JP2017017266A - 面発光レーザアレイチップ、面発光レーザアレイ、レーザ装置、点火装置、及び内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の発光部の平坦性を向上させることができる面発光レーザアレイチップを提供する。
【解決手段】 複数の発光部、及び該複数の発光部が形成されている発光部領域240の周囲に設けられ、前記複数の発光部と電気的に接続されている電極パッド241を有している。そして、電極パッド241には発光部領域240に面する側の端部から外側の端部まで延びる複数の溝242が形成されている。この場合は、接合材を用いて搬送用基板を接合させる際に、発光部と電極パッドとの間の凹部にある気泡は、溝242を介してチップ外へ排出される。そこで、複数の発光部の平坦性を向上させることができる。
【選択図】図5
【解決手段】 複数の発光部、及び該複数の発光部が形成されている発光部領域240の周囲に設けられ、前記複数の発光部と電気的に接続されている電極パッド241を有している。そして、電極パッド241には発光部領域240に面する側の端部から外側の端部まで延びる複数の溝242が形成されている。この場合は、接合材を用いて搬送用基板を接合させる際に、発光部と電極パッドとの間の凹部にある気泡は、溝242を介してチップ外へ排出される。そこで、複数の発光部の平坦性を向上させることができる。
【選択図】図5
Description
本発明は、面発光レーザアレイチップ、面発光レーザアレイ、レーザ装置、点火装置、及び内燃機関に係り、更に詳しくは、複数の発光部を有する面発光レーザアレイチップ、該面発光レーザアレイチップを有する面発光レーザアレイ、該面発光レーザアレイを有するレーザ装置、点火装置、前記点火装置を備える内燃機関に関する。
垂直共振器型の面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)は、基板に垂直な方向に光を射出するものであり、基板に平行な方向に光を射出する端面発光型の半導体レーザよりも低価格、低消費電力、小型、2次元デバイスに好適、かつ、高性能であることから、注目されている。
複数の面発光レーザが集積された面発光レーザアレイは、高い出力でレーザ光を射出することができ、様々な用途が検討されている。
例えば、特許文献1及び非特許文献1には、面発光レーザアレイの製造方法が開示されている。
しかしながら、特許文献1及び非特許文献1に開示されている方法で製造された面発光レーザアレイでは、複数の発光部の平坦性が低い場合があった。
本発明は、複数の発光部と、前記複数の発光部が形成されている領域の周囲に設けられ、前記複数の発光部と電気的に接続されている電極パッドとを有し、前記電極パッドは、前記領域に面する側の端部から外側の端部まで延びる溝を有する面発光レーザアレイチップである。
本発明の面発光レーザアレイチップによれば、複数の発光部の平坦性を向上させることができる。
「概要」
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図1には、一実施形態に係る内燃機関としてのエンジン300の主要部が模式図的に示されている。
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図1には、一実施形態に係る内燃機関としてのエンジン300の主要部が模式図的に示されている。
このエンジン300は、点火装置301、燃料噴出機構302、排気機構303、燃焼室304、及びピストン305などを備えている。
エンジン300の動作について簡単に説明する。
(1)燃料噴出機構302が、燃料と空気の可燃性混合気を燃焼室304内に噴出させる(吸気)。
(2)ピストン305が上昇し、可燃性混合気を圧縮する(圧縮)。
(3)点火装置301が、燃焼室304内にレーザ光を射出する。これにより、燃料に点火される(着火)。
(4)燃焼ガスが発生し、ピストン305が降下する(燃焼)。
(5)排気機構303が、燃焼ガスを燃焼室304外へ排気する(排気)。
(1)燃料噴出機構302が、燃料と空気の可燃性混合気を燃焼室304内に噴出させる(吸気)。
(2)ピストン305が上昇し、可燃性混合気を圧縮する(圧縮)。
(3)点火装置301が、燃焼室304内にレーザ光を射出する。これにより、燃料に点火される(着火)。
(4)燃焼ガスが発生し、ピストン305が降下する(燃焼)。
(5)排気機構303が、燃焼ガスを燃焼室304外へ排気する(排気)。
このように、吸気、圧縮、着火、燃焼、排気からなる一連の過程が繰り返される。そして、燃焼室304内の気体の体積変化に対応してピストン305が運動し、運動エネルギーを生じさせる。燃料には例えば天然ガスやガソリン等が用いられる。
なお、エンジン300は、該エンジン300の外部に設けられ、該エンジン300と電気的に接続されているエンジン制御装置の指示に基づいて、上記動作を行う。
点火装置301は、一例として図2に示されるように、レーザ装置200、射出光学系210、及び保護部材212などを有している。
