JP4890358B2 - 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システム - Google Patents

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、光伝送モジュール及び光伝送システムに係り、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、前記面発光レーザアレイを有する光走査装置、前記光走査装置を備える画像形成装置、前記面発光レーザアレイを有する光伝送モジュール、及び該光伝送モジュールを備える光伝送システムに関する。

面発光レーザは、半導体基板上に設けられた１対の分布ブラッグ反射鏡と、これらの間に設けられた活性層及び共振器スペーサ層とを有している。そして、各分布ブラッグ反射鏡に設けられた電極により活性層へ電流が注入され、半導体基板に対して垂直にレーザ発振を生じる。

また、面発光レーザは、低閾値電流化及び横モードの制御から、Ａｌ（アルミニウム）を含む半導体層を酸化して形成される電流狭窄構造を備えており、Ａｌを含む半導体層を酸化するために、発光部はメサ形状に加工されるのが一般的である。また、メサ形状の構造体はＳｉＯ_２等の絶縁膜によって保護されている。

面発光レーザには、（１）閾値電流が低い、（２）円形の出射ビーム形状が得られる、（３）半導体基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せる、という特徴がある。特に、半導体基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せることから、１つの半導体基板上に複数の発光部を高い位置精度で集積することが容易である。そこで、複数の発光部を有する面発光レーザアレイは、電子写真システムの書き込み用光源や並列光インターコネクション用光源として注目されている。

ところで、発光部は、メサ形状であるため、周囲の半導体層と熱的に絶縁され、またＳｉＯ_２等の絶縁膜の熱抵抗が半導体の熱抵抗に比べて非常に大きいので、発光部で発生した熱の放熱性が低い。そこで、面発光レーザアレイでは、複数の発光部が互いに熱干渉を及ぼしあい、アレイ面内に不均一な温度分布を生じ易い。一般に、発光部の光出力特性は、温度に大きく影響される。例えば、温度が基準温度よりも高くなるとレーザ出力は低下し、経時変化が加速される。従って、面発光レーザアレイでは、経時変化によって各発光部の光出力特性がばらつく恐れがある。

そこで、例えば特許文献１には、基板と、基板上に２次元的に配列された複数のレーザ素子と、複数のレーザ素子へ電流を供給するための電極部とを有し、複数のレーザ素子は少なくとも中心部を除く領域に配列されている、面発光型半導体レーザアレイが開示されている。この面発光型半導体レーザアレイは、中心部の温度上昇の影響を抑えることで、各レーザ素子間の温度差を小さくし、アレイの特性、すなわち、発振波長、光出力及び平均寿命の均一化を図っている。

また、特許文献２には、活性層と、活性層を挟み込む１対のミラー層とを備えた半導体レーザ素子を同一基板上にアレイ状に複数配置した面発光型半導体レーザアレイであって、少なくとも１つの半導体レーザ素子に結合する熱伝導体の断面積が、他の半導体レーザ素子に結合する熱伝導体の断面積よりも大きい、面発光型半導体レーザアレイが開示されている。この面発光型半導体レーザアレイでは、アレイ中央に位置するレーザ素子に結合する電極配線の断面積が、他のレーザ素子に結合する電極配線の断面積よりも大きくすることができる。

特開２００５−２１６９２５号公報 特開２００７−５３２４３号公報

しかしながら、面発光レーザアレイにおける複数の発光部の配列が更に高密度になると、特許文献１及び特許文献２に開示されている面発光型半導体レーザアレイでは、面発光レーザアレイ内の温度分布の均一性を維持することが困難となり、各発光部間に光出力特性のばらつきを生じる恐れがある。

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、複数の発光部の各光出力特性が経時的に均一な面発光レーザアレイを提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、複数の光による同時走査を安定して行うことができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、高品質の画像を安定して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。

