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、クリーニングユニット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、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０などを備えている。なお、これらは、プリンタ筐体１０４４の中の所定位置に収容されている。

通信制御装置１０５０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

感光体ドラム１０３０は、円柱状の部材であり、そ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。そして、感光体ドラム１０３０は、図１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及びクリーニングユニット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の回転方向に沿って、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→クリーニングユニット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、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束を照射する。これにより、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。

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。

クリーニングユニット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。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に対向する位置に戻る。

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、一例として図２に示されるように、ｆθレンズ１１ａ、トロイダルレンズ１１ｂ、ポリゴンミラー１３、光源１４、カップリングレンズ１５、開口板１６、シリンドリカルレンズ１７、反射ミラー１８、及び走査制御装置（図示省略）などを備えている。そして、これらは、ハウジング３０の中の所定位置に組み付けられている。

なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

カップリングレンズ１５は、光源１４から射出された光束を略平行光とする。光源１４とカップリングレンズ１５はアルミニウム製の保持部材に固定され、ユニット化されている。

開口板１６は、開口部を有し、カップリングレンズ１５を介した光束のビーム径を規定する。

シリンドリカルレンズ１７は、開口板１６の開口部を通過した光束を、反射ミラー１８を介してポリゴンミラー１３の偏向反射面近傍に副走査対応方向に関して結像する。

光源１４とポリゴンミラー１３との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ１５と開口板１６とシリンドリカルレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されている。

ポリゴンミラー１３は、一例として内接円の半径が１８ｍｍの６面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１３は、副走査対応方向に平行な軸の周りを等速回転しながら、反射ミラー１８からの光束を偏向する。

ｆθレンズ１１ａは、ポリゴンミラー１３で偏向された光束の光路上に配置されている。

トロイダルレンズ１１ｂは、ｆθレンズ１１ａを介した光束の光路上に配置されている。そして、このトロイダルレンズ１１ｂを介した光束が、感光体ドラム１０３０の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１３の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が光走査される。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。

ポリゴンミラー１３と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、ｆθレンズ１１ａとトロイダルレンズ１１ｂとから構成されている。なお、ｆθレンズ１１ａとトロイダルレンズ１１ｂの間の光路上、及びトロイダルレンズ１１ｂと感光体ドラム１０３０の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されても良い。

光源１４は、一例として図３に示されるように、面発光レーザアレイ１００を有している。

この面発光レーザアレイ１００は、複数の発光部、該複数の発光部に対応した複数の電極パッド、及び各電極パッドとそれに対応する発光部とを電気的に接続する複数の配線が同一基板上に形成されている。なお、図３におけるＭ方向は主走査対応方向であり、Ｓ方向は副走査対応方向である。

ここでは、面発光レーザアレイ１００は、図４に示されるように、Ｍ方向からＳ方向に向かって傾斜した方向であるＴ方向に沿って８個の発光部が等間隔に配置された発光部列を４列有している。そして、これら４列の発光部列は、すべての発光部をＳ方向に伸びる仮想線上に正射影したときに等間隔ｃとなるように、Ｓ方向に等間隔ｄで配置されている。すなわち、３２個の発光部が２次元的に配列されている。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいう。

ここでは、間隔ｃは３μｍ、間隔ｄは２４μｍ、Ｍ方向の発光部間隔Ｘ（図４参照）は３０μｍである。

各発光部は、図４のＡ−Ａ断面図である図５、及び図５の一部を拡大した図６に示されるように、基板１０１、下部半導体ＤＢＲ１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、上部半導体ＤＢＲ１０７、コンタクト層１０９などを有し、発振波長が７８０ｎｍ帯のレーザ光を射出する。なお、本明細書では、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。

基板１０１は、表面が鏡面研磨面であり、図７（Ａ）に示されるように、鏡面研磨面の法線方向が、結晶方位［１ ０ ０］方向に対して、結晶方位［１ １ １］Ａ方向に向かって１５度（θ＝１５度）傾斜したｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。すなわち、基板１０１はいわゆる傾斜基板である。ここでは、図７（Ｂ）に示されるように、結晶方位［０ １ −１］方向が＋Ｘ方向、結晶方位［０ −１ １］方向が−Ｘ方向となるように配置されている。

下部半導体ＤＢＲ１０３は、不図示のバッファ層を介して基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層１０３ａと、ｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層１０３ｂのペアを４０．５ペア有している。各屈折率層の間には、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。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の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、下部半導体ＤＢＲ１０３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープの（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる層である。

