WO2023032307A1 - 発光素子アレイおよび発光素子アレイの製造方法 - Google Patents
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- H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
- H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
Definitions
- the present disclosure relates to, for example, a light-emitting element array having a plurality of light-emitting elements randomly arranged in a plane and a manufacturing method thereof.
- Patent Literature 1 a surface-emitting laser device in which a separation groove reaching the substrate surface is provided at a position away from the mesa structure, the surface of the lower semiconductor BDR exposed by the separation groove is passivated, and a dielectric film is further coated. is disclosed.
- a light-emitting element array is arranged on a substrate having a first surface and a second surface facing each other in a two-dimensional array on the first surface at intervals different from each other.
- a plurality of light emitting elements having a shape, and recesses provided around the plurality of light emitting elements to form a mesa shape and having different depths depending on the distance between the adjacent light emitting elements.
- a method for manufacturing a light-emitting element array sequentially stacks a plurality of compound semiconductor layers constituting light-emitting elements on a substrate, and forms a resist layer having a pattern with a different density on the compound semiconductor layer. Then, using the resist layer as a mask, reactive ion etching is performed at a temperature of 80° C. or lower to form recesses having different depths in the compound semiconductor layer according to the pattern density of the resist layer.
- a plurality of compound semiconductor layers constituting light-emitting elements are sequentially stacked on a substrate, and then a density is formed on the compound semiconductor layer. are formed, and reactive ion etching is performed at 80° C. or lower using the resist layer as a mask.
- a plurality of mesa-shaped light emitting elements are formed in a two-dimensional array on the first surface at intervals different from each other, and a plurality of adjacent light emitting elements are spaced between the adjacent light emitting elements according to the intervals between the adjacent plurality of light emitting elements. recesses with different depths are formed to cancel out differences in electric resistance caused by the arrangement density of a plurality of light emitting elements.
- FIG. 1 is a cross-sectional schematic diagram showing an example of a configuration of a light-emitting element array according to a first embodiment of the present disclosure
- FIG. FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of the overall configuration of the light emitting element array shown in FIG. 1
- 2 is a flow chart explaining an example of a method for manufacturing the light-emitting element array shown in FIG. 1
- 4A and 4B are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the light-emitting element array shown in FIG. 3
- 4B is a schematic cross-sectional view showing the configuration following FIG. 4A
- FIG. FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing the configuration following FIG. 4B;
- FIG. 4C is a schematic cross-sectional view showing the configuration following FIG. 4C;
- FIG. 4D is a schematic cross-sectional view showing the configuration following FIG. 4D;
- FIG. 4E is a schematic cross-sectional view showing the configuration following FIG. 4E;
- It is a cross-sectional schematic diagram showing the structure following FIG. 4F.
- It is a cross-sectional schematic diagram showing the structure following FIG. 4G.
- FIG. 10 is a schematic diagram illustrating spread of current in a general light-emitting element array;
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration of a light-emitting element array according to a second embodiment of the present disclosure;
- FIG. 10 is a schematic diagram illustrating spread of current in a general light-emitting element array;
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration of a light-emitting element array according to a second embodiment of the present disclosure;
- FIG. 7 is a schematic plan view showing an example of the overall configuration of the light emitting element array shown in FIG. 6; 7 is a flow chart explaining an example of a method for manufacturing the light emitting element array shown in FIG. 6; 9A and 9B are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the light-emitting element array shown in FIG. 8; It is a cross-sectional schematic diagram showing the structure following FIG. 9A.
- FIG. 9B is a schematic cross-sectional view showing the configuration following FIG. 9B;
- FIG. 7 is a schematic diagram for explaining spread of current in the light emitting element array shown in FIG. 6; FIG.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration of a light-emitting element array according to a modified example of the present disclosure
- FIG. 10 is a cross-sectional schematic diagram showing another example of the configuration of the light-emitting element array according to the modified example of the present disclosure
- 2 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a distance measuring device using an illumination device having the light emitting element array shown in FIG. 1 and the like
- FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system
- FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of installation positions of an outside information detection unit and an imaging unit;
- FIG. 1 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a light-emitting element array 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 schematically shows an example of the planar configuration of the entire light emitting element array 1 shown in FIG.
- FIG. 1 shows a cross section corresponding to the II' line shown in FIG.
- the light emitting element array 1 is, for example, a two-dimensional array of back emission type VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting LASER).
- the light emitting element array 1 for example, a plurality of light emitting elements 10 are arranged on the front surface 11S1 of a substrate having a first surface (front surface 11S1) and a second surface (back surface 11S2) facing each other.
- the light-emitting element array 1 has a light-emitting region R1 in which a plurality of light-emitting elements 10 are arranged in a two-dimensional array, and a peripheral region R2 provided around the periphery.
- This light emitting region R1 corresponds to a specific example of the "array section" of the present disclosure.
- Each of the plurality of light emitting elements 10 has a mesa shape.
- the diameter (mesa diameter) of each light emitting element 10 is slightly smaller than the minimum beam pitch of the laser light emitted from each light emitting element 10 .
- the mesa diameter should be about 14 ⁇ m.
- the plurality of light-emitting elements 10 are arranged, for example, at different intervals in the light-emitting region R1.
- the light emitting region R1 includes a first region R1-1 in which the plurality of light emitting elements 10 are arranged at a first pitch l1, and a first region R1-1 in which the plurality of light emitting elements 10 are arranged at a second pitch l1.
- the second regions R1-2 arranged at 12 are alternately arranged in the matrix direction.
- the plurality of light emitting elements 10 may be randomly arranged such that the intervals between adjacent light emitting elements 10 in the light emitting region R1 are different without regularity.
- the light-emitting element array 1 has recesses H in which the plurality of light-emitting elements 10 are each shaped like a mesa.
- the recesses H have different depths depending on the intervals between the plurality of adjacent light emitting elements 10 .
- the depth h1 of the concave portion H1 provided between the adjacent light emitting elements 10 in the first region R1-1 and the depth h1 provided between the adjacent light emitting elements 10 in the second region R1-2 The depth h2 of the concave portion H2 has a relationship of h1 ⁇ h2. That is, the light-emitting element array 1 of the present embodiment has a plurality of adjacent light-emitting elements 10 arranged at different intervals. The wider the interval between the elements 10 is, the deeper the concave portion H is formed.
- the first pitch l1 and the second pitch l2 are the distances between the centers of adjacent light emitting elements 10 in the first region R1-1 and the second region R1-2, respectively.
- the plurality of light emitting elements 10 are VCSELs that emit laser light in the stacking direction.
- the plurality of light emitting elements 10 includes, for example, a first DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 13 including a current confinement layer 19 in the layer, a first spacer layer 14, an active layer 15, a second spacer layer 16, and a second DBR. Layer 17 is laminated in this order.
- a first contact layer 12 is provided between the plurality of light emitting elements 10 and the substrate 11 .
- a second contact layer 18 is provided on each of the upper surfaces 10S1 of the plurality of light emitting elements 10 .
- a first electrode 21 is provided on the bottom surface of the recesses H (recesses H1 and H2) provided between the plurality of adjacent light emitting elements 10, in other words, around the plurality of light emitting elements 10.
- a second electrode 22 is provided on each of the second contact layers 18 provided on the upper surfaces 10S1 of the plurality of light emitting elements 10 .
- the upper surface of the first contact layer 12, the side surfaces of the plurality of light emitting elements 10, and the side surfaces and upper surface of the second contact layer 18 are covered with an insulating film 23, excluding the forming regions of the first electrode 21 and the second electrode 22.
- the rear surface 11S2 of the substrate 11 is covered with an antireflection film 24. As shown in FIG.
- the substrate 11 is a supporting substrate on which a plurality of light emitting elements 10 are integrated.
- the substrate 11 is composed of a semi-insulating substrate that transmits light emitted from the plurality of light emitting elements 10 .
- semi-insulating substrates include substrates made of, for example, GaAs-based semiconductors that do not contain impurities.
- the substrate 11 is not necessarily limited to a general semi-insulating substrate as long as it has a low carrier concentration and reduces the absorption of laser light.
- a substrate having an n-type carrier concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less can be used as the substrate 11, as the substrate 11, a substrate having an n-type carrier concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less can be used.
- the first contact layer 12 is for bringing the first electrode 21 into ohmic contact with the first DBR layer 13 of each light emitting element 10 .
- the first contact layer 12 is formed continuously on the surface 11S1 of the substrate 11 as a common layer for the plurality of light emitting elements 10, for example.
- the first contact layer 12 is made of, for example, n-type Alx1Ga1 -x1As (0 ⁇ X1 ⁇ 1).
- the first DBR layer 13 is made of, for example, an n-type semiconductor material.
- the first DBR layer 13 faces the second DBR layer 17 with the active layer 15 interposed therebetween, and is used to resonate the light of wavelength ⁇ generated in the active layer 15 with the second DBR layer 17 for laser oscillation. constitutes a resonator.
- the first DBR layer 13 has a structure in which low refractive index layers (not shown) and high refractive index layers (not shown) are alternately laminated.
- the low refractive index layer is made of n-type Al x2 Ga 1-x2 As (0 ⁇ X2 ⁇ 1) with an optical thickness of ⁇ 1/4n, for example, and the high refractive index layer is made of, for example, an optical thickness of ⁇ 1/4n. It consists of 1/4n n-type Alx3Ga1 -x3As (0 ⁇ X3 ⁇ X2).
- ⁇ is the oscillation wavelength of the laser light emitted from the active layer 15, and n is the refractive index
- the current confinement layer 19 provides a current constriction effect, and is provided within the first DBR layer 13 .
- the current confinement layer 19 has a current injection region 19A and a current confinement region 19B.
- the current injection region 10A is provided in the center of the current confinement layer 19, and the current confinement region 19B is provided around the current injection region 19A.
- the current injection region 19A is made of a conductive material, and the current confinement region 19B is made of an insulating material.
- the current confinement region 19B can be formed by oxidizing the material forming the current confinement layer 19 from the side surface of the light emitting element 10 .
- the current injection region 19A is made of, for example, n-type Alx4Ga1 -x4As (0 ⁇ X4 ⁇ 1), and the current confinement region 19B is made of, for example, its oxide.
- the provision of the current constriction layer 19 confines the current injected from the first electrode 21 to the active layer 15, thereby enhancing the current injection efficiency.
- the first spacer layer 14 adjusts the distance between the first DBR layer 13 and the second DBR layer 17 to be ⁇ .
- the first spacer layer 14 is made of, for example, n-type Alx5Ga1 -x5As (0 ⁇ X5 ⁇ 1).
- the active layer 15 emits and amplifies spontaneous emission light, and emits and recombines holes and electrons injected from the first electrode 21 and the second electrode 22 to generate stimulated emission light. ing.
- the active layer 15 has, for example, a multiple quantum well (MQW) structure in which quantum well layers (not shown) and barrier layers (not shown) are alternately laminated.
- the quantum well layer is made of, for example, Inx6Ga1 -x6As (0 ⁇ X6 ⁇ 1)
- the barrier layer is made of, for example, Inx7Ga1 - x7As (0 ⁇ X7 ⁇ X6).
