JP2015099910A - 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、及び面発光レーザアレイの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】射出される光の強度むらを抑制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】 複数の発光部は、Ａタイプの発光部とＢタイプの発光部とから構成されている。そして、ｘ軸方向及びｙ軸方向に関して隣接する２つの発光部は、互いにタイプが異なるように配置されている。各発光部は、複数の溝が発振波長の１／２以下のピッチで形成された微細周期構造を有する複屈折層が光射出面上に形成されている。そして、Ａタイプの発光部とＢタイプの発光部とでは、微細周期構造における複数の溝の配列方向が直交している。この場合、複数の発光部におけるｘ軸方向及びｙ軸方向に関して互いに隣接する２つの発光部から射出される光の偏光方向は互いに直交する。【選択図】図８

Description

本発明は、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、及び面発光レーザアレイの製造方法に係り、更に詳しくは、複数の発光部を有す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、該光走査装置を備える画像形成装置、及び前記面発光レーザアレイの製造方法に関する。

電子写真方式の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられている。この画像形成装置は、一般的に光走査装置を備え、光偏向器（例えば、ポリゴンミラー）を用いて、感光性を有するドラムの表面をレーザ光で走査し、該ドラムの表面に潜像（静電潜像）を形成している。

光源としては一般に半導体レーザが用いられており、従来は端面発光レーザがその主流であったが、近年、垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ；「ＶＣＳＥＬ」とも呼ばれている。）が登場してきた。なお、以下では、垂直共振器型の面発光レーザを、単に面発光レーザともいう。

端面発光レーザでは４発光部から８発光部程度が限界であったアレイ化に対して、面発光レーザではそれ以上のアレイ化が可能となっている。そのため、画像形成装置における高速化及び高密度化を達成するための光源として期待されている。

例えば、特許文献１には、面発光レーザ素子が集積された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が開示されている。

ところで、特許文献２及び特許文献３には、複数ビームを出射する半導体レーザを用いた場合の光量変動を抑えることを目的としたマルチビームレーザ出射ユニット、及び画像形成装置が開示されている。

画像形成装置における画像品質に対する要求は、年々高くなってきている。しかしながら、特許文献１〜特許文献３に開示されている画像形成装置では、光源から射出される光に強度むらがあり、要求されるレベルの画像品質を得るのは困難であった。

本発明は、複数の発光部を有する面発光レーザアレイにおいて、前記複数の発光部における互いに隣接する少なくとも一部の２つの発光部から射出される光の偏光状態が互いに異なることを特徴とする面発光レーザアレイである。

本発明の面発光レーザアレイによれば、射出される光の強度むらを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る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１における光走査装置を説明するための図（その１）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その２）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その３）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その４）である。 面発光レーザアレイを説明するための図である。 複数の発光部の配置状態を説明するための図（その１）である。 複数の発光部の配置状態を説明するための図（その２）である。 図６の一部を拡大した図である。 図９におけるＡ−Ａ断面図である。 図９におけるＢ−Ｂ断面図である。 微細周期構造体を説明するための図である。 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。 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。 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。 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１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれライン＆スペースパターンを説明するための図である。 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。 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６）である。 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７）である。 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８）である。 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９）である。 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１０）である。 面発光レーザアレイの変形例１を説明するための図（その１）である。 面発光レーザアレイの変形例１を説明するための図（その２）である。 面発光レーザアレイの変形例２を説明するための図（その１）である。 面発光レーザアレイの変形例２を説明するための図（その２）である。 変形例２の面発光レーザアレイにおけるｂタイプの発光部を説明するための図（その１）である。 変形例２の面発光レーザアレイにおけるｂタイプの発光部を説明するための図（その２）である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２３に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

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、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着装置２０５０、給紙コロ２０５４、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

通信制御装置２０８０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。

プリンタ制御装置２０９０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、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、通信制御装置２０８０を介して受信した上位装置からの多色の画像情報を光走査装置２０１０に通知する。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。そして、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転する。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、プリンタ制御装置２０９０からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて色毎に変調された光束で、対応する帯電された感光体ドラムの表面を走査する。これにより、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。すなわち、ここでは、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。また、各感光体ドラムが像担持体である。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像装置の方向に移動する。なお、光走査装置の構成については後述する。

