JP2016127175A - 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及びレーザ装置。 - Google Patents
面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及びレーザ装置。 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016127175A JP2016127175A JP2015000744A JP2015000744A JP2016127175A JP 2016127175 A JP2016127175 A JP 2016127175A JP 2015000744 A JP2015000744 A JP 2015000744A JP 2015000744 A JP2015000744 A JP 2015000744A JP 2016127175 A JP2016127175 A JP 2016127175A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- elements
- emitting laser
- laser array
- surface emitting
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Laser Beam Printer (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
【課題】特性の均一化を図ることができる面発光レーザアレイを提供する。
【解決手段】 複数の素子は、複数の第1の素子と第2の素子と第3の素子とからなっている。第1の素子は発光素子であり、第2の素子及び第3の素子は、発光及び発熱しない素子である。複数の第1の素子は、y軸方向に関して第1の間隔で隣接するところと、y軸方向に関して第1の間隔よりも大きい第2の間隔で隣接するところとを含んで配置されている。第2の素子は、y軸方向に関して第2の間隔で隣接する2つの第1の素子の間に配置されている。y軸方向に関して隣接する第1の素子と第2の素子との間隔は、第1の間隔と同じである。
【選択図】図6
【解決手段】 複数の素子は、複数の第1の素子と第2の素子と第3の素子とからなっている。第1の素子は発光素子であり、第2の素子及び第3の素子は、発光及び発熱しない素子である。複数の第1の素子は、y軸方向に関して第1の間隔で隣接するところと、y軸方向に関して第1の間隔よりも大きい第2の間隔で隣接するところとを含んで配置されている。第2の素子は、y軸方向に関して第2の間隔で隣接する2つの第1の素子の間に配置されている。y軸方向に関して隣接する第1の素子と第2の素子との間隔は、第1の間隔と同じである。
【選択図】図6
Description
本発明は、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及びレーザ装置に係り、更に詳しくは、複数の発光部を有する面発光レーザアレイ、該面発光レーザアレイを有する光走査装置、該光走査装置を備える画像形成装置、及び前記面発光レーザアレイを有するレーザ装置に関する。
電子写真方式の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられている。この画像形成装置は、一般的に光走査装置を備え、光偏向器(例えば、ポリゴンミラー)を用いて、感光性を有するドラム(以下では、「感光体ドラム」ともいう)の表面をレーザ光で走査し、該ドラムの表面に潜像(静電潜像)を形成している。
近年、画像形成装置では、画像出力の高速化が求められている。これを実現するための方法として、(1)光走査装置の走査速度を高速化する、(2)光源を高出力化する、(3)感光体ドラムを高感度化する、ことが考えられる。
この方法では、筐体の補強、位置制御方法の開発、高出力レーザの開発、高感度感光体の開発などが必要となり、多大なコストと時間を必要とする。
ところで、画像の解像度が2倍になった場合、主走査及び副走査ともに2倍の時間が必要になるため、画像出力に4倍の時間が必要になる。従って、画像の高精細化を実現するには、画像出力の高速化も同時に達成する必要がある。
画像出力の高速化を実現するための別の方法として、光源から射出される光を複数本化(マルチビーム化)することが考えられる。この方法では、n本の光を用いた場合、1本の光を用いた場合と比較して、1回の走査で潜像が形成される領域はn倍となり、画像形成に必要な時間は1/nとなる。
例えば、特許文献1及び特許文献2には、1つのチップに複数の端面発光型半導体レーザを有するマルチビーム半導体レーザが開示されている。このマルチビーム半導体レーザは、構造上、コスト上(精度上)から、4ビーム(2ビーム×2、4ビーム×1)もしくは8ビーム(2ビーム×4、4ビーム×2)程度が限界であった。
近年、垂直共振器型の面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser;「VCSEL」とも呼ばれている。)が登場してきた。なお、以下では、垂直共振器型の面発光レーザを、単に面発光レーザともいう。面発光レーザ素子は、端面発光型半導体レーザよりも多くを集積することが容易である。
例えば、特許文献3には、複数の面発光レーザ素子を備え、第1の方向に並ぶ少なくとも2個の面発光レーザ素子をそれぞれが含む複数の素子列が第1の方向に垂直な第2の方向に並ぶように二次元に配置され、第1の方向に関して、複数の面発光レーザ素子は等間隔であり、複数の面発光レーザ素子の第1又は第2の方向における間隔は、当該面発光レーザアレイの周辺部よりも中央部が広い面発光レーザアレイが開示されている。
また、特許文献4には、実際に使用する面発光レーザ素子群からなる二次元アレイの周囲に、該実際に使用する面発光レーザ素子と同じポスト構造を有し且つ実際には面発光レ−
ザ素子として使用しないダミー素子を、隣接する面発光レーザ素子間の間隔、隣接するダミー素子間の間隔、及び隣接する面発光レーザ素子とダミー素子との間の間隔が各々同一になる配列で配置したことを特徴とする面発光レーザアレイ装置が開示されている。
ザ素子として使用しないダミー素子を、隣接する面発光レーザ素子間の間隔、隣接するダミー素子間の間隔、及び隣接する面発光レーザ素子とダミー素子との間の間隔が各々同一になる配列で配置したことを特徴とする面発光レーザアレイ装置が開示されている。
近年、画像形成装置では、画像出力の高速化とともに、画像品質の向上も要求されるようになってきた、そして、それに伴って、面発光レーザアレイに対して、更なる特性の均一化が求められている。しかしながら、従来の面発光レーザアレイでは、その要求に応えるのは困難であった。
