JP6015982B2 - 面発光レーザ、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、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、該面発光レーザ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。

垂直共振器型の面発光レーザ素子（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、基板に垂直な方向に光を射出するものであり、基板に平行な方向に光を射出する端面発光型の半導体レーザ素子よりも低価格、低消費電力、小型、２次元デバイスに好適、かつ、高性能であることから、近年、注目されている。

面発光レーザ素子の応用分野としては、プリンタにおける光書き込み系の光源（発振波長：７８０ｎｍ帯）、光ディスク装置における書き込み用光源（発振波長：７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯）、光ファイバを用いるＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの光伝送システムの光源（発振波長：１．３μｍ帯、１．５μｍ帯）が挙げられる。さらには、ボード間、ボード内、集積回路（ＬＳＩ：Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）のチップ間、及び集積回路のチップ内の光伝送用の光源としても期待されている。

これらの応用分野においては、面発光レーザ素子から射出される光（以下では、「射出光」ともいう）は、（１）断面形状が円形、（２）偏光方向が一定、であることが必要とされる場合が多い。

射出光の断面形状を円形とするには、高次横モードの発振を抑制することが必要であり、様々な試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。

また、射出光の偏光方向を制御する様々な試みがなされている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、高次横モードの発振制御と偏光方向の制御とを両立させることが検討された（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている方法では、高次横モードの発振制御と偏光方向の制御とを両立させるのは困難であるという不都合があった。また、特許文献３に開示されている方法では、面発光レーザ素子の電気抵抗が増加したり、電流密度の増加により寿命が低下したりするおそれがあった。さらに、特許文献４に開示されている方法では、面発光レーザ素子の諸特性や高次横モードの制御特性を安定させるのが困難であるという不都合があった。

本発明は、第１の観点からすると、第１の結晶方位と一致する第１の方向と、前記第１の結晶方位と直交する第２の結晶方位から傾斜した第２の方向と、を含む平面を主面とする傾斜基板上に形成された半導体層を有する面発光レーザであって、光が射出される射出領域内に形成され、前記射出領域の中心部の外側の部分の反射率を前記中心部の反射率よりも小さくする透明層を備え、前記透明層の形状は、前記第１の方向と前記第２の方向とで異方性を有することを特徴とする面発光レーザである。

これによれば、高次横モードの発振を制御しつつ、偏光方向を安定させることができる。

本発明は、第２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を有する光源と、前記光源からの光を偏向する偏向手段と、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を有しているため、結果として安定した光走査を行うことが可能となる。

本発明は、第３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可能となる。

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。 活性層近傍を拡大した図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｃ）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７（Ａ）及び図７（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。 図７（Ｂ）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）〜図９（Ｃ）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３）である。 図９（Ｃ）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４）である。 高次横モードの抑圧比ＳＭＳＲと電流通過領域の面積Ｓとの関係を説明するための図である。 偏光抑圧比ＰＭＳＲと偏光角θｐとの関係を説明するための図である。 面発光レーザ素子の変形例１を説明するための図である。 面発光レーザ素子の比較例を説明するための図である。 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Ｌ５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Ｌ５と基本横モードの横方向の光閉じ込め係数Γとの関係を説明するための図である。 面発光レーザ素子の変形例２を説明するための図である。 図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の変形例３を説明するための図である。 図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）は、それぞれ面発光レーザ素子の変形例３の製造方法を説明するための図である。 図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子の変形例４を説明するための図である。 変形例４の面発光レーザ素子の製造過程におけるメサ上面を取り出して拡大した図である。 変形例４の面発光レーザ素子におけるメサ上面を取り出して拡大した図である。 高次横モードの抑制構造の有無と高次横モードの抑制比（ＳＭＳＲ）との関係を説明するための図である。 Ｒ２／Ｒ１と偏光抑圧比（ＰＭＳＲ）との関係を説明するための図である。 図２７（Ａ）〜図２７（Ｆ）は、それぞれ低反射率の領域の形状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２８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１８に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。

