(57)【要約】【課題】プリンタヘッドに用いるガウス光分布を有し、高温に強い半導体レーザ・ダイオード、及びそれを採用したプリンタヘッド及び画像形成装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ・ダイオードであって、ｎ型分散ブラッグ反射器と、ｐ型分散ブラッグ反射器と、前記ｎ型分散ブラッグ反射器とｐ型分散ブラッグ反射器との間に配置される活性層とを含む共振器と、前記共振器の側面の外周囲に備わる凹凸パターンとを有する。【選択図】      図１
2010287886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ・ダイオードであって、
ｎ型分散ブラッグ反射器と、ｐ型分散ブラッグ反射器と、前記ｎ型分散ブラッグ反射器とｐ型分散ブラッグ反射器との間に配置される活性層とを含む共振器と、
前記共振器の側面の外周囲に備わる凹凸パターンとを有することを特徴とする半導体レーザ・ダイオード。
【請求項２】
前記凹凸パターンは、ラウンド形状の凸部と、ラウンド形状の凹部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項３】
前記凹凸パターンは、隣接する凸部のサイズが互いに異なるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項４】
前記凹凸パターンの凸部は、互いに同じサイズを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項５】
前記凹凸パターンの最外郭点を連結する線の形状が、ほぼ円形であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項６】
前記凹凸パターンの最外郭点を連結する線の形状が、ほぼ四角形であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項７】
前記半導体レーザ・ダイオードの中央部に、孔部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項８】
前記凹凸パターンの周囲に備わり、前記活性層で発振された光を、光量子リング状レイリー拘束条件（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｒｉｎｇ  Ｒａｙｌｅｉｇｈ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）によって拘束させる被覆層をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項９】
前記被覆層が、前記活性層で発振された光を光量子リング状レイリー拘束条件によって拘束させることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項１０】
前記共振器は、三次元レイリー式共振器であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項１１】
前記半導体レーザ・ダイオードは、その光度がガウス分布を有する光を放出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項１２】
前記凹凸パターンの最外郭点を連結する線の形状が、多角形状を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項１３】
感光媒体に各画素ごとに光を選択的に照射するプリンタヘッドにおいて、
半導体レーザ・ダイオードが前記画素に対応するように配列された光源ユニットと、
前記光源ユニットから入射した光を感光媒体に集光させる集光部とを有し、
前記半導体レーザ・ダイオードは、ｎ型分散ブラッグ反射器と、ｐ型分散ブラッグ反射器と、前記ｎ型分散ブラッグ反射器とｐ型分散ブラッグ反射器との間に配置される活性層とを含む共振器と、前記共振器の側面の外周囲に備わる凹凸パターンとを含むことを特徴とするプリンタヘッド。
【請求項１４】
前記半導体レーザ・ダイオードは、前記凹凸パターンの周囲に備わり、前記活性層で発振された光を、光量子リング状レイリー拘束条件によって拘束させる被覆層をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のプリンタヘッド。
【請求項１５】
前記半導体レーザ・ダイオードは、その中央部に孔部を有することを特徴とする請求項１３に記載のプリンタヘッド。
【請求項１６】
前記共振器は、三次元レイリー式共振器であることを特徴とする請求項１３に記載のプリンタヘッド。
【請求項１７】
前記半導体レーザ・ダイオードは、その光度がガウス分布を有する光を放出することを特徴とする請求項１３に記載のプリンタヘッド。
【請求項１８】
潜像が形成される感光媒体と、
半導体レーザ・ダイオードが画素に対応するように配列された光源ユニットと、前記光源ユニットから入射した光を感光媒体に集光させる集光部とを含むプリンタヘッドと、
前記感光媒体に現像剤を供給し、前記潜像に対応する画像を形成する現像ユニットと、
前記感光媒体に形成された画像を印刷媒体に転写する転写ユニットと、
前記印刷媒体に転写された画像を定着させる定着ユニットとを有し、
前記半導体レーザ・ダイオードは、ｎ型分散ブラッグ反射器と、ｐ型分散ブラッグ反射器と、前記ｎ型分散ブラッグ反射器とｐ型分散ブラッグ反射器との間に配置される活性層とを含む共振器と、前記共振器の側面の外周囲に備わる凹凸パターンとを含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１９】
