JP2011198857A - 面発光レーザモジュール、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結露することがなく、信頼性の高い面発光レーザモジュールを提供する。
【解決手段】基板面に対し垂直方向に光を出射する面発光レーザを有する面発光レーザ素子と、前記面発光レーザの光をモニタするための受光素子と、前記面発光レーザ素子及び前記受光素子を設置するための領域が設けられているパッケージと、透明な材料により形成された窓部を有し、前記面発光レーザ及び受光素子を覆うため、前記パッケージと接続するためのリッド接続部を有するリッドと、を有し、前記パッケージには、前記リッド接続部と接続されるパッケージ接続部が設けられており、前記面発光レーザから出射された光が前記窓部において反射し、前記面発光レーザに入射することなく前記受光素子に入射するように、前記リッドは前記パッケージに接続されており、前記リッドまたは、前記パッケージと前記リッドとの間には水分を透過する水分透過領域が設けられていることを特徴とする面発光レーザモジュールを提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、面発光レーザモジュール、光走査装置及び画像形成装置に関する。

面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER）は、基板に対し、垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、端面発光レーザに比べて低コストで高性能であること、さらにはアレイ化が容易であることという特徴を有している。このため、光インターコネクション等の光通信の光源、光ピックアップ用の光源、レーザプリンタ等の画像形成装置の光源等としての検討が行われており、一部において実用化がなされている。

ところで、面発光レーザ素子を含め一般的に半導体レーザ素子等を有した光学系では、レンズやガラスからの反射光が元のレーザ素子に戻ってくる戻り光によって、光量の変動が発生するという問題点を有している。この光量変動には、ｎｓｅｃオーダーの高速に起きるものや、ｍｓｅｃオーダーで起きるような変動まで様々な光量変動がある。従来、面発光レーザは、ミラーの反射率が高いことから、戻り光に対しては強いと考えられてきた。しかしながら、検討の結果、必ずしも面発光レーザは戻り光に強くはなく、特に、複数の面発光レーザが配列された面発光レーザアレイの場合においては、ある面発光レーザから発せられた光が戻り光となり、その戻り光が隣接する面発光レーザに入射し、光量変動が生じることが確認されている。このような戻り光に対する対策として、例えば、特許文献１から３に記載されているものが開示されている。

特許文献１には、下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡とによって共振器を形成し、共振器内のバイアス点における緩和振動周波数が、面発光レーザから出力されるレーザ光を変調する光通信周波数を超えて設定される面発光レーザが開示されている。

また、特許文献２には、半導体基板と、半導体基板の上方に設けられた活性層と、活性層の上方に設けられ、活性層にて生じたレーザ光を半導体基板と垂直方向に出射する出射面と、出射面上に設けられ、レーザ光の一部を吸収する吸収層と、を含む面発光型半導体レーザが開示されている。

また、特許文献３には、ＴＯヘッダー上に少なくとも面発光レーザチップ及びモニタ用フォトディテクタがマウントされ、４０％以下の透過率を持つ膜がコーティングされた窓を備えたキャップを有する光送信用の面発光レーザモジュールが開示されている。

しかしながら、レーザ素子から出射されるレーザ光の安定性については、より厳しくなってきており、特許文献１から３に記載されている技術では、十分に対応することができなくなってきている。

特に、面発光レーザモジュールにおいて、カバーガラスが結露してしまうと、出射されたレーザ光の安定性に影響を与えるだけでなく、カバーガラスにより反射された光をモニタし制御するため、面発光レーザモジュール内に設けられたフォトダイオードに入射する光量も変動してしまい、レーザ光の安定性を低下させる原因となっていた。

よって、本発明は、面発光レーザモジュールに設けられたカバーガラスに結露を生じさせることなく、面発光レーザモジュール内に設けられたフォトディテクタにより正確な光量を検知し、制御することができる安定性の高い面発光レーザモジュール、及び、この面発光レーザモジュールを用いた光走査装置、画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板面に対し垂直方向に光を出射する面発光レーザを有する面発光レーザ素子と、前記面発光レーザの光をモニタするための受光素子と、前記面発光レーザ素子及び前記受光素子を設置するための領域が設けられているパッケージと、透明な材料により形成された窓部を有し、前記面発光レーザ及び受光素子を覆うため、前記パッケージと接続するためのリッド接続部を有するリッドと、を有し、前記パッケージには、前記リッド接続部と接続されるパッケージ接続部が設けられており、前記面発光レーザから出射された光が前記窓部において反射し、前記面発光レーザに入射することなく前記受光素子に入射するように、前記リッドは前記パッケージに接続されており、前記リッドまたは、前記パッケージと前記リッドとの間には水分を透過する水分透過領域が設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、前記パッケージ接続部と前記リッド接続部の接続は接着剤によりなされるものであって、前記水分透過領域は、前記パッケージ接続部と前記リッド接続部との間に前記接着剤を塗布しない領域を設けることにより形成されるものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記水分透過領域における開口部分の大きさは、２μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明は、前記窓部は、前記面発光レーザからの出射光に垂直な面に対し、１０°以上傾斜していることを特徴とする。

また、本発明は、前記リッドは透明な樹脂材料により一体成型により形成されているものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記樹脂材料は、ＰＭＭＡ、シクロオレフィン・コポリマー系樹脂、ポリエステル系樹脂のうち、いずれか１つにより形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記面発光レーザにおける光出射面は、半導体層の露出を防ぐため誘電体層に覆われていることを特徴とする。

また、本発明は、前記面発光レーザの側面は、半導体層の露出を防ぐため誘電体層に覆われていることを特徴とする。

また、本発明は、前記面発光レーザにおける光出射面の中心部以外の領域において、反射率を低くするための誘電体層が設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、前記面発光レーザ素子には、前記面発光レーザが複数設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、前記記載の面発光レーザモジュールを有する光源と、前記光源からの光を偏向する光偏向部と、前記光偏向部により偏向された光を前記被走査面上に集光する走査光学系と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、像担持体と、前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する前記記載の光走査装置と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記像担持体は複数であって、前記画像情報は、多色のカラー情報であることを特徴とする。

本発明によれば、安定性の高いレーザ光を得ることができる面発光レーザモジュールを提供することができるとともに、この面発光レーザモジュールを用いることにより、高画質な画像を得ることが可能な光走査装置、画像形成装置を提供することができる。

