(57)【要約】【課題】  リーク電流を低減し得る新規な赤色面発光レーザ素子を提供する。【解決手段】  積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子３０００であって、第１の反射鏡３０２、ｐ型半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡３０８、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に介在する活性層３０５、及び前記活性層と前記第２の反射鏡との間に介在し、且つ厚さが１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であるｐ型半導体スペーサ層３０７を有することを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子であって、
第１の反射鏡、
ｐ型半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に介在する活性層、及び
前記活性層と前記第２の反射鏡との間に介在し、且つ厚さが１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であるｐ型半導体スペーサ層、
を有することを特徴とする赤色面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記ｐ型半導体スペーサ層の厚さが１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記ｐ型半導体スペーサ層は、Ａｌ、Ｉｎ、及びＰを含む組成からなる層である請求項１あるいは２に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記ｐ型半導体スペーサ層は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ（０．４５≦ｘ＋ｙ≦０．５５、０．２５≦ｘ≦０．５５、０≦ｙ≦０．３０）を含み構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記ｐ型半導体スペーサ層は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ（０．５０≦ｘ＋ｙ≦０．５２、０．３５≦ｘ≦０．５２、０≦ｙ≦０．１７）を含み構成されていることを特徴とする請求項４に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記第２の反射鏡を構成する前記ｐ型半導体多層膜は、Ａｌ及びＡｓを含む組成からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記第２の反射鏡を構成する前記ｐ型半導体多層膜は、互いに屈折率が異なる第１の層と第２の層からなる組を複数回積層することにより構成されており、前記第１及び第２の層の少なくとも一方は、Ａｌ、Ｇａ、及びＡｓを含む組成からなる層であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項８】
前記第２の反射鏡は、ＧａＡｓに格子整合する半導体材料で構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１項に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項９】
前記活性層が、ＧａＩｎＰからなる層とＡｌＧａＩｎＰからなる層とを含み構成される量子井戸活性層である請求項１から８のいずれか１項に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項１０】
前記第１の反射鏡がｎ型の半導体多層膜からなり、且つ該第１の反射鏡と前記活性層との間に、ｎ型半導体スペーサ層を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項１１】
前記ｐ型半導体スペーサ層と前記活性層との間に別のスペーサ層を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項１２】
前記活性層と、前記ｐ型半導体スペーサ層と、前記ｎ型半導体スペーサ層とを含み共振器が構成されており、前記活性層が、その共振器長方向の中央に位置していない非対称構造であることを特徴とする請求項１０に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項１３】
前記ｐ型半導体スペーサ層の厚さが、前記ｎ型半導体スペーサ層の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１２に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項１４】
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に介在する前記活性層の数が、複数であることを特徴とする請求項１に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項１５】
前記活性層を含み構成される共振器の共振器長が、１．５波長共振器長以上、４波長共振器長以下であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の赤色面発光レーザ素子。
【請求項１６】
積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子であって、
第１の反射鏡、
ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に介在する活性層、及び
前記活性層と前記第２の反射鏡との間に介在し、且つ厚さが１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であるｐ型ＡｌＩｎＰ半導体スペーサ層またはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体スペーサ層、
を有することを特徴とする赤色面発光レーザ素子。
【請求項１７】
積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子であって、
第１の反射鏡と、
ｐ型半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に介在する活性層と、
前記活性層と前記第２の反射鏡との間に介在するｐ型半導体スペーサ層とを備え、
前記ｐ型半導体多層膜のＸ点における伝導帯バンド端は、前記ｐ型半導体スペーサ層よりも低く、且つ前記ｐ型半導体スペーサ層の厚さは、１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であることを特徴とする赤色面発光レーザ素子。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１項に記載される前記赤色面発光レーザ素子と、該レーザ素子から出力されるレーザ光を反射して走査するための光偏向器とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１９】
前記光偏向器により偏向された光により静電潜像を形成するための感光体と、帯電器と、現像器と、定着器とを含み構成される請求項１８に記載の画像形成装置。
【請求項２０】
請求項１から１７のいずれか１項に含まれる赤色面発光レーザ素子と、該レーザ素子から出力されるレーザ光を反射して走査するための光偏向器とを有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤色面発光レーザ素子、該赤色面発光レーザ素子を用いた画像形成装置、及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａ．赤色面発光レーザ素子の有用性
面発光レーザ素子（特に垂直共振器型の面発光レーザを、ＶＣＳＥＬという。）は、半導体基板の表面に垂直な方向に光を取り出すことができると共に、二次元アレイ化が比較的実現し易いと言われている。
【０００３】
二次元アレイ化した場合、出射されるマルチビームにより並列処理が可能となるため、高密度化及び高速化を意図して、様々な産業上の応用が期待されている。
【０００４】
例えば、電子写真プリンタの露光光源として面発光レーザアレイを用いると、マルチビームによる印字工程の並列処理により、印刷速度の高速化が可能となる。
【０００５】
現在実用化されている面発光レーザは、主に赤外領域（波長λ＝０．７５μｍから１μｍ）のレーザ光を出力する素子である。発振波長の短波長化が進めば、ビーム径をより小さく絞ることができるため、更なる高解像度の画像を得ることができる。
【０００６】
赤色面発光レーザは、赤外領域よりも短い波長（約０．６μｍから約０．７３μｍ）の光を出力し、且つその波長は、電子写真プリンタの感光ドラムに適用され得るアモルファスＳｉの感度が非常に高い波長でもある。
【０００７】
従って、アモルファスＳｉを利用した感光ドラムなどに採用し、高速且つ高解像度の画像印刷を可能とするために、赤色面発光レーザの実用化が求められている。
【０００８】
また、このような短波長化による高解像度化と、マルチビーム化による並列処理の組み合せの効果は大きく、電子写真プリンタへの応用に限らず、レーザディスプレイなどの画像表示装置をはじめ、様々な分野への貢献が期待される。
【０００９】
Ｂ．赤色面発光レーザの基本構成
赤色領域の波長をもつ光を発生させる為には、通常、ＡｌＧａＩｎＰという半導体材料が用いられている。この材料は、成長基板を構成する材料のＧａＡｓに格子整合するとともに、ＡｌとＧａの組成比を変えることでバンドギャップの大きさを制御することができる。
【００１０】
レーザ発振を起こすためには、レーザ素子に閾値電流以上の電流を注入する必要があり、電流注入により電子や正孔などのキャリアが活性層に注入され、発光再結合（ｒａｄｉａｔｉｖｅ  ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）することで光に変換される。
【００１１】
Ｃ．具体的な先行技術
赤色面発光レーザは、ＡｌＧａＩｎＰ活性層を含み構成される共振器領域を、異なる半導体材料であるＡｌＧａＡｓを用いた多層膜反射鏡で挟むことによって形成される。基板としては、前記活性層と多層膜反射鏡とがそれぞれ格子整合するＧａＡｓ基板が用いられている。
【００１２】
サンディア国立研究所のＣｒａｗｆｏｒｄらは、１９９５年に１波長共振器構造の素子構成を発表している（非特許文献１）。
【００１３】
この１波長共振器構造は、赤外波長のレーザを出力する面発光レーザにおいて、最も一般的に用いられている共振器長であり、赤色面発光レーザの場合には、１波長共振器長とは、層厚にして約２００ｎｍ（波長６８０ｎｍの場合）となる。
【００１４】
