JP2016127175A - 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及びレーザ装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】特性の均一化を図ることができる面発光レーザアレイを提供する。
【解決手段】 複数の素子は、複数の第１の素子と第２の素子と第３の素子とからなっている。第１の素子は発光素子であり、第２の素子及び第３の素子は、発光及び発熱しない素子である。複数の第１の素子は、ｙ軸方向に関して第１の間隔で隣接するところと、ｙ軸方向に関して第１の間隔よりも大きい第２の間隔で隣接するところとを含んで配置されている。第２の素子は、ｙ軸方向に関して第２の間隔で隣接する２つの第１の素子の間に配置されている。ｙ軸方向に関して隣接する第１の素子と第２の素子との間隔は、第１の間隔と同じである。
【選択図】図６

Description

本発明は、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及びレーザ装置に係り、更に詳しくは、複数の発光部を有する面発光レーザアレイ、該面発光レーザアレイを有する光走査装置、該光走査装置を備える画像形成装置、及び前記面発光レーザアレイを有するレーザ装置に関する。

電子写真方式の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられている。この画像形成装置は、一般的に光走査装置を備え、光偏向器（例えば、ポリゴンミラー）を用いて、感光性を有するドラム（以下では、「感光体ドラム」ともいう）の表面をレーザ光で走査し、該ドラムの表面に潜像（静電潜像）を形成している。

近年、画像形成装置では、画像出力の高速化が求められている。これを実現するための方法として、（１）光走査装置の走査速度を高速化する、（２）光源を高出力化する、（３）感光体ドラムを高感度化する、ことが考えられる。

この方法では、筐体の補強、位置制御方法の開発、高出力レーザの開発、高感度感光体の開発などが必要となり、多大なコストと時間を必要とする。

ところで、画像の解像度が２倍になった場合、主走査及び副走査ともに２倍の時間が必要になるため、画像出力に４倍の時間が必要になる。従って、画像の高精細化を実現するには、画像出力の高速化も同時に達成する必要がある。

画像出力の高速化を実現するための別の方法として、光源から射出される光を複数本化（マルチビーム化）することが考えられる。この方法では、ｎ本の光を用いた場合、１本の光を用いた場合と比較して、１回の走査で潜像が形成される領域はｎ倍となり、画像形成に必要な時間は１／ｎとなる。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、１つのチップに複数の端面発光型半導体レーザを有するマルチビーム半導体レーザが開示されている。このマルチビーム半導体レーザは、構造上、コスト上（精度上）から、４ビーム（２ビーム×２、４ビーム×１）もしくは８ビーム（２ビーム×４、４ビーム×２）程度が限界であった。

近年、垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ；「ＶＣＳＥＬ」とも呼ばれている。）が登場してきた。なお、以下では、垂直共振器型の面発光レーザを、単に面発光レーザともいう。面発光レーザ素子は、端面発光型半導体レーザよりも多くを集積することが容易である。

例えば、特許文献３には、複数の面発光レーザ素子を備え、第１の方向に並ぶ少なくとも２個の面発光レーザ素子をそれぞれが含む複数の素子列が第１の方向に垂直な第２の方向に並ぶように二次元に配置され、第１の方向に関して、複数の面発光レーザ素子は等間隔であり、複数の面発光レーザ素子の第１又は第２の方向における間隔は、当該面発光レーザアレイの周辺部よりも中央部が広い面発光レーザアレイが開示されている。

また、特許文献４には、実際に使用する面発光レーザ素子群からなる二次元アレイの周囲に、該実際に使用する面発光レーザ素子と同じポスト構造を有し且つ実際には面発光レ−
ザ素子として使用しないダミー素子を、隣接する面発光レーザ素子間の間隔、隣接するダミー素子間の間隔、及び隣接する面発光レーザ素子とダミー素子との間の間隔が各々同一になる配列で配置したことを特徴とする面発光レーザアレイ装置が開示されている。

近年、画像形成装置では、画像出力の高速化とともに、画像品質の向上も要求されるようになってきた、そして、それに伴って、面発光レーザアレイに対して、更なる特性の均一化が求められている。しかしながら、従来の面発光レーザアレイでは、その要求に応えるのは困難であった。

