JP2017212269A

JP2017212269A - 面発光レーザ装置

Info

Publication number: JP2017212269A
Application number: JP2016103004A
Authority: JP
Inventors: 耕明田澤; Komei Tazawa; 吉鎬梁; Ji-Hao Liang
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-11-30

Abstract

【課題】複数の面発光レーザ素子を含み、光のクロストーク及びダークラインの発生が大幅に抑制された面発光レーザ装置を提供する。【解決手段】搭載基板１１と、搭載基板上に並置され、各々が上面に凹部１２Ａを有する複数の面発光レーザ素子１２からなる面発光レーザアレイ２０と、各々が、複数の面発光レーザ素子の凹部の内壁面上に形成されかつ凹部の底部に開口部ＡＰ１を有する複数の光反射膜１２Ｂと、各々が、複数の光反射膜の開口部を覆いかつ複数の面発光レーザ素子の凹部を充填するように形成された複数の波長変換体１３と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL：vertical cavity surface emitting laser）を含む面発光レーザ装置に関する。

垂直共振器型面発光レーザ（以下、単に面発光レーザと称する）は、基板面に対して垂直に光を共振させ、当該基板面に垂直な方向に光を出射させる構造を有する半導体レーザである。また、面発光レーザなどの半導体発光素子がアレイ状に複数個配置された発光装置が知られている。例えば、特許文献１には、基板に搭載された複数の発光素子と、貫通孔が形成された型枠と、貫通孔に配置された蛍光体フィルタ板とを備える照明装置が開示されている。

特開2009-134965号公報

例えば、複数の発光素子が並置された発光装置においては、当該複数の発光素子を個別に駆動することを考慮すると、１の素子から放出された光が他の素子（例えば消灯中の素子）の光路上を進む光のクロストークは少ないことが好ましい。一方、各素子を駆動した場合には、隣接する素子間の非発光領域に対応した暗線（ダークライン）の形成が抑制されることが好ましい。

また、面発光レーザは、高出力であり、省スペースでアレイ化することが可能な発光素子であるが、アレイ化された面発光レーザ装置においても、上記したクロストーク及びダークラインの抑制が図られることが好ましい。また、面発光レーザ装置は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）に比べて発熱が大きいため、高い放熱性能を有していることが好ましい。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、複数の面発光レーザ素子を含み、光のクロストーク及びダークラインの発生が大幅に抑制された面発光レーザ装置を提供することを目的としている。また、本発明は、複数の面発光レーザ素子を含み、高い放熱性能を有する面発光レーザ装置を提供することを目的としている。

本発明による面発光レーザ装置は、搭載基板と、搭載基板上に並置され、各々が上面に凹部を有する複数の面発光レーザ素子からなる面発光レーザアレイと、各々が、複数の面発光レーザ素子の凹部の内壁面上に形成されかつ凹部の底部に開口部を有する複数の光反射膜と、各々が、複数の光反射膜の開口部を覆いかつ複数の面発光レーザ素子の凹部を充填するように形成された複数の波長変換体と、を有することを特徴としている。

（ａ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置の模式的な斜視図であり、（ｂ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置の断面図である。（ａ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置における発光セグメントの断面図であり、（ｂ）は、当該発光セグメント内の光の進路を模式的に示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置の製造方法の各工程を示す図である。（ａ）〜（ｃ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置の製造方法の各工程を示す図である。実施例２に係る面発光レーザ装置の断面図である。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置（以下、単にレーザ装置と称する）１０の模式的な斜視図である。面発光レーザ装置１０は、搭載基板１１上に並置された複数の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）素子（以下、単に面発光レーザ素子又はレーザ素子と称する）１２を含む面発光レーザアレイ（以下、単にレーザアレイと称する）２０を有する。なお、図の明確さのため、図１（ａ）には一部のレーザ素子１２のみを示している。

また、レーザ装置１０は、レーザアレイ２０上に設けられ、レーザ素子１２の各々に対応する複数の波長変換体１３を有する。波長変換体１３の各々は、対応するレーザ素子１２から出射された光を受ける受光部１３Ａを有し、受光部１３Ａを介して入射した光に対して波長変換を行う。なお、本実施例においては、受光部１３Ａは波長変換体１３の底面に設けられ、波長変換体１３に入射した光は波長変換体１３の上面から取り出される。

