KR101077643B1 - 면발광 레이저 소자, 면발광 레이저 어레이, 광 스캐닝 장치, 및 이미지 형성 장치 - Google Patents

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Abstract

면발광 레이저 소자에서, 주면의 법선 방향이 경사진 기판 상에, 활성층을 포함하는 공진기 구조체와 상기 공진기 구조체를 샌드위칭하는 하부 반도체 DBR 및 상부 반도체 DBR이 적층되어 있다. 상부 반도체 DBR의 산화 협착 구조체 내의 전류 통과 영역의 형상은 X축에 평행하는 상기 전류 통과 영역의 중심을 통과하는 축에 대하여 대칭이며, Y축에 평행하는 상기 전류 통과 영역의 중심을 통과하는 축에 대하여 대칭이고, 상기 전류 통과 영역의 길이는 X축 방향에서보다 Y축 방향에서 더 크다. 상기 전류 통과 영역을 둘러싸는 산화층의 두께는 +X 및 -X 방향에서보다 -Y 방향에서 더 크다.
Figure R1020090042834
면발광 레이저 소자, 광 스캐닝 장치, 화상 형성 장치

Description

면발광 레이저 소자, 면발광 레이저 어레이, 광 스캐닝 장치, 및 이미지 형성 장치{SURFACE EMITTING LASER ELEMENT, SURFACE EMITTING ARRAY, OPTICAL SCANNING DEVICE, AND IMANGE FORMING APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 면발광 레이저 소자의 기판의 표면에 수직인 방향으로 레이저 빔을 방출하는 면발광 레이저 소자, 면발광 레이저 소자가 배열된 면발광 레이저 어레이, 면발광 레이저 소자 또는 면발광 레이저 어레이를 이용한 광 스캐닝 장치, 및 광 스캐닝 장치를 이용한 화상 형성 장치에 관한 것이다.
VCSEL(vertical cavity surface emitting laser)은 VCSEL의 기판에 수직인 방향으로 레이저 빔을 방출하며, 에지 발광 레이저와 비교할 때 저렴한 비용과 낮은 전류 소비, 작은 크기 및 높은 효율을 가지며, 2차원 장치에 적합하다. 따라서, VCSEL이 많이 연구되었다.
VCSEL의 적용 분야로서, 프린터 광 기록 시스템의 광원(780 nm 대역의 발진 파장), 광디스크 장치의 기록 광원(780 nm 대역 및 850 nm 대역의 발진 파장), 예를 들어, LAN(local area network)과 같은 광섬유를 이용한 광전송 시스템의 광원(1.3 ㎛ 대역 및 1.5 ㎛ 대역의 발진 파장)이 있다. 또한, VCSEL은 보드 내부에 서 보드들 사이, LSI(large scale integration)에서 칩들 사이, 및 LSI 내에서의 광원으로서 사용되는 것으로 기대되어왔다.
VCSEL의 적용 분야에서, 많은 경우에, VCSEL로부터 출력된 레이저 빔(이하, 일부 경우에 출력 레이저 빔이라 한다)이 출력 헤이저 빔의 편광 모드가 일정하고 출력 레이저 빔의 단면 형상이 원이 되는 것이 필요하다.
편광 모드의 제어에 관하여, 주면이 (100) 면인 기판(비경사 기판)을 이용한 VCSEL의 제조에 있어서 전류 통과 영역(전류 채널 영역)은 이방성 형상을 갖는다(예를 들어, 특허 문헌 1 내지 3 참조).
또한, 편광 모드는 이른바 경사 기판을 이용하여 제어된다(특허 문헌 4 및 비특허 문헌 1 참조).
또한, 출력 레이저 빔의 단면 형상에 관하여, 전류 통과 영역의 형상은 공진기 구조체의 칼럼 형상(메사 형상)을 조정함으로써 원 또는 직사각형이 되도록 결정된다(특허 문헌 5 참조).
그러나, 전류 통과 영역이 이방성 형상을 가질 때, 출력 레이저 빔의 단면 형상은 원이 되기 어렵다. 또한, 경사 기판이 단순히 사용될 때, 전류 통과영역의 형상은 비대칭이 되고(도 27a 참조), 출력 레이저 빔의 단면 형상은 원이 되기 어렵다. 도 27b에서, 형상이 2개의 축에 대하여 대칭인 전류 통과 영역이 도시되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특개 평9-172218호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 제2891133호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특개 제2008-28424호 공보
[특허 문헌 4] 일본 특허 제4010095호 공보
[특허 문헌 5] 일본 특허 제3762765호 공보
[비특허 문헌 1] T. Ohtoshi, T. Kuroda, A. Niwa, 및 S. Tsuji "Dependence of optical gain on crystal orientation in surface emitting lasers with strained quantum wells", Appl. Phys. Lett. 65(15), pp. 1886-1877, 1994
본 발명의 발명자들은 경사 기판을 갖는 면발광 레이저 소자의 제조에 의해 전류 통과 영역의 형상과 편광 억제비 및 출력 레이저 빔의 방사각 사이의 관계를 상세하게 연구해왔다. 이에 따라, 본 발명자들은 다음과 같은 사실을 새롭게 발견하였다. 즉, 경우에 따라서는, 전류 통과 영역의 형상을 원 또는 정사각형으로 만드는 것만으로는 출력 레이저 빔의 단면 형상이 원이 되는 것은 어렵다.
본 발명자들은 상기 결과의 이유를 면밀하게 연구하였고, 경사 기판이 사용될 때 전류 통과 영역을 둘러싸는 산화물의 두께가 출력 레이저 빔의 방사각에 큰 영향을 미친다는 것을 새롭게 발견하였다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 출력 레이저 빔의 편광 방향에서의 안정성이 높은 비용을 발생시키지 않으면서 획득될 수 있고 출력 레이저 빔의 단면 형상이 대략 원이 될 수 있는, 면발광 레이저 소자의 기판의 표면에 수직인 방향으로 레이저 빔을 방출하는 면발광 레이저 소자, 면발광 레이저 소자가 배열된 면발광 레이저 어레이, 면발광 레이저 소자 또는 면발광 레이저 어레이를 이용한 광 스캐닝 장치, 및 광 스캐닝 장치를 이용한 화상 형성 장치가 제공된다.
본 발명의 특징 및 이점이 이어지는 발명의 상세한 설명에서 설명되며, 부분적으로는 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 자명할 수 있으며, 또는 발명의 상세한 설명에서 제공된 교시 내용에 따라 본 발명의 실시함으로써 학습될 수 있다. 본 발명의 특징 및 이점은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록 완전하고, 명확하고, 간결하고 정확한 용어로 본 명세서에서 특별히 지시하는 면발광 레이저 소자의 기판에 수직인 방향으로 레이저 빔을 방출하는 면발광 레이저 소자, 면발광 레이저 소자가 배열된 면발광 레이저 어레이, 면발광 레이저 소자 또는 면발광 레이저 어레이를 이용한 광 스캐닝 장치, 및 광 스캐닝 장치를 이용한 화상 형성 장치에 의해 실현되고 획득될 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라, 하나 또는 그 이상의 이러한 이점 및 다른 이점 을 획득하기 위하여, 면발광 레이저 소자의 기판의 표면에 수직인 방향으로 레이저 빔을 방출하는 면발광 레이저 소자가 제공된다. 이 면발광 레이저 소자는, 주면의 법선 방향이 결정 방위 [1 0 0 ]의 일 방향에 대하여 결정 방위 [1 1 1]의 일 방향으로 기울어진 기판, 활성층을 포함하는 공진기 구조체, 상기 공진기 구조체를 샌드위칭하고, 전류 통과 영역이 적어도 알루미늄을 함유하는 선택적으로 산화되는 층(피선택 산화층)의 일부를 산화시켜 형성된 산화층으로 둘러싸여 있는 협착 구조체(confinement structure)를 포함하는 제1 및 제2 반도체 분포 브래그 반사기, 및 상기 기판 상에 적층된 복수의 반도체층을 포함한다. 전류 통과 영역의 형상은 결정 방위 [1 0 0]의 일 방향 및 결정 방위 [1 1 1]의 일 방향에 직교하고 상기 기판의 표면에 평행하고 상기 전류 통과 영역의 중심을 통과하는 제1 축에 대하여 대칭이며, 상기 법선 방향 및 상기 제1 축에 직교하고 상기 전류 통과 영역의 중심을 통과하는 제2 축에 대하여 대칭이고, 상기 제1 축 방향으로의 상기 전류 통과 영역의 길이는 상기 제2 축 방향으로의 길이와 다르고, 상기 전류 통과 영역을 둘러싸는 산화층의 두께는 제2 축 방향에 평행한 방향과 제1 축 방향에 평행한 방향 간에 서로 다르고, 상기 제1 축 방향으로의 상기 레이저 빔의 방사각은 상기 제2 축 방향으로의 상기 레이저 빔의 방사각과 같다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 면발광 레이저 소자 및 면발광 레이저 어레이에서, 편광 방향에서의 출력 레이저 빔의 안정성이 높고, 고비용의 발생 없이 출력 레이저 빔의 단면 형상이 대략 원 혹은 타원이 될 수 있다. 또한, 광 스캐닝 장치 에서, 정확한 광 스캐닝이 고비용의 발생 없이 수행될 수 있다. 또한, 화상 형성 장치는 고비용의 발생 없이 고품질의 화상을 형성할 수 있다.
