JP2016058743A - Surface-emitting laser module, optical scanner device, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、面発光レーザモジュール、光走査装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a surface emitting laser module, an optical scanning device, and an image forming apparatus.
昨今、多色画像形成装置においては、より高精細な画像品質が求められている。このため、高速化が年々進み、オンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷に用いられるようになりつつある。具体的には、面発光レーザを2次元的に配列した構成の2次元アレイ素子を用いることにより、感光体上での副走査間隔を記録密度の1/nにすることができ、単位画素をn×mの複数ドットのマトリクス構成を形成することができる。 In recent years, higher-definition image quality is required in multicolor image forming apparatuses. For this reason, the speed is increasing year by year and it is being used for simple printing as an on-demand printing system. Specifically, by using a two-dimensional array element having a configuration in which surface-emitting lasers are two-dimensionally arranged, the sub-scanning interval on the photosensitive member can be reduced to 1 / n of the recording density, and the unit pixel is An n × m multiple dot matrix configuration can be formed.
ところで、面発光レーザ素子を含め一般的に半導体レーザ素子等を有した光学系では、レンズやカバーガラスからの反射光が元のレーザ素子に戻ってくる戻り光によって、光量の変動が発生するという問題点を有している。この光量変動には、nsecオーダーの高速に起きるものや、msecオーダーで起きるような変動まで様々な光量変動がある。従来、面発光レーザは、ミラーの反射率が高いことから、戻り光に対しては強いものと考えられてきた。しかしながら、検討の結果、必ずしも面発光レーザは戻り光に強くはなく、特に、複数の面発光レーザが配列された面発光レーザアレイの場合においては、ある面発光レーザから発せられた光が戻り光となり、その戻り光が隣接する面発光レーザに入射し、光量変動が生じることが確認されている。 By the way, in an optical system generally including a semiconductor laser element including a surface emitting laser element, the amount of light varies due to the return light from the reflected light from the lens or cover glass returning to the original laser element. Has a problem. The light quantity fluctuation includes various light quantity fluctuations such as those occurring at a high speed of nsec order and fluctuations occurring on the msec order. Conventionally, surface emitting lasers have been considered strong against return light because of the high reflectivity of the mirror. However, as a result of studies, surface-emitting lasers are not necessarily strong against return light. In particular, in the case of a surface-emitting laser array in which a plurality of surface-emitting lasers are arranged, light emitted from a certain surface-emitting laser is returned light. Thus, it has been confirmed that the return light is incident on the adjacent surface emitting laser and the light amount fluctuation occurs.
このため、面発光レーザにおいて、活性層の障壁層にカーボンを変調ドーピングし、微分利得を増大して共振器内の緩和振動周波数が面発光レーザから出力されるレーザ光を変調する光通信周波数を超えるように設定する方法(特許文献1)や、レーザ光の一部を吸収する吸収層を含む構成によって戻り光耐性を高める方法が開示されている(特許文献2)。 For this reason, in the surface emitting laser, the barrier layer of the active layer is modulated and doped with carbon, the differential gain is increased, and the relaxation oscillation frequency in the resonator is adjusted to the optical communication frequency that modulates the laser light output from the surface emitting laser. There are disclosed a method of setting so as to exceed (Patent Document 1) and a method of increasing the return light resistance by a configuration including an absorption layer that absorbs part of laser light (Patent Document 2).
また、特許文献3では光ファイバーの端面からの戻り光を防ぐために光ファイバーを面発光レーザに対し、2度以上傾斜させて、戻り光の影響を低減する方法が開示されている。戻り光対策において、カバーガラスや光ファイバーの端面を傾ける方法は、一般的に行われている方法である。しかし、単に傾けられる角度にも設計上の制約があり、できるだけ小さな傾き角で最大限の効果を導くことが求められている。
しかしながら、特許文献1から3に記載されている方法では、光量変動を所定の値以下にすることは極めて困難であり、光量変動が所定の値以下となる面発光レーザモジュールを得ることができなかった。
However, with the methods described in
よって、本発明は、戻り光による光量変動が極めて少ない面発光レーザモジュール、及び、この面発光レーザモジュールを用いた光走査装置、画像形成装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a surface-emitting laser module in which the amount of light fluctuation due to return light is extremely small, and an optical scanning device and an image forming apparatus using the surface-emitting laser module.
本発明は、基板形成された前記基板面に対し垂直方向に光を出射する面発光レーザと、前記基板を設置するための凹部が設けられているパッケージと、前記凹部とともに前記基板を囲むように、前記面発光レーザの光の出射側において、前記パッケージと接続される透明基板と、を有する面発光レーザモジュールにおいて、前記面発光レーザのメサ上部に形成された電極に囲まれた領域内に、前記光における反射率の高い領域と反射率の低い領域とが形成されており、前記反射率の高い領域と前記反射率の低い領域により定まる前記光の偏光方向において、前記透明基板が、前記基板面に対し傾斜していることを特徴とする。 The present invention includes a surface emitting laser that emits light in a direction perpendicular to the substrate surface on which the substrate is formed, a package having a recess for installing the substrate, and surrounding the substrate together with the recess. In a surface emitting laser module having a transparent substrate connected to the package on the light emitting side of the surface emitting laser, in a region surrounded by electrodes formed on the mesa of the surface emitting laser, A region with high reflectance and a region with low reflectance are formed in the light, and the transparent substrate is the substrate in the polarization direction of the light determined by the region with high reflectance and the region with low reflectance. It is characterized by being inclined with respect to the surface.
また、本発明は、前記反射率の高い領域は、直交する2軸において幅が異なるものであって、前記直交する2軸のうち幅が短くなる軸方向において、前記透明基板が、前記基板面に対し傾斜していることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the high-reflectance region has different widths in two orthogonal axes, and the transparent substrate has the substrate surface in an axial direction in which the width becomes shorter among the two orthogonal axes. It is characterized by being inclined with respect to.
また、本発明は、前記偏光方向と垂直となる方向においては、前記透明基板は前記基板面に対して略平行であることを特徴とする。 The present invention is also characterized in that the transparent substrate is substantially parallel to the substrate surface in a direction perpendicular to the polarization direction.
また、本発明は、前記メサの上面は、正方形状または長方形状に形成されていることを特徴とする。 In the present invention, the upper surface of the mesa is formed in a square shape or a rectangular shape.
また、本発明は、前記偏光方向は、正方形状または長方形状における辺のいずれかと平行であることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the polarization direction is parallel to any of the sides of the square shape or the rectangular shape.
また、本発明は、前記透明基板の表面のいずれか一方の面、または、両面に、反射防止膜が形成されていることを特徴とする。 Moreover, the present invention is characterized in that an antireflection film is formed on one or both surfaces of the surface of the transparent substrate.
また、本発明は、前記反射率の高い領域と前記反射率の低い領域は、前記メサの上面に形成される前記光を透過する誘電体膜の膜厚を異なる膜厚とすることにより形成されるものであって、前記反射率の高い領域における光学的な膜厚は、前記光の波長をλとした場合、λ/4の偶数倍であることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the high reflectance region and the low reflectance region are formed by setting different thicknesses of the dielectric film that transmits light on the top surface of the mesa. The optical film thickness in the high reflectance region is an even multiple of λ / 4 where λ is the wavelength of the light.
また、本発明は、前記反射率の高い領域と前記反射率の低い領域とは、前記メサの上面に形成される前記光を透過する誘電体膜の膜厚を異なる膜厚とすることにより形成されるものであって、前記反射率の低い領域における光学的な膜厚は、前記光の波長をλとした場合、λ/4の奇数倍であることを特徴とする。 Further, in the present invention, the high reflectance region and the low reflectance region are formed by setting different thicknesses of the dielectric film that transmits light on the top surface of the mesa. The optical film thickness in the low reflectance region is an odd multiple of λ / 4 where λ is the wavelength of the light.
また、本発明は、前記誘電体膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜であることを特徴とする。 In the present invention, the dielectric film is a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film.
また、本発明は、前記基板には、前記面発光レーザが複数設けられた面発光レーザアレイが形成されていることを特徴とする。 The present invention is characterized in that a surface emitting laser array provided with a plurality of the surface emitting lasers is formed on the substrate.
また、本発明は、前記透明基板を保持するキャップを有しており、前記キャップは、前記パッケージに接合されているリングを介し前記パッケージと接合されていることを特徴とする。 In addition, the present invention has a cap for holding the transparent substrate, and the cap is joined to the package via a ring joined to the package.
また、本発明は、前記キャップは底面部を有しており、前記底面部において前記リングと接合されるものであって、前記底面部は正方形状または長方形状に形成されているものであることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the cap has a bottom surface portion, and is joined to the ring at the bottom surface portion, and the bottom surface portion is formed in a square shape or a rectangular shape. It is characterized by.
また、本発明は、前記キャップは底面部を有しており、前記底面部において前記リングと接合されるものであって、前記底面部は前記凹部の形状と相似する形状により形成されているものであることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the cap has a bottom surface portion and is joined to the ring at the bottom surface portion, and the bottom surface portion is formed in a shape similar to the shape of the concave portion. It is characterized by being.
また、本発明は、前記リング部と前記キャップとはシーム溶接により接合されていることを特徴とする。 Moreover, the present invention is characterized in that the ring portion and the cap are joined by seam welding.
また、本発明は、光によって被走査面を走査する光走査装置であって前記記載の面発光レーザモジュールを有する光源と、前記光源からの光を偏向する光偏向部と、前記光偏向部により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、を有することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided an optical scanning device that scans a surface to be scanned with light, the light source having the surface emitting laser module described above, a light deflection unit that deflects light from the light source, and the light deflection unit. And a scanning optical system for condensing the deflected light on the surface to be scanned.
また、本発明は、像担持体と、前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する前記記載の光走査装置と、を有することを特徴とする。 According to another aspect of the invention, there is provided an image carrier, and the above-described optical scanning device that scans the image carrier with light modulated in accordance with image information.
また、本発明は、前記像担持体は複数であって、前記画像情報は、多色のカラー情報であることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that there are a plurality of the image carriers, and the image information is multicolor color information.
本発明によれば、戻り光による光量変動が極めて少ない面発光レーザモジュール、及び、この面発光レーザモジュールを用いた光走査装置、画像形成装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a surface emitting laser module in which the amount of light fluctuation due to return light is extremely small, and an optical scanning device and an image forming apparatus using the surface emitting laser module.
本発明の実施の形態について説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態は、複数の面発光レーザにより構成される面発光レーザアレイを有する面発光レーザモジュールである。
[First Embodiment]
The first embodiment is a surface emitting laser module having a surface emitting laser array composed of a plurality of surface emitting lasers.