具体的には、４０ｎｍから５０ｎｍの多重量子井戸構造からなる活性層を１波長共振器長の中央領域に配置する。そして、その両側に、スペーサ層となるｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層とｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層が、それぞれ８０ｎｍ以下で配置される。
【００１５】
なお、前記活性層と、ドーピングされた層であるｐ型（あるいはｎ型）スペーサ層との間に、更にアンドープのスペーサ層を使用することもあり、斯かる場合には、当該ｐ型（あるいはｎ型）ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層の層厚は５０ｎｍ程度となる。
【００１６】
実際に前記非特許文献１においても、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層やｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層の層厚は５０ｎｍ程度となっていることが読みとれる。
【００１７】
そして、同文献では、波長６７５ｎｍのモードでの最大発光強度が２．８ｍＷ（２０℃）を、１５μｍφの酸化狭窄径の素子により、実現していることが読みとれる。
【非特許文献１】Ｍ．Ｈ．Ｃｒａｗｆｏｒｄ  ｅｔ  ａｌ．、ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．７、Ｎｏ．７（１９９５）７２４
【非特許文献２】Ｒ．Ｐ．Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ  ｅｔ  ａｌ．、ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．６、Ｎｏ．３（１９９４）３１３
【非特許文献３】Ｄ．Ｂｏｕｒ  ｅｔ  ａｌ．、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．２９、Ｎｏ．５（１９９３）１３３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、赤色面発光レーザ素子を電子写真用の光源として利用する場合などには、高温での優れた動作特性が求められる。
【００１９】
しかしながら、非特許文献１に記載の素子構造の場合、例えば２０℃から４０℃に環境温度が上昇すると、最大発光強度が著しく低下してしまうことが記載されている。具体的には、波長６７５ｎｍのモードでは、その最大発光強度は約１．０ｍＷまで低下してしまうこと（出力が４０％にまで低下する）ことが記載されている。
【００２０】
また、本発明者らの知見によれば、環境温度が２０℃であっても、高出力動作を目的として電流注入量を増加すると、その電流注入量増加に伴って素子の内部温度は２０℃以上の高温になる。斯かる場合、電流注入量の増加に対して発光強度が増加しなかったり、さらには低下してしまうことになり、利用できる最大発光強度が制限されることになる。
【００２１】
このような発光強度の低下は、発光に寄与しないリーク電流が温度上昇に伴い大幅に増加することが原因であると考えられる。
【００２２】
そこで、本発明は、リーク電流を低減することができる新規な赤色面発光レーザ素子、及びそれを用いた画像形成装置や画像表示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】
【００２３】
第１の本発明に係る、積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子は、
第１の反射鏡、
ｐ型半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に介在する活性層、及び
前記活性層と前記第２の反射鏡との間に介在し、且つ積層方向の厚さが１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であるｐ型半導体スペーサ層、
を有することを特徴とする。
【００２４】
第２の本発明に係る、積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子は、
第１の反射鏡、
ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に介在する活性層、及び
前記活性層と前記第２の反射鏡との間に介在し、且つ積層方向の厚さが１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であるｐ型ＡｌＩｎＰ半導体スペーサ層またはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体スペーサ層、
を有することを特徴とする。
【００２５】
第３の本発明に係る、積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子は、
第１の反射鏡と、
ｐ型半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に介在する活性層と、
前記活性層と前記第２の反射鏡との間に介在するｐ型半導体スペーサ層とを備え、
前記ｐ型半導体多層膜のＸ点における伝導帯バンド端は、前記ｐ型半導体スペーサ層よりも低く、且つ前記ｐ型半導体スペーサ層の積層方向の厚さは、１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２６】
また、別の本発明に係る画像形成装置や画像表示装置は、前記第１から第３の本発明に係る赤色面発光レーザ素子と、該レーザ素子から出力されるレーザ光を反射して走査するための光偏向器とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、リーク電流を低減することができる新規な赤色面発光レーザ素子、及びそれを用いた画像形成装置や画像表示装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
Ａ．本発明を成すに至った経緯
まず、本発明を成すに至ったその経緯について説明する。
【００２９】
ａ）非特許文献１に記載の赤色面発光レーザの構成では、高温下での動作特性が著しく低下してしまうことは既述の通りである。
【００３０】
この原因として、本発明者らは、熱の影響によりリーク電流が急激に増大し、発光効率が大幅に低下するためではないかと考えた。
【００３１】
これを確認すべく、本発明者らは、まず、一般的に考えられているバンドダイアグラムを踏まえて検討することにした。
【００３２】
ｂ）前述の非特許文献１と同じサンディア国立研究所から報告されている赤色ＶＣＳＥＬに関する論文（非特許文献２）に記載のバンドダイアグラムを引用して、本願図面の図６に記載している。
【００３３】
具体的には、活性層、ＡｌＩｎＰスペーサ層（なお、スペーサ層はクラッド層と表現される場合もある。）、反射鏡を構成する半導体多層膜からなるＤＢＲ領域（ＡｌＡｓとＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜）のバンドダイアグラムが記されている。なお、ＤＢＲとは、共振器を構成するために用いられる反射鏡のことであり、Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒの略称である。
【００３４】
伝導帯のバンド端（図６のＣＢ側）に関して、ＤＢＲ領域の構成要素が、スペーサ層を構成するＡｌＩｎＰより高く描かれていることが分かる。
【００３５】
すなわち、このバンドダイアグラムでは、活性層に対してＡｌＩｎＰスペーサ層が形成するヘテロ障壁を乗り越えた電子が、ＡｌＩｎＰ層の層厚以上には拡散しにくいポテンシャルとして示されている。
【００３６】
前記非特許文献１における素子構造は、活性層にｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐスペーサ層を介して多層膜反射鏡が隣接する構造である。具体的には当該多層膜反射鏡は、約５０ｎｍのｐ型ＡｌＡｓ層と約５０ｎｍのｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層を３４ペア繰り返した多層膜反射鏡である。
【００３７】
斯かる場合、ｐ型層の厚さである、ｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層とｐ型ＤＢＲ層の合計は、３μｍ以上となる。
【００３８】
このように、ｐ型スペーサ層よりも伝導帯のバンド端が高いｐ型ＤＢＲ領域が十分に厚ければ、ｎ型半導体層より、活性層に注入されるキャリア電子が、該活性層に隣接するｐ型スペーサ層を超えてリーク電流として漏れてしまう確率は極めて低くなる。
【００３９】
換言すれば、ＡｌＩｎＰスペーサ層を乗り越えた電子の当該スペーサ層内での濃度勾配は、ｐ型ＤＢＲ領域が存在しない場合に比べて、より緩やかになることを意味する。
【００４０】
リークに関連する拡散電流の大きさは、電子の濃度勾配によってその大小が決まるため、図６に記載のバンドダイアグラムを前提にすると、スペーサ層を乗り越えた電子によるリーク電流の拡散電流成分は非常に少ないということになる。
【００４１】
ｃ）しかしながら、既述の如く、赤色面発光レーザ素子は、温度特性が悪いことを踏まえ、本発明者らは、更に検討を進めている。
【００４２】
赤色面発光レーザにおいては、上下の多層膜反射鏡で挟まれる共振器領域は、一般にＡｌＧａＩｎＰを含み構成され、一方、多層膜反射鏡はＡｌＧａＡｓを含み構成される。即ち、共振器領域と多層膜反射鏡領域とが、それぞれ異なる材料で構成されている。
【００４３】
ｐ型層としても、ｐ型半導体スペーサ層（例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層）と、ｐ型ＤＢＲ領域（例えばＡｌＧａＡｓ層）との両方が存在し、このような構造は、赤外面発光レーザ（全ての層がＡｌＧａＡｓ系で構成される。）にはない特徴的な構造である。
【００４４】
すなわち、導電型は互いに共通していても、このように異なる材料を積層した場合におけるリーク電流に対する影響を詳細に検討するには、電子が感じるポテンシャルである伝導帯のバンド端位置を詳細に検討する必要がある。
【００４５】
具体的には、赤色面発光レーザ素子を構成するｐ型スペーサ層とｐ型ＤＢＲ領域の構成層とについて、
（１）ｐ型ドーピングが施されているため、各層のフェルミ準位は、ほとんど価電子帯のバンド端に位置していること、
（２）ｐ型半導体スペーサ層として使用されるＡｌｘＧａ１−ｘＩｎ０．５Ｐ（０．２５≦ｘ≦０．５５、特に０．３５≦ｘ≦０．５の領域）や、ＤＢＲ領域を構成するＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０．４≦ｙ≦１）は、直接遷移型の半導体ではなく間接遷移型の半導体であり、その伝導帯におけるバンド端はΓ点ではなくＸ点であること、
この両方を同時に考慮して電子のポテンシャルを検討すべきである。なお、Γ点とは、直接遷移型半導体において、伝導帯におけるバンド端の底があるとされている領域である。
【００４６】
