(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された多層膜反射鏡と、
前記多層膜反射鏡上に形成された発光層と、
前記多層膜反射鏡を下部反射鏡とし、前記発光層で発光された光を共振させる共振器と、
前記共振器の共振スペクトルの位相をシフトさせて、複数の主モードを有する定在波を発生させる位相シフト層と、
外部に光が出射される発光面の出射領域に設けられた光の反射を防止する反射防止層と、
を備えた、半導体層よりなり、外部に出射される光のピーク波長を前記半導体層の屈折率で割った値をλとし、ｍを整数とした場合に、前記反射防止層の厚みと前記共振器の長さとの和が、（０．５×ｍ＋０．２５）×λである、
半導体発光素子。
【請求項２】
前記反射防止層の屈折率は、１．８以上、２．２以下である、請求項１に記載の半導体発光素子。
。
【請求項３】
外部に出射される光のピーク波長を前記半導体層の屈折率で割った値をλとした場合に、前記位相シフト層は、膜厚がλ／４の第１半導体層と、膜厚がλ／２で前記第１半導体層よりもバンドギャップエネルギーが小さい第２半導体層と、膜厚がλ／４の前記第１半導体層と、の組合せからなる半導体層である、請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記位相シフト層は、前記組合せを複数備える、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
外部に出射される光のピーク波長を前記半導体層の屈折率で割った値をλとした場合に、前記位相シフト層は、前記多層膜反射鏡とλ／４位相が異なる多層膜反射鏡である、請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記位相シフト層は、前記発光層と発光面との間、または前記発光層と前記多層膜反射鏡との間に設けられている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記位相シフト層と、発光面との間に前記共振器の位相を調整する位相調整層を備えた、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記位相シフト層と前記発光層との間に、前記複数の主モードの間隔を調整するために前記共振器の光学長を調整する共振器調整層を備えた、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体発光素子は、発光サイリスタ、または発光ダイオードである、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の半導体発光素子を光源として複数個備えた、光源ヘッド。
【請求項１１】
感光体と、
前記感光体表面を帯電する帯電手段と、
請求項１０に記載の光源ヘッドを備え、かつ前記帯電手段により帯電された前記感光体表面に静電潜像を形成するために前記光源ヘッドの出射光により露光する露光手段と、
前記露光手段により形成された前記静電潜像を現像する現像手段と、
前記現像手段により現像された前記静電潜像を定着する定着手段と、
を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、光源ヘッド、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、基板上に、ノンドープの第１の多層膜反射鏡（以下ＤＢＲと略す）と、第一導伝型の第１の層と，第一導伝型とは反対の導伝型の第二導伝型の第２の層と、活性層を含むノンドープの第３の層と、第一導伝型の第４の層と、第二導伝型の第５の層と、第二導伝型の第２のＤＢＲとが順に形成され、形成面に垂直方向にレーザ光を出力する発光素子と、前記基板面上に前記第１及び第２のＤＢＲと前記第１，２，３および４の層とを用いたヘテロフォトトランジスタ（以下ＨＰＴと略す）とを有し、前記ＨＰＴの第１のＤＢＲの一部に位相反転層を有することを特徴とする受光発光集積素子が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、量子井戸構造の発光層と、該発光層により発生させられた光を反射する為の反射層とを備えて構成された共鳴空洞型の半導体発光素子であって、第１多層膜層および第２多層膜層と、該第１多層膜層および第２多層膜層の間に挟まれて設けられたスペーサ層とから成るノッチフィルタを備え、該ノッチフィルタと前記反射層との間に前記発光層が挟まれて設けられていることを特徴とする半導体発光素子が記載されている。
【０００４】
特許文献３には、出力面に光の反射を防止するための反射防止膜が設けられた面発光ダイオードが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−１９６６８１号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２６１５号公報
【特許文献３】特開２００９−７０９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、共振スペクトルが１つの主モードを有する場合と比較して、発光量のばらつきを抑制する半導体発光素子、光源ヘッド、及び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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の半導体発光素子は、基板上に形成された多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡上に形成された発光層と、前記多層膜反射鏡を下部反射鏡とし、前記発光層で発光された光を共振させる共振器と、前記共振器の共振スペクトルの位相をシフトさせて、複数の主モードを有する定在波を発生させる位相シフト層と、外部に光が出射される発光面の出射領域に設けられた光の反射を防止する反射防止層と、を備えた、半導体層よりなり、外部に出射される光のピーク波長を前記半導体層の屈折率で割った値をλとし、ｍを整数とした場合に、前記反射防止層の厚みと前記共振器の長さとの和が、（０．５×ｍ＋０．２５）×λである。
【０００９】
本発明の半導体発光素子は、前記反射防止層の屈折率は、１．８以上、２．２以下である。
【００１０】
