JP2539878B2 - レ―ザプリンタ用半導体レ―ザ装置の駆動方法 - Google Patents
レ―ザプリンタ用半導体レ―ザ装置の駆動方法Info
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- JP2539878B2 JP2539878B2 JP63031201A JP3120188A JP2539878B2 JP 2539878 B2 JP2539878 B2 JP 2539878B2 JP 63031201 A JP63031201 A JP 63031201A JP 3120188 A JP3120188 A JP 3120188A JP 2539878 B2 JP2539878 B2 JP 2539878B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、特にレーザプリンタに使用される半導体
レーザ装置の駆動方法に関するものである。
レーザ装置の駆動方法に関するものである。
第２図は従来のレーザプリンタ用半導体レーザ装置を
示す図で、図中、（１）はレーザプリンタ用半導体レー
ザチツプ、（３）はレーザチツプの前後のレーザ出射端
面上に形成された端面保護膜、（４）は金ワイヤ、
（５）はサブマウント、（６）はヒートシンク、（７）
はチツプ前面に出射されたレーザ光、（８）はチツプ裏
面に出射されたモニター用レーザ光をそれぞれ表わす。
示す図で、図中、（１）はレーザプリンタ用半導体レー
ザチツプ、（３）はレーザチツプの前後のレーザ出射端
面上に形成された端面保護膜、（４）は金ワイヤ、
（５）はサブマウント、（６）はヒートシンク、（７）
はチツプ前面に出射されたレーザ光、（８）はチツプ裏
面に出射されたモニター用レーザ光をそれぞれ表わす。
次に動作について説明する。半導体レーザにあるしき
い値以上の電流を流すとレーザ発振が生じ、第２図ａに
示すようにレーザ光（７），（８）がチツプ端面から前
後に出射される。両方のレーザ光（７），（８）のう
ち、裏面から出射するレーザ光はモニター用として利用
される。レーザ光出射端面には、端面の酸化防止のため
Al2O3等で構成された端面保護膜（２）が形成されてい
る。これは、端面が酸化すると表面準位が増加し、表面
準位中でのレーザ光吸収作用に起因する熱の発生が顕著
になり、端面近傍の結晶が瞬時に溶融する結果、レーザ
が破壊されてしまうからである。なお、端面の反射率
は、保護膜（２）のあるなしにかかわらず30％程度であ
る。
い値以上の電流を流すとレーザ発振が生じ、第２図ａに
示すようにレーザ光（７），（８）がチツプ端面から前
後に出射される。両方のレーザ光（７），（８）のう
ち、裏面から出射するレーザ光はモニター用として利用
される。レーザ光出射端面には、端面の酸化防止のため
Al2O3等で構成された端面保護膜（２）が形成されてい
る。これは、端面が酸化すると表面準位が増加し、表面
準位中でのレーザ光吸収作用に起因する熱の発生が顕著
になり、端面近傍の結晶が瞬時に溶融する結果、レーザ
が破壊されてしまうからである。なお、端面の反射率
は、保護膜（２）のあるなしにかかわらず30％程度であ
る。
レーザプリンタにおいては、半導体レーザは断続的に
駆動される。この場合、半導体レーザに通電が開始され
た後、光出力は図1bに示すように、時間がたつにつれて
低下するという特性を示す。図中のPAはレーザ発振開始
直後の光出力、PBはレーザ発振停止直前の光出力、ｔは
レーザの駆動時間をそれぞれ表わす。
駆動される。この場合、半導体レーザに通電が開始され
た後、光出力は図1bに示すように、時間がたつにつれて
低下するという特性を示す。図中のPAはレーザ発振開始
直後の光出力、PBはレーザ発振停止直前の光出力、ｔは
レーザの駆動時間をそれぞれ表わす。
前述したように、レーザプリンタでは、レーザを定動
作電流で断続的に駆動するが、この駆動法では光出力が
過渡的に低下するという現象が起る。このレーザ断続駆
動時の過渡的な光出力の低下の度合は、ドループとして
表わされる。ドループΔＰは図３から と定義される。
作電流で断続的に駆動するが、この駆動法では光出力が
過渡的に低下するという現象が起る。このレーザ断続駆
動時の過渡的な光出力の低下の度合は、ドループとして
表わされる。ドループΔＰは図３から と定義される。
レーザプリンタの印字濃度はレーザの光出力で一義的
に決まるので、駆動時の光出力の低下が大きい場合、す
なわち、ドループΔＰが大きい場合は印字むらが発生す
る。したがつて、むらのない印字を得るためには、ドル
ープΔＰを小さくする必要があつた。しかし従来の、第
１図に示すように構成を有するレーザプリンタ用半導体
レーザ装置では、ドループΔＰは10％以上であり、この
程度の値では印字むらが発生する恐れが充分にあつた。
従来のレーザプリンタ用半導体レーザ装置では以上のよ
うな問題があつた。
に決まるので、駆動時の光出力の低下が大きい場合、す
なわち、ドループΔＰが大きい場合は印字むらが発生す
る。したがつて、むらのない印字を得るためには、ドル
ープΔＰを小さくする必要があつた。しかし従来の、第
１図に示すように構成を有するレーザプリンタ用半導体
レーザ装置では、ドループΔＰは10％以上であり、この
