(57)【要約】【課題】熱干渉の増加を伴うことなく、複数の面発光レーザ素子を高密度に配置することができる面発光レーザアレイを提供する。【解決手段】各ＶＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬ以外の領域（外部領域）と、部分的に積層方向（Ｘ軸方向）に直交する方向にエピ部を介して繋がっており、従来の周囲を完全に溝で取り囲まれたメサ状のＶＣＳＥＬアレイに比較して、積層方向に直交する方向への放熱が大きくなり、各ＶＣＳＥＬの温度上昇を低減することができる。また、１つのＶＣＳＥＬが複数の溝１０６で囲まれているので、１つの溝で囲まれている場合に比べて、エピ部を介して外部領域と繋がっている割合を高めることができる。しかも、隣接するＶＣＳＥＬとは１つの溝で分離されているので、高密度に配置することができるとともに、隣接するＶＣＳＥＬへの熱干渉はメサ状のアレイと同様に低く抑えることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化可能層を含む複数の半導体層が基板上に積層されている積層体に、前記酸化可能層が部分的に酸化された電気的絶縁領域で囲まれた導電領域を有する複数の素子領域を二次元的に形成して、複数の面発光レーザ素子が集積されている面発光レーザアレイにおいて、
前記複数の素子領域における各素子領域の周囲には、前記基板に向かう方向を深さ方向とし、前記酸化可能層が内部側面に現れている少なくとも２つの凹部がそれぞれ設けられ、各凹部は、前記複数の素子領域における互いに近接する２つの素子領域の間にそれぞれ設けられていることを特徴とする面発光レーザアレイ。
【請求項２】
前記複数の素子領域に対応して複数のボンディングパッドが設けられており、
前記複数の素子領域は、それぞれ少なくとも１つの凹部の上を通る配線によって対応するボンディングパッドと繋がれていることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項３】
前記配線がその上を通る凹部にのみ絶縁物が埋め込まれていることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項４】
前記複数のボンディングパッドは、前記基板に向かう方向を深さ方向とする凹部に埋め込まれた絶縁物上にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項５】
複数の光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置において、
前記複数の光ビームを発する請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイを備えていることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
少なくとも１つの走査対象物と；
前記少なくとも１つの走査対象物に対して画像情報が含まれる複数の光ビームを走査する少なくとも１つの請求項５に記載の光走査装置と；
前記少なくとも１つの走査対象物に形成された像を転写対象物に転写する転写装置と；を備える画像形成装置。
【請求項７】
前記画像情報は、カラー画像情報であることを特徴とする請求項６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、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置に係り、さらに詳しくは、複数の面発光レーザ素子が二次元的に集積して形成されている面発光レーザアレイ、該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】
電子写真の画像記録において、高精細な画像品質を得るための画像形成手段として、レーザ光を用いた画像形成方法が広く用いられている。電子写真の場合、感光性を有するドラムの軸方向に、ポリゴンミラーを用いてレーザ光を走査（主走査）しつつ、ドラムを回転（副走査）させて、潜像を形成する方法が一般的である。このような電子写真分野では画像の高精細化及び出力の高速化が求められている。画像の高精細化については、画像の解像度が２倍になった場合、主走査・副走査ともに２倍の時間が必要となるため、画像出力時においては４倍の時間が必要となる。従って画像の高精細化を実現するには、画像出力の高速化も同時に達成する必要がある。
【０００３】
画像出力の高速化を実現するための方法として、レーザの高出力化、マルチビーム化、感光体の高感度化などが考えられる。なかでも、高速出力機においてはマルチビーム化された書込み光源を用いるのが一般的となっている。１本のレーザ光を用いた場合と比較して、ｎ本のレーザ光を同時に用いた場合、潜像形成領域はn倍となり、画像形成に必要な時間は１／ｎとなる。
【０００４】
１つのチップに複数の発光光源を有する素子が特許文献１及び特許文献２に開示されている。特許文献１及び特許文献２に開示されている各素子は、複数の端面発光型半導体レーザが一次元配置された構成である。これらの場合には、ビーム数が多くなると消費電力が大きくなり、冷却システムが新規に必要となるため、コスト上、４ビーム若しくは８ビーム程度が限界である。
【０００５】
また、ビーム数を極端に増やすと、一次元配置であるため、光学系の光学素子の光軸に対するビームのずれ量が大きくなり、ビームの光学特性が劣化する。
【０００６】
一方、面発光レーザ（垂直共振器型面発光レーザ、ＶＣＳＥＬ）は基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、二次元集積化が容易である。さらに消費電力は端面発光型半導体レーザに比べて一桁程度小さく、より多くの光源を二次元集積するのに有利である。
【０００７】
