JP5316784B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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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係り、更に詳しくは、基板に対して垂直方向に光を出力する面発光レーザ素子、該面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイ、前記面発光レーザ素子又は前記面発光レーザアレイを有する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。
垂直共振器型の面発光レーザ素子(Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下では、「VCSEL」ともいう)は、基板に垂直な方向に光を出力するものであり、基板に平行な方向に光を出力する端面発光型の半導体レーザ素子よりも低価格、低消費電力、小型、2次元デバイスに好適、かつ、高性能であることから、近年、注目されている。
VCSELの応用分野としては、プリンタにおける光書き込み系の光源(発振波長:780nm帯)、光ディスク装置における記録及び再生用光源(発振波長:780nm帯、850nm帯)、光ファイバを用いるLAN(Local Area Network)等の光伝送システムの光源(発振波長:1.3μm帯、1.5μm帯)が挙げられる。さらには、ボード間、ボード内、集積回路(LSI:Large Scale Integrated circuit)のチップ間、及び集積回路のチップ内の光伝送用の光源としても期待されている。
これらVCSELの応用分野においては、VCSELから出力される光(以下では、「出力光」ともいう)は、(1)偏波モードが一定、(2)出力光の断面形状が円形、であることが必要とされる場合が多い。
偏波モードの制御に関しては、主面が(100)面である基板(非傾斜基板)を用いたVCSELの作製に際して、電流通過領域の形状に異方性を持たせることが提案された(例えば、特許文献1〜3参照)。
また、いわゆる傾斜基板を用いて偏波モードを制御することが提案された(特許文献4及び非特許文献1参照)。
一方、出力光の断面形状に関しては、共振器構造体の柱状形状(メサ形状)を調整して電流通過領域の形状を円形状あるいは正方形状とすることが提案された(特許文献5参照)。
しかしながら、電流通過領域の形状に異方性を持たせる方法では、出力光の断面形状を円形にすることが困難であるという不都合があった。また、単に傾斜基板を用いる方法では、電流通過領域の形状が非対称(図17(A)参照)となり、出力光の断面形状を円形にすることが困難であるという不都合があった。なお、図17(B)には、電流通過領域の形状が2軸対称な例が示されている。
発明者らは、傾斜基板を用いた面発光レーザ素子を作製し、電流通過領域の形状と、偏光抑圧比及び放射角との関係について詳細に検討したところ、単に電流通過領域の形状を円形状あるいは正方形状とするだけでは、出力光の断面形状を円形にすることが困難な場合があるという新しい知見を得た。
発明者らは、この新しい知見について、その原因調査を詳細に行った結果、傾斜基板を用いた場合、電流通過領域を取り囲む酸化物の厚さが放射角に大きな影響を及ぼしていることを新たに見出した。
本発明は、上述した発明者等の得た新規知見に基づいてなされたものであり、以下の構成を有している。
本発明は、第1の観点からすると、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と;活性層を含む共振器構造体、及び該共振器構造体を挟んで設けられ、酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体を有する半導体多層膜反射鏡を含み、前記基板上に積層されている複数の半導体層と;前記複数の半導体層上に設けられ、光の通路となる開口部を有する金属層と;を備え、断面形状が長手方向を有する光が前記狭窄構造体を介して前記金属層に入射し、前記金属層の開口部における前記長手方向に直交する第1の方向に関する開口幅が、前記長手方向に平行な第2の方向に関する開口幅よりも小さく、前記電流通過領域は、前記第1の方向に関する長さが前記第2の方向に関する長さよりも大きい面発光レーザ素子である。
これによれば、高コスト化を招くことなく、偏光方向の安定性を高くするとともに、出力光の断面形状を略円形とすることが可能となる。
本発明は、第2の観点からすると、本発明の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイである。
これによれば、本発明の面発光レーザ素子が集積されているため、高コスト化を招くことなく、各出力光の偏光方向の安定性を高くするとともに、各出力光の断面形状を略円形とすることが可能となる。
本発明は、第3の観点からすると、光によって被走査面上を走査する光走査装置であって、本発明の面発光レーザ素子を有する光源と;前記光源からの光を偏向する偏向手段と;前記偏向手段で偏向された光を被走査面上に集光する走査光学系と;を備える第1の光走査装置である。
本発明は、第4の観点からすると、光によって被走査面上を走査する光走査装置であって、本発明の面発光レーザアレイを有する光源と;前記光源からの光を偏向する偏向手段と;前記偏向手段で偏向された光を被走査面上に集光する走査光学系と;を備える第2の光走査装置である。
上記第1及び第2の光走査装置によれば、光源が本発明の面発光レーザ素子あるいは面発光レーザアレイを有しているため、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を行うことが可能となる。
本発明は、第5の観点からすると、少なくとも1つの像担持体と;前記少なくとも1つの像担持体に対して画像情報が含まれる光を走査する少なくとも1つの本発明の光走査装置と;を備える画像形成装置である。
これによれば、少なくとも1つの本発明の光走査装置を備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能となる。
本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図1における光走査装置を示す概略図である。 図3(A)及び図3(B)は、それぞれ光源に含まれる面発光レーザ素子を説明するための図である。 図4(A)及び図4(B)は、それぞれ面発光レーザ素子の基板を説明するための図である。 メサの外形形状を説明するための図である。 図3のA−A断面図である。 図6における酸化狭窄構造体のA−A断面図である。 図6における酸化狭窄構造体のB−B断面図である。 電流通過領域の矩形率と偏光抑圧比との関係を説明するための図である。 電流通過領域の矩形率と出力光の放射角との関係を説明するための図である。 光出射部の開口幅と出力光の放射角との関係を説明するための図である。 図12(A)及び図12(B)は、それぞれビーム形状の歪みを説明するための図である。 面発光レーザアレイを説明するための図である。 図13における発光部の2次元配列を説明するための図である。 図14のA−A断面図である。 カラープリンタの概略構成を説明するための図である。 図17(A)は、非対称な電流通過領域を説明するための図であり、図17(B)は、2軸対称な電流通過領域を説明するための図である。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図11を用いて説明する。図1には、本発明の一実施形態に係るレーザプリンタ1000の概略構成が示されている。
