(57)【要約】【課題】高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子を提供する。【解決手段】  反射層１０２Ａは、反射層１１２と反射層１１３からなる。反射層１１２は、基板上に形成され、反射層１１３は、反射層１１２上に形成される。反射層１１２は、低屈折率層１１２１と高屈折率層１１２２とが積層された構造からなる。低屈折率層１１２１は、ｎ−ＡｌＡｓからなり、高屈折率層１１２２は、ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。反射層１１３は、低屈折率層１１３１と、高屈折率層１１３２とが積層された構造からなる。低屈折率層１１３１は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層１１３２は、ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に形成され、低屈折率層と高屈折率層とが積層された第１の半導体層と、
該第１の半導体層上に形成され、低屈折率層と高屈折率層とが積層された第２の半導体層と、
該第２の半導体層上に形成され、活性層を含む共振器と、
該共振器上に形成され、低屈折率層と高屈折率層とが積層された第３の半導体層とを備え、
前記第１の半導体層は、低屈折率層がＡｌＡｓからなり、高屈折率層がＧａＩｎＰからなり、
前記第２の半導体層は、低屈折率層が前記第１の半導体層の低屈折率層よりも酸化速度が遅い半導体材料からなり、高屈折率層がＧａＩｎＰからなる面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記第２の半導体層における低屈折率層は、ＡｌＧａＡｓからなる、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記活性層における発振光の波長は、６８０ｎｍから８３０ｎｍの範囲内である、請求項１又は２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記第１の半導体層、前記第２の半導体層及び前記第３の半導体層の導電型はｎ型である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に配置された複数の面発光レーザ素子とを備え、
前記複数の面発光レーザ素子の各々は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子からなる、面発光レーザアレイ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、または請求項５に記載の面発光レーザアレイからなる書き込み光源を備える画像形成装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、または請求項５に記載の面発光レーザアレイからなる光源を備える光ピックアップ装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、または請求項５に記載の面発光レーザアレイからなる光源を備える光送信モジュール。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、または請求項５に記載の面発光レーザアレイからなる光源を備える光送受信モジュール。
【請求項１０】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、または請求項５に記載の面発光レーザアレイからなる光源を備える光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面発光レーザ素子、それを備えた面発光レーザアレイ、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた画像形成装置、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光ピックアップ装置、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光送信モジュール、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光送受信モジュールおよび面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ素子（面発光型半導体レーザ素子）は、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、端面発光型に比べて低コストで高性能な特性が得られることから、光インターコネクションなどの光通信の光源、光ピックアップ用の光源、および画像形成装置の光源等、民生用途で用いられている。
【０００３】
特に、８５０ｎｍ帯および９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子は、活性層へのキャリア閉じ込めが良好である。より具体的には、８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子においては、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる量子井戸活性層と、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）からなる障壁層およびスペーサー（クラッド層）とが用いられている。
【０００４】
また、８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子においては、高性能なＡｌＧａＡｓ系の反射鏡（半導体多層膜反射鏡、半導体分布ブラッグ反射鏡、および半導体ＤＢＲ）と、Ａｌ酸化膜を利用した電流狭窄構造とを採用できるので、実用レベルの性能を実現している。
【０００５】
しかし、面発光レーザ素子は、活性層の体積が小さいため、端面発光レーザと比較して光出力が小さく、出力の増大が求められる場合が多い。特に、波長が短くなる程、活性層へのキャリア閉じ込めが悪くなり、高出力が得られなくなるとともに、温度特性が悪くなる等の問題がある。
【０００６】
発振波長が７８０ｎｍ帯である波長の短い面発光レーザ素子は、ＡｌＡｓ層を選択酸化した電流狭窄構造を採用している（非特許文献１）。非特許文献１に開示された面発光レーザ素子は、活性層と活性層を挟むスペーサー層とからなる共振器を下部反射鏡および上部反射鏡で挟んだ構造からなる。
【０００７】
そして、共振器の厚さは、発振波長の１波長分である。活性層は、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる井戸層と、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる障壁層とを交互に積層した量子井戸構造からなる。また、スペーサー層は、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる。さらに、下部反射鏡は、ｎ型のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層と、ｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とを４０．５ペア積層した構造からなる。この場合、高屈折率層および低屈折率層の１層当りの膜厚は、面発光レーザ素子の発振波長をλとすると、λ／４である。
【０００８】
さらに、上部反射鏡は、ｐ型のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層と、ｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とを２４ペア積層した構造からなる。この場合も、高屈折率層および低屈折率層の１層当りの膜厚は、λ／４である。
【０００９】
さらに、ＡｌＡｓ選択酸化層が共振器からλ／４だけ離れて上部反射鏡中に設けられている。なお、反射鏡の各層の間には、抵抗を低減させるために、組成が徐々に変わる組成傾斜層が設けられている。
