(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して垂直方向に光を射出する面発光レーザ素子であって、
活性層を含む共振器構造体と；
前記共振器構造体を挟んで設けられ、屈折率が互いに異なる第１の層と第２の層をペアとする複数のペアからなる半導体多層膜反射鏡と；
少なくとも前記共振器構造体の一部および少なくとも前記半導体多層膜反射鏡の一部を含んで形成されたメサと；を備え、
前記共振器構造体は、前記半導体多層膜反射鏡よりもエッチング速度の小さい、Ｉｎを含む材料からなり、
前記第２の層は、前記第１の層よりも熱伝導率が大きく、前記メサのエッチング底面は前記共振器構造体中であり、
前記半導体多層膜反射鏡は、少なくとも１ペアからなり前記第１の層よりも前記第２の層のほうが光学厚さが厚い第１の部分反射鏡と、該第１の部分反射鏡と前記共振器構造体との間に設けられ、少なくとも１ペアからなり前記第１及び第２の層の光学厚さがいずれも前記第１の部分反射鏡の前記第２の層よりも薄い第２の部分反射鏡とを有することを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記第２の部分反射鏡における前記第１及び第２の層の光学厚さは、いずれも発振波長の１／４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素子。
【請求項３】
前記第２の部分反射鏡は、１ペア以上、かつ５ペア以下からな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。
【請求項４】
前記第１の部分反射鏡では、前記第１の層の光学厚さは発振波長の１／４であり、前記第２の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１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記第２の層は、ＡｌＡｓからなる層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素子。
【請求項６】
前記半導体多層膜反射鏡は、前記共振器構造体の一側に積層された第１の半導体多層膜反射鏡と、前記共振器構造体の他側に積層された第２の半導体多層膜反射鏡とを有し、
前記活性層で発生した熱は、主として前記第１の半導体多層膜反射鏡を介して放熱され、
前記第１及び第２の部分反射鏡は、前記第１の半導体多層膜反射鏡に含まれ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。
【請求項７】
前記第１の半導体多層膜反射鏡における不純物のドーピング濃度は、前記共振器構造体側が相対的に低いことを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
請求項１〜７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。
【請求項９】
光によって被走査面上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。
【請求項１０】
光によって被走査面上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。
【請求項１１】
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が含まれる光を走査する少なくとも１つの請求項９又は１０に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
【請求項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１１に記載の画像形成装置。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、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射出する面発光レーザ素子、該面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ素子又は前記面発光レーザアレイを有する光走査装置、該光走査装置を備える画像形成装置、前記面発光レーザアレイを有する光伝送モジュール及び光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型の面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）は、基板に対して垂直方向に光を射出する半導体レーザ素子であり、基板に対して平行方向に光を射出する端面発光型の半導体レーザ素子に比べて、（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。
【０００３】
面発光レーザ素子は、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、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、面発光レーザ素子の駆動電流の通過領域（電流注入領域）となる。このように、容易に電流狭窄が可能となる。
【０００４】
酸化狭窄構造体におけるＡｌの酸化（ＡｌｘＯｙ）した層（以下では、「酸化層」と略述する）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、共振器構造体内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ので、発光効率を向上させることができる。その結果、低閾値電流、高効率等の優れた特性を実現することが可能となる。
【０００５】
ところで、面発光レーザ素子は、活性層で発生した熱をすみやかに放熱すると、ジャンクション温度（活性層温度）の上昇が抑えられ、利得の低下が抑えられ、高出力が得られる。また、いわゆる温度特性が良好で長寿命にもなる。
【０００６】
半導体多層膜反射鏡には、通常、ＡｌＧａＡｓ系の材料が用いられている。ＡｌＧａＡｓ系の材料は、Ａｌの組成によって熱伝導率が大きく変化し、ＡｌＡｓが最も熱伝導率が高い（図２３参照）。
【０００７】
そこで、放熱経路側にある半導体多層膜反射鏡において、共振器構造体に近接したＡｌＡｓからなる低屈折率層の光学厚さを通常よりも厚くすることが提案された（例えば、特許文献２〜４参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、半導体多層膜反射鏡では、低屈折率層の光学厚さをλ／４（λは発振波長）から３λ／４にすると、光の吸収（以下、便宜上、単に「吸収」ともいう）は３倍になる。そして、半導体多層膜反射鏡では、共振器構造体に近いほど電界強度が強いので吸収の影響が大きく、特許文献２〜４に開示されている方法では、スロープ効率の低下や閾値電流の上昇を招くという不都合があった。
