JP3666547B2 - 光学装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置に係り、特に電子写真式光プリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等の光書込みユニットやスキャナ等の光読取りユニットに用いられるＬＥＤ（発光ダイオード）アレイやＥＬ（端面発光素子）アレイ等の微小光源アレイを光源とする光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年におけるスモールオフィスやホームオフィス向けの情報機器の発展に伴って、各種紙情報の出力のための装置であるプリンタの需要が増加している。こうしたプリンタは高解像度の画像や文宇をモノクロ又はカラーで出力する必要がある。そして、その需要の増加と共に、より高解像度で高速出力、コンパクト、安価であることが要求されてきている。
これらの要求を満たすプリンタとして、例えば多数のＬＥＤを配列しているＬＥＤアレイを用いた電子写真式光プリンタ（以下、「ＬＥＤプリンタ」という）がある。この方式においては、ＬＥＤアレイを書込み光源とする固体走査型であるため、半導体レーザを用いたラスタスキニング方式の書込み光学系をもつ光プリンタよりもコンパクトに作り易く、またＬＥＤアレイの各ＬＥＤが並列に書き込みを行うため、高速出力化も比較的容易に実現することができる。
【０００３】
なお、ＬＥＤを光源に用いる場合には、ＬＥＤの出力光を感光面に高分解能かつ高効率に伝達する必要がある。また、機器をよりコンパクトにするには、光源と感光面の距離を減少させることが要求され、そのためには共役長が短い結像光学系が必要である。
【０００４】
このような結像光学系の例としては、ロッドレンズを複数束ねたロッドレンズアレイが従来から知られており、実際に各種ＬＥＤプリンタに搭載されている。図１６は、ロッドレンズアレイを用いた光学装置の一例として、特開平７−１０８７０９号公報中に開示された構造例を示す断面図である。
この構造においては、ＬＥＤアレイ１００の各ＬＥＤ１０２から出射された光がロッドレンズアレイの対応する各ロッドレンズ１０４の集光作用によって感光面１０６に投影されることにより、この感光面１０６に微小な点像が結像されるようになっている。即ち、複数のロッドレンズ１０４が配置されているロッドレンズアレイが、この光学装置における結像光学系を構成している。
【０００５】
また、同じＬＥＤアレイを用いた書込みユニットなる光学装置として、密着型構造のものが提案されている。図１７は、密着型構造の光学装置の一例として、特開平８−１９９８号公報中に開示された構造例を示す斜視図である。
この構造においては、ＬＥＤアレイ１１０の各ＬＥＤ１１２から出射された光が、ＬＥＤアレイ１１０上の遮光性材料からなる保護層１１４に貫通しているパイプ状の導光路１１６を経て外部に取り出され、遮光性材料からなる保護層１１４に密着させた感光面（図示せず）に照射されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１６に示したロッドレンズアレイ方式の場合、ロッドレンズ１０４は開口角か大きく明るい光学系であるため、ＬＥＤ１０２からの光を比較的効率よく感光面１０６に伝達させることができるという利点がある。
しかし、ＬＥＤアレイ１００におけるＬＥＤ１０２の放射角は元々広いため、ＬＥＤ１０２からロッドレンズ１０４へ至る間にＬＥＤ１０２から出射された放射光の大半がロッドレンズ１０４へは入射せず、放射光の利用効率が悪いものとなる。従って、感光面１０６において所定の光量を必要とする場合、ＬＥＤ１０２の駆動電流を増大させる必要があり、その分、ＬＥＤ１０２が発熱し易くなるという問題が生ずる。
【０００７】
また、上記図１７に示した密着型構造の場合、前述のロッドレンズを用いた構成とは異なり、各光源の出力光が１つずつ照射されるので、レンズのピッチに依存した光量むらや、ＭＦＴむらが生じないという利点がある。
しかし、ＬＥＤ１１２の光がバイプ状の導光路１１６によって限定されることから、外部に取り出される光量が少なくなりがちな暗い光学系構成となる上に、導光路１１６が集光機能をもたないため、感光面を光学系に密着させないと感光面上の光像がたちまちぼけてしまい、分解能が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、発光素子アレイと結像光学系とを組み合わせた光学装置であって、発光素子アレイの発光素子から出射される放射光を効率よく結像光学系に入射させ、光の利用効率を高めることができる光学装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明の発明者を共同発明者とする特願平０９−２４８０８８号において、複数の発光素子を備えた発光素子アレイからの出射光を結像光学系を介して受光面に結像させる光学装置であって、前記発光素子アレイ上に集積化形成されて個々の発光素子の放射角を狭化させる反射構造を含む狭化光学系を備えることを特徴とする光学装置を提案している。この先願に係る光学装置によれば、発光素子からの放射光が完全拡散光に近く、その放射角がかなり広い場合であっても、個々の発光素子の放射角を狭化させる反射構造を含む狭化光学系が発光素子アレイ上に集積化形成されていることから、放射角が広いために無駄にしていた光をも狭化光学系によって有効に結像光学系に入射させることが可能になるため、光の利用効率を高めることができる。そして、本発明は、上記特願平０９−２４８０８８号に開示した先願発明を改良した光学装置及びその製造方法に関する発明と位置付けられる。
【００１０】
即ち、請求項１に係る光学装置は、複数の発光素子を備えた発光素子アレイからの出射光を結像光学系を介して受光面に結像させる光学装置であって、発光素子の発光部が発光素子アレイ基板表面に配列された複数の窪みの底面部に、所定の不純物を選択的に添加してそれぞれ形成され、この窪みが底面部から発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなし、発光素子の発光部から放射状に発した光の一部が結像光学系に直接に入射すると共に、他の一部が窪み側壁の傾斜面によって反射する反射光学系により、反射されて結像光学系に入射するようになっていることを特徴とする。
【００１１】
このように請求項１に係る光学装置においては、発光素子アレイを構成する複数の発光素子の発光部が複数の窪みの底面部にそれぞれ形成され、この窪みが底面部から発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなしていることにより、窪み側壁の傾斜面が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮するため、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系が発光素子アレイ上に集積化形成されていることになる。
【００１２】
従って、発光素子の発光部の光源としての大きさが光学系の大きさと同程度で、点光源とはみなせいない場合であっても、発光素子からの出射光が完全拡散光に近く、その放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広い場合であっても、発光素子の発光部から放射状に発した光の一部は結像光学系に直接に入射すると共に、それから外れた他の一部も窪み側壁の傾斜面によって反射されて結像光学系に入射するため、これまで無駄になっていた光も結像光学系に入射することが可能になり、全体としての光利用効率が向上する。
【００１３】
また、窪み側壁の傾斜面がミラー機能を発揮して、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系となっており、発光素子の発光部を構成する材料と異なる材料からなる構造体を特に設ける必要がないことから、発光素子の発光部と窪み側壁の傾斜面からなる反射光学系との熱膨張率が同一になり、発光素子への通電により発光部周辺の温度が上昇した場合においても、発光素子の発光部と窪み側壁の傾斜面からなる反射光学系との熱膨張率差による応力の発生を回避することが可能となるため、応力による素子の歪みの発生及びそれに起因する素子の寿命低下が防止される。
【００１４】
なお、発光素子の発光部の光源としての大きさが光学系の大きさと同程度で、点光源とはみなせいない場合であっても、発光素子からの出射光が完全拡散光に近くて、その放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広い場合であっても、本発明が有効に適用されるため、これら複数の発光素子を備えた発光素子アレイとしては、ＬＥＤアレイやＥＬアレイ等を使用することができる。
【００１５】
また、発光素子の発光部が形成されている底面部から発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる窪みの具体的な形状としては、例えばカクテルグラスのように円錐台を逆さにした形状や、ワイングラスのように球面の一部をリング状に切り取った形状などが挙げられる。但し、発光素子の発光部の大きさや出射光の放射角の程度により、窪み側壁の傾斜面の傾斜角やその曲率を種々に変化させることが考えられ、加工の難易度等を考慮しつつ、全体としての光利用効率が最も高くなる形状を選択することが望ましい。
【００１６】
また、請求項２に係る光学装置は、上記請求項１に係る光学装置において、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜が形成されている構成とすることにより、この窪み側壁の傾斜面の金属製反射膜が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系になるため、発光素子の発光部の光源としての大きさが点光源とみなせない場合であっても、発光素子からの出射光の放射角がかなり広い場合であっても、発光素子から反射光学系への入射光の入射角依存性が軽減される。従って、入射角の依存性が大きくなる誘電体膜が窪み側壁の傾斜面に形成されている場合と比較すると、はるかに広い範囲の入射角度の入射光が有効に反射されるため、全体として光利用効率が向上する。
【００１８】
また、請求項３に係る光学装置の製造方法は、複数の発光素子を備えた発光素子アレイからの出射光を結像光学系を介して受光面に結像させる光学装置の製造方法であって、発光素子アレイ基板表面に、底面部から前記発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなす複数の窪みを配列して形成する第１の工程と、この窪みの底面部に、所定の不純物を選択的に添加して発光素子の発光部を形成する第２の工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
このように請求項３に係る光学装置の製造方法においては、底面部から発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなす複数の窪みを形成した後、この窪みの底面部に発光素子の発光部を形成していることにより、発光素子の発光部及びこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面の形成を容易にかつ正確に行うことが可能になるため、全体としての光利用効率を向上させた光学装置が容易に作製される。
【００２０】
また、請求項４に係る光学装置の製造方法は、上記請求項３に係る光学装置の製造方法においては、前記第２の工程が、不純物拡散法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的に拡散して発光素子の発光部を形成する工程である構成とすることにより、発光素子の発光部とこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面との位置合わせが容易にかつ正確に行われる。
【００２１】
また、請求項５に係る光学装置の製造方法は、上記請求項３に係る光学装置の製造方法においては、前記第２の工程が、不純物イオンインプランテーション法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的にイオン注入して発光素子の発光部を形成する工程である構成とすることにより、発光素子の発光部及びこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面との位置合わせが容易にかつ正確に行われる。
【００２２】
また、請求項６に係る光学装置の製造方法は、上記請求項３に係る光学装置の製造方法において、前記第２の工程の後に、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜を形成する工程を有する構成とすることにより、この窪み側壁の傾斜面に形成する金属製反射膜が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系になるため、発光素子から反射光学系への入射光の入射角依存性が軽減されて、広い範囲の入射角度の入射光が有効に反射されるようになり、全体としての光利用効率を向上させた光学装置が容易に作製される。
【００２３】
また、請求項７に係る光学装置の製造方法は、上記請求項５に係る光学装置の製造方法において、前記第１の工程の後、前記第２の工程の前に、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜を形成する工程を有し、前記第２の工程が、窪み側壁の傾斜面を覆う前記金属製反射膜をマスクとする不純物イオンインプランテーション法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的にイオン注入して発光素子の発光部を形成する工程である構成とすることにより、発光素子の発光部がこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面の金属製反射膜に対してセルフアラインに形成されるため、両者の位置合わせが容易にかつ極めて正確に行われる。また、不純物イオンインプランテーション用の保護マスクの形成工程と金属反射膜形成工程とが同一の工程で行われるため、工程が簡略化される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る光学装置を示す概略構成図であり、図２は図１の光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図であり、図３は図２のＬＥＤアレイの平面図であり、図４〜図７はそれぞれ図２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
【００２６】
図１に示されるように、本実施形態に係る光学装置は、例えばＬＥＤプリンタに使用される光書込用の光学装置を想定したものであり、ＬＥＤアレイ１０から出射された光は直接光Ｌ１及び反射光Ｌ２となって結像光学系１２に入射し、更にこの結像光学系１２によって受光面となる感光面１４に結像する構成を基本としている。
