JP2018032654A - Vertical cavity light emitting element laser module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL:vertical cavity surface emitting laser)等の垂直共振器型発光素子に関し、特に複数の垂直共振器型発光素子が平面上に配列された垂直共振器型面発光レーザモジュールに関する。 The present invention relates to a vertical resonator type light emitting device such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL), and more particularly to a vertical resonator type in which a plurality of vertical resonator type light emitting devices are arranged on a plane. The present invention relates to a surface emitting laser module.
垂直共振器型面発光レーザは、基板面に対して垂直に光を共振させ、当該基板面に垂直な方向に光を出射させる構造を有する半導体レーザである。例えば、特許文献1には、窒化物半導体層の少なくとも一方の表面に、開口部を有する絶縁層と、当該開口部を被覆するように当該絶縁層上に設けられた透光性電極と、当該透光性電極を介して当該開口部上に設けられた反射鏡と、を有する垂直共振器型面発光レーザが開示されている。透光性電極の開口部と発光層を挟んで互いに対向する反射鏡は、共振器を構成している。 A vertical cavity surface emitting laser is a semiconductor laser having a structure that resonates light perpendicular to a substrate surface and emits light in a direction perpendicular to the substrate surface. For example, Patent Document 1 discloses that an insulating layer having an opening on at least one surface of a nitride semiconductor layer, a translucent electrode provided on the insulating layer so as to cover the opening, There is disclosed a vertical cavity surface emitting laser having a reflecting mirror provided on the opening through a translucent electrode. Reflecting mirrors facing each other with the light-transmitting electrode opening and the light-emitting layer interposed therebetween constitute a resonator.
特許文献1は、幾つかの広領域縦キャビティ表面放出のVCSELのアレイと、全てのVCSEL又はアレイのVCSELのサブグループの活性層により発されるレーザ放射が作用平面において重ね合わされるように、作用平面にアレイのVCSELの活性層を結像するように設計され配されている1つ又は複数の光学部品と、を有するレーザ装置を開示している。 US Pat. No. 6,057,031 works in such a way that the laser radiation emitted by the active layer of several wide area vertical cavity surface emitting VCSELs and the active layer of all VCSELs or sub-groups of VCSELs in the array is superimposed in the working plane. One or more optical components designed and arranged to image the active layer of an array VCSEL in a plane.
特許文献2〜8は、いずれも、エッチング等を用いてDBR(Distributed Bragg Reflector)あるいは活性層部にメサ構造(突起構造)を形成し、このメサ構造部の底部や突起構造の周辺に放熱構造を有した面発光レーザを開示している。 In each of Patent Documents 2 to 8, a mesa structure (projection structure) is formed in a DBR (Distributed Bragg Reflector) or an active layer portion using etching or the like, and a heat dissipation structure is formed at the bottom of the mesa structure portion or around the projection structure. A surface emitting laser having the following structure is disclosed.
しかしながら、特許文献1の従来の垂直共振器面発光レーザでは、光学部品と作用平面の間に空間が必要な為、作用平面からの放熱経路は空気のみとなり作用平面の放熱性が低下する。さらに、光源部の放熱経路も空気のみであり放熱性が低い問題があった。特許文献2〜8の従来技術はいずれも、放熱性を改善する為の構造であるが、突起部からの放熱性を改善しているだけであり、突起部から逃がした熱を空気に放熱する場合は熱伝導率が悪く、他の場所へ放熱しなければ突起部の放熱性の改善効果は低下する。また、特許文献4の従来技術では、突起部からの熱をヒートパイプにつらなる大きな放熱パッドに熱を逃がすことで、放熱性改善を試みているが、この方法では垂直共振器面発光レーザのアレイの面積が大きくなる問題があり、さらにアレイの垂直共振器面発光レーザの数が多くなった場合、例えば縦4列×横4列の時は放熱性の効果が低下する問題が生じる。 However, in the conventional vertical cavity surface emitting laser of Patent Document 1, since a space is required between the optical component and the working plane, the heat radiation path from the working plane is only air, and the heat radiation performance of the working plane is reduced. Furthermore, there is a problem that the heat radiation path of the light source unit is only air and the heat radiation property is low. Each of the prior arts in Patent Documents 2 to 8 is a structure for improving heat dissipation, but only improves heat dissipation from the protrusions, and dissipates heat released from the protrusions to the air. In such a case, the thermal conductivity is poor, and if the heat is not radiated to other places, the effect of improving the heat dissipation of the protrusions is reduced. In the prior art disclosed in Patent Document 4, heat dissipation is attempted to be released by releasing heat from a protrusion to a large heat radiating pad connected to a heat pipe. In this method, an array of vertical cavity surface emitting lasers is used. When the number of vertical cavity surface emitting lasers in the array is increased, for example, when there are 4 rows × 4 rows, the effect of heat dissipation decreases.
