JP2010010645A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命を短くすることなく、「負のドループ特性」が抑制された面発光レーザ素子を提供する。
【解決手段】活性層１０５を含む共振器構造体と、該共振器構造体を挟んで設けられた下部半導体ＤＢＲ１０３及び上部半導体ＤＢＲ１０７とを有している。上部半導体ＤＢＲ１０７は、Ａｌを含む被選択酸化層の一部が酸化されて生成された酸化物を含む酸化層１０８ａが電流通過領域１０８ｂを取り囲む酸化狭窄構造体を含んでいる。そして、被選択酸化層の厚さは２８ｎｍであり、酸化層１０８ａにおける最も厚い部分の厚さは１１０ｎｍ以下であり、閾値電流が最小となる温度は約１７℃である。また、パルス周期が１ｍｓ、パルス幅が５００μｓの方形波電流パルスを供給したとき、供給後１０ｎｓでの光出力Ｐ１、及び供給後１μｓでの光出力Ｐ２を用いて、（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ２＝−０．０５である。
【選択図】図３

Description

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。

近年、基板に垂直な方向にレーザ発振を生じる面発光レーザ素子（面発光型半導体レーザ素子）が、精力的に研究されている。面発光レーザ素子は、端面発光レーザ素子に比べて発振の閾値電流が低く、円形の高品質な出射ビーム形状を得ることが可能である。また、面発光レーザ素子は基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せることから、高密度で２次元的に集積することが容易であり、並列光インターコネクション用光源、高速で高精細の電子写真システム等への応用が検討されている。

面発光レーザ素子は、電流流入効率を高めるために狭窄構造体を有している。この狭窄構造体としては、Ａｌ（アルミニウム）の選択酸化による狭窄構造体（以下では、便宜上「酸化狭窄構造体」ともいう。例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）が良く用いられている。

また、非特許文献３には、７８０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬアレイ（面発光レーザアレイ）を用いたプリンタが開示されている。

また、特許文献１には、共振器の長さで定まる発振波長と活性層の組成で定まる利得ピーク波長との差分（ディチューニング量）が所定温度で所定量あり、所定温度よりも高い温度範囲内で発振波長と利得ピーク波長が一致する面発光レーザ素子が開示されている。

また、特許文献２には、マルチスポット光源を有するマルチスポット画像形成装置が開示されている。

特開２００４−３１９６４３号公報 特開平１１−４８５２０号公報 Ｋ．Ｄ．Ｃｈｏｑｕｅｔｔｅ、Ｋ．Ｌ．Ｌｅａｒ、Ｒ．Ｐ．Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ，Ｊｒ．、Ｋ．Ｍ．Ｇｅｉｂ、「Ｃａｖｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ ｏｘｉｄｉｚｅｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ ｌａｓｅｒｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．６６、Ｎｏ．２５、ｐｐ．３４１３−３４１５、１９９５ Ｋ．Ｄ．Ｃｈｏｑｕｅｔｔｅ、Ｒ．Ｐ．Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ，Ｊｒ．、Ｋ．Ｌ．Ｌｅａｒ、Ｋ．Ｍ．Ｇｅｉｂ、「Ｌｏｗ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ ｌａｓｅｒｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｎｏ．２４、Ｖｏｌ．３０、ｐｐ．２０４３−２０４４、１９９４ Ｈ．Ｎａｋａｙａｍａ、Ｔ．Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｍ．Ｆｕｎａｄａ、Ｙ．Ｏｈａｓｈｉ、Ｍ．Ｋａｔｏ、「７８０ｎｍ ＶＣＳＥＬｓ ｆｏｒ Ｈｏｍｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ Ｐｒｉｎｔｅｒｓ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、５４ｔｈ、Ｖｏｌ．２、Ｊｕｎｅ、２００４、ｐｐ．１３７１−１３７５

電子写真などでは、光源に駆動電流を供給したときの、光源の光出力の応答波形（光出力の時間変化、以下では、「光波形」ともいう）における立ち上がりの挙動は、画像品質に極めて大きな影響を与える。例えば、光波形における立ち上がり時間は勿論のこと、立ち上がりの初期において光出力が一定光量に達した後に、光量が僅かに変動しても画像の品質を低下させるおそれがある。

これは、光波形の立ち上がり時及び立下り時に形成されるのが、いずれも画像の輪郭部分であり、特に立ち上がり時、及び略立ち上がったとみなせる状態から暫くの間で光量が変化すると画像の輪郭が不明瞭となり、視覚的に鮮明さを欠く画質となるからである。

例えば、Ａ４用紙幅（縦）約３００ｍｍの１ラインを走査するのに要する時間が３００μｓであれば、１μｓの時間に約１ｍｍ幅が走査される。画像濃度の変動に対して、人の目の視覚感度が最も高くなる幅は１〜２ｍｍであると言われている。そこで、約１ｍｍ幅において画像濃度が変動すると、その濃度変化は人の目で検出されるに十分なものとなって、輪郭が不鮮明な印象を与えることになる。

図３４は、酸化狭窄構造体を有する面発光レーザ素子を、パルス幅５００μｓ、デューティ５０％（パルス周期１ｍｓ）のパルス条件で駆動したときの光波形を示したものである。図３４に示されるように、比較的長い時間スケールで見ると、光出力は立ち上がり直後に一度ピークを示した後、光出力が低下し安定になっている。この光出力の変化は、面発光レーザ素子の自己発熱によるものであり、一般的に「ドループ特性」と呼ばれている。

ところで、発明者らが詳細な検討を行ったところ、図３４における光波形の立ち上がり近傍を拡大した図３５に示されるように、短い時間スケールで見てみると、「ドループ特性」とは異なる光出力の変化が生じているという新しい知見を得た。

図３５では、光出力は、１０ｎｓ経過しても立ち上がった状態とならず、約２００ｎｓ経過すると略立ち上がった状態となっているが、その後１μｓ程度までの時間の間に次第に増加する様子が見られている。このような現象（特性）は、今回発明者らによって新たに見出されたものである。本明細書では、このような特性を「負のドループ特性」と呼ぶこととする。なお、従来の端面発光レーザ素子では、このような「負のドループ特性」は、見られることはない。

発明者らは、「負のドループ特性」に注目して、その原因を詳しく検討したところ、この現象は、酸化狭窄構造体における横モードの光閉じ込め強さと密接に関連していることがわかった。また、「負のドループ特性」が抑制された面発光レーザ素子、すなわち、「負のドループ特性」の良い面発光レーザ素子は、寿命が短い場合があることがわかった。

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、第１の観点からすると、基板に対して垂直方向に光を射出する面発光レーザ素子であって、活性層を含む共振器構造体と；前記共振器構造体を挟んで設けられ、アルミニウムを含む被選択酸化層の一部が酸化されて生成された酸化物を少なくとも含む酸化物が電流通過領域を取り囲み、注入電流と発振光の横モードを同時に閉じこめることができる狭窄構造体をその中に含む半導体分布ブラッグ反射鏡と；を備え、前記被選択酸化層の厚さは少なくとも２５ｎｍであり、前記電流通過領域を取り囲んでいる酸化物における最も厚い部分の厚さは１１０ｎｍ以下であり、発振の閾値電流と温度との関係において、発振の閾値電流が最小となるときの温度が２５℃以下であることを特徴とする面発光レーザ素子である。

