JP2009152553A - 面発光レーザ、該面発光レーザによって構成される光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 縦モードホッピングを抑制して単一縦モード発振が可能となる面発光レーザを提供する。
【解決手段】 第１の多層膜ミラーと第２の多層膜ミラーとの間に活性層を有する面発光レーザであって、第１の多層膜ミラーは、反射帯域の内に共振モードと、該共振モードとは異なる第１の縦モードが含まれるように構成されている。また、反射帯域の外に前記共振モードおよび第１の縦モードとは異なる第２の縦モードが含まれるように構成されれている。これにより、第１の縦モードの発振、および、第２の縦モードの発振が抑制されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光レーザ、該面発光レーザによって構成される光学機器に関する。

半導体基板表面に対して垂直方向に光を取り出すことができる垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、二次元アレイの形成を容易に行うことができる。

この二次元アレイから出射される複数のビームを用いた並列処理を用いれば、高密度化および高速化が可能になるため、面発光レーザは様々な産業上の応用が期待される。

例えば、電子写真プリンタの露光光源として面発光レーザアレイを用いると、複数のビームによる印字工程の高密度・高速化が可能となる。

このような電子写真における印刷工程では、感光ドラム上に安定かつ微小なレーザスポットを形成する必要があるため、面発光レーザのレーザ特性としては、単一横モードや単一縦モードでの安定動作が要求される。

一般に、面発光レーザは共振器長が数μｍと短く、端面発光レーザに比べて１／１００程度と極めて短い。

そのため、レーザ発振させるためには反射損失を小さくする必要があることから、高い反射率（９９％以上）を有する反射鏡が用いられる。

これを達成するために、反射鏡としては、屈折率の異なる二つの層を各々λ／４の光学的厚さ（λ：発振波長）で交互に積層した多層膜反射鏡（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）が用いられている。

多層膜反射鏡を構成する材料としては、形成が比較的容易で、かつ電流注入が可能な半導体材料がよく用いられている。

更に、近年、面発光レーザでは高性能化のためにＡｌ組成の高い、例えばＡｌ組成９８％のＡｌＧａＡｓ層を多層膜反射鏡内に設け、これを高温水蒸気雰囲気中で選択酸化することで、電流狭窄構造を形成し、必要な領域のみに電流を注入する方法が考案されている。

ところで、この選択酸化は、単一横モードという観点からは、望ましくないものである。すなわち、酸化層の存在により必要以上に大きな屈折率差が生じることにより、高次横モードを発生させてしまうこととなる。

そこで、その対策として、発光領域を３μｍ径程度まで小さくすることで、高次横モードが閉じ込められないようにし、単一横モード発振を達成する等の方法が用いられる。

しかしながら、このような方法では、発光領域が小さくなるために素子一個当たりの出力が大幅に低下する。

このようなことから、従来において、基本横モードと高次横モード間に損失差を意図的に導入することで、ある程度広い発光領域を保ちながらも、単一横モード発振を可能にする方法が検討されてきた。

非特許文献１には、基本横モードと高次横モード間に損失差を与える方法の一つとして、共振器長を長くした面発光レーザが記載されている。

面発光レーザでよく用いられる１波長共振器では、その実効的な共振器長は１〜２μｍ程度である。これに対して、非特許文献１に記載の面発光レーザでは、共振器長を長くするために、共振器内に２〜８μｍのスペーサ層を挿入している。これにより、高次横モードにおける回折損を増大させ、大きな発光面積（〜８μｍ）においても単一横モード発振を達成している。
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ａｕｇ ２０００ Ｖｏｌｕｍｅ：１２，Ｉｓｓｕｅ：８、Ｐ９３９−９４１；Ｕｎｏｌｄ，Ｈ．Ｊ．ｅｔ ａｌ．

