JP2023145074A - 発光素子、発光素子アレイ、発光部品、光学装置、及び光計測装置 - Google Patents

発光素子、発光素子アレイ、発光部品、光学装置、及び光計測装置 Download PDF

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道昭 村田
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貴史 樋口
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Abstract

【課題】本開示は、発光部の上にサイリスタを積層した場合に、サイリスタを電気的に分離させないことを目的とする。【解決手段】発光素子は、基板と、前記基板上に積層された発光部と、前記発光部上に積層され、オン状態になることで前記発光部を発光、又は、発光量を増加させるように設定するサイリスタであって、前記サイリスタに接する電極からの電流が流れる位置に、前記サイリスタを電気的に分離させない抵抗を有する低抵抗層が設けられた前記サイリスタと、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、発光素子、発光素子アレイ、発光部品、光学装置、及び光計測装置に関する。
特許文献１には、発光素子の発光点のサイズを大きくする場合に比べ、発光特性が損なわれることを抑制して光出力を大きくできる発光装置が開示されている。
また、特許文献２には、作製プロセスが容易で、ストレスにも強く信頼性の高い酸化型の面発光レーザ及び面発光レーザアレイが開示されている。
特開２０２０－１２００１８号公報 特開２０００－２９４８７２号公報
従来、光を出射する発光部の上に、オン状態になることで発光部を発光、又は、発光量を増加させるように設定するサイリスタが積層された発光素子が知られている。
ここで、サイリスタに接する電極からの電流が流れる層の抵抗によっては、サイリスタの横方向に電流が流れにくくなり、サイリスタが電気的に分離してしまう。サイリスタが電気的に分離すると、発光素子の発光にムラ及び点灯ズレ等が生じるおそれがあり望ましくない。
そこで、本開示は、発光部の上にサイリスタを積層した場合に、サイリスタを電気的に分離させないことを目的とする。
第１の態様の発光素子は、基板と、前記基板上に積層された発光部と、前記発光部上に積層され、オン状態になることで前記発光部を発光、又は、発光量を増加させるように設定するサイリスタであって、前記サイリスタに接する電極からの電流が流れる位置に、前記サイリスタを電気的に分離させない抵抗を有する低抵抗層が設けられた前記サイリスタと、を備える。
第２の態様の発光素子は、第１の態様の発光素子であって、前記電極には、前記サイリスタのオン状態とオフ状態とを制御する信号が供給される。
第３の態様の発光素子は、第１又は第２の態様の発光素子であって、前記発光部に発光用の電流を供給する供給電極を備える。
第４の態様の発光素子は、第１から第３の何れかの態様の発光素子であって、前記低抵抗層は、ｐ型の半導体層であり、不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上１×１０２１／ｃｍ３以下である。
第５の態様の発光素子は、第１から第３の何れかの態様の発光素子であって、前記低抵抗層は、不純物濃度が１×１０１８／ｃｍ３より大きいｎ型の半導体層を備える。
第６の態様の発光素子は、第５の態様の発光素子であって、前記ｎ型の半導体層と前記サイリスタの他の層とは、トンネル接合を介して積層されている。
第７の態様の発光素子アレイは、第１から第６の何れかの態様の発光素子を複数備え、複数の前記発光素子がそれぞれ備える前記サイリスタは、接続部を介して接続されており、前記電極は、前記接続部に配置されている。
第８の態様の発光素子アレイは、第１から第６の何れかの態様の発光素子を複数備え、複数の前記発光素子間で前記電極を共有する。
第９の態様の発光素子アレイは、第７又は第８の態様の発光素子アレイであって、複数の前記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、前記複数の発光素子群の各発光素子群の前記発光素子が備える前記サイリスタは、各発光素子群でそれぞれ異なるタイミングでオン状態となる。