【００２７】
次に、本実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイ１０の構造について説明する。
図２及び図３に示されるように、化合物半導体基板、例えばＧａＡｓ基板２０上に、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２が形成されている。そして、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面には、例えばカクテルグラスのように円錐台を逆さにした形状の窪み２４が配列して形成されている。これらの窪み２４は、その底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍである。即ち、これらの窪み２４は、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁は傾斜面２６をなしている。
【００２８】
また、これらの窪み２４の半径５μｍの円形をなす底面部には、例えば不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＧａＡｓ層が形成され、このｐ型ＧａＡｓ層がＬＥＤの発光部２８を構成している。また、この発光部２８上には、発光部２８に電流を供給するための電極（図示せず）が形成されている。
【００２９】
このようにＬＥＤアレイ１０においては、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に窪み２４が配列して形成されており、これらの窪み２４の底面部にはＬＥＤの発光部２８が形成されており、この発光部２８を囲む窪み２４はカクテルグラスのように底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁は傾斜面２６をなしている。
【００３０】
次に、ＬＥＤアレイ１０の動作について説明する。
図２に示されるように、光源としてのＬＥＤの発光部２８は半径５μｍの円形をなし、点光源とはみなせいない面光源であり、発光部２８からの出射光が完全拡散光に近く、その放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広い。また、ＬＥＤの発光部２８を囲む窪み２４は、その底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がっている。
【００３１】
このため、発光部２８から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は直接光Ｌ１として結像光学系１２に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光は窪み２４側壁の傾斜面２６に入射して反射し、この反射光Ｌ２が結像光学系１２に入射する。即ち、窪み２４側壁の傾斜面２６が発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮して、その出射光の放射角を狭化する反射光学系となる。
【００３２】
次に、ＬＥＤアレイ１０の製造方法について、図４〜図７の工程断面図を用いて説明する。
先ず、エピタキシー工程を用いて、ＧａＡｓ基板２０上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を形成する。その後、フォトリソグラフィ工程を用いて、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上に所定パターンのマスク３０を形成する。
続いて、このマスク３０を用いて、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を選択的にエッチングする。このとき、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２の選択的エッチングとして、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面が深さ方向に掘られると共に、マスク３０のエッジが後退してその開口部が広がるような条件に設定する。
【００３３】
このようにして、底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍであるカクテルグラスのような逆円錐台形状の窪み２４をｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列して形成する。従って、これらの窪み２４は、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁は傾斜面２６をなす（図４参照）。
【００３４】
次いで、基体全面に、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を積層する。その後、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を用いて、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を選択的にエッチング除去し、窪み２４の底面部が露出するように開口部３４を形成する（図５参照）。
【００３５】
次いで、このＳｉＯ2 絶縁膜３２を拡散保護マスクとする不純物拡散工程を用いて、露出している窪み２４の底面部をなすｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に、不純物としてのＺｎを選択的に拡散してｐ型ＧａＡｓ層を形成する。
【００３６】
このようにして、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２とｐ型ＧａＡｓ層とのｐｎ接合部を有するＬＥＤを形成すると共に、窪み２４の底面部のｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する（図６参照）。
【００３７】
次いで、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を除去して、窪み２４側壁の傾斜面２６を露出させる。その後、窪み２４の底面部の発光部２８上に、発光部２８に電流を供給するための電極（図示せず）を形成する。このようにして、上記図２に示されるＬＥＤアレイ１０を作製する（図７参照）。
【００３８】
以上のように本実施形態に係る光学装置によれば、ＬＥＤアレイ１０を構成する各ＬＥＤの発光部２８がｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列された窪み２４の底面部にそれぞれ形成され、この発光部２８を囲む窪み２４はその底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がった形状をなしていることにより、窪み２４側壁の傾斜面２６がＬＥＤの発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、ＬＥＤの発光部２８からの出射光の放射角が狭化する反射光学系をＬＥＤアレイ１０上に集積化形成されていることになる。
【００３９】
従って、ＬＥＤの発光部２８の光源としての大きさは半径５μｍの円形をなす面光源であり、発光部２８からの出射光が完全拡散光に近くてその放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広いものであっても、ＬＥＤの発光部２８から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は直接光Ｌ１として結像光学系１２に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光は窪み２４側壁の傾斜面２６に入射して反射し、この反射光Ｌ２が結像光学系１２に入射するため、これまで無駄になっていた光も結像光学系１２に入射することが可能になり、全体としての光利用効率を向上することができる。
【００４０】
また、窪み２４側壁のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２の傾斜面２６が発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮して、その出射光の放射角を狭化する反射光学系となっており、ＬＥＤの発光部２８を構成する材料と異なる材料からなる構造体を特に設ける必要がなく、ｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８と傾斜面２６をなすｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２からなる反射光学系との熱膨張率が同一になることから、ＬＥＤへの通電により発光部２８周辺の温度が上昇した場合においても、ＬＥＤの発光部２８と窪み２４側壁の傾斜面２６からなる反射光学系との熱膨張率差による応力の発生を回避することが可能となるため、応力による素子の歪みの発生及びそれに起因する素子の寿命低下を防止することができる。
【００４１】
また、本実施形態に係る光学装置の製造方法によれば、窪み２４の底面部のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面にＺｎを選択的に添加してｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する際に、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面及び窪み２４側壁の傾斜面２６を覆うＳｉＯ2 絶縁膜３２を拡散保護マスクとする不純物拡散工程を用いることにより、ＬＥＤの発光部２８と反射光学系をなす窪み２４側壁の傾斜面２６との位置合わせを容易にかつ正確に行うことができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
図８は本発明の第２の実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図であり、図９〜図１１はそれぞれ図８に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
なお、本実施形態に係る光学装置も上記第１の実施形態の場合と同様にＬＥＤプリンタに使用される光書込用の光学装置を想定したものであり、その基本構成は上記図１に示されるものと同様であるため、その図示は省略する。また、上記図１〜図７に示される光学装置を構成する同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
本実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイ１０の構造について説明する。
図８に示されるように、例えばＧａＡｓ基板２０上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２が形成され、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面にカクテルグラスのような逆円錐台形状の窪み２４が配列して形成されている。これらの窪み２４は、その底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍであり、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなしていると共に、その側壁は傾斜面２６をなしている。
【００４４】
また、これらの窪み２４の半径５μｍの円形をなす底面部には、不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＧａＡｓ層が形成され、このｐ型ＧａＡｓ層がＬＥＤの発光部２８を構成している。また、この発光部２８上には、発光部２８に電流を供給するための電極（図示せず）が形成されている。
そして、窪み２４側壁の傾斜面２６上に、金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３６が形成されている点に本実施形態の特徴がある。ここで、Ｃｒ膜は、反射率の高いＡｕ膜と下地のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２との密着性を向上させるために介在させるものである。
【００４５】
このようにＬＥＤアレイ１０においては、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に窪み２４が配列して形成されており、これらの窪み２４の底面部にはＬＥＤの発光部２８が形成されており、この発光部２８を囲む窪み２４はカクテルグラスのように底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁の傾斜面２６上に金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３６が形成されている。
【００４６】
次に、ＬＥＤアレイ１０の動作について説明する。
図８に示されるように、光源としてのＬＥＤの発光部２８は半径５μｍの円形をなす面光源であり、発光部２８からの出射光が完全拡散光に近く、その放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広い。また、ＬＥＤの発光部２８を囲む窪み２４は、その底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がっていると共に、窪み２４側壁の傾斜面２６上には金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３６が形成されている。
【００４７】
このため、発光部２８から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は直接光Ｌ３として結像光学系に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光は窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３６に入射して反射し、この反射光Ｌ４が結像光学系１２に入射する。即ち、窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３６が発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮して、その出射光の放射角を狭化する反射光学系となる。
【００４８】
次に、ＬＥＤアレイ１０の製造方法について図９〜図１１の工程断面図を用いて説明する。
