JP6209817B2 - 面発光レーザ、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、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置に関する。

垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ:Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、基板に垂直な方向に光を出射する半導体レーザであり、基板に平行な方向に出射する端面発光型半導体レーザよりも、低価格、低消費電力であり、また、２次元配列が容易であることから、近年注目されている。

面発光レーザの応用分野としては、電子写真における光書き込み系の光源、光ディスク装置における書き込み用光源、光ファイバを用いる光伝送システムの光源がある。また、近年では、電子機器内のボード間、ボード内のチップ間、および、集積回路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、面発光レーザから出射される光は、断面形状が円形で、かつ、偏光方向が一定であることが要求される。出射光の断面形状を円形にするには、高次横モードの発振を抑制する必要があり、特許文献１においては、面発光レーザの上部電極の内側の開口部に円環形状の膜厚が発振波長の（２ｉ＋１）／４ｎ倍の誘電体膜を円環形状に形成し、実質的に出射窓を小径にすることで、発振横モードを制御する方法が開示されている。

また、特許文献２においては、出射光の偏光方向を制御するため、面発光レーザの開口部の近くに溝を形成し、歪および応力に異方性を発生させることで、偏光方向を制御する方法が開示されている。

また、特許文献３においては、面発光レーザの上部多層反射膜を構成する低屈折率層の厚さを、発光部に対応する長方形状の領域で発振波長の１／４倍とし、それ以外の領域では１／４ｎ倍より薄くすることにより、偏光方向の制御を行なう方法が開示されている。

また、特許文献４においては、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ため、面発光レーザの四辺形状の電流注入領域の一方の対角線に対応する領域光出射口を設け、光出射口を間にして一対のトレンチを設け、横モード調整層は発光中心を除く領域の反射率を低くすることにより、高次横モードの発振抑制と偏光方向の制御を行なう方法が開示されている。

また、特許文献５においては、面発光レーザの出射面内の中心部以外の領域に、直行する方向で異方性があるように反射率を低くする誘電体層を設けることで、高次横モードの発振制御と偏光方向の制御を行なう方法が開示されている。

一方、電子写真の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられており、この場合、画像形成装置は光走査装置を備え、感光性を有するドラムの軸方向にポリゴンスキャナ（例えば、ポリゴンミラー）を用いてレーザ光を走査しつつ、ドラムを回転させ潜像を形成する方法が一般的である。近年では、カラー化、高速化が進み、複数の感光体ドラムを備えるタンデム型の画像形成装置が広く普及している。しかしながら、タンデム型画像形成装置は、部品点数が多く、コストが高くなる問題がある。

特許文献６においては、半導体レーザからのレーザ光をハーフミラープリズムで分割し、位相をずらして２段に重ねたポリゴンミラーを用いて走査して、２つの異なる感光体ドラムに書き込むことにより、光源の部品点数を減らした構造のものが開示されている。

また、特許文献７においては、複数の面発光レーザからなるマルチビームレーザ光源を用い、光学系で拡大し、折り返しミラーを用いて分離し、異なる感光体ドラムに書き込むことにより、光源の部品点数を減らした構造のものが開示されている。

また、特許文献８においては、リニアレーザアレイ光源が、波長または偏光状態の異なる面発光レーザが複数並べられており、偏光ビームスプリッタまたは波長ビームセパレータを用いて、レーザ光を分離し２つの異なる感光体ドラムに書き込むことにより、光源の部品点数を減らした構造のものが開示されている。特許文献８に開示されているものでは、波長または偏光状態の異なる面発光レーザを複数並べたレーザアレイ構造は、２つのレーザサブアレイを配列したもの、または、１つのチップに波長または偏光状態の異なる面発光レーザを複数作りこんだものを用いている。尚、特許文献８に開示されている画像形成装置は、光源を感光体ドラムの幅だけ並べた、ポリゴンミラーなどの走査機構がないリニアアレイ光源型の画像形成装置である。

しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、高次横モード発振を制御することが可能であるが偏光方向の制御が困難である。また、特許文献２及び３に開示されている方法では、偏光方向を制御することは可能であるが、高次横モード発振を制御することが困難である。