上記したように、非特許文献１では、上記したように大きな発光面積（〜８μｍ）において単一横モード発振を可能としている。

しかしながら、我々が検討したところ、一方では長共振器化したことによる以下のようなデメリットも有することに思い至った。

すなわち、従来の面発光レーザではほとんど問題にされなかったマルチ縦モード発振、あるいは縦モードホッピングが生じるという問題である。

通常、面発光レーザで用いられる１波長共振器では、共振器長が短いために、縦モード間隔が５０ｎｍ以上と大きくなるため、単一縦モード動作を達成することが可能となる。

これに対して、共振器長を長くするために２〜１０μｍのスペーサ層を共振器内に挿入した場合には、縦モード間隔が１０ｎｍ程度まで小さくなることを確認した。

このため、所望の光出力を得るために電流注入量を増大させていくと、熱により利得ピークが長波長側にシフトし、縦モードが長波長側の次のモードへホッピングしてしまう縦モードホッピングという現象が生じる。

図２に、本発明者らが検討した結果による、縦モードホッピングを起こした面発光レーザの例を示す。この例では共振器内に２μｍ厚のスペーサ層を挿入している。

図２によれば、電流注入量が３ｍＡ以下の少ない領域では、所望の共振波長（６７０ｎｍ）で発振しているが、光出力を増大させるために電流注入量を４ｍＡ以上にすると、隣の共振モード（６８５ｎｍ）にホッピングすることがわかる。

このように縦モードがホッピングすると、発光強度や遠視野像が不安定となるという問題がある。特に、電子写真露光装置のようなビームスポットの安定性が求められる機器の光源としては好ましくない現象である。

本発明は、上記課題に鑑み、縦モードホッピングを抑制して単一縦モード発振が可能となる面発光レーザを提供することを目的とするものである。

また、本発明は、上記面発光レーザによって構成される安定したビームスポットによる光学機器を提供することを目的とするものである。

本発明に係る面発光レーザは、第１の多層膜ミラーと第２の多層膜ミラーとの間に活性層を有する面発光レーザであって、前記第１の多層膜ミラーは、反射帯域の内に共振モードと、該共振モードとは異なる第１の縦モードが含まれるように構成され、かつ、反射帯域の外に前記共振モードおよび第１の縦モードとは異なる第２の縦モードが含まれるように構成され、前記第２の多層膜ミラーは、反射帯域の内に共振モードが含まれるように構成され、前記第１の縦モードおよび前記第２の縦モードの発振が抑制されていることを特徴とする。

本発明によれば、縦モードホッピングを抑制して単一縦モード発振が可能となる。

また、本発明は上記面発光レーザを用いて光学機器を構成することにより、安定したビームスポットによる光学機器を実現することができる。

通常、多層膜ミラーの反射帯域の中心波長は、共振モードの波長と同じ波長となるように設計される。

しかしながら、共振モードと他の縦モードが近接している場合において、同様の指針によって上下の多層膜ミラーを設計すると、所望の共振モード以外の縦モードについても反射率が高くなる。この結果、発振を意図していなかった縦モードまで発振するおそれが生じる。

そこで、本発明では、多層膜ミラーの反射帯域の位置を長波長側または短波長側にずらすことにより、発振を意図していない縦モードの発振を抑制する。

以下、本発明に係る面発光レーザの構成について説明する。

本発明に係る面発光レーザは、第１の多層膜ミラーと第２の多層膜ミラーとの間に活性層を有するものである。ここで、第１の多層膜ミラーは上部反射鏡であっても、下部反射鏡であってもよい。第１の多層膜ミラーが上部反射鏡である場合には、第２の多層膜ミラーが下部反射鏡となる。一方、第１の多層膜ミラーが下部反射鏡である場合には、第２の多層膜ミラーが上部反射鏡となる。

また、本発明に係る第１の多層膜ミラーは、反射帯域（ストップバンドともいう）を有し、この反射帯域内に、共振モードと、この共振モードとは異なる第１の縦モードが含まれるように構成されている。一方、反射帯域の外には、前記共振モードおよび第１の縦モードとは異なる第２の縦モードが含まれるように構成されている。