第１０の態様の発光部品は、基板と、前記基板上に積層された複数の発光部と、複数の前記発光部のそれぞれに積層され、オン状態になることで複数の前記発光部を発光、又は、発光量を増加させるように設定する複数の設定サイリスタと、複数の前記設定サイリスタのそれぞれと接続され、オン状態が順に転送されることで、接続された設定サイリスタをオン状態に移行可能にする複数の転送サイリスタと、を備え、前記設定サイリスタに接する電極からの電流が流れる位置に、前記転送サイリスタに接する電極からの電流が流れる層の抵抗よりも低い抵抗を有する低抵抗層が設けられた。
第１１の態様の発光部品は、第１０の態様の発光部品であって、前記転送サイリスタに接する電極からの電流が流れる層は、前記低抵抗層よりも高い抵抗を有する半導体層である。
第１２の態様の光学装置は、第１０又は第１１の態様の発光部品と、前記発光部品が備える複数の発光素子群における各発光素子群の出射する光の方向又は拡がり角を予め定められた方向又は予め定められた拡がり角に設定する光学素子と、を備える。
第１３の態様の光計測装置は、第１２の態様の光学装置と、前記光学装置からの光が照射された対象物から、反射光を受光する受光部と、前記受光部が受光した光に関する情報を処理して、前記光学装置から対象物までの距離、又は前記対象物の形状を計測する処理部と、を備える。
第１の態様によれば、発光部の上にサイリスタを積層した場合に、サイリスタを電気的に分離させないことができる。
第２の態様によれば、サイリスタのオン状態とオフ状態とが切り替えられる。
第３の態様によれば、供給電極を介して発光部が発光される。
第４の態様によれば、低抵抗層をｎ型の半導体層とする場合に比べて、低抵抗層の構造が簡易になる。
第５の態様によれば、低抵抗層をｐ型の半導体層とする場合に比べて、低抵抗層の抵抗が低くなる。
第６の態様によれば、積層しない場合に比べ、発光素子が小型化される。
第７の態様によれば、発光素子毎に発光部の発光又は非発光を制御する信号を供給する配線を設けることを要しない。
第８の態様によれば、発光素子毎の電極を設ける場合に比べて、発光素子アレイが備える電極の数が少なくなる。
第９の態様によれば、複数の発光素子群の各発光素子群に対して、順次、点灯状態を伝搬させることができる。
第１０の態様によれば、発光部の上に設定サイリスタを積層した場合に、設定サイリスタを電気的に分離させないことができる。
第１１の態様によれば、転送サイリスタに接する電極からの電流が流れる層が低抵抗層よりも低い抵抗を有する場合に比べて、転送サイリスタの動作を安定させることができる。
第１２の態様によれば、光が二次元空間に出射される。
第１３の態様によれば、対象物までの距離、又は対象物の形状を計測することができる。
発光部品の等価回路図である。 発光部品の平面レイアウトの一例を示す図である。 図２のＡ－Ａ線での断面図である。 図２のＢ－Ｂ線での断面図である。 図２のＡ－Ａ線での断面図におけるＬＤ／Ｓ１１の他の構造を示す第１の説明図である。 図２のＡ－Ａ線での断面図におけるＬＤ／Ｓ１１の他の構造を示す第２の説明図である。 転送サイリスタＴ１の製造方法を説明する第１の説明図である。 転送サイリスタＴ１の製造方法を説明する第２の説明図である。 転送サイリスタＴ１の製造方法を説明する第３の説明図である。 光学装置の構成を説明する概略図である。 光学装置を備えた光計測装置の構成を説明する概略図である。 光計測装置から光を出射する様子を説明する図である。
以下、添付図面を参照して、本実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、発光部品１０の等価回路図である。ここでは、発光部品１０を制御する制御部２０を合わせて示している。図１において、左右方向をｘ方向とする。
発光部品１０は、レーザ光を出射するレーザダイオードＬＤを複数備える。そして、発光部品１０は、次に説明するように自己走査型発光素子アレイ（ＳＬＥＤ：Ｓｅｌｆ－Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）として構成されている。レーザダイオードＬＤは、例えば垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）である。以下では、発光素子がレーザダイオードＬＤであるとして説明するが、発光ダイオードＬＥＤなどの他の発光デバイスであってもよい。
