(57)【要約】【課題】低い閾値で高温状態においても高出力が可能な面発光型レーザ等に用いられるｐ型半導体ＤＢＲ構造体を提供する。【解決手段】半導体基板上に、ｐ型不純物元素としてＭｇまたはＺｎを含む、III−Ｖ族の化合物半導体材料により形成される低屈折率層と高屈折率層とが積層されたｐ型半導体ＤＢＲ構造体において、前記低屈折率層には、一部に不純物拡散防止層が設けられており、前記不純物拡散防止層におけるＡｌ組成比は、前記低屈折率層における不純物拡散防止層以外の領域におけるＡｌ組成比よりも高いことを特徴するｐ型半導体ＤＢＲ構造体を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、ｐ型不純物元素としてＭｇまたはＺｎを含む、III−Ｖ族の化合物半導体材料により形成される低屈折率層と高屈折率層とが積層されたｐ型半導体ＤＢＲ構造体において、
前記低屈折率層には、一部に不純物拡散防止層が設けられており、
前記不純物拡散防止層におけるＡｌ組成比は、前記低屈折率層における不純物拡散防止層以外の領域におけるＡｌ組成比よりも高いことを特徴するｐ型半導体ＤＢＲ構造体。
【請求項２】
前記低屈折率層の不純物拡散防止層は、結晶成長の方向において、前記低屈折率層の最下部となる領域に形成されていることを特徴する請求項１に記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体。
【請求項３】
前記低屈折率層の不純物拡散防止層は、結晶成長の方向によって、前記低屈折率層の最下部となる領域及び最上部となる領域に形成されていることを特徴する請求項１または２に記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体。
【請求項４】
前記III−Ｖ族の化合物半導体材料におけるＶ族元素は、リン（Ｐ）または窒素（Ｎ）であることを特徴する請求項１から３のいずれかに記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体。
【請求項５】
前記III−Ｖ族の化合物半導体材料におけるIII族元素は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）のうちいずれか１つ、または２以上の元素であることを特徴する請求項１から４のいずれかに記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体。
【請求項６】
前記低屈折率層の不純物拡散防止層はノンドープ、または、前記低屈折率層の不純物拡散防止層にドーピングされる不純物量は、前記低屈折率層における不純物拡散防止層以外の領域にドーピングされる不純物量よりも少ないことを特徴する請求項１から５のいずれかに記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体。
【請求項７】
前記高屈折率層の一部において、前記低屈折率層における不純物拡散防止層以外の領域における不純物濃度よりも、不純物濃度が低い領域を有することを特徴とする請求項６に記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体。
【請求項８】
前記高屈折率層は、（ＡｌａＧａ１−ａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦ａ＜１）により形成されており、
低屈折率層における前記不純物拡散防止層以外の領域は、（ＡｌｂＧａ１−ｂ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦a＜ｂ＜１）により構成されており、
前記低屈折率層の前記不純物拡散防止層は（ＡｌｃＧａ１−ｃ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦a＜ｂ＜ｃ≦１）により形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体。
【請求項９】
前記ｃの値は０．７以上であることを特徴とする請求項８に記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体。
【請求項１０】
低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｎ型ＤＢＲ反射鏡、共振器、及び低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｐ型ＤＢＲ反射鏡を有しており、前記共振器は、量子井戸構造有する活性層を備えたIII−Ｖ族の面発光型光素子において、
前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡は、請求項１から９のいずれかに記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体を有していることを特徴とする面発光型光素子。
【請求項１１】
低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｎ型ＤＢＲ反射鏡、共振器、及び低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｐ型ＤＢＲ反射鏡を有しており、前記共振器は、量子井戸構造有する活性層を備えたIII−Ｖ族の面発光型半導体レーザにおいて、
前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡は、請求項１から９のいずれかに記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体を有していることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１２】
低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｎ型ＤＢＲ反射鏡、共振器、及び低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｐ型ＤＢＲ反射鏡を有しており、前記共振器は、量子井戸構造有する活性層を備えたIII−Ｖ族の面発光型半導体レーザにおいて、
前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い部分には、請求項１から９のいずれかに記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体を有していることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項１３】
低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｎ型ＤＢＲ反射鏡、共振器、及び低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｐ型ＤＢＲ反射鏡を有しており、前記共振器は、量子井戸構造有する活性層を備えたIII−Ｖ族の面発光型半導体レーザにおいて、
前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層は、請求項１から９のいずれかに記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体の低屈折率層であることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項１４】
前記ｐ型半導体ＤＢＲ構造体において、光定在波の電界強度が高くなる位置に、前記不純物拡散防止層が形成されていることを特徴とする請求項１１から１３のいずれがに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１５】
低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｎ型ＤＢＲ反射鏡、共振器、及び低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｐ型ＤＢＲ反射鏡を有しており、前記共振器は、量子井戸構造有する活性層を備えたIII−Ｖ族の面発光型半導体レーザにおいて、
前記活性層と前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡との間には不純物拡散防止層が設けられており、
前記不純物拡散防止層は、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層と同じＶ族の元素を含むものであり、
前記不純物拡散防止層におけるＡｌ組成比は、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層におけるＡｌ組成比よりも高いものであることを特徴とする面発光型レーザ。
【請求項１６】