- the second spacer layer 16 together with the first spacer layer 14, adjusts the distance between the first DBR layer 13 and the second DBR layer 17 to be ⁇ .
- the second spacer layer 16 is made of, for example, p-type Alx8Ga1 -x8As (0 ⁇ X8 ⁇ 1).
- the second DBR layer 17 is made of, for example, a p-type semiconductor material.
- the second DBR layer 17 faces the first DBR layer 13 with the active layer 15 interposed therebetween, and is used to resonate the light of wavelength ⁇ generated in the active layer 15 with the first DBR layer 13 for laser oscillation. constitutes a resonator.
- the second DBR layer 17 has a structure in which low refractive index layers (not shown) and high refractive index layers (not shown) are alternately laminated.
- the low refractive index layer is made of p-type Al x9 Ga 1-x9 As (0 ⁇ X9 ⁇ 1) with an optical thickness of ⁇ 1/4p
- the high refractive index layer is made of, for example, an optical thickness of ⁇ 1/4p. It consists of 1/4p p-type Al x10 Ga 1-x10 As (0 ⁇ X10 ⁇ X9).
- the second contact layer 18 is for bringing the second electrode 22 into ohmic contact with the second DBR layer 17 of each light emitting element 10 .
- the second contact layer 18 is made of a GaAs-based semiconductor.
- the second contact layer 18 is made of, for example, n-type Al x11 Ga 1-x11 As (0 ⁇ X11 ⁇ 1).
- the first electrode 21 is provided on the surface 11S1 side of the substrate 11, for example, between the plurality of light emitting elements 10. In other words, the first electrode 21 is provided on the bottom surface of the recess H provided around the plurality of light emitting elements 10 as a common electrode for the plurality of light emitting elements 10 arranged in an array in the light emitting region R1. .
- the first electrode 21 is formed of, for example, a multilayer film of titanium (Ti)/platinum (Pt)/gold (Au).
- the second electrodes 22 are provided above the plurality of light emitting elements 10, specifically, on the second contact layers 18 respectively.
- the second electrode 22 is formed of, for example, a multilayer film of gold-germanium (Au—Ge)/nickel (Ni)/gold (Au).
- the insulating film 23 is formed, for example, continuously on the upper surface of the second contact layer 18 , the second contact layer 18 , the side surface of the light emitting element 10 and the upper surface of the first contact layer 12 .
- the insulating film 23 is composed of a single layer film or a laminated film such as silicon nitride (SiN) or silicon oxide (SiO 2 ). Openings H3 and H4 (see, for example, FIG. 4G) are provided at predetermined positions on the upper surface of the second contact layer 18 and the first contact layer 12 of the insulating film 23, respectively. , respectively, in which a first electrode 21 or a second electrode 22 is embedded.
- the antireflection film 24 is formed on, for example, the entire surface of the back surface 11S2 of the substrate 11. As shown in FIG.
- the antireflection film 24 is composed of a single layer film or a laminated film such as silicon nitride (SiN) or silicon oxide (SiO 2 ).
- the light-emitting element array 1 is mounted on, for example, a laser driver with the top surfaces 10S1 of the light-emitting elements 10 facing each other.
- the laser driver has, for example, a driver for controlling the voltage applied to the light emitting element array 1 on its substrate. This driver is electrically connected to the light-emitting element array, for example, via wiring, and generates drive pulses for causing the plurality of light-emitting elements 10 provided in the light-emitting element array 1 to emit and extinguish light.
- a voltage is applied to each of the plurality of light-emitting elements 10 arranged in a two-dimensional array by applying a predetermined voltage to the first electrode 21 and the second electrode 22 from the laser driver.
- holes are injected from the first electrode 21 and electrons are injected from the second electrode 22 into the active layer 15, and light is generated by recombination of the electrons and holes.
- Light generated in the active layer 15 resonates between the first DBR layer 13 and the second DBR layer 17 and is amplified, and laser light L is emitted from the rear surface 11S2 of the substrate 11.
- a first contact layer 12, a first DBR layer 13 including a current confinement layer 19, a first spacer layer 14, an active layer 15, and a second spacer layer are formed on a substrate 11 made of, for example, GaAs. 16.
- a compound semiconductor layer (semiconductor laminate) in which the second DBR layer 17 and the second contact layer 18 are laminated in this order is grown by an epitaxial crystal growth method such as a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. are collectively formed by (step S101).
- MOCVD metal organic chemical vapor deposition
- methyl-based organometallic compounds such as trimethylaluminum (TMAl), trimethylgallium (TMGa), and trimethylindium (TMIn) and arsine (AsH 3 ) gas are used, and as raw materials for donor impurities, disilane (Si 2 H 6 ), for example, and carbon tetrabromide (CBr 4 ), for example, is used as the source of the acceptor impurity.
- a resist layer 31 having patterns with different densities is formed on the second contact layer 18 .
- the compound semiconductor layer is etched to form a mesa structure (light emitting element 10) (step S102).
- RIE reactive ion etching
- Cl-based gas for example, under conditions that enhance the microloading effect.
- the microloading effect is a phenomenon in which the ion incidence is blocked by the mask in areas where the mask pattern is dense, and the etching rate is lower than in areas where the mask pattern is sparse.
- RIE is preferably performed at, for example, 80° C. or lower, more preferably at room temperature (eg, 25° C.).
- the current confinement layer 19 is formed by, for example, high temperature treatment in a water vapor atmosphere (step S103). Note that a wet oxidation method may be used for this oxidation. As a result, the outer peripheral region of the current confinement layer 19 is oxidized to form a current confinement region 19B.
- an insulating film 23 continuous from the upper surface of the second contact layer 18 to the side surfaces and bottom surfaces of the recesses H1 and H2 is formed by chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD), for example. ) method (step S104).
- CVD chemical vapor deposition
- ALD atomic layer deposition
- FIG. 4F a resist layer 32 having a predetermined pattern is formed on the insulating film 23, and then, as shown in FIG. to form openings H3 and H4 (step S105).
- the first electrode 21 and the second electrode 22 are respectively formed using, for example, a lift-off method using a resist pattern (step S106).
- the substrate 11 is thinned to a predetermined thickness by, for example, back grinding and chemical polishing (CMP) (step S107).
- CMP back grinding and chemical polishing
- the antireflection film 24 is formed on the rear surface 11S2 of the substrate 11 using, for example, the CVD method or the ALD method (step S108).
- the light-emitting element array 1 shown in FIG. 1 is completed.
- a plurality of rear-emission type light-emitting elements 10 arranged in a two-dimensional array at different intervals in the light-emitting region R1 are surrounded by a plurality of adjacent light-emitting elements 10 with an interval between them.
- the recesses H (for example, recesses H1 and H2) having different depths are formed according to the thickness. This will be explained below.
- a light emitting element array 1000 having a common electrode 1021 on the back surface As shown in FIG. formed.
- the light emitting elements 1010A at the center of the array section R1000 are adjacent to each other as indicated by the arrows in FIG. Due to the influence of , current flows vertically toward the common electrode 1021.
- the current spreads and the electrical resistance of the light emitting elements tends to decrease. .
- This problem also occurs in arrays in which the arrangement pitch of a plurality of light emitting elements is different. For example, in a high-density region where a plurality of light-emitting elements are arranged at a narrow pitch, a current flows vertically toward the common electrode on the back surface. As in the case of the light emitting element 1010B, the current spreads and the electric resistance of the light emitting element decreases. As a result, the current concentrates in the light emitting elements in the low density region, making it impossible to obtain uniform light emission within the array.
- This problem also occurs in, for example, a back emission type light emitting element array that does not have a common electrode on the back surface.
- the common electrode is formed on the bottom surface of the mesa.
- the area of the common electrode formed on the bottom surface of the mesa is small, so the electrical resistance of the light-emitting elements increases.
- the area of the common electrode is large, so the electrical resistance of the light-emitting element is lowered.
- the current concentrates in the light emitting elements in the low density region, making it impossible to obtain uniform light emission within the array.
- the recesses H are provided in the light-emitting element array 1 in which the plurality of light-emitting elements 10 are arranged at different intervals.
- the recesses H For example, concave portions H1 and H2 are provided.
- the adjacent light emitting elements 10 Since the area of the first electrode 21 formed on the bottom surface of the recess H1 between them is small, the electrical resistance of the light emitting element 10 is increased.
- the electric resistance of the current flowing horizontally through the first contact layer 12 from the electrode 21 toward the light emitting element 10 is lowered.
- a low-density region where the plurality of light emitting elements 10 are arranged at a wide pitch for example, a second region R1-2 where the plurality of light emitting elements 10 are arranged at a second pitch l2
- the adjacent light emitting elements 10 Since the area of the first electrode 21 formed on the bottom surface of the recess H1 between them is increased, the electrical resistance of the light-emitting element 10 is lower than that of the light-emitting element 10 provided in the first region R1-1.
- the recess H2 formed around the light emitting element 10 is deep, the electrical resistance of the current flowing horizontally through the first contact layer 12 from the first electrode 21 toward the light emitting element increases. As a result, current concentration in the light emitting elements 10 arranged at a low density is suppressed. That is, the electrical resistance difference caused by the arrangement density of the plurality of light emitting elements is canceled out.
- the light-emitting element array 1 of the present embodiment it is possible to obtain substantially uniform light emission in the light-emitting region R1.
- the recesses H2 forming the mesa shape of the light-emitting elements 10 penetrates through the first contact layer 12 .
- the contact area between the first electrode 21 and the first contact layer 12 is reduced, and the current concentration in the light emitting elements 10 arranged at a low density can be further suppressed. Therefore, it is possible to obtain more substantially uniform light emission in the light emitting region R1.
- FIG. 6 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of the light emitting element array 2 according to the second embodiment of the present disclosure.
- FIG. 7 schematically shows an example of the planar configuration of the entire light emitting element array 2 shown in FIG.
- FIG. 6 shows a cross section corresponding to the II-II' line shown in FIG.
- the light emitting element array 2 is, for example, a two-dimensional array of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs).
- VCSELs vertical cavity surface emitting lasers
- the light emitting element array 2 for example, a plurality of light emitting elements 40 are arranged on the front surface 41S1 of a substrate having a first surface (front surface 41S1) and a second surface (back surface 41S2) facing each other. Similar to the light emitting element array 1 of the first embodiment, the light emitting element array 2 includes a light emitting area R1 in which a plurality of light emitting elements 40 are arranged in a two-dimensional array and a peripheral area provided on the outer circumference of the light emitting area R1. R2.
- the plurality of light emitting elements 40 each have a mesa shape.
- the diameter (mesa diameter) of each light emitting element 40 is slightly smaller than the minimum beam pitch of the laser light emitted from each light emitting element 40 .
- the mesa diameter should be about 14 ⁇ m.
- the plurality of light-emitting elements 40 are arranged, for example, at different intervals in the light-emitting region R1, as in the light-emitting element array 1 of the first embodiment.
- the light emitting region R1 includes a first region R1-1 in which the plurality of light emitting elements 40 are arranged at a first pitch l3, and a first region R1-1 in which the plurality of light emitting elements 40 are arranged at a second pitch l3.
