(57)【要約】【課題】高コスト化を招くことなく、偏光方向の安定性を高くするとともに、出力光の断面形状を略円形とする。【解決手段】鏡面研磨面の法線方向が、結晶方位［１ ０ ０］方向に対して、結晶方位［１ １ １］方向に向かって１５度傾斜した基板１０１を用い、基板１０１に平行な断面が長軸と短軸を有するメサ構造体を有している。そして、酸化狭窄構造体における電流通過領域１０８ｂは、基板１０１に平行な断面が４回対称性を有する形状である。従って、高コスト化を招くことなく、偏光方向の安定性を高くするとともに、出力光の断面形状を略円形とすることが可能となる。【選択図】図３
2009295792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して垂直方向に光を射出する面発光レーザ素子であって、
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る基板と；
前記基板上に形成され、アルミニウムを含む被選択酸化層の一部が酸化されて生成された酸化物を少なくとも含む酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体を有するメサ構造体と；を備え、
前記メサ構造体の前記基板に平行な断面は、前記基板の表面に平行で前記結晶方位＜１ ０ ０＞の一の方向及び前記結晶方位＜１ １ １＞の一の方向のいずれにも直交し、前記電流通過領域の中心を通る第１の方向に関する長さが、前記基板の表面に平行で前記第１の方向に直交する第２の方向に関する長さよりも長いことを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記メサ構造体の前記基板に平行な断面形状は、前記メサ構造体の中心を通り、前記結晶方位＜１ ０ ０＞の一の方向及び前記結晶方位＜１ １ １＞の一の方向のいずれにも平行な仮想面に対して鏡像対称性を有す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】
前記メサ構造体の前記基板に平行な断面形状は、矩形であ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】
前記電流通過領域の前記基板に平行な断面形状は、円形状、あるいは４以上の整数ｎを用いてｎ回対称性を有する形状であ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素子。
【請求項５】
前記電流通過領域の前記基板に平行な断面形状は、最も短い幅に対する最も長い幅の大きさが１．２未満であ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素子。
【請求項６】
請求項１〜５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７】
光によって被走査面上を走査する光走査装置であって、
請求項１〜５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８】
光によって被走査面上を走査する光走査装置であって、
請求項６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９】
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が含まれる光を走査する少なくとも１つの請求項７又は８に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
【請求項１０】
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９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
光を用いて物体上に画像を形成する画像形成装置において、
前記光は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子から射出される光であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
複数の光を用いて物体上に画像を形成する画像形成装置において、
前記複数の光は、請求項６に記載の面発光レーザアレイから射出される複数の光であることを特徴とする画像形成装置。
【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、さらに詳しくは、基板に垂直な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又は面発光レーザアレイからの光を用いる光走査装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型の面発光レーザ素子（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ、以下「ＶＣＳＥＬ」ともいう）は、基板に垂直な方向に光を射出するものであり、基板に平行な方向に光を射出する端面発光型の半導体レーザ素子よりも低価格、低消費電力、及び小型であり、２次元デバイスに好適であり、かつ、高性能であることから、近年、注目されている。
【０００３】
ＶＣＳＥＬの応用分野としては、プリンタにおける光書き込み系の光源（発振波長：７８０ｎｍ帯）、光ディスク装置における書き込み用光源（発振波長：７８０ｎｍ帯，８５０ｎｍ帯）、光ファイバを用いるＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの光伝送システムの光源（発振波長：１．３μｍ帯，１．５μｍ帯）などが挙げられる。さらには、ボード間、ボード内、集積回路（ＬＳＩ：Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）のチップ間、及び集積回路のチップ内の光伝送用の光源としても期待されている。
【０００４】
これらＶＣＳＥＬの応用分野においては、ＶＣＳＥＬから射出される光（以下では、「出力光」ともいう）は、（１）波長が単一、（２）偏波モードが一定、（３）出力光の断面形状が円形、であることが必要とされる場合が多い。
【０００５】
例えば、光書き込み系では、出力光の絞込みのためにミラーやレンズが用いられ、精密で複雑な光路の制御を行なう必要がある。この場合、ミラーは入射光の偏光方向により反射率が異なり、レンズは波長により屈折角が異なるという性質を有しているため、書き込み面上で光強度が変動しドットがボケるのを抑制するには、出力光は単一波長で偏波モードが一定であることが好ましい。更に、高精細な書き込み品質を得るには書き込み面上に照射される光束の断面形状は円形であることが望ましい。
【０００６】
光束の断面形状はＦＦＰ（Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｅｒｎ）で評価でき、ＦＦＰは酸化狭窄構造体における電流通過領域の形状に強く依存する。例えば基本モード動作の場合、電流通過領域の幅が広くなるとＦＦＰが狭くなり、電流通過領域の幅が狭くなるとＦＦＰが広くなる。このため、円形のＦＦＰを得るには電流通過領域が正方形や円形などの対称性の高い形状であることが必要となる。
【０００７】
ところで、被選択酸化層が選択酸化される際の酸化速度は、結晶方位により異なる。例えば、主面が（１００）面である基板（非傾斜基板）上に積層された被選択酸化層では、酸化速度は４回対称性をもつ。
【０００８】
このため、非傾斜基板を用いたＶＣＳＥＬ作製において、円形などの対称性のよい電流通過領域を得るためにメサの外形を調整することが提案された（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００９】
また、偏波モードを制御するには、ＶＣＳＥＬの基本構造が高い対称性を有しているため、特別な工夫が必要とされ、種々の方法が試みられた（例えば、特許文献３〜５参照）。
【００１０】
さらに、偏波モードを制御するために、いわゆる傾斜基板を用いることが提案された（非特許文献１及び２参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１４２３７５号公報
【特許文献２】特許第３７６２７６５号公報
