JP2013179319A - 面発光レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で歩留まりが大きく、長寿命の面発光レーザを提供する。
【解決手段】被選択酸化層１０８は、上部半導体ＤＢＲ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、被選択酸化層１０８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、容易に酸化層の厚さのばらつきを小さくすることが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システムに係り、更に詳しくは、基板に対して垂直方向に光を出力する面発光レーザ、前記面発光レーザが集積された面発光レーザアレイ、該面発光レーザアレイを有する光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール、及び光伝送システムに関する。

垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、基板に対して垂直方向に光を出力する半導体レーザであり、基板に対して平行方向に光を出力する端面発光型の半導体レーザに比べて、（１）低価格、（２）低消費電力、（３）小型で高性能、（４）２次元集積化が容易、という特徴を有し、近年注目されている。

面発光レーザは、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）Ａｓ（ヒ素）層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、特許文献１参照）が良く用いられている。この酸化狭窄構造体は、ｐ−ＡｌＡｓからなる被選択酸化層が側面に露出している所定の大きさのメサを形成した後、高温の水蒸気雰囲気中に置いて、被選択酸化層に含まれるＡｌをメサ側面から選択的に酸化させ、メサの中心付近に、被選択酸化層における酸化されていない領域を残留させたものである。この酸化されていない領域が、面発光レーザの駆動電流の通過領域（電流通過領域、電流注入領域）となる。

また、酸化狭窄構造体におけるＡｌの酸化物（Ａｌ_ｘＯ_ｙ）の屈折率は、１．６程度であり、半導体層に比べて低い。これにより、共振器構造体の内部に横方向の屈折率差が生じ、光がメサ中央に閉じ込められる。その結果、低い閾値電流、高い発光効率等の優れた特性を実現することが可能となる。

また、単一の基本横モード発振を得るためには、電流通過領域の大きさを小さくし、高次モードに対する回折損失を大きくする必要がある。通常、電流通過領域の大きさは、一辺又は直径として発振波長の３〜４倍まで狭くすることが必要とされている。具体的には、発振波長が０．８５μｍの場合で３．５μｍ以下、発振波長が１．３μｍの場合で５μｍ以下となる。これにより、同時に、閾値電流が小さくなる。

特許文献２には、発光効率の低下を防ぐことを目的として、電流狭窄層の両面に、Ａｌの組成比が０．３８のＡｌＧａＡｓ薄膜からなる中間薄膜が厚さ２０ｎｍ〜３０ｎｍで設けられている面発光レーザが開示されている。

しかしながら、特許文献２に開示されている面発光レーザでは、低屈折率層はすべて酸化されるので酸化層の厚さが厚くなり、酸化による体積収縮によって生じる歪が活性層に悪影響を及ぼし、特性の劣化が加速されるおそれがあった。また、電流狭窄層が電界強度分布の腹の位置から節の位置に亘って存在することとなり、回折損失が大きく、シングルモード出力が低いという不都合があった。

特許文献３には、低いＡｌ含有量（例えば０〜３５％、有益なのは約１５％）の第１の層と中程度のＡｌ含有量（例えば６５％前後、望ましくは８５％未満）の第２の層との間に配置された高濃度にドーピングされた高いＡｌ含有量（例えば９５％より高く、有益なのは約９８％）の酸化アパーチャ形成層のある分布ブラッグ反射器を有した酸化層閉じ込め型ＶＣＳＥＬが開示されている。また、この酸化層閉じ込め型ＶＣＳＥＬでは、第１の層と酸化アパーチャ形成層との間に遷移層が設けられている。この遷移層は、厚さ約２０ｎｍの相対的に薄い層であり、その厚さに亘り実質的に直線的に変化するＡｌ濃度の変化を伴う層である。

ところで、半導体分布ブラッグ反射鏡における電気抵抗を低減するためのいわゆる組成傾斜層は、ドーピングを選択的に高めることが好ましく（例えば、特許文献４参照）、かつ吸収損失を増加させないためには電界強度分布の節の位置に設けることが好ましい。また、酸化狭窄構造体も、回折損失を低減するためには電界強度分布の節の位置に設けることが好ましい。

しかしながら、特許文献３に開示されている酸化層閉じ込め型ＶＣＳＥＬでは、酸化アパーチャ形成層（酸化狭窄構造体に相当）と遷移層（組成傾斜層に相当）は隣接しているため、両者を同時に電界強度分布の節の位置に設けることはできない。

ところで、ＡｌとＡｓを含む被選択酸化層の酸化速度は、膜厚、Ａｌ及びＡｓの組成、酸化温度等に極めて敏感である（例えば、非特許文献１参照）。また、被選択酸化層の酸化速度は、酸化処理直前の被選択酸化層の側面に形成されている自然酸化膜の膜厚にも影響される。

