JPH03112183A - Light beam/scanning device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は光ビーム・スキャン装置に関する。[Detailed description of the invention] Background of the invention The present invention relates to a light beam scanning device.
従来光ビームをスキャンさせるための装置としては、レ
ーザ争ビーム・プリンタにおいて代表されるようなポリ
ゴンミラーを用いたものが主流である。しかしながらポ
リゴンミラーを用いたビーム・スキャン方式では可動部
を有するため応答速度が遅い9位置再現性が低いという
問題点があった。Conventional devices for scanning light beams are mainly those using polygon mirrors as typified by laser beam printers. However, the beam scanning method using a polygon mirror has the problem of slow response speed and low nine-position repeatability because it has a movable part.
発明の概要
この発明は機械的可動部をもたない光ビーム・スキャン
装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a light beam scanning device having no mechanically moving parts.
この発明による光ビーム・スキャン装置は、電流注入領
域と電流非注入領域を有し、かつ活性層が量子井戸構造
であり1発光中心波長が駆動電流依存性または駆動時間
依存性をもつ半導体発光素子、上記半導体発光素子の駆
動電流のレベルまたは駆動時間を制御可能な駆動回路、
および上記半導体発光素子の発光ビームをその発光波長
に応じて偏向させるグレーティングを備えていることを
特徴とする。The optical beam scanning device according to the present invention is a semiconductor light emitting device which has a current injection region and a current non-injection region, an active layer has a quantum well structure, and one emission center wavelength is dependent on driving current or driving time. , a drive circuit capable of controlling the drive current level or drive time of the semiconductor light emitting device;
and a grating that deflects the emission beam of the semiconductor light emitting element according to the emission wavelength thereof.
この発明は上記半導体発光素子が、駆動電流のレベルま
たは駆動電流のパルス幅を変えることによりレーザ発振
臨界点付近で発光中心波長が大きく変化する現象を利用
し、グレーティングと組合せることにより光ビームのス
キャニングを達成している。これにより機械的可動部が
全く不要となり、電気的な制御のみで光ビームのスキャ
ニングを実現できるようになる。This invention utilizes the phenomenon in which the emission center wavelength of the semiconductor light emitting device changes significantly near the critical point of laser oscillation by changing the drive current level or drive current pulse width, and by combining this with a grating, the light beam can be adjusted. Achieved scanning. This eliminates the need for any mechanically movable parts, making it possible to scan the light beam using only electrical control.
実施例の説明
第1図はこの発明で用いられる。電流注入領域と電流非
注入領域とを有し、かつ活性層が量子井戸構造であるリ
ッジ導波路型半導体端面発光素子の構成を示すものであ
る。DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS FIG. 1 is used in this invention. This figure shows the structure of a ridge waveguide type semiconductor edge emitting device that has a current injection region and a current non-injection region, and whose active layer has a quantum well structure.
この図において、 n−GaAs基板lO上に、 n−
AJ GaAsクラッド層11. ORIORlN−8
CH−(Graded Index−9eparate
Confinement Heterostruet
ure−MultiQuantum Well)活性層
12. P−AjGaAsクラッド層13およびp ”
−GaAsキャップ層14が順次積層されている。p−
AI GaAsクラッド層13およびp −GaAs
キャップ層14は、中央部に細長いリッジ部を形成する
ように、その両側がp−Aj GaAsクラッド層18
の深さの中間付近までエツチングされ、このエツチング
により除去された部分に電気的絶縁性をもつ耐熱性ポリ
イミド樹脂による埋込層15が設けられている。この半
導体発光素子の下面にはその全面にAuGeN1合金/
Auによる二重構造のn側電極19が、上面にはその一
部にのみCr/Auによる二重構造のp側電極18がそ
れぞれ設けられている。p側電極18は光出射端面側に
設けられ、このp側電極18が設けられた部分が電流注
入領域であり、p側電極18が設けられていない部分が
非励起吸収領域(m流罪注入領域)である。活性層12
付近のへ1組成と各層の膜厚の一例が第2図に示されて
いる。In this figure, on an n-GaAs substrate IO, an n-
AJ GaAs cladding layer 11. ORIORlN-8
CH-(Graded Index-9eparate
Confinement Heterostrut
ure-MultiQuantum Well) Active layer 12. P-AjGaAs cladding layer 13 and p''
-GaAs cap layers 14 are sequentially stacked. p-
AI GaAs cladding layer 13 and p-GaAs
The cap layer 14 has p-Aj GaAs cladding layers 18 on both sides so as to form an elongated ridge in the center.
