JP5532321B2 - 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

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、基板に垂直な方向にレーザ光を射出する面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ素子又は面発光レーザアレイを有する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

面発光レーザ素子（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）において、高次横モードの発振を抑制すること、及び偏光方向を所望の方向に規定することは、応用上重要であって、従来から様々な試みがなされてきた。

例えば、特許文献１には、上部反射鏡層構造と下部反射鏡層構造との間に発光層を配置した半導体材料の層構造が基板の上に形成され、上部反射鏡層構造の上方には、平面視形状が円環形状をした上部電極が形成され、上部電極の内側が開口部になっており、該開口部の一部表面を被覆して、発振レーザ光の発振波長に対して透明な層が形成されている面発光半導体レーザ素子が開示されている。

また、特許文献２には、レーザ光の放射方向に垂直な平面におけるレーザ光を放射する開口の外側の、この開口の縁部から距離を隔てた位置においてレーザ装置の本体内に、本体を構成する半導体材料と異なった材料を充填した細長い空隙によって形成されている半導体材料の不連続部を具備し、この不連続部を構成する細長い空隙の開口側の側壁は、レーザ光の放射方向に垂直な平面で見たときレーザ装置から放射される光の所望される偏光方向と整列した方向に延在するように形成されている垂直空洞表面放射型のレーザ装置が開示されている。

また、特許文献３には、基板上に、第１多層膜反射鏡、発光中心領域を有する活性層、第２多層膜反射鏡及び横モード調整層がこの順に積層されたレーザ構造を備え、第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が発光中心領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有し、第２多層膜反射鏡は、電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられた光出射口と、光出射口を間にして設けられた一対の溝部とを有し、横モード調整層は、光出射口に対応して設けられると共に、光出射口のうち発光中心領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が中央領域のそれよりも低くなっている面発光型半導体レーザが開示されている。

また、特許文献４には、第１多層反射膜と、第１多層反射膜上に形成された活性層と、活性層上に形成された第２多層反射膜とを備え、第１多層反射膜及び第２多層反射膜のうちの少なくとも１層は、活性層に対応する領域の少なくとも一部に位置し、実質的にλ／４ｎ（λ：発振波長、ｎ：屈折率）の厚みを有する第１領域と、第１領域以外の領域に位置し、実質的にλ／４ｎ以外の厚みを有する第２領域とを含む、面発光型半導体レーザ素子が開示されている。

しかしながら、特許文献２に開示されているレーザ装置では、溝の深さによってレーザ光の横方向の閉じ込め作用が変化し、偏光方向は規定できても、高次横モードを抑制するのは困難であった。

また、特許文献３に開示されている面発光型半導体レーザでは、偏光方向を規定するために溝同士の間隔を電流狭窄領域よりも狭くすると、実質的に電流通過領域を狭めることになり、レーザ素子の電気抵抗が増加したり、電流密度が増加して、レーザ素子の寿命が低下するという不都合があった。

また、特許文献４に開示されている面発光型半導体レーザ素子では、活性層に隣接する層まで結晶成長を行ったあと結晶成長を中断し、レジストのパターニングと膜のエッチングを行った後、再び結晶成長を行う必要がある。この場合、再度の結晶成長を行う際に、エッチングを行った膜の表面状態が結晶成長に影響を及ぼし、レーザ素子の諸特性や横モードの制御特性にばらつきを生じ、デバイスとして量産する工程には適さなかった。

ところで、本願の発明者らは、種々の実験及び検討を行い、特許文献１に開示されている面発光半導体レーザ素子のように、射出領域内に円環状の低反射率部を設けると、射出領域内の反射率が一様な場合に比べて、偏光抑圧比ＰＭＳＲが低下する場合があることを新たに見出した。なお、偏光抑圧比ＰＭＳＲとは、所望の偏光方向における光強度とそれに直交する方向における光強度との比である。

そして、例えば、傾斜基板を用いることで生じる活性層の利得異方性により、偏光方向を１方向に制御する構造であっても、射出領域内に円環状の低反射率部を設けると、偏光方向が不安定になる場合があった。