しかしながら、

本発明は、複数の素子を有する面発光レーザアレイにおいて、前記複数の素子は、複数の第１の素子と、該第１の素子よりも発熱量が小さい第２の素子とを含み、前記複数の第１の素子は、第１の間隔で隣接するところと、前記第１の間隔よりも大きい第２の間隔で隣接するところとを含んで配置され、前記第２の素子は、前記第２の間隔で隣接する２つの第１の素子の間に配置されている面発光レーザアレイである。

本発明の面発光レーザアレイによれば、特性の均一化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を説明するための図である。 図１における光走査装置を説明するための図（その１）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その２）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その３）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その４）である。 面発光レーザアレイ１０を説明するための図である。 第１の素子の配列を説明するための図である。 第２の素子の配列を説明するための図である。 第３の素子の配列を説明するための図である。 図１０（Ａ）は第１の素子の平面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザアレイ１０の基板を説明するための図である。 面発光レーザアレイ１０の製造方法を説明するための図（その１）である。 面発光レーザアレイ１０の製造方法を説明するための図（その２）である。 面発光レーザアレイ１０の製造方法を説明するための図（その３）である。 面発光レーザアレイ１０の製造方法を説明するための図（その４）である。 面発光レーザアレイ１０の製造方法を説明するための図（その５）である。 面発光レーザアレイ１０の製造方法を説明するための図（その６）である。 面発光レーザアレイ１０の製造方法を説明するための図（その７）である。 図１９（Ａ）は第２の素子の平面図であり、図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２０（Ａ）は第３の素子の平面図であり、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。 面発光レーザアレイ１０と主走査対応方法及び副走査対応方法との関係を説明するための図である。 面発光レーザアレイ１０の比較例１を説明するための図である。 面発光レーザアレイ１０の比較例２を説明するための図である。 面発光レーザアレイ１１を説明するための図である。 面発光レーザアレイ１１の比較例Ａを説明するための図である。 面発光レーザアレイ１１の比較例Ｂを説明するための図である。 図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）は、それぞれレーザアニール装置の概略構成を説明するための図である。 レーザ加工機の概略構成を説明するための図である。

複数の光を用いて良質な画像形成を行うには、各光の均一性が不可欠であり、このためには、各発光部の特性が均一である必要がある。複数の発光部が二次元配列された面発光レーザアレイの場合、多くの発光部を密集した状態で作製（アレイ化）されるが、その際、周囲の発光部の影響により、中心部と周辺部の発光部の特性が異なるおそれがあった。なお、以下では、煩雑さを避けるため、複数の発光部が二次元配列された面発光レーザアレイを「二次元面発光レーザアレイ」ともいう。

また、二次元面発光レーザアレイでは、複数の発光部が狭ピッチで密集しているため、駆動中に、隣接する発光部の熱的クロストークの影響を極めて受けやすい。熱的クロストークの影響は、中心部と周辺部とでは異なることが容易に予想される。すなわち、中心付近の発光部ほど、他の発光部からの影響（熱的クロストーク）をより多く受けることが考えられる。その結果、個々に駆動された場合は全く同等の特性を有する発光部であっても、同時に駆動された場合は、中心部と周辺部の発光部の特性にばらつきが生じるおそれがある。このような現象は、潜像の均一化を妨げる可能性が高い。

特許文献３に開示されている面発光レーザアレイでは、複数の発光部を配列する際のレイアウトを工夫し、中心部における発光部の間隔を周辺部における発光部の間隔よりも広げることにより、熱的クロストークを緩和している。

特許文献４に開示されている面発光レーザアレイ装置では、発光部の製造上のばらつきを抑制するため発光部の間隔を均等にし、さらに最外周に発光部と同形状のダミー素子を同一間隔で配置している。

しかしながら、特許文献３に開示されている面発光レーザアレイでは、製造上のばらつきが避けられず、特許文献４に開示されている面発光レーザアレイ装置では、熱的クロストークが避けられない。すなわち、いずれも、複数の発光部における特性のばらつきを解消することは困難であった。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２３に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ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、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着装置２０５０、給紙コロ２０５４、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