これによれば、寿命を短くすることなく、パルス周期に関係なく「負のドループ特性」を抑制することが可能となる。

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。

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、寿命を短くすることなく、パルス周期に関係なく「負のドループ特性」を抑制することが可能となる。

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；を備える第１の光走査装置である。

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；を備える第２の光走査装置である。

上記各光走査装置によれば、本発明の面発光レーザ素子あるいは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。

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が含まれる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。

これによれば、少なくとも１つの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。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２９に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係るレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。

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。

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。

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。

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。

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。

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の表面に、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束を照射する。これにより、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム１０３０の表面に形成される。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。

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。

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。

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枚づつ取り出し、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。

転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上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。

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。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

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。

次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。

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、アナモルフィックレンズ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、ハウジング３０の中の所定位置に組み付けられている。

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。

カップリングレンズ１５は、光源１４から射出された光束を略平行光とする。

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。

アナモルフィックレンズ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。

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とアナモルフィックレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されている。

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。

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。

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。

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つの折り曲げミラーが配置されても良い。

光源１４は、一例として図３に示されるように、面発光レーザ素子１００を有している。なお、本明細書では、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。

面発光レーザ素子１００は、設計上の発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、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などを有している。

基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。

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。そして、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。なお、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の光学厚さとなるように設定されている。ところで、光学厚さとその層の実際の厚さについては以下の関係がある。光学厚さが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_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ／Ａｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓの多重量子井戸活性層である。

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、その厚さが１波長の光学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（以下では、便宜上、単に「定在波分布」ともいう）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。この共振器構造体は、下部半導体ＤＢＲ１０３と上部半導体ＤＢＲ１０７とに挟まれている。

上部半導体ＤＢＲ１０７は、図４に示されるように、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層と高屈折率層のペアを２６ペア有している。そして、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。

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２８ｎｍ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５λ／４離れている。そして、被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層は、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、３λ／４の光学厚さとなるように設定されている。

また、被選択酸化層１０８、及び被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層の＋Ｚ側の組成傾斜層は、ともに定在波分布の節に対応する位置となるように設定されている。

そして、上部半導体ＤＢＲ１０７における被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層を除く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の光学厚さとなるように設定されている。

被選択酸化層１０８の−Ｚ側及び＋Ｚ側には、ｐ−Ａｌ_０．８３Ｇａ_０．１７Ａｓからなる厚さ２０ｎｍの中間層１０７ｍが設けられている。

被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層における各中間層１０７ｍに隣接する層１０７ｃ（以下では、「低屈折率層１０７ｃ」という）は、ｐ−Ａｌ_０．７５Ｇａ_０．２５Ａｓからなる層である。

上部半導体ＤＢＲ１０７における被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層以外の低屈折率層１０７ａは、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる層である。また、上部半導体ＤＢＲ１０７における高屈折率層１０７ｂは、ｐ−Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓからなる層である。

すなわち、被選択酸化層１０８は、上部半導体ＤＢＲ１０７の低屈折率層の一部をなし、被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層は、被選択酸化層１０８に隣接する２つの中間層１０７ｍと、各中間層１０７ｍに隣接する２つの低屈折率層１０７ｃとを有している。そして、中間層１０７ｍにおけるＡｌの含有率は、被選択酸化層１０８におけるＡｌの含有率よりも１７％小さい。また、低屈折率層１０７ｃにおけるＡｌの含有率は、被選択酸化層１０８におけるＡｌの含有率よりも２５％小さい。

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。

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。

次に、面発光レーザ素子１００の製造方法について簡単に説明する。

（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。

ここでは、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族の原料にはアルシン（ＡｓＨ_３）ガスを用いている。また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）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）積層体の表面に一辺が２０μｍの正方形状のレジストパターンを形成する。

（３）Ｃｌ_２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、正方形状の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を形成する。ここでは、エッチングの底面は下部半導体ＤＢＲ１０３中に位置するようにした。

（４）フォトマスクを除去する。

（５）積層体を水蒸気中で熱処理し、Ａｌを選択的に酸化する。ここでは、被選択酸化層２０８及び中間層１０７ｍ中のＡｌが選択的に酸化される。そして、メサの中央部に、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。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。ここでは、種々の予備実験の結果から、電流通過領域の一辺が略４．５μｍとなるように、熱処理の条件（保持温度、保持時間等）を適切に選択している。具体的には、保持温度を３６０℃、保持時間を３３分とした。

（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮあるいはＳｉＯ_２からなる保護層１１１を形成する。

（７）ポリイミド１１２で平坦化する。

（８）メサ上部にＰ側電極コンタクトの窓開けを行う。ここでは、フォトレジストによるマスクを施した後、メサ上部の開口部を露光してその部分のフォトレジストを除去した後、ＢＨＦにてポリイミド１１２及び保護層１１１をエッチングして開口する。

（９）メサ上部の光出射部となる領域に一辺８μｍ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。

（１０）光出射部の電極材料をリフトオフし、ｐ側の電極１１３を形成する。

（１１）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側の電極１１４を形成する。ここでは、ｎ側の電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。

（１２）アニールによって、ｐ側の電極１１３とｎ側の電極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。

（１３）チップ毎に切断する。

このようにして製造された面発光レーザ素子１００に、パルス周期が１ｍｓ、パルス幅が５００μｓの方形波電流パルスを供給したとき、供給後１０ｎｓでの光出力をＰ１、供給後１μｓでの光出力をＰ２とすると、（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ２＝−０．０５であった。なお、以下では、（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ２×１００の値（単位は％）を「ドループ率」ともいう。そこで、本実施形態に係る面発光レーザ素子１００では、ドループ率は、−５％である。

面発光レーザ素子において、被選択酸化層１０８の厚さとドループ率との関係が、図５に示されている。これによると、ドループ率を−１０％以上とするには、被選択酸化層１０８の厚さを２５ｎｍ以上にする必要がある。なお、ドループ率が−１０％よりも小さい面発光レーザ素子を用いると、レーザプリンタから出力される画像は、肉眼で観察したときに、高い頻度で、少なくとも一部において輪郭が不鮮明となる。また、ばらつき等を考慮すると、被選択酸化層１０８の厚さは２８ｎｍ以上がより好ましく、３０ｎｍ以上とすると画像品質に対してほとんど影響がなくなる。

ところで、発明者らは、酸化狭窄構造体を有する従来の面発光レーザ素子を、種々の方形波電流パルスで駆動したときの光波形を詳細に検討した。図６は、パルス周期１ｍｓ、デューティ５０％のときの光波形であり、図７は、パルス周期１００ｎｓ、デューティ５０％のときの光波形である。

図６の光波形を見ると、光出力は、立ち上がった後、次第に増加し、「負のドループ特性」が現れている。また、６０ｎｓ後においても、光出力が１００％（１．５ｍＷ）に達していない。一方、図７の光波形では、立ち上がり後の光出力は安定し、「負のドループ特性」は見られない。

このように、従来の面発光レーザ素子に方形波電流パルスを供給したときに、同じデューティであっても、パルス周期が長い場合に「負のドループ特性」が見られ、短い場合には「負のドループ特性」は見られないことがわかった。