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、垂直共振器型発光素子を用いた放熱性の効果の高い垂直共振器型面発光レーザモジュールを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a vertical cavity surface emitting laser module having a high heat dissipation effect using a vertical cavity light emitting element.
本発明の垂直共振器型面発光レーザモジュールは、複数の垂直共振器型発光素子が平面上に配列された垂直共振器型発光素子モジュールであって、
前記垂直共振器型発光素子の各々が、基板上に形成された第1反射器と、前記第1反射器上に積層され、第1の導電型の第1の半導体層、活性層及び前記第1の導電型とは反対の導電型の第2の導電型の第2の半導体層からなる半導体構造層と、絶縁性の電流狭窄層と、前記第2の半導体層に接する透明電極と、前記透明電極上に形成された第2反射器と、を有し、
前記基板上の互いに隣接する前記垂直共振器型発光素子からのレーザビーム間の領域に配置され、かつ、前記レーザビームの出射方向側に位置する接合用面と前記レーザビームが伝搬するビーム空間を臨む外壁とを有する放熱部材を更に有することを特徴とする。
The vertical cavity surface emitting laser module of the present invention is a vertical cavity type light emitting element module in which a plurality of vertical cavity type light emitting elements are arranged on a plane,
Each of the vertical cavity light emitting elements is laminated on a first reflector formed on a substrate, a first semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer, and the first reflector. A semiconductor structure layer made of a second semiconductor layer of a second conductivity type opposite to the conductivity type of 1, a conductive current confinement layer, a transparent electrode in contact with the second semiconductor layer, A second reflector formed on the transparent electrode,
A bonding surface located on a region between the laser beams from the vertical cavity light emitting elements adjacent to each other on the substrate and positioned on the emission direction side of the laser beam and a beam space in which the laser beam propagates It further has a heat radiating member which has an outer wall which faces.
本発明の垂直共振器型面発光レーザモジュールによれば、垂直共振器型面発光レーザのレーザビームの光路に影響しない空間を画定する放熱部材を設置することによって、さらに放熱部材を介して光学部品と接続することによって、垂直共振器型面発光レーザ、光学部品の放熱性を改善することができる。 According to the vertical cavity surface emitting laser module of the present invention, by installing the heat radiating member that demarcates the space that does not affect the optical path of the laser beam of the vertical cavity surface emitting laser, the optical component is further passed through the heat radiating member By connecting to the vertical cavity surface emitting laser, the heat dissipation of the optical component can be improved.
本発明の垂直共振器型発光素子の一例として垂直共振器面発光レーザ(以下、単に面発光レーザともいう)について図面を参照しつつ説明する。以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。 A vertical cavity surface emitting laser (hereinafter also simply referred to as a surface emitting laser) will be described with reference to the drawings as an example of the vertical cavity light emitting device of the present invention. In the following description and the accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts will be described with the same reference numerals.
