JP2016146417A - Semiconductor light emission device, distance measurement device using the same and method for operating distance measurement device - Google Patents

Semiconductor light emission device, distance measurement device using the same and method for operating distance measurement device Download PDF

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瀧川 信一
Shinichi Takigawa
信一 瀧川
伊藤 順治
Junji Ito
順治 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emission device that can maintain the distance measurement capability for a remote target in the distance measurement using light while securing safety for human beings, a distance measurement device using the same and a method of operating the distance measurement device.SOLUTION: A semiconductor light emission device 19 comprises a semiconductor light emission element array 15 having plural semiconductor light emission elements 10 arranged along a first direction, and an optical deflector 9 which is provided at a light emission face side of the semiconductor light emission element 10 and deflects light emitted from the semiconductor light emission element 10. The emission light components from the plural semiconductor light emission elements 10 have different deflection angles in the first direction, and the semiconductor light emission elements 10 can be operated to perform light emission with every emission light having each deflection angle.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、主に車両等に搭載され、レーザ光を用いて対象物体までの距離を計測する距離計測装置に用いられる半導体発光装置及びそれを用いた距離計測装置並びに距離計測装置の駆動方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device that is mainly mounted on a vehicle or the like and is used in a distance measuring device that measures a distance to a target object using a laser beam, a distance measuring device using the same, and a driving method of the distance measuring device .

近年、自動車等の安全走行のため、前方車両や障害物との距離を計測するセンサーが、多くの車両に搭載されている。距離を計測するセンサーとしては、画像を用いた方式(ステレオカメラなど)、ミリ波を使った方式、レーザ光を使った方式等が用いられているが、比較的低コストで解像度が高いレーザ光を使った方式が注目されている。レーザ光を使った方式では、パルス駆動で出射した光が対象物で反射して戻ってくる時間を計測し、その時間から対象物までの距離を算出している。   2. Description of the Related Art In recent years, many vehicles are equipped with sensors that measure the distance from vehicles ahead and obstacles for safe driving of automobiles and the like. Sensors that measure distance include image-based methods (such as stereo cameras), millimeter-wave methods, and laser-based methods, but laser light that has relatively low cost and high resolution. The method using is attracting attention. In the method using laser light, the time for which the light emitted by pulse driving is reflected and returned by the object is measured, and the distance from the time to the object is calculated.

従来のレーザ光を使った距離計測装置は、回転鏡等を用いてレーザ光を走査することにより、広い範囲にレーザ光を照射して距離計測を行っていた。一方、強いレーザ光が歩行者等の眼に入ると網膜を損傷する可能性があり、人への照射に対する安全対策も必要となっている。特許文献1には、レーザ光を走査する方式において、低速走行時には人の眼に対して悪影響の少ない長波長のレーザ光を用いる一方、高速走行時には水への吸収が少なく遠距離まで届く短波長のレーザ光を用いた距離計測装置が開示されている。   Conventional distance measuring devices using laser light perform distance measurement by irradiating laser light over a wide range by scanning the laser light using a rotary mirror or the like. On the other hand, if strong laser light enters the eyes of a pedestrian or the like, the retina may be damaged, and safety measures against human irradiation are also required. In Patent Document 1, a laser beam scanning method uses a long-wavelength laser beam that has little adverse effect on human eyes when traveling at a low speed, while a short wavelength that absorbs less water and reaches a long distance when traveling at a high speed. A distance measuring device using the laser beam is disclosed.

しかしながら、レーザ光を走査する方式では、レーザ光を走査するための可動部を必要とするため、信頼性の向上や小型化の点で課題があった。   However, the method of scanning with laser light has a problem in terms of improving reliability and downsizing because a movable part for scanning with laser light is required.

特開平9−243729号公報JP-A-9-243729

近年、レーザ光を走査することなく、広い範囲に光を照射できる高出力のレーザ光源として、垂直面発光型レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)を多数2次元配列した面発光レーザアレイが注目されている。しかしながら、垂直面発光型レーザの放射角は、放射面に垂直な方向を中心として20°前後と狭い。そのため、例えば、図34に示すように、基板301、n側DBR(Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ反射ミラー)302、活性層303、p側DBR304からなる面発光レーザアレイ305の前に拡散板310を設けて、その拡散板310によりレーザ光を散乱させて、レーザ光の放射方向を広げる必要があった。この場合、遠距離の対象物との距離を計測中に、突然近くに人などが現れると、レーザ光による人への悪影響を避けるため、面発光レーザアレイ305全体のレーザ光の強度を下げていた。そのため、レーザ光の強度を再び上げるまでの間、遠距離にレーザ光が届かなくなり、遠距離の対象物までの距離計測ができないという問題が生じる。   2. Description of the Related Art In recent years, a surface emitting laser array in which a number of vertical surface emitting lasers (VCSELs) are two-dimensionally arrayed as a high-power laser light source capable of irradiating light over a wide range without scanning with laser light has attracted attention. Has been. However, the emission angle of the vertical surface emitting laser is as narrow as about 20 ° with the direction perpendicular to the emission surface as the center. Therefore, for example, as shown in FIG. 34, a diffusion plate 310 is provided in front of a surface emitting laser array 305 including a substrate 301, an n-side DBR (Distributed Bragg Reflector) 302, an active layer 303, and a p-side DBR 304. It was necessary to disperse the laser light by the diffusion plate 310 and widen the radiation direction of the laser light. In this case, if a person suddenly appears while measuring the distance to the object at a long distance, the intensity of the laser light of the entire surface emitting laser array 305 is lowered in order to avoid adverse effects on the person due to the laser light. It was. Therefore, until the intensity of the laser beam is increased again, the laser beam does not reach a long distance, and there is a problem that distance measurement to a long distance object cannot be performed.

本開示は、安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を低下させない距離計測装置用の半導体発光装置及びそれを用いた距離計測装置並びに距離計測装置の駆動方法を提供する。   The present disclosure provides a semiconductor light emitting device for a distance measuring device, a distance measuring device using the same, and a driving method of the distance measuring device that does not reduce the ability to measure the distance to an object at a long distance while ensuring safety. .

本開示に係る半導体発光装置は、第1の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、半導体発光素子の光出射面側に設けられ、半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を備え、複数の半導体発光素子からの出射光は、第1の方向において互いに異なる偏向角を有しており、半導体発光素子は、それぞれの偏向角を有する出射光毎に発光するように駆動できることを特徴とする。   A semiconductor light emitting device according to the present disclosure is provided on a light emitting surface side of a semiconductor light emitting element array having a plurality of semiconductor light emitting elements arranged along a first direction and from the semiconductor light emitting element. A light deflector for deflecting the emitted light, and the light emitted from the plurality of semiconductor light emitting elements has different deflection angles in the first direction, and the semiconductor light emitting elements have the respective deflection angles. It can be driven to emit light for each incident light.

本開示に係る半導体発光装置によれば、半導体発光素子アレイの中心に対して広がるように偏向させた各半導体発光素子からの出射光に対して、それぞれの偏向角を有する出射光毎にその強度等を変更できるため、半導体発光装置の近くに侵入した人に対しては、その人の方向に向かう光の強度を弱くする一方、人の近くを通らない光の強度は強い状態のまま維持し、遠距離の対象物への距離計測を続けることができる。これにより、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができる。   According to the semiconductor light emitting device according to the present disclosure, the intensity of the emitted light from each semiconductor light emitting element deflected so as to spread with respect to the center of the semiconductor light emitting element array for each emitted light having a respective deflection angle. For people who have entered the vicinity of the semiconductor light-emitting device, the intensity of light toward the person is weakened while the intensity of light that does not pass near the person remains strong. The distance measurement to a long-distance object can be continued. Thereby, the distance measurement capability to a long-distance target object can be maintained, ensuring the safety | security to a person.

また、本開示に係る距離計測装置は、第1の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、半導体発光素子の光出射面側に設けられ、半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を有し、複数の半導体発光素子からの出射光は、第1の方向において互いに異なる偏向角を有しており、半導体発光素子は、それぞれの偏向角を有する出射光毎に発光するように駆動できる、半導体発光装置と、半導体発光素子を駆動する駆動部と、半導体発光装置からの出射光を受光する受光部と、半導体発光装置からの出射光の出射時刻と受光時刻との差から距離を計算する演算部とを備えている。そして、偏向角の大きい出射光から偏向角の小さい出射光の順に出射光を出射していく場合に、先に出射した出射光による計測距離に基づいて、次に出射する出射光の強度を決めることを特徴とする。   In addition, a distance measurement device according to the present disclosure is provided on a light emitting surface side of a semiconductor light emitting element array having a plurality of semiconductor light emitting elements arranged along a first direction. A light deflecting unit that deflects the emitted light, and the emitted light from the plurality of semiconductor light emitting elements has different deflection angles in the first direction, and the semiconductor light emitting elements have respective deflection angles. A semiconductor light emitting device, a drive unit for driving the semiconductor light emitting element, a light receiving unit for receiving light emitted from the semiconductor light emitting device, and a light emitting unit for emitting light from the semiconductor light emitting device. An arithmetic unit that calculates the distance from the difference between the emission time and the light reception time is provided. Then, when the outgoing light is emitted in the order of the outgoing light having the larger deflection angle and the outgoing light having the smaller deflection angle, the intensity of the outgoing light to be emitted next is determined based on the measurement distance of the outgoing light emitted first. It is characterized by that.

本開示に係る距離計測装置によれば、偏向角の大きい出射光は、計測エリアの端から侵入する人等の侵入対象物を一番初めに照射するため、侵入対象物への距離が近い場合、その後に出射される光を即座に低減することができる。一方、侵入対象物への照射がなくなった後は、その後に出射される光の強度を強く保つことができる。これにより、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができる。   According to the distance measuring device according to the present disclosure, the outgoing light having a large deflection angle irradiates the intruding target such as a person entering from the end of the measurement area first, and therefore the distance to the intruding target is short. Then, the light emitted thereafter can be immediately reduced. On the other hand, after the irradiation of the intruding target is stopped, the intensity of the light emitted thereafter can be kept strong. Thereby, the distance measurement capability to a long-distance target object can be maintained, ensuring the safety | security to a person.

また、本開示に係る距離計測装置の駆動方法は、第1の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、半導体発光素子の光出射面側に設けられ、半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を有し、複数の半導体発光素子からの出射光は、第1の方向において互いに異なる偏向角を有しており、半導体発光素子は、それぞれの偏向角を有する出射光毎に発光するように駆動できる、半導体発光装置と、半導体発光素子を駆動する駆動部と、半導体発光装置からの出射光を受光する受光部と、半導体発光装置からの出射光の出射時刻と受光時刻との差から距離を計算する演算部とを備えた距離計測装置の駆動方法において、偏向角の大きい出射光から偏向角の小さい出射光の順に出射光を出射していく場合に、先に出射した出射光による計測距離に基づいて、次に出射する出射光の強度を決めることを特徴とする。   The distance measuring device driving method according to the present disclosure includes a semiconductor light emitting element array having a plurality of semiconductor light emitting elements arranged along a first direction, a semiconductor light emitting element provided on a light emitting surface side of the semiconductor light emitting element, A light deflecting unit that deflects light emitted from the light emitting element, and light emitted from the plurality of semiconductor light emitting elements has different deflection angles in the first direction. A semiconductor light emitting device, a drive unit for driving the semiconductor light emitting element, a light receiving unit for receiving the emitted light from the semiconductor light emitting device, and a light emitting unit from the semiconductor light emitting device. In a driving method of a distance measuring device including a calculation unit that calculates a distance from a difference between an emission time and a light reception time of emitted light, the emitted light is emitted in the order of emitted light with a large deflection angle and emitted light with a small deflection angle. The When Ku, based on the distance measured by the outgoing light emitted previously, then characterized to determine the intensity of the outgoing light emitted.

本開示に係る距離計測装置の駆動方法によれば、偏向角の大きい出射光は、計測エリアの端から侵入する人等の侵入対象物を一番初めに照射するため、侵入対象物への距離が近い場合、その後に出射される光を即座に低減することができる。一方、侵入対象物への照射がなくなった後は、その後に出射される光の強度を強く保つことができる。これにより、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができる。   According to the driving method of the distance measuring device according to the present disclosure, the emitted light having a large deflection angle irradiates the intruding target such as a person entering from the end of the measurement area first, and therefore the distance to the intruding target. Is close, the light emitted thereafter can be immediately reduced. On the other hand, after the irradiation of the intruding target is stopped, the intensity of the light emitted thereafter can be kept strong. Thereby, the distance measurement capability to a long-distance target object can be maintained, ensuring the safety | security to a person.

本開示に係る半導体発光装置及びそれを用いた距離計測装置並びに距離計測装置の駆動方法により、光を使った距離計測において、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができる。   In the distance measurement using light by the semiconductor light emitting device according to the present disclosure, the distance measuring device using the semiconductor light emitting device, and the driving method of the distance measuring device, the distance to the object at a long distance is ensured while ensuring safety to the person. The measurement ability can be maintained.

