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
【課題】発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる面発光レーザ素子を提供する。
【解決手段】 基板上に積層された、下部半導体ＤＢＲ、下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）、活性層、上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）、及び上部半導体ＤＢＲなどを有している。活性層は、下部スペーサ層と上部スペーサ層とによって挟まれている。そして、上部スペーサ層は、少なくとも活性層に接する一部分に、ｐ型ドーパントが含まれないアンドープ領域を有し、下部スペーサ層は、全体にｎ型ドーパントがドープされている。そこで、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。
【解決手段】 基板上に積層された、下部半導体ＤＢＲ、下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）、活性層、上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）、及び上部半導体ＤＢＲなどを有している。活性層は、下部スペーサ層と上部スペーサ層とによって挟まれている。そして、上部スペーサ層は、少なくとも活性層に接する一部分に、ｐ型ドーパントが含まれないアンドープ領域を有し、下部スペーサ層は、全体にｎ型ドーパントがドープされている。そこで、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。
【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係り、更に詳しくは、基板に対して垂直な方向に光を射出する面発光レーザ素子、該面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ素子あるいは前記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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、垂直共振器型の面発光レーザ素子（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）（以下では、「ＶＣＳＥＬ」ともいう）は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）や光インターコネクション用の光源として、及びプリンタや複写機の書き込み用光源として使用されるようになってきた。
【０００３】
ＶＣＳＥＬは、製造工程で劈開が不要で、ウエハの状態で素子の検査が可能なため、従来の端面発光型の半導体レーザに比べて、低コストであるという特徴を有している。また、ＶＣＳＥＬは、端面発光型の半導体レーザに比べて、低消費電力であるという特徴も有している。
【０００４】
このＶＣＳＥＬは、半導体基板上に多数の半導体層をエピタキシャル成長によって積層して製造される。
【０００５】
ところで、ＶＣＳＥＬを、光通信や光インターコネクションの光源として用いる場合には、高速での変調が望まれる。また、書き込み用光源として用いる場合には、光出力の立ち上がり、立ち下りにおける速やかな応答が望まれる。さらに、信頼性の面からは、より低電流での駆動が望ましい。
【０００６】
しかしながら、電流注入によって発振するＶＣＳＥＬは、通常、多層膜反射鏡を通して電流が注入される。この多層膜反射鏡は、屈折率の異なる２つの半導体層を交互に積層したものであり、多数のヘテロ界面を持つためどうしても抵抗が高くなる。
【０００７】
その結果、ＶＣＳＥＬでは、素子抵抗が高くなりやすく、ＣＲ時定数による変調帯域への制限から高速変調が難しくなりやすく、かつ電流注入による発熱が問題になりやすい。また、素子抵抗を下げるために多層膜反射鏡のドーピング濃度を上げて低抵抗化しようとすると、光吸収により発振が妨げられてしまうという不都合が生じる。
【０００８】
また、変調速度を向上させるには、ＶＣＳＥＬの素子容量の低減が好ましく、そのためには、ＶＣＳＥＬの素子径を小さくすることが有効である。しかし、素子径を小さくすると電流注入による熱の放熱に不利になってしまう。
【０００９】
また、ＶＣＳＥＬにおいて、反射鏡に挟まれて設けられ、活性領域とスペーサ層とからなる共振器は、共振波長λの整数倍の光学的な長さを有し、発振時には強い電界強度を有する領域となるため、この部分をドーピング領域とする場合は、通常、活性領域から数十ｎｍ以上の範囲をアンドープに保ちそれより離れた領域にドーピングすることが多い。これは光吸収を少なく保つためと、結晶品質の低下による非発光再結合の影響を最小限にするためである。
【００１０】
例えば、特許文献１には、ｐドープ領域及び非ドープ領域を有するｐスペーサと、ｎドープ領域及び非ドープ領域を有するｎスペーサと、ｐスペーサの非ドープ領域及びｎスペーサの非ドープ領域の間の活性領域であって、正孔と電子の再結合によって波長λの光を生成する活性領域とを有し、ｐスペーサの非ドープ領域は、ｎスペーサの非ドープ領域とは異なる厚さを有するレーザが開示されている。
【００１１】
この特許文献１に開示されているレーザでは、共振器構造体を発振波長λに対して（ｎ＋１）λ／２（ｎは２より大きな整数）の光学的な長さに設定し、ｐ側の非ドープ領域を長くしている。この場合には、共振器構造体の長さが、よく用いられる共振器構造体の長さである光学的な長さλより長くなってしまい、素子抵抗が増加するおそれがあった。
【００１２】
また、特許文献２には、基板上に、それぞれ、ｐ型またはｎ型にドープされた導電型の異なる一対の半導体多層膜反射鏡と、一対の半導体多層膜反射鏡の間に配置され、かつクラッド層に挟まれた活性層とを有し、少なくとも一方のクラッド層は、当該クラッド層に近い側の半導体多層膜反射鏡と同じ導電型の不純物でドープされており、かつその濃度は当該クラッド層の遠い側の半導体多層膜反射鏡中に存在する不純物と同じ導電型の不純物濃度以上であって、当該クラッド層の近い側の半導体多層反射鏡中に存在する不純物と同じ導電型の不純物濃度以下である酸化狭窄型面発光型半導体レーザ素子が開示されている。
【００１３】
この特許文献２に開示されている半導体レーザ素子では、ｐ−ｎ接合位置を活性層にするために、スペーサ層は活性層に隣接する部分までｐ−ｎ共にドーピングを施している。ＶＣＳＥＬでは、共振器中の電界強度が非常に強くなるため、このような場合、特にｐ型スペーサ層における自由キャリア吸収が強くなり、発振電流の閾値の上昇や、スロープ効率の低下を招くおそれがあった。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明者等は、種々の実験等を行い、以下のことを見出した。
【００１５】
ｐ側スペーサ層へのｐ型ドーパントのドーピングは、吸収や結晶に与える悪影響が大きく、ドープ領域を活性領域に接近させる、あるいはドーピング量を大きくすると、ＶＣＳＥＬの発光特性自体が劣化する（発振電流の閾値の上昇、スロープ効率の低下など）とともに、信頼性も大きく低下する。
【００１６】
一方、ｎ側スペーサ層へのｎ型ドーパントのドーピングは、吸収や結晶に与える悪影響が小さく、ドープ領域をｎ側スペーサ層全体あるいは活性領域まで広げても、あるレベルまでのドーピング量の場合、発光特性の低下はきわめて小さい。また、活性領域の一部までドーピングした場合、素子抵抗の低下とともに、信頼性が低下するが、ドーピング量が小さいと、その低下も小さい。なお、本明細書では、出力が１．４ｍＷのときのＩ−Ｖ曲線における微分抵抗を素子抵抗という。
【００１７】
本発明は、上述した発明者等の得た新規知見に基づいてなされたものであり、以下の構成を有する。
【００１８】
本発明は、第１の観点からすると、ｐ側スペーサ層とｎ側スペーサ層とによって挟まれている活性層を有する面発光レーザ素子において、前記ｐ側スペーサ層は、少なくとも前記活性層に接する一部分に、ｐ型ドーパントが含まれないアンドープ領域を有し、前記ｎ側スペーサ層は、全体にｎ型ドーパントがドープされていることを特徴とする面発光レーザ素子である。
【００１９】
これによれば、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。
【００２０】
本発明は、第２の観点からすると、本発明の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイである。
【００２１】
これによれば、本発明の面発光レーザ素子が集積されているため、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。
【００２２】
本発明は、第３の観点からすると、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、本発明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偏向器と；前記偏向器で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；を備える光走査装置である。
【００２３】
これによれば、本発明の面発光レーザ素子を有しているため、結果として、高精度の光走査を行うことが可能となる。
【００２４】
本発明は、第４の観点からすると、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、本発明の面発光レーザアレイを有する光源と；前記光源からの光を偏向する偏向器と；前記偏向器で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；を備える光走査装置である。
【００２５】
これによれば、本発明の面発光レーザアレイを有しているため、結果として、高精度の光走査を行うことが可能となる。
【００２６】
本発明は、第５の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの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少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。
【００２７】
これによれば、本発明の光走査装置を備えているため、高品質の画像を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。
【図２】図１における光走査装置を示す概略図である。
【図３】面発光レーザ素子１００Ａを説明するための図である。
【図４】面発光レーザ素子１００Ａにおける上部半導体ＤＢＲを説明するための図である。
【図５】面発光レーザ素子１００Ａにおける低ドーピング濃度領域を説明するための図である。
【図６】面発光レーザ素子１００Ａにおけるドーピングプロファイルを説明するための図（その１）である。
【図７】面発光レーザ素子１００Ａにおけるドーピングプロファイルを説明するための図（その２）である。
【図８】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その１）である。
【図９】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その２）である。
【図１０】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その３）である。
【図１１】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その４）である。
【図１２】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その５）である。
【図１３】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その６）である。
【図１４】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その７）である。
【図１５】面発光レーザ素子１００Ｂにおけるドーピングプロファイルを説明するための図（その１）である。
【図１６】面発光レーザ素子１００Ｂにおけるドーピングプロファイルを説明するための図（その２）である。
【図１７】面発光レーザ素子１００Ｄを説明するための図である。
【図１８】面発光レーザ素子１００Ｄの変形例を説明するための図である。
【図１９】図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、それぞれ、下部半導体ＤＢＲと下部スペーサ層の界面近傍におけるドーピング濃度を説明するための図である。
【図２０】面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図２１】図２０のＡ−Ａ断面図である。
【図２２】面発光レーザ素子１００Ｅを説明するための図である。
【図２３】面発光レーザ素子１００Ｆを説明するための図である。
【図２４】面発光レーザ素子１００Ｆにおける共振器構造体を説明するための図である。
【図２５】面発光レーザ素子１００Ｆにおけるドーピングプロファイルを説明するための図である。
【図２６】カラープリンタの概略構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１９（Ｂ）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レーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。
【００３０】
このレーザプリンタ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などを備えている。なお、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、図１における矢印方向に回転するようになっている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。
【００３７】
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。
【００３８】
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、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対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、該記録紙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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。
【００４４】
この光走査装置１０１０は、一例として図２に示されるように、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、ポリゴンミラー１３、光源１４、カップリングレンズ１５、開口板１６、シリンドリカルレンズ１７、反射ミラー１８、及び走査制御装置（図示省略）などを備えている。そして、これらは、光学ハウジング３０の所定位置に組み付けられている。
【００４５】
なお、以下では、便宜上、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。
【００４６】
カップリングレンズ１５は、光源１４から出力された光束を略平行光とする。
【００４７】
開口板１６は、開口部を有し、カップリングレンズ１５を介した光束のビーム径を規定する。
【００４８】
シリンドリカルレンズ１７は、開口板１６の開口部を通過した光束を、反射ミラー１８を介してポリゴンミラー１３の偏向反射面近傍に副走査対応方向に関して結像する。
【００４９】
光源１４とポリゴンミラー１３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。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ１５と開口板１６とシリンドリカルレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されている。
【００５０】
ポリゴンミラー１３は、一例として内接円の半径が１８ｍｍの６面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１３は、副走査対応方向に平行な軸の周りを等速回転しながら、反射ミラー１８からの光束を偏向する。
【００５１】
偏向器側走査レンズ１１ａは、ポリゴンミラー１３で偏向された光束の光路上に配置されている。
【００５２】
像面側走査レンズ１１ｂは、偏向器側走査レンズ１１ａを介した光束の光路上に配置されている。そして、この像面側走査レンズ１１ｂ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１３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。
【００５３】
ポリゴンミラー１３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。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂとから構成されている。なお、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂの間の光路上、及び像面側走査レンズ１１ｂ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良い。
【００５４】
光源１４は、基板に垂直な方向にレーザ光を射出する垂直共振器型の面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）を有している。この面発光レーザ素子としては、種々の構成、構造のものが考えられるが、ここでは、３つの実施例（実施例１、実施例２及び実施例３）について説明する。
【００５５】
なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、レーザ発振方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面内における互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。
【００５６】
《実施例１の面発光レーザ素子１００Ａ》
この面発光レーザ素子１００Ａは、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、一例として図３に示されるように、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、ｐ側電極１１３、及びｎ側電極１１４などを有している。
【００５７】
基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【００５８】
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。
【００５９】
下部半導体ＤＢＲ１０３は、バッファ層１０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを４０．５ペア有している。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。
【００６０】
下部スペーサ層１０４は、下部半導体ＤＢＲ１０３の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００６１】