射出光学系210は、レーザ装置200から射出される光を集光する。これにより、集光点で高いエネルギー密度を得ることができる。
保護部材212は、燃焼室304に臨んで設けられた透明の窓である。ここでは、一例として、保護部材212の材料としてサファイアガラスが用いられている。
レーザ装置200は、面発光レーザアレイ201、第1集光光学系203、光ファイバ204、第2集光光学系205、及びレーザ共振器206を備えている。なお、本明細書では、XYZ3次元直交座標系を用い、面発光レーザアレイ201からの光の射出方向を+Z方向として説明する。
面発光レーザアレイ201は、励起用光源であり、複数の発光部を有している。各発光部は、垂直共振器型の面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)である。面発光レーザアレイ201から射出される光の波長は808nmである。
面発光レーザアレイは、射出される光の、温度による波長ずれが非常に少ないため、励起波長のずれによって特性が大きく変化するQスイッチレーザを励起するのに有利な光源である。そこで、面発光レーザアレイを励起用光源に用いると、環境の温度制御を簡易なものにできるという利点がある。
第1集光光学系203は、面発光レーザアレイ201から射出される光を集光する。
光ファイバ204は、第1集光光学系203によって光が集光される位置にコアの−Z側端面の中心が位置するように配置されている。ここでは、光ファイバ204として、コア径が1.5mm、NAが0.39の光ファイバ(Thorlabs社製、型番:FT1500UMT)が用いられている。
光ファイバ204を設けることによって、面発光レーザアレイ201をレーザ共振器206から離れた位置に置くことができる。これにより配置設計の自由度を増大させることができる。また、レーザ装置200を点火装置に用いる際に、熱源から面発光レーザアレイ201を遠ざけることができるため、エンジン300を冷却する方法の幅を広げることが可能である。
光ファイバ204に入射した光はコア内を伝播し、コアの+Z側端面から射出される。
第2集光光学系205は、光ファイバ204から射出された光の光路上に配置され、該光を集光する。第2集光光学系205で集光された光は、レーザ共振器206に入射する。
レーザ共振器206は、Qスイッチレーザであり、一例として図3に示されるように、レーザ媒質206a、及び可飽和吸収体206bを有している。
レーザ媒質206aは、3mm×3mm×8mmの直方体形状のNd:YAG結晶であり、Ndが1.1%ドープされている。可飽和吸収体206bは、3mm×3mm×2mmの直方体形状のCr:YAG結晶であり、初期透過率が30%のものである。
なお、ここでは、Nd:YAG結晶とCr:YAG結晶は接合されており、いわゆるコンポジット結晶となっている。また、Nd:YAG結晶及びCr:YAG結晶は、いずれもセラミックスである。
第2集光光学系205からの光は、レーザ媒質206aに入射される。すなわち、第2集光光学系205からの光によってレーザ媒質206aが励起される。なお、面発光レーザアレイ201から射出される光の波長は、YAG結晶において最も吸収効率の高い波長である。そして、可飽和吸収体206bは、Qスイッチの動作を行う。
レーザ媒質206aの入射側(−Z側)の面、及び可飽和吸収体206bの射出側(+Z側)の面は光学研磨処理がなされ、ミラーの役割を果たしている。なお、以下では、便宜上、レーザ媒質206aの入射側の面を「第1の面」ともいい、可飽和吸収体206bの射出側の面を「第2の面」ともいう(図3参照)。
そして、第1の面及び第2の面には、面発光レーザアレイ201から射出される光の波長、及びレーザ共振器206から射出される光の波長に応じた誘電体膜がコーティングされている。
具体的には、第1の面には、波長が808nmの光に対して99.5%の高い透過率を示し、波長が1064nmの光に対して99.5%の高い反射率を示すコーティングがなされている。また、第2の面には、波長が1064nmの光に対して50%の反射率を示すコーティングがなされている。
これにより、レーザ共振器206内で光が共振し増幅される。ここでは、レーザ共振器206の共振器長は10(=8+2)mmである。
図2に戻り、駆動装置220は、エンジン制御装置222の指示に基づいて、面発光レーザアレイ201を駆動する。すなわち、駆動装置220は、エンジン300の動作における着火のタイミングで点火装置301から光が射出されるように、面発光レーザアレイ201を駆動する。なお、面発光レーザアレイ201における複数の発光部は、同時に点灯及び消灯される。
上記実施形態において、面発光レーザアレイ201をレーザ共振器206から離れた位置に置く必要がない場合は、光ファイバ204が設けられなくても良い。
また、前記第1集光光学系203、前記第2集光光学系205、及び前記射出光学系210は、いずれも単一のレンズからなっていても良いし、複数のレンズからなっていても良い。
