JP2002111058A - Light emitting diode and exposure system - Google Patents

Light emitting diode and exposure system

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JP2002111058A
JP2002111058A JP2000296559A JP2000296559A JP2002111058A JP 2002111058 A JP2002111058 A JP 2002111058A JP 2000296559 A JP2000296559 A JP 2000296559A JP 2000296559 A JP2000296559 A JP 2000296559A JP 2002111058 A JP2002111058 A JP 2002111058A
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JP
Japan
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light
layer
emitting diode
light emitting
gan
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Application number
JP2000296559A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Hayakawa
利郎 早川
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the quantity of light that a light emitting diode stops down into a very small spot with a very small light emission diameter and a narrower radiation angle. SOLUTION: On a sapphire substrate 11, an n-GaN low-temperature buffer layer 12, an n-GaN buffer layer 13, an n-In0.05Ga0.95N buffer layer 14, an n-Al0.15 Ga0.85N clad layer 15, an n-GaN light guide layer 16, an undoped active layer 17, a p-GaN light guide layer 18, a p-Al0.15Ga0.85N clad layer 19, and a p-GaN gap layer 20 are grown. The total film thickness of the active layer 17 and light guide layer 16 is >=400 nm. Then an epitaxial layer not in a light emission area is etched away until the n-GaN buffer layer 13 is exposed. Then a similar process is used to etch the p-Al0.15Ga0.85N clad layer 19 away to its halfway point except a ridge-shaped stripe area of 4 μm in width, thereby forming a ridge type waveguide structure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、AlGaNをクラ
ッド層に備え、光導波構造を有する発光ダイオードおよ
びそれを用いた露光システムに関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a light emitting diode having an optical waveguide structure provided with a cladding layer of AlGaN and an exposure system using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の高品位写真のプリントシステムと
して、本出願人により、赤色光源として半導体レーザを
用い、青および緑色光源としてSHG(Second Harmonic G
eneration)を利用した半導体レーザ励起固体レーザを
用い、通常の可視光露光用の感材を露光する露光システ
ムを備えたデジタルプリント装置「Frontier」が製品化
されている。また、赤外光2波長および赤色光1波長の
半導体レーザ光を用いて、CMY(Cyan、Magenta、Yel
low)発色する感光材料を露光する比較的安価なシステ
ム「ピクトログラフィー」も製品化されている。これら
の露光システムは光源にレーザ光を用いているためポリ
ゴンなどを用いた高速の光ビーム走査露光が可能である
ため、高速にプリントを出力できる。また、走査にドラ
ムなどの高速の紙送りを用いる必要がなく連続紙による
供給などの簡便な紙送りが可能である。
2. Description of the Related Art As a conventional high-quality photographic print system, the present applicant has used a semiconductor laser as a red light source and SHG (Second Harmonic G) as a blue and green light source.
A digital printing apparatus “Frontier” equipped with an exposure system for exposing a light-sensitive material for ordinary visible light exposure using a semiconductor laser-excited solid-state laser utilizing eneration) has been commercialized. In addition, CMY (Cyan, Magenta, Yel) was used by using semiconductor laser light of two wavelengths of infrared light and one wavelength of red light.
low) A relatively inexpensive system called "Pictrography" for exposing photosensitive materials that develop color has also been commercialized. Since these exposure systems use laser light as a light source, they can perform high-speed light beam scanning exposure using a polygon or the like, and can output prints at high speed. Further, it is not necessary to use high-speed paper feed such as a drum for scanning, and simple paper feed such as continuous paper supply is possible.

【0003】前者においては、特性が最も安定であり、
かつ安価である三原色に感度を合わせた通常のカラーペ
ーパを用いることができる。しかしながら、赤色には半
導体レーザを使うことができるが、緑色および青色の半
導体レーザは実用化されていない。このため、レーザ素
子としてはガスレーザあるいは半導体レーザ励起固体レ
ーザ第2高調波(SHG:Second Harmonic Generation)
によるレーザ光源を用いることにより、小型かつ高品位
のレーザ光を比較的安価に提供することが可能となる。
また、初段の電気−光変換は半導体レーザであるため信
頼性も向上した。
In the former, the characteristics are most stable,
Ordinary color paper that is sensitive to the three primary colors, which is inexpensive, can be used. However, although semiconductor lasers can be used for red, green and blue semiconductor lasers have not been put to practical use. Therefore, as a laser element, a gas laser or a semiconductor laser pumped solid-state laser second harmonic (SHG: Second Harmonic Generation)
By using the laser light source according to (1), it is possible to provide small and high-quality laser light at relatively low cost.
In addition, since the first stage of the electro-optical conversion is a semiconductor laser, the reliability is also improved.

