(57)【要約】    【課題】  半導体レーザに通電すると接合温度が上昇して、しきい値電流が減少するため光出力が数マイクロ秒の単位で変動し、それに起因して印刷むらが生じる原因になる。  簡単な回路構成で、バイアス電流の小さい駆動条件で半導体レーザの通電による温度変化で発生する光出力の変動を防止することを目的とする。    【解決手段】  半導体レーザと直列に負性抵抗特性を有する回路または素子を設けて定電圧駆動する。  これにより、半導体レーザの光出力の温度上昇による減少が電流電圧特性の立ち上り電圧の低減による駆動電流の増加により完全に保証される。【選択図】  図６
2005217235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発光する発光素子と、
前記発光素子に直列に接続され、前記発光素子に流れる電流量を補償する補償回路とを有し、
前記補償回路は、前記発光素子の発光部における温度変化に伴って生じる前記発光素子
の電流対光出力特性の変動による光出力の変動を、前記発光素子の発光部分における温度変化に伴って生じる前記発光素子の電圧対電流特性の変化を利用して自動的に補償する機能を有することを特徴とする半導体発光素子駆動装置。
【請求項２】
前記補償回路は、その入出力端子間に設けられた第１のトランジスタと、
前記補償回路に印加される電圧が増加すると前記第１のトランジスタの入出力端子間に流れる電流を減少させるように、前記第１のトランジスタの入力電圧または電流を変化させる第２のトランジスタとを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子駆動装置。
【請求項３】
前記補償回路は、入力端子にゲート電極が接続され、出力端子に基板バイアス電極が接続された第１のＭＯＳ型ＦＥＴ素子と、
入力端子にソース電極が接続され、出力端子にドレイン電極が接続され、そのゲート電極には第１のＭＯＳ型ＦＥＴ素子のドレイン電極が接続された第２のＭＯＳ型ＦＥＴ素子と、
一端子が前記第２のゲート電極に接続され、他端子が電源電圧に接続された抵抗素子とからなる負性抵抗回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子駆動装置。
【請求項４】
前記発光素子にその一端子が接続され、他端子が所定の電圧に保持されたＭＯＳ型ＦＥＴ素子を有し、
前記ＭＯＳ型ＦＥＴ素子のゲート電極に画像情報に応じた電圧に対して反転電圧が入力されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子駆動装置。
【請求項５】
前記発光素子の外部端子に負性抵抗素子を直列に接続したことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子駆動装置。
【請求項６】
前記発光素子が半導体基板上に形成され、前記発光素子に直列に接続された負性抵抗素子が前記半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子駆動装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体発光素子駆動装置の複数個およびそれぞれに対応した前記補償回路が基板上に配置されていることを特徴とするアレイ型半導体発光素子駆動装置。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体発光素子駆動装置を用いたレーザプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子駆動装置に係り、特に半導体レーザから射出したレーザ光の曝露により形成する静電ポテンシャルの分布を利用して画像を印刷するレーザプリンタに用いるレーザ露光装置の性能向上及びこのレーザ露光装置を用いたレーザプリンタの高画質化に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタにおいては印刷画像のパタンに従いパルス状のレーザ光を発生させ、これを帯電した光導電膜上に走査することにより静電潜像を形成し、これによりトナーの付着状態を制御して印刷するパタンを形成し、これを被印刷面に転写することにより印刷を行う。光源として用いる半導体レーザをパルス電流で駆動する際、半導体レーザに電流を流すと半導体レーザの接合温度が数から数十マイクロ秒の時定数を持って上昇する。