JP2002289978A - 発光装置 - Google Patents
発光装置Info
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- JP2002289978A JP2002289978A JP2001090452A JP2001090452A JP2002289978A JP 2002289978 A JP2002289978 A JP 2002289978A JP 2001090452 A JP2001090452 A JP 2001090452A JP 2001090452 A JP2001090452 A JP 2001090452A JP 2002289978 A JP2002289978 A JP 2002289978A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 矩形状の光強度分布特性を有する発行装置を
得る。 【解決手段】 発光装置は、面発光レーザアレイ１と、
該面発光レーザ・アレイ１に対向する位置に設けられて
当該面発光レーザアレイ１からの出射光を散乱させる散
乱体２と、該散乱体２に対向する位置に設けられて当該
散乱体２からの反射光を反射させる反射鏡３を少なくと
も１ずつ備えるので、遠方の受光体１０において矩形状
の光強度分布を得ることができる。
得る。 【解決手段】 発光装置は、面発光レーザアレイ１と、
該面発光レーザ・アレイ１に対向する位置に設けられて
当該面発光レーザアレイ１からの出射光を散乱させる散
乱体２と、該散乱体２に対向する位置に設けられて当該
散乱体２からの反射光を反射させる反射鏡３を少なくと
も１ずつ備えるので、遠方の受光体１０において矩形状
の光強度分布を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空間伝送を目的と
した光通信システム等の光源に有用な発光装置に関す
る。
した光通信システム等の光源に有用な発光装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体発光素子と反射鏡を組み合わせた
発光装置としては、例えば、公開特許公報の特開昭４９
−８２２８７で開示されているような発光装置がある。
これは、発光ダイオード素子とパラボラ反射鏡の組み合
わせにより、一般的な発光ダイオード装置に比べ、より
平行度に優れたビーム性の出力を得るためのものであ
る。
発光装置としては、例えば、公開特許公報の特開昭４９
−８２２８７で開示されているような発光装置がある。
これは、発光ダイオード素子とパラボラ反射鏡の組み合
わせにより、一般的な発光ダイオード装置に比べ、より
平行度に優れたビーム性の出力を得るためのものであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造では、基本的には、発光源である発光ダイオードのチ
ップ上の発光パターンが拡大されたものがある程度のビ
ーム性をもって放射されるに過ぎない。従って、この発
光装置より放射されたビーム性の光出力の遠方での（光
軸に垂直な平面で切った断面における）光強度分布は、
発光源である発光ダイオードのチップ上の発光パターン
を反映して、凹凸が多いものとなる。また、一般には、
発光ダイオードのチップからの発光は光軸上にピークを
もつガウス状の光強度パターンになることが多いため、
こうしたチップを用いて前記の発光装置を構成した場
合、遠方での光強度分布もこれを反映したものになる。
造では、基本的には、発光源である発光ダイオードのチ
ップ上の発光パターンが拡大されたものがある程度のビ
ーム性をもって放射されるに過ぎない。従って、この発
光装置より放射されたビーム性の光出力の遠方での（光
軸に垂直な平面で切った断面における）光強度分布は、
発光源である発光ダイオードのチップ上の発光パターン
を反映して、凹凸が多いものとなる。また、一般には、
発光ダイオードのチップからの発光は光軸上にピークを
もつガウス状の光強度パターンになることが多いため、
こうしたチップを用いて前記の発光装置を構成した場
合、遠方での光強度分布もこれを反映したものになる。
【０００４】ところで、光を用いた空間伝送では、遠方
での光強度分布の形状を矩形状にすると都合がよい。矩
形状にした場合のメリットは、一定の受信レベルを想定
した場合に、矩形状の光強度分布の方がガウス状の光強
度分布より受信範囲を広く取ることができることであ
る。しかしながら、上述したような従来タイプの発光装
置では、基本的に矩形状の光強度分布をもたないため、
