JP2023018618A - 発光素子アレイ、光学装置、光計測装置および発光素子アレイの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブロック分離部を設けることによって発光素子の配列に影響が及ぶことを抑制する。
【解決手段】発光素子アレイ１０は、半導体基板と、この半導体基板上に配置された複数の発光素子５０と、複数のトレンチ溝５２と、ブロック分離溝５３とを有する。複数のトレンチ溝５２は、複数の発光素子５０の周囲にそれぞれ複数設けられ、発光素子５０の下方に設けられる発光層を酸化することにより発光層に流れる電流を狭窄する電流狭窄層を形成するための狭窄溝である。ブロック分離溝５３は、複数のトレンチ溝５２の一部と平面視において重なるように形成され、複数の発光素子５０を複数のブロックに分離するように設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、発光素子アレイ、光学装置、光計測装置および発光素子アレイの製造方法に関する。

特許文献１には、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）アレイを構成する各ＶＣＳＥＬ間において、配置位置に応じて発光領域のサイズが不均一になることが開示されている。

特許文献２には、発光素子の一例であるレーザダイオードを構成する第１の半導体積層体上に、トンネル接合層又は金属的な導電性を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物層を介して、設定サイリスタを含んで、複数の発光素子を順にオン状態への移行が可能な状態に駆動する駆動部を構成する第２の半導体層を成長させた基板と、複数のレーザダイオードと、複数の設定サイリスタを備えた発光部品が開示されている。

特許文献３には、基板と、基板上に設けられ、基板の表面と交差する方向に光を出射する複数の発光ダイオードと、複数の発光ダイオード上にそれぞれが積層され、オン状態になることで、発光ダイオードをオン状態への移行が可能な状態に駆動する複数の設定サイリスタとを備え、この設定サイリスタが、発光ダイオードの設定サイリスタへ向かう光の経路に開口部を有している発光部品が開示されている。

特許文献４には、複数の発光素子をそれぞれが有する複数の発光素子群が配列された発光部が、その配列に沿って、複数の発光素子群毎に、その発光素子群に含まれる複数の発光素子が並列して発光又は非発光の状態に順に設定される発光装置が開示されている。

米国特許第１０２５００１２号明細書 特許第６２４５３１９号公報 特許第６３６９６１３号公報 特開２０２０－１２００１８号公報

複数の発光素子が形成される発光素子アレイでは、発光素子を構成しようとするそれぞれの場所の周囲に複数のトレンチ溝などの狭窄溝を設けて、この狭窄溝内から発光層を酸化することにより電流狭窄層を形成して、発光層を流れる電流を発光素子が設けられた位置に対応する電流通過領域に制限するような構成が用いられるものがある。

また、このような発光素子アレイでは、複数の発光素子を複数のブロックに分割して、ブロック単位で発光制御が行われる場合がある。このように複数の発光素子をブロック毎に分割する場合には、各ブロック間にはブロック分離部が設けられる。

本発明の目的は、ブロック分離部を設けることによって発光素子の配列に影響が及ぶことを抑制することができる発光素子アレイ、光学装置、光計測装置および発光素子アレイの製造方法を提供することである。

本発明の第１態様の発光素子アレイは、基板と、
前記基板上に配置された複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の周囲にそれぞれ複数設けられ、発光層を酸化することにより前記発光層に流れる電流を狭窄する電流狭窄層を形成するための複数の狭窄溝と、
前記複数の発光素子が配置されたそれぞれの位置に沿って、曲率の符号が変化する変曲点が少なくとも１つ含まれるよう湾曲して設けられ、前記複数の発光素子を複数のブロックに分離するブロック分離部とを有する。

本発明の第２態様の発光素子アレイは、第１態様の発光素子アレイにおいて、前記湾曲は発光素子に対する狭窄溝で構成される配列に沿っており、前記変曲点は、異なる発光素子の狭窄溝に沿う際に生じる。

本発明の第３態様の発光素子アレイは、第２態様の発光素子アレイにおいて、前記異なる発光素子は互いに異なるブロックの発光素子である。

本発明の第４態様の発光素子アレイは、第１態様から第３態様までのいずれか１つの態様の発光素子アレイにおいて、前記ブロック分離部が、異なるブロックに配置される隣接する２つの発光素子間の略中間地点を通過するように構成されている。

本発明の第５態様の発光素子アレイは、第１態様から第４態様までのいずれか１つの態様の発光素子アレイにおいて、前記ブロック分離部は溝で構成されたブロック分離溝であって、前記発光素子の発光が、前記ブロック分離溝からの酸化により影響を受けない。

本発明の第６態様の発光素子アレイは、第１態様から第３態様までのいずれか１つの態様の発光素子アレイにおいて、前記ブロック分離部は溝で構成されたブロック分離溝であって、前記ブロック分離溝が、深さが異なる複数の溝で構成されている。

本発明の第７態様の発光素子アレイは、第１態様から第３態様までのいずれか１つの態様の発光素子アレイにおいて、前記ブロック分離部は溝で構成されたブロック分離溝であって、前記狭窄溝の幅が前記ブロック分離溝の幅よりも広い。