上記（１）及び（２）の二点を考慮に入れた結果、電子のポテンシャル、すなわち伝導帯におけるＸ点のバンド端ラインナップは、図１の実線１０１０のようになることが判明した。図１の横軸は、素子の層厚を示しており、縦軸は、ＧａＡｓを基準にしたバンドオフセット量を示しており、プラス側領域が伝導帯側、マイナス側領域が価電子帯側を示している。
【００４７】
同図において、１０５０はｐ型半導体スペーサ層を示しており、１０６０はｐ型ＤＢＲ領域の１ペア分のみを示している（実際には、このペアが繰り返されている）。なお、図１では、ｐ型半導体スペーサ層１０５０の例として、ｐ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐを、ｐ型ＤＢＲ領域１０６０の例として、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓのペアについてのバンド構造を描いている。
【００４８】
なお、比較のために、図１には、Γ点における伝導帯のバンド端（破線１０２０）と、価電子帯のバンド端のラインナップ１０９０、及び擬フェルミ準位（１０９２、１０９３）も示している。また、簡単のために、図１ではバンド端エネルギーの不連続に起因するスパイクやノッチ等は示していない。ｐ型層における検討であるため、ｐドーピングされた層では価電子帯近傍に存在するフェルミ準位が一致するようにバンドラインナップが決定される。
【００４９】
また、ｐ型半導体多層膜領域であるｐ型ＤＢＲ領域１０６０を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓにおいては、Ｘ点（図１の１０１０）の方が、Γ点（図１の１０２０）に比べて大幅に低いバンド端を持つことが分かる。具体的には、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層に隣接するｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層では、導電帯のバンド端ポテンシャルが２００ｍｅＶ程度も落ち込むことが分かる。
【００５０】
すなわち、非特許文献２が示しているバンドダイアグラム（図６）とは異なるバンドダイアグラム（図１）が構築されている。
【００５１】
ｄ）図１に示されているバンドダイアグラムに基づいて、再度リーク電流に関して検討する。
【００５２】
活性層１０７０とｐ型半導体スペーサ層１０５０とのバンド端の差であるヘテロ障壁を乗り越えて、このｐ型半導体スペーサ層１０５０に存在する電子について考える。当該電子は、実際には、隣接するｐ型ＤＢＲ領域１０６０の構成要素であるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの導電帯バンド端のポテンシャルの落ち込みを感じることになる。なお、図１において、１０７５は必要に応じて設けられるアンドープバリア層である。
【００５３】
そのため、ｐ型半導体スペーサ層１０５０とｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ１０６１の界面付近では、電子はほとんど当該ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層側に落ち込み、ｐ型半導体スペーサ層内と等しいエネルギーをもつ電子はほとんど存在しないと考えられる。
【００５４】
そのため、ｐ型半導体スペーサ層１０５０における電子濃度勾配は非常に大きなものになり、その拡散電流成分は非常に大きな値となりうる。
【００５５】
つまり、ｐ型半導体スペーサ層１０５０を超えて漏れ出したキャリア電子に対して、ｐ型ＤＢＲ領域１０６０が、実際には、バリアとして十分機能できていないということになる。
【００５６】
ｅ）換言すれば、ｐ型半導体スペーサ層を超えてしまうリーク電流を抑制するのに寄与する実効的なｐ型層の層厚は、ｐ型ＤＢＲ領域における厚さも含めた厚さではなく、ｐ型半導体スペーサ層の厚さでしかないということになる。
【００５７】
この新たな知見に基づき、リーク電流に関する検討を行うべく、下記（式１）からリーク電流を計算した。
【００５８】
なお、リーク電流密度（Ｊｌｅａｋ）は、活性層からｐ型半導体スペーサ層に漏れた電子の拡散成分とドリフト成分により形成され、次式で与えられる（非特許文献３）。
【００５９】
【数１】
2008227469.tif 000003
【００６０】
ここで、ｑは電荷量、Ｄｎは電子の拡散定数、ｍｎは電子の有効質量、ｋはボルツマン定数、ｈはプランク定数、Ｔは温度、△Ｅはヘテロ障壁である。また、Ｌｎは電子の拡散長、Ｚは実効電界長、σｐはｐ型スペーサ層の導電率、Ｊｔｏｔａｌは全注入電流密度、ｘｐはｐ型クラッド層厚である。
【００６１】
図２（ａ）には、上記（式１）を利用して、ｐ型半導体スペーサ層の層厚を横軸にとり、左側の縦軸に規格化したリーク電流（実線２０９１）を示す。なお、スペーサ層の組成としては、ＡｌＧａＩｎＰ（例えば、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５ＰやＡｌ０．３５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ）を前提にしている。
【００６２】
同図から明らかなように、ｐ型半導体スペーサ層の層厚が、約８０ｎｍ以下の領域では、リーク電流（特に、拡散電流成分）が急激に増加し、発光効率の低下に繋がり、そして高温動作特性の低下や高出力動作を得ることが困難になると推察される。
【００６３】
上述した知見に基づき、前記非特許文献１から読みとれるスペーサ層の厚さである約５０ｎｍのｐ型半導体スペーサ層の層厚を検討すると、極めてリーク電流に対して弱い構成であることが分かる。
【００６４】
現在、赤色面発光レーザとして標準的に使用されているｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層の層厚は約５０ｎｍであるが、より優れた高温動作特性のためには、このｐ型スペーサ層の層厚を厚くする必要があるということが分かったのである。
【００６５】
Ｂ．第１の実施形態（赤色面発光レーザ素子）
本実施形態に係る、積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子について、図３を用いて説明する。
【００６６】
同図におけるレーザ素子３０００は、第１の反射鏡３０２、ｐ型半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡３０８、前記第１の反射鏡３０２と前記第２の反射鏡３０８との間に介在する活性層３０５を有する。更に、前記活性層３０５と前記第２の反射鏡３０８との間に介在し、且つ厚さが１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であるｐ型半導体スペーサ層３０７を含み構成される。ここで、ｐ型半導体スペーサ層の層厚を１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下にする意義について説明する。なお、層厚は、積層方向の厚さのことである。
【００６７】
図２（ａ）の点線２０９５は、ｐ型半導体スペーサ層の厚さの変化に対して、規格化リーク電流が著しく増大してしまう領域に関して、その変化の度合い（傾き）を見出すために引いている点線である。
【００６８】
ｐ型半導体スペーサ層３０７の層厚としては、非常に傾きが大きい領域２５９１に該当する層厚は避けるべきであり、スペーサ層を構成する材料の組成比により多少変動することも鑑みて、１００ｎｍ以上の層厚にした方がよいことが分かる。
【００６９】
一方、点線２０９６は、ｐ型半導体スペーサ層３０７の厚さの変化に対して、規格化リーク電流の変化が非常に緩やかな領域２５９２に関して、その変化の度合い（傾き）を見出すために引いている点線である。この点線２０９６からも明らかなように、ｐ型スペーサ層の層厚が３５０ｎｍを超える領域では、スペーサ層の厚さの変化はリーク電流に殆ど影響しなくなることが分かる。
【００７０】
また、図２（ｂ）の実線２０９１は、ｐ型スペーサ層の層厚に対して、共振器内部での損失がどのように変化するかを示したものである。ここではミラーによる損失は考慮せず、ｐ型スペーサ層およびｐ型ＤＢＲ層で自由キャリア吸収によって失われる損失のみを考慮し、それを共振器長全体に割り振ったものである。同図から明らかなようにｐ型スペーサ層の厚さが厚くなればなるほど、共振器内部での損失が大きくなるので、その観点からはなるべく薄いスペーサ層厚を選択する必要がある。ｐ型半導体スペーサ層の厚さが３５０ｎｍにしたとしても、共振器内部での損失の増大は２０％以下であることが分かる（３５０ｎｍにおける共振器内損失を１２．５ｃｍ−１、５０ｎｍにおける共振器内損失を１０．５ｃｍ−１として算出した）。
【００７１】
以上の観点より、ｐ型半導体スペーサ層の層厚は、１００ｎｍ以上３５０ｎｍであることが望ましいことが分かる。
【００７２】
上述の説明では、ｐ型半導体スペーサ層に関して、その具体的な組成比の説明は適宜省略して記載している。
【００７３】
なお、図２（ａ）において、規格化リーク電流は、前記（式１）中の下記の部分に着目し、それ以外の部分は同じと仮定して規格化リーク電流として計算している。
【００７４】
【数２】
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【００７５】
ここで、ｐ型層の厚さを、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層の厚さ（ｘｐ＝４０〜７００ｎｍ）として計算している。計算に用いた値は、ｐドーピング量として１×１０１８ｃｍ−３を、電子の拡散長Ｌｎとして１μｍを、また全注入電流密度Ｊｔｏｔａｌとして３ｋＡ／ｃｍ２を用いて計算している。また、スペーサ層に対して規格化した値にするため、温度Ｔの値は計算では考慮していない。また、内部光吸収に関しては、ｐ型ＤＢＲ領域である多層膜反射鏡を含む素子全体での自由キャリア吸収を計算している。
【００７６】
以下に、ｐ型半導体スペーサ層とｐ型半導体多層膜（ｐ型ＤＢＲ領域）に関して詳述する。
【００７７】
ｐ型半導体スペーサ層３０７のＸ点における伝導体のバンド端が、ｐ型ＤＢＲ領域（図１の１０６０、図３の３０８）を構成する繰り返し単位となる２層の内、Ｘ点における伝導帯バンド端が高い方の層よりも高くなるように材料を選択する。即ち、前記ｐ型ＤＢＲ領域のＸ点における伝導帯バンド端は、前記ｐ型半導体スペーサ層よりも低くなるように材料を選択する。
【００７８】
また、前記ｐ型半導体スペーサ層３０７は、Ａｌ、Ｉｎ、及びＰを含む組成からなる層で構成することができる。
【００７９】
ｐ型半導体スペーサ層の組成をＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰとしてた場合、ｘ、ｙの範囲は以下のようにするのがよい。
【００８０】
まず、ＧａＡｓ材料に格子整合するという観点から、上記組成式におけるＩｎの占める割合（前述の関係式の“１−ｘ−ｙ”に該当する。）を０．４５から０．５５の範囲、好ましくは、０．４８から０．５０の範囲にした方がよい。
【００８１】
前者の範囲からは、０．４５≦ｘ＋ｙ≦０．５５ということになり、後者の範囲からは、０．５０≦ｘ＋ｙ≦０．５２ということになる。