【００１０】
上述した活性層およびスペーサー層等は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法によって形成される。
【００１１】
非特許文献１に開示された面発光レーザ素子は、メサ形状を採用している。このメサ形状は、下部反射鏡、スペーサー層、活性層、スペーサー層および上部反射鏡を基板上に順次積層した後に、下部反射鏡に達するように上部反射鏡、スペーサー層、活性層およびスペーサー層をドライエッチング法によってエッチングすることにより形成される。
【００１２】
メサ形状が形成されると、ＡｌＡｓ選択酸化層の端面は、露出するので、ＡｌＡｓ選択酸化層を水蒸気中で熱処理してＡｌＡｓをＡｌｘＡｓｙの絶縁物に変え、素子駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓ領域だけに制限する電流狭窄構造（酸化アパーチャー）を形成する。
【００１３】
その後、メサ上部の光出射部（メタルアパーチャー）を除いた箇所にｐ側電極を形成し、基板裏面にｎ側電極を形成して面発光レーザ素子を作製する。
【００１４】
非特許文献１においては、酸化アパーチャーとメタルアパーチャーとの最適化によって、７８０ｎｍ帯でシングルモードの最高出力となる３．４ｍＷを得ている。
【００１５】
しかし、８５０ｎｍ帯および９８０ｎｍ帯では、７ｍＷの出力が報告されており、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子は、出力の点では劣っている。この光出力を増大させる一つの方法は、発光部の温度上昇を少なくする対策を行なうことである。
【００１６】
発光部の温度上昇を抑制する方法として、発振波長が８５０ｎｍである面発光レーザ素子において熱抵抗を小さくする構成が提案されている（特許文献１）。そして、この構成は、下部反射鏡の下側に配置された低屈折率層の大部分にＡｌＧａＡｓよりも熱伝導率が高いＡｌＡｓを用いた構成からなる。
【００１７】
なお、下部反射鏡の上側の低屈折率層には、従来のＡｌＧａＡｓが用いられている。この理由は、メサ形状を形成するときのエッチング面が下側のＡｌＡｓを用いた反射鏡中に達すると、そのエッチングの後工程であるＡｌＡｓ選択酸化層を酸化するときに、露出した反射鏡中のＡｌＡｓも酸化され、素子が絶縁化または高抵抗化するので、これを回避するためである。
【００１８】
すなわち、ＡｌＡｓよりも酸化速度が遅いＡｌＧａＡｓを下部反射鏡の上側に設けるとことによって、エッチング面が下部反射鏡の上側のＡｌＧａＡｓ中に位置するようにするためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかし、発振波長が短い面発光レーザ素子では、発光部の温度上昇の抑制が十分ではない。
【００２０】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子を提供することである。
【００２１】
また、この発明の別の目的は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子を備える面発光レーザアレイを提供することである。
【００２２】
さらに、この発明の別の目的は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える画像形成装置を提供することである。
【００２３】
さらに、この発明の別の目的は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光ピックアップ装置を提供することである。
【００２４】
さらに、この発明の別の目的は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光送信モジュールを提供することである。
【００２５】
さらに、この発明の別の目的は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光送受信モジュールを提供することである。
【００２６】
さらに、この発明の別の目的は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
この発明によれば、面発光レーザ素子は、基板と、該基板上に形成され、低屈折率層と高屈折率層とが積層された第１の半導体層と、該第１の半導体層上に形成され、低屈折率層と高屈折率層とが積層された第２の半導体層と、該第２の半導体層上に形成され、活性層を含む共振器と、該共振器上に形成され、低屈折率層と高屈折率層とが積層された第３の半導体層とを備え、前記第１の半導体層は、低屈折率層がＡｌＡｓからなり、高屈折率層がＧａＩｎＰからなり、前記第２の半導体層は、低屈折率層が前記第１の半導体層の低屈折率層よりも酸化速度が遅い半導体材料からなり、高屈折率層がＧａＩｎＰからなる。
【００２８】
好ましくは、活性層における発振光の波長は、６８０ｎｍから８３０ｎｍの範囲である。
【００２９】
好ましくは、第１、第２および第３の半導体層の各々の導電型は、ｎ型である。
【００３０】
また、この発明によれば、面発光レーザアレイは、基板と、複数の面発光レーザ素子とを備える。複数の面発光レーザ素子は、基板上に配置される。そして、複数の面発光レーザ素子の各々は、本発明の面発光レーザ素子からなる。
【００３１】
さらに、この発明によれば、画像形成装置は、本発明の面発光レーザ素子、または本発明の面発光レーザアレイからなる書き込み光源を備える。
【００３２】
さらに、この発明によれば、光ピックアップ装置は、本発明の面発光レーザ素子、または本発明の面発光レーザアレイからなる光源を備える。
【００３３】
さらに、この発明によれば、光送信モジュールは、本発明の面発光レーザ素子、または本発明の面発光レーザアレイからなる光源を備える。
【００３４】
さらに、この発明によれば、光送受信モジュールは、本発明の面発光レーザ素子、または本発明の面発光レーザアレイからなる光源を備える。
【００３５】
さらに、この発明によれば、光通信システムは、本発明の面発光レーザ素子、または本発明の面発光レーザアレイからなる光源を備える。
【発明の効果】
【００３６】
この発明による面発光レーザ素子は、活性層で発生した熱の放熱特性が改善され、面発光レーザ素子の出力を高くできるとともに、良好な温度特性を実現できる。
【００３７】
また、この発明による面発光レーザアレイは、この発明による面発光レーザ素子を備えるので、配置間隔を小さくして面発光レーザ素子の配置密度を高密度にできる。
【００３８】
さらに、この発明による画像形成装置は、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを光源として備えるので、面発光レーザ素子の個数を多くして感光体に書き込みができる。すなわち、ドット密度を高くして感光体に書き込みができる。
【００３９】
さらに、この発明による光ピックアップ装置は、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを光源として備えるので、複数のレーザ光によって光ディスクに記録および／または再生できる。
【００４０】
さらに、この発明による光送信モジュールは、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを光源として備えるので、複数のレーザ光によって信号を送信できる。すなわち、信号の送信送速度を高くできる。
【００４１】
さらに、この発明による光送受信モジュールは、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを光源として備えるので、複数のレーザ光によって信号を伝送できる。すなわち、信号の伝送速度を高くできる。
【００４２】
さらに、この発明による光通信システムは、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを光源として備えるので、システム全体を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図２】図１に示す共振器の一部の断面図である。