活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層され、一例として図８に示されるように、３層の量子井戸層１０５ａと４層の障壁層１０５ｂとを有している。各量子井戸層１０５ａは、０．７％の圧縮歪みを誘起する組成であるＧａＩｎＰＡｓからなり、バンドギャップ波長が約７８０ｎｍである。また、各障壁層１０５ｂは、０．６％の引張歪みを誘起する組成であるＧａ_０．６８Ｉｎ_０．３２Ｐからなる。

ところで、歪みが増加すると、ヘビーホールとライトホールのバンド分離が大きくなるため、利得の増加が大きくなり、低閾値化するとともに高効率化（高出力化）する。さらには、キャリア閉じ込め性の向上及び低閾値化によって、上部半導体ＤＢＲの反射率低減が可能となり、さらに高出力化を実現できる。

上部スペーサ層１０６は、活性層１０５の＋Ｚ側に積層され、ノンドープの（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ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波長の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、電界の定在波分布における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。

上部半導体ＤＢＲ１０７は、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層と高屈折率層のペアを２３ペア有している。そして、各屈折率層の間には、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組成傾斜層（図示省略）が設けられている。

上部半導体ＤＢＲ１０７における低屈折率層の１つには、一例として図９に示されるように、ｐ−ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１０８が厚さ３０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層１０８の挿入位置は、上部スペーサ層１０６から光学的に５λ／４離れた位置であり、上部スペーサ層１０６から３ペア目の低屈折率層中である。そして、被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層は、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、３λ／４の光学厚さとなるように設定されている。

上部半導体ＤＢＲ１０７における被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層を除く各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の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。

被選択酸化層１０８の−Ｚ側及び＋Ｚ側には、一例として図９に示されるように、ｐ−Ａｌ_０．８１Ｇａ_０．１９Ａｓからなる厚さ３８ｎｍの中間層１０７ｍが設けられている。

被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層における各中間層１０７ｍに隣接する層１０７ｃ（以下では、「低屈折率層１０７ｃ」という）は、ｐ−Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓからなる層である。

上部半導体ＤＢＲ１０７における被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層以外の低屈折率層１０７ａは、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる層である。

また、上部半導体ＤＢＲ１０７における高屈折率層１０７ｂは、ｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる層である。

コンタクト層１０９は、上部半導体ＤＢＲ１０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。

なお、このように基板１０１上に複数の半導体層が積層されたものを、以下では、便宜上「積層体」ともいう。

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）上記積層体を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）による結晶成長によって作成する。

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、フォスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）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）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）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。なお、キャリアガスには、Ｈ_２を用いている。特に、ＭＯＣＶＤ法は、原料ガスの供給量を制御することで、組成傾斜層のような構成を容易に形成できるので、半導体ＤＢＲを含んだ面発光レーザ素子の結晶成長方法としてＭＢＥ法に比べて適している。またＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、原料ガスの供給流量や供給時間を制御すれば良いので、量産性にも優れている。

（２）積層体の表面における発光部となる複数の領域のそれぞれに、一辺が２０μｍの正方形状のレジストパターンを形成する。

（３）Ｃｌ_２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、上記レジストパターンをフォトマスクとして四角柱状のメサを形成する。ここでは、エッチングの底面は下部スペーサ層１０４中に位置するようにしている。

ところで、２つの発光部の間の溝は、各発光部の電気的及び空間的分離のために、５μｍ以上とすることが好ましい。あまり狭いと製造時のエッチングの制御が難しくなるからである。また、メサの大きさ（１辺の長さ）は１０μｍ以上とすることが好ましい。あまり小さいと動作時に熱がこもり、特性が低下するおそれがあるからである。

（４）フォトマスクを除去する。

（５）積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）がメサの外周部から選択的に酸化され、メサの中央部に、Ａｌの酸化層１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂが残留する（図６参照）。すなわち、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、いわゆる酸化狭窄構造体が形成される。上記酸化されていない領域１０８ｂが電流通過領域（電流注入領域）である。なお、ここでは、種々の予備実験の結果から、電流通過領域が所望の形状及び大きさとなるように、熱処理条件（保持温度、保持時間等）を適切に選択している。

（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮあるいはＳｉＯ_２からなる保護層１１１を形成する。

（７）コンタクト層１０９上の保護層１１１を部分的に除去する。ここでは、保護層１１１を残す部分をフォトレジストによりマスクした後、マスクされていない保護層１１１をＢＨＦにてエッチングする。

