(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上で、活性層が上部及び下部の半導体多層反射膜により挟まれ、基板と垂直方向に光を放出する垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子において、
前記上部及び下部の半導体多層反射膜の内少なくとも一方が基板面内の一方向について、他方向よりも長くなるように構成されると共に、
前記上部の半導体多層反射膜上に設けられ、前記上部又は下部の半導体多層反射膜からレーザ発振された発光ビームが通過する柱状の第２の半導体多層反射膜と、
前記第２の半導体多層反射膜の実効屈折率よりも低い材料によって該第２の半導体多層反射膜の周囲に形成された層と
を具備し、
前記第２の半導体多層反射膜を介して出射された前記発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成されている
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項２】
半導体基板上で、活性層が上部及び下部の半導体多層反射膜により挟まれ、基板と垂直方向に光を放出する垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子において、
前記活性層が、基板面内の一方向について、他方向よりも長くなるように構成されると共に、
前記上部の半導体多層反射膜上に設けられ、前記上部又は下部の半導体多層反射膜からレーザ発振された発光ビームが通過する柱状の第２の半導体多層反射膜と、
前記第２の半導体多層反射膜の実効屈折率よりも低い材料によって該第２の半導体多層反射膜の周囲に形成された層と
を具備し、
前記第２の半導体多層反射膜を介して出射された前記発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成されている
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項３】
半導体基板上で、活性層が上部及び下部の半導体多層反射膜により挟まれ、基板と垂直方向に光を放出する垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子において、
前記上部及び下部の半導体多層反射膜の外側またはこれらと活性層との間に設けられる電流狭窄領域が、基板面内の一方向について、他方向よりも長くなるように構成され、
発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成されている
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記電流狭窄領域は、ＡｌＡｓ酸化物で構成されていることを特徴とする請求項３記載の面発光型半導体レーザ素子。
【請求項５】
半導体基板上で、活性層が上部及び下部の半導体多層反射膜により挟まれ、基板と垂直方向に光を放出する垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子が、基板面内にアレイ状に複数個配列された面発光型半導体レーザアレイにおいて、
前記面発光型半導体レーザ素子は、
前記上部の半導体多層反射膜上に設けられ、前記上部又は下部の半導体多層反射膜からレーザ発振された発光ビームが通過する柱状の第２の半導体多層反射膜と、
前記第２の半導体多層反射膜の実効屈折率よりも低い材料によって該第２の半導体多層反射膜の周囲に形成された層と
を具備し、
前記第２の半導体多層反射膜を介して出射された前記発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成されている
ことを特徴とする面発光型半導体レーザアレイ。
【請求項６】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されるビームを主走査方向で第１の倍率で拡大する第１のレンズ系と、副走査方向で第２の倍率で拡大または縮小する第２のレンズ系と、
前記レーザ光源からのビームを駆動走査し、前記第１および第２のレンズ系を介して走査面上に導く駆動走査系と
を具備し、
前記レーザ光源が、前記第１および第２の倍率に合わせ、ビームが走査面上でほぼ真円となるように、素子の発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成された垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子を、基板面内にアレイ状に複数個配列してなる面発光型半導体レーザ装置で構成されている
ことを特徴とする面発光型半導体レーザビームスキャナ。
【請求項７】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されるビームを主走査方向で第１の倍率で拡大する第１のレンズ系と、副走査方向で第２の倍率で拡大または縮小する第２のレンズ系と、