- the second regions R1-2 arranged at 14 are alternately arranged in the matrix direction.
- the plurality of light emitting elements 40 may be randomly arranged such that the intervals between adjacent light emitting elements 40 are different without regularity in the light emitting region R1.
- the light-emitting element array 2 has recesses H in which the plurality of light-emitting elements 40 are each shaped like a mesa.
- the recesses H have different depths depending on the intervals between the plurality of adjacent light emitting elements 40 .
- the depth h3 of the concave portion H5 provided between the adjacent light emitting elements 40 in the first region R1-1 and the depth h3 provided between the adjacent light emitting elements 40 in the second region R1-2 The depth h4 of the recess H6 has a relationship of h3 ⁇ h4. That is, the light-emitting element array 2 of the present embodiment has a plurality of adjacent light-emitting elements 40 arranged at different intervals. The deeper recesses H are formed as the distance between the elements 40 increases.
- first pitch l3 and the second pitch l4 are the distances between the centers of the adjacent light emitting elements 40 in the first region R1-1 and the second region R1-2, respectively.
- the plurality of light emitting elements 40 are VCSELs that emit laser light in the stacking direction.
- the plurality of light emitting elements 40 includes, for example, a first DBR layer 43 including a current confinement layer 49 therein, a first spacer layer 44, an active layer 45, a second spacer layer 46, and a second DBR layer 47. They are stacked in order.
- a first contact layer 42 is provided between the plurality of light emitting elements 40 and the substrate 41 .
- a second contact layer 48 is provided on each of the upper surfaces 40S1 of the plurality of light emitting elements 40 .
- the first electrode 51 is provided as a common electrode for the plurality of light emitting elements 40 on the back surface 41S2 of the substrate 41, for example, on the entire surface.
- the upper surface of the first contact layer 42 or the first DBR layer 43, the side surfaces of the plurality of light emitting elements 40, and the upper surface of the second contact layer 48 are covered with the insulating film 53 and the second electrode 52 in this order.
- the insulating film 53 has an opening on the upper surface of the second contact layer 48, and the second electrode 52 is electrically connected to the second contact layer 48 through the opening (opening H7, see FIG. 9B). .
- steps S201 to S204 are performed, and as shown in FIG.
- the film 53 is formed using, for example, CVD or ALD.
- an opening H7 is formed at a predetermined position in the insulating film 23 formed on the second contact layer 48 (step S205). .
- the second electrode 52 is formed using, for example, a lift-off method using a resist pattern (step S206). Subsequently, the substrate 41 is thinned to a predetermined thickness by, for example, CMP (step S207). After that, the first electrode 51 is formed on the rear surface 11S2 of the substrate 41 using, for example, the CVD method or the ALD method (step S208). As described above, the light emitting element array 2 shown in FIG. 6 is completed.
- a plurality of surface emitting light emitting elements 40 arranged in a two-dimensional array at different intervals in the light emitting region R1 are surrounded by a plurality of adjacent light emitting elements 40.
- the recesses H (for example, the recesses H5 and H6) having different depths are formed according to the distance.
- each light emitting element 40 Since the area of the corresponding first electrode 51 is reduced, the electrical resistance of the light emitting element 40 is increased. Due to this formation, the electric resistance of the current flowing horizontally from the first electrode 51 toward the light emitting element 40 is lowered. At this time, since the current path in the light emitting element 40 is short, the electrical resistance of the current flowing through the light emitting element 40 also decreases.
- each light emitting element 40 Since the area of the first electrode 51 is large, the electrical resistance of the light emitting element 40 is lower than that of the light emitting element 40 provided in the first region R1-1. Since the concave portion H6 is deep and is formed so as to have a bottom surface within the first contact layer 42, for example, the electric resistance of the current flowing horizontally from the first electrode 51 toward the light emitting element 40 increases.
- the electrical resistance of the current flowing through the light emitting element 40 also increases. Therefore, for example, as indicated by the arrows in FIG. 10, the electrical resistance difference caused by the arrangement density of the plurality of light emitting elements is canceled out.
- the light-emitting element array 2 of the present embodiment it is possible to obtain substantially uniform light emission in the light-emitting region R1, like the light-emitting element array 2 of the first embodiment.
- FIG. 11 schematically shows an example of a cross-sectional configuration of a light-emitting element array 3 as a modified example of the first embodiment.
- FIG. 12 schematically shows an example of a cross-sectional configuration of a light-emitting element array 4 as a modified example of the second embodiment.
- the light-emitting element arrays 3 and 4 of this modified example are provided with the current diffusion adjusting layer 25 between the substrate 11 and the first contact layer 12 and between the substrate 41 and the first contact layer 42, respectively. It differs from the first and second embodiments.
- the current diffusion adjusting layer 25 is for adjusting the amount of change in the electric resistance of the current flowing horizontally from the first electrode 21 or the first electrode 51 to the light emitting element, which changes according to the depth of the recess H. be.
- the current diffusion adjustment layer 25 has a lower carrier concentration than the first contact layers 12 and 42 .
- the current diffusion adjustment layer 25 may modulate the carrier concentration in the stacking direction (for example, the Z-axis direction). For example, the carrier concentration may be gradually increased from the substrate 11 side toward the first contact layer 12 .
- the current diffusion adjusting layer 25 is provided between the substrate 11 and the first contact layer 12 and between the substrate 41 and the first contact layer 42, respectively. made it This makes it possible to control the adjustment width of the current resistance, thereby further canceling out the electrical resistance difference caused by the arrangement density of the plurality of light emitting elements 10 and 40 . Therefore, it is possible to obtain more substantially uniform light emission in the light emitting region R1.
- the present invention is not limited to this.
- the current diffusion adjustment layer 25 may be provided, for example, between the first contact layer 42 and the first DBR layer 43 . Even in that case, similar effects can be obtained.
- This technology can be applied to various electronic devices including semiconductor lasers.
- it can be applied to light sources provided in mobile electronic devices such as smartphones, and light sources for various sensing devices that detect shapes, motions, and the like.
- FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device (distance measuring device 100) using the illumination device 110 having the above-described light emitting element array (for example, the light emitting element array 1).
- the distance measuring device 100 measures distance by the ToF method.
- the distance measuring device 100 has, for example, an illumination device 110, a light receiving section 120, a control section 130, and a distance measuring section 140.
- the illumination device 110 includes, for example, the light emitting element array 1 shown in FIG. 1 etc. as a light source.
- the illumination device 110 generates illumination light in synchronization with, for example, a square-wave emission control signal CLKp.
- the emission control signal CLKp is not limited to a rectangular wave as long as it is a periodic signal.
- the emission control signal CLKp may be a sine wave.
- the light receiving unit 120 receives reflected light reflected from the object 200 to be irradiated, and detects the amount of received light within each cycle of the vertical synchronization signal VSYNC.
- a periodic signal of 60 hertz (Hz) is used as the vertical synchronization signal VSYNC.
- a plurality of pixel circuits are arranged in a two-dimensional lattice.
- the light receiving unit 120 supplies image data (frames) corresponding to the amount of light received by these pixel circuits to the distance measuring unit 140 .
- the frequency of the vertical synchronization signal VSYNC is not limited to 60 hertz (Hz), and may be 30 hertz (Hz) or 120 hertz (Hz).
- the control unit 130 controls the lighting device 110 .
- Control unit 130 generates light emission control signal CLKp and supplies it to illumination device 110 and light receiving unit 120 .
- the frequency of the light emission control signal CLKp is, for example, 20 megahertz (MHz). Note that the frequency of the light emission control signal CLKp is not limited to 20 megahertz (MHz), and may be, for example, 5 megahertz (MHz).
- the distance measurement unit 140 measures the distance to the irradiation object 200 by the ToF method based on the image data.
- This distance measuring unit 140 measures the distance for each pixel circuit and generates a depth map that indicates the distance to an object for each pixel using a gradation value.
- This depth map is used, for example, in image processing that performs blurring processing to a degree that depends on the distance, autofocus (AF) processing that determines the in-focus point of the focus lens according to the distance, and the like.
- the technology (the present technology) according to the present disclosure can be applied to various products.
- the technology according to the present disclosure can be realized as a device mounted on any type of moving body such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, and robots. may
- FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
- a vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
- the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an exterior information detection unit 12030, an interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
- a microcomputer 12051, an audio/image output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053 are illustrated.
- the drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
- the driving system control unit 12010 includes a driving force generator for generating driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism to adjust and a brake device to generate braking force of the vehicle.
- the body system control unit 12020 controls the operation of various devices equipped on the vehicle body according to various programs.
- the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, winkers or fog lamps.
- the body system control unit 12020 can receive radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
- the body system control unit 12020 receives the input of these radio waves or signals and controls the door lock device, power window device, lamps, etc. of the vehicle.
- the vehicle exterior information detection unit 12030 detects information outside the vehicle in which the vehicle control system 12000 is installed.
- the vehicle exterior information detection unit 12030 is connected with an imaging section 12031 .
- the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image of the exterior of the vehicle, and receives the captured image.
- the vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received image.
- the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of received light.
- the imaging unit 12031 can output the electric signal as an image, and can also output it as distance measurement information.
- the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or non-visible light such as infrared rays.
- the in-vehicle information detection unit 12040 detects in-vehicle information.
- the in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver state detection section 12041 that detects the state of the driver.
- the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 detects the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing off.
- the microcomputer 12051 calculates control target values for the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and controls the drive system control unit.
- a control command can be output to 12010 .
- the microcomputer 12051 realizes the functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or vehicle lane deviation warning. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or vehicle lane deviation warning. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or vehicle
- the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the information about the vehicle surroundings acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, so that the driver's Cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, etc., in which vehicles autonomously travel without depending on operation.
- the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the information detection unit 12030 outside the vehicle.
- the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and performs cooperative control aimed at anti-glare such as switching from high beam to low beam. It can be carried out.
- the audio/image output unit 12052 transmits at least one of audio and/or image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the passengers of the vehicle or the outside of the vehicle.
- an audio speaker 12061, a display unit 12062 and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
- the display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.
- FIG. 15 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
- the vehicle 12100 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 as the imaging unit 12031.
- the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided at positions such as the front nose of the vehicle 12100, the side mirrors, the rear bumper, the back door, and the upper part of the windshield in the vehicle interior, for example.
- An image pickup unit 12101 provided in the front nose and an image pickup unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment mainly acquire images in front of the vehicle 12100 .
- Imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire side images of the vehicle 12100 .
- An imaging unit 12104 provided in the rear bumper or back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100 .
- Forward images acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.
- FIG. 15 shows an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104.
- the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose
- the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively
- the imaging range 12114 The imaging range of an imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 viewed from above can be obtained.
- At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
- at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.
- the microcomputer 12051 determines the distance to each three-dimensional object within the imaging ranges 12111 to 12114 and changes in this distance over time (relative velocity with respect to the vehicle 12100). , it is possible to extract, as the preceding vehicle, the closest three-dimensional object on the course of the vehicle 12100, which runs at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more) in substantially the same direction as the vehicle 12100. can. Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic brake control (including following stop control) and automatic acceleration control (including following start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving in which the vehicle runs autonomously without relying on the operation of the driver.