前記凹凸パターンの周囲に備わり、前記活性層で発振された光を、光量子リング状レイリー拘束条件によって拘束させる被覆層をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の画像形成装置。
【請求項２０】
前記半導体レーザ・ダイオードは、その中央部に孔部を有することを特徴とする請求項１８に記載の画像形成装置。
【請求項２１】
前記共振器は、三次元レイリー式共振器であることを特徴とする請求項１８に記載の画像形成装置。
【請求項２２】
前記半導体レーザ・ダイオードは、その光度がガウス分布を有する光を放出することを特徴とする請求項１８に記載の画像形成装置。
【請求項２３】
半導体レーザ・ダイオードは、光量子リング状レーザ・ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ・ダイオード。
【請求項２４】
共振器と、
前記共振器の側面の外周囲に備わる凹凸パターンとを有し、
前記凹凸パターンは、複数個のラウンド形状の凸部と前記凸部との間に、それぞれ複数個の凹部を含むことを特徴とする半導体レーザ・ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ・ダイオード並びにこれを採用したプリントヘッド及び画像形成装置に関し、特に、ガウス光分布を有し、高温に強い半導体レーザ・ダイオード並びにこれを採用したプリントヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電子写真方式の画像形成装置は、感光媒体にレーザビームを走査し、感光媒体を感光させることによって静電潜像を形成し、感光媒体に隣接するように離隔配置された現像ローラと、感光媒体との間にトナーを供給し、電気的性質によって画像形成部に選択的にトナーを付着させる。
【０００３】
このような電子写真方式の画像形成装置は、レーザビームを感光媒体に走査するためのレーザ走査装置を含む。ところで、レーザ走査装置は、精密な光学的配置が要求され、かつ高価である。
【０００４】
このようなレーザ走査装置を代替するもののうちの一つがプリンタヘッドである。プリンタヘッドの光源として使われている発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ランダムな自発放出にのみ依存するので、誘導放出によるレーザのように、スレショルド電流以上での高出力、高周波、直進性、可干渉性（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）のような特性がないという問題がある。
また、ＬＥＤは、レーザのスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）問題はないが、低い光抽出効率を有し、多量の電流注入時に、熱問題が伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６８１６５２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は上記従来のプリンタヘッドにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、プリンタヘッドに用いるガウス光分布を有し、高温に強い半導体レーザ・ダイオードを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ガウス光分布を有し、高温に強い半導体レーザ・ダイオードを採用したプリンタヘッド及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体レーザ・ダイオードは、半導体レーザ・ダイオードであって、ｎ型分散ブラッグ反射器と、ｐ型分散ブラッグ反射器と、前記ｎ型分散ブラッグ反射器とｐ型分散ブラッグ反射器との間に配置される活性層とを含む共振器と、前記共振器の側面の外周囲に備わる凹凸パターンとを有することを特徴とする。
【０００８】
前記凹凸パターンは、ラウンド形状の凸部と、ラウンド形状の凹部とを含むこと。
前記凹凸パターンは、隣接する凸部のサイズが互いに異なるように構成されること。
前記凹凸パターンの凸部は、互いに同じサイズを有すること。
前記凹凸パターンの最外郭点を連結する線の形状が、ほぼ円形であること。
前記凹凸パターンの最外郭点を連結する線の形状が、ほぼ四角形であること。
前記半導体レーザ・ダイオードの中央部に、孔部を有すること。
前記凹凸パターンの周囲に備わり、前記活性層で発振された光を、光量子リング状レイリー拘束条件（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｒｉｎｇ  Ｒａｙｌｅｉｇｈ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）によって拘束させる被覆層をさらに有すること。
前記被覆層が、前記活性層で発振された光を光量子リング状レイリー拘束条件によって拘束させること。
前記共振器は、三次元レイリー式共振器であること。
前記半導体レーザ・ダイオードは、その光度がガウス分布を有する光を放出すること。
前記凹凸パターンの最外郭点を連結する線の形状が、多角形状を有すること。