ビームによって感光し静電潜像を形成する感光体と、
前記レーザ光源からのビームを駆動走査し、前記第１および第２のレンズ系を介して感光体面上に導く駆動走査系と、
前記静電潜像に基づいて画像記録を実行する記録手段と
を具備し、
前記レーザ光源が、前記第１および第２の倍率に合わせ、ビームが走査面上でほぼ真円となるように、素子の発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成された垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子を、基板面内にアレイ状に複数個配列してなる面発光型半導体レーザ装置で構成されている
ことを特徴とする面発光レーザビーム記録装置。
【請求項８】
レーザ光源から出射されるレーザ光を第１のレンズ系および第２のレンズ系を介して、主走査方向および副走査方向にそれぞれ第１および第２の倍率で拡大縮小し、これを駆動走査して、感光体面上に静電潜像を形成する工程と、
前記静電潜像に基づいて画像記録を実行する記録工程と
を含み、
前記レーザ光源が、前記第１および第２の倍率に応じて、ビームが走査面上でほぼ真円となるように、素子の発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成された垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子を、基板面内にアレイ状に複数個配列してなる面発光型半導体レーザ装置で構成されている
ことを特徴とするレーザ記録方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光型半導体レーザ素子、面発光型半導体レーザアレイ、面発光型半導体レーザビームスキャナ、面発光レーザビーム記録装置およびレーザ記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の面発光レーザアレイとして、例えば、１組のレンズ系を用いて像面に投影するようにしたものがある。しかしながら、主走査および副走査方向に等倍率にて感光体に投影した場合、特に小径ドラム上に投影した際には、投影像面は平面であるのに対し、感光体ドラム面はある曲率をもつ円筒面となる。このため、感光体ドラム面が曲率をもつ副走査方向に焦点の位置ずれが生じることになる。この問題を解決するため、副走査方向の倍率を主走査方向のそれよりも低い倍率として、像の大きさを調整し焦点位置ずれを少なくする方法が提案されている（特願平８−８８７８号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常の円形の面発光レーザを用い、主走査方向に所定の倍率で拡大し、副走査方向にはそれよりも小さい倍率で拡大するか若しくは縮小した場合には、感光面上に投影される副走査方向のビーム径は、主走査方向のビーム径よりも小さくなる。その結果、主走査方向の焦点深度よりも副走査方向の焦点深度が浅くなり、位置合わせに高い精度が要求される。また、感光体ドラムの偏心などによる位置ずれにより、感光体上に投影されるビーム径の変動が大きくなるなどの問題がある。
【０００４】
図１は焦点位置（ビームウェスト）からの位置ずれとビーム径の変化との関係を示す。例えば、波長７８０ｎｍのガウシアン型の強度プロファイルを有する焦点位置にて２１μｍに絞られたビームは、焦点位置からのずれが１ｍｍある場合でもビーム径は高々２４μｍ程度である。一方、波長７８０ｎｍのガウシアン型の強度プロファイルを有する焦点位置にて５μｍに絞られたビームは焦点位置からのずれが１ｍｍである場合にはビーム径は４０μｍ以上になり、位置変動に対して敏感である。
【０００５】
一方、例えば特開平２ー２９００９１号のように、端面発光型のレーザを基板上に配列しまたこの基板上にあるミラーを用いて基板に垂直な方向に出射する素子構造の場合、楕円型のビームが得られ、主走査方向および副走査方向のレンズ径の倍率と素子構造を適当な関係に選ぶと、投影されるビーム径は主走査方向並びに副走査方向に同じ大きさにすることができ、焦点深度を大きくすることができる。
【０００６】
しかしながら、端面発光型のレーザを基板上に配列し基板上にあるミラーを用いて基板に垂直な方向に出射する素子構造の場合、素子を集積する密度を大きくすることができず、レーザスポットを感光体上に高精度かつ高密度に配列して形成することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、投影面上でビーム径を真円に近いものとし、焦点深度を大きくとることができ、また位置合わせに要求される精度の制約を小さくすることができ、感光体ドラムの偏心により、感光体面上に投影されるビーム径の変動を低減することのできる、面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、面発光型半導体レーザ素子から発生せしめられたビームを、光軸に対して垂直な１方向には所定の倍率で、また光軸に対して垂直なもう一方にはそれとは異なる倍率で拡大または縮小する投影光学系を用いて感光体上にスポット形成するに際し、感光体上でスポット系を真円に近いものにするように、光学系の倍率に対応した偏平率の発光パターンを有する面発光型レーザ素子を形成する。