JP2016127236A - Surface light-emitting laser element, surface light-emitting laser array, optical scanner, and image forming apparatus - Google Patents
Surface light-emitting laser element, surface light-emitting laser array, optical scanner, and image forming apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016127236A JP2016127236A JP2015002331A JP2015002331A JP2016127236A JP 2016127236 A JP2016127236 A JP 2016127236A JP 2015002331 A JP2015002331 A JP 2015002331A JP 2015002331 A JP2015002331 A JP 2015002331A JP 2016127236 A JP2016127236 A JP 2016127236A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- emitting laser
- layer
- mesa
- laser element
- spacer layer
- 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.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、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 element, a surface emitting laser array, an optical scanning device, and an image forming apparatus.
面発光レーザ素子(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER)は、半導体基板上に下部半導体DBR、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、上部半導体DBR等が順次積層形成された構造の半導体レーザである。面発光レーザ素子において、下部スペーサ層、活性層、及び上部スペーサ層は共振器構造体を構成している。 A vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) is a semiconductor laser having a structure in which a lower semiconductor DBR, a lower spacer layer, an active layer, an upper spacer layer, an upper semiconductor DBR, and the like are sequentially stacked on a semiconductor substrate. . In the surface emitting laser element, the lower spacer layer, the active layer, and the upper spacer layer form a resonator structure.
面発光レーザ素子の発光時には、活性層において熱が発生するが、活性層で発生した熱をすみやかに放熱すると、ジャンクション温度(活性層温度)の上昇が抑えられ、利得の低下が抑えられ、高出力が得られる。又、所謂温度特性が良好で長寿命にもなる。 When the surface emitting laser element emits light, heat is generated in the active layer. However, if the heat generated in the active layer is quickly dissipated, an increase in junction temperature (active layer temperature) is suppressed, and a decrease in gain is suppressed. Output is obtained. Also, the so-called temperature characteristics are good and the life is long.
下部半導体DBRは、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された構造であり、通常AlGaAs系の材料が用いられている。AlGaAs系の材料は、Alの組成によって熱伝導率が大きく変化し、AlAsが最も熱伝導率が高い。そこで、放熱経路側にある下部半導体DBRにおいて、共振器構造体の下部スペーサ層に近接した低屈折率層をAlAs層とすることが最も望ましい。 The lower semiconductor DBR has a structure in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately stacked, and an AlGaAs-based material is usually used. The AlGaAs-based material greatly varies in thermal conductivity depending on the Al composition, and AlAs has the highest thermal conductivity. Therefore, in the lower semiconductor DBR on the heat dissipation path side, it is most desirable that the low refractive index layer adjacent to the lower spacer layer of the resonator structure is an AlAs layer.
この構造を実現した一例として、上部半導体DBRをAlGaAs系材料とし、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層を含む共振器構造体をAlGaInPAs系材料とし、下部半導体DBRの低屈折率層を全てAlAs層とした面発光レーザ素子が挙げられる。 As an example of realizing this structure, the upper semiconductor DBR is made of an AlGaAs material, the resonator structure including the lower spacer layer, the active layer, and the upper spacer layer is made of an AlGaInPAs material, and all the low refractive index layers of the lower semiconductor DBR are made of AlAs. A surface emitting laser element having a layer may be mentioned.
この面発光レーザ素子では、共振器構造体のエッチング速度を上部半導体DBRのエッチング速度より小さくできるため、エッチング底面が共振器構造体に達したことを容易に判断することが可能となる。その結果、共振器構造体の中心付近まで精度良くエッチングすることができ、下部半導体DBRの低屈折率層を全てAlAs層とすることが可能となるとしている(例えば、特許文献1参照)。 In this surface emitting laser element, since the etching rate of the resonator structure can be made smaller than the etching rate of the upper semiconductor DBR, it is possible to easily determine that the etching bottom surface has reached the resonator structure. As a result, it is possible to perform etching accurately to the vicinity of the center of the resonator structure, and to make all the low refractive index layers of the lower semiconductor DBR into AlAs layers (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記の面発光レーザ素子において、十分な放熱効果を得るためには、下部スペーサ層の厚さを最小限にする必要がある。ところが、下部スペーサ層の厚さを最小限にすると、エッチング速度の分布から下部スペーサ層の残り厚さが極端に薄くなり、部分的に下部半導体DBRのAlAs層が露出するおそれがある。 However, in the surface emitting laser element described above, in order to obtain a sufficient heat dissipation effect, it is necessary to minimize the thickness of the lower spacer layer. However, if the thickness of the lower spacer layer is minimized, the remaining thickness of the lower spacer layer becomes extremely thin from the distribution of the etching rate, and the AlAs layer of the lower semiconductor DBR may be partially exposed.
特に、メサの側面に下部半導体DBRのAlAs層が露出すると、面発光レーザ素子の製造工程で、メサの側面に露出するAlAs層が側面から酸化されて高抵抗化又は絶縁化し、歩留が低下する要因となる。この問題を回避して広いプロセスウィンドウを得るためには、下部スペーサ層の厚さを大きくする必要があり、結果として放熱性を犠牲にすることになる。 In particular, when the AlAs layer of the lower semiconductor DBR is exposed on the side surface of the mesa, the AlAs layer exposed on the side surface of the mesa is oxidized from the side surface to increase resistance or insulation in the manufacturing process of the surface emitting laser element, thereby reducing the yield. It becomes a factor to do. In order to avoid this problem and obtain a wide process window, it is necessary to increase the thickness of the lower spacer layer, and as a result, heat dissipation is sacrificed.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、高い放熱性と広いプロセスウィンドウとを兼ね備えた面発光レーザ素子を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a surface emitting laser element having both high heat dissipation and a wide process window.
本面発光レーザ素子は、第1層、及び前記第1層よりも熱伝導率が大きな第2層を含む反射鏡と、前記反射鏡の前記第2層上に第1スペーサ層、活性層、及び第2スペーサ層が順次積層された共振器構造体と、前記共振器構造体上に積層された積層膜と、を有し、前記積層膜によりメサが形成され、光出射方向から視て、前記共振器構造体が前記メサの下方から前記メサの周囲に延伸していることを要件とする。 The surface-emitting laser element includes a first layer and a reflecting mirror including a second layer having a thermal conductivity larger than that of the first layer, a first spacer layer, an active layer on the second layer of the reflecting mirror, And a resonator structure in which the second spacer layer is sequentially laminated, and a laminated film laminated on the resonator structure, and a mesa is formed by the laminated film, as viewed from the light emitting direction, It is a requirement that the resonator structure extends around the mesa from below the mesa.