また、特許文献４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は可能であるが、電気抵抗の増加や電流密度の増加による寿命低下という問題があった。また、特許文献５に開示されている方法では、電気抵抗や電流密度の増加をすることなく、高次横モードの発振制御と偏光方向の制御が可能であるが、ビームの断面形状が楕円形状になってしまうという問題があった。

また、特許文献６に開示されている方法では、半導体レーザから画像情報に応じて変調されたレーザ光をハーフミラープリズムで分割しているので、２つの感光体ドラムに同時に書き込むことはできないため、書き込み速度を維持するためには、ハーフミラープリズムで光量が約１／２になる分、半導体レーザからは２倍の光出力を出す必要がある。そのため、半導体レーザをより高出力長寿命にする必要がありコストアップとなってしまう。

また、特許文献７に開示されている方法では、光学系で拡大し折り返しミラーを用いて分離しているので、異なる感光体ドラムを走査する面発光レーザの間隔は広げる必要がある。一方、走査レンズにおいて収差の関係から、実際に光を通して使える領域限界がある。よって、それほど面発光レーザの数を増やすことができない。

また、特許文献８に開示されている方法では、波長または偏光状態の異なる面発光レーザが複数並べられており、偏光ビームスプリッタまたは波長ビームセパレータを用いて、レーザ光を分離しているが、レーザアレイ構造を、２つのレーザサブアレイを配置したものを用いる場合、２つのレーザサブアレイを位置精度良く実装する必要があり、コストアップとなってしまう。一方、１つのチップに波長または偏光状態の異なるレーザを複数作り込んだレーザアレイ構造の場合、波長の異なるレーザを作り込む方法としては、レーザ構造の異なるものを同一基板に作り込む必要があり工程が複雑になりコストアップになってしまう。偏光状態の異なるレーザを作り込む方法については、特許文献８には明記されていない。

また、面発光レーザの偏光方向を制御する方法としては、特許文献９に開示されている傾斜基板を用いる方法や、特許文献１０に開示されているメサ構造内部に異方性の歪を形成する方法がある。傾斜基板を用いる方法は、比較的作製が容易で、直交偏波抑制比が高いが、同一基板上ではすべての面発光レーザの偏光方向は同じになり、異なる偏光方向の面発光レーザを作り込むのは困難である。一方、メサ構造内部に異方性の歪を形成する方法は、同一基板上に偏光方向の異なる面発光レーザを作り込むのは比較的容易であるが、直交偏波抑制比が低いという問題がある。

また、特許文献１１においては、面発光レーザアレイを実装したパッケージのカバーガラスに１／２波長板を部分的に作りこみ、１／２波長板を透過したレーザ光の偏光面を光軸に対して９０°まわす方法が開示されている。この方法では、すべての面発光レーザの偏光面が揃っている面発光レーザを使用できるという利点はあるが、面発光レーザの位置とカバーガラスの１／２波長板が作り込まれた部分の位置を精度良く一致させる必要があるため、高精度実装が要求されコストアップしてしまうという問題がある。

よって、本発明は、上記に鑑みなされたものであり、所定の偏光方向のレーザ光を出射する面発光レーザであって、高次横モード発振を制御することが可能で、ビームの断面形状が略円形となる面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置及び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レーザ光を出射する面発光レーザにおいて、前記レーザ光が出射される出射面には微細周期構造部が形成されており、前記微細周期構造部は、誘電体により形成された複数の平板部が所定の周期で形成されており、前記平板部における面が、前記基板面に対し略垂直となるように形成されており、前記微細周期構造部は、第１の偏光方向の光に対しては光学的な厚さが前記光の波長の１／４の偶数倍となり、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光に対しては光学的な厚さが前記光の波長の１／４の奇数倍となるものであって、前記第１の偏光方向が前記微細周期構造部の複数の平板部における面に対し垂直となる方向であり、前記第２の偏光方向が前記微細周期構造部の複数の平板部における面に対し平行となる方向であることを特徴とする。