活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＰの３重量子井戸構造の活性層である。
【００６２】
上部スペーサ層１０６は、活性層１０５の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００６３】
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、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。
【００６４】
上部半導体ＤＢＲ１０７は、第１の上部半導体ＤＢＲ１０７１及び第２の上部半導体ＤＢＲ１０７２を有している（図４参照）。
【００６５】
第１の上部半導体ＤＢＲ１０７１は、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる低屈折率層とｐ−（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる高屈折率層のペアを１ペア有している。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、組成が一定のバッファ層が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接するバッファ層の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。
【００６６】
この第１の上部半導体ＤＢＲ１０７１は、ＡｌＧａＡｓ層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、活性領域へ注入された電子のブロック層として機能する。
【００６７】
第２の上部半導体ＤＢＲ１０７２は、第１の上部半導体ＤＢＲ１０７１の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２４ペア有している。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。
【００６８】
第２の上部半導体ＤＢＲ１０７２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３３ｎｍで挿入されている。
【００６９】
この被選択酸化層１０８の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層１０５から３番目となる節に対応する位置である。これにより、実用的な閾値電流を保ちながら、電流狭窄に伴う高抵抗化によって発熱する部分を活性層から遠ざけることができる。また、熱抵抗が低減され、素子中央部の局所的発熱を低減することができる。さらに、また、被選択酸化層１０８の選択酸化に起因する歪みの活性層への影響を低減し、素子寿命を向上させることができる。
【００７０】
コンタクト層１０９は、第２の上部半導体ＤＢＲ１０７２の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【００７１】
ところで、上部半導体ＤＢＲ１０７における共振器構造体に近い複数の層（図５における符号Ａの領域）では、ｐ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料として四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いて、Ｃをドーピングしている。
【００７２】
具体的には、上部半導体ＤＢＲ１０７では、上部スペーサ層１０６に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの２１ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの２１ペアについては、１．５×１０１８〜５×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【００７３】
また、下部半導体ＤＢＲ１０３における共振器構造体に近い複数の層（図５における符号Ｂの領域）では、ｎ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。
【００７４】
具体的には、下部半導体ＤＢＲ１０３では、下部スペーサ層１０４に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの３６．５ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの３６．５ペアについては、１．５×１０１８〜３×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【００７５】
すなわち、各半導体ＤＢＲでは、共振器構造体に隣接する部分が他の領域に対して相対的に低いドーピング濃度となっている。
【００７６】
各半導体ＤＢＲ中の光の定在波強度は、活性層から４ペア程度で半減する。この強度分布が大きな領域のドーピング濃度を低濃度に設定することによって、自由キャリア吸収を効果的に低減することができる。
【００７７】
そして、自由キャリア吸収による損失（以下、便宜上、「吸収損失」ともいう）が低減されることにより、発振閾値電流が低減し、スロープ効率が向上するので、素子の駆動電流を低減することができる。そこで、投入電力が少なくて済み、発熱を低減することができる。
【００７８】
また、下部スペーサ層１０４には、ｎ型ドーパントがドーピングされている（図６及び図７参照）。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。具体的なドーピング濃度は、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。なお、図７は、二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いた測定結果である。
【００７９】
なお、上部スペーサ層１０６は、ほぼ全体がアンドープである。但し、上部半導体ＤＢＲ１０７に隣接した厚さが数十ｎｍ程度の部分には、上部半導体ＤＢＲ１０７から拡散したｎ型ドーパントが含まれている（図６参照）。
【００８０】
次に、面発光レーザ素子１００Ａの製造方法について簡単に説明する。なお、上記のように、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。
【００８１】
（１）上記積層体を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作成する（図８参照）。
【００８２】
ここでは、ＭＯＣＶＤ法の場合には、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（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を用いている。
【００８３】
（２）積層体の表面に一辺が２５μｍの正方形状のレジストパターンを形成する。
【００８４】
（３）Ｃｌ２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、上記レジストパターンをフォトマスクとして四角柱状のメサ構造体（以下では、便宜上「メサ」と略述する）を形成する。ここでは、エッチングの底面は下部スペーサ層１０４中に位置するようにした。
【００８５】
（４）フォトマスクを除去する（図９参照）。
【００８６】
（５）積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）がメサの外周部から選択的に酸化され、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が残留する（図１０参照）。すなわち、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、いわゆる酸化狭窄構造体が形成される。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。このようにして、例えば幅４μｍ程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。
【００８７】
（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮからなる保護層１１１を形成する（図１１参照）。
【００８８】
（７）レーザ光の射出面となるメサ上部にｐ側電極コンタクトの窓開けを行うためのエッチングマスク（マスクＭという）を作成する。
【００８９】
（８）ＢＨＦにて保護層１１１をエッチングし、ｐ側電極コンタクトの窓開けを行う。
【００９０】
（９）マスクＭを除去する（図１２参照）。
【００９１】
（１０）メサ上部の光射出部となる領域に一辺１０μｍの正方形状のレジストパターンを形成し、ｐ側の電極材料の蒸着を行なう。ｐ側の電極材料としてはＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる多層膜、もしくはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜が用いられる。
【００９２】
（１１）光射出部となる領域に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｐ側電極１１３を形成する（図１３参照）。このｐ側電極１１３で囲まれた領域が射出領域である。
【００９３】
（１２）基板１０１の裏側を所定の厚さ（例えば１００μｍ程度）まで研磨した後、ｎ側電極１１４を形成する（図１４参照）。ここでは、ｎ側電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。
【００９４】
（１３）アニールによって、ｐ側電極１１３とｎ側電極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。
【００９５】
（１４）チップ毎に切断する。
【００９６】
そして、種々の後工程を経て、面発光レーザ素子１００Ａとなる。
【００９７】
このように、下部スペーサ層１０４の全体にドーピングすることで素子抵抗の減少化を図り、かつ上部スペーサ層１０６は、活性層１０５に近い側の部分をアンドープ領域とすることで発光特性の劣化を抑制している。
【００９８】
また、面発光レーザ素子１００Ａは、加速試験を行ったところ、従来の面発光レーザ素子と変わらない寿命であった。すなわち、面発光レーザ素子１００Ａでは、十分な信頼性も確保できており、活性層１０５近傍までＳｅをドーピングした悪影響はほとんど見られなかった。
【００９９】
ところで、Ａｓ／Ｐ界面は、界面品質が低下しやすく欠陥準位の多い界面になりやすい。そこで、共振器構造体と上部半導体ＤＢＲの境界にＡｓ／Ｐ界面を設けると、強い電界強度のために光吸収の影響が大きくなり、発光効率を低下させるおそれがある。
【０１００】
また、活性層へ注入された電子のうち活性層からオーバーフローした電子が、上記欠陥準位に結合するため、やはり発光効率が低下するおそれがある。
【０１０１】
しかしながら、面発光レーザ素子１００Ａでは、活性層に隣接する上部半導体ＤＢＲの１ペアをｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／ｐ−（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐとしている。これにより、ｐ側のＡｓ／Ｐ界面を共振器構造体から遠ざけることができ（図４参照）、かつ電子のオーバーフローをブロックすることができるため、発光効率の低下を防ぐことが可能となる。なお、ｐ側のＡｓ／Ｐ界面の位置は、本実施例に限定されず、設計意図に基づいて変更しても良い。
【０１０２】
そして、面発光レーザ素子１００Ａの素子抵抗を実測したところ、２４５Ωであった。なお、下部スペーサ層にｎ型ドーパントが意図的にドーピングされていない従来の面発光レーザ素子の素子抵抗は、約３１０Ωであった。
【０１０３】
なお、ここでは、ｎ型ドーパントとしてＳｅ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く、例えば、Ｓｉ、Ｓなどであっても良い。
【０１０４】
ところで、面発光レーザ素子１００Ａの変形例１として、面発光レーザ素子１００Ａと同じ構成及び構造を有し、活性層にまでＳｅをドーピングした（図１５参照）面発光レーザ素子（面発光レーザ素子１００Ｂという）を作成し、素子抵抗を実測したところ、２３５Ωであった。すなわち、面発光レーザ素子１００Ａよりも素子抵抗が１０Ω低下した。このときの、活性層中のＳｅの濃度は、一例として図１６に示されるように、５×１０１７［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］以下に抑えられている。なお、図１６は、二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いた測定結果である。
【０１０５】
また、寿命及び発光特性に関しては、面発光レーザ素子１００Ｂと面発光レーザ素子１００Ａとの間に明確な差はみられなかった。
【０１０６】
このように、活性層にまでＳｅをドーピングする場合は、活性層におけるドーピング範囲と濃度とを調整することで、素子抵抗と信頼性のバランスを考えた素子設計が可能になる。
【０１０７】
続いて、実施例２及び実施例３について説明するが、前述した実施例１との相違点を中心に説明するとともに、実施例１と同一若しくは同等の構成部分については、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【０１０８】
《実施例２の面発光レーザ素子１００Ｃ》
この面発光レーザ素子１００Ｃは、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、面発光レーザ素子１００Ａにおける前記下部スペーサ層１０４に代えて、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる下部スペーサ層が用いられ、前記上部スペーサ層１０６に代えて、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる上部スペーサ層が用いられている点に特徴を有している。
【０１０９】
この面発光レーザ素子１００Ｃは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を従来よりも低下させることができた。
【０１１０】
そして、この面発光レーザ素子１００Ｃは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な方法で製造することができる。
【０１１１】
また、ＧａＩｎＰのスペーサ層は、Ａｌを含むＡｌＧａＩｎＰのスペーサ層よりも熱伝導率が大きく、素子からの放熱の向上が期待できる。素子からの放熱が向上すると、駆動時における活性層の温度が低減でき、素子の発光効率が向上し、素子の寿命が向上する。
【０１１２】
このように、スペーサ層の組成を設計意図に基づいて変更することは問題ない。
【０１１３】
《実施例３の面発光レーザ素子１００Ｄ》
この面発光レーザ素子１００Ｄは、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、一例として図１７に示されるように、基板２０１、バッファ層２０２、下部半導体ＤＢＲ２０３、下部スペーサ層２０４、活性層２０５、上部スペーサ層２０６、上部半導体ＤＢＲ２０７、コンタクト層２０９、ｐ側電極２１３、及びｎ側電極２１４などを有している。
【０１１４】
基板２０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【０１１５】
バッファ層２０２は、基板２０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１１６】
下部半導体ＤＢＲ２０３は、バッファ層２０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを４０．５ペア有している。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。
【０１１７】
下部スペーサ層２０４は、下部半導体ＤＢＲ２０３の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【０１１８】
活性層２０５は、下部スペーサ層２０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＰの３重量子井戸構造の活性層である。
【０１１９】
量子井戸層は７８０ｎｍ帯の発振波長を得るために、ＧａＩｎＰ混晶にＡｓを導入したものであり０．７％の圧縮歪みを有する。
【０１２０】
バリア層は、０．６％の引張歪みを導入することによってバンドギャップを大きくし、高いキャリア閉じ込めを実現するとともに、量子井戸層の歪み補償構造を形成している。
【０１２１】
上部スペーサ層２０６は、活性層２０５の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【０１２２】
下部スペーサ層２０４と活性層２０５と上部スペーサ層２０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、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２０５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。
【０１２３】
上部半導体ＤＢＲ２０７は、上部スペーサ層２０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２５ペア有している。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。
【０１２４】
上部半導体ＤＢＲ２０７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２０８が厚さ３３ｎｍで挿入されている。
【０１２５】
この被選択酸化層２０８の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層２０５から３番目となる節に対応する位置である。これにより、実用的な閾値電流を保ちながら、電流狭窄に伴う高抵抗化によって発熱する部分を活性層から遠ざけることができる。また、熱抵抗が低減され、素子中央部の局所的発熱を低減することができる。さらに、また、被選択酸化層２０８の選択酸化に起因する歪みの活性層への影響を低減し、素子寿命を向上させることができる。
【０１２６】
コンタクト層２０９は、上部半導体ＤＢＲ２０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１２７】
ところで、上部半導体ＤＢＲ２０７における共振器構造体に近い複数の層では、ｐ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料として四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いて、Ｃをドーピングしている。
【０１２８】
具体的には、上部半導体ＤＢＲ２０７では、上部スペーサ層２０６に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの２１ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの２１ペアについては、１．５×１０１８〜５×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１２９】
また、下部半導体ＤＢＲ２０３における共振器構造体に近い複数の層では、ｎ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。