開示の技術によれば、高い放熱性と広いプロセスウィンドウとを兼ね備えた面発光レーザ素子を提供できる。 According to the disclosed technique, it is possible to provide a surface emitting laser element having both high heat dissipation and a wide process window.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
〈第1の実施の形態〉
[面発光レーザ素子の構造]
まず、面発光レーザ素子の構造について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る面発光レーザ素子を例示する断面図である。第1の実施の形態に係る面発光レーザ素子100は、発振波長λが、例えば780nm帯である垂直共振器型のレーザ素子である。
<First Embodiment>
[Structure of surface emitting laser element]
First, the structure of the surface emitting laser element will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a surface emitting laser element according to the first embodiment. The surface emitting
図1を参照するに、面発光レーザ素子100において、半導体基板101上に、バッファ層102、下部半導体DBR(Distributed Bragg Reflector)103、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DBR(Distributed Bragg Reflector)107、コンタクト層109が順次積層形成されている。
Referring to FIG. 1, in a surface
又、上部半導体DBR107の内部には、電流狭窄層108が形成されている。又、コンタクト層109の上面側にはp側電極110が形成され、半導体基板101の下面側にはn側電極111が形成されている。なお、+Z方向は、面発光レーザ素子100の光出射方向(レーザ光の出射方向)を示している。
A
面発光レーザ素子100において、上部半導体DBR107の一部がエッチングにより除去されて、メサ150(メサ構造体)が形成されている。メサ150の側面は、例えば、上部スペーサ層106側に末広がりとなるテーパ形状とすることができる。150aは、メサ150の周囲の底面(以降、エッチング底面150aとする)を示している。なお、面発光レーザ素子100を複数有する面発光レーザアレイを実現することができ、その場合には、エッチング底面150aは、隣接する面発光レーザ素子100のメサ150間に形成される。
In the surface emitting
本実施の形態では、便宜上、p側電極110側を表面側又は上側、n側電極111側を裏面側又は下側とする。又、各部位のp側電極110側の面を表面又は上面、n側電極111側の面を裏面又は下面とする。但し、面発光レーザ素子100は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、面発光レーザ素子100の各構成部を光出射方向から(+Z方向から)視た形状を平面形状と称する場合がある。
In this embodiment, for the sake of convenience, the p-
以下、面発光レーザ素子100の各構成部について詳説する。半導体基板101は、例えば、n−GaAs単結晶基板である。バッファ層102は、半導体基板101の上面に積層されている。バッファ層102は、例えば、n−GaAsにより形成されている。
Hereinafter, each component of the surface emitting
下部半導体DBR103は、バッファ層102の上面に積層されている。下部半導体DBR103は、例えば、n−AlAs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。なお、下部半導体DBR103を構成する低屈折率層は、高屈折率層よりも熱伝導率が格段に大きい。
The lower semiconductor DBR 103 is stacked on the upper surface of the
AlAsは、特に熱伝導率が大きく放熱性に優れている。そのため、下部半導体DBR103において、下部スペーサ層104と接する低屈折率層はAlAsから構成することが好ましい。この場合、下部スペーサ層104と接する低屈折率層をできるだけ厚くすることで、更に放熱性を高めることができる。以降は、下部スペーサ層104と接する低屈折率層がAlAs層である場合の例について説明する。
AlAs has particularly high thermal conductivity and excellent heat dissipation. For this reason, in the
下部半導体DBR103において、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組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層は何れも隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、λ/4の光学厚さとなるように設定されている。なお、下部半導体DBR103は、本発明に係る反射鏡の代表的な一例である。又、下部半導体DBR103の高屈折率層は本発明に係る第1層の代表的な一例であり、低屈折率層は本発明に係る第2層の代表的な一例である。
In the
下部スペーサ層104は、下部半導体DBR103の上面(下部半導体DBR103内の最上のAlAs層の上面)に積層されている。下部スペーサ層104は、例えば、ノンドープの(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pにより形成されている。なお、下部スペーサ層104は、本発明に係る第1スペーサ層の代表的な一例である。
The
活性層105は、下部スペーサ層104の上面に積層されている。活性層105は、例えば、3層の量子井戸層と4層の障壁層とを有している。各量子井戸層は、例えば、圧縮歪を誘起する組成であるGaInPAsからなり、バンドギャップ波長が約780nmである。又、各障壁層は、例えば、引っ張り歪を誘起する組成であるGa0.6In0.4Pからなる。
The
上部スペーサ層106は、活性層105の上面に積層されている。上部スペーサ層106は、例えば、ノンドープの(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pにより形成されている。なお、上部スペーサ層106は、本発明に係る第2スペーサ層の代表的な一例である。
The
下部スペーサ層104、活性層105、及び上部スペーサ層106が順次積層された部分は、共振器構造体120を構成している。共振器構造体120の厚さは、1波長の光学厚さとなるように設定することができる。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120の略中央に設けることができる。
A portion in which the
活性層105で発生した熱は、主として下部半導体DBR103を介して半導体基板101に放熱される。半導体基板101は、例えば、下面に形成されたn側電極111を介して導電性接着剤等によりパッケージに装着されており、活性層105で発生した熱は半導体基板101からパッケージに放熱される。
The heat generated in the
上部半導体DBR107は、上部スペーサ層106の上面に積層されている。上部半導体DBR107は、例えば、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。
The
上部半導体DBR107において、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組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層は何れも隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、λ/4の光学厚さとなるように設定されている。
In the
上部半導体DBR107における低屈折率層の1つには、例えば厚さ30nm程度のp−AlAsからなる電流狭窄層108が形成されている。電流狭窄層108は、例えば、上部半導体DBR107の内部において、上部スペーサ層106から光学的に5λ/4離れた位置にある、上部スペーサ層106から3ペア目の低屈折率層中に形成される。
In one of the low refractive index layers in the
電流狭窄層108は、酸化された選択酸化領域108aと、酸化されていない電流通過領域108bを含んでいる。選択酸化領域108aは、メサ150の側面より、電流狭窄層108を酸化することにより形成することができる。
The
コンタクト層109は、上部半導体DBR107の上面に積層されている。コンタクト層109は、例えば、高濃度ドープのp−GaAsにより形成されている。コンタクト層109は、p側電極110とオーミック接触を形成するために必要な層である。
The