[본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1 내지 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예가 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치의 단면도이다. 도 1에서, 화상 형성 장치로서, 레이저 프린터(1000)가 도시된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 프린터(1000)는 광 스캐닝 장치(1010), 감광체 드럼(1030), 대전기(1031), 현상 롤러(1032), 전사 대전기(1033), 방전부(1034), 클리닝부(1035), 토너 카트리지(1036), 용지 공급 롤러(1037), 용지 공급 트레이(1038), 한 쌍의 레지스트레이션 롤러(registration roller)(1039), 정착 롤러(1041), 용기 배출 롤러(1042), 용지 배출 트레이(1043), 통신 제어기(1050), 및 프린터 케비넷(1044) 내의 대응하는 미리 정해진 위치에서 상기 구성요소들을 전체적으로 제어하는 프린터 제어기(1060)를 포함한다.
통신 제어기(1050)는 예를 들어 네트워크를 통해 외부 장치(예를 들어, 개인용 컴퓨터)와의 상호 통신을 제어한다.
감광체 드럼(1030)(화상 캐리어)는 실린더 형상의 부재이며, 감광층이 감광체 드럼의 표면상에 형성된다. 즉, 감광체 드럼(1030)의 표면은 스캐닝되는 표면이다. 감광체 드럼(1030)은 도 1에 도시된 화살표 방향으로 회전된다.
대전기(1031), 현상 롤러(1032), 전사 대전기(1033), 방전부(1034), 및 클리닝부(1035)는 감광체 드럼(1030)의 표면에 가까이 배치된다. 대전기(1031), 현상 롤러(1032), 전사 대전기(1033), 방전부(1034), 및 클리닝부(1035)는 감광체 드럼(1030)의 회전 방향을 따라 순차적으로 배치된다.
대전기(1031)는 감광체 드럼(1030)의 표면을 균일하게 대전한다.
광 스캐닝 장치(1010)는 외부 장치로부터 전송된 화상 정보에 따라 변조된 광 플럭스(레이저 빔)를 대전기(1031)에 의해 대전된 감광체 드럼(1030)의 표면으로 방사한다. 이로써, 화상 정보에 따른 정전 잠상이 감광체 드럼(1030)의 표면 상으로 형성된다. 형성된 정전 잠상은 감광체 드럼(1030)의 회전에 대응하여 현상 롤러(1032)로 옮겨진다. 광 스캐닝 장치(1010)은 아래에서 상세하게 설명된다.
토너는 토너 카트리지(1036)에 저장되고, 저장된 토너는 현상 롤러(1032)로 공급된다.
현상 롤러(1032)는 감광체 드럼(1030)의 표면에 형성된 정전 잠상으로 토너 카트리지(1036)로부터 공급된 토너를 부착한다. 이렇게 함으로써, 정전 잠상이 현상되고 화상 정보가 나타나게 된다. 토너가 부착된 정전 잠상(토너 화상)은 감광체 드럼(1030)의 회전에 대응하여 전사 대전기(1033)로 옮겨진다.
기록 용지(1040)는 용지 공급 트레이(1038)에 저장된다. 용지 공급 롤러(1037)는 용지 공급 트레이(1038) 근처에 배치되고, 용지 공급 롤러(1037)는 기록 용지(1040)를 용기 공급 트레이(1038)로부터 하나씩 픽업하고, 픽업된 기록 용지(1040)를 레지스트레이션 롤러 쌍(1039)으로 이송한다. 레지스트레이션 롤러 쌍(1039)은 용지 공급 롤러(1037)에 의해 픽업된 기록 용지(1040)를 일시적으로 보유하고 감광체 드럼(1030)의 회전에 대응하여 감광체 드럼(1030)과 전사 대전기(1033) 사이의 위치(간극)로 기록 용지(1040)를 이송한다.
감광체 드럼(1030) 상의 토너 화상이 기록 용지(1040) 상으로 전기적으로 끌리도록, 극성이 토너의 극성에 반대인 전압이 전사 대전기(1033)로 인가된다. 감광체 드럼(1030) 표면 상의 토너 화상은 이 전압에 의해 기록 용지(1040)로 전사된다. 토너 화상이 전사된 기록 용지(1040)는 정착 롤러(1041)로 이송된다.
열과 압력이 정착 롤러(1041)에 의해 기록 용지(1040)로 가해진다. 이에 따라, 기록 용지(1040) 상의 토너 화상이 정착된다. 토너 화상이 정착 롤러(1041)에 의해 정착된 기록 용지(1040)는 용지 배출 롤러(1042)를 통해 용지 배출 트레이(1043)로 이송되며, 기록 용지(1040)는 용지 배출 트레이(1043)에 쌓인다.
방전부(1034)는 감광체 드럼(1030)의 표면을 방전한다(제전한다).
클리닝부(1035)는 감광체 드럼(1030)의 표면상에 잔류하는 토너를 제거한다. 잔류하는 토너가 제거된 감광체 드럼(1030)의 표면은 대전기(1031)를 향하도록 소정의 위치로 돌아간다.
다음으로, 광 스캐닝 장치(1010)의 구조가 설명된다. 도 2는 광 스캐닝 장치(1010)의 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예로서, 광 스캐닝 장치(1010)는 하우징(30) 내의 대응하는 기설정된 위치에 편향기측 스캐닝 렌즈(11a), 화상면측 스캐닝 렌즈(11b), 폴리곤 미러(polygon mirror, 13), 광원(14), 커플링 렌즈(15), 개구 판(aperture plate, 16), 아나모픽 렌즈(anamorphic lens, 17), 반사 미러(18) 및 스캐닝 제어기(미도시)를 포함한다.
이하, 주 스캐닝에 대응하는 방향은 주 스캐닝 대응 방향이라 하고, 부 스캐닝에 대응하는 방향은 부 스캐닝 대응 방향이라 한다.
커플링 렌즈(15)는 광원(14)으로부터 출력된 광 플럭스가 대략 평행광이 되도록 한다. 광원(14) 및 커플링 렌즈(15)는 알루미늄으로 형성된 지지 부재에 고정되어 서로 일체화된다.
개구판(16)은 개구부를 포함하며, 커플링 렌즈(15)로부터 전송된 광 플럭스의 빔 직경을 제어한다.
아나모픽 렌즈(17)는 개구판(16)의 개구부를 통과한 광 플럭스로부터 반사 미러(18)를 통해 부 스캐닝 대응 방향으로 폴리곤 미러(13)의 편향 반사 표면 근처에 화상을 형성한다.
광원(14)과 폴리곤 미러(13) 사이의 광 경로 상에 배치된 광학계는 편향기 전 광학계라고 불린다. 본 실시예에서, 편향기 전 광학계는 커플링 렌즈(15), 개구판(16), 아나모픽 렌즈(17) 및 반사 미러(18)로 형성된다.
폴리곤 미러(13)(편광기)는 내접원의 반경이 예를 들어 18 mm인 6면의 거울을 가지며, 각 거울은 편향 반사 표면이다. 폴리곤 미러(13)는 부 스캐닝 대응 방향에 평행한 축 주위로 일정한 속도로 회전하며 반사 미러(18)로부터의 광 플럭스를 편향시킨다.
편향기측 스캐닝 렌즈(11a)는 폴리곤 미러(13)에 의해 편향된 광 플럭스의 광 경로 내에 있다.
화상면측 스캐닝 렌즈(11b)는 편형기측 스캐닝 렌즈(11a)로부터의 강 경로 내에 있다. 화상면측 스캐닝 렌즈(11b)로부터의 광 플럭스는 감광체 드럼(1030)의 표면상으로 방사되고, 광 스폿이 감광체 드럼(1030)의 표면상에 형성된다. 광 스폿은 폴리곤 미러(13)의 회전에 대응하여 감광체 드럼(1030)의 긴 길이 방향으로 이동한다. 즉, 광 스폿은 감광체 드럼(1030)의 표면을 스캐닝한다. 광 스폿의 이동 방향은 주 스캐닝 방향이며, 감광체 드럼(1030)의 회전 방향은 부 스캐닝 방향이다.
폴리곤 미러(13)와 감광체 드럼(1030) 사이의 광 경로상의 광학계는 스캐닝 광학계로 불린다. 본 발명에서, 스캐닝 광학계는 편향기측 스캐닝 렌즈(11a) 및 화상면측 스캐닝 렌즈(11b)로 형성된다. 이렇게 하여,
편향기측 스캐닝 렌즈(11a)와 화상면측 스캐닝 렌즈(11b) 사이의 광결로 및 화상면측 스캐닝 렌즈(11b)와 감광체 드럼(1030) 사이의 광 경로 중 적어도 하나에 적어도 하나의 광축 폴딩 미러가 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 면발광 레이저 소자(100)의 단면도이다. 예로써, 광원(14)은 도 3에 도시된 면발광 레이저 소자(100)를 포함한다.
본 발명의 설명에서, 레이저 빔(광 플럭스) 방사 방향은 Z 축 방향이고, Z 축에 수직인 평면상의 서로 직교하는 2개의 방향은 각각 X 축 방향과 Y 축 방향이다.
면발광 레이저 소자(100)의 설계 발진 파장(설계상의 발진 파장)은 780 nm 대역에 있다. 면발광 레이저 소자(100)는 기판(101), 버퍼층(102), 하부 반도체 DBR(dustrubuted Bragg refelector)(103), 하부 스페이서층(104), 활성층(105), 상부 스페이서층(106), 상부 반도체 DBR(107), 콘택층(109) 등을 포함한다.
도 4a는 도 3에 도시된 기판(101)의 경사를 도시하는 도면이다. 도 4b는 도 3에 도시된 기판(101)의 위치를 도시하는 도면이다.