図1に示されるように、本実施の形態における面発光レーザモジュールを含むレーザモジュール10Aと、光学モジュール10Bとを組み合わせることにより、光源ユニット10が形成される。
As shown in FIG. 1, a
尚、本明細書では、光源ユニット10からの光の出力方向をZ軸方向、このZ軸方向に垂直な平面内で互いに直交する2つの方向をX軸方向及びY軸方向として説明する。レーザモジュール10Aは、本実施の形態における面発光レーザモジュール20、面発光レーザモジュール20内にある面発光レーザを駆動制御する不図示のレーザ制御装置、面発光レーザモジュール20及びレーザ制御装置が実装されているPCB(Printed Circuit Board)基板25を有している。
In this specification, the light output direction from the
また、光学モジュール10Bは、第1の部分10B1と第2の部分10B2を有している。 第1の部分10B1は、アパチャーミラー31、集光レンズ34、及び受光素子35を有しており、また、第2の部分10B2は、コリメートレンズ32、及び開口板33を有している。
The
第1の部分10B1は、レーザモジュール10Aの+Z側であって、面発光レーザモジュール20における面発光レーザ素子である面発光レーザアレイチップから出射された光の光路上にアパチャーミラー31が位置するように配置されている。 アパチャーミラー31に入射した光の一部は−Y方向に反射され、集光レンズ34を介して受光素子35で受光される。 受光素子35は、受光光量に応じた信号(光電変換信号)を前記レーザ制御装置に出力する。
The
第2の部分10B2は、第1の部分10B1の+Z側であって、アパチャーミラー31を透過した光の光路上にコリメートレンズ32が位置するように配置されている。 コリメートレンズ32は、アパチャーミラー31を透過した光を略平行光とする。 開口板33は、開口部を有しており、コリメートレンズ32を介した光を整形する。 よって、開口板33の開口部を通過した光が、光源ユニット10の出力となる。 このように、面発光レーザモジュール20から出射された光は、直接、光学モジュール10Bに入射する。
The
次に、図2、図3に基づき本実施の形態における面発光レーザモジュール20について説明する。尚、図2(a)は、面発光レーザモジュール20の斜視図であり、図2(b)は、図2(a)における破線2A−2Bにおいて切断した断面図であり、図2(c)は、面発光レーザモジュール20の内部の斜視図である。また、図3は、透明基板であるカバーガラス22を外した状態の面発光レーザモジュール20の内部の上面図である。本実施の形態における面発光レーザモジュール20は、面発光レーザアレイチップ40がCLCC(Ceramic leaded chip carrier)と呼ばれるパッケージ21に実装されたものを用いている。パッケージ21の上面には、透明基板であるカバーガラス22が設置されており、ごみなどの侵入を防ぐことができる。このため、このカバーガラス22が面発光レーザに最も近い透明部材となる。よって、カバーガラス22を面発光レーザアレイチップ40に対し、略平行に設置した場合、面発光レーザアレイチップ40から出射した光の一部はカバーガラス22によって反射されて、戻り光として、面発光レーザアレイチップ40における面発光レーザの開口部から活性層に侵入する。
Next, the surface emitting
このため、本実施の形態における面発光レーザモジュール20では、面発光レーザアレイチップ40の表面に対し、カバーガラス22を傾斜させて配置している。これによりパッケージ21に設置されるカバーガラス22を戻り光による影響を防ぐことができる。カバーガラス22の傾斜は、面発光レーザアレイチップ40の表面に対する傾斜角度は大きい方が戻り光に対しては効果があるが、実装スペースやビーム形状の変形などの制約から約15°程度が最適であることを知見として得た。よって、本実施の形態では、面発光レーザアレイチップ40の表面に対するカバーガラス22の傾斜角度を15°とした。尚、傾斜方向については、後に詳しく説明する。
For this reason, in the surface emitting
また、図2(c)及び図3に示されるように、パッケージ21は、セラミックスにより形成されており、パッケージ21の内部には金属配線23を有している。金属配線23は、パッケージ21の周辺から中央に向かって伸びており、パッケージ21側面に設けられた側壁電極24に1対1に対応して独立に接続されている。 パッケージ21の中央部分には金属膜が設けられたダイアタッチエリアが共通電極になっており、ここでは、4隅に位置する各々8本の金属配線がダイアタッチエリアに接続されている。 そして、このダイアタッチエリアに、面発光レーザアレイチップ40がAuSn等の半田材を用いてダイボンドされている。尚、面発光レーザアレイチップ40表面には電極配線が形成されており、電極パッドから、それぞれのVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)素子の後述するp側電極に接続されている。
As shown in FIGS. 2C and 3, the
また、電極配線23はワイヤーボンディングによって、面発光レーザアレイチップ40上の不図示の電極パッドと電気的に接続してもよい。
The
(面発光レーザ)
次に、面発光レーザアレイチップ40に形成される面発光レーザについて説明する。面発光レーザアレイは、複数の面発光レーザが2次元的にアレイ状に配列されているものであり、面発光レーザアレイチップ40は、このような面発光レーザアレイを一つのチップとしたものである。
(Surface emitting laser)
Next, the surface emitting laser formed on the surface emitting
図4に基づき面発光レーザアレイを構成する一つの面発光レーザ100について説明する。尚、図4(a)は面発光レーザ100のXZ面における断面図であり、図4(b)は面発光レーザ100のYZ面における断面図である。また、本明細書では、前述のとおり、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。
One
面発光レーザ100は、発振波長が780nm帯の面発光レーザであり、基板101、バッファ層102、下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、上部半導体DBR107、コンタクト層109などを有している。更に、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及び下部スペーサ層104の一部には、エッチング等によりメサ110が形成されており、更には、保護層111が形成されており、この保護膜111が形成される際に、透明層111A及び111Bが形成されている。また、上部半導体DBR107内には、選択酸化領域108aと電流狭窄領域108bが形成された電流狭窄層108が形成されており、更に、メサ110の上部にはp側電極113が形成されており、基板101の裏面にはn側電極114が形成されている。
The
基板101は、表面が鏡面研磨面であり、図5(a)に示されるように、鏡面研磨面(主面)の法線方向が、結晶方位[1 0 0]方向に対して、結晶方位[1 1 1]A方向に向かって15度(θ=15度)傾斜したn−GaAs単結晶基板である。即ち、基板101はいわゆる傾斜基板である。ここでは、図5(b)に示されるように、結晶方位[0 −1 1]方向が+X方向、結晶方位[0 1 −1]方向が−X方向となるように配置されている。
The surface of the
尚、基板101として、このような傾斜基板を用いることによって、偏光方向をX軸方向に安定させようとする偏光制御作用が働く。
By using such a tilted substrate as the
バッファ層102は、基板101の+Z側の面上に積層され、n−GaAsからなる層である。
The
下部半導体DBR103は、バッファ層102の+Z側に積層され、n−AlAsからなる低屈折率層103aと、n−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層103bのペアを40.5ペア積層形成することにより形成されている。各屈折率層の間には、図6に示されるように、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、各屈折率層の厚さは、いずれも隣接する組成傾斜層の厚さの1/2を含んだ厚さが、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。尚、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(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pからなる層である。
The
活性層105は、下部スペーサ層104の+Z側に積層されており、図6に示されるように、3層の量子井戸層105aと4層の障壁層105bとを有する3重量子井戸構造の活性層である。各量子井戸層105aは、0.7%の圧縮歪みを誘起する組成であるGaInAsPからなり、バンドギャップ波長が約780nmである。また、各障壁層105bは、0.6%の引張歪みを誘起する組成であるGaInPからなる。
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(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P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、図6に示されるように、共振器構造体とも呼ばれており、その厚さが1波長の光学厚さとなるように設定されている。尚、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107aとp−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層107bのペアを25ペア積層形成することにより形成されている。
The
上部半導体DBR107における各屈折率層の間には、図6に示されるように、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層における膜厚は、いずれも隣接する組成傾斜層の膜厚の1/2を含んだ膜厚が、λ/4の光学的厚さとなるように設定されている。
Between the refractive index layers in the
上部半導体DBR107における低屈折率層の1つには、p−AlAsからなる電流狭窄層108が厚さ30nmで挿入されている。この電流狭窄層108の挿入位置は、電界の定在波分布において、活性層105から3番目となる節に対応する位置である。尚、電流狭窄層108は、メサ110を形成した後、熱酸化等を行うことにより周辺部における選択酸化領域108aと電流狭窄領域108bとが形成される。
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上にバッファ層102、下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、上部半導体DBR107、コンタクト層109等を積層形成したものを便宜上「積層体」ともいう。
Note that a structure in which the
(面発光レーザの製造方法)
次に、図7から図12に基づき、面発光レーザ100の製造方法について説明する。なお、ここでは、所望の偏光方向P(たとえば、P偏光)は、X軸方向であるものとする。
(Method for manufacturing surface emitting laser)
Next, a method for manufacturing the
最初に、図7(a)に示すように、積層体を有機金属気相成長法(MOCVD法)または分子線エピタキシャル成長法(MBE法)により結晶成長させることにより形成する。例えば、MOCVD法により作製する場合では、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。 First, as shown in FIG. 7A, the laminate is formed by crystal growth by metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). For example, in the case of manufacturing by the MOCVD method, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), and trimethylindium (TMI) are used as the group III material, and phosphine (PH 3 ), Arsine (AsH 3 ) is used. 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.
次に、積層体の表面に一辺が25μmの正方形状の不図示のレジストパターンを形成する。具体的には、作製された積層体の表面にフォトレジストを塗布し、プリベーク、露光装置による露光、現像を行うことによりレジストパターンを形成する。 Next, a square resist pattern (not shown) having a side of 25 μm is formed on the surface of the laminate. Specifically, a photoresist is applied to the surface of the produced laminate, and a resist pattern is formed by performing pre-baking, exposure using an exposure apparatus, and development.
次に、Cl2ガスを用いたECRエッチング法により、レジストパターンをマスクとして、レジストパターンの形成されていない領域の積層体を除去する。本実施の形態では、下部スペーサ層104が露出するまでドライエッチングを行う。
Next, the stacked body in the region where the resist pattern is not formed is removed by ECR etching using Cl 2 gas, using the resist pattern as a mask. In this embodiment mode, dry etching is performed until the
次に、図7(b)に示すように、フォトマスクを除去する。これにより、四角柱状のメサ構造体(以下では、便宜上「メサ」と略述する)110が形成される。 Next, as shown in FIG. 7B, the photomask is removed. Thereby, a quadrangular prism-shaped mesa structure (hereinafter abbreviated as “mesa” for convenience) 110 is formed.
次に、図7(c)に示すように、積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、電流狭窄層108中のAl(アルミニウム)がメサ110の側面となる外周部から選択的に酸化される。これにより、電流狭窄層108には、周辺部分の選択酸化領域108aと、中央部分の酸化されていない電流狭窄領域108bとが形成される。このようにして、いわゆる電流狭窄構造(酸化狭窄構造)が形成され、活性層に流れる電流経路をメサ110の中央部だけに制限することができる。即ち、電流は酸化されていない電流狭窄領域108bに流れ、選択酸化領域108aは流れない。よって、メサ110の中央部分に電流を集中して流すことができる。このような電流狭窄領域108bは、例えば幅4μmから6μm程度の略正方形状に形成する。
Next, as shown in FIG.7 (c), a laminated body is heat-processed in water vapor | steam. As a result, Al (aluminum) in the
次に、図8(a)に示すように、気相化学堆積法(CVD法)を用いて、シリコン窒化膜であるSiNからなる保護層111を形成する。本実施の形態では、保護層111の光学的厚さがλ/4となるようにした。具体的には、SiNの屈折率nが1.86、発振波長λが780nmであるため、実際の膜厚(=λ/4n)は約105nmに設定した。尚、保護膜111は、SiN以外にもシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜により形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 8A, a
次に、図8(b)に示すように、レーザ光の出射面となるメサ110上部にP側電極コンタクトの窓開けを行うためのエッチングマスク(マスクMという)を作製する。ここでは、一例として、メサ110の周囲、メサ110上面の周囲、及びメサ110上面の中心部を挟んで偏光方向Pに平行な方向(X軸方向)に対向し、偏光方向Pに垂直な方向(Y軸方向)に延びる2つの長方形状の小領域(第1の小領域と第2の小領域)がエッチングされないようにマスクMを作製するする。例えば、図9に示されるように、第1の小領域と第2の小領域の間隔(X軸方向、即ち、偏光方向Pに平行な方向の間隔)L1を5μm、第1の小領域及び第2の小領域の幅(X軸方向、即ち、偏光方向Pに平行な方向の幅)L2を2μm、第1の小領域及び第2の小領域の長さ(Y軸方向、即ち、偏光方向Pに垂直な方向の長さ)L3を8μmとする。尚、図9は、図8(b)におけるメサ110の部分の拡大図である。尚、本実施の形態では、このマスクMはレジストパターンにより形成されている。
Next, as shown in FIG. 8B, an etching mask (referred to as a mask M) for opening a window for the P-side electrode contact is formed on the upper part of the
次に、BHF(バッファドフッ酸)にて、マスクMの形成されていない領域における保護層111をエッチングし、P側電極コンタクトのための窓開けを行う。
Next, the
次に、図10に示すように、マスクMを除去する。尚、図10(a)は、この工程におけるXZ面における断面図であり、図10(b)は、XY面における上面図である。本面最初においては、便宜上、第1の小領域に残存している保護層111を「透明層111A」と称し、第2の小領域に残存している保護層111を「透明層111B」と称する。この際、マスクMも横方向からエッチングされるため、形状を縮ませながら、保護層111をエッチングすることによって、透明層111A及び透明層111Bには傾斜のある側面が形成される。
Next, as shown in FIG. 10, the mask M is removed. 10A is a cross-sectional view in the XZ plane in this step, and FIG. 10B is a top view in the XY plane. At the beginning of this plane, for the sake of convenience, the
次に、メサ110上部の光出射部(金属層の開口部)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、この後、p側電極材料の蒸着を行う。p側電極材料としては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。
Next, a square resist pattern having a side of 10 μm is formed in a region serving as a light emitting portion (opening portion of the metal layer) above the
次に、図11に示すように、光出射部となる領域(出射領域)に蒸着された電極材料をリフトオフし、p側電極113を形成する。p側電極113はメサ110の上面において、ロの字状に形成されており、このp側電極113により囲まれた領域が出射領域となる。尚、図12は、メサ110の上部における拡大図である。出射領域の形状は、一辺の長さがL4(例えば、10μm)の正方形である。本実施の形態では、出射領域内の2つの小領域(第1の小領域、第2の小領域)に、光学的厚さがλ/4のSiNからなる透明な誘電体膜として透明層111Aと透明層111Bが形成されている。これにより、2つの小領域(第1の小領域、第2の小領域)における反射率は、p側電極113で囲まれた領域であって、透明層111Aと透明層111Bが形成されていない領域、即ち、中心部等の領域よりも反射率が低くなる。尚、本実施の形態では、このように、2つの小領域(第1の小領域、第2の小領域)のように、反射率の低くなる領域のことをフィルタ領域、または、フィルタと称する場合がある。
Next, as shown in FIG. 11, the electrode material deposited in the region (emission region) serving as the light emitting portion is lifted off, and the p-
次に、図11に示すように、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。ここでは、n側電極114はAuGe/Ni/Auからなる多層膜である。
Next, as shown in FIG. 11, the back side of the
次に、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110が発光部となる面発光レーザ100を形成することができる。
Next, ohmic conduction is established between the p-
次に、チップ毎に切断し、面発光レーザが二次元的に配列されている面発光レーザアレイチップを作製する。 Next, it cut | disconnects for every chip | tip and the surface emitting laser array chip | tip with which the surface emitting laser is arranged two-dimensionally is produced.