程度の値では印字むらが発生する恐れが充分にあつた。
従来のレーザプリンタ用半導体レーザ装置では以上のよ
うな問題があつた。
この発明は、上記のような問題点を解決するためにな
されたもので、ドループΔＰが充分小さく、レーザプリ
ンタ使用時に印字むらが発生しないレーザプリンタ用半
導体レーザ装置の駆動方法を得る事を目的とする。
されたもので、ドループΔＰが充分小さく、レーザプリ
ンタ使用時に印字むらが発生しないレーザプリンタ用半
導体レーザ装置の駆動方法を得る事を目的とする。
この発明に係るレーザプリンタ用半導体レーザ装置の
駆動方法は、 ΔＰ＜８……（式３） Ith:しきい値電流,Iop:動作電流，ΔTj:活性領域の温度
上昇 T0:特性温度,Vop:動作電圧,Rth:素子の熱抵抗 t:駆動時間,C:素子の熱容量，ΔP:ドループ という３式を全て満たすよう半導体レーザ装置を駆動す
るようにしたものである。
駆動方法は、 ΔＰ＜８……（式３） Ith:しきい値電流,Iop:動作電流，ΔTj:活性領域の温度
上昇 T0:特性温度,Vop:動作電圧,Rth:素子の熱抵抗 t:駆動時間,C:素子の熱容量，ΔP:ドループ という３式を全て満たすよう半導体レーザ装置を駆動す
るようにしたものである。
また、上記レーザプリンタ用半導体レーザ装置の駆動
方法において、上記半導体レーザ装置の特性温度T0を約
180Kとし、光出力を約3mWとし、端面反射率を45ないし6
5％としたものである。
方法において、上記半導体レーザ装置の特性温度T0を約
180Kとし、光出力を約3mWとし、端面反射率を45ないし6
5％としたものである。
この発明におけるレーザプリンタ用半導体レーザ装置
の駆動方法は、上記式１ないし３を全て満たすよう半導
体レーザ装置を駆動するようにしたから、ドループΔＰ
を８％より小さくして、むらの少ない印字を実現するこ
とができる。
の駆動方法は、上記式１ないし３を全て満たすよう半導
体レーザ装置を駆動するようにしたから、ドループΔＰ
を８％より小さくして、むらの少ない印字を実現するこ
とができる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図ａにおいて、 （１）半導体レーザチツプ （２）レーザチツプの前面の出射端面上に形成された反
射膜 （３）レーザチツプの前後のレーザ出射端面上に形成さ
れた端面保護膜 （４）金ワイヤ （５）サブマウント （６）ヒートシンク （７）チツプ前面に出射されたレーザ光 （８）チツプ裏面に出射されたモニター用レーザ光 をそれぞれ示す。
１図ａにおいて、 （１）半導体レーザチツプ （２）レーザチツプの前面の出射端面上に形成された反
射膜 （３）レーザチツプの前後のレーザ出射端面上に形成さ
れた端面保護膜 （４）金ワイヤ （５）サブマウント （６）ヒートシンク （７）チツプ前面に出射されたレーザ光 （８）チツプ裏面に出射されたモニター用レーザ光 をそれぞれ示す。
また、第１図ｂにおいて、 （3a）Al2O3膜 （3b）ａ−Si膜 をそれぞれ示す。
まず、ドループを定量的に解析する方法について述べ
る。
る。
ドループは、半導体レーザの活性領域の温度上昇に起
因するしきい値電流の上昇により、光出力が低下するた
め生じる。活性領域の温度上昇をΔTjとすると、PA,PB
はそれぞれ と表わされる。上式中、 ηdf:前面の外部微分量子効率 ν：レーザ光の周波数 h:プランク定数 q:電荷 Ith:しきい値電流 Iop:動作電流 To:特性温度 をそれぞれ表わす。
因するしきい値電流の上昇により、光出力が低下するた
め生じる。活性領域の温度上昇をΔTjとすると、PA,PB
はそれぞれ と表わされる。上式中、 ηdf:前面の外部微分量子効率 ν：レーザ光の周波数 h:プランク定数 q:電荷 Ith:しきい値電流 Iop:動作電流 To:特性温度 をそれぞれ表わす。
（２），（３）式を（１）式に代入すると、 となる。半導体レーザの特性温度Toは180K程度でΔTjに
比べて充分大きいので、ΔTj/To《１が成り立ち、この
場合（４）式は近似的に と表わされる。（５）式からドループΔＰを小さくする
１つの方法として、（Iop/Ith）−１の項を大きくする
という事があげられる。Iop/Ithを大きくするために
は、外部微分量子効率ηdfを下げればよい。
比べて充分大きいので、ΔTj/To《１が成り立ち、この
場合（４）式は近似的に と表わされる。（５）式からドループΔＰを小さくする
１つの方法として、（Iop/Ith）−１の項を大きくする
という事があげられる。Iop/Ithを大きくするために
は、外部微分量子効率ηdfを下げればよい。
（５）式からΔＰを計算するにはΔTjの値が必要であ
る。そこでΔTjを、熱の発生及び流出を考慮した微分方
程式、 を解く事により求めた。上式を解くと、 となる。（４）あるいは（５）式と（７）式を計算する
とドループΔＰが求められる。
る。そこでΔTjを、熱の発生及び流出を考慮した微分方
程式、 を解く事により求めた。上式を解くと、 となる。（４）あるいは（５）式と（７）式を計算する
とドループΔＰが求められる。
以上の考察でドループΔＰを低減するためには、外部
微分量子効率ηdfを小さくすればよいという事がわかっ
た。
微分量子効率ηdfを小さくすればよいという事がわかっ
た。
