JP5610240B2 - Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module, and optical transmission system - Google Patents

Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module, and optical transmission system 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、画像形成装置、光伝送モジュール及び光伝送システムに係り、更に詳しくは、基板に対して垂直方向に光を射出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、該光走査装置を備える画像形成装置、前記面発光レーザアレイを有する光伝送モジュール及び光伝送システムに関する。   The present invention relates to a surface emitting laser element, a surface emitting laser array, an optical scanning device, an image forming apparatus, an optical transmission module, and an optical transmission system, and more specifically, a surface emitting laser that emits light in a direction perpendicular to a substrate. Element, surface emitting laser array in which surface emitting laser elements are integrated, optical scanning device having surface emitting laser element or surface emitting laser array, image forming apparatus including the optical scanning device, and surface emitting laser array The present invention relates to an optical transmission module and an optical transmission system.

垂直共振器型の面発光レーザ素子(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)は、基板に対して垂直方向に光を射出する半導体レーザ素子であり、基板に対して平行方向に光を射出する端面発光型の半導体レーザ素子に比べて、(1)低価格、(2)低消費電力、(3)小型で高性能、(4)2次元集積化が容易、という特徴を有し、近年注目されている。   BACKGROUND ART A vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) is a semiconductor laser element that emits light in a direction perpendicular to a substrate, and is an edge emitting that emits light in a direction parallel to the substrate. Compared with conventional semiconductor laser devices, it has the following features: (1) low price, (2) low power consumption, (3) small size and high performance, and (4) easy two-dimensional integration. Yes.

面発光レーザ素子は、電流流入効率を高めるために狭窄構造体を有している。この狭窄構造体としては、Al(アルミニウム)As(ヒ素)層の選択酸化による狭窄構造体(以下では、便宜上「酸化狭窄構造体」ともいう。例えば、特許文献1参照)が良く用いられている。この酸化狭窄構造体は、p−AlAsからなる被選択酸化層が側面に露出している所定の大きさのメサを形成した後、高温の水蒸気雰囲気中に置いて、Alをメサ側面から選択的に酸化させ、メサの中心付近に、被選択酸化層における酸化されていない領域を残留させたものである。この酸化されていない領域が、面発光レーザ素子の駆動電流の通過領域(電流注入領域)となる。このように、容易に電流狭窄が可能となる。   The surface emitting laser element has a constricted structure in order to increase current inflow efficiency. As this constriction structure, a constriction structure obtained by selective oxidation of an Al (aluminum) As (arsenic) layer (hereinafter, also referred to as “oxidized constriction structure” for convenience. For example, see Patent Document 1) is often used. . In this oxidized constriction structure, after a mesa having a predetermined size with a selective oxidation layer made of p-AlAs exposed on the side surface is formed, the mesa is selectively placed from the side surface of the mesa by placing it in a high-temperature steam atmosphere. In this case, an unoxidized region in the selective oxidation layer remains in the vicinity of the center of the mesa. This non-oxidized region becomes a driving current passing region (current injection region) of the surface emitting laser element. Thus, current constriction can be easily achieved.

酸化狭窄構造体におけるAlの酸化(Al)した層(以下では、「酸化層」と略述する)の屈折率は、1.6程度であり、半導体層に比べて低い。これにより、共振器構造体内に横方向の屈折率差が生じ、光がメサ中央に閉じ込められるので、発光効率を向上させることができる。その結果、低閾値電流、高効率等の優れた特性を実現することが可能となる。 The refractive index of a layer oxidized with Al (Al x O y ) (hereinafter abbreviated as “oxidized layer”) in the oxidized constriction structure is about 1.6, which is lower than that of the semiconductor layer. Thereby, a refractive index difference in the lateral direction is generated in the resonator structure, and light is confined in the center of the mesa, so that the light emission efficiency can be improved. As a result, excellent characteristics such as low threshold current and high efficiency can be realized.

ところで、面発光レーザ素子は、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。また、いわゆる温度特性が良好で長寿命にもなる。   By the way, when the surface emitting laser element promptly dissipates heat generated in the active layer, an increase in junction temperature (active layer temperature) can be suppressed, a decrease in gain can be suppressed, and a high output can be obtained. In addition, so-called temperature characteristics are good and the life is long.

半導体多層膜反射鏡には、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(図23参照)。   In general, an AlGaAs-based material is used for the semiconductor multilayer mirror. The AlGaAs-based material greatly varies in thermal conductivity depending on the Al composition, and AlAs has the highest thermal conductivity (see FIG. 23).

そこで、放熱経路側にある半導体多層膜反射鏡において、共振器構造体に近接したAlAsからなる低屈折率層の光学厚さを通常よりも厚くすることが提案された(例えば、特許文献2〜4参照)。   Therefore, in the semiconductor multilayer reflector on the heat dissipation path side, it has been proposed to increase the optical thickness of the low refractive index layer made of AlAs close to the resonator structure than usual (for example, Patent Documents 2 to 2). 4).

ところで、半導体多層膜反射鏡では、低屈折率層の光学厚さをλ/4(λは発振波長)から3λ/4にすると、光の吸収(以下、便宜上、単に「吸収」ともいう)は3倍になる。そして、半導体多層膜反射鏡では、共振器構造体に近いほど電界強度が強いので吸収の影響が大きく、特許文献2〜4に開示されている方法では、スロープ効率の低下や閾値電流の上昇を招くという不都合があった。   By the way, in the semiconductor multilayer mirror, when the optical thickness of the low refractive index layer is changed from λ / 4 (λ is an oscillation wavelength) to 3λ / 4, light absorption (hereinafter also simply referred to as “absorption” for convenience) is achieved. Tripled. In the semiconductor multilayer mirror, the closer to the resonator structure, the stronger the electric field strength, so the influence of absorption is large. With the methods disclosed in Patent Documents 2 to 4, the slope efficiency is lowered and the threshold current is raised. There was an inconvenience of inviting.

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第1の目的は、長寿命で、高い発光効率及び優れた温度特性を有する面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイを提供することにある。   The present invention has been made under such circumstances, and a first object thereof is to provide a surface-emitting laser element and a surface-emitting laser array having a long lifetime, high light emission efficiency, and excellent temperature characteristics. .

また、本発明の第2の目的は、安定した光走査を行うことができる光走査装置を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of performing stable optical scanning.

また、本発明の第3の目的は、高品質の画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。   A third object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of forming a high quality image.

また、本発明の第4の目的は、安定した光信号を生成することができる光伝送モジュールを提供することにある。   A fourth object of the present invention is to provide an optical transmission module capable of generating a stable optical signal.

また、本発明の第5の目的は、高品質の光伝送を行うことができる光伝送システムを提供することにある。   A fifth object of the present invention is to provide an optical transmission system capable of performing high-quality optical transmission.

本発明は、第1の観点からすると、基板に対して垂直方向に光を射出する面発光レーザ素子であって、活性層を含む共振器構造体と;前記共振器構造体を挟んで設けられ、屈折率が互いに異なる第1の層と第2の層をペアとする複数のペアからなる半導体多層膜反射鏡と;少なくとも前記共振器構造体の一部および少なくとも前記半導体多層膜反射鏡の一部を含んで形成されたメサと;を備え、前記共振器構造体は、前記半導体多層膜反射鏡よりもエッチング速度の小さい、Inを含む材料からなり、前記第2の層は、前記第1の層よりも熱伝導率が大きく、前記メサのエッチング底面は前記共振器構造体中であり、前記半導体多層膜反射鏡は、少なくとも1ペアからなり前記第1の層よりも前記第2の層のほうが光学厚さが厚い第1の部分反射鏡と、該第1の部分反射鏡と前記共振器構造体との間に設けられ、少なくとも1ペアからなり前記第1及び第2の層の光学厚さがいずれも前記第1の部分反射鏡の前記第2の層よりも薄い第2の部分反射鏡とを有することを特徴とする面発光レーザ素子である。 In a first aspect, the present invention is a surface emitting laser element that emits light in a direction perpendicular to a substrate, and includes a resonator structure including an active layer; and the resonator structure interposed therebetween A semiconductor multilayer reflector made up of a plurality of pairs in which a first layer and a second layer having different refractive indexes are paired; at least a part of the resonator structure and at least one of the semiconductor multilayer reflectors The resonator structure is made of an In-containing material whose etching rate is lower than that of the semiconductor multilayer mirror, and the second layer is the first mesa. And the bottom surface of the mesa is in the resonator structure, and the semiconductor multilayer reflector includes at least one pair of the second layer than the first layer. The first part where the optical thickness is thicker The first partial reflection is provided between the projection mirror, the first partial reflection mirror, and the resonator structure, and the optical thickness of each of the first and second layers is at least one pair. A surface-emitting laser element having a second partial reflection mirror thinner than the second layer of the mirror.

なお、各屈折率層の間に、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場合には、各屈折率層の光学厚さはいずれも、隣接する組成傾斜層の1/2を含んでも良い。   In addition, when the composition inclination layer which changed the composition gradually from one composition toward the other composition is provided between each refractive index layer, the optical thickness of each refractive index layer is all. Further, it may include a half of the adjacent composition gradient layer.

これによれば、吸収損失の増加を抑制しつつ、放熱効率を向上させることができる。そして、長寿命で、高い発光効率及び優れた温度特性を有することが可能となる。   According to this, heat dissipation efficiency can be improved while suppressing an increase in absorption loss. And it becomes possible to have a long lifetime, high luminous efficiency, and excellent temperature characteristics.

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。   From a second viewpoint, the present invention is a surface emitting laser array in which the surface emitting laser elements of the present invention are integrated.

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、長寿命で、高い発光効率及び優れた温度特性を有することが可能となる。   According to this, since the surface emitting laser element of the present invention is integrated, it is possible to have a long life, high luminous efficiency and excellent temperature characteristics.

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器と;前記偏向器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;を備える第1の光走査装置である。   From a third aspect, the present invention is an optical scanning device that scans a surface to be scanned with light, a light source having the surface emitting laser element of the present invention; a deflector that deflects light from the light source; A first optical scanning device comprising: a scanning optical system that condenses the light deflected by the deflector onto the surface to be scanned.

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器と;前記偏向器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;を備える第2の光走査装置である。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical scanning device that scans a surface to be scanned with light, the light source having the surface emitting laser array of the present invention; a deflector that deflects the light from the light source; And a scanning optical system that condenses the light deflected by the deflector onto the surface to be scanned.

上記各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本発明の面発光レーザアレイを有しているため、安定した光走査を行うことが可能となる。   According to each of the above optical scanning devices, since the light source has the surface-emitting laser element of the present invention or the surface-emitting laser array of the present invention, stable optical scanning can be performed.

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。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided at least one image carrier; and at least one optical scanning device according to the invention that scans light including image information on the at least one image carrier. An image forming apparatus provided.

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、高品質の画像を形成することが可能となる。   According to this, since at least one optical scanning device of the present invention is provided, a high-quality image can be formed.

本発明は、第6の観点からすると、入力される電気信号に応じた光信号を生成する光伝送モジュールであって、本発明の面発光レーザアレイと;前記面発光レーザアレイを、前記入力される電気信号に応じて駆動する駆動装置と;を備える光伝送モジュールである。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an optical transmission module for generating an optical signal corresponding to an input electric signal, the surface emitting laser array of the present invention; An optical transmission module comprising: a driving device that is driven according to an electrical signal.