기판(101)의 표면은 거울 연마면이고, 기판(101)은 n-GaAs 단결정 기판이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(101)의 거울 연마면(주면)의 법선 방향은 결정 방위 [1 0 0] 방향에 대해 결정 방위 [1 1 1] A 방향으로 15도(θ = 15도)만큼 경사진다. 즉, 기판(101)은 이른바 경사 기판이다. 여기에서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 결정 방위 [0 1 -1] 방향이 -X 방향이 되고 결정 방위 [0 -1 1] 방향이 +X 방향이 되도록 기판(101)이 배치된다.
도 3을 다시 참조하면, 버퍼층(102)은 기판(101)의 +Z 측 표면 상에 적층되고 n-GaAs로 이루어진다.
하부 반도체 DBR(103)은 버퍼층(102)의 +Z 측에서 적층되고, 40.5쌍의 n-AlAs로 이루어진 저굴절율층과 n-Al0.3Ga0.7As로 이루어진 고굴절율층을 포함한다.
또한, 전기 저항값을 감소시키기 위하여, 조성이 한 조성에서 다른 조성으로 점진적으로 변화되는 20 nm 두께의 조성 경사층이 굴절율층들 사이에 형성된다. 각 굴절율층은 발진 파장을 λ라 할 때 인접하는 조성경사층의 1/2를 포함함으로써 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 결정된다.
다음의 관계가 광학적 두께와 실제 두께 사이에서 존재한다. 광학적 두께가 λ/4일 때, 실제 두께 "h" = λ/4N이다(N은 층매개물의 굴절율이다).
하부 스페이서층(104)은 하부 반도체 DBR(103)의 +Z 측에서 적층되고, 비도핑된 (Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P로 이루어진다.
활성층(105)은 하부 스페이서층(104)의 +Z 측에서 적층되고 3층의 양자 웰(quamtum well)층과 4층의 배리어층을 구비하는 3중 양자 웰 구조를 갖는다. 각 양자 웰층은 조성이 0.7%의 압축 스트레인을 유기하는 GaInAsP로 이루어지고, 대략 780 nm의 대역 간격 파장을 갖는다. 각 배리어층은 조성이 0.6%의 장력 스트레인을 유기하는 GaInP로 이루어진다.
상부 스페이서층(106)은 활성층의 +Z 측에서 적층되고, 도핑되지 않은 (Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P로 이루어진다.
하부 스페이서층(104), 활성층(105) 및 상부 스페이서층(106)으로 이루어진 부분은 공진기 구조체로 불리며, 공진기 구조체의 두께는 1 파장의 광학적 두께가 되도록 결정된다. 높은 유도 방출 확율을 획득하기 위하여, 활성층(105)은 전기장의 정재파(standing wave) 분포의 파복(anti-node) 위치에 대응하는 공진기 구조체의 중심에 있다.
상부 반도체 DBR(107)는 제1 상부 반도체 DBR(1071)(미도시) 및 제2 상부 반도체 DBR(1072)(미도시)를 포함한다.
제1 상부 반도체 DBR(1071)는 상부 스페이서층(106)의 +Z 측에서 적층되고 한 쌍의 p-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P로 이루어진 저굴절율층과 p-(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P로 이루어진 고굴절율층을 포함한다. 전기 저항값을 감소시키기 위하여, 조성이 한 조성에서 다른 조성으로 점진적으로 변화되는 조성 경사층이 저굴절율층과 고굴절율층 사이에 형성된다. 저굴절율층 및 고굴절율층 각각은 발진 파장을 λ라 할 때 인접하는 조성 경사층의 1/2를 포함함으로써 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 결정된다.
제2 상부 반도체 DBR(1072)는 제1 상부 반도체 DBR(1071)의 +Z 측에서 적층되고 23 쌍의 p-Al0.9Ga0.1As로 이루어진 저굴절율층과 p-Al0.3Ga0.7As로 이루어진 고굴절율층을 포함한다. 전기 저항값을 감소시키기 위하여, 조성이 한 조성에서 다른 조성으로 점진적으로 변화되는 조성 경사층이 굴절율층들 사이에 형성된다. 저굴절율층 및 고굴절율층 각각은 발진 파장을 λ라 할 때 인접하는 조성 경사층의 1/2를 포함함으로써 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 결정된다.
p-AlAs로 이루어진 30 nm의 두께의 피선택 산화층(즉, 선택적으로 산화되는 층)(108)이 제2 상부 반도체 DBR(1072)의 저굴절율층 중 하나로 삽입된다. 피선택 산화층(108)의 삽입 위치는 상부 스페이서층(106)으로부터 3번째 쌍의 저굴절율층 및 전기장의 정재파 분포의 노드에 대응하는 위치에 있다.
콘택층(109)은 제2 상부 반도체 DBR(1072)의 +Z 측에서 적층되고, p-GaAs로 이루어진다.
이하, 일부 경우에, 복수의 반도체층이 기판(101)에 적층되는 구조체를 적층체라 한다.
다음으로, 면발광 레이저 소자(100)의 제조 방법이 간단하게 설명된다.
(1): MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 방법 또는 MBE(molecular beam epitaxy) 방법을 이용하여 결정 성장에 의해 적층체가 형성된다.
여기에서, III 족 원료로서 TMA(trimethyl aluminum), TMG (trimethyl gallium) 또는 TMI (trimethyl indium)이 사용되고, V 족 원료로서, PH3(phosphine) 또는 AsH3(arsine)이 사용된다. 또한, p-형 도펀트의 원료로서, CBr4(carbon twtrabrimide) 또는 DMZn(dimethylzinc)가 사용되며, n-형 도펀트의 원료로서, H2Se(hydrogen selenide)가 사용된다.
(2): X 축 방향으로의 길이 "aX"가 25.1 ㎛이고 Y 축 방향으로의 길이 "aY"가 24.9 ㎛인 직사각형 형상을 갖는 레지스트 패턴이 적층체의 표면상에 형성된다(도 5 참조). 이하, 일부 경우에, aY/aX의 값은 메사 직사각형비라 한다. 도 5는 면발광 레이저 소자(100)의 메사 직사각형비를 나타내는 도면이다.
(3): 상기 레지스트 패턴을 포토 마스크로 사용하면서 Cl2 가스를 사용하는 ECR(electron cyclotron resonance) 에칭 방법을 이용하여 4변형 프리즘 형상을 갖는 메사가 형성된다. 여기에서, 에칭의 하부 표면은 하부 스페이서층(104) 내에 배치된다.
(4): 포토 마스크가 제거된다.
(5): 열처리가 수증기로 적층체에 가해진다. 이렇게 하여, 피선택 산화층(108) 내의 알루미늄(Al)이 메사의 바깥 부분으로부터 선택적으로 산화되고, Al 산화층(108a)에 의해 둘러싸인 비산화영역(108b)가 메사의 중심 부분에 남는다(도 3 참조). 즉, 면발광 레이저 소자(100)의 발광부의 구동 전류 경로가 메사의 중심부로 제한되는 이른바 산화 협착 구조체가 형성된다. 비산화 영역(108b)은 전류 통과 영역(전류 주입 영역)이다.
(6): SiN 또는 SiO2의 보호층(111)이 CVD(chemical vapor deposition)을 이용하여 형성된다.
(7): 적층체가 폴리이미드층(112)에 의해 평탄화된다.
(8): p-전극 콘택을 위한 창(window)이 메사의 상부에 열린다. 여기에서, 포토레지스트 마스크가 형성되고, 포토레지스트의 개구부가 메사의 상부에서 개구부를 노출시킴으로써 제거되고, 창은 폴리이미드층(112) 및 보호층(11)을 BHF(buffered hydrofluoric acid)를 이용하여 에칭함으로써 열린다.
(9): 10 ㎛ 변의 정사각형 레지스트 패턴이 메사의 상부에서 발광부가 되는 영역에 형성되고, p-전극 재료가 기상 증착에 의해 증착된다. p-전극 재료로서, Cr/AuZn/Au 또는 Ti/Pt/Au로 이루어진 다층 필름이 사용된다.
(10): p-전극(113)이 발광부에서 전극 재료를 들어올림으로써 형성된다.
(11): 기판(101)의 두께가 예를 들어 100 ㎛가 되도록 기판(101)의 하부면이 배치되며, n-전극(114)이 기판(101)의 하부면에 형성된다. n-전극(114)은 AuGe/Ni/Au의 다층 필름으로 이루어진다.
(12): p-전극(113)과 n-전극(114) 사이의 오믹 콘택은 어닐링에 의해 획득된다. 이로써, 메사가 발광부가 된다.
(13): 면발광 레이저 소자(100)가 절단에 의해 칩으로 형성된다.
상기 방법에 의해 제조된 면발광 레이저 소자(100)에서, 출력 레이저 빔의 편광 방향은 바람직한 방향인 X 축 방향이고, 편광 억제비는 20 dB 이상으로 안정성이 있다. 편광 억제비는 바람직한 편광 방향에 직교하는 방향에서의 광의 강도에 대한 바람직한 편광 방향에서의 광의 강도의 비이며, 복사기와 같은 화상 형성 장치는 대략 20 dB를 갖는 것이 요구된다고 한다. 또한, 면발광 레이저 소자(100)에서, X 축 방향과 Y 축 방향에서의 출력 레이저 빔의 방사 각도 사이의 차이는 0.1° 이하이고, 출력 레이저 빔의 단면 형상은 실질적으로 원형이다.