- automatic brake control including following stop control
- automatic acceleration control including following start control
- the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to three-dimensional objects to other three-dimensional objects such as motorcycles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, and utility poles. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into those that are visible to the driver of the vehicle 12100 and those that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 judges the collision risk indicating the degree of danger of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, an audio speaker 12061 and a display unit 12062 are displayed. By outputting an alarm to the driver via the drive system control unit 12010 and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be performed.
- At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
- the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not the pedestrian exists in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 .
- recognition of a pedestrian is performed by, for example, a procedure for extracting feature points in images captured by the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and performing pattern matching processing on a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian.
- the audio image output unit 12052 outputs a rectangular outline for emphasis to the recognized pedestrian. is superimposed on the display unit 12062 . Also, the audio/image output unit 12052 may control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
- the technology according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 12031 among the configurations described above.
- the light emitting element array 1 can be applied to the imaging unit 12031 .
- highly accurate control using captured images can be performed in the moving body control system.
- the present technology has been described above with reference to the first and second embodiments, modifications, application examples, and application examples, the present technology is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications are possible.
- the layer structure of the light-emitting element 10 described in the above embodiment is an example, and may further include other layers.
- the material of each layer is also an example, and is not limited to the above.
- the present technology can be configured as follows. According to the present technology having the following configuration, a plurality of compound semiconductor layers constituting a light emitting element are sequentially stacked on a substrate, and then a resist layer having patterns with different densities is formed on the compound semiconductor layer. is used as a mask, reactive ion etching is performed at a temperature of 80° C. or lower. As a result, a plurality of mesa-shaped light emitting elements are formed in a two-dimensional array on the first surface at intervals different from each other. A concave portion having a different depth is formed according to . Therefore, the electrical resistance difference caused by the arrangement density of the plurality of light emitting elements is canceled, and substantially uniform light emission can be obtained in the plane.
- a substrate having opposing first and second surfaces; a plurality of light emitting elements arranged in a two-dimensional array on the first surface at intervals different from each other and having a mesa shape; A light emitting element array provided around the plurality of light emitting elements, forming the mesa shape and having a different depth depending on the distance between the adjacent light emitting elements.
- the substrate further has an array section in which the plurality of light emitting elements are provided in a two-dimensional array, The light-emitting element array according to (1) or (2), wherein the array section has a plurality of regions, and the plurality of light-emitting elements are arranged at different intervals for each region.
- the substrate further has an array section in which the plurality of light emitting elements are arranged in a two-dimensional array, The light-emitting element array according to (1) or (2), wherein the plurality of light-emitting elements are randomly arranged in the array section.
- the light emitting element has a first light reflecting layer, an active layer and a second light reflecting layer which are stacked in order from the first surface side of the substrate,
- the (1) further comprises a first contact layer provided between the first light reflecting layer and the substrate, and a second contact layer on the side of the second light reflecting layer opposite to the active layer.
- (6) The light emitting element array according to (5) above, wherein the light emitting element further includes a first electrode provided on the bottom of the recess and a second electrode provided on the second contact layer.
- the recesses include a first recess provided between the plurality of light emitting elements adjacent to each other with a first spacing, and an adjacent recess provided with a second spacing wider than the first spacing. and a second recess provided between the plurality of matching light emitting elements, Any one of (5) to (7) above, wherein the first recess has a bottom surface within the first contact layer, and the second recess penetrates the first contact layer.
- the light-emitting element array according to . (9) The light-emitting element array according to (8) above, further comprising a current diffusion adjustment layer having a carrier concentration lower than that of the first contact layer, between the substrate and the first contact layer.
- the first electrode is a common electrode for the plurality of light-emitting elements.
- the recesses include a first recess provided between the plurality of adjacent light emitting elements arranged at a first interval, and an adjacent light emitting element arranged at a second interval wider than the first interval. and a second recess provided between the plurality of matching light emitting elements, (5) or (11) to (13), wherein the first recess has a bottom surface within the first light reflecting layer, and the second recess penetrates the first light reflecting layer;
