JPH1058749A

JPH1058749A - レーザ・プリンタ及びこれに適した光源

Info

Publication number: JPH1058749A
Application number: JP11055397A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakatsuka; 慎一中塚; Seiji Maruo; 成司丸尾; Shinya Kobayashi; 信也小林; Akira Arimoto; 昭有本; Susumu Saito; 進斉藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 1998-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】色ごとのドット径の差を補正し、色境界の意図
しない着色を防止したレーザ・プリンタを提供する。【解決手段】従来のプリンタ用光源が光源のスポット径
を低出力時に小さく、高出力時に大きくなるのに対し
て、本発明のプリンタ用光源の半導体レーザ装置は光源
のスポット径を低出力時に大きく、高出力時に小さく制
御する。こうして、レーザ光源のスポット径を一定に保
ことが出来る。もって、色むらの無いレーザ・プリンタ
が実現される。【効果】色むらの無いレーザ・プリンタが実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数色の印刷を行
うレーザ・プリンタ及びその光源に適した半導体レーザ
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複数色の印刷を行うレーザ・プリンタに
おいて、各色ごとに独立の光学系を用いて印刷を行うと
各色の印刷位置がずれるという問題が発生し、画質の低
減の原因になる。従来、このような色ずれの問題の発生
しないカラープリンタ用の印刷方法として、例えば、米
国特許第４，０７８，９２９号（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎ
ｏ．４，０７８，９２９）に開示されるトライレベル印
刷とよばれる方法が知られている。この印刷方法は、着
色粒子であるトナーが正負２種類の帯電状態を選択でき
ることを利用して、異なる色のトナーを同一の光学系に
より印刷する方法である。その印刷原理は以下の通りで
ある。

【０００３】先ず、感光体の表面を帯電装置によって帯
電させる。帯電装置により電気を帯びた、この感光体に
強度変調したレーザ光を照射すると、レーザ光の強度に
応じて電荷が除去され、感光体表面に図２に示すような
電位の分布が発生する。感光体の表面にこのような表面
電位の分布が発生した場合、光照射を受けないか又は光
照射が微弱な部分に対応する高電位の領域１１６には、
負に帯電した第１のトナー１１９が付着しやすくなる。
中程度の光照射により形成される中間電位の領域１１７
は負に帯電したトナー１１９も正に帯電したトナー１２
０も付着しない。一方、強い光照射を受けた低電位の領
域１１８においては正に帯電したトナー１２０が自己の
静電引力により付着する。この現象を利用して、感光体
上に中間電位の領域や低電位の領域をドット状に描画し
てトナーを付着させると、２色印刷が可能となる。この
ようにして、単一の光学系により複数の色が印刷可能と
なる。そして、これらの色は同時に描画されたものであ
るから当然色ずれは発生しない。

【０００４】このようなレーザ・プリンタに適した光源
としては、小型軽量な特長を有する半導体レーザ装置が
好適である。こうした光源の例は、例えば、特開平６３
−２３９８９１号公報に開示される高出力の半導体レー
ザ装置などである。この半導体レーザ装置は、自己収束
現象を防止するために、導波路内にレンズ状構造を設け
ている。そして、高次モードの抑制と収差の補正を図っ
て基本モードで発振する高出力の半導体レーザ装置を実
現している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たトライレベル印刷技術を用いたレーザ・プリンタで
は、半導体レーザ装置の光出力の強弱の変調により描画
を行うため、大きな出力のレーザ光により描画される低
電位領域１１８に対応したドットが、高電位領域１１６
や中間電位領域１１７に対応したドットに比べて大きく
なる傾向がある。また、低電位領域１１８と高電位領域
１１６の境界に意図しない中間電位領域が形成されるこ
とも問題であった。

【０００６】本発明の目的は、トライレベル印刷技術を
用いて、色ずれがなく且つ各色のドットの大きさの均一
な描画が可能なレーザ・プリンタを提供することにあ
る。

【０００７】本発明の目的は、単一光学系で多色印刷が
できるトライレベル印刷技術を用いると共に、強度変調
した半導体レーザ出力により感光体上に描画して記録さ
れるドット径差を補正して一定の大きさに保つ補正機能
を有するレーザ・プリンタを提供することにある。

【０００８】また、感光体の表面電位の分布の低電位領
域と高電位領域の境界に意図しない中間電位領域の形成
を防止したレーザ・プリンタを提供することも目的とす
る。

【０００９】さらに、本発明の他の目的は、照射ビーム
の形状をレーザ光の強度に応じて変えられるスポット径
調整機能付きの半導体レーザ装置を提供することにあ
る。

【００１０】この半導体レーザ装置は、上記補正機能を
有するレーザ・プリンタの光源として好適である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の問題点を
解決するため、本発明のレーザ・プリンタは次の構成を
有する。即ち、所定の光源からの出射光を感光体に照射
して感光体の表面電位を変化させることにより着色粒子
の付着状態を変化させ、付着した着色粒子を印刷対象物
に転写することにより印刷を行う機能を有し、着色粒子
は少なくとも２種類の色及び帯電状態を有し、前記感光
体への照射光の強度に対応して複数の帯電量が設定さ
れ、これにより付着する粒子が選択される多色レーザ・
プリンタであって、当該光源の出力が小さい場合にスポ
ット径を大きく、その出力が大きい場合にはスポット径
を前者に比して小さく変化するように照射光のスポット
形状を、光源の強度に応じて変化させることができるス
ポット径調整機能を備えていることを特徴とするレーザ
・プリンタである。

【００１２】この光源として、半導体レーザ装置が最も
好ましい。従って、本発明に係るレーザ・プリンタの好
例は、レーザ光源から出射したレーザ光を感光体に照射
して感光体の表面電位を変化させることにより着色粒子
の付着状態を変化させ、付着した着色粒子を印刷対象物
に転写することにより印刷を行う機能を有し、着色粒子
は少なくとも２種類の色及び帯電状態を有し、照射する
レーザ光の強度に対応して複数の帯電量が設定され、こ
れにより付着する粒子が選択される多色レーザ・プリン
タであって、レーザ光源の出力が小さい場合にスポット
径を大きく、出力が大きい場合にはスポット径をこれに
比して小さく変化するように照射ビームのスポット形状
をレーザ光の強度に応じて変化させることができるスポ
ット径調整機能、すなわち強度変調した半導体レーザ出
力により感光体上に描画して記録されるドット径差を補
正して一定の大きさに保つ補正機能を備えていることを
特徴とするものである。

【００１３】この場合、前記スポット径調整機能は、ス
ポット形状の変化がレーザ光の強度に応じて自動的に行
うように構成すれば好適であり、更にこのスポット調整
機能は前記レーザ光源自体が有するように構成すること
ができる。

【００１４】また、レーザ・プリンタの光源に用いる本
発明に係る半導体レーザ装置は、少なくとも導電型の異
なる２層の半導体層とこれに挟まれた該２層の半導体層
よりも狭い禁制帯幅を有する半導体層よりなる活性層、
すなわち多重量子井戸活性層などの活性層とこれを上下
に挾む導電型が異なるクラッド層を少なくとも有し、該
活性層に並行な一方向に光を閉じ込める導波構造を有す
る半導体レーザ装置であって、該導波構造の形状または
導波構造内に形成された屈折率分布によりレーザ端面に
おけるスポット形状が高出力時に小さく、低出力時に大
きく変化するスポット径調整機能を有することを特徴と
する。

【００１５】

【発明の実施の形態】レーザ・プリンタの詳細について
説明するに先立って、その鍵をにぎる代表的光源である
半導体レーザ装置の基本を説明する。

【００１６】前述のごとく、本発明の半導体レーザ装置
は、レーザ端面におけるスポット形状が高出力時に小さ
く、低出力時にこれより大きくなる様に変化するスポッ
ト径調整機能を有することを特徴とするものである。こ
のようなスポット径調整機能を持たせる為、本発明の半
導体レーザ装置は次の構成を有する。

【００１７】本発明の半導体レーザ装置の共振器が、少
なくとも変調領域(modulator region)およびストレート
領域（Straight region）を有する。更に、より実際的
には、半導体レーザ装置の共振器は少なくともフレアー
ド領域（Flared Region）、変調領域(modulator regio
n)およびストレート領域（Straight region）を有す
る。

