(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡、コンタクト層が積層され、該コンタクト層上の電極によって取り囲まれた出射領域からレーザ光を射出する面発光レーザ素子において、
前記出射領域内に設けられ、該出射領域内における周辺部の反射率と中心部の反射率を異ならせる透明な誘電体層を有し、
前記コンタクト層の厚さは、前記出射領域内における相対的に反射率が高い領域と相対的に反射率が低い領域とで互いに異なり、
前記コンタクト層は、前記上部多層膜反射鏡の高屈折率層上に設けられ、
前記相対的に反射率が低い領域では、該高屈折率層と前記コンタクト層とを合わせた光学的厚さが、「発振波長／４」の奇数倍からずれており、
前記相対的に反射率が高い領域と反射率が低い領域の反射率差は、該高屈折率層と前記コンタクト層とを合わせた光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍の場合に比べて大きく、
前記相対的に反射率が高い領域と相対的に反射率が低い領域における前記コンタクト層の光学的厚さの差は「発振波長／４」よりも小さいことを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡が積層され、電極によって取り囲まれた出射領域からレーザ光を射出する面発光レーザ素子において、
前記出射領域内に設けられ、該出射領域内における周辺部の反射率と中心部の反射率を異ならせる透明な誘電体層を有し、
前記誘電体層は、前記上部多層膜反射鏡の高屈折率層上に設けられ、
該高屈折率層の厚さは、前記出射領域内における相対的に反射率が高い領域と相対的に反射率が低い領域とで互いに異なり、
前記相対的に反射率が低い領域では、該高屈折率層の光学的厚さが、「発振波長／４」の奇数倍からずれており、
前記相対的に反射率が高い領域と反射率が低い領域の反射率差は、該高屈折率層の光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍の場合に比べて大きく、
前記相対的に反射率が高い領域と相対的に反射率が低い領域における該高屈折率層の光学的厚さの差は「発振波長／４」よりも小さいことを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記誘電体層は、少なくとも前記相対的に反射率が高い領域に設けられ、
前記相対的に反射率が高い領域に設けられた誘電体層は、材質の異なる複数の誘電体膜が積層されており、
前記相対的に反射率が高い領域では、前記誘電体層直下の半導体層の厚さが、前記相対的に反射率が低い領域における該半導体層の厚さに比べて、厚い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】
前記相対的に反射率が低い領域では、前記誘電体層直下の半導体層の光学的厚さが「発振波長／４」より１０ｎｍ以上小さいことを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記相対的に反射率が高い領域に設けられた誘電体層は、光学的厚さが「発振波長／４」の偶数倍であり、前記複数の誘電体膜は、各誘電体膜の光学的厚さがいずれも「発振波長／４」の奇数倍であることを特徴とする請求項３又は４に記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記相対的に反射率が低い領域にも誘電体層が設けられ、
前記相対的に反射率が低い領域に設けられた誘電体層は、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記誘電体層は、少なくとも前記相対的に反射率が低い領域に設けられ、
前記相対的に反射率が低い領域に設けられた誘電体層は、単一の材質であり、
前記相対的に反射率が低い領域では、前記誘電体層直下の半導体層の厚さが、前記相対的に反射率が高い領域における該半導体層の厚さに比べて、厚い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８】
前記相対的に反射率が低い領域に設けられた誘電体層は、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍であることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザ素子。
【請求項９】
前記相対的に反射率が高い領域にも、前記相対的に反射率が低い領域に設けられた誘電体層と同じ材質の誘電体層が設けられ、
前記相対的に反射率が高い領域に設けられた誘電体層は、光学的厚さが「発振波長／４」の偶数倍であることを特徴とする請求項７又は８に記載の面発光レーザ素子。
【請求項１０】
前記相対的に反射率が高い領域は、前記出射領域に平行な面内で互いに直交する２方向に関して形状異方性することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０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１２】
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１〜１０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１３】
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１１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１４】
少なくとも１つの像担持体と、
前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する少なくとも１つの請求項１２又は１３に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。
【請求項１５】
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１４に記載の画像形成装置。
【請求項１６】
出射領域内に反射率が高い領域と低い領域とを含み、基板表面に直交する方向に光を出射する面発光レーザ素子の製造方法であって、
基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡、及びコンタクト層を積層する工程と、
前記反射率が高い領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である第１の誘電体層を形成する工程と、
前記反射率が高い領域と低い領域における前記コンタクト層の光学的厚さの差が「発振波長／４」よりも小さくなるように、前記コンタクト層における前記反射率が低い領域に対応する部分の表層を酸化し該酸化された表層を取り除く工程と、
前記出射領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である第２の誘電体層を形成する工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項１７】
出射領域内に反射率が高い領域と低い領域とを含み、基板表面に直交する方向に光を出射する面発光レーザ素子の製造方法であって、
基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡、及びコンタクト層を積層する工程と、
前記コンタクト層における前記出射領域に対応する部分を取り除く工程と、
前記反射率が高い領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である第１の誘電体層を形成する工程と、
前記反射率が高い領域と低い領域における前記高屈折率層の光学的厚さの差が「発振波長／４」よりも小さくなるように、前記上部多層膜反射鏡の最表面の高屈折率層における前記反射率が低い領域に対応する部分の表層を酸化し該酸化された表層を取り除く工程と、
前記出射領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である第２の誘電体層を形成する工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項１８】
出射領域内に反射率が高い領域と低い領域とを含み、基板表面に直交する方向に光を出射する面発光レーザ素子の製造方法であって、
基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡、及びコンタクト層を積層する工程と、
前記反射率が低い領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である誘電体層を形成する工程と、
前記反射率が高い領域と低い領域における前記コンタクト層の光学的厚さの差が「発振波長／４」よりも小さくなるように、前記コンタクト層における前記反射率が高い領域に対応する部分の表層を酸化し該酸化された表層を取り除く工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項１９】
出射領域内に反射率が高い領域と低い領域とを含み、基板表面に直交する方向に光を出射する面発光レーザ素子の製造方法であって、
基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡、及びコンタクト層を積層する工程と、
前記コンタクト層における前記出射領域に対応する部分を取り除く工程と、
前記反射率が低い領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である誘電体層を形成する工程と、
前記反射率が高い領域と低い領域における前記高屈折率層の光学的厚さの差が「発振波長／４」よりも小さくなるように、前記上部多層膜反射鏡の最表面の高屈折率層における前記反射率が高い領域に対応する部分の表層を酸化し該酸化された表層を取り除く工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項２０】
前記コンタクト層における前記出射領域に対応する部分を取り除く工程では、前記出射領域に対応する部分以外をマスクしておき、塩素ガス及び４塩化珪素ガスの少なくとも一方と酸素ガスの混合プラズマ雰囲気中に暴露することを特徴とする請求項１７又は１９に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項２１】
前記酸化された表層を取り除く工程では、前記酸化された表層をアンモニア水、フッ化水素、及び塩酸を含有する水溶液のいずれかに浸漬することを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記表層を酸化する工程では、水蒸気により酸化することを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項２３】
前記表層を酸化する工程では、酸素プラズマ中に暴露することを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【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、画像形成装置及び面発光レーザ素子の製造方法に係り、更に詳しくは、基板表面に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ素子又は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、並びに基板表面に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ素子（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）において、高次横モードの発振を抑制することは、応用上重要であり、従来から様々な試みがなされてきた。その中でも、出射領域の中心部と周辺部に反射率の差をつけることで高次横モードの発振を抑制する方法が有効であり、様々な手法が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、上部反射鏡層構造と下部反射鏡層構造との間に発光層を配置した半導体材料の層構造が基板の上に形成され、上部反射鏡層構造の上方には、平面視形状が円環形状をした上部電極が形成され、上部電極の内側が開口部になっており、該開口部の一部表面を被覆して、発振レーザ光の発振波長に対して透明な層が形成されている面発光半導体レーザ素子が開示されている。ここでは、出射面に光学的厚さがλ／４の奇数倍となる円環状のＳｉＮ膜を形成することで、出射領域の周辺部の反射率を低下させている。
【０００４】
また、特許文献２には、基板上に、第１多層膜反射鏡、発光中心領域を有する活性層、第２多層膜反射鏡及び横モード調整層がこの順に積層されたレーザ構造を備え、第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が発光中心領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有し、第２多層膜反射鏡は、電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられた光出射口と、光出射口を間にして設けられた一対の溝部とを有し、横モード調整層は、光出射口に対応して設けられると共に、光出射口のうち発光中心領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が中央領域のそれよりも低くなっている面発光型半導体レーザが開示されている。ここでは、横モード調整層として、１種類の誘電体膜を利用する構造の他に、複数種類の誘電体膜を交互に積層することで反射率差をつける構造が示されている（例えば、特許文献２の実施形態５参照）。また、光出射口の周辺領域における第２多層膜反射鏡をエッチングで除去することで周辺領域の反射率を低下させている（例えば、特許文献２の実施形態４参照）。
【０００５】
