特許 7434849 面発光レーザ、面発光レーザ装置、光源装置及び検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-21

(54)【発明の名称】面発光レーザ、面発光レーザ装置、光源装置及び検出装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/187 20060101AFI20240214BHJP

【ＦＩ】

H01S5/187

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019217393

(22)【出願日】2019-11-29

(65)【公開番号】P2021086999

(43)【公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-09-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】泉谷 一磨

(72)【発明者】

【氏名】軸谷 直人

(72)【発明者】

【氏名】原坂 和宏

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 亮一郎

【審査官】八木 智規

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－３５１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－３８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３５４０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５３２７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－３８１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４６４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６５１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１５０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第６７２０５８５（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に形成された面発光レーザであって、
活性層と、
前記活性層を挟んで設けられた第１の反射鏡及び第２の反射鏡と、
を有し、
前記基板側から順に、前記第２の反射鏡、前記活性層、前記第１の反射鏡が配置され、
前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡は、
第１の屈折率を有する複数の低屈折率層と、
前記第１の屈折率よりも高い屈折率を有する複数の高屈折率層と、
をそれぞれ含み、
前記低屈折率層と前記高屈折率層とが交互に積層されており、
前記第１の反射鏡に含まれる複数の前記高屈折率層は、前記活性層側から順に、第１の層と、第２の層と、第３の層と、を含み、
前記第２の層は、前記第１の層及び前記第３の層よりもバンドギャップが小さく、かつ、前記第１の層及び前記第３の層よりも面内方向に熱を拡散させやすい、面発光レーザ。

【請求項2】

活性層と、
前記活性層を挟んで設けられた第１の反射鏡及び第２の反射鏡と、
を有し、
前記第１の反射鏡はｐ型であり、前記第２の反射鏡はｎ型であり、
前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡は、
第１の屈折率を有する複数の低屈折率層と、
前記第１の屈折率よりも高い屈折率を有する複数の高屈折率層と、
をそれぞれ含み、
前記低屈折率層と前記高屈折率層とが交互に積層されており、
前記第１の反射鏡に含まれる複数の前記高屈折率層は、前記活性層側から順に、第１の層と、第２の層と、第３の層と、を含み、
前記第２の層は、前記第１の層及び前記第３の層よりもバンドギャップが小さく、かつ、前記第１の層及び前記第３の層よりも面内方向に熱を拡散させやすい、面発光レーザ。

【請求項3】

前記第２の層の熱伝導率は、前記第１の層の熱伝導率よりも高い、請求項１又は２に記載の面発光レーザ。

【請求項4】

前記第２の層は、前記第１の層よりも厚い、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面発光レーザ。

【請求項5】

前記第２の層は、ＧａＡｓ層である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面発光レーザ。

【請求項6】

前記活性層から発せられる光の波長をλ、ｎを自然数としたとき、前記第２の層の光学的厚さは、（２ｎ＋１）λ／４である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の面発光レーザ。

【請求項7】

前記第２の層と前記活性層との間に、少なくとも１組の前記低屈折率層及び前記第１の層が設けられている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の面発光レーザ。

【請求項8】

前記第２の反射鏡側から光を出射する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の面発光レーザ。

【請求項9】

前記第２の反射鏡に含まれる複数の前記高屈折率層は、前記活性層側から順に、第４の層と、第５の層と、第６の層と、を含み、
前記第５の層は、前記第４の層及び前記第６の層よりもバンドギャップが小さく、かつ、前記第４の層及び前記第６の層よりも面内方向に熱を拡散させやすい、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の面発光レーザ。

【請求項10】

前記活性層、前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡はメサ構造体を構成し、
前記メサ構造体の側面を覆う金属膜を有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の面発光レーザ。

【請求項11】

前記第２の層はｐ型半導体層である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ。

【請求項12】

前記第１の反射鏡は被選択酸化層を含み、
前記第２の層は前記被選択酸化層よりも前記活性層から離れている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ。

【請求項13】

実装基板と、
前記実装基板に実装された、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の面発光レーザと、
を有する、面発光レーザ装置。

【請求項14】

請求項１３に記載の面発光レーザ装置と、
前記面発光レーザ装置を駆動する駆動装置と、
を備え、
前記面発光レーザから外部へ光を出射する、光源装置。

【請求項15】

請求項１４に記載の光源装置と、
前記面発光レーザから外部へ出射され、対象物で反射された光を検出可能な受光素子と、
を備える、検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、面発光レーザ、面発光レーザ装置、光源装置及び検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

