JP2011014869A - 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、及び面発光レーザ素子の製造方法 - Google Patents

面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、及び面発光レーザ素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高コスト化を招くことなく、発振横モードが制御された面発光レーザ素子を提供する。
【解決手段】 基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び被選択酸化層を有する上部反射鏡が積層された積層体を作成し、該積層体の上面に、その光学的厚さが発振波長/4の光学的に透明な誘電体層111aが部分的に積層された第1の領域と、光学的に透明な誘電体層111aが積層されていない第2の領域とを形成する。そして、第1の領域及び第2の領域の周囲をそれぞれ上面からエッチングし、メサ構造体を形成した後、被選択酸化層をメサ構造体の側面から選択的に酸化させ、狭窄構造体を作成する。その後、第2の領域を観察して電流通過領域108bの大きさを測定する。
【選択図】図15

Description

本発明は、面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、面発光レーザ素子の製造方法に係り、更に詳しくは、基板に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ素子又は面発光レーザアレイを有する光走査装置、該光走査装置を備える画像形成装置、及び基板に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザ素子の製造方法に関する。
垂直共振器型の面発光レーザ素子(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)は、基板に垂直な方向に光を出射するものであり、基板に平行な方向に光を出射する端面発光型の半導体レーザ素子よりも低価格、低消費電力、小型、2次元デバイスに好適、かつ、高性能であることから、近年、注目されている。
面発光レーザ素子は、電流流入効率を高めるために狭窄構造体を有している。この狭窄構造体としては、Al(アルミニウム)As(ヒ素)層の選択酸化による狭窄構造体(以下では、便宜上「酸化狭窄構造体」ともいう。例えば、特許文献1参照)が良く用いられている。この酸化狭窄構造体は、p−AlAsからなる被選択酸化層が側面に露出している所定の大きさのメサを形成した後、高温の水蒸気雰囲気中に置いて、Alをメサ側面から選択的に酸化させ、メサの中心付近に、被選択酸化層における酸化されていない領域を残留させたものである。この酸化されていない領域が、面発光レーザ素子の駆動電流の通過領域(電流通過領域)となる。このように、容易に電流狭窄が可能である。
酸化狭窄構造体におけるAlの酸化(AlxOy)した層(以下では、「酸化層」と略述する)の屈折率は、1.6程度であり、半導体層に比べて低い。これにより、共振器構造体内に横方向の屈折率差が生じ、光がメサ中央に閉じ込められるので、発光効率を向上させることができる。その結果、低閾値電流、高効率等の優れた特性を実現することが可能となる。
面発光レーザ素子の応用分野としては、プリンタにおける光書き込み系の光源(発振波長:780nm帯)、光ディスク装置における書き込み用光源(発振波長:780nm帯、850nm帯)、光ファイバを用いるLAN(Local Area Network)などの光伝送システムの光源(発振波長:1.3μm帯、1.5μm帯)が挙げられる。さらには、ボード間、ボード内、集積回路(LSI:Large Scale Integrated circuit)のチップ間、及び集積回路のチップ内の光伝送用の光源としても期待されている。
これらの応用分野においては、面発光レーザ素子から出射される光(以下では、「出射光」ともいう)は、断面形状が円形であることが必要とされる場合が多い。出射光の断面形状を円形とするには、高次横モードの発振を抑制することが必要である。
例えば、特許文献2には、出射面上に光学的に透明な膜を形成し、発光領域中心部と周辺部に反射率の差をつけることで発振横モードを制御する手法が開示されている。
また、シングルモード出力は、電流通過領域の大きさに大きく影響される。
そして、例えば、直径3インチや4インチといった大きな面積の基板上に複数の半導体層を積層して面発光レーザ素子を量産する場合、温度分布や水蒸気の気流の状態などにより、積層体の面内において、電流通過領域の大きさにばらつきが発生していた。
特許文献3には、実際に使用する面発光レーザ素子群からなる二次元アレイの周囲に、該実際に使用する面発光レーザ素子と同じポスト構造を有し且つ実際には面発光レ−ザ素子として使用しないダミー素子を、隣接する面発光レーザ素子間の間隔、隣接するダミー素子間の間隔、及び隣接する面発光レーザ素子とダミー素子との間の間隔が各々同一になる配列で配置した面発光レーザアレイ装置が開示されている。
しかしながら、複数の積層体において、必ずしも半導体層の積層状態が同じではないため、同じ酸化条件(保持温度、保持時間等)で被選択酸化層の選択酸化を行っても、積層体間において電流通過領域の大きさにばらつきが発生していた。
本発明は、第1の観点からすると、基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体を含む上部反射鏡が積層されているメサ構造の発光部を有し、該発光部における出射領域が相対的に反射率が高い部分と低い部分とを有する面発光レーザ素子において、前記発光部の近傍に、前記電流通過領域の大きさをモニタするためのモニタ用メサ構造体を備えることを特徴とする面発光レーザ素子である。
これによれば、高コスト化を招くことなく、発振横モードを制御することが可能である。
本発明は、第2の観点からすると、本発明の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイである。
これによれば、本発明の面発光レーザ素子が集積されているため、高コスト化を招くことなく、発振横モードを制御することが可能である。
本発明は、第3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素子を有する光源と;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素子を有しているため、高コスト化を招くことなく、高い精度の光走査を行うことが可能となる。
本発明は、第4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、高い精度の光走査を行うことが可能となる。
本発明は、第5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、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、高品質の画像を形成することが可能となる。
