KR101012260B1 - 면발광 레이저, 면발광 레이저 어레이, 및 면발광 레이저를포함한 화상형성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한, 파장 λ로 발진하는 면발광 레이저는 상부 반사경, 하부 반사경, 활성층, 및 스페이서층을 가진다. 상기 스페이서층은 AlxGal-xAs의 조성을 가지는 제 1 반도체층(1≥x>0)과 AlyGal-yAs(1>y>0 및 x>y)의 조성을 가지는 제 2 반도체층을 포함하는 적층구조체이다.

Description

면발광 레이저, 면발광 레이저 어레이, 및 면발광 레이저를 포함한 화상형성장치{SURFACE EMITTING LASER, SURFACE EMITTING LASER ARRAY, AND IMAGE FORMING APPARATUS INCLUDING SURFACE EMITTING LASER}
본 발명은 면발광 레이저, 면발광 레이저 어레이, 및 면발광 레이저를 포함한 화상형성장치에 관한 것이다.
수직공진기형 면발광 레이저(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)는 반도체 기판에 대해서 수직방향으로 광을 출사할 수 있기 때문에, 2차원 어레이에 용이하게 적용될 수 있다. 2차원 VCSEL 어레이에 의해 출사되는 멀티 빔을 병렬처리함으로써 고밀도화 및 고속화가 가능하게 된다. 따라서, VCSEL은 여러가지 산업상의 응용이 기대되고 있다.
이 VCSEL에서는, 전류를 효율적으로 활성층에 공급하기 위해서, Al함유율이 높은 AlxGal-xAs(이하, "AlGaAs"라고 표기하는 일도 있다.)를 선택적으로 산화해서 전류협착구조를 형성하고 있다. 단일횡모드동작에 대해서, 전류협착의 전형적인 직경을 3μm 정도로 하는 것이 일반적이다.
그러나, 이와 같이 협착 직경을 작게 하면, 발광 면적이 작아지기 때문에, 레이저 소자의 출력이 크게 저하되게 된다.
보다 큰 전류협착 직경에 있어서도, 단일횡모드화를 행하기 위해서, IEEE Photonics Technology Letters, Vo1. 12, No. 8, 2000, p939에서는, 공진기의 길이를 길게 해서 고차 횡모드의 회절손실을 증대시키는 것이 제안되어 있다. 이하, 이 IEEE 문헌에 기재되어 있는 면발광 레이저장치의 소자 구조에 대해 도 2를 참조해서 설명한다.
GaAs기판(210) 위에는 하부 반도체 다층막반사경(220)이 배치되어 있다. 하부 반도체 다층막반사경(220)은 교대로 적층된 저굴절률층과 고굴절률층을 포함하고 있다. 저굴절률층과 고굴절률층의 각각은 λ/4의 광학적 막두께를 가지고 있다. 여기서, 광학적 막두께란, 어느 층의 두께에 그 층을 구성하는 재료의 굴절률을 곱한 것을 말하고, 파장 λ란, 발진파장을 말한다. 또한, 이하, 다층막반사경을 DBR(Distributed Bragg Reflector)이라고도 부른다.
이 하부 반도체 다층막반사경(220) 위에는 통상보다 막두께를 두껍게 한 GaAs스페이서층(230)이 배치되어 있다. 스페이서층(230) 위에는, 하부 클래드층 (240), 양자 우물을 포함한 활성층(250), 상부 클래드층(260)이 순차적으로 적층되어 있다. 그리고, 상부 클래드층(260) 위에는 다층막 반사경(270)이 배치되어 있다. 다층막 반사경(270)은 교대로 적층된 저굴절률층과 고굴절률층을 포함한다.
스페이서층(230)은 GaAs만으로 구성되어 있고, 길이는 2 내지 8μm이다. 일반적으로, 면발광 레이저에 있어서, 상하의 DBR에 의해 결정되는 공진기의 광학적 막두께는 1 파장 또는 2 파장 정도가 되도록 설계되고 있다. 예를 들면, 상기한 IEEE 문헌에 기재된 980 nm 레이저에 있어서는, 1 파장 공진기에서는 공진기의 길이는 약 0.3μm가 되고, 2 파장 공진기에서는 약 0.6μm가 된다.
이러한 공진기의 광학적 막두께가 1 파장 또는 2 파장인 면발광 레이저에 있어서는, 산화협착 직경이 3μm 또는 4μm보다 크면 기본 모드뿐만 아니라 고차 모드도 발진하게 된다.
상기한 IEEE 문헌에 기재되어 있는 면발광 레이저는 8μm 정도의 긴 스페이서를 포함하기 때문에, 산화협착 직경 7μm에서도 단일기본횡모드에서의 발진에 성공하고 있다. 긴 공진기 구조를 가지는 면발광 레이저에 있어서는, 미러로서 기능하는 DBR 간의 간격이 길기 때문에, 전파하는 빔이 퍼지기 쉽다. 면발광 레이저의 소자 내에 존재하는 광에 있어서는, 기본 모드의 빔의 발산각 보다 고차 모드의 빔의 발산각이 크다. 그 때문에, 긴 공진기 구조를 가지는 면발광 레이저에 있어서는, 고차 모드의 광은 DBR 간을 전파하는 동안에 회절에 의한 손실을 받기 쉽다. 따라서, 긴 공진기 구조를 가진 면발광 레이저가 긴 공진기 구조를 가지지 않는 레이저에 비해 기본 모드에서의 단일횡모드 발진을 하기 쉽다.
면발광 레이저의 소자에 있어서는, 소자 내에서의 열발생이 소자의 광 출력에 큰 영향을 주기 때문에, 열방산성을 어떻게 향상시키는가 하는 점도 또 하나의 기술상의 과제가 되고 있다. 특히, 630 nm 이상 690 nm 이하의 범위인 적색대의 면발광 레이저에서는, AlGaInP/GaInP 등으로 구성되는 활성층의 온도 특성이 적외 반도체 레이저에 있어서의 활성층의 온도 특성과 비교하면 양호하지 않다. 따라서, AlGaInP/GaInP를 가진 면발광 레이저에 있어서, 열방산성이라고 하는 과제는 한층 더 중요해진다.
