(57)【要約】【課題】発光素子のみをアレイ化した発光素子アレイと比較して、集光光学系が簡易化され、装置の小型化に寄与する発光素子アレイ、及びそれを用いた光学デバイス、画像形成装置を提供すること。【解決手段】基板１０２上に形成された発光部１２と、発光部１２から基板１０２の基板面に沿って延伸され、発光部１２より延伸方向の長さが長く、発光部１２から延伸方向に伝播する光を増幅するとともに延伸方向に沿って形成された光出射部から増幅された光を出射する光増幅部１４と、を有する半導体積層構造体Ｍ１、Ｍ２を複数備え、複数の半導体積層構造体Ｍ１、Ｍ２は、それぞれの光増幅部１４の延伸方向がお互いに略平行となるように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された発光部と、
前記発光部から前記基板の基板面に沿って延伸され、前記発光部より延伸方向の長さが長く、前記発光部から前記延伸方向に伝播する光を増幅するとともに前記延伸方向に沿って形成された光出射部から増幅された光を出射する光増幅部と、を有する半導体積層構造体を複数備え、
複数の前記半導体積層構造体は、それぞれの前記光増幅部の延伸方向がお互いに略平行となるように配置された発光素子アレイ。
【請求項２】
複数の前記発光部の各々は、前記発光部で発光した光が外部に放射されないように遮光する遮光部を含む
請求項１に記載の発光素子アレイ。
【請求項３】
第１の主面上に複数の前記半導体積層構造体を積層する基板、及び前記基板の第２の主面上に形成された第１の極性側の電極をさらに備え、
前記発光部は、前記遮光部を兼ねる第２の極性側の電極を含み、
前記光増幅部は、前記基板面に沿って配置された第２の極性側の２つの電極であって、前記２つの電極の間隙によって前記基板面に沿った前記光出射部が構成される２つの電極を含む
請求項２に記載の発光素子アレイ。
【請求項４】
前記発光部と前記光増幅部との間に、前記発光部と前記光増幅部とを電気的に分離する分離部をさらに備える
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光素子アレイ。
【請求項５】
複数の前記半導体積層構造体は、前記光出射部から出射される出射光がお互いに重なるように配置されている
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発光素子アレイ。
【請求項６】
前記出射光が被照射部上でお互いに重なるように配置されている
請求項５に記載の発光素子アレイ。
【請求項７】
基板上に形成された発光部と、
前記発光部から前記基板の基板面に沿って延伸され、前記発光部より延伸方向の長さが長く、前記発光部から前記延伸方向に伝播する光を増幅するとともに前記延伸方向に沿って形成された光出射部から増幅された光を出射する光増幅部と、を有する半導体積層構造体を複数備え、複数の前記半導体積層構造体は、それぞれの前記光増幅部の延伸方向がお互いに略平行となるように配置された発光素子アレイと、
前記発光素子アレイから出射された光を、前記光増幅部の延伸方向と交差する方向に線状に集光させる集光レンズと、
を備えた光学デバイス。
【請求項８】
前記集光レンズは、前記延伸方向と交差する方向に集光力を有するシリンドリカルレンズである
請求項７に記載の光学デバイス。
【請求項９】
基板上に形成された発光部と、
前記発光部から前記基板の基板面に沿って延伸され、前記発光部より延伸方向の長さが長く、前記発光部から前記延伸方向に伝播する光を増幅するとともに前記延伸方向に沿って形成された光出射部から増幅された光を出射する光増幅部と、を有する半導体積層構造体を複数備え、複数の前記半導体積層構造体は、それぞれの前記光増幅部の延伸方向がお互いに略平行となるように配置された発光素子アレイと、
画像形成材料による画像を記録媒体上に形成する画像形成部と、
前記記録媒体上に形成された前記画像に前記発光素子アレイからの光が照射されるよう、前記光増幅部の延伸方向に沿って、前記発光素子アレイ及び前記記録媒体の少なくとも一方を移動させる移動手段と、
を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子アレイ、光学デバイス、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、画像形成手段により画像が形成された後、予め定められた移動方向に相対的に移動する記録媒体に対して光を照射する光源と、を備え、光源は、発光のための電流が供給される供給部と、二次元状に配置された複数の発光点を有し、複数の発光点のうち、少なくとも移動方向に並んで設けられた発光点同士が電気的に並列に接続された発光部と、発光部を通過した電流を出力する出力部と、を備え、供給部、発光部、及び出力部が、移動方向に並んで設けられた画像形成装置が開示されている。