このように、本願の発明者らは、低反射率部の形状が、偏光安定性に大きく影響することを新たに見出した。

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あり、以下の構成を有する。

本発明は、第１の観点からすると、活性層を含む共振器構造体、及び該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む狭窄構造体を有する半導体多層膜反射鏡を含む複数の半導体層が基板上に積層され、光が射出される射出面上に射出領域を取り囲んで設けられた電極、及び前記射出領域内でその中心部から外れた部分に設けられ、該部分の反射率を中心部の反射率よりも低くする誘電体膜を備える面発光レーザ素子において、前記誘電体膜は、高次横モードに対する反射率が、第１の方向よりも該第１の方向に直交する第２の方向のほうが相対的に大きくなるように配置され、前記電流通過領域は、前記第１の方向に関する幅が、前記第２の方向に関する幅よりも大きい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、偏光方向を安定させるとともに、高次横モードの抑制効果を維持することができる。

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、偏光方向を安定させるとともに、高次横モードの抑制効果を維持することができる。

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；を備える光走査装置である。

これによれば、光源が本発明の面発光レーザ素子を有しているため、精度良く光走査を行うことができる。

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；を備える光走査装置である。

これによれば、光源が本発明の面発光レーザアレイを有しているため、精度良く光走査を行うことができる。

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。

これによれば、本発明の光走査装置を備えているため、結果として、高品質の画像を形成することができる。

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３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ図２における光源に含まれる面発光レーザ素子を説明するための図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の基板を説明するための図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その１）である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その２）である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その３）である。 図７におけるメサ上面を取り出して拡大した図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その４）である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その５）である。 図１０におけるメサ上面を取り出して拡大した図である。 面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その６）である。 発振モード分布を計算するのに用いた面発光レーザ素子を説明するための図である。 小領域の内径Ｌ１と高次横モードにおけるＱ値との関係を説明するための図である。 小領域の内径Ｌ１と基本横モードの横方向の光閉じ込め係数との関係を説明するための図である。 電流通過領域の矩形率が１より小さい場合を説明するための図である。 電流通過領域の矩形率が１の場合を説明するための図である。 電流通過領域の矩形率が１より大きい場合を説明するための図である。 加速試験用の面発光レーザ素子における電流通過領域の形状、及び試験結果を説明するための図である。 加速試験前のシングルモード出力と電流通過領域の矩形率との関係を説明するための図である。 加速試験後のシングルモード出力と電流通過領域の矩形率との関係を説明するための図である。 加速試験前後のシングルモード出力の変化率と電流通過領域の矩形率との関係を説明するための図である。 ＰＭＳＲと電流通過領域の矩形率との関係を説明するための図である。 低反射率領域の変形例１を説明するための図である。 低反射率領域の変形例２を説明するための図である。 低反射率領域の変形例３において、電流通過領域の矩形率が１より小さい場合を説明するための図である。 低反射率領域の変形例３において、電流通過領域の矩形率が１の場合を説明するための図である。 低反射率領域の変形例３において、電流通過領域の矩形率が１より大きい場合を説明するための図である。 低反射率領域の変形例４を説明するための図である。 電流通過領域の形状が楕円形の例１を説明するための図である。 電流通過領域の形状が楕円形の例２を説明するための図である。 低反射率領域の一部と電流通過領域の一部とが重なっている例を説明するための図である。 図３３（Ａ）及び図３３（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の変形例１（面発光レーザ素子１００Ａ）を説明するための図である。 図３４（Ａ）及び図３４（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の変形例２（面発光レーザ素子１００Ｂ）を説明するための図である。 面発光レーザ素子１００Ｂの製造方法を説明するための図（その１）である。 図３５におけるメサ上面を取り出して拡大した図である。 図３７（Ａ）及び図３７（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子１００Ｂの製造方法を説明するための図（その２）である。 面発光レーザ素子１００Ｂの製造方法を説明するための図（その３）である。 図３８におけるメサ上面を取り出して拡大した図である。 図４０（Ａ）及び図４０（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子１００Ｂの製造方法を説明するための図（その４）である。 面発光レーザ素子１００Ｂのメサ上面を取り出して拡大した図である。 面発光レーザアレイを説明するための図である。 図４２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。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２３を用いて説明する。図１には、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、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。

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、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、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。

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から出力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。

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。

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。

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つの折り返しミラーが配置されても良い。

光源１４は、一例として図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、面発光レーザ素子１００を有している。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。なお、図３（Ａ）は面発光レーザ素子１００をＸＺ面に平行に切断したときの切断面を示す図であり、図３（Ｂ）は面発光レーザ素子１００をＹＺ面に平行に切断したときの切断面を示す図である。

面発光レーザ素子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、ｐ側電極１１３、ｎ側電極１１４、及びモードフィルタ（１１５Ａ、１１５Ｂ）などを有している。

基板１０１は、表面が鏡面研磨面であり、図４（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４（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。