本発明は、第6の観点からすると、基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体を含む上部反射鏡が積層されているメサ構造の発光部を有し、該発光部における出射領域が相対的に反射率が高い部分と低い部分とを有する面発光レーザ素子の製造方法であって、基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び被選択酸化層を有する上部反射鏡が積層された積層体を作成する工程と;前記積層体の上面に、その光学的厚さが発振波長/4の奇数倍の光学的に透明な膜が部分的に積層された第1の領域と、該第1の領域と同じ大きさを有し、光学的に透明な膜が積層されていない、あるいは一様な厚さで積層された第2の領域とを形成する工程と;前記第1の領域及び前記第2の領域の周囲をそれぞれ上面からエッチングし、少なくとも前記被選択酸化層が側面に露出しているメサ構造体を形成する工程と;前記被選択酸化層を前記メサ構造体の側面から選択的に酸化させ、前記狭窄構造体を作成する工程と;前記第2の領域を観察して電流通過領域の大きさを測定する工程と;を含む面発光レーザ素子の製造方法である。
これによれば、発振横モードが制御された面発光レーザ素子の生産性を向上させることが可能である。
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1における光走査装置を示す概略図である。 図2における光源に含まれる面発光レーザ素子を説明するための図である。 図4(A)及び図4(B)は、それぞれ面発光レーザ素子の基板を説明するための図である。 図5(A)及び図5(B)は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その1)である。 誘電体層111aにおける不要な部分を除去するためのレジストパターンを説明するための図である。 図7(A)は、レジストパターンRP1を説明するための図であり、図7(B)は、レジストパターンRP2を説明するための図である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その2)である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その3)である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その4)である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その5)である。 図12(A)及び図12(B)は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その6)である。 図13(A)及び図13(B)は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その7)である。 図14(A)〜図14(C)は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その8)である。 図15(A)〜図15(C)は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その9)である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その10)である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その11)である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その12)である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その13)である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図(その14)である。 図20におけるメサ部分を拡大した図である。 図21の平面図である。 モニタ用メサの変形例を説明するための図である。 図24(A)及び図24(B)は、それぞれ低反射率部分の変形例を説明するための図である。 面発光レーザ素子の変形例を説明するための図である。 図26(A)は、図25の面発光レーザ素子を製造する際のレジストパターンRP11を説明するための図であり、図26(B)は、図25の面発光レーザ素子を製造する際のレジストパターンRP22を説明するための図である。 図25におけるメサ部分を拡大した図である。 図28(A)は、工程(2−8)の後のモニタ用メサの部分断面図であり、図28(B)は、工程(2−10)の後のモニタ用メサの部分断面図である。 レジストパターンRP22の変形例であるレジストパターンRP33を説明するための図である。 図30(A)は、レジストパターンRP33を用いた場合における、工程(2−8)の後のモニタ用メサの部分断面図であり、図30(B)は、レジストパターンRP33を用いた場合における、工程(2−10)の後のモニタ用メサの部分断面図である。 面発光レーザアレイを説明するための図である。 図31のA−A断面図である。 面発光レーザアレイの変形例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。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図22に基づいて説明する。図1には、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の表面を、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束により走査し、感光体ドラム1030の表面に画像情報に対応した潜像を形成する。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、偏向器側走査レンズ11a、像面側走査レンズ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から出力された光束を略平行光とする。
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。
偏向器側走査レンズ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。
像面側走査レンズ11bは、偏向器側走査レンズ11aを介した光束の光路上に配置されている。そして、この像面側走査レンズ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上を走査する。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、偏向器側走査レンズ11aと像面側走査レンズ11bとから構成されている。なお、偏向器側走査レンズ11aと像面側走査レンズ11bの間の光路上、及び像面側走査レンズ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、面発光レーザ素子100を有している。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。なお、図3は面発光レーザ素子100をXZ面に平行に切断したときの切断面を示す図である。
面発光レーザ素子100は、発振波長が780nm帯の面発光レーザであり、基板101、バッファ層102、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などを有している。