【０００９】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、長寿命で、高い発光効率及び優れた温度特性を有する面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、安定した光走査を行うことができる光走査装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第３の目的は、高品質の画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の第４の目的は、安定した光信号を生成することができる光伝送モジュールを提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第５の目的は、高品質の光伝送を行うことができる光伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、第１の観点からすると、基板に対して垂直方向に光を射出する面発光レーザ素子であって、活性層を含む共振器構造体と；前記共振器構造体を挟んで設けられ、屈折率が互いに異なる第１の層と第２の層をペアとする複数のペアからなる半導体多層膜反射鏡と；少なくとも前記共振器構造体の一部および少なくとも前記半導体多層膜反射鏡の一部を含んで形成されたメサと；を備え、前記共振器構造体は、前記半導体多層膜反射鏡よりもエッチング速度の小さい、Ｉｎを含む材料からなり、前記第２の層は、前記第１の層よりも熱伝導率が大きく、前記メサのエッチング底面は前記共振器構造体中であり、前記半導体多層膜反射鏡は、少なくとも１ペアからなり前記第１の層よりも前記第２の層のほうが光学厚さが厚い第１の部分反射鏡と、該第１の部分反射鏡と前記共振器構造体との間に設けられ、少なくとも１ペアからなり前記第１及び第２の層の光学厚さがいずれも前記第１の部分反射鏡の前記第２の層よりも薄い第２の部分反射鏡とを有することを特徴とする面発光レーザ素子である。
【００１５】
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。
【００１６】
これによれば、吸収損失の増加を抑制しつつ、放熱効率を向上させることができる。そして、長寿命で、高い発光効率及び優れた温度特性を有することが可能となる。
【００１７】
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。
【００１８】
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、長寿命で、高い発光効率及び優れた温度特性を有することが可能となる。
【００１９】
本発明は、第３の観点からすると、光によって被走査面上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；を備える第１の光走査装置である。
【００２０】
本発明は、第４の観点からすると、光によって被走査面上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；を備える第２の光走査装置である。
【００２１】
上記各光走査装置によれば、光源が本発明の面発光レーザ素子あるいは本発明の面発光レーザアレイを有しているため、安定した光走査を行うことが可能となる。
【００２２】
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が含まれる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。
【００２３】
これによれば、少なくとも１つの本発明の光走査装置を備えているため、高品質の画像を形成することが可能となる。
【００２４】
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。
【００２５】
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、安定した光信号を生成することが可能となる。
【００２６】
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。
【００２７】
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、高品質の光伝送を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】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２】図１における光走査装置を示す概略図である。
【図３】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】図３における下部半導体ＤＢＲの一部を拡大した図である。
【図５】図３における活性層近傍を拡大した図である。
【図６】第１の場合の下部半導体ＤＢＲを説明するための図である。
【図７】第２の場合の下部半導体ＤＢＲを説明するための図である。
【図８】第３の下部半導体ＤＢＲが３ペアからなる下部半導体ＤＢＲを説明するための図である。
【図９】熱抵抗の計算結果を説明するための図である。
【図１０】面発光レーザ素子の変形例を説明するための図である。
【図１１】図１０における下部半導体ＤＢＲの一部を拡大した図である。
【図１２】図１０における活性層近傍を拡大した図である。
【図１３】面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図１４】図１３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１５】図１４のＡ−Ａ断面図である。
【図１６】カラープリンタの概略構成を説明するための図である。
【図１７】本発明の一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１８】図１７における光源に含まれる面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図１９】図１８のＡ−Ａ断面図である。
【図２０】図１９における下部半導体ＤＢＲの一部を拡大した図である。
【図２１】図１９における活性層近傍を拡大した図である。
【図２２】図１７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。
【図２３】ＡｌＧａＡｓ系の材料におけるＡｌの組成と熱伝導率との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
【００３０】
図１には、本発明の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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
【００４３】
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。
【００４４】
次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
カップリングレンズ１５は、光源１４から射出された光束を略平行光とする。光源１４とカップリングレンズ１５はアルミニウム製の一つの保持部材に固定され、ユニット化されている。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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つの折り曲げミラーが配置されても良い。
【００５５】
光源１４は、一例として図３に示されるように、面発光レーザ素子１００を有している。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。
【００５６】