前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡に形成される前記活性層に最も近い低屈折率層と高屈折率層からなる第１上部ＤＢＲ層と、前記活性層との間において、光定在波の電界強度が高くなる位置に、前記不純物拡散防止層が形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の面発光型レーザ。
【請求項１７】
前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちいずれか１つまたは２以上の元素とＰを含む材料、または、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちいずれか１つまたは２以上の元素とＮを含む材料により形成されているものであることを特徴とする請求項１５または１６に記載の面発光型レーザ。
【請求項１８】
前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層は、（ＡｌｄＧａ１−ｄ）eＩｎ１−eＰ（０＜ｄ＜１、０＜e＜１）により形成されており、前記不純物拡散防止層は、（ＡｌｆＧａ１−ｆ）ｇＩｎ１−ｇＰ（０＜ｆ≦１、０＜ｇ＜１）により構成されていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の面発光型レーザ。
【請求項１９】
前記eの値と前記ｇの値とは等しいものであって、前記ｆの値は０．７を超える値であることを特徴とする請求項１８に記載の面発光型レーザ。
【請求項２０】
前記活性層は、ＧａＩｎＡｓＰとＧａＩｎＰとを交互に積層した量子井戸構造を有するものであることを特徴とする請求項１８または１９に記載の面発光レーザ。
【請求項２１】
前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層には、不純物元素としてＺｎまたはＭｇがドープされていることを特徴とする請求項１５から２０のいずれかに記載の面発光型レーザ。
【請求項２２】
請求項１１から２１のいずれかに記載の面発光型レーザが、同一半導体基板上に複数配列されていることを特徴とする面発光レーザアレイ素子。
【請求項２３】
光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、請求項２２に記載の面発光型レーザアレイ素子を有する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光束を偏光する偏向手段と、
前記偏光により偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と、
を備えたことを特徴とする光走査装置。
【請求項２４】
少なくとも一つの像担持体と、
前記少なくとも一つの像担持体に対して、画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも一つの請求項２３に記載の光走査装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２５】
前記画像はカラー画像であることを特徴とする請求項２４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、ｐ型ＤＢＲ構造体、面発光型光素子、面発光型レーザ、面発光型レーザアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）、または共振器型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ：Resonant Cavity Light Emitting Diode）は、基板に対し垂直方向に光を出射する面発光半導体素子であり、２次元アレイ化が比較的容易に行うことができ、また、高性能であるため、光インターコネクションなどの光通信、プリンター等の画像形成装置の光源などの用途に用いられている。
【０００３】
ところで、面発光型半導体素子においてＤＢＲ構造は重要な構成部分となるものであり、材料の組成及び不純物ドーピング量により、面発光半導体素子の電気特性及び光特性に影響を与える。
【０００４】
紫外から赤色/赤外までの波長領域の面発光半導体発光素子において、ＤＢＲ構造を適用する場合、ＤＢＲ構造は異なる屈折率のＡｌＧａＩｎＰ系材料あるいは窒化物材料を交互に積層することより形成されるが、これら各層の膜厚は数十ｎｍである。一方、一般的にｐ型の不純物として用いられているＭｇあるいはＺｎは、拡散係数が大きい。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系材料中においては、Ｚｎの拡散係数は１０−１３ｃｍ２ｓ−１程である。このため、ＭＯＣＶＤ法等の高温のエピタキシャル成長で、ｐ型ＤＢＲ構造を形成する場合、不純物が拡散してしまい、各層において所望のｐ型不純物のドーピングプロファイルを有するように形成することは困難である。
【０００５】
更に、非特許文献１に示されるように、ｐ型(ＡｌｘＧａ１−ｘ)０．５Ｉｎ０．５Ｐへテロ接合において、不純物偏析により、Ａｌ組成の少ない層のｐ型不純物濃度は、Ａｌ組成が多い層のｐ型不純物濃度より高いプロファイルが形成されることがわかった。このような場合では、不純物濃度に関連するフェルミレベルの変動により、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系ＤＢＲ構造における反射率は低下し及び電気抵抗率は上昇する傾向にある。
【０００６】
尚、前記ｐ型ＤＢＲ構造の低屈折率層をクラッド層として、活性層の近傍に設ける場合、キャリオーバーフローを抑制するために、ｐ型クラッド層にはｐ型不純物を高濃度ドーピングすることが好ましい。しかしながら、ＺｎあるいはＭｇ等の不純物元素の拡散係数は大きいため、ＺｎあるいはＭｇが活性層にまで拡散してしまうと、結晶性を劣化させ、また、活性層がｐ型となってしまいリモートジャンクションとなる場合がある。
【０００７】
このため、特許文献１では、活性層への不純物拡散を防ぐ方法として、アンドープのスペーサ層をｐ型クラッド層と光ガイド層との間に設けることにより、不純物をスペーサ層において吸収させ、活性層への不純物拡散を防ぐ方法が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、ＡｌＧａＡｓ中におけるＺｎの拡散係数は、ＡｌＧａＩｎＰ系中における拡散係数に比べて２桁程度小さいことから、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とアンドープガイド層との間にＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層を設けることのより、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層におけるＺｎの濃度が２×１０１８ｃｍ−３と高くなった場合であっても、ＡｌＧａＡｓ拡散防止層によりＺｎの拡散を抑制する方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１に記載されている方法により、ｐ型クラッド層のドーピング濃度を高濃度にする場合、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料に対しては、不純物拡散を抑制するためのアンドープのスペーサ層の膜厚を充分厚くする必要がある。このため、各層の膜厚が薄いＤＢＲ構造においては適用することできない。また、活性層側の不純物拡散抑制のために、スペーサ層の厚さを厚くすると、抵抗値は高くなるため、電流注入量が制限されてしまうという問題点を有している。
【００１０】
また、特許文献２に記載されている方法では、ＡｌＧａＡｓ層はＺｎの拡散を抑制することができるものの、Ｖ族元素が変わるため、ＡｌＧａＡｓ系材料とＡｌＧａＩｎＰ系材料とあるいは窒化物系材料とのヘテロ接合界面における結晶性が劣化し、面発光型半導体光素子の特性が低下してしまうという問題点を有している。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電気特性と光特性を両立させるｐ型ＤＢＲ構造体、高温、高出力動作が可能で、信頼性の高い面発光型光素子である共振器型面発光型ダイオードまたは面発光型レーザを提供することを目的とするものであり、更には、この面発光型レーザを用いた面発光型レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、半導体基板上に、ｐ型不純物元素としてＭｇまたはＺｎを含む、III−Ｖ族の化合物半導体材料により形成される低屈折率層と高屈折率層とが積層されたｐ型半導体ＤＢＲ構造体において、前記低屈折率層には、一部に不純物拡散防止層が設けられており、前記不純物拡散防止層におけるＡｌ組成比は、前記低屈折率層における不純物拡散防止層以外の領域におけるＡｌ組成比よりも高いことを特徴する。
【００１３】