図３（Ａ）に戻り、バッファ層１０２は、基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。

下部半導体ＤＢＲ１０３は、バッファ層１０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓ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。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学的厚さとなるように設定されている。なお、光学的厚さがλ／４のとき、その層の実際の厚さＤは、Ｄ＝λ／４ｎ（但し、ｎはその層の媒質の屈折率）である。

下部スペーサ層１０４は、下部半導体ＤＢＲ１０３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープの（Ａｌ_０．１Ｇａ_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、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＰの３重量子井戸構造の活性層である。各量子井戸層は０．７％の圧縮歪みを誘起する組成であるＧａＩｎＡｓＰからなり、各障壁層は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、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。

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。

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−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる低屈折率層とｐ−（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ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、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。

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−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２３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。

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が厚さ３０ｎｍで挿入されている。

この被選択酸化層１０８の挿入位置は、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。

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。

モードフィルタ（１１５Ａ、１１５Ｂ）は、コンタクト層１０９の＋Ｚ側であって、射出領域内でその中心部から外れた部分に設けられ、該部分の反射率を中心部の反射率よりも低くする誘電体膜からなる。

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。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。

（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５（Ａ）参照）。

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（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）を用いている。また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）を用いている。

（２）積層体の表面に四角形状のレジストパターンを形成する。ここでは、一例として、Ｘ軸方向の長さが２５．３μｍ、Ｙ軸方向の長さが２４．７μｍの長方形状とした。

（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。

（４）フォトマスクを除去する（図５（Ｂ）参照）。

（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の酸化物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６（Ａ）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、四角形状の電流通過領域が形成される。ここでは、Ｘ軸方向の長さが４．４μｍ、Ｙ軸方向の長さが４．０μｍの長方形状の電流通過領域が形成された。

（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、全面にＳｉＮからなる保護層１１１を形成する（図６（Ｂ）参照）。ここでは、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。

（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。ここでは、一例として図７及び該図７におけるメサ部分のみを取り出して拡大した図８に示されるように、メサの周囲、メサ上面の周囲、及びメサ上面の中心部を挟んで所望の偏光方向Ｐ（ここでは、Ｘ軸方向）に平行な方向に関して対向している２つの小領域（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を作成する。具体的には、図８における符号Ｌ１を４．５μｍ、符号Ｌ２を４μｍ、符号ｃを２．１μｍとした。２つの小領域（第１の小領域と第２の小領域）は、外径が（Ｌ１＋２×Ｌ２）で内径がＬ１の円環形状を、該円環形状の中心を通りＹ軸方向に平行な幅ｃの直線で分割した形状である。

（８）バッファードフッ酸（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。

（９）マスクＭを除去する（図９（Ａ）及び図９（Ｂ）参照）。そして、第１の小領域に残存している保護層１１１がモードフィルタ１１５Ａとなり、第２の小領域に残存している保護層１１１がモードフィルタ１１５Ｂとなる。

なお、ここでは、モードフィルタを形成する方法として、気相化学堆積法（ＣＶＤ法）によって全面に形成されたＳｉＮ膜上に、所望の形状のエッチングマスクを形成し、不要なＳｉＮ膜をエッチング除去する方法を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、あらかじめマスクとなるレジストパターンを形成しておいて、気相化学堆積法（ＣＶＤ法）によってＳｉＮ膜の形成を行い、その後不要なレジストパターンを除去する、いわゆるリフトオフ法を用いても良い。

（１０）メサ上部の光射出部となる領域に一辺１４μｍ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。

（１１）光射出部となる領域（射出領域）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１０参照）。このｐ側電極１１３で囲まれた領域が射出領域である。なお、図１０におけるメサのみを取り出して拡大した図が図１１に示されている。射出領域の形状は、一辺の長さがＬ４（ここでは、１４μｍ）の正方形である。本実施形態では、射出領域内の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からなる誘電体膜としてモードフィルタ１１５Ａとモードフィルタ１１５Ｂが存在している。これにより、２つの小領域（第１の小領域、第２の小領域）の反射率は、射出領域の中心部の反射率よりも低くなる。

（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１２参照）。ここでは、ｎ側電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。

（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。

（１４）チップ毎に切断する。

ここで、面発光レーザ素子１００と同様に複数の半導体層が積層され、一例として図１３に示されるように、円形の射出領域内に中央部を取り囲む１つのリング状の小領域を設定し、該小領域に光学的厚さがλ／４の誘電体膜が形成されている面発光レーザ素子（計算上の面発光レーザ素子）について、小領域の幅Ｌ２を３μｍに固定し、小領域の内径Ｌ１を変更しつつ発振モード分布を計算により求めた。なお、計算では、電流通過領域の直径を４．５μｍとしている。