一般的に半導体レーザの光出力電流特性は接合の温度が上昇するとレーザ発振のしきい値電流１が増大する性質がある。図１に接合温度がＴからＴ＋ΔＴに変化した場合の光出力電流特性の概念図（２，３）を示す。通常半導体レーザの駆動には光強度の制御が容易なことから定電流電源が用いられるが、定電流電源を用いてI0の電流を供給した場合、このような光出力電流特性の変化のため半導体レーザの光出力は当初の出力４から昇温時出力５に減少する。このため、一定値のパルス電流を与えた場合の電流および光パルスの波形（６，７）は図２のようになり、電流値が一定であるにも関わらず光強度は経時変化する。
【０００３】
このような現象がいわゆるドループ現象であり、印刷画像のむらを発生する原因となる。
また、関連した現象として同一チップ上に複数の発光素子を有するアレイ型レーザにおいて問題になる熱的クロストークがある。この現象は、前述のドループ現象と同様に接合温度の上昇による光出力の低減が原因となる現象であるが、接合温度の上昇が発光している素子自身の通電ではなく、隣接する素子の通電により引き起こされる点で異なっている。すなわち、発光中の素子の駆動電流８に変化がなくとも隣接する素子の駆動電流９に変動があるとこれによる発熱で発光中の素子の温度が上昇するため発光中の素子の光出力１０が減少して印刷画像の乱れを発生する。
【０００４】
非特許文献１には、駆動電源が半導体レーザを発光させる際に一定電圧のパルスを供給する定電圧駆動であれば接合温度が上昇した際に半導体レーザの電流電圧特性の立ち上がり電圧も減少するため駆動電流が増加し、これが光出力の低下を補償してドループ現象が緩和されることが記載されている。すなわち、図４に示すような接合温度による電圧電流特性（１１，１２）の違いにより、一定電圧を与えられたときに半導体レーザに流れる電流は当初の電流値１３から昇温後の電流値１４まで増加し光出力の減少を補償するというものであった。
【０００５】
半導体レーザの直列抵抗のため、このときの電流増加は十分な値ではなく、この現象による光出力の安定化効果は光出力が図１の点１５に移動する程度の限定的なものであり、非通電時のしきい値電流でのバイアスなどの他のドループ低減方法との併用が必要であった。
【０００６】
特許文献１は双安定回路を実現するために考案された負性抵抗回路を開示したものである。半導体レーザの安定駆動を目的とする本発明とは、その目的が異なる。なお、負性抵抗回路の形成方法として本発明の実施例に用いている回路と同様の構成をとっている。
【０００７】
特許文献２は、発光素子のオンオフを制御するために素子と直列に負性抵抗素子を設けるものである。負性抵抗素子を発光素子と直列に設ける構成であるが、双安定を目的とするため、本願発明で開示する安定点での出力光の変動を補償するような機能はない。
【０００８】
特許文献３は、光通信用半導体レーザの駆動回路において温度変動によるしきい値電流の変化に応じてバイアス電流を変化させ、常にしきい値電流とほぼ等しいバイアス電流を与えるものである。バイアス電流の制御にはＦＥＴのゲート電圧の温度変化を用いるためしきい値電流の温度変化分に等しいバイアス電流の変化を得るように設計可能である。本文献の温度変化はＦＥＴと半導体レーザに共通した環境温度の変化に対応するものであり、半導体レーザ自体の電圧の温度変化を利用する本発明と異なり、局所的で応答速度の速いレーザ出力の接合温度変化による変動に対応することはできない。
【０００９】
非特許文献１にはレーザプリンタ用の半導体レーザを発光時に一定電圧のパルス電圧を発生する定電圧回路で駆動すると、接合温度上昇時に半導体レーザに流れる電流が増加して接合温度上昇による光出力の低下を補い温度変動に夜光出力の変動が軽減することが開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平５−１２９８９９号公報
【００１１】
【特許文献２】特開平７−２９７４４８号公報
【特許文献３】特開平５０６８５０号公報
【非特許文献１】「エレクトロニクスレターズ」1991年、ボリューム28、p.1460
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