面発光レーザ素子１００は、設計上の発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザであり、基板１０１、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。
【００５７】
基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【００５８】
下部半導体ＤＢＲ１０３は、一例として図４に示されるように、第１の下部半導体ＤＢＲ１０３１と、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２と、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３とを有している。
【００５９】
第１の下部半導体ＤＢＲ１０３１は、不図示のバッファ層を介して基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層１０３ａと、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層１０３ｂのペアを３６．５ペア有している。低屈折率層１０３ａは高屈折率層１０３ｂよりも熱伝導率が大きい（図２３参照）。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（図示省略）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の光学厚さとなるように設定されている。
【００６０】
第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２は、第１の下部半導体ＤＢＲ１０３１の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層１０３ａと高屈折率層１０３ｂのペアを３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（図示省略）が設けられている。そして、低屈折率層１０３ａ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、高屈折率層１０３ｂは、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。この第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２が、いわゆる「放熱構造体」となる。また、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２における低屈折率層１０３ａが、いわゆる「放熱層」となる。
【００６１】
第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３は、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層１０３ａと高屈折率層１０３ｂ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（図示省略）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の光学厚さとなるように設定されている。
【００６２】
このように、下部半導体ＤＢＲ１０３は、低屈折率層と高屈折率層のペアを４０．５ペア有している。
【００６３】
下部スペーサ層１０４は、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００６４】
活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層され、一例として図５に示されるように、３層の量子井戸層１０５ａと４層の障壁層１０５ｂとを有している。各量子井戸層１０５ａは、圧縮歪みを誘起する組成であるＧａＩｎＰＡｓ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、引張歪みを誘起する組成であるＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐからなる。
【００６５】
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（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００６６】
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。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。
【００６７】
また、活性層１０５で発生した熱は、主として下部半導体ＤＢＲ１０３を介して基板１０１に放熱されるようになっている。基板１０１は、その裏面が導電性接着剤等を用いてパッケージに装着されており、熱は基板１０１からパッケージに放熱される。
【００６８】
上部半導体ＤＢＲ１０７は、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層１０７ａと、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層１０７ｂ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（図示省略）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の光学厚さとなるように設定されている。
【００６９】
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、上部スペーサ層１０６から光学的に５λ／４離れた位置であり、上部スペーサ層１０６から３ペア目の低屈折率層中である。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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（ＡｓＨ３）ガス、ホスフィン（ＰＨ３）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（ＣＢｒ４）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いている。
【００７５】
（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。
【００７６】
（３）Ｃｌ２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、正方形状の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（図３参照）。なお、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。
【００７７】
（４）フォトマスクを除去する。
【００７８】
（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（図３参照）。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、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。ここでは、種々の予備実験の結果から、電流通過領域１０８ｂが所望の大きさとなるように、熱処理の条件（保持温度、保持時間等）を適切に選択している。
【００７９】