より広い受信範囲を確保するという意味においては好都
合とは言えなかった。
での光強度分布の形状を矩形状にすると都合がよい。矩
形状にした場合のメリットは、一定の受信レベルを想定
した場合に、矩形状の光強度分布の方がガウス状の光強
度分布より受信範囲を広く取ることができることであ
る。しかしながら、上述したような従来タイプの発光装
置では、基本的に矩形状の光強度分布をもたないため、
より広い受信範囲を確保するという意味においては好都
合とは言えなかった。
【０００５】そこで本発明は上記従来の課題に鑑みなさ
れたものであり、矩形状の光強度分布特性を有する発行
装置を得ることを目的とする。
れたものであり、矩形状の光強度分布特性を有する発行
装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
るために、請求項１記載の発光装置は、面発光レーザ・
アレイと、該面発光レーザ・アレイに対向する位置に設
けられて当該面発光レーザ・アレイからの出射光を散乱
させる散乱体と、該散乱体に対向する位置に設けられて
当該散乱体からの反射光を反射させる反射鏡を少なくと
も１ずつ備えることを特徴とする。
るために、請求項１記載の発光装置は、面発光レーザ・
アレイと、該面発光レーザ・アレイに対向する位置に設
けられて当該面発光レーザ・アレイからの出射光を散乱
させる散乱体と、該散乱体に対向する位置に設けられて
当該散乱体からの反射光を反射させる反射鏡を少なくと
も１ずつ備えることを特徴とする。
【０００７】請求項２記載の発光装置は、請求項１記載
の発光装置において、前記面発光レーザ・アレイは、多
数の要素レーザを最密に配置してなることを特徴とす
る。
の発光装置において、前記面発光レーザ・アレイは、多
数の要素レーザを最密に配置してなることを特徴とす
る。
【０００８】請求項３記載の発光装置は、請求項１また
は２記載の発光装置において、前記反射鏡はパラボラ形
状を有することを特徴とする。
は２記載の発光装置において、前記反射鏡はパラボラ形
状を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態の
構成を示す図である。発光装置の発光源として面発光レ
ーザ・アレイのチップ（面発光レーザアレイという）１
を用い、この面発光レーザアレイ１に対向する位置にそ
の出射光を散乱させるための散乱体２を設け、ここで一
度、反射・散乱された光を、散乱体２に対向する位置に
設けた反射鏡３により反射させることにより、遠方の受
光体１０でビーム性の光出力を得ることができる。な
お、反射鏡３は、ビーム性の光出力を得るために、例え
ばパラボラ形状にしておくのが好適である。
一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態の
構成を示す図である。発光装置の発光源として面発光レ
ーザ・アレイのチップ（面発光レーザアレイという）１
を用い、この面発光レーザアレイ１に対向する位置にそ
の出射光を散乱させるための散乱体２を設け、ここで一
度、反射・散乱された光を、散乱体２に対向する位置に
設けた反射鏡３により反射させることにより、遠方の受
光体１０でビーム性の光出力を得ることができる。な
お、反射鏡３は、ビーム性の光出力を得るために、例え
ばパラボラ形状にしておくのが好適である。
【００１０】上記で示した構成で、散乱体２をパラボラ
形状の反射鏡３の焦点の位置に設置することにより、放
射角の小さい良好なビーム性の光出力が得られるが、さ
らに、遠方の受光体１０での光強度分布の形状は散乱体
３上の光強度分布を反映するものになるため、その散乱
体３上の光強度分布を矩形状にすることにより、発光源
を発光ダイオードとした場合では得られない、空間転送
用途に好適な遠方での光強度分布、即ち矩形状の光強度
分布を得ることができる。
形状の反射鏡３の焦点の位置に設置することにより、放
射角の小さい良好なビーム性の光出力が得られるが、さ
らに、遠方の受光体１０での光強度分布の形状は散乱体
３上の光強度分布を反映するものになるため、その散乱
体３上の光強度分布を矩形状にすることにより、発光源
を発光ダイオードとした場合では得られない、空間転送
用途に好適な遠方での光強度分布、即ち矩形状の光強度
分布を得ることができる。
【００１１】散乱体３上の光強度分布を矩形状にするた
めには、面発光レーザ・アレイ（以下、ＶＣＳＥＬアレ
イと呼ぶ）を最適化する必要がある。ＶＣＳＥＬアレイ
とは、単一のチップ上に、多数の面発光レーザ素子（各