これによれば、本発明の面発光レーザアレイを備えているため、安定した光信号を生成することが可能となる。   According to this, since the surface emitting laser array of the present invention is provided, a stable optical signal can be generated.

本発明は、第7の観点からすると、本発明の光伝送モジュールと;前記光伝送モジュールで生成された光信号を伝達する光伝達媒体と;前記光伝達媒体を介した光信号を電気信号に変換する変換器と;を備える光伝送システムである。   According to a seventh aspect of the present invention, an optical transmission module of the present invention; an optical transmission medium that transmits an optical signal generated by the optical transmission module; and an optical signal that passes through the optical transmission medium as an electrical signal. An optical transmission system comprising: a converter for converting.

これによれば、本発明の光伝送モジュールを備えているため、高品質の光伝送を行うことが可能となる。   According to this, since the optical transmission module of the present invention is provided, high-quality optical transmission can be performed.

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。It is a figure for demonstrating schematic structure of the laser printer which concerns on one Embodiment of this invention. 図1における光走査装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the optical scanning device in FIG. 図2における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。It is a figure for demonstrating the surface emitting laser element contained in the light source in FIG. 図3における下部半導体DBRの一部を拡大した図である。It is the figure which expanded a part of lower semiconductor DBR in FIG. 図3における活性層近傍を拡大した図である。It is the figure which expanded the active layer vicinity in FIG. 第1の場合の下部半導体DBRを説明するための図である。It is a figure for demonstrating lower semiconductor DBR in the 1st case. 第2の場合の下部半導体DBRを説明するための図である。It is a figure for demonstrating lower semiconductor DBR in the 2nd case. 第3の下部半導体DBRが3ペアからなる下部半導体DBRを説明するための図である。It is a figure for demonstrating lower semiconductor DBR which 3rd lower semiconductor DBR consists of 3 pairs. 熱抵抗の計算結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation result of thermal resistance. 面発光レーザ素子の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of a surface emitting laser element. 図10における下部半導体DBRの一部を拡大した図である。It is the figure which expanded a part of lower semiconductor DBR in FIG. 図10における活性層近傍を拡大した図である。It is the figure which expanded the active layer vicinity in FIG. 面発光レーザアレイを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a surface emitting laser array. 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。It is a figure for demonstrating the two-dimensional arrangement | sequence of the light emission part in FIG. 図14のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. カラープリンタの概略構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating schematic structure of a color printer. 本発明の一実施形態に係る光伝送モジュール及び光伝送システムの概略構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating schematic structure of the optical transmission module and optical transmission system which concern on one Embodiment of this invention. 図17における光源に含まれる面発光レーザアレイを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the surface emitting laser array contained in the light source in FIG. 図18のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 図19における下部半導体DBRの一部を拡大した図である。It is the figure which expanded a part of lower semiconductor DBR in FIG. 図19における活性層近傍を拡大した図である。It is the figure which expanded the active layer vicinity in FIG. 図17における光ファイバケーブルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical fiber cable in FIG. AlGaAs系の材料におけるAlの組成と熱伝導率との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the composition of Al in a AlGaAs type material, and thermal conductivity.

以下、本発明の一実施形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.

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。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a laser printer 1000 according to an embodiment of the present invention.

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。   The laser printer 1000 includes an optical scanning device 1010, a photosensitive drum 1030, a charging charger 1031, a developing roller 1032, a transfer charger 1033, a charge eliminating unit 1034, a cleaning unit 1035, a toner cartridge 1036, a paper feeding roller 1037, a paper feeding tray 1038, A registration roller pair 1039, a fixing roller 1041, a paper discharge roller 1042, a paper discharge tray 1043, a communication control device 1050, a printer control device 1060 that comprehensively controls the above-described units, and the like are provided. These are housed in predetermined positions in the printer housing 1044.

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。   The communication control device 1050 controls bidirectional communication with a host device (for example, a personal computer) via a network or the like.

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。   The photosensitive drum 1030 is a cylindrical member, and a photosensitive layer is formed on the surface thereof. That is, the surface of the photoconductor drum 1030 is a scanned surface. The photosensitive drum 1030 rotates in the direction of the arrow in FIG.

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 charger 1031, the developing roller 1032, the transfer charger 1033, the charge removal unit 1034, and the cleaning unit 1035 are each disposed in the vicinity of the surface of the photosensitive drum 1030. Then, along the rotation direction of the photosensitive drum 1030, the charging charger 1031 → the developing roller 1032 → the transfer charger 1033 → the discharging unit 1034 → the cleaning unit 1035 are arranged in this order.

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。   The charging charger 1031 uniformly charges the surface of the photosensitive drum 1030.

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。   The optical scanning device 1010 irradiates the surface of the photosensitive drum 1030 charged by the charging charger 1031 with a light beam modulated based on image information from the host device. As a result, a latent image corresponding to the image information is formed on the surface of the photosensitive drum 1030. The latent image formed here moves in the direction of the developing roller 1032 as the photosensitive drum 1030 rotates. The configuration of the optical scanning device 1010 will be described later.

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。   The toner cartridge 1036 stores toner, and the toner is supplied to the developing roller 1032.

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 roller 1032 causes the toner supplied from the toner cartridge 1036 to adhere to the latent image formed on the surface of the photosensitive drum 1030 to visualize the image information. Here, the latent image to which the toner is attached (hereinafter also referred to as “toner image” for the sake of convenience) moves in the direction of the transfer charger 1033 as the photosensitive drum 1030 rotates.

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。   Recording paper 1040 is stored in the paper feed tray 1038. A paper feed roller 1037 is disposed in the vicinity of the paper feed tray 1038, and the paper feed roller 1037 takes out the recording paper 1040 one by one from the paper feed tray 1038 and conveys it to the registration roller pair 1039. The registration roller pair 1039 temporarily holds the recording paper 1040 taken out by the paper supply roller 1037, and in the gap between the photosensitive drum 1030 and the transfer charger 1033 according to the rotation of the photosensitive drum 1030. Send it out.

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。   A voltage having a polarity opposite to that of the toner is applied to the transfer charger 1033 in order to electrically attract the toner on the surface of the photosensitive drum 1030 to the recording paper 1040. With this voltage, the toner image on the surface of the photosensitive drum 1030 is transferred to the recording paper 1040. The recording sheet 1040 transferred here is sent to the fixing roller 1041.

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。   In the fixing roller 1041, heat and pressure are applied to the recording paper 1040, whereby the toner is fixed on the recording paper 1040. The recording paper 1040 fixed here is sent to the paper discharge tray 1043 via the paper discharge roller 1042 and is sequentially stacked on the paper discharge tray 1043.

除電ユニット1034は、感光体ドラム1030の表面を除電する。   The neutralization unit 1034 neutralizes the surface of the photosensitive drum 1030.

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 cleaning unit 1035 removes the toner remaining on the surface of the photosensitive drum 1030 (residual toner). The surface of the photosensitive drum 1030 from which the residual toner has been removed returns to the position facing the charging charger 1031 again.

次に、前記光走査装置1010の構成について説明する。   Next, the configuration of the optical scanning device 1010 will be described.

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。   As shown in FIG. 2 as an example, the optical scanning device 1010 includes a deflector-side scanning lens 11a, an image plane-side scanning lens 11b, a polygon mirror 13, a light source 14, a coupling lens 15, an aperture plate 16, an anamorphic. A lens 17, a reflection mirror 18, a scanning control device (not shown), and the like are provided. These are assembled at predetermined positions in the housing 30.

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。   In the following, for convenience, the direction corresponding to the main scanning direction is abbreviated as “main scanning corresponding direction”, and the direction corresponding to the sub scanning direction is abbreviated as “sub scanning corresponding direction”.

カップリングレンズ15は、光源14から射出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一つの保持部材に固定され、ユニット化されている。   The coupling lens 15 converts the light beam emitted from the light source 14 into substantially parallel light. The light source 14 and the coupling lens 15 are fixed to one holding member made of aluminum and unitized.

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。   The aperture plate 16 has an aperture and defines the beam diameter of the light beam through the coupling lens 15.

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。   The anamorphic lens 17 forms an image of the light beam that has passed through the opening of the aperture plate 16 in the sub-scanning corresponding direction in the vicinity of the deflection reflection surface of the polygon mirror 13 via the reflection mirror 18.

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。   The optical system arranged on the optical path between the light source 14 and the polygon mirror 13 is also called a pre-deflector optical system. In the present embodiment, the pre-deflector optical system includes a coupling lens 15, an aperture plate 16, an anamorphic lens 17, and a reflection mirror 18.

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。   As an example, the polygon mirror 13 has a hexahedral mirror having an inscribed circle radius of 18 mm, and each mirror serves as a deflecting reflection surface. The polygon mirror 13 deflects the light flux from the reflection mirror 18 while rotating at a constant speed around an axis parallel to the sub-scanning corresponding direction.

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。   The deflector-side scanning lens 11 a is disposed on the optical path of the light beam deflected by the polygon mirror 13.

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。   The image plane side scanning lens 11b is disposed on the optical path of the light beam via the deflector side scanning lens 11a. Then, the light beam that has passed through the image plane side scanning lens 11b is irradiated onto the surface of the photosensitive drum 1030, and a light spot is formed. This light spot moves in the longitudinal direction of the photosensitive drum 1030 as the polygon mirror 13 rotates. That is, the photoconductor drum 1030 is scanned. The moving direction of the light spot at this time is the “main scanning direction”. The rotation direction of the photosensitive drum 1030 is the “sub-scanning direction”.

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つの折り曲げミラーが配置されても良い。   The optical system arranged on the optical path between the polygon mirror 13 and the photosensitive drum 1030 is also called a scanning optical system. In the present embodiment, the scanning optical system includes a deflector side scanning lens 11a and an image plane side scanning lens 11b. At least one folding mirror is disposed on at least one of the optical path between the deflector side scanning lens 11a and the image plane side scanning lens 11b and the optical path between the image plane side scanning lens 11b and the photosensitive drum 1030. May be.

光源14は、一例として図3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。   As an example, the light source 14 includes a surface emitting laser element 100 as illustrated in FIG. 3. In this specification, the laser oscillation direction is defined as the Z-axis direction, and two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the Z-axis direction are described as the X-axis direction and the Y-axis direction.

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、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。   The surface emitting laser element 100 is a surface emitting laser having a design oscillation wavelength of 780 nm band, and includes a substrate 101, a lower semiconductor DBR 103, a lower spacer layer 104, an active layer 105, an upper spacer layer 106, an upper semiconductor DBR 107, and a contact layer 109. Etc.

基板101は、n−GaAs単結晶基板である。   The substrate 101 is an n-GaAs single crystal substrate.

下部半導体DBR103は、一例として図4に示されるように、第1の下部半導体DBR103と、第2の下部半導体DBR103と、第3の下部半導体DBR103とを有している。 The lower semiconductor DBR 103, as shown in FIG. 4 as an example, has a first lower semiconductor DBR 103 1, the second lower semiconductor DBR 103 2, and a third lower semiconductor DBR 103 3.