パルス周期が異なると、面発光レーザ素子の内部温度が異なると考えられる。つまり、パルス周期が長い場合には、発熱している時間及び冷却される時間がいずれも長いため、面発光レーザ素子の内部温度は大きく変動する。一方、パルス周期が短い場合には、連続した冷却時間を十分に取れないため、面発光レーザ素子の内部温度の変動は小さく、平均的に高めの温度で安定することになる。つまり、「負のドループ特性」が見られる駆動条件では、面発光レーザ素子の内部温度が大きく変動しており、「負のドループ特性」は面発光レーザ素子の内部温度に起因した現象であると考えることができる。

面発光レーザ素子の内部温度が変化すると、発振モードの横方向に関する電界強度分布（以下、便宜上「横モード分布」ともいう）が変化する。

面発光レーザ素子の横モード分布は、次のヘルムホルツ方程式（式（１）、式（２））から電界強度分布を計算することによって見積もることができる。

但し、上記（１）式及び（２）式は解析的に解くことが難しいため、通常は、計算機を用いた有限要素法による数値解析が行われる。有限要素法のソルバーとして利用できるものは種々あり、市販のＶＣＳＥＬシミュレータ（例えば、ＬＡＳＥＲ ＭＯＤ）を用いることができる。

一例として、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子における基本横モード分布を算出する。

計算に用いた面発光レーザ素子では、活性層を厚さ８ｎｍ／８ｎｍのＡｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの３重量子井戸構造とし、各スペーサ層をＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓとしている。また、下部半導体ＤＢＲはＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ（高屈折率層）／ＡｌＡｓ（低屈折率層）の４０．５ペアからなり、上部半導体ＤＢＲはＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ（高屈折率層）／Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ（低屈折率層）の２４ペアからなっている。

そして、この面発光レーザ素子は、直径２５μｍの円柱メサ形状を有し、メサエッチングは、下部半導体ＤＢＲと下部スペーサ層の界面まで行われているとし、エッチングが行われた領域は大気が占めるものとした。すなわち、単純なエッチドメサ構造とした。下部半導体ＤＢＲにおけるメサエッチングされていない部分の直径は３５μｍであり、これが計算で考慮されている最大の横幅である。また、被選択酸化層の材料はＡｌＡｓとし、被選択酸化層の位置は、上部半導体ＤＢＲにおける光学厚さ３λ／４の低屈折率層中であって、電界強度分布に関して活性層から数えて３番目の節の位置としている。

なお、計算では活性層の利得、及び半導体材料による吸収は考慮せず、構造で決まる固有モード分布のみを求めている。そして、面発光レーザ素子の温度は３００Ｋで均一であるとしている。また、各材料の屈折率は、図８に示した値を用いた。

そして、酸化狭窄構造体における酸化層の厚さを３０ｎｍ、電流通過領域の直径（以下では、「酸化狭窄径」ともいう）を４μｍとしたときの、活性層における基本横モード分布の計算結果が図９に示されている。図９における横軸ｘはメサの半径方向（横方向）の中心からの位置を表しており、ｘ＝０がメサの中心部に対応している。なお、以下では、便宜上、酸化狭窄構造体の酸化層を、単に「酸化層」ともいう。

酸化層の屈折率は約１．６であり、周辺の半導体層の屈折率（約３）よりも小さいため、面発光レーザ素子の内部には、横方向にいわゆる作り付けの有効屈折率差Δｎｅｆｆが存在する（図１０参照）。

この有効屈折率差Δｎｅｆｆによって、基本横モード等の発振モードは横方向に閉じ込められる。このとき、発振モードの横方向の広がりは、△ｎｅｆｆの大きさによって決まり、△ｎｅｆｆが大きい程、横方向の広がりは小さい（図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）参照）。

この面発光レーザ素子に電流（駆動電流）を注入すると、電流がメサ中央部分に集中し、ジュール熱や、活性層領域における非発光再結合等によって、特にメサ中央部の活性層付近の温度が周辺領域に対して局所的に上昇する。半導体材料は、温度が上昇するとバンドギャップエネルギーが減少し、屈折率が大きくなる性質を有している。このため、メサ中央部の温度が局所的に上昇すると、該中央部分の屈折率が周辺領域に対して大きくなり、横方向の光閉じ込めが強くなる。

図１１（Ａ）に示されるように、作り付けの有効屈折率差Δｎｅｆｆが小さい場合に、メサ中央部の温度が局所的に上昇すると、図１２（Ａ）に示されるように、有効屈折率差Δｎｅｆｆの変化が大きくなり、横モード分布が大きく変化する。この場合には、電流注入が行われている利得領域と横モードとの重なりが増し、横方向の光閉じ込め係数Γｌが増大する。この結果、利得領域での光強度が増加し、誘導放出レートが増大し、発振の閾値電流（以下では、便宜上単に「閾値電流」ともいう）が低くなる。

このように、作り付けの有効屈折率差Δｎｅｆｆが小さく、室温での横方向の光閉じ込めが不十分な面発光レーザ素子では、内部温度が上昇すると、これに応じてＩ−Ｌ曲線は全体的に低電流側にシフトし、発光効率が向上する（図１３参照）。この場合には、同じ駆動電流値における光出力は時間とともに増大し、「負のドループ特性」が見られる（図１４参照）。図１３には、内部温度が上昇する前の時刻ｔ＝ｔ_０秒に予測されるＩ−Ｌ特性と、パルス状に駆動電流が供給されて内部温度が十分上昇した時刻ｔ＝ｔ_１秒に予測されるＩ−Ｌ特性が示されている。温度上昇に伴い発光効率が向上して閾値電流が低減するので、ｔ_１秒におけるＩ−Ｌ特性は、ｔ_０秒に対して低電流側にシフトしたものになる。駆動電流の値Ｉ_ｏｐは一定であるから、ｔ_１秒の場合の方が光出力は大きくなる。この場合の光波形が図１４に示されている。

一方、図１１（Ｂ）に示されるように、作り付けの有効屈折率差Δｎｅｆｆが大きい場合に、メサ中央部の温度が局所的に上昇しても、図１２（Ｂ）に示されるように、有効屈折率差Δｎｅｆｆの変化は小さく、横モード分布はあまり変化しない。

このように、作り付けの有効屈折率差Δｎｅｆｆが大きく、室温での横方向の光閉じ込めが十分大きな面発光レーザ素子では、内部温度が上昇しても、横モード分布は安定しており、発光効率の変化は殆ど起こらない。この場合には、同じ駆動電流値における光出力は時間が経過してもほぼ一定であり、「負のドループ特性」は見られない。

横方向の光閉じ込めの強さを表す指標として、横方向の光閉じ込め係数（以下では、便宜上、単に「光閉じ込め係数」という）がある。この光閉じ込め係数の値が大きいほど、電界強度分布は利得領域に集中した鋭い分布になっている。言い換えると、室温での光閉じ込め係数の値が大きいほど、酸化狭窄構造体により十分に閉じ込めがなされており、利得領域の局所的な温度変化に対して横モード分布が安定であることを意味している。

ここでは、光閉じ込め係数を「面発光レーザ素子の中心を通るＸＹ断面における電界の積分強度」に対する「電流通過領域と同じ半径領域中における電界の積分強度」の割合とし、上記のようにして算出された基本横モード分布に基づいて、次の（３）式を用いて算出した。ここで、ａは電流通過領域の半径に相当する。

上記７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子における室温での基本横モードの光閉じ込め係数を、種々の被選択酸化層の厚さ及び酸化狭窄径について計算した結果が、図１５に示されている。光閉じ込め係数は、被選択酸化層の厚さ及び酸化狭窄径に依存し、被選択酸化層の厚さが厚いほど、酸化狭窄径が大きいほど、高い値をとる。