【0004】一方、後者においては、市販の半導体レー
ザ(例えば、発振波長810nm、750nm、680nm)を用いる
ことが可能であるが、これらの波長に感度を合わせた特
別の感材を用いる必要があり汎用性が低くプリントのコ
ストが高くなる。また、これらは市販の半導体レーザに
合わせるため、通常より長波長側へ感度をシフトさせて
いる。このため、一般的にはより短波長用の感材と比べ
て耐久性は低くなるなど、取り扱いに特別の注意を要す
る。また、このような方法では、プリント装置は上記固
体レーザを用いた場合より安価に制作できるが、感光材
料として半導体レーザの波長に合わせた特別のものを用
意する必要がある。このため、材料費が高くなって運転
費やプリントコストが高くなってしまう。
On the other hand, in the latter case, it is possible to use commercially available semiconductor lasers (for example, oscillation wavelengths of 810 nm, 750 nm, and 680 nm), but it is necessary to use a special photosensitive material that is sensitive to these wavelengths. Low versatility and high printing cost. In addition, the sensitivity is shifted to a longer wavelength side than usual in order to match a commercially available semiconductor laser. For this reason, special care is required in handling, for example, the durability is generally lower than that of a light-sensitive material for a shorter wavelength. In addition, in such a method, the printing apparatus can be manufactured at a lower cost than when the solid-state laser is used, but it is necessary to prepare a special photosensitive material according to the wavelength of the semiconductor laser. For this reason, the material cost increases, and the operation cost and the printing cost increase.

【0005】これらの装置の更なるコストダウンにはキ
ーデバイスであるレーザ光源のコストダウンが必須であ
る。赤色半導体レーザは高密度光磁気ディスクやDVD用
光源として低価格化が進んでおり問題ないが、青および
緑色については半導体レーザが得られる見通しがないた
め、現状の固体レーザでは部品および組立コスト壁とな
って半導体レーザのような低価格化は装置の構成上困難
である。
To further reduce the cost of these devices, it is essential to reduce the cost of the laser light source, which is a key device. Although there is no problem with red semiconductor lasers as the light source for high-density magneto-optical disks and DVDs has been reduced in price, there is no prospect of obtaining semiconductor lasers for blue and green light. Therefore, it is difficult to reduce the cost as in a semiconductor laser due to the configuration of the apparatus.

【0006】また、従来の銀塩写真のデジタルプリント
装置の光源としては、RGBの三原色にて発光するレーザ
光源を用いることが理想的である。汎用の銀塩感材のよ
うに感度が高い材料を用いる場合、感材上での光強度は
1μW程度の低光出力でよい。従って、コストの高いレ
ーザではなく、発光スポット径が小さいこと、およびビ
ームの放射角度が狭いレーザ光の利点を備えたLEDであ
ってもよい。
It is ideal to use a laser light source that emits light in three primary colors of RGB as a light source of a conventional digital printing apparatus for silver halide photography. When a material having high sensitivity such as a general-purpose silver salt photographic material is used, the light intensity on the photographic material may be a low light output of about 1 μW. Therefore, instead of an expensive laser, an LED having the advantages of a laser beam having a small emission spot diameter and a narrow beam emission angle may be used.

【0007】現在、LED(Light Emitting Diode)とし
て、1997年発行の「The Blue LaserDiode」,S.Nakamura
and G.Fasol, Springer, Berlinにおいて、青および緑
の高輝度のLEDがInGaN系の材料を用いて実現されてい
る。このLEDは、他の赤色などのLEDと同様に数百μm角
程度の発光面を有しており、光は発散光である。従っ
て、高精細なプリンタを構成するため、このLEDを光源
に用いて数十μm径のスポットを形成しようとすると、
発散光を光学系の有限な開口に結合する光量が極めて小
さくなること、および1/2〜1/10程度の縮小光学系によ
り結像するためレンズと光源との距離が相対的に離れる
ため更に結合効率が低下するという問題がある。
At present, as the LED (Light Emitting Diode), "The Blue Laser Diode" published in 1997, S. Nakamura
and G. Fasol, Springer, Berlin, have realized high-brightness blue and green LEDs using InGaN-based materials. This LED has a light emitting surface of about several hundred μm square, like other red and other LEDs, and the light is divergent light. Therefore, in order to form a spot with a diameter of several tens of μm using this LED as a light source in order to construct a high-definition printer,
The amount of light that couples the divergent light into the finite aperture of the optical system is extremely small, and since the image is formed by a reduction optical system of about 1/2 to 1/10, the distance between the lens and the light source is relatively large. There is a problem that the coupling efficiency is reduced.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記問題を解決するた
めに、特開平11-074559号において、本発明者らによ
り、微小発光領域を有する光導波構造を有する半導体発
光素子および露光装置が提案されている。上記公報のス
トライプ構造を有する半導体発光素子では、誘導放出を
伴わない完全に自然放出光の領域で微小スポットに集光
できることが分かっている。しかし、クラッド層にAl
GaNを用いた素子の場合、AlGaNは大きな歪みを
内蔵しているため厚く成長するとクラックが入って結晶
が割れてしまうという欠点を有しており、微小スポット
径を有する高品位な発光光を得ることが困難となってい
る。
In order to solve the above-mentioned problems, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-074559, the present inventors have proposed a semiconductor light emitting device and an exposure apparatus having an optical waveguide structure having a minute light emitting region. ing. It has been found that the semiconductor light emitting device having the stripe structure disclosed in the above publication can condense a minute spot completely in a spontaneous emission light region without stimulated emission. However, Al
In the case of an element using GaN, AlGaN has a disadvantage that a crystal is cracked and cracks when grown thickly because it has a large built-in strain, and high-quality emission light having a minute spot diameter is obtained. It has become difficult.