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本発明によるプリンタヘッドは、感光媒体に各画素ごとに光を選択的に照射するプリンタヘッドにおいて、半導体レーザ・ダイオードが前記画素に対応するように配列された光源ユニットと、前記光源ユニットから入射した光を感光媒体に集光させる集光部とを有し、前記半導体レーザ・ダイオードは、ｎ型分散ブラッグ反射器と、ｐ型分散ブラッグ反射器と、前記ｎ型分散ブラッグ反射器とｐ型分散ブラッグ反射器との間に配置される活性層とを含む共振器と、前記共振器の側面の外周囲に備わる凹凸パターンとを含むことを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明による画像形成装置は、潜像が形成される感光媒体と、半導体レーザ・ダイオードが画素に対応するように配列された光源ユニットと、前記光源ユニットから入射した光を感光媒体に集光させる集光部とを含むプリンタヘッドと、前記感光媒体に現像剤を供給し、前記潜像に対応する画像を形成する現像ユニットと、前記感光媒体に形成された画像を印刷媒体に転写する転写ユニットと、前記印刷媒体に転写された画像を定着させる定着ユニットとを有し、前記半導体レーザ・ダイオードは、ｎ型分散ブラッグ反射器と、ｐ型分散ブラッグ反射器と、前記ｎ型分散ブラッグ反射器とｐ型分散ブラッグ反射器との間に配置される活性層とを含む共振器と、前記共振器の側面の外周囲に備わる凹凸パターンとを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体レーザ・ダイオードは、共振器と、前記共振器の側面の外周囲に備わる凹凸パターンとを有し、前記凹凸パターンは、複数個のラウンド形状の凸部と前記凸部との間に、それぞれ複数個の凹部を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る半導体レーザ・ダイオードをプリンタヘッドの光源として使用する場合、光放出角度が狭く、かつ垂直方向性を有するので、光を容易に集束できるという効果がある。また、本発明による半導体レーザ・ダイオードは、ガウス光分布を有するために、プリンタヘッド用光源に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による半導体レーザ・ダイオードの斜視図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ・ダイオードのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図２のＡ部の拡大図である。
【図４】図１に示した半導体レーザ・ダイオードの変形例である。
【図５】本発明の他の実施形態による半導体レーザ・ダイオードの斜視図である。
【図６】図５に示した半導体レーザ・ダイオードの変形例である。
【図７】本発明の一実施形態による半導体レーザ・ダイオードのサイズを示す図面である。
【図８】図７に示した半導体レーザ・ダイオードの３×３アレイに、１００μＡ電流を注入したときの発光写真である。
【図９】図７に示した半導体レーザ・ダイオードの３×３アレイに、１５０μＡ電流を注入したときの発光写真である。
【図１０】図７に示した半導体レーザ・ダイオードの３×３アレイに、２００μＡ電流を注入したときの発光写真である。
【図１１】図７に示した半導体レーザ・ダイオードの３×３アレイに、２５０μＡ電流を注入したときの発光写真である。
【図１２】本発明の他の実施形態による半導体レーザ・ダイオードのサイズを示す図面である。
【図１３】図１２に示した半導体レーザ・ダイオードの３×３アレイに、１００μＡ電流を注入したときの発光写真である。
【図１４】図１２に示した半導体レーザ・ダイオードの３×３アレイに、１５０μＡ電流を注入したときの発光写真である。
【図１５】図１２に示した半導体レーザ・ダイオードの３×３アレイに、２００μＡ電流を注入したときの発光写真である。
【図１６】図１２に示した半導体レーザ・ダイオードの３×３アレイに、２５０μＡ電流を注入したときの発光写真である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は、図７に示した半導体レーザ・ダイオードに２０μＡの電流を注入したとき、測定高さが０μｍであるときの光度分布を示したグラフである。
【図１８】（ａ）（ｂ）は、図７に示した半導体レーザ・ダイオードに２０μＡの電流を注入したとき、測定高さが３０μｍであるときの光度分布を示したグラフである。
【図１９】（ａ）（ｂ）は、図７に示した半導体レーザ・ダイオードに２０μＡの電流を注入したとき、測定高さが６０μｍであるときの光度分布を示したグラフである。
【図２０】（ａ）（ｂ）は、図７に示した半導体レーザ・ダイオードに２０μＡの電流を注入したとき、測定高さが９０μｍであるときの光度分布を示したグラフである。
【図２１】（ａ）（ｂ）は、図１２に示した半導体レーザ・ダイオードに２５μＡの電流を注入したとき、測定高さが０μｍであるときの光度分布を示したグラフである。
【図２２】（ａ）（ｂ）は、図１２に示した半導体レーザ・ダイオードに２５μＡの電流を注入したとき、測定高さが３０μｍであるときの光度分布を示したグラフである。
【図２３】（ａ）（ｂ）は、図１２に示した半導体レーザ・ダイオードに２５μＡの電流を注入したとき、測定高さが６０μｍであるときの光度分布を示したグラフである。
【図２４】（ａ）（ｂ）は、図１２に示した半導体レーザ・ダイオードに２５μＡの電流を注入したとき、測定高さが９０μｍであるときの光度分布を示したグラフである。
【図２５】（ａ）は本発明による半導体レーザ・ダイオードとの比較例であって、凹凸パターンのない円形端面の半導体ＬＥＤの発光状態を示した発光写真であり、（ｂ）は（ａ）の半導体ＬＥＤのビーム径によるビームパワーを示したグラフである。