また、本発明の第４の目的は、高品質の光信号を安定して生成することができる光伝送モジュールを提供することにある。

また、本発明の第５の目的は、高品質の光伝送を安定して行うことができる光伝送システムを提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、電流通過領域が酸化物によって囲まれている電流狭窄構造を含むメサ形状の構造体を複数有する面発光レーザアレイにおいて、前記複数の構造体は、前記メサ形状及び前記電流通過領域の形状の少なくとも一方が互いに異なる第１の構造体と第２の構造体を含み、前記第１の構造体は、前記第２の構造体よりも光出力特性の経時変化が小さく、前記第２の構造体が配置されている領域よりも温度上昇が大きい領域に配置されていることを特徴とする面発光レーザアレイである。

なお、本明細書では、互いに相似の関係にある２つの構造体は、同一形状であるものとする。

これによれば、複数の構造体は、メサ形状及び電流通過領域の形状の少なくとも一方が互いに異なる第１の構造体と第２の構造体を含み、第１の構造体のほうが第２の構造体よりも光出力特性の経時変化が小さく、第１の構造体が、第２の構造体が配置されている領域よりも温度上昇が大きい領域に配置されている。この場合に、アレイ面内に不均一な温度分布があっても、温度上昇の大きいところの構造体が温度上昇の小さいところの構造体よりも早期に劣化するのを抑制することができる。従って、複数の発光部の各光出力特性を経時的に均一とすることが可能となる。

本発明は、第２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ユニットと；前記光源ユニットからの光を偏向する偏向器と；前記偏光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である。

これによれば、光源ユニットが本発明の面発光レーザアレイを有しているため、結果として、複数の光による同時走査を安定して行うことが可能となる。

本発明は、第３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；を備える画像形成装置である。

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、結果として、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、入力される電気信号に応じた光信号を生成する光伝送モジュールであって、本発明の面発光レーザアレイと；前記面発光レーザアレイを、前記入力される電気信号に応じて駆動する駆動装置と；を備える光伝送モジュールである。

これによれば、本発明の面発光レーザアレイを備えているため、結果として、高品質の光信号を安定して生成することが可能となる。

本発明は、第５の観点からすると、本発明の光伝送モジュールと；前記光伝送モジュールで生成された光信号を伝達する光伝達媒体と；前記光伝達媒体を介した光信号を電気信号に変換する変換器と；を備える光伝送システムである。

これによれば、本発明の光伝送モジュールを備えているため、結果として、高品質の光伝送を安定して行うことが可能となる。

《面発光レーザアレイ》
『第１の実施形態』
以下、本発明の面発光レーザアレイの第１の実施形態として、０．７８μｍ帯の面発光レーザアレイ１００について説明する。

この面発光レーザアレイ１００は、一例として図１（Ａ）及び図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である図１（Ｂ）に示されるように、２５個の発光部を有している。なお、本明細書では、面発光レーザアレイ１００におけるレーザ発振方向を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。

ここでは、２５個の発光部は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に等間隔に２次元配列されている。そして、２次元配列における周辺部の１６個の発光部は正方形状であり、２次元配列における中央部の９個の発光部は円形状である。なお、本第１の実施形態では、便宜上、正方形状の発光部を「第１の発光部」、円形状の発光部を「第２の発光部」ともいう。

各発光部は、基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、下部反射鏡１０３、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１０７、上部反射鏡１０８、ＧａＡｓコンタクト層（図示省略）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「半導体積層体」ともいう。

基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓの（１００）面基板である。

下部反射鏡１０３は、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とをペアとして、４０．５ペア有している。そして、低屈折率層と高屈折率層との間には、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厚さ２０ｎｍの組成傾斜層（図示省略）が設けられている。なお、各屈折率層はいずれも、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。

下部スペーサ層１０４は、ノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる層である。

活性層１０５は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸活性層である。

上部スペーサ層１０６は、ノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ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おり、その厚さが１波長光学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、電界の定在波分布の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。

上部反射鏡１０８は、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とをペアとして、２４ペア有している。そして、低屈折率層と高屈折率層との間には、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厚さ２０ｎｍの組成傾斜層（図示省略）が設けられている。なお、各屈折率層はいずれも、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。

