(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含む共振器構造体、及び該共振器構造体を挟んで設けられた上部半導体多層膜反射鏡と下部半導体多層膜反射鏡を含む複数の半導体層が基板上に積層された面発光レーザ素子において、
前記下部半導体多層膜反射鏡は、前記基板側に形成された第１下部半導体多層膜反射鏡と、前記共振器構造体側に形成された第２下部半導体多層膜反射鏡とを含み、
前記第１下部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）半導体層を含み、
前記第２下部半導体多層膜反射鏡の少なくとも一部の低屈折率層は、光学的厚さが「発振波長／４」よりも大きく、熱抵抗率が前記第１下部半導体多層膜反射鏡の高屈折率層と低屈折率層との間の値を有するＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ）半導体層を含むことを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記第２下部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層の光学的厚さは、「発振波長／４」よりも大きく、「発振波長／４」の奇数倍であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記共振器構造体は、前記活性層を挟んで設けられ、少なくとも一方がＡｌＧａＩｎＰ混晶及びＧａＩｎＰ混晶のいずれかからなる２つのスペーサ層を含み、
前記第１下部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層は、ＡｌＡｓからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記第２下部半導体多層膜反射鏡の前記半導体層は、Ａｌの組成比が１未満で０．９７より大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記第２下部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層は、前記半導体層である第１半導体層と、該第１半導体層を挟んで設けられ、前記第１下部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層と同様な２つの第２半導体層とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記２つの第２半導体層は、光学的厚さが「発振波長／４」以下であることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記第２下部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層は、熱抵抗率が前記第１半導体層と前記第２半導体層との間の値を有する第３半導体層を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
前記第３半導体層は、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザ素子。
【請求項９】
前記第３半導体層は、光学的厚さが「発振波長／４」よりも小さい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】
前記第３半導体層は、Ａｌの組成比が１未満で、０．５４より大きいことを特徴とする請求項７〜９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光偏向器と、
前記光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光偏向器と、
前記光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。
【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、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、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、該面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ素子あるいは前記面発光レーザアレイを有する光走査装置、及び該光走査装置を備える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素子（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）は、基板表面に対して垂直な方向に光を射出する半導体レーザであり、（１）製造する際に劈開せずに共振器を形成できること、（２）２次元集積化が容易であること、（３）ウエハレベルで検査でき、素子の検査が容易であること、等の特徴を有している。そのため、面発光レーザ素子は、光インターコネクションなどの光通信における光源、光ピックアップ装置の光源、及び画像形成装置の光源としての用途が考えられている。
【０００３】
このような用途では、面発光レーザ素子には、（ａ）活性層の利得が大きいこと、（ｂ）レーザ発振のしきい値が低いこと、（ｃ）高出力であること、（ｄ）信頼性が高いこと、が求められる。
【０００４】
ところで、面発光レーザ素子は、活性層の体積が小さいため、端面発光型の半導体レーザと比較して、光出力が小さい。
【０００５】
そこで、面発光レーザ素子の光出力を増大させる方法の一つとして、発光領域の温度上昇を低減することが考えられた。
【０００６】
一般に、面発光レーザ素子に限らず半導体レーザでは、電流注入によって発生する熱の拡散の度合が、レーザ出力、光スペクトル、モード及びレーザ寿命に大きな影響を与える。
【０００７】
特に、面発光レーザ素子では、活性層が熱抵抗の大きい半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）で挟まれた構造になっているため、活性層の温度上昇が大きい。活性層が高温になると、面発光レーザ素子の光出力は、低いところで飽和してしまう。この現象は、発振光の波長と無関係に発生する。
【０００８】
例えば、特許文献１には、特定半導体層の一部領域を酸化して酸化層に転化する酸化工程の際のＡｌＡｓ層に対する酸化防止層として、ＡｌＡｓ層よりも酸化速度の遅い材料からなる層が、半導体多層膜反射鏡の活性層側のＡｌＡｓ層と酸化層との間に介在する面発光半導体レーザ素子が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、発光層と下部反射器の間及び発光層と上部反射器の間の少なくとも一方に高熱伝導率層を設けた発光装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、活性層の熱を十分に放熱するのは困難であった。
【００１１】
また、特許文献２に開示されている発光装置では、高熱伝導率層にＡｌＡｓ層を用いると、酸化狭窄構造を形成する際に、該ＡｌＡｓ層の露出している部分から酸化が進行し、下部反射器が高抵抗化したり、該ＡｌＡｓ層の酸化による体積の膨張で、発光装置が破壊されるおそれがあった。
【００１２】
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、高コスト化を招くことなく、放熱性及び耐腐食性に優れた面発光レーザ素子を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、高コスト化を招くことなく、放熱性及び耐腐食性に優れた面発光レーザアレイを提供することにある。