A buried layer 15 made of heat-resistant polyimide resin having electrical insulation properties is provided in the portion removed by this etching. The lower surface of this semiconductor light emitting device has an AuGeN1 alloy/
An n-side electrode 19 with a double structure made of Au is provided on the upper surface, and a p-side electrode 18 with a double structure made of Cr/Au is provided only on a part of the upper surface. The p-side electrode 18 is provided on the light emitting end surface side, the part where the p-side electrode 18 is provided is a current injection region, and the part where the p-side electrode 18 is not provided is a non-excitation absorption region (m-injection region). ). active layer 12
An example of the nearby He1 composition and the film thickness of each layer is shown in FIG.
側電極18.19間に駆動(励起)電流を流すと。When a driving (excitation) current is passed between the side electrodes 18 and 19.
リッジ両側には樹脂埋込層15があるために電流はりッ
ジ部、それも電流注入領域のりッジ部に集中して流れ、
後述する特性をもった発光(非レーザ発光およびレーザ
発光)が生じる。Since there are resin buried layers 15 on both sides of the ridge, the current flows concentratedly in the ridge part, which is also the ridge part of the current injection region.
Light emission (non-laser light emission and laser light emission) having the characteristics described below is generated.
活性層は量子井戸構造であればよく、単一量子井戸でも
よい。埋込層材料としてはポリイミド樹脂以外に高抵抗
半導体材料(たとえばアモルファスSi)を用いてもよ
い。また、p型とn型とを反転させてもよい。さらにA
j GaAs系以外の半導体材料を用いることもできる
。The active layer may have a quantum well structure, and may be a single quantum well. As the buried layer material, a high-resistance semiconductor material (for example, amorphous Si) may be used in addition to polyimide resin. Furthermore, p-type and n-type may be reversed. Further A
j Semiconductor materials other than GaAs can also be used.
このようなりッジ導波路型半導体端面発光素子は次のよ
うな特性をもつことが分った。It has been found that such a ridge waveguide type semiconductor edge emitting device has the following characteristics.
(1)駆動電流7発先出力特性が駆動電流パルス幅依存
性をもつこと。(1) The drive current 7 starting output characteristics have drive current pulse width dependence.
第3図(A)〜(C)は、上記の半導体発光素子を方形
波電流で駆動したときの駆動電流7発先出力特性を示し
ている。2,3,5,1口、 2Q#seeは方形波駆
動電流のパルス幅(パラメータ)を示し。FIGS. 3A to 3C show the output characteristics of seven driving currents when the semiconductor light emitting device described above is driven with a square wave current. 2, 3, 5, 1 mouth, 2Q#see indicates the pulse width (parameter) of the square wave drive current.
CWは連続駆動を表わしている。第3図(A)は非励起
吸収領域の長さL ahが600ja+の場合、同図(
B)はり、麺が4001 trrの場合、同図(C)は
Ibが200μ厘の場合で、電流注入領域の長さり。は
いずれも 200jmである。CW represents continuous drive. Figure 3 (A) shows the case where the length L ah of the non-excited absorption region is 600 ja+.
B) When the beam and noodles are 4001 trr, the same figure (C) shows the length of the current injection region when Ib is 200μ rin. Both are 200jm.