簡単な回路構成で、バイアス電流の小さい駆動条件で半導体レーザの通電による温度変化で発生する光出力の変動を防止する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記従来の技術の課題を解決するため本発明においては半導体レーザ駆動回路の所定の部分に印加される電圧を一定に保つ機能を設けるとともに、該回路の所定の部分は半導体レーザとこれに直列に設けた負性抵抗回路または負性抵抗素子を含んでおり前記回路の所定の部分の微分抵抗が、温度変化による半導体レーザの発振しきい値電流の増加と温度変化による半導体レーザの駆動電流の増加が等しくなる値に設定した。微分抵抗の適切な値は下記のように決定する。
【００１４】
最初に半導体レーザの接合温度がΔＴ変化した場合に光出力が変化しないために必要とされる駆動電流の増加分ΔＩを計算すると下式で与えられる。
【００１５】
【数１】
2005217235.tif 000003
【００１６】
ここでＴcは半導体レーザの特性温度であり、Ｔｏは基準とする温度(室温)、Ｉｏは基準温度でのしきい値電流である。一方、温度変化ΔＴによる半導体レーザの電流電圧特性の立ち上がり電圧の変化により得られる電流値の変化は次の式であたえられる。
【００１７】
【数２】
2005217235.tif 000004
【００１８】
式(1)及び式(２)より温度上昇による半導体レーザの光出力の低減を、定電圧動作時の電流電圧特性の変化による駆動電流の増大により完全に補償するためには次式が満たされればよいことがわかる。
【００１９】
【数３】
2005217235.tif 000005
【００２０】
共振器長３００ミクロン、導波路幅５ミクロンのＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ（波長６３０ｎｍ）を例に取ると、式（３）より最適のＲｓを計算するために必要なパラメータは表１のＡｌＧａＩｎＰの欄に示すような値となり、半導体レーザの直列抵抗が２Ωであれば（３）式が満たされることがわかる。しかし、実際の半導体レーザの直列抵抗は１０Ω程度と上記の値にくらべ大きな値となっている。この値は半導体レーザを構成する材料の限界に近い値であるため２Ωまで低減することは不可能と考えられる。
【００２１】
【表１】
2005217235.tif 000006
【００２２】
本発明においてはこのような従来技術の限界を超えるため、半導体レーザと直列に負の微分抵抗を有する回路あるいは素子を設けることを考案した。半導体レーザの直列抵抗から負の部分抵抗分が差し引かれることにより、半導体レーザを含む駆動回路の所定部分の微分抵抗は定電圧駆動により接合温度の変動に対し光出力が安定になるために必要な直列抵抗の値に一致する。これにより、半導体レーザの熱変動を完全に補償することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば半導体レーザの光出力の接合温度の変動による変動を完全に補償することができ、しかも、半導体レーザの光出力をモニターして能動的に駆動回路に帰還させる必要がないため、光露光装置全体としての部品点数の削減とコストの削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
＜実施例１＞
以下、本発明の第１の実施例を図に従い説明する。本発明を適用したレーザプリンタの露光光学系は図５に示すようなもので、半導体レーザ１０１から出射したレーザ光１０２をコリメータレンズ１０３で並行光線とし集光レンズ１０４により回転するポリゴンミラー１０５上に一旦集光する。ポリゴンミラー１０５で反射されたレーザ光１０２は非球面レンズ系１０６により光導電体１０７を塗布したドラム１０８上を一定速度で走査するように集光される。半導体レーザ１０１はレーザ駆動ユニット１０９により駆動されており、レーザ駆動ユニット１０９の出力は外部からの画像情報１１０をレーザのスイッチング情報に変換する信号処理ユニット１１１からの信号により制御されている。
【００２５】
レーザ駆動ユニット１０９の構成を図６に示す。本ユニットは１２Ｖ電源から供給された電力により信号処理ユニット１１１からの信号に従い一定電流を回路に提供する定電流回路と定電流源１１２からの入力信号を所定の電圧に固定するためのツェナダイオード１１３、２個のトランジスタ（１１４，１１５）により構成される負性抵抗回路１１６、及び半導体レーザ１０１により構成される。図中半導体レーザは理想的ダイオード１１７と直列抵抗１１８の２素子として表記されている。
【００２６】