また、特許文献３には、下部反射鏡、活性層、上部反射鏡の順に積層された層構造を有するとともに、下部反射鏡内または上部反射鏡内に電流狭窄層が設けられた面発光レーザ素子が開示されている。この面発光レーザ素子では、上部反射鏡上に設けられるとともに、少なくとも電流狭窄層によって定まる電流狭窄領域の境界面よりも内側に、発振レーザ光に対して第一の反射率を示す第一の領域と発振レーザ光に対して第二の反射率を示す第二の領域とを有した半導体層を備えている。ここでは、出射面のＧａＡｓ層の厚さを、中心部と周辺部で光学的厚さでλ／４程度の差をつけることで、周辺部の反射率を低下させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている面発光半導体レーザ素子では、高次横モードの抑制効果に限界があった。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている面発光型半導体レーザにおいて、複数種類の誘電体膜を交互に積層して横モード調整層を作成する場合には、該面発光型半導体レーザを製造する際の工数が増え、量産性及び製造コストの面で好ましくなかった。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている面発光型半導体レーザにおいて、光出射口の周辺領域における第２多層膜反射鏡をエッチングで除去する場合には、多層膜反射鏡は誘電体に比べて１ペアあたりの反射率が低く、高い反射率差を得るには多くの層を除去する必要がある。このときに、ウェットエッチングで除去したとすると、その断面に傾斜がつくことが予想され、高反射率領域と低反射率領域の境界では反射率差が不安定になるおそれがあった。
【０００９】
また、特許文献３に開示されている面発光レーザ素子では、反射率差を大きくするためにＧａＡｓ層を光学的厚さがλ／４程度になるまで厚くすると、吸収損失が増大して発光効率が低下するという不都合があった。
【００１０】
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、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる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。
【００１１】
また、本発明の第２の目的は、高精度の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。
【００１２】
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。
【００１３】
また、本発明の第４の目的は、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる面発光レーザ素子の製造方法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、基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡、コンタクト層が積層され、該コンタクト層上の電極によって取り囲まれた出射領域からレーザ光を射出する面発光レーザ素子において、前記出射領域内に設けられ、該出射領域内における周辺部の反射率と中心部の反射率を異ならせる透明な誘電体層を有し、前記コンタクト層の厚さは、前記出射領域内における相対的に反射率の高い領域と相対的に反射率が低い領域とで互いに異なり、前記コンタクト層は、前記上部多層膜反射鏡の高屈折率層上に設けられ、前記相対的に反射率が低い領域では、該高屈折率層と前記コンタクト層とを合わせた光学的厚さが、「発振波長／４」の奇数倍からずれており、前記相対的に反射率が高い領域と反射率が低い領域の反射率差は、該高屈折率層と前記コンタクト層とを合わせた光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍の場合に比べて大きく、前記相対的に反射率の高い領域と相対的に反射率が低い領域における前記コンタクト層の光学的厚さの差は「発振波長／４」よりも小さいことを特徴とする第１の面発光レーザ素子である。
【００１５】
本発明は、第２の観点からすると、基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡が積層され、電極によって取り囲まれた出射領域からレーザ光を射出する面発光レーザ素子において、前記出射領域内に設けられ、該出射領域内における周辺部の反射率と中心部の反射率を異ならせる透明な誘電体層を有し、前記誘電体層は、前記上部多層膜反射鏡の高屈折率層上に設けられ、該高屈折率層の厚さは、前記出射領域内における相対的に反射率の高い領域と相対的に反射率が低い領域とで互いに異なり、前記相対的に反射率が低い領域では、該高屈折率層の光学的厚さが、「発振波長／４」の奇数倍からずれており、前記相対的に反射率が高い領域と反射率が低い領域の反射率差は、該高屈折率層の光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍の場合に比べて大きく、前記相対的に反射率の高い領域と相対的に反射率が低い領域における該高屈折率層の光学的厚さの差は「発振波長／４」よりも小さいことを特徴とする第２の面発光レーザ素子である。
【００１６】
上記第１の面発光レーザ素子及び第２の面発光レーザ素子によれば、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる。
【００１７】
本発明は、第３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、各発光部では、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる。
【００１９】
本発明は、第４の観点からすると、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、本発明の面発光レーザ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である。
【００２０】
これによれば、光源が本発明の面発光レーザ素子を有しているため、高い精度の光走査を行うことが可能である。
【００２１】
本発明は、第５の観点からすると、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、本発明の面発光レーザ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である。
【００２２】
これによれば、光源が本発明の面発光レーザアレイを有しているため、高い精度の光走査を行うことが可能である。
【００２３】
本発明は、第６の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と、前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と、を備える画像形成装置である。
【００２４】
これによれば、本発明の光走査装置を備えているため、結果として、高品質の画像を形成することが可能である。
【００２５】
本発明は、第７の観点からすると、出射領域内に反射率が高い領域と低い領域とを含み、基板表面に直交する方向に光を出射する面発光レーザ素子の製造方法であって、基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡、及びコンタクト層を積層する工程と、前記反射率が高い領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である第１の誘電体層を形成する工程と、前記反射率が高い領域と低い領域における前記コンタクト層の光学的厚さの差が「発振波長／４」よりも小さくなるように、前記コンタクト層における前記反射率が低い領域に対応する部分の表層を酸化し該酸化された表層を取り除く工程と、前記出射領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である第２の誘電体層を形成する工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法である。
【００２６】
本発明は、第８の観点からすると、出射領域内に反射率が高い領域と低い領域とを含み、基板表面に直交する方向に光を出射する面発光レーザ素子の製造方法であって、基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡、及びコンタクト層を積層する工程と、前記コンタクト層における前記出射領域に対応する部分を取り除く工程と、前記反射率が高い領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である第１の誘電体層を形成する工程と、前記反射率が高い領域と低い領域における前記高屈折率層の光学的厚さの差が「発振波長／４」よりも小さくなるように、前記上部多層膜反射鏡の最表面の高屈折率層における前記反射率が低い領域に対応する部分の表層を酸化し該酸化された表層を取り除く工程と、前記出射領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である第２の誘電体層を形成する工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法である。
【００２７】
本発明は、第９の観点からすると、出射領域内に反射率が高い領域と低い領域とを含み、基板表面に直交する方向に光を出射する面発光レーザ素子の製造方法であって、基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡、及びコンタクト層を積層する工程と、前記反射率が低い領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である誘電体層を形成する工程と、前記反射率が高い領域と低い領域における前記コンタクト層の光学的厚さの差が「発振波長／４」よりも小さくなるように、前記コンタクト層における前記反射率が高い領域に対応する部分の表層を酸化し該酸化された表層を取り除く工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法である。
【００２８】
本発明は、第１０の観点からすると、出射領域内に反射率が高い領域と低い領域とを含み、基板表面に直交する方向に光を出射する面発光レーザ素子の製造方法であって、基板上に下部多層膜反射鏡、活性層を含む共振器構造体、上部多層膜反射鏡、及びコンタクト層を積層する工程と、前記コンタクト層における前記出射領域に対応する部分を取り除く工程と、前記反射率が低い領域に対応する部分に、光学的厚さが「発振波長／４」の奇数倍である誘電体層を形成する工程と、前記反射率が高い領域と低い領域における前記高屈折率層の光学的厚さの差が「発振波長／４」よりも小さくなるように、前記上部多層膜反射鏡の最表面の高屈折率層における前記反射率が高い領域に対応する部分の表層を酸化し該酸化された表層を取り除く工程と、を含む面発光レーザ素子の製造方法である。
【００２９】
これらの製造方法によれば、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる面発光レーザ素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ構成例１の面発光レーザ素子１００Ａを説明するための図である。
【図４】積層体を説明するための図である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子１００Ａの基板を説明するための図である。
【図６】コンタクト層における可溶部を説明するための図である。
【図７】コンタクト層における可溶部を除去した状態を説明するための図である。
【図８】図３（Ｂ）の一部を拡大した図である。
【図９】計算に用いたモデルを説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ計算結果を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ構成例２の面発光レーザ素子１００Ｂを説明するための図である。
【図１２】出射領域内のコンタクト層を取り除くためのマスクを説明するための図である。
【図１３】出射領域内のコンタクト層が取り除かれた状態を説明するための図である。
【図１４】上部半導体ＤＢＲのエッチング速度と酸素添加条件との関係を説明するための図である。
【図１５】最表面高屈折率層における可溶部を説明するための図である。
【図１６】最表面高屈折率層における可溶部を除去した状態を説明するための図である。
【図１７】図１１（Ｂ）の一部を拡大した図である。
【図１８】図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、それぞれ構成例３の面発光レーザ素子１００Ｃを説明するための図である。
【図１９】図１８（Ｂ）の一部を拡大した図である。
【図２０】図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、それぞれ構成例４の面発光レーザ素子１００Ｄを説明するための図である。
【図２１】図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、それぞれ図２０（Ｂ）の一部を拡大した図である。
【図２２】計算に用いたモデルを説明するための図である。
【図２３】図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、それぞれ計算結果を説明するための図である。
【図２４】図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、それぞれ構成例５の面発光レーザ素子１００Ｅを説明するための図である。
【図２５】図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）は、それぞれ図２４（Ｂ）の一部を拡大した図である。