面発光レーザモジュールを用いた光源ユニットの構成図 第１の実施の形態における面発光レーザモジュールの構造図 面発光レーザモジュールに用いられるパッケージの上面図 第１の実施の形態における面発光レーザモジュールの説明図 第１の実施の形態における他の面発光レーザモジュールの構造図 第１の実施の形態における面発光レーザモジュールに用いられる他のリッドの構造図（１） 第１の実施の形態における面発光レーザモジュールに用いられる他のリッドの構造図（２） 第１の実施の形態における面発光レーザの構成図 傾斜基板の説明図 第１の実施の形態における面発光レーザの説明図（１） 第１の実施の形態における面発光レーザの製造方法の工程図（１） 第１の実施の形態における面発光レーザの製造方法の工程図（２） 図１２（ｂ）のメサ上面の拡大図 第１の実施の形態における面発光レーザの製造方法の工程図（３） 第１の実施の形態における面発光レーザの製造方法の工程図（４） 図１５におけるメサ上面の拡大図 第１の実施の形態における面発光レーザの製造方法の工程図（５） 第１の実施の形態における面発光レーザの製造方法の工程図（６） 面発光レーザにおける光出力の特性図 ドループ率の特性図（１） ドループ率の特性図（２） ドループ率の特性図（３） ドループ率の特性図（４） ドループ率の特性図（５） ドループ率の特性図（６） 接着剤の塗布方法の説明図（１） 接着剤の塗布方法の説明図（２） 接着剤の他の塗布方法の説明図 第１の実施の形態における他の面発光レーザの構造図（１） 第１の実施の形態における他の面発光レーザの構造図（２） 第１の実施の形態における他の面発光レーザの構造図（３） 第１の実施の形態における他の面発光レーザの構造図（４） 第１の実施の形態における面発光レーザアレイの構成図 図３３における面発光レーザアレイの断面図 第１の実施の形態における他の面発光レーザアレイチップの構造図 第２の実施の形態におけるレーザプリンタの構成図 第２の実施の形態における光走査装置の構成図 第３の実施の形態におけるカラープリンタの構成図

本発明の実施の形態について説明する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態は、複数の面発光レーザにより構成される面発光レーザアレイを有する面発光レーザモジュールである。

これまでの面発光レーザを用いた光源モジュールは端面発光レーザを用いた光源モジュールと異なり、モニタ光学系を必要としていた。このようにモニタ光学系を有する光源ユニット４００は、一例として図１に示されるように、レーザモジュール５００と光学モジュール６００とで構成されていた。

このレーザモジュール５００は、面発光レーザモジュール５１０、この面発光レーザモジュール５１０を駆動制御する不図示のレーザ制御装置、この面発光レーザモジュール５１０及びレーザ制御装置が実装されているＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）基板５８０を有している。

また、光学モジュール６００は、第１の部分６１０と第２の部分６３０から構成されている。第１の部分６１０は、ハーフミラー６１１、集光レンズ６１２、及びフォトダイオード６１３を有している。また、第２の部分６３０は、カップリングレンズ６３１、及び開口板６３２を有している。

第１の部分６１０は、面発光レーザモジュール５１０の＋Ｚ側であって、面発光レーザアレイチップから射出された光の光路上にハーフミラー６１１が位置するように配置されている。ハーフミラー６１１に入射した光の一部は−Ｙ方向に反射され、集光レンズ６１２を介してフォトダイオード６１３で受光される。フォトダイオード６１３は、モニターフォトダイオードとなっており、受光光量に応じた信号（光電変換信号）をレーザモジュール５００のレーザ制御装置に出力する。

第２の部分６３０は、第１の部分６１０の＋Ｚ側であって、ハーフミラー６１１を透過した光の光路上にカップリング６３１が位置するように配置されている。カップリング６３１は、ハーフミラー６１１を透過した光を略平行光とする。開口板６３２は、開口部を有し、カップリング６３１を介した光を整形する。開口板６３２の開口部を通過した光が、光源ユニット４００から射出される光となる。

しかしながら、このモニタ用のフォトダイオード６１３にレーザ光を導入する光学系を組み込むコストが、これら光源ユニット４００の高価格化の原因となっている。このため、発明者は、本実施の形態における面発光レーザモジュールを発明するに至った。

（面発光レーザモジュール）
図２及び図３に基づき、本実施の形態における面発光レーザモジュールについて説明する。本実施の形態における面発光レーザモジュールは、凹部を有するパッケージ１０、面発光レーザ素子２０、モニタ用のフォトダイオード３０、透明な材料により形成されたリッド４０を有している。面発光レーザ素子２０は、複数の面発光レーザがアレイ状に形成されているものであり、面発光レーザアレイチップともいう。

面発光レーザ素子２０は、パッケージ１０の凹部の底面１１に設置されており、凹部の周辺であって底面１１よりも高い段部１２にモニタ用のフォトダイオード３０が設置されている。また、パッケージ１０には、リッド４０と接続するためのパッケージ接続部１３が設けられている。

パッケージ１０は、セラミックスにより形成されたＣＬＣＣ（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｌｅａｄｅｄ Ｃｈｉｐ Ｃａｒｒｉｅｒ）と呼ばれるフラットパッケージである。このパッケージ１０は、凹部を有しており、セラミックスと複数の不図示のリード配線となる金属配線の多層構造となっている。尚、パッケージ１０は、セラミックス以外の材料、例えば樹脂材料により形成されたものであってもよい。

このリード配線は、面発光レーザ素子２０が設置される領域より放射状に外側に向かって伸びるように形成されており、パッケージ１０の内部の金属配線を介し、パッケージ１０の外側の不図示の電極端子と接続されている。

また、面発光レーザ素子２０が設置される領域には、金属膜が設けられており、この金属膜は、ダイアタッチエリアとも呼ばれるものであり、共通電極になっている。面発光レーザ素子２０は、この金属膜上にＡｕＳｎ等の半田材を用いてダイボンドされており、このようにして、面発光レーザ素子２０は、凹部の底面に設置される。

また、フォトダイオード３０は、段部１２においてダイボンドされている、フォトダイオード３０のアノード電極とパッケージ１０の金属配線とがワイヤボンディングにより電気的に接続され、裏面に形成されたフォトダイオード３０のカソードは導電性接着剤により接地されている。

一方、リッド４０は、凹状に形成されており、面発光レーザ素子２０からの光を透過する窓部４１が設けられている。更に。リッド４０は窓部４１と接続される筒状部４２と、筒状部４２の端が曲げられた構造のリッド接続部４３を有している。リッド接続部４３は、パッケージ１０におけるパッケージ接続部１３と接続するためのものである。リッド４０は光を透過する樹脂材料により一体成型されることにより形成されている。窓部４１は、面発光レーザ素子２０の面発光レーザから出射された光が、光を出射した面発光レーザに戻らないように、面発光レーザの出射光に垂直な面に対し所定の傾斜となるように形成されている。尚、この傾斜角度は、面発光レーザからの出射光のうち、窓部４１において反射した反射光がフォトダイオード３０に入射するように、所定の角度となるように形成されている。具体的には、本実施の形態では、この傾斜角度は、約１７°となるように形成されている。尚、このリッド４０を形成している樹脂材料の表面における反射率は約５．２％である。

パッケージ１０とリッド４０とは、パッケージ接続部１３とリッド接続部４３とにおいて接着剤等により接続されるが、本実施の形態における面発光レーザモジュールでは、パッケージ接続部１３とリッド接続部４３とが接着剤等により接続されている領域５１と接続されていない領域５２とを有している。このように、パッケージ接続部１３とリッド接続部４３とが接続されていない領域５２を設けることにより、この領域５２を介し、水分等の湿気を排出し調整することができる。即ち、パッケージ接続部１３とリッド接続部４３とを完全に接続してしまった場合、パッケージ１０とリッド４０により囲まれた面発光レーザモジュール内部において、接着剤等を介し進入した水分により、急激な温度変化が生じる場合があり、この場合には面発光レーザモジュール内部において結露が生じてしまう。このような結露が生じてしまう面発光レーザモジュールは、致命的な欠陥品となってしまう。