（８）メサ上にフォトレジストをスピンコータ等で均一な膜厚で塗布する。ここでのフォトレジストの膜厚はリフトオフの制御性などから決定される。なお、本実施形態では数μｍとしている。

（９）フォトレジストを加熱（ベーク）し、硬化させる。なお、本実施形態では、リフトオフの制御性を考えて、ベーク温度を一般的な温度よりも低め（約８０℃）に設定した。

（１０）フォトレジストをフォトリソグラフィ手法によって露光・現像し、リフトオフ用のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、ｐ側の電極、電極パッド及び配線が形成される領域以外の領域をマスクするパターンとなっている。

（１１）リフトオフ用のレジストパターンが形成された積層体上に金属を蒸着する。ここでは、メサの側面（傾斜面）にも配線する必要があり、傾斜面での配線の膜厚を確保するために、極端に厚く成膜する。一般的なシリコン半導体における配線の膜厚と比較すると、数十倍の厚さとなる。

蒸着される金属は、下地との密着性や合金化などを考慮して、複数の金属膜からなる積層構造体とするのが好ましい。本実施形態では、ｐ型のオーミックコンタクト性などを考慮して、Ｃｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕの積層構造体としている。そして、Ｃｒ層は膜厚５ｎｍ程度、ＡｕＺｎ層は膜厚１０ｎｍ程度の薄膜とし、Ａｕ層は膜厚１μｍ程度の厚膜としている。

（１２）全体をアセトンに浸漬し、フォトレジストを溶解する。このとき、フォトレジスト表面の金属（蒸着された金属）も同時に剥離する。ここでは、超音波振動などを加えても良いが、必要な部分での膜剥がれなどの不具合が発生するのを防止するために、できるだけ弱くするのが好ましい。なお、処理時間はフォトレジストが溶解していく様子を目視で観察しながら決定する。

（１３）全体をエタノールやＩＰＡ（イソプロピルアルコール）などの洗浄液に浸漬する。これにより、ｐ側の電極１１３、電極パッド、配線が形成される。なお、以下では、一例として図１０に示されるように、ｐ側の電極１１３によって囲まれた領域を「開口部」という。そして、該開口部におけるＹ軸方向の開口幅をａ、Ｘ軸方向の開口幅をｂとしたときの、ａ／ｂを「開口部の矩形率」ともいう。

本実施形態では、開口部の矩形率は、一例として図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示されるように、ニア・フィールド・パターン（以下、便宜上「ＮＦＰ」ともいう）の矩形率（Ｎｙ／Ｎｘ）と一致するように設定されている。本明細書では、ＮＦＰの矩形率は、中心の光強度を１としたときに１／ｅ^２以上の光強度を有する領域の矩形率をいう。なお、このＮＦＰの矩形率を求める方法については後述する。

また、隣接する電極パッド間の間隙の最小値Ｌ（図１２参照）は、開口部の最長幅Ｒ（図１３参照）よりも大きくなるように設定されている。さらに、一例として図１４に示されるように、ｐ側の電極１１３と配線間の間隙の最小値Ｌ´も、開口部の最長幅Ｒよりも大きくなるように設定されている。そして、隣接する配線間の間隙の最小値も、開口部の最長幅Ｒよりも大きくなるように設定されている。

（１４）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。ここでは、ｎ側の電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層構造体である。

（１５）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、各メサは発光部となる。

（１６）チップ毎に切断する。

このようにして製造された複数の面発光レーザアレイ１００では、上記「同時発光現象」はみられなかった。

ここで、前述したＮＦＰの矩形率を求める方法について説明する。

（Ａ）先ず、面発光レーザアレイ１００の発光部と同様な構成を有し、開口部のみを十分に大きくして、開口部が発光パターンに影響しないようにした計測用面発光レーザを別途作製する。ここでは、開口部の形状を一辺が１２μｍの正方形状とした。また、ＩＲ顕微鏡で観察し、電流通過領域の大きさがＸ軸方向に関して４．０μｍ、Ｙ軸方向に関して４．０５μｍとなるように、選択酸化工程における熱処理の条件（保持温度、保持時間等）を設定した。

（Ｂ）そして、倍率が１００倍の対物レンズを、その焦点位置が計測用面発光レーザの開口部の底と一致するように配置する。

（Ｃ）計測用面発光レーザに駆動電流を供給するとともに、計測用面発光レーザの光出力が約１．４ｍＷとなるように駆動電流を調整する。

（Ｄ）対物レンズを介した計測用面発光レーザからの光束をＣＣＤカメラで受光する。なお、光強度を調整する目的で、対物レンズとＣＣＤカメラとの間にフィルタを配置しても良い。

