高出力VCSEL/HCSEL

 

 

一般的な半導体レーザーはチップと平行に共振器が構成されており、光の出射も同じ方向ですが、VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）はチップと垂直に共振器が構成されており、その方向（チップの面に垂直）に光を出射する半導体レーザです。
一般的な半導体レーザと比較して製造が楽で大量生産に向いているため低価格化が実現できるだけでなく、その低い閾値電流からシステム全体の消費電力を抑えることが可能となります。

 

 

 

燃料電池の製造において最も重要な工程の一つが電極（正極板、負極板）の製造です。
この工程では、混練機に入れた粉末材料と液体を混ぜ合わせたペーストを金属箔表面に塗布し、それを乾燥後にロールプレスで厚みを圧縮します。
この乾燥の工程では熱風乾燥やレーザーが使われます。
レーザー乾燥は熱風乾燥と比較して、高速に乾燥が行えること、均一な触媒層の形成が可能なこと、低い消費電力であること、装置が小型化されることなどのメリットがあります。

 

 

レーザー乾燥とは、レーザー光を熱源として物質の水分や溶剤を蒸発させ、乾燥させる技術です。従来の熱風や赤外線による乾燥とは異なり、レーザー光によって狙った場所に局所的かつ高速に加熱できる点が特徴です。
レーザーは、選択的な乾燥ができ、局所的な高温乾燥を行うことで乾燥にかかる時間を大幅に短縮できるというメリットがあります。また非接触で乾燥することができ、デリケートな材料にも適用することができます。

 

レーザー乾燥には、ファイバーレーザー、半導体レーザー、VCSEL/HCSELが使われます。
ファイバーレーザーや半導体レーザの場合、光ファイバから出射されるビームは丸いビームであるため、広範囲を均一に照射することが求められるレーザー乾燥を行うために、特殊な光学系でビームをライン状、または矩形に成形する必要があります。光ファイバでレーザーを伝送できるというメリットはありますが、光学系が複雑になるのと、VCSELやHCSELと比較して大きく高額な装置になってしまうというデメリットがあります。
VCSELやHCSELはそのコンパクトな構造、低消費電力の観点からこのアプリケーションに最適なレーザーと言えます。

 

応用分野として、インクジェットプリンターの導電性インクの乾燥、プリント基板の表面処理後の乾燥、フレキシブルデバイスフィルム上の薄膜材料（有機・無機）の乾燥、医療・製薬マイクロ流路の乾燥、医薬品コーティング乾燥、半導体レジストの局所乾燥や、MEMSの製造プロセスなどがあります。

 

 

 

 

 

 

その他VCSELのアプリケーション

半導体のアニーリング

半導体のアニールとは熱を加えることで材料内部の欠陥を修復したり、特性を改善する、半導体デバイス製造において重要な工程の一つです。
フォトリソグラフィ後にイオン注入し、ダメージがある場合や不活性の場合はアニール処理が行われます。アニール処理によりドーパントが活性化され、結晶が修復します。

 

バインダー除去

バインダーとは粉末を一時的に固めるための接着剤のようなものです。射出成形や3Dプリンティングにおいて、この有機バインダーを除去しないと、炭化したり気泡ができてしまいます。そこで、粉末成形体からバインダーを除去するプロセスが必要となり、それをバインダー除去といいます。