複数の発光素子が二次元に配列された発光素子アレイが特許文献３に開示されている。また、面発光レーザアレイを有する画像形成装置が特許文献４に開示されている。また、複数の光源を有する面発光レーザを備えた光走査装置が特許文献５に開示されている。また、ＶＣＳＥＬアレイのレーザプリンタへの応用が非特許文献１に開示されている。非特許文献１に開示されているＶＣＳＥＬアレイ（図２３参照）は、８×４の二次元配列された３２個のＶＣＳＥＬを有しており、各ＶＣＳＥＬは、その周囲全体をエッチングしメサ状とした酸化狭窄型のＶＣＳＥＬである。配線は各ＶＣＳＥＬ間を通ってエリア外（アレイ周辺）のボンディング用のパッド（図示省略）に接続されている。
【０００８】
非特許文献１に開示されているＶＣＳＥＬアレイでは、複数のＶＣＳＥＬが、副走査方向（ドラム回転方向）には等間隔ｄで配置され、主走査方向（ドラム長手方向）には等間隔Ｘで配置され、かつ、各ＶＣＳＥＬの中心から副走査方向に垂線を下ろした時の副走査方向における各ＶＣＳＥＬの位置関係が等間隔Ｃ（＝ｄ／ｎ）となるように配置されている。これにより２４００ｄｐｉ（ドット／インチ）という高密度での書込みを実現している。
【０００９】
また、複数のレーザ構造部を有する表面発光レーザが特許文献６に開示されている。この表面発光レーザは、１つのレーザ構造部に対し複数の円筒形キャビティを形成し、そこから酸化層を酸化することでレーザアパーチャを取り囲むように酸化領域を形成している。なお、隣り合うレーザ構造部同士は、エピタキシャル成長による複数の半導体層（いわゆるエピ部）が繋がった状態で隣接している。
【００１０】
また、ＶＣＳＥＬアレイが特許文献７に開示されている。このＶＣＳＥＬアレイでは、１つのＶＣＳＥＬに対し一つの半環状のグルーブを形成し、そこからＡｌＡｓ層を酸化することでアパーチャを取り囲むように酸化領域を形成している。なお、隣り合うＶＣＳＥＬの間には、２つのグルーブと、エッチングされていないエピ部が存在する。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３４０５７０号公報
【特許文献２】特開平１１−３５４８８８号公報
【特許文献３】特開２００２−３１４１９１号公報
【特許文献４】特開２００５−２７４７５５号公報
【特許文献５】特開２００５−２３４５１０号公報
【特許文献６】特許第３１６２３３３号公報
【特許文献７】ＥＰ０９０５８３５Ａ１号公報
【非特許文献１】植木伸明、他４名、「ＶＣＳＥＬアレイのレーザプリンタへの応用」、電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、ＣＳ−３−４、２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
非特許文献１に開示されているＶＣＳＥＬアレイは、各ＶＣＳＥＬの周囲全体がエッチングされたいわゆるメサ状であるため、各ＶＣＳＥＬの動作時に活性層で発生した熱は主に活性層下方に放熱され、横方向の放熱が不十分である。しかも、ＶＣＳＥＬ数が３２と多く、さらにこれらが高密度に集積されているので、周囲のＶＣＳＥＬへの熱干渉の問題は重大であり、点灯数によって出力が変化したり、ＶＣＳＥＬの劣化を抑えるために低い出力で使用せざるを得ないという不都合があった。面発光レーザ素子の場合には、特に高出力化が大きな課題となるので、切実な問題となる。
【００１３】
また、特許文献６に開示されている表面発光レーザは、レーザ構造部と周辺部とはエピ部が繋がっており、横方向への放熱も非特許文献１に開示されているＶＣＳＥＬアレイに比べ大きく、放熱効果は高い。しかしながら、隣り合うレーザ構造部の間にはエッチングによる溝はなく、エピ部が繋がった状態で隣接しており、隣接するレーザ構造部への熱干渉の度合いは高くなってしまう。
【００１４】
また、特許文献７に開示されているＶＣＳＥＬアレイは、ＶＣＳＥＬ部分とＶＣＳＥＬ以外の部分とを繋ぐエピ部が少ないため、横方向への放熱が小さい。また、特許文献７に開示されているＶＣＳＥＬアレイは、隣接するＶＣＳＥＬへの熱干渉の度合いは小さいが、隣り合うＶＣＳＥＬの間に、２つのグルーブとエッチングされていないエピ部が残っているため、ＶＣＳＥＬ間隔を狭くするのには適さず、高密度に複数のＶＣＳＥＬを配置するのは困難である。
【００１５】
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、熱干渉の増加を伴うことなく、複数の面発光レーザ素子を高密度に配置することができる面発光レーザアレイを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第２の目的は、被走査面上を高密度及び高速で走査することができる光走査装置を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の第３の目的は、高精細な画像を高速で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】
【００１８】
本発明は、第１の観点からすると、酸化可能層を含む複数の半導体層が基板上に積層されている積層体に、前記酸化可能層が部分的に酸化された電気的絶縁領域で囲まれた導電領域を有する複数の素子領域を二次元的に形成して、複数の面発光レーザ素子が集積されている面発光レーザアレイにおいて、前記複数の素子領域における各素子領域の周囲には、前記基板に向かう方向を深さ方向とし、前記酸化可能層が内部側面に現れている少なくとも２つの凹部がそれぞれ設けられ、各凹部は、前記複数の素子領域における互いに近接する２つの素子領域の間にそれぞれ設けられていることを特徴とする面発光レーザアレイである。
【００１９】
これによれば、素子領域と素子領域以外の領域とが複数の半導体層（エピ部）を介して繋がっているため、積層方向に直交する方向（横方向）への放熱が大きくなり、各素子領域の温度上昇を低減することができる。また、電気的絶縁領域で囲まれた導電領域を１つ形成するための少なくとも２つの凹部が設けられているため、特許文献７に開示されているＶＣＳＥＬアレイのように１つの凹部が設けられている場合に比べて、素子領域以外の領域と繋がっているエピ部の割合を高くすることができる。すなわち、放熱性を向上させることができる。さらに、隣接する素子領域は、１つの凹部のみで分離されているので、複数の素子領域を高密度に配置できるとともに、隣接する素子領域への熱干渉を抑えることができる。従って、熱干渉の増加を伴うことなく、複数の面発光レーザ素子を高密度に配置することが可能となる。