本実施例においては、レーザ装置１０は、４行４列でマトリクス状に配置された１６個のレーザ素子１２と、レーザ素子１２のそれぞれ上に形成され、４行４列でマトリクス状に配置された１６個の波長変換体１３とを有する。また、レーザ装置１０は、レーザ素子１２の各々に接続された共通端子１４と、レーザ素子１２のそれぞれに接続された個別端子１５とを有する。

個別端子１５の各々は、配線電極１６を介してレーザ素子１２の各々に個別に接続されている。レーザ素子１２の各々は、共通端子１４と個別端子１５との間に電圧を印加することで発光動作を行う。本実施例においては、各個別端子１５は互いに絶縁されており、これによって各レーザ素子１２は独立して発光動作を行う。

なお、本実施例においては、レーザアレイ２０は、最外部のレーザ素子１２の側部に共通端子１４との接続領域２０Ａを有する。なお、本実施例においては、レーザアレイ２０は、矩形の上面形状を有する。また、共通端子１４は、搭載基板１１上におけるレーザアレイ２０の互いに対向する側部の各々に設けられており、接続領域２０Ａはレーザ素子１２を挟むようにレーザ素子１２の両側部に設けられている。

図１（ｂ）は、レーザ装置１０の断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図であるが、その一部を図示している。図１（ｂ）に示すように、まず、レーザアレイ２０は、レーザ素子１２の各々に共通の結晶成長用の基板（以下、成長基板と称する）２１、第１の多層膜反射鏡（以下、第１の反射鏡と称する）２２、半導体構造層２３、電流狭窄層２４及び第２の多層膜反射鏡（以下、第２の反射鏡と称する）２５を有する。本実施例においては、成長基板２１はＧａＮ基板からなる。

まず、レーザアレイ２０は、半導体構造層２３と、半導体構造層２３を挟んで互いに対向して形成された第１及び第２の反射鏡２２及び２５を有する。本実施例においては、半導体構造層２３は、第１の半導体層２３Ａ、活性層２３Ｂ及び第２の半導体層２３Ｃが積層された構造を有する。半導体構造層２３は、例えば、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成を有する。

本実施例においては、活性層２３Ｂは多重量子井戸構造を有する。また、本実施例においては、第１の半導体層２３Ａはｎ型半導体層であり、第２の半導体層２３Ｃはｐ型半導体層である。共通端子１４は接続電極（第２の接続電極）Ｅ２を介して第１の半導体層２３Ａに接続され、個別端子１５は配線電極１６を介して第２の半導体層２３Ｃに接続されている。

また、本実施例においては、第１の反射鏡２２は互いに屈折率の異なる半導体層が交互に積層されてなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。また、第２の反射鏡２５は互いに屈折率の異なる誘電体層が交互に積層されてなるＤＢＲである。また、電流狭窄層２４は、半導体構造層２３と第２の反射鏡２５との間に形成され、レーザ素子１２の各々に対応する電流狭窄部２４Ａを有する。電流狭窄層２４は、例えばＳｉＯ₂やＳｉＮなどの絶縁材料からなる絶縁層であり、電流狭窄部２４Ａとして開口部ＡＰ２を有する。

また、本実施例においては、レーザアレイ２０は、成長基板２１の一方の主面上に、第１の反射鏡２２、第１の半導体層２３Ａ、活性層２３Ｂ、第２の半導体層２３Ｃ、電流狭窄層２４及び第２の反射鏡２５が積層された構造を有する。また、レーザ装置１０は、第２の反射鏡２５側からレーザアレイ２０が搭載基板１１にフリップチップ実装された構造を有する。従って、本実施例においては、レーザ素子１２の各々の上面は成長基板２１の表面（他方の主面）である。なお、搭載基板１１は、例えば、Ｓｉ、ＡｌＮ又はＳｉＣなどの高い熱伝導性を有する材料からなる。

図１（ｂ）に示すように、レーザアレイ２０の上面には、レーザ素子１２の各々に対応する凹部１２Ａが設けられている。本実施例においては、レーザ素子１２の各々の領域上における成長基板２１の表面に凹部１２Ａが設けられている。また、凹部１２Ａの内壁面上には光反射膜１２Ｂが形成されている。光反射膜１２Ｂは、凹部１２Ａの内壁面を覆い、凹部１２Ａの底部に凹部１２Ａの底面を部分的に露出させる開口部ＡＰ１を有する。