ツェナダイオード１１３の働きにより負性抵抗回路１１６の入力端子の電圧は信号がオンの状態では４．５Ｖに固定されている。負性抵抗回路の第１のトランジスタのソース端子は１２Ｖ電源に制御抵抗１１９を介して接続されている。負性抵抗回路の両端の電位差が増加すると第１のトランジスタ１１４の電流が増加し、制御抵抗１１９の電圧降下により第２のトランジスタ１１５のゲート電圧が減少し第２のトランジスタを流れる電流が減少する。この結果、この負性抵抗回路においては両端の電位差が増加すると通過する電流が減少する負性抵抗が実現される。
【００２７】
本実施例で使用した半導体レーザ１０１は波長６３０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系歪量子井戸レーザで、共振器長３００μｍ、導波路幅５ミクロンの素子でしきい値電流２４ミリアンペア、特性温度８０Ｋ、直列抵抗１０Ωの素子である。一方、負性抵抗回路の微分抵抗値Ｒｎは、制御抵抗の抵抗をＲｃ、第１及び第２のトランジスタの伝達アドミタンスをＹtr1及びＹtr2とすると
【００２８】
【数４】
2005217235.tif 000007
【００２９】
本実施例においてはＲｃ、Ｙtr1、Ｙtr2をそれぞれ１２５Ω、０．０１Ｓ,０．１ＳとしてＲｎを−８Ωとした。
【００３０】
この負性抵抗回路の電流電圧特性を図１６に示す。半導体レーザと負性抵抗回路を直列につないだ回路に流れる電流は図１７のように半導体レーザの電流電圧特性１３と図１６の横軸を〔４．５−負性抵抗回路端子電圧〕とした図を重ねた交点により求められる。これは、半導体レーザの端子電圧がツェナダイオードにより固定された電圧から負性抵抗回路による電圧降下分を差し引いた値に一致することが必要なためである。このため、ツェナダイオード端子からみた回路の微分抵抗は半導体レーザと負性抵抗回路の微分抵抗の差、すなわち２Ωとなり前述の低ドループ化条件が満たされる。
【００３１】
＜実施例２＞
以下、本発明の第２の実施例を図に従い説明する。本発明を適用したレーザプリンタの露光光学系は本発明第１の実施例と同様のものであるが、レーザ駆動ユニットとしてより単純な回路を用いた図７のような構成を用いた。本ユニットは１２Ｖ電源から供給された電力により一定電流を回路に提供する定電流回路と定電流源１１２からの入力信号を所定の電圧に固定するためのツェナダイオード１１３、信号処理ユニット１１１からの信号に従い電流を制御する電界効果型トランジスタ２０１、及び半導体レーザ１０１により構成される。図中半導体レーザは理想的ダイオード１１７と直列抵抗１１８の２素子として表記されている。
【００３２】
ツェナダイオード１１３の働きにより電界効果型トランジスタ２０１の入力端子の電圧は信号がオンの状態では４．５Ｖに固定されている。電界効果型トランジスタ２０１はノーマルオープン型で、ゲート電圧は半導体レーザをオンとするときは４．５Ｖの電圧がオフとするときは１２Ｖの電圧が信号処理ユニットから印加される。電界効果型トランジスタ２０１のドレイン側電圧が減少するとドレインゲート間の電圧が増大するため電界効果型トランジスタ２０１の通電量が減少する。この結果、この電界効果型トランジスタ２０１は端子電圧が増加すると電流が減少する負性抵抗動作を示す。
【００３３】
本実施例で使用した半導体レーザ１０１は波長６３０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系歪量子井戸レーザで、共振器長３００μｍ、導波路幅５ミクロンの素子でしきい値電流２４ミリアンペア、特性温度８０Ｋ、直列抵抗１０Ωの素子である。一方、電界効果型トランジスタ２０１の微分抵抗値Ｒｎは、電界効果型トランジスタ２０１の伝達アドミタンスをＹtrとすると
【００３４】
【数５】
2005217235.tif 000008
【００３５】
本実施例においてＹtrを−０.１２５ＳとしてＲｎを−８Ωとし、半導体レーザを含む負荷の微分抵抗を２Ωとした。
【００３６】
＜実施例３＞
以下、本発明の第３の実施例を図に従い説明する。本発明を適用したレーザプリンタの露光光学系は本発明第１の実施例と同様のものであるが、レーザ駆動ユニットとしてより単純な回路を用いた図８のような構成を用いた。本ユニットは１２Ｖ電源から供給された電力により信号処理ユニット１１１からの信号に従い一定電流を回路に提供する定電流パルス電源３００と定電流パルス電源３００からの入力信号を所定の電圧に固定するためのツェナダイオード１１３、及び半導体レーザ３０１により構成される。図中半導体レーザは理想的ダイオード１１７と直列抵抗１１８及び負性抵抗を有するトンネルダイオード３０２の３素子として表記されている。ツェナダイオード１１３の働きにより半導体レーザ１０１の入力端子の電圧は信号がオンの状態では４．５Ｖに固定されている。