上記計算結果から得られた、小領域の内径Ｌ１と高次横モードにおけるＱ値との関係が図１４に示されている。ここでＱ値とは、各モードに対する共振器の性能を示す無次元の数値であり、発振波長及び共振器の損失係数に反比例する。すなわち、発振波長をλ［ｍ］、共振器の損失係数をα［１／ｍ］とすると、Ｑ∝１／λαである。ところで、発振波長λは一定であるため、Ｑ値は共振器損失により決まる。そこで、各モードに対するＱ値が大きいほど共振器損失が小さく、そのモードが発振しやすい状態にある。

これによると、Ｌ１の値を４μｍから９μｍの範囲内にすると、高次横モードのＱ値が大幅に低下することがわかる。Ｑ値は垂直方向での光閉じ込めの大きさに対応し、この値が高いほど、しきい値電流が小さくなる。そこで、Ｌ１の値が上記範囲内のときは、高次横モードの分布が低反射率領域と重なり、高次横モードの発振が抑制される。一方、Ｌ１が上記範囲外のときは、Ｑ値が上昇するため、高次横モード光が発振しやすくなる。

また、上記計算結果から得られた、小領域の内径Ｌ１と基本横モードの横方向の光閉じ込め係数との関係が図１５に示されている。これによると、横方向の光閉じ込め作用は、小領域の内径Ｌ１を小さくすると高くなる傾向があり、５μｍ程度まで小さくしたときに最も高くなっている。これは、中心対称で等方的な場合の計算結果であるが、直交する２方向で異方性を持つ形状の場合は、光閉じ込め作用の大きさも直交する２方向で異なることが考えられる。このとき、閉じ込めの強い方向の偏光成分は、閉じ込めの弱い方向の偏光成分に比べて発振しやすくなり、偏光方向を閉じ込めの強い方向に制御する作用が生じると考えられる。

そこで、上記のようにして作製された面発光レーザ素子１００は、高次横モードの発振を抑制しつつ、偏光方向をＸ軸方向とすることができる。

また、電流通過領域のＸ軸方向に関する長さＬｘ、Ｙ軸方向に関する長さＬｙを用いて、Ｌｙ／Ｌｘを電流通過領域の矩形率とし、該電流通過領域の矩形率が高次横モード光の経時変化に及ぼす影響を調べた。

そこで、電流通過領域の矩形率をパラメータとして変化させた複数の面発光レーザ素子を作成し、８０℃の環境下で、駆動電流が３％上昇するまで１．４ｍＷの発振状態を続けるという加速試験を行った。

電流通過領域の矩形率が１未満のときの該電流通過領域と低反射率領域の位置関係の例が図１６に示されている。また、電流通過領域の矩形率が１のときの該電流通過領域と低反射率領域の位置関係の例が図１７に示されている。さらに、電流通過領域の矩形率が１よりも大きいときの該電流通過領域と低反射率領域の位置関係の例が図１８に示されている。なお、ここでは、加速試験に用いた全ての面発光レーザ素子において、Ｌ１＝４．５μｍ、Ｌ２＝４μｍ、ｃ＝１．６μｍとした。また、ＬｘとＬｙは、電流通過領域の面積がほぼ一定となるように設定した。

図１９には、作成した複数の面発光レーザ素子における、Ｌｘ、Ｌｙ、電流通過領域の面積、電流通過領域の矩形率の実測値と、加速試験前のシングルモード出力、加速試験後のシングルモード出力、加速試験前後のシングルモード出力の変化率が示されている。ここでは、シングルモード出力として、基本横モードと高次横モードの出力比ＳＭＳＲ（Ｓｉｄｅ Ｍｏｄｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）が２０ｄＢとなる光出力値を用いた。

図２０には、加速試験前のシングルモード出力と電流通過領域の矩形率（実測値）との関係が示されている。図２１には、加速試験後のシングルモード出力と電流通過領域の矩形率（実測値）との関係が示されている。そして、図２２には、加速試験前後のシングルモード出力の変化率と電流通過領域の矩形率（実測値）との関係が示されている。