特許文献１に係る発光部は、複数の面発光型半導体レーザが２次元状に配列されて形成された発光素子アレイである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０９５７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、発光素子のみをアレイ化した発光素子アレイと比較して、集光光学系が簡易化され、装置の小型化に寄与する発光素子アレイ、及びそれを用いた光学デバイス、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】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発光素子アレイは、基板上に形成された発光部と、前記発光部から前記基板の基板面に沿って延伸され、前記発光部より延伸方向の長さが長く、前記発光部から前記延伸方向に伝播する光を増幅するとともに前記延伸方向に沿って形成された光出射部から増幅された光を出射する光増幅部と、を有する半導体積層構造体を複数備え、複数の前記半導体積層構造体は、それぞれの前記光増幅部の延伸方向がお互いに略平行となるように配置されたものである。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、複数の前記発光部の各々は、前記発光部で発光した光が外部に放射されないように遮光する遮光部を含むものである。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、第１の主面上に複数の前記半導体積層構造体を積層する基板、及び前記基板の第２の主面上に形成された第１の極性側の電極をさらに備え、前記発光部は、前記遮光部を兼ねる第２の極性側の電極を含み、前記光増幅部は、前記基板面に沿って配置された第２の極性側の２つの電極であって、前記２つの電極の間隙によって前記基板面に沿った前記光出射部が構成される２つの電極を含むものである。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記発光部と前記光増幅部との間に、前記発光部と前記光増幅部とを電気的に分離する分離部をさらに備えるものである。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、複数の前記半導体積層構造体は、前記光出射部から出射される出射光がお互いに重なるように配置されているものである。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記出射光が被照射部上でお互いに重なるように配置されているものである。
【００１１】
上記の目的を達成するために、請求項７に記載の光学デバイスは、基板上に形成された発光部と、前記発光部から前記基板の基板面に沿って延伸され、前記発光部より延伸方向の長さが長く、前記発光部から前記延伸方向に伝播する光を増幅するとともに前記延伸方向に沿って形成された光出射部から増幅された光を出射する光増幅部と、を有する半導体積層構造体を複数備え、複数の前記半導体積層構造体は、それぞれの前記光増幅部の延伸方向がお互いに略平行となるように配置された発光素子アレイと、前記発光素子アレイから出射された光を、前記光増幅部の延伸方向と交差する方向に線状に集光させる集光レンズと、を備えたものである。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記集光レンズは、前記延伸方向と交差する方向に集光力を有するシリンドリカルレンズであるものである。
【００１３】
上記の目的を達成するために、請求項９に記載の画像形成装置は、基板上に形成された発光部と、前記発光部から前記基板の基板面に沿って延伸され、前記発光部より延伸方向の長さが長く、前記発光部から前記延伸方向に伝播する光を増幅するとともに前記延伸方向に沿って形成された光出射部から増幅された光を出射する光増幅部と、を有する半導体積層構造体を複数備え、複数の前記半導体積層構造体は、それぞれの前記光増幅部の延伸方向がお互いに略平行となるように配置された発光素子アレイと、画像形成材料による画像を記録媒体上に形成する画像形成部と、前記記録媒体上に形成された前記画像に前記発光素子アレイからの光が照射されるよう、前記光増幅部の延伸方向に沿って、前記発光素子アレイ及び前記記録媒体の少なくとも一方を移動させる移動手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１、請求項７、及び請求項９に記載の発明によれば、発光素子のみをアレイ化した発光素子アレイと比較して、集光光学系が簡易化され、装置の小型化に寄与する発光素子アレイ、及びそれを用いた光学デバイス、画像形成装置が提供される、という効果を奏する。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、複数の発光部の各々が、発光部で発光した光が外部に放射されないように遮光する遮光部を含まない場合と比較して、光が光増幅部でより効率よく増幅される、という効果を奏する。