本发明专利技术涉及红色表面发射激光器元件、图像形成装置和图像显示设备。红色表面发射激光器元件包括：第一反射器；包括ｐ型半导体多层膜的第二反射器；在第一反射器和第二反射器之间的活性层；在活性层和第二反射器之间的Ｐ型半导体间隔层，该ｐ型半导体间隔层具有大于等于１００ｎｍ且小于等于３５０ｎｍ的厚度；以及在所述ｐ型半导体间隔层和所述活性层之间的另一个间隔层，所述另一个间隔层是杂质浓度比所述ｐ型半导体间隔层低的半导体层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及红色表面发射激光器元件、以及含有该红色表面发射 激光器元件的图像形成装置和图像显示设备。
技术介绍
A.红色表面发射激光器元件的有用性表面发射激光器元件(尤其是，垂直腔型的表面发射激光器被称 为垂直腔表面发射激光器(VCSEL))可以沿与半导体基底的表面方向 垂直的方向输出光，且可以相对容易地形成为二维阵列。当该元件被形成为二维阵列时，利用从中发射的多个激光束实现 并行处理。因此，将该二维阵列技术应用于各种工业使用有望实现更 高的密度和更高的速度。例如，可以将表面发射激光器阵列用作电子照相打印机的曝光光 源，从而可以通过使用多个束的打印步骤的并行处理来提高打印速 率。当前实际使用的表面发射激光器是输出红外范围(波长X = 0.75jim ~ ljim )内的激光束的元件。如果将振荡波长进一步缩短，则 射束直径可以被进一步缩小并可以获得具有更高分辨率的图像。红色表面发射激光器元件输出具有比红外范围内的波长短的波 长(大约0.6pm~大约0.73fim)的光。此外，在该波长，可用于电子照相打印机的感光鼓的非晶硅的敏感度非常高。因此，现在期望将红色表面发射激光器实际应用在由非晶硅构成 的感光鼓中，以实现更高速度、更高分辨率的图像打印。通过缩短波长来提高分辨率和多束并行处理相结合所带来的效 果是相当大的。这种结合有望在不同领域有所贡献，包括电子照相打 印机和诸如激光显示器的图像显示设备等领域。B. 红色表面发射激光器的基本结构为了产生具有红色区域内波长的光，典型地使用半导体材料 AlGalnP。该材料的晶格与构成沉积基底的材料GaAs的晶格相匹配， 且能隙能量可以通过改变铝和镓的成分比例来控制。为了产生激光振荡，必须将阈值电流或更高的电流注入激光器元 件。电流注入允许例如电子或空穴的载流子^L注入活性层，且栽流子 因经受辐射复合被最终转换为光。C. 相关技术的具体例子通过在由一种不同的半导体材料AlGaAs构成的多层反射器之 间插入包括AlGalnP活性层的共振器区来形成红色表面发射激光器。 晶格与活性层和多层反射器的晶格相匹配的GaAs基底被用作基底。Sandia国家实验室的Crawford领导的小组在1995年公开了 1 波长共振器结构的元件结构(见M. H. Crawford等人，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol. 7, No. 7 (1995)， 724， 下文中称为Crawford文献)。这种1波长共振器结构在输出红外发射的表面发射激光器中具 有最广泛使用的腔长度。在红色表面发射激光器中，该l波长腔长度 在层厚度方面(在波长是680nm的情况下)大约是200nm。尤其是，具有厚度为40nm~50nm的多量子阱结构的活性层被 设置在1波长腔长度的中央区域中。分别用作间隔层并具有80nm或 更小厚度的P型AlGalnP层和n型AlGalnP层被设置在活性层的两 侧。在一些情况下，无掺杂间隔层被设置在活性层和掺杂p型(或n6型)间隔层之间。在这样的情况下，p型(或n型)AlGalnP间隔层的厚度大约是50nm。在Crawford文献中，p型或n型AlGalnP层的厚度大约是50nm。 Crawford文献还教导从具有15|Lim小氧化物孔径的元件中，在675nm模式的最大光输出功率是2.8mW (20°C)。
技术实现思路
在将红色表面发射激光器元件作为电子照相光源使用时，需要高 温下的高性能特征。然而，Crawford文献公开了根据其元件结构，如果环境温度从 20。C上升到40°C，则最大光输出功率显著下降。尤其是，在675nm 模式下，最大光输出功率下降到大约1.0mW (降至40%以下的输出 下降)。本专利技术人发现当增加注入电流的量来增强输出操作时，元件内 的温度随着增加的电流注入而升高到20。C或更高，尽管环境温度是 20。C。在这种情况下，光输出功率不增加，而可能随着电流注入量的 增加而降低。因此，最大光输出功率受到限制。据认为，因为对发射没有贡献的漏电流随着温度升高显著增加， 所以发生光输出功率的这种降低。需要一种可以减少漏电流量的新型红色表面发射激光器元件以 及包含这种红色表面发射激光器元件的图像形成装置或图像显示设 备。本专利技术的第一方面提供了一种红色表面发射激光器元件，其包 括第一反射器、包括p型半导体多层膜的第二反射器、在第一反射 器和第二反射器之间的活性层、在活性层和第二反射器之间的p型半 导体间隔层，其中p型半导体间隔层具有大于等于100nm且小于等 于350nm的厚度，以及在所述p型半导体间隔层和所述活性层之间 的另 一个间隔层，所述另 一个间隔层是杂质浓度比所述p型半导体间 隔层低的半导体层。