【０１３０】
具体的には、下部半導体ＤＢＲ２０３では、下部スペーサ層２０４に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの３６．５ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの３６．５ペアについては、１．５×１０１８〜３×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１３１】
すなわち、各半導体ＤＢＲでは、共振器構造体に隣接する部分が他の領域に対して相対的に低いドーピング濃度となっている。
【０１３２】
各半導体ＤＢＲ中の光の定在波強度は、活性層から４ペア程度で半減する。この強度分布が大きな領域のドーピング濃度を低濃度に設定することによって、自由キャリア吸収を効果的に低減することができる。
【０１３３】
そして、吸収損失が低減されることにより、発振閾値電流が低減し、スロープ効率が向上するので、素子の駆動電流を低減することができる。そこで、投入電力が少なくて済み、発熱を低減することができる。
【０１３４】
また、下部スペーサ層２０４には、ｎ型ドーパントがドーピングされている。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。具体的なドーピング濃度は、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１３５】
なお、上部スペーサ層２０６は、ほぼ全体がアンドープである。但し、上部半導体ＤＢＲ２０７に隣接した厚さが数十ｎｍ程度の部分には、上部半導体ＤＢＲ２０７から拡散したｎ型ドーパントが含まれている。
【０１３６】
この面発光レーザ素子１００Ｄは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を従来よりも低下させることができた。
【０１３７】
そして、この面発光レーザ素子１００Ｄは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な方法で製造することができる。
【０１３８】
なお、図１７における符号２０８ａは、被選択酸化層２０８中のＡｌが選択的に酸化されてできたＡｌの酸化層であり、符号２０８ｂは電流通過領域である。また、符号２１１は、ＳｉＮからなる保護層である。
【０１３９】
ところで、面発光レーザ素子１００Ｄにおいて、下部半導体ＤＢＲ２０３におけるＳｅのドーピング量を約５×１０１７［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］とし、下部スペーサ層２０４の下部半導体ＤＢＲ２０３に隣接した部分におけるＳｅのドーピング量を８×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としても良い。すなわち、一例として図１８に示されるように、下部スペーサ層２０４と下部半導体ＤＢＲ２０３の界面近傍で、下部スペーサ層２０４側のＳｅのドーピング量が、下部半導体ＤＢＲ２０３側のＳｅのドーピング量より多くても良い。この場合は、高抵抗化の要因であるＡｓ／Ｐ界面の低抵抗化を図り、かつ余分な部分を低ドープに保つことが可能になるため、特性が良好で且つ低抵抗化を達成できる。
【０１４０】
発明者は、種々の実験を繰り返し行い、以下のような知見を得た。
【０１４１】
１．スペーサ層と半導体ＤＢＲの界面は、共振器と反射鏡との界面に当たるため、素子中の電界強度の強い部分に相当する。そのため、この部分におけるドーピング量を増加させると光吸収が懸念される。発明者は、一例として図１９（Ａ）に示されるように、上記界面近傍における、ＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓ（但し、０≦ｗ≦１）からなる下部半導体ＤＢＲ側よりも、（ＡｌｘＧａ（１−ｘ））ｚＩｎ（１−ｚ）Ｐ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｚ≦１）からなる下部スペーサ層側の方が比較的高ドープの場合（便宜上「第１の場合」という）と、一例として図１９（Ｂ）に示されるように、上記界面近傍におけるドーピング濃度が、下部半導体ＤＢＲ側と下部スペーサ層側とで同等の場合（便宜上「第２の場合」という）とを比較した。
【０１４２】
このとき、第１の場合では、界面近傍での下部スペーサ層側のドーピング濃度が高い上に下部スペーサ層全体にドーピングが広がっており、第２の場合では、ドーピングの範囲が下部スペーサ層の一部に限定されている。このように光吸収が異なると考えられる条件であっても、第１の場合での特性低下は、第２の場合に比較して非常に小さかった。
【０１４３】
２．ＡｌＧａＡｓ系材料は、特に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）においてＣ（炭素）を含みやすく、Ａｓ／Ｐ界面にＣの存在が確認された。ここで下部スペーサ層をアンドープや低ドープにすると、下部スペーサ層と下部半導体ＤＢＲの界面に存在しているＣ（炭素）により該界面が局所的にｐ型になりやすく、高抵抗化を引き起こす。そこで、下部半導体ＤＢＲとの界面近傍における下部スペーサ層のドーピング濃度を上げてやることで、下部スペーサ層と下部半導体ＤＢＲの界面が局所的にｐ型になることを防ぎ、抵抗を下げることが可能になった。
【０１４４】
そこで、下部スペーサ層と下部半導体ＤＢＲの界面近傍において逆のドーピング、すなわち界面に隣接したＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓ（但し、０≦ｗ≦１）からなる下部半導体ＤＢＲ側が、（ＡｌｘＧａ（１−ｘ））ｚＩｎ（１−ｚ）Ｐ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｚ≦１）からなる下部スペーサ層側よりも、比較的高ドープにするよりも好ましい。
【０１４５】
その理由としては、Ａｓ系材料の上にＰ系材料を成長させる場合に、Ａｓ系材料は高品質に成長しやすいが、Ｖ族ガスへの切り替え直後に成長したＰ系材料には欠陥が含まれやすくなる。すなわち、結晶品質の低下による高抵抗の原因となる層ができやすい。そこで、Ａｓ系側（下部半導体ＤＢＲ側）を高ドープにするよりもＰ系側（下部スペーサ層側）を高ドープにする方が、抵抗を下げる効果が高いためである。
【０１４６】
ここでは、Ｖ族としてＰ（リン）を含む下部スペーサ層における下部半導体ＤＢＲとの界面に隣接する部分を、該界面に隣接する下部半導体ＤＢＲのＡｌＧａＡｓ層より高いドーピング濃度にすることで、高抵抗になりやすいＰ系材料側の界面を低抵抗化でき、より素子抵抗が低く、高速での光変調が可能な面発光レーザ素子を提供することができる。
【０１４７】
下部スペーサ層全体をｎドープ領域にすることで、より素子抵抗が低く、高速での光変調が可能な面発光レーザ素子を提供することができることも実験により明らかになった。
【０１４８】
従来、共振器構造体にドーピングをしない構造の面発光レーザ素子については多数報告がなされている。また、前記特許文献２のように上部スペーサ層及び下部スペーサ層のいずれにもドーピングしてある構造の面発光レーザ素子についても報告がなされている。しかしながら、（ＡｌｘＧａ（１−ｘ））ｚＩｎ（１−ｚ）Ｐ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｚ≦１）からなる下部スペーサ層のドーピングを、隣接したＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓ（但し、０≦ｗ≦１）からなる下部半導体ＤＢＲ側より比較的高ドープにした構造の面発光レーザ素子については報告はなされていない。発明者は、種々の実験の結果、このような場合には素子抵抗を十分低減することで光変調速度も高速化でき、かつ素子の特性や信頼性も満足できることがわかった。
【０１４９】
以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄによると、基板上に積層された、下部半導体ＤＢＲ、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、及び上部半導体ＤＢＲなどを有している。
【０１５０】
活性層は、下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）と上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）とによって挟まれている。
【０１５１】
そして、上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）は、少なくとも活性層に接する一部分に、ｐ型ドーパントが含まれないアンドープ領域を有し、下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）は、全体にｎ型ドーパントがドープされている。
【０１５２】
そこで、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。
【０１５３】
また、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源１４が面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄのいずれかを有しているため、高精度の光走査を行うことが可能となる。
【０１５４】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、光走査装置１０１０を備えているため、高品質の画像を形成することが可能となる。
【０１５５】
なお、上記実施形態では、保護層がＳｉＮの場合について説明したが、これに限らず、例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、ＴｉＯｘ及びＳｉＯＮのいずれかであっても良い。
【０１５６】
また、上記実施形態において、光源１４は、前記面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄのいずれかに代えて、一例として図２０に示される面発光レーザアレイ１００Ｍを有しても良い。
【０１５７】
この面発光レーザアレイ１００Ｍは、複数（ここでは２１個）の発光部が同一基板上に配置されている。複数の発光部は、すべての発光部をＹ軸方向に伸びる仮想線上に正射影したときに、隣接する発光部間隔が等間隔ｄ２となるように配置されている。すなわち、２１個の発光部は、２次元的に配列されている。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいう。また、発光部の数は２１個に限定されるものではない。
【０１５８】
各発光部は、図２０のＡ−Ａ断面図である図２１に示されるように、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な構造を有している。そして、この面発光レーザアレイ１００Ｍは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な方法で製造することができる。そこで、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。なお、各発光部が前述した面発光レーザ素子１００Ｂ〜１００Ｄのいずれかと同様な構造を有していても良い。
【０１５９】
また、面発光レーザアレイ１００Ｍでは、各発光部を副走査対応方向に延びる仮想線上に正射影したときの発光部間隔が等間隔ｄ２であるので、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。
【０１６０】
そして、例えば、上記間隔ｄ２を２．６５μｍ、光走査装置１０１０の光学系の倍率を２倍とすれば、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書き込みができる。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、発光部の点灯のタイミングで容易に制御できる。
【０１６１】
また、この場合には、レーザプリンタ１０００では書き込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、同じ書き込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。
【０１６２】
また、上記実施形態において、前記面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄのいずれかに代えて、面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄのいずれかと同様の発光部が１次元配列された面発光レーザアレイを用いても良い。
【０１６３】
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。
【０１６４】
《面発光レーザ素子１００Ｅ》
図２２に示される面発光レーザ素子１００Ｅは、発振波長が６６０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、基板３０１、バッファ層３０２、下部半導体ＤＢＲ３０３、下部スペーサ層３０４、活性層３０５、上部スペーサ層３０６、上部半導体ＤＢＲ３０７、コンタクト層３０９、ｐ側電極３１３、及びｎ側電極３１４などを有している。
【０１６５】
基板３０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【０１６６】
バッファ層３０２は、基板３０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１６７】
下部半導体ＤＢＲ３０３は、バッファ層３０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる高屈折率層のペアを５５．５ペア有している。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。
【０１６８】
下部スペーサ層３０４は、下部半導体ＤＢＲ３０３の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【０１６９】
活性層３０５は、下部スペーサ層３０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの３重量子井戸構造の活性層である。
【０１７０】
上部スペーサ層３０６は、活性層３０５の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【０１７１】
下部スペーサ層３０４と活性層３０５と上部スペーサ層３０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、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３０５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。
【０１７２】
上部半導体ＤＢＲ３０７は、上部スペーサ層３０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる高屈折率層のペアを３５ペア有している。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。
【０１７３】
上部半導体ＤＢＲ３０７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３０８が厚さ３３ｎｍで挿入されている。
【０１７４】
この被選択酸化層３０８の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層３０５から３番目となる節に対応する位置である。これにより、実用的な閾値電流を保ちながら、電流狭窄に伴う高抵抗化によって発熱する部分を活性層から遠ざけることができる。また、熱抵抗が低減され、素子中央部の局所的発熱を低減することができる。さらに、また、被選択酸化層２０８の選択酸化に起因する歪みの活性層への影響を低減し、素子寿命を向上させることができる。
【０１７５】
コンタクト層３０９は、上部半導体ＤＢＲ３０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１７６】
ところで、上部半導体ＤＢＲ３０７における共振器構造体に近い層では、ｐ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料として四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いて、Ｃをドーピングしている。
【０１７７】
具体的には、上部半導体ＤＢＲ３０７では、上部スペーサ層３０６に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの３１ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの３１ペアについては、１．５×１０１８〜５×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１７８】
また、下部半導体ＤＢＲ３０３における共振器構造体に近い複数の層では、ｎ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。
【０１７９】
具体的には、下部半導体ＤＢＲ３０３では、下部スペーサ層３０４に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの５１．５ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの５１．５ペアについては、１．５×１０１８〜３×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１８０】
すなわち、各半導体ＤＢＲでは、共振器構造体に隣接する部分が他の領域に対して相対的に低ドーピング濃度となっている。
【０１８１】
各半導体ＤＢＲ中の光の定在波強度は、活性層から４ペア程度で半減する。この強度分布が大きな領域のドーピング濃度を低濃度に設定することによって、自由キャリア吸収を効果的に低減することができる。
【０１８２】
そして、吸収損失が低減されることにより、発振閾値電流が低減し、スロープ効率が向上するので、素子の駆動電流を低減することができる。そこで、投入電力が少なくて済み、発熱を低減することができる。
【０１８３】
また、下部スペーサ層３０４には、ｎ型ドーパントがドーピングされている。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。具体的なドーピング濃度は、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１８４】
なお、上部スペーサ層３０６は、ほぼ全体がアンドープである。但し、上部半導体ＤＢＲ３０７に隣接した厚さが数十ｎｍ程度の部分には、上部半導体ＤＢＲ３０７から拡散したｎ型ドーパントが含まれている。
【０１８５】
この面発光レーザ素子１００Ｅは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を従来よりも低下させることができた。
【０１８６】
そして、この面発光レーザ素子１００Ｅは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な方法で製造することができる。
【０１８７】
ところで、図２２における符号３０８ａは、被選択酸化層３０８中のＡｌが選択的に酸化されてできたＡｌの酸化層であり、符号３０８ｂは電流通過領域である。また、符号３１１は、ＳｉＮからなる保護層である。