ところで、面発光レーザモジュール内部に水分を進入させないためには、図４に示すような金属製のリッド７００をパッケージ１０と溶接により接合する方法が考えられる。この金属製のリッド７００は、金属により形成された筒状のリッド本体部７０１の一方の側にカバーガラス７０２が設けられており、リッド本体部７０１の他方の側には折曲げられたリッド接続部７０３が設けられている。この金属製のリッド７００とパッケージ１０とは、リッド接続部７０３とパッケージ接続部１３において、溶接により完全に接合することにより外部から水分等の進入を防ぐことができる。しかしながら、このような金属製リッド７００は、しぼり加工等により形成されるものであり、また、溶接工程が必要となるため、製造コストは多大なものとなり実用的には不向きである。

本実施の形態では、図２に示すように、リッド４０を透明な樹脂材料により一体成型により作製するとともに、リッド４０とパッケージ１０との接続を接着材により接着することにより、低コストで面発光レーザモジュールを形成することができる。また、接着剤により接着しているため、接着剤を介し水分が面発光レーザモジュールの内部に進入し、結露が発生してしまうことを避けるため、リッド接続部４３とパッケージ接続部１３とが接続されていない領域５２を設けたものである。このような領域５２を設けることにより、領域５２を介し、面発光レーザモジュールの内部より水分を排出させることができる。

尚、本実施の形態では、この領域５２は水分透過領域ともいう。水分透過領域は、ゴミ等を侵入させることなく水分を透過させることができるものであればよい。具体的には、本実施の形態においてパッケージ１０はセラミックスにより形成されている。このパッケージ１０の表面の粗さを非接触３次元測定装置ＮＨ−３ＳＰ（三鷹光器（株）製）により、１０μｍ角の範囲において、測定したところ約２μｍであった。リッド４０のリッド接続部４３における面を略平坦なものとして考えると、領域５２では、パッケージ１０の表面粗さ程度の隙間、即ち、２μｍ以下の開口しか形成されないため、２μｍを超える大きさのゴミ等を進入させることなく、水分の排出を行うことが可能である。よって、水分透過領域として適した構造となっている。尚、パッケージ１０における表面粗さはパッケージ１０の製造方法や、パッケージを構成するセラミックス材料により異なるが、面発光レーザモジュールにおいて光量変動の少ない安定したレーザ発振を得るためには、表面粗さは１μｍ〜２μｍであることが好ましい。

また、本実施の形態では、図５に示すように、リッド４０の筒状部４２の一部に水分透過領域となる水分透過部４４を設けた構造のものであってもよい。この水分透過部４４は、ゴアテックス（Ｇｏｒｅ−Ｔｅｘ）（ＷＬゴア＆アソシエイツ社製）等の防水透湿性素材、または、２μｍ以下の開口を有するメッシュ等のフィルタにより形成されている。例えば、このフィルタは、１μｍ以上、２μｍ以下の開口を有するメッシュにより形成されている。このようなリッド４０を用いた場合では、パッケージ接続部１３とリッド接続部４３とにおいて接続されない領域を設けることなく、すべてパッケージ接続部１３とリッド接続部４３とが接着剤等により接続されている領域５１となるように、樹脂材料により接着してもよい。

以上より、本実施の形態における面発光レーザモジュールは、パッケージ１０とリッド４０との間に水分透過領域を設けることにより、また、リッド４０に水分透過・調整機能を有する水分透過領域となる水分透過部４４を設けることにより、内部に侵入した水分を外部に効果的に排出することができ、急激な温度変化においても結露の発生を防ぐことができる。また、２μm以上のゴミ等のダストが面発光レーザモジュールの内部に侵入すると光学特性が変化してしまう恐れがあるが、本実施の形態では、水分を透過させつつ、２μｍ以上のゴミ等のダストの進入を防ぐことができる。よって、本実施の形態における面発光レーザモジュールでは光量変動の少ない安定したレーザ発振を行うことができる。

また、円筒状のリッド４０を用いた場合について説明したが、リッドの形状は角形の柱状のものであってもよい。例えば、図６に示すように四角の筒状のリッド６０であってもよい。このリッド６０は、傾斜した窓部６１、四角の筒状の筒状部６２、四角形状のリッド接続部６３を有するものである。このようなリッド６０において、リッド接続部６３の４辺のうち３辺に接着剤を塗布し、残りの１辺に接着剤を塗布しない領域とすることにより、この接着剤を塗布しない領域が水分透過領域となる。

また、例えば、図７に示すように四角の筒状のリッド７０であってもよい。このリッド７０は、傾斜した窓部７１、四角の筒状の筒状部７２、四角形状のリッド接続部７３を有し、筒状部７２には、水分透過領域となる水分透過部７４を設けた構造のものである。このようなリッド７０において、リッド接続部７３の４辺のすべてに接着剤を塗布し、パッケージ１０と接着することも可能である。

図２に示す構造の本実施の形態における面発光レーザモジュールにおいて、８５℃・８５％の高温高湿試験を行ったところ、結露が生じないことが確認された。一方、接着剤により接続されていない領域５２を設けることなく、パッケージ接続部１３とリッド接続部４３とを全面において接着剤で接着したものでは、８５℃・８５％の高温高湿試験を行ったところ、約１０時間経過した頃に結露が確認された。

尚、パッケージ接続部１３とリッド接続部４３とを接着するための接着剤としては、エポキシ系もしくはアクリル系の安価な接着剤を用いることができる。また、図２から図５においては、面発光レーザ素子２０とパッケージ１０とを接続するためのワイヤボンドは省略されている。

また、本実施の形態におけるリッド４０は、透明の樹脂材料により形成されているが、このような樹脂材料は、面発光レーザから出射される光を透過する材料である必要がある。このような材料としては、化１に示すようにメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ：Poly methyl methacrylate）が適している。ＰＭＭＡはアクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルの重合体で、透明性の高い非晶質の合成樹脂である。その特徴はプラスチック随一の透明度を持つことであり、光学的特性はプラスチックのなかで最も優れている。また、耐候性、外観、表面光沢、表面硬度も良好である。また、加熱して軟化させても白化しないことも長所である。

また、他の透明な樹脂材料としては、化２に示すシクロオレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）系樹脂が挙げられる。ＣＯＣは環状オレフィン構造を有する非晶性の透明樹脂であり、ＰＭＭＡに匹敵する光学特性やポリカーボネート（ＰＣ：Polycarbonate）と同等以上の耐熱性、低吸水性に由来する高度な寸法安定性など優れた性能を有する樹脂である。さらに水蒸気バリア性、剛性、耐熱性も非常に良好である。また、他の透明な樹脂材料としては、ポリエステル系樹脂等も挙げられる。