通信制御装置２０８０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。

プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、通信制御装置２０８０を介して受信した上位装置からの多色の画像情報を光走査装置２０１０に通知する。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。そして、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転する。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、プリンタ制御装置２０９０からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて色毎に変調された光で、対応する帯電された感光体ドラムの表面を走査する。これにより、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。すなわち、ここでは、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。また、各感光体ドラムが像担持体である。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像装置の方向に移動する。なお、光走査装置の構成については後述する。

各感光体ドラムの長手方向は「主走査方向」と呼ばれ、感光体ドラムの回転方向は「副走査方向」と呼ばれている。

各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジ（図示省略）からのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出す。該記録紙は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出される。これにより、転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。カラー画像が転写された記録紙は、定着装置２０５０に送られる。

定着装置２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。トナーが定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次積み重ねられる。

各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラム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の表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。

光走査装置２０１０は、一例として図２〜図５に示されるように、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２０１ｂ、２２０１ｃ、２２０１ｄ）、４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）、４つのシリンドリカルレンズ（２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ、２２０４ｄ）、光偏向器２１０４、４つの走査レンズ（２１０５ａ、２１０５ｂ、２１０５ｃ、２１０５ｄ）、６枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ｂ、２１０８ｃ）、及び不図示の走査制御装置などを備えている。

なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向（回転軸方向）に沿った方向をＸ軸方向、光偏向器２１０４の回転軸に平行な方向をＺ軸方向として説明する。

また、以下では、各光学部材において、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源２２００ａとカップリングレンズ２２０１ａと開口板２２０２ａとシリンドリカルレンズ２２０４ａと走査レンズ２１０５ａと折り返しミラー２１０６ａは、感光体ドラム２０３０ａに潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｂとカップリングレンズ２２０１ｂと開口板２２０２ｂとシリンドリカルレンズ２２０４ｂと走査レンズ２１０５ｂと折り返しミラー２１０６ｂと折り返しミラー２１０８ｂは、感光体ドラム２０３０ｂに潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｃとカップリングレンズ２２０１ｃと開口板２２０２ｃとシリンドリカルレンズ２２０４ｃと走査レンズ２１０５ｃと折り返しミラー２１０６ｃと折り返しミラー２１０８ｃは、感光体ドラム２０３０ｃに潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｄとカップリングレンズ２２０１ｄと開口板２２０２ｄとシリンドリカルレンズ２２０４ｄと走査レンズ２１０５ｄと折り返しミラー２１０６ｄは、感光体ドラム２０３０ｄに潜像を形成するための光学部材である。

各カップリングレンズは、対応する光源から射出された光の光路上に配置され、該光を略平行光とする。

各開口板は、開口部を有し、対応するカップリングレンズを介した光を整形する。

各シリンドリカルレンズは、対応する開口板の開口部を通過した光を、光偏向器２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

各光源と光偏向器２１０４との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。

光偏向器２１０４は、２段構造のポリゴンミラーを有している。各ポリゴンミラーは、４面の偏向反射面を有している。そして、１段目（下段）のポリゴンミラーではシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光がそれぞれ偏向され、２段目（上段）のポリゴンミラーではシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光及びシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光がそれぞれ偏向されるように配置されている。なお、１段目のポリゴンミラー及び２段目のポリゴンミラーは、互いに位相が略４５°ずれて回転し、書き込み走査は１段目と２段目とで交互に行われる。

光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光は、走査レンズ２１０５ａ、及び折り返しミラー２１０６ａを介して、感光体ドラム２０３０ａに導光される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光は、走査レンズ２１０５ｂ、及び２枚の折り返しミラー（２１０６ｂ、２１０８ｂ）を介して、感光体ドラム２０３０ｂに導光される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光は、走査レンズ２１０５ｃ、及び２枚の折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０８ｃ）を介して、感光体ドラム２０３０ｃに導光される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光は、走査レンズ２１０５ｄ、及び折り返しミラー２１０６ｄを介して、感光体ドラム２０３０ｄに導光される。