【特許文献３】特開平９−１７２２１８号公報
【特許文献４】特許第３７９９６６７号公報
【特許文献５】特開平１１−３０７８８２号公報
【非特許文献１】伊賀・小山  編著「面発光レーザの基礎と応用」共立出版
【非特許文献２】Ａ．Ｍｉｚｕｔａｍｉ、Ｎ．Ｈａｔｏｒｉ、Ｎ．Ｎｉｓｈｉｙａｍａ、Ｆ．Ｋｏｙａｍａ  ａｎｄ  Ｋ．Ｉｇａ、「Ａ  Ｌｏｗ−Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ  Ｇｒｏｗｎ  ｏｎ  ＧａＡｓ（３１１）Ｂ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．１０、ＮＯ．５、ＭＡＹ、１９９８、ｐｐ６３３−６３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、傾斜基板を用いたＶＣＳＥＬの作製では、被選択酸化層が選択酸化される際の酸化速度は４回対称性が崩れる。そこで、基板と平行な断面形状が正方形や正多角形や円形などの対称性の高いメサ（メサ構造体）であっても、電流通過領域の形状は、長方形やいびつな楕円形や対称性の低い多角形になる。このように、電流通過領域の形状が長方形や楕円形になると、書き込み用光源の出力光のＦＦＰが楕円形になり、感光体表面における光スポットの形状も楕円形になる。このため、書き込みの精細度が低下するという不都合があった。
【００１３】
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、偏光方向の安定性が高く、出力光の断面形状が略円形であ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。
【００１４】
また、本発明の第２の目的は、高コスト化を招くことなく、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。
【００１５】
また、本発明の第３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、基板に対して垂直方向に光を射出する面発光レーザ素子であって、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る基板と；前記基板上に形成され、アルミニウムを含む被選択酸化層の一部が酸化されて生成された酸化物を少なくとも含む酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体を有するメサ構造体と；を備え、前記メサ構造体の前記基板に平行な断面は、前記基板の表面に平行で前記結晶方位＜１ ０ ０＞の一の方向及び前記結晶方位＜１ １ １＞の一の方向のいずれにも直交し、前記電流通過領域の中心を通る第１の方向に関する長さが、前記基板の表面に平行で前記第１の方向に直交する第２の方向に関する長さよりも長い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、偏光方向の安定性を高くするとともに、出力光の断面形状を略円形とすることが可能となる。
【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、本発明の面発光レーザ素子が集積されているため、高コスト化を招くことなく、偏光方向の安定性を高くするとともに、出力光の断面形状を略円形とすることが可能となる。
【００２０】
本発明は、第３の観点からすると、光によって被走査面上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被走査面上に集光する走査光学系と；を備える第１の光走査装置である。
【００２１】
本発明は、第４の観点からすると、光によって被走査面上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被走査面上に集光する走査光学系と；を備える第２の光走査装置である。
【００２２】
上記第１及び第２の光走査装置によれば、光源が本発明の面発光レーザ素子あるいは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、高精度の光走査を行うことが可能となる。
【００２３】
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が含まれる光を走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える第１の画像形成装置である。
【００２４】
本発明は、第６の観点からすると、光を用いて物体上に画像を形成する画像形成装置において、前記光は、本発明の面発光レーザ素子から射出される光であることを特徴とする第２の画像形成装置である。
【００２５】
本発明は、第７の観点からすると、複数の光を用いて物体上に画像を形成する画像形成装置において、前記複数の光は、本発明の面発光レーザアレイから射出される複数の光であることを特徴とする第３の画像形成装置である。
【００２６】
上記第１〜第３の画像形成装置によれば、本発明の面発光レーザ素子あるいは面発光レーザアレイから射出される光を用いているため、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となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図９を用いて説明する。図１には、本発明の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。
【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。
【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】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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の表面に、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束を照射する。これにより、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム１０３０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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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枚づつ取り出し、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。
【００３７】
転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上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。
【００３８】
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。
【００３９】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。
【００４２】
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、アナモルフィックレンズ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、ハウジング３０の中の所定位置に組み付けられている。
【００４３】
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。
【００４４】
カップリングレンズ１５は、光源１４から射出された光束を略平行光とする。光源１４とカップリングレンズ１５はアルミニウム製の一つの保持部材に固定され、ユニット化されている。
【００４５】
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。
【００４６】
アナモルフィックレンズ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。