上部反射鏡１０８における共振器構造体からλ／４離れた位置には、ｐ−ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１０７が設けられている。

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。

（１）上記半導体積層体を、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（図２（Ａ）参照）。

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族の原料にはアルシン（ＡｓＨ_３）ガスを用いている。また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）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。

（２）半導体積層体における表面（基板１０１と反対側の面）である積層体表面に、フォトリソグラフィー法により発光部に対応するフォトマスク１０９を含むフォトマスクをパターニングする（図２（Ｂ）参照）。ここでは、一例として図３に示されるように、前記第１の発光部に対応するフォトマスク１０９の形状は、一辺が２０μｍの正方形状であり、前記第２の発光部に対応するフォトマスク１０９の形状は、直径が２０μｍの円形状である。そして、互いに隣接する２つのフォトマスク間の間隙は２０μｍである。

（３）フォトマスクをエッチングマスクとして、ドライエッチング法によりメサ形状を形成する（図４（Ａ）参照）。なお、以下では、便宜上、メサ形状の部分（構造体）を「メサ」と略述する。ここでは、エッチングは、エッチング底面が下部反射鏡１０３に達するまで行われる。

（４）フォトマスクを除去する（図４（Ｂ）参照）。

（５）半導体積層体を水蒸気中で熱処理し、メサにおける被選択酸化層１０８を選択的に酸化する。そして、メサの中央部に、被選択酸化層１０８における酸化されていない領域を残留させる。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、いわゆる電流狭窄構造が形成される（図４（Ｃ）及び図５参照）。なお、第１の発光部における上記酸化されていない領域（電流通過領域）は、一辺の長さが３μｍの正方形状であり、第２の発光部における電流通過領域は、直径が３μｍの円形状である。

（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、パッシベーション膜として、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜１１１を形成する（図６（Ａ）参照）。

（７）ポリイミド１１２で平坦化する（図６（Ｂ）参照）。

（８）メサ上部にＰ側電極コンタクトの窓開けを行う（図６（Ｃ）参照）。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た後、ＢＨＦにてポリイミド１１２及び絶縁膜１１１をエッチングして開口する。

（９）第１の発光部におけるメサ上部の光出射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、第２の発光部におけるメサ上部の光出射部となる領域に直径１０μｍの円形状のレジストパターンを形成する。そして、ｐ側の電極材料を蒸着する。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。

（１０）光出射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７（Ａ）参照）。

（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７（Ｂ）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。

（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取る。これにより、各メサは、それぞれ発光部となる。

（１３）半導体積層体をチップ毎に切断する。

ところで、発明者らの実験によると、基準温度以上の所定温度において、円形状の発光部のほうが、正方形状の発光部よりも、光出力特性の経時変化が小さいという結果が得られている（図８参照）。そして、本第１の実施形態では、温度上昇が大きい領域である２次元配列における中央部に第２の発光部を配置し、温度上昇が小さい領域である２次元配列における周辺部に第１の発光部を配置している。これにより、面発光レーザアレイ１００では、アレイ面内に不均一な温度分布があっても、複数の発光部の各光出力特性は時間が経過しても互いにほぼ等しい（図９参照）。

なお、図１０には、比較として複数の発光部の形状を全て同じとした場合の光出力特性が示されている。この場合には、時間が経過するにつれて、中央部の発光部の光出力特性と周辺部の発光部の光出力特性との差が大きくなる。また、図１１には、中央部の発光部の経時劣化を抑制するために中央部の発光部の形状を周辺部の発光部の形状に対して相似的に大きくした場合の光出力特性が示されている。この場合には、初期段階で、すでに中央部の発光部の光出力特性と周辺部の発光部の光出力特性とに大きさ違いがある。