各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジ（図示省略）からのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出す。該記録紙は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出される。これにより、転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。カラー画像が転写された記録紙は、定着装置２０５０に送られる。

定着装置２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。トナーが定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次積み重ねられる。

各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラム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の表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。

光走査装置２０１０は、一例として図２〜図５に示されるように、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２０１ｂ、２２０１ｃ、２２０１ｄ）、４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）、４つのシリンドリカルレンズ（２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ、２２０４ｄ）、光偏向器２１０４、４つの走査レンズ（２１０５ａ、２１０５ｂ、２１０５ｃ、２１０５ｄ）、６枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ｂ、２１０８ｃ）、及び不図示の走査制御装置などを備えている。

なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向（回転軸方向）に沿った方向をＸ軸方向、光偏向器２１０４の回転軸に平行な方向をＺ軸方向として説明する。

また、以下では、各光学部材において、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。

光源２２００ａとカップリングレンズ２２０１ａと開口板２２０２ａとシリンドリカルレンズ２２０４ａと走査レンズ２１０５ａと折り返しミラー２１０６ａは、感光体ドラム２０３０ａに潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｂとカップリングレンズ２２０１ｂと開口板２２０２ｂとシリンドリカルレンズ２２０４ｂと走査レンズ２１０５ｂと折り返しミラー２１０６ｂと折り返しミラー２１０８ｂは、感光体ドラム２０３０ｂに潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｃとカップリングレンズ２２０１ｃと開口板２２０２ｃとシリンドリカルレンズ２２０４ｃと走査レンズ２１０５ｃと折り返しミラー２１０６ｃと折り返しミラー２１０８ｃは、感光体ドラム２０３０ｃに潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｄとカップリングレンズ２２０１ｄと開口板２２０２ｄとシリンドリカルレンズ２２０４ｄと走査レンズ２１０５ｄと折り返しミラー２１０６ｄは、感光体ドラム２０３０ｄに潜像を形成するための光学部材である。

各カップリングレンズは、対応する光源から射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

各開口板は、開口部を有し、対応するカップリングレンズを介した光束を整形する。

各シリンドリカルレンズは、対応する開口板の開口部を通過した光束を、光偏向器２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

各光源と光偏向器２１０４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。

光偏向器２１０４は、２段構造のポリゴンミラーを有している。各ポリゴンミラーは、４面の偏向反射面を有している。そして、１段目（下段）のポリゴンミラーではシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光束及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束がそれぞれ偏向され、２段目（上段）のポリゴンミラーではシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束及びシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光束がそれぞれ偏向されるように配置されている。なお、１段目のポリゴンミラー及び２段目のポリゴンミラーは、互いに位相が略４５°ずれて回転し、書き込み走査は１段目と２段目とで交互に行われる。

光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光束は、走査レンズ２１０５ａ、及び折り返しミラー２１０６ａを介して、感光体ドラム２０３０ａに導光される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束は、走査レンズ２１０５ｂ、及び２枚の折り返しミラー（２１０６ｂ、２１０８ｂ）を介して、感光体ドラム２０３０ｂに導光される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光束は、走査レンズ２１０５ｃ、及び２枚の折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０８ｃ）を介して、感光体ドラム２０３０ｃに導光される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束は、走査レンズ２１０５ｄ、及び折り返しミラー２１０６ｄを介して、感光体ドラム２０３０ｄに導光される。

各感光体ドラム表面の光スポットは、光偏向器２１０４の回転に伴って感光体ドラムの長手方向に沿って移動する。

各感光体ドラムにおける光スポットの移動方向が「主走査方向」であり、感光体ドラムの回転方向が「副走査方向」である。

光偏向器２１０４と各感光体ドラム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。

各光源は、一例として図６に示される面発光レーザアレイ１０を含んでいる。ここでは、説明を分かりやすくするため、面発光レーザアレイ１０において、副走査対応方向に平行な軸方向をｘ軸方向、主走査対応方向に平行な軸方向をｙ軸方向、レーザ発振方向に平行な軸方向をｚ軸方向とする。

この面発光レーザアレイ１０は、２次元的に配列されている３２個の発光部、及び３２個の発光部の周囲に設けられ、各発光部に対応した３２個の電極パッドを有している。また、各電極パッドは、対応する発光部と配線部材によって電気的に接続されている。