発光部品１０は、それぞれが複数のレーザダイオードＬＤを備える複数のレーザダイオードＬＤ群を備える。図１では、各レーザダイオードＬＤ群は、一例として４個のレーザダイオードＬＤを備えるとする。以下では、レーザダイオードＬＤ群を、レーザダイオードＬＤ群＃１、＃２、＃３、…と表記する。なお、レーザダイオードＬＤ群をそれぞれ区別しない場合は、レーザダイオードＬＤ群又はレーザダイオードＬＤ群ｉ（ｉは、１以上の整数）と表記する。図１では、４個のレーザダイオードＬＤ群を記載しているが、レーザダイオードＬＤ群は、４個以外であってもよい。
そして、発光部品１０は、レーザダイオードＬＤ毎に設定サイリスタＳを備える。レーザダイオードＬＤと設定サイリスタＳとは直列接続されている。
ここでは、レーザダイオードＬＤ群＃１に属するレーザダイオードＬＤをレーザダイオードＬＤ１１～１４とする。ここで、レーザダイオードＬＤｉｊ（ｊは、１以上の整数）と表記した場合、「ｉ」がレーザダイオードＬＤ群の番号、「ｊ」がレーザダイオードＬＤ群内でのレーザダイオードＬＤの番号である。そして、設定サイリスタＳについても、同様の符号を付すこととする。つまり、レーザダイオードＬＤ１１が備える設定サイリスタＳは、設定サイリスタＳ１１と表記する。図１に示す例では、ｊは、１～４である。なお、図１では、各レーザダイオードＬＤ群は、同じ数のレーザダイオードＬＤを備えるが、レーザダイオードＬＤ群間でレーザダイオードＬＤの数が異なってもよい。また、各レーザダイオードＬＤ群のレーザダイオードＬＤの数は、２以上であればよい。
本明細書では、「～」は、番号によってそれぞれが区別された複数の構成要素を示すもので、「～」の前後に記載されたもの及びその間の番号のものを含むことを意味する。例えば、レーザダイオードＬＤ１１～１４は、レーザダイオードＬＤ１１から番号順にレーザダイオードＬＤ１４までを含む。
発光部品１０は、さらに複数の転送サイリスタＴ、複数の結合ダイオードＤ、複数の電源線抵抗Ｒｇ、スタートダイオードＳＤ、及び電流制限抵抗Ｒ１、Ｒ２を備える。ここでは、複数の転送サイリスタＴをそれぞれ区別する場合、転送サイリスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３、…のように、番号を付して区別する。結合ダイオードＤ、電源線抵抗Ｒｇも同様である。なお、後述するように、転送サイリスタＴ１は、レーザダイオードＬＤ群＃１に対応するように設けられている。そこで、転送サイリスタＴｉと表記すれば、ｉが同じレーザダイオードＬＤ群に対応する。よって、転送サイリスタＴｉと表記することがある。結合ダイオードＤ、及び電源線抵抗Ｒｇも同様とする。
発光部品１０における転送サイリスタＴの数は、予め定められた数であってよい。例えば１２８個、５１２個、又は１０２４個などであってよい。図１は、転送サイリスタＴ１～Ｔ４に対応する部分を示している。転送サイリスタＴの数は、レーザダイオードＬＤ群の数と同じでもよいし、レーザダイオードＬＤ群の数を超えてもよいし、少なくてもよい。
転送サイリスタＴは、転送サイリスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３、…の順にｘ方向に配列されている。結合ダイオードＤは、結合ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、…の順にｘ方向に配列されている。なお、結合ダイオードＤ１は、転送サイリスタＴ１と転送サイリスタＴ２との間に設けられている。他の結合ダイオードＤも同様である。また、電源線抵抗Ｒｇも、電源線抵抗Ｒｇ１、Ｒｇ２、Ｒｇ３、…の順にｘ方向に配列されている。
レーザダイオードＬＤ及び結合ダイオードＤは、アノードとカソードとを備える２端子素子である。設定サイリスタＳ及び転送サイリスタＴは、アノード、カソード、及びゲートを備える３端子素子である。なお、転送サイリスタＴのゲートをゲートＧｔ、設定サイリスタＳのゲートをゲートＧｓとする。なお、それぞれを区別する場合には、前述したと同様にｉを付す。
