(57)【要約】【課題】  電極の周囲で保護膜のみを透過する光と、さらにその外周で層間絶縁膜と保護膜とを透過する光が存在する場合でも、光の干渉が比較的起こりにくく発光効率が比較的高い光学素子および光学素子アレイを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明に係る光学素子は、半導体層部の上面のうち第２の絶縁膜に被覆された第１領域を介して出射される発光層からの光の位相と、半導体層部の上面のうち第１の絶縁膜および第２の絶縁膜に被覆された第２領域を介して出射される発光層からの光の位相とが、第２領域の表面を含む仮想平面で同位相となっている。【選択図】  図１
2013051243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に積層された、発光層を含む複数の半導体層からなる半導体層部と、該半導体層部の上面を該上面の一部を露出するように被覆した第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜上から前記半導体層部の露出した上面の一部にかけて配置された電極層と、該電極層、前記第１の絶縁膜および前記半導体層部の露出した上面を被覆した第２の絶縁膜とを有し、
前記半導体層部の上面のうち前記第２の絶縁膜に被覆された第１領域を介して出射される前記発光層からの光の位相と、前記半導体層部の上面のうち前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜に被覆された第２領域を介して出射される前記発光層からの光の位相とが、前記第２領域の表面を含む仮想平面で同位相となることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１の絶縁膜の厚みをｄ１、前記第２の絶縁膜の厚みをｄ２、前記第２の絶縁膜の屈折率をｎ２、前記第２の絶縁膜に接する１つの媒質の屈折率または複数の媒質の仮想屈折率をｎ０、前記半導体層部の前記発光層から前記第１の絶縁膜との界面までの屈折率をｎｐ、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜との仮想屈折率をｎ１＋２、前記半導体層部から発せられる光の波長をλ、ｘおよびｙを非負整数、ｚを正の整数とした場合に、下記式（１）〜（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
（４ｘ＋１）λ／８ｎ２≦ｄ２≦（４ｘ＋３）λ／８ｎ２  …（１）
（４ｙ＋１）λ／８ｎ１＋２≦ｄ１＋ｄ２≦（４ｙ＋３）λ／８ｎ１＋２  …（２）
（ｚ−１／４）λ≦ｄ１（ｎｐ−ｎ０）≦（ｚ＋１／４）λ  …（３）
【請求項３】
前記１つの媒質が空気であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記複数の媒質が、前記第２の絶縁膜を被覆するように形成された第３の絶縁膜および空気であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の絶縁膜の材質と前記第２の絶縁膜の材質とが同一であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記電極層が金属からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記基板上に請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子が複数配列されていることを特徴とする光学素子アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子および光学素子アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種露光装置等の光源に用いられる光学素子として、ＬＥＤチップが採用されている。例えば、特許文献１に記載の光学素子は、発光部を有する半導体層に電極が接続されており、該電極の周囲は保護膜のみで覆われ、さらにその外周は層間絶縁膜と保護膜とで覆われている。そして、保護膜の膜厚が光透過条件を満たすとともに、層間絶縁膜と保護膜とが重なった部分の膜厚の合計が光透過条件を満たしている。
【０００３】