また、波長変換体１３は、光反射膜１２Ｂの開口部ＡＰ１を覆い、レーザ素子１２の凹部１２Ａ内に充填されている。波長変換体１３は、例えば蛍光体粒子及び光散乱粒子を含む樹脂成形体からなる。本実施例においては、波長変換体１３は、光反射膜１２Ｂの開口部ＡＰ１においてレーザ素子１２に接触している。なお、光反射膜１２Ｂの開口部ＡＰ１は、レーザ素子１２における出光部として機能するとともに、波長変換体１３の受光部１３Ａとして機能する。

換言すれば、レーザ装置１０は、搭載基板１１上に並置され、各々が上面に凹部１２Ａを有する複数のレーザ素子１２と、各々がレーザ素子１２の各々の凹部１２Ａの内壁面上に形成されかつ凹部１２Ａの底部に開口部ＡＰ１を有する複数の光反射膜１２Ａと、各々が光反射膜１２Ｂの開口部ＡＰ１を覆いかつレーザ素子１２の凹部１２Ａ内を充填するように形成された複数の波長変換体１３とを有する。

また、本実施例においては、受光部１３Ａとしての光反射膜１２Ｂの開口部ＡＰ１と、電流狭窄部２４Ａとしての電流狭窄層２４の開口部ＡＰ２とは、搭載基板１１に垂直な方向において同軸に配置されている。また、本実施例においては、開口部ＡＰ１及びＡＰ２は円柱形状又は円錐台形状を有する。なお、開口部ＡＰ１及びＡＰ２の形状は円形に限定されず、例えば楕円形状や多角形状を有していてもよい。

また、本実施例においては、レーザ素子１２の凹部１２Ａは、レーザ素子１２の上面１２において側面が隣接する他の凹部１２Ａに接する角錐台形状を有する。本実施例においては、凹部１２Ａの各々は、搭載基板１１に向かって開口面積が小となる角錐台形状を有し、素子１２Ａの上面において辺が隣接する凹部１２Ａの辺に接するように形成されている。

なお、本実施例においては、凹部１２Ａは、上面視において矩形の形状を有し（すなわち四角錐台形状を有し）、受光部１３Ａ（開口部ＡＰ１）は凹部１２Ａの底面の中央部に配置されている。なお、凹部１２Ａの形状は四角錐台形状に限定されず、例えば三角錐台形状や六角錐台形状を有していてもよい。

また、本実施例においては、配線電極１６の各々は、電流狭窄部２４Ａ（開口部ＡＰ２）及び受光部１３Ａ（開口部ＡＰ１）の位置にそれぞれ対応して半導体構造層２３（本実施例においては第２の半導体層２３Ｃ）に接続されている。

共通端子１４及び１つの個別端子１５（配線電極１６）間に印加された電流は、対応する電流狭窄部２４Ａから半導体構造層２３内を流れる。そして、活性層２３Ｂ内で放出された光は第１及び第２の反射鏡２２及び２５間で増幅されてレーザ発振を行い、当該電流狭窄部２４Ａの直上の受光部１３Ａから波長変換体１３に入射する。波長変換体１３に入射した光はその波長が変換され、その上面から出射される。このように、１つのレーザ素子１２及びこれに対応する波長変換体１３は、１つの発光セグメントＥＳを構成する。レーザ装置１０は、発光セグメントＥＳ毎に個別に駆動可能な構成を有する。

図２（ａ）は、１つのレーザ素子１２（１つの発光セグメントＥＳ）のより詳細な構造を示す断面図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）の破線で囲まれた部分を拡大して示す部分拡大断面図である。図２（ａ）を用いて、レーザ素子１２、光反射膜１２Ｂ及び波長変換体１３の構成についてより詳細に説明する。

まず、レーザ素子１２は、電流狭窄層２４の開口部ＡＰ２（電流狭窄部２４Ａ）から露出した第２の半導体層２３Ｃの表面に接続された接続電極（第１の接続電極）Ｅ１を有する。接続電極Ｅ１は開口部ＡＰ２を埋め込みつつ電流狭窄層２４上に形成されている。接続電極Ｅ１は、例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透光材料からなる。