これにより、偏光方向PがX軸方向となる面発光レーザを作製することができる。このようにして形成された面発光レーザ100において、偏光方向PがX軸方向となるのは、中心部における光の反射率の高い領域(透明層111Aと透明層111Bが形成されていない領域)におけるY軸方向における長さL4よりも、X軸方向における長さ(透明層111Aと透明層111Bとの間隔)L1が短いためと考えられる。即ち、X軸方向とY軸方向において、光の反射率の高い領域の長さが短い方向が、偏光方向Pとなるものと考えられる。
Thereby, a surface emitting laser in which the polarization direction P is the X-axis direction can be manufactured. In the surface-emitting
(変形例)
次に、2つの小領域(第1の小領域、第2の小領域)に形成されるフィルタの形状について説明する。上記においては、2つの小領域の形状がY軸方向を長手方向とする長方形であ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。
(Modification)
Next, the shape of the filter formed in the two small areas (first small area and second small area) will be described. In the above description, the case where the shapes of the two small regions are rectangles whose longitudinal direction is the Y-axis direction has been described, but the present invention is not limited to this.
例えば、図13に示すように、所望の偏光方向PをY軸方向にする場合には、2つの小領域(第1の小領域、第2の小領域)の形状がX軸方向を長手方向とする長方形となるように、即ち、透明層111Aと透明層111BとがX軸方向を長手方向とする長方形となるように形成する。
For example, as shown in FIG. 13, when the desired polarization direction P is set to the Y-axis direction, the shape of the two small regions (the first small region and the second small region) is the longitudinal direction in the X-axis direction. In other words, the
また、図14に示すように、所望の偏光方向PをX軸方向にする場合において、2つの小領域(第1の小領域、第2の小領域)の形状が円弧状であって、Y軸方向には、各々円弧の内側と外側とがつながった形状となるように形成する。即ち、リング形状をY軸方向において切断した形状となるように、透明層111Dと透明層111Eを形成する。
As shown in FIG. 14, when the desired polarization direction P is set to the X-axis direction, the shape of the two small regions (first small region and second small region) is an arc shape, and Y In the axial direction, the inner and outer sides of the arc are connected to each other. That is, the
また、図15に示すように、所望の偏光方向PをX軸方向にする場合において、p側電極113内の中心において、Y軸方向を長径LL1としX軸方向を短径LS1とする楕円形状の開口を有する透明層111Fを形成する。
Further, as shown in FIG. 15, when the desired polarization direction P is set to the X-axis direction, an elliptical shape having the major axis LL1 as the Y-axis direction and the minor axis LS1 as the X-axis direction at the center in the p-
また、図16に示すように、所望の偏光方向PをX軸方向にする場合において、p側電極113内の中心部に、六角形状の開口部を形成し、六角形状の開口部におけるY軸方向における長さLL2が、X軸方向における長さLS2よりも長くなるように、透明層111Gと透明層111Hを形成する。
In addition, as shown in FIG. 16, when the desired polarization direction P is set to the X-axis direction, a hexagonal opening is formed in the center of the p-
また、図17に示すように、所望の偏光方向PをX軸方向にする場合において、p側電極113内の4隅のうち2つの隅に、三角形状の透明層111Jと透明層111Kを形成し、透明層111Jと透明層111Kが形成されていない反射率の高い領域におけるY軸方向の長さLL3が、X軸方向の長さLS3よりも長くなるように形成する。
As shown in FIG. 17, when the desired polarization direction P is set to the X-axis direction, a triangular
また、図18に示すように、所望の偏光方向PをX軸方向にする場合において、p側電極113内に、Y軸方向が長手方向となる長方形状の透明層111Lをp側電極113に沿って形成する。これにより、透明層111Lの形成されていない反射率の高い領域のY軸方向における長さLL4をX軸方向における長さLS4よりも長くすることができ、偏光方向PをX軸方向にすることができる。
As shown in FIG. 18, when the desired polarization direction P is set to the X-axis direction, a rectangular
例えば、図19のように反射率の低い小領域111M、111Nが出射領域内にある場合、高い反射率領域は図に示すような領域となる。この領域は、第1の小領域と第2の小領域とで構成される低い反射領域を除いた部分である。小領域の外側にあたる部分(例えばKK部分)も高い反射領域からのぞいている。電流狭窄領域において発振する光が形成する発振モードは、電流狭窄領域付近にしか広がらない。そのため、図に見られるように、発振モードに寄与する面積は斜線部分の高い反射領域と考えられ、小領域をまたいた部分(たとえばKK部分)は電流狭窄領域から距離があり、発振モードへの寄与が小さいと考えられる。ただし、光に影響を与える微細構造は、光の波長レベルでの大きさで無ければ、大きな影響を与えないので、数百nmオーダー以上の大きさを持つもので定義される。以上のように、高い領域が定義され、その領域における長軸と短軸の方向を定義することができる。
For example, when the
また、図20に示すように、所望の偏光方向PをX軸方向にする場合において、p側電極113内の4隅のうち対向する2つの隅に、三角形状の透明層111Qと透明層111Rを形成し、透明層111Qと透明層111Rが形成されていない反射率の高い領域におけるY軸方向の長さLL6が、X軸方向の長さLS6よりも長くなるように形成する。
In addition, as shown in FIG. 20, when the desired polarization direction P is set to the X-axis direction, the triangular
尚、上述した透明層111C、111D、111E、111F、111G、111H、111J、111K、111L、111M、111N、111Q、111Rは、透明層111A及び111Bと同様の材料であって、同様の膜厚で形成されている。
The
また、上記において、透明層111A及び111B等が保護層111と同じ材質であ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 description, the
また、上記においては、透明層111A及び透明層111B等の光学的厚さがλ/4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、図21に示されるように、保護膜121等を形成することにより、透明層121A及び透明層121Bが形成される領域において、光学的厚さが3λ/4となる面発光レーザ100aであってもよい。要するに、透明層111A及び透明層111Bが形成される領域、または、透明層121A及び透明層121Bが形成される領域において、光学的厚さがλ/4の奇数倍であれば、上述した面発光レーザ100と同様の効果を得ることができる。尚、図21(a)は、面発光レーザ100aのXZ面における断面図であり、図21(b)は、面発光レーザ100aのYZ面における断面図である。
In the above description, the case where the optical thickness of the
図22及び図23に基づき、面発光レーザ100aの製造方法について説明する。具体的には、図22(a)に示すように、面発光レーザ100と同様の方法により、p側電極113まで形成した後、図22(b)に示すように、気相化学堆積法(CVD法)により、SiNからなる保護層121を光学的厚さが2λ/4となるように形成する。即ち、SiNの屈折率nが1.86、発振波長λが780nmであるため、実際の膜厚(=2λ/4n)は約210nmに設定した。この後、図23に示すように、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。これにより、透明層121A及び透明層121Bの光学的厚さが3λ/4となる面発光レーザ100aを得ることができる。
A method for manufacturing the
このとき、出射領域の中心部は、光学的厚さが2λ/4の保護層121(誘電体膜)で被覆されることとなる。また、出射領域の周辺部で2つの小領域(第1の小領域と第2の小領域)を除く領域も、光学的厚さが2λ/4の保護層121(誘電体膜)で被覆されることとなる。出射領域の周辺部の一部での反射率が出射領域の中心部の反射率に比べ相対的に低くなる。 At this time, the central portion of the emission region is covered with a protective layer 121 (dielectric film) having an optical thickness of 2λ / 4. In addition, the area excluding the two small areas (the first small area and the second small area) at the periphery of the emission area is also covered with a protective layer 121 (dielectric film) having an optical thickness of 2λ / 4. The Rukoto. The reflectance at a part of the periphery of the emission region is relatively lower than the reflectance at the center of the emission region.
また、面発光レーザ100aでは、出射面全部が保護層121(誘電体膜)に被覆されていることとなるため、出射面の酸化や汚染を抑制することができる。尚、出射領域の中心部も保護層121(誘電体膜)に覆われているが、その光学的厚さをλ/2の偶数倍としているため、反射率を低下させることがなく、保護層121(誘電体膜)がない場合と同等の光学特性が得られた。
In addition, in the
(面発光レーザモジュールの特性の評価)
次に、上述した面発光レーザにより形成される面発光レーザモジュールの特性について説明する。面発光レーザモジュール及び光源ユニットとして、図1に示した構造を模した光学系を利用して特性の評価を行った。特性評価として、出射された光の光量をフォトダイオード(PD)にて検出する。得られる理想的な波形データを図24(a)に示す。しかしながら、戻り光の影響を受けると、光量が不安定となり変動が生じる。図24(b)において模式的に、光量変動がある場合の異常波形125aを光量変動のない正常波形125bと比較して示す。図24(b)に示されるように、異常波形125aは、波形の前半部分に波を打つように現れることが多いが、これに限らず、後半部分に波を打つように現れる場合もある。また、周波数も1kHzの場合や、もっと大きい、例えば、数100kHzの波形においても、波形変動が生じる場合がある。特に、1kHzにおける波形を画像形成装置に必要な1ラインを安定して描く際の基準とした場合、その安定性は画像形成装置によっては、5%レベルの変動であっても問題となる。ここで、画像形成装置に必要な特性として、この特性値を定量化する方法について説明する。一般的には、熱によるレーザ光量の変動を評価する指標であり、ドループ値として利用されている。具体的には、図24(a)に示すように、レーザ立ち上がり時間帯の光量と、十分に時間が経過した状態の時間帯での光量の差をとる。その一例として、1kHzでデューティー比が50%の波形を示している。
Dr=(Pa−Pb)/Pa
Pa:時間Taにおける光出力値
Pb:時間Tbにおける光出力値
上式で示される数値Drをドループ値として定義する。本実施の形態では、1kHzでデューティーが50%、Taは1kHzにおける1μsecの位置で、Tbは490μsecの位置とした。光出力は1.4mW相当とし、測定温度は25℃になるように温調冶具で調整した。本実施の形態では上記のような出力、温度としているが、利用される出力値、温度に対して、本測定が行われるので、これに限定されるものではない。また、上記周波数、デューティー比、および、Ta、Tbは、画像形成装置として、高精度な画像を形成する上で、必要な条件となる。
(Evaluation of characteristics of surface emitting laser module)
Next, characteristics of the surface emitting laser module formed by the surface emitting laser described above will be described. The characteristics of the surface emitting laser module and the light source unit were evaluated using an optical system simulating the structure shown in FIG. As a characteristic evaluation, the amount of emitted light is detected by a photodiode (PD). The ideal waveform data obtained is shown in FIG. However, when affected by the return light, the light quantity becomes unstable and fluctuates. In FIG. 24 (b), an abnormal waveform 125a in the case where there is a light amount variation is schematically shown in comparison with a normal waveform 125b in which there is no light amount variation. As shown in FIG. 24 (b), the abnormal waveform 125a often appears to wave in the first half of the waveform. However, the present invention is not limited to this, and may appear to wave in the second half. In addition, waveform fluctuation may occur even when the frequency is 1 kHz or even a larger waveform, for example, several hundred kHz. In particular, when the waveform at 1 kHz is used as a reference for stably drawing one line necessary for the image forming apparatus, the stability becomes a problem even if the fluctuation is 5% depending on the image forming apparatus. Here, a method for quantifying the characteristic value as a characteristic necessary for the image forming apparatus will be described. Generally, it is an index for evaluating fluctuations in the amount of laser light due to heat, and is used as a droop value. Specifically, as shown in FIG. 24A, the difference between the light quantity in the laser rising time zone and the light quantity in the time zone in which a sufficient amount of time has elapsed is taken. As an example, a waveform having a duty ratio of 50% at 1 kHz is shown.
Dr = (Pa−Pb) / Pa
Pa: light output value at time Ta Pb: light output value at time Tb A numerical value Dr represented by the above equation is defined as a droop value. In this embodiment, the duty is 50% at 1 kHz, Ta is 1 μsec at 1 kHz, and Tb is 490 μsec. The light output was adjusted to 1.4 mW and the measurement temperature was adjusted to 25 ° C. with a temperature control jig. In the present embodiment, the output and temperature are set as described above. However, the present measurement is performed on the output value and temperature used, and the present invention is not limited to this. The frequency, duty ratio, and Ta and Tb are necessary conditions for forming a highly accurate image as an image forming apparatus.
