JP2010003873A - 面発光レーザ素子と面発光レーザアレイ、光走査装置と画像形成装置、光送受信モジュールと光通信システムおよび電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】温度特性が良好で高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供する。
【解決手段】ＧａＡｓ基板１０１と下部ＤＢＲ１０５との間に新たに放熱のよい反射鏡（第１下部ＤＢＲ１０３）を設け、また、その反射鏡の膜厚の分だけＧａＡｓ基板１０１を除去等する構成とすることで、面発光レーザ素子の光出力の熱飽和特性を改善し、活性層部分の温度上昇を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザプリンタや複写機、光ディスク装置などの電気機器、光通信システムにおける光送受信モジュールなどに用いる面発光レーザ素子に係り、特に、温度特性に優れ、高出力動作が可能な面発光レーザ素子およびそれを用いた装置に関するものである。

面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ，垂直共振器面発光レーザ）は、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、壁開不要（基板の側面から光を放射する端面発光型半導体レーザでは、レーザ作製の工程において基板を数百ミクロンの幅でへき開する必要があるのに対し、面発光レーザはこの小さく割る工程が不要なのでありシンプルな製作工程となる）、２次元並列集積が可能、素子の検査が容易であるなどの特長から光インターコネクションなどの光通信の光源、光ピックアップ用の光源、画像形成装置の光源などの民生用途で用いられている。

このような用途の面発光レーザ素子には、活性層の利得が大きく、低しきい値であって、さらに、高出力であって、信頼性に優れ、偏光方向が制御されていることが求められる。しかし、面発光レーザ素子は、活性層体積が小さいため、端面発光型半導体レーザと比較して、光出力が小さいという問題がある。

この光出力を増大させる技術の一つに、発光部の温度上昇を低減する技術を掲げることができる。

一般に、面発光レーザ素子に限らず、半導体レーザでは、電流注入によって発生する熱の拡散の度合いが、レーザ出力、光スペクトルやモード、レーザ寿命などに大きな影響を与える。熱拡散など半導体の熱伝導についての問題は、デバイスの性能と密接に関係した重要なものである。

特に、面発光レーザ素子では、活性層が熱抵抗の大きい半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ；（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ））で挟み込まれた構造になっているために活性層の温度上昇が大きい。

素子が高温になると光出力は飽和してしまうために、光出力が低くなるという問題がある。この問題は発振波長の如何を問わず、面発光半導体レーザ素子に共通の問題である。

活性層の温度上昇を抑制する従来技術として、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術では、ＡｌＧａＡｓ材料系からなる下部ＤＢＲの下側の大部分の低屈折率層にＡｌＧａＡｓ材料系において最も熱抵抗が小さいＡｌＡｓを用いるものである。

また、特許文献２では、活性領域とＤＢＲの間、あるいはＤＢＲ中に高熱伝導率層を有する垂直共振器型面発光レーザが開示されている。この特許文献２に開示されている垂直共振器型面発光レーザでは、高熱伝導率層にＡｌＡｓなどを用い、さらに、その膜厚を厚くしている。

また、これらの特許文献１，２に記載されている技術よりも、さらに、放熱性に優れた面発光レーザ素子を提供する技術が特許文献３において開示されている。

この特許文献３に記載の技術は、基板上に、屈折率および熱抵抗率が互いに異なる２つの層を組とする複数の組からなる第１の半導体多層膜反射鏡、活性層を含む共振領域、並びに屈折率および熱抵抗率が互いに異なる２つの層を組とする複数の組からなる第２の半導体多層膜反射鏡を有する垂直共振器型の面発光レーザ素子において、第１の半導体多層膜反射鏡および第２の半導体多層膜反射鏡の少なくとも一方の少なくとも一つの組では、熱抵抗率が小さい方の第１の層の光学的厚さが発振波長の１／４倍よりも大きく、熱抵抗率が大きい方の第２の層の光学的厚さが発振波長の１／４倍よりも小さく、第１の層の光学的厚さと第２の層の光学的厚さの和が、２以上の偶数ｍを用いて、発振波長のｍ／４倍であることとするものである。

これによれば、第１の半導体多層膜反射鏡および第２の半導体多層膜反射鏡の少なくとも一方の半導体多層膜反射鏡では、複数の組のうち少なくとも一つの組では、熱抵抗率が小さい方の第１の層の光学的厚さが発振波長の１／４倍よりも大きくなるように設定され、熱抵抗率が大きい方の第２の層の光学的厚さが発振波長の１／４倍よりも小さくなるように設定されている。

すなわち、熱抵抗率が小さい方の層は従来よりも厚く、熱抵抗率が大きい方の層は従来よりも薄い。また、第１の層の光学的厚さと第２の層の光学的厚さの和は、２以上の偶数ｍを用いて、発振波長のｍ／４倍であるため、半導体多層膜反射鏡としての機能は維持される。従って、従来よりも放熱性を向上させることが可能となる。そして、その結果として、活性層の温度上昇が抑制され、従来よりも高出力が可能となる。

例えば、図１３に示すように、Ａｌ_ｘＧａ_１−_ｘＡｓ混晶の熱抵抗率（熱伝導率の逆数）は、Ａｌ組成ｘに対して非線形的な変化を示し、ＧａＡｓ（ｘ＝０）で比較的小さく、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ近傍で極大値をとり、再び小さくなって、ＡｌＡｓ（ｘ＝１）で極小になる。

従って、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１ＡｓやＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓは、熱抵抗率がそれぞれ３．９ｃｍ・Ｋ／Ｗおよび６．８ｃｍ・Ｋ／Ｗであって、ＡｌＡｓの１．１ｃｍ・Ｋ／Ｗに比べて著しく大きい。

このことから、放熱をより向上させるには熱抵抗率が格段に小さいＡｌＡｓ層を、さらに、より積極的に利用することが効果的であり、また、下部ＤＢＲのみの改善にはおのずと限界があり、下部ＤＢＲ以外での改善の余地がある。

特開２００２−１６４６２１号公報 特開２００５−３５４０６１号公報 特開２００８−６０３２２号公報

解決しようとする問題点は、従来の技術では、ＡｌＡｓ層の積極的な利用が不十分であり、また、下部ＤＢＲのみの改善にはおのずと限界があり、下部ＤＢＲ以外での改善に関しての考慮がなされていない点である。