（面発光レーザ）
次に、面発光レーザ素子２０である面発光レーザアレイチップに形成される面発光レーザについて説明する。面発光レーザアレイは、複数の面発光レーザが２次元的にアレイ状に配列されているものであり、面発光レーザアレイチップは、このような面発光レーザアレイを一つのチップとしたものである。

図８に基づき面発光レーザアレイを構成する一つの面発光レーザ１００について説明する。尚、図８（ａ）は面発光レーザ１００のＸＺ面における断面図であり、図８（ｂ）は面発光レーザ１００のＹＺ面における断面図である。また、本明細書では、前述のとおり、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１００は、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザであり、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。更に、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及び下部スペーサ層１０４の一部にはメサ１１０が形成されており、メサ１１０の上部にはｐ側電極１１３が形成されており、基板１０１の裏面にはｎ側電極１１４が形成されている。更に、保護層１１１が形成されており、この保護膜１１１が形成される際に、透明層１１１Ａ及び１１１Ｂが形成されている。

基板１０１は、表面が鏡面研磨面であり、図９（ａ）に示されるように、鏡面研磨面（主面）の法線方向が、結晶方位［１ ０ ０］方向に対して、結晶方位［１ １ １］Ａ方向に向かって１５度（θ＝１５度）傾斜したｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。すなわち、基板１０１はいわゆる傾斜基板である。ここでは、図９（ｂ）に示されるように、結晶方位［０ −１ １］方向が＋Ｘ方向、結晶方位［０ １ −１］方向が−Ｘ方向となるように配置されている。

尚、基板１０１として、このような傾斜基板を用いることによって、偏光方向をＸ軸方向に安定させようとする偏光制御作用が働く。

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−ＡｌＡｓからなる低屈折率層１０３ａと、ｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層１０３ｂのペアを４０．５ペア積層形成することにより形成されている。各屈折率層の間には、図１０に示されるように、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、各屈折率層の厚さは、いずれも隣接する組成傾斜層の厚さの１／２を含んだ厚さが、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。尚、光学的厚さがλ／４のとき、その層の実際の厚さＤは、Ｄ＝λ／４ｎ（但し、ｎはその層の媒質の屈折率）である。

下部スペーサ層１０４は、下部半導体ＤＢＲ１０３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープの（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる層である。

活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層されており、図１０に示されるように、３層の量子井戸層１０５ａと４層の障壁層１０５ｂとを有する３重量子井戸構造の活性層である。各量子井戸層１０５ａは、０．７％の圧縮歪みを誘起する組成であるＧａＩｎＡｓＰからなり、バンドギャップ波長が約７８０ｎｍである。また、各障壁層１０５ｂは、０．６％の引張歪みを誘起する組成であるＧａＩｎＰからなる。

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_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ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、図１０に示されるように、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。尚、活性層１０５は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられている。

上部半導体ＤＢＲ１０７は、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層１０７ａとｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層１０７ｂのペアを２５ペア積層形成することにより形成されている。

上部半導体ＤＢＲ１０７における各屈折率層の間には、図１０に示されるように、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、各屈折率層における膜厚は、いずれも隣接する組成傾斜層の膜厚の１／２を含んだ膜厚が、λ／４の光学的厚さとなるように設定されている。

上部半導体ＤＢＲ１０７における低屈折率層の１つには、ｐ−ＡｌＡｓからなる電流狭窄層１０８が厚さ３０ｎｍで挿入されている。この電流狭窄層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。尚、電流狭窄層１０８は、メサ１１０を形成した後、熱酸化等を行うことにより周辺部における選択酸化領域１０８ａと電流狭窄領域１０８ｂとが形成される。

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

なお、このように基板１０１上にバッファ層１０２、下部半導体ＤＢＲ１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、上部半導体ＤＢＲ１０７、コンタクト層１０９等を積層形成したものを便宜上「積層体」ともいう。

（面発光レーザの製造方法）
次に、図１１から図１６に基づき、面発光レーザ１００の製造方法について説明する。なお、ここでは、所望の偏光方向Ｐ（たとえば、Ｐ偏光）は、Ｘ軸方向であるものとする。

最初に、図１１（ａ）に示すように、積層体を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）または分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）により結晶成長させることにより形成する。例えば、ＭＯＣＶＤ法により作製する場合では、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、フォスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）を用いている。また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）を用いている。

次に、積層体の表面に一辺が２５μｍの正方形状の不図示のレジストパターンを形成する。具体的には、作製された積層体の表面にフォトレジストを塗布し、プリベーク、露光装置による露光、現像を行うことによりレジストパターンを形成する。

次に、Ｃｌ_２ガスを用いたＥＣＲエッチング法により、レジストパターンをマスクとして、レジストパターンの形成されていない領域の積層体を除去する。本実施の形態では、下部スペーサ層１０４が露出するまでドライエッチングを行う。

次に、図１１（ｂ）に示すように、フォトマスクを除去する。これにより、四角柱状のメサ構造体（以下では、便宜上「メサ」と略述する）１１０が形成される。

次に、図１１（ｃ）に示すように、積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、電流狭窄層１０８中のＡｌ（アルミニウム）がメサ１１０の側面となる外周部から選択的に酸化される。これにより、電流狭窄層１０８には、周辺部分の選択酸化領域１０８ａと、中央部分の酸化されていない電流狭窄領域１０８ｂとが形成される。このようにして、いわゆる電流狭窄構造（酸化狭窄構造）が形成され、活性層に流れる電流経路をメサ１１０の中央部だけに制限することができる。即ち、電流は酸化されていない電流狭窄領域１０８ｂに流れ、選択酸化領域１０８ａは流れない。よって、メサ１１０の中央部分に電流を集中して流すことができる。このような電流狭窄領域１０８ｂは、例えば幅４μｍから６μｍ程度の略正方形状に形成する。

次に、図１２（ａ）に示すように、気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、シリコン窒化膜であるＳｉＮからなる保護層１１１を形成する。本実施の形態では、保護層１１１の光学的厚さがλ／４となるようにした。具体的には、ＳｉＮの屈折率ｎが１．８６、発振波長λが７８０ｎｍであるため、実際の膜厚（＝λ／４ｎ）は約１０５ｎｍに設定した。尚、保護膜１１１は、ＳｉＮ以外にもシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜により形成してもよい。

次に、図１２（ｂ）に示すように、レーザ光の出射面となるメサ１１０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）を作製する。ここでは、一例として、メサ１１０の周囲、メサ１１０上面の周囲、及びメサ１１０上面の中心部を挟んで偏光方向Ｐに平行な方向（Ｘ軸方向）に対向し、偏光方向Ｐに垂直な方向（Ｙ軸方向）に延びる２つの長方形状の小領域（第１の小領域と第２の小領域）がエッチングされないようにマスクＭを作製するする。例えば、図１３に示されるように、第１の小領域と第２の小領域の間隔（Ｘ軸方向、即ち、偏光方向Ｐに平行な方向の間隔）Ｌ１を５μｍ、第１の小領域及び第２の小領域の幅（Ｘ軸方向、即ち、偏光方向Ｐに平行な方向の幅）Ｌ２を２μｍ、第１の小領域及び第２の小領域の長さ（Ｙ軸方向、即ち、偏光方向Ｐに垂直な方向の長さ）Ｌ３を８μｍとする。尚、図１３は、図１２（ｂ）におけるメサ１１０の部分の拡大図である。尚、本実施の形態では、このマスクＭはレジストパターンにより形成されている。