また、本発明は、前記低屈折率層の不純物拡散防止層は、結晶成長の方向において、前記低屈折率層の最下部となる領域に形成されていることを特徴する。
【００１４】
また、本発明は、前記低屈折率層の不純物拡散防止層は、結晶成長の方向によって、前記低屈折率層の最下部となる領域及び最上部となる領域に形成されていることを特徴する。
【００１５】
また、本発明は、前記III−Ｖ族の化合物半導体材料におけるＶ族元素は、リン（Ｐ）または窒素（Ｎ）であることを特徴する。
【００１６】
また、本発明は、前記III−Ｖ族の化合物半導体材料におけるIII族元素は、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）のうちいずれか１つ、または２以上の元素であることを特徴する。
【００１７】
また、本発明は、前記低屈折率層の不純物拡散防止層はノンドープ、または、前記低屈折率層の不純物拡散防止層にドーピングされる不純物量は、前記低屈折率層における不純物拡散防止層以外の領域にドーピングされる不純物量よりも少ないことを特徴する。
【００１８】
また、本発明は、前記高屈折率層の一部において、前記低屈折率層における不純物拡散防止層以外の領域における不純物濃度よりも、不純物濃度が低い領域を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記高屈折率層は、（ＡｌａＧａ１−ａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦ａ＜１）により形成されており、低屈折率層における前記不純物拡散防止層以外の領域は、（ＡｌｂＧａ１−ｂ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦a＜ｂ＜１）により構成されており、前記低屈折率層の前記不純物拡散防止層は（ＡｌｃＧａ１−ｃ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦a＜ｂ＜ｃ≦１）により形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記ｃの値は０．７以上であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｎ型ＤＢＲ反射鏡、共振器、及び低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｐ型ＤＢＲ反射鏡を有しており、前記共振器は、量子井戸構造有する活性層を備えたIII−Ｖ族の面発光型光素子において、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡は、前記記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体を有していることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｎ型ＤＢＲ反射鏡、共振器、及び低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｐ型ＤＢＲ反射鏡を有しており、前記共振器は、量子井戸構造有する活性層を備えたIII−Ｖ族の面発光型半導体レーザにおいて、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡は、前記記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体を有していることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｎ型ＤＢＲ反射鏡、共振器、及び低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｐ型ＤＢＲ反射鏡を有しており、前記共振器は、量子井戸構造有する活性層を備えたIII−Ｖ族の面発光型半導体レーザにおいて、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い部分には、前記記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体を有していることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｎ型ＤＢＲ反射鏡、共振器、及び低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｐ型ＤＢＲ反射鏡を有しており、前記共振器は、量子井戸構造有する活性層を備えたIII−Ｖ族の面発光型半導体レーザにおいて、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層は、前記記載のｐ型半導体ＤＢＲ構造体の低屈折率層であることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、前記ｐ型半導体ＤＢＲ構造体において、光定在波の電界強度が高くなる位置に、前記不純物拡散防止層が形成されていることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｎ型ＤＢＲ反射鏡、共振器、及び低屈折率層と高屈折率層をペアとして複数のペアからなるｐ型ＤＢＲ反射鏡を有しており、前記共振器は、量子井戸構造有する活性層を備えたIII−Ｖ族の面発光型半導体レーザにおいて、前記活性層と前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡との間には不純物拡散防止層が設けられており、前記不純物拡散防止層は、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層と同じＶ族の元素を含むものであり、前記不純物拡散防止層におけるＡｌ組成比は、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層におけるＡｌ組成比よりも高いものであることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡に形成される前記活性層に最も近い低屈折率層と高屈折率層からなる第１上部ＤＢＲ層と、前記活性層との間において、光定在波の電界強度が高くなる位置に、前記不純物拡散防止層が形成されていることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちいずれか１つまたは２以上の元素とＰを含む材料、または、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちいずれか１つまたは２以上の元素とＮを含む材料により形成されているものであることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層は、（ＡｌｄＧａ１−ｄ）eＩｎ１−eＰ（０＜ｄ＜１、０＜e＜１）により形成されており、前記不純物拡散防止層は、（ＡｌｆＧａ１−ｆ）ｇＩｎ１−ｇＰ（０＜ｆ≦１、０＜ｇ＜１）により構成されていることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、前記eの値と前記ｇの値とは等しいものであって、前記ｆの値は０．７を超える値であることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明は、前記活性層は、ＧａＩｎＡｓＰとＧａＩｎＰとを交互に積層した量子井戸構造を有するものであることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明は、前記ｐ型ＤＢＲ反射鏡における前記活性層に最も近い低屈折率層には、不純物元素としてＺｎまたはＭｇがドープされていることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明は、前記記載の面発光型レーザが、同一半導体基板上に複数配列されていることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明は、光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、前記記載の面発光型レーザアレイ素子を有する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光束を偏光する偏向手段と、前記偏光により偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と、を備えたことを特徴とする。
【００３５】
また、本発明は、少なくとも一つの像担持体と、前記少なくとも一つの像担持体に対して、画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも一つの前記記載の光走査装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【００３６】
