JP3093411B2 - Optical scanning device - Google Patents

Optical scanning device

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JP3093411B2
JP3093411B2 JP04017637A JP1763792A JP3093411B2 JP 3093411 B2 JP3093411 B2 JP 3093411B2 JP 04017637 A JP04017637 A JP 04017637A JP 1763792 A JP1763792 A JP 1763792A JP 3093411 B2 JP3093411 B2 JP 3093411B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光走査装置に関し、特
にカンチレバーを用いた2次元走査の可能な光走査装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical scanning device, and more particularly to an optical scanning device capable of two-dimensional scanning using a cantilever.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、2次元光走査装置は、一般に振動
平面鏡(所謂ガルバノミラー)と回転多面体(所謂ポリ
ゴンミラー)との組み合わせ、あるいは振動平面鏡2枚
の組み合わせを用い、それぞれの鏡による走査方向が互
いに直行するように配置して構成されていた。この例を
図8に示す。図8において、レーザー光源24により発
せられた光は、回転多面体25によって比較的高速な水
平走査が行われ、この光は更に振動平面鏡26によって
比較的低速な垂直走査が行われる。そして振動平面鏡2
7からの光はレンズ28によって集光され、輝点はスク
リーン29上で2次元的に移動し、ラスタスキャンが行
われる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a two-dimensional optical scanning apparatus generally uses a combination of a vibrating plane mirror (a so-called galvanometer mirror) and a rotating polyhedron (a so-called polygon mirror), or a combination of two vibrating plane mirrors, and scans in each mirror direction. Are arranged so as to be orthogonal to each other. This example is shown in FIG. In FIG. 8, light emitted from a laser light source 24 is subjected to relatively high-speed horizontal scanning by a rotating polyhedron 25, and this light is further subjected to relatively low-speed vertical scanning by a vibrating plane mirror 26. And the vibrating plane mirror 2
The light from 7 is condensed by a lens 28, the luminescent spot moves two-dimensionally on a screen 29, and a raster scan is performed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
光走査装置では、振動平面鏡及び回転多面体鏡の寸法が
比較的大きいため、装置が大型化してしまうという欠点
があった。また、正確な2次元走査を行うためには各素
子を厳密な位置関係で配置せねばならず、装置を組みあ
げる際の光学調整が非常に煩雑であった。そこで本発明
の目的は、上記従来例の欠点を解消し、コンパクトな構
成で光学調整が簡単な2次元光走査装置を提供するもの
である。
However, in the above-described optical scanning device, the size of the vibrating plane mirror and the rotating polyhedral mirror is relatively large, so that there is a disadvantage that the size of the device becomes large. In addition, in order to perform accurate two-dimensional scanning, each element must be arranged in a strict positional relationship, and optical adjustment when assembling the apparatus is very complicated. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a two-dimensional optical scanning apparatus which solves the above-mentioned disadvantages of the conventional example and has a compact configuration and easy optical adjustment.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、第1に、半導体基板上に作製された複数のアクチ
ュエーターが該アクチュエーターに接してそれぞれ発光
素子を有し、該アクチュエーターを互いに独立に駆動さ
せることにより複数の該発光素子から出た光を走査する
ことを特徴とする光走査装置であり、第2に、該アクチ
ュエーターがカンチレバー(片持ち梁)形状であること
を特徴とする光走査装置であり、第3に、該アクチュエ
ーターの駆動方法が、圧電効果によることを特徴とする
光走査装置である。
A feature of the present invention is that, first, a plurality of actuators formed on a semiconductor substrate have light emitting elements in contact with the actuators, and the actuators are independent of each other. A light scanning device that scans light emitted from a plurality of the light emitting elements by driving the light emitting device, and secondly, the actuator has a cantilever (cantilever) shape. Thirdly, an optical scanning device is characterized in that the actuator is driven by a piezoelectric effect.

【0005】以上が本発明の構成要素であり、その詳細
及び作用については以下に説明する。本発明の目的は、
従来例の欠点を解消し、コンパクトな構成で光学調整が
簡単な2次元光走査装置を提供するものである。
The components of the present invention have been described above, and the details and operation thereof will be described below. The purpose of the present invention is
An object of the present invention is to provide a two-dimensional optical scanning device which solves the drawbacks of the conventional example and has a compact configuration and easy optical adjustment.

