(57)【要約】【課題】半導体レーザ装置の放熱効率を改善し、半導体レーザ素子の光出力の低下（ドループ）を改善させた半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子と該半導体レーザ素子の基板側に接合されているサブマウントと、該サブマウントの裏側に接合されているヒートシンクとを備えた半導体レーザ装置において、前記半導体レーザ素子上面と該半導体レーザ素子側面と該サブマウント面とヒートシンク面とに金属膜が形成されており、該半導体レーザ素子上面と該ヒートシンク面とが金属膜でつながっていることを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の基板側に接合されているサブマウントと、該サブマウントの裏側に接合されているヒートシンクとを備えた半導体レーザ装置において、
前記半導体レーザ素子上面と該半導体レーザ素子側面と該サブマウント面とヒートシンク面とに金属膜が形成されており、該半導体レーザ素子上面と該ヒートシンク面とが金属膜でつながっていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザ素子は半導体レーザアレイ素子であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記金属膜は、金属微粒子を液体中に分散させたインクを塗布し、熱処理することによって形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記金属膜は、金属微粒子を液体中に分散させたインクをインクジェットのヘッドで吐出させることによって塗布し、熱処理することによって形成されたことを特徴とする請求項１または2記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記サブマウント上には前記半導体レーザ素子の基板と接続された配線が存在し、該配線から絶縁膜上に延在して配線機構部まで電気的に接続する配線が存在することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記絶縁膜が、有機絶縁物を溶媒に溶解した溶液、微粒子状の無機絶縁物を液体に分散させた懸濁液、及び無機絶縁物を溶媒に溶解した溶液のいずれかをインクジェットのヘッドで吐出させることによって塗布し、熱処理することによって形成されたことを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記絶縁膜上に延在して配線機構部まで電気的に接続する該配線は、金属微粒子を液体中に分散させたインクを吐出させることによって塗布し、熱処理することによって形成させたことを特徴とする請求項５または６記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記金属微粒子は金微粒子であることを特徴とする請求項請求項３、４、７のいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記金属微粒子は銀微粒子であることを特徴とする請求項請求項３、４、７のいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
複数のビームを出射する半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出射する複数のビームを感光体上に変調走査する走査光学系と、該複数のビームによって潜像が形成される感光体と、該感光体上の潜像を現像して画像を形成する現像装置と、該現像された画像を用紙上に転写する転写装置と、該用紙上に転写された画像を用紙上に定着する定着装置とを有する画像形成装置において、
前記半導体レーザ装置が請求項１乃至９のいずれか１項記載の半導体レーザ装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものであり、半導体レーザ素子の配線を金属膜にして、その金属膜はインクジェット技術を用いて形成することにより、低コスト化された半導体レーザ装置、または半導体レーザ素子の放熱効果を向上させて熱的影響による出力低下を抑えた半導体レーザ装置、及びその半導体レーザ装置を用いることによって低コスト化された画像形成装置、またはレーザ光の出力低下に起因する画像濃度低下を抑えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子では、電気エネルギーが光エネルギーに変換される際にエネルギー損失が生じて熱エネルギーに転換する。そして、発生した熱エネルギーによって半導体レーザ素子の温度が上昇すると、レーザ特性に好ましくない影響が生じる。そこで通常、半導体レーザ素子内で発生する熱を放熱し、かつ半導体レーザ素子の強度を補強するために、半導体レーザ素子の基板側がサブマウントを介してヒートシンクに半田層で接合されている。
【０００３】