本発明の半導体発光素子は、外部に出射される光のピーク波長を前記半導体層の屈折率で割った値をλとした場合に、前記位相シフト層は、膜厚がλ／４の第１半導体層と、膜厚がλ／２で前記第１半導体層よりもバンドギャップエネルギーが小さい第２半導体層と、膜厚がλ／４の前記第１半導体層と、の組合せからなる半導体層である。
【００１１】
本発明の半導体発光素子は、前記位相シフト層は、前記組合せを複数備える。
【００１２】
本発明の半導体発光素子は、外部に出射される光のピーク波長を前記半導体層の屈折率で割った値をλとした場合に、前記位相シフト層は、前記多層膜反射鏡とλ／４位相が異なる多層膜反射鏡である。
【００１３】
本発明の半導体発光素子は、前記位相シフト層は、前記発光層と発光面との間、または前記発光層と前記多層膜反射鏡との間に設けられている。
【００１４】
本発明の半導体発光素子は、前記位相シフト層と、発光面との間に前記共振器の位相を調整する位相調整層を備えた。
【００１５】
本発明の半導体発光素子は、前記位相シフト層と前記発光層との間に、前記複数の主モードの間隔を調整するために前記共振器の光学長を調整する共振器調整層を備えた。
【００１６】
本発明の半導体発光素子は、発光サイリスタ、または発光ダイオードである。
【００１７】
本発明の光源ヘッドは、本発明の半導体発光素子を光源として複数個備えている。
【００１８】
本発明の画像形成装置は、感光体と、前記感光体表面を帯電する帯電手段と、本発明の光源ヘッドを備え、かつ前記帯電手段により帯電された前記感光体表面に静電潜像を形成するために前記光源ヘッドの出射光により露光する露光手段と、前記露光手段により形成された前記静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段により現像された前記静電潜像を定着する定着手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、請求項６、及び請求項９に記載の発明によれば、共振スペクトルが１つの主モードを有する場合と比較して、発光量のばらつきが抑制される。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、本構成外の屈折率を有する場合と比較して、光量の変動が抑制される。
【００２３】
請求項３及び請求項５に記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、発光量のばらつきが抑制される。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、多くの主モードを発生させられる。
【００２５】
請求項７に記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、適切に位相が調整される。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、主モードの間隔を調整させられる。
【００２７】
請求項１０及び請求項１１の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、画像の画質が向上される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施の形態に係る画像形成装置の一例の概略を示す概略構成図である。
【図２】本実施の形態に係る光源ヘッドの一例の内部構成を示す概略断面図である。
【図３】本実施の形態に係る半導体発光素子アレイの一例の外観を示す斜視図である。
【図４】第１の実施の形態の基本的な半導体発光素子の一例の概略構成を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態のＲＣＬＥＤである半導体発光素子の自然発光スペクトル及び共振器スペクトルの波長と強度との具体的一例を説明するための説明図である。
【図６】図５に示した場合における発光スペクトルの波長と強度との具体的一例を説明するための説明図である。
【図７】第１の実施の形態の半導体発光素子の光量分布を示す説明図である。
【図８】第１の実施の形態の半導体発光素子の温度特性を示す説明図である。
【図９】実施例１の半導体発光素子の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す説明図である。
【図１０】実施例１の半導体発光素子の光量分布を示す説明図である。
【図１１】実施例１の半導体発光素子の温度特性を示す説明図である。
【図１２】実施例２の半導体発光素子の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す説明図である。
【図１３】実施例３の半導体発光素子の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す説明図である。
【図１４】実施例４の半導体発光素子の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す説明図である。
【図１５】実施例５の半導体発光素子の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す説明図である。
【図１６】実施例６の基本的な半導体発光素子の一例の概略構成を示す断面図である。
【図１７】第２の実施の形態の基本的な半導体発光素子の一例の概略構成を示す断面図である。
【図１８】第２の実施の形態の半導体発光素子の自然発光スペクトル及び共振器スペクトルの波長と強度との具体的一例を説明するための説明図である。
【図１９】図１８に示した場合における発光スペクトルの波長と強度との具体的一例を説明するための説明図である。
【図２０】第２の実施の形態の半導体発光素子の反射防止膜の屈折率を変化させた場合の共振器スペクトルの変化の具体的一例を示す説明図である。
【図２１】実施例１の半導体発光素子の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す説明図である。
【図２２】実施例２の半導体発光素子の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す説明図である。
【図２３】実施例３の半導体発光素子の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す説明図である。
【図２４】従来の基本的な半導体発光素子の一例の概略構成を示す断面図である。
【図２５】従来の半導体発光素子の自然発光スペクトル及び共振器スペクトルの波長と強度との具体的一例を説明するための説明図である。