しかしながら、このような光学素子では、電極の周囲の保護膜のみを透過する光と、さらにその外周の層間絶縁膜と保護膜とを透過する光とが干渉することにより、発光効率が低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１５０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、発光部を有する半導体層に電極が接続され、該電極の周囲で保護膜のみを透過する光と、さらにその外周で層間絶縁膜と保護膜とを透過する光が存在する場合でも、光の干渉が比較的起こりにくく発光効率が比較的高い光学素子および光学素子アレイ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】
【０００６】
本発明に係る光学素子は、基板と、該基板上に積層された、発光層を含む複数の半導体層からなる半導体層部と、該半導体層部の上面を該上面の一部を露出するように被覆した第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜上から前記半導体層部の露出した上面の一部にかけて配置された電極層と、該電極層、前記第１の絶縁膜および前記半導体層部の露出した上面を被覆した第２の絶縁膜とを有し、前記半導体層部の上面のうち前記第２の絶縁膜に被覆された第１領域を介して出射される前記発光層からの光の位相と、前記半導体層部の上面のうち前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜に被覆された第２領域を介して出射される前記発光層からの光の位相とが、前記第２領域の表面を含む仮想平面で同位相となることを特徴とする。
【０００７】
また、前記第１の絶縁膜の厚みをｄ１、前記第２の絶縁膜の厚みをｄ２、前記第２の絶縁膜の屈折率をｎ２、前記第２の絶縁膜に接する１つの媒質の屈折率または複数の媒質の仮想屈折率をｎ０、前記半導体層部の前記発光層から前記第１の絶縁膜との界面までの屈折率をｎｐ、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜との仮想屈折率をｎ１＋２、前記半導体層部から発せられる光の波長をλ、ｘおよびｙを非負整数、ｚを正の整数とした場合に、下記式（１）〜（３）を満足することを特徴とする。
【０００８】
（４ｘ＋１）λ／８ｎ２≦ｄ２≦（４ｘ＋３）λ／８ｎ２  …（１）
（４ｙ＋１）λ／８ｎ１＋２≦ｄ１＋ｄ２≦（４ｙ＋３）λ／８ｎ１＋２  …（２）
（ｚ−１／４）λ≦ｄ１（ｎｐ−ｎ０）≦（ｚ＋１／４）λ  …（３）
さらに、前記１つの媒質が空気であることを特徴とする。
【０００９】
また、前記複数の媒質が、前記第２の絶縁膜を被覆するように形成された第３の絶縁膜および空気であることを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記第１の絶縁膜の材質と前記第２の絶縁膜の材質とが同一であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記電極層が金属からなることを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記基板上に上述の光学素子が複数配列されていることを特徴とする光学素子アレイを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光学素子によれば、基板と、該基板上に積層された、発光層を含む複数の半導体層からなる半導体層部と、該半導体層部の上面を該上面の一部を露出するように被覆した第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜上から前記半導体層部の露出した上面の一部にかけて配置された電極層と、該電極層、前記第１の絶縁膜および前記半導体層部の露出した上面を被覆した第２の絶縁膜とを有し、前記半導体層部の上面のうち前記第２の絶縁膜に被覆された第１領域を介して出射される前記発光層からの光の位相と、前記半導体層部の上面のうち前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜に被覆された第２領域を介して出射される前記発光層からの光の位相とが、前記第２領域の表面を含む仮想平面で同位相となることにより、発光層を有する半導体層部に電極が接続され、該電極の周囲で前記第１領域を透過する光と、さらにその外周で前記第２領域とを透過する光が存在する場合でも、前記第２領域の表面を含む仮想平面で前記第１領域を透過する光の位相と、前記第２領域とを透過する光の位相が同位相となる。
【００１４】