基板101は、表面が鏡面研磨面であり、図4(A)に示されるように、鏡面研磨面(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]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4(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。
バッファ層102は、基板101の+Z側の面上に積層され、n−GaAsからなる層である。
下部半導体DBR103は、バッファ層102の+Z側に積層され、n−AlAsからなる低屈折率層と、n−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層のペアを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の光学的厚さとなるように設定されている。なお、光学的厚さがλ/4のとき、その層の実際の厚さDは、D=λ/4n(但し、nはその層の媒質の屈折率)である。
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(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P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、3層の量子井戸層と4層の障壁層とを有する3重量子井戸構造の活性層である。各量子井戸層は、0.7%の圧縮歪みを誘起する組成であるGaInAsPからなり、バンドギャップ波長が約780nmである。また、各障壁層は、0.6%の引張歪みを誘起する組成であるGaInPからなる。
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(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P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波長の光学的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、第1の上部半導体DBR及び第2の上部半導体DBRを有している。
第1の上部半導体DBRは、上部スペーサ層106の+Z側に積層され、p−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなる低屈折率層とp−(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pからなる高屈折率層のペアを1ペア有している。
第2の上部半導体DBRは、第1の上部半導体DBRの+Z側に積層され、p−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層とp−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層のペアを23ペア有している。
上部半導体DBR107におけ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組成傾斜層が設けられている。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、λ/4の光学的厚さとなるように設定されている。
第2の上部半導体DBRには、p−AlAsからなる厚さ30nmの被選択酸化層108が設けられている。この被選択酸化層108は、電界の定在波分布において、活性層105から3番目となる節に対応する位置に設けられている。
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。
次に、面発光レーザ素子100の製造方法について説明する。
(1−1)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、基板101上に上記複数の半導体層を積層し、積層体を作成する(図5(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、フォスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)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(CBr4)、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(H2Se)を用いている。
(1−2)気相化学堆積法(CVD法)を用いて、SiNからなる誘電体層111aを形成する(図5(B)参照)。ここでは、誘電体層111aの光学的厚さがλ/4となるようにした。具体的には、SiNの屈折率nが1.86、発振波長λが780nmであるため、実際の膜厚(=λ/4n)は約105nmに設定した。
(1−3)誘電体層111aにおける不要な部分を除去するためのレジストパターンを、誘電体層111aの上面に形成する。ここでは、一例として図6に示されるように、発光部となる複数の領域に複数のレジストパターンRP1が形成され、該複数のレジストパターンRP1の周囲に複数のレジストパターンRP2が形成される。なお、図6では、レジストパターンRP1が40個、レジストパターンRP2が32個としているが、これに限定されるものではない。
レジストパターンRP1は、一例として図7(A)に示されるように、メサの外形を規定するための閉環状のレジストパターン120a、及び出射領域における反射率が小さい部分に対応する領域をマスクするための2つのレジストパターン120bを有している。
レジストパターンRP2は、一例として図7(B)に示されるように、メサの外形を規定するための閉環状のレジストパターン120aを有している。
レジストパターンRP1のレジストパターン120aとレジストパターンRP2のレジストパターン120aは、同じ形状であり、その外形は、一例として一辺25μmの正方形状である。
(1−4)BHF(バッファード・フッ酸)にて誘電体層111aをエッチングする。レジストパターンRP1が形成されている部分が図8に示され、レジストパターンRP2が形成されている部分が図9に示されている。各レジストパターンで覆われている部分では、誘電体層111aが残っている。
(1−5)レジストパターン120aによって囲まれた領域を保護するレジストパターン123を形成する。レジストパターンRP1が形成されている部分が図10に示され、レジストパターンRP2が形成されている部分が図11に示されている。
(1−6)Cl2ガスを用いるECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチング法で、上記レジストパターン120a及びレジストパターン123をフォトマスクとして四角柱状のメサ構造体(以下では、便宜上「メサ」と略述する)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た。
(1−7)レジストパターンを除去する。レジストパターンRP1が形成されていた部分が図12(A)及び図12(B)に示されている。また、レジストパターンRP2が形成されていた部分が図13(A)及び図13(B)に示されている。