第1の下部半導体DBR103は、不図示のバッファ層を介して基板101の+Z側の面上に積層され、n−AlAsからなる低屈折率層103aと、n−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層103bのペアを36.5ペア有している。低屈折率層103aは高屈折率層103bよりも熱伝導率が大きい(図23参照)。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(図示省略)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。 The first lower semiconductor DBR 103 1 is stacked on the + Z side of the substrate 101 via a buffer layer (not shown), and a low refractive index layer 103a made of n-AlAs, n-Al 0.3 Ga 0. 76.5 pairs of high refractive index layers 103b made of 7 As are provided. The low refractive index layer 103a has a higher thermal conductivity than the high refractive index layer 103b (see FIG. 23). Between each refractive index layer, in order to reduce electrical resistance, a composition gradient layer (not shown) in which the composition is gradually changed from one composition to the other composition is provided. Each refractive index layer includes 1/2 of the adjacent composition gradient layer, and is set to have an optical thickness of λ / 4 when the oscillation wavelength is λ.

第2の下部半導体DBR103は、第1の下部半導体DBR103の+Z側に積層され、低屈折率層103aと高屈折率層103bのペアを3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組成傾斜層(図示省略)が設けられている。そして、低屈折率層103aは、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、3λ/4の光学厚さとなるように設定され、高屈折率層103bは、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。この第2の下部半導体DBR103が、いわゆる「放熱構造体」となる。また、第2の下部半導体DBR103における低屈折率層103aが、いわゆる「放熱層」となる。 The second lower semiconductor DBR 103 2 is stacked on the first lower semiconductor DBR 103 1 + Z side, and has a pair of the low refractive index layer 103a and the high refractive index layer 103b 3 pairs. Between each refractive index layer, in order to reduce electrical resistance, a composition gradient layer (not shown) in which the composition is gradually changed from one composition to the other composition is provided. The low refractive index layer 103a is set to have an optical thickness of 3λ / 4 including 1/2 of the adjacent composition gradient layer, and the high refractive index layer 103b is 1 / of the adjacent composition gradient layer. 2 so that the optical thickness is λ / 4. The second lower semiconductor DBR 103 2 is, so-called "heat dissipation structure". Further, the second low refractive index layer 103a in the lower semiconductor DBR 103 2 is, so-called "radiation layer".

第3の下部半導体DBR103は、第2の下部半導体DBR103の+Z側に積層され、低屈折率層103aと高屈折率層103bのペアを1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組成傾斜層(図示省略)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。 The third lower semiconductor DBR 103 3 of is stacked on the + Z side of the second lower semiconductor DBR 103 2, and a pair of the low refractive index layer 103a and the high refractive index layer 103b has one pair. Between each refractive index layer, in order to reduce electrical resistance, a composition gradient layer (not shown) in which the composition is gradually changed from one composition to the other composition is provided. Each refractive index layer is set to have an optical thickness of λ / 4 including 1/2 of the adjacent composition gradient layer.

このように、下部半導体DBR103は、低屈折率層と高屈折率層のペアを40.5ペア有している。   Thus, the lower semiconductor DBR 103 has 40.5 pairs of a low refractive index layer and a high refractive index layer.

下部スペーサ層104は、第3の下部半導体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。 The lower spacer layer 104 is laminated on the + Z side of the third lower semiconductor DBR 1033, and is a layer made of non-doped (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P.

活性層105は、下部スペーサ層104の+Z側に積層され、一例として図5に示されるように、3層の量子井戸層105aと4層の障壁層105bとを有している。各量子井戸層105aは、圧縮歪み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。また、各障壁層105bは、引張歪みを誘起する組成であるGa0.6In0.4Pからなる。 The active layer 105 is stacked on the + Z side of the lower spacer layer 104, and includes, as an example, as shown in FIG. 5, three quantum well layers 105a and four barrier layers 105b. Each quantum well layer 105a is made of GaInPAs, which has a composition that induces compressive strain, and has a band gap wavelength of about 780 nm. Each barrier layer 105b is made of Ga 0.6 In 0.4 P, which is a composition that induces tensile strain.

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。 The upper spacer layer 106 is laminated on the active layer 105 on the + Z side, and is a layer made of non-doped (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P.

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。   A portion composed of the lower spacer layer 104, the active layer 105, and the upper spacer layer 106 is also called a resonator structure, and the thickness thereof is set to be an optical thickness of one wavelength. The active layer 105 is provided at the center of the resonator structure at a position corresponding to the antinode in the standing wave distribution of the electric field so that a high stimulated emission probability can be obtained.

また、活性層105で発生した熱は、主として下部半導体DBR103を介して基板101に放熱されるようになっている。基板101は、その裏面が導電性接着剤等を用いてパッケージに装着されており、熱は基板101からパッケージに放熱される。   Further, heat generated in the active layer 105 is radiated to the substrate 101 mainly through the lower semiconductor DBR 103. The back surface of the substrate 101 is attached to the package using a conductive adhesive or the like, and heat is radiated from the substrate 101 to the package.

上部半導体DBR107は、上部スペーサ層106の+Z側に積層され、p−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層107aと、p−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層107bのペアを24ペア有している。そして、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(図示省略)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。 The upper semiconductor DBR 107 is stacked on the + Z side of the upper spacer layer 106, and includes a low refractive index layer 107a made of p-Al 0.9 Ga 0.1 As and a high refractive index layer made of p-Al 0.3 Ga 0.7 As. There are 24 pairs of refractive index layers 107b. And between each refractive index layer, in order to reduce an electrical resistance, the composition inclination layer (illustration omitted) which changed the composition gradually toward the other composition from one composition is provided. Each refractive index layer is set to have an optical thickness of λ / 4 including 1/2 of the adjacent composition gradient layer.

上部半導体DBR107における低屈折率層の1つには、p−AlAsからなる被選択酸化層が厚さ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から光学的に5λ/4離れた位置であり、上部スペーサ層106から3ペア目の低屈折率層中である。   In one of the low refractive index layers in the upper semiconductor DBR 107, a selective oxidation layer made of p-AlAs is inserted with a thickness of 30 nm. This selective oxidation layer is inserted at a position optically separated from the upper spacer layer 106 by 5λ / 4, and is in the third pair of low refractive index layers from the upper spacer layer 106.

コンタクト層109は、上部半導体DBR107の+Z側に積層され、p−GaAsからなる層である。   The contact layer 109 is stacked on the + Z side of the upper semiconductor DBR 107 and is a layer made of p-GaAs.

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。   Note that a structure in which a plurality of semiconductor layers are stacked on the substrate 101 is also referred to as a “stacked body” for convenience in the following.

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。   Next, a method for manufacturing the surface emitting laser element 100 will be briefly described.

(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。 (1) The laminate is formed by crystal growth by metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE).

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族の原料にはアルシン(AsH)ガス、ホスフィン(PH)ガスを用いている。また、p型ドーパントの原料には四臭化炭素(CBr)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。 Here, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), and trimethylindium (TMI) are used as Group III materials, and arsine (AsH 3 ) gas and phosphine (PH 3 ) gas are used as Group V materials. Used. Further, carbon tetrabromide (CBr 4 ) is used as a p-type dopant material, and hydrogen selenide (H 2 Se) is used as an n-type dopant material.

(2)積層体の表面に一辺が20μmの正方形状のレジストパターンを形成する。 (2) A square resist pattern having a side of 20 μm is formed on the surface of the laminate.

(3)Clガスを用いるECRエッチング法で、正方形状の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(図3参照)。なお、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。 (3) A square columnar mesa is formed by using an ECR etching method using Cl 2 gas and a square resist pattern as a photomask. Here, the bottom surface of the etching is positioned in the lower spacer layer 104 (see FIG. 3). The mesa size (length of one side) is preferably 10 μm or more. This is because if it is too small, heat will be accumulated during operation and the characteristics may be deteriorated.

(4)フォトマスクを除去する。 (4) The photomask is removed.

(5)積層体を水蒸気中で熱処理する。ここでは、メサの外周部から被選択酸化層中のAlが選択的に酸化される。そして、メサの中央部に、Alの酸化層108aによって囲まれた酸化されていない領域108bを残留させる(図3参照)。これにより、発光部の駆動電流の経路をメサの中央部だけに制限する、酸化狭窄構造体が形成される。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。ここでは、種々の予備実験の結果から、電流通過領域108bが所望の大きさとなるように、熱処理の条件(保持温度、保持時間等)を適切に選択している。 (5) The laminated body is heat-treated in water vapor. Here, Al in the selective oxidation layer is selectively oxidized from the outer periphery of the mesa. Then, an unoxidized region 108b surrounded by the Al oxide layer 108a is left in the center of the mesa (see FIG. 3). As a result, an oxidized constriction structure is formed that restricts the drive current path of the light emitting part to only the central part of the mesa. The non-oxidized region 108b is a current passage region (current injection region). Here, based on the results of various preliminary experiments, the heat treatment conditions (holding temperature, holding time, etc.) are appropriately selected so that the current passing region 108b has a desired size.

(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(図3参照)。 (6) A protective layer 111 made of SiN or SiO 2 is formed by vapor phase chemical deposition (CVD) (see FIG. 3).

(7)ポリイミド112で平坦化する(図3参照)。 (7) Flatten with polyimide 112 (see FIG. 3).

(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て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。 (8) Open the window of the P-side electrode contact on the top of the mesa. Here, after masking with a photoresist, the opening at the top of the mesa is exposed to remove the photoresist at that portion, and then the polyimide 112 and the protective layer 111 are etched and opened with BHF.

(9)メサ上部の光出射部となる領域に一辺10μmの正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。 (9) A square resist pattern having a side of 10 μm is formed in a region to be a light emitting portion on the top of the mesa, and a p-side electrode material is deposited. As the electrode material on the p side, a multilayer film made of Cr / AuZn / Au or a multilayer film made of Ti / Pt / Au is used.

(10)光出射部の電極材料をリフトオフし、p側の電極113を形成する(図3参照)。 (10) Lift off the electrode material of the light emitting portion to form the p-side electrode 113 (see FIG. 3).

(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(図3参照)。ここでは、n側の電極114はAuGe/Ni/Auからなる多層膜である。 (11) After polishing the back side of the substrate 101 to a predetermined thickness (for example, about 100 μm), an n-side electrode 114 is formed (see FIG. 3). Here, the n-side electrode 114 is a multilayer film made of AuGe / Ni / Au.

(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。 (12) Ohmic conduction is established between the p-side electrode 113 and the n-side electrode 114 by annealing. Thereby, the mesa becomes a light emitting part.

(13)チップ毎に切断する。 (13) Cut for each chip.

ここで、下部半導体DBR103が、仮に40.5ペアからなる第1の下部半導体DBR103のみで構成される第1の場合(図6参照)と、37.5ペアからなる第1の下部半導体DBR103と3ペアからなる第2の下部半導体DBR103とで構成される第2の場合(図7参照)と、本実施形態と同様に36.5ペアからなる第1の下部半導体DBR103と3ペアからなる第2の下部半導体DBR103と1ペアからなる第3の下部半導体DBR103とで構成される第3の場合とについて吸収損失を計算した。第1の場合に対する第2の場合の吸収損失の増加量を100%とすると、第1の場合に対する第3の場合の吸収損失の増加量は約77%であった。すなわち、第3の下部半導体DBR103によって、吸収損失の増加量を約23%低減することができることがわかった。なお、第3の下部半導体DBR103におけるペア数を3ペアとした場合(図8参照)には、第1の場合に対する吸収損失の増加量は約46%であった。 Here, in the first case (see FIG. 6) where the lower semiconductor DBR 103 is composed only of the first lower semiconductor DBR 103 1 composed of 40.5 pairs, the first lower semiconductor DBR 103 composed of 37.5 pairs. 1 and the second case composed of the second lower semiconductor DBR 103 2 consisting of three pairs (see FIG. 7), the first consisting Similarly 36.5 pairs and the embodiment of the lower semiconductor DBR 103 1 and 3 the absorption loss for the third case consists of the second lower semiconductor DBR 103 2 consisting of a pair and the third lower semiconductor DBR 103 3 consisting of a pair was calculated. When the increase amount of the absorption loss in the second case with respect to the first case is 100%, the increase amount of the absorption loss in the third case with respect to the first case is about 77%. That is, the third lower semiconductor DBR 103 3, it was found that it is possible to reduce approximately 23% of the increase in absorption loss. When the number of pairs in the third lower semiconductor DBR 1033 was 3 (see FIG. 8), the increase in absorption loss with respect to the first case was about 46%.