p側電極110は、コンタクト層109の上面に選択的に形成されている。p側電極110は、例えば、Ti/Pt/Auや、Cr/AuZn/Au等の金属が積層された膜により形成されている。なお、コンタクト層109上においてp側電極110が形成されていない領域は、レーザ光を出射する出射面となる。
The p-
n側電極111は、半導体基板101の下面に設けられており、半導体基板101とオーミック接触するように形成されている。n側電極111は、例えば、Ti/Pt/Auや、AuGe/Ni/Au等の金属が積層された膜により形成されている。
The n-
なお、p側電極110が形成されている部分及びレーザ光が出射される部分を除くメサ150の上面、メサ150の側面、及びエッチング底面150aを覆う絶縁膜を厚さ150nm程度形成してもよい。絶縁膜としては、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いることができる。
Note that an insulating film covering the top surface of the
本実施の形態に係る面発光レーザ素子100では、共振器構造体120上に積層された上部半導体DBR107等を含む積層膜によりメサ150が形成されている。そして、メサ150の周囲の底面であるエッチング底面150aの全面が、上部半導体DBR107内の何れかの層(例えば、最下層)により形成されている。
In the surface emitting
そして、エッチング底面150aを形成する層(例えば、上部半導体DBR107内の最下層)の下方全域に共振器構造体120が残存している。つまり、光出射方向から視て、共振器構造体120がメサ150の下方からメサ150の周囲に延伸し、エッチング底面150aを形成する層の下方全域に共振器構造体120が残存している。
The
[面発光レーザ素子の製造方法]
次に、図2〜図5を参照しながら、面発光レーザ素子100の製造方法について説明する。
[Method for Manufacturing Surface Emitting Laser Element]
Next, a method for manufacturing the surface emitting
まず、図2(a)に示すように、n−GaAs等からなる半導体基板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を順次積層し、積層体180を形成する。なお、積層体180を構成する一部の膜を積層膜と称する場合がある。
First, as shown in FIG. 2A, on a
積層体180は、例えば、有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により形成できる。又、積層体180は、分子線エピタキシャル成長(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法により形成してもよい。
The
なお、III族の原料には、例えば、トリメチルアルミミウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)を用いることができる。又、V族の原料には、例えば、アルシン(AsH3)ガス、ホスフィン(PH3)ガスを用いることができる。又、p型ドーパントの原料には、例えば、四臭化炭素(CBr4)を用いることができる。又、n型ドーパントの原料には、例えば、セレン化水素(H2Se)を用いることができる。 For example, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), or trimethylindium (TMI) can be used as the Group III material. Further, for example, an arsine (AsH 3 ) gas or a phosphine (PH 3 ) gas can be used as the group V raw material. Further, for example, carbon tetrabromide (CBr 4 ) can be used as a raw material for the p-type dopant. Further, for example, hydrogen selenide (H 2 Se) can be used as a raw material for the n-type dopant.
次に、図2(b)に示すように、積層体180の上面(コンタクト層109の上面)にレジストパターン500を形成する。レジストパターン500は、メサ150を形成するために必要なものであり、例えば、フォトリソグラフィにより形成できる。レジストパターン500の平面形状は、例えば、一辺が20μm程度の正方形とすることができる。
Next, as illustrated in FIG. 2B, a resist
次に、図3(a)に示すように、レジストパターン500をマスクとして積層体180をエッチングし、断面形状が略台形状のメサ150を形成する。メサ150は、例えば、図4に示すICPプラズマエッチング装置300を用いて形成できる。以下に具体的に説明する。
Next, as shown in FIG. 3A, the laminate 180 is etched using the resist
まず、図2(b)に示すレジストパターン500が形成された積層体180を、ICPプラズマエッチング装置300の真空室301に入れ、ドライポンプ321により10分間真空引きを行った後、ゲートバルブ302を開いて反応室303に搬送する。反応室303には、リング状のシリコン304が設けられており、その反応生成物はGaAs系材料のエッチングに寄与するものである。
First, the
反応室303において、積層体180を10分間保持した後、例えば、塩素(Cl2)用のガスボンベ305よりCl2ガスを1sccm導入する。又、例えば、四塩化炭素(SiCl4)用のガスボンベ306よりSiCl4ガスを1sccm、アルゴン(Ar)用のガスボンベ307よりArガスを1sccm導入する。各々のガスボンベ305、306、307には、マスフローコントローラ308、309、310が取り付けられており、マスフローコントローラ308、309、310により各々のガスの流量が制御される。
In the
又、反応室303は、ターボ分子ポンプ322及びドライポンプ323により排気されており、反応室303とターボ分子ポンプ322との間には、開度調整機能付バルブ311が設けられている。又、反応室303内の圧力を測定するための真空計312が設けられている。真空計312で反応室303の圧力をモニタし、例えば、反応室303の圧力を0.3Paに保つように開度調整機能付きバルブ311の開度を制御し、エッチングする。具体的には、例えば、Cl2ガス、SiCl4ガス、Arガスの導入より30秒間、反応室303の圧力を0.3Paに調整した後、誘導コイル314に400Wの電力を供給する。
The
その後、例えば、エッチング底面が上部半導体DBR107の最下層の位置に到達した時に誘導コイル314に供給していた電力を遮断する。この場合、エッチング底面150aは、上部スペーサ層106よりも上層である上部半導体DBR107の最下層により形成される。共振器構造体120は、エッチング底面150aよりも下側に残存しており、全く除去されていない構造となる。
Thereafter, for example, the power supplied to the
なお、本エッチング工程において、エッチング底面がどの位置にあるかは、反応室303の上部に設けたサファイア窓を介して設けられた反射率測定器315により、反射率の変化として計測可能である。計測された反射率は、反射率モニタ316に表示され、この反射率モニタ316に表示された状況を確認しながらエッチングを行うことにより、現在、どの層をエッチングしているか確認することが可能である。よって、所望の位置でエッチングを停止して、所望の層をエッチング底面150aに露出させることができる。
In this etching step, the position of the etching bottom can be measured as a change in reflectance by a
次に、図3(b)に示すように、レジストパターン500を除去し、電流狭窄層108を形成する。電流狭窄層108は、例えば、図5に示す酸化装置400を用いて形成できる。以下に具体的に説明する。
Next, as shown in FIG. 3B, the resist
酸化装置400は、水蒸気供給部410、ステンレス製反応容器420、導入管430、排気管440、水捕集器450及び温度コントローラ等を有している。水蒸気供給部410は、マスフローコントローラ411、気化器412、液体マスフローコントローラ413及び水供給部414を備えており、水蒸気がステンレス製反応容器420に供給される。
The
ステンレス製反応容器420内には、酸化する対象物(この場合、メサ150を形成した積層体180)を設置するためのトレイ421が設けられている。又、トレイ421を介して酸化する対象物を加熱するためのセラミックヒータ424を内蔵する円板状の加熱テーブル422、酸化する対象物の温度を計測する熱電対425、加熱テーブル422を保持し回転可能な基台423が設けられている。
In the stainless
温度コントローラは、熱電対425の出力信号をモニタしながらセラミックヒータ424に供給する電流(又は電圧)を制御し、酸化する対象物を、設定された温度(保持温度)で設定された時間(保持時間)保持する。