(1−8)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の酸化物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。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。このようにして、例えば幅4μmから6μm程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。
レジストパターンRP1が形成されていた部分が図14(A)〜図14(C)に示されている。なお、図14(B)は、IR顕微鏡の像であり、図14(C)は、図14(B)の模式図である。
また、レジストパターンRP2が形成されていた部分が図15(A)〜図15(C)に示されている。なお、図15(B)は、IR顕微鏡の像であり、図15(C)は、図15(B)の模式図である。
(1−9)レジストパターンRP2が形成されていた部分をIR顕微鏡で観察し、電流通過領域108bの寸法を測定する。
ところで、レジストパターンRP1が形成されていた部分をZ軸方向からみると、図14(B)及び図14(C)に示されるように、誘電体層111aと電流通過領域108bとが重なっているため、電流通過領域108bの大きさを正確に観察することはできない。一方、レジストパターンRP2が形成されていた部分をZ軸方向からみると、図15(B)及び図15(C)に示されるように、電流通過領域108bの大きさを正確に観察することができる。
そこで、ここでは、レジストパターンRP2が形成されていた部分をIR顕微鏡で観察し、電流通過領域108bの寸法を測定している。すなわち、レジストパターンRP2が形成されていた部分は、電流通過領域108bの大きさをモニタするための部分である。従って、この段階で、積層体の良否を判断することができる。なお、以下では、便宜上、レジストパターンRP1が形成されていた部分のメサを「発光部用メサ」ともいい、レジストパターンRP2が形成されていた部分のメサを「モニタ用メサ」ともいう。
(1−10)気相化学堆積法(CVD法)を用いて、SiNからなる誘電体層111bを形成する。ここでは、誘電体層111bの光学的厚さが2λ/4となるようにした。具体的には、SiNの屈折率nが1.86、発振波長λが780nmであるため、実際の膜厚(=λ/4n)は約210nmに設定した。
発光部用メサが図16に示され、モニタ用メサが図17に示されている。
(1−11)発光部用メサにおけるレーザ光の出射面となるメサ上部に、p側電極コンタクトの窓開けを行うためのエッチングマスクを作成する。
(1−12)BHFにて誘電体層111bをエッチングし、発光部用メサにおけるp側電極コンタクトの窓開けを行う。
(1−13)エッチングマスクを除去する(図18参照)。
(1−14)発光部用メサにおける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。
(1−15)光出射部となる領域に蒸着された電極材料をリフトオフし、p側電極113を形成する(図19参照)。発光部用メサにおけるメサ上部のp側電極113で囲まれた領域が出射領域である。
(1−16)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側電極114を形成する(図20参照)。ここでは、n側電極114はAuGe/Ni/Auからなる多層膜である。
(1−17)アニールによって、p側電極113とn側電極114のオーミック導通をとる。
(1−18)チップ毎に切断する。なお、このとき、チップにモニタ用メサが含まれていても良いし、モニタ用メサが含まれていなくても良い。
ところで、発光部のメサ部分のみを取り出して拡大した図が図21及び図22に示されている。出射領域125の形状は、一辺の長さが10μmの正方形である。本実施形態では、出射領域125は、SiNからなる透明な誘電体層で覆われている。この誘電体層は、光学的厚さが2λ/4である高反射率部分122と、光学的厚さが3λ/4である2つの低反射率部分121とからなっている。
以上の説明から明らかなように、上記面発光レーザ素子100の製造方法において、本発明の面発光レーザ素子の製造方法が用いられている。
以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザ素子100によると、基板101上に、下部半導体DBR103、活性層105を含む共振器構造体、被選択酸化層108を有する上部半導体DBR107などが積層されている。
そして、発光部の出射領域125は、全面がSiNからなる光学的に透明な誘電体で被覆され、相対的に反射率が高い高反射率部分122と相対的に反射率が低い2つの低反射率部分121とを有している。
面発光レーザ素子100を製造する際に、発光部用メサの近傍にモニタ用メサを作成し、各メサの被選択酸化層108を同時に選択酸化させている。ここでは、発光部用メサの上面には、Z軸方向からみたときに、電流通過領域の一部と重なるように誘電体層が存在しているが、モニタ用メサの上面には、Z軸方向からみたときに、電流通過領域の一部と重なるような誘電体層は存在していない。そこで、選択酸化後に、モニタ用メサを観察することによって、電流通過領域の寸法を正確に求めることができる。従来のように、発光部用メサのみを作成する場合には、電流通過領域の一部が観察されないため、電流通過領域の寸法を正確に求めることはできなかった。従って、本実施形態では、選択酸化後に、直ちに良・不良の判断が可能となり、生産性を向上させることができる。なお、従来は、チップ毎に特性を検査し、その結果に基づいて良・不良の判断を行っていた。
そして、生産性の向上により、面発光レーザ素子の製造コストを下げることができる。
この場合、面発光レーザ素子100において、p側電極113を除去して基板表面に垂直な方向から発光部をみたとき、メサの上面における辺縁部はSiNからなる光学的に透明な誘電体で被覆され、該誘電体の厚さは、低反射率部分121の誘電体の厚さと同じである。
また、出射領域では、周辺部の反射率が中心部の反射率に比べて相対的に低いため、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる。すなわち、発振横モードを制御することが可能である。
また、出射領域の中心部における反射率が相対的に高い領域を、互いに直交する2つの方向に関して異方性を有する形状とし、レーザ光に対する横方向の閉じ込め作用について意図的に異方性を生じさせているため、偏光方向の安定性を向上させることができる。
また,電流通過領域108bの面積を小さくすることなく、高次横モードの抑制や偏光方向の安定化が可能である。これにより、面発光レーザ素子の電気抵抗が上昇することはなく、また、電流狭窄領域での電流密度を上昇させることもないので、素子寿命を低下させることはない。
また、出射領域の全部が誘電体に被覆されているため、出射領域の酸化や汚染を抑制することができる。
また、メサの側面が、誘電体層111bで被覆されているため、水分の吸湿によって生じる素子の破壊などが抑制され、長期信頼性を向上させることができる。