このレーザプリンタ1000は、光走査装置1010、感光体ドラム1030、帯電チャージャ1031、現像ローラ1032、転写チャージャ1033、除電ユニット1034、クリーニングユニット1035、トナーカートリッジ1036、給紙コロ1037、給紙トレイ1038、レジストローラ対1039、定着ローラ1041、排紙ローラ1042、排紙トレイ1043、通信制御装置1050、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置1060などを備えている。なお、これらは、プリンタ筐体1044の中の所定位置に収容されている。
通信制御装置1050は、ネットワークなどを介した上位装置(例えばパソコン)との双方向の通信を制御する。
感光体ドラム1030は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム1030の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム1030は、図1における矢印方向に回転するようになっている。
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。
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の表面に、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束を照射する。これにより、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム1030の表面に形成される。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。
トナーカートリッジ1036にはトナーが格納されており、該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。
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、該給紙コロ1037は、記録紙1040を給紙トレイ1038から1枚づつ取り出し、レジストローラ対1039に搬送する。該レジストローラ対1039は、給紙コロ1037によって取り出された記録紙1040を一旦保持するとともに、該記録紙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の表面上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。
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。
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。
次に、前記光走査装置1010の構成について説明する。
この光走査装置1010は、一例として図2に示されるように、偏向器側走査レンズ11a、像面側走査レンズ11b、ポリゴンミラー13、光源14、カップリングレンズ15、開口板16、アナモルフィックレンズ17、反射ミラー18、及び走査制御装置(図示省略)などを備えている。そして、これらは、ハウジング30の中の所定位置に組み付けられている。
なお、以下では、便宜上、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。
カップリングレンズ15は、光源14から出力された光束を略平行光とする。光源14とカップリングレンズ15はアルミニウム製の保持部材に固定され、ユニット化されている。
開口板16は、開口部を有し、カップリングレンズ15を介した光束のビーム径を規定する。
アナモルフィックレンズ17は、開口板16の開口部を通過した光束を、反射ミラー18を介してポリゴンミラー13の偏向反射面近傍に副走査対応方向に関して結像する。
光源14とポリゴンミラー13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。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ15と開口板16とアナモルフィックレンズ17と反射ミラー18とから構成されている。
ポリゴンミラー13は、一例として内接円の半径が18mmの6面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー13は、副走査対応方向に平行な軸の周りを等速回転しながら、反射ミラー18からの光束を偏向する。
偏向器側走査レンズ11aは、ポリゴンミラー13で偏向された光束の光路上に配置されている。
像面側走査レンズ11bは、偏向器側走査レンズ11aを介した光束の光路上に配置されている。そして、この像面側走査レンズ11b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13の回転に伴って感光体ドラム1030の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム1030上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム1030の回転方向が「副走査方向」である。
ポリゴンミラー13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。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ11aと像面側走査レンズ11bとから構成されている。なお、偏向器側走査レンズ11aと像面側走査レンズ11bの間の光路上、及び像面側走査レンズ11b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良い。
光源14は、一例として図3(A)及び図3(B)に示されるように、面発光レーザ素子100を有している。なお、本明細書では、レーザ発振方向をZ軸方向とし、Z軸方向に垂直な面内における互いに直交する2つの方向をX軸方向及びY軸方向として説明する。
面発光レーザ素子100は、設計上の発振波長が780nm帯の面発光レーザであり、基板101、バッファ層102、下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、上部半導体DBR107、コンタクト層109などを有している。
基板101は、表面が鏡面研磨面であり、図4(A)に示されるように、鏡面研磨面の法線方向が、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4(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。
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側に積層され、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。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の光学厚さとなるように設定されている。ところで、光学厚さがλ/4のとき、その層の実際の厚さdは、d=λ/4N(但し、Nはその層の媒体の屈折率)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(Al0.1Ga0.90.5In0.5P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、3層の量子井戸層と4層の障壁層とを有する3重量子井戸構造の活性層である。各量子井戸層は、0.7%の圧縮歪みを誘起する組成であるGaInAsPからなり、バンドギャップ波長が約780nmである。また、各障壁層は、0.6%の引張歪みを誘起する組成であるGaInPからなる。
