JP2008227469A - 赤色面発光レーザ素子、画像形成装置、及び画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子3000であって、第1の反射鏡302、p型半導体多層膜を含み構成される第2の反射鏡308、前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間に介在する活性層305、及び前記活性層と前記第2の反射鏡との間に介在し、且つ厚さが100nm以上350nm以下であるp型半導体スペーサ層307を有することを特徴とする。
【選択図】 図3
Description
面発光レーザ素子(特に垂直共振器型の面発光レーザを、VCSELという。)は、半導体基板の表面に垂直な方向に光を取り出すことができると共に、二次元アレイ化が比較的実現し易いと言われている。
赤色領域の波長をもつ光を発生させる為には、通常、AlGaInPという半導体材料が用いられている。この材料は、成長基板を構成する材料のGaAsに格子整合するとともに、AlとGaの組成比を変えることでバンドギャップの大きさを制御することができる。
赤色面発光レーザは、AlGaInP活性層を含み構成される共振器領域を、異なる半導体材料であるAlGaAsを用いた多層膜反射鏡で挟むことによって形成される。基板としては、前記活性層と多層膜反射鏡とがそれぞれ格子整合するGaAs基板が用いられている。
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第1の反射鏡、
p型半導体多層膜を含み構成される第2の反射鏡、
前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間に介在する活性層、及び
前記活性層と前記第2の反射鏡との間に介在し、且つ積層方向の厚さが100nm以上350nm以下であるp型半導体スペーサ層、
を有することを特徴とする。
第1の反射鏡、
p型AlGaAs半導体多層膜を含み構成される第2の反射鏡、
前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間に介在する活性層、及び
前記活性層と前記第2の反射鏡との間に介在し、且つ積層方向の厚さが100nm以上350nm以下であるp型AlInP半導体スペーサ層またはp型AlGaInP半導体スペーサ層、
を有することを特徴とする。
第1の反射鏡と、
p型半導体多層膜を含み構成される第2の反射鏡と、
前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間に介在する活性層と、
前記活性層と前記第2の反射鏡との間に介在するp型半導体スペーサ層とを備え、
前記p型半導体多層膜のX点における伝導帯バンド端は、前記p型半導体スペーサ層よりも低く、且つ前記p型半導体スペーサ層の積層方向の厚さは、100nm以上350nm以下であることを特徴とする。
まず、本発明を成すに至ったその経緯について説明する。
(1)p型ドーピングが施されているため、各層のフェルミ準位は、ほとんど価電子帯のバンド端に位置していること、
(2)p型半導体スペーサ層として使用されるAlxGa1−xIn0.5P(0.25≦x≦0.55、特に0.35≦x≦0.5の領域)や、DBR領域を構成するAlyGa1−yAs(0.4≦y≦1)は、直接遷移型の半導体ではなく間接遷移型の半導体であり、その伝導帯におけるバンド端はΓ点ではなくX点であること、
この両方を同時に考慮して電子のポテンシャルを検討すべきである。なお、Γ点とは、直接遷移型半導体において、伝導帯におけるバンド端の底があるとされている領域である。
本実施形態に係る、積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子について、図3を用いて説明する。
前述したp型半導体スペーサ層厚を確保するためには、一般的に用いられている1波長共振器より長い共振器長、例えば、1.5波長共振器長以上を採用することが好ましい。
なお、図3においては、基板301(例えばGaAs基板)が描かれているが、必要に応じて省略することもできる。例えば、GaAs等の基板上に積層膜を成長後に、当該基板を除去したり、あるいは別なSi基板やSOI基板やガラスなどの透明基板、Ge基板やプラスチック基板に移設することも可能である。放熱の観点からは、発光素子をSi基板やSOI基板へ移設するのがよい。移設に際しては、成長基板を除去する為に、研磨や研削を利用したり、エッチング犠牲層を成長基板上に形成後、前述の素子構成層を成長させる技術を利用できる。
第2の本実施形態に係る、積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子は、以下の特徴を有する。前述の実施形態1と同様に図3を用いて説明する。
また、第3の実施形態に係る、積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子は、以下の特徴を有する。上述の実施形態と同様に図3を用いて説明する。
上記第1から第3の実施形態において説明した赤色面発光レーザ素子は、例えば画像形成装置や画像表示装置に適用することができる。
以下に、本発明の第1の実施例について説明する。
n型GaAs基板301、
n型Al0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5As多層膜反射鏡302、
n型Al0.35Ga0.15In0.5Pスペーサ層303、
アンドープAl0.25Ga0.25In0.5Pバリア層304、
Ga0.56In0.44P/Al0.25Ga0.25In0.5P量子井戸活性層305、
アンドープAl0.25Ga0.25In0.5Pバリア層306、p型Al0.5In0.5Pスペーサ層307、
p型Al0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5As多層膜反射鏡308、
p型GaAsコンタクト層309で構成される。
以下に、本発明の第2の実施例について説明する。
n型GaAs基板301、
n型AlAs/Al0.5Ga0.5As多層膜反射鏡701、
n型Al0.35Ga0.15In0.5Pスペーサ層303、
アンドープAl0.25Ga0.25In0.5Pバリア層304、
第一Ga0.56In0.44P/Al0.25Ga0.25In0.5P量子井戸活性層702、
Al0.25Ga0.25In0.5P中間バリア層703、
第二Ga0.56In0.44P/Al0.25Ga0.25In0.5P量子井戸活性層704、
アンドープAl0.25Ga0.25In0.5Pバリア層306、
p型Al0.35Ga0.15In0.5Pスペーサ層705、
p型Al0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5As多層膜反射鏡308、
p型GaAsコンタクト層309
で構成される。ここでは680nmで発振する赤色面発光レーザを形成する。
第3の実施例において、本発明による赤色面発光レーザアレイを用いた応用例の一形態について説明する。
以下に、本発明の第4の実施例について説明する。
p型スペーサ層としてAl0.5In0.5P層、