도 6은 도 3의 선 A-A를 따른 면발광 레이저 소자의 단면도이다. 즉, 면발광 레이저 소자(100)의 산화 협착 구조체가 도 6에 도시된다. 도 6에서, 다음이 정의된다. 즉, 산화층(108a)의 +Y 측 단부로부터 전류 통과 영역(108b)(비산화층)의 +Y 측 단부까지의 거리는 "dy1"이고, 산화층(108a)의 -Y 측 단부로부터 전류 통과 영역(108b)(비산화층)의 -Y 측 단부까지의 거리는 "dy2"이고, 산화층(108a)의 +X 측 단부로부터 전류 통과 영역(108b)(비산화층)의 +X 측 단부까지의 거리는 "dx1"이고, 산화층(108a)의 -X 측 단부로부터 전류 통과 영역(108b)(비산화층)의 -X 측 단부까지의 거리는 "dx2"이다. 거리들이 IR(적외선) 현미경을 이용하여 측정될 때, 측정된 결과는 dy2 > dy1이며, dx2 ≒ dx1 > dy1이다. 이는 -Y 방향으로의 산화 속도가 +Y, +X 및 -X 방향으로의 산화 속도보다 더 작다는 것을 나타낸다.
또한, 도 6에서, 다음이 정의된다. 즉, Y 축 방향으로의 전류 통과 영역(108b)의 길이는 "bY"이며, X 축 방향으로의 전류 통과 영역(108b)의 길이는 "bX"이다. 그 다음, 이 길이들이 측정되며 측정된 결과는 "bY" = 4.1 ㎛, "bX" = 3.9 ㎛이며, "bY/bX"(전류 통과 영역(108b)의 직사각형비)는 1.05이다.
도 7은 도 6의 선 A-A를 따라 도 6에서 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다. 도 7에서, 다음이 정의된다. 즉, 전류 통과 영역(108b)의 +Y 측에서의 산화층(108a)의 두께는 "Sy1"이며, 전류 통과 영역(108b)의 -Y 측에서의 산화층(108a)의 두께는 "Sy2"이다. 그 다음, 이 두께들이 Y 축 방향의 여러 지점에서 측정될 때, 산화 단부로부터의 거리가 예를 들어 도 7에서의 거리 "d"로 동일하더라도 "Sy1"은 "Sy2"보다 대략 2 nm만큼 더 크다. 즉, 본 발명자들은 산화층(108a)의 두께는 산화 속도가 작은 영역에서 상대적으로 크다는 것을 밝혀냈다.
도 8은 도 6의 선 B-B를 따라 도 6에서 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다. 도 8에서, 다음이 정의된다. 즉, 전류 통과 영역(108b)의 -X 측에서의 산화층(108a)의 두께는 "Sx1"이며, 전류 통과 영역(108b)의 +X 측에서의 산화층(108a)의 두께는 "Sx2"이다. 그 다음, 이 두께들이 X 축 방향의 여러 지점에서 측정될 때, 산화 단부로부터의 거리가 예를 들어 도 8에서의 거리 "d"로 동일한 경우 "Sx1"은 "Sx2"와 실질적으로 동일하다. 또한, "Sx1" 및 "Sx2"의 두께는 산화 단부로부터의 거리가 동일하더라도 "Sy1"의 두께보다 더 작다. 일반적으로, 면발광 레 이저 소자에서, 좌우 방향에서의 광 억제(이하, 일부 경우에, 간단히 광 억제(light confinement)라 한다)가 큰 경우에 출력 레이저 빔의 방사 각도가 크다. 또한, 전류 통과 영역의 폭이 작고 산화층이 큰 경우에 광 억제의 정도는 크게 된다.
면발광 레이저 소자(100)에서, 전류 통과 영역(108b)의 폭을 작게하는 산화층(108a)의 두께 "dx1" 및 "dx2"는 작으며, 전류 통과 영역(108b)의 폭을 크게하는 산화층(108a)의 두께 "dy2"는 크다. 이를 이용하여, 전류 통과 영역(108b)이 정사각 형상을 가지지 않더라도, 출력 레이저 빔은 실질적으로 원일 수 있다.
즉, 산화층(108)의 두께에 의한 광 억제가 작은 방향으로, 비산화층(108b)(전류 통과 영역)의 폭이 작게 되며, 광 억제의 정도는 크게 되고, 출력 레이저 빔의 방사각은 이방성일 수 있다.
도 9는 기판(101)과 유사한 경사 기판을 이용한 면발광 레이저 소자의 전류 통과 영역의 직사각형비와 출력 레이저 빔의 방사각 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 전류 통과 영역이 정사각 형상(bY/bX = 1.0)을 가질 때, X 및 Y 축 방향 사이의 방사각 차이(이하, 일부 경우에, 간단히 방사각 차이라 한다)는 0.2°이고, 출력 레이저 빔의 단면 형상은 타원형이다.
그러나, 본 실시예의 면발광 레이저 소자(100)에서, 산화층(108a)에 의해 둘러싸인 전류 통과 영역(108b)은 두께가 작은 산화층(108a)에 의해 둘러싸인 전류 통과 영역(108b)의 폭(X 방향으로의)보다 더 넓다. 따라서, 방사각 차이는 도 9에 도시된 면발광 레이저 소자(100)의 방사각 차이보다 더 작을 수 있다.
도 10은 기판(101)과 유사한 경사 기판을 이용한 면발광 레이저 소자의 전류 통과 영역의 직사각형비와 출력 레이저 빔의 방사각 차이 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 전류 통과 영역의 직사각형비와 방사각 차이 사이에는 선형의 상관이 있다. 전류 통과 영역의 직사각형비가 1.0보다 더 크고 1.17보다 더 작을 때, 방사각 차이는 전류 통과 영역이 정사각 형상을 가지는 경우보다 더 작을 수 있다.
도 11은 기판(101)과 유사한 경사 기판을 이용한 면발광 레이저 소자의 전류 통과 영역의 직사각형비(bY/bX)와 출력 레이저 빔의 메사 직사각형비(aY/aX)(도 5 참조) 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 11에 도시된 바와 같이,
전류 통과 영역의 직사각형비와 방사각 차이 사이에는 선형의 상관이 있다. 메사 직사각형비가 0.988보다 더 크고 1.014보다 더 작을 때, 전류 통과 영역의 직사각형비는 1.0보다 더 크고 1.17보다 더 작을 수 있다. 본 발명의 면발광 레이저 소자(100)에서, 메사 직사각형비(aY/aX)는 0.992이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서의 면발광 레이저 소자(100)에 따르면, 주면(거울 연마면)의 법선 방향은 결정 방위 [1 0 0] 방향에 대해 결정 방위 [1 1 1] A 방향으로 15도(θ = 15도)만큼 경사진 기판(101) 상에서, 활성층(105)을 포함하는 공진기 구조체 및 공진기 구조체를 사이에 끼우는 하부 반도체 DBR(103)과 상부 반도체 DBR(107)을 포함하는 복수의 반도체층가 적층된다.
또한, 상부 반도체 DBR(107) 중의 산화 협착 구조체의 전류 통과 영역(108b)의 형상은 전류 통과 영역(108b)의 중심을 통과하고 X축에 평행한 축(제1 축)에 대 하여 대칭이고, 전류 통과 영역(108b)의 중심을 통과하고 Y축에 평행한 다른 축(제2 축)에 대하여 대칭이다. 더욱이, Y축 방향으로의 전류 통과 영역(108b)의 길이는 X축 방향으로의 전류 통과 영역(108b)의 길이보다 더 크다.
또한, 전류 통과 영역(108b)를 둘러싸는 산화층(108a)에서는, 산화가 -Y 방향으로 진행한 부분의 두께는, 산화가 +X 및 -X 방향으로 진행한 부분의 두께보다 더 크다.
따라서, 본 실시예의 면발광 레이저 소자(100)에 따르면, 고비용을 발생시키지 않고서 편광 방향의 출력 레이저 빔의 안정성이 증가될 수 있고, 출력 레이저 빔의 단면 형상은 대략 타원이 될 수 있다.
또한, 본 실시예의 광 스캐닝 장치(1010)에 따르면, 광원(14)이 면발광 레이저 소자(100)를 포함하기 때문에, 고비용을 발생시키지 않고서 고정밀도의 광 스캐닝이 수행될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에서, 광 스캐닝 장치(1010)의 광원(14)은 도 3에 도시된 면발광 레이저 소자(100)을 포함하는 대신에, 도 12에 도시된 면발광 레이저 소자(100A)를 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 면발광 레이저 소자(100A)의 단면도이다.
면발광 레이저 소자(100A)의 설계 발진 파장은 780 nm 대역에 있다. 면발광 레이저 소자(100A)는 기판(201), 버퍼층(202), 하부 반도체 DBR(203), 하부 스페이서층(204), 활성층(205), 상부 스페이서층(206), 상부 반도체 DBR(207), 콘택층(209) 등을 포함한다.
기판(101)과 마찬가지로, 기판(201)은 경사 기판이다.
버퍼층(202)은 기판(201)의 +Z측의 면 상에 적층되고 n-GaAs로 형성된다.
하부 반도체 DBR(203)은 버퍼층(202)의 +Z측에 적층되고, 40.5쌍의 n-Al0.9Ga0.1As로 이루어진 저굴절율층과 n-Al0.3Ga0.7As로 이루어진 고굴절율층을 포함한다.
또한, 전기 저항값을 감소시키기 위해, 굴절율층들 사이에는, 조성이 한 조성에서 다른 조성으로 점진적으로 변화되는 20nm 두께의 조성 경사층이 형성된다. 각 굴절율층은, 발진 파장을 λ라 할 때 인접하는 조성경사층의 1/2를 포함함으로써 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 결정된다.
하부 스페이서층(204)은 하부 반도체 DBR(203)의 +Z측에 적층되고 비도핑 (Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P로 형성된다.