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(Al0.1Ga0.90.5In0.5P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、その厚さが1波長の光学厚さとなるように設定されている。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、第1の上部半導体DBR及び第2の上部半導体DBRを有している。
第1の上部半導体DBRは、上部スペーサ層106の+Z側に積層され、p−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなる低屈折率層とp−(Al0.1Ga0.90.5In0.5Pからなる高屈折率層のペアを1ペア有している。
第2の上部半導体DBRは、第1の上部半導体DBR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23ペア有している。
上部半導体DBR107におけ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の光学厚さとなるように設定されている。
第2の上部半導体DBR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が厚さ30nmで挿入されている。この被選択酸化層の挿入位置は、上部スペーサ層106から3ペア目の低屈折率層中であって、電界の定在波分布における節に対応する位置である。
コンタクト層109は、第2の上部半導体DBRの+Z側に積層され、p−GaAsからなる層である。
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。
次に、面発光レーザ素子100の製造方法について簡単に説明する。
(1)上記積層体を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作成する。
ここでは、III族の原料には、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)を用い、V族の原料には、フォスフィン(PH)、アルシン(AsH)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(CBr)、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(HSe)を用いている。
(2)積層体の表面にX軸方向に関する長さaX(図5参照)が25.5μm、Y軸方向に関する長さaY(図5参照)が25.0μmの長方形状のレジストパターンを形成する。
(3)Clガスを用いるECRエッチング法で、上記レジストパターンをフォトマスクとして四角柱状のメサを形成する。ここでは、エッチングの底面は下部スペーサ層104中に位置するようにした。
(4)フォトマスクを除去する。
(5)積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、被選択酸化層中のAl(アルミニウム)がメサの外周部から選択的に酸化され、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が残留する(図3(A)参照)。すなわち、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、いわゆる酸化狭窄構造体が形成される。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。
(6)気相化学堆積法(CVD法)を用いて、SiNあるいはSiOからなる保護層111を形成する。
(7)ポリイミド112で平坦化する。
(8)メサ上部にP側電極コンタクトの窓開けを行う。ここでは、フォトレジストによるマスクを施した後、メサ上部の開口部を露光し、その部分のフォトレジストを除去した後、BHFにてポリイミド112及び保護層111をエッチングして開口する。
(9)メサ上部の光出射部(金属層の開口部)となる領域に、X軸方向の長さが10μm、Y軸方向の長さが11.5μmの長方形状のレジストパターンを形成し、p側の電極材料の蒸着を行なう。p側の電極材料としてはCr/AuZn/Auからなる多層膜、もしくはTi/Pt/Auからなる多層膜が用いられる。
(10)光出射部となる領域の電極材料をリフトオフし、p側の電極113を形成する。このp側の電極113で囲まれた部分が光出射部115である。
(11)基板101の裏側を所定の厚さ(例えば100μm程度)まで研磨した後、n側の電極114を形成する。ここでは、n側の電極114はAuGe/Ni/Auからなる多層膜である。
(12)アニールによって、p側の電極113とn側の電極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。
(13)チップ毎に切断する。
このようにして製造された面発光レーザ素子100では、出力光の偏光方向は所望の偏光方向であるX軸方向であり、偏光抑圧比が20dB以上で安定していた。なお、偏光抑圧比とは、所望の偏光方向における光強度とそれに直交する方向における光強度との比であり、複写機などでは20dB程度必要であるとされている。また、面発光レーザ素子100では、出力光のX軸方向に関する放射角とY軸方向に関する放射角との差が0.1°以下であり、出力光の断面形状は、ほぼ円形であった。
さらに、図3(A)のA−A断面図である図6に示されるように、酸化層108aの+Y側端部と電流通過領域108bの+Y側端部との距離をdy1、酸化層108aの−Y側端部と電流通過領域108bの−Y側端部との距離をdy2、酸化層108aの+X側端部と電流通過領域108bの+X側端部との距離をdx1、酸化層108aの−X側端部と電流通過領域108bの−X側端部との距離をdx2とし、IR顕微鏡を用いてそれぞれを測定すると、dy2>dy1、及びdx2≒dx1>dy1であった。これは、−Y方向に向かう酸化の速度が、+Y方向、+X方向及び−X方向に向かう各酸化の速度よりも遅いこと示している。
そして、図6に示されるように、Y軸方向に関する電流通過領域108bの幅をbY、X軸方向に関する電流通過領域108bの幅をbXとすると、bY=4.0μm、bX=4.5μmであり、bY/bX(以下では、「電流通過領域の矩形率」ともいう)は0.89であった。
また、図6における酸化狭窄構造体のA−A断面図が図7に示されている。電流通過領域108bの+Y側にある酸化層108aの厚さをSy1、電流通過領域108bの−Y側にある酸化層108aの厚さをSy2とし、それらをY軸方向に関する種々の位置で計測すると、酸化終了部からの距離が同じ(例えば、図7における距離d)であっても、Sy1はSy2よりも約2nm大きかった。
また、図6における酸化狭窄構造体のB−B断面図が図8に示されている。そして、同様にして電流通過領域108bの−X側にある酸化層108aの厚さSx1、及び電流通過領域108bの+X側にある酸化層108aの厚さSx2を計測した。この場合には、Sx1及びSx2は、酸化終了部からの距離が同じ(例えば、図8における距離d)であれば、ほぼ同じであった。また、Sx1及びSx2は、酸化終了部からの距離が同じであっても、上記Sy1よりも小さかった。
発明者らは、電流通過領域の矩形率が互いに異なる複数の面発光レーザ素子を作製し、電流通過領域の矩形率と偏光抑圧比との関係を求めた。その結果が図9に示されている。なお、各面発光レーザ素子の偏光方向は、X軸方向と一致している。また、図9中の黒丸及び白丸は、一部の構成が互いに異なる面発光レーザ素子を示している。いずれの場合においても、電流通過領域の形状として、X軸方向を長手方向とする(bY/bX<1.00)ほうが、Y軸方向を長手方向とする(bY/bX>1.00)よりも、偏光抑圧比を大きくすることができる。