【0009】本発明は上記事情に鑑みて、AlGaNか
らなるクラッド層と、ストライプ状の光導波構造を有す
る発光ダイオードであって、さらに有効な光導波を行う
ことによって、微小スポットに絞り込める光量が増加し
た発光ダイオード、および、その発光ダイオードを光源
に用い、低コストで高信頼性の露光システムを提供する
ことを目的とするものである。
In view of the above circumstances, the present invention is directed to a light emitting diode having a cladding layer made of AlGaN and a light guide structure of a stripe shape, and by performing more effective light guide, the amount of light that can be narrowed down to a minute spot is reduced. It is an object of the present invention to provide a low-cost and highly reliable exposure system using the increased number of light emitting diodes and the light emitting diodes as a light source.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオード
は、活性層の積層方向の上下に、該活性層側から光ガイ
ド層および少なくとも1層のAlGaNを含む半導体か
らなるクラッド層をこの順に備えており、上下それぞれ
の光ガイド層およびクラッド層において、光ガイド層の
屈折率がクラッド層の屈折率より高く、ストライプ状の
光導波構造を有する発光ダイオードにおいて、活性層と
2つの光ガイド層の合計膜厚が400nm以上であるこ
とを特徴とするものである。
A light emitting diode according to the present invention comprises a light guide layer and at least one cladding layer made of a semiconductor containing AlGaN in this order from the side of the active layer above and below the active layer. In the upper and lower light guide layers and the cladding layer, the refractive index of the light guide layer is higher than the refractive index of the cladding layer. The total film thickness is 400 nm or more.

【0011】活性層および2つの光ガイド層の合計膜厚
は、1μm以上であることがより好ましい。
The total thickness of the active layer and the two light guide layers is more preferably 1 μm or more.

【0012】また、各クラッド層の厚さは、500nm
以下であることが好ましい。
Each clad layer has a thickness of 500 nm.
The following is preferred.

【0013】光ガイド層はGaNからなることが好まし
い。
The light guide layer is preferably made of GaN.

【0014】本発明の露光システムは、光源と、該光源
から発せられる光を被露光体上に走査するための偏向手
段とを備えた走査露光系を有する露光システムにおい
て、光源に、上記構成による本発明の発光ダイオードが
含まれていることを特徴とするものである。
An exposure system according to the present invention is an exposure system having a scanning exposure system including a light source and a deflecting unit for scanning light emitted from the light source onto an object to be exposed. A light emitting diode according to the present invention is included.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明の発光ダイオードによれば、上記
構成とすることにより、活性層からクラッド層への光の
しみだし量を抑制でき、導波効率が改善されて、ガウス
型分布の微小発光径で、かつ放射角度の狭い発光光を得
ることができる。よって、この発光光を絞り込んだ場
合、微小なスポットでの光量を増加できる。
According to the light emitting diode of the present invention, with the above-described structure, the amount of light seeping from the active layer to the cladding layer can be suppressed, the waveguide efficiency is improved, and the Gaussian distribution is reduced. Emitted light having a light emission diameter and a narrow emission angle can be obtained. Therefore, when the emitted light is narrowed down, the amount of light at a minute spot can be increased.

【0016】活性層および2つの光ガイド層の合計膜厚
が1μm以上である場合は、さらに微小スポットにおけ
る光量を増加できる。
When the total thickness of the active layer and the two light guide layers is 1 μm or more, the amount of light in the minute spot can be further increased.

【0017】また、膜厚が薄いために光のしみだしが問
題となっているクラッド層の厚さが500nm以下の発
光ダイオードに本発明を適用することは、光のしみだし
防止により効果的である。
In addition, when the present invention is applied to a light emitting diode having a cladding layer having a thickness of 500 nm or less, which has a problem of light seepage due to its small thickness, it is more effective to prevent light seepage. is there.

【0018】光ガイド層がGaNからなる場合、GaN
は2元素からなるため作製が容易であり、また、高屈折
率であるため導波効率を向上できる。
When the light guide layer is made of GaN, GaN
Since it is composed of two elements, it is easy to manufacture, and because of its high refractive index, the waveguide efficiency can be improved.