【００１８】光共振器の一部に設けた変調領域は、レー
ザ光の導波の形状または導波路内の屈折率分布によりレ
ーザ端面におけるスポット形状が高出力時に小さく、低
出力時に大きく変化するスポット径調整機能を実効す
る。

【００１９】この変調領域は、共振器の光軸方向にその
共振器長の1/4以下の長さに設けるのが好適である。そ
れは、基本的なレーザ発振の維持は、変調領域以外の領
域で勿論行われるからである。尚、変調領域および結晶
端面近傍に設けられるフレアード領域以外の共振器領
域を、仮にストレート領域と称することとする。

【００２０】通例、光の射出部側の結晶端面近傍にフレ
アード領域が設けられる。フレアード領域は、光導波路
をレーザ・ビームのスポット径の拡大に伴なって拡大し
た領域である。こうして、拡大したレーザ・ビームの光
吸収を生じさせないようにしている。レーザ・ビーム径
の大きさにもよるが、通例、フレアード領域は光共振器
の光軸方向に約40μmから60μm程度の長さを用いてい
る。

【００２１】尚、光共振器長全体は、これまでの通例に
半導体レーザ装置の共振器長を用いて十分である。光共
振器長は300μmから600μm程度が一般的である。勿論、
目的に応じて種種の共振器長を選択出来ることは言うま
でもなく、例えば、長いものの例は1mmである。

【００２２】一方、共振器幅も、種種の目的に応じて共
振器長を選択する。多くは、4μmから7μm程度の共振器
長が採用されている。

【００２３】光の帰還の手段は、これまでの半導体レー
ザ装置に用いているものを用いることが出来る。即ち、
ファブリ・ペロー構造(Fabry-Perot resonator)、分布
帰還型構造(DFB: distributed feedback)、ブラッグ反
射器構造(DBR: distributed Bragg reflector)などを用
いることが出来る。

【００２４】また、その他の半導体レーザ装置に用いら
れている各種手段、例えば、結晶端面の保護の為の保護
膜、また、良好な結晶成長の為のバッファ層など、通例
の手段を用いることは任意である。

【００２５】次に、変調領域の具体的構造について以下
に説明する。

【００２６】その代表的構造は、半導体レーザ装置を構
成するストライプ状導波構造の少なくとも一部において
電流注入を並行した複数本の、例えば２本のストライプ
により行うよう構成すればよい。原理的には、ストライ
プは2本以上でよいが、実際的には製造上、あるいは特
性制御の2本が最も有用である。以下の説明ではストラ
イプが2本として説明する。

【００２７】このスポット径調整機能は、前記並行した
２本のストライプ状導波構造を有するストライプとそれ
以外のストライプ状導波構造の電流注入密度が、同一の
印加電圧に対し異なる値となるように分布を設けたこと
により行うことができる。

【００２８】前記電流注入密度の分布を形成するため
に、前記並行した２本のストライプ状導波構造にそれぞ
れ１０μｍを越えない大きさの通電及び非通電領域を混
在させるように設ければ好適である。例えば、図６及び
図７で云えば、ドット状パタン２０２を設けて通電領域
１３４に非通電領域を混在させてもよい。あるいは、こ
のドット状パタン２０２に代えて、多数の極めて細い細
線パターンを用いても良い。要するに、変調領域に設け
るパターンは、共振器の一部に通電及び非通電領域を混
在させ、このことによって、電流注入密度の分布を形成
るようなパターンであれば良い。この電流注入密度の分
布は、共振器内の一部に、屈折率の分布を形成するので
ある。

【００２９】また、前記電流密度の分布を形成するため
に、電流通路中に付加的な抵抗すなわちキャリア濃度が
１０１７ｃｍ^-3を越えない例えば低ドープｐ−ＧａＡｓ
層、又は電気障壁すなわち図１０で云えば電圧降下層３
０１を設ければ好適である。

【００３０】本発明に係るレーザ・プリンタの好適な実
施の形態は、単一光学系で多色印刷が可能なトライレベ
ル印刷技術を用いたレーザ・プリンタにおいて、レーザ
・プリンタを構成する露光装置からの照射ビームの形状
を、レーザ光の強度に応じて変化させ、出力が小さい場
合はスポット径を大きく、出力が大きい場合にはスポッ
ト径を小さくするように制御して感光体上に描画して記
録されるドット径差を一定の大きさに保つ補正機能を持
たせたプリンタである。このような変化は、露光装置に
スポット形状をレーザ光の強度に応じて自動的に変化さ
せる機能を付加することによりレーザ・プリンタ内部の
処理のみにより実現可能であった。このようなスポット
形状すなわちスポット径の変化を光源として用いる半導
体レーザ装置自体の機能により行うことで、単純化した
システムのレーザ・プリンタを構成することができる。

【００３１】また、このプリンタ用光源となる本発明に
係る半導体レーザ装置の好適な実施の形態は、導波の形
状または導波路内の屈折率分布によりレーザ端面におけ
るスポット形状が高出力時に小さく、低出力時に大きく
変化するスポット径調整機能を有する半導体レーザであ
る。このような半導体レーザは、ストライプ状導波路の
少なくとも一部において電流注入を並行した２本のスト
ライプにより行うことによりスポット径調整機能を実現
することができた。出力の変化とビーム径の変化を所望
の相関関係で行うために、上記並行した２本のストライ
プを有するストライプとそれ以外のストライプの電流注
入密度を所望の特性を得られるように変化させた。尚、
前述した従来のレンズ状構造を設けた半導体レーザで
は、導波路内に設けたレンズはその屈折率を外部から調
整する機能がないため、上記レーザ・プリンタのスポッ
ト径補正用の変化可能な光源として用いることはできな
い。

【００３２】本発明に係るレーザ・プリンタ及びその光
源に適した半導体レーザ装置の更に具体的な実施例につ
き、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【００３３】実施例１本発明に係るレーザ・プリンタ及びその光源に用いる半
導体レーザ装置の第１の実施例について説明する。図１
は、本発明のレーザ・プリンタにおける露光装置の一構
成例を示す構成図である。図１において参照符号１０１
は半導体レーザ装置を示す。この半導体レーザ装置１０
１から出射されたレーザビーム１０２は、コリメートレ
ンズ１０３、光量調整フィルタ１０４、ビームスプリッ
タ１０５およびシリンドルカルレンズ１０６を通って、
光偏向装置のポリゴンミラー１０７に入射する。次い
で、このレーザビーム１０２はポリゴンミラー１０７の
回転によって反射されると共に偏向される。ここで、シ
リンドリカルレンズ１０６は、ポリゴンミラー１０７の
平行度誤差による走査位置ずれ補正のため、レーザビー
ム１０２をミラー面上で回転軸と直角な線上に収束させ
る働きをする。更に、レーザビーム１０２は走査レンズ
系１０８によって感光体材料（以下、単に感光体と略称
する）１０９で覆われた走査面上に収束され、走査位置
１１０の上を等速度で繰り返し走査する。なお、走査面
は、ビーム走査方向と直角方向に等速で移動している。
光検出器１１１により走査ビームのスタート位置を検出
し、この検出信号が同期信号１１２として制御部１１３
に送出される。

【００３４】レーザビーム１０２の照射を受けた感光体
１０９の表面には、図２に表面電位の分布を模式的に示
すように、レーザビームの強度に応じた第１領域１１
６、第２領域１１７、第３領域１１８の三種類の電位を
有する領域が形成される。このような表面電位が描画さ
れた感光体１０９に異なる色を有する第１の着色粒子１
１９及び第２の着色粒子１２０を順次付着させて、それ
ぞれの粒子の帯電特性に対応した表面電位の位置だけに
付着させる。即ち、負に帯電した第１の粒子１１９は表
面電位が高い第１の領域１１６に付着し、正に帯電した
第２の粒子１２０は表面電位の低い第３の領域１１８に
付着する。中間電位の第２の領域１１７には、いずれの
粒子も付着しない。

【００３５】以上のような印刷を通常の半導体レーザ装
置による光源を用いて行うと、強度の強い光により描画
される第３の領域１１８のドットが第２の領域１１７の
ドットに比べ大きくなる。これは、図３（ａ）に示すよ
うに、照射光の光強度が通常中央部が強い分布を持って
おり、第２領域１１７の描画時には中央部が第３領域１
１８の電位を形成するために必要な照射強度１４０に達
しない範囲に光強度を設定する必要があるのに対し、第
３領域１１８の描画時には第３領域１１８の周辺に形成
される第２領域の電位形成に必要な照射強度１４１の領
域をできるだけ少なくするように強めの露光が必要なた
めである。