【００３７】
本実施例の半導体レーザ３０１は、図９に示す断面図からなる。すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板３０３上に(Ａｌ0.7Ｇａ0.3)0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層３０４（Ｓｅドープ、ｐ＝７ｘ１０17ｃｍ-3、１．８μｍ）、多重量子井戸活性層３０５、(Ａｌ0.7Ｇａ0.3)0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｐ型クラッド層３０６（Ｚｎドープ、n＝１ｘ１０18ｃｍ-3、１．８μｍ）、ｐ型ＧａＡｓ層３０７（Ｚｎドープ、n＝１ｘ１０20ｃｍ-3、２００ｎｍ）、ｎ型ＧａＡｓ層３０８（Ｓｉドープ、n＝１ｘ１０20ｃｍ-3、２００ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓ層３０９（Ｚｎドープ、n＝３ｘ１０19ｃｍ-3、２０ｎｍ）が順次形成されている。多重量子井戸活性層は３層のＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐウエル層３１０(厚さ７ｎｍ)とこれを挟む４層の(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層３１１(厚さ４ｎｍ)よりなっている。ｐ型ＧａＡｓ層３０９から(Ａｌ0.7Ｇａ0.3)0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｐ型クラッド層３０６までの層は幅４μmのストライプ状領域３１２をのぞき、厚さ０．３μm程度まで化学的に除去されるとともに、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層３１３が形成されている。さらに、電極との接触抵抗の低減のためｐ−ＧａＡｓコンタクト層３１４を設けた上で金電極３１５を形成している。ｐ型ＧａＡｓ層３０７、ｎ型ＧａＡｓ層３０８、ｐ型ＧａＡｓ層３０９の３層はトンネルダイオード３０２を形成しておりこの電流電圧特性は図１０のようになっている。トンネルダイオードの動作は以下のように説明できる。ｐ型ＧａＡｓ層３０７とｎ型ＧａＡｓ層３０８の間の接合は両層とも不純物を１ｘ１０20cm-3と高濃度ドープしているため大きなトンネル電流が流れこの部分での電圧降下はほとんどない。ｎ型ＧａＡｓ層３０８とｐ型ＧａＡｓ層３０９の間の接合はｐ型ＧａＡｓ層３０９の不純物濃度が３ｘ１０19cm-3と少なめに設定されているため完全なトンネルダイオードとはならず、低電圧領域ではトンネル電流が流れるが、電圧を上げるとトンネル電流が減少するため一旦電流が減少し、さらに電圧を上げると通常のダイオード電流が流れるエサキダイオードとなっている。図１０に示すようにトンネルダイオードの電流電圧特性には微分抵抗が約ー８Ωの負性抵抗領域３１６が現れており、この領域の負性抵抗特性のために素子全体の微分抵抗を２Ωに設定することが可能であった。本素子を定電圧駆動することにより光出力の温度変動を低減することが可能であった。
【００３８】
＜実施例４＞
以下、本発明の第４の実施例を図に従い説明する。本発明を適用したレーザプリンタの露光光学系は本発明第１の実施例と同様のものであるが、本実施例においては複数の発光素子を単一のチップ上に集積したアレイ型半導体レーザを用いた高速レーザプリンタの例を示す。４本のアレイ素子を個別に駆動するため、本ユニットは図１１に示すような４個の独立した駆動回路を有している。１２Ｖ電源から供給された電力により信号処理ユニット１１１からの信号に従い一定電流を回路に提供する定電流パルス電源３００と定電流パルス電源３００からの入力信号を所定の電圧に固定するためのツェナダイオード１１３、及び半導体レーザ３０１により構成される。図中アレイ型半導体レーザ４０１は理想的ダイオード１１７と直列抵抗１１８及び負性抵抗を有するトンネルダイオード３０２の３素子として表記されている。ツェナダイオード１１３の働きにより半導体レーザ１０１の入力端子の電圧は信号がオンの状態では４．５Ｖに固定されている。