【００２０】
本発明は、第２の観点からすると、複数の光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置において、前記複数の光ビームを発する本発明の面発光レーザアレイを備えていることを特徴とする光走査装置である。
【００２１】
これによれば、本発明の面発光レーザアレイを有しているため、被走査面上を高密度及び高速で走査することが可能となる。
【００２２】
本発明は、第３の観点からすると、少なくとも１つの走査対象物と；前記少なくとも１つの走査対象物に対して画像情報が含まれる複数の光ビームを走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；前記少なくとも１つの走査対象物に形成された像を転写対象物に転写する転写装置と；を備える画像形成装置である。
【００２３】
これによれば、少なくとも１つの本発明の光走査装置を備えているため、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１には、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザアレイ１００の概略構成が示されている。
【００２５】
この面発光レーザアレイ１００は、一例として１６個の面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）が二次元配列されている面発光レーザアレイである。ここでは、１６個のＶＣＳＥＬは、Ｚ軸方向を行方向、Ｙ軸方向を列方向とするマトリックス状に４×４配列されている。１６個のＶＣＳＥＬの周囲には、各ＶＣＳＥＬに対応して１６個のボンディングパッド１０５が設けられている。そして、各ＶＣＳＥＬは、その上部電極（ｐ側個別電極）１０３とボンディングパッド１０５とが配線１０４を介して接続されている。なお、各上部電極１０３の中央の開口領域は、光出射部１０２である。
【００２６】
また、図１の面発光レーザアレイ１００から、各ボンディングパッド１０５、各配線１０４、及び各上部電極１０３を除去したときの状態が図２に示されている。各素子領域の±Ｚ側及び±Ｙ側にはそれぞれ溝（凹部）１０６が設けられている。すなわち、各素子領域の周囲には、４つの溝１０６がそれぞれ設けられ、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に互いに隣接する２つの素子領域の間には、１つの溝１０６が存在することとなる。
【００２７】
面発光レーザアレイ１００の一部分を拡大した図が、図３に示されている。そして、図３におけるＡ−Ａ断面図が図４に示されている。また、図４の一部分を拡大した図が、図５に示されている。
【００２８】
各ＶＣＳＥＬは、７８０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬであり、図４に示されるように、ｎ―ＧａＡｓ基板１１１上に、下部反射鏡１１２、スペーサ層１１３、活性層１１４、スペーサ層１１５、上部反射鏡１１７、及びｐコンタクト層１１８などの半導体層が、順次積層されている。なお、以下では、これら複数の半導体層が積層されているものを、便宜上「積層体」ともいう。
【００２９】
下部反射鏡１１２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層１１２ａとｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層１１２ｂとをペアとして、４０．５ペア有している。各層はいずれも、発振波長をλとするとλ／４の光学厚さとなるように設定されている。なお、低屈折率層１１２ａと高屈折率層１１２ｂとの間には、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。
【００３０】
スペーサ層１１３は、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる層である。
【００３１】
活性層１１４は、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる量子井戸層１１４ａとＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる障壁層１１４ｂを有している。
【００３２】
スペーサ層１１５は、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる層である。
【００３３】
スペーサ層１１３と活性層１１４とスペーサ層１１５とからなる部分は、共振器構造体と呼ばれており、１波長光学厚さとなるように設定されている。
【００３４】
上部反射鏡１１７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層１１７ａとｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層１１７ｂとをペアとして、２４ペア有している。各屈折率層はいずれも、λ／４の光学厚さとなるように設定されている。なお、低屈折率層１１７ａと高屈折率層１１７ｂとの間には、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。
【００３５】
上部反射鏡１１７における共振器構造体からλ／４離れた位置には、ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１１６が設けられている。
【００３６】
《製造方法》
次に、面発光レーザアレイ１００の製造方法について簡単に説明する。
【００３７】
（１）上記積層体を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）を用いた結晶成長によって作成する。
【００３８】
