(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の面発光レーザ素子が１次元または２次元に配列され、前記複数の面発光レーザ素子が、第一のグループと第二のグループにそれぞれ属する複数の面発光レーザ素子を有する発光素子アレイと、
前記第一のグループの面発光レーザ素子と前記第二のグループの面発光レーザ素子のどちらで画像形成を行うかを毎ドットにおいて選択するレーザ選択部と、
前記レーザ選択部からの情報をもとに面発光レーザ素子の発光を制御するレーザ制御部と、
を有する画像形成装置であって、
前記発光素子アレイにおいて、
前記面発光レーザ素子は、下部反射鏡と、上部反射鏡と、前記下部反射鏡と前記上部反射鏡との間に介在する活性層と、を少なくとも有し、
画像の１ライン分を形成する１本ずつの各線上に、前記第一のグループに属する１つの面発光レーザ素子と、前記第二のグループに属する１つの面発光レーザ素子と、が配置され、
前記第二のグループの面発光レーザ素子の最高発振光出力が、前記第一のグループの面発光レーザ素子の最高発振光出力よりも小さくなるように構成され、
同じ光出力において、前記第二のグループの面発光レーザ素子の電流注入開始から光を発する立ち上がり時間が、前記第一のグループの面発光レーザ素子よりも短くなるように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第二のグループの面発光レーザ素子の最高発振光出力は、前記第一のグループの面発光レーザ素子の最高発振光出力の０．１以上、０．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第二のグループの面発光レーザ素子は、上部反射鏡の上に吸収層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記吸収層は、前記第二のグループの面発光レーザ素子の発振波長に対してバンド間吸収がある材料で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記バンド間吸収がある材料は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓで構成され、前記ｘが、０≦ｘ＜１の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記吸収層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓによる積層構造を備え、前記積層構造の最下層は、λ／２の自然数倍の厚さであるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層で構成され、
前記最下層の上に、λ／４の自然数倍の厚さであるＡｌｙＧａ１−ｙＡｓによる層と、λ／４の自然数倍の厚さであるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓによる複数の層が数ペア積層され、前記ｘが０≦ｘ＜１の範囲であり、前記ｙが０≦ｙ＜１の範囲であって、前記ｘと前記ｙとがｘ＞ｙの関係を満たすことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記吸収層は、金属で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記面発光レーザ素子は、酸化狭窄構造を有し、
前記第二のグループの面発光レーザ素子は、前記第一のグループの面発光レーザ素子よりも、前記酸化狭窄構造の酸化狭窄径が小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載画像形成装置。
【請求項９】
前記レーザ選択部は、少なくとも各ドットにおける必要光量と各グループの面発光レーザ素子の立ち上がり時間をもとに、前記第一のグループの面発光レーザ素子と前記第二のグループの面発光レーザ素子のどちらで画像形成を行うかを選択することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記レーザ選択部は、各ドットにおける必要光量と環境温度と各グループの面発光レーザ素子の立ち上がり時間と一定期間ごとに測定される各面発光レーザ素子のデータとをもとに、前記第一のグループの面発光レーザ素子と前記第二のグループの面発光レーザ素子のどちらで画像形成を行うかを選択することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記レーザ選択部は、前記第一のグループの面発光レーザ素子の立ち上がり時間が基準値よりも大きくなる場合には、画像形成を行う面発光レーザ素子として前記第二のグループの面発光レーザ素子を選択することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真露光用の画像形成用光源、画像形成装置、及び画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真露光方式の画像形成装置では、一般に、感光体上に画像形成用光源としてレーザ光などによって画像信号に応じた静電潜像を形成し、潜像に応じたトナー等の帯電体の２次元像を作成した後に用紙等に転写し、画像を形成している。
近年は形成したい画像として、文字情報に代表されるような白黒の２値画像のみでなく、写真情報に代表されるような中間の諧調を持つ画像を高精細に再現したいという要求がある。
【０００３】
中間の諧調を形成する方法として、特許文献１に開示があるように、レーザ光の強度を変調することで画像の濃淡を実現する方法がある。
また、特許文献２に開示があるように、レーザ光はオン／オフのみで一つの画素内に占めるドットの面積比率にて画像の濃淡を実現する方法がある。