また、面発光レーザを複数配列し面発光レーザアレイとした場合、1つ1つのドループ値が一致してないと、形成される画像の視認性が著しく悪化する。面発光レーザアレイの特性として、ドループ値の最大値と最小値の差(以下これをばらつきと表現する)を小さくする必要がある。しかし、先の異常波形125a等が現れると、ばらつきは大きくなる。そこで、このドループ値のばらつきを以下の式に満たすことを条件とした。
ドループのばらつき(%)=Dr(max)−Dr(min)
Dr(max):複数ある素子の中で最もDr値が大きい素子のDr値
Dr(min):複数ある素子の中で最もDr値が小さい素子のDr値
上記条件でのドループのばらつきが、3%を超えたところで、画像を形成した時に、視認性が顕著に悪化する。1素子における大きいドループ値による画像劣化は、複数素子を配列してなる面発光レーザにおいても、同様である。
Further, when a plurality of surface emitting lasers are arranged to form a surface emitting laser array, the visibility of the formed image is significantly deteriorated unless the respective droop values are matched. As a characteristic of the surface emitting laser array, it is necessary to reduce a difference between the maximum value and the minimum value of the droop value (hereinafter referred to as variation). However, when the abnormal waveform 125a or the like appears, the variation becomes large. Therefore, the condition is that the variation of the droop value satisfies the following formula.
Droop variation (%) = Dr (max) −Dr (min)
Dr (max): Dr value of the element having the largest Dr value among the plurality of elements Dr (min): Dr value of the element having the smallest Dr value among the plurality of elements The droop variation under the above conditions is 3 Visibility deteriorates remarkably when an image is formed at a location exceeding%. Image degradation due to a large droop value in one element is the same in a surface emitting laser in which a plurality of elements are arranged.
(面発光レーザモジュール)
次に、図25に基づき、本実施の形態における面発光レーザモジュールについて説明する。本実施の形態における面発光レーザモジュールは、メサ110上部において、長方形状の透明層111A及び透明層111Bが形成されており、偏光方向PがX軸方向となる面発光レーザ100である。即ち、面発光レーザ100のメサ110の上部における高反射領域となる領域において、X軸方向における透明層111Aと透明層111Bとの間隔LS7よりも、Y軸方向における長さLL7の方が長くなるように、透明層111A及び透明層111Bが形成されており、このため偏光方向PはX軸方向となる。
(Surface emitting laser module)
Next, the surface emitting laser module in the present embodiment will be described with reference to FIG. The surface emitting laser module in the present embodiment is a
このような面発光レーザ100が複数配列された面発光レーザ素子である面発光レーザアレイチップ40がパッケージ21内部に収められている。また、パッケージ21の上部に設置されるカバーガラス22は、Y軸方向においては面発光レーザアレイチップ40の表面に対し平行であるが、X軸方向においては面発光レーザアレイチップ40の表面に対し傾斜を有するように設置されている。尚、図25(a)は、この構成の面発光レーザモジュールの構成を示すものであり、図25(b)は、面発光レーザモジュールにおける面発光レーザ100のメサ110の上面を示す。
A surface-emitting
一方、図26に、本実施の形態と比較される面発光レーザモジュールを示す。この面発光レーザモジュールは、透明層311A及び透明層311Bが設けられる位置を図25に示す透明層111A及び透明層111Bに対し、90°回転させた位置に配置させた構成のものである。具体的には、p側電極313内に、X軸方向が長手方向となる長方形の透明層311A及び透明層311Bを設けたものである。即ち、高反射領域となる領域において、Y軸方向における透明層311Aと透明層311Bとの間隔LS8よりも、X軸方向における長さLL8の方が長くなるように、透明層311A及び透明層311Bが形成されており、このため偏光方向PはY軸方向となる。
On the other hand, FIG. 26 shows a surface emitting laser module to be compared with the present embodiment. This surface emitting laser module has a configuration in which the positions where the
このような面発光レーザが複数配列された面発光レーザアレイチップ340がパッケージ321内部に収められている。また、パッケージ321上部に設置されるカバーガラス322は、Y軸方向においては面発光レーザアレイチップ340の表面に対し平行であるが、X軸方向においては面発光レーザアレイチップ340の表面に対し傾斜を有するように設置されている。尚、図26(a)は、この構成の面発光レーザモジュールの構成を示すものであり、図26(b)は、面発光レーザモジュールにおける面発光レーザのメサの上面を示す。 A surface emitting laser array chip 340 in which a plurality of such surface emitting lasers are arranged is housed in the package 321. The cover glass 322 installed on the package 321 is parallel to the surface of the surface-emitting laser array chip 340 in the Y-axis direction, but is inclined with respect to the surface of the surface-emitting laser array chip 340 in the X-axis direction. It is installed to have. FIG. 26A shows the configuration of the surface emitting laser module having this configuration, and FIG. 26B shows the top surface of the mesa of the surface emitting laser in the surface emitting laser module.
図25及び図26に示す2種類の面発光レーザモジュールについて、波形変動を観察したところ、戻り光起因と思われる異常波形の出現に差異が生じた。即ち、図25に示されるようなX軸方向の長さLS7が、Y軸方向の長さLL7よりも短くなる高反射領域の場合、即ち、偏光方向PがX軸方向となる場合、設置されるカバーガラス22は、X軸方向に傾斜を持たせるように設置することにより、異常波形を低減させることができることがわかった。
Regarding the two types of surface emitting laser modules shown in FIGS. 25 and 26, when the waveform fluctuation was observed, there was a difference in the appearance of an abnormal waveform that seems to be caused by the return light. That is, in the case of a highly reflective region in which the length LS7 in the X-axis direction as shown in FIG. 25 is shorter than the length LL7 in the Y-axis direction, that is, when the polarization direction P is in the X-axis direction, it is installed. It was found that the abnormal waveform can be reduced by installing the
このように、面発光レーザを複数配列した面発光レーザアレイにおいても、図25に示すような構成とすることにより、ドループ値ばらつきを3%以下とすることができる。更には、後述するように、この面発光レーザを用いた画像形成装置において、高品質な画像を形成することが可能となる。 Thus, even in a surface emitting laser array in which a plurality of surface emitting lasers are arranged, the droop value variation can be reduced to 3% or less by adopting the configuration shown in FIG. Furthermore, as will be described later, a high-quality image can be formed in an image forming apparatus using this surface emitting laser.
次に、図25に示す構成と図26に示す構成の相違について、検討した内容について説明する。 Next, a description will be given of the examined contents of the difference between the configuration shown in FIG. 25 and the configuration shown in FIG.
一般に、基本横モードの光出力は出射領域の中心付近で最も大きく、周辺になるにつれて低下する傾向がある。これに対して、高次横モードの中には光出力が出射領域の周辺部で大きくなり、中心に近づくにつれて低下するものもある。本実施の形態では、出射領域の周辺部に設定された2つの小領域(第1の小領域、第2の小領域)の反射率を、中心部の反射率よりも低くしているため、基本横モードに対する反射率を低下させることなく、高次横モードの反射率を低下させることができ、高次横モードの発振を抑制する作用が働く。 In general, the light output of the fundamental transverse mode is greatest near the center of the emission region, and tends to decrease as it goes to the periphery. On the other hand, in some high-order transverse modes, the light output increases at the periphery of the emission region and decreases as it approaches the center. In the present embodiment, the reflectance of the two small regions (first small region and second small region) set in the periphery of the emission region is lower than the reflectance of the central portion. Without lowering the reflectance for the fundamental transverse mode, the reflectance of the higher-order transverse mode can be lowered, and the action of suppressing the oscillation of the higher-order transverse mode works.
面発光レーザ100及び図27に示される構成の面発光レーザについて、偏光抑圧比PMSR(Polarization Mode Suppression Ratio)と偏光角θpとの関係を求めた結果を図28に示す。尚、偏光抑圧比とは、所望の偏光方向における光強度とそれに直交する方向における光強度との比であり、複写機などでは20dB程度必要であるとされている。ここでは、Y軸方向が偏光角θp=0度、X軸方向が偏光角θp=90度である。
FIG. 28 shows the results of determining the relationship between the polarization suppression ratio PMSR (Polarization Mode Suppression Ratio) and the polarization angle θp for the
図28において、28Aは、図12に示す構成のものであり、透明層により形成される2つの小領域(第1の小領域、第2の小領域)がY軸方向に延びて形成されているものである。28Cは、図13に示す構成のものであり、透明層により形成される長方形状の2つの小領域(第1の小領域、第2の小領域)がX軸方向に延びて形成されているものである。28Dは、図27に示す構成のものであり、ロの字状に透明層が形成されている構成のものである。より詳細には、図27に示される面発光レーザは、メサ330の上面のp側電極333内において、小領域を透明層331によりロの字状に形成した構成のものであり、透明層331の内部におけるY軸方向の幅及びX軸方向の幅は、ともにL5で等しくなるように形成されている。尚、透明層は、光学的厚さがλ/4の透明な誘電体膜により形成されている。
In FIG. 28, 28A has the structure shown in FIG. 12, and two small regions (first small region and second small region) formed by the transparent layer are formed extending in the Y-axis direction. It is what. 28C has the structure shown in FIG. 13, and is formed by extending two rectangular small regions (first small region and second small region) formed by the transparent layer in the X-axis direction. Is. 28D has the configuration shown in FIG. 27, and has a configuration in which a transparent layer is formed in a square shape. More specifically, the surface emitting laser shown in FIG. 27 has a configuration in which a small region is formed in a square shape by a
従来、面発光レーザの偏光制御は、傾斜基板の結晶の異方性を利用して、歪量子井戸の活性層が利得の異方性を生じさせて偏光方向が定められていた。本実施の形態においても傾斜基板を採用しているため、フィルタ構造を有していない面発光レーザの場合には、傾斜基板の影響によりX軸方向の偏光になることが予想される。しかし、図27に示される等方性フィルタ構造を用いると、偏光の安定性が低下し、Y軸方向に偏光が回転することがある。 Conventionally, the polarization control of the surface emitting laser has been determined by utilizing the anisotropy of the crystal of the tilted substrate and causing the active layer of the strained quantum well to generate the gain anisotropy. Since the tilted substrate is also employed in this embodiment, in the case of a surface emitting laser that does not have a filter structure, it is expected that the polarized light is in the X-axis direction due to the tilted substrate. However, when the isotropic filter structure shown in FIG. 27 is used, the stability of the polarization decreases, and the polarization may rotate in the Y-axis direction.
図12に示される構成の28Aの場合では、偏光方向はX軸方向で安定し、図13に示される構成の28Cの場合では、偏光方向はY軸方向で安定している。また、28A及び28Cの場合は、28Dの場合と比較して、約5dB以上高いPMSRが得られた。一方、図27に示される構成の28Dの場合は、偏光方向はY軸方向で安定はしているが、PMSRが10dBを下回り、偏光方向が不安定な場合があった。 In the case of 28A with the configuration shown in FIG. 12, the polarization direction is stable in the X-axis direction, and in the case of 28C with the configuration shown in FIG. 13, the polarization direction is stable in the Y-axis direction. In the case of 28A and 28C, a PMSR higher than that of 28D by about 5 dB was obtained. On the other hand, in the case of 28D having the configuration shown in FIG. 27, the polarization direction is stable in the Y-axis direction, but PMSR is less than 10 dB, and the polarization direction may be unstable.
また、光学的厚さがλ/4の透明な誘電体膜が形成される小領域の数を複数にすることで偏光安定性が向上した要因として、互いに直交する2方向(ここでは、X軸方向とY軸方向)における光閉じ込め作用に異方性が生じたことが考えられる。即ち、図12に示されるように、偏光方向がX軸方向と一致する光は、出射領域の周辺部に比べて反射率の高い出射領域の中心部への閉じ込め作用が働き、偏光方向がY軸方向と一致する光に比べて発振しきい値が低下する。その結果、偏光抑圧比が向上したものと考えられる。 Further, as a factor that the polarization stability is improved by using a plurality of small regions where a transparent dielectric film having an optical thickness of λ / 4 is formed, two directions orthogonal to each other (here, the X axis) It is considered that anisotropy occurred in the light confinement action in the direction and the Y-axis direction). That is, as shown in FIG. 12, the light whose polarization direction coincides with the X-axis direction has a confinement action at the center of the emission region having a higher reflectance than the periphery of the emission region, and the polarization direction is Y The oscillation threshold value is lowered as compared with the light coincident with the axial direction. As a result, it is considered that the polarization suppression ratio is improved.