なお、不純物濃度(不純物のドーピング濃度)を3×1018(cm−3)、及び5×1018(cm−3)としても、吸収損失の低減効果は同様であった。また、波長を変えても吸収損失の低減効果は同様であった。さらに、第2の下部半導体DBR103におけるペア数を5ペアとしても、吸収損失の低減効果は同様であった。 Even when the impurity concentration (impurity doping concentration) was 3 × 10 18 (cm −3 ) and 5 × 10 18 (cm −3 ), the effect of reducing absorption loss was the same. Moreover, even if the wavelength was changed, the effect of reducing the absorption loss was the same. Furthermore, the number of pairs as 5 pair in the second lower semiconductor DBR 103 2, the effect of reducing the absorption loss were similar.

そして、本実施形態における下部半導体DBR103の熱抵抗を計算すると、2720(K/W)であった。一方、上記第1の場合(図6参照)及び上記第2の場合(図7参照)の熱抵抗を計算すると、それぞれ3050(K/W)及び2670(K/W)であった。このことから、下部半導体DBR103の熱抵抗に関して、第3の下部半導体DBR103は、ほとんど悪影響を及ぼさないことがわかる。 The thermal resistance of the lower semiconductor DBR 103 in this embodiment was calculated to be 2720 (K / W). On the other hand, the thermal resistance in the first case (see FIG. 6) and the second case (see FIG. 7) was calculated to be 3050 (K / W) and 2670 (K / W), respectively. Therefore, with respect to the thermal resistance of the lower semiconductor DBR 103, the third lower semiconductor DBR 103 3 of, it can be seen that substantially no adverse effect.

図9には、第3の下部半導体DBR103のペア数と下部半導体DBR103の熱抵抗との関係が示されている。これによると、第3の下部半導体DBR103のペア数が5ペアを超えると、第2の下部半導体DBR103による放熱効果が半分以下となってしまう。このことから、第3の下部半導体DBR103におけるペア数は1〜5ペアとするのが好ましい。 FIG. 9 shows the relationship between the number of pairs of the third lower semiconductor DBR 1033 and the thermal resistance of the lower semiconductor DBR 103. According to this, the number of pairs of the third lower semiconductor DBR 103 3 exceeds 5 pairs, the heat dissipation effect of the second lower semiconductor DBR 103 2 becomes half or less. Therefore, the number of pairs of the third lower semiconductor DBR 103 3 is preferably 1 to 5 pairs.

ところで、放熱層は、吸収損失を増加させるだけでなく、その上に積層される層の結晶性の低下をも引き起こすおそれがある。放熱層の上側(ここでは、+Z側)に積層される活性層の結晶性が低下すると、発光効率の低下を招く。仮に、下部半導体DBR103全体を40.5ペアからなる第2の下部半導体DBR103とすると放熱効果は高いが活性層の結晶性を維持することは困難となる。このため、第2の下部半導体DBR103におけるペア数は1〜5ペアとするのが好ましい。そして、第3の下部半導体DBR103は、その上に積層される層の結晶性を回復させ、活性層への悪影響を低減させる効果もある。 By the way, the heat dissipation layer not only increases absorption loss, but also may cause a decrease in crystallinity of a layer laminated thereon. When the crystallinity of the active layer laminated on the upper side (here, + Z side) of the heat dissipation layer is lowered, the light emission efficiency is lowered. If, heat radiation effect and the second lower semiconductor DBR 103 2 comprising the entire lower semiconductor DBR 103 from 40.5 pairs is high but it is difficult to maintain the crystallinity of the active layer. Therefore, the number of pairs of the second lower semiconductor DBR 103 2 is preferably 1 to 5 pairs. The third lower semiconductor DBR 103 3 of, to restore the crystallinity of the layer to be laminated thereon, an effect of reducing an adverse effect on the active layer.

また、酸化狭窄構造体を有する面発光レーザは、製造工程において、電気的または空間的に周囲と分離するためにメサ形状等のエッチングを行なう。このとき、Alの選択酸化ができるように被選択酸化層よりも深くエッチングする必要がある。被選択酸化層は、電流の広がりを抑える目的から、p側の半導体DBR(活性層よりも上側に設けられた上部半導体DBR)の活性層に近く、レーザ光の電界の定在波分布における活性層から1〜5番目の節に対応する位置に設けられるのが一般的である。しかしながら、エッチング深さの制御性の問題から、エッチング底面を被選択酸化層よりも深く、かつ、下部半導体DBRに至らないように制御することは困難である。特に、ウエハ面内の全体でエッチング深さを制御するには、エッチング時間の制御の他に、ウエハ面内でのエッチングの均一化、更には、結晶成長層の厚さの均一化が必要であり、エッチング底面が下部半導体DBRに至らないようにエッチングすることは、生産上、極めて困難である。   In addition, a surface emitting laser having an oxide confinement structure is etched in a mesa shape or the like in order to be electrically or spatially separated from the surroundings in the manufacturing process. At this time, it is necessary to etch deeper than the selective oxidation layer so that Al can be selectively oxidized. The selective oxidation layer is close to the active layer of the p-side semiconductor DBR (the upper semiconductor DBR provided above the active layer) for the purpose of suppressing the spread of current, and is active in the standing wave distribution of the electric field of the laser beam. Generally, it is provided at a position corresponding to the first to fifth nodes from the layer. However, it is difficult to control the etching bottom so that it is deeper than the selective oxidation layer and does not reach the lower semiconductor DBR due to the problem of controllability of the etching depth. In particular, in order to control the etching depth in the whole wafer surface, in addition to controlling the etching time, it is necessary to make the etching uniform in the wafer surface and also make the thickness of the crystal growth layer uniform. In addition, it is extremely difficult in production to perform etching so that the bottom surface of the etching does not reach the lower semiconductor DBR.

このため、下部半導体DBRを2段構成にすることが提案された(例えば、特開2003−347670号公報参照)。この提案においては、下部半導体DBRにおける基板側の大部分の低屈折率層にAlGaAsよりも熱伝導率が格段に大きいAlAsが用いられている。そして、下部半導体DBRにおける活性層側の低屈折率層には、従来のAlGaAsが用いられている。この場合には、共振器構造体に近い低屈折率層の熱伝導率を大きくすることは困難である。   For this reason, it has been proposed that the lower semiconductor DBR has a two-stage configuration (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-347670). In this proposal, AlAs having a much higher thermal conductivity than AlGaAs is used for most of the low refractive index layers on the substrate side in the lower semiconductor DBR. Conventional AlGaAs is used for the low refractive index layer on the active layer side of the lower semiconductor DBR. In this case, it is difficult to increase the thermal conductivity of the low refractive index layer close to the resonator structure.

本実施形態に係る面発光レーザ素子100では、半導体DBRの主たる材料をAlGaAs系材料とし、共振器構造体の材料をInを含むAlGaInPAs系材料としている。この場合には、共振器構造体のエッチング速度を半導体DBRのエッチング速度より小さくすることができる。これにより、エッチング底面が共振器構造体に達したことを、エッチングモニタで容易に検出することができる、そして、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、キャリアが拡がることを低減し、発振に寄与しないキャリアを低減することが可能となる。   In the surface emitting laser element 100 according to the present embodiment, the main material of the semiconductor DBR is an AlGaAs material, and the resonator structure material is an AlGaInPAs material containing In. In this case, the etching rate of the resonator structure can be made smaller than the etching rate of the semiconductor DBR. Thereby, it can be easily detected by the etching monitor that the etching bottom surface has reached the resonator structure, and the etching can be accurately performed to the vicinity of the center of the resonator structure, and the carrier can be expanded. It is possible to reduce carriers that do not contribute to oscillation.

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る面発光レーザ素子100では、下部半導体DBR103によって第1の半導体多層膜反射鏡が構成され、上部半導体DBR107によって第2の半導体多層膜反射鏡が構成されている。そして、第2の下部半導体DBR103によって第1の部分反射鏡が構成され、第3の下部半導体DBR103によって第2の部分反射鏡が構成されている。 As is clear from the above description, in the surface emitting laser element 100 according to the present embodiment, the lower semiconductor DBR 103 constitutes a first semiconductor multilayer reflector, and the upper semiconductor DBR 107 constitutes a second semiconductor multilayer reflector. It is configured. The first partial reflection mirror by the second lower semiconductor DBR 103 2 is configured and second partially reflective mirror by the third lower semiconductor DBR 103 3 is formed.

また、高屈折率層103bによって第1の層が構成され、低屈折率層103aによって第2の層が構成されている。   The high refractive index layer 103b constitutes a first layer, and the low refractive index layer 103a constitutes a second layer.

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、活性層105を含む共振器構造体と、該共振器構造体を挟んで設けられ、低屈折率層と高屈折率層をペアとする複数のペアからなる下部半導体DBR103及び上部半導体DBR107とを備えている。そして、下部半導体DBR103は、熱伝導率の大きいn−AlAsからなる低屈折率層103aとそれよりも熱伝導率の小さいn−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層103bをペアとし、36.5ペアを有する第1の下部半導体DBR103、3ペアを有する第2の下部半導体DBR103、及び1ペアを有する第3の下部半導体DBR103を含んでいる。 As described above, according to the surface-emitting laser device 100 according to the present embodiment, the resonator structure including the active layer 105 and the low-refractive index layer and the high-refractive index layer provided between the resonator structures are provided. And a lower semiconductor DBR 103 and an upper semiconductor DBR 107, which are a plurality of pairs. The lower semiconductor DBR 103 includes a low refractive index layer 103a made of n-AlAs having a high thermal conductivity and a high refractive index layer 103b made of n-Al 0.3 Ga 0.7 As having a lower thermal conductivity. A pair includes a first lower semiconductor DBR 103 1 having 36.5 pairs, a second lower semiconductor DBR 103 2 having 3 pairs, and a third lower semiconductor DBR 103 3 having one pair.

第2の下部半導体DBR103では、低屈折率層103aは、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、3λ/4の光学厚さとなるように設定され、高屈折率層103bは、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 second lower semiconductor DBR 103 2, the low refractive index layer 103a includes a half of the adjacent gradient composition layer is set to have an optical thickness of 3 [lambda] / 4, the high refractive index layer 103b is adjacent The optical thickness is set to λ / 4 including 1/2 of the composition gradient layer.

第3の下部半導体DBR103は、共振器構造体と第2の下部半導体DBR103との間に設けられ、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。 The third lower semiconductor DBR 103 3 of is provided between the resonator structure and the second lower semiconductor DBR 103 2, any refractive index layers includes a half of the adjacent gradient composition layer, lambda The optical thickness is set to / 4.