々を以下で要素レーザと呼ぶ）を二次元的に配列したも
のを言う。ＶＣＳＥＬアレイ内の要素レーザの配置の仕
方、要素レーザ間の距離（ピッチｔ）等により、放射パ
ターンをある程度制御することができる。
めには、面発光レーザ・アレイ（以下、ＶＣＳＥＬアレ
イと呼ぶ）を最適化する必要がある。ＶＣＳＥＬアレイ
とは、単一のチップ上に、多数の面発光レーザ素子（各
々を以下で要素レーザと呼ぶ）を二次元的に配列したも
のを言う。ＶＣＳＥＬアレイ内の要素レーザの配置の仕
方、要素レーザ間の距離（ピッチｔ）等により、放射パ
ターンをある程度制御することができる。
【００１２】ＶＣＳＥＬアレイの発光領域の大きさを最
大３ｍｍ□程度とし、散乱体上の光強度分布を光学設計
用シュミレーション・ソフトウェアを称してシュミレー
ションした。その際、要素レーザ単体は、発光径＝１０
μｍφ、光放射角度（ＦＷＨＭ）＝１０度、とし、発光
パターンはガウス分布を仮定した。
大３ｍｍ□程度とし、散乱体上の光強度分布を光学設計
用シュミレーション・ソフトウェアを称してシュミレー
ションした。その際、要素レーザ単体は、発光径＝１０
μｍφ、光放射角度（ＦＷＨＭ）＝１０度、とし、発光
パターンはガウス分布を仮定した。
【００１３】図２は、本発明の一実施形態における要素
レーザの配置例である。図２に示すように、多数の要素
レーザを最密に配置した。シュミレーションの結果、例
えば、ｔ＝２００μｍ、散乱体とＶＣＳＥＬアレイ間の
距離をＬ＝１．３７ｍｍとした場合に、光強度分布が矩
形状になった。詳細な分布は、図４を参照して後述す
る。
レーザの配置例である。図２に示すように、多数の要素
レーザを最密に配置した。シュミレーションの結果、例
えば、ｔ＝２００μｍ、散乱体とＶＣＳＥＬアレイ間の
距離をＬ＝１．３７ｍｍとした場合に、光強度分布が矩
形状になった。詳細な分布は、図４を参照して後述す
る。
【００１４】図３は、本発明の一実施形態における要素
レーザの構造である。シュミレーション結果をもとに、
ＶＣＳＥＬアレイを試作した。ＶＣＳＥＬアレイの要素
レーザの構造は図３に示す。構造は、基板側から、ｎ−
ＧａＡｓ基板、ｎ−タイプＤＢＲ、下部スペーサー層、
ＭＱＷ活性層、上部スペーサー層、ｐ−タイプＤＢＲ、
コンタクト層となっている。ＭＱＷ活性層は、バリア層
にＡｌ0.3 ＧａＡｓを厚さ１００Å、井戸層にＧａＡｓ
を厚さ８０Åとする６ｗｅｌｌｓ構造とした。波長は、
実デバイスにしたときに発振波長が８５０ｎｍになるよ
うにするため、発熱による波長シフトを考慮して、ゲイ
ンの波長が８３５ｎｍになるように１５ｎｍ程度短波長
側に波長シフトした設計とした。ｎ−タイプＤＢＲは、
ＡｓＡｓ／Ａｌ0.15ＧａＡｓを１ペアとして、それぞれ
１／４波長ずつの厚さで、３７．５ペア積層した。ま
た、キャリア濃度は、３×１０-18 ｃｍ-3に設定した。
ｐ−タイプＤＢＲは、Ａｌ0.7 ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ／Ａ
ｌ0.7 ＧａＡｓ／Ａｌ0.15ＧａＡｓを１ペアとし、Ａｌ
ＡｓとＡｌ0.15ＧａＡｓの間にＡｌ0.7 ＧａＡｓを１０
０Å厚の中間層を入れており、（Ａｌ0.7 ＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓ）、（Ａｌ0.7ＧａＡｓ／Ａｌ0.15ＧａＡｓ）の
組でそれぞれ１／４波長になる厚さで２０ペア積層し
た。また、キャリア濃度は、３×１０-18 ｃｍ-3に設定
した。上下のスペーサー層は、上部スペーサー層／ＭＱ
Ｗ活性層／下部スペーサー層のトータルの厚さが１波長
となるように上下のスペーサー層の厚さを調整した。コ
ンタクト層は、ｐ−ＧａＡｓを厚さ８０Åとし、キャリ
ア濃度は、１×１０-19 ｃｍ-3以上に設定した。これら
の構造は、ＭＯＣＶＤ装置にて、薄膜の結晶成長を行い
作製した。
レーザの構造である。シュミレーション結果をもとに、
ＶＣＳＥＬアレイを試作した。ＶＣＳＥＬアレイの要素
レーザの構造は図３に示す。構造は、基板側から、ｎ−
ＧａＡｓ基板、ｎ−タイプＤＢＲ、下部スペーサー層、
ＭＱＷ活性層、上部スペーサー層、ｐ−タイプＤＢＲ、
コンタクト層となっている。ＭＱＷ活性層は、バリア層
にＡｌ0.3 ＧａＡｓを厚さ１００Å、井戸層にＧａＡｓ
を厚さ８０Åとする６ｗｅｌｌｓ構造とした。波長は、
実デバイスにしたときに発振波長が８５０ｎｍになるよ
うにするため、発熱による波長シフトを考慮して、ゲイ
ンの波長が８３５ｎｍになるように１５ｎｍ程度短波長
側に波長シフトした設計とした。ｎ−タイプＤＢＲは、