ところで、特許文献３に開示されているように、面発光レーザを画像形成用光源として用いることで、高速かつ高精細の画像形成装置等への応用が検討されている。
面発光レーザ素子は、基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せることから、複数の発光ビームを高密度で２次元的に集積することが容易なためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１２６８６５号公報
【特許文献２】米国特許第５８５４６５２号明細書
【特許文献３】特開昭６４−４２６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、面発光レーザを用いて強度変調しようとすると、発振閾値電流値に近い値での駆動、つまり、光出力が小さい時は、立ち上がり時間が遅くなるため、画像再現性に乏しい、という課題が生じる。
ここで、図２を用いて面発光レーザにおける「立ち上がり時間」について説明する。
図２では、時間ゼロにおいて面発光レーザに対し駆動用の電流値が与えられた時の電流（一点鎖線）の変化と、それに伴うレーザからの光出力（実線）の変化の時間依存性を示している。
面発光レーザの場合、光出力は電流変化と比べてゆっくりと変化する。長い時間を経過して光出力が変動しなくなった光出力の値を１とし、それに対して光出力が０．１、０．９となる時の時間をそれぞれｔ１、ｔ２とする。
本明細書では、立ち上がり時間ｔを下記式のように定義する。
ｔ＝ｔ２−ｔ１
図３に、環境温度２７℃での面発光レーザの立ち上がりの駆動電流値依存性（一点鎖線）と光出力特性（実線）を示す。
ここで立ち上がり測定時は、バイアス電流として１．１５ｍＡを常時加えている。
図３より、駆動電流値が小さくなるにつれ、つまり、光出力が小さくなるにつれ、立ち上がり時間が増加し、更に発振閾値付近では大幅に増加する特性がある。端面発光レーザと比較し、面発光レーザの場合は共振器の体積が小さいため、最高光出力を大きくすることが難しい。
そのため、光出力の強度変調を行う場合は、立ち上がりが遅い発振閾値付近の低出力も使用する必要が生じる。
更に赤色面発光レーザでは、温度に対する依存性が高く、最高発振温度が低いという課題がある。
つまり、高温時の光出力が低いため、立ち上がりの遅い発振閾値付近の低出力も使用する必要がより生じる。
特許文献１に開示されているように、中間の諧調を形成する方法としてレーザ光強度を変調することで画像の濃淡を実現する場合、低い光出力が必要となる淡い部分に対しての立ち上がりが遅くなるため、特に淡い部分に対しての画像再現性に乏しくなる。
ところで、上記特許文献１のものでは、レーザ光強度の強弱と画像の濃淡が対応している場合（ポジ）であり、レーザ光強度の強弱と画像の淡濃が対応している場合（ネガ）には、濃い部分の画像再現性が乏しくなる。
【０００６】
次に、中間の諧調を形成する方法としてレーザ光はオン／オフのみで一つの画素内に占めるドットの面積比率にて画像の濃淡を実現する場合について説明する。
特許文献２に開示されているように、レーザ光強度を一定とすると、レンズやミラーの歪み等により光学系を経て感光体上に形成されるドットには差異が生じてしまうため、この差分を埋めるためにレーザ光強度を調整する必要がある。面発光レーザを用いると、低い光出力に調整しなければならない部分において立ち上がりが遅いため、画像再現性が乏しくなる。
図４に、図３でデータを示した面発光レーザ素子の、立ち上がり時間の環境温度依存性を示す。
立ち上がり時間には温度依存性があり、２７℃の低温では、立ち上がり時間が長くなり、画像再現性が乏しくなる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、発振閾値付近の低出力側及び低温時において、立ち上がりを速くすることが可能となる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の画像形成装置は、基板上に複数の面発光レーザ素子が１次元または２次元に配列され、前記複数の面発光レーザ素子が、第一のグループと第二のグループにそれぞれ属する複数の面発光レーザ素子を有する発光素子アレイと、前記第一のグループの面発光レーザ素子と前記第二のグループの面発光レーザ素子のどちらで画像形成を行うかを毎ドットにおいて選択するレーザ選択部と、前記レーザ選択部からの情報をもとに面発光レーザ素子の発光を制御するレーザ制御部と、を有する画像形成装置であって、前記発光素子アレイにおいて、前記面発光レーザ素子は、下部反射鏡と、上部反射鏡と、前記下部反射鏡と前記上部反射鏡との間に介在する活性層と、を少なくとも有し、画像の１ライン分を形成する１本ずつの各線上に、前記第一のグループに属する１つの面発光レーザ素子と、前記第二のグループに属する１つの面発光レーザ素子と、が配置され、前記第二のグループの面発光レーザ素子の最高発振光出力が、前記第一のグループの面発光レーザ素子の最高発振光出力よりも小さくなるように構成され、同じ光出力において、前記第二のグループの面発光レーザ素子の電流注入開始から光を発する立ち上がり時間が、前記第一のグループの面発光レーザ素子よりも短くなるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発振閾値付近の低出力側及び低温時において、立ち上がりを速くすることが可能となる画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態における画像形成用光源である面発光レーザアレイの一部の断面構造を示す図。
【図２】面発光レーザにおける立ち上がり時間について説明する図。
【図３】面発光レーザにおける環境温度２７℃での立ち上がりの駆動電流値依存性と光出力特性を示す図。
【図４】面発光レーザの図３で示したデータにおける立ち上がり時間の環境温度依存性を示す図。
【図５】本発明の実施形態における画像形成用光源である面発光レーザアレイを実装した画像形成装置の一部を示す図。