ここで、第１の縦モードは、共振モードに対して短波長の縦モードであっても、長波長の縦モードであっても良い。第１の縦モードが共振モードに対して短波長の縦モードである場合には、第２の縦モードは共振モードに対して長波長の縦モードである。一方、第１の縦モードが第１の縦モードが共振モードに対して長波長の縦モードである場合には、第２の縦モードは、共振モードに対して短波長の縦モードである。

また、反射帯域とは、反射率が高くなっている領域のことをいう。反射帯域の反射率は面発光レーザが発振するに足り得る反射率であればよい。例えば、９９％以上の反射率を有する帯域のことである。

つぎに、本発明に係る面発光レーザの更に具体的な実施形態について説明する。

図１に、本実施形態の面発光レーザの構成を説明するため、従来例と本実施形態における多層膜反射鏡の反射スペクトルを比較した図を示す。

図１において、横軸は波長を意味し、縦軸は反射率を意味する。ここで、図１（ａ）と（ｂ）は通常の面発光レーザの多層膜反射鏡を示したものである。

すなわち、上部多層膜反射鏡の反射スペクトル１１２と、下部多層膜反射鏡の反射スペクトル１１４においては、反射帯域の中心波長に所望の共振モード１０４が位置するように配置されている。

しかしながら、このように多層膜反射鏡を設計すると、縦モードの間隔が小さい場合に、所望の共振モード１０４よりも長波長側の縦モード１０２と短波長側の縦モード１０６に対する反射率も高くなる。この結果、長波長側の縦モード１０２と短波長側の縦モード１０６が発振しうる可能性が高くなる。

具体的には、従来例における通常の面発光レーザは以下のように設計、作製されている。

すなわち、上部多層膜反射鏡および下部多層膜反射鏡は、各々の反射帯域の中央に共振波長が位置するように設計、作製されている。具体的には、共振波長のλ／４の光学的厚さを持つ低屈折率層と高屈折率層を必要な反射率が得られるまで積層する。

また、光を取り出す側の多層膜反射鏡（例えば、上部多層膜反射鏡）の反射率は光を取り出さない側の多層膜反射鏡（例えば、下部多層膜反射鏡）よりも反射率を落とすように作製される。すなわち、多層膜の積層回数（ペア数）を少なくして、最適な取り出し効率にしている。

しかし、このように多層膜反射鏡を設計すると、長波長側の縦モード１０２や短波長側の縦モード１０６でも発振する可能性があり、安定した単一縦モード動作が得られない。

これに対して、本実施形態では、上部多層膜反射鏡および下部多層膜反射鏡の反射帯域における中心波長をそれぞれ異なる波長とする。

例えば、図１（ｄ）において、下部多層膜反射鏡の反射スペクトル１１８が示すように、共振モード１０４と短波長側の縦モード１０６は下部多層膜反射鏡の反射帯域の内に含まれるように設計する。例えば、この反射帯域の反射率は９９％以上である。一方、長波長側の縦モード１０２は反射帯域の外に含まれるように設計する。

また、上部多層膜反射鏡の反射スペクトル１１６が示すように、上記所望の共振モード１０４と長波長側の縦モード１０２は上部多層膜反射鏡の反射帯域の内に含まれるように設計することができる。ここで、反射帯域の反射率は例えば９９％以上である。一方、短波長側の縦モード１０６は反射帯域の外に含まれるように設計する。

このように設計することにより、所望の共振モード１０４は上下の多層膜反射鏡の反射帯域に属していることから発振に至ることができる。一方、長波長側の縦モード１０２と短波長側の縦モード１０６は反射帯域の外側に属しており損失が大きいため、これらの縦モードの発振を抑制することができる。