先ず、ＧａＡｓ基板２０上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を形成した後、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上に所定パターンのマスク３０を形成する。そして、このマスク３０を用いて、所定のエッチング条件により、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を選択的にエッチングして、底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍであるカクテルグラスのような逆円錐台形状の窪み２４をｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列して形成する。従って、これらの窪み２４は、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁は傾斜面２６をなす（図９参照）。
【００４９】
次いで、基体全面に、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を積層した後、このＳｉＯ2 絶縁膜３２を選択的にエッチング除去して、窪み２４の底面部が露出するように開口部３４を形成する。続いて、このＳｉＯ2 絶縁膜３２を拡散保護マスクとする不純物拡散工程を用いて、露出している窪み２４の底面部のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に不純物としてのＺｎを選択的に拡散してｐ型ＧａＡｓ層を形成する。
このようにして、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２とｐ型ＧａＡｓ層とのｐｎ接合部を有するＬＥＤを形成すると共に、窪み２４の底面部のｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する（図１０参照）。
【００５０】
次いで、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を除去して、窪み２４側壁の傾斜面２６を露出させた後、基体全面に、Ｃｒ膜及びＡｕ膜を順に積層してＡｕ／Ｃｒ膜３６を形成する。続いて、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を用いて、このＡｕ／Ｃｒ膜３６をパターニングし、窪み２４側壁の傾斜面２６上に金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３６を形成する。その後、窪み２４の底面部の発光部２８上に、発光部２８に電流を供給するための電極（図示せず）を形成する。このようにして、上記図８に示されるＬＥＤアレイ１０を作製する（図１１参照）。
【００５１】
以上のように本実施形態に係る光学装置によれば、ＬＥＤアレイ１０を構成する各ＬＥＤの発光部２８がｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列された窪み２４の底面部にそれぞれ形成され、この発光部２８を囲む窪み２４はその底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がった形状をなしていることに加え、窪み２４側壁の傾斜面２６上に金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３６が形成されていることにより、窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３６がＬＥＤの発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、ＬＥＤの発光部２８からの出射光の放射角を狭化する反射光学系がＬＥＤアレイ１０上に集積化形成されていることになる。
【００５２】
従って、上記第１の実施形態の場合と同様に、ＬＥＤの発光部２８から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は直接光Ｌ３として結像光学系１２に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光は窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３６に入射して反射し、この反射光Ｌ４が結像光学系１２に入射するが、上記第１の実施形態の場合のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２の傾斜面２６における反射率よりＡｕ／Ｃｒ膜３６における反射率が高いため、上記第１の実施形態の場合よりも全体としての光利用効率を更に向上することができる。本願発明者の実験によれば、ＬＥＤの発光部のみを有してその出射光の放射角を狭化する反射光学系を具備しない従来のＬＥＤアレイの場合と比較して、５０％増の光利用効率を得ることができた。
【００５３】
また、本実施形態に係る光学装置の製造方法によれば、上記第１の実施形態の場合と同様にして、窪み２４の底面部のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面にＺｎを選択的に添加してｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する際に、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面及び窪み２４側壁の傾斜面２６を覆うＳｉＯ2 絶縁膜３２を拡散保護マスクとする不純物拡散工程を用いることにより、ＬＥＤの発光部２８と反射光学系をなす窪み２４側壁の傾斜面２６との位置合わせを容易にかつ正確に行うことができる。
【００５４】
（第３の実施形態）
図１２は本発明の第３の実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図であり、図１３〜図１５はそれぞれ図１２のＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
なお、本実施形態に係る光学装置も上記第１の実施形態の場合と同様にＬＥＤプリンタに使用される光書込用の光学装置を想定したものであり、その基本構成は上記図１に示されるものと同様であるため、その図示は省略する。また、上記図１〜図７に示される光学装置を構成する同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５５】
本実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイ１０の構造について説明する。
図１２に示されるように、例えばＧａＡｓ基板２０上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２が形成され、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面にカクテルグラスのような逆円錐台形状の窪み２４が配列して形成されている。これらの窪み２４は、その底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍであり、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなしていると共に、その側壁は傾斜面２６をなしている。
【００５６】
また、これらの窪み２４の半径５μｍの円形をなす底面部には、不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＧａＡｓ層が形成され、このｐ型ＧａＡｓ層がＬＥＤの発光部２８を構成している。
そして、この発光部２８、窪み２４側壁の傾斜面２６、及び窪み２４の外側のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上に、発光部２８に電流を供給するための電極と金属製反射膜とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８が形成されており、発光部２８とその電極を兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８とはオーミック接触している点に本実施形態の特徴がある。ここで、Ａｕ／Ｃｒ膜３８のＣｒ膜は、反射率の高いＡｕ膜と下地のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２との密着性を向上させると共に、導電性の高いＡｕ膜と下地のｐ型ＧａＡｓ層からなる発光部２８との密着性を向上させるために介在させるものである。
【００５７】
このようにＬＥＤアレイ１０においては、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に窪み２４が配列して形成されており、これらの窪み２４の底面部にはＬＥＤの発光部２８が形成されており、この発光部２８を囲む窪み２４はカクテルグラスのように底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなしており、これらの窪み２４の底面部の発光部２８、窪み２４側壁の傾斜面２６、及び窪み２４外側のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上には電極と金属製反射膜とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８が形成されている。
【００５８】
次に、ＬＥＤアレイ１０の動作について説明する。
図１２に示されるように、光源としてのＬＥＤの発光部２８は半径５μｍの円形をなす面光源であり、発光部２８からの出射光が完全拡散光に近く、その放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広い。また、ＬＥＤの発光部２８を囲む窪み２４は、その底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がっていると共に、窪み２４側壁の傾斜面２６及び発光部２８上には電極と金属製反射膜とを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８が形成されている。
【００５９】
このため、発光部２８から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は直接光Ｌ５として結像光学系に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光は窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３８に入射して反射し、この反射光Ｌ６が結像光学系１２に入射する。即ち、窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３８が発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮して、出射光の放射角を狭化する反射光学系となる。
【００６０】
次に、ＬＥＤアレイ１０の製造方法について、図１３〜図１５の工程断面図を用いて説明する。
先ず、ＧａＡｓ基板２０上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を形成した後、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上に所定パターンのマスク３０を形成する。そして、このマスク３０を用いて、所定のエッチング条件により、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を選択的にエッチングして、底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍであるカクテルグラスのような逆円錐台形状の窪み２４をｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列して形成する。従って、これらの窪み２４は、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁は傾斜面２６をなす（図１３参照）。
【００６１】
次いで、基体全面に、ＧａＡｓ層との密着性を向上させるためのＣｒ膜を介してＡｕ膜を積層して、Ａｕ／Ｃｒ膜３８を形成する。そして、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を用いて、このＡｕ／Ｃｒ膜３８をパターニングし、窪み２４の底面部が露出するように開口部３４を形成すると共に、窪み２４の底面部、その側壁の傾斜面２６、及び窪み２４の外側のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上に電極と金属製反射膜とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８を形成する（図１４参照）。
【００６２】
次いで、電極と金属製反射膜とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８を保護マスクとする不純物イオンインプランテーション工程を用いて、露出している窪み２４の底面部のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に不純物イオンとしてのＺｎイオンを選択的に注入してｐ型ＧａＡｓ層を形成し、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２とｐ型ＧａＡｓ層とのｐｎ接合部を有するＬＥＤを形成すると共に、窪み２４の底面部のｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する。このようにして、上記図１２に示されるＬＥＤアレイ１０を作製する（図１５参照）。
【００６３】
以上のように本実施形態に係る光学装置によれば、ＬＥＤアレイ１０を構成する各ＬＥＤの発光部２８がｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列された窪み２４の底面部にそれぞれ形成され、この発光部２８を囲む窪み２４はその底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がった形状をなし、窪み２４側壁の傾斜面２６上に金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３８が形成されていることにより、窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３８がＬＥＤの発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、ＬＥＤの発光部２８からの出射光の放射角を狭化する反射光学系がＬＥＤアレイ１０上に集積化形成されていることになるため、上記第２の実施形態の場合と同様の効果を奏し、全体としての光利用効率を向上することができる。
【００６４】