미국특허출원공개 2005/0271113호 명세서에서는, λ/2의 정수 배의 광학적 막두께를 가진 열전도층이 클래드층의 하부에 배치되는 구성을 개시하고 있다. 열전도층에 의해 열방산성을 향상시켜, 레이저 출력을 증가시킨다. 열전도층은 GaAs, AlAs, 또는 InP로 형성된다.
상기와 같이, 적색대발광의 면발광 레이저를 실용화하기 위해서는, 단일횡모드 발진화와 열방산성의 개선이 요구된다. 본 발명자들은 밴드 간 흡수가 적은 AlAs의 두꺼운 막을 스페이서층으로서 도입함으로써, 단일횡모드 발진화와 열방산성의 향상을 달성했다.
그러나, 본 발명자들이 열심히 검토한 결과, 횡모드 제어에 필요한 두께, 예를 들면, 1μm 이상의 두께를 가진 AlAs막은 성장이 어렵다는 것을 알아냈다. 더 구체적으로는, AlAs의 단층막을 적어도 1μm 이상 결정 성장시키면, 결정 표면이 거칠어져, 특히, 활성층의 성장을 위한 레이저에 사용하는 기판으로서는 상기 AlAs막이 허용할 수 없을 정도로 그 표면이 크게 거칠어진다.
그 때문에, 열방산성을 향상시키기 위해서 1μm 이하의 두께를 가진 AlAs층을 포함하는 레이저 소자는 제작 가능해도, 긴 공진기의 단일횡모드 발진화에 필요한 두께, 즉 적어도 1μm 두께의 AlAs층을 형성하는 것은 곤란하다고 하는 것에 도달했다.
본 발명의 목적은, 면발광 레이져의 공진기 구조의 길이와 관계없이, 열방산성이 충분하고, 종래의 면발광 레이저보다 고출력이고, 또한 단일횡모드 발진할 수 있는 면발광 레이저를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 면발광 레이저를 포함하는 면발광 레이저 어레이 및 면발광 레이저 또는 면발광 레이저 어레이를 포함하는 화상형성장치를 제공하는데 있다.
두꺼운 AlAs단층은 성장시키기 어렵다고 하는 상술한 과제는 단지 일례일 뿐이다. 본 발명의 또 다른 목적은 두꺼운 막을 형성하기 어려운 열전도재료를 사용한 긴 공진기 구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 측면에 의하면, 파장 λ로 발진하는 면발광 레이저로서, 상부 반사경; 하부 반사경; 상기 상부 반사경과 상기 하부 반사경 사이에 배치된 활성층; 및 상기 상부 반사경 또는 상기 하부 반사경과 상기 활성층 사이에 배치된 스페이서층을 가지고, 상기 스페이서층은 AlxGal-xAs의 조성을 가지는 제 1반도체층(1≥x>0)과 AlyGal-yAs(1>y>0 및 x>y)의 조성을 가지는 제 2 반도체층을 포함하는 적층구조체인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저를 제공한다.
또한, 상기 면발광 레이저에 의한 면발광 레이저를 제공하고, 여기서 상기 면발광 레이저는 면발광 레이저 어레이의 부분으로서 복수의 면발광 레이저에 포함되고, 상기 복수의 면발광 레이저는 기판 상에 1 차원 또는 2 차원으로 배치된다.
또한, 감광체; 대전된 감광체를 생성하기 위해 상기 감광체를 대전하기 위한 대전수단; 대전된 상기 감광체에 정전상을 형성하기 위한 광을 조사하는 광빔 조사수단; 및 상기 정전상을 현상하기 위한 현상수단을 가지는 화상형성장치로서, 상기 광빔 조사수단은 광원으로서 면발광 레이저를 포함하고, 상기 면발광 레이저는 상부 반사경; 하부 반사경; 상기 상부 반사경과 상기 하부 반사경 사이에 배치된 활성층; 및 상기 상부 반사경 또는 상기 하부 반사경과 상기 활성층 사이에 배치된 스페이서층을 가지고, 상기 스페이서층은 AlxGal-xAs의 조성을 가지는 제 1 반도체층(1≥x>0)과 AlyGal-yAs(1>y>0 및 x>y)의 조성을 가지는 제 2 반도체층을 포함하는 적층구조체인 것을 특징으로 하는 화상형성장치를 제공한다.
또한, 감광체; 대전된 감광체를 생성하기 위해 상기 감광체를 대전하기 위한 대전수단; 대전된 상기 감광체에 정전상을 형성하기 위한 광을 조사하는 광빔 조사수단; 및 상기 정전상을 현상하기 위한 현상수단을 가지는 화상형성장치로서, 상기 광빔 조사수단은 광원으로서 면발광 레이저 어레이를 포함하고, 상기 면발광 레이저 어레이는 복수의 면발광 레이저를 포함하고, 각각의 면발광 레이저는 상부 반사경; 하부 반사경; 상기 상부 반사경과 상기 하부 반사경 사이에 배치된 활성층 ; 및 상기 상부 반사경 또는 상기 하부 반사경과 상기 활성층 사이에 배치된 스페이서층을 가지고, 상기 스페이서층은 AlxGal-xAs의 조성을 가지는 제 1 반도체층(1≥x>0)과 AlyGal-yAs(1>y>0 및 x>y)의 조성을 가지는 제 2 반도체층을 포함하는 적층구조체인 것을 특징으로 하는 화상형성장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 파장 λ로 발진하는 면발광 레이저로서, 상부 반사경; 하부 반사경; 상기 상부 반사경과 상기 하부 반사경 사이에 배치된 활성층; 및 상기 상부 반사경 또는 상기 하부 반사경과 상기 활성층 사이에 배치된 스페이서층을 가지고, 상기 스페이서층은 제 1 반도체층과 이 제 1 반도체층보다 열전도율이 낮은 제 2 반도체층을 포함하는 적층구조체인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저를 제공한다.