【００８２】
さらに、活性層とｐ型半導体スペーサとのヘテロ障壁を確保するという観点から、一般に活性層内のバリア層にＡｌ０．２Ｇａ０．３Ｉｎ０．５Ｐが利用されることを考慮すると、前記ｘは以下の範囲がよい。具体的には、Ａｌの組成に占める割合（ｘ）を０．２５以上、好ましくは０．３０以上、さらに好ましくは０．３５以上とするのがよい。なお、Ａｌの組成に占める割合（ｘ）の上限は、格子整合することを考慮して、０．５５以下、好ましくは０．５２以下である。
【００８３】
また、Ｇａの占める割合は０でもよいことを考慮して、好ましいｐ型半導体スペーサ層の組成としては、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰである。ここで、前記ｘ及びｙは、次の３つの関係式、即ち、０．４５≦ｘ＋ｙ≦０．５５、且つ、０．２５≦ｘ≦０．５５、且つ０≦ｙ≦０．３０を満足する値である。
【００８４】
より好ましくは、前記ｐ型半導体スペーサ層は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ（０．５０≦ｘ＋ｙ≦０．５２、０．３５≦ｘ≦０．５２、０≦ｙ≦０．１７）により構成するのがよいということになる。
【００８５】
勿論、本発明は、上記組成に対して、エピタキシャル成長ができる限り、その他の不純物等を含む場合を除外するものではない。
【００８６】
また、Ｉｎの割合を０．５にした場合、即ちｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＩｎ０．５Ｐスペーサ層の場合は、例えば、０．３５≦ｚ≦０．５の範囲から適宜ｚを定めることができる。このｚの範囲では、結晶性が比較的高いものが形成されやすく、また活性層とのバンドオフセットをなるべく大きく確保することができる。
【００８７】
なお、ｐ型半導体スペーサ層３０７は、いわゆる多重量子障壁構造（ＭＱＢ：Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｂａｒｒｉｅｒ）を用いてもよい。
【００８８】
また、ｐ型ＤＢＲ領域３０８を構成する、繰り返し単位となる２層の内、伝導体のバンド端が高い方の層（２層の両方ともＡｌＧａＡｓを用いる場合には、Ａｌ組成が大きい方の層を意味する。）の組成は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．７０≦ｘ≦１．０、好ましくは０．８≦ｘ≦１．０）から適宜選択される。
【００８９】
前記第２の反射鏡を構成する前記ｐ型半導体多層膜は、互いに屈折率が異なる第１の層と第２の層からなる組を複数回積層することにより構成される。前記第１及び第２の層の少なくとも一方は、上述したようにＡｌ、Ｇａ、及びＡｓを含む組成からなる層とすることができる。
【００９０】
また、前記繰り返し単位となる２層の内、伝導体のバンド端が低い方の層の組成は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．４０≦ｘ≦０．７０、好ましくは０．４５≦ｘ≦０．６０）から適宜選択される。活性層からの発光波長にもよるが、当該波長が吸収されないように、ｘは０．４以上とし、且つＤＢＲを構成する他方の層と充分な屈折率を確保するといことから適宜定められる。例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおいて、ｘ＝０．５とするのは好ましい形態である。
【００９１】
なお、図１では、ｐ型半導体多層膜であるＤＢＲ領域３０８を構成する層の内、Ｘ点における伝導体のバンド端が高い方の層が、ｐ型半導体スペーサ層１０５０に隣接するように描かれているが、必ずしも隣接している必要は無い。例えば、ＤＢＲ領域を構成する層の内、Ｘ点における伝導体のバンド端が低い方の層がｐ型スペーサ層に隣接していてもよい。
【００９２】
（ａ）共振器構造
前述したｐ型半導体スペーサ層厚を確保するためには、一般的に用いられている１波長共振器より長い共振器長、例えば、１．５波長共振器長以上を採用することが好ましい。
【００９３】
なお、ｐ型半導体スペーサ層（図１の１０５０、図３の３０７）の層厚としては、１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下にするのがよく、好ましくは１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下のｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層にするのがよい。
【００９４】
好ましい共振器長として、１．５波長や２波長といった区切りの良い共振器が考えられる。これを実現するためには、０．５波長区切りで共振器長が長くなるように、ｐ型半導体スペーサ層を厚くするのが好ましい。０．５波長は、およそ１００ｎｍに相当し、従来存在するｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層厚約６０ｎｍと組み合わせることにより１６０ｎｍ（０．５波長追加の場合）という値と、２６０ｎｍ（１波長追加の場合）という値が算出される。従って、ｐ型半導体スペーサ層の層厚としては、上記０．５波長追加した場合と１波長追加した場合とを含むという観点から、１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とするのがより好ましい。
【００９５】
このように本実施形態に係る共振器構造としては、１．５波長共振器長以上が好ましく、その上限は、４波長共振器長以下、好ましくは３．５波長共振器長以下、更に好ましくは２．５波長共振器長以下である。なお、共振器長とは、第１及び第２の反射鏡の間の領域の積層方向の厚さである。
【００９６】
一方、図３において、活性層３０５の基板３０１側に位置するｎ型半導体スペーサ層３０３は必要に応じて設ければよい。
【００９７】
そして、ｎ型半導体スペーサ層（例えば、ＡｌＧａＩｎＰにより構成される。）への正孔のリーク電流は十分小さいため、このｎ型スペーサ層３０３の厚さは、設ける場合にも４０ｎｍから８０ｎｍ程度で十分である。
【００９８】
即ち、本実施形態に係る発明における共振器構造としては、前記活性層３０５と、前記ｐ型半導体スペーサ層３０７と、前記ｎ型半導体スペーサ層３０３とを含み共振器を構成することできる。そして、前記活性層３０５が、その共振器長方向の中央に位置していない非対称構造にすることができる。
【００９９】
特に、前記ｐ型半導体スペーサ層３０７の厚さが、前記ｎ型半導体スペーサ層３０３の厚さよりも厚くなる構成が好ましい。なお、前記非対称構造とは、ｐ型半導体スペーサ層３０７が、ｎ型半導体スペーサ層３０３より厚く、かつ活性層３０５が共振器の中央に存在しない構成を意味する。ただし、素子構成の設計に際しては、活性層の中心が素子内部に存在する内部光強度定在波の腹に存在する構造となるように設計するのがよい。
【０１００】
また、図３における活性層３０７に隣接する層３０４、３０６はそれぞれ、必要に応じて設けられるアンドープのスペーサ層（あるいは、ｐ型、ｎ型半導体スペーサ層３０７、３０３より不純物濃度が低いスペーサ層）である。これら２つの層３０４と３０６は、本発明に必須の層ではないが、活性層３０５へのｐ型半導体スペーサ層３０７やｎ型半導体スペーサ層３０３からの不純物拡散のバリア層として機能させるために必要に応じて設けることが好ましい。なお、これらの層３０４、３０６の厚さとしては、例えば１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲である。
【０１０１】
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザでは、例えば、活性層として、ＧａＩｎＰ量子井戸構造を用いることにより赤色発光が得られる。ｐ型半導体スペーサ層３０７としては、例えばＡｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ層やＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を用いることができる。
【０１０２】
以下に、本発明に係る赤色面発光レーザの層構成について、具体的な材料を挙げて説明する。
【０１０３】
例えば、約１７０ｎｍのｐ型ＡｌｘＧａ０．５−ｘＩｎ０．５Ｐからなるスペーサ層３０７（０．２≦ｘ≦０．５）を使用する。一方、有効質量の大きな正孔がｎ型ＡｌｘＧａ０．５−ｘＩｎ０．５Ｐ層３０３（０．２≦ｘ≦０．５）を乗り越えてリーク電流に寄与する量はほとんどないため、このｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層の厚さは従来通り約５０ｎｍ程度で十分である。
【０１０４】
活性層３０５の厚さは、面発光レーザにおいて好適な多重量子井戸構造を用いて４０ｎｍから５０ｎｍとするため、共振器全体では最短であっても１．５波長共振器長として設計するのがよい。
【０１０５】
活性層３０５は、内部電界強度分布の腹に配置されるため、この１．５波長共振器長の中央には位置しない。ゆえに、共振器構造に着目すると、この構造は通常の一波長共振器でよくみられるような対称構造ではなく、非対称構造となる。
【０１０６】
一方で、対称構造の方が結晶成長の際に、共振波長を所望の値に調整しつつ、活性層位置を内部電界強度の腹に合わせ込みやすい場合もある。そのため、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層の厚さを、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層と同じ厚さまで厚くする、例えば、約１７０ｎｍにし、対称構造の共振器を形成することも可能である。この場合、上記の例に従えば共振器長は２波長共振器となる。ｎ型スペーサ層での自由キャリア吸収はｐ層に比べ少ないため、ｎ層を厚くすることによる光吸収の問題はｐ層ほど深刻ではない。
【０１０７】
こうして、リーク電流低減することができ、且つスペーサ層の厚膜化による光吸収の大幅な増大も無い新規な赤色面発光レーザ素子を提供することが可能となる。
【０１０８】
（ｂ）その他の構成
なお、図３においては、基板３０１（例えばＧａＡｓ基板）が描かれているが、必要に応じて省略することもできる。例えば、ＧａＡｓ等の基板上に積層膜を成長後に、当該基板を除去したり、あるいは別なＳｉ基板やＳＯＩ基板やガラスなどの透明基板、Ｇｅ基板やプラスチック基板に移設することも可能である。放熱の観点からは、発光素子をＳｉ基板やＳＯＩ基板へ移設するのがよい。移設に際しては、成長基板を除去する為に、研磨や研削を利用したり、エッチング犠牲層を成長基板上に形成後、前述の素子構成層を成長させる技術を利用できる。
【０１０９】
前記第２の反射鏡を構成する前記ｐ型半導体多層膜３０８は、Ａｌ及びＡｓを含む組成で構成することができる。また、前記ｐ型半導体多層膜３０８は、互いに屈折率が異なる第１の層と第２の層からなる組を複数回積層することにより構成されており、前記第１及び第２の層の少なくとも一方は、Ａｌ、Ｇａ、及びＡｓを含む組成からなる層であるとすることができる。