【0019】本発明の露光システムによれば、光源と、
該光源から発せられる光を被露光体上に走査するための
偏向手段とを備えた走査露光系を有する露光システムに
おいて、光源に、上記構成による本発明の発光ダイオー
ドが含まれていることにより、低コストでかつ高信頼性
の露光システムを実現できる。特に、青、緑あるいは紫
外域の波長域における光源にコストが高い半導体レーザ
を使用しなくてよいという利点がある。よって、三原色
光源を用いた露光システムおいては、例えば本発明によ
る発光ダイオードを青色光源および/または緑色光源に
用い、その他の光源に現在安価で提供されている発光ダ
イオードあるいは半導体レーザを用いることにより、従
来の可視光三原色に感度を有する通常の感光材料を用い
た、低コストでかつ高信頼性の三原色光源を用いた露光
システムを実現できる。
According to the exposure system of the present invention, a light source,
In an exposure system having a scanning exposure system including a deflecting unit for scanning light emitted from the light source onto an object to be exposed, the light source includes the light emitting diode of the present invention having the above configuration, A low-cost and highly reliable exposure system can be realized. In particular, there is an advantage that an expensive semiconductor laser does not need to be used as a light source in a blue, green or ultraviolet wavelength range. Therefore, in an exposure system using three primary color light sources, for example, a light emitting diode according to the present invention is used as a blue light source and / or a green light source, and other light sources are provided by using light emitting diodes or semiconductor lasers which are currently provided at low cost. In addition, an exposure system using a low-cost and highly reliable three-primary-color light source using a conventional ordinary photosensitive material having sensitivity to the three primary colors of visible light can be realized.

【0020】[0020]

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を用い
て詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0021】本発明の第1の実施の形態によるInGaN系
青色発光ダイオードについてその製造過程に沿って説明
する。その発光ダイオードの導波方向に垂直な断面図を
図1に示す。サファイアC面基板11上にMOCVD法を用い
て、n-GaN低温バッファ層12、n-GaNバッファ層13(Siド
ープ、厚さ5μm)、n-In0.05Ga0.95Nバッファ層14(Si
ドープ、厚さ0.1μm)、n-Al0.15Ga0.85Nクラッド層15
(Siドープ、厚さ0.4μm)、n-GaN光ガイド層16(Siドー
プ、厚さ0.7μm)、アンドープ活性層17、p-GaN光ガイ
ド層18(Mgドープ、厚さ0.7μm)、p-Al0.15Ga0.85Nクラ
ッド層19(Mgドープ、厚さ0.4μm)、p-GaNキャップ層20
(Mgドープ、厚さ0.3μm)を成長する。その後窒素ガス
雰囲気中で熱処理によりp型不純物を活性化する。活性
層17は、アンドープIn0.05Ga0.95N(厚さ10nm)、ア
ンドープIn0.28Ga0.72N量子井戸層(厚さ3nm)、アン
ドープIn0.05Ga0.95N(厚さ5nm)、アンドープIn0.28
Ga0.72N量子井戸層(厚さ3nm)、アンドープIn0.05Ga
0.95N(厚さ10nm)、アンドープAl0.1Ga0.9N(厚さ10
nm)の2重量子井戸構造とする。次に、フォトリソグ
ラフィとエッチングにより発光領域以外の不要部分を除
去する。この後、塩素イオンを用いたRIBE (reactive i
on beam etching) により発光領域以外のエピ層をn-GaN
バッファ層13が露出するまでエッチング除去する。この
際に本LEDの光出射面を形成する。次に同様のプロセス
を用いて、4μm幅のリッジ状のストライプ領域を残し
て、p-Al0.15Ga0.85Nクラッド層19の途中までエッチン
グ除去する。SiN膜21をプラズマCVDで全面に製膜した
後、SiN膜21に電流注入のためのストライプ状窓(幅4μ
m)を開け、n電極形成領域以外のSiN膜21をエッチン
グ除去する。n電極23としてTi/Al/Ti/Au、p電極22と
してNi/Auを蒸着および窒素中アニールしてオーミック
電極を形成して、発光ダイオード100を作製する。
An InGaN-based blue light emitting diode according to a first embodiment of the present invention will be described along its manufacturing process. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the light emitting diode perpendicular to the waveguide direction. On a sapphire C-plane substrate 11, an n-GaN low-temperature buffer layer 12, an n-GaN buffer layer 13 (Si-doped, 5 μm thick), an n-In 0.05 Ga 0.95 N buffer layer 14 (Si
Doping, thickness 0.1 μm), n-Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 15
(Si-doped, 0.4 μm thick), n-GaN optical guide layer 16 (Si-doped, 0.7 μm thick), undoped active layer 17, p-GaN optical guide layer 18 (Mg-doped, 0.7 μm thick), p -Al 0.15 Ga0.85 N cladding layer 19 (Mg doped, 0.4 μm thick), p-GaN cap layer 20
(Mg doped, 0.3 μm thick). Thereafter, the p-type impurity is activated by heat treatment in a nitrogen gas atmosphere. The active layer 17 is made of undoped In 0.05 Ga 0.95 N (thickness 10 nm), undoped In 0.28 Ga 0.72 N quantum well layer (thickness 3 nm), undoped In 0.05 Ga 0.95 N (thickness 5 nm), undoped In 0.28
Ga 0.72 N quantum well layer (thickness 3 nm), undoped In 0.05 Ga
0.95 N (thickness 10 nm), undoped Al 0.1 Ga 0.9 N (thickness 10
nm) double quantum well structure. Next, unnecessary portions other than the light emitting region are removed by photolithography and etching. After that, RIBE (reactive i
epi-layer except for the light-emitting region by n-GaN
The etching is removed until the buffer layer 13 is exposed. At this time, the light emitting surface of the present LED is formed. Next, by using the same process, the p-Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 19 is partially removed by etching, leaving a ridge-shaped stripe region having a width of 4 μm. After the SiN film 21 is formed on the entire surface by plasma CVD, a stripe-shaped window (4 μm in width) for current injection into the SiN film 21
m) is opened, and the SiN film 21 other than the n-electrode formation region is removed by etching. The light emitting diode 100 is manufactured by depositing Ti / Al / Ti / Au as the n-electrode 23 and Ni / Au as the p-electrode 22 and performing annealing in nitrogen to form an ohmic electrode.