次に、ＢＨＦ（バッファドフッ酸）にて、マスクＭの形成されていない領域における保護層１１１をエッチングし、Ｐ側電極コンタクトのための窓開けを行う。

次に、図１４に示すように、マスクＭを除去する。尚、図１４（ａ）は、この工程におけるＸＺ面における断面図であり、図１４（ｂ）は、ＸＹ面における上面図である。本面最初においては、便宜上、第１の小領域に残存している保護層１１１を「透明層１１１Ａ」と称し、第２の小領域に残存している保護層１１１を「透明層１１１Ｂ」と称する。この際、マスクＭも横方向からエッチングされるため、形状を縮ませながら、保護層１１１をエッチングすることによって、透明層１１１Ａ及び透明膜１１１Ｂには傾斜のある側面が形成される。

次に、メサ１１０上部の光出射部（金属層の開口部）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、この後、ｐ側電極材料の蒸着を行う。ｐ側電極材料としては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。

次に、図１５に示すように、光出射部となる領域（出射領域）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。ｐ側電極１１３はメサ１１０の上面において、ロの字状に形成されており、このｐ側電極１１３により囲まれた領域が出射領域となる。

尚、図１６は、メサ１１０の上部における拡大図である。出射領域の形状は、一辺の長さがＬ４（例えば、１０μｍ）の正方形である。本実施形態では、出射領域内の２つの小領域（第１の小領域、第２の小領域）に、光学的厚さがλ／４のＳｉＮからなる透明な誘電体膜として透明層１１１Ａと透明層１１１Ｂが形成されている。

次に、図１７に示すように、気相化学堆積法（ＣＶＤ法）により、ＳｉＮからなる保護層１２１を光学的厚さが２λ／４となるように形成する。即ち、ＳｉＮの屈折率ｎが１．８６、発振波長λが７８０ｎｍであるため、実際の膜厚（＝２λ／４ｎ）は約２１０ｎｍに設定した。これにより、透明層１１１Ａ及び透明層１１１Ｂ上にも保護層１２１が形成され、透明層１１１Ａが形成されていた領域には、透明膜１１１Ａを含んだ透明膜１２１Ａが形成され、透明層１１１Ｂが形成されていた領域には、透明膜１１１Ｂを含んだ透明膜１２１Ｂが形成される。

次に、図１８に示すように、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。ここでは、ｎ側電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。尚、図１８（ａ）は、面発光レーザ１００のＸＺ面における断面図であり、図１８（ｂ）は、面発光レーザ１００のＹＺ面における断面図である。

次に、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１１０が発光部となる面発光レーザ１００を形成することができる。

次に、チップ毎に切断し、面発光レーザが二次元的に配列されている面発光レーザアレイチップを作製する。

これにより、透明層１２１Ａ及び透明層１２１Ｂの光学的厚さが３λ／４となる面発光レーザ１００ａを得ることができる。

このとき、出射領域の中心部は、光学的厚さが２λ／４の保護層１２１（誘電体膜）で被覆されることとなる。また、出射領域の周辺部で２つの小領域（第１の小領域と第２の小領域）を除く領域も、光学的な厚さが２λ／４の保護層１２１（誘電体膜）で被覆されることとなる。出射領域の周辺部の一部での反射率が出射領域の中心部の反射率に比べ相対的に低くなる。尚、透明層１２１Ａ及び透明層１２１Ｂは、光学的な厚さがλ／４の透明層１１１Ａ及び透明層１１１Ｂ上に、光学的な厚さが２λ／４の保護層１２１を形成したものである。

これにより、２つの小領域（第１の小領域、第２の小領域）における反射率は、ｐ側電極１１３で囲まれた領域であって、透明層１２１Ａと透明層１２１Ｂが形成されていない領域、即ち、中心部等の領域よりも反射率が低くなる。尚、本実施の形態では、このように、２つの小領域（第１の小領域、第２の小領域）のように、反射率の低くなる領域のことをフィルタ領域、または、フィルタと称する場合がある。

このようにして形成された面発光レーザ１００において、偏光方向ＰがＸ軸方向となるのは、中心部における光の反射率の高い領域（透明層１２１Ａと透明層１２１Ｂが形成されていない領域）におけるＹ軸方向における長さＬ４よりも、Ｘ軸方向における長さ（透明層１２１Ａと透明層１２１Ｂとの間隔）Ｌ１が短いためと考えられる。即ち、Ｘ軸方向とＹ軸方向において、光の反射率の高い領域の長さが短い方向が、偏光方向Ｐとなるものと考えられる。

また、面発光レーザ１００ａでは、出射面全部が保護層１２１（誘電体膜）に被覆されていることとなるため、出射面の酸化や汚染を抑制することができる。なお、出射領域の中心部も保護層１２１（誘電体膜）に覆われているが、その光学的厚さをλ／２の偶数倍としているため、反射率を低下させることがなく、保護層１２１（誘電体膜）がない場合と同等の光学特性が得られた。

（面発光レーザモジュールの特性の評価）
次に、上述した面発光レーザ素子により形成される面発光レーザモジュールの特性について説明する。面発光レーザモジュール及び光源ユニットとして、図１に示した構造を模した光学系を利用して特性の評価を行った。特性評価として、出射された光の光量をフォトダイオード（ＰＤ）にて検出する。得られる理想的な波形データを図１９（ａ）に示す。しかしながら、戻り光の影響を受けると、光量が不安定となり変動が生じる。図１９（ｂ）において模式的に、光量変動がある場合の異常波形１２５ａを光量変動のない正常波形１２５ｂと比較して示す。図１９（ｂ）に示されるように、異常波形１２５ａは、波形の前半部分に波を打つように現れることが多いが、これに限らず、後半部分に波を打つように現れる場合もある。また、周波数も１ｋＨｚの場合や、もっと大きい、例えば、数１００ｋＨｚの波形においても、波形変動が生じる場合がある。特に、１ｋＨｚにおける波形を画像形成装置に必要な１ラインを安定して描く際の基準とした場合、その安定性は画像形成装置によっては、５％レベルの変動であっても問題となる。ここで、画像形成装置に必要な特性として、この特性値を定量化する方法について説明する。一般的には、熱によるレーザ光量の変動を評価する指標であり、ドループ値として利用されている。具体的には、図１９（ａ）に示すように、レーザ立ち上がり時間帯の光量と、十分に時間が経過した状態の時間帯での光量の差をとる。その一例として、１ｋＨｚでデューティー比が５０％の波形を示している。
Ｄｒ=（Ｐａ−Ｐｂ）／Ｐａ
Ｐａ：時間Ｔａにおける光出力値
Ｐｂ：時間Ｔｂにおける光出力値
上式で示される数値Ｄｒ（単位：％）をドループ値として定義する。本実施の形態では、１ｋＨｚでデューティーが５０％、Ｔａは１ｋＨｚにおける１μｓｅｃの位置で、Ｔｂは４８０μｓｅｃの位置とした。光出力は１.４ｍＷ相当とし、測定温度は２５℃になるように温調冶具で調整した。本実施の形態では上記のような出力、温度としているが、利用される出力値、温度に対して、本測定が行われるので、これに限定されるものではない。また、上記周波数、デューティー比、および、Ｔａ、Ｔｂは、画像形成装置として、高精度な画像を形成する上で、必要な条件となる。