図1は、本発明による実施例1の面発光レーザ(VCSEL)10を発光部として16個の4×4でアレイ化して配置された面発光レーザモジュール10Aの外観の一部透視概略平面図を示す。図2は、図1の隣接する2つの面発光レーザ10のAA線に沿った断面の部分を模式的に示す部分断面図である。図3は、図1の隣接する2つの面発光レーザ10のBB線に沿った断面の部分を模式的に示す部分断面図である。
FIG. 1 is a partially transparent schematic plan view of the external appearance of a surface
図2、図3に示すように、面発光レーザ10は、たとえば、GaN(窒化ガリウム)から成るGaN等の導電性の基板11上に順に形成された、導電性の第1反射器13と、n型半導体層15(第1の半導体層)、量子井戸層を含む活性層17及びp型半導体層19(第2の半導体層)から成る積層構造を有する。積層構造における第1反射器13並びにn型半導体層15、量子井戸層を含む活性層17及びp型半導体層19からなる半導体構造層SMCは、GaN系半導体から構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
面発光レーザ10は、さらに、半導体構造層SMCのp型半導体層19上に順に形成された、絶縁性の電流狭窄層21と、導電性の透明電極23と、第2反射器25と、を有している。
The
電流狭窄層21は、貫通開口部OP1を有する。透明電極23は、貫通開口部OP1を覆い、p型半導体層19に接するように形成されている。電流狭窄層21は、貫通開口部OP1以外ではp型半導体層19への電流注入を阻止する。開口部OP1内部では透明電極23からp型半導体層19を介して活性層17に電流が注入される。
The
図2、図3に示すように、電流を注入するP電極27Pは、貫通開口部OP1の周囲において透明電極23と電気的に接続されるように形成されている。また、P電極27Pは、図3に示す電流狭窄層21上の配線27Paを介して、外部に電気的に接続できるPパッド電極29P(図1)に接続されるように形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図1に示すNパッド電極29Nは、図2に示すn型半導体層15と図示しない経路で電気的に接続されるように形成されている。
The
貫通開口部OP1と活性層17を挟んで互いに対向する第1反射器13及び第2反射器25の部分は、共振器20を構成している。
The portions of the
共振器20の間における、透明電極23の直下に形成された電流狭窄層の貫通開口部OP1(透明電極23と半導体構造層SMCとの界面)がレーザビームの通過口に対応する。レーザビームは、第2反射器25から放射される。半導体構造層SMCの積層方向に貫通開口部OP1を貫く光軸に沿ってレーザビームが放射される。
A through-opening OP1 (an interface between the
本実施例では、第1反射器13は、GaN系半導体の多層膜からなる分布ブラッグ反射器(DBR)として形成されている。第1反射器13として、例えば、GaN/InAlNを40ペア積層して構成することができる。第2反射器25は、誘電体膜の多層からなる分布ブラッグ反射器として形成されている。第2反射器25と第1反射器13とが半導体構造層SMCを挟み、共振構造を画定する。第1反射器13及び第2反射器25は、それらの所望の導電性、絶縁性、反射率を得るために、屈折率が異なる2つの薄膜を交互に複数回積層する多層膜のペア数や、材料、膜厚等を適宜調整して構成される。絶縁性の反射器であれば、例えば、誘電体薄膜材料としては、金属、半金属等の酸化物がある。
In this embodiment, the
半導体構造層SMCは、第1反射器13上に順に形成された、n型半導体層15、量子井戸層を含む活性層17及びp型半導体層19からなる。本実施例においては、第1反射器13及び半導体構造層SMCの各層は、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成を有する。例えば、第1反射器13は、AlInNの組成を有する低屈折率半導体層及びGaNの組成を有する高屈折率半導体層の組(ペア)が交互に複数回積層された構造を有する。また、本実施例においては、活性層17は、InGaNの組成を有する井戸層(図示せず)及びGaNの組成を有する障壁層(図示せず)の組(ペア)が交互に積層された量子井戸構造を有する。また、n型半導体層13は、GaNの組成を有し、n型不純物としてSiを含む。p型半導体層19は、GaNの組成を有し、Mg等のp型不純物を含む。これにより、n型半導体層13とp型半導体層19は、互いに反対の導電型となる。また、発光波長が例えば400〜450nmとなるように半導体構造層SMCを設計できる。
The semiconductor structure layer SMC includes an n-
また、第1反射器13及び半導体構造層SMCは、有機金属気相成長法(MOCVD法:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等を用いて形成されている。なお、基板11と第1反射器13との間にバッファ層(図示せず)が形成されていてもよい。
The
電流狭窄層21の組成材料としては例えば、SiO2、Ga2O3、Al2O3、ZrO2等の酸化物、SiN、AlN及びAlGaN等の窒化物等が用いられる。好ましくは、SiO2が電流狭窄層21に用いられる。電流狭窄層21の膜厚は、5〜1000nm、好ましくは、10〜300nmである。
Examples of the composition material of the
導電性の透明電極23の透光性の組成材料としては例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(In-doped ZnO)、AZO(Al-doped ZnO)、GZO(Ga-doped ZnO)、ATO(Sb-doped SnO2)、FTO(F-doped SnO2)、NTO(Nb-doped TiO2)、ZnO等が用いられる。好ましくは、ITOが透明電極23に用いられる。透明電極23の膜厚は、3〜100nm、また、好ましくは、20nm以下である。透明電極23は電子ビーム蒸着法や、スパッタ法等によって成膜できる。
As the translucent composition material of the conductive
(具体例)
放熱部材の材料をAuとし、光学部品を拡散板とした場合の16個(4×4)の面発光レーザ10を発光部としてアレイ化した垂直共振器型面発光レーザモジュールの形成を図1〜4を参照しつつ説明する。
(Concrete example)
Formation of a vertical cavity surface emitting laser module in which 16 (4 × 4)
(面発光レーザのアレイ形成)
GaN基板11上に有機金属気相成長法(MOCVD法)により結晶成長が行われる。原料としてTMG(トリメチルガリウム)とアンモニアを用いてGaN下地層を成長する。
(Surface emitting laser array formation)
Crystal growth is performed on the
GaN下地層上に原料としてTMA(トリメチルアルミニウム)とTMI(トリメチルインジウム)とアンモニアを用いて、Al0.83In0.17N層を45nm成長する。 An Al 0.83 In 0.17 N layer is grown to 45 nm on the GaN underlayer using TMA (trimethylaluminum), TMI (trimethylindium), and ammonia as raw materials.