The temperature controller controls the current (or voltage) supplied to the
酸化装置400では、水蒸気供給部410において、水供給部414に窒素(N2)ガスを導入すると、水(H2O)が液体マスフローコントローラ413により流量制御されて気化器412に供給され水蒸気となる。N2キャリアガスがマスフローコントローラ411により流量が制御されて気化器412に導入されると、気化器412からは、水蒸気を含むN2キャリアガスが導入管430を介してステンレス製反応容器420内に供給される。
In the
ステンレス製反応容器420内に供給された水蒸気を含むN2キャリアガスは、メサ150を形成した積層体180の周囲に供給される。これにより、メサ150を形成した積層体180は水蒸気雰囲気に曝され、メサ150の電流狭窄層108が形成される領域において、周囲より次第に酸化が進行する。
The N 2 carrier gas containing water vapor supplied into the stainless
例えば、メサ150を形成した積層体180を、水の流量が80g/hr、N2キャリアガスの流量が20SLM、保持温度が410℃条件で、電流通過領域108bの半径が3.5μm程度となる時間だけ酸化を行う。ここで、酸化を行う時間は、予め同一の積層体構成の試料を処理して求めた酸化速度と、メサ150の仕上がり寸法から必要な酸化距離を算出して、計算により求めることができる。
For example, in the
これにより、メサ150の側面から選択的に酸化されてAlの酸化物からなる選択酸化領域108aが形成され、メサ150の中央部には平面視において選択酸化領域108aに囲まれた、酸化されていない領域である電流通過領域108bが残留する。つまり、選択酸化領域108aと電流通過領域108bとを含む電流狭窄層108が形成される。
As a result, the
電流狭窄層108が形成された後、水蒸気を含むN2キャリアガスは、排気管440及び水捕集器450を介して排出される。
After the
この後、プラズマCVD法により、メサ150の上面、メサ150の側面、及びエッチング底面150aを覆うシリコン窒化膜(SiN膜)を厚さ150nm程度形成する。そして、略台形状のメサ150の上面を覆うシリコン窒化膜上に、一辺が例えば18μmの略正方形の開口部を有するレジストパターンを形成する。そして、例えばバッファードフッ酸によりレジストパターンの形成されていない領域のシリコン窒化膜をエッチングし、メサ150の上面に例えば18μmの開口部を形成する。
Thereafter, a silicon nitride film (SiN film) covering the upper surface of the
次に、p側電極110を形成するためのレジストパターンを形成後、真空蒸着法等により、例えば、Cr/AuZn/Auの順に金属膜を合計膜厚が750nm程度となるように積層形成し、リフトオフを行うことによりp側電極110を形成する。更に、半導体基板101の下面を研磨した後、研磨面に真空蒸着法等により、例えば、AuGe/Ni/Auの順に金属膜を積層形成し、n側電極111を形成する。
Next, after forming a resist pattern for forming the p-
この後、シンター炉により、例えば、400℃、4分間の熱処理を行う。以上の工程により、図1に示す面発光レーザ素子100が完成する。
Thereafter, heat treatment is performed, for example, at 400 ° C. for 4 minutes in a sinter furnace. Through the above steps, the surface emitting
ここで、比較例を示しながら、本実施の形態に係る面発光レーザ素子100が奏する特有の効果について説明する。図6は、比較例に係る面発光レーザ素子を例示する断面図である。図6を参照するに、比較例に係る面発光レーザ素子100Xは、エッチング底面150aの全面が下部スペーサ層104により形成されている点が、本実施の形態に係る面発光レーザ素子100(図1参照)と相違する。
Here, a specific effect produced by the surface emitting
面発光レーザ素子100Xにおいて、下部スペーサ層104の下層である下部半導体DBR103は、例えば、熱伝導率が大きいn−AlAsからなる低屈折率層(AlAs層)と、n−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層のペアを有している。活性層105で発生した熱の放熱効果を高めるためには、下部半導体DBR103の最上層をAlAs層とし、かつ下部スペーサ層104の厚さを最小限にして、活性層105と熱伝導率が大きいAlAs層とを極力近接させることが好ましい。
In the surface emitting
しかしながら、面発光レーザ素子100Xでは下部スペーサ層104がエッチング底面150aである。そのため、下部スペーサ層104の厚さを最小限にすると、エッチング速度の分布から、下部スペーサ層104の残り厚さが極端に薄くなり、部分的に下部半導体DBR103を構成するAlAs層が露出するおそれがある。
However, in the surface emitting
例えば、メサ150の側面にAlAs層が露出すると、電流狭窄層108を形成する工程で、メサ150の側面に露出するAlAs層が側面から酸化されて高抵抗化又は絶縁化するため、歩留が低下する要因となる。従って、広いプロセスウィンドウを得るためには、下部スペーサ層104の厚さを大きくする必要があり、結果として放熱効果を犠牲にすることになる。
For example, when the AlAs layer is exposed on the side surface of the
これに対して、面発光レーザ素子100は、面発光レーザ素子100Xと異なり、エッチング底面150aが共振器構造体120の上部に形成される積層膜の途中の層となり、エッチング底面150aの下方に共振器構造体120が残存する構造である。具体的には、面発光レーザ素子100では、エッチング底面150aは、例えば、上部半導体DBR107の最下層である。
On the other hand, in the surface emitting
面発光レーザ素子100の構造では、エッチング底面150aを形成する際に、下部スペーサ層104はエッチングされない。そのため、下部スペーサ層104の厚さを最小限にし、活性層105と熱伝導率が大きいAlAs層(低屈折率層)とを極力近接させることができると共に、広いプロセスウィンドウを得ることができる。
In the structure of the surface emitting
このように、面発光レーザ素子100では、高放熱と広いプロセスウィンドウとを両立させることができる。
Thus, in the surface emitting
なお、面発光レーザ素子100では、エッチング底面150aの下方に共振器構造体120の全て残存しているため、光出射方向ではない横方向への光漏れが生じて、光出力が低下する懸念があった。
In the surface emitting
しかし、発明者らの検討によれば、面発光レーザ素子100を複数有する面発光レーザアレイでは、レーザ発振前の0.25mA通電時における光出力は1チャンネルあたり6〜7μWであった。
However, according to the study by the inventors, in a surface emitting laser array having a plurality of surface emitting
これは、面発光レーザ素子100X(従来の構造)を複数有する面発光レーザアレイの場合の1チャンネルあたり2〜3μWと比べて、やや増加しているが、レーザ発振の状態での光出力(mWオーダ)と比べてごく僅かの光量であり、問題視するレベルではない。特に、面発光レーザ素子100を複数有する面発光レーザアレイを画像形成装置の光源として使用する上では、全く影響のないレベルである。
This is a slight increase compared to 2-3 μW per channel in the case of a surface emitting laser array having a plurality of surface emitting
〈第1の実施の形態の変形例1〉
第1の実施の形態の変形例1では、第1の実施の形態よりも深くエッチングしてメサの周囲のエッチング底面を形成する例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例1において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Variation 1 of the first embodiment>
In the first modification of the first embodiment, an example is shown in which an etching bottom surface around the mesa is formed by etching deeper than in the first embodiment. In the first modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiments may be omitted.