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、メサ形状及び電流通過領域の形状が正方形状の第１の発光部が２次元配列における周辺部に配置され、メサ形状及び電流通過領域の形状が円形状の第２の発光部が２次元配列における中央部に配置されている。そして、第２の発光部のほうが第１の発光部よりも光出力特性の経時変化が小さいため、アレイ面内に不均一な温度分布があっても、温度上昇の大きいところの発光部が温度上昇の小さいところの発光部よりも早期に劣化するのを抑制することができる。従って、複数の発光部の各光出力特性を経時的に均一とすることが可能となる。

なお、メサの構造や作製方法によっては、正方形状の発光部のほうが円形状の発光部よりも光出力特性の経時変化が小さく場合があるが、その場合は、２次元配列における中央部に正方形状の発光部を配置し、２次元配列における周辺部に円形状の発光部を配置すればよい。

『第２の実施形態』
次に、本発明の面発光レーザアレイの第２の実施形態として、０．７８μｍ帯の面発光レーザアレイ２００について説明する。

この面発光レーザアレイ２００は、一例として図１２（Ａ）に示されるように、２５個の発光部を有している。ここでは、２５個の発光部は、いずれも正方形状であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に等間隔に２次元配列されている。但し、２次元配列における中央部の９個の発光部は、いずれも２次元配列における周辺部の発光部に対して、ＸＹ面内で４５度回転している。なお、本第２の実施形態では、便宜上、２次元配列における周辺部の１６個の発光部のそれぞれを「第３の発光部」、２次元配列における中央部の９個の発光部のそれぞれを「第４の発光部」ともいう。

各発光部は、図１２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である図１２（Ｂ）に示されるように、基板１０１Ａ上に、上述した第１の実施形態と同様に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、下部反射鏡１０３、スペーサ層１０４、活性層１０５、スペーサ層１０６、被選択酸化層１０７、上部反射鏡１０８、ＧａＡｓコンタクト層（図示省略）などの半導体層が、順次積層されている。

基板１０１Ａは、ｎ−ＧａＡｓの（３１１）Ａ面基板である。すなわち、基板１０１Ａは、いわゆる傾斜基板である。

面発光レーザアレイ２００は、上述した第１の実施形態と同様にして製造される。但し、前記フォトマスク１０９は、発光部の形状に応じてパターニングされる（図１３参照）。

ところで、傾斜基板を用いた場合は、結晶の対称性が低くなるため、メサの形状が同じであっても、ＸＹ面内での回転角度によって電流通過領域の形状が異なることがある。本第２の実施形態では、第３の発光部における電流通過領域は長方形状であり、第４の発光部における電流通過領域は正方形である。

また、発明者らの実験によると、基準温度以上の所定温度において、第４の発光部のほうが、第３の発光部よりも、光出力特性の経時変化が小さいという結果が得られている（図１４参照）。そして、本第２の実施形態では、温度上昇が大きい領域である２次元配列における中央部に第４の発光部を配置し、温度上昇が小さい領域である２次元配列における周辺部に第３の発光部を配置している。これにより、面発光レーザアレイ２００では、アレイ面内の不均一な温度分布があっても、複数の発光部の各光出力特性は時間が経過しても互いにほぼ等しい。

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、基板１０１Ａは傾斜基板であり、電流通過領域の形状が長方形状の第３の発光部が２次元配列における周辺部に配置され、電流通過領域の形状が正方形状の第４の発光部が２次元配列における中央部に配置されている。そして、第４の発光部のほうが第３の発光部よりも光出力特性の経時変化が小さいため、アレイ面内に不均一な温度分布があっても、温度上昇の大きいところの発光部が温度上昇の小さいところの発光部よりも早期に劣化するのを抑制することができる。従って、複数の発光部の各光出力特性を経時的に均一とすることが可能となる。

なお、上記第１及び第２の実施形態では、１つのチップに含まれる発光部の数が２５個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。

『第３の実施形態』
次に、本発明の面発光レーザアレイの第３の実施形態として、０．７８μｍ帯の面発光レーザアレイ３００について説明する。

この面発光レーザアレイ３００は、一例として図１５に示されるように、３５個の発光部を有し、Ｙ軸方向に沿って一列に等間隔で配列された５個の発光部からなる発光部列が、Ｘ軸方向に７列配置されている。