【００３９】
本実施例の半導体レーザ４０１は図１２に示すようなＡｌＧａＡｓ系の波長７８０ｎｍの素子で、ｎ型ＧａＡｓ基板３０３上に(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)Ａｓからなるｎ型クラッド層４０２（Ｓｅドープ、ｐ＝７ｘ１０17ｃｍ-3、１．８μｍ）、多重量子井戸活性層４０３、(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)Ａｓからなるｐ型クラッド層４０４（Ｚｎドープ、n＝１ｘ１０18ｃｍ-3、１．８μｍ）、ｐ型ＧａＡｓ層３０７（Ｚｎドープ、n＝１ｘ１０20ｃｍ-3、２００ｎｍ）、ｎ型ＧａＡｓ層３０８（Ｓｉドープ、n＝１ｘ１０20ｃｍ-3、２００ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓ層３０９（Ｚｎドープ、n＝３ｘ１０19ｃｍ-3、２０ｎｍ）が順次形成されている。多重量子井戸活性層は３層のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓウエル層４０５(厚さ７ｎｍ)とこれを挟む４層のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓバリア層４０６(厚さ４ｎｍ)よりなっている。ｐ型ＧａＡｓ層３０９から(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)Ａｓｐ型クラッド層４０３までの層は幅４μmのストライプ状領域３１２をのぞき、厚さ０．３μm程度まで化学的に除去されている。このような構造の表面を保護するため、酸化シリコン膜４０７を堆積し、リッジ上部の酸化シリコン膜４０７を除去して金を主成分とする電極４０８を設け半導体レーザ構造としている。本実施例においてはこのようなストライプ状の領域が１０ミクロン間隔で４素子設けられている。ｐ型ＧａＡｓ層３０７、ｎ型ＧａＡｓ層３０８、ｐ型ＧａＡｓ層３０９の３層はトンネルダイオード３０２を形成しておりこの電流電圧特性は図１０のようになっている。トンネルダイオードの動作は以下のように説明できる。ｐ型ＧａＡｓ層３０７とｎ型ＧａＡｓ層３０８の間の接合は両層とも不純物を１ｘ１０20cm-3と高濃度ドープしているため大きなトンネル電流が流れこの部分での電圧降下はほとんどない。ｎ型ＧａＡｓ層３０８とｐ型ＧａＡｓ層３０９の間の接合はｐ型ＧａＡｓ層３０９の不純物濃度が３ｘ１０19cm-3と少なめに設定されているため完全なトンネルダイオードとはならず、低電圧領域ではトンネル電流が流れるが、電圧を上げるとトンネル電流が減少するため一旦電流が減少し、さらに電圧を上げると通常のダイオード電流が流れるエサキダイオードとなっている。図１３に示すようにトンネルダイオードの電流電圧特性には微分抵抗が約ー７Ωの負性抵抗領域３１６が現れており、この領域の負性抵抗特性のために素子全体の微分抵抗は３Ωに設定することが可能であった。表１にしめした７８０ｎｍ半導体レーザの特性より、直列抵抗が３Ωであれば半導体レーザの光出力の温度変動はほぼ完全に補償される。
【００４０】
＜実施例５＞
以下、本発明の第５の実施例を図に従い説明する。本発明を適用したレーザプリンタの露光光学系は本発明第１の実施例と同様のものであるが、本実施例においては複数の発光素子を単一のチップ上に集積したアレイ型半導体レーザを用いた。４本のアレイ素子を個別に駆動するため、本ユニットは図１１に示すような４個の独立した駆動回路を有している。１２Ｖ電源から供給された電力により信号処理ユニット１１１からの信号に従い一定電流を回路に提供する定電流源１１２と定電流源１１２からの入力信号を所定の電圧に固定するためのツェナダイオード１１３、及び半導体レーザ３０１により構成される。図中半導体レーザは理想的ダイオード１１７と直列抵抗１１８及び負性抵抗を有するトンネルダイオード３０２の３素子として表記されている。ツェナダイオード１１３の働きにより半導体レーザ１０１の入力端子の電圧は信号がオンの状態では６Ｖに固定されている。