활성층(205)은 하부 스페이서층(204)의 +Z 측에서 적층되고 3층의 양자 웰(quamtum well)층과 4층의 배리어층을 구비하는 3중 양자 웰 구조를 갖는다. 각 양자 웰층은 조성이 1.1%의 압축 스트레인을 유기하는 GaInAsP로 이루어지고, 각 배리어층은 장력 스트레인이 0.0%인 GaInP로 이루어진다.
상부 스페이서층(206)은 활성층의 +Z 측에서 적층되고, 비도핑된 (Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P로 이루어진다.
하부 스페이서층(204), 활성층(205) 및 상부 스페이서층(206)으로 이루어진 부분은 공진기 구조체로 불리며, 공진기 구조체의 두께는 1 파장의 광학적 두께가 되도록 결정된다. 높은 유도 방출 확율을 획득하기 위하여, 활성층(205)은 전기장의 정재파(standing wave) 분포의 파복(anti-node) 위치에 대응하는 공진기 구조체의 중심에 있다.
상부 반도체 DBR(207)는 제1 상부 반도체 DBR(2071)(미도시) 및 제2 상부 반도체 DBR(2072)(미도시)를 포함한다.
제1 상부 반도체 DBR(2071)는 상부 스페이서층(206)의 +Z 측에서 적층되고 한 쌍의 p-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P로 이루어진 저굴절율층과 p-(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P로 이루어진 고굴절율층을 포함한다. 전기 저항값을 감소시키기 위하여, 조성이 한 조성에서 다른 조성으로 점진적으로 변화되는 조성 경사층이 저굴절율층과 저굴절율층 사이에 형성된다. 저굴절율층 및 고굴절율층 각각은 발진 파장을 λ라 할 때 인접하는 조성 경사층의 1/2를 포함함으로써 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 결정된다.
제2 상부 반도체 DBR(1072)는 제1 상부 반도체 DBR(2071)의 +Z 측에서 적층되고 23 쌍의 p-Al0.9Ga0.1As로 이루어진 저굴절율층과 p-Al0.3Ga0.7As로 이루어진 고굴절율층을 포함한다. 전기 저항값을 감소시키기 위하여, 조성이 한 조성에서 다른 조성으로 점진적으로 변화되는 조성 경사층이 굴절율층들 사이에 형성된다. 저굴절율층 및 고굴절율층 각각은 발진 파장을 λ라 할 때 인접하는 조성 경사층의 1/2를 포함함으로써 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 결정된다.
p-AlAs로 이루어진 30 nm의 두께의 피선택 산화층(208)이 제2 상부 반도체 DBR(2072)의 저굴절율층 중 하나로 삽입된다. 피선택 산화층(208)의 삽입 위치는 상부 스페이서층(206)으로부터 3번째 쌍의 저굴절율층 및 전기장의 정재파 분포의 노드에 대응하는 위치에 있다.
콘택층(209)은 제2 상부 반도체 DBR(2072)의 +Z 측에서 적층되고, p-GaAs로 이루어진다.
면발광 레이저 소자(100A)는 보호층(211), 폴리이미드층(212), p-전극(213), 및 n-전극(214)을 더 포함한다. 그러나, 보호층(211), 폴리이미드층(212), p-전극(213), 및 n-전극(214)의 각 기능은, 면발광 레이저 소자(100)의 보호층(111), 폴리이미드층(112), p-전극(113), 및 n-전극(114)의 각 기능과 각각 유사하다. 따라서, 상기 요소들에 대한 설명은 생략한다.
면발광 레이저 소자(100A)는 면발광 레이저 소자(100)의 제조 방법과 유사한 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
면발광 레이저 소자(100A)에서, 출력 레이저 빔의 편광 방향은 바람직한 방향인 Y축 방향이고, 편광 억제비는 20 dB 이상이고 안정적이다. 또한, 면발광 레이저 소자(100A)에서, X 축 방향과 Y 축 방향에서의 출력 레이저 빔의 방사 각도 사이의 차이는 0.1° 이하이고, 출력 레이저 빔의 단면 형상은 실질적으로 원형이다.
도 13은 도 12의 선 A-A를 따라 자른 면발광 레이저 소자(100A)의 단면도이다. 즉, 면발광 레이저 소자(100A)의 산화 협착 구조체가 도 13에 도시된다. 도 13에서, 다음이 정의된다. 즉, 산화층(208a)의 +Y 측 단부로부터 전류 통과 영 역(208b)(비산화층)의 +Y 측 단부까지의 거리는 "dy1'"이고, 산화층(208a)의 -Y 측 단부로부터 전류 통과 영역(208b)(비산화층)의 -Y 측 단부까지의 거리는 "dy2'"이고, 산화층(208a)의 +X 측 단부로부터 전류 통과 영역(208b)(비산화층)의 +X 측 단부까지의 거리는 "dx1'"이고, 산화층(208a)의 -X 측 단부로부터 전류 통과 영역(208b)(비산화층)의 -X 측 단부까지의 거리는 "dx2'"이다. 거리들이 IR 현미경을 이용하여 측정될 때, 측정된 결과는 dy2' > dy1'이며, dx2' ≒ dx1' > dy1'이다. 이는 -Y 방향으로의 산화 속도가 +Y, +X 및 -X 방향으로의 산화 속도보다 더 작다는 것을 나타낸다.
또한, 도 13에서, 다음이 정의된다. 즉, Y 축 방향으로의 전류 통과 영역(208b)의 길이는 "bY'"이며, X 축 방향으로의 전류 통과 영역(208b)의 길이는 "bX'"이다. 그 다음, 이 길이들이 측정되며 측정된 결과는 "bY'" = 4.1 ㎛, "bX'" = 3.9 ㎛이며, "bY'/bX'"(전류 통과 영역(208b)의 직사각형비)는 1.05이다.
도 14는 도 13의 선 A-A를 따라 자른 도 13에서 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다. 도 14에서, 다음이 정의된다. 즉, 전류 통과 영역(208b)의 +Y 측에서의 산화층(208a)의 두께는 "Sy1'"이며, 전류 통과 영역(208b)의 -Y 측에서의 산화층(208a)의 두께는 "Sy2'"이다. 그 다음, 이 두께들이 Y 축 방향의 여러 지점에서 측정될 때, 산화 단부로부터의 거리가 예를 들어 도 14에서의 거리 "d"로 동일하더라도 "Sy1'"는 "Sy2'"보다 대략 2 nm만큼 더 크다.
도 15는 도 13의 선 B-B를 따라 자른 도 13에 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다. 도 15에서, 다음이 정의된다. 즉, 전류 통과 영역(208b)의 -X 측에서의 산화층(208a)의 두께는 "Sx1'"이며, 전류 통과 영역(208b)의 +X 측에서의 산화층(208a)의 두께는 "Sx2'"이다. 그 다음, 이 두께들이 X 축 방향의 여러 지점에서 측정될 때, 산화 단부로부터의 거리가 예를 들어 도 15에서의 거리 "d"로 동일한 경우 "Sx1'"은 "Sx2'"와 실질적으로 동일하다. 또한, "Sx1'" 및 "Sx2'"의 두께는 산화 단부로부터의 거리가 동일하더라도 "Sy1'"의 두께보다 더 작다.
도 16은 면발광 레이저 소자(100A)와 유사한 구조를 갖는 면발광 레이저 소자에서 전류 통과 영역의 직사각형비(bY'/bX')와 편광 억제비 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 16에서, 면발광 레이저 소자의 웨이퍼 A와 웨이퍼 B가 제조되어 상기 관계를 측정하였다. 도 16에 도시된 바와 같이, 전류 통과 영역의 형상으로서, Y축 방향으로의 길이가 X축 방향으로의 길이보다 클 때(bY'/bX' > 1), 편광 억제비를 크게 할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에서, 광 스캐닝 장치(1010)의 광원(14)은 도 3에 도시된 면발광 레이저 소자(100)를 포함하는 대신에, 도 17에 도시된 면발광 레이저 소자(100B)를 포함할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 면발광 레이저 소자(100B)의 단면도이다.
면발광 레이저 소자(100B)에서, 피선택 산화층(308)의 두께는 면발광 레이저 소자(100)에서의 피선택 산화층(108)의 두께보다 더 크다.
면발광 레이저 소자(100B)의 설계 발진 파장은 780 nm 대역에 있다. 면발광 레이저 소자(100B)는 기판(301), 버퍼층(302), 하부 반도체 DBR(303), 하부 스페이서층(304), 활성층(305), 상부 스페이서층(306), 상부 반도체 DBR(307), 콘택 층(309) 등을 포함한다.
기판(101)과 마찬가지로, 기판(301)은 경사 기판이다.
버퍼층(302)은 기판(301)의 +Z측 표면 상에 적층되고 n-GaAs로 형성된다.
하부 반도체 DBR(303)은 버퍼층(302)의 +Z측에 적층되고, 40.5쌍의 n-AlAs로 이루어진 저굴절율층과 n-Al0.3Ga0.7As로 이루어진 고굴절율층을 포함한다.
또한, 전기 저항값을 감소시키기 위해, 굴절율층들 사이에는, 조성이 한 조성에서 다른 조성으로 점진적으로 변화되는 20nm 두께의 조성 경사층이 형성된다. 각 굴절율층은, 발진 파장을 λ라 할 때 인접하는 조성 경사층의 1/2를 포함함으로써 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 결정된다.
하부 스페이서층(304)은 하부 반도체 DBR(303)의 +Z측에 적층되고 비도핑 (Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P로 형성된다.
활성층(305)은 하부 스페이서층(304)의 +Z 측에서 적층되고 3층의 양자 웰층과 4층의 배리어층을 구비하는 3중 양자 웰 구조를 갖는다. 각 양자 웰층은 조성이 0.7%의 압축 스트레인을 유기하는 GaInAsP로 이루어지고, 대략 780 nm의 밴드갭 파장을 갖는다. 또한, 각 배리어층은 장력 스트레인이 0.6%인 GaInP로 이루어진다.