（２）ドライエッチング法により素子領域となる領域の四方（±Ｚ側及び±Ｙ側）に、例えば深さ４．５μｍの溝１０６を形成する（図６参照）。エッチング底面は少なくとも被選択酸化層１１６を超えたところに設ける。すなわち、被選択酸化層１１６が溝１０６の内部側面に現れることとなる。なお、エッチング底面が下部反射鏡１１２中に達するようにしても良い。また、積層体の周囲にも溝を形成する。
【００３９】
（３）エッチングによる溝形成工程により側面が露出した被選択酸化層１１６を、水蒸気中で熱処理し周辺を酸化させＡｌｘＯｙの絶縁物層に変え、素子駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓ領域だけに制限する電流狭窄構造を形成する。通常、素子領域は周囲全体を溝で囲まれたメサ状とするのに対し、本実施形態では４つの溝から酸化することで電気的絶縁領域（選択酸化狭窄領域）を形成し、電気的絶縁領域で囲まれた導電領域（電流注入部）を有した構造としている（図７参照）。
【００４０】
（４）各素子領域を互いに電気的に分離するために素子領域と素子領域の間（図８における素子領域を示す破線とその外側の破線との間）の領域にプロトンイオンを注入する（図８参照）。
【００４１】
（５）各素子領域上の上部電極１０３が形成される領域及び光出射部１０２を除いて、例えば厚さ１５０ｎｍのＳｉＯ２保護層１２０を設け、さらに各溝１０６にポリイミド１１９を埋め込んで平坦化する（図９参照）。
【００４２】
（６）各素子領域におけるｐコンタクト層１１８上の光出射部１０２を除いた領域に上部電極１０３をそれぞれ形成し、積層体の周辺に各ボンディングパッド１０５を形成する。そして、各上部電極１０３とそれぞれに対応するボンディングパッド１０５とを繋ぐ各配線１０４を形成する。この場合、各配線１０４は、図１０に示されるように、その一部が、少なくとも１つのポリイミド１１９が埋め込まれた溝１０６上を通るように形成される。
【００４３】
（７）積層体裏面（−Ｘ側の面）に下部電極（ｎ側共通電極）１１０を形成する。
【００４４】
本第１の実施形態におけるアレイ配置を形成する方法は、本第１の実施形態のアレイ配置に沿ったフォトマスクを形成し、通常のフォトリソグラフ工程によりエッチング用マスクを形成し、エッチングすることで形成できる。各溝１０６の幅は、少なくとも５μｍ程度とすることが好ましい。あまり狭いとエッチングの制御が難しくなるからである。
【００４５】
以上説明したように、本第１の実施形態に係る面発光レーザアレイ１００によると、各ＶＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬ以外の領域（以下、便宜上「外部領域」という）と、部分的に積層方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（横方向）にエピ部を介して繋がっており、従来の周囲を完全に溝で取り囲まれたメサ状のＶＣＳＥＬアレイに比較して、積層方向に直交する方向への放熱が大きくなり、各ＶＣＳＥＬの温度上昇を低減することができ、長寿命化が可能となる。また、１つのＶＣＳＥＬが複数の溝で囲まれているので、１つの溝で囲まれている場合に比べて、エピ部を介して外部領域と繋がっている割合を高めることができる。しかも、隣接するＶＣＳＥＬとは１つの溝で分離されているので、高密度に配置することができる（例えば間隔５μｍ程度）とともに、隣接するＶＣＳＥＬへの熱干渉はメサ状のアレイと同様に低く抑えることができる。すなわち、熱干渉の増加を伴うことなく、複数のＶＣＳＥＬを高密度に配置することが可能となる。
【００４６】
また、本第１の実施形態に係る面発光レーザアレイ１００によると、各配線１０４の一部をポリイミド１１９で埋め込んだ厚い絶縁物上に形成しているので、エピ部上に薄いＳｉＯ２を介して配線を形成する場合に比べて、寄生容量が小さくなり、高速動作に有利となる。
【００４７】
なお、上記第１の実施形態では、各ＶＣＳＥＬを囲む溝１０６の全てが、ポリイミド１１９で埋め込まれる場合について説明したが、これに限らず、例えば図１１に示されるように、配線１０４が上を通らない溝は、ポリイミド１１９が埋め込まれていなくても良い。要するに、少なくとも配線１０４が上を通る溝にポリイミド１１９が埋め込まれていれば良い。これにより、ポリイミドによる応力が低減されるため、素子領域（特に活性層）の歪みを低減でき、長寿命化を促進することが可能となる。
【００４８】
また、上記第１の実施形態において、一例として図１２に示されるように、前記各ボンディングパッド１０５が、溝に埋め込まれたポリイミド（絶縁物）上に形成されても良い。これにより、寄生容量が更に小さくなり、高速動作に更に有利となる。
【００４９】
また、上記第１の実施形態では、ＶＣＳＥＬがほぼ正方形の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、長方形などの任意の形状であっても良い。円形の場合の例が図１３に示されている。なお、素子領域の大きさ（溝と溝の間の幅）は１０μｍ程度以上設けることが好ましい。あまり小さいと動作時に熱がこもり特性が低下するおそれがある。
【００５０】
また、上記第１の実施形態では、面発光レーザアレイ１００が１６個のＶＣＳＥＬを有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。
【００５１】
また、上記第１の実施形態では、各素子領域の周囲に４つの溝がそれぞれ設けられる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、各素子領域の周囲に少なくとも２つの溝がそれぞれ設けられれば良い。
【００５２】
《第２の実施形態》
以下、本発明の第２の実施形態を図１４〜図１６に基づいて説明する。本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザアレイ２００は、上記第１の実施形態に係る面発光レーザアレイ１００に対して、前記複数の半導体層のうちの一部の半導体層の材料を変更した点に特徴を有する。そして、その他の構成については、第１の実施形態と同じである。そこで、以下においては、第１の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第１の実施形態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。