[面発光レーザ素子の構造]
まず、面発光レーザ素子の構造について説明する。図7は、第1の実施の形態の変形例1に係る面発光レーザ素子を例示する断面図である。第1の実施の形態の変形例1に係る面発光レーザ素子100Aでは、エッチング底面150aの全面が上部スペーサ層106により形成されている。
[Structure of surface emitting laser element]
First, the structure of the surface emitting laser element will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a surface emitting laser element according to Modification 1 of the first embodiment. In the surface emitting
面発光レーザ素子100Aにおいて、エッチング底面150aは、傾斜面150bと平坦面150cとを備えている。傾斜面150bは、メサ150側から平坦面150c側に向かって傾斜している。但し、平坦面150cは完全に平坦でなくてもよく、平坦面150cの全部又は一部は傾斜面150bよりも緩やかに傾斜する面であってもよい。
In the surface emitting
つまり、面発光レーザ素子100Aでは、エッチング底面150aの全面が上部スペーサ層106により形成され、上部スペーサ層106はメサ150側から離れるに従って厚さが減少する領域(傾斜面150bの部分)を備えている。エッチング底面150aの下方全域に共振器構造体120の一部が残存しているため、エッチング底面150aに上部スペーサ層106よりも下層が露出することはない。
That is, in the surface emitting
[面発光レーザ素子の製造方法]
次に、図8及び図9を参照しながら、面発光レーザ素子100Aの製造方法について説明する。
[Method for Manufacturing Surface Emitting Laser Element]
Next, a method for manufacturing the surface emitting
まず、第1の実施の形態の図2(a)から図3(a)と同様の工程を実行し、図8(a)に示すように、断面形状が略台形状のメサ150を形成する。具体的には、図4に示す反応室303において、積層体180を10分間保持した後、例えば、塩素(Cl2)用のガスボンベ305よりCl2ガスを1sccm導入する。又、例えば、四塩化炭素(SiCl4)用のガスボンベ306よりSiCl4ガスを1sccm、アルゴン(Ar)用のガスボンベ307よりArガスを1sccm導入する。
First, the same steps as those in FIGS. 2A to 3A of the first embodiment are performed to form a
そして、真空計312で反応室303の圧力をモニタし、例えば、反応室303の圧力を0.3Paに保つように開度調整機能付きバルブ311の開度を制御し、エッチングする。具体的には、例えば、Cl2ガス、SiCl4ガス、Arガスの導入より30秒間、反応室303の圧力を0.3Paに調整した後、誘導コイル314に400Wの電力を供給する。
Then, the pressure in the
その後、エッチング底面が電流狭窄層108となる層の下面の位置に到達した時に誘導コイル314に供給していた電力を遮断する。これにより、メサ150が形成され、この時点では、平坦なエッチング底面が上部半導体DBR107により形成される。
Thereafter, the power supplied to the
次に、図8(b)に示すように、導入するガスの量を変更して更にエッチングを行い、傾斜面150b及び平坦面150cを形成する。具体的には、例えば、Cl2ガスを1.5sccm、SiCl4ガスを1sccm、Arガスを3.0sccmに変更して、例えば、反応室303の圧力を0.1Paに保つように開度調整機能付きバルブ311の開度を制御する。
Next, as shown in FIG. 8B, the amount of the introduced gas is changed and further etching is performed to form the
次に、例えば、30秒間この圧力を維持した後、再度誘導コイル314に400Wの電力を供給しエッチングする。そして、エッチング底面が上部スペーサ層106に位置するようになった段階で誘導コイル314に供給する電力を遮断する。これにより、傾斜面150bと平坦面150cを備えたエッチング底面150aが形成され、エッチング底面150aを構成する上部スペーサ層106は、メサ150側から離れるに従って厚さが減少する領域(傾斜面150bの部分)を含んだ構造となる。
Next, for example, after maintaining this pressure for 30 seconds, 400 W of power is again supplied to the
このように、本実施の形態では、図8(a)及び図8(b)を参照して説明したように、エッチング底面150aを形成する際に、2段階にエッチング条件を変化させている。
Thus, in this embodiment, as described with reference to FIGS. 8A and 8B, the etching conditions are changed in two stages when the
具体的には、図8(a)を参照して説明した第1の段階のエッチング条件は、化学反応に寄与する原料ガスを主とした条件であり、平坦なエッチング底面を形成する条件を選定している。これに対して、図8(b)を参照して説明した第2の段階のエッチング条件は、物理的蒸発に寄与する原料ガスを主とし、更に、反応圧力を低下した条件であり、傾斜のあるエッチング底面を形成する条件を選定している。 Specifically, the etching conditions in the first stage described with reference to FIG. 8A are mainly the source gas contributing to the chemical reaction, and the conditions for forming a flat etching bottom surface are selected. doing. On the other hand, the etching conditions of the second stage described with reference to FIG. 8B are conditions in which the raw material gas contributing to physical evaporation is mainly used and the reaction pressure is further reduced. The conditions for forming a certain etching bottom surface are selected.