３２個の発光部は、図７に示されるように、全ての発光部をｘ軸方向に延びる仮想線上に正射影したときに、発光部間隔が等しく（図７では「ｄ２」）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。

各発光部は、発振波長が７８０ｎｍ帯の面発光レーザである。すなわち、面発光レーザアレイ１０は、３２個の面発光レーザが集積されたものである。

３２個の発光部は、図８に示されるように、Ａタイプの発光部とＢタイプの発光部とから構成されている。そして、ｘ軸方向及びｙ軸方向に関して隣接する２つの発光部は、互いにタイプが異なるように配置されている。

図９は、図６の一部を拡大した図である。そして、図９におけるＡ−Ａ断面図が図１０に示され、Ｂ−Ｂ断面図が図１１に示されている。

Ａタイプの発光部は、図１０に示されるように、基板１０１、バッファ層１０２、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、被選択酸化層１０８、コンタクト層１０９、保護層１１１、ｐ側電極１１３、ｎ側電極１１４、及び複屈折層１１５Ａなどを有している。

Ｂタイプの発光部は、図１１に示されるように、基板１０１、バッファ層１０２、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、被選択酸化層１０８、コンタクト層１０９、保護層１１１、ｐ側電極１１３、ｎ側電極１１４、及び複屈折層１１５Ｂなどを有している。

すなわち、Ａタイプの発光部とＢタイプの発光部との違いは、複屈折層のみである。

基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。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。

下部半導体ＤＢＲ１０３は、バッファ層１０２の＋ｚ側に積層され、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ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。

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Ａｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなる層である。

活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋ｚ側に積層され、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる３重量子井戸構造の活性層である。

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Ａｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなる層である。

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いる。そして、該共振器構造体は、その光学的厚さが発振波長と等しく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。

上部半導体ＤＢＲ１０７は、上部スペーサ層１０６の＋ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２５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。

上部半導体ＤＢＲ１０７における低屈折率層の１つには、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、上部スペーサ層１０６から２ペア目の低屈折率層中である。なお、煩雑さを避けるため、被選択酸化層１０８と上部スペーサ層１０６との間にある屈折率層については、図示を省略する。

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。

複屈折層１１５Ａ及び複屈折層１１５Ｂは、いずれも複屈折性を有する層であり、光射出面におけるコンタクト層１０９の＋ｚ側に積層されている。

ところで、本来複屈折性を有しない屈折率の異なる２つの物質を光の波長λより十分小さい（＜λ／２）ピッチで並べた微細周期構造体は、複屈折性を有することが知られている（例えば、Ｍａｘ Ｂｏｒｎ ａｎｄ Ｅｍｉｌ Ｗｏｌｆ、「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ」、ＰＥＲＧＡＭＯＮ ＰＲＥＳＳ ＬＴＤ．参照）。

そこで、一例として図１２に示されるように、複数の平板（板厚ｗ１）がピッチｗ３（＜λ／２）で一の方向に沿って配列されている微細周期構造体を考えると、偏光方向が平板に平行な光の屈折率ｎ_Ａは次の（１）式で示され、偏光方向が平板に直交する光の屈折率ｎ_Ｂは次の（２）式で示される。この微細周期構造体は、複数の溝（厚さｗ２）がピッチｗ３で一の方向に沿って形成されているとみることもできる。

なお、上記（１）式及び（２）式におけるｎ_１は平板の屈折率であり、ｎ_２は平板の間を埋める物質の屈折率である。また、ｔは微細周期構造のデューティ（ｄｕｔｙ）比であり、次の（３）式から求められる。

ｔ＝ｗ１／ｗ３ ……（３）

このように、平板の材質（屈折率）、平板の間を埋める物質の材質（屈折率）、及び微細周期構造のデューティ比の少なくともいずれかによって、偏光方向が平板に平行な光の屈折率、及び偏光方向が平板に直交する光の屈折率を調整することができる。