よって、本実施形態の光学素子によれば、光の干渉が比較的起こりにくく発光効率が比較的高い発光素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施形態に係る光学素子の平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の１Ｉ−１Ｉ線に沿った断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示した光学素子を構成するアノード電極と絶縁膜の関係を説明するための図である。図２（ｂ）は図２（ａ）の２Ｉ−２Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】図３（ａ）は光学素子を構成するアノード電極と絶縁膜の関係を説明するための図である。図３（ｂ）は図３（ａ）の３Ｉ−３Ｉ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（光学素子）
以下、本発明の光学素子１について、図面を参照しつつ説明する。以下の実施の形態は例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１に示す光学素子１は、ページプリンター等の電子写真装置に組み込まれる光学素子ヘッド等の露光装置における光源として機能する。
【００１８】
光学素子１は、長方形状のベース基板１０と、半導体層部２０と、アノード電極３０と、カソード電極３１と、第１の絶縁膜４０と、第２の絶縁膜４１とを備えている。
【００１９】
長方形状のベース基板１０は半導体層部２０の支持体として機能し、半導体層部２０の
結晶成長が可能である珪素（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の単結晶材料からなる。本実施形態のベース基板１０はガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなっており、ｎ型の導電性を有している。このベース基板１０には、例えばｎ型の不純物である珪素（Ｓｉ）が１×１０１７〜１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲の濃度でドーピングされている。なお、ｎ型の
不純物としては、珪素（Ｓｉ）の他に、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）などの周期表第１４族元素や第１６族元素が挙げられる。また、ベース基板１０は、厚さが例えば１００〜３５０μｍの範囲とされる。
【００２０】
半導体層部２０は、ベース基板１０の上面に積層された、複数の半導体層で形成されている。本実施形態では、ベース基板１０側から順次積層された、ｎ型クラッド層２０ａ、活性層２０ｂ、ｐ型クラッド層２０ｃ、ｐ型コンタクト層２０ｄによって構成されている。
【００２１】
半導体層部２０を構成する各半導体層２０ａ〜２０ｄは、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長：Ｍｅｔａｌ−Oｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用い、ベース基板１０の上面に順次エピタキシャル成長させることによって形成される。
【００２２】
ｎ型クラッド層２０ａはベース基板１０の上面に設けられており、後述する活性層２０ｂよりも屈折率が小さく、バンドギャップエネルギーが高い層である。活性層２０ｂよりも屈折率が低いことにより、活性層２０ｂで発した光を活性層２０ｂ近辺に閉じ込めることにより、発光出力を比較的高くする機能を有する。また、活性層２０ｂよりもバンドギャップエネルギーが高い層であることにより、活性層２０ｂとの境界において電位障壁を設け、この電位障壁によって電子および正孔をせき止める機能を有する。
【００２３】
本実施形態のｎ型クラッド層２０ａは、燐化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＰ）からなっており、ｎ型の導電性を有している。このｎ型クラッド層２０ａには、例えばｎ型の不純物である珪素（Ｓｉ）が１×１０１７〜１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲の
濃度でドーピングされている。なお、ｎ型の不純物としては、珪素（Ｓｉ）の他に、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）などの周期表第１４族元素や第１６族元素が挙げられる。また、ｎ型クラッド層２０ａは、厚さが例えば０．４〜１μｍの範囲とされる。
【００２４】
活性層２０ｂは、ｎ型クラッド層２０ａの上面に設けられており、この活性層２０ｂに電流が流れることで発光する機能を有する。そのため、活性層２０ｂは発光層とも呼ばれる。