- the light-emitting element array according to any one of the above.
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Abstract
本開示の一実施の形態の発光素子アレイは、対向する第1の面および第2の面を有する基板と、互いに異なる間隔で第1の面に2次元アレイ状に配設されると共に、メサ形状を有する複数の発光素子と、複数の発光素子の周囲に設けられ、メサ形状を形成すると共に、隣り合う複数の発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部とを備える。
Description
本開示は、例えば、面内にランダムに配置された複数の発光素子を有する発光素子アレイおよびその製造方法に関する。
例えば、特許文献1では、メサ構造体から離れた位置に基板表面に達する分離溝を設け、分離溝によって露出した下部半導体BDRの表面を不動態化し、さらに誘電体膜を被覆した面発光レーザ素子が開示されている。
ところで、例えば測距装置の光源として発光素子アレイを用いる場合には、面内において均一な発光が望まれる。
面内において略均一な発光を有する発光素子アレイおよび発光素子アレイの製造方法を提供することが望ましい。
本開示の一実施の形態の発光素子アレイは、対向する第1の面および第2の面を有する基板と、互いに異なる間隔で第1の面に2次元アレイ状に配設されると共に、メサ形状を有する複数の発光素子と、複数の発光素子の周囲に設けられ、メサ形状を形成すると共に、隣り合う複数の発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部とを備えたものである。
本開示の一実施の形態の発光素子アレイの製造方法は、基板上に発光素子を構成する複数の化合物半導体層を順に積層形成し、化合物半導体層上に密度の異なるパターンを有するレジスト層を形成し、レジスト層をマスクとし、反応性イオンエッチングを80℃以下の条件で行うことにより、レジスト層のパターン密度に応じて深さの異なる凹部を化合物半導体層に形成する。
本開示の一実施の形態の発光素子アレイおよび一実施形態の発光素子アレイの製造方法では、基板上に発光素子を構成する複数の化合物半導体層を順に積層形成した後、化合物半導体層上に密度の異なるパターンを有するレジスト層を形成し、そのレジスト層をマスクとして反応性イオンエッチングを80℃以下の条件で行う。これにより、メサ形状を有する複数の発光素子を互いに異なる間隔で第1の面に2次元アレイ状に形成する共に、隣り合う複数の発光素子の間に、隣り合う複数の発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部を形成し、複数の発光素子の配設密度によって生じる電気抵抗差を相殺する。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
1.第1の実施の形態(隣り合う発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部を有する裏面出射型の発光素子アレイの例)
2.第2の実施の形態(隣り合う発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部を有する表面出射型の発光素子アレイの例)
3.変形例(電流拡散層をさらに設けた例)
4.適用例(測距装置の例)
5.応用例
1.第1の実施の形態(隣り合う発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部を有する裏面出射型の発光素子アレイの例)
2.第2の実施の形態(隣り合う発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部を有する表面出射型の発光素子アレイの例)
3.変形例(電流拡散層をさらに設けた例)
4.適用例(測距装置の例)
5.応用例
<1.第1の実施の形態>
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る発光素子アレイ1の断面構成の一例を模式的に表したものである。図2は、図1に示した発光素子アレイ1全体の平面構成の一例を模式的に表したものである。図1では、図2に示したI-I’線に対応する断面を表している。この発光素子アレイ1は、例えば、裏面出射型のVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)が2次元アレイ状に集積されたものである。
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る発光素子アレイ1の断面構成の一例を模式的に表したものである。図2は、図1に示した発光素子アレイ1全体の平面構成の一例を模式的に表したものである。図1では、図2に示したI-I’線に対応する断面を表している。この発光素子アレイ1は、例えば、裏面出射型のVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)が2次元アレイ状に集積されたものである。
[発光素子アレイの構成]
発光素子アレイ1は、例えば、対向する第1面(表面11S1)および第2面(裏面11S2)を有する基板の表面11S1に複数の発光素子10が配設されている。発光素子アレイ1は、複数の発光素子10が2次元アレイ状に配設された発光領域R1と、その外周に設けられた周辺領域R2とを有している。この発光領域R1が、本開示の「アレイ部」の一具体例に相当する。
発光素子アレイ1は、例えば、対向する第1面(表面11S1)および第2面(裏面11S2)を有する基板の表面11S1に複数の発光素子10が配設されている。発光素子アレイ1は、複数の発光素子10が2次元アレイ状に配設された発光領域R1と、その外周に設けられた周辺領域R2とを有している。この発光領域R1が、本開示の「アレイ部」の一具体例に相当する。
複数の発光素子10は、それぞれメサ形状を有している。各発光素子10の直径(メサ径)は、各発光素子10から出射されるレーザ光の最小ビームピッチよりも若干小さな大きさとなっている。例えば、最小ビームピッチを18μm程度にしようとした場合、メサ径は14μm程度とする。
本実施の形態の発光素子アレイ1では、複数の発光素子10は、発光領域R1において、例えば互いに異なる間隔で配設されている。例えば、発光領域R1には、図2に示したように、複数の発光素子10が第1のピッチl1で配設された第1領域R1-1と、複数の発光素子10が第2のピッチl2で配設された第2領域R1-2とが行列方向に交互に配置されている。その他に、複数の発光素子10は、発光領域R1内において隣り合う発光素子10の間隔が規則性なく異なるようにランダムに配設されていてもよい。
更に、発光素子アレイ1は、複数の発光素子10をそれぞれメサ形状とする凹部Hを有している。この凹部Hは、隣り合う複数の発光素子10の間隔に応じて異なる深さを有している。例えば、図2に示した第1領域R1-1および第2領域R1-2それぞれに配設された複数の発光素子10の配設ピッチ(第1のピッチl1および第2のピッチl2)がl1<l2の関係を有するとき、第1領域R1-1において隣り合う発光素子10の間に設けられる凹部H1の深さh1と、第2領域R1-2において隣り合う発光素子10の間に設けられる凹部H2の深さh2とは、h1<h2の関係を有している。即ち、本実施の形態の発光素子アレイ1は、互いに異なる間隔で配設されている複数の発光素子10の周囲に、隣り合う複数の発光素子10の間隔が狭いほど浅く、隣り合う複数の発光素子10の間隔が広いほど深い凹部Hが形成されている。
なお、第1のピッチl1および第2のピッチl2とは、それぞれ、第1領域R1-1および第2領域R1-2において隣り合う発光素子10の中心間の距離とする。
[発光素子の構成]
複数の発光素子10は、積層方向にレーザ光を出射するVCSELである。複数の発光素子10は、例えば、層内に電流狭窄層19を含む第1DBR(Distributed Bragg Reflector)層13と、第1スペーサ層14と、活性層15と、第2スペーサ層16と、第2DBR層17とがこの順に積層されている。複数の発光素子10と基板11との間には、第1コンタクト層12が設けられている。複数の発光素子10の上面10S1には、それぞれ、第2コンタクト層18が設けられている。隣り合う複数の発光素子10の間、換言すると、複数の発光素子10の周囲に設けられた凹部H(凹部H1,H2)の底面には、第1電極21が設けられている。複数の発光素子10の上面10S1に設けれた第2コンタクト層18上には、それぞれ、第2電極22が設けられている。更に、第1電極21および第2電極22の形成領域を除く第1コンタクト層12の上面および複数の発光素子10の側面ならびに第2コンタクト層18の側面および上面は絶縁膜23によって覆われており、基板11の裏面11S2は反射防止膜24によって覆われている。
複数の発光素子10は、積層方向にレーザ光を出射するVCSELである。複数の発光素子10は、例えば、層内に電流狭窄層19を含む第1DBR(Distributed Bragg Reflector)層13と、第1スペーサ層14と、活性層15と、第2スペーサ層16と、第2DBR層17とがこの順に積層されている。複数の発光素子10と基板11との間には、第1コンタクト層12が設けられている。複数の発光素子10の上面10S1には、それぞれ、第2コンタクト層18が設けられている。隣り合う複数の発光素子10の間、換言すると、複数の発光素子10の周囲に設けられた凹部H(凹部H1,H2)の底面には、第1電極21が設けられている。複数の発光素子10の上面10S1に設けれた第2コンタクト層18上には、それぞれ、第2電極22が設けられている。更に、第1電極21および第2電極22の形成領域を除く第1コンタクト層12の上面および複数の発光素子10の側面ならびに第2コンタクト層18の側面および上面は絶縁膜23によって覆われており、基板11の裏面11S2は反射防止膜24によって覆われている。
以下に、発光素子アレイ1の各部の構成や材料等について詳細に説明する。
基板11は、複数の発光素子10を集積する支持基板である。基板11は、複数の発光素子10から発せられる光を透過する半絶縁性基板によって構成されている。半絶縁性基板としては、例えば不純物を含まない、例えばGaAs系半導体からなる基板が挙げられる。また、基板11は、キャリア濃度が低く、レーザ光の吸収が低減されるものであればよく、必ずしも、一般的な半絶縁性基板に限定されるものではない。例えば、基板11としては、n型のキャリア濃度が5×1017cm-3以下のキャリア濃度を有する基板を用いることができる。
第1コンタクト層12は、各発光素子10の第1DBR層13に第1電極21をオーミック接触させるためのものである。第1コンタクト層12は、例えば複数の発光素子10に対する共通層として基板11の表面11S1に連続して形成されている。第1コンタクト層12は、例えば、n型のAlX1Ga1-X1As(0≦X1<1)からなる。
第1DBR層13は、例えば、n型の半導体材料からなる。第1DBR層13は、活性層15を間にして第2DBR層17と対向しており、活性層15で発生した波長λの光を第2DBR層17との間で共振させてレーザ発振させるための共振器を構成している。第1DBR層13は、低屈折率層(図示せず)と高屈折率層(図示せず)とが交互に積層された構成を有している。低屈折率層は、例えば光学膜厚がλ×1/4nのn型のAlX2Ga1-X2As(0<X2≦1)からなり、高屈折率層は、例えば光学膜厚がλ×1/4nのn型のAlX3Ga1-X3As(0≦X3<X2)からなる。λは活性層15から発せられるレーザ光の発振波長であり、nは屈折率である。
電流狭窄層19は、電流に狭窄作用を付与するものであり、第1DBR層13の層内に設けられている。電流狭窄層19は、電流注入領域19Aと電流狭窄領域19Bとを有している。電流注入領域10Aは電流狭窄層19の中央に設けられており、電流狭窄領域19Bは電流注入領域19Aの周囲に設けられている。電流注入領域19Aは導電性材料からなり、電流狭窄領域19Bは絶縁性材料からなる。電流狭窄領域19Bは、電流狭窄層19を構成する材料を有する発光素子10の側面から酸化することにより形成することができる。電流注入領域19Aは、例えば、n型のAlX4Ga1-X4As(0<X4≦1)からなり、電流狭窄領域19Bは、例えば、その酸化物からなる。発光素子アレイ1では、この電流狭窄層19を設けることにより、第1電極21から活性層15に注入させる電流の狭窄がなされ、電流注入効率が高められる。
第1スペーサ層14は、第1DBR層13と第2DBR層17との間隔がλとなるように調整するものである。第1スペーサ層14は、例えば、n型のAlX5Ga1-X5As(0≦X5<1)からなる。
活性層15は、自然放出光の放出および増幅を行うものであり、第1電極21および第2電極22から注入された正孔および電子が発光再結合して誘導放出光を発生するようになっている。活性層15は、例えば、量子井戸層(図示せず)と障壁層(図示せず)とが交互に複数積層された多重量子井戸(MQW)構造を有していている。量子井戸層は、例えばInX6Ga1-X6As(0<X6<1)からなり、障壁層は、例えばInX7Ga1-X7As(0<X7<X6)からなる。
第2スペーサ層16は、第1スペーサ層14と共に、第1DBR層13と第2DBR層17との間隔がλとなるように調整するものである。第2スペーサ層16は、例えば、p型のAlX8Ga1-X8As(0≦X8<1)からなる。