本発明の第８態様の発光素子アレイは、第１態様から第７態様までのいずれか１つの態様の発光素子アレイにおいて、前記発光素子が配置された周囲には、複数の狭窄溝が当該発光素子を中心とする円上に設けられている。

本発明の第９態様の発光素子アレイは、第８態様の発光素子アレイにおいて、隣接する２つの前記発光素子では、周囲に設けられた前記複数の狭窄溝のうちの少なくとも１つの狭窄溝が共通して設けられている。

本発明の第１０態様の光学装置は、第１態様から第９態様までのいずれか１つの態様の発光素子アレイと、
前記発光素子アレイ上に構成された前記複数の発光素子を駆動する駆動部と、
前記発光素子アレイにより生成された光を用いた処理が実行されるよう前記駆動部を制御する制御部とを備えている。

本発明の第１１態様の光計測装置は、第１態様から第９態様までのいずれか１つの態様の発光素子アレイと、
前記発光素子アレイから照射された光が対象物によって反射された反射光を受光する受光素子と、
前記受光素子により受光された光に関する情報を処理して、前記発光素子アレイから前記対象物までの距離、または当該対象物の形状を計測する処理部とを備えている。

本発明の第１２態様の発光素子アレイの製造方法は、基板上の発光素子を配置しようとするそれぞれの場所の周囲に複数の狭窄溝を形成する工程と、
前記狭窄溝内に一部が露出する発光層を酸化することにより前記発光層に流れる電流を狭窄する電流狭窄層を形成する工程と、
形成する前記複数の発光素子を複数のブロックに分離するブロック分離部を、前記複数の発光素子を配置しようとするそれぞれの位置に沿って、曲率の符号が変化する変曲点が少なくとも１つ含まれるよう湾曲して形成する工程と、
前記電流狭窄層の電流通過領域上に出射開口部を形成して複数の発光素子を形成する工程とを有する。

本発明の第１態様の発光素子アレイによれば、ブロック分離部を設けることによって発光素子の配列に影響が及ぶことを抑制することができる。

本発明の第２態様の発光素子アレイによれば、ブロック分離部を設けることによって発光素子の配列に影響が及ぶことを抑制することができる。

本発明の第３態様の発光素子アレイによれば、ブロック分離部を設けることによって発光素子の配列に影響が及ぶことを抑制することができる。

本発明の第４態様の発光素子アレイによれば、異なるブロック間に配置される２つの発光素子の間隔を、ブロック分離部を設けることによって発光素子の配列に影響が及ぶことを抑制しつつ最短とすることができる。

本発明の第５態様の発光素子アレイによれば、ブロック分離部の影響により発光素子の発光が不均一になることを抑制することができる。

本発明の第６態様の発光素子アレイによれば、発光素子間の間隔が短い場合でも、ブロック分離部を設けることが可能となる。

本発明の第７態様の発光素子アレイによれば、ブロック分離部と狭窄溝とが重なった場合でも、ブロック分離部から発光層が酸化されることを防ぐことができる。

本発明の第８態様の発光素子アレイによれば、各発光素子に対応して設けられる電流通過領域の形状を円形状に近い形状とすることができる。

本発明の第９態様の発光素子アレイによれば、２つの発光素子間の間隔を、狭窄溝を複数の発光素子に対して共通して設けない場合と比較して、短くすることができる。

本発明の第１０態様の光学装置によれば、ブロック分離部を設けることによって発光素子の配列に影響が及ぶことを抑制することができる。

本発明の第１１態様の光計測装置によれば、ブロック分離部を設けることによって発光素子の配列に影響が及ぶことを抑制することができる。

本発明の第１２態様の発光素子アレイの製造方法によれば、ブロック分離部を設けることによって発光素子の配列に影響が及ぶことを抑制することができる。

本発明の一実施形態の光計測装置１００の構成を示すブロック図である。 図１に示した光計測装置１００における発光部４０の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の光学装置１１０の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における発光素子アレイ１０を上側から見た場合の概略構成を示す図である。 図４に示した発光素子アレイ１０の一部の拡大部分の構造の概略図である。 図５に示した発光素子アレイ１０のＸ－Ｘ’線に沿った断面図である。 図５に示した発光素子アレイ１０のＹ－Ｙ’線に沿った断面図である。 ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２との位置関係を説明するための図である。 ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２とを重ねることなく構成した場合の比較例を示す図である。 ブロック分離溝５３が斜めになるように構成した場合の一例を示す図である。 ブロック分離溝５３を直線状に構成した場合の一例を示す図である。 ブロック分離溝５３を湾曲して設ける場合に、ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２とを重ねることなく構成した場合の一例を示す図である。 本発明の一実施形態の発光素子アレイ１０の製造方法の全体の流れを示すフローチャートである。 発光素子アレイ１０を製造する際に、ＧａＡｓ基板６０上に、各層をエピタキシャル成長させて順次形成した状態の半導体積層基板の例を示す図である。 ステップＳ１０１においてアノード電極７１が形成された後の断面図である。 ステップＳ１０２においてゲート電極７２が形成された後の断面図である。 ステップＳ１０３においてｎゲート層８２、ｐゲート層８３が除去された後の断面図である。 ステップＳ１０４においてトレンチ溝５２が形成された後の断面図である。 ステップＳ１０４のエッチング工程においてトレンチ溝５２を形成する際のエッチングパターンを示す図である。 ステップＳ１０５において電流狭窄層９３が形成された後の断面図である。 ステップＳ１０６においてブロック分離溝５３が形成された後の断面図である。 ステップＳ１０６のエッチング工程においてブロック分離溝５３を形成する際のエッチングパターンを示す図である。 ステップＳ１０７において出射開口部５１が形成された後の断面図である。 複数の発光素子５０をｎ行１列のｎ個のブロックに分割するようなブロック分割方法とした場合の発光素子アレイ１０の一例を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態の光計測装置１００の構成を示す図である。
本実施形態の光計測装置１００は、例えば人間等の測定対象物２００に対して赤外光等の光を照射して、その反射光を受光することにより、測定対象物２００までの距離や測定対象物２００の３次元形状を算出する機能を備えている。