しかしながら、
本発明は、複数の素子を有する面発光レーザアレイにおいて、前記複数の素子は、複数の第1の素子と、該第1の素子よりも発熱量が小さい第2の素子とを含み、前記複数の第1の素子は、第1の間隔で隣接するところと、前記第1の間隔よりも大きい第2の間隔で隣接するところとを含んで配置され、前記第2の素子は、前記第2の間隔で隣接する2つの第1の素子の間に配置されている面発光レーザアレイである。
本発明の面発光レーザアレイによれば、特性の均一化を図ることができる。
複数の光を用いて良質な画像形成を行うには、各光の均一性が不可欠であり、このためには、各発光部の特性が均一である必要がある。複数の発光部が二次元配列された面発光レーザアレイの場合、多くの発光部を密集した状態で作製(アレイ化)されるが、その際、周囲の発光部の影響により、中心部と周辺部の発光部の特性が異なるおそれがあった。なお、以下では、煩雑さを避けるため、複数の発光部が二次元配列された面発光レーザアレイを「二次元面発光レーザアレイ」ともいう。
また、二次元面発光レーザアレイでは、複数の発光部が狭ピッチで密集しているため、駆動中に、隣接する発光部の熱的クロストークの影響を極めて受けやすい。熱的クロストークの影響は、中心部と周辺部とでは異なることが容易に予想される。すなわち、中心付近の発光部ほど、他の発光部からの影響(熱的クロストーク)をより多く受けることが考えられる。その結果、個々に駆動された場合は全く同等の特性を有する発光部であっても、同時に駆動された場合は、中心部と周辺部の発光部の特性にばらつきが生じるおそれがある。このような現象は、潜像の均一化を妨げる可能性が高い。
特許文献3に開示されている面発光レーザアレイでは、複数の発光部を配列する際のレイアウトを工夫し、中心部における発光部の間隔を周辺部における発光部の間隔よりも広げることにより、熱的クロストークを緩和している。
特許文献4に開示されている面発光レーザアレイ装置では、発光部の製造上のばらつきを抑制するため発光部の間隔を均等にし、さらに最外周に発光部と同形状のダミー素子を同一間隔で配置している。
しかしながら、特許文献3に開示されている面発光レーザアレイでは、製造上のばらつきが避けられず、特許文献4に開示されている面発光レーザアレイ装置では、熱的クロストークが避けられない。すなわち、いずれも、複数の発光部における特性のばらつきを解消することは困難であった。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図23に基づいて説明する。図1には、一実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ2000の概略構成が示されている。
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。
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。
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、アナログ信号をデジタル信号に変換する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。
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を構成する。
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を構成する。
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を構成する。
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を構成する。
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。そして、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。
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。
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。すなわち、ここでは、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。また、各感光体ドラムが像担持体である。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。
各感光体ドラムの長手方向は「主走査方向」と呼ばれ、感光体ドラムの回転方向は「副走査方向」と呼ばれている。
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。
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。
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。
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。
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。
次に、前記光走査装置2010の構成について説明する。
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)、及び不図示の走査制御装置などを備えている。
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X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。
また、以下では、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。
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。
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。
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。
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。
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の光路上に配置され、該光を略平行光とする。