ここで、一例として図29に示されるように、円柱状のメサ350の上部に形成されるリング状のp側電極353内において、円形の出射領域内に中央部を取り囲む1つのリング状の小領域351に光学的厚さがλ/4の透明な誘電体膜が形成されている面発光レーザ(計算上の面発光レーザ)について、小領域の幅L7を3μmに固定し、小領域の内径L6を変化させながら発振モード分布を計算により求めた。尚、計算では、電流通過領域の直径を4.5μmとしている。
Here, as shown in FIG. 29 as an example, in the ring-shaped p-
図29に示す構成の面発光レーザにおいて、図30に計算により得られた小領域の内径L6と高次横モードにおけるQ値との関係を示す。この結果、L6の値を1μmから大きくしていくと、Q値が大幅に低下することがわかる。これは、高次横モードにおける光強度の高い部分が小領域と重なり、高次横モードの発振が抑制されたものと考えられる。具体的には、L6の値を5μm〜9μm程度の範囲内にすることで、高次横モードの発振を大きく抑制することができる。 In the surface emitting laser having the configuration shown in FIG. 29, FIG. 30 shows the relationship between the inner diameter L6 of the small region obtained by calculation and the Q value in the high-order transverse mode. As a result, it can be seen that as the value of L6 is increased from 1 μm, the Q value is significantly reduced. This is presumably because the high-order transverse mode has a portion with high light intensity overlapped with a small region, and oscillation of the high-order transverse mode is suppressed. Specifically, by setting the value of L6 within the range of about 5 μm to 9 μm, it is possible to greatly suppress the oscillation of the high-order transverse mode.
また、図31に計算により得られた小領域の内径L6と基本横モードの横方向の光閉じ込め係数Γとの関係を示す。この結果、横方向の光閉じ込め作用はL6の値が5μm以下のときに強く、L6の値が5μmよりも大きいと、大きくなるにつれて横方向の光閉じ込め作用が小さくなることがわかる。このことから、小領域の数を複数にして、各小領域の間隔に異方性をもたせることにより、横方向の閉じ込め作用に異方性を生じさせることが可能となる。その結果、閉じ込め作用の強い方向の偏光成分は閉じ込め作用の弱い方向の偏光成分に比べて発振しやすくなり、偏光方向を閉じ込め作用の強い方向に制御することができる。 FIG. 31 shows the relationship between the inner diameter L6 of the small region obtained by calculation and the optical confinement coefficient Γ in the lateral direction of the fundamental transverse mode. As a result, it can be seen that the lateral light confinement effect is strong when the value of L6 is 5 μm or less, and when the value of L6 is greater than 5 μm, the lateral light confinement effect becomes smaller as the value increases. From this, it is possible to cause anisotropy in the lateral confinement action by providing a plurality of small regions and providing anisotropy between the small regions. As a result, the polarization component having a strong confinement effect oscillates more easily than the polarization component having a weak confinement effect, and the polarization direction can be controlled to a direction having a strong confinement effect.
以上、図28、図30及び図31に基づくならば、フィルタの異方性によって偏光方向を制御し、安定させることができることがわかる。制御され安定する偏光方向は、図28に示されるように、2つの小領域が対向する方向(X軸方向)である。これは計算値からわかるように、係数ΓまたはQ値の大きさが、L6に依存していることによる。つまり、L6に異方性がある場合には、L6の小さい方に偏光が安定する。一般的に表現すると、メサ上部におけるp側電極113によって囲われた出射領域内では、高い反射率である小領域以外の中心部を含む領域に、光が閉じ込められ、その高い反射率の領域に異方性があるときに偏光が安定する。
As described above, based on FIG. 28, FIG. 30 and FIG. 31, it can be seen that the polarization direction can be controlled and stabilized by the anisotropy of the filter. The controlled and stable polarization direction is the direction (X-axis direction) in which the two small regions face each other, as shown in FIG. As can be seen from the calculated value, this is because the magnitude of the coefficient Γ or the Q value depends on L6. That is, when L6 has anisotropy, the polarization becomes stable in the smaller L6. Generally speaking, in the emission region surrounded by the p-
このように偏光が安定する方向は、図32に示すように、p側電極113の開口部に形成された透明層111A及び透明層111Bが形成されている場合、反射率の高い領域におけるX軸方向の長さLS、またはY軸方向の長さLLうち、長さが短いX軸方向の短軸(LS)である。よって、様々なフィルタ構造においても、高い反射率の領域における形状が所定の形状であれば、異方性が生じる。例えば、図15に示されるように、小領域が実質1つとなる場合においても、反射率の高い領域における長軸と短軸とが定義することができ、この場合においても短軸(LS1)側において偏光方向が安定する。
As shown in FIG. 32, the direction in which the polarization is stabilized is the X axis in the region with high reflectivity when the
尚、面発光レーザが発光する領域はメサのほぼ中央付近である。これは先に述べた酸化狭窄構造体の酸化されていない電流通過領域が発光中心になることによる。酸化はほぼ等方的に起きることから、発光中心はメサのほぼ中央付近となる。この発光中心と高い反射率の領域との相対関係において、発光状態が決定される。このため、発光中心に対し、高い反射率領域が相対的にどのような異方性を有しているかにより、偏光方向が決定される。 The region where the surface emitting laser emits light is near the center of the mesa. This is because the non-oxidized current passing region of the oxidized constriction structure described above becomes the emission center. Since oxidation occurs almost isotropically, the emission center is near the center of the mesa. The light emission state is determined by the relative relationship between the light emission center and the high reflectance region. For this reason, the polarization direction is determined by the relative anisotropy of the high reflectance region with respect to the emission center.
例えば、図17及び図18に示されるように、高い反射率領域の重心位置が電流狭窄領域の重心とずれているパターンについても検討を試みた。電流狭窄領域の重心であった発光中心は、高い反射率領域に影響を受けて、若干ずれるようだが、高い反射率領域の面積比率で、長軸と短軸を定めることができ、概ね偏光方向Pが短軸側に安定することがわかった。これは図30及び図31に示される計算結果と概ね整合がとれる結果である。このことから、高い反射率領域における長軸と短軸の定義は、発光中心を重心にして面積比から長軸と短軸とを定めることができる。 For example, as shown in FIGS. 17 and 18, an attempt was made to examine a pattern in which the position of the center of gravity of the high reflectance region is shifted from the center of gravity of the current confinement region. The emission center that was the center of gravity of the current confinement region seems to be slightly shifted due to the influence of the high reflectance region, but the major axis and minor axis can be determined by the area ratio of the high reflectance region, and the polarization direction is roughly It was found that P is stable on the short axis side. This is a result that is generally consistent with the calculation results shown in FIGS. From this, the definition of the major axis and the minor axis in the high reflectance region can determine the major axis and the minor axis from the area ratio with the emission center as the center of gravity.
例えば、図19に示されるように、反射率の低い小領域となる透明層111M及び透明層111Nが出射領域内にある場合、高い反射率領域は斜線で図示された領域となる。この領域は、第1の小領域と第2の小領域とで構成される低い反射領域を除いた部分、更に、高い反射領域のうち、第1の小領域と第2の小領域の外側を除いた部分である。実際に電流狭窄領域中心から発振する光が形成する発振モードは、電流狭窄領域付近にしか広がらない。そのため、発振モードに寄与する面積は、図に示される斜線部分の高い反射領域と考えられる。一方、第1の小領域及び第2の小領域の外側の部分(たとえばKKに示される部分)は、電流通過領域の中心から距離があり、発振モードへの寄与が小さいと考えられる。ただし、光に影響を与える微細構造は、光の波長レベルでの大きさでなければ、大きな影響を与えないので、数百nmオーダー以上の大きさを持つもので定義される。
For example, as shown in FIG. 19, when the
また、図20に示される構成の場合では、偏光方向Pは、X軸方向となる短軸(LS6)の方向において安定する。これは、電流通過領域がメサ形状とほぼ相似形であり、X軸方向及びY軸方向に平行な方向に辺を有する略正方形状となっている。偏光方向Pは電流通過領域の形状に影響を受けるため、X軸方向またはY軸方向のどちらか一方を選択する。このため、図20に示す構成の場合においても、短軸方向となるX軸方向において偏光が安定し、偏光方向PはX軸方向になるものと考えられる。 In the case of the configuration shown in FIG. 20, the polarization direction P is stable in the direction of the short axis (LS6) that is the X-axis direction. This is a substantially square shape in which the current passing region is substantially similar to the mesa shape and has sides in a direction parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction. Since the polarization direction P is affected by the shape of the current passage region, either the X-axis direction or the Y-axis direction is selected. Therefore, even in the configuration shown in FIG. 20, it is considered that the polarization is stable in the X-axis direction, which is the minor axis direction, and the polarization direction P is the X-axis direction.
以上より、図4に示されるように、本実施の形態における面発光レーザモジュールを構成するための面発光レーザ100は、基板101上にバッファ層102、下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、上部半導体DBR107、コンタクト層109が積層されている。そして、レーザ光が出射される出射面上に、出射領域を取り囲んで設けられたp側電極113と、基板101側に設けられたn側電極114とを有している。また、出射領域内で、この出射領域の中心部から外れた部分に設けられた2つの小領域(第1の小領域と第2の小領域)には、各小領域の反射率を出射領域の中心部の反射率よりも低くする光学的に透明な誘電体膜である透明層111A及び透明層111Bがλ/4の光学的厚さで形成されている。
As described above, as shown in FIG. 4, the
このように形成することにより、出射面上に形成された光学的に透明な透明層111A及び透明層111B等により、出射領域内の周辺部での反射率を出射領域の中心部の反射率よりも相対的に低くすることにより、基本横モードの光出力を低下させることなく、高次横モードの発振を抑制することができる。
By forming in this way, the optically transparent
また、出射領域の中心部の反射率が相対的に高い領域を、互いに直交する2つの方向において、異方性を有する形状とすることができ、レーザ光に対する横方向の閉じ込め作用について意図的に異方性を生じさせ、偏光方向の安定性を向上させることができる。 In addition, the region having a relatively high reflectivity at the center of the emission region can be shaped to have anisotropy in two directions orthogonal to each other. Anisotropy can be generated and the stability of the polarization direction can be improved.
即ち、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が可能である。 That is, it is possible to stabilize the polarization direction while controlling the oscillation of the high-order transverse mode.
(カバーガラスとの関係)
次に、面発光レーザの偏光方向Pと、パッケージ21の上部に設置されるカバーガラス22の傾斜方向と、反射率との変化について説明する。尚、面発光レーザチップは、XY面に平行に設置されている。
(Relationship with cover glass)
Next, changes in the polarization direction P of the surface emitting laser, the inclination direction of the
カバーガラス22の表面における光の反射は、入射角度と偏光によって大きく変わることが知られている。例えば、図33に示されるように、カバーガラス22をXY平面上にX軸方向に対しψだけ傾けた配置とする。この際、偏光方向がX軸方向となる光をP偏光とし、偏光方向がY軸方向となる光をS偏光とする。尚、下記に示されるように、一般に、反射率は、P偏光の場合には数1、S偏光の場合には数2に示される式により得ることができる。また、nについては、数3に示される。
It is known that the reflection of light on the surface of the
数3に示される式に、光学ガラスの屈折率1.5168を代入し、数1及び数2に示される式に基づき計算した結果を図34及び図35に示す。図34はカバーガラス22の傾斜角度、即ち、入射角度が0°から90°まで範囲を示すものであり、図35は0°から20°の範囲を拡大して示すものである。
The refractive index 1.5168 of the optical glass is substituted into the equation shown in
図34に示されるようにS偏光はカバーガラス22の傾斜角度が増加するに従って、一様に反射率が上昇するが、P偏光は傾斜角度が増加するとともに、一度反射率が0となり、その後、増加に転じる。即ち、図35に示されるように、傾斜角度が10°付近では、P偏光とS偏光との差が若干生じ、15°では0.8%程度、反射率の相違が生じている。本願発明における課題は、面発光レーザをアレイにした場合に、戻り光に非常に敏感となるため、微弱な光量の戻り光であっても異常波形が発生することを防ぐことにある。この際、反射率が0.8%であっても、大きな影響が生じてしまう。
As shown in FIG. 34, the reflectivity of S-polarized light increases uniformly as the tilt angle of the
本実施の形態では、カバーガラス22の反射率をできるだけ小さくするために、カバーガラス22の表面に誘電体多層膜の反射防止膜を形成した。反射防止膜は、屈折率の高い高屈折率材料と屈折率の低い低屈折率材料とを交互に各々の膜厚を4分の1波長の光学長となるように数層積層することにより形成したものである。本実施の形態では、高屈折率材料としてTiO2を用い、低屈折率材料としてSiO2を用いて、各々の膜を積層形成することにより形成した。具体的には、カバーガラス22の表面よりTiO2膜、SiO2膜、TiO2膜、SiO2膜を順次積層形成した。これにより最表面にはSiO2膜が形成され、反射率を低下させることができる。
In the present embodiment, an antireflection film of a dielectric multilayer film is formed on the surface of the
また、低屈折率材料としては、通常、SiO2に代えてMgF2が多く用いられるが、MgF2は、フッ素化合物であるために密着性が悪く、カバーガラス22をパッケージ21に接着する接着力が低下し、パッケージ21の密閉性が低下してしまう。特に、高温高湿下での環境試験においては、十分な密閉性を維持することができなかった。また、MgF2が以外にも、低屈折率材料として、CaF2、AlF3等を用いて検討を行ったが、十分に条件を満たす結果は得られなかった。
As the low refractive index material, typically, although MgF 2 often used in place of SiO 2, MgF 2 is adhesion to a fluorine compound is poor, the adhesive force for adhering the
次に、本実施の形態に用いたカバーガラス22の反射率を測定した。本実施の形態におけるカバーガラス22には反射防止膜が形成されているため、反射率は非常に低いことから精度の高い分光器を利用する必要がある。このため測定装置として、日本分光製V7300+VAR7030を用いて測定を行った。
Next, the reflectance of the
図36には、このようにして入射角度5°と10°との場合において、測定した波長と反射率との関係を示す。図に示されるものは、入射角度5°と10°との場合において各々2つのサンプルを測定したものであり、計4本のプロット線が示されている。面発光レーザの発振波長である780nmにおいて比較すると、反射率が、入射角度5°の場合は約0.07%であるのに対し、入射角度10°の場合では約0.08%であり、約0.01%の差があることが確認される。 FIG. 36 shows the relationship between the measured wavelength and the reflectance when the incident angles are 5 ° and 10 °. In the figure, two samples are measured for each of incident angles of 5 ° and 10 °, and a total of four plot lines are shown. When compared at 780 nm which is the oscillation wavelength of the surface emitting laser, the reflectance is about 0.07% when the incident angle is 5 °, and is about 0.08% when the incident angle is 10 °. It is confirmed that there is a difference of about 0.01%.