【０１８８】
このように、活性層にＡｌＧａＩｎＰ系を用いることで、発振波長が６６０ｎｍ帯の面発光レーザ素子においても、上記実施形態と同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。すなわち、設計意図に基づいて活性層を変更することは問題ない。
【０１８９】
《面発光レーザ素子１００Ｆ》
図２３に示される面発光レーザ素子１００Ｆは、発振波長が６６０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、基板４０１、バッファ層４０２、下部半導体ＤＢＲ４０３、下部スペーサ層４０４、活性層４０５、上部スペーサ層４０６、上部半導体ＤＢＲ４０７、コンタクト層４０９、ｐ側電極４１３、及びｎ側電極４１４などを有している。
【０１９０】
基板４０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【０１９１】
バッファ層４０２は、基板４０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１９２】
下部半導体ＤＢＲ４０３は、バッファ層４０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる高屈折率層のペアを５５．５ペア有している。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。
【０１９３】
下部スペーサ層４０４は、一例として図２４に示されるように、第１の下部スペーサ層４０４１と第２の下部スペーサ層４０４２とから構成されている。
【０１９４】
第１の下部スペーサ層４０４１は、下部半導体ＤＢＲ４０３の＋Ｚ側に積層され、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる第１の層とｎ−ＡｌＡｓからなる第２の層とのペアを２ペア有している。第１の層及び第２の層の光学的厚さは、いずれも１／２λである。そこで、第１の下部スペーサ層４０４１の光学的厚さは、２λとなる。
【０１９５】
第２の下部スペーサ層４０４２は、第１の下部スペーサ層４０４１の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。
【０１９６】
活性層４０５は、第２の下部スペーサ層４０４２の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの３重量子井戸構造の活性層である。
【０１９７】
上部スペーサ層４０６は、活性層４０５の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【０１９８】
下部スペーサ層４０４と活性層４０５と上部スペーサ層４０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、その厚さが３波長の光学的厚さとなるように設定されている。
【０１９９】
上部半導体ＤＢＲ４０７は、上部スペーサ層４０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる高屈折率層のペアを３５ペア有している。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。
【０２００】
上部半導体ＤＢＲ４０７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４０８が厚さ３３ｎｍで挿入されている。
【０２０１】
この被選択酸化層４０８の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層４０５から３番目となる節に対応する位置である。これにより、実用的な閾値電流を保ちながら、電流狭窄に伴う高抵抗化によって発熱する部分を活性層から遠ざけることができる。また、熱抵抗が低減され、素子中央部の局所的発熱を低減することができる。さらに、また、被選択酸化層４０８の選択酸化に起因する歪みの活性層への影響を低減し、素子寿命を向上させることができる。
【０２０２】
コンタクト層４０９は、上部半導体ＤＢＲ４０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０２０３】
ところで、上部半導体ＤＢＲ４０７における共振器構造体に近い層では、ｐ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料として四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いて、Ｃをドーピングしている。
【０２０４】
具体的には、上部半導体ＤＢＲ４０７では、上部スペーサ層４０６に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの３１ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの３１ペアについては、１．５×１０１８〜５×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０２０５】
また、下部半導体ＤＢＲ４０３における共振器構造体に近い複数の層では、ｎ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。
【０２０６】
具体的には、下部半導体ＤＢＲ４０３では、下部スペーサ層４０４に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの５１．５ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの５１．５ペアについては、１．５×１０１８〜３×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０２０７】
すなわち、各半導体ＤＢＲでは、共振器構造体に隣接する部分が他の領域に対して相対的に低ドーピング濃度となっている。
【０２０８】
各半導体ＤＢＲ中の光の定在波強度は、活性層から４ペア程度で半減する。この強度分布が大きな領域のドーピング濃度を低濃度に設定することによって、自由キャリア吸収を効果的に低減することができる。
【０２０９】
そして、吸収損失が低減されることにより、発振閾値電流が低減し、スロープ効率が向上するので、素子の駆動電流を低減することができる。そこで、投入電力が少なくて済み、発熱を低減することができる。
【０２１０】
この面発光レーザ素子１００Ｆは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を従来よりも低下させることができた。
【０２１１】
そして、この面発光レーザ素子１００Ｆは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な方法で製造することができる。
【０２１２】
面発光レーザ素子１００Ｆのように、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ系の材料とＡｌＧａＡｓ系の材料との界面が活性領域近傍にある場合、Ａｓ／Ｐ界面（図２５参照）が、共振器構造体と半導体ＤＢＲとの境界より活性層側であってその界面を挟んでｎ型のドーピングがなされていれば、上記実施形態と同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。従って、素子の低抵抗化が可能になるため、ｎ側のＡｓ／Ｐ界面を、設計意図に基づいて、共振器構造体と下部半導体ＤＢＲとの境界より活性層側にずらすことは問題ない。
【０２１３】
ところで、図２３における符号４０８ａは、被選択酸化層４０８中のＡｌが選択的に酸化されてできたＡｌの酸化層であり、符号４０８ｂは電流通過領域である。また、符号４１１は、ＳｉＮからなる保護層である。
【０２１４】
また、上記各面発光レーザ素子は、画像形成装置以外の用途にも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、６６０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯であっても良い。この場合に、活性層を構成する半導体材料は、発振波長に応じた混晶半導体材料を用いることができる。例えば、９８０ｎｍ帯ではＩｎＧａＡｓ系混晶半導体材料、１．３μｍ帯及び１．５μｍ帯ではＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）系混晶半導体材料を用いることができる。
【０２１５】
また、各反射鏡の材料及び構成を発振波長に応じて選択することにより、任意の発振波長に対応した発光部を形成することができる。なお、低屈折率層及び高屈折率層は、発振波長に対して透明で、かつ可能な限り互いの屈折率差が大きく取れる組み合わせが好ましい。
【０２１６】
なお、上記実施形態では、光走査装置１０１０がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも用いることができる。
【０２１７】
また、上記実施形態では、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。
【０２１８】
また、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。
【０２１９】
例えば、媒体が、ＣＴＰ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｏ Ｐｌａｔｅ）として知られている印刷版であっても良い。つまり、光走査装置１０１０は、印刷版材料にレーザアブレーションによって直接画像形成を行い、印刷版を形成する画像形成装置にも好適である。
【０２２０】
また、例えば、媒体が、いわゆるリライタブルペーパーであっても良い。これは、例えば紙や樹脂フィルム等の支持体上に、以下に説明するような材料が記録層として塗布されている。そして、レーザ光による熱エネルギー制御によって発色に可逆性を与え、表示／消去を可逆的に行うものである。
【０２２１】
透明白濁型リライタブルマーキング法とロイコ染料を用いた発消色型リライタブルマーキング法があり、いずれも適用できる。
【０２２２】
透明白濁型は、高分子薄膜の中に脂肪酸の微粒子を分散したもので、１１０℃以上に加熱すると脂肪酸の溶融により樹脂が膨張する。その後、冷却すると脂肪酸は過冷却状態になり液体のまま存在し、膨張した樹脂が固化する。その後、脂肪酸が固化収縮して多結晶の微粒子となり樹脂と微粒子間に空隙が生まれる。この空隙により光が散乱されて白色に見える。次に、８０℃から１１０℃の消去温度範囲に加熱すると、脂肪酸は一部溶融し、樹脂は熱膨張して空隙を埋める。この状態で冷却すると透明状態となり画像の消去が行われる。
【０２２３】
ロイコ染料を用いたリライタブルマーキング法は、無色のロイコ型染料と長鎖アルキル基を有する顕消色剤との可逆的な発色及び消色反応を利用している。レーザ光により加熱されるとロイコ染料と顕消色剤が反応して発色し、そのまま急冷すると発色状態が保持される。そして、加熱後、ゆっくり冷却すると顕消色剤の長鎖アルキル基の自己凝集作用により相分離が起こり、ロイコ染料と顕消色剤が物理的に分離されて消色する。
【０２２４】
また、媒体が、紫外光を当てるとＣ（シアン）に発色し、可視光のＲ（レッド）の光で消色するフォトクロミック化合物、紫外光を当てるとＭ（マゼンタ）に発色し、可視光のＧ（グリーン）の光で消色するフォトクロミック化合物、紫外光を当てるとＹ（イエロー）に発色し、可視光のＢ（ブルー）の光で消色するフォトクロミック化合物が、紙や樹脂フィルム等の支持体上に設けられた、いわゆるカラーリライタブルペーパーであっても良い。
【０２２５】
これは、一旦紫外光を当てて真っ黒にし、Ｒ・Ｇ・Ｂの光を当てる時間や強さで、Ｙ・Ｍ・Ｃに発色する３種類の材料の発色濃度を制御してフルカラーを表現し、仮に、Ｒ・Ｇ・Ｂの強力な光を当て続ければ３種類とも消色して真っ白にすることもできる。
【０２２６】
このような、光エネルギー制御によって発色に可逆性を与えるものも上記実施形態と同様な光走査装置を備える画像形成装置として実現できる。
【０２２７】
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。
【０２２８】
また、一例として図２６に示されるように、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００であっても良い。
【０２２９】
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、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。
【０２３０】
各感光体ドラムは、図２６中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転方向に沿って、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。
【０２３１】
光走査装置２０１０は、前記面発光レーザ素子１００Ａ〜Ｆのいずれかと同様な面発光レーザ素子、あるいは前記面発光レーザアレイ１００Ｍと同様な面発光レーザアレイを含む光源を、色毎に有している。そこで、上記光走査装置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、上記レーザプリンタ１０００と同様の効果を得ることができる。
【０２３２】
ところで、カラープリンタ２０００では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合がある。このような場合であっても、光走査装置２０１０の各光源が前記面発光レーザアレイ１００Ｍと同様な面発光レーザアレイを有していると、点灯させる発光部を選択することで色ずれを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２３３】
以上説明したように、本発明の面発光レーザ素子によれば、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくするのに適している。また、本発明の面発光レーザアレイによれば、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくするのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高精度の光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高品質の画像を形成するのに適している。
【符号の説明】
【０２３４】
１１ａ…偏向器側走査レンズ（走査光学系の一部）、１１ｂ…像面側走査レンズ（走査光学系の一部）、１３…ポリゴンミラー（偏向器）、１４…光源、１００Ａ…面発光レーザ素子、１００Ｂ…面発光レーザ素子、１００Ｃ…面発光レーザ素子、１００Ｄ…面発光レーザ素子、１００Ｅ…面発光レーザ素子、１００Ｆ…面発光レーザ素子、１００Ｍ…面発光レーザアレイ、１０３…下部半導体ＤＢＲ（ｎ型半導体多層膜反射鏡）、１０４…下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）、１０５…活性層、１０６…上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）、１０７…上部半導体ＤＢＲ（ｐ型半導体多層膜反射鏡）、２０３…下部半導体ＤＢＲ（ｎ型半導体多層膜反射鏡）、２０４…下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）、２０５…活性層、２０６…上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）、２０７…上部半導体ＤＢＲ（ｐ型半導体多層膜反射鏡）、３０３…下部半導体ＤＢＲ（ｎ型半導体多層膜反射鏡）、３０４…下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）、３０５…活性層、３０６…上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）、３０７…上部半導体ＤＢＲ（ｐ型半導体多層膜反射鏡）、４０３…下部半導体ＤＢＲ（ｎ型半導体多層膜反射鏡）、４０４…下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）、４０５…活性層、４０６…上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）、４０７…上部半導体ＤＢＲ（ｐ型半導体多層膜反射鏡）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２３５】
【特許文献１】特開２００４−３２７９９２号公報
【特許文献２】特開２００３−１１５６３５号公報
【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係り、更に詳しくは、基板に対して垂直な方向に光を射出する面発光レーザ素子、該面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ素子あるいは前記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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、垂直共振器型の面発光レーザ素子（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）（以下では、「ＶＣＳＥＬ」ともいう）は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）や光インターコネクション用の光源として、及びプリンタや複写機の書き込み用光源として使用されるようになってきた。
【０００３】
ＶＣＳＥＬは、製造工程で劈開が不要で、ウエハの状態で素子の検査が可能なため、従来の端面発光型の半導体レーザに比べて、低コストであるという特徴を有している。また、ＶＣＳＥＬは、端面発光型の半導体レーザに比べて、低消費電力であるという特徴も有している。
【０００４】
このＶＣＳＥＬは、半導体基板上に多数の半導体層をエピタキシャル成長によって積層して製造される。
【０００５】
ところで、ＶＣＳＥＬを、光通信や光インターコネクションの光源として用いる場合には、高速での変調が望まれる。また、書き込み用光源として用いる場合には、光出力の立ち上がり、立ち下りにおける速やかな応答が望まれる。さらに、信頼性の面からは、より低電流での駆動が望ましい。
【０００６】
しかしながら、電流注入によって発振するＶＣＳＥＬは、通常、多層膜反射鏡を通して電流が注入される。この多層膜反射鏡は、屈折率の異なる２つの半導体層を交互に積層したものであり、多数のヘテロ界面を持つためどうしても抵抗が高くなる。
【０００７】
その結果、ＶＣＳＥＬでは、素子抵抗が高くなりやすく、ＣＲ時定数による変調帯域への制限から高速変調が難しくなりやすく、かつ電流注入による発熱が問題になりやすい。また、素子抵抗を下げるために多層膜反射鏡のドーピング濃度を上げて低抵抗化しようとすると、光吸収により発振が妨げられてしまうという不都合が生じる。
【０００８】
また、変調速度を向上させるには、ＶＣＳＥＬの素子容量の低減が好ましく、そのためには、ＶＣＳＥＬの素子径を小さくすることが有効である。しかし、素子径を小さくすると電流注入による熱の放熱に不利になってしまう。
【０００９】
また、ＶＣＳＥＬにおいて、反射鏡に挟まれて設けられ、活性領域とスペーサ層とからなる共振器は、共振波長λの整数倍の光学的な長さを有し、発振時には強い電界強度を有する領域となるため、この部分をドーピング領域とする場合は、通常、活性領域から数十ｎｍ以上の範囲をアンドープに保ちそれより離れた領域にドーピングすることが多い。これは光吸収を少なく保つためと、結晶品質の低下による非発光再結合の影響を最小限にするためである。