また、面発光レーザを複数配列し面発光レーザアレイとした場合、１つ１つのドループ値が一致してないと、形成される画像の視認性が著しく悪化する。面発光レーザアレイの特性として、ドループ値の最大値と最小値の差（以下これをばらつきと表現する）を小さくする必要がある。しかし、先の異常波形１２５ａ等が現れると、ばらつきは大きくなる。そこで、このドループ値のばらつきを以下の式に満たすことを条件とした。
ドループのばらつき（％）＝Ｄｒ（ｍａｘ）−Ｄｒ（ｍｉｎ）
Ｄｒ（ｍａｘ）：複数ある素子の中で最もＤｒ値が大きい素子のＤｒ値
Ｄｒ（ｍｉｎ）：複数ある素子の中で最もＤｒ値が小さい素子のＤｒ値
上記条件でのドループのばらつきが、３％を超えたところで、画像を形成した時に、視認性が顕著に悪化する。１素子における大きいドループ値による画像劣化は、複数素子を配列してなる面発光レーザにおいても、同様である。

図２０には、２１個の発光部（ｃｈ１〜ｃｈ２１）を有する面発光レーザアレイ、及び無反射層を表面にコーティングしていない透明部材との一体型樹脂リッド（反射率：約５．２５％）を有し、この透明部材を面発光レーザアレイの射出面に対して傾斜させていない面発光レーザモジュール（光デバイスＡという）におけるドループ率が示されている。なお、各発光部には、モードフィルタは設けられていない。

ドループ率は、大きいもので４％、小さいものでは−１．５％であった。これは、出力波形が異常波形となっており、その異常形状が、発光部によって一様でないことを示している。無反射コーティングをしていない場合のわずか５．２％という反射率でもこのようなばらつきが観測されてしまう。このように、発光部間にドループ率の大きなばらつきがある面発光レーザモジュールを用いると、高品質な画像を形成することができない。

図２１には、２１個の発光部（ｃｈ１〜ｃｈ２１）を有する面発光レーザアレイ、及びカバーガラスとして高価な無反射ガラス板（反射率：０．１％）を有し、このガラス板を面発光レーザアレイの射出面に対して傾斜させていない面発光レーザモジュール（光デバイスＢという）におけるドループ率が示されている。なお、各発光部には、モードフィルタは設けられていない。ドループ率は、大きいもので１．５％、小さいもので０．２％であり、飛躍的にばらつきが低減されているのが分かる。

このように、反射率が非常に低い高価な無反射ガラスを用いることにより、戻り光への耐性が強くなり、ドループ率のばらつきが小さくなる。そして、異常波形の抑制、光量変動の抑制が可能となる。しかしながら、高価な無反射ガラスの使用は、面発光レーザモジュールの大幅なコスト上昇を招くという不都合があった。

そこで、発明者らは、安価な無反射層を表面にコーティングしていない透明部材との一体型樹脂リッドを用い、この透明部材を傾斜させてドループ率のばらつきを調べた。

図２２には、２１個の発光部（ｃｈ１〜ｃｈ２１）を有する面発光レーザアレイ、及び無反射層を表面にコーティングしていない透明部材との一体型樹脂リッド（反射率：５．２％）を有し、樹脂材料のリッドにおける窓部を面発光レーザアレイの射出面に対して８°傾斜させた面発光レーザモジュール（光デバイスＣという）におけるドループ率が示されている。なお、各発光部には、モードフィルタは設けられていない。ドループ率は、大きいもので３％、小さいもので０．５％であり、上記光デバイスＡよりもばらつきが低減されているのが分かる。しかしながら、上記光デバイスＢよりもドループ率のばらつきは大きく、傾斜角８°ではまだ充分ではないといえる。

図２３には、２１個の発光部（ｃｈ１〜ｃｈ２１）を有する面発光レーザアレイ、及び無反射層を表面にコーティングしていない透明部材との一体型樹脂リッド（反射率：５．２％）を有し、樹脂材料のリッドにおける窓部を面発光レーザアレイの射出面に対して１０°傾斜させた面発光レーザモジュール（光デバイスＤという）におけるドループ率が示されている。なお、各発光部には、モードフィルタは設けられていない。

また、図２４には、２１個の発光部（ｃｈ１〜ｃｈ２１）を有する面発光レーザアレイ、及び無反射層を表面にコーティングしていない透明部材との一体型樹脂リッド（反射率：５．２％）を有し、樹脂材料のリッドにおける窓部を面発光レーザアレイの射出面に対して１５°傾斜させた面発光レーザモジュール（光デバイスＥという）におけるドループ率が示されている。なお、各発光部には、モードフィルタは設けられていない。

光デバイスＤ及び光デバイスＥでは、ドループ率のばらつきは、光デバイスＢと同等、あるいはそれ以下であった。

このように、安価な無反射層を表面にコーティングしていない透明部材との一体型樹脂リッドを用いても、それを傾斜させることで、高価な無反射ガラスとそれを保持するメタルリッドを用いるのと同等の効果を期待できることが分かった。

また、本発明者らは、射出領域にモードフィルタを設けることにより、さらに大きな効果を期待できることを見出した。図２５には、上記モードフィルタ１１５と同様なモードフィルタがそれぞれ設けられている２１個の発光部（ｃｈ１〜ｃｈ２１）を有する面発光レーザアレイ、無反射層を表面にコーティングしていない透明部材との一体型樹脂リッド（反射率：５．２％）を有し、樹脂材料のリッドにおける窓部を面発光レーザアレイの射出面に対して１５°傾斜させた面発光レーザモジュール（光デバイスＦという）におけるドループ率が示されている。この光デバイスＦでは、ドループ率のばらつきが更に低減されている。すなわち、これにより、コスト高の原因となる高価な無反射ガラスを用いる必要がないことが分かる。これは、安価な無反射ガラス板にも対応できるし、本発明の樹脂製の透明部材を用いる場合でも同じである。

このようにして、本実施形態では、透明部材の傾斜角θが１７°となるように、リッドが形成されている。

（面発光レーザモジュールの製造方法）
次に、図２及び図３に基づいて、本実施の形態における面発光レーザモジュールの製造方法について説明する。

最初に、パッケージ１０の凹部の底面１１に、面発光レーザ素子２０である面発光レーザアレイチップをダイボンドする。

次に、面発光レーザ素子２０である面発光レーザアレイチップにおける複数の電極パッドとパッケージ１０における複数の不図示のリード（金属配線）とを各々ワイヤボンディングにより電気的に接続する。