ここでは、各発光部列を区別するため、便宜上、図１５の紙面左から右に向かって、第１発光部列Ｌ１、第２発光部列Ｌ２、第３発光部列Ｌ３、第４発光部列Ｌ４、第５発光部列Ｌ５、第６発光部列Ｌ６、及び第７発光部列Ｌ７とする。

また、Ｘ軸方向に関して、第１素子列Ｌ１と第２素子列Ｌ２との間隔はＸ１、第２素子列Ｌ２と第３素子列Ｌ３との間隔はＸ２、第３素子列Ｌ３と第４素子列Ｌ４との間隔はＸ１、第４素子列Ｌ４と第５素子列Ｌ５との間隔はＸ１、第５素子列Ｌ５と第６素子列Ｌ６との間隔はＸ２、第６素子列Ｌ６と第７素子列Ｌ７との間隔はＸ１であり、Ｘ１＞Ｘ２である。

そして、第１素子列Ｌ１、第４発光部列Ｌ４及び第７発光部列Ｌ７の各発光部列では、各発光部はメサ形状及び電流通過領域の形状が正方形状の発光部（前記第１の発光部）であり、第２発光部列Ｌ２、第３発光部列Ｌ３、第５発光部列Ｌ５及び第６発光部列Ｌ６の各発光部列では、各発光部はメサ形状及び電流通過領域の形状が円形状の発光部（前記第２の発光部）である。

各発光部は、上述した第１の実施形態と同様に、基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、下部反射鏡１０３、スペーサ層１０４、活性層１０５、スペーサ層１０６、被選択酸化層１０７、上部反射鏡１０８、ＧａＡｓコンタクト層（図示省略）などの半導体層が、順次積層されている。

面発光レーザアレイ３００は、上述した第１の実施形態と同様にして製造される。但し、前記フォトマスク１０９は、発光部の形状に応じてパターニングされる。

以上説明したように、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、メサ形状及び電流通過領域の形状が正方形状の第１の発光部が２次元配列における疎な領域に配置され、メサ形状及び電流通過領域の形状が円形状の第２の発光部が２次元配列における密な領域に配置されている。そして、前述したように、第２の発光部のほうが第１の発光部よりも光出力特性の経時変化が小さいため、アレイ面内に不均一な温度分布があっても、温度上昇の大きいところの発光部が温度上昇の小さいところの発光部よりも早期に劣化するのを抑制することができる。従って、複数の発光部の各光出力特性を経時的に均一とすることが可能となる。

なお、メサの構造や作製方法によっては、正方形状の発光部のほうが、円形状の発光部よりも、光出力特性の経時変化が小さく場合があるが、その場合は、密に配列された複数の発光部をいずれも正方形状の発光部とし、疎に配列された複数の発光部をいずれも円形状の発光部とすればよい。

また、上記第３の実施形態では、１つのチップに含まれる発光部の数が３５個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。

また、上記実施形態では、面発光レーザアレイの発振波長が０．７８μｍ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。例えば、０．６５μｍ帯，０．８５μｍ帯，０．９８μｍ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、０．６５μｍ帯ではＡｌＧａＩｎＰ系混晶半導体材料、０．９８μｍ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。

また、各反射鏡の材料及び構成を発振波長に応じて選択することにより、任意の発振波長に対応した発光部を形成することができる。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ混晶などのＡｌＧａＡｓ混晶以外のものを用いることができる。なお、低屈折率層及び高屈折率層は、発振波長に対して透明で、かつ可能な限り互いの屈折率差が大きく取れる組み合わせが好ましい。

《画像形成装置》
次に、本発明の画像形成装置の一実施形態を説明する。図１６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１０００の概略構成が示されている。

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、クリーニングブレード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、及び排紙トレイ１０４３などを備えている。