【図２６】（ａ）は図７に示した半導体レーザ・ダイオードの発光状態を示した発光写真であり、（ｂ）は（ａ）の半導体レーザ・ダイオードのビーム径によるビームパワーを示したグラフである。
【図２７】本発明の一実施形態によるプリンタヘッドを概略的に示した斜視図である。
【図２８】本発明の一実施形態による画像形成装置を概略的に示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明に係る導体レーザ・ダイオード並びにこれを採用したプリンタヘッド及び画像形成装置を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による半導体レーザ・ダイオードの斜視図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態による半導体レーザ・ダイオード５０は、半導体レーザ・ダイオード５０の側面（ｌａｔｅｒａｌ）の外周囲（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ）に、凹凸パターン５１が備わる。
【００１６】
凹凸パターン５１は、レーザ・ダイオード５０の外周囲に沿って、交互に配列された凸部５１ａと凹部５１ｂとを含む。凸部５１ａと凹部５１ｂは、例えば、ラウンド（ｒｏｕｎｄ）形状の端面を有することができる。しかし、凸部５１ａと凹部５１ｂとの形状は、これに限定されるものではなく、多角形状の端面を有することも可能である。
図１では、１つのレーザ・ダイオードだけを図示したが、複数個のレーザ・ダイオードが１つの基板上にアレイ状に集積されうる。
【００１７】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示したものであり、半導体レーザ・ダイオードは、光を発光させる共振器３０と、共振器３０の側面の外周囲に備わった凹凸パターン５１とを含む。共振器３０は、ｎ型分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１６、ｐ型分散ブラッグ反射器２０、及びｎ型分散ブラッグ反射器１６とｐ型分散ブラッグ反射器２０との間に配置された活性層１８を含む。
【００１８】
半導体レーザ・ダイオード５０は、活性層１８の側面の外周囲で発振する光量子リング状（ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｒｉｎｇ：以下、ＰＱＲ）レーザ・ダイオードでありうる。活性層１８の側面の外周囲に沿って、光がレーザ・ダイオードの垂直軸方向に対して傾斜して発振される。
【００１９】
ＰＱＲレーザ・ダイオードは、ＶＣＳＥＬ（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ）の厳密な発振条件が緩和された構造を有し、ＶＣＳＥＬとは異なり、発振領域が活性層側面の外周囲のレイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）バンドに限定されつつ、独特のＰＱＲ型発振を行う（“Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｒｉｎｇ”Ｊ．Ｃ．Ａｈｎ，Ｋ．Ｓ．Ｋｗａｋ，Ｂ．Ｈ．Ｐａｒｋ，Ｈ．Ｙ．Ｋａｎｇ，Ｊ．Ｙ．Ｋｉｍ  ａｎｄ  Ｏ’Ｄａｅ  Ｋｗｏｎ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．８２，Ｎｏ．３  ｐｐ５３６−５３９（Ｊａｎ．１９９９）；“Ｈｏｌｅ  ｅｍｉｔｔｅｒ  ｏｆ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｒｉｎｇ”，Ｏ’Ｄａｅ  Ｋｗｏｎ，Ｍ．Ｊ．Ｋｉｍ，Ｓ．−Ｊ．Ａｎ，Ｄ．Ｋ．Ｋｉｍ，Ｓ．Ｅ．Ｌｅｅ，Ｊ．Ｂａｅ  ａｎｄ  Ｊ．Ｈ．Ｙｏｏｎ，Ｂ．Ｈ．Ｐａｒｋ，Ｊ．Ｙ．Ｋｉｍ  ａｎｄ  Ｊ．Ａｈｎ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．８９，１１１０８（Ｊｕｌｙ  ２００６）参照）。
【００２０】
例えば、共振器３０は、三次元レイリー式共振器でありうる。一方、凹凸パターン５１の周囲に、被覆層２４がさらに備わりうる。被覆層２４は、活性層１８で発振された光がＰＱＲレイリー拘束（Ｒａｙｌｅｉｇｈ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）条件を満足するように調整することができる。
【００２１】
共振器３０は、基板１２上に備わり、基板１２は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）のような物質から形成されうる。基板１２は、ｎ＋ドーピングされ、多重層を基板１２上に容易にエピタキシャル成長させる。基板１２とｎ型分散ブラッグ反射器１６との間に、バッファ層１４が備わり、基板１２の下部に、ｎ電極１０が備わりうる。
【００２２】
ｎ型分散ブラッグ反射器１６は、２つの異なる屈折率を有する層を交互に積層させて構成される。例えば、図３に示すように、４１層のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓならなる第１層１６−Ｌと、４０層のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓならなる第２層１６−Ｈとが交互に積層されうる。ここで、ｘ及びｙは、０より大きいか、それと同じであり、１より小さいか、それと同じである実数である。第１層１６−Ｌは、相対的に低い屈折率を有し、第２層１６−Ｈは、相対的に高い屈折率を有する。第１層１６−Ｌと第２層１６−Ｈは、それぞれλ／４ｎ（ｎは、各層の屈折率、λは、レーザ光の自由空間内での波長）の厚みを有する。