本発明によれば、所定の偏光方向のレーザ光を出射する面発光レーザ、面発光レーザアレイを提供することができ、更には、信頼性が高く、高品質な画像を形成することのできる光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。

第１の実施の形態における面発光レーザの構造図 第１の実施の形態における面発光レーザの上面図 第１の実施の形態における面発光レーザの微細周期構造部の説明図 第１の実施の形態における面発光レーザの製造工程図（１） 第１の実施の形態における面発光レーザの製造工程図（２） 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 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 第４の実施の形態における面発光レーザアレイの上面図 第４の実施の形態における面発光レーザアレイにおける面発光レーザの上面図 第４の実施の形態における光走査装置の構成図

本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
（面発光レーザ）
本実施の形態における面発光レーザについて図１及び図２に基づき説明する。図１は、本実施の形態における面発光レーザの断面図であり、図２は、後述する面発光レーザのメサの上面図である。本実施の形態における面発光レーザは、ＧａＡｓ基板１１０の上に、バッファ層１１１、下部半導体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）１１２、下部スペーサ層１１３、活性層１１４、上部スペーサ層１１５、電流狭窄層１１６、上部半導体ＤＢＲ１１７、コンタクト層１１８が積層形成されている。このように形成された下部スペーサ層１１３の一部、活性層１１４、上部スペーサ層１１５、電流狭窄層１１６、上部半導体ＤＢＲ１１７及びコンタクト層１１８には、ドライエッチング等によりメサ１２０が形成されており、メサ１２０の側面等には保護膜１３１が形成されている。上部電極１４１は、保護膜１３１の上に形成されており、メサ１２０の上面においてコンタクト層１１８と接触している。

また、レーザ光の出射面となるメサ１２０の上面には、中央部分に微細周期構造部１５０が形成されており、微細周期構造部１５０の周囲には、誘電体膜１３２が形成されている。また、電流狭窄層１１６は、メサ１２０の周辺部分より酸化することにより選択酸化領域１１６ａが形成されており、選択酸化されていない中央部分の領域において電流狭窄領域１１６ｂが形成される。また、ＧａＡｓ基板１１０の裏面、即ち、ＧａＡｓ基板１１０においてメサ１２０の形成されている面とは反対側の面には、下部電極１４２が形成されている。

このような構造の面発光レーザにおいては、上部電極１４１及び下部電極１４２を介して電流を流すことにより活性層において発光した光が、下部半導体ＤＢＲ１１２と上部半導体ＤＢＲ１１７との間で共振し、メサ１２０の上面よりＧａＡｓ基板１１０面に略垂直方向にレーザ光が出射される。

次に、レーザ光の出射面となるメサ１２０の上面に形成される微細周期構造部１５０について、図３に基づき説明する。図３に示されるように、微細周期構造部１５０は、所定の屈折率の平板部１５１を所定の周期で設置した構造のものであり、平板部１５１は、レーザ光を透過する誘電体等の材料により形成されている。具体的には、微細周期構造部１５０は、屈折率ｎ_１の材料により形成された幅ｗ_１の平板部１５１を（ｗ_１＋ｗ_２）の周期で配置した構造のものである。従って、平板部１５１間における間隔はｗ_２となり、この平板部１５１間は、屈折率ｎ_２の材料により埋められているか、または、何も形成されてはいない。このように、平板部１５１間に何も形成されていない場合には、平板部１５１間には、空気等が存在しているため、屈折率ｎ_２は空気等の屈折率となる。尚、図３においては、平板部１５１を形成することにより微細周期構造部１５０を形成した場合について示しているが、屈折率の異なる２種類の材料により形成された平板を所定の周期となるように交互に配置した構造のものであってもよい。この場合には、屈折率の異なる２種類の材料のうち、一方の材料の屈折率がｎ_１となり、他方の材料の屈折率がｎ_２となる。また、微細周期構造部１５０において、平板部１５１における面（平板部１５１の平板を形成している面）は、ＧａＡｓ基板１１０における基板面に対し略垂直方向（略垂直方向と平行）となるように形成されている。また、平板部１５１が配列されている方向は、ＧａＡｓ基板１１０における基板面と、略平行な方向となるように形成されている。