ここで、光計測装置１００は、タイムオブフライト（ＴＯＦ：Time Of Flight）と呼ばれる技術を用いて、照射した光が測定対象物２００から反射されて帰ってくるまでの時間と、光の速度とから測定対象物２００までの距離を測定するものである。そして、このような技術により、測定対象物２００の複数個所までの距離を測定することにより測定対象物２００の３次元形状を算出することができる。

そして、本実施形態の光計測装置１００は、図１に示されるように、処理部３０、発光部４０、受光部４１を備えている。

発光部４０は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振器面発光レーザ）と呼ばれる発光素子が複数形成された発光素子アレイ１０を備えている。そして、発光素子アレイ１０は、各発光素子の点灯制御を行って、各発光素子からの光を測定対象物２００に照射する。

受光部４１は、発光素子アレイ１０から照射された光が測定対象物２００によって反射された反射光を受光する受光素子２０を備えている。

そして、処理部３０は、受光部４１の受光素子２０により受光された光に関する情報を処理して、発光素子アレイ１０から測定対象物２００までの距離、または測定対象物２００の形状を計測する。

このように、本実施形態の光計測装置１００は、測定対象物２００までの距離や３次元形状を計測することにより、例えば、人の顔の形状を計測して顔認証を行うシステムや、自動車に積載して前方、後方または側方等における障害物の検出するシステム等の測定対象物までの距離や３次元形状を計測する様々なシステムに用いることが可能である。

なお、本実施形態の発光素子アレイ１０を用いて、電子写真システムにおいて使用されるＬＰＨ（LED Print Head）を実現するための自己走査型発光素子アレイ（ＳＬＥＤ：Self-Scanning Light Emitting Device）を構成するようにすることも可能である。

次に、図１に示した光計測装置１００における発光部４０の構成を図２のブロック図に示す。

発光部４０は、図２に示されるように、発光素子アレイ１０と、ドライバ１１とを備えている。発光素子アレイ１０は、例えば、３行４列の１２のブロックに分割されている。ドライバ１１は、発光素子アレイ１０上に構成された複数の発光素子を駆動する駆動部として機能する。

また、本実施形態の発光素子アレイ１０を用いた光学装置１１０の構成を図３のブロック図に示す。

本実施形態における光学装置１１０は、図３に示されるように、発光素子アレイ１０と、ドライバ１１と、制御部１２とを備えている。

制御部１２は、発光素子アレイ１０により生成された光を用いた処理が実行されるようドライバ１１を制御する。

次に、本実施形態における発光素子アレイ１０を上側から見た場合の概略構成を図４に示す。

本実施形態における発光素子アレイ１０は、図４を参照すると、複数の発光素子５０により構成されているのが分かる。そして、この複数の発光素子５０は、複数のブロックに分割されており、ブロック単位で発光制御を行うことが可能に構成されている。本実施形態では、同じブロックにおける複数の発光素子はサイリスタの部分でつながっており、同じブロックの発光素子にはサイリスタに送られた信号によって同じタイミングで発光できるようになっている。一方、異なるブロックではブロック溝があるため、サイリスタ同士も絶縁されており、異なるブロックスのサイリスタに送られた信号では異なるブロックの発光素子は発光しない。図４では、複数の発光素子５０が、３行４列の１２のブロックに分割されている場合が示されている。

そして、図４に示すように、複数の発光素子５０をブロック毎に分割する場合には、各ブロック間にはブロック分離溝５３が設けられ、異なるブロック間における電気的絶縁を確保する素子分離が行われるようになっている。なお、ブロック分離溝５３は本実施形態におけるブロック分離部の一例である。

なお、本実施形態では、ブロック間では電気的絶縁がされてはいるものの、アノード電極７１や裏面電極７３はつながっている構成となっているが、サイリスタ部分がブロック間で電気的絶縁がされているので、各ブロックを異なるタイミングで発光させることが可能となっている。