また、本発明は、前記画像はカラー画像であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、抵抗が低く、反射率が高いｐ型ＤＢＲ構造体を提供することができ、このｐ型ＤＢＲ構造体を用いることにより、信頼性が高く、低い閾値で、高温状態においても高出力が可能な面発光型光素子である共振器型ダイオードまたは面発光型レーザを提供することができ、更には、信頼性の高い高精細な画像を安定して形成することが可能な面発光型レーザアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施の形態におけるｐ型半導体ＤＢＲ構造体の構造図
【図２】ｐ型半導体ＤＢＲ構造体のＳＩＭＳによるプロファイル
【図３】ＡｌＧａＩｎＰ系ＤＢＲにおけるペア数と反射率の相関図
【図４】第２の実施の形態におけるＲＣＬＥＤの断面図
【図５】第２の実施の形態におけるＲＣＬＥＤのｐ型ＤＢＲの構造図
【図６】第３の実施の形態における面発光型レーザの断面図
【図７】第３の実施の形態における面発光型レーザ構造と光定在波の分布を示す図
【図８】第４の実施の形態における面発光型レーザの断面図
【図９】第５の実施の形態における画像形成装置の構成図
【図１０】第５の実施の形態における光走査装置の概要図
【図１１】第５の実施の形態における面発光型レーザアレイ素子の概要図
【図１２】第５の実施の形態におけるカラー印刷が可能な画像形成装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態について説明する。尚、図中同一または相当部分には同一の参照符号で示す。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本実施の形態における１ペアＡｌＧａＩｎＰ系ＤＢＲ構造体の構造図である。ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３上に、本実施の形態における１ペアのｐ型のＡｌＧａＩｎＰ系ＤＢＲ構造体となる低屈折率層３０１と、高屈折率層３０２となる（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層とを積層して形成したものである。尚、低屈折率層３０１と、高屈折率層３０２となる（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層とを交互に複数層積層形成することにより複数ペアのＤＢＲ構造体が形成される。本実施の形態では、低屈折率層３０１は、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる不純物拡散防止層３０１ａと、低屈折率層３０１の主体部分である低屈折率本体層３０１ｂとなる（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層により構成されている。
【００４０】
図２は、図１に示すようなノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３上に、形成された１ペアのＡｌＧａＩｎＰ系ＤＢＲ構造体において、不純物拡散防止層３０１ａをＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成した本実施の形態にかかる実施例１と、不純物拡散防止層を(Ａｌ０．５Ｇａ０．５)０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成した比較例１において、ｐ型不純物としてＺｎのプロファイルをＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy）により測定した結果である。尚、実施例１及び比較例１は、エピタキシャル成長中、高屈折率層３０２となる（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層と、低屈折率層３０１における低屈折率本体層３０１ｂとなる（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層に、Ｚｎをドーピングしたものであり、Ｚｎのドーピング条件は、双方とも同じ条件である。尚、不純物拡散防止層３０１ａにはＺｎはドーピングされてはいない。
【００４１】
図２に示されるように、不純物拡散防止層３０１ａをＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成した実施例１は、不純物拡散防止層を(Ａｌ０．５Ｇａ０．５)０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成した比較例１よりも、低屈折率本体層３０１ｂとなる（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層におけるＺｎ濃度は約１．５倍程度高く、また、実施例１の場合では、高屈折率層３０２となる（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層の一部において、Ｚｎ濃度が９×１０１７ｃｍ−３から３×１０１７ｃｍ−３に低下しており、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３においても、Ｚｎの拡散距離が比較例１に対し約２０ｎｍ短い。このように、実施例１は、比較例１に対し、低屈折率本体層３０１ｂとなる（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層から、両側の（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３及び高屈折率層３０２となる（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層へのＺｎの拡散量が抑制されていることがわかる。即ち、低屈折率層３０１中にＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる不純物拡散防止層３０１ａを形成することにより、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３へのＺｎの拡散が抑制さる。また、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐと(Ａｌ０．５Ｇａ０．５)０．５Ｉｎ０．５Ｐとは格子定数が異なることから、実施例１においてＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる不純物拡散防止層３０１ａ上に形成される低屈折率本体層３０１ｂ及び高屈折率層３０２の結晶性等は、比較例１において形成されるものとは異なるものとなり、高屈折率層３０２となる（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層へのＺｎの拡散し難い構造等となっているものと考えられる。よって、実施例１では、比較例１とはＺｎの拡散の状態が異なり、高屈折率層３０２となる（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層においてもＺｎの拡散が抑制されるものと考えられる。
【００４２】
よって、本実施の形態に係る実施例１では、Ｚｎの拡散を抑制しつつ、低屈折率本体層３０１ｂとなる（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層におけるＺｎ濃度を高めることができ、更に、高屈折率層３０２となる（Ａｌ０．１Ｇａ０．９)０．５Ｉｎ０．５Ｐ層において、Ｚｎ濃度をコントロールすることが可能となる。
【００４３】
尚、実施例１においては、不純物防止層３０１ａとして、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いた場合について説明したが、非特許文献１からわかるように、(ＡｌｘＧａ１−ｘ)０．５Ｉｎ０．５Ｐにおいて、Ａｌの組成比が高い場合であっても、実施例１における効果と同様の効果を得ることができる。具体的には、低屈折率本体層３０１ｂとなる（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層よりも、不純物拡散防止層３０１ａにおけるＡｌの組成比を高くすることにより、実施例１における効果と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
特に、高屈折率層３０２を(ＡｌａＧａ１−ａ)０．５Ｉｎ０．５Ｐとし、低屈折率層３０１における低屈折率本体層３０１ｂを（ＡｌｂＧａ１−ｂ)０．５Ｉｎ０．５Ｐとし、低屈折率層３０１における不純物拡散防止層３０１ａを(ＡｌｃＧａ１−ｃ)０．５Ｉｎ０．５Ｐとした場合、０≦a＜ｂ＜ｃ≦１であることが好ましく、更には、ｃの値が０．７以上であることが好ましい。
【００４５】