図１、２、３、４、７を用いて従来の半導体レーザ素子の構成を説明する。従来の半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子１と、第１の半田層４を介して半導体レーザの基板側に接合されているサブマウント２と、第２の半田層８を介してサブマウント２の裏面側に接合されているヒートシンク７とを備えている。半導体レーザ素子１の電極とサブマウント２の配線３とが第一の半田層４を介して接合され、サブマウント２の配線３と配線機構部である電極パット６とは、ワイヤ５によってワイヤボンディングされており、半導体レーザ素子１は電極パット６を介して外部の機器に接続するようになっている。
【０００４】
半導体レーザ素子１は、１個の半導体レーザ素子とは限らず、複数の半導体レーザ素子がアレイ状に配列されている場合もある。サブマウント２の材質には、通常、半導体レーザ素子と熱膨張係数が近い銅タングステン（ＣｕＷ）や、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）などが用いられる。
【０００５】
半導体レーザ装置を製作する際には、先ず、サブマウント２の接合面上に形成されている金錫（ＡｕＳｎ）などの半田層上４に半導体レーザ素子１を載せ、金錫の溶融温度２８０℃以上、例えば３００℃以上で加熱して半田層を溶融させる。次いで、半導体レーザ素子１を載せたままでサブマウント２を放冷すると、半田層が固化して、サブマウント２と半導体レーザ素子１とを接合することができる。続いて、ヒートシンクの接合面上に銀錫アンチモン（ＡｇＳｎＳｂ）の薄板を載せ、その上に半導体レーザ素子１を接合したサブマウント２を載せ、銀錫アンチモンの溶融温度である２３３℃以上の温度、例えば２５０℃で加熱し、金錫アンチモンを溶融させる。次いで放冷することにより金錫アンチモンが固化して、ヒートシンク７とサブマウント２とを接合される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２９９７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子１で発生する熱の放熱は半導体レーザ素子１とサブマウント２を接合している一面を介してほぼなされており、熱抵抗の低減に限界があり、半導体レーザ素子で発生する熱に起因する光出力の低下（ドループ）が問題となっていた。
【０００８】
特に、複数の半導体レーザをアレイ状に配列させた半導体レーザアレイ１では、発生する熱量が大きく、ドループや１チャンネルの半導体レーザ素子で発生する熱が他チャンネルの光出力に影響を与える熱的クロストークが問題となっていた。特に、半導体レーザ装置を電子写真方式の画像形成装置の書き込み光源に用いた場合、光出力の低下が画像濃度の低下につながり、画質を劣化させる原因の一つとなっていた。
【０００９】
また、半導体レーザ素子の配線は、半導体レーザ素子の共通電極またはサブマウントの配線と配線機構部である電極パットとをワイヤボンディングすることにより行われており、多数の電極を有する半導体レーザアレイ素子などでは、集積された配線に多数のワイヤボンディングをする必要が生じ、製作が困難でコスト高となっていた。
【００１０】
本発明の目的は、半導体レーザ装置の放熱効率を改善し、半導体レーザ素子の光出力の低下（ドループ）、又は半導体レーザアレイ素子の光出力の低下（ドループ）および熱的クロストークの問題を改善させた半導体レーザ装置、または半導体レーザ装置内の配線形成を低コスト化させた半導体レーザ装置、及びその半導体レーザ装置を電子写真方式の画像形成装置の書き込み光源に用いることによりドループや熱的クロストークに起因する画像濃度の低下で画質を劣化させることのない画像形成装置、及び低コスト化された画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決する為の本発明の第１の手段は、半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の基板側に接合されているサブマウントと、該サブマウントの裏側に接合されているヒートシンクとを備えた半導体レーザ装置において、前記半導体レーザ素子上面と該半導体レーザ素子側面と該サブマウント面とヒートシンク面とに金属膜が形成されており、該半導体レーザ素子上面と該ヒートシンク面とが金属膜でつながっていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の手段は、本発明の第１の手段において、前記半導体レーザ素子は半導体レーザアレイ素子であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第３の手段は、本発明の第１、２の手段において、前記金属膜は、金属微粒子を液体中に分散させたインクを塗布し、熱処理することによって形成されたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第４の手段は、本発明の第１、２、３の手段において、前記金属膜は、金属微粒子を液体中に分散させたインクをインクジェットのヘッドで吐出させることによって塗布し、熱処理することによって形成されたことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第５の手段は、本発明の第１乃至４の手段において、前記サブマウント上には、前記半導体レーザ素子の基板と接続された配線が存在し、該配線から絶縁膜上に延在して配線機構部まで電気的に接続する配線が存在することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第６の手段は、本発明の第５の手段において、前記絶縁膜が、有機絶縁物を溶媒に溶解した溶液、微粒子状の無機絶縁物を液体に分散させた懸濁液、及び無機絶縁物を溶媒に溶解した溶液のいずれかをインクジェットのヘッドで吐出させることによって塗布し、熱処理することによって形成されたことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第７の手段は、本発明の第5の手段において、前記絶縁膜上に延在して配線機構部まで電気的に接続する該配線は、金属微粒子を液体中に分散させたインクを吐出させることによって塗布し、熱処理することによって形成させたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第８の手段は、本発明の第３、４、７の手段において、前記属微粒子は金微粒子であることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第９の手段は、本発明の第３、４、７の手段において、前記属微粒子は銀微粒子であることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第１０の手段は、複数のビームを出射する半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出射する複数のビームを感光体上に変調走査する走査光学系と、該複数のビームによって潜像が形成される感光体と、該感光体上の潜像を現像して画像を形成する現像装置と、該現像された画像を用紙上に転写する転写装置と、該用紙上に転写された画像を用紙上に定着する定着装置とを有する画像形成装置において、前記半導体レーザ装置が第１乃至９のいずれかの手段の半導体レーザ装置であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
半導体レーザ装置の放熱効率を改善し、半導体レーザ素子の光出力の低下（ドループ）、又は半導体レーザアレイ素子の光出力の低下（ドループ）および熱的クロストークの問題を改善させた半導体レーザ装置、又は半導体レーザ装置内の配線を金属膜にして、その金属膜はインクジェット技術を用いて形成することにより低コスト化された半導体レーザ装置、及びその半導体レーザ装置を電子写真方式の画像形成装置の書き込み光源に用いることによりドループや熱的クロストークに起因する画像濃度の低下で画質を劣化させることのない画像形成装置、及び低コスト化された画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に本発明の実施例について説明する。本実施例では、半導体レーザ素子が半導体レーザアレイ１の場合について説明する。
【００２３】
半導体レーザアレイ素子１とサブマウント２とのボンディングを図１、図２、図８を用いて説明する。サブマウント２の材質はシリコンカーバイト（ＳｉＣ）で、半導体レーザアレイ素子１よりも大きく、実装面には半導体レーザアレイ素子１の各素子の電極とダミー素子の電極の総和に等しい１０本の配線が設けられている。この１０本の配線の内、各素子と対面する４本の配線３が、サブマウント２の一端から内側に平行に延在している。そして、各素子、およびダミー素子との対面部分には半田層４が形成されている。半田層４は例えば金錫（ＡｕＳｎ）からなっている。
【００２４】
半導体レーザアレイ素子１はフェイスダウンボンディングにより固定されるようになっている。このフェイスダウンボンディングでは、半導体レーザアレイ素子１の電極を半田層に位置決めして重ね、金錫半田が溶ける温度である２８０℃以上、例えば３００℃で加熱して一時的に溶かし、半導体レーザアレイ素子１をサブマウント２に接合する。
【００２５】
半導体レーザアレイ素子１の各素子の電極が重なる半田層を支持する配線は、チップ固定領域の外側に延在している。
【００２６】
半導体レーザアレイ素子１が接合されているサブマウント２のヒートシンク７への接合について図３、７を用いて説明する。ヒートシンクは熱伝導率の高い銅（Ｃｕ）で形成されている。ヒートシンク７のサブマウント２を接合する面上に銀錫アンチモン（ＡｇＳｎＳｂ）の薄板を載せ、その上にサブマウント２を重ね、銀錫アンチモン（ＡｇＳｎＳｂ）が溶解する２３３℃以上である、例えば２５０℃で加熱して一時的に溶かし、冷却することによってサブマウント２をヒートシンク７上に接合する。ここで、半導体レーザアレイ素子１の材質であるＧａＡｓの熱伝導率は５４（Ｗ／ｍ・ｋ）、熱膨張係数は６．５（×１０−６／℃）、サブマウント２の材質であるＳｉＣの熱伝導率は２７０（Ｗ／ｍ・ｋ）、熱膨張係数は３．７（×１０−６／℃）、ヒートシンク７の材質であるＣｕの熱伝導率は３９０（Ｗ／ｍ・ｋ）、熱膨張係数は１７．７（×１０−６／℃）である。サブマウントは、ヒートシンクと半導体レーザアレイ素子との熱膨張係数の違いによって生じる応力を吸収する役割もはたしている。
【００２７】
従来は図４、７に示したように、サブマウント２の配線３と配線機構部である電極パット６とは、ワイヤボンディングで接続されており、半導体レーザアレイ素子の上面の共通電極とヒートシンクとは、直接ワイヤボンディングで接続されていた。しかし、半導体レーザアレイ素子のチャンネル数が増えてくると配線が密集し、ワイヤボンディングで全ての配線の接続を行うのは難しく、コスト高となっていた。