【0022】本実施例の発光ダイオード100は端面発光
のストライプ構造を有し、青色の470nm帯域にて発光す
る。チップは幅300μm、長さ300μmで、片側の光出射
端面には無反射コーティング膜を形成した。上記の条件
で作製した発光ダイオードは発光スポット径としては4
μm×1μm程度の微小発光が得られる。これは通常の
LEDと比べると極めて小さく、プリンタの露光光源とし
て十分な特性を有する。
The light emitting diode 100 of this embodiment has an edge emitting stripe structure and emits light in the blue 470 nm band. The chip had a width of 300 μm and a length of 300 μm, and a non-reflective coating film was formed on one light emitting end face. The light emitting diode manufactured under the above conditions has a light emitting spot diameter of 4
Micro emission of about μm × 1 μm can be obtained. This is a normal
It is extremely small compared to LEDs and has sufficient characteristics as an exposure light source for printers.

【0023】次に、本発明による発光ダイオードと従来
技術による発光ダイオードの微小スポットへの集光能力
を図2に示す光学系を用いて評価した。端面発光LED100
からの出射光はレンズ101(NA=0.5、倍率20倍、焦点距
離3.2mm)により、100μm径のピンホール109上に集光
され、ピンホール109透過後の光パワーとLED100前端面
からの全出射パワーとを比較した。
Next, the light condensing ability of the light emitting diode according to the present invention and the light emitting diode according to the prior art to a minute spot was evaluated using the optical system shown in FIG. Edge emitting LED100
The light emitted from the lens 101 is condensed on a pinhole 109 having a diameter of 100 μm by a lens 101 (NA = 0.5, magnification 20 ×, focal length 3.2 mm). The output power was compared.

【0024】発光ダイオード100は、全光量70μWの
時、ピンホール透過パワーは5μWが得られた。従来技
術による発光ダイオードとして、発光ダイオード100と
同様の構造を有するが、n-GaN光ガイド層16およびp-GaN
光ガイド層18の厚さが従来の半導体レーザなどと同様の
0.1μmとした素子を測定したところ、全光量70μWの
時、ピンホール透過パワーは1.7μWとなった。
When the total light quantity of the light emitting diode 100 was 70 μW, a pinhole transmission power of 5 μW was obtained. As a light emitting diode according to the prior art, it has the same structure as the light emitting diode 100, but the n-GaN light guide layer 16 and the p-GaN
The thickness of the light guide layer 18 is the same as that of a conventional semiconductor laser, etc.
When the device with 0.1 μm was measured, the pinhole transmission power was 1.7 μW when the total light amount was 70 μW.

【0025】上記実施の形態による発光ダイオードで
は、活性層と光ガイド層の合計膜厚を厚くとることによ
り、クラッド層外へ放射される光を低減することができ
たため集光効率が改善できた。従来素子では全光量に基
板やクラッド層から放射される光量が大きかったが、本
発明では光ガイド領域(活性層と2つの光ガイド層を含
む領域)からの出射光量が増大し、基板やクラッド層か
らの発光量が減ったため、集光効率が改善したものであ
る。
In the light emitting diode according to the above embodiment, by increasing the total film thickness of the active layer and the light guide layer, light radiated outside the cladding layer could be reduced, so that the light collection efficiency could be improved. . In the conventional device, the amount of light radiated from the substrate or the cladding layer is large to the total amount of light. However, in the present invention, the amount of light emitted from the light guide region (the region including the active layer and the two light guide layers) increases, The light collection efficiency was improved because the amount of light emitted from the layer was reduced.

【0026】次に、発光ダイオードのピンホール内集光
パワーの活性層と光ガイド層の合計膜厚依存性について
説明する。それを示すグラフを図3に示す。全光量70
μWの時について測定した。
Next, the dependency of the condensing power in the pinhole of the light emitting diode on the total thickness of the active layer and the light guide layer will be described. FIG. 3 shows a graph showing this. Total light 70
It was measured at the time of μW.