（Ｅ）ＣＣＤカメラの出力画像を画像処理し、光強度が最大となる位置を通りＸ軸方向に平行な断面、及びＹ軸方向に平行な断面での光強度分布を、いわゆるガウシアン・フィッティングを用いて求める。

（Ｆ）そして、各光強度分布に基づいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して、中心の光強度を１としたときに１／ｅ^２以上の光強度を有する領域の幅を求め、そのときの「Ｙ軸方向の幅／Ｘ軸方向の幅」を、上記ＮＦＰの矩形率とする。本実施形態では、Ｘ軸方向の幅は６．５μｍ、Ｙ軸方向の幅は６．２μｍであり、ＮＦＰの矩形率は約１．０５であった。なお、計測用面発光レーザでは、電流通過領域の矩形率は約１．０１であり、ＮＦＰの矩形率のほうがかなり大きかった。

そこで、面発光レーザアレイ１００では、開口部におけるＹ軸方向の開口幅ａを１０．０μｍ、Ｘ軸方向の開口幅ｂを１０．５μｍとした。この場合、開口部における開口幅の最大値Ｒ（図１３参照）は、１４．５μｍである。そして、隣接する電極パッド間の間隙の最小値Ｌは、１４．６μｍとした。

ところで、前述したように、面発光レーザアレイにおける「同時発光現象」は、面発光レーザアレイに固有なものであり、製造プロセス中に除去された金属片が電気的に絶縁されている領域に再付着して、該領域の絶縁性を毀損することによって発生する。特に、製造プロセスのリフトオフ工程で開口部を形成するために除去した複数の金属は、その厚さのために細かく粉砕されることなく、開口部と同じ形状の金属片として浸漬液中を浮遊する。そして、この金属片が、「同時発光現象」に関係していることを発明者らは見出した（図１５参照）。

そこで、金属片の大きさを小さくするために、開口部の大きさを小さくすることが考えられる。しかしながら、開口部の大きさを小さくしすぎると、レーザ特性の一つであるファー・フィールド・パターン（以下、便宜上「ＦＦＰ」ともいう）の劣化を招く。具体的には、開口部の辺縁で出射光が回折し、所望のＦＦＰよりも大きなＦＦＰとなる。また、一例として図１６に示されるように、Ｚ軸方向から見たときに、電流通過領域１０８ｂの中心と開口部の中心とがずれて、出射光が開口部の辺縁にかかる場合も、同様に所望のＦＦＰよりも大きなＦＦＰとなる。従って、所望のＦＦＰを実現するには、製造工程での前記ずれを考慮して、開口部の大きさをある程度大きくする必要がある。

また、発明者らは、複数の面発光レーザについて、電流通過領域１０８ｂの形状とＮＦＰの形状との関係を調べた。その結果が図１７に示されている。これによると、電流通過領域の矩形率（図１８参照）の平均値は１．０２であり、ＮＦＰの矩形率の平均値は１．０４であった。すなわち、電流通過領域１０８ｂの形状とＮＦＰの形状とは相似形でないことが判明した。なお、電流通過領域の矩形率は、ＩＲ顕微鏡で観察して計測した（図１９参照）。

従来のように、開口部の形状を電流通過領域の形状（正方形、図２０（Ａ）参照）と相似形とした場合に、所望の大きさのＦＦＰを得るためには、製造工程での前記ずれだけでなく、電流通過領域の矩形率とＮＦＰの矩形率の違いも考慮して、開口部の大きさにおける公差を設定する必要がある。

一方、本実施形態のように、開口部の矩形率をＮＦＰの矩形率（図２０（Ｂ）及び図２０（Ｄ）参照）と同じとした場合には、製造工程での前記ずれのみを考慮して、開口部の大きさにおける公差を設定することができる。

すなわち、本実施形態では、従来よりも開口部の大きさを小さくしても、所望の大きさのＦＦＰを得ることができる。この結果、開口部における開口幅の最大値を、従来よりも小さくすることができる（図２０（Ｃ）及び図２０（Ｄ）参照）。

従って、本実施形態では、「同時発光現象」の原因となる金属片の大きさを従来よりも小さくすることができる（図２１参照）。それに伴い、隣接する電極パッド間の間隙、隣接する配線間の間隙を狭くすることが可能となる。すなわち、チップ面積を小さくすることができ、１ロットあたりのチップ数を増加させることが可能となる。その結果、製品歩留まりを向上させるとともに、更なる生産コストの低減を図ることができる。