本実施形態に係る光走査装置1010によると、光源14が面発光レーザ素子100を有している。この場合、単一基本横モードのレーザ光が得られるために、円形で微小なレーザスポットを感光体ドラム1030の表面に容易に形成することができる。また、偏光方向が安定しているため、光スポットの歪みや光量変動などの影響を受けにくい。そこで、簡単な光学系で、円形で且つ光密度の高い微小なビームスポットを感光体ドラム1030上に結像させることができる。その結果、高コスト化を招くことなく、高い精度の光走査を行うことが可能となる。
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、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能となる。
なお、上記実施形態において、積層体を水蒸気中で熱処理する際に、一例として図23に示されるように、モニタ用メサの上面に誘電体層111aが一様な厚さで存在していても良い。この場合であっても、電流通過領域108bの大きさを正確に観察することができる。
また、発光部の出射領域における低反射率部分121の形状は、上記実施形態における形状に限定されるものではない。例えば、図24(A)及び図24(B)に示されるように、円環状であっても良い。なお、図24(A)は、IR顕微鏡の像であり、図24(B)は、図24(A)の模式図である。
また、上記実施形態では、低反射率部分が2つに分離され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く、低反射率部分が分離していない形状であっても良い。
また、出射領域の中心の反射率を低く、周辺の反射率を高くして、高次モードを選択的に動作させる構造であっても良い。
また、上記実施形態では、選択酸化直後に、電流通過領域108bの寸法を測定する場合について説明したが、これに限らず、例えば、誘電体層111bが形成された後に測定しても良い。要するに、選択酸化後であれば良い。
また、上記実施形態において、電流通過領域108bの寸法を測定した結果、許容範囲内でないときに、以降の工程を中止しても良い。
また、上記実施形態では、誘電体層がSiNの場合について説明したが、これに限らず、例えば、SiNx、SiOx、TiOx及びSiONのいずれかであっても良い。それぞれの材料の屈折率に合わせて膜厚を設計することで同様の効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、誘電体層111aの光学的厚さがλ/4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、光学的厚さがλ/4の奇数倍であれば良い。
また、上記実施形態では、誘電体層111bの光学的厚さが2λ/4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、光学的厚さがλ/4の偶数倍であれば良い。
また、上記実施形態において、光源14は、前記面発光レーザ素子100に代えて、一例として図25に示される面発光レーザ素子100Aを有しても良い。
この面発光レーザ素子100Aは、発振波長が780nm帯の面発光レーザであり、基板201、バッファ層202、下部半導体DBR203、下部スペーサ層204、活性層205、上部スペーサ層206、上部半導体DBR207、コンタクト層209などを有している。
基板201は、表面が鏡面研磨面であり、鏡面研磨面(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]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。
バッファ層202は、基板201の+Z側の面上に積層され、n−GaAsからなる層である。
下部半導体DBR203は、バッファ層202の+Z側に積層され、n−AlAsからなる低屈折率層と、n−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層のペアを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の光学的厚さとなるように設定されている。
下部スペーサ層204は、下部半導体DBR203の+Z側に積層され、ノンドープの(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pからなる層である。
活性層205は、下部スペーサ層204の+Z側に積層され、3層の量子井戸層と4層の障壁層とを有する3重量子井戸構造の活性層である。各量子井戸層は、0.7%の圧縮歪みを誘起する組成であるGaInAsPからなり、バンドギャップ波長が約780nmである。また、各障壁層は、0.6%の引張歪みを誘起する組成であるGaInPからなる。
上部スペーサ層206は、活性層205の+Z側に積層され、ノンドープの(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pからなる層である。
下部スペーサ層204と活性層205と上部スペーサ層206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波長の光学的厚さとなるように設定されている。なお、活性層205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DBR207は、第1の上部半導体DBR及び第2の上部半導体DBRを有している。
第1の上部半導体DBRは、上部スペーサ層106の+Z側に積層され、p−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなる低屈折率層とp−(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pからなる高屈折率層のペアを1ペア有している。
第2の上部半導体DBRは、第1の上部半導体DBRの+Z側に積層され、p−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層とp−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層のペアを21ペア有している。
上部半導体DBR207におけ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組成傾斜層が設けられている。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、λ/4の光学的厚さとなるように設定されている。
第2の上部半導体DBRには、p−AlAsからなる厚さ37nmの被選択酸化層208が設けられている。この被選択酸化層208は、電界の定在波分布において、活性層205から3番目となる節に対応する位置に設けられている。
コンタクト層209は、上部半導体DBR207の+Z側に積層され、p−GaAsからなる層である。
次に、面発光レーザ素子100Aの製造方法について説明する。
(2−1)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、基板201上に上記複数の半導体層を積層し、積層体を作成する。