垂直共振器型の面発光レーザ（vertical cavity surface emitting laser：ＶＣＳＥＬ）は、基板に対して垂直な方向にレーザ光を発振する半導体レーザである。面発光レーザは、基板に対して平行な方向に光を照射する端面発光型の半導体レーザと比較して、低閾値電流発振、単一縦モード発振、２次元アレイ化が可能であるなどの優れた特性を有している。

【0003】

熱が及ぼす悪影響を軽減又は解消することを目的として、発光層と反射鏡との間にＡｌＡｓ層を設けた面発光レーザが開示されている（特許文献１）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の面発光レーザでは、十分な発光強度が得られないことがある。

【0005】

本発明は、優れた放熱性を得ながら、発光強度を向上することができる面発光レーザ、面発光レーザ装置、光源装置及び検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

開示の技術の一態様によれば、面発光レーザは、基板上に形成された面発光レーザであって、活性層と、前記活性層を挟んで設けられた第１の反射鏡及び第２の反射鏡と、を有し、前記基板側から順に、前記第２の反射鏡、前記活性層、前記第１の反射鏡が配置され、前記第１の反射鏡及び第２の反射鏡は、第１の屈折率を有する複数の低屈折率層と、前記第１の屈折率よりも高い屈折率を有する複数の高屈折率層と、をそれぞれ含み、前記低屈折率層と前記高屈折率層とが交互に積層されており、前記第１の反射鏡に含まれる複数の前記高屈折率層は、前記活性層側から順に、第１の層と、第２の層と、第３の層と、を含み、前記第２の層は、前記第１の層及び前記第３の層よりもバンドギャップが小さく、かつ、前記第１の層及び前記第３の層よりも面内方向に熱を拡散させやすい。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、優れた放熱性を得ながら、発光強度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る面発光レーザのレイアウトを示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る面発光レーザの内部構造を示す断面図である。

【図3】第１の実施形態における面発光レーザ素子を示す断面図である。

【図4】第１の実施形態に係る面発光レーザの使用例を示す模式図である。

【図5】ＡｌＧａＡｓにおけるＡｌ組成と熱伝導率との関係を示す図である。

【図6】第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その１）である。

【図7】第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その２）である。

【図8】第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その３）である。

【図9】第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その４）である。

【図10】第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その５）である。

【図11】第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その６）である。

【図12】第２の実施形態における面発光レーザ素子を示す断面図である。

【図13】第３の実施形態に係る面発光レーザの内部構造を示す断面図である。

【図14】第３の実施形態における面発光レーザ素子のメサ構造体を示す断面図である。

【図15】第４の実施形態に係る面発光レーザのレイアウトを示す図である。

【図16】第４の実施形態に係る面発光レーザの内部構造を示す断面図である。

【図17】第４の実施形態における面発光レーザ素子を示す断面図である。

【図18】検出装置の一例としての測距装置の概要を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。以下の説明では、レーザ発振方向（レーザ光の出射方向）をＺ軸方向とし、右手系でＺ軸方向に垂直な面内における互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とする。また、プラスのＺ軸方向を下方とする。本説明において、平面視とは、Ｚ軸方向、すなわち基板に垂直な方向から視ることをいう。但し、面発光レーザ等は天地逆の状態で用いることができ、任意の角度で配置することもできる。

【0010】

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、裏面出射型の面発光レーザ素子を備えた面発光レーザに関する。

【0011】

［面発光レーザの基本構造］
図１は、第１の実施形態に係る面発光レーザのレイアウトを示す図である。図２は、第１の実施形態に係る面発光レーザの内部構造を示す断面図である。図２は、図１中のII-II線に沿った断面図に相当する。図３は、第１の実施形態における面発光レーザ素子を示す断面図である。図３には、図２中の一部を拡大して示してある。

【0012】

図１に示すように、第１の実施形態では、面発光レーザ１００は、例えば４個の面発光レーザ素子１５１を有する。４個の面発光レーザ素子１５１はＸ軸方向及びＹ軸方向に２個ずつ配列し、レーザ素子アレイ１５３を構成する。図２及び図３に示すように、面発光レーザ素子１５１は基板１０１の裏面１０１Ａ側にレーザ光ＬＡを出射する。レーザ素子アレイ１５３の周囲に、それぞれが面発光レーザ素子１５１に対応するように４個のパッド部１５６が設けられている。

