JP2014135371A - Surface emitting laser, surface emitting laser array and optical scanning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、面発光レーザ、面発光レーザアレイ及び光走査装置に係り、更に詳しくは、基板表面に直交する方向に光を射出する面発光レーザ、該面発光レーザが集積された面発光レーザアレイ、及び前記面発光レーザあるいは面発光レーザアレイを有する光走査装置に関する。 The present invention relates to a surface emitting laser, a surface emitting laser array, and an optical scanning device. More specifically, the present invention relates to a surface emitting laser that emits light in a direction orthogonal to a substrate surface, and a surface emitting laser array in which the surface emitting laser is integrated. And an optical scanning device having the surface emitting laser or the surface emitting laser array.
面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)は、基板表面に直交する方向に光を射出する半導体レーザであり、基板表面に平行な方向に光を射出する端面発光型の半導体レーザに比べて、(1)低価格、(2)低消費電力、(3)小型で高性能、(4)2次元集積化が容易、という特徴を有している。 A surface emitting laser (VCSEL) is a semiconductor laser that emits light in a direction perpendicular to the surface of a substrate, compared to an edge-emitting semiconductor laser that emits light in a direction parallel to the surface of the substrate. , (1) low price, (2) low power consumption, (3) small size and high performance, and (4) easy two-dimensional integration.
面発光レーザは、いわゆるメサ構造を有しており、活性層に電流を注入するためのp側電極に対する段差の影響が種々考慮されている(例えば、特許文献1〜特許文献9参照)。 The surface emitting laser has a so-called mesa structure, and various effects of the step on the p-side electrode for injecting current into the active layer are considered (for example, see Patent Documents 1 to 9).
しかしながら、従来の面発光レーザでは、メサの側壁における配線部材のカバレージ(被覆性)の不足により断線するおそれがあったり、内部応力に起因する結晶欠陥の増加により寿命が低下するおそれがあった。 However, in the conventional surface emitting laser, there is a risk of disconnection due to insufficient coverage (coverability) of the wiring member on the side wall of the mesa, and there is a possibility that the lifetime may be reduced due to an increase in crystal defects due to internal stress.
本発明は、基板上に下部反射鏡、活性層を含む共振器構造体、及び上部反射鏡が積層されているメサ構造の発光部を有する面発光レーザにおいて、前記メサ構造における側壁の一部に接し、該側壁から底面に移行する領域を滑らかにする断線防止部材が設けられていることを特徴とする面発光レーザである。 The present invention provides a surface emitting laser having a mesa structure light emitting portion in which a lower reflecting mirror, a resonator structure including an active layer, and an upper reflecting mirror are stacked on a substrate. The surface emitting laser is characterized in that a disconnection preventing member is provided which is in contact with and smoothes a region where the side wall is shifted to the bottom surface.
本発明の面発光レーザによれば、断線や寿命低下を抑制することができる。 According to the surface emitting laser of the present invention, it is possible to suppress disconnection and lifetime reduction.
以下、本発明の一実施形態を図1〜図14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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a
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。
The
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。
The
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、増幅回路、アナログデータをデジタルデータに変換する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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。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。 Each photosensitive drum has a photosensitive layer formed on the surface thereof. That is, the surface of each photoconductive drum is a surface to be scanned. Each photosensitive drum is rotated in the direction of the arrow in the plane of FIG. 1 by a rotation mechanism (not shown).
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。 Each charging device uniformly charges the surface of the corresponding photosensitive drum.
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。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。
The
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。
As each developing roller rotates, toner from a corresponding toner cartridge (not shown) is thinly and uniformly applied to the surface thereof. Then, when the toner on the surface of each developing roller comes into contact with the surface of the corresponding photosensitive drum, the toner moves only to a portion irradiated with light on the surface and adheres to the surface. In other words, each developing roller causes toner to adhere to the latent image formed on the surface of the corresponding photosensitive drum so as to be visualized. Here, the toner-attached image (toner image) moves in the direction of the
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。
The yellow, magenta, cyan, and black toner images are sequentially transferred onto the
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。
Recording paper is stored in the
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。
In the
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。 Each cleaning unit removes toner (residual toner) remaining on the surface of the corresponding photosensitive drum. The surface of the photosensitive drum from which the residual toner has been removed returns to the position facing the corresponding charging device again.