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、発光部が、遮光部とは別に第２の極性側の電極を含む場合、又は光増幅部が、光出射部とは無関係な第２の極性側の電極を含む場合と比較して、製造工程がより簡素化される、という効果を奏する。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、発光部と光増幅部との間に発光部と光増幅部とを電気的に分離する分離部を備えない場合と比較して、発光部と光増幅部との間の電気的なクロストークが抑制される、という効果を奏する。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、複数の半導体積層構造体が、光出射部から出射される出射光がお互いに重ならないように配置されている場合と比較して、線状の光源をより形成しやすい、という効果を奏する。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、出射光が被照射部上でお互いに重ならないように配置されている場合と比較して、線状の光源をより形成しやすい、という効果を奏する。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、集光レンズを両凸レンズとする場合と比較して、集光光学系がより簡素化される、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施の形態に係る発光素子アレイ、及び発光素子の構成の一例を示す平面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る発光素子の構成の一例を示す断面図の一部である。
【図３】第１の実施の形態に係る発光素子の構成の一例を示す断面図の一部である。
【図４】第１の実施の形態に係る発光素子の駆動回路の一例を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る発光素子の光の発生について説明する断面図である。
【図６】第１実施の形態に係る発光素子のＦＦＰを説明する平面図、及び第１の実施の形態に係る発光素子アレイのＦＦＰプロファイルを示す平面図である。
【図７】第２の実施の形態に係る光学デバイスの一例を示す断面図である。
【図８】第３の実施の形態に係る定着装置の構成の一例を示す斜視図、及び集光光学系の各位置におけるＦＦＰプロファイルを示す平面図である。
【図９】比較例に係る発光素子のＦＦＰを説明する図、及び比較例に係る発光素子アレイのＦＦＰプロファイルを説明する図である。
【図１０】ＦＦＰにおけるスポット径と広がり角との関係を説明する図である。
【図１１】比較例に係る光学デバイスを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００２３】
［第１の実施の形態］
図１ないし図６を参照して、本実施の形態に係る発光素子アレイについて説明する。図１（ａ）は本実施の形態に係る発光素子アレイ１００の平面図を示しており、図１（ｂ）は発光素子アレイ１００を構成する単体の発光素子１０の平面図を示している。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る発光素子アレイ１００は、半導体による基板１０２上に形成された複数個（図１（ａ）では１６個）の発光素子１０を含んで構成されている。本実施の形態に係る発光素子アレイ１００は、一例としてＧａＡｓによる基板１０２上に複数のＧａＡｓ系の発光素子１０を形成して構成されている。本実施の形態に係る発光素子アレイ１００では、各発光素子１０が端部を揃えて平行に配列されている。しかしながら、各発光素子１０の配列形態はこれに限られず、端部をずらして配列させてもよい。また、必ずしも平行に配列させる必要もなく、各発光素子１０の角度許容範囲を例えば±２０°以内（略並行）とし、相互に傾けて配列させてもよい。なお、角度許容範囲が狭いほど各発光素子１０から出射された光を線状に集光しやすくなるため、例えば±５°以内とすればより好ましい。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る発光素子１０は、発光部１２と光増幅部１４とを備えて構成されている。発光素子１０は基板１０２上に２つのメサＭ１、Ｍ２（半導体積層構造体）を有し、メサＭ１が発光部１２を構成し、メサＭ２が光増幅部１４を構成している。発光部１２は発光素子１０から出射される出射光を生成する機能を有し、本実施の形態では、一例としてＧａＡｓ系の面発光型半導体レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）として構成されている。光増幅部１４は、発光部１２で生成された光を増幅し、出射する機能を有し、本実施の形態では、一例としてＧａＡｓ系の半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）として構成されている。図１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る光増幅部１４は、略矩形形状の発光部１２の一辺から連続して設けられ、発光部１２と反対側に延伸された細長い長方形とされている。以下、光増幅部１４が長く延伸される方向を、発光素子１０の「長手方向」または「延伸方向」といい、「長手方向」と直交する方向を「短手方向」という場合がある。