【図２６】図２５に示した場合における発光スペクトルの波長と強度との具体的一例を説明するための説明図である。
【図２７】従来の半導体発光素子の光量分布を示す説明図である。
【図２８】従来の半導体発光素子の温度特性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３０】
図１に、本実施の形態の画像形成装置の一例の概略を示す概略構成図を示す。図２に、本実施の形態の光源ヘッドの一例の内部構成を示す概略断面図を示す。図３に、本実施の形態に係る半導体発光素子アレイの一例の外観を示す斜視図を示す。
【００３１】
本実施形態に係る画像形成装置１０は、図１に示すように、矢印Ａ方向に定速回転する感光体１２を備えている。
【００３２】
この感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、感光体１２表面を帯電する帯電器１４、帯電器１４により帯電された感光体１２表面に静電潜像を形成するために露光するための光源ヘッド１６（露光手段）、トナー像を形成するために静電潜像を現像剤により現像する現像器１８（現像手段）、トナー像を用紙２８（記録媒体）に転写する転写体２０（転写手段）、転写後に感光体１２の残存した残トナーを除去するためのクリーナ２２、感光体１２を除電し電位を均一化するイレーズランプ２４が順に配設されている。
【００３３】
すなわち、感光体１２は、帯電器１４によって表面が帯電された後、光源ヘッド１６によって光ビームが照射されて、感光体１２上に潜像が形成される。なお、光源ヘッド１６は駆動部（不図示）と接続されており、駆動部によって半導体発光素子１００の点灯を制御して、画像データに基づいて光ビームを出射するようになっている。
【００３４】
形成された潜像には、現像器１８によってトナーが供給されて、感光体１２上にトナー像が形成される。感光体１２上のトナー像は、転写体２０によって、搬送されてきた用紙２８に転写される。転写後に感光体１２に残留しているトナーはクリーナ２２によって除去され、イレーズランプ２４によって除電された後、再び帯電器１４によって帯電されて、同様の処理を繰り返す。
【００３５】
一方、トナー像が転写された用紙２８は、加圧ローラ３０Ａと加熱ローラ３０Ｂからなる定着器３０（定着手段）に搬送されて定着処理が施される。これにより、トナー像が定着されて、用紙２８上に所望の画像が形成される。画像が形成された用紙２８は装置外へ排出される。
【００３６】
次に、本実施の形態の光源ヘッド１６の構成を詳細に説明する。本実施の形態の光源ヘッド１６は、ＳＬＥＤ（Ｓｅｌｆ−ｓｃａｎｎｉｎｇ  ＬＥＤ：自己走査型ＬＥＤ）を用いている。ＳＬＥＤは、ＬＥＤアレイとその駆動部分を一体化したものであり、複数のサイリスタ構造を有する発光部（半導体発光素子１００、詳細後述）を備えている。図２に示すように、半導体発光素子アレイ５０と、半導体発光素子アレイ５０を支持するとともに、半導体発光素子アレイ５０の駆動を制御する各種信号を供給するための回路（不図示）とが実装された実装基板５２と、セルフォックスレンズアレイ等の（セルフォックは、日本板硝子（株）の登録商標）ロッドレンズアレイ５４と、を備えている。
【００３７】
実装基板５２は、半導体発光素子アレイ５０の取り付け面を感光体１２に対向させて、ハウジング５６内に配設され、板バネ５８によって支持されている。
【００３８】
半導体発光素子アレイ５０は、図３に示すように、例えば、感光体１２の軸線方向に沿って当該軸線方向の解像度に応じて、複数の半導体発光素子１００が配列されて構成されたチップ６２が、さらに複数個直列に配列して構成されており、感光体１２の軸線方向に、予め定められた解像度で光ビームを照射するようになっている。
【００３９】
なお、本実施の形態では、チップ６２が複数個直列に１次元状に配列された例を示したが、これに限らず、複数列に分けて２次元状に配置してもよい。例えば千鳥状に配置する場合には、複数のチップ６２は、感光体１２の軸線方向に沿って並ぶように一列に配置されると共に、当該軸線方向と交わる方向に一定間隔ずらして二列に配置される。複数のチップ６２単位に分けられていても、複数の半導体発光素子１００の各々は、互いに隣接する２つの半導体発光素子１００の感光体１２の軸線方向の間隔が、ほぼ一定の間隔となるように配列されている。
【００４０】
ロッドレンズアレイ５４は、図２に示すように、ホルダー６４によって支持されており、各半導体発光素子１００から出射された光ビームを感光体１２上に結像させる。
【００４１】
ここで、本実施の形態の半導体発光素子１００について詳細に説明する前に、まず、比較のために、従来の半導体発光素子について説明する。
【００４２】
図２４に従来の半導体素子（発光ダイオード）の一例の概略構成の断面図を示す。従来の発光ダイオード１０００は、基板１００２、ＤＢＲ層１００４、発光層１００６、クラッド層１０１３、コンタクト層１０１２、下部電極１０１４、及び上部電極１１６を備えている。発光層１００６は、バリヤ層１００６Ａ１、活性層１００６Ｂ、及び発光層１００６Ａ２を備えている。
【００４３】
従来の発光ダイオード１０００では、コンタクト層１０１２と上部電極１０１６との界面が上部ミラーとして機能し、当該上部ミラーと、発光層１００６と、ＤＢＲ層１００４とにより共振器が構成されている。発光ダイオード１０００から出射される光の発光スペクトルは、共振器の共振器スペクトルと発光層１０６による自然発光スペクトルとの掛け合わせになる。ここで、共振器スペクトルとは、発光層で波長依存のない白色光が発光した際に、外部に出射される光の、発光ダイオードの層構造によって決まるスペクトルと定義する。図２５に、発光ダイオード１０００の自然発光スペクトル及び共振器スペクトルの波長と強度との具体的一例を示す。また、図２６に、この場合における発光スペクトルの波長と強度との具体的一例を示す。共振器スペクトルは、共振器の構造により定まり、自然発光スペクトルは発光層１０６の材料により定まる。図２５及び２６に示すように、出射光の発光スペクトルは、共振器スペクトルにより波長選択性が生じ、自然発光スペクトルよりもシャープになる。
【００４４】
このような発光ダイオード等の半導体発光素子では、一般に、製造過程において、結晶成長時のウエハ内の成長速度の差により、膜厚分布が生じるため、ウエハ内で共振器スペクトルのピークが分布する。すると、共振器の波長と自然発光の波長とのズレに分布が生じ、ウエハ内で発光量のばらつきが発生する場合がある。このように、ウエハ内でばらつきが発生するということは、個々の発光ダイオード個々の発光量がばらつくことになる。図２７に、従来の発光ダイオードの光量分布を示す。図２７に示すように、膜厚により、発光量（光強度）がばらついている。