次に、前記光走査装置2010の構成について説明する。
Next, the configuration of the
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)、4つの同期検知用ミラー(2205a、2205b、2205c、2205d)、4つの同期検知センサ(2206a、2206b、2206c、2206d)、及び不図示の走査制御装置などを備えている。
2 to 5 as an example, the
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Y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。
Here, in the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system, the direction along the longitudinal direction (rotation axis direction) of each photosensitive drum is defined as the Y-axis direction, and the direction parallel to the rotation axis of the
また、以下では、便宜上、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。 In the following, for convenience, in each optical member, a direction corresponding to the main scanning direction is abbreviated as “main scanning corresponding direction”, and a direction corresponding to the sub scanning direction is abbreviated as “sub scanning corresponding direction”.
走査制御装置は、4つの光源(2200a、2200b、2200c、2200d)、及び光偏向器2104を制御する。
The scanning control device controls four light sources (2200a, 2200b, 2200c, 2200d) and an
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と同期検知用ミラー2205aと同期検知センサ2206a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。
A
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と同期検知用ミラー2205bと同期検知センサ2206b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。
The
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と同期検知用ミラー2205cと同期検知センサ2206c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。
The
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と同期検知用ミラー2205dと同期検知センサ2206d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。
A
各光源は、一例として図6に示されるように、32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100を有している。そして、32個の発光部の周囲には、各発光部に個別に対応する32個のボンディングパッドが設けられている。ここでは、各光源において、レーザ発振方向をz軸方向、主走査対応方向をy軸方向、副走査対応方向をx軸方向とする。
As shown in FIG. 6 as an example, each light source has a surface emitting
32個の発光部は、図7に示されるように、全ての発光部を副走査対応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「d1」)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。また、各発光部の詳細については後述する。 As shown in FIG. 7, the 32 light emitting units have the same light emitting unit interval (“d1” in FIG. 7) when all the light emitting units are orthogonally projected onto a virtual line extending in the sub-scanning corresponding direction. Is arranged. In this specification, the “light emitting portion interval” refers to the distance between the centers of two light emitting portions. Details of each light emitting unit will be described later.
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。 Each coupling lens is disposed on the optical path of the light beam emitted from the corresponding light source, and makes the light beam a substantially parallel light beam.
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。 Each aperture plate has an opening, and shapes the light beam via the corresponding coupling lens.
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。
Each cylindrical lens forms an image of the light beam that has passed through the opening of the corresponding aperture plate in the vicinity of the deflection reflection surface of the
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。
The optical system disposed on the optical path between each light source and the
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。
The
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に照射され、光スポットが形成される。
The light beam from the
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に照射され、光スポットが形成される。
The light beam from the
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に照射され、光スポットが形成される。
The light beam from the
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に照射され、光スポットが形成される。
The light beam from the
各感光体ドラム上の光スポットは、光偏向器2104の回転に伴って感光体ドラムの長手方向に移動する。このときの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。
The light spot on each photosensitive drum moves in the longitudinal direction of the photosensitive drum as the
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。
An optical system disposed on the optical path between the
各同期検知センサは、光偏向器2104で偏向され対応する感光体ドラムに向かう光であって、書き込みに利用されない光を、対応する同期検知用ミラーを介して受光する。各同期検知センサは、受光光量に応じた信号を走査制御装置に出力する。走査制御装置は、各同期検知センサの出力信号に基づいて、対応する感光体ドラムへの書き込み開始タイミングを求める。
Each synchronization detection sensor receives light, which is deflected by the
ここで、面発光レーザアレイ100の各発光部について説明する。
Here, each light emitting part of the surface emitting
図8は、1つの発光部の中心、及び該発光部に対応するボンディングパッドの中心を含み、z軸に平行な平面で切断したときの切断図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view taken along a plane parallel to the z-axis, including the center of one light emitting unit and the center of a bonding pad corresponding to the light emitting unit.