【００３６】そこで、本発明に係るレーザプリンタ用の
光源として用いる半導体レーザ装置は、レーザビームの
スポット径を図３（ｂ）に示すように低出力時には大き
く、高出力時には小さく制御できるように構成した。こ
のようなビーム径制御機能を有する半導体レーザを、図
４及び図５に示す。ここで、図４は本実施例の半導体レ
ーザを示す平面図、図５（ａ）は図４中にＩ−Ｉ線で示
した部分の断面構造図、図５（ｂ）は図４中にＩＩ−Ｉ
Ｉ線で示した部分の断面構造図および図５（ｃ）は図５
（ａ）中にＡ１で示した円形領域部分の拡大図である。
このような構造の半導体レーザは、次のようにして形成
する。

【００３７】まず、有機金属気相成長法により、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１２１上にｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐクラッド層１２２、多重量子井戸活性層１２３、
ｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１２
４、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２５を順次結晶成長し
た。多重量子井戸活性層１２３は、図５（ｃ）に示すよ
うに３層のＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐウエル層１２６と４層の
（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層１２７を交互
に積層して形成している。

【００３８】次に、熱ＣＶＤ法およびホトリソグラフィ
技術を用いてストライプ状のホトレジスト１２８とＳｉ
Ｏ２１２９との複合マスクを、図４に示すような形状に
形成する。このホトレジスト１２８のマスクパタンは、
素子の大部分を占める通常幅（約４μｍ）のストライプ
１３０が端面付近で中間幅の領域１３１及びフレア型に
広がった領域１３２の２段階に広がっている。ここで領
域１３２を広げているのは、導波路の出射幅を広げるこ
とにより最も広がったビーム径のレーザ出力光でも損失
が少なく導波できるようするためである。ホトレジスト
１２８をマスクとしてｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２５
及びｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１
２４の一部をエッチングした後、ホトレジスト１２８を
取り除き、残ったＳｉＯ₂１２９をマスクとして再び有
機金属気相成長法によりｎ−ＧａＡｓブロック層１３５
を選択成長した。これにより、中間幅の領域１３１は中
央部分が非通電領域１３３、周辺部分が通電領域１３４
となる。

【００３９】素子の直列抵抗低減のため、ＳｉＯ₂膜１
２９を除去した後、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１３６を形
成した。中間幅領域１３１とその他の領域の間に図４に
示すようなｐ−ＧａＡｓキャップ層１３６を除去した溝
１３７を形成して中間幅領域１３１の通電量を通常幅の
ストライプ１３０とは独立に制御できるようにした。

【００４０】次に、それぞれの領域のウエハの表面にＡ
ｕを主成分とする表面電極１３８を形成し、機械的研磨
及び化学エッチングによりＧａＡｓ基板１２１の裏面を
エッチングして残り厚さ約１００μｍにした後、ＧａＡ
ｓ基板１２１側にもＡｕを主成分とする裏面電極１３９
を形成した。このような製造工程を経た半導体ウエハ
を、ストライプの長さ方向に約６００μｍ間隔でバー状
に劈開した。なお、上述の結晶成長には有機金属気相成
長法の他に、例えば分子線エピタキシー法なども用いる
ことができることは云うまでもない。

【００４１】このようにして形成された本実施例の半導
体レーザ装置は、図５（ａ）に示したように、通常幅領
域１３０の断面構造が従来の屈折率導波半導体レーザ装
置と同様の構造になっている。一方、図５（ｂ）に示し
たように、中間幅領域１３１においては、模式的に示し
たような電流通路１５０が形成されることにより、すな
わち電流注入量の分布が形成されることにより、ストラ
イプ中央部分の屈折率が大きい屈折率分布が形成される
結果、レンズ効果すなわちレーザビームの位相を空間的
に変調することによりレーザビームを収束させる効果が
得られる。中間幅領域１３１の電流を制御することによ
りこのレンズの効果を制御することが可能となるので、
レーザ出力が小さい場合にはスポット径を大きく、レー
ザ出力が大きい場合にはスポット径を小さくするよう
に、図１に示した主電流１１４及び中間幅領域の電流１
１５を制御することにより、前記所望のスポット径の変
化を得ることが可能となる。

【００４２】尚、図５（ｄ）は半導体レーザ装置におけ
る図４のＡ−Ａ断面図、図５（ｅ）は図４におけるＢ−
Ｂ断面図である。同じ部位は同じ引用符号を用いて示し
ている。

【００４３】従って、単一光学系で多色印刷が可能なト
ライレベル印刷技術を用いた本実施例のレーザ・プリン
タでは、その光源として図４および図５に示した構造の
半導体レーザを用い、２系統の電流１１４，１１５を制
御することにより、感光体上に描画して記録されるドッ
ト径差を補正して一定の大きさに保つ補正機能を容易に
備えることができる。また、ドット径差を一定に保つこ
とができるので、低電位領域と高電位領域との境界に意
図しない中間領域の形成を防止したレーザ・プリンタを
実現できる。

【００４４】本発明に係るレーザ・プリンタの別な実施
例について説明する。図１８は、本発明の別なレーザプ
リンタにおける露光装置の一構成例を示す構成図であ
る。図１８において引用符号１１４は半導体レーザ装置
を示す。この半導体レーザ装置１１４から出射されたレ
ーザビーム１１５は、コリメートレンズ１１６、光量調
整フィルタ１１７、ビームスプリッタ１１８およびシリ
ンドルカルレンズ１１９を通って、光偏向装置のポリゴ
ンミラー１２０に入射する。次いで、このレーザビーム
１１５はポリゴンミラー１２０の回転によって反射され
ると共に偏向される。ここで、シリンドリカルレンズ１
１９は、ポリゴンミラー１２０の平行度誤差による走査
位置ずれ補正のため、レーザビーム１１５をミラー面上
で回転軸と直角な線上に収束させる働きをする。更に、
レーザビーム１１５は走査レンズ系１２１によって感光
体材料（以下、単に感光体と略称する）１２２で覆われ
た走査面上に収束され、走査位置１２３の上を等速度で
繰り返し走査する。なお、走査面は、ビーム走査方向と
直角方向に等速で移動している。光検出器１２４により
走査ビームのスタート位置を検出し、この検出信号が信
号１３０、１３１として制御部１２６に送出される。

【００４５】図２０は図１８のレーザ・プリンタの露光
装置における制御回路部のブロック図を示したものであ
る。

【００４６】光検出器１２４はビーム走査開始時間を検
出する為の走査開始時間検出用ホトダイオードＰＤ２と
走査線に約２度の角度出設けた返をもち、この辺を走査
ビームが通過する際の検出信号の立ち上がり時間からビ
ームサイズを検出するビームサイズ検出用ホトダイオー
ドＰＤ１に分割されている。図１９中、斜線部はホトダ
イオードの分離領域である。

【００４７】図２１は光検出器の動作信号を示す図であ
る。レーザ光によるスキャンが開始されると、先ず走査
開始信号検出用ホトダイオードＰＤ２が信号１５１を生
成する。そして、レーザ・スポット１Ｓが次のビームサ
イズ検出用ホトダイオードＰＤ１にさしかかると、順次
出力１５２を生成する。そして、レーザ・スポットが完
全にビームサイズ検出用ホトダイオードＰＤ１に含まれ
ると、その出力は一定となる。この出力の開始から一定
になるまでの経過時間によって、レーザ光のスポット・
サイズを検知することが出来る。

【００４８】プリンタ外部より入力された印刷信号１３
３は信号制御プロセッサ１３４によりドットサイズを決
定するドットサイズ信号１３６とドットのＯＮ／ＯＦＦ
を制御するドットＯＮ／ＯＦＦ信号１３５に変換され、
メモリー１３８に蓄積される。信号制御プロセッサ１３
４とメモリ１３８はクロック信号発生器１３７より送ら
れるクロック信号１４４、１４５に従い同期して動作さ
せられる。メモリ１３８に貯えられた信号はビーム走査
開始信号に従いドット情報プロセッサ１３９により処理
されてビームサイズ制御回路１３２およびレーザ出力制
御回路１２７の変調信号を発生する。レーザ出力制御回
路１２７はドット情報プロセッサ１３４からの信号に従
い半導体レーザ装置１１４のレーザ強度制御電極１４２
に電流を流す。ビームサイズ制御回路１３２も同様にド
ット情報プロセッサ１３９からの信号に従い半導体レー
ザ装置１１４のビーム径制御電極１４３に電流を供給す
る。ビームサイズ制御回路１３２においてはドット情報
プロセッサ１３９からの信号の他にビームサイズ信号を
もとにビームサイズ検出／基準値安定化回路１４６で生
成されたビームサイズ帰還信号１４７も参照して電流値
が決定される。