このように、本来複屈折特性を有しない材料により形成された平板部１５１を光の波長より十分小さい（＜λ／２）周期で並べた微細周期構造部１５０においては、複屈折特性が発生することが知られている（Principle of Optics, Max Born and Emil Wolf, PERGAMON PRESS LTD.）。

ここで、偏光方向が平板に平行な光の屈折率ｎ_//及び垂直な光の屈折率ｎ_⊥は、数１及び数２に示される式となる。

尚、ｔは数３に示される式で表わされるように、微細周期構造部１５０における平板部１５１のデューティ比である。

このように，平板部１５１の材料（屈折率ｎ_１）や平板部１５１間を埋める材料（屈折率ｎ_２）、微細周期構造部１５０における平板部１５１のデューティ比により、平板部１５１における面と平行となる光における屈折率ｎ_//と、平板部１５１における面と垂直となる光における屈折率ｎ_⊥とを制御することができる。従って、偏光方向が平板部１５１における面と平行となる光と、平板部１５１における面と垂直となる光との間で、光学長を異なるものとすることができる。

本実施の形態における面発光レーザ素子は、メサ１２０の上面の中央部分において、略円形の領域に微細周期構造部１５０が形成されている。この微細周期構造部１５０は、偏光方向が平板部１５１における面に対し平行となる光に対しては光学長が発振波長／４の奇数倍となり、偏光方向が平板部１５１における面に対し垂直となる光に対しては光学長が発振波長／４の偶数倍となるように形成されている。また、メサ１２０の上面において、微細周期構造部１５０の周囲に形成される誘電体膜１３２は、光学長が発振波長／４の奇数倍となる厚さにより形成されている。

従って、偏光方向が平板部１５１における面と平行となる光に対しては、レーザ光出射部全面において光学長が発振波長／４の奇数倍の層、つまり、反射率の低い層により覆われていることになる。従って、平板部１５１における面と平行となる偏光方向のレーザ光は、ほとんど発振することはなく、出射されることはない。

これに対し、偏光方向が平板部１５１における面と垂直となる光に対しては、微細周期構造部１５０が形成されているメサ１２０の上面の中央部分においては、光学長が発振波長／４の奇数倍となり、反射率が高くなっている。従って、この領域においては、平板部１５１における面と垂直となる偏光方向のレーザ光は、発振され出射される。尚、メサ１２０の上面における微細周期構造部１５０の周囲には誘電体膜１３２が形成されており、反射率が低くなっている。よって、メサ１２０の上面における中央部分においてのみレーザ光を出射させることができる。これにより、本実施の形態における面発光レーザにおいては、単一横モードで、偏光方向が一定で、かつ、断面形状が円形である、高品質のレーザ光を出射させることができる。

次に、図３に基づき、本実施の形態における面発光レーザの微細周期構造部１５０について、より詳細に説明する。本実施の形態における面発光レーザの微細周期構造部１５０は、図２に示されるように、メサ１２０の上面の中央部分に、上面から見た形状が略円形となるように形成されている。この微細周期構造部１５０は、屈折率ｎ_１が約２．０となるＳｉＮにより形成された幅ｗ_１が１５０ｎｍの平板部１５１が、３００ｎｍの周期で配列されている構造のものである。また、平板部１５１における高さｈは６１６．６ｎｍである。尚、平板部１５１と平板部１５１との間には、何も形成されておらず空間であるものとする。

本実施の形態における面発光レーザの発振波長が７８０ｎｍである場合、偏光方向が平板部１５１における面と平行となる光に対しては屈折率が１．５８となり、光学長が９７５ｎｍ（＝５／４波長）となる。また、偏光方向が平板部１５１における面と垂直となる光に対しては屈折率が１．２６となり、光学長が７８０ｎｍ（＝４／４波長）となる。よって、本実施の形態における面発光レーザからは、平板部１５１における面と垂直となる偏光方向のレーザ光が出射される。