被選択酸化層の酸化量が狙い（目標）から外れ、電流通過領域の面積がばらつくと、活性層における発振に寄与する部分の面積がばらつくこととなる。その結果、光出力などの素子特性にばらつきを生じ、製品の歩留まりが低下する。特にシングルモード素子はマルチモード素子に比べて電流通過領域の面積が小さいので、被選択酸化層の酸化量のばらつきが素子特性のばらつきに与える影響は極めて大きい。また、電流通過領域の面積が大きい方にずれた場合は、マルチモード動作する素子になってしまい、シングルモード素子は特に歩留まりが低い。

数多くの従来の面発光レーザを調査すると、電流通過領域の面積が同じであっても、シングルモード出力などの光学特性がばらつくことがあった。そこで、発明者等は、種々の実験等を行った結果、被選択酸化層の厚さ、Ａｌ組成、酸化条件を一定にしても、ロット間及び同一ロット内で、酸化層の厚さにばらつきがあり、この酸化層の厚さのばらつきが光学特性のばらつきの一要因であるという新たな知見を得た。そして、酸化層の厚さのばらつきは、特に酸化開始部（メサ外周部）で顕著であった。また、被選択酸化層における酸化開始部（メサ外周部）から酸化終端部（メサ中央部）にかけて酸化層の厚さが不均一になるものもみられた。

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、活性層を含む共振器構造体、低屈折率層と高屈折率層を組として複数の組からなり前記共振器構造体を挟んで設けられた半導体分布ブラッグ反射鏡、及びアルミニウムを含む被選択酸化層の選択酸化によって形成された狭窄構造体を有する面発光レーザにおいて、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、前記被選択酸化層の一側及び他側の少なくともいずれかに隣接する第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面発光レーザである。

なお、各屈折率層の間に、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場合には、各屈折率層の光学厚さはいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んでも良い。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。

これによれば、被選択酸化層は、半導体分布ブラッグ反射鏡の低屈折率層の一部をなし、被選択酸化層が含まれる低屈折率層は、被選択酸化層の一側及び他側の少なくともいずれかに隣接する第１の層と、該第１の層に隣接する第２の層とを有している。そして、第１の層におけるアルミニウムの含有率は、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、第２の層におけるアルミニウムの含有率よりも大きくなるように設定されている。この場合は、被選択酸化層が選択酸化される際に、被選択酸化層の面内方向の酸化速度、及び酸化層の厚さの制御性を上げることができる。従って、容易に酸化層の厚さのばらつきを小さくすることが可能となる。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。また、活性層に対する歪の影響を低減でき、長寿命化を図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が集積されたものであるため、製造が容易で歩留まりが大きく、長寿命化を図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。

これによれば、本発明の面発光レーザアレイを備えているため、高コスト化を招くことなく、高密度の光走査を安定して行うことが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、像担持体と；前記像担持体に対して画像情報が含まれる光を走査する本発明の光走査装置と；を備える第１の画像形成装置である。

本発明は、第５の観点からすると像担持体と；本発明の面発光レーザアレイと；画像情報に応じて前記面発光レーザアレイを駆動し、前記像担持体を露光する露光装置と；を備える第２の画像形成装置である。

上記第１及び第２の画像形成装置によれば、いずれも本発明の面発光レーザアレイを備えているため、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

本発明は、第６の観点からすると、入力される電気信号に応じた光信号を生成する光伝送モジュールであって、本発明の面発光レーザアレイと；前記面発光レーザアレイを、前記入力される電気信号に応じて駆動する駆動装置と；を備える光伝送モジュールである。

これによれば、本発明の面発光レーザアレイを備えているため、高コスト化を招くことなく、高品質の光信号を安定して生成することが可能となる。

本発明は、第７の観点からすると、本発明の光伝送モジュールと；前記光伝送モジュールで生成された光信号を伝達する光伝達媒体と；前記光伝達媒体を介した光信号を電気信号に変換する変換器と；を備える光伝送システムである。