ηdfを下げる具体的な方法としては、前面の場合反射
率（以下Rfと略す）を大きくするという方法がある。
率（以下Rfと略す）を大きくするという方法がある。
ηdfとRf,Rr（裏面の端面反射率）の関係は、 で表わされる。上式中、αは吸収係数、Ｌは共振器長を
それぞれ表わす。（８）式から、Rfを大きくする程、η
dfは小さくなる。図４にドループΔＰと前面の端面反射
率Rfの関係を示す。図からRfを大きくする程、ΔＰが低
くなることがわかる。レーザプリンタ使用時に印字むら
が生じる恐れのない場合のドループΔＰの上限は８％で
ある。図４から、ΔＰ＜８％を実現するには、Rfを45％
以上と設定すればよい。
それぞれ表わす。（８）式から、Rfを大きくする程、η
dfは小さくなる。図４にドループΔＰと前面の端面反射
率Rfの関係を示す。図からRfを大きくする程、ΔＰが低
くなることがわかる。レーザプリンタ使用時に印字むら
が生じる恐れのない場合のドループΔＰの上限は８％で
ある。図４から、ΔＰ＜８％を実現するには、Rfを45％
以上と設定すればよい。
以上、ドループΔＰを低くするためにはRfを大きくす
ればよいことがわかつた。しかしながら、Rfを大きくす
ると、ΔＰが小さくなる反面、端面近傍の光密度が上昇
する。したがつて、低光出力でCOD（光学損傷）による
端面破壊を起しやすくなり、信頼性も低下する。COD時
の外部光出力Poと端面近傍の内部光強度Piの間には、Rf
を用いて、 という関係が成り立つ。第５図に（９）式を計算するこ
とによつて得られた、COD時外部光出力Poと前面の端面
反射率Rfの関係を示す。なお、ここでCOD時の端面近傍
での内部光強度PiはRfにかかわらず30mw一定とした。プ
リンタ用レーザは一般に3mw程度の光出力で使用される
ので、実用的見地からはその２倍の6mw以上が望まし
い。したがつて図５からRfは65％以下でなければならな
い。
ればよいことがわかつた。しかしながら、Rfを大きくす
ると、ΔＰが小さくなる反面、端面近傍の光密度が上昇
する。したがつて、低光出力でCOD（光学損傷）による
端面破壊を起しやすくなり、信頼性も低下する。COD時
の外部光出力Poと端面近傍の内部光強度Piの間には、Rf
を用いて、 という関係が成り立つ。第５図に（９）式を計算するこ
とによつて得られた、COD時外部光出力Poと前面の端面
反射率Rfの関係を示す。なお、ここでCOD時の端面近傍
での内部光強度PiはRfにかかわらず30mw一定とした。プ
リンタ用レーザは一般に3mw程度の光出力で使用される
ので、実用的見地からはその２倍の6mw以上が望まし
い。したがつて図５からRfは65％以下でなければならな
い。
以上、ドループと前面の端面反射率の関係及びCOD時
外部光出力と前面の端面反射率の関係をそれぞれ調べた
結果、プリンタ用レーザとしては前面の端面反射率Rf
は、 45％＜Rf＜65％ （10） の範囲内でなければならない。
外部光出力と前面の端面反射率の関係をそれぞれ調べた
結果、プリンタ用レーザとしては前面の端面反射率Rf
は、 45％＜Rf＜65％ （10） の範囲内でなければならない。
上記のRfを達成する一つの手段としては、第1b図に示
すような反射膜（３）の構成、つまりAl2O3膜（３）ａ
−Si膜（３）b/Al2O3膜（３）ａの３層構造にすればよ
い。この時、各層の層圧d1,d2,d3を、 とすれば、Rf＝50％となる。ここで、反射膜（３）の最
表面膜であるAl2O3膜（3a）は、反射膜（３）の一部と
して機能させるためと同時に、酸化防止機能を有する膜
として、このレーザプリンタ用半導体レーザ装置の動作
中における反射膜（３）のａ−Si膜（3b）の酸化を防い
で、反射膜（３）の屈折率の変化を抑え、反射膜（３）
の屈折率の変化を抑えることで、レーザプリンタ用半導
体レーザ装置の信頼性を向上させるために設けられたも
のである。なお上式中、λ０はレーザ光の波長、n1はAl
2O3の屈折率（ただし波長λ０の光に対する屈折率）、n
2はａ−Siの屈折率（ただし波長λ０の光に対する屈折
率）をそれぞれ示す。
すような反射膜（３）の構成、つまりAl2O3膜（３）ａ
−Si膜（３）b/Al2O3膜（３）ａの３層構造にすればよ
い。この時、各層の層圧d1,d2,d3を、 とすれば、Rf＝50％となる。ここで、反射膜（３）の最
表面膜であるAl2O3膜（3a）は、反射膜（３）の一部と
して機能させるためと同時に、酸化防止機能を有する膜
として、このレーザプリンタ用半導体レーザ装置の動作
中における反射膜（３）のａ−Si膜（3b）の酸化を防い
で、反射膜（３）の屈折率の変化を抑え、反射膜（３）
の屈折率の変化を抑えることで、レーザプリンタ用半導
体レーザ装置の信頼性を向上させるために設けられたも
のである。なお上式中、λ０はレーザ光の波長、n1はAl
2O3の屈折率（ただし波長λ０の光に対する屈折率）、n
2はａ−Siの屈折率（ただし波長λ０の光に対する屈折
率）をそれぞれ示す。
以上のようにこの発明によれば、 ΔＰ＜８……（式３） Ith:しきい値電流,Iop:動作電流，ΔTj:活性領域の温度
上昇 T0:特性温度,Vop:動作電圧,Rth:素子の熱抵抗 t:駆動時間,C:素子の熱容量，ΔP:ドループ という３式を全て満たすよう半導体レーザ装置を駆動す