【００２６】
また、図１（ｂ）に示すように、発光部１２は電極１６を備え、光増幅部１４は、電極１８及び電極２０を備えている。そして、本実施の形態に係る発光素子１０は、発光部１２と光増幅部１４との間に電流阻止領域２２が設けられている。
【００２７】
図２及び図３を参照して、発光素子１０の断面構造について説明する。図２（ａ）は図１（ｂ）と同じ発光素子１０の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図を、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図を、図２（ｄ）は図２（ａ）におけるＣ−Ｃ’線に沿った断面図、を各々示している。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、Ａ−Ａ’線はメサＭ１及びＭ２の略中央部に沿っており、図２（ｂ）はメサＭ１、Ｍ２を含む領域の断面図である。図２（ｂ）に示すように、発光素子１０は、基板３０上に形成された下部ＤＢＲ３２、下部ＤＢＲ３２上に形成された活性領域３４、活性領域３４上に形成された上部ＤＢＲ３６を備えている。また、上部ＤＢＲ３６には、酸化狭窄層３８が形成されている。上述したように、本実施の形態に係る基板３０は、ＧａＡｓ基板である。
【００２９】
本実施の形態では、基板３０をｎ型のＧａＡｓ基板とし、基板３０の裏面にはｎ側の裏面電極４０が設けられている。一方、本実施の形態に係る下部ＤＢＲ３２はｎ型であり、上部ＤＢＲ３６はｐ型である。従って、上記の電極１６、１８、２０の各々はｐ側の電極である。後述するように、発光素子１０を駆動する際には、駆動用電源の正極を電極１６、１８、２０の各々に印加し、負極を裏面電極４０に印加し、電極１６、１８、２０各々から裏面電極４０に駆動電流を流す。しかしながら、基板３０、下部ＤＢＲ３２、上部ＤＢＲ３６の極性はこれに限られず、これらの極性を逆に、すなわち、基板３０をｐ型のＧａＡｓ基板とし、下部ＤＢＲ３２をｐ型、上部ＤＢＲ３６をｎ型としもよい。
【００３０】
下部ＤＢＲ３２は、以下で説明する上部ＤＢＲ３６と対になって、発光素子１０（ＶＣＳＥＬ）における発光に寄与する共振器を構成している。下部ＤＢＲ３２は、発光素子１０の発振波長をλ、媒質（半導体層）の屈折率をｎとした場合に、膜厚がそれぞれ０．２５λ／ｎとされかつ屈折率の互いに異なる２つの半導体層を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。具体的な一例として、下部ＤＢＲ３２は、Ａｌ０．９０Ｇａ０．１Ａｓによるｎ型の低屈折率層と、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓによるｎ型の高屈折率層と、を交互に繰り返し積層することにより構成されている。
【００３１】
本実施の形態に係る活性領域３４は、例えば、下部スペーサ層、量子井戸活性層、及び上部スペーサ層を含んで構成されてもよい（図示省略）。本実施の形態に係る量子井戸活性層は、例えば、４層のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる障壁層と、その間に設けられた３層のＧａＡｓからなる量子井戸層と、で構成されてもよい。なお、下部スペーサ層、上部スペーサ層は、各々量子井戸活性層と下部ＤＢＲ３２との間、量子井戸活性層と上部ＤＢＲ３６との間に配置されることにより、共振器の長さを調整する機能とともに、キャリアを閉じ込めるためのクラッド層としての機能も有している。
【００３２】
活性領域３４上に設けられた酸化狭窄層３８はｐ型の電流狭窄層であり、非酸化領域３８ａ及び酸化領域３８ｂを含んで構成されている。ｐ側の電極１６、１８、２０からｎ側の裏面電極４０に向かって流れる電流は、非酸化領域３８ａによって絞られる。
【００３３】
上部ＤＢＲ３６は、膜厚がそれぞれ０．２５λ／ｎとされかつ屈折率の互いに異なる２つの半導体層を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。具体的な一例として、上部ＤＢＲ３６は、Ａｌ０．９０Ｇａ０．１Ａｓによるｐ型の低屈折率層と、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓによるｐ型の高屈折率層と、を交互に繰り返し積層することにより構成されている。上部ＤＢＲ３６上には、光の出射面を保護する出射面保護層が設けられる場合もある。
【００３４】