また、ここでは、内燃機関として燃焼ガスによってピストンを運動させるエンジン(ピストンエンジン)の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ロータリーエンジンや、ガスタービンエンジンや、ジェットエンジンであっても良い。要するに、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成するものであれば良い。
また、排熱を利用して、動力や温熱や冷熱を取り出し、総合的にエネルギー効率を高めるシステムであるコジェネレーションに、点火装置301を用いても良い。
また、ここでは、点火装置301が内燃機関に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
また、ここでは、レーザ装置200が点火装置に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、レーザ加工機、レーザピーニング装置、テラヘルツ発生装置などに用いることができる。
「詳細」
次に、面発光レーザアレイ201の詳細について説明する。面発光レーザアレイ201は、一例として図4(A)及び図4(B)に示されるように、面発光レーザアレイチップ230及び放熱部材231などを有している。
次に、面発光レーザアレイ201の詳細について説明する。面発光レーザアレイ201は、一例として図4(A)及び図4(B)に示されるように、面発光レーザアレイチップ230及び放熱部材231などを有している。
面発光レーザアレイチップ230は、図5に示されるように、複数の発光部、該複数の発光部が形成されている発光部領域240の周囲に設けられた電極パッド241を有している。そして、電極パッド241には複数の溝242が形成されている。
ここでは、複数の溝242として、12本の溝242が形成されている。そして、12本の溝242は、発光部領域240の周囲を取り囲むように配置されている。さらに、そのうちの4本の溝242は、発光部領域240の角部から延びている。
図5におけるA−A断面図が図6に示され、B−B断面図が図7に示されている。
1つの発光部のYZ断面が図8に示されている。各発光部は、基板101、バッファ層102、下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、上部半導体DBR107、コンタクト層109、保護膜111、上部電極113、下部電極114などを有している。
基板101は、図9(A)に示されるように、基板表面の法線方向が、結晶方位[1 0 0]方向に対して、結晶方位[1 1 1]A方向に向かって15度(θ=15度)傾斜したn−GaAs単結晶基板である。すなわち、基板101は、いわゆる傾斜基板である。ここでは、図9(B)に示されるように、結晶方位[0 −1 1]方向が+X方向、結晶方位[0 1 −1]方向が−X方向となるように配置されている。そこで、傾斜基板の傾斜軸は、X軸方向に平行である。なお、−Y方向を「傾斜方向」ともいう。
図8に戻り、バッファ層102は、基板101の+Z側の面上に積層され、n−GaAsからなる層である。
下部半導体DBR103は、バッファ層102の+Z側の面上に積層され、n−Al0.9As0.1からなる低屈折率層と、n−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層のペアを40.5ペア有している。
各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた厚さ20nmの組成傾斜層が設けられている。
そして、基板101上から約37.5ペアまでは、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、発振波長をλとするとλ/4の光学的厚さとなるように設定され、下部スペーサ層104に近い3ペアでは、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、高屈折率層の光学的厚さがλ/4、低屈折率層の光学的厚さが3λ/4となるように設定されている。
なお、光学的厚さがλ/4のとき、その層の実際の厚さDは、D=λ/4n(但し、nはその層の媒質の屈折率)である。
下部スペーサ層104は、下部半導体DBR103の+Z側に積層され、ノンドープのAl0.6Ga0.4Asからなる層である。
活性層105は、下部スペーサ層104の+Z側に積層され、Al0.05Ga0.95Asからなる量子井戸層と、Al0.3Ga0.7Asからなる障壁層とが交互に積層された3重量子井戸(TQW:Triple Quantum Well)構造の活性層である。
上部スペーサ層106は、活性層105の+Z側に積層され、ノンドープのAl0.6Ga0.4Asからなる層である。
下部スペーサ層104と活性層105と上部スペーサ層106とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれており、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、その厚さが1波長の光学的厚さとなるように設定されている。なお、活性層105は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられている。