ところで、上記では、上下両方の多層膜反射鏡の反射帯域を調整することにより、反射率を制御し、縦モードの発振を抑制した。しかし、どちらか一方の縦モードに対しては多層膜反射鏡の反射帯域を調整することにより発振を抑制させ、他方の縦モードに対しては吸収層を設けて発振を抑制させるという構成も可能である。

例えば、下部多層膜反射鏡は、反射スペクトル１１８のように設計し、上部多層膜反射鏡は反射スペクトル１１２のように設計することができる。この場合、短波長側の縦モード１０６については、バンド間遷移による吸収を有する層を用いて損失を大きくするように構成する。

上記した構成により、上記所望の共振モード以外の縦モードに対して損失を大きくすることができるため、単一縦モード動作が実現できる。

安定した縦モード動作を得るためには、発振を意図しない縦モードに対する損失が所望の共振モードにおける損失の少なくとも５倍以上、好ましくは１０倍以上が必要である。

以下に、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］
（全体的構成）
実施例１として、共振モードが６８０ｎｍである面発光レーザの構成例について説明する。

図３に、本実施例の面発光レーザにおける赤色面発光レーザの層構造を説明するための断面模式図を示す。

図３において、３２２はｎ型ＧａＡｓ基板、３０２は下部多層膜反射鏡、３０４は第一共振器部、３０６は第二共振器部、３０８は上部多層膜反射鏡である。

具体的には、下部多層膜反射鏡３０２は、ｎ型のＡｌＡｓとＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓとが所定の膜厚で積層されることにより構成されている。また上部多層膜反射鏡３０８は、ｐ型のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１ＡｓとＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓとが所定の膜厚で積層されることにより構成されている。

第一共振器部はｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓにより構成されている。また、第二共振器部は、ｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐスペーサ層３２８と、ＧａＩｎＰ／Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．２５Ｉｎ_０．５Ｐ多重量子井戸３３０と、ｐ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐスペーサ層３３２により構成されている。なお、上部多層膜反射鏡３０８の最上層はｐ型ＧａＡｓコンタクト層３３６である。

複数のＡｌＧａＩｎＰ層で構成される第二共振器部３０６は所望の発振波長（ここでは６８０ｎｍ）の値をそのまま用いて、その２波長分の光学的厚さを持つように設計する。この場合、実際の膜厚の合計は０．４μｍ程度になる。活性層であるＧａＩｎＰ／Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．２５Ｉｎ_０．５Ｐ多重量子井戸３３０は、効果的な光閉じ込めのために、内部光分布定在波の腹に配置されるようにｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐスペーサ層３２８およびｐ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐスペーサ層３３２の膜厚を決定する。

ＧａＩｎＰ／Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．２５Ｉｎ_０．５Ｐ多重量子井戸３３０は、例えば６ｎｍのＧａＩｎＰ井戸層を４層含み、それ自体の発光波長ピークは６６０ｎｍに設定する。高出力動作のために２０ｎｍのデチューニング（共振波長と活性層発光波長の差）を設けている。

ｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層で構成される第一共振器部３０４も、所望の発振波長（ここでは６８０ｎｍ）の値をそのまま用いて、２０波長分の光学的厚さを持つように設定する。この場合、実際の膜厚は約４μｍになる。

この第一共振器部３０４により長共振器化を達成している。

（下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡）
例えば、６８０ｎｍで発振する面発光レーザで、光取り出し側である上部多層膜反射鏡３０８としてＡｌ_０．９Ｇａ_０．１ＡｓとＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓを用いた場合には４０ペア程度のペア数を設けることが好ましい。
また、下部多層膜反射鏡３０２としてＡｌＡｓとＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓを用いた場合には６０ペア程度のペア数を設けることが好ましい。
但し、上記ペア数は、必要な特性を得るために、適宜調整することが可能である。

なお、効率的な電流注入のために、選択酸化層となりうる３０ｎｍのＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層を上部多層膜反射鏡内に設置することが可能である。