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を整形する。
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。
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。
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からの光及びシリンドリカルレンズ2204dからの光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からの光及びシリンドリカルレンズ2204cからの光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。
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に導光される。
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に導光される。
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に導光される。
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に導光される。
各感光体ドラム表面の光スポットは、光偏向器2104の回転に伴って感光体ドラムの長手方向(主走査方向)に沿って移動する。
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。
各光源は、一例として図6に示されるように、複数の素子を有する面発光レーザアレイ10を含んでいる。ここでは、面発光レーザアレイ10は、63個の素子を有している。63個の素子は、25個の第1の素子と、10個の第2の素子と、28個の第3の素子とからなっている。ここでは、メサあるいはポストの構造を有する部分を素子という。なお、素子と素子の間は、空間であってもいいし、素子を構成する材料と異なる材料で埋められていてもいい。
63個の素子は、互いに直交する2つの方向に沿って配列されている。ここでは、該2つの方向をx軸方向、y軸方向とし、該x軸方向及びy軸方向のいずれにも直交する方向をz軸方向とする。すなわち、63個の素子は、二次元配列されている。
25個の第1の素子は、図7に示されるように、y軸方向に関して、第1の間隔d1、及び第2の間隔d2で配置されている。第2の間隔d2は第1の間隔d1よりも大きい。第2の間隔d2で配置されている第1の素子は、63個の素子における中央に位置している。なお、本明細書では、「間隔」とは隣接する2つの素子における対向する面間の距離をいう。
10個の第2の素子は、図8に示されるように、y軸方向に関して、第2の間隔d2の第1の素子間に配置されている。そして、y軸方向に関して、第1の素子と第2の素子の間隔は、第1の間隔d1である。また、y軸方向に関して、対向する第1の素子と第2の素子は、対向している面の大きさが同じである。
28個の第3の素子は、図9に示されるように、第1の素子と第2の素子が配置されている領域の外側に配置されている。
第1の素子が図10(A)及び図10(B)に示されている。なお、図10(B)は、図10(A)のA−A断面図である。第1の素子は、発光部を有する発光素子であり、ここでは、発振波長が780nm帯の面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)である。z軸方向がレーザ発振方向である。
第1の素子は、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、保護膜111、上部電極113、下部電極114などを有している。
基板101は、図11(A)に示されるように、基板表面(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。すなわち、基板101は、いわゆる傾斜基板である。ここでは、図11(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。そこで、傾斜基板の傾斜軸は、x軸方向に平行である。なお、−y方向を「傾斜方向」ともいう。
図10(B)に戻り、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。
下部半導体DBR103は、バッファ層102の+z側の面上に積層され、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。ここでは、ドーパントとして、Se(セレン)が、5×1017cm/cm3〜2×1018cm/cm3の濃度でドープされている。
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。
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。
活性層105は、下部スペーサ層104の+z側に積層され、Al0.12Ga0.88Asからなる量子井戸層と、Al0.3Ga0.7Asからなる障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層である。
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。
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。
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。ここでは、ドーパントとして、Zn(亜鉛)が、5×1017cm/cm3〜6×1018cm/cm3の濃度でドープされている。
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。
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108が厚さ30nmで挿入されている。この被選択酸化層108の挿入位置は、上部スペーサ層106から光学的にλ/4の距離だけ離れた位置であり、低屈折率層中である。
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。
保護膜111は、SiO2又はSiNからなる膜である。
上部電極113は、配線部材によって電極パッドと電気的に接続されている。
次に、第1の素子の作成方法について説明する。