【００１４】
また、本発明の第３の目的は、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うことができる光走査装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第４の目的は、高コスト化を招くことなく、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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、第１の観点からすると、活性層を含む共振器構造体、及び該共振器構造体を挟んで設けられた上部半導体多層膜反射鏡と下部半導体多層膜反射鏡を含む複数の半導体層が基板上に積層された面発光レーザ素子において、前記下部半導体多層膜反射鏡は、前記基板側に形成された第１下部半導体多層膜反射鏡と、前記共振器構造体側に形成された第２下部半導体多層膜反射鏡とを含み、前記第１下部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）半導体層を含み、前記第２下部半導体多層膜反射鏡の少なくとも一部の低屈折率層は、光学的厚さが「発振波長／４」よりも大きく、熱抵抗率が前記第１下部半導体多層膜反射鏡の高屈折率層と低屈折率層との間の値を有するＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ）半導体層を含むことを特徴とする面発光レーザ素子である。
【００１７】
これによれば、高コスト化を招くことなく、放熱性及び耐腐食性を向上させることができる。
【００１８】
本発明は、第２の観点からすると、本発明の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイである。
【００１９】
これによれば、高コスト化を招くことなく、放熱性及び耐腐食性を向上させることができる。
【００２０】
本発明は、第３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光偏向器と、前記光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。
【００２１】
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、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うことができる。
【００２２】
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アレイを有する光源と、前記光源からの光を偏向する光偏向器と、前記光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。
【００２３】
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、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うことができる。
【００２４】
本発明は、第５の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と、前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する本発明の光走査装置と、を備える画像形成装置である。
【００２５】
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、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。
【図２】図１における光走査装置を示す概略図である。
【図３】図２における光源に含まれる面発光レーザ素子を説明するための図である。
【図４】面発光レーザ素子における半導体層の構成を説明するための図（その１）である。
【図５】面発光レーザ素子における半導体層の構成を説明するための図（その２）である。
【図６】面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図７】面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図８】面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図９】面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図１０】面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その５）である。
【図１１】面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その６）である。
【図１２】面発光レーザ素子の製造方法を説明するための図（その７）である。
【図１３】ＡｌＧａＡｓにおけるＡｌの組成比と熱抵抗率との関係を説明するための図である。
【図１４】面発光レーザ素子Ａにおける下部半導体ＤＢＲの構成を説明するための図である。
【図１５】ＡｌＧａＡｓにおけるＡｌ組成比と熱抵抗との関係のシミュレーション結果を説明するための図である。
【図１６】面発光レーザ素子Ｂにおける下部半導体ＤＢＲの構成を説明するための図である。
【図１７】面発光レーザ素子Ｂにおける耐腐食性の注目領域を説明するための図である。
【図１８】面発光レーザ素子Ｂを室温で大気中に１週間放置したときの注目領域のＳＥＭ像である。
【図１９】図１８における位置Ａを説明するための図である。
【図２０】図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子Ｂの耐久性試験の結果を説明するための図（その１）である。
【図２１】図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザ素子Ｂの耐久性試験の結果を説明するための図（その２）である。
【図２２】面発光レーザ素子Ｂにおける下部半導体ＤＢＲの自然酸化による腐食を説明するための模式図である。
【図２３】面発光レーザ素子１００における耐腐食性の注目領域を説明するための図である。
【図２４】面発光レーザ素子１００の耐久性試験の結果を説明するための図である。
【図２５】面発光レーザ素子１００における第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの自然酸化による腐食を説明するための模式図である。
【図２６】面発光レーザ素子Ａの耐久性試験の結果を説明するための図である。
【図２７】変形例１の面発光レーザ素子における下部半導体ＤＢＲの構成を説明するための図である。
【図２８】変形例２の面発光レーザ素子における下部半導体ＤＢＲの構成を説明するための図である。
【図２９】変形例３の面発光レーザ素子における下部半導体ＤＢＲの構成を説明するための図である。
【図３０】変形例３の面発光レーザ素子における第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの自然酸化による腐食を説明するための図である。
【図３１】面発光レーザ素子Ａ、面発光レーザ素子１００、変形例３の面発光レーザ素子の熱抵抗（計算値）を説明するための図である。
【図３２】３層構造でのＡｌＧａＡｓにおけるＡｌ組成比と熱抵抗との関係のシミュレーション結果を説明するための図である。