電流阻止領域２２（分離部）は発光部１２と光増幅部１４との間（すなわち、メサＭ１とメサＭ２との間）に設けられ、発光部１２と光増幅部１４を電気的に分離している。図２（ｂ）に示すように、電流阻止領域２２はメサＭ１、Ｍ２の上面から酸化狭窄層３８にかけての上部ＤＢＲ３６内に、一例としてＨ＋（プロトン）イオンを注入して形成された高抵抗領域である。本実施の形態に係る電流阻止領域２２は、発光部１２と光増幅部１４との間の電流のクロストークを抑制しており、イオン注入に限られず、例えばメサＭ１、Ｍ２の上面から酸化狭窄層３８にかけての上部ＤＢＲ３６内に溝を設けて形成してもよい。
【００３５】
図２（ｂ）に示すように、発光部１２上にはｐ側の電極１６が形成されている。しかしながら、ｐ側の電極１８及び２０は見えていない。これは、図２（ａ）に示すように、Ａ−Ａ’線が、メサＭ２のｐ側の電極１８、２０の形成されていない領域に沿っているからである。後述するように、このメサＭ２のｐ側の電極１８、２０の形成されていない領域が、本実施の形態に係る発光素子１０の光出射面４４となっている。
【００３６】
図２（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う断面は、メサＭ１及びＭ２を含む領域の断面図である。
従って、図２（ｃ）示す断面図は、図２（ｂ）に示す断面図とほぼ同様の断面図となっている。図１（ｂ）に示すように、電極１８及び電極２０は一部がメサＭ２と重複するように形成され、メサＭ２の中央部には電極１８，２０が形成されていない。したがって、図２（ｃ）では図２（ｂ）で見えていなかった電極２０が見えている。また、酸化狭窄層３８における酸化領域３８ｂは、発光素子アレイ１００の製造工程において、メサＭ１、Ｍ２を形成した後、メサＭ１、Ｍ２を周囲から酸化して形成するため、光増幅部１４（メサＭ２）の周囲に形成された酸化領域３８ｂが見えている。
【００３７】
図２（ａ）におけるＣ−Ｃ’線は、メサＭ１にもメサＭ２にも沿っていない。従って、図２（ｄ）はメサＭ１、Ｍ２が形成されていない、メサＭ１、Ｍ２の周囲における断面図を示している。以下、このメサＭ１、Ｍ２が形成されていないメサＭ１、Ｍ２の周囲の領域（すなわち、半導体層の最上層が下部ＤＢＲ３２である領域）を「底部」という場合がある。本実施の形態に係る発光素子アレイ１００では、製造工程において、下部ＤＢＲ３２、活性領域３４、及び上部ＤＢＲ３６を含むエピタキシャル層を形成した後、下部ＤＢＲ３２までエッチングしてメサＭ１、Ｍ２を形成しているので、図２（ｄ）では、下部ＤＢＲ３２より上の層は見えていない。図２（ｄ）ではｐ側の電極１６と電極２０が見えているが、この領域のｐ側電極は半導体層にコンタクト（接続）する必要がないので、電極１６及び電極２０と下部ＤＢＲ３２との間には絶縁膜４２が形成されている。絶縁膜４２は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いて形成されている。
【００３８】
図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ’線等と交差する方向の断面図を示している。図３（ａ）は図１（ｂ）と同じ平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＤ−Ｄ’線に沿った断面図を、図３（ｃ）は図３（ｂ）におけるＥ−Ｅ’線に沿った断面図を、各々示している。
【００３９】
図３（ｂ）は発光部１２（メサＭ１）を含む領域の断面図を示しており、裏面電極４０、基板３０、下部ＤＢＲ３２、活性領域３４、上部ＤＢＲ３６、及びｐ側の電極１６が見えている。図３（ｂ）に示すように、電極１６は、メサＭ１の上面から側面、そしてメサＭ１の底部にかけて形成されている。本実施の形態に係る電極１６はメサＭ１の上面全体を覆うとともに、電極１６とメサＭ１の底部との間、電極１６とメサＭ１の側面との間には絶縁膜４２が形成されている。
【００４０】
図３（ｃ）は光増幅部１４（メサＭ２）を含む領域の断面図を示しており、裏面電極４０、基板３０、下部ＤＢＲ３２、活性領域３４、上部ＤＢＲ３６、及びｐ側の電極１８、２０が見えている。図３（ｂ）に示すように、電極１８、２０は、メサＭ２の上面から側面、そしてメサＭ２の底部にかけて形成されている。本実施の形態に係る電極１８、２０は各々メサＭ２の上面の一部を覆うとともに、電極１８、２０とメサＭ２の底部との間、電極１８、２０とメサＭ２の側面との間には絶縁膜４２が形成されている。そして、電極１８と電極２０との間の間隙が光出射面４４となっている。
【００４１】
次に、図４を参照して、発光素子１０への電力供給方法（発光素子１０の駆動方法）について説明する。図４は単体の発光素子１０の駆動回路を示しているが、発光素子アレイ１００を駆動する場合には、図１（ａ）に示す発光素子１０の各々が（または、発光素子１０の予め定められたグループごとに）図４に示す駆動回路で駆動される。
【００４２】
図４に示すように、発光素子１０の基板１０２は、裏面電極４０（図２、３参照）を介してグランドに接続される。発光部１２の電極１６には発光部１２を駆動する電源Ｖｖが接続され、電極１６と裏面電極４０との間に駆動電流Ｉｖを流すことによって発光部１２に電力が供給される。一方、光増幅部１４の電極１８及び２０には光増幅部１４を駆動する電源Ｖａが接続され、電極１８及び２０と裏面電極４０との間に駆動電流Ｉａを流すことによって光増幅部１４に電力が供給される。