本実施例の半導体レーザ５０１は図１４に示すようなＡｌＧａＮ系の波長４０５ｎｍの素子で、ｎ型ＧａＮ基板５０２上に(Ａｌ0.2Ｇａ0.8)Ｎからなるｎ型クラッド層５０３（Ｓｉドープ、ｐ＝７ｘ１０17ｃｍ-3、１．８μｍ）、多重量子井戸活性層５０４、(Ａｌ0.2Ｇａ0.8)Ｎからなるｐ型クラッド層５０５（Ｍｇドープ、n＝１ｘ１０18ｃｍ-3、１．８μｍ）、ｐ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０６（Ｍｇドープ、n＝１ｘ１０20ｃｍ-3、２００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０７（Ｓｉドープ、n＝１ｘ１０20ｃｍ-3、２００ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０８（Ｍｇドープ、n＝３ｘ１０19ｃｍ-3、２０ｎｍ）が順次形成されている。多重量子井戸活性層は３層のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎウエル層５０９(厚さ７ｎｍ)とこれを挟む４層のＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎバリア層５１０(厚さ４ｎｍ)よりなっている。ｐ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０８から(Ａｌ0.2Ｇａ0.8)Ｎｐ型クラッド層５０５までの層は幅２．５μmのストライプ状領域３１２をのぞき、厚さ０．３μm程度まで反応性イオンエッチングに除去されている。本実施例においてはこのようなストライプ状の領域が１０ミクロン間隔で４素子設けられている。ｐ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０６、ｎ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０７、ｐ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０８の３層はトンネルダイオード３０２を形成しておりこの電流電圧特性は図１５のようになっている。トンネルダイオードの動作は以下のように説明できる。ｐ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０６とｎ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０７の間の接合は両層とも不純物を１ｘ１０20cm-3と高濃度ドープしているため大きなトンネル電流が流れこの部分での電圧降下はほとんどない。ｎ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０７とｐ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０８の間の接合はｐ型ＧａＮ0.99Ａｓ0.01層５０８の不純物濃度が３ｘ１０19cm-3と少なめに設定されているため完全なトンネルダイオードとはならず、定電圧領域ではトンネル電流が流れるが、電圧を上げるとトンネル電流が減少するため一旦電流が流れにくくなり、さらに電圧を上げると通常のダイオード電流が流れるいわゆるエサキダイオードとなっている。図１３に示すようにトンネルダイオードの電流電圧特性には微分抵抗が約−９Ωの負性抵抗領域３１６が現れており、この領域の負性抵抗特性のために素子全体の微分抵抗は１Ωに設定することが可能であった。表１にしめした４０５ｎｍ半導体レーザの特性より、直列抵抗が１Ωであれば半導体レーザの光出力の温度変動はほぼ完全に補償される。
【００４１】
本発明は比較的簡単な回路構成で半導体レーザのプリンタ応用でしばしば問題となるドループ特性を大幅に抑制することができるため産業上の利用可能性は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】半導体レーザの光出力電流特性の概念図。
【図２】半導体レーザのドループ特性の概念図。
【図３】半導体レーザの熱的クロストークの概念図。
【図４】半導体レーザの電流電圧特性の概念図。
【図５】レーザプリンタの構成図。
【図６】本発明第１の実施例のレーザ駆動ユニット。
【図７】本発明第２の実施例のレーザ駆動ユニット。
【図８】本発明第３の実施例のレーザ駆動ユニット。
【図９】本発明第３の実施例の半導体レーザの構造を示す図。
【図１０】本発明第３の実施例の半導体レーザのトンネルダイオード部分の電流電圧特性。