【００４５】
さらに、共振器の波長の温度依存性が発光層１００６の自然発光波長の温度依存性に比べて小さいため、温度が変化すると、共振器スペクトルのピーク（主モード）と、自然発光スペクトルのピークがずれるという現象が生じる。その結果、図２８に示すように、温度依存性の膜厚によるばらつきが大きくなる。
【００４６】
たとえば、発光ダイオードを複数備えた発光ダイオードアレイを用いて上述の光源ヘッド１６を構成した場合には、半導体発光素子毎に光量がばらつくと、形成される画像の画質が劣化する。光量のばらつきを抑制するためには、各半導体発光素子毎に個別に光量を調整することがあげられるが、この場合、別途光量を調整する機構等が必要となるため、コストの増大や、装置の大型化を招くおそれがある。
【００４７】
次に、本実施の形態の半導体発光素子１００について詳細に説明する。
[第１の実施の形態]
まず、本実施の形態の基本的な半導体発光素子１００の概略構成について説明する。図４に、本実施の形態の基本的な半導体発光素子１００の一例の概略構成の断面図を示す。なお、ここでは、半導体発光素子１００を、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ系の、λ共振器を備えた共鳴空洞型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）とした場合を示している。
【００４８】
半導体発光素子１００は、基板１０２、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層１０４、発光層１０６、位相シフト層１０８、位相調整層１１０、コンタクト層１１２、下部電極１１４、及び上部電極１１６を備えている。
【００４９】
下部電極１１４及び上部電極１１６の材料は、接触する半導体層またはｐ型ＧａＡｓ基板１０４との良好なオーミック接触を保つために適した材料がそれぞれ用いられる。具体的例としては、金（Ａｕ）や、金とゲルマニウムとの合金（ＡｕＧｅ）、金と亜鉛との合金（ＡｕＺｎ）、ニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。
【００５０】
発光層１０６は、バリヤ層１０６Ａ１とバリヤ層１０６Ａ２との間にノンドープの活性層１０６Ｂが挟まれた構造になっている。本実施の形態の半導体発光素子１００では、下部電極１１４及び上部電極１１６の間に電圧が印加されると、活性層１０６Ｂが励起されて、活性層１０６Ｂ内でキャリア（電子及び正孔）が再結合する。当該再結合により、光が発生される。
【００５１】
本実施の形態では、コンタクト層１１２と上部電極１１６との界面が上部ミラーとして機能し、当該上部ミラーと、ＤＢＲ層１０４とにより、発光層１０６で発光した光を共振させるための共振器を構成している。また、位相シフト層１０８とＤＢＲ層１０４とにより共振器を構成している。
【００５２】
位相シフト層１０８は、位相をシフト（変調）させて複数の主モード（詳細後述）を有する共振スペクトルの定在波を発生させる機能を有している。
【００５３】
半導体発光素子１００内での光のピーク波長をλとすると、位相シフト層１０８は、基板１０２側から順に、膜厚がλ／４の第１半導体層１０８Ａ１と、膜厚がλ／２の第２半導体層１０８Ｂと、膜厚がλ／４の第１半導体層１０８Ａ２とが、積層されている。なお、ピーク波長λは、外部に取り出す光の基準波長（出射光のピーク波長）をλ０、基準波長λ０の光が共振器や発光層１０６を構成する半導体層（ここでは、ＡｌＧａＡｓ）を伝搬する際の屈折率をｎとした場合、λ＝λ０／ｎとなる。本実施の形態では、具体的一例として基準波長λ０＝７８０ｎｍである。
【００５４】
半導体発光素子１００の発光面（上部電極１１６が形成されている側の面）から出射される光の発光スペクトルは、発光層１０６における自然発光スペクトルと、上述の共振器の共振器スペクトルを掛け合わせになる。図５に、本実施の形態のＲＣＬＥＤである半導体発光素子１００の自然発光スペクトル及び共振器スペクトルの波長と強度との具体的一例を示す。また、図６に、この場合における発光スペクトルの波長と強度との具体的一例を示す。
【００５５】
図５に示すように、本実施の形態の半導体発光素子１００の共振器スペクトルは、２つの主モードを有している。なお、本実施の形態において、主モードとは、予め定めた波長以上のピーク波長である。半導体層は、屈折率の異なる層によって形成されているため、層境界で反射が生じ、複数の定在波が存在している。当該複数の定在波のうち、反射率が高い層境界間で生じる定在波が主モードとなる。本実施の形態では、位相シフト層１０８を設けたことにより位相がシフトした定在波が半導体層内に形成され、図５に示したように、外部に出射される際２つの主モードを有する光が発生する。
【００５６】
一方、自然発光スペクトルは、共振スペクトルの主モード間にピーク波長を有している。なお、発光層１０６は、当該ピーク波長となるように、半導体組成（具体的には、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓの組成）が定められている。
【００５７】
発光スペクトルは、共振器スペクトルと自然発光スペクトルとの掛け合わせであるため、図６に示すようにブロード（従来に比べてブロード）なスペクトルとなる。
【００５８】
また、図７に、本実施の形態の半導体発光素子１００の光量分布を示す。本実施の形態の半導体発光素子１００では、上述の従来技術において説明したように製造工程において、ウエハ内に膜厚分布が生じた場合、共振器スペクトルが短波長側もしくは、長波長側にシフトする。共振器スペクトルがシフトすると、２つの主モードの一方のモードからの光強度（光量）は増加するが、もう一方の主モードからの光強度（光量）は減少する。従って、トータルの光量の変動が抑えられる。そのため、図７に示すように、膜厚による光量のばらつきが抑えられる。
【００５９】
さらに、図８に、本実施の形態の半導体発光素子１００の温度特性を示す。本実施の形態の半導体発光素子１００では、自然発光スペクトルのピークが温度変化によってシフトした場合も上述と同様に、一方の主モードからの光量が増加すると共に、もう一方の主モードからの光量が減少するため、トータルの光量のばらつきが抑えられる。従って、トータルの光量の変動が抑えられる。そのため、図８に示すように、温度依存性の膜厚によるばらつきも抑えられる。