【００１０】
例えば、特許文献１には、ｐドープ領域及び非ドープ領域を有するｐスペーサと、ｎドープ領域及び非ドープ領域を有するｎスペーサと、ｐスペーサの非ドープ領域及びｎスペーサの非ドープ領域の間の活性領域であって、正孔と電子の再結合によって波長λの光を生成する活性領域とを有し、ｐスペーサの非ドープ領域は、ｎスペーサの非ドープ領域とは異なる厚さを有するレーザが開示されている。
【００１１】
この特許文献１に開示されているレーザでは、共振器構造体を発振波長λに対して（ｎ＋１）λ／２（ｎは２より大きな整数）の光学的な長さに設定し、ｐ側の非ドープ領域を長くしている。この場合には、共振器構造体の長さが、よく用いられる共振器構造体の長さである光学的な長さλより長くなってしまい、素子抵抗が増加するおそれがあった。
【００１２】
また、特許文献２には、基板上に、それぞれ、ｐ型またはｎ型にドープされた導電型の異なる一対の半導体多層膜反射鏡と、一対の半導体多層膜反射鏡の間に配置され、かつクラッド層に挟まれた活性層とを有し、少なくとも一方のクラッド層は、当該クラッド層に近い側の半導体多層膜反射鏡と同じ導電型の不純物でドープされており、かつその濃度は当該クラッド層の遠い側の半導体多層膜反射鏡中に存在する不純物と同じ導電型の不純物濃度以上であって、当該クラッド層の近い側の半導体多層反射鏡中に存在する不純物と同じ導電型の不純物濃度以下である酸化狭窄型面発光型半導体レーザ素子が開示されている。
【００１３】
この特許文献２に開示されている半導体レーザ素子では、ｐ−ｎ接合位置を活性層にするために、スペーサ層は活性層に隣接する部分までｐ−ｎ共にドーピングを施している。ＶＣＳＥＬでは、共振器中の電界強度が非常に強くなるため、このような場合、特にｐ型スペーサ層における自由キャリア吸収が強くなり、発振電流の閾値の上昇や、スロープ効率の低下を招くおそれがあった。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明者等は、種々の実験等を行い、以下のことを見出した。
【００１５】
ｐ側スペーサ層へのｐ型ドーパントのドーピングは、吸収や結晶に与える悪影響が大きく、ドープ領域を活性領域に接近させる、あるいはドーピング量を大きくすると、ＶＣＳＥＬの発光特性自体が劣化する（発振電流の閾値の上昇、スロープ効率の低下など）とともに、信頼性も大きく低下する。
【００１６】
一方、ｎ側スペーサ層へのｎ型ドーパントのドーピングは、吸収や結晶に与える悪影響が小さく、ドープ領域をｎ側スペーサ層全体あるいは活性領域まで広げても、あるレベルまでのドーピング量の場合、発光特性の低下はきわめて小さい。また、活性領域の一部までドーピングした場合、素子抵抗の低下とともに、信頼性が低下するが、ドーピング量が小さいと、その低下も小さい。なお、本明細書では、出力が１．４ｍＷのときのＩ−Ｖ曲線における微分抵抗を素子抵抗という。
【００１７】
本発明は、上述した発明者等の得た新規知見に基づいてなされたものであり、以下の構成を有する。
【００１８】
本発明は、第１の観点からすると、ｐ側スペーサ層とｎ側スペーサ層とによって挟まれている活性層を有する面発光レーザ素子において、前記ｐ側スペーサ層は、少なくとも前記活性層に接する一部分に、ｐ型ドーパントが含まれないアンドープ領域を有し、前記ｎ側スペーサ層は、全体にｎ型ドーパントがドープされていることを特徴とする面発光レーザ素子である。
【００１９】
これによれば、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。
【００２０】
本発明は、第２の観点からすると、本発明の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイである。
【００２１】
これによれば、本発明の面発光レーザ素子が集積されているため、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。
【００２２】
本発明は、第３の観点からすると、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、本発明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偏向器と；前記偏向器で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；を備える光走査装置である。
【００２３】
これによれば、本発明の面発光レーザ素子を有しているため、結果として、高精度の光走査を行うことが可能となる。
【００２４】
本発明は、第４の観点からすると、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、本発明の面発光レーザアレイを有する光源と；前記光源からの光を偏向する偏向器と；前記偏向器で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；を備える光走査装置である。
【００２５】
これによれば、本発明の面発光レーザアレイを有しているため、結果として、高精度の光走査を行うことが可能となる。
【００２６】
本発明は、第５の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの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少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。
【００２７】
これによれば、本発明の光走査装置を備えているため、高品質の画像を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。
【図２】図１における光走査装置を示す概略図である。
【図３】面発光レーザ素子１００Ａを説明するための図である。
【図４】面発光レーザ素子１００Ａにおける上部半導体ＤＢＲを説明するための図である。
【図５】面発光レーザ素子１００Ａにおける低ドーピング濃度領域を説明するための図である。
【図６】面発光レーザ素子１００Ａにおけるドーピングプロファイルを説明するための図（その１）である。
【図７】面発光レーザ素子１００Ａにおけるドーピングプロファイルを説明するための図（その２）である。
【図８】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その１）である。
【図９】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その２）である。
【図１０】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その３）である。
【図１１】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その４）である。
【図１２】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その５）である。
【図１３】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その６）である。
【図１４】面発光レーザ素子１００Ａの製造方法を説明するための図（その７）である。
【図１５】面発光レーザ素子１００Ｂにおけるドーピングプロファイルを説明するための図（その１）である。
【図１６】面発光レーザ素子１００Ｂにおけるドーピングプロファイルを説明するための図（その２）である。
【図１７】面発光レーザ素子１００Ｄを説明するための図である。
【図１８】面発光レーザ素子１００Ｄの変形例を説明するための図である。
【図１９】図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、それぞれ、下部半導体ＤＢＲと下部スペーサ層の界面近傍におけるドーピング濃度を説明するための図である。
【図２０】面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図２１】図２０のＡ−Ａ断面図である。
【図２２】面発光レーザ素子１００Ｅを説明するための図である。
【図２３】面発光レーザ素子１００Ｆを説明するための図である。
【図２４】面発光レーザ素子１００Ｆにおける共振器構造体を説明するための図である。
【図２５】面発光レーザ素子１００Ｆにおけるドーピングプロファイルを説明するための図である。
【図２６】カラープリンタの概略構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１９（Ｂ）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レーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。
【００３０】
このレーザプリンタ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などを備えている。なお、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、図１における矢印方向に回転するようになっている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。
【００３７】
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。
【００３８】
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、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対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、該記録紙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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。
【００４４】
この光走査装置１０１０は、一例として図２に示されるように、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、ポリゴンミラー１３、光源１４、カップリングレンズ１５、開口板１６、シリンドリカルレンズ１７、反射ミラー１８、及び走査制御装置（図示省略）などを備えている。そして、これらは、光学ハウジング３０の所定位置に組み付けられている。
【００４５】
なお、以下では、便宜上、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。
【００４６】
カップリングレンズ１５は、光源１４から出力された光束を略平行光とする。
【００４７】
開口板１６は、開口部を有し、カップリングレンズ１５を介した光束のビーム径を規定する。
【００４８】
シリンドリカルレンズ１７は、開口板１６の開口部を通過した光束を、反射ミラー１８を介してポリゴンミラー１３の偏向反射面近傍に副走査対応方向に関して結像する。
【００４９】
光源１４とポリゴンミラー１３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。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ１５と開口板１６とシリンドリカルレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されている。
【００５０】
ポリゴンミラー１３は、一例として内接円の半径が１８ｍｍの６面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１３は、副走査対応方向に平行な軸の周りを等速回転しながら、反射ミラー１８からの光束を偏向する。
【００５１】
偏向器側走査レンズ１１ａは、ポリゴンミラー１３で偏向された光束の光路上に配置されている。
【００５２】
像面側走査レンズ１１ｂは、偏向器側走査レンズ１１ａを介した光束の光路上に配置されている。そして、この像面側走査レンズ１１ｂ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１３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。
【００５３】
ポリゴンミラー１３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。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂとから構成されている。なお、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂの間の光路上、及び像面側走査レンズ１１ｂ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良い。
【００５４】
光源１４は、基板に垂直な方向にレーザ光を射出する垂直共振器型の面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）を有している。この面発光レーザ素子としては、種々の構成、構造のものが考えられるが、ここでは、３つの実施例（実施例１、実施例２及び実施例３）について説明する。
【００５５】
なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、レーザ発振方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面内における互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。
【００５６】
《実施例１の面発光レーザ素子１００Ａ》
この面発光レーザ素子１００Ａは、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、一例として図３に示されるように、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、ｐ側電極１１３、及びｎ側電極１１４などを有している。
【００５７】
基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【００５８】
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。
【００５９】
下部半導体ＤＢＲ１０３は、バッファ層１０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを４０．５ペア有している。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。
【００６０】
下部スペーサ層１０４は、下部半導体ＤＢＲ１０３の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００６１】
活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＰの３重量子井戸構造の活性層である。
【００６２】
上部スペーサ層１０６は、活性層１０５の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００６３】
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、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。
【００６４】
上部半導体ＤＢＲ１０７は、第１の上部半導体ＤＢＲ１０７１及び第２の上部半導体ＤＢＲ１０７２を有している（図４参照）。
【００６５】
第１の上部半導体ＤＢＲ１０７１は、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる低屈折率層とｐ−（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる高屈折率層のペアを１ペア有している。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、組成が一定のバッファ層が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接するバッファ層の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。
【００６６】
この第１の上部半導体ＤＢＲ１０７１は、ＡｌＧａＡｓ層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、活性領域へ注入された電子のブロック層として機能する。
【００６７】
第２の上部半導体ＤＢＲ１０７２は、第１の上部半導体ＤＢＲ１０７１の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２４ペア有している。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。
【００６８】
第２の上部半導体ＤＢＲ１０７２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３３ｎｍで挿入されている。
【００６９】
この被選択酸化層１０８の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層１０５から３番目となる節に対応する位置である。これにより、実用的な閾値電流を保ちながら、電流狭窄に伴う高抵抗化によって発熱する部分を活性層から遠ざけることができる。また、熱抵抗が低減され、素子中央部の局所的発熱を低減することができる。さらに、また、被選択酸化層１０８の選択酸化に起因する歪みの活性層への影響を低減し、素子寿命を向上させることができる。
【００７０】
コンタクト層１０９は、第２の上部半導体ＤＢＲ１０７２の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【００７１】
ところで、上部半導体ＤＢＲ１０７における共振器構造体に近い複数の層（図５における符号Ａの領域）では、ｐ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料として四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いて、Ｃをドーピングしている。
【００７２】
具体的には、上部半導体ＤＢＲ１０７では、上部スペーサ層１０６に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの２１ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの２１ペアについては、１．５×１０１８〜５×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【００７３】
また、下部半導体ＤＢＲ１０３における共振器構造体に近い複数の層（図５における符号Ｂの領域）では、ｎ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。
【００７４】
具体的には、下部半導体ＤＢＲ１０３では、下部スペーサ層１０４に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの３６．５ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの３６．５ペアについては、１．５×１０１８〜３×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【００７５】
すなわち、各半導体ＤＢＲでは、共振器構造体に隣接する部分が他の領域に対して相対的に低いドーピング濃度となっている。