また、測定に用いた光の偏光方向はS偏光であり、入射角度が大きい10°の方の反射率が上昇している。つまり、反射防止膜を形成しても、S偏光では反射率が上昇してしまう。このことは、図35に示される結果と一致している。同様に考えるとP偏光の光の場合では、入射角度5°と10°とを比較すると、入射角度10°の方が反射率は低下するものと推察される。更には、入射角度10°においては、P偏光とS偏光との間で、反射率において大きな差が生じていることが予想される。つまり、カバーガラス22にARコートを施しても、図35とほぼ同等のことが起きていることになる。尚、反射率0.01%という僅かな差であるが、戻り光の悪影響は明瞭に現れる。
In addition, the polarization direction of the light used for the measurement is S-polarized light, and the reflectance at 10 ° where the incident angle is larger is increased. That is, even when an antireflection film is formed, the reflectance increases with S-polarized light. This is consistent with the result shown in FIG. Considering similarly, in the case of P-polarized light, when the incident angles of 5 ° and 10 ° are compared, it is presumed that the reflectance decreases at an incident angle of 10 °. Furthermore, it is expected that there is a large difference in reflectance between P-polarized light and S-polarized light at an incident angle of 10 °. In other words, even when the AR glass is applied to the
(面発光レーザアレイ)
次に、本実施の形態における面発光レーザアレイについて説明する。本実施の形態における面発光レーザアレイは、上述した面発光レーザが2次元的に複数形成されているものである。
(Surface emitting laser array)
Next, the surface emitting laser array in the present embodiment will be described. The surface emitting laser array according to the present embodiment is formed by two-dimensionally forming the above-described surface emitting lasers.
図37に基づき、本実施の形態における面発光レーザアレイ240について説明する。本実施の形態における面発光レーザアレイ240は、複数(ここでは21個)の発光部200となる面発光レーザが同一基板上に配置されている。尚、Y軸方向は主走査対応方向であり、X軸方向は副走査対応方向である。複数の発光部200は、すべての発光部200をX軸方向に伸びる仮想線上に正射影したときに等間隔d2となるように配置されている。このようにして、21個の発光部200は2次元的に配列されている。尚、本明細書では、「発光部間隔」とは2つの発光部200の中心間距離を意味する。また、図37では発光部200の数が21個であるものを示しているが、発光部200の個数は、複数であればよく、例えば、発光部200が40個のものであってもよい。
Based on FIG. 37, the surface emitting
図38には、図37における一点鎖線37A−37Bにおいて切断した断面図を示す。本実施の形態における面発光レーザアレイ240において、各発光部200は、前述した面発光レーザ100により構成されている。このため、面発光レーザアレイ240は、前述した面発光レーザ100と同様な方法により製造することが可能である。これにより、各発光部200間で均一な偏光方向を持つ単一基本横モードの複数のレーザ光を発する面発光レーザアレイを得ることができる。このようにして得られた面発光レーザアレイ240により、円形で且つ光密度の高い微小な光スポットを21個(40個)同時に、後述する感光体ドラム上に形成することが可能となる。
FIG. 38 shows a cross-sectional view taken along one-
また、面発光レーザアレイ240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により、後述する感光体ドラム上において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。
Further, in the surface emitting
そして、例えば、上記間隔d2を2.65μm、後述する光走査装置の光学系の倍率を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を狭くして間隔d2を更に小さくした構成の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することが可能であり、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 optical scanning device described later is doubled, high-density writing of 4800 dpi (dots / inch) can be performed. Of course, if the number of light emitting portions in the main scanning direction is increased, the array arrangement is configured such that the pitch d1 in the sub scanning direction is narrowed and the interval d2 is further reduced, or the magnification of the optical system is reduced, the higher the number. Densification is possible, and higher quality printing is possible. Note that the writing interval in the main scanning direction can be easily controlled by the lighting timing of the light emitting unit.
ところで、本実施の形態における面発光レーザアレイ240において、隣接する2つの発光部200の間の溝は、各発光部の電気的及び空間的分離のために、5μm以上であることが好ましい。あまり狭いと製造時のエッチングの制御が難しくなるからである。また、メサ110の大きさ(1辺の長さ)は10μm以上であることが好ましい。あまり小さいと動作時に熱がこもり、特性が低下するおそれがあるからである。
By the way, in the surface emitting
また、上述した2次元的に面発光レーザが配列された面発光レーザアレイ240に代えて、発光部200となる面発光レーザ100を1次元配列した面発光レーザアレイを用いてもよい。
Further, instead of the surface emitting
更に、本実施の形態では、基板の主面の法線方向が、結晶方位[1 0 0]方向に対して、結晶方位[1 1 1]A方向に向かって15度傾斜してい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。基板の主面の法線方向が、結晶方位<1 0 0>の一の方向に対して、結晶方位<1 1 1>の一の方向に向かって傾斜していればよい。また、本実施の形態では、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よい。また、上記各面発光レーザは、画像形成装置以外の用途にも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よい。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、650nm帯ではAlGaInP系混晶半導体材料、980nm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。 Furthermore, in the present embodiment, the normal direction of the main surface of the substrate is inclined 15 degrees toward the crystal orientation [1 1 1] A direction with respect to the crystal orientation [1 0 0] direction. Although described, the present invention is not limited to this. The normal direction of the main surface of the substrate may be inclined toward one direction of crystal orientation <1 1 1> with respect to one direction of crystal orientation <1 0 0>. In this embodiment, the case where the oscillation wavelength of the light emitting unit is in the 780 nm band has been described, but the present invention is not limited to this. The oscillation wavelength of the light emitting unit may be changed according to the characteristics of the photoreceptor. Moreover, each said surface emitting laser can be used also for uses other than an image forming apparatus. In that case, the oscillation wavelength may be a wavelength band such as a 650 nm band, an 850 nm band, a 980 nm band, a 1.3 μm band, or a 1.5 μm band depending on the application. In this case, a mixed crystal semiconductor material corresponding to the oscillation wavelength can be used as the semiconductor material constituting the active layer. For example, an AlGaInP mixed crystal semiconductor material can be used in the 650 nm band, an InGaAs mixed crystal semiconductor material can be used in the 980 nm band, and a GaInNAs (Sb) mixed crystal semiconductor material can be used in the 1.3 μm band and the 1.5 μm band.
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。 Further, by selecting the material and configuration of each reflecting mirror according to the oscillation wavelength, a light emitting unit corresponding to an arbitrary oscillation wavelength can be formed. For example, other than AlGaAs mixed crystal such as AlGaInP mixed crystal can be used. The low refractive index layer and the high refractive index layer are preferably a combination that is transparent with respect to the oscillation wavelength and can take a difference in refractive index as much as possible.
本実施の形態における面発光レーザモジュール20では、面発光レーザの光出射領域内表面に、異方性有した高い反射率領域を有しており、高い反射率の領域における短軸方向(幅または長さが短い方向)において、面発光レーザアレイ240の表面に対し、カバーガラス22が傾斜するように配置することにより、面発光レーザアレイ240から出射された光の戻り光を低減することができ、ドループ値のばらつきを抑えることができる。よって、異常波形が生じることのない安定した発光を得ることができる。
The surface emitting
尚、上記説明においては、メサが略正方形状のものについて説明したが、メサの形状が円形の形状のものであっても同様である。例えば、図39に示されるように、メサ370が円形であって、輪帯状のp側電極373が形成されているものの内側に、長方形の透明層371A及び透明層371Bを長手方向がY軸方向となるように、形成したものであってもよい。この場合、透明層371A及び透明層371Bが形成されていない反射率の高い領域においては、Y軸方向の長さLL9よりもX軸方向における透明層371Aと透明層371Bとの間隔LS9の方が短くなるため、偏光方向Pは、X軸方向となる。このような面発光レーザにおいて、カバーガラス22をX軸方向に傾斜させて設置することにより、メサ形状が略正方形のものの場合と同様の効果を得ることができるものと考えられる。
In the above description, the mesa has a substantially square shape, but the same applies to the mesa having a circular shape. For example, as shown in FIG. 39, a rectangular
また、本実施の形態における説明では、高い反射率の領域において、直交する2軸の方向のうち、幅(または長さ)が短い軸方向、即ち、LSとなる方向にのみカバーガラス22を傾斜させ、LSと直交するLLとなる方向においてはカバーガラス22を傾斜させない(即ち、面発光レーザアレイチップである基板面と略平行となる)場合について説明したが、カバーガラス22は、LSとなる方向に傾斜していれば、LSとなる方向及びLLとなる方向の双方において傾斜していてもよい。
In the description of the present embodiment, the
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。前述したように、複数の面発光レーザを有する面発光レーザモジュールにおいては、多数配線を行なう必要があり、この場合、パッケージ21はセラミックスにより形成されている必要がある。しかしながら、セラミックスは製造時におけるバラツキ等が大きく、所定の形状よりも若干ずれた形状で形成される場合が多く均一ではない。このように、パッケージ21の形状が所定の形状よりも若干ずれた形状で形成されると、カバーガラス22の設置位置もずれてしまい、面発光レーザから出射されたレーザ光が所定の位置よりずれた位置に照射される場合がある。本実施の形態は、このような課題を解決するためのものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. As described above, in the surface emitting laser module having a plurality of surface emitting lasers, it is necessary to perform a large number of wirings. In this case, the
このことをより詳細に以下に説明する。光学素子のパッケージは様々な材料により形成されるが、一般的には金属が多く用いられている。セラミックスは絶縁性に優れ、CCD(Charge Coupled Device)等の多数配線が必要とされる光学素子においては、特に用いられる場合が多く、面発光レーザを複数有する面発光レーザモジュールにおいては必要不可欠な材料であることから、本実施の形態における面発光レーザモジュールのパッケージ21はセラミックスにより形成されている。
This will be described in more detail below. The package of the optical element is formed of various materials, but generally a lot of metal is used. Ceramics are excellent in insulation, and are often used especially in optical elements that require a large number of wires, such as CCD (Charge Coupled Device), and are indispensable materials for surface emitting laser modules having a plurality of surface emitting lasers. Therefore, the surface emitting
しかしながら、セラミックスからなるパッケージ21は、形状にバラツキが多く、高精度の光学的特性が必要とされる面発光レーザモジュールに用いた場合には、所望の特性を得ることができない場合があり、一般には、半導体レーザ等の高精度が要求される素子のパッケージとしては、あまり用いられていないのが実情である。
However, the
具体的には、セラミックスからなるパッケージ21は、1000℃以上の高い温度で焼き固められることにより形成される焼き物であり、焼き固める際には数十%のレベルで形状収縮が生じる。このため、セラミックスからなるパッケージ21において、数%のレベルでの形状精度を満足することは困難である。即ち、高さが数mmの部分において、100μm程度の誤差が生じるが、このような大きな誤差は、面発光レーザモジュールにおいては、許容することはできない。また、数百μm程度の突起部分や欠け等が頻繁に生じる場合がある。このようなことから、精度の高い素子の実装を行なうためのパッケージの材料として用いることはできなかった。
Specifically, the
例えば、図40に示されるように、パッケージ21aの一部に突起部421aが形成される場合、このような突起部421aの上にカバーガラス22が設置されると、カバーガラス22は本来の角度とは異なる角度で設置される。即ち、図41に示すような理想的な位置とは異なる角度で設置される。この場合、面発光レーザアレイチップ40における面発光レーザから出射された光は、所定の位置とは異なる位置に光スポットが照射されるといった問題が生じてしまう。