感光体ドラム１０３０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。ここでは、感光体ドラム１０３０は、図１６における矢印方向に回転するようになっている。

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及びクリーニングブレード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の回転方向に関して、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→クリーニングブレード１０３５の順に配置されている。

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。

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（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１０３０の表面では、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。

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。

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。

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。

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。

この定着ローラ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。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

クリーニングブレード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。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１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１の位置に戻る。

《光走査装置》
次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。

この光走査装置１０１０は、図１７に示されるように、光源ユニット１０、カップリングレンズ１１、開口板１２、シリンドリカルレンズ１３、ポリゴンミラー１４、ｆθレンズ１５、トロイダルレンズ１６、２つのミラー（１７、１８）、及び上記各部を統括的に制御する不図示の制御装置を備えている。

光源ユニット１０は、一例として図１８に示されるように、４０個の発光部が２次元配列されている面発光レーザアレイ１０Ａを有している。この面発光レーザアレイ１０Ａは、前記面発光レーザアレイ１００と同様に、メサ形状及び電流通過領域の形状が正方形状の発光部が２次元配列における周辺部に配置され、メサ形状及び電流通過領域の形状が円形状の発光部が２次元配列における中央部に配置されている。なお、図１８におけるＭ方向は、主走査方向に対応する方向を示し、Ｓ方向は、副走査方向に対応する方向を示している。

面発光レーザアレイ１０Ａでは、Ｍ方向に対して角度θだけ傾斜した方向（以下、便宜上「Ｔ方向」という）に沿って一列に等間隔で配列された１０個の発光部からなる発光部列が、Ｓ方向に等間隔ｄ１で４列配置されている。また、４０個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したときの発光部間隔は等間隔ｄ２である。なお、本明細書では、「発光部の間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいうものとする。

図１７に戻り、カップリングレンズ１１は、光源ユニット１０から射出された光を略平行光に整形する。

開口板１２は、開口部を有し、カップリングレンズ１１を介した光のビーム径を規定する。

シリンドリカルレンズ１３は、開口板１２の開口部を通過した光をミラー１７を介してポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍に集光する。

ポリゴンミラー１４は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向反射面が形成されている。そして、不図示の回転機構により、図１７に示される矢印の方向に一定の角速度で回転されている。従って、光源ユニット１０から射出され、シリンドリカルレンズ１３によってポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍に集光された光は、ポリゴンミラー１４の回転により一定の角速度で偏向される。

ｆθレンズ１５は、ポリゴンミラー１４からの光の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１４により一定の角速度で偏向される光の像面を、主走査方向に関して等速移動させる。

トロイダルレンズ１６は、ｆθレンズ１５からの光をミラー１８を介して、感光体ドラム１０３０の表面に結像する。

この場合に、面発光レーザアレイ１０Ａでは、各発光部をＳ軸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、図１９に示されるように、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。例えば、前記間隔ｄ１が２６．５μｍであれば、前記間隔ｄ２は２．６５μｍとなる。そして、光学系の倍率を２倍とすれば、感光体ドラム１０３０上では副走査方向に５．３μｍ間隔で書き込みドットを形成することができる。これは、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）に対応している。すなわち、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。もちろん、Ｔ方向の発光部数を増加したり、前記間隔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、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。

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。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源ユニット１０が、前記面発光レーザアレイ１００と同様に、メサ形状及び電流通過領域の形状が正方形状の発光部が２次元配列における周辺部に配置され、メサ形状及び電流通過領域の形状が円形状の発光部が２次元配列における中央部に配置されている面発光レーザアレイ１０Ａを有している。従って、各発光部の光出力特性が経時的に均一となり、結果として複数の光による同時走査を安定して行うことが可能となる。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、複数の光による同時走査を安定して行うことができる光走査装置１０１０を備えているため、結果として、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

なお、上記実施形態では、光源ユニット１０が前記面発光レーザアレイ１００と同等の面発光レーザアレイ１０Ａを有している場合について説明したが、前記面発光レーザアレイ１０Ａに代えて、前記面発光レーザアレイ２００及び３００のいずれかと同等の面発光レーザアレイを有していても良い。