例えば感光体面上で２１μｍの真円のスポットを得る場合に、光学系の倍率が主走査方向に７倍、副走査方向に２倍の倍率を有する場合には、面発光型半導体レーザ素子の発光ビーム径がそれぞれの方向について３μｍ、１０．５μｍの素子を用意するというように、主走査方向および副走査方向の倍率に応じてビーム形状を調整している。通常垂直共振器型の面発光型半導体レーザでは、発光パターンはほぼ真円である。これはレーザ構造が基板面内にほぼ対称な形状に構成されていることによる。従ってレーザを構成する共振器構造を基板面内に非対称な構造とすることで、発光パターンを偏平な形状にすることができる。そしてまたこの面発光型半導体レーザを１次元または２次元状にアレイ化する場合には面発光型半導体レーザの非対称な発光パターンの方向が一様に揃っていれば、すべてのスポットについて感光体上でスポット径を真円に近いものにすることができる。
【０００９】
すなわち、本発明の第１の特徴は、半導体基板上で、活性層が上部及び下部の半導体多層反射膜により挟まれ、基板と垂直方向に光を放出する垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子において、前記上部及び下部の半導体多層反射膜の内少なくとも一方が基板面内の一方向について、他方向よりも長くなるように構成されると共に、前記上部の半導体多層反射膜上に設けられ、前記上部又は下部の半導体多層反射膜からレーザ発振された発光ビームが通過する柱状の第２の半導体多層反射膜と、前記第２の半導体多層反射膜の実効屈折率よりも低い材料によって該第２の半導体多層反射膜の周囲に形成された層とを具備し、前記第２の半導体多層反射膜を介して出射された前記発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成されたことにある。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、半導体基板上で、活性層が上部及び下部の半導体多層反射膜により挟まれ、基板と垂直方向に光を放出する垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子において、前記活性層が、基板面内の一方向について、他方向よりも長くなるように構成されると共に、前記上部の半導体多層反射膜上に設けられ、前記上部又は下部の半導体多層反射膜からレーザ発振された発光ビームが通過する柱状の第２の半導体多層反射膜と、前記第２の半導体多層反射膜の実効屈折率よりも低い材料によって該第２の半導体多層反射膜の周囲に形成された層とを具備し、前記第２の半導体多層反射膜を介して出射された前記発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成されたことにある。
【００１１】
本発明の第３の特徴は、半導体基板上で、活性層が上部及び下部の半導体多層反射膜により挟まれ、基板と垂直方向に光を放出する垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子において、前記上部及び下部の半導体多層反射膜の外側またはこれらと活性層との間に設けられる電流狭窄領域が、基板面内の一方向について、他方向よりも長くなるように構成され、発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成されていることにある。
【００１２】
望ましくは、前記電流狭窄領域はＡｌＡｓ酸化物で構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第４の特徴は、半導体基板上で、活性層が上部及び下部の半導体多層反射膜により挟まれ、基板と垂直方向に光を放出する垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子が、基板面内にアレイ状に複数個配列された面発光型半導体レーザアレイにおいて、前記面発光型半導体レーザ素子は、前記上部の半導体多層反射膜上に設けられ、前記上部又は下部の半導体多層反射膜からレーザ発振された発光ビームが通過する柱状の第２の半導体多層反射膜と、前記第２の半導体多層反射膜の実効屈折率よりも低い材料によって該第２の半導体多層反射膜の周囲に形成された層とを具備し、前記第２の半導体多層反射膜を介して出射された前記発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成されていることにある。
【００１４】