次に、図４に示した発光素子アレイ１０の一部の拡大部分の構造の概略図を図５に示す。

なお、図５では、説明を簡単にするために、各発光素子５０の周囲に設けられるアノード電極については省略して示している。

発光素子アレイ１０は、後述する半導体基板と、この半導体基板上に配置された複数の発光素子５０とを有ししている。そして、発光素子アレイ１０を構成する各発光素子５０は、それぞれ、レーザ光を出射するための出射開口部５１を有し、この出射開口部５１の周囲には、それぞれ、複数のトレンチ溝５２が設けられている。

複数のトレンチ溝５２は、複数の発光素子５０の周囲にそれぞれ設けられ、発光素子５０の下方に設けられる発光層を酸化することにより発光層に流れる電流を狭窄する電流狭窄層を形成するための狭窄溝である。

そして、ブロック分離溝５３は、複数のトレンチ溝５２の一部と平面視において重なるように形成され、複数の発光素子５０を複数のブロックに分離するように設けられている。

次に、図５に示した発光素子アレイ１０のＸ－Ｘ’線に沿った断面図を図６に示し、Ｙ－Ｙ’線に沿った断面図を図７に示す。

本実施形態の発光素子アレイ１０は、分布ブラッグ反射（ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector））導波路を用いた面出射型の半導体積層構造体として構成されている。

そして、発光素子５０は、図６に示すように、化合物半導体基板であるＧａＡｓ基板６０上に形成され、発光素子５０の点灯／消灯を制御するサイリスタ８０とレーザ光を発生させる発光層９０とがトンネル接合層９１を介して結合した構造となっている。なお、ＧａＡｓ基板６０の裏側には裏面電極７３が形成されている。

そして、サイリスタ８０は、アノード層８１と、ｎ型のｎゲート層８２と、ｐ型のｐゲート層８３と、カソード層８４とから構成されている。また、発光層９０は、ｐ型のｐＤＢＲ層９２と、ｎ型のｎＤＢＲ層９５とが共振器９４の上下に形成された構成となっている。

また、サイリスタ８０のアノード層８１には、アノード電極７１が形成されている。また、図７に示されるように、ｎゲート層８２の所定の場所には、サイリスタ８０のオン／オフを制御するためのゲート電極７２が形成されている。なお、上述したように、図５に示した拡大図においては、アノード電極７１が示されていないが、実際には出射開口部５１の周囲を囲むように形成される。

発光層９０では、上層のｐＤＢＲ層９２と下層のｎＤＢＲ層９５との間で特定の波長の光が共振することによりレーザ光が生成される。そして、発光層９０において生成されたレーザ光が出射開口部５１から垂直方向に出射される。

なお、ｐＤＢＲ層９２の一部は、酸化されることにより生成された電流狭窄層９３が形成されている。この電流狭窄層９３は、発光素子アレイ１０に流れる電流の電流路を狭窄することによって、発光素子アレイ１０に流れる電流が発光素子５０の中央部分を通過するようにするために形成されている。具体的には、電流狭窄層９３は、発光素子５０の中央部分が電流の流れやすい電流通過領域αとして形成され、その周辺部が電流の流れにくい電流阻止領域として形成されている。

このような電流狭窄層９３を設けることにより非発光再結合に消費される電力が抑制され、低消費電力化及び発光効率の増加が図られることになる。

ここで、電流狭窄層９３は、上述したようにｐＤＢＲ層９２の一部を酸化することにより形成される。なお、ｐＤＢＲ層９２の一部を酸化して電流狭窄層９３を形成することを酸化狭窄と呼ぶ場合がある。そして、ｐＤＢＲ層９２を酸化するために発光素子５０の周囲にはトレンチ溝５２が設けられている。

なお、本実施形態では、図５に示したように、発光素子５０が配置された周囲に６個のトレンチ溝５２が発光素子５０を中心とする円上に設けられている場合について説明する。しかし、１つの発光素子５０に対してトレンチ溝５２が設けられる個数は限定されるものではなく、４個、５個、８個等のトレンチ溝が１つの発光素子に対して設けられるような構造であっても良い。

そして、６個のトレンチ溝５２は、出射開口部５１の周囲を取り囲むとともに、カソード層８４、トンネル接合層９１、ｐＤＢＲ層９２、共振器９４を取り除くように形成されている。そして、このトレンチ溝５２を介してｐＤＢＲ層９２を酸化することにより、電流狭窄層９３が形成される。

ここで、本実施形態では、ブロック分離溝５３が、複数のトレンチ溝５２の一部と平面視において重なるように形成されている。具体的には、図６において、発光素子５０の右側に設けられたトレンチ溝５２では、トレンチ溝５２とブロック分離溝５３とが重なるように設けられている。これに対して、図６において、発光素子５０の左側に設けられたトレンチ溝５２では、トレンチ溝５２とブロック分離溝５３とが重なってはいない。

そして、本実施形態においては、トレンチ溝５２をエッチングにより形成した後に発光層９０における酸化狭窄を行い、その後にブロック分離溝５３がエッチングにより形成される。