【図３】図１に示す一方の反射層の構成を示す概略断面図である。
【図４】図１に示す他方の反射層の構成を示す概略断面図である。
【図５】熱抵抗率と、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓまたは（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘとの関係を示す図である。
【図６】エネルギーレベルと、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓまたは（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘとの関係を示す図である。
【図７】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第１の工程図である。
【図８】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第２の工程図である。
【図９】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第３の工程図である。
【図１０】実施の形態２による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図１１】図１０に示す反射層の構成を示す断面図である。
【図１２】図１に示す面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイの平面図である。
【図１３】画像形成装置の概略図である。
【図１４】図１３に示す面発光レーザアレイの平面図である。
【図１５】光送信モジュールの概略図である。
【図１６】光送受信モジュールの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００４５】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１を参照して、この発明による実施の形態１による面発光レーザ素子１００は、基板１０１と、反射層１０２，１０４と、共振器１０３と、選択酸化層１０５と、コンタクト層１０６と、ＳｉＯ２層１０７、絶縁性樹脂１０８と、ｐ側電極１０９と、ｎ側電極１１０とを備える。なお、面発光レーザ素子１００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【００４６】
共振器１０３は、共振器スペーサー層１０３１と、活性層１０３２と、共振器スペーサー層１０３３とを含む。
【００４７】
基板１０１は、面方位が（１１１）Ａ面方向に傾斜角１５度で傾斜した（１００）ｎ型ガリウム砒素（ｎ−ＧａＡｓ）からなる。反射層１０２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの対を一周期とした場合、４０．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ］からなり、基板１０１の一主面に形成される。そして、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ及びｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの各々の膜厚は、面発光レーザ素子１００の発振波長をλとした場合、λ／４である。
【００４８】
共振器スペーサー層１０３１は、ノンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐと、ノンドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐとを順次積層した構造からなり、反射層１０２上に形成される。活性層１０３２は、圧縮歪組成の量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層１０３１上に形成される。
【００４９】
共振器スペーサー層１０３３は、ノンドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐと、ノンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐとを順次積層した構造からなり、活性層１０３２上に形成される。反射層１０４は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２５周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層１０３３上に形成される。そして、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１ＡｓおよびＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの各々の膜厚は、λ／４である。
【００５０】
選択酸化層１０５は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層１０４中に設けられる。そして、選択酸化層１０５は、非酸化領域１０５ａと酸化領域１０５ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。
【００５１】
コンタクト層１０６は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層１０４上に形成される。ＳｉＯ２層１０７は、反射層１０２の一部の一主面と、共振器スペーサー層１０３１、活性層１０３２、共振器スペーサー層１０３３、反射層１０４、選択酸化層１０５およびコンタクト層１０６の端面とを覆うように形成される。
【００５２】
絶縁性樹脂１０８は、ＳｉＯ２層１０７に接して形成される。ｐ側電極１０９は、コンタクト層１０６の一部および絶縁性樹脂１０８上に形成される。ｎ側電極１１０は、基板１０１の裏面に形成される。
【００５３】
なお、面発光レーザ素子１００においては、基板１０１は、ｎ側電極１１０を介してヒートシンク１１１に接続される。
【００５４】
そして、反射層１０２，１０４の各々は、活性層１０３２で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層１０３２に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【００５５】
図２は、図１に示す共振器１０３の一部の断面図である。図２を参照して、共振器スペーサー層１０３１は、スペーサー層１０３１Ａ，１０３１Ｂからなる。スペーサー層１０３１Ａは、ノンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、スペーサー層１０３１Ｂは、ノンドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。
【００５６】
活性層１０３２は、井戸層１０３２Ａ，１０３２Ｃ，１０３２Ｅと、障壁層１０３２Ｂ，１０３２Ｄとからなる。井戸層１０３２Ａ，１０３２Ｃ，１０３２Ｅの各々は、ＧａＩＮＰＡｓからなり、障壁層１０３２Ｂ，１０３２Ｄの各々は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。このように、活性層１０３２は、３層の井戸層と、２層の障壁層とからなる。
【００５７】
共振器スペーサー層１０３３は、スペーサー層１０３３Ａ，１０３３Ｂからなる。スペーサー層１０３３Ａは、ノンドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、スペーサー層１０３３Ｂは、ノンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。
【００５８】