【図６】本発明の実施形態における画像形成用光源である面発光レーザアレイの電流に対する光出力特性を示す図。
【図７】本発明の実施形態の画像形成用光源である面発光レーザアレイにおける第一グループ素子と、第二グループ素子の光出力に対する立ち上がり時間の関係を示す図。
【図８】本発明の実施形態における画像形成用光源である面発光レーザアレイの２次元配置の一例を示す図。
【図９】本発明の実施形態における画像形成用光源である面発光レーザアレイの２次元配置として図８とは異なる他の例を示す図。
【図１０】本発明の実施例１における画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイの一部を示す断面図。
【図１１】本発明の実施例２における画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイの一部を示す断面図。
【図１２】本発明の実施例３における画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイの一部を示す断面図。
【図１３】本発明の実施形態の画像形成用光源である面発光レーザアレイにおける第二グループ素子の光出力が第一グループ素子の１／３となるよう吸収層を形成した際の、第一グループ素子と第二グループ素子の特性を示す図。
【図１４】本発明の実施形態における画像形成方法を説明する図。
【図１５】本発明の実施例１における画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイを作製するためのプロセスを説明する図。
【図１６】本発明の実施例２における画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイを作製するためのプロセスを説明する図。
【図１７】本発明の実施例３における画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイを作製するためのプロセスを説明する図。
【図１８】本発明の実施例２における面発光レーザの共振器構造を説明する図。
【図１９】本発明の実施例２における面発光レーザの共振器中のＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／ＧａＡｓのペア数に対する光透過量の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態における画像形成用光源について説明する。
本実施形態では、上記課題を解決するため、低い光出力において電流注入開始から光を発する立ち上がり時間が短い面発光レーザ素子を含む２種類の異なる面発光レーザ素子によって画像の１ライン分を形成した面発光レーザアレイによる画像形成用光源を構成した。
ここでは、まず、面発光レーザによる画像形成用光源を実装した画像形成装置の構成例について、図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態の面発光レーザアレイを実装した画像形成装置の一部を示す図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。
面発光レーザアレイ５１４は、レーザ制御部５０１により画像信号に応じて光強度を調整された上で、点灯または消灯するように構成されている。
こうして光変調されたレーザ光は、面発光レーザアレイ５１４からコリメータレンズ５２０を介し回転多面鏡５１０に向けて照射される。
回転多面鏡５１０はモータ５１２により矢印方向に回転され、面発光レーザアレイ５１４から出力されたレーザ光は回転多面鏡５１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。
この反射光は、ｆ−θレンズ５２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡５１６を経て感光体５００に照射され、感光体５００上で主走査方向に走査される。このとき、回転多面鏡５１０の１面を介したビーム光の反射により、感光体５００の主走査方向に面発光レーザアレイ５１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。
面発光レーザアレイとして、例えば４×８の面発光レーザアレイを用いた場合は、本実施の形態では２アレイで一つのラインを形成するため、同時に１６ライン分の画像が形成される。
【００１２】
感光体５００は、予め帯電器５０２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。
また、感光体５００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は、現像器５０４により現像され、現像された可視像は転写帯電器５０６により、転写紙（図示せず）に転写される。
可視像が転写された転写紙は、定着器５０８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。
なお、本実施形態では、４×８面発光レーザアレイを説明に用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ｍ×ｑ面発光レーザアレイ（ｍとｑは自然数（０は含まず）であり、ｍとｑの少なくともどちらかは偶数）であってもよい。
本実施形態の面発光レーザアレイ５１４は、
第一のグループに属する複数個のｎ個の面発光レーザ素子（以下、“第一グループ素子”と略す）と、
第二のグループに属する複数個のｎ個の面発光レーザ素子（以下、“第二グループ素子”と略す）と、を同一基板上に有しており、これら２種類の素子を使い分けて画像形成を行うように構成されている。
ここで、ｎ＝（ｍ×ｑ）／２  である。