【００７６】
各半導体ＤＢＲ中の光の定在波強度は、活性層から４ペア程度で半減する。この強度分布が大きな領域のドーピング濃度を低濃度に設定することによって、自由キャリア吸収を効果的に低減することができる。
【００７７】
そして、自由キャリア吸収による損失（以下、便宜上、「吸収損失」ともいう）が低減されることにより、発振閾値電流が低減し、スロープ効率が向上するので、素子の駆動電流を低減することができる。そこで、投入電力が少なくて済み、発熱を低減することができる。
【００７８】
また、下部スペーサ層１０４には、ｎ型ドーパントがドーピングされている（図６及び図７参照）。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。具体的なドーピング濃度は、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。なお、図７は、二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いた測定結果である。
【００７９】
なお、上部スペーサ層１０６は、ほぼ全体がアンドープである。但し、上部半導体ＤＢＲ１０７に隣接した厚さが数十ｎｍ程度の部分には、上部半導体ＤＢＲ１０７から拡散したｎ型ドーパントが含まれている（図６参照）。
【００８０】
次に、面発光レーザ素子１００Ａの製造方法について簡単に説明する。なお、上記のように、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。
【００８１】
（１）上記積層体を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作成する（図８参照）。
【００８２】
ここでは、ＭＯＣＶＤ法の場合には、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（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を用いている。
【００８３】
（２）積層体の表面に一辺が２５μｍの正方形状のレジストパターンを形成する。
【００８４】
（３）Ｃｌ２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、上記レジストパターンをフォトマスクとして四角柱状のメサ構造体（以下では、便宜上「メサ」と略述する）を形成する。ここでは、エッチングの底面は下部スペーサ層１０４中に位置するようにした。
【００８５】
（４）フォトマスクを除去する（図９参照）。
【００８６】
（５）積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）がメサの外周部から選択的に酸化され、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が残留する（図１０参照）。すなわち、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、いわゆる酸化狭窄構造体が形成される。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。このようにして、例えば幅４μｍ程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。
【００８７】
（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮからなる保護層１１１を形成する（図１１参照）。
【００８８】
（７）レーザ光の射出面となるメサ上部にｐ側電極コンタクトの窓開けを行うためのエッチングマスク（マスクＭという）を作成する。
【００８９】
（８）ＢＨＦにて保護層１１１をエッチングし、ｐ側電極コンタクトの窓開けを行う。
【００９０】
（９）マスクＭを除去する（図１２参照）。
【００９１】
（１０）メサ上部の光射出部となる領域に一辺１０μｍの正方形状のレジストパターンを形成し、ｐ側の電極材料の蒸着を行なう。ｐ側の電極材料としてはＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる多層膜、もしくはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜が用いられる。
【００９２】
（１１）光射出部となる領域に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｐ側電極１１３を形成する（図１３参照）。このｐ側電極１１３で囲まれた領域が射出領域である。
【００９３】
（１２）基板１０１の裏側を所定の厚さ（例えば１００μｍ程度）まで研磨した後、ｎ側電極１１４を形成する（図１４参照）。ここでは、ｎ側電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。
【００９４】
（１３）アニールによって、ｐ側電極１１３とｎ側電極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。
【００９５】
（１４）チップ毎に切断する。
【００９６】
そして、種々の後工程を経て、面発光レーザ素子１００Ａとなる。
【００９７】
このように、下部スペーサ層１０４の全体にドーピングすることで素子抵抗の減少化を図り、かつ上部スペーサ層１０６は、活性層１０５に近い側の部分をアンドープ領域とすることで発光特性の劣化を抑制している。
【００９８】
また、面発光レーザ素子１００Ａは、加速試験を行ったところ、従来の面発光レーザ素子と変わらない寿命であった。すなわち、面発光レーザ素子１００Ａでは、十分な信頼性も確保できており、活性層１０５近傍までＳｅをドーピングした悪影響はほとんど見られなかった。
【００９９】
ところで、Ａｓ／Ｐ界面は、界面品質が低下しやすく欠陥準位の多い界面になりやすい。そこで、共振器構造体と上部半導体ＤＢＲの境界にＡｓ／Ｐ界面を設けると、強い電界強度のために光吸収の影響が大きくなり、発光効率を低下させるおそれがある。
【０１００】
また、活性層へ注入された電子のうち活性層からオーバーフローした電子が、上記欠陥準位に結合するため、やはり発光効率が低下するおそれがある。
【０１０１】
しかしながら、面発光レーザ素子１００Ａでは、活性層に隣接する上部半導体ＤＢＲの１ペアをｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／ｐ−（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐとしている。これにより、ｐ側のＡｓ／Ｐ界面を共振器構造体から遠ざけることができ（図４参照）、かつ電子のオーバーフローをブロックすることができるため、発光効率の低下を防ぐことが可能となる。なお、ｐ側のＡｓ／Ｐ界面の位置は、本実施例に限定されず、設計意図に基づいて変更しても良い。
【０１０２】
そして、面発光レーザ素子１００Ａの素子抵抗を実測したところ、２４５Ωであった。なお、下部スペーサ層にｎ型ドーパントが意図的にドーピングされていない従来の面発光レーザ素子の素子抵抗は、約３１０Ωであった。
【０１０３】
なお、ここでは、ｎ型ドーパントとしてＳｅ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く、例えば、Ｓｉ、Ｓなどであっても良い。
【０１０４】
ところで、面発光レーザ素子１００Ａの変形例１として、面発光レーザ素子１００Ａと同じ構成及び構造を有し、活性層にまでＳｅをドーピングした（図１５参照）面発光レーザ素子（面発光レーザ素子１００Ｂという）を作成し、素子抵抗を実測したところ、２３５Ωであった。すなわち、面発光レーザ素子１００Ａよりも素子抵抗が１０Ω低下した。このときの、活性層中のＳｅの濃度は、一例として図１６に示されるように、５×１０１７［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］以下に抑えられている。なお、図１６は、二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いた測定結果である。
【０１０５】
また、寿命及び発光特性に関しては、面発光レーザ素子１００Ｂと面発光レーザ素子１００Ａとの間に明確な差はみられなかった。
【０１０６】
このように、活性層にまでＳｅをドーピングする場合は、活性層におけるドーピング範囲と濃度とを調整することで、素子抵抗と信頼性のバランスを考えた素子設計が可能になる。
【０１０７】
続いて、実施例２及び実施例３について説明するが、前述した実施例１との相違点を中心に説明するとともに、実施例１と同一若しくは同等の構成部分については、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【０１０８】
《実施例２の面発光レーザ素子１００Ｃ》
この面発光レーザ素子１００Ｃは、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、面発光レーザ素子１００Ａにおける前記下部スペーサ層１０４に代えて、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる下部スペーサ層が用いられ、前記上部スペーサ層１０６に代えて、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる上部スペーサ層が用いられている点に特徴を有している。
【０１０９】
この面発光レーザ素子１００Ｃは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を従来よりも低下させることができた。
【０１１０】
そして、この面発光レーザ素子１００Ｃは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な方法で製造することができる。
【０１１１】
また、ＧａＩｎＰのスペーサ層は、Ａｌを含むＡｌＧａＩｎＰのスペーサ層よりも熱伝導率が大きく、素子からの放熱の向上が期待できる。素子からの放熱が向上すると、駆動時における活性層の温度が低減でき、素子の発光効率が向上し、素子の寿命が向上する。
【０１１２】
このように、スペーサ層の組成を設計意図に基づいて変更することは問題ない。
【０１１３】
《実施例３の面発光レーザ素子１００Ｄ》
この面発光レーザ素子１００Ｄは、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、一例として図１７に示されるように、基板２０１、バッファ層２０２、下部半導体ＤＢＲ２０３、下部スペーサ層２０４、活性層２０５、上部スペーサ層２０６、上部半導体ＤＢＲ２０７、コンタクト層２０９、ｐ側電極２１３、及びｎ側電極２１４などを有している。
【０１１４】
基板２０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【０１１５】
バッファ層２０２は、基板２０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１１６】
下部半導体ＤＢＲ２０３は、バッファ層２０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを４０．５ペア有している。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。
【０１１７】
下部スペーサ層２０４は、下部半導体ＤＢＲ２０３の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【０１１８】
活性層２０５は、下部スペーサ層２０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＰの３重量子井戸構造の活性層である。
【０１１９】
量子井戸層は７８０ｎｍ帯の発振波長を得るために、ＧａＩｎＰ混晶にＡｓを導入したものであり０．７％の圧縮歪みを有する。
【０１２０】
バリア層は、０．６％の引張歪みを導入することによってバンドギャップを大きくし、高いキャリア閉じ込めを実現するとともに、量子井戸層の歪み補償構造を形成している。
【０１２１】
上部スペーサ層２０６は、活性層２０５の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【０１２２】
下部スペーサ層２０４と活性層２０５と上部スペーサ層２０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、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２０５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。
【０１２３】
上部半導体ＤＢＲ２０７は、上部スペーサ層２０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２５ペア有している。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。
【０１２４】
上部半導体ＤＢＲ２０７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２０８が厚さ３３ｎｍで挿入されている。
【０１２５】
この被選択酸化層２０８の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層２０５から３番目となる節に対応する位置である。これにより、実用的な閾値電流を保ちながら、電流狭窄に伴う高抵抗化によって発熱する部分を活性層から遠ざけることができる。また、熱抵抗が低減され、素子中央部の局所的発熱を低減することができる。さらに、また、被選択酸化層２０８の選択酸化に起因する歪みの活性層への影響を低減し、素子寿命を向上させることができる。
【０１２６】
コンタクト層２０９は、上部半導体ＤＢＲ２０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１２７】
ところで、上部半導体ＤＢＲ２０７における共振器構造体に近い複数の層では、ｐ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料として四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いて、Ｃをドーピングしている。
【０１２８】
具体的には、上部半導体ＤＢＲ２０７では、上部スペーサ層２０６に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの２１ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの２１ペアについては、１．５×１０１８〜５×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１２９】
また、下部半導体ＤＢＲ２０３における共振器構造体に近い複数の層では、ｎ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。
【０１３０】
具体的には、下部半導体ＤＢＲ２０３では、下部スペーサ層２０４に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの３６．５ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの３６．５ペアについては、１．５×１０１８〜３×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１３１】
すなわち、各半導体ＤＢＲでは、共振器構造体に隣接する部分が他の領域に対して相対的に低いドーピング濃度となっている。
【０１３２】
各半導体ＤＢＲ中の光の定在波強度は、活性層から４ペア程度で半減する。この強度分布が大きな領域のドーピング濃度を低濃度に設定することによって、自由キャリア吸収を効果的に低減することができる。
【０１３３】
そして、吸収損失が低減されることにより、発振閾値電流が低減し、スロープ効率が向上するので、素子の駆動電流を低減することができる。そこで、投入電力が少なくて済み、発熱を低減することができる。
【０１３４】
また、下部スペーサ層２０４には、ｎ型ドーパントがドーピングされている。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。具体的なドーピング濃度は、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１３５】
なお、上部スペーサ層２０６は、ほぼ全体がアンドープである。但し、上部半導体ＤＢＲ２０７に隣接した厚さが数十ｎｍ程度の部分には、上部半導体ＤＢＲ２０７から拡散したｎ型ドーパントが含まれている。
【０１３６】
この面発光レーザ素子１００Ｄは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を従来よりも低下させることができた。
【０１３７】
そして、この面発光レーザ素子１００Ｄは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な方法で製造することができる。
【０１３８】
なお、図１７における符号２０８ａは、被選択酸化層２０８中のＡｌが選択的に酸化されてできたＡｌの酸化層であり、符号２０８ｂは電流通過領域である。また、符号２１１は、ＳｉＮからなる保護層である。
【０１３９】
ところで、面発光レーザ素子１００Ｄにおいて、下部半導体ＤＢＲ２０３におけるＳｅのドーピング量を約５×１０１７［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］とし、下部スペーサ層２０４の下部半導体ＤＢＲ２０３に隣接した部分におけるＳｅのドーピング量を８×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としても良い。すなわち、一例として図１８に示されるように、下部スペーサ層２０４と下部半導体ＤＢＲ２０３の界面近傍で、下部スペーサ層２０４側のＳｅのドーピング量が、下部半導体ＤＢＲ２０３側のＳｅのドーピング量より多くても良い。この場合は、高抵抗化の要因であるＡｓ／Ｐ界面の低抵抗化を図り、かつ余分な部分を低ドープに保つことが可能になるため、特性が良好で且つ低抵抗化を達成できる。
【０１４０】
発明者は、種々の実験を繰り返し行い、以下のような知見を得た。
【０１４１】
１．スペーサ層と半導体ＤＢＲの界面は、共振器と反射鏡との界面に当たるため、素子中の電界強度の強い部分に相当する。そのため、この部分におけるドーピング量を増加させると光吸収が懸念される。発明者は、一例として図１９（Ａ）に示されるように、上記界面近傍における、ＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓ（但し、０≦ｗ≦１）からなる下部半導体ＤＢＲ側よりも、（ＡｌｘＧａ（１−ｘ））ｚＩｎ（１−ｚ）Ｐ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｚ≦１）からなる下部スペーサ層側の方が比較的高ドープの場合（便宜上「第１の場合」という）と、一例として図１９（Ｂ）に示されるように、上記界面近傍におけるドーピング濃度が、下部半導体ＤＢＲ側と下部スペーサ層側とで同等の場合（便宜上「第２の場合」という）とを比較した。
【０１４２】
このとき、第１の場合では、界面近傍での下部スペーサ層側のドーピング濃度が高い上に下部スペーサ層全体にドーピングが広がっており、第２の場合では、ドーピングの範囲が下部スペーサ層の一部に限定されている。このように光吸収が異なると考えられる条件であっても、第１の場合での特性低下は、第２の場合に比較して非常に小さかった。
【０１４３】