【００４９】これまで説明した露光装置の例を、同様の
半導体レーザ装置を用いて所定の効果を得ることが出来
た。

【００５０】次に、半導体レーザ装置として、分布帰還
型を用いた例を示す。基本的な変調領域の構成は、上述
の通例のファブリ・ペロー共振器を用いた半導体レーザ
装置を同様である。従って、その平面図は図４と同様で
ある。図５（ｆ）に、分布帰還型の場合の図４における
Ａ−Ａ断面図を示す。また、図５（ｇ）に同様に図４に
おけるＢ−Ｂ断面図を示す。図において同様の部位は同
一引用符号を用いている。尚、図５（ｆ）および図５
（ｇ）において、波形の境界領域に回折格子が形成され
ている。尚、分布帰還型の場合、層１２２は（Ａｌ_0.5
Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ、層０３は（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを用いた。

【００５１】こうした分布帰還型半導体レーザ装置にお
いても、スポット径の制御が可能であった。

【００５２】実施例２本発明に係るレーザ・プリンタ及びその光源に用いる半
導体レーザ装置の第２の実施例について、図６および図
７を参照しながら説明する。本実施例のレーザ・プリン
タにおける露光装置の構成は、半導体レーザ装置を駆動
するための電流制御が実施例１で２系統であったのに対
して、より簡便な１系統としている点が実施例１と相違
する。従って、図１に示した中間幅領域１３１の電流１
１５が不要となる。レーザプリンタの光源として使用し
た半導体レーザ装置の構造は以下の通りである。ここ
で、図６（ａ）は本実施例の半導体レーザ装置を示す平
面図、図６（ｂ）は同図（ａ）中にＢ１で示した円形領
域部分の拡大図、図７（ａ）は図６（ａ）中にＩ−Ｉ線
で示した部分の断面構造図、図７（ｂ）は図６（ａ）中
にＩＩ−ＩＩ線で示した部分の断面構造図および図７
（ｃ）は図７（ａ）中にＡ１で示した円形領域部分の拡
大図である。

【００５３】本実施例の半導体レーザ装置の基本的な構
造は実施例１とほとんど同じであり、中間幅領域１３１
の部分の構造が相違するだけである。すなわち、実施例
１では中間幅領域１３１にｐ−ＧａＡｓキャップ層１３
６を除去した溝１３７を設けていたのに対して、本実施
例では溝を設けずに中間幅領域１３１の通電領域１３４
に直径約２μｍのドット状パタン２０２を、図６
（ａ），（ｂ）に示すように設けている点が相違する。
なお、図６（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、中間幅
領域１３１の中央部分が非通電領域１３３となり、周辺
部分が通電領域１３４となる。更に、この通電領域１３
４内にはドット状パタン２０２により形成される非通電
領域部分が混在する。このドット状パタン２０２は、ホ
トレジスト１２８とＳｉＯ₂１２９との複合マスクにお
けるＳｉＯ₂１２９のパタンの一部として形成されてい
る。このため、導波路の形状には影響せずに電流注入の
形状のみをドット状とすることができる。ホトレジスト
１２８により規定される導波路全体の面積に対するドッ
ト状パタン２０２の通電領域１３４の面積は、ホトリソ
グラフィのマスク設計により任意に設定できる。従っ
て、本実施例の半導体レーザ装置の製造方法は、実施例
１の製造方法において溝１３７の形成工程がないだけで
ある。なお、本実施例ではドット状パタン２０２の面積
密度は約５０％とした。また、ドット状パタン２０２の
大きさは、１０μｍを越える大きなドットにすると、こ
のドット状パタンにより形成される非通電領域が広が
り、活性層に光吸収する領域ができ動作電流を上げて特
性が悪くなるので１０μｍ以下が望ましい。ドット状パ
タン２０２の最小サイズは、ホトリソグラフィ技術に依
存するが０．１μｍ程度でも可能である。

【００５４】本実施例の半導体レーザ装置は、図７
（ａ）に示したように、通常幅領域１３０は従来の屈折
率導波半導体レーザ装置と同様の構造となっている。一
方、図７（ｂ）に示したように、中間幅領域１３１にお
いては模式的に示したような電流通路１５０が形成され
ることにより、すなわち電流注入量の分布が形成される
ことにより、ストライプ中央部分の屈折率が大きい屈折
率分布が形成され、レンズ効果が得られる。中間幅領域
１３１の電流通路が部分的にさえぎられているため、中
間幅領域１３１の電流注入密度は通常幅領域１３０に比
べて低くなる。これにより、低出力時にはレンズ効果が
弱く大きなスポットが得られ、高出力時にはレンズ効果
が強くなって小さなスポットが得られる。このようなス
ポット径と光出力の関係は、中間幅領域１３１の電流密
度を変えることによりレーザ・プリンタの特性に合わせ
て設計可能である。また、本実施例の半導体レーザ装置
は表面電極１３８が単一の電極のみにより実施例１と同
様のスポット径の変化を得ることができる。

【００５５】従って、単一光学系で多色印刷が可能なト
ライレベル印刷技術を用いた本実施例のレーザ・プリン
タでは、その光源として図６および図７に示した構造の
半導体レーザ装置を用いることにより、図１の主電流１
１４を制御するだけで実施例１と同様に感光体上に描画
して記録されるドット径差を補正して一定の大きさに保
つ補正機能を備えることができる。勿論、ドット径差を
一定に保つことができるので、低電位領域と高電位領域
との境界に意図しない中間領域の形成を防止したレーザ
・プリンタを実現できる。

【００５６】実施例３本発明に係るレーザ・プリンタ及びその光源に用いる半
導体レーザ装置の第３の実施例について、図８〜図１０
を参照しながら説明する。本実施例のレーザ・プリンタ
の露光装置の構成は、実施例２と同様に半導体レーザ装
置を駆動するための電流制御は１系統であり、図１の構
成において駆動電流１１５を省略した構成である。本実
施例で光源として用いるビーム径制御機能を有する半導
体レーザ装置は、実施例２よりも低動作電流である点が
実施例２と相違する。ここで、図８は本発明に係る半導
体レーザ装置を示す平面図、図１０（ａ）は図８中にＩ
−Ｉ線で示した部分の断面構造図および図１０（ｂ）は
ＩＩ−ＩＩ線で示した部分の断面構造図である。このよ
うな構造の半導体レーザ装置は、次のようにして形成す
る。

【００５７】まず、有機金属気相成長法により、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１２１上にｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐクラッド層１２２、多重量子井戸活性層１２３、
ｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１２
４、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２５、ｐ−Ｇａ_0.7Ｉ
ｎ_0.3Ａｓ_0.4Ｐ_0.6電圧降下層３０１を順次結晶成長し
た。多重量子井戸活性層１２３は実施例２の図７（ｃ）
に示した構造と同様であり、３層のＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐウ
エル層１２６と４層の（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
バリア層１２７を交互に積層して形成している。

【００５８】次に、熱ＣＶＤ法及びホトリソグラフ技術
を用いてストライプ状のホトレジスト１２８とＳｉＯ₂
１２９との複合マスクを、図８に示すような形状に形成
する。このホトレジスト１２８のマスクパタンは、素子
の大部分を占める通常幅（約２μｍ）のストライプ１３
０が端面付近で中間幅の領域１３１及びフレア型に広が
った領域１３２の２段階に広がっている。このホトレジ
スト１２８をマスクとしてｐ−Ｇａ_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ_0.4
Ｐ_0.6電圧降下層３０１、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１
２５、およびｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラ
ッド層１２４の一部をエッチングした後、ホトレジスト
１２８を取り除き、残ったＳｉＯ₂１２９をマスクとし
て再度約０．５μｍのエッチングを行う。ＳｉＯ₂マス
クを取り除いた後、中間幅領域１３１以外のｐ−Ｇａ
_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ_0.4Ｐ_0.6電圧降下層３０１を取り除き、
有機金属気相成長法によりｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐブロック層３０２を成長した。