ところで、面発光レーザ素子では、出力光の放射角は、横方向の光閉じ込め(以下、便宜上、単に「光閉じ込め」という)が強いほど広くなる傾向にある。そして、光閉じ込めの程度は、電流通過領域の幅が狭いほど、及び酸化物の厚さが厚いほど強くなる。すなわち、電流通過領域の幅が小さいほど、及び酸化物の厚さが大きいほど、出力光の放射角は大きくなる傾向にある。
図10には、基板101と同様な傾斜基板を用い、光出射部の形状を正方形とした面発光レーザ素子における、電流通過領域の矩形率と出力光の放射角との関係が示されている。これによると、電流通過領域の矩形率が大きくなるにつれて、X軸方向に関する放射角は大きくなり、Y軸方向に関する放射角は小さくなる。そして、電流通過領域の矩形率が約1.1のときに、X軸方向に関する放射角とY軸方向に関する放射角は一致している。すなわち、電流通過領域の矩形率が約1.1よりも小さい場合には、出射光の断面形状はY軸方向を長軸方向とする楕円形状となり、電流通過領域の矩形率が約1.1よりも大きい場合には、出射光の断面形状はX軸方向を長軸方向とする楕円形状となる。なお、電流通過領域の矩形率が1.0、すなわち電流通過領域の形状が正方形のときに、X軸方向に関する放射角とY軸方向に関する放射角とが一致しないのは、酸化層の厚さが「Sx1≒Sx2<Sy1」の関係にあることによる。
そして、電流通過領域の矩形率が約1.1よりも小さいときには、電流通過領域の矩形率が小さいほどX軸方向に関する放射角とY軸方向に関する放射角の差(以下では、便宜上、単に「放射角差」という)が大きくなる。
ところで、前述したように、偏光抑圧比を向上させるためには、電流通過領域の矩形率を小さくすることが有効である。特に、電流通過領域の矩形率を1.0よりも小さくすると、従来よりも高い偏光抑圧比を得ることができる。しかしながら、電流通過領域の矩形率を1.0よりも小さくすると、放射角差が従来よりも大きくなる。例えば、電流通過領域の矩形率が1.0では、放射角差は約0.2°であるが、電流通過領域の矩形率が0.89では、放射角差は約0.4°(図10のΔr1)となる。
図11には、基板101と同様な傾斜基板を用い、電流通過領域及び光出射部の形状をいずれも正方形とした面発光レーザ素子における、光出射部の開口幅と出力光のX軸方向に関する放射角との関係が示されている。これによると、出力光の放射角は、光出射部の開口幅にも依存しており、開口幅が狭くなるほど、出力光の放射角が広くなる傾向にあることがわかる。これは、出力光のY軸方向に関する放射角についても同様である。
そこで、光出射部におけるX軸方向の開口幅とY軸方向の開口幅の大小関係によって、出射光の断面形状における長軸方向をX軸方向及びY軸方向のいずれかとすることができる。また、光出射部におけるX軸方向の開口幅とY軸方向の開口幅の差(絶対値)によって、放射角差の大きさを調整することができる。
従って、酸化狭窄構造体における電流通過領域108bの形状及び酸化層108aの厚さの不均一性に起因する放射角差の増大を、光出射部の形状によって補償することができる。本実施形態では、光出射部115におけるX軸方向の開口幅をY軸方向の開口幅よりも小さくして、(X軸方向の放射角)>(Y軸方向の放射角)とするとともに、放射角差の大きさが前記Δr1に近似した値(図11のΔr2)となるように、光出射部におけるX軸方向の開口幅及びY軸方向の開口幅の大きさを設定している。具体的には、X軸方向の開口幅を10.0μm、Y軸方向の開口幅を11.5μmとしている。
これにより、電流通過領域の形状が正方形でなく、かつ電流通過領域を取り囲む酸化層の厚さが均一でなくても、出力光の断面形状をほぼ円形とすることができる。
以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザ素子100によると、主面の法線方向が、結晶方位[1 0 0]方向に対して、結晶方位[1 1 1]A方向に向かって15度傾斜している基板101上に、活性層105を含む共振器構造体及び該共振器構造体を挟んで設けられた下部半導体DBR103及び上部半導体DBR107を含む複数の半導体層が積層されている。
そして、上部半導体DBR107中の酸化狭窄構造体では、電流通過領域108bの矩形率が0.89であり、電流通過領域108bを取り囲んでいる酸化層108aは、酸化が−Y方向に進行した部分の厚さが、酸化が+X方向及び−X方向に進行した部分の厚さよりも大きい。
また、電流通過領域108bの形状は、X軸に平行で電流通過領域108bの中心を通る軸(第1の軸)に対して対称であるとともに、Y軸に平行で電流通過領域108bの中心を通る軸(第2の軸)に対しても対称である。
さらに、光出射部115におけるX軸方向の開口幅をY軸方向の開口幅よりも小さくしている。
この場合には、高コスト化を招くことなく、偏光方向の安定性を高くするとともに、出力光の断面形状を略円形とすることができる。
そして、本実施形態に係る光走査装置1010によると、光源14が面発光レーザ素子100を有しているため、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を行うことが可能となる。
また、本実施形態に係るレーザプリンタ1000によると、光走査装置1010を備えているため、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能となる。
なお、上記実施形態では、電流通過領域108bの矩形率が0.89で、かつ酸化層108aの厚さが不均一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。例えば、電流通過領域108bの矩形率が1.0で、かつ酸化層108aの厚さが不均一であっても良いし、電流通過領域108bの矩形率が1.0よりも小さく、かつ酸化層108aの厚さが均一であっても良い。要するに、断面形状が長手方向を有する光が酸化狭窄構造体を介して開口部115に入射する場合であれば、前述したようにして開口部115の形状を適切に設定することにより、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
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、上記各面発光レーザ素子は、画像形成装置以外の用途にも用いることができる。その場合には、発振波長は、その用途に応じて、650nm帯、850nm帯、980nm帯、1.3μm帯、1.5μm帯等の波長帯であっても良い。この場合に、活性層を構成する半導体材料は、発振波長に応じた混晶半導体材料を用いることができる。例えば、650nm帯ではAlGaInP系混晶半導体材料、980nm帯ではInGaAs系混晶半導体材料、1.3μm帯及び1.5μm帯ではGaInNAs(Sb)系混晶半導体材料を用いることができる。
また、各反射鏡の材料及び構成を発振波長に応じて選択することにより、任意の発振波長に対応した発光部を形成することができる。例えば、AlGaInP混晶などのAlGaAs混晶以外のものを用いることができる。なお、低屈折率層及び高屈折率層は、発振波長に対して透明で、かつ可能な限り互いの屈折率差が大きく取れる組み合わせが好ましい。
また、上記実施形態において、面発光レーザ素子100の光出射部は、その形状が該光出射部の中心を通りY軸方向に平行な軸に対して対称であるとともに、光出射部の中心を通りX軸方向に平行な軸に対して非対称であっても良い。このとき、+Y側の開口幅の方が、−Y側の開口幅よりも大きい形状であっても良い。