本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、さらに、放熱が良く、駆動時の活性層部分の温度上昇が抑制された、温度特性が良好で高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明では、ＧａＡｓ基板と下部ＤＢＲとの間に新たに放熱のよい反射鏡を設け、さらに、その反射鏡の膜厚の分だけＧａＡｓ基板を削除する構成とすることで、面発光レーザ素子の光出力の熱飽和特性を改善し、活性層部分の温度上昇を抑制することを特徴とする。

本発明によれば、温度特性が良好で高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供することが可能である。

以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。図１は、本発明に係る面発光レーザ素子の第１の構成例を示す側断面図であり、図２は、本発明に係る７８０ｎｍ帯ＶＣＳＥＬのＤＢＲ１ペアあたりの熱抵抗とそれと同じ膜厚のＧａＡｓ層の熱抵抗との比較例を示す説明図、図３は、各波長帯のＶＣＳＥＬの下部ＤＢＲに用いられる典型的なＡｌ組成例を示す説明図、図４は、各設計波長における、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓの対４２ペアからなるＤＢＲのうち基板側からＧａＡｓ／ＡｌＡｓの対からなるＤＢＲに置き換えた場合のペア数と反射率の関係を示すグラフの説明図、図５は、各波長帯のＶＣＳＥＬの下部ＤＢＲで９９．９９９％を超える反射率を得るのに必要なペア数の例を示す説明図、図６は、本発明に係る面発光レーザ素子の第１の層構成例を示す側断面図、図７は、本発明に係る面発光レーザ素子の第２の構成例を示す側断面図、図８は、本発明に係る面発光レーザ素子の第３の構成例を示す側断面図、図９は、従来の面発光レーザ素子の活性層近傍の構成を示す側断面図、図１０は、本発明に係るレーザプリンタの構成例を示す側断面図、図１１は、本発明に係る光走査装置の構成例を示す説明図、図１２は、本発明に係る面発光レーザアレイの構成例を示す上面図、図１４は、本発明に係る光送受信モジュールを用いた光通信システムの構成例を示すブロック図、図１５は、本発明に係る面発光レーザ素子を用いた電気機器としての光ディスク装置の構成例を示すブロック図である。

本例では、前述の図１３における、ＡｌＧａＡｓ混晶の混晶比と熱抵抗率との関係を示すグラフで説明した、熱抵抗率が格段に小さいＡｌＡｓ層をより積極的に利用すると共に、下部ＤＢＲ以外での改良により、従来の面発光レーザ素子の光出力の熱飽和特性をさらに改善することを目的に、ＧａＡｓ基板と下部ＤＢＲとの間に放熱の良い反射鏡を備えるようにした。

すなわち、＜第１の実施例＞として、本例では、半導体基板上に、活性層と当該活性層を挟んで設けられたスペーサ層とからなる共振領域、この共振領域を挟んで設けられた分布ブラッグ反射器からなる上部反射鏡および下部反射鏡とを備えた面発光レーザ素子において、下部反射鏡を、高屈折率層がＧａＡｓからなり低屈折率層がＡｌＡｓからなる第１下部反射鏡と、この第１下部反射鏡の上に形成され、高屈折率層がＡｌＧａＡｓからなり低屈折率層がＡｌＡｓからなる第２下部反射鏡とから構成している。

このように、面発光レーザの下部反射鏡を、高屈折率層がＧａＡｓからなる第１下部反射鏡と、この第１下部反射鏡の上に形成され、高屈折率層がＡｌＧａＡｓからなる第２下部反射鏡とにより構成することから以下の効果を得ることができる。

一般に、多層膜反射鏡は、屈折率の異なる材料を、発振光の位相変化量がπ／２となる厚さに交互に積層して構成されている。すなわち、厚さｄ、屈折率ｎ、発振光波長λとしたときに、光学的膜厚ｎｄ（ｎとｄの積）が発振波長の４分の１の長さの奇数倍でブラッグ多重反射条件を満たす。

屈折率はＡｌ組成に依存し、Ａｌ組成が大きなＡｌＧａＡｓ材料ほど低屈折率となる。従って、一般に、多層膜反射鏡は熱抵抗の異なる材料の積層構造により構成されることになり、多層膜反射鏡の熱抵抗は、材料として用いるＡｌＧａＡｓ材料の組成に大きく依存し、熱抵抗の大きな材料の特性が支配的となる。

ＧａＡｓとＡｌＡｓからなるＤＢＲは、ＡｌＧａＡｓ系材料において最も熱抵抗率の小さいＡｌＡｓを含んでいることから、ＤＢＲ１ペアあたりの熱抵抗は同じ膜厚のＧａＡｓ層の熱抵抗よりも小さい。図２において、７８０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬでの例を示す。すなわち、７８０ｎｍ帯ＶＣＳＥＬのＤＢＲ１ペアあたりの熱抵抗とそれと同じ膜厚のＧａＡｓ層の熱抵抗との比較例を示す。

以下、図１と図９を用いて、このようなＡｌＡｓを含むＤＢＲを具備した本例の面発光レーザ素子の構成と、従来の面発光レーザ素子の構成とを比較して説明する。

図９には、従来の面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）の構成を、図１には、本例の面発光レーザ素子の構成を、それぞれ７８０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬで例示する。

図９に示す従来構成のＶＣＳＥＬは、基板２０１と、バッファ層２０２と、下部ＤＢＲ２０３と、共振器スペーサ層２０５，２０７と、活性層２０６と、選択酸化層２０８と、上部ＤＢＲ２０９と、ＳｉＯ_２層２１０と、絶縁性樹脂２１１と、ｐ側電極２１２と、ｎ側電極２１３とを備える。

下部ＤＢＲ２０３は、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対４２ペアからなり、バッファ層２０２上に形成される

図１に示す本例の面発光レーザ素子は、図９中の下部ＤＢＲ２０３を、高屈折率層のＡｌ組成の異なる２種類のＤＢＲにわけ、下から第１下部ＤＢＲ１０３、第２下部ＤＢＲ１０４としたものである。

第２下部ＤＢＲ１０４は、図９における下部ＤＢＲ２０３と同じ構成であり、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対４２ペアからなる。これに対して、第１下部ＤＢＲ１０３は、ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対２００ペアからなり、バッファ層１０２上に形成される。

図１における基板１０１を、図９における基板２０１よりも、第１下部ＤＢＲ１０３と同じ膜厚だけ研磨すれば、第１下部ＤＢＲ１０３がない場合に比べ、ＶＣＳＥＬ全体の熱抵抗を低減することができる。