次に、パッケージ１０の段部１２に、フォトダイオード３０をダイボンドする。

次に、フォトダイオード３０のアノード電極とパッケージ１０の不図示のリード配線（金属配線）とをワイヤボンディングにより電気的に接続し、裏面のカソードは導電性接着剤により接地する。

次に、面発光レーザ素子２０である面発光レーザアレイチップとフォトダイオード３０とが固定され、それぞれと電気的に接続されたパッケージ１０にリッド４０をパッケージ１０に載置する。

次に、パッケージ１０に載置されたリッド４０を固定するための接着剤（紫外線硬化型樹脂系接着剤）を塗布する。接着剤はパッケージ１０におけるパッケージ接続部１３とリッド４０におけるリッド接続部４３とにおいて接続するように塗布されるが、全面に塗布するのではなく、接続されていない領域５２においては、接着剤が塗布されていない。これにより接着剤の塗布されなかった領域が、水分透過領域となる。

また、図６に示すような四角形状のリッド６０の場合では、４辺のうちの３辺近傍に接着剤を塗布する。

例えば、図２６に示すように、パッケージ１０とリッド６０の３辺近傍における接着剤塗布領域８０において接着剤を塗布する場合、例えば、図２７の矢印で示すような順序で接着剤の塗布が行われる。

次に、接着剤の塗布が終了した後、接着剤を硬化させる。ここでは、紫外線照射装置に投入し、接着剤の硬化処理を行う。これにより、リッド４０における窓部４１は、面発光レーザ素子２０である面発光レーザアレイチップにおける面発光レーザの光の出射方向に垂直な面に対して約１７°傾斜した状態で、パッケージ１０に固定される。

尚、図２８に示すように、パッケージ１０とリッド６０の対向する２辺近傍における接着剤塗布領域８１において接着剤を塗布することも考えられる。この場合、より内部の水分上昇を抑え、結露などの不具合が生じにくいことが確認されている。

また、図７に示すリッド７０の場合では、４辺のすべてを接着剤により接着しても、リッド７０には水分透過・調整機能を有する水分透過部７４を有しているため、結露等の問題が生じることはなかった。

本実施の形態における説明では、リッド４０の窓部４１が面発光レーザ素子２０である面発光レーザアレイチップにおける面発光レーザの光の出射方向に垂直な面に対して約１７°傾斜した面発光レーザモジュールについて説明したが、これに限定されるものではなく、好ましくは傾斜角が１０°以上であればよく、更には、傾斜角が１５°以上であればより好ましい。

また、本実施の形態においては、各小領域１１１Ａ及び１１１Ｂの形状が長方形である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図２９に示すように、ｐ側電極１１３の開口部内において、小領域１１１Ｃ、１１１Ｄは輪帯状のものを２つに分割した形状に形成したものであってもよい。

また、図３０に示すように、所望の偏光方向ＰをＹ軸方向とする場合には、ｐ側電極１１３の開口部内において、第１の小領域１１１Ａと第２の小領域１１１Ｂの長手方向をＸ軸方向とすればよい。

更に、偏光方向を考慮する必要がない場合には、等方的に形成してもよい。即ち、ｐ側電極１１３の開口部内において、図３１に示されるように、領域１３１Ａとなる低反射率領域を方形状（方形状の開口部を有する）に形成してもよく、また、図３２に示されるように、領域１３１Ｂとなる低反射率領域を輪帯状に形成してもよい。

また、上記説明では、保護層１１１及び保護層１１７がＳｉＮの場合について説明したが、これに限らず、例えば、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ及びＳｉＯＮのいずれかであってもよい。それぞれの材料の屈折率に合わせて膜厚を設計することにより、同様の効果を得ることができる。

また、上記説明では、各モードフィルタが保護層１１１及び保護層１１７と同じ材質である場合について説明したが、これに限定されるものではない。

（面発光レーザアレイ）
次に、本実施の形態における面発光レーザアレイについて説明する。本実施の形態における面発光レーザアレイは、上述した面発光レーザが２次元的に複数形成されているものである。

図３３に基づき、本実施の形態における面発光レーザアレイ２４０について説明する。本実施の形態における面発光レーザアレイ２４０は、複数（ここでは３２個）の発光部２００となる面発光レーザが同一基板上に配置されている。尚、Ｘ軸方向は主走査対応方向であり、Ｙ軸方向は副走査対応方向である。複数の発光部２００は、すべての発光部２００をＹ軸方向に伸びる仮想線上に正射影したときに等間隔ｄ２となるように配置されている。このようにして、３２個の発光部２００は２次元的に配列されている。尚、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部２００の中心間距離を意味する。また、図３３では発光部２００の数が３２個であるものを示しているが、発光部２００の個数は、複数であればよく、例えば、発光部２００が４０個のものであってもよい。

図３４には、図３３における破線３３Ａ−３３Ｂにおいて切断した断面図を示す。本実施の形態における面発光レーザアレイ２４０において、各発光部２００は、前述した面発光レーザ１００により構成されている。このため、面発光レーザアレイ２４０は、前述した面発光レーザ１００と同様な方法により製造することが可能である。これにより、各発光部２００間で均一な偏光方向を持つ単一基本横モードの複数のレーザ光を発する面発光レーザアレイを得ることができる。このようにして得られた面発光レーザアレイ２４０により、円形で且つ光密度の高い微小な光スポットを３２個同時に、後述する感光体ドラム上に形成することが可能となる。

また、面発光レーザアレイ２４０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により、後述する感光体ドラム上において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、例えば、上記間隔ｄ２を２．６５μｍ、後述する光走査装置の光学系の倍率を２倍とすれば、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。もちろん、主走査対応方向の発光部数を増加したり、副走査対応方向のピッチｄ１を狭くして間隔ｄ２を更に小さくした構成の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することが可能であり、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。

ところで、本実施の形態における面発光レーザアレイ２４０において、隣接する２つの発光部２００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以上であることが好ましい。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１１０の大きさ（１辺の長さ）は１０μｍ以上であることが好ましい。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。

尚、図３５には、面発光レーザアレイ２４０における配線構造を示す。このように面発光レーザアレイ２４０では、２次元的に配列されている３２個の発光部２００、及び３２個の発光部の周囲に設けられ各発光部２００に対応した３２個の電極パッド２１０を有している。また、各電極パッド２１０は、対応する発光部２００と配線部材２２０によって電気的に接続されている。

また、上述した２次元的に面発光レーザ１００が配列された面発光レーザアレイ２４０に代えて、発光部２００となる面発光レーザ１００が１次元配列された面発光レーザアレイを用いてもよい。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いた光走査装置１０１０及び画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００である。

図３６に基づき、本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００について説明する。本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングユニット１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０等を備えている。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、矢印Ｘで示す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。

トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、このトナーは現像ローラ１０３２に供給される。

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、この給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。このレジストローラ対１０３９は、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、この記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。