【００６０】
次に、本実施の形態の半導体発光素子１００の具体例について説明する。なお、各実施例で共通の構成及び動作については、説明を省略する場合がある。
【００６１】
（実施例１）
発光層１０６と発光面との間に位相シフト層１０８を設けた半導体発光素子１００について示す。また、本実施例の半導体発光素子１００では、位相調整層１１０の厚みをその他の実施例に比べて厚くしている。
【００６２】
図９に、本実施例の半導体発光素子１００の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す。なお、本実施例の半導体発光素子１００では、一例として、ｐ型の場合は、ドーパントとしてＺｎを用いており、ｎ型の場合は、ドーパントとしてＳｉを用いている。
【００６３】
ｎ型ＧａＡｓ基板１０２上に、ｎ型ＧａＡｓ系のバッファ層を介して、ｎ型ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲ層１０４が積層されている。なお、図４では図示を省略しているが、本実施例の半導体発光素子１００では、図９に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２と、ｎ型ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲ層１０４との結晶性を良好にするためにｎ型ＧａＡｓ系のバッファ層を設けている。
【００６４】
ｎ型ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲ層１０４は、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層と、Ａｌ組成が０．９０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層とのペアが基板１０２側から順に、１０層繰り返して積層されている。
【００６５】
ＤＢＲ層１０４上には、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が１．７５λのｎ型ＡｌＧａＡｓ系バリヤ層１０６Ａ１と、Ａｌ組成が０．１４で膜厚が０．５λのノンドープＡｌＧａＡｓ系活性層１０６Ｂと、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が１．２５λのｐ型ＡｌＧａＡｓ系バリヤ層１０６Ａ２とが順に積層されている。活性層１０６Ｂには、バリヤ層１０６Ａ１側からから小数キャリアとして注入されたキャリア（電子）が移動してくる。また、活性層１０６Ｂには、バリヤ層１０６Ａ２側からから小数キャリアとして注入されたキャリア（正孔）が移動してくる。活性層１０６Ｂ内では、移動してきた電子と正孔とが発光再結合する。
【００６６】
ｐ型ＡｌＧａＡｓ系位相シフト層１０８は、基板側から順に、Ａｌ組成が０．９０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層１０８Ａ１と、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が０．５（１／２）λの半導体層１０８Ｂと、Ａｌ組成が０．９０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層１０８Ａ１と、が積層されている。
【００６７】
また、ｐ型ＡｌＧａＡｓ系位相調整層１１０は、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が２．１３８λである。さらに、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１２は、膜厚が０．１４２λとしている。本実施例では、このように位相調整層１１０の膜厚をその他の実施例（後述参照）よりも厚くしている。一般に、コンタクト層１１２上に上部電極１１６を設けることにより、上部電極１１６によって出射光が遮光されるため、出射光量が減少する。発光層１０６と上部電極１１６との距離が近い場合、上部電極１１６から注入された電流が横方向に十分拡散されないため、発光層１０６全体の発光量に対し上部電極１１６下部の発光層１０６における発光量の割合が多くなり、発光層１０６の中心で発光した光の多くが遮光されてしまう。そこで本実施例では、発光層１０６と上部電極１１６との間に設けられた位相調整層１１０の厚さを厚くすることにより、発光層１０６と上部電極１１６との距離を広げている。距離が広がることにより、上部電極１１６から注入された電流は横方向に拡散して発光層１０６で発光再結合するため、発光層１０６全体の発光量に対し上部電極１１６下部の発光層１０６における発光量の割合が少なくなり、上部電極１１６により遮光される光量を低減させている。従って、発光面から出射される光量の減少が抑制される。
【００６８】
また、位相調整層１１０の厚さを変化させることにより、共振器長が変化するため、コンタクト層１１２とＤＢＲ層１０４とで形成される共振器の主モードを変化させられる。従って、２つの主モードの間隔（ピークｔｏピーク）を調整させられる。
【００６９】
なお、半導体発光素子１００の各層の結晶成長には、例えば、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が適用される。
【００７０】
図１０に、本実施例の半導体発光素子１００の光量分布を示す。図１１に、本実施例の半導体発光素子１００の温度特性を示す。
【００７１】
上述したように、本実施例の半導体発光素子１００においても、位相シフト層１０８を設けたことにより、膜厚による光量のばらつきが抑えられる。さらに、温度依存性の膜厚によるばらつきも抑えられる。
【００７２】
（実施例２）
発光層１０６と発光面との間に位相シフト層１０８を設け、かつ、発光層１０６と位相シフト層１０８との間に共振器調整層を備えた半導体発光素子１００について示す。
【００７３】
図１２に、本実施例の半導体発光素子１００の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す。
【００７４】