【図２６】図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）は、それぞれ構成例６の面発光レーザ素子１００Ｆを説明するための図である。
【図２７】図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）は、それぞれ図２６（Ｂ）の一部を拡大した図である。
【図２８】偏光抑圧比ＰＭＳＲと偏光角θｐとの関係を説明するための図である。
【図２９】図２８における符号Ｃに対応する面発光レーザ素子（変形例）を説明するための図である。
【図３０】図２８における符号Ｄに対応する面発光レーザ素子（比較例）を説明するための図である。
【図３１】図３１（Ａ）及び図３１（Ｂ）は、それぞれ構成例７の面発光レーザ素子１００Ｇを説明するための図である。
【図３２】図３２（Ａ）及び図３２（Ｂ）は、それぞれ図３１（Ｂ）の一部を拡大した図である。
【図３３】面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図３４】多色のカラープリンタの概略構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３２（Ｂ）を用いて説明する。図１には、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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枚ずつ取り出し、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
【００４４】
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。
【００４５】
次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。
【００４６】
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、シリンドリカルレンズ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、光学ハウジング３０の所定位置に組み付けられている。
【００４７】
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。
【００４８】
カップリングレンズ１５は、光源１４から出力された光束を略平行光とする。
【００４９】
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。
【００５０】
シリンドリカルレンズ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。
【００５１】
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とシリンドリカルレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されている。
【００５２】
ポリゴンミラー１３は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面に６面の偏向反射面が形成されている。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
ポリゴンミラー１３と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂとから構成されている。なお、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂの間の光路上、及び像面側走査レンズ１１ｂと感光体ドラム１０３０の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されても良い。
【００５６】
光源１４は、基板表面に直交する方向に光を射出する面発光レーザ素子を有している。この面発光レーザ素子としては、種々の構成のものが考えられる。そこで、以下に、いくつかの構成例について説明する。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。
【００５７】
《構成例１》
構成例１の面発光レーザ素子１００Ａが、図３（Ａ）〜図４に示されている。図３（Ａ）は、面発光レーザ素子１００Ａにおける発光部近傍の平面図であり、図３（Ｂ）は、面発光レーザ素子１００ＡをＸＺ面に平行に切断したときの断面図である。なお、図３（Ａ）における符号Ｌ１１は約２５μｍ、Ｌ１２は約１５μｍ、Ｌ１３は約１３μｍ、Ｌ１４は約５μｍである。
【００５８】
この面発光レーザ素子１００Ａは、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、基板１０１、バッファ層１０２（図４では図示省略）、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。
【００５９】
基板１０１は、表面が鏡面研磨面であり、図５（Ａ）に示されるように、鏡面研磨面（主面）の法線方向が、結晶方位［１  ０  ０］方向に対して、結晶方位［１  １  １］Ａ方向に向かって１５度（θ＝１５度）傾斜したｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。すなわち、基板１０１はいわゆる傾斜基板である。ここでは、図５（Ｂ）に示されるように、結晶方位［０  −１  １］方向が＋Ｘ方向、結晶方位［０  １  −１］方向が−Ｘ方向となるように配置されている。また、傾斜基板を用いることによって、偏光方向を傾斜軸方向（ここでは、Ｘ軸方向）に安定させようとする作用が働くものとする。
【００６０】
図３（Ｂ）に戻り、バッファ層１０２は、基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。
【００６１】
下部半導体ＤＢＲ１０３は、バッファ層１０２の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＡｌＡｓ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４０．５ペア有している。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層（図３（Ｂ）では図示省略、図４参照）が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学的厚さとなるように設定されている。なお、光学的厚さとその層の実際の厚さについては以下の関係がある。光学的厚さがλ／４のとき、その層の実際の厚さＤは、Ｄ＝λ／４ｎ（但し、ｎはその層の媒質の屈折率）である。
【００６２】
下部スペーサ層１０４は、下部半導体ＤＢＲ１０３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００６３】
活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層され、３層の量子井戸層と４層の障壁層とを有している。各量子井戸層は、０．７％の圧縮歪みを誘起する組成であるＧａＩｎＡｓＰからなり、バンドギャップ波長が約７８０ｎｍである。また、各障壁層は、０．６％の引張歪みを誘起する組成であるＧａＩｎＰからなる。
【００６４】
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。
【００６５】
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波長の光学的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。
【００６６】
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とｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２４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３（Ｂ）では図示省略、図４参照）が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、λ／４の光学的厚さとなるように設定されている。
【００６７】
上部半導体ＤＢＲ１０７における低屈折率層の１つには、ｐ−ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１０８が厚さ３０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層１０８の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層から３番目となる節に対応する位置である。
【００６８】
コンタクト層１０９は、上部半導体ＤＢＲ１０７の＋Ｚ側に積層され、膜厚が２５ｎｍのｐ−ＧａＡｓからなる層である。コンタクト層は、半導体と電極を小さな抵抗で接合するためにドーピング濃度を高くした層である。例えば、ＧａＡｓにＺｎをドープしたものである。
【００６９】
また、上部半導体ＤＢＲ１０７における最も＋Ｚ側の屈折率層は高屈折率層（以下では、便宜上「最表面高屈折率層」ともいう）である。そして、最表面高屈折率層とその下層（−Ｚ側の屈折率層）となる低屈折率層の間には組成傾斜層が設けられており、該組成傾斜層の中心からコンタクト層１０９の表面までの光学的厚さがλ／４となるように設計されている（組成傾斜層については図４を参照）。
【００７０】
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。
【００７１】
次に、面発光レーザ素子１００Ａの製造方法について説明する。
【００７２】
（Ａ１）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。
【００７３】
ここでは、ＩＩＩ族の原料には、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族の原料には、フォスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）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）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いている。
【００７４】
（Ａ２）積層体の表面に、気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＯ２からなる第１の誘電体層１１１ａを形成する。ここでは、第１の誘電体層１１１ａの光学的厚さがλ／４となるようにした。具体的には、ＳｉＯ２の屈折率ｎが１．４５、発振波長λが７８０ｎｍであるため、実際の膜厚（＝λ／４ｎ）は約１３４ｎｍに設定した。
【００７５】
（Ａ３）出射領域における反射率が高い部分に対応する領域をマスクするためのレジストパターン（第１のパターンという）、及びメサ構造体（以下では、便宜上「メサ」と略述する）の外形を規定するレジストパターン（第２のパターンという）を含むエッチングマスクを形成する。ここでは、第１のパターンは、内径Ｌ１４（ここでは、約５μｍ）、外径Ｌ１２（ここでは、約１５μｍ）のドーナツ状パターンとした。また、第２のパターンは、外形が一辺の長さＬ１１（ここでは、約２５μｍ）の正方形状で、幅約２μｍの閉じたパターンとした。
【００７６】
（Ａ４）バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングにより誘電体層１１１ａをエッチングする。これにより、エッチングマスクでマスクされていない部分の誘電体層１１１ａが除去される。
【００７７】
（Ａ５）第２のパターンによって囲まれた領域を覆うレジストパターンを形成する。
【００７８】
（Ａ６）Ｃｌ２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、積層体をエッチングし、少なくとも被選択酸化層１０８が側面に露出している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中に位置するようにした。
【００７９】
（Ａ７）各レジストパターンを除去する。
【００８０】
（Ａ８）積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）がメサの外周部から選択的に酸化され、メサの中央部に、Ａｌの酸化物１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂが残留する。すなわち、発光部の駆動電流の経路をメサの中央部だけに制限する、いわゆる酸化狭窄構造体が形成される。上記酸化されていない領域１０８ｂが電流通過領域である。このようにして、例えば幅４μｍから６μｍ程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。また、同時にコンタクト層１０９の露出部の表面が酸化され、酸及びアルカリ溶液に可溶な可溶部が生成される（図６参照）。ここでは、該可溶部の深さは約１５ｎｍである。
【００８１】
（Ａ９）積層体をアンモニア水に４０秒間浸漬する。これにより、コンタクト層１０９における上記可溶部が除去される（図７参照）。なお、ここでは、可溶部を除去するのにアンモニア水を用いたが、酸及び他のアルカリ溶液を用いることができる。例えば、塩酸水溶液、燐酸水溶液、アルカリ性の現像液等を使用することができる。
【００８２】
（Ａ１０）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮからなる第２の誘電体層１１１ｂを形成する。ここでは、第２の誘電体層１１１ｂの光学的厚さがλ／４となるようにした。具体的には、ＳｉＮの屈折率ｎが１．８７、発振波長λが７８０ｎｍであるため、実際の膜厚（＝λ／４ｎ）は約１０５ｎｍに設定した。