【００４３】
次に図５を参照して、本実施の形態に係る発光素子１０の動作について説明する。図５は、発光素子１０を図２（ｂ）と同じ位置で見た断面図を示している。
【００４４】
上述したように、本実施の形態に係る発光部１２はＶＣＳＥＬによって構成されている。一般的なＶＣＳＥＬは、半導体基板（基板１０２相当）上に設けられた一対の分布ブラッグ反射器（下部ＤＢＲ３２及び上部ＤＢＲ３６に相当）、一対の分布ブラッグ反射器の間に設けられた活性領域（活性層、下部スペーサ層、及び上部スペーサ層を含む活性領域３４に相当）を備えて構成されている。そして、分布ブラッグ反射器の両側に設けられた電極（ｐ側の電極１６及びｎ側の裏面電極４０に相当）により活性層へ電流を注入し、基板面に対して垂直にレーザ発振を生じさせ、素子の上部から発振した光を出射させる構成となっている。
【００４５】
本実施の形態に係る発光素子１０でも、電極１６と裏面電極４０との間に駆動電流Ｉｖ（図４参照）を流すことによって、下部ＤＢＲ３２と上部ＤＢＲ３６との間に発振光Ｌｖが発生する。ただし、本実施の形態に係る発光部１２からは直接光を出射させないので、発光部１２の上面は電極１６で覆われている。そのため、発振光Ｌｖは電極１６で反射される。すなわち、本実施の形態に係る電極１６は、発光部１２における発振光Ｌｖが外部に放射されないように遮光する遮光部を兼用している。
【００４６】
図５に示すように、発振光Ｌｖの一部は基板３０の基板面に沿った方向（基板３０に平行な方向、換言すれば、発光素子１０の各層の積層方向と直交する方向）に漏れ、染み出し光Ｌｍとなって光増幅部１４側に染み出す。染み出し光Ｌｍは発振方向と交差する方向に進行し、いわゆるスローライトの状態となっている。染み出し光Ｌｍは、光増幅部１４の下部ＤＢＲ３２と上部ＤＢＲ３６との間で反射を繰り返しつつ光増幅部１４内を発光素子１０の長手方向（延伸方向）に伝播し、増幅され、増幅光Ｌａを発生させる。増幅光Ｌａの一部は出射光Ｌｏとなって光出射面４４から出射される。
【００４７】
以上のように、本実施の形態に係る発光素子１０は、電極１６が発光部１２の光出射領域に相当する面を覆っているので、発光部１２で発光した光が効率よく光増幅部１４に染み出す。また、光増幅部１４に染み出した染み出し光Ｌｍはスローライトであり、しかも下部ＤＢＲ３２と上部ＤＢＲ３６との間の反射を繰り返すことに何度も活性領域３４を通過するので、染み出し光Ｌｍは光増幅部１４で効率よく増幅される。
【００４８】
ところで、ＶＣＳＥＬは基板に垂直な方向にレーザ出力を取り出せ、さらに２次元集積によるアレイ化が容易であることなどから、画像形成装置の各部光源、あるいは光通信用光源として利用されている。一方、例えば画像形成装置において記録媒体（記録紙、フィルム、布等、以下、代表して「記録紙」という）に付着させたトナーを定着させる定着器、あるいは記録紙に付着させたインクを乾燥させる乾燥器を構成する場合、ＶＣＳＥＬアレイからの出射光を線状に集光させることが必要になる場合がある。
【００４９】
図９ないし図１１を参照して、発光素子９０（ＶＣＳＥＬ）をアレイ状に配置した比較例に係る発光素子アレイ２００を用いた場合の集光について説明する。図９（ａ）は発光素子９０の平面図を、図９（ｂ）は発光素子９０の側面図を、図９（ｃ）は、発光素子アレイ２００のＦＦＰプロファイルの平面図を、各々示している。図１０は、発光素子９０の出射光のスポット径と出射光の広がり角との関係を説明する図である。図１１は、発光素子アレイ２００に集光用のレンズを設け、発光素子アレイ２００から出射された出射光を線状に集光する光学デバイス２７０を示している。
【００５０】
図９（ａ）に示すように、発光素子９０は、長さがＡｐ４の紙面横方向の出射開口、長さがＡｐ５の紙面縦方向の出射開口を有する光出射領域９２を備え、この光出射領域９２から光が出射される。比較例に係る発光素子９０では、一般的に出射開口の長さＡｐ４、Ａｐ５がともに１０μｍ程度とされているので、各々の出射開口の方向のＦＦＰ（Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ：遠視野像）であるＦｐ３、Ｆｐ４の広がり角度は、ＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ：半値全幅）でみて約１０°となっている。そのため、図９（ｂ）に示すように、発光素子９０からの出射光ＬｏのＦＦＰであるＦｐ５の広がり角度が大きくなる。
【００５１】
ここで、図１０を参照して光のスポット径と広がり角との関係について説明する。図１０は、直径２ａの円形開口を有するアパーチャＳに対し、−Ｚ方向から＋Ｚ方向に向けて波長λの光を入射させた場合の、出射光の広がり状態を示している。このとき、出射光の広がり角Δθは以下に示す（式１）で与えられる。
Δθ＝１．２２×（λ／２ａ）  ・・・  （式１）