本発明の第５の特徴は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるビームを主走査方向で第１の倍率で拡大する第１のレンズ系と、副走査方向で第２の倍率で拡大または縮小する第２のレンズ系と、前記レーザ光源からのビームを駆動走査し、前記第１および第２のレンズ系を介して走査面上に導く駆動走査系とを具備し、前記レーザ光源が、前記第１および第２の倍率に合わせ、ビームが走査面上でほぼ真円となるように、素子の発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成された垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子を、基板面内にアレイ状に複数個配列してなる面発光型半導体レーザ装置で構成されていることにある。
【００１５】
本発明の第６の特徴は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるビームを主走査方向で第１の倍率で拡大する第１のレンズ系と、副走査方向で第２の倍率で拡大または縮小する第２のレンズ系と、ビームによって感光し静電潜像を形成する感光体と、前記レーザ光源からのビームを駆動走査し、前記第１および第２のレンズ系を介して感光体面上に導く駆動走査系と、前記静電潜像に基づいて画像記録を実行する記録手段とを具備し、前記レーザ光源が、前記第１および第２の倍率に合わせ、ビームが走査面上でほぼ真円となるように、素子の発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成された垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子を、基板面内にアレイ状に複数個配列してなる面発光型半導体レーザ装置で構成されていることにある。
【００１６】
本発明の第７の特徴は、レーザ光源から出射されるレーザ光を第１のレンズ系および第２のレンズ系を介して、主走査方向および副走査方向にそれぞれ第１および第２の倍率で拡大縮小し、これを駆動走査して、感光体面上に静電潜像を形成する工程と、前記静電潜像に基づいて画像記録を実行する記録工程とを含み、前記レーザ光源が、前記第１および第２の倍率に応じて、ビームが走査面上でほぼ真円となるように、素子の発光ビームの強度パターンが方向性をもつように構成された垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子を、基板面内にアレイ状に複数個配列してなる面発光型半導体レーザ装置で構成されていることにある。
【００１８】
本発明によれば、面発光型半導体レーザから発せられたビームを、光軸に対して垂直な１方向には所定の倍率で、光軸に対して垂直なもう一方向にはそれとは異なる倍率で拡大または縮小する投影光学系を用いて感光体上に導く際、これらの倍率に対応して各方向のビーム径を調整し、感光体上でほぼ真円となるようにしているため、焦点深度を大きくとることができ、位置合わせに要求される精度の制約を低減することができる。従って感光体ドラムが偏心している場合にも、ビーム径の変動を抑制することができる。
【００１９】
従ってこの面発光型半導体レーザ素子を用いて記録を行う場合、高精度で信頼性の高い記録を行うことが可能となる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図２（ａ）および（ｂ）は本発明の第１の実施例の面発光型半導体レーザ装置の上面図、その断面図である。
【００２２】
この面発光型半導体レーザ装置は、ｎ型ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板１上に形成されたｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下部半導体多層反射膜２（多重回折ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）と、この上に形成されたアンドープのＡｌ0.11Ｇａ0.89量子井戸層とアンドープのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層３と、ＡｌＡｓの酸化によって形成され、中央に開口を有する電流狭窄層４と、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ上部半導体多層反射膜５と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（図示せず）と、ｐ型電極６が順次積層せしめられ、電流狭窄層４の側面が露呈する深さまで、発光領域およびその周辺を除いてエッチング除去され、角柱状の光制御領域７が形成されている。そしてここで上部半導体多層反射膜５の最下層に、中央の開口部を除いてＡｌＡｓ層が酸化されて形成された電流狭窄層が形成されており、この開口部以外の領域では堆積方向に電流が流れない構造となっている。なお、量子井戸活性層３と電流狭窄層４との間には量子井戸活性層３への不純物の侵入を保護するためにＡｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓからなる分離層ｓが介在せしめられている。