また、窪み２４側壁の傾斜面２６上の金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３８は一方において窪み２４の底面部の発光部２８上にまで延長されて発光部２８に電流を供給するための電極となり、他方において窪み２４の外側のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上にまで延長されてボンディングパッドとなっていることにより、この金属製反射膜と電極とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８と別個に電極及びボンディングパッドを設ける必要がないため、ＬＥＤアレイ１０の構造を簡易化することができる。
【００６５】
また、本実施形態に係る光学装置の製造方法によれば、窪み２４の底面部のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面にＺｎを選択的に添加してｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する際に、電極と金属製反射膜とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８を保護マスクとする不純物イオンインプランテーション工程を用いることにより、発光部２８がＡｕ／Ｃｒ膜３８に対してセルフアラインに形成されるため、両者の位置合わせを容易にかつ極めて正確に行うことができる。また、不純物イオンインプランテーション用の保護マスクの形成工程と金属反射膜形成工程と電極形成工程とを同一の工程で行うことが可能となるため、工程の簡略化を実現することができる。
【００６６】
なお、上記第１〜第３の実施形態においては、発光素子アレイとして複数のＬＥＤが配列されたＬＥＤアレイ１０を使用する場合について説明したが、このＬＥＤアレイ１０の代わりに、複数のＥＬが配列されたＥＬアレイを使用する場合においても本発明を有効に適用することができる。
また、ＬＥＤプリンタに使用される光書込用の光学装置を想定しているが、ＬＥＤプリンタに限定されるものではなく、例えばデジタル複写機、ファクシミリ等の光書込みの光学装置やスキャナ等の光読取り用の光学装置にも本発明を有効に適用することができる。
【００６７】
また、窪み２４の形状として、底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって広がっているカクテルグラスのような逆円錐台形状の場合について説明したが、窪み２４の形状はこの形状に限定されるものではなく、例えばワイングラスのように球面の一部をリング状に切り取った形状などであってもよい。その場合、ＬＥＤの発光部２８の大きさやそこからの出射光の放射角の程度により、窪み２４側壁の傾斜面の傾斜角やその曲率は種々に変化させることが考えられ、加工の難易度等を考慮しつつ、全体としての光利用効率が最も高くなる形状を選択すればよい。
【００６８】
また、上記第１の実施形態においては、窪み２４の底面部にＬＥＤの発光部２８を形成する際に、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を保護マスクとする不純物拡散工程を用いているが、この代わりにＳｉＯ2 絶縁膜等を保護マスクとする不純物イオンインプランテーション工程を用いてもよい。同様に、上記第２の実施形態においても、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を保護マスクとする不純物拡散工程の代わりに、Ａｕ／Ｃｒ膜３６を保護マスクとする不純物イオンインプランテーション工程を用いてもよい。逆に、上記第３の実施形態においては、Ａｕ／Ｃｒ膜３８を保護マスクとする不純物イオンインプランテーション工程の代わりに、ＳｉＯ2 絶縁膜等を保護マスクとする不純物拡散工程を用いて発光部２８を形成した後、Ａｕ／Ｃｒ膜３８を形成してもよい。
【００６９】
また、上記第２及び第３の実施形態においては、金属製反射膜としてのＡｕ／Ｃｒ膜３６、３８は、共に窪み２４側壁は傾斜面２６上に直接に形成されているが、この傾斜面２６をなすｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２とＡｕ／Ｃｒ膜３６、３８との間に例えばＳｉＯ2 絶縁膜等を介在させてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明に係る光学装置及びその製造方法によれば、次のような効果を奏することができる。
即ち、請求項１に係る光学装置によれば、発光素子アレイを構成する複数の発光素子の発光部が複数の窪みの底面部にそれぞれ形成され、この窪みが底面部から発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなしていることにより、窪み側壁の傾斜面が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮して、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系が発光素子アレイ上に集積化形成されていることになるため、発光素子の発光部の光源としての大きさが光学系の大きさと同程度で点光源とはみなせいない場合であっても、発光素子からの出射光が完全拡散光に近くてその放射角が広い場合であっても、発光素子の発光部から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は結像光学系に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光も窪み側壁の傾斜面によって反射されて結像光学系に入射することから、これまで無駄になっていた光も結像光学系に入射することが可能になり、全体としての光利用効率を向上させることができる。
【００７１】
また、窪み側壁の傾斜面がミラー機能を発揮して、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系となっており、発光素子の発光部を構成する材料と異なる材料からなる構造体を特に設ける必要がないことから、発光素子の発光部と窪み側壁の傾斜面からなる反射光学系との熱膨張率が同一になり、発光素子への通電により発光部周辺の温度が上昇した場合においても、発光素子の発光部と反射光学系との熱膨張率差による応力の発生を回避することが可能となるため、応力による素子の歪みの発生及びそれに起因する素子の寿命低下を防止することができる。
【００７２】
また、請求項２に係る光学装置によれば、上記請求項１に係る光学装置において、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜が形成されていることにより、この窪み側壁の傾斜面の金属製反射膜が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系になるため、発光素子の発光部の光源としての大きさが点光源とみなせいない場合であっても、発光素子からの出射光の放射角がかなり広い場合であっても、発光素子から反射光学系への入射光の入射角依存性が軽減されることから、広い範囲の入射角度の入射光を有効に反射して、全体として光利用効率を向上させることができる。
【００７３】
また、請求項３に係る光学装置の製造方法によれば、底面部から前記発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなす複数の窪みを形成した後、この窪みの底面部に発光素子の発光部を形成していることにより、発光素子の発光部及びこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面の形成を容易にかつ正確に行うことが可能になるため、全体としての光利用効率を向上させた光学装置を容易に作製することができる。
【００７４】
また、請求項４に係る光学装置の製造方法によれば、上記請求項３に係る光学装置の製造方法においては、発光素子の発光部を形成する工程が、不純物拡散法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的に拡散して発光素子の発光部を形成する工程であることにより、発光素子の発光部とこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面との位置合わせを容易にかつ正確に行うことができる。
【００７５】
また、請求項５に係る光学装置の製造方法によれば、上記請求項３に係る光学装置の製造方法においては、発光素子の発光部を形成する工程が、不純物イオンインプランテーション法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的にイオン注入して発光素子の発光部を形成する工程であることにより、発光素子の発光部とこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面との位置合わせを容易にかつ正確に行うことができる。
【００７６】
また、請求項６に係る光学装置の製造方法によれば、上記請求項３に係る光学装置の製造方法において、発光素子の発光部を形成する工程の後に、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜を形成する工程を有することにより、この窪み側壁の傾斜面に形成する金属製反射膜が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系になるため、発光素子から反射光学系への入射光の入射角依存性が軽減されて、広い範囲の入射角度の入射光が有効に反射されるようになり、全体としての光利用効率を向上させた光学装置を容易に作製することができる。
【００７７】
また、請求項７に係る光学装置の製造方法によれば、上記請求項５に係る光学装置の製造方法において、窪みを形成する工程の後、発光素子の発光部を形成する工程の前に、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜を形成する工程を有し、発光素子の発光部を形成する工程が、窪み側壁の傾斜面を覆う金属製反射膜をマスクとする不純物イオンインプランテーション法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的にイオン注入して発光素子の発光部を形成する工程であることにより、発光素子の発光部がこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面の金属製反射膜に対してセルフアラインに形成されるため、両者の位置合わせを容易にかつ極めて正確に行うことができると共に、不純物イオンインプランテーション用の保護マスクの形成工程と金属反射膜形成工程とを同一の工程で行うことが可能となるため、工程の簡略化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図３】図２のＬＥＤアレイの平面図である。
【図４】図２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その１）である。
【図５】図２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その２）である。
【図６】図２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その３）である。
【図７】図２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その４）である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図９】図８に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その１）である。
【図１０】図８に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その２）である。
【図１１】図８に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その３）である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図１３】図１２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その１）である。
【図１４】図１２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その２）である。
【図１５】図１２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その３）である。
【図１６】従来のロッドレンズアレイを用いた光学装置を示す断面図である。
【図１７】従来の密着型構造の光学装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ ＬＥＤアレイ
１２ 結像光学系
１４ 感光面
２０ ＧａＡｓ基板
２２ ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層
２４ 窪み
２６ 傾斜面
２８ 発光部
３０ マスク
３２ ＳｉＯ2 絶縁膜
３４ 開口部
３６ 金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜
３８ 金属製反射膜と電極とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜
Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５ 直接光
Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６ 反射光
１００ ＬＥＤアレイ
１０２ ＬＥＤ
１０４ ロッドレンズ
１０６ 感光面
１１０ ＬＥＤアレイ
１１２ ＬＥＤ
１１４ 遮光性材料からなる保護層
１１６ パイプ状の導光路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置に係り、特に電子写真式光プリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等の光書込みユニットやスキャナ等の光読取りユニットに用いられるＬＥＤ（発光ダイオード）アレイやＥＬ（端面発光素子）アレイ等の微小光源アレイを光源とする光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年におけるスモールオフィスやホームオフィス向けの情報機器の発展に伴って、各種紙情報の出力のための装置であるプリンタの需要が増加している。こうしたプリンタは高解像度の画像や文宇をモノクロ又はカラーで出力する必要がある。そして、その需要の増加と共に、より高解像度で高速出力、コンパクト、安価であることが要求されてきている。