各発光部は、発振波長が780nm帯の面発光レーザであり、基板101、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、コンタクト層109、誘電体層110、層間絶縁膜111、p側電極113、n側電極114、及び断線防止部材115などを有している。すなわち、面発光レーザアレイ100は、複数の面発光レーザが集積されたものである。
Each light emitting unit is a surface emitting laser having an oscillation wavelength of 780 nm, and includes a
基板101は、n−GaAs単結晶基板である。
The
下部半導体DBR103は、基板101の+z側の面上にバッファ層(図示省略)を介して積層され、n−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層と、n−Al0.3Ga0.7As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。
The
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Al0.6Ga0.4Asからなる層である。
The
活性層105は、下部スペーサ層104の+z側に積層され、Al0.12Ga0.88Asの量子井戸層及びAl0.3Ga0.7Asの障壁層からなる活性層である。
The
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Al0.6Ga0.4Asからなる層である。
The
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、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、その厚さが1波長の光学的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。
The portion composed of the
上部半導体DBR107は、上部スペーサ層106の+z側に積層され、p−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層とp−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層のペアを24ペア有している。各屈折率層の間には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。
The
上部半導体DBR107における低屈折率層の1つには、p−AlAsからなる被選択酸化層が厚さ30nmで挿入されている。この被選択酸化層の挿入位置は、上部スペーサ層106から2ペア目の低屈折率層中である。
In one of the low refractive index layers in the
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。
The
なお、このように基板101上に複数の半導体層が積層されたものを、以下では、便宜上「積層体」ともいう。
Note that a structure in which a plurality of semiconductor layers are stacked on the
誘電体層110は、コンタクト層109の+z側に積層されている。誘電体層110の材料として、窒化シリコン(SiN)、酸化シリコン(SiO2)、酸窒化シリコン(SiON)などを用いることができる。
The
層間絶縁膜111の材料として、窒化シリコン(SiN)、酸化シリコン(SiO2)、酸窒化シリコン(SiON)などを用いることができる。
As a material of the
断線防止部材115としては、作業性の点から、塗布する際は液状であり、塗布後に硬化させることができる物質であることが好ましい。例えば、断線防止部材115として、いわゆるSOG(Spin On Glass)や、ポリイミド等の有機樹脂を用いることができる。
The
SOGは、加熱することにより硬化させることができる。有機樹脂は、常温重合型、加熱重合型、光重合型があり、作業性の点から、光重合型の感光性ポリイミドであるPBO(ポリベンゾオキサゾール)が好ましい。SOGやポリイミドは、化学的に安定した材料であり、長期にわたり変質劣化することなく信頼性の高い断線防止部材として機能する。 SOG can be cured by heating. The organic resin includes a room temperature polymerization type, a heat polymerization type, and a photopolymerization type, and PBO (polybenzoxazole) which is a photopolymerization type photosensitive polyimide is preferable from the viewpoint of workability. SOG and polyimide are chemically stable materials, and function as highly reliable disconnection preventing members without deterioration over time.
次に、面発光レーザアレイ100の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the surface emitting
(1)上記積層体を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)による結晶成長によって作成する(図9(A)参照)。 (1) The laminate is formed by crystal growth by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE) (see FIG. 9A).
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、フォスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)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(CBr4)、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(H2Se)を用いている。 Here, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), and trimethylindium (TMI) are used as Group III materials, and phosphine (PH 3 ) and arsine (AsH 3 ) are used as Group V materials. ing. Further, carbon tetrabromide (CBr 4 ) and dimethyl zinc (DMZn) are used as the raw material for the p-type dopant, and hydrogen selenide (H 2 Se) is used as the raw material for the n-type dopant.
(2)積層体の表面にプラズマCVD法により誘電体層110を形成する(図9(B)参照)。
(2) A
(3)誘電体層110の表面に、メサ領域及びボンディングパッド領域のパターンを含むレジストマスクを形成する。
(3) A resist mask including a pattern of a mesa region and a bonding pad region is formed on the surface of the
(4)上記レジストマスクを用いて、ウェットエッチング法で、誘電体層110を除去する。
(4) The
(5)上記レジストマスクを用いて、誘導結合型(ICP)ドライエッチング法で、半導体層をエッチングする。なお、メサ側壁の形状及びテーパ角θは、エッチング条件によって調整することができる。ここでは、一例として、コンタクト層109からエッチング底面までほぼ直線状となるようにした。また、エッチング底面は下部スペーサ層104中に位置するようにした。そして、このときのエッチング深さをLとする。
(5) Using the resist mask, the semiconductor layer is etched by an inductively coupled (ICP) dry etching method. Note that the shape of the mesa side wall and the taper angle θ can be adjusted according to the etching conditions. Here, as an example, the
(6)レジストマスクを除去する(図10(A)参照)。 (6) The resist mask is removed (see FIG. 10A).