（面発光レーザの製造方法）
次に、本実施の形態における面発光レーザの製造方法について図４及び図５に基づき説明する。

最初に、図４（ａ）に示されるように、ＧａＡｓ基板１１０の上に、バッファ層１１１、下部半導体ＤＢＲ１１２、下部スペーサ層１１３、活性層１１４、上部スペーサ層１１５、電流狭窄層１１６、上部半導体ＤＢＲ１１７、コンタクト層１１８を形成する。具体的には、これらの半導体層をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）によりエピタキシャル成長させることにより形成する。

次に、図４（ｂ）に示されるように、メサ１２０を形成する。具体的には、コンタクト層１１８の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、コンタクト層１１８上のメサ１２０が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域の下部スペーサ層１１３の一部、活性層１１４、上部スペーサ層１１５、電流狭窄層１１６、上部半導体ＤＢＲ１１７、コンタクト層１１８をドライエッチングにより除去することによりメサ１２０を形成する。本実施の形態においては、このように形成されるメサ１２０の上面の形状は、略四角形となるように形成されている。

次に、図４（ｃ）に示されるように、電流狭窄層１１６をメサ１２０の周囲より酸化することにより、選択酸化領域１１６ａと電流狭窄領域１１６ｂとを形成する。具体的には、メサ１２０を形成した後、水蒸気中で熱処理を行なうことにより、電流狭窄層１１６においては、メサ１２０の周囲より酸化されて選択酸化領域１１６ａが形成される。この際、電流狭窄層１１６における中央部分では、酸化されていない領域が残り、この領域が電流狭窄領域１１６ｂとなる。

次に、図５（ａ）に示されるように、メサ１２０の上面に微細周期構造部１５０を形成する。具体的には、ＣＶＤ等によりメサ１２０の上面及び側面を含む全面に、ＳｉＮ膜１３０を形成し、この後、微細周期構造部１５０が形成される領域に不図示のライン＆スペースのパターンを形成する。このライン＆スペースのパターンは、樹脂材料により形成された１５０ｎｍのライン＆スペースのパターンであり、インプリント等により形成してもよく、また、ＳｉＮ膜１３０の上にフォトレジストを塗布した後、ＥＢ描画装置による露光、現像を行なうことにより形成してもよい。この後、真空蒸着等によりクロムを成膜した後、有機溶剤等に浸漬させ、ライン＆スペースのパターン上に形成されたクロムをライン＆スペースのパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、ライン＆スペースのパターンが形成されていない領域に成膜されていたクロムが残り、クロムによる新たなライン＆スペースのパターンが形成される。この後、ドライエッチングにより、クロムによる新たなライン＆スペースのパターンが形成されていない領域のＳｉＮ膜１３０を除去する。これにより、メサ１２０の上面の中央部分において残ったＳｉＮ膜１３０により所定の周期で配列している平板部１５１が形成され、この平板部１５１により微細周期構造部１５０が形成される。尚、残存しているクロムは、酸等により除去する。

次に、図５（ｂ）に示されるように、ＳｉＮ膜１３０を加工することにより、メサ１２０の側面を含む領域に保護膜１３１を形成し、メサ１２０の上面に誘電体膜１３２を形成する。また、更に、メサ１２０の上面において、コンタクト層１１８の一部を露出させる。具体的には、微細周期構造部１５０及びＳｉＮ膜１３０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、微細周期構造部１５０の上に、不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＮ膜１３０をドライエッチングにより一部除去し、薄くすることにより、メサ１２０の側面を含む領域において保護膜１３１を形成し、メサ１２０の上面において誘電体膜１３２を形成する。この後、レジストパターンを除去した後、再びフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、コンタクト層１１８を露出させる領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。この後、ウェットエッチングによりレジストパターンの形成されていない領域のＳｉＮ膜１３０を除去し、コンタクト層１１８を露出させる。尚、レジストパターンは、この後、有機溶剤等により除去する。