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(PH3)、アルシン(AsH3)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(CBr4)、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(H2Se)を用いている。
(2−2)気相化学堆積法(CVD法)を用いて、SiOからなる誘電体層(誘電体層211aという)を形成する。ここでは、誘電体層211aの光学的厚さがλ/4となるようにした。具体的には、SiOの屈折率nが1.45、発振波長λが780nmであるため、実際の膜厚(=λ/4n)は約135nmに設定した。
(2−3)誘電体層211aにおける不要な部分を除去するためのレジストパターンを、誘電体層211aの上面に形成する。ここでは、発光部となる複数の領域に複数のレジストパターン(レジストパターンRP11という)が形成され、該複数のレジストパターンRP11の周囲に複数のレジストパターン(レジストパターンRP22という)が形成される。
レジストパターンRP11は、一例として図26(A)に示されるように、メサの外形を規定するための閉環状のレジストパターン220a、及び出射領域における反射率が低い部分に対応する領域をマスクするためのレジストパターン220bを有している。
レジストパターンRP22は、一例として図26(B)に示されるように、メサの外形を規定するための閉環状のレジストパターン220aを有している。
レジストパターンRP11のレジストパターン220aとレジストパターンRP22のレジストパターン220aは、同じ形状であり、その外形は、一例として一辺25μmの正方形状である。
(2−4)BHF(バッファード・フッ酸)にて誘電体層211aをエッチングする。各レジストパターンで覆われている部分では、誘電体層211aが残っている。
(2−5)レジストパターン220aによって囲まれた領域を保護するレジストパターン(レジストパターン223という)を形成する。
(2−6)Cl2ガスを用いるECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチング法で、上記レジストパターン220a及びレジストパターン223をフォトマスクとして四角柱状のメサ構造体(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204中に位置するようにした。
(2−7)レジストパターンを除去する。
(2−8)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208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の酸化物208aによって囲まれた酸化されていない領域208bが残留する。該酸化されていない領域208bが電流通過領域(電流注入領域)である。このようにして、例えば幅4μmから6μm程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。
(2−9)レジストパターンRP22が形成されていた部分をIR顕微鏡で観察し、電流通過領域208bの寸法を測定する。
ところで、レジストパターンRP11が形成されていた部分をZ軸方向からみると、誘電体層211aと電流通過領域208bとが重なっているため、電流通過領域208bの大きさを正確に観察することはできない。一方、レジストパターンRP22が形成されていた部分をZ軸方向からみると、電流通過領域208bの大きさを正確に観察することができる。
そこで、レジストパターンRP22が形成されていた部分をIR顕微鏡で観察し、電流通過領域208bの寸法を測定している。すなわち、レジストパターンRP22が形成されていた部分は、電流通過領域208bの大きさをモニタするための部分である。従って、この段階で、積層体の良否を判断することができる。ここでは、レジストパターンRP11が形成されていた部分のメサが「発光部用メサ」であり、レジストパターンRP22が形成されていた部分のメサが「モニタ用メサ」である。
(2−10)気相化学堆積法(CVD法)を用いて、SiNからなる誘電体層211bを形成する。ここでは、誘電体層211bの光学的厚さがλ/4となるようにした。具体的には、SiNの屈折率nが1.86、発振波長λが780nmであるため、実際の膜厚(=λ/4n)は約105nmに設定した。
(2−11)発光部用メサにおけるレーザ光の出射面となるメサ上部に、p側電極コンタクトの窓開けを行うためのエッチングマスクを作成する。
(2−12)BHFにて誘電体層211bをエッチングし、発光部用メサにおけるp側電極コンタクトの窓開けを行う。
(2−13)エッチングマスクを除去する。
(2−14)発光部用メサにおける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。
(2−15)光出射部となる領域に蒸着された電極材料をリフトオフし、p側電極213を形成する。
(2−16)基板201の裏側を所定の厚さ(例えば100μm程度)まで研磨した後、n側電極214を形成する。ここでは、n側電極214はAuGe/Ni/Auからなる多層膜である。
(2−17)アニールによって、p側電極213とn側電極214のオーミック導通をとる。
(2−18)チップ毎に切断する。
面発光レーザ素子100Aにおける発光部のメサ部分のみを取り出して拡大した図が図27に示されている。出射領域225の形状は、一辺の長さが10μmの正方形である。面発光レーザ素子100Aでは、出射領域225は、SiNとSiOからなる透明な誘電体層で覆われている。この誘電体層は、SiNとSiOからなり光学的厚さが2λ/4である高反射率部分222と、SiNのみからなり光学的厚さがλ/4である低反射率部分221とからなっている。
このように、面発光レーザ素子100Aを製造する際に、発光部用メサの近傍にモニタ用メサを作成し、各メサの被選択酸化層208を同時に選択酸化させ、選択酸化後に、モニタ用メサを観察することによって、電流通過領域の寸法を正確に求めることができる。
また、面発光レーザ素子100Aの出射領域では、周辺部の反射率が中心部の反射率に比べて相対的に低いため、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる。すなわち、発振横モードを制御することが可能である。
さらに、面発光レーザ素子100Aでは、高反射率領域がSiN/SiOによる1ペアのDBR層として形成されているため、反射率が高くなり、中心部分と周辺部分の反射率差を大きくすることができる。それにより、発振横モードの制御効果を大きくすることができる。
また、面発光レーザ素子100Aでは、出射領域の中心部における反射率が相対的に高い領域を、互いに直交する2つの方向に関して異方性を有する形状とし、レーザ光に対する横方向の閉じ込め作用について意図的に異方性を生じさせているため、偏光方向の安定性を向上させることができる。
また、面発光レーザ素子100Aでは、電流通過領域208bの面積を小さくすることなく、高次横モードの抑制や偏光方向の安定化が可能である。これにより、面発光レーザ素子の電気抵抗が上昇することはなく、また、電流狭窄領域での電流密度を上昇させることもないので、素子寿命を低下させることはない。