そこで、微細周期構造体では、偏光方向が平板に平行な光と偏光方向が平板に直交する光とで、光学長が異なり、かつ、それぞれの光学長を任意の値に設定することができる。

本実施形態では、複屈折層１１５Ａ及び複屈折層１１５Ｂは、偏光方向が平板と平行な光に対しては光学長が「発振波長／４」の奇数倍となり、偏光方向が平板に直交する光に対しては光学長が「発振波長／４」の偶数倍となるように設定された微細周期構造体を有している。なお、光学長は、複屈折層の光学的厚さに対応している。そして、複屈折層１１５Ａと複屈折層１１５Ｂとでは、平板の配列方向が９０°異なるように形成されている。ここでは、複屈折層１１５Ａにおける平板の配列方向はｘ軸方向であり、複屈折層１１５Ｂにおける平板の配列方向はｙ軸方向である。なお、微細周期構造体における平板の配列方向は、微細周期構造体の周期方向とも呼ばれている。

この場合、偏光方向が平板と平行な光に対しては、レーザ光の射出部が反射率の低い層で覆われていることになり、偏光方向が平板と平行なレーザ光はほとんど発振せず、発光部から射出されない。一方、偏光方向が平板に直交する光に対しては、レーザ光の射出部が、反射率の高い層で覆われていることになり、偏光方向が平板に直交する光は発振し、発光部から射出される。

Ａタイプの発光部とＢタイプの発光部とでは、微細周期構造体における平板の配列方向が９０°異なるように形成されているので、Ａタイプの発光部から射出される光の偏光方向と、Ｂタイプの発光部から射出される光の偏光方向とは、９０°異なることとなる。ここでは、Ａタイプの発光部から射出される光の偏光方向はｘ軸方向であり、Ｂタイプの発光部から射出される光の偏光方向はｙ軸方向である。すなわち、ｘ軸方向及びｙ軸方向に関して互いに隣接する２つの発光部から射出される光の偏光方向は互いに直交する。

具体的には、上記微細周期構造体において、屈折率が２．０のＳｉＮからなる平板を用い、ｗ１＝１５０ｎｍ、ｗ３＝３００ｎｍ、ｄ＝６１６．６ｎｍとしている。この場合、ｔ＝０．５、ｎ_１＝２．０、ｎ_２＝１．０である。

ここでは、上記微細周期構造体は、偏光方向が平板と平行な光に対して、上記（１）式から屈折率ｎ_Ａ＝１．５８となり、光学的厚さが９７５ｎｍ（＝ｄ×ｎ_Ａ）となる。この光学的厚さは、「発振波長／４」×５である。すなわち、「発振波長／４」の奇数倍である。

また、上記微細周期構造体は、偏光方向が平板に直交する光に対して、上記（２）式から屈折率ｎ_Ｂ＝１．２６となり、光学的厚さが７８０ｎｍ（＝ｄ×ｎ_Ｂ）となる。この光学的厚さは、「発振波長／４」×４である。すなわち、「発振波長／４」の偶数倍である。

次に、面発光レーザアレイ１０の製造方法について説明する。なお、通常では、一枚の基板１０１を用いて複数個の面発光レーザアレイ１０が同時に製造される。

（１）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）などにより、基板１０１上に、バッファ層１０２、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、被選択酸化層１０８、上部半導体ＤＢＲ１０７、及びコンタクト層１０９を結晶成長させる（図１３参照）。ここで形成されたものを、便宜上「積層体」ともいう。

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（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）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（ＣＢｒ_４）、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（Ｈ_２Ｓｅ）を用いている。

なお、一枚の基板１０１上には、複数個の発光部が形成されるが、煩雑さを避けるため、以下では、１つの発光部について説明する。

（２）コンタクト層１０９の表面に、発光部となるメサ構造体（以下では、便宜上、「メサ」と略述する）の外形を規定するためのレジストパターンなどを形成する。本実施形態では、メサ形状を四角柱状とする。

（３）Ｃｌ_２ガスを用いるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）方式、若しくはＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式のドライエッチング法により、上述したレジストパターンをエッチングマスクとして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１０４の途中に位置するようにした。

（４）アセトン液に浸漬し、超音波洗浄によってエッチングマスクを除去する（図１４参照）。

（５）メサが形成された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１５参照）。これにより、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。

（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、全面にＳｉＮからなる膜（ＳｉＮ膜）を形成する（図１６参照）。