【0027】図3に示すように、活性層と光ガイド層の
合計膜厚が400nm以上ではピンホール内集光パワー
が4μWとなり、400nmより小さい場合と比べると
2倍以上向上していることがわかる。さらに合計膜厚が
1000nm以上ではさらに集光パワーが増加してい
る。
As shown in FIG. 3, when the total film thickness of the active layer and the light guide layer is 400 nm or more, the condensing power in the pinhole becomes 4 μW, which is more than twice as large as that when the thickness is smaller than 400 nm. Understand. Further, when the total film thickness is 1000 nm or more, the condensing power is further increased.

【0028】半導体レーザでは、活性層と光ガイド層の
合計膜厚が大きくなると、高次の横モードが発振するた
め上限が存在するが、本発明の発光ダイオードはレーザ
発振していないため、むしろ活性層と光ガイド層の合計
膜厚を大きくとって、多くの高次モードを許容した多モ
ード導波としたほうが、異なる角度でガイド層とクラッ
ド層との界面へ入射する自然放出光を効率よく端面へ光
を導くことができる。従って、実用的にはストライプ幅
あるいはそれ以上に光ガイド層を厚くすることが効果的
である。
In a semiconductor laser, when the total film thickness of the active layer and the light guide layer becomes large, a higher-order transverse mode oscillates, so there is an upper limit. However, since the light emitting diode of the present invention does not oscillate, it has It is more efficient to increase the total thickness of the active layer and the optical guide layer to achieve multimode waveguide that allows many higher-order modes, because the spontaneous emission light entering the interface between the guide layer and the cladding layer at different angles is more efficient. Light can be well guided to the end face. Therefore, in practice, it is effective to make the light guide layer thicker than the stripe width or more.

【0029】次に本発明の第2の実施の形態によるInGa
N系青色発光ダイオードについて説明する。その発光ダ
イオードの導波方向に垂直な断面図を図4に示す。本実
施の形態による発光ダイオードは、基本的な層構造およ
び製法は上記第1の実施の形態と同様であり、各要素に
は同符号を付し説明を省略する。
Next, the InGa according to the second embodiment of the present invention will be described.
The N-based blue light emitting diode will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of the light emitting diode perpendicular to the waveguide direction. The light emitting diode according to the present embodiment has the same basic layer structure and manufacturing method as those of the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

【0030】図4に示すように、本実施の形態ではスト
ライプ幅4μmに対して、n-GaN光ガイド層16およびp-Ga
N光ガイド層18の厚みをいずれも1.5μmと厚く設定し、
リッジ加工を、n-GaN光ガイド層16がストライプ部以外
で除去されるまで行っている。このように、光ガイド層
全体をストライプ状とすることにより、自然放出光が有
効に端面に導波されるため、更に集光効率が向上する。
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the n-GaN optical guide layer 16 and the p-Ga
The thickness of each of the N light guide layers 18 is set as thick as 1.5 μm,
The ridge processing is performed until the n-GaN optical guide layer 16 is removed at portions other than the stripe portion. As described above, by forming the entire light guide layer into a stripe shape, the spontaneous emission light is effectively guided to the end face, and the light collection efficiency is further improved.

【0031】次に、本発明の第3の実施の形態によるIn
GaN系青色発光ダイオードについて説明し、その発光ダ
イオードの断面図を第5図に示す。基本的な構造および
製法は、基板にn型の導電性を有する6H-SiC基板31を用
いていることを除いては上記第1の実施形態と同様であ
り、各要素には同符号を付し説明を省略する。
Next, In according to the third embodiment of the present invention will be described.
A GaN-based blue light emitting diode will be described, and a cross-sectional view of the light emitting diode is shown in FIG. The basic structure and manufacturing method are the same as those of the first embodiment except that a 6H-SiC substrate 31 having n-type conductivity is used for the substrate, and each element is denoted by the same reference numeral. And the description is omitted.

【0032】図5に示すように、本実施の形態による発
光ダイオードにおいては、基板にn型導電性を有する6
H−SiC基板31を用いている。このため、基板裏面に
n型電極23を形成している構成となっている。
As shown in FIG. 5, in the light emitting diode according to the present embodiment, the substrate has n-type conductivity.
An H-SiC substrate 31 is used. Therefore, the configuration is such that the n-type electrode 23 is formed on the back surface of the substrate.