上部半導体DBR107は、上部スペーサ層106の+Z側に積層され、p−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層とp−Al0.3Ga0.7Asからなる高屈折率層のペアを25ペア有している。
各屈折率層の間には組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、λ/4の光学的厚さとなるように設定されている。
上部半導体DBR107における低屈折率層の1つには、p−AlAsからなる被選択酸化層108が厚さ30nmで挿入されている。この被選択酸化層108の挿入位置は、上部スペーサ層106から光学的にλ/4の距離だけ離れた位置であり、低屈折率層中である。
コンタクト層109は、上部半導体DBR107の+z側に積層され、p−GaAsからなる層である。
保護膜111は、SiN、SiONあるいはSiO2からなる膜である。
上部電極113は、配線部材によって電極パッドと電気的に接続される。
図10(A)及び図10(B)には、放熱部材231が示されている。この放熱部材231は、窒化アルミニウム(AlN)からなり、+Z側の面に、第1の金属層231a及び第2の金属層231bが形成されている。第1の金属層231aと第2の金属層231bは、電気的に分離されている。ここでは、各金属層は、厚さ1μmの金(Au)の層である。
ここで、面発光レーザアレイチップ230の作成方法について説明する。
(1)有機金属気相成長法(MOCVD法)あるいは分子線エピタキシャル成長法(MBE法)による結晶成長によって、基板101上に、バッファ層102、下部半導体DBR103、下部スペーサ層104、活性層105、上部スペーサ層106、上部半導体DBR107、被選択酸化層108、コンタクト層109を形成する(図11参照)。なお、このように基板101上に複数の半導体層が積層されたものを、以下では、便宜上「積層体」ともいう。
III族の原料には、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)を用い、V族の原料には、フォスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)を用いている。また、p型ドーパントの原料には四臭化炭素(CBr4)、ジメチルジンク(DMZn)を用い、n型ドーパントの原料にはセレン化水素(H2Se)を用いている。
(2)積層体の表面にメサ形状に対応するレジストパターンをアレイ状に作成する。具体的には、コンタクト層109上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、メサ形状に対応したレジストパターンを形成する。ここでは、メサの断面が一辺20μm〜25μmの正方形となるようにした。このとき、同時にパッド部241の複数の溝242に対応するレジストパターンも形成する。なお、コンタクト層109上に塗布されるレジストはポジレジストを用い、コンタクト露光により露光を行う。
(3)ICPドライエッチングによって、四角柱状のメサ及び溝を形成する。ここでは、エッチングの底部は下部スペーサ層104中に位置するようにした。この場合、溝の底面は、複数の発光部が形成される領域の底面と同じ高さとなる。
なお、ドライエッチングの条件を調整することにより、メサの側面の傾斜角を調整することができる。ここでは、基板101の表面に対し、メサの側面の傾斜角が70°〜80°となるように、ドライエッチングの条件を調整している。この場合は、配線部材の断線を抑制することができる。
(4)レジストパターンを除去する(図12参照)。
(5)積層体を水蒸気中で熱処理する。ここでは、メサの外周部から被選択酸化層108中のAlが選択的に酸化される。そして、メサの中央部に、Alの酸化層108aによって囲まれた酸化されていない領域108bを残留させる(図13参照)。これにより、発光部の駆動電流の経路をメサの中央部だけに制限する、酸化狭窄構造体が作成される。上記酸化されていない領域108bが電流通過領域(電流注入領域)である。ここでは、電流通過領域108bは、一辺の長さが約5μmの略正方形状であった。
(6)外周部溝形成部のみを露出させるようリソグラフィによりレジストパターンを形成する。
(7)ICPドライエッチングを用いて分離溝を形成する。
(8)レジストパターンを除去する。
(9)積層体を加熱処理用のチャンバーに入れ、窒素雰囲気中に380〜400℃の温度で3分間保持する。これにより、大気中で表面に付着した酸素や水、もしくはチャンバー内の微量な酸素や水による自然酸化膜が、窒素雰囲気中での加熱処理により安定した不動態皮膜になる。
(10)プラズマCVD法を用いて、SiN、SiONあるいはSiO2からなる保護膜111を形成する(図14参照)。保護膜111の膜厚は150nm〜200nmであれば良く、150nmであるのが好ましい。
(11)メサ上面にコンタクトホールを形成するためのレジストパターンを作成する。