これらの要求を満たすプリンタとして、例えば多数のＬＥＤを配列しているＬＥＤアレイを用いた電子写真式光プリンタ（以下、「ＬＥＤプリンタ」という）がある。この方式においては、ＬＥＤアレイを書込み光源とする固体走査型であるため、半導体レーザを用いたラスタスキニング方式の書込み光学系をもつ光プリンタよりもコンパクトに作り易く、またＬＥＤアレイの各ＬＥＤが並列に書き込みを行うため、高速出力化も比較的容易に実現することができる。
【０００３】
なお、ＬＥＤを光源に用いる場合には、ＬＥＤの出力光を感光面に高分解能かつ高効率に伝達する必要がある。また、機器をよりコンパクトにするには、光源と感光面の距離を減少させることが要求され、そのためには共役長が短い結像光学系が必要である。
【０００４】
このような結像光学系の例としては、ロッドレンズを複数束ねたロッドレンズアレイが従来から知られており、実際に各種ＬＥＤプリンタに搭載されている。図１６は、ロッドレンズアレイを用いた光学装置の一例として、特開平７−１０８７０９号公報中に開示された構造例を示す断面図である。
この構造においては、ＬＥＤアレイ１００の各ＬＥＤ１０２から出射された光がロッドレンズアレイの対応する各ロッドレンズ１０４の集光作用によって感光面１０６に投影されることにより、この感光面１０６に微小な点像が結像されるようになっている。即ち、複数のロッドレンズ１０４が配置されているロッドレンズアレイが、この光学装置における結像光学系を構成している。
【０００５】
また、同じＬＥＤアレイを用いた書込みユニットなる光学装置として、密着型構造のものが提案されている。図１７は、密着型構造の光学装置の一例として、特開平８−１９９８号公報中に開示された構造例を示す斜視図である。
この構造においては、ＬＥＤアレイ１１０の各ＬＥＤ１１２から出射された光が、ＬＥＤアレイ１１０上の遮光性材料からなる保護層１１４に貫通しているパイプ状の導光路１１６を経て外部に取り出され、遮光性材料からなる保護層１１４に密着させた感光面（図示せず）に照射されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１６に示したロッドレンズアレイ方式の場合、ロッドレンズ１０４は開口角か大きく明るい光学系であるため、ＬＥＤ１０２からの光を比較的効率よく感光面１０６に伝達させることができるという利点がある。
しかし、ＬＥＤアレイ１００におけるＬＥＤ１０２の放射角は元々広いため、ＬＥＤ１０２からロッドレンズ１０４へ至る間にＬＥＤ１０２から出射された放射光の大半がロッドレンズ１０４へは入射せず、放射光の利用効率が悪いものとなる。従って、感光面１０６において所定の光量を必要とする場合、ＬＥＤ１０２の駆動電流を増大させる必要があり、その分、ＬＥＤ１０２が発熱し易くなるという問題が生ずる。
【０００７】
また、上記図１７に示した密着型構造の場合、前述のロッドレンズを用いた構成とは異なり、各光源の出力光が１つずつ照射されるので、レンズのピッチに依存した光量むらや、ＭＦＴむらが生じないという利点がある。
しかし、ＬＥＤ１１２の光がバイプ状の導光路１１６によって限定されることから、外部に取り出される光量が少なくなりがちな暗い光学系構成となる上に、導光路１１６が集光機能をもたないため、感光面を光学系に密着させないと感光面上の光像がたちまちぼけてしまい、分解能が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、発光素子アレイと結像光学系とを組み合わせた光学装置であって、発光素子アレイの発光素子から出射される放射光を効率よく結像光学系に入射させ、光の利用効率を高めることができる光学装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明の発明者を共同発明者とする特願平０９−２４８０８８号において、複数の発光素子を備えた発光素子アレイからの出射光を結像光学系を介して受光面に結像させる光学装置であって、前記発光素子アレイ上に集積化形成されて個々の発光素子の放射角を狭化させる反射構造を含む狭化光学系を備えることを特徴とする光学装置を提案している。この先願に係る光学装置によれば、発光素子からの放射光が完全拡散光に近く、その放射角がかなり広い場合であっても、個々の発光素子の放射角を狭化させる反射構造を含む狭化光学系が発光素子アレイ上に集積化形成されていることから、放射角が広いために無駄にしていた光をも狭化光学系によって有効に結像光学系に入射させることが可能になるため、光の利用効率を高めることができる。そして、本発明は、上記特願平０９−２４８０８８号に開示した先願発明を改良した光学装置及びその製造方法に関する発明と位置付けられる。
【００１０】
即ち、請求項１に係る光学装置は、複数の発光素子を備えた発光素子アレイからの出射光を結像光学系を介して受光面に結像させる光学装置であって、発光素子の発光部が発光素子アレイ基板表面に配列された複数の窪みの底面部に、所定の不純物を選択的に添加してそれぞれ形成され、この窪みが底面部から発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなし、発光素子の発光部から放射状に発した光の一部が結像光学系に直接に入射すると共に、他の一部が窪み側壁の傾斜面によって反射する反射光学系により、反射されて結像光学系に入射するようになっていることを特徴とする。
【００１１】
このように請求項１に係る光学装置においては、発光素子アレイを構成する複数の発光素子の発光部が複数の窪みの底面部にそれぞれ形成され、この窪みが底面部から発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなしていることにより、窪み側壁の傾斜面が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮するため、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系が発光素子アレイ上に集積化形成されていることになる。
【００１２】
従って、発光素子の発光部の光源としての大きさが光学系の大きさと同程度で、点光源とはみなせいない場合であっても、発光素子からの出射光が完全拡散光に近く、その放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広い場合であっても、発光素子の発光部から放射状に発した光の一部は結像光学系に直接に入射すると共に、それから外れた他の一部も窪み側壁の傾斜面によって反射されて結像光学系に入射するため、これまで無駄になっていた光も結像光学系に入射することが可能になり、全体としての光利用効率が向上する。
【００１３】
また、窪み側壁の傾斜面がミラー機能を発揮して、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系となっており、発光素子の発光部を構成する材料と異なる材料からなる構造体を特に設ける必要がないことから、発光素子の発光部と窪み側壁の傾斜面からなる反射光学系との熱膨張率が同一になり、発光素子への通電により発光部周辺の温度が上昇した場合においても、発光素子の発光部と窪み側壁の傾斜面からなる反射光学系との熱膨張率差による応力の発生を回避することが可能となるため、応力による素子の歪みの発生及びそれに起因する素子の寿命低下が防止される。
【００１４】
なお、発光素子の発光部の光源としての大きさが光学系の大きさと同程度で、点光源とはみなせいない場合であっても、発光素子からの出射光が完全拡散光に近くて、その放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広い場合であっても、本発明が有効に適用されるため、これら複数の発光素子を備えた発光素子アレイとしては、ＬＥＤアレイやＥＬアレイ等を使用することができる。
【００１５】
また、発光素子の発光部が形成されている底面部から発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる窪みの具体的な形状としては、例えばカクテルグラスのように円錐台を逆さにした形状や、ワイングラスのように球面の一部をリング状に切り取った形状などが挙げられる。但し、発光素子の発光部の大きさや出射光の放射角の程度により、窪み側壁の傾斜面の傾斜角やその曲率を種々に変化させることが考えられ、加工の難易度等を考慮しつつ、全体としての光利用効率が最も高くなる形状を選択することが望ましい。
【００１６】
また、請求項２に係る光学装置は、上記請求項１に係る光学装置において、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜が形成されている構成とすることにより、この窪み側壁の傾斜面の金属製反射膜が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系になるため、発光素子の発光部の光源としての大きさが点光源とみなせない場合であっても、発光素子からの出射光の放射角がかなり広い場合であっても、発光素子から反射光学系への入射光の入射角依存性が軽減される。従って、入射角の依存性が大きくなる誘電体膜が窪み側壁の傾斜面に形成されている場合と比較すると、はるかに広い範囲の入射角度の入射光が有効に反射されるため、全体として光利用効率が向上する。
【００１８】
また、請求項３に係る光学装置の製造方法は、複数の発光素子を備えた発光素子アレイからの出射光を結像光学系を介して受光面に結像させる光学装置の製造方法であって、発光素子アレイ基板表面に、底面部から前記発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなす複数の窪みを配列して形成する第１の工程と、この窪みの底面部に、所定の不純物を選択的に添加して発光素子の発光部を形成する第２の工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
このように請求項３に係る光学装置の製造方法においては、底面部から発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなす複数の窪みを形成した後、この窪みの底面部に発光素子の発光部を形成していることにより、発光素子の発光部及びこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面の形成を容易にかつ正確に行うことが可能になるため、全体としての光利用効率を向上させた光学装置が容易に作製される。
【００２０】
また、請求項４に係る光学装置の製造方法は、上記請求項３に係る光学装置の製造方法においては、前記第２の工程が、不純物拡散法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的に拡散して発光素子の発光部を形成する工程である構成とすることにより、発光素子の発光部とこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面との位置合わせが容易にかつ正確に行われる。
【００２１】
また、請求項５に係る光学装置の製造方法は、上記請求項３に係る光学装置の製造方法においては、前記第２の工程が、不純物イオンインプランテーション法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的にイオン注入して発光素子の発光部を形成する工程である構成とすることにより、発光素子の発光部及びこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面との位置合わせが容易にかつ正確に行われる。
【００２２】
また、請求項６に係る光学装置の製造方法は、上記請求項３に係る光学装置の製造方法において、前記第２の工程の後に、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜を形成する工程を有する構成とすることにより、この窪み側壁の傾斜面に形成する金属製反射膜が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系になるため、発光素子から反射光学系への入射光の入射角依存性が軽減されて、広い範囲の入射角度の入射光が有効に反射されるようになり、全体としての光利用効率を向上させた光学装置が容易に作製される。
【００２３】
また、請求項７に係る光学装置の製造方法は、上記請求項５に係る光学装置の製造方法において、前記第１の工程の後、前記第２の工程の前に、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜を形成する工程を有し、前記第２の工程が、窪み側壁の傾斜面を覆う前記金属製反射膜をマスクとする不純物イオンインプランテーション法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的にイオン注入して発光素子の発光部を形成する工程である構成とすることにより、発光素子の発光部がこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面の金属製反射膜に対してセルフアラインに形成されるため、両者の位置合わせが容易にかつ極めて正確に行われる。また、不純物イオンインプランテーション用の保護マスクの形成工程と金属反射膜形成工程とが同一の工程で行われるため、工程が簡略化される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る光学装置を示す概略構成図であり、図２は図１の光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図であり、図３は図２のＬＥＤアレイの平面図であり、図４〜図７はそれぞれ図２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
【００２６】
図１に示されるように、本実施形態に係る光学装置は、例えばＬＥＤプリンタに使用される光書込用の光学装置を想定したものであり、ＬＥＤアレイ１０から出射された光は直接光Ｌ１及び反射光Ｌ２となって結像光学系１２に入射し、更にこの結像光学系１２によって受光面となる感光面１４に結像する構成を基本としている。
【００２７】
次に、本実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイ１０の構造について説明する。
図２及び図３に示されるように、化合物半導体基板、例えばＧａＡｓ基板２０上に、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２が形成されている。そして、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面には、例えばカクテルグラスのように円錐台を逆さにした形状の窪み２４が配列して形成されている。これらの窪み２４は、その底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍである。即ち、これらの窪み２４は、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁は傾斜面２６をなしている。
【００２８】