通常の多層膜反射鏡と異なり、本実施例における上部および下部多層膜反射鏡の設計指針は下記のようになる。
（１）下部多層膜反射鏡３０２の設計波長（反射帯域の中心波長）を、共振波長である６８０ｎｍより長波長である６９６ｎｍとして設計、作製する。
（２）上部多層膜反射鏡３０８の設計波長を、共振波長である６８０ｎｍより短波長である６７２ｎｍとして設計、作製する。
（３）上部多層膜反射鏡３０８のペア数を増やして、設計波長が６８０ｎｍである多層膜反射鏡の６８０ｎｍでの反射率と、設計波長が６７２ｎｍである本発明の多層膜反射鏡における６８０ｎｍでの反射率がほぼ等しくなるようにする。具体的には、従来の方法で４０ペアであった場合、本発明では４５ペアまで増やす。

上記（１）（２）（３）に従うことで、本発明の意図した効果が適切に得られる。

図４は、従来の方法で設計した上部多層膜反射鏡の反射スペクトル４０２と、下部多層膜反射鏡の反射スペクトル４０４と、活性層と共振器部を含んだ素子構造全体の反射スペクトル４０６を示したものである。

本実施例では約４μｍのＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ層の挿入による長共振器化を行っているため、素子構造全体の反射スペクトル４０６でみられるように縦モードの波長間隔が約９ｎｍと狭くなり、上下の多層膜反射鏡の反射帯域（〜３５ｎｍ）に含まれてしまっている。そのため、素子構造全体の反射スペクトル４０６に示したように３つの縦モードが発振しやすい状態となっている。

所望の共振モードでの反射率および反射損失、およびその前後の縦モードでの波長（ここでは６７１ｎｍと６８９ｎｍ付近）の反射率および反射損失の値を表１に示す。このように、三つの縦モードにおいてはほとんど差が無いため、図２に示したように縦モードホッピングが起こりやすくなる。

一方、図５は、本実施例の方法で設計した、上部反射鏡の反射スペクトル５０２と、下部多層膜反射鏡の反射スペクトル５０４と、素子構造全体の反射スペクトル５０６を示したものである。この下部多層膜反射鏡の反射スペクトル５０４が示すように、設計意図どおり長波長側へ反射帯域がシフトしている。これにより、所望の共振モード（ここでは６８０ｎｍ）の反射率は９９％以上となっている。一方、そのモードより短波長側に存在する縦モード（６７１ｎｍ付近から短波側）では９９％を大きく下回っている。
更に、上部多層膜反射鏡の反射スペクトル５０２が示すように、設計意図どおり短波長側へ反射帯域がシフトしているため、所望の共振モードの反射率は９９％以上となっている。これに対し、その共振モードより長波長側に存在する縦モード（６８９ｎｍ付近から長波側）では、９９％を下回っている。
表２に本実施例の具体的な反射率および反射損失の値を示す。

表２に示すように、上部および下部反射鏡で双方とも９９％以上の高い反射率をもつ縦モードは、６８０ｎｍのみであり、その両隣の短波長および長波長側での縦モードでは反射損失が高くなっている。この結果、短波長および長波長側の縦モードは容易に発振できず、単一縦モード動作が達成される。

ところで、通常多層膜反射鏡の高反射帯域の中心波長がずれるとその影響で素子層全体での共振波長もずれるが、本発明では２０波長分の長共振器構造を使用している。

そのため、この構造における設計波長が支配的であり、ほとんど影響がなく、所望の共振波長が第一共振器部３０４および第二共振器部３０６の設計だけで容易に得られる。

上記の設計指針に従ってエピウエハを形成し、従来の方法によるフォトリソグラフィー、絶縁膜および金属膜蒸着、ウェットおよびドライエッチングを用いて、素子化を行い、面発光レーザが最終的に完成する。