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、基板１０１と、該基板１０１上に積層され、複数の光出射部を有する多層の半導体層と、複数の光出射部に対応して設けられ、光の通路となる開口部を有する複数のｐ側の電極１１３と、該複数のｐ側の電極１１３に対応して設けられた複数の電極パッドと、前記複数のｐ側の電極１１３のそれぞれを、対応する電極パッドに電気的に接続する複数の配線とを備えている。

そして、ｐ側の電極１１３の開口部における開口幅の最大値は、電気的に絶縁されている領域の最小幅よりも小さくなるように設定されている。

従って、リフトオフ工程で剥離した金属片が再付着しても「同時発光現象」の発生を抑制することができ、製品歩留まりを向上させることが可能となる。

ところで、面発光レーザアレイ１００では、各発光部を副走査対応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ｃであるので、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発光部が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。

そして、上記間隔ｃが３μｍであるため、光走査装置１０１０の光学系の倍率を約１．８倍とすれば、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。

このように、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源１４が面発光レーザアレイ１００を有しているため、感光体ドラム１０３０上を高密度で走査することが可能となる。

もちろん、主走査対応方向の発光部数を増加したり、前記間隔ｄを狭くして間隔ｃ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、発光部の点灯タイミングで容易に制御できる。

また、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。

また、各発光部からの光束の偏光状態が安定して揃っているため、レーザプリンタ１０００では、高精細な画像を高速で形成することができる。

このように、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、光走査装置１０１０を備えているため、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。

なお、上記実施形態では、面発光レーザアレイ１００が３２個の発光部を有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。

また、上記実施形態では、被選択酸化層がｐ−ＡｌＡｓからなる場合について説明したが、これに限らず、例えばｐ−Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２ＡｓのようにＧａが含まれていても良い。

また、上記実施形態では、被選択酸化層１０８の挿入位置が、上部スペーサ層１０６から光学的に５λ／４離れた位置であ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、被選択酸化層１０８の挿入位置が、上部スペーサ層１０６から光学的に３λ／４、あるいは７λ／４離れた位置であっても良い。

また、上記実施形態では、レーザ発振方向に直交する断面でのメサ形状が正方形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く、例えば円形、楕円形あるいは長方形など任意の形状とすることができる。

そして、開口部の形状を、一例として図２２に示されるように、楕円形状としても良い。この場合は、Ｙ軸方向の長さａ´／Ｘ軸方向の長さｂ´を開口部の矩形率とし、該開口部の矩形率がＮＦＰの矩形率と一致するように設定すると良い。このとき、一例として図２３に示されるように、互いに隣接する電極パッド間の間隙Ｌは、開口部の外形における長軸の長さ（ここでは、ａ´）よりも大きくする。また、このとき、開口部の形状がＮＦＰの形状と相似形となるように設定しても良い。

また、上記実施形態において、ＮＦＰの矩形率が略１．０のときに、開口部の外形を正方形状あるいは円形状としても良い。開口部が正方形の場合の開口幅の最大値は、該正方形の対角線の長さであり、開口部が円形の場合の開口幅の最大値は、該円の直径である。

また、上記実施形態では、基板の主面の法線方向が、結晶方位［１ ０ ０］方向に対して、結晶方位［１ １ １］方向に向かって１５度傾斜してい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。基板の主面の法線方向が、結晶方位＜１ ０ ０＞の一の方向に対して、結晶方位＜１ １ １＞の一の方向に向かって傾斜していれば良い。

また、上記実施形態では、発光部の発振波長が７８０ｎｍ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。感光体の特性に応じて、発光部の発振波長を変更しても良い。

また、面発光レーザアレイ１００は、画像形成装置以外の用途に用いることができる。その場合には、発振波長は、その用途に応じて、６５０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯であっても良い。

また、上記実施形態において、前記面発光レーザアレイ１００に代えて、面発光レーザアレイ１００と同様の発光部が１次元配列された面発光レーザアレイを用いても良い。

また、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良い。

例えば、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、一例として図２４に示されるように、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００であっても良い。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用の「感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６」と、シアン用の「感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６」と、マゼンタ用の「感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６」と、イエロー用の「感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６」と、光走査装置２０１０と、転写ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。