【図１１】本発明第４の実施例のレーザ駆動ユニット。
【図１２】本発明第４の実施例の半導体レーザの構造を示す図。
【図１３】本発明第４の実施例の半導体レーザのトンネルダイオード部分の電流電圧特性。
【図１４】本発明第５の実施例の半導体レーザの構造を示す図。
【図１５】本発明第５の実施例の半導体レーザのトンネルダイオード部分の電流電圧特性。
【図１６】本願発明に係る負性抵抗回路の入出力特性を示す図。
【図１７】発光素子の入出力特性と負性抵抗回路に（４．５ｖ−負性抵抗回路端子電圧）を印加した場合の出力特性を重畳した図。
【符号の説明】
【００４３】
１…しきい値電流、２…光出力電流特性（温度Ｔ）、３…光出力電流特性（温度Ｔ＋ΔＴ）、４…当初の出力、５…昇温時出力、６…電流パルスの波形、７…光パルスの波形、８…発光中の素子の駆動電流、９…隣接する素子の駆動電流、10…発光中の素子の光出力、11…電流電圧特性（温度Ｔ）、12…電流電圧特性（温度Ｔ＋ΔＴ）、13…当初の駆動電流、14…昇温後の駆動電流、15…定電圧駆動時の光出力、101…半導体レーザ、102…レーザ光、103…コリメータレンズ、104…集光レンズ、105…回転するポリゴンミラー、106…非球面レンズ系、107…光導電体、108…ドラム、109…レーザ駆動ユニット、110…画像情報、111…信号処理ユニット、 112…定電流源、 113…ツェナダイオード、 114…第１のトランジスタ、115…第２のトランジスタ、116…負性抵抗回路、117…理想的ダイオード、118…直列抵抗、201…電界効果型トランジスタ、301…半導体レーザ、302…トンネルダイオード、303…ｎ型ＧａＡｓ基板、304…(Ａｌ0.7Ｇａ0.3)0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層、305…多重量子井戸活性層、306…(Ａｌ0.7Ｇａ0.3)0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｐ型クラッド層、307…ｐ型ＧａＡｓ層、308…ｎ型ＧａＡｓ層、309…ｐ型ＧａＡｓ層、310…Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐウエル層、311…(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層、312…ストライプ状領域、313…ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層、314…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、315…金電極、316…負性抵抗領域、400…定電流源、401…半導体レーザ、402…(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)Ａｓからなるｎ型クラッド層、403…多重量子井戸活性層、404…(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)Ａｓからなるｐ型クラッド層、405…Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓウエル層、406…Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓバリア層、407…酸化シリコン膜、408…金電極、409…アレイ型半導体レーザ、501…半導体レーザ、502…ｎ型ＧａＮ基板、503…(Ａｌ0.2Ｇａ0.8)Ｎｎ型クラッド層、504…多重量子井戸活性層、505…ｐ型クラッド層、506…ｐ型ＧａＮ層、507…ｎ型ＧａＮ層、508…ｐ型ＧａＮ層、509…Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎウエル層、510…Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎバリア層、511…ｐ型ＧａＮ層、512…(Ａｌ0.2Ｇａ0.8)Ｎｐ型クラッド層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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