【００２３】
ｐ型分散ブラッグ反射器２０は、２つの互いに異なる屈折率を有する層を交互に積層し、ｎ型分散ブラッグ反射器１６の積層数より少なくして薄く設計することによって、反射度を小さくする。例えば、３０層のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓならなる第３層２０−Ｌと、３０層のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓならなる第４層２０−Ｈとが交互に積層されうる。第３層２０−Ｌと第４層２０−Ｈは、それぞれλｎ／４の厚みを有することができる。
【００２４】
ｎ型分散ブラッグ反射器１６と活性層１８との間に、第１スペース層１７が備わり、活性層１８とｐ型分散ブラッグ反射器２０との間に、第２スペース層１９がさらに備わる。第１スペース層１７と第２スペース層１９は、ＡｌＧａＡｓから形成されうる。
【００２５】
活性層１８は、相対的に低いバンドギャップ（ｂａｎｄｇａｐ）エネルギーを有する第５層１８−Ｌと、相対的に高いバンドギャップ・エネルギーを有する第６層１８−Ｈとが交互に積層されて構成されうる。例えば、第５層１８−Ｌは、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦１）から、第６層１８−Ｈは、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓから形成され、活性層１８は、例えば、全８層に形成されうる。活性層１８に、複数個の量子（ｑｕａｎｔｕｍ）ウェル、例えば、４個の量子ウェルが備わりうる。２層のスペース層と活性層との全体厚は、それぞれの屈折率を考慮して決定される。
【００２６】
ｐ型分散ブラッグ反射器２０の上部に、キャップ層２２が備わりうる。キャップ層２２は、例えば、ｐ＋ＧａＡｓから形成されうる。
上記のような構造のエピタキシャル成長させた後、ｎ型分散ブラッグ反射器１６、活性層１８、ｐ型分散ブラッグ反射器２０を含む共振器３０の側面部を垂直にエッチングする。
このとき、共振器３０の側面部に凹凸パターン５１が形成されるようにエッチングする。共振器３０の側面部をエッチングするとき、例えば、化学的イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ：ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｉｏｎ  ｂｅａｍ  ｅｔｃｈｉｎｇ）のような乾式エッチング法を利用できる。共振器３０の側面部をエッチングするとき、ｎ型分散ブラッグ反射器１６の一部深さまでエッチングする。
【００２７】
エッチング後に、活性層１８を含んだレーザ・ダイオードの表面を保護するために、保護層（図示せず）を形成することもできる。保護層は、プラズマ化学蒸着（ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用し、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）のような誘電物蒸着を介して形成されうる。
エッチングされた素子の平坦化のために、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）平坦化（ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）技法を利用し、被覆層２４が形成される。被覆層２４は、活性層１８の側面の外周囲で発振された光を伝送するための通路として提供される。
【００２８】
一方、レーザ・ダイオードの上部面が露出されるように、ＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ  ｏｘｉｄｅ  ｅｔｃｈ）を利用し、窒化ケイ素を除去する。そして、ｎ−ｍｅｔａｌ工程を介して、基板１２下部にｎ電極１０が、ｐ−ｍｅｔａｌ工程を介して、キャップ層２２及び被覆層２４上部にｐ電極２６が形成される。ｐ電極２６は、ストリップ型（ｓｔｒｉｐｐｅｄ）電極、または多重分離型（ｍｕｌｔｉ−ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ）電極として形成されうる。
【００２９】
本発明による半導体レーザ・ダイオードは、上記の構造に限定されるものではなく、レーザの発振波長によって、活性層とｐ型分散ブラッグ反射器とｎ型分散ブラッグ反射器との構造及び物質が変更されうる。レーザ発振波長は、例えば、８５０ｎｍ、７８０ｎｍ、６８０ｎｍを有することができる。
本実施形態による半導体レーザ・ダイオードは、凹凸パターン５１の凸部５１ａの個数を多様に構成でき、図１では、凸部５１ａが１２個によって構成された例を示した。凸部５１ａと凹部５１ｂとの個数によって、活性層のＰＱＲ長が長くなりうる。
【００３０】
一方、図４は、図１に示した半導体レーザ・ダイオードの変形例を図示したものであり、半導体レーザ・ダイオード５０の中央部にホール（孔部）５５が形成される。
ホール５５は、例えば、ｎ型分散ブラッグ反射器１６の所定深さまで形成されるようにする（“Ｈｏｌｅ  ｅｍｉｔｔｅｒ  ｏｆ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｒｉｎｇ”，Ｏ’Ｄａｅ  Ｋｗｏｎ，Ｍ．Ｊ．Ｋｉｍ，Ｓ．−Ｊ．Ａｎ，Ｄ．Ｋ．Ｋｉｍ，Ｓ．Ｅ．Ｌｅｅ，Ｊ．Ｂａｅ，  ａｎｄ  Ｊ．Ｈ．Ｙｏｏｎ，Ｂ．Ｈ．Ｐａｒｋ，Ｊ．Ｙ．Ｋｉｍ  ａｎｄ  Ｊ．Ａｈｎ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．８９，１１１０８（Ｊｕｌｙ  ２００６）参照）。