図８に、本実施形態における面発光レーザアレイ５１４の２次元配置の一例を示す。なお、ここでは２次元にアレイ状に配列された例について説明するが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、１次元にアレイ状に配列するようにしてもよい。
図６に示すような、電流に対する光出力特性を持つ２グループに属する面発光レーザアレイは、例えば図８のように配置される。
図８において、第一グループ素子を黒丸、第二グループ素子を内部が網掛けされた丸で示す。
同一基板上に、第一グループ素子１１０がｎ個（複数個）、第二グループ素子１２０がｎ個（複数個）配置されている。
距離Ｄの間隔で、略等間隔に引かれたｎ本の線上の画像の１ライン分を形成する１本ずつに、第一グループ素子の発光強度の中心と、第二グループ素子の発光強度の中心が１つづつ乗るよう配置されている。
例えば、図８中太線で示された第一の線１３０１上には１番目の第一グループ素子１１０１の発光強度中心と、１番目の第二グループ素子１２０１の発光強度中心が配置されている。
その隣に、距離Ｄ離れて点線で示された第二の線１３０２上には、２番目の第一グループ素子１１０２の発光強度中心と、２番目の第二グループ素子１２０２の発光強度中心が配置されている。
同様に、１本目の線から距離Ｄ×（ｎ−１）だけ離れたｎ番目の線１３０ｎ上には、ｎ番目の第一グループ素子１１０ｎの発光強度中心と、ｎ番目の第二グループ素子１２０ｎの発光強度中心が配置されている。
それぞれの線は、上述した主走査方向と平行であり、この線をそれぞれ走査線と呼ぶ。
【００１３】
面発光レーザアレイ５１４の２次元配置において、図８にその一例を示したが、本発明はそれに限定されるものではない。
２つのグループに属する素子の発光強度中心の１つづつが、略等間隔に引かれたｎ本の線、つまり走査線、の上にそれぞれ配置されていれば良い。
１６ライン分の、他の２次元配置の例を図９（ａ）〜（ｄ）に示す。
図８と同様、黒丸が第一グループ素子、内部が編掛けされた丸が第二グループ素子を示す。
それぞれの図において、同一走査線上に配置された２つの異なるグループに属する２素子を、点線で囲んでいる。
また、図９（ａ）〜（ｄ）にひかれているそれぞれ１本の線は、ｎ本の走査線のうち１本を示している。
この１本の走査線は、それぞれ点線で囲まれた一つの第一グループ素子と一つの第二グループ素子の発光強度中心を通っている。
なお、本発明はこれらの配置やライン数に制限されるものではない。
【００１４】
図６に、本発明に係る面発光レーザアレイ５１４の電流に対する光出力特性を示す。
実線６０１は第一グループ素子の、一点鎖線６０２は第二グループ素子の特性を示している。
本発明の効果は、第一グループ素子の最高発振光出力Ｐｍａｘ１に対する第二グループ素子の最高発振光出力Ｐｍａｘ２の比（Ｐｍａｘ２／Ｐｍａｘ１）が１未満となる際に得られるが、実用上は、後述する理由から０．１以上、０．５以下であることが望ましい。より望ましくは、０．３程度であることが望ましい。
第一グループ素子と第二グループ素子の最高発振光出力比が０．５より大きい場合は、立ち上がりが遅くなる低出力領域にて必要となる電流値の差が小さくなるため、立ち上がり時間により低出力領域を第二グループ素子に切り換える効果が小さい。
また、比が０．１より小さい場合は、素子構造の設計や、プロセスばらつきにより、第一グループ素子の発振閾値における光出力よりも第二グループ素子の最高発振光出力が下回る可能性がある。そのため２種類の素子を用いた際の光出力範囲に不連続な点ができる可能性がある。
【００１５】
図１に、上述の条件を満たす本実施形態の面発光レーザアレイ５１４の一部の断面構造を示す。
本実施形態の画像形成用光源である面発光レーザアレイ５１４は、第一グループ素子１１０と、第二グループ素子１２０の２種類を同一基板１００上に有している。
これらの面発光レーザ素子は、基板上に、下部多層膜反射鏡、上部多層膜反射鏡、これらの間に介在する活性層、とが少なくとも積層されて構成されている。
具体的には、下部電極１０８、基板１００、下部多層膜反射鏡１０１、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部多層膜反射鏡１０６、上部電極１０７が順次積層されている。
上部多層膜反射鏡１０６の一部には被酸化層が形成されており、その一部を酸化し被酸化部１０５を形成することで、電流狭窄を行う。
つまり、図１において、被酸化部１０５の内側のみに上下の電極からの電流が活性層１０３に注入されるため、発光領域は、被酸化部１０５の内側となる。
面発光レーザは活性層体積が小さいため、レーザ発振のためには活性層上下の反射鏡による反射率を９９％以上まで高め、活性層に対して何度も光を往復させ増幅させる必要がある。
従って、活性層の上下には反射率が９９％以上となる数のペア数を有する多層膜反射鏡を形成する。
【００１６】
第二グループ素子１２０は、第一グループ素子１１０と異なり、上部多層膜反射鏡１０６の上に、第一グループ素子１１０よりも厚い吸収層１２１を有している。
ここで、図１は第一グループ素子１１０の上部多層膜反射鏡１０６上に吸収層がない場合を示している。
第二グループ素子１２０が、第一グループ素子１１０よりも厚い吸収層１２１を有している。そのため、第二グループ素子１２０は第一グループ素子１１０と比較し、同じ電流値に対する光出力が小さくなるが、発振閾電流値や電圧等のレーザ特性は第一グループ素子と略同等となる。
【００１７】
図１３に、第二グループ素子の光出力が第一グループ素子の１／３となるよう、吸収層１２１を形成した際の、第一グループ素子と第二グループ素子の特性を示す。
図中実線は第一グループ素子の電流に対する光出力変化、点線は第二グループ素子の電流に対する光出力変化、一点鎖線は電流注入開始から光を発する立ち上がり時間の変化を示す。
立ち上がり時間は、本発明の素子構造では閾値電流値との割合に依存する。閾値電流値が同じであれば、投入電流値に依存する。