【0006】本発明において用いられるアクチュエータ
ーには、半導体プロセス技術を用いて作製されるアクチ
ュエーターが適用される。アクチュエーターの形態とし
ては、カンチレバー(片持ち梁)、両持ち梁、メンブレ
ン、ヒンジ、モーター、などさまざまな形態が考えられ
る。それぞれのアクチュエーターの駆動方法としては、
圧電効果を利用したバイモルフやユニモルフ、対向電極
を用いた静電駆動、熱を利用するバイメタル・形状記憶
合金、電場などにより体積変化を起こすゲルを利用する
もの、気体の圧力により変位するもの、などがある。な
かでも圧電バイモルフカンチレバーは、カンチレバー上
に発光素子を配置して2次元光走査を行うためには、以
下実施例1にて詳述するように光学調整が簡単で2軸方
向への変位が可能である点で有利である。
An actuator manufactured by using a semiconductor process technology is applied to the actuator used in the present invention. As the form of the actuator, various forms such as a cantilever (a cantilever), a doubly supported beam, a membrane, a hinge, and a motor can be considered. As the driving method of each actuator,
Bimorphs and unimorphs using the piezoelectric effect, electrostatic drive using the counter electrode, bimetals and shape memory alloys using heat, those using gels that change in volume due to an electric field, etc., those that are displaced by gas pressure, etc. There is. Above all, the piezoelectric bimorph cantilever has a simple optical adjustment and can be displaced in two axial directions, as described in detail in Example 1, in order to arrange a light emitting element on the cantilever and perform two-dimensional optical scanning. This is advantageous in that

【0007】また、本発明において上記アクチュエータ
ーに接して配置される発光素子としては発光ダイオー
ド、半導体レーザー、電子線、白色光源等の光源が考え
られる。中でも半導体レーザーはレーザービームプリン
ターや干渉測定などの計測への応用など実用性が大き
い。発光効率及び温度特性の良い半導体レーザーの構造
としては多重量子井戸構造を採用したものなどがある。
半導体レーザーから放出されたレーザー光は一般に拡散
するため、集光が必要であるが、特に微小なカンチレバ
ー上に作製された半導体レーザーを集光するには微小な
コリメーターレンズが必要である。そのようなマイクロ
コリメーターレンズの作製例としては、フォトリソグラ
フ技術を用いたものがある(”Fabrication
of active Integrated Opt
ical Micro−Encoder”1991 I
EEE Micro Electro Mechani
calSystems Workshop、Proce
edings pp233−238)。
In the present invention, as the light emitting element disposed in contact with the actuator, a light source such as a light emitting diode, a semiconductor laser, an electron beam, and a white light source can be considered. Above all, semiconductor lasers have great utility in applications such as measurement to laser beam printers and interference measurement. As a structure of a semiconductor laser having good luminous efficiency and temperature characteristics, there is a structure employing a multiple quantum well structure.
Since laser light emitted from a semiconductor laser generally diffuses, it needs to be condensed. In particular, a micro collimator lens is necessary to condense a semiconductor laser manufactured on a micro cantilever. An example of manufacturing such a microcollimator lens is one using photolithographic technology ("Fabrication").
of active Integrated Opt
ical Micro-Encoder "1991 I
EEE Micro Electro Mechani
calSystems Workshop, Proce
edings pp 233-238).

【0008】本発明では、これらのアクチュエーターと
発光素子を組み合わせた新規の光走査装置を提供するも
のである。また、本発明の光走査装置を同一半導体基板
上に複数作製し、それぞれ独立に動作させることによっ
てスクリーン上の走査スピードを向上させることも可能
である。以下実施例を挙げて本発明の光走査装置を詳細
に説明する。
The present invention provides a novel optical scanning device combining these actuators and light emitting elements. Further, it is also possible to improve the scanning speed on the screen by manufacturing a plurality of the optical scanning devices of the present invention on the same semiconductor substrate and operating them independently. Hereinafter, the optical scanning device of the present invention will be described in detail with reference to examples.