図３は、図１に示す一方の反射層１０２の構成を示す概略断面図である。図３を参照して、反射層１０２は、低屈折率層１０２１と、高屈折率層１０２２とを交互に積層した構造からなる。低屈折率層１０２１は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層１０２２は、ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。そして、低屈折率層１０２１および高屈折率層１０２２は、交互に４０．５周期積層される。この場合、図３において、最も下側の低屈折率層１０２１が基板１０１に接し、最も上側の低屈折率層１０２１が共振器１０３の共振器スペーサー層１０３１に接する。
【００５９】
図４は、図１に示す他方の反射層１０４の構成を示す概略断面図である。図４を参照して、反射層１０４は、低屈折率層１０４１と、高屈折率層１０４２と、組成傾斜層１０４３とを含む。低屈折率層１０４１は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層１０４２は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、組成傾斜層１０４３は、低屈折率層１０４１および高屈折率層１０４２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたＡｌＧａＡｓからなる。
【００６０】
組成傾斜層１０４３が設けられるのは、低屈折率層１０４１と高屈折率層１０４２との間の電気抵抗を低減するためである。
【００６１】
低屈折率層１０４１は、ｄ１の膜厚を有し、高屈折率層１０４２は、ｄ２の膜厚を有し、組成傾斜層１０４３は、ｄ３の膜厚を有する。
【００６２】
組成傾斜層１０４３を含まない急峻な界面を備えた反射層の場合には、反射層を構成する低屈折率層と高屈折率層の膜厚は、ブラッグの多重反射の位相条件を満たす様に、レーザ発振波長（λ＝７８０ｎｍ）に対してλ／４ｎ（ｎは各半導体層の屈折率）に設定される。
【００６３】
このλ／４ｎの膜厚は、各半導体層中における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚である。面発光レーザ素子１００のように、組成傾斜層１０４３を含む場合では、各半導体層と組成傾斜層１０４３を含めた厚さが、ブラッグの多重反射の条件を満たすように設定される。
【００６４】
そして、膜厚ｄ３は、たとえば、２０ｎｍに設定され、ｄ１＋ｄ３およびｄ２＋ｄ３がブラッグの多重反射の条件を満たすように、膜厚ｄ１，ｄ２の各々が設定される。すなわち、反射層１０２中における発振光の位相変化量がπ／２となるように、ｄ１＋ｄ３およびｄ２＋ｄ３の各々が設定される。
【００６５】
図５は、熱抵抗率と、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓまたは（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘとの関係を示す図である。また、図６は、エネルギーレベルと、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓまたは（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘとの関係を示す図である。
【００６６】
図５において、縦軸は、熱抵抗率を表し、横軸は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）または（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦ｘ≦１）におけるＡｌモル量ｘを表す。そして、曲線ｋ１は、ＧａＡｓに格子整合する（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘと、熱抵抗率との関係を示し、曲線ｋ２は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおけるＡｌモル量ｘと熱抵抗率との関係を示す。
【００６７】
また、図６において、縦軸は、エネルギーレベルを表し、横軸は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓまたは（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘを表す。そして、曲線ｋ３は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘと、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐの伝導帯のエネルギーレベルとの関係を示し、曲線ｋ４は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおけるＡｌモル量ｘと、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの伝導帯のエネルギーレベルとの関係を示す。また、曲線ｋ５は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおけるＡｌモル量ｘと、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの価電子帯のエネルギーレベルとの関係を示し、曲線ｋ６は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘと、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐの価電子帯のエネルギーレベルとの関係を示す。
【００６８】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐの熱抵抗率は、Ａｌモル量ｘの増加に伴って大きくなる。そして、Ａｌモル量ｘが“０”であるＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐは、ＧａＡｓに格子整合する（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐの中で最も小さい熱抵抗率を有する（曲線ｋ１）。
【００６９】
一方、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの熱抵抗率は、Ａｌモル量ｘが０．５のとき、最も大きくなり、Ａｌモル量ｘが０．５から増加しても減少しても、低下する。そして、Ａｌモル量ｘが“１．０”であるＡｌＡｓおよびＡｌモル量ｘが“０”であるＧａＡｓは、最も小さい熱抵抗率を有する。Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓの熱抵抗率は、ＡｌＡｓまたはＧａＡｓの熱抵抗率の約９倍である。（曲線ｋ２参照）。
【００７０】
従来の面発光レーザ素子の反射層における高屈折率層は、発振波長が７８０ｎｍ帯である場合、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、発振波長が赤色である場合、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる（特許文献１）。
【００７１】
面発光レーザ素子１００の反射層１０２は、上述したように、ＧａＡｓに格子整合するＡｌＧａＩｎＰのうち、熱抵抗率が最も小さいＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる高屈折率層１０２２を含む。そして、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの熱抵抗率は、６．３６Ｋｃｍ／Ｗであり、従来の面発光レーザ素子において、よく使用されているＡｌ０．３Ｇａ０．７ＡｓおよびＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓの熱抵抗率８．５７［Ｋｃｍ／Ｗ］，９．１９［Ｋｃｍ／Ｗ］よりも低い。このように、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐは、Ａｌ０．３Ｇａ０．７ＡｓおよびＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓの熱抵抗率よりも低い熱抵抗率を有し、基板１０１の材質であるＧａＡｓに格子整合する。