ＡｓＡｓ／Ａｌ0.15ＧａＡｓを１ペアとして、それぞれ
１／４波長ずつの厚さで、３７．５ペア積層した。ま
た、キャリア濃度は、３×１０-18 ｃｍ-3に設定した。
ｐ−タイプＤＢＲは、Ａｌ0.7 ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ／Ａ
ｌ0.7 ＧａＡｓ／Ａｌ0.15ＧａＡｓを１ペアとし、Ａｌ
ＡｓとＡｌ0.15ＧａＡｓの間にＡｌ0.7 ＧａＡｓを１０
０Å厚の中間層を入れており、（Ａｌ0.7 ＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓ）、（Ａｌ0.7ＧａＡｓ／Ａｌ0.15ＧａＡｓ）の
組でそれぞれ１／４波長になる厚さで２０ペア積層し
た。また、キャリア濃度は、３×１０-18 ｃｍ-3に設定
した。上下のスペーサー層は、上部スペーサー層／ＭＱ
Ｗ活性層／下部スペーサー層のトータルの厚さが１波長
となるように上下のスペーサー層の厚さを調整した。コ
ンタクト層は、ｐ−ＧａＡｓを厚さ８０Åとし、キャリ
ア濃度は、１×１０-19 ｃｍ-3以上に設定した。これら
の構造は、ＭＯＣＶＤ装置にて、薄膜の結晶成長を行い
作製した。
【００１５】素子構造は、エアポストタイプを作製し
た。そのウエハプロセスは、異方性エッチングを使って
メサを形成し、メサエッチングした溝は、ポリイミドで
埋め込み平坦化したメサ上部に電流供給用のリング状の
電極を形成し、また、出射光がリング状電極の内部から
出射されるようにした。出射口径は１０μｍとし、ま
た、ｔ＝２００ｕｍでの六角形状のアレイ配置とした。
最後に基板を２５０μｍ程度に研磨し、電極を形成し
た。
た。そのウエハプロセスは、異方性エッチングを使って
メサを形成し、メサエッチングした溝は、ポリイミドで
埋め込み平坦化したメサ上部に電流供給用のリング状の
電極を形成し、また、出射光がリング状電極の内部から
出射されるようにした。出射口径は１０μｍとし、ま
た、ｔ＝２００ｕｍでの六角形状のアレイ配置とした。
最後に基板を２５０μｍ程度に研磨し、電極を形成し
た。
【００１６】図４は、本発明の一実施形態における実測
の特性（光強度分布）である。詳しくは、試作したＶＣ
ＳＥＬアレイのＬ＝１．５０ｍｍにおける光強度分布を
示す。このように、シュミレーション結果と同程度のＬ
において、ほぼ矩形状とみなせる光強度分布が得られ
た。つまり、距離Ｌが１ｍｍ以上２ｍｍ未満である領域
内に要素レーザを配置した場合において、ほぼ矩形状の
分布が得られる。
の特性（光強度分布）である。詳しくは、試作したＶＣ
ＳＥＬアレイのＬ＝１．５０ｍｍにおける光強度分布を
示す。このように、シュミレーション結果と同程度のＬ
において、ほぼ矩形状とみなせる光強度分布が得られ
た。つまり、距離Ｌが１ｍｍ以上２ｍｍ未満である領域
内に要素レーザを配置した場合において、ほぼ矩形状の
分布が得られる。
【００１７】なお、シュミレーションおよび試作したＶ
ＣＳＥＬアレイの距離Ｌにおける光強度分布は、簡単の
ため、ともにＶＣＳＥＬアレイと散乱体の間の媒体に空
気を仮定している。従って、この部分に、例えばモール
ドなど、空気の屈折率（＝１）よりも大きい屈折率を有
する透明の介在物が存在する場合は、その屈折率ｎに対
し、実際のＶＣＳＥＬアレイと散乱体の間の距離はＬ／
ｎとすればよい。
ＣＳＥＬアレイの距離Ｌにおける光強度分布は、簡単の
ため、ともにＶＣＳＥＬアレイと散乱体の間の媒体に空
気を仮定している。従って、この部分に、例えばモール
ドなど、空気の屈折率（＝１）よりも大きい屈折率を有
する透明の介在物が存在する場合は、その屈折率ｎに対
し、実際のＶＣＳＥＬアレイと散乱体の間の距離はＬ／
ｎとすればよい。
【００１８】
【発明の効果】本発明に係る発光装置によれば、空間伝
送用途に好適な遠方での光強度分布、即ち矩形状の光強
度分布を得ることができる。
送用途に好適な遠方での光強度分布、即ち矩形状の光強
度分布を得ることができる。
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における要素レーザの配置
例である。
例である。
【図３】本発明の一実施形態における要素レーザの配置
例である。
例である。
【図４】本発明の一実施形態における実測の特性（光強
度分布）である。
度分布）である。
１ 面発光レーザアレイ ２ 散乱体 ３ 反射鏡 １０ 受光体
Claims (3)
- 【請求項１】 面発光レーザ・アレイと、該面発光レー
ザ・アレイに対向する位置に設けられて当該面発光レー