상부 스페이서층(306)은 활성층(305)의 +Z 측에서 적층되고, 비도핑된 (Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P로 이루어진다.
하부 스페이서층(304), 활성층(305) 및 상부 스페이서층(306)으로 이루어진 부분은 공진기 구조체로 불리며, 공진기 구조체의 두께는 1 파장의 광학적 두께가 되도록 결정된다. 높은 유도 방출 확율을 획득하기 위하여, 활성층(305)은 전기장의 정재파(standing wave) 분포의 파복(anti-node) 위치에 대응하는 공진기 구조체의 중심에 있다.
상부 반도체 DBR(307)는 제1 상부 반도체 DBR(3071)(미도시) 및 제2 상부 반도체 DBR(3072)(미도시)를 포함한다.
제1 상부 반도체 DBR(3071)는 상부 스페이서층(306)의 +Z 측에서 적층되고 한 쌍의 p-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P로 이루어진 저굴절율층과 p-(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P로 이루어진 고굴절율층을 포함한다. 전기 저항값을 감소시키기 위하여, 조성이 한 조성에서 다른 조성으로 점진적으로 변화되는 조성 경사층이 저굴절율층과 저굴절율층 사이에 형성된다. 저굴절율층 및 고굴절율층 각각은 발진 파장을 λ라 할 때 인접하는 조성 경사층의 1/2를 포함함으로써 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 결정된다.
제2 상부 반도체 DBR(3072)는 제1 상부 반도체 DBR(3071)의 +Z 측에서 적층되고 23 쌍의 p-Al0.9Ga0.1As로 이루어진 저굴절율층과 p-Al0.3Ga0.7As로 이루어진 고굴절율층을 포함한다. 전기 저항값을 감소시키기 위하여, 조성이 한 조성에서 다른 조성으로 점진적으로 변화되는 조성 경사층이 굴절율층들 사이에 형성된다. 저굴절율층 및 고굴절율층 각각은 발진 파장을 λ라 할 때 인접하는 조성 경사층의 1/2를 포함함으로써 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 결정된다.
p-AlAs로 이루어진 34 nm의 두께의 피선택 산화층(308)이 제2 상부 반도체 DBR(3072)의 저굴절율층 중 하나로 삽입된다. 피선택 산화층(308)의 삽입 위치는 상부 스페이서층(306)으로부터 3번째 쌍의 저굴절율층 및 전기장의 정재파 분포의 노드에 대응하는 위치에 있다.
콘택층(309)은 제2 상부 반도체 DBR(3072)의 +Z 측에서 적층되고, p-GaAs로 이루어진다.
면발광 레이저 소자(100B)는 보호층(311), 폴리이미드층(312), p-전극(313), 및 n-전극(314)을 더 포함한다. 그러나, 보호층(311), 폴리이미드층(312), p-전극(313), 및 n-전극(314)의 각 기능은, 면발광 레이저 소자(100)의 보호층(111), 폴리이미드층(112), p-전극(113), 및 n-전극(114)의 각 기능과 각각 유사하다. 따라서, 상기 요소들에 대한 설명은 생략한다.
면발광 레이저 소자(100B)는 면발광 레이저 소자(100)의 제조 방법과 유사한 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 층 적층체의 표면 상에 형성될 레지스트 패턴의 형상은, X축 방향으로의 길이 "aX"가 25.2 ㎛이고, Y축 방향으로의 길이 "aY"가 24.8 ㎛가 되도록 결정된다. 즉, 길이 "aX" 및 "aY"는 면발광 레이저 소자(100)(도 5 참조)에서의 길이와 다르다.
면발광 레이저 소자(100B)에서, 출력 레이저 빔의 편광 방향은 바람직한 방향인 X축 방향이고, 편광 억제비는 20 dB 이상이고 안정적이다. 또한, 면발광 레이저 소자(100B)에서, X 축 방향과 Y 축 방향에서의 출력 레이저 빔의 방사 각도 사이의 차이는 0.1° 이하이고, 출력 레이저 빔의 단면 형상은 실질적으로 원형이다.
도 18은 도 17의 선 A-A를 따라 자른 면발광 레이저 소자(100B)의 단면도이다. 즉, 면발광 레이저 소자(100B)의 산화 협착 구조체가 도 18에 도시된다. 도 18에서, 다음이 정의된다. 즉, 산화층(308a)의 +Y 측 단부로부터 전류 통과 영역(308b)(비산화층)의 +Y 측 단부까지의 거리는 "dy1'"이고, 산화층(308a)의 -Y 측 단부로부터 전류 통과 영역(308b)(비산화층)의 -Y 측 단부까지의 거리는 "dy2'"이고, 산화층(308a)의 +X 측 단부로부터 전류 통과 영역(308b)(비산화층)의 +X 측 단부까지의 거리는 "dx1'"이고, 산화층(308a)의 -X 측 단부로부터 전류 통과 영역(308b)(비산화층)의 -X 측 단부까지의 거리는 "dx2'"이다. 즉, 도 13에서와 동일한 거리 부호가 도 18에서 사용된다. 거리들이 IR 현미경을 이용하여 측정될 때, 측정된 결과는 dy2' > dy1'이며, dy2' > dx2' ≒ dx1'이다. 이는 +Y 방향으로의 산화 속도가 -Y, +X 및 -X 방향으로의 산화 속도보다 더 크다는 것을 나타낸다.
또한, 도 18에서, 다음이 정의된다. 즉, Y 축 방향으로의 전류 통과 영역(308b)의 길이는 "bY'"이며, X 축 방향으로의 전류 통과 영역(308b)의 길이는 "bX'"이다. 그 다음, 이 길이들이 측정되며 "bY'/bX'"(전류 통과 영역(308b)의 직사각형비)는 0.95이다.
도 19는 도 18의 선 A-A를 따라 자른 도 18에서 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다. 도 19에서, 다음이 정의된다. 즉, 전류 통과 영역(308b)의 +Y 측에서의 산화층(308a)의 두께는 "Sy1'"이며, 전류 통과 영역(308b)의 -Y 측에서의 산화층(308a)의 두께는 "Sy2'"이다. 그 다음, 이 두께들이 Y 축 방향의 여러 지점에서 측정될 때, 산화 단부로부터의 거리가 예를 들어 도 19에서의 거리 "d"로 동일하더 라도 "Sy2'"는 "Sy1'"보다 작다.
도 20은 도 18의 선 B-B를 따라 자른 도 18에 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다. 도 20에서, 다음이 정의된다. 즉, 전류 통과 영역(308b)의 -X 측에서의 산화층(308a)의 두께는 "Sx1'"이며, 전류 통과 영역(308b)의 +X 측에서의 산화층(308a)의 두께는 "Sx2'"이다. 즉, 도 15에서의 거리 부호와 동일한 거리 부호가 도 20에서 사용된다. 그 다음, 이 두께들이 X 축 방향의 여러 지점에서 측정될 때, 산화 단부로부터의 거리가 예를 들어 도 20에서의 거리 "d"로 동일한 경우 "Sx1'"은 "Sx2'"와 실질적으로 동일하다. 또한, "Sx1'" 및 "Sx2'"의 두께는 산화 단부로부터의 거리가 동일하더라도 "Sy2'"의 두께보다 더 크다.
도 21은 면발광 레이저 소자(100B)와 유사한 구조를 갖는 면발광 레이저 소자의 전류 통과 영역의 직사각형비(bY'/bX')와 출력 레이저 빔의 방사각 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 전류 통과 영역의 형상이 정사각형(bY'/bX' = 1.0)의 형상을 가질 때, X축 방향과 Y축 방향에서의 방사각의 차이(방사각 차이)는 0.17°이고, 출력 레이저 빔의 단면 형상은 타원형이다. 이는, "Sy2'"의 두께가 "Sx1'"의 두께와 "Sx2'"의 두께보다 작기 때문이다.
도 22는 면발광 레이저 소자(100B)의 구조와 유사한 구조를 갖는 면발광 레이저 소자의 전류 통과 영역의 직사각형비(bY'/bX')와 방사각 차이 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 전류 통과 영역의 직사각형비와 방사각 차이 사이에는 선형의 상관이 있다. 전류 통과 영역의 직사각형비가 0.9 이상 1.0미만일 때, 방사각 차이는 전류 통과 영역이 정사각 형상을 갖는 경우보다 더 작을 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명자들은 산화 속도의 면 방위(plane orientation) 의존성이 동일한 산화 조건에서 피선택 산화층의 두께로 인하여 다르다는 것을 발견하였다.
상기 실시예에서, 발광부의 발진 파장이 780 nm 대역에 있다. 그러나, 발광부의 발진 파장은 감광체(감광 드럼)의 특성에 따라 바뀔 수 있다.
또한, 면발광 레이저 소자(100, 100A, 100B)는 화상 형성 장치 이외의 다른 장치에 사용될 수 있다. 이 경우, 발진 파장은 용도에 따라 650 nm 대역, 850 nm 대역, 980 nm 대역, 1.3 ㎛ 대역, 1.5 ㎛ 대역 등에 있을 수 있다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 면발광 레이저 어레이(500)을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 광 스캐닝 장치(1010) 내의 광원(14)은 면발광 레이저 소자(100, 100A, 100B)를 포함하는 대신에 도 23에 도시된 면발광 레이저 어레이(500)를 포함할 수 있다.