これによれば、本発明の光伝送モジュールを備えているため、高コスト化を招くことなく、高品質の光伝送を安定して行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザの概略構成を説明するための図である。 図１における活性層近傍を拡大した図である。 図１における上部半導体ＤＢＲの一部を拡大した図である。 図１における上部半導体ＤＢＲの比較例１を説明するための図である。 図１における上部半導体ＤＢＲの比較例２を説明するための図である。 図１における上部半導体ＤＢＲの変形例を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザの概略構成を説明するための図である。 図７における活性層近傍を拡大した図である。 図７における上部半導体ＤＢＲの一部を拡大した図である。 本発明の第３の実施形態に係る面発光レーザアレイを説明するための図である。 図１０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１１のＡ−Ａ断面図である。 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。 本発明の第４の実施形態に係る面発光レーザアレイを説明するための図である。 図１４のＡ−Ａ断面図である。 図１５における活性層近傍を拡大した図である。 図１５における上部半導体ＤＢＲの一部を拡大した図である。 本発明の第５の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１８における光走査装置を示す概略図である。 タンデムカラー機の概略構成を説明するための図である。 本発明の第６の実施形態に係る光伝送モジュール及び光伝送システムの概略構成を説明するための図である。 図２１における光ファイバケーブルを説明するための図である。

《面発光レーザ》
「第１の実施形態」
図１は、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザ１００の概略構成を示す断面図である。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１００は、設計上の発振波長が８５０ｎｍ帯の面発光レーザであり、基板１０１上に、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などの半導体層が、順次積層されている。なお、以下では、これら複数の半導体層が積層されているものを、便宜上「積層体」ともいう。また、図２は、活性層１０５近傍を拡大した図であり、図３は、上部半導体ＤＢＲ１０７の一部を拡大した図である。

基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。

下部半導体ＤＢＲ１０３は、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層１０３ａとｎ−Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓからなる高屈折率層１０３ｂ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組成傾斜層（図２参照）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。

下部スペーサ層１０４は、Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓからなる層である。

活性層１０５は、３層のＧａＡｓ量子井戸層１０５ａと４層のＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ障壁層１０５ｂとからなる層である（図２参照）。

上部スペーサ層１０６は、Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ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、電界の定在波分布の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に挟まれている。

上部半導体ＤＢＲ１０７は、低屈折率層と高屈折率層のペアを２４ペア有している。そして、低屈折率層と高屈折率層との間には、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（図３参照）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２０ｎｍ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側の組成傾斜層が、ともに電界強度分布の節に対応する位置となるように設定されている（図３参照）。

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、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。

次に、面発光レーザ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、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。

（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する。ここでは、メサの外周部から被選択酸化層１０８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、Ａｌの酸化層１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂを残留させる。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、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。なお、酸化層１０８ａは、被選択酸化層１０８及び中間層１０７ｍ中のＡｌの酸化物を含んでいる。

（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（図１参照）。

（７）ポリイミド１１２で平坦化する（図１参照）。

（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。

（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（図１参照）。

（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（図１参照）。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複数の面発光レーザ１００について、それぞれ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、酸化が開始されるメサ外周部での酸化層１０８ａの厚さは６０ｎｍ〜７０ｎｍであり、ばらつきの程度は小さかった。また、上記電流通過領域１０８ｂは、所望の大きさの正方形状であった。そして、閾値電流などの特性のばらつきは小さかった。

なお、比較例１として、図４に示されるように、中間層１０７ｍを設けない場合には、酸化狭窄構造体における酸化が開始されるメサ外周部での酸化層の厚さは４０ｎｍ〜５０ｎｍであり、ばらつきの程度は小さかった。しかしながら、この場合には、ＸＹ面内での酸化速度のばらつきが大きく、電流通過領域は、メサ形状を反映せず正方形状とはならなかった。すなわち、所望の大きさ及び形状の電流通過領域を得ることができなかった。そして、閾値電流などの特性のばらつきは極めて大きかった。この場合は、エピ構造としては制御性の悪い構造であると言える。

また、比較例２として、図５に示されるように、図４における低屈折率層１０７ｃを、ｐ−Ａｌ_０．８３Ｇａ_０．１７Ａｓからなる低屈折率層１０７ｄに代えた場合には、電流通過領域は、面発光レーザ１００と同様にほぼ正方形状であったが、酸化が開始されるメサ外周部での酸化層の厚さは８０ｎｍ〜１６０ｎｍと大きくばらついていた。そして、酸化終端部では被選択酸化層と同等の厚さであった。すなわち、酸化層は、酸化開始部から酸化終端部へ向かって厚さが徐々に薄くなるテーパー状であった。これは被選択酸化層１０８において、ＸＹ面内でメサの中心に向かって酸化が進むのと同時に積層方向（ここでは、Ｚ軸方向）へも酸化が進んでいることを示す。酸化層が薄いほどシングルモード出力は大きく、光発散角は狭くなる傾向があり、シングルモード出力及び光発散角はいずれもばらつきが大きかった。また、メサ外周部での酸化層の厚さが厚いものは、短寿命であった。