図１６は、光閉じ込め係数を縦軸、被選択酸化層の厚さを横軸にして図１５の計算結果を図示したものである。被選択酸化層の厚さの増加に対する光閉じ込め係数の変化を見ると、酸化狭窄径が異なっていても、被選択酸化層の厚さが２５ｎｍ以下の領域でその変化が急であり、２５ｎｍ以上からは飽和傾向を示すことが分かる。

実際に、被選択酸化層の厚さ及び酸化狭窄径がそれぞれ異なる複数の面発光レーザ素子を作製し、それらのドループ特性の評価を行った結果が図１７に示されている。図１７では、ドループ率が−１０％以上となったものを「○」、−１０％よりも小さくなったものを「×」として表している。

図１５と図１７から、室温における基本横モードの光閉じ込め係数が０．９以上となる素子構造では、−１０％以上のドループ率が得られていることが分かる。また、一般的に良く用いられる酸化狭窄径は、４．０μｍ〜５．０μｍの範囲内であり、図１５に示されるように、被選択酸化層の厚さが２５ｎｍ以上であれば、０．９以上の光閉じ込め係数を確保することができる。

図１８には、室温における基本横モードの光閉じ込め係数が約０．９８３となる面発光レーザ素子の光波形が示されている。このときのドループ率は約−４．３％であった。

また、図１９には、室温における基本横モードの光閉じ込め係数が約０．８４６となる面発光レーザ素子の光波形が示されている。このときのドループ率は約−６２．８％であった。

このように、室温における基本横モードの光閉じ込め係数を０．９以上とすることで、「負のドループ特性」を抑制することができる。

以上のように、基本横モードの光閉じ込め係数は、主として酸化狭窄径と被選択酸化層の厚さの２つに依存して決まるので、酸化狭窄径と被選択酸化層の厚さの組み合わせをどのように選ぶかは重要である。

発明者らが様々なフィッティング方式を試行したところ、図１５の計算結果は、酸化狭窄径（ｄ［μｍ］とする）と、被選択酸化層の厚さ（ｔ［ｎｍ］とする）を変数として、これらの２次形式で概ねフィッティングすることが可能であった。次の（４）式は、基本横モードの光閉じ込め係数（Γとする）を、酸化狭窄径ｄと被選択酸化層の厚さｔの２次形式でフィッティングした結果であり、ｄ、ｔに図１５の具体的な値を代入することにより、概ね１％の誤差で図１５の基本横モードの光閉じ込め係数を得ることができる。

Γ＝（−２．５４ｄ^２−０．１４ｔ^２−０．９９８ｄ・ｔ＋５３．４ｄ＋１２．９ｔ−２１６） ……（４）

上記の様に、「負のドループ特性」を効果的に抑制するためには、光閉じ込め係数を０．９以上に設定する必要があるが、ここで光閉じ込め係数が０．９以上となる酸化狭窄径（ｄ）と、被選択酸化層の厚さ（ｔ）の組み合わせ（範囲）は、上記（４）式より求めることができる。つまり、この範囲とは、Γ（ｄ，ｔ）≧０．９なる不等式を満たすｄとｔの組み合わせであり、より具体的には次の（５）式のように表される。

−２．５４ｄ^２−０．１４ｔ^２−０．９９８ｄ・ｔ＋５３．４ｄ＋１２．９ｔ−２１６≧０．９ ……（５）

そこで、上記（５）式が成立するように酸化狭窄径（ｄ）と、被選択酸化層の厚さ（ｔ）を選ぶことにより、基本横モードの光閉じ込め係数は０．９以上となり、「負のドループ特性」が抑制された素子を得ることができる。

ところで、△ｎｅｆｆがドループ特性に影響を与えることはこれまで知られておらず、本願の発明者らにより今回初めて明らかになった。

一般に、室温での有効屈折率差△ｎｅｆｆは、被選択酸化層の厚さが厚いほど、また被選択酸化層の位置が活性層に近いほど、大きくなる。なお、これら２つの影響度を比較すると、被選択酸化層の厚さの影響度の方がはるかに大きい。

なお、Ａｌを選択酸化する工程（上記工程（５））では、酸化は基板面に対して平行方向（ここでは、ＸＹ面内方向）のみではなく、垂直方向（ここでは、Ｚ軸方向）へも僅かながら進行する。従って、選択酸化が終わったメサの断面を電子顕微鏡で観察すると、酸化層の厚さは一様ではなく、メサ外周部（酸化開始部）における厚さが厚く、酸化終了部が薄くなっている。但し、酸化終了部からメサの外周方向に向かって２〜３μｍまでの領域では、酸化層の厚さは被選択酸化層の厚さとほぼ一致している。発振光は主に酸化終了部における有効屈折率差の影響を受けるので、上記工程（１）において被選択酸化層の厚さを所望の値（２５ｎｍ以上）に制御することにより、酸化層における酸化終了部の厚さを所望の値にすることができる。

図２０は、室温（２７℃）における基本横モードの光閉じ込め係数が約０．７８８となる構造（酸化狭窄径：４μｍ、被選択酸化層の厚さ：２０ｎｍ）の面発光レーザ素子において、自己発熱により基本横モード分布がどう変化するかを示したものである。ここで、室温状態では面発光レーザ素子の全領域で２７℃であるとして計算を行っている。また、動作状態では活性層の電流注入領域の温度が顕著に上昇するものと考えられるので、共振領域（１対の半導体ＤＢＲに挟まれたスぺーサ層と活性層からなる領域）における酸化層によって規定される電流注入部（図２１参照）のみが６０℃であるとして計算を行っている。

その結果、共振領域の電流注入部のみの温度を６０℃とした場合は、２７℃の場合に比べて基本横モード分布は狭くなり大きな変化が見られた。そして、共振領域の電流注入部のみを６０℃とした場合の基本横モードの光閉じ込め係数は約０．９８７であり、２７℃の場合の基本横モードの光閉じ込め係数に対する変化率は２５％である。このように、自己発熱に対して基本横モード分布が安定でないと、「負のドループ特性」が見られることになるので好ましくない。

図２２は、室温における基本横モードの光閉じ込め係数が約０．９７３となる構造（酸化狭窄径：４μｍ、被選択酸化層の厚さ：３０ｎｍ）の面発光レーザ素子において、自己発熱により基本横モード分布がどう変化するかを示したものである。共振領域の電流注入部のみの温度を６０℃とした場合、２７℃の場合に比べて基本横モード分布の変化は僅かである。そして、共振領域の電流注入部のみを６０℃とした場合の横モードの光閉じ込め係数は約０．９９４であり、２７℃の場合の基本横モードの光閉じ込め係数に対する変化率は２．２％である。

図２３は、素子構造が互いに異なる複数の面発光レーザ素子に対して、室温における基本横モードの閉じ込め係数（Γｌ）と、共振領域の電流注入部の温度のみを６０℃とした場合の基本横モードの光閉じ込め係数（Γｌ’）の比を計算した結果である。素子構造が互いに異なる複数の面発光レーザ素子を実際に作製し、それぞれの基本横モードの閉じ込め係数を測定したところ、Γｌ’／Γｌの値が１．１以下（変化率１０％以下）のものではドループ係数が−５％以上であり、良好な光波形を得ることができた。