各感光体ドラム表面の光スポットは、光偏向器２１０４の回転に伴って感光体ドラムの長手方向（主走査方向）に沿って移動する。

光偏向器２１０４と各感光体ドラム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。

各光源は、一例として図６に示されるように、複数の素子を有する面発光レーザアレイ１０を含んでいる。ここでは、面発光レーザアレイ１０は、６３個の素子を有している。６３個の素子は、２５個の第１の素子と、１０個の第２の素子と、２８個の第３の素子とからなっている。ここでは、メサあるいはポストの構造を有する部分を素子という。なお、素子と素子の間は、空間であってもいいし、素子を構成する材料と異なる材料で埋められていてもいい。

６３個の素子は、互いに直交する２つの方向に沿って配列されている。ここでは、該２つの方向をｘ軸方向、ｙ軸方向とし、該ｘ軸方向及びｙ軸方向のいずれにも直交する方向をｚ軸方向とする。すなわち、６３個の素子は、二次元配列されている。

２５個の第１の素子は、図７に示されるように、ｙ軸方向に関して、第１の間隔ｄ１、及び第２の間隔ｄ２で配置されている。第２の間隔ｄ２は第１の間隔ｄ１よりも大きい。第２の間隔ｄ２で配置されている第１の素子は、６３個の素子における中央に位置している。なお、本明細書では、「間隔」とは隣接する２つの素子における対向する面間の距離をいう。

１０個の第２の素子は、図８に示されるように、ｙ軸方向に関して、第２の間隔ｄ２の第１の素子間に配置されている。そして、ｙ軸方向に関して、第１の素子と第２の素子の間隔は、第１の間隔ｄ１である。また、ｙ軸方向に関して、対向する第１の素子と第２の素子は、対向している面の大きさが同じである。

２８個の第３の素子は、図９に示されるように、第１の素子と第２の素子が配置されている領域の外側に配置されている。

第１の素子が図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示されている。なお、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。第１の素子は、発光部を有する発光素子であり、ここでは、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）である。ｚ軸方向がレーザ発振方向である。

第１の素子は、基板１０１、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、保護膜１１１、上部電極１１３、下部電極１１４などを有している。

基板１０１は、図１１（Ａ）に示されるように、基板表面（主面）の法線方向が、結晶方位［１ ０ ０］方向に対して、結晶方位［１ １ １］Ａ方向に向かって１５度（θ＝１５度）傾斜したｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。すなわち、基板１０１は、いわゆる傾斜基板である。ここでは、図１１（Ｂ）に示されるように、結晶方位［０ −１ １］方向が＋ｘ方向、結晶方位［０ １ −１］方向が−ｘ方向となるように配置されている。そこで、傾斜基板の傾斜軸は、ｘ軸方向に平行である。なお、−ｙ方向を「傾斜方向」ともいう。

図１０（Ｂ）に戻り、バッファ層１０２は、基板１０１の＋ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。

下部半導体ＤＢＲ１０３は、バッファ層１０２の＋ｚ側の面上に積層され、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを４０．５ペア有している。ここでは、ドーパントとして、Ｓｅ（セレン）が、５×１０^１７ｃｍ／ｃｍ^３〜２×１０^１８ｃｍ／ｃｍ^３の濃度でドープされている。

各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学的厚さとなるように設定されている。なお、光学的厚さがλ／４のとき、その層の実際の厚さＤは、Ｄ＝λ／４ｎ（但し、ｎはその層の媒質の屈折率）である。

下部スペーサ層１０４は、下部半導体ＤＢＲ１０３の＋ｚ側に積層され、ノンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなる層である。

活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋ｚ側に積層され、Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓからなる量子井戸層と、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層である。

上部スペーサ層１０６は、活性層１０５の＋ｚ側に積層され、ノンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなる層である。

下部スペーサ層１０４と活性層１０５と上部スペーサ層１０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、その厚さが１波長の光学的厚さとなるように設定されている。なお、活性層１０５は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられている。

上部半導体ＤＢＲ１０７は、上部スペーサ層１０６の＋ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２４ペア有している。ここでは、ドーパントとして、Ｚｎ（亜鉛）が、５×１０^１７ｃｍ／ｃｍ^３〜６×１０^１８ｃｍ／ｃｍ^３の濃度でドープされている。