図１３より、同じ光出力を得るのに、第二グループ素子は第一グループ素子よりも多くの電流を要する。
つまり、同じ光出力において、第二グループ素子の方が、立ち上がりが速い。また低出力になるほど立ち上がり時間の差が大きくなる。
例えば、図１３の場合では、光出力が０．５ｍＷの場合、第一グループ素子と第二グループ素子との立ち上がり時間ｔの差Δｔは、およそ２５ｎｓであるが、光出力が０．２ｍＷの場合は、Δｔはおよそ４０ｎｓである。
【００１８】
図７に、第一グループ素子（実線）と、第二グループ素子（一点鎖線）の、光出力に対する立ち上がり時間の関係を示す。
本実施形態において、第一グループ素子では立ち上がり時間が基準値よりも大きい低出力領域では、第二グループの素子を用いて、１ドットを形成する。
第一グループ素子と第二グループ素子の選択として、両方の素子において立ち上がり時間が基準値よりも小さい光出力の場合は、どちらの素子を選択しても良い。
それぞれの素子の駆動時間差がある場合には、それまでの駆動時間が短い方を選択する方が、素子の寿命の点から好ましい。
【００１９】
図１４を用いて、本実施形態における画像形成方法における各プロセスについて説明する。
データ処理部５５２は、予め感光体や光学系等による潜像形成感度むらの２次元データ５５１を有している。
元データ５５０として転写したい画像情報を受け取り、濃淡や、カラーの場合は色合いの情報を２次元情報として処理する。
データ５５１、５５０とから、各ドットにおける必要光量、レーザパルス幅等を算出する。
次に、上記算出結果は、レーザ選択部５５４に送られる。レーザ選択部５５４には予め、立ち上がり基準値データ（基準値情報）５５８を入力しておく。
データ処理部５５２から送られた必要光量、温度モニタ５５７により送られてきた環境温度情報、立ち上がり基準値データ（基準値情報）５５８、一定期間毎に測定される各レーザ素子のデータ５５３を元に、つぎのように毎ドット選択する。
すなわち、第一グループ素子と第二グループ素子のどちらを用いて１ドットを描画するかを、上述の基準を用いて毎ドット選択する。
【００２０】
上記データは、レーザ制御部（レーザ駆動部）５０１に送られる。レーザ制御部（レーザ駆動部）５０１には、予め面発光レーザアレイの２次元配置データ５５９を入力しておく。
レーザ選択部５５４から送られてきたデータ、アレイの２次元配置データ５５９、面発光レーザアレイ５１４素子一つ一つに対するＯＮ／ＯＦＦ制御タイミングと、ＯＮの場合は、駆動パルス幅、電流値を制御する。
ここで、各レーザ素子のデータ５５３は、面発光レーザアレイ５１４の各レーザ素子の特性を、潜像形成していない時間、つまり画像形成部５５５にレーザが照射されていない時間を用いて光出力等モニタ５５６にて検出される。
レーザ制御部（レーザ駆動部）５０１により面発光レーザアレイ５１４の各素子を制御し、潜像画像を感光体上に形成する。
以上のように、第一グループ素子と第二グループ素子とを、同一走査線上で光出力に応じて切り換えて用いることにより、特に低温低出力にて立ち上がりが遅い部分では立ち上がりの速い第二グループ素子を使用することにより、画像再現性の良い像が得られる。
【００２１】
ここで、第一グループ素子、第二グループ素子として、酸化狭窄径が異なる２種類の発光素子を用いると、酸化狭窄径が小さい素子の方が、より高い電流値にて低い光出力となるため、２種類のデバイスとして酸化狭窄径違いも実現が可能である。
しかし、この場合は２種類の素子において、ビーム広がり角が異なる。具体的には、酸化狭窄径が小さいとビーム広がり角が大きくなり、酸化狭窄径が大きいとビーム広がり角が小さくなる。
ビーム広がり角が大きいと、発振光量の一部が光学系においてけられてしまう等の問題があり、ビーム広がり角の違いによる光量の制御や、光学系に対しての設計、調整等が困難となる。
従って、各発光デバイスのビーム広がり角を揃えておくことが好ましく、第二グループに属する素子には、上部多層膜反射鏡の上側に、第一グループに属する素子よりも厚い吸収層を設けることが好ましい。
【００２２】
また、本方法によれば、第一グループの素子と、第二グループの素子を同一基板上に一括に形成可能である。
第二グループの素子形成として、上部の吸収層に関する作製プロセスのみ変えればよい。
同一基板上に形成可能なため、第一と第二グループの素子のアライメント精度は、マスクの作製精度やプロセス精度によるため、高い精度が実現可能となる。
また、２種類の異なる基板を用いる方法と比較し、光の出射方向に対するあおり角の精度も高いため、コストや歩留りの向上となる。
【００２３】
更に、第二グループの素子に対しては吸収層を素子上に形成するため、例えば光学素子を用いて光量を低下させる方法も考えられる。
しかし、光学素子を用いる方法と比較して、本発明は、光学素子と発光素子とのアライメント等の作業が不要となり、スループットの改善となる。
以上のように、本発明によれば、発振閾値付近の低出力側でも、更に低温時でも、２種類の発光素子を切り換えて使用することで、複雑な制御を行うことなく、立ち上がりが速く、画像再現性の良い画像形成装置と画像形成用光源を提供することができる。
【実施例】
【００２４】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイの構成例について、図１０を用いて説明する。
図１０は、本実施例における画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイの一部を示す断面図である。
面発光レーザアレイの各素子は、第一のグループに属する素子１１１または第二のグループに属する素子１２１のどちらかに属している。
それぞれの素子の２次元配置は、上記した図８または図９に示されるように構成されている。
第二グループ素子はその上部に、第一グループ素子のＧａＡｓ層１５１よりも厚いＧａＡｓ層１６１を有しており、第一グループ素子よりも最高発振光出力が小さくなるように設計されている。