(1)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、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、被選択酸化層108、コンタクト層109を形成する(図12参照)。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。
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。
(2)積層体の表面にメサ形状に対応する1辺が20μm〜25μmの正方形状のレジストパターンを形成する。具体的には、コンタクト層109上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、メサ形状に対応したレジストパターンを形成する。ここでは、メサの断面が一辺20μm〜25μmの正方形となるようにした。なお、コンタクト層109上に塗布されるレジストはポジレジストを用い、コンタクト露光により露光を行う。
(3)反応性イオンエッチング(RIE)などのドライエッチングによって、四角柱状のメサを形成する。ここでは、エッチングの底部は下部スペーサ層104中に位置するようにした。なお、ドライエッチングの条件を調整することにより、メサの側面の傾斜角を調整することができる。ここでは、基板101の表面に対し、メサの側面の傾斜角が70°〜80°となるように、ドライエッチングの条件を調整している。この場合は、配線部材の断線を抑制することができる。
(4)レジストパターンを除去する(図13参照)。
(5)積層体を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14参照)。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。ここでは、電流通過領域108bは、一辺の長さが約5μmの略正方形状であった。
(6)プラズマCVD法を用いて、SiNからなる保護膜111を形成する(図15参照)。ここでは、保護膜111の膜厚を150nm〜300nmとしている。
(7)メサ上面にコンタクトホールを形成するためのレジストパターンを作成する。
(8)BHF(バッファード・フッ酸)を用いたウエットエッチングにより、レジストパターンの開口部における保護膜111を除去する。
(9)レジストパターンを除去する(図16参照)。
(10)上部電極113、電極パッド、配線部材が形成される領域以外の領域をマスクするためのレジストパターンを作成する。
(11)上部電極113、電極パッド、配線部材の材料を蒸着する。ここでは、Cr(9nm)/AuZn(18nm)/Au(700nm)からなる金属膜をEB(電子ビーム)蒸着により順次積層する。
(12)リフトオフにより、レジストパターンの形成されている領域上の金属膜を除去する。これにより、上部電極113、電極パッド、配線部材が形成される(図17参照)。
(13)基板101の厚さが100μm〜300μmとなるまで、基板101の裏側を研磨した後、Cr(9nm)/AuGe(18nm)/Au(250nm)からなる金属膜をEB(電子ビーム)蒸着により順次積層し、下部電極114を形成する(図18参照)。
(14)400℃で5分間アニールし、上部電極113と下部電極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。
第2の素子が図19(A)及び図19(B)に示されている。なお、図19(B)は、図19(A)のA−A断面図である。
第2の素子では、上部電極113が形成されていない。そこで、第2の素子には電流が注入されず、発光しない。
第2の素子は、第1の素子と同時に形成される。そこで、上記工程(7)では、メサ上面はレジストパターンで覆われ、上記工程(8)では、保護膜111は除去されない。また、上記工程(10)では、レジストパターンで全面が覆われる。
第3の素子が図20(A)及び図20(B)に示されている。なお、図20(B)は、図20(A)のA−A断面図である。
第3の素子では、上部電極113が形成されていない。そこで、第3の素子には電流が注入されず、発光しない。
第3の素子は、第1の素子と同時に形成される。そこで、上記工程(7)では、メサ上面はレジストパターンで覆われ、上記工程(8)では、保護膜111は除去されない。また、上記工程(10)では、レジストパターンで全面が覆われる。
すなわち、第1の素子は発光素子であり、第2の素子及び第3の素子は、発光及び発熱しない素子である。
面発光レーザアレイ10は、図21に示されるように、25個の第1の素子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、中心間距離が等しく(図21では「Ds」)なるようにz軸まわりに回動されている。
この場合、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。そこで、1回の走査で、複数の走査線を走査することができる。
そして、例えば、中心間距離Ds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を狭くして中心間距離Ds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。
また、この場合に、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。
比較例1の面発光レーザアレイが図22に示されている。比較例1の面発光レーザアレイでは、25個の発光素子がマトリックス状に配置され、その外側に24個のダミー素子が配置されている。
比較例2の面発光レーザアレイが図23に示されている。比較例2の面発光レーザアレイでは、25個の発光素子が、y軸方向に関する間隔を異ならせて配置され、その外側に24個のダミー素子が配置されている。
比較例1の面発光レーザアレイでは、潜像形成時の熱的クロストークによる特性のばらつきを抑制するのが困難である。比較例2の面発光レーザアレイでは、中心部にある発光素子と周辺部にある発光素子との間に生じる製造上のばらつきを抑制するのが困難である。一方、本実施形態の面発光レーザアレイ10では、潜像形成時の熱的クロストークによる特性のばらつき、及び中心部にある発光素子と周辺部にある発光素子との間に生じる製造上のばらつきのいずれも抑制することができる。すなわち、面発光レーザアレイ10では、中心部と周辺部の発光素子の特性の均一化を図ることができる。
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10は、二次元配列された63個の素子を有している。63個の素子は、25個の第1の素子と、10個の第2の素子と、28個の第3の素子とからなっている。第1の素子は発光素子であり、第2の素子及び第3の素子は、発光及び発熱しない素子である。