ここで、レーザダイオードＬＤ及び設定サイリスタＳで構成される部分を発光体１０２とし、転送サイリスタＴ、結合ダイオードＤ、スタートダイオードＳＤ、電源線抵抗Ｒｇ、及び電流制限抵抗Ｒ１、Ｒ２で構成される部分を転送部１０１とする。
次に、各素子（レーザダイオードＬＤ、設定サイリスタＳ、及び転送サイリスタＴなど）の接続関係を説明する。
前述したように、レーザダイオードＬＤｉｊと設定サイリスタＳｉｊとは直列接続されている。つまり、レーザダイオードＬＤは、アノードが基準電位Ｖｓｕｂ（接地電位（ＧＮＤ）など）に接続され、カソードが設定サイリスタＳｉｊのアノードに接続されている。
ここで、発光部品１０では、レーザダイオードＬＤ上に設定サイリスタＳが積層されている。以下、レーザダイオードＬＤ及び設定サイリスタＳの半導体層積層体を「ＬＤ/Ｓ」とする。また、各レーザダイオードＬＤ群に属するレーザダイオードＬＤと、当該レーザダイオードＬＤ毎に備えられた設定サイリスタＳとを纏めて「ＬＤ/Ｓ群」とする。ＬＤ/Ｓは「発光素子」の一例であり、ＬＤ/Ｓ群は「発光素子群」の一例である。
設定サイリスタＳｉｊのカソードは、レーザダイオードＬＤを発光又は非発光の状態に制御する点灯信号φＩを供給する点灯信号線７５に共通に接続されている。
基準電位Ｖｓｕｂは、後述するように、発光部品１０を構成するＧａＡｓ基板８０の裏面に設けられた電極（図示せず）を介して供給される。
転送サイリスタＴは、アノードが基準電位Ｖｓｕｂに接続されている。奇数番号の転送サイリスタＴ１、Ｔ３、…は、カソードが転送信号線７２に接続されている。転送信号線７２は、電流制限抵抗Ｒ１を介してφ１端子に接続されている。
偶数番号の転送サイリスタＴ２、Ｔ４、… は、カソードが転送信号線７３に接続されている。転送信号線７３は、電流制限抵抗Ｒ２を介してφ２端子に接続されている。
結合ダイオードＤは、互いに直列接続されている。つまり、一つの結合ダイオードＤのカソードがｘ方向に隣接する結合ダイオードＤのアノードに接続されている。スタートダイオードＳＤは、アノードが転送信号線７３に接続され、カソードが結合ダイオードＤ１のアノードに接続されている。
そして、スタートダイオードＳＤのカソードと結合ダイオードＤ１のアノードとが、転送サイリスタＴ１のゲートＧｔ１に接続されている。結合ダイオードＤ１のカソードと結合ダイオードＤ２のアノードとが、転送サイリスタＴ２のゲートＧｔ２に接続されている。他の結合ダイオードＤについても同様である。
転送サイリスタＴのゲートＧｔは、電源線抵抗Ｒｇを介して、電源線７１に接続されている。電源線７１は、Ｖｇｋ端子に接続されている。
そして、転送サイリスタＴｉのゲートＧｔｉは、設定サイリスタＳｉｊのゲートＧｓｉに接続されている。
制御部２０の構成を説明する。
制御部２０は、点灯信号φＩなどの信号を生成して発光部品１０に供給する。発光部品１０は、供給された信号によって動作する。制御部２０は、電子回路で構成されている。例えば、制御部２０は、発光部品１０を駆動するために構成された集積回路（ＩＣ）であってもよい。
制御部２０は、転送信号生成部２１、点灯信号生成部２２、電源電位生成部２３及び基準電位生成部２４を備える。
転送信号生成部２１は、転送信号φ１及びφ２を生成し、転送信号φ１を発光部品１０のφ１端子に、転送信号φ２を発光部品１０のφ２端子に供給する。転送信号φ１及びφ２は、「Ｈ（０Ｖ）」又は「Ｌ（－３．３Ｖ）」となる信号である。０Ｖは、転送サイリスタＴをオフ状態にする電位、－３．３Ｖは、転送サイリスタＴをオフ状態からオン状態にする電位である。
点灯信号生成部２２は、点灯信号φＩを生成し、電流制限抵抗ＲＩを介して、発光部品１０のφＩ端子に供給する。点灯信号φＩは、「Ｈ（０Ｖ）」又は「Ｌ（－３．３Ｖ）」となる信号である。０Ｖは、レーザダイオードＬＤをオフ状態にする電位、－３．３Ｖは、レーザダイオードＬＤをオフ状態からオン状態にする電位である。なお、電流制限抵抗ＲＩは、発光部品１０内に設けられてもよい。また、電流制限抵抗ＲＩが発光部品１０の動作に必要でない場合には、電流制限抵抗ＲＩを設けなくともよい。
電源電位生成部２３は、電源電位Ｖｇｋを生成し、発光部品１０のＶｇｋ端子に供給する。基準電位生成部２４は、基準電位Ｖｓｕｂを生成し、発光部品１０のＶｓｕｂ端子に供給する。電源電位Ｖｇｋは、一例として－３．３Ｖである。基準電位Ｖｓｕｂは、前述したように、一例として接地電位（ＧＮＤ）である。