るようにしたから、ドループΔＰを８％より小さくし
て、むらの少ない印字を実現することができる効果があ
る。
上昇 T0:特性温度,Vop:動作電圧,Rth:素子の熱抵抗 t:駆動時間,C:素子の熱容量，ΔP:ドループ という３式を全て満たすよう半導体レーザ装置を駆動す
るようにしたから、ドループΔＰを８％より小さくし
て、むらの少ない印字を実現することができる効果があ
る。
第1a図はこの発明の一実施例によるレーザプリンタ用半
導体レーザ装置を示す図、第1b図は一実施例によるレー
ザプリンタ用半導体レーザ装置の端面近傍の拡大図、第
２図は従来のレーザプリンタ用の半導体レーザ装置を示
す図、第３図はレーザを断続駆動した場合の光出力の低
下を示す図、第４図はドループΔＰと前面の端面反射率
Rfの関係を示す図、第５図はCOD時外部光出力レベルPo
と前面反射率Rfの関係を示す図である。 図中、（１）半導体レーザチツプ、（２）レーザチツプ
の前面の出射端面上に形成された反射膜、（３）レーザ
チツプの前後のレーザ出射端面上に形成された端面保護
膜、（４）金ワイヤ、（５）サブマウント、（６）ヒー
トシンク、（７）チツプ前面に出射されたレーザ光、
（８）チツプ裏面に出射されたモニター用レーザ光。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
導体レーザ装置を示す図、第1b図は一実施例によるレー
ザプリンタ用半導体レーザ装置の端面近傍の拡大図、第
２図は従来のレーザプリンタ用の半導体レーザ装置を示
す図、第３図はレーザを断続駆動した場合の光出力の低
下を示す図、第４図はドループΔＰと前面の端面反射率
Rfの関係を示す図、第５図はCOD時外部光出力レベルPo
と前面反射率Rfの関係を示す図である。 図中、（１）半導体レーザチツプ、（２）レーザチツプ
の前面の出射端面上に形成された反射膜、（３）レーザ
チツプの前後のレーザ出射端面上に形成された端面保護
膜、（４）金ワイヤ、（５）サブマウント、（６）ヒー
トシンク、（７）チツプ前面に出射されたレーザ光、
（８）チツプ裏面に出射されたモニター用レーザ光。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 洋一郎 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電 機株式会社北伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−209270（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−10687（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−33078（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】レーザプリンタ用半導体レーザ装置の駆動
方法において、 ΔＰ＜８……（式３） Ith:しきい値電流,Iop:動作電流，ΔTj:活性領域の温度
上昇 T0:特性温度,Vop:動作電圧,Rth:素子の熱抵抗 t:駆動時間,C:素子の熱容量，ΔP:ドループ という３式を全て満たすよう半導体レーザ装置を駆動す
ることを特徴とするレーザプリンタ用半導体レーザ装置
の駆動方法。 - 【請求項２】請求項（１）に記載のレーザプリンタ用半
導体レーザ装置の駆動方法において、 上記半導体レーザ装置の特性温度T0を約180Kとし、 上記半導体レーザ装置の光出力を約3mWとし、 上記半導体レーザ装置の端面反射率を45ないし65％とし
たことを特徴とするレーザプリンタ用半導体レーザ装置
の駆動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63031201A JP2539878B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | レ―ザプリンタ用半導体レ―ザ装置の駆動方法 |
| US07/308,744 US4914668A (en) | 1988-02-12 | 1989-02-10 | Semiconductor laser including a reflection film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63031201A JP2539878B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | レ―ザプリンタ用半導体レ―ザ装置の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01205588A JPH01205588A (ja) | 1989-08-17 |
| JP2539878B2 true JP2539878B2 (ja) | 1996-10-02 |
Family
ID=12324802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63031201A Expired - Lifetime JP2539878B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | レ―ザプリンタ用半導体レ―ザ装置の駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4914668A (ja) |