各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、λ／４の光学的厚さとなるように設定されている。

上部半導体ＤＢＲ１０７における低屈折率層の１つには、ｐ−ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１０８が厚さ３０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層１０８の挿入位置は、上部スペーサ層１０６から光学的にλ／４の距離だけ離れた位置であり、低屈折率層中である。

コンタクト層１０９は、上部半導体ＤＢＲ１０７の＋ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。

保護膜１１１は、ＳｉＯ_２又はＳｉＮからなる膜である。

上部電極１１３は、配線部材によって電極パッドと電気的に接続されている。

次に、第１の素子の作成方法について説明する。

（１）有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）による結晶成長によって、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、被選択酸化層１０８、コンタクト層１０９を形成する（図１２参照）。なお、このように基板１０１上に複数の半導体層が積層されたものを、以下では、便宜上「積層体」ともいう。

ＩＩＩ族の原料には、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族の原料には、フォスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）を用いている。また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）、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（Ｈ_２Ｓｅ）を用いている。

（２）積層体の表面にメサ形状に対応する１辺が２０μｍ〜２５μｍの正方形状のレジストパターンを形成する。具体的には、コンタクト層１０９上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、メサ形状に対応したレジストパターンを形成する。ここでは、メサの断面が一辺２０μｍ〜２５μｍの正方形となるようにした。なお、コンタクト層１０９上に塗布されるレジストはポジレジストを用い、コンタクト露光により露光を行う。

（３）反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングによって、四角柱状のメサを形成する。ここでは、エッチングの底部は下部スペーサ層１０４中に位置するようにした。なお、ドライエッチングの条件を調整することにより、メサの側面の傾斜角を調整することができる。ここでは、基板１０１の表面に対し、メサの側面の傾斜角が７０°〜８０°となるように、ドライエッチングの条件を調整している。この場合は、配線部材の断線を抑制することができる。

（４）レジストパターンを除去する（図１３参照）。

（５）積層体を水蒸気中で熱処理する。ここでは、メサの外周部から被選択酸化層１０８中のＡｌが選択的に酸化される。そして、メサの中央部に、Ａｌの酸化層１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂを残留させる（図１４参照）。これにより、発光部の駆動電流の経路をメサの中央部だけに制限する、酸化狭窄構造体が作成される。上記酸化されていない領域１０８ｂが電流通過領域（電流注入領域）である。ここでは、電流通過領域１０８ｂは、一辺の長さが約５μｍの略正方形状であった。

（６）プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮからなる保護膜１１１を形成する（図１５参照）。ここでは、保護膜１１１の膜厚を１５０ｎｍ〜３００ｎｍとしている。

（７）メサ上面にコンタクトホールを形成するためのレジストパターンを作成する。

（８）ＢＨＦ（バッファード・フッ酸）を用いたウエットエッチングにより、レジストパターンの開口部における保護膜１１１を除去する。

（９）レジストパターンを除去する（図１６参照）。

（１０）上部電極１１３、電極パッド、配線部材が形成される領域以外の領域をマスクするためのレジストパターンを作成する。

（１１）上部電極１１３、電極パッド、配線部材の材料を蒸着する。ここでは、Ｃｒ（９ｎｍ）／ＡｕＺｎ（１８ｎｍ）／Ａｕ（７００ｎｍ）からなる金属膜をＥＢ（電子ビーム）蒸着により順次積層する。

（１２）リフトオフにより、レジストパターンの形成されている領域上の金属膜を除去する。これにより、上部電極１１３、電極パッド、配線部材が形成される（図１７参照）。

（１３）基板１０１の厚さが１００μｍ〜３００μｍとなるまで、基板１０１の裏側を研磨した後、Ｃｒ（９ｎｍ）／ＡｕＧｅ（１８ｎｍ）／Ａｕ（２５０ｎｍ）からなる金属膜をＥＢ（電子ビーム）蒸着により順次積層し、下部電極１１４を形成する（図１８参照）。

（１４）４００℃で５分間アニールし、上部電極１１３と下部電極１１４のオーミック導通をとる。これにより、メサは発光部となる。

第２の素子が図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示されている。なお、図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