【0013】

１個のパッド部１５６は１個の面発光レーザ素子１５１に電気的に接続されている。従って、通電する面発光レーザ素子１５１を切り換えることで、発光する面発光レーザ素子１５１を変更することができる。すなわち、レーザ素子アレイ１５３は、４チャネルの個別駆動型のアレイである。

【0014】

面発光レーザ１００は発振波長が９４０ｎｍ帯の面発光レーザである。面発光レーザ１００は、図２に示すように、基板１０１と、下部反射鏡１０２と、下部スペーサ層１０３と、活性層１０４と、上部スペーサ層１０５と、上部反射鏡１０６と、コンタクト層１０７と、絶縁膜１１１と、ｐ側電極１１２と、ｎ側電極１１３と、反射防止膜１１５とを有する。

【0015】

基板１０１は、一例として、表面の鏡面研磨面（主面）の法線方向が、結晶方位［１００］方向に対して、結晶方位［１１１］Ａ方向に向かって１５度（θ＝１５度）傾斜したｎ－ＧａＡｓ単結晶半導体基板である。すなわち、基板１０１は、いわゆる傾斜基板である。なお、基板は上記のものに限定されない。

【0016】

下部反射鏡１０２は、基板１０１の－Ｚ側（上側）にバッファ層（図示せず）を介して積層され、ｎ－Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層１０２Ｌとｎ－Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓからなる高屈折率層１０２Ｈとのペアを２６ペア程度有している。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた厚さが２０ｎｍの組成傾斜層（図示せず）が設けられている。各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするλ／４の光学的厚さとなるように設定されている。なお、光学的厚さがλ／４のとき、その層の実際の厚さＤは、Ｄ＝λ／４ｎ（但し、ｎはその層の媒質の屈折率）である。

【0017】

下部スペーサ層１０３は、下部反射鏡１０２の－Ｚ側（上側）に積層され、ノンドープのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓからなる層である。下部スペーサ層１０３の材料はノンドープのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓに限定されず、例えばノンドープのＡｌＧａＩｎＰでもよい。

【0018】

活性層１０４は、下部スペーサ層１０３の－Ｚ側（上側）に積層され、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを有する多重量子井戸構造の活性層である。例えば、量子井戸層はＩｎＧａＡｓからなり、各障壁層はＡｌＧａＡｓからなる。

【0019】

上部スペーサ層１０５は、活性層１０４の－Ｚ側（上側）に積層され、ノンドープのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓからなる層である。上部スペーサ層１０５の材料は、下部スペーサ層１０３と同様にノンドープのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓに限定されず、例えばノンドープのＡｌＧａＩｎＰでもよい。

【0020】

下部スペーサ層１０３と活性層１０４と上部スペーサ層１０５とからなる部分は、共振器構造体ともよばれており、その厚さが１波長分の光学的厚さとなるように設定されている。なお、活性層１０４は高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられている。好ましくは、発振波長である９４０ｎｍにおいて単一縦モード発振が得られるように、下部スペーサ層１０３、活性層１０４及び上部スペーサ層１０５の各層の厚さが設定されている。また、好ましくは、面発光レーザ素子１５１の発振閾値電流が室温で最も小さくなるように、共振波長と活性層１０４の発光波長（組成）との相対関係（ディチューニング）が調整されている。

【0021】

上部反射鏡１０６は、上部スペーサ層１０５の－Ｚ側（上側）に積層され、ｐ－Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層１０６Ｌとｐ－Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓからなる高屈折率層１０６Ｈとのペアを３０ペア程度有している。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた組成傾斜層（図示せず）が設けられている。

【0022】

上部反射鏡１０６における低屈折率層１０６Ｌの１つには、ｐ－ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１０８が厚さ約３０ｎｍで挿入されている。被選択酸化層１０８の挿入位置は、例えば、電界の定在波分布において、活性層１０４から２番目となる節に対応する位置である。被選択酸化層１０８は、非酸化の領域１０８ｂとその周囲の酸化領域１０８ａとを備える。被選択酸化層１０８を除く低屈折率層１０６Ｌは、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、光学長がλ／４になるように設定されている。