これらのことから、被選択酸化層１０８に隣接して中間層１０７ｍを設けることで、（１）ＸＹ面内での酸化速度を高い精度で制御することができるとともに、（２）酸化層１０８ａの厚さを薄い状態で均一にできることがわかる。

ここでは、Ａｌの含有率が８３％の中間層１０７ｍを被選択酸化層１０８に隣接して設けたことでＸＹ面内の酸化がスムーズに進行し、中間層１０７ｍが２０ｎｍと薄く、そして中間層１０７ｍに隣接してＡｌの含有率が７５％の低屈折率層１０７ｃがあるため、積層方向（ここでは、Ｚ軸方向）にあまり酸化が進まなかったものと考えられる。

これにより、電流通過領域１０８ｂの面積、及び酸化層１０８ａの厚さの制御性を高めることができ、閾値電流、シングルモード出力、光発散角、寿命などの特性ばらつきを小さくすることができた。

なお、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、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。

以上説明したように、本第１の実施形態に係る面発光レーザ１００によると、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、被選択酸化層１０８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、容易に酸化層の厚さのばらつきを小さくすることが可能となる。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。また、活性層に対する歪の影響を低減でき、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電界強度分布の節に対応する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。なお、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電界強度分布の節に対応する位置とすることが可能である。

なお、上記第１の実施形態では、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、片側だけに設けても良い。

また、上記第１の実施形態では、被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層が、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、被選択酸化層１０８が含まれる低屈折率層の光学厚さが、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、λ／４となる場合が、図６に示されている。

図６では、被選択酸化層１０８は、上部スペーサ層１０６から光学的にλ／４離れた位置に挿入されている。そして、被選択酸化層１０８の−Ｚ側に前記中間層１０７ｍ及び前記低屈折率層１０７ｃが設けられている。また、被選択酸化層１０８の＋Ｚ側には、組成傾斜層を介して高屈折率層１０７ｂが設けられている。この場合であっても、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従来よりも向上させることができる。

「第２の実施形態」
図７は、本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザ２００の概略構成を示す断面図である。

面発光レーザ２００は、設計上の発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザであり、基板２０１上に、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などの半導体層が、順次積層されている。また、図８は、活性層２０５近傍を拡大した図であり、図９は、上部半導体ＤＢＲ２０７の一部を拡大した図である。

基板２０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。

下部半導体ＤＢＲ２０３は、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層２０３ａとｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層２０３ｂのペアを４０．５ペア有している。そして、低屈折率層と高屈折率層との間には、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（図８参照）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。

下部スペーサ層２０４は、（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる層である。

活性層２０５は、３層のＧａＩｎＰＡｓ量子井戸層２０５ａと４層のＧａ_０．６Ｉｎ_０．４Ｐ障壁層２０５ｂとからなる層である。量子井戸層２０５ａは、基板２０１に対して圧縮歪みを有する組成であり、バンドギャップ波長が約７８０ｎｍである。また、障壁層２０５ｂは量子井戸層２０５ａと格子整合し、引っ張り歪みを有している。

上部スペーサ層２０６は、（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる層である。

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波長光学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、電界の定在波分布の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ＤＢＲ２０７は、低屈折率層と高屈折率層のペアを２４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組成傾斜層（図９参照）が設けられている。

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３０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層２０８の挿入位置は、上部スペーサ層２０６から光学的に５λ／４離れている。被選択酸化層２０８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２０８、及び被選択酸化層２０８が含まれる低屈折率層の＋Ｚ側の組成傾斜層が、ともに電界強度分布の節に対応する位置となるように設定されている（図９参照）。

被選択酸化層２０８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２０８の−Ｚ側及び＋Ｚ側には、ｐ−Ａｌ_０．８３Ｇａ_０．１７Ａｓからなる厚さ４０ｎｍの中間層２０７ｍが設けられている。

被選択酸化層２０８が含まれる低屈折率層における各中間層２０７ｍに隣接する層２０７ｃ（以下では、「低屈折率層２０７ｃ」という）は、ｐ−Ａｌ_０．７５Ｇａ_０．２５Ａｓからなる層である。

上部半導体ＤＢＲ２０７における被選択酸化層２０８が含まれる低屈折率層以外の低屈折率層２０７ａは、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる層である。また、高屈折率層１０７ｂは、ｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる層である。

すなわち、被選択酸化層２０８は、上部半導体ＤＢＲ２０７の低屈折率層の一部をなし、被選択酸化層２０８が含まれる低屈折率層は、被選択酸化層２０８に隣接する２つの中間層２０７ｍと、各中間層２０７ｍに隣接する２つの低屈折率層２０７ｃとを有している。そして、各中間層２０７ｍにおけるＡｌの含有率は、被選択酸化層２０８におけるＡｌの含有率よりも１７％小さい。また、各低屈折率層２０７ｃにおけるＡｌの含有率は、被選択酸化層２０８におけるＡｌの含有率よりも２５％小さい。