【００３１】
ホール５５を介して、ＰＱＲ発振面積が大きくなりうる。図１と図４とに示した半導体レーザ・ダイオードは、それぞれの凸部５１ａの最外郭点を連結する線がほぼ円形になっている。また、隣接する凸部５１ａのサイズが実質的に同一でありえる。
【００３２】
図５は、本発明の他の実施形態による半導体レーザ・ダイオード６０の斜視図である。
レーザ・ダイオード６０の層構造は、図１に示した半導体レーザ・ダイオード５０の層構造と実質的に同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３３】
半導体レーザ・ダイオード６０は、凸部６１ａと凹部６１ｂとが交互に配列された凹凸パターン６１を具備し、凸部６１ａの最外郭点を連結する線がほぼ四角形になっている。また、図５に示すように、隣接する凸部６１ａのサイズが異なることが可能である。
図６は、図５に示した半導体レーザ・ダイオード６０の変形例であり、半導体レーザ・ダイオード６０の中央部に、ホール６５が形成される。
【００３４】
本実施形態による半導体レーザ・ダイオードは、多重量子ウェル（ｍｕｌｔｉ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）活性層１８の上下部にあるｐ型分散ブラッグ反射器２０と、ｎ型分散ブラッグ反射器１６とが光子を垂直に拘束する。そして、活性層の外周囲境界面で発生する全反射によって、水平方向に光子を拘束することによって、トロイド（ｔｏｒｏｉｄ）空洞（ｃａｖｉｔｙ）を形成する。
【００３５】
言い換えれば、活性層１８と被覆層２４との大きい屈折率差と、活性層内側での間反射ポテンシャル（ｉｎｔｅｒ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）による等平面環形レイリー拘束（ｉｎ−ｐｌａｎｅ  ａｎｎｕｌａｒ  Ｒａｙｌｅｉｇｈ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）と、垂直拘束とによって、トロイド空洞が形成される。
【００３６】
トロイド空洞と定義された外周囲の真ん中に位置した多重量子ウェル活性面のキャリアが、光量子柵効果（ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｏｒｒａｌ  ｅｆｆｅｃｔ）によって、量子線（ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｉｒｅ）の同心円のように、過渡期的再分布をなし、電子・正孔（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅ）再結合過程に進入し、光子を生成する。
【００３７】
トロイド空洞がさらに変形され、三次元凹凸型ＷＣＭ（ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ  ｃａｖｅ  ｍｏｄｅ）共振を行うことによって、効果的にＰＱＲ長の増大をなし、同時にＰＱＲ領域を活性層の中心方向に拡張できる。従って、本発明による半導体レーザ・ダイオードは、光束にガウス分布を有する。また、半導体レーザ・ダイオードの中央部にホールが形成された場合、ホールでも発振を行うので、さらに向上した（ｉｍｐｒｏｖｅｄ）ガウス分布を有する光を得ることができる。
【００３８】
図７は、凹凸パターンの幅が１５μｍであり、凸部が１２個であり、ホールを有したほぼ円形の半導体レーザ・ダイオードを示す図面である。
図８〜図１１は、図７に示した半導体レーザ・ダイオードの３ｘ３アレイに、それぞれ電流を、１００μＡ、１５０μＡ、２００μＡ、２５０μＡ、注入したときに発光するところを撮影したＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）写真である。
【００３９】
図１２は、凹凸パターンの幅が１５μｍであり、凸部が８個であり、ホールを有したほぼ四角形の半導体レーザ・ダイオードを示す図面である。
図１３〜図１６は、図１２に示した半導体レーザ・ダイオードの３ｘ３アレイにそれぞれ、電流を、１００μＡ、１５０μＡ、２００μＡ、２５０μＡ注入したときに発光するところを撮影したＣＣＤ写真である。
【００４０】
これらのＣＣＤ写真は、電流を増加させる場合、発光量がＣＣＤを飽和させるので、ｎｅｕｔｒａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｆｉｌｔｅｒを使用し、全体発光量の１０％だけを透過させた写真である。ホールがある場合、レーザ・ダイオードの中央で、ホールＰＱＲ発振が発生することが分かる。
【００４１】
図１７（ａ）（ｂ）〜図２０（ａ）（ｂ）は、図７に示した半導体レーザ・ダイオードに、２０μＡの電流を注入したとき、測定高がそれぞれ０μｍ、３０μｍ、６０μｍ、９０μｍであるときの光度（ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）分布を示したグラフである。
【００４２】
図１７（ａ）（ｂ）は、レーザ・ダイオードに２０μＡの電流を注入した後、測定高０μｍで測定した結果である。
図１７（ａ）で、ぽっかり削り取られた部分は、半導体レーザ・ダイオードのｐ電極によって、相対的に光子（ｐｈｏｔｏｎ）の数が少なく示されたところである。