（７）メサ上面のＳｉＮ膜に、ＥＢ描画法又はインプリント法などにより、樹脂でＬ１＝１５０ｎｍ、Ｌ３＝３００ｎｍのライン＆スペースパターン（図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）参照）を形成する。このとき、Ａタイプの発光部となるメサとＢタイプの発光部となるメサとでは、ライン＆スペースパターンの配列方向を９０°異ならせる。具体的には、Ａタイプの発光部となるメサでは、ライン＆スペースパターンの配列方向をｘ軸方向とし、Ｂタイプの発光部となるメサでは、ライン＆スペースパターンの配列方向をｙ軸方向とする。

（８）クロムを蒸着し、リフトオフ法でクロムのライン＆スペースパターンを形成する。

（９）クロムのライン＆スペースパターンをマスクにし、ドライエッチング法により、メサ上面に微細周期構造体を形成する（図１８及び図１９参照）。Ａタイプの発光部となるメサ上面に形成された微細周期構造体が複屈折層１１５Ａであり、Ｂタイプの発光部となるメサ上面に形成された微細周期構造体が複屈折層１１５Ｂである。

（１０）フォトリソグラフィによって微細周期構造体上にマスクを形成し、ドライエッチング法により、ＳｉＮ膜をエッチングして薄くし保護層１１１とする（図２０参照）。

（１１）コンタクト層１０９とｐ側電極１１３とをコンタクトさせるための窓パターンを、メサ上部のＳｉＮ膜に形成し、ウエットエッチングにてエッチングして窓を開ける（図２１参照）。

（１２）メサ上部にフォトリソグラフィによって電極パターンを形成し、電極材料を蒸着した後、リフトオフを行い、ｐ側電極１１３を形成する（図２２参照）。ここでは、ｐ側電極１１３はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜である。なお、このとき、電極パッド及び配線部材も同時に形成される。

（１３）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２３参照）。ここでは、ｎ側電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。

（１４）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、各メサは発光部となる。

（１５）チップ毎に切断する。

そして、種々の後工程を経て、面発光レーザアレイ１０となる。

このようにして製造された面発光レーザアレイ１０は、複数の発光部を同時に点灯させても、射出される光の強度むらは非常に小さかった。

ところで、特許文献１に開示されている面発光レーザアレイでは、各発光部から射出される光の偏光方向がすべて同一方向に揃っているため、隣接した発光部から射出された光が干渉し、感光体ドラム上で強度むらを生じさせ、画像品質を低下させてしまうという不都合があった。

また、特許文献２に開示されているマルチビームレーザ出射ユニットでは、レーザ光の干渉を回避するために、レーザを駆動する信号に高周波信号を重畳しマルチ縦モードで発振させている。しかしながら、この場合、駆動回路に高周波信号を生成する回路が必要になり、コストアップを招くという不都合があった。

また、特許文献３に開示されているマルチビームレーザ出射ユニットでは、レーザ光の干渉を回避するために、隣接する発光部の間隔、コリメータレンズの焦点距離及びアパーチャの開口幅を規定している。しかしながら、この場合、発光部の間隔やコリメータレンズに制限があり自由に設計できないという不都合があった。

一方、本実施形態に係る面発光レーザアレイ１０には、上記不都合はない。そして、光走査装置２０１０は、各感光体ドラムに高品質の潜像を形成することができ、カラープリンタ２０００は、高品質の画像を形成することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザアレイ１０によると、複数の発光部は、Ａタイプの発光部とＢタイプの発光部とから構成されている。そして、ｘ軸方向及びｙ軸方向に関して隣接する２つの発光部は、互いにタイプが異なるように配置されている。各発光部は、複数の溝が発振波長の１／２以下のピッチで形成された微細周期構造を有する複屈折層が光射出面上に形成されている。そして、Ａタイプの発光部とＢタイプの発光部とでは、微細周期構造における複数の溝の配列方向が直交している。この場合、複数の発光部におけるｘ軸方向及びｙ軸方向に関して互いに隣接する２つの発光部から射出される光の偏光方向は互いに直交する。そこで、複数の発光部を同時に点灯させても、隣接する発光部から射出された光が干渉するのを抑制でき、光源から射出される光の強度むらを小さくすることができる。