また、第１下部ＤＢＲ１０３は、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなるので、ＧａＡｓ基板よりも吸収が少ない。

計算の結果、図９における従来構成の面発光レーザ素子の熱抵抗は２４１４［Ｋ／Ｗ］であるのに対し、図１における構成の面発光レーザ素子の熱抵抗は、２３６９［Ｋ／Ｗ］と求まった。

従って、図１に示す本例の面発光レーザ素子では、第２下部ＤＢＲ１０４の下に、熱抵抗の小さい第１下部ＤＢＲ１０３を配置したことによって、熱抵抗が小さくなり、活性層１０６で発生した熱が効果的に取り除かれるので、その結果、活性層１０６の温度上昇が抑制された、高いレーザ出力を有する面発光レーザ素子を提供することができる。

また、＜第２の実施例＞として、図１における面発光レーザ素子は、発振波長が８７２ｎｍ以下とし、駆動時の活性層部分の温度上昇を抑制し、温度特性が良好で、高出力動作が可能な面発光レーザ素子とする。

すなわち、多層膜反射鏡は、用いる半導体材料が、使用する波長帯で透明である必要があり、半導体材料中で吸収が起きないように、使用する半導体材料のバンドギャップを、発振波長のバンドギャップよりも小さくする必要がある。

図３においては、各波長帯において典型的に用いられるＤＢＲのＡｌ組成と、高屈折率層のバンドギャップと発振波長のエネルギーの差を示している。

ＧａＡｓのバンドギャップは１．４２ｅＶであるため、透過できる光の波長は８７２ｎｍ以上である。そのため、一般に、６５０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯の面発光レーザでは、ＤＢＲの高屈折率層にはＡｌＧａＡｓを用い、ＧａＡｓを用いることはない。

前述のように、ＧａＡｓとＡｌＡｓからなるＤＢＲは、ＡｌＧａＡｓ系材料において最も熱抵抗率の小さいＡｌＡｓを含んでいることから、ＤＢＲ１ペアあたりの熱抵抗は、同じ膜厚のＧａＡｓ層の熱抵抗よりも小さい。

また、第１下部ＤＢＲ１０３は、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなるので、ＧａＡｓ基板よりも吸収が少ない。

よって、本例の面発光レーザ素子では、発振波長が８７２ｎｍ以下の、熱抵抗が小さい、活性層１０６で発生した熱が効果的に取り除かれ、活性層１０６の温度上昇が抑制された、高出力のレーザを出力することができる。

また、＜第３の実施例＞として、第２下部ＤＢＲ１０４を、９９．９９９％を超える反射率を満足するペア数から構成することで、吸収の影響を受けることなく、駆動時の活性層部分の温度上昇を抑制でき、温度特性が良好で、高出力動作が可能な面発光レーザ素子を得ることができる。

すなわち、前述のように、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなる第１下部ＤＢＲ１０３は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの対からなる第２下部ＤＢＲ１０４と異なり、８７２ｎｍ以下の光では吸収が生じる。

しかし、第１下部ＤＢＲ１０３は第２下部ＤＢＲ１０４の下に配設されており、また、第１下部ＤＢＲ１０３はＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなるので、ＧａＡｓ基板１０１よりも吸収が少ないため、９９．９９９％を超える反射率を有する第２下部ＤＢＲ１０４であれば、吸収の影響は無視できる。

図５には、各波長帯のＶＣＳＥＬで典型的に用いられる、下部ＤＢＲのＡｌ組成と、９９．９９９％を超える反射率を得るのに必要なペア数を示す。第２下部ＤＢＲのペア数が図５に記載のペア数以上であれば、第１下部ＤＢＲはどのようなペア数であっても、吸収の影響は無視できる。

よって本発明では、９９．９９９％を超える反射率を満足するペア数から構成されている第２下部ＤＢＲの下に、熱抵抗の小さい第１下部ＤＢＲを配置したことによって、吸収の影響を受けることなく、熱抵抗が小さくなり、活性層で発生した熱が効果的に取り除かれ、活性層の温度上昇が抑制された、高いレーザ出力を有する面発光レーザ素子を提供することができる。

また、＜第４の実施例＞として、発振波長を７７０ｎｍ〜７９０ｎｍとし、第１下部反射鏡を６ペア以下で構成することにより、駆動時の活性層部分の温度上昇を抑制し、温度特性が良好で、高出力動作が可能な面発光レーザ素子を得ることができる。

すなわち、設計波長が７８０ｎｍで、ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対からなる多層膜反射鏡で、９９．９９９％を超える反射率を得るためには、ペア数が４２ペア必要となる。また波長によって屈折率が変わり、波長が短いほどその波長におけるＡｌＡｓとＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層の間の屈折率差が大きくなるため、反射率が大きくなる。

図４には、各設計波長において、ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対４２ペアからなる反射鏡のうち、基板側から順にＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなるＤＢＲに置き換えたペア数とその反射率を示している。

ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対に比べ、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなるＤＢＲは構成する層の間で屈折率差が大きいことから、置き換えることによって、反射率を大きくすることができる。しかしながら、前述のようにＧａＡｓは７８０ｎｍ帯の光を吸収してしまうので、置き換えるペア数をさらに増やしていくと、吸収が大きくなり反射率が小さくなってしまう。

図４から、７７０ｎｍ〜７９０ｎｍの光に対し、９９．９９９％を超える反射率を得るためには、置き換えるペア数は６ペア以下である必要があることがわかる。

７８０ｎｍで設計された下部ＤＢＲが全てＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対から構成される従来構成のＶＣＳＥＬの熱抵抗は２４１４［Ｋ／Ｗ］である。ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対から構成される下部ＤＢＲを基板側からＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなるＤＢＲに６ペア置き換えた場合、計算の結果、熱抵抗は２４１２［Ｋ／Ｗ］と求まった。

よって、本第４の実施例では、第２下部ＤＢＲの一部を、熱抵抗の小さい第１下部ＤＢＲに置き換えたことによって、反射率を損なうことなく、熱抵抗を小さくすることが可能になった。

従って、本第４の実施例のような構成にすることにより、発振波長が７７０ｎｍ〜７９０ｎｍのＶＣＳＥＬにおいて放熱に優れたＤＢＲを得ることができ、これによって放熱特性の優れた、高出力動作が可能な面発光レーザ素子が得られる。