【００２５】
本実施形態の活性層２０ｂは、燐化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）からなっており、不純物はドーピングされていない。また、活性層２０ｂは、厚さが例えば０．３〜１μｍの範囲とされる。
【００２６】
ｐ型クラッド層２０ｃは、活性層２０ｂの上面に設けられており、ｎ型クラッド層２０ａと同様、活性層２０ｂよりも屈折率が小さく、バンドギャップエネルギーが高い層であり、発光出力を比較的高くする機能や電子および正孔をせき止める機能を有する。
【００２７】
本実施形態のｐ型クラッド層２０ｃは、燐化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＰ）からなっており、ｐ型の導電性を有している。このｐ型クラッド層２０ｃには、例えばｐ型の不純物である亜鉛（Ｚｎ）が、１×１０１７〜１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲
の濃度でドーピングされている。なお、ｐ型の不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）の他に、例えばベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、炭素（Ｃ）などの元素が挙げられる。また、ｐ型クラッド層２０ｃは、厚さが例えば０．４〜１μｍの範囲とされる。
【００２８】
ｐ型コンタクト層２０ｄは、ｐ型クラッド層２０ｃの上面に設けられており、半導体層部２０に電力を供給することを可能にする機能を有し、オーミックコンタクト層または電流拡散層とも呼ばれる。
【００２９】
本実施形態のｐ型コンタクト層２０ｄは燐化ガリウム（ＧａＰ）からなっており、ｐ型の導電性を有している。このｐ型コンタクト層２０ｄには、例えばｐ型の不純物である亜鉛（Ｚｎ）が、１×１０１７〜１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲の濃度でドーピン
グされている。なお、ｐ型の不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）の他に、例えばベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、炭素（Ｃ）などの元素が挙げられる。また、ｐ型クラッド層２０ｃは、厚さが例えば０．１〜１．５μｍの範囲とされる。
【００３０】
第１の絶縁膜４０ａは、ベース基板１０および半導体層部２０を覆うように設けられており、半導体層部２０と後述するアノード電極３０とを絶縁する機能を有する。第１の絶縁膜４０ａは、例えば化学蒸着法（ＣＶＤ法）等によって窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化珪素（ＳｉＯ２）等で形成される。なお、本実施形態に係る第１の絶縁膜４０は窒化珪素（ＳｉＮ）である。そして、ｐ型コンタクト層２０ｄを覆っている第１の絶縁膜４０の一部には開口４０ａが設けられており、この開口４０ａを介して、ｐ型コンタクト層２０ｄとアノード電極３０は接続される。
【００３１】
アノード電極３０は、第１の絶縁膜４０の上面に形成されており、半導体層部２０に電力を供給する機能を有する。アノード電極３０は、リード部３０ａおよびパッド部３０ｂを有している。
【００３２】
リード部３０ａは、第１の絶縁膜４０の有する開口４０ａを介して半導体層部２０の最上層に位置するｐ型コンタクト層２０ｄの上面とパッド部３０ｂとを接続している。このリード部３０ａおよびパッド部３０ｂによって構成されるアノード電極３０は、例えば厚さが２５０Å程度のクロム（Ｃｒ）層と、厚さが１μｍ程度の金（Ａｕ）層と、の積層体で形成することができる。
【００３３】
第２の絶縁膜４１は、アノード電極３０、第１の絶縁膜４０および第１の絶縁膜４０の有する開口４０ａの内側に位置する半導体層部２０の露出した上面を覆うように設けられており、半導体層部２０およびアノード電極３０を外部との接触や外部環境より保護する機能を有する。そして、アノード電極３０のパッド部３０ｂの一部を露出するように開口４１ａが設けられている。この開口部４１ａの内側に露出したパッド部３０ｂがワイヤーボンディング等により外部と電気的に接続される。
【００３４】
第２の絶縁膜４１は、例えば化学蒸着法（ＣＶＤ法）等によって窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）等で形成される。なお、本実施形態に係る第２の絶縁膜４１は窒化珪素（ＳｉＮ）である。