【図３３】変形例４の面発光レーザ素子における下部半導体ＤＢＲの構成を説明するための図である。
【図３４】変形例５の面発光レーザ素子における下部半導体ＤＢＲの構成を説明するための図である。
【図３５】変形例６の面発光レーザ素子における下部半導体ＤＢＲの構成を説明するための図である。
【図３６】変形例６の面発光レーザ素子における第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの自然酸化による腐食を説明するための図である。
【図３７】面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図３８】図３７のＡ−Ａ断面図である。
【図３９】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】
【００２７】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図２６に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。
【００２８】
このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電装置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。
【００２９】
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。
【００３０】
プリンタ制御装置１０６０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置１０６０は、上位装置からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置からの画像情報を光走査装置１０１０に送る。
【００３１】
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、不図示の回転機構によって、図１における矢印方向に回転するようになっている。
【００３２】
帯電装置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、帯電装置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。
【００３３】
帯電装置１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。
【００３４】
光走査装置１０１０は、帯電装置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。
【００３５】
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。
【００３６】
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像（以下では、便宜上「トナー画像」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。
【００３７】
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。
【００３８】
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の表面のトナー画像が記録紙１０４０に転写される。トナー画像が転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。
【００３９】
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。トナーが定着された記録紙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上に順次積み重ねられる。
【００４０】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
【００４１】
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、再度帯電装置１０３１に対向する位置に戻る。
【００４２】
次に、前記光走査装置１０１０の構成について簡単に説明する。
【００４３】
この光走査装置１０１０は、一例として図２に示されるように、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、ポリゴンミラー１３、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、及び走査制御装置（図示省略）などを備えている。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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まわ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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。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。
【００５２】
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。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。
【００５３】
光源１４は、一例として図３に示されるような面発光レーザ素子１００を有している。なお、本明細書では、レーザ光の発振方向を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。図３は面発光レーザ素子１００をＸＺ面に平行に切断したときの切断面を示す図（縦断面図）である。
【００５４】
この面発光レーザ素子１００は、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子であり、基板１０１、下部半導体ＤＢＲ１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、上部半導体ＤＢＲ１０７、コンタクト層１０９などを有している。
【００５５】
基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓ基板である。
【００５６】
下部半導体ＤＢＲ１０３は、第１下部半導体ＤＢＲ１０３ａと第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂから構成されている。
【００５７】
第１下部半導体ＤＢＲ１０３ａは、ｎ−ＧａＡｓからなるバッファ層を介して基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＡｌＡｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを３７ペア有している（図４参照）。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた厚さ約２０ｎｍの組成傾斜層（図示省略）が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学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。
【００５８】