【００７２】
Ａｌ０．９Ｇａ０．１ＡｓとＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐとを交互積層して反射層１０２を作製した場合、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの伝導帯とＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの伝導帯とのエネルギー差は、曲線ｋ３上の点Ａと曲線ｋ４上の点Ｂとのエネルギー差に相当し、１１７ｍｅＶである。一方、Ａｌ０．９Ｇａ０．１ＡｓとＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐとを交互積層して反射層１０２を作製した場合、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの価電子帯とＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの価電子帯とのエネルギー差は、曲線ｋ５上の点Ｃと曲線ｋ６上の点Ｄとのエネルギー差に相当し、殆ど“０”ｅＶである。したがって、反射層１０２は、反射層１０４のように、組成傾斜層１０４３を設けなくても、抵抗値の上昇は殆どない。
【００７３】
上述したように、面発光レーザ素子１００においては、反射層１０２の高屈折率層１０２２を熱抵抗率が最も小さいＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐにより構成する。そして、反射層１０２は、基板１０１側に配置される。
【００７４】
これによって、面発光レーザ素子１００の活性層１０３２においてレーザ光が発振し、共振器１０３において熱が発生しても、その発生した熱は、熱抵抗率が小さい反射層１０２を放熱ルートとして基板１０１へ伝搬し、基板１０１からヒートシンク１１１へ放射される。
【００７５】
したがって、活性層１０３２の温度上昇を抑制でき、高出力で高性能な特性を得ることができる。
【００７６】
図７、図８および図９は、それぞれ、図１に示す面発光レーザ素子１００の作製方法を示す第１から第３の工程図である。図７を参照して、一連の動作が開始されると、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、反射層１０２、共振器スペーサー層１０３１、活性層１０３２、共振器スペーサー層１０３３、反射層１０４、選択酸化層１０５、およびコンタクト層１０６を基板１０１上に順次積層する（図７の工程（ａ）参照）。
【００７７】
この場合、反射層１０２のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層１０２のｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ホスフィン（ＰＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【００７８】
また、共振器スペーサー層１０３１の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびホスフィン（ＰＨ３）を原料として形成し、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ホスフィン（ＰＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【００７９】
さらに、量子井戸活性層のＧａＩｎＰＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ホスフィン（ＰＨ３）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、障壁層のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびホスフィン（ＰＨ３）を原料として形成する。
【００８０】
さらに、共振器スペーサー層１０３３のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ホスフィン（ＰＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、共振器スペーサー層１０３３の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびホスフィン（ＰＨ３）を原料として形成する。
【００８１】
さらに、反射層１０４のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【００８２】
さらに、選択酸化層１０５のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層１０６のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【００８３】
その後、コンタクト層１０６の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層１０６上にレジストパターン１２０を形成する（図７の工程（ｂ）参照）。
【００８４】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、共振器スペーサー層１０３１、活性層１０３２、共振器スペーサー層１０３３、反射層１０４、選択酸化層１０５およびコンタクト層１０６の周辺部をドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１２０を除去する（図７の工程（ｃ）参照）。
【００８５】
次に、図８を参照して、図７に示す工程（ｃ）の後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層１０５の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層１０５中に非酸化領域１０５ａと酸化領域１０５ｂとを形成する（図８の工程（ｄ）参照）。この場合、非酸化領域１０５ａは、１辺が４μｍである正方形からなる。
【００８６】
その後、気相化学堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層１０７を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層１０７を除去する（図８の工程（ｅ）参照）。
【００８７】
次に、試料の全体に絶縁性樹脂１０８をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂１０８を除去する（図８の工程（ｆ）参照）。
【００８８】
図９を参照して、絶縁性樹脂１０８を形成した後、光出射部となる領域上に所定のサイズを有するレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極１０９を形成する（図９の工程（ｇ）参照）。そして、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の裏面にｎ側電極１１０を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極１０９およびｎ側電極１１０のオーミック導通を取る（図９の工程（ｈ）参照）。これによって、面発光レーザ素子１００が作製される。
【００８９】
上述したように、面発光レーザ素子１００は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いてｎ型の反射層１０２を作製され、活性層１０３２において発生した熱の放熱特性を改善する。Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いてｎ型の反射層１０２を作製した場合、反射層１０２における低屈折率層１０２１と高屈折率層１０２２との伝導帯のエネルギー差が１１７ｍｅＶ程度であるので、伝導帯における電子は、反射層１０２を膜厚方向に移動し易くなり、反射層１０２の抵抗が大きくなることがない。したがって、この発明においては、好ましくは、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いてｎ型の反射層１０２を作製することにしたものである。