【００５３】
図１４には、面発光レーザアレイ２００に含まれるＶＣＳＥＬの断面図が示されている。また、図１４の一部分を拡大した図が、図１５に示されている。
【００５４】
本第２の実施形態における各ＶＣＳＥＬは、７８０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬであり、上記第１の実施形態における各ＶＣＳＥＬの前記スペーサ層１１３に代えてスペーサ層２１３が用いられ、前記活性層１１４に代えて活性層２１４が用いられ、前記スペーサ層１１５に代えてスペーサ層２１５が用いられる。
【００５５】
スペーサ層２１３は、ワイドバンドギャップである（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００５６】
活性層２１４は、圧縮歪が残留する組成であってバンドギャップ波長が７８０ｎｍとなる３層のＧａＩｎＰＡｓ量子井戸層２１４ａと格子整合する４層の引張歪みを有するＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐ障壁層２１４ｂとを有している。
【００５７】
スペーサ層２１５は、ワイドバンドギャップである（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００５８】
スペーサ層２１３と活性層２１４とスペーサ層２１５とからなる部分は、共振器構造体と呼ばれており、１波長光学厚さとなるように設定されている。
【００５９】
この面発光レーザアレイ２００は、第１の実施形態に係る面発光レーザ素子１００と同様のプロセスで製造することができる。
【００６０】
以上説明したように、本第２の実施形態に係る面発光レーザアレイ２００によると、各ＶＣＳＥＬは、外部領域と、部分的に積層方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（横方向）にエピ部を介して繋がっているため、第１の実施形態と同様に、各ＶＣＳＥＬの温度上昇を低減することができ、長寿命化が可能となる。また、隣接するＶＣＳＥＬとは１つの溝で分離されているので、第１の実施形態と同様に、熱干渉の増加を伴うことなく、複数のＶＣＳＥＬを高密度に配置することが可能となる。
【００６１】
また、本第２の実施形態に係る面発光レーザアレイ２００によると、各ＶＣＳＥＬは、スペーサ層にＡｌＧａＩｎＰ系の材料が用いられているため、第１の実施形態における各ＶＣＳＥＬに比べて、スペーサ層と活性層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができる。
【００６２】
図１６には、スペーサ層／量子井戸層の材料がＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系で、波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ（以下では、便宜上、「面発光レーザＡ」という）、スペーサ層／量子井戸層の材料がＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰＡｓ系で、波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザ（以下では、便宜上、「面発光レーザＢ」という）、及びスペーサ層／量子井戸層の材料がＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系で、波長が８５０ｎｍ帯の面発光レーザ（以下では、便宜上、「面発光レーザＣ」という）について、典型的な材料組成でのスペーサ層と量子井戸層、及び障壁層と量子井戸層のバンドギャップ差が示されている。なお、面発光レーザＡは、第１の実施形態におけるＶＣＳＥＬに対応し、ｘ＝０．７の面発光レーザＢは、本第２の実施形態におけるＶＣＳＥＬに対応している。
【００６３】
これによれば、面発光レーザＢは、面発光レーザＡはもとより、面発光レーザＣよりもバンドギャップ差を大きく取れることが判る。具体的には、面発光レーザＢでのスペーサ層と量子井戸層とのバンドギャップ差は７６７．３ｍｅＶであり、面発光レーザＡの４６５．９ｍｅＶに比べて極めて大きい。また、障壁層と量子井戸層とのバンドギャップ差も同様に、面発光レーザＢに優位性があり、更に良好なキャリア閉じ込めが可能となる。
【００６４】
また、本第２の実施形態における各ＶＣＳＥＬは、量子井戸層が圧縮歪を有しているので、ヘビーホールとライトホールのバンド分離により利得の増加が大きくなり、高利得となるため、低閾値で高出力が可能となる。そして、このために、光取り出し側の反射鏡（ここでは上部反射鏡１１７）の反射率低減が可能となり、更なる高出力化を図ることができる。さらに、高利得化が可能であることから、温度上昇による光出力低下を抑えることができ、面発光レーザアレイ２００における各ＶＣＳＥＬの間隔をより狭くすることが可能である。
【００６５】
また、本第２の実施形態における各ＶＣＳＥＬは、量子井戸層２１４ａ及び障壁層２１４ｂがいずれも、アルミニウム（Ａｌ）を含まない材料から構成されているので、活性層２１４への酸素の取り込みが低減される。その結果、非発光再結合センターの形成を抑えることができ、更なる長寿命化を図ることが可能となる。
【００６６】
ところで、例えば、書込み光学ユニットに面発光レーザアレイを用いる場合に、ＶＣＳＥＬの寿命が短いときには、書込み光学ユニットは使い捨てになる。しかしながら、面発光レーザアレイ２００は、上述したように長寿命であるため、面発光レーザアレイ２００を用いた書込み光学ユニットは、再利用が可能となる。従って、資源保護の促進及び環境負荷の低減を図ることができる。なお、このことは、面発光レーザアレイを用いている他の装置にも同様のことがいえる。
【００６７】
《第３の実施形態》