본 발명의 다른 특징은 첨부 도면을 참조한 예시적인 실시형태의 다음 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
따라서, 본 발명은, 면발광 레이저의 공진기 구조의 길이와 관계없이, 열방산성이 충분하고, 종래의 면발광 레이저보다 고출력이고, 또한 단일횡모드 발진할 수 있는 면발광 레이저를 제공하는데 효과적이다. 본 발명은 또한 면발광 레이저를 포함하는 면발광 레이저 어레이 및 면발광 레이저 또는 면발광 레이저 어레이를 포함하는 화상형성장치를 제공하는데 효과적이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 레이저 소자의 개략 단면도이다.
기판(110) 위에 배치된 하부 다층막 반사경(120)은 교대로 적층된 저굴절률층과 고굴절률층을 포함한다. 이 하부 반사경(120) 위에는 스페이서층(130), 하부 클래드층(140), 활성층(150), 상부 클래드층(160)이 순차적으로 배치되어 있다. 이 상부 클래드층(160) 위에는 상부 다층막 반사경(170)이 배치되어 있다.
스페이서층(130)은 교대로 적층된 열전도성 제 1 반도체층(131)과 제 2 반도체층(132)을 포함한다. 제 2 반도체층(132)은 제 1 반도체층(131)보다 낮은 열전도율을 가진다.
제 1 반도체층(131)은 비화알루미늄(AlAs)이나 비화알루미늄갈륨(AlGaAs) 등의 제 2 반도체층(132)보다 열전도성이 높은 재료로 형성되어 있다. 제 1 반도체층(131)은 AlGaAs(AlxGa1-xAs)로 형성될 수 있으며, 여기서 Al/(Al + Ga) 원자비는 적어도 0.90(X≥0.90) 또는 적어도 0.95(X≥0.95)가 될 수 있다. 제 1 반도체층 (131)은 AlAs(X=1)로 형성될 수 있다.
제 2 반도체층(132)은 제 1 반도체층(131)보다 열전도율이 낮은 AlGaAs층 일 수 있다. 제 2 반도체층(132)은, 제 1 반도체층(131)과 함께, 긴 공진기 구조를 구성한다. 더 구체적으로는, 제 2 반도체층(132)은 AlyGa1-yAS(1>y>0 및 x>y)로 형성되며, 여기서 Al/(Al + Ga) 원자비는 제 1 반도체층(131)에서의 Al/(Al + Ga) 원자비보다 작다.
제 1 반도체층(131)과 제 2 반도체층(132)의 각각의 광학적 막두께는 λ/2의 정수 배로 설정된다. 이 경우에는, 제 1 반도체층(131)과 제 2 반도체층(132) 사이의 계면에서 반사된 광속은 서로 상쇄될 수 있다. 따라서, 다층막 반사경(120) 및 (170)은 달리, 스페이서층(130)은 광을 크게 반사하지는 않는다. 여기서 "λ/2의 정수 배"란, 레이저 소자 내부의 광이 크게 반사하지 않는 광학적 막두께를 말한다. 따라서, 레이저 소자 내부의 광이 크게 반사하지 않는다면, "λ/2의 정수 배"는 λ/2의 정수 배와 다른 광학적 막두께도 포함한다.
따라서, 제 1 반도체층(131)은 높은 열전도성을 가지면서 반사 등의 광학적 작용을 억제한다.
제 1 반도체층(131)이 두꺼운 막으로서 형성하기 어려운 재료로 형성되었을 경우에도, 긴 공진기 구조를 형성하기 위하여 스페이서층(130)에는 광학적으로 영 향을 주지 않는 두께를 가진 제 2 반도체층(132)이 교대로 적층되어 있다. 이 긴 공진기 구조는 레이저 소자에 긴 광학적 거리를 제공한다. 기본 모드에서의 빔보다 확산이 큰 고차 모드에서의 빔의 회절손실이 커지고, 그 결과, 이에 의해 기본 모드에서의 단일횡모드 발진을 용이하게 한다.
본 발명의 측면에 의하면, 본 발명은, 열전도성이 좋은 재료만으로 긴 공진기 구조를 형성할 수 없는 경우에 유효하다.
또, 수평방향의 열방산성도 면발광 레이저의 특성에 영향을 준다. 교대로 적층된 스페이서층은 수평방향의 열방산성을 개선하는 것도 가능하다.
제 1 반도체층(131)은 열방산성을 확보하기 위하여 열발생 활성층(150)의 근처에 배치할 수 있다. 예를 들면, 상기 활성층은 스페이서층(130)의 최상부의 제 2 반도체층(134)보다 스페이서층(130)의 최상부의 제 1 반도체층(133)에 더 가깝게 될 수 있도록 상기 제 1 반도체층(133)을 배치할 수 있다.
또, 최상부의 제 1 반도체층(133)은 다른 제 1 반도체층(131)보다 더 두꺼운 막두께를 가질 수도 있다. 예를 들면, 최상부의 제 1 반도체층 (133)은 5λ의 광학적 막두께를 가지고, 다른 제 1 반도체층(131)은 λ/2의 광학적 막두께를 가진다.
AlyGa1-yAs 반도체층(132)의 Al/(Al + Ga) 원자비(y에 상당)는 광흡수 및 결정 성장으로부터 얻을 수 있는 평탄성을 고려해서 결정할 수 있다.
반도체에 있어서, 특정의 파장 이하의 광은 밴드 간 흡수에 의해 큰 광흡수를 받는다. 특정의 파장은 반도체의 밴드 갭에 따른다. 여기서 사용된, "특정파장" 이란 어구는, 광의 흡수를 시작하는 파장을 말한다. 밴드 갭은 Al/(Al + Ga) 원자비에 따라서 증가한다. 면발광 레이저는 발진 파장에 있어서 광흡수를 억제한 재료를 필요로 한다. 따라서, 발진 파장에 있어서 밴드 간 흡수를 피하기 위해서 AlyGa1-yAs 반도체층(132)의 Al/(Al + Ga) 원자비를 증가시켜야 한다.
예를 들면, Al/(Al + Ga) 원자비는, 광흡수를 고려해서, 850 nm대에서는 적어도 0.16(AlyGal-yAS(1>y≥0.16))으로 하고, 680 nm대에서는 적어도 0.50(AlyGa1-yAs(1>y≥0.50))로 한다.