【0023】

上部反射鏡１０６における高屈折率層１０６Ｈの１つには、ｐ－ＧａＡｓからなる高熱伝導層１０９が挿入されている。高熱伝導層１０９は、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、光学長が３λ／４になるように設定されている。高熱伝導層１０９は、例えば、被選択酸化層１０８よりも活性層１０４から離間する側に設けられている。高熱伝導層１０９を除く高屈折率層１０６Ｈは、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、光学長がλ／４になるように設定されている。

【0024】

コンタクト層１０７は、上部反射鏡１０６の－Ｚ側（上側）に積層され、ｐ－ＧａＡｓからなる層である。

【0025】

反射防止膜１１５は、基板１０１の＋Ｚ側（下側）の面（裏面１０１Ａ）に形成されている。反射防止膜１１５は、発振波長である９４０ｎｍに対する無反射コーティング膜である。

【0026】

面発光レーザ素子１５１において、コンタクト層１０７、上部反射鏡１０６、上部スペーサ層１０５及び活性層１０４の積層体がメサ構造体を有する。メサ構造体の底部は共振器構造体の途中にあってもよく、上部スペーサ層１０５の上面にあってもよい。非酸化の領域１０８ｂは、平面視でメサ構造体の中央に位置する。

【0027】

面発光レーザ素子１５１において、絶縁膜１１１は、コンタクト層１０７、上部反射鏡１０６、上部スペーサ層１０５、活性層１０４及び下部スペーサ層１０３を覆う。絶縁膜１１１は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜である。絶縁膜１１１にコンタクト層１０７の上面の一部を露出する開口部１１１Ａが形成されている。絶縁膜１１１上にｐ側電極１１２が形成されている。ｐ側電極１１２は開口部１１１Ａを通じてコンタクト層１０７の上面に接している。ｐ側電極１１２は、例えば－Ｚ側（上側）に順に積層されたチタン（Ｔｉ）膜と、白金（Ｐｔ）膜と、金（Ａｕ）膜とを有する。フリップチップ実装により、面発光レーザ素子１５１のｐ側電極１１２はドライバＩＣ又はサブマウント等のｐ側電極に接続される。

【0028】

パッド部１５６において、コンタクト層１０７、上部反射鏡１０６、上部スペーサ層１０５及び活性層１０４の積層体がメサ構造体を有する。また、パッド部１５６の周囲において、下部スペーサ層１０３及び下部反射鏡１０２の積層体に溝１２２が形成されている。

【0029】

パッド部１５６において、絶縁膜１１１は、コンタクト層１０７、上部反射鏡１０６、上部スペーサ層１０５、活性層１０４、下部スペーサ層１０３、下部反射鏡１０２及び基板１０１を覆う。絶縁膜１１１に溝１２２の底部で基板１０１の表面１０１Ｂの一部を露出する開口部１１１Ｂが形成されている。絶縁膜１１１上にｎ側電極１１３が形成されている。ｎ側電極１１３は開口部１１１Ｂの内側で基板１０１の表面１０１Ｂに接している。ｎ側電極１１３はパッド部１５６内で上部反射鏡１０６の－Ｚ側（上側）に位置する部分を有する。ｎ側電極１１３は、例えば－Ｚ側（上側）に順に積層された金ゲルマニウム合金（ＡｕＧｅ）膜と、ニッケル（Ｎｉ）膜と、金（Ａｕ）膜とを有する。フリップチップ実装により、ｎ側電極１１３はパッド部１５６内でドライバＩＣ又はサブマウント等のｎ側電極に接続される。

【0030】

ｐ側電極１１２とｎ側電極１１３との間に電位差が付与されることで、活性層１０４に電圧が印加される。面発光レーザ１００がパッケージングされていてもよい。

【0031】

［面発光レーザ１００の実装］
面発光レーザ１００は、例えばサブマウントに実装されて使用される。図４は、面発光レーザ１００の使用例を示す模式図である。サブマウントと、サブマウントに実装された面発光レーザ１００とは面発光レーザ装置に含まれる。