これにより、吸収損失の増加を抑制しつつ、放熱効率を向上させることができるため、長寿命で、高い発光効率及び優れた温度特性を有することが可能となる。   Thereby, since heat dissipation efficiency can be improved while suppressing an increase in absorption loss, it is possible to have a long lifetime, high luminous efficiency, and excellent temperature characteristics.

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、安定した光走査を行うことが可能となる。   According to the optical scanning device 1010 according to the present embodiment, since the light source 14 includes the surface emitting laser element 100, stable optical scanning can be performed.

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、高品質の画像を形成することが可能となる。   Since the laser printer 1000 according to the present embodiment includes the optical scanning device 1010, a high-quality image can be formed.

また、面発光レーザ素子の寿命が格段に向上するので、書込みユニットもしくは光源ユニットの再利用が可能となる。   Further, since the lifetime of the surface emitting laser element is remarkably improved, the writing unit or the light source unit can be reused.

なお、上記実施形態では、第2の下部半導体DBR103において、低屈折率層103aが、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、3λ/4の光学厚さとなるように設定され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く、低屈折率層103aが、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、1以上の整数nを用いて、(2n+1)λ/4を満足する光学厚さであれば良い。 In the case, in the above embodiment, in the second lower semiconductor DBR 103 2, the low refractive index layer 103a is, by including 1/2 of the adjacent composition gradient layer is set to have an optical thickness of 3 [lambda] / 4 However, the present invention is not limited to this, and the low refractive index layer 103a includes 1/2 of the adjacent composition gradient layer, and uses an integer n of 1 or more to set (2n + 1) λ / 4. Any optical thickness that satisfies the requirement is acceptable.

また、上記実施形態では、第2の下部半導体DBR103が低屈折率層103aと高屈折率層103bのペアを3ペア有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。 In the above embodiment, the case has been described where the second lower semiconductor DBR 103 2 has three pairs pairs of the low refractive index layer 103a and the high refractive index layer 103b, but is not limited thereto.

また、上記実施形態では、第3の下部半導体DBR103が低屈折率層103aと高屈折率層103bのペアを1ペア有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。第3の下部半導体DBR103は、低屈折率層103aと高屈折率層103bのペアを1ペア〜5ペア有していれば良い。 Further, in the above embodiment, the third lower semiconductor DBR 103 3 has been described having one pair pairs of the low refractive index layer 103a and the high refractive index layer 103b, but is not limited thereto. The third lower semiconductor DBR 103 3 of, need only a pair of the low refractive index layer 103a and the high refractive index layer 103b has one pair 5 pairs.

また、上記実施形態では、レーザ発振方向に直交する断面でのメサ形状が正方形の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば円形、楕円形あるいは長方形など任意の形状とすることができる。   In the above embodiment, the case where the mesa shape in the cross section perpendicular to the laser oscillation direction is square has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be any shape such as a circle, an ellipse, or a rectangle. Can do.

また、上記実施形態において、下部半導体DBR103の共振器構造体に近い部分の不純物濃度を、他の部分よりも相対的に低くしても良い。吸収量は不純物濃度の増加に伴って増えるので、吸収の影響が大きい部分の不純物濃度を、吸収の影響が小さい部分の不純物濃度より相対的に低くすることで、低屈折率層の厚さを厚くしたことによる吸収量の増加を抑えることができる。例えば、下部半導体DBR103の共振器構造体に隣接する4ペアでの不純物濃度を5×1017(cm−3)とし、その他の不純物濃度を1×1018(cm−3)としても良い。 Moreover, in the said embodiment, you may make the impurity concentration of the part close | similar to the resonator structure of lower semiconductor DBR103 relatively lower than another part. Since the amount of absorption increases as the impurity concentration increases, the thickness of the low refractive index layer can be reduced by making the impurity concentration in the portion where the influence of absorption is large lower than the impurity concentration in the portion where the influence of absorption is small. An increase in the amount of absorption due to the increase in thickness can be suppressed. For example, the impurity concentration of four pairs adjacent to the resonator structure of the lower semiconductor DBR 103 may be 5 × 10 17 (cm −3 ), and the other impurity concentration may be 1 × 10 18 (cm −3 ).

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。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the oscillation wavelength of a light emission part was a 780 nm band, it is not limited to this. The oscillation wavelength of the light emitting unit may be changed according to the characteristics of the photoreceptor.

また、面発光レーザ素子100は、画像形成装置以外の用途に用いることができる。その場合には、発振波長は、その用途に応じて、650nm帯、850nm帯、980nm帯、1.3μm帯、1.5μm帯等の波長帯であっても良い。   Further, the surface emitting laser element 100 can be used for applications other than the image forming apparatus. In that case, the oscillation wavelength may be a wavelength band such as a 650 nm band, an 850 nm band, a 980 nm band, a 1.3 μm band, and a 1.5 μm band depending on the application.

一例として図10には、設計上の発振波長が850nm帯の面発光レーザ素子100Aが示されている。   As an example, FIG. 10 shows a surface emitting laser element 100A having a design oscillation wavelength of 850 nm.

この面発光レーザ素子100Aは、基板201、下部半導体DBR203、下部スペーサ層204、活性層205、上部スペーサ層206、上部半導体DBR207、及びコンタクト層209などを有している。   The surface emitting laser element 100A includes a substrate 201, a lower semiconductor DBR 203, a lower spacer layer 204, an active layer 205, an upper spacer layer 206, an upper semiconductor DBR 207, a contact layer 209, and the like.

基板201は、n−GaAs単結晶基板である。   The substrate 201 is an n-GaAs single crystal substrate.

下部半導体DBR203は、一例として図11に示されるように、第1の下部半導体DBR203と、第2の下部半導体DBR203と、第3の下部半導体DBR203とからなっている。 The lower semiconductor DBR 203, as shown in FIG. 11 as an example, the first lower semiconductor DBR 203 1, the second lower semiconductor DBR 203 2, which is a third lower semiconductor DBR 203 3 Prefecture.

第1の下部半導体DBR203は、不図示のバッファ層を介して基板201の+Z側の面上に積層され、n−AlAsからなる低屈折率層203aとn−Al0.1Ga0.9Asからなる高屈折率層203bのペアを30.5ペア有している。低屈折率層203aは高屈折率層203bよりも熱伝導率が大きい(図23参照)。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(図示省略)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。 The first lower semiconductor DBR 203 1 is stacked on the + Z side surface of the substrate 201 via a buffer layer (not shown), and includes a low refractive index layer 203a made of n-AlAs and n-Al 0.1 Ga 0.9. There are 30.5 pairs of high refractive index layers 203b made of As. The low refractive index layer 203a has a higher thermal conductivity than the high refractive index layer 203b (see FIG. 23). Between each refractive index layer, in order to reduce electrical resistance, a composition gradient layer (not shown) in which the composition is gradually changed from one composition to the other composition is provided. Each refractive index layer includes 1/2 of the adjacent composition gradient layer, and is set to have an optical thickness of λ / 4 when the oscillation wavelength is λ.

第2の下部半導体DBR203は、第1の下部半導体DBR203の+Z側に積層され、低屈折率層203aと高屈折率層203bのペアを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組成傾斜層(図示省略)が設けられている。そして、低屈折率層203aは、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、3λ/4の光学厚さとなるように設定され、高屈折率層203bは、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。 The second lower semiconductor DBR 203 2 is stacked on the first lower semiconductor DBR 203 1 of the + Z side, and a pair of the low refractive index layer 203a and the high refractive index layer 203b has 5 pairs. Between each refractive index layer, in order to reduce electrical resistance, a composition gradient layer (not shown) in which the composition is gradually changed from one composition to the other composition is provided. The low refractive index layer 203a is set to have an optical thickness of 3λ / 4 including 1/2 of the adjacent composition gradient layer, and the high refractive index layer 203b is 1 / of the adjacent composition gradient layer. 2 so that the optical thickness is λ / 4.

第3の下部半導体DBR203は、第2の下部半導体DBR203の+Z側に積層され、低屈折率層203aと高屈折率層203bのペアを1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組成傾斜層(図示省略)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。 The third lower semiconductor DBR 203 3 of is stacked on the + Z side of the second lower semiconductor DBR 203 2, and a pair of the low refractive index layer 203a and the high refractive index layer 203b has one pair. Between each refractive index layer, in order to reduce electrical resistance, a composition gradient layer (not shown) in which the composition is gradually changed from one composition to the other composition is provided. Each refractive index layer is set to have an optical thickness of λ / 4 including 1/2 of the adjacent composition gradient layer.

下部スペーサ層204は、第3の下部半導体DBR203の+Z側に積層され、ノンドープのAl0.4Ga0.6Asからなる層である。 The lower spacer layer 204 is laminated on the + Z side of the third lower semiconductor DBR 2033 and is a layer made of non-doped Al 0.4 Ga 0.6 As.

活性層205は、下部スペーサ層204の+Z側に積層され、一例として図12に示されるように、3層の量子井戸層205aと4層の障壁層205bとを有している。各量子井戸層205aは、Al0.12Ga0.88Asからなり、各障壁層205bは、Al0.3Ga0.7Asからなる。 The active layer 205 is stacked on the + Z side of the lower spacer layer 204, and as shown in FIG. 12, for example, includes three quantum well layers 205a and four barrier layers 205b. Each quantum well layer 205a is made of Al 0.12 Ga 0.88 As, and each barrier layer 205b is made of Al 0.3 Ga 0.7 As.

上部スペーサ層206は、活性層205の+Z側に積層され、ノンドープのAl0.4Ga0.6Asからなる層である。 The upper spacer layer 206 is laminated on the + Z side of the active layer 205 and is a layer made of non-doped Al 0.4 Ga 0.6 As.

下部スペーサ層204と活性層205と上部スペーサ層206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205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。また、活性層205で発生した熱は、主として下部半導体DBR203を介して基板201に放熱されるようになっている。   A portion composed of the lower spacer layer 204, the active layer 205, and the upper spacer layer 206 is also called a resonator structure, and the thickness thereof is set to be an optical thickness of one wavelength. The active layer 205 is provided at the center of the resonator structure, which is a position corresponding to the antinode in the standing wave distribution of the electric field, so that a high stimulated emission probability can be obtained. The heat generated in the active layer 205 is radiated to the substrate 201 mainly through the lower semiconductor DBR 203.

上部半導体DBR207は、上部スペーサ層206の+Z側に積層され、p−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層207aと、p−Al0.1Ga0.9Asからなる高屈折率層207bのペアを24ペア有している。そして、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(図示省略)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。 The upper semiconductor DBR 207 is stacked on the + Z side of the upper spacer layer 206, and includes a low refractive index layer 207a made of p-Al 0.9 Ga 0.1 As and a high refractive index layer made of p-Al 0.1 Ga 0.9 As. There are 24 pairs of refractive index layers 207b. And between each refractive index layer, in order to reduce an electrical resistance, the composition inclination layer (illustration omitted) which changed the composition gradually toward the other composition from one composition is provided. Each refractive index layer is set to have an optical thickness of λ / 4 including 1/2 of the adjacent composition gradient layer.

上部半導体DBR207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206から光学的にλ/4離れた位置である。   In one of the low refractive index layers in the upper semiconductor DBR 207, a selective oxidation layer made of p-AlAs is inserted with a thickness of 30 nm. The insertion position of the selective oxidation layer is a position optically separated from the upper spacer layer 206 by λ / 4.

コンタクト層209は、上部半導体DBR207の+Z側に積層され、p−GaAsからなる層である。   The contact layer 209 is stacked on the + Z side of the upper semiconductor DBR 207 and is a layer made of p-GaAs.