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。

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。

また、ここでは、基板１０１に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ものとする。

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−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（図５参照）。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、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（図５参照）。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、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（図５参照）。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、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。

上部半導体ＤＢＲ１０７におけ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。

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。

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。なお、ここでは、所望の偏光方向（所望の偏光方向Ｐという）は、Ｘ軸方向であるものとする。

（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（図６（Ａ）参照）。

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、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）積層体の表面に一辺が２５μｍ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６（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の酸化層１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂが残留する（図６（Ｃ）参照）。すなわち、発光部の駆動電流の経路をメサの中央部だけに制限する、いわゆる酸化狭窄構造体が形成される。上記酸化されていない領域１０８ｂが電流通過領域（電流注入領域）である。このようにして、例えば幅４μｍから６μｍ程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。

（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮからなる保護層１１１を形成する（図７（Ａ）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（Ｂ）及び該図７（Ｂ）におけるメサ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５μｍ、符号Ｌ２を２μｍ、符号Ｌ３を８μｍとした。

（８）ＢＨＦにて保護層１１１をエッチングし、Ｐ側電極コンタクトの窓開けを行う。

（９）マスクＭを除去する（図９（Ａ）及び図９（Ｂ）参照）。なお、以下では、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」とし、第２の小領域に残存している保護層１１１を「透明層１１１Ｂ」という。

（１０）メサ上部の光射出部（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、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側の電極１１３を形成する（図９（Ｃ）参照）。このｐ側の電極１１３で囲まれた領域が射出領域である。なお、図９（Ｃ）におけるメサのみを取り出して拡大した図が図１０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、１０μｍ）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からなる透明な誘電体膜として透明層１１１Ａと透明層１１１Ｂ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側の電極１１４を形成する（図１１参照）。ここでは、ｎ側の電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。

（１３）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。

（１４）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について、光出力が２．０ｍＷとなるときの高次横モードの抑圧比ＳＭＳＲ（Ｓｉｄｅ Ｍｏｄｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）と電流通過領域の面積Ｓとの関係を求めた。その結果が比較例とともに図１２に示されている。

図１２における符号Ａが本実施形態に係る面発光レーザ素子１００の場合であり、符号Ｂは射出領域内に誘電体膜が形成されていない面発光レーザ素子（比較例）の場合である。符号Ｂの場合、電流通過領域の面積を大きくしていくと、射出領域の周辺部に光出力のピークがある高次横モードが発振しやすくなるためＳＭＳＲが著しく低下している。一方、符号Ａの場合には、符号Ｂの場合よりもＳＭＳＲが５ｄＢから１５ｄＢ向上しており、特に電流通過領域の面積Ｓが３０μｍ^２以下の範囲で約２５ｄＢ以上のＳＭＳＲが得られている。

一般に、基本横モードの光出力は射出領域の中心付近で最も大きく、周辺になるにつれて低下する傾向がある。これに対して、高次横モードの光出力は射出領域の周辺部で最も大きく、中心に近づくにつれて低下する傾向がある。本実施形態では、射出領域の周辺部に設定された２つの小領域（第１の小領域、第２の小領域）の反射率を、中心部の反射率よりも低くしているため、基本横モードに対する反射率を低下させずに高次横モードの反射率を低下させることとなり、高次横モードの発振を抑制する作用が働く。

また、面発光レーザ素子１００について、偏光抑圧比ＰＭＳＲ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）と偏光角θｐとの関係を求めた。その結果が比較例とともに図１３に示されている。なお、偏光抑圧比とは、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り、複写機などでは２０ｄＢ程度必要であるとされている。ここでは、Ｙ軸方向が偏光角θｐ＝０度、Ｘ軸方向が偏光角θｐ＝９０度である。