【0032】

この使用例では、図４に示すように、面発光レーザ１００は、フリップチップ実装によりドライバＩＣ３００上に実装されている。面発光レーザ素子１５１のｐ側電極１１２は、導電材３０１を介してドライバＩＣ３００に設けられたｐ側電極に電気的に接続されている。また、面発光レーザ素子１５１のｎ側電極１１３は、パッド部１５６にて導電材３０２を介してドライバＩＣ３００に設けられたｎ側電極に電気的に接続されている。面発光レーザ１００はドライバＩＣ３００により駆動される。例えば、ドライバＩＣ３００の面積は基板１０１の面積よりも大きい。ドライバＩＣ３００は面発光レーザの駆動装置の一例である。

【0033】

面発光レーザ１００が実装される対象はドライバＩＣ３００に限定されない。例えば、面発光レーザ１００がサブマウント上に実装されてもよい。

【0034】

［面発光レーザ１００の作用効果］
次に、面発光レーザ１００の作用効果について説明する。図５は、ＡｌＧａＡｓにおけるＡｌ組成と熱伝導率との関係を示す図である。図５に示すように、高熱伝導層１０９に用いられるＧａＡｓの熱伝導率は、他の高屈折率層１０６Ｈに用いられるＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓの熱伝導率よりも高い。また、高熱伝導層１０９は他の高屈折率層１０６Ｈよりも厚い。従って、高熱伝導層１０９と他の高屈折率層１０６Ｈとを比較すると、高熱伝導層１０９において面内方向（厚さ方向に垂直な方向）に熱が拡散しやすい。第１の実施形態では、活性層１０４にて発生した熱は、まずは主に厚さ方向、つまりＺ軸方向に拡散する。－Ｚ側（上側）に拡散した熱は、高熱伝導層１０９に達すると面内方向にも拡散し、高熱伝導層１０９のほぼ全体から更に－Ｚ側（上側）に拡散する。このようにして、活性層１０４にて発生した熱は広範囲に拡散し、外部に放出される。

【0035】

また、ｐ側電極１１２は、導電材３０１を介してドライバＩＣ３００に設けられたｐ側電極に接続されるため、ｐ側電極１１２に達した熱はドライバＩＣ３００にも伝達される。そして、ドライバＩＣ３００の面積が基板１０１の面積よりも大きいため、ドライバＩＣ３００に達した熱はより広範囲に拡散することができる。

【0036】

このように、第１の実施形態によれば、優れた放熱効果を得ることができる。

【0037】

なお、図５に示すように、ＧａＡｓの熱伝導率よりもＡｌＡｓの熱伝導率が高い。このため、熱伝導率のみに着目すると、低屈折率層１０６ＬにＡｌＡｓを用いることも考えられる。しかしながら、低屈折率層１０６ＬにＡｌＡｓを用いた場合には、後述のように、製造プロセスにおいて、ＡｌＡｓが酸化してしまい、面発光レーザ素子１５１の特性が低下してしまう。また、ＡｌＡｓは腐食されやすいため、信頼性が低下するおそれがある。このため、低屈折率層１０６ＬにＡｌＡｓ等の、高Ａｌ組成で熱伝導率が優れた材料を用いることはできない。

【0038】

ＡｌＧａＡｓにおいて、Ａｌ組成が低いほど、バンドギャップが小さく、波長が９４０ｎｍの光を吸収しやすい。また、活性層１０４に近い領域ほど、電界強度が高い。特に、共振器構造体の光学長がｎλ（ｎは自然数）に等しい場合、共振器構造体の終端は定在波の腹に位置するため、より電界強度が高い。このため、Ａｌ組成が低い高熱伝導層１０９が上部反射鏡１０６よりも活性層１０４側に設けられていると、活性層１０４で発生した光が高熱伝導層１０９に吸収されやすい。これに対し、第１の実施形態では、高熱伝導層１０９が上部反射鏡１０６内に設けられており、活性層１０４から離間しているため、高熱伝導層１０９は光を吸収しにくい。このため、光吸収による損失を抑制し、高強度で光を出射することができる。

【0039】

［面発光レーザ１００の製造方法］
次に、面発光レーザ１００の製造方法について説明する。なお、上記のように、基板１０１上に複数の半導体層が積層されたものを、以下では、便宜上「積層体」ともいう。図６～図１１は、第１の実施形態に係る面発光レーザ１００の製造方法を示す断面図である。

【0040】

まず、図６に示すように、上記積層体を有機金属気相成長（metal organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）法又は分子線エピタキシャル成長（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）法による結晶成長によって形成する。