第２の素子では、上部電極１１３が形成されていない。そこで、第２の素子には電流が注入されず、発光しない。

第２の素子は、第１の素子と同時に形成される。そこで、上記工程（７）では、メサ上面はレジストパターンで覆われ、上記工程（８）では、保護膜１１１は除去されない。また、上記工程（１０）では、レジストパターンで全面が覆われる。

第３の素子が図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示されている。なお、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

第３の素子では、上部電極１１３が形成されていない。そこで、第３の素子には電流が注入されず、発光しない。

第３の素子は、第１の素子と同時に形成される。そこで、上記工程（７）では、メサ上面はレジストパターンで覆われ、上記工程（８）では、保護膜１１１は除去されない。また、上記工程（１０）では、レジストパターンで全面が覆われる。

すなわち、第１の素子は発光素子であり、第２の素子及び第３の素子は、発光及び発熱しない素子である。

面発光レーザアレイ１０は、図２１に示されるように、２５個の第１の素子を副走査対応方向に延びる仮想線上に正射影したときに、中心間距離が等しく（図２１では「Ｄｓ」）なるようにｚ軸まわりに回動されている。

この場合、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム上では副走査方向に等間隔で発光部が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。そこで、１回の走査で、複数の走査線を走査することができる。

そして、例えば、中心間距離Ｄｓを２．６５μｍ、光走査装置２０１０の光学系の倍率を２倍とすれば、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。もちろん、主走査対応方向の発光部数を増加したり、副走査対応方向のピッチを狭くして中心間距離Ｄｓ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、発光部の点灯のタイミングで容易に制御できる。

また、この場合に、カラープリンタ２０００では、書きこ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。

比較例１の面発光レーザアレイが図２２に示されている。比較例１の面発光レーザアレイでは、２５個の発光素子がマトリックス状に配置され、その外側に２４個のダミー素子が配置されている。

比較例２の面発光レーザアレイが図２３に示されている。比較例２の面発光レーザアレイでは、２５個の発光素子が、ｙ軸方向に関する間隔を異ならせて配置され、その外側に２４個のダミー素子が配置されている。

比較例１の面発光レーザアレイでは、潜像形成時の熱的クロストークによる特性のばらつきを抑制するのが困難である。比較例２の面発光レーザアレイでは、中心部にある発光素子と周辺部にある発光素子との間に生じる製造上のばらつきを抑制するのが困難である。一方、本実施形態の面発光レーザアレイ１０では、潜像形成時の熱的クロストークによる特性のばらつき、及び中心部にある発光素子と周辺部にある発光素子との間に生じる製造上のばらつきのいずれも抑制することができる。すなわち、面発光レーザアレイ１０では、中心部と周辺部の発光素子の特性の均一化を図ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザアレイ１０は、二次元配列された６３個の素子を有している。６３個の素子は、２５個の第１の素子と、１０個の第２の素子と、２８個の第３の素子とからなっている。第１の素子は発光素子であり、第２の素子及び第３の素子は、発光及び発熱しない素子である。

２５個の第１の素子は、ｙ軸方向に関して第１の間隔ｄ１で隣接するところと、ｙ軸方向に関して第１の間隔よりも大きい第２の間隔ｄ２で隣接するところとを含んで配置されている。そして、第２の間隔ｄ２で隣接するところは、６３個の素子における中央部に位置している。

第２の素子は、ｙ軸方向に関して第２の間隔ｄ２で隣接する２つの第１の素子の間に配置されている。ｙ軸方向に関して、第２の素子と該第２の素子に隣接する第１の素子との間隔は、第１の間隔ｄ１である。ｙ軸方向に関して対向する第１の素子と第２の素子は、対向している面の大きさが同じである。

２８個の第３の素子は、２５個の第１の素子の外側に配置されている。

この場合は、潜像形成時の熱的クロストークによる特性のばらつき、及び中心部にある発光素子と周辺部にある発光素子との間に生じる製造上のばらつきのいずれも抑制することができる。すなわち、面発光レーザアレイ１０によれば、特性の均一化を図ることができる。