(12)BHF(バッファード・フッ酸)を用いたウェットエッチングにより、レジストパターンの開口部における保護膜111を除去する。このとき同時に、(7)で形成した分離溝の底面にあるスクライブする領域の保護膜111も除去する。
(13)レジストパターンを除去する(図15参照)。
(14)射出領域をマスクするためのレジストパターンを作成する。このとき、外周部の電極を分離するようレジストパターンの作成も行う。
(15)上部電極113の材料を蒸着する。ここでは、Cr/AuZn/Auからなる金属膜をEB(電子ビーム)蒸着により順次積層する。
(16)リフトオフにより、レジストパターンの形成されている領域上の金属膜を除去する。これにより、上部電極113が形成される(図16参照)。
(17)スクライブ・ブレーキングにより、チップ毎に切断する。
(18)チップ上に接合材を塗布し(図17参照)、該接合材上に搬送用基板を乗せ(図18参照)、真空中で加熱する。これにより、搬送用基板とチップとが接合される。ここでは、接合材としてワックスを用い、搬送用基板としてガラス板を用いている。なお、搬送用基板を用いるのは、搬送中にチップが破損するのを防止するためである。
(19)ウェットエッチングにより、基板101の厚さを薄くする。エッチャントとしては公知のウェットエッチング液を使用する。なお、基板101の全てを除去しても良い。
(20)下部電極114を形成する(図19参照)。ここでは、下部電極114はAuGe/Ni/Auからなる多層膜である。
これにより、チップは面発光レーザアレイチップ230となる。
ところで、基板101は熱抵抗が大きいため、基板101の厚さが厚いと、レーザ発振により活性層105の温度が上昇し、光出力が低くなってしまう。面発光レーザアレイチップ230では、基板101の厚さを薄くしているため、活性層105で発生した熱を速やかに外部に放出することが可能となる。そこで、上記工程(19)において、基板101の全てが除去されていると一層好ましい。
次に、200〜250℃に加熱したホットプレート上で、ペースト状のはんだを用いて放熱板231と面発光レーザアレイチップ230を接合する。このとき、面発光レーザアレイチップ230は、放熱板231の第1の金属層231a上に載置されるように位置決めされる(図20(A)及び図20(B)参照)。
搬送用基板を有機溶媒に浸して接合剤を溶かし、搬送用基板を除去する。
そして、400℃で5分間アニールし、上部電極113と下部電極114のオーミック導通をとる。これにより、メサは発光部となる。
さらに、金(Au)からなる配線部材232を用いて、上部電極113と第2の金属層231bを電気的に接続する(図21参照)。
これにより、面発光レーザアレイ201を作成することができる。
ところで、面発光レーザアレイチップに搬送用基板を接合する際、接合材中に多くの気泡が発生する。
従来の面発光レーザアレイチップが図22に示されている。この面発光レーザアレイチップに搬送用基板を接合する際、一例として図22に示されるように、発光部と電極パッドとの間の凹部に気泡が残留する傾向があった。そして、発光部と電極パッドとの間の凹部に気泡が残留していると、複数の発光部の平坦性が損なわれるおそれがあった。なお、複数の発光部の平坦性が低いと、射出される光の方向が発光部間においてばらついてしまうため、射出された光をレンズなどの光学系に結合させる際に結合効率が低下してしまい、固体レーザの励起用光源などとして使用した場合、面発光レーザアレイ自体の出力が向上していても結果的に性能が低下してしまう。
ところで、電極パッドの高さを発光部より低くして、発光部と電極パッドとの間の凹部を小さくすることが考えられるが、この場合は、製造工程中に発光部を破損させるおそれがある。
一方、本実施形態の面発光レーザアレイチップ230では、パッド部241に溝242が形成されているため、この溝242を介して上記凹部の気泡はチップ外へ排出される。そこで、面発光レーザアレイチップ230は、平坦性が良いという特徴を持っている。
以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザアレイチップ230は、複数の発光部、該複数の発光部が形成されている発光部領域240の周囲に設けられた電極パッド241を有している。そして、電極パッド241には発光部領域240に面する側の端部から外側の端部まで延びる複数の溝242が形成されている。
この場合は、接合材を用いて搬送用基板を接合させる際に、発光部と電極パッドとの間の凹部にある気泡は、溝242を介してチップ外へ排出される。そこで、複数の発光部の平坦性を向上させることができる。
面発光レーザアレイ201では、面発光レーザアレイチップ230が放熱板231と接合されている。この場合、面発光レーザアレイ201は、面発光レーザアレイチップ230の温度上昇を抑制することができるとともに、複数の発光部からの光の射出方向を揃えることができる。
そして、レーザ装置200は、面発光レーザアレイ201を有しているため、効率良く高出力のレーザ光を射出することができる。