図１３における符号Ａは本実施形態に係る面発光レーザ素子１００の場合である。図１３における符号Ｃは、一例として図１４に示されるように、面発光レーザ素子１００をＺ軸まわりに９０度回転させたのと同等の面発光レーザ素子（本実施形態の変形例）の場合である。また、図１３における符号Ｄは、一例として図１５に示されるように、射出領域内に中央部を取り囲む１つの小領域が設定され、そこに光学的厚さがλ／４の透明な誘電体膜が形成されている面発光レーザ素子（比較例）の場合である。

符号Ａの場合は、偏光方向はＸ軸方向で安定し、符号Ｃの場合は、偏光方向はＹ軸方向で安定しているという結果が得られた。また、いずれの場合も、符号Ｄの場合に比べて、約５ｄＢ以上高いＰＭＳＲが得られた。一方、符号Ｄの場合は、偏光方向はＸ軸方向で安定はしているが、ＰＭＳＲが１０ｄＢを下回り、偏光方向が不安定な場合があった。

光学的厚さがλ／４の透明な誘電体膜が形成される小領域の数を複数にすることで偏光安定性が向上した要因として、互いに直交する２方向（ここでは、Ｘ軸方向とＹ軸方向）における光閉じ込め作用に異方性が生じたことが考えられる。本実施形態では、偏光方向がＸ軸方向と一致する光は、射出領域の周辺部に比べて反射率の高い射出領域の中心部への閉じ込め作用が働き、偏光方向がＹ軸方向と一致する光に比べて発振しきい値が低下する。その結果、偏光抑圧比が向上したと考えられる。

ここで、一例として図１６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の透明な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Ｌ６を３μｍに固定し、小領域の内径Ｌ５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。また、図１６では、便宜上、面発光レーザ素子１００と同等のものについては、同じ符号を用いている。

上記計算結果から得られた、小領域の内径Ｌ５と高次横モードにおけるＱ値との関係が図１７に示されている。これによると、Ｌ５の値を１μｍから大きくしていくと、Ｑ値が大幅に低下することがわかる。これは、高次横モードにおける光強度の高い部分が小領域と重なり、高次横モードの発振が抑制されたものと考えられる。具体的には、Ｌ５の値を５μｍ〜９μｍ程度の範囲内にすることで、高次横モードの発振を大きく抑制することができる。

また、上記計算結果から得られた、小領域の内径Ｌ５と基本横モードの横方向の光閉じ込め係数Γとの関係が図１８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Ｌ５の値が５μｍ以下のときに強く、Ｌ５の値が５μｍよりも大きいと、大きくなるにつれて横方向の光閉じ込め作用が小さくなることが分かる。このことから、小領域の数を複数にして、各小領域の間隔に異方性をもたせることにより、横方向の閉じ込め作用に異方性を生じさせることが可能となる。その結果、閉じ込め作用の強い方向の偏光成分は閉じ込め作用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作用の強い方向に制御することができる。

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、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側の電極１１３と、基板１０１側に設けられたｎ側の電極１１４とを有している。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光学的に透明な誘電体膜である透明層１１１Ａ及び透明層１１１Ｂがλ／４の光学的厚さで形成されている。

この場合には、射出面上に形成された光学的に透明な膜により、射出領域内の周辺部での反射率が射出領域の中心部の反射率に比べて相対的に低くなり、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる。

また、射出領域の中心部の反射率が相対的に高い領域を、互いに直交する２つの方向に関して異方性を有する形状とすることとなり、レーザ光に対する横方向の閉じ込め作用について意図的に異方性を生じさせ、偏光方向の安定性を向上させることができる。

すなわち、高次横モードの発振を制御しつつ、偏光方向を安定させることが可能である。

また、電流通過領域の面積を小さくすることなく、高次横モードの制御や偏光方向の制御が可能である。これにより、素子の電気抵抗が上昇することはなく、また、電流狭窄領域での電流密度を上昇させることもないので、素子寿命を低下させることはない。