図２０をみると、加速試験前では、シングルモード出力と電流通過領域の矩形率との間には、目立った相関はみられない。しかしながら、図２２をみると、シングルモード出力の変化率は、電流通過領域の矩形率が１よりも小さいときは、０．９５から１．００の範囲内に納まっているのに対し、電流通過領域の矩形率が１よりも大きいときは、０．９５を下回っていた。すなわち、電流通過領域の矩形率が１よりも大きいと、シングルモード出力の経時変化が予想される。

ここで、電流通過領域の矩形率によってシングルモード出力の変化率に違いが生じた理由について考察する。

酸化狭窄構造体を有する面発光レーザ素子では、活性層での発光領域は、電流通過領域によってほぼ規定される。そのため、空間的利得分布が経時変化により広がったとしても、その範囲は電流通過領域内にほぼ限定されると考えられる。

そこで、電流通過領域の矩形率が１よりも小さい場合には、活性層の利得分布は、低反射率領域の欠落した方向（ここでは、Ｙ軸方向）には広がりにくくなり、シングルモード出力の減少が抑制されたものと考えられる。

一方、電流通過領域の矩形率が１よりも大きい場合には、低反射率領域が欠落していて反射率が相対的に高い領域に活性層の利得分布が広がりやすくなり、高次横モードに対する反射率が相対的に増加し、シングルモード出力が低下したと考えられる。

上記のようにして作製された面発光レーザ素子１００は、Ｌｘ＝４．４μｍ、Ｌｙ＝４．０μｍ、すなわち、電流通過領域の矩形率が０．９１であり、上記シングルモード出力の変化率は、０．９５であった。なお、電流通過領域の面積が同じで、ＬｘとＬｙが面発光レーザ素子１００とは反対の関係（Ｌｘ＝４．０μｍ、Ｌｙ＝４．４μｍ、）、すなわち、電流通過領域の矩形率が１．１の比較例では、シングルモード出力の変化率は、０．８５であった。これにより、面発光レーザ素子１００では、高次横モードの抑制効果の経時変化が小さいことを確認した。

また、上記加速試験に用いた面発光レーザ素子と同様の面発光レーザ素子について、互いに直交する偏光成分の強度比ＰＭＳＲ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）と電流通過領域の矩形率との関係を求めた。その結果が図２３に示されている。図２３によると、電流通過領域の矩形率とＰＭＳＲとの相関は小さく、電流通過領域の矩形率を１よりも小さくしても、偏光の安定性は低下しない。

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、基板１０１上にバッファ層１０２、下部半導体ＤＢＲ１０３、活性層１０５を含む共振器構造体、上部半導体ＤＢＲ１０７、コンタクト層１０９が積層されている。そして、レーザ光が射出される射出面上に、射出領域を取り囲んで設けられたｐ側電極１１３を有している。また、射出領域内で、該射出領域の中心部から外れた部分に設けられた２つの小領域（第１の小領域と第２の小領域）には、各小領域の反射率を射出領域の中心部の反射率よりも低くする誘電体膜であるモードフィルタ１１５Ａ及びモードフィルタ１１５Ｂがλ／４の光学的厚さで形成されている。

そして、各モードフィルタは、高次横モードに対する反射率が、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向のほうが相対的に大きくなるように配置され、電流通過領域は、Ｘ軸方向に関する幅が、Ｙ軸方向に関する幅よりも大きくなるように設定されている。

この場合は、偏光方向をＸ軸方向に一致させ、高次横モードの抑制効果の経時変化を小さくすることができる。すなわち、偏光方向を安定させるとともに、高次横モードの抑制効果を安定的に維持することができる。

また、射出領域内の２つの小領域は、所望の偏光方向Ｐに平行な方向に関して、射出領域の中心部を挟んで対向している。この場合には、各小領域に誘電体膜を容易に精度良く設けることができる。

また、基板１０１は、いわゆる傾斜基板であり、第１の小領域と第２の小領域が対向している方向は、基板１０１における主面の傾斜軸方向（ここでは、Ｘ軸方向）に平行である。この場合には、傾斜基板を用いることによる偏光制御作用が付加され、偏光方向の安定性をさらに向上させることができる。

また、メサを形成する際に、Ｘ軸方向に関するメサ幅が、Ｙ軸方向に関するメサ幅よりも大きくなるように、レジストパターンを形成している。この場合は、容易に矩形率が１よりも小さい電流通過領域を得ることができる。

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、ほぼ円形で微小なレーザスポットを感光体ドラム１０３０の表面に容易に安定して形成することができる。そこで、精度の良い光走査を行うことが可能である。