また、＜第５の実施例＞として、第１〜第４の実施例における面発光レーザ素子を同一基板上に複数個設けられ面発光レーザアレイを構成することで、アレイ内素子間の熱干渉が抑えられた、温度特性が良好で、高出力、高密度な面発光レーザアレイを得ることができる。

面発光レーザ素子は、面発光型であることからアレイ化が容易で、しかも通常の半導体プロセスで形成されるので、素子の位置精度が高い。更にメサ形成時の制御性が改善されているので低コスト化できる。

一般に、面発光レーザアレイでは、相互の熱干渉による活性層の温度上昇が単素子の場合に比べて大きく、単素子に比べて寿命が短くなる傾向がある。しかし、本例のようにして面発光、２次元アレイを構成した場合、従来に比べて熱干渉の影響を大幅に低減することができるので、低消費電力で長寿命な面発光レーザアレイを得ることができる。

また、放熱特性が改善された構造であることから、アレイ内素子間の熱干渉が抑えられ、より近接した（高密度）アレイとすることが可能となる。

また、高出力動作可能な面発光レーザ素子を同一基板上に多数集積することで、書き込み光学系に応用した場合、同時にマルチビームでの書きこみが容易となり、書きこみ速度が格段に向上し、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できる。

また、同じ書きこみドット密度の場合は印刷速度を早くできる。また、通信に応用した場合、同時に多数ビームによるデータ伝送が可能となるので高速通信ができる。更に、面発光レーザ素子は低消費電力動作し、特に機器の中に組み込んで利用した場合、温度上昇を低減できる。

また、＜第６の実施例＞として、光によって被走査面を走査する光走査装置において、第１〜第４の実施例のいずれかにおける面発光レーザ素子、もしくは、第５の実施例における面発光レーザアレイのいずれかを有する光源と、この光源からの光を偏向する偏向器と、この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た構成とする。

このような構成とすることにより、駆動時の活性層部分の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力動作が可能な面発光レーザ素子／面発光レーザアレイにより、高速であり、且つ、高精細画像が形成可能な光走査装置を得ることができる。

特に、面発光レーザアレイは長寿命であるので、信頼性の高い光走査装置が得られる効果を有する。

また、＜第７の実施例＞として、少なくとも１つの像担持体と、この像担持体に対して画像情報が含まれる光ビームを走査する上述の＜第６の実施例＞における光走査装置と、像担持体に形成された像を転写対象物に転写する転写手段とからなる画像形成装置を構成する。

これにより、本例の画像形成装置歯、駆動時の活性層部分の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力動作が可能な面発光レーザ素子もしくは面発光レーザアレイを用いた光走査装置によって、高精彩画像が形成可能となる。

特に、駆動時の活性層部分の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力動作が可能で長寿命な面発光レーザアレイを用いた光走査装置を具備した場合、高速、且つ高精細画像が形成可能な上、さらに、信頼性の高い画像形成装置が得られる。

また、＜第８の実施例＞として、第７の実施例における画像形成装置が、光走査装置により、像担持体に対して、多色のカラー画像情報が含まれる光を走査する構成、すなわち、カラー画像形成装置とする。

このように、画像形成装置を、像担持体に対して走査される光ビームが多色のカラー画像情報を含む構成してカラー画像形成装置とすることにより、本例のカラー画像形成装置は、駆動時の活性層部分の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力動作が可能な面発光レーザ素子を用いた光走査装置により、高速に、高精細な画像が形成可能となり、さらに、駆動時の活性層部分の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力動作が可能で長寿命な面発光レーザアレイを用いた光走査装置により、信頼性の高いカラー画像の形成が可能となる。

以下、図１を用いて本発明に係る面発光レーザ素子の構造について説明する。

図１における面発光レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１、ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型第１下部ＤＢＲ１０３、ｎ型第２下部ＤＢＲ１０４、下部スペーサ層１０５、活性層１０６、上部スペーサ層１０７、ｐ型ＡｌＡｓ比選択酸化層１０８、ｐ型上部ＤＢＲ１０９、ＳｉＯ_２１１０、絶縁性樹脂１１１、ｐ側上部電極１１２、ｎ側下部電極１１３からなる。

本面発光レーザ素子は、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＰ多重量子井戸構造を活性層１０６とし、上部スペーサ層１０７にＡｌＧａＡｓ系材料、下部スペーサ層１０５にＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた７８０ｎｍ帯面発光レーザ素子である。以下、その構造を製造工程に従い説明する。

図１の面発光レーザ素子は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により結晶成長を行っており、III族原料に、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族原料にはアルシン（ＡｓＨ_３）、フォスフィン（ＰＨ_３）を用いている。また、ｐ型ドーパント原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）を、ｎ型ドーパント原料にはセレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）を用いている。

具体的には、図１の面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対を１ペアとした２００ペアのｎ型第１下部ＤＢＲ１０３、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対を１ペアとした４２ペアのｎ型第２下部ＤＢＲ１０４、（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ上部スペーサ層１０５、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０６、（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ下部スペーサ層１０７、２４周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ上部ＤＢＲ１０８の結晶成長が行われている。

ここで、ｐ型上部ＤＢＲ１０９の途中には、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層１０８を設けている。また、面発光レーザ素子の最表面にはＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を設けている。

ここで、上部ＤＢＲ１０９は、低屈折率層であるＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層と、高屈折率層であるＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層の間に電気抵抗を低減する目的で、一方の組成から他方の組成へ向かってＡｌＧａＡｓの組成を変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層を設けている。

次に、公知の写真製版技術を用いて、図１の面発光レーザ素子の中央部に１辺が２０μｍの正方形状のレジストパターンを形成した後、公知のドライエッチング技術を用いて、表面のＧａＡｓコンタクト層から、共振器スペーサ層の途中までの各層のエッチング除去を行っている。

ドライエッチングの進行状態は、プラズマ発光モニタ等を用いて、各層に特徴的に現れるプラズマ発光種を観察することで知ることができる。

本例では、共振器スペーサ層を構成するいずれかの層（１０５，１０７）にＩｎを含ませてあるので、ドライエッチングによってメサ形状に加工する際に、Ｉｎの発光をモニタすることによって、エッチングが行われている部分を知ることができ、また、ＤＢＲにはＩｎが含まれていないので、Ｉｎを含む共振器部を良好に検出でき、精密にエッチング深さを制御することが可能である。