さらに、点火装置301は、レーザ装置200を備えているため、安定した点火を行うことができる。
また、エンジン300は、点火装置301を備えているため、結果として、安定性を向上させることができる。
なお、上記実施形態では、放熱板231の材料として窒化アルミニウム(AlN)が用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。放熱板231の材料は、面発光レーザアレイチップ230を構成する半導体材料よりも熱伝導率の高い材料であれば良い。
また、上記実施形態では、溝242の底面が、複数の発光部が形成される領域の底面と同じ高さとなる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、溝242の底面が、複数の発光部が形成される領域の底面よりも低くても良い。
また、上記実施形態では、溝242の数が12本の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
また、上記実施形態では、ペースト状のはんだを用いて放熱板231と面発光レーザアレイチップ230を接合する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、金錫(AuSn)合金を含む材料を用いて放熱板231と面発光レーザアレイチップ230を接合しても良い。また、例えば、銀(Ag)を含む焼結材料を用いて放熱板231と面発光レーザアレイチップ230を接合しても良い。この場合は、放熱板231と面発光レーザアレイチップ230の熱膨張率の差に起因する熱応力を緩和することができる。
また、上記実施形態では、複数の発光部が形成される領域の形状が矩形形状の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図24に示されるように、複数の発光部が形成される領域の形状が円形状であっても良い。この場合は、光ファイバに励起光を効率良く入射させることができる。
また、上記実施形態では、発光部の発振波長が808nm帯の場合について説明したが、これに限定されるものではない。固体レーザの吸収する波長帯など、その用途に応じて、発光部の発振波長を変更しても良い。
また、上記実施形態では、面発光レーザアレイ201が励起用光源としてレーザ装置200に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。面発光レーザアレイ201が励起用ではない光源としてレーザ装置に用いられても良い。
《レーザアニール装置》
一例として図19(A)及び図19(B)にレーザ装置としてのレーザアニール装置1000の概略構成が示されている。このレーザアニール装置1000は、光源1010、光学系1020、テーブル装置1030、及び不図示の制御装置などを備えている。
一例として図19(A)及び図19(B)にレーザ装置としてのレーザアニール装置1000の概略構成が示されている。このレーザアニール装置1000は、光源1010、光学系1020、テーブル装置1030、及び不図示の制御装置などを備えている。
光源1010は、上記実施形態で説明した面発光レーザアレイ201を有している。光学系1020は、光源1010から射出された光を対象物Pの表面に導光する。テーブル装置1030は、対象物Pが載置されるテーブルを有している。該テーブルは、少なくともY軸方向に沿って移動することができる。
例えば、対象物Pがアモルファスシリコン(a−Si)の場合、光源1010からの光が照射されると、アモルファスシリコン(a−Si)は、温度が上昇し、その後、徐々に冷却されることによって結晶化し、ポリシリコン(p−Si)になる。
この場合、レーザアニール装置1000は、光源1010が面発光レーザアレイ201を有しているため、処理効率を向上させることができる。
《レーザ加工機》
一例として図20にレーザ装置としてのレーザ加工機3000の概略構成が示されている。このレーザ加工機3000は、光源3010、光学系3100、対象物Pが載置されるテーブル3150、テーブル駆動装置3160、操作パネル3180及び制御装置3200などを備えている。
一例として図20にレーザ装置としてのレーザ加工機3000の概略構成が示されている。このレーザ加工機3000は、光源3010、光学系3100、対象物Pが載置されるテーブル3150、テーブル駆動装置3160、操作パネル3180及び制御装置3200などを備えている。
光源3010は、面発光レーザアレイ201を有し、制御装置3200の指示に基づいて光を射出する。光学系3100は、光源3010から射出された光を対象物Pの表面近傍で集光させる。テーブル駆動装置3160は、制御装置3200の指示に基づいて、テーブル3150をX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に移動させる。
操作パネル3180は、作業者が各種設定を行うための複数のキー、及び各種情報を表示するための表示器を有している。制御装置3200は、操作パネル3180からの各種設定情報に基づいて、光源3010及びテーブル駆動装置3160を制御する。