【００８３】
（Ａ１１）レーザ光の射出面となるメサ上部に、ｐ側電極と接触する部分（コンタクトホール）のコンタクト層を露出させるためのエッチングマスクを形成する。
【００８４】
（Ａ１２）ＢＨＦを用いたウェットエッチングにより第２の誘電体層１１１ｂをエッチングし、コンタクトホールを形成する。
【００８５】
（Ａ１３）エッチングマスクを除去する。
【００８６】
（Ａ１４）メサ上部の光射出部となる領域に一辺の長さがＬ１３（ここでは、約１３μｍ）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。
【００８７】
（Ａ１５）光射出部となる領域に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｐ側電極１１３を形成する。このｐ側電極１１３で囲まれた領域が出射領域である。出射領域の形状は、一辺の長さがＬ３の正方形状である。
【００８８】
（Ａ１６）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側電極１１４を形成する。ここでは、ｎ側電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。
【００８９】
（Ａ１７）アニールによって、ｐ側電極１１３とｎ側電極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。
【００９０】
（Ａ１８）チップ毎に切断する。
【００９１】
そして、種々の後工程を経て、面発光レーザ素子１００Ａとなる。
【００９２】
このようにして製造された面発光レーザ素子１００Ａでは、出射領域内における周辺部に、光学的厚さがλ／４の第２の誘電体層１１１ｂが設けられ、出射領域の中心部に、光学的厚さがλ／４の第１の誘電体層１１１ａと光学的厚さがλ／４の第２の誘電体層１１１ｂの２層からなる誘電体層が設けられている。
【００９３】
この場合、出射領域内における周辺部は、相対的に反射率が低い領域（低反射率領域）となり、出射領域の中心部は、相対的に反射率が高い領域（高反射率領域）となる（図８参照）。なお、図８における符号１０７ａは、上部半導体ＤＢＲ１０７における低屈折率層であり、符号１０７ｂは、上部半導体ＤＢＲ１０７における高屈折率層である。また、図８では、組成傾斜層の図示を省略している。
【００９４】
また、面発光レーザ素子１００Ａでは、高反射率領域でのコンタクト層１０９の厚さは２５ｎｍ、低反射率領域でのコンタクト層１０９の厚さは１０ｎｍ（＝２５−１５）の厚さとなる。すなわち、コンタクト層１０９の厚さは、出射領域内における低反射率領域と高反射率領域とで互いに異なっている。
【００９５】
そして、高反射率領域では、コンタクト層１０９と最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とを合わせた光学的厚さはλ／４であり、低反射率領域では、コンタクト層１０９と最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とを合わせた光学的厚さはλ／４よりも小さい。最表面高屈折率層とは、図８における＋Ｚ側の一番上部の高屈折率層１０７ｂのことである。
【００９６】
すなわち、面発光レーザ素子１００Ａは、高反射率領域及び低反射率領域のいずれにも誘電体層が設けられ、高反射率領域におけるコンタクト層１０９の厚さと低反射率領域におけるコンタクト層１０９の厚さは異なり、低反射率領域では最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層１０９を合わせた光学的厚さがλ／４からずれている。
【００９７】
この場合は、低反射率領域と高反射率領域の反射率差を従来よりも大きくすることができる。その結果、従来よりも強い高次横モードの発振抑制効果を得ることができる。
【００９８】
この面発光レーザ素子１００Ａについて、基本横モードに対する高次横モードの抑圧比ＳＭＳＲ（Ｓｉｄｅ  Ｍｏｄｅ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）が２０ｄＢとなる光出力（基本横モード出力）を評価した。一般的に、電流通過領域の面積を大きくしていくと、出射領域の周辺部に光出力のピークがある高次横モードが発振しやすくなるため基本横モード出力が低下しやすい傾向があるが、面発光レーザ素子１００Ａでは、電流通過領域の面積が３０μｍ２でも２．５ｍＷ以上の基本横モード出力が得られた。
【００９９】
誘電体層１１１ａ及び誘電体層１１１ｂの光学的厚さは、いずれもλ／４である。また、誘電体層１１１ａの屈折率は、誘電体層１１１ｂの屈折率よりも小さい。
【０１００】
この場合、出射領域の中心部では、誘電体層１１１ａと誘電体層１１１ｂが１ペアの誘電体多層膜反射鏡を形成し、反射率が向上する。これに対して、出射領域内の周辺部では、誘電体層１１１ｂと空気との境界で逆位相の反射波が発生し、反射率が低下する。
【０１０１】
基本横モードの光強度は、出射領域の中心部で強く周辺部になるにつれて低下する傾向がある。これに対して、高次横モードの光強度は、少なくとも出射領域の周辺部で大きくなる傾向がある。面発光レーザ素子１００Ａでは、出射領域の中心部では反射率が向上し、周辺部では反射率が低下するため、基本モードの出力を低下させずに、高次横モードの発振だけが抑制される。
【０１０２】
また、低反射率領域では、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層１０９を合わせた光学的厚さがλ／４からずれている。この場合、低反射率領域では、コンタクト層１０９で定在波に対する位相がずれるため、反射率が低下する。その結果、中心部と周辺部の反射率差はより大きくなり、高次横モードの抑制効果はさらに向上する。
【０１０３】
コンタクト層は、メタル配線と接合する層であるため、ドーピング濃度が大きく、レーザ光に対して吸収損失が発生する。つまり、コンタクト層の厚さは、吸収損失に比例し、反射率に影響を与える。他方、誘電体層や多層膜反射鏡は、光の吸収が無いため、その厚さは反射率に影響しない。
【０１０４】
また、膜厚は、レーザ光に対する光学長のλ／４からずれると反射率が変化する。例えば、屈折率が高い層、低い層、高い層のように交互となる場合は膜厚の光学長がλ／４のときに反射率が最大となり、ずれると反射率が低下する。また、反射率が高い層、低い層、低い層のように交互とはならない場合は、膜厚の光学長がλ／４のときに反射率が最小となり、ずれると反射率が高くなる。
【０１０５】
本願明細書の構成例では、コンタクト層や、多層膜反射鏡の最表面層の膜厚を制御することで、出射領域内の反射率の差を設けるようにしている。
【０１０６】
ここでは、被選択酸化層１０８を選択酸化させて酸化狭窄構造体を形成するのに先だって、低反射率領域に対応する部分のコンタクト層１０９を露出させている。そして、酸化狭窄構造体の形成とともに、低反射率領域に対応する部分のコンタクト層１０９の表面を酸化させている。コンタクト層１０９は、表面が酸化されていると酸やアルカリによって酸化物が除去され膜減りしやすくなる。そこで、表面が酸化されているコンタクト層１０９をアンモニア水に浸漬し、低反射率領域に対応する部分のコンタクト層１０９を膜減りさせている。これにより、低反射率領域における最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層１０９を合わせた光学的厚さをλ／４よりも小さくしている。
【０１０７】
低反射率領域において最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層を合わせた光学的厚さをλ／４からずらすことの効果を確かめるために、図９に示される１次元の計算モデルを用いて反射率の計算を行った。この計算モデルでは、上部半導体ＤＢＲとして光学的厚さがλ／４のＡｌ０．３Ｇａ０．７ＡｓとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓが２３ペア積層され、出射面に最も近い高屈折率層上にコンタクト層が形成されている。また、高反射率領域には、コンタクト層の表面に光学的厚さがλ／４のＳｉＯ２（ｎ＝１．４５）とＳｉＮ（ｎ＝１．８７）からなる１ペアの誘電体多層膜反射鏡が形成され、低反射率領域には、コンタクト層の表面に光学的厚さがλ／４のＳｉＮが形成されている。さらに、コンタクト層の厚さが２５ｎｍのときに、上部半導体ＤＢＲにおける最表面の高屈折率層とコンタクト層を合わせた光学的厚さがλ／４となるように設定されている。
【０１０８】
この計算モデルにおいて、コンタクト層の厚さだけを変化させたときの反射率を計算した結果が、高反射率領域について図１０（Ａ）に示され、低反射率領域について図１０（Ｂ）に示されている。
【０１０９】
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）における実線は、コンタクト層の吸収係数を１００００［ｃｍ−１］として計算した結果であり、破線は比較のためにコンタクト層の吸収係数を０として計算した結果である。７８０ｎｍの波長帯ではＧａＡｓの吸収係数は約１００００［ｃｍ−１］となるため、実線の結果が実際に近い値となる。
【０１１０】
高反射率領域では、図１０（Ａ）に示されるように、吸収有り／無しのいずれの場合においても、コンタクト層の厚さが２５ｎｍに近いときに反射率が最大となり、コンタクト層の厚さが２５ｎｍからずれると反射率が低下する傾向がある。これは、最表面の高屈折率層とコンタクト層を合わせた光学的厚さがλ／４からずれるためである。
【０１１１】
一方、低反射率領域では、図１０（Ｂ）に示されるように、吸収係数が０の場合はコンタクト層の厚さが２５ｎｍに近いときに反射率が最大となり、コンタクト層の厚さが２５ｎｍからずれると反射率が低下する傾向がある。これに対して、吸収がある場合はコンタクト層の厚さが２５ｎｍよりも小さい２０ｎｍに近いときに反射率が最大となり、コンタクト層の厚さが２０ｎｍからずれると反射率が低下する傾向がある。
【０１１２】
コンタクト層の厚さが２５ｎｍではなく２０ｎｍのときに反射率が最大となっているのは、コンタクト層の厚さが２０ｎｍのときには、最表面の高屈折率層とコンタクト層を合わせた光学的厚さがλ／４からずれていて反射率が低下するが、コンタクト層が２５ｎｍよりも薄くなることで吸収損失が小さくなり、反射率が高くなったためである。
【０１１３】
高反射率領域と低反射率領域とで吸収係数の値による傾向が異なるのは、低反射率領域では反射率が相対的に低いためにコンタクト層による吸収の影響があらわれやすいためである。
【０１１４】
従って、高反射率領域でのコンタクト層の厚さが２５ｎｍに近く、低反射率領域でのコンタクト層の厚さが２５ｎｍよりも大きいか、２５ｎｍより１０ｎｍ以上小さい構造にすることで、２５ｎｍの場合に比べて大きな反射率差が得られることが分かる。
【０１１５】
例えば、低反射率領域のコンタクト層を１５ｎｍだけ膜減りさせた場合、低反射率領域のコンタクト層の厚さは１０ｎｍとなる。このとき、高反射率領域は図１０（Ａ）における位置Ｈ１に対応し、低反射率領域は図１０（Ｂ）における位置Ｌ１に対応する。位置Ｈ１での反射率をＲＨ１、位置Ｌ１での反射率をＲＬ１とすると、反射率差はＲＨ１−ＲＬ１となる。この反射率差は、低反射率領域におけるコンタクト層と最表面高屈折率層とを合わせた層の光学的厚さがλ／４の場合、つまり、コンタクト層の厚さが一様に２５ｎｍである場合に比べて大きい。ここでは、低反射率領域のコンタクト層が薄くなるほど高次横モードの抑制効果が高いと言える。
【０１１６】
また、７８０ｎｍの波長帯ではコンタクト層による吸収の影響が大きいため、コンタクト層の厚さを少なくとも１０ｎｍ以上小さくしなければ、低反射率領域の反射率をコンタクト層の厚さが２５ｎｍのときよりも小さくすることができない。しかし、７８０ｎｍより長波長帯ではコンタクト層による吸収の影響が小さくなるため、コンタクト層の膜減りが１０ｎｍより小さくても反射率差を大きくする効果が得られる。
【０１１７】
また、面発光レーザ素子１００Ａでは、出射領域が誘電体層で保護される構造となるため、環境雰囲気による酸化や汚染、及びＡｌを含む層が外部環境の水分を吸湿することによって生じる素子の破壊などを防ぐことができる。すなわち、長期信頼性に優れた面発光レーザ素子を得ることができる。
【０１１８】
なお、ここでは、基板１０１の主面の法線方向が、結晶方位［１  ０  ０］方向に対して、結晶方位［１  １  １］Ａ方向に向かって１５度傾斜している場合について説明したが、これに限定されるものではない。基板１０１の主面の法線方向が、結晶方位＜１  ０  ０＞の一の方向に対して、結晶方位＜１  １  １＞の一の方向に向かって傾斜していれば良い。
【０１１９】
また、ここでは、保護層及びモードフィルタがＳｉＮの場合について説明したが、これに限らず、例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、ＴｉＯｘ及びＳｉＯＮのいずれかであっても良い。それぞれの材質の屈折率に合わせて膜厚を設計することで同様の効果を得ることができる。
【０１２０】
また、ここでは、各誘電体層の光学的厚さがλ／４の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各誘電体層の光学的厚さが３λ／４であっても良い。要するに、各誘電体層の光学的厚さがλ／４の奇数倍であれば、上記面発光レーザ素子１００Ａと同様な高次横モード抑制効果を得ることができる。
【０１２１】
また、ここでは、コンタクト層と最表面高屈折率層とを合わせた層の光学的厚さがλ／４よりも小さい場合のみを記載したが、これに限定されるものではない。λ／４の奇数倍に対して前記光学的厚さがずれていれば同様の効果が得られる。なお、コンタクト層を厚くすると吸収損失は増えるが、コンタクト抵抗やシート抵抗が低減するため、レーザ光を高速に直接変調する用途には有利である。
【０１２２】