また、ドライエッチングのほかにも、スペーサ層がＡｌＧａＩｎＰであることから、これを、ウエットエッチングを停止するエッチングストップ層として用いることができ、硫酸系のエッチャント（エッチング液）による選択エッチングにより、エッチング深さを精密に制御することができる。しかし、エッチング異方性により、非対称な形状のメサができやすいなどの不具合があるのでドライエッチングとの併用が好ましい。

例えば、ドライエッチング等を用いてＡｌＧａＩｎＰスペーサ層近傍までのＡｌＧａＡｓ系半導体層のエッチング除去を行った後、ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層までの残りのＡｌＧａＡｓ系半導体層を硫酸系のエッチャントにより、ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層に対して選択的に除去することができる。

この他にも、ＧａＡｓコンタクト層からＡｌＧａＩｎＰスペーサ層までの各層を全てウエットエッチングにより除去する方法とすることもできる。

次に、加熱水蒸気雰囲気中において、エッチング側壁からｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層１０８の酸化を行って電流狭窄層を形成している。ここで、メサエッチングはＡｌＧａＩｎＰスペーサ層１０５中で停止しているので、下部ＤＢＲ１０４を構成するＡｌＡｓ層は選択酸化されない。

次に、公知の気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ウエハ全面にＳｉＯ_２層を形成した後、エッチング除去部にアラインして、光出射部となる領域とその周辺のＳｉＯ_２層の除去を行っている。

次に絶縁性樹脂のスピンコートを行い、メサ上面の絶縁性樹脂の除去を行っている。そして、次に、光出射部となる領域に１辺が８μｍの開口を有したレジストパターンを形成し、ｐ側電極材料の蒸着を行った後、リフトオフによって光出射部の電極材料を除去して、ｐ側上部電極１１２を形成している。

さらに、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の裏面を研磨した後、基板の裏面に蒸着によってｎ側下部電極１１３を形成し、アニールによって、両電極のオーミック導通をとっている。

本構成では、上部スペーサ層１０７をＡｌＧａＡｓ材料、下部スペーサ層１０５をＡｌＧａＩｎＰ材料とし、Ｉｎの発光をモニタして下部スペーサ層１０５までエッチングしているので、活性層１０６部分もエッチング除去されていることにより隣接する素子と電気的に分離している。

よって本例では、第２下部ＤＢＲ１０４の下に、熱抵抗の小さい第１下部ＤＢＲ１０３を配置したことによって、熱抵抗が小さくなり、活性層１０６で発生した熱が効果的に取り除かれ、活性層１０６の温度上昇が抑制された、高いレーザ出力を有する面発光レーザ素子を提供することができる。

このように、本例の面発光レーザ素子では、第２下部ＤＢＲ１０４の下に、熱抵抗の小さい第１下部ＤＢＲ１０３を配置したことによって、熱抵抗が小さくなり、活性層１０６からの発熱を効率よく放熱でき、活性層１０６部分の温度上昇が効果的に抑制され、温度特性が良好で高出力動作が可能な面発光レーザ素子を得ることができる。

図７においては、発信波長が７８０ｎｍの面発光レーザ素子の構成を示しており、本例の面発光レーザ素子は、図６に詳細な層構成を示すように、下部ＤＢＲとＧａＡｓ基板の間に、多数ペアのＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなるＤＢＲを設けることで、ＧａＡｓ基板１０１を除去してもウエハ強度を保つように工夫された面発光レーザである。

すなわち、図１に示す面発光レーザ素子と同様の方法にて成長を行い、図６に示すように、ＧａＡｓ基板１０１上に、ＧａＡｓバッファ層１０２、ＧａＩｎＰエッチストップ層１２０、下部ＧａＡｓコンタクト層１２１、第１下部ＤＢＲ１０３、第２下部ＤＢＲ１０４、下部スペーサ層１０５、活性層１０６、上部スペーサ層１０７、被選択酸化層１０８、上部ＤＢＲ１１２を順次成長させる。

具体的に、図７における面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層とｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなる４００ペアのｎ型第１下部ＤＢＲ１０３、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対からなる３６ペアのｎ型第２下部ＤＢＲ１０４、（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ上部スペーサ層１０７、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０６、（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ下部スペーサ層１０５、２４周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ上部ＤＢＲ１０９の結晶成長が行われている。

ここで、上部ＤＢＲ１０９の途中には、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層１０８を設けている。また、面発光レーザ素子の最表面には、上部ＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を設けている。

図１の面発光レーザ素子の際と同様のプロセスを経て、メサエッチング、選択酸化、絶縁膜の形成、ｐ側電極の形成を行ったのち、基板側からＧａＡｓ基板１０１とＧａＡｓバッファ層１０２を硫酸系のエッチャントによりエッチングして除去し、ＧａＩｎＰエッチストップ層１２０を露出させる。

次に、塩酸系エッチャントによりＧａＩｎＰエッチストップ層１２０を除去し、下部ＧａＡｓコンタクト層１２１を露出させる。露出させた下部ＧａＡｓコンタクト層１２１に蒸着によってｎ側電極を形成し、アニールによって、両電極のオーミック導通をとっている。

ここでは、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなる４００ペアの第１下部ＤＢＲ１０３が４７μｍあることから、図６に示す面発光レーザ素子におけるＧａＡｓ基板１０１を除去して図７に示す面発光レーザ素子の構成としても、ウエハを維持する強度は残される。

本例の面発光レーザ素子では、ＧａＡｓ基板１０１をエッチングにより除去したことから、発熱源である活性層１０６と下部電極１１３の距離を小さくすることができる。

これにより、活性層１０６からの発熱を効率よく放熱でき、活性層１０６部分の温度上昇が効果的に抑制され、温度特性が良好で高出力動作が可能な面発光レーザ素子を得ることができる。

次に、図８を用いて、本発明に係る面発光レーザ素子の他の構成例について説明する。本例では、第２下部ＤＢＲとしてＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓＤＢＲ３６ペアを用い、第１下部ＤＢＲとしてＧａＡｓ／ＡｌＡｓＤＢＲ６ペアを用いる例である。

本図８における面発光レーザ素子では、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＰ多重量子井戸構造を活性層とし、上部スペーサ層にＡｌＧａＡｓ系材料、下部スペーサ層にＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた７８０ｎｍ帯面発光レーザ素子である。

図１における面発光レーザ素子と同様の方法にて成長を行い、ＧａＡｓ基板１０１上に、ＧａＡｓバッファ層１０２、第１下部ＤＢＲ１０３、第２下部ＤＢＲ１０４、下部スペーサ層１０５、活性層１０６、上部スペーサ層１０７、選択酸化層１０８、上部ＤＢＲ１０９を順次成長させる。