그러나, Al/(Al + Ga) 원자비가 너무 높으면 결정 성장면의 평탄성에 악영향을 준다. 따라서, 이 점으로부터 Al/(Al + Ga) 원자비는 낮은 것이 바람직하다. 특히, 제 2 반도체층은 제 1 반도체층의 성장에 의해 생긴 표면 거칠기를 감소시킨다. 따라서, 이 점으로부터 Al/(Al + Ga) 원자비는 낮은 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 광흡수의 저감과 결정면의 평탄성 사이에는 트레이드 오프의 관계가 있다. 따라서, AlyGal-yAS의 Al/(Al + Ga) 원자비는 광흡수를 무시할 수 있는 정도로 감소되어 있다.
예를 들면, AlyGal-yAS의 Al/(Al + Ga) 원자비는, 850 nm대에서는 0.16 이상 0.26 이하(AlyGa1-yAs(0.26≥y≥0.16))로 하고, 680 nm대에서는 0.50 이상 0.60 이하(AlyGal-yAs(0.60≥y≥0.50))로 한다.
GaAs는 InGaAs활성층을 포함하는 980 nm 레이저의 파장 영역이나 더 긴 파장 영역의 스페이스층에 사용할 수 있기 때문에, 긴 공진기 구조를 GaAs의 단일층으로 형성할 수 있다. 그러나, AlAs는 GaAs보다 더 높은 열전도성을 가진다. 따라서, 본 발명은 이들을 적절히 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, AlxGal-xAs(1≥x>0)으로 형성된 제 1 반도체층이나 AlyGal-yAs(1>y>0 및 x>y)으로 형성된 제 2 반도체층을 980 nm대에 있어서도 사용할 수 있다.
GaAs활성층을 포함하는 850 nm 레이저의 파장 영역 및 AlGaAs 활성층을 포함하는 780 nm 레이저의 파장 영역에서는, 광흡수의 관점에서 GaAs 스페이서층을사용하기 어렵고, AlGaAs 스페이서층을 사용할 필요가 있다. 그러나, AlGaAs는 AlAs보다 열전도성이 낮기 때문에, 이 두꺼운 AlGaAs 단층막을 포함하는 레이저 소자는 열방산성이 낮다. 그 때문에, 본 발명의 공진기 구조를 850 nm 레이저나 780 nm 레이저에서도, 적절하게 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, 850 nm 대나 780 nm 대에 있어서도, AlxGal-xAs(1≥x>0)로 형성된 제 1 반도체층(131)이나 AlyGal-yAs(1>y>0 및 x>y)로 형성된 제 2 반도체층(132)을 사용할 수 있다.
또, GaInP 활성층을 포함하는 적색대(630 nm이상 690 nm이하)의 파장 영역에 있어서는, 격자 정합이나 광흡수의 점에서 GaAs나 InP를 사용하기 어렵다. 또, 이 파장 영역에서는, 약간 두꺼운 막으로서 형성될 수 있고, 열전도율도 그다지 나쁘지 않은 Al을 20% 정도 함유하는 AlGaAs를 사용하기도 어렵다. IEEE Photonics Technology Letters, Vo1. 12, No. 8, 2000, p939에 기재된 면발광 레이저 소자에서와 같이, 긴 공진기 구조가 두꺼운 단층막으로 형성되는 경우, 광흡수와 결정 성 장으로부터 얻을 수 있는 평탄성을 고려해서 Al을 50% 정도 함유하는 AlGaAs를 사용할 필요가 있다. 그러나, 50% 정도의 Al 함량에서 AlGaAs는 가장 열전도율이 낮기 때문에, 이 두꺼운 단층막으로 형성된 긴 공진기 구조를 가진 레이저 소자는 열방산성이 감소된다. 따라서, 이 680 nm 대에서는, 상기 파장 대역보다 본 발명의 긴 공진기 구조를 보다 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명자들의 검토에 의하면, 현재 알려진 성막 기술로는, AlxGal-xAs(1>x≥0.90) 및 AlAs는 높은 결정 품질 및 평탄성을 유지하면서 1μm 이상의 두께를 가진 막으로 형성되기 어렵다. 그 때문에, 제 1 반도체층(131)을 AlxGa1-xAs(1>X≥0.90) 또는 AlAs로 형성하는 경우에는, 각 층(131)은 1μm 이하의 두께를 가져야 한다.
또, 본 발명자들의 검토에 의하면, 협착 직경에 따라서, 단일횡모드 발진에 기여하는 긴 공진기 구조를 실현하기 위해서는, 공진기의 길이를 적어도 2μm으로 할 수 있다. 그 때문에, 이 공진기의 길이를 고려해서 스페이서층의 두께를 결정할 수 있다. 여기서 "공진기의 길이"란, 상부 반사경의 최상면과 하부 반사경의 최하면 사이에 규정되는 물리적 거리를 말한다.
도 1에서는, 스페이서층(130)은 활성층(150)과 하부 반사경(120) 사이에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 이 스페이서층(130)은 활성층(150)과 상부 반사경(140) 사이에 교대로 배치해도 된다. 또는, 스페이서층(130)은 활성층(150)과 하부 반사경(120) 사이 및 활성층(150)과 상부 반사경(140) 사이에 배치해도 된다.
반사경이 p형과 n형의 DBR인 경우, 도핑에 의해 p형의 DBR은 n형의 DBR보다 광의 흡수가 많아진다. 그 때문에, 스페이서층(130)은 광의 흡수가 적은 n형의 DBR이 배치되어 있는 쪽에 배치될 수 있다. 하부 반사경(120)이 n형 DBR인 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스페이서층(130)은 활성층(150)과 하부 반사경(120) 사이에 배치될 수 있다.
이러한 면발광 레이저를 1 차원 또는 2 차원으로 배치해서 면발광 레이저 어레이를 구성해도 된다.
또, 상기 면발광 레이저 또는 상기 면발광 레이저 어레이를 광원으로 사용해서 화상형성장치를 구성해도 된다.