２．ＡｌＧａＡｓ系材料は、特に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）においてＣ（炭素）を含みやすく、Ａｓ／Ｐ界面にＣの存在が確認された。ここで下部スペーサ層をアンドープや低ドープにすると、下部スペーサ層と下部半導体ＤＢＲの界面に存在しているＣ（炭素）により該界面が局所的にｐ型になりやすく、高抵抗化を引き起こす。そこで、下部半導体ＤＢＲとの界面近傍における下部スペーサ層のドーピング濃度を上げてやることで、下部スペーサ層と下部半導体ＤＢＲの界面が局所的にｐ型になることを防ぎ、抵抗を下げることが可能になった。
【０１４４】
そこで、下部スペーサ層と下部半導体ＤＢＲの界面近傍において逆のドーピング、すなわち界面に隣接したＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓ（但し、０≦ｗ≦１）からなる下部半導体ＤＢＲ側が、（ＡｌｘＧａ（１−ｘ））ｚＩｎ（１−ｚ）Ｐ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｚ≦１）からなる下部スペーサ層側よりも、比較的高ドープにするよりも好ましい。
【０１４５】
その理由としては、Ａｓ系材料の上にＰ系材料を成長させる場合に、Ａｓ系材料は高品質に成長しやすいが、Ｖ族ガスへの切り替え直後に成長したＰ系材料には欠陥が含まれやすくなる。すなわち、結晶品質の低下による高抵抗の原因となる層ができやすい。そこで、Ａｓ系側（下部半導体ＤＢＲ側）を高ドープにするよりもＰ系側（下部スペーサ層側）を高ドープにする方が、抵抗を下げる効果が高いためである。
【０１４６】
ここでは、Ｖ族としてＰ（リン）を含む下部スペーサ層における下部半導体ＤＢＲとの界面に隣接する部分を、該界面に隣接する下部半導体ＤＢＲのＡｌＧａＡｓ層より高いドーピング濃度にすることで、高抵抗になりやすいＰ系材料側の界面を低抵抗化でき、より素子抵抗が低く、高速での光変調が可能な面発光レーザ素子を提供することができる。
【０１４７】
下部スペーサ層全体をｎドープ領域にすることで、より素子抵抗が低く、高速での光変調が可能な面発光レーザ素子を提供することができることも実験により明らかになった。
【０１４８】
従来、共振器構造体にドーピングをしない構造の面発光レーザ素子については多数報告がなされている。また、前記特許文献２のように上部スペーサ層及び下部スペーサ層のいずれにもドーピングしてある構造の面発光レーザ素子についても報告がなされている。しかしながら、（ＡｌｘＧａ（１−ｘ））ｚＩｎ（１−ｚ）Ｐ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｚ≦１）からなる下部スペーサ層のドーピングを、隣接したＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓ（但し、０≦ｗ≦１）からなる下部半導体ＤＢＲ側より比較的高ドープにした構造の面発光レーザ素子については報告はなされていない。発明者は、種々の実験の結果、このような場合には素子抵抗を十分低減することで光変調速度も高速化でき、かつ素子の特性や信頼性も満足できることがわかった。
【０１４９】
以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄによると、基板上に積層された、下部半導体ＤＢＲ、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、及び上部半導体ＤＢＲなどを有している。
【０１５０】
活性層は、下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）と上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）とによって挟まれている。
【０１５１】
そして、上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）は、少なくとも活性層に接する一部分に、ｐ型ドーパントが含まれないアンドープ領域を有し、下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）は、全体にｎ型ドーパントがドープされている。
【０１５２】
そこで、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。
【０１５３】
また、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源１４が面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄのいずれかを有しているため、高精度の光走査を行うことが可能となる。
【０１５４】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、光走査装置１０１０を備えているため、高品質の画像を形成することが可能となる。
【０１５５】
なお、上記実施形態では、保護層がＳｉＮの場合について説明したが、これに限らず、例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、ＴｉＯｘ及びＳｉＯＮのいずれかであっても良い。
【０１５６】
また、上記実施形態において、光源１４は、前記面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄのいずれかに代えて、一例として図２０に示される面発光レーザアレイ１００Ｍを有しても良い。
【０１５７】
この面発光レーザアレイ１００Ｍは、複数（ここでは２１個）の発光部が同一基板上に配置されている。複数の発光部は、すべての発光部をＹ軸方向に伸びる仮想線上に正射影したときに、隣接する発光部間隔が等間隔ｄ２となるように配置されている。すなわち、２１個の発光部は、２次元的に配列されている。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいう。また、発光部の数は２１個に限定されるものではない。
【０１５８】
各発光部は、図２０のＡ−Ａ断面図である図２１に示されるように、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な構造を有している。そして、この面発光レーザアレイ１００Ｍは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な方法で製造することができる。そこで、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。なお、各発光部が前述した面発光レーザ素子１００Ｂ〜１００Ｄのいずれかと同様な構造を有していても良い。
【０１５９】
また、面発光レーザアレイ１００Ｍでは、各発光部を副走査対応方向に延びる仮想線上に正射影したときの発光部間隔が等間隔ｄ２であるので、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。
【０１６０】
そして、例えば、上記間隔ｄ２を２．６５μｍ、光走査装置１０１０の光学系の倍率を２倍とすれば、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書き込みができる。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、発光部の点灯のタイミングで容易に制御できる。
【０１６１】
また、この場合には、レーザプリンタ１０００では書き込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、同じ書き込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。
【０１６２】
また、上記実施形態において、前記面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄのいずれかに代えて、面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄのいずれかと同様の発光部が１次元配列された面発光レーザアレイを用いても良い。
【０１６３】
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。
【０１６４】
《面発光レーザ素子１００Ｅ》
図２２に示される面発光レーザ素子１００Ｅは、発振波長が６６０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、基板３０１、バッファ層３０２、下部半導体ＤＢＲ３０３、下部スペーサ層３０４、活性層３０５、上部スペーサ層３０６、上部半導体ＤＢＲ３０７、コンタクト層３０９、ｐ側電極３１３、及びｎ側電極３１４などを有している。
【０１６５】
基板３０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【０１６６】
バッファ層３０２は、基板３０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１６７】
下部半導体ＤＢＲ３０３は、バッファ層３０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる高屈折率層のペアを５５．５ペア有している。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。
【０１６８】
下部スペーサ層３０４は、下部半導体ＤＢＲ３０３の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【０１６９】
活性層３０５は、下部スペーサ層３０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの３重量子井戸構造の活性層である。
【０１７０】
上部スペーサ層３０６は、活性層３０５の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【０１７１】
下部スペーサ層３０４と活性層３０５と上部スペーサ層３０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、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３０５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。
【０１７２】
上部半導体ＤＢＲ３０７は、上部スペーサ層３０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる高屈折率層のペアを３５ペア有している。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。
【０１７３】
上部半導体ＤＢＲ３０７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３０８が厚さ３３ｎｍで挿入されている。
【０１７４】
この被選択酸化層３０８の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層３０５から３番目となる節に対応する位置である。これにより、実用的な閾値電流を保ちながら、電流狭窄に伴う高抵抗化によって発熱する部分を活性層から遠ざけることができる。また、熱抵抗が低減され、素子中央部の局所的発熱を低減することができる。さらに、また、被選択酸化層２０８の選択酸化に起因する歪みの活性層への影響を低減し、素子寿命を向上させることができる。
【０１７５】
コンタクト層３０９は、上部半導体ＤＢＲ３０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１７６】
ところで、上部半導体ＤＢＲ３０７における共振器構造体に近い層では、ｐ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料として四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いて、Ｃをドーピングしている。
【０１７７】
具体的には、上部半導体ＤＢＲ３０７では、上部スペーサ層３０６に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの３１ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの３１ペアについては、１．５×１０１８〜５×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１７８】
また、下部半導体ＤＢＲ３０３における共振器構造体に近い複数の層では、ｎ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。
【０１７９】
具体的には、下部半導体ＤＢＲ３０３では、下部スペーサ層３０４に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの５１．５ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの５１．５ペアについては、１．５×１０１８〜３×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１８０】
すなわち、各半導体ＤＢＲでは、共振器構造体に隣接する部分が他の領域に対して相対的に低ドーピング濃度となっている。
【０１８１】
各半導体ＤＢＲ中の光の定在波強度は、活性層から４ペア程度で半減する。この強度分布が大きな領域のドーピング濃度を低濃度に設定することによって、自由キャリア吸収を効果的に低減することができる。
【０１８２】
そして、吸収損失が低減されることにより、発振閾値電流が低減し、スロープ効率が向上するので、素子の駆動電流を低減することができる。そこで、投入電力が少なくて済み、発熱を低減することができる。
【０１８３】
また、下部スペーサ層３０４には、ｎ型ドーパントがドーピングされている。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。具体的なドーピング濃度は、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０１８４】
なお、上部スペーサ層３０６は、ほぼ全体がアンドープである。但し、上部半導体ＤＢＲ３０７に隣接した厚さが数十ｎｍ程度の部分には、上部半導体ＤＢＲ３０７から拡散したｎ型ドーパントが含まれている。
【０１８５】
この面発光レーザ素子１００Ｅは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を従来よりも低下させることができた。
【０１８６】
そして、この面発光レーザ素子１００Ｅは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な方法で製造することができる。
【０１８７】
ところで、図２２における符号３０８ａは、被選択酸化層３０８中のＡｌが選択的に酸化されてできたＡｌの酸化層であり、符号３０８ｂは電流通過領域である。また、符号３１１は、ＳｉＮからなる保護層である。
【０１８８】
このように、活性層にＡｌＧａＩｎＰ系を用いることで、発振波長が６６０ｎｍ帯の面発光レーザ素子においても、上記実施形態と同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。すなわち、設計意図に基づいて活性層を変更することは問題ない。
【０１８９】
《面発光レーザ素子１００Ｆ》
図２３に示される面発光レーザ素子１００Ｆは、発振波長が６６０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、基板４０１、バッファ層４０２、下部半導体ＤＢＲ４０３、下部スペーサ層４０４、活性層４０５、上部スペーサ層４０６、上部半導体ＤＢＲ４０７、コンタクト層４０９、ｐ側電極４１３、及びｎ側電極４１４などを有している。
【０１９０】
基板４０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【０１９１】
バッファ層４０２は、基板４０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１９２】
下部半導体ＤＢＲ４０３は、バッファ層４０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる高屈折率層のペアを５５．５ペア有している。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。
【０１９３】
下部スペーサ層４０４は、一例として図２４に示されるように、第１の下部スペーサ層４０４１と第２の下部スペーサ層４０４２とから構成されている。
【０１９４】
第１の下部スペーサ層４０４１は、下部半導体ＤＢＲ４０３の＋Ｚ側に積層され、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる第１の層とｎ−ＡｌＡｓからなる第２の層とのペアを２ペア有している。第１の層及び第２の層の光学的厚さは、いずれも１／２λである。そこで、第１の下部スペーサ層４０４１の光学的厚さは、２λとなる。
【０１９５】
第２の下部スペーサ層４０４２は、第１の下部スペーサ層４０４１の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。
【０１９６】
活性層４０５は、第２の下部スペーサ層４０４２の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの３重量子井戸構造の活性層である。
【０１９７】
上部スペーサ層４０６は、活性層４０５の＋Ｚ側に積層され、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【０１９８】
下部スペーサ層４０４と活性層４０５と上部スペーサ層４０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、その厚さが３波長の光学的厚さとなるように設定されている。
【０１９９】
上部半導体ＤＢＲ４０７は、上部スペーサ層４０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる高屈折率層のペアを３５ペア有している。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。
【０２００】
上部半導体ＤＢＲ４０７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４０８が厚さ３３ｎｍで挿入されている。
【０２０１】
この被選択酸化層４０８の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層４０５から３番目となる節に対応する位置である。これにより、実用的な閾値電流を保ちながら、電流狭窄に伴う高抵抗化によって発熱する部分を活性層から遠ざけることができる。また、熱抵抗が低減され、素子中央部の局所的発熱を低減することができる。さらに、また、被選択酸化層４０８の選択酸化に起因する歪みの活性層への影響を低減し、素子寿命を向上させることができる。
【０２０２】
コンタクト層４０９は、上部半導体ＤＢＲ４０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０２０３】
ところで、上部半導体ＤＢＲ４０７における共振器構造体に近い層では、ｐ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料として四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いて、Ｃをドーピングしている。
【０２０４】