（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮあるいはＳｉＯ２からなる保護層１１１を形成する（図３参照）。
【００８０】
（７）ポリイミド１１２で平坦化する（図３参照）。
【００８１】
（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。
【００８２】
（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。
【００８３】
（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３参照）。
【００８４】
（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３参照）。ここでは、ｎ側の電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。
【００８５】
（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。
【００８６】
（１３）チップ毎に切断する。
【００８７】
ここで、下部半導体ＤＢＲ１０３が、仮に４０．５ペアからなる第１の下部半導体ＤＢＲ１０３１のみで構成される第１の場合（図６参照）と、３７．５ペアからなる第１の下部半導体ＤＢＲ１０３１と３ペアからなる第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２とで構成される第２の場合（図７参照）と、本実施形態と同様に３６．５ペアからなる第１の下部半導体ＤＢＲ１０３１と３ペアからなる第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２と１ペアからなる第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３とで構成される第３の場合とについて吸収損失を計算した。第１の場合に対する第２の場合の吸収損失の増加量を１００％とすると、第１の場合に対する第３の場合の吸収損失の増加量は約７７％であった。すなわち、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３によって、吸収損失の増加量を約２３％低減することができることがわかった。なお、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３におけるペア数を３ペアとした場合（図８参照）には、第１の場合に対する吸収損失の増加量は約４６％であった。
【００８８】
なお、不純物濃度（不純物のドーピング濃度）を３×１０１８（ｃｍ−３）、及び５×１０１８（ｃｍ−３）としても、吸収損失の低減効果は同様であった。また、波長を変えても吸収損失の低減効果は同様であった。さらに、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２におけるペア数を５ペアとしても、吸収損失の低減効果は同様であった。
【００８９】
そして、本実施形態における下部半導体ＤＢＲ１０３の熱抵抗を計算すると、２７２０（Ｋ／Ｗ）であった。一方、上記第１の場合（図６参照）及び上記第２の場合（図７参照）の熱抵抗を計算すると、それぞれ３０５０（Ｋ／Ｗ）及び２６７０（Ｋ／Ｗ）であった。このことから、下部半導体ＤＢＲ１０３の熱抵抗に関して、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３は、ほとんど悪影響を及ぼさないことがわかる。
【００９０】
図９には、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３のペア数と下部半導体ＤＢＲ１０３の熱抵抗との関係が示されている。これによると、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３のペア数が５ペアを超えると、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２による放熱効果が半分以下となってしまう。このことから、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３におけるペア数は１〜５ペアとするのが好ましい。
【００９１】
ところで、放熱層は、吸収損失を増加させるだけでなく、その上に積層される層の結晶性の低下をも引き起こすおそれがある。放熱層の上側（ここでは、＋Ｚ側）に積層される活性層の結晶性が低下すると、発光効率の低下を招く。仮に、下部半導体ＤＢＲ１０３全体を４０．５ペアからなる第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２とすると放熱効果は高いが活性層の結晶性を維持することは困難となる。このため、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２におけるペア数は１〜５ペアとするのが好ましい。そして、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３は、その上に積層される層の結晶性を回復させ、活性層への悪影響を低減させる効果もある。
【００９２】
また、酸化狭窄構造体を有する面発光レーザは、製造工程において、電気的または空間的に周囲と分離するためにメサ形状等のエッチングを行なう。このとき、Ａｌの選択酸化ができるように被選択酸化層よりも深くエッチングする必要がある。被選択酸化層は、電流の広がりを抑える目的から、ｐ側の半導体ＤＢＲ（活性層よりも上側に設けられた上部半導体ＤＢＲ）の活性層に近く、レーザ光の電界の定在波分布における活性層から１〜５番目の節に対応する位置に設けられるのが一般的である。しかしながら、エッチング深さの制御性の問題から、エッチング底面を被選択酸化層よりも深く、かつ、下部半導体ＤＢＲに至らないように制御することは困難である。特に、ウエハ面内の全体でエッチング深さを制御するには、エッチング時間の制御の他に、ウエハ面内でのエッチングの均一化、更には、結晶成長層の厚さの均一化が必要であり、エッチング底面が下部半導体ＤＢＲに至らないようにエッチングすることは、生産上、極めて困難である。
【００９３】
このため、下部半導体ＤＢＲを２段構成にすることが提案された（例えば、特開２００３−３４７６７０号公報参照）。この提案においては、下部半導体ＤＢＲにおける基板側の大部分の低屈折率層にＡｌＧａＡｓよりも熱伝導率が格段に大きいＡｌＡｓが用いられている。そして、下部半導体ＤＢＲにおける活性層側の低屈折率層には、従来のＡｌＧａＡｓが用いられている。この場合には、共振器構造体に近い低屈折率層の熱伝導率を大きくすることは困難である。
【００９４】
本実施形態に係る面発光レーザ素子１００では、半導体ＤＢＲの主たる材料をＡｌＧａＡｓ系材料とし、共振器構造体の材料をＩｎを含むＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料としている。この場合には、共振器構造体のエッチング速度を半導体ＤＢＲのエッチング速度より小さくすることができる。これにより、エッチング底面が共振器構造体に達したことを、エッチングモニタで容易に検出することができる、そして、共振器構造体の中心付近まで精度良くエッチングすることができ、キャリアが拡がることを低減し、発振に寄与しないキャリアを低減することが可能となる。