また、これらの窪み２４の半径５μｍの円形をなす底面部には、例えば不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＧａＡｓ層が形成され、このｐ型ＧａＡｓ層がＬＥＤの発光部２８を構成している。また、この発光部２８上には、発光部２８に電流を供給するための電極（図示せず）が形成されている。
【００２９】
このようにＬＥＤアレイ１０においては、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に窪み２４が配列して形成されており、これらの窪み２４の底面部にはＬＥＤの発光部２８が形成されており、この発光部２８を囲む窪み２４はカクテルグラスのように底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁は傾斜面２６をなしている。
【００３０】
次に、ＬＥＤアレイ１０の動作について説明する。
図２に示されるように、光源としてのＬＥＤの発光部２８は半径５μｍの円形をなし、点光源とはみなせいない面光源であり、発光部２８からの出射光が完全拡散光に近く、その放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広い。また、ＬＥＤの発光部２８を囲む窪み２４は、その底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がっている。
【００３１】
このため、発光部２８から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は直接光Ｌ１として結像光学系１２に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光は窪み２４側壁の傾斜面２６に入射して反射し、この反射光Ｌ２が結像光学系１２に入射する。即ち、窪み２４側壁の傾斜面２６が発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮して、その出射光の放射角を狭化する反射光学系となる。
【００３２】
次に、ＬＥＤアレイ１０の製造方法について、図４〜図７の工程断面図を用いて説明する。
先ず、エピタキシー工程を用いて、ＧａＡｓ基板２０上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を形成する。その後、フォトリソグラフィ工程を用いて、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上に所定パターンのマスク３０を形成する。
続いて、このマスク３０を用いて、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を選択的にエッチングする。このとき、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２の選択的エッチングとして、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面が深さ方向に掘られると共に、マスク３０のエッジが後退してその開口部が広がるような条件に設定する。
【００３３】
このようにして、底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍであるカクテルグラスのような逆円錐台形状の窪み２４をｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列して形成する。従って、これらの窪み２４は、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁は傾斜面２６をなす（図４参照）。
【００３４】
次いで、基体全面に、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を積層する。その後、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を用いて、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を選択的にエッチング除去し、窪み２４の底面部が露出するように開口部３４を形成する（図５参照）。
【００３５】
次いで、このＳｉＯ2 絶縁膜３２を拡散保護マスクとする不純物拡散工程を用いて、露出している窪み２４の底面部をなすｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に、不純物としてのＺｎを選択的に拡散してｐ型ＧａＡｓ層を形成する。
【００３６】
このようにして、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２とｐ型ＧａＡｓ層とのｐｎ接合部を有するＬＥＤを形成すると共に、窪み２４の底面部のｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する（図６参照）。
【００３７】
次いで、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を除去して、窪み２４側壁の傾斜面２６を露出させる。その後、窪み２４の底面部の発光部２８上に、発光部２８に電流を供給するための電極（図示せず）を形成する。このようにして、上記図２に示されるＬＥＤアレイ１０を作製する（図７参照）。
【００３８】
以上のように本実施形態に係る光学装置によれば、ＬＥＤアレイ１０を構成する各ＬＥＤの発光部２８がｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列された窪み２４の底面部にそれぞれ形成され、この発光部２８を囲む窪み２４はその底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がった形状をなしていることにより、窪み２４側壁の傾斜面２６がＬＥＤの発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、ＬＥＤの発光部２８からの出射光の放射角が狭化する反射光学系をＬＥＤアレイ１０上に集積化形成されていることになる。
【００３９】
従って、ＬＥＤの発光部２８の光源としての大きさは半径５μｍの円形をなす面光源であり、発光部２８からの出射光が完全拡散光に近くてその放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広いものであっても、ＬＥＤの発光部２８から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は直接光Ｌ１として結像光学系１２に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光は窪み２４側壁の傾斜面２６に入射して反射し、この反射光Ｌ２が結像光学系１２に入射するため、これまで無駄になっていた光も結像光学系１２に入射することが可能になり、全体としての光利用効率を向上することができる。
【００４０】
また、窪み２４側壁のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２の傾斜面２６が発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮して、その出射光の放射角を狭化する反射光学系となっており、ＬＥＤの発光部２８を構成する材料と異なる材料からなる構造体を特に設ける必要がなく、ｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８と傾斜面２６をなすｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２からなる反射光学系との熱膨張率が同一になることから、ＬＥＤへの通電により発光部２８周辺の温度が上昇した場合においても、ＬＥＤの発光部２８と窪み２４側壁の傾斜面２６からなる反射光学系との熱膨張率差による応力の発生を回避することが可能となるため、応力による素子の歪みの発生及びそれに起因する素子の寿命低下を防止することができる。
【００４１】
また、本実施形態に係る光学装置の製造方法によれば、窪み２４の底面部のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面にＺｎを選択的に添加してｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する際に、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面及び窪み２４側壁の傾斜面２６を覆うＳｉＯ2 絶縁膜３２を拡散保護マスクとする不純物拡散工程を用いることにより、ＬＥＤの発光部２８と反射光学系をなす窪み２４側壁の傾斜面２６との位置合わせを容易にかつ正確に行うことができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
図８は本発明の第２の実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図であり、図９〜図１１はそれぞれ図８に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
なお、本実施形態に係る光学装置も上記第１の実施形態の場合と同様にＬＥＤプリンタに使用される光書込用の光学装置を想定したものであり、その基本構成は上記図１に示されるものと同様であるため、その図示は省略する。また、上記図１〜図７に示される光学装置を構成する同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
本実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイ１０の構造について説明する。
図８に示されるように、例えばＧａＡｓ基板２０上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２が形成され、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面にカクテルグラスのような逆円錐台形状の窪み２４が配列して形成されている。これらの窪み２４は、その底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍであり、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなしていると共に、その側壁は傾斜面２６をなしている。
【００４４】
また、これらの窪み２４の半径５μｍの円形をなす底面部には、不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＧａＡｓ層が形成され、このｐ型ＧａＡｓ層がＬＥＤの発光部２８を構成している。また、この発光部２８上には、発光部２８に電流を供給するための電極（図示せず）が形成されている。
そして、窪み２４側壁の傾斜面２６上に、金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３６が形成されている点に本実施形態の特徴がある。ここで、Ｃｒ膜は、反射率の高いＡｕ膜と下地のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２との密着性を向上させるために介在させるものである。
【００４５】
このようにＬＥＤアレイ１０においては、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に窪み２４が配列して形成されており、これらの窪み２４の底面部にはＬＥＤの発光部２８が形成されており、この発光部２８を囲む窪み２４はカクテルグラスのように底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁の傾斜面２６上に金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３６が形成されている。
【００４６】
次に、ＬＥＤアレイ１０の動作について説明する。
図８に示されるように、光源としてのＬＥＤの発光部２８は半径５μｍの円形をなす面光源であり、発光部２８からの出射光が完全拡散光に近く、その放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広い。また、ＬＥＤの発光部２８を囲む窪み２４は、その底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がっていると共に、窪み２４側壁の傾斜面２６上には金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３６が形成されている。
【００４７】
このため、発光部２８から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は直接光Ｌ３として結像光学系に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光は窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３６に入射して反射し、この反射光Ｌ４が結像光学系１２に入射する。即ち、窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３６が発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮して、その出射光の放射角を狭化する反射光学系となる。
【００４８】
次に、ＬＥＤアレイ１０の製造方法について図９〜図１１の工程断面図を用いて説明する。
先ず、ＧａＡｓ基板２０上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を形成した後、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上に所定パターンのマスク３０を形成する。そして、このマスク３０を用いて、所定のエッチング条件により、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を選択的にエッチングして、底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍであるカクテルグラスのような逆円錐台形状の窪み２４をｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列して形成する。従って、これらの窪み２４は、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁は傾斜面２６をなす（図９参照）。
【００４９】
次いで、基体全面に、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を積層した後、このＳｉＯ2 絶縁膜３２を選択的にエッチング除去して、窪み２４の底面部が露出するように開口部３４を形成する。続いて、このＳｉＯ2 絶縁膜３２を拡散保護マスクとする不純物拡散工程を用いて、露出している窪み２４の底面部のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に不純物としてのＺｎを選択的に拡散してｐ型ＧａＡｓ層を形成する。