そのため、トレンチ溝５２とブロック分離溝５３とが重なる部分では、重ならない部分におけるトレンチ溝５２又はブロック分離溝５３のいずれの深さよりも深くなるように構成されている。また、トレンチ溝５２とブロック分離溝５３とが重なる部分では、ブロック分離溝５３は、深さが異なる複数の溝で構成されている。

例えば、トレンチ溝５２を５μｍの深さで形成した後に、ブロック分離溝５３を５μｍの深さで形成した場合、トレンチ溝５２とブロック分離溝５３とが重なる部分ではブロック分離溝５３の深さは１０μｍとなる。ただし、実際には単純な足し算になるわけではなく、上記のような条件の場合でも、トレンチ溝５２とブロック分離溝５３とが重なる部分でもブロック分離溝５３の深さは例えば７μｍ程度となる。

ここで、発光層９０における酸化狭窄の際には、ブロック分離溝５３はまだ形成されていないため、発光層９０は、ブロック分離溝５３のうちトレンチ溝５２と重ならない部分からは酸化されない。その結果、発光素子５０の発光は、ブロック分離溝５３からの酸化により影響を受けない。

そして、トレンチ溝５２とブロック分離溝５３を２回のエッチング工程によりそれぞれ形成し、トレンチ溝５２の幅がブロック分離溝５３の幅よりも広くなるように形成している。その結果、図６に示されるように、トレンチ溝５２とブロック分離溝５３とが重なる部分では、トレンチ溝５２の幅からブロック分離溝５３の幅に狭まる段差が形成されている。

次に、図８を参照して、ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２との位置関係について説明する。なお、図８では、説明を分かり易くするために、ブロック分離溝５３を黒線にて示して説明する。

上述したように、本実施形態の発光素子アレイ１０では、複数のトレンチ溝５２のうちの一部のトレンチ溝５２、具体的には異なるブロックに属する２つの発光素子５０の間に設けられたトレンチ溝５２と、ブロック分離溝５３とが重なるように構成されている。

そして、ブロック分離溝５３は、異なるブロックに配置される２つの発光素子５０間の略中間地点を通過するように構成されている。

ここで、２つの発光素子５０間の略中間とは、２つの発光素子５０のそれぞれの中心を結ぶ直線上において、いずれか一方の中心からの距離が２つの中心間の距離の４５～５５％の範囲内に位置している状態をいう。

上述したように本実施形態では、トレンチ溝５２を形成して電流狭窄層９３を形成した後にブロック分離溝５３が形成される。しかし、トレンチ溝５２とブロック分離溝５３とを同一のエッチング工程において形成した場合、ブロック分離溝５３と発光素子５０との間の距離が短いと、ブロック分離溝５３からも発光層９０の酸化狭窄が行われてしまい、電流通過領域の形状が不均一となってしまう。具体的には、近くにブロック分離溝５３が形成されている発光素子５０と、近くにブロック分離溝５３が形成されていない発光素子５０とでは、電流通過領域の形状が不均一となってしまう。

そして、発光素子５０間において電流通過領域の形状が不均一になると、出射されるレーザ光の強度が発光素子５０間によって不均一となってしまう。

そのため、ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２とを同一のエッチング工程により形成する場合には、発光素子５０の電流通過領域の形状が、ブロック分離溝５３による酸化狭窄の影響を受けないようにする必要がある。具体的にはブロック分離溝５３と発光素子５０との間の距離を所定の距離以上とする必要がある。

ここで、ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２とを重ねることなく構成した場合の比較例を図９に示す。

図９を参照すると、ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２とを重ねることなく構成して、ブロック分離溝５３と発光素子５０との間の距離を所定の距離以上とした場合には、異なるブロックに配置される複数の発光素子５０の間にある程度の領域が必要となる。このように異なるブロックに配置される複数の発光素子５０の間にある程度の領域を設けることにより、ブロック分離溝５３を直線状にすることも可能であるとともに、ブロック分離溝５３と各発光素子５０間の距離も所定の距離以上として、ブロック分離溝５３からのエッチングにより電流通過領域の形状が異なる発光素子５０間で不均一になることを防ぐことができる。

しかし、図９に示した比較例では、異なるブロックに配置される複数の発光素子５０の間にある程度の領域を設けることにより、同じ面積の半導体基板上に形成可能な発光素子５０の数が減ってしまうことになり、発光素子５０の配置密度が低くなってしまう。

そこで、本実施形態では、図８に示すように、発光素子５０が等間隔で配置され、さらに、隣接する２つの発光素子５０では、周囲に設けられた複数のトレンチ溝５２のうちの少なくとも１つのトレンチ溝５２が共通して設けられているような構成の場合でも、ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２とを平面視において重なるように構成することにより、発光素子５０間において電流通過領域の形状が不均一になることが防がれることになる。

また、ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２とが重ならない部分と発光素子５０との間の距離は、トレンチ溝５２と発光素子５０との間の距離よりも長くなっている。そのため、たとえブロック分離溝５３から発光層９０の酸化が行われた場合でも、各発光素子５０の電流通過領域の形状に影響を及ぼすことが抑えられる。