【００２３】
また、ｐ型電極６の中央には電流狭窄層の開口の上部を含むように、第２の開口が形成されこの開口から上部半導体多層反射膜５上に第２の上部多層反射膜８が柱状をなすように突出して形成されている。
【００２４】
さらにこの光制御領域の周りは少なくとも上部多層反射膜５の途中まで窒化シリコンからなる第１の絶縁膜９で覆われ、この上層は、第２の上部多層反射膜８の高さまで酸化シリコンからなる第２の絶縁膜１０が形成され、この第２の上部多層反射膜８の柱状の部分とその周囲とで屈折率に差をもたせるようにし、図３および図４に示すように、この第２の上部多層反射膜８の形状に応じ、短手方向に偏平した楕円型のビームプロファイルが形成されるようになっている。ここで第２の上部多層反射膜８は、５：１の矩形形状を有しており、図３はこのときのビーム強度プロファイルの等高線を示し、図４はこれを３次元表示したものである。
【００２５】
そして基板裏面にはＡｕ−Ｇｅ／Ａｕからなるｎ側電極（図示せず）が形成されている。
【００２６】
ここでｎ型下部半導体多層反射膜２は、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3ＡｓＧａＡｓ層とをそれぞれ膜厚λ／（４ｎr）（λ：発振波長，ｎr：屈折率）で約４０．５周期積層することによって形成されたもので、ｎ型不純物であるシリコン濃度は ２×１０18ｃｍ-3である。また、量子井戸活性層４は、 アンドープのＡｌ0.11Ｇａ0.89量子井戸層（膜厚８ｎｍ×３）と アンドープのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層（膜厚５ｎｍ×４）との組み合わせとする。また、上部半導体多層反射膜７は、 ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層と ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3ＡｓＧａＡｓ層とをそれぞれ膜厚 λ／(４ｎr)(λ：発振波長，ｎr：屈折率）で交互に３０周期積層することによって形成されたもので、ｐ方不純物であるカーボン濃度は３×１０18ｃｍ-3である。最後に第２の上部半導体多層反射膜８はアンドープである。ドーパントの種類についてはここで用いたものに限定されることなく、ｎ型であればセレン、ｐ型であれば亜鉛やマグネシウムなどを用いることも可能である。
【００２７】
なお前記実施例ではＡｌＡｓ層を選択酸化することにより柱状領域の側面から酸化膜を形成することにより電流狭窄を行うようにしたが、選択エッチングにより空隙を形成するようにしてもよい。なおこの電流狭窄層で囲まれる開口の形状は真円若しくは正方形状の対称な構造でもよいし、楕円または矩形などの非対称な構造であってもよい。
【００２８】
ここでは、発振波長λ：７８０ｎｍのレーザ光を取り出すように設計した。
【００２９】
この構成によれば、角柱状の光制御領域７の内部におけるキャリアの通過経路が、電流狭窄層４の開口の２組の対称面方向から狭められると共に光の閉じ込めも行われる。また第２の上部半導体多層反射膜８とその周りの第２の絶縁層１０とで屈折率に差を生じるため、より屈折率差の小さい対称面側に偏平となるような楕円型のビームプロファイルとなる。
またこれにより、出射光の偏波面はこの方向に安定化される。
【００３０】
次に、この面発光型半導体レーザ装置の製造工程について説明する。
【００３１】
まず、図２に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）（１００）基板１上に、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ下部半導体多層反射膜３と、アンドープの Ａｌ0.11Ｇａ0.89量子井戸層とアンドープのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層３と、Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ層からなる分離層Ｓ、ＡｌＡｓ層と ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ上部半導体多層反射膜５と、 ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（図示せず）とを順次積層する。
そして基板を成長室から取出し、酸化シリコン膜などの絶縁膜を形成しフォトリソグラフィ技術を用いて、 ＳｉＣｌ4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、ＡｌＡｓ層が露出せしめられる深さまで半導体層をエッチング除去して、角柱状の半導体柱からなる光制御領域７を形成する。
【００３２】