図１に示した発光部品１０では、１個の転送サイリスタＴｉに対して４個のレーザダイオードＬＤｉｊ（ｊ＝１～４）が、それぞれ設定サイリスタＳｉｊを介して接続されている。
転送サイリスタＴｉは、複数のＬＤ/Ｓ群の各ＬＤ/Ｓ群を、順次、点灯状態又は非点灯状態が伝搬するように設定する。具体的には、転送サイリスタＴｉは、オン状態になることで、転送サイリスタＴｉに接続された設定サイリスタＳｉｊをオン状態に移行可能に設定する。これにより、複数のＬＤ/Ｓ群の各ＬＤ/Ｓ群のＬＤ/Ｓが備える設定サイリスタＳｉｊは、各ＬＤ/Ｓ群でそれぞれ異なるタイミングでオン状態となる。なお、転送サイリスタＴｉは、オン状態が伝搬するように駆動される。よって、転送サイリスタＴと表記する。また、設定サイリスタＳｉｊがオン状態になるとともに、レーザダイオードＬＤｉｊが発光する。よって、レーザダイオードＬＤを発光可能な状態に設定することから設定サイリスタＳと表記する。
ここでは、複数のＬＤ/Ｓ群を構成し、転送サイリスタＴ毎に、ＬＤ/Ｓ群が接続され、ＬＤ/Ｓ群に属するレーザダイオードＬＤが並行して発光するようになっている。
レーザダイオードＬＤは、低次の単一横モード（シングルモード）で発振することがよい。シングルモードでは、レーザダイオードＬＤの発光点（後述する図２及び図３の光出射口４７）から出射する光（出射光）の強度プロファイルが単峰性（強度ピークが１つである特性）となる。一方、高次を含む多重横モード（マルチモード）で発振するレーザダイオードＬＤでは、複数峰になるなど、強度プロファイルがいびつになりやすい。また、シングルモードでは、マルチモードに比べて、発光点から出射する光（出射光）の拡がり角が小さい。このため、光出力が同じ場合、シングルモードの方が、マルチモードに比べて、照射面での光密度が大きい。なお、拡がり角とは、レーザダイオードＬＤから出射する光の半値全幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）をいう。
そして、レーザダイオードＬＤは、発光点の面積が小さいほど単一横モード（シングルモード）で発振しやすい。このため、シングルモードのレーザダイオードＬＤは、光出力が小さい。光出力を大きくしようとして、発光点の面積を大きくすると、前述したようにマルチモードに移行してしまう。そこで、第１の実施形態では、複数のレーザダイオードＬＤをレーザダイオードＬＤ群とし、レーザダイオードＬＤ群に含まれる複数のレーザダイオードＬＤを並行して発光させることで、光出力を大きくしている。
図２は、発光部品１０の平面レイアウトの一例を示す図である。図２の紙面において、左右方向をｘ方向、上下方向をｙ方向とする。なお、ｘ方向は、図１のｘ方向と同じ方向である。図２では、発光体１０２が、複数のＬＤ／Ｓをそれぞれが有する複数のＬＤ/Ｓ群が配列された発光素子アレイとなっている。
発光部品１０は、レーザ光を出射しうる半導体材料で構成される。例えば、発光部品１０は、ＧａＡｓ系の化合物半導体で構成される。そして、後述する断面図（図３参照）に示すように、発光部品１０は、ｐ型のＧａＡｓ基板８０上に、ＧａＡｓ系の化合物半導体層が複数積層された半導体層積層体にて構成される。また、発光部品１０は、半導体層積層体が複数の島状に分離されることで構成される。なお、島状に残された領域は、アイランドと呼ばれる。半導体層積層体を島状にエッチングして、素子を分離することは、メサエッチングと呼ばれる。ここでは、図２に示すアイランド３０１、３０２、３０３、３０４、及び３０５により、発光部品１０の平面レイアウトを説明する。なお、アイランド３０１及び３０２をそれぞれ区別する場合には、前述と同様にアイランド３０１－ｉ又は３０２－ｉと表記する（ｉ≧１）。そして、アイランド３０１は、ＬＤ/Ｓ群が設けられるアイランド３０１Ａと、転送サイリスタＴ及び結合ダイオードＤが設けられるアイランド３０１Ｂとに分かれている。
アイランド３０１Ａ－ｉには、レーザダイオードＬＤｉｊ及び設定サイリスタＳｉｊが設けられ、アイランド３０１Ｂ－ｉには、転送サイリスタＴｉ及び結合ダイオードＤｉが設けられている（この例では、ｊ＝１～４）。そして、アイランド３０１Ａ－ｉは、レーザダイオードＬＤの外形に合わせて円筒形状に構成されたポスト３１１の配列となっている。ポスト３１１は、ＬＤ/Ｓのうちレーザ光が出射される部分である。