なお、図８では、異なるブロック間の境界においても発光素子５０が等間隔で配置されている場合を用いて説明しているが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、発光素子５０がブロックの境界において等間隔に配置されていないような場合でも同様に適用することが可能である。

さらに、本実施形態においては、隣接する２つの発光素子５０および上下の列の発光素子５０間でトレンチ溝５２を共通して設けることにより、発光素子５０間の間隔を短くして発光素子５０の配置密度を高くしたような場合でも、発光素子５０の配列に影響を及ぼすことなくブロック分離溝５３が構成されている。

具体的には、図８に示すように、ブロック分離溝５３が、複数の発光素子５０が配置されたそれぞれの位置に沿って、曲率の符号が変化する変曲点が少なくとも１つ含まれるよう湾曲して設けられている。そのため、発光素子５０間の間隔が短いような配列となっている場合でも、この発光素子５０の配列を乱すことなくブロック分離溝５３が構成されていることが分かる。

ここで、図８では、発光素子５０Ａに沿って配置された３つのトレンチ溝５２ａ～５２ｃにより構成される配列（図中において太線にて示した。）と、発光素子５０Ｂに沿って配置された３つのトレンチ溝５２ｃ～５２ｅにより構成される配列（図中において横線の塗りつぶしにて示した。）の両方に沿ってブロック分離溝５３が形成されている。そして、ブロック分離溝５３の変曲点は、３つのトレンチ溝５２ａ～５２ｃにより構成される配列に沿ったところから３つのトレンチ溝５２ｃ～５２ｅにより構成される配列に沿うところに変わる部分、すなわち、２つの配列の両方が重なる部分であるトレンチ溝５２ｃが配置されている位置において発生している。

つまり、ブロック分離溝５３の湾曲は発光素子５０に対するトレンチ溝５２で構成される配列に沿っており、変曲点は、異なる発光素子５０のトレンチ溝５２に沿う際に生じる。そして、この異なる発光素子５０は互いに異なるブロックの発光素子５０である。

また、図８では、ブロック分離溝５３が湾曲して設けられていることにより、発光素子５０との間の距離が保たれて、たとえブロック分離溝５３から発光層９０の酸化が行われた場合でも、各発光素子５０の電流通過領域の形状に影響を及ぼすことが抑えられる。

なお、本実施形態の発光素子アレイ１０では、図４に示したように、ブロック分離溝５３が格子状に設けられている場合を用いて説明している。

しかし、ブロック分離溝５３を格子状に設ける場合に限定されるものではなく、図１０に示すように、ブロック分離溝５３が斜めになるように構成することも可能である。

さらに、ブロック分離溝５３を湾曲して設ける場合に限定されるものではなく、図１１に示すように、ブロック分離溝５３を直線状に構成することも可能である。なお、図１１では、１つの発光素子５０の周囲に４つのトレンチ溝５２を配置し、上下および左右の他の発光素子５０との間でトレンチ溝５２を共有するような配置例の場合が示されている。

さらに、ブロック分離溝５３を湾曲して設ける場合に、ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２とを重ねることなく構成した場合の例を図１２に示す。

図１２では、１つの発光素子５０の周囲に４つのトレンチ溝５２を配置し、上下および左右の他の発光素子５０との間でトレンチ溝５２を共有しないような配置例の場合が示されている。この図１２に示したような配置例の場合には、ブロック分離溝５３を発光素子５０の配置位置に沿って湾曲して構成することにより、発光素子５０の配列に影響を及ぼすことなくブロック分離溝５３が構成されているのが分かる。

なお、図１２では、２つのトレンチ溝５２の間の距離が、ブロック分離溝５３を形成することが可能な距離となっているような場合を用いて説明しているが、２つのトレンチ溝５２の間の距離がもっと短くなりブロック分離溝５３を形成できないような場合もある。そのような場合には、ブロック分離溝５３とトレンチ溝５２とが重なるように構成することになる。

次に、本実施形態の発光素子アレイ１０の製造方法について説明する。

本実施形態の発光素子アレイ１０の製造方法の全体の流れを図１３のフローチャートに示す。なお、図１３のフローチャートでは、発光素子アレイ１０の製造方法における主な工程のみを説明するが、実際の製造方法では図１３のフローチャートにおいて示されていない工程も存在する。

先ず、発光素子アレイ１０を製造する際に、ＧａＡｓ基板６０上に、ｎＤＢＲ層９５、共振器９４、ｐＤＢＲ層９２、トンネル接合層９１、カソード層８４、ｐゲート層８３、ｎゲート層８２、アノード層８１をエピタキシャル成長させて順次形成した状態を図１４に示す。

図１４に示したような状態の半導体積層基板に対して、まず、ステップＳ１０１において、アノード電極７１となる金属材料を蒸着することによりアノード電極７１が形成される。このようにしてアノード電極７１が形成された後の断面図を図１５に示す。

次に、ステップＳ１０２において、アノード層８１の一部をエッチングすることによりゲートコンタクトを形成し、形成されたゲートコンタクトに金属材料を蒸着することによりゲート電極７２が形成される。このようにしてゲート電極７２が形成された後の断面図を図１６に示す。なお、図１６の断面図ではゲート電極７２が現れないため、ゲート電極７２の断面は直接示されていない。