| JP (1) | JP2539878B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2530727B2 (ja) * | 1989-10-02 | 1996-09-04 | シャープ株式会社 | 半導体レ―ザダイオ―ド |
| JP2726141B2 (ja) * | 1990-06-05 | 1998-03-11 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| DE19536434C2 (de) * | 1995-09-29 | 2001-11-15 | Siemens Ag | Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaser-Bauelements |
| JP2757913B2 (ja) * | 1996-01-17 | 1998-05-25 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
| JPH1093193A (ja) | 1996-09-10 | 1998-04-10 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光半導体装置及び光源 |
| JP3339369B2 (ja) * | 1997-05-30 | 2002-10-28 | 株式会社デンソー | レーザダイオード |
| US6396864B1 (en) | 1998-03-13 | 2002-05-28 | Jds Uniphase Corporation | Thermally conductive coatings for light emitting devices |
| JP2001156379A (ja) | 1999-11-29 | 2001-06-08 | Canon Inc | 半導体レーザアレイおよび光走査装置 |
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| JPS5333078A (en) * | 1976-09-08 | 1978-03-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor laser device |
| US4092659A (en) * | 1977-04-28 | 1978-05-30 | Rca Corporation | Multi-layer reflector for electroluminescent device |
| JPS577989A (en) * | 1980-06-17 | 1982-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Mount for semiconductor laser |
| JPS57197888A (en) * | 1981-05-29 | 1982-12-04 | Fujitsu Ltd | Method of forming protective film for end surface of semiconductor laser |
| JPS6010687A (ja) * | 1983-06-29 | 1985-01-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| US4731792A (en) * | 1983-06-29 | 1988-03-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device with decreased light intensity noise |
| JPH0784069B2 (ja) * | 1985-03-22 | 1995-09-13 | 三田工業株式会社 | 半導体レ−ザの駆動装置 |
| JPS62293792A (ja) * | 1986-06-13 | 1987-12-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レ−ザおよび半導体レ−ザ光源装置 |
-
1988
- 1988-02-12 JP JP63031201A patent/JP2539878B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-02-10 US US07/308,744 patent/US4914668A/en not_active Expired - Lifetime
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| US4914668A (en) | 1990-04-03 |
| JPH01205588A (ja) | 1989-08-17 |
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