そして、光走査装置２０１０は、各光源が面発光レーザアレイ１０を有しているため、光走査精度を向上させることができる。

また、カラープリンタ２０００は、光走査装置２０１０を備えているため、結果として、画像出力の高速化とともに、画像品質の向上も図ることができる。

なお、上記実施形態では、面発光レーザアレイ１０が６３個の素子を有する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。

そして、第１の素子の数は２５個に限定されるものではない。また、第２の素子の数は１０個に限定されるものではない。さらに、第３の素子の数は２８個に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、第２の素子が、発光及び発熱しない素子である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。第１の素子よりも発熱量が小さければ、例えば、第２の素子が発光素子であっても良い。

また、上記実施形態において、ｘ軸方向に関しても、間隔が異なっていても良い。

また、上記実施形態では、複数の素子が、第１の素子と第２の素子と第３の素子とからなる場合について説明したが、複数の素子が、第１の素子と第２の素子からなっていても良い。

また、上記実施形態では、複数の素子が、二次元配列されている場合について説明したが、複数の素子が、一次元配列されていても良い。一例として図２４に示される面発光レーザアレイ１１は、９個の素子を有している。この９個の素子は、５個の第１の素子と、２個の第２の素子と、２個の第３の素子とからなっている。面発光レーザアレイ１１は、面発光レーザアレイ１０と同様の効果を得ることができる。

面発光レーザアレイ１１の比較例Ａが図２５に示されている。比較例Ａの面発光レーザアレイでは、５個の発光素子が等間隔で配置され、その両端に２個のダミー素子が配置されている。

面発光レーザアレイ１１の比較例Ｂが図２６に示されている。比較例Ｂの面発光レーザアレイでは、５個の発光素子が、ｙ軸方向に関する間隔を異ならせて配置され、その両端に２個のダミー素子が配置されている。

比較例Ａの面発光レーザアレイでは、潜像形成時の熱的クロストークによる特性のばらつきを抑制するのが困難である。比較例Ｂの面発光レーザアレイでは、中心部にある発光素子と周辺部にある発光素子との間に生じる製造上のばらつきを抑制するのが困難である。

また、上記実施形態では、メサの横断面の外形形状が略正方形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。例えば、メサの横断面の外形形状を、円形、楕円形あるいは長方形など任意の形状とすることができる。

また、上記実施形態では、基板の主面の法線方向が、結晶方位［１ ０ ０］方向に対して、結晶方位［１ １ １］Ａ方向に向かって傾斜している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。要するに、主面の法線方向が、結晶方位＜１ ０ ０＞の一の方向に対して、結晶方位＜１ １ １＞の一の方向に向かって傾斜している基板であれば良い。

また、上記実施形態では、発光部の発振波長が７８０ｎｍ帯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。感光体の特性に応じて、発光部の発振波長を変更しても良い。

また、面発光レーザ１００は、画像形成装置以外の用途に用いることができる。その場合には、発振波長は、その用途に応じて、６５０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯であっても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置としてカラープリンタ２０００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。例えば、画像形成装置としてモノクロのプリンタであっても良い。要するに、光走査装置２０１０を備えた画像形成装置であれば、結果として、画像出力の高速化とともに、画像品質の向上も図ることができる。

また、上記実施形態では、トナー画像を記録紙に転写する画像形成装置について説明したが、これに限定されるものではなく、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良い。

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。

《レーザアニール装置》
一例として図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）にレーザ装置としてのレーザアニール装置１０００の概略構成が示されている。このレーザアニール装置１０００は、光源１０１０、光学系１０２０、テーブル装置１０３０、及び不図示の制御装置などを備えている。

光源１０１０は、面発光レーザアレイ１０あるいは面発光レーザアレイ１１を有し、複数のレーザ光を射出することができる。光学系１０２０は、光源１０１０から射出された複数のレーザ光を対象物Ｐの表面に導光する。テーブル装置１０３０は、対象物Ｐが載置されるテーブルを有している。該テーブルは、少なくともＹ軸方向に沿って移動することができる。

例えば、対象物Ｐがアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の場合、レーザ光が照射されると、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）は、温度が上昇し、その後、徐々に冷却されることによって結晶化し、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）になる。