図1は、第1の実施形態に係る半導体発光装置の斜視模式図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment. 図2は、図1のA−A線における断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図3は、図1のB−B線における断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIG. 図4は、第1の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of the distance measuring apparatus according to the first embodiment. 図5Aは、半導体発光素子の強度分布と光偏向部の直線的位相変化を示す図である。FIG. 5A is a diagram showing the intensity distribution of the semiconductor light emitting device and the linear phase change of the light deflection unit. 図5Bは、光偏向部の位相変化の傾きによる半導体発光素子の光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 5B is a diagram illustrating the relationship between the light emission angle of the semiconductor light emitting element and the intensity distribution according to the inclination of the phase change of the light deflection unit. 図6は、光偏向部の位相変化の傾きによる半導体発光素子の光出射角度の変化を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a change in the light emission angle of the semiconductor light emitting element due to the inclination of the phase change of the light deflector. 図7は、第1の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を示す断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an optical deflection unit using a lamellar grating type phase change according to the first embodiment. 図8Aは、ラメラー格子型位相変化を説明する図である。FIG. 8A is a diagram illustrating a lamellar grating type phase change. 図8Bは、0.5πrad/μmとなるラメラー格子型位相変化を示す図である。FIG. 8B is a diagram showing a lamellar grating type phase change of 0.5π rad / μm. 図8Cは、図8Bの場合における光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 8C is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution in the case of FIG. 8B. 図9Aは、1πrad/μmとなるラメラー格子型位相変化を示す図である。FIG. 9A is a diagram showing a lamellar grating type phase change of 1π rad / μm. 図9Bは、図9Aの場合における光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 9B is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution in the case of FIG. 9A. 図10は、切り下げ次数を3とした場合における1πrad/μmとなるラメラー格子型位相変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a lamellar grating type phase change of 1π rad / μm when the round-down order is 3. 図11Aは、図7におけるR1列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 11A is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R1 row in FIG. 図11Bは、図7におけるR2列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 11B is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R2 row in FIG. 図11Cは、図7におけるR3列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 11C is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R3 row in FIG. 図12Aは、第1の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 12A is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a resist in the step of manufacturing the light deflector by the lamellar grating type phase change according to the first embodiment. 図12Bは、第1の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を製造する工程において、光偏向部用のTiO2層を形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 12B is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a TiO 2 layer for the light deflection unit in the step of manufacturing the light deflection unit by the lamellar grating type phase change according to the first embodiment. 図12Cは、第1の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を製造する工程において、VCSEL光出射面のみTiO2層を残す工程を示す断面模式図である。FIG. 12C is a schematic cross-sectional view showing a step of leaving the TiO 2 layer only on the VCSEL light emitting surface in the step of manufacturing the light deflector by the lamellar grating type phase change according to the first embodiment. 図12Dは、第1の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を製造する工程において、格子状のレジストを形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 12D is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a lattice-like resist in the step of manufacturing the optical deflection unit based on the lamellar lattice type phase change according to the first embodiment. 図12Eは、第1の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を製造する工程において、TiO2層を加工後、レジストを除去する工程を示す断面模式図である。FIG. 12E is a schematic cross-sectional view showing the step of removing the resist after processing the TiO 2 layer in the step of manufacturing the optical deflector by the lamellar grating type phase change according to the first embodiment. 図13は、第1の実施形態の第1変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を示す断面模式図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating an optical deflecting unit based on an inclined surface phase change according to a first modification of the first embodiment. 図14Aは、図13におけるR1列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。14A is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R1 row in FIG. 図14Bは、図13におけるR2列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 14B is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R2 row in FIG. 図14Cは、図13におけるR3列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 14C is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R3 row in FIG. 図15Aは、第1変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 15A is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a resist in the step of manufacturing the light deflection section based on the inclined surface phase change according to the first modification. 図15Bは、第1変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、光偏向部用のTiO2層を形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 15B is a schematic cross-sectional view showing the step of forming the TiO 2 layer for the optical deflection unit in the step of manufacturing the optical deflection unit based on the inclined surface phase change according to the first modification. 図15Cは、第1変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、VCSEL光出射面のみTiO2層を残す工程を示す断面模式図である。FIG. 15C is a schematic cross-sectional view illustrating a process of leaving the TiO 2 layer only on the VCSEL light emission surface in the process of manufacturing the optical deflection unit based on the change in the inclined plane phase according to the first modification. 図15Dは、第1変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、R1列のTiO2層のみ露出するようにレジストを形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 15D is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a resist so as to expose only the TiO 2 layer in the R1 row in the step of manufacturing the optical deflection unit based on the change in the inclined plane phase according to the first modification. 図15Eは、第1変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、R1列のTiO2層表面を傾斜させる工程を示す断面模式図である。FIG. 15E is a schematic cross-sectional view showing the step of tilting the surface of the TiO 2 layer in the R1 row in the step of manufacturing the light deflecting unit based on the tilted surface phase change according to the first modification. 図15Fは、第1変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを除去する工程を示す断面模式図である。FIG. 15F is a schematic cross-sectional view showing the step of removing the resist in the step of manufacturing the light deflecting unit using the inclined surface phase change according to the first modification. 図16は、第1の実施形態の第2変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を示す断面模式図である。FIG. 16 is a schematic cross-sectional view illustrating an optical deflecting unit based on a step-like phase change according to a second modification of the first embodiment. 図17は、階段型位相変化を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a stepped phase change. 図18Aは、図16におけるR1列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 18A is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R1 row in FIG. 図18Bは、図16におけるR2列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。18B is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R2 row in FIG. 図18Cは、図16におけるR3列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 18C is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R3 row in FIG. 図19は、R3列の光偏向部において、TiO2層の合計層数を変えた場合の主ピークに対する副ピークの大きさの変化を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a change in the size of the sub-peak with respect to the main peak when the total number of TiO 2 layers is changed in the R3 row light deflector. 図20Aは、第2変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 20A is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a resist in the step of manufacturing the light deflector by the stepped phase change according to the second modification. 図20Bは、第2変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、光偏向部用の第1層目のTiO2層を形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 20B is a schematic cross-sectional view showing a step of forming the first TiO 2 layer for the light deflection unit in the step of manufacturing the light deflection unit by the stepwise phase change according to the second modification. 図20Cは、第2変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、VCSEL光出射面に第1層目のTiO2層を残す工程を示す断面模式図である。FIG. 20C is a schematic cross-sectional view showing a step of leaving the first TiO 2 layer on the VCSEL light emitting surface in the step of manufacturing the light deflector by the stepped phase change according to the second modification. 図20Dは、第2変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、第2層目のTiO2層の形成用のレジストを形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 20D is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a resist for forming the second TiO 2 layer in the step of manufacturing the light deflector by the stepwise phase change according to the second modification. 図20Eは、第2変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、光偏向部用の第2層目のTiO2層を形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 20E is a schematic cross-sectional view showing a step of forming the second TiO 2 layer for the light deflection unit in the step of manufacturing the light deflection unit by the stepwise phase change according to the second modification. 図20Fは、第2変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、第1層目のTiO2層上に第2層目のTiO2層を残す工程を示す断面模式図である。Figure 20F, in the step of manufacturing an optical deflection unit according stepwise phase changes according to the second modification, cross-sectional view schematically showing a step of leaving the second layer TiO 2 layer of the first layer of the TiO 2 layer on the It is. 図21は、第1の実施形態の第3変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を示す断面模式図である。FIG. 21 is a schematic cross-sectional view illustrating an optical deflecting unit using a stepped phase change according to a third modification of the first embodiment. 図22Aは、第3変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、VCSEL用積層膜上にコンタクト層とAlGaAs層とGaAs層を形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 22A is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a contact layer, an AlGaAs layer, and a GaAs layer on the VCSEL laminated film in the step of manufacturing the optical deflector by stepped phase change according to the third modification. 図22Bは、第3変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、各列に相当するVCSELを形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 22B is a schematic cross-sectional view illustrating a process of forming VCSELs corresponding to each column in the process of manufacturing the optical deflector by the stepped phase change according to the third modification. 図22Cは、第3変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 22C is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a resist in the step of manufacturing the light deflector by the stepped phase change according to the third modification. 図22Dは、第3変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストから露出したAlGaAs層を除去する工程を示す断面模式図である。FIG. 22D is a schematic cross-sectional view showing the step of removing the AlGaAs layer exposed from the resist in the step of manufacturing the light deflector by the stepwise phase change according to the third modification. 図22Eは、第3変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを形成する工程を示す断面模式図である。FIG. 22E is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a resist in the step of manufacturing the light deflector by the stepwise phase change according to the third modification. 図22Fは、第3変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストから露出したGaAs層を除去する工程を示す断面模式図である。FIG. 22F is a schematic cross-sectional view showing the step of removing the GaAs layer exposed from the resist in the step of manufacturing the light deflector by the stepped phase change according to the third modification. 図23は、第1の実施形態の第4変形例に係る位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化による光偏向部を示す断面模式図である。FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing an optical deflection unit using a phase bias-added lamellar grating phase change according to a fourth modification of the first embodiment. 図24Aは、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化を示す図である。FIG. 24A is a diagram showing a phase bias added lamellar grating type phase change. 図24Bは、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化を説明する図である。FIG. 24B is a diagram for explaining a phase bias added lamellar grating type phase change. 図25Aは、図23におけるR1列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 25A is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R1 row in FIG. 図25Bは、図23におけるR2列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 25B is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R2 row in FIG. 図25Cは、図23におけるR3列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。FIG. 25C is a diagram showing the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R3 row in FIG. 位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化による光偏向部における主ピーク及び副ピークの強度、放射角の層数依存性を示す図である。It is a figure which shows the layer number dependence of the intensity | strength of the main peak in a light deflection | deviation part by a phase bias addition lamellar grating | lattice type | mold phase change, and a subpeak, and a radiation angle. 図27は、第2の実施形態に係る半導体発光装置に対する図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。FIG. 27 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment at a position corresponding to the line BB in FIG. 図28は、第2の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。FIG. 28 is a schematic diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus according to the second embodiment. 図29は、第3の実施形態に係る半導体発光装置に対する図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。29 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the third embodiment at a position corresponding to the line BB in FIG. 図30は、第3の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。FIG. 30 is a schematic diagram illustrating a configuration of a distance measuring device according to the third embodiment. 図31は、第4の実施形態に係る半導体発光装置に対する図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。FIG. 31 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment at a position corresponding to the line BB in FIG. 図32Aは、光偏向部を貼り合わせる前の第5の実施形態に係る半導体発光装置に対する図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。FIG. 32A is a schematic cross-sectional view at a position corresponding to the line BB of FIG. 1 with respect to the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment before bonding the light deflection unit. 図32Bは、第5の実施形態に係る半導体発光装置に対する図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。32B is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment at a position corresponding to the line BB in FIG. 図33Aは、光偏向部を貼り合わせる前の第6の実施形態に係る半導体発光装置に対する図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。FIG. 33A is a schematic cross-sectional view at a position corresponding to the line BB of FIG. 1 with respect to the semiconductor light emitting device according to the sixth embodiment before bonding the light deflection unit. 図33Bは、第6の実施形態に係る半導体発光装置に対する図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。FIG. 33B is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the sixth embodiment at a position corresponding to the line BB in FIG. 図34は、従来技術に係る半導体発光装置の斜視模式図である。FIG. 34 is a schematic perspective view of a conventional semiconductor light emitting device.

以下に、本開示の各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to the following embodiment.

(第1の実施形態)
(半導体発光装置の構成)
図1は、第1の実施形態に係る半導体発光装置の斜視模式図である。また、図2は、図1のA−A線における断面模式図であり、図3は、図1のB−B線における断面模式図である。
(First embodiment)
(Configuration of semiconductor light emitting device)
FIG. 1 is a schematic perspective view of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIG.

図1、図2、図3に示すように、GaAsからなる基板1上に、n型Alx1Ga1-x1As層とn型Alx2Ga1-x2As層(x1≠x2)とを積層したn側DBR(Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ反射ミラー)2が形成されている。n側DBR2上には、各垂直面発光型レーザ(以後、VCSELと記載する。)10に対応した複数の活性層3が、平面状に整列して配置されている。複数の活性層3は、図中のY方向に一列に並んで配置されて、1つの列を構成している。この活性層3の列を、Y方向と垂直なX方向において等間隔で配置している。本実施形態では、1つの列は、3個の活性層3で構成され、この列がX方向に沿って7列配置されている。7列の内、X方向における中心に位置する列をC列と呼び、C列の右側の列をC列側から順にR1列、R2列、R3列、C列の左側の列をC列側から順にL1列、L2列、L3列と呼ぶ。なお、各列の活性層3の数、列の個数は、用途に応じて適宜設定することができる。 As shown in FIGS. 1, 2, and 3, an n-type Al x1 Ga 1-x1 As layer and an n-type Al x2 Ga 1-x2 As layer (x1 ≠ x2) are laminated on a substrate 1 made of GaAs. An n-side DBR (Distributed Bragg Reflector) 2 is formed. On the n-side DBR 2, a plurality of active layers 3 corresponding to the respective vertical surface emitting lasers (hereinafter referred to as VCSELs) 10 are arranged in a plane. The plurality of active layers 3 are arranged in a line in the Y direction in the figure to constitute one line. The rows of the active layers 3 are arranged at equal intervals in the X direction perpendicular to the Y direction. In this embodiment, one row is composed of three active layers 3, and this row is arranged in seven rows along the X direction. Of the seven columns, the column located in the center in the X direction is called the C column, and the right column of the C column is the R1 column, the R2 column, the R3 column, and the left column of the C column in the order from the C column side. These are called L1, L2, and L3 columns in order. The number of active layers 3 and the number of columns in each column can be set as appropriate according to the application.

各活性層3は、InGaAs層を井戸層、GaAsP層を障壁層として積層した量子井戸構造をしており、InGaAs層のIn組成は発振波長が約940nmとなるように調整されている。図3に示すように、各活性層3の上には、p型Aly1Ga1-y1As層とp型Aly2Ga1-y2As層(y1≠y2)とを積層したp側DBR4が形成されている。p側DBR4の上には、GaAsからなるp型コンタクト層5が形成されている。なお、活性層3、p側DBR4、p型コンタクト層5は、略円筒型に形成されている。 Each active layer 3 has a quantum well structure in which an InGaAs layer is a well layer and a GaAsP layer is a barrier layer, and the In composition of the InGaAs layer is adjusted so that the oscillation wavelength is about 940 nm. As shown in FIG. 3, on each active layer 3, a p-side DBR 4 in which a p - type Al y1 Ga 1-y1 As layer and a p-type Al y2 Ga 1-y2 As layer (y1 ≠ y2) are stacked. Is formed. A p-type contact layer 5 made of GaAs is formed on the p-side DBR 4. The active layer 3, the p-side DBR 4, and the p-type contact layer 5 are formed in a substantially cylindrical shape.

活性層3、p側DBR4、p型コンタクト層5の側面には、絶縁膜6が形成されており、p型コンタクト層5の上面は、絶縁膜6から露出している。また、活性層3から露出したn側DBR2の上面上にも、絶縁膜6が形成されている。絶縁膜6の材料としては、熱伝導率の高いAlNが用いられる。これにより、各VCSEL10の活性層3等からの発熱が、基板1上で素早く拡散して、各VCSEL10の温度の上昇が抑制されるため、各VCSEL10の発光特性を安定化させることができる。絶縁膜6の材料としては、AlN以外にダイヤモンドやSiC等の高熱伝導性の材料を用いることもできる。なお、活性層3に隣接して、AlGaAsまたはAlAsを酸化して得られる酸化電流狭窄層を設けてもよい。これにより、活性層3への注入電流が中心付近に狭窄され低閾値化を行うことができる。   An insulating film 6 is formed on the side surfaces of the active layer 3, the p-side DBR 4, and the p-type contact layer 5, and the upper surface of the p-type contact layer 5 is exposed from the insulating film 6. An insulating film 6 is also formed on the upper surface of the n-side DBR 2 exposed from the active layer 3. As the material of the insulating film 6, AlN having a high thermal conductivity is used. As a result, the heat generated from the active layer 3 of each VCSEL 10 diffuses quickly on the substrate 1 and the temperature rise of each VCSEL 10 is suppressed, so that the light emission characteristics of each VCSEL 10 can be stabilized. As a material of the insulating film 6, a material having high thermal conductivity such as diamond or SiC can be used in addition to AlN. An oxidation current confinement layer obtained by oxidizing AlGaAs or AlAs may be provided adjacent to the active layer 3. As a result, the current injected into the active layer 3 is confined near the center, and the threshold value can be lowered.

図3に示すように、p型コンタクト層5の上面及び絶縁膜6の上面には、透明電極からなるp側電極7が形成されている。p側電極7は、p型コンタクト層5と電気的に接続し、活性層3に電力を供給する。p側電極7は、列毎に分離されている。また、図2に示すように、同一列内の各VCSEL10に対応するp型コンタクト層5は、共通のp側電極7で電気的に接続されている。これにより、同一列に属するVCSEL10を同時に発光させることができ、異なる列に属するVCSEL10はそれぞれ個別に発光させることができる。例えば、本実施形態のR1列内の3個のVCSEL10は同時に発光し、R2列等の他の列のVCSEL10とは異なるタイミングで発光させることができる。ここで、各列に3個ずつVCSEL10が配置されているので、1個のVCSEL10に比べて約3倍の強度の光を出射することができる。なお、各列に属するVCSEL10の数を増加させることにより、各列の光強度を増加させることができる。   As shown in FIG. 3, a p-side electrode 7 made of a transparent electrode is formed on the upper surface of the p-type contact layer 5 and the upper surface of the insulating film 6. The p-side electrode 7 is electrically connected to the p-type contact layer 5 and supplies power to the active layer 3. The p-side electrode 7 is separated for each column. Further, as shown in FIG. 2, the p-type contact layers 5 corresponding to the VCSELs 10 in the same column are electrically connected by a common p-side electrode 7. Thereby, the VCSELs 10 belonging to the same column can be made to emit light simultaneously, and the VCSELs 10 belonging to different columns can be made to emit light individually. For example, the three VCSELs 10 in the R1 column of the present embodiment can emit light at the same time, and can emit light at different timings from the VCSELs 10 in other columns such as the R2 column. Here, since three VCSELs 10 are arranged in each column, it is possible to emit light having an intensity about three times that of one VCSEL 10. Note that the light intensity of each column can be increased by increasing the number of VCSELs 10 belonging to each column.

本実施形態では、p側電極7として透明電極を用いることにより、活性層3からの発光を、p側電極7を通して外部に取り出すことができるため、p型コンタクト層5の上面全体を使って電気的接触を行うことができる。p側電極7の材料としては、ITO(Indium Tin Oxide)を用いているが、ITO以外にZnOやグラフェン等を用いることもできる。なお、p側電極7として透明電極を用いる代わりに、金属電極を用い、p型コンタクト層5の上面上の金属電極に開口部を設けて、活性層3からの光を外部へ取り出す構造としてもよい。   In the present embodiment, by using a transparent electrode as the p-side electrode 7, light emitted from the active layer 3 can be extracted to the outside through the p-side electrode 7. Contact can be made. As a material of the p-side electrode 7, ITO (Indium Tin Oxide) is used, but ZnO, graphene, or the like can be used in addition to ITO. Note that, instead of using a transparent electrode as the p-side electrode 7, a metal electrode may be used, and an opening is provided in the metal electrode on the upper surface of the p-type contact layer 5 to extract light from the active layer 3 to the outside. Good.

各活性層3からの発光は、その上下に配置されたn側DBR2及びp側DBR4により反射されてレーザ発振し、p側DBR4側からレーザ光として出射される。   Light emitted from each active layer 3 is reflected by the n-side DBR 2 and the p-side DBR 4 disposed above and below to oscillate and is emitted as laser light from the p-side DBR 4 side.

p側電極7及びp側電極7から露出した絶縁膜6の上には、表面保護膜8が形成されている。表面保護膜8には、p側電極7上の一部の領域に開口部11が形成されている(図2参照)。開口部11は、各列に対応するp側電極7毎に設けられ、活性層3上の領域以外の領域に形成されている。表面保護膜8の材料としては、SiO2を用いているが、SiO2の他にSi34、AlN、ダイヤモンド、SiC等を用いることができる。ここで、表面保護膜8として、熱伝導率の高い材料を用いることにより、上述の絶縁膜6と同様に、各VCSEL10の温度の上昇が抑制されるため、各VCSEL10の発光特性を安定化させることができる。また、開口部11内のp側電極7上には、パッド電極12が形成されている。パッド電極12としては、Ti膜とAu膜の積層膜等が用いられる。なお、本実施形態では、各列のp側電極7上の開口部11は、それぞれ1個ずつVCSEL10の片側に配置されているが、VCSEL10の両側に1個ずつ(合計2個)配置してもよい。これにより、各VCSEL10へ電力供給するための配線抵抗を低減させることができる。 A surface protective film 8 is formed on the p-side electrode 7 and the insulating film 6 exposed from the p-side electrode 7. In the surface protective film 8, an opening 11 is formed in a partial region on the p-side electrode 7 (see FIG. 2). The opening 11 is provided for each p-side electrode 7 corresponding to each column, and is formed in a region other than the region on the active layer 3. As the material of the surface protective film 8, SiO 2 is used, but Si 3 N 4 , AlN, diamond, SiC or the like can be used in addition to SiO 2 . Here, by using a material having high thermal conductivity as the surface protective film 8, similarly to the above-described insulating film 6, the rise in temperature of each VCSEL 10 is suppressed, so that the light emission characteristics of each VCSEL 10 are stabilized. be able to. A pad electrode 12 is formed on the p-side electrode 7 in the opening 11. As the pad electrode 12, a laminated film of a Ti film and an Au film or the like is used. In the present embodiment, one opening 11 on the p-side electrode 7 in each column is arranged on one side of the VCSEL 10, but one on each side of the VCSEL 10 (two in total). Also good. Thereby, the wiring resistance for supplying electric power to each VCSEL 10 can be reduced.

基板1の下面(n側DBR2が形成されていない側の面)には、n側共通電極13が形成されている。n側共通電極13としては、Au膜とGe膜とNi膜の積層膜等が用いられる。n側共通電極13と各パッド電極12間に電流を流すことにより、各パッド電極12に対応した列のVCSEL10を発光させることができる。   An n-side common electrode 13 is formed on the lower surface of the substrate 1 (the surface on which the n-side DBR 2 is not formed). As the n-side common electrode 13, a laminated film of an Au film, a Ge film, and a Ni film is used. By flowing a current between the n-side common electrode 13 and each pad electrode 12, the VCSEL 10 in the column corresponding to each pad electrode 12 can emit light.