また、面発光レーザ素子100Aでは、出射領域の全部が誘電体に被覆されているため、出射領域の酸化や汚染を抑制することができる。また、メサの側面が、誘電体層211bで被覆されているため、水分の吸湿によって生じる素子の破壊などが抑制され、長期信頼性を向上させることができる。
なお、ここでは、工程(2−8)の後に電流通過領域208bの寸法を測定しているが、工程(2−10)のSiN膜形成後においても測定は可能となる。工程(2−8)の後のモニタ用メサの部分断面図が図28(A)に示され、工程(2−10)の後のモニタ用メサの部分断面図が図28(B)に示されている。
また、前記レジストパターンRP22に代えて、図29に示されるレジストパターンRP33を用いても良い。このレジストパターンRP33は、メサの外形を規定するための略正方形状のレジストパターンである。この場合の、工程(2−8)の後のモニタ用メサの部分断面図が図30(A)に示され、工程(2−10)の後のモニタ用メサの部分断面図が図30(B)に示されている。
また、上記実施形態において、光源14は、前記面発光レーザ素子100に代えて、一例として図31に示される面発光レーザアレイ200を有しても良い。
この面発光レーザアレイ200は、2次元的に配列された複数(ここでは21個)の発光部が同一基板上に形成されている。ここでは、図31におけるX軸方向は主走査対応方向であり、Y軸方向は副走査対応方向である。複数の発光部は、すべての発光部をY軸方向に伸びる仮想線上に正射影したときに発光部間隔が等間隔d2となるように配置されている。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。また、発光部の数は21個に限定されるものではない。
各発光部は、図31のA−A断面図である図32に示されるように、前述した面発光レーザ素子100と同様な構造を有している。そして、この面発光レーザアレイ200は、前述した面発光レーザ素子100と同様な方法で製造されている。そこで、面発光レーザ素子100と同様な効果を得ることができる。また、各発光部間で均一な偏光方向を持つ単一基本横モードの複数のレーザ光を得ることができる。従って、円形で且つ光密度の高い微小な光スポットを21個同時に感光体ドラム1030上に形成することが可能である。
このとき、一例として図33に示されるように、面発光レーザアレイ200のチップにモニタ用メサが残っていても良い。
また、面発光レーザアレイ200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d2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21個の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、例えば、上記間隔d2を2.65μm、光走査装置1010の光学系の倍率を2倍とすれば、4800dpi(ドット/インチ)の高密度書込みができる。もちろん、主走査対応方向の発光部数を増加したり、副走査対応方向のピッチ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。なお、主走査方向の書き込み間隔は、発光部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。
また、この場合には、各発光部からの光束の偏光方向が安定して揃っているため、レーザプリンタ1000では、高品質の画像を安定して形成することができる。
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。
また、上記実施形態において、前記面発光レーザ素子100に代えて、前述した面発光レーザ素子100と同様な方法で製造され、面発光レーザ素子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、基板101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]A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。傾斜基板を用いる場合には、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、基板101が傾斜基板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、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、上記面発光レーザ素子100及び面発光レーザアレイ200は、画像形成装置以外の用途にも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。この場合に、活性層を構成する半導体材料は、発振波長に応じた混晶半導体材料を用いることができる。例えば、650nm帯ではAlGaInP系混晶半導体材料、980nm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、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。
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34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、ブラック用のステーション(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、シアン用のステーション(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、マゼンタ用のステーション(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、イエロー用のステーション(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34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。帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置2010により光が照射され、各感光体ドラムに潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト2080上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット2030により記録紙に画像が定着される。
光走査装置2010は、前記面発光レーザ素子100と同様な面発光レーザ素子、及び前記面発光レーザアレイ200と同様な面発光レーザアレイのいずれかを含む光源を、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、この光走査装置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、光走査装置2010の各光源が前記面発光レーザアレイ200と同様な面発光レーザアレイを有していると、点灯させる発光部を選択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素子及び面発光レーザアレイによれば、高コスト化を招くことなく、発振横モードを制御するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、高い精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、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成するのに適している。また、本発明の面発光レーザ素子の製造方法によれば、発振横モードが制御された面発光レーザ素子の生産性を向上させるのに適している。