また、射出領域内の２つの小領域（第１の小領域、第２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、メサの側面は、誘電体膜である保護層１１１で被覆されている。この場合には、水分の吸湿よって生じる素子の破壊などが抑制され、長期信頼性をさらに向上させることができる。

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。この場合、単一基本横モードのレーザ光が得られるために、円形で微小なレーザスポットを感光体ドラム１０３０の表面に容易に形成することができる。また、偏光方向が安定しているため、光スポットの歪みや光量変動などの影響を受けにくい。従って、簡単な光学系で、円形で且つ光密度の高い微小なビームスポットを感光体ドラム１０３０上に結像させること可能である。そこで、安定した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、高品質の画像を形成することが可能となる。

なお、上記実施形態では、基板１０１に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場合について説明したが、偏光方向をＹ軸方向に安定させようとする偏光制御作用が働く場合には、所望の偏光方向Ｐを、Ｙ軸方向とし、第１の小領域と第２の小領域が対向している方向を、基板１０１における主面の傾斜軸方向（ここでは、Ｘ軸方向）に直交する方向にしても良い（図１４参照）。

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、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ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、各小領域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い。楕円形状、半円状など任意の形状であっても良い（図１９参照）。

また、上記実施形態では、透明層１１１Ａ及び透明層１１１Ｂ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、透明層１１１Ａ及び透明層１１１Ｂ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２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示されるように、透明層１１１Ａ及び透明層１１１Ｂの光学的厚さが３λ／４であっても良い。要するに、透明層１１１Ａ及び透明層１１１Ｂ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２０（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２０（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、一例として図２１（Ａ）に示されるように、上記実施形態におけるｐ側の電極１１３が形成された後、気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、一例として図２１（Ｂ）に示されるように、ＳｉＮからなる保護層１１１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に設定した。そして、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２１（Ｃ）参照）。

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１１１（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１１１（誘電体膜）で被覆されることとなる。

この面発光レーザ素子１００Ａについて、光出力が２．０ｍＷとなるときの高次横モードの抑圧比ＳＭＳＲと電流通過領域の面積との関係を求めたところ、電流通過領域の面積が３０μｍ^２以下の範囲で約２５ｄＢ以上のＳＭＳＲが得られた。

また、面発光レーザ素子１００Ａについて、偏光抑圧比ＰＭＳＲと偏光角θｐとの関係を求めたところ、面発光レーザ素子１００Ａから射出される光の偏光方向はＸ軸方向に制御され、２０ｄＢ程度の高いＰＭＳＲが得られた。

また、面発光レーザ素子１００Ａでは、射出面全部が保護層１１１（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１１１（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１１１（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、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２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）に示される面発光レーザ素子１００Ｂを有していても良い。

この面発光レーザ素子１００Ｂは、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザであり、基板２０１、バッファ層２０２、下部半導体ＤＢＲ２０３、下部スペーサ層２０４、活性層２０５、上部スペーサ層２０６、上部半導体ＤＢＲ２０７、コンタクト層２０９などを有している。

基板２０１は、前記基板１０１と同様な傾斜基板である。

バッファ層２０２は、基板２０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。

下部半導体ＤＢＲ２０３は、バッファ層２０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−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。

下部スペーサ層２０４は、下部半導体ＤＢＲ２０３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２０５は、下部スペーサ層２０４の＋Ｚ側に積層され、３層の量子井戸層と４層の障壁層とを有する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２０６は、活性層２０５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２０４と活性層２０５と上部スペーサ層２０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、その厚さが１波長の光学厚さとなるように設定されている。なお、活性層２０５は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられている。

上部半導体ＤＢＲ２０７は、第１の上部半導体ＤＢＲ２０７_１及び第２の上部半導体ＤＢＲ２０７_２を有している。

第１の上部半導体ＤＢＲ２０７_１は、上部スペーサ層２０６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ＤＢＲ２０７_２は、第１の上部半導体ＤＢＲ２０７_１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ＤＢＲ２０７_２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。この被選択酸化層の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層２０５から３番目となる節に対応する位置である。