次に、図５（ｃ）に示されるように、保護膜１３１及び誘電体膜１３２が形成されている面の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、上部電極１４１が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着等により金属膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターン上に成膜された金属膜をレジストパターンとともに除去する。これにより、残った金属膜により上部電極１４１が形成される。次に、ＧａＡｓ基板１１０の裏面を研磨することによりＧａＡｓ基板１１０の厚さを薄くした後、裏面に金属膜を成膜することにより下部電極１４２を形成する。この後、更に、熱処理を行なう。

以上の工程により、本実施の形態における面発光レーザを作製することができる。尚、上記の工程において、複数の面発光レーザを同時に作製することにより、同様の方法により面発光レーザアレイを作製することも可能である。

（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６に基づき、本実施の形態における面発光レーザアレイ２００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２００は、複数（ここでは２１個）の発光部１００となる本実施の形態におけ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１００は、すべての発光部１００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、２１個の発光部１００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１００の中心間距離を意味する。また、図６では発光部１００の数が２１個であるものを示しているが、発光部１００の個数は、複数であればよく、例えば、発光部１００が４０個のものであってもよい。

また、面発光レーザアレイ２００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。

また、上述した２次元的に面発光レーザが配列された面発光レーザアレイ２００に代えて、発光部１００となる本実施の形態における面発光レーザを１次元配列した面発光レーザアレイであってもよい。

〔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を用いた画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００である。

図７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８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１１００、カップリングレンズ１１１１、開口板１１１２、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１１００は、第１の実施の形態における面発光レーザを含む光源ユニットが用いられている。
カップリングレンズ１１１１は、光源ユニット１１００から射出された光を平行光に整形する。

開口板１１１２は、開口部を有し、カップリングレンズ１１１１を介した光のビーム径を規定する。

シリンドリカルレンズ１１１３は、開口板１１１２の開口部を通過した光を、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１１００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。本実施の形態では、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。

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。

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。

〔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。第３の実施の形態は、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９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９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。即ち、本実施の形態におけるカラープリンタ２０００においては、第１の実施の形態における面発光レーザを用いているため、高品質の画像を形成することができる。

〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。最初に、本実施の形態における面発光レーザアレイについて、図１０及び図１１に基づき説明する。本実施の形態における面発光レーザアレイ３００は、第１の面発光レーザ３１１と第２の面発光レーザ３２１を各々複数有している。尚、図１０は、本実施の形態における面発光レーザアレイの上面図であり、図１１（ａ）は、第１の面発光レーザ３１１の上面図であり、図１１（ｂ）は、第２の面発光レーザ３２１の上面図である。

本実施の形態においては、複数の第１の面発光レーザ３１１により第１の面発光レーザ群３１０が形成されており、複数の第２の面発光レーザ３２１により第２の面発光レーザ群３２０が形成されている。また、第１の面発光レーザ３１１及び第２の面発光レーザ３２１の各々に対応する電極パッド３６０が設けられており、第１の面発光レーザ３１１及び第２の面発光レーザ３２１と、各々に対応する電極パッド３６０とは、配線３６１により接続されている。

図１１（ａ）に示されるように、第１の面発光レーザ３１１においては、微細周期構造部３５１に形成されている複数の平板部は、平板部における面がＹ軸方向と平行となるように形成されており、第１の方向であるＸ軸方向に配列されている。また、図１１（ｂ）に示されるように、第２の面発光レーザ３２１においては、微細周期構造部３５２に形成されている複数の平板部は、平板部における面がＸ軸方向と平行となるように形成されており、第２の方向であるＹ軸方向に配列されている。よって、第１の面発光レーザ３１１の微細周期構造部３５１における複数の平板部の配列方向である第１の方向と、第２の面発光レーザ３２１の微細周期構造部３５２における複数の平板部の配列方向である第２の方向とは、異なっており直交している。このため、第１の面発光レーザ３１１より出射されるレーザ光と、第２の面発光レーザ３２１より出射されるレーザ光とは、偏光方向が９０°異なっている。