ここでは、前述したように、電流通過領域108bの+Y側にある酸化層108aの厚さが他の部分に比べて厚くなっているため、光閉じ込めが強くなるように作用する。この光閉じ込めの非対称性は2次元的な分布を持って生じるため、ビーム形状は厳密には楕円から少し歪んだ形状となっている。酸化狭窄構造体では、電流通過領域108bの+Y側にある酸化層108aの厚さが他の部分に比べて厚くなっているため、+Y側の光閉じ込めが強くなり、ビーム形状が+Y側で少し小さくなり、縦長ではあるがY方向に非対称な歪が生じている(図12(A)参照)。
このようなビーム形状の歪みは、X軸方向に対して非対称なビーム強度分布を生み出すため、面発光レーザ素子から射出された光束が開口板の開口部を通過する用途では、該開口部を通過した光束の光量分布がX軸方向に対して非対称となる。しかしながら、上記実施形態のように、光出射部の形状を、+Y側の開口幅の方が−Y側の開口幅よりも大きくすることによって、ビーム形状の歪みを補正することが可能となる。光出射部の形状を細かく調整することで原理的には詳細な歪み補正も可能ではあるが、実効的には大まかな補正でも十分な効果が得られるので、光出射部の形状は好ましくは設計、加工の容易な台形形状にすると良い(図12(B)参照)。この場合、光出射部では、酸化狭窄構造体でのビーム形状の歪みを反映して、ビーム形状が+Y側で少し広くなり、横長でY軸方向に非対称な歪が生じている。そこで、光出射部の形状を+Y側の開口幅の方が広くなっている台形形状とすることにより、歪の少ない円形のビーム形状を得ることができる。
また、上記実施形態では、電流通過領域108bの+Y側にある酸化層108aの厚さが他の部分に比べて厚くなっており、その結果、dy2>dy1、及びdx2≒dx1>dy1となる場合について説明した。しかし、本発明者の別の実験では、被選択酸化層の厚さと酸化条件の組み合わせによっては、dy2>dy1、及びdy2>dx2≒dx1という関係となる場合もあり、その場合は図9に示される電流通過領域の矩形率と偏光抑圧の関係が、逆の相関を持つことがあることがわかっている。しかしながら、この場合も、偏光抑圧比が向上するように電流通過領域の矩形率を設定し、光出射部の開口幅を光出射部に入射する光ビームの長手方向が長くなるようにすることで、概略円形の放射ビーム形状を得ることが可能となる。
また、上記実施形態において、光源14は、前記面発光レーザ素子100に代えて、一例として図13に示されるように、面発光レーザアレイ500を有していても良い。
この面発光レーザアレイ500は、複数(ここでは32個)の発光部が同一基板上に配置されている。図13におけるM方向は主走査対応方向であり、S方向は副走査対応方向である。なお、発光部の数は32個に限定されるものではない。
面発光レーザアレイ500は、図14に示されるように、M方向からS方向に向かって傾斜した方向であるT方向に沿って8個の発光部が等間隔に配置された発光部列を4列有している。そして、これら4列の発光部列は、すべての発光部をS方向に伸びる仮想線上に正射影したときに等間隔cとなるように、S方向に等間隔dで配置されている。すなわち、32個の発光部は、2次元的に配列されている。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは2つの発光部の中心間距離をいう。
ここでは、間隔cは3μm、間隔dは24μm、M方向の発光部間隔X(図14参照)は30μmである。
各発光部は、図14のA−A断面図である図15に示されるように、前述した面発光レーザ素子100と同様な構造を有している。そして、この面発光レーザアレイ500は、面発光レーザ素子100と同様な方法で製造することができる。
このように、面発光レーザアレイ500は、面発光レーザ素子100が集積された面発光レーザアレイであるため、面発光レーザ素子100と同様な効果を得ることができる。
この場合に、面発光レーザアレイ500では、各発光部を副走査対応方向に延びる仮想線上に正射影したときの発光部間隔が等間隔cであるので、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。
そして、上記間隔cが3μmであるため、光走査装置1010の光学系の倍率を約1.8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、前記間隔dを狭くして間隔c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、発光部の点灯タイミングで容易に制御できる。
また、この場合には、レーザプリンタ1000では書きこみドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷することができる。また、同じ書きこみドット密度の場合には印刷速度を更に速くすることができる。
また、この場合には、各発光部からの光束の偏光方向が安定して揃っているため、レーザプリンタ1000では、高品質の画像を安定して形成することができる。
ところで、2つの発光部の間の溝は、各発光部の電気的及び空間的分離のために、5μm以上とすることが好ましい。あまり狭いと製造時のエッチングの制御が難しくなるからである。また、メサの大きさ(1辺の長さ)は10μm以上とすることが好ましい。あまり小さいと動作時に熱がこもり、特性が低下するおそれがあるからである。
また、上記実施形態において、前記面発光レーザ素子100に代えて、面発光レーザ素子100と同様の発光部が1次元配列された面発光レーザアレイを用いても良い。
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15度傾斜している場合について説明したが、これに限定されるものではない。基板の主面の法線方向が、結晶方位<1 0 0>の一の方向に対して、結晶方位<1 1 1>の一の方向に向かって傾斜していれば良い。
また、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ1000の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置1010を備えた画像形成装置であれば良い。
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。
また、一例として図16に示されるように、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ2000であっても良い。
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、ブラック用の「感光体ドラムK1、帯電装置K2、現像装置K4、クリーニングユニットK5、及び転写装置K6」と、シアン用の「感光体ドラムC1、帯電装置C2、現像装置C4、クリーニングユニットC5、及び転写装置C6」と、マゼンタ用の「感光体ドラムM1、帯電装置M2、現像装置M4、クリーニングユニットM5、及び転写装置M6」と、イエロー用の「感光体ドラムY1、帯電装置Y2、現像装置Y4、クリーニングユニットY5、及び転写装置Y6」と、光走査装置2010と、転写ベルト2080と、定着ユニット2030などを備えている。
各感光体ドラムは、図16中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転方向に沿って、それぞれ帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットが配置されている。
各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置2010により光が照射され、各感光体ドラムに潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト2080上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット2030により記録紙に画像が定着される。