図１８（ａ）（ｂ）〜図２０（ａ）（ｂ）で、測定高が３０μｍ、６０μｍ、９０μｍと増加するにつれてビームの幅が広くなり、ビームプロファイルがガウス分布を有し、その最高値は低下していっている。
【００４３】
ビームプロファイルを測定する方法は、次の通りである。
半導体レーザ・ダイオードにファイバチップ（ｆｉｂｅｒ  ｔｉｐ）を近接させた後、ファイバチップをＳＰＣＭ（ｓｉｎｇｌｅ  ｐｈｏｔｏｎ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｍｏｄｕｌｅ）に連結し、ファイバを介して入る光子数を電気的な信号に変えてコンピュータに入力する。このとき、半導体レーザ・ダイオード平面上のあらゆる位置で、光子分布を精密に得るために、ファイバマウントをステップモータ（ｓｔｅｐ  ｍｏｔｏｒ）に連結し、６０ｘ６０μｍ幅で、ｘｙ軸面のスキャンを実施する。
【００４４】
ｘ軸、ｙ軸で、１μｍ間隔で測定し、一度ｘｙ軸面のスキャンした後には、ファイバチップの高さを３０μｍずつ増大させつつ測定した。ファイバチップとしては、フッ化水素（ＨＦ）を利用し、単一モードファイバ（ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ）（ｃｏｒｅ／ｃｌａｄｄｉｎｇ：９／１２５μｍ）端を円錐状にエッチングすることによって、ｃｏｒｅ径が１μｍ以下であるファイバチップを使用した。それにより、ｘ軸、ｙ軸で１μｍ間隔ずつ測定するとき、重複して測定する区間をなくすことができる。
【００４５】
図２１（ａ）（ｂ）〜図２４（ａ）（ｂ）は、図１２に示した半導体レーザ・ダイオードに、２５μＡの電流を注入したとき、測定高が０μｍ、３０μｍ、６０μｍ、９０μｍであるときの光度分布を示したグラフである。
【００４６】
図２１（ａ）を参照すれば、測定高０μｍで、電極による光度低下部分が観察される。
図２２（ａ）（ｂ）〜図２４（ａ）（ｂ）で、測定高３０μｍまでは、ビーム形態がほぼ四角形の形態を有するが、６０μｍ、９０μｍでは、ガウス分布を有する。従って、このような場合、ｆａｒ−ｆｉｅｌｄではガウス分布を有する。
【００４７】
図２５（ａ）は、本発明による半導体ＬＥＤとの比較例であって、凹凸パターンのない円形端面の半導体ＬＥＤの発光状態を示したものである。図２５（ｂ）は、図２５（ａ）に示した半導体ＬＥＤからのビーム径によるビームパワーを示したグラフであり、ビームプロファイルがガウス分布を示さない。
【００４８】
図２６（ａ）は、図７に示した半導体レーザ・ダイオードの発光状態を示したものである。図２６（ｂ）は、図２６（ａ）の半導体レーザ・ダイオードビームパワーを示したグラフであり、図２６（ｂ）を参照すれば、本実施形態による半導体レーザ・ダイオードは、ガウス分布を示す。
【００４９】
本発明による半導体レーザ・ダイオードは、三次元共振構造を有するＰＱＲレーザでもってなされ、ＬＥＤに比べて高周波変調幅が大きい。ＰＱＲレーザ・ダイオードは、直進性とスペックルとの問題がなく、スレショルド電流が低く、温度にも安定している。また、本発明による半導体レーザ・ダイオードは、１〜１，０００ＭＨｚの変調周波数を有することができる。
【００５０】
図２７は、本発明の一実施形態によるプリンタヘッド１５１’が、感光媒体１７１’に対して隣接して配された構造を示したものである。
プリンタヘッド１５１’は、複数個の半導体レーザ・ダイオード１１１がアレイ状に配列された光源ユニット１１０と、光源ユニット１１０から入射された光を感光媒体１７１’に集光させる集光部１１５とを含む。
【００５１】
半導体レーザ・ダイオード１１１は、ＰＣＢ（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）基板１００上に、画素に対応するように配列される。半導体レーザ・ダイオード１１１は、共振器の外周囲に凹凸パターンを具備する。半導体レーザ・ダイオード１１１としては、図１、図３、図５及び図６を参照して説明したレーザ・ダイオードが採用されうる。ＰＣＢ基板１００には、半導体レーザ・ダイオード１１１を駆動するドライブＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）１０５が備わりうる。
【００５２】
集光部１１５は、マイクロレンズ・アレイまたはセルフォックレンズ・アレイ（Ｓｅｌｆｏｃ  ｌｅｎｓ  ａｒｒａｙ）を含むことができる。
半導体レーザ・ダイオード１１１が、プリンタ内のメインボードの画像信号によって、ｏｎ−ｏｆｆ制御される。半導体レーザ・ダイオード１１１から、集光部１１５に入射されたビームは、集光部１１５によって、感光媒体１７１’上に、例えば６００ｄｐｉ又は１，２００ｄｐｉのような解像度によって、ガウス形態を有するスポットで結像される。
このように、半導体レーザ・ダイオード１１１から出射された光が、集光部１１５を介して感光媒体１７１’に結ばれることにより、感光媒体１７１’に潜像が形成される。
【００５３】
プリンタヘッドの光源としてＬＥＤを使用する場合、光の方向性がないので、全体的に拡散するようになるので、レンズに集光させるのに限界がある。しかし、本発明による半導体レーザ・ダイオードを光源として使用する場合、光放出角度が狭く、かつ垂直方向性を有するので、光を容易に集束できる。そして、図２６（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明による半導体レーザ・ダイオードは、ガウス光分布を有するために、プリンタヘッド用光源に適している。
【００５４】