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、高品質の画像を形成することが可能となる。

また、上記実施形態では、保護層１１１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。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で同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、第１の小領域と第２の小領域が、射出領域の中心を通りＹ軸に平行な軸に対して対称になるように設けら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。射出領域の中心を通りＹ軸に平行な軸の一側に第１の小領域があり、他側に第２の小領域があれば良い。

また、上記実施形態では、モードフィルタ１１５Ａ及びモードフィルタ１１５Ｂが保護層１１１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。

また、上記実施形態では、各小領域の形状が円環状を半分に切断した形状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（図２４及び図２５参照）。

また、一例として図２６〜図２８に示されるように、低反射率領域が射出領域の中心を取り囲む形状であっても、その形状に異方性があれば、電流通過領域の矩形率とシングルモード出力の変化率との間に、上記実施形態と同様の関係がある。図２６〜図２８では、射出領域の中心から低反射率領域までの距離が長い方向（ここでは、Ｙ軸方向）が、高次横モードに対する反射率が相対的に高くなり、上記実施形態における低反射率領域の欠落した方向（Ｙ軸方向）に相当する。そこで、低反射率領域と電流通過領域の矩形率との関係が、図２６と同様のときに、上記実施形態と同様に高次横モードの抑制効果の経時変化が小さくなる。

また、図２９に示されるように、モードフィルタが開始端と終了端を有し、射出領域内で、射出領域の中心部を部分的に取り囲んで形成されていても良い。

また、上記実施形態では、電流通過領域の形状が矩形状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、四角形以外の形状（例えば、円形や多角形）であっても良い（図３０及び図３１参照）。

また、上記実施形態において、一例として図３２に示されるように、Ｚ軸方向からみたときに、電流通過領域の一部と低反射率領域の一部とが重なっていても良い。

また、上記実施形態では、電流通過領域の矩形率を変化させる場合について説明したが、これに限らず、低反射率領域の欠落した方向（Ｙ軸方向）に関する電流通過領域の幅を狭くしても良い。

また、上記実施形態では、各モードフィルタの光学的厚さがλ／４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。一例として図３３（Ａ）及び図３３（Ｂ）に示される面発光レーザ素子１００Ａのように、各モードフィルタの光学的厚さが３λ／４であっても良い。要するに、各モードフィルタの光学的厚さがλ／４の奇数倍であれば、上記実施形態の面発光レーザ素子１００と同様な横モード抑制効果を得ることができる。なお、図３３（Ａ）はこの面発光レーザ素子１００ＡをＸＺ面に平行に切断したときの切断面を示す図であり、図３２（Ｂ）はこの面発光レーザ素子１００ＡをＹＺ面に平行に切断したときの切断面を示す図である。

この場合には、上記実施形態と同様にしてｐ側電極１１３を形成した後、気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮからなる保護層１１６を光学的厚さが２λ／４となるように形成する。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（＝２λ／４ｎ）は約２１０ｎｍに設定する。

このとき、射出領域の中心部は、光学的厚さが２λ／４の保護層１１６（誘電体膜）で被覆されることとなる。また、射出領域の周辺部で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、光学的厚さが２λ／４の保護層１１６（誘電体膜）で被覆されることとなる。

また、面発光レーザ素子１００Ａでは、射出面全部が保護層１１６（誘電体膜）に被覆されていることとなるため、射出面の酸化や汚染を抑制することができる。なお、射出領域の中心部も保護層１１６（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１１６（誘電体膜）がない場合と同等の光学特性が得られた。

すなわち、反射率を低下させたい部分の光学的厚さがλ／４の奇数倍、それ以外の部分の光学的厚さがλ／４の偶数倍であれば、同様の横モード抑制効果が得られる。

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３４（Ａ）及び図３４（Ｂ）に示される面発光レーザ素子１００Ｂを用いても良い。この面発光レーザ素子１００Ｂは、射出領域の中心部に、互いに屈折率の異なる２つの誘電体膜が積層されている。この場合は、射出領域の中心部に、互いに屈折率の異なる２つの誘電体膜からなるペアを１ペア有する多層膜反射鏡が形成されていることとなり、射出領域の中心部では、射出領域内の周辺部に比べて反射率が高くなり、高反射率部と低反射率部の反射率差が前記面発光レーザ素子１００よりも更に大きくなる。その結果、高次横モードの発振がさらに抑制される。なお、該多層膜反射鏡は、互いに屈折率の異なる複数の誘電体膜からなるペアを少なくとも１ペア有していれば良い。