次に、ステップＳ１０３において、トレンチ溝５２を形成しようとする領域のｎゲート層８２、ｐゲート層８３をエッチングして除去する。このようにして、ｎゲート層８２、ｐゲート層８３が除去された後の断面図を図１７に示す。

次に、ステップＳ１０４において、ＧａＡｓ基板６０上の発光素子５０を配置しようとするそれぞれの場所の周囲に狭窄溝である複数のトレンチ溝５２を形成する。具体的には、このステップＳ１０４の工程において、エッチングガスによるエッチングを行ってカソード層８４、トンネル接合層９１、ｐＤＢＲ層９２、共振器９４の一部を除去することによりトレンチ溝５２を形成する。このようにしてトレンチ溝５２が形成された後の断面図を図１８に示す。

また、このステップＳ１０４のエッチング工程においてトレンチ溝５２を形成する際のエッチングパターンを図１９に示す。

この図１８に示した断面図では、まだブロック分離溝５３は形成されていない状態であるため、発光素子５０が形成される箇所の左右のトレンチ溝５２の深さは同じものとなっている。

そして、ステップＳ１０５において、トレンチ溝５２内に一部が露出する発光層９０を酸化することにより発光層９０に流れる電流を狭窄する電流狭窄層９３を形成する。具体的には、このステップＳ１０５の工程では、トレンチ溝５２から酸化ガスを供給することによりｐＤＢＲ層９２の一部を酸化させて電流狭窄層９３を形成する。このようにして電流狭窄層９３が形成された後の断面図を図２０に示す。

次に、ステップＳ１０６において、所定のエッチングパターンを用いてエッチングを行うことにより、形成する複数の発光素子５０を複数のブロックに分離するブロック分離溝５３を形成する。このようにしてブロック分離溝５３が形成された後の断面図を図２１に示す。

また、このステップＳ１０６のエッチング工程においてブロック分離溝５３を形成する際のエッチングパターンを図２２に示す。

図２１を参照すると、発光素子５０が形成される箇所の左のトレンチ溝５２にはブロック分離溝５３が重ねて形成されていないが、発光素子５０が形成される箇所の右のトレンチ溝５２にはブロック分離溝５３が重ねて形成されていることにより段差状になっているのが分かる。

最後に、ステップＳ１０７において、電流狭窄層９３の電流通過領域上に出射開口部５１を形成して複数の発光素子５０を形成する。具体的には、このステップＳ１０７の工程では、発光素子５０を形成しようとする領域において、アノード層８１、ｎゲート層８２、ｐゲート層８３、カソード層８４、トンネル接合層９１が除去されることにより出射開口部５１が形成される。このようにして出射開口部５１が形成された後の断面図を図２３に示す。

なお、上記で説明した本実施形態の発光素子アレイ１０の製造方法では、概略のみを説明したものであるため、実際に生成される絶縁膜、電極引き出し配線、保護膜、遮光膜等を生成する説明については省略している。

最後に、裏面電極７３が形成されることにより、図６に示したような状態の発光素子アレイ１０が形成されることになる。

なお、図４では、複数の発光素子５０が３行４列の１２のブロックに分割されている場合を図示していたが、ブロック分割の方法はこのような場合に限定されるものではなく、他のブロック分割方法により複数の発光素子５０を分割するようにしても良い。例えば、図２４に示すように、複数の発光素子５０をｎ行１列のｎ個のブロックに分割するようなブロック分割方法とすることも可能である。

さらに、本実施形態においては、ブロック分離溝５３を形成することによりブロック間の素子分離を行うような構造の発光素子アレイ１０に対して本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。半導体積層構造をメサエッチングすることにより複数の島状に分離することにより発光素子間の素子分離を行うような構造の発光素子アレイに対しても同様に本発明は適用可能である。このように半導体積層構造を島状にエッチングする構造はポスト構造とも呼ばれ、このようなポスト構造の発光素子アレイの場合には、それぞれの発光素子の周囲は連続する溝状に除去されることになる。

このようなポスト構造において形成される溝をポスト溝とした場合、上述したようなブロック分離溝を複数のポスト溝の一部と平面視において重なるように形成するとよい。

さらに、本実施形態では、発光素子とサイリスタが層構造になっている発光素子アレイ１０に対して、サイリスタを持たない構成としてもよい。その場合、各ブロック毎に電流が供給されるように、例えば、アノード電極７１を各ブロック毎に設け、各ブロックに異なるタイミングで電流が供給されるような駆動制御を行える駆動部を適用するとよい。

また、本実施形態では、１つのブロックに複数の発光素子が含まれる例を示したが、１ブロックに１発光素子で構成してもよい。

その他の構造として、基板裏面へ出射するＶＣＳＥＬアレイであってもよいし、サイリスタ構造自体が発光素子となる構造でもよい。さらに、サイリスタはトランジスタであってもよい。