また、第２の反射鏡２５は接続電極Ｅ１上に形成され、接続電極Ｅ１を部分的に露出させる貫通孔を有する。レーザ素子１２は、当該貫通孔を介して接続電極Ｅ１に接続されたパッド電極１２Ｄを有する。パッド電極１２Ｄは当該貫通孔を埋め込みつつ第２の反射鏡２５上に形成されている。配線電極１６は、パッド電極１２Ｄに電気的に接続されている。

また、レーザ素子１２の凹部１２Ａは、本実施例においては角錐台形状を有する。従って、凹部１２Ａは、底面１２Ａ１及び側面１２Ａ２を有する。また、側面１２Ａ２は、レーザ素子１２の上面から底面１２Ａ１（搭載基板１１）に向かう順テーパ形状を有する。また、本実施例においては、凹部１２Ａは、側面１２Ａ２が他の凹部１２の側面１２Ａ２に接している。

次に、光反射膜１２Ｂは、本実施例においては凹部１２Ａの底面１２Ａ１及び側面１２Ａ２上に形成され、底面１２Ａ１上に開口部ＡＰ１を有する。また、本実施例においては、レーザ装置１０は、光反射膜１２Ｂと凹部１２Ａの内壁面との間に光吸収膜１２Ｅを有する。

すなわち、本実施例においては、凹部１２Ａの内壁面上に光吸収膜１２Ｅが形成され、光吸収膜１２Ｅ上に光反射膜１２Ｂが形成されている。本実施例においては、光吸収膜１２Ｅは、光反射膜１２Ｂの開口部ＡＰ１と同一サイズ及び同一形状の開口部を有する。光反射膜１２Ｂは、例えばＴｉ／Ａｇ、Ｔｉ／Ａｌ又はＩＴＯ／Ａｇの薄膜のいずれかがこの順で積層された構造を有する。光吸収膜１２Ｅは、例えばＴｉ膜を有する。波長変換体１３は、光反射膜１２Ｂの開口部ＡＰ１を埋め込みつつ光反射膜１２Ｂ上に形成されている。

なお、本実施例においては、波長変換体１３の受光部１３Ａとなる光反射膜１２Ｂの開口部ＡＰ１の開口径Ｄ１は、レーザ素子１２における半導体構造層２３と接続電極Ｅ１とのコンタクト部となる電流狭窄層２４の開口部ＡＰ２の開口径Ｄ２以上の大きさを有する。なお、開口径Ｄ１及びＤ２は、例えば、レーザ素子１２の全体層厚、開口部ＡＰ１及びＡＰ２間の距離、並びに開口部ＡＰ１におけるビームの広がり角を考慮して調節することができる。光の取り出し効率を考慮すると、開口径Ｄ１を開口径Ｄ２以上とすることが好ましい。

また、波長変換体１３の外形や厚さについては、例えば半導体構造層２３の材料や蛍光体粒子の材料などを考慮して、所望の発光色が得られるように調節することができる。例えば、開口部ＡＰ２は２〜２０μｍの開口径Ｄ２を有し、開口部ＡＰ１は２０〜４０μｍの開口径Ｄ１を有する。また、例えば、波長変換体１３は、２０〜３００μｍの厚さ、及び５０〜４００μｍの幅及び長さを有する。

なお、本実施例においては、図２（ａ）に示すように、波長変換体１３は、凹部１２Ａ及び光反射膜１２Ｂ（光吸収膜１２Ｅ）を介して、隣接する他のレーザ素子１２の波長変換体１３から離間している。具体的には、本実施例においては、波長変換体１３は、その上部は外部に露出し、その一方で側部は凹部１２Ａ内において光反射膜１２Ｂに囲まれている。従って、１つの波長変換体１３は、隣接する他のレーザ素子１２及びその波長変換体１３には接触していない。

図２（ｂ）は、レーザ素子１２及び波長変換体１３内における光の進路を模式的に示す図である。図２（ｂ）は図２（ａ）と同様の断面図である。まず、レーザ素子１２から出射されるレーザ光は、その大部分がコヒーレント性を持っているため、この大部分のコヒーレント光Ｌ１は開口部ＡＰ１に向かって直進し、波長変換体１３に入射する。光Ｌ１は、その一部が波長変換体１３内で蛍光体粒子や光散乱粒子に衝突し、波長が変換された光又は散乱された光となり、波長変換体１３の上部から外部に出射される。また、蛍光体粒子などに衝突しなかった光Ｌ１はそのまま直進して波長変換体１３の上部から出射される。これによって光の混色が生じ、混色された光を得ることができる。