一方、Γｌ’／Γｌの値が１．１を超えるものでは、明らかに「負のドループ特性」が見られ、Γｌ’／Γｌの値が大きくなるにつれてドループ率が小さくなる結果となった。

すなわち、室温（２７℃）における基本横モードの光閉じ込め係数（Γｌ）に対する共振領域の電流注入部の温度のみを６０℃とした場合の基本横モードの光閉じ込め係数（Γｌ’）の変化率を１０％以内に設定することで、更に「負のドループ特性」を抑制することができる。

本実施形態に係る面発光レーザ素子１００では、室温（２７℃）での基本横モードの光閉じ込め係数は約０．９６であった。また、共振器構造体における電流注入部の温度のみを６０℃にしたときの光閉じ込め係数は約０．９９であった。すなわち、光閉じ込め係数の変化率は３．０％であった。

また、面発光レーザ素子の内部温度が変化すると、ディチューニング量も変化する。そこで、次に、ディチューニング量と「負のドループ特性」との関係について説明する。

端面発光型レーザ素子では、共振縦モードが密に存在しているため、レーザ発振はゲインピーク波長λｇにおいて生じる。一方、面発光レーザ素子では、通常、共振波長が１波長であり、半導体ＤＢＲの反射帯域中には単一縦モードしか存在し得ない。また、レーザ発振は共振波長λｒにおいて生じるので、面発光レーザ素子の発光特性は、共振波長λｒと活性層のゲインピーク波長λｇの関係に依存する。

ここでは、ディチューニング量△λ_０を次の（６）式で定義する。λｒ_０は共振波長であり、λｇ_０はゲインピーク波長である。なお、添え字０は、室温において閾値電流でＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）駆動させた場合の値を意味している。以下、添え字０がない場合は、これ以外の場合、例えば閾値電流以上で動作させた場合の値などを意味する。

△λ_０＝λｒ_０−λｇ_０ ……（６）

図２４（Ａ）には、△λ_０＞０の場合が示され、図２４（Ｂ）には、△λ_０＜０の場合が示されている。

発振波長は、ゲインピーク波長ではなく、共振波長により決まるため、面発光レーザ素子のレーザ特性は、△λ_０の正負及びその値に大きく依存する。例えば、室温における閾値電流は△λ_０の絶対値が大きいほど高くなる傾向がある。

共振波長及びゲインピーク波長は、温度上昇に伴って、いずれも長波長側に変化する。この際、共振波長の変化は共振器構造体を構成する材料の屈折率の変化によって生じ、ゲインピーク波長の変化は活性層材料のバンドギャップエネルギーの変化によって生じる。但し、バンドギャップエネルギーの変化の割合は、屈折率の変化の割合よりも約一桁大きい。そこで、温度変化時の発光特性は、主にゲインピーク波長の変化量に依存する。なお、温度に対する共振波長の変化率は約０．０５ｎｍ／Ｋであり、実質的に、温度変化による共振波長の変化は無視することができる。

面発光レーザ素子において、注入電流の変化等によって内部温度（活性層の温度）が上昇すると、ゲインピーク波長は長波長側へシフトする。そこで、△λ_０＞０の場合（図２４（Ａ）参照）には、△λの絶対値（離調度）は一度減少し、その後増加する。

一般に、面発光レーザ素子では、ゲインピーク波長と共振波長が一致した状態が最も発振効率（発光効率）が高くなる。

△λ_０＞０の場合に、素子温度（環境温度）を室温から上昇させて閾値電流を計測すると、閾値電流は素子温度の上昇とともに減少し始めることになる。そして、閾値電流は、ゲインピーク波長と共振波長が一致したときに最小値となり、さらに温度を高くすると上昇し始める。すなわち、室温よりも高温側に閾値電流が最小となる温度が存在することになる。

Δλ_０＜０の場合（図２１（Ｂ）参照）には、内部温度（活性層の温度）が上昇すると、Δλの絶対値は単に増加するのみであるから、素子温度を室温から上昇させて閾値電流を計測すると、閾値電流は素子温度の上昇とともに増加するのみとなる。

この場合、素子温度を室温から低下させると、ゲインピーク波長△λｇは短波長側にシフトする。そこで、素子温度を室温から低下させて閾値電流を計測すると、閾値電流は減少し始め、ゲインピーク波長と共振波長が一致したときに最小となる。そして、更に温度を下げると閾値電流は増加し始めることになる。すなわち、Δλ_０＜０の場合には、閾値電流が最小となる温度は室温より低温側に存在している。

△λ_０が互いに異なる（△λ_０＜０、△λ_０≒０、△λ_０＞０）３つの素子の発振閾値電流を、素子温度（環境温度）を変えて計測した結果が一例として図２５に示されている。図２５における縦軸は、各温度における発振閾値電流（Ｉｔｈ）を２５℃（室温）における発振閾値電流（Ｉｔｈ（２５℃））で規格化した値である。図２５から、△λ_０＜０の場合には室温よりも低温側で、△λ_０≒０の場合には室温付近で、△λ_０＞０の場合には室温より高い温度で閾値電流が最小となっていることが実際に確認できる。

従来の面発光レーザ素子では、高温、高出力動作状態での発光特性の劣化を防ぐため、通常は室温以上の温度で閾値電流が低くなるように、△λ_０＞０と設定されている。

しかしながら、△λ_０＞０に設定された従来の面発光レーザ素子を方形波電流パルスで駆動した場合に、内部温度の上昇に伴いＩ−Ｌ特性は低電流側にシフトし、閾値電流が低下するので、同じ駆動電流値における光出力は時間とともに増大する。つまり、「負のドループ特性」が発生することになる。

一方、△λ_０＜０の場合には、内部温度の上昇に伴いＩ−Ｌ特性は高電流側にシフトするので、光出力の上昇は起こらない。つまり、「負のドループ特性」は発生しない。このように、「負のドループ特性」を抑制するには、酸化層の厚さ以外に、△λ_０＜０に設定し、室温以上の温度で閾値電流が最小とならないようにする必要がある。

λ_０を所望の値に設定するにはゲインピーク波長λｇ_０を知る必要がある。端面発光レーザ素子では、発振波長がゲインピーク波長に一致するので、発振波長からゲインピーク波長を知ることができる。ところが、面発光レーザ素子では、共振波長は構造によって決まるので端面発光レーザ素子のようにゲインピーク波長を見積もることが難しい。

このため、（１）同じ活性層を有する端面発光レーザ素子を作製して、室温における発振波長からゲインピーク波長を見積もる方法か、あるいは（２）同じ活性層を有するダブルへテロ構造を作製し、フォトルミネッセンス波長（ＰＬ波長）からゲインピーク波長を見積もる方法か、のいずれかがとられる。

上記（１）の方法をとる場合には、一例として、同じ活性層構造を持つストライプ幅４０μｍ、共振器長５００μｍの酸化膜ストライプ型の端面発光レーザ素子を作製し、該端面発光レーザ素子の室温でのＣＷ発振の閾値電流における波長をゲインピーク波長λｇ_０として用いる。

また、上記（２）の方法をとる場合には、レーザ発振時の波長は、ＰＬ波長に対して長波長側にシフト（波長シフト）しているので、この分の調整が必要になる。上記波長シフトは、光励起、電流励起等の励起過程の違いや、電流励起の場合に電流によって発生する発熱の影響のためである。一般的に、端面発光レーザ素子での発振波長は、ＰＬ波長λ_ＰＬに対して１０ｎｍ程度、長波長となる。そこで、この場合の波長シフト量を１０ｎｍとする。