【００３５】
ベース基板１０の、半導体層部２０が形成されている上面と反対側の底面の上に、当該底面の全体にわたってカソード電極３１が設けられている。このカソード電極３１は、例えば厚さが２５０Å程度のクロム（Ｃｒ）層と、厚さが５００〜１０００Å程度の金（Ａｕ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）の合金層と、厚さが２５０Å程度のクロム（Ｃｒ）層と
、厚さが１μｍ程度の金（Ａｕ）層と、の積層体で形成することができる。
【００３６】
上述のように構成された発光素子１は、アノード電極３０とカソード電極３１との間に電力を印加することにより半導体層部２０に電力が供給され、結果として活性層２０ｂが発光する。
【００３７】
ここで、第１の絶縁膜４０の開口４０ａと、アノード電極３０のリード部３０ａと、第２の絶縁膜４１との関係を詳しく説明する。
【００３８】
まず、第１の絶縁膜４０の開口４０ａと、アノード電極３０のリード部３０ａとの寸法の関係を図２により説明する。なお、図２には第２の絶縁膜４１は図示していない。
【００３９】
図２に示すように、第１の絶縁膜４０の開口４０ａは、ｐ型コンタクト層２０ｄの一部を露出するように形成され、略矩形状をなしている。そして、アノード電極３０のパッド部３０ｂからリード部３０ａに向かう方向と垂直な方向の開口４０ａの幅Ｗ１は、パッド部３０ｂからリード部３０ａに向かう方向と垂直な方向のリード部３０ａの幅Ｗ２よりも広くされている。その理由は、半導体層部２０に電力が供給され、活性層２０ｂが発光したときの発光強度は、開口４０ａ内のリード部３０ａとｐ型コンタクト層２０ｄとが接している領域で最も高くなることが経験的に分かっているためである。つまり、リード部３０ａのエッジ部（図２（ａ）の一点鎖線で囲まれたエッジ部）で最も高くなる。その他リード部３０ａとｐ型コンタクト層２０ｄが接している領域は、リード部３０ａ自身が光を遮るマスクとして働き、外部に直接照射されることはない。
【００４０】
仮に、図３に示すように、アノード電極３０のパッド部３０ｂからリード部３０ａに向かう方向と垂直な方向の開口４０ａの幅Ｗ３が、パッド部３０ｂからリード部３０ａに向かう方向と垂直な方向のリード部３０ａの幅Ｗ４よりも狭くされている場合には、開口４０ａ内でｐ型コンタクト層２０ｄと接しているリード部３０ａのエッジ部は図３（ａ）の一点鎖線で囲まれた部分となり、上述の開口４０ａの幅W1がリード部３０ａの幅Ｗ２よりも広い場合と比べて発光強度が最も高くなる領域が少なくなる。
【００４１】
よって、発光素子１の発光強度を比較的高くするために、アノード電極３０のパッド部３０ｂからリード部３０ａに向かう方向と垂直な方向の開口４０ａの幅Ｗ１は、パッド部３０ｂからリード部３０ａに向かう方向と垂直な方向のリード部３０ａの幅Ｗ２よりも広くされていることが重要である。
【００４２】
しかしながら、上述のようにアノード電極３０のパッド部３０ｂからリード部３０ａに向かう方向と垂直な方向の開口４０ａの幅Ｗ１が、パッド部３０ｂからリード部３０ａに向かう方向と垂直な方向のリード部３０ａの幅Ｗ２よりも広くされている構成の場合、活性層２０ｂで発せられた光は、半導体層部２０の上面のうち、第２の絶縁膜４１に被覆された第１領域４３を介して出射される光と、半導体層部２０の上面のうち第１の絶縁膜４０および第２の絶縁膜４１に被覆された第２領域４４を介して出射される光とが存在する。すなわち、活性層２０ｂで発せられた光は、ｐ型クラッド層２０ｃ、ｐ型コンタクト層２０ｄおよび第２の絶縁膜４１を介して、第２の絶縁膜４１に接する外部の媒質５０に出射される光（第１領域４３を介して出射される光に相当）と、ｐ型クラッド層２０ｃ、ｐ型コンタクト層２０ｄ、第１の絶縁膜４０および第２の絶縁膜４１を介して、媒質５０に出射される光（第２領域４４を介して出射される光に相当）とが存在する。つまり、第１領域４３を介して媒質５０に出射される光の光路長と、第２領域４４を介して媒質５０に出射される光の光路長とは異なる。なお、本実施形態の媒質５０は空気である。光学素子１が窒素雰囲気で使用される場合などは媒質５０が窒素（N２）となるなど、媒質５０を
特に限定する必要はない。
【００４３】
上述のように第１領域４３を介して出射される光と、第２領域４４を介して出射される光の光路長が異なる場合には、活性層２０ｂで発せられた光を効率よく取り出すために、第１領域４３および第２領域４４を介して媒質５０に出射される光が、それぞれ第２の絶縁膜４１と媒質５０との界面で反射することがないように、第１領域４３に対応する第２の絶縁膜４１の厚みｄ２、第２領域４４に対応する第１の絶縁膜４０の厚みと第２の絶縁膜４１の厚みｄ１＋ｄ２とを調整するのが一般的である。一般的に、無反射条件は、ｄ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎ（ｄ：絶縁膜の厚み、ｍ：非負整数、λ：発せられる光の波長、ｎ：絶縁膜の屈折率）で表わされる。