ここで、SiCl4は被エッチング物との化学反応に寄与する原料ガスであり、Arはプラズマ状態を維持して被エッチング面を活性化すると共に物理的蒸発を誘導する原料ガスであり、Cl2は化学反応と物理的蒸発の誘導の両者に寄与する原料ガスである。 Here, SiCl 4 is a source gas that contributes to a chemical reaction with the object to be etched, Ar is a source gas that activates the surface to be etched while maintaining the plasma state and induces physical evaporation, and Cl 2. Is a source gas that contributes to both chemical reaction and induction of physical evaporation.
図9は、物理蒸発に寄与する原料がメサによって遮蔽される概念を示す図である。図9に示すように、物理的蒸発を誘導する原料ガスであるArのイオン(Ar+)は、GND電位とされた被エッチング面に引き寄せられるため、イオンアシスト効果が生じる。又、第2の段階のエッチング条件では、反応圧力が低下されているため、分子の平均自由行程が大きくなる。 FIG. 9 is a diagram illustrating a concept in which raw materials contributing to physical evaporation are shielded by mesas. As shown in FIG. 9, since ions (Ar + ) of Ar, which is a raw material gas for inducing physical evaporation, are attracted to the surface to be etched having a GND potential, an ion assist effect occurs. Further, under the second stage etching conditions, the reaction pressure is lowered, and therefore the mean free path of molecules becomes large.
この場合、被エッチング面のメサ150からの距離が小さい領域では、Ar+がメサ150により遮蔽されるため、イオンアシスト効果が小さくなり、エッチング速度が減少する(遅くなる)。又、メサ150からの距離が離れる程、メサ150による遮蔽効果が減少してイオンアシスト効果が大きくなるため、エッチング速度が増加する(速くなる)。
In this case, in the region where the distance from the
その結果、上部スペーサ層106に、メサ150側から離れるに従って厚さが減少する領域(傾斜面150bの部分)が形成される。但し、メサ150側からある程度離れると、メサ150による遮蔽効果がなくなるため、上部スペーサ層106の厚さは略均一となる(平坦面150cの部分)。
As a result, a region (a portion of the
その後、第1の実施の形態の図3(b)以降と同様の工程を実行することにより、図7に示す面発光レーザ素子100Aが完成する。
Thereafter, the surface emitting
このように、面発光レーザ素子100Aは、エッチング底面150aが上部スペーサ層106により形成され、上部スペーサ層106はメサ150側から離れるに従って厚さが減少する領域を有している。但し、エッチング底面150aは上部スペーサ層106のみによって形成されており、エッチング底面150aに上部スペーサ層106よりも下層が露出することはない。
As described above, in the surface emitting
面発光レーザ素子100Aの構造でも、面発光レーザ素子100の構造と同様に、エッチング底面150aを形成する際に、下部スペーサ層104はエッチングされない。そのため、第1の実施の形態と同様に、高放熱と広いプロセスウィンドウとを両立させることができる。
Even in the structure of the surface emitting
なお、発明者らの検討によれば、面発光レーザ素子100Aを複数有する面発光レーザアレイでは、レーザ発振前の0.25mA通電時における光出力は1チャンネルあたり2〜3μWであった。
According to the study by the inventors, in the surface emitting laser array having a plurality of surface emitting
これは、面発光レーザ素子100X(従来の構造)を複数有する面発光レーザアレイの場合と同等の光量である。これにより、面発光レーザ素子100Aの構造のように、メサ150の周囲に共振器構造体120の一部が残存していても、従来の構造と比べて光漏れが増加しないことが確認された。
This is the same amount of light as in the case of a surface emitting laser array having a plurality of surface emitting
〈第1の実施の形態の変形例2〉
第1の実施の形態の変形例2では、第1の実施の形態の変形例1よりも更に深くエッチングしてメサの周囲のエッチング底面を形成する例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例2において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<
In the second modification of the first embodiment, an example is shown in which an etching bottom surface around the mesa is formed by deeper etching than in the first modification of the first embodiment. In the second modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiment may be omitted.
図10は、第1の実施の形態の変形例2に係る面発光レーザ素子を例示する断面図である。第1の実施の形態の変形例2に係る面発光レーザ素子100Bでは、面発光レーザ素子100A(図7参照)と同様に、エッチング底面150aは、傾斜面150bと平坦面150cとを備えている。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a surface emitting laser element according to
但し、面発光レーザ素子100Aとは異なり、光出射方向から視て、傾斜面150bは、メサ150側から、上部スペーサ層106の端面が露出する第1領域、活性層105の端面が露出する第2領域、下部スペーサ層104の端面が露出する第3領域を備えている。又、平坦面150cは、下部スペーサ層104により形成されている。但し、平坦面150cは完全に平坦でなくてもよく、平坦面150cの全部又は一部は傾斜面150bよりも緩やかに傾斜する面であってもよい。
However, unlike the surface emitting
つまり、面発光レーザ素子100Bにおいて、エッチング底面150aの一部は上部スペーサ層106から形成され、上部スペーサ層106はメサ150側から離れるに従って厚さが減少し、その後なくなる(傾斜面150bの一部)。そして、エッチング底面150aの残部は活性層105及び下部スペーサ層104から形成されている(傾斜面150bの残部と平坦面150c)。活性層105及び下部スペーサ層104は、メサ150側から離れるに従って厚さが減少する領域を備えている。
That is, in the surface-emitting
面発光レーザ素子100Bは、面発光レーザ素子100Aと同様の製造方法により作製することができる。具体的には、図8(b)に示す工程において、エッチング底面が下部スペーサ層104に位置するようになった段階で誘導コイル314に供給する電力を遮断することにより、面面発光レーザ素子100Bの構造とすることができる。
The surface emitting
面発光レーザ素子100Bの構造では、エッチング底面150aの一部は下部スペーサ層104から形成されている。しかし、メサ150側には下部スペーサ層104がエッチングされない領域が存在している(傾斜面150bの上部スペーサ層106の端面が露出する第1領域と、活性層105の端面が露出する第2領域)。
In the structure of the surface emitting
そのため、比較例に係る面発光レーザ素子100Xの構造とは異なり、エッチング条件がばらついても、メサ150の側面にAlAs層が露出するおそれがない。その結果、メサ150の側面に露出するAlAs層が側面から酸化されて高抵抗化又は絶縁化し、歩留が低下するおそれもない。
Therefore, unlike the structure of the surface emitting
すなわち、面発光レーザ素子100Bの構造でも、第1の実施の形態及びその変形例1と同様に、高放熱と広いプロセスウィンドウとを両立させることができる。
That is, also in the structure of the surface emitting
なお、発明者らの検討によれば、面発光レーザ素子100Bを複数有する面発光レーザアレイでは、レーザ発振前の0.25mA通電時における光出力は1チャンネルあたり2〜3μWであった。
According to the study by the inventors, in the surface emitting laser array having a plurality of surface emitting
これは、面発光レーザ素子100X(従来の構造)を複数有する面発光レーザアレイの場合と同等の光量である。これにより、面発光レーザ素子100Bの構造のように、メサ150の周囲に共振器構造体120の一部が残存していても、従来の構造と比べて光漏れが増加しないことが確認された。