【0009】[0009]

【実施例】本実施例1で示すものは、本発明によるカン
チレバー型光走査装置である。図1は本実施例1による
カンチレバー型光走査装置の縦断面図である。図2は本
実施例1によるカンチレバー型光走査装置の横断面図で
ある。図3、4、5、6、7は本実施例1によるカンチ
レバー型光走査装置の製造プロセスを示す図である。以
下、これらの図を用いて製造プロセスを詳しく述べる。
Embodiment 1 The embodiment 1 shows a cantilever type optical scanning device according to the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the cantilever type optical scanning device according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the cantilever type optical scanning device according to the first embodiment. FIGS. 3, 4, 5, 6, and 7 are views showing the manufacturing process of the cantilever type optical scanning device according to the first embodiment. Hereinafter, the manufacturing process will be described in detail with reference to these drawings.

【0010】まず、n型GaAs基板1上に順次、バッ
ファ層2としてn型GaAsを1μm、クラッド層3と
してn型AlGaAsを2μm、n型Al0.4Ga
0.6Asを2μm、活性層4としてノンドープGaA
s100Å、Al0.2Ga0.8As30Åを4回繰
り返し最後にGaAs100Å積層し、多重量子井戸構
造の活性領域4を形成した。次にクラッド層5としてP
型Al0.4Ga0.8Asを15μm、キャップ層6
としてGaAs26を0.5μm分子線エピタキシー法
によって形成した。
First, on the n-type GaAs substrate 1, n-type GaAs is 1 μm as the buffer layer 2, n-type AlGaAs is 2 μm as the cladding layer 3, and n-type Al0.4Ga is formed.
0.6 μm as 2 μm, non-doped GaAs as the active layer 4
s100Å and Al0.2Ga0.8As30Å were repeated four times, and finally GaAs100Å was laminated to form an active region 4 having a multiple quantum well structure. Next, as the cladding layer 5, P
Type Al0.4Ga0.8As 15 μm, cap layer 6
Was formed by a 0.5 μm molecular beam epitaxy method.

【0011】続いて電流注入域を制限するために示すよ
うに活性層4の手前約0.4μmまでエッチングした
後、スピンコートによりポリイミド7を形成しエッジの
頂き部のみエッチングして注入域とした。次に、配線電
極8としてCr−Auオーミック電極を形成した。さら
に拡散のための熱処理を行った後、共振面22、23を
形成するためにGaAs基板をエッチングする。エッチ
ングはCl2 ガスを用いた反応性イオンビームエッチン
グ(RIBE)法で行った。ここで、キャビティ長(共
振面22と23の間隔)は300μmである。以上の手
法により、半導体レーザー9を作製した(図3)。
Subsequently, as shown in order to limit the current injection area, after etching to about 0.4 μm before the active layer 4, a polyimide 7 is formed by spin coating, and only the edge crest is etched to form an injection area. . Next, a Cr-Au ohmic electrode was formed as the wiring electrode 8. After performing a heat treatment for diffusion, the GaAs substrate is etched to form the resonance surfaces 22 and 23. The etching was performed by a reactive ion beam etching (RIBE) method using Cl 2 gas. Here, the cavity length (the interval between the resonance surfaces 22 and 23) is 300 μm. The semiconductor laser 9 was manufactured by the above method (FIG. 3).