【００４７】
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とアナモルフィックレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されている。
【００４８】
ポリゴンミラー１３は、一例として内接円の半径が１８ｍｍの６面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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つの折り曲げミラーが配置されても良い。
【００５２】
光源１４は、一例として図３に示されるように、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。
【００５３】
面発光レーザ素子１００は、設計上の発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザであり、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。
【００５４】
基板１０１は、表面が鏡面研磨面であり、図４（Ａ）に示されるように、鏡面研磨面の法線方向が、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４（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。
【００５５】
下部半導体ＤＢＲ１０３は、不図示のバッファ層を介して基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを４２．５ペア有している。各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。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の光学厚さとなるように設定されている。
【００５６】
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Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる層である。
【００５７】
活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＡｓＰ／Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる３重量子井戸構造の活性層である。
【００５８】
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Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる層である。
【００５９】
上部半導体ＤＢＲ１０７は、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる高屈折率層のペアを３２ペア有している。各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。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の光学厚さとなるように設定されている。
【００６０】
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が厚さ２０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層の挿入位置は、上部スペーサ層１０６から２ペア目の低屈折率層中である。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
また、図５には、面発光レーザ素子１００の製造に用いられる酸化装置５０００が示されている。この酸化装置５０００は、水蒸気供給部５０１０、ステンレス製反応容器５０２０、導入管５０３０、排気管５０４０、水捕集器５０５０及び温度コントローラ（図示省略）などを有している。
【００６４】
水蒸気供給部５０１０は、マスフローコントローラ５０１１、気化器５０１２、液体マスフローコントローラ５０１３、及び水供給器５０１４を備えている。また、ステンレス製反応容器５０２０内には、酸化対象物５０６０が載置されるトレイ５０２１、該トレイ５０２１を介して酸化対象物５０６０を加熱するためのセラミックヒータ５０２４を内蔵する円板状の加熱テーブル５０２２、酸化対象物５０６０の温度を計測する熱電対５０２５、加熱テーブル５０２２を保持し回転可能な基台５０２３が収容されている。
【００６５】
温度コントローラは、熱電対５０２５の出力信号をモニタしながらセラミックヒータ５０２４に供給する電流（又は電圧）を制御し、酸化対象物５０６０を指定された温度（保持温度）で指定された時間（保持時間）保持する。
【００６６】
水蒸気供給部５０１０の動作について簡単に説明する。水供給器５０１４に窒素（Ｎ２）ガスが導入されると、水（Ｈ２Ｏ）が液体マスフローコントローラ５０１３で流量制御されて気化器５０１２に供給され、水蒸気となる。Ｎ２キャリアガスが導入されると、マスフローコントローラ５０１１で流量制御されて気化器５０１２に供給される。そして、気化器５０１２からは、水蒸気を含むＮ２キャリアガスが導入管５０３０を介してステンレス製反応容器５０２０内に供給される。
【００６７】
ステンレス製反応容器５０２０内に供給された水蒸気を含むＮ２キャリアガスは、酸化対象物５０６０の周囲に供給される。これによって、酸化対象物５０６０は水蒸気雰囲気にさらされることとなり、酸化対象物５０６０は酸化される。その後、水蒸気を含むＮ２キャリアガスは、排気管５０４０及び水捕集器５０５０を介して排気される。
【００６８】
予備実験として、図６（Ａ）に示されるように、基板１０１と同様な傾斜基板である基板６００１上に、ＧａＡｓ層６００２、厚さ２０ｎｍのＡｌＡｓ層６００３、及びＧａＡｓ層６００４がエピタキシャル成長によって順次積層され、ドライエッチング法により直径５μｍの孔が形成された試料６０００を、酸化対象物５０６０として酸化装置５０００で酸化させた。このときのＡｌＡｓ層６００３における酸化速度と面内方向との関係が図７に示されている。水の流量は６０ｇ／ｈｒ、Ｎ２キャリアガスの流量は２０ＳＬＭである。図７における温度は保持温度であり、面内方向は、図６（Ｂ）に示されるように、−Ｙ方向を０°とし、−Ｘ方向を９０°、＋Ｙ方向を１８０°としている。なお、図７における酸化速度は、面内方向が９０°のときの酸化速度を１として、規格化されている。また、以下では、便宜上、図６（Ｂ）に示されるように、Ｚ軸まわりに、Ｘ軸及びＹ軸を反時計方向に４５°回転した軸をｘ軸及びｙ軸とする。
【００６９】
また、図示していないが、酸化速度の結晶方向依存性は、ｎ回対称（ｎ≧２）ではなく、（０ １ −１）面に対し鏡像対称となった。例えば、−ｘ方向（４５°）の酸化速度と−ｙ方向（３１５°）の酸化速度、−Ｘ方向（９０°）の酸化速度と＋Ｘ方向（２７０°）の酸化速度、＋ｙ方向（１３５°）の酸化速度と＋ｘ方向（２２５°）の酸化速度はほぼ同じ値を示した。
【００７０】
例えば、保持温度が３９０℃のときには、＋Ｘ方向の酸化速度を１．００とした場合、−Ｘ方向の酸化速度は１．００、−Ｙ方向の酸化速度は１．０４、＋Ｙ方向の酸化速度は０．８５となる。すなわち、Ｘ軸方向の平均酸化速度に対して、Ｙ軸方向の平均酸化速度は０．９４５である。
【００７１】
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。
【００７２】
（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。
【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】
（２）積層体の表面に所望のメサ形状に対応する長方形状のレジストパターンを形成する。
【００７５】