【００２５】
本実施例の面発光レーザアレイを作製するためのプロセスを、図１５を用いて説明する。
図１５では、第一グループに属する素子１つと、第二グループに属する素子１つの計２素子分のプロセスを示す。
まず、図１５（ａ）に示された層構成を、つぎのように形成する。
ｎ型にドーピングされたＧａＡｓから成る基板１００の上に、それぞれλ／４光学厚さのＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓと、λ／４光学厚さのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓを交互に７０ペア積層してｎ型の下部多層膜反射鏡１０１を形成する。ここで、λは共振器の共振波長であり、本実施例では６８０ｎｍに設計する。
下部多層膜反射鏡１０１上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の活性層１０３、具体的にはＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのλ＝６８０ｎｍに発光ピークを持つ多重量子井戸構造を含む活性層１０３が結晶成長により形成される。
また、活性層１０３の下側及び上側には、共振器の位相調整のための下部スペーサ層１０２、上部スペーサ層１０４がそれぞれ形成される。
下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４の光学厚さの合計は、λ／２の整数倍であれば良く、本実施例ではλとする。
【００２６】
前記活性層１０３上に、ｐ型の上部多層膜反射鏡１０６を成長させる。
上部多層膜反射鏡１０６は、例えばそれぞれλ／４厚さのＡｌ０．９Ｇａ０．１ＡｓとＡｌ０．５Ｇａ０．１Ａｓの４０ペアの繰り返しからなる。
この上部多層膜反射鏡１０６の一部分を、多層膜反射鏡のペアを構成するＡｌＧａＡｓよりもＡｌ組成比の高いＡｌＧａＡｓ層で置き換え、これを被酸化層とする。
この被酸化層の一部を酸化することで、酸化された絶縁性領域と未酸化の導電性領域からなる電流狭窄層が形成される。本実施例では、活性層１０３から１ペア目に被酸化層（図示せず）を配置する。
被酸化層としては、例えばＡｌＧａＡｓ層を用いることができる。
例えばＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．９５≦ｘ≦１）は、例えば３００℃以上に加熱し水蒸気に晒すことによって容易に酸化され、Ａｌ酸化物を含む絶縁体となる。本実施例では、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層を、被酸化層として用いる。
【００２７】
上部多層膜反射鏡１０６の最上部は、後述する上部電極１０７とのコンタクトのため、半導体コンタクト層とする。
本実施例では、半導体コンタクト層をＧａＡｓ層とする。第二グループ素子ではこの半導体コンタクト層が吸収層も兼ねるため、ここでは上部多層膜反射鏡１０６上の全ての領域に第二グループ素子用の厚さのＧａＡｓ層１６２を形成する。ここで、ＧａＡｓ層１６２の厚さは５２０ｎｍとする。
後述するように、第一グループの素子では、半導体コンタクト層であるＧａＡｓ層を２０ｎｍとするため、ＧａＡｓ層１６２の下側から２０〜３０ｎｍの位置に、ＧａＡｓのエッチングストップ層であるＡｌＧａＩｎＰ層を１０ｎｍ形成する（不図示）。
【００２８】
以上の積層体の結晶成長は、例えばＭＯＣＶＤ法によってなされる。
ここで、本実施例では吸収層として発光素子の発振波長に対してバンド間吸収がある材料であるＧａＡｓを用いる例を述べるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＡｌＧａＡｓを用いても良い。
この場合、Ａｌ含有率が低いもの例えばＡｌ0.1ＧａＡｓを用いることが、成膜する厚さが少なくなるために好ましい。
また、コンタクト性を確保する場合は、例えばＧａＡｓ／Ａｌ0.1ＧａＡｓ等の積層構造とし、上部電極をＧａＡｓ層に接する位置に形成しても良い。
【００２９】
次に、図１５（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ層１６２をパターニングする。
この際、第二グループ素子となる部分のＧａＡｓ層１６１は、大きさが例えば直径２７μｍの円形かつ、５２０ｎｍの厚さとし、その他の部分のＧａＡｓ層は２０ｎｍの厚さとなるように調整する。
具体的な方法としては、ＧａＡｓ層１６２上にフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィーによるパターニングを実施した後、フォトレジスト膜が残っている部分以外はウェットエッチングの時間制御にて実施する方法がある。
また、本実施例のように予めＧａＡｓ層１６２の下側から２０ｎｍ以上の位置に、ＧａＡｓのウェットエッチングに対するエッチングストップ層を設けておけば、より精度の高いプロセスが実現可能となる。
エッチングストップ層としては、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰを用いることができる。
本実施例では、エッチングストップ層としてＡｌＧａＩｎＰを１０ｎｍ用いる。ウェットエッチングのエッチャントとしては、燐酸系を用いることができる。ウェットエッチングを用いる際は、おおよそ深さ方向と同等の距離のサイドエッチングが入る可能性が高いため、予めフォトレジスト膜を、基板１００と平行な方向に対してサイドエッチング分大きく作製しておくと良い。
第一グループ素子上に残ったエッチングストップ層は、プロセスの最後に上部電極１０７を形成する前に取り除く。
フッ酸系のエッチャントにて、下層のＧａＡｓ層１５１に大きなダメージを与えることなくＡｌＧａＩｎＰ層を取り除くことができる。
【００３０】