このようにして、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２とｐ型ＧａＡｓ層とのｐｎ接合部を有するＬＥＤを形成すると共に、窪み２４の底面部のｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する（図１０参照）。
【００５０】
次いで、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を除去して、窪み２４側壁の傾斜面２６を露出させた後、基体全面に、Ｃｒ膜及びＡｕ膜を順に積層してＡｕ／Ｃｒ膜３６を形成する。続いて、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を用いて、このＡｕ／Ｃｒ膜３６をパターニングし、窪み２４側壁の傾斜面２６上に金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３６を形成する。その後、窪み２４の底面部の発光部２８上に、発光部２８に電流を供給するための電極（図示せず）を形成する。このようにして、上記図８に示されるＬＥＤアレイ１０を作製する（図１１参照）。
【００５１】
以上のように本実施形態に係る光学装置によれば、ＬＥＤアレイ１０を構成する各ＬＥＤの発光部２８がｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列された窪み２４の底面部にそれぞれ形成され、この発光部２８を囲む窪み２４はその底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がった形状をなしていることに加え、窪み２４側壁の傾斜面２６上に金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３６が形成されていることにより、窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３６がＬＥＤの発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、ＬＥＤの発光部２８からの出射光の放射角を狭化する反射光学系がＬＥＤアレイ１０上に集積化形成されていることになる。
【００５２】
従って、上記第１の実施形態の場合と同様に、ＬＥＤの発光部２８から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は直接光Ｌ３として結像光学系１２に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光は窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３６に入射して反射し、この反射光Ｌ４が結像光学系１２に入射するが、上記第１の実施形態の場合のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２の傾斜面２６における反射率よりＡｕ／Ｃｒ膜３６における反射率が高いため、上記第１の実施形態の場合よりも全体としての光利用効率を更に向上することができる。本願発明者の実験によれば、ＬＥＤの発光部のみを有してその出射光の放射角を狭化する反射光学系を具備しない従来のＬＥＤアレイの場合と比較して、５０％増の光利用効率を得ることができた。
【００５３】
また、本実施形態に係る光学装置の製造方法によれば、上記第１の実施形態の場合と同様にして、窪み２４の底面部のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面にＺｎを選択的に添加してｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する際に、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面及び窪み２４側壁の傾斜面２６を覆うＳｉＯ2 絶縁膜３２を拡散保護マスクとする不純物拡散工程を用いることにより、ＬＥＤの発光部２８と反射光学系をなす窪み２４側壁の傾斜面２６との位置合わせを容易にかつ正確に行うことができる。
【００５４】
（第３の実施形態）
図１２は本発明の第３の実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図であり、図１３〜図１５はそれぞれ図１２のＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
なお、本実施形態に係る光学装置も上記第１の実施形態の場合と同様にＬＥＤプリンタに使用される光書込用の光学装置を想定したものであり、その基本構成は上記図１に示されるものと同様であるため、その図示は省略する。また、上記図１〜図７に示される光学装置を構成する同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５５】
本実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイ１０の構造について説明する。
図１２に示されるように、例えばＧａＡｓ基板２０上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２が形成され、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面にカクテルグラスのような逆円錐台形状の窪み２４が配列して形成されている。これらの窪み２４は、その底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍであり、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなしていると共に、その側壁は傾斜面２６をなしている。
【００５６】
また、これらの窪み２４の半径５μｍの円形をなす底面部には、不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＧａＡｓ層が形成され、このｐ型ＧａＡｓ層がＬＥＤの発光部２８を構成している。
そして、この発光部２８、窪み２４側壁の傾斜面２６、及び窪み２４の外側のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上に、発光部２８に電流を供給するための電極と金属製反射膜とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８が形成されており、発光部２８とその電極を兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８とはオーミック接触している点に本実施形態の特徴がある。ここで、Ａｕ／Ｃｒ膜３８のＣｒ膜は、反射率の高いＡｕ膜と下地のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２との密着性を向上させると共に、導電性の高いＡｕ膜と下地のｐ型ＧａＡｓ層からなる発光部２８との密着性を向上させるために介在させるものである。
【００５７】
このようにＬＥＤアレイ１０においては、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に窪み２４が配列して形成されており、これらの窪み２４の底面部にはＬＥＤの発光部２８が形成されており、この発光部２８を囲む窪み２４はカクテルグラスのように底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなしており、これらの窪み２４の底面部の発光部２８、窪み２４側壁の傾斜面２６、及び窪み２４外側のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上には電極と金属製反射膜とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８が形成されている。
【００５８】
次に、ＬＥＤアレイ１０の動作について説明する。
図１２に示されるように、光源としてのＬＥＤの発光部２８は半径５μｍの円形をなす面光源であり、発光部２８からの出射光が完全拡散光に近く、その放射角が半値全幅で１２０度程度とかなり広い。また、ＬＥＤの発光部２８を囲む窪み２４は、その底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がっていると共に、窪み２４側壁の傾斜面２６及び発光部２８上には電極と金属製反射膜とを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８が形成されている。
【００５９】
このため、発光部２８から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は直接光Ｌ５として結像光学系に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光は窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３８に入射して反射し、この反射光Ｌ６が結像光学系１２に入射する。即ち、窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３８が発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮して、出射光の放射角を狭化する反射光学系となる。
【００６０】
次に、ＬＥＤアレイ１０の製造方法について、図１３〜図１５の工程断面図を用いて説明する。
先ず、ＧａＡｓ基板２０上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を形成した後、このｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上に所定パターンのマスク３０を形成する。そして、このマスク３０を用いて、所定のエッチング条件により、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２を選択的にエッチングして、底面部が半径５μｍの円形をなし、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部が半径１０μｍの円形をなし、その深さが２０μｍであるカクテルグラスのような逆円錐台形状の窪み２４をｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列して形成する。従って、これらの窪み２４は、その底面部からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって拡がった形状をなし、その側壁は傾斜面２６をなす（図１３参照）。
【００６１】
次いで、基体全面に、ＧａＡｓ層との密着性を向上させるためのＣｒ膜を介してＡｕ膜を積層して、Ａｕ／Ｃｒ膜３８を形成する。そして、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を用いて、このＡｕ／Ｃｒ膜３８をパターニングし、窪み２４の底面部が露出するように開口部３４を形成すると共に、窪み２４の底面部、その側壁の傾斜面２６、及び窪み２４の外側のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上に電極と金属製反射膜とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８を形成する（図１４参照）。
【００６２】
次いで、電極と金属製反射膜とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８を保護マスクとする不純物イオンインプランテーション工程を用いて、露出している窪み２４の底面部のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に不純物イオンとしてのＺｎイオンを選択的に注入してｐ型ＧａＡｓ層を形成し、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２とｐ型ＧａＡｓ層とのｐｎ接合部を有するＬＥＤを形成すると共に、窪み２４の底面部のｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する。このようにして、上記図１２に示されるＬＥＤアレイ１０を作製する（図１５参照）。
【００６３】
以上のように本実施形態に係る光学装置によれば、ＬＥＤアレイ１０を構成する各ＬＥＤの発光部２８がｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面に配列された窪み２４の底面部にそれぞれ形成され、この発光部２８を囲む窪み２４はその底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部、即ち出射側に向かってカクテルグラスのような逆円錐台形状に広がった形状をなし、窪み２４側壁の傾斜面２６上に金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３８が形成されていることにより、窪み２４側壁の傾斜面２６上のＡｕ／Ｃｒ膜３８がＬＥＤの発光部２８からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、ＬＥＤの発光部２８からの出射光の放射角を狭化する反射光学系がＬＥＤアレイ１０上に集積化形成されていることになるため、上記第２の実施形態の場合と同様の効果を奏し、全体としての光利用効率を向上することができる。
【００６４】
また、窪み２４側壁の傾斜面２６上の金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜３８は一方において窪み２４の底面部の発光部２８上にまで延長されて発光部２８に電流を供給するための電極となり、他方において窪み２４の外側のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２上にまで延長されてボンディングパッドとなっていることにより、この金属製反射膜と電極とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８と別個に電極及びボンディングパッドを設ける必要がないため、ＬＥＤアレイ１０の構造を簡易化することができる。
【００６５】
また、本実施形態に係る光学装置の製造方法によれば、窪み２４の底面部のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面にＺｎを選択的に添加してｐ型ＧａＡｓ層からなるＬＥＤの発光部２８を形成する際に、電極と金属製反射膜とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜３８を保護マスクとする不純物イオンインプランテーション工程を用いることにより、発光部２８がＡｕ／Ｃｒ膜３８に対してセルフアラインに形成されるため、両者の位置合わせを容易にかつ極めて正確に行うことができる。また、不純物イオンインプランテーション用の保護マスクの形成工程と金属反射膜形成工程と電極形成工程とを同一の工程で行うことが可能となるため、工程の簡略化を実現することができる。