従って、ＰＬ波長を基準に考えると、上記（６）式は、次の（７）式となる。

△λ_０＝λ_ｒ０−λ_ｇ０＝λ_ｒ０−（λ_ＰＬ＋１０）＝λ_ｒ０−λ_ＰＬ−１０ ……（７）

上記波長シフト量１０ｎｍは、一般的な値であるが、使用している材料系に応じて変更しても良い。

Δλ_０がそれぞれ異なる複数の面発光レーザ素子を作製し、各面発光レーザ素子における閾値電流が最小となる温度を求めた。その結果が図２６に示されている。この図２６から、実際に△λ_０が０のときに、室温において閾値電流が最小となっていることが分かる。

次に、被選択酸化層の厚さがそれぞれ異なる（３０、３１、３４ｎｍ）複数の面発光レーザ素子を作製し、各面発光レーザ素子における閾値電流が最小となる温度とドループ率を求めた。図２７には、被選択酸化層の厚さ毎に、ドループ率と閾値電流が最小になる温度との関係が示されている。

図２７において、先ず、被選択酸化層の厚さが同じ面発光レーザ素子に注目する。いずれの厚さにおいても、閾値電流が最小となる温度が２５℃以下の面発光レーザ素子では、ドループ率の絶対値が小さく（０に近く）、また略一定となっている。一方、閾値電流が最小となる温度が２５℃以上の面発光レーザ素子では、閾値電流が最小となる温度が高くなるにつれて、ドループ率が小さくなっている。

閾値電流が最小となる温度が室温より高温側にある面発光レーザ素子とは、電流注入により活性層の温度が上昇した際に発振効率が向上する素子であるから、既に説明したように「負のドループ特性」が顕著に現れている。さらに、閾値電流が最小となる温度が高い面発光レーザ素子ほど、電流注入初期での効率が悪いので通電後の効率向上の度合いが大きく、「負のドループ特性」が顕著に現れている。

次に、図２７において、被選択酸化層の厚さの違いに注目する。閾値電流が最小となる温度が２５℃以下の面発光レーザ素子では、被選択酸化層の厚さが厚いほどドループ率が０に近く、「負のドループ特性」が抑制されている。これは前述したように、被選択酸化層の厚さが厚いほど、酸化層による光閉じ込め係数が大きく、温度変化に対して基本横モードが安定するからである。

図２７に示されている各面発光レーザ素子は、いずれも被選択酸化層の厚さが２５ｎｍ以上であるため、閾値電流が最小となる温度が２５℃以下の面発光レーザ素子では、ドループ率は−１０％以上となり、「負のドループ特性」が効果的に抑制されている。

このように、ディチューニング量及び光閉じ込め係数に共通して言えるのは、「負のドループ特性」を抑制するためには、活性層の温度が上昇したときに、室温のときよりも、面発光レーザ素子の効率（発光効率）が向上しないように設定することが重要であるということである。

本実施形態に係る面発光レーザ素子１００では、活性層のＰＬ波長を７７２ｎｍに設定し、室温でのディチューニング量△λ_０を−２ｎｍとし、約１７℃のときに閾値電流が最小になるようにしている。

実際に閾値電流が最小となる温度を２５℃以下に設定した上で、光閉じ込め係数が互いに異なる種々の面発光レーザ素子を作製し、詳細な検討を行ったところ、光閉じ込め係数が約０．９のときに、ドループ率は−５％程度であった。光閉じ込め係数をこれより増加させると、その増加に伴って、ドループ率は大きくなる結果となった。

一方、光閉じ込め係数が０．９より小さい面発光レーザ素子では、光閉じ込め係数が小さくなるほどドループ率が小さくなる傾向が見られ、ドループ率が−７０％以下の面発光レーザ素子も見られた。

従って、ディチューニング量（Δλ）及び光閉じ込め係数の両方が上記の条件を満足していることが好ましい。

図２８には、被選択酸化層の厚さを２０ｎｍとした場合の、メサ外周部での酸化層の厚さとドループ率との関係が示されている。なお、図２８における同一のシンボルは同じロットであることを示している。また、ここでは中間層１０７ｍは含まれておらず、低屈折率層１０７ｃはＡｌ_０．８３Ｇａ_０．１７Ａｓからなる層である。図２８から、同一層構成であるにもかかわらず、メサ外周部での酸化層の厚さがロット毎にばらついているとともに、ドループ率が酸化層の厚さに関係していることがわかる。そして、メサ外周部での酸化層の厚さを極端に大きくすると、被選択酸化層の厚さが２５ｎｍ未満であっても、所望のドループ率とすることが可能である。

しかしながら、メサ外周部での酸化層の厚さが極端に厚くなると、素子の寿命が短くなることがわかった。酸化層の最大厚さと寿命との関係が図２９に示されている。この図２９は、中間層１０７ｍが含まれておらず、低屈折率層１０７ｃがＡｌ_０．８３Ｇａ_０．１７Ａｓからなる層である面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイを複数ロット製造し、それぞれの酸化層の最大厚さ及び寿命を測定したものである。図２９におけるシンボルの違いは製造ロットの違いを示している。また、各発光部の光出力が一定となるように駆動電流をフィードバック制御し、少なくとも１つの発光部の駆動電流が最初の値の１２０％以上となったときの経過時間を寿命としている。

特に、メサ外周部での酸化層の厚さが１２５ｎｍの場合に、劣化が早くなっていることがわかった。さらに、別の実験から、酸化層の最大厚さが６０ｎｍのときの寿命は、酸化層の最大厚さが８０ｎｍのときの寿命とほぼ同じであった。また、酸化層の厚さが１１０ｎｍを超えると劣化が早まり始めることがわかった。なお、酸化層の厚さが１２５ｎｍのときの寿命は一応許容範囲内であるが、ばらつきを考慮すると酸化層の厚さは１１０ｎｍ以下であることが好ましい。

Ａｌを含む半導体（例えばＡｌＡｓ）が酸化されてＡｌ_ｘＯ_ｙが生成されると、体積が収縮し、それに伴ってひずみを生じる。このひずみの大きさは、酸化層が厚いほど大きい。そして、メサ外周部での酸化層の厚さが１１０ｎｍを超えると、ひずみの影響によって活性層に欠陥が生じ、素子の寿命が低下したものと思われる。

また、酸化層の厚さが厚いほどシングルモード出力は小さくなり、光発散角は広くなる傾向にある。そして、メサ外周部での酸化層の厚さが１１０ｎｍを超えると、シングルモード出力及び光発散角はいずれも素子間のばらつきが大きかった。

すなわち、所望のドループ率を得るために、メサ外周部での酸化層の厚さを１１０ｎｍを超える厚さにすると、素子の寿命が低下するとともに、シングルモード出力及び光発散角のばらつきが大きくなるという不都合が生じる。

本実施形態に係る面発光レーザ素子１００の酸化狭窄構造体をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察した。その結果、酸化層１０８ａでは、メサの外周部での厚さが最も厚く、その厚さは６０ｎｍ〜７０ｎｍであり、素子間のばらつきは小さかった。また、電流通過領域１０８ｂは、所望の大きさの正方形状であった。そして、閾値電流、シングルモード出力、光発散角、寿命などの特性についても素子間のばらつきは小さかった。このことは、アレイ化したときに極めて有効である。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る面発光レーザ素子１００では、酸化層厚さを制御するために中間層１０７ｍによって第１の層が構成され、低屈折率層１０７ｃによって第２の層が構成されている。