この面発光レーザ素子１００Ｂの製造方法について簡単に説明する。

工程（Ｂ−１）〜（Ｂ−５）では、上記実施形態における工程（１）〜（５）と同様な処理を行う。

（Ｂ−６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、全面にＳｉＯ_２からなる保護層１１１Ａを形成する。ここでは、保護層１１１Ａの光学的厚さがλ／４となるようにした。具体的には、ＳｉＯ_２の屈折率ｎが１．４５、発振波長λが７８０ｎｍであるため、実際の膜厚（＝λ／４ｎ）は約１３４ｎｍに設定した。

（Ｂ−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Ｍ２という）を作成する。ここでは、一例として図３５及び該図３５におけるメサ部分を取り出して拡大した図３６に示されるように、メサの周囲、メサ上面の周囲、及びメサ上面の中心部に所望の偏光方向Ｐ（ここでは、Ｘ軸方向）とその方向に直交する方向で幅の異なる領域がエッチングされないようにマスクＭ２を作成する。具体的には、図３６における符号Ｔ１を４．５μｍ、符号Ｔ２を４μｍ、符号Ｔ３を２．１ｕｍとした。上記メサ中心部のエッチングされない領域は、直径がＴ２の円形状に、Ｘ軸方向の幅Ｔ３、Ｙ軸方向の幅Ｔ１の長方形状を重ねた形状である。

（Ｂ−８）バッファードフッ酸（ＢＨＦ）にて保護層１１１Ａをエッチングし、ｐ側電極コンタクトの窓開けを行う。

（Ｂ−９）マスクＭ２を除去する（図３７（Ａ）及び図３７（Ｂ）参照）。

（Ｂ−１０）メサ上部の光射出部となる領域に一辺１４μｍ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。

（Ｂ−１１）光射出部となる領域（射出領域）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３８参照）。このｐ側電極１１３で囲まれた領域が射出領域である。なお、図３８におけるメサ部分のみを取り出して拡大した図が図３９に示されている。射出領域の形状は、一辺の長さがＬ４（ここでは、１４μｍ）の正方形である。

（Ｂ−１２）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、全面にＳｉＮからなる保護層１１１Ｂを形成する（図４０（Ａ）及び図４０（Ｂ）参照）。ここでは、保護層１１１Ｂ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１．８７、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。このとき、射出領域の中心部には、互いに屈折率の異なる２つの誘電体膜（ＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜）からなるペアを１ペア有する誘電体多層膜反射鏡が形成されるため、射出領域の中心部では反射率が相対的に高くなる。これに対して、射出領域内の周辺部には、光学的厚さがλ／４のＳｉＮからなる誘電体膜が形成されるため、射出領域内の周辺部では反射率は中心部よりも低くなる。

（Ｂ−１３）〜（Ｂ−１５）では、上記実施形態における工程（１２）〜（１４）と同様な処理を行う。

上記の手順で製造された面発光レーザ素子１００Ｂでは、一例として図４１に示されるように、射出領域の中心を通る直線上において、電流通過領域におけるＸ軸方向の長さがＹ軸方向の長さよりも大きく、低反射率領域におけるＸ軸方向の長さがＹ軸方向の長さよりも大きいため、活性層の利得分布が反射率の相対的に高い方向（ここではＹ軸方向）には広がりにくくなり、シングルモード出力の減少が抑制される。

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１００に代えて、一例として図４２に示される面発光レーザアレイ１００Ｍを有しても良い。

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。ここでは、図４２における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。

各発光部は、図４２のＡ−Ａ断面図である図４３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１００Ｍ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。そこで、各発光部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安定して得ることができる。従って、円形で且つ光密度の高い微小な光スポットを２１個同時に感光体ドラム１０３０上に安定的に形成することが可能である。

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。

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。

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。

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。

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、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、基板の主面の法線方向が、結晶方位［１ ０ ０］方向に対して、結晶方位［１ １ １］Ａ方向に向かって１５度傾斜している場合について説明したが、これに限定されるものではない。基板の主面の法線方向が、結晶方位＜１ ０ ０＞の一の方向に対して、結晶方位＜１ １ １＞の一の方向に向かって傾斜していれば良い。

また、上記実施形態では、発光部の発振波長が７８０ｎｍ帯の場合について説明したが、これに限定されるものではない。感光体の特性に応じて、発光部の発振波長を変更しても良い。

また、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、６５０ｎｍ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、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。

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。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ混晶などのＡｌＧａＡｓ混晶以外のものを用いることができる。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。

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４４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４４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、前記面発光レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子１００Ａと同様な面発光レーザ素子、及び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のいずれかを含む光源を、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。