【００５９】成長したｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐブロック層３０２は、図９（ａ）に示すようにス
トライプの肩部３０３で薄くなっているため、塩酸系エ
ッチング液で点線で示したところまで軽くエッチングす
ることにより肩部３０３のｐ−ＧａＡｓコンタクト層１
２５を露出させることができる。ここに図９（ｂ）に示
すようにホトレジスト３０４を約１μｍ塗布し、酸素プ
ラズマによりエッチバックするとストライプ上に成長し
たｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐブロック層３０
２の表面が露出する。ここで、塩酸系エッチング液によ
りｎ−（Ａｌ_0.5Ga_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐブロック層３０２
をエッチングするとｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐブロック層３０２がストライプ肩部３０３でとぎれて
いるため、エッチングがストライプ外部まで進行せずス
トライプの先端のみを露出させることができる。

【００６０】素子の直列抵抗低減のため、ホトレジスト
３０４を除去した後ｐ−ＧａＡｓキャップ層１３６を形
成した。ウエハの表面にＡｕを主成分とする表面電極１
３８を形成し、機械的研磨及び化学エッチングによりＧ
ａＡｓ基板１２１の裏面をエッチングして残り厚さ約１
００μｍにした後、ＧａＡｓ基板の裏面側にもＡｕを主
成分とする裏面電極１３９を形成した。このような製造
工程を経た半導体ウエハを、ストライプの長さ方向に約
６００μｍ間隔でバー状に劈開した。

【００６１】このようにして形成された本実施例の半導
体レーザは、図１０（ａ）に示したように通常幅領域１
３０の断面構造が従来の屈折率導波半導体レーザと同様
の構造となっている。一方、図１０（ｂ）に示したよう
に中間幅領域１３１においては、模式的に示したような
電流通路１５０が形成されることにより、すなわち電流
注入量の分布が形成されることにより、導波路ストライ
プ中央部の屈折率が大きい屈折率分布が形成されレンズ
効果が得られる。本実施例の構造では、ｐ−Ｇａ_0.7Ｉ
ｎ_0.3Ａｓ_0.4Ｐ_0.6電圧降下層３０１とＧａＡｓキャッ
プ層１３６のヘテロバリアによる電圧降下のため約０．
２Ｖの電圧降下が発生し、中間幅領域１３１の電流注入
密度は通常幅領域１３０に比べて低くなる。これによ
り、低出力時にはレンズ効果が弱く大きなスポット径が
得られ、高出力時にはレンズ効果が強くなって小さなス
ポット径が得られる。このようなスポット径と光出力の
関係は、ｐ−Ｇａ_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ_0.4Ｐ_0.6電圧降下層３
０１の組成を変えることにより、レーザプリンタの特性
に合わせて設計可能である。本実施例の半導体レーザは
実施例２と同様に表面電極１３８が単一の電極のみによ
り所望のスポット径の変化を得ることができる。

【００６２】また、本実施例では電流ブロック層として
レーザ光に対し透明なｎ−（Ａｌ _0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐブロック層３０２を用いたため半導体レーザ装置
の共振器損失を低減でき、更にこれにより通常幅領域の
ストライプ１３０を幅２μｍと細くできたので、実施例
１および実施例２の半導体レーザに比べて動作電流を半
減することができた。

【００６３】従って、単一光学系で多色印刷が可能なト
ライレベル印刷技術を用いた本実施例のレーザ・プリン
タは、その光源として図８及び図１０に示した構造の半
導体レーザ装置を用いることにより、図１の主電流１１
４を制御するだけで実施例２と同様に感光体上に描画し
て記録されるドット径差を補正して一定に保つ補正機能
を備えると共に、更に消費電流も低減することができ
る。また、ドット径差を一定に保つことができるので、
低電位領域と高電位領域との境界に意図しない中間領域
の形成を防止したレーザ・プリンタを実現することがで
きる。

【００６４】実施例４本発明に係るレーザ・プリンタ及びその光源に用いる半
導体レーザ装置の第４の実施例について、図１１および
図１２を参照しながら説明する。本発明のレーザプリン
タの露光装置の構成は実施例３と同様であるが、より低
価格な半導体レーザを用いた高速印刷を目的として、複
数の半導体レーザ装置を同一チップ上に形成したアレイ
構造の素子を用いた。アレイ構造の中の各半導体レーザ
装置を駆動するための電流制御はそれぞれ１系統であ
る。ここで、図１１は本発明に係るアレイ構造の半導体
レーザ装置を示す平面図、図１２（ａ）は図１１中にＩ
−Ｉ線で示した部分の断面構造図および図１２（ｂ）は
図１１中にＩＩ−ＩＩ線で示した部分の断面構造図であ
る。このようなアレイ構造の半導体レーザ装置は、次の
ようにして形成する。

【００６５】まず、有機金属気相成長法により、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１２１上にｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐクラッド層１２２、多重量子井戸活性層１２３、
ｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１２
４、ｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.3Ｉｎ_0.7Ｐ歪緩和層４０
１、ｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド
層４０２、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２５、ｐ−Ｇａ
_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ_0.4Ｐ_0.6電圧降下層３０１を順次結晶成
長した。ここで多重量子井戸活性層１２３は実施例２の
図７（ｃ）に示した構造と同様であり、３層のＧａ_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐウエル層１２６と４層の（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層１２７を交互に積層して形成して
いる。

【００６６】次に、熱ＣＶＤ法及びホトリソグラフィ技
術を用いてストライプ状のホトレジスト１２８とＳｉＯ
₂１２９との複合マスクを図１１に示すような形状に形
成する。このホトレジスト１２８のマスクパタンは、素
子の大部分を占める通常幅（約２μｍ）のストライプ１
３０が端面付近で中間幅の領域１３１及びフレア型に広
がった領域１３２の２段階に広がっている。このホトレ
ジスト１２８をマスクとしてｐ−Ｇａ_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ
_0.4Ｐ_0.6電圧降下層３０１、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１２５、及びｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラ
ッド層１２４の一部をエッチングした後、ホトレジスト
１２８を取り除き、残ったＳｉＯ₂１２９をマスクとし
て再度約０．５μｍのエッチングを行う。

【００６７】次に、ＳｉＯ₂マスクを取り除いた後、プ
ラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜４０３（膜厚１．２μ
ｍ）を堆積した。堆積したＳｉＮ膜４０３は図９に示し
た構造と同様にストライプの肩部で薄くなっているた
め、フッ酸系エッチング液で軽くエッチングすることに
より肩部のｐ−Ｇａ_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ_0.4Ｐ_0.6電圧降下層
３０１を露出させることができる。ここにホトレジスト
を約１μｍ塗布し、酸素プラズマによりエッチバックす
るとストライプ上に堆積したＳｉＮ膜４０３の表面が露
出する。ここで、ＣＦ４プラズマによりＳｉＮ膜４０３
をエッチングするとストライプ肩部でＳｉＮ膜４０３が
とぎれているため、ストライプ以外の領域にエッチング
が進行せずストライプの先端のみを露出させることがで
きる。

【００６８】ウエハの表面にＡｕを主成分とする表面電
極１３８を形成し、機械的研磨及び化学エッチングによ
りＧａＡｓ基板１２１の裏面をエッチングして残り厚さ
を約１００μｍにした後、ＧａＡｓ基板の裏面側にもＡ
ｕを主成分とする裏面電極１３９を形成した。このよう
な製造工程を経た半導体ウエハを、ストライプの長さ方
向に約６００μｍ間隔でバー状に劈開した。