直径２ａの円形開口を発光素子の光出射領域と考えると、円形開口は発光素子からの出射光のスポット径とみなせる。このとき、（式１）から、広がり角Δθはスポット径２ａに依存し、スポット径２ａが小さければ広がり角は大きくなり、スポット径２ａが大きければ広がり角は小さくなる。以上の原理により、出射開口が１０μｍと比較的小さい発光素子９０では、広がり角が１０°と比較的大きくなる。
【００５２】
図９（ｃ）は、上記のようなＦＦＰを有する発光素子９０を集積化した発光素子アレイ２００のＦＦＰプロファイルを示している。ただし、図９では発光素子アレイ２００の基板を省略している。図９（ｃ）に示すように、発光素子アレイ２００のＦＦＰプロファイルは、略円形の各発光素子９０のＦＦＰであるＦｆ２の集合となる。すなわち、発光素子アレイ２００から出射される光は等方的に広がる。
【００５３】
図１１は、発光素子アレイ２００を用いて構成した、光が線状に集光された集光線Ｆを形成するための光学デバイス２７０を示している。ただし、図１１における集光線Ｆは、紙面手前から奥行方向に延伸している。図１１に示すように、光学デバイス２７０では、発光素子９０の出射光ＬｏのＦＦＰが等方的であることに起因して、レンズ２０２、レンズ２０４の２段構成の集光光学系が必要となる。すなわち、光学デバイス２７０では、各発光素子９０からの出射光Ｌｏを各発光素子９０に対応して設けた複数（図１１では５個）のレンズ２０２で一旦平行光とし（コリメート化し）、その後レンズ２０４で集光させている。このように、比較例に係る発光素子９０をアレイ化した発光素子アレイ２００を用いて光学デバイス２７０を構成するためには、２段構成の集光光学系が必要となる。
【００５４】
一方、例えば定着器のレーザ光源を構成するためには、数１０〜数１００個の発光点を有する発光素子アレイ２００を数１０００個の単位でサブマウント上に実装する必要がある。しかしながら、このように緻密に配列された個々の発光素子９０（ＶＣＳＥＬ）に対応させμｍオーダーの精度で個別のレンズを配置し、発光素子アレイ２００からの出射光を均一に平行光とするのは極めて難しく、光学系も複雑になる。
【００５５】
そこで、本発明では、発光素子（ＶＣＳＥＬ）アレイとして、発光部と光増幅部とが一体化された発光素子による発光素子アレイを用いることとした。このことにより、発光素子アレイから出射された光が、一方向のみにパワー（集光力）を有するレンズ１枚により線状に集光されるので、光学系が簡略化され、例えば定着器、あるいは乾燥器が小型化される。
【００５６】
図６を参照して、本実施の形態に係る発光素子１０の作用について説明する。図６（ａ）はＦＦＰを説明するための発光素子１０の平面図であり、図６（ｂ）は、発光素子アレイ１００のＦＦＰプロファイルを示す平面図である。
【００５７】
発光素子１０は、紙面横方向（短手方向）の長さがＬｗ、縦方向（長手方向）の長さがＬｈの占有領域を有している。つまり、発光素子１０をアレイ化する場合には、配列ピッチをＬｗ又はＬｈとして配列する。以下、便宜的にこの長さＬｗ及びＬｈをチップサイズという。本実施の形態において、チップサイズに特に限定はないが、例えば、長さＬｈを１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、長さＬＷを０．６ｍｍ〜２ｍｍ程度とすることができる。本実施の形態では、一例として、Ｌｈ＝１０ｍｍ、Ｌｗ＝１．２ｍｍとしている
【００５８】
発光素子１０の発光部１２は、実際に光を出射するわけではないので出射開口という概念はないが、発光部１２の出射開口に相当する長さＡｐ１は上記比較例に係る発光素子９０と同程度で、数μｍとされている。
【００５９】
一方、  図６（ａ）に示すように、発光素子１０の光増幅部１４は、長さがＡｐ３の短手方向の出射開口、長さがＡｐ２の長手方向の出射開口を有する光出射領域を備え、この光出射領域から光が出射される。そして、光増幅部１４では、長さＡｐ３は比較例に係る発光素子９０と同程度の数μｍとされているが、長さＡｐ２は一例として１ｍｍと、発光部１２の光出射領域に相当する長さと比べても非常に長くされている。そのため、発光素子１０の短手方向のＦＦＰであるＦｐ２の広がり角は比較例に係る発光素子９０と同程度の約１０°となるが、長手方向のＦＦＰであるＦｐ１の広がり角は０．０２°程度と非常に小さくなる。
【００６０】
図６（ｂ）は、上記のようなＦＦＰを有する発光素子１０を集積化した発光素子アレイ１００のＦＦＰプロファイルを示している。図６（ｂ）に示すように、各発光素子１０のＦＦＰが長手方向の長さがほぼＡｐ２に等しく短手方向に長い略長方形のＦＦＰであるＦｆ１となる。従って、発光素子アレイ１００のＦＦＰプロファイルはこの発光素子１０のＦＦＰであるＦｆ１が短手方向に配列されたプロファイルとなる。発光素子アレイ１００のＦＦＰプロファイルの長手方向の長さは発光素子アレイ１００からの距離にほとんど依存せず、ほぼＡｐ２で一定である。つまり、発光素子アレイ１００からの出射光は、長手方向に平行化（コリメート化）され、一定の幅の線状光を形成する。従って、発光素子アレイ１００によれば、発光素子１０の段階で出射光の一方向についてすでにコリメート化されているので、出射光の集光光学系が簡易化される。