ｎ型ＧａＡｓ基板１０２上に、ｎ型ＧａＡｓ系のバッファ層を介して、ｎ型ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲ層１０４が積層されている。ｎ型ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲ層１０４は、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層と、Ａｌ組成が０．９０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層とのペアが基板１０２側から順に、１０層繰り返して積層されている。ＤＢＲ層１０４上には、発光層１０６が形成されている。発光層１０６の構成は、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が１．７５λのｎ型ＡｌＧａＡｓ系バリヤ層１０６Ａ１と、Ａｌ組成が０．１４で膜厚が０．５λのノンドープＡｌＧａＡｓ系活性層１０６Ｂと、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が１．５λのｐ型ＡｌＧａＡｓ系バリヤ層１０６Ａ２とが順に積層されている。
【００７５】
さらに本実施例では、発光層１０６上に共振器調整層が設けられている。当該共振器調整層は、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が２．０λのｐ型ＡｌＧａＡｓ系半導体層である。
【００７６】
一般に、定在波の波長は、層境界の間の光学長によりモードが選択され、モード間隔は、光学長が長いほど短く、光学長が短いほど長くなる。本実施例の半導体発光素子１００では、ＤＢＲ層１０４と位相シフト層１０８とで構成される共振器と、ＤＢＲ層１０４とコンタクト層１１２の界面とで構成される共振器が強いモードとなり、それぞれ主モードとなる。この際、共振器調整層の厚さを変えることによって、それぞれの共振器の共振器長が変化する。さらに、共振器長の変化に伴い、主モードの間隔も変化する。従って、本実施例では、共振器調整層により、主モードの間隔を調整させられる。
【００７７】
また、共振器調整層を設けることにより、発光層１０６と上部電極１１６との距離が広がるため、上述したように、位相調整層１１０の厚さを厚くした場合と同様の効果が得られる。
【００７８】
共振器調整層上には、実施例１と同様に位相シフト層１０８が形成されており、その上には、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が０．１３８λのｐ型ＡｌＧａＡｓ系位相調整層１１０が形成されている。さらにその上には、膜厚が０．１４２λのｐ型ＡｌＧａＡｓ系コンタクト層１１２が形成されている。
【００７９】
（実施例３）
発光層１０６と発光面との間に位相シフト層１０８を設け、かつ、位相シフト層１０８の上層にＤＢＲ層を備えた半導体発光素子１００について示す。
【００８０】
図１３に、本実施例の半導体発光素子１００の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す。
【００８１】
ｎ型ＧａＡｓ基板１０２上に、ｎ型ＧａＡｓ系のバッファ層を介して、ｎ型ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲ層１０４が積層されている。ｎ型ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲ層１０４は、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層と、Ａｌ組成が０．９０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層とのペアが基板１０２側から順に、１０層繰り返して積層されている。ＤＢＲ層１０４上には、発光層１０６が形成されている。発光層１０６の構成は、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が１．７５λのｎ型ＡｌＧａＡｓ系バリヤ層１０６Ａ１と、Ａｌ組成が０．１４で膜厚が０．５λのノンドープＡｌＧａＡｓ系活性層１０６Ｂと、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が１．２５λのｐ型ＡｌＧａＡｓ系バリヤ層１０６Ａ２とが順に積層されている。発光層１０６上には、実施例１と同様に位相シフト層１０８が形成されている。
【００８２】
発光層１０６上には、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層と、Ａｌ組成が０．９０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層とのペアが基板１０２側から順に、４層繰り返して積層された、ｐ型ＤＢＲ層が形成されている。
【００８３】
また、ｐ型ＤＢＲ層上には、実施例２と同様に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ系位相調整層１１０及びｐ型ＡｌＧａＡｓ系コンタクト層１１２が形成されている。
【００８４】
（実施例４）
発光層１０６と発光面との間に位相シフト層１０８を設け、かつ、位相シフト層１０８がＤＢＲ層１０４に対して位相をλ／４シフトさせるＤＢＲ層からなる半導体発光素子１００について示す。
【００８５】
図１４に、本実施例の半導体発光素子１００の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す。
【００８６】
ｎ型ＧａＡｓ基板１０２上に、上記実施例２及び実施例３と同様に、バッファ層、ＤＢＲ層１０４、及び発光層１０６が形成されている。さらに本実施例では、発光層１０６上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ系位相シフトＤＢＲ層が形成されている。
【００８７】
ｐ型ＡｌＧａＡｓ系位相シフトＤＢＲ層は、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層と、Ａｌ組成が０．９０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層とのペアが発光層１０６側から順に、４層繰り返して積層されている。
【００８８】
発光層１０６に近接するＤＢＲ層１０４のＡｌ組成は、０．９０であり、一方、発光層１０６に近接する位相シフトＤＢＲ層のＡｌ組成は、０．３０である。このように、両ＤＢＲ層は、発光層１０６からみたＤＢＲの順序が異なっているため、発光層１０６に接するＡｌの組成が異なっている。