【００６９】このようにして形成された本実施例のアレ
イ構造内の各半導体レーザ装置は、図１２（ａ）の通常
幅領域１３０の断面構造が従来の屈折率導波半導体レー
ザ装置と同様の構造となっている。一方、図１２（ｂ）
に示したように中間幅領域１３１においては、模式的に
示したような電流通路１５０が形成されることにより、
すなわち電流注入量の分布が形成されることにより、導
波路ストライプ中央部の屈折率が大きい屈折率分布が形
成されレンズ効果が得られる。本実施例の構造では、ｐ
−Ｇａ_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ_0.4Ｐ_0.6電圧降下層３０１とＧａ
Ａｓコンタクト層１２５のヘテロバリアによる電圧降下
のため約０．２Ｖの電圧降下が発生し、中間幅領域１３
１の電流注入密度は通常幅領域１３０に比べて低くな
る。これにより、低出力時にはレンズ効果が弱く大きな
スポットが得られ、高出力時にはレンズ効果が強くなっ
て小さなスポットが得られる。このようなスポット径と
光出力の関係はｐ−Ｇａ_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ_0.4Ｐ_0.6電圧降
下層３０１の組成を変えることにより所望の値に設定で
きるので、レーザ・プリンタの特性に合わせてスポット
径と光出力を設計可能である。また、結晶に代わりＳｉ
Ｎ膜４０３で埋め込む結果、結晶に応力歪が発生する。
しかし、これはｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.3Ｉｎ_0.7Ｐ
歪緩和層４０１により吸収されるため素子の特性や信頼
性に悪影響を及ぼすことはなく、従来結晶成長により形
成されていた電流ブロック層を簡便なプラズマＣＶＤに
より形成できるので、製造コスト上の利点のみを得るこ
とができた。本実施例の半導体レーザ装置は、実施例２
と同様に表面電極１３８が単一の電極であっても所望の
スポット径の変化を得ることができる。

【００７０】従って、単一光学系で多色印刷が可能なト
ライレベル印刷技術を用いた本実施例のレーザ・プリン
タは、その光源として図１１及び図１２に示したアレイ
構造の半導体レーザ装置を用いることにより、各半導体
レーザ装置に対してそれぞれ図１の主電流１１４を制御
するだけで実施例２と同様に感光体上に描画して記録さ
れるドット径差を補正して一定に保つ補正機能を備える
と共に、更にアレイ状に形成された複数本の半導体レー
ザ装置により複数の走査線を同時に描画できるため一層
の高速印刷が可能となる。勿論、各半導体レーザ装置
は、ドット径差を一定に保つことができるので、低電位
領域と高電位領域との境界に意図しない中間領域の形成
を防止したレーザ・プリンタを実現することができる。

【００７１】実施例５本発明に係るレーザ・プリンタ及びその光源に用いる半
導体レーザ装置の第５の実施例について、図１３〜図１
５を参照しながら説明する。本発明のレーザ・プリンタ
の露光装置の構成は、実施例４と同様である。ただし、
半導体レーザ装置はアレイ構造ではない。使用する半導
体レーザ装置は実施例２と同じ素子を用いても良いが、
本実施例ではより短波長で低価格が得られる構造の半導
体レーザ装置を用いた。ここで、図１３は本実施例の半
導体レーザ装置を示す平面図、図１５（ａ）は図１３中
にＩ−Ｉ線で示した部分の断面構造図、図１５（ｂ）は
図１３中にＩＩ−ＩＩ線で示した部分の断面構図および
図１５（ｃ）は図１５（ａ）中にＡ２で示した円形領域
部分の拡大図である。このような構造の半導体レーザ装
置は、次のようにして形成する。

【００７２】まず、有機金属気相成長法により、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１２１上にｎ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ
_0.9クラッド層５０１、多重量子井戸活性層５０２、ｐ
−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層５０３、ｐ
−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓｅ歪吸収層５０４、ｐ−Ｚｎ_0.86
Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層５０５、ｐ−ＺｎＳｅ
キャップ層５０６、ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層５０
７、ＺｎＴｅコンタクト層５０８を順次結晶成長した。
多重量子井戸活性層５０２は、図１５（ｃ）に示すよう
に６層のＺｎＣｄＳｅウエル層５０９と７層のＺｎＳＳ
ｅバリア層５１０を交互に積層して形成している。ま
た、ｎ−ＧａＡｓ基板１２１にはレーザ端面となる領域
にストライプと垂直な方向が２０μｍ、ストライプに平
行な方向が５μｍで深さが約０．５μｍの窓形成溝５１
１が設けられている。

【００７３】次に、熱ＣＶＤ法及びホトリソグラフィ技
術を用いてストライプ状のホトレジスト１２８とＳｉＯ
₂１２９との複合マスクを図１３に示すような形状に形
成する。このホトレジスト１２８のマスクパタンは、素
子の大部分を占める通常幅（約２μｍ）のストライプ１
３０が端面付近で中間幅の領域１３１及びフレア型に広
がった領域の１３２の２段階に広がっている。このホト
レジスト１２８をマスクとしてＺｎＴｅコンタクト層５
０８からｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層
５０５の途中までクラッド層を約０．５μｍ残してエッ
チングした後、ホトレジストを取り除き、残ったＳｉＯ
₂をマスクとしてさらにｐ−ＺｎＳｅキャップ層５０６
までエッチングする。

【００７４】次に、ＳｉＯ₂マスクを取り除いた後、プ
ラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜４０３（膜厚１．２μ
ｍ）を堆積した。堆積したＳｉＮ膜４０３はストライプ
の肩部で薄くなっているため、実施例４と同様にフッ酸
系エッチング液で軽くエッチングすることによりストラ
イプの肩部のＺｎＴｅコンタクト層５０８を露出させる
ことができる。ここにホトレジストを約１μｍ塗布し酸
素プラズマによりエッチバックするとストライプ上に堆
積したＳｉＮ膜４０３の表面が露出する。ここで、ＣＦ
４プラズマによりＳｉＮ膜４０３をエッチングするとス
トライプの先端のみを露出させることができる。

【００７５】ウエハの表面にＡｕを主成分とする表面電
極１３８を形成し、機械的研磨及び化学エッチングによ
りＧａＡｓ基板１２１の裏面をエッチングして残り厚さ
を約１００μｍにした後、ＧａＡｓ基板の裏面側にもＡ
ｕを主成分とする裏面電極１３９を形成した。このよう
な製造工程を経た半導体ウエハの一部に、図１４に示す
ように深さ約１０μｍ、幅約２０μｍ、長さ１００μｍ
の劈開誘導溝５１２を、溝の１辺が窓形成溝の中央５１
４に一致するように形成した。この劈開誘導溝５１２に
対し０でない一定角度でダイアモンドスクライバを移動
させることにより結晶に傷５１５をつけ、これを用いて
ストライプの長さ方向に約６００μｍ間隔でバー状に劈
開した。ダイヤモンドスクライバによる傷５１５が劈開
誘導溝の一辺５１３に一致するように誘導されるため、
劈開位置の誤差は約１μｍであった。なお、図１４は半
導体ウエハの一部に設けた劈開誘導溝５１２〜傷５１５
をだけを模式的に示した平面図であり、その他の部分は
省略されている。

【００７６】このようにして形成された本実施例の半導
体レーザ装置は、図１５（ａ）に示したように、通常幅
領域１３０の断面構造が従来の屈折率導波半導体レーザ
装置と同様の構造となっている。一方、図１５（ｂ）に
示すように、中間幅領域１３１においては、模式的に示
したような電流通路１５０が形成されることにより、す
なわち電流注入量の分布が形成されることにより、導波
路ストライプ中央部の屈折率が大きい屈折率分布が形成
されレンズ効果が得られる。中間幅領域１３１の電流通
路が部分的にさえぎられているため、中間幅領域の電流
注入密度は通常幅領域に比べて低くなる。これにより、
低出力時にはレンズ効果が弱く大きなスポット径が得ら
れ、高出力時にはレンズ効果が強くなって小さなスポッ
ト径が得られる。このようなスポット径と光出力の関係
は、中間幅領域の電流密度を変えることにより所望の値
に設定できるので、レーザ・プリンタの特性に合わせて
スポット径と光出力を設計可能である。本実施例の半導
体レーザ装置は、実施例２と同様に表面電極１３８が単
一の電極でも所望のスポット径の変化を得ることができ
る。また、本実施例の半導体レーザ装置によれば、実施
例４と同様のＳｉＮ膜使用による価格的利点の他に、Ｉ
Ｉ−ＶＩ族材料使用による短波長化という利点もある。

【００７７】従って、単一光学系で多色印刷が可能なト
ライレベル印刷技術を用いた本実施例のレーザ・プリン
タは、その光源として図１３及び図１５に示した構造の
半導体レーザ装置を用いることにより、図１の主電流１
１４を制御するだけで実施例２と同様に感光体上に描画
して記録されるドット径差を補正して一定に保つ補正機
能を備えると共に、短波長化により高精細な印刷が可能
となる。勿論、半導体レーザ装置は、ドット径差を一定
に保つことができるので、低電位領域と高電位領域との
境界に意図しない中間領域の形成を防止したレーザ・プ
リンタを実現することができる。