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、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

例えば、前記光走査装置１０１０を備え、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。

また、多色の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、高精細な画像を安定して形成することが可能となる。

例えば、図２０に示されるように、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１５００であっても良い。このタンデムカラー機１５００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、マゼンタ（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１０１０Ａと、転写ベルト８０と、定着手段３０などを備えている。

光走査装置１０１０Ａは、ブラック用の面発光レーザアレイ、シアン用の面発光レーザアレイ、マゼンタ用の面発光レーザアレイ、イエロー用の面発光レーザアレイを有している。各面発光レーザアレイは、いずれも前記面発光レーザアレイ１０Ａと同等の面発光レーザアレイである。そして、ブラック用の面発光レーザアレイからの光はブラック用の走査光学系を介して感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の面発光レーザアレイからの光はシアン用の走査光学系を介して感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンタ用の面発光レーザアレイからの光はマゼンタ用の走査光学系を介して感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の面発光レーザアレイからの光はイエロー用の走査光学系を介して感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。

各感光体ドラムは、図２０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１０１０Ａにより光が照射され、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。

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、点灯させる発光部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。

なお、このタンデムカラー機１５００において、光走査装置１０１０Ａに代えて、ブラック用の光走査装置とシアン用の光走査装置とマゼンタ用の光走査装置とイエロー用の光走査装置を用いても良い。要するに、各面発光レーザアレイが、いずれも前記面発光レーザアレイ１０Ａと同等の面発光レーザアレイであれば良い。

《光伝送システム》
図２１には、本発明の一実施形態に係る光伝送システム２０００の概略構成が示されている。この光伝送システム２０００は、光送信モジュール２００１と光受信モジュール２００５が光ファイバケーブル２００４で接続されており、光送信モジュール２００１から光受信モジュール２００５への一方向の光通信が可能となっている。

光送信モジュール２００１は、前記面発光レーザアレイ１００〜３００のいずれかと同等の面発光レーザアレイを含む光源２００２と、外部から入力された電気信号に応じて、光源２００２から出力されるレーザ光の光強度を変調する駆動回路２００３とを有している。

光源２００２から出力された光信号は、光ファイバケーブル２００４に結合し、該光ファイバケーブル２００４を導波して光受信モジュール２００５に入力される。

光受信モジュール２００５は、光信号を電気信号に変換する受光素子２００６と、受光素子２００６から出力された電気信号に対して信号増幅、及び波形整形等を行う受信回路２００７とを有している。

本実施形態に係る光送信モジュール２００１によると、光源２００２が前記面発光レーザアレイ１００〜３００のいずれかと同等の面発光レーザアレイを有しているため、結果として高品質の光信号を安定して生成することが可能となる。

また、本実施形態に係る光伝送システム２０００によると、高品質の光信号を安定して生成することができる光送信モジュール２００１を備えているため、結果として低消費電力で、高品質の光伝送を安定して行うことが可能となる。

なお、本実施形態では、単チャンネルの一方向通信の構成例を示しているが、双方向通信、並列伝送方式、波長分割多重伝送方式等の構成をとることもできる。要するに、光源２００２を有していれば良い。

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、複数の発光部の各光出力特性を経時的に均一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、複数の光による同時走査を安定して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、高品質の画像を安定して形成するのに適している。また、本発明の光伝送モジュールによれば、高品質の光信号を安定して生成するのに適している。また、本発明の光伝送システムによれば、高品質の光伝送を安定して行うのに適している。