具体的に、図８に示す面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなる６ペアのｎ型第１下部ＤＢＲ１０３、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対からなる３６ペアのｎ型第２下部ＤＢＲ１０４、（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ下部スペーサ層１０５、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０６、（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ上部スペーサ層１０７、２４周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ上部ＤＢＲ１０９の結晶成長が行われている。

ここで、上部ＤＢＲ１０９の途中には、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層１０８を設けている。また、面発光レーザ素子の最表面にはＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を設けている。

本例の面発光レーザ素子では、従来構成であるｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対からなる４２ペアの下部ＤＢＲのうち６ペアを、熱抵抗の小さいｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対からなるＤＢＲに置き換えたことによって、反射率を損なうことなく、熱抵抗を小さくすることができる。

従って、放熱に優れたＤＢＲを得ることができ、活性層１０６からの発熱を効率よく放熱でき、活性層１０６部分の温度上昇が効果的に抑制され、温度特性が良好で高出力動作が可能な面発光レーザ素子を得ることができる。

次に、図１０を用いて、このような面発光レーザ素子を用いた本発明に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ５００の説明を行う。

図１０に示すレーザプリンタ５００は、光走査装置９００、感光体ドラム９０１、帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、トナーカートリッジ９０４、クリーニングブレード９０５、給紙トレイ９０６、給紙コロ９０７、レジストローラ対９０８、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４、定着ローラ９０９、排紙ローラ９１２、および排紙トレイ９１０などを備えている。

帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４およびクリーニングブレード９０５は、それぞれ感光体ドラム９０１の表面近傍に配置されている。

そして、感光体ドラム９０１の回転方向に関して、帯電チャージャ９０２→現像ローラ９０３→転写チャージャ９１１→除電ユニット９１４→クリーニングブレード９０５の順に配置されている。

感光体ドラム９０１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９０１は、図１０における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。帯電チャージャ９０２は、感光体ドラム９０１の表面を均一に帯電させる。

光走査装置９００は、帯電チャージャ９０２で帯電された感光体ドラム９０１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９０１の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム９０１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９０１の回転に伴って現像ローラ９０３の方向に移動する。尚、この光走査装置９００の構成については後述する。

トナーカートリッジ９０４にはトナーが格納されており、このトナーは現像ローラ９０３に供給される。現像ローラ９０３は、感光体ドラム９０１の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ９０４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された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って転写チャージャ９１１の方向に移動する。

給紙トレイ９０６には記録紙９１３が格納されている。この給紙トレイ９０６の近傍には給紙コロ９０７が配置されており、給紙コロ９０７は、記録紙９１３を給紙トレイ９０６から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対９０８に搬送する。

レジストローラ対９０８は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ９０７によって取り出された記録紙９１３を一旦保持するとともに、記録紙９１３を感光体ドラム９０１の回転に合わせて感光体ドラム９０１と転写チャージャ９１１との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ９１１には、感光体ドラム９０１の表面上のトナーを電気的に記録紙９１３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９０１の表面の潜像が記録紙９１３に転写される。ここで転写された記録紙９１３は、定着ローラ９０９に送られる。

この定着ローラ９０９では、熱と圧力とが記録紙９１３に加えられ、これによってトナーが記録紙９１３上に定着される。ここで定着された記録紙９１３は、排紙ローラ９１２を介して排紙トレイ９１０に送られ、排紙トレイ９１０上に順次スタックされる。

除電ユニット９１４は、感光体ドラム９０１の表面を除電する。クリーニングブレード９０５は、感光体ドラム９０１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。尚、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９０１の表面は、再度帯電チャージャ９０２の位置に戻る。

次に、図１１を用いて、図１０におけるレーザプリンタ５００に用いられている光走査装置９００の構成および作用について説明する。

図１１における光走査装置９００は、図１，６，７，８を用いて説明した面発光レーザ素子もしくは後述の図１２に示す面発光レーザアレイＬＡを含む光源ユニット１０、カップリングレンズ１１、アパーチャ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）、および、各部を統括的に制御する不図示の主制御装置を備えている。

カップリングレンズ１１は、光源ユニット１０から出射された光ビームを略平行光に整形する。アパーチャ１２は、カップリングレンズ１１を介した光ビームのビーム径を規定する。シリンドリカルレンズ１３は、アパーチャ１２を通過した光ビームを、ミラー１７を介してポリゴンミラー１４の反射面に集光する。

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面の偏向面が形成されている。そして、図示していない回転機構により、図１１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から出射され、シリンドリカルレンズ１３によってポリゴンミラー１４の偏向面に集光された光ビームは、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からの光ビーム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ビームの像面を、主走査方向に対して等速移動させる。トロイダルレンズ１６は、ｆθレンズ１５からの光ビームを、ミラー１８を介して、感光体ドラム９０１の表面上に結像する。

この場合に、面発光レーザアレイＬＡが図１２に示されるように配置されていると、面発光レーザアレイＬＡでは、各面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）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時の副走査方向に対応する方向における各面発光レーザ素子の位置関係が等間隔（間隔ｄ２とする）となるので、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム９０１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、副走査方向に対応した方向に関する面発光レーザ素子のピッチｄ１が２６．５μｍであれば、各面発光レーザ素子の位置間隔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９０１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、主走査方向に対応する方向の面発光レーザ数を増加したり、ピッチ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。尚、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、レーザプリンタ５００では、書きこみドット密度が上昇しても面発光レーザ素子は高い単一基本横モード出力を発生させることができるので、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。

図１２に示す面発光レーザアレイＬＡでは、各面発光レーザ素子の活性層の温度上昇が従来よりも低減されているため、ピッチｄ１＝２６．５μｍ、間隔ｄ２＝２．６５μｍであっても、各面発光レーザ素子から高出力で光ビームをそれぞれ出射することが可能であり、また、長期信頼性（素子寿命）も改善されている。これにより、レーザプリンタ５００では高精細な画像を高速で形成することが可能となる。

以上、説明したように、本例の光走査装置９００によると、光源ユニット１０は面発光レーザアレイＬＡを含んでいるため、感光体ドラム９０１の表面上に高精彩な潜像を高速で走査形成することが可能となる。

また、本例のレーザプリンタ５００によると、面発光レーザアレイＬＡを含む光走査装置９００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。

尚、光走査装置９００において、光源ユニット１０は、面発光レーザアレイＬＡに代えて、図１に示す面発光レーザ素子と同様な構成を有する面発光レーザ素子を含んでいても良い。