【００９５】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る面発光レーザ素子１００では、下部半導体ＤＢＲ１０３によって第１の半導体多層膜反射鏡が構成され、上部半導体ＤＢＲ１０７によって第２の半導体多層膜反射鏡が構成されている。そして、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２によって第１の部分反射鏡が構成され、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３によって第２の部分反射鏡が構成されている。
【００９６】
また、高屈折率層１０３ｂによって第１の層が構成され、低屈折率層１０３ａによって第２の層が構成されている。
【００９７】
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、活性層１０５を含む共振器構造体と、該共振器構造体を挟んで設けられ、低屈折率層と高屈折率層をペアとする複数のペアからなる下部半導体ＤＢＲ１０３及び上部半導体ＤＢＲ１０７とを備えている。そして、下部半導体ＤＢＲ１０３は、熱伝導率の大きいｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層１０３ａとそれよりも熱伝導率の小さいｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層１０３ｂをペアとし、３６．５ペアを有する第１の下部半導体ＤＢＲ１０３１、３ペアを有する第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２、及び１ペアを有する第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３を含んでいる。
【００９８】
第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２では、低屈折率層１０３ａ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、高屈折率層１０３ｂは、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。
【００９９】
第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３は、共振器構造体と第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２との間に設けられ、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。
【０１００】
これにより、吸収損失の増加を抑制しつつ、放熱効率を向上させることができるため、長寿命で、高い発光効率及び優れた温度特性を有することが可能となる。
【０１０１】
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、安定した光走査を行うことが可能となる。
【０１０２】
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。
【０１０３】
また、面発光レーザ素子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。
【０１０４】
なお、上記実施形態では、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２において、低屈折率層１０３ａ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る場合について説明したが、これに限定されるものではなく、低屈折率層１０３ａが、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、１以上の整数ｎを用いて、（２ｎ＋１）λ／４を満足する光学厚さであれば良い。
【０１０５】
また、上記実施形態では、第２の下部半導体ＤＢＲ１０３２が低屈折率層１０３ａと高屈折率層１０３ｂのペアを３ペア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。
【０１０６】
また、上記実施形態では、第３の下部半導体ＤＢＲ１０３３が低屈折率層１０３ａと高屈折率層１０３ｂのペアを１ペア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３の下部半導体ＤＢＲ１０３３は、低屈折率層１０３ａと高屈折率層１０３ｂのペアを１ペア〜５ペア有していれば良い。
【０１０７】
また、上記実施形態では、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、これに限定されるものではなく、例えば円形、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。
【０１０８】
また、上記実施形態において、下部半導体ＤＢＲ１０３の共振器構造体に近い部分の不純物濃度を、他の部分よりも相対的に低くしても良い。吸収量は不純物濃度の増加に伴って増えるので、吸収の影響が大きい部分の不純物濃度を、吸収の影響が小さい部分の不純物濃度より相対的に低くすることで、低屈折率層の厚さを厚くしたことによる吸収量の増加を抑えることができる。例えば、下部半導体ＤＢＲ１０３の共振器構造体に隣接する４ペアでの不純物濃度を５×１０１７（ｃｍ−３）とし、その他の不純物濃度を１×１０１８（ｃｍ−３）としても良い。
【０１０９】
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。
【０１１０】
また、面発光レーザ素子１００は、画像形成装置以外の用途に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。
【０１１１】
一例として図１０には、設計上の発振波長が８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子１００Ａが示されている。
【０１１２】
この面発光レーザ素子１００Ａは、基板２０１、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、及びコンタクト層２０９などを有している。
【０１１３】
基板２０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【０１１４】
下部半導体ＤＢＲ２０３は、一例として図１１に示されるように、第１の下部半導体ＤＢＲ２０３１と、第２の下部半導体ＤＢＲ２０３２と、第３の下部半導体ＤＢＲ２０３３とからなっている。
【０１１５】
第１の下部半導体ＤＢＲ２０３１は、不図示のバッファ層を介して基板２０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層２０３ａとｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓからなる高屈折率層２０３ｂのペアを３０．５ペア有している。低屈折率層２０３ａは高屈折率層２０３ｂよりも熱伝導率が大きい（図２３参照）。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（図示省略）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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１１６】