第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂは、第１下部半導体ＤＢＲ１０３ａの＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ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３ペア有している。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた厚さ約２０ｎｍの組成傾斜層（図示省略）が設けられている。そして、高屈折率層は、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。また、低屈折率層は、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、３λ／４の光学的厚さとなるように設定されている。すなわち、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの低屈折率層（ｎ−Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ）は、第１下部半導体ＤＢＲ１０３ａの低屈折率層（ｎ−ＡｌＡｓ）に対して、Ａｌの含有量が少なく、光学的厚さが３倍である。
【００５９】
下部スペーサ層１０４は、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂ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。
【００６０】
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層の障壁層とを有する３重量子井戸構造の活性層である。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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、λ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。
【００６３】
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（図５参照）。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた組成傾斜層（図示省略）が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、λ／４の光学的厚さとなるように設定されている。なお、被選択酸化層を含む低屈折率層は、３λ／４の光学的厚さとなるように設定されている。
【００６４】
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が厚さ約３０ｎｍで挿入されている（図５参照）。この被選択酸化層１０８の挿入位置は、定在波の電界強度分布において、活性層１０５から３番目となる節に対応する位置である。
【００６５】
コンタクト層１０９は、上部半導体ＤＢＲ１０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。そして、このコンタクト層１０９は、ｐ側電極１１３と導通する。
【００６６】
次に、面発光レーザ素子１００の製造方法について簡単に説明する。なお、上記のように、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。
【００６７】
（１）上記積層体を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）による結晶成長によって作成する（図６参照）。
【００６８】
ここでは、ＭＯＣＶＤ法の場合には、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）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。
【００６９】
（２）積層体の表面に一辺がＬ１（ここでは、２５μｍ）の正方形状のレジストパターンを形成する。
【００７０】
（３）Ｃｌ２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、上記レジストパターンをフォトマスクとしてメサ構造体（以下では、便宜上「メサ」と略述する）を形成する。ここでは、エッチングの底面は下部スペーサ層１０４中に位置するようにした。
【００７１】
（４）フォトマスクを除去する（図７参照）。
【００７２】
（５）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（図８参照）。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（電流注入領域）である。このようにして、例えば幅４μｍ程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。
【００７３】
（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮからなる保護層１１１を形成する（図９参照）。保護層１１１は、面発光素子を備えたチップの端面に施される必要は必ずしもない。
【００７４】
（７）レーザ光の射出面となるメサ上部にｐ側電極コンタクトの窓開けを行うためのエッチングマスクを作製する。
【００７５】
（８）ＢＨＦ（バッファード・ふっ酸）にて保護層１１１をエッチングし、ｐ側電極コンタクトの窓開けを行う。
【００７６】
（９）エッチングマスクを除去する（図１０参照）。
【００７７】
（１０）ｐ側電極となる部分以外をフォトレジストによりマスクし、ｐ側の電極材料の蒸着を行なう。
【００７８】
（１１）アセトン等のフォトレジストが溶解する溶液中で超音波洗浄し、ｐ側電極１１３を形成する（図１１参照）。このｐ側電極１１３で囲まれた領域が射出領域である。ｐ側電極は、Ｃｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる多層膜、もしくはＡｕＺｎ／Ｔｉ／Ａｕからなる多層膜である。
【００７９】
（１２）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（図１２参照）。ｎ側電極１１４は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。
【００８０】
（１３）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。
【００８１】
（１４）チップ毎に分離する。ここでは、隣接するチップ間に、基板にまで到達するチップ分離用の溝を形成した後、基板をへき開し、個々のチップとする。
【００８２】
そして、種々の後工程を経て、面発光レーザ素子１００となる。
【００８３】
このように、下部半導体ＤＢＲ１０３では、活性層１０５に近い３ペアに含まれる低屈折率層が、ｎ−Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓからなる層であり、しかも、その光学的厚さを３λ／４としている。すなわち、下部スペーサ層から−Ｚ方向に関して光学的厚さが３λの範囲内では、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓが９λ／４を占め、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓが３λ／４を占めている。
【００８４】