また、画像形成装置としてレーザプリンタ５００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、図１に示す面発光レーザ素子と同様な構成を有する面発光レーザ素子あるいは面発光レーザアレイを有する画像形成装置であれば、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。

また、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、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。

また、画像形成装置として、カラー画像に対応し、例えばブラック（Ｋ）用の感光体ドラム、シアン（Ｃ）用の感光体ドラム、マゼンダ（Ｍ）用の感光体ドラム、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムのように複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。

次に、図１４を用いて、本発明に係る面発光レーザ素子を用いた光送受信モジュールおよび当該光送受信モジュールを用いた光通信システムについて説明する。

図１４おいては、複数の面発光レーザ素子を同一の基板上に配置して構成した面発光レーザアレイ１４０１ａ，１４０２ａと、面発光レーザアレイ１４０１ａ，１４０２ａの各素子から出射されたレーザ光を受光して電気信号に変換出力する受光素子１４０１ｂ，１４０２ｂを、ボード１４０１，１４０２上に設け、光送受信モジュールを構成している。

また、ボード１４０１，１４０２上には、面発光レーザアレイ１４０１ａ，１４０２ａを駆動する駆動回路、および、受光素子１４０１ｂ，１４０２ｂからの出力の信号処理を行う制御回路等が搭載されている。

ボード１４０１，１４０２上の面発光レーザアレイ１４０１ａ，１４０２ａの各面発光レーザ素子と受光素子１４０１ｂ，１４０２ｂのそれぞれは相互に、光ファイバー１４０３を介して、光信号の送受信を行う光通信システム構成となっている。

ボード１４０１，１４０２は、さらに、図示していないコンピュータ装置等の通信装置に接続され、データ処理が行われる。

このように、本例の高いレーザ出力を有する面発光レーザ素子・アレイを用いることにより、光送受信モジュールの高性能化を図ることができ、かつ、それを用いた光通信システムの高性能化および高信頼化を図ることができる。

次に、図１５を用いて、本発明に係る面発光レーザ素子もしくは面発光レーザアレイを用いた電気機器の例として、面発光レーザ素子を用いた光ディスク装置について説明する。

図１５において、本例の光ディスク装置は、光ディスク１５０１へのデータの書き込みや、光ディスク１５０１に書き込まれたデータの再生に、本発明に係る面発光レーザ素子からなるレーザ装置１５０２を用いている。

光ディスク装置では、光ディスク１５０１へのデータの書き込み時、レーザ装置１５０２から光ディスク１５０１へ向けて信号光(レーザ光)を出射し、この信号光を、コリメートレンズ１５０３により平行光とし、ビームスプリッタ１５０４を透過してλ／４偏光板１５０５で偏光状態を調節した後、レーザ光照射用対物レンズ１５０６により光ディスク１５０１の表面に集光させる。

また、光ディスク１５０１に記録されたデータを読み出す際には、レーザ装置１５０２から、データ信号がのっていないレーザ光を書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク１５０１の表面に照射し、光ディスク１５０１の表面で反射させたレーザ光を、レーザ光照射用対物レンズ１５０６、λ／４偏光板１５０５を経由し、ビームスプリッタ１５０４により光軸の方向を９０°変えて、再生光用対物レンズ１５０７で信号検出用受光素子１５０８の表面に集光させ、この信号検出用受光素子１５０８において、レーザ光が示すデータ信号を電気信号に変換して信号光再生回路１５０９に出力する。そして、この信号光再生回路１５０９において、電気信号を元の信号に再生する。

このように、本発明に係る高いレーザ出力の面発光レーザ素子を光ディスク装置に用いることにより、光ディスク装置の性能を向上させることができる。

以上、図１〜図１５を用いて説明したように、本例の面発光レーザ素子では、ＧａＡｓ基板上に、活性層と活性層を挟んで設けられたスペーサ層とからなる共振領域と、この共振領域を挟んで設けられた分布ブラッグ反射器からなる上部反射鏡および下部反射鏡とを備えた面発光レーザ素子において、特に、下部反射鏡を、第１下部反射鏡と第２下部反射鏡に分けて構成し、第２下部反射鏡を共振領域の下に配置し、第１下部反射鏡を第２下部反射鏡の下に配置し、さらに、第１下部反射鏡は、高屈折率層がＧａＡｓ、低屈折率層がＡｌＡｓからなる構成とし、また、第２下部反射鏡は、高屈折率層がＡｌＧａＡｓ、低屈折率層がＡｌＡｓからなる構成とすることで、第１下部反射鏡の熱抵抗を第２下部反射鏡の熱抵抗より小さくする。また、第１下部反射鏡の膜厚の分だけ、ＧａＡｓ基板を除去する。

このことにより、面発光レーザ素子全体の熱抵抗を低減することができ、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことができ、活性層の温度上昇を抑圧でき、高いレーザ出力を得ることができる。

尚、本発明は、図１〜図１５を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、図１〜図８を用いて説明した各例の面発光レーザ素子では、結晶成長方法として、ＭＯＣＶＤ法を例に挙げて説明を行なったが、この他にも、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）等のその他の結晶成長法を用いることもできる。

また、図１５の例では、発光レーザ素子と集光素子をそれぞれ個別に設けた構成としているが、発光レーザ素子と集光素子を一体化した光ピックアップとして構成することでも良い。

また、図８を用いて説明した例では、第２下部ＤＢＲの一部を、第１下部ＤＢＲに置き換えた構成とし、ＧａＡｓ基板の第１下部ＤＢＲの膜厚分の除去を行っていないが、適宜、ＧａＡｓ基板の除去を行っても良い。