なお、略円筒型に分離された活性層3、p側DBR4およびp型コンタクト層5と、それらに対応する基板1、n側DBR2、絶縁膜6、p側電極7およびn側共通電極13の部分により、VCSEL10が構成され、VCSEL10を配列することによりVCSELアレイ15が構成される。   The active layer 3, the p-side DBR 4 and the p-type contact layer 5 separated into a substantially cylindrical shape, and the corresponding substrate 1, n-side DBR 2, insulating film 6, p-side electrode 7 and n-side common electrode 13. The VCSEL 10 is configured by the portion, and the VCSEL array 15 is configured by arranging the VCSELs 10.

図3に示すように、各VCSEL10に対応した表面保護膜8上には、光偏向部9が形成されている。光偏向部9は、各VCSEL10から出射したレーザ光を所定の方向に偏向させるものである。光偏向部9としては、本実施形態のようにラメラー格子型位相変化を用いたものだけでなく、それ以外の様々な構成を用いることができる。これらの光偏向部9の詳細な構成については、後述する。   As shown in FIG. 3, an optical deflection unit 9 is formed on the surface protective film 8 corresponding to each VCSEL 10. The light deflecting unit 9 deflects the laser light emitted from each VCSEL 10 in a predetermined direction. As the light deflection unit 9, not only one using a lamellar grating type phase change as in the present embodiment, but also various other configurations can be used. The detailed configuration of these light deflection units 9 will be described later.

光偏向部9の形状は、同一列内では同じであり、列毎に異なる。各列の偏向角が、光出射面に垂直な方向(Z方向)を0°とした場合、R1列、R2列、R3列の順に約+15°、約+30°、約+45°となり、L1列、L2列、L3列の順に約−15°、約−30°、約−45°となるように、各列の光偏向部9の形状が設定される。ここで、Z方向からXの正の方向へ傾く方向をプラスの角度、Z方向からXの負の方向へ傾く方向をマイナスの角度とした(図3参照)。なお、C列に対応する表面保護膜8上には、光偏向部9が形成されていないため、C列のVCSEL10からの光は偏向せず、Z方向(偏向角が0°)に出射される。   The shape of the light deflection unit 9 is the same in the same column and is different for each column. When the deflection angle of each row is 0 ° in the direction perpendicular to the light exit surface (Z direction), the R1 row, the R2 row, and the R3 row are about + 15 °, about + 30 °, and about + 45 ° in this order, and the L1 row The shape of the light deflection section 9 in each row is set so as to be about −15 °, about −30 °, and about −45 ° in the order of the L2, L3 rows. Here, the direction inclined from the Z direction to the positive X direction is defined as a positive angle, and the direction inclined from the Z direction to the negative X direction is defined as a negative angle (see FIG. 3). In addition, since the light deflection unit 9 is not formed on the surface protective film 8 corresponding to the C row, the light from the VCSEL 10 in the C row is not deflected and is emitted in the Z direction (deflection angle is 0 °). The

また、本出願において、偏向角が大きいとは、上記のプラス、マイナスの角度とは関係なく、光出射面に垂直な方向(Z方向)に対しての偏向角の絶対値が大きい場合を意味する。   In the present application, the large deflection angle means that the absolute value of the deflection angle with respect to the direction perpendicular to the light exit surface (Z direction) is large irrespective of the above plus and minus angles. To do.

ここで、本実施形態では、L3列からR3列の順に従って、偏向角が−45°、−30°、−15°、0°、+15°、+30°、+45°となるように配置したが、これは一例にすぎず、任意の配置、例えば、L3列からR3列の順に従って、−45°、+45°、−30°、+30°、−15°、+15°、0°となるように配置してもよい。   Here, in the present embodiment, the deflection angles are arranged to be −45 °, −30 °, −15 °, 0 °, + 15 °, + 30 °, and + 45 ° in the order from the L3 row to the R3 row. This is only an example, and in an arbitrary arrangement, for example, in the order of L3 row to R3 row, −45 °, + 45 °, −30 °, + 30 °, −15 °, + 15 °, 0 ° You may arrange.

各列のVCSEL10からの光は、それぞれ±10°程度の広がり角を有するため、本実施形態の半導体発光装置19は、約−50°〜約+50°までの範囲に対して、レーザ光を放射することができる。   Since the light from the VCSELs 10 in each column has a divergence angle of about ± 10 °, the semiconductor light emitting device 19 of this embodiment emits laser light in a range from about −50 ° to about + 50 °. can do.

以上のように、本実施形態の半導体発光装置19では、各偏向角を有する出射光に対応した列のVCSEL10を個別に駆動することができる。これにより、それぞれの偏向角を有する出射光毎に光強度を変えて発光させることができる。   As described above, in the semiconductor light emitting device 19 of this embodiment, the VCSELs 10 in the columns corresponding to the emitted light having the respective deflection angles can be individually driven. Thereby, it is possible to emit light by changing the light intensity for each outgoing light having each deflection angle.

また、本実施形態の半導体発光装置19は、n側共通電極13を半田等の導電性接着層を介してヒートシンク等に実装することができる。例えば、レーザ光の出射角度を変えるために、角度の異なる面を複数有するヒートシンク等を用いて、各面に各VCSELをそれぞれ実装してく場合に比べて、容易に半導体発光装置19を実装することができるため、製造コストを低減することができる。
なお、VCSEL10の間に段差が生じるため、VCSEL10の間に平坦化膜(例えばBCBなど)を形成した後、電極等を形成してもよい。
In the semiconductor light emitting device 19 of the present embodiment, the n-side common electrode 13 can be mounted on a heat sink or the like via a conductive adhesive layer such as solder. For example, in order to change the emission angle of the laser beam, the semiconductor light emitting device 19 can be easily mounted as compared with the case where each VCSEL is mounted on each surface using a heat sink having a plurality of surfaces having different angles. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
Note that since a step is generated between the VCSELs 10, an electrode or the like may be formed after a planarization film (for example, BCB) is formed between the VCSELs 10.

(距離計測装置の構成)
図4は、第1の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。図4に示すように、半導体発光装置19の各列に対応するp側電極7には、それぞれ独立した駆動回路20が接続されている。すべての駆動回路20は、距離計測装置を制御する制御回路21に接続されており、制御回路21からの指令に従い、レーザ光31を各方向の測定範囲に出射する。出射された光は対象物で反射され、その反射光32は、TOF(Time of Flight)センサー22によって受光される。TOFセンサー22は、制御回路21からの受光タイミング信号23で決まる一定時間のみ受光する二次元イメージセンサーである。TOFセンサー22で得られた信号は距離画像演算回路25に送られる。ここで制御回路21からの基準タイミング信号24からの遅延時間から、距離画像として演算され、表示ディスプレイ26に表示され、人間(運転手など)が測定対象物を認識する。
(Configuration of distance measuring device)
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of the distance measuring apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, independent drive circuits 20 are connected to the p-side electrodes 7 corresponding to the respective columns of the semiconductor light emitting device 19. All the drive circuits 20 are connected to a control circuit 21 that controls the distance measuring device, and emits a laser beam 31 to a measurement range in each direction in accordance with a command from the control circuit 21. The emitted light is reflected by the object, and the reflected light 32 is received by a TOF (Time of Flight) sensor 22. The TOF sensor 22 is a two-dimensional image sensor that receives light only for a predetermined time determined by the light reception timing signal 23 from the control circuit 21. The signal obtained by the TOF sensor 22 is sent to the distance image calculation circuit 25. Here, from the delay time from the reference timing signal 24 from the control circuit 21, it is calculated as a distance image and displayed on the display 26, and a human (driver or the like) recognizes the measurement object.

本距離計測装置は、例えば、以下のように駆動される。   The distance measuring device is driven as follows, for example.

測定範囲に何も感知されない場合(反射光32が得られない場合)、遠方まで測定するため、制御回路21は半導体発光装置19を高出力状態で駆動する。そのとき、人が左から飛び出してきた場合、左方向のレーザ光を弱めても認識されるので、距離画像演算回路25からの信号27に基づき、制御回路21は、一番左端の列(L3列)に対応する駆動回路20を通じて、L3列からのレーザ光を弱める。これにより、飛び出してきた人に照射されるレーザ光が弱まり、人の眼に対するレーザ光による損傷を避けることができる。   When nothing is detected in the measurement range (when the reflected light 32 cannot be obtained), the control circuit 21 drives the semiconductor light emitting device 19 in a high output state in order to measure far away. At that time, if a person jumps out from the left, it is recognized even if the laser beam in the left direction is weakened. Therefore, based on the signal 27 from the distance image calculation circuit 25, the control circuit 21 detects the leftmost column (L3 The laser light from the L3 column is weakened through the drive circuit 20 corresponding to the column). Thereby, the laser beam irradiated to the person who jumped out becomes weak, and damage to the human eye by the laser beam can be avoided.

一方、L2列〜R3列のレーザ光の出力は変わらないので遠方の計測感度は変わらず、遠方の対象物までの距離計測を継続することができる。人が距離計測装置のさらに正面側に近づいてくれば、L2列、L1列、・・・の順にレーザ光を弱めていく。これらの作業は、運転者の判断に頼ることなく、CPU等を使用した電気制御で行なわれるため、非常に高速に処理され、安全上の問題は低減される。   On the other hand, since the laser beam outputs of the L2 to R3 columns do not change, the distance measurement sensitivity does not change, and distance measurement to a distant object can be continued. When a person approaches the front side of the distance measuring device, the laser light is weakened in the order of the L2 row, the L1 row,. Since these operations are performed by electric control using a CPU or the like without depending on the judgment of the driver, they are processed at a very high speed, and safety problems are reduced.

また、半導体発光装置の端の列から順に(L3列、L2列、L1列の順、又は、R3列、R2列、R1列の順に)パルス発光をしていく場合、L3列の発光によって人の侵入を検知したら、L2列の光の強度を予め下げて、L2列の照射範囲に人が侵入した場合の人の眼に対するレーザ光による損傷を低減するようにしてもよい。   Further, in the case of emitting pulses sequentially from the end row of the semiconductor light emitting device (in the order of L3 column, L2 column, L1 column, or in the order of R3 column, R2 column, R1 column), If an intrusion is detected, the intensity of the light in the L2 row may be lowered in advance to reduce damage to the human eye caused by the laser light when a person enters the irradiation range of the L2 row.

また、上記では、VCSELアレイ15の中心の列から端の列に向かって、偏向角が順に外側に大きくなるように、光偏向部9が配置された場合について説明したが、光偏向部9の配置に関係なく、偏向角の大きい出射光から偏向角の小さい出射光の順に発光するようにVCSEL10を駆動していくことにより、同様な効果を得ることができる。   In the above description, the case where the light deflection unit 9 is arranged so that the deflection angle increases in order from the center column to the end column of the VCSEL array 15 has been described. Regardless of the arrangement, the same effect can be obtained by driving the VCSEL 10 so as to emit light in the order of outgoing light having a large deflection angle and outgoing light having a small deflection angle.

なお、運転者が特定方向の距離画像をより明確にしたい場合には、制御回路21に接続された操作レバー28を操作することにより、特定方向(すなわち特定列のVCSEL10)のレーザ光を強めるようにしてもよい。   When the driver wants to make the distance image in the specific direction clearer, the laser light in the specific direction (that is, the VCSEL 10 in the specific row) is strengthened by operating the operation lever 28 connected to the control circuit 21. It may be.

(光偏向部の構成)
<原理>
まず、光偏向部9の動作原理について、以下に述べる。
(Configuration of light deflection unit)
<Principle>
First, the operation principle of the light deflection unit 9 will be described below.

一般の回折理論によれば、発光面において、一次元x方向に近視野像g(x)を有する光において、角度θにおける遠視野強度I(θ)は、

I(θ)=∫g(x)exp[−i×2πsinθ×(x/λ)]dx …(1)

で与えられる。ここで、iは虚数単位、λは光の波長である。また、式(1)における積分範囲は−∞から+∞である。この遠視野強度と同じ分布をもち、角度θcだけ回転させた方向に偏向する光の遠視野強度I(θ)は、

I(θ)=∫g(x)exp{−i×[2πsin(θ-θc)×(x/λ)]}}dx
…(2)

である。
ここで、

sin(θ-θc)= [sin(θ-θc)−sinθ]+sinθ
= −2sin(θc/2)cos(θ-θc/2)+sinθ …(3)

と変形できるから、式(2)は

I(θ)=
∫g(x)exp{i×2π[sin(θc/2)cos(θ−θc/2)]×(x/λ)}
×exp[−i×2πsinθ×(x/λ)]dx …(4)

となる。ここで、I(θ)がθ=θc付近に集まっているとすると、θ−θc/2≒θc/2となり、

sin(θc/2)cos(θ−θc/2)≒2sin(θc/2)cos(θc/2)
=sinθc …(5)

となるので、式(4)は

I(θ)=
∫g(x)exp[i×2πsinθc×(x/λ)]
×exp[−i×2πsinθ×(x/λ)]dx …(6)

となる。
According to the general diffraction theory, in the light having the near-field image g (x) in the one-dimensional x direction on the light emitting surface, the far-field intensity I (θ) at the angle θ is

I (θ) = ∫g (x) exp [−i × 2πsin θ × (x / λ)] dx (1)

Given in. Here, i is an imaginary unit, and λ is the wavelength of light. Further, the integration range in the equation (1) is from −∞ to + ∞. The far field intensity I (θ) of light having the same distribution as this far field intensity and deflected in the direction rotated by the angle θ c is

I (θ) = ∫g (x) exp {−i × [2πsin (θ−θ c ) × (x / λ)]}} dx
... (2)

It is.
here,

sin (θ−θ c ) = [sin (θ−θ c ) −sin θ] + sin θ
= −2sin (θ c / 2) cos (θ−θ c / 2) + sin θ (3)

Equation (2) is

I (θ) =
∫g (x) exp {i × 2π [sin (θ c / 2) cos (θ−θ c / 2)] × (x / λ)}
× exp [−i × 2πsin θ × (x / λ)] dx (4)

It becomes. Here, if I (θ) is gathered in the vicinity of θ = θ c , θ−θ c / 2≈θ c / 2, and

sin (θ c / 2) cos (θ−θ c / 2) ≈2 sin (θ c / 2) cos (θ c / 2)
= Sin θ c (5)

Therefore, equation (4) becomes

I (θ) =
∫g (x) exp [i × 2πsin θ c × (x / λ)]
× exp [−i × 2πsin θ × (x / λ)] dx (6)

It becomes.

即ち、波長λで規格化した座標X=x/λに対し、位相傾きα=2πsinθcを有する位相変化(言い換えれば、座標xに対して、位相傾きβ=2πsinθc/λを有する位相変化)を、入射光の近視野像g(x)に与えれば、その遠視野像は元の遠視野像を角度θcだけ回転させた方向に偏向させたものとなる。 That is, a phase change having a phase gradient α = 2π sin θ c with respect to a coordinate X = x / λ normalized by the wavelength λ (in other words, a phase change having a phase gradient β = 2π sin θ c / λ with respect to the coordinate x). Is given to the near-field image g (x) of incident light, the far-field image is deflected in a direction rotated by the angle θ c of the original far-field image.

図5A及び図5Bに、具体的な計算例を示す。図5Aに示すように、VCSEL10内で共振し外部へ出射される光(波長λ=0.94μm。電界はガウス分布とし、g(x)=exp[−(x/2)2]とする(xの単位はμm)。)に対し、位相変化Φ(x)=βxで与えられる直線状位相変化を与える。その傾きβとして、0、0.5π、1π、1.5π、2πrad/μmを与えたときの光出射角度と放射強度の関係を図5Bに示す。 5A and 5B show specific calculation examples. As shown in FIG. 5A, light resonates in the VCSEL 10 and is emitted to the outside (wavelength λ = 0.94 μm. The electric field has a Gaussian distribution, and g (x) = exp [− (x / 2) 2 ] ( The unit of x is μm).), and a linear phase change given by phase change Φ (x) = βx is given. FIG. 5B shows the relationship between the light emission angle and the radiation intensity when 0, 0.5π, 1π, 1.5π, and 2π rad / μm are given as the inclination β.

β=0rad/μmからβ=1.5πrad/μmまでにおける光の強度分布は、0より大きな角度においてピーク強度を持ち、ほぼ単峰性の分布が得られており、良好な偏向特性が得られている。しかし、β=2πrad/μmまで大きくなると単峰性が崩れる。これは、ひとつのβに対して放射方向はθ1=θとθ2=π−θの2つの値を取り得るが、θが大きくなるとθ2の成分が角度−90°〜+90°に現れるためである。傾き0、0.5π、1π、1.5π、2πrad/μmに対するピーク強度を与える角度は、0°、13°、27°、44°、67°であり、β=2πsinθc/λから逆算して得られるθc=0°、13.6°、28.0°、44.8°、70.1°にほぼ一致する。即ち、0.5πrad/μm当たり約15度偏向することがわかる。 The light intensity distribution from β = 0 rad / μm to β = 1.5π rad / μm has a peak intensity at an angle larger than 0, and an almost unimodal distribution is obtained, and good deflection characteristics are obtained. ing. However, the unimodality is lost when β = 2πrad / μm is increased. This is because the radiation direction can take two values, θ1 = θ and θ2 = π−θ, for one β, but as θ increases, the component of θ2 appears at an angle of −90 ° to + 90 °. . The angles giving the peak intensities for the slopes 0, 0.5π, 1π, 1.5π, and 2πrad / μm are 0 °, 13 °, 27 °, 44 °, and 67 °, and are calculated backward from β = 2πsinθ c / λ. Θ c = 0 °, 13.6 °, 28.0 °, 44.8 °, and 70.1 ° obtained in this manner. That is, it is understood that the deflection is about 15 degrees per 0.5π rad / μm.