【0012】次に、結晶方位(100)面を主面とする
両面研磨したシリコン基板10(厚さ525μm)の両
面にLPCVD法により窒化シリコン11を2000Å
成膜した後、バイモルフ駆動部分12である2層の圧電
体13、14と3層の電極層15、16、17を形成す
る。圧電体層には酸化亜鉛を用い、交流スパッタリング
法により成膜し、酢酸水溶液にてウェットエッチングに
よりパターンを形成する。下電極層15には30Åのク
ロムを下引きした1000Åの金を用いる。クロム及び
金は抵抗加熱による蒸着法で成膜し、クロムは硝酸第2
セリウムアンモニウムと過塩素酸の水溶液、また金はヨ
ウ素とヨウ化カリウムの水溶液にてそれぞれウェットエ
ッチングによりパターン形成を行う。中電極層16、上
電極層17には1000Åの金を用いる。金は抵抗加熱
による蒸着法で成膜し、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶
液にてパターン形成を行う。それぞれの電極は、駆動用
の増幅回路につながる取り出し部分を有する。下電極1
5・15’と上電極17・17’は片持ち梁の長さ方向
の中心線でそれぞれ2分割されており、合計5つの駆動
電極を有する少なくとも2軸方向に駆動可能な片持ち梁
(カンチレバー)となっている。その後、プラズマCV
D法により窒化シリコン膜18を形成し絶縁層とした。
Next, silicon nitride 11 is applied to both surfaces of a silicon substrate 10 (thickness: 525 μm) having a crystal orientation (100) plane as a principal surface by LPCVD to a thickness of 2000 °.
After the film formation, the two-layer piezoelectric members 13 and 14 and the three electrode layers 15, 16 and 17 which are the bimorph driving portion 12 are formed. The piezoelectric layer is formed using zinc oxide by an AC sputtering method, and a pattern is formed by wet etching with an aqueous acetic acid solution. The lower electrode layer 15 is made of 1000% gold obtained by sublimating 30% chromium. Chromium and gold are deposited by resistance heating deposition, and chromium
Pattern formation is performed by wet etching with an aqueous solution of cerium ammonium and perchloric acid, and an aqueous solution of gold with iodine and potassium iodide. For the middle electrode layer 16 and the upper electrode layer 17, 1000 ° of gold is used. Gold is deposited by an evaporation method using resistance heating, and a pattern is formed using an aqueous solution of iodine and potassium iodide. Each of the electrodes has an extraction portion connected to a driving amplifier circuit. Lower electrode 1
5.15 ′ and the upper electrode 17 ・ 17 ′ are each divided into two at the center line in the longitudinal direction of the cantilever, and cantilever beams (cantilever) having a total of five drive electrodes and can be driven in at least two axial directions. ). After that, plasma CV
A silicon nitride film 18 was formed by the method D to form an insulating layer.

【0013】さらに、カンチレバーの先端部分にマイク
ロコリメーターレンズ19を作製する。レーザー光20
は活性層内で発振波長780nmで発振し、ビーム径約
2μm、角度θ//=20°、θ⊥=30°の広がり角
を持った楕円ビームを空気中に出射する。共振面22と
マイクロコリメーターレンズ19の距離は10〜60μ
mであり、より好ましくは28μmである。マイクロコ
リメーターレンズ19はスパッタリング法で、SiO2
とSi−O−Nの2つの可動なターゲットを用いて膜厚
方向に傾斜屈折率の傾斜がつくように成膜された。その
後、通常の反応性イオンビームエッチング(RIBE)
にてマイクロコリメーターレンズ19を形成した(図
4)。このマイクロコリメーターレンズ19によってレ
ーザー光20を直線光にすることができる。
Further, a microcollimator lens 19 is formed at the tip of the cantilever. Laser light 20
Oscillates at an oscillation wavelength of 780 nm in the active layer, and emits an elliptical beam having a beam diameter of about 2 μm, a divergence angle of θ // = 20 °, and θ⊥ = 30 ° into the air. The distance between the resonance surface 22 and the microcollimator lens 19 is 10 to 60 μ
m, more preferably 28 μm. The micro-collimator lens 19 is made of SiO 2 by sputtering.
And two movable targets of Si—O—N and were formed so as to have a gradient refractive index gradient in the film thickness direction. After that, normal reactive ion beam etching (RIBE)
The micro collimator lens 19 was formed by (FIG. 4). The laser beam 20 can be converted into linear light by the microcollimator lens 19.

【0014】次に、エポキシ系接着剤を用いてGaAs
基板1とシリコン基板10を図5に示すように接合し
た。その後、GaAs基板1をラッピングで図5の点線
の厚さまで削った後、n型用オーミック電極21として
Au−Ge電極を蒸着し、絶縁層31としてプラズマC
VD法により窒化シリコン膜を形成し、配線電極32と
して20Åのクロムを下引きした1000Åの金を形成
し、ワイヤーボンディング33により配線した(図
6)。
Next, GaAs is formed using an epoxy-based adhesive.
The substrate 1 and the silicon substrate 10 were joined as shown in FIG. Thereafter, the GaAs substrate 1 is cut by lapping to a thickness indicated by a dotted line in FIG. 5, an Au-Ge electrode is deposited as an n-type ohmic electrode 21, and a plasma C is formed as an insulating layer 31.
A silicon nitride film was formed by a VD method, gold of 1000 ° was obtained by sublimating 20 ° of chromium as a wiring electrode 32, and wiring was performed by wire bonding 33 (FIG. 6).