次に、Al0.83In0.17N層上に、GaN層を40nm成長する。以上、Al0.83In0.17N層/GaN層の積層膜を1ペアとし、これを40ペア積層して窒化物半導体多層膜を作製し、半導体多層膜反射鏡(第1反射器13)が完成する。 Next, a GaN layer is grown to 40 nm on the Al 0.83 In 0.17 N layer. As described above, the Al 0.83 In 0.17 N layer / GaN layer laminated film is made into one pair, and 40 pairs are laminated to produce a nitride semiconductor multilayer film, thereby completing the semiconductor multilayer film reflector (first reflector 13). .
次に、多層膜反射鏡上に原料としてTMG(トリメチルガリウム)とアンモニア、n型不純物原料ガスとしてSiH4(シラン)やSi2H6(ジシラン)を用いて、n型GaN層(n型半導体層15)を成長する。 Next, an n-type GaN layer (n-type semiconductor) is formed on the multilayer reflector using TMG (trimethylgallium) and ammonia as raw materials and SiH 4 (silane) or Si 2 H 6 (disilane) as n-type impurity source gases. Grow layer 15).
n型GaN層15上に、GaInN量子井戸層とGaNバリア層との5ペアで構成された量子井戸活性層17を積層成長する。
On the n-
GaInN量子井戸活性層17上に、p型Al0.15Ga0.85N層を20nm成長する。p型不純物原料ガスにはCP2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用いてMgが2×1020cm-3の濃度でドーピングする。p型AlGaN層上に70nmのp型GaN層を成長する。p型不純物原料ガスにはCP2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用いてMgが2×1019cm-3の濃度でドーピングする。最後に、p型GaN層上に、p型GaNコンタクト層を10nm成長する。p型GaNコンタクト層中には、p型不純物であるMgを2×1020cm-3の濃度でドーピングする。このようにして、p型AlGaN層、p型GaN層及びp型GaNコンタクト層からなるp型半導体層19(第2の半導体層)をGaInN量子井戸活性層17上に形成する。
A p-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer is grown to 20 nm on the GaInN quantum well
p型GaNコンタクト層上に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて直径50μmのレジストパターンを形成し、塩素ガスによりn型GaN層に到達するようにドライエッチングを行いp型GaN層と活性層を除去し、n型GaN層を露出させることでpn分離を行い、n型GaN層から突出するメサ部を形成する。また、この工程で形成されるメサ部の間のピッチL1(図4)は100μmとする。 A resist pattern with a diameter of 50 μm is formed on the p-type GaN contact layer using a known photolithography technique, and dry etching is performed to reach the n-type GaN layer with chlorine gas to remove the p-type GaN layer and the active layer. Then, pn separation is performed by exposing the n-type GaN layer, and a mesa portion protruding from the n-type GaN layer is formed. Further, the pitch L1 (FIG. 4) between the mesa portions formed in this step is 100 μm.