【0033】上記3つの実施の形態では、青色領域に発
光波長を有する発光ダイオードについて記述したが、こ
の波長域に限らず、緑あるいはそれ以上の長波長領域あ
るいは450nm以下の紫あるいは更に短波長の紫外領域に
発光波長を有する発光ダイオードについても、本発明を
適用できることは言うまでもない。例えば、紫外の発光
ダイオードは、GaNあるいはAlGaNを活性層とし、AlGaN
光ガイド層、AlGaNクラッド層を備えた層構成であるこ
とが望ましい。
In the above three embodiments, a light emitting diode having an emission wavelength in the blue region has been described. However, the present invention is not limited to this wavelength region, and is not limited to this wavelength region, but is a green or longer wavelength region, or a violet or shorter wavelength of 450 nm or less. It goes without saying that the present invention can be applied to a light emitting diode having an emission wavelength in the ultraviolet region. For example, an ultraviolet light emitting diode uses GaN or AlGaN as an active layer, and uses an AlGaN
It is desirable to have a layer configuration including an optical guide layer and an AlGaN cladding layer.

【0034】また、上記実施の形態では、素子構造とし
ては絶縁膜形成リッジ形状によるストライプ構造を記し
たが、AlGaN等による埋め込み構造などの、これまで提
案されているストライプ構造の半導体レーザに採用され
てきた種々の構造を適用できる。
In the above embodiment, a stripe structure having a ridge shape for forming an insulating film is described as an element structure. However, the present invention is applied to a semiconductor laser having a stripe structure proposed so far, such as a buried structure made of AlGaN or the like. The various structures described above can be applied.

【0035】次に、前記実施の形態に示すような本発明
の微小発光径で効率よく微小スポットへの集光が可能な
発光ダイオードを用いて高速かつ簡便な露光システムに
ついて説明する。その概略構成図を図6に示す。
Next, a description will be given of a high-speed and simple exposure system using a light-emitting diode of the present invention as described in the above-mentioned embodiment, which can efficiently condense light into a minute spot with a small light emission diameter. FIG. 6 shows a schematic configuration diagram thereof.

【0036】図6に示すように、上記第1の実施の形態
による本発明の発光ダイオード200から出射した光ビー
ムを、更に広がり角を小さくするための第1レンズ201
を通して、例えばガルバノミラー等の可動鏡202により
偏光して集光レンズ203を通してメディア上に集光す
る。従来の放散光を放射する発光ダイオードを光源とし
た場合と異なり、微小スポット径を有しているため、レ
ーザを光源として用いたのと同様の簡便な光学系を用い
て低コストで露光システムを構成することでき、かつレ
ーザ光と同様、高速での偏向が可能である。
As shown in FIG. 6, a light beam emitted from the light emitting diode 200 of the present invention according to the first embodiment is converted into a first lens 201 for further reducing the spread angle.
Then, the light is polarized by a movable mirror 202 such as a galvanometer mirror and condensed on a medium through a condenser lens 203. Unlike a conventional light emitting diode that emits divergent light, it has a very small spot diameter, so an exposure system can be manufactured at low cost using a simple optical system similar to that using a laser as a light source. It can be configured, and can be deflected at a high speed like the laser beam.

【0037】次に、本発明の別の実施の形態である露光
システムについて説明する。その概略構成図を図7に示
す。
Next, an exposure system according to another embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 shows a schematic configuration diagram thereof.

【0038】図7に示すように、本実施の形態において
は、発光ダイオード210から出射した光ビームを、更に
広がり角を小さくするための第1レンズ211を通し光走
査用の偏向装置としてポリゴンミラー212により偏向し
て、集光レンズ213を通してメディア上に集光する。本
実施の形態においても、低コストで高信頼性露光システ
ムを実現できる。
As shown in FIG. 7, in the present embodiment, a light beam emitted from a light emitting diode 210 passes through a first lens 211 for further reducing the spread angle, and a polygon mirror is used as a light scanning deflection device. The light is deflected by the light 212 and condensed on the medium through the condenser lens 213. Also in the present embodiment, a highly reliable exposure system can be realized at low cost.

【0039】露光系の構成としては上記2つの実施の形
態に限られるわけではなく、最小限光走査用の偏向装置
と集光レンズを用いた装置として種々の構成が可能であ
る。
The configuration of the exposure system is not limited to the above two embodiments, and various configurations are possible as a device using a deflector for light scanning and a condenser lens.

【0040】また、上記2つの実施の形態においては、
単一光源の場合のみついて記載したが、例えば赤緑青の
3種類の光源などの複数の光源を組み合わせる事も可能
である。
In the above two embodiments,
Although only the case of a single light source has been described, it is also possible to combine a plurality of light sources such as three types of light sources of red, green and blue.

【0041】また、複数の光源を用いる場合、全ての光
源に本発明の発光ダイオードを用いる必要はなく、緑色
および青色光源に本発明の発光ダイオードを用い、赤色
の光源に赤色半導体レーザを用いる等、他の光源と組み
合わせることも可能である。
When a plurality of light sources are used, it is not necessary to use the light emitting diodes of the present invention for all the light sources. For example, the light emitting diodes of the present invention are used for the green and blue light sources, and the red semiconductor laser is used for the red light source. , Can be combined with other light sources.