コンタクト層２０９は、第２の上部半導体ＤＢＲ２０７_２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２０１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Ｂ」ともいう。

次に、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。なお、ここでは、所望の偏光方向Ｐは、Ｘ軸方向であるものとする。

（１）上記積層体Ｂ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。

（２）積層体Ｂの表面に一辺が２５μｍの正方形状のレジストパターンを形成する。

（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２０４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Ｂを水蒸気中で熱処理する。これにより、被選択酸化層中のＡｌ（アルミニウム）がメサの外周部から選択的に酸化され、メサの中央部に、Ａｌの酸化層２０８ａによって囲まれた酸化されていない領域２０８ｂが残留する。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２０８ｂが電流通過領域（電流注入領域）である。このようにして、例えば幅４μｍから６μｍ程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。

（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮからなる保護層２１１を形成する。ここでは、保護層２１１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、一例としてメサのみを取り出して拡大した図２３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取り囲み、短軸方向を所望の偏光方向Ｐ（ここでは、Ｘ軸方向）に平行な方向とする環状の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２３における符号Ｒ１を６μｍ、符号Ｒ２を７μｍ、符号Ｍ１を１０μｍとした。

（８）ＢＨＦにて保護層２１１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。

（１０）メサ上部の光射出部（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、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側の電極２１３を形成する。このｐ側の電極２１３で囲まれた領域が射出領域である。なお、メサのみを取り出して拡大した図が図２４に示されている。射出領域の形状は、一辺の長さがＭ１（ここでは、１０μｍ）の正方形である。ここでは、射出領域内の環状の領域に、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２１１が存在している。これにより、環状の領域の反射率は、射出領域の中心部の反射率よりも低くなる。

（１２）基板２０１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２１４を形成する。ここでは、ｎ側の電極２１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。

（１３）アニールによって、ｐ側の電極２１３とｎ側の電極２１４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。

以上のようにして作製された面発光レーザ素子１００Ｂでは、射出領域内において、厚さλ／４ｎのＳｉＮ膜が残っている周辺部の反射率が中心部の反射率に比べて低下する。一般に、基本横モードの光出力は射出領域の中心付近で最も大きく、周辺になるにつれて低下する傾向がある。一方、高次横モードの光出力は射出領域の周辺部で最も大きく、射出領域の中心に近づくにつれて低下する傾向がある。従って、面発光レーザ素子１００Ｂでは、基本横モードに対する反射率を低下させずに高次横モードの反射率を低下させることができる。すなわち、高次横モードの発振を抑制する作用が働くこととなる。

図２５には、面発光レーザ素子１００Ｂと同様な高次横モードの抑制構造を有する素子（符号Ａ）、及び高次横モードの抑制構造を有しない素子（符号Ｂ）について、光出力が１．４ｍＷとなるときの高次横モードの抑制比（ＳＭＳＲ）を比較した結果が示されている。ここで、横軸Ｓは電流通過領域の面積である。高次横モードの抑制構造を有しない素子では、射出領域の周辺部に光出力のピークがある高次横モードが発振しやすくなるためＳＭＳＲが著しく低下している。それに対して、高次横モードの抑制構造を有する素子では、高次横モードの制御構造を有しない素子に比べて、ＳＭＳＲが１０ｄＢ以上向上しており、電流通過領域の面積Ｓが３０ｍｍ^２以下の範囲で２０ｄＢ以上のＳＭＳＲが得られている。

また、図２６には、環状の領域におけるＲ２／Ｒ１と偏光抑圧比（ＰＭＳＲ）との関係が示されている。図２６におけるＡ点は、Ｒ１＝Ｒ２＝５μｍの場合、Ｂ点は、Ｒ１＝５μｍ、Ｒ２＝６μｍの場合、Ｃ点は、Ｒ１＝５μｍ、Ｒ２＝７μｍの場合、Ｄ点は、Ｒ１＝５μｍで２分割した場合である。