25個の第1の素子は、y軸方向に関して第1の間隔d1で隣接するところと、y軸方向に関して第1の間隔よりも大きい第2の間隔d2で隣接するところとを含んで配置されている。そして、第2の間隔d2で隣接するところは、63個の素子における中央部に位置している。
第2の素子は、y軸方向に関して第2の間隔d2で隣接する2つの第1の素子の間に配置されている。y軸方向に関して、第2の素子と該第2の素子に隣接する第1の素子との間隔は、第1の間隔d1である。y軸方向に関して対向する第1の素子と第2の素子は、対向している面の大きさが同じである。
28個の第3の素子は、25個の第1の素子の外側に配置されている。
この場合は、潜像形成時の熱的クロストークによる特性のばらつき、及び中心部にある発光素子と周辺部にある発光素子との間に生じる製造上のばらつきのいずれも抑制することができる。すなわち、面発光レーザアレイ10によれば、特性の均一化を図ることができる。
そして、光走査装置2010は、各光源が面発光レーザアレイ10を有しているため、光走査精度を向上させることができる。
また、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、画像出力の高速化とともに、画像品質の向上も図ることができる。
なお、上記実施形態では、面発光レーザアレイ10が63個の素子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。
そして、第1の素子の数は25個に限定されるものではない。また、第2の素子の数は10個に限定されるものではない。さらに、第3の素子の数は28個に限定されるものではない。
また、上記実施形態では、第2の素子が、発光及び発熱しない素子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。第1の素子よりも発熱量が小さければ、例えば、第2の素子が発光素子であっても良い。
また、上記実施形態において、x軸方向に関しても、間隔が異なっていても良い。
また、上記実施形態では、複数の素子が、第1の素子と第2の素子と第3の素子とからなる場合について説明したが、複数の素子が、第1の素子と第2の素子からなっていても良い。
また、上記実施形態では、複数の素子が、二次元配列されている場合について説明したが、複数の素子が、一次元配列されていても良い。一例として図24に示される面発光レーザアレイ11は、9個の素子を有している。この9個の素子は、5個の第1の素子と、2個の第2の素子と、2個の第3の素子とからなっている。面発光レーザアレイ11は、面発光レーザアレイ10と同様の効果を得ることができる。
面発光レーザアレイ11の比較例Aが図25に示されている。比較例Aの面発光レーザアレイでは、5個の発光素子が等間隔で配置され、その両端に2個のダミー素子が配置されている。
面発光レーザアレイ11の比較例Bが図26に示されている。比較例Bの面発光レーザアレイでは、5個の発光素子が、y軸方向に関する間隔を異ならせて配置され、その両端に2個のダミー素子が配置されている。
比較例Aの面発光レーザアレイでは、潜像形成時の熱的クロストークによる特性のばらつきを抑制するのが困難である。比較例Bの面発光レーザアレイでは、中心部にある発光素子と周辺部にある発光素子との間に生じる製造上のばらつきを抑制するのが困難である。
また、上記実施形態では、メサの横断面の外形形状が略正方形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、メサの横断面の外形形状を、円形、楕円形あるいは長方形など任意の形状とすることができる。
また、上記実施形態では、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。要するに、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る基板であれば良い。
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。
また、面発光レーザ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。
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2000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、画像形成装置としてモノクロのプリンタであっても良い。要するに、光走査装置2010を備えた画像形成装置であれば、結果として、画像出力の高速化とともに、画像品質の向上も図ることができる。
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。
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。
《レーザアニール装置》
一例として図27(A)及び図27(B)にレーザ装置としてのレーザアニール装置1000の概略構成が示されている。このレーザアニール装置1000は、光源1010、光学系1020、テーブル装置1030、及び不図示の制御装置などを備えている。
一例として図27(A)及び図27(B)にレーザ装置としてのレーザアニール装置1000の概略構成が示されている。このレーザアニール装置1000は、光源1010、光学系1020、テーブル装置1030、及び不図示の制御装置などを備えている。
光源1010は、面発光レーザアレイ10あるいは面発光レーザアレイ11を有し、複数のレーザ光を射出することができる。光学系1020は、光源1010から射出された複数のレーザ光を対象物Pの表面に導光する。テーブル装置1030は、対象物Pが載置されるテーブルを有している。該テーブルは、少なくともY軸方向に沿って移動することができる。
例えば、対象物Pがアモルファスシリコン(a−Si)の場合、レーザ光が照射されると、アモルファスシリコン(a−Si)は、温度が上昇し、その後、徐々に冷却されることによって結晶化し、ポリシリコン(p−Si)になる。
この場合、レーザアニール装置1000は、光源1010が面発光レーザアレイ10あるいは面発光レーザアレイ11を有しているため、処理効率を向上させることができる。
《レーザ加工機》
一例として図28にレーザ装置としてのレーザ加工機3000の概略構成が示されている。このレーザ加工機3000は、光源3010、光学系3100、対象物Pが載置されるテーブル3150、テーブル駆動装置3160、操作パネル3180及び制御装置3200などを備えている。