光走査装置2010は、前記光源14と同様な光源を色毎に有している。そこで、光走査装置2010は、上記光走査装置1010と同様の効果を得ることができる。また、カラープリンタ2000は、光走査装置2010を備えているため、上記レーザプリンタ1000と同様の効果を得ることができる。
ところで、カラープリンタ2000では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合がある。このような場合であっても、光走査装置2010の各光源が前記面発光レーザアレイ500と同様な面発光レーザアレイを有していると、点灯させる発光部を変更することで色ずれを低減することができる。
以上説明したように、本発明の面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイによれば、高コスト化を招くことなく、偏光方向の安定性を高くするとともに、出力光の断面形状を略円形とするのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成するのに適している。
11a…偏向器側走査レンズ(走査光学系の一部)、11b…像面側走査レンズ(走査光学系の一部)、13…ポリゴンミラー(偏向器)、14…光源、100…面発光レーザ素子、101…基板、103…下部半導体DBR(半導体多層膜反射鏡の一部)、104…下部スペーサ層(共振器構造体の一部)、105…活性層、106…上部スペーサ層(共振器構造体の一部)、107…上部半導体DBR(半導体多層膜反射鏡の一部)、108a…酸化層(電流通過領域を取り囲んでいる酸化物)、108b…電流通過領域、113…p側の電極(金属層)、115…光出射部(開口部)、500…面発光レーザアレイ、1000…レーザプリンタ(画像形成装置)、1010…光走査装置、1030…感光体ドラム(像担持体)、2000…カラープリンタ(画像形成装置)、2010…光走査装置、K1,C1,M1,Y1…感光体ドラム(像担持体)。
特開平9−172218号公報 特許第2891133号公報 特開2008−28424号公報 特許第4010095号公報 特許第3762765号公報
T.Ohtoshi,T.Kuroda,A.Niwa and S.Tsuji、「Dependence of optical gain on crystal orientation in surface−emitting lasers with strained quantum wells」、Appl.Phys.Lett.65(15)、pp1886−1887、1994

Claims (12)

  1. 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と;
    活性層を含む共振器構造体、及び該共振器構造体を挟んで設けられ、酸化物が電流通過領域を取り囲んでいる狭窄構造体を有する半導体多層膜反射鏡を含み、前記基板上に積層されている複数の半導体層と;
    前記複数の半導体層上に設けられ、光の通路となる開口部を有する金属層と;を備え、
    断面形状が長手方向を有する光が前記狭窄構造体を介して前記金属層に入射し、
    前記金属層の開口部における前記長手方向に直交する第1の方向に関する開口幅が、前記長手方向に平行な第2の方向に関する開口幅よりも小さく、
    前記電流通過領域は、前記第1の方向に関する長さが前記第2の方向に関する長さよりも大きい面発光レーザ素子。
  2. 前記電流通過領域を取り囲んでいる酸化物は、酸化が前記第2の方向に平行な少なくとも一方向に進行した部分の厚さが、酸化が前記第1の方向に平行な方向に進行した部分の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項に記載の面発光レーザ素子。
  3. 前記金属層の開口部の形状は、該開口部の中心を通り前記第2の方向に平行な軸に対して対称であるとともに、前記開口部の中心を通り前記第1の方向に平行な軸に対して非対称であり、前記電流通過領域を取り囲んでいる酸化物の厚さが大きい部分に対応する開口幅が他の開口幅よりも大きいことを特徴とする請求項に記載の面発光レーザ素子。
  4. 前記第1の方向は、前記基板の表面に平行で前記結晶方位<1 0 0>の一の方向及び前記結晶方位<1 1 1>の一の方向のいずれにも直交する方向であり、
    前記第2の方向は、前記法線方向及び前記第1の方向のいずれにも直交する方向であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
  5. 前記電流通過領域の形状は、該電流通過領域の中心を通り前記第1の方向に平行な第1の軸に対して対称であるとともに、前記電流通過領域の中心を通り前記第2の方向に平行な第2の軸に対しても対称であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
  6. 前記第1の方向は、出力光の偏光方向に平行であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
  7. 前記基板は、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、
    前記第1の方向に平行な方向は、結晶方位[0 −1 1]方向及び結晶方位[0 1 −1]方向であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子。
  8. 請求項1〜のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子が集積された面発光レーザアレイ。
  9. 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〜のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子を有する光源と;
    前記光源からの光を偏向する偏向手段と;
    前記偏向手段で偏向された光を前記被走査面上に集光する走査光学系と;を備える光走査装置。
  10. 光によって被走査面を走査する光走査装置であって、
    請求項に記載の面発光レーザアレイを有する光源と;
    前記光源からの光を偏向する偏向手段と;
    前記偏向手段で偏向された光を前記被走査面上に集光する走査光学系と;を備える光走査装置。
  11. 少なくとも1つの像担持体と;
    前記少なくとも1つの像担持体に対して画像情報が含まれる光を走査する少なくとも1つの請求項9又は10に記載の光走査装置と;を備える画像形成装置。
  12. 前記画像情報は、多色のカラー画像情報であることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
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US12/481,080 US7978739B2 (en) 2008-06-11 2009-06-09 Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus
TW098119430A TWI392178B (zh) 2008-06-11 2009-06-10 表面發光雷射元件,表面發光雷射陣列,光學掃瞄裝置,及影像形成設備