【００４４】
まず、第１領域４３を介して発せられる光の、第２の絶縁膜４１と媒質５０との界面での無反射条件を検討する。第２の絶縁膜４１の厚みをｄ２、ｍを非負整数、λを発せられる光の波長、第２の絶縁膜４１の屈折率をｎ２とした場合に、ｄ２＝（２ｍ＋１）λ／（４ｎ２）を満足するように第２の絶縁膜４１の厚みｄ２を設定すると第２の絶縁膜４１と媒質５０との界面で反射が起こらず、効率よく光が取り出せる。理想的には第２の絶縁膜４１の厚みｄ２が上式を満足するように一定にすることであるが、現実的には第２の絶縁膜４１の厚みｄ２は製造上等のばらつきを有するため、第２の絶縁膜４１の厚みをｄ２、ｘを非負整数、λを発せられる光の波長、第２の絶縁膜４１の屈折率をｎ２として、下記式（１）を満足するように設定する。
【００４５】
（４ｘ＋１）λ／（８ｎ２）≦ｄ２≦（４ｘ＋３）λ／（８ｎ２）  …（１）
式（１）は、光の位相が最大で八分の一波長ずれる場合を考慮したもので、光の強度は干渉により最大値の５０％程度となる。好適には（８ｙ＋３）λ／（１６ｎ２）≦ｄ２≦（８ｙ＋５）λ／（１６ｎ２）を満足するように設定する。これは、光の位相が最大で十六分の一波長ずれた場合を考慮したもので、光の強度は干渉により最大値の８５％程度となる。
【００４６】
次に、第２領域４４を介して発せられる光の、第２の絶縁膜４１と媒質５０との界面での無反射条件を検討する。第１の絶縁膜４０の厚みをｄ１、第１の絶縁膜４０と第２の絶縁膜４１との仮想屈折率をｎ１＋２、ｍを非負整数とした場合に、ｄ１＋ｄ２＝（２ｍ＋１）λ／（４ｎ１＋２）を満足するように第１の絶縁膜４０の厚みｄ１および第２の絶縁膜４１の厚みｄ２を設定すると第２の絶縁膜４１と媒質５０との界面で反射が起こらず、効率よく光が取り出せる。理想的には第１の絶縁膜４０の厚みｄ１および第２の絶縁膜４１の厚みｄ２が上式を満足するように一定にすることであるが、現実的には第２の絶縁膜４１の厚みｄ２は製造上等のばらつきを有するため、第１の絶縁膜４０の厚みをｄ１、第２の絶縁膜４１の厚みをｄ２、ｙを非負整数、λを発せられる光の波長、第１の絶縁膜４０および第２の絶縁膜４１の仮想屈折率をｎ１＋２、として、下記式（２）を満足するように設定する。
【００４７】
（４ｙ＋１）λ／（８ｎ１＋２）≦ｄ１＋ｄ２≦（４ｙ＋３）λ／（８ｎ１＋２）  …（２）
式（２）は、光の位相が最大で八分の一波長ずれる場合を考慮したもので、光の強度は干渉により最大値の５０％程度となる。好適には（８ｙ＋３）λ／（１６ｎ１＋２）≦ｄ１＋ｄ２≦（８ｙ＋５）λ／（１６ｎ１＋２）を満足するように設定する。これは、光の位相が最大で十六分の一波長ずれた場合を考慮したもので、光の強度は干渉により最大値の８５％程度となる。
【００４８】
ここで、仮想屈折率の求め方について説明する。単純化するため、屈折率Ｎ２の下地層の上に屈折率Ｎ１の薄膜を厚さがｈ１となるように被着した場合の合成屈折率ＮＨを検討する。
【００４９】
仮想屈折率ＮＨは下記式（Ａ）で求められる。
【００５０】
ＮＨ＝Ｎ１×｛１−ｒｅｘｐ（−２ｉφ）｝／｛１＋ｒｅｘｐ（−２ｉφ）｝  …（Ａ）
式（Ａ）において、ｒは下地層と薄膜との界面の反射率のことであり、下記式（Ｂ）で求められる。
【００５１】
ｒ＝（Ｎ１−Ｎ２）／（Ｎ１＋Ｎ２）  …（Ｂ）
また、式（Ａ）において、φは下記式（Ｃ）で求められる。式（Ｃ）において、λは光の波長である。
【００５２】
φ＝（２πＮ１ｈ１）／λ  …（Ｃ）
上の説明では、単純に異なる二層の物質の仮想屈折率を求めたが、複数層の場合には、上で説明した方法を繰り返すことにより仮想屈折率を求める。
【００５３】
上記の仮想屈折率を求める方法は仮想光学定数法と呼ばれるものだが、その他のマトリックス法等により仮想屈折率を求めることもできる。
【００５４】
式（１）および式（２）を満足するように第１の絶縁膜４０の厚みｄ１および第２の絶縁膜４１の厚みｄ２とすることで、第１領域４３を介して出射される光と第２領域４４を介して出射される光が、それぞれ第２の絶縁膜４１と媒質５０との界面で反射することを比較的低減することができる。
【００５５】
しかしながら、第１領域４３を介して出射される光と第２領域４４を介して出射される光が干渉することにより打ち消しあい、光学素子１としての発光強度を低下させる場合がある。