ところで、図１３には、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおけるＡｌの組成比ｘと熱抵抗率との関係が示されている。熱抵抗率は、組成比ｘの増加とともに大きくなり、組成比ｘが０．５付近で極大になり、組成比ｘが０．５よりも多くなると、組成比ｘの増加とともに小さくなる。そして、組成比ｘが１．０のときに、熱抵抗率は、最も小さくなる。
【００８５】
Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの熱抵抗率は８．５［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］であり、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの熱抵抗率は３．９［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］であり、ＡｌＡｓの熱抵抗率は１．１［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］である。
【００８６】
このように、ＡｌＡｓは、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓに比べて熱抵抗率が１／３以下であり、素子の放熱を向上させるためには極めて有効である。しかしながら、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌの組成比が大きいほど酸化（腐食）されやすい性質を有しており、ＡｌＡｓが最も酸化されやすい。
【００８７】
また、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓの熱抵抗率は１．７［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］であり、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの熱抵抗率は８．５［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］である。すなわち、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓの熱抵抗率は、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの熱抵抗率よりも小さい。
【００８８】
図１４には、従来の面発光レーザ素子（「面発光レーザ素子Ａ」という）における下部半導体ＤＢＲの構成が示されている。ここでは、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ペア有している。すなわち、上記第１下部半導体ＤＢＲ１０３ａと同様な構成の下部半導体ＤＢＲが活性層１０５の近くまで積層されている。この場合は、下部スペーサ層から−Ｚ方向に関して光学的厚さが３λの範囲内では、ＡｌＡｓが６λ／４を占め、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓが６λ／４を占めている。
【００８９】
面発光レーザ素子Ａの熱抵抗を計算機シミュレーションによって算出したところ、２９４２［Ｋ／Ｗ］であった。
【００９０】
一方、同様にして面発光レーザ素子１００の熱抵抗を計算機シミュレーションによって算出したところ、２８５７［Ｋ／Ｗ］であった。
【００９１】
このように、面発光レーザ素子１００は、面発光レーザ素子Ａよりも熱抵抗が小さく、面発光レーザ素子Ａよりも活性層１０５の温度上昇を抑制することができる。
【００９２】
面発光レーザ素子１００では、活性層１０５で発生した熱は、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの低屈折率層を介して横方向（Ｚ軸に直交する方向）に拡散されると考えられる。
【００９３】
ところで、図１５には、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの低屈折率層におけるＡｌの組成比と熱抵抗との関係を計算機シミュレーションによって求めた結果が示されている。この図１５から、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの低屈折率層におけるＡｌの組成比が０．９７より大きければ、面発光レーザ素子Ａよりも面発光レーザ素子の全体の熱抵抗を小さくすることができることがわかる。
【００９４】
図１６には、特許文献２に開示されている面発光レーザ素子（「面発光レーザ素子Ｂ」という）における下部半導体ＤＢＲの構成が示されている。面発光レーザ素子Ｂでは、活性層１０５の近くのＡｌＡｓ層の厚さを厚くしている。すなわち、下部スペーサ層から−Ｚ方向に関して光学的厚さが３λの範囲内では、ＡｌＡｓが９λ／４を占め、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓが３λ／４を占めている。ＡｌＡｓはＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓに比べて熱抵抗率が１／３以下である。そこで、下部半導体ＤＢＲにおける活性層１０５に近い部分の熱抵抗は、面発光レーザ素子１００よりも小さく、活性層１０５の温度が上昇するのを抑制することができる。面発光レーザ素子Ｂは、ＡｌＡｓ層を厚くした構造の素子のために耐腐食性を確保する必要がある。つまり、絶縁膜などにより端面を保護したり、気密性の高いパッケージを用いるなど、十分な対策を講じる必要があり、コストの増加につながる。
【００９５】
しかしながら、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌの組成比が大きいほど酸化（腐食）されやすい性質を有しており、ＡｌＡｓが最も酸化されやすい。
【００９６】
そこで、一例として図１７に示されるように、チップ分離用の溝を形成することによって空気中に露出された下部半導体ＤＢＲ（以下では、便宜上「露出下部半導体ＤＢＲ」ともいう）に注目した。
【００９７】
面発光レーザ素子Ｂを室温で大気中に１週間放置したときの、露出下部半導体ＤＢＲの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像が図１８に示されている。このとき、活性層１０５の近くの厚さが３λ／４のＡｌＡｓ層（図１９参照）に腐食がみられた。
【００９８】
また、面発光レーザ素子Ｂを温度８５℃、湿度８５％の雰囲気中で耐久性試験を行った。このとき、１５時間経過した時点でチップ周辺から約２００μｍまで腐食が進行していた。そして、３００時間経過すると、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示されるように、最も−Ｚ側の厚さが３λ／４のＡｌＡｓ層よりも＋Ｚ側の部分がはがれ落ちていた。このときの平面図が図２１（Ａ）に示され、残っている下部半導体ＤＢＲのＳＥＭ像が図２１（Ｂ）に示されている。λ／４のＡｌＡｓ層には腐食はみられない。図２１（Ａ）は、図３７に示されるように面発光レーザ素子がアレイ状に形成されていた表面を上から撮影したものである。つまり、図１２（Ａ）は、図２１（Ｂ）のＡの位置から、＋Ｚ側の層はアレイ状に形成された表面を全てに渡って剥がれ落ちてしまっていることを示している。
【００９９】
このように、面発光レーザ素子Ｂでは、下部半導体ＤＢＲの端面が空気中に露出するため、ＡｌＡｓ層の厚さが厚いほど空気に触れる面積が増え、より腐食されやすくなる（図２２参照）。そこで、面発光レーザ素子Ｂは、時間の経過とともにＡｌＡｓ層の自然酸化による腐食が進行する。この腐食が進行すると、酸化によるＡｌＡｓ層の体積膨張により、部分的な膜はがれを生じ、更に腐食が進行する。その結果、ＡｌＡｓが酸化して絶縁体のＡｌ２Ｏ３腐食した部分では電気が通らなくなり下部半導体ＤＢＲが高抵抗化したり、素子自体が破壊されるおそれがある。すなわち、面発光レーザ素子Ｂは、素子寿命が短い。