また、ここでは、ｐ側電極１１３の開口部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い。ｐ側電極１１３の開口部が多角形、円形、楕円形などの形状でも良い。
【０１２３】
続いて、他の構成例について説明するが、前述した構成例１との相違点を中心に説明するとともに、構成例１と同一若しくは同等の構成部分については、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【０１２４】
《構成例２》
構成例２の面発光レーザ素子１００Ｂが、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示されている。図１１（Ａ）は、面発光レーザ素子１００Ｂにおける発光部近傍の平面図であり、図１１（Ｂ）は、面発光レーザ素子１００ＢをＸＺ面に平行に切断したときの断面図である。
【０１２５】
面発光レーザ素子１００Ｂは、前記面発光レーザ素子１００Ａに対して、誘電体層の直下のコンタクト層が除去され、誘電体層の下層が最表面高屈折率層である点が異なっている。誘電体層には、先に説明したように、ＳｉＯ２からなる誘電体層と、ＳｉＮからなる誘電体層との組み合わせが例示できる。
【０１２６】
面発光レーザ素子１００Ｂの製造方法について説明する。
【０１２７】
（Ｂ１）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。但し、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さはλ／４である。
【０１２８】
（Ｂ２）積層体の表面に、ｐ側電極１１３とコンタクトする領域以外のコンタクト層１０９をエッチングするようなエッチングマスクを形成する（図１２参照）。
【０１２９】
（Ｂ３）積層体を４塩化珪素ガスと酸素ガスの混合プラズマ雰囲気に暴露して、コンタクト層１０９のみを選択的に除去し、所望の領域の高屈折率層１０７ｂを露出させる（図１３参照）。なお、図１３では、組成傾斜層の図示を省略している。
【０１３０】
ところで、図１４には、上部半導体ＤＢＲを実験的にエッチングしたときのエッチング経過時間と反射率の関係が示されている。なお、モニタ波長は５７０ｎｍである。高反射率層と低反射率層が１層エッチングされる毎に反射率の高低が繰り返される。ここでは、開始時は酸素添加無しでエッチングを行い、時間経過とともに酸素添加条件１〜３でエッチングを行った。なお、酸素の添加量は、条件１＜条件２＜条件３である。酸素添加無しの場合と比べて、例えば酸素添加条件３ではエッチング速度が１／３以下となっている。一方、コンタクト層は、酸素添加の有無によって、エッチング速度が変動することはない。そこで、例えば、酸素が添加された雰囲気でプラズマ処理を行うことにより、コンタクト層を選択的にエッチングすることが可能であり、所望の領域の最表面高屈折率層を露出させることができる。
【０１３１】
以降、前述した構成例１の（Ａ２）〜（Ａ１８）と同様の処理を行う。
【０１３２】
なお、前述した構成例１の（Ａ８）と同様な処理では、酸化狭窄構造体の形成と同時に、最表面高屈折率層の露出部の表面が酸化され、酸及びアルカリ溶液に可溶な可溶部が生成される（図１５参照）。
【０１３３】
そして、前述した構成例１の（Ａ９）と同様な処理後の状態が図１６に示されている。
【０１３４】
ところで、上記（Ｂ３）のコンタクト層１０９の除去工程において、エッチャントによっては最表面高屈折率層が膜減りする可能性がある。このときには、あらかじめ最表面高屈折率層を厚くしておく必要がある。
【０１３５】
このようにして製造された面発光レーザ素子１００Ｂでは、出射領域内における周辺部に、光学的厚さがλ／４の第２の誘電体層１１１ｂが設けられ、出射領域の中心部に、光学的厚さがλ／４の第１の誘電体層１１１ａと光学的厚さがλ／４の第２の誘電体層１１１ｂの２層からなる誘電体層が設けられている。
【０１３６】
この場合、出射領域内における周辺部は、相対的に反射率が低い領域（低反射率領域）となり、出射領域の中心部は、相対的に反射率が高い領域（高反射率領域）となる（図１７参照）。
【０１３７】
また、面発光レーザ素子１００Ｂでは、高反射率領域での最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さはλ／４であり、低反射率領域での最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さはλ／４よりも小さい。すなわち、最表面高屈折率層の厚さは、出射領域内における低反射率領域と高反射率領域とで互いに異なっている。
【０１３８】
すなわち、面発光レーザ素子１００Ｂは、高反射率領域及び低反射率領域のいずれにも誘電体層が設けられ、高反射率領域における最表面高屈折率層の厚さと低反射率領域における最表面高屈折率層の厚さは異なり、低反射率領域では最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さがλ／４からずれている。
【０１３９】
この場合は、低反射率領域と高反射率領域の反射率差を従来よりも大きくすることができる。その結果、従来よりも強い高次横モードの発振抑制効果を得ることができる。なお、最表面高屈折率層はｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓであり、７８０ｎｍ帯での吸収係数は小さいので、構成例１のＧａＡｓコンタクト層のように吸収係数を考慮する必要はない。
【０１４０】
誘電体層１１１ａ及び誘電体層１１１ｂの光学的厚さは、いずれもλ／４である。また、誘電体層１１１ａの屈折率は、誘電体層１１１ｂの屈折率よりも小さい。
【０１４１】
この場合、出射領域の中心部では、誘電体層１１１ａと誘電体層１１１ｂが１ペアの誘電体多層膜反射鏡を形成し、反射率が向上する。これに対して、出射領域内の周辺部では、誘電体層１１１ｂと空気との境界で逆位相の反射波が発生し、反射率が低下する。
【０１４２】
基本横モードの光強度は、出射領域の中心部で強く周辺部になるにつれて低下する傾向がある。これに対して、高次横モードの光強度は、少なくとも出射領域の周辺部で大きくなる傾向がある。面発光レーザ素子１００Ｂでは、出射領域の中心部では反射率が向上し、周辺部では反射率が低下するため、基本モードの出力を低下させずに、高次横モードの発振だけが抑制される。
【０１４３】
また、低反射率領域では、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さがλ／４からずれている。この場合、低反射率領域では、最表面高屈折率層で定在波に対する位相がずれるため、反射率が低下する。その結果、中心部と周辺部の反射率差はより大きくなり、高次横モードの抑制効果はさらに向上する。
【０１４４】
ここでは、誘電体層１１１ａを形成するのに先だって、出射領域内のコンタクト層を除去している。そして、高反射率領域に対応する部分に誘電体層１１１ａを形成し、酸化狭窄構造体の形成とともに、低反射率領域に対応する部分の最表面高屈折率層の表面を酸化させている。最表面高屈折率層は、表面が酸化されていると酸やアルカリによって膜減りしやすくなる。そこで、表面が酸化されている最表面高屈折率層をアンモニア水に浸漬し、低反射率領域に対応する部分の最表面高屈折率層を膜減りさせている。これにより、低反射率領域における最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さをλ／４よりも小さくしている。
【０１４５】
《構成例３》
構成例３の面発光レーザ素子１００Ｃが、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示されている。図１８（Ａ）は、面発光レーザ素子１００Ｃにおける発光部近傍の平面図であり、図１８（Ｂ）は、面発光レーザ素子１００ＣをＸＺ面に平行に切断したときの断面図である。なお、図１８（Ａ）における符号Ｌ２１は約１５μｍ、符号Ｌ２２は約５μｍ、符号Ｌ２３は約２μｍである。
【０１４６】
面発光レーザ素子１００Ｃは、前記面発光レーザ素子１００Ａに対して、高反射率領域が、Ｘ軸方向とＹ軸方向に関して形状異方性を有する点が異なっている。この場合は、光閉じ込め作用に異方性が生じるため、偏光方向が特性の方向に規定される作用が働く。その結果、偏光方向がより安定した面発光レーザ素子を得ることができる。
【０１４７】
すなわち、面発光レーザ素子１００Ｃは、高反射率領域及び低反射率領域のいずれにも誘電体層が設けられ、高反射率領域におけるコンタクト層１０９の厚さと低反射率領域におけるコンタクト層１０９の厚さは異なり、低反射率領域では最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層１０９を合わせた光学的厚さがλ／４からずれている（図１９参照）。
【０１４８】
この場合は、前記面発光レーザ素子１００Ａと同様に、低反射率領域と高反射率領域の反射率差を従来よりも大きくすることができる。その結果、従来よりも強い高次横モードの発振抑制効果を得ることができる。
【０１４９】
ところで、面発光レーザ素子１００Ｃでは、前記面発光レーザ素子１００Ａよりも低反射率領域の面積がわずかに小さくなる。そこで、面発光レーザ素子１００Ｃでは、前記面発光レーザ素子１００Ａに比べて基本横モード出力はやや低くなる。
【０１５０】
しかしながら、面発光レーザ素子１００Ｃでは、電流通過領域の面積が３０μｍ２であっても２．０ｍＷ以上の十分高い基本横モード出力が得られた。また、面発光レーザ素子１００Ｃでは、射出される光の偏光方向は安定しており、２０ｄＢ以上の偏光抑圧比ＰＭＳＲ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）が得られた。なお、偏光抑圧比とは、所望の偏光方向における光強度とそれに直交する方向における光強度との比であり、複写機などでは２０ｄＢ程度必要であるとされている。
【０１５１】
なお、この場合に、上記構成例２のように、誘電体層直下が最表面高屈折率層であっても同等の効果が得られる。
【０１５２】
《構成例４》
構成例４の面発光レーザ素子１００Ｄが、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示されている。図２０（Ａ）は、面発光レーザ素子１００Ｄにおける発光部近傍の平面図であり、図２０（Ｂ）は、面発光レーザ素子１００ＤをＸＺ面に平行に切断したときの断面図である。なお、図２０（Ａ）における符号Ｌ３１は約１３μｍ、符号Ｌ３２は約５μｍである。
【０１５３】
面発光レーザ素子１００Ｄは、前記面発光レーザ素子１００Ａに対して、低反射率領域のみに誘電体層１１１が設けられている点が異なっている。
【０１５４】
ここでは、コンタクト層１０９の厚さを４０ｎｍとし、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層１０９とを合わせた光学的厚さは、コンタクト層１０９の厚さが２５ｎｍのときにλ／４となるように設計されている。
【０１５５】
面発光レーザ素子１００Ｄの製造方法について説明する。
【０１５６】
（Ｄ１）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。
【０１５７】
（Ｄ２）積層体の表面に、気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＯ２からなる誘電体層１１１を約２０ｎｍ形成する。
【０１５８】
（Ｄ３）メサの外形を規定するレジストパターンを含むエッチングマスクを形成する。
【０１５９】
（Ｄ４）Ｃｌ２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、積層体をエッチングし、少なくとも被選択酸化層１０８が側面に露出している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中に位置するようにした。
【０１６０】
（Ｄ５）エッチングマスクを除去する。
【０１６１】
（Ｄ６）積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）がメサの外周部から選択的に酸化され、メサの中央部に、Ａｌの酸化物１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂが残留する。すなわち、発光部の駆動電流の経路をメサの中央部だけに制限する、いわゆる酸化狭窄構造体が形成される。上記酸化されていない領域１０８ｂが電流通過領域である。このようにして、例えば幅４μｍから６μｍ程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。
【０１６２】
（Ｄ７）濃度１０％のＢＨＦに１５秒間浸漬する。これによりメサ上部にある２０ｎｍのＳｉＯ２膜がエッチングされ、続いて形成される誘電体膜の密着性が向上する。
【０１６３】
（Ｄ８）化学気相堆積法（ＣＶＤ法）により、ＳｉＮからなる誘電体層１１１を形成する。ここでは、誘電体層１１１の光学的厚さがλ／４となるようにした。具体的には、屈折率ｎが１．８６、発振波長λが７８０ｎｍであるため、実際の膜厚（＝λ／４ｎ）は約１０５ｎｍに設定した。
【０１６４】
（Ｄ９）レーザ光の射出面となるメサ上部の相対的に反射率を高くする部分及びコンタクトホールとなる部分のコンタクト層を露出させるためのエッチングマスクを形成する。ここでは、低反射率領域の形状は、外径Ｌ３１（ここでは、約１３μｍ）、内径Ｌ３２（ここでは、約５μｍ）のドーナツ形状とする。
【０１６５】
（Ｄ１０）ＢＨＦにて誘電体層１１１をエッチングする。
【０１６６】
（Ｄ１１）酸素プラズマに暴露する。これにより、エッチングマスクが除去される。同時にコンタクト層１０９の露出部の表面が酸化され、酸及びアルカリ溶液に可溶な可溶部が生成される。ここでは、該可溶部の深さは約１５ｎｍである。
【０１６７】
なお、ここでは、酸素流量を３００ｍｌ／ｍｉｎ、放電圧力を１００Ｐａ、投入パワーを５００Ｗ、暴露時間を２０分とした。
【０１６８】