尚、本実施の形態における説明では、ｐ型ＤＢＲ構造体をＡｌＧａＩｎＰ系材料より形成した場合について説明したが、ｐ型ＤＢＲ構造体としてＡｌＧａＩｎＮ系材料を用いることも可能である。この場合、例えば、高屈折率層３０２をＧａＮより形成し、低屈折率層３０１のうち、不純物拡散防止層３０１ａをＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎにより形成し、低屈折率本体層３０１ｂをＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎより形成することにより、同様の効果を得ることが可能である。
【００４６】
図３は、上述した実施例１及び比較例１における１ペアのＤＢＲ構造体の７８０ｎｍの波長の光に対する反射率の計算結果を示すものである。図に示されるように、不純物拡散防止層３０１ａをＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成した実施例１の場合では、不純物拡散防止層を(Ａｌ０．５Ｇａ０．５)０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成した比較例１の場合よりも、反射率は高い。
【００４７】
また、本実施の形態における説明では、ｐ型不純物元素としてＺｎを用いた場合について説明したが、ｐ型不純物元素として、Ｂｅ又はＭｇを用いた場合についても、同様である。
【００４８】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、波長が６５０ｎｍの面発光型光素子であるＲＣＬＥＤ（Resonant-Cavity Light Emitting Diode：共振器型発光ダイオード)である。図４に基づき本実施の形態について説明する。
【００４９】
本実施の形態におけるＲＣＬＥＤは、ｎ型ＧａＡｓ基板３１１上に、エピタキシャル成長により形成した下部ＤＢＲ反射鏡３１２、共振器３１３、上部ＤＢＲ反射鏡３１４、電流拡散層３１５により形成されている。
【００５０】
下部ＤＢＲ反射鏡３１２は、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓとｎ型ＡｌＡｓとを３４ペア交互に積層することにより形成したｎ型ＤＢＲ反射鏡であり、ドーパントとしてＳｉ（シリコン）が、３×１０１７ｃｍ−３〜２×１０１８ｃｍ−３ドープされている。
【００５１】
上部ＤＢＲ反射鏡３１４は、屈折率の異なる１５ペアのＡｌＧａＩｎＰ系の材料を積層して形成したｐ型ＤＢＲ反射鏡であり、ドーパントとしてＭｇが、５×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３ドープされている。尚、後述する不純物拡散防止層３１４ａ１には、Ｍｇはドーピングされてはいない。
【００５２】
図５に、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料により形成される上部ＤＢＲ反射鏡３１４のＤＢＲ構造体の１ペアの構成を示す。図に示されるように、ＤＢＲ構造体の１ペアは、低屈折率層３１４ａおよび高屈折率層３１４ｂより形成されている。低屈折率層３１４ａは、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる不純物拡散防止層３１４ａ１と、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる低屈折率本体層３１４ａ２とにより形成されている。具体的に、本実施の形態では、低屈折率層３１４ａは、不純物拡散防止層３１４ａ１、低屈折率本体層３１４ａ２、不純物拡散防止層３１４ａ１を積層形成することにより形成されている。また、高屈折率層３１４ｂは(Ａｌ０．２Ｇａ０．８)０．５Ｉｎ０．５Ｐより形成されている。
【００５３】
また、電流拡散層３１５はＧａＰより形成されており、ｐ側電極３１６は、電流拡散層３１５とオーミック接触するように形成されている。
【００５４】
一方、ｎ側電極３１７は、ｎ型ＧａＡｓ基板３１１の裏面に設けられており、ｎ型ＧａＡｓ基板３１１とオーミック接触するように形成されている。
【００５５】
本実施に形態における説明では、ｐ型不純物としてＭｇを用いた場合について説明したが、ｐ型不純物としては、Ｂｅ又はＺｎを用いた場合においても同様であり、Ｍｇの場合と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、面発光型半導体レーザである。図６に基づき本実施の形態における面発光型半導体レーザについて説明する。
【００５７】
本実施の形態における面発光型半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、エピタキシャル成長により形成した下部ＤＢＲ反射鏡１２、共振器１３、第１上部ＤＢＲ層１５、第２上部ＤＢＲ層１６、後述する選択酸化層を有する第３上部ＤＢＲ層１７、積層上部ＤＢＲ層１８及びコンタクト層２０を有している。尚、第１上部ＤＢＲ層１５、第２上部ＤＢＲ層１６、第３上部ＤＢＲ層１７、積層上部ＤＢＲ層１８及びコンタクト層２０により、上部ＤＢＲ反射鏡１９が形成される。
【００５８】
下部ＤＢＲ反射鏡１２は、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとｎ型ＡｌＡｓとを４０．５ペア交互に積層することにより形成したものであり、ドーパントとしてＳｅ（セレン）が、５×１０１７ｃｍ−３〜２×１０１８ｃｍ−３ドープされている。
【００５９】
共振器１３は、下部ＤＢＲ反射鏡１２の形成されている側より、下部スペーサ層１３ａ、活性層１３ｂ、上部スペーサ層１３ｃを積層することにより形成されている。下部スペーサ層１３ａは、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成されており、活性層１３ｂは、ＧａＩｎＡｓＰとＧａＩｎＰとを交互に積層した多重量子井戸構造により形成されており、上部スペーサ層１３ｃは、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成されている。
【００６０】
第１上部ＤＢＲ層１５には、共振器１３の形成されている側より、第１の実施の形態におけるｐ型のＡｌＧａＩｎＰ系ＤＢＲ構造体が、低屈折率層１５ａ及び高屈折率層１５ｂを積層形成することにより形成されている。尚、低屈折率層１５ａは、ノンドープのＡｌＩｎＰからなる不純物拡散防止層１５ａ１と、低屈折率層１５ａの主体となる（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる低屈折率本体層１５ａ２により形成されている。また、高屈折率層１５ｂは、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成されている。尚、第１上部ＤＢＲ層１５において、低屈折率本体層１５ａ２及び高屈折率層１５ｂには、Ｚｎがドーパントとして、２×１０１７ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３ドープされており、ｐ型となっている。
【００６１】
ここで、低屈折率本体層１５ａ２を（ＡｌｄＧａ１−ｄ）eＩｎ１−eＰ（０＜ｄ＜１、０＜e＜１）とし、不純物拡散防止層１５ａ１を（ＡｌｆＧａ１−ｆ）ｇＩｎ１−ｇＰ（０＜ｆ≦１、０＜ｇ＜１）とした場合、eの値とｇの値とは等しいものであって、ｆの値は０．７を超える値であることが好ましい。
【００６２】
第２上部ＤＢＲ層１６は、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとを１ペア積層した構成のものである。第２上部ＤＢＲ層１６には、ドーパントとしてＣが、２×１０１７ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３ドープされている。尚、第２上部ＤＢＲ層１６は、後述する図７に示すように低屈折率層１６ａと高屈折率層１６ｂとが積層されたものであり、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓにより形成される層が低屈折率層となり、ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓにより形成される層が高屈折率層となる。
【００６３】
第３上部ＤＢＲ層１７は、周囲が酸化されるＡｌＡｓ選択酸化層を含む低屈折率層１７ａであるｐ型ＡｌＧａＡｓと高屈折率層１７ｂであるｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとを１ペア積層した構成のものである。第３上部ＤＢＲ層１７には、ドーパントとしてＣが、３×１０１７ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３ドープされている。
【００６４】
尚、第３上部ＤＢＲ層１７の低屈折率層１７ａを構成するＡｌＡｓ層は、後述するようにメサ構造を形成した後に、メサ構造の周囲より選択酸化することにより、選択酸化領域１７ａａが形成され、酸化されていない領域が電流狭窄領域１７ａｂとなり、電流狭窄構造を形成する。このため、このＡｌＡｓ層は選択酸化層又は電流狭窄層ともいう。