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。

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、図３７に基づき光走査装置１０１０について説明する。光走査装置１０１０は、光源ユニット１１１０、不図示のカップリングレンズ及び開口板、シリンドリカルレンズ１１１３、ポリゴンミラー１１１４、ｆθレンズ１１１５、トロイダルレンズ１１１６、２つのミラー（１１１７、１１１８）、及び上記各部を統括的に制御する不図示の制御装置を備えている。尚、光源ユニット１１１０は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニット１１１０が用いられている。
シリンドリカルレンズ１１１３は、光源ユニット１１１０から出射された光を、ミラー１１１７を介してポリゴンミラー１１１４の偏向反射面近傍に集光する。
ポリゴンミラー１１１４は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向反射面が形成されている。 そして、不図示の回転機構により、矢印Ｙに示す方向に一定の角速度で回転されている。
従って、光源ユニット１１１０から出射され、シリンドリカルレンズ１１１３によってポリゴンミラー１１１４の偏向反射面近傍に集光された光は、ポリゴンミラー１１１４の回転により一定の角速度で偏向される。
ｆθレンズ１１１５は、ポリゴンミラー１１１４からの光の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１１１４により一定の角速度で偏向される光の像面を、主走査方向に関して等速移動させる。 トロイダルレンズ１１１６は、ｆθレンズ１１１５からの光をミラー１１１８を介して、感光体ドラム１０３０の表面に結像する。
トロイダルレンズ１１１６は、ｆθレンズ１１１５を介した光束の光路上に配置されている。そして、このトロイダルレンズ１１１６を介した光束が、感光体ドラム１０３０の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１１１４の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１０３０上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。

ポリゴンミラー１１１４と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、ｆθレンズ１１１５とトロイダルレンズ１１１６とから構成されている。なお、ｆθレンズ１１１５とトロイダルレンズ１１１６の間の光路上、及びトロイダルレンズ１１１６と感光体ドラム１０３０の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されてもよい。

本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００では、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いているため、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。

また、この場合には、各発光部からの光束の偏光方向が安定して揃っているため、レーザプリンタ１０００では、高品質の画像を安定して形成することができる。

尚、本実施の形態における説明では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であってもよい。

例えば、媒体が、ＣＴＰ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｏ Ｐｌａｔｅ）として知られている
印刷版であってもよい。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。

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よい。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。

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。

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。

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。

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よい。

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。

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。

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よい。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。

本実施の形態おける光走査装置１０１０は、光源ユニット１１１０において第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを有しているため、低コストで安定した光走査を行うことができる。

また、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールにおける面発光レーザ素子２０は面発光レーザアレイチップであり、複数の発光部を有しているため、同時に複数の光走査が可能となり、画像形成の高速化を図ることができる。

更に、本実施形態におけるレーザプリンタ１０００では、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。

また、面発光レーザ素子２０である面発光レーザアレイチップは、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。

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。

また、本実施の形態におけるレーザプリンタ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。更に、各発光部からの光束の偏光方向が安定して揃っているため、高品質の画像を安定して形成することができる。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００である。

図３８に基づき、本実施の形態におけるカラープリンタ２０００について説明する。本実施の形態におけるカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用の「感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６」と、シアン用の「感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６」と、マゼンタ用の「感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６」と、イエロー用の「感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６」と、光走査装置２０１０と、転写ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。

各感光体ドラムは、図３８において示される矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転順にそれぞれ帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットが配置されている。各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置２０１０により光が照射され、各感光体ドラムに潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト２０８０上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット２０３０により記録紙に画像が定着される。

光走査装置２０１０は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニットを、各々の色毎に有しており、第２の実施の形態において説明した光走査装置１０１０と同様の効果を得ることができる。また、カラープリンタ２０００は、この光走査装置２０１０を備えているため、第２の実施の形態におけるレーザプリンタ１０００と同様の効果を得ることができる。

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の各光源が第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニットにより形成されているため、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。

よって、本実施の形態におけるカラープリンタ２０００では、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いているため、高品質の画像を形成することができる。

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。

１０ パッケージ
１１ 底部
１２ 段部
１３ パッケージ接続部
２０ 面発光レーザ素子（面発光レーザアレイチップ）
３０ フォトダイオード
４０ リッド
４１ 窓部
４２ 筒状部
４３ リッド接続部
５１ 接続されている領域
５２ 接続されていない領域
１００ 面発光レーザ
１０００ レーザプリンタ（画像形成装置）
１０１０ 光走査装置
２０００ カラープリンタ（画像形成装置）

特開２００５−２５２０３２号公報 特開２００５−８６０２７号公報 特開２００７−１０３５７６号公報

Claims (13)

1. 基板面に対し垂直方向に光を出射する面発光レーザを有する面発光レーザ素子と、
   前記面発光レーザの光をモニタするための受光素子と、
   前記面発光レーザ素子及び前記受光素子を設置するための領域が設けられているパッケージと、
   透明な材料により形成された窓部を有し、前記面発光レーザ及び受光素子を覆うため、前記パッケージと接続するためのリッド接続部を有するリッドと、
   を有し、
   前記パッケージには、前記リッド接続部と接続されるパッケージ接続部が設けられており、
   前記面発光レーザから出射された光が前記窓部において反射し、前記面発光レーザに入射することなく前記受光素子に入射するように、前記リッドは前記パッケージに接続されており、
   前記リッドまたは、前記パッケージと前記リッドとの間には水分を透過する水分透過領域が設けられていることを特徴とする面発光レーザモジュール。
2. 前記パッケージ接続部と前記リッド接続部の接続は接着剤によりなされるものであって、
   前記水分透過領域は、前記パッケージ接続部と前記リッド接続部との間に前記接着剤を塗布しない領域を設けることにより形成されるものであることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザモジュール。
3. 前記水分透過領域における開口部分の大きさは、２μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザモジュール。
4. 前記窓部は、前記面発光レーザからの出射光に垂直な面に対し、１０°以上傾斜していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。
5. 前記リッドは透明な樹脂材料により一体成型により形成されているものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。
6. 前記樹脂材料は、ＰＭＭＡ、シクロオレフィン・コポリマー系樹脂、ポリエステル系樹脂のうち、いずれか１つにより形成されていることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザモジュール。
7. 前記面発光レーザにおける光出射面は、半導体層の露出を防ぐため誘電体層に覆われていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。
8. 前記面発光レーザの側面は、半導体層の露出を防ぐため誘電体層に覆われていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。
9. 前記面発光レーザにおける光出射面の中心部以外の領域において、反射率を低くするための誘電体層が設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。
10. 前記面発光レーザ素子には、前記面発光レーザが複数設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。
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１から１０のいずれかに記載の面発光レーザモジュールを有する光源と、
    前記光源からの光を偏向する光偏向部と、
    前記光偏向部により偏向された光を前記被走査面上に集光する走査光学系と、
    を有することを特徴とする光走査装置。
12. 像担持体と、
    前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する請求項１１に記載の光走査装置と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
13. 前記像担持体は複数であって、前記画像情報は、多色のカラー情報であることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。

Images