本专利技术的第二方面提供一种红色表面发射激光器元件，其包括第一反射器、包括p型AlGaAs半导体多层膜的第二反射器、在第一反 射器和第二反射器之间的活性层、以及在活性层和第二反射器之间的具有大于等于100nm且小于等于350nm的厚度的p型AlInP半导体 间隔层或p型AlGalnP半导体间隔层。本专利技术的第三方面提供一种红色表面发射激光器元件，其包括第 一反射器、包括p型半导体多层膜的第二反射器、在第一反射器和第 二反射器之间的活性层、以及在活性层和第二反射器之间的p型半导 体间隔层。在该红色表面发射激光器元件中，在X点的p型半导体多 层膜的传导带边沿比在X点的p型半导体间隔层的传导带边沿低，且 p型半导体间隔层的厚度是大于等于100nm且小于等于350nm。还提供了图像形成装置和图像显示设备。每个都包括上述红色表 面发射激光器元件中的任何一个以及用于偏转从该激光器元件输出 的激光束以进行扫描的偏转器。提供了 一种减少漏电流的新颖的红色表面发射激光器元件以及 包括该红色表面发射激光器元件的图像形成装置和图像显示设备。根据下面参考附图对典型实施例的说明，本专利技术的其它特征将变 得明显。附图说明图l是示出红色表面发射激光器的活性层、p型半导体间隔层和 p型半导体多层膜区域的带边沿的带阶(lineups)的能带图。图2A示出标准化的漏电流和p型半导体间隔层的厚度之间的关 系，图2B示出共振器内的光学损耗和p型半导体间隔层的厚度之间 的关系。图3是示出根据第一实施例的红色表面发射激光器的层结构的 示意性横截面图。图4是示出例子1的共振器结构的示意性横截面图。 图5是例子1的激光器元件的示意性横截面图。8图6是从Schneider文献引用的能带图。图7是示出例子2的红色表面发射激光器的层结构的示意性横截面图。图8是示出例子2的共振器结构的示意性横截面图。图9A和图9B是图像形成装置的示意图。图10是示出例子4的共振器结构的示意性横截面图。图ll是图像显示设备的示意图。图12是示出例子5的元件的温度特性的曲线图。具体实施例方式如上所述，具有Crawford文献中所述结构的红色表面发射激光 器元件在高温下性能特征显著劣化。本专利技术人假设其原因是热引起的漏电流量的快速增加以及这种 漏电流量的快速增加导致的发光效率的剧烈下降。图6是在与Crawford文献相似的有关红色VCSEL的R. P. Schneider等人，IEEE PHOTONICS TECH本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种红色表面发射激光器元件，包括： 第一反射器； 包括ｐ型半导体多层膜的第二反射器； 在所述第一反射器和所述第二反射器之间的活性层； 在所述活性层和所述第二反射器之间的Ｐ型半导体间隔层，所述ｐ型半导体间隔层具有大于等 于１００ｎｍ且小于等于３５０ｎｍ的厚度；和 在所述ｐ型半导体间隔层和所述活性层之间的另一个间隔层，所述另一个间隔层是杂质浓度比所述ｐ型半导体间隔层低的半导体层。
【技术特征摘要】
JP 2007-2-14 2007-033788;JP 2008-2-4 2008-0244851.一种红色表面发射激光器元件，包括第一反射器；包括p型半导体多层膜的第二反射器；在所述第一反射器和所述第二反射器之间的活性层；在所述活性层和所述第二反射器之间的P型半导体间隔层，所述p型半导体间隔层具有大于等于100nm且小于等于350nm的厚度；和在所述p型半导体间隔层和所述活性层之间的另一个间隔层，所述另一个间隔层是杂质浓度比所述p型半导体间隔层低的半导体层。2. 根据权利要求1所述的红色表面发射激光器元件，其特征在 于，所述另一个间隔层是非掺杂半导体层。3. 根据权利要求1所述的红色表面发射激光器元件，其特征在 于，所述p型半导体间隔层的厚度大于等于150nm且小于等于 300讀。4. 根据权利要求1所述的红色表面发射激光器元件，其特征在 于，所述p型半导体间隔层含有铝、铟和辯。5. 根据权利要求1所述的红色表面发射激光器元件，其特征在 于，所述p型半导体间隔层含有AlxGaylnLx.yP，其中0.45^x+y￡0.55， 0.25￡x，55， JL0Sy￡0.30。6. 根据权利要求1所述的红色表面发射激光器元件，其特征在 于，所述p型半导体间隔层含有AlxGayliu+yP，其中0.505x+y50.52， 0.35^x￡0.52，且0;^y50.17。7. 根据权利要求1所述的红色表面发射激光器元件，其特征在 于，所述p型半导体多层膜含有铝和砷。8. 根据权利要求1所述的红色表面发射激光器元件，其特征在 于，所述p型半导体多层膜包括多个堆叠的层对，每个层对包括具有不同折射率的第一层...
【专利技术属性】
技术研发人员：竹内哲也，内田护，宫本智之，小山二三夫，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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