【０１００】
次に、面発光レーザ素子１００の耐久性試験を行った。ここでは、一例として図２３に示されるように、チップ分離用溝を注目領域としている。そして、試験前、２０時間経過後、６０時間経過後、２５００時間経過後の注目領域が、図２４に示されている。これによると、２０時間経過後に部分的な腐食が見られ（黒く変色した部分が図１８に示したような腐食が生じている）、６０時間経過後には腐食の進行がほぼ停止し、２５００時間経過後もさほど腐食が大きくなっていない。このときチップ周辺から５０μｍ程度腐食していた。
【０１０１】
面発光レーザ素子１００では、活性層１０５の近くの厚い層は、ＡｌＡｓ層ではなく、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層である。Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓは、Ｇａを含んでいるため、ＡｌＡｓよりも酸化されにくく、面発光レーザ素子１００は、面発光レーザ素子Ｂよりも耐腐食性が高い（図２５参照）。
【０１０２】
ところで、面発光レーザ素子Ａの耐久性試験の結果が図２６に示されている。これによると、２５００時間経過後もほとんど腐食されていなかった。つまり、面発光レーザ素子Ａでは、ＡｌＡｓ層がλ／４の厚さで腐食がし難いことが見て取れる。他方、放熱性をより向上させるためにはＡｌＡｓ層の厚さを大きくしたいが、腐食しやすい。
【０１０３】
面発光レーザ素子１００は、耐久性試験では、チップ周辺部に部分的な腐食が見られるが、腐食はチップ周辺部にとどまり、発光部には達していない。すなわち、面発光レーザ素子１００は、放熱性と耐腐食性とを両立することができる。
【０１０４】
そして、面発光レーザ素子１００は、放熱性に優れているため結晶の劣化速度が緩やかであることに加え、素子の耐腐食性（耐湿性）に優れていることから、長期信頼性（素子寿命）が改善されている。これにより光源の再利用が可能となる。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザ素子１００によると、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。
【０１０６】
そして、下部半導体ＤＢＲ１０３は、第１下部半導体ＤＢＲ１０３ａと第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂから構成され、共振器構造体に近い第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂは、ｎ−Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ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３ペア有している。そして、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂでは、高屈折率層は、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、低屈折率層は、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、３λ／４の光学的厚さとなるように設定されている。
【０１０７】
第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの低屈折率層は、第１下部半導体ＤＢＲ１０３ａの低屈折率層であるｎ−ＡｌＡｓと高屈折率層であるｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとの間の熱抵抗率を有している。第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの低屈折率層は、厚くする必要があるため、第１下部半導体ＤＢＲの低屈折率層よりもＡｌ組成を小さくする必要がある。従って、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの低屈折率層は、第１下部半導体ＤＢＲ１０３ａの低屈折率層であるｎ−ＡｌＡｓと高屈折率層であるｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとの間の熱抵抗率を有する。
【０１０８】
この場合は、高い放熱性と高い耐腐食性を両立させることができる。そこで、高コスト化を招くことなく、放熱性及び耐腐食性に優れた面発光レーザ素子を実現することができる。
【０１０９】
また、下部半導体ＤＢＲ１０３の各層は、その光学的厚さがλ／４の奇数倍となっているため、ブラッグ多重反射の位相条件を満たすことができる。そこで、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂは、反射鏡としての反射率を維持しつつ、素子の熱抵抗を低減させることができる。
【０１１０】
また、各スペーサ層にＡｌＧａＩｎＰ混晶である（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いている。この場合は、メサを形成する際のエッチング工程において、エッチングを下部スペーサ層１０４中で精度良く停止させることができる。そこで、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの端面がメサの側面（側壁）に露出されるのを防止することができる。すなわち、被選択酸化層１０８を酸化させる際に、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂが同時に酸化されるのを防止することができる。これにより、製造歩留まりが向上し、コストを下げることができる。
【０１１１】
なお、各スペーサ層がいずれもＡｌＧａＩｎＰ混晶である必要はない。発振波長が長波長になると、スペーサ層に用いることができるＡｌＧａＡｓにおけるＡｌ組成比が小さくなり、熱抵抗が小さくなる。そこで、ＡｌＧａＡｓの熱抵抗率がＡｌＧａＩｎＰ混晶よりも小さい場合は、下部スペーサ層１０４を該ＡｌＧａＡｓとしても良い。
【０１１２】
本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源１４が面発光レーザ素子１００を有している。そこで、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うことが可能である。
【０１１３】
また、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、その結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能である。
【０１１４】
次に、面発光レーザ素子１００の変形例を説明する。各変形例は、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの構成が異なる点に特徴を有している。なお、以下においては、面発光レーザ素子１００との相違点を中心に説明するとともに、前述した面発光レーザ素子１００と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【０１１５】
《変形例１》