次に、光Ｌ１のうち、波長変換体１３の上面で反射された光Ｌ２は、波長変換体１３の底面、すなわちレーザ素子１２側に向かって進む。この光Ｌ２は、開口部ＡＰ１を除いて凹部１２Ａの内壁面のほぼ全面を覆う光反射膜１２Ｂによって反射される。従って、光Ｌ２は再度波長変換体１３の上面に向かって進み、波長変換体１３から取り出される可能性が高い。また、凹部１２Ａの側面１２Ａ２上にも光反射膜１２Ｂが設けられていることで、他の波長変換体１３に光Ｌ１及びＬ２が進むことが抑制される。従って、波長変換体１３に入射した光をクロストークを抑制しつつ外部に取り出すことができる。

一方、レーザ素子１２から放出された光には、例えば発光ダイオードからの放出光のようなコヒーレント性を有しない成分が含まれる場合がある。このインコヒーレント光Ｌ３は活性層２３Ｂから放射的に放出されるため、開口部ＡＰ１から外れた方向に進む可能性がある。しかし、この光Ｌ３はレーザ素子１２側から光吸収膜１２Ｅに入射する。この光Ｌ３は光吸収膜１２Ｅによって吸収（減衰）されるか又は半導体構造層２３側に戻されるか可能性が高い。従って、光Ｌ３が他の発光セグメントＥＳの領域に進入すること、すなわち光のクロストークが抑制される。

このように、本実施例においては、まず、光反射膜１２Ｂが開口部ＡＰ１を有して凹部１２Ａの底面１２Ａ１を覆っている。従って、レーザ光の特性を活用しつつ高効率で光を波長変換体１３に入射させ、かつ波長変換体１３から高い効率で光を取り出すことができる。また、光吸収膜１２Ｅによって、光Ｌ３のようなインコヒーレント光の他の発光セグメントＥＳへのクロストークを抑制することができる。また、波長変換体１３が他の波長変換体１３から離間していることで、光のクロストーク抑制効果は高まる。

また、光反射膜１２Ｂは凹部１２Ａの側面１２Ａ２を覆うように形成されている。また、本実施例においては、凹部１２Ａの各々は、搭載基板１１に向かって開口面積が小となる角錐台形状を有し、レーザ素子１２の上面において辺が隣接する凹部１２Ａの辺に接するように形成されている。従って、凹部１２Ａの各々は、その側面１２Ａ２同士が上端において互いに接している。従って、発光セグメントＥＳ間（凹部１２Ａ間）の非発光領域、すなわちダークラインを形成する可能性のある領域の幅は、光反射膜１２Ｂの膜厚程度とすることができる。従って、ダークラインの形成が抑制される。

従って、例えばレーザ装置１０を照明用途に用いる場合、照射領域の明暗のコントラストが明確となり、また、照射領域にダークラインが形成されることが抑制され、照射領域全体を均一に照らすことが可能となる。従って、光のクロストーク及びダークラインの発生が大幅に抑制された面発光レーザ装置１０を提供することができる。

また、本実施例においては、レーザ素子１２及び波長変換体１３は光反射膜１２Ｂ又は光吸収膜１２Ｅに接触している。また、レーザ素子１２及び波長変換体１３は、光反射膜１２Ｂの開口部ＡＰ１において互いに接触している。これらが互いに接触していることで、レーザ素子１２及び波長変換体１３において生じ得る熱を効果的に放熱することができる。

具体的には、例えば、波長変換体１３の開口部ＡＰ１の近傍では局所的に大きな発熱が起こることが懸念される。これに対し、波長変換体１３は、開口部ＡＰ１以外の側面及び底面のほぼ全面が光反射膜１２Ｂに接触している。従って、光反射膜１２Ｂを高い放熱性の金属で形成することで、効果的に熱を逃がすことができる。