第2DBR層17は、例えば、p型の半導体材料からなる。第2DBR層17は、活性層15を間にして第1DBR層13と対向しており、活性層15で発生した波長λの光を第1DBR層13との間で共振させてレーザ発振させるための共振器を構成している。第2DBR層17は、第1DBR層13と同様に、低屈折率層(図示せず)と高屈折率層(図示せず)とが交互に積層された構成を有している。低屈折率層は、例えば光学膜厚がλ×1/4pのp型のAlX9Ga1-X9As(0<X9≦1)からなり、高屈折率層は、例えば光学膜厚がλ×1/4pのp型のAlX10Ga1-X10As(0≦X10<X9)からなる。
第2コンタクト層18は、各発光素子10の第2DBR層17に第2電極22をオーミック接触させるためのものである。第2コンタクト層18は、GaAs系半導体によって構成されている。第2コンタクト層18は、例えば、n型のAlX11Ga1-X11As(0≦X11<1)からなる。
第1電極21は、基板11の表面11S1側の、例えば複数の発光素子10の間に設けられている。換言すると、第1電極21は、発光領域R1にアレイ状に配設された複数の発光素子10の共通電極として、複数の発光素子10の周囲に設けられた凹部Hの底面に設けられている。第1電極21は、例えば、チタン(Ti)/白金(Pt)/金(Au)の多層膜によって形成されている。
第2電極22は、複数の発光素子10の上方、具体的には、第2コンタクト層18上にそれぞれ設けられている。第2電極22は、例えば金-ゲルマニウム(Au-Ge)/ニッケル(Ni)/金(Au)の多層膜によって形成されている。
絶縁膜23は、第2コンタクト層18の上面および第2コンタクト層18、発光素子10の側面ならびに第1コンタクト層12の上面に、例えば連続して形成されている。絶縁膜23は、例えば窒化シリコン(SiN)あるいは酸化シリコン(SiO2)等の単層膜または積層膜により構成されている。絶縁膜23の第2コンタクト層18の上面および第1コンタクト層12の所定の位置には、それぞれ、開口H3,H4(例えば、図4G参照)が設けられており、各開口H3,H4には、それぞれ、第1電極21または第2電極22が埋め込まれている。
反射防止膜24は、基板11の裏面11S2の、例えば全面に形成されている。反射防止膜24は、例えば窒化シリコン(SiN)あるいは酸化シリコン(SiO2)等の単層膜または積層膜により構成されている。
[発光素子アレイの動作]
発光素子アレイ1は、例えばレーザドライバに、発光素子10の上面10S1を対向して搭載される。レーザドライバは、例えば、発光素子アレイ1に印加する電圧を制御するドライバを基板に有している。このドライバは、例えば配線を介して発光素子アレイと電気的に接続され、発光素子アレイ1に設けられた複数の発光素子10の発光および消光を行う駆動パルスを生成する。
発光素子アレイ1は、例えばレーザドライバに、発光素子10の上面10S1を対向して搭載される。レーザドライバは、例えば、発光素子アレイ1に印加する電圧を制御するドライバを基板に有している。このドライバは、例えば配線を介して発光素子アレイと電気的に接続され、発光素子アレイ1に設けられた複数の発光素子10の発光および消光を行う駆動パルスを生成する。
発光素子アレイ1では、レーザドライバから第1電極21および第2電極22に所定の電圧を印加することにより、2次元アレイ状に配設された複数の発光素子10それぞれに電圧が印加される。これにより、第1電極21からホールが、第2電極22から電子が、それぞれ活性層15に注入され、電子およびホールの再結合により光が発生する。活性層15において発生した光は第1DBR層13と第2DBR層17との間で共振して増幅され、基板11の裏面11S2からレーザ光Lが出射される。
[発光素子アレイの製造方法]
次に、図3および図4A~図4Hを参照して、発光素子アレイ1の製造方法について説明する。
次に、図3および図4A~図4Hを参照して、発光素子アレイ1の製造方法について説明する。
まず、図4Aに示したように、例えばGaAsからなる基板11上に、第1コンタクト層12、電流狭窄層19を含む第1DBR層13、第1スペーサ層14、活性層15、第2スペーサ層16、第2DBR層17および第2コンタクト層18がこの順に積層された化合物半導体層(半導体積層体)を、例えば有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition :MOCVD)法等のエピタキシャル結晶成長法により一括形成する(ステップS101)。その際、化合物半導体の原料としては、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルガリウム(TMGa)、トリメチルインジウム(TMIn)等のメチル系有機金属化合物と、アルシン(AsH3)ガスを用い、ドナー不純物の原料としては、例えばジシラン(Si2H6)を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば四臭化炭素(CBr4)を用いる。
続いて、図4Bに示したように、第2コンタクト層18上に、密度の異なるパターンを有するレジスト層31を形成する。次に、図4Cに示したように、このレジスト層31をマスクとして化合物半導体層をエッチングしてメサ構造(発光素子10)を形成する(ステップS102)。このとき、例えばCl系ガスによる反応性イオンエッチング(RIE)を、マイクロローディング効果を高めた条件で行うことが好ましい。マイクロローディング効果とは、マスクパターンが密な部分ではマスクによってイオンの入射が遮られ、マスクパターンが疎な部分よりもエッチングレートが低下する現象である。
このマイクロローディング効果を高めた条件でRIEを行うことにより、相対的に複数の発光素子10が密に配設された領域(例えば、第1領域R1-1)と、相対的に複数の発光素子10が疎に配設された領域(例えば、第2領域R1-2)との間でエッチングレートに差異が生じる。例えば、上述したように、第1のピッチl1で配設された隣り合う発光素子10の間には、第1コンタクト層12の層内に底面を有する凹部H1が形成され、第2のピッチl2で配設された隣り合う発光素子10の間には、例えば第1コンタクト層12を貫通するに凹部H2が形成される。なお、マイクロローディング効果を高めるためには、例えば80℃以下の条件下においてRIEを行うことが好ましく、より好ましくは、室温(例えば25℃)である。
続いて、レジスト層31を除去した後、図4Dに示したように、例えば水蒸気雰囲気下で高温処理を施すことで電流狭窄層19を形成する(ステップS103)。なお、この酸化は、ウェット酸化法を用いてもよい。これにより、電流狭窄層19の外周領域が酸化され、電流狭窄領域19Bが形成される。
次に、図4E示したように、第2コンタクト層18の上面から凹部H1,H2の側面および底面に連続する絶縁膜23を、例えば、化学気相成長(CVD)法または原子層堆積(ALD)法を用いて形成する(ステップS104)。続いて、図4Fに示したように、絶縁膜23上に所定のパターンのレジスト層32を形成した後、図4Gに示したように、絶縁膜23の所定の位置に、例えばRIE等を用いて開口H3,H4を形成する(ステップS105)。
次に、図4Hに示したように、例えばレジストパターンを用いたリフトオフ法を用いて、それぞれ、第1電極21および第2電極22を形成する(ステップS106)。続いて、例えば裏面研削および化学的研磨(CMP)により基板11を所定の厚みまで薄膜化する(ステップS107)。その後、例えば、CVD法またはALD法を用いて基板11の裏面11S2に反射防止膜24を形成する(ステップS108)。以上により、図1に示した発光素子アレイ1が完成する。
[作用・効果]
本実施の形態の発光素子アレイ1は、発光領域R1において互いに異なる間隔で2次元アレイ状に配設された裏面出射型の複数の発光素子10の周囲に、隣り合う複数の発光素子10の間隔に応じて深さが異なる凹部H(例えば、凹部H1,H2)を形成するようにした。以下、これについて説明する。
本実施の形態の発光素子アレイ1は、発光領域R1において互いに異なる間隔で2次元アレイ状に配設された裏面出射型の複数の発光素子10の周囲に、隣り合う複数の発光素子10の間隔に応じて深さが異なる凹部H(例えば、凹部H1,H2)を形成するようにした。以下、これについて説明する。
一般に、例えば図5に示したように、裏面に共通電極1021を有する発光素子アレイ1000では、アレイ部R1000内に配設された複数の発光素子1010を構成するメサの底面は均一な高さで形成されている。このような構成は、メサピッチが広いアレイであれば大きな問題とならないが、メサピッチが狭いアレイでは、図5に示した矢印ように、アレイ部R1000の中心部の発光素子1010Aは隣り合う発光素子1010の影響により、共通電極1021に向かって垂直に電流が流れるが、アレイの外周R2000近傍の発光素子1010Bは、隣接する発光素子数が減るため電流が広がり、発光素子の電気抵抗が下がる傾向がある。これにより、外周R2000近傍の発光素子1010Bに電流が集中し、アレイ内で均一な発光が得られないという問題が生じる。
この問題は、複数の発光素子の配設ピッチが異なるアレイにおいても生じる。例えば、複数の発光素子の配設ピッチが狭い高密度領域では、裏面の共通電極に向かって垂直に電流が流れるが、複数の発光素子の配設ピッチが広い低密度領域では、上記外周R2000近傍の発光素子1010Bと同様に電流が広がり、発光素子の電気抵抗が低下する。これにより、低密度領域の発光素子に電流が集中し、アレイ内で均一な発光が得られなくなる。
また、この問題は、裏面に共通電極を持たない、例えば裏面出射型の発光素子アレイにおいても生じる。裏面出射型の発光素子アレイでは、共通電極はメサの底面に形成される。複数の発光素子の配設ピッチが狭い高密度領域では、メサの底面に形成される共通電極の面積は小さくなるため、発光素子の電気抵抗が高くなるのに対し、複数の発光素子の配設ピッチが広い低密度領域では、共通電極の面積は大きくなるため、発光素子の電気抵抗が低下する。これにより、低密度領域の発光素子に電流が集中し、アレイ内で均一な発光が得られなくなる。
これに対して本実施の形態では、複数の発光素子10が互いに異なる間隔で配設されている発光素子アレイ1において、隣り合う複数の発光素子10の間隔に応じて深さの異なる凹部H(例えば、凹部H1,H2)を設けるようにした。これにより、複数の発光素子10の配設ピッチが狭い高密度領域(例えば、第1のピッチl1で複数の発光素子10が配設された第1領域R1-1)では、隣り合う発光素子10の間の凹部H1の底面に形成される第1電極21の面積が小さくなるため、発光素子10の電気抵抗が高くなるものの、発光素子10の周囲に形成される凹部H1は浅いため、第1電極21から発光素子10に向かって第1コンタクト層12を水平方向に流れる電流の電気抵抗が低下するようになる。一方、複数の発光素子10の配設ピッチが広い低密度領域(例えば、第2のピッチl2で複数の発光素子10が配設された第2領域R1-2)では、隣り合う発光素子10の間の凹部H1の底面に形成される第1電極21の面積が大きくなるため、第1領域R1-1に配設された発光素子10と比較して発光素子10の電気抵抗が低下するものの、発光素子10の周囲に形成される凹部H2は深く形成されているため、第1電極21から発光素子に向かって第1コンタクト層12を水平方向に流れる電流の電気抵抗が上昇する。これにより、低密度に配設された発光素子10への電流の集中が抑制されるようになる。即ち、複数の発光素子の配設密度によって生じる電気抵抗差が相殺されるようになる。
以上により、本実施の形態の発光素子アレイ1では、発光領域R1において略均一な発光を得ることが可能となる。
また、本実施の形態の発光素子アレイ1では、複数の発光素子10の配設ピッチが広い低密度領域(例えば、第2領域R1-2)では、発光素子10のメサ形状を形成する凹部H2が第1コンタクト層12を貫通するようにした。これにより、第1電極21と第1コンタクト層12との接触面積が小さくなり、低密度に配設された発光素子10への電流の集中をさらに抑制することができる。よって、発光領域R1においてより略均一な発光を得ることが可能となる。
次に、本開示の第2の実施の形態および変形例ならびに適用例および応用例について説明する。以下では、上記第1の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
<2.第2の実施の形態>
図6は、本開示の第2の実施の形態に係る発光素子アレイ2の断面構成の一例を模式的に表したものである。図7は、図6に示した発光素子アレイ2全体の平面構成の一例を模式的に表したものである。図6では、図7に示したII-II’線に対応する断面を表している。この発光素子アレイ2は、例えば、表面出射型のVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)が2次元アレイ状に集積されたものである。
図6は、本開示の第2の実施の形態に係る発光素子アレイ2の断面構成の一例を模式的に表したものである。図7は、図6に示した発光素子アレイ2全体の平面構成の一例を模式的に表したものである。図6では、図7に示したII-II’線に対応する断面を表している。この発光素子アレイ2は、例えば、表面出射型のVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)が2次元アレイ状に集積されたものである。
[発光素子アレイの構成]
発光素子アレイ2は、例えば、対向する第1面(表面41S1)および第2面(裏面41S2)を有する基板の表面41S1に複数の発光素子40が配設されている。発光素子アレイ2は、上記第1の実施の形態の発光素子アレイ1と同様に、複数の発光素子40が2次元アレイ状に配設された発光領域R1と、その外周に設けられた周辺領域R2とを有している。
発光素子アレイ2は、例えば、対向する第1面(表面41S1)および第2面(裏面41S2)を有する基板の表面41S1に複数の発光素子40が配設されている。発光素子アレイ2は、上記第1の実施の形態の発光素子アレイ1と同様に、複数の発光素子40が2次元アレイ状に配設された発光領域R1と、その外周に設けられた周辺領域R2とを有している。