そして、光走査装置２０１０は、各光源が面発光レーザアレイ１０を有しているため、各感光体ドラム上での光の強度むらが非常に小さくなり、その結果として高品質の潜像を各感光体ドラム上に形成することができる。

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、高コスト化を招くことなく、高速化及び高密度化を実現することができる。

なお、上記実施形態では、複屈折層１１５Ａと複屈折層１１５Ｂとで、複数の平板（溝）の配列方向が９０°異な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。要するに、複屈折層１１５Ａと複屈折層１１５Ｂとで、複数の平板（溝）の配列方向が異なっていれば良い。この場合であっても、隣接する発光部から射出された光が干渉するのを抑制することができる。

また、上記実施形態において、複屈折層１１５Ａと複屈折層１１５Ｂとで、複数の平板（溝）の配列方向を異ならせるのに代えて、あるいは異ならせるとともに、微細周期構造におけるピッチに対する溝の幅を異ならせても良い。この場合であっても、隣接する発光部から射出された光が干渉するのを抑制することができる。

また、上記実施形態では、Ａタイプの発光部とＢタイプの発光部とで射出される光の偏光方向が互いに９０°異な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。要するに、Ａタイプの発光部とＢタイプの発光部とで射出される光の偏光方向が互いに異なっていれば良い。この場合であっても、隣接する発光部から射出された光が干渉するのを抑制することができる。

また、上記実施形態では、全ての発光部について、ｘ軸方向及びｙ軸方向に関して隣接する２つの発光部のタイプが異な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、一部の発光部について、ｘ軸方向及びｙ軸方向に関して隣接する２つの発光部のタイプが異なっていても良い。この場合、発光部間隔が最も近い２つの発光部のタイプが異なっているのが好ましい。

また、上記実施形態では、面発光レーザアレイが２つのタイプ（ＡタイプとＢタイプ）の発光部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く、３つ以上のタイプの発光部を有していても良い。

図２４には、４つのタイプ（Ａタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプ、Ｄタイプ）の発光部を有する面発光レーザアレイの一例が示されている。

Ａタイプの発光部及びＢタイプの発光部は、上記実施形態と同じである。Ｃタイプの発光部は、微細周期構造体における平板の配列方向がｘ軸方向に対して時計まわりに６０°回転した方向である複屈折層を有している（図２５参照）。Ｄタイプの発光部は、微細周期構造体における平板の配列方向がｘ軸方向に対して反時計まわりに３０°回転した方向である複屈折層を有している（図２５参照）。

そして、最も近接した２つの発光部では、微細周期構造体における平板の配列方向が９０°異なるように形成され、２番目に近接した２つの発光部では、微細周期構造体における平板の配列方向が６０°異なるように形成され、３番目に近接した２つの発光部では、微細周期構造体における平板の配列方向が３０°異なるように形成されている。

例えば、Ａタイプの発光部に注目すると、最も近接する発光部はＢタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は９０°異なっている。そして、２番目に近接する発光部はＣタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は６０°異なっている。３番目に近接する発光部はＤタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は３０°異なっている。

また、Ｂタイプの発光部に注目すると、最も近接する発光部はＡタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は９０°異なっている。そして、２番目に近接する発光部はＤタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は６０°異なっている。３番目に近接する発光部はＣタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は３０°異なっている。

また、Ｃタイプの発光部に注目すると、最も近接する発光部はＤタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は９０°異なっている。そして、２番目に近接する発光部はＡタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は６０°異なっている。３番目に近接する発光部はＢタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は３０°異なっている。

また、Ｄタイプの発光部に注目すると、最も近接する発光部はＣタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は９０°異なっている。そして、２番目に近接する発光部はＢタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は６０°異なっている。３番目に近接する発光部はＡタイプの発光部であり、微細周期構造体における平板の配列方向は３０°異なっている。

この場合、複数の発光部における最も近接した２つの発光部から射出される光の偏光方向の差が最も大きく、その値は９０°である。

ところで、面発光レーザから射出される光は、断面形状が円形であることが好ましい。射出光の断面形状を円形にするには、高次横モードの発振を抑制する必要がある。

例えば、特許第３５６６９０２号公報には、発振横モードを制御することを目的とした面発光半導体レーザ素子が開示されている。この面発光半導体レーザ素子では、円環形状をした上部電極の内側の開口部に、膜厚が発振波長の（２ｉ＋１）／４ｎ倍の誘電体膜を形成している。