This is the same amount of light as in the case of a surface emitting laser array having a plurality of surface emitting
〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、第1の実施の形態又はその変形例に係る面発光レーザ素子を画像形成装置であるレーザプリンタ1000に搭載する例を示す。なお、第2の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, an example in which the surface emitting laser element according to the first embodiment or the modification thereof is mounted on a
図11は、第2の実施の形態に係るレーザプリンタを例示する図である。図11を参照するに、第2の実施の形態に係るレーザプリンタ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、及びプリンタ制御装置等を備えている。なお、これら各部は、プリンタ筐体1044の中の所定位置に収容されている。通信制御装置は、ネットワーク等を介した上位装置(例えばパソコン)との双方向の通信を制御する。プリンタ制御装置は、上記各部を統括的に制御する。
FIG. 11 is a diagram illustrating a laser printer according to the second embodiment. Referring to FIG. 11, a
感光体ドラム1030は、円柱状の部材であり、その表面に感光層が形成されている像担持体である。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。
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。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 charging
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枚ずつ取り出し、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を一旦保持すると共に、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。除電ユニット1034は、感光体ドラム1030の表面を除電する。
In the fixing
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12を参照しながら、光走査装置1010について説明する。図12は、第2の実施の形態に係る光走査装置を例示する図である。光走査装置1010は、光源ユニット1100、カップリングレンズ1111、アパーチャ1112、及び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制御装置を備えている。なお、光源ユニット1100は、面発光レーザ素子100、100A、又は、100Bを複数形成した面発光レーザアレイLAを含むものにより形成されている。なお、後述の図13では、面発光レーザ素子(VCSEL)を40個形成した面発光レーザアレイLAを例示している。
Next, the
カップリングレンズ1111は、光源ユニット1100から出射された光を略平行光に整形する。アパーチャ1112は、カップリングレンズ1111を介した光のビーム径を規定する。シリンドリカルレンズ1113は、アパーチャ1112を通過した光ビームをミラー1117を介して光偏向部であるポリゴンミラー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、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1100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。
Accordingly, 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。又、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
この場合に、面発光レーザアレイLAが、図13に示されるように配置されているとする。そうすると、面発光レーザアレイLAでは、各面発光レーザ素子(VCSEL)の中心から副走査方向に対応する方向に垂線を下ろしたときの副走査方向に対応する方向における各面発光レーザ素子の位置関係が等間隔(間隔d2とする)となる。そのため、点灯のタイミングを調整することで、感光体ドラム1030上では副走査方向に等間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。例えば、副走査方向に対応した方向に関する面発光レーザ素子のピッチd1が26.5μmであれば、前記間隔d2は2.65μmとなる。
In this case, it is assumed that the surface emitting laser array LA is arranged as shown in FIG. Then, in the surface emitting laser array LA, the positional relationship of each surface emitting laser element in the direction corresponding to the sub-scanning direction when a perpendicular is drawn from the center of each surface emitting laser element (VCSEL) in the direction corresponding to the sub-scanning direction. Become equal intervals (interval d2). Therefore, by adjusting the lighting timing, it can be understood that the light source is arranged on the
そして、光学系の倍率を2倍とすれば、感光体ドラム1030上では副走査方向に5.3μm間隔で書き込みドットを形成することができる。これは、4800dpi(ドット/インチ)に対応している。すなわち、4800dpi(ドット/インチ)の高密度書き込みができる。もちろん、主走査方向に対応する方向の面発光レーザ数を増加したり、前記ピッチd1を狭くして間隔d2を更に小さくするアレイ配置としたり、光学系の倍率を下げる等を行えばより高密度化でき、より高品質の印刷が可能となる。なお、主走査方向の書き込み間隔は、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。
If the magnification of the optical system is doubled, writing dots can be formed on the
又、第1の実施の形態又はその変形例に係る面発光レーザ素子100、100A、又は、100Bは低コストでありながら、出力を増大させた場合でも高次横モードが発振しにくい構造であるため、単一基本横モードで高い光出力を得ることができる。従って、微小な円形ビームスポットを精度良く形成することができ、更に出力が高いために感光体ドラム1030での線速の高速化が可能となり、レーザプリンタ1000において高精細な画像を高速で形成できる。
In addition, the surface emitting
又、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。
Further, in this case, since the polarization directions of the light beams from the respective light emitting units are stably aligned, the
又、第1の実施の形態又はその変形例に係る面発光レーザ素子100、100A、又は、100Bは、高い放熱性と広いプロセスウィンドウとを兼ね備えているため、高い放熱性を維持しながら低コストで素子数を増加させ、面発光レーザアレイを実現できる。これによりレーザプリンタ1000では、高精細な画像を高速で形成することが、低コストで実現できる。
Further, since the surface emitting
このように、第2の実施形態に係る光走査装置1010によれば、光源ユニット1100が面発光レーザアレイLAを含んでいるため、感光体ドラム1030の表面上に高精彩な潜像を高速で走査形成することが可能な光走査装置を低コストで実現できる。
As described above, according to the
又、第2の実施形態に係るレーザプリンタ1000によれば、面発光レーザアレイLAを含む光走査装置1010を備えているため、低コストで、高精細な画像を高速で形成するレーザプリンタを実現できる。
Further, according to the
又、第2の実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ1000を例に説明したが、これに限定されるものではない。要するに、面発光レーザ素子100、100A、又は、100Bを用いた面発光レーザアレイを有する画像形成装置であれば、高精細な画像を高速で形成することができる。
In the second embodiment, the
又、画像形成装置において、画像情報は、多色のカラー情報であってもよい。カラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高精細な画像を高速で形成することができる。 In the image forming apparatus, the image information may be multicolor color information. Even an image forming apparatus that forms a color image can form a high-definition image at a high speed by using an optical scanning device corresponding to the color image.