この面発光レーザ素子100Aは、前記面発光レーザ素子100と同様にして製造することができる。なお、図10における符号211は保護層、符号212はポリイミド、符号213はp側の電極、符号214はn側の電極、符号208aは酸化層、符号208bは電流通過領域である。この場合であっても、前記面発光レーザ素子100と同様な効果を得ることができる。   The surface emitting laser element 100A can be manufactured in the same manner as the surface emitting laser element 100. In FIG. 10, reference numeral 211 denotes a protective layer, reference numeral 212 denotes polyimide, reference numeral 213 denotes a p-side electrode, reference numeral 214 denotes an n-side electrode, reference numeral 208a denotes an oxide layer, and reference numeral 208b denotes a current passing region. Even in this case, the same effect as the surface emitting laser element 100 can be obtained.

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に示される面発光レーザアレイ500を有しても良い。   In the above embodiment, the light source 14 may include the surface emitting laser array 500 shown in FIG. 13 as an example instead of the surface emitting laser element 100.

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。ここでは、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。   In the surface emitting laser array 500, a plurality (32 in this case) of light emitting units are arranged on the same substrate. Here, the M direction in FIG. 13 is a main scanning corresponding direction, and the S direction is a sub scanning corresponding direction. Note that the number of light emitting units is not limited to 32.

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。   As shown in FIG. 14, the surface emitting laser array 500 includes four light emitting unit rows in which eight light emitting units are arranged at equal intervals along the T direction which is a direction inclined from the M direction toward the S direction. Has a row. These four light emitting section rows are arranged at equal intervals d in the S direction so that they are equally spaced c when all the light emitting sections are orthogonally projected onto a virtual line extending in the S direction. That is, the 32 light emitting units are two-dimensionally arranged. In this specification, the “light emitting portion interval” refers to the distance between the centers of two light emitting portions.

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。   Here, the interval c is 3 μm, the interval d is 24 μm, and the light emitting portion interval X in the M direction (see FIG. 14) is 30 μm.

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、前述した面発光レーザ素子100と同様な方法で製造することができる。   Each light emitting portion has the same structure as the surface emitting laser element 100 described above, as shown in FIG. The surface emitting laser array 500 can be manufactured by a method similar to that of the surface emitting laser element 100 described above.

ところで、通常、結晶成長層の厚さのばらつきやエッチング速度の基板(ウエハ)面内でのばらつきにより、所望のエッチング深さは発光部毎に異なる。しかしながら、エッチング深さを、全ての発光部について、エッチング底面が、被選択酸化層より深く、かつ被選択酸化層と同等のAl組成を有する下部半導体DBRの低屈折率層に至らないように制御することは困難である。   By the way, usually, the desired etching depth differs for each light emitting portion due to variations in the thickness of the crystal growth layer and variations in the etching rate within the substrate (wafer) plane. However, the etching depth is controlled so that the bottom surface of the etching is deeper than the selective oxidation layer and does not reach the low refractive index layer of the lower semiconductor DBR having the same Al composition as the selective oxidation layer for all the light emitting portions. It is difficult to do.

特に、面発光レーザアレイでは、発光部間隔の違いによりエッチング幅が異なるとエッチング速度が変化する。この場合には、上記ばらつきがなかったとしても、エッチング深さは発光部毎に異なってしまう。   In particular, in the surface emitting laser array, the etching rate changes when the etching width varies due to the difference in the interval between the light emitting portions. In this case, even if there is no such variation, the etching depth differs for each light emitting portion.

面発光レーザアレイ500では、半導体DBRの主たる材料をAlGaAs系材料とし、共振器構造体の材料をInを含むAlGaInPAs系材料としているため、共振器構造体でのエッチング速度を半導体DBRでのエッチング速度よりも小さくすることができる。これにより、ウエハ面内、及びアレイチップ内では、下部半導体DBRまでエッチングが進まずに、エッチング底面が共振器構造体中に留まるように制御することができる。   In the surface emitting laser array 500, the main material of the semiconductor DBR is an AlGaAs material, and the resonator structure material is an AlGaInPAs material containing In. Therefore, the etching rate in the resonator structure is set to the etching rate in the semiconductor DBR. Can be made smaller. Thereby, in the wafer surface and in the array chip, it is possible to control the etching bottom surface to remain in the resonator structure without etching to the lower semiconductor DBR.

このように、面発光レーザアレイ500では、エッチングを停止させる層を所定の位置に設けたのではなく、エッチング速度を遅くしているので、エッチングモニタでエッチング底面が共振器構造体に達したことがわかり、容易に制御できる。また、共振器構造体の中心付近までエッチングすることでキャリアが拡がることを低減し、発振に寄与しないキャリアを低減できる。   In this way, in the surface emitting laser array 500, the etching bottom is not provided at a predetermined position, but the etching rate is slow, so that the etching bottom reaches the resonator structure by the etching monitor. Can be easily controlled. Further, the etching to the vicinity of the center of the resonator structure can reduce the spread of carriers, and the number of carriers that do not contribute to oscillation can be reduced.

なお、エッチングを停止させる層を所定の位置に設ける場合には、深さ方向(ここでは、−Z方向)にはエッチングが進まないようにできるが、横方向(ここでは、XY平面に平行な方向)にはエッチングが進むため、メササイズがロット間で変動するなどの不都合が生じる。   When a layer for stopping etching is provided at a predetermined position, the etching can be prevented from proceeding in the depth direction (here, -Z direction), but the lateral direction (here, parallel to the XY plane). Since the etching proceeds in the direction (direction), inconveniences such as fluctuation of the mesa size between lots occur.

また、面発光レーザアレイ500は、32ch(チャンネル)のマルチビーム光源であるが、放熱対策を施してあるので周辺の発光部への熱干渉が互いに抑えられており、同時に複数の発光部を駆動した時の特性変化は小さく、長寿命であった。   The surface emitting laser array 500 is a 32ch (channel) multi-beam light source. However, since heat radiation measures are taken, thermal interference with surrounding light emitting parts is suppressed, and a plurality of light emitting parts are driven simultaneously. The change in characteristics was small and the service life was long.

また、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。   Further, in the surface emitting laser array 500, since the intervals between the light emitting portions when the respective light emitting portions are orthogonally projected onto a virtual line extending in the sub-scanning corresponding direction are equal intervals c, the photosensitive drum 1030 is adjusted by adjusting the lighting timing. In the above, it can be considered that the configuration is the same as the case where the light emitting units are arranged at equal intervals in the sub-scanning direction.

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、発光部の点灯のタイミングで容易に制御できる。   Since the distance c is 3 μm, if the magnification of the optical system of the optical scanning device 1010 is about 1.8, high-density writing of 4800 dpi (dot / inch) can be performed. Of course, it is possible to increase the density by increasing the number of light emitting portions in the main scanning direction, making the array arrangement in which the distance d is narrowed and the distance c is further reduced, or by reducing the magnification of the optical system. Quality printing is possible. Note that the writing interval in the main scanning direction can be easily controlled by the lighting timing of the light emitting unit.

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。   In this case, the laser printer 1000 can perform printing without decreasing the printing speed even if the writing dot density increases. Further, when the writing dot density is the same, the printing speed can be further increased.

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。   By the way, it is preferable that the groove | channel between two light emission parts shall be 5 micrometers or more for the electrical and spatial separation of each light emission part. This is because if it is too narrow, it becomes difficult to control etching during production.

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。   In the above embodiment, the laser printer 1000 is described as the image forming apparatus. However, the present invention is not limited to this.

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。   For example, an image forming apparatus that directly irradiates laser light onto a medium (for example, paper) that develops color with laser light may be used.

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。   Further, an image forming apparatus using a silver salt film as the image carrier may be used. In this case, a latent image is formed on the silver salt film by optical scanning, and this latent image can be visualized by a process equivalent to a developing process in a normal silver salt photographic process. Then, it can be transferred to photographic paper by a process equivalent to a printing process in a normal silver salt photographic process. Such an image forming apparatus can be implemented as an optical plate making apparatus or an optical drawing apparatus that draws a CT scan image or the like.

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。   As an example, as shown in FIG. 16, a color printer 2000 including a plurality of photosensitive drums may be used.

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。   The color printer 2000 is a tandem multicolor printer that forms a full-color image by superimposing four colors (black, cyan, magenta, and yellow). The black “photosensitive drum K1, charging device K2, "Developing device K4, cleaning unit K5, and transfer device K6", cyan "photosensitive drum C1, charging device C2, developing device C4, cleaning unit C5, and transfer device C6", and magenta "photosensitive drum" M1, charging device M2, developing device M4, cleaning unit M5, and transfer device M6 ”,“ photosensitive drum Y1, charging device Y2, developing device Y4, cleaning unit Y5, and transfer device Y6 ”for yellow, and light A scanning device 2010, a transfer belt 2080, a fixing unit 2030, and the like are provided.

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、回転順にそれぞれ帯電装置、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。   Each photosensitive drum rotates in the direction of an arrow in FIG. 16, and a charging device, a developing device, a transfer device, and a cleaning unit are arranged around each photosensitive drum in the order of rotation. Each charging device uniformly charges the surface of the corresponding photosensitive drum. The surface of each photoconductive drum charged by the charging device is irradiated with light by the optical scanning device 2010, and a latent image is formed on each photoconductive drum. Then, a toner image is formed on the surface of each photosensitive drum by a corresponding developing device. Further, the toner image of each color is transferred onto the recording paper on the transfer belt 2080 by the corresponding transfer device, and finally the image is fixed on the recording paper by the fixing unit 2030.

光走査装置2010は、前記面発光レーザ素子100と同様な面発光レーザ素子、及び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のいずれかを含む光源を、色毎に有している。そこで、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、この光走査装置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。   The optical scanning device 2010 has a light source for each color including either a surface emitting laser element similar to the surface emitting laser element 100 or a surface emitting laser array similar to the surface emitting laser array 500. Therefore, the same effect as that of the optical scanning device 1010 can be obtained. In addition, since the color printer 2000 includes the optical scanning device 2010, the same effect as the laser printer 1000 can be obtained.

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選択することで色ずれを低減することができる。   By the way, in the color printer 2000, color misregistration may occur due to manufacturing error or position error of each component. Even in such a case, if each light source of the optical scanning device 2010 has a surface-emitting laser array similar to the surface-emitting laser array 500, color misregistration is reduced by selecting a light-emitting unit to be lit. can do.

図17には、本発明の一実施形態に係る光伝送システム3000の概略構成が示されている。この光伝送システム3000は、光送信モジュール3001と光受信モジュール3005が光ファイバケーブル3004で接続されており、光送信モジュール3001から光受信モジュール3005への一方向の光通信が可能となっている。   FIG. 17 shows a schematic configuration of an optical transmission system 3000 according to an embodiment of the present invention. In this optical transmission system 3000, an optical transmission module 3001 and an optical reception module 3005 are connected by an optical fiber cable 3004, and one-way optical communication from the optical transmission module 3001 to the optical reception module 3005 is possible.

光送信モジュール3001は、光源3002と、外部から入力された電気信号に応じて、光源3002から出力されるレーザ光の光強度を変調する駆動回路3003とを有している。   The optical transmission module 3001 includes a light source 3002 and a drive circuit 3003 that modulates the light intensity of the laser light output from the light source 3002 in accordance with an electrical signal input from the outside.