11a…偏向器側走査レンズ(走査光学系の一部)、11b…像面側走査レンズ(走査光学系の一部)、13…ポリゴンミラー(偏向器)、14…光源、100…面発光レーザ素子、100A…面発光レーザ素子、101…基板、103…下部半導体DBR(下部反射鏡)、104…下部スペーサ層(共振器構造体の一部)、105…活性層、106…上部スペーサ層(共振器構造体の一部)、107…上部半導体DBR(上部反射鏡)、108…被選択酸化層、108a…酸化物、108b…電流通過領域、111a…誘電体層(光学的に透明な膜)、111b…誘電体層(光学的に透明な膜)、121…低反射率部分(反射率が低い部分)、122…高反射率部分(反射率が高い部分)、125…出射領域、200…面発光レーザアレイ、201…基板、203…下部半導体DBR(下部反射鏡)、204…下部スペーサ層(共振器構造体の一部)、205…活性層、206…上部スペーサ層(共振器構造体の一部)、207…上部半導体DBR(上部反射鏡)、208…被選択酸化層、208a…酸化物、208b…電流通過領域、211a…誘電体層(光学的に透明な膜)、211b…誘電体層(光学的に透明な膜)、221…低反射率部分(反射率が低い部分)、222…高反射率部分(反射率が高い部分)、225…出射領域、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)。
米国特許第5,493,577号明細書 特許第3566902号公報 特許第3965801号公報

Claims (16)

  1. 基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体を含む上部反射鏡が積層されているメサ構造の発光部を有し、該発光部における出射領域が相対的に反射率が高い部分と低い部分とを有する面発光レーザ素子において、
    前記発光部の近傍に、前記電流通過領域の大きさをモニタするためのモニタ用メサ構造体を備えることを特徴とする面発光レーザ素子。
  2. 前記出射領域の上面は光学的に透明な膜で被覆され、
    該透明な膜は、その光学的厚さが発振波長/4の奇数倍の第1の部分と、その光学的厚さが発振波長/4の偶数倍の第2の部分とを有することを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザ素子。
  3. 前記第1の部分は、前記出射領域の中心から外れた位置に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の面発光レーザ素子。
  4. 前記第2の部分は、前記出射領域の中心部に設けられ、2層からなる光学的に透明な膜で被覆されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の面発光レーザ素子。
  5. 前記出射領域の上面は、全面が透明な誘電体で被覆され、
    前記基板表面に垂直な方向からみたとき、前記発光部のメサ構造の上面における辺縁部は光学的に透明な膜で被覆され、該光学的に透明な膜の厚さが、前記出射領域における反射率が高い部分及び低い部分のうち光学的に透明な膜の厚さが厚いほうの厚さと同じであ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素子。
  6. 前記モニタ用メサ構造体の上面は、辺縁部を除き、一様な厚さの光学的に透明な膜が積層されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
  7. 前記モニタ用メサ構造体の上面に積層される一様な厚さの光学的に透明な膜は、2層からなる光学的に透明な膜であることを特徴とする請求項6に記載の面発光レーザ素子。
  8. 前記モニタ用メサ構造体の上面は、辺縁部のみに光学的に透明な膜が積層されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイ。
  10. 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素子を有する光源と;
    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。
  11. 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9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。
  12. 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に応じて変調された光を走査する少なくとも1つの請求項10又は11に記載の光走査装置と;を備える画像形成装置。
  13. 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12に記載の画像形成装置。
  14. 基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体を含む上部反射鏡が積層されているメサ構造の発光部を有し、該発光部における出射領域が相対的に反射率が高い部分と低い部分とを有する面発光レーザ素子の製造方法であって、
    基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び被選択酸化層を有する上部反射鏡が積層された積層体を作成する工程と;
    前記積層体の上面に、その光学的厚さが発振波長/4の奇数倍の光学的に透明な膜が部分的に積層された第1の領域と、該第1の領域と同じ大きさを有し、光学的に透明な膜が積層されていない、あるいは一様な厚さで積層された第2の領域とを形成する工程と;
    前記第1の領域及び前記第2の領域の周囲をそれぞれ上面からエッチングし、少なくとも前記被選択酸化層が側面に露出しているメサ構造体を形成する工程と;
    前記被選択酸化層を前記メサ構造体の側面から選択的に酸化させ、前記狭窄構造体を作成する工程と;
    前記第2の領域を観察して電流通過領域の大きさを測定する工程と;を含む面発光レーザ素子の製造方法。
  15. 前記第1の膜は、前記第1の領域の中心から外れた部分に積層されることを特徴とする請求項14に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
  16. 前記狭窄構造体が作成された前記第1の領域の上面に、その光学的厚さが発振波長/4の偶数倍の光学的に透明な膜を積層する工程を更に含むことを特徴とする請求項14又は15に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
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