又、画像形成装置は、カラー画像に対応し、例えばブラック(K)用の感光体ドラム、シアン(C)用の感光体ドラム、マゼンダ(M)用の感光体ドラム、イエロー(Y)用の感光体ドラムのように複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であってもよい。 The image forming apparatus corresponds to a color image. For example, the photosensitive drum for black (K), the photosensitive drum for cyan (C), the photosensitive drum for magenta (M), and the photosensitive drum for yellow (Y). A tandem color machine including a plurality of photosensitive drums such as a photosensitive drum may be used.
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments and the like have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope described in the claims. Variations and substitutions can be added.
100、100A、100B 面発光レーザ素子
101 半導体基板
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 電流通過領域
109 コンタクト層
110 p側電極
111 n側電極
120 共振器構造体
150 メサ
150a エッチング底面
150b 傾斜面
150c 平坦面
1000 レーザプリンタ(画像形成装置)
1010 光走査装置
100, 100A, 100B Surface emitting
104
108
1010 Optical scanning device
Claims (10)
前記反射鏡の前記第2層上に第1スペーサ層、活性層、及び第2スペーサ層が順次積層された共振器構造体と、
前記共振器構造体上に積層された積層膜と、を有し、
前記積層膜によりメサが形成され、
光出射方向から視て、前記共振器構造体が前記メサの下方から前記メサの周囲に延伸している面発光レーザ素子。 A reflecting mirror including a first layer and a second layer having a higher thermal conductivity than the first layer;
A resonator structure in which a first spacer layer, an active layer, and a second spacer layer are sequentially stacked on the second layer of the reflector;
A laminated film laminated on the resonator structure,
A mesa is formed by the laminated film,
A surface-emitting laser element in which the resonator structure extends from below the mesa to the periphery of the mesa as viewed from the light emitting direction.
前記メサの周囲の底面の少なくとも一部が前記第2スペーサ層により形成されている請求項1記載の面発光レーザ素子。 The second spacer layer includes a region whose thickness decreases as the distance from the mesa side increases.
The surface emitting laser element according to claim 1, wherein at least a part of a bottom surface around the mesa is formed by the second spacer layer.
前記第2スペーサ層が露出する第1領域と、
前記活性層が露出する第2領域と、
前記第1スペーサ層が露出する第3領域と、を備えている請求項2記載の面発光レーザ素子。 Viewed from the light exit direction, the bottom surface around the mesa is from the mesa side,
A first region where the second spacer layer is exposed;
A second region where the active layer is exposed;
The surface emitting laser element according to claim 2, further comprising: a third region in which the first spacer layer is exposed.
請求項8記載の面発光レーザアレイを有する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向手段と、
前記偏向手段により偏向された光束を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 a light beam,
A light source unit comprising the surface emitting laser array according to claim 8;
Deflecting means for deflecting the light beam from the light source unit;
And a scanning optical system for condensing the light beam deflected by the deflecting means on the surface to be scanned.
前記像担持体に対して画像情報が含まれる光束を走査する請求項9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;
An image forming apparatus comprising: the optical scanning device according to claim 9, wherein the image carrier scans a light beam including image information.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015002331A JP6557974B2 (en) | 2015-01-08 | 2015-01-08 | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015002331A JP6557974B2 (en) | 2015-01-08 | 2015-01-08 | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016127236A true JP2016127236A (en) | 2016-07-11 |
JP6557974B2 JP6557974B2 (en) | 2019-08-14 |
Family
ID=56359701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015002331A Active JP6557974B2 (en) | 2015-01-08 | 2015-01-08 | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6557974B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004207586A (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Surface luminescent semiconductor laser device and its manufacturing method |
JP2008053353A (en) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Ricoh Co Ltd | Surface emitting laser array, surface emitting laser element used therefor, and method for manufacturing the array |
JP2009147302A (en) * | 2007-11-22 | 2009-07-02 | Canon Inc | Surface emitting laser, surface emitting laser array, and image forming apparatus using surface emitting laser |
US20130051421A1 (en) * | 2011-08-23 | 2013-02-28 | Silke Traut | Semiconductor Laser Device and a Method for Manufacturing a Semiconductor Laser Device |
-
2015
- 2015-01-08 JP JP2015002331A patent/JP6557974B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004207586A (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Surface luminescent semiconductor laser device and its manufacturing method |
JP2008053353A (en) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Ricoh Co Ltd | Surface emitting laser array, surface emitting laser element used therefor, and method for manufacturing the array |
JP2009147302A (en) * | 2007-11-22 | 2009-07-02 | Canon Inc | Surface emitting laser, surface emitting laser array, and image forming apparatus using surface emitting laser |
US20130051421A1 (en) * | 2011-08-23 | 2013-02-28 | Silke Traut | Semiconductor Laser Device and a Method for Manufacturing a Semiconductor Laser Device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6557974B2 (en) | 2019-08-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5532321B2 (en) | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus | |
US8111725B2 (en) | Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP5261754B2 (en) | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus | |
US8035676B2 (en) | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP5504784B2 (en) | Surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP5929259B2 (en) | Surface emitting laser element, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP2008060322A (en) | Surface light-emitting laser element, surface light-emitting laser array, optical scanning device, image forming device, and optical communication system | |
JP2009295792A (en) | Surface-emitting laser element, surface-emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP5320991B2 (en) | Surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module, and optical transmission system | |
JP2009272389A (en) | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning apparatus, image forming apparatus, optical transmission module, and optical transmission system | |
JP6015982B2 (en) | Surface emitting laser, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP6557974B2 (en) | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus | |
JP5505614B2 (en) | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP2016021516A (en) | Semiconductor device, surface light-emitting laser, surface light-emitting laser array, optical scanner, and image forming apparatus | |
JP2012015364A (en) | Method of manufacturing surface-emitting laser element, surface-emitting laser element, surface-emitting laser array element, optical scanner, and image forming device | |
JP2015026823A (en) | Surface emission laser module, optical scanner, image forming apparatus | |
JP6137555B2 (en) | Surface emitting laser, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP5911003B2 (en) | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP5787071B2 (en) | Surface emitting laser element, optical scanning device, and image forming apparatus | |
JP2013175613A (en) | Surface light emission laser element, surface light emission laser array, optical scanner, and image formation device | |
JP2013070109A (en) | Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming device, optical transmission module and optical transmission system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171215 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181115 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181225 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190222 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190618 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190701 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6557974 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |