(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ単結晶により形成されている表面が［０ −１ １］軸を含む基板と、
前記基板上に下部ＤＢＲ層と活性層と上部ＤＢＲ層を形成し、前記活性層及び前記上部ＤＢＲ層に形成したメサと、
前記上部ＤＢＲ層の一部として形成された電流狭窄層を前記メサの周囲より酸化することにより形成された選択酸化領域及び、前記選択酸化領域よりも前記メサの内側において電流が注入される電流狭窄領域と、
前記メサの前記上部ＤＢＲ上に形成された開口部を有する上部電極と、
前記基板の裏面に形成された下部電極と、
を有する前記基板に垂直方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
前記開口部内における光強度プロファイルのうち、基本横モード光のプロファイルの高い強度を示す領域である光出力中心部を含む第１の領域と、前記開口部内における前記第１の領域以外の領域となる第２の領域と、を有し、
前記第１の領域は、前記基板の表面において、前記光出力中心部と、前記光出力中心部から外側に突出する３つ以上の凸部を有しており、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界は、複数の凹凸を有し、
前記基板の表面において、前記光出力中心部から前記凸部の先端までの長さが最も長い第１の凸部の方向が、［０ −１ １］方向、または、［０ −１ １］方向に直交する方向であって、
前記凸部のうち前記第1の凸部の方向とは異なる方向に伸びる凸部は、前記光出力中心部から前記異なる方向に伸びる凸部の先端までの長さが、前記第1の凸部よりも短いものであって、
前記第２の領域の反射率よりも前記第１の領域の反射率が高くなるように、前記第１の領域または前記第２の領域の少なくともいずれか一方に誘電体層が形成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
前記基板の法線方向は、［１ ０ ０］方向であって、
前記第１の領域の第１の凸部の方向が、［０ １ １］方向、または、［０ −１ １］方向のいずれか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。
【請求項３】
前記基板の法線方向は、［１ ０ ０］方向から［１ １ １］方向、または、［１ ０ ０］方向から［１ −１ −１］方向に傾斜している傾斜基板であって、
前記第１の領域の第１の凸部の方向は、［０ −１ １］方向、または、基板の鏡面研磨面が［１ １ １］方向と［１ −１ −１］方向を含む面と交わる線の方向のいずれか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。
【請求項４】
前記第１の領域は、誘電体多層膜により誘電体多層膜ミラーが形成されてい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。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の面発光レーザが複数設けられていることを特徴とする面発光レーザアレイ。
【請求項６】
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５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。
【請求項７】
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６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。
【請求項８】
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７に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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ものであり、基板に平行な方向に光を出射する端面発光型の半導体レーザよりも低価格、低消費電力、及び小型であり、１次元及び２次元デバイスに好適であり、かつ、高性能であることから、近年、注目されている。
【０００３】
ＶＣＳＥＬ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、光ディスク装置における書き込み用光源（発振波長：７８０ｎｍ、８５０ｎｍ）、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、１．５μｍ）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 Integration）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。
【０００４】
これらＶＣＳＥＬの応用分野の多くの場合において、高い出力の単一基本モード光が必要とされている。例えば、光伝送システムでは、長い距離を低雑音で伝送するには高出力で単一波長の光源が必要である。
【０００５】
さらには、高い出力の単一基本モード光であるうえに偏光方向が一定であることが必要とされる場合も多い。例えば、光書き込み系では、出力ビームの絞込みのために精密で複雑な光路の制御を行なう必要があり、高出力、単一波長で偏光方向が一定の光源が好ましい。
【０００６】
従来のＶＣＳＥＬの代表的な構成を図１に示す。ｎ型ＧａＡｓ基板９０１上に、ｎ型下部半導体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層９０２、下部スペーサー層９０３、活性層９０４、上部スペーサー層９０５およびｐ型上部半導体ＤＢＲ層９０６を順次積層した構造からなる。ｐ型上部半導体ＤＢＲ層９０６の最上層には高濃度にドーピングした半導体からなるコンタクト層９０７が設けられている。更に、コンタクト層９０７の上には、開口部を有する上部電極９０８が設けられており、ｎ型ＧａＡｓ基板９０１の裏面には下部電極９０９が設けられている。また、ｐ型上部半導体ＤＢＲ層９０６内においては、活性層９０４の近傍に選択酸化領域９１１と電流狭窄領域９１２とを有する電流狭窄層９１３が設けられており、電流狭窄構造となっている。また、ＶＣＳＥＬは、円形台状または矩形台状のメサ９３０構造を有しており、電流狭窄層９１３における電流狭窄構造は、ＡｌＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層をメサ９３０の周囲より選択酸化し、選択酸化領域９１１を形成することにより形成される。尚、下部スペーサー層９０３、活性層９０４、上部スペーサー層９０５により、共振器９２０が形成される。
【０００７】
このようなＶＣＳＥＬで単一基本横モード発振を得るためには、狭窄部の一辺の大きさ又は直径を３〜５μｍ以下にする必要がある。このため発振に寄与する活性層領域が小さくなるので、光出力が小さい。また、このような小さい寸法の狭窄部を分布と再現性良く得るのは困難である。
【０００８】
更には、ＶＣＳＥＬは構造の共振器光軸に対し対称性が高いので偏光方向を一定にするのは困難である。このため、特許文献１及び２、非特許文献１から３に示す方法が試みられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、非特許文献１には、上部半導体ＤＢＲ層の表面に厚さ１／λの位相逆転層を設け基本モードが入射する領域に４０〜６０ｎｍの深さの円形のレリーフを設けたものであり、高次モード光が入射する領域では入射光と反射光の位相が逆転するため高次モードの反射が抑制され、位相逆転層は実質的に半導体層である。この構成はレリーフの深さの精度がモードの制御性に大きく影響する。レリーフの形成はＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチング法やＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法やＦＩＢ（Focused Ion Beam）法やウェットエッチング法により行われるが、位相逆転層中にエッチングストップ層は設けない層構成なので、ウェハ全域で均一な孔の深さを得るのは困難であり、歩留の向上には限界がある。
【００１０】
また、特許文献１には、ＤＢＲの伝播光軸の外周部に散乱損失構造部を設け高次モード光の散乱損失を大きくするため、散乱損失部は平面形状が、共振器中心軸に対し鋭角となる孔を形成したものである。また、散乱損失構造部を含む水平面を電流通路が通過する位置なので、この散乱損失構造部は実際には半導体ＤＢＲ部に孔を加工することになる。このため、深さを含め孔の形状を制御性よく形成するにはＲＩＥ法やＦＩＢ法やＩＣＰエッチング法などの異方性の高いエッチング法を用いることになるが、これらによってもウェハ全域で均一な孔の深さを得るのは困難であり、歩留の向上には限界がある。
【００１１】
また、特許文献２には、上部半導体ＤＢＲ層の表面で出射光中心の周辺領域に複数の空孔を設け、低次モードの活性層のエネルギー増加率を高次モードより大きくして低次モードだけを選択的に高出力で発振させる方法が開示されている。しかしながら、空孔同士は繋がっていないので、高次モード光が入射する反射率の高い領域が外周部まで伸びているため高次モード光の抑制が不十分であると考えられる。また、開示されている上部ミラーは１種の材料系のＤＢＲ(半導体多層膜ＤＢＲ)だけで構成する場合だけが示されている。このため、ウェハ全域で孔の形状を、特に深さを、均一に得るのは困難であり、歩留の向上には限界がある。
【００１２】
また、非特許文献２には、偏光制御のために有効性が高い方法として、（３１１）Ａ、Ｂ傾斜基板を用いて活性層に光学利得異方性を発生させる方法が示されている。傾斜基板上に従来の典型的な酸化狭窄型ＶＣＳＥＬを形成した場合、ウェハ上の全ての素子の偏光方向が一定で安定であるとは限らず、この方法だけでは不十分である。また、傾斜基板は（５１１）  １５°off基板まではＤＶＤ（Digital Versatile Disc）書込みレーザ用として広く用いられているため（１００）基板と同等の価格で利用できるが、（３１１）Ａ、Ｂ  ２５°off基板は非常に高価である。
【００１３】
また、非特許文献３には、前述の非特許文献１の構成を発展させたもので、上部半導体ＤＢＲ層の表面に厚さ１／λの位相逆転層を設け基本モードが入射する領域に浅いグレーティングを設けた構成のものが記載されている。高次モード光が入射する領域では入射光と反射光の位相が逆転するため高次モードの反射が抑制されるうえ、グレーティングにより偏光制御された単一横モード光が高出力で得られる。このためグレーティングのピッチは約１μｍで形成する必要がある。よって、レジストパターニングを行う際に、製造コストの上昇を招く電子ビーム露光法を用いる必要がある。また、グレーティングはエッチングにより形成するが、ウェハ全域で孔の形状を、特に深さを、均一に得るのは困難であり、歩留の向上には限界がある。
【００１４】
よって、本発明は、低コストで、単一横モードで、更には偏光方向が安定している高出力が得られる構造の面発光レーザ、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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、ＧａＡｓ単結晶により形成されている表面が［０ −１ １］軸を含む基板と、前記基板上に下部ＤＢＲ層と活性層と上部ＤＢＲ層を形成し、前記活性層及び前記上部ＤＢＲ層に形成したメサと、前記上部ＤＢＲ層の一部として形成された電流狭窄層を前記メサの周囲より酸化することにより形成された選択酸化領域及び、前記選択酸化領域よりも前記メサの内側において電流が注入される電流狭窄領域と、前記メサの前記上部ＤＢＲ上に形成された開口部を有する上部電極と、前記基板の裏面に形成された下部電極と、を有する前記基板に垂直方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、前記開口部内における光強度プロファイルのうち、基本横モード光のプロファイルの高い強度を示す領域である光出力中心部を含む第１の領域と、前記開口部内における前記第１の領域以外の領域となる第２の領域と、を有し、前記第１の領域は、前記基板の表面において、前記光出力中心部と、前記光出力中心部から外側に突出する３つ以上の凸部を有しており、前記第１の領域と前記第２の領域との境界は、複数の凹凸を有し、前記基板の表面において、前記光出力中心部から前記凸部の先端までの長さが最も長い第１の凸部の方向が、［０ −１ １］方向、または、［０ −１ １］方向に直交する方向であって、前記凸部のうち前記第1の凸部の方向とは異なる方向に伸びる凸部は、前記光出力中心部から前記異なる方向に伸びる凸部の先端までの長さが、前記第1の凸部よりも短いものであって、前記第２の領域の反射率よりも前記第１の領域の反射率が高くなるように、前記第１の領域または前記第２の領域の少なくともいずれか一方に誘電体層が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記第１の領域の凸部が、凸部の先端から前記光軸までの距離が異なることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記第１の領域における前記凸部により、前記第２の領域が分断されることなく連続的につながっている形状であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記第１の領域の凸部の先端から前記光軸までの距離が最も大きい第１の凸部の方向が、前記レーザ光の偏光方向に対し垂直方向、または、平行方向のいずれかであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記第１の領域の第１の凸部により、前記第２の領域は分断される構造のものであって、前記第２の領域が分断される方向は、前記レーザ光の偏光方向に対し垂直方向、または、平行方向のいずれかであることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記基板の法線方向は、［１ ０ ０］方向であって、前記第１の領域の第１の凸部の方向が、［０ １ １］方向、または、［０ −１ １］方向のいずれかであることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記基板の法線方向は、［１ ０ ０］方向から［１ １ １］方向、または、［１ ０ ０］方向から［１ −１ −１］方向に傾斜している傾斜基板であって、前記第１の領域の第１の凸部の方向は、［０ −１ １］方向、または、基板の鏡面研磨面が［１ １ １］方向と［１ −１ −１］方向を含む面と交わる線の方向のいずれかであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、前記第１の領域は、誘電体多層膜により誘電体多層膜ミラーが形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記記載の面発光レーザが複数設けられていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、前記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。
【００２５】
また、本発明は、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前記記載の光走査装置と、を有することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、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。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、低コストで、単一横モードで、更には偏光方向が安定している高出力が得られる構造の面発光レーザ及び面発光レーザアレイを得ることができる。また、これら面発光レーザ及び面発光レーザアレイを用いることにより、安定して光走査を行うことができる光走査装置及び高精細な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】面発光レーザの構成図
【図２】本発明に係る面発光レーザの構成図（１）
【図３】本発明に係る面発光レーザの構成図（２）
【図４】本発明に係る面発光レーザの説明図
【図５】本発明に係る面発光レーザの変形例の構造図（１）
【図６】本発明に係る面発光レーザの変形例の構造図（２）
【図７】本発明に係る面発光レーザの変形例の構造図（３）
【図８】本発明に係る面発光レーザの変形例の構造図（４）
【図９】第１の実施の形態における面発光レーザの構造図
【図１０】第２の実施の形態における面発光レーザの構造図
【図１１】第３の実施の形態における面発光レーザの構造図
【図１２】第４の実施の形態における面発光レーザの構造図
【図１３】第５の実施の形態における面発光レーザの構造図
【図１４】第６の実施の形態における面発光レーザの構造図
【図１５】第７の実施の形態における面発光レーザの構造図
【図１６】第８の実施の形態における面発光レーザアレイの構造図
【図１７】第９の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の構成図（１）
【図１８】第９の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の構成図（２）
【図１９】第９の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の説明図
【図２０】第１０の実施の形態におけるマルチビーム走査装置の構成図（１）
【図２１】第１０の実施の形態におけるマルチビーム走査装置の構成図（２）
【図２２】第１０の実施の形態における画像形成装置の構成図
【図２３】比較例１の説明図
【図２４】実施例２の説明図
【図２５】比較例２の説明図
【図２６】比較例３の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
最初に、本発明の概要について説明する。
【００３１】
（１）  第１の構成
第１の構成では、図２に示されるように、第１の領域に誘電体多層膜を形成した構成である。尚、図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における破線２Ａ−２Ｂにおいて切断した断面図である。
【００３２】
具体的には、基板１１上に、下部半導体ＤＢＲ層１２、下部スペーサー層１３、活性層１４、上部スペーサー層１５、上部半導体ＤＢＲ層１６からなる半導体層にメサ３０を形成し、上部電極１８及び下部電極１９を形成し、さらに、上部電極１８の開口部に誘電体多層膜６０を形成したものである。尚、上部半導体ＤＢＲ層１６の最上面はコンタクト層１７となる。また、誘電体多層膜６０が形成され、反射率の高くなっている領域を第１の領域５１とし、上部電極１８の開口部内において第１の領域５１が形成されていない領域を第２の領域５２とする。第１の領域は８つの凸部を有している。また、第２の領域はこれらの凸部に分断されることなく連続的につながっている形状である。つまり、第１の領域が、上部電極１８に接しておらず、第２の領域は連続的につながり、図２（ａ）で見ると分かるように、分断された領域がない。即ち、第２の領域は、分断されていることなく、第１の領域の外側を一周している。これにより、第１の領域と、第２の領域の境界に、様々な凹凸が形成され、高次モード光に対する抑制効果が得られる。
【００３３】
尚、上部半導体ＤＢＲ層１６内には電流狭窄層２０が形成されており、メサ３０後に選択酸化を行うことにより、選択酸化領域２０ａと選択酸化されていない電流狭窄領域２０ｂが形成される。また、下部スペーサー層１３、活性層１４、上部スペーサー層１５により共振器４０が形成される。即ち、電流狭窄層２０は、メサ３０形成後に酸化されていない電流狭窄層２０を選択酸化することにより、選択酸化領域２０ａ（酸化された領域をいう）と酸化されていない領域の電流狭窄領域２０ｂとからなる電流狭窄構造を形成する。つまり、選択酸化後の電流狭窄層２０は、選択酸化領域２０ａと、電流狭窄領域２０ｂから構成されている。
【００３４】
上部半導体ＤＢＲ層１６の最上面において、単一横モード光が入射する第１の領域５１に膜厚（１＋２×ｊ）×λ／（４×ｎ１）の第１の誘電体膜とその上に膜厚(１＋２×ｋ)×λ／（４×ｎ２）の第２の誘電体膜を積層する誘電体膜対を、１つ以上設ける。
【００３５】
ｊ、ｋ：０以上の整数
ｎ１：第１の誘電体膜の屈折率
ｎ２：第２の誘電体膜の屈折率
λ：レーザの発振波長
また、第１の誘電体膜の屈折率（ｎ１）は第２の誘電体膜の屈折率（ｎ２）より小さい。また、上半導体ＤＢＲ層１６の最上層の屈折率（ｎｔ）と第１の誘電体膜の屈折率の関係は、ｎｔ＞ｎ１である。
【００３６】
また、上部半導体ＤＢＲ層１６の最上面の高次モード光が入射する第２の領域５２には何も設けられていない。第１の領域５１に設ける誘電体膜積層膜はＤＢＲ構成なので第１の領域５１は第２の領域５２より反射率が高くなる。
【００３７】
尚、上記の第１の領域５１と第２の領域５２を含む上部電極１８の開口部の全面に、膜厚（１×ｐ）×λ／（２×ｎ３）の不図示の第３の誘電体膜をさらに積層し、これを保護膜として機能させてもよい。
【００３８】
ｐ：１以上の整数
ｎ３:第３の誘電体膜の屈折率
第１の領域５１で逆位相の反射光を発生させないためには、ｎ３≦ｎ２である必要がある。
【００３９】
（２）  第２の構成
第２の構成では、図３に示されるように、第２の領域に逆位相で反射する誘電体層を設ける構成である。尚、図３（ａ）は上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における破線３Ａ−３Ｂにおいて切断した断面図である。具体的には、上部電極１８の開口部において、反射率の高い第１の領域５１には何も形成することなく、第２の領域５２に第４の誘電体膜６１を形成したものである。
【００４０】
これにより、上部半導体ＤＢＲ層１６の最上面の高次モード光が入射する第２の領域５２に、膜厚（１＋２×ｍ）×λ／（４×ｎ４）の第４の誘電体膜６１を設ける。
【００４１】
ｍ：０以上の整数
ｎ４:第４の誘電体膜の屈折率
尚、上部半導体ＤＢＲ層１６の最上層の屈折率（ｎｔ）と第４の誘電体膜６１の屈折率の関係は、ｎｔ＞ｎ４である場合も、ｎｔ＜ｎ４である場合も逆位相の反射光が得られるが、実際的にはほとんどの材料はｎｔ＞ｎ４の関係にある。
【００４２】
また、上部半導体ＤＢＲ層１６の最上面の単一横モード光が入射する第１の領域５１には何も設けない。第２の領域５２からは逆位相光の反射光が発生するので、第２の領域５２は第１の領域５１より実質的に反射率が低くなる。
【００４３】
尚、上記の第１の領域５１と第２の領域５２を含む上部電極１８の開口部の全面に、膜厚（１×ｑ）×λ／（２×ｎ５）の不図示の第５の誘電体膜をさらに積層し、これを保護膜として機能させてもよい。
【００４４】
ｑ：１以上の整数
ｎ５:第５の誘電体膜の屈折率
第１の領域５１で逆位相の反射光を発生させないためには、ｎ５≦ｎｔである必要がある。ｎ５がこの条件を満たせば、ｎｔ＞ｎ３である場合も、ｎｔ＜ｎ３の場合も、第２の領域５２で逆位相の反射光が得られる。
【００４５】
次に、図４に基づき、ＶＣＳＥＬの出射光の横モードの制御に関し説明する。尚、図４（ａ）は、光強度プロファイルを示すものであり、図４（ｂ）は、このプロファイルを示すメサの上面を示すものである。上部半導体ＤＢＲ層１６の表面において、１次基本モード光は共振器の中心軸(光軸)を最大とした単峰性の強度分布をもつ。高次横モード光になると、強度分布は共振器の光軸から離れた円周上に複数のスポットを示すようになる。具体的には、図４において、基本モードＬＰ０１と高次モード（ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード)の強度プロファイルに示されように、基本モード光が入射する領域と高次モード光が入射する領域が混在している領域がある。本発明では、誘電体膜を用いて、基本モード光が入射する領域に反射率が大きく閉じた平面形状をもつ第１の領域５１を設け、高次モード光が入射する領域に反射率が小さい第２の領域５２を設け、モードが混在する領域の境界では、第１の領域５１と第２の領域５２の境界が凹凸であること、つまり、第１の領域５１は円形等の形状ではなく、第１の領域５１は円形等の形状の光出力中心部を含む部分と光出力中心部より第２の領域５２側に延びる凸部を有している。第１の領域５１は単純な円形等の形状ではなく、凹凸をなした形状である。すなわち、第１の領域５１と第２の領域５２との境界に様々な凹凸が形成され、高次モード光に対して抑制効果が得られる。尚、メサ上面において、面発光レーザが発振するレーザ光の光強度プロファイルのうち、基本横モード光のプロファイルの最も強度が高い所を、光出力中心部と言う。
【００４６】
このように、基本横モード光の反射する領域が大きくなることにより、基本横モード光の出力が大きくなる。また、高次モード光の発振を抑制する平面領域が孔ではなく連続的な面なので、専ら高次モード光が入射する光軸から離れた領域には高い反射率をもつ部分がない。
【００４７】
よって、高次モード光の発振を抑制しつつ、高い基本横モード光の出力が得られる。
【００４８】
また、第１の領域５１が閉じた形状なので開口部の外周部は第２の領域５２だけになる。このため、専ら高次モード光が入射する光軸から離れた領域には高い反射率をもつ部分がない。
【００４９】
よって、高次モード光の発振がより抑制されるのでより高い基本横モード光の出力が得られる。従来は、この凸部を、偏光制御機能を付加することを目的として光軸を中心として対抗して２つ設ける場合があるが、本願では、偏光制御機能を付加するか否かにかかわらず３個以上設けることにより、基本横モード光の高い出力が顕著に得られる。高次モード光は、基本横モード光の周辺に同心円状に出現する。具体的には、ｎ個＝２，４，６，８・・・のスポットを持ち、高次モード光（ｎ数が増えるほど高次になる）が発生する。つまり、本実施形態においては、３個以上の凸部を設けることで、基本横モードと、高次モード光の混在する領域の境界で、様々な凹凸が生じ、多くの高次モード光に対して抑制効果が得られる。また、基本横モード光が発生している領域に、第１の領域を設けることで、基本横モード光の出力が大きくなる。なお、第１の領域は、凸部があっても、無くても、反射率が大きく閉じた形状であれば、どのような形状であってもよい。
【００５０】
次に、上部電極１８の開口部に形成される誘電体膜及び誘電体多層膜の材料及び形成方法について説明する。
【００５１】
第１の誘電体膜材料と第２の誘電体膜材料の組み合わせの例としては、第１の誘電体膜／第２の誘電体膜が、ＳｉＯ２／ＳｉＮ、ＳｉＯ２／ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２／ＺｒＯ２、ＳｉＯ２／ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２、ＳｉＯ２／ａ−Ｓｉ等が挙げられる。
【００５２】
また、第４の誘電体膜材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＦ２、ＴｉＯ２、ａ−Ｓｉ等が挙げられる。第３の誘電体膜、及び、第５の誘電体膜材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯｎ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＮなどがあげられる。これらは、プラズマＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、反応性スパッタリング法などにより形成される。
【００５３】
次に、これらの誘電体膜のパターン形成法について述べる。
【００５４】
（１）における第１の構成例の場合では、上部半導体ＤＢＲ層１６の上面全域に第１の誘電体膜と第２の誘電体膜のペアを形成した後、第１の領域５１を以外の部分をエッチング法やリフトオフ法により除去する。また、（２）における第２の構成例の場合では、上部半導体ＤＢＲ層１６の上面全域に第４の誘電体膜を形成した後、第１の領域５１をエッチング法により除去する。
【００５５】
これらの誘電体膜と下地となる半導体層は異種材料なので、制御性の高いエッチング加工が可能である。ウェットエッチング法の場合は、例えば、ＨＦ（フッ酸）水溶液でＳｉＯ２／ＳｉＯＮペアは容易にエッチングされるが、ＧａＡｓはほとんどエッチングされない。つまり上部半導体ＤＢＲ層１６の表面をエッチングストップ層として利用することができるので、ウェハ全域において、上部半導体ＤＢＲ層１６表面でエッチングが停止する。
【００５６】
また、ドライエッチング法の場合も、例えば、ＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチングの場合は、ＳｉＯ２／ＳｉＯＮペアは容易にエッチングされるが、ＧａＡｓ表面でエッチングが停止する。つまり上部半導体ＤＢＲ層１６表面をエッチングストップ層として利用することができるので、ウェハ全域において、上部半導体ＤＢＲ層１６の表面でエッチングが停止する。
【００５７】
また、本発明の場合は、横モードを制御するのに上部半導体ＤＢＲ層１６上に、誘電体多層膜または誘電体膜からなる誘電体構造を形成しているため、上部半導体ＤＢＲ層をエッチング加工する方法と異なり、制御性の高い加工ができるので、品質が安定し、歩留も向上し、信頼性が高いものとなる。
【００５８】
このようにして、単一横モード高出力が得られ、安定した品質で高い歩留で製造できるＶＣＳＥＬが得られる。
【００５９】
次に、図５及び図６に基づきメサ３０の上面の上部電極１８の開口部における第１の領域５１と第２の領域５２の形状について説明する。図５に示す実施の形態は、第２の領域は、第１の領域により分断されている。つまり、第１の領域の周囲に、第２の領域が形成されているが、第１の領域により形成された、いくつかの凸部により第２の領域が分断されている。例えば、図５（ａ）の場合は、第１の領域５１ａからの凸部により、第２の領域５２aが４つに分断されている。これにより、先述の実施例に比べて、より外側の部分に対しても、第１の領域と、第２の領域の境界に、様々な凹凸が生じ、さらに多くの高次モード光に対して抑制効果が得られる。
【００６０】
図５（ａ）は、第１の領域５１ａがレーザ光の光軸とメサ上面の交点を含む光出力中心部を含む部分と４つの２段の凸部が十字状に形成されており、さらに第２の領域５２ａを４つに分断するように形成されたものである。
【００６１】
図５（ｂ）は、第１の領域５１ｂがレーザ光の光軸を中心にして光出力中心部を含む部分に円形に形成されており、更に６０°ごとに６つの凸部が形成されたものであって、そのうちの１２０°ごとの第１の凸部は、第２の領域５２ｂを３つに分断するように形成されたものである。他の電極まで達せず第２の領域を分断しない凸部は第２の凸部である。
【００６２】
図５（ｃ）は、第１の領域５１ｃがメサ３０上面の光出力中心部を中心に第２の凸部が五芒星状に形成されており、さらに、第２の領域５２ｃを３つに分断するような３つの第１の凸部が形成されたものである。
【００６３】
図５（ｄ）は、第１の領域５１ｓがレーザ光の光軸を中心にして光出力中心部を含む部分に円形に形成されており、更に１２０°ごとに３つの凸部が形成されたものであって、これらの凸部は、第２の領域５２ｓを３つに分断するように形成されたものである。
【００６４】
図６（ａ）は、第２の領域５２ｄを分断することなく、第１の領域５１ｄがメサ３０上面の光出力中心部を中心に凸部が十字状に形成されたものである。
【００６５】
図６（ｂ）は、第２の領域５２ｅを分断することなく、第１の領域５１ｅがメサ３０上面の光出力中心部を含む部分に円形に形成され、更に６０°ごとに６つの凸部が形成されたものである。
【００６６】
図６（ｃ）は、第２の領域５２ｆを分断することなく、第１の領域５１ｆがメサ３０上面の光出力中心部を中心に五芒星状に形成されたものである。
【００６７】
図６（ｄ）は、第２の領域５２ｇを分断することなく、第１の領域５１ｇがメサ３０上面の光出力中心部を含む部分に円形に形成され、更に４５°ごとに８つの凸部が形成されたものである。尚、図６（ｄ）は、図２に示す第１の領域５１と同様の構造である。
【００６８】
また、発明者らの実験によれば、ＧａＡｓ（１ ０ ０）面基板に形成した構造の酸化狭窄型の円柱メサ及び正四角形柱メサで上部半導体ブラッグ反射鏡上のレーザ光を出射する電極開口部に誘電体層を設けない構造のＶＣＳＥＬの基本横モード光の偏光方向は、［０ １ １］方向、または［０ −１ １］方向のどちらかであった。さらに、同一エピタキシャル膜構造で電極開口に本願の誘電体層構造を設け、それ以外は同一素子構造の素子の偏光方向は、［０ １ １］方向、または［０ −１ １］方向の一方が優先的に出現した。
【００６９】
これは、次のような要因が関与すると考えられる。即ち、活性層が異方性の歪みを有する。素子の膜面に垂直な電界により誘起される屈折率が結晶構造的に異方性をもつ。酸化狭窄形状の非対称性、絶縁膜の応力の非対称性、配線の応力の非対称性などにより、活性層に及ぼす応力に異方性がでたり、さらに屈折率に異方性がでたり、電流注入分布に異方性がでるためと考えられる。これらの要因が相互に複雑に関与し偏光方向が決まる。
【００７０】
また、第１の領域５１を直交する２軸方向において異なる形状（Ｘ軸方向における形状とＹ軸方向における形状が異なる形状）により形成することにより、上記の応力の異方性、屈折率の異方性、電流注入分布の異方性をさらに高め、これらに光閉じ込めの異方性が加わるためと考えられる。
【００７１】
次に、偏光を制御できる素子を作製するための実際的な手順の例を示す。
【００７２】
最初に、上部電極１８の開口部に誘電体層を設けない構造のＶＣＳＥＬを作製し、このＶＣＳＥＬの偏光方向が、［０ １ １］方向、または［０ −１ １］方向のうち、どちらが優先的に出現するか評価する。この結果をもとに、上部電極１８の開口部に誘電体層を設けない構造のＶＣＳＥＬの場合に、優先的に出現する方向に直交するような方向が長くなるように、つまり第１の凸部をこの方向に設けた第１の領域５１を形成する。これにより、偏光が制御されたＶＣＳＥＬを作製する。この偏光が制御されたＶＣＳＥＬの偏光方向は、上部電極１８の開口部に誘電体層を設けていない構造のＶＣＳＥＬの偏光方向と同じであるうえに、より安定した偏光方向をもつ。さらには、第１の領域５１では、中心領域に円形状に形成された誘電体層構造を有しており、これによりＶＣＳＥＬにおいてより高い単一横モード光出力が得られる。尚、第１の領域５１が、直交する２軸方向において異なる形状のものよりも、直交する２軸方向において同一の形状のものの方が、ＶＣＳＥＬの偏光方向は、より不安定になる傾向が強い。
【００７３】
また、上部電極１８の開口部に誘電体層を設けない構造のＶＣＳＥＬで、ＶＣＳＥＬの偏光方向が［０ １ １］方向、または［０ −１ １］方向のうちどちらが優先的か明確でない場合も、第１の領域５１が長くなる方向を［０ １ １］方向、または［０ −１ １］方向のうちどちらかとなるように誘電体層構造を有するＶＣＳＥＬを作製すれば、偏光方向は［０ １ １］方向、または［０ −１ １］方向のうちどちらかに安定するようになる。また、このＶＣＳＥＬの場合も、第１の領域５１が長くなる方向を持たない第１の領域５１と第２の領域５２をもつ誘電体層構造のＶＣＳＥＬより高い単一横モード光出力が得られる。
【００７４】
これにより、第１の領域５１の一方向を長くした形状とし、さらに、第１の領域５１の領域が長く形成されている方向を指定することにより、単一横モード高出力が得られるうえに偏光制御できるＶＣＳＥＬの提供が可能になった。
【００７５】
このような第１の領域５１の形状の変形例について、図７に基づき説明する。尚、Ｙ軸方向が［０ １ １］方向、または［０ −１ １］方向のいずれか一方となる。尚、いずれの場合においても、第１の領域５１の光出力中心部からはＹ軸方向に延びた形状で形成されている。
【００７６】
図７（ａ）は、第２の領域５２ｈを分断することなく、第１の領域５１ｈがメサ３０上面の光出力中心部を含む部分に楕円形に形成されており、更に８つの凸部が形成されたものである。尚、第１の領域５１ｈは、Ｙ軸方向に延びた形状で形成されている。つまり第１の凸部はＹ軸方向を向いている。
【００７７】
図７（ｂ）は、第１の領域５１ｉがメサ３０上面の光出力中心部を含む部分に楕円形に形成されており、更に６つの凸部が形成されており、Ｙ軸方向に延びる凸部により第２の領域５２ｉが２つに分断されるように形成されたものである。つまり第１の凸部はＹ軸方向を向いている。
【００７８】
図７（ｃ）は、第１の領域５１ｊをメサ３０上面の光出力中心部を中心に十字状に形成されており、Ｙ軸方向において、第１の領域５１ｊの十字により第２の領域５２ｊが２つに分断されるように形成されたものである。つまり第１の凸部はＹ軸方向を向いている。
【００７９】
図７（ｄ）は、第２の領域５２ｋを分断することなく、第１の領域５１ｋがメサ３０上面の光出力中心部を中心とするＹ軸方向に長い長方形に形成されており、この長方形の４つの角に第１の凸部が形成されているものである。
【００８０】
また、発明者らの実験によれば、前記の鏡面研磨面の法線方向が［１ ０ ０］方向の半導体基板を用い第１の領域５１の一方向を長く形成したＶＣＳＥＬであっても、全てのウェハの全てのＶＣＳＥＬの偏光方向が同一でない場合があった。この原因として、エピタキシャル膜の組成やドーピング量がばらつくため、活性層の歪みがばらつき、活性層にかかる応力や電気抵抗や熱伝導に異方性のバラツキがあること、エッチングによるメサ形成や酸化狭窄構造形成や配線形成で発生する応力に異方性のバラツキがあるためなどが考えられる。
【００８１】
このため、より強力な偏光制御を行うために、（１ ０ ０）面が、［１ １ １］方向、または、［１ −１ −１］方向に傾斜した基板を用い、第１の領域５１が長くなる方向が、［０ −１ １］方向、または、［１ １ １］方向と［１ −１ −１］方向含む面と交わる線の方向のいずれかとなるようにＶＣＳＥＬを形成した。このＶＣＳＥＬは、酸化狭窄型の円柱メサ及び正四角形柱メサが形成されている。基本横モード光の偏光方向は、第１の領域５１を長く形成した方向に一致し、前述のＧａＡｓ（１ ０ ０）面基板上で、一方向に長く形成された第１の領域５１の平面形状をもつＶＣＳＥＬよりもより偏光方向が安定している素子が得られる。なお、この傾斜基板では、［０ −１ １］方向とは基板の回転軸方向である。また、基板の鏡面研磨面が［１ １ １］方向と［１ −１ −１］方向とを含む面と交差する線の方向とは、その回転軸と直交する鏡面研磨面上の方向である。
【００８２】
次に、傾斜基板を用い偏光を制御できる素子を作製するための実際的な手順の例を示す。傾斜基板を用いた場合、活性層の組成を変化させることにより活性層の歪を調整し、電極開口部に誘電体層を設けない構造のＶＣＳＥＬにおいて、偏光方向が［０ −１ １］方向、又は、基板の鏡面研磨面が、［１ １ １］方向と［１ −１ −１］方向を含む面と交わる線の方向のどちらかとなるように設定する。
【００８３】
次に、上部電極１８の開口部に誘電体層を設けない構造のＶＣＳＥＬの場合に設定した偏光方向に直交する方向が長くなるように誘電体層構造が形成された第１の領域５１を有するＶＣＳＥＬを作製する。この誘電体層構造をもつＶＣＳＥＬの偏光方向は上部電極１８の開口部に誘電体層を設けない構造のＶＣＳＥＬの偏光方向と同じであるうえ、同様に高く安定した偏光方向をもつ。さらには、第１の領域が長くなる方向を持たない誘電体層構造のＶＣＳＥＬより高い単一横モード光出力が得られる。尚、誘電体層構造を第２の領域５２にのみ形成した場合も同様である。
【００８４】
よって、傾斜基板を用いたうえに、所定の方向に長く形成した第１の領域５１の平面形状をとることにより、単一横モード高出力が得られるうえに良好に偏光制御できるＶＣＳＥＬの提供が可能になった。
【００８５】
このような第１の領域５１の形状の変形例について、図８に基づき説明する。尚、Ｙ軸方向が［０ −１ １］方向、又は、基板の鏡面研磨面が、［１ １ １］方向と［１ −１ −１］方向を含む面と交わる線の方向のいずれか一方となる。尚、いずれの場合においても、第１の領域５１の中央部分はＹ軸方向に延びた形状で形成されている。
【００８６】
図８（ａ）は、第１の領域５１ｍがメサ３０上面の光出力中心部を含む部分に楕円形に形成されており、更に８つの凸部が形成されたものであって、Ｙ軸方向に延びる凸部により第２の領域５２ｍが２つに分断されるように形成されたものである。つまり第１の領域の第１の凸部はＹ軸方向を向いている。
【００８７】
図８（ｂ）は、第２の領域５２ｎを分断することなく、第１の領域５１ｎがメサ３０上面の光出力中心部を含む部分に楕円形に形成されており、更に６つの凸部が形成されたものである。尚、第１の領域５１ｎは、Ｙ軸方向に延びた形状で形成されている。つまり第１の領域の第１の凸部はＹ軸方向を向いている。
【００８８】
図８（ｃ）は、第２の領域５２ｐを分断することなく、第１の領域５１ｐがメサ３０上面の光出力中心部を中心に十字状に形成されたものであって、このうちＹ軸方向が長くなるように形成されたものである。つまり第１の領域の第１の凸部はＹ軸方向を向いている。
【００８９】
図８（ｄ）は、第２の領域５２ｑを分断することなく、第１の領域５１ｑがメサ３０の上面の光出力中心部を中心に、Ｙ軸方向に長いＸ字状に形成されており、Ｙ軸方向において中央部分がつながるように形成されているものである。この長方形の４つの角に第１の凸部が形成されているものである。
【００９０】
図８（ｅ）は、メサ３０ａが方形状に形成されているものであり、メサ３０ａの上面において、第２の領域５２ｒを分断することなく、第１の領域５１ｒがメサ３０の光出力中心部を含む部分に十字状に形成されたものであって、このうちＹ軸方向が長くなるように形成されたものである。つまり第１の領域の第１の凸部はＹ軸方向を向いている。
【００９１】
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、ＶＣＳＥＬの光出射面において、中央部分に誘電体膜を積層することにより反射率の高い高反射率領域を形成したものであって、この高反射率領域の形状は、光出力中心部を含む領域と光出力中心部から上部電極に延びる周辺部とを有している構造のものである。
【００９２】
（面発光レーザ）
図９に基づき、本実施の形態における面発光レーザについて説明する。図９（ａ）は、本実施の形態における面発光レーザのメサの部分の上面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）における破線９Ａ―９Ｂにおいて切断した断面図である。本実施の形態における面発光レーザは、７８０ｎｍ帯の面発光レーザであり、基板１１１上に、下部半導体ＤＢＲ層１１２、下部スペーサー層１１３、活性層１１４、上部スペーサー層１１５、上部半導体ＤＢＲ層１１６からなる半導体層が、エピタキシャル成長によって順次積層されている。尚、上部半導体ＤＢＲ層１１６の最上面はコンタクト層１１７となる。
【００９３】
基板１１１は、傾斜基板であり、基板１１１における鏡面研磨面の法線方向が、[１００]方向から、[１１１]Ａ方向に１５度傾斜しているｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【００９４】
下部半導体ＤＢＲ層１１２は、ｎ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを４２．５ペア有している。
【００９５】
下部スペーサー層１１３は、Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる層である。
【００９６】
活性層１１４は、ＧａＩｎＡｓＰ／Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる３重量子井戸構造の活性層である。
【００９７】
上部スペーサー層１１５は、Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる層である。
【００９８】
上部半導体ＤＢＲ層１１６は、ｐ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓからなる低屈折率層と、ｐ−Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる高屈折率層のペアを３２ペア有している。
【００９９】
コンタクト層１１７は、ｐ−Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる厚さ５０ｎｍの層である。
【０１００】
また、上部半導体ＤＢＲ層１１６において、上部スペーサー層１１５から２ペア目の低屈折率層には、ｐ−Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓからなる厚さ３０ｎｍの電流狭窄層１２０が形成されている。なお、上記のエピタキシャルにより形成された積層体を、便宜上「第１の積層体」という。
【０１０１】
また、第１の積層体にメサ１３０構造が形成されており、電流狭窄層１２０の一部を選択酸化することにより、選択酸化領域１２０ａと電流狭窄領域１２０ｂとが形成され、更には、コンタクト層１１７上には、中央部分に開口を有する上部電極１１８が形成され、基板１１１の裏面には下部電極１１９が形成されている。尚、下部スペーサー層１１３、活性層１１４、上部スペーサー層１１５により共振器１４０が形成される。
【０１０２】
更に、本実施の形態における面発光レーザでは、メサ１３０の上面である、上部電極１１８に囲まれた領域内に、ＳｉＯ２膜１６１及びＳｉＮ膜１６２からなる誘電体多層膜が積層形成されている第１の領域１５１と誘電体多層膜が形成されていない第２の領域１５２とを有している。第１の領域１５１は、光出射面の中央部分、即ち、上部電極１１８に囲まれた領域内の中央部分に形成されており、形状は円形の光出力中心部を含む部分１５１ａと、光出力中心部の中央部分より十字に外側に延びる凸部１５１ｂを有している。本実施の形態では、例えば、光出力中心部を含む部分１５１ａは、φ５μｍの円形状に形成されており、周辺部１５１ｂは、幅が３μｍの十字状に、Ｘ軸方向の長さが８μｍ、Ｙ軸方向の長さが１２μｍで形成されている。つまり第１の領域の第１の凸部はＹ軸方向を向いている。このように、Ｘ軸方向の長さと、Ｙ軸方向の長さを異なる長さで形成することにより、安定した偏光の光を得ることができるとともに、単一横モードの光を得ることができる。
【０１０３】
（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説明する。具体的には、以下の工程に従い作製する。
（１）  前述した第１の積層体をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法による結晶成長によって作製する。
（２）  第１の積層体の表面に半径が１４μｍの円形のレジストパターンを形成する。
（３）  Ｃｌ２ガスを用いたＩＣＰエッチング法により、レジストパターンをマスクとして円柱状のメサ１３０を形成する。尚、ＩＣＰエッチング法によるエッチングは、下部スペーサー層１１３が露出するまで行う。
（４）  レジストパターン除去した後、４２０℃の水蒸気雰囲気中において、メサ１３０が形成された第１の積層体の電流狭窄層１２０の選択酸化を行う。選択酸化はメサ１３０の周辺部より電流狭窄層１２０が酸化され選択酸化領域１２０ａが形成され、電流狭窄層１２０の中央部分には電流狭窄領域１２０ｂが形成される。形成された電流狭窄領域１２０ｂは、直径が７μｍの円形に形成する。
（５）  次に、メサ構造１３０の上面の全面に、厚さ（１／４λｎ１１）のＳｉＯ２膜１６１をプラズマＣＶＤ法により形成する。(ｎ１１の屈折率：１．４５)
（６）  次に、ＳｉＯ２膜１６１上に、厚さ（１／４λｎ１２）のＳｉＮ膜１６２をプラズマＣＶＤ法により形成する。(ｎ１２の屈折率：２．００)
（７）  次に、ＳｉＮ膜１６２上に、厚さ０．５μｍのＡｌ膜を蒸着法により形成する。（８）  次に、メサ１３０の上面に、第２の領域１５２に開口部を有するレジストパターンを形成し、ＨＣｌによる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Ａｌを除去し、第１の領域１５１上にＡｌからなるマスクを形成する。尚、このＡｌからなるマスクは、メサ１３０の上面以外の周辺にも形成される。この後、ＣＦ４とＨ２ガスを用いたＲＩＥ法により、第２の領域１５２におけるＳｉＯ２膜１６１及びＳｉＮ膜１６２を除去し、第１の領域１５１にのみＳｉＯ２膜１６１及びＳｉＮ膜１６２からなる誘電体多層膜を形成する。この誘電体多層膜は第１の領域１５１における反射率が高くなるように設定されているため、第２の領域１５２よりも、第１の領域１５１における反射率は高くなる。
【０１０４】
このように形成された第１の領域１５１は、前述したように、直径が５μｍの円形状の光出力中心部を含む部分１５１ａと、幅が３μｍの十字状の凸部１５１ｂとを有している。十字状の周辺部１５１ｂは、縦方向の長さと横方向の長さ、即ち、Ｙ軸方向の長さとＸ軸方向の長さが異なるものであり、Ｘ軸方向における長さが８μｍであるのに対し、Ｙ軸方向における長さが１２μｍであり、Ｙ軸方向が長く形成されている。このＹ軸方向は、基板研磨面と［１ ０ ０］軸と［１ １ １］軸を含む面が交わる線の方向、つまり、［０ −１ １］方向と直交する方向である。また、Ｘ軸方向は、［０ −１ １］方向となるように形成されている。
【０１０５】
尚、この形状の第１の領域１５１の長く形成されている方向は、基板研磨面と［１ ０ ０］軸と［１ １ １］軸を含む面が交わる線の方向、つまり、［０ −１ １］方向と直交する方向である。
（９）  次に、メサ上面の淵に、Ａｕ／Ｚｎ／Ｃｒからなるリング状の上部電極１１８及び不図示の配線、ボンディングパッドをリフトオフ法により形成する。
（１０）  次に、基板１１１の裏面を研磨した後、Ａｕ／Ａｕ−Ｇｅからなる下部電極１１９を形成する。尚、基板１１１は導電性の半導体基板である。
【０１０６】
これにより、本実施の形態における７８０ｎｍ帯の面発光レーザを作製することができる。
【０１０７】
尚、本実施の形態におけるＶＣＳＥＬにおいて、誘電体多層膜により形成される第１の領域１５１を設けていない構造の場合、ＶＣＳＥＬの基本横モードの光出力の偏光方向が、［０ −１ １］方向に固定される。この結果に基づき、本実施の形態における面発光レーザの誘電体層構造の位置、即ち、第１の領域１５１の凸部１５１ｂが長くなる方向が、［０ −１ １］方向と直交する方向となるように形成されている。つまり第１の領域の第１の凸部はＹ軸方向を向いている。
【０１０８】
また、上記説明では、第１の領域１５１における誘電体多層膜をＳｉＯ２膜１６１とＳｉＮ膜１６２との２層により形成した場合について説明したが、交互に４層または、これ以上の層を形成したものであってもよい。
【０１０９】
〔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。第２の実施の形態は、第１の実施の形態における面発光レーザと、誘電体構造である第１の領域及び第２の領域の形状が異なるものである。
【０１１０】
本実施の形態は、活性層１１４における歪が、第１の領域となる誘電体多層膜を設けていない場合におけるＶＣＳＥＬの基本横モードの光出力の偏光方向が、［０ −１ １］方向と直交する方向となるように調整されている。尚、このような構成のエピタキシャル積層体を、便宜上「第２の積層体」という。
【０１１１】
図１０に基づき、本実施の形態について説明する。尚、図１０（ａ）は、本実施の形態における面発光レーザのメサの部分の上面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における破線１０Ａ―１０Ｂにおいて切断した断面図である。本実施の形態における面発光レーザでは、メサ１３０の上面である、上部電極１１８に囲まれた領域内に、ＳｉＯ２膜１６１及びＳｉＮ膜１６２からなる誘電体多層膜が積層形成されている第１の領域１５１と誘電体多層膜が形成されていない第２の領域１５２とを有している。第１の領域１５１は、光出射面の中央部分、即ち、上部電極１１８に囲まれた領域内の中央部分に形成されており、形状は円形の光出力中心部を含む部分１５１ｃと、中央部分より十字に外側に延びる凸部１５１ｄを有している。即ち、第１の領域１５１は、直径が５μｍの円形状の光出力中心部を含む部分１５１ｃと、幅が３μｍの十字状の周辺部１５１ｄとを有している。十字状の周辺部１５１ｄは、縦方向の長さと横方向の長さ、即ち、Ｙ軸方向の長さとＸ軸方向の長さが異なるものであり、Ｙ軸方向における長さが８μｍであるのに対し、Ｘ軸方向における長さが１２μｍであり、Ｘ軸方向が長く形成されている。このＹ軸方向は、基板研磨面と［１ ０ ０］軸と［１ １ １］軸を含む面が交わる線の方向、つまり、［０ −１ １］方向と直交する方向である。また、Ｘ軸方向は、［０ −１ １］方向となるように形成されている。つまり第１の領域の第１の凸部はＸ軸方向を向いている。
【０１１２】
また、本実施の形態では、［０ −１ １］方向と直交する方向であるＹ軸方向が、周辺部１５１ｄが短くなる方向に、［０ −１ １］方向であるＸ軸方向が、周辺部１５１ｄが長くなる方向となるように形成されている。
【０１１３】
よって、本実施の形態では、基本横モードで高い光出力の偏光方向が、［０ −１ １］方向と直交して固定されている面発光レーザが低コストで高い歩留まりで得られる。
【０１１４】
尚、上記以外については、第１の実施の形態と同様である。
【０１１５】
〔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。図１１は本実施の形態における面発光レーザを示すものである。本実施の形態における面発光レーザは、第１の領域１５１に、ＳｉＯ２膜１７１及びＳｉＯＮ膜１７２を形成し、更に、ＳｉＯ２膜１７１及びＳｉＯＮ膜１７２上の第１の領域１５１及び第２の領域１５２を含む全体に、ＳｉＮ層１７３を形成したものである。
【０１１６】
（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説明する。本実施の形態における面発光レーザは、第１の実施の形態における面発光レーザの製造方法において、（４）まで形成したものに、以下の工程を行うことにより作製される。
（１５）  メサ構造１３０が形成されているものの全面に、厚さ（１／４λｎ１１）のＳｉＯ２膜１７１をプラズマＣＶＤ法により形成する。(ｎ１１の屈折率：１．４５)
（１６）  次に、ＳｉＯ２膜１７１上に、厚さ（１／４λｎ２２）のＳｉＯＮ膜１７２をプラズマＣＶＤ法により形成する。(ｎ２２の屈折率：１．７３)
（１７）  次に、ＳｉＯＮ膜１７２上に、厚さ０．５μｍのＡｌ膜を蒸着法により形成する。
（１８）  次に、メサ１３０の上面に、第２の領域１５２に開口部を有するレジストパターンを形成し、ＨＣｌによる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Ａｌを除去し、第１の領域１５１上にＡｌからなるマスクを形成する。尚、このＡｌからなるマスクは、メサ１３０の上面以外の周辺にも形成される。この後、ＣＦ４とＨ２ガスを用いたＲＩＥ法により、第２の領域１５２におけるＳｉＯ２膜１７１及びＳｉＯＮ膜１７２を除去し、第１の領域１５１にのみＳｉＯ２膜１７１及びＳｉＮ膜１７２からなる誘電体多層膜を形成する。この誘電体多層膜は、第１の領域１５１における反射率が高くなるように設定されているため、第２の領域１５２よりも第１の領域１５１における反射率は高くなる。
（１９）  次に、メサ１３０上面の淵に、Ａｕ／Ｚｎ／Ｃｒからなるリング状の上部電極１１８、不図示の配線及びボンディングパッドをリフトオフ法により形成する。
（２０）  次に、メサ１３０の上面全体に、厚さ（１／２λｎ１２）のＳｉＮ膜１７３をプラズマＣＶＤ法により形成する。(ｎ１２の屈折率：２．００)
（２１）  次に、基板１１１の裏面を研磨した後、Ａｕ／Ａｕ−Ｇｅからなる下部電極１１９を形成する。
【０１１７】
これにより、本実施の形態における７８０ｎｍ帯の面発光レーザを作製することができる。
【０１１８】
本実施の形態における面発光半導体レーザは、第１の実施の形態における面発光半導体レーザと同様の特性ものであり、メサ１３０の上面全体にＳｉＮ膜１７３が形成されているため、耐環境性に優れるものである。よって、偏光方向が［０ −１ １］方向に固定され、耐環境性に優れる７８０ｎｍ帯面発光レーザを低コストで高い歩留まりで得ることができる。
【０１１９】
尚、上記以外の内容については第１の実施の形態と同様であり、第２の実施の形態における面発光レーザについても適用することができる。
【０１２０】
〔第４の実施の形態〕
次に、図１２に基づき第４の実施の形態について説明する。尚、図１２（ａ）は、本実施の形態における面発光レーザのメサの部分の上面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）における破線１２Ａ―１２Ｂにおいて切断した断面図である。本実施の形態は、第１の領域１５１及び第２の領域１５２を形成する誘電体層の構造が第１の実施の形態と異なるものである。具体的には、第２の領域１５２に、ＳｉＯ２膜１８１を形成し、更に、ＳｉＯ２膜１８１上の第２の領域１５２及び第１の領域１５１を含む全体に、ＳｉＮ層１８２を形成したものである。
【０１２１】
本実施の形態における面発光レーザの製造方法は、第１の実施の形態における面発光レーザの製造方法において、（４）まで形成したものに、以下の工程を行うことにより作製される。
（２５）  メサ構造１３０が形成されているものの全面に、厚さ（１／４λｎ１１）のＳｉＯ２膜１８１をプラズマＣＶＤ法により形成する。(ｎ１１の屈折率：１．４５)
（２６）  次に、ＳｉＯ２膜１８１上に、厚さ０．５μｍのＡｌ膜を蒸着法により形成する。
（２７）  次に、メサ１３０の上面に、第１の領域１５１に開口部を有するレジストパターンを形成し、ＨＣｌによる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Ａｌを除去し、第２の領域１５２上にＡｌからなるマスクを形成する。尚、このＡｌからなるマスクは、メサ１３０の上面以外の周辺にも形成される。この後、ＣＦ４とＨ２ガスを用いたＲＩＥ法により、第１の領域１５１におけるＳｉＯ２膜１８１を除去し、第２の領域１５２にのみＳｉＯ２膜１８１を形成する。このように形成された、第１の領域１５１及び第２の領域１５２の形状は、第１の実施の形態と同様の形状である。これにより、ＳｉＯ２膜１８１からなる外径が１５μｍの第２の領域１５２が形成される。
（２８）  次に、メサ１３０上面の淵に、Ａｕ／Ｚｎ／Ｃｒからなるリング状の上部電極１１８、不図示の配線及びボンディングパッドをリフトオフ法により形成する。
（２９）  次に、メサ１３０の上面全体に、厚さ（１／２λｎ１２）のＳｉＮ膜１８２をプラズマＣＶＤ法により形成する。(ｎ１２の屈折率：２．００)
（３０）  次に、基板１１１の裏面を研磨した後、Ａｕ／Ａｕ−Ｇｅからなる下部電極１１９を形成する。
【０１２２】
これにより、本実施の形態における７８０ｎｍ帯の面発光レーザを作製することができる。
【０１２３】
本実施の形態における面発光半導体レーザは、第１の実施の形態における面発光半導体レーザと同様の特性ものであり、メサ１３０の上面全体にＳｉＮ膜１８２が形成されているため、耐環境性に優れるものである。よって、偏光方向が［０ −１ １］方向に固定され、耐環境性に優れる７８０ｎｍ帯面発光レーザを低コストで高い歩留まりで得ることができる。
【０１２４】
尚、上記以外の内容については第１の実施の形態と同様であり、第２の実施の形態における面発光レーザについても適用することができる。
【０１２５】
〔第５の実施の形態〕
次に、図１３に基づき第５の実施の形態について説明する。図１３（ａ）は、本実施の形態における面発光レーザのメサの部分の上面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）における破線１３Ａ―１３Ｂにおいて切断した断面図である。本実施の形態は、８５０ｎｍ帯の面発光レーザである。本実施の形態における面発光レーザは、基板２１１上に、下部半導体ＤＢＲ層２１２、下部スペーサー層２１３、活性層２１４、上部スペーサー層２１５、上部半導体ＤＢＲ層２１６からなる半導体層が、エピタキシャル成長によって順次積層されている。尚、上部半導体ＤＢＲ層２１６の最上面はコンタクト層２１７となる。
【０１２６】
基板２１１は鏡面研磨面が（１００）のｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【０１２７】
下部半導体ＤＢＲ層２１２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｎ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる高屈折率層のペアを４２．５ペア有している。
【０１２８】
下部スペーサー層２１３は、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる層である。
【０１２９】
活性層２１４は、ＧａＡｓ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる３重量子井戸構造の活性層である。
【０１３０】
上部スペーサー層２１５は、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる層である。
【０１３１】
上部半導体ＤＢＲ層２１６は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる高屈折率層のペアを２５ペア有している。
【０１３２】
コンタクト層２１７は、ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる層である。
【０１３３】
また、上部半導体ＤＢＲ層２１６において、上部スペーサー層２１５から２ペア目の低屈折率層は、ｐ−Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓからなる厚さ３０ｎｍの電流狭窄層２０が形成されている。尚、上記エピタキシャル成長により形成された積層体を、便宜上「第３の積層体」という。
【０１３４】
また、第３の積層体にメサ２３０構造が形成されており、電流狭窄層２２０の一部を選択酸化することにより、選択酸化領域２２０ａと電流狭窄領域２２０ｂとが形成され、更には、コンタクト層２１７上には、中央部分に開口を有する上部電極２１８が形成され、基板２１１の裏面には下部電極２１９が形成されている。尚、下部スペーサー層２１３、活性層２１４、上部スペーサー層２１５により共振器２４０が形成される。
【０１３５】
更に、本実施の形態における面発光レーザでは、メサ２３０の上面である、上部電極２１８に囲まれた領域内に、誘電体膜が形成されていない第１の領域２５１と誘電体膜であるＳｉＮ膜２６１が形成されている第２の領域２５２とを有している。第１の領域２５１は、光出射面の中央部分、即ち、上部電極２１８に囲まれた領域内の中央部分に形成されており、形状は円形の光出力中心部を含む部分２５１ａと、中央部分より外側に延びる凸部２５１ｂを有している。本実施の形態では、例えば光出力中心部を含む部分２５１ａは、φ５μｍの円形状に形成されており、周辺部２５１ｂは、６０°ごとに外側に延びるように形成されており、Ｙ軸方向における長さが１０μｍである。尚、第１の領域２５１のＸ軸方向の長さは、光出力中心部を含む部分２５１ａとなるため５μｍである。このように、Ｘ軸方向の長さと、Ｙ軸方向の長さを異なる長さで形成することにより、安定した偏光の光を得ることができるとともに、単一横モードの光を得ることができる。
【０１３６】
（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説明する。具体的には、以下の工程に従い作製する。
（４１）上記第３の積層体をＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法による結晶成長によって作製する。
（４２）第３の積層体の表面に半径が１４μｍの円形のレジストパターンを形成する。
（４３）Ｃｌ２ガスを用いてＥＣＲエッチング法で、前述のレジストパターンをマスクとして円柱状のメサを形成する。尚、ＩＣＰエッチング法によるエッチングは、下部スペーサー層２１３が露出するまで行う。
（４４）  レジストパターン除去した後、４２０℃の水蒸気雰囲気中において、メサ２３０が形成された第３の積層体の電流狭窄層２２０の選択酸化を行う。選択酸化はメサ２３０の周辺部より電流狭窄層２２０が酸化され選択酸化領域２２０ａが形成され、電流狭窄層２２０の中央部分には電流狭窄領域２２０ｂが形成される。形成された電流狭窄領域２２０ｂは、直径が７μｍの円形に形成する。
（４５）  次に、メサ２３０の上面の全面に厚さ(１／４λｎ１２)のＳｉＮ膜２６１をプラズマＣＶＤ法により形成する。(ｎ１２はＳｉＮ膜の屈折率：２．００)
（４６）  次に、ＳｉＮ膜２６１上に、厚さ０．５μｍのＡｌ膜を蒸着法により形成する。
（４７）  次に、メサ２３０の上面に、第１の領域２５１に開口部を有するレジストパターンを形成し、ＨＣｌによるウェットエッチングにより、第２の領域２５２上にＡｌからなるマスクを形成する。尚、このＡｌからなるマスクは、メサ２３０の上面以外の周辺も形成される。この後、ＣＦ４とＨ２ガスを用いたＲＩＥ法により、第１の領域２５１におけるＳｉＮ膜２６１を除去し、第２の領域２５２にのみＳｉＮ膜２６１からなる誘電体膜を形成する。第２の領域２５２に形成されたＳｉＮ膜２６１は、外径が１５μｍであって、中央部分における第１の領域２５１に開口部を有する形状のものである。第１の領域２５１の形状は、直径が５μｍの円形の光出力中心部を含む部分２５１ａと光出力中心部を含む部分２５１ａより外側に延びる凸部２５１ｂにより形成されている。この凸部２５１ｂは、６個（３対）の凸形状が光軸を中心にして同じ長さで延びて形成されており、周辺部２５１ｂにおける凸形状の先端部間が１０μｍであり、凸形状の１対が［０ −１ １］方向を向いている。尚、第１の領域２５１には、ＳｉＮ膜２６１が形成されていないため、この状態では、コンタクト層２１７が露出した状態となっている。また、メサ２３０の周辺にはＳｉＮ膜２６１が残っており、このメサ２３０の周辺のＳｉＮ膜とＳｉＮ膜２６１が形成されている第２の領域２５１との間は、コンタクト層２１７が露出している。この誘電体膜は、第１の領域２５１の反射率が高くなるように設定されているため、第２の領域２５２よりも、第１の領域２５１における反射率は高くなる。
（４８）  次に、メサ２３０の上面において、第２の領域２５２の外周のコンタクト層２１７が露出している領域に、Ａｕ／Ｚｎ／Ｃｒからなるリング状の上部電極２１８及び不図示の配線、ボンディングパッド部をリフトオフ法により形成する。
（４９）  次に、基板２１１の裏面にＡｕ／Ａｕ−Ｇｅからなる下部電極２１９を形成し、８５０ｎｍ帯面発光レーザを作製する。尚、基板２１１は導電性の半導体基板である。
【０１３７】
このように形成された本実施の形態における面発光レーザにおいて、上部電極２１８及び下部電極２１９より、活性層２１４に異なる極性のキャリアが注入されるように電流を流し、レーザ発振させる。
【０１３８】
本実施の形態では、基本横モードで高い光出力の８５０ｎｍ帯面発光レーザを低コストで、高い歩留まりで得ることができる。尚、本実施の形態における面発光レーザの偏光方法は、［０ １ １］方向、［０ −１ １］方向のいずれか定まっていない。
【０１３９】
〔第６の実施の形態〕
次に、図１４に基づき第６の実施の形態について説明する。図１４（ａ）は、本実施の形態における面発光レーザのメサの部分の上面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）における破線１４Ａ―１４Ｂにおいて切断した断面図である。本実施の形態は、第５の実施の形態における面発光レーザとは、第１の領域及び第２の領域の形状が異なるものである。
【０１４０】
図１４に基づき本実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の領域２５１が光出力中心部を含むところに設けられた直径５μｍの円形の光出力中心部を含む部分２５１ｃと６０°ごとに外側に延びる凸部２５１ｄにより構成されている。また、凸部２５１ｄは、Ｙ軸方向に長く形成された第１の凸部２５１ｄ１と、第１の凸部２５１ｄ１よりも短い凸部２５１ｄ２とを有している。第１の凸部２５１ｄ１における一対の凸部の先端同士の間隔は１２μｍであり、２５１ｄ２における一対の凸部の先端同士の間隔は８μｍである。よって、第１の領域２５１は、Ｙ軸方向における長さは１２μｍであり、Ｘ軸方向における長さは８μｍであり、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向の長さが長く形成されている。尚、Ｘ軸方向が［０ １ １］方向となり、Ｙ軸方向が［０ −１ １］方向となる。
【０１４１】
本実施の形態では、基本横モードで高い光出力の８５０ｎｍ帯面発光レーザを低コストで高い歩留まりで得ることができる。また、本実施の形態における面発光レーザの偏光方向は［０ １ １］方向となり、完全ではないが明らかな偏光制御性を有する。尚、光出力、偏光制御性は第５の実施形態の素子と同等である。
【０１４２】
また、上記以外の内容については、第５の実施の形態と同様である。
【０１４３】
〔第７の実施の形態〕
次に、第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第５の実施の形態における面発光レーザとは、第１の領域及び第２の領域の形状が異なるものである。
【０１４４】
図１５に基づき本実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の領域２５１が光出力中心部を含むところに設けられた直径５μｍの円形の光出力中心部を含む部分２５１ｅと６０°ごとに外側に延びる凸状部を有する周辺部２５１ｆにより構成されている。周辺部２５１ｆは、Ｙ軸方向において、第２の領域２５２を二つに分断するように形成された第１の凸部２５１ｆ１と、それ以外の凸部２５１ｆ２とを有している。ここで、２５１ｆ２における一対の凸部の先端同士の間隔は８μｍである。また、Ｙ軸方向において、第２の領域２５２を分断している部分の幅は、２μｍである。尚、Ｘ軸方向が［０ １ １］方向となり、Ｙ軸方向が［０ −１ １］方向となる。
【０１４５】
本実施の形態では、基本横モードで高い光出力の８５０ｎｍ帯面発光レーザを低コストで高い歩留まりで得ることができる。また、本実施の形態における面発光レーザの偏光方向は［０ １ １］方向となり、完全ではないが明らかな偏光制御性を有する。尚、光出力、偏光制御性は第５の実施形態の素子と同等である。
【０１４６】
また、上記以外の内容については、第５の実施の形態と同様である。
【０１４７】
〔第８の実施の形態〕
次に、第８の実施の形態について説明する。本実施の形態はマルチビーム光源装置であり、第１から第７の実施の形態のいずれかの面発光レーザを用いた面発光レーザアレイが用いられている。
【０１４８】
図１６に示すように、本実施の形態において用いられる面発光レーザアレイ３００は、第１から第７の実施の形態のいずれかの面発光レーザ３１０が２次元的に配列されているものである。
【０１４９】
〔第９の実施の形態〕
次に、第９の実施の形態について説明する。図１７、図１８及び図１９に基づき本実施の形態におけるマルチビーム光源装置について説明する。本実施の形態におけるマルチビーム光源装置は、第１から第７の実施の形態における面発光レーザを複数有する面発光レーザモジュール６０１を有しており、この面発光レーザモジュール６０１を構成する面発光レーザアレイからの複数の光ビームはカップリングレンズ６０２のＸ、Ｙ、Ｚ方向の配置調整によって、カップリングレンズ６０２の光軸に直交する面内(ＹＺ平面)において光軸に対して各発光源が対称に配列するように、また、各発光源からのビームが平行光束となるように調整され、出射される。