これらのグラフから、駆動電流パルス幅を長くするとレ
ーザ発振しきい値電流および発振しきい光出力が下がり
、この傾向は非励起吸収領域の長さL ahが長いほど
顕著である。すなわち、同じ値の駆動電流を流した場合
に、駆動電流のパルス幅が長いほど大きな光出力が得ら
れる。These graphs show that as the drive current pulse width increases, the laser oscillation threshold current and the oscillation threshold optical output decrease, and this tendency becomes more pronounced as the length L ah of the non-excited absorption region increases. That is, when a drive current of the same value is applied, the longer the pulse width of the drive current, the greater the optical output can be obtained.
(2)発光中心波長が大きな駆動時間依存性および駆動
電流依存性をもつこと。(2) The emission center wavelength has large drive time dependence and drive current dependence.
第4図(A)〜(C)は駆動電流パルスと発光出力パル
スの時間波形を示すものである。L、−2001m、
L 、、m 600gm、駆動電流1=125II^
のときのもので、第4図(A)は駆動電流のパルス幅が
21secのもの、同図(B)は31sec、同図(C
)は5μs’e cのものである。パルス幅が31se
c以上では。FIGS. 4(A) to 4(C) show the time waveforms of the drive current pulse and the light emission output pulse. L, -2001m,
L,,m 600gm, drive current 1=125II^
Figure 4 (A) shows the pulse width of the driving current is 21 seconds, Figure 4 (B) shows the pulse width of 31 seconds, Figure 4 (C
) is of 5 μs'e c. Pulse width is 31se
Above c.
一定値の駆動電流に対して、光出力パルスは最初は減少
し、途中から立上るという時間応答を示す。そして、パ
ルス幅が長ければ光出力パルスの立上りは大きくなる。For a constant value of drive current, the optical output pulse exhibits a time response in which it decreases at first and then rises in the middle. The longer the pulse width, the greater the rise of the optical output pulse.
第5図(A)〜(D)も駆動電流パルスと発光出力パル
スの時間波形を示すものであり、ここではL o =
200jo+、 L 、、m 6QOgmで、駆動電流
のパルス幅を2 jscc一定とした。第5図(A)は
駆動電流1−1oolA、同図(B)はI m 120
aA 、同図(C)は1−130IIA r同図(D)
はI −140aAの場合である。この図から、光出力
の立上りは駆動電流を増大させると左側にシフトし、か
つ急峻になることが分る。FIGS. 5(A) to 5(D) also show the time waveforms of the drive current pulse and the light emission output pulse, where Lo =
200jo+, L,, m 6QOgm, and the pulse width of the drive current was kept constant at 2jscc. Fig. 5(A) shows the driving current of 1-1ooolA, and Fig. 5(B) shows the driving current of I m 120.
aA, same figure (C) is 1-130IIA r same figure (D)
is the case of I-140aA. From this figure, it can be seen that as the drive current increases, the rise of the optical output shifts to the left and becomes steeper.
第6図は光出力パルスの波形をモデル化して示すもので
あり、光出力の初期の時点をA点、光出力が減少した時
点をB点、光出力がその後立上った時点をC点とする。Figure 6 shows a model of the waveform of the optical output pulse, where point A is the initial point of optical output, point B is the point when the optical output decreases, and point C is the point when the optical output rises. shall be.
第7図は上記A点、B点およびC点の発光スペクトルを
示すものである。A点およびB点では波長λカホぼ75
0■の付近でピークを示すのに対して、C点では発光中
心波長が20nm程度長波長側にシフトして、 770
t++g付近でピークを示している。FIG. 7 shows the emission spectra of the points A, B, and C. At points A and B, the wavelength λ is 75
While it shows a peak near 0■, at point C, the emission center wavelength shifts to the long wavelength side by about 20 nm, resulting in 770
A peak is shown near t++g.