ザ・アレイからの出射光を散乱させる散乱体と、該散乱
体に対向する位置に設けられて当該散乱体からの反射光
を反射させる反射鏡を少なくとも１ずつ備えることを特
徴とする発光装置。 - 【請求項２】 前記面発光レーザ・アレイは、多数の要
素レーザを最密に配置してなることを特徴とする請求項
１記載の発光装置。 - 【請求項３】 前記反射鏡はパラボラ形状を有すること
を特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001090452A JP2002289978A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001090452A JP2002289978A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002289978A true JP2002289978A (ja) | 2002-10-04 |
Family
ID=18945231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001090452A Pending JP2002289978A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002289978A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006294810A (ja) * | 2005-04-08 | 2006-10-26 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光半導体レーザアレイおよびそれを用いた光伝送システム |
| JP2006302981A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Fuji Xerox Co Ltd | マルチスポット型面発光レーザおよびその駆動方法 |
| JP2006351799A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Fuji Xerox Co Ltd | 表面発光型半導体素子アレイ |
| JP2008136178A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-06-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光空間伝送モジュール |
| US7907845B2 (en) | 2006-10-31 | 2011-03-15 | Panasonic Corporation | Optical space transmission module |
-
2001
- 2001-03-27 JP JP2001090452A patent/JP2002289978A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006294810A (ja) * | 2005-04-08 | 2006-10-26 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光半導体レーザアレイおよびそれを用いた光伝送システム |
| JP2006302981A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Fuji Xerox Co Ltd | マルチスポット型面発光レーザおよびその駆動方法 |
| JP2006351799A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Fuji Xerox Co Ltd | 表面発光型半導体素子アレイ |
| JP2008136178A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-06-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光空間伝送モジュール |
| US7907845B2 (en) | 2006-10-31 | 2011-03-15 | Panasonic Corporation | Optical space transmission module |
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