また、マスクをアレイ用に適切に設計することで、単一素子のみならず、素子が複数個二次元に配置されたアレイを作製することができる。このように、マスクのみの変更で、比較的容易にアレイ構造が得られる点が面発光レーザの利点である。

以上、述べたように本発明を用いることで、単一縦モード動作が可能になり、ビームスポット安定性が要求される機器への適用が可能になる。

［実施例２］
実施例２は、吸収層を設けている点において実施例１とは異なる形態である。

図６に、本実施例の面発光レーザにおける赤色面発光レーザの層構造を説明するための断面模式図を示す。

図６には図３に示す実施例１と同じ構成に同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。

本実施例の面発光レーザにおいて、実施例１の構造（図３）と異なる点としては、第一共振器部７０４の構成が挙げられる。

図６では第一共振器部７０４は２μｍのｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ａｓ層７２４と、２μｍのｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層７２６の２層で構成される。この層のＡｌ組成および膜厚を適切に制御することによって、所望の共振波長（ここでは６８０ｎｍ）よりも短波長側に存在する共振モード（６７１ｎｍや６６２ｎｍ）においてバンド間遷移を主とした吸収を生じる層を導入する。

このとき、所望の共振モードには吸収の影響が及ばないようにＡｌ組成を適切に設定する。

本実施例ではＡｌ組成を０．３５にしたＡｌＧａＡｓを吸収層とすることで上記目的を達成する。

続いて、下部多層膜反射鏡７０２、および上部多層膜反射鏡７０８について説明する。本実施例における上部および下部多層膜反射鏡の設計指針は下記のとおりである。
（１）下部多層膜反射鏡７０２の設計波長を、共振波長である６８０ｎｍより短波長である６６４ｎｍとして設計、作製する。具体的には、ｎ型のＡｌＡｓ層と、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ層を積層する。
（２）上部多層膜反射鏡７０８の設計波長は、共振波長である６８０ｎｍとして設計、作製する。具体的には、ｐ型のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層と、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓを積層する。このとき、ペア数は従来の方法で算出した値である４０ペアとした。
上記（１）（２）に従うことで、本発明の意図した効果が適切に得られる。

図７に示したように、下部多層膜反射鏡の反射スペクトル８０４の反射帯域は設計意図どおり従来のものに比べ短波長側へシフトしている。

これにより、下部多層膜反射鏡における所望の共振モード（ここでは６８０ｎｍ）の反射率は９９％以上であるが、そのモードより長波長側に存在する縦モード（６９０ｎｍ付近から長波側）では９９％を大きく下回っている。

更に、上部多層膜反射鏡の反射スペクトル８０２の反射帯域における中心波長は設計意図どおり共振波長（６８０ｎｍ）に一致している。そのため、所望の共振モード（６８０ｎｍ）の反射率は９９％以上である。

ところで、短波長側に存在する縦モード（６７０ｎｍ付近）での反射率も９９％以上ではあるが、第一共振器部７０４内のスペーサ層であるｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ａｓ層７２４は、６７０ｎｍ付近から短波側でバンド間吸収を生じる。

この吸収層により、このモードにおける内部損失は十分大きなものとなり、この短波長側での縦モード発振が抑制できる。

また、吸収層は、所望の共振モード以外の、縦モードの発振を抑制できる程度の吸収損失を与えればよい。例えば、素子内に挿入できる吸収層の現実的な層厚は活性層厚の１〜１０倍程度であることを考えると、発振時に生じる活性層の利得と少なくとも同程度（５００〜１０００ｃｍ^−１）以上の吸収係数を有する吸収材料を吸収層として用いることが好ましい。具体的には、バンド間吸収やフリーキャリア吸収などが適用できる。

なお、バンド間吸収の場合は、半導体のバンドギャップ以上のエネルギーに相当する波長の光が照射されると、該半導体に光は吸収される。そこで、発振波長よりも短波長の光（発振波長の光よりもエネルギーが高い光）は吸収するが、発振波長は吸収しないという材料を吸収層（例えば、共振器内のスペーサ層）として用いて短波長側の縦モードを抑制することが好適である。