【００６５】
積層上部ＤＢＲ層１８は、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとを２１ペア交互に積層形成することにより形成したものである。積層上部ＤＢＲ層１８には、ドーパントとしてＣが、５×１０１７ｃｍ−３〜６×１０１８ｃｍ−３ドープされている。尚、積層上部ＤＢＲ層１８は、低屈折率層と高屈折率層とが積層されたものであるが、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓにより形成される層が低屈折率層となり、ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓにより形成される層が高屈折率層となる。
【００６６】
コンタクト層２０は、ｐ型ＧａＡｓからなる膜により形成されている。
【００６７】
上述した半導体膜を積層形成した後、共振器１３、第１上部ＤＢＲ層１５、第２上部ＤＢＲ層１６、第３上部ＤＢＲ層１７、積層上部ＤＢＲ層１８及びコンタクト層２０をエッチングすることによりメサ構造が形成される。この後、第３上部ＤＢＲ層１７の低屈折率層におけるＡｌＡｓ層を選択酸化し、更にメサ構造の周囲、即ち、メサ構造の側面、コンタクト層２０の上面の一部及び上記エッチング面の一部を覆うように、保護膜２１を形成し、保護膜２１上におけるメサ構造が形成されている領域以外の領域にはポリイミド層２２を形成する。
【００６８】
ｐ側電極２３は、保護膜２１及びポリイミド層２２上にコンタクト層２０と接して形成されており、ｐ側電極２３は、コンタクト層２０とオーミック接触するように形成されている。
【００６９】
ｎ側電極２４は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面に設けられており、ｎ型ＧａＡｓ基板１１とオーミック接触するように形成されている。
【００７０】
尚、本実施の形態における面発光型レーザでは、下部ＤＢＲ反射鏡１２、第２上部ＤＢＲ層１６及び積層上部ＤＢＲ層１８は、高屈折率層と低屈折率層とを積層した構成のものであるが、高屈折率層と低屈折率層との界面における電気抵抗を低減させるため、高屈折率層と低屈折率層との界面においては、ＡｌＧａＡｓの組成を変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層が形成されている。
【００７１】
本実施の形態において、第１の実施の形態におけるｐ型のＡｌＧａＩｎＰ系ＤＢＲ構造体は、ｐ型の第１上部ＤＢＲ層１５として用いられている。（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、バンドギャップが大きい直接遷移の半導体材料であり、活性層の近いところ形成することにより、キャリアリックを抑制できる。
【００７２】
尚、不純物拡散防止層１５ａ１をＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成した場合では、図２に示すように、Ｚｎの拡散の抑制効果があるために、ｐ型の第１上部ＤＢＲ層１５における低屈折率層１５の低屈折率本体層１５ａ２に、Ｚｎ等の不純物元素を高濃度にドーピングさせることができる。これにより、キャリアリックを更に抑制し、レーザの出力パワーを向上させることができる。また、ｐ型の第１上部ＤＢＲ層１５の低屈折率層において不純物元素を高濃度にドーピングすることにより、面発光型レーザにおける抵抗を低減させることも可能となる。
【００７３】
図７は、本実施の形態における面発光型レーザの構造と発振光の定在波の分布を示す。本実施の形態では、ｐ型の第１上部ＤＢＲ層１５における不純物拡散防止層１５ａ１と高屈折率層１５ｂの上部においては、光定在波の電界強度は強くなっている。不純物拡散防止層１５ａ１を設けた場合、図２に示されるように、Ｚｎの拡散抑制効果及び不純物偏析効果により、光定在波の電界強度が強くなる部分において、Ｚｎ濃度が高くはならないため、キャリアの光学的な吸収損失を抑制することができ、面発光型レーザの閾値を低減させることが可能となる。
【００７４】
尚、図３に示すように、実施例１のＡｌＧａＩｎＰ系ＤＢＲ構造体は、比較例１のＡｌＧａＩｎＰ系ＤＢＲ構造体よりも、反射率が高いため面発光型レーザの発光効率向上と閾値低減にも効果がある。
【００７５】
尚、本実施の形態では、ｐ型の不純物としてＺｎを用いた場合について説明したが、ｐ型不純物として、Ｂｅ又はＭｇを用いた場合についても、同様の効果を得ることができる。
【００７６】
また、本実施の形態では、ｎ型基板を用いた面発光型レーザの構成について説明したが、ｐ型基板を用いた面発光型レーザにおいても同様に適用可能である。
【００７７】
〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態における面発光型レーザについて説明する。本実施の形態における面発光型レーザは、第３の実施の形態と異なる構成の面発光型半導体レーザである。
【００７８】
図８に基づき本実施の形態における面発光型レーザについて説明する。本実施の形態における面発光型レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１上に、エピタキシャル成長により形成した下部ＤＢＲ反射鏡１１２、共振器１１３、不純物拡散防止層１１４、第１上部ＤＢＲ層１１５、後述する選択酸化層が形成される第２上部ＤＢＲ層１１７、積層上部ＤＢＲ層１１８及びコンタクト層１２０を有している。尚、第１上部ＤＢＲ層１１５、第２上部ＤＢＲ層１１７、積層上部ＤＢＲ層１１８及びコンタクト層１２０により、上部ＤＢＲ反射鏡１１９が形成される。
【００７９】
下部ＤＢＲ反射鏡１１２は、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとｎ型ＡｌＡｓとを４０．５ペア交互に積層することにより形成したものであり、ドーパントとしてＳｅ（セレン）が、５×１０１７ｃｍ−３〜２×１０１８ｃｍ−３ドープされている。
【００８０】
共振器１１３は、下部ＤＢＲ反射鏡１１２の形成されている側より、下部スペーサ層１１３ａ、活性層１１３ｂ、上部スペーサ層１１３ｃを積層することにより形成されている。下部スペーサ層１１３ａは、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成されており、活性層１１３ｂは、ＧａＩｎＡｓＰとＧａＩｎＰとを交互に積層した多重量子井戸構造により形成されており、上部スペーサ層１１３ｃは、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成されている。
【００８１】
不純物拡散防止層１１４は、厚さが２０ｎｍのノンドープの（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）０．５Ｉｎ０．５Ｐにより構成されている。尚、ノンドープの（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、Ｍｇの拡散を抑制する機能を有している。
【００８２】
第１上部ＤＢＲ層１１５は、不純物拡散防止層１１４の形成されている側より、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐとｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとを積層した構成のものである。高屈折率層となるｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓには、ドーパントとしてＣが、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３ドープされている。また、低屈折率層となるｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐには、ドーパントとしてＭｇが、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３ドープされている。
【００８３】
ここで、第１上部ＤＢＲ層１１５における低屈折率本体層を（ＡｌｄＧａ１−ｄ）eＩｎ１−eＰ（０＜ｄ＜１、０＜e＜１）とし、不純物拡散防止層１１４を（ＡｌｆＧａ１−ｆ）ｇＩｎ１−ｇＰ（０＜ｆ≦１、０＜ｇ＜１）とした場合、eの値とｇの値とは等しいものであって、ｆの値は０．７を超える値であることが好ましい。
【００８４】
第２上部ＤＢＲ層１１７は、周囲が酸化されるＡｌＡｓ選択酸化層を含む低屈折率層１１７ａであるｐ型ＡｌＧａＡｓと高屈折率層１１７ｂであるｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとを１ペア積層した構成のものである。第２上部ＤＢＲ層１１７には、ドーパントとしてＣが、３×１０１７ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３ドープされている。