【００２８】
本発明では図５に示すように、半導体レーザアレイ素子の上面と側面、サブマウント面、ヒートシンク面とに、銀又は金微粒子を分散させたインクをインクジェットのヘッドを用いて塗布する。その後、１５０〜２００℃で熱処理を行うことにより液体を揮発させる。この工程を数回繰り返すことによって、膜厚１０μｍ程度の金属膜３１を形成する。この金属膜３１は、半導体レーザアレイ素子上面とヒートシンク面とをつなぎ、電気的に半導体レーザアレイの共通電極とヒートシンク面とを接続すると共に、半導体レーザアレイ素子上面の熱をヒートシンク部に放熱する役目も果たす。
【００２９】
また図６に示すように、サブマウント上の配線から電極パットまでをつなぐヒートシンク上には、有機絶縁物を溶媒に溶解した溶液、微粒子状の無機絶縁物を液体に分散させた懸濁液、及び無機絶縁物を溶媒に溶解した溶液のいずれかをインクジェット技術を用いて吐出させることによって塗布し、１００℃以上で熱処理を行い、絶縁膜を形成する。次に、銀又は金微粒子を分散させたインクを、インクジェット技術を用いて吐出させることにより塗布し、１５０〜２００℃で熱処理を行い、サブマウント上の配線から電極パットまでを接続する膜厚１μｍ程度の金属配線パターンを形成する。
【００３０】
本発明の半導体レーザ装置を画像記録装置の光源に使用した時の、光学系の概略図を図９に示す。本発明の半導体レーザ装置内の半導体レーザアレイ素子１から出射したマルチビームはレンズ１０でそれぞれ平行光に変換し、回転多面鏡１２で一括して感光ドラム１４上を光走査される。感光ドラム１４上で得られる光スポット列の間隔が光スポットの大きさに比べて大きいので、光スポット列の配列方向は光走査方向に対して斜めに設定し、密接した光走査線が形成されるようにしている。
【００３１】
本発明の画像形成装置について、図１０を用いて説明する。感光ドラム１４上を帯電器１６で帯電させ、露光器１７で画像に応じた光をあてて、感光ドラム１４上の電位を落とす。その部位が感光ドラム１４の回転により現像ローラ１８に達し、トナー層と接すると帯電しているトナーが感光ドラム１４上に付着する。感光ドラム１４上のトナー画像は、一次転写ロール２１が中間転写ベルト２４を押し付ける部位で、中間転写ベルト２４上に転写される。
【００３２】
各現像ユニットの感光ドラム１４上のトナー画像は、中間転写ベルト２４上に転写され、カラーのトナー画像が形成される。そして、中間転写ベルト２４の搬送により、連続紙との接触領域の転写ドラム２６位置で、搬送されてきた連続紙２７上にトナー画像は転写される。トナー画像が転写された連続紙２７は、定着器２８で熱と圧力が加えられ、トナーを溶融定着しカラー画像が形成される。また、本発明はカット紙にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置を用いた電子写真方式の画像形成装置に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例に係わるサブマウント部の斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係わる半導体レーザアレイ素子をボンディングしたサブマウント部の斜視図である。
【図３】本発明の実施例に係わる半導体レーザアレイ素子をボンディングしたサブマウント部をボンディングしたヒートシンク部上面の斜視図である。
【図４】従来の半導体レーザ装置の斜視図である。
【図５】本発明の実施例に係わる半導体レーザアレイ素子をボンディングしたサブマウント部をボンディングしたヒートシンク部上面の斜視図である。
【図６】本発明の実施例に係わる半導体レーザアレイ素子をボンディングしたサブマウント部をボンディングしたヒートシンク部の斜視図である。
【図７】従来の半導体レーザ装置の概略図である。
【図８】本発明の実施例に係わる半導体レーザアレイ素子をボンディングしたサブマウント部をボンディングしたヒートシンク部の概略図である。
【図９】本発明の実施例に係わる画像形成装置の光学系の概略図である。
【図１０】本発明の実施例に係わる画像形成装置の概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…半導体レーザアレイ素子、２…サブマウント、３…配線、４…第１の半田層、５…ワイヤ、６…電極パット、７…ヒートシンク、８…第２の半田層、９…フォトディテクター、１０…レンズ、１１…シリンドリカルレンズ、１２…ポリゴンミラー、１３…ＦΘレンズ、１４…感光ドラム、１５…除電器、１６…帯電器、１７…露光器、１８…現像器、１９…電位センサ、２０…クリーナ、２１…１次転写ローラ、２２…駆動ローラ、２３…付着量センサ、２４…中間転写ベルト、２５…ベルトクリーナー、２６…２次転写ローラ、２７…連続紙、２８…定着器、２９…印刷前用紙入れ、３０…印刷後用紙入れ、３１…金属膜、３２…絶縁膜、３３…金属膜
【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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