第２の下部半導体ＤＢＲ２０３２は、第１の下部半導体ＤＢＲ２０３１の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層２０３ａと高屈折率層２０３ｂのペアを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組成傾斜層（図示省略）が設けられている。そして、低屈折率層２０３ａ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、高屈折率層２０３ｂは、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。
【０１１７】
第３の下部半導体ＤＢＲ２０３３は、第２の下部半導体ＤＢＲ２０３２の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層２０３ａと高屈折率層２０３ｂ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（図示省略）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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１１８】
下部スペーサ層２０４は、第３の下部半導体ＤＢＲ２０３３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる層である。
【０１１９】
活性層２０５は、下部スペーサ層２０４の＋Ｚ側に積層され、一例として図１２に示されるように、３層の量子井戸層２０５ａと４層の障壁層２０５ｂとを有している。各量子井戸層２０５ａは、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなり、各障壁層２０５ｂは、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる。
【０１２０】
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Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる層である。
【０１２１】
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。また、活性層２０５で発生した熱は、主として下部半導体ＤＢＲ２０３を介して基板２０１に放熱されるようになっている。
【０１２２】
上部半導体ＤＢＲ２０７は、上部スペーサ層２０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層２０７ａと、ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓからなる高屈折率層２０７ｂ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（図示省略）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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１２３】
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、上部スペーサ層２０６から光学的にλ／４離れた位置である。
【０１２４】
コンタクト層２０９は、上部半導体ＤＢＲ２０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１２５】
この面発光レーザ素子１００Ａは、前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。なお、図１０における符号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、符号２０８ａは酸化層、符号２０８ｂは電流通過領域である。この場合であっても、前記面発光レーザ素子１００と同様な効果を得ることができる。
【０１２６】
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１３に示される面発光レーザアレイ５００を有しても良い。
【０１２７】
この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。ここでは、図１３におけるＭ方向は主走査対応方向であり、Ｓ方向は副走査対応方向である。なお、発光部の数は３２個に限定されるものではない。
【０１２８】
面発光レーザアレイ５００は、図１４に示されるように、Ｍ方向からＳ方向に向かって傾斜した方向である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、すべての発光部をＳ方向に伸びる仮想線上に正射影したときに等間隔ｃとなるように、Ｓ方向に等間隔ｄで配置されている。すなわち、３２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。
【０１２９】
ここでは、間隔ｃは３μｍ、間隔ｄは２４μｍ、Ｍ方向の発光部間隔Ｘ（図１４参照）は３０μｍである。
【０１３０】
各発光部は、図１４のＡ−Ａ断面図である図１５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５００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。
【０１３１】
ところで、通常、結晶成長層の厚さのばらつきやエッチング速度の基板（ウエハ）面内でのばらつきにより、所望のエッチング深さは発光部毎に異なる。しかしながら、エッチング深さを、全ての発光部について、エッチング底面が、被選択酸化層より深く、かつ被選択酸化層と同等のＡｌ組成を有する下部半導体ＤＢＲの低屈折率層に至らないように制御することは困難である。
【０１３２】
特に、面発光レーザアレイでは、発光部間隔の違いによりエッチング幅が異なるとエッチング速度が変化する。この場合には、上記ばらつきがなかったとしても、エッチング深さは発光部毎に異なってしまう。
【０１３３】
面発光レーザアレイ５００では、半導体ＤＢＲの主たる材料をＡｌＧａＡｓ系材料とし、共振器構造体の材料をＩｎを含むＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料としているため、共振器構造体でのエッチング速度を半導体ＤＢＲでのエッチング速度よりも小さくすることができる。これにより、ウエハ面内、及びアレイチップ内では、下部半導体ＤＢＲまでエッチングが進まずに、エッチング底面が共振器構造体中に留まるように制御することができる。
【０１３４】
このように、面発光レーザアレイ５００では、エッチングを停止させる層を所定の位置に設けたのではなく、エッチング速度を遅くしているので、エッチングモニタでエッチング底面が共振器構造体に達したことがわかり、容易に制御できる。また、共振器構造体の中心付近までエッチングすることでキャリアが拡がることを低減し、発振に寄与しないキャリアを低減できる。
【０１３５】
なお、エッチングを停止させる層を所定の位置に設ける場合には、深さ方向（ここでは、−Ｚ方向）にはエッチングが進まないようにできるが、横方向（ここでは、ＸＹ平面に平行な方向）にはエッチングが進むため、メササイズがロット間で変動するなどの不都合が生じる。
【０１３６】