【００６６】
なお、上記第１〜第３の実施形態においては、発光素子アレイとして複数のＬＥＤが配列されたＬＥＤアレイ１０を使用する場合について説明したが、このＬＥＤアレイ１０の代わりに、複数のＥＬが配列されたＥＬアレイを使用する場合においても本発明を有効に適用することができる。
また、ＬＥＤプリンタに使用される光書込用の光学装置を想定しているが、ＬＥＤプリンタに限定されるものではなく、例えばデジタル複写機、ファクシミリ等の光書込みの光学装置やスキャナ等の光読取り用の光学装置にも本発明を有効に適用することができる。
【００６７】
また、窪み２４の形状として、底面部の発光部２８からｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２表面の開口部に向かって広がっているカクテルグラスのような逆円錐台形状の場合について説明したが、窪み２４の形状はこの形状に限定されるものではなく、例えばワイングラスのように球面の一部をリング状に切り取った形状などであってもよい。その場合、ＬＥＤの発光部２８の大きさやそこからの出射光の放射角の程度により、窪み２４側壁の傾斜面の傾斜角やその曲率は種々に変化させることが考えられ、加工の難易度等を考慮しつつ、全体としての光利用効率が最も高くなる形状を選択すればよい。
【００６８】
また、上記第１の実施形態においては、窪み２４の底面部にＬＥＤの発光部２８を形成する際に、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を保護マスクとする不純物拡散工程を用いているが、この代わりにＳｉＯ2 絶縁膜等を保護マスクとする不純物イオンインプランテーション工程を用いてもよい。同様に、上記第２の実施形態においても、ＳｉＯ2 絶縁膜３２を保護マスクとする不純物拡散工程の代わりに、Ａｕ／Ｃｒ膜３６を保護マスクとする不純物イオンインプランテーション工程を用いてもよい。逆に、上記第３の実施形態においては、Ａｕ／Ｃｒ膜３８を保護マスクとする不純物イオンインプランテーション工程の代わりに、ＳｉＯ2 絶縁膜等を保護マスクとする不純物拡散工程を用いて発光部２８を形成した後、Ａｕ／Ｃｒ膜３８を形成してもよい。
【００６９】
また、上記第２及び第３の実施形態においては、金属製反射膜としてのＡｕ／Ｃｒ膜３６、３８は、共に窪み２４側壁は傾斜面２６上に直接に形成されているが、この傾斜面２６をなすｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２２とＡｕ／Ｃｒ膜３６、３８との間に例えばＳｉＯ2 絶縁膜等を介在させてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明に係る光学装置及びその製造方法によれば、次のような効果を奏することができる。
即ち、請求項１に係る光学装置によれば、発光素子アレイを構成する複数の発光素子の発光部が複数の窪みの底面部にそれぞれ形成され、この窪みが底面部から発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなしていることにより、窪み側壁の傾斜面が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮して、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系が発光素子アレイ上に集積化形成されていることになるため、発光素子の発光部の光源としての大きさが光学系の大きさと同程度で点光源とはみなせいない場合であっても、発光素子からの出射光が完全拡散光に近くてその放射角が広い場合であっても、発光素子の発光部から放射状に出射された光のうち、所定の放射角内の光は結像光学系に直接に入射すると共に、その放射角から外れた他の光も窪み側壁の傾斜面によって反射されて結像光学系に入射することから、これまで無駄になっていた光も結像光学系に入射することが可能になり、全体としての光利用効率を向上させることができる。
【００７１】
また、窪み側壁の傾斜面がミラー機能を発揮して、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系となっており、発光素子の発光部を構成する材料と異なる材料からなる構造体を特に設ける必要がないことから、発光素子の発光部と窪み側壁の傾斜面からなる反射光学系との熱膨張率が同一になり、発光素子への通電により発光部周辺の温度が上昇した場合においても、発光素子の発光部と反射光学系との熱膨張率差による応力の発生を回避することが可能となるため、応力による素子の歪みの発生及びそれに起因する素子の寿命低下を防止することができる。
【００７２】
また、請求項２に係る光学装置によれば、上記請求項１に係る光学装置において、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜が形成されていることにより、この窪み側壁の傾斜面の金属製反射膜が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系になるため、発光素子の発光部の光源としての大きさが点光源とみなせいない場合であっても、発光素子からの出射光の放射角がかなり広い場合であっても、発光素子から反射光学系への入射光の入射角依存性が軽減されることから、広い範囲の入射角度の入射光を有効に反射して、全体として光利用効率を向上させることができる。
【００７３】
また、請求項３に係る光学装置の製造方法によれば、底面部から前記発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなす複数の窪みを形成した後、この窪みの底面部に発光素子の発光部を形成していることにより、発光素子の発光部及びこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面の形成を容易にかつ正確に行うことが可能になるため、全体としての光利用効率を向上させた光学装置を容易に作製することができる。
【００７４】
また、請求項４に係る光学装置の製造方法によれば、上記請求項３に係る光学装置の製造方法においては、発光素子の発光部を形成する工程が、不純物拡散法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的に拡散して発光素子の発光部を形成する工程であることにより、発光素子の発光部とこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面との位置合わせを容易にかつ正確に行うことができる。
【００７５】
また、請求項５に係る光学装置の製造方法によれば、上記請求項３に係る光学装置の製造方法においては、発光素子の発光部を形成する工程が、不純物イオンインプランテーション法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的にイオン注入して発光素子の発光部を形成する工程であることにより、発光素子の発光部とこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面との位置合わせを容易にかつ正確に行うことができる。
【００７６】
また、請求項６に係る光学装置の製造方法によれば、上記請求項３に係る光学装置の製造方法において、発光素子の発光部を形成する工程の後に、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜を形成する工程を有することにより、この窪み側壁の傾斜面に形成する金属製反射膜が発光素子からの出射光を反射するミラー機能を発揮し、発光素子からの出射光の放射角を狭化する反射光学系になるため、発光素子から反射光学系への入射光の入射角依存性が軽減されて、広い範囲の入射角度の入射光が有効に反射されるようになり、全体としての光利用効率を向上させた光学装置を容易に作製することができる。
【００７７】
また、請求項７に係る光学装置の製造方法によれば、上記請求項５に係る光学装置の製造方法において、窪みを形成する工程の後、発光素子の発光部を形成する工程の前に、窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜を形成する工程を有し、発光素子の発光部を形成する工程が、窪み側壁の傾斜面を覆う金属製反射膜をマスクとする不純物イオンインプランテーション法を用いて、窪みの底面部に所定の不純物を選択的にイオン注入して発光素子の発光部を形成する工程であることにより、発光素子の発光部がこの発光部からの出射光の放射角を狭化する反射光学系をなす窪み側壁の傾斜面の金属製反射膜に対してセルフアラインに形成されるため、両者の位置合わせを容易にかつ極めて正確に行うことができると共に、不純物イオンインプランテーション用の保護マスクの形成工程と金属反射膜形成工程とを同一の工程で行うことが可能となるため、工程の簡略化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図３】図２のＬＥＤアレイの平面図である。
【図４】図２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その１）である。
【図５】図２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その２）である。
【図６】図２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その３）である。
【図７】図２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その４）である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図９】図８に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その１）である。
【図１０】図８に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その２）である。
【図１１】図８に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その３）である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る光学装置を構成するＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図１３】図１２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その１）である。
【図１４】図１２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その２）である。
【図１５】図１２に示すＬＥＤアレイの製造方法を説明するための工程断面図（その３）である。
【図１６】従来のロッドレンズアレイを用いた光学装置を示す断面図である。
【図１７】従来の密着型構造の光学装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ ＬＥＤアレイ
１２ 結像光学系
１４ 感光面
２０ ＧａＡｓ基板
２２ ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層
２４ 窪み
２６ 傾斜面
２８ 発光部
３０ マスク
３２ ＳｉＯ2 絶縁膜
３４ 開口部
３６ 金属製反射膜としてＡｕ／Ｃｒ膜
３８ 金属製反射膜と電極とボンディングパッドとを兼ねるＡｕ／Ｃｒ膜
Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５ 直接光
Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６ 反射光
１００ ＬＥＤアレイ
１０２ ＬＥＤ
１０４ ロッドレンズ
１０６ 感光面
１１０ ＬＥＤアレイ
１１２ ＬＥＤ
１１４ 遮光性材料からなる保護層
１１６ パイプ状の導光路
Claims (7)
- 複数の発光素子を備えた発光素子アレイからの出射光を結像光学系を介して受光面に結像させる光学装置であって、
前記発光素子の発光部が、発光素子アレイ基板表面に配列された複数の窪みの底面部に、所定の不純物を選択的に添加してそれぞれ形成され、
前記窪みが、前記底面部から前記発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がっている形状をなし、
前記発光素子の発光部から放射状に発した光の一部が前記結像光学系に直接に入射すると共に、他の一部が前記窪み側壁の傾斜面によって反射する反射光学系により、反射されて前記結像光学系に入射するようになっていることを特徴とする光学装置。 - 請求項１記載の光学装置において、
前記窪み側壁の傾斜面上に、金属製反射膜が形成されていることを特徴とする光学装置。 - 複数の発光素子を備えた発光素子アレイからの出射光を結像光学系を介して受光面に結像させる光学装置の製造方法であって、
発光素子アレイ基板表面に、底面部から前記発光素子アレイ基板表面の開口部に向かって拡がる形状をなす複数の窪みを配列して形成する第１の工程と、
前記窪みの底面部に、所定の不純物を選択的に添加して前記発光素子の発光部を形成する第２の工程と、
を有することを特徴とする光学装置の製造方法。 - 請求項３記載の光学装置の製造方法において、
前記第２の工程が、不純物拡散法を用いて、前記窪みの底面部に所定の不純物を選択的に拡散して前記発光素子の発光部を形成する工程であることを特徴とする光学装置の製造方法。 - 請求項３記載の光学装置の製造方法において、
前記第２の工程が、不純物イオンインプランテーション法を用いて、前記窪みの底面部に所定の不純物を選択的にイオン注入して前記発光素子の発光部を形成する工程であることを特徴とする光学装置の製造方法。 - 請求項３記載の光学装置の製造方法において、
前記第２の工程の後に、前記窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜を形成する工程を有することを特徴とする光学装置の製造方法。 - 請求項５記載の光学装置の製造方法において、前記第１の工程の後、前記第２の工程の前に、前記窪み側壁の傾斜面上に金属製反射膜を形成する工程を有し、前記第２の工程が、前記窪み側壁の傾斜面を覆う前記金属製反射膜をマスクとする不純物イオンインプランテーション法を用いて、前記窪みの底面部に所定の不純物を選択的にイオン注入して前記発光素子の発光部を形成する工程であることを特徴とする光学装置の製造方法。
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