【0015】次にシリコン基板10の裏面の窒化シリコ
ン11を基板裏面エッチング開口部の形状にパターニン
グした。パターニングは反応性イオンエッチング法(R
IE法)によりCF4 ガスでエッチングした。その後基
板表面がエッチャントにさらされないようにして、11
0℃に加熱した水酸化カリウム水溶液(KOH:H2
=1:2,重量比)によりシリコンをエッチングして2
0μmのSiメンブレンを形成した後、CF4 ,O2
ラズマを用いた反応性イオンエッチング法(RIE法)
により基板1の裏面からSiメンブレン及び表面窒化シ
リコン膜11をエッチングし、カンチレバー型とした
(図7)。
Next, the silicon nitride 11 on the back surface of the silicon substrate 10 was patterned into the shape of the etching opening on the back surface of the substrate. Patterning is performed by reactive ion etching (R
Etching was performed using CF 4 gas according to the IE method. Thereafter, the surface of the substrate is not exposed to the etchant, and 11
Potassium hydroxide aqueous solution (KOH: H 2 O heated to 0 ° C.
= 1: 2, weight ratio) to etch silicon 2
After forming a 0 μm Si membrane, reactive ion etching (RIE) using CF 4 , O 2 plasma
The silicon membrane and the surface silicon nitride film 11 were etched from the back surface of the substrate 1 to form a cantilever type (FIG. 7).

【0016】上記の方法により作製されたカンチレバー
型光走査装置のカンチレバー長は1000μm、カンチ
レバー幅は100μmである。中電極16を0電位と
し、下電極15・15’及び上電極17・17’に電圧
50V・周波数200Hzの正弦波を印加したところ、
カンチレバーが基板面と垂直方向(以下X方向と称す)
に最大先端振れ角θX =30°で振動した。また、中電
極16を0電位とし、下電極15及び上電極17’に電
圧50V・周波数200Hzの正弦波を、下電極15’
及び上電極17に電圧50V・周波数200Hzで上記
と位相が180°ずれた正弦波をそれぞれ印加したとこ
ろ、カンチレバーが基板面と平行方向(以下Y方向と称
す)に最大先端振れ角θY =3°で振動した。このX方
向とY方向の2つの動きを組み合わせることにより、カ
ンチレバー先端をXY方向に独立に振動させることがで
きた。
The cantilever length of the cantilever type optical scanning device manufactured by the above method is 1000 μm, and the cantilever width is 100 μm. When the middle electrode 16 was set to 0 potential and a sine wave of a voltage of 50 V and a frequency of 200 Hz was applied to the lower electrodes 15 and 15 ′ and the upper electrodes 17 and 17 ′,
The cantilever is perpendicular to the substrate surface (hereinafter referred to as X direction)
At the maximum tip deflection angle θ X = 30 °. Further, the middle electrode 16 is set to 0 potential, and a sine wave of a voltage of 50 V and a frequency of 200 Hz is applied to the lower electrode 15 and the upper electrode 17 ′.
When a sine wave whose phase is shifted by 180 ° from the above at a voltage of 50 V and a frequency of 200 Hz is applied to the upper electrode 17, the cantilever has a maximum tip deflection angle θ Y = 3 in a direction parallel to the substrate surface (hereinafter referred to as Y direction). Vibrated at °. By combining the two movements in the X and Y directions, the tip of the cantilever could be vibrated independently in the XY directions.

【0017】この振動によって配線電極8とn型用オー
ミック電極21との間に電圧を加えることにより半導体
レーザー9から出たレーザー光20をXY方向に走査し
て、スクリーン上に生じた輝点をスキャンさせることが
できた。光源とスクリーンとの距離を500mmとした
とき、スクリーン上のスキャンエリアは350mm×5
0mmであった。
By applying a voltage between the wiring electrode 8 and the n-type ohmic electrode 21 by the vibration, the laser beam 20 emitted from the semiconductor laser 9 is scanned in the X and Y directions, and the bright spot generated on the screen is detected. I was able to scan. When the distance between the light source and the screen is 500 mm, the scan area on the screen is 350 mm × 5.
It was 0 mm.