従って、図6に示すように、VCSEL10の出射面に位相変調領域を設け、そこで直線状位相変化Φ(x)=βx(β=2πsinθc/λ)を与えれば、θc方向に光を偏向することが可能となる。この位相変調領域が、本願の光偏向部9に相当する。 Accordingly, as shown in FIG. 6, the phase modulation region is provided on the exit surface of the VCSEL 10, where if you give a linear phase shift Φ (x) = βx (β = 2πsinθ c / λ), deflects the light in the theta c direction It becomes possible to do. This phase modulation region corresponds to the light deflection unit 9 of the present application.

以下では、より具体的な光偏向部9の構成について、説明する。   Hereinafter, a more specific configuration of the light deflection unit 9 will be described.

<ラメラー格子型位相変化による光偏向部>
図7は、本実施形態の右側3列(R1列、R2列、R3列)の光偏向部を示す断面模式図である。各VCSEL10の直径は12μmである。各VCSEL10の近視野像は、ほぼガウス分布(1/eとなる距離は中心から2μm)である。R1列、R2列、R3列のVCSEL10の光出射面上には、ラメラー格子型位相変化を有する光偏向部101、102、103がそれぞれ形成されている。ラメラー格子型位相変化は、光偏向部の中心から±3μmの範囲に形成されており、スリット状である。
<Optical deflection unit by lamellar grating type phase change>
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the light deflection units in the right three columns (R1, R2, and R3) of the present embodiment. Each VCSEL 10 has a diameter of 12 μm. The near-field image of each VCSEL 10 has a substantially Gaussian distribution (distance of 1 / e is 2 μm from the center). On the light emitting surface of the VCSEL 10 in the R1, R2, and R3 columns, light deflecting units 101, 102, and 103 having a lamellar grating type phase change are formed, respectively. The lamellar grating type phase change is formed within a range of ± 3 μm from the center of the light deflection unit, and has a slit shape.

まず、ラメラー格子による位相変化による光偏向の原理について述べる。   First, the principle of optical deflection by phase change by a lamellar grating will be described.

図8Aに、ラメラー格子型位相変化を説明する図を示す。ラメラー格子型位相変化とは、位相変化を二値で与えるものである。図8Aに示すように、所望の直線状位相変化を幅wの間隔で区切り、そのj番目の分割区間の平均位相をΦjとすれば、その区間のうち、幅uj=(Φj/Φm)wの範囲を位相Φm、幅w−ujの範囲を位相ゼロとすることにより、二値化近似できる。ここでΦmはラメラー格子が与える最大位相であり、各区間で共通である。また、位相Φ+2πk(kは整数、ここでは「切り下げ次数」と呼ぶ)は位相Φと等価であるから、直線状位相変化を2πkごとに切り下げることが可能である。なお、Φm=2πkとすることで、各分割区間では連続的な位相変化が得られる。 FIG. 8A is a diagram illustrating a lamellar grating type phase change. The lamellar grating type phase change is a phase change given in binary. As shown in FIG. 8A, if a desired linear phase change is divided by an interval of width w and the average phase of the j-th divided section is Φ j , the width u j = (Φ j / By making the range of Φ m ) w the phase Φ m and the range of the width w−u j being the phase zero, binarization approximation can be performed. Here, Φ m is the maximum phase given by the lamellar grating and is common in each section. Further, since the phase Φ + 2πk (k is an integer, here referred to as a “round-down order”) is equivalent to the phase Φ, the linear phase change can be rounded down every 2πk. By setting Φ m = 2πk, a continuous phase change can be obtained in each divided section.

図8Bは、β=0.5πrad/μmとなるラメラー格子型位相変化を、入射光分布とともに示したものである。Φm=2π(k=1)としている。1区間は、w=0.5μmであり、1区間ごとに、その区間の平均位相が0.25πずつ大きくなる。即ち、Φj=0、0.25π、0.5π、0.75π、1π、1.25π、1.5π、1.75πradの各区間に対して、それぞれuj=0、0.0625、0.125、0.1875、0.25、0.3125、0.375、0.4375μmの範囲をΦmとしている。Φj=2πは、Φj=0と同じ位相なので、切り下げてΦj=0としている。このラメラー格子により光が感じる実効的な位相変化も図8Bに示している。実効的な位相変化の傾きは、微小な凹凸があるものの、平均的にβ=0.5πrad/μmになっている。このラメラー格子による光出射角度と強度分布の関係を図8Cに示す。約13°の方向に単峰性の放射が出ており、所望の特性が得られている。 FIG. 8B shows a lamellar grating type phase change with β = 0.5π rad / μm together with the incident light distribution. Φ m = 2π (k = 1). In one section, w = 0.5 μm, and for each section, the average phase of the section increases by 0.25π. That is, for each section of Φ j = 0, 0.25π, 0.5π, 0.75π, 1π, 1.25π, 1.5π, 1.75π rad, u j = 0, 0.0625, 0, respectively. The range of .125, 0.1875, 0.25, 0.3125, 0.375, 0.4375 μm is Φ m . Φ j = 2π, since the same phase of the Φ j = 0, is the devaluation and Φ j = 0. FIG. 8B also shows an effective phase change that light senses with this lamellar grating. The effective phase change gradient is β = 0.5π rad / μm on average although there are minute irregularities. FIG. 8C shows the relationship between the light emission angle by this lamellar grating and the intensity distribution. Unimodal radiation is emitted in the direction of about 13 °, and desired characteristics are obtained.

一方、図9Aは、β=1πrad/μmとなるラメラー格子型位相変化を、入射光分布とともに示したものである。Φm=2π(k=1)としている。なお、このラメラー格子により光が感じる実効的な位相変化も図8Bに示している。また、このラメラー格子による光出射角度と強度分布の関係を図9Bに示す。図9Bに示すように、28°付近の強度ピークの他に、0°、−30°付近に不要な強度ピークが存在している。図9Aに示すように、位相変化の傾きβが大きくなると、位相変化が位相2πjから位相2π(j+1)に変化する境界部分において、実効的な位相変化が負の傾きを有する。出射光はx方向に分布を持つため、光の一部がこの境界部分を透過する。そのため、この境界部分を透過する光は、位相2πjや位相2π(j+1)とは異なる方向に偏向してしまうことになる。この境界部分の影響は、ラメラー格子の位置を左右にシフトさせてもほとんど変わらない。この不要方向の強度ピークは、所望でない方向への光の放射となり、安全性などに不具合が生じる。 On the other hand, FIG. 9A shows a lamellar grating type phase change with β = 1π rad / μm, together with an incident light distribution. Φ m = 2π (k = 1). In addition, the effective phase change which light senses with this lamellar grating is also shown in FIG. 8B. FIG. 9B shows the relationship between the light emission angle and the intensity distribution by the lamellar grating. As shown in FIG. 9B, in addition to the intensity peak near 28 °, unnecessary intensity peaks exist near 0 ° and −30 °. As shown in FIG. 9A, when the phase change slope β increases, the effective phase change has a negative slope at the boundary where the phase change changes from the phase 2πj to the phase 2π (j + 1). Since the emitted light has a distribution in the x direction, a part of the light passes through this boundary portion. For this reason, the light transmitted through this boundary portion is deflected in a direction different from the phase 2πj and the phase 2π (j + 1). The influence of this boundary portion hardly changes even if the position of the lamellar lattice is shifted left and right. The intensity peak in the unnecessary direction becomes radiation of light in an undesired direction, causing a problem in safety and the like.

このため、本実施形態におけるラメラー格子は、上述の境界部分に光が透過しないように、切り下げ次数kを大きくして、境界部分間の間隔を大きくした。具体的には、切り下げ次数kを3とした。図10に、k=3(6πごとに切り下げ)、Φm=6πとした場合のβ=1πrad/μmとなるラメラー格子型位相変化及び実効的な位相変化を、入射光分布とともに示す。図10に示すように、実効的な位相変化の間隔が広がり、光が境界部分の影響を受けにくくなる。 For this reason, in the lamellar grating in the present embodiment, the cut-off order k is increased so that the light does not pass through the above-described boundary portions, and the interval between the boundary portions is increased. Specifically, the devaluation order k is set to 3. FIG. 10 shows a lamellar lattice type phase change and an effective phase change with β = 1π rad / μm when k = 3 (rounded down every 6π) and Φ m = 6π, together with the incident light distribution. As shown in FIG. 10, the effective phase change interval is widened, and the light is less susceptible to the influence of the boundary portion.

具体的には、図7のR1列、R2列、R3列のラメラー格子内の各位相矩形の幅は、実効的な直線状位相変化の傾きが、それぞれβ=0.5π、1π、1.5πrad/μmとなるようにした。この光偏向部101、102、103は、TiO2から構成されており、その厚みtは、t=(Φm/2π)×(λ/n)=1170nmに設定される(nは、TiO2の屈折率。波長λ=940nmにおける屈折率nは、2.42)。R1列、R2列、R3列から放射される光は、それぞれβ=0.5π、1π、1.5πrad/μmに対応した偏向角θ1、θ2、θ3を有する。 Specifically, the width of each phase rectangle in the lamellar gratings in the R1, R2, and R3 columns in FIG. 7 is such that the slope of the effective linear phase change is β = 0.5π, 1π,. It was set to 5πrad / μm. The light deflection units 101, 102, and 103 are made of TiO 2 , and the thickness t is set to t = (Φm / 2π) × (λ / n) = 1170 nm (n is TiO 2 ). Refractive index (refractive index n at wavelength λ = 940 nm is 2.42). The light emitted from the R1, R2, and R3 columns has deflection angles θ1, θ2, and θ3 corresponding to β = 0.5π, 1π, and 1.5πrad / μm, respectively.

図11A、図11B、図11Cに、R1列、R2列、R3列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係をそれぞれ示す。図11A、図11B、図11Cに示すように、所望の角度にピーク強度を持つほぼ単峰性の分布が得られている。なお、β=1.5πrad/μmでは、半値幅が少し広がっているが、不要方向の強度ピークは、ほとんど見られない。   FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. 11C show the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R1, R2, and R3 columns, respectively. As shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C, a substantially unimodal distribution having a peak intensity at a desired angle is obtained. Note that at β = 1.5π rad / μm, the half-value width is slightly widened, but an intensity peak in an unnecessary direction is hardly seen.

以上のように、光偏向部の中心から±3μmの範囲のみに直線状位相変化を与えているにもかかわらず、良好な放射特性を得ることができた。   As described above, good radiation characteristics could be obtained despite the linear phase change only in the range of ± 3 μm from the center of the light deflection section.

次に、本実施形態の光偏向部101、102、103の作製方法について、図12A〜図12Eを用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the light deflection units 101, 102, and 103 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 12A to 12E.

まず、R1列、R2列、R3列のVCSEL10及びVCSEL10間の表面全体にフォトレジスト104を形成し、VCSEL10の光出射面上のフォトレジスト104のみを除去して、開口105を形成する(図12A参照)。次に、図12Bに示すように、スパッタ装置を用いて、TiO2層106をVCSEL10の光出射面上及びフォトレジスト104上に形成する。その後、リフトオフ法により、フォトレジスト104上のTiO2層166を除去することにより、VCSEL10の光出射面上のみにTiO2層106を残す(図12C参照)。続いて、フォトレジスト107をVCSEL10及びVCSEL10間の表面全体に再度形成した後、フォトリソグラフィにより、格子形状の開口108、109、110を形成する(図12D参照)。最後に、ICP(Inductive Coupled Plasma)エッチング装置を用いて、開口108、109、110から露出したTiO2膜をエッチングした後、フォトレジスト107を除去することにより、光偏向部101、102、103を形成する(図12E参照)。 First, the photoresist 104 is formed on the entire surface between the VCSEL 10 and the VCSEL 10 in the R1, R2, and R3 rows, and only the photoresist 104 on the light emitting surface of the VCSEL 10 is removed to form the opening 105 (FIG. 12A). reference). Next, as shown in FIG. 12B, a TiO 2 layer 106 is formed on the light emitting surface of the VCSEL 10 and on the photoresist 104 using a sputtering apparatus. Thereafter, the TiO 2 layer 166 on the photoresist 104 is removed by a lift-off method, thereby leaving the TiO 2 layer 106 only on the light emitting surface of the VCSEL 10 (see FIG. 12C). Subsequently, after a photoresist 107 is formed again on the entire surface between the VCSEL 10 and the VCSEL 10, lattice-shaped openings 108, 109, and 110 are formed by photolithography (see FIG. 12D). Finally, using an ICP (Inductive Coupled Plasma) etching apparatus, after etching the TiO 2 film exposed from the openings 108, 109, and 110, the photoresist 107 is removed, whereby the light deflecting portions 101, 102, and 103 are formed. Form (see FIG. 12E).

本実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部101、102、103は、多数の層を積層する必要がなく、1層をフォトリソグラフィ等により微細加工することのみで形成できるため、製造工程を簡略化できる。   The light deflection units 101, 102, and 103 using the lamellar grating type phase change according to the present embodiment do not need to be stacked with a large number of layers, and can be formed only by finely processing one layer by photolithography or the like. Can be simplified.

上記の実施形態において、光偏向部101、102、103としてラメラー格子を用いたが、光に位相変化を与えるものであれば、他の構成を用いてもよい。光偏向部101、102、103の他の構成例を変形例として以下に示す。   In the above-described embodiment, a lamellar grating is used as the light deflection units 101, 102, and 103. However, other configurations may be used as long as they give a phase change to light. Another configuration example of the light deflection units 101, 102, and 103 will be described below as a modification.

(第1変形例)
<傾斜面位相変化による光偏向部>
図13は、第1実施形態の第1変形例における右側3列(R1列、R2列、R3列)の光偏向部を示す断面模式図である。各VCSEL10の直径は10μmである。R1列、R2列、R3列のVCSEL10の光出射面上には、傾斜面位相変化による光偏向部111、112、113が形成されている。光偏向部の材料は、TiO2である。光偏向部111、112、113の表面は傾斜しており、その厚さが一定方向に向かって直線状に変化している。
(First modification)
<Optical deflector by tilted phase change>
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the light deflection units in the right three rows (R1, R2, and R3 rows) in the first modification of the first embodiment. Each VCSEL 10 has a diameter of 10 μm. On the light output surfaces of the VCSELs 10 in the R1, R2, and R3 columns, light deflection units 111, 112, and 113 are formed by changing the tilted surface phase. The material of the light deflection unit is TiO 2 . The surfaces of the light deflectors 111, 112, and 113 are inclined, and the thickness thereof changes linearly in a certain direction.

R1列、R2列、R3列の光偏向部111、112、113の最大厚さをdm、最小厚さをそれぞれd1、d2、d3とすると、各列の光偏向部111、112、113の位相変化の傾きは、β=2π[(dm−dj)/wd]/(λ/n)となる(jは、1,2,3のいずれか。wdは光偏向部の全体の幅。)。dm=2.91μmとし、R1列、R2列、R3列の光偏向部111、112、113の位相変化の傾きがβ≒0.5π、1π、1.5πrad/μmとなるように、d1、d2、d3を設定すると、それぞれd1=1.94、d2=0.97、d3=0μmとなる。この直線状位相変化により、VCSEL10からの放射光はβ=2πsinθc/λを逆算して求められるθ1、θ2、θ3方向に偏向される。 Assuming that the maximum thicknesses of the light deflectors 111, 112, and 113 in the R1, R2, and R3 rows are d m and the minimum thicknesses are d1, d2, and d3, respectively, the light deflectors 111, 112, and 113 in each column The slope of the phase change is β = 2π [(d m −dj) / w d ] / (λ / n) (j is one of 1, 2, and 3; w d is the whole of the light deflection unit. width.). d m = 2.91 μm, and d1 so that the slopes of the phase changes of the optical deflectors 111, 112, 113 in the R1, R2, and R3 columns are β≈0.5π, 1π, and 1.5πrad / μm. , D2, and d3 are set to d1 = 1.94, d2 = 0.97, and d3 = 0 μm, respectively. Due to this linear phase change, the radiated light from the VCSEL 10 is deflected in the directions of θ1, θ2, and θ3 obtained by back-calculating β = 2πsin θ c / λ.

図14A、図14B、図14Cに、R1列、R2列、R3列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係をそれぞれ示す。図14A、図14B、図14Cに示すように、R1列、R2列、R3列からの放射光は、それぞれθ1=13°、θ2=27°、θ3=44°なる方向に偏向されている。図14A、図14B、図14Cにおける光強度分布の半値全角(FWHM)は、それぞれ、10.5°、11°、14°(光偏向部がない場合は10°)となっており、偏向角が大きいほど、遠視野は広がるようになる。   FIGS. 14A, 14B, and 14C show the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R1, R2, and R3 columns, respectively. As shown in FIGS. 14A, 14B, and 14C, the emitted light from the R1, R2, and R3 rows is deflected in directions of θ1 = 13 °, θ2 = 27 °, and θ3 = 44 °, respectively. The full width at half maximum (FWHM) of the light intensity distribution in FIGS. 14A, 14B, and 14C is 10.5 °, 11 °, and 14 ° (10 ° when there is no light deflector), respectively. The larger the is, the wider the far field.

次に、本変形例の光偏向部111、112、113の作製方法について、図15A〜図15Fを用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the light deflection units 111, 112, and 113 according to this modification will be described with reference to FIGS. 15A to 15F.