【００５６】
そこで、第１領域４３を介して出射される光と第２領域４４を介して出射される光が干渉することを比較的抑制するためには、第１領域４３を介して出射される光の光路と第２領域４４を介して出射される光の光路との差が発せられる光の波長λの整数倍となるように設定することが重要である。
【００５７】
なお、第１領域４３を介して出射される光と第２領域４４を介して出射される光との光路差を検討する場合、ｎ型クラッド層２０ａと活性層２０ｂとの界面半導体層部２０の上面まではそれぞれの領域で共通であるので、半導体層部２０の上面から第１の絶縁膜４０の上面に形成される第２の絶縁膜４１の表面を含む仮想平面までの光路差を検討すればよい。
【００５８】
ｎ型クラッド層２０ａと活性層２０ｂとの界面半導体層部２０の上面までの領域の仮想屈折率をｎｐ、媒質５０の屈折率をｎ０、第１の絶縁膜４０の厚みをｄ１、第２の絶縁膜４１の厚みをｄ２とした場合、第１領域４３を介して発せられる光の光路は、ｎｐｄ２＋ｎ０ｄ１で表わされ、第２領域４４を介して発せられる光の光路は、ｎｐ（ｄ１＋ｄ２）で表わされる。よって、第１領域４３を介して出射される光と第２領域４４を介して出射される光との光路差は、ｎｐ（ｄ１＋ｄ２）よりｎｐｄ２＋ｎ０ｄ１を引いた、ｄ１（ｎｂ−ｎ０）となる。
【００５９】
したがって、第１領域４３を介して出射される光と、第２領域４４を介して出射される光とが干渉することを比較的抑制するためには、ｄ１（ｎｂ−ｎ０）＝ｍλ（ｍ：非負整数）を満足するように第１の絶縁膜４０の厚みｄ１を設定すればよい。理想的には第１の
絶縁膜４０の厚みｄ１が上式を満足するように設定することであるが、現実的には第１の絶縁膜４０の厚みｄ１は製造上等のばらつきを有するため、下記式（３）を満足するように設定する。
【００６０】
（ｚ−１／４）λ≦ｄ１（ｎｐ−ｎ０）≦（ｚ＋１／４）λ  …（３）
式（３）は、光の位相が最大で四分の一波長ずれた場合を考慮したもので、光の強度は干渉により最大値の５０％程度となる。好適には（ｚ−１／８）λ≦ｄ１（ｎｂ−ｎ０）≦（ｚ＋１／８）λを満足するように設定する。これは、光の位相が最大で八分の一波長ずれた場合を考慮したもので、光の強度は干渉により最大値の８５％程度となる。
【００６１】
なお、本実施形態の発光素子１は、ダブルへテロ構造の発光素子として記載したが、単なるヘテロ構造であってもよく、発光素子の構造を特に限定するものではない。
【００６２】
また、本実施形態の発光素子１は、ベース基板１０の上面に一つの発光素子１を配置しているが、ベース基板１０の上面に複数の発光素子１を配置させた光学素子アレイとしてもよい。
【００６３】
かくして、上述した光学素子１は、ページプリンター等の電子写真装置に組み込まれる光学素子ヘッド等の露光装置における光源として機能する。
【００６４】
以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００６５】
例えば、本実施形態の絶縁膜は第１の絶縁膜４０および第２の絶縁膜４１であるが、さらに第２の絶縁膜を被覆するように第３の絶縁膜を形成してもよい。この場合、第２の絶縁膜４１に接する媒質は、第３の絶縁膜と空気とからなる複数の媒質となり、屈折率は上述した仮想光学定数法等により仮想屈折率として求める。第３の絶縁膜は、ポリイミド合成樹脂、感光性樹脂、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミドシリコンなどからなり、厚みは２０００〜２００００Å程度に形成する。第３の絶縁膜を形成することにより、半導体層部２０の物理的な保護を比較的高くすることができる。
【００６６】
本実施形態の光学素子１は、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体発光ダイオードであるが、直流駆動方式または交流駆動方式の無機エレクトロルミネッセンスを採用してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１  光学素子
１０  ベース基板
２０  半導体層部
２０ａ  ｎ型クラッド層
２０ｂ  活性層
２０ｃ  ｐ型クラッド層
２０ｄ  ｐ型コンタクト層
３０  アノード電極
３０ａ  リード部
３０ｂ  パッド部
３１  カソード電極層
４０  第１の絶縁膜
４０ａ  開口
４１  第２の絶縁膜
４１ａ  開口
４３  第１領域
４４  第２領域
５０  媒質
【図１】
2013051243.tif 000003
【図２】
2013051243.tif 000004
【図３】
2013051243.tif 000005