【００９０】
上記においては、基板１０１は、面方位が（１１１）Ａ面方向に傾斜角１５度で傾斜した（１００）ｎ−ＧａＡｓからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、基板１０１は、面方位が（１１１）Ａ面方向に傾斜角５度〜２５度の範囲で傾斜した（１００）ｎ−ＧａＡｓからなっていればよい。
【００９１】
また、上記においては、反射層１０２の高屈折率層１０２２は、ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、反射層１０２の高屈折率層１０２２は、一般的には、ｎ−ＧａｙＩｎ１−ｙＰ（０＜ｙ＜１）からなっていればよい。
【００９２】
ＧａＩｎＰの熱抵抗は、ＡｌＧａＡｓ系のＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓと同等であり、高屈折率層としてＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＡｓよりもＡｌ組成が大きい材料を用いる必要がある面発光レーザ素子において、それをＧａＩｎＰに置き換えると放熱が改善され、活性層１０３２の温度上昇が抑えられ、高出力化に効果がある。反射層１０２の高屈折率層１０２２にｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いることによって活性層１０３２における温度上昇を抑制して面発光レーザ素子１００の出力を高出力にできるが、これは、ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐが活性層１０３２で発振したレーザ光を殆ど吸収しないことが必要である。
【００９３】
ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐのバンドギャップよりも１００ｍｅＶ小さいエネルギーに相当する波長が、活性層１０３２で発振したレーザ光を殆ど吸収しなく目安となる。したがって、ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（１．９１ｅＶ）を用いることのできる波長は、６８０ｎｍよりも長波長であり、ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ（１．５９ｅＶ）を用いることのできる波長は、８３０ｎｍよりも短波長である。
【００９４】
その結果、ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを反射層１０２の高屈折率層１０２２に用いて出力を高出力にできる面発光レーザ素子１００の発振波長は、６８０ｎｍ〜８３０ｎｍの範囲である。
【００９５】
さらに、上記においては、反射層１０２の低屈折率層１０２１は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、低屈折率層１０２１は、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）から構成されていればよい。反射層１０２においては、従来、高屈折率層に用いられていたｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓまたはｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓに代えて熱抵抗率がｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓまたはｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓよりも小さいｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いて高屈折率層１０２２が形成されるので、低屈折率層１０２１がｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）から構成されていても、反射層１０２は、熱抵抗率が小さくなり、主な放熱ルートとして機能するからである。
【００９６】
さらに、上記においては、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐは、基板１０１側に配置されたｎ型の反射層１０２に用いられると説明したが、この発明においては、これに限らず、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐは、ｐ型の反射層１０４の高屈折率層１０４２に用いられてもよく、反射層１０２，１０４の両方の高屈折率層１０２２，１０４２に用いられてもよく、一般的には、反射層１０２，１０４の少なくとも一方の反射層の高屈折率層に用いられていればよい。そして、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐが高屈折率層１０４２に用いられる場合、反射層１０４は、組成傾斜層１０４３を含まない。
【００９７】
さらに、上記においては、面発光レーザ素子１００を構成する各半導体層の形成方法としてＭＯＣＶＤ法を用いると説明したが、この発明においては、これに限らず、分子線結晶成長法（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）等のその他の結晶成長法を用いてもよい。
【００９８】
［実施の形態２］
図１０は、実施の形態２による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１０を参照して、実施の形態２による面発光レーザ素子１００Ａは、図１に示す面発光レーザ素子１００の反射層１０２を反射層１０２Ａに代えたものであり、その他は、面発光レーザ素子１００と同じである。
【００９９】
反射層１０２Ａは、反射層１１２，１１３からなる。反射層１１２は、基板１０１上に形成され、反射層１１３は、反射層１１２上に形成される。
【０１００】
図１１は、図１０に示す反射層１０２Ａの構成を示す断面図である。図１１を参照して、反射層１１２は、低屈折率層１１２１と、高屈折率層１１２２とが交互に積層された構造からなる。そして、低屈折率層１１２１および高屈折率層１１２２は、低屈折率層１１２１と高屈折率層１１２２との対を１周期とした場合、３０．５周期、積層される。
【０１０１】
低屈折率層１１２１は、ｎ−ＡｌＡｓからなり、高屈折率層１１２２は、ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。そして、低屈折率層１１２１および高屈折率層１１２２の各々は、面発光レーザ素子１００Ａの発振波長（λ＝７８０ｎｍ）のλ／４の膜厚を有する。
【０１０２】
反射層１１３は、低屈折率層１１３１と、高屈折率層１１３２とが交互に積層された構造からなる。そして、低屈折率層１１３１および高屈折率層１１３２は、低屈折率層１１３１と高屈折率層１１３２との対を１周期とした場合、１０周期、積層される。
【０１０３】
低屈折率層１１３１は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層１１２２は、ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。そして、低屈折率層１１３１および高屈折率層１１３２の各々は、面発光レーザ素子１００Ａの発振波長（λ＝７８０ｎｍ）のλ／４の膜厚を有する。
【０１０４】