【０１１０】
なお、前記第２の反射鏡の材料は、ＡｌＡｓやＡｌＧａＡｓからなる材料に限定されるものではなく、ＧａＡｓに格子整合する半導体材料で構成されていれば特に限定されるものではない。
【０１１１】
第１の反射鏡３０２としては、ｎ型の半導体多層膜から構成できる。また、該第１の反射鏡と前記活性層との間に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層（図３の３０３）を有する構成にすることもできる。
【０１１２】
また、第１の反射鏡３０２は、赤色面発光レーザ素子３０００に電流注入できるのであれば、必ずしもｎ型のＤＢＲである必要はない。また、貼り合わせ技術などを利用するのであれば、半導体多層膜からなる反射鏡ではなく、フォトニック結晶なども利用できる。
【０１１３】
更にまた、図３では、活性層３０５とｐ型あるいはｎ型スペーサ層３０３、３０７の間に、別のスペーサ層３０４、３０６が設けられているが、これは、必要に応じて省略することができる。また、図３では、基板３０１側にｎ型ＤＢＲ領域３０２、活性層上にｐ型ＤＢＲ領域３０８を設ける構成にしているが、勿論、逆にすることもできる。例えば、ｐ型のＤＢＲ領域やｐ型スペーサ層を活性層と基板との間に設ける構成である。
【０１１４】
前記活性層３０５の構成例としては、ＧａＩｎＰからなる層とＡｌＧａＩｎＰからなる層とを含み構成される量子井戸活性層が挙げられる。本発明においては赤色（波長０．６μｍから０．７３μｍの範囲、より好ましくは波長０．６３μｍから０．７２μｍの範囲である。）を出力できる限り何ら限定されるものではない。例えば、活性層として、ダブルへテロ構造や量子ドット構造を採用することができ、その材料系もＡｌＧａＩｎＰＮなどを利用することができる。更に、図８や図１０を用いて後述しているように、複数の活性層を用いることもできる。例えば、活性層の数としては、図８等のように２個にしたり、更に３個、あるいはそれ以上に適宜選択される。上述のように、前記活性層３０５と、前記ｐ型半導体スペーサ層３０７と、前記ｎ型半導体スペーサ層３０３とを含み共振器が構成されており、且つ前記活性層が、その共振器長方向の中央に配置されない非対称構造にすることもできる。
【０１１５】
ここで、前記ｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層３０７の厚さは、前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層３０３の厚さよりも厚くすることができる。
【０１１６】
また、本発明においては、ＤＢＲ領域の層厚構成は、垂直共振器型の面発光レーザを構成するように設計されることが望ましいが、面発光の出力が可能であれば、厳密に垂直である必要はない。
【０１１７】
本発明は、高温での良好な動作特性が求められるようなレーザ素子に好適に用いられる。とりわけ、高い発光強度でかつ単一横モードで発光させるようなレーザ素子に効果的である。
【０１１８】
Ｃ．第２の実施形態
第２の本実施形態に係る、積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子は、以下の特徴を有する。前述の実施形態１と同様に図３を用いて説明する。
【０１１９】
当該素子は、第１の反射鏡３０２と、ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡３０８と、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に介在する活性層３０５とを含み構成される。そして、前記活性層３０５と前記第２の反射鏡３０８との間に介在し、且つ積層方向の厚さが１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であるｐ型ＡｌＩｎＰ半導体スペーサ層またはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体スペーサ層３０７を有する。
【０１２０】
なお、ｐ型半導体スペーサ層全体として、その厚さが上記範囲にあるのであれば、例えば、ＡｌＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰの両方を含む構成にすることもできる。
【０１２１】
斯かる構成により、リーク電流を低減することができる新規な赤色面発光レーザ素子が提供される。
【０１２２】
なお、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰとの表記は、各層の構成成分として、前者はＡｌ、Ｇａ及びＡｓを、後者はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＰを含むことを示している。そして、それぞれの組成比は、各層がエピタキシャル成長でき、赤色発光を実現できる限り、特に限定されるものではない。また、本実施形態におけるレーザ素子については、前述の実施形態１で説明した事項を矛盾の無い限り適用することができることは勿論である。
【０１２３】
Ｄ．第３の実施形態
また、第３の実施形態に係る、積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子は、以下の特徴を有する。上述の実施形態と同様に図３を用いて説明する。
【０１２４】
第１の反射鏡３０２と、ｐ型半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡３０８と、前記第１の反射鏡３０２と前記第２の反射鏡３０８との間に介在する活性層３０５と、前記活性層と前記第２の反射鏡との間に介在するｐ型半導体スペーサ層３０７を備える。
【０１２５】
そして、図１を用いて既に説明したように、前記ｐ型半導体多層膜のＸ点における伝導帯バンド端は、前記ｐ型半導体スペーサ層３０７よりも低くなるようにする。そして、なお且つ前記ｐ型半導体スペーサ層３０７の積層方向の厚さは、１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下となるようにすることが特徴である。
【０１２６】
ｐ型半導体多層膜を含み構成される第２の反射鏡の存在では十分にリーク電流を低減できなくても、ｐ型半導体スペーサ層３０７の厚さを１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下にすることにより、リーク電流を低減することが可能となる（図２（ａ））。
【０１２７】
なお、本実施形態におけるレーザ素子については、前述の実施形態１で説明した事項を矛盾の無い限り適用することができることは勿論である。
【０１２８】
Ｅ．第４の実施形態（画像形成装置や画像表示装置）
上記第１から第３の実施形態において説明した赤色面発光レーザ素子は、例えば画像形成装置や画像表示装置に適用することができる。
【０１２９】
画像形成装置に適用する場合には、図９に示すように、前述赤色面発光レーザ素子９１４と、該レーザ素子から出力されるレーザ光を反射して走査するための光偏向器９１０と含み構成される。光偏向器は、レーザ光を反射する機能と、反射方向を走査する機能を持っていれば、その構成は特に限定されるものではない。
【０１３０】
このような光偏向器としては、例えば、例えば多面反射鏡やポリゴンミラーや、ＭＥＭＳ技術を利用して、Ｓｉなどからなる薄片体を揺動させることにより構成される反射鏡を用いることができる。
【０１３１】
電子写真装置としては、前記光偏向器により偏向されたビームにより静電潜像を形成するための、例えばドラム状の感光体９００と、帯電器９０２と、現像器９０４と、定着器９０８とを含み構成されるが、詳細は後述の実施例において説明する。
【０１３２】
勿論、ディスプレイなどの画像表示装置に本発明に係る赤色面発光レーザ素子を用いる場合にも、前記偏向器などと組み合わせて構成することができる。
【０１３３】
また、前述した赤色面発光レーザ素子をアレイ状に複数個配置して、マルチビームとして、前記画像形成装置などに適用することもできる。
【実施例】
【０１３４】
（実施例１）
以下に、本発明の第１の実施例について説明する。
【０１３５】
図３に、本発明に係る赤色面発光レーザの層構成の断面模式図を示す。
【０１３６】
本実施例におけるＶＣＳＥＬ構造は、
ｎ型ＧａＡｓ基板３０１、
ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜反射鏡３０２、
ｎ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐスペーサ層３０３、
アンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０４、
Ｇａ０．５６Ｉｎ０．４４Ｐ／Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ量子井戸活性層３０５、
アンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０６、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐスペーサ層３０７、
ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜反射鏡３０８、
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３０９で構成される。
【０１３７】
ここでは６８０ｎｍで発振する赤色面発光レーザを形成する。
【０１３８】
まず、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜反射鏡３０２と、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜反射鏡３０８について説明する。それぞれＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の厚さは、１／４波長の光学的厚さになるように形成される。
【０１３９】
電気抵抗を下げるために、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の間に２０ｎｍ程度の組成傾斜層を設けることもできる。
【０１４０】
この場合、組成傾斜層を含めて１／４波長の光学的厚さになるように形成される。電流が流れるように、ｐ型多層膜反射鏡３０８には、アクセプタとなる不純物、例えば、ＣやＺｎをドーピングする。ｎ型多層膜反射鏡にはドナーとなる不純物、例えばＳｉやＳｅをドーピングする。そして、多層膜反射鏡内での光吸収を極力下げるために、多層膜反射鏡内に存在する内部電界強度分布の定在波の腹ではドーピング量を低く、節ではドーピング量を増やす変調ドーピングを行ってもよい。
【０１４１】
本実施例では、エピタキシャル層から、すなわちｐ型層側から光を取り出す素子構造を採用しているため、ｐ型多層膜反射鏡３０８は、繰り返しを３６ペア程度にして、光取り出し効率の最適な反射鏡を形成する。一方、ｎ側では光を取り出す必要がないため、６０ペア程度繰り返して可能な限り反射率を高め、しきい値電流の低下を図る。