【0041】

ここでは、ＭＯＣＶＤ法の場合には、ＩＩＩ族の原料には、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族の原料にはフォスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）を用いている。ｐ型ドーパントの原料には四臭化窒素（ＣＢｒ_４）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）を用いている。

【0042】

次いで、図７に示すように、コンタクト層１０７、上部反射鏡１０６、上部スペーサ層１０５及び活性層１０４をエッチングすることにより、面発光レーザ素子１５１に相当する領域及びパッド部１５６に相当する領域において、メサ構造体を形成する。エッチングとしては、例えば、誘導結合プラズマ（inductively coupled plasma：ＩＣＰ）ドライエッチング、電子サイクロトロン共鳴（electron cyclotron resonance：ＥＣＲ）ドライエッチング等を行うことができる。

【0043】

その後、図８に示すように、積層体を水蒸気中で熱処理する。これにより、被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）がメサ構造体の外周部から選択的に酸化され、メサ構造体の中央部にＡｌの酸化領域１０８ａによって囲まれた非酸化の領域１０８ｂが残留する。すなわち、発光部の駆動電流の経路をメサ構造体の中央部だけに制限する、いわゆる酸化狭窄構造体が形成される。上記酸化されていない領域１０８ｂが電流通過領域である。

【0044】

低屈折率層１０６ＬにＡｌＡｓ等の、高Ａｌ組成で熱伝導率が優れた材料が用いられている場合には、酸化領域１０８ａの形成の際に、当該低屈折率層１０６Ｌは被選択酸化層１０８と同様に酸化されてしまう。一方、高熱伝導層１０９にはＧａＡｓが用いられているため、図８に示すように、高熱伝導層１０９は酸化されずに、そのまま維持される。

【0045】

続いて、図９に示すように、パッド部１５６の周囲において、下部スペーサ層１０３及び下部反射鏡１０２をエッチングすることにより、溝１２２を形成する。溝１２２を形成するためのエッチングを、被選択酸化層１０８の選択酸化の後に行うことで、選択酸化前の被選択酸化層１０８にダメージが生じることを防ぐことができる。

【0046】

次いで、図１０に示すように、基板１０１の表面１０１Ｂ側の全面に絶縁膜１１１を形成する。絶縁膜１１１は、例えば気相化学堆積（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）法により形成することができる。その後、絶縁膜１１１に、開口部１１１Ａ及び１１１Ｂを形成する。開口部１１１Ａ及び１１１Ｂは、例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングにより形成することができる。

【0047】

次いで、図１１に示すように、面発光レーザ素子１５１に相当する領域において、ｐ側電極１１２を形成し、パッド部１５６に相当する領域において、ｎ側電極１１３を形成する。ｐ側電極１１２及びｎ側電極１１３は、例えばリフトオフ法により形成することができる。ｐ側電極１１２、ｎ側電極１１３のどちらを先に形成してもよい。ｐ側電極１１２の形成、ｎ側電極１１３の形成では、成膜後に、還元雰囲気又は不活性雰囲気中で加熱処理を行い、半導体材料と電極材料との共晶化によりオーミック導通をとる。

【0048】

その後、基板１０１の裏面１０１Ａの研磨及び鏡面化処理を行い、裏面１０１Ａに反射防止膜１１５を形成する（図２参照）。

【0049】

このようにして、面発光レーザ１００を製造することができる。

【0050】

なお、高熱伝導層１０９は、被選択酸化層１０８よりも活性層１０４に近く位置していてもよく、被選択酸化層１０８よりも活性層１０４から遠く位置していてもよい。

【0051】

高熱伝導層１０９と活性層１０４との間には、低屈折率層１０６Ｌと他の高屈折率層１０６Ｈとのペアが少なくとも１つ設けられていることが好ましい。高熱伝導層１０９を活性層１０４から離間させ、高熱伝導層１０９による光の吸収をより一層抑制するためである。

【0052】

高熱伝導層１０９の組成はＧａＡｓに限定されず、他の高屈折率層１０６ＨのＡｌ組成よりもＡｌ組成が低いＡｌＧａＡｓであってもよい。例えば、他の高屈折率層１０６Ｈの材料がＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓであれば、高熱伝導層１０９の組成がＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ又はＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ａｓ等であってもよい。