また、特許第５３７６１０４号公報には、高次横モードの発振制御と偏光方向の制御とを両立させることを目的とする面発光型半導体レーザが開示されている。この面発光型半導体レーザでは、四辺形状の電流注入領域の一方の対角線に対応する領域に光出射口を設け、光出射口を間にして一対のトレンチを設け、横モード調整層の発光中心を除く領域の反射率を低くしている。

また、特許第５２６１７５４号公報には、高次横モードの発振を制御しつつ、偏光方向を安定させることを目的とする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、射出面内の中心部以外の領域に、直交する方向で異方性があるように反射率を低くする誘電体層を設けている。

しかしながら、特許第３５６６９０２号に開示されている面発光半導体レーザ素子では、偏光方向の制御が困難であるという不都合があった。また、特許第５３７６１０４号公報に開示されている面発光型半導体レーザでは、電気抵抗の増加や電流密度の増加により寿命が低下するという不都合があった。また、特許第５２６１７５４号公報に開示されている面発光レーザ素子では、射出光の断面形状が楕円形状になってしまうという不都合があった。

電気抵抗や電流密度の増加をすることなく、高次横モードの発振制御と偏光方向の制御が可能であり、かつ、射出光の断面形状を円形にすることができる面発光レーザアレイの一例が図２６に示されている。

この面発光レーザアレイは、各発光部の光射出面上に微細周期構造を有する複屈折層と誘電体膜が設けられている。複屈折層の形状は、円柱状であり、光射出面の中央部に形成されている。誘電体膜は該複屈折層の周囲に形成されている。すなわち、各発光部の光射出面は、中央部が複屈折性を有し、周囲が等方性の屈折性を有している。なお、各発光部におけるその他の部分については、上記実施形態と同じである。

ここでは、この面発光レーザアレイは、４つのタイプ（ａタイプ、ｂタイプ、ｃタイプ、ｄタイプ）の発光部を有している（図２７参照）。ｂタイプの発光部の例が、図２８及び図２９に示されている。図２８における符号１１６は、誘電体膜である。なお、発光部のタイプの数は４つに限定されるものではなく、例えば、２つ（ａタイプとｂタイプ）であっても良い。

発光部のタイプの違いは、微細周期構造体における平板の配列方向の違いである。ａタイプの発光部では、微細周期構造体における平板の配列方向はｘ軸方向に平行であり、ｂタイプの発光部では、微細周期構造体における平板の配列方向はｙ軸方向に平行である。ｃタイプの発光部では、微細周期構造体における平板の配列方向はｘ軸方向に対して時計まわりに６０°回転した方向であり、ｄタイプの発光部は、微細周期構造体における平板の配列方向がｘ軸方向に対して反時計まわりに３０°回転した方向である。

微細周期構造体の材質及び寸法は、上記実施形態と同様である。誘電体膜は、例えば、ＳｉＮからなり、光学長が「発振波長／４」の奇数倍となるように設定されている。

この場合、偏光方向が平板と平行な光に対しては、射出領域の全てが、光学長が「発振波長／４」の奇数倍の層、つまり、反射率の低い層で覆われていることになり、偏光方向が平板と平行なレーザ光はほとんど発振せず、発光部から射出されない。

一方、偏光方向が平板と直交する光に対しては、微細周期構造が形成されている射出領域の中央部は、光学長が「発振波長／４」の偶数倍で反射率が高く、周囲は反射率が低くなっているので、射出領域の中央部でのみ発振することになる。

そこで、各発光部は、単一横モードで、偏光方向が一定、かつ、断面形状が円形である、高品質のレーザ光を射出することができる。

また、この場合、複数の発光部を同時に点灯させても、隣接する発光部から射出された光が干渉するのを抑制でき、光源から射出される光の強度むらを小さくすることができる。なお、最も近接した２つの発光部から射出される光の偏光方向の差が最も大きく、その値は９０°である。

また、上記実施形態では、平板がＳｉＮからな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。例えば、平板がＳｉＮ以外の誘電体からなっていても良い。

また、上記実施形態では、面発光レーザアレイ１０が３２個の発光部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。