【0042】本発明によって半導体レーザが実現困難な
青、緑あるいは紫外域の波長領域において微小スポット
に効率良く絞り込むことが可能な発光ダイオードを実現
することにより、高速かつ高品位なプリンタを実現する
ことができる。また、この発光ダイオードを用いて走査
露光系を構成することにより、極めて簡便に露光システ
ムを構築できる。
According to the present invention, a high-speed and high-quality printer can be realized by realizing a light emitting diode capable of efficiently narrowing down a minute spot in a blue, green or ultraviolet wavelength region where a semiconductor laser is difficult to realize. Can be. In addition, by configuring a scanning exposure system using the light emitting diodes, an exposure system can be constructed extremely easily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による発光ダイオー
ドの断面図
FIG. 1 is a sectional view of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態による発光ダイオー
ドを用いた集光光学系
FIG. 2 is a light condensing optical system using a light emitting diode according to the first embodiment of the present invention.

【図3】ピンホール内集光パワーの活性層と光ガイド層
の合計膜厚依存性を示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing the dependence of the condensing power in a pinhole on the total thickness of an active layer and an optical guide layer.

【図4】本発明の第2の実施の形態による発光ダイオー
ドの断面図
FIG. 4 is a sectional view of a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施の形態による発光ダイオー
ドの断面図
FIG. 5 is a sectional view of a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施の形態による露光システムの概
略構成図
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an exposure system according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の別の実施の形態による露光システムの
概略構成図
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an exposure system according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 サファイアC面基板 12 n-GaN低温バッファ層 13 n-GaNバッファ層 14 n-In0.05Ga0.95Nバッファ層 15 n-Al0.15Ga0.85Nクラッド層 16 n-GaN光ガイド層 17 アンドープ活性層 18 p-GaN光ガイド層 19 p-Al0.15Ga0.85Nクラッド層 20 p-GaNキャップ層 21 SiN膜 22 p電極 23 n電極11 Sapphire C-plane substrate 12 n-GaN low temperature buffer layer 13 n-GaN buffer layer 14 n-In 0.05 Ga 0.95 N buffer layer 15 n-Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 16 n-GaN optical guide layer 17 undoped active layer 18 p-GaN optical guide layer 19 p-Al 0.15 Ga0.85 N cladding layer 20 p-GaN cap layer 21 SiN film 22 p electrode 23 n electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F041 AA06 AA31 AA43 CA05 CA14 CA33 CA34 CA40 CA46 CA65 CA73 CA74 CA82 CA92 CB05 CB11 EE11 EE25 FF13 5F073 AA13 AA43 AA74 AA83 AB27 AB29 BA07 CA07 CB05 EA07 EA18  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page F term (reference) 5F041 AA06 AA31 AA43 CA05 CA14 CA33 CA34 CA40 CA46 CA65 CA73 CA74 CA82 CA92 CB05 CB11 EE11 EE25 FF13 5F073 AA13 AA43 AA74 AA83 AB27 AB29 BA07 CA07 CB05 EA07 EA18

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層の積層方向の上下に、該活性層側
から光ガイド層および少なくとも1層のAlGaNを含
む半導体からなるクラッド層をこの順に備えており、前
記上下それぞれの光ガイド層およびクラッド層におい
て、前記光ガイド層の屈折率が前記クラッド層の屈折率
より高く、ストライプ状の光導波構造を有する発光ダイ
オードにおいて、 前記活性層と2つの光ガイド層の合計膜厚が400nm
以上であることを特徴とする発光ダイオード。
An optical guide layer and at least one cladding layer made of a semiconductor containing AlGaN are provided in this order above and below the active layer in the stacking direction of the active layer. In the clad layer, the refractive index of the light guide layer is higher than the refractive index of the clad layer, and in a light emitting diode having a stripe-shaped optical waveguide structure, the total film thickness of the active layer and the two light guide layers is 400 nm.
Light emitting diode characterized by the above.
【請求項2】 前記活性層および2つの光ガイド層の合
計膜厚が、1μm以上であることを特徴とする請求項1
記載の発光ダイオード。
2. The total thickness of the active layer and the two light guide layers is 1 μm or more.
A light-emitting diode as described.
【請求項3】 前記各クラッド層の厚さが、500nm
以下であることを特徴とする請求項1または2記載の発
光ダイオード。
3. The thickness of each clad layer is 500 nm.
The light emitting diode according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記光ガイド層がGaNからなることを
特徴とする請求項1、2または3記載の発光ダイオー
ド。
4. The light emitting diode according to claim 1, wherein said light guide layer is made of GaN.
【請求項5】 光源と、該光源から発せられる光を被露
光体上に走査するための偏向手段とを備えた走査露光系
を有する露光システムにおいて、 前記光源に、請求項1から4いずれか1項記載の発光ダ
イオードが含まれていることを特徴とする露光システ
ム。
5. An exposure system having a scanning exposure system including a light source and a deflecting unit for scanning light emitted from the light source onto an object to be exposed, wherein the light source is any one of claims 1 to 4. An exposure system comprising the light emitting diode according to claim 1.
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