まず、R1列、R2列、R3列のVCSEL10及びVCSEL10間の表面全体にフォトレジスト117を形成し、VCSEL10の光出射面上のフォトレジスト117のみを除去して、開口118を形成する(図15A参照)。次に、図15Bに示すように、スパッタ装置を用いて、TiO2層119をVCSEL10の光出射面上及びフォトレジスト117上に形成する。その後、リフトオフ法により、フォトレジスト117上のTiO2層119を除去することにより、VCSEL10の光出射面上のみにTiO2層119を残す(図15C参照)。続いて、図15Dに示すように、レジスト121およびNi膜122をVCSEL10及びVCSEL10間の表面全体に形成し、フォトリソグラフィによって、所定の列(R1列)のTiO2層119上に開口123を形成する。次に、ICPエッチング装置を用い、Ni膜をマスクにして、斜め方向からエッチング用プラズマ124を照射し、開口123によって露出したTiO2層119の上面が傾斜するようにエッチングする(図15E参照)。ICPエッチング装置によるエッチングは直進性が高く、TiO2層119の上面に傾斜面を形成することができる。このエッチング角により、TiO2層119の傾斜角、すなわち、直線状位相変化の傾きを決めることができる。次に、リフトオフ法を用いて、レジスト121とNi膜122を除去することにより、R1列VCSEL用の光偏向部111を形成する(図15F参照)。この工程を、他の列のVCSEL10についても行うことにより、全てのVCSEL10上の光偏向部を形成することができる。 First, a photoresist 117 is formed on the entire surface between the VCSEL 10 and the VCSEL 10 in the R1, R2, and R3 rows, and only the photoresist 117 on the light emitting surface of the VCSEL 10 is removed to form an opening 118 (FIG. 15A). reference). Next, as shown in FIG. 15B, a TiO 2 layer 119 is formed on the light emitting surface of the VCSEL 10 and on the photoresist 117 using a sputtering apparatus. Thereafter, the TiO 2 layer 119 on the photoresist 117 is removed by a lift-off method to leave the TiO 2 layer 119 only on the light emitting surface of the VCSEL 10 (see FIG. 15C). Subsequently, as shown in FIG. 15D, a resist 121 and a Ni film 122 are formed on the entire surface between the VCSEL 10 and the VCSEL 10, and an opening 123 is formed on the TiO 2 layer 119 in a predetermined row (R1 row) by photolithography. To do. Next, using an ICP etching apparatus, etching plasma 124 is irradiated from an oblique direction using the Ni film as a mask, and etching is performed so that the upper surface of the TiO 2 layer 119 exposed through the opening 123 is inclined (see FIG. 15E). . Etching by the ICP etching apparatus has high straightness, and an inclined surface can be formed on the upper surface of the TiO 2 layer 119. By this etching angle, the inclination angle of the TiO 2 layer 119, that is, the inclination of the linear phase change can be determined. Next, by using the lift-off method, the resist 121 and the Ni film 122 are removed, thereby forming the optical deflection unit 111 for the R1 column VCSEL (see FIG. 15F). By performing this process for the VCSELs 10 in other columns, it is possible to form the light deflection units on all the VCSELs 10.

(第2変形例)
<階段状位相変化による光偏向部>
図16は、本実施形態の第2変形例における右側3列(R1列、R2列、R3列)の光偏向部を示す断面模式図である。各VCSEL10の直径は12μmである。R1列、R2列、R3列のVCSEL10の光出射面の上には、階段型位相変化による光偏向部131、132、133がそれぞれ形成されている。
(Second modification)
<Optical deflection part by stepped phase change>
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the light deflection units in the right three rows (R1, R2, and R3 rows) in the second modification of the present embodiment. Each VCSEL 10 has a diameter of 12 μm. On the light emitting surfaces of the VCSELs 10 in the R1, R2, and R3 rows, light deflection units 131, 132, and 133 are formed by stepped phase changes, respectively.

階段型位相変化とは、図17に示すように、光偏向部131、132、133の膜厚を階段状に変化させていき、直線状位相変化を近似する。各階段の幅をwj(jは、1,2,3のいずれか。)、一段当たりの位相変化をΦsとすると、直線状に近似した時の平均的な傾きは、β=Φs/wjとなる。Φsを一定にして、wjを変えることにより、位相変化βを任意に設定することができる。 As shown in FIG. 17, the step-type phase change approximates a linear phase change by changing the film thickness of the light deflection units 131, 132, and 133 in a step shape. Assuming that the width of each stair is wj (j is one of 1, 2, 3) and the phase change per step is Φ s , the average slope when approximated linearly is β = Φ s / wj. By making Φ s constant and changing wj, the phase change β can be arbitrarily set.

図16に示すように、本変形例では、R1列、R2列、R3列は、共に7層のTiO2層から構成されており、各層の厚みtは、一層当たりの位相変化をΦsが、0.75πとなるように、t=(Φs/2π)×(λ/n)=146nmに設定されている(nはTiO2の屈折率)。光偏向部131、132、133のトータルの膜厚は、1022nmである。R1列、R2列、R3列の光偏向部131、132、133の階段の幅を、それぞれw1=1.5μm、w2=0.75μm、w3=0.5μmとすることにより、実効的な直線状位相変化の傾きは、それぞれβ=0.5π、1π、1.5πrad/μmとなる。 As shown in FIG. 16, in the present modification, the R1, R2, and R3 rows are each composed of seven TiO 2 layers, and the thickness t of each layer is the phase change per layer as Φ s. T = (Φ s / 2π) × (λ / n) = 146 nm (n is the refractive index of TiO 2 ). The total film thickness of the light deflection units 131, 132, and 133 is 1022 nm. By setting the widths of the staircases of the optical deflectors 131, 132, 133 in the R1, R2, and R3 rows to w1 = 1.5 μm, w2 = 0.75 μm, and w3 = 0.5 μm, respectively, an effective straight line The slopes of the phase changes are β = 0.5π, 1π, and 1.5πrad / μm, respectively.

図18A、図18B、図18Cには、それぞれR1列、R2列、R3列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示している。R1列、R2列、R3列の偏向角度は、それぞれθ1=13°、θ2=27°、θ3=42°であり、ほぼ理論予想の方向に放射されている。   18A, 18B, and 18C show the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R1, R2, and R3 columns, respectively. The deflection angles of the R1 row, the R2 row, and the R3 row are θ1 = 13 °, θ2 = 27 °, and θ3 = 42 °, respectively.

なお、階段型位相変化による光偏向部131、132、133では、放射方向が光出射面に対して垂直に近いほど(放射角度がゼロに近いほど)、階段の幅wjを大きくする必要がある。階段の幅wjが波長より長い場合には、階段の平坦部を通過する光は「階段状位相変化」を感受しにくくなる。このため、図18Aに示すように、β=0.5πrad/μmの場合、階段の幅は1.5μmであり、波長に対して大きいため、平坦部の影響で、−23°、58°付近にサブピークが発生している。   Note that, in the light deflecting units 131, 132, and 133 using the staircase type phase change, the stair width wj needs to be increased as the radiation direction is closer to the light exit surface (the radiation angle is closer to zero). . When the width wj of the staircase is longer than the wavelength, the light passing through the flat portion of the staircase becomes difficult to perceive the “stepwise phase change”. For this reason, as shown in FIG. 18A, when β = 0.5π rad / μm, the width of the staircase is 1.5 μm, which is large with respect to the wavelength. A sub-peak has occurred.

また、図18Cに示すように、−10〜+20°において小さな副ピークが現れている。これは、TiO2層が合計7層しかなく、その7層の階段領域外は平坦であることに起因している。図19は、(最も層数制限の影響を受けやすい)R3列の光偏向部において、TiO2層の合計層数を変えた場合の主ピークに対する副ピークの強度の変化を示す。図19に示すように、合計層数が4層程度と少ないと、副ピーク強度が強くなり、不要な放射光を発生させてしまう。このため、副ピークを主ピークの1/10以下にするには、7層以上積むことが望ましい。 Further, as shown in FIG. 18C, a small sub-peak appears at −10 to + 20 °. This is due to the fact that there are only seven TiO 2 layers in total and the outside of the stepped region of the seven layers is flat. FIG. 19 shows the change in the intensity of the sub-peak with respect to the main peak when the total number of TiO 2 layers is changed in the R3 column optical deflection section (which is most susceptible to the layer number limitation). As shown in FIG. 19, when the total number of layers is as small as about 4, the sub-peak intensity becomes strong and unnecessary radiation is generated. For this reason, in order to make a subpeak 1/10 or less of a main peak, it is desirable to accumulate seven or more layers.

次に、本変形例の光偏向部131、132、133の作製方法について、図20A〜図20Fを用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the light deflection units 131, 132, and 133 according to this modification will be described with reference to FIGS. 20A to 20F.

まず、図20Aに示すように、R1列、R2列、R3列のVCSEL10及びVCSEL10間の表面全体にフォトレジスト134を形成し、フォトリソグラフィを用いて、VCSEL10の光出射面上に開口135を形成する。この時、R1列、R2列、R3列の開口幅をZ1(1)、Z2(1)、Z3(1)とする。ここで、Z1(1)>Z2(1)>Z3(1)とする。次に、スパッタ装置を用いてTiO2層136をVCSEL10の光出射面上及びフォトレジスト134上に146nmの厚さで形成する(図20B参照)。その後、リフトオフ法により、レジスト134上のTiO2層136を除去することにより、VCSEL10の光出射面上のみに、各列毎に幅の異なるTiO2層136を残す(図20C参照)。このTiO2層136が光偏向部の第1層目のTiO2層136となる。更に、VCSEL10及びVCSEL10間の表面全体にフォトレジスト138を再度形成し、各VCSEL10の光出射面上に形成されたTiO2層136の上に、開口部139を形成する。この時、R1列、R2列、R3列の開口幅をZ1(2)、Z2(2)、Z3(2)とする。ここで、Z1(1)−Z1(2)=1.5μm、Z2(1)−Z2(2)=0.75μm、Z3(1)−Z3(2)=0.5μmに設定する。次に、スパッタ装置で146nmの厚さのTiO2層140をVCSEL10の光出射面上及びフォトレジスト138上に形成した後(図20E参照)、リフトオフ法でレジスト138上のTiO2層140を除去することにより、光偏向部の第2層目のTiO2層140を、各列のVCSEL10の光出射面上に形成する(図20F参照)。同様の工程を繰り返し、第3層目から第7層目までのTiO2層を形成する。この際、R1列、R2列、R3列の開口幅は、1つ前の層の開口幅に対して、それぞれ1.5μm、0.75μm、0.5μmだけ小さく形成する。これにより、R1列、R2列、R3列の平均的位相変化の傾きはβ=0.5π、1π、1.5πrad/μmとなる。 First, as shown in FIG. 20A, a photoresist 134 is formed on the entire surface between the VCSEL 10 and the VCSEL 10 in the R1, R2, and R3 rows, and an opening 135 is formed on the light emitting surface of the VCSEL 10 using photolithography. To do. At this time, the opening widths of the R1, R2, and R3 rows are Z1 (1), Z2 (1), and Z3 (1). Here, it is assumed that Z1 (1)> Z2 (1)> Z3 (1). Next, a TiO 2 layer 136 is formed with a thickness of 146 nm on the light emitting surface of the VCSEL 10 and the photoresist 134 using a sputtering apparatus (see FIG. 20B). Thereafter, the TiO 2 layer 136 on the resist 134 is removed by a lift-off method to leave the TiO 2 layer 136 having a different width for each column only on the light emitting surface of the VCSEL 10 (see FIG. 20C). The TiO 2 layer 136 is the first layer of the TiO 2 layer 136 of the light deflection unit. Further, a photoresist 138 is formed again on the entire surface between the VCSEL 10 and the VCSEL 10, and an opening 139 is formed on the TiO 2 layer 136 formed on the light emitting surface of each VCSEL 10. At this time, the opening widths of the R1, R2, and R3 rows are Z1 (2), Z2 (2), and Z3 (2). Here, Z1 (1) −Z1 (2) = 1.5 μm, Z2 (1) −Z2 (2) = 0.75 μm, and Z3 (1) −Z3 (2) = 0.5 μm are set. Next, a 146 nm thick TiO 2 layer 140 is formed on the light emitting surface of the VCSEL 10 and on the photoresist 138 with a sputtering apparatus (see FIG. 20E), and then the TiO 2 layer 140 on the resist 138 is removed by a lift-off method. As a result, the second TiO 2 layer 140 of the light deflection unit is formed on the light emission surface of the VCSEL 10 in each column (see FIG. 20F). The same process is repeated to form TiO 2 layers from the third layer to the seventh layer. At this time, the opening widths of the R1 row, the R2 row, and the R3 row are formed to be smaller than the opening width of the previous layer by 1.5 μm, 0.75 μm, and 0.5 μm, respectively. As a result, the gradient of the average phase change in the R1, R2, and R3 columns is β = 0.5π, 1π, and 1.5π rad / μm.

本変形例に係る階段型位相変化による光偏向部131、132、133は、ラメラー格子型に比べて、サブミクロンの微細加工をする必要がないため、高価な加工装置を使う必要がなく、製造コストを低減することができる。   The light deflection units 131, 132, and 133 using the staircase type phase change according to this modification do not require submicron fine processing as compared with the lamellar lattice type, and thus do not require an expensive processing device and are manufactured. Cost can be reduced.

(第3変形例)
<階段状位相変化による光偏向部>
図21は、第1実施形態の第3変形例における右側3列(R1列、R2列、R3列)の光偏向部を示す断面模式図である。各VCSEL10の直径は14μmであり、うち12μmが発光部として用いられ、のこり2μm(周囲1μm、図示していない)がp側電極とのコンタクトに用いられる。なお、本変形例では、表面保護膜8上に光偏向部が形成されておらず、R1列、R2列、R3列のVCSEL10表面のGaAsコンタクト層154、155、156の上に連続して階段型位相変化(Φs=0.75π)を有する光偏向部151、152、153がそれぞれ形成されている。R1列、R2列、R3列とも、光偏向部はAlGaAs層(Al:15%)157が4層、GaAs層158が3層交互に積層するように構成されており、その厚みtは各層の位相Φsに対し、t=(Φs/2π)×(λ/n)に設定されている(nは屈折率)。具体的には、940nmにおけるAlGaAs、GaAsの屈折率が、3.46、3.55であるので、各厚みはそれぞれ102nm、99nmである。光偏向部151、152、153のトータルの膜厚は、705nmである。クエン酸等の選択エッチング液を用いて、階段状にエッチングを行なう。階段の幅は、R1列、R2列、R3列が、それぞれ1.5μm、0.75μm、0.5μmである。
(Third Modification)
<Optical deflection part by stepped phase change>
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the light deflection units in the right three rows (R1, R2, and R3 rows) in the third modification of the first embodiment. Each VCSEL 10 has a diameter of 14 μm, of which 12 μm is used as a light-emitting portion, and 2 μm of residue (periphery 1 μm, not shown) is used for contact with the p-side electrode. In this modification, no light deflection unit is formed on the surface protective film 8, and the staircases are continuously formed on the GaAs contact layers 154, 155, and 156 on the surface of the VCSEL 10 in the R1, R2, and R3 columns. Optical deflectors 151, 152, and 153 having a mold phase change (Φ s = 0.75π) are formed. In each of the R1, R2, and R3 rows, the light deflection unit is configured such that four AlGaAs layers (Al: 15%) 157 and three GaAs layers 158 are alternately stacked, and the thickness t of each layer is For the phase Φ s , t = (Φ s / 2π) × (λ / n) is set (n is the refractive index). Specifically, since the refractive indexes of AlGaAs and GaAs at 940 nm are 3.46 and 3.55, the thicknesses are 102 nm and 99 nm, respectively. The total film thickness of the light deflectors 151, 152, and 153 is 705 nm. Etching is performed stepwise using a selective etching solution such as citric acid. The width of the stairs is 1.5 μm, 0.75 μm, and 0.5 μm in the R1, R2, and R3 columns, respectively.

本変形例におけるR1列、R2列、R3列の放射特性は、上述の第2変形例とほぼ同じである。   The radiation characteristics of the R1, R2, and R3 rows in this modification are substantially the same as those in the second modification described above.

次に、本変形例の光偏向部151、152、153の作製方法について、図22A〜図22Fを用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the light deflection units 151, 152, and 153 of this modification will be described with reference to FIGS. 22A to 22F.