本実施形態では、光測定装置に適用した場合を示したが、発光装置と光伝送路と受光手段と組み合わせて光伝送に適用してもよいし、発光装置から発光した光が検出対象物の内部に入る生体検出などに適用してもよい。

さらに、発光素子としてＶＣＳＥＬを使用したが、ＬＥＤを利用してもよい。

本実施形態では、ブロック分離部の一例として溝全体が線としてつながった線状のブロック分離溝を示したが、点線状の溝で構成してもよい。その場合、点と点の間は、ある程度狭くして隣のブロックに信号がいかないようにするとよい。また、溝でブロック分離をするのではなくブロックの分割位置にイオン注入を用いて絶縁部をつくる事を併用して分割してもよい。イオン注入の場合は、溝による段差ができないので発光点と発光点の間が狭く、発光点の大きさを確保し辛い場合でも適用可能であるし、そもそもイオン注入での分割分離部からは酸化されなく、ブロック分離部があることによる不均一は抑制される。また、分離溝とイオン注入を併用してもよい。

１０ 発光素子アレイ
１１ ドライバ
１２ 制御部
２０ 受光素子
３０ 処理部
４０ 発光部
４１ 受光部
５０ 発光素子
５１ 出射開口部
５２ トレンチ溝
５３ ブロック分離溝
６０ ＧａＡｓ基板
７１ アノード電極
７２ ゲート電極
７３ 裏面電極
８０ サイリスタ
８１ アノード層
８２ ｎゲート層
８３ ｐゲート層
８４ カソード層
９０ 発光層
９１ トンネル接合層
９２ ｐＤＢＲ層
９３ 電流狭窄層
９４ 共振器
９５ ｎＤＢＲ層
１００ 光計測装置
１１０ 光学装置
２００ 測定対象物

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板上に配置された複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子の周囲にそれぞれ複数設けられ、発光層を酸化することにより前記発光層に流れる電流を狭窄する電流狭窄層を形成するための複数の狭窄溝と、
   前記複数の発光素子が配置されたそれぞれの位置に沿って、曲率の符号が変化する変曲点が少なくとも１つ含まれるよう湾曲して設けられ、前記複数の発光素子を複数のブロックに分離するブロック分離部と、
   を有する発光素子アレイ。
2. 前記湾曲は発光素子に対する狭窄溝で構成される配列に沿っており、前記変曲点は、異なる発光素子の狭窄溝に沿う際に生じる請求項１記載の発光素子アレイ。
3. 前記異なる発光素子は互いに異なるブロックの発光素子である請求項２記載の発光素子アレイ。
4. 前記ブロック分離部は、異なるブロックに配置される隣接する２つの発光素子間の略中間地点を通過するように構成されている請求項１から３のいずれか１項記載の発光素子アレイ。
5. 前記ブロック分離部は溝で構成されたブロック分離溝であって、前記発光素子の発光は、前記ブロック分離溝からの酸化により影響を受けない請求項１から４のいずれか１項記載の発光素子アレイ。
6. 前記ブロック分離部は溝で構成されたブロック分離溝であって、前記ブロック分離溝は、深さが異なる複数の溝で構成されている請求項１から３のいずれか１項記載の発光素子アレイ。
7. 前記ブロック分離部は溝で構成されたブロック分離溝であって、前記狭窄溝の幅が前記ブロック分離溝の幅よりも広い請求項１から３のいずれか１項記載の発光素子アレイ。
8. 前記発光素子が配置された周囲には、複数の狭窄溝が当該発光素子を中心とする円上に設けられている請求項１から７のいずれか１項記載の発光素子アレイ。
9. 隣接する２つの前記発光素子では、周囲に設けられた前記複数の狭窄溝のうちの少なくとも１つの狭窄溝が共通して設けられている請求項８記載の発光素子アレイ。
10. 請求項１から９のいずれか１項記載の発光素子アレイと、
    前記発光素子アレイ上に構成された前記複数の発光素子を駆動する駆動部と、
    前記発光素子アレイにより生成された光を用いた処理が実行されるよう前記駆動部を制御する制御部と、
    を備えた光学装置。
11. 請求項１から９のいずれか１項記載の発光素子アレイと、
    前記発光素子アレイから照射された光が対象物によって反射された反射光を受光する受光素子と、
    前記受光素子により受光された光に関する情報を処理して、前記発光素子アレイから前記対象物までの距離、または当該対象物の形状を計測する処理部と、
    を備えた光計測装置。
12. 基板上の発光素子を配置しようとするそれぞれの場所の周囲に複数の狭窄溝を形成する工程と、
    前記狭窄溝内に一部が露出する発光層を酸化することにより前記発光層に流れる電流を狭窄する電流狭窄層を形成する工程と、
    形成する前記複数の発光素子を複数のブロックに分離するブロック分離部を、前記複数の発光素子を配置しようとするそれぞれの位置に沿って、曲率の符号が変化する変曲点が少なくとも１つ含まれるよう湾曲して形成する工程と、
    前記電流狭窄層の電流通過領域上に出射開口部を形成して複数の発光素子を形成する工程と、
    を有する発光素子アレイの製造方法。

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