【００８９】
上述の各実施例では、位相シフト層１０８を膜厚がλ／４の半導体層１０８Ａ１、１０８Ａ２の間に膜厚がλ／２の半導体層１０８Ｂを設けることにより、位相をシフトさせていた。これに対して本実施例では、ＤＢＲ層１０４の位相と、位相シフトＤＢＲ層の位相とをλ／４ずらしておくことで、位相が異なる定在波を発生させられる。従って、共振スペクトルの主モードを複数（二つ）にさせられる。
【００９０】
なお、本実施例においても、上述の実施例２で示した共振器調整層を用いることにより、ＤＢＲ層１０４と位相シフトＤＢＲ層とで構成される共振器の光学長を変えられる。光学長が変えられるため、主モード間隔を調整させられる。特に、位相シフトＤＢＲ層の反射率が大きいため、ここでのモードが強く、より効果が大きい。
【００９１】
（実施例５）
発光層１０６と発光面との間に位相シフト層１０８を設けた発光サイリスタである半導体発光素子１００について示す。また、本実施例の半導体発光素子１００では、位相調整層１１０の厚みを実施例１と同様に、厚くしている。
【００９２】
図１５に、本実施例の発光サイリスタである半導体発光素子１００の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す。
【００９３】
ｐ型ＧａＡｓ基板１０２上に、ｐ型ＧａＡｓ系バッファ層が形成されており、バッファ層上には、ｐ型のＤＢＲ層１０４が形成されている。また、ＤＢＲ層１０４上には、発光層１０６が形成されている。
【００９４】
発光サイリスタであるため、本実施例の発光層１０６は、ＤＢＲ層１０４側から順に、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が１．５（１／４）λのｎ型ＡｌＧａＡｓ系ゲート層と、Ａｌ組成が０．１４で膜厚が０．５（１／４）λのノンドープの活性層と、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が１．５（１／４）λのｐ型ＡｌＧａＡｓ系ゲート層とが積層されてなる。
【００９５】
また、発光層１０６上には、ｎ型ＡｌＧａＡｓ系位相シフト層１０８、膜厚が２．１３８λのｎ型ＡｌＧａＡｓ系位相調整層１１０、及びｎ型ＧａＡｓ系コンタクト層１１２が形成されている。
【００９６】
このように、半導体発光素子１００を発光サイリスタとして形成した場合において、上述したように、本実施例の半導体発光素子１００においても、膜厚がλ／４の半導体層１０８Ａ１、１０８Ａ２の間に膜厚がλ／２の半導体層１０８Ｂを設けた位相シフト層１０８を備えることにより、膜厚による光量のばらつきが抑えられる。さらに、温度依存性の膜厚によるばらつきも抑えられる。
【００９７】
（実施例６）
コンタクト層１１２及び位相調整層１１０の一部がエッチングにより除去された半導体発光素子１００について示す。図１６に、本実施例の半導体発光素子１００の具体的一例の概略構成の断面図を示す。なお、ここでは、一例として、上述の図４に示した半導体発光素子１００と略同様の構成としているが、上述の各実施例のいずれを用いてもよい。
【００９８】
図１６に示すように、本実施例の半導体発光素子１００では、上部電極１１６を形成した後に、発光面の発光領域の一部にあたる、コンタクト層１１２及び位相調整層１１０をエッチングによって除去している。なお、エッチングにより除去される発光面の面積は、除去されない面積と略同等とすることが好ましい。
【００９９】
エッチングによって除去された領域の共振器スペクトルは、除去されていない領域の共振器スペクトルと位相が変わり、主モードの波長が長波長側、もしくは短波長側へシフトする。除去された領域の主モードのスペクトルが、除去されていない領域の共振器スペクトルの２つの主モードの間に位置するように、エッチング深さを調整することにより、出射された光は両者の重ねあわせとなるため、あたかも共振器スペクトルが３つの主モードを有するようになる。
【０１００】
従って、膜厚分布や温度変動による光量変動がさらに平均化され、よりばらつきが抑えられる。
[第２の実施の形態]
まず、本実施の形態の基本的な半導体発光素子２００の概略構成について説明する。図１７に、本実施の形態の基本的な半導体発光素子２００の一例の概略構成の断面図を示す。なお、本実施の形態は第１の実施の形態と略同様の構成であるため、略同様な部分はその旨を記し、詳細な説明を省略する。
【０１０１】
本実施の形態の半導体発光素子２００は、発光面の上部電極１１６を除いた領域に光の反射を防止する反射防止膜２０２が設けられている。
【０１０２】
図１８に、本実施の形態の半導体発光素子２００の自然発光スペクトル及び共振器スペクトルの波長と強度との具体的一例を示す。また、図１９に、この場合における発光スペクトルの波長と強度との具体的一例を示す。
【０１０３】
図１８に示すように、本実施の形態の半導体発光素子２００の共振器スペクトルは、３つの主モードを有している。第１の実施の形態の半導体発光素子１００の共振器スペクトル（図５参照）の主モードの間（谷の部分）が持ち上がった形状となっており、よりフラットな共振器スペクトルとなっている。
【０１０４】
反射防止膜２０２の屈折率が空気に近いと、半導体層内に形成される共振器のモードが主になるが、屈折率がある範囲内になると、半導体層内のモードとＤＢＲ層１０４上に半導体層に反射防止膜２０２を加えて新たに形成された共振器のモードが同程度の強度を持つようになる。これにより、共振器の二つの主モードの谷の部分に新たなモードが発生したものと考えられる。
【０１０５】
自然発光スペクトルのピークが２つの主モード間に谷となる部分がなくなり、フラットな共振器スペクトルを有することにより、谷の部分により光量低下が抑制される。これにより、共振器スペクトルや自然発光スペクトルがシフトした場合でも、光量の変動を抑えられる。
【０１０６】
反射防止膜２０２の屈折率は、空気の屈折率よりも大きく、化合物半導体層（ここではＡｌＧａＡｓ）の屈折率よりも小さければ効果は得られるが、より好ましくは以下のようになる。
【０１０７】