また、アレイ状に複数のレーザ素子１２を配置する場合、この発熱が外部に逃げにくい場合がある。これに対し、本実施例においては、光反射膜１２Ｂ又は光吸収膜１２Ｅが隣接する光反射膜１２Ｂ又は光吸収膜１２Ｅに接触している。従って、光反射膜１２Ｂ又は光吸収膜１２Ｅを用いて、高効率で放熱を行うことができる。従って、高い放熱性能を有し、高信頼性かつ長寿命なレーザ装置１０を提供することができる。

図３（ａ）〜（ｄ）、及び図４（ａ）〜（ｃ）は、レーザ装置１０の製造方法を示す図である。図３（ａ）〜（ｄ）及び図４（ａ）〜（ｃ）は、各製造工程における基板等を模式的に示す断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）及び図４（ａ）〜（ｃ）を用いて、レーザ装置１０の製造方法について説明する。

［レーザアレイ２０の形成工程］
図３（ａ）は、複数のレーザ素子１２を含むレーザアレイ２０となる発光構造体が形成された成長基板２１の断面図である。本工程においては、成長基板２１上に第１の反射鏡２２、半導体構造層２３（第１の半導体層２３Ａ、活性層２３Ｂ及び第２の半導体層２３Ｃ）、電流狭窄層２４、第２の反射鏡２５並びに各電極（図２（ａ）も併せて参照）を形成する。

本実施例においては、まず成長基板２１としてＧａＮ基板を準備し、ＧａＮ基板のＣ面上にバッファ層（図示せず）を形成した。次に、バッファ層上に高屈折率半導体層及び低屈折率半導体層を交互に複数回成長して第１の反射鏡２２を形成した。続いて、第１の反射鏡２２上に第１の半導体層２３Ａ、活性層２３Ｂ及び第２の半導体層２３Ｃを成長し、半導体構造層２３を形成した。

次に、第２の半導体層２３Ｃ上に、開口部ＡＰ２を有する電流狭窄層２４を形成した。続いて、電流狭窄層２４上に、接続電極Ｅ１、第２の反射鏡２５及びパッド電極１２Ｄを形成した。また、第２の半導体層２３Ｃ側から第１の半導体層２３Ａに至る凹部を形成し、当該凹部において露出した第１の半導体層２３Ａの表面上に接続電極Ｅ２を形成した。このようにして、レーザ素子１２を含むレーザアレイ２０を形成した。

［搭載基板１１の形成工程］
図３（ｂ）は、共通端子１４、個別端子１５及び配線電極１６が形成された搭載基板１１を示す断面図である。本工程では、搭載基板１１を準備し、搭載基板１１上に共通端子１４、個別端子１５及び配線電極１６を形成する。本実施例においては、搭載基板１１上に、金属層を形成することで、共通端子１４、個別端子１５及び配線電極１６を形成した。

［レーザアレイ２０の搭載基板１１への搭載工程］
図３（ｃ）は、レーザアレイ２０が接合された搭載基板１１を示す断面図である。本工程では、搭載基板１１にレーザアレイ２０を接合する。具体的には、まず、レーザアレイ２０上及び搭載基板１１上に接合層（図示せず）を形成してこれらを互いに接合する。本実施例においては、パッド電極１２Ｄ（図２（ａ）参照）と配線電極１６を、また接続電極Ｅ２と共通端子１４とを接触させ、これらの加熱及び圧着を行う。これによって、搭載基板１１にレーザアレイ２０を搭載する。

［凹部１２Ａの形成工程］
図３（ｄ）は、凹部１２Ａが形成されたレーザ素子１２を含む搭載基板１１の断面図である。本工程では、電流狭窄層２４の電流狭窄部２４Ａ（開口部ＡＰ２）の直上に底部を有するように、レーザアレイ２０の上面（レーザ素子１２の上面１２Ｓ）に凹部１２Ａを形成する。本実施例においては、成長基板２１の裏面を選択的に加工（除去）し、角錐台形状の凹部１２Ａをレーザ素子１２毎に形成した。また、凹部１２Ａ同士が側面において接続されるように、四角錐台形状の凹部１２Ａを形成した。