光源3002は、一例として図18に示されるように、面発光レーザアレイ600を有している。   As an example, the light source 3002 includes a surface emitting laser array 600 as shown in FIG.

この面発光レーザアレイ600では、複数(ここでは10個)の発光部が同一基板上に1次元配列されている。なお、発光部の数は10個に限定されるものではない。   In the surface emitting laser array 600, a plurality of (here, ten) light emitting units are one-dimensionally arranged on the same substrate. Note that the number of light emitting units is not limited to ten.

面発光レーザアレイ600の各発光部は、設計上の発振波長が1.3μm帯の面発光レーザであり、図18のA−A断面図である図19に示されるように、基板301、下部半導体DBR303、下部スペーサ層304、活性層305、上部スペーサ層306、上部半導体DBR307、及びコンタクト層309などを有している。   Each light emitting portion of the surface emitting laser array 600 is a surface emitting laser having a design oscillation wavelength of 1.3 μm band. As shown in FIG. 19 which is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. A semiconductor DBR 303, a lower spacer layer 304, an active layer 305, an upper spacer layer 306, an upper semiconductor DBR 307, a contact layer 309, and the like are included.

基板301は、n−GaAs単結晶基板である。   The substrate 301 is an n-GaAs single crystal substrate.

下部半導体DBR303は、一例として図20に示されるように、第1の下部半導体DBR303と、第2の下部半導体DBR303と、第3の下部半導体DBR303とを有している。 The lower semiconductor DBR 303, as shown in FIG. 20 as an example, has a first lower semiconductor DBR 303 1, the second lower semiconductor DBR 303 2, and a third lower semiconductor DBR 303 3.

第1の下部半導体DBR303は、不図示のバッファ層を介して基板301の+Z側の面上に積層され、n−AlAsからなる低屈折率層303aと、n−GaAsからなる高屈折率層103bのペアを30.5ペア有している。低屈折率層303aは高屈折率層303bよりも熱伝導率が大きい。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(図示省略)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。 The first lower semiconductor DBR 303 1 is stacked on the + Z side of the substrate 301 via a buffer layer (not shown), and a low refractive index layer 303a made of n-AlAs, high refractive index layer made of n-GaAs There are 30.5 pairs of 103b. The low refractive index layer 303a has a higher thermal conductivity than the high refractive index layer 303b. Between each refractive index layer, in order to reduce electrical resistance, a composition gradient layer (not shown) in which the composition is gradually changed from one composition to the other composition is provided. Each refractive index layer includes 1/2 of the adjacent composition gradient layer, and is set to have an optical thickness of λ / 4 when the oscillation wavelength is λ.

第2の下部半導体DBR303は、第1の下部半導体DBR303の+Z側に積層され、低屈折率層303aと高屈折率層303bのペアを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組成傾斜層(図示省略)が設けられている。そして、低屈折率層303aは、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、3λ/4の光学厚さとなるように設定され、高屈折率層303bは、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。 The second lower semiconductor DBR 303 2 is stacked on the first lower semiconductor DBR 303 1 of the + Z side, and a pair of the low refractive index layer 303a and the high refractive index layer 303b has 5 pairs. Between each refractive index layer, in order to reduce electrical resistance, a composition gradient layer (not shown) in which the composition is gradually changed from one composition to the other composition is provided. The low refractive index layer 303a is set to have an optical thickness of 3λ / 4, including 1/2 of the adjacent composition gradient layer, and the high refractive index layer 303b is 1 / of the adjacent composition gradient layer. 2 so that the optical thickness is λ / 4.

第3の下部半導体DBR303は、第2の下部半導体DBR303の+Z側に積層され、低屈折率層303aと高屈折率層303bのペアを1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組成傾斜層(図示省略)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。 The third lower semiconductor DBR 303 3 of is stacked on the + Z side of the second lower semiconductor DBR 303 2, and a pair of the low refractive index layer 303a and the high refractive index layer 303b has one pair. Between each refractive index layer, in order to reduce electrical resistance, a composition gradient layer (not shown) in which the composition is gradually changed from one composition to the other composition is provided. Each refractive index layer is set to have an optical thickness of λ / 4 including 1/2 of the adjacent composition gradient layer.

下部スペーサ層304は、第3の下部半導体DBR303の+Z側に積層され、ノンドープのGaAsからなる層である。 The lower spacer layer 304 is laminated on the + Z side of the third lower semiconductor DBR 3033 and is a layer made of non-doped GaAs.

活性層305は、下部スペーサ層304の+Z側に積層され、一例として図21に示されるように、3層の量子井戸層305aと4層の障壁層305bとを有している。各量子井戸層305aはGaInNAsからなる層であり、各障壁層305bはGaAsからなる層である。   The active layer 305 is stacked on the + Z side of the lower spacer layer 304, and includes, as an example, as shown in FIG. 21, three quantum well layers 305a and four barrier layers 305b. Each quantum well layer 305a is a layer made of GaInNAs, and each barrier layer 305b is a layer made of GaAs.

上部スペーサ層306は、活性層305の+Z側に積層され、ノンドープのGaAsからなる層である。   The upper spacer layer 306 is stacked on the + Z side of the active layer 305 and is a layer made of non-doped GaAs.

下部スペーサ層304と活性層305と上部スペーサ層306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305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。また、活性層305で発生した熱は、主として下部半導体DBR303を介して放熱されるようになっている。   A portion composed of the lower spacer layer 304, the active layer 305, and the upper spacer layer 306 is also called a resonator structure, and the thickness thereof is set to an optical thickness of one wavelength. The active layer 305 is provided at the center of the resonator structure, which is a position corresponding to the antinode in the standing wave distribution of the electric field, so that a high stimulated emission probability can be obtained. Further, the heat generated in the active layer 305 is radiated mainly through the lower semiconductor DBR 303.

上部半導体DBR307は、上部スペーサ層306の+Z側に積層され、低屈折率層307aとp−GaAsからなる高屈折率層307bのペアを26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組成傾斜層(図示省略)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。   The upper semiconductor DBR 307 is stacked on the + Z side of the upper spacer layer 306, and has 26 pairs of a low refractive index layer 307a and a high refractive index layer 307b made of p-GaAs. Between each refractive index layer, in order to reduce electrical resistance, a composition gradient layer (not shown) in which the composition is gradually changed from one composition to the other composition is provided. Each refractive index layer is set to have an optical thickness of λ / 4 including 1/2 of the adjacent composition gradient layer.

上部半導体DBR307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20nm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306から光学的に5λ/4離れている。   In one of the low refractive index layers in the upper semiconductor DBR 307, a selective oxidation layer made of p-AlAs is inserted with a thickness of 20 nm. The insertion position of this selective oxidation layer is optically separated from the upper spacer layer 306 by 5λ / 4.

なお、被選択酸化層が含まれる低屈折率層は、p−Al0.6Ga0.4Asからなる層であり、他の低屈折率層は、p−Al0.9Ga0.1Asからなる層である。また、被選択酸化層が含まれる低屈折率層では、被選択酸化層に隣接して厚さ35nmのp−Al0.8Ga0.2Asからなる中間層(図示省略)が設けられている。 The low refractive index layer including the selective oxidation layer is a layer made of p-Al 0.6 Ga 0.4 As, and the other low refractive index layers are p-Al 0.9 Ga 0.1. It is a layer made of As. In the low refractive index layer including the selective oxidation layer, an intermediate layer (not shown) made of p-Al 0.8 Ga 0.2 As having a thickness of 35 nm is provided adjacent to the selective oxidation layer. Yes.

この面発光レーザアレイ600は、前記面発光レーザ素子100と同様にして製造することができる。なお、図19における符号311は保護層、符号312はポリイミド、符号313はp側の電極、符号314はn側の電極、符号308aは酸化層、符号308bは電流通過領域である。   The surface emitting laser array 600 can be manufactured in the same manner as the surface emitting laser element 100. In FIG. 19, reference numeral 311 is a protective layer, reference numeral 312 is polyimide, reference numeral 313 is a p-side electrode, reference numeral 314 is an n-side electrode, reference numeral 308a is an oxide layer, and reference numeral 308b is a current passing region.

この面発光レーザアレイ600は、各発光部の下部半導体DBR303が、前記面発光レーザ素子100の下部半導体DBR103と同様な構成を有しているため、前記面発光レーザアレイ500と同様な効果を得ることができる。   This surface emitting laser array 600 has the same effects as the surface emitting laser array 500 because the lower semiconductor DBR 303 of each light emitting unit has the same configuration as the lower semiconductor DBR 103 of the surface emitting laser element 100. be able to.

なお、メサを形成する際にエッチングを共振器構造体中で停止させるため、スペーサ層として、GaAsからなる層に代えてIn(インジウム)を含むGaInPからなる層を用いても良い。   In order to stop etching in the resonator structure when forming the mesa, a layer made of GaInP containing In (indium) may be used as the spacer layer instead of the layer made of GaAs.

光源3002から出力された光信号は、光ファイバケーブル3004に結合し、該光ファイバケーブル3004を導波して光受信モジュール3005に入力される。なお、光ファイバケーブル3004は、一例として図22に示されるように、面発光レーザアレイ600の複数の発光部にそれぞれ対応する複数の光ファイバを有している。   The optical signal output from the light source 3002 is coupled to the optical fiber cable 3004, guided through the optical fiber cable 3004, and input to the optical receiving module 3005. Note that the optical fiber cable 3004 includes a plurality of optical fibers respectively corresponding to the plurality of light emitting units of the surface emitting laser array 600, as shown in FIG. 22 as an example.

光受信モジュール3005は、光信号を電気信号に変換する受光素子3006と、受光素子3006から出力された電気信号に対して信号増幅、及び波形整形等を行う受信回路3007とを有している。   The optical receiving module 3005 includes a light receiving element 3006 that converts an optical signal into an electric signal, and a receiving circuit 3007 that performs signal amplification, waveform shaping, and the like on the electric signal output from the light receiving element 3006.

本実施形態に係る光送信モジュール3001によると、光源3002が面発光レーザアレイ600を有しているため、安定した光信号を生成することが可能となる。その結果として、光伝送システム3000は、高品質の光伝送を行うことが可能となる。   According to the optical transmission module 3001 according to the present embodiment, since the light source 3002 includes the surface emitting laser array 600, it is possible to generate a stable optical signal. As a result, the optical transmission system 3000 can perform high-quality optical transmission.

そこで、光伝送システム3000は、家庭用、オフィスの室内用、機器内用等の短距離のデータ通信にも有効である。   Therefore, the optical transmission system 3000 is also effective for short-distance data communication such as home use, office indoor use, and device use.

また、均一な特性を有する複数の発光部が同一基板上に集積されているため、容易に、同時に多数ビームによるデータ伝送が可能となり、高速通信ができる。   In addition, since a plurality of light emitting portions having uniform characteristics are integrated on the same substrate, data transmission by a large number of beams can be easily performed simultaneously, and high-speed communication can be performed.

さらに、面発光レーザは低消費電力で動作するので、特に機器の中に組み込んで利用した場合、温度上昇を低減させることができる。   Further, since the surface emitting laser operates with low power consumption, the temperature rise can be reduced particularly when incorporated in an apparatus.

なお、ここでは、発光部と光ファイバとを1対1に対応させる場合について説明したが、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を1次元又は2次元にアレイ状に配置して、波長多重送信することにより伝送速度をさらに増大させることも可能である。   Here, the case where the light emitting section and the optical fiber are made to correspond one-to-one has been described. However, a plurality of surface emitting laser elements having different oscillation wavelengths are arranged in a one-dimensional or two-dimensional array to perform wavelength multiplexing. It is also possible to further increase the transmission rate by transmitting.