【００８５】
尚、第２上部ＤＢＲ層１１７の低屈折率層１１７ａを構成するＡｌＡｓ層は、後述するようにメサ構造が形成された後、メサ構造の周囲より選択酸化することにより、選択酸化領域１１７ａａが形成され、酸化されていない領域が電流狭窄領域１１７ａｂとなる電流狭窄構造が形成される。
【００８６】
積層上部ＤＢＲ層１１８は、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとを２２ペア交互に積層形成することにより形成したものである。積層上部ＤＢＲ層１１８には、ドーパントとしてＣが、５×１０１７ｃｍ−３〜６×１０１８ｃｍ−３ドープされている。尚、積層上部ＤＢＲ層１１８は、低屈折率層と高屈折率層とが積層されたものであるが、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓにより形成される層が低屈折率層となり、ｐ型ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓにより形成される層が高屈折率層となる。
【００８７】
コンタクト層１２０は、ｐ型ＧａＡｓからなる膜により形成されている。
【００８８】
上述した半導体膜を積層形成した後、共振器１１３、不純物拡散防止層１１４、第１上部ＤＢＲ層１１５、第２上部ＤＢＲ層１１７、積層上部ＤＢＲ層１１８及びコンタクト層１２０をエッチングすることによりメサ構造が形成される。この後、第２上部ＤＢＲ層１１７の低屈折率層におけるＡｌＡｓ層を選択酸化し、更に、メサ構造の周囲、即ち、メサ構造の側面、コンタクト層１２０の上面の一部及び上記エッチング面の一部を覆うように、保護膜１２１を形成し、保護膜１２１上におけるメサ構造が形成されている領域以外の領域にはポリイミド層１２２を形成する。
【００８９】
ｐ側電極１２３は、保護膜１２１及びポリイミド層１２２上にコンタクト層１２０と接して形成されており、ｐ側電極１２３は、コンタクト層１２０とオーミック接触するように形成されている。
【００９０】
ｎ側電極１２４は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１の裏面に設けられており、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１とオーミック接触するように形成されている。
【００９１】
本実施の形態における面発光型レーザでは、第３の実施の形態における面発光型レーザと同様に、活性層１１３ｂへの不純物元素であるＭｇの拡散が抑制されるため、レーザ発振の閾値を下げることができ、高出力化も可能である。
【００９２】
また、本実施の形態では、第１上部ＤＢＲ層１１５は、ドーパントとしてＭｇを用いており、ＭｇはＺｎよりも拡散し難いため、より効果的にドーパントの活性層１１３ｂへの拡散を抑えることができる。尚、上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。
【００９３】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、本発明に係る面発光型レーザアレイ素子、即ち、第３または第４の実施の形態に係る面発光型レーザアレイ素子を光源として用いた画像形成装置である。本実施の形態について、図９に基づいて説明する。
【００９４】
本実施の形態に係る画像形成装置であるレーザプリンターは、光走査装置２００、感光体ドラム２０１、帯電チャージャ２０２、現像ローラ２０３、トナーカートリッジ２０４、クリーニングブレード２０５、給紙トレイ２０６、給紙コロ２０７、レジストローラ対２０８、定着ローラ２０９、排紙トレイ２１０、転写チャージャ２１１、排紙ローラ２１２及び除電ユニット２１４等を備えている。
【００９５】
具体的には、感光体ドラム２０１の回転方向において、帯電チャージャ２０２、現像ローラ２０３、転写チャージャ２１１、除電ユニット２１４及びクリーニングブレード２０５の順に、感光体ドラム２０１の近傍に配置されている。
【００９６】
感光体ドラム２０１の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム２０１は、図に示すように、時計回りで回転するように構成されている。帯電チャージャ２０２は、感光体ドラム２０１の表面を均一に帯電させる機能を有するものである。
【００９７】
光走査装置２００は、帯電チャージャ２０２により帯電された感光体ドラム２０１の表面に、パソコン等の上位装置からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。この光の照射により感光体ドラム２０１の表面には、画像情報に応じた潜像が形成される。感光体ドラム２０１の表面において潜像の形成された領域は、感光体ドラム２０１が回転することにより、現像ローラ２０３の設けられている方向に移動する。尚、光走査装置２００の詳細については後述する。
【００９８】
トナーカートリッジ２０４には、トナーが格納されており、このトナーは現像ローラ２０３に供給される。現像ローラ２０３は、感光体ドラム２０１の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ２０４から供給されたトナーを付着させて、感光体ドラム２０１の表面において画像情報を顕像化させる。この後、感光体ドラム２０１が回転することにより、感光体ドラム２０１の表面の潜像にトナーが付着している領域は、転写チャージャ２１１の設けられている方向に移動する。
【００９９】
給紙トレイ２０６には記録紙２１３が格納されている。この給紙トレイ２０６の近傍には、給紙コロ２０７が配置されており、この給紙コロ２０７は、記録紙２１３を給紙トレイ２０６から一枚ずつ取り出し、レジストローラ対２０８に搬送する。このレジストローラ対２０８は、転写チャージャ２１１の近傍に配置されており、給紙コロ２０７によって取り出された記録紙２１３を一旦保持するとともに、この記録紙２１３を感光体ドラム２０１の回転に合わせて感光体ドラム２０１と転写チャージャ２１１との間隙に向けて送り出す。
【０１００】
転写チャージャ２１１には、感光体ドラム２０１の表面上のトナーを電気的に記録紙２１３に引きつけるため、感光体２０１の表面上のトナーとは逆極性の電荷が印加されている。この電荷により感光体ドラム２０１の表面上のトナーは、記録紙２１３に転写され、即ち、トナーにより形成される画像が記録紙２１３に転写される。この後、記録紙２１３は、定着ローラ２０９に送られる。
【０１０１】
定着ローラ２０９では、熱と圧力とが記録紙２１３に加えられ、これによって、トナーが記録紙２１３に定着される。ここで画像が定着された記録紙２１３は、排紙ローラ２１２を介して排紙トレイ２１０に送られ、排紙トレイ２１０上に順次スタックされる。
【０１０２】
尚、除電ユニット２１４は、感光体ドラム２０１の表面を除電する。クリーニングブレード２０５は、感光体ドラム２０１の表面に残存するトナー（残留トナー）を除去する。除去された残留トナーは、再利用可能な構成となっている。残留トナーが除去された感光体ドラム２０１の表面は、再び帯電チャージャ２０２の設けられている方向に移動する。
【０１０３】
（光走査装置）
次に、図１０に基づき光走査装置２００について説明する。
【０１０４】
この光走査装置２００は、光源ユニット２２１、カップリングレンズ２２２、開口板（アパーチャ）２２３、シリンドリカルレンズ２２４、ポリゴンミラー２２５、ｆθレンズ２２６、トロイダルレンズ２２７、２つのミラー２２８、２２９及び上記各部を統括的に制御する不図示の主制御装置を有している。
【０１０５】
光源ユニット２２１は、第３又は第４の実施の形態における面発光型半導体レーザが複数形成された面発光型レーザアレイを備えている。
【０１０６】
カップリングレンズ２２２は、光源ユニット２２１から出射された光束を略平行光にするためのものである。
【０１０７】
開口板２２３は、開口部を有し、カップリングレンズ２２２からの光束のビーム径を規定するためのものである。
【０１０８】
シリンドリカルレンズ２２４は、開口板２２３を通過した光束を、ミラー２２８を介してポリゴンミラー２２５の反射面に集光する。
【０１０９】
ポリゴンミラー２２５は、正六角柱状に形成されており、６つの側面が反射面となるよう鏡面が形成されている。ポリゴンミラー２２５は、不図示のモータによって、矢印に示す方向に一定速度で回転しており、この回転に伴って、光束は等角速度的に偏向される。
【０１１０】
ｆθレンズ２２６は、ポリゴンミラー２２５からの光束の入射角に比例した像高さを有しており、ポリゴンミラー２２５により一定の角速度で偏光される光束の像面を主走査方向に対して等速移動させる。
【０１１１】
トロイダルレンズ２２７は、ｆθレンズ２２６からの光束を、ミラー２２９を介して、感光体ドラム２０１の表面上に結像する。
【０１１２】