赤色の帯域（例えば６８０ｎｍ）で発振させ、それよりも短波長側の縦モードを抑制したい場合には、吸収層はＡｌ組成が３５％以上のＡｌＧａＡｓを用いる。また、赤外の帯域（例えば７８０ｎｍ）で発振させ、それよりも短波長側の縦モードを抑制したい場合には、吸収層はＡｌ組成が１５％以上のＡｌＧａＡｓを用いる。

上記では吸収層として単層膜を選択したが、所望の共振波長で吸収がなく、それより短波側の共振波長で吸収が生じればよいため、量子井戸構造などの多層構造を選択しても良い。

上記のウエハを用いて、実施例１と同様に素子化を行うことで、面発光レーザが完成する。

以上、述べたように本発明を適切に適用することで、面発光レーザの単一縦モード動作が可能になり、ビームスポット安定性が要求される機器への適用が可能になる。

［実施例３］
実施例３として、本発明の面発光レーザを適用して構成した光学機器の構成例について説明する。

ここでは、光学機器として、本発明の面発光レーザによる赤色面発光レーザアレイを用いて構成した画像形成装置の構成例について説明する。

図８に、本実施例の赤色面発光レーザアレイを実装した電子写真記録方式の画像形成装置の構造図を示す。

図８（ａ）は画像形成装置の上面図であり、図８（ｂ）は同装置の側面図である。

図８において、９００は感光体、９０２は帯電器、９０４は現像器、９０６は転写帯電器、９０８は定着器、９１０は回転多面鏡、９１２はモータである。

また、９１４は赤色面発光レーザアレイ、９１６は反射鏡、９２０はコリメータレンズ及び９２２はｆ−θレンズである。

本実施例の画像形成装置は、本発明の面発光レーザを適用してなる光源からの光を、感光体上に入射させ、画像を形成するように構成されている。

具体的には、図８に示されるモータ９１２は、回転多面鏡９１０を回転駆動するように構成されている。

また、本実施例における回転多面鏡９１０は、６つの反射面を備えている。９１４は記録用光源であるところの赤色面発光レーザアレイである。

この赤色面発光レーザアレイ９１４は、レーザドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯し、こうして変調されたレーザ光は、赤色面発光レーザアレイ９１４からコリメータレンズ９２０を介し回転多面鏡９１０に向けて照射される。

回転多面鏡９１０は矢印方向に回転していて、赤色面発光レーザアレイ９１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡９１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。

この反射光は、ｆ−θレンズ９２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡９１６を経て感光体９００に照射され、感光体９００上で主走査方向に走査される。このとき、回転多面鏡９１０の１面を介したビーム光の反射により、感光ドラム９００の主走査方向に赤色面発光レーザアレイ９１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。

本実施例においては、４×８の赤色面発光レーザアレイ９１４を用いており、４ライン分の画像が同時に形成される。

感光ドラム９００は、予め帯電器９０２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。

また、感光体９００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は、現像器９０４により現像され、現像された可視像は転写帯電器９０６により、転写紙（図示せず）に転写される。

可視像が転写された転写紙は、定着器９０８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。

また、本実施例では、４×８赤色面発光レーザアレイを用いたが、これに限定されるものではなく、ｍ×ｎ赤色面発光レーザアレイ（ｍ、ｎ：自然数）であっても良い。

以上説明したように、本実施例による赤色面発光レーザアレイを電子写真記録方式の画像形成装置に用いることにより、高速・高精細印刷を可能とする画像形成装置を得ることが可能となる。

なお、上記説明では、光学機器として画像形成装置を構成した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。

例えば、本発明の面発光レーザを適用して構成した光源を用い、該光源からの光を画像表示体上に入射させ、画像の表示をするようにしてプロジェクションディスプレイ等を構成するようにしてもよい。