【0053】

高熱伝導層１０９が他の高屈折率層１０６Ｈよりも厚ければ、高熱伝導層１０９の材料の熱伝導率が高屈折率層１０６Ｈの材料の熱伝導率と同程度であってもよい。また、高熱伝導層１０９の材料の熱伝導率が高屈折率層１０６Ｈの材料の熱伝導率よりも高ければ、高熱伝導層１０９の厚さが他の高屈折率層１０６Ｈの厚さと同程度であってもよい。高熱伝導層１０９の光学的厚さは、例えば、（２ｎ＋１）λ／４であってもよい。ここで、ｎは自然数である。本開示において、高熱伝導層１０９に隣接して組成傾斜層が設けられている場合、高熱伝導層１０９の光学的厚さには、組成傾斜層の１／２の厚さが含まれる。

【0054】

高熱伝導層１０９の数は１つに限定されず、複数の高熱伝導層１０９が上部反射鏡１０６に含まれていてもよい。

【0055】

面発光レーザ素子１５１の数は限定されない。また、複数の面発光レーザ素子１５１が個別に駆動される方式に限定されず、複数の面発光レーザ素子１５１が共通に駆動されてもよい。パッド部１５６が複数の面発光レーザ素子１５１毎に１個ずつ設けられていてもよい。例えば、４個の面発光レーザ素子１５１に対して共通に１個のパッド部１５６が設けられていてもよい。

【0056】

パッド部１５６に代えて、レーザ光ＬＡの出射面である裏面１０１Ａ側に電極膜が設けられていてもよい。

【0057】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、下部反射鏡にも高熱伝導層が含まれている点で第１の実施形態と相違する。図１２は、第２の実施形態における面発光レーザ素子を示す断面図である。

【0058】

第２の実施形態では、図１２に示すように、下部反射鏡１０２における高屈折率層１０２Ｈの１つには、ｎ－ＧａＡｓからなる高熱伝導層２０９が挿入されている。高熱伝導層２０９は、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、光学長が３λ／４になるように設定されている。高熱伝導層２０９を除く高屈折率層１０２Ｈは、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、光学長がλ／４になるように設定されている。

【0059】

他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0060】

第２の実施形態では、活性層１０４にて発生した熱は、まずは主に厚さ方向、つまりＺ軸方向に拡散する。第１の実施形態と同様に、－Ｚ側（上側）に拡散した熱は、高熱伝導層１０９に達すると面内方向にも拡散し、高熱伝導層１０９のほぼ全体から更に－Ｚ側（上側）に拡散する。また、＋Ｚ側（下側）に拡散した熱は、高熱伝導層２０９に達すると面内方向にも拡散し、高熱伝導層２０９のほぼ全体から更に＋Ｚ側（下側）に拡散する。このようにして、活性層１０４にて発生した熱はより広範囲に拡散し、外部に放出される。

【0061】

このように、第２の実施形態によれば、更に優れた放熱効果を得ることができる。

【0062】

例えば、高熱伝導層２０９と活性層１０４との間には、低屈折率層１０２Ｌと他の高屈折率層１０２Ｈとのペアが少なくとも１つ設けられていることが好ましい。高熱伝導層２０９を活性層１０４から離間させ、高熱伝導層２０９による光の吸収をより一層抑制するためである。

【0063】

高熱伝導層２０９の数は１つに限定されず、複数の高熱伝導層２０９が下部反射鏡１０２に含まれていてもよい。

【0064】

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、メサ構造体の構成の点で第２の実施形態と相違する。図１３は、第３の実施形態に係る面発光レーザの内部構造を示す断面図である。図１４は、第３の実施形態における面発光レーザ素子のメサ構造体を示す断面図である。図１４には、図１３中の一部を拡大して示してある。

【0065】

第３の実施形態では、図１３に示すように、コンタクト層１０７、上部反射鏡１０６、上部スペーサ層１０５、活性層１０４、下部スペーサ層１０３及び下部反射鏡１０２の積層体がメサ構造体を有する。つまり、メサ構造体の底部が下部反射鏡１０２の途中にある。より詳細には、図１４に示すように、メサ構造体の底部が高熱伝導層２０９よりも基板１０１側にあり、高熱伝導層２０９が面発光レーザ素子１５１のメサ構造体毎に分離されている。