図１１に示すように、光源ユニット２２１は、面発光型レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）がアレイ状に２次元的に配列された面発光型レーザアレイＬＡを含むものにより構成されている。各々の面発光型レーザは、主走査方向には所定の十分な間隔をもって配列されており、面発光型レーザの主走査方向における配列は副走査方向において間隔ｄ２ずつずれながら配列されている。このように副走査方向において間隔ｄ２ずつずれながら主走査方向の配列されているものが、副走査方向におけるピッチｄ１ごとに形成されている。このように配置することにより各々の面発光型レーザの中心から副走査方向に垂直な垂線の間隔を等間隔（間隔ｄ２が等間隔）とすることができる。これにより、各々の面発光型レーザの点灯のタイミングを制御することにより、感光体ドラム２０１上において、副走査方向に狭い等間隔で光源が配列されている場合と同様の構成とすることができる。
【０１１３】
例えば、副走査方向における各々の面発光型半導体レーザのピッチｄ１が２６．５μｍであって、面発光型半導体レーザを主走査方向に１０個ずつ配列させた場合、面発光型半導体レーザの間隔ｄ２は、２．６５μｍとなる。そして、光学系における倍率を２倍に設定すれば、感光体ドラム２０１上において、５．３μｍ間隔で書き込みドットを形成することができる。これは、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）に相当するものであり、４８００ｄｐｉの高密度の書き込みを行うことができる。
【０１１４】
また、主走査方向に配列される面発光型半導体レーザの個数を増やし、ピッチｄ１を狭め、間隔ｄ２をさらに狭めたアレイ状にすることにより、さらに高密度な書き込みを行うことが可能となる。尚、主走査方向の書き込みの間隔は、光源である面発光型半導体レーザの点灯のタイミングを制御することにより容易に制御が可能である。
【０１１５】
本実施の形態における光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置においては、光源として、低コストで製造することが可能な第３又は第４の実施の形態に係る面発光型半導体レーザを用いているため、低コストであって、低消費電力で、高速で高品質となる光走査装置、及び画像形成装置を得ることが可能となる。
【０１１６】
（カラー画像を形成するための画像形成装置）
次に、図１２に基づきカラー画像を形成するための画像形成装置について説明する。
【０１１７】
この画像形成装置は、カラーレーザプリンタであり、カラー画像に対し複数の感光体ドラムを備えたダンデムカラー機である。
【０１１８】
このカラーレーザプリンタは、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンタ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置２００、転写ベルト３０１、定着手段３０２等を備えている。
【０１１９】
このカラーレーザプリンタでは、光走査装置２００において、ブラック用の半導体レーザ、シアン用の半導体レーザ、マゼンタ用の半導体レーザ、イエロー用の半導体レーザを有しており、各々の半導体レーザは、本発明に係る面発光型半導体レーザにより構成されている。ブラック用の半導体レーザからの光束はブラック用の感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の半導体レーザからの光束はシアン用の感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンタ用の半導体レーザからの光束はマゼンタ用の感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の半導体レーザからの光束はイエロー用の感光体ドラムＹ１に照射される。
【０１２０】
各々の感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１は、矢印の方向に回転し、回転方向の順に、各々の帯電器Ｋ２、Ｃ２、Ｍ２、Ｙ２、現像器Ｋ４、Ｃ４、Ｍ４、Ｙ４、転写用帯電手段Ｋ６、Ｃ６、Ｍ６、Ｙ６、クリーニング手段Ｋ５、Ｃ５、Ｍ５、Ｙ５が配置されている。各々の帯電器Ｋ２、Ｃ２、Ｍ２、Ｙ２は、対応する感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面を均一に帯電する。帯電された感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面に、光走査装置２００から光束が照射され、感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面に静電潜像が形成される構成となっている。この後、各々の現像器Ｋ４、Ｃ４、Ｍ４、Ｙ４によって、感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面にトナー像が形成され、各々に対応する転写用帯電手段Ｋ６、Ｃ６、Ｍ６、Ｙ６により、記録紙に各々の色のトナー像が転写され、定着手段３０２により、記録紙に画像が定着される。尚、クリーニング手段Ｋ５、Ｃ５、Ｍ５、Ｙ５は、各々に対応した感光体ドラムＫ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１の表面に残存する残留トナーを除去するものである。
【０１２１】
尚、本実施の形態では、像担持体として感光体ドラムについて説明したが、像担持体としては、銀塩フィルムを用いた画像形成装置であってもよい。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同様の処理により可視化させることができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼き付け処理と同様の処理により印画紙に転写することが可能である。このような画像形成装置は、光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施することが可能である。
【０１２２】
また、像担持体としてビームスポットの熱エネルギーにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）を用いた画像形成装置であってもよい。この場合においては、光走査により可視画像を直接像担持体に形成することが可能である。
【０１２３】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１２４】
１１        ｎ型ＧａＡｓ基板
１２        下部ＤＢＲ反射鏡
１３        共振器
１３ａ      下部スペーサ層
１３ｂ      活性層（多重量子井戸層）
１３ｃ      上部スペーサ層
１５        第１上部ＤＢＲ層
１５ａ      低屈折率層
１５ａ１    不純物拡散防止層
１５ａ２    低屈折率本体層
１５ｂ      高屈折率層
１６        第２上部ＤＢＲ層
１６ａ      低屈折率層
１６ｂ      高屈折率層
１７        第３上部ＤＢＲ層
１７ａ      低屈折率層
１７ａａ    選択酸化領域
１７ａｂ    電流狭窄領域
１７ｂ      高屈折率層
１８        積層上部ＤＢＲ層
１９        上部ＤＢＲ反射鏡
２０        コンタクト層
２１        保護膜
２２        ポリイミド膜
２３        ｐ側電極
２４        ｎ側電極
３０１      低屈折率層
３０１ａ    不純物拡散防止層
３０１ｂ    低屈折率本体層
３０２      高屈折率層
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２５】
【特許文献１】特許第３６９２２６９号公報
【特許文献２】特開２００６−２８７２６６号公報
【非特許文献】
【０１２６】
【非特許文献１】"Acceptor diffusion and segregation in (AlxGa1-x)0.5In0.5P heterostructures"，Journal of Applied Physics, 2002，Vol. 91， p. 4891-4899
【図１】
2011135029.tif 000003
【図２】
2011135029.tif 000004
【図３】
2011135029.tif 000005
【図４】
2011135029.tif 000006
【図５】
2011135029.tif 000007
【図６】
2011135029.tif 000008
【図７】
2011135029.tif 000009
【図８】
2011135029.tif 000010
【図９】
2011135029.tif 000011
【図１０】
2011135029.tif 000012
【図１１】
2011135029.tif 000013
【図１２】
2011135029.tif 000014