［光反射膜１２Ｂの形成工程］
図４（ａ）は、光反射膜１２Ｂが形成されたレーザ素子１２を含む搭載基板１１の断面図である。本工程では、レーザ素子１２の各々の凹部１２Ａの内壁面上に、開口部ＡＰ１を有する光反射膜１２Ｂを形成する。具体的には、電流狭窄部２４Ａの直上に開口部ＡＰ１が形成されるように光反射膜１２Ｂを形成する。本実施例においては、光反射膜１２Ｂが凹部１２Ａの側壁上において他の光反射膜１２Ｂに接触するように、一体的な光反射膜１２Ｂを形成した。なお、本実施例においては、まず、凹部１２Ａの内壁面上に光吸収膜１２Ｅ（図２（ａ）参照）を形成した後、光吸収膜１２Ｅ上に光反射膜１２Ｂを形成した。なお、開口部ＡＰ１における光の波長変換体１３への入射を促進することを考慮すると、開口部ＡＰ１内における凹部１２Ａの底面上に反射防止膜（図示せず）を形成してもよい。

［波長変換体１３の形成工程］
図４（ｂ）は波長変換体１３となる蛍光体含有体１３Ｐが充填されたレーザ素子１２を含む搭載基板１１の断面図である。図４（ｃ）は、波長変換体１３が形成されたレーザ素子１２を含む搭載基板１１の断面図である。本工程では、まず、図４（ｂ）に示すように、光反射膜１２Ｂが形成されたレーザ素子１２の凹部１２Ａ内に蛍光体含有体１３Ｐを形成する。本実施例においては、凹部１２Ａ内を完全に埋め込み、レーザ素子１２の上面から突出するように蛍光体含有体１３Ｐを形成した。なお、本実施例においては、蛍光体粒子を含む硬化樹脂を充填し、これを硬化させることで蛍光体含有体１３Ｐを形成した。

次に、図４（ｃ）に示すように、レーザ素子１２の上面から突出した蛍光体含有体１３Ｐの上部を除去し、波長変換体１３を形成する。本実施例においては、レーザ素子１２の成長基板２１を研磨し、これによって蛍光体含有体１３Ｐの上部を部分的に除去しつつ、その上面を平坦化した。本実施例においては、光反射膜１２Ｂを分離しないように成長基板２１の研磨を行った。

上記した工程を経ることで、高出力、低クロストークであり、ダークラインの抑制された面発光レーザ装置１０を製造することができる。

なお、本実施例においては、レーザアレイ２０が接続領域２０Ａを有する場合について説明したが、レーザアレイ２０は複数のレーザ素子１２を有していればよい。また、レーザ素子１２の各々が並列に接続され、個別に駆動可能なように構成されている場合について説明したが、レーザ素子１２の接続構成はこれに限定されない。例えばレーザ素子１２の各々は直列に接続されていてもよい。

また、本実施例においてはレーザ素子１２がマトリクス状に配置される場合について説明したが、レーザ素子１２の配置構成は一例に過ぎない。レーザ装置１０は、搭載基板１１上に複数のレーザ素子１２を含むレーザアレイ２０が形成されていればよい。例えば、レーザ素子１２がハニカム状に配置されていてもよい。また、凹部１２Ａ、光反射膜１２Ｂ及び波長変換体１３の詳細構成及びレーザ素子１２の層構成は一例に過ぎない。また、本実施例においては光吸収膜１２Ｅが設けられる場合について説明したが、レーザ装置１０は光吸収膜１２Ｅを有していなくてもよい。

本実施例においては、レーザ装置１０は、各々が上面に凹部１２Ａを有する複数のレーザ素子１２からなるレーザアレイ２０と、各々が凹部１２Ａの内壁面上に形成されかつ凹部１２Ａの底部に開口部ＡＰ１を有する複数の光反射膜１２Ｂと、各々が開口部ＡＰ１を覆いかつ凹部１２Ａ内を充填するように形成された複数の波長変換体１３と、を有する。従って、クロストークの発生及びダークラインの発生が大幅に抑制された高出力かつ高信頼性なレーザ装置１０を提供することができる。

図５は、実施例２に係る面発光レーザ装置３０の断面図である。図５は、レーザ装置３０における図２（ａ）と同様の断面図である。レーザ装置２０は、レーザ素子３１の構成を除いてはレーザ装置１０と同様の構成を有する。本実施例においては、レーザ素子３１の各々は、その凹部３１Ａが内壁面に凹凸面３１Ａ１及び３１Ａ２を有する。光吸収膜１２Ｅは凹凸面３１Ａ１及び３１Ａ２上に形成されている。