また、上記実施形態では、各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、各発光部の発振波長を変更しても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置としてカラープリンタ２０００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、モノクロ画像を形成するレーザプリンタであっても良い。

また、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。

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。

１０…面発光レーザアレイ、１０１…基板、１０２…バッファ層、１０３…下部半導体ＤＢＲ、１０４…下部スペーサ層、１０５…活性層、１０６…上部スペーサ層、１０７…上部半導体ＤＢＲ、１０８…被選択酸化層、１０８ａ…酸化物、１０８ｂ…電流通過領域、１０９…コンタクト層、１１１…保護層、１１３…ｐ側電極、１１４…ｎ側電極、１１５Ａ…複屈折層（複屈折性を有する層）、１１５Ｂ…複屈折層（複屈折性を有する層）、１１６…誘電体膜（等方性の屈折性を有する部材）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２０３０ａ，２０３０ｂ，２０３０ｃ，２０３０ｄ…感光体ドラム、２１０４…光偏向器、２１０５ａ，２１０５ｂ，２１０５ｃ，２１０５ｄ…走査レンズ（走査光学系の一部）、２１０６ａ，２１０６ｂ，２１０６ｃ，２１０６ｄ，２１０８ｂ，２１０８ｃ…折り返しミラー（走査光学系の一部）、２２００ａ，２２００ｂ，２２００ｃ，２２００ｄ…光源、２２０１ａ，２２０１ｂ，２２０１ｃ，２２０１ｄ…カップリングレンズ、２２０２ａ，２２０２ｂ，２２０２ｃ，２２０２ｄ…開口板、２２０４ａ，２２０４ｂ，２２０４ｃ，２２０４ｄ…シリンドリカルレンズ。

特開２００９−３０２５１２号公報 特開２００５−５５５３８号公報 特許第４２２５０２１号公報

Claims (12)

1. 複数の発光部を有する面発光レーザアレイにおいて、
   前記複数の発光部における互いに隣接する少なくとも一部の２つの発光部から射出される光の偏光状態が互いに異なることを特徴とする面発光レーザアレイ。
2. 前記複数の発光部は、複屈折性を有する層が光射出面に設けら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。
3. 前記互いに隣接する２つの発光部の一方は、前記複屈折性を有する層の光学的厚さが、第１の偏光方向の光に対して発振波長の１／４の偶数倍であり、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光に対して発振波長の１／４の奇数倍であり、
   前記互いに隣接する２つの発光部の他方は、前記複屈折性を有する層の光学的厚さが、前記第１の偏光方向の光に対して発振波長の１／４の奇数倍であり、前記第２の偏光方向の光に対して発振波長の１／４の偶数倍であ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。
4. 前記複屈折性を有する層は、複数の溝が発振波長の１／２以下のピッチで形成されている微細周期構造を有し、
   前記互いに隣接する２つの発光部は、前記ピッチに対する前記溝の幅及び前記複数の溝の配列方向の少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項２又は３に記載の面発光レーザアレイ。
5. 前記複屈折性を有する層は、光出射面の中央部に設けられ、等方性の屈折性を有する部材で囲まれていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
6. 前記等方性の屈折性を有する部材の光学的厚さは、いずれの偏光方向の光に対しても発振波長の１／４の奇数倍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アレイ。
7. 前記互いに隣接する２つの発光部から射出される光の偏光方向が互いに直交していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
8. 前記複数の発光部における最も近接した２つの発光部から射出される光の偏光方向の差が最も大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
9. 前記複数の発光部における最も近接した２つの発光部から射出される光の偏光方向の差が９０°であることを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザアレイ。
10. 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１〜９のいずれか一項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に集光する走査光学系と、を備える光走査装置。
11. 像担持体と、
    画像情報が含まれる光によって前記像担持体を走査する請求項１０に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。
12. 複数の発光部を有する面発光レーザアレイの製造方法において、
    前記複数の発光部の光射出面となる複数の領域に、複数の溝が発振波長の１／２以下のピッチで配列された微細周期構造体を形成する工程を含み、該工程では、前記複数の領域における互いに隣接する２つの領域について、前記ピッチに対する前記溝の幅及び前記複数の溝の配列方向の少なくとも一方を異ならせることを特徴とする面発光レーザアレイの製造方法。

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