【0018】本実施例1で用いる半導体レーザーが面発
光型でも良いのはもちろんである(図10)。その場
合、カンチレバーの長さ方向と垂直にレーザー光が出る
ため、カンチレバーをX方向に振動させるとともにカン
チレバーをねじれ方向(Z方向)に振動させなければな
らない。この場合、中電極16を0電位とし、下電極1
5及び上電極17にかける電圧の位相と下電極15’及
び上電極17’にかける電圧の位相を互いに180°ず
らすことにより、カンチレバーをねじれ方向(Z方向)
に駆動させることができる。なお、発光素子としては半
導体レーザーの他に、発光ダイオード、電子線、白色光
源等の光源も利用できる。
Of course, the semiconductor laser used in the first embodiment may be of a surface emitting type (FIG. 10). In this case, since the laser beam is emitted perpendicular to the length direction of the cantilever, the cantilever must be vibrated in the X direction and the cantilever must be vibrated in the twisting direction (Z direction). In this case, the middle electrode 16 is set to 0 potential, and the lower electrode 1
By shifting the phase of the voltage applied to 5 and the upper electrode 17 from the phase of the voltage applied to the lower electrode 15 ′ and the upper electrode 17 ′ by 180 °, the cantilever is twisted (Z direction).
Can be driven. As the light emitting element, a light source such as a light emitting diode, an electron beam, and a white light source can be used in addition to the semiconductor laser.

【0019】また、図7、図10に示すように同一半導
体基板上に複数の光走査装置を作製し、それぞれ独立に
動作させることによってスクリーン上の走査スピードを
向上させることも可能である。仮に図10に示した光走
査装置を半導体基板上に10個×10個のアレイ状に並
べて、1個の光走査装置の走査面積を100分の1にす
ると、スクリーン上での走査スピードを1個のときの1
00倍にすることができる。
Also, as shown in FIGS. 7 and 10, a plurality of optical scanning devices can be manufactured on the same semiconductor substrate and operated independently of each other to improve the scanning speed on the screen. If the optical scanning devices shown in FIG. 10 are arranged in a 10 × 10 array on a semiconductor substrate and the scanning area of one optical scanning device is reduced to 1/100, the scanning speed on the screen is reduced to 1 ×. 1 when
00 times.

【0020】31は配線電極8上に設けられた窒化シリ
コン膜、32は窒化シリコン膜31上に設けられた配線
電極、33は、n型用オーミック電極21と配線電極3
2をつなぐワイヤーボンディングである。
Reference numeral 31 denotes a silicon nitride film provided on the wiring electrode 8, 32 denotes a wiring electrode provided on the silicon nitride film 31, and 33 denotes an n-type ohmic electrode 21 and a wiring electrode 3.
This is wire bonding that connects the two.

【0021】本実施例1では圧電体バイモルフ構造を用
いたが、走査方向が1方向である場合は圧電体ユニモル
フ構造や、静電駆動型、バイメタル、形状記憶合金等を
利用して1次元光走査装置を作製することができる。ま
た、アクチュエーターの形態としては、カンチレバー
(片持ち梁)のほかに、両持ち梁、メンブレン、ヒンジ
等も適用できる。また、それらのアクチュエーターを複
数組み合わせて2次元走査可能な形態にすることも可能
である。
In the first embodiment, the piezoelectric bimorph structure is used. However, when the scanning direction is one direction, the piezoelectric unimorph structure, the electrostatic drive type, the bimetal, the shape memory alloy or the like is used for one-dimensional light. A scanning device can be manufactured. Further, as a form of the actuator, besides a cantilever (cantilever), a double-supported beam, a membrane, a hinge, or the like can be applied. It is also possible to form a form capable of two-dimensional scanning by combining a plurality of these actuators.