各感光体ドラムは、図２４中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転方向に沿って、それぞれ帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットが配置されている。各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。光走査装置２０１０は、帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光を照射し、各感光体ドラムに潜像を形成する。そして、各現像装置は、対応する感光体ドラム表面にトナー像を形成する。さらに、各転写装置は、対応する感光体ドラム表面のトナー像を、転写ベルト２０８０上の記録紙に転写する。全てトナー像が転写された記録紙は、定着ユニット２０３０に送られ、画像が定着される。

光走査装置２０１０は、前記光源１４と同様な光源を、色毎に有している。そこで、上記光走査装置１０１０と同様の効果を得ることができる。また、カラープリンタ２０００は、光走査装置２０１０を備えているため、上記レーザプリンタ１０００と同様の効果を得ることができる。

ところで、カラープリンタ２０００では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合がある。このような場合であっても、点灯させる発光部を変更することで色ずれを低減することができる。

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、製品歩留まりを向上させるのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、被走査面を高密度で走査するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高コスト化を招くことなく、高精細な画像を高速で形成するのに適している。

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１における光走査装置を示す概略図である。 光走査装置の光源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。 面発光レーザアレイにおける発光部の２次元配列を説明するための図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 図５の一部を拡大した図である。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザアレイの基板を説明するための図である。 面発光レーザアレイの活性層近傍を拡大した図である。 面発光レーザアレイの上部半導体ＤＢＲの一部を拡大した図である。 面発光レーザアレイの開口部を説明するための図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれＮＦＰを説明するための図である。 隣接する電極パッド間の間隙を説明するための図である。 開口部における開口幅の最大値を説明するための図である。 ｐ側の電極と配線との間隙を説明するための図である。 面発光レーザアレイに固有の「同時発光現象」を説明するための図である。 電流通過領域の中心と開口部の中心とのずれを説明するための図である。 電流通過領域の形状とＮＦＰの形状との関係を説明するための図である。 電流通過領域の矩形率を説明するための図である。 ＩＲ顕微鏡によって観察される酸化層及び電流通過領域を説明するための図である。 図２０（Ａ）は電流通過領域の形状を説明するための図であり、図２０（Ｂ）はＮＦＰの形状を説明するための図であり、図２０（Ｃ）は従来の開口部の大きさを説明するための図であり、図２０（Ｄ）は本実施形態における開口部の大きさを説明するための図である。 本実施形態の効果を説明するための図である。 面発光レーザアレイの開口部の変形例を説明するための図である。 図２２の開口部に対応する電極パッド間の間隙を説明するための図である。 カラープリンタの概略構成を説明するための図である。

符号の説明

１１ａ…ｆθレンズ（走査光学系の一部）、１１ｂ…トロイダルレンズレンズ（走査光学系の一部）、１３…ポリゴンミラー（偏向器）、１４…光源、１００…面発光レーザアレイ、１０１…基板、１１３…ｐ側の電極（電極）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

Claims (11)

1. 基板と；
   前記基板上に積層され、複数の光出射部を有する多層の半導体層と；
   前記複数の光出射部に対応して設けられ、光の通路となる開口部を有する複数の電極と；
   前記複数の電極に対応して設けられた複数の電極パッドと；
   前記複数の電極のそれぞれを、対応する電極パッドに電気的に接続する複数の配線と；を備え、
   前記開口部における開口幅の最大値は、電気的に絶縁されている領域の最小幅よりも小さいことを特徴とする面発光レーザアレイ。
2. 前記開口部は、第１の方向に関する開口幅と前記第１の方向に直交する第２の方向に関する開口幅との比が、ニア・フィールド・パターンにおける前記第１の方向に関するビーム幅と前記第２の方向に関するビーム幅との比と同じであ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. 前記開口部の外形は、ニア・フィールド・パターンと相似形であることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザアレイ。
4. 前記電気的に絶縁されている領域の最小幅は、電極パッド間の間隙の最小値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。
5. 前記電気的に絶縁されている領域の最小幅は、配線間の間隙の最小値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。
6. 前記電気的に絶縁されている領域の最小幅は、電極と配線との間の間隙の最小値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。
7. 前記開口部の外形は、正方形状であり、前記開口部における開口幅の最大値は、前記正方形の対角線の長さであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
8. 前記開口部の外形は、円形状であり、前記開口部における開口幅の最大値は、前記円の直径であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
9. 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１〜８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と；
   前記光源からの光を偏向する偏向器と；
   前記偏向器で偏向された光を前記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。
10. 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９に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
11. 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１０に記載の画像形成装置。