ＡｌＡｓは、ＧａＡｓに格子整合するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの中で最も小さい熱抵抗率を有するので（図５の曲線ｋ２参照）、ｎ−ＡｌＡｓおよびｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いて反射層１１２を形成することによって反射層１１２の熱抵抗を小さくできる。
【０１０５】
そして、反射層１１３は、メサ形状を作製するときに、エッチング面を反射層１１３中に位置させるために設けられる。ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの酸化速度は、ｎ−ＡｌＡｓの酸化速度よりも遅いため、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを用いて反射層１１３を形成することによって、エッチング面を反射層１１３中で止めれば良いので、メサ形成時のエッチング深さのマージンを反射層１１３に持たせることができる。
【０１０６】
このように、面発光レーザ素子１００Ａは、ＧａＡｓに格子整合するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの中で熱抵抗率が最も小さいＡｌＡｓを用いて形成した反射層１１２を基板１０１側に配置し、酸化速度がＡｌＡｓよりも遅いｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを用いて形成した反射層１１３を反射層１１２よりも活性層１０３２側に配置することを特徴とする。
【０１０７】
そして、反射層１１３は、一般的には、［ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ｎ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ］の周期構造から構成されていればよい。
【０１０８】
なお、面発光レーザ素子１００Ａは、図７、図８および図９に示す工程（ａ）〜（ｈ）に従って作製される。
【０１０９】
上記においては、酸化速度がＡｌＡｓよりも遅い半導体としてＡｌｘＧａ１−ｘＡｓを用いたが、この発明においては、これに限らず、酸化速度がＡｌＡｓよりも遅い半導体であれば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ以外の半導体を用いてもよい。
【０１１０】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１１１】
［応用例］
図１２は、図１に示す面発光レーザ素子１００を用いた面発光レーザアレイの平面図である。図１２を参照して、面発光レーザアレイ２００は、３６個の面発光レーザ素子２０２を所定の間隔で基盤２０１に配列した構造からなる。面発光レーザ素子２０２は、上述した面発光レーザ素子１００，１００Ａのいずれかからなる。
【０１１２】
面発光レーザ素子１００，１００Ａは、面発光型であるのでアレイが容易であり、素子の位置精度も高い。また、面発光レーザ素子１００，１００Ａは、上述したように、放熱特性を改善した構造からなる。したがって、面発光レーザアレイ２００は、従来の面発光レーザアレイよりも素子間の間隔を小さくして高密度化できる。これにより、チップの取れ数が増加し、コストを低減できる。
【０１１３】
また、高出力動作が可能な面発光レーザ素子１００，１００Ａを同一基板上に多数集積することで、書込み光学系に応用した場合、同時にマルチビームでの書込みが容易となり、書込み速度が格段に向上し、書込みドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。そして、同じ書込みドット密度の場合は、印刷速度を早くできる。さらに、通信に応用した場合、同時に多数ビームによるデータ伝送が可能となるので、高速通信ができる。さらに、面発光レーザ素子１００，１００Ａは、低消費電力で動作し、特に、機器の中に組み込んで利用した場合、温度上昇を低減できる。
【０１１４】
図１３は、画像形成装置の概略図である。図１３を参照して、画像形成装置３００は、面発光レーザアレイ３０１と、レンズ３０２，３０４と、ポリゴンミラー３０３と、感光体３０５とを備える。
【０１１５】
面発光レーザアレイ３０１は、複数のビームを放射する。レンズ３０２は、面発光レーザアレイ３０１から放射された複数のビームをポリゴンミラー３０３へ導く。
【０１１６】
ポリゴンミラー３０３は、所定の速度で時計方向に回転し、レンズ３０２から受けた複数のビームを主走査方向および副走査方向に走査させてレンズ３０４へ導く。レンズ３０４は、ポリゴンミラー３０３によって走査された複数のビームを感光体３０５に導く。
【０１１７】
このように、画像形成装置３００は、面発光レーザアレイ３０１からの複数のビームをレンズ３０２，３０４およびポリゴンミラー３０３等からなる同じ光学系を用い、ポリゴンミラー３０３を高速回転させるとともに、ドット位置を点灯のタイミングを調整して副走査方向に分離した複数の光スポットとして被走査面である感光体３０５上に集光する。
【０１１８】
図１４は、図１３に示す面発光レーザアレイ３０１の平面図である。図１４を参照して、面発光レーザアレイ３０１は、ｍ×ｎ個の面発光レーザ素子３０１１が略菱形に配列された構造からなる。より具体的には、面発光レーザアレイ３０１は、縦方向に４列、横方向に１０列、配列された４０個の面発光レーザ素子３０１１からなる。そして、面発光レーザ素子３０１１は、面発光レーザ素子１００，１００Ａのいずれかからなる。
【０１１９】
縦方向において、隣接する２つの面発光レーザ素子３０１１の間隔をｄとすると、ｄ／ｎによって記録密度が決定される。したがって、面発光レーザアレイ３０１は、記録密度を考慮して間隔ｄおよび主走査方向の配列数ｎを決定する。
【０１２０】
図１４においては、４０個の面発光レーザ素子３０１１は、副走査方向に２４μｍの間隔ｄで、主走査方向に３０μｍの間隔で、主走査方向に行くに従って副走査方向に２．４μｍづつずれるように配列される。
【０１２１】
そして、４０個の面発光レーザ素子３０１１の点灯のタイミングを調整することによって、感光体３０５上に４０のドットを副走査方向に一定間隔で書込むことができる。
【０１２２】
光学系の倍率が同じである場合、面発光レーザアレイ３０１の副走査方向の間隔ｄが狭い程、高密度に書込みをできる。面発光レーザ素子３０１１は、面発光レーザ素子１００，１００Ａのいずれかからなるので、面発光レーザアレイ３０１においては、面発光レーザ素子３０１１の配列密度を高密度化できる。その結果、画像形成装置３００においては、高密度な書き込みができる。
【０１２３】
また、４０ドットを同時に書込み可能であり、高速印刷が可能である。そして、アレイ数を増加させることでさらに高速印刷が可能である。
【０１２４】
さらに、面発光レーザ素子３０１１は、従来の面発光レーザ素子よりも高出力化されているので、仮に従来の面発光レーザ素子を用いて同じ素子数のアレイを形成した場合よりも印刷速度を従来よりも速くできる。
【０１２５】
なお、面発光レーザアレイ２００，３０１または面発光レーザ素子１００，１００Ａは、光ピックアップ装置に搭載されてもよい。これによって、光ディスクへの記録および／または再生用の光源として面発光レーザアレイ２００，３０１または面発光レーザ素子１００，１００Ａを用いることができる。また、面発光レーザは、端面発光型半導体レーザに比べて１桁程度消費電力が小さいことから、この発明による７８０ｎｍの面発光レーザを再生用光源とした電力が長持ちするハンディタイプの光ピックアップシステムを実現できる。
【０１２６】
図１５は、光送信モジュールの概略図である。図１５を参照して、光送信モジュール４００は、面発光レーザアレイ４０１と、光ファイバ４０２とを備える。面発光レーザアレイ４０１は、複数の面発光レーザ素子１００，１００Ａを一次元に配列した構造からなる。光ファイバ４０２は、複数のプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）からなる。そして、複数のプラスチック光ファイバは、面発光レーザアレイ４０１の複数の面発光レーザ素子１００，１００Ａに対応して配置される。
【０１２７】