また、面発光レーザアレイ５００は、３２ｃｈ（チャンネル）のマルチビーム光源であるが、放熱対策を施してあるので周辺の発光部への熱干渉が互いに抑えられており、同時に複数の発光部を駆動した時の特性変化は小さく、長寿命であった。
【０１３７】
また、面発光レーザアレイ５００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。
【０１３８】
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、主走査対応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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
また、一例として図１６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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
各感光体ドラムは、図１６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。
【０１４７】
光走査装置２０１０は、前記面発光レーザ素子１００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５００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。
【０１４８】
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５００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。
【０１４９】
図１７には、本発明の一実施形態に係る光伝送システム３０００の概略構成が示されている。この光伝送システム３０００は、光送信モジュール３００１と光受信モジュール３００５が光ファイバケーブル３００４で接続されており、光送信モジュール３００１から光受信モジュール３００５への一方向の光通信が可能となっている。
【０１５０】
光送信モジュール３００１は、光源３００２と、外部から入力された電気信号に応じて、光源３００２から出力されるレーザ光の光強度を変調する駆動回路３００３とを有している。
【０１５１】
光源３００２は、一例として図１８に示されるように、面発光レーザアレイ６００を有している。
【０１５２】
この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。なお、発光部の数は１０個に限定されるものではない。
【０１５３】
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１８のＡ−Ａ断面図である図１９に示されるように、基板３０１、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、及びコンタクト層３０９などを有している。
【０１５４】
基板３０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【０１５５】
下部半導体ＤＢＲ３０３は、一例として図２０に示されるように、第１の下部半導体ＤＢＲ３０３１と、第２の下部半導体ＤＢＲ３０３２と、第３の下部半導体ＤＢＲ３０３３とを有している。
【０１５６】
第１の下部半導体ＤＢＲ３０３１は、不図示のバッファ層を介して基板３０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層３０３ａと、ｎ−ＧａＡｓからなる高屈折率層１０３ｂのペアを３０．５ペア有している。低屈折率層３０３ａは高屈折率層３０３ｂよりも熱伝導率が大きい。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（図示省略）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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１５７】
第２の下部半導体ＤＢＲ３０３２は、第１の下部半導体ＤＢＲ３０３１の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層３０３ａと高屈折率層３０３ｂのペアを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組成傾斜層（図示省略）が設けられている。そして、低屈折率層３０３ａ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、高屈折率層３０３ｂは、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。
【０１５８】
第３の下部半導体ＤＢＲ３０３３は、第２の下部半導体ＤＢＲ３０３２の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層３０３ａと高屈折率層３０３ｂ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（図示省略）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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１５９】
下部スペーサ層３０４は、第３の下部半導体ＤＢＲ３０３３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＧａＡｓからなる層である。
【０１６０】
活性層３０５は、下部スペーサ層３０４の＋Ｚ側に積層され、一例として図２１に示されるように、３層の量子井戸層３０５ａと４層の障壁層３０５ｂとを有している。各量子井戸層３０５ａはＧａＩｎＮＡｓからなる層であり、各障壁層３０５ｂはＧａＡｓからなる層である。
【０１６１】
上部スペーサ層３０６は、活性層３０５の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＧａＡｓからなる層である。
【０１６２】
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波長の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。また、活性層３０５で発生した熱は、主として下部半導体ＤＢＲ３０３を介して放熱されるようになっている。
【０１６３】
上部半導体ＤＢＲ３０７は、上部スペーサ層３０６の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層３０７ａとｐ−ＧａＡｓからなる高屈折率層３０７ｂのペアを２６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（図示省略）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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１６４】
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が厚さ２０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層の挿入位置は、上部スペーサ層３０６から光学的に５λ／４離れている。