具体的には、レーザ素子３１の凹部３１Ａは、凹部３１Ａの内壁面のうち、波長変換体１３の受光部１３Ａとなる開口部ＡＰ１から露出した部分に平坦面３１Ａ３を有する。一方、凹部３１Ａは、凹部３１Ａの内壁面のうち、光吸収膜１２Ｅが形成されている部分に凹凸面３１Ａ１及び３１Ａ２を有する。

光吸収膜１２Ｅは、凹部３１Ａの凹凸面３１Ａ１及び３１Ａ２上に形成されている。なお、光吸収膜１２Ｅは、凹凸面３１Ａ１及び３１Ａ２の凹凸構造を埋め込んで平坦化されている。光反射膜１２Ｂはこの平坦化された光吸収膜１２Ｅの上面上に形成されている。

凹部３１Ａ（凹凸面３１Ａ１及び３１Ａ２並びに平坦面３１Ａ３）は、例えば、一様に平坦な内壁面の凹部（凹部１２Ａ）を形成した後、その底面１２Ａ１の一部にマスクを形成し、当該マスクの上から凹部１２Ａの内壁面にウェットエッチングなどの凹凸加工を施すことで形成することができる。例えば、凹凸面３１Ａ１及び３１Ａ２は、ＧａＮ系半導体の結晶構造に由来する六角錐状の複数の突起からなる。なお、本実施例においては、凹凸加工を施した後、光吸収膜１２Ｅ及び光反射膜１２Ｂをこの順で凹部３１Ａ上に形成し、マスクを除去することで凹部３１Ａを形成した。

本実施例においては、レーザ素子３１の凹部３１Ａがその内壁面と光吸収膜１２Ｅとの界面に凹凸面３１Ａ１及び３１Ａ２を有する。従って、光吸収１２Ｅに向かう光（図２（ｂ）における光Ｌ３のような光）を高効率で光吸収膜１２Ｅに入射させることができる。これによって光吸収膜１２Ｅに向かう光の大部分を消滅又は減衰させることができ、光のクロストークを抑制することができる。従って、光のクロストークが抑制され、また、ダークラインの発生が抑制された高出力のレーザ装置３０を提供することができる。

１０、３０面発光レーザ装置
２０面発光レーザアレイ
１２面発光レーザ素子
１２Ａ凹部
１２Ｂ光反射膜
１２Ｅ光吸収膜
１３波長変換体

Claims

搭載基板と、
前記搭載基板上に並置され、各々が上面に凹部を有する複数の面発光レーザ素子からなる面発光レーザアレイと、
各々が、前記複数の面発光レーザ素子の前記凹部の内壁面上に形成されかつ前記凹部の底部に開口部を有する複数の光反射膜と、
各々が、前記複数の光反射膜の前記開口部を覆いかつ前記複数の面発光レーザ素子の前記凹部を充填するように形成された複数の波長変換体と、を有することを特徴とする面発光レーザ装置。
前記複数の面発光レーザ素子の前記凹部の前記内壁面と前記複数の光反射膜との間に光吸収膜を有することを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ装置。
前記複数の面発光レーザ素子の前記凹部の各々は、前記複数の面発光レーザ素子の前記上面において側面が隣接する他の凹部の側面に接する角錐台形状を有し、
前記複数の波長変換体は互いに離間していることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光レーザ装置。
前記複数の面発光レーザ素子の前記凹部は前記内壁面に凹凸面を有し、
前記光吸収膜は前記凹凸面上に形成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項２又は３に記載の面発光レーザ装置。
前記複数の波長変換体は、前記複数の光反射膜の前記開口部において面発光レーザ素子に接触していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の面発光レーザ装置。
前記面発光レーザアレイは、
前記面発光レーザ素子の各々に共通の半導体構造層と、
前記半導体構造層を挟んで互いに対向する第１及び第２の多層膜反射鏡と、
前記第１の反射鏡と前記半導体構造層との間に形成され、前記面発光レーザ素子の各々に対応する電流狭窄部を有する電流狭窄層と、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の面発光レーザ装置。
前記電流狭窄層は、前記電流狭窄部として開口部を有する絶縁層であり、
前記絶縁層の前記開口部は、前記光反射膜の前記開口部と同軸に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ装置。
前記光反射膜の前記開口部は、前記絶縁層の前記開口部以上の開口径を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の面発光レーザ装置。