一例として図28にレーザ装置としてのレーザ加工機3000の概略構成が示されている。このレーザ加工機3000は、光源3010、光学系3100、対象物Pが載置されるテーブル3150、テーブル駆動装置3160、操作パネル3180及び制御装置3200などを備えている。
光源3010は、面発光レーザアレイ10あるいは面発光レーザアレイ11を有し、制御装置3200の指示に基づいてレーザ光を射出する。光学系3100は、光源3010から射出されたレーザ光を対象物Pの表面近傍で集光させる。テーブル駆動装置3160は、制御装置3200の指示に基づいて、テーブル3150をX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に移動させる。
操作パネル3180は、作業者が各種設定を行うための複数のキー、及び各種情報を表示するための表示器を有している。制御装置3200は、操作パネル3180からの各種設定情報に基づいて、光源3010及びテーブル駆動装置3160を制御する。
この場合、レーザ加工機3000は、光源3010が面発光レーザアレイ10あるいは面発光レーザアレイ11を有しているため、加工(例えば、切断や溶接)の処理効率を向上させることができる。
なお、レーザ加工機3000は、複数の光源3010を有しても良い。
また、面発光レーザアレイ10あるいは面発光レーザアレイ11は、レーザアニール装置及びレーザ加工機以外のレーザ光を利用する装置にも好適である。例えば、面発光レーザアレイ10あるいは面発光レーザアレイ11を表示装置の光源に用いても良い。
10…面発光レーザアレイ、11…面発光レーザアレイ、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…被選択酸化層、109…コンタクト層、111…保護膜、113…上部電極、114…下部電極、1000…レーザアニール装置(レーザ装置)、1010…光源、1020…光学系、1030…テーブル装置、2000…カラープリンタ(画像形成装置)、2010…光走査装置、2030a〜2030d…感光体ドラム(像担持体)、2104…光偏向器、2105a〜2105d…走査レンズ(走査光学系の一部)、2200a〜2200d…光源、3000…レーザ加工機(レーザ装置)、3010…光源、3100…光学系、3150…テーブル、3160…テーブル駆動装置、3180…操作パネル、3200…制御装置、P…対象物。
Claims (10)
- 複数の素子を有する面発光レーザアレイにおいて、
前記複数の素子は、複数の第1の素子と、該第1の素子よりも発熱量が小さい第2の素子とを含み、
前記複数の第1の素子は、第1の間隔で隣接するところと、前記第1の間隔よりも大きい第2の間隔で隣接するところとを含んで配置され、
前記第2の素子は、前記第2の間隔で隣接する2つの第1の素子の間に配置されている面発光レーザアレイ。 - 前記第2の間隔で隣接するところは、前記複数の素子における中央部であることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記第2の素子には電流が注入されず、発光しないことを特徴とする請求項1又は2に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記第2の素子と該第2の素子に隣接する第1の素子との間隔は、前記第1の間隔と同じであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記複数の素子は、前記複数の第1の素子の外側に配置され、発光及び発熱しない第3の素子を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記第2の素子と該第2の素子に隣接する第1の素子は、対向している面の大きさが同じであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記複数の素子は、二次元配列されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
- 光によって被走査面を走査する光走査装置であって、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイと、
前記面発光レーザアレイ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に集光する走査光学系とを備える光走査装置。 - 像担持体と、
画像情報が含まれる光によって前記像担持体を走査する請求項8に記載の光走査装置とを備える画像形成装置。 - 対象物にレーザ光を照射するレーザ装置であって、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイと、
前記面発光レーザアレイから射出されるレーザ光を前記対象物に導光する光学系とを備えるレーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015000744A JP2016127175A (ja) | 2015-01-06 | 2015-01-06 | 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及びレーザ装置。 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015000744A JP2016127175A (ja) | 2015-01-06 | 2015-01-06 | 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及びレーザ装置。 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016127175A true JP2016127175A (ja) | 2016-07-11 |
Family
ID=56359760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015000744A Pending JP2016127175A (ja) | 2015-01-06 | 2015-01-06 | 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及びレーザ装置。 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016127175A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019200395A (ja) * | 2018-05-18 | 2019-11-21 | シャープ株式会社 | 立体表示装置 |
CN113169518A (zh) * | 2018-11-07 | 2021-07-23 | 瑞识科技(深圳)有限公司 | 防止垂直腔面发射激光器(vcsel)阵列热致失效的系统和方法 |
WO2021261207A1 (ja) * | 2020-06-25 | 2021-12-30 | ソニーグループ株式会社 | 発光装置 |
-
2015
- 2015-01-06 JP JP2015000744A patent/JP2016127175A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019200395A (ja) * | 2018-05-18 | 2019-11-21 | シャープ株式会社 | 立体表示装置 |
JP7079146B2 (ja) | 2018-05-18 | 2022-06-01 | シャープ株式会社 | 立体表示装置 |
CN113169518A (zh) * | 2018-11-07 | 2021-07-23 | 瑞识科技(深圳)有限公司 | 防止垂直腔面发射激光器(vcsel)阵列热致失效的系统和方法 |
US12068585B2 (en) | 2018-11-07 | 2024-08-20 | Shenzhen Raysees Ai Technology Co. Ltd. | System and method for preventing thermal induced failures in vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) array |
WO2021261207A1 (ja) * | 2020-06-25 | 2021-12-30 | ソニーグループ株式会社 | 発光装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
USRE45945E1 (en) | Image forming apparatus and scanning unit to scan a target surface using light fluxes | |
JP5929259B2 (ja) | 面発光レーザ素子、光走査装置及び画像形成装置 | |
US8035676B2 (en) | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP4890358B2 (ja) | 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システム | |
US8855159B2 (en) | Surface-emitting laser element, surface-emitting laser array, optical scanner device, and image forming apparatus | |
US20080055672A1 (en) | Optical scanning device and image forming apparatus | |
US20090310632A1 (en) | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP2008268721A (ja) | 光走査装置及び画像形成装置 | |
JP5424617B2 (ja) | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システム | |
JP2012195341A (ja) | 面発光型レーザ素子とその製造方法、面発光型レーザアレイ素子、光走査装置、ならびに画像形成装置 | |
JP5320991B2 (ja) | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システム | |
JP6085956B2 (ja) | 面発光レーザアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置 | |
JP2008192780A (ja) | 面発光レーザモジュール、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システム | |
JP2016127175A (ja) | 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及びレーザ装置。 | |
JP5999303B2 (ja) | 面発光レーザアレイ及び画像形成装置 | |
JP2014135371A (ja) | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ及び光走査装置 | |
JP2008135596A (ja) | 半導体レーザアレイ製造方法、面発光型半導体レーザアレイ、光源ユニット、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システム | |
JP2010283083A (ja) | 面発光型半導体レーザー、面発光型半導体レーザーの製造方法、面発光型レーザーアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置 | |
JP4836258B2 (ja) | 半導体レーザアレイ製造方法、面発光型半導体レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システム | |
JP2016127176A (ja) | 素子の製造方法、面発光レーザ素子、光走査装置、及び画像形成装置 | |
JP2012015364A (ja) | 面発光レーザ素子の製造方法、面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置 | |
JP2012195431A (ja) | 面発光レーザ素子と面発光レーザアレイおよび製造方法とそれを用いた光走査装置と画像形成装置ならびに光送受信モジュールと光通信装置および電気機器 | |
JP6137555B2 (ja) | 面発光レーザ、光走査装置及び画像形成装置 | |
JP5316919B2 (ja) | 面発光レーザアレイ、それを備えた光走査装置および画像形成装置 | |
JP2015099910A (ja) | 面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置、及び面発光レーザアレイの製造方法 |