【０１５０】
アパーチャーミラー６０３は板状に形成され、光源側の面を反射面となし、光軸と直交する面から主走査方向に所定角度、４５°だけ傾けられて配備される。中央部には光束径よりも小さい径の開口が設けられ、開口を通過した光束はカップリングレンズ及び、光束分割プリズム７０８を介し図示していないポリゴンミラーへと向かう。また、開口を通過せず反射された周辺光は収束レンズ６０４を介して光検知センサ６１０に導かれて、図示していないポリゴンミラー各面での走査開始後、画像領域に至るまでの時間を利用して、順次点灯して各々のビーム強度を検出し、基準値と比較して各発光源の出力が所定値となるように注入電流をセットする。セットされた注入電流は次の検出時まで保持され、ビーム強度を一定に保つ。尚、光束分割プリズム７０８は、ハーフミラー面６４１とミラー面６４２により構成されている。
【０１５１】
光検知センサ６１０を面発光レーザモジュール６０１が実装される制御基板６０６上に実装し、外部ノイズ等による検出信号への影響がないようにしている。制御基板６０６には上記発光源の発光出力を一定に保持するパワー制御回路や画像情報に応じて発光源を各々変調する駆動回路が形成され、カップリングレンズ６０２とともに一体的に保持され、マルチビーム光源装置を構成する。
【０１５２】
また、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置は、カップリングレンズ６０２を保持するホルダ部材６０８と、面発光レーザモジュール６０１を実装した制御基板６０６を保持するベース部材６０７とをカップリングレンズ６０２の光軸に直交する基準面で接合し、ねじ締結することで一体化した構成としている。
【０１５３】
ベース部材６０７とホルダ部材６０８とは、本実施の形態では、いずれもアルミダイキャストにより形成しているが、略同一の熱膨張係数であれば別材質であってもよい。ベース部材６０７には上記した面発光レーザモジュール６０１における面発光レーザアレイからのビーム強度を検出するためのアパーチャーミラー６０３、収束レンズ６０４および制御基板６０６上に実装される光検知センサ６１０へとビームを折り返すミラー６０５が配備される。
【０１５４】
また、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置は、板金で成型された付勢部材６０９の板ばね部６２０により制御基板６０６裏側から押圧するとともに、３点のアンカー部（折り曲げ部）６１８を制御基板６０６の穴６１９に嵌合して制御基板６０６を図示していない基準面に寄せ組みすることで、ベース部材６０７に対する面発光レーザモジュール６０１における面発光レーザアレイの位置決めがなされる。
【０１５５】
ベース部材６０７には、３箇所のスタッド６１６が形成され、制御基板６０６に開けた貫通穴６１７を貫通して、スタッド６１６に付勢部材６０９をネジで締結することで、制御基板６０６を支持する。付勢部材６０９にて制御基板６０６を裏側から押圧しており、制御基板６０６をベース部材６０７等に直接締結しない構成なので、制御基板６０６に負荷をかけずに確実に、ベース部材６０７に面発光レーザモジュール６０１を構成する面発光レーザアレイを位置決め、支持することができる。尚、付勢部材６０９は弾性を有する材質であれば、樹脂等で形成しても良く、板ばね部の代わりに、ゴム等の弾性部材を挟み込んでもよい。
【０１５６】
また、図１９に示されるように、カップリングレンズ６０２は、ホルダ部材６０８に形成された円筒面６３０に、コバ部との隙間に接着剤を充填して固定され、カップリングレンズ６０２の光軸６５１に直交する面６５０と上記面発光レーザモジュール６０１における面発光レーザアレイの配列面との平行性を合わせるため、当接面６４８（当接面６４８はカップリングレンズ６０２の光軸６５１に直交する面６５０と平行になるようあらかじめ設計されている）に面発光レーザモジュール６０１における面発光レーザアレイの表面側を突き当てて搭載する。こうすることにより、光軸方向の位置が決まり、光ビームの出射方向が当接面６４８と直交させることができる。
【０１５７】
尚、符号６１１はブラケット部材、６１４、６１５は斜面、６２５はアーム部、６２６は調節ネジ、６２７はスプリング、６３３は補強部材、６２４は位置決めピン、６３１は位置決め穴、６３２はネジをそれぞれ示す。
【０１５８】
また、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置は、ブラケット部材６１１に設けられた嵌合穴６３４にホルダ部材６０８の円筒部を挿入し、板ばね６１２の係止爪６２９を円筒部溝に係合して、光軸６５１に直交する面内で回動可能に支持され、後述するポリゴンミラーやｆθレンズが支持される不図示のハウジングに固定される。
【０１５９】
本実施の形態におけるマルチビーム光源装置では、第１から第７の実施の形態における面発光レーザを有する面発光レーザモジュールを用いているので、低価格で信頼性の高いマルチビーム光を得ることができる。
【０１６０】
〔第１０の実施の形態〕
次に、第１０の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第７の実施の形態におけるマルチビーム光源装置を用いたマルチビーム走査装置及び画像形成装置である。
【０１６１】
図２０に基づき本実施の形態におけるマルチビーム走査装置について説明する。このマルチビーム走査装置は、４ステーションを走査する光走査装置であり、マルチビーム光源装置からの４ステーション分に相当する複数の光ビームを、単一のポリゴンミラーで走査し、対向する方向に偏向、走査することで各感光体ドラムを走査するように一体化された光走査ユニットの構成を示す。
【０１６２】
４つの感光体ドラム７０１、７０２、７０３、７０４は転写体の移動方向７０５に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写し重ね合わせることでカラー画像を形成する。図示するように各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、２段に構成されたポリゴンミラー７０６により各々光ビームを走査する。
【０１６３】
マルチビーム光源装置７０７、７０９は同一方向に走査する２ステーションに対し各２ずつ配備され、光束分割プリズム７０８、７１０を用い、上記ポリゴンミラー７０６の上下面に対応して上下２段に光ビームを分岐し、各感光体ドラムに交互に各ステーションに対応した画像を形成していく。
【０１６４】
マルチビーム光源装置７０７、７０９、および結像光学系を構成するｆθレンズ、トロイダルレンズは、ポリゴンミラー７０６の回転軸を含み感光体ドラム軸に平行な対称面に対し対称に配備され、ポリゴンミラー７０６により、各マルチビーム光源装置からの光ビームは相反する方向に偏向され、各感光体ドラムに導かれる。
【０１６５】
従って、各ステーションにおける走査方向は対向する各感光体ドラムで相反する方向となり、記録領域の幅、言いかえれば主走査方向の倍率を合わせ、一方の走査開始端ともう一方の走査終端とが一致するように静電像を書き込んでいく。
【０１６６】
尚、液晶偏向素子７１７及び７１８では液晶の配列方向に合った偏光成分のみが偏向されるため、発光源の偏光方向は一方向に揃えている。
【０１６７】
光束分割プリズム７０８は、図１７に示されるように、ハーフミラー面６４１とハーフミラー面と平行なミラー面６４２とを有し、マルチビーム光源装置７０７からの複数のビーム７７１は、各々ハーフミラー面で１／２の光量が反射され、残りの１／２は透過して上下に２分岐され、方向を揃えて副走査方向に所定間隔をもって出射される。
【０１６８】
液晶偏向素子７１７は、光束分割プリズム７０８の出射面の上下に各々配備され、電圧を印可すると、副走査方向に電位分布を生じて液晶の配向が変化し、屈折率分布を発生して光線の方向を傾けることができ、印可電圧に応じて感光体ドラム面上の走査位置を可変できる。
【０１６９】
シリンダレンズ７１３、７１４は、分岐された各光ビームに対応して２段に設けられ、その一方は光軸を中心に回動調整可能に取り付けられ、各々の焦線が平行となるように調節できるようにしており、副走査方向に６ｍｍ間隔に２段に構成されたポリゴンミラー７０６の各々に入射される。
【０１７０】
シリンダレンズ７１３、７１４は少なくとも副走査方向に正の曲率を有し、ポリゴンミラー面上で、一旦ビームを収束させることで、後述するトロイダルレンズとにより偏向点と感光体面上とを副走査方向に共役関係とする面倒れ補正光学系をなす。
【０１７１】
ポリゴンミラー７０６は４面で、同一の偏向面により各発光点列からの複数のビームを一括で偏向、走査する。上下のポリゴンミラーの位相は４５°ずつずれており、光ビームの走査は上下段で交互に行われる。
【０１７２】
結像光学系はｆθレンズとトロイダルレンズとからなり、いずれもプラスチック成形によるもので、ｆθレンズ７２０は主走査方向にはポリゴンミラー７０６の回転に伴って感光体面上でビームが等速に移動するようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、層状に２段に積み重ねて一体に構成される。
【０１７３】
トロイダルレンズを通った走査ビームは各々、走査開始側に配備された光検知センサ７３８、７４０、走査終端側に配備された光検知センサ７３９、７４１に入射され、光検知センサ７３８、７４０の検出信号を基に各々発光源毎の同期検知信号を生成し、書込み開始のタイミングをとる。
【０１７４】
一方、走査終端側に配備された光検知センサ７３９、７４１の検出信号は、各々走査開始側に配備された光検知センサ７３８、７４０からの光ビームの検出時間差を計測し、あらかじめ定められた基準値と比較して、各発光源を変調する画素クロックを可変することで、後述するように、主走査方向の倍率のずれを補正している。
【０１７５】
次に、図２１に基づき副走査断面における光線の経路について説明する。
【０１７６】
複数の発光源はカップリングレンズの光軸に対して対称に配置され、カップリングレンズによって平行光束に変換された各光線はマルチビーム光源装置７０７から出射した後、カップリングレンズの後側焦点の近傍で一旦収束し、主走査方向には光線間隔を広げつつｆθレンズ７２０に入射され、副走査方向にはシリンダレンズ７１３、７１４により、ポリゴンミラー偏向面の近傍で再度収束されてｆθレンズ７２０に入射される。
【０１７７】
また、上記したように、マルチビーム光源装置７０７からの複数の光ビームは光束分割プリズム７０８によって副走査方向上下に２分岐され、各ステーションに対応する感光体ドラムに導かれる。
【０１７８】
光束分割プリズム７０８の下段から出射した複数の発光源からのビーム７７１は、シリンダレンズ７１３を介してポリゴンミラー７０６の下段で偏向、走査され、ｆθレンズ７２０の下段を通って折返しミラー７２９によりトロイダルレンズ７２３に入射され、折返しミラー７３０を介して感光体ドラム７０１上にスポット状に結像し、第１の画像形成ステーションとしてイエロー色の画像情報に対応した潜像を形成する。
【０１７９】
光束分割プリズム７０８の上段から出射した複数の発光源からのビーム７７２は、シリンダレンズ７１４を介しポリゴンミラー７０６の上段で偏向、走査され、ｆθレンズ７２０の上段を通って折返しミラー７２７によりトロイダルレンズ７２４に入射され、折返しミラー７２８を介して感光体ドラム７０２上にスポット状に結像し、第２の画像形成ステーションとしてマゼンタ色の画像情報に対応した潜像を形成する。
【０１８０】
同様に、対向するステーションにおいても、マルチビーム光源装置７０９からの複数の光ビームは、光束分割プリズム７１０によって上下に２分岐され、液晶偏向素子７１８を介し各ステーションに対応する感光体ドラムに導かれる。
【０１８１】