(7)水蒸気中で熱処理する。ここでは、メサの外周部から被選択酸化層108中のAlが選択的に酸化される。そして、メサの中央部に、Alの酸化層108aによって囲まれた酸化されていない領域108bを残留させる(図10(B)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、酸化狭窄構造体が作成される。上記酸化されていない領域108bが電流通過領域(電流注入領域)である。
(7) Heat treatment in water vapor. Here, Al in the
(8)プラズマCVD法を用いて、層間絶縁膜111を全面に形成する(図11(A)参照)。
(8) An
(9)スピン法あるいはディップ法を用いて、断線防止部材115をメサ底部に塗布した後、該断線防止部材115を硬化させる(図11(B)参照)。ここでは、断線防止部材115として、PBO(ポリベンゾオキサゾール)を用いている。
(9) After applying the
この際、断線防止部材115が、メサ側壁の全面ではなく、メサ底面からの高さがL/2以下のところに形成されるように、断線防止部材115の粘度を調整して塗布したり、硬化後にエッチバックを行なう。なお、メサ底面からの高さがL/2以上のところまで断線防止部材115が形成されると、硬化時の収縮による応力がメサ内部へ作用し、該内部の結晶欠陥を誘発し、信頼性や寿命に影響するおそれがある(図12参照)。ここでは、更に、断線防止部材115の高さが上部スペーサ層106の+z側の面、すなわち、共振器構造体の高さ以下となるように設定されている。
At this time, the
この断線防止部材115は、メサ側壁の一部に接し、メサ側壁からメサ底面に移行する領域を滑らかにする。また、断線防止部材115は、表面が曲面であり、メサ側壁からの距離が大きくなるにつれて高さが低くなる。
The
(10)レーザ光の射出面となるメサ上部に、いわゆる窓開けを行うためのエッチングマスクを作成する。 (10) An etching mask for opening a so-called window is formed on the upper part of the mesa serving as a laser beam emission surface.
(11)BHFにて層間絶縁膜111及び誘電体層110をエッチングする。
(11) The
(12)エッチングマスクを除去する(図13(A)参照)。 (12) The etching mask is removed (see FIG. 13A).
(13)メサ上面の周囲領域、ボンディングパッド領域、該2つの領域を結ぶ配線領域を含むレジストパターンを形成する。 (13) A resist pattern including a peripheral region on the upper surface of the mesa, a bonding pad region, and a wiring region connecting the two regions is formed.
(14)p側の電極材料の蒸着を行なう。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。多層膜の膜厚は、700nm〜900nmである。 (14) Evaporate the electrode material on the p side. As the electrode material on the p side, a multilayer film made of Cr / AuZn / Au or a multilayer film made of Ti / Pt / Au is used. The film thickness of the multilayer film is 700 nm to 900 nm.
(15)レジストパターンを有機溶剤で溶解し除去する(図13(B)参照)。これにより、p側電極113が形成される。メサ上面のp側電極113で囲まれた領域が射出領域である。
(15) The resist pattern is dissolved and removed with an organic solvent (see FIG. 13B). Thereby, the p-
(16)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14参照)。ここでは、n側電極114はAuGe/Ni/Auからなる多層膜である。
(16) After polishing the back side of the
(17)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、メサは発光部となる。
(17) Ohmic conduction is established between the p-
(18)チップ毎に切断し、それぞれパッケージに実装する。 (18) Cut for each chip and mount each on a package.