図１（Ａ）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の平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザアレイ１００の製造方法を説明するための図（その１）である。 図２（Ｂ）の平面図である。 図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、それぞれ面発光レーザアレイ１００の製造方法を説明するための図（その２）である。 図４（Ｃ）の平面図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、それぞれ面発光レーザアレイ１００の製造方法を説明するための図（その３）である。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザアレイ１００の製造方法を説明するための図（その４）である。 円形状の発光部及び正方形状の発光部の光出力特性の経時変化を説明するための図である。 面発光レーザアレイ１００における中央部の発光部及び周辺部の発光部の光出力特性の経時変化を説明するための図である。 従来の面発光レーザアレイにおける中央部の発光部及び周辺部の発光部の光出力特性の経時変化を説明するための図である。 従来の面発光レーザアレイにおける中央部の発光部及び周辺部の発光部の光出力特性の経時変化を説明するための図である。 図１２（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザアレイ２００の平面図であり、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 面発光レーザアレイ２００を製造するときのフォトマスクを説明するための図である。 第３の発光部及び第４の発光部の光出力特性の経時変化を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係る面発光レーザアレイ３００を説明するための図である。 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１６における光走査装置を示す概略図である。 図１７における光源ユニットに含まれる面発光レーザアレイを説明するための図である。 書き込みドットを説明するための図である。 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。 本発明の一実施形態に係る光伝送モジュール及び光伝送システムの概略構成を説明するための図である。

符号の説明

１０…光源ユニット、１０Ａ…面発光レーザアレイ、１４…ポリゴンミラー（偏向器）、１５…ｆθレンズ（走査光学系の一部）、１６…トロイダルレンズ（走査光学系の一部）、１００…面発光レーザアレイ、１０１…基板、１０１Ａ…基板（傾斜基板）、２００…面発光レーザアレイ、３００…面発光レーザアレイ、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０１０Ａ…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、１５００…タンデムカラー機（画像形成装置）、２０００…光伝送システム、２００１…光送信モジュール（光伝送モジュール）、２００３…駆動回路（駆動装置）、２００４…光ファイバケーブル（光伝達媒体）、２００６…受光素子（変換器の一部）、２００７…受信回路（変換器の一部）、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

Claims (9)

1. 電流通過領域が酸化物によって囲まれている電流狭窄構造を含むメサ形状の構造体を複数有する面発光レーザアレイにおいて、
   前記複数の構造体は、前記メサ形状及び前記電流通過領域の形状の少なくとも一方が互いに異なる第１の構造体と第２の構造体を含み、
   前記第１の構造体は、前記第２の構造体よりも光出力特性の経時変化が小さく、前記第２の構造体が配置されている領域よりも温度上昇が大きい領域に配置されていることを特徴とする面発光レーザアレイ。
2. 前記複数の構造体は、傾斜基板上に形成され、
   前記第１の構造体における前記電流通過領域の形状は、前記第２の構造体における前記電流通過領域の形状と異なり、
   前記第１の構造体における前記メサ形状は、前記第２の構造体における前記メサ形状を、厚さ方向に直交する面内で所定の角度だけ回転した形状と一致す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. 前記複数の構造体は、２次元配列されており、
   前記２次元配列における中央部に位置する構造体は、前記第１の構造体と同等の構造体であり、
   前記２次元配列における周辺部に位置する構造体は、前記第２の構造体と同等の構造体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アレイ。
4. 前記複数の構造体は、密に配列された複数の構造体と疎に配列された複数の構造体とを含み、
   前記密に配列された複数の構造体は、前記第１の構造体と同等の構造体であり、
   前記疎に配列された複数の構造体は、前記第２の構造体と同等の構造体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アレイ。
5. 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１〜４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ユニットと；
   前記光源ユニットからの光を偏向する偏向器と；
   前記偏光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。
6. 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５に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
7. 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６に記載の画像形成装置。
8. 入力される電気信号に応じた光信号を生成する光伝送モジュールであって、
   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と；
   前記面発光レーザアレイを、前記入力される電気信号に応じて駆動する駆動装置と；を備える光伝送モジュール。
9. 請求項８に記載の光伝送モジュールと；
   前記光伝送モジュールで生成された光信号を伝達する光伝達媒体と；
   前記光伝達媒体を介した光信号を電気信号に変換する変換器と；を備える光伝送システム。

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