コンタクト層２０９は、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。

なお、図７における符号２０８ａはＡｌの酸化層、符号２０８ａは電流通過領域、符号２１１は保護層、符号２１２はポリイミド、符号２１３はｐ側の電極、符号２１４はｎ側の電極である。

面発光レーザ２００は、上記面発光レーザ素子１００と同様にして製造することができる。

以上説明したように、本第２の実施形態に係る面発光レーザ２００によると、被選択酸化層２０８は、上部半導体ＤＢＲ２０７の低屈折率層の一部をなし、被選択酸化層２０８が含まれる低屈折率層は、被選択酸化層２０８に隣接する２つの中間層２０７ｍと、各中間層２０７ｍに隣接する２つの低屈折率層２０７ｃとを有している。そして、各中間層２０７ｍにおけるＡｌの含有率は、被選択酸化層２０８におけるＡｌの含有率よりも１７％小さい。また、各低屈折率層２０７ｃにおけるＡｌの含有率は、被選択酸化層２０８におけるＡｌの含有率よりも２５％小さい。これにより、被選択酸化層２０８が選択酸化される際に、被選択酸化層２０８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、容易に酸化層の厚さのばらつきを小さくすることが可能となる。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。また、活性層に対する歪の影響を低減でき、長寿命化を図ることが可能となる。

また、被選択酸化層２０８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２０８、及び被選択酸化層２０８が含まれる低屈折率層の＋Ｚ側の組成傾斜層をともに電界強度分布の節に対応する位置とすることができ、被選択酸化層２０８による回折損失、及び組成傾斜層による吸収損失をともに低減することができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態では、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、これに限らず、例えば円形、楕円形、長方形など任意の形状であっても良い。

また、上記第１及び第２の実施形態では、メサを形成する際に、エッチング底面を下部スペーサ層中とする場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、エッチング底面が下部半導体ＤＢＲに達するまでエッチングしても良い。

また、上記第１及び第２の実施形態では、面発光レーザの発振波長が８５０ｎｍ帯及び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。例えば、６５０ｎｍ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、活性層を構成する半導体材料は、発振波長に応じた半導体材料を用いることができる。例えば、６５０ｎｍ帯ではＡｌＧａＩｎＰ系混晶半導体材料、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。

《面発光レーザアレイ》
「第３の実施形態」
図１０には、本発明の第３の実施形態に係る面発光レーザアレイ５００の概略構成が示されている。

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。

面発光レーザアレイ５００は、図１１に示されるように、Ｍ方向からＳ方向に向かって傾斜角α（０°＜α＜９０°）をなす方向である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、Ｓ方向に等間隔に配置されている。すなわち、３２個の発光部は、Ｔ方向とＳ方向とにそれぞれ沿って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、２次元配列におけるＳ方向の発光部間隔ｄは２４μｍ、Ｍ方向の発光部間隔Ｘは３０μｍである（図１１参照）。また、３２個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したときの間隔ｃは３μｍである（図１１参照）。

各発光部は、図１１のＡ−Ａ断面図である図１２に示されるように、前述した面発光レーザ２００と同様な構造を有している。

そして、面発光レーザアレイ５００は、面発光レーザ２００と同様な方法で製造することができる。

ところで、発光部と発光部の間の溝は、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。

以上説明したように、本第３の実施形態に係る面発光レーザアレイ５００は、面発光レーザ２００が集積された面発光レーザアレイであるため、面発光レーザ２００と同様な効果を有している。また、面発光レーザアレイ５００では、各発光部における電流通過領域の面積、及び酸化層の厚さのばらつきが小さく、閾値電流、シングルモード出力、光発散角、寿命などの特性がそろっている。

ところで、酸化層の最大厚さと寿命との関係が図１３に示されている。この図１３は、前記比較例２の面発光レーザ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１３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。

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。

これらのことから、酸化層の最大厚さは１１０ｎｍ以下であるのが好ましい。本第３の実施形態に係る面発光レーザアレイ５００では、酸化層の最大厚さは７０〜９０ｎｍであった。

また、酸化狭窄構造体における電流通過領域を取り囲む酸化層は、被選択酸化層のＡｌの酸化物及び中間層のＡｌの酸化物を含んでいるため、被選択酸化層の厚さと各中間層の厚さの合計は、１１０ｎｍ以下であるのが好ましい。