（Ｄ１２）積層体をアンモニア水に４０秒間浸漬する。これにより、コンタクト層１０９における上記可溶部が除去される。なお、ここでは、可溶部を除去するのにアンモニア水を用いたが、酸及び他のアルカリ溶液を用いることができる。例えば、塩酸水溶液、燐酸水溶液、アルカリ性の現像液等を使用することができる。
【０１６９】
以降、前述した構成例１の（Ａ１４）〜（Ａ１８）と同様な処理を行う。
【０１７０】
このようにして製造された面発光レーザ素子１００Ｄでは、高反射率領域でのコンタクト層の厚さｄ１が２５ｎｍ、低反射率領域でのコンタクト層の厚さｄ２は４０ｎｍとなる（図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）参照）。
【０１７１】
そして、高反射率領域では、コンタクト層と最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とを合わせた光学的厚さ（ｄ１＋ｄ３）がλ／４となる。また、低反射率領域では、コンタクト層と最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とを合わせた光学的厚さ（ｄ２＋ｄ３）がλ／４よりも大きくなる。
【０１７２】
すなわち、面発光レーザ素子１００Ｄは、低反射率領域に誘電体層が設けられ、高反射率領域におけるコンタクト層１０９の厚さと低反射率領域におけるコンタクト層１０９の厚さは異なり、低反射率領域では最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層１０９を合わせた光学的厚さがλ／４からずれている。
【０１７３】
この場合は、低反射率領域と高反射率領域の反射率差を従来よりも大きくすることができる。その結果、従来よりも強い高次横モードの発振抑制効果を得ることができる。
【０１７４】
誘電体層１１１の光学的厚さはλ／４である。出射領域の中心部では誘電体層が設けられていないため反射率は変化しないが、出射領域内の周辺部では光学的厚さがλ／４の誘電体層１１１により、誘電体層１１１と空気との境界で逆位相の反射波が発生するため反射率は低下する。そこで、出射領域の中心部は、相対的に反射率が高い領域となる。
【０１７５】
ここでは、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層１０９を合わせた光学的厚さがλ／４からずれるように積層体が作成されている。そして、被選択酸化層１０８を選択酸化させて酸化狭窄構造体を形成した後、相対的に反射率が高い領域及びコンタクトホールに対応する部分以外に誘電体層１１１を形成している。そして、酸素プラズマに暴露して、コンタクト層の露出部分の表層を酸化させている。コンタクト層は、表面が酸化されていると酸やアルカリによって膜減りしやすくなる。そこで、表面が酸化されているコンタクト層をアンモニア水に浸漬し、相対的に反射率が高い領域に対応する部分のコンタクト層を膜減りさせている。これにより、相対的に反射率が高い領域における最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層を合わせた光学的厚さをλ／４とし、低反射率領域における最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層を合わせた光学的厚さをλ／４よりも大きくしている。
【０１７６】
このように、相対的に反射率が高い領域に誘電体層が設けられていない場合には、上記構成例１と異なり、低反射率領域のコンタクト層１０９が誘電体層１１１によりマスクされているので、膜減りするのは相対的に反射率が高い領域のコンタクト層１０９である。この場合に、低反射率領域での位相をずらすためには、コンタクト層１０９が膜減りする量を把握し、その分だけコンタクト層１０９をあらかじめ厚くしておけば良い。その結果、低反射率領域では、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層を合わせた光学的厚さがλ／４からずれるため、反射率が低下する。従って、中心部と周辺部の反射率差は、従来よりも大きくなる。
【０１７７】
低反射率領域において最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層を合わせた光学的厚さをλ／４からずらすことの効果を確かめるために、図２２に示される１次元の計算モデルを用いて反射率の計算を行った。この計算モデルでは、上部半導体ＤＢＲとして光学的厚さがλ／４のＡｌ０．３Ｇａ０．７ＡｓとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓが２５ペア積層され、出射面に最も近い高屈折率層上にコンタクト層が形成されている。また、低反射率領域には、コンタクト層の表面に光学的厚さがλ／４のＳｉＮ（ｎ＝１．８７）が形成されている。さらに、コンタクト層の厚さが２５ｎｍの場合に、上部半導体ＤＢＲにおける最表面の高屈折率層とコンタクト層を合わせた光学的厚さがλ／４となるように設定されている。
【０１７８】
この計算モデルにおいて、コンタクト層の厚さだけを変化させたときの反射率を計算した結果が、高反射率領域（相対的に反射率が高い領域）について図２３（Ａ）に示され、低反射率領域について図２３（Ｂ）に示されている。
【０１７９】
図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）において、実線はコンタクト層の吸収損失係数を１００００［ｃｍ−１］として計算した結果であり、破線は比較のためにコンタクト層の吸収損失係数を０として計算した結果である。７８０ｎｍの波長帯ではＧａＡｓの吸収係数は約１００００［ｃｍ−１］となるため、実線の結果が実際に近い値となる。
【０１８０】
高反射率領域では、図２３（Ａ）に示されるように、吸収有り／無しのいずれの場合においても、コンタクト層の厚さが２５ｎｍに近いときに反射率が最大となり、コンタクト層の厚さが２５ｎｍからずれると反射率が低下する傾向がある。これは、最表面の高屈折率層とコンタクト層を合わせた光学的厚さがλ／４からずれるためである。
【０１８１】
一方、低反射率領域では、図２３（Ｂ）に示されるように、吸収係数が０の場合はコンタクト層の厚さが２５ｎｍに近いときに反射率が最大となり、コンタクト層の厚さが２５ｎｍからずれると反射率が低下する傾向がある。これに対して、吸収がある場合はコンタクト層の厚さが２５ｎｍよりも小さい２０ｎｍに近いときに反射率が最大となり、コンタクト層の厚さが２０ｎｍからずれると反射率が低下する傾向がある。
【０１８２】
コンタクト層の厚さが２５ｎｍではなく２０ｎｍのときに反射率が最大となっているのは、コンタクト層の厚さが２０ｎｍのときには、最表面の高屈折率層とコンタクト層を合わせた光学的厚さがλ／４からずれていて反射率が低下するが、コンタクト層が２５ｎｍよりも薄くなることで吸収損失が小さくなり、反射率が高くなったためである。
【０１８３】
高反射率領域と低反射率領域とで吸収係数の値による傾向が異なるのは、低反射率領域では反射率が相対的に低いためにコンタクト層による吸収の影響があらわれやすいためである。
【０１８４】
従って、高反射率領域でのコンタクト層の厚さが２５ｎｍに近く、低反射率領域でのコンタクト層の厚さが２５ｎｍよりも大きいか、２５ｎｍより１０ｎｍ以上小さい構造にすることで、２５ｎｍの場合に比べて大きな反射率差が得られることが分かる。
【０１８５】
例えば、コンタクト層を１５ｎｍだけ膜減りさせた場合、形成時のコンタクト層の厚さを４０ｎｍと設計しておけば、最終的な高反射率領域のコンタクト層の厚さは２５ｎｍとなる。そして、低反射率領域のコンタクト層は４０ｎｍのままであり、高反射領域に比べて１５ｎｍ厚くなる。このとき、高反射率領域は図２３（Ａ）における位置Ｈ２に対応し、低反射率領域は図２３（Ｂ）における位置Ｌ２に対応する。
【０１８６】
位置Ｈ２での反射率をＲＨ２、位置Ｌ２での反射率をＲＬ２とすると、反射率差はＲＨ２−ＲＬ２となる。この反射率差は、低反射率領域におけるコンタクト層と最表面高屈折率層を合わせた層の光学的厚さがλ／４の場合、つまり、コンタクト層の厚さが２５ｎｍの場合に比べて大きい。ここでは、低反射率領域のコンタクト層が厚くなるほど高次横モードの抑制効果が高いと言える。
【０１８７】
また、コンタクト層をあらかじめ厚くしていない場合は、反射率差は小さくなってしまう。例えば、コンタクト層の厚さを２５ｎｍに設計した場合、高反射率領域のコンタクト層は膜減りにより厚さが１０ｎｍに仕上がることになる。この場合、高反射率領域は図２３（Ａ）における位置Ｈ３に対応し、低反射率領域は図２３（Ｂ）における位置Ｌ３に対応する。
【０１８８】
位置Ｈ３での反射率をＲＨ３、位置Ｌ３での反射率をＲＬ３とすると、反射率差はＲＨ３−ＲＬ３となる。この反射率差は、上記ＲＨ２−ＲＬ２、つまり低反射率領域におけるコンタクト層と最表面高屈折率層とを合わせた層の光学的厚さをλ／４よりも厚くした場合に比べて小さく、高次横モードの抑制効果が低下する。
【０１８９】
また、７８０ｎｍの波長帯はコンタクト層による吸収の影響が大きいため、２５ｎｍよりも小さいときに低反射率領域の反射率が最大となっている。しかし、本構成例では高反射率領域のコンタクト層を膜減りさせるので、低反射率領域のコンタクト層は２５ｎｍよりも厚くなる。この場合、コンタクト層の吸収損失により低反射率領域の反射率がさらに低下するため、反射率差はさらに大きくなる。
【０１９０】
また、本構成例では、コンタクト層による吸収損失が小さい波長帯だとしても反射率差が大きくなる効果は得られる。これは、コンタクト層と最表面の高屈折率層の位相をずらすことで反射率を低下させているためである。
【０１９１】
例えば、７８０ｎｍより長波長帯ではＧａＡｓによる吸収係数が小さくなるが、図２３（Ｂ）に破線で示されているように、吸収係数が０の場合でも最表面の高屈折率層とコンタクト層を合わせた光学的厚さがλ／４からずれることによる反射率差の拡大効果が得られることが分かる。
【０１９２】
また、ここでは、低反射率領域における誘電体層の光学的厚さがλ／４の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、誘電体層の光学的厚さが３λ／４であっても良い。要するに、誘電体層の光学的厚さがλ／４の奇数倍であれば、上記面発光レーザ素子１００Ｄと同様な高次横モード抑制効果を得ることができる。
【０１９３】
また、ここでは、コンタクト層と最表面高屈折率層とを合わせた層の光学的厚さがλ／４よりも小さい場合のみを記載したが、これに限定されるものではない。λ／４の奇数倍に対して前記光学的厚さがずれていれば同様の効果が得られる。なお、コンタクト層を厚くすると吸収損失は増えるが、コンタクト抵抗やシート抵抗が低減するため、レーザ光を高速に直接変調する用途には有利である。
【０１９４】
《構成例５》
構成例５の面発光レーザ素子１００Ｅが、図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）に示されている。図２４（Ａ）は、面発光レーザ素子１００Ｅにおける発光部近傍の平面図であり、図２４（Ｂ）は、面発光レーザ素子１００ＥをＸＺ面に平行に切断したときの断面図である。
【０１９５】
面発光レーザ素子１００Ｅは、前記面発光レーザ素子１００Ｄに対して、誘電体層の直下のコンタクト層が除去され、誘電体層の下層が最表面高屈折率層である点が異なっている。
【０１９６】
面発光レーザ素子１００Ｅの製造方法について説明する。
【０１９７】
（Ｅ１）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。但し、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の厚さは３５ｎｍである。なお、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）は、厚さが２５ｎｍのときに光学的厚さがλ／４となる。
【０１９８】
（Ｅ２）出射領域に対応する領域のコンタクト層１０９がエッチングされるようなエッチングマスクを形成する。
【０１９９】
（Ｅ３）４塩化珪素ガスと酸素ガスの混合プラズマ雰囲気に暴露して、出射領域に対応する領域のコンタクト層１０９を除去する。これにより、出射領域に対応する領域では、最表面高屈折率層が露出する。
【０２００】
以降、前述した構成例４の（Ｄ２）以降と同様の処理を行う。
【０２０１】
なお、前述した構成例４の（Ｄ１１）と同様な処理では、最表面高屈折率層の露出部の表層１０ｎｍが酸化され、酸及びアルカリ溶液に可溶な可溶部が生成される。
【０２０２】
そして、前述した構成例４の（Ｄ１２）と同様な処理では、最表面高屈折率層における上記可溶部が除去される。
【０２０３】
このようにして製造された面発光レーザ素子１００Ｅでは、高反射率領域（相対的に反射率が高い領域）での最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の厚さｄ４が２５ｎｍ、低反射率領域での最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の厚さｄ５は３５ｎｍとなる（図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）参照）。
【０２０４】
そして、高反射率領域では、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さがλ／４となる。また、低反射率領域では、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さがλ／４よりも大きくなる。
【０２０５】
すなわち、面発光レーザ素子１００Ｅは、低反射率領域に誘電体層が設けられ、高反射率領域における最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の厚さと低反射率領域における最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の厚さは異なり、低反射率領域では最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さがλ／４からずれている。
【０２０６】