まず、図22Aに示すように、VCSEL用積層膜上に形成されたコンタクト層160上に、AlGaAs層(Al:15%)157を4層とGaAs層158を3層交互に積層した結晶成長層161を形成する。次に、各VCSEL10を分離するようにエッチングした後(図22B参照)、R1列、R2列、R3列のVCSEL10及びVCSEL10間の表面全体にフォトレジスト162を塗布し、フォトリソグラフィにより開口163を形成する(図22C参照)。この時、R1列、R2列、R3列の開口幅をZ1(1)、Z2(1)、Z3(1)とする。ここで、Z1(1)>Z2(1)>Z3(1)とする。次に、クエン酸系エッチャントを用い、露出しているAlGaAs層157を選択的にエッチングする(図22D参照)。これにより、第7層目の層が形成される。さらに、フォトレジスト162を除去した後、別のフォトレジスト164をVCSEL10及びVCSEL10間の表面全体に再度形成し、フォトリソグラフィにより開口165を形成する(図22E参照)。この時、R1列、R2列、R3列の開口幅をZ1(2)、Z2(2)、Z3(2)とする。ここで、Z1(1)−Z1(2)=1.5μm、Z2(1)−Z2(2)=0.75μm、Z3(1)−Z3(2)=0.5μmに設定する。次に、アンモニア/過酸化水素系エッチャントを用い、露出しているGaAs層158を選択的にエッチングする(図22F参照)。これにより、第6層目の層が形成される。同様の工程を繰り返し、第5層目から第1層目までを順次形成する。この際、R1列、R2列、R3列の開口幅は、1つ前の層の開口幅に対して、それぞれ1.5μm、0.75μm、0.5μmだけ小さく形成する。これにより、R1列、R2列、R3列の平均的位相変化の傾きはβ=0.5π、1π、1.5πrad/μmとなる。   First, as shown in FIG. 22A, a crystal growth layer in which four AlGaAs layers (Al: 15%) 157 and three GaAs layers 158 are alternately stacked on the contact layer 160 formed on the VCSEL stacked film. 161 is formed. Next, after etching to separate each VCSEL 10 (see FIG. 22B), a photoresist 162 is applied to the entire surface between the VCSEL 10 and the VCSEL 10 in the R1, R2, and R3 rows, and an opening 163 is formed by photolithography. (See FIG. 22C). At this time, the opening widths of the R1, R2, and R3 rows are Z1 (1), Z2 (1), and Z3 (1). Here, it is assumed that Z1 (1)> Z2 (1)> Z3 (1). Next, the exposed AlGaAs layer 157 is selectively etched using a citric acid-based etchant (see FIG. 22D). As a result, a seventh layer is formed. Further, after removing the photoresist 162, another photoresist 164 is formed again on the entire surface between the VCSEL 10 and the VCSEL 10, and an opening 165 is formed by photolithography (see FIG. 22E). At this time, the opening widths of the R1, R2, and R3 rows are Z1 (2), Z2 (2), and Z3 (2). Here, Z1 (1) −Z1 (2) = 1.5 μm, Z2 (1) −Z2 (2) = 0.75 μm, and Z3 (1) −Z3 (2) = 0.5 μm are set. Next, the exposed GaAs layer 158 is selectively etched using an ammonia / hydrogen peroxide etchant (see FIG. 22F). As a result, a sixth layer is formed. The same process is repeated to sequentially form the fifth layer to the first layer. At this time, the opening widths of the R1 row, the R2 row, and the R3 row are formed to be smaller than the opening width of the previous layer by 1.5 μm, 0.75 μm, and 0.5 μm, respectively. As a result, the gradient of the average phase change in the R1, R2, and R3 columns is β = 0.5π, 1π, and 1.5π rad / μm.

本変形例に係る階段型位相変化による光偏向部151、152、153は、表面保護膜8を介さずに光を出射できるため、VCSEL10と表面保護膜8との界面での反射によるロスを少なくすることができる。   Since the light deflectors 151, 152, and 153 due to the stepped phase change according to this modification can emit light without passing through the surface protective film 8, loss due to reflection at the interface between the VCSEL 10 and the surface protective film 8 is reduced. can do.

(第4変形例)
<位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化による光偏向部>
図23は、第1実施形態の第4変形例における右側3列(R1列、R2列、R3列)の光偏向部を示す断面模式図である。各VCSEL10の直径は12μmである。R1列、R2列、R3列のVCSEL10の光出射面の上には、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化を有する光偏向部181、182、183がそれぞれ形成されている。
(Fourth modification)
<Optical deflection unit with phase bias added lamellar grating type phase change>
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the light deflection units in the right three rows (R1, R2, and R3 rows) in the fourth modification example of the first embodiment. Each VCSEL 10 has a diameter of 12 μm. On the light emitting surface of the VCSEL 10 in the R1, R2, and R3 columns, light deflecting units 181, 182, and 183 having phase bias added lamellar grating type phase change are formed, respectively.

位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化とは、上述のラメラー格子型位相変化と階段型位相変化とを組み合わせ、図24Aに示すように、ラメラー格子型位相変化に対し、ある間隔(ここではグループと呼ぶ)で、一定の位相値Φpを与えるものである。これにより、上述のラメラー格子型位相変化において課題となっていた負の傾きを有する実効的な位相変化の発生を抑えることができる。ラメラー格子型位相変化の場合、2π毎の位相変化を等価と考え、切り下げていたが、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化では2π毎に切り下げることなく、2πの位相バイアスとして印加していく。即ち、ラメラー格子型位相変化において、2πの位相変化毎に、2πの位相変化を持つ厚さの層を追加し、連続的に位相変化できるようにしている。この結果、実効的な位相変化に負の傾きは現れず、所定方向以外の方向へ偏向する光の放射が抑制される。 The phase bias-added lamellar grating type phase change is a combination of the lamellar grating type phase change and the step type phase change described above. As shown in FIG. ) Gives a constant phase value Φ p . Thereby, generation | occurrence | production of the effective phase change which has the negative inclination which was a subject in the above-mentioned lamellar lattice type phase change can be suppressed. In the case of the lamellar grating type phase change, the phase change every 2π is considered to be equivalent and rounded down. However, the phase bias added lamellar grid type phase change is applied as a phase bias of 2π without being rounded down every 2π. That is, in the lamellar grating type phase change, a layer having a thickness having a phase change of 2π is added for every phase change of 2π so that the phase can be changed continuously. As a result, a negative gradient does not appear in the effective phase change, and the emission of light deflected in a direction other than the predetermined direction is suppressed.

位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化による光偏向部181、182、183の設計について、以下に示す。図24Bに示すように、所望の平均的位相変化をsπ(rad/μm)、ラメラー格子部分の二値化間隔をw(μm)、その二値化間隔wをN個集めて1グループとし、位相バイアスΦp=γπ(rad)を与えるとすると、平均的位相変化が、グループの界面で連続であるためには、

sπ=γπ/(wN) …(7)

なる関係が必要である。ここで、後述のように、γは光出射面に成膜した位相バイアスΦpを与える層の膜厚で決まることが多いから、隣り合うVCSEL10間では一定である場合が多い。従って、隣り合うVCSEL10間でsを変える(即ち放射方向を変える)には、wとNを変えるだけで、放射方向を制御できる。なお、位相バイアスΦpは2πの整数倍である必要はない。例えば、Φp=1.8π(γ=1.8)に対して、(s,w,N)=(0.5,0.4,9)、(0.9,0.4,5)、(1.5,0.4,3)なる3方向の組合せが考えられる。
The design of the optical deflecting units 181, 182, and 183 using the phase bias added lamellar grating type phase change will be described below. As shown in FIG. 24B, the desired average phase change is sπ (rad / μm), the binarization interval of the lamellar grating part is w (μm), and the binarization intervals w are collected into one group, Given a phase bias Φ p = γπ (rad), in order for the average phase change to be continuous at the group interface,

sπ = γπ / (wN) (7)

Is necessary. Here, as will be described later, γ is often determined by the film thickness of the layer that provides the phase bias Φ p formed on the light emitting surface, and is often constant between adjacent VCSELs 10. Therefore, in order to change s between adjacent VCSELs 10 (that is, to change the radiation direction), the radiation direction can be controlled only by changing w and N. Note that the phase bias Φ p need not be an integer multiple of 2π. For example, for Φ p = 1.8π (γ = 1.8), (s, w, N) = (0.5, 0.4, 9), (0.9, 0.4, 5) , (1.5, 0.4, 3) can be considered as a combination in three directions.

本変形例では、R1列、R2列、R3列の光偏向部181、182、183を、位相バイアスΦp=1.8π(γ=1.8)とし、それぞれ(s,w,N)=(0.5,0.4,9)、(0.9,0.4,5)、(1.5,0.4,3)となるように形成した。具体的には、各光偏向部181、182、183は、4層のTiO2層から形成されており、各層の厚みは351nmであり、各光偏向部181、182、183のトータルの厚みは1404nmとする。また、R1列、R2列、R3列の各層には、上記で決まるwとNに対応したラメラー型格子を形成する。例えば、R1列の場合、二値化間隔w=0.4μmを9個並べ、端の二値化間隔wから順に、位相が0からΦpに連続的に変化するように、各二値化間隔w内でのΦpの位相を与える凸部分の幅を変化させていく。 In this modification, the optical deflection units 181, 182, and 183 in the R1 column, R2 column, and R3 column are set to phase bias Φ p = 1.8π (γ = 1.8), and (s, w, N) = It was formed to be (0.5, 0.4, 9), (0.9, 0.4, 5), (1.5, 0.4, 3). Specifically, each of the light deflectors 181, 182, 183 is formed of four TiO 2 layers, each layer has a thickness of 351 nm, and the total thickness of each of the light deflectors 181, 182, 183 is 1404 nm. Also, lamellar lattices corresponding to w and N determined as described above are formed in each layer of the R1, R2, and R3 columns. For example, in the case of the R1 column, 9 binarization intervals w = 0.4 μm are arranged, and each binarization is performed so that the phase continuously changes from 0 to Φ p in order from the binarization interval w at the end. The width of the convex portion giving the phase of Φ p within the interval w is changed.

図25A、図25B、図25Cには、それぞれR1列、R2列、R3列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示している。R1列、R2列、R3列の偏向角度は、それぞれθ1=13°、θ2=25°、θ3=44°であり、ほぼ単峰性の良好な偏向特性が得られている。   FIG. 25A, FIG. 25B, and FIG. 25C show the relationship between the light emission angle and the intensity distribution for the light from the R1, R2, and R3 columns, respectively. The deflection angles of the R1, R2, and R3 rows are θ1 = 13 °, θ2 = 25 °, and θ3 = 44 °, respectively, and good unimodal deflection characteristics are obtained.

図26には、主ピーク及び副ピークの強度、放射角の層数依存性を示している。ここで、位相バイアスΦpは1.8πとし、位相変化の傾きが1.5πrad/μmである。図26に示すように、位相バイアスΦpを与える層が4層以上で、副ピーク強度はほぼゼロとなり、所定方向以外への不要な光放射が抑制されている。また、主ピークの偏向角も十分に必要な角度が得られていることがわかる。 FIG. 26 shows the layer number dependence of the intensity and radiation angle of the main peak and sub peak. Here, the phase bias Φ p is 1.8π, and the gradient of the phase change is 1.5π rad / μm. As shown in FIG. 26, the number of layers to which the phase bias Φ p is applied is four or more, the sub-peak intensity is almost zero, and unnecessary light emission in directions other than the predetermined direction is suppressed. It can also be seen that the main peak has a sufficiently large deflection angle.

本変形例に係る光偏向部181、182、183の作製方法は、上述の階段型位相変化とラメラー型位相変化の光偏向部の作製方法を組み合わせることにより、実現することができる。   The manufacturing method of the optical deflecting units 181, 182, and 183 according to this modification can be realized by combining the above-described manufacturing method of the optical deflecting unit of the staircase type phase change and the lamellar type phase change.

本変形例に係る光偏向部181、182、183では、ラメラー型位相変化の場合のような負の直線状位相傾きが発生しないので、不要方向への光放射を抑制することができる。また、階段型位相変化の光偏向部に比べ平坦部が少ないため、小さい放射角度での不要方向への光放射についても抑制することができる。   In the light deflecting units 181, 182, and 183 according to the present modification, a negative linear phase tilt as in the case of the lamellar phase change does not occur, so that light emission in an unnecessary direction can be suppressed. Moreover, since there are few flat parts compared with the optical deflection part of a staircase type phase change, it is possible to suppress light radiation in an unnecessary direction at a small radiation angle.

(第2の実施形態)
(半導体発光装置の構成)
図27は、第2の実施形態に係る半導体発光装置の図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。本実施形態において、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Second Embodiment)
(Configuration of semiconductor light emitting device)
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment at a position corresponding to the line BB in FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態では、半導体発光装置41の両端の列であるL3′列とR3′列を、発光素子ではなく、受光素子として使用する。L3′列とR3′列の受光素子14の素子構造は、他の列のVCSEL10の素子構造と同一である。また、L3′列の光偏向部9とL2列の光偏向部9、R3′列の光偏向部9とR2列の光偏向部9は、それぞれ同一の構成である。その他の構成については、第1の実施形態と同様である。   In the present embodiment, the L3 ′ row and the R3 ′ row, which are both ends of the semiconductor light emitting device 41, are used as light receiving elements instead of light emitting elements. The element structures of the light receiving elements 14 in the L3 ′ column and the R3 ′ column are the same as the element structures of the VCSELs 10 in the other columns. The L3′-row light deflecting section 9 and the L2-row light deflecting section 9, and the R3′-row light deflecting section 9 and the R2-row light deflecting section 9 have the same configuration. About another structure, it is the same as that of 1st Embodiment.

上述のように、両端のL3′列とR3′列の受光素子14を、その隣に配置されたL2列とR2列のVCSEL10と同じ構成とすることにより、L2列とR2列のVCSEL10から出射した光の波長に対して、L3′列とR3′列の受光素子14のDBR共振ミラーが共振し、感度が向上する。これにより、L2列とR2列のVCSEL10から出射した光の反射光に対するS/N比が向上する。また、両端のL3′列とR3′列の光偏向部9と、その隣に配置されたL2列とR2列の光偏向部9とをそれぞれ同一の構成とすることにより、L2列とR2列からの出射光の出射角と同一の角度からの反射光に対しての感度が向上する。   As described above, the light receiving elements 14 in the L3 ′ and R3 ′ rows at both ends have the same configuration as the VCSELs 10 in the L2 and R2 rows arranged adjacent to the light receiving elements 14, thereby emitting light from the VCSELs 10 in the L2 and R2 rows. The DBR resonant mirrors of the light receiving elements 14 in the L3 ′ row and the R3 ′ row resonate with respect to the wavelength of the light, thereby improving the sensitivity. Thereby, the S / N ratio with respect to the reflected light of the light emitted from the VCSEL 10 in the L2 row and the R2 row is improved. Further, the L2 'and R2's rows of light deflecting sections 9 at the opposite ends and the L2 and R2 rows of light deflecting sections 9 arranged adjacent to each other have the same configuration. The sensitivity to the reflected light from the same angle as the outgoing angle of the outgoing light from is improved.

以上のように、本実施形態の半導体発光装置41は、両端の列に、そのすぐ内側の列のVCSEL10から出射した光に対して選択的に高い感度で検知することができる受光素子14を備えている。   As described above, the semiconductor light emitting device 41 of the present embodiment includes the light receiving elements 14 that can be selectively detected with high sensitivity with respect to the light emitted from the VCSELs 10 in the immediately inner rows at both ends. ing.

また、本実施形態では受光素子14を両端に配置したが、これは必須なことではなく、任意の位置に配置してもよい。   In the present embodiment, the light receiving elements 14 are arranged at both ends. However, this is not essential and may be arranged at an arbitrary position.

なお、上述の構成では、両端の列の受光素子14に、VCSEL10と同様の構成を用いたが、VCSEL10とは異なり、受光素子14として最適な素子構造を有する受光素子14を用いてもよい。   In the above-described configuration, the same configuration as that of the VCSEL 10 is used for the light receiving elements 14 at both ends. However, unlike the VCSEL 10, a light receiving device 14 having an optimum element structure may be used.

(距離計測装置の構成)
図28は、第2の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。図28に示すように、半導体発光装置41の両端のL3′列、R3′列の受光素子14は、それぞれ受光回路42に接続されている。一方、半導体発光装置41のL2列、L1列、C列、R1列、R2列のVCSEL10は、それぞれ独立した駆動回路20により駆動され、これらの駆動回路20はすべて制御回路21に接続されている。L3′列の受光回路42、R3′列の受光回路42からは、それぞれ隣のL2列の駆動回路20、R2列の駆動回路20に対して制御信号47、48が伝達され、制御回路21に対してもそれぞれ近接者予告信号49、50が伝達される。その他の構成については、第1の実施形態と同様である。
(Configuration of distance measuring device)
FIG. 28 is a schematic diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 28, the light receiving elements 14 in the L3 ′ row and the R3 ′ row at both ends of the semiconductor light emitting device 41 are connected to the light receiving circuit 42, respectively. On the other hand, the VCSELs 10 in the L2, L1, C, R1, and R2 columns of the semiconductor light emitting device 41 are driven by independent drive circuits 20, respectively, and these drive circuits 20 are all connected to the control circuit 21. . The control signals 47 and 48 are transmitted from the light receiving circuit 42 in the L3 ′ row and the light receiving circuit 42 in the R3 ′ row to the driving circuit 20 in the adjacent L2 row and the driving circuit 20 in the R2 row, respectively. Also, the proximity notice signals 49 and 50 are transmitted respectively. About another structure, it is the same as that of 1st Embodiment.

半導体発光装置41からの出射光43は、対象物で反射され反射光44になり、TOFセンサー22で受光される。TOFセンサー22で得られた信号は、距離画像演算回路25に送られ、処理されて表示ディスプレイ26に表示される。一方、半導体発光装置41の両端に位置するL3′列、R3′列の受光素子14には、それぞれ主にL2列、R2列のVCSEL10の出射方向からの反射光45、46が受光される。   The outgoing light 43 from the semiconductor light emitting device 41 is reflected by the object to become reflected light 44 and received by the TOF sensor 22. The signal obtained by the TOF sensor 22 is sent to the distance image calculation circuit 25, processed, and displayed on the display 26. On the other hand, the light receiving elements 14 in the L3 ′ and R3 ′ rows located at both ends of the semiconductor light emitting device 41 mainly receive the reflected lights 45 and 46 from the emission direction of the VCSEL 10 in the L2 and R2 rows, respectively.

対象物が近いほど、反射光の強度は強くなるため、L3′列の受光回路42あるいはR3′列の受光回路42が、L3′列あるいはR3′列の受光素子14から、ある閾値以上の強度の受光信号を得ると、「近接者が端に存在している」(または「近接者が端から入ってきた」)と判断する。そして、L3′列の受光回路42あるいはR3′列の受光回路42は、制御信号47、48をそれぞれL2列のVCSEL10の駆動回路20、R2列のVCSEL10の駆動回路20に直接送り、L2列、R2列のVCSEL10の出射光強度を弱める。これにより、半導体発光装置41の最も外側のVCSEL10の光出力のみを素早く低減させることができる。   The closer the object is, the stronger the intensity of the reflected light. Therefore, the light receiving circuit 42 in the L3 ′ row or the light receiving circuit 42 in the R3 ′ row has an intensity of a certain threshold value or more from the light receiving elements 14 in the L3 ′ row or R3 ′ row. When the received light signal is obtained, it is determined that “a proximity person is present at the end” (or “a proximity person has entered from the end”). The light receiving circuit 42 in the L3 ′ row or the light receiving circuit 42 in the R3 ′ row directly sends control signals 47 and 48 to the drive circuit 20 of the VCSEL 10 in the L2 row and the drive circuit 20 of the VCSEL 10 in the R2 row, respectively. The output light intensity of the VCSEL 10 in the R2 row is weakened. Thereby, only the optical output of the outermost VCSEL 10 of the semiconductor light emitting device 41 can be quickly reduced.