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KR1020090051979A KR101054948B1 (ko) 2008-06-11 2009-06-11 면발광 레이저 소자, 면발광 레이저 어레이, 광 스캐닝 장치, 및 이미지 형성 장치

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Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5316783B2 (ja) * 2008-05-15 2013-10-16 株式会社リコー 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
JP5515767B2 (ja) 2009-05-28 2014-06-11 株式会社リコー 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、光走査装置及び画像形成装置
JP5636686B2 (ja) 2009-06-04 2014-12-10 株式会社リコー 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
JP5510899B2 (ja) 2009-09-18 2014-06-04 株式会社リコー 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
WO2011059826A2 (en) * 2009-10-29 2011-05-19 California Institute Of Technology Multiple-photon excitation light sheet illumination microscope
JP2011124541A (ja) * 2009-11-12 2011-06-23 Ricoh Co Ltd 光デバイス、光走査装置及び画像形成装置、並びに光デバイスの製造方法
JP5532321B2 (ja) * 2009-11-17 2014-06-25 株式会社リコー 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
JP5527714B2 (ja) * 2009-11-18 2014-06-25 株式会社リコー 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
JP5522595B2 (ja) * 2009-11-27 2014-06-18 株式会社リコー 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
JP2011151357A (ja) 2009-12-21 2011-08-04 Ricoh Co Ltd 光デバイス、光走査装置及び画像形成装置
JP2011159943A (ja) * 2010-01-08 2011-08-18 Ricoh Co Ltd 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
JP2011166108A (ja) * 2010-01-15 2011-08-25 Ricoh Co Ltd 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
JP5834414B2 (ja) * 2010-03-18 2015-12-24 株式会社リコー 面発光レーザモジュール、光走査装置及び画像形成装置
JP5585940B2 (ja) 2010-04-22 2014-09-10 株式会社リコー 面発光レーザ素子、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素子の製造方法
JP5601014B2 (ja) 2010-04-23 2014-10-08 株式会社リコー 光デバイス、光走査装置及び画像形成装置
JP2011249763A (ja) 2010-04-28 2011-12-08 Ricoh Co Ltd 光源ユニット、光走査装置及び画像形成装置
JP5754624B2 (ja) 2010-05-25 2015-07-29 株式会社リコー 面発光レーザ素子、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素子の製造方法
JP5721055B2 (ja) 2010-06-11 2015-05-20 株式会社リコー 面発光レーザ素子、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素子の製造方法
CA2817190C (en) 2010-11-26 2016-12-06 Yoshihiro Ohba Optical sensor and image forming apparatus
JP5783493B2 (ja) * 2011-03-16 2015-09-24 株式会社リコー 面発光レーザアレイとそれを用いた光走査装置と画像形成装置
JP2012209534A (ja) 2011-03-17 2012-10-25 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、原子発振器及び面発光レーザ素子の検査方法
JP5929259B2 (ja) * 2011-05-17 2016-06-01 株式会社リコー 面発光レーザ素子、光走査装置及び画像形成装置
JP5999303B2 (ja) 2011-06-24 2016-09-28 株式会社リコー 面発光レーザアレイ及び画像形成装置
JP2013051398A (ja) * 2011-08-01 2013-03-14 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、光走査装置及び画像形成装置
JP6303255B2 (ja) 2011-12-02 2018-04-04 株式会社リコー 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP2013131509A (ja) 2011-12-20 2013-07-04 Ricoh Co Ltd 光学ユニットの製造方法、光学ユニット、光走査装置及び画像形成装置
JP5999304B2 (ja) 2012-02-17 2016-09-28 株式会社リコー 光学センサ及び画像形成装置
JP5999305B2 (ja) 2012-02-20 2016-09-28 株式会社リコー 光学センサ及び画像形成装置
JP5939461B2 (ja) 2012-03-01 2016-06-22 株式会社リコー 光学センサ及び画像形成装置
JP6102525B2 (ja) 2012-07-23 2017-03-29 株式会社リコー 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP6107089B2 (ja) 2012-11-30 2017-04-05 株式会社リコー 面発光レーザ素子及び原子発振器
JP6176298B2 (ja) * 2015-09-03 2017-08-09 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザアレイ及び面発光型半導体レーザアレイの製造方法
DE102016120685A1 (de) 2016-10-28 2018-05-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers und Halbleiterlaser
JP7031856B2 (ja) * 2018-02-14 2022-03-08 国立大学法人東京工業大学 ビーム偏向デバイス
CN108616033A (zh) * 2018-05-10 2018-10-02 中山大学 集成超表面于vcsel的轨道角动量发射器件及其制备方法