従って、面発光レーザアレイ５００は、従来の面発光レーザアレイよりも製造が容易で歩留まりが大きく、長寿命である。

なお、上記第３の実施形態では、面発光レーザアレイ５００が３２個の発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

「第４の実施形態」
図１４には、本発明の第４の実施形態に係る面発光レーザアレイ６００の概略構成が示されている。

面発光レーザアレイ６００では、複数（ここでは１０個）の発光部が同一基板上に１次元配列されている。

面発光レーザアレイ６００の各発光部は、設計上の発振波長が１．３μｍ帯の面発光レーザであり、図１４のＡ−Ａ断面図である図１５に示されるように、基板３０１上に、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などの半導体層が、順次積層されている。また、図１６は、活性層３０５近傍を拡大した図であり、図１７は、上部半導体ＤＢＲ３０７の一部を拡大した図である。

基板３０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。

下部半導体ＤＢＲ３０３は、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層３０３ａとｎ−ＧａＡｓからなる高屈折率層３０３ｂのペアを３６．５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。

下部スペーサ層３０４は、ＧａＡｓからなる層である。

活性層３０５は、３層のＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層３０５ａと４層のＧａＡｓ障壁層３０５ｂとからなる層である。

上部スペーサ層３０６は、ＧａＡｓからなる層である。

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波長光学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、電界の定在波分布の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ＤＢＲ３０７は、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組成傾斜層が設けられている。

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２０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層３０８の挿入位置は、上部スペーサ層３０６から光学的に５λ／４離れている。被選択酸化層３０８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。

被選択酸化層３０８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３０８の−Ｚ側及び＋Ｚ側には、ｐ−Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓからなる厚さ３５ｎｍの中間層３０７ｍが設けられている。

被選択酸化層３０８が含まれる低屈折率層における各中間層３０７ｍに隣接する層３０７ｃ（以下では、「低屈折率層３０７ｃ」という）は、ｐ−Ａｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなる層である。

上部半導体ＤＢＲ３０７における被選択酸化層３０８が含まれる低屈折率層以外の低屈折率層３０７ａは、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる層である。また、高屈折率層３０７ｂは、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。

すなわち、被選択酸化層３０８は、上部半導体ＤＢＲ３０７の低屈折率層の一部をなし、被選択酸化層３０８が含まれる低屈折率層は、被選択酸化層３０８に隣接する２つの中間層３０７ｍと、各中間層３０７ｍに隣接する２つの低屈折率層３０７ｃとを有している。そして、各中間層３０７ｍにおけるＡｌの含有率は、被選択酸化層３０８におけるＡｌの含有率よりも２０％小さい。また、各低屈折率層３０７ｃにおけるＡｌの含有率は、被選択酸化層３０８におけるＡｌの含有率よりも４０％小さい。

この面発光レーザアレイ６００は、前述した面発光レーザ１００と同様な方法で製造することができる。但し、メサの形状は円柱形状である。

以上説明したように、本第４の実施形態に係る面発光レーザアレイ６００は、上記面発光レーザ１００と類似した構造の発光部を複数有する面発光レーザアレイであるため、面発光レーザ１００と同様の効果を有している。また、面発光レーザアレイ６００では、各発光部における電流通過領域の面積、及び酸化層の厚さのばらつきが小さく、閾値電流、シングルモード出力、光発散角、寿命などの特性がそろっている。

従って、面発光レーザアレイ６００は、従来の面発光レーザアレイよりも製造が容易で歩留まりが大きく、長寿命である。

なお、上記第４の実施形態では、面発光レーザアレイ６００が１０個の発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記第３及び第４の実施形態では、レーザ発振方向に直交する断面でのメサ形状が正方形及び円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、上記第３及び第４の実施形態では、面発光レーザアレイの発振波長が７８０ｎｍ帯及び１．３μｍ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。例えば、６５０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯であっても良い。

《画像形成装置》
「第５の実施形態」
図１８には、本発明の第５の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。

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、クリーニングブレード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機器（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１８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及びクリーニングブレード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→クリーニングブレード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。

クリーニングブレード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。

《光走査装置》
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１９に示されるように、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、ポリゴンミラー１３、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、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。

光源１４は、一例として上記面発光レーザアレイ５００を備え、３２本の光ビームを同時に出力することができる。ここでは、面発光レーザアレイ５００は、前記Ｍ方向が主走査対応方向と一致し、前記Ｓ方向が副走査対応方向と一致するように配置されている。

カップリングレンズ１５は、光源１４から出力された光束を弱い発散光とする。光源１４とカップリングレンズ１５はアルミニウム製の保持部材に所定の位置関係で固定され、ユニット化されている。

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。ここでは、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。

この場合に、面発光レーザアレイ５００では、各発光部をＳ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、Ｔ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。