(실시예 1)
도 3은 실시예 1에 관한 적색 면발광 레이저의 개략 단면도이다.
n형 GaAs 기판(310) 위에는, 하부DBR(320)이 배치되어 있다. 이 하부 DBR(320)은 교대로 적층된 n형 AlAs층(321)과 Al0.5Ga0.5As층(322)을 포함한다. n형 AlAs층(321)과 Al0.5Ga0.5As층(322)의 각각은 λ/4의 광학적 막두께를 가지고 있다. 편의상, 하부DBR(320)은 3 쌍의 n형 AlAs층(321)과 n형 Al0.5Ga0.5As층(322)으로 구성된 것이 도시되어 있지만, 실제로는 소망하는 쌍 수(예를 들면, 60 쌍)를 포함한다.
하부DBR(320) 위에는 스페이서층(330)이 배치되어 있다. 스페이서층(330)은 교대로 적층된 제 1 AlAs반도체층(331)과 제 2 Al0.5Ga0.5As반도체층(332)을 포함한 다. 제 1 AlAs반도체층(331)과 제 2 Al0.5Ga0.5As반도체층(332)의 각각은 λ/2의 광학적 막두께를 가진다. 상기한 바와 같이, 레이저 소자 내의 광이 크게 반사되지 않는다면, 광학적 막두께는 λ/2의 정수 배일 필요는 없다.
스페이서층(330) 위에는, AlGaInP층(340), 4개의 양자우물(Ga0.45In0.55P)을 함유하는 활성층(350), 및 AlGaInP층(360)이 이 순서로 배치되어 있다. AlGaInP층(340), 활성층(350), 및 AlInP층(360)을 합계한 광학적 막두께는 1 파장이다.
AlInP층(360) 위에는, p형의 상부DBR(370)이 배치되어 있다. 이 상부DBR(370)은 교대로 적층된 Al0.9Ga0.lAs층(371)과 Al0.5Ga0.5As층(372)을 포함한다. Al0.9Ga0.lAs층(371)과 Al0.5Ga0.5As층(372)의 각각은 λ/4의 광학적 막두께를 가진다. 편의상, 상부DBR(370)은 3 쌍의 Al0.9Ga0.lAs층(371)과 Al0.5Ga0.5As층(372)을 포함한 것이 도시되어 있지만, 실제로는 소망하는 쌍 수(예를 들면, 36 쌍)를 포함한다.
최하부의 Al0.9Ga0.lAs층(371)은 두께 30 nm의 Al0.98Ga0.02As층(선택 산화층)을 포함한다. 이 선택 산화층에는 포스트 형성 후의 수증기 산화에 의해 산화영역 (373)과 비산화영역(374)이 형성됨으로써, 전류협착구조가 형성된다. 이 협착구조(비산화영역)(374)는 5μm의 직경을 가진다.
또, 상부DBR(370) 위에는, 10 nm 두께의 고도프 p형 GaAs층(380)과 상부전극 (395)이 배치되어 있다. n형 GaAs 기판(310)은 하부전극(390)에 전기적으로 접속되어 있다.
스페이서층(330)은 5μm의 막두께를 가진다. 이 스페이서층(330)의 막두께는 소망하는 발광직경을 따른다. 예를 들면, 산화협착 직경을 5μm로 한 경우에, 단일횡모드화를 달성하기 위해서는, 스페이서층(330)은 적어도 3μm의 두께가 필요하다.
스페이서층(330)은 교대로 적층된 Al0.5Ga0.5As층(332)과 AlAs층(331)을 포함한다. 이 층(331) 및 (332)의 각각은 λ/2의 광학적 막두께를 가진다.
AlAs만의 결정성장은 거친 표면을 형성하기 쉽다. 따라서, AlAs의 결정성장을 적절히 억제한 후, AlyGal-yAS를 성장시켜 AlAs의 결정성장에 의해 생긴 표면 거칠기을 저감할 수 있다. 이것은 Ga원자가 Al원자보다 더 넓게 이동함으로써, 평탄한 표면을 얻을 수 있기 때문이다. 따라서, 본 실시예는 두꺼운 AlAs층에 기인한 상기 스페이서층(330)의 표면 거칠기의 문제를 해결할 수 있다. 따라서, 열전도 반도체층(331)을 포함하는 스페이서층(330)은 수μm의 긴 길이를 가질 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 980 nm, 1.3μm, 또는 1.55μm의 면발광 레이저에서는, GaAs나 InP를 사용할 수 있다. GaAs나 InP는 AlAs보다 열전도율은 낮지만, GaAs나 InP는 1μm 이상의 두께로 용이하게 성장할 수 있다. 따라서, GaAs나 InP를 사용해서 긴 공진기 구조를 비교적 용이하게 형성할 수 있다.
그러나, 적색대에서는, GaAs나 InP를 사용하는 것은 어렵다. 또, 열전도율이나 광흡수의 관점에서 바람직한 재료인 AlAs로 형성된 긴 공진기 구조를 현재 알려진 결정 성장 기술로 형성하는 것은 어렵다.
그 때문에, 본 발명에 관한 면발광 레이저는 적색대에 있어서 상당한 이점을 가진다.
(제작방법)
이하, 상기 제 1 실시예에 의한 면발광 레이저의 제작방법에 대해 설명한다.
도 3에 나타낸 레이저 소자에 있어서, n형 GaAs 기판(310), 하부DBR(320), 스페이서층(330), AlGaInP층(340), 활성층(350), AlInP층(360), 상부DBR(370), p형 GaAs층(380)을 유기금속기상성장법(MOCVD)이나 분자선 에피택시(MBE)에 의해 성장시킨다.
활성층(350)으로부터 P-형의 GaAs층(380)까지의 층의 부분을 반도체리소그래피 및 일반적으로 알려진 반도체 에칭기술을 사용해서 드라이 에칭에 의해 제거함으로써, AlGaInP층(340) 위에 약 30μm의 직경을 가진 기둥 모양의 포스트를 형성한다. AlAs층(331)은 쉽게 산화되기 때문에, AlGaInP층(340) 위에서 드라이 에칭은 정지된다.
다음에, 최하부의 Al0.9Ga0.lAs층(371)의 선택산화층을 450℃ 정도의 수증기 분위기 중에서 수평방향으로 산화시킨다. 산화시간을 제어함으로써, 전류 및 광속을 가두는 산화영역(373)과 비산화영역(협착구조)(374)를 형성한다. 모드의 제어를 고려해서, 협착구조(374)의 직경이 5μm 정도가 되도록 산화시간을 제어한다.