この場合、レーザ加工機3000は、光源3010が面発光レーザアレイ201を有しているため、加工(例えば、切断や溶接)の処理効率を向上させることができる。
なお、レーザ加工機3000は、光源3010を複数有しても良い。
また、面発光レーザアレイ201は、レーザアニール装置及びレーザ加工機以外のレーザ光を利用する装置にも好適である。例えば、面発光レーザアレイ201を表示装置の光源に用いても良い。
101…基板、102…バッファ層、103…下部半導体DBR、104…下部スペーサ層、105…活性層、106…上部スペーサ層、107…上部半導体DBR、108…被選択酸化層、109…コンタクト層、111…保護膜、113…上部電極、114…下部電極、200…レーザ装置、201…面発光レーザアレイ、203…第1集光光学系、204…光ファイバ、205…第2集光光学系、206…レーザ共振器、206a…レーザ媒質、206b…可飽和吸収体、207…射出光学系(レーザ装置から射出された光を集光する光学系)、208…保護部材、220…駆動装置、222…エンジン制御装置、230…面発光レーザアレイチップ、240…発光部領域(複数の発光部が形成されている領域)、241…電極パッド、242…溝、300…エンジン(内燃機関)、301…点火装置、302…燃料噴出機構、303…排気機構、304…燃焼室、305…ピストン、1000…レーザアニール装置(レーザ装置)、1010…光源、1020…光学系、1030…テーブル装置、3000…レーザ加工機(レーザ装置)、3010…光源、3100…光学系、3150…テーブル、3160…テーブル駆動装置、3180…操作パネル、3200…制御装置、P…対象物。
Seurin,Jean Francois,et al."Progress in high−power high−efficiency VCSEL arrays."Proc. SPIE.Vol.7229.2009.
Claims (11)
- 複数の発光部と、
前記複数の発光部が形成されている領域の周囲に設けられ、前記複数の発光部と電気的に接続されている電極パッドとを有し、
前記電極パッドは、前記領域に面する側の端部から外側の端部まで延びる溝を有する面発光レーザアレイチップ。 - 前記溝の底面は、前記領域の底面よりも高さが低いことを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザアレイチップ。
- 前記溝の底面は、前記領域の底面と同じ高さであることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザアレイチップ。
- 前記領域の形状は角部を含み、前記溝は前記角部から延びていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイチップ。
- 前記溝は複数設けられ、前記領域の周囲を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイチップ。
- 前記溝は、4本以上設けられていることを特徴とする請求項5に記載の面発光レーザアレイチップ。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイチップと、
前記面発光レーザアレイチップが接合され、前記面発光レーザアレイチップを構成する半導体材料よりも熱伝導率の高い材料を含む放熱板と、を有する面発光レーザアレイ。 - 対象物にレーザ光を照射するレーザ装置であって、
請求項7に記載の面発光レーザアレイと、
前記面発光レーザアレイから射出されるレーザ光を前記対象物に導光する光学系と、を備えるレーザ装置。 - 請求項7に記載の面発光レーザアレイと、
前記面発光レーザアレイからのレーザ光が入射されるレーザ共振器とを備えるレーザ装置。 - 請求項9に記載のレーザ装置と、
前記レーザ装置から射出された光を集光する光学系と、を備える点火装置。 - 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する内燃機関において、
前記燃料に点火するための請求項10に記載の点火装置を備えていることを特徴とする内燃機関。
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---|---|---|---|---|
JP2020136431A (ja) * | 2019-02-18 | 2020-08-31 | 株式会社東芝 | 半導体デバイスの製造方法および半導体デバイス |
WO2021241037A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 面発光レーザ装置、電子機器及び面発光レーザ装置の製造方法 |
-
2015
- 2015-07-06 JP JP2015134911A patent/JP2017017266A/ja active Pending
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