複数の発光素子40は、それぞれメサ形状を有している。各発光素子40の直径(メサ径)は、各発光素子40から出射されるレーザ光の最小ビームピッチよりも若干小さな大きさとなっている。例えば、最小ビームピッチを18μm程度にしようとした場合、メサ径は14μm程度とする。
発光素子アレイ2では、複数の発光素子40は、上記第1の実施の形態の発光素子アレイ1と同様に、発光領域R1において、例えば互いに異なる間隔で配設されている。例えば、発光領域R1には、図7に示したように、複数の発光素子40が第1のピッチl3で配設された第1領域R1-1と、複数の発光素子40が第2のピッチl4で配設された第2領域R1-2とが行列方向に交互に配置されている。その他に、複数の発光素子40は、発光領域R1内において隣り合う発光素子40の間隔が規則性なく異なるようにランダムに配設されていてもよい。
更に、発光素子アレイ2は、複数の発光素子40をそれぞれメサ形状とする凹部Hを有している。この凹部Hは、隣り合う複数の発光素子40の間隔に応じて異なる深さを有している。例えば、図7に示した第1領域R1-1および第2領域R1-2それぞれに配設された複数の発光素子40の配設ピッチ(第1のピッチl3および第2のピッチl4)がl3<l4の関係を有するとき、第1領域R1-1において隣り合う発光素子40の間に設けられる凹部H5の深さh3と、第2領域R1-2において隣り合う発光素子40の間に設けられる凹部H6の深さh4とは、h3<h4の関係を有している。即ち、本実施の形態の発光素子アレイ2は、互いに異なる間隔で配設されている複数の発光素子40の周囲に、隣り合う複数の発光素子40の間隔が狭いほど浅く、隣り合う複数の発光素子40の間隔が広いほど深い凹部Hが形成されている。
なお、第1のピッチl3および第2のピッチl4は、それぞれ、第1領域R1-1および第2領域R1-2において隣り合う発光素子40の中心間の距離とする。
[発光素子の構成]
複数の発光素子40は、積層方向にレーザ光を出射するVCSELである。複数の発光素子40は、例えば、層内に電流狭窄層49を含む第1DBR層43と、第1スペーサ層44と、活性層45と、第2スペーサ層46と、第2DBR層47とがこの順に積層されている。複数の発光素子40と基板41との間には、第1コンタクト層42が設けられている。複数の発光素子40の上面40S1には、それぞれ、第2コンタクト層48が設けられている。
複数の発光素子40は、積層方向にレーザ光を出射するVCSELである。複数の発光素子40は、例えば、層内に電流狭窄層49を含む第1DBR層43と、第1スペーサ層44と、活性層45と、第2スペーサ層46と、第2DBR層47とがこの順に積層されている。複数の発光素子40と基板41との間には、第1コンタクト層42が設けられている。複数の発光素子40の上面40S1には、それぞれ、第2コンタクト層48が設けられている。
本実施の形態では、基板41の裏面41S2の、例えば全面に、複数の発光素子40に対する共通電極として第1電極51が設けられている。例えば、第1コンタクト層42または第1DBR層43の上面および複数の発光素子40の側面ならびに第2コンタクト層48の上面は、絶縁膜53および第2電極52によってこの順に覆われている。絶縁膜53は、第2コンタクト層48の上面において開口しており、第2電極52は、その開口(開口H7、図9B参照)を介して第2コンタクト層48と電気的に接続されている。これらの点が、上記第1の実施の形態の発光素子10とは異なっており、それ以外の構成については、発光素子10と同様の構成を有する。
[発光素子アレイの動作]
発光素子アレイ2では、レーザドライバから第1電極51および第2電極52に所定の電圧を印加することにより、第1電極51および第2電極52からそれぞれの発光素子40に電圧が印加される。これにより、第1電極51からホールが、第2電極52から電子が、それぞれ活性層45に注入され、電子およびホールの再結合により光が発生する。活性層45において発生した光は第1DBR層43と第2DBR層47との間で共振して増幅され、発光素子40の上面40S1からレーザ光Lが出射される。
発光素子アレイ2では、レーザドライバから第1電極51および第2電極52に所定の電圧を印加することにより、第1電極51および第2電極52からそれぞれの発光素子40に電圧が印加される。これにより、第1電極51からホールが、第2電極52から電子が、それぞれ活性層45に注入され、電子およびホールの再結合により光が発生する。活性層45において発生した光は第1DBR層43と第2DBR層47との間で共振して増幅され、発光素子40の上面40S1からレーザ光Lが出射される。
[発光素子アレイの製造方法]
次に、図8および図9A~図9Cを参照して、発光素子アレイ2の製造方法について説明する。
次に、図8および図9A~図9Cを参照して、発光素子アレイ2の製造方法について説明する。
まず、上記第1の実施の形態と同様にして、ステップS201~ステップS204まで進め、図9Aに示したように、第2コンタクト層48の上面から凹部H5,H6の側面および底面に連続する絶縁膜53を、例えば、CVD法またはALD法を用いて形成する。続いて、図9Bに示したように、上記第1の実施の形態と同様にして、第2コンタクト層48上に形成された絶縁膜23の所定の位置に開口H7を形成する(ステップS205)。
次に、図9Cに示したように、例えばレジストパターンを用いたリフトオフ法を用いて、第2電極52を形成する(ステップS206)。続いて、例えばCMPにより基板41を所定の厚みまで薄膜化する(ステップS207)。その後、例えば、CVD法またはALD法を用いて基板41の裏面11S2に第1電極51を形成する(ステップS208)。以上により、図6に示した発光素子アレイ2が完成する。
[作用・効果]
本実施の形態の発光素子アレイ2は、発光領域R1において互いに異なる間隔で2次元アレイ状に配設された、表面出射型の複数の発光素子40の周囲に、隣り合う複数の発光素子40の間隔に応じて深さが異なる凹部H(例えば、凹部H5,H6)を形成するようにした。
本実施の形態の発光素子アレイ2は、発光領域R1において互いに異なる間隔で2次元アレイ状に配設された、表面出射型の複数の発光素子40の周囲に、隣り合う複数の発光素子40の間隔に応じて深さが異なる凹部H(例えば、凹部H5,H6)を形成するようにした。
これにより、複数の発光素子40の配設ピッチが狭い高密度領域(例えば、第1のピッチl1で複数の発光素子40が配設された第1領域R1-1)では、各発光素子40に対応する第1電極51の面積が小さくなるため、発光素子40の電気抵抗が高くなるものの、発光素子40の周囲に形成される凹部H5は浅く、例えば第1DBR層43内に底面を有するように形成されているため、第1電極51から発光素子40に向かって水平方向に流れる電流の電気抵抗が低下する。その際、発光素子40内の電流経路が短いため、発光素子40を流れる電流の電気抵抗も低下するようになる。一方、複数の発光素子40の配設ピッチが広い低密度領域(例えば、第2のピッチl2で複数の発光素子40が配設された第2領域R1-2)では、各発光素子40に対応する第1電極51の面積が大きくなるため、第1領域R1-1に配設された発光素子40と比較して発光素子40の電気抵抗が低下するものの、発光素子40の周囲に形成される凹部H6は深く、例えば第1コンタクト層42内に底面を有するように形成されているため、第1電極51から発光素子40に向かって水平方向に流れる電流の電気抵抗が上昇する。その際、発光素子40内の電流経路が長いため、発光素子40を流れる電流の電気抵抗も上昇するようになる。よって、例えば図10に示した矢印ように、複数の発光素子の配設密度によって生じる電気抵抗差が相殺されるようになる。
以上により、本実施の形態の発光素子アレイ2では、上記第1の実施の形態の発光素子アレイ2と同様に、発光領域R1において略均一な発光を得ることが可能となる。
<3.変形例>
図11は、第1の実施の形態の変形例としての発光素子アレイ3の断面構成の一例を模式的に表したものである。図12は、第2の実施の形態の変形例としての発光素子アレイ4の断面構成の一例を模式的に表したものである。本変形例の発光素子アレイ3,4は、それぞれ、基板11と第1コンタクト層12との間および基板41と第1コンタクト層42との間に電流拡散調整層25を設けた点が、上記第1、第2の実施形態とは異なる。
図11は、第1の実施の形態の変形例としての発光素子アレイ3の断面構成の一例を模式的に表したものである。図12は、第2の実施の形態の変形例としての発光素子アレイ4の断面構成の一例を模式的に表したものである。本変形例の発光素子アレイ3,4は、それぞれ、基板11と第1コンタクト層12との間および基板41と第1コンタクト層42との間に電流拡散調整層25を設けた点が、上記第1、第2の実施形態とは異なる。
電流拡散調整層25は、凹部Hの深さに応じて変化する第1電極21または第1電極51から発光素子に向かって水平方向に流れる電流の電気抵抗の変化量を調整するためのものである。電流拡散調整層25は、第1コンタクト層12,42よりもキャリア濃度の低い構成となっている。また、電流拡散調整層25は、積層方向(例えばZ軸方向)にキャリア濃度を変調させるようにしてもよい。例えば、キャリア濃度を基板11側から第1コンタクト層12に向けて徐々に高くするようにしてもよい。
以上のように本変形例の発光素子アレイ3,4では、それぞれ、基板11と第1コンタクト層12との間および基板41と第1コンタクト層42との間に電流拡散調整層25を設けるようにした。これにより、電流抵抗の調整幅を制御できるようになり、複数の発光素子10,40の配設密度によって生じる電気抵抗差をさらに相殺できるようになる。よって、発光領域R1においてより略均一な発光を得ることが可能となる。
更に、電流拡散調整層25に含まれるキャリアの濃度を、例えば上記のように変調させることにより、電流抵抗の調整幅を自在に制御することが可能となる。
なお、図12に示した発光素子アレイ4では、電流拡散調整層25を基板41と第1コンタクト層42との間に設けた例を示したがこれに限らない。電流拡散調整層25は、例えば、第1コンタクト層42と第1DBR層43との間に設けるようにしてもよい。その場合も、同様の効果を得ることができる。
<4.適用例>
本技術は、半導体レーザを含む種々の電子機器に適用できる。例えば、スマートフォン等の携帯電子機器に備えられる光源や、形状や動作等を検知する各種センシング機器の光源等に適用できる。
本技術は、半導体レーザを含む種々の電子機器に適用できる。例えば、スマートフォン等の携帯電子機器に備えられる光源や、形状や動作等を検知する各種センシング機器の光源等に適用できる。
図13は、上述した発光素子アレイ(例えば、発光素子アレイ1)を備えた照明装置110を用いた測距装置(測距装置100)の概略構成を表したブロック図である。測距装置100は、ToF方式により距離を測定するものである。測距装置100は、例えば、照明装置110と、受光部120と、制御部130と、測距部140とを有する。
照明装置110は、例えば、図1等に示した発光素子アレイ1を光源として備えたものである。照明装置110では、例えば、矩形波の発光制御信号CLKpに同期して照明光を発生する。また、発光制御信号CLKpは、周期信号であれば、矩形波に限定されない。例えば、発光制御信号CLKpは、サイン波であってもよい。
受光部120は、照射対象物200から反射された反射光を受光して、垂直同期信号VSYNCの周期が経過するたびに、その周期内の受光量を検出するものである。例えば、60ヘルツ(Hz)の周期信号が垂直同期信号VSYNCとして用いられる。また、受光部120には、複数の画素回路が二次元格子状に配置されている。受光部120は、これらの画素回路の受光量に応じた画像データ(フレーム)を測距部140に供給する。なお、垂直同期信号VSYNCの周波数は、60ヘルツ(Hz)に限定されず、30ヘルツ(Hz)や120ヘルツ(Hz)としてもよい。
制御部130は、照明装置110を制御するものである。制御部130は、発光制御信号CLKpを生成して照明装置110および受光部120に供給する。発光制御信号CLKpの周波数は、例えば20メガヘルツ(MHz)である。なお、発光制御信号CLKpの周波数は、20メガヘルツ(MHz)に限定されず、例えば5メガヘルツ(MHz)としてもよい。
測距部140は、画像データに基づいて、照射対象物200までの距離をToF方式で測定するものである。この測距部140は、画素回路毎に距離を測定して画素毎に物体までの距離を諧調値で示すデプスマップを生成する。このデプスマップは、例えば、距離に応じた度合いのぼかし処理を行う画像処理や、距離に応じてフォーカスレンズの合焦点を求めるオートフォーカス(AF)処理等に用いられる。
<5.応用例>
(移動体への応用例)
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
(移動体への応用例)
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図14は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図14に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図57の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図15は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図15では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図15には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部12031に適用され得る。具体的には、発光素子アレイ1は、撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