続いてスパッタ法によりSiO2をメサ部を含む領域の上に300nm成膜し、レジストパターンによりフッ化水素酸を用いてエッチングすることでSiO2絶縁膜からなる電流狭窄層21と貫通開口部OP1を形成する。
Subsequently, a SiO 2 film having a thickness of 300 nm is formed on the region including the mesa portion by sputtering, and etching is performed using hydrofluoric acid with a resist pattern, whereby the
リフトオフレジストパターンを形成後、ITOをスパッタ法により成膜後、リフトオフし透明電極膜(透明電極23)を形成する。 After forming the lift-off resist pattern, ITO is deposited by sputtering and then lifted off to form a transparent electrode film (transparent electrode 23).
リフトオフレジストパターンを形成後、蒸着法によりPt/Au成膜後、リフトオフし配線電極(P電極27P、Pパッド電極29P)を形成する。
After the lift-off resist pattern is formed, a Pt / Au film is formed by vapor deposition, and then lifted off to form wiring electrodes (
リフトオフレジストパターンを形成後、蒸着法によりTi/Pt/Au成膜後、リフトオフしオーミック電極106を形成する。
After the lift-off resist pattern is formed, a Ti / Pt / Au film is formed by vapor deposition, and then lifted off to form the
全面に450nmを反射中心波長とする20ペアのNb2O5層/SiO2層の誘電体多層膜からなる反射鏡膜を積層し、フォトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し、ドライエッチングして反射鏡(第2反射器25)を形成する。このようにして、共振波長と同じ共振波長を有する共振器を形成する。以上で面発光レーザ10のアレイが完成する。
A reflective mirror film composed of 20 pairs of Nb 2 O 5 layer / SiO 2 layer dielectric multilayer film having a reflection center wavelength of 450 nm is laminated on the entire surface, a resist pattern is formed by a photolithography process, and dry etching is performed for reflection. A mirror (second reflector 25) is formed. In this way, a resonator having the same resonance wavelength as the resonance wavelength is formed. Thus, the array of
(放熱部材の形成)
次に、基板11上に放熱部材109を形成する工程を説明する。
(Formation of heat dissipation member)
Next, the process of forming the
図4は、基板11上の面発光レーザ10から放出されるレーザビームの拡がりすなわちレーザビームが伝搬するビーム空間BSを示す概略断面図である。放熱部材109は、隣接するレーザビーム間の領域に形成される。放熱部材109は、面発光レーザ10のレーザビームの出射方向側に位置する接合用面109aとレーザビームが伝搬するビーム空間BSを臨む外壁109bとを有する。これにより、レーザビームが放熱部材109の外壁109bに当たらずにレーザビームが放射され、放熱部材109はレーザビームの光路に影響しない。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the spread of a laser beam emitted from the
例えば、面発光レーザ10の出射径Dを10μm、メサ部の上部(第2反射器25)からの光学部品までの距離L2を10μm、面発光レーザ10の放射角度θを5°とすると、放熱部材の接合用面109aの幅Wは、『 W = L1 - ( L2 × tan(θ) × 2 + D ) 』の式で与えられ、W=88μmとなることから、開口部の幅OPwを80μmとする。なお、面発光レーザ10の放射角度θの範囲は0°を超え20°以下である。
For example, when the emission diameter D of the
先ず、放熱部材の形成のために、基板11上のオーミック電極106上にレーザビームに影響与えない範囲に開口部を有するようにリフトオフレジストパターンを形成する。
First, in order to form a heat dissipation member, a lift-off resist pattern is formed on the
次に、メッキ法によりAuを第2反射器25(DBR)上部よりも高くなるように成膜する。例えば放熱部材10を高さ10μmとする。リフトオフにより放熱部材109を形成する。
Next, a film of Au is deposited by plating so as to be higher than the upper part of the second reflector 25 (DBR). For example, the
続いて、例えば拡散板の光学部品111を用意し、その下面に放熱部材109と同じパターンのAuパターン110を形成し、AuSn等の半田により放熱部材の接合用面109aに接合する。あるいは、半田に代えて、Agペースト等の接合剤やフリップチップAu−Au直接接合方法を用いてもよい。さらに、接合剤を用いずにネジ止め等による固定を行い接触させても良い。
Subsequently, for example, an
なお、放熱部材109を形成してから、光学部品を接合したが、光学部品に放熱部材109をメッキ法や、ナノインプリント法により形成してから、基板11に接合しても良い。
Although the optical component is bonded after forming the
放熱部材109の材料はAuの例を示したが、Auに限定されるものではなく、Ag、Cu、Al、アルマイト処理をしたAlからなる放熱部材を用いてもよい。
The material of the
光学部品とは拡散板に限られるものではなく、マクロレンズ等のレンズ、蛍光体プレート、リフレクターなどでも良い。 The optical component is not limited to the diffusion plate, but may be a lens such as a macro lens, a phosphor plate, a reflector, or the like.