また、L3′列の受光回路42あるいはR3′列の受光回路42が、ある閾値以上の強度の受光信号を得た場合、制御信号47、48と共に、制御回路21に対して近接者予告信号49、50が送られる。これにより、制御回路21は、近接者の存在をすばやく知ることができるため、例えば、L1列あるいはR1列のVCSEL10の光強度を下げるように、L1列のVCSEL10の駆動回路20、R1列のVCSEL10の駆動回路20に対して制御信号を伝達させることもできる。   When the light receiving circuit 42 in the L3 ′ row or the light receiving circuit 42 in the R3 ′ row obtains a light receiving signal having an intensity equal to or greater than a certain threshold value, the proximity notice signal 49 is sent to the control circuit 21 together with the control signals 47 and 48. , 50 is sent. Accordingly, since the control circuit 21 can quickly know the presence of the neighbor, for example, the drive circuit 20 of the VCSEL 10 in the L1 column or the VCSEL 10 in the R1 column so as to reduce the light intensity of the VCSEL 10 in the L1 column or the R1 column. It is also possible to transmit a control signal to the drive circuit 20.

以上のように、本実施形態の距離計測装置では、TOFセンサー22及び距離画像演算回路25を経ることなく、検知領域の端から侵入する近接者を素早く検知して、近接者へ向かうレーザ光の強度を下げることができる。例えば、距離計測画像の解像度を上げようとすると、距離画像演算時間が長くなり、第1の実施形態の距離計測装置では、近接者侵入に対するレスポンスが悪くなる。これに対し、本実施形態の距離計測装置では、距離計測画像の解像度を上げた状態でも、受光素子から直接制御信号が出されるため、素早く近接者侵入に対応することができる。これにより、距離計測装置からのレーザ光に対する人への安全性をさらに向上させることができる。   As described above, in the distance measuring device according to the present embodiment, without passing through the TOF sensor 22 and the distance image calculation circuit 25, the proximity person entering from the end of the detection area is quickly detected, and the laser beam directed toward the proximity person is detected. The strength can be lowered. For example, when trying to increase the resolution of the distance measurement image, the distance image calculation time becomes long, and the distance measurement device of the first embodiment has a poor response to the intruder of the near person. On the other hand, in the distance measuring device of the present embodiment, even when the resolution of the distance measurement image is increased, the control signal is directly output from the light receiving element, so that it is possible to quickly cope with the intrusion of the neighbor. Thereby, the safety | security to the person with respect to the laser beam from a distance measuring device can further be improved.

(第3の実施形態)
(半導体発光装置の構成)
図29は、第3の実施形態に係る半導体発光装置の図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。本実施形態において、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Third embodiment)
(Configuration of semiconductor light emitting device)
FIG. 29 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the third embodiment at a position corresponding to the line BB in FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態では、半導体発光装置51の端からの2列であるL3″列及びL2″列並びにR2″列及びR3″列の活性層17の材料をInGaNAsとした点で第2の実施形態と異なる。InGaNAsを活性層17に用いた場合、発光波長(受光波長)は、約1400nmとなる。一般に、波長が1400nmから2600nmまでの光は、眼に照射されても、角膜で吸収されて網膜まで到達しない。そのため、この波長域の光は、人への照射に対して安全である。L2″列及びR2″列のVCSEL10から出射された光は、対象物に反射してL3″列及びR3″列の受光素子14で受光される。その他の構成については、第2の実施形態と同様である。   This embodiment is different from the second embodiment in that the material of the active layer 17 in the L3 ″ column and the L2 ″ column and the R2 ″ column and the R3 ″ column which are two columns from the end of the semiconductor light emitting device 51 is InGaNAs. Different. When InGaNAs is used for the active layer 17, the emission wavelength (light receiving wavelength) is about 1400 nm. In general, light having a wavelength of 1400 nm to 2600 nm is absorbed by the cornea and does not reach the retina even when irradiated to the eye. Therefore, light in this wavelength range is safe against human irradiation. The light emitted from the VCSELs 10 in the L2 ″ and R2 ″ rows is reflected by the object and received by the light receiving elements 14 in the L3 ″ and R3 ″ rows. About another structure, it is the same as that of 2nd Embodiment.

上述のように、本実施形態の半導体発光装置51では、最も外側に位置する2列を、近接者を主に検知するために、人の眼に対して安全な波長を用いたVCSEL10と受光素子14としている。これにより、たとえ最も外側のVCSEL10からの出射光が人の眼に照射されたとしても、人の眼を損傷することがない。   As described above, in the semiconductor light emitting device 51 of the present embodiment, the VCSEL 10 and the light receiving element using wavelengths that are safe for human eyes in order to mainly detect the adjacent two rows in the outermost row. 14 Thereby, even if the emitted light from the outermost VCSEL 10 is irradiated to the human eye, the human eye is not damaged.

なお、本実施形態では、最も外側に位置する2列を、近接者を主に検知するVCSEL10と受光素子14としたが、その配置に限らず、任意の位置に配置することができる。その際、約1400nmの発光波長(受光波長)を有するVCSEL10と受光素子14は、最も大きな偏向角を有する光偏向部9の下に配置されることが好ましい。これにより、計測エリアの端から侵入する人等の侵入対象物に対して一番初めに照射される光を、人の眼に対して安全な波長の光とすることができる。   In the present embodiment, the two rows located on the outermost side are the VCSEL 10 and the light receiving element 14 that mainly detect a close person. However, the present invention is not limited to this arrangement, and can be arranged at an arbitrary position. At that time, it is preferable that the VCSEL 10 and the light receiving element 14 having a light emission wavelength (light receiving wavelength) of about 1400 nm are disposed under the light deflecting unit 9 having the largest deflection angle. Thereby, the light irradiated first to the intruding object such as a person who enters from the end of the measurement area can be light having a wavelength that is safe for human eyes.

(距離計測装置の構成)
図30は、第3の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。図30に示すように、半導体発光装置51の両端のL3″列、R3″列の受光素子14は、それぞれL3″列の受光回路52、R3″列の受光回路52に接続されている。一方、半導体発光装置51のL2″列、L1列、C列、R1列、R2″列は、それぞれ独立した駆動回路20により駆動され、これらの駆動回路はすべて制御回路21に接続されている。L3″列の受光回路52、R3″列の受光回路52からは、それぞれ隣のL2″列の駆動回路20、R2″列の駆動回路20に対して制御信号59、60が伝達され、制御回路21に対してもそれぞれ近接者予告信号49、50が伝達される。その他の構成については、第2の実施形態と同様である。
(Configuration of distance measuring device)
FIG. 30 is a schematic diagram illustrating a configuration of a distance measuring device according to the third embodiment. As shown in FIG. 30, the light receiving elements 14 in the L3 ″ column and the R3 ″ column at both ends of the semiconductor light emitting device 51 are connected to the light receiving circuits 52 in the L3 ″ column and the light receiving circuits 52 in the R3 ″ column, respectively. On the other hand, the L2 ″ column, the L1 column, the C column, the R1 column, and the R2 ″ column of the semiconductor light emitting device 51 are driven by independent drive circuits 20, and these drive circuits are all connected to the control circuit 21. Control signals 59 and 60 are transmitted from the light receiving circuit 52 in the L3 ″ row and the light receiving circuit 52 in the R3 ″ row to the driving circuit 20 in the adjacent L2 ″ row and the driving circuit 20 in the R2 ″ row, respectively. 21 also transmits proximity notice signals 49 and 50, respectively. About another structure, it is the same as that of 2nd Embodiment.

半導体発光装置51のL1列、C列、L2列のVCSEL10から出射された光53は、対象物で反射され、反射光54がTOFセンサー22で受光される。TOFセンサー22で得られた信号は、距離画像演算回路25に送られ、処理されて表示ディスプレイ26に表示される。   The light 53 emitted from the VCSELs 10 in the L1, C, and L2 rows of the semiconductor light emitting device 51 is reflected by the object, and the reflected light 54 is received by the TOF sensor 22. The signal obtained by the TOF sensor 22 is sent to the distance image calculation circuit 25, processed, and displayed on the display 26.

一方、半導体発光装置51の端から2列目のL2″列、R2″列のVCSEL10から出射された波長約1400nmの光は、対象物で反射し、それぞれL3″列、R3″列の受光素子14によって受光される。ちなみに、TOFセンサー22は、波長約1400nmの光に対しては、感度がほとんどないため、L2″列、R2″列のVCSEL10からの光によって距離は計測されない。   On the other hand, light having a wavelength of about 1400 nm emitted from the second L2 ″ and R2 ″ rows of VCSELs 10 from the end of the semiconductor light emitting device 51 is reflected by the object, and the light receiving elements in the L3 ″ and R3 ″ rows, respectively. 14 receives light. Incidentally, since the TOF sensor 22 has little sensitivity to light having a wavelength of about 1400 nm, the distance is not measured by the light from the VCSEL 10 in the L2 ″ row and the R2 ″ row.

対象物が近いほど、反射光の強度は強くなるため、L3″列の受光回路52あるいはR3″列の受光回路52が、L3″列あるいはR3″列の受光素子から、ある閾値以上の強度の受光信号を得ると、「近接者が端に存在している」(または「近接者が端から入ってきた」)と判断する。そして、L3″列の受光回路52あるいはR3″列の受光回路52は、制御信号59、60をそれぞれL2″列のVCSEL10の駆動回路20、R2″列のVCSEL10の駆動回路20に直接送り、L2″列、R2″列のVCSEL10の出射光強度を弱める。これにより、半導体発光装置51の最も外側のVCSEL10の光出力のみを素早く低減させることができる。   The closer the object is, the stronger the intensity of the reflected light. Therefore, the light receiving circuit 52 in the L3 ″ row or the light receiving circuit 52 in the R3 ″ row has an intensity of a certain threshold value or more from the light receiving element in the L3 ″ row or the R3 ″ row. When the received light signal is obtained, it is determined that “a proximity person is present at the end” (or “a proximity person has entered from the end”). The light receiving circuit 52 in the L3 ″ column or the light receiving circuit 52 in the R3 ″ column directly sends control signals 59 and 60 to the drive circuit 20 of the VCSEL 10 in the L2 ″ column and the drive circuit 20 of the VCSEL 10 in the R2 ″ column, respectively. The emission light intensity of the VCSEL 10 in the “row, R2” row is weakened. Thereby, only the optical output of the outermost VCSEL 10 of the semiconductor light emitting device 51 can be quickly reduced.

また、L3″列の受光回路52あるいはR3″列の受光回路52が、ある閾値以上の強度の受光信号を得た場合、制御信号59、60と共に、制御回路21に対して近接者予告信号49、50が送られる。これにより、制御回路21は、近接者の存在をすばやく知ることができるため、例えば、L1列あるいはR1列のVCSEL10の光強度を下げるように、それぞれの駆動回路20に対して制御信号を伝達させることもできる。   Further, when the light receiving circuit 52 in the L3 ″ row or the light receiving circuit 52 in the R3 ″ row obtains a light receiving signal having an intensity equal to or higher than a certain threshold value, the proximity notice signal 49 to the control circuit 21 together with the control signals 59 and 60 is obtained. , 50 is sent. As a result, the control circuit 21 can quickly know the presence of a nearby person. For example, the control circuit 21 transmits a control signal to each drive circuit 20 so as to reduce the light intensity of the VCSEL 10 in the L1 column or the R1 column. You can also.

以上のように、本実施形態の距離計測装置では、第2の実施形態と同様に、TOFセンサー22及び距離画像演算回路25を経ることなく、検知領域の端から侵入する近接者を素早く検知して、近接者へ向かうレーザ光の強度を下げることができる。さらに、一番先に人に照射される光を、人の眼に安全な波長としているため、距離計測装置の安全性をさらに向上させることができる。   As described above, in the distance measuring device according to the present embodiment, as in the second embodiment, a proximity person entering from the end of the detection region can be quickly detected without going through the TOF sensor 22 and the distance image calculation circuit 25. Thus, it is possible to reduce the intensity of the laser beam toward the neighbor. Furthermore, since the light irradiated to the person first has a wavelength that is safe for the human eye, the safety of the distance measuring device can be further improved.

(第4の実施形態)
(半導体発光装置の構成)
図31は、第4の実施形態に係る半導体発光装置の図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。本実施形態において、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Fourth embodiment)
(Configuration of semiconductor light emitting device)
FIG. 31 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment at a position corresponding to the line BB in FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態では、第1の実施形態と異なり、各VCSEL10からの出射光は、基板1側から外に取り出される。ここで、基板1は、各VCSEL10の発光波長に対して透明である。各VCSEL10の構成は、第1の実施形態と同様に、n側DBR2とp側DBR4との間に活性層3が配置されている。p側DBR4と活性層3は、配列状に分離され、複数のVCSEL10が形成されている。活性層3から露出したn側DBR2の表面と、p側DBR4及び活性層3の側面は、絶縁膜6で覆われており、各VCSEL10のp側DBR4は、p型コンタクト層5を介して、各列毎に共通のp側電極7に接続している。ここで、p側電極7は、AuZnからなり、ダイヤモンドからなるヒートシンク201上に形成された電極202と接続されている。電極202は、列毎に分かれており、任意の電極202に電力を供給することにより、各列のVCSEL10を個別に駆動することができる。   In the present embodiment, unlike the first embodiment, the emitted light from each VCSEL 10 is taken out from the substrate 1 side. Here, the substrate 1 is transparent to the emission wavelength of each VCSEL 10. In the configuration of each VCSEL 10, the active layer 3 is disposed between the n-side DBR 2 and the p-side DBR 4 as in the first embodiment. The p-side DBR 4 and the active layer 3 are separated in an array, and a plurality of VCSELs 10 are formed. The surface of the n-side DBR 2 exposed from the active layer 3, the side surfaces of the p-side DBR 4 and the active layer 3 are covered with an insulating film 6, and the p-side DBR 4 of each VCSEL 10 passes through the p-type contact layer 5. Each column is connected to a common p-side electrode 7. Here, the p-side electrode 7 is made of AuZn and is connected to an electrode 202 formed on a heat sink 201 made of diamond. The electrodes 202 are divided for each column, and the VCSELs 10 in each column can be individually driven by supplying power to any electrode 202.

基板1の上面(光出射面)には、n側共通電極203が形成されており、各VCSEL10の上方の光出射領域では、n側共通電極203が開口している。それらの開口部に光偏向部9が形成されている。各光偏向部9の構成は、第1の実施形態と同様である。なお、光偏向部9としては、第1の実施形態のように、ラメラー格子型位相変化、傾斜面位相変化、階段状位相変化、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化等のいずれの構成のものを用いてもよい。その他の構成については、第1の実施形態と同様である。   An n-side common electrode 203 is formed on the upper surface (light emitting surface) of the substrate 1, and the n-side common electrode 203 is opened in the light emitting region above each VCSEL 10. A light deflecting portion 9 is formed in these openings. The configuration of each light deflection unit 9 is the same as that of the first embodiment. The light deflecting unit 9 has any configuration such as a lamellar grating phase change, an inclined surface phase change, a stepped phase change, a phase bias added lamellar grating type phase change, as in the first embodiment. It may be used. About another structure, it is the same as that of 1st Embodiment.

なお、基板1、n側DBR2、活性層3、p側DBR4、p型コンタクト層5、絶縁膜6、p側電極7、n側共通電極203により、VCSELアレイ16が構成される。   The VCSEL array 16 is configured by the substrate 1, the n-side DBR 2, the active layer 3, the p-side DBR 4, the p-type contact layer 5, the insulating film 6, the p-side electrode 7, and the n-side common electrode 203.

本実施形態に係る半導体発光装置61では、各VCSEL10からの発熱を、基板1を介さずに直接ヒートシンク201へ逃がすことができる。これにより、各VCSEL10の温度の上昇が抑制されるため、各VCSEL10の発光特性を安定化させることができる。   In the semiconductor light emitting device 61 according to the present embodiment, heat generated from each VCSEL 10 can be directly released to the heat sink 201 without passing through the substrate 1. Thereby, since the temperature rise of each VCSEL10 is suppressed, the light emission characteristic of each VCSEL10 can be stabilized.

なお、本実施形態の半導体発光装置61として、第2あるいは第3の実施形態で示したような、一部を受光素子とする構成としてもよい。   Note that the semiconductor light emitting device 61 of this embodiment may have a configuration in which a part is a light receiving element as shown in the second or third embodiment.

また、本実施形態の半導体発光装置61を用いた距離計測装置の構成としては、上述の第1の実施形態〜第3の実施形態の構成を用いることができる。   Moreover, as a structure of the distance measuring device using the semiconductor light-emitting device 61 of this embodiment, the structure of the above-mentioned 1st Embodiment-3rd Embodiment can be used.