（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四角柱状のメサを形成する。ここでは、メサ外形のＸ軸方向に関する長さａＸ（図８（Ａ）参照）は２８．０μｍ、Ｙ軸方向に関する長さａＹ（図８（Ｂ）参照）は２６．７μｍである。すなわち、ａＸ＞ａＹである。なお、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。
【００７６】
（４）フォトマスクを除去する。
【００７７】
（５）メサが形成された積層体を、酸化装置５０００にセットし、Ａｌ（アルミニウム）の選択酸化を行う。
【００７８】
本実施形態では、一例として、水の流量が６０ｇ／ｈｒ、Ｎ２キャリアガスの流量が２０ＳＬＭ、保持温度が３９０℃、保持時間が４０．１分という条件（酸化条件）を用いた。これにより、被選択酸化層中のＡｌがメサの外周部から選択的に酸化され、メサの中央部に、酸化層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３参照）。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。
【００７９】
本実施形態では、上記予備実験の結果に基づいて、電流通過領域１０８ｂの大きさが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して、いずれも４．０μｍ付近となるように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関するメサ寸法を設定している。
【００８０】
（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮあるいはＳｉＯ２からなる保護層１１１を形成する（図３参照）。
【００８１】
（７）ポリイミド１１２で平坦化する（図３参照）。
【００８２】
（８）メサ上部にＰ側電極コンタクトの窓開けを行う。ここでは、フォトレジストによるマスクを施した後、メサ上部の開口部を露光してその部分のフォトレジストを除去し、ＢＨＦにてポリイミド１１２及び保護層１１１をエッチングして開口する。
【００８３】
（９）メサ上部の光射出部となる領域に一辺１０μｍ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なう。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。
【００８４】
（１０）光射出部の電極材料をリフトオフし、ｐ側の電極１１３を形成する（図３参照）。
【００８５】
（１１）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側の電極１１４を形成する（図３参照）。ここでは、ｎ側の電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。
【００８６】
（１２）アニールによって、ｐ側の電極１１３とｎ側の電極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。
【００８７】
（１３）チップ毎に切断する。
【００８８】
上記のようにして製造された面発光レーザ素子１００の酸化狭窄構造体をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察すると、図９に示されるように、Ｘ軸方向に関する長さｂＸが４．１０μｍ、Ｙ軸方向に関する長さｂＹが４．００μｍの略正方形（最長幅／最短幅＝１．０３）の−Ｙ側の２つの角が面取りされた形状の電流通過領域１０８ｂが形成されていた。
【００８９】
２つの角が面取られているのは、＋ｘ方向付近及び＋ｙ方向付近の酸化速度が、＋Ｙ方向、＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の酸化速度の約１．１倍であるためである。
【００９０】
電流通過領域１０８ｂの形状は、電流通過領域１０８ｂの中心を通る（０ １ −１）面に対し鏡像対称である。
【００９１】
面発光レーザ素子１００からは、偏光方向がＹ軸方向の光が安定して射出された。また、面発光レーザ素子１００の出力光は、ＦＦＰがＺ軸方向に対して軸対称であり、発散角は７．０°で、光束の断面形状は円形であった。
【００９２】
なお、比較のため、メサのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する長さをいずれも２８．０μｍとすると、電流通過領域の形状は、Ｘ軸方向に関する長さが４．０μｍ、Ｙ軸方向に関する長さが５．３μｍの長方形（最長幅／最短幅＝１．３３）の２つの角が面取りされた六角形状となった。そして、出力光は、Ｘ軸方向に関する発散角が７．０°、Ｙ軸方向に関する発散角が５．０°で、光束の断面形状は楕円形であった。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザ１００によると、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］方向に向かって１５度傾斜した基板１０１上に、酸化狭窄構造体を有するメサ（メサ構造体）が形成されている。そして、メサの基板１０１に平行な断面は、電流通過領域１０８ｂの中心を通るＸ軸方向（第１の方向）に関する長さａＸが、電流通過領域１０８ｂの中心を通るＹ軸方向（第２の方向）に関する長さａＹよりも長い。この場合に、電流通過領域１０８ｂの形状は、電流通過領域１０８ｂの中心を通る（０ １ −１）面に対し鏡像対称となり、面取られている部分を無視すると略正方形状となった。そこで、高コスト化を招くことなく、偏光方向の安定性を高くするとともに、出力光の断面形状を略円形とすることが可能となる。
【００９４】
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１００を有しているため、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を行うことが可能となる。
【００９５】
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となる。
【００９６】
なお、上記実施形態では、電流通過領域が略正方形の２つの角が面取りされた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く、円形状及び４以上の整数ｎを用いてｎ回対称性を有する形状のいずれかであれば良い。例えば、正五角形、正六角形、正八角形、正十二角形などの正多角形（略正多角形を含む）であっても良い。
【００９７】
《面発光レーザ素子１００Ａ》
また、前記面発光レーザ１００に代えて、図１０に示される面発光レーザ１００Ａを用いても良い。
【００９８】
この面発光レーザ素子１００Ａは、設計上の発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザであり、基板２０１、下部半導体ＤＢＲ２０３、下部スペーサ層２０４、活性層２０５、上部スペーサ層２０６、上部半導体ＤＢＲ２０７、コンタクト層２０９などを有している。
【００９９】
基板２０１は、表面が鏡面研磨面であり、図１１（Ａ）に示されるように、鏡面研磨面の法線方向が、結晶方位［１ ０ ０］方向に対して、結晶方位［１ −１ １］Ｂ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２０１はいわゆる傾斜基板である。ここでは、図１１（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。
【０１００】
下部半導体ＤＢＲ２０３は、不図示のバッファ層を介して基板２０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを４２．５ペア有している。各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１０１】
下部スペーサ層２０４は、下部半導体ＤＢＲ２０３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＡｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる層である。
【０１０２】
活性層２０５は、下部スペーサ層２０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＡｓＰ／Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる３重量子井戸構造の活性層である。