【０１４２】
ところで、ｐ側多層膜反射鏡３０８では途中に、例えば活性層側から数えて１から３ペアの間に約３０ｎｍのＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層を挿入して、この層を選択酸化させることによって電流狭窄構造を形成させることもできる。
【０１４３】
続いて共振器の形成について説明する。
【０１４４】
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層３０７の厚さを１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下にするため、本実施例では通常用いられる１波長共振器ではなく、図４に示すように１．５波長共振器長を採用する。
【０１４５】
発光波長６８０ｎｍでの１．５波長であるため、その光学的厚さは１０２０ｎｍとなる。共振器内はすべてＡｌＧａＩｎＰ層で形成されるが、活性層、バリア層、スペーサ層など様々な組成のＡｌＧａＩｎＰが使用されるため、その屈折率に応じて層厚を決定し、１．５波長共振器長にさせる必要がある。
【０１４６】
また、光とキャリアの相互作用を最大にするためには、活性層を定在波の腹４０３に配置する必要がある。つまり、１０２０ｎｍ内の１／３の位置に活性層３０５を配置し、短い側（図４では左側）にｎ層を、長い側（図４では右側）にｐ層を配置する。
【０１４７】
上記の条件を考慮しながら、実際の例について下記に示す。
【０１４８】
活性層３０５は、４個の６ｎｍ  ＧａＩｎＰ量子井戸と３個の６ｎｍ  Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層で形成され、実際の層厚は４２ｎｍとなる。
【０１４９】
発光波長６８０ｎｍでのＧａＩｎＰ層とＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ層の屈折率はそれぞれ３．５６、３．３７であるため、この活性層での光学的厚さは１４６ｎｍとなる。
【０１５０】
この活性層領域の半分の長さである７３ｎｍとアンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０４およびｎ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３により光学的厚さが１０２０ｎｍの１／３の３４０ｎｍになればよい。
【０１５１】
アンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０４の層厚を２０ｎｍ、ｎ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３の層厚を６０．５ｎｍとする。屈折率はそれぞれ３．３７、３．３０であるので、この二つの層の光学的厚さは２６７ｎｍとなる。
【０１５２】
すなわち、活性層３０５の半分である７３ｎｍとの合計は光学的厚さとして３４０ｎｍになり、図４に示すように活性層３０５の中央が定在波の腹４０３に位置することになる。
【０１５３】
ｐ側は、活性層３０５の半分の光学的厚さである７３ｎｍとやはりアンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０６およびｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層３０７により光学的厚さが残りの６８０ｎｍになればよい。
【０１５４】
ｎ側ではＡｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ層を用いたがｐ側ではできるだけヘテロ障壁を大きくするためにＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を使用し、１×１０１８ｃｍ−３程度までドーピングを行う。ドーパントとしてはＺｎやＭｇが用いられる。
【０１５５】
バリア層３０６として２０ｎｍ、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層３０７として１６７．６ｎｍとする。屈折率はそれぞれ３．３７、３．２２であるので、この二つの層の光学的厚さは６０７ｎｍとなり、活性層３０５の半分の光学的厚さである７３ｎｍとの合計は光学的厚さとして６８０ｎｍになる。
【０１５６】
以上、アンドープバリア層を含むｎ層、活性層、アンドープバリア層を含むｐ層の光学的厚さはそれぞれ２６７ｎｍ、１４６ｎｍ、６０７ｎｍ（合計１０２０ｎｍ）となり、１．５波長共振器の場合の光学的厚さに合致する。
【０１５７】
また、ｐ層の厚さ（光学的厚さではなく、実際の層厚）も１６７．６ｎｍと、１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下になる。
【０１５８】
この共振器の両側に多層膜反射鏡を形成する。共振器と多層膜反射鏡の界面では定在波の腹になるように多層膜反射鏡はｎ側もｐ側も構成される。
【０１５９】
具体的には、低屈折率材料、ここではＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層４０２が共振器に隣接し、さらにその隣に高屈折率材料、ここではＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層４０１が並ぶように形成して、それぞれ必要な数（ｐ側３６ペア、ｎ側６０ペア）を繰り返す。
【０１６０】
実際の素子作製には、まず上記の層厚をもつようなウエハを結晶成長技術によって形成する。
【０１６１】
例えば、有機金属化合物成長装置や分子線エピタキシー装置にて層構造を形成する。ウエハ構造形成後、通常の半導体プロセス技術により、図５に示すようなレーザ素子５０００を完成させる。なお、図５において、図３において説明した層と同じ機能を有する層については、同一の番号を付している。
【０１６２】
フォトリソグラフィーと半導体エッチングによりポストを形成し、選択酸化により電流狭窄層５０２を形成する。その後、絶縁体膜５０３を堆積し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０９とコンタクトをとる領域のみ開口して、ｐ側電極５０４を形成する。最後にウエハ裏面にｎ側電極５０１を形成して素子が完成する。
【０１６３】
このように本発明に基づいて作製された素子は、高温動作や高出力動作が可能となり、赤色面発光レーザの応用先が大きく拡がり、その波及効果は非常に大きい。
【０１６４】
以上は単一素子の作製方法である。
【０１６５】
アレイ状に集積させた複数の素子を作製する場合は、例えば４×８の３２個の素子を５０ｕｍピッチ間隔でアレイ状に並べるには、所望の素子配置になるようなフォトマスクを最初から使用する。そして、上記と同じエピウエハを用いて、同じ素子形成工程を踏めば、アレイ状になった複数素子が同時に形成できる。つまり、必要なパターンを持ったマスクを使用することで赤色面発光レーザアレイが容易に得られる。
【０１６６】
なお、ここではｎ型ＧａＡｓ基板を使用して、ｐ型層が上部に存在する素子構造としたが、ｐ型ＧａＡｓ基板を用いて、ｎ型層が上部に存在する素子構造としても良い。
【０１６７】
（実施例２）
以下に、本発明の第２の実施例について説明する。
【０１６８】
図７に、本発明に係る赤色面発光レーザ素子７０００の層構成の断面模式図を示す。
【０１６９】
本実施例におけるＶＣＳＥＬ構造は、
ｎ型ＧａＡｓ基板３０１、
ｎ型ＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜反射鏡７０１、
ｎ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐスペーサ層３０３、
アンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０４、
第一Ｇａ０．５６Ｉｎ０．４４Ｐ／Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ量子井戸活性層７０２、
Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ中間バリア層７０３、
第二Ｇａ０．５６Ｉｎ０．４４Ｐ／Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ量子井戸活性層７０４、
アンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０６、
ｐ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐスペーサ層７０５、
ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜反射鏡３０８、
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３０９
で構成される。ここでは６８０ｎｍで発振する赤色面発光レーザを形成する。
【０１７０】
ｎ型多層膜反射鏡７０１では、素子の熱抵抗を下げるために反射鏡を構成する層としてＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの代わりに熱抵抗が小さい材料であるＡｌＡｓを用いる。
【０１７１】
ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜反射鏡３０８は、第一の実施例（図３）と同一である。
【０１７２】
図７に示すように本実施例では多重量子井戸構造を２つ用いる周期利得構造を用いている。これにより光閉じ込め率を大きくして、モード利得を大きくし、高い発光出力が得られやすくなる。
【０１７３】
上記周期利得構造に加え、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層の厚さを１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下にするため、図８に示すように共振器長として２．５波長共振器を用いる。
【０１７４】
以下、図８を用いて共振器の層構造について説明する。
【０１７５】
共振波長６８０ｎｍであるため、共振器長が２．５波長とすると、その光学的厚さは１７００ｎｍとなる。
【０１７６】
共振器内はすべてＡｌＧａＩｎＰ層で形成されるが活性層、バリア層、スペーサ層など様々な組成のＡｌＧａＩｎＰが使用されるため、その屈折率に応じて層厚を決定し、２．５波長共振器長にさせる必要がある。
【０１７７】
また、光とキャリアの相互作用を最大にするために活性層７０２、７０４を内部光強度定在波の腹４０３に配置する必要がある。すなわち、１７００ｎｍ内の１／５の位置と２／５の位置に活性層を配置し、短い側（図８では左側）にｎ層を、長い側（図８では右側）にｐ層を配置する。
【０１７８】
上記の条件を考慮しながら、実際の例について下記に示す。
【０１７９】