変形例１の面発光レーザ素子（面発光レーザ素子１００１という）では、図２７に示されるように、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂにおける最も＋Ｚ側の低屈折率層のみが、その光学的厚さが５λ／４である。この場合であっても、放熱性及び耐腐食性を向上させることができる。Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２ＡｓはＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓより熱抵抗率が小さいので、３λ／４が３ペアよりも、いちばん＋Ｚ側の層を５λ／４にするとより素子の熱抵抗が小さくなる。また、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓは、ＡｌＡｓよりは酸化されにくいのでＡｌＡｓよりは耐腐食性が向上する。
【０１１６】
《変形例２》
変形例２の面発光レーザ素子（面発光レーザ素子１００２という）では、図２８に示されるように、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂが、下部スペーサ層１０４側に、それぞれ光学的厚さがλ／４の、ｎ−ＡｌＧａＡｓからなる低屈折率層とｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層を更に１ペア有している。この場合であっても、放熱性及び耐腐食性を向上させることができる。
【０１１７】
《変形例３》
変形例３の面発光レーザ素子（面発光レーザ素子１００３という）では、図２９に示されるように、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの各低屈折率層は、光学的厚さが３λ／４であり、３層構造を有している。該３層構造は、第１層がｎ−ＡｌＡｓからなる層であり、第２層がＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる層であり、第３層がｎ−ＡｌＡｓからなる層である。３層構造における各層の光学的厚さはλ／４である。
【０１１８】
前記面発光レーザ素子Ｂと比較すると、活性層に近い３ペアにおける低屈折率層の光学的厚さが３λ／４であることは同じであるが、該低屈折率層が、面発光レーザ素子Ｂではｎ−ＡｌＡｓの単層であるのに対し、面発光レーザ素子１００３では３層構造であり、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓがｎ−ＡｌＡｓに挟まれている。
【０１１９】
Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓは、Ｇａを含んでいることから、ｎ−ＡｌＡｓよりも酸化されにくい。また、面発光レーザ素子１００３では、ＡｌＡｓ層の光学的厚さがλ／４であるため、ＡｌＡｓ層における露出部分の面積が小さく、腐食されにくくなっている（図３０参照）。
【０１２０】
また、面発光レーザ素子１００３の熱抵抗を計算機シミュレーションによって算出したところ、２７９４［Ｋ／Ｗ］であり、面発光レーザ素子１００よりも小さかった（図３１参照）。
【０１２１】
ところで、図３２には、上記３層構造の第２層におけるＡｌの組成比と熱抵抗との関係を計算機シミュレーションによって求めた結果が示されている。この図３２から、上記３層構造の第２層におけるＡｌの組成比が０．５４より大きければ、面発光レーザ素子Ａよりも面発光レーザ素子の全体の熱抵抗を小さくすることができる。
【０１２２】
《変形例４》
変形例４の面発光レーザ素子（面発光レーザ素子１００４という）では、図３３に示されるように、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの３ペアのうち、−Ｚ側の２ペアの低屈折率層は、３層構造で光学的厚さが３λ／４であり、最も＋Ｚ側の低屈折率層は、５層構造で光学的厚さが５λ／４である。
【０１２３】
３層構造の低屈折率層は、第１層がｎ−ＡｌＡｓからなる層であり、第２層がＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる層であり、第３層がｎ−ＡｌＡｓからなる層である。３層構造における各層の光学的厚さはλ／４である。
【０１２４】
５層構造の低屈折率層は、第１層がｎ−ＡｌＡｓからなる層であり、第２層がＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる層であり、第３層がｎ−ＡｌＡｓからなる層であり、第４層がＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる層であり、第５層がｎ−ＡｌＡｓからなる層である。５層構造における各層の光学的厚さはλ／４である。
【０１２５】
《変形例５》
変形例５の面発光レーザ素子（面発光レーザ素子１００５という）では、図３４に示されるように、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの各低屈折率層は、光学的厚さが３λ／４であり、５層構造を有している。該５層構造は、第１層がｎ−ＡｌＡｓからなる層であり、第２層がＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる層であり、第３層がｎ−ＡｌＡｓからなる層であり、第４層がＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる層であり、第５層がｎ−ＡｌＡｓからなる層である。５層構造における各層の光学的厚さは同じである。
【０１２６】
《変形例６》
変形例６の面発光レーザ素子（面発光レーザ素子１００６という）では、図３５に示されるように、第２下部半導体ＤＢＲ１０３ｂの各低屈折率層は、光学的厚さが３λ／４であり、５層構造を有している。該５層構造は、第１層がｎ−ＡｌＡｓからなる層であり、第２層がＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなる層であり、第３層がＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる層であり、第４層がＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなる層であり、第５層がｎ−ＡｌＡｓからなる層である。第２層及び第４層は、約２０ｎｍの厚さである。また、第１層及び第５層は、光学的厚さがλ／４である。第２層と第３層とを合わせた光学的厚さは、λ／４である。第２層と第３層と第４層とを合わせた光学的厚さは、λ／４である。
【０１２７】
Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓは、Ａｌ０．９Ｇａ０．３ＡｓよりもＡｌ組成比が小さいので、より酸化されにくい。また、面発光レーザ素子１００４よりも、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる層の膜厚が小さく、その露出面積が小さくなり、より腐食されにくくなっている（図３６参照）。また、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓは、ＡｌＡｓよりも格段に酸化されにくいので、酸化による体積膨張に起因する膜はがれが抑制され、腐食が進行しにくくなっている。
【０１２８】
なお、上記３層構造及び５層構造におけるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓは一例であり、これに限定されるものではない。また、膜厚も一例であり、これに限定されるものではない。要求される耐腐食性に応じて、適切なＡｌの組成比、適切な膜厚を設定することができる。