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。

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、偏光方向を安定させるとともに、高次横モードの抑制効果を維持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、偏光方向を安定させるとともに、高次横モードの抑制効果を維持するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、安定した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。

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、１００Ａ…面発光レーザ素子、１００Ｍ…面発光レーザアレイ、１０１…基板、１０３…下部半導体ＤＢＲ（半導体多層膜反射鏡の一部）、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（半導体多層膜反射鏡の一部）、１０８…被選択酸化層、１１３…ｐ側電極（電極）、１１５Ａ…モードフィルタ（誘電体膜の一部）、１１５Ｂ…モードフィルタ（誘電体膜の一部）、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）。

特許第３５６６９０２号公報 特許第３９５５９２５号公報 特開２００７−２０１３９８号公報 特開２００４−２８９０３３号公報

Claims (20)

1. 活性層を含む共振器構造体、及び該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む狭窄構造体を有する半導体多層膜反射鏡を含む複数の半導体層が基板上に積層され、光が射出される射出面上に射出領域を取り囲んで設けられた電極、及び前記射出領域内でその中心部から外れた部分に設けられ、該部分の反射率を中心部の反射率よりも低くする誘電体膜を備える面発光レーザ素子において、
   前記誘電体膜は、高次横モードに対する反射率が、第１の方向よりも該第１の方向に直交する第２の方向のほうが相対的に大きくなるように配置され、
   前記電流通過領域は、前記第１の方向に関する幅が、前記第２の方向に関する幅よりも大きいことを特徴とする面発光レーザ素子。
2. 前記電流通過領域は、該電流通過領域の中心を通る方向に関する幅のうち前記第２の方向に関する幅が最も小さい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. 前記反射率を相対的に低くする誘電体膜は、前記射出領域内で、該射出領域の中心部から外れた部分に設けられた２つの小領域に形成され、該２つの小領域は、前記中心部を挟んで、前記第１の方向に関して対向してい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. 前記反射率を相対的に低くする誘電体膜は、前記射出領域内で、該射出領域の中心部を取り囲んで形成されてい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。
5. 前記反射率を相対的に低くする誘電体膜は、開始端と終了端を有し、前記射出領域内で、前記射出領域の中心部を部分的に取り囲んで形成されてい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。
6. 前記射出領域の中心部には、互いに屈折率の異なる複数の誘電体膜からなるペアを少なくとも１ペア有する多層膜反射鏡が形成されてい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素子。
7. 前記射出領域内における中心部から外れた部分で、前記反射率を相対的に低くする誘電体膜がない領域には、互いに屈折率の異なる複数の誘電体膜からなるペアを少なくとも１ペア有する多層膜反射鏡が形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、５のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
8. 前記少なくとも１ペア有する多層膜反射鏡の各誘電体膜は、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ及びＳｉＯＮのいずれかの膜であることを特徴とする請求項６又は７に記載の面発光レーザ素子。
9. 前記少なくとも１ペア有する多層膜反射鏡の各誘電体膜は、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍であり、
   該多層膜反射鏡の光学的厚さは、「発振波長／４」の偶数倍であることを特徴とする請求項６又は７に記載の面発光レーザ素子。
10. 前記複数の半導体層は、前記酸化に先立って、少なくとも前記被選択酸化層が側面に露出したメサ形状となるようにエッチングされており、
    前記第１の方向に関するメサ幅は、前記第２の方向に関するメサ幅よりも大きいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
11. 前記基板は、主面の法線方向が、結晶方位＜１ ０ ０＞の一の方向に対して、結晶方位＜１ １ １＞の一の方向に向かって傾斜している基板であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
12. 前記反射率を相対的に低くする誘電体膜は、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、ＴｉＯｘ及びＳｉＯＮのいずれかの膜であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
13. 前記反射率を相対的に低くする誘電体膜の光学的厚さは、「発振波長／４」の奇数倍であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
14. 前記射出領域内の反射率が相対的に高い領域は、光学的厚さが「発振波長／４」の偶数倍の誘電体膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
15. 前記射出領域内の反射率が相対的に高い領域を被覆する誘電体膜は、反射率を前記射出領域の中心部の反射率よりも低くする前記誘電体膜と同一材料であることを特徴とする請求項１４に記載の面発光レーザ素子。
16. 請求項１〜１５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。
17. 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１〜１５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。
18. 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１６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。
19. 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１７又は１８に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
20. 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１９に記載の画像形成装置。

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