【０１０３】
上部スペーサ層２０６は、活性層２０５の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＡｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる層である。
【０１０４】
上部半導体ＤＢＲ２０７は、上部スペーサ層２０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる高屈折率層のペアを３２ペア有している。各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１０５】
上部半導体ＤＢＲ２０７における低屈折率層の１つには、ｐ−Ａｌ０．９９Ｇａ０．０１Ａｓからなる被選択酸化層が厚さ３０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層の挿入位置は、上部スペーサ層２０６から２ペア目の低屈折率層中である。
【０１０６】
コンタクト層２０９は、上部半導体ＤＢＲ２０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１０７】
なお、図１０における符号２０８ａはＡｌの酸化層、符号２１１は保護層、符号２１２はポリイミド、符号２１３はｐ側の電極、符号２１４はｎ側の電極である。
【０１０８】
面発光レーザ素子１００Ａは、上記面発光レーザ素子１００と同様にして製造することができる。但し、酸化条件は、水の流量が３０ｇ／ｈｒ、Ｎ２キャリアガスの流量が２０ＳＬＭ、保持温度が４００℃、保持時間が６５．０分とした。また、上記と同様な予備実験の結果に基づいて、電流通過領域２０８ｂの大きさが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して、いずれも４．５μｍ付近となるように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関するメサ寸法を設定した。
【０１０９】
具体的には、上記酸化条件での各結晶方位の酸化速度が、＋Ｘ方向の酸化速度を１．００とした場合、−Ｘ方向の酸化速度は１．００、−Ｙ方向の酸化速度は０．８８、＋Ｙ方向の酸化速度は１．０３となり、Ｘ軸方向の平均酸化速度に対してＹ軸方向の平均酸化速度は０．９５５である。そこで、メサ外形のＸ軸方向に関する長さａＸ（図１２参照）は２６．５μｍ、Ｙ軸方向に関する長さａＹ（図１２参照）は２５．５μｍとした。すなわち、ａＸ＞ａＹである。
【０１１０】
面発光レーザ素子１００Ａの酸化狭窄構造体をＳＥＭで観察すると、図１２に示されるように、Ｘ軸方向に関する長さｂＸが４．４０μｍ、Ｙ軸方向に関する長さｂＹが４．８０μｍの略正方形状（最長幅／最短幅＝１．０９）の電流通過領域２０８ｂが形成されていた。
【０１１１】
そして、この電流通過領域２０８ｂの形状は、電流通過領域２０８ｂの中心を通る（０ １ −１）面に対し鏡像対称であった。
【０１１２】
面発光レーザ素子１００Ａからは、偏光方向がＸ軸方向に安定した出力光が得られた。また、出力光は、Ｘ軸方向に関する発散角が６．５°、Ｙ軸方向に関する発散角が６．１°で、光束の断面形状はほぼ円形であった。
【０１１３】
なお、比較のため、メサのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する長さをいずれも３２．５μｍとすると、電流通過領域の形状はＸ軸方向に関する長さｂＸが４．５μｍ、Ｙ軸方向に関する長さｂＹが５．５μｍの長方形状（最長幅／最短幅＝１．２２）であった。そして、出力光は、Ｘ軸方向に関する発散角が６．４°、Ｙ軸方向に関する発散角が４．８°で、光束の断面形状は楕円形であった。
【０１１４】
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。
【０１１５】
また、上記各面発光レーザ素子は、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。
【０１１６】
《面発光レーザ素子１００Ｂ》
例えば、図１３には、設計上の発振波長が８５０ｎｍ帯の面発光レーザ１００Ｂが示されている。
【０１１７】
この面発光レーザ素子１００Ｂは、基板３０１、下部半導体ＤＢＲ３０３、下部スペーサ層３０４、活性層３０５、上部スペーサ層３０６、上部半導体ＤＢＲ３０７、コンタクト層３０９などを有している。
【０１１８】
基板３０１は、前記基板１０１と同様な傾斜基板である。
【０１１９】
下部半導体ＤＢＲ３０３は、不図示のバッファ層を介して基板３０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓからなる高屈折率層のペアを４２．５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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１２０】
下部スペーサ層３０４は、下部半導体ＤＢＲ３０３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる層である。
【０１２１】
活性層３０５は、下部スペーサ層３０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる３重量子井戸構造の活性層である。
【０１２２】
上部スペーサ層３０６は、活性層３０５の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる層である。
【０１２３】
下部スペーサ層３０４と活性層３０５と上部スペーサ層３０６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波長の光学厚さとなるように設定されている。なお、活性層３０５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。
【０１２４】
上部半導体ＤＢＲ３０７は、上部スペーサ層３０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓからなる高屈折率層のペアを３２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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１２５】
上部半導体ＤＢＲ３０７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が厚さ２０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層の挿入位置は、上部スペーサ層３０６から２ペア目の低屈折率層中である。
【０１２６】
コンタクト層３０９は、上部半導体ＤＢＲ３０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１２７】
なお、図１３における符号３０８ａはＡｌの酸化層、符号３１１は保護層、符号３１２はポリイミド、符号３１３はｐ側の電極、符号３１４はｎ側の電極である。
【０１２８】
面発光レーザ素子１００Ｂは、上記面発光レーザ素子１００と同様にして製造することができる。但し、酸化条件は、水の流量が６０ｇ／ｈｒ、Ｎ２キャリアガスの流量が２０ＳＬＭ、保持温度が３６０℃、保持時間が１１０．５分とした。そして、上記予備実験の結果に基づいて、電流通過領域３０８ｂの大きさが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して、いずれも４．０μｍ付近となるように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関するメサ寸法を設定した。
【０１２９】
具体的には、上記酸化条件での各結晶方位の酸化速度が、＋Ｘ方向の酸化速度を１．００とした場合、−Ｘ方向の酸化速度は１．００、−Ｙ方向の酸化速度は１．０９、＋Ｙ方向の酸化速度は０．８２となり、Ｘ軸方向の平均酸化速度に対してＹ軸方向の平均酸化速度は０．９５５である。そこで、メサ外形のＸ軸方向に関する長さａＸ（図１４参照）は２８．０μｍ、Ｙ軸方向に関する長さａＹ（図１４参照）は２６．９μｍとした。すなわち、ａＸ＞ａＹである。