具体的には、上部半導体ＤＢＲ４０７では、上部スペーサ層４０６に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの３１ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの３１ペアについては、１．５×１０１８〜５×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０２０５】
また、下部半導体ＤＢＲ４０３における共振器構造体に近い複数の層では、ｎ型ドーパントのドーピング濃度を、他の領域に対して相対的に低濃度となるように調整している。ここでは、原料としてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて、Ｓｅをドーピングしている。
【０２０６】
具体的には、下部半導体ＤＢＲ４０３では、下部スペーサ層４０４に接した領域から４ペアを低ドーピング濃度領域とし、残りの５１．５ペアに対して相対的に低ドーピング濃度となるようにしている。具体的なドーピング濃度は、低ドーピング濃度領域については、５×１０１７〜１×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内とし、残りの５１．５ペアについては、１．５×１０１８〜３×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］の範囲内としている。
【０２０７】
すなわち、各半導体ＤＢＲでは、共振器構造体に隣接する部分が他の領域に対して相対的に低ドーピング濃度となっている。
【０２０８】
各半導体ＤＢＲ中の光の定在波強度は、活性層から４ペア程度で半減する。この強度分布が大きな領域のドーピング濃度を低濃度に設定することによって、自由キャリア吸収を効果的に低減することができる。
【０２０９】
そして、吸収損失が低減されることにより、発振閾値電流が低減し、スロープ効率が向上するので、素子の駆動電流を低減することができる。そこで、投入電力が少なくて済み、発熱を低減することができる。
【０２１０】
この面発光レーザ素子１００Ｆは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を従来よりも低下させることができた。
【０２１１】
そして、この面発光レーザ素子１００Ｆは、前述した面発光レーザ素子１００Ａと同様な方法で製造することができる。
【０２１２】
面発光レーザ素子１００Ｆのように、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ系の材料とＡｌＧａＡｓ系の材料との界面が活性領域近傍にある場合、Ａｓ／Ｐ界面（図２５参照）が、共振器構造体と半導体ＤＢＲとの境界より活性層側であってその界面を挟んでｎ型のドーピングがなされていれば、上記実施形態と同様に、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくすることができる。従って、素子の低抵抗化が可能になるため、ｎ側のＡｓ／Ｐ界面を、設計意図に基づいて、共振器構造体と下部半導体ＤＢＲとの境界より活性層側にずらすことは問題ない。
【０２１３】
ところで、図２３における符号４０８ａは、被選択酸化層４０８中のＡｌが選択的に酸化されてできたＡｌの酸化層であり、符号４０８ｂは電流通過領域である。また、符号４１１は、ＳｉＮからなる保護層である。
【０２１４】
また、上記各面発光レーザ素子は、画像形成装置以外の用途にも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、６６０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯であっても良い。この場合に、活性層を構成する半導体材料は、発振波長に応じた混晶半導体材料を用いることができる。例えば、９８０ｎｍ帯ではＩｎＧａＡｓ系混晶半導体材料、１．３μｍ帯及び１．５μｍ帯ではＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）系混晶半導体材料を用いることができる。
【０２１５】
また、各反射鏡の材料及び構成を発振波長に応じて選択することにより、任意の発振波長に対応した発光部を形成することができる。なお、低屈折率層及び高屈折率層は、発振波長に対して透明で、かつ可能な限り互いの屈折率差が大きく取れる組み合わせが好ましい。
【０２１６】
なお、上記実施形態では、光走査装置１０１０がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも用いることができる。
【０２１７】
また、上記実施形態では、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。
【０２１８】
また、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。
【０２１９】
例えば、媒体が、ＣＴＰ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｏ Ｐｌａｔｅ）として知られている印刷版であっても良い。つまり、光走査装置１０１０は、印刷版材料にレーザアブレーションによって直接画像形成を行い、印刷版を形成する画像形成装置にも好適である。
【０２２０】
また、例えば、媒体が、いわゆるリライタブルペーパーであっても良い。これは、例えば紙や樹脂フィルム等の支持体上に、以下に説明するような材料が記録層として塗布されている。そして、レーザ光による熱エネルギー制御によって発色に可逆性を与え、表示／消去を可逆的に行うものである。
【０２２１】
透明白濁型リライタブルマーキング法とロイコ染料を用いた発消色型リライタブルマーキング法があり、いずれも適用できる。
【０２２２】
透明白濁型は、高分子薄膜の中に脂肪酸の微粒子を分散したもので、１１０℃以上に加熱すると脂肪酸の溶融により樹脂が膨張する。その後、冷却すると脂肪酸は過冷却状態になり液体のまま存在し、膨張した樹脂が固化する。その後、脂肪酸が固化収縮して多結晶の微粒子となり樹脂と微粒子間に空隙が生まれる。この空隙により光が散乱されて白色に見える。次に、８０℃から１１０℃の消去温度範囲に加熱すると、脂肪酸は一部溶融し、樹脂は熱膨張して空隙を埋める。この状態で冷却すると透明状態となり画像の消去が行われる。
【０２２３】
ロイコ染料を用いたリライタブルマーキング法は、無色のロイコ型染料と長鎖アルキル基を有する顕消色剤との可逆的な発色及び消色反応を利用している。レーザ光により加熱されるとロイコ染料と顕消色剤が反応して発色し、そのまま急冷すると発色状態が保持される。そして、加熱後、ゆっくり冷却すると顕消色剤の長鎖アルキル基の自己凝集作用により相分離が起こり、ロイコ染料と顕消色剤が物理的に分離されて消色する。
【０２２４】
また、媒体が、紫外光を当てるとＣ（シアン）に発色し、可視光のＲ（レッド）の光で消色するフォトクロミック化合物、紫外光を当てるとＭ（マゼンタ）に発色し、可視光のＧ（グリーン）の光で消色するフォトクロミック化合物、紫外光を当てるとＹ（イエロー）に発色し、可視光のＢ（ブルー）の光で消色するフォトクロミック化合物が、紙や樹脂フィルム等の支持体上に設けられた、いわゆるカラーリライタブルペーパーであっても良い。
【０２２５】
これは、一旦紫外光を当てて真っ黒にし、Ｒ・Ｇ・Ｂの光を当てる時間や強さで、Ｙ・Ｍ・Ｃに発色する３種類の材料の発色濃度を制御してフルカラーを表現し、仮に、Ｒ・Ｇ・Ｂの強力な光を当て続ければ３種類とも消色して真っ白にすることもできる。
【０２２６】
このような、光エネルギー制御によって発色に可逆性を与えるものも上記実施形態と同様な光走査装置を備える画像形成装置として実現できる。
【０２２７】
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。
【０２２８】
また、一例として図２６に示されるように、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００であっても良い。
【０２２９】
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、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。
【０２３０】
各感光体ドラムは、図２６中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転方向に沿って、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。
【０２３１】
光走査装置２０１０は、前記面発光レーザ素子１００Ａ〜Ｆのいずれかと同様な面発光レーザ素子、あるいは前記面発光レーザアレイ１００Ｍと同様な面発光レーザアレイを含む光源を、色毎に有している。そこで、上記光走査装置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、上記レーザプリンタ１０００と同様の効果を得ることができる。
【０２３２】
ところで、カラープリンタ２０００では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合がある。このような場合であっても、光走査装置２０１０の各光源が前記面発光レーザアレイ１００Ｍと同様な面発光レーザアレイを有していると、点灯させる発光部を選択することで色ずれを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２３３】
以上説明したように、本発明の面発光レーザ素子によれば、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくするのに適している。また、本発明の面発光レーザアレイによれば、発光特性を低下させることなく、素子抵抗を小さくするのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高精度の光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高品質の画像を形成するのに適している。
【符号の説明】
【０２３４】
１１ａ…偏向器側走査レンズ（走査光学系の一部）、１１ｂ…像面側走査レンズ（走査光学系の一部）、１３…ポリゴンミラー（偏向器）、１４…光源、１００Ａ…面発光レーザ素子、１００Ｂ…面発光レーザ素子、１００Ｃ…面発光レーザ素子、１００Ｄ…面発光レーザ素子、１００Ｅ…面発光レーザ素子、１００Ｆ…面発光レーザ素子、１００Ｍ…面発光レーザアレイ、１０３…下部半導体ＤＢＲ（ｎ型半導体多層膜反射鏡）、１０４…下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）、１０５…活性層、１０６…上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）、１０７…上部半導体ＤＢＲ（ｐ型半導体多層膜反射鏡）、２０３…下部半導体ＤＢＲ（ｎ型半導体多層膜反射鏡）、２０４…下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）、２０５…活性層、２０６…上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）、２０７…上部半導体ＤＢＲ（ｐ型半導体多層膜反射鏡）、３０３…下部半導体ＤＢＲ（ｎ型半導体多層膜反射鏡）、３０４…下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）、３０５…活性層、３０６…上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）、３０７…上部半導体ＤＢＲ（ｐ型半導体多層膜反射鏡）、４０３…下部半導体ＤＢＲ（ｎ型半導体多層膜反射鏡）、４０４…下部スペーサ層（ｎ側スペーサ層）、４０５…活性層、４０６…上部スペーサ層（ｐ側スペーサ層）、４０７…上部半導体ＤＢＲ（ｐ型半導体多層膜反射鏡）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２３５】
【特許文献１】特開２００４−３２７９９２号公報
【特許文献２】特開２００３−１１５６３５号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ側スペーサ層とｎ側スペーサ層とによって挟まれている活性層を有する面発光レーザ素子において、
前記ｐ側スペーサ層は、少なくとも前記活性層に接する一部分に、ｐ型ドーパントが含まれないアンドープ領域を有し、
前記ｎ側スペーサ層は、全体にｎ型ドーパントがドープ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ｐ側スペーサ層と前記活性層と前記ｎ側スペーサ層は、ｎ型半導体多層膜反射鏡とｐ型半導体多層膜反射鏡とによって挟まれており、
前記ｎ側スペーサ層は、ｎ型ドーパントを含む（ＡｌｘＧａ（１−ｘ））ｙＩｎ（１−ｙ）Ｐ、（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなり、
前記ｎ型半導体多層膜反射鏡における前記ｎ側スペーサ層に隣接する層は、ＡｌｚＧａ（１−ｚ）Ａｓ（０≦ｚ≦１）からなる層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ｐ側スペーサ層の前記ｎ型半導体多層膜反射鏡に隣接した部分におけるｎ型ドーパントのドーピング量は、前記ｎ型半導体多層膜反射鏡におけるｎ型ドーパントのドーピング量より多いことを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記活性層は、ＧａαＩｎ（１−α）ＡｓβＰ（１−β）、（０≦α≦１、０≦β≦１）からなる量子井戸層を含む量子井戸構造の活性層であることを特徴とする請求項２又は３に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記活性層における前記ｎ側スペーサ層に隣接する部分は、ｎ型ドーパントがドープされている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素子。
【請求項６】
前記ｎ型ドーパントのドーピング量は、５×１０１７［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］以下であることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイ。
【請求項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１〜６のいずれか一項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偏向器と；
前記偏向器で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；を備える光走査装置。
【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７に記載の面発光レーザアレイを有する光源と；
前記光源からの光を偏向する偏向器と；
前記偏向器で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；を備える光走査装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの像担持体と；
前記少なくとも１つの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少なくとも１つの請求項８又は９に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
【請求項１１】
前記画像情報は、多色のカラー画像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。
【請求項１】
ｐ側スペーサ層とｎ側スペーサ層とによって挟まれている活性層を有する面発光レーザ素子において、
前記ｐ側スペーサ層は、少なくとも前記活性層に接する一部分に、ｐ型ドーパントが含まれないアンドープ領域を有し、
前記ｎ側スペーサ層は、全体にｎ型ドーパントがドープ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ｐ側スペーサ層と前記活性層と前記ｎ側スペーサ層は、ｎ型半導体多層膜反射鏡とｐ型半導体多層膜反射鏡とによって挟まれており、
前記ｎ側スペーサ層は、ｎ型ドーパントを含む（ＡｌｘＧａ（１−ｘ））ｙＩｎ（１−ｙ）Ｐ、（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなり、
前記ｎ型半導体多層膜反射鏡における前記ｎ側スペーサ層に隣接する層は、ＡｌｚＧａ（１−ｚ）Ａｓ（０≦ｚ≦１）からなる層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ｐ側スペーサ層の前記ｎ型半導体多層膜反射鏡に隣接した部分におけるｎ型ドーパントのドーピング量は、前記ｎ型半導体多層膜反射鏡におけるｎ型ドーパントのドーピング量より多いことを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記活性層は、ＧａαＩｎ（１−α）ＡｓβＰ（１−β）、（０≦α≦１、０≦β≦１）からなる量子井戸層を含む量子井戸構造の活性層であることを特徴とする請求項２又は３に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記活性層における前記ｎ側スペーサ層に隣接する部分は、ｎ型ドーパントがドープされている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素子。
【請求項６】
前記ｎ型ドーパントのドーピング量は、５×１０１７［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］以下であることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイ。
【請求項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１〜６のいずれか一項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偏向器と；
前記偏向器で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；を備える光走査装置。
【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７に記載の面発光レーザアレイを有する光源と；
前記光源からの光を偏向する偏向器と；
前記偏向器で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；を備える光走査装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの像担持体と；
前記少なくとも１つの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少なくとも１つの請求項８又は９に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
【請求項１１】
前記画像情報は、多色のカラー画像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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１１−１６６１０８（Ｐ２０１１−１６６１０８Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６７７０４（Ｐ２０１０−１６７７０４）
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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