A点およびB点では非レーザ発光であり、C点でレーザ
発振する。このように、一定値の駆動電流でもその駆動
継続時間(パルス幅)によって発光中心波長が大きくシ
フト(ジャンプ)していることが分る。There is no laser emission at points A and B, and laser oscillation occurs at point C. In this way, it can be seen that even with a constant drive current, the emission center wavelength shifts (jumps) significantly depending on the drive duration (pulse width).
第8図は第3図に示した駆動電流/光出力特性を示し、
この特性曲線上にり、E、FおよびG点をとっである。Figure 8 shows the drive current/light output characteristics shown in Figure 3,
Points E, F and G are taken on this characteristic curve.
第9図はこれらのり、E、FおよびG点における発光ス
ペクトルを示すもので。Figure 9 shows the emission spectra at these points E, F, and G.
D、EおよびF点では波長約750nm付近にピークを
もつが、レーザ発振しているG点では発光中心波長は同
じように770rv付近にシフトしている。Points D, E, and F have a peak around a wavelength of about 750 nm, but at point G, where laser oscillation is occurring, the emission center wavelength is similarly shifted to around 770 rv.
このように上記の半導体発光素子は発光中心波長が駆動
時間および駆動電流に応じて大きくシフトする特徴をも
つ。As described above, the semiconductor light emitting device described above has the characteristic that the emission center wavelength shifts significantly depending on the drive time and drive current.
この発明による光ビーム・スキャン装置は、第1図に示
す半導体発光素子が駆動時間(駆動電流パルス幅)を変
化させるか、または駆動電流値を変化させることにより
、レーザ発振の前後で発光中心波長が大きく (20n
m程度)シフトする現象を利用して、ビーム・スポット
を位置的にスイッチするものであり、その構成例が第1
O図に示されている。In the light beam scanning device according to the present invention, the semiconductor light emitting element shown in FIG. is large (20n
The beam spot is switched positionally by utilizing the phenomenon of shifting (about 100 m), and an example of its configuration is shown in the first
This is shown in Figure O.
上述した半導体発光素子20の発光出力はレンズ21で
コリメートされてグレーティング(回折格子)22に入
射する。グレーティング22は入射光をその波長に応じ
て偏向させるもので(反射タイプと透過タイプがある)
ある。半導体発光素子20の駆動回路23は駆動電流の
パルス幅または駆動電流値を変えることができるもので
ある。The light emission output of the semiconductor light emitting device 20 described above is collimated by a lens 21 and enters a grating (diffraction grating) 22 . The grating 22 deflects the incident light according to its wavelength (there are reflection types and transmission types).
be. The drive circuit 23 of the semiconductor light emitting device 20 is capable of changing the pulse width of the drive current or the drive current value.
駆動回路23から半導体発光素子20に与えられる駆動
電流のパルス幅が第6図に示すA点からB点程度のもの
の場合には、半導体発光素子20の発光中心波長は75
0na+付近であり、グレーティング22により生じる
光ビーム・スポットはPARで示す位置となる。駆動電
流のパルス幅を長くして、第6図に示すA点からC点ま
でのものとすると1発光素子20はレーザ発振し、その
中心波長は770n11程度となるから、ビーム・スポ
ットはPACで示す位置に移る。このように駆動電流の
パルス幅を変化させることにより、光ビームをスキャン
(光ビーム・スポットの位置をジャンプまたはシフト)
させることができる。When the pulse width of the drive current applied from the drive circuit 23 to the semiconductor light emitting device 20 is approximately from point A to point B shown in FIG. 6, the emission center wavelength of the semiconductor light emitting device 20 is 75
0na+, and the light beam spot generated by the grating 22 is at the position indicated by PAR. If the pulse width of the drive current is made longer from point A to point C shown in Figure 6, one light emitting element 20 will oscillate as a laser, and the center wavelength will be about 770n11, so the beam spot will be PAC. Move to the position shown. Scanning the light beam (jumping or shifting the position of the light beam spot) by changing the pulse width of the drive current in this way
can be done.