次に、図２８は、本発明の一実施形態による複数のプリンタヘッドを具備してカラー画像を形成する画像形成装置を概略的に示した概略図である。
第１〜第４プリンタヘッド１５１、１５２、１５３、１５４は、それぞれ互いに異なるカラー、例えば、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの光を、画像信号によって感光媒体に結像させる。第１〜第４プリンタヘッド１５１、１５２、１５３、１５４は、図２７を参照して説明したプリンタヘッド１５１’と実質的に同じ構成を有することができ、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００５５】
本発明による画像形成装置は、第１感光媒体１７１〜第４感光媒体１７４と、第１感光媒体１７１〜第４感光媒体１７４にビームを走査する第１プリンタヘッド１５１〜第４プリンタヘッド１５４と、各感光媒体に形成された静電潜像を現像するための現像ユニットと、現像されたイメージが転写される転写ユニット２１０とを含む。
【００５６】
第１プリンタヘッド１５１〜第４プリンタヘッド１５４は、画像信号によってビームをｏｎ−ｏｆｆ制御し、第１感光媒体１７１、第２感光媒体１７２、第３感光媒体１７３及び第４感光媒体１７４に照射し、静電潜像を形成する。現像ユニットは、第１感光媒体１７１〜第４感光媒体１７４それぞれに対応する第１現像ユニット１８１〜第４現像ユニット１８４を含む。
【００５７】
第１現像ユニット１８１〜第４現像ユニット１８４から各感光媒体に、現像剤が供給されて静電潜像が現像される。現像された各カラー別イメージは、転写ユニット２１０に順次に転写され、カラー画像が形成される。
第１感光媒体１７１から転写ユニット２１０に転写された第１ラインと、第２感光媒体１７２から転写された第２ラインと、第３感光媒体１７３から転写された第３ラインと、第４感光媒体１７４から転写された第４ラインとが順次に重畳されてカラー画像が形成され、次に紙に定着される。
【００５８】
プリンタヘッドを具備した画像形成装置は、当分野にすでに公知されており、本発明の実施形態によるプリンタヘッドは、図２８に示した画像形成装置以外に、他の構造の画像形成装置にも適用可能されることはいうまでもない。
【００５９】
尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明による半導体レーザ・ダイオードは、複写機、プリンタ、ファクシミリのような印刷用紙に画像を形成する電子写真方式の画像形成装置に光源として適用されうるだけではなく、レーザビームをスクリーンに走査して画像をディスプレイするレーザディスプレイ装置にも適用され、ディスプレイ装置の光源としても適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０    ｎ電極
１２    基板
１４    バッファ層
１６    ｎ型分散ブラッグ反射器
１７    第１スペース層
１８    活性層
１９    第２スペース層
２０    ｐ型分散ブラッグ反射器
２２    キャップ層
２４    被覆層
２６    ｐ電極
３０    共振器
５０、６０、１１１    半導体レーザ・ダイオード
５１、６１    凹凸パターン
５１ａ、６１ａ    凸部
５１ｂ、６１ｂ    凹部
５５、６５    ホール
１００    ＰＣＢ基板
１０５    ドライブＩＣ
１１０    光源ユニット
１１５    集光部
１５１、１５１’、１５２、１５３、１５４  （第１〜第４）プリンタヘッド
１７１    第１感光媒体
１７１’    感光媒体
１７２    第２感光媒体
１７３    第３感光媒体
１７４    第４感光媒体
１８１    第１現像ユニット
１８２    第２現像ユニット
１８３    第３現像ユニット
１８４    第４現像ユニット
２１０    転写ユニット
【図１】
2010287886.tif 000003
【図２】
2010287886.tif 000004
【図３】
2010287886.tif 000005
【図４】
2010287886.tif 000006
【図５】
2010287886.tif 000007
【図６】
2010287886.tif 000008
【図７】
2010287886.tif 000009
【図８】
2010287886.tif 000010
【図９】
2010287886.tif 000011
【図１０】
2010287886.tif 000012
【図１１】
2010287886.tif 000013
【図１２】
2010287886.tif 000014
【図１３】
2010287886.tif 000015
【図１４】
2010287886.tif 000016
【図１５】
2010287886.tif 000017
【図１６】
2010287886.tif 000018
【図１７】
2010287886.tif 000019
【図１８】
2010287886.tif 000020
【図１９】
2010287886.tif 000021
【図２０】
2010287886.tif 000022
【図２１】
2010287886.tif 000023
【図２２】
2010287886.tif 000024
【図２３】
2010287886.tif 000025
【図２４】
2010287886.tif 000026
【図２５】
2010287886.tif 000027
【図２６】
2010287886.tif 000028
【図２７】
2010287886.tif 000029
【図２８】
2010287886.tif 000030