次に、図１５（ｃ）に示すように、トレンチ１６３を形成することで各素子を分離する。
具体的には、上部多層膜反射鏡１０６上のＧａＡｓ層上に、ドライエッチング耐性を持つ誘電体層を形成する。ここでは１μｍ厚のＳｉＯ2とする。
その上に、フォトリソグラフィーによりパターニングを行い、ＳｉＯ2にパターンを転写する。
ＳｉＯ2のパターンをマスクに、ドライエッチングにてトレンチ１６３を形成した後、ＳｉＯ2マスクを除去する。
次に、被酸化層を高温水蒸気下にて酸化することで、被酸化部１０５を形成する（図１５（ｄ））。
最後に、上部電極１０７として例えばＴｉ／Ａｕ、下部電極１０８として例えばＡｕＧｅ／Ａｕを形成する（図１５（ｅ））。
【００３１】
以上のように形成された第二グループ素子１２１は、第一グループ素子１１１と比較し、光出力が３割程度となる。
このように作製された面発光レーザアレイは、上述のように画像形成装置に組み込まれ、素子の特性、潜像形成感度、環境温度情報などにより、第一グループ素子と第二グループ素子が選択され、再現性の良い像が形成される。
なお、本実施例はλ＝６８０ｎｍとして記載したが、本発明はこの波長に限定されるものではない。
【００３２】
［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイの構成例について、図１１を用いて説明する。
なお、実施例と同様な部分は説明は省略する。
図１１は、本実施例における画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイの一部を示す断面図である。
面発光レーザアレイの各素子は、第一のグループに属する素子１１２または第二のグループに属する素子１２２のどちらかに属している。
第二グループ素子１２２はその上部に、ＧａＡｓ共振器層１８１を有しており、第一グループ素子１１２よりも最高発振光出力が小さくなるように設計されている。
【００３３】
本実施例の面発光レーザアレイを作製するためのプロセスを、図１６を用いて説明する。
まず、図１６（ａ）に示された層構成を形成する。基板１００から上部多層膜反射鏡１０６を形成するまでの過程は、実施例１と同様である。
上部多層膜反射鏡１０６の最上部は、後述する上部電極１０７とのコンタクトのため、半導体コンタクト層とする。
本実施例では、半導体コンタクト層をＧａＡｓ層とする。半導体コンタクト層は例えば２０ｎｍのＧａＡｓ層である。上部多層膜反射鏡１０６の上に、本実施例ではＧａＡｓ共振器層１８１を形成する。
ＧａＡｓ共振器層１８１の構造を、図１８（ｂ）を用いて説明する。ここで、比較のために、第一グループ素子１１２の構造を図１８（ａ）に示す。
【００３４】
上部多層膜反射鏡１０６の最上部である半導体コンタクト層８００上に、エッチングストップ層８０１を形成する。
このエッチングストップ層は、後に第一グループ素子上のＧａＡｓ共振器を除去するために用いる。材質としては、ＧａＩｎＰや、ＡｌＧａＩｎＰを用いることができる。
その上に、吸収層としてＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓによる積層構造による共振器を形成する。
この積層構造の最下層は、λ／２の自然数倍の厚さであるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓによる１層の層で形成する。具体的にはＧａＡｓ層８０２を、エッチングストップ層８０１と合わせた光学膜厚がλ／２となるよう形成する。
更にその上に、λ／４の自然数倍の厚さであるＡｌｙＧａ１−ｙＡｓによる層と、λ／４の自然数倍の厚さであるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓによる複数の層を数ペア積層する。
具体的には、それぞれλ／４光学厚さのＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓと、λ／４光学厚さのＧａＡｓを交互に数ペア積層してＧａＡｓ共振器１８１を形成する。
ここで、ＧａＡｓ共振器１８１中の、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓのペア数に関して、この共振器１８１を通った光の光透過量の変化を図１９に示す。
【００３５】
図１９において縦軸は、上述のＧａＡｓ共振器１８１がないときの透過光量を１としている。
図１９より、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／ＧａＡｓのペア数が３の時に、規格化透過光量がおよそ３割程度となっている。
そこで、本実施例では、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／ＧａＡｓのペア数を３として説明を続ける。
図１８（ｂ）の構造を、図１６（ａ）において、基板全域に形成する。
以上の積層体の結晶成長は、例えばＭＯＣＶＤ法によってなされる。
【００３６】
次に、図１６（ｂ）に示すよう、ＧａＡｓ共振器層１８１をパターニングする。
ＧａＡｓ共振器層１８１上にフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィーによるパターニングを実施する。
この際、第二グループ素子として形成する部分のＧａＡｓ共振器層１８１が残るようパターンを形成する。
パターニングされたレジストをマスクとして、ＧａＡｓ共振器層１８１をエッチングする。
第二グループ素子となる部分以外のＧａＡｓ共振器層１８１は、エッチングストップ層８０１を用いてウェットエッチングにより除去する。
次に、図１６（ｃ）に示すよう、トレンチ１６３を形成することで各素子を分離し、被酸化層を高温水蒸気下にて酸化することで、被酸化部１０５を形成する（図１６（ｄ））。