この場合は、低反射率領域と高反射率領域の反射率差を従来よりも大きくすることができる。その結果、従来よりも強い高次横モードの発振抑制効果を得ることができる。
【０２０７】
誘電体層１１１の光学的厚さはλ／４である。出射領域の中心部では誘電体層が設けられていないため反射率は変化しないが、出射領域内の周辺部では光学的厚さがλ／４の誘電体層１１１により、誘電体層１１１と空気との境界で逆位相の反射波が発生するため反射率は低下する。そこで、出射領域の中心部は、相対的に反射率が高い領域となる。
【０２０８】
ここでは、膜減り後の光学的厚さをλ／４となるように最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）が形成されている。そして、メサを形成するのに先だって、出射領域内のコンタクト層を除去している。被選択酸化層１０８を選択酸化させて酸化狭窄構造体を形成した後、相対的に反射率が高い領域及びコンタクトホールに対応する部分以外に誘電体層１１１を形成している。そして、酸素プラズマに暴露して、最表面高屈折率層の露出部分の表層を酸化させている。最表面高屈折率層は、表面が酸化されていると酸やアルカリによって膜減りしやすくなる。そこで、表面が酸化されている最表面高屈折率層をアンモニア水に浸漬し、相対的に反射率が高い領域に対応する部分の最表面高屈折率層を膜減りさせている。これにより、相対的に反射率が高い領域における最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さをλ／４とし、低反射率領域における最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さをλ／４よりも大きくしている。
【０２０９】
このように、相対的に反射率が高い領域に誘電体層が設けられていない場合には、上記構成例２と異なり、低反射率領域の最表面高屈折率層が誘電体層１１１によりマスクされているので、膜減りするのは相対的に反射率が高い領域の最表面高屈折率層である。この場合に、低反射率領域での位相をずらすためには、最表面高屈折率層が膜減りする量を把握し、その分だけ最表面高屈折率層をあらかじめ厚くしておけば良い。その結果、低反射率領域では、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）の光学的厚さがλ／４からずれるため、反射率が低下する。従って、中心部と周辺部の反射率差は、従来よりも大きくなる。
【０２１０】
《構成例６》
構成例６の面発光レーザ素子１００Ｆが、図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）に示されている。図２６（Ａ）は、面発光レーザ素子１００Ｆにおける発光部近傍の平面図であり、図２６（Ｂ）は、面発光レーザ素子１００ＦをＸＺ面に平行に切断したときの断面図である。なお、図２６（Ａ）における符号Ｌ４１は約１３μｍ、符号Ｌ４２は約５μｍ、符号Ｌ４３は約２μｍである。
【０２１１】
面発光レーザ素子１００Ｆは、前記面発光レーザ素子１００Ｄに対して、高反射率領域（相対的に反射率が高い領域）が、Ｘ軸方向とＹ軸方向に関して形状異方性を有する点が異なっている。この場合は、光閉じ込め作用に異方性が生じるため、偏光方向が特性の方向に規定される作用が働く。その結果、偏光方向がより安定した面発光レーザ素子を得ることができる。
【０２１２】
すなわち、面発光レーザ素子１００Ｆは、低反射率領域に誘電体層が設けられ、高反射率領域（相対的に反射率が高い領域）におけるコンタクト層１０９の厚さと低反射率領域におけるコンタクト層１０９の厚さは異なり、低反射率領域では最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層１０９を合わせた光学的厚さがλ／４からずれている（図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）参照）。
【０２１３】
この場合は、前記面発光レーザ素子１００Ｄと同様に、低反射率領域と高反射率領域の反射率差を従来よりも大きくすることができる。その結果、従来よりも強い高次横モードの発振抑制効果を得ることができる。
【０２１４】
ところで、面発光レーザ素子１００Ｆでは、前記面発光レーザ素子１００Ｄよりも低反射率領域の面積がわずかに小さくなる。そこで、面発光レーザ素子１００Ｆでは、前記面発光レーザ素子１００Ｄに比べて基本横モード出力はやや低くなる。
【０２１５】
しかしながら、面発光レーザ素子１００Ｆでは、電流通過領域の面積が３０μｍ２であっても２．０ｍＷ以上の十分高い基本横モード出力が得られた。
【０２１６】
また、面発光レーザ素子１００Ｆについて、偏光抑圧比ＰＭＳＲと偏光角θｐとの関係を求めた。その結果が変形例及び比較例とともに図２８に示されている。ここでは、Ｙ軸方向が偏光角θｐ＝０度、Ｘ軸方向が偏光角θｐ＝９０度である。
【０２１７】
図２８における符号Ａは面発光レーザ素子１００Ｆの場合である。図２８における符号Ｃは、一例として図２９に示されるように、面発光レーザ素子１００Ｆにおける低反射率領域をＺ軸まわりに９０度回転させたのと同等の面発光レーザ素子（変形例）の場合である。また、図２８における符号Ｄは、一例として図３０に示されるように、出射領域内に中央部を取り囲む１つの小領域が設定され、そこに光学的厚さがλ／４の透明な誘電体膜が形成されている面発光レーザ素子（比較例）の場合である。
【０２１８】
符号Ａの場合は、偏光方向はＸ軸方向で安定し、符号Ｃの場合は、偏光方向はＹ軸方向で安定しているという結果が得られた。また、いずれの場合も、符号Ｄの場合に比べて、約５ｄＢ以上高い偏光抑圧比ＰＭＳＲが得られた。一方、符号Ｄの場合は、偏光方向はＸ軸方向で安定はしているが、偏光抑圧比ＰＭＳＲが１０ｄＢを下回り、偏光方向が不安定な場合があった。
【０２１９】
光学的厚さがλ／４の透明な誘電体膜が形成される小領域の数を複数にすることで偏光安定性が向上した要因として、互いに直交する２方向（ここでは、Ｘ軸方向とＹ軸方向）における光閉じ込め作用に異方性が生じたことが考えられる。面発光レーザ素子１００Ｆでは、偏光方向がＸ軸方向と一致する光は、出射領域の周辺部に比べて反射率の高い出射領域の中心部への閉じ込め作用が働き、偏光方向がＹ軸方向と一致する光に比べて発振しきい値が低下する。その結果、偏光抑圧比が向上したと考えられる。
【０２２０】
なお、ここでは、２つの低反射率領域が、出射領域の中心を通りＹ軸に平行な軸に対して対称になるように設けられている場合について説明したが、これに限定されるものではない。出射領域の中心を通りＹ軸に平行な軸の一側と他側にそれぞれ低反射率領域があれば良い。
【０２２１】
また、上記実施形態では、各低反射率領域の形状がドーナツを２つに割ったような形状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。長方形状、半円形状、楕円形状など任意の形状であっても良い。
【０２２２】
また、この場合に、上記構成例５のように、誘電体層直下が最表面高屈折率層であっても同等の効果が得られる。
【０２２３】
《構成例７》
構成例７の面発光レーザ素子１００Ｇが、図３１（Ａ）及び図３１（Ｂ）に示されている。図３１（Ａ）は、面発光レーザ素子１００Ｇにおける発光部近傍の平面図であり、図３１（Ｂ）は、面発光レーザ素子１００ＧをＸＺ面に平行に切断したときの断面図である。なお、図３１（Ａ）における符号Ｌ５１は約２５μｍ、符号Ｌ５２は約１３μｍ、符号Ｌ５３は約５μｍである。
【０２２４】
面発光レーザ素子１００Ｇは、前記面発光レーザ素子１００Ａに対して、誘電体層が単一の材質からなる点が異なっている。
【０２２５】
ここでは、コンタクト層１０９の厚さを４０ｎｍとし、最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層１０９とを合わせた光学的厚さは、コンタクト層１０９の厚さが２５ｎｍのときにλ／４となるように設計されている。
【０２２６】
面発光レーザ素子１００Ｇの製造方法について説明する。
【０２２７】
（Ｇ１）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。
【０２２８】
（Ｇ２）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮからなる誘電体層１１１を形成する。ここでは、誘電体層１１１の光学的厚さがλ／４となるようにした。具体的には、屈折率ｎが１．８６、発振波長λが７８０ｎｍであるため、膜厚（＝λ／４ｎ）は約１０５ｎｍに設定した。
【０２２９】
（Ｇ３）出射領域における相対的に反射率が高い部分に対応する領域をマスクするためのレジストパターン（第１のパターン）、及びメサの外形を規定するレジストパターン（第２のパターン）を含むエッチングマスクを形成する。ここでは、第１のパターンは、外径Ｌ５２（ここでは、約１３μｍ）、内径Ｌ５３（ここでは、約５μｍ）のドーナツ状パターンとした。また、第２のパターンは、外形が一辺の長さＬ５１（ここでは、約２５μｍ）の正方形状で、幅約２μｍの閉じたパターンとした。
【０２３０】
（Ｇ４）バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングにより誘電体層１１１をエッチングする。これにより、エッチングマスクでマスクされていない部分の誘電体層１１１が除去される。
【０２３１】
（Ｇ５）第２のパターンによって囲まれた領域を覆うレジストパターンを形成する。
【０２３２】
（Ｇ６）Ｃｌ２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、積層体をエッチングし、少なくとも被選択酸化層１０８が側面に露出している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中に位置するようにした。
【０２３３】
（Ｇ７）各レジストパターンを除去する。
【０２３４】
（Ｇ８）積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）がメサの外周部から選択的に酸化され、メサの中央部に、Ａｌの酸化物１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂが残留する。すなわち、発光部の駆動電流の経路をメサの中央部だけに制限する、いわゆる酸化狭窄構造体が形成される。上記酸化されていない領域１０８ｂが電流通過領域である。このようにして、例えば幅４μｍから６μｍ程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。また、同時にコンタクト層１０９の露出部の表面が酸化され、酸及びアルカリ溶液に可溶な可溶部が生成される。ここでは、該可溶部の深さは約１５ｎｍである。
【０２３５】
（Ｇ９）積層体をアンモニア水に４０秒間浸漬する。これにより、コンタクト層１０９における上記可溶部が除去される。なお、ここでは、可溶部を除去するのにアンモニア水を用いたが、酸及び他のアルカリ溶液を用いることができる。例えば、塩酸水溶液、燐酸水溶液、アルカリ性の現像液等を使用することができる。
【０２３６】
（Ｇ１０）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮからなる誘電体層１１１を形成する。ここでは、誘電体層１１１の光学的厚さが２λ／４となるようにした。具体的には、屈折率ｎが１．８６、発振波長λが７８０ｎｍであるため、膜厚（＝λ／４ｎ）は約２１０ｎｍに設定した。
【０２３７】
以降、前述した構成例１の（Ａ１１）〜（Ａ１８）と同様の処理を行う。
【０２３８】
このようにして製造された面発光レーザ素子１００Ｇでは、出射領域内における周辺部に、光学的厚さが３λ／４の誘電体層１１１が設けられ、出射領域の中心部に、光学的厚さが２λ／４の誘電体層１１１が設けられている（図３２（Ａ）及び図３２（Ｂ）参照）。
【０２３９】
また、高反射率領域でのコンタクト層１０９の厚さは２５ｎｍ、低反射率領域でのコンタクト層１０９の厚さは３３ｎｍとなる。
【０２４０】
このとき、高反射率領域では、コンタクト層１０９と最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とを合わせた光学的厚さがλ／４となる。また、低反射率領域では、コンタクト層１０９と最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とを合わせた光学的厚さがλ／４よりも大きくなる。
【０２４１】
すなわち、面発光レーザ素子１００Ｇは、高反射率領域及び低反射率領域のいずれにも誘電体層が設けられ、高反射率領域におけるコンタクト層１０９の厚さと低反射率領域におけるコンタクト層１０９の厚さは異なり、低反射率領域では最表面高屈折率層（組成傾斜層の１／２を含む）とコンタクト層１０９を合わせた光学的厚さがλ／４からずれている。
【０２４２】
この場合は、低反射率領域と高反射率領域の反射率差を従来よりも大きくすることができる。その結果、従来よりも強い高次横モードの発振抑制効果を得ることができる。
【０２４３】
また、面発光レーザ素子１００Ｇでは、出射領域が誘電体層で保護される構造となるため、環境雰囲気による酸化や汚染、及びＡｌを含む層が外部環境の水分を吸湿することによって生じる素子の破壊などを防ぐことができる。すなわち、長期信頼性に優れた面発光レーザ素子を得ることができる。
【０２４４】
また、ここでは、低反射率領域における誘電体層の光学的厚さが３λ／４、高反射率領域における誘電体層の光学的厚さが２λ／４の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、低反射率領域のおける誘電体層の光学的厚さが５λ／４、高反射率領域における誘電体層の光学的厚さが４λ／４であっても良い。要するに、低反射率領域における誘電体層の光学的厚さがλ／４の奇数倍であり、高反射率領域における誘電体層の光学的厚さがλ／４の偶数倍であれば、上記面発光レーザ素子１００Ｇと同様な高次横モードの抑制効果、及び出射領域が保護されることによる優れた長期信頼性を得ることができる。