다음에, 진공증착법 및 석판인쇄법에 의해 p측 상부 전극(395) 및 n측 하부 전극(390)을 증착한다. 상부 전극(395)은 광속을 인출하기 위해서 원형창을 가진 다.
마지막으로, 우수한 전기 특성을 달성하기 위해서 고온 질소 분위기중에서 전극과 반도체를 합금화해서 레이저 소자를 완성한다.
도 4는 스페이서층에 있어서의 층두께의 비와 열저항과의 관계를 나타낸다.
횡축은 AlAs층( 제 1 반도체층)의 Al0.5Ga0.5As층( 제 2 반도체층)에 대한 층두께의 비를 나타낸다. 종축은 디바이스의 열저항을 나타낸다. 층두께의 비가 0에서는, 스페이서층(330)만 Al0.5Ga0.5As층을 포함한다. 도 4는 AlAs층의 비율이 증가함에 따라 열방산성이 증가하는 것을 나타낸다.
1 이상의 두께비에서는, 열저항 개선의 효과가 작아진다. 본 실시예에서는, AlAs를 연속해서 성장시키는 것이 어려운 것을 고려해서, 긴 공진기 구조와 결정면의 얻을 수 있는 평탄성의 균형을 맞추기 위해서 층두께의 비를 1로 설정하고 있다. 즉, 제 1 반도체층과 제 2 반도체층은 동일한 광학적 막두께를 가진다.
층두께비가 1인 경우는, 레이저 소자의 열저항은 크게 감소되어, Al0.5Ga0.5As만으로 형성된 긴 공진기 구조를 포함하는 레이저 소자의 열저항의 70% 정도가 된다. 적색 발광 레이저의 효율은 온도의 상승과 함께 감소하기 때문에, 이 열저항의 감소는 발광효율의 증가와 열에 의한 출력포화전류치의 증가로 연결됨으로써, 레이저 소자의 특성이 개선된다.
상기한 바와 같이, 스페이서층(330)의 각 층(331) 및 (332)은 λ/2의 정수 배의 광학적 막두께를 가질 수 있고, 또한 스페이서층(330)의 각 층(331) 및 (332) 의 두께비 또는 두께는 λ/2의 광학적 막두께가 아니어도 된다. 예를 들면, MOCVD법에 의한 결정 성장에 있어서는, 결정이 탄소로 오염될 수도 있으므로, n형 AlAs의 자유전자밀도를 제어하는 것이 어려운 경우가 있다. 따라서, AlAs층의 Al0.5Ga0.5As층에 대한 두께비를, 방열성이 중요시되는 활성층(350)에 가까운 층에 대해서는 크게 할 수 있고, n형 DBR에 가까운 층에 대해서는 작게 할 수 있다. 이것에 의해, AlAs층에서의 자유전자의 흡수의 레이저 소자 특성에 대한 영향을 억제하면서 열저항의 증가도 작게 할 수 있다. 제 1 반도체층(331)이 제 2 반도체층(332)보다 활성층(350)에 가까울 경우에, 제 1 반도체층(331)의 광학적 막두께를 λ로 하고, 제 2 반도체층(332)의 광학적 막두께를 λ/2로 할 수 있다. 즉, 제 1 반도체층의 광학적 막두께를 제 2 반도체층의 광학적 막두께보다 두껍게 할 수 있다.
상기 포스트 제작공정에서는 AlGaInP층(340)의 위에서 드라이 에칭이 정지되지만, 이 드라이 에칭이 AlGaInP층(360)과 상부DBR(370)의 계면에서 정지해도 된다.
하부DBR(320), 스페이서층(330), 상부DBR(370)의 각 층 사이에는, 상기 저항을 내리기 위해서 조성 경사층을 배치해도 된다. 조성 경사층에서는 Al이나 Ga의 조성이 연속적으로 변화된다. 스페이서층(330)의 제 1 반도체층(331)과 제 2 반도체층(332) 사이에 조성 경사층이 배치되는 경우, 제 1 및 제 2 반도체층의 광학적 막두께는 한 쪽의 조성 경사층의 중앙부와 다른 쪽의 조성 경사층의 중앙부 사이의 광학적 막두께로 정의한다. 이 경우, 제 1 반도체층 또는 제 2 반도체층은 단일의 조성을 가지지 않고, 복수의 조성을 가진다.
AlAs층( 331)은 AlxGal-xAs(X≥0.95)층으로 대체해도 된다.
스페이서층(330)은 활성층(350)과 하부DBR(320) 사이에 배치되지만, 활성층 (350)과 상부DBR(370) 사이에 배치되어도 된다. 기판(310)과 하부DBR(320)을 p형으로 하고, 활성층(350)과 다른 상부를 n형으로 했을 경우에는, n형 층은 p형 층보다 광흡수가 낮기 때문에, 스페이서층(330)을 활성층(350) 위에 배치할 수 있다.
절연체는 스페이서층(330) 위에 적절히 배치할 수 있다. 절연체 위에는, 상부 전극(395)과의 전기적 접속을 위한 배선을 배치해도 된다.
또, 고도핑 p형 GaAs층(380) 위에는, 보호 절연막을 배치해도 된다.
또, 광흡수를 억제하기 위해서 고도핑 p형 GaAs층(380)을 레이저 소자의 제작 후에 제거하고, 그 후 상부DBR(370)에 보호 절연막을 배치해도 된다.
(실시예 2)
도 5는 실시예 2에 관한 면발광 레이저의 개략 단면도를 나타낸다. 실시예 1과 실시예 2에서 동일하게 사용되는 부호는 동일 구성요소를 나타낸다.
실시예 2에 있어서의 면발광 레이저는 실시예 1과 마찬가지로 스페이서층 (530)을 가지고 있다. 그러나, 실시예 2는 이 스페이서층(530)을 구성하는 각 층의 층두께가 다르다는 점에 있어서 실시예 1과 상위하다.