以下、本発明の第３の実施形態を図１７〜図１９に基づいて説明する。本発明の第３の実施形態に係る面発光レーザ素子３００は、複数のＶＣＳＥＬが、互いに直交しない２方向を行方向及び列方向として配列されている点に特徴を有する。
【００６８】
図１７に示される面発光レーザアレイ３００は、３２個のＶＣＳＥＬが、Ｙ軸方向に対して傾斜した方向（α方向）を行方向、Ｚ軸方向を列方向として配列されている。ここでは、４×８（ｍ×ｎ）アレイとしている。なお、ｍ＜ｎである。この面発光レーザアレイ３００が光走査装置で用いられる場合には、Ｙ軸方向が主走査方向に対応する方向となり、Ｚ軸方向が副走査方向に対応する方向となるように配置される。Ｚ軸方向に沿って配置されたＶＣＳＥＬの間隔（等間隔）をｄとすると、α方向に沿って配置されたＶＣＳＥＬをＺ軸方向に延びる仮想線上に正射影したときの間隔（等間隔）Ｃはｄ／ｎである（図１８参照）。ここでは、一例として、ｄ＝２４μｍであり、Ｃ＝３μｍとなる。また、α方向に沿って配置されたＶＣＳＥＬをＹ軸方向に延びる仮想線上に正射影したときの間隔（等間隔）Ｘは３０μｍ、溝と溝の間は１６μｍとしている。
【００６９】
この面発光レーザアレイ３００は、第１の実施形態に係る面発光レーザ素子１００と同様のプロセスで製造することができる。
【００７０】
この場合においても、図１９に示されるように、各ＶＣＳＥＬは、外部領域と、部分的に積層方向（Ｘ軸方向）に直交する方向にエピ部を介して繋がっており、従来の周囲を完全に溝で取り囲まれたメサ状のＶＣＳＥＬアレイに比較して、積層方向に直交する方向への放熱が大きくなり、ＶＣＳＥＬの温度上昇を低減することができ、長寿命化が可能となる。また、１つのＶＣＳＥＬが複数の溝で囲まれているので、１つの溝で囲まれている場合に比べて、エピ部を介して外部領域と繋がっている割合を高めることができる。しかも、隣接するＶＣＳＥＬとは１つの溝で分離されているので、高密度に配置することができるとともに、隣接するＶＣＳＥＬへの熱干渉はメサ状のアレイと同様に低く抑えることができる。すなわち、熱干渉の増加を伴うことなく、複数のＶＣＳＥＬを高密度に配置することが可能となる。
【００７１】
このように、本第３の実施形態に係る面発光レーザアレイ３００によると、放熱性に優れているので複数のＶＣＳＥＬを高密度に二次元に集積しても高注入（電流）で使用することができ、高出力動作が可能となり、光走査装置で用いられる場合には、高密度書込み、高速書込みに有利となる。
【００７２】
ところで、非特許文献１に開示されているＶＣＳＥＬアレイ（図２３参照）では、ｄ＝２４μｍ、Ｘ＝３０μｍとすると、Ｃ＝６μｍとなり、平面内のＶＣＳＥＬ間隔が同じであっても本第３の実施形態に係る面発光レーザアレイ３００のほうが高密度となっている。ｍ＜ｎとしたことによる。
【００７３】
なお、ＶＣＳＥＬサイズ（ここでは、溝と溝の間の長さ）、間隔ｄ、間隔Ｘ、及び配線の幅は任意であるが、上記製造プロセス上の制約の他にアレイで動作時の他のＶＣＳＥＬからの熱干渉の影響も考慮して決める必要がある。いずれにせよ、副走査方向に対応する方向での高密度化に影響のない主走査方向に対応する方向のＶＣＳＥＬ間隔を広げてｄ＜Ｘとし、主走査方向に対応する方向に隣り合うＶＣＳＥＬ間に配線を配置すると高密度書込みに有利であることがわかる。さらに、主走査方向に対応する方向のＶＣＳＥＬ間隔を広げることで各ＶＣＳＥＬ間の熱干渉の影響を低減することができる。
【００７４】
また、上記第３の実施形態では、面発光レーザアレイ３００が３２個のＶＣＳＥＬを有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。さらに、４×８（ｍ×ｎ）アレイに限定されるものでもない。例えば、４×１０（ｍ×ｎ）アレイであっても良い。
【００７５】
《画像形成装置》
以下、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を図２０に基づいて説明する。図２０には、本発明の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５００の概略構成が示されている。
【００７６】
このレーザプリンタ５００は、光走査装置９００、感光体ドラム９０１、帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、トナーカートリッジ９０４、クリーニングブレード９０５、給紙トレイ９０６、給紙コロ９０７、レジストローラ対９０８、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４、定着ローラ９０９、排紙ローラ９１２、及び排紙トレイ９１０などを備えている。
【００７７】
帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４及びクリーニングブレード９０５は、それぞれ感光体ドラム９０１の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム９０１の回転方向に関して、帯電チャージャ９０２→現像ローラ９０３→転写チャージャ９１１→除電ユニット９１４→クリーニングブレード９０５の順に配置されている。
【００７８】
感光体ドラム９０１の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム９０１は、図２０における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。
【００７９】
帯電チャージャ９０２は、感光体ドラム９０１の表面を均一に帯電させる。
【００８０】
光走査装置９００は、帯電チャージャ９０２で帯電された感光体ドラム９０１の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム９０１の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム９０１の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って現像ローラ９０３の方向に移動する。なお、この光走査装置９００の構成については後述する。