n型スペーサ層としてAl0.35Ga0.15In0.5P層、
アンドープバリア層としてp側、n側ともにAl0.25Ga0.25In0.5P層を用いている。
302 第1の反射鏡
305 活性層
307 p型半導体スペーサ層
308 第2の反射鏡
401 Al0.5Ga0.5As高屈折率層
402 Al0.9Ga0.1As低屈折率層
403 内部電界強度定在波の腹
501 n側電極
502 酸化狭窄層
503 誘電体膜
504 p側電極
701 n型AlAs/Al0.5Ga0.5As多層膜反射鏡
702 第一Ga0.56In0.44P/Al0.25Ga0.25In0.5P量子井戸活性層
703 Al0.25Ga0.25In0.5P中間バリア層
704 第二Ga0.56In0.44P/Al0.25Ga0.25In0.5P量子井戸活性層
705 p型Al0.5In0.5Pスペーサ層
801 AlAs低屈折率層
900 感光体
902 帯電器
904 現像器
906 転写帯電器
908 定着器
910 回転多面鏡
912 モータ
914 赤色面発光レーザアレイ
916 反射鏡
920 コリメータレンズ
922 f−θレンズ
Claims (20)
- 積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子であって、
第1の反射鏡、
p型半導体多層膜を含み構成される第2の反射鏡、
前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間に介在する活性層、及び
前記活性層と前記第2の反射鏡との間に介在し、且つ厚さが100nm以上350nm以下であるp型半導体スペーサ層、
を有することを特徴とする赤色面発光レーザ素子。 - 前記p型半導体スペーサ層の厚さが150nm以上300nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記p型半導体スペーサ層は、Al、In、及びPを含む組成からなる層である請求項1あるいは2に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記p型半導体スペーサ層は、AlxGayIn1−x−yP(0.45≦x+y≦0.55、0.25≦x≦0.55、0≦y≦0.30)を含み構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記p型半導体スペーサ層は、AlxGayIn1−x−yP(0.50≦x+y≦0.52、0.35≦x≦0.52、0≦y≦0.17)を含み構成されていることを特徴とする請求項4に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記第2の反射鏡を構成する前記p型半導体多層膜は、Al及びAsを含む組成からなることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記第2の反射鏡を構成する前記p型半導体多層膜は、互いに屈折率が異なる第1の層と第2の層からなる組を複数回積層することにより構成されており、前記第1及び第2の層の少なくとも一方は、Al、Ga、及びAsを含む組成からなる層であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記第2の反射鏡は、GaAsに格子整合する半導体材料で構成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記活性層が、GaInPからなる層とAlGaInPからなる層とを含み構成される量子井戸活性層である請求項1から8のいずれか1項に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記第1の反射鏡がn型の半導体多層膜からなり、且つ該第1の反射鏡と前記活性層との間に、n型半導体スペーサ層を有することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記p型半導体スペーサ層と前記活性層との間に別のスペーサ層を有することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記活性層と、前記p型半導体スペーサ層と、前記n型半導体スペーサ層とを含み共振器が構成されており、前記活性層が、その共振器長方向の中央に位置していない非対称構造であることを特徴とする請求項10に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記p型半導体スペーサ層の厚さが、前記n型半導体スペーサ層の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項12に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間に介在する前記活性層の数が、複数であることを特徴とする請求項1に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 前記活性層を含み構成される共振器の共振器長が、1.5波長共振器長以上、4波長共振器長以下であることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の赤色面発光レーザ素子。
- 積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子であって、
第1の反射鏡、
p型AlGaAs半導体多層膜を含み構成される第2の反射鏡、
前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間に介在する活性層、及び
前記活性層と前記第2の反射鏡との間に介在し、且つ厚さが100nm以上350nm以下であるp型AlInP半導体スペーサ層またはp型AlGaInP半導体スペーサ層、
を有することを特徴とする赤色面発光レーザ素子。 - 積層膜を含み構成される赤色面発光レーザ素子であって、
第1の反射鏡と、
p型半導体多層膜を含み構成される第2の反射鏡と、
前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間に介在する活性層と、
前記活性層と前記第2の反射鏡との間に介在するp型半導体スペーサ層とを備え、
前記p型半導体多層膜のX点における伝導帯バンド端は、前記p型半導体スペーサ層よりも低く、且つ前記p型半導体スペーサ層の厚さは、100nm以上350nm以下であることを特徴とする赤色面発光レーザ素子。 - 請求項1から17のいずれか1項に記載される前記赤色面発光レーザ素子と、該レーザ素子から出力されるレーザ光を反射して走査するための光偏向器とを有することを特徴とする画像形成装置。
- 前記光偏向器により偏向された光により静電潜像を形成するための感光体と、帯電器と、現像器と、定着器とを含み構成される請求項18に記載の画像形成装置。
- 請求項1から17のいずれか1項に含まれる赤色面発光レーザ素子と、該レーザ素子から出力されるレーザ光を反射して走査するための光偏向器とを有することを特徴とする画像表示装置。
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