더 구체적으로는, AlGaInP층(340)의 직하에 두께 540 nm의 AlAs층(533)이 배치되어 있고, AlAs층(533)의 직하에 두께 290 nm의 Al0.5Ga0.5As층(534)이 배치되어 있다. 따라서, AlAs층(533)은 (5λ)/2의 광학적 막두께를 가지고, Al0.5Ga0.5As층(534)은 (3λ)/2의 광학적 막두께를 가진다. λ/2보다 두꺼운 광학적 막두께를 가진 AlAs층(533)은 활성층으로부터의 열을 효율적으로 방산할 수 있다.
표면을 평탄화하기 위해서, 제 2 반도체층으로서의 Al0.5Ga0.5As층(534)을 제1 반도체층으로서의 AlAs층(533) 위에 배치해도 된다. 이것에 의해, 활성층(350) 등의 후속 상부 층의 결정 성장을 용이하게 할 수 있다.
스페이서층(530)의 AlAs층(531)과 Al0.5Ga0.5As층(532)의 광학적 막두께는 λ/2이지만, 광학적 막두께는 λ/2의 정수 배여도 된다.
(실시예 3)
도 6에 실시예 3에 관한 면발광 레이저의 개략 단면도를 나타낸다. 실시예 1과 실시예 3에서 동일하게 사용되는 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
실시예 3은, AlGaInP층(340)의 직하에 배치되어 있는 스페이서층(630)의 최상층이 Al0.9Ga0.lAs층(601)인 점에 있어서 실시예 1과 다르다. 따라서, 실시예 1의 제 1 AlAs 반도체층은 Al0.9Ga0.1As층(601)과 대체되어 있다.
이러한 구성을 채용하고 있는 것은, 드라이 에칭에 의한 메사 구조의 형성시에 노출된 스페이서층의 최상층의 AlAs층은 전류협착구조의 프로세스에 있어서 산화될 수 있기 때문이다. 따라서, 이 실시예 3의 구성에 의하면, 레이저 소자의 수율을 증가시킬 수 있다. Al0.9Ga0.lAs 대신에 0.95 이하 또는 0.90 이하의 Al(Al + Ga) 원자비를 가진 AlGaAs를 사용할 수 있다.
(실시예 4)
도 7은 실시예 4에 관한 면발광 레이저의 개략 단면도를 나타낸다. 실시예 1과 실시예 4에서 동일하게 사용되는 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
AlGaInP층(340)의 직하에는 λ/4의 광학 막두께를 가지는 반도체층(750)이 배치되어 있다. 또, n형으로 도프되어 있는 하부DBR(720)의 최상층이 AlAs층(721)은 아니고, 대신에 Al0.5Ga0.5As층(722)으로 구성되어 있다. 스페이서층(730)의 최상층은 AlAs층(731)이다. 여기서, 반도체층(750)을 스페이서층(730) 위에 배치해서 상기 층(731) 및(732)의 계면을 가진 공진기의 정상파의 노드를 일치시킨다. 반도체 계면에 고농도의 불순물 또는 조성 경사층을 도입하는 경우에, 반도체층(750)은 광의 흡수의 증가를 회피할 수 있다.
반도체층(750)은 공진기 내의 정상파의 위치를 조정하고, λ/4의 광학적 막두께를 가진 AlGaAs로 형성된다. AlGaAs는 적절한 평탄성을 얻을 수 있는 관점에서 0.5의 Al/(Al + Ga) 원자비(Al0.5Ga0.5As)를 가질 수 있다.
(실시예 5)
도 8은 실시예 5에 관한 면발광 레이저 어레이의 개략 평면도를 나타낸다. 본 실시예는 기판 상에 배치된 3 x 4 면발광 레이저의 어레이이다. 면발광 레이저는 실시예 1 내지 실시예 4의 어느 하나에 기재된 것이다.
면발광 레이저 어레이는 포스트(810), 상부 전극(820), 레이저 발광영 역(830), 및 기판(840)을 포함한다.
면발광 레이저는 등간격으로 배열되어 있는 것이 도시되어 있지만, 이 면발광 레이저는 불규칙한 간격으로 배열되어 있어도 된다. 또, 포스트의 각 측면을 보호하기 위해, 예를 들면, SiO2로 형성된 패시베이션막을 배치해도 된다. 각 면발광 레이저는 정방격자모양으로 배열되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 상기 발광 레이저는 다른 패턴으로 배열되어 있어도 된다.
포스트가 형성되어 있지 않은 기판(840) 위의 부분에는, 전기적 절연과 반도체층 보호를 위한 절연체, 상부 전극(820)에 전기적으로 접속된 배선, 및 이 배선을 외부와 전기적으로 접속하기 위한 패드를 배치해도 된다.
(실시예 6)
도 9A 및 도 9B는 실시예 6에 관한 전자사진기록방식의 화상형성장치의 개략도이다. 이 화상형성장치는 상기한 면발광 레이저 또는 면발광 레이저 어레이의 어느것을 포함한다.
화상형성장치는 감광체, 대전된 감광체를 생성하기 위해 상기 감광체를 대전하도록 구성된 대전수단, 대전된 감광체에 정전상을 형성하기 위한 광을 조사하는 광빔 조사수단, 및 정전상을 현상하기 위한 현상수단을 가진다.
도 9(A)는 화상형성장치의 표면도이며, 도 9(B)는 동 장치의 개략 측면도이다. 화상형성장치는 감광체(900), 대전기(902), 현상기(904), 전사 대전기(906), 정착기(908), 회전 다면경(910), 모터(912), 면발광 레이저 어레이(914), 반사 경(916), 콜리메이터 렌즈(920), 및 f-θ렌즈(922)를 포함한다.
모터(912)는 회전 다면경(910)을 회전 구동한다. 회전 다면경(910)은 6개의 반사면을 가지고 있다. 면발광 레이저 어레이(914)는 레이저 드라이버(도시하지 않음)에 의한 화상신호에 따라서 레이저광을 출사한다. 상기 레이저광은 콜리메이터 렌즈(920)를 개재해서 회전 다면경(910)에 도달한다.