また、ここでは、一方向通信の構成例を示しているが、双方向通信の構成をとることもできる。   In addition, although a configuration example of one-way communication is shown here, a configuration of two-way communication can also be taken.

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、長寿命で、高い発光効率及び優れた温度特性を実現するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、安定した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、高品質の画像を形成するのに適している。また、本発明の光伝送モジュールによれば、安定した光信号を生成するのに適している。また、本発明の光伝送システムによれば、高品質の光伝送を行うのに適している。   As described above, the surface-emitting laser element and the surface-emitting laser array of the present invention are suitable for realizing a long lifetime, high emission efficiency, and excellent temperature characteristics. Further, the optical scanning device of the present invention is suitable for performing stable optical scanning. The image forming apparatus of the present invention is suitable for forming a high quality image. The optical transmission module of the present invention is suitable for generating a stable optical signal. The optical transmission system of the present invention is suitable for performing high-quality optical transmission.

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、100A…面発光レーザ素子、103…下部半導体DBR(第1の半導体多層膜反射鏡)、103…第2の下部半導体DBR(第1の部分反射鏡)、103…第3の下部半導体DBR(第2の部分反射鏡)、103a…低屈折率層(第2の層)、103b…高屈折率層(第1の層)、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(第2の半導体多層膜反射鏡)、203…下部半導体DBR(第1の半導体多層膜反射鏡)、203…第2の下部半導体DBR(第1の部分反射鏡)、203…第3の下部半導体DBR(第2の部分反射鏡)、203a…低屈折率層(第2の層)、203b…高屈折率層(第1の層)、204…下部スペーサ層(共振器構造体の一部)、205…活性層、206…上部スペーサ層(共振器構造体の一部)、207…上部半導体DBR(第2の半導体多層膜反射鏡)、303…下部半導体DBR(第1の半導体多層膜反射鏡)、303…第2の下部半導体DBR(第1の部分反射鏡)、303…第3の下部半導体DBR(第2の部分反射鏡)、303a…低屈折率層(第2の層)、303b…高屈折率層(第1の層)、304…下部スペーサ層(共振器構造体の一部)、305…活性層、306…上部スペーサ層(共振器構造体の一部)、307…上部半導体DBR(第2の半導体多層膜反射鏡)、500…面発光レーザアレイ、600…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、3000…光伝送システム、3001…光送信モジュール(光伝送モジュール)、3002…光源、3003…駆動回路(駆動装置)、3004…光ファイバケーブル(光伝達媒体)、3006…受光素子(変換器の一部)、3007…受信回路(変換器の一部)、K1,C1,M1,Y1…感光体ドラム(像担持体)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11a ... Deflector side scanning lens (a part of scanning optical system), 11b ... Image surface side scanning lens (a part of scanning optical system), 13 ... Polygon mirror (deflector), 14 ... Light source, 100 ... Surface emitting laser Element 100A ... Surface emitting laser element 103 ... Lower semiconductor DBR (first semiconductor multilayer reflector), 103 2 ... Second lower semiconductor DBR (first partial reflector), 103 3 ... Third lower part Semiconductor DBR (second partial reflector), 103a... Low refractive index layer (second layer), 103b... High refractive index layer (first layer), 104... Lower spacer layer (part of resonator structure) , 105 ... Active layer, 106 ... Upper spacer layer (part of resonator structure), 107 ... Upper semiconductor DBR (second semiconductor multilayer reflector), 203 ... Lower semiconductor DBR (first semiconductor multilayer film) reflector), 203 2 ... second lower semiconductor DBR (first partially reflective mirror), 203 3 ... third lower semiconductor DBR (second partially reflective mirror), 203a ... low-refractive index layer (second layer), 203b ... high refractive index layer (first , 204 ... lower spacer layer (part of the resonator structure), 205 ... active layer, 206 ... upper spacer layer (part of the resonator structure), 207 ... upper semiconductor DBR (second semiconductor multilayer) Film reflector), 303 ... lower semiconductor DBR (first semiconductor multilayer reflector), 303 2 ... second lower semiconductor DBR (first partial reflector), 303 3 ... third lower semiconductor DBR (first mirror) 2, 303 a... Low refractive index layer (second layer), 303 b... High refractive index layer (first layer), 304... Lower spacer layer (part of the resonator structure), 305. Active layer, 306... Upper spacer layer (part of resonator structure), 307. Semiconductor DBR (second semiconductor multilayer mirror), 500... Surface emitting laser array, 600... Surface emitting laser array, 1000... Laser printer (image forming apparatus), 1010. (Supporting body), 2000 ... color printer (image forming apparatus), 2010 ... optical scanning device, 3000 ... optical transmission system, 3001 ... optical transmission module (optical transmission module), 3002 ... light source, 3003 ... drive circuit (drive apparatus), 3004 ... Optical fiber cable (light transmission medium), 3006 ... Light receiving element (part of converter), 3007 ... Receiver circuit (part of converter), K1, C1, M1, Y1 ... Photosensitive drum (image carrier) ).

米国特許第5493577号明細書US Pat. No. 5,493,577 特開2005−354061号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-354061 特開2007−299897号公報JP 2007-299897 A 米国特許第6720585号明細書US Pat. No. 6,720,585

Claims (14)

基板に対して垂直方向に光を射出する面発光レーザ素子であって、
活性層を含む共振器構造体と;
前記共振器構造体を挟んで設けられ、屈折率が互いに異なる第1の層と第2の層をペアとする複数のペアからなる半導体多層膜反射鏡と;
少なくとも前記共振器構造体の一部および少なくとも前記半導体多層膜反射鏡の一部を含んで形成されたメサと;を備え、
前記共振器構造体は、前記半導体多層膜反射鏡よりもエッチング速度の小さい、Inを含む材料からなり、
前記第2の層は、前記第1の層よりも熱伝導率が大きく、前記メサのエッチング底面は前記共振器構造体中であり、
前記半導体多層膜反射鏡は、少なくとも1ペアからなり前記第1の層よりも前記第2の層のほうが光学厚さが厚い第1の部分反射鏡と、該第1の部分反射鏡と前記共振器構造体との間に設けられ、少なくとも1ペアからなり前記第1及び第2の層の光学厚さがいずれも前記第1の部分反射鏡の前記第2の層よりも薄い第2の部分反射鏡とを有することを特徴とする面発光レーザ素子。
A surface emitting laser element that emits light in a direction perpendicular to a substrate,
A resonator structure including an active layer;
A semiconductor multilayer reflector comprising a plurality of pairs provided with a first layer and a second layer having different refractive indexes provided between the resonator structures;
A mesa formed including at least a part of the resonator structure and at least a part of the semiconductor multilayer reflector;
The resonator structure is made of a material containing In that has an etching rate smaller than that of the semiconductor multilayer mirror,
The second layer has a higher thermal conductivity than the first layer, and the etched bottom surface of the mesa is in the resonator structure;
The semiconductor multilayer film reflecting mirror includes at least one pair, a first partial reflecting mirror having a thicker optical thickness than the first layer, and the first partial reflecting mirror and the resonance A second portion provided between the first and second layers, wherein the first and second layers have an optical thickness that is less than the second layer of the first partial reflector. A surface-emitting laser element comprising a reflecting mirror.
前記第2の部分反射鏡における前記第1及び第2の層の光学厚さは、いずれも発振波長の1/4であることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザ素子。   2. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the optical thicknesses of the first and second layers in the second partial reflecting mirror are both ¼ of the oscillation wavelength. 前記第2の部分反射鏡は、1ペア以上、かつ5ペア以下からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の面発光レーザ素子。 The second partially reflective mirror, the surface emitting laser element according to claim 1 or 2, characterized in that it consists of a pair or more and 5 pairs or less. 前記第1の部分反射鏡では、前記第1の層の光学厚さは発振波長の1/4であり、前記第2の層の光学厚さは発振波長λ、1以上の整数nを用いて、(2n+1)λ/4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。 In the first partial reflecting mirror, the optical thickness of the first layer is ¼ of the oscillation wavelength, and the optical thickness of the second layer is an oscillation wavelength λ using an integer n of 1 or more. , (2n + 1) surface-emitting laser element as claimed in any one of claims 1 to 3, characterized in that a lambda / 4. 前記第2の層は、AlAsからなる層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。 The second layer, the surface-emitting laser element according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a layer made of AlAs. 前記半導体多層膜反射鏡は、前記共振器構造体の一側に積層された第1の半導体多層膜反射鏡と、前記共振器構造体の他側に積層された第2の半導体多層膜反射鏡とを有し、
前記活性層で発生した熱は、主として前記第1の半導体多層膜反射鏡を介して放熱され、
前記第1及び第2の部分反射鏡は、前記第1の半導体多層膜反射鏡に含まれ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。
The semiconductor multilayer film reflector includes a first semiconductor multilayer film reflector that is stacked on one side of the resonator structure and a second semiconductor multilayer film mirror that is stacked on the other side of the resonator structure. And
The heat generated in the active layer is mainly dissipated through the first semiconductor multilayer mirror,
It said first and second partially reflective mirror, the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 5, characterized in that contained in the first semiconductor multilayer reflector.
前記第1の半導体多層膜反射鏡における不純物のドーピング濃度は、前記共振器構造体側が相対的に低いことを特徴とする請求項に記載の面発光レーザ素子。 The surface emitting laser element according to claim 6 , wherein a doping concentration of impurities in the first semiconductor multilayer mirror is relatively low on the resonator structure side. 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。 A surface emitting laser array in which the surface emitting laser elements according to any one of claims 1 to 7 are integrated. 光によって被走査面上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器と;
前記偏向器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。
An optical scanning device that scans a surface to be scanned with light,
A light source comprising the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 7 ;
A deflector for deflecting light from the light source;
A scanning optical system for condensing the light deflected by the deflector onto the surface to be scanned.
光によって被走査面上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器と;
前記偏向器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。
An optical scanning device that scans a surface to be scanned with light,
A light source comprising the surface emitting laser array according to claim 8 ;
A deflector for deflecting light from the light source;
A scanning optical system for condensing the light deflected by the deflector onto the surface to be scanned.
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つの請求項又は10に記載の光走査装置と;を備える画像形成装置。
At least one image carrier;
An image forming apparatus comprising: at least one optical scanning device according to claim 9 or 10 that scans light including image information on the at least one image carrier.
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。 The image forming apparatus according to claim 11 , wherein the image information is multicolor image information. 入力される電気信号に応じた光信号を生成する光伝送モジュールであって、
請求項に記載の面発光レーザアレイと;
前記面発光レーザアレイを、前記入力される電気信号に応じて駆動する駆動装置と;を備える光伝送モジュール。
An optical transmission module that generates an optical signal according to an input electrical signal,
A surface emitting laser array according to claim 8 ;
An optical transmission module comprising: a driving device that drives the surface-emitting laser array in accordance with the input electric signal.
請求項13に記載の光伝送モジュールと;
前記光伝送モジュールで生成された光信号を伝達する光伝達媒体と;
前記光伝達媒体を介した光信号を電気信号に変換する変換器と;を備える光伝送システム。
An optical transmission module according to claim 13 ;
An optical transmission medium for transmitting an optical signal generated by the optical transmission module;
A converter for converting an optical signal through the optical transmission medium into an electric signal;
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