【０１６５】
なお、被選択酸化層が含まれる低屈折率層は、ｐ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる層であり、他の低屈折率層は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる層である。また、被選択酸化層が含まれる低屈折率層では、被選択酸化層に隣接して厚さ３５ｎｍのｐ−Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓからなる中間層（図示省略）が設けられている。
【０１６６】
この面発光レーザアレイ６００は、前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。なお、図１９における符号３１１は保護層、符号３１２はポリイミド、符号３１３はｐ側の電極、符号３１４はｎ側の電極、符号３０８ａは酸化層、符号３０８ｂは電流通過領域である。
【０１６７】
この面発光レーザアレイ６００は、各発光部の下部半導体ＤＢＲ３０３が、前記面発光レーザ素子１００の下部半導体ＤＢＲ１０３と同様な構成を有しているため、前記面発光レーザアレイ５００と同様な効果を得ることができる。
【０１６８】
なお、メサを形成する際にエッチングを共振器構造体中で停止させるため、スペーサ層として、ＧａＡｓからなる層に代えてＩｎ（インジウム）を含むＧａＩｎＰからなる層を用いても良い。
【０１６９】
光源３００２から出力された光信号は、光ファイバケーブル３００４に結合し、該光ファイバケーブル３００４を導波して光受信モジュール３００５に入力される。なお、光ファイバケーブル３００４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。
【０１７０】
光受信モジュール３００５は、光信号を電気信号に変換する受光素子３００６と、受光素子３００６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３００７とを有している。
【０１７１】
本実施形態に係る光送信モジュール３００１によると、光源３００２が面発光レーザアレイ６００を有しているため、安定した光信号を生成することが可能となる。その結果として、光伝送システム３０００は、高品質の光伝送を行うことが可能となる。
【０１７２】
そこで、光伝送システム３０００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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
なお、ここでは、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面発光レーザ素子を１次元又は２次元にアレイ状に配置して、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。
【０１７６】
また、ここでは、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。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
以上説明したように、本発明の面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイによれば、長寿命で、高い発光効率及び優れた温度特性を実現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。また、本発明の光伝送モジュールによれば、安定した光信号を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、高品質の光伝送を行うのに適している。
【符号の説明】
【０１７８】
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、１０３…下部半導体ＤＢＲ（第１の半導体多層膜反射鏡）、１０３２…第２の下部半導体ＤＢＲ（第１の部分反射鏡）、１０３３…第３の下部半導体ＤＢＲ（第２の部分反射鏡）、１０３ａ…低屈折率層（第２の層）、１０３ｂ…高屈折率層（第１の層）、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（第２の半導体多層膜反射鏡）、２０３…下部半導体ＤＢＲ（第１の半導体多層膜反射鏡）、２０３２…第２の下部半導体ＤＢＲ（第１の部分反射鏡）、２０３３…第３の下部半導体ＤＢＲ（第２の部分反射鏡）、２０３ａ…低屈折率層（第２の層）、２０３ｂ…高屈折率層（第１の層）、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（第２の半導体多層膜反射鏡）、３０３…下部半導体ＤＢＲ（第１の半導体多層膜反射鏡）、３０３２…第２の下部半導体ＤＢＲ（第１の部分反射鏡）、３０３３…第３の下部半導体ＤＢＲ（第２の部分反射鏡）、３０３ａ…低屈折率層（第２の層）、３０３ｂ…高屈折率層（第１の層）、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（第２の半導体多層膜反射鏡）、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、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、３０００…光伝送システム、３００１…光送信モジュール（光伝送モジュール）、３００２…光源、３００３…駆動回路（駆動装置）、３００４…光ファイバケーブル（光伝達媒体）、３００６…受光素子（変換器の一部）、３００７…受信回路（変換器の一部）、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１７９】
【特許文献１】米国特許第５４９３５７７号明細書
【特許文献２】特開２００５−３５４０６１号公報
【特許文献３】特開２００７−２９９８９７号公報
【特許文献４】米国特許第６７２０５８５号明細書
【図１】
0005610240.tif 000002
【図２】
0005610240.tif 000003
【図３】
0005610240.tif 000004
【図４】
0005610240.tif 000005
【図５】
0005610240.tif 000006
【図６】
0005610240.tif 000007
【図７】
0005610240.tif 000008
【図８】
0005610240.tif 000009
【図９】
0005610240.tif 000010
【図１０】
0005610240.tif 000011
【図１１】
0005610240.tif 000012
【図１２】
0005610240.tif 000013
【図１３】
0005610240.tif 000014
【図１４】
0005610240.tif 000015
【図１５】
0005610240.tif 000016
【図１６】
0005610240.tif 000017
【図１７】
0005610240.tif 000018
【図１８】
0005610240.tif 000019
【図１９】
0005610240.tif 000020
【図２０】
0005610240.tif 000021
【図２１】
0005610240.tif 000022
【図２２】
0005610240.tif 000023
【図２３】
0005610240.tif 000024