【０１３０】
面発光レーザ素子１００Ｂの酸化狭窄構造体をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察すると、図１４に示されるように、Ｘ軸方向に関する長さｂＸ及びＹ軸方向に関する長さｂＹがいずれも４．００μｍの正方形（最長幅／最短幅＝１．００）の電流通過領域３０８ｂが形成されていた。
【０１３１】
そして、この電流通過領域３０８ｂの形状は、電流通過領域３０８ｂの中心を通る（０ １ −１）面に対し鏡像対称であった。
【０１３２】
面発光レーザ素子１００Ｂからは、偏光方向がＹ軸方向の光が安定して射出された。また、面発光レーザ素子１００Ｂの出力光は、ＦＦＰがＺ軸方向に対して軸対称であり、発散角は７．０°で、光束の断面形状は円形であった。
【０１３３】
なお、比較のため、メサのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する長さをいずれも２８．０μｍとすると、電流通過領域の形状はＸ軸方向に関する長さが４．０μｍ、Ｙ軸方向に関する長さが５．１μｍの長方形状（最長幅／最短幅＝１．２８）であった。そして、出力光は、Ｘ軸方向に関する発散角が７．０°、Ｙ軸方向に関する発散角が５．５°で、光束の断面形状は楕円形であった。
【０１３４】
《面発光レーザ素子１００Ｃ》
図１５には、設計上の発振波長が９８０ｎｍ帯の面発光レーザ１００Ｃが示されている。
【０１３５】
この面発光レーザ素子１００Ｃは、基板４０１、下部半導体ＤＢＲ４０３、下部スペーサ層４０４、活性層４０５、上部スペーサ層４０６、上部半導体ＤＢＲ４０７、コンタクト層４０９などを有している。
【０１３６】
基板４０１は、表面が鏡面研磨面であり、図１６（Ａ）に示されるように、鏡面研磨面の法線方向が、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４０１はいわゆる傾斜基板である。ここでは、図１６（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。
【０１３７】
下部半導体ＤＢＲ４０３は、不図示のバッファ層を介して基板４０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−ＧａＡｓからなる高屈折率層のペアを３８．５ペア有している。各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１３８】
下部スペーサ層４０４は、下部半導体ＤＢＲ４０３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＧａＡｓからなる層である。
【０１３９】
活性層４０５は、下部スペーサ層４０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓからなるＴＱＷ活性層である。
【０１４０】
上部スペーサ層４０６は、活性層４０５の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＧａＡｓからなる層である。
【０１４１】
上部半導体ＤＢＲ４０７は、上部スペーサ層４０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−ＧａＡｓからなる高屈折率層のペアを３０ペア有している。各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１４２】
上部半導体ＤＢＲ４０７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が厚さ２０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層の挿入位置は、上部スペーサ層４０６から３ペア目の低屈折率層中である。
【０１４３】
コンタクト層４０９は、上部半導体ＤＢＲ４０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１４４】
なお、図１５における符号４０８ａはＡｌの酸化層、符号４１１は保護層、符号４１２はポリイミド、符号４１３はｐ側の電極、符号４１４はｎ側の電極である。
【０１４５】
面発光レーザ素子１００Ｃは、上記面発光レーザ素子１００と同様にして製造することができる。但し、酸化条件は、水の流量が６０ｇ／ｈｒ、Ｎ２キャリアガスの流量が２０ＳＬＭ、保持温度が４１０℃、保持時間が１２．５分とした。そして、上記と同様な予備実験の結果に基づいて、電流通過領域４０８ｂの大きさが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して、いずれも４．０μｍ付近となるように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関するメサ寸法を設定した。
【０１４６】
具体的には、上記酸化条件での各結晶方位の酸化速度が、＋Ｘ方向の酸化速度を１．００とした場合、−Ｘ方向の酸化速度は１．００、−Ｙ方向の酸化速度は０．９１、＋Ｙ方向の酸化速度は１．０１となり、Ｘ軸方向の平均酸化速度に対してＹ軸方向の平均酸化速度は０．９６である。そこで、メサ外形のＸ軸方向に関する長さａＸ（図１７参照）は２８．０μｍ、Ｙ軸方向に関する長さａＹ（図１７参照）は２７．０μｍとした。すなわち、ａＸ＞ａＹである。
【０１４７】
面発光レーザ素子１００Ｃの酸化狭窄構造体をＳＥＭで観察すると、図１７に示されるように、Ｘ軸方向に関する長さｂＸが４．００μｍ、Ｙ軸方向に関する長さｂＹが４．１５μｍの略正方形（最長幅／最短幅＝１．０４）の＋Ｙ側の２つの角が面取りされている形状の電流通過領域４０８ｂが形成されていた。
【０１４８】
２つの角が面取られているのは、−ｙ方向付近及び−ｘ方向付近の酸化速度が、＋Ｘ方向、−Ｙ方向及び−Ｘ方向の酸化速度の約１．１倍であるためである。
【０１４９】
電流通過領域４０８ｂの形状は、電流通過領域４０８ｂの中心を通る（０ １ −１）面に対し鏡像対称である。
【０１５０】
面発光レーザ素子１００Ｃからは、偏光方向がＹ軸方向の光が安定して射出された。また、面発光レーザ素子１００Ｃの出力光は、ＦＦＰがＺ軸方向に対して軸対称であり、発散角は７．０°で、光束の断面形状は円形であった。
【０１５１】
なお、比較のため、メサのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する長さをいずれも２８．０μｍとすると、電流通過領域の形状は、Ｘ軸方向に関する長さが４．０μｍ、Ｙ軸方向に関する長さが５．０μｍの長方形（最長幅／最短幅＝１．２５）の２つの角が面取りされた形状であった。そして、出力光は、Ｘ軸方向に関する発散角が７．０°、Ｙ軸方向に関する発散角が４．９°で、光束の断面形状は楕円形であった。
【０１５２】
この場合に、一例として図１８に示されているように、四角柱状のメサの＋Ｙ側の２つの角に１辺の長さ（図１８における符号ｐ）が６μｍの突起部を設けても良い。このときには、図１８に示されるように、Ｘ軸方向に関する長さｂＸが４．００μｍ、Ｙ軸方向に関する長さｂＹが４．１５μｍの略正方形状（最長幅／最短幅＝１．０４）の電流通過領域４０８ｂ´が形成された。なお、図１８における符号４０８ａ´は酸化層である。
【０１５３】
電流通過領域４０８ｂ´の＋Ｙ側の２つの角が面取られていないのは、酸化速度の大きい方向の酸化距離が大きくなるようにメサの形状が調整されているためである。また、電流通過領域４０８ｂ´の形状は、電流通過領域４０８ｂ´の中心を通る（０ １ −１）面に対し鏡像対称である。なお、酸化速度の小さい方向の酸化距離が小さくなるようにメサの形状を調整しても良い。
【０１５４】
《面発光レーザ素子１００Ｄ》
図１９には、設計上の発振波長が１．３μｍ帯の面発光レーザ１００Ｄが示されている。
【０１５５】
この面発光レーザ素子１００Ｄは、基板５０１、下部半導体ＤＢＲ５０３、下部スペーサ層５０４、活性層５０５、上部スペーサ層５０６、上部半導体ＤＢＲ５０７、コンタクト層５０９などを有している。
【０１５６】