また、面発光レーザアレイ５００では、各発光部間の電流通過領域の大きさのばらつきや酸化層の厚さのばらつきが小さいので発光径や各特性がそろっており、感光体ドラム１０３０上でのビームスポット径を均一にすることができる。

以上説明したように、本第５の実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源１４が上記面発光レーザアレイ５００を備えているため、高コスト化を招くことなく、高密度の光走査を安定して行うことが可能となる。

また、本第５の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、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

また、酸化が開始されるメサ外周部での酸化層の厚さが設計値以上に厚くなることはなく、面発光レーザアレイの寿命が格段に向上するので、書込みユニットもしくは光源ユニットの再利用が可能となる。

なお、上記第５の実施形態では、光源１４が３２個の発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記第５の実施形態において、前記面発光レーザアレイ５００に代えて、該面発光レーザアレイ５００における発光部と同様の発光部が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、上記第５の実施形態では、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。要するに、光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

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、多色のカラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

例えば、図２０に示されるように、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機１５００であっても良い。

このタンデムカラー機１５００は、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１０１０Ａと、転写ベルト１５８０と、定着ユニット１５３０などを備えている。

各感光体ドラムは、図２０中の矢印の方向に回転し、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。この帯電装置によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置１０１０Ａにより光が照射され、感光体ドラムに潜像が形成される。そして、対応する現像装置により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１５８０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１５３０により記録紙に画像が定着される。

光走査装置１０１０Ａは、前記光源１４と同様の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、タンデムカラー機１５００は、光走査装置１０１０Ａ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、タンデムカラー機では、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１０１０Ａ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ため、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。

また、上記第５の実施形態において、前記光走査装置１０１０に代えて、上記面発光レーザアレイ５００を含む光源を有する露光装置を用いても良い。この場合でも、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。

《光伝送システム》
「第６の実施形態」
図２１には、本発明の第６の実施形態に係る光伝送システム２０００の概略構成が示されている。この光伝送システム２０００は、光送信モジュール２００１と光受信モジュール２００５が光ファイバケーブル２００４で接続されており、光送信モジュール２００１から光受信モジュール２００５への一方向の光通信が可能となっている。

光送信モジュール２００１は、光源２００２と、外部から入力された電気信号に応じて、光源２００２から出力されるレーザ光の光強度を変調する駆動回路２００３とを有している。

光源２００２は、一例として前述した面発光レーザアレイ６００を有している。

光源２００２から出力された光信号は、光ファイバケーブル２００４に結合し、該光ファイバケーブル２００４を導波して光受信モジュール２００５に入力される。なお、光ファイバケーブル２００４は、一例として図２２に示されるように、面発光レーザアレイ６００の複数の発光部にそれぞれ対応する複数の光ファイバを有している。

光受信モジュール２００５は、光信号を電気信号に変換する受光素子２００６と、受光素子２００６から出力された電気信号に対して信号増幅、及び波形整形等を行う受信回路２００７とを有している。

本第６の実施形態に係る光送信モジュール２００１によると、光源２００２が前述した面発光レーザアレイ６００を有しているため、高コスト化を招くことなく、高品質の光信号を安定して生成することが可能となる。

また、本第６の実施形態に係る光伝送システム２０００によると、光送信モジュール２００１を備えているため、高コスト化を招くことなく、高品質の光伝送を安定して行うことが可能となる。

そこで、光伝送システム２０００は、家庭用、オフィスの室内用、機器内用等の短距離のデータ通信にも有効である。

また、均一な特性を有する複数の発光部が同一基板上に集積されているため、容易に、同時に多数ビームによるデータ伝送が可能となり、高速通信ができる。

さらに、面発光レーザは低消費電力で動作するので、特に機器の中に組み込んで利用した場合、温度上昇を低減させることができる。

なお、上記第６の実施形態では、発光部と光ファイバとを１対１に対応させる場合について説明したが、発振波長の異なる複数の発光部を用いて波長多重送信することにより、伝送速度をさらに増大させることも可能である。

また、上記第６の実施形態では、一方向通信の構成例を示しているが、双方向通信の構成をとることもできる。

以上説明したように、本発明の面発光レーザ及び面発光レーザアレイによれば、従来よりも製造が容易で歩留まりが大きく、長寿命化を図るのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、高密度の光走査を安定して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、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成するのに適している。また、本発明の光伝送モジュールによれば、高コスト化を招くことなく、高品質の光信号を安定して生成するのに適している。また、本発明の光伝送システムによれば、高コスト化を招くことなく、高品質の光伝送を安定して行うのに適している。