For example, as shown in FIG. 40, when the
図42に示すように、カバーガラス22の面が、面発光レーザアレイチップ40における面発光レーザから出射された光の光軸40aに対し垂直となるように設置されていない場合には、面発光レーザアレイチップ40の面発光レーザから出射された光は、カバーガラス22の界面において屈折し、光路が曲げられ、光軸40aより長さ40Aずれた位置となる光路40bが、面発光レーザアレイチップ40より出射されたレーザ光の光路となる。この長さ40Aは、図42に示す場合では、面発光レーザアレイチップ40の表面に対する傾斜角θyに依存して変化するため、カバーガラス22が所定の角度で所定の位置に設置されていないと、面発光レーザアレイチップ40における面発光レーザから出射された光の光路は、所定の光路から大きくずれてしまい、所定の位置に光スポットが照射されない。よって、この場合には、均一な面発光レーザモジュールを作製することができない。尚、図42ではY軸を中心に回転させた傾斜角θyの場合について説明したが、X軸を中心に回転させた傾斜角θx(不図示)についても同様である。尚、傾斜角θxはX軸を中心に回転させた角度、傾斜角θyはY軸を中心に回転させた角度、傾斜角θzはZ軸を中心に回転させた角度を示すものとする。図43では、一例として、傾斜角θzについて示している。
As shown in FIG. 42, when the surface of the
面発光レーザアレイチップ40では、面発光レーザが数十μmピッチと高密度で配置されているため、カバーガラス22の設置される角度に依存して面発光レーザより発せられた光の光路が大きく変化すると、所望の位置に光スポットが照射されないため問題となる。
In the surface emitting
(面発光レーザモジュール)
次に、本実施の形態における面発光レーザモジュールについて説明する。図44に示されるように、本実施の形態における面発光レーザモジュールは、パッケージ521と、カバーガラス522が取り付けられたキャップ530と、パッケージ521とキャップ530とを接続するためのリング部540とを有している。
(Surface emitting laser module)
Next, the surface emitting laser module in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 44, the surface emitting laser module according to the present embodiment includes a
パッケージ521はセラミックスにより形成されており、例えば、CLCC(Ceramic leaded chip carrier)と呼ばれるフラットパッケージであり、XY面の一部が凹状に形成されており、この凹状に形成された底面部521aに面発光レーザアレイチップ40が設置されている。このパッケージ521は、セラミックスと金属配線の多層構造となっており、複数の金属配線は、パッケージ521の外側側面の不図示の金属キャスターと個別に接続されており、金属配線は底面部521aにおいて中心部分から周辺部分に向かって放射状に形成されている(図示せず)。このようなパッケージ521は、大量生産が可能であるが、セラミックスにより形成されているため、製造公差は数%程度である。尚、パッケージ521を製造する際に、同一ロットで製造したもの同士ではバラツキは比較的少ないが、ロットが異なるもの同士ではバラツキが多くなる傾向にある。
The
カバーガラス522は、両面に誘電体膜または誘電体多層膜等からなる反射防止膜が形成されており、透過率が99%以上となるように形成されている。尚、カバーガラス522の表面は、予め研磨等により平坦化されており、カバーガラス522における面の平坦性はλ/4以下となるように形成されている。また、カバーガラス522は、高品質のレーザ光を透過するものであるため、屈折率分散やキズ等は殆ど存在してはいない。
The
キャップ530は、コバールにより略筒状に形成された本体部531と、カバーガラス522が所定の角度で取り付けられるよう本体部531の一方の側に形成された上面部532と、後述するリング540を介しパッケージ521と接続される底面部533とを有している。キャップ530は絞り加工により所定の形状で形成されている。絞り加工では高精度でキャップ530を形成することができるため、セラミックスのか高精度と比べて、はるかに加工精度は高い。
The
カバーガラス522は、キャップ530の上面部532に低融点ガラス534に接続されて取り付けられており、面発光レーザアレイチップ40における光が出射される面に対し所定の角度傾斜した状態で取り付けられている。カバーガラス522を低融点ガラス534により取り付ける際には、熱等によるカバーガラス522の変形を避けるため、約500℃以下の温度で行なう。尚、本実施の形態において用いた低融点ガラス534は約500℃以下の温度で軟化するため、この温度で接着剤として用いることができる。また、低融点ガラス534は、UV(ultraviolet)硬化樹脂等と比較して、はるかに湿度等に対する封止力は強いものである。
The
面発光レーザアレイチップ40は、光が出射される面がXYとなるように設置されており、カバーガラス522は、XY面に対しY軸を中心に傾斜角が20°となるように、キャップ530に取り付けられている。この角度でカバーガラス522を取り付けることにより、面発光レーザアレイチップ40における面発光レーザにおいて光量変動がなくなることが確認されている。また、本実施の形態における面発光レーザモジュールでは、傾斜角が20°に対し1°を公差として設定している。
The surface emitting
カバーガラス522を低融点ガラス534によりキャップ530の上面部532に取り付けられたものは、1°未満の精度で取り付けることが可能であり、量産工程においてもこの精度で取り付けることが可能であることが確認されている。
The
図45に示されるように、キャップ530は、カバーガラス522が取り付けられる上面部532の開口部の形状は、円形または楕円形が好ましい。上面部532の開口部の形状を円形または楕円形で形成することにより、開口部を長方形等の形状で形成した場合と比べてレーザ光のケラレを少なくすることができるからである。また、本実施の形態において、キャップ530は、底面部533が長方形又は正方形の形状となるように形成されている。このように、パッケージ521の底面部521aを長方形又は正方形に形成することにより、キャップ530の底面部533における辺とパッケージ521の底面部521aにおける辺との位置合せを高い精度で容易に行なうことができ、所望の位置にキャップ530を接続することができる。即ち、パッケージ521の底面部521aの形状とキャップ530の底面部533の形状とは、略相似となるように形成することにより精度の高い位置合せを容易に行なうことができる。尚、他のキャップとして、図46には底面部533aを略円形に形成したキャップ530aを示す。
As shown in FIG. 45, in the
次に、図47に基づきパッケージ521とキャップ530とを接続について説明する。パッケージ521の底面部521aは、略長方形状に形成されており、この長方形の辺はX軸またはY軸に平行に配置されている。キャップ530の底面部533は略長方形状に形成されており、この長方形の辺がX軸またはY軸に平行となるように設置する。即ち、本実施の形態における面発光レーザモジュールでは、パッケージ521の底面部521aにおける辺とキャップ530の底面部533における辺とが平行となるように、位置合せを行うことにより、角度誤差θz1が略0とすることができ、所望の位置にキャップ530を容易に設置することができる。しかしながら、図46に示すキャップ530aでは底面部533aが略円形に形成されているため、このような位置合せを行なうことはできない。
Next, the connection between the
リング540は、シーム用のコバール製であり、銀ロウにより、パッケージ521の底面部521aの周囲に接合されている。パッケージ521に面発光レーザアレイチップ40を設置する前であれば、パッケージ521とリング540との接合は高温を要する接合方法により固定することができる。また、パッケージ521及びリング540は各々を保持する治具により固定した状態で接合することにより、パッケージ521の所定の位置にリング540を正確に接合することができる。本実施の形態では、銀ロウによるパッケージ521とリング540との接合は、750℃に加熱して行なう。用いた銀ロウは銀が40%含まれており、750℃で完全に液体となるものである。尚、パッケージ521及びリング540は各々を保持する治具により固定した状態で接合しているため、パッケージ521の表面及び底面部521aの底面とリング540の上面とは高い平行状態で接合することができる。
The
この後、パッケージ521に接合されたリング540とキャップ530の底面部533とをシーム溶接機(オリジン電気製)を用いて溶接する。具体的には、パッケージ521に接合されたリング540上に、底面部533が接するようにキャップ530を載置し、キャップ530の底面部533の表面に形成されたNi層とリング540の表面に形成されたAu層とが接触している部分に約90Aの電流を流して、接触抵抗によるジュール熱を発生させ、AuとNiの共晶合金を作ることにより溶接する。これにより、カバーガラス522が取り付けられているキャップ530はリング540を介しパッケージ521に接続される。
Thereafter, the
リング540とキャップ530とのシーム溶接は、リング540とキャップ530とが接触している局部にのみ発熱が生じるため発熱量が小さく、熱がカバーガラス522まで伝わりカバーガラス522が熱により変形することはない。また、リング540が接合されているパッケージ521を保持する治具と、キャップ530を保持する治具とに各々固定した状態においてシーム溶接を行なうことにより、キャップ530側に伝導する熱を熱容量の大きな治具に流すことができ、カバーガラス522まで熱が伝わることを防ぐことができる。
Seam welding between the
カバーガラス522の位置の精度を高めるため、図48に示されるように、パッケージ521をパッケージ保持用治具551により固定し、キャップ530をキャップ保持用治具552により固定し、パッケージ521の裏面とキャップ530の底面部533とが平行になるように位置合せを行なった後にシーム溶接を行なう。即ち、図48に示す一点鎖線48Aと一点鎖線48Bとが略平行となるように位置合せを行なった後にシーム溶接を行なう。このようにして、リング540とキャップ530とを接合する。尚、パッケージ521では、裏面と底面部521aは略平行となるように形成されているものとする。
In order to increase the accuracy of the position of the
この際、レーザ光源560aを用いて面発光レーザアレイチップ40が所定の傾きとなるように、パッケージ保持用治具551によりパッケージ521の傾きを調節し、レーザ光源560bを用いてカバーガラス522が所定の傾きとなるように、キャップ保持用治具552により傾きを調節した後、シーム溶接を行なう。これにより、より高い精度でカバーガラス522を所定の傾きとなるように取り付けることができる。尚、レーザ光源560a及びレーザ光源560bを2つ用いることなく、一つのレーザ光源を移動させてもよい。
At this time, the inclination of the
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1又は第2の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いた画像形成装置としてのレーザプリンタ1000である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. The present embodiment is a
図49に基づき、本実施の形態におけるレーザプリンタ1000について説明する。本実施の形態におけるレーザプリンタ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、クリーニングユニット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、排紙トレイ1043、通信制御装置1050、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置1060等を備えている。なお、これらは、プリンタ筐体1044の中の所定位置に収容されている。
Based on FIG. 49, the
通信制御装置1050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
感光体ドラム1030は、円柱状の部材であり、そ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。そして、感光体ドラム1030は、矢印Xで示す方向に回転するようになっている。
The
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及びクリーニングユニット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の回転方向に沿って、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→クリーニングユニット1035の順に配置されている。
The charging
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。
The charging
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の表面を、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束により走査し、感光体ドラム1030の表面に画像情報に対応した潜像を形成する。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。
The
トナーカートリッジ1036にはトナーが格納されており、この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。
The developing
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、この給紙コロ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。このレジストローラ対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、この記録紙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。
A voltage having a polarity opposite to that of the toner is applied to the
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。
In the fixing
除電ユニット1034は、感光体ドラム1030の表面を除電する。
The
クリーニングユニット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。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に対向する位置に戻る。
The
次に、図50に基づき光走査装置1010について説明する。光走査装置1010は、光源ユニット10、不図示のカップリングレンズ及び開口板、シリンドリカルレンズ1113、ポリゴンミラー1114、fθレンズ1115、トロイダルレンズ1116、2つのミラー(1117、1118)、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。尚、光源ユニット10は、第1又は第2の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニット10が用いられている。
Next, the
シリンドリカルレンズ1113は、光源ユニット10から出力された光を、ミラー1117を介してポリゴンミラー1114の偏向反射面近傍に集光する。
The
ポリゴンミラー1114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、矢印Yに示す方向に一定の角速度で回転されている。
The
従って、光源ユニット10から出射され、シリンドリカルレンズ1113によってポリゴンミラー1114の偏向反射面近傍に集光された光は、ポリゴンミラー1114の回転により一定の角速度で偏向される。
Therefore, the light emitted from the
fθレンズ1115は、ポリゴンミラー1114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1114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1116は、fθレンズ1115からの光をミラー1118を介して、感光体ドラム1030の表面に結像する。
The
トロイダルレンズ1116は、fθレンズ1115を介した光束の光路上に配置されている。そして、このトロイダルレンズ1116を介した光束が、感光体ドラム1030の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー1114の回転に伴って感光体ドラム1030の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム1030上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム1030の回転方向が「副走査方向」である。
The
ポリゴンミラー1114と感光体ドラム1030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。本実施の形態では、走査光学系は、fθレンズ1115とトロイダルレンズ1116とから構成されている。なお、fθレンズ1115とトロイダルレンズ1116の間の光路上、及びトロイダルレンズ1116と感光体ドラム1030の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも1つの折り返しミラーが配置されてもよい。
The optical system arranged on the optical path between the
本実施の形態におけるレーザプリンタ1000では、第1又は第2の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いているため、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。
Since the
また、この場合には、各発光部からの光束の偏光方向が安定して揃っているため、レーザプリンタ1000では、高品質の画像を安定して形成することができる。
In this case, since the polarization directions of the light beams from the respective light emitting units are stably aligned, the
尚、本実施の形態における説明では、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。
In the description of the present embodiment, the case of the
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よい。 For example, an image forming apparatus that directly irradiates laser light onto a medium (for example, paper) that develops color with laser light may be used.