화살표 방향으로 회전하는 회전 다면경(910)은 회전 다면경(910)의 회전에 수반해서 연속적으로 변경되는 출사각도로 편향빔으로서 레이저광을 반사한다. 이 반사광은 f―θ렌즈(922)에 의해 왜곡 수차를 받고, 반사경(916)을 거쳐 감광체 (900)에 도달한다. 감광체(900)는 이 반사광에 의해 주주사방향으로 주사된다. 회전 다면경(910)의 1면으로부터 반사된 광은 감광체(900)의 주주사방향으로 면발광 레이저 어레이(914)에 대응한 복수의 라인의 화상을 형성한다.
감광체(900)는 미리 대전기(902)에 의해 대전된다. 감광체(900)가 주사 레이저 광에 노출되면, 정전 잠상이 형성된다. 감광체(900)가 화살표 방향으로 회전함에 따라서 정전 잠상은 현상기(904)에 의해 현상되고, 현상된 가시상은 전사 대전기(906)에 의해 전사지(도시하지 않음)에 전사된다. 가시상이 전사된 전사지는 정착기(908)에 반송되어 정착을 행한 후에 장치로부터 배출된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 면발광 레이저 또는 면발광 레이저 어레이를 포함하는 전자사진기록방식의 화상형성장치는 고속 및 고정세인쇄를 가능하게 한다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참조해서 설명해 왔지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태에 한정되는 것은 아닌 것으로 이해되어야 한다. 다음의 특허청구의 범위는 모든 변형예와 동등한 구성 및 기능을 망라하도록 최광의로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 레이저 소자의 개략 단면도;
도 2는 종래예에 관한 레이저 소자의 개략 단면도;
도 3은 실시예 1에 관한 면발광 레이저의 개략 단면도;
도 4는 스페이서층의 층두께의 비의 기능으로서의 열저항을 설명하기 위한 그래프;
도 5는 실시예 2에 관한 면발광 레이저의 개략 단면도;
도 6은 실시예 3에 관한 면발광 레이저의 개략 단면도;
도 7은 실시예 4에 관한 면발광 레이저의 개략 단면도;
도 8은 실시예 5에 관한 면발광 레이저 어레이의 개략 평면도;
도 9A는실시예 6에 관한 면발광 레이저 또는 면발광 레이저 어레이를 노광용 광원으로 포함한 화상형성장치의 개략 표면도, 도 9B는 화상형성장치의 개략 측면도.

Claims (22)

  1. 파장 λ로 발진하는 면발광 레이저로서,
    상부 반사경;
    하부 반사경;
    상기 상부 반사경과 상기 하부 반사경 사이에 배치된 활성층; 및
    상기 상부 반사경 또는 상기 하부 반사경과 상기 활성층 사이에 배치된 스페이서층을 가지고,
    상기 스페이서층은 AlxGal-xAs의 조성을 가지는 제 1 반도체층(1≥x>0)과 AlyGal-yAs(1>y>0 및 x>y)의 조성을 가지는 제 2 반도체층이 2쌍 이상 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체층이 AlxGal-xAs(1≥x≥0.90)의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체층이 AlAs의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체층과 상기 제 2 반도체층의 각각이 λ/2의 정수 배의 광학적 막두께를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체층은 상기 제 2 반도체층과 동일한 광학적 막두께를 가지는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체층이 상기 제 2 반도체층보다 상기 활성층에 가깝게 배치되어 있고, 상기 제 1 반도체층은 상기 제 2 반도체층보다 두꺼운 광학적 막두께를 가지는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층은 GaInP로 형성되고, 상기 파장 λ은 630 nm이상 690 nm이하
    인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 반도체층이 AlyGal-yAs(1>y≥0.50)의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 반도체층이 AlyGa1-yAs(0.60≥y≥0.50)의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서층은 최상부 AlGaAs층을 포함하고, 그 Al/(Al + Ga) 원자비는 0.95 이하인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 반사경과 상기 하부 반사경에 의해 규정되는 공진기 길이는 적어도 2μm인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체층은 1μm 이하의 막두께를 가진 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 반사경 및 상기 하부 반사경은 다층막 반사경인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 면발광 레이저는 면발광 레이저 어레이의 부분으로서 복수의 면발광 레이저에 포함되고, 상기 복수의 면발광 레이저는 기판 상에 1 차원 또는 2 차원으로 배치된 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  15. 감광체;
    상기 감광체를 대전하기 위한 대전수단;
    대전된 상기 감광체에 정전상을 형성하기 위해 광을 조사하는 광빔 조사수단; 및
    상기 정전상을 현상하기 위한 현상수단을 가지는 화상형성장치로서,
    상기 광빔 조사수단은 광원으로서 면발광 레이저를 포함하고, 상기 면발광 레이저는,
    상부 반사경;
    하부 반사경;
    상기 상부 반사경과 상기 하부 반사경 사이에 배치된 활성층; 및
    상기 상부 반사경 또는 상기 하부 반사경과 상기 활성층 사이에 배치된 스페이서층을 가지고,
    상기 스페이서층은 AlxGal-xAs의 조성을 가지는 제 1 반도체층(1≥x>0)과 AlyGal-yAs(1>y>0 및 x>y)의 조성을 가지는 제 2 반도체층을 포함하는 적층구조체인 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 감광체;
    상기 감광체를 대전하기 위한 대전수단;
    대전된 상기 감광체에 정전상을 형성하기 위해 광을 조사하는 광빔 조사수단; 및
    상기 정전상을 현상하기 위한 현상수단을 가지는 화상형성장치로서,
    상기 광빔 조사수단은 광원으로서 면발광 레이저 어레이를 포함하고,
    상기 면발광 레이저 어레이는 복수의 면발광 레이저를 포함하고, 각각의 면발광 레이저는,
    상부 반사경;
    하부 반사경;
    상기 상부 반사경과 상기 하부 반사경 사이에 배치된 활성층; 및
    상기 상부 반사경 또는 상기 하부 반사경과 상기 활성층 사이에 배치된 스페이서층을 가지고,
    상기 스페이서층은 AlxGal-xAs의 조성을 가지는 제 1 반도체층(1≥x>0)과 AlyGal-yAs(1>y>0 및 x>y)의 조성을 가지는 제 2 반도체층을 포함하는 적층구조체인 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 조성 경사층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서층은 1μm 이상인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서층은 2μm 이상인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반도체층의 열전도율이 상기 제2 반도체층의 열전도율보다 높은 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
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