(第5の実施形態)
(半導体発光装置の構成)
図32A及び図32Bは、第5の実施形態に係る半導体発光装置の図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。本実施形態において、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Fifth embodiment)
(Configuration of semiconductor light emitting device)
32A and 32B are schematic cross-sectional views of the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment at positions corresponding to the line BB in FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態では、図32Aのように、下面に光偏向部9が形成された透明基板401と、第1の実施形態と同様な表面保護膜8が形成されたVCSELアレイ15を準備する。そして、図32Bに示すように、表面保護膜8が形成されたVCSELアレイ15上に、光偏向部9が形成された透明基板401を貼り合わせている。各光偏向部9は、対応するVCSEL10上に位置するように、透明基板401に形成されている。その他の構成については、第1の実施形態と同様である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 32A, a transparent substrate 401 having a light deflection portion 9 formed on the lower surface and a VCSEL array 15 having a surface protective film 8 similar to that of the first embodiment are prepared. Then, as shown in FIG. 32B, the transparent substrate 401 on which the light deflection unit 9 is formed is bonded onto the VCSEL array 15 on which the surface protective film 8 is formed. Each light deflection section 9 is formed on the transparent substrate 401 so as to be positioned on the corresponding VCSEL 10. About another structure, it is the same as that of 1st Embodiment.

本実施形態に係る半導体発光装置71では、複数に分離されたVCSEL10上に光偏向部9を形成する必要がないため、光偏向部9の加工精度を向上させることができる。   In the semiconductor light emitting device 71 according to the present embodiment, since it is not necessary to form the light deflection unit 9 on the VCSEL 10 separated into a plurality of parts, the processing accuracy of the light deflection unit 9 can be improved.

なお、透明基板401として、高熱伝導性のSiC基板等を用いることにより、各VCSEL10の温度の上昇が抑制されるため、各VCSEL10の発光特性を安定化させることができる。   In addition, since the raise of the temperature of each VCSEL10 is suppressed by using a highly heat conductive SiC substrate etc. as the transparent substrate 401, the light emission characteristic of each VCSEL10 can be stabilized.

また、光偏向部9としては、第1の実施形態のように、ラメラー格子型位相変化、傾斜面位相変化、階段状位相変化、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化等のいずれの構成のものを用いてもよい。   Further, as in the first embodiment, the optical deflecting unit 9 has any configuration such as a lamellar grating type phase change, an inclined surface phase change, a stepped phase change, and a phase bias added lamellar grating type phase change. It may be used.

なお、本実施形態の半導体発光装置71として、第2あるいは第3の実施形態で示したような、一部を受光素子とする構成としてもよい。   Note that the semiconductor light emitting device 71 of this embodiment may have a configuration in which part of the semiconductor light emitting device 71 is a light receiving element as shown in the second or third embodiment.

また、本実施形態の半導体発光装置71を用いた距離計測装置の構成としては、上述の第1の実施形態〜第3の実施形態の構成を用いることができる。   Moreover, as a structure of the distance measuring device using the semiconductor light-emitting device 71 of this embodiment, the structure of the above-mentioned 1st Embodiment-3rd Embodiment can be used.

(第6の実施形態)
(半導体発光装置の構成)
図33A及び図33Bは、第6の実施形態に係る半導体発光装置の図1のB−B線に相当する位置における断面模式図である。本実施形態において、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Sixth embodiment)
(Configuration of semiconductor light emitting device)
33A and 33B are schematic cross-sectional views of the semiconductor light emitting device according to the sixth embodiment at a position corresponding to the line BB in FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態では、図33Aのように、下面に光偏向部9が形成された透明基板401と、第4の実施形態と同様な基板1側から光を出射する構成のVCSELアレイ16を準備する。そして、図33Bに示すように、VCSELアレイ16上に、光偏向部9が形成された透明基板401を貼り合わせている。各光偏向部9は、対応するVCSEL10上に位置するように、透明基板401に形成されている。その他の構成については、第4の実施形態と同様である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 33A, a transparent substrate 401 having a light deflection unit 9 formed on the lower surface and a VCSEL array 16 configured to emit light from the substrate 1 side similar to the fourth embodiment are prepared. . Then, as shown in FIG. 33B, a transparent substrate 401 on which the light deflection unit 9 is formed is bonded onto the VCSEL array 16. Each light deflection section 9 is formed on the transparent substrate 401 so as to be positioned on the corresponding VCSEL 10. Other configurations are the same as those in the fourth embodiment.

本実施形態に係る半導体発光装置81では、第5の実施形態と同様に、複数に分離されたVCSEL10上に光偏向部9を形成する必要がないため、光偏向部9の加工精度を向上させることができる。   In the semiconductor light emitting device 81 according to the present embodiment, as in the fifth embodiment, since it is not necessary to form the light deflection section 9 on the VCSEL 10 separated into a plurality of parts, the processing accuracy of the light deflection section 9 is improved. be able to.

また、第4の実施形態と同様に、各VCSEL10からの発熱を、基板1を介さずに直接ヒートシンク201へ逃がすことができため、各VCSEL10の温度の上昇が抑制され、各VCSEL10の発光特性を安定化させることができる。   Further, similarly to the fourth embodiment, the heat generated from each VCSEL 10 can be directly released to the heat sink 201 without going through the substrate 1, so that the rise in the temperature of each VCSEL 10 is suppressed, and the light emission characteristics of each VCSEL 10 can be reduced. Can be stabilized.

なお、光偏向部9としては、第1の実施形態のように、ラメラー格子型位相変化、傾斜面位相変化、階段状位相変化、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化等のいずれの構成のものを用いてもよい。   The light deflecting unit 9 has any configuration such as a lamellar grating phase change, an inclined surface phase change, a stepped phase change, a phase bias added lamellar grating type phase change, as in the first embodiment. It may be used.

また、本実施形態の半導体発光装置81として、第2あるいは第3の実施形態で示したような、一部を受光素子14とする構成としてもよい。   Further, the semiconductor light emitting device 81 of the present embodiment may be configured such that a part thereof is the light receiving element 14 as shown in the second or third embodiment.

さらに、本実施形態の半導体発光装置81を用いた距離計測装置の構成としては、上述の第1の実施形態〜第3の実施形態の構成を用いることができる。   Furthermore, as the configuration of the distance measuring device using the semiconductor light emitting device 81 of the present embodiment, the configurations of the first to third embodiments described above can be used.

本開示に係る半導体発光装置及びそれを用いた距離計測装置並びに距離計測装置の制御方法は、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができるため、車載用のセンサーとして有用である。   The semiconductor light emitting device, the distance measuring device using the semiconductor light emitting device, and the distance measuring device control method according to the present disclosure can maintain the ability to measure the distance to an object at a long distance while ensuring safety to a person. Therefore, it is useful as a vehicle-mounted sensor.

1 基板
2 n側DBR
3 活性層
4 p側DBR
5 p型コンタクト層
6 絶縁膜
7 p側電極
8 表面保護膜
9 光偏向部
10 VCSEL
11 開口部
12 パッド電極
13 n側共通電極
14 受光素子
15 VCSELアレイ
16 VCSELアレイ
17 活性層
19 半導体発光装置
20 駆動回路
21 制御回路
22 TOFセンサー
23 受光タイミング信号
24 基準タイミング信号
25 距離画像演算回路
26 表示ディスプレイ
27 距離画像演算回路からの信号
28 操作レバー
31 レーザ光
32 反射光
41 半導体発光装置
42 受光回路
43 出射光
44 反射光
45 反射光
46 反射光
47 制御信号
48 制御信号
49 近接者予告信号
50 近接者予告信号
51 半導体発光装置
52 受光回路
53 出射光
54 反射光
55 反射光
56 出射光
57 出射光
58 反射光
59 制御信号
60 制御信号
61 半導体発光装置
71 半導体発光装置
81 半導体発光装置
101、102、103 光偏向部(ラメラー格子型位相変化)
111、112、113 光偏向部(傾斜面位相変化)
131、132、133 光偏向部(階段状位相変化)
151、152、153 光偏向部(階段状位相変化)
181、182、183 光偏向部(位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化)
201 ヒートシンク
202 電極
203 n側共通電極
310 拡散板
401 透明基板
1 substrate 2 n-side DBR
3 Active layer 4 p-side DBR
5 p-type contact layer 6 insulating film 7 p-side electrode 8 surface protective film 9 optical deflecting unit 10 VCSEL
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Opening part 12 Pad electrode 13 N side common electrode 14 Light receiving element 15 VCSEL array 16 VCSEL array 17 Active layer 19 Semiconductor light-emitting device 20 Drive circuit 21 Control circuit 22 TOF sensor 23 Light reception timing signal 24 Reference timing signal 25 Distance image calculation circuit 26 Display Display 27 Signal from Distance Image Calculation Circuit 28 Operation Lever 31 Laser Light 32 Reflected Light 41 Semiconductor Light Emitting Device 42 Light Receiving Circuit 43 Emission Light 44 Reflected Light 45 Reflected Light 46 Reflected Light 47 Control Signal 48 Control Signal 48 Proximity Prediction Signal 50 Proximity warning signal 51 Semiconductor light emitting device 52 Light receiving circuit 53 Emission light 54 Reflected light 55 Reflected light 56 Emission light 57 Emission light 58 Reflected light 59 Control signal 60 Control signal 61 Semiconductor light emitting device 71 Semiconductor light emitting device 81 Semiconductor light emitting device 01,102,103 light deflection unit (lamellar grating type phase change)
111, 112, 113 Light deflection part (inclined plane phase change)
131, 132, 133 Light deflector (stepwise phase change)
151, 152, 153 Light deflector (stepwise phase change)
181, 182, 183 Optical deflection unit (phase bias added lamellar grating type phase change)
201 heat sink 202 electrode 203 n-side common electrode 310 diffusion plate 401 transparent substrate

Claims (16)

第1の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子の光出射面側に設けられ、前記半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を備え、
複数の前記半導体発光素子からの前記出射光は、前記第1の方向において互いに異なる偏向角を有しており、
前記半導体発光素子は、それぞれの前記偏向角を有する前記出射光毎に発光するように駆動できる、半導体発光装置。
A semiconductor light emitting element array having a plurality of semiconductor light emitting elements arranged along a first direction;
A light deflector provided on the light emitting surface side of the semiconductor light emitting element and deflecting the light emitted from the semiconductor light emitting element,
The emitted lights from the plurality of semiconductor light emitting elements have different deflection angles in the first direction,
The semiconductor light emitting device, wherein the semiconductor light emitting element can be driven to emit light for each of the emitted lights having the respective deflection angles.
前記出射光の前記偏向角は、前記半導体発光素子アレイの中心から端に向かって、順に大きくなっている、請求項1に記載の半導体発光装置。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the deflection angle of the emitted light increases in order from the center to the end of the semiconductor light emitting element array. 前記半導体発光素子アレイは、第1の方向に沿って配置された前記半導体発光素子のそれぞれを起点として前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子をさらに備え、
前記第2の方向に沿って配列された複数の前記半導体発光素子は、同じ偏向角を有する出射光を発光し、共通の電極により駆動される、請求項1または2に記載の半導体発光装置。
The semiconductor light emitting element array includes a plurality of semiconductor light emitting elements arranged along a second direction intersecting with the first direction, starting from each of the semiconductor light emitting elements arranged along a first direction. In addition,
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor light emitting elements arranged along the second direction emit emitted light having the same deflection angle and are driven by a common electrode.
前記偏向角の方向に対して感度が高い受光素子が配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a light receiving element having high sensitivity with respect to the direction of the deflection angle is disposed. 前記半導体発光素子アレイの前記第1の方向に、前記半導体発光素子とは異なる波長の光を出射する半導体発光素子及び前記波長の光に感度を持つ受光素子が配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting element that emits light having a wavelength different from that of the semiconductor light emitting element and the light receiving element that is sensitive to the light of the wavelength are disposed in the first direction of the semiconductor light emitting element array. 4. The semiconductor light emitting device according to any one of items 3. 前記光偏向部は、前記半導体発光素子からの光に、以下の式で示される位相変化Φ(x)を与える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
Φ(x)=[2πsin(θc)/λ)]x
λ:光の波長 θc:光出射面法線方向からの偏向角
(θc方向を光出射面に投射した軸をx軸とする)
6. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light deflection unit gives a phase change Φ (x) represented by the following expression to the light from the semiconductor light emitting element.
Φ (x) = [2πsin (θ c ) / λ)] x
λ: wavelength of light θ c : deflection angle from the normal direction of the light exit surface (the axis projected on the light exit surface in the θ c direction is the x axis)
前記光偏向部は、直線状位相変化を用いて、Φ(x)を与えている、請求項6に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 6, wherein the light deflection unit gives Φ (x) using a linear phase change. 前記光偏向部は、階段状位相変化を用いて、Φ(x)を近似している、請求項6に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 6, wherein the light deflection unit approximates Φ (x) using a stepped phase change. 前記光偏向部は、ラメラー型位相変化を用いて、Φ(x)を近似している、請求項6に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 6, wherein the light deflection unit approximates Φ (x) using a lamellar phase change. 前記光偏向部は、階段状位相変化とラメラー型位相変化を共に用いて、Φ(x)を近似している、請求項6に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 6, wherein the light deflection unit approximates Φ (x) by using both a stepwise phase change and a lamellar phase change. 前記半導体発光素子は、基板上に形成されており、
前記光偏向部は、前記基板の前記半導体発光素子を形成した面とは、反対側の面に形成され、
前記半導体発光素子の光は前記基板を透過して出射される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
The semiconductor light emitting element is formed on a substrate,
The light deflection unit is formed on the surface of the substrate opposite to the surface on which the semiconductor light emitting element is formed,
The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein light from the semiconductor light-emitting element is emitted through the substrate.
前記半導体発光素子に、前記光偏向部が形成された透明基板が貼り合わせられている、請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein a transparent substrate on which the light deflection unit is formed is bonded to the semiconductor light-emitting element. 第1の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子の光出射面側に設けられ、前記半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を有し、複数の前記半導体発光素子からの前記出射光は、前記第1の方向において互いに異なる偏向角を有しており、前記半導体発光素子は、それぞれの前記偏向角を有する前記出射光毎に発光するように駆動できる、半導体発光装置と、
前記半導体発光素子を駆動する駆動部と、
前記半導体発光装置からの前記出射光を受光する受光部と、
前記半導体発光装置からの前記出射光の出射時刻と前記受光部での受光時刻との差から距離を計算する演算部とを備え、
前記偏向角の大きい前記出射光から前記偏向角の小さい前記出射光の順に前記出射光を出射していく場合に、先に出射した前記出射光による計測距離に基づいて、次に出射する前記出射光の強度を決める、距離計測装置。
A semiconductor light emitting element array having a plurality of semiconductor light emitting elements arranged along a first direction;
A light deflection unit provided on the light emitting surface side of the semiconductor light emitting element and deflecting the light emitted from the semiconductor light emitting element, and the emitted light from the plurality of semiconductor light emitting elements is the first light A semiconductor light emitting device having different deflection angles in directions, and the semiconductor light emitting element can be driven to emit light for each of the emitted lights having the respective deflection angles;
A driving unit for driving the semiconductor light emitting element;
A light receiving portion for receiving the emitted light from the semiconductor light emitting device;
A calculation unit that calculates a distance from a difference between an emission time of the emitted light from the semiconductor light emitting device and a light reception time at the light receiving unit;
When the outgoing light is emitted in the order of the outgoing light having the smaller deflection angle from the outgoing light having the larger deflection angle, the outgoing light to be emitted next is based on the measurement distance of the outgoing light previously emitted. A distance measuring device that determines the intensity of light.
前記半導体発光装置は、前記偏向角の最も大きい前記出射光を受光する受光素子を有し、前記受光素子からの信号によって、次に出射する前記出射光の強度を決める、請求項13に記載の距離計測装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 13, further comprising: a light receiving element that receives the emitted light having the largest deflection angle, and determining an intensity of the emitted light to be emitted next by a signal from the light receiving element. Distance measuring device. 第1の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子の光出射面側に設けられ、前記半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を有し、複数の前記半導体発光素子からの前記出射光は、前記第1の方向において互いに異なる偏向角を有しており、前記半導体発光素子は、それぞれの前記偏向角を有する前記出射光毎に発光するように駆動できる、半導体発光装置と、
前記半導体発光素子を駆動する駆動部と、
前記半導体発光装置からの前記出射光を受光する受光部と、
前記半導体発光装置からの前記出射光の出射時刻と前記受光部での受光時刻との差から距離を計算する演算部とを備えた距離計測装置の駆動方法であって、
前記偏向角の大きい前記出射光から前記偏向角の小さい前記出射光の順に前記出射光を出射していく場合に、先に出射した前記出射光による計測距離に基づいて、次に出射する前記出射光の強度を決める、距離計測装置の駆動方法。
A semiconductor light emitting element array having a plurality of semiconductor light emitting elements arranged along a first direction;
A light deflection unit provided on the light emitting surface side of the semiconductor light emitting element and deflecting the light emitted from the semiconductor light emitting element, and the emitted light from the plurality of semiconductor light emitting elements is the first light A semiconductor light emitting device having different deflection angles in directions, and the semiconductor light emitting element can be driven to emit light for each of the emitted lights having the respective deflection angles;
A driving unit for driving the semiconductor light emitting element;
A light receiving portion for receiving the emitted light from the semiconductor light emitting device;
A driving method of a distance measuring device comprising an arithmetic unit that calculates a distance from a difference between an emission time of the emitted light from the semiconductor light emitting device and a light reception time at the light receiving unit,
When the outgoing light is emitted in the order of the outgoing light having the smaller deflection angle from the outgoing light having the larger deflection angle, the outgoing light to be emitted next is based on the measurement distance of the outgoing light previously emitted. A method of driving a distance measuring device that determines the intensity of the incident light.
前記半導体発光装置は、前記偏向角の最も大きい前記出射光を受光する受光素子を有し、前記受光素子からの信号によって、次に出射する前記出射光の強度を決める、請求項15に記載の距離計測装置の駆動方法。   The said semiconductor light-emitting device has a light receiving element which receives the said emitted light with the said largest deflection | deviation angle, and determines the intensity | strength of the said emitted light to radiate | emits next with the signal from the said light receiving element. Driving method of the distance measuring device.
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