本実施の形態における面発光レーザアレイは、第１の実施の形態に記載されている製造方法と同様の方法により作製することができる。具体的には、メサ上面に微細周期構造部３５１、３５２を形成する工程において、第１の面発光レーザ３１１と第２の面発光レーザ３２１とで、ＳｉＮ膜上に形成されるレジストパターンのライン＆スペースの配列方向を９０°変えるだけでよい。このようなライン＆スペースとなるレジストパターンは、第１の実施の形態と同様に、インプリントやＥＢ描画装置による露光、現像により形成することができる。

この後、第１の実施の形態に記載されている製造方法と同様に、真空蒸着法等によりクロムを成膜し、有機溶剤等への浸漬によるリフトオフにより、クロムのライン＆スペースパターンを形成する。更に、この後、クロムのライン＆スペースのパターンをマスクとしてドライエッチングを行う。これにより、微細周期構造部３５１における平板部の配列方向と微細周期構造部３５２における平板部の配列方向とが、９０°異なる第１の面発光レーザ３１１と第２の面発光レーザ３２１とを作製することができる。

これにより、偏光方向が直交するレーザ光を出射する第１の面発光レーザ３１１と第２の面発光レーザ３２１とを同一基板上に作製することができる。尚、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、電気抵抗や電流密度の増加をすることなく高次横モードの発振抑制が可能であり、また、ビームの断面形状を円形にすることができる効果がある。

次に、図１２に基づき、本実施の形態における面発光レーザアレイ３００を用いた光走査装置１２００について説明する。本実施の形態における光走査装置１２００は、本実施の形態における面発光レーザアレイ３００、偏光ビームスプリッタ１２１３、ポリゴンミラー１２１４、第１の走査レンズ１２１５、第２の走査レンズ１２１６、第３の走査レンズ１２１７、ミラー１２２１、１２２２、１２２３、１２２４等を有している。

本実施の形態における面発光レーザアレイ３００は、偏光方向が直交しているレーザ光を出射する第１の面発光レーザと第２の面発光レーザとを備えており、駆動ドライバ１２１１が搭載された基板１２１２の上に設置されている。尚、本実施の形態においては、このように基板１２１２の上に面発光レーザアレイ３００と駆動ドライバ１２１１とが設置されているものを光源ユニットと記載する場合がある。

偏光ビームスプリッタ１２１３は、偏光分離素子であって、面発光レーザアレイ３００における第１の面発光レーザ及び第２の面発光レーザより出射されたレーザ光を偏光方向の相違により（偏光面の角度により）、光路を分離するものである。ポリゴンミラー１２１４は、２つの四角柱状のミラーが上下２段に取り付けられており、不図示の回転機構により一定の速度で回転している。

本実施の形態における光走査装置１２００においては、面発光レーザアレイ３００における第１の面発光レーザと第２の面発光レーザから各々レーザ光が出射され、偏光ビームスプリッタ１２１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１２１３では、入射したレーザ光を偏光方向の違いにより、第１の面発光レーザより出射された第１のレーザ光と第２の面発光レーザより出射された第２のレーザ光とに分離する。具体的には、偏光ビームスプリッタ１２１３に、第１のレーザ光及び第２のレーザ光が入射すると、第１のレーザ光と第２のレーザ光は分離され、偏光ビームスプリッタ１２１３の上部から第１のレーザ光が出射され、下部から第２のレーザ光が出射される。

偏光ビームスプリッタ１２１３の上部より出射された第１のレーザ光は、ポリゴンミラー１２１４の上部において偏向され、第１の走査レンズ１２１５の上部、ミラー１２２１、第２の走査レンズ１２１６、ミラー１２２２を介し第１の感光体ドラム１２３１の表面に照射される。従って、ポリゴンミラー１２１４が回転することにより、第１のレーザ光によって、第１の感光体ドラム１２３１の表面が走査される。

偏光ビームスプリッタ１２１３の下部より出射された第２のレーザ光は、ポリゴンミラー１２１４の下部において偏向され、第１の走査レンズ１２１５の下部、ミラー１２２３、第３の走査レンズ１２１７、ミラー１２２４を介し第２の感光体ドラム１２３２の表面に照射される。従って、ポリゴンミラー１２１４が回転することにより、第２のレーザ光によって、第２の感光体ドラム１２３２の表面が走査される。