【0022】本実施例2はモノリシックな構成を持つカ
ンチレバー型光走査装置の例である。図9は本実施例2
によるカンチレバー型光走査装置の縦断面図である。本
実施例2の特徴はGaAsの異方性エッチングを利用し
てバイモルフカンチレバーの下部に半導体レーザーを作
製したところにある。
The second embodiment is an example of a cantilever type optical scanning device having a monolithic structure. FIG. 9 shows the second embodiment.
1 is a vertical sectional view of a cantilever type optical scanning device according to the present invention. The feature of the second embodiment resides in that a semiconductor laser is manufactured below the bimorph cantilever by using anisotropic etching of GaAs.

【0023】作製方法は、まずn型GaAs基板1の裏
面にマスク層29、30として窒化シリコンを2000
Å成膜した。次に実施例1と同様の手法によりn型Ga
As基板1上にバッファ層2、クラッド層3、活性層
4、クラッド層5、キャップ層6、ポリイミド7、配線
電極8を形成した。次に実施例1と同様の手法によりバ
イモルフ構造体を形成した。さらにGaAsの異方性エ
ッチングを行う。エッチャントは硫酸、過酸化水素、水
の混合液である。マスク層29、30をマスクとして基
板1を途中までエッチングした後、マスク層30を除去
し同エッチャントにて基板1をさらにエッチングして共
振面を作製した。その後、不要なポリイミドを反応性イ
オンエッチング法により酸素プラズマにてエッチングし
た。次に、n型用オーミック電極21としてAu−Ge
電極を蒸着し、ワイヤーボンディングによって配線を取
り出した。さらに実施例1と同様の手法により基板1の
裏面からマイクロコリメーターレンズ19を作製した。
最後にバイモルフ構造の周りの窒化シリコン7を除去し
てカンチレバー型とした。
The manufacturing method is as follows. First, 2,000 silicon nitride is used as mask layers 29 and 30 on the back surface of the n-type GaAs substrate 1.
Å A film was formed. Next, n-type Ga
On an As substrate 1, a buffer layer 2, a clad layer 3, an active layer 4, a clad layer 5, a cap layer 6, a polyimide 7, and a wiring electrode 8 were formed. Next, a bimorph structure was formed in the same manner as in Example 1. Further, anisotropic etching of GaAs is performed. The etchant is a mixture of sulfuric acid, hydrogen peroxide, and water. After etching the substrate 1 halfway using the mask layers 29 and 30 as a mask, the mask layer 30 was removed, and the substrate 1 was further etched with the same etchant to produce a resonance surface. Then, unnecessary polyimide was etched by reactive ion etching using oxygen plasma. Next, Au-Ge is used as the n-type ohmic electrode 21.
Electrodes were deposited, and the wiring was taken out by wire bonding. Further, a microcollimator lens 19 was manufactured from the back surface of the substrate 1 in the same manner as in Example 1.
Finally, the silicon nitride 7 around the bimorph structure was removed to obtain a cantilever type.

【0024】上記の方法により作製されたカンチレバー
型光走査装置のカンチレバー長は1000μm、カンチ
レバー幅は100μmである。実施例1と同様の手法に
よりX方向に最大先端振れ角θX =30°、Y方向に最
大先端振れ角θY =3°でそれぞれ振動した。このX方
向とY方向の2つの動きを組み合わせることにより、カ
ンチレバー先端をXY方向に独立に振動させることがで
きた。また、この振動によって半導体レーザー9から出
たレーザー光20をXY方向に走査して、スクリーン上
に生じた輝点をスキャンさせることができた。光源とス
クリーンとの距離を500mmとしたとき、スクリーン
上のスキャンエリアは350mm×50mmであった。
The cantilever type optical scanning device manufactured by the above method has a cantilever length of 1000 μm and a cantilever width of 100 μm. Vibration was performed in the same manner as in Example 1 with the maximum tip deflection angle θ X = 30 ° in the X direction and the maximum tip deflection angle θ Y = 3 ° in the Y direction. By combining the two movements in the X and Y directions, the tip of the cantilever could be vibrated independently in the XY directions. Further, the laser beam 20 emitted from the semiconductor laser 9 by this vibration was scanned in the X and Y directions to scan a bright spot generated on the screen. When the distance between the light source and the screen was 500 mm, the scan area on the screen was 350 mm × 50 mm.