【００７８】実施例６本発明に係るレーザ・プリンタ及びその光源に用いる半
導体レーザ装置の第６の実施例について、図１６及び図
１７を参照しながら説明する。本実施例のレーザ・プリ
ンタの露光装置の構成は実施例２と同様の構成であり、
半導体レーザ装置を駆動するための電流制御は１系統で
ある。従って、図１に示した電流１１５が不要となる。
本実施例では、より短波長のＧａＮ系半導体を用いた半
導体レーザ装置をレーザ・プリンタの光源として用い
た。この半導体レーザ装置の構造を図１６及び図１７に
示す。図１６は本実施例の半導体レーザ装置の平面図、
図１７（ａ）は図１６中にＩ−Ｉ線で示した部分の断面
構造図、図１７（ｂ）は図１６中にＩＩ−ＩＩ線で示し
た部分の断面構造図および図１７（ｃ）は図１７（ａ）
中にＡ３で示した円形領域部分の拡大図である。このよ
うな構造の半導体レーザ装置は、次のようにして形成す
るまず、有機金属気相成長法により、ｎ−ＳｉＣ基板６０
１上にｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層６０２、多重量
子井戸活性層６０３、ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層
６０４、ｐ−ＧａＮキャップ層６０５、ＧａＮ／ＧａＮ
Ａｓ超格子コンタクト層６０６を順次結晶成長した。多
重量子井戸活性層６０３は、図１７（ｃ）に示すように
６層のＧａ_0.7Ｉｎ_0.3Ｎウエル層６０７と７層のＡｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎバリア層６０８を交互に積層して形成して
いる。

【００７９】次に、熱ＣＶＤ法及びホトリソグラフィ技
術を用いてストライプ状のホトレジスト１２８とＳｉＯ
₂１２９との複合マスクを図１６に示すような形状に形
成する。このホトレジスト１２８のマスクパタンは、素
子の大部分を占める通常幅（約２μｍ）のストライプ１
３０が端面付近で中間幅の領域１３１及びフレア型に広
がった領域１３２の２段階に広がっている。このホトレ
ジスト１２８をマスクとしてＧａＮ／ＧａＮＡｓ超格子
コンタクト層６０６からｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド
層６０４の途中までこのクラッド層を約０．５μｍ残し
てエッチングした後、ホトレジストを取り除き、残った
ＳｉＯ₂１２９をマスクとしてさらにｐ−ＧａＮキャッ
プ層６０５までエッチングする。

【００８０】次に、ＳｉＯ₂１２９をマスクとしてｎ−
Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ６０９を選択的に成長した。ウエハの
表面にＡｕを主成分とする表面電極１３８を形成し、機
械的研磨及び化学エッチングによりＳｉＣ基板６０１の
裏面をエッチングして残り厚さ約１００μｍにした後、
ＳｉＣ基板６０１の裏面側にもＡｕを主成分とする裏面
電極１３９を形成した。このような製造工程を経た半導
体ウエハを、ストライプの長さ方向に約６００μｍ間隔
でバー状に劈開した。

【００８１】以上のようにして形成された本実施例の半
導体レーザ装置は、図１７（ａ）に示したように通常幅
領域１３０は従来の屈折率導波半導体レーザ装置と同様
の構造となっている。一方、図１７（ｂ）に示したよう
に中間幅領域１３１においては、模式的に示したような
電流通路が形成されることにより、すなわち電流注入量
の分布が形成されることにより、導波路ストライプ中央
部の屈折率が大きい屈折率分布が形成され、レンズ効果
が得られる。中間幅領域１３１の電流通路が部分的にさ
えぎられているため、中間幅領域１３１の電流注入密度
は通常幅領域１３０に比べて低くなる。これにより、低
出力時にはレンズ効果が弱く大きなスポット径が得ら
れ、高出力時にはレンズ効果が強くなって小さなスポッ
ト径が得られる。このようなスポット径と光出力の関係
は、中間幅領域１３１の電流密度を変えることにより所
望の値に設定できるので、レーザ・プリンタの特性に合
わせてスポット径と光出力を設計可能である。本実施例
の半導体レーザ装置は、実施例２と同様に表面電極１３
８が単一の電極でも所望のスポット径の変化を得ること
ができる。また、本実施例の半導体レーザ装置によれ
ば、実施例５と同様のＳｉＮ膜使用による価格的利点の
他に、ＧａＮ系材料使用による一層の短波長化を図れる
という利点もある。

【００８２】従って、単一光学系で多色印刷が可能なト
ライレベル印刷技術を用いた本実施例のレーザ・プリン
タは、その光源として図１６及び図１７に示した構造の
半導体レーザを用いることにより、図１の主電流１１４
を制御するだけで実施例２と同様に感光体上に描画して
記録されるドット径差を補正して一定に保つ補正機能を
備えると共に、より一層の短波長化により更に高精細な
印刷が可能となる。勿論、半導体レーザ装置は、ドット
径差を一定に保つことができるので、低電位領域と高電
位領域との境界に意図しない中間領域の形成を防止した
レーザ・プリンタを実現することができる。

【００８３】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることは勿論である。例えば、結晶成長は有機
金属気相成長法を用いた場合について述べたが、分子線
エピタキシー法を使用してもよい。また、スポット径調
整機能がある本発明に係る半導体レーザ装置を、レーザ
・プリンタ用の光源以外にも使用できることは云うまで
もない。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば光照射強度の変調により
単一の光学系で複数色の印刷を行う方式のカラー・レー
ザ・プリンタにおいて色ごとの記録されるドットの径が
均一になり、また低電位領域と高電位領域の境界に意図
しない白色に対応する中間電位領域が形成されることも
防止できる。

【００８５】また、本発明に係る半導体レーザ装置は、
駆動電流の制御によりスポット径と光出力の関係を所望
の値に容易に設定できる調整機能を有するため、トライ
レベル印刷技術を用いたカラー・レーザ・プリンタ用に
好適に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係るレーザ・プリンタの一実施
例を示す露光装置の構成図である。

【図２】図２は複数色印刷の原理を説明するための表面
電位とトナーの分布図である。

【図３】図３は露光時の光強度分布を模式的に示す図で
あり、（ａ）は従来の半導体レーザ装置の露光時の光強
度分布、（ｂ）は本発明に係る半導体レーザ装置の露光
時の光強度分布を示す図である。

【図４】図４は本発明に係る半導体レーザ装置の第１の
実施例を示す平面図である。

【図５】図５は図４に示した半導体レーザ装置の断面図
であり、（ａ）は図４に示した半導体レーザ装置のＩ−
Ｉ線で示した部分の断面図、（ｂ）は図４に示した半導
体レーザ装置のＩＩ−ＩＩ線で示した部分の断面図、
（ｃ）は図５（ａ）中に円形領域Ａ１で示した部分の拡
大図である。（ｄ）は図４に示した半導体レーザー装置
のＡ−Ａ線の断面図、（ｅ）はＢ−Ｂ断面図、（ｆ）〜
（ｇ）は分布帰還型の場合の断面図である。

【図６】図６は本発明に係る半導体レーザ装置の第２の
実施例を示す図であり、（ａ）は本発明に係る半導体レ
ーザ装置の第２の実施例を示す平面図、（ｂ）は図６
（ａ）中に円形領域Ｂ１で示した部分の拡大図である。

【図７】図７は図６に示した半導体レーザ装置の断面図
であり、（ａ）は図６に示した半導体レーザ装置のＩ−
Ｉ線で示した部分の断面図、（ｂ）は図６示した半導体
レーザ装置のＩＩ−ＩＩ線で示した部分の断面図、
（ｃ）は図７（ａ）中に円形領域Ａ１で示した部分の拡
大図である。

【図８】図８は本発明に係る半導体レーザ装置の第３の
実施例を示す平面図である。

【図９】図９は図８に示した半導体レーザ装置の製造工
程の途中の断面図であり、（ａ）はブロック層成長直後
の断面図、（ｂ）はストライプ肩部のコンタクト層を露
出後ホトレジストを塗布してエッチバックした状態の断
面図である。

【図１０】図１０は図８に示した半導体レーザ装置の断
面図であり、（ａ）は図８に示した半導体レーザ装置の
Ｉ−Ｉ線で示した部分の断面図であり、（ｂ）は図８に
示した半導体レーザ装置のＩＩ−ＩＩ線で示した部分の
断面図である。

【図１１】図１１は本発明に係る半導体レーザ装置の第
４の実施例を示す平面図である。

【図１２】図１２は半導体レーザ装置の断面図であり、
（ａ）は図１１に示した半導体レーザ装置のＩ−Ｉ線で
示した部分の断面図であり、（ｂ）は図１１示した半導
体レーザ装置のにＩＩ−ＩＩ線で示した部分の断面図で
ある。

【図１３】図１３は本発明に係る半導体レーザ装置の第
５の実施例を示す平面図である。

【図１４】図１４は半導体ウエハの一部に設けた劈開誘
導溝やスクライバによる傷を模式的に示した平面図であ
る。

【図１５】図１５は図１３に示した半導体レーザ装置の
断面図であり、（ａ）は図１３に示した半導体レーザ装
置のＩ−Ｉ線で示した部分の断面図、（ｂ）は図１３に
示した半導体レーザ装置のＩＩ−ＩＩ線で示した部分の
断面図、（ｃ）は図１５（ａ）中に円形領域Ａ２で示し
た部分の拡大図である。

【図１６】図１６は本発明に係る半導体レーザ装置の第
６の実施例を示す平面図である。

【図１７】図１７は図１６に示した半導体レーザ装置の
断面図であり、（ａ）は図１６に示した半導体レーザ装
置のＩ−Ｉ線で示した部分の断面図、（ｂ）は図１６中
に示した半導体レーザ装置のＩＩ−ＩＩ線で示した部分
の断面図、（ｃ）は図１７（ａ）中に円形領域Ａ３で示
した部分の拡大図である。

【図１８】図１８は本発明に係るレーザ・プリンタの別
な実施例を示す露光装置の構成図である。

【図１９】図１９は光検出器のダイオードの構成を示す
平面図である。

【図２０】図２０は図１８に示したレーザ・プリンタに
おける露光装置部の制御系のブロック例を示す図であ
る。

【図２１】図２１は光検出器の２つのダイオードの動作
信号を示す図である。

【符号の説明】

１０１、１１４…半導体レーザ装置、１０２、１１５…
レーザビーム、１０３、１１６…コリメートレンズ、１
０４、１１７…光量調整フィルタ、１０５、１１８…ビ
ームスプリッタ、１０７、１２０…ポリゴンミラー、１
０６、１１９…シリンドリカルレンズ、１０８、１２１
…走査レンズ系、１０９、１２２…感光体材料、１１
０、１２４…走査位置、１１１、１２４…光検出器、１
１２…同期信号、１１３、１２６…制御部、１１４…主
電流、１１５…中間幅領域の電流、１１６…第１領域、
１１７…第２領域、１１８…第３領域、１１９…負に帯
電したトナー（着色粒子）、１２０…正に帯電したトナ
ー（着色粒子）、１２１…ｎ−ＧａＡｓ基板、１２２…
ｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層、１２
３…多重量子井戸活性層、１２４…ｐ−（Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層、１２５…ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層、１２６…Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐウエル層、１
２７…（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層、１２
８…ホトレジストマスク、１２９…ＳｉＯ₂マスク、１
３０…通常幅ストライプ（通常幅領域）、１３１…中間
幅の領域、１３２…フレア型に広がった領域、１３３…
非通電領域、１３４…通電領域、１３５…ｎ−ＧａＡｓ
ブロック層、１３６…ｐ−ＧａＡｓキャップ層、１３７
…溝、１３８…表面電極、１３９…裏面電極、１４０…
第３領域の照射強度、１４１…第２領域の照射強度、２
０２…ドット状パタン、３０１…ｐ−Ｇａ_0.7Ｉｎ_0.3Ａ
ｓ_0.4Ｐ_0.6電圧降下層、３０２…ｎ−（Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐブロック層、４０１…ｐ−（Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5）_0.3Ｉｎ_0.7Ｐ歪緩和層、４０２…ｐ−（Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド層、４０３…
ＳｉＮ膜、５０１…ｎ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9
クラッド層、５０２…多重量子井戸活性層、５０３…ｐ
−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層、５０４…
ｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓｅ歪吸収層、５０５…ｐ−Ｚｎ
_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ _0.1Ｓｅ_0.9クラッド層、５０６…ｐ−Ｚ
ｎＳｅキャップ層、５０７…ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子
層、５０８…ＺｎＴｅコンタクト層、５０９…ＺｎＣｄ
Ｓｅウエル層、５１０…ＺｎＳＳｅバリア層、５１１…
窓形成溝、５１２…劈開誘導溝、５１３…溝の一辺、５
１４…窓形成溝の中央、５１５…傷、６０１…ｎ−Ｓｉ
Ｃ基板、６０２…ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎクラッド層、６
０３…多重量子井戸活性層、６０４…ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎクラッド層、６０５…ｐ−ＧａＮキャップ層、６
０６…ＧａＮ／ＧａＮＡｓ超格子コンタクト層、６０７
…Ｇａ_0.7Ｉｎ_0.3Ｎウエル層、６０８…Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9
Ｎバリア層、６０９…ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ。

フロントページの続き (72)発明者小林信也茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者有本昭東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者斉藤進東京都千代田区大手町二丁目６番２号日立工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源から出射したレーザ光を感光体
に照射して感光体の表面電位を変化させることにより着
色粒子の付着状態を変化させ、付着した着色粒子を印刷
対象物に転写することにより印刷を行う機能を有し、着
色粒子は少なくとも２種類の色及び帯電状態を有し、前
記感光体へ照射するレーザ光の強度に対応して複数の帯
電量が設定され、これにより付着する粒子が選択される
多色レーザ・プリンタであって、レーザ光源の出力が小
さい場合にスポット径を大きく、出力が大きい場合には
スポット径を前者に比して小さく変化するように照射光
のスポット形状をレーザ光の出力に応じて変化させるこ
とができるスポット径調整機能を備えていることを特徴
とするレーザ・プリンタ。
【請求項２】前記スポット径調整機能は、スポット形状
の変化がレーザ光の強度に応じて自動的に行うように構
成してなる請求項１記載のレーザ・プリンタ。
【請求項３】前記スポット調整機能は前記レーザ光源自
体が有する請求項２記載のレーザ・プリンタ。
【請求項４】所定の光源からの出射光を感光体に照射し
て感光体の表面電位を変化させることにより着色粒子の
付着状態を変化させ、付着した着色粒子を印刷対象物に
転写することにより印刷を行う機能を有し、着色粒子は
少なくとも２種類の色及び帯電状態を有し、前記感光体
への照射光の強度に対応して複数の帯電量が設定され、
これにより付着する粒子が選択される多色レーザ・プリ
ンタであって、当該光源の出力が小さい場合にスポット
径を大きく、その出力が大きい場合にはスポット径を前
者に比して小さく変化するように照射光のスポット形状
を、光源の強度に応じて変化させることができるスポッ
ト径調整機能を備えていることを特徴とするレーザ・プ
リンタ。
【請求項５】少なくとも導電型の異なる２層の半導体層
とこれに挟まれた該２層の半導体層よりも狭い禁制帯幅
を有する半導体層よりなる活性層を有し、該活性層に並
行な一方向に光を閉じ込める導波構造を有する半導体レ
ーザ装置であって、該導波構造の形状または導波構造内
に形成された屈折率分布によりレーザ端面におけるスポ
ット形状が高出力時に小さく、低出力時に大きく変化す
るスポット径調整機能を有することを特徴とする半導体
レーザ装置。
【請求項６】前記スポット径調整機能は、半導体レーザ
装置を構成するストライプ状導波構造の少なくとも一部
において電流注入を並行した２本のストライプにより行
うよう構成して成る請求項５記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】前記スポット径調整機能は、前記並行した
２本のストライプ状導波構造を有するストライプとそれ
以外のストライプ状導波構造の電流注入密度が同一の印
加電圧に対し異なる値となるように分布を設けたことに
より行う請求項６記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】前記電流注入密度の分布を形成するため
に、前記並行した２本のストライプ状導波構造にそれぞ
れ１０μｍを越えない大きさの通電及び非通電領域を混
在させるように設けてなる請求項７記載の半導体レーザ
装置。
【請求項９】前記電流密度の分布を形成するために、電
流通路中に付加的な抵抗又は電気障壁を設けることによ
り得られる請求項７記載の半導体レーザ装置。