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.
〔第4の実施の形態〕
次に、第4の実施の形態について説明する。第4の実施の形態は、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ2000である。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. The fourth embodiment is a
図51に基づき、本実施の形態におけるカラープリンタ2000について説明する。本実施の形態におけるカラープリンタ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、ブラック用の「感光体ドラムK1、帯電装置K2、現像装置K4、クリーニングユニットK5、及び転写装置K6」と、シアン用の「感光体ドラムC1、帯電装置C2、現像装置C4、クリーニングユニットC5、及び転写装置C6」と、マゼンタ用の「感光体ドラムM1、帯電装置M2、現像装置M4、クリーニングユニットM5、及び転写装置M6」と、イエロー用の「感光体ドラムY1、帯電装置Y2、現像装置Y4、クリーニングユニットY5、及び転写装置Y6」と、光走査装置2010と、転写ベルト2080と、定着ユニット2030などを備えている。
Based on FIG. 51, the
各感光体ドラムは、図51において示される矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転順にそれぞれ帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットが配置されている。各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置2010により光が照射され、各感光体ドラムに潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト2080上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット2030により記録紙に画像が定着される。
Each photoconductor drum rotates in the direction of the arrow shown in FIG. 51, and a charging device, a developing device, a transfer device, and a cleaning unit are arranged around each photoconductor drum in the order of rotation. Each charging device uniformly charges the surface of the corresponding photosensitive drum. The surface of each photoconductive drum charged by the charging device is irradiated with light by the
光走査装置2010は、第1又は第2の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニットを、各々の色毎に有しており、第3の実施の形態において説明した光走査装置1010と同様の効果を得ることができる。また、カラープリンタ2000は、この光走査装置2010を備えているため、第3の実施の形態におけるレーザプリンタ1000と同様の効果を得ることができる。
The
ところで、カラープリンタ2000では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合がある。このような場合であっても、光走査装置2010の各光源が第1又は第2の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニットにより形成されているため、点灯させる発光部を選択することで色ずれを低減することができる。
By the way, in the
よって、本実施の形態におけるカラープリンタ2000では、第1又は第2の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いているため、高品質の画像を形成することができる。
Therefore, since the
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。 As mentioned above, although the form which concerns on implementation of this invention was demonstrated, the said content does not limit the content of invention.
10 光源ユニット
10A レーザモジュール
10B 光学モジュール
20 面発光レーザモジュール
21 パッケージ
22 カバーガラス
40 面発光レーザアレイチップ
100 面発光レーザ
101 基板
102 バッファ層
103 下部半導体DBR
104 下部スペーサ層
105 活性層
106 上部スペーサ層
107 上部半導体DBR
108 電流狭窄層
108a 選択酸化領域
108b 電流狭窄領域
109 コンタクト層
110 メサ(メサ構造)
111 保護膜
111A 透明層
111B 透明層
113 p側電極
114 n側電極
1000 レーザプリンタ(画像形成装置)
1010 光走査装置
2000 カラープリンタ(画像形成装置)
10
104
108
1010
本発明は、第1の方向に偏光した光を射出する面発光レーザと、前記面発光レーザが設置されるパッケージと、前記光の光路上に、前記第1の方向において前記面発光レーザの表面に対し傾斜して配置される透明基板と、前記透明基板を保持するキャップと、を備え、前記光の出射方向から見て互いに平行な辺を、前記パッケージおよび前記キャップがそれぞれ有し、前記平行な辺は、前記第1の方向に平行または垂直であることを特徴とする。 The present invention provides a surface emitting laser that emits light polarized in a first direction, a package in which the surface emitting laser is installed, and a surface of the surface emitting laser in the first direction on an optical path of the light. The package and the cap each having sides parallel to each other when viewed from the light emitting direction, the transparent substrate being inclined with respect to the transparent substrate, and a cap for holding the transparent substrate. such sides, and wherein the parallel or perpendicular der Rukoto to the first direction.
また、金属配線23はワイヤーボンディングによって、面発光レーザアレイチップ40上の不図示の電極パッドと電気的に接続してもよい。
The
面発光レーザ100は、発振波長が780nm帯の面発光レーザであり、基板101、バッファ層102、下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、上部半導体DBR107、コンタクト層109などを有している。更に、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及び下部スペーサ層104の一部には、エッチング等によりメサ110が形成されており、更には、保護層111が形成されており、この保護層111が形成される際に、透明層111A及び111Bが形成されている。また、上部半導体DBR107内には、選択酸化領域108aと電流狭窄領域108bが形成された電流狭窄層108が形成されており、更に、メサ110の上部にはp側電極113が形成されており、基板101の裏面にはn側電極114が形成されている。
The
次に、図8(a)に示すように、気相化学堆積法(CVD法)を用いて、シリコン窒化膜であるSiNからなる保護層111を形成する。本実施の形態では、保護層111の光学的厚さがλ/4となるようにした。具体的には、SiNの屈折率nが1.86、発振波長λが780nmであるため、実際の膜厚(=λ/4n)は約105nmに設定した。尚、保護層111は、SiN以外にもシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜により形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 8A, a
次に、図8(b)に示すように、レーザ光の出射面となるメサ110上部にP側電極コンタクトの窓開けを行うためのエッチングマスク(マスクMという)を作製する。ここでは、一例として、メサ110の周囲、メサ110上面の周囲、及びメサ110上面の中心部を挟んで偏光方向Pに平行な方向(X軸方向)に対向し、偏光方向Pに垂直な方向(Y軸方向)に延びる2つの長方形状の小領域(第1の小領域と第2の小領域)がエッチングされないようにマスクMを作製する。例えば、図9に示されるように、第1の小領域と第2の小領域の間隔(X軸方向、即ち、偏光方向Pに平行な方向の間隔)L1を5μm、第1の小領域及び第2の小領域の幅(X軸方向、即ち、偏光方向Pに平行な方向の幅)L2を2μm、第1の小領域及び第2の小領域の長さ(Y軸方向、即ち、偏光方向Pに垂直な方向の長さ)L3を8μmとする。尚、図9は、図8(b)におけるメサ110の部分の拡大図である。尚、本実施の形態では、このマスクMはレジストパターンにより形成されている。
Next, as shown in FIG. 8B, an etching mask (referred to as a mask M) for opening a window for the P-side electrode contact is formed on the upper part of the
また、上記においては、透明層111A及び透明層111B等の光学的厚さがλ/4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、図21に示されるように、保護層121等を形成することにより、透明層121A及び透明層121Bが形成される領域において、光学的厚さが3λ/4となる面発光レーザ100aであってもよい。要するに、透明層111A及び透明層111Bが形成される領域、または、透明層121A及び透明層121Bが形成される領域において、光学的厚さがλ/4の奇数倍であれば、上述した面発光レーザ100と同様の効果を得ることができる。尚、図21(a)は、面発光レーザ100aのXZ面における断面図であり、図21(b)は、面発光レーザ100aのYZ面における断面図である。
In the above description, the case where the optical thickness of the
(面発光レーザモジュール)
次に、本実施の形態における面発光レーザモジュールについて説明する。図44に示されるように、本実施の形態における面発光レーザモジュールは、パッケージ521と、カバーガラス522が取り付けられたキャップ530と、パッケージ521とキャップ530とを接続するためのリング540とを有している。
(Surface emitting laser module)
Next, the surface emitting laser module in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 44, the surface emitting laser module according to the present embodiment includes a
10 光源ユニット
10A レーザモジュール
10B 光学モジュール
20 面発光レーザモジュール
21 パッケージ
22 カバーガラス
40 面発光レーザアレイチップ
100 面発光レーザ
101 基板
102 バッファ層
103 下部半導体DBR
104 下部スペーサ層
105 活性層
106 上部スペーサ層
107 上部半導体DBR
108 電流狭窄層
108a 選択酸化領域
108b 電流狭窄領域
109 コンタクト層
110 メサ(メサ構造)
111 保護層
111A 透明層
111B 透明層
113 p側電極
114 n側電極
1000 レーザプリンタ(画像形成装置)
1010 光走査装置
2000 カラープリンタ(画像形成装置)
10
104
108
1010
Claims (17)
前記基板を設置するための凹部が設けられているパッケージと、
前記凹部とともに前記基板を囲むように、前記面発光レーザの光の出射側において、前記パッケージと接続される透明基板と、
を有する面発光レーザモジュールにおいて、
前記面発光レーザのメサ上部に形成された電極に囲まれた領域内に、前記光における反射率の高い領域と反射率の低い領域とが形成されており、
前記反射率の高い領域と前記反射率の低い領域により定まる前記光の偏光方向において、前記透明基板が、前記基板面に対し傾斜していることを特徴とする面発光レーザモジュール。 A surface emitting laser that emits light in a direction perpendicular to the substrate surface on which the substrate is formed;
A package provided with a recess for installing the substrate;
A transparent substrate connected to the package on the light emitting side of the surface emitting laser so as to surround the substrate together with the recess,
In the surface emitting laser module having
In the region surrounded by the electrode formed on the mesa of the surface emitting laser, a region having a high reflectance and a region having a low reflectance in the light are formed,
The surface emitting laser module according to claim 1, wherein the transparent substrate is inclined with respect to the substrate surface in a polarization direction of the light determined by the high reflectance region and the low reflectance region.
前記直交する2軸のうち幅が短くなる軸方向において、前記透明基板が、前記基板面に対し傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザモジュール。 The high reflectance region has different widths in two orthogonal axes,
2. The surface emitting laser module according to claim 1, wherein the transparent substrate is inclined with respect to the substrate surface in an axial direction in which a width becomes shorter among the two orthogonal axes.
前記反射率の高い領域における光学的な膜厚は、前記光の波長をλとした場合、λ/4の偶数倍であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。 The high-reflectance region and the low-reflectance region are formed by setting different film thicknesses of the dielectric film that transmits the light formed on the top surface of the mesa,
7. The surface light emission according to claim 1, wherein the optical film thickness in the high reflectance region is an even multiple of [lambda] / 4, where [lambda] is the wavelength of the light. Laser module.
前記反射率の低い領域における光学的な膜厚は、前記光の波長をλとした場合、λ/4の奇数倍であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。 The high-reflectance region and the low-reflectance region are formed by setting different thicknesses of the dielectric film that transmits the light formed on the upper surface of the mesa. ,
8. The surface light emission according to claim 1, wherein an optical film thickness in the low reflectance region is an odd multiple of [lambda] / 4 when the wavelength of the light is [lambda]. Laser module.
前記キャップは、前記パッケージに接合されているリングを介し前記パッケージと接合されていることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。 Having a cap for holding the transparent substrate;
The surface emitting laser module according to claim 1, wherein the cap is joined to the package via a ring joined to the package.
前記底面部は正方形状または長方形状に形成されているものであることを特徴とする請求項11に記載の面発光レーザモジュール。 The cap has a bottom surface part, and is joined to the ring at the bottom surface part,
The surface emitting laser module according to claim 11, wherein the bottom surface portion is formed in a square shape or a rectangular shape.
前記底面部は前記凹部の形状と相似する形状により形成されているものであることを特徴とする請求項11に記載の面発光レーザモジュール。 The cap has a bottom surface part, and is joined to the ring at the bottom surface part,
The surface emitting laser module according to claim 11, wherein the bottom surface portion is formed in a shape similar to the shape of the concave portion.
請求項1から14のいずれかに記載の面発光レーザモジュールを有する光源と、
前記光源からの光を偏向する光偏向部と、
前記光偏向部により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、
を有することを特徴とする光走査装置。 An optical scanning device that scans a surface to be scanned with light,
A light source comprising the surface emitting laser module according to claim 1;
A light deflector for deflecting light from the light source;
A scanning optical system for condensing the light deflected by the light deflection unit on the surface to be scanned;
An optical scanning device comprising:
前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する請求項15に記載の光走査装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。 An image carrier;
The optical scanning device according to claim 15, wherein the image carrier is scanned with light modulated in accordance with image information.
An image forming apparatus comprising:
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