【０１２９】
なお、上記実施形態において、光源１４は、前記面発光レーザ素子１００に代えて、一例として図３７に示される面発光レーザアレイ１００Ｍを有しても良い。
【０１３０】
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３７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。
【０１３１】
各発光部は、図３７のＡ−Ａ断面図である図３８に示されるように、前述した面発光レーザ素子１００と同様な構造を有している。そして、この面発光レーザアレイ１００Ｍは、前述した面発光レーザ素子１００と同様な方法で製造することができる。そこで、面発光レーザアレイ１００Ｍは、高い放熱性と高い耐腐食性を両立させることができる。すなわち、放熱性及び耐腐食性に優れた面発光レーザアレイを実現することができる。
【０１３２】
そして、各発光部は放熱特性が改善された構造であることから、発光部間の熱干渉が抑えられ、複数の発光部がより近接した（高密度）アレイとすることが可能である。
【０１３３】
また、面発光レーザアレイ１００Ｍは、通常の半導体プロセスで形成されるので、複数の発光部の位置精度が高い。さらに、メサ形成時の制御性が改善されているので低コスト化を図ることができる。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
また、高出力での動作が可能な面発光レーザ素子１００が、同一基板上に多数集積されているため、同時にマルチビームでの書き込みが容易となり、書き込み速度が格段に向上し、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。
【０１３７】
また、面発光レーザアレイ１００Ｍを情報通信機器に応用した場合、同時に多数のビームによるデータ伝送が可能となるので通信速度の高速化を図ることができる。更に、面発光レーザアレイ１００Ｍは、高出力であることから低消費電力で動作し、特に機器の中に組み込んで利用した場合、温度上昇を抑制することができる。
【０１３８】
また、上記実施形態において、前記面発光レーザ素子１００に代えて、面発光レーザ素子１００と同様にして製造され、面発光レーザ素子１００と同様の発光部が１次元配列された面発光レーザアレイを用いても良い。
【０１３９】
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。
【０１４０】
また、上記面発光レーザ素子１００及び面発光レーザアレイ１００Ｍ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。
【０１４１】
また、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１４２】
例えば、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
また、一例として図３９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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
各感光体ドラムは、図３９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。
【０１５５】
光走査装置２０１０は、前記面発光レーザ素子１００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。
【０１５６】
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】
【０１５７】
以上説明したように、本発明の面発光レーザ素子によれば、高コスト化を招くことなく、放熱性及び耐腐食性を向上させるのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成するのに適している。
【符号の説明】
【０１５８】
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（光偏向器）、１４…光源、１００…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（下部半導体多層膜反射鏡）、１０３ａ…第１下部半導体ＤＢＲ（第１下部半導体多層膜反射鏡）、１０３ｂ…第２下部半導体ＤＢＲ（第２下部半導体多層膜反射鏡）、１０４…下部スペーサ層（スペーサ層）、１０５…活性層、１０６…上部スペーサ層、１０７…上部半導体ＤＢＲ（上部半導体多層膜反射鏡）、１０００…レーザプリンタ、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】
【０１５９】
【特許文献１】特開２００２−１６４６２１号公報
【特許文献２】特開２００５−３５４０６１号公報
【図１】
0005721051.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005721051.tif 000004
【図４】
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【図５】
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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１０】
0005721051.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005721051.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005721051.tif 000017
【図１７】
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【図１９】
0005721051.tif 000019
【図２３】
0005721051.tif 000020
【図２７】
0005721051.tif 000021
【図２８】
0005721051.tif 000022
【図２９】
0005721051.tif 000023
【図３１】
0005721051.tif 000024
【図３２】
0005721051.tif 000025
【図３３】
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【図３４】
0005721051.tif 000027
【図３５】
0005721051.tif 000028
【図３７】
0005721051.tif 000029
【図３８】
0005721051.tif 000030
【図３９】
0005721051.tif 000031
【図１８】
0005721051.tif 000032
【図２０】
0005721051.tif 000033
【図２１】
0005721051.tif 000034
【図２２】
0005721051.tif 000035
【図２４】
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【図２５】
0005721051.tif 000037
【図２６】
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【図３０】
0005721051.tif 000039
【図３６】
0005721051.tif 000040