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１００によると、活性層１０５を含む共振器構造体と、該共振器構造体を挟んで設けられた下部半導体ＤＢＲ１０３及び上部半導体ＤＢＲ１０７とを有している。また、上部半導体ＤＢＲ１０７は、Ａｌを含む被選択酸化層１０８の一部が酸化されて生成された酸化物を少なくとも含む酸化層１０８ａが電流通過領域１０８ｂを取り囲み、注入電流と発振光の横モードを同時に閉じこめることができる酸化狭窄構造体を含んでいる。

そして、被選択酸化層１０８の厚さは２８ｎｍであり、酸化層１０８ａにおける最も厚い部分の厚さは６０ｎｍ〜７０ｎｍであり、閾値電流が最小となる温度は約１７℃である。

これにより、面発光レーザ素子１００は、寿命が短くなることなく、パルス周期に関係なく「負のドループ特性」を抑制することが可能となる。

また、パルス周期が１ｍｓ、パルス幅が５００μｓの方形波電流パルスを供給したとき、（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ２＝−０．０５であり、「負のドループ特性」を更に改善することができる。

また、面発光レーザ素子１００では、室温における酸化狭窄構造体での基本横モードの光閉じ込め係数が約０．９６であり、「負のドループ特性」を更に改善することができる。

また、面発光レーザ素子１００では、共振器構造体における電流注入部のみを室温から６０℃に変化させたとき、基本横モードの光閉じ込め係数の変化率が３．０％であり、「負のドループ特性」を更に改善することができる。

また、面発光レーザ素子１００では、室温での発振閾値電流におけるゲインピーク波長が、共振器構造体の共振波長よりも２ｎｍ長いため、「負のドループ特性」を更に改善することができる。

また、被選択酸化層１０８は、上部半導体ＤＢＲ１０７の低屈折率層の一部をなし、被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層は、被選択酸化層１０８に隣接する２つの中間層１０７ｍと、各中間層１０７ｍに隣接する２つの低屈折率層１０７ｃとを有している。そして、各中間層１０７ｍにおけるＡｌの含有率は、被選択酸化層１０８におけるＡｌの含有率よりも１７％小さい。また、各低屈折率層１０７ｃにおけるＡｌの含有率は、被選択酸化層１０８におけるＡｌの含有率よりも２５％小さい。

これにより、Ａｌが選択酸化される際に、被選択酸化層１０８のＸＹ面内の酸化速度、及び酸化層の厚さの制御性を向上させることができる。従って、酸化層の厚さの素子間のばらつきを小さくすることが容易となる。すなわち、製造が容易で歩留まりを大きくすることができる。そして、意図せず酸化層が厚くなることを防止でき、活性層に対するひずみの影響を低減でき、長寿命化を図ることが可能となる。

また、被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層の光学厚さが３λ／４であるため、被選択酸化層１０８、及び被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層の＋Ｚ側の組成傾斜層をともに定在波分布の節の位置とすることができる。これにより、被選択酸化層１０８による回折損失、及び高濃度ドーピングされた組成傾斜層での吸収損失をともに低減することが可能となる。ところで、被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層の光学厚さが、発振波長λ、１以上の整数ｎを用いて、（２ｎ＋１）λ／４であれば、被選択酸化層１０８、及び被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層の＋Ｚ側の組成傾斜層をともに定在波分布の節に対応する位置とすることが可能である。

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１００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。

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、濃度むらが低下し、高品質の画像を形成できる。また、光源１４の寿命は長く再利用も可能であり環境負荷低減に有利である。

なお、上記実施形態では、中間層を被選択酸化層の上下（両方）に設ける場合について説明したが、これに限らず、酸化層１０８ａにおける最も厚い部分の厚さを１１０ｎｍ以下とすることができる場合には、片側だけに設けても良い。また、各中間層１０７ｍがなくても、酸化層１０８ａにおける最も厚い部分の厚さを１１０ｎｍ以下とすることができる場合には、各中間層１０７ｍはなくても良い。

また、被選択酸化層１０８におけるＡｌの含有率及び中間層１０７ｍにおけるＡｌの含有率は、上記実施形態に限定されるものではない。但し、被選択酸化層１０８におけるＡｌの含有率と中間層１０７ｍにおけるＡｌの含有率との差は、５％以上で、かつ２０％以下であることが好ましい。

また、低屈折率層１０７ｃにおけるＡｌの含有率は、上記実施形態に限定されるものではない。但し、被選択酸化層１０８におけるＡｌの含有率と低屈折率層１０７ｃにおけるＡｌの含有率との差は、２０％を超えることが好ましい。また、低屈折率層１０７ｃは、積層方向（ここでは、Ｚ軸方向）への酸化を食い止めつつ、反射鏡としての反射率を高めるために、他の低屈折率層１０７ａよりＡｌ組成が小さい方が望ましい。

また、上記実施形態において、前記面発光レーザ素子１００に代えて、一例として図３０に示されるように、面発光レーザアレイ５００を用いても良い。

この面発光レーザアレイ５００は、複数（ここでは３２個）の発光部が同一基板上に配置されている。ここでは、図３０におけるＭ方向は主走査対応方向であり、Ｓ方向は副走査対応方向である。なお、発光部の数は３２個に限定されるものではない。

面発光レーザアレイ５００は、図３１に示されるように、Ｍ方向からＳ方向に向かって傾斜した方向であるＴ方向に沿って８個の発光部が等間隔に配置された発光部列を４列有している。そして、これら４列の発光部列は、すべての発光部をＳ方向に伸びる仮想線上に正射影したときに等間隔ｃとなるように、Ｓ方向に等間隔ｄで配置されている。すなわち、３２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。

ここでは、間隔ｃは３μｍ、間隔ｄは２４μｍ、Ｍ方向の発光部間隔Ｘ（図３１参照）は３０μｍである。

各発光部は、図３１のＡ−Ａ断面図である図３２に示されるように、前述した面発光レーザ素子１００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５００は、前述した面発光レーザ素子１００と同様な方法で製造することができる。

このように、面発光レーザアレイ５００は、前記面発光レーザ素子１００が集積された面発光レーザアレイであるため、前記面発光レーザ素子１００と同様な効果を得ることができる。特にアレイである場合の効果として、酸化層１０８ａの厚さプロファイルや酸化距離の発光部間のばらつきが極めて小さいので、ドループ特性を含めた各種特性が均一であり、駆動制御しやすい。また発光部ごとの寿命のばらつきも小さく、しかも長い。

この場合に、面発光レーザアレイ５００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ｃ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。

そして、上記間隔ｃが３μｍであるため、光走査装置１０１０の光学系の倍率を約１．８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、前記間隔ｄを狭くして間隔ｃ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、この場合には、レーザプリンタ１０００では書きこみドット密度が上昇しても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。

ところで、２つの発光部の間の溝は、各発光部の電気的及び空間的分離のために、５μｍ以上とすることが好ましい。あまり狭いと製造時のエッチングの制御が難しくなるからである。また、メサの大きさ（１辺の長さ）は１０μｍ以上とすることが好ましい。あまり小さいと動作時に熱がこもり、特性が低下するおそれがあるからである。