CN109449751A (zh) * 2018-12-29 2019-03-08 苏州长光华芯半导体激光创新研究院有限公司 外腔面光源vcsel及其应用
CN109787086B (zh) * 2019-01-23 2021-02-02 扬州乾照光电有限公司 Vcsel阵列芯片及其制作方法
US10985531B2 (en) * 2019-01-27 2021-04-20 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Intensity noise mitigation for vertical-cavity surface emitting lasers
CN110649466B (zh) * 2019-11-26 2021-07-13 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 一种vcsel阵列、制造方法、平顶远场生成方法及照明模组
CN111162451A (zh) * 2019-12-26 2020-05-15 浙江博升光电科技有限公司 底部发射垂直腔面发射激光器
CN116774190A (zh) * 2023-08-17 2023-09-19 深圳市速腾聚创科技有限公司 发射模组、激光发射模块和激光雷达设备

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58197562A (ja) 1982-05-14 1983-11-17 Hitachi Ltd 磁気デイスク装置
JP3232152B2 (ja) 1992-05-14 2001-11-26 株式会社リコー 発光ダイオードアレイ
US5331654A (en) 1993-03-05 1994-07-19 Photonics Research Incorporated Polarized surface-emitting laser
US5412680A (en) 1994-03-18 1995-05-02 Photonics Research Incorporated Linear polarization of semiconductor laser
JP2891133B2 (ja) 1994-10-24 1999-05-17 日本電気株式会社 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光情報処理装置
JPH08116130A (ja) * 1994-10-19 1996-05-07 Nec Corp 面発光レーザ
US5727014A (en) * 1995-10-31 1998-03-10 Hewlett-Packard Company Vertical-cavity surface-emitting laser generating light with a defined direction of polarization
JP3551718B2 (ja) * 1997-08-18 2004-08-11 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ
JP3262765B2 (ja) 1999-06-18 2002-03-04 東洋通信機株式会社 圧電発振器用シート基板の構造
JP4010095B2 (ja) 1999-10-01 2007-11-21 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ及びレーザアレイ
US6975663B2 (en) 2001-02-26 2005-12-13 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-7μm and optical telecommunication system using such a laser diode
US7245647B2 (en) 1999-10-28 2007-07-17 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7mum and optical telecommunication system using such a laser diode
JP2008028424A (ja) * 2000-11-13 2008-02-07 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ
JP2002208755A (ja) * 2000-11-13 2002-07-26 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ
US6650683B2 (en) 2000-11-20 2003-11-18 Fuji Xerox Co, Ltd. Surface emitting semiconductor laser
JP2003152280A (ja) 2001-11-14 2003-05-23 Sony Corp 半導体レーザ素子
KR100487224B1 (ko) * 2002-12-18 2005-05-03 삼성전자주식회사 수직공동 표면방사 레이저 및 그 제조방법
JP4212046B2 (ja) 2003-03-20 2009-01-21 株式会社リコー 指向性可変アンテナおよび該アンテナを用いた電子機器、ならびに該アンテナを用いたアンテナ指向性制御方法
EP1496583B1 (en) 2003-07-07 2016-05-18 II-VI Laser Enterprise GmbH A vertical cavity surface emitting laser having improved transverse mode control and a method of forming the same
JP4138629B2 (ja) * 2003-11-06 2008-08-27 株式会社東芝 面発光型半導体素子及びその製造方法
US7684458B2 (en) 2004-06-11 2010-03-23 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode and fabrication process thereof
JP2006269568A (ja) * 2005-03-23 2006-10-05 Fuji Photo Film Co Ltd 半導体レーザ素子
JP4839662B2 (ja) * 2005-04-08 2011-12-21 富士ゼロックス株式会社 面発光半導体レーザアレイおよびそれを用いた光伝送システム
JP4885573B2 (ja) * 2006-03-06 2012-02-29 株式会社リコー 光走査装置および画像形成装置
JP5442940B2 (ja) 2006-08-23 2014-03-19 株式会社リコー 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
JP5309485B2 (ja) * 2006-08-30 2013-10-09 株式会社リコー 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP4940928B2 (ja) 2006-12-15 2012-05-30 日立電線株式会社 窒化物半導体の製造方法
JP2009092551A (ja) 2007-10-10 2009-04-30 Konica Minolta Holdings Inc 障害物計測方法、障害物計測装置及び障害物計測システム

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