ここでは、傾斜基板を使用していることで利得の異方性が生じているため、低反射率の領域の形状によらず４つの構造全てにおいて偏光方向はＸ軸方向を向いていた。しかし、偏光の安定性を示す偏光抑圧比を比較すると、偏光方向に平行な方向の内径（Ｒ１）に対する偏光方向に直交する方向の内径（Ｒ２）の比率が高いほど、偏光抑圧比も向上する結果が得られた。

このような結果が得られた要因として、互いに直交する２つの方向の光閉じ込め作用に異方性が生じたことが考えられる。Ｂ点及びＣ点では、偏光方向であるＸ軸方向に関する射出領域の中心への光閉じ込め作用がＹ軸方向よりも強くなったために、Ｘ軸方向に偏光成分を持つ光波の発振しきい値が低下し、内径が等方的なＡ点の構造に比べて偏光安定性が向上した。また、低反射率の領域を複数に分離したＤ点の構造において偏光抑圧比が最も向上したが、これは上記実施形態における面発光レーザ素子１００と同等である。

なお、低反射率の領域の形状は、長辺と短辺を有する楕円形の環形状に限定されるものではなく、矩形状など任意の形状であっても同様の横モード抑制効果と偏光制御効果が得られる（図２７（Ａ）〜図２７（Ｆ）参照）。

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２８に示される面発光レーザアレイ１００Ｃを有しても良い。

この面発光レーザアレイ１００Ｃ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２８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２８のＡ−Ａ断面図である図２９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１００Ｃ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上に形成することが可能である。

また、面発光レーザアレイ１００Ｃ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。

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。

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３０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３０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あるいは面発光レーザ素子１００Ｂ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１００Ｃ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１００Ｃ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によれば、高次横モードの発振を制御しつつ、偏光方向を安定させるのに適している。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、１００Ｂ…面発光レーザ素子、１００Ｃ…面発光レーザアレイ、１０１…基板、１１１…保護層（誘電体膜）、１１１Ａ…透明層（誘電体膜）、１１１Ｂ…透明層（誘電体膜）、１１３…ｐ側の電極（ｐ側電極）、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 (9)

1. 第１の結晶方位と一致する第１の方向と、前記第１の結晶方位と直交する第２の結晶方位から傾斜した第２の方向と、を含む平面を主面とする傾斜基板上に形成された半導体層を有する面発光レーザであって、
   光が射出される射出領域内に形成され、前記射出領域の中心部の外側の部分の反射率を前記中心部の反射率よりも小さくする透明層を備え、
   前記透明層の形状は、前記第１の方向と前記第２の方向とで異方性を有することを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記射出領域は、相対的に低反射率であり前記外側の部分に位置する低反射領域と、相対的に高反射率であり、前記低反射領域により少なくとも一部が囲まれ、前記中心部を含む高反射領域と、を有し、
   前記高反射領域は、前記第１の方向と前記第２の方向とで幅が異なることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
3. 前記光は前記第１の方向に偏光した直線偏光であり、前記高反射領域の前記第１の方向の幅よりも前記第２の方向の幅が大きいことを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ。
4. 前記低反射領域は、複数の小領域を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の面発光レーザ。
5. 前記複数の小領域は、第１の小領域と第２の小領域とを含み、
   前記第１の小領域及び前記第２の小領域は、前記中心部を挟んで対向していることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ。
6. 前記低反射領域は、前記中心部を取り囲む単一の領域であることを特徴とする請求項２又は３に記載の面発光レーザ。
7. 前記傾斜基板の主面の法線は、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. 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１〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザを有する光源と、
   前記光源からの光を偏向する偏向手段と、を備える光走査装置。
9. 少なくとも１つの像担持体と、
   前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する少なくとも１つの請求項８に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。