【０２４５】
以上説明したように、本実施形態に係る各面発光レーザ素子によると、基板１０１上に、下部半導体ＤＢＲ１０３、活性層１０５を含む共振器構造体、被選択酸化層１０８を有する上部半導体ＤＢＲ１０７などが積層されている。
【０２４６】
そして、面発光レーザ素子１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｆ、及び１００Ｇは、出射領域内に設けられ、該出射領域内における周辺部の反射率と中心部の反射率を異ならせる透明な誘電体層を有し、コンタクト層の厚さは、出射領域内における相対的に反射率の高い領域と相対的に反射率が低い領域とで互いに異なり、コンタクト層は、上部半導体ＤＢＲ１０７の最表面高屈折率層上に設けられ、相対的に反射率が低い領域では、最表面高屈折率層とコンタクト層とを合わせた光学的厚さが、「発振波長／４」の奇数倍からずれている。
【０２４７】
また、面発光レーザ素子１００Ｂ及び１００Ｅは、出射領域内に設けられ、該出射領域内における周辺部の反射率と中心部の反射率を異ならせる透明な誘電体層を有し、該誘電体層は、上部半導体ＤＢＲ１０７の最表面高屈折率層上に設けられ、該最表面高屈折率層の厚さは、出射領域内における相対的に反射率の高い領域と相対的に反射率が低い領域とで互いに異なり、相対的に反射率が低い領域では、最表面高屈折率層の光学的厚さが、「発振波長／４」の奇数倍からずれている。
【０２４８】
この場合は、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる。
【０２４９】
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１００Ａ〜１００Ｆのいずれかを有しているため、円形で且つ光密度の高い微小なビームスポットを感光体ドラム上に結像させることできる。そこで、高精度の光走査を行うことができる。
【０２５０】
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である。
【０２５１】
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１００Ａ〜１００Ｆに代えて、一例として図３３に示される面発光レーザアレイ１００Ｍを有しても良い。
【０２５２】
この面発光レーザアレイ１００Ｍは、２次元的に配列された複数（ここでは２１個）の発光部が同一基板上に形成されている。ここでは、図３３におけるＸ軸方向は主走査対応方向であり、Ｙ軸方向は副走査対応方向である。複数の発光部は、すべての発光部をＹ軸方向に伸びる仮想線上に正射影したときに発光部間隔が等間隔ｄ２となるように配置されている。なお、本明細書では、発光部間隔とは２つの発光部の中心間距離をいう。また、発光部の数は２１個に限定されるものではない。
【０２５３】
各発光部は、前述した面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｆのいずれかと同様な構造を有し、同様な方法で製造することができる。そこで、面発光レーザアレイ１００Ｍは、基本横モードの出力を低下させずに、高次横モードの発振を抑制することができる。従って、円形で且つ光密度の高い微小な光スポットを２１個同時に感光体ドラム１０３０上の所望の位置に形成することが可能となる。
【０２５４】
また、面発光レーザアレイ１００Ｍでは、各発光部を副走査対応方向に延びる仮想線上に正射影したときの発光部間隔が等間隔ｄ２であるので、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム１０３０上では副走査方向に等間隔で発光部が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。
【０２５５】
そして、例えば、上記間隔ｄ２を２．６５μｍ、光走査装置１０１０の光学系の倍率を２倍とすれば、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書き込みができる。もちろん、主走査対応方向の発光部数を増加したり、副走査対応方向のピッチｄ１を狭くして間隔ｄ２を更に小さくするアレイ配置としたり、光学系の倍率を下げる等を行えばより高密度化でき、より高品質の印刷が可能となる。なお、主走査方向の書き込み間隔は、発光部の点灯のタイミングで容易に制御できる。
【０２５６】
また、この場合には、レーザプリンタ１０００では書き込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、同じ書き込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。
【０２５７】
また、上記実施形態において、前記面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｆに代えて、前記面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｆと同様にして製造された発光部が１次元配列された面発光レーザアレイを用いても良い。
【０２５８】
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。
【０２５９】
また、上記各面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイは、画像形成装置以外の用途にも用いることができる。その場合には、発振波長は、その用途に応じて、６５０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯であっても良い。この場合に、活性層を構成する半導体材料は、発振波長に応じた混晶半導体材料を用いることができる。例えば、６５０ｎｍ帯ではＡｌＧａＩｎＰ系混晶半導体材料、９８０ｎｍ帯ではＩｎＧａＡｓ系混晶半導体材料、１．３μｍ帯及び１．５μｍ帯ではＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）系混晶半導体材料を用いることができる。
【０２６０】
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。
【０２６１】
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。
【０２６２】
例えば、媒体が、ＣＴＰ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｔｏ  Ｐｌａｔｅ）として知られている印刷版であっても良い。つまり、光走査装置１０１０は、印刷版材料にレーザアブレーションによって直接画像形成を行い、印刷版を形成する画像形成装置にも好適である。
【０２６３】
また、例えば、媒体が、いわゆるリライタブルペーパーであっても良い。これは、例えば紙や樹脂フィルム等の支持体上に、以下に説明するような材料が記録層として塗布されている。そして、レーザ光による熱エネルギー制御によって発色に可逆性を与え、表示／消去を可逆的に行うものである。
【０２６４】
透明白濁型リライタブルマーキング法とロイコ染料を用いた発消色型リライタブルマーキング法があり、いずれも適用できる。
【０２６５】
透明白濁型は、高分子薄膜の中に脂肪酸の微粒子を分散したもので、１１０℃以上に加熱すると脂肪酸の溶融により樹脂が膨張する。その後、冷却すると脂肪酸は過冷却状態になり液体のまま存在し、膨張した樹脂が固化する。その後、脂肪酸が固化収縮して多結晶の微粒子となり樹脂と微粒子間に空隙が生まれる。この空隙により光が散乱されて白色に見える。次に、８０℃から１１０℃の消去温度範囲に加熱すると、脂肪酸は一部溶融し、樹脂は熱膨張して空隙を埋める。この状態で冷却すると透明状態となり画像の消去が行われる。
【０２６６】
ロイコ染料を用いたリライタブルマーキング法は、無色のロイコ型染料と長鎖アルキル基を有する顕消色剤との可逆的な発色及び消色反応を利用している。レーザ光により加熱されるとロイコ染料と顕消色剤が反応して発色し、そのまま急冷すると発色状態が保持される。そして、加熱後、ゆっくり冷却すると顕消色剤の長鎖アルキル基の自己凝集作用により相分離が起こり、ロイコ染料と顕消色剤が物理的に分離されて消色する。
【０２６７】
また、媒体が、紫外光を当てるとＣ（シアン）に発色し、可視光のＲ（レッド）の光で消色するフォトクロミック化合物、紫外光を当てるとＭ（マゼンタ）に発色し、可視光のＧ（グリーン）の光で消色するフォトクロミック化合物、紫外光を当てるとＹ（イエロー）に発色し、可視光のＢ（ブルー）の光で消色するフォトクロミック化合物が、紙や樹脂フィルム等の支持体上に設けられた、いわゆるカラーリライタブルペーパーであっても良い。
【０２６８】
これは、一旦紫外光を当てて真っ黒にし、Ｒ・Ｇ・Ｂの光を当てる時間や強さで、Ｙ・Ｍ・Ｃに発色する３種類の材料の発色濃度を制御してフルカラーを表現し、仮に、Ｒ・Ｇ・Ｂの強力な光を当て続ければ３種類とも消色して真っ白にすることもできる。
【０２６９】
このような、光エネルギー制御によって発色に可逆性を与えるものも上記実施形態と同様な光走査装置を備える画像形成装置として実現できる。
【０２７０】
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。
【０２７１】
また、一例として図３４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。
【０２７２】
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、ブラック用のステーション（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、シアン用のステーション（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、マゼンタ用のステーション（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、イエロー用のステーション（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。
【０２７３】
各感光体ドラムは、図３４中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転方向に沿って、それぞれ帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットが配置されている。各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置２０１０により光が照射され、各感光体ドラムに潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト２０８０上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット２０３０により記録紙に画像が定着される。
【０２７４】
光走査装置２０１０は、前記面発光レーザ素子１００Ａ〜１００Ｆのいずれかと同様にして製造された面発光レーザ素子及び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。
【０２７５】
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１００Ｍ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。
【産業上の利用可能性】
【０２７６】
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、基本横モードの光出力を低下させることなく高次横モードの発振を抑制するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高い精度の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、本発明の面発光レーザ素子の製造方法によれば、基本横モードの光出力を低下させることなく高次横モードの発振が抑制された面発光レーザ素子を安定的に量産するのに適している。
【符号の説明】
【０２７７】
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、１００Ａ…面発光レーザ素子、１００Ｂ…面発光レーザ素子、１００Ｃ…面発光レーザ素子、１００Ｄ…面発光レーザ素子、１００Ｅ…面発光レーザ素子、１００Ｆ…面発光レーザ素子、１００Ｇ…面発光レーザ素子、１００Ｍ…面発光レーザアレイ、１０１…基板、１０３…下部半導体ＤＢＲ（下部多層膜反射鏡）、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（上部多層膜反射鏡）、１１１…誘電体層、１１１ａ…誘電体層（誘電体膜）、１１１ｂ…誘電体層（誘電体膜）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２７８】
【特許文献１】特開２００１−１５６３９５号公報
【特許文献２】特開２００７−２０１３９８号公報
【特許文献３】特開２００３−１１５６３４号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２６】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３３】
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【図３４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２５】
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【図２７】
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【図３２】
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