続いてこの基板を、高温の水蒸気を充満させた石英管内で基板を４００℃に加熱し、約１０分間の熱処理を行うことにより露出したＡｌＡｓ層が外側断面から徐々に酸化され、酸化膜が形成され、最終的には酸化されずに残った領域が長方形形状となる。なお、ここで熱処理による酸化に代えて、硫酸過酸化水素溶液（Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：１：５）中に、 約３０秒間浸すようにしても良く、これにより、ＡｌＡｓ層はいわゆるサイドエッチングにより外側断面から選択的に除去される。
【００３３】
この後、表面のレジストマスクを残したまま、窒化シリコン層からなる第１の絶縁層９を形成し、リフトオフにより柱状領域上面の第１の絶縁層を除去すると共に選択エッチングにより酸化シリコンを除去する。
【００３４】
この後し、蒸着法およびフォトリソグラフィ技術を用いて、光制御領域７の周りを覆うように環状のｐ側電極６を形成する。この中央のｐ側電極のパターニングで用いたレジストを残したまま第２の上部半導体多層反射膜８を形成し、リフトオフにより、このレジストと共に開口部以外の膜を除去し、柱状領域を形成する。
【００３５】
そして最後に、全体を覆うように酸化シリコン層からなる第２の絶縁層１０を形成し、基板裏面には全面にｎ側電極を形成して、図２に示した本発明にかかる第１の実施例の面発光型半導体レーザ装置が完成する。
【００３６】
なお、前記実施例では各半導体層は有機金属気相成長法で形成したが、これに限定されることなく分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などによっても良い。
【００３７】
また、半導体柱形成のためのマスクとして用いる絶縁膜についても、酸化シリコン膜に限定されることなく窒化シリコン膜など他の材料を用いても良い。
【００３８】
さらにまた、前記実施例ではＡｌＡｓ層を選択的に除去するためのエッチングに硫酸過酸化水素水溶液を用いたがＡｌ組成比に対するエッチングレートの選択性が高いものが望ましく、Ａｌ組成比が高くなるにつれてエッチングレートが急激に増大する硫酸過酸化水素水溶液は最適である。また他のエッチャントとしては水酸化アンモニウム過酸化水素水溶液などを用いても良い。
【００３９】
また、前記実施例ではＡｌＡｓ層の選択酸化の際、加熱する温度を４００℃とした場合について説明したが、これに限定されることなく、最終的な電流通路の大きさが所望の値となるよう制御できる条件であればよい。温度をあげると酸化速度が上昇し、短時間で所望の酸化領域を形成する事ができるが、４００℃程度がもっとも制御しやすい温度であった。
【００４０】
また、半導体柱形成のためのエッチングに際しては、ウエットエッチングの場合、上層と下層でエッチング液にさらされる時間が異なることから、半導体柱の底部に向かうにつれて面積が広がるいわゆるテーパ形状が形成され、直径の小さな半導体柱が作りにくいという問題があるが、ドライエッチングの場合、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法や反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いれば、半導体柱の側壁が、垂直あるいはアンダーカット形状をとるようにすることもでき、直径の小さな半導体柱も容易に形成することができる。このとき、エッチングガスとしては Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4 あるいはＡｒとＣｌ2の混合ガス等が用いられる。
【００４１】
このようにして作製された面発光型半導体レーザ素子の動作は、以下に示す如くである。ここで、量子井戸層に注入されたキャリアは電子−正孔再結合により光を放出し、この光は上部と下部の半導体多層反射膜によって反射され、利得が損失を上回ったところでレーザ発振を生ずる。レーザ光は基板表面に設けられた電極の窓部に設けられた第２の上部多層反射膜を介して出射されるが、この形状が長軸と短軸との比が５：１の矩形をなし、図３および図４に示すような偏平なビームを形成する。
【００４２】
次に本発明の第２の実施例の面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法について、図面を参照しつつ説明する。
前記第１の実施例では、角柱状の光制御領域７の上面に突出するように第２の上部半導体多層反射膜５を形成したが、この例ではこの第２の上部半導体多層反射膜５ａの周りを選択的に酸化し第３の酸化膜５ｓを形成し、屈折率の異なる領域としたことを特徴とする。
【００４３】
この構造では、上記第１の実施例の効果に加え酸化されずに残る領域の大きさを調節することにより、出射ビームの形状を容易に調節することができるという効果を奏効する。
【００４４】
次に本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法について、図面を参照しつつ説明する。
【００４５】