最後に、第一グループ素子上部のエッチングストップ層を取り除いて半導体コンタクト層を露出させ、上部電極１０７、下部電極１０８を形成し、第一グループ素子１１２、第二グループ素子１２２を形成する（図１６（ｅ））。
【００３７】
以上のように形成された第二グループ素子１２２は、第一グループ素子１１２と比較し、光出力が３割程度となる。
このように作製された面発光レーザアレイは、上述のように画像形成装置に組み込まれ、素子の特性、潜像形成感度、環境温度情報などにより、第一グループ素子と第二グループ素子が選択され、再現性の良い像が形成される。
更に、実施例１と比較し、第一グループ素子と第二グループ素子の高さの差が小さくなるため、作製プロセスがより容易、正確になり、歩留りの改善となる。
【００３８】
［実施例３］
実施例３として、上記各実施例と異なる形態の画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイの構成例について、図１２を用いて説明する。
なお、実施例１と同様な部分の説明は省略する。
図１２は、本実施例における画像形成用光源に用いる面発光レーザアレイの一部を示す断面図である。
面発光レーザアレイの各素子は、第一のグループに属する素子１１３または第二のグループに属する素子１２３のどちらかに属している。
第二グループ素子１２３はその上部に、Ａｕ膜１４１を有しており、第一グループ素子１１３よりも最高発振光出力が小さくなるよう設計している。
【００３９】
本実施例の面発光レーザアレイを作製するためのプロセスを、図１７を用いて説明する。
まず、図１７（ａ）に示された層構成を形成する。基板１００から上部多層膜反射鏡１０６を形成するまでの過程は、実施例１と同様である。
上部多層膜反射鏡１０６の最上部は、後述する上部電極１０７とのコンタクトのため、半導体コンタクト層とする。
本実施例では、半導体コンタクト層をＧａＡｓ層とする。半導体コンタクト層は例えば２０ｎｍのＧａＡｓ層である。
以上の積層体の結晶成長は、例えばＭＯＣＶＤ法によってなされる。
【００４０】
次に、図１７（ｂ）に示すように、トレンチ１６３を形成することで各素子を分離し、被酸化層を高温水蒸気下にて酸化することで、被酸化部１０５を形成する（図１７（ｃ））。
次に、図１７（ｄ）に示すように、第二グループ素子の上部多層膜反射鏡１０６上全面に、電極材料としてＡｕ膜１４１を２０ｎｍの厚さ成膜する。
ここで、上部多層膜反射鏡１０６の最上層である半導体コンタクト層へのＡｕの拡散や密着が、素子駆動中に問題となる場合には、上部多層膜反射鏡１０６とＡｕ膜１４１との間にＴｉまたはＰｔまたはＴｉ／Ｐｔを薄く蒸着する。これにより、拡散を防ぐ、密着状態を向上させることができる。
また、半導体コンタクト層の酸化等による経時変化防止のため、素子全体にパッシベ−ション膜としてＳｉＮ等の誘電体を形成する場合は、この膜の上にＡｕ膜を２０ｎｍ形成してもよい。
【００４１】
ここで、パッシベ−ション膜の厚さにより反射率が変化する。
パッシベ−ション膜の厚さを、λ／４の奇数倍の厚さとした時が反射率最大、λ／４の偶数倍とした時が反射率最低となる。
パッシベ−ション膜厚さｐを下記の厚さ程度とすることで、その上にＡｕ膜を形成した第二グループ素子と、第一グループ素子とをほぼ同じ閾値とすることができる。
ｐ＝（λ／２）×Ｎ  ±  λ／９
但し、Ｎは自然数である。
ここで、第二グループ素子の閾値は、第一グループ素子の閾値以下である必要があるため、パッシベ−ション膜厚さｐは、
（λ／４）×Ｍ−（５／３６）×λ  ＜  ｐ  ＜  （λ／４）×Ｍ＋（５／３６）×λ
であればよい。
ここで、Ｍは正の奇数である。
本実施例では、パッシベ−ション膜の厚さを３λ／４とし、その上に、Ａｕ膜を２０ｎｍ形成する。
最後に、全ての素子に対して上部電極１０７、下部電極１０８を形成し、第一グループ素子１１３、第二グループ素子１２３を形成する（図１７（ｅ））。
【００４２】
以上のように形成された第二グループ素子１２３は、第一グループ素子１１３と比較し、光出力が３割程度となる。
このように作製された面発光レーザアレイは、上述のように画像形成装置に組み込まれ、素子の特性、潜像形成感度、環境温度情報などにより、第一グループ素子と第二グループ素子が選択され、再現性の良い像が形成される。
更に、実施例１、実施例２と比較し、第一グループ素子と第二グループ素子の高さの差は２０ｎｍ程度しかなく、更にプロセスの終盤にその差ができるため、作製プロセスがより容易、正確になり、歩留りの改善となる。
【符号の説明】
【００４３】
１００：基板
１０１：下部多層膜反射鏡
１０２：下部スペーサ層
１０３：活性層
１０４：上部スペーサ層
１０５：被酸化部
１０６：上部多層膜反射鏡
１０７：上部電極
１０８：下部電極
１１０：第一グループ素子
１２０：第二グループ素子
１２１：吸収層
【図１】
0005641962.tif 000002
【図２】
0005641962.tif 000003
【図３】
0005641962.tif 000004
【図４】
0005641962.tif 000005
【図５】
0005641962.tif 000006
【図６】
0005641962.tif 000007
【図７】
0005641962.tif 000008
【図８】
0005641962.tif 000009
【図９】
0005641962.tif 000010
【図１０】
0005641962.tif 000011
【図１１】
0005641962.tif 000012
【図１２】
0005641962.tif 000013
【図１３】
0005641962.tif 000014
【図１４】
0005641962.tif 000015
【図１５】
0005641962.tif 000016
【図１６】
0005641962.tif 000017
【図１７】
0005641962.tif 000018
【図１８】
0005641962.tif 000019
【図１９】
0005641962.tif 000020