以上により、放熱性に優れた面発光レーザ10、放熱部材109、光学部品44が一体となった面発光レーザモジュールを提供することができる。
As described above, it is possible to provide a surface emitting laser module in which the
[変形例]
上記例では、図1の放熱部材109の横断面が一様な台形状を有しているが、放熱部材109の横断面は一様な台形状に限られず、例えば図5に示すように、各面発光レーザ10毎に放射されるレーザビームの広がりすなわちレーザビームが伝搬するビーム空間に合わせた逆円錐形状の凹部RCを一部含むように、放熱部材109の外壁109bを構成することもできる。放熱部材109が基板11から離れるにつれて逆テーパ状に拡がる外壁部分すなわち逆円錐形状の凹部RCを含むことより、更なる放熱効果が向上すると共に、レーザビームの放射効率も向上する。
[Modification]
In the above example, the
図6は、本発明の実施例2の面発光レーザモジュールの一部を説明する概略部斜視図である。図7は図6のCC線に沿った断面の部分を模式的に示す部分断面図である。 FIG. 6 is a schematic perspective view illustrating a part of the surface emitting laser module according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a partial cross-sectional view schematically showing a cross-sectional portion taken along the line CC of FIG.
実施例1では、面発光レーザ10の発光部をGaN基板11よりも上部(フェイスアップ)になるように搭載する場合を示したが、面発光レーザ10の発光部を基板11より下部(フェイスダウン)になるように搭載する方が好ましい。こうすることで、発熱部の熱を直接実装基板31へ放熱することが可能となり、同時に面発光レーザ10の基板側からも放熱部材109を介して放熱することが可能となる。この為、面発光レーザ10の上下から効率的に放熱できるようになり、放熱性に優れた面発光レーザモジュールを提供可能となる。
In the first embodiment, the case where the light emitting portion of the
図6および図7に示すように、面発光レーザモジュール10Aの基板11(第1反射器13)側に放熱部材109を介して蛍光体ガラスプレート30を貼り付ける。そして、Si,AlN,SiC等の高熱伝導材料(図示せず)からなるマウント基板31の実装面に面発光レーザモジュール10AのPパッド電極及びNパッド電極にそれぞれ対応する対応P接続電極及び対応N接続電極31P,31Nを設けたものを用意する。そして、マウント基板31の実装面上に面発光レーザモジュール10Aの半導体構造層SMC(第2反射器、Pパッド電極及びNパッド電極)側をフリップチップ実装して白色光源の面発光レーザモジュールが得られる。なお、放熱効率、配線設計の観点から、実装手法にはAu−Sn共晶層を用いることが好ましい。本発明の用途としては、自動車前照灯をはじめとする高輝度且つ高配光光源やセンサー用多チャンネル信号源が挙げられる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
上記実施例の何れにおいても、冷却用の気体または液体を、隣接する放熱部材109間の光学部品111と基板11に挟まれた空間に気密的又は液密的に流す冷却手段BLを更に設けることができる。例えば、図5の白抜き矢印で示す方向、放熱部材109と基板11に沿って冷却流体を気密的又は液密的に冷却手段BLによって流すことによって、更なる放熱効果が向上する。また、逆円錐形状の凹部RCを一部含む放熱部材109の外壁109bにて冷却流体が触れる面積が大きくなることで、放熱性がさらに向上する。
In any of the above-described embodiments, the cooling means BL is further provided to flow the cooling gas or liquid in an airtight or liquidtight manner between the
図8は本発明の実施例3である面発光レーザモジュールの構成を説明するための概略部分断面図である。図8に示すように、実施例4においては、面発光レーザのメサ部の外壁が、貫通開口部上の第2反射器25を除き、金属または絶縁物の充填剤201で埋められている。これにより、メサ部からの放熱効果が向上する。
FIG. 8 is a schematic partial cross-sectional view for explaining the configuration of a surface emitting laser module that is Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 8, in Example 4, the outer wall of the mesa portion of the surface emitting laser is filled with a metal or insulating
以上の本発明の面発光レーザによれば、従来技術では放熱部材を用いることができなかったが、光源と接合用面までの間に空間を設けることで、放熱部材を用いることが可能となり、さらに、従来技術では突起部(メサ部)からその周辺部のみにしか放熱することができなかったが、本発明により、周辺部から放熱部材へさらに光学部品へ放熱できるようになることで、放熱性に優れた垂直共振器型面発光レーザモジュールを提供することが可能となる。また、本発明の面発光レーザによれば、面発光レーザのアレイ化した複数の面発光レーザの発光部間の熱による閾値電流のバラつきの低減に効果がある。 