【００６１】
［第２の実施の形態］
図７を参照して、本実施の形態に係る光学デバイスについて説明する。図７は、発光素子アレイ１００を用いた光学デバイス７０を示している。図７では、図１（ａ）に示す発光素子アレイ１００を３個、発光素子１０の長手方向が紙面左右方向となるように配置している。そのため集光線Ｆは３本となり、紙面手前から奥行方向に線状に延伸している。
【００６２】
上述したように、各発光素子アレイ１００から出射される出射光Ｌｏはほぼ平行光となっているので、集光光学系を構成するレンズは、紙面左右方向にパワーを有するシリンドリカル（かまぼこ型）レンズであるレンズ１０４の１つですむ。そのため、本実施の形態に係る光学デバイス７０によれば、発光素子のみをアレイ化した発光素子アレイを用いた場合と比較して、集光光学系が簡易化され、装置が小型化される。
【００６３】
［第３の実施の形態］
図８を参照して、本実施の形態に係る定着器について説明する。本実施の形態に係る定着器は、一例として画像形成装置に備えられ、トナーが付着した記録紙にレーザ光を照射し定着させる部位である。図８は、光学デバイス７０を用いた定着器８０、及び定着器８０からの出射光のＦＦＰプロファイルを示している。定着器８０は、トナー（図示省略）が付着された記録紙Ｐを搬送方向Ｖに搬送しつつ、光学デバイス７０から集光線Ｆによるレーザ光を照射し、記録紙Ｐ上にトナーを定着させる。
【００６４】
図８（ａ）に示すように、定着器８０を構成する光学デバイス７０は、図７と同様発光素子アレイ１００、かまぼこ型のレンズ１０４を備えている。ただし、定着器８０では発光素子アレイ１００は１個とし、発光素子アレイ１００を構成する各発光素子１０は、搬送方向Ｖの方向を長手方向として配置されている。
【００６５】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す位置Ｐ１すなわち発光素子アレイ１００とレンズ１０４との間の位置で見た発光素子アレイ１００からの出射光ＬｏのプロファイルＰＦ１を、図８（ｃ）は、位置Ｐ２すなわちレンズ１０４と記録紙Ｐとの間の位置で見た発光素子アレイ１００からの出射光ＬｏのプロファイルＰＦ２を、図８（ｄ）は、位置Ｐ３すなわち集光線Ｆの位置の近傍で見た場合の発光素子アレイ１００からの出射光ＬｏのプロファイルＰＦ３を、各々示している。図８（ｂ）〜（ｃ）に示すように、発光素子アレイ１００からの出射光Ｌｏは、プロファイルＰＦ１、ＰＦ２、ＰＦ３の各プロファイルを経て、集光線Ｆとされる。集光線Ｆの幅は、一例として数１００μｍである。
【００６６】
以上のように、本実施の形態に係る定着器８０を備えた画像形成装置によれば、発光素子のみをアレイ化した発光素子アレイを用いた場合と比較して、集光光学系が簡易化され、装置が小型化される。
【００６７】
なお、上記各実施の形態では、基板上に発光素子１０がモノリシックに集積化された発光素子アレイ１００を例示して説明したが、これに限られず、単体の発光素子１０を配列して発光素子アレイを構成してもよい。
【００６８】
また、上記各実施の形態では、発光部１２を構成するメサＭ１、及び光増幅部１４を構成するメサＭ２を下部ＤＢＲ３２の上面までエッチングして形成する形態を例示して説明したが、これに限られず、例えば基板３０の上面までエッチングして形成する形態としてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０      発光素子
１２      発光部
１４      光増幅部
１６、１８、２０  電極
２２      電流阻止領域
３０      基板
３２      下部ＤＢＲ
３４      活性領域
３６      上部ＤＢＲ
３８      酸化狭窄層
３８ａ    非酸化領域
３８ｂ    酸化領域
４０      裏面電極
４２      絶縁膜
４４      光出射面
７０      光学デバイス
８０      定着器
９０      発光素子
９２      光出射領域
１００    発光素子アレイ
１０２    基板
１０４    レンズ
２００    発光素子アレイ
２０２、２０４  レンズ
２７０    光学デバイス
Ｆ        集光線
Ｆｆ１、Ｆｆ２  ＦＦＰ
Ｉｖ、Ｉａ  駆動電流
Ｌｍ      染み出し光
Ｌａ      増幅光
Ｌｏ      出射光
Ｍ１、Ｍ２  メサ
Ｐ        記録紙
Ｖ        搬送方向
Ｖｖ、Ｖａ  電源
【図１】
2018032793.tif 000003
【図２】
2018032793.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018032793.tif 000009
【図８】
2018032793.tif 000010
【図９】
2018032793.tif 000011
【図１０】
2018032793.tif 000012
【図１１】
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