第8図および第9図を参照して説明したように、パルス
幅を一定とし、駆動電流値を変えることによっても発光
中心波長を変化させることができるので、同じように光
ビームのスキャニングを実現できる。As explained with reference to Figures 8 and 9, the emission center wavelength can be changed by keeping the pulse width constant and changing the drive current value, so scanning of the light beam can be achieved in the same way. can.
第1図は活性層が量子井戸構造であり、ii流非注入領
域をもつリッジ導波路型半導体端面発光素子の構成を示
す斜視図、第2図はその活性層付近のA1組成を示すグ
ラフ、第3図(A)〜(C)は同半導体端面発光素子の
駆動電流/光出力特性を示すグラフ、第4図(^)〜(
C)および第5図(A)〜(D)は同素子の駆動電流パ
ルスと発光出力パルスを示す波形図、第6図は同素子の
光出力パルスをモデル化して示すものであり、第7図は
第6図に示すA−C点における発光スペクトルを示すグ
ラフ、第8図は同素子の駆動電流/光出力特性を示すグ
ラフ、第9図は第8図に示すD−G点における発光スペ
クトルを示すグラフである。
第1O図はこの発明の実施例を示し、光ビーム・スキャ
ン装置の構成を示す図である。
20・・・半導体発光素子。
22・・・グレーティング。
23・・・駆動回路。
以 上FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a ridge waveguide type semiconductor edge-emitting device in which the active layer has a quantum well structure and a II flow non-injection region, and FIG. 2 is a graph showing the A1 composition near the active layer. Figures 3 (A) to (C) are graphs showing the drive current/light output characteristics of the same semiconductor edge emitting device, and Figures 4 (^) to (
C) and FIGS. 5(A) to (D) are waveform diagrams showing the drive current pulse and light emission output pulse of the same element, FIG. 6 is a modeled representation of the optical output pulse of the same element, and FIG. The figure is a graph showing the emission spectrum at point A-C shown in Fig. 6, Fig. 8 is a graph showing the driving current/light output characteristics of the same element, and Fig. 9 is the emission spectrum at point D-G shown in Fig. 8. It is a graph showing a spectrum. FIG. 1O shows an embodiment of the present invention and is a diagram showing the configuration of a light beam scanning device. 20...Semiconductor light emitting device. 22... Grating. 23... Drive circuit. that's all
Claims (1)
子井戸構造であり、発光中心波長が駆動電流依存性また
は駆動時間依存性をもつ半導体発光素子、 上記半導体発光素子の駆動電流のレベルまたは駆動時間
を制御可能な駆動回路、および 上記半導体発光素子の発光ビームをその発光波長に応じ
て偏向させるグレーティング、 を備えた光ビーム・スキャン装置。[Scope of Claims] A semiconductor light emitting device having a current injection region and a current non-injection region, an active layer having a quantum well structure, and a light emission center wavelength dependent on driving current or driving time; A light beam scanning device comprising: a drive circuit capable of controlling the drive current level or drive time of the element; and a grating that deflects the emission beam of the semiconductor light emitting element according to its emission wavelength.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1249300A JPH03112183A (en) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | Light beam/scanning device |
US07/554,726 US5111034A (en) | 1989-09-27 | 1990-07-19 | Apparatus utilizing light emitting semiconductor device |
US07/813,003 US5157675A (en) | 1989-09-27 | 1991-12-24 | Apparatus utilizing light emitting semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1249300A JPH03112183A (en) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | Light beam/scanning device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03112183A true JPH03112183A (en) | 1991-05-13 |
Family
ID=17190929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1249300A Pending JPH03112183A (en) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | Light beam/scanning device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03112183A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015129490A1 (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | 国立大学法人京都大学 | Laser device |
-
1989
- 1989-09-27 JP JP1249300A patent/JPH03112183A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015129490A1 (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | 国立大学法人京都大学 | Laser device |
US10186837B2 (en) | 2014-02-28 | 2019-01-22 | Kyoto University | Laser device |
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