光束分割プリズム７１０の下段から出射した複数の発光源からのビーム７７３は、シリンダレンズ７１５を介してポリゴンミラー７０６の下段で偏向、走査され、ｆθレンズ７２１の下段を通って折返しミラー７３２によりトロイダルレンズ７２６に入射され、折返しミラー７３３を介して感光体ドラム７０４上にスポット状に結像し、第４の画像形成ステーションとしてブラック色の画像情報に対応した潜像を形成し、光束分割プリズム７１０の上段から出射した複数の発光源からのビーム７７４は、シリンダレンズ７１６を介してポリゴンミラー７０６の上段で偏向、走査され、ｆθレンズ７２１の上段を通って折返しミラー７３５によりトロイダルレンズ７２５に入射され、折返しミラー７３６を介して感光体ドラム７０３上にスポット状に結像し、第３の画像形成ステーションとしてシアン色の画像情報に対応した潜像を形成する。
【０１８２】
尚、本実施の形態では、トナー像の検出パターンの検出手段を有している。トナー像の検出パターンの検出手段は、照明用のＬＥＤ素子７５４と反射光を受光するフォトセンサ７５５、および一対の集光レンズ７５６とからなり、主走査ラインと約４５°傾けたラインパターンを形成し、転写ベルトの移動に応じて検出時間差を読み取っていく。本実施の形態では、中央部と左右両端部との３ヶ所に配備することで、左右両端部の差により傾きを、中央から左右端部までの各倍率を検出し、基準となるステーションに合わせ込むように補正する。言い換えれば、長時間ビームスポット位置が安定的に保持されていることが好ましい。
【０１８３】
本実施の形態では、第１から第７における面発光レーザを有する面発光レーザモジュールを用いているため、信頼性が高く結像位置を感光体面上に精度良く調整でき、高精度信頼性の高い潜像を得ることができる。
【０１８４】
次に、図２２に基づき、本実施の形態における画像形成装置について説明する。
【０１８５】
本実施の形態における画像形成装置は、感光体ドラム８０１の周囲には感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ８０２、本実施の形態における光走査装置８００により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ８０３、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ８０４、ドラムに残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニングケース８０５が配置される。感光体ドラムへは上記したようにポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン、実施例では４ライン同時に画像記録が行われる。
【０１８６】
上述した画像形成ステーションは転写ベルト８０６の移動方向に並列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ベルト上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
【０１８７】
各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。
【０１８８】
一方、記録紙は給紙トレイ８０７から給紙コロ８０８により供給され、レジストローラ対８０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送りだされ、転写ベルトよりカラー画像が転写されて、定着ローラ８１０で定着して排紙ローラ８１２により排紙トレイ８１１に排出される。
【０１８９】
本実施の形態における画像形成装置は、第１から第７におけるいずれかの面発光レーザを有する面発光レーザモジュールを用いているため、結像位置を感光体面上に精度良く調整でき、高精度で信頼性の高い画像を得ることができる。
【実施例】
【０１９０】
（実施例１）
実施例１として、図９に示される第１の実施の形態における面発光レーザを作製した。
【０１９１】
（比較例１）
比較例１として、図２３に示す面発光レーザを作製した。具体的には、比較例１は、第１の実施の形態と同様の方法により第１の積層体を形成し、上部半導体ＤＢＲ層上の上部電極９４８の開口部の光出力中心部を含む部分に、第１の領域９４１となる直径が５μｍの円形の誘電体層を形成した。よって、第２の領域９４２には誘電体層が形成されていない。
【０１９２】
（実施例２）
実施例２として、図２４に示す面発光レーザを作製した。具体的には、実施例２は、第１の実施の形態と同様の方法により第３の積層体を形成し、上部半導体ＤＢＲ層上の上部電極１９０の開口部に形成される第１の領域１９１は、光出力中心部を含む部分に形成される直径が５μｍの円形の光出力中心部を含む部分１９１ａと、幅が３μｍ、長さが１０μｍの十字状に形成された周辺部１９１ｂとにより形成される。尚、第１の領域１９１の長くなる方向が、［０ −１ １］方向及び［０ −１ １］方向に直交する方向となるように形成されている。尚、第１の領域１９１が形成されていない領域が第２の領域１９２となる。
【０１９３】
（実施例１、２、比較例１の評価結果）
実施例１、２及び比較例１における面発光レーザにおいて、上部電極及び下部電極から、活性層に両側から異なる極性のキャリアが注入されるように電流を流し、７８０ｎｍ帯でレーザ発振させた。
【０１９４】
比較例１の場合では、傾斜基板を用いているので大部分の面発光レーザでは、単一横モード光の偏光方向は、［０ −１ １］方向となる。しかし、１部の面発光レーザの偏光方向は不定である。つまり、誘電体層構造を持たないＶＣＳＥＬと比較し偏光制御が低下した。これは、誘電体層構造が加わることにより応力の異方性、屈折率の異方性、電流注入分布の異方性が変化し偏光方向を決める作用を小さくしたためであろうが詳細は不明である。単一横モード光の出力は、誘電体層構造を持たないＶＣＳＥＬと比較し大きくなった。
【０１９５】
実施例１の場合では、傾斜基板を用いているうえに、第１の領域１５１と第２の領域１５２の基板と平行な面内での境界は閉じた平面形状をなし、第１の領域１５１の平面形状が、基板の鏡面研磨面が［１ １ １］方向と［１ −１ −１］方向を含む面と交わる線の方向が他のどの方向より長い形状であるので、実施例２の素子と同等の高い単一横モードの光出力が得られるうえに、単一横モード光の偏光方向は、［０ −１ １］方向に固定され、十分に偏光制御されている。
【０１９６】
実施例１において、基本横モードで高い光出力の偏光方向が、［０ −１ １］方向に固定されている面発光レーザが低コストで高い歩留まりで得られるようになる。
【０１９７】
実施例２の場合では、傾斜基板を用いているうえに、第１の領域１９１と第２の領域１９２の基板と平行な面内での境界は閉じた平面形状をなし、第１の領域１９１が突起部を有しているので、比較例１のＶＣＳＥＬより高い単一横モードの光出力が得られる。しかし、比較例１の場合と同様に、ウェハの大部分の素子では、単一横モード光の偏光方向は［０ −１ １］方向となる。
【０１９８】
また、実施例２において、基本横モードで高い光出力の面発光レーザが低コストで高い歩留まりで得られるようになる。
【０１９９】
（実施例３）
実施例３として、図１３に示される第５の実施の形態における面発光レーザを作製した。実施例３のＶＣＳＥＬは、第５の実施の形態に記載されているように、単一横モードのレーザ光を得ることができた。
【０２００】
（比較例２）
比較例２として、図２５に示す面発光レーザを作製した。具体的には、比較例２は、第５の実施の形態と同様の方法により第３の積層体を形成し、上部半導体ＤＢＲ層上の上部電極９４８の開口部の光出力中心部を含む部分に、第１の領域９５１となる直径が５μｍの円形の誘電体層を形成した。よって、第２の領域９５２には誘電体層が形成されていない。比較例２のＶＣＳＥＬでは、単一横モードのレーザ光を十分に得ることはできなかった。尚、比較例２におけるＶＣＳＥＬの偏光方向は、［０ １ １］方向、または［０ −１ １］方向のいずれか定まっていない。
【０２０１】
（比較例３）
比較例３として、図２６に示す面発光レーザを作製した。具体的には、比較例３は、第５の実施の形態と同様の方法により第３の積層体を形成し、上部半導体ＤＢＲ層上の上部電極９４８の開口部の光出力中心部を含む部分に、第１の領域９６１と第２の領域９６２を形成する。第１の領域９６１は、光出力中心部を含む部分と光出力中心部より６０°ごとに形成された凸部を有しており、凸部が上部電極９４８に到達している構造のものである。尚、第１の領域９６１の形成されていない領域は第２の領域９６２となる。このように形成された一対の凸部の延びる方向が、［０ −１ １］方向となるように形成されている。
【０２０２】
比較例３のＶＣＳＥＬは、基本横モードの出力は実施例３のＶＣＳＥＬより小さい。これは、比較例３のＶＣＳＥＬの場合は、第１の領域９６１の凸部のすべてが上部電極９１８まで達しているので、実施例３のＶＣＳＥＬより高次モードが発生しやすくなっているためである。比較例３のＶＣＳＥＬでは、単一横モードのレーザ光を十分に得ることはできなかった。尚、比較例２におけるＶＣＳＥＬの偏光方向は、［０ １ １］方向、または［０ −１ １］方向のいずれか定まっていない。
【０２０３】
上記において説明した実施の形態及び実施例では、第１の領域、第２の領域のいずれかに、誘電体多層膜を設けて、反射率差を生じさせている。しかしながら、第１の領域の反射率を大きくし、第２の領域の反射率を小さくするのであれば、両方の領域に適切な厚さの誘電体多層膜を設けても、同様の効果が得られる。
【０２０４】
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。
【符号の説明】
【０２０５】
１１１      基板
１１２      下部半導体ＤＢＲ層
１１３      下部スペーサー層
１１４      活性層
１１５      上部スペーサー層
１１６      上部半導体ＤＢＲ層
１１７      コンタクト層
１１８      上部電極
１１９      下部電極
１２０      電流狭窄層
１２０ａ    選択酸化領域
１２０ｂ    電流狭窄領域
１３０      メサ
１４０      共振器
１５１      第１の領域
１５１ａ    光出力中心部を含む部分
１５１ｂ    周辺部
１５２      第２の領域
１６０      ＳｉＯ２膜
１６１      ＳｉＮ膜
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２０６】
【特許文献１】特開２００５−１５９２７２号公報
【特許文献２】特開２００８−３４７９５号公報
【非特許文献】
【０２０７】
【非特許文献１】IEEE Photonics Technology Letters, Vol.16(2004)pp.368-370
【非特許文献２】伊賀・小山  編著「面発光レーザの基礎と応用」共立出版
【非特許文献３】IEEE Journal of Selected Topics Quantum Electronics, Vol.11 (2005) pp.982-989
【図１】
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【図２】
0005923861.tif 000003
【図３】
0005923861.tif 000004
【図４】
0005923861.tif 000005
【図５】
0005923861.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005923861.tif 000008
【図８】
0005923861.tif 000009
【図９】
0005923861.tif 000010
【図１０】
0005923861.tif 000011
【図１１】
0005923861.tif 000012
【図１２】
0005923861.tif 000013
【図１３】
0005923861.tif 000014
【図１４】
0005923861.tif 000015
【図１５】
0005923861.tif 000016
【図１６】
0005923861.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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