基板５０１は、表面が鏡面研磨面であり、図２０（Ａ）に示されるように、鏡面研磨面の法線方向が、結晶方位［１ ０ ０］方向に対して、結晶方位［１ １ −１］Ｂ方向に向かって１０度（θ＝１０度）傾斜したｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。すなわち、基板５０１はいわゆる傾斜基板である。ここでは、図２０（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。
【０１５７】
下部半導体ＤＢＲ５０３は、不図示のバッファ層を介して基板５０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−ＧａＡｓからなる高屈折率層のペアを３５．５ペア有している。各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１５８】
下部スペーサ層５０４は、下部半導体ＤＢＲ５０３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＧａＡｓからなる層である。
【０１５９】
活性層５０５は、下部スペーサ層５０４の＋Ｚ側に積層され、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓからなるＴＱＷ活性層である。
【０１６０】
上部スペーサ層５０６は、活性層５０５の＋Ｚ側に積層され、ノンドープのＧａＡｓからなる層である。
【０１６１】
上部半導体ＤＢＲ５０７は、上部スペーサ層５０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−ＧａＡｓからなる高屈折率層のペアを２８ペア有している。各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。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の光学厚さとなるように設定されている。
【０１６２】
上部半導体ＤＢＲ５０７における低屈折率層の１つには、ｐ−Ａｌ０．９９Ｇａ０．０１Ａｓからなる被選択酸化層が厚さ３０ｎｍで挿入されている。この被選択酸化層の挿入位置は、上部スペーサ層５０６から２ペア目の低屈折率層中である。
【０１６３】
コンタクト層５０９は、上部半導体ＤＢＲ５０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【０１６４】
なお、図１９における符号５０８ａはＡｌの酸化層、符号５１１は保護層、符号５１２はポリイミド、符号５１３はｐ側の電極、符号５１４はｎ側の電極である。
【０１６５】
面発光レーザ素子１００Ｄは、上記面発光レーザ素子１００と同様にして製造することができる。但し、酸化条件は、水の流量が３０ｇ／ｈｒ、Ｎ２キャリアガスの流量が２０ＳＬＭ、保持温度が４００℃、保持時間が４９．５分とした。そして、上記と同様な予備実験の結果に基づいて、電流通過領域５０８ｂの大きさが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して、いずれも４．５μｍ付近となるように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関するメサ寸法を設定した。
【０１６６】
具体的には、上記酸化条件での各結晶方位の酸化速度が、＋Ｘ方向の酸化速度を１．００とした場合、−Ｘ方向の酸化速度は１．００、−Ｙ方向の酸化速度は１．０４、＋Ｙ方向の酸化速度は０．８９となり、Ｘ軸方向の平均酸化速度に対してＹ軸方向の平均酸化速度は０．９６５である。そこで、メサ外形のＸ軸方向に関する長さａＸ（図２１参照）は３２．５μｍ、Ｙ軸方向に関する長さａＹ（図２１参照）は３１．５μｍとした。すなわち、ａＸ＞ａＹである。
【０１６７】
面発光レーザ素子１００Ｄの酸化狭窄構造体をＳＥＭで観察すると、図２１に示されるように、Ｘ軸方向に関する長さｂＸが４．５０μｍ、Ｙ軸方向に関する長さｂＹが５．１７μｍの略正方形状（最長幅／最短幅＝１．１５）であった。
【０１６８】
面発光レーザ素子１００Ｄからは、偏光方向がＸ軸方向の光が安定して射出された。また、面発光レーザ素子１００Ｄの出力光は、Ｘ軸方向に関する発散角が６．０°、Ｙ軸方向に関する発散角が５．４°で、光束の断面形状はほぼ円形であった。
【０１６９】
なお、比較のため、メサのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する長さをいずれも３２．５μｍとすると、電流通過領域の形状はＸ軸方向に関する長さが４．５μｍ、Ｙ軸方向に関する長さが５．５μｍの長方形状（最長幅／最短幅＝１．２２）であった。そして、出力光は、Ｘ軸方向に関する発散角が６．０°、Ｙ軸方向に関する発散角が５．０°で、光束の断面形状は楕円形であった。
【０１７０】
図２２には、電流通過領域の形状における最長幅／最短幅の大きさと発散角と光束の断面形状との関係が示されている。これによると、発振波長に関係なく偏光方向を安定させるとともに光束の断面形状をほぼ円形とするには、電流通過領域の形状における最短幅に対する最長幅の大きさを１．２未満とするのが好ましいといえる。
【０１７１】
また、電流通過領域の形状は、図２３（Ａ）〜図２３（Ｆ）に示されるような鏡像対称性を有する形状であっても良い。このような形状であっても、最短幅に対する最長幅の大きさを１．２未満とすると発振波長に関係なく偏光方向を安定させることができる。
【０１７２】
《面発光レーザアレイ５００》
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１００に代えて、一例として図２４に示されるように、面発光レーザアレイ５００を有していても良い。
【０１７３】
この面発光レーザアレイ５００は、複数（ここでは３２個）の発光部が同一基板上に配置されている。図２４におけるＭ方向は主走査対応方向であり、Ｓ方向は副走査対応方向である。なお、発光部の数は３２個に限定されるものではない。
【０１７４】
面発光レーザアレイ５００は、図２５に示されるように、Ｍ方向からＳ方向に向かって傾斜した方向であるＴ方向に沿って８個の発光部が等間隔に配置された発光部列を４列有している。そして、これら４列の発光部列は、すべての発光部をＳ方向に伸びる仮想線上に正射影したときに等間隔ｃとなるように、Ｓ方向に等間隔ｄで配置されている。すなわち、３２個の発光部は、２次元的に配列されている。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。
【０１７５】
ここでは、間隔ｃは３μｍ、間隔ｄは２４μｍ、Ｍ方向の発光部間隔Ｘ（図２５参照）は３０μｍである。
【０１７６】
各発光部は、図２５のＡ−Ａ断面図である図２６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５００は、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。
【０１７７】
このように、面発光レーザアレイ５００は、面発光レーザ素子１００が集積された面発光レーザアレイであるため、面発光レーザ素子１００と同様な効果を得ることができる。
【０１７８】
この場合に、面発光レーザアレイ５００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ｃ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。
【０１７９】
そして、上記間隔ｃが３μｍであるため、光走査装置１０１０の光学系の倍率を約１．８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、前記間隔ｄ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、発光部の点灯タイミングで容易に制御できる。
【０１８０】
また、この場合には、レーザプリンタ１０００では書きこ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、同じ書きこ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。
【０１８１】
また、この場合には、一例として図２７に示されるように、各発光部からの光束の偏光方向が安定して揃っているため、レーザプリンタ１０００では、高品質の画像を安定して形成することができる。