光送信モジュール４００においては、各面発光レーザ素子１００，１００Ａから放射されたレーザ光は、対応するプラスチック光ファイバに伝送される。そして、アクリル系のプラスチック光ファイバは、６５０ｎｍに吸収損失のボトムがあり、６５０ｎｍの面発光レーザ素子が検討されているが、高温特性が悪く、実用化されていない。
【０１２８】
光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が用いられているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐ  超えた高速伝送の実現のためには、半導体レーザが必要である。
【０１２９】
上述した面発光レーザ素子１００，１００Ａの発振波長は、７８０ｎｍであるが、放熱特性が改善され、高出力であるとともに、高温特性にも優れており、光ファイバの吸収損失は大きくなるが、短距離であれば、伝送可能である。
【０１３０】
光通信の分野では、同時により多くのデータを伝送するために、複数の半導体レーザを集積したレーザアレイを用いた並列伝送が試みられている。これにより、高速な並列伝送が可能となり、従来よりも多くのデータを同時に伝送できるようになった。
【０１３１】
光送信モジュール４００では、面発光レーザ素子１００，１００Ａと、光ファイバとを１対１に対応させたが、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を１次元または２次元にアレイ状に配置して、波長多重送信することにより、伝送速度をさらに増大させることができる。
【０１３２】
さらに、面発光レーザ素子１００，１００Ａを用いた面発光レーザアレイと、安価なＰＯＦとを組み合わせた光送信モジュール４００を光通信システムに用いると、低コストな光送信モジュールを実現できる他、これを用いた低コストな光通信システムを実現できる。そして、極めて低コストであるので、家庭用、オフィスの室内用、および機器内等の短距離のデータ通信に有効である。
【０１３３】
図１６は、光送受信モジュールの概略図である。図１６を参照して、光送受信モジュール５００は、面発光レーザ素子５０１と、光ファイバ５０２と、受光素子５０３とを備える。
【０１３４】
面発光レーザ素子５０１は、面発光レーザ素子１００，１００Ａのいずれかからなり、７８０ｎｍのレーザ光ＬＢ１を光ファイバ５０２へ放射する。光ファイバ５０２は、プラスチック光ファイバからなる。そして、光ファイバ５０２は、面発光レーザ素子５０１からのレーザ光ＬＢ１を受け、その受けたレーザ光ＬＢ１を受信モジュール（図示せず）へ伝送するとともに、他の送信モジュール（図示せず）から受けたレーザ光を伝送してレーザ光ＬＢ２を受光素子５０３へ放射する。受光素子５０３は、光ファイバ５０２からレーザ光ＬＢ２を受け、その受けたレーザ光ＬＢ２を電気信号に変換する。
【０１３５】
このように、光送受信モジュール５００は、レーザ光ＬＢ１を放射して光ファイバ５０２によって伝送するとともに、他の送信モジュールからのレーザ光ＬＢ２を受光して電気信号に変換する。
【０１３６】
光送受信モジュール５００は、面発光レーザ素子１００，１００Ａと、安価なプラスチック光ファイバと用いて作製されるので、低コストな光通信システムを実現できる。また、光ファイバ５０２の口径が大きいので、面発光レーザ素子５０１と光ファイバ５０２とのカップリングが容易で実装コストを低減できる。その結果、極めて低コストな光送受信モジュールを実現できる。
【０１３７】
さらに、面発光レーザ素子５０１（＝面発光レーザ素子１００，１００Ａ）は、放熱特性が改善され、高出力であるとともに高温特性に優れているので、高温まで冷却なして使用可能であり、かつ、より低コストな光送受信モジュールを実現できる。
【０１３８】
上述した面発光レーザ素子１００，１００Ａを用いた光通信システムとしては、光ファイバを用いたＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのコンピュータ等の機器間伝送、さらに、機器内のボード間のデータ伝送、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等、光インターコネクションとして、特に短距離通信に用いることができる。
【０１３９】
近年、ＬＳＩ等の処理性能は向上しているが、これらを接続する部分の伝送速度が、今後、律則する。システム内の信号接続を従来の電気接続から光インターコネクションに変えると、たとえば、コンピュータシステムのボード間、ボード内のＬＳＩ間、およびＬＳＩ内の素子間等を光送信モジュール４００または光送受信モジュール５００を用いて接続すると、超高速コンピュータシステムが可能となる。
【０１４０】
また、複数のコンピュータシステム等を光送信モジュール４００または光送受信モジュール５００を用いて接続した場合、超高速ネットワークシステムを構築できる。特に、面発光レーザは、端面発光型レーザに比べて、桁違いに低消費電力化でき、２次元アレイ化が容易であるので、並列伝送型の光通信システムに適している。
【０１４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
この発明は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子に適用される。また、この発明は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子を備える面発光レーザアレイに適用される。さらに、この発明は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える画像形成装置に適用される。さらに、この発明は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光ピックアップ装置に適用される。さらに、この発明は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光送信モジュールに適用される。さらに、この発明は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光送受信モジュールに適用される。さらに、この発明は、高出力で温度特性の良好な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光通信システムに適用される。
【符号の説明】
【０１４３】
１００，１００Ａ，２０２，５０１，３０１１  面発光レーザ素子、１０１，２０１  基板、１０２，１０２Ａ，１０４，１１２，１１３  反射層、１０３  共振器、１０５  選択酸化層、１０５ａ  非酸化領域、１０５ｂ  酸化領域、１０６  コンタクト層、１０７  ＳｉＯ２層、１０８  絶縁性樹脂、１０９  ｐ側電極、１１０  ｎ側電極、１１１  ヒートシンク、１２０  レジストパターン、２００，３０１，４０１  面発光レーザアレイ、３００  画像形成装置、３０２，３０４  レンズ、３０３  ポリゴンミラー、３０５  感光体、４００  光送信モジュール、４０２，５０２  光ファイバ、５００  光送受信モジュール、５０３  受光素子、１０２１，１０４１，１１２１，１１３１  低屈折率層、１０２２，１０４２，１１２２，１１３２  高屈折率層、１０３１，１０３３  共振器スペーサー層、１０３１Ａ，１０３１Ｂ，１０３３Ａ，１０３３Ｂ  スペーサー層、１０３２  活性層、１０３２Ａ，１０３２Ｃ，１０３２Ｅ  井戸層、１０３２Ｂ，１０３２Ｄ  障壁層、１０４３  組成傾斜層。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４４】
【特許文献１】特開２００２−１６４６２１号公報
【非特許文献】
【０１４５】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１１，ＮＯ．１２，１９９９，ｐｐ．１５３９−１５４１．
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１３】
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