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、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）、１０７ａ…低屈折率層、１０７ｂ…高屈折率層、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、１０８ｂ…電流通過領域、２００…面発光レーザ、２０３…下部半導体ＤＢＲ（半導体分布ブラッグ反射鏡の一部）、２０４…下部スペーサ層（共振器構造体の一部）、２０５…活性層、２０６…上部スペーサ層（共振器構造体の一部）、２０７…上部半導体ＤＢＲ（半導体分布ブラッグ反射鏡の一部）、２０７ａ…低屈折率層、２０７ｂ…高屈折率層、２０７ｃ…低屈折率層（第２の層）、２０７ｍ…中間層（第１の層）、２０８…被選択酸化層、２０８ａ…酸化層、２０８ｂ…電流通過領域、３０３…下部半導体ＤＢＲ（半導体分布ブラッグ反射鏡の一部）、３０４…下部スペーサ層（共振器構造体の一部）、３０５…活性層、３０６…上部スペーサ層（共振器構造体の一部）、３０７…上部半導体ＤＢＲ（半導体分布ブラッグ反射鏡の一部）、３０７ａ…低屈折率層、３０７ｂ…高屈折率層、３０７ｃ…低屈折率層（第２の層）、３０７ｍ…中間層（第１の層）、３０８…被選択酸化層、３０８ａ…酸化層、３０８ｂ…電流通過領域、５００…面発光レーザアレイ、６００…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、１０１０Ａ…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、１５００…タンデムカラー機（画像形成装置）、２０００…光伝送システム、２００１…光送信モジュール（光伝送モジュール）、２００２…光源、２００３…駆動回路（駆動装置）、２００４…光ファイバケーブル（光伝達媒体）、２００６…受光素子（変換器の一部）、２００７…受信回路（変換器の一部）、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

米国特許第５４９３５７７号明細書 特開平１１−２６８７９号公報 特表２００６−５０４２８１号公報 特許第２７５７６３３号明細書

Ｊ．Ｓｅｌｅｃｔ、「Ｔｏｐｉｃｓ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ」、ＩＥＥＥ、ｖｏｌ．３、ｐ．９１６−９２６、１９９７

本発明は、面発光レーザに係り、更に詳しくは、基板に対して垂直方向に光を出力する面発光レーザに関する。

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、活性層を含む共振器構造体、低屈折率層と高屈折率層を組として複数の組からなり前記共振器構造体を挟んで設けられた半導体分布ブラッグ反射鏡、及びアルミニウムを含む被選択酸化層の選択酸化によって形成された狭窄構造体を有する面発光レーザにおいて、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、前記被選択酸化層の一側及び他側の少なくともいずれかに隣接する第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面発光レーザである。

以上説明したように、本発明の面発光レーザによれば、従来よりも製造が容易で歩留まりが大きく、長寿命化を図るのに適している。

Claims (14)

1. 活性層を含む共振器構造体、低屈折率層と高屈折率層を組として複数の組からなり前記共振器構造体を挟んで設けられた半導体分布ブラッグ反射鏡、及びアルミニウムを含む被選択酸化層の選択酸化によって形成された狭窄構造体を有する面発光レーザにおいて、
   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、前記被選択酸化層の一側及び他側の少なくともいずれかに隣接する第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面発光レーザ。
2. 前記被選択酸化層の厚さと前記第１の層の厚さの合計は１１０ｎｍ以下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。
3. 前記狭窄構造体は、電流通過領域と、該電流通過領域を取り囲む酸化層とを有し、
   前記酸化層は、前記被選択酸化層の一部が酸化された酸化物、及び前記第１の層の一部が酸化された酸化物を含む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。
4. 前記酸化層は、最も厚い部分の厚さが１１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザ。
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１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
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１〜５のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
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１〜６のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザが集積された面発光レーザアレイ。
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８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。
10. 像担持体と；
    前記像担持体に対して画像情報が含まれる光を走査する請求項９に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
11. 像担持体と；
    請求項８に記載の面発光レーザアレイと；
    画像情報に応じて前記面発光レーザアレイを駆動し、前記像担持体を露光する露光装置と；を備える画像形成装置。
12. 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又は１１に記載の画像形成装置。
13. 入力される電気信号に応じた光信号を生成する光伝送モジュールであって、
    請求項８に記載の面発光レーザアレイと；
    前記面発光レーザアレイを、前記入力される電気信号に応じて駆動する駆動装置と；を備える光伝送モジュール。
14. 請求項１３に記載の光伝送モジュールと；
    前記光伝送モジュールで生成された光信号を伝達する光伝達媒体と；
    前記光伝達媒体を介した光信号を電気信号に変換する変換器と；を備える光伝送システム。