According to the above surface emitting laser of the present invention, the heat dissipating member could not be used in the prior art, but it becomes possible to use the heat dissipating member by providing a space between the light source and the bonding surface. Furthermore, in the prior art, heat could only be radiated from the protrusion (mesa) to only its peripheral part. However, according to the present invention, heat can be radiated from the peripheral part to the heat radiating member and further to the optical component. It is possible to provide a vertical cavity surface emitting laser module excellent in performance. Further, the surface emitting laser of the present invention is effective in reducing variation in threshold current due to heat between the light emitting portions of a plurality of surface emitting lasers in which surface emitting lasers are arrayed.
また、上記実施例の面発光レーザでは導電性の第1反射鏡を有する構成としているが、n型半導体層15との導電性が取れれば第1反射鏡を非導電性としてもよい。さらに、面発光レーザとして、トンネル接合を利用した発光素子でも、絶縁層による電流狭窄層を半導体層間に備えている発光素子でも、本発明に採用することができる。また、上記実施例では各素子を並列に接続しているが、素子夫々を独立に接続した構成としてもよい。
In addition, although the surface emitting laser of the above-described embodiment is configured to have the conductive first reflecting mirror, the first reflecting mirror may be made nonconductive as long as the conductivity with the n-
なお、本発明の何れの実施例においても、活性層17を、多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)構造からなる活性層17を有するように構成された面発光レーザにも適用が可能である。また、半導体構造層SMCがGaN(窒化ガリウム)系半導体からなる場合について説明したが、結晶系はこれに限定されない。また、上記した実施例を適宜、改変及び組合せてもよい。
In any of the embodiments of the present invention, the
10 面発光レーザ
13 第1反射器
15 n型半導体層(第1の半導体層)
17 活性層
19 p型半導体層(第2の半導体層)
21 電流狭窄層
23 透明電極
24A 第1抵抗領域
24B 第2抵抗領域
25 第2反射器
27P P電極
29P Pパッド電極
29N Nパッド電極
OP1 貫通開口部
SMC 半導体構造層
10
17 active layer 19 p-type semiconductor layer (second semiconductor layer)
21
Claims (7)
前記垂直共振器型発光素子の各々が、基板上に形成された第1反射器と、前記第1反射器上に積層され、第1の導電型の第1の半導体層、活性層及び前記第1の導電型とは反対の導電型の第2の導電型の第2の半導体層からなる半導体構造層と、絶縁性の電流狭窄層と、前記第2の半導体層に接する透明電極と、前記透明電極上に形成された第2反射器と、を有し、
前記基板上の互いに隣接する前記垂直共振器型発光素子からのレーザビーム間の領域に配置され、かつ、前記レーザビームの出射方向側に位置する接合用面と前記レーザビームが伝搬するビーム空間を臨む外壁とを有する放熱部材を更に有することを特徴とする垂直共振器型発光素子モジュール。 A vertical resonator type light emitting element module in which a plurality of vertical resonator type light emitting elements are arranged on a plane,
Each of the vertical cavity light emitting elements is laminated on a first reflector formed on a substrate, a first semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer, and the first reflector. A semiconductor structure layer made of a second semiconductor layer of a second conductivity type opposite to the conductivity type of 1, a conductive current confinement layer, a transparent electrode in contact with the second semiconductor layer, A second reflector formed on the transparent electrode,
A bonding surface located on a region between the laser beams from the vertical cavity light emitting elements adjacent to each other on the substrate and positioned on the emission direction side of the laser beam and a beam space in which the laser beam propagates A vertical resonator type light emitting element module, further comprising a heat dissipating member having an outer wall facing it.
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