【００８１】
トナーカートリッジ９０４にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ９０３に供給される。
【００８２】
現像ローラ９０３は、感光体ドラム９０１の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ９０４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された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って転写チャージャ９１１の方向に移動する。
【００８３】
給紙トレイ９０６には記録紙９１３が格納されている。この給紙トレイ９０６の近傍には給紙コロ９０７が配置されており、該給紙コロ９０７は、記録紙９１３を給紙トレイ９０６から１枚づつ取り出し、レジストローラ対９０８に搬送する。該レジストローラ対９０８は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ９０７によって取り出された記録紙９１３を一旦保持するとともに、該記録紙９１３を感光体ドラム９０１の回転に合わせて感光体ドラム９０１と転写チャージャ９１１との間隙に向けて送り出す。
【００８４】
転写チャージャ９１１には、感光体ドラム９０１の表面上のトナーを電気的に記録紙９１３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９０１の表面の潜像が記録紙９１３に転写される。ここで転写された記録紙９１３は、定着ローラ９０９に送られる。
【００８５】
この定着ローラ９０９では、熱と圧力とが記録紙９１３に加えられ、これによってトナーが記録紙９１３上に定着される。ここで定着された記録紙９１３は、排紙ローラ９１２を介して排紙トレイ９１０に送られ、排紙トレイ９１０上に順次スタックされる。
【００８６】
除電ユニット９１４は、感光体ドラム９０１の表面を除電する。
【００８７】
クリーニングブレード９０５は、感光体ドラム９０１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム９０１の表面は、再度帯電チャージャ９０２の位置に戻る。
【００８８】
《光走査装置》
次に、前記光走査装置９００の構成及び作用について図２１を用いて説明する。
【００８９】
この光走査装置９００は、光源ユニット１、カップリングレンズ２、アパーチャ３、アナモルフィックレンズ４、ポリゴンミラー５、偏向器側走査レンズ６、像面側走査レンズ７、及び処理装置２０などを備えている。
【００９０】
前記光源ユニット１は、４×１０（ｍ×ｎ）アレイの上記面発光レーザアレイ３００を備え、４０本の光ビームを同時に出射することができる。この面発光レーザアレイ３００は、Ｙ軸方向が主走査方向に対応する方向となり、Ｚ軸方向が副走査方向に対応する方向となるように配置されている。
【００９１】
前記カップリングレンズ２は、光源ユニット１から出射された複数の光ビームをそれぞれ弱い発散光にする。
【００９２】
前記アナモルフィックレンズ４は、カップリングレンズ２を透過し、前記アパーチャ３を介した複数の光ビームを、主走査方向に関しては平行光、副走査方向に関しては前記ポリゴンミラー５近傍で集束する光ビームとする。
【００９３】
アナモルフィックレンズ４からの複数の光ビームは、ポリゴンミラー５でそれぞれ偏向された後、偏向器側走査レンズ６と像面側走査レンズ７によって結像され、感光体ドラム９０１表面上の、副走査方向に互いに所定の間隔だけ離れた位置に、光スポットとして集光される。
【００９４】
なお、ポリゴンミラー５は、ポリゴンモータ（不図示）によって一定の速度で回転しており、その回転に伴って、複数の光ビームはそれぞれ等角速度的に偏向され、感光体ドラム９０１上の各光スポットは、主走査方向に等速移動する。
【００９５】
前記処理装置２０は、上位装置からの画像情報に基づいて、画像データを生成し、該画像データに応じた面発光レーザアレイ３００の駆動信号を光源ユニット１に出力する。
【００９６】
面発光レーザアレイ３００では、各ＶＣＳＥＬの中心から副走査方向に垂線を下ろした時の副走査方向における各ＶＣＳＥＬの位置関係が等間隔Ｃとなるので、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム９０１上では副走査方向に等間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。そして、面発光レーザアレイ３００における間隔Ｃや光学系の倍率を調整することで副走査方向に書き込まれる間隔を調整することができる。例えば、間隔Ｃ＝２．４μｍ、光学系の倍率を約２．２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、主走査方向のＶＣＳＥＬ数を増加したり、副走査方向に隣り合うＶＣＳＥＬ間隔を狭くして間隔Ｃを更に小さくするアレイ配置としたり、光学系の倍率を下げる等を行えばより高密度化でき、より高品質の印刷が可能となる。なお、主走査方向の書き込み間隔は、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。
【００９７】
従って、本実施形態に係る光走査装置９００によると、光源ユニット１が面発光レーザアレイ３００を有しているため、感光体ドラム９０１上を高密度及び高速で走査することができる。
【００９８】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ５００によると、光走査装置９００を備えているため、結果として、高精細な画像を高速で形成することができる。
【００９９】
なお、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ５００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。要するに、光走査装置９００を備えた画像形成装置であれば、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。