第一活性層７０２および第二活性層７０４は４個の６ｎｍ  ＧａＩｎＰ量子井戸と３個の６ｎｍ  Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層で形成され、実際の層厚は４２ｎｍとなる。６８０ｎｍでのＧａＩｎＰ層とＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ層の屈折率はそれぞれ３．５６、３．３７であるため、この活性層での光路長はそれぞれ１４６ｎｍとなる。
【０１８０】
この活性層領域の半分の長さである７３ｎｍとアンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０４およびｎ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３により光路長が３４０ｎｍになればよい。
【０１８１】
アンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０４の層厚を２０ｎｍ、ｎ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３の層厚を６０．５ｎｍとする。屈折率はそれぞれ３．３７、３．３０であるので、この二つの層の光学的厚さは２６７ｎｍとなり、第一活性層７０２の光学的厚さの半分である７３ｎｍとの合計で３４０ｎｍになる。
【０１８２】
すなわち、図８に示すように第一活性層７０２の中央が定在波の腹４０３に位置することになる。続いて第一活性層７０２の半分の光学的厚さ７３ｎｍとＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ中間バリア層７０３の光学的厚さと第二活性層７０４の半分の光学的厚さ７３ｎｍでやはり３４０ｎｍになればよい。
【０１８３】
Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ中間バリア層７０３の屈折率が３．３７であることから、５７．６ｎｍの厚さにすれば、この中間バリア層の光学的厚さは１９４ｎｍとなる。そして、第一、第二活性層７０２、７０３のそれぞれ半分の光学的厚さとの合計で３４０ｎｍになる。ゆえに、第二活性層７０４も、図８に示すようにその中央が定在波の腹４０３に位置することになる。
【０１８４】
ところで、このＡｌＧａＩｎＰ中間バリア層７０３の一部にＭｇやＺｎをドープしてｐ型にすることにより、第一活性層７０２への正孔の注入効率を高めてもよい。
【０１８５】
ｐ側は、活性層７０４の半分の光学的厚さである７３ｎｍとやはりアンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０６およびｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層７０５により光学的厚さが残りの１０２０ｎｍになればよい。
【０１８６】
バリア層３０６として２０ｎｍ、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層７０５として２７３．２ｎｍとする。屈折率はそれぞれ３．３７、３．２２であるので、この二つの層の光学的厚さは９４７ｎｍとなり、第二活性層７０４の光学的厚さの半分である７３ｎｍとの合計は１０２０ｎｍとなる。アンドープバリア層を含めたｎ層、中間バリア層を含めたふたつの活性層の合計、アンドープバリア層を含めたｐ層の光学的厚さはそれぞれ２６７ｎｍ、４８６ｎｍ、９４７ｎｍとなり合計１７００ｎｍと２．５波長共振器の場合の光学的厚さに合致する。また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層の厚さも２７３．２ｎｍと１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下になる。
【０１８７】
この共振器の両側に多層膜反射鏡を形成する。共振器と多層膜反射鏡の界面では定在波の腹になるように多層膜反射鏡はｎ側もｐ側も構成する。
【０１８８】
具体的には、低屈折率材料、ここではｎ側にＡｌＡｓ層８０１が、ｐ側にＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層４０２が共振器に隣接し、さらにその隣に高屈折率材料、ｎ側、ｐ側ともにＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層４０１が並ぶように形成する。そして、それぞれ必要な数（ｐ側３６ペア、ｎ側６０ペア程度）を繰り返す。
【０１８９】
以下、第１の実施例に示したように素子作製、あるいはアレイ化を行えばよい。
【０１９０】
（実施例３）
第３の実施例において、本発明による赤色面発光レーザアレイを用いた応用例の一形態について説明する。
【０１９１】
図９に、本発明による赤色面発光レーザアレイを実装した電子写真記録方式の画像形成装置の構造図を示す。図９（ａ）は画像形成装置の上面図であり、図９（ｂ）は同装置の側面図である。
【０１９２】
図９において、９００は感光体、９０２は帯電器、９０４は現像器、９０６は転写帯電器、９０８は定着器、９１０は回転多面鏡、９１２はモータである。９１４は赤色面発光レーザアレイ、９１６は反射鏡、９２０はコリメータレンズ及び９２２はｆ−θレンズである。
【０１９３】
図９において、モータ９１２は回転多面鏡９１０を回転駆動するものである。本実施例における回転多面鏡９１０は、６つの反射面を備えている。
【０１９４】
９１４は記録用光源であるところの赤色面発光レーザアレイである。この赤色面発光レーザアレイ９１４は、レーザドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯し、こうして変調されたレーザ光は、赤色面発光レーザアレイ９１４からコリメータレンズ９２０を介し回転多面鏡９１０に向けて照射される。
【０１９５】
回転多面鏡９１０は矢印方向に回転していて、赤色面発光レーザアレイ９１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡９１０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９２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡９１６を経て感光体９００に照射され、感光体９００上で主走査方向に走査される。このとき、回転多面鏡９１０の１面を介したビーム光の反射により、感光ドラム９００の主走査方向に赤色面発光レーザアレイ９１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。本実施例においては、４×８の赤色面発光レーザアレイ９１４を用いており、４ライン分の画像が同時に形成される。
【０１９６】
感光ドラム９００は、予め帯電器９０２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９００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９０４により現像され、現像された可視像は転写帯電器９０６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９０８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。
【０１９７】
なお、本実施例では、４×８赤色面発光レーザアレイを用いたが、これに限定されるものではなく、ｍ×ｎ赤色面発光レーザアレイ（ｍ、ｎ：自然数）であっても良い。
【０１９８】
以上説明したように、本発明による赤色面発光レーザアレイを電子写真記録方式の画像形成装置に用いることにより、高速・高精細印刷を可能とする画像形成装置を得ることが可能となる。
【０１９９】
さらに、電子写真用光源の応用など、単一横モードを達成しつつ、６０℃までのレーザ動作が要求される場合がある。一般に、単一横モードを達成させるためには発光領域を狭く（４μｍ径以下）する必要があり、同じ電流注入量であっても、実際の電流密度はさらに高くなり、リーク電流がさらに増大する。
【０２００】
本発明によれば、温度特性の改善された新規な赤色面発光レーザ素子が提供されるので、極めて有用である。
【０２０１】
なお、図１１には、本発明に係る素子を利用してレーザーディスプレイを構成する場合の一例について説明する。図１１において、１２０２は第１の偏向手段、１２１１は第２の偏向手段、１２１０は第１の偏向手段１２０２により第２の偏向手段の反射平面上での走査軌跡である。１２１２は第２の偏向手段２１１により偏向される光、１２１３はある平面、１２１４はある平面１２１３において偏向光により走査される範囲、１２１５はある平面１２１３での走査線の軌跡を模式的に表したものである。１２０１は本発明に係るレーザ素子である。なお、符号１２０３はレーザ素子１２０１からの出力光の進行方向を示したものである。符号１２０５と１２０６は第１の偏向手段１２０２により偏向されたレーザ光の進行方向を示している。
【０２０２】
第１の偏向手段１２０２、第２の偏向手段１２１０はそれぞれが光を水平方向、垂直方向に偏向させる。こうして偏向光の広がる範囲が２次元領域になる。
【０２０３】
（実施例４）
以下に、本発明の第４の実施例について説明する。
【０２０４】
この実施例でも多重量子井戸構造をふたつ用いる周期利得構造を用いている。これにより光閉じ込め率を大きくして、モード利得を大きくし、高い発光出力が得られやすくなる。
【０２０５】
さらに、上記周期利得構造に加え、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層の厚さを１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下にするため、図１０に示すように共振器長として２波長共振器を用いる。
【０２０６】
以下、この図１０を用いて共振器の層構造について説明する。
【０２０７】
共振波長６８０ｎｍであるため、共振器長が２波長とすると、その光学的厚さは１３６０ｎｍとなる。共振器内はすべてＡｌＧａＩｎＰ層で形成されるが活性層、バリア層、スペーサ層など様々な組成のＡｌＧａＩｎＰが使用されるため、その屈折率に応じて層厚を決定し、２波長共振器長にさせる必要がある。また、光とキャリアの相互作用を最大にするために活性層７０２、７０４を内部光強度定在波の腹４０３に配置する必要がある。すなわち、１３６０ｎｍ内の１／４の位置と１／２の位置に活性層を配置し、短い側（図１０では左側）にｎ層を、長い側（図１０では右側）にｐ層を配置する。
【０２０８】
上記の条件を考慮しながら、実際の例について下記に示す。
【０２０９】
第一活性層７０２および第二活性層７０４は４個の６ｎｍ  ＧａＩｎＰ量子井戸と３個の６ｎｍ  Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層で形成され、実際の層厚は４２ｎｍとなる。
【０２１０】
波長６８０ｎｍでのＧａＩｎＰ層とＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ層の屈折率はそれぞれ３．５６、３．３７であるため、この活性層での光路長はそれぞれ１４６ｎｍとなる。この活性層領域の半分の長さである７３ｎｍとアンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０４およびｎ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３により光路長が３４０ｎｍになればよい。
【０２１１】
アンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０４の層厚を２０ｎｍ、ｎ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ層３０３の層厚を６０．５ｎｍとする。屈折率はそれぞれ３．３７、３．３０であるので、この二つの層の光学的厚さは２６７ｎｍとなり、第一活性層７０２の光学的厚さの半分である７３ｎｍとの合計で３４０ｎｍになる。すなわち、図１０に示すように第一活性層７０２の中央が定在波の腹４０３に位置することになる。続いて第一活性層７０２の半分の光学的厚さ７３ｎｍとＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ中間バリア層７０３の光学的厚さと第二活性層７０４の半分の光学的厚さ７３ｎｍでやはり３４０ｎｍになればよい。Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ中間バリア層７０３の屈折率が３．３７であることから、５７．６ｎｍの厚さにすれば、この中間バリア層の光学的厚さは１９４ｎｍとなる。こうして、第一、第二活性層７０２、７０３のそれぞれ半分の光学的厚さとの合計で３４０ｎｍになる。ゆえに、第二活性層７０４も、図１０に示すようにその中央が定在波の腹４０３に位置することになる。ところで、このＡｌＧａＩｎＰ中間バリア層７０３の一部にＭｇやＺｎをドープしてｐ型にしてやり、第一活性層７０２への正孔の注入効率を高めてもよい。
【０２１２】
ｐ側は、活性層７０４の半分の光学的厚さである７３ｎｍとやはりアンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐバリア層３０６およびｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層７０５により光学的厚さが残りの６８０ｎｍになればよい。バリア層３０６として２０ｎｍ、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層７０５として１６７．６ｎｍとすると、屈折率はそれぞれ３．３７、３．２２であることから、この二つの層の光学的厚さは６０７ｎｍである。そして、この６０７ｎｍに、第二活性層７０４の光学的厚さの半分である７３ｎｍとの合計は６８０ｎｍとなる。アンドープバリア層を含めたｎ層、中間バリア層を含めたふたつの活性層の合計、アンドープバリア層を含めたｐ層の光学的厚さはそれぞれ２６７ｎｍ、４８６ｎｍ、６０７ｎｍとなり合計１３６０ｎｍと２波長共振器の場合の光学的厚さに合致する。また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層の厚さも１６７．６ｎｍと１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下になる。この共振器の両側に多層膜反射鏡を形成する。共振器と多層膜反射鏡の界面では定在波の腹になるように多層膜反射鏡はｎ側もｐ側も構成する。具体的には、低屈折率材料、ここではｎ側にＡｌＡｓ層８０１が、ｐ側にＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層４０２が共振器に隣接し、さらにその隣に高屈折率材料、ｎ側、ｐ側ともにＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層４０１が並ぶように形成する。そして、それぞれ必要な数（ｐ側３６ペア、ｎ側６０ペア程度）を繰り返す。
【０２１３】
図１２には、本実施例に記載の多層膜構成により作製した赤色面発光レーザに関する環境温度と最大出力の関係を実線により示している。具体的には図１０及びその説明文で説明した構成であり、ｐ型半導体スペーサ層７０５としては、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層７０５（層厚１６７．６ｎｍ）としている。但し、図１０における８０１層としては、ＡｌＡｓ層の替わりにＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを用いている。なお、図１２の点線で示した例は、従来のレーザとして、ｐ型半導体スペーサ層の組成をｐ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ層、その層厚を６０．５ｎｍとしたものである。尚、その他の層構成は、図１２の実線で示される特性を示す素子と同じにした場合の素子の特性を示している。
【０２１４】
上述したように、環境温度が高くなればリーク電流が増え、光出力は小さくなる傾向にある。従来の素子（図１２の点線）では環境温度が７５．２℃で発振に到らなくなるが、本実施例のレーザ素子では８４．１℃まで発振に可能であることが分かった。また、６０℃における両者の最大出力を比較すると、本発明の素子は従来のものより約４０％光出力が大きいことが分かった。すなわち、従来よりもリーク電流が低減され、また高温動作可能な赤色面発光レーザが実現できたことが分かる。
【０２１５】
なお、基板側に位置する下部ＤＢＲを構成する低屈折率層として、熱抵抗の低いＡｌＡｓ層を採用することもできる。斯かる場合、レーザ素子内で発生した熱を逃げ易くできるので、素子内部における熱上昇を極力抑えた状況を実現できる。
【０２１６】
本発明に適用できる様々なｐ型スペーサ層厚の例を表１に示す。表１は、ｐ型スペーサ層の層厚を１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内の値で実現するための活性層、ｐ側アンドープバリア層、ｎ型スペーサ層、ｎ側アンドープバリア層、共振器長に関して、１６種類の例を示したものである。
【０２１７】
ここでは、
ｐ型スペーサ層としてＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層、
ｎ型スペーサ層としてＡｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ層、
アンドープバリア層としてｐ側、ｎ側ともにＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ層を用いている。
【０２１８】
活性層として、四重Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ／Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ量子井戸を用いた場合には４２ｎｍの層厚になる。一方、周期利得構造を用いると、二重周期利得構造では、中間アンドープバリア層も含めて１４１．６ｎｍになり、三重周期利得構造ではふたつの中間アンドープバリア層も含めて２４１．２ｎｍになる。
【０２１９】
実施例１、２、４ではｐ型スペーサ層厚が１６７．６ｎｍと２７３．２ｎｍの二種類のみであった。この表１が示すように、共振器長、活性層厚、アンドープバリア層、ｎ型スペーサ層厚を適宜調整することで、ｐ型スペーサ層厚を所望の値の範囲（１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下）にすることができる。
【０２２０】
共振器長は、設計波長の半波長の整数倍であること、及び活性層の中心は光分布の腹（内部光強度定在波の腹）と一致するように配置すること、という２つの条件を付した場合には、ｐ型スペーサ層厚は連続した値をとらない。表１で示すように、アンドープバリア層の層厚を調整することで、本発明で規定するｐ型スペーサ層厚に調整することが可能である。
【０２２１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【０２２２】
【図１】赤色面発光レーザ素子の活性層およびｐ型半導体スペーサ層およびｐ型半導体多層膜領域のバンド端のラインナップを示す図である。
【図２】ｐ型半導体スペーサ層厚に対する規格化リーク電流（図２（ａ））および共振器内部での光損失（図２（ｂ））の関係を示したものである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る赤色面発光レーザの層構成を示すための模式的断面図である。
【図４】実施例１における共振器構造を示す模式的断面図である。
【図５】実施例１におけるレーザ素子を示す模式的断面図である。
【図６】非特許文献２に記載のバンドダイアグラムを引用して記載したものである。
【図７】実施例２における赤色面発光レーザの層構成を示す模式的断面図である。
【図８】実施例２における共振器構造を示す模式的断面図である。
【図９】本発明に係る画像形成装置を説明するための模式図である。
【図１０】実施例４における共振器構造を示す模式的断面図である。
【図１１】本発明に係る画像表示装置を説明するための模式図である。
【図１２】実施例４において得られるレーザの温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０２２３】
３０１  基板
３０２  第１の反射鏡
３０５  活性層
３０７  ｐ型半導体スペーサ層
３０８  第２の反射鏡
４０１  Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ高屈折率層
４０２  Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層
４０３  内部電界強度定在波の腹
５０１  ｎ側電極
５０２  酸化狭窄層
５０３  誘電体膜
５０４  ｐ側電極
７０１  ｎ型ＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜反射鏡
７０２  第一Ｇａ０．５６Ｉｎ０．４４Ｐ／Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ量子井戸活性層
７０３  Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ中間バリア層
７０４  第二Ｇａ０．５６Ｉｎ０．４４Ｐ／Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ量子井戸活性層
７０５  ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐスペーサ層
８０１  ＡｌＡｓ低屈折率層
９００  感光体
９０２  帯電器
９０４  現像器
９０６  転写帯電器
９０８  定着器
９１０  回転多面鏡
９１２  モータ
９１４  赤色面発光レーザアレイ
９１６  反射鏡
９２０  コリメータレンズ
９２２  ｆ−θレンズ
【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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