本実施の形態における光走査装置では、光源ユニットには、本実施の形態における面発光レーザアレイ３００が設置されているため、１つの光源ユニットで、２つの異なる被走査面上を走査することができる。

また、本実施の形態においては、面発光レーザアレイ３００における複数の第１の面発光レーザからなる第１の面発光レーザ群と、複数の第２の面発光レーザからなる第２の面発光レーザ群とを交互に発光させることができる。

尚、本実施の形態における光走査装置１２００は、第２の実施の形態または第３の実施の形態における画像形成装置等に適用することが可能である。これにより、画像形成装置に搭載される光走査装置の数を半分にすることができる。

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。

１００ 発光部（面発光レーザ）
１１０ 基板
１１１ バッファ層
１１２ 下部半導体ＤＢＲ
１１３ 下部スペーサ層
１１４ 活性層
１１５ 上部スペーサ層
１１６ 電流狭窄層
１１６ａ 選択酸化領域
１１６ｂ 電流狭窄領域
１１７ 上部半導体ＤＢＲ
１１８ コンタクト層
１２０ メサ
１３１ 保護膜
１３２ 誘電体膜
１４１ 上部電極
１４２ 下部電極
１５０ 微細周期構造部
１５１ 平板部
２００ 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
２０００ カラープリンタ（画像形成装置）

特許第３５６６９０２号公報 特許第３９５５９２５号公報 特許第４３８１０１７号公報 特開２００７−２０１３９８号公報 特開２０１０−１５３７６８号公報 特開２００６−２８４８２２号公報 特開２００５−２４１６８６号公報 特開平９−１８７９９４号公報 特開２００１−６０７３９号公報 特開２００６−１３３６６号公報 特開２００９−３１１５号公報

Claims (14)

1. 基板面に対し垂直方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
   前記レーザ光が出射される出射面には微細周期構造部が形成されており、
   前記微細周期構造部は、誘電体により形成された複数の平板部が所定の周期で形成されており、
   前記平板部における面が、前記基板面に対し略垂直となるように形成されており、
   前記微細周期構造部は、第１の偏光方向の光に対しては光学的な厚さが前記光の波長の１／４の偶数倍となり、
   前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光に対しては光学的な厚さが前記光の波長の１／４の奇数倍となるものであって、
   前記第１の偏光方向が前記微細周期構造部の複数の平板部における面に対し垂直となる方向であり、前記第２の偏光方向が前記微細周期構造部の複数の平板部における面に対し平行となる方向であることを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記複数の平板部が配列されている方向は、前記基板面に対し略平行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. 前記微細周期構造部においては、第１の偏光方向の光よりも、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光の反射率が低くなるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ。
4. 前記所定の周期は、前記光の波長の１／２以下であ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。
5. 前記平板部の配列方向における前記平板部の幅は、前記光の波長の１／４以下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。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の面発光レーザを複数有していることを特徴とする面発光レーザアレイ。
7. 前記平板部が第１の方向に配列されている第１の面発光レーザと、
   前記平板部が第２の方向に配列されている第２の面発光レーザと、
   を有し、前記第１の方向と前記第２の方向とは直交していることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザアレイ。
8. 複数の前記第１の面発光レーザにより第１の面発光レーザ群が形成されており、
   複数の前記第２の面発光レーザにより第２の面発光レーザ群が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の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１から５のいずれかに記載の面発光レーザ、または、請求項６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。
10. 光によって被走査面を走査する光走査装置であって、
    請求項７または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光面の角度によって光路を分離する偏光分離素子と、
    前記偏光分離素子により分離された光を偏向する光偏向部と、
    前記光偏向部により偏光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。
11. 前記面発光レーザアレイにおいて、前記第１の面発光レーザと前記第２の面発光レーザとを交互に発光させることを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
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９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。
14. 少なくとも２つの像担持体と、
    少なくとも２つの像担持体に対して画像情報が含まれる光を走査する請求項１０または１１に記載の光走査装置を少なくとも１つ有することを特徴とする画像形成装置。

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