図２０に、反射防止膜２０２の屈折率を変化させた場合の共振器スペクトルの変化の具体的一例を示す。屈折率が小さい場合には、主モードは２つである。一方、屈折率が大きい場合は、主モードは３つになる。自然発光スペクトルと共振器スペクトルの相対位置が変化しても、出射光の光量が変動しないためには、屈折率が小さい場合は、２つの主モードの間が、主モードの高さの半分以上であることが望まれる。また、屈折率が大きい場合は、３つの主モードの中央のモードが両端のモードと同レベル以下であることが望まれる。従って、図２０に示すように、図１７に示した構造の半導体発光素子２００では、屈折率が１．８以上、２．２以下とすることが好ましい。このような屈折率を有する材料としては、ＳｉＮｘやＣｅＯ２、ＨｆＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ等があげられる。
【０１０８】
また、膜厚は、ＤＢＲ層１０４上に半導体層に反射防止膜２０２を加えて新たに形成された共振器により発生するモードが主モード間となるような膜厚ならばよい。具体的には、共振器の光学長が、（０．５×ｍ＋０．２５）×λ（ただし、ｍは整数）とすることが好ましい。なお、膜厚が不適切な場合は、主モードの間ではなく、外部が盛り上がる（モードが発生する）場合がある。
【０１０９】
（実施例１）
発光層１０６と発光面との間に位相シフト層１０８を備え、反射防止膜２０２が設けられた発光サイリスタである半導体発光素子２００について示す。なお、膜厚以外の構成は、第１の実施の形態の実施例１と同様としている。
【０１１０】
図２１に、本実施例の発光サイリスタである半導体発光素子２００の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す。
【０１１１】
本実施例の半導体発光素子２００では、上述したように、共振器スペクトルの主モード間（谷間）にモードが発生し、共振器スペクトルがフラットになるため、共振器スペクトルや自然発光スペクトルがシフトした場合でも、光量の変動を抑えられる。
【０１１２】
（実施例２）
発光層１０６と発光面との間に多層の位相シフト層１０８を備え、反射防止膜２０２が設けられた発光サイリスタである半導体発光素子２００について示す。なお、膜厚以外の構成は、第１の実施の形態の実施例１と同様としている。
【０１１３】
図２２に、本実施例の発光サイリスタである半導体発光素子２００の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す。
【０１１４】
本実施例の半導体発光素子２００では、実施例１と位相シフト層１０８の構成が異なっている。本実施例では、位相シフト層１０８が５層構造となっている。Ａｌ組成が０．９０で膜厚が０．２５（１／４）λの半導体層１０８Ａが３層と、Ａｌ組成が０．３０で膜厚が０．５（１／２）λの半導体層１０８Ｂとが２層と、により構成されてあり、位相シフト層１０８Ａの間に位相シフト層１０８Ｂが挟まれている。
【０１１５】
このように、多層構造とすることにより、共振器スペクトルの主モードが複数（３つ以上）になる。従って、共振器スペクトルがよりフラットになる。
【０１１６】
（実施例３）
発光層１０６と基板１０２との間に多層の位相シフト層１０８を備え、反射防止膜２０２が設けられた発光サイリスタである半導体発光素子２００について示す。図２３に、本実施例の発光サイリスタである半導体発光素子２００の各層のＡｌ組成及び膜厚の具体的一例を示す。
【０１１７】
本実施例の半導体発光素子２００では、基板１０２と、発光層１０６との間にｎ型ＡｌＧａＡｓ系位相シフト層１０６が設けられている。なお、本実施例では、ＤＢＲ層１０４を上記各実施例と異なり、８層としている。
【０１１８】
このように位相シフト層１０８を基板１０２と発光層１０６との間に設けた場合であっても、上述したように共振器スペクトルの主モードが２つになる。なお、この場合、位相シフト層１０８は、ＤＢＲ層１０４と発光層１０６との間であることが好ましい。
【０１１９】
以上、上記各実施の形態及び実施例で説明したように、半導体発光素子１００、２００では、位相シフト層１０８を設けたことにより、共振器の共振スペクトルに複数のモードを発生させるため、光量のばらつきが抑えられる。これにより、温度依存性のばらつきも抑えられる
また、第２の実施の形態で説明したように、発光面に反射防止膜２０２を設けることにより、共振器スペクトルの主モード間（谷）にモードを発生させられるため、共振器スペクトルがフラットなる。これにより、共振器スペクトルや自然発光スペクトルがシフトした場合でも、光量の変動を抑えられる。
【０１２０】
なお、上記各実施の形態及び実施例は、本発明の一例であり、これらを組み合わせてもよいし、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることはいうまでもない。
【０１２１】
例えば、発光層１０６は、上記各実施の形態、実施例に示したように、ノンドープであってもよいし、ｐ型、ｎ型、いずれでもよい。なお、正孔は、電子に比べて移動度が小さいため、空間的な広がり（厚み方向及び層の面内方向の広がり）が小さく発光効率が高いため、ｐ型またはノンドープとすることが好ましい。
【０１２２】
また、半導体発光素子１００、２００は、発光ダイオードであっても、発光サイリスタであってもよい。さらに、ＰＮＰ型でも、ＮＰＮ型でもよいし、ＰＮＰＮ型でも、ＮＰＮＰ型でもよい。
【０１２３】
また、本実施の形態では、具体的一例として、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いた半導体発光素子１００、２００について説明したがこれに限られず、ＩｎＧａＡｓＰ系や、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ系材料等を用いた発光サイリスタに対しても適用してもよい。
【０１２４】
また、本実施の形態では、自己走査型の電子写真式の画像形成装置１０の光源ヘッド１６に適用した場合について説明したがこれに限らず、本実施の形態の半導体発光素子１００を他の光源ヘッドや他の画像形成装置に適用するようにしてもよい。また、半導体発光素子１００を、例えば、スキャナ等、他の装置の光源に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１２５】
１０  画像形成装置
１６  光源ヘッド
１００、２００  半導体発光素子
１０２  基板
１０４  ＤＢＲ層
１０６  発光層
１０８  位相シフト層
１１０  位相調整層
１１２  コンタクト層
１１４  下部電極
１１６  上部電極
２０２  反射防止膜
【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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