以上、第1、第2実施の形態および変形例ならびに適用例および応用例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した発光素子10の層構成は一例であり、更に他の層を備えていてもよい。また、各層の材料も一例であって、上述のものに限定されるものではない。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってよい。
なお、本技術は以下のような構成とすることができる。以下の構成の本技術によれば、基板上に発光素子を構成する複数の化合物半導体層を順に積層形成した後、化合物半導体層上に密度の異なるパターンを有するレジスト層を形成し、そのレジスト層をマスクとして反応性イオンエッチングを80℃以下の条件で行う。これにより、メサ形状を有する複数の発光素子が、互いに異なる間隔で第1の面に2次元アレイ状に形成されると共に、隣り合う複数の発光素子の間に、隣り合う複数の発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部が形成される。よって、複数の発光素子の配設密度によって生じる電気抵抗差が相殺され、面内において略均一な発光が得られるようになる。
(1)
対向する第1の面および第2の面を有する基板と、
互いに異なる間隔で前記第1の面に2次元アレイ状に配設されると共に、メサ形状を有する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の周囲に設けられ、前記メサ形状を形成すると共に、隣り合う前記複数の発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部と
を備えた発光素子アレイ。
(2)
前記凹部の深さは、隣り合う前記複数の発光素子の間隔が狭いほど浅く、隣り合う前記複数の発光素子の間隔が広いほど深い、前記(1)に記載の発光素子アレイ。
(3)
前記基板は、前記複数の発光素子が2次元アレイ状に設けられたアレイ部をさらに有し、
前記アレイ部は複数の領域を有し、前記複数の発光素子は前記領域毎に異なる間隔で配設されている、前記(1)または(2)に記載の発光素子アレイ。
(4)
前記基板は、前記複数の発光素子が2次元アレイ状に設けられたアレイ部をさらに有し、
前記複数の発光素子は前記アレイ部にランダムに配設されている、前記(1)または(2)に記載の発光素子アレイ。
(5)
前記発光素子は、前記基板の前記第1の面側から順に積層された第1光反射層、活性層および第2光反射層を有し、
前記第1光反射層と前記基板との間に設けられた第1コンタクト層と、前記第2光反射層の前記活性層とは反対の面側に第2コンタクト層をさらに有する、前記(1)乃至(4)のうちのいずれか1つに記載の発光素子アレイ。
(6)
前記発光素子は、前記凹部の底部に設けられた第1電極と、前記第2コンタクト層上に設けられた第2電極とをさらに有する、前記(5)に記載の発光素子アレイ。
(7)
前記発光素子は、前記第2の面からレーザ光を出射する裏面出射型の面発光レーザである、前記(5)または(6)に記載の発光素子アレイ。
(8)
前記凹部は、隣り合う第1の間隔で配設された前記複数の発光素子の間に設けられた第1の凹部と、前記第1の間隔よりも広い第2の間隔で配設された隣り合う前記複数の発光素子の間に設けられた第2の凹部とを有し、
前記第1の凹部は前記第1コンタクト層内に底面を有し、前記第2の凹部は前記第1コンタクト層を貫通している、前記(5)乃至(7)のうちのいずれか1つに記載の発光素子アレイ。
(9)
前記基板と前記第1コンタクト層との間に、前記第1コンタクト層よりもキャリア濃度の低い電流拡散調整層をさらに有する、前記(8)に記載の発光素子アレイ。
(10)
前記電流拡散調整層は、前記基板から前記第1コンタクト層に向かってキャリア濃度が変化する、前記(9)に記載の発光素子アレイ。
(11)
前記発光素子は、前記基板の前記第2の面側に設けられた第1電極と、前記第2コンタクト層上に設けられた第2電極とをさらに有する、前記(5)に記載の発光素子アレイ。
(12)
前記第1電極は前記複数の発光素子に対する共通電極である、前記(11)に記載の発光素子アレイ。
(13)
前記第2コンタクト層側からレーザ光を出射する表面出射型の面発光レーザである、前記(5)、(11)または(12)に記載の発光素子アレイ。
(14)
前記凹部は、第1の間隔で配設された隣り合う前記複数の発光素子の間に設けられた第1の凹部と、前記第1の間隔よりも広い第2の間隔で配設された隣り合う前記複数の発光素子の間に設けられた第2の凹部とを有し、
前記第1の凹部は前記第1光反射層内に底面を有し、前記第2の凹部は前記第1光反射層を貫通している、前記(5)または(11)乃至(13)のうちのいずれか1つに記載の発光素子アレイ。
(15)
前記基板と前記第1コンタクト層との間、または、前記第1コンタクト層と前記第1光反射層との間に電流拡散調整層をさらに有する、前記(13)または(14)に記載の発光素子アレイ。
(16)
前記電流拡散調整層は、前記基板から前記第1光反射層に向かってキャリア濃度が変化する、前記(15)に記載の発光素子アレイ。
(17)
基板上に発光素子を構成する複数の化合物半導体層を順に積層形成し、
前記化合物半導体層上に密度の異なるパターンを有するレジスト層を形成し、
前記レジスト層をマスクとし、反応性イオンエッチングを80℃以下の条件で行うことにより、前記レジスト層のパターン密度に応じて深さの異なる凹部を前記化合物半導体層に形成する
発光素子アレイの製造方法。
(1)
対向する第1の面および第2の面を有する基板と、
互いに異なる間隔で前記第1の面に2次元アレイ状に配設されると共に、メサ形状を有する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の周囲に設けられ、前記メサ形状を形成すると共に、隣り合う前記複数の発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部と
を備えた発光素子アレイ。
(2)
前記凹部の深さは、隣り合う前記複数の発光素子の間隔が狭いほど浅く、隣り合う前記複数の発光素子の間隔が広いほど深い、前記(1)に記載の発光素子アレイ。
(3)
前記基板は、前記複数の発光素子が2次元アレイ状に設けられたアレイ部をさらに有し、
前記アレイ部は複数の領域を有し、前記複数の発光素子は前記領域毎に異なる間隔で配設されている、前記(1)または(2)に記載の発光素子アレイ。
(4)
前記基板は、前記複数の発光素子が2次元アレイ状に設けられたアレイ部をさらに有し、
前記複数の発光素子は前記アレイ部にランダムに配設されている、前記(1)または(2)に記載の発光素子アレイ。
(5)
前記発光素子は、前記基板の前記第1の面側から順に積層された第1光反射層、活性層および第2光反射層を有し、
前記第1光反射層と前記基板との間に設けられた第1コンタクト層と、前記第2光反射層の前記活性層とは反対の面側に第2コンタクト層をさらに有する、前記(1)乃至(4)のうちのいずれか1つに記載の発光素子アレイ。
(6)
前記発光素子は、前記凹部の底部に設けられた第1電極と、前記第2コンタクト層上に設けられた第2電極とをさらに有する、前記(5)に記載の発光素子アレイ。
(7)
前記発光素子は、前記第2の面からレーザ光を出射する裏面出射型の面発光レーザである、前記(5)または(6)に記載の発光素子アレイ。
(8)
前記凹部は、隣り合う第1の間隔で配設された前記複数の発光素子の間に設けられた第1の凹部と、前記第1の間隔よりも広い第2の間隔で配設された隣り合う前記複数の発光素子の間に設けられた第2の凹部とを有し、
前記第1の凹部は前記第1コンタクト層内に底面を有し、前記第2の凹部は前記第1コンタクト層を貫通している、前記(5)乃至(7)のうちのいずれか1つに記載の発光素子アレイ。
(9)
前記基板と前記第1コンタクト層との間に、前記第1コンタクト層よりもキャリア濃度の低い電流拡散調整層をさらに有する、前記(8)に記載の発光素子アレイ。
(10)
前記電流拡散調整層は、前記基板から前記第1コンタクト層に向かってキャリア濃度が変化する、前記(9)に記載の発光素子アレイ。
(11)
前記発光素子は、前記基板の前記第2の面側に設けられた第1電極と、前記第2コンタクト層上に設けられた第2電極とをさらに有する、前記(5)に記載の発光素子アレイ。
(12)
前記第1電極は前記複数の発光素子に対する共通電極である、前記(11)に記載の発光素子アレイ。
(13)
前記第2コンタクト層側からレーザ光を出射する表面出射型の面発光レーザである、前記(5)、(11)または(12)に記載の発光素子アレイ。
(14)
前記凹部は、第1の間隔で配設された隣り合う前記複数の発光素子の間に設けられた第1の凹部と、前記第1の間隔よりも広い第2の間隔で配設された隣り合う前記複数の発光素子の間に設けられた第2の凹部とを有し、
前記第1の凹部は前記第1光反射層内に底面を有し、前記第2の凹部は前記第1光反射層を貫通している、前記(5)または(11)乃至(13)のうちのいずれか1つに記載の発光素子アレイ。
(15)
前記基板と前記第1コンタクト層との間、または、前記第1コンタクト層と前記第1光反射層との間に電流拡散調整層をさらに有する、前記(13)または(14)に記載の発光素子アレイ。
(16)
前記電流拡散調整層は、前記基板から前記第1光反射層に向かってキャリア濃度が変化する、前記(15)に記載の発光素子アレイ。
(17)
基板上に発光素子を構成する複数の化合物半導体層を順に積層形成し、
前記化合物半導体層上に密度の異なるパターンを有するレジスト層を形成し、
前記レジスト層をマスクとし、反応性イオンエッチングを80℃以下の条件で行うことにより、前記レジスト層のパターン密度に応じて深さの異なる凹部を前記化合物半導体層に形成する
発光素子アレイの製造方法。
本出願は、日本国特許庁において2021年8月30日に出願された日本特許出願番号2021-140414号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
Claims (17)
- 対向する第1の面および第2の面を有する基板と、
互いに異なる間隔で前記第1の面に2次元アレイ状に配設されると共に、メサ形状を有する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の周囲に設けられ、前記メサ形状を形成すると共に、隣り合う前記複数の発光素子の間隔に応じて深さが異なる凹部と
を備えた発光素子アレイ。 - 前記凹部の深さは、隣り合う前記複数の発光素子の間隔が狭いほど浅く、隣り合う前記複数の発光素子の間隔が広いほど深い、請求項1に記載の発光素子アレイ。
- 前記基板は、前記複数の発光素子が2次元アレイ状に設けられたアレイ部をさらに有し、
前記アレイ部は複数の領域を有し、前記複数の発光素子は前記領域毎に異なる間隔で配設されている、請求項1に記載の発光素子アレイ。 - 前記基板は、前記複数の発光素子が2次元アレイ状に設けられたアレイ部をさらに有し、
前記複数の発光素子は前記アレイ部にランダムに配設されている、請求項1に記載の発光素子アレイ。 - 前記発光素子は、前記基板の前記第1の面側から順に積層された第1光反射層、活性層および第2光反射層を有し、
前記第1光反射層と前記基板との間に設けられた第1コンタクト層と、前記第2光反射層の前記活性層とは反対の面側に第2コンタクト層をさらに有する、請求項1に記載の発光素子アレイ。 - 前記発光素子は、前記凹部の底部に設けられた第1電極と、前記第2コンタクト層上に設けられた第2電極とをさらに有する、請求項5に記載の発光素子アレイ。
- 前記発光素子は、前記第2の面からレーザ光を出射する裏面出射型の面発光レーザである、請求項5に記載の発光素子アレイ。
- 前記凹部は、隣り合う第1の間隔で配設された前記複数の発光素子の間に設けられた第1の凹部と、前記第1の間隔よりも広い第2の間隔で配設された隣り合う前記複数の発光素子の間に設けられた第2の凹部とを有し、
前記第1の凹部は前記第1コンタクト層内に底面を有し、前記第2の凹部は前記第1コンタクト層を貫通している、請求項5に記載の発光素子アレイ。 - 前記基板と前記第1コンタクト層との間に、前記第1コンタクト層よりもキャリア濃度の低い電流拡散調整層をさらに有する、請求項8に記載の発光素子アレイ。
- 前記電流拡散調整層は、前記基板から前記第1コンタクト層に向かってキャリア濃度が変化する、請求項9に記載の発光素子アレイ。
- 前記発光素子は、前記基板の前記第2の面側に設けられた第1電極と、前記第2コンタクト層上に設けられた第2電極とをさらに有する、請求項5に記載の発光素子アレイ。
- 前記第1電極は前記複数の発光素子に対する共通電極である、請求項11に記載の発光素子アレイ。
- 前記第2コンタクト層側からレーザ光を出射する表面出射型の面発光レーザである、請求項5に記載の発光素子アレイ。
- 前記凹部は、第1の間隔で配設された隣り合う前記複数の発光素子の間に設けられた第1の凹部と、前記第1の間隔よりも広い第2の間隔で配設された隣り合う前記複数の発光素子の間に設けられた第2の凹部とを有し、
前記第1の凹部は前記第1光反射層内に底面を有し、前記第2の凹部は前記第1光反射層を貫通している、請求項5に記載の発光素子アレイ。 - 前記基板と前記第1コンタクト層との間、または、前記第1コンタクト層と前記第1光反射層との間に電流拡散調整層をさらに有する、請求項13に記載の発光素子アレイ。
- 前記電流拡散調整層は、前記基板から前記第1光反射層に向かってキャリア濃度が変化する、請求項15に記載の発光素子アレイ。
- 基板上に発光素子を構成する複数の化合物半導体層を順に積層形成し、
前記化合物半導体層上に密度の異なるパターンを有するレジスト層を形成し、
前記レジスト層をマスクとし、反応性イオンエッチングを80℃以下の条件で行うことにより、前記レジスト層のパターン密度に応じて深さの異なる凹部を前記化合物半導体層に形成する
発光素子アレイの製造方法。
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