【0066】

他の構成は第２の実施形態と同様である。

【0067】

第３の実施形態によっても第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0068】

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、メサ構造体の周囲に金属膜が設けられている点で第３の実施形態と相違する。図１５は、第４の実施形態に係る面発光レーザのレイアウトを示す図である。図１６は、第４の実施形態に係る面発光レーザの内部構造を示す断面図である。図１６は、図１５中のXVI-XVI線に沿った断面図に相当する。図１７は、第４の実施形態における面発光レーザ素子を示す断面図である。図１７には、図１６中の一部を拡大して示してある。

【0069】

図１５～図１７に示すように、第４の実施形態では、面発光レーザ素子１５１のメサ構造体の周囲に金属膜４６０が設けられている。金属膜４６０は、絶縁膜１１１及びｐ側電極１１２に接してメサ構造体の側面を覆う。金属膜４６０は、例えば金（Ａｕ）膜を含む。

【0070】

他の構成は第３の実施形態と同様である。

【0071】

第４の実施形態によっても第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、高熱伝導層２０９を通じて基板１０１に達した熱を、金属膜４６０を通じてドライバＩＣ３００等の実装基板に伝達することができる。従って、より優れた放熱効果を得ることができる。

【0072】

なお、金属膜４６０は、例えばめっき法により形成することができる。金属膜４６０はｐ側電極１１２と同時に形成してもよく、ｐ側電極１１２とは別工程で形成してもよい。金属膜４６０が金（Ａｕ）膜に代えて銅（Ｃｕ）膜を含んでいてもよい。

【0073】

なお、各面発光レーザ素子１５１が同時に駆動される場合には、１つの金属膜４６０が各面発光レーザ素子１５１のメサ構造体の側面を覆っていてもよい。例えば、面発光レーザ素子１５１のメサ構造体の間が金属膜４６０によって埋められていてもよい。

【0074】

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、第１～第４の実施形態のいずれかに係る面発光レーザ１００を備えた光源装置および検出装置に関する。図１８は、検出装置の一例としての測距装置１０の概要を示したものである。

【0075】

測距装置１０は、光源装置の一例としての光源装置１１を含む。測距装置１０は、光源装置１１から検出対象物１２に対してパルス光を投光（照射）し、検出対象物１２からの反射光を受光素子１３で受光して、反射光の受光までに要した時間に基づいて検出対象物１２との距離を測定する、ＴＯＦ（time of flight）方式の距離検出装置である。

【0076】

図１８に示すように、光源装置１１は、光源１４と光学系１５を有している。光源１４は、第１の実施形態に係る面発光レーザ１００を備え、光源駆動回路１６により電流が送られて発光が制御される。光源駆動回路１６は、光源１４を発光させたときに信号制御回路１７に信号を送信する。光学系１５は、光源１４から出射した光の発散角や方向を調整する光学素子（例えばレンズやＤＯＥ、プリズム等）を有し、検出対象物１２に光を照射する。

【0077】

光源装置１１から投光されて検出対象物１２で反射された反射光は、集光作用を持つ受光光学系１８を通して受光素子１３に導光される。受光素子１３は光電変換素子を含み、受光素子１３で受光した光が光電変換され、電気信号として信号制御回路１７に送られる。信号制御回路１７は、投光（光源駆動回路１６からの発光信号入力）と受光（受光素子１３からの受光信号入力）の時間差に基づいて、検出対象物１２までの距離を計算する。従って、測距装置１０では、受光光学系１８および受光素子１３が、光源装置１１から発せられて検出対象物１２で反射された光が入射する検出系として機能する。また、信号制御回路１７が、受光素子１３からの信号に基づき、検出対象物１２の有無や、検出対象物１２との相対速度等に関する情報を取得するよう構成してもよい。

【0078】

本実施形態によれば、光源装置１１及び測距装置１０において、優れた放熱効果を得ながら、発光強度を向上することができる。

【0079】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0080】

１０ 測距装置
１１ 光源装置
１３ 受光素子
１５ 光学系
１８ 受光光学系
１００ 面発光レーザ
１０２ 下部反射鏡
１０４ 活性層
１０６ 上部反射鏡
１０８ 被選択酸化層
１０８ａ 酸化領域
１０８ｂ 非酸化の領域
１０９、２０９ 高熱伝導層
１５１ 面発光レーザ素子
１５３ レーザ素子アレイ

【先行技術文献】

【特許文献】

【0081】

【文献】特開２００５－３５４０６１号公報

【文献】特開２０１５－１７７０００号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】