면발광 레이저 어레이(500)에서, 복수의 발광부가 기판 상에 배치된다. 도 23에서, 32개의 발광부가 배치된다. 도 23에서, M 방향은 주 스캐닝 대응 방향이고, S 방향은 부 스캐닝 대응 방향이다. 발광부의 개수는 32로 한정되지 않으며, 32개보다 더 적거나 더 많을 수 있다.
도 24는 도 23에 도시된 발광부들의 2차원 어레이를 나타낸 도면이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 면발광 레이저 어레이(500)는, M 방향으로부터 S 방향쪽으로 기울어진 각도를 갖는 T 방향으로 8개의 발광부가 등간격으로 배열된 발광부 어레이를 4개 어레이 포함한다. 1개의 어레이에서 발광부들은 8개 발광부의 중심들 사이의 S 방향의 간격이 "c"가 되도록 배치되고, 4개의 발광부 어레이는 4개의 발광부 어레이 사이의 S 방향의 간격이 "e" (2개의 발광부 어레이의 중심 간의 거리)가 되도록 배치된다. 즉, 32개의 발광부는 2차원적으로 배열된다.
도 24에서, 간격 "c"는 3 ㎛이고, 간격 "e"는 24 ㎛이고, M 방향으로의 발광부들간의 간격 "m"은 30 ㎛이다.
도 25는 도 24의 선 A-A를 따라 자른 단면도이다. 도 25에 도시된 바와 같이, 발광부는 면발광 레이저 소자(100)와 같다. 즉, 면발광 레이저 어레이(500)는 면발광 레이저 소자(100)의 제조 방법과 유사한 방법으로 제조될 수 있다.
면발광 레이저 어레이(500)는 면발광 레이저 소자들(100)로 형성된다. 따라서, 면발광 레이저 어레이(500)는 면발광 레이저 소자(100)의 효과와 같은 효과를 가질 수 있다.
각 발광부가 부 스캐닝 대응 방향으로 연장된 가상선 상에 정사영될 때(normally projected) 면발광 레이저 어레이(500)에서, 간격 "c"이 일정하므로, 발광부의 발광 타이밍이 조정될 때 발광부들이 감광체 드럼(1030) 상에 부 스캐닝 방향으로 등간격으로 배열되어 있다고 말할 수 있다.
또한, 간격 "c"가 3 ㎛이므로, 광 스캐닝 장치(1010)의 광학계의 배율이 대략 1.8 배인 것으로 결정될 경우, 4800 dpi (dot per inch)의 고밀도의 쓰기(high density writing)가 실행가능하다. 주 스캐닝 대응 방향으로 발광부의 개수가 증가 될 때, 간격 "e"를 좁힘으로써 간격 "c"가 더 감소되는 어레이 배치를 수행하거나 광학계의 배율을 감소시켜서, 보다 고밀도의 쓰기를 수행할 수 있고 보다 고품질의 인쇄를 수행할 수 있다. 또한, 주 스캐닝 방향으로의 쓰기 간격은, 발광부의 발광 타이밍의 조절에 의해 쉽게 제어될 수 있다.
이 경우, 레이저 프린터(100)에서, 쓰기 도트 밀도(dot density)가 증가되더라도, 인쇄 속도의 감소 없이 인쇄를 수행할 수 있다. 또한, 쓰기 도트 밀도가 변하지 않을 때, 인쇄 속도는 더 증가될 수 있다.
또한, 이 경우, 발광부들로부터 나오는 레이저 빔(광 플럭스)의 편광 방향은 안정적이고 동일하여, 레이저 프린터(1000)는 고품질의 화상을 안정적으로 형성할 수 있다.
면발광 레이저 어레이(500)에서, 2개의 인접한 발광부(면발광 레이저 소자(100)) 사이의 거리(그루브)는, 발광부들이 전기적으로 공간적으로 서로 분리되도록 하기 위해, 바람직하게는 5 ㎛ 이상이다. 이 거리가 너무 작을 경우에는, 면발광 레이저 어레이(500)의 제조시 식각(etching)이 용이하게 제어되지 않는다. 또한, 메사의 크기(일측의 길이)는 바람직하게는 10 ㎛ 이상이다. 이 길이가 너무 짧으면, 열이 면발광 레이저 어레이(500) 내부에 열이 머무르고 특성이 나빠질 수 있다.
또한, 면발광 레이저 어레이(500)에서, 면발광 레이저 소자(100)를 사용하는 대신에 면발광 레이저 소자(100A 또는 100B)가 사용될 수 있다.
또한, 면발광 레이저 어레이에서, 면발광 레이저 소자(100, 100A, 100B)는 1 차원적으로 배열될 수 있다.
또한, 기판(101, 201, 301)의 거울 연마면(주면)의 법선 방향은 결정 방위 [1 0 0] 방향에 대해 결정 방위 [1 1 1] A 방향으로 15도만큼 경사진다. 그러나, 기판(101, 201, 301)의 거울 연마면(주면)의 법선 방향은 결정 방위 [1 0 0] 방향에 대해 결정 방위 [1 1 1] 방향으로 15도 이외의 다른 각도로 경사질 수 있다.
본 실시예에서는, 메사 직사각형비가 0.992인 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 전술한 바와 같이, 메사 직사각형비가 0.988 보다 크고 1.014 보다 작을 경우, 출력 레이저 빔의 방사각은 전류 통과 영역이 정사각형인 경우에서보다 더 작을 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 화상 형성 장치로서, 레이저 프린터(1000)가 사용된다. 그러나, 화상 형성 장치가 레이저 프린터(1000)에 한정되는 것은 아니고, 광 스캐닝 장치(1010)을 포함하는 화상 형성 장치가 될 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서, 화상 형성 장치로서, 대응하는 색을 지시하는 레이저 빔이 기록 매체 상으로 직접 조사되는 화상 형성 장치가 사용될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 화상 형성 장치로서, 은염 필름(silver salt film)이 화상 캐리어(image carrier)로 이용되는 화상 형성 장치가 사용될 수 있다. 이 경우, 잠상은 광 스캐닝에 의해 은염 필름 상에 형성되고, 이 잠상은 통상의 은염 사진 공정의 현상 공정에 의해 시각화될 수 있다. 더욱이, 가시의(visible) 화상이 통상의 은염 공정의 인쇄 공정에 의해 인화지(photographic printing paper) 상으로 전사될 수 있다. 화상 형성 장치는 광 복사 장치(optical reproduction apparatus)로 사용되거나, CT(computerized tomography) 스캔 화상 등을 보여주는 광 화상 형성 장치로 사용될 수 있다.
또한, 도 26에 도시된 바와 같이, 화상 형성 장치로서, 복수의 감광체 드럼을 갖는 컬러 프린터(2000)가 사용될 수 있다. 도 28은 컬러 프린터(2000)의 단면도이다.
컬러 프린터(2000)는 4색 화상(블랙(black), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 옐로우(yellow) 화상)의 중첩에 의해 풀컬러(full color) 화상을 형성하는 탠덤 방식(tandem type) 다색 컬러 프린터이다. 컬러 프린터(2000)는 블랙 화상을 위한 감광체 드럼(K1), 대전 장치(K2), 현상 장치(K4), 클리닝부(K5), 및 전사 장치(K6); 시안 화상을 위한 감광체 드럼(C1), 대전 장치(C2), 현상 장치(C4), 클리닝부(C5), 및 전사 장치(C6); 마젠타 화상을 위한 감광체 드럼(M1), 대전 장치(M2), 현상 장치(M4), 클리닝부(M5), 및 전사 장치(M6); 옐로우 화상을 위한 감광체 드럼(Y1), 대전 장치(Y2), 현상 장치(Y4), 클리닝부(Y5), 및 전사 장치(Y6); 및 광 스캐닝 장치(2010), 전사 벨트(2080), 정착부(2030) 등을 포함한다.
이하에서, 소자들의 동작은 4색 화상에서 동일하므로, 대표로 블랙 화상의 동작을 설명한다.
감광체 드럼(K1)은 도 26에 도시된 화살표 방향으로 회전한다. 대전 장치(K2), 현상 장치(K4), 전사 장치(K6) 및 클리닝부(K5)가 감광체 드럼(K1)의 회전 방향을 따라 감광체 드럼(K1)을 둘러서 순차적으로 배치된다. 대전 장치(K2)는 감광체 드럼(K1)의 표면을 균일하게 대전시킨다. 광 스캐닝 장치(2010)는 대전 장 치(K2)에 의해 대전된 감광체 드럼(K1)의 표면 상으로 광 빔을 방사한다. 이로써, 정전 잠상(electrostatic latent image)이 감광체 드럼(K1)의 표면 상에 형성된다. 현상 장치(K4)는 정전 잠상을 현상하고 감광체 드럼(K1)의 표면 상에 토너 화상을 형성한다. 전사 장치(K6)는 전사 벨트(2080) 상의 기록 매체(용지) 상으로 토너 화상을 전사하고, 전사된 화상은 정착부(2030)에 의해 정착된다. 상술한 동작은 모든 색의 화상에 대해 수행되고, 풀컬러 화상이 기록 매체 상에 인쇄된다.
광 스캐닝 장치(2010)는 각 색에서 광원(14)과 유사한 광원을 포함한다. 따라서, 광 스캐닝 장치(2010)는 광 스캐닝 장치(1010)의 효과와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 컬러 프린트(2000)는 광 스캐닝 장치(2010)를 포함하기 때문에, 레이저 프린터(1000)의 효과와 같은 효과를 얻을 수 있다.