このようにして製造された面発光レーザアレイ100では、メサ上面とボンディングパッドとの間に3μm〜5μmの段差が存在しているが、メサ底部に断線防止部材115が設けられているため、いずれの発光部においても断線はみられなかった。
In the surface emitting
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100によると、各発光部は、基板101、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、コンタクト層109、誘電体層110、層間絶縁膜111、p側電極113、n側電極114、及び断線防止部材115などを有している。
As described above, according to the surface emitting
断線防止部材115は、メサ底部に設けられ、メサ側壁からメサ底面に移行する領域を滑らかにする。この場合は、配線部材のカバレージの不足を抑制することができる。
The
また、断線防止部材115は、メサ側壁の全面ではなく、メサ底面からの高さがL/2以下のところに形成されている。この場合は、断線防止部材115が硬化する際の収縮によってメサ内部で結晶欠陥が誘発されるのを抑制することができる。
The
そこで、断線や寿命低下を抑制することができる。従って、面発光レーザアレイ100の製造歩留まりが向上し、低コスト化を図ることが可能となる。
Therefore, disconnection and life reduction can be suppressed. Therefore, the manufacturing yield of the surface emitting
また、面発光レーザアレイ100では、複数の発光部(面発光レーザ)の集積度を高くすることができる。
In the surface emitting
光走査装置2010は、各光源が面発光レーザアレイ100を有しているため、安定した光走査を行うことができる。
Since each light source has the surface emitting
そして、カラープリンタ2000は、光走査装置2010を備えているため、結果として安定した画像形成を行うことができる。
Since the
ところで、面発光レーザアレイ100では、各発光部を副走査対応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、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム上では副走査方向に等間隔で発光部が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。
By the way, in the surface emitting
そして、例えば、上記間隔d2を2.65μm、光走査装置2010の光学系の倍率を2倍とすれば、4800dpi(ドット/インチ)の高密度書込みができる。もちろん、主走査対応方向の発光部数を増加したり、副走査対応方向のピッチd1(図7参照)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、発光部の点灯のタイミングで容易に制御できる。
For example, if the distance d2 is 2.65 μm and the magnification of the optical system of the
また、この場合には、カラープリンタ2000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。
In this case, the
また、面発光レーザアレイ100の寿命が向上するので、書き込みユニットもしくは光源ユニットの再利用が可能となる。
Further, since the lifetime of the surface emitting
なお、上記実施形態では、メサ構造を形成する工程(5)において、コンタクト層109からエッチング底面までほぼ直線状となるようにエッチング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。
In the above-described embodiment, the case where the mesa structure is formed in the step (5) of etching so as to be substantially linear from the
例えば、エッチング条件が途中で変化し、図15(A)に示されるように、メサ壁面のテーパ角が途中でθ1からθ2(>θ1)に変化しても良い。この場合、テーパ角がθ2の領域では、従来、配線部材のカバレージ不足が発生しやすかったが、図15(B)に示されるように、断線防止部材115を設けることにより、テーパ角がθ2の領域での配線部材のカバレージ不足を抑制することが可能となった。
For example, the etching conditions may change during the process, and the taper angle of the mesa wall surface may change from θ1 to θ2 (> θ1) during the process as shown in FIG. In this case, in the region where the taper angle is θ2, conventionally, the wiring member is likely to be insufficiently covered. However, as shown in FIG. 15B, by providing the
また、エッチング条件が途中で変化し、図16(A)に示されるように、メサ底部にノッチが形成されても良い。この場合、メサ底部では、従来、配線部材のカバレージ不足が発生しやすかったが、図16(B)に示されるように、断線防止部材115を設けることにより、メサ底部での配線部材のカバレージ不足を抑制することが可能となった。
Further, the etching conditions may change midway, and a notch may be formed at the bottom of the mesa as shown in FIG. In this case, the coverage of the wiring member has conventionally been liable to occur at the bottom of the mesa. However, as shown in FIG. 16B, by providing the
また、上記実施形態において、一例として図17に示されるように、複数の発光部の周囲にダミーメサが形成されている場合、発光部とダミーメサとの間のメサ底部、及びダミーメサとボンディングパッドとの間のメサ底部に、それぞれ断線防止部材115を設けることにより、配線部材のカバレージ不足を生じることなく、発光部のメサ上面からの配線部材をダミーメサを経由してボンディングパッドに向かわせることができる(図18参照)。
Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 17 as an example, when a dummy mesa is formed around a plurality of light emitting units, the mesa bottom between the light emitting unit and the dummy mesa, and the dummy mesa and the bonding pad By providing the
また、上記実施形態において、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して、一例として図19に示されるように、射出領域内に、該射出領域の中心部から外れた部分の反射率が射出領域の中心部の反射率よりも低くなるように、光学的に透明な誘電体膜(116、117)が形成されていても良い。 Further, in the above embodiment, for the purpose of stabilizing the polarization direction while controlling the oscillation of the high-order transverse mode, as shown in FIG. 19 as an example, from the center of the emission region, as shown in FIG. An optically transparent dielectric film (116, 117) may be formed so that the reflectance of the detached portion is lower than the reflectance of the central portion of the emission region.