この場合、レーザアニール装置１０００は、光源１０１０が面発光レーザアレイ１０あるいは面発光レーザアレイ１１を有しているため、処理効率を向上させることができる。

《レーザ加工機》
一例として図２８にレーザ装置としてのレーザ加工機３０００の概略構成が示されている。このレーザ加工機３０００は、光源３０１０、光学系３１００、対象物Ｐが載置されるテーブル３１５０、テーブル駆動装置３１６０、操作パネル３１８０及び制御装置３２００などを備えている。

光源３０１０は、面発光レーザアレイ１０あるいは面発光レーザアレイ１１を有し、制御装置３２００の指示に基づいてレーザ光を射出する。光学系３１００は、光源３０１０から射出されたレーザ光を対象物Ｐの表面近傍で集光させる。テーブル駆動装置３１６０は、制御装置３２００の指示に基づいて、テーブル３１５０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動させる。

操作パネル３１８０は、作業者が各種設定を行うための複数のキー、及び各種情報を表示するための表示器を有している。制御装置３２００は、操作パネル３１８０からの各種設定情報に基づいて、光源３０１０及びテーブル駆動装置３１６０を制御する。

この場合、レーザ加工機３０００は、光源３０１０が面発光レーザアレイ１０あるいは面発光レーザアレイ１１を有しているため、加工（例えば、切断や溶接）の処理効率を向上させることができる。

なお、レーザ加工機３０００は、複数の光源３０１０を有しても良い。

また、面発光レーザアレイ１０あるいは面発光レーザアレイ１１は、レーザアニール装置及びレーザ加工機以外のレーザ光を利用する装置にも好適である。例えば、面発光レーザアレイ１０あるいは面発光レーザアレイ１１を表示装置の光源に用いても良い。

１０…面発光レーザアレイ、１１…面発光レーザアレイ、１０１…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…被選択酸化層、１０９…コンタクト層、１１１…保護膜、１１３…上部電極、１１４…下部電極、１０００…レーザアニール装置（レーザ装置）、１０１０…光源、１０２０…光学系、１０３０…テーブル装置、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２０３０ａ〜２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２１０４…光偏向器、２１０５ａ〜２１０５ｄ…走査レンズ（走査光学系の一部）、２２００ａ〜２２００ｄ…光源、３０００…レーザ加工機（レーザ装置）、３０１０…光源、３１００…光学系、３１５０…テーブル、３１６０…テーブル駆動装置、３１８０…操作パネル、３２００…制御装置、Ｐ…対象物。

特開平１１−３４０５７０号公報 特開平１１−３５４８８８号公報 特許第５２２４１５９号公報 特許第３９６５８０１号公報

Claims (10)

1. 複数の素子を有する面発光レーザアレイにおいて、
   前記複数の素子は、複数の第１の素子と、該第１の素子よりも発熱量が小さい第２の素子とを含み、
   前記複数の第１の素子は、第１の間隔で隣接するところと、前記第１の間隔よりも大きい第２の間隔で隣接するところとを含んで配置され、
   前記第２の素子は、前記第２の間隔で隣接する２つの第１の素子の間に配置されている面発光レーザアレイ。
2. 前記第２の間隔で隣接するところは、前記複数の素子における中央部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アレイ。
3. 前記第２の素子には電流が注入されず、発光しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光レーザアレイ。
4. 前記第２の素子と該第２の素子に隣接する第１の素子との間隔は、前記第１の間隔と同じであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
5. 前記複数の素子は、前記複数の第１の素子の外側に配置され、発光及び発熱しない第３の素子を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
6. 前記第２の素子と該第２の素子に隣接する第１の素子は、対向している面の大きさが同じであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
7. 前記複数の素子は、二次元配列されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
8. 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１〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイと、
   前記面発光レーザアレイからの光を偏向する光偏向器と、
   前記光偏向器で偏向された光を前記被走査面に集光する走査光学系とを備える光走査装置。
9. 像担持体と、
   画像情報が含まれる光によって前記像担持体を走査する請求項８に記載の光走査装置とを備える画像形成装置。
10. 対象物にレーザ光を照射するレーザ装置であって、
    請求項１〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイと、
    前記面発光レーザアレイから射出されるレーザ光を前記対象物に導光する光学系とを備えるレーザ装置。

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