【０１８２】
ところで、２つの発光部の間の溝は、各発光部の電気的及び空間的分離のために、５μｍ以上とすることが好ましい。あまり狭いと製造時のエッチングの制御が難しくなるからである。また、メサの大きさ（１辺の長さ）は１０μｍ以上とすることが好ましい。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からである。
【０１８３】
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、前記面発光レーザ素子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。
【０１８４】
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。要するに、光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば良い。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
また、一例として図２８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。
【０１８８】
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「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「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「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「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。
【０１８９】
各感光体ドラムは、図２８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。
【０１９０】
光走査装置２０１０は、前記光源１４と同様な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、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。
【０１９１】
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５００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変更することで色ずれを低減することができる。
【０１９２】
また、ポリゴンミラーなどの機械的回転機構を用いない光学系を有する画像形成装置（例えば、特許第３７１３７２５号公報、特許３６７７８８３号公報参照）の光源として、前記面発光レーザ素子１００と同様な面発光レーザ素子、あるいは前記面発光レーザアレイ５００と同様な面発光レーザアレイを用いても良い。一例として図２９に示される画像形成装置８００は、前記面発光レーザアレイ５００を含む光源ユニット３１、コリメータレンズ３２、固定ミラー３３、ｆθレンズ３４、及び感光体ドラム１０３０などを備えている。この場合であっても、前述したレーザプリンタ１０００と同様に、高品質な画像を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９３】
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、高コスト化を招くことなく、偏光方向の安定性を高くするとともに、出力光の断面形状を略円形とするのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、高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。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【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】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ図３における基板を説明するための図である。
【図５】被選択酸化層の選択酸化に用いられる酸化装置を説明するための図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ被選択酸化層の酸化速度の面内方向依存性を求めるために用いた試料を説明するための図である。
【図７】被選択酸化層の酸化速度と面内方向との関係を説明するための図である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれメサの外形を説明するための図である。
【図９】酸化狭窄構造体を説明するための図である。
【図１０】面発光レーザ素子の変形例１を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ図１０における基板を説明するための図である。
【図１２】面発光レーザ素子の変形例１の酸化狭窄構造体を説明するための図である。
【図１３】面発光レーザ素子の変形例２を説明するための図である。
【図１４】面発光レーザ素子の変形例２の酸化狭窄構造体を説明するための図である。
【図１５】面発光レーザ素子の変形例３を説明するための図である。
【図１６】図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、それぞれ図１５における基板を説明するための図である。
【図１７】面発光レーザ素子の変形例３の酸化狭窄構造体（例１）を説明するための図である。
【図１８】面発光レーザ素子の変形例３の酸化狭窄構造体（例２）を説明するための図である。
【図１９】面発光レーザ素子の変形例４を説明するための図である。
【図２０】図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、それぞれ図１９における基板を説明するための図である。
【図２１】面発光レーザ素子の変形例４の酸化狭窄構造体を説明するための図である。
【図２２】電流通過領域の形状における最長幅／最短幅の大きさと発散角と光束の断面形状との関係を説明するための図である。
【図２３】図２３（Ａ）〜図２３（Ｆ）は、それぞれ電流通過領域の形状の変形例を説明するための図である。
【図２４】面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図２５】図２４における発光部の２次元配列を説明するための図である。
【図２６】図２５のＡ−Ａ断面図である。
【図２７】図２４における各発光部の偏光方向を説明するための図である。
【図２８】カラープリンタの概略構成を説明するための図である。
【図２９】機械的回転機構を用いない光学系を有する画像形成装置の概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１９５】
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、１００…面発光レーザ素子、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、１０１…基板、１０８ａ…酸化層（電流通過領域を取り囲んでいる酸化物）、１０８ｂ…電流通過領域、２０８ａ…酸化層（電流通過領域を取り囲んでいる酸化物）、２０８ｂ…電流通過領域、３０８ａ…酸化層（電流通過領域を取り囲んでいる酸化物）、３０８ｂ…電流通過領域、４０８ａ…酸化層（電流通過領域を取り囲んでいる酸化物）、４０８ｂ…電流通過領域、５００…面発光レーザアレイ、５０８ａ…酸化層（電流通過領域を取り囲んでいる酸化物）、５０８ｂ…電流通過領域、８００…画像形成装置、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）。
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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