また、上記実施形態において、一例として図20に示されるように、メサ底面の中央部では断線防止部材115がなくても良い。
Moreover, in the said embodiment, as FIG. 20 shows as an example, the
また、上記実施形態では、面発光レーザアレイが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。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a surface emitting laser array had 32 light emission parts, it is not limited to this.
また、上記実施形態では、各光源が面発光レーザアレイ100を有する場合について説明したが、これに限らず、各光源が面発光レーザアレイ100と同様にして作成され、発光部が1つの面発光レーザ素子を有していても良い。
Moreover, although the case where each light source has the surface emitting
また、上記実施形態では、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、発光部の発振波長を変更しても良い。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the oscillation wavelength of a light emission part was a 780 nm band, it is not limited to this. The oscillation wavelength of the light emitting unit may be changed according to the characteristics of the photoreceptor.
また、面発光レーザアレイ100は、画像形成装置以外の用途に用いることができる。その場合には、発振波長は、その用途に応じて、650nm帯、850nm帯、980nm帯、1.3μm帯、1.5μm帯等の波長帯であっても良い。
Further, the surface emitting
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く、単色のプリンタであっても良い。 In the above embodiment, the case of a color printer as the image forming apparatus has been described.
また、上記実施形態では、トナー画像を記録紙に転写する画像形成装置について説明したが、これに限定されるものではなく、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。 In the above-described embodiment, the image forming apparatus that transfers the toner image to the recording paper has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the laser beam is directly applied to a medium (for example, paper) that develops color by laser light. May be an image forming apparatus that emits light.
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。 Further, an image forming apparatus using a silver salt film as the image carrier may be used. In this case, a latent image is formed on the silver salt film by optical scanning, and this latent image can be visualized by a process equivalent to a developing process in a normal silver salt photographic process. Then, it can be transferred to photographic paper by a process equivalent to a printing process in a normal silver salt photographic process. Such an image forming apparatus can be implemented as an optical plate making apparatus or an optical drawing apparatus that draws a CT scan image or the like.
100…面発光レーザアレイ、101…基板、103…下部半導体DBR(下部反射鏡)、104…下部スペーサ層(共振器構造体の一部)、105…活性層、106…上部スペーサ層(共振器構造体の一部)、107…上部半導体DBR(上部反射鏡)、109…コンタクト層、110…誘電体層、111…層間絶縁膜、113…p側電極、114…n側電極、115…断線防止部材、2000…カラープリンタ、2010…光走査装置、2030a〜2030d…感光体ドラム、2104…光偏向器、2200a〜2200d…光源。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記メサ構造における側壁の一部に接し、該側壁から底面に移行する領域を滑らかにする断線防止部材が設けられていることを特徴とする面発光レーザ。 In a surface emitting laser having a light emitting part of a mesa structure in which a lower reflecting mirror, a resonator structure including an active layer, and an upper reflecting mirror are stacked on a substrate,
A surface emitting laser comprising a disconnection preventing member that is in contact with a part of a side wall of the mesa structure and smoothes a region that transitions from the side wall to the bottom surface.
請求項1〜8のいずれか一項に記載の面発光レーザ、又は請求項9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上に集光する走査光学系とを備える光走査装置。 An optical scanning device that scans a surface to be scanned with light,
A light source comprising the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 8, or the surface emitting laser array according to claim 9.
An optical deflector for deflecting light from the light source;
An optical scanning device comprising: a scanning optical system that condenses the light deflected by the optical deflector onto the surface to be scanned.
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