컬러 프린터(2000)에서, 각 구성요소의 제조 오차 및 위치 오차로 인하여 컬러 레지스트레이션 에러(color registration error)가 발생될 수 있다. 그러나, 광 스캐닝 장치(2010)의 각 광원이 면발광 레이저 어레이(500)와 같은 면발광 레이저 어레이를 포함하는 경우에는, 발광될 발광부가 선택될 때, 컬러 레지스트레이션 에러가 감소될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 면발광 레이저 소자(100, 100A, 100B) 및 면발광 레이저 어레이(500)에서, 편광 방향에서의 출력 레이저 빔의 안정성이 높고, 고비용의 발생 없이 출력 레이저 빔의 단면 형상이 대략 원 혹은 타원이 될 수 있다. 또한, 광 스캐닝 장치(1010, 2010)에서, 정확한 광 스캐닝이 고비용의 발생 없이 수행될 수 있다. 또한, 화상 형성 장치(1000, 2000)는 고비 용의 발생 없이 고품질의 화상을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변형예와 수정예가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다.
본 발명은 일본 특허청에 2008년 5월 15일에 출원된 일본특허출원 제2008-128303호, 및 2009년 3월 30일에 출원된 일본특허출원 제2009-081664호를 기초로 한 우선권을 수반하며, 이 우선권의 기초가 되는 출원들의 전체 내용은 참조로 본 명세서에 편입된다.
본 발명의 특징 및 이점은 다음과 같은 첨부된 도면을 참조하여 읽어질 때 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치의 단면도이다;
도 2는 도 1에 도시된 광 스캐닝 장치의 단면도이다;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 면발광 레이저 소자의 단면도이다;
도 4a는 도 3에 도시된 기판의 경사를 도시하는 도면이다;
도 4b는 도 3에 도시된 기판의 위치를 도시하는 도면이다;
도 5는 도 3에 도시된 면발광 레이저 소자의 메사 직사각형비(mesa rectangular ratio)를 나타내는 도면이다;
도 6은 도 3의 선 A-A를 따라 자른 면발광 레이저 소자의 단면도이다;
도 7은 도 6의 선 A-A를 따라 자른 도 6에서 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다;
도 8은 도 6의 선 B-B를 따라 자른 도 6에서 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다;
도 9는 도 3에 도시된 기판과 유사한 경사 기판을 이용한 면발광 레이저 소자의 전류 통과 영역의 직사각형비와 출력 레이저 빔의 방사각 사이의 관계를 도시하는 그래프이다;
도 10은 도 3에 도시된 기판과 유사한 경사 기판을 이용한 면발광 레이저 소자의 전류 통과 영역의 직사각형비와 방사각 차이 사이의 관계를 도시하는 그래프 이다;
도 11은 도 3에 도시된 기판과 유사한 경사 기판을 이용한 면발광 레이저 소자의 전류 통과 영역의 직사각형비와 메사 직사각형비 사이의 관계를 도시하는 그래프이다;
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 다른 면발광 레이저 소자의 단면도이다;
도 13은 도 12의 선 A-A를 따른 자른 면발광 레이저 소자의 단면도이다;
도 14는 도 13의 선 A-A를 따라 자른 도 13에서 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다;
도 15는 도 13의 선 B-B를 따라 자른 도 13에서 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다;
도 16는 도 12에 도시된 면발광 레이저 소자와 유사한 구조를 갖는 면발광 레이저 소자에서의 전류 통과 영역의 직사각형비와 편광 억제비 사이의 관계를 도시하는 그래프이다;
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 다른 면발광 레이저 소자의 단면도이다;
도 18은 도 17의 선 A-A를 따라 자른 면발광 레이저 소자의 단면도이다;
도 19는 도 18의 선 A-A를 따라 자른 도 18에서 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다;
도 20은 도 18의 선 B-B를 따라 자른 도 18에서 도시된 산화 협착 구조체의 단면도이다;
도 21은 도 17에 도시된 면발광 소자의 구조와 유사한 구조를 갖는 면발광 레이저 소자의 전류 통과 영역의 직사각형비와 출력 레이저 빔의 방사각 사이의 관계를 도시하는 그래프이다;
도 22는 도 17에 도시된 면발광 레이저 소자의 구조와 유사한 구조를 갖는 면발광 레이저 소자의 전류 통과 영역의 직사각형비와 방사각 차이 사이의 관계를 도시하는 그래프이다;
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 면발광 레이저 어레이를 도시하는 도면이다;
도 24는 도 23에 도시된 발광부의 2차원 어레이를 도시하는 도면이다;
도 25는 도 24의 선 A-A를 따라 자른 단면도이다;
도 26은 컬러 프린터의 단면도이다;
도 27a는 메사의 외형과 전류 통과 영역의 형상을 도시하는 도면이다; 그리고,
도 27b는 메사의 외형과 2개의 축에 대하여 대칭인 전류 통과 영역의 형상을 도시하는 도면이다.

Claims (14)

  1. 면발광 레이저 소자의 기판의 표면에 수직인 방향으로 레이저 빔을 방출하는 면발광 레이저 소자로서,
    상기 기판의 주면의 법선 방향이 결정 방위 [1 0 0 ]의 일 방향에 대하여 결정 방위 [1 1 1]의 일 방향으로 경사지고,
    상기 면발광 레이저 소자는,
    활성층을 포함하는 공진기 구조체;
    상기 공진기 구조체를 샌드위칭하고, 전류 통과 영역이 적어도 알루미늄을 함유하는 피선택 산화층의 일부의 산화에 의해 형성된 산화층으로 둘러싸여 있는 협착 구조체를 포함하는 제1 및 제2 반도체 분포 브래그 반사기, 및
    상기 기판 상에 적층된 복수의 반도체층을 포함하고,
    상기 전류 통과 영역의 형상은 결정 방위 [1 0 0]의 일 방향 및 결정 방위 [1 1 1]의 일 방향에 직교하고 상기 기판의 표면에 평행하고 상기 전류 통과 영역의 중심을 통과하는 제1 축에 대하여 대칭이며; 상기 법선 방향 및 상기 제1 축에 직교하고 상기 전류 통과 영역의 중심을 통과하는 제2 축에 대하여 대칭이고;
    상기 제1 축 방향으로의 상기 전류 통과 영역의 길이는 상기 제2 축 방향으로의 길이와 다르고;
    상기 전류 통과 영역을 둘러싸는 산화층의 두께는 제2 축 방향에 평행한 방향과 제1 축 방향에 평행한 방향 사이에서 서로 다르고;
    상기 제1 축 방향으로의 상기 레이저 빔의 방사각은 상기 제2 축 방향으로의 상기 레이저 빔의 방사각과 같은, 면발광 레이저 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 축 방향으로의 상기 전류 통과 영역의 길이는, 상기 제1 축 방향으로의 상기 전류 통과 영역의 길이보다 크고;
    상기 전류 통과 영역을 둘러싸는 상기 산화층의 두께는 상기 제1 축에 평행한 방향에서보다 상기 제2 축에 평행한 방향들 중 하나의 방향에서 더 큰 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 주면의 법선 방향은 결정 방위 [1 0 0] 방향에 대하여 결정 방위 [1 1 1] A 방향으로 경사지고,
    상기 제1 축 방향에 평행한 방향은 결정 방위 [0 -1 1] 방향과 결정 방위 [0 1 -1] 방향인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 축 방향으로의 상기 전류 통과 영역의 길이는 "1"이고, 상기 제2 축 방향으로의 상기 전류 통과 영역의 길이는 "1"보다 크고 "1.17"보다 작도록 결정되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 반도체층은, 상기 피선택 산화층의 적어도 일측이 식각에 의해 노출되는 메사 형상을 갖고,
    상기 제1 축 방향으로의 상기 메사 형상의 길이는 "1"이고, 상기 제2 축 방향으로의 상기 메사 형상의 길이는 "0.988" 이상 "1.014"이하가 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전류 통과 영역의 길이는 상기 제1 축 방향에서보다 상기 제2 축 방향에서 더 작고,
    상기 전류 통과 영역을 둘러싸는 상기 산화층의 두께는 상기 제1 축 방향에 평행한 방향에서보다 상기 제2 축 방향에 평행한 방향들 중 하나의 방향에서 더 큰 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 축 방향으로의 상기 전류 통과 영역의 길이는 "1"이고, 상기 제2 축 방향으로의 상기 전류 통과 영역의 길이는 "1"보다 작고 "0.90"이상이 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 축 방향은 상기 출력 레이저 빔의 편광 방향인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 축 방향은 상기 출력 레이저 빔의 편광 방향인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저 소자.
  10. 제1항에 따른 면발광 레이저 소자를 복수개 구비하는 면발광 레이저 어레이.
  11. 레이저 빔에 의해 스캐닝될 표면을 스캐닝하는 광 스캐닝 장치로서,
    제1항에 따른 면발광 레이저 소자를 포함하는 광원;
    상기 광원으로부터 나온 레이저 빔을 편향시키는 편향기; 및
    상기 편향기에 의해 편향된 레이저 빔을 상기 스캐닝될 표면 상으로 집광하는 스캐닝 광학계를 포함하는 광 스캐닝 장치.
  12. 레이저 빔에 의해 스캐닝될 표면을 스캐닝하는 광 스캐닝 장치로서,
    제10항에 따른 면발광 레이저 어레이를 포함하는 광원;
    상기 광원으로부터 나온 레이저 빔을 편향시키는 편향기; 및
    상기 편향기에 의해 편향된 레이저 빔을 상기 스캐닝될 표면 상으로 집광하는 스캐닝 광학계를 포함하는 광 스캐닝 장치.
  13. 적어도 하나의 화상 캐리어; 및
    화상 정보를 포함하는 레이저 빔을 상기 화상 캐리어 상으로 스캐닝하는 제11항에 따른 적어도 하나의 광 스캐닝 장치를 포함하는 화상 형성 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 화상 정보는 다색 화상 정보인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
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