前記第１および第２の実施例ではエッチングにより柱状の光制御領域を形成したが、この例では図６に示すように電流狭窄層１４はプロトン注入により矩形状の開口Ｈを残して形成され、さらにｐ型の上部半導体多層反射膜５の周りが亜鉛などのｐ型不純物を拡散して形成され、上部半導体多層反射膜５をこれとは屈折率の異なる不純物拡散領域１５で囲むように構成されている。この不純物拡散領域は電流注入層としての役割をも果たし、この上層にｐ側電極６が形成されている。
【００４６】
各層の状態および他の部分については、前記第１および第２の実施例と同様に形成されている。
【００４７】
この構造では、、上記第１の実施例の効果に加え、不純物書く山荘１５と光が導波する p型上部多層反射膜５との屈折率差をより小さくする事ができるため、より大きな径の出射ビームを容易に得ることができるという効果を奏効する。
【００４８】
このような面発光型半導体レーザ素子を図７に示すように、矩形状の発光パターンｐの短軸をｎの方向に揃うようにアレイ状に配列することによって面発光型半導体レーザ装置が形成される。
【００４９】
また図８に示すように、このような面発光型半導体レーザ素子を二次元に配列して２次元の面発光型半導体レーザ装置を形成することも可能である。この時最近接のパターンを結ぶ軸ｎおよびｍが所定の角度をなすように形成することにより、均一に光照射を行うことができるように、より密接して配列することができる。
【００５０】
次にこの面発光型半導体レーザ装置を、素子を１次元のアレイ状に配列したもので構成し、主走査拡大光学系、副走査拡大光学系を用いて感光体面上に投影する形態を図９に示す。この図から明らかなように面発光レーザアレイ１００で形成する発光パターンｐを楕円状にし、この発光パターンｐの偏平率（主走査方向長さ：ｐ１、副走査方向長さ：ｐ２）を、感光体１３面上で真円（主走査方向長さ：Ｌ１、副走査方向長さ：Ｌ２、Ｌ１＝Ｌ２）となるように、光学系の倍率の比に対応して決定している。ここでは発光パターンを長手方向に５μｍ、短手方向に１μｍの場合に、主走査方向光学系２１の倍率を５倍、副走査方向光学系２２の倍率を２５倍とし、ｐ１／ｐ２＝５とすることにより、投影面の感光体１３上でほぼ真円のビーム形状を得ることができるようになっている。
【００５１】
これにより焦点深度の異方性を最小にすることができ、位置合わせに要求される精度を抑え、感光体ドラムの偏心などの位置ずれにより、感光体面上に投影されるビーム径が変動を低減するのを防ぐことができる。
【００５２】
なお、本発明の構成要件を満足する範囲内で他の方法によっても実現可能であることはいうまでもない。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、主走査方向に所定の倍率で拡大し、副走査方向にはそれ以下の倍率で拡大若しくは縮小した場合に、各方向の倍率に合わせて、感光体面上で、ビームが真円となるように、ビームを偏平形状にすることにより、焦点深度を大きとることができ、位置合わせに要求される精度を抑え、感光体ドラムの偏心などの位置ずれにより生じるビーム径の変動を小さくすることができる。
【００５４】
また、出射の偏波面を一方向に安定化させることが出来、これらの素子を同一基板上に集積化した際、すべての素子の偏波面をばらつきなく一方向に揃える事ができる。また注入電流を増加しても、光透過領域の形に比べて柱状の光制御領域の径を十分に大きくする事ができるため発熱を抑制し、広い出力範囲にわたって光出力特性を劣化させることなく偏波面を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】焦点位置からの位置ずれとビーム径の変化を示す図
【図２】本発明の第１の実施例の面発光型半導体レーザ素子を示す図
【図３】半導体多層反射膜の矩形形状が５：１である場合のビーム強度プロファイルの等高線を示す図
【図４】同ビーム強度プロアフィルの３次元表示を示す図
【図５】本発明の第２の実施例の面発光型半導体レーザ素子を示す図
【図６】本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ素子を示す図
【図７】本発明の面発光型半導体レーザ素子を用いた１次元アレイの概念図
【図８】本発明の面発光型半導体レーザ素子を用いた２次元アレイの概念図
【図９】同半導体レーザ装置におけるビームの主走査方向および副走査方向での投影状態を示す図
【符号の説明】
１  ｎ型ガリウムひ素（ＧａＡｓ）基板
２  ｎ型下部半導体多層反射膜
３   量子井戸活性層
４  電流狭窄層
５  ｐ型上部半導体多層反射膜
６  ｐ側電極
７  光制御領域
８  第２のｐ型上部半導体多層反射膜
９  第１の絶縁層
１０  第２の絶縁層
１３  感光体
２１  主走査拡大走査系
２２  副走査拡大走査系
１００  面発光型半導体レーザアレイ面
【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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