なお、上記実施形態では、レーザ発振方向に直交する断面でのメサ形状が正方形の場合について説明したが、これらに限定されるものではなく、例えば円形、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、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、面発光レーザ素子１００及び面発光レーザアレイ５００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、上記実施形態において、前記面発光レーザ素子１００に代えて、前記面発光レーザ素子１００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。

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。

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。

また、一例として図３３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。

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。

各感光体ドラムは、図３３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。

光走査装置２０１０は、前記光源１４と同様な光源を、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、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。

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５００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変更することで色ずれを低減することができる。

以上説明したように、本発明の面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイによれば、寿命を短くすることなく、「負のドループ特性」を抑制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。

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１における光走査装置を示す概略図である。 図２における光源に含まれる面発光レーザ素子の概略構成を説明するための図である。 図３における上部半導体ＤＢＲの一部を拡大した図である。 ２５℃での面発光レーザ素子における被選択酸化層の厚さとドループ率との関係を説明するための図である。 従来の面発光レーザ素子を、パルス周期１ｍｓ、デューティ５０％の方形波電流パルスで駆動したときの光波形を説明するための図である。 従来の面発光レーザ素子を、パルス周期１００ｎｓ、デューティ５０％の方形波電流パルスで駆動したときの光波形を説明するための図である。 計算に用いた各屈折率を説明するための図である。 計算で得られた基本横モード分布を説明するための図である。 作り付けの有効屈折率差Δｎｅｆｆを説明するための図（その１）である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ作り付けの有効屈折率差Δｎｅｆｆを説明するための図（その２）である。 図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、それぞれ内部温度が上昇したときの有効屈折率差Δｎｅｆｆを説明するための図である。 室温での横方向の光閉じ込めが不十分な面発光レーザ素子における、内部温度の上昇によるＩ−Ｌ曲線のシフトを説明するための図である。 図１３のときの光波形を説明するための図である。 光閉じ込め係数と被選択酸化層の厚さ及び酸化狭窄径の関係を説明するための図（その１）である。 光閉じ込め係数と被選択酸化層の厚さ及び酸化狭窄径の関係を説明するための図（その２）である。 光閉じ込め係数と被選択酸化層の厚さ及び酸化狭窄径の関係を説明するための図（その３）である。 ２５℃での基本横モードの光閉じ込め係数が約０．９８３となる面発光レーザ素子の光波形を説明するための図である。 ２５℃での基本横モードの光閉じ込め係数が約０．８４６となる面発光レーザ素子の光波形を説明するための図である。 ２７℃での基本横モードの光閉じ込め係数が約０．７８８となる面発光レーザ素子において、共振領域における電流注入部のみが６０℃となったときの基本横モード分布の変化を説明するための図である。 図２０における発熱領域を説明するための図である。 ２７℃での基本横モードの光閉じ込め係数が約０．９７３となる面発光レーザ素子において、共振領域における電流注入部のみが６０℃となったときの基本横モード分布の変化を説明するための図である。 共振領域における電流注入部のみが発熱したときの、光閉じ込め係数の変化率と被選択酸化層の厚さとの関係を説明するための図である。 図２４（Ａ）はΔλ_０＞０を説明するための図であり、図２４（Ｂ）はΔλ_０＜０を説明するための図である。 閾値電流と測定温度との関係を説明するための図である。 ディチューニング量と閾値電流が最小となる温度との関係を説明するための図である。 ドループ率と閾値電流が最小となる温度との関係を説明するための図である。 メサ外周部での酸化層の厚さとドループ率との関係を説明するための図である。 酸化層の最大厚さと寿命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を説明するための図である。 図３０における発光部の２次元配列を説明するための図である。 図３１のＡ−Ａ断面図である。 カラープリンタの概略構成を説明するための図である。 従来の面発光レーザ素子の光波形を説明するための図である。 図３４における立ち上がり近傍を拡大した図である。

符号の説明

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、１００…面発光レーザ素子、１０３…下部半導体ＤＢＲ（半導体分布ブラッグ反射鏡の一部）、１０４…下部スペーサ層（共振器構造体の一部）、１０５…活性層、１０６…上部スペーサ層（共振器構造体の一部）、１０７…上部半導体ＤＢＲ（半導体分布ブラッグ反射鏡の一部）、１０７ｃ…低屈折率層（第２の層）、１０７ｍ…中間層（第１の層）、１０８…被選択酸化層、１０８ａ…酸化層（狭窄構造体の一部）、１０８ｂ…電流通過領域（狭窄構造体の一部）、５００…面発光レーザアレイ、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）。

Claims (13)

1. 基板に対して垂直方向に光を射出する面発光レーザ素子であって、 活性層を含む共振器構造体と； 前記共振器構造体を挟んで設けられ、アルミニウムを含む被選択酸化層の一部が酸化されて生成された酸化物を少なくとも含む酸化物が電流通過領域を取り囲み、注入電流と発振光の横モードを同時に閉じこめることができる狭窄構造体をその中に含む半導体分布ブラッグ反射鏡と；を備え、 前記被選択酸化層の厚さは少なくとも２５ｎｍであり、 前記電流通過領域を取り囲んでいる酸化物における最も厚い部分の厚さは１１０ｎｍ以下であり、 発振の閾値電流と温度との関係において、発振の閾値電流が最小となるときの温度が２５℃以下であることを特徴とする面発光レーザ素子。
2. パルス周期が１ｍｓ、パルス幅が５００μｓの方形波電流パルスを供給したとき、 供給後１０ｎｓでの光出力Ｐ１、及び供給後１μｓでの光出力Ｐ２を用いて、（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ２≧−０．１、の関係が満足され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。
3. 前記電流通過領域の幅ｄ［μｍ］、及び該電流通過領域を取り囲む酸化物の厚さｔ［ｎｍ］を用いて、−２．５４ｄ^２−０．１４ｔ^２−０．９９８ｄ・ｔ＋５３．４ｄ＋１２．９ｔ−２１６≧０．９、の関係が満足される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素子。
4. 前記被選択酸化層は、前記半導体分布ブラッグ反射鏡の低屈折率層の一部をなし、
   前記被選択酸化層が含まれる低屈折率層は、前記被選択酸化層に隣接する第１の層と、該第１の層に隣接する第２の層とを有し、前記第１の層におけるアルミニウムの含有率は、前記被選択酸化層におけるアルミニウムの含有率よりも小さく、前記第２の層におけるアルミニウムの含有率よりも大きい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素子。
5. 前記被選択酸化層が含まれる低屈折率層の光学厚さは、発振波長λ、１以上の整数ｎを用いて、（２ｎ＋１）λ／４であることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ素子。
6. 前記被選択酸化層におけるアルミニウムの含有率と前記第１の層におけるアルミニウムの含有率との差は、５％以上であり、かつ２０％以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の面発光レーザ素子。
7. 前記被選択酸化層におけるアルミニウムの含有率と前記第２の層におけるアルミニウムの含有率との差は、２０％を超えていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
8. 室温での発振閾値電流におけるゲインピーク波長は、前記共振器構造体の共振波長よりも長いことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
9. 請求項１〜８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。
10. 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１〜８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。
11. 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９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。
12. 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が含まれる光を走査する少なくとも１つの請求項１０又は１１に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
13. 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１２に記載の画像形成装置。

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