【０１００】
また、カラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高精細な画像を高速度で形成することが可能となる。
【０１０１】
また、一例として図２２に示されるように、画像形成装置として、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。図２２に示されるタンデムカラー機は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンダ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置９００と、転写ベルト８０と、定着手段３０などを備えている。
【０１０２】
この場合には、光走査装置９００では、面発光レーザアレイ３００における複数のＶＣＳＥＬはブラック用、シアン用、マゼンダ用、イエロー用に分割されている。そして、ブラック用の各ＶＣＳＥＬからの光ビームは感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の各ＶＣＳＥＬからの光ビームは感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンダ用の各ＶＣＳＥＬからの光ビームは感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の各ＶＣＳＥＬからの光ビームは感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。なお、光走査装置９００は、色毎に個別の面発光レーザアレイ３００を備えても良い。また、色毎に光走査装置９００を備えていても良い。
【０１０３】
各感光体ドラムは、図２２中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置９００によりビームが照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録紙に画像が定着される。
【０１０４】
タンデムカラー機では、機械精度等で各色の色ずれが発生する場合があるが、光走査装置９００は高密度な面発光レーザアレイ３００を有しているため、点灯させるＶＣＳＥＬを選択することで各色の色ずれの補正精度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
以上説明したように、本発明の面発光レーザアレイによれば、熱干渉の増加を伴うことなく、複数の面発光レーザ素子を高密度に配置するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、被走査面上を高密度及び高速で走査するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高精細な画像を高速で形成するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図２】図１の面発光レーザアレイにおける素子領域と溝との関係を説明するための図である。
【図３】図１の面発光レーザアレイの一部を拡大した図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】図４の一部を拡大した図である。
【図６】図１の面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その１）である。
【図７】図１の面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その２）である。
【図８】図１の面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その３）である。
【図９】図１の面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その４）である。
【図１０】図１の面発光レーザアレイの製造方法を説明するための図（その５）である。
【図１１】図１の面発光レーザアレイの変形例１を説明するための図である。
【図１２】図１の面発光レーザアレイの変形例２を説明するための図である。
【図１３】図１の面発光レーザアレイの変形例３を説明するための図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図１５】図１４の一部を拡大した図である。
【図１６】図１４の面発光レーザアレイの特性を説明するための図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図１８】図１７の面発光レーザアレイにおけるＶＣＳＥＬの配置を説明するための図である。
【図１９】図１７の面発光レーザアレイにおける素子領域と溝との関係を説明するための図である。
【図２０】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２１】図２０における光走査装置を示す概略図である。
【図２２】タンデムカラー機の概略構成を説明するための図である。
【図２３】従来の面発光レーザアレイを説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１００…面発光レーザアレイ、１０３…上部電極、１０４…配線、１０５…ボンディングパッド、１０６…溝、１１２…下部反射鏡、１１４…活性層、１１６…被選択酸化層、１１７…上部反射鏡、１１９…ポリイミド、２１４…活性層、３００…面発光レーザアレイ、５００…レーザプリンタ、９００…光走査装置、９０１…感光体ドラム、９０２…帯電チャージャ、９０３…現像ローラ、９０４…トナーカートリッジ、９０９…定着ローラ、９１１…転写チャージャ、９１３…記録紙、ＶＣＳＥＬ…面発光レーザ素子。
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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