本発明に係る面発光レーザ素子の第１の構成例を示す側断面図である。 本発明に係る７８０ｎｍ帯ＶＣＳＥＬのＤＢＲ１ペアあたりの熱抵抗とそれと同じ膜厚のＧａＡｓ層の熱抵抗との比較例を示す説明図である。 各波長帯のＶＣＳＥＬの下部ＤＢＲに用いられる典型的なＡｌ組成例を示す説明図である。 各設計波長における、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓの対４２ペアからなるＤＢＲのうち基板側からＧａＡｓ／ＡｌＡｓの対からなるＤＢＲに置き換えた場合のペア数と反射率の関係を示すグラフの説明図である。 各波長帯のＶＣＳＥＬの下部ＤＢＲで９９．９９９％を超える反射率を得るのに必要なペア数の例を示す説明図である。 本発明に係る面発光レーザ素子の第１の層構成例を示す側断面図である。 本発明に係る面発光レーザ素子の第２の構成例を示す側断面図である。 本発明に係る面発光レーザ素子の第３の構成例を示す側断面図である。 従来の面発光レーザ素子の活性層近傍の構成を示す側断面図である。 本発明に係るレーザプリンタの構成例を示す側断面図である。 本発明に係る光走査装置の構成例を示す説明図である。 本発明に係る面発光レーザアレイの構成例を示す上面図である。 ＡｌＧａＡｓ混晶の混晶比と熱抵抗率との関係を示すグラフの説明図である。 本発明に係る光送受信モジュールを用いた光通信システムの構成例を示すブロック図である。 本発明に係る面発光レーザ素子を用いた電気機器としての光ディスク装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１０：光源ユニット、１１：カップリングレンズ、１２：アパーチャ、１３：シリンドリカルレンズ、１４：ポリゴンミラー（偏向手段）、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）、１７，１８：ミラー、１０１：ＧａＡｓ基板、１０２：ＧａＡｓバッファ層、１０３：第１下部ＤＢＲ、１０４：第２下部ＤＢＲ、１０５：下部スペーサ層、１０６：活性層、１０７：上部スペーサ層、１０８：被選択酸化層、１０９：上部ＤＢＲ、１１０：ＳｉＯ_２層、１１１：絶縁性樹脂、１１２：上部電極、１１３：下部電極、１２０：エッチストップ層、１２１：コンタクト層、２０１：ＧａＡｓ基板、２０２：ＧａＡｓバッファ層、２０３：下部ＤＢＲ、２０５：下部スペーサ層、２０６：活性層、２０７：上部スペーサ層、２０８：被選択酸化層、２０９：上部ＤＢＲ、２１０：ＳｉＯ_２層、２１１：絶縁性樹脂、２１２：上部電極、２１３：下部電極、５００：レーザプリンタ、９００：光走査装置、９０１：感光体ドラム（像担持体）、９０２：帯電チャージャ、９０３：現像ローラ（転写手段の一部）、９０４：トナーカートリッジ、９０５：クリーニングブレード、９０６：給紙トレイ、９０７：給紙コロ、９０８：レジストローラ対、９０９：定着ローラ、９１０：排紙トレイ、９１１：転写チャージャ、９１２：排紙ローラ、９１３：記録紙、９１４：除電ユニット、１４０１，１４０２：ボード、１４０１ａ，１４０２ａ：面発光レーザアレイ、１４０１ｂ，１４０２ｂ：受光素子、１４０３：光ファイバー、１５０１：光ディスク、１５０２：レーザ装置、１５０３：コリメートレンズ、１５０４：ビームスプリッタ、１５０５：λ／４偏光板、１５０６：レーザ光照射用対物レンズ、１５０７：再生光用対物レンズ、１５０８：信号検出用受光素子、１５０９：信号光再生回路、ＬＡ：面発光レーザアレイ。

Claims (13)

1. 半導体基板上に、活性層と該活性層を挟んで設けられたスペーサ層とからなる共振領域と、該共振領域を挟んで設けられた分布ブラッグ反射器からなる上部反射鏡および下部反射鏡とを備えた面発光レーザ素子であって、
   上記下部反射鏡は、
   第１下部反射鏡と第２下部反射鏡からなり、
   該第２下部反射鏡は上記共振領域の下に配置し、
   上記第１下部反射鏡は上記第２下部反射鏡より熱抵抗が小さく、該第２下部反射鏡の下に配置することを特徴とする面発光レーザ素子。
2. 半導体基板上に、活性層と該活性層を挟んで設けられたスペーサ層とからなる共振領域と、該共振領域を挟んで設けられた分布ブラッグ反射器からなる上部反射鏡および下部反射鏡とを備えた面発光レーザ素子であって、
   上記下部反射鏡は、
   高屈折率層がＧａＡｓからなり低屈折率層がＡｌＡｓからなる第１下部反射鏡と、
   該第１下部反射鏡の上に形成され高屈折率層がＡｌＧａＡｓからなり低屈折率層がＡｌＡｓからなる第２下部反射鏡とから構成される
   ことを特徴とする面発光レーザ素子。
3. 請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の面発光レーザ素子であって、
   上記第１下部反射鏡の膜厚の分、上記半導体基板を除去して構成した
   ことを特徴とする面発光レーザ素子。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の面発光レーザ素子であって、
   発振波長が８７２ｎｍ以下であることを特徴とする面発光レーザ素子。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の面発光レーザ素子であって、
   上記第２下部反射鏡は、９９．９９９％を超える反射率を満足するペア数から構成されることを特徴とする面発光レーザ素子。
6. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の面発光レーザ素子であって、
   発振波長が７７０ｎｍ〜７９０ｎｍであり、
   上記第１下部反射鏡が６ペア以下であることを特徴とする面発光レーザ素子。
7. 請求項１から請求項６のいずれか記載の面発光レーザ素子が同一基板上に複数個設けられて構成されることを特徴とする面発光レーザアレイ。
8. 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から請求項６のいずれかに記載の面発光レーザ素子、もしくは、請求項７に記載の面発光レーザアレイのいずれかを有する光源と、
   該光源からの光を偏向する偏向器と、
   該偏光器で偏向された光を上記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。
9. 少なくとも１つの像担持体と、
   該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８に記載の光走査装置と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９に記載の画像形成装置であって、
    上記光走査装置により、上記像担持体に対して、多色のカラー画像情報が含まれる光を走査することを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の面発光レーザ素子、もしくは、請求項７に記載の面発光レーザアレイのいずれかと、
    該面発光レーザ素子もしくは面発光レーザアレイのいずれかを駆動する駆動回路と、
    レーザ光を受光して電気信号に変換出力する受光素子と
    を少なくとも含むことを特徴とする光送受信モジュール。
12. 光信号を用いて情報を伝達する光通信システムであって、
    上記光信号は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の面発光レーザ素子、もしくは、請求項７に記載の面発光レーザアレイのいずれかから出射される光ビームによって生成されることを特徴とする光通信システム。
13. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の面発光レーザ素子、もしくは、請求項７に記載の面発光レーザアレイのいずれかと、
    該面発光レーザ素子を駆動する駆動回路と
    を具備したことを特徴とする電気機器。

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