従来例と本実施形態における多層膜反射鏡の反射スペクトルを比較した図。 マルチ縦モード発振の一種である縦モードホッピングを起こした面発光レーザの例を説明するための図。 本発明の実施例１の面発光レーザにおける赤色面発光レーザの層構造を説明するための断面模式図。 従来例の面発光レーザにおける上部多層膜反射鏡、下部多層膜反射鏡、および素子層構造全体の反射スペクトルを説明するための図。 本発明の実施例１における上部多層膜反射鏡、下部多層膜反射鏡、および素子層構造全体の反射スペクトルを説明するための図。 本発明の実施例２の面発光レーザにおける赤色面発光レーザの層構造を説明するための断面模式図。 本発明の実施例２における上部多層膜反射鏡、下部多層膜反射鏡、および素子層構造全体の反射スペクトルを説明するための図。 本発明の実施例３における画像形成装置を説明するための模式図。

符号の説明

１０２ 長波長側の縦モード
１０４ 所望の共振モード（本発明の面発光レーザの共振波長λ）
１０６ 短波長側の縦モード
１１２ 従来例における上部多層膜反射鏡の反射スペクトル
１１４ 従来例における下部多層膜反射鏡の反射スペクトル
１１６ 本発明の上部多層膜反射鏡の反射スペクトル
１１８ 本発明の下部多層膜反射鏡の反射スペクトル
３０２ 下部多層膜反射鏡
３０４ 第一共振器部
３０６ 第二共振器部
３０８ 上部多層膜反射鏡
３２２ ｎ型ＧａＡｓ基板
３２８ ｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐスペーサ層
３３０ ＧａＩｎＰ／Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．２５Ｉｎ_０．５Ｐ多重量子井戸
３３２ ｐ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐスペーサ層
３３６ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
７０２ 下部多層膜反射鏡
７０４ 第一共振器部
７０８ 上部多層膜反射鏡
７２２ ｎ型ＡｌＡｓ／Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ多層膜反射鏡７２４：ｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ａｓ層
７２６ ｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層
７２８ ｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ多層膜反射鏡

Claims (8)

1. 第１の多層膜ミラーと第２の多層膜ミラーとの間に活性層を有する面発光レーザであって、
   前記第１の多層膜ミラーは、反射帯域の内に共振モードと、該共振モードとは異なる第１の縦モードが含まれるように構成され、かつ、反射帯域の外に前記共振モードおよび第１の縦モードとは異なる第２の縦モードが含まれるように構成され、
   前記第２の多層膜ミラーは、反射帯域の内に共振モードが含まれるように構成され、
   前記第１の縦モードおよび前記第２の縦モードの発振が抑制されていることを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記第２の多層膜ミラーは、反射帯域内に前記第２の縦モードが含まれるように構成さ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。
3. 前記第１の多層膜ミラーと、前記第２の多層膜ミラーとの間にスペーサ層を有し、該スペーサ層は前記第１の縦モードの光を吸収することを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ。
4. 前記第１の縦モードは、前記共振モードの波長よりも短波長側の波長を有することを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザ。
5. 前記反射帯域は、９９％以上の反射率を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面発光レーザ。
6. 前記第１の多層膜ミラーは下部の多層膜ミラーであり、
   前記第２の多層膜ミラーは上部の多層膜ミラーであり、
   前記第１の縦モードの波長は、前記共振モードの波長よりも短波長であり、
   前記第２の縦モードの波長は、前記共振モードの波長よりも長波長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。
7. 前記活性層は、ＧａＩｎＰであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の面発光レーザ。
8. 光源からの光を、感光体上または画像表示体上に入射させ、画像の形成または表示をするようにした光学機器であって、
   前記光源が、請求項１から７のいずれかに記載の面発光レーザによって構成されていることを特徴とする光学機器。

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