【0025】本実施例2で用いる半導体レーザーが面発
光型でも良いのはもちろんである(図11)。その場
合、実施例1と同様にカンチレバーをX方向に振動させ
るとともにカンチレバーをねじれ方向(Z方向)に振動
させることができる。また、発光素子としては半導体レ
ーザーの他に、発光ダイオード、電子線、白色光源等の
光源も利用できる。また、図11に示すように同一半導
体基板上に複数の光走査装置を作製し、それぞれ独立に
動作させることによってスクリーン上の走査スピードを
向上させることも実施例1と同様に可能である。
It goes without saying that the semiconductor laser used in the second embodiment may be of a surface emitting type (FIG. 11). In this case, the cantilever can be vibrated in the X direction and the cantilever can be vibrated in the torsion direction (Z direction) as in the first embodiment. In addition to a semiconductor laser, a light source such as a light emitting diode, an electron beam, or a white light source can be used as the light emitting element. Also, as shown in FIG. 11, it is possible to improve the scanning speed on the screen by fabricating a plurality of optical scanning devices on the same semiconductor substrate and operating them independently, as in the first embodiment.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は半導体基
板上に作製された発光素子を有する複数のアクチュエー
ターを駆動させて発光素子の発光方向を変化させること
によりコンパクトな構成で光学調整が簡単な光走査装置
を提供することができた。
As described above, according to the present invention, a plurality of actuators each having a light-emitting element formed on a semiconductor substrate are driven to change the light-emitting direction of the light-emitting element. The optical scanning device was able to be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1による光走査装置の縦断面図
である。
FIG. 1 is a vertical sectional view of an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1による光走査装置の横断面図
である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical scanning device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例1による光走査装置の製造プロ
セスを示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the optical scanning device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例1による光走査装置の製造プロ
セスを示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of the optical scanning device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例1による光走査装置の製造プロ
セスを示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a manufacturing process of the optical scanning device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例1による光走査装置の製造プロ
セスを示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the optical scanning device according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例1による光走査装置の製造プロ
セスを示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing process of the optical scanning device according to the first embodiment of the present invention.

【図8】従来の光走査装置の構成を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional optical scanning device.

【図9】本発明の実施例2による光走査装置の縦断面図
である。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例1による図1とは別の形態の
光走査装置の縦断面図である。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention, which is different from that of FIG. 1;

【図11】本発明の実施例2による図9とは別の形態の
光走査装置の縦断面図である。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention, which is different from that of FIG. 9;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8 配線電極 13 圧電体層 14 圧電体層 15 バイモルフ下電極 16 バイモルフ中電極 17 バイモルフ上電極 18 窒化シリコン膜 19 マイクロコリメーターレンズ 20 レーザー光 21 n型用オーミック電極 22 共振面 23 共振面 31 窒化シリコン膜 32 配線電極 33 ワイヤーボンディング Reference Signs List 8 wiring electrode 13 piezoelectric layer 14 piezoelectric layer 15 bimorph lower electrode 16 bimorph middle electrode 17 bimorph upper electrode 18 silicon nitride film 19 microcollimator lens 20 laser light 21 n-type ohmic electrode 22 resonance surface 23 resonance surface 31 silicon nitride Film 32 wiring electrode 33 wire bonding

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に作製された複数のアクチ
ュエーターが該アクチュエーターに接してそれぞれ発光
素子を有し、該アクチュエーターを互いに独立に駆動さ
せることにより該発光素子から出た光を走査することを
特徴とする光走査装置。
A plurality of actuators formed on a semiconductor substrate have light emitting elements in contact with the actuators, and scan light emitted from the light emitting elements by driving the actuators independently of each other. Optical scanning device characterized by the following.
【請求項2】 該アクチュエーターがカンチレバー(片
持ち梁)形状であることを特徴とする請求項1に記載の
光走査装置。
2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the actuator has a cantilever (cantilever) shape.
【請求項3】 該アクチュエーターの駆動方法が、圧電
効果によることを特徴とする請求項1に記載の光走査装
置。
3. The optical scanning device according to claim 1, wherein the actuator is driven by a piezoelectric effect.
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