(57)【要約】【課題】素子の特性に影響を与えることなく、メサ周辺の底面より自然放出光が出射されることを防ぐことができ、均一性の高い面発光レーザ素子を提供する。【解決手段】基板の上に形成された下部ＤＢＲと、前記下部ＤＢＲの上に形成された下部スペーサ層と、前記下部スペーサ層の上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された上部スペーサ層と、前記上部スペーサ層の上に形成された上部ＤＢＲと、を有し、前記下部スペーサ層、前記活性層及び前記上部スペーサ層により共振器領域が形成されており、前記上部ＤＢＲ及び前記共振器領域の一部を除去することによりメサが形成されており、前記メサ周囲の底面となる前記共振器領域の上には、金属材料により光反射膜が形成されていることを特徴とする面発光レーザ素子を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】図１
2013175613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された下部ＤＢＲと、
前記下部ＤＢＲの上に形成された下部スペーサ層と、
前記下部スペーサ層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部スペーサ層と、
前記上部スペーサ層の上に形成された上部ＤＢＲと、
を有し、
前記下部スペーサ層、前記活性層及び前記上部スペーサ層により共振器領域が形成されており、
前記上部ＤＢＲ及び前記共振器領域の一部を除去することによりメサが形成されており、
前記メサ周囲の底面となる前記共振器領域の上には、金属材料により光反射膜が形成されていることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記下部ＤＢＲは、ＡｌＡｓ層を有するものであることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記メサは、前記上部ＤＢＲ及び前記共振器領域の一部をドライエッチングにより除去すること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１または２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記メサ周囲の底面では、前記上部スペーサ層が露出しているものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記メサ周囲の底面では、前記活性層が露出しているものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記メサの側面及び前記メサ周囲の底面には保護膜が形成されており、
前記光反射膜は前記保護膜を介した前記メサ周囲の底面となる前記共振器領域の上に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記上部ＤＢＲの上には、上部電極が形成されているものであって、
前記光反射膜は、前記上部電極と同じ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１から６のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
面発光レーザがアレイ状に複数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面発光レーザ素子。
【請求項９】
光によって被走査面を走査する光走査装置であって、
請求項１から８のいずれかに記載の面発光レーザ素子を有する光源と、
前記光源からの光を偏向する光偏向部と、
前記光偏向部により偏向された光を前記被走査面上に集光する走査光学系と、
を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
像担持体と、
前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する請求項９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１１】
前記像担持体は複数であって、前記画像情報は、多色のカラー情報であることを特徴とする請求項１０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、面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、多色画像形成装置においては、より高精細な画像品質が求められている。このため、高速化が年々進み、オンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷に用いられるようになりつつある。具体的には、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）を２次元的に配列した構成の２次元アレイ素子を用いることにより、感光体上での副走査間隔を記録密度の１／ｎにすることができ、単位画素をｎ×ｍの複数ドットのマトリクス構成を形成することができる。このような面発光レーザは、半導体基板に対し垂直方向にレーザ共振器を構成し、半導体基板に対し垂直方向に光を出射する構造を有している。
【０００３】
ところで、このようなＶＣＳＥＬとしては、酸化狭窄型（電流狭窄型）のＶＣＳＥＬがあり、酸化狭窄型のＶＣＳＥＬを製造する際には、酸化狭窄領域を形成するためエッチングによりメサを形成することにより、上部ＤＢＲ等に形成されている電流狭窄層となるＡｌＡｓ層の側面を露出させている。
【０００４】
特許文献１においては、共振器領域におけるいずれかの層にＩｎを含む層を形成することにより、エッチングレートを低下させ、エッチングの終端が活性層とスペーサ層からなる共振器構造内となるように形成した構造のものが開示されている。尚、この構造のものは、共振器構造の下に形成される下部ＤＢＲまではエッチングはされてはいない。
【０００５】
しかしながら、ＲＩＥ等のドライエッチングによって、エッチングの終端が共振器構造内となるようにメサを形成した場合、エッチングの終端となるメサ周辺の底部より外部へ光が漏れ出してしまう。これは、活性層において発生した光が、半導体基板の基板面と略平行に、スペーサ層の内部を伝搬するため、伝搬した光がメサ周辺の底部より外部に出射されるからである。ここで、ＶＣＳＥＬがレーザ発振している状態では、スペーサ層内を伝搬しメサ周辺の底部より外部に出射される光量は、ＶＣＳＥＬの出射面より出射される光量よりも十分小さいため、メサ周辺の底部より外部に出射する光の光漏れによる影響は小さい。しかしながら、ＶＣＳＥＬがレーザ発振していない自然放出の状態においては、スペーサ層内を伝搬しメサ周辺の底部より外部に出射される光の光量は、ＶＣＳＥＬの出射面より出射される光の光量と同等であるため、光漏れによる影響は大きい。
【０００６】
ところで、一般的に、レーザ等の光デバイスにおいては、パルス応答時間を短縮させるために、動作電流よりも低い電流値のＤＣバイアスを印加する場合がある。例えば、画像形成装置においては、パルス応答時間を短縮させた場合において、感光体に光が照射され感光してしまうことを防ぐため、発振閾値電流以下の電流値のＤＣバイアスを印加することが行なわれている。しかしながら、ＤＣバイアスが発振閾値電流以下の電流値であっても、活性層において光は自然放出される。この際、外部に出射される自然放出光の光量が多いと、感光させようとする領域以外の領域においても感光体が感光されるため、画像形成装置により形成される画像の画質の低下を招くといった問題点が生じる。
【０００７】
よって、メサを形成する際に行なわれるエッチングの終端を活性層よりも下にする方法がとられている。この方法では、下部スペーサ層の一部が除去され、エッチングの終端が共振器構造の下部スペーサ層となるように形成されているため、下部スペーサ層の薄くなった部分の有効屈折率が、エッチングがなされていないメサが形成されている領域に対し小さくなる。よって、スペーサ層内を伝搬する光は、横方向に閉じ込められ、自然放出光がスペーサ層を伝播してメサの側面等から漏れることを防ぐことができる。
【０００８】
しかしながら、メサを形成する際、半導体基板上に形成されるすべてのメサについて、エッチングの終端が同じ位置、即ち、メサ周囲の底面が下部スペーサ層となるように、制御してドライエッチングを行なうことは極めて困難である。具体的には、通常のＲＩＥ等のドライエッチングにおいては、半導体基板の中央部と周辺部では、エッチングレートが異なっている。例えば、半導体基板の周辺部におけるエッチングレートが、中央部におけるエッチングレートに比べて遅い場合において、中央部においてエッチングの終端が活性層の下の下部スペーサ層となるようにエッチングを行なうと、周辺部においてはエッチングの終端が上部スペーサ層となる場合がある。また、周辺部においてエッチングの終端が活性層の下の下部スペーサ層となるようにエッチングを行なうと、中央部においては、エッチングの終端が下部スペーサ層の下の下部ＤＢＲまで達してしまう場合がある。この場合、下部ＤＢＲにＡｌＡｓ層が含まれていると、このＡｌＡｓ層の側面が露出し、水分等により腐食し、ＶＣＳＥＬの信頼性を低下させてしまう。即ち、ＡｌＡｓは耐湿性が低く腐食しやすい材料であるため、ＡｌＡｓ層の側面が露出していると、ＡｌＡｓ層の側面から水分等が入り込み、ＶＣＳＥＬの信頼性を低下させてしまう。尚、下部ＤＢＲにおいては、ＶＣＳＥＬをレーザ発振させた際の放熱効果を高めるために、ＡｌＧａＡｓよりも熱抵抗の低いＡｌＡｓが用いられる場合がある。
【０００９】
一方、複数のＶＣＳＥＬを高集積化させた面発光レーザアレイにおいては、ＲＩＥ等のドライエッチングにおけるマイクロローディング効果の影響により、エッチングレートが不均一になりやすい。これは、複数のＶＣＳＥＬを高集積化させた際、メサの間隔が狭い領域と広い領域とが形成されるが、メサの間隔が狭い領域では、マイクロローディング効果によりエッチングレートが低下するため、メサの間隔が広い領域に比べて、エッチングの終端が浅くなり、メサ周辺の底部が浅い位置に形成されるからである。
【００１０】
また、特許文献２では、このような自然放出光の外部漏れ対策として、メサの側面及び上面の一部を金属等の光反射膜で覆い、自然放出光を光反射膜で反射させて、活性層に戻す方法が開示されている。この方法では、光反射膜で反射された自然放出光が活性層に戻るため、閾値電流を低減させることができる。
【００１１】
また、特許文献３では、自然放出光の抑制という目的ではないが、ＶＣＳＥＬの放熱性を向上させることを目的として、ＶＣＳＥＬに電流を注入するための電極や配線とは接続のされていない金属膜をメサの側面等に形成した構造のものが開示されている。この場合、この構造のＶＣＳＥＬでは、金属膜は電極や配線とは接続されていないため、高速動作が妨げられることはない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献２に記載された方法では、光反射膜によりメサの上面の一部を覆うような構造の場合、形成される光反射膜は必然的にＶＣＳＥＬに電流を注入するための配線の一部となる。よって、この場合には、配線の面積が大きくなるため、寄生容量が増大し、ＶＣＳＥＬの高速動作の妨げとなるといった問題点が生じてしまう。
【００１３】
また、特許文献３に記載された構造のものでは、メサの側面に金属膜を形成することにより、金属膜による応力が活性層に加わり、出射される光の偏光方向が、所望の偏光方向とは異なる偏光方向となってしまう場合があり、特性等が変化してしまう。従って、所望の偏光方向等を得るためには、メサにはできるだけ応力がかからないようにすることが好ましく、メサの側面には配線等以外の金属膜が形成されていない構造が好ましい。
【００１４】
よって、本発明は、上記に鑑みなされたものであり、素子の特性に影響を与えることなく、メサ周辺の底面より自然放出光が出射されることを防ぐことができ、均一性の高い面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイを提供することを目的とするものである。また、低コストで、信頼性の高い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】
【００１５】
本発明は、基板の上に形成された下部ＤＢＲと、前記下部ＤＢＲの上に形成された下部スペーサ層と、前記下部スペーサ層の上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された上部スペーサ層と、前記上部スペーサ層の上に形成された上部ＤＢＲと、を有し、前記下部スペーサ層、前記活性層及び前記上部スペーサ層により共振器領域が形成されており、前記上部ＤＢＲ及び前記共振器領域の一部を除去することによりメサが形成されており、前記メサ周囲の底面となる前記共振器領域の上には、金属材料により光反射膜が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、素子の特性に影響を与えることなく、メサ周辺の底面より自然放出光が出射されることを防ぐことができ、均一性の高い面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイを提供することができる。また、低コストで、信頼性の高い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】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の構造図
【図２】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の要部拡大図
【図３】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の説明図
【図４】第２の実施の形態における面発光レーザ素子の説明図
【図５】従来の面発光レーザ素子の説明図
【図６】第３の実施の形態における面発光レーザアレイの説明図
【図７】第４の実施の形態におけるレーザプリンタの構成図
【図８】第４の実施の形態における光走査装置の構成図
【図９】面発光レーザアレイの説明図
【図１０】第５の実施の形態におけるカラープリンタの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１９】
〔第１の実施の形態〕
（面発光レーザ素子）
第１の実施の形態について説明する。図１及び図２は、本実施の形態における面発光レーザ素子の構造を示すものである。本実施の形態における面発光レーザ素子は、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＰ多重量子井戸構造を活性層とするものであり、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。尚、図１（ａ）は、本実施の形態における面発光レーザ素子を上面側より見た図であり、上部電極１１３及び光反射膜１２０を示すものである。図１（ｂ）は、本実施の形態における面発光レーザ素子の断面図である。また、図２は、図１（ｂ）における一点鎖線１Ａにおいて囲まれた領域の拡大図である。
【００２０】
図１及び図２に示されるように、本実施の形態における面発光レーザ素子は、面方位が傾斜しているいわゆる傾斜基板と称される半導体基板１０１上に、バッファ層１０２、下部半導体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、上部半導体ＤＢＲ１０７が積層形成されている。また、上部半導体ＤＢＲ１０７の上にはコンタクト層１０９が形成されており、コンタクト層１０９、上部半導体ＤＢＲ１０７、上部スペーサ層１０６の一部を除去することにより、メサ１１０が形成されている。尚、電流狭窄層１０８は、上部ＤＢＲ１０７の内部に形成されており、形成されたメサ１１０の側面より、電流狭窄層１０８を酸化することにより、選択酸化領域１０８ａが形成され、酸化されていない領域により電流狭窄領域１０８ｂが形成されている。
【００２１】
更に、メサ１１０の側面及びメサ周辺の底面１１０ａを覆うように保護膜１１１が形成されている。上部電極１１３は、保護膜１１１の上に形成されており、メサ１１０の上面において露出しているコンタクト層１０９と接触しており、半導体基板１０１の裏面には下部電極１１４が形成されている。また、本実施の形態においては、光反射膜１２０は、メサ周辺における保護膜１１１の上に形成されている。
【００２２】
半導体基板１０１は、面方位が（１００）面から［１１１］Ａ方向に１５°傾斜したｎ−ＧａＡｓ基板が用いられており、バッファ層１０２は、ｎ−ＧａＡｓにより形成されている。
【００２３】
また、下部半導体ＤＢＲ１０３は、ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを１周期としたものを４０．５周期形成したものである。
【００２４】
また、下部スペーサ層１０４は、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成されており、活性層１０５は、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＰ３重量子井戸活性層により形成されており、上部スペーサ層１０６は、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐにより形成されている。尚、本実施の形態における面発光レーザ素子では、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６により共振器領域が形成されている。
【００２５】
また、上部半導体ＤＢＲ１０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを１周期としたものを２５周期形成したものである。尚、上述したように上部半導体ＤＢＲ１０７には、電流狭窄層１０８となるＡｌＡｓ層が形成されている。電流狭窄層１０８は、活性層１０５から３番目となる定在波の節となる位置に、厚さが約３０ｎｍとなるように形成されている。また、コンタクト層１０９は、ｐ−ＧａＡｓにより形成されている。
【００２６】
保護膜１１１は、例えばＳｉＮ等により形成されており、メサ周辺の底面１１０ａの上には、保護膜１１１を介しＡｌ、Ａｕ、Ａｇ等を含む材料により光反射膜１２０が形成されている。尚、上部電極１１３と光反射膜１２０とは接触しておらず、電気的には接続されていない。
【００２７】
次に、本実施の形態における面発光レーザ素子の動作について説明する。最初に、本実施の形態における面発光レーザ素子に、発振閾値以下の微小電流を注入した場合における自然放出光について説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子では、発振閾値以下の微小電流を注入することにより、活性層１０５において、自然放出光が発生するが、この自然放出光は、半導体基板１０１の基板面に対し垂直方向及び水平方向を含む全方向に放出される。このうち、基板面に対し垂直方向に伝搬する光は、上部半導体ＤＢＲ１０７及び下部半導体ＤＢＲ１０３により、活性層１０５が設けられている側に反射され、活性層１０５において吸収されるため、面発光レーザ素子の外部に出射されることは殆どない。一方、基板面に対し水平方向に伝搬する光は、上部スペーサ層１０６または下部スペーサ層１０４等の内部を伝搬する。
【００２８】
ここで、本実施の形態における面発光レーザ素子では、半導体基板１０１の基板内におけるエッチングのバラツキ等により、エッチングの終点、即ち、メサ周辺の底面１１０ａが、上部スペーサ層１０６となる場合と、活性層１０５となる場合と、下部スペーサ層１０４となる場合がある。図３に基づき、これらの各々の場合について説明する。
【００２９】
図３（ａ）は、メサ周辺の底面１１０ａが上部スペーサ層１０６となる場合である。この場合には、活性層１０５において発生した自然放出光は、上部スペーサ層１０６等を基板面に略平行に伝搬するが、保護膜１１１を介しメサ周囲の底面１１０ａとなる上部スペーサ層１０６の上に形成された光反射膜１２０において反射されるため、活性層１０５に戻る。よって、メサ周囲の底面１１０ａより自然放出光が出射されることはない。
【００３０】
また、図３（ｂ）は、メサ周辺の底面１１０ａが活性層１０５となる場合である。この場合には、活性層１０５において発生した自然放出光のうち、上部スペーサ層１０６を伝搬する光は、メサ１１０の側面において、上部スペーサ層１０６の側面に保護膜１１１が形成されている部分で反射されるため、外部に漏れ出ることはない。また、下部スペーサ層１０４等を基板面に略平行に伝搬する光は、保護膜１１１を介しメサ周囲の底面１１０ａとなる活性層１０５の上に形成された光反射膜１２０において反射されるため、活性層１０５に戻る。よって、メサ周囲の底面１１０ａより自然放出光が出射されることはない。
【００３１】
また、図３（ｃ）は、メサ周辺の底面１１０ａが下部スペーサ層１０４となる場合である。この場合には、活性層１０５において発生した自然放出光のうち、上部スペーサ層１０６を伝搬する光は、メサ１１０の側面において、上部スペーサ層１０６の側面に保護膜１１１が形成されている部分で反射されるため、外部に漏れ出ることはない。また、下部スペーサ層１０４等を基板面に略平行に伝搬する光は殆どないが、仮にあったとしても、保護膜１１１を介しメサ周囲の底面１１０ａとなる下部スペーサ層１０４の上に形成された光反射膜１２０において反射される。よって、メサ周囲の底面１１０ａより自然放出光が出射されることはない。
【００３２】
以上により、本実施の形態における面発光レーザ素子は、発振閾値以下の微小な電流が注入された場合に生じる自然放出光が、メサ周囲の底面１１０ａより出射されるものではないため、画像形成装置等に用いた場合、高画質な画像を形成することができる。また、メサ１１０を形成する際、エッチングによるバラツキ等により、メサの周囲の底面１１０ａが上部スペーサ層１０６、活性層１０５、下部スペーサ層１０４となる場合があるが、いずれの場合においても、活性層１０５において発生した自然放出光は、メサ周辺の底部より出射されることはない。このため、メサ１１０を形成する際の製造マージンを広くすることができ、面発光レーザ素子の均一を向上させ、歩留りも向上させることができる。尚、本実施の形態では、下部ＤＢＲ１０３の一部がＡｌＡｓにより形成されているため、放熱性が高い。また、上部電極１１３と光反射膜１２０とは電気的に接続されていないため、寄生容量が増えることもなく、高速動作が妨げられることはない。更に、メサ１１０の側面には光反射膜１２０等の金属膜は形成されていないため、金属膜による応力により面発光レーザ素子における特性等が変化することはない。
【００３３】
（面発光レーザ素子の製造方法）
次に、図１及び図２等に基づき、本実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法について説明する。
【００３４】
最初に、ＧａＡｓからなる半導体基板１０１上に、バッファ層１０２、下部半導体ＤＢＲ１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、上部半導体ＤＢＲ１０７、コンタクト層１０９を積層形成する。尚、電流狭窄層１０８は、上部半導体ＤＢＲ１０７内に形成される。形成方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法が挙げられる。例えば、ＭＯＣＶＤ法により形成する場合には、III族の原料としては、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）を用い、Ｖ族の原料としては、フォスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を用い、また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ４）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて上述した各層を成膜する。尚、各膜の膜厚や層数などについては上述したとおりである。
【００３５】
次に、メサ１１０を形成する。具体的には、コンタクト層１０９の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、メサ１１０が形成される領域にレジストパターンを形成する。この後、Ｃｌ２ガスを用いてＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマエッチング法により、レジストパターンが形成されていない領域におけるコンタクト層１０９、上部半導体ＤＢＲ１０７、上部スペーサ層１０６、活性層１０５、下部スペーサ層１０４の一部を除去することにより、下部スペーサ層１０４の表面を露出させる。これによりメサ１１０が形成され、例えば、エッチングにより露出した下部スペーサ層１０４の面がメサ周辺の底面１１０ａとなるものが形成される。このようにして形成されるメサ１１０は、例えば、直径が約２５μｍの円形状のメサである。尚、本実施の形態では、エッチングの終端が下部スペーサ層１０４となるような条件で形成した場合においては、エッチングレートが相対的に低い領域では、メサ周辺の底部が活性層１０５となる場合や、上部スペーサ層１０６となる場合がある。また、メサ１１０を形成する際は、上述したＥＣＲプラズマエッチング法以外のドライエッチング、例えば、ＲＩＥ等により形成することも可能である。
【００３６】
次に、水蒸気中で熱処理を行なう。具体的には、メサ１１０を形成することにより、電流狭窄層１０８の側面が露出し、側面が露出している電流狭窄層１０８をメサ１１０の側面周囲より酸化することにより選択酸化領域１０８ａを形成する。尚、電流狭窄層１０８において、メサ１１０の中央部分の選択酸化されていない領域、即ち、電流狭窄層１０８において選択酸化領域１０８ａにより囲まれた領域は電流狭窄領域１０８ｂとなり、この電流狭窄領域１０８ｂに電流を集中させることができる。尚、この電流狭窄領域１０８ｂは、直径が４μｍ〜６μｍ程度のものである。
【００３７】
次に、メサ１１０の側面及びメサ周辺の底面１１０ａに保護膜１１１を形成する。具体的には、メサ１１０が形成されている面に、保護膜１１１として、例えば、ＳｉＮ膜をＣＶＤ法により成膜する。この後、メサ１１０の上面に開口部を有するレジストパターンを形成し、メサ１１０の上面において、レジストパターンが形成されていない領域の保護膜１１１をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去し、コンタクト層１０９を露出させる。尚、この後、レジストパターンは、有機溶剤等により除去する。
【００３８】
次に、上部電極１１３となるｐ側電極と、光反射膜１２０を形成する。具体的には、コンタクト層１０９及び保護膜１１１の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、上部電極１１３及び光反射膜１２０が形成される領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる金属多層膜を成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの形成されている領域上の金属多層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去し、残存した金属多層膜により上部電極１１３及び光反射膜１２０を形成する。これにより、上部電極１１３は、メサ１１０の上面において露出しているコンタクト層１０９と接するように形成することができ、光反射膜１２０は、メサ周辺の底面１１０ａにおける保護膜１１１の上に形成することができる。尚、上部電極１１３は、メサ１１０の上面において、約１０μｍの直径の開口を有する構造ものである。また、上部電極１１３と光反射膜１２０とは接触しておらず、電気的には接続されてはいない。
【００３９】
次に、下部電極１１４となるｎ側電極を形成する。具体的には、半導体基板１０１の裏面を所定の厚さ、例えば、１００μｍ〜３００μｍ程度になるまで研磨し、下部電極１１４を成膜する。下部電極１１４は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる金属多層膜、または、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属多層膜を真空蒸着により成膜することにより形成される。この後、アニールを行なうことにより、上部電極１１３及び下部電極１１４においてオーミックコンタクトをとることができる。
【００４０】
以上の工程により、本実施の形態における面発光レーザ素子が作製される。本実施の形態における面発光レーザ素子は、メサ１１０を形成する際、ドライエッチングにおけるエッチング速度のバラツキにより、メサ周辺の底面１１０ａが、上部スペーサ層１０６となる場合や、活性層１０５となる場合や、下部スペーサ層１０４となる場合があるが、これらの場合のすべてにおいて、メサ周囲の底面１１０ａより光が出射されることを防ぐことができる。よって、面発光レーザ素子における均一性を高めることができ、更には、歩留りを向上させることができる。
【００４１】
尚、上記における本実施の形態における説明では、メサが円形状に形成された面発光レーザ素子について説明したが、本実施の形態における面発光レーザ素子は、メサ１１０の形状が、楕円形や四角形等の形状であってもよい。
【００４２】
〔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。本実施の形態における面発光レーザ素子は、形成されるメサの形状が四角形状のものである。
【００４３】
図４に基づき、本実施の形態における面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子は、一辺の長さＬが約２５μｍの正方形状のメサ２１０が形成されており、メサ２１０の上面には、ロの字状に上部電極２１３が形成されており、上部電極２１３の内側の開口領域２１４より、レーザ発振した光が出射される構造ものである。また、メサ周辺の底部には、光反射膜２２０が形成されている。光反射膜２２０は、メサ２１０と光反射膜２２０との間隔Ｄが約３μｍであって、幅Ｗが１０μｍとなるように形成されている。
【００４４】
次に、本実施の形態における面発光レーザ素子と従来の構造の面発光レーザ素子とにおいて、発振閾値以下の電流を流した場合の外部に出射される光の光量を調べた結果について説明する。尚、従来の構造の面発光レーザ素子は、図５に示すように、一辺の長さＬｓが約２５μｍの正方形状のメサ９１０が形成されており、メサ９１０の上面には、ロの字状に上部電極９１３が形成されており、上部電極９１３の内側の開口領域９１４より、レーザ発振した光が出射される構造ものである。
【００４５】
上述した図４及び図５に示す構造の面発光レーザ素子を作製し、０．２ｍＡの電流を各々の面発光レーザ素子に注入し、メサの上面側において出射される光量を測定した。尚、図４及び図５に示す構造の面発光レーザ素子における発振閾値電流は、約０．５ｍＡであるため、０．２ｍＡの電流は、この発振閾値以下の電流である。この結果、図４に示される本実施の形態における面発光レーザ素子は、図５に示される面発光レーザ素子よりも、検出される光量が約６％低下していた。このことは、図４に示される本実施の形態における面発光レーザ素子は、図５に示される面発光レーザ素子よりも、自然放出される光が約６％低下していることを意味する。即ち、図４及び図５における面発光レーザ素子には、発振閾値以下の電流が注入されているため、レーザ発振はしておらず、自然放出された光が出射される。メサの上面より出射される光の光量は双方とも略同じであるが、本実施の形態における面発光レーザ素子においては、メサ周囲の底部より出射される光が減るため、自然放出される光が約６％低下するものと考えられる。
【００４６】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。即ち、メサ２１０及び上部電極２１３の形状及び光反射膜２２０の形状等を除き、第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
〔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。本実施の形態における面発光レーザアレイは、第１の実施の形態または第２の実施の形態における面発光レーザが複数形成されているものである。図６に基づき本実施の形態における面発光レーザアレイについて説明する。本実施の形態における面発光レーザアレイは、第２の実施の形態の面発光レーザ素子において形成されたメサ２１０と同様のメサ３１０が４０個形成されているものであり、１つのメサ３１０には１つの面発光レーザが形成されている。即ち、図６に示される面発光レーザアレイには、４０個の面発光レーザが形成されている。尚、図６に示す面発光レーザアレイにおいては、メサ３１０間におけるメサ周囲の底部には、金属材料により形成された光反射膜３２０及び、各々のメサ３１０に接続されている配線３２１が形成されている。
【００４８】
また、図６に示す面発光レーザアレイでは、メサ３１０の間隔は、Ｘ軸方向がＹ軸方向よりも狭くなるように形成されている。このように、メサ３１０の間隔が異なると、メサ３１０を形成する際のドライエッチングにおけるマイクロローディング効果により、メサ３１０の間隔が狭い領域では、エッチングが浅くなり、メサ３１０の間隔の広い領域では、エッチングが深くなる。即ち、ドライエッチングにおけるエッチング深さにバラツキが生じやすくなる。しかしながら、本実施の形態における面発光レーザアレイは、第１の実施の形態における面発光レーザ素子の場合と同様に、メサ周囲における底面の位置が所望の位置よりも多少ずれたとしても、メサを形成する際のエッチングマージンが広いため、各々の面発光レーザにおける特性等は均一なものとなる。よって、面発光レーザアレイにおける面発光レーザの特性を向上させるとともに、均一性を高めることができる。
【００４９】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様である。
【００５０】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１または第２の実施の形態における面発光レーザ素子、または、第３の実施の形態における面発光レーザアレイを用いた画像形成装置であるレーザプリンタ１０００である。
【００５１】
図７に基づき、本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００について説明する。本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングユニット１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０等を備えている。尚、これらは、プリンタ筐体１０４４の中の所定位置に収容されている。
【００５２】
通信制御装置１０５０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。
【００５３】
感光体ドラム１０３０は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム１０３０は、矢印Ｘで示す方向に回転するようになっている。
【００５４】
帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングユニット１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に沿って、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングユニット１０３５の順に配置されている。
【００５５】
帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。
【００５６】
光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面を、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束により走査し、感光体ドラム１０３０の表面に画像情報に対応した潜像を形成する。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。
【００５７】
トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、このトナーは現像ローラ１０３２に供給される。
【００５８】
現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。
【００５９】
給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、この給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。このレジストローラ対１０３９は、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、この記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。
【００６０】
転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。
【００６１】
定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。
【００６２】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
【００６３】
クリーニングユニット１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１に対向する位置に戻る。
【００６４】
次に、図８に基づき光走査装置１０１０について説明する。光走査装置１０１０は、光源ユニット１１００、不図示のカップリングレンズ及び開口板、シリンドリカルレンズ１１１３、ポリゴンミラー１１１４、ｆθレンズ１１１５、トロイダルレンズ１１１６、２つのミラー（１１１７、１１１８）、及び上記各部を統括的に制御する不図示の制御装置を備えている。尚、光源ユニット１１００には、第１または第２の実施の形態における面発光レーザ素子、または、第３の実施の形態における面発光レーザアレイを含むものにより形成されている。
【００６５】
シリンドリカルレンズ１１１３は、光源ユニット１１００から出力された光を、ミラー１１１７を介してポリゴンミラー１１１４の偏向反射面近傍に集光する。
【００６６】
ポリゴンミラー１１１４は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向反射面が形成されている。 そして、不図示の回転機構により、矢印Ｙに示す方向に一定の角速度で回転されている。
【００６７】
従って、光源ユニット１１００から出射され、シリンドリカルレンズ１１１３によってポリゴンミラー１１１４の偏向反射面近傍に集光された光は、ポリゴンミラー１１１４の回転により一定の角速度で偏向される。
【００６８】
ｆθレンズ１１１５は、ポリゴンミラー１１１４からの光の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１１１４により一定の角速度で偏向される光の像面を、主走査方向に関して等速移動させる。 トロイダルレンズ１１１６は、ｆθレンズ１１１５からの光をミラー１１１８を介して、感光体ドラム１０３０の表面に結像する。
【００６９】
トロイダルレンズ１１１６は、ｆθレンズ１１１５を介した光束の光路上に配置されている。そして、このトロイダルレンズ１１１６を介した光束が、感光体ドラム１０３０の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１１１４の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１０３０上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。
【００７０】
ポリゴンミラー１１１４と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施の形態では、走査光学系は、ｆθレンズ１１１５とトロイダルレンズ１１１６とから構成されている。なお、ｆθレンズ１１１５とトロイダルレンズ１１１６の間の光路上、及びトロイダルレンズ１１１６と感光体ドラム１０３０の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されてもよい。
【００７１】
この場合に、面発光レーザアレイＬＡが、図９に示されるように配置されていると、面発光レーザアレイＬＡでは、各面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）の中心から副走査方向に対応する方向に垂線を下ろした時の副走査方向に対応する方向における各面発光レーザ素子の位置関係が等間隔（間隔ｄ２とする）となるので、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム１０３０上では副走査方向に等間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。例えば、副走査方向に対応した方向に関する面発光レーザ素子のピッチｄ１が２６．５μｍであれば、前記間隔ｄ２は２．６５μｍとなる。そして、光学系の倍率を２倍とすれば、感光体ドラム１０３０上では副走査方向に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）に対応している。すなわち、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。もちろん、主走査方向に対応する方向の面発光レーザ数を増加したり、前記ピッチｄ１を狭くして間隔ｄ２を更に小さくするアレイ配置としたり、光学系の倍率を下げる等を行えばより高密度化でき、より高品質の印刷が可能となる。なお、主走査方向の書き込み間隔は、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。
【００７２】
また、この場合には、レーザプリンタ１０００では書きこみドット密度が上昇しても面発光レーザ素子は高い単一基本横モード出力を発生させる事ができるので、印刷速度を落とすことなく印刷することができる。また、同じ書きこみドット密度の場合には印刷速度を更に速くすることができる。
【００７３】
また、この場合には、各発光部からの光束の偏光方向が安定して揃っているため、レーザプリンタ１０００では、高品質の画像を安定して形成することができる。
【００７４】
尚、本実施の形態における説明では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００７５】
例えば、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であってもよい。
【００７６】
また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。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等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。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できる。
【００７７】
本実施の形態では、第１または第２の実施の形態における面発光レーザ素子、又は、第３の実施の形態における面発光レーザアレイを用いているため、発振閾値以下の電流を注入した場合において、外部に出射される自然放出光を抑制することができる。このため動作電流よりも低い発振閾値以下の電流をＤＣバイアスとして印加した場合においても、自然放出光により感光体が感光されることを抑制することができるため、高品質な画像を得ることができる。また、第１または第２の実施の形態における面発光レーザ素子、または、第３の実施の形態における面発光レーザアレイは、高速動作も可能であるため画像形成を高速で行なうことができる。
【００７８】
〔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。第５の実施の形態は、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００である。
【００７９】
図１０に基づき、本実施の形態におけるカラープリンタ２０００について説明する。本実施の形態におけるカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用の「感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６」と、シアン用の「感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６」と、マゼンタ用の「感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６」と、イエロー用の「感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６」と、光走査装置２０１０と、転写ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。
【００８０】
各感光体ドラムは、図１０において示される矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転順にそれぞれ帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットが配置されている。各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置２０１０により光が照射され、各感光体ドラムに潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト２０８０上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット２０３０により記録紙に画像が定着される。
【００８１】
光走査装置２０１０は、第１または第２の実施の形態における面発光レーザ素子、または、第３の実施の形態における面発光レーザアレイを含む光源ユニットを、各々の色毎に有しており、第４の実施の形態において説明した光走査装置１０１０と同様の効果を得ることができる。また、カラープリンタ２０００は、この光走査装置２０１０を備えているため、第４の実施の形態におけるレーザプリンタ１０００と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
よって、本実施の形態におけるカラープリンタ２０００では、第１または第２の実施の形態における面発光レーザ素子、または、第３の実施の形態における面発光レーザアレイを用いているため、高品質の画像を高速で形成することができる。
【００８３】
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】
【００８４】
１０１      半導体基板
１０２      バッファ層
１０３      下部半導体ＤＢＲ
１０４      下部スペーサ層
１０５      活性層
１０６      上部スペーサ層
１０７      上部半導体ＤＢＲ
１０８      電流狭窄層
１０８ａ    選択酸化領域
１０８ｂ    電流狭窄領域
１０９      コンタクト層
１１０      メサ
１１０ａ    メサ周囲の底面
１１１      保護膜
１１３      上部電極
１１４      下部電極
１２０      光反射膜
１０００    レーザプリンタ（画像形成装置）
１０１０    光走査装置
２０００    カラープリンタ（画像形成装置）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８５】
【特許文献１】特開２００８−７８６１２号公報
【特許文献２】特開平６−１５２０４６号公報
【特許文献３】特開２００５−２０９７１７号公報
【図１】
2013175613.tif 000003
【図２】
2013175613.tif 000004
【図３】
2013175613.tif 000005
【図４】
2013175613.tif 000006
【図５】
2013175613.tif 000007
【図６】
2013175613.tif 000008
【図７】
2013175613.tif 000009
【図８】
2013175613.tif 000010
【図９】
2013175613.tif 000011
【図１０】
2013175613.tif 000012