そして、各ＬＤ/Ｓ群に属する各ポスト３１１は、対向する部分において一部がｙ方向に連続している。以下、各ポスト３１１の一部がｙ方向に連続している部分を「接続部６０」と表記する。つまり、複数のＬＤ/Ｓがそれぞれ備える設定サイリスタＳは、接続部６０を介して接続されている。なお、図２では、各ＬＤ/ＳをＬＤ／Ｓｉｊと記載して区別している。
また、アイランド３０１Ａ－ｉは、ｘ方向に並列するように設けられている。ここでは、ＬＤ/Ｓ群は、ｘ方向に一次元的に配列されている。
アイランド３０２－ｉには、電源線抵抗Ｒｇｉが設けられている。アイランド３０２－ｉは、ｘ方向に並列するように設けられている。
アイランド３０３には、スタートダイオードＳＤが設けられている。アイランド３０４には、電流制限抵抗Ｒ１が、アイランド３０５には、電流制限抵抗Ｒ２が設けられている。
図３は、図２のＡ－Ａ線での断面図である。図３では、左右方向がｙ方向である。
図３には、左から、ＬＤ／Ｓ１３、ＬＤ／Ｓ１２、及びＬＤ／Ｓ１１が示されている。なお、各ＬＤ／Ｓの構造は共通のため、ＬＤ／Ｓ１１を例に説明する。
ＬＤ／Ｓ１１は、図３に示すように、化合物半導体基板であるＧａＡｓ基板８０上に、レーザ光を発生させるレーザダイオードＬＤとレーザダイオードＬＤの点灯及び消灯を制御する設定サイリスタＳとがトンネル接合層４５を介して結合した構造となっている。ＧａＡｓ基板８０は「基板」の一例であり、レーザダイオードＬＤは「発光部」の一例であり、設定サイリスタＳは「サイリスタ」の一例である。
レーザダイオードＬＤは、ＧａＡｓ基板８０上に、ｎ型のカソード層４１、発光層４２、及びｐ型のアノード層４３が積層されている。なお、発光層４２は、井戸（ウエル）層と障壁（バリア）層とが交互に積層された量子井戸構造である。
また、アノード層４３の一部は、酸化されることにより生成された電流狭窄層４３Ａが形成されている。この電流狭窄層４３Ａは、ＬＤ／Ｓ１１に流れる電流の電流路を狭窄することによって、ＬＤ／Ｓ１１に流れる電流が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４３Ａは、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４３Ａ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４３Ａは、上述したようにアノード層４３の一部を酸化することにより形成される。なお、アノード層４３の一部を酸化して電流狭窄層４３Ａを形成することを酸化狭窄と呼ぶ場合がある。
次に、アノード層４３上にトンネル接合層４５が積層されている。トンネル接合層４５は、ｎ型の不純物を高濃度に添加したｎ＋＋層とｐ型の不純物を高濃度に添加したｐ＋＋層との接合で構成されている。ｎ＋＋層及びｐ＋＋層は、例えば不純物濃度１×１０２１／ｃｍ３と高濃度である。
そして、トンネル接合層４５上に設定サイリスタＳが積層されている。設定サイリスタＳは、カソード層５１、ｐ型のｐゲート層５２、ｎ型のｎゲート層５３、アノード層５４、低抵抗層５５の順に積層されている。
低抵抗層５５は、ｐ型の不純物を高濃度に添加した、例えば不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上１×１０２１／ｃｍ３以下のｐ型の半導体層である。そして、低抵抗層５５の抵抗は、アノード層５４より低く、ｐゲート層５２及びｎ型のｎゲート層５３より高い。
また、低抵抗層５５上には、設定サイリスタＳのオン状態とオフ状態とを制御するための電流を供給する電極４９が形成されている。電極４９は、低抵抗層５５などｐ型の半導体層とオーミック接触が形成しやすい金属材料で構成されている。このとき、電極４９は、図３に示すように、各ＬＤ/Ｓを接続する接続部６０に配置されている。そして、電極４９は、図３においてｙ方向に延びており、ＬＤ/Ｓ間、例えば、ＬＤ/Ｓ１１及びＬＤ/Ｓ１２間で一の電極４９を共有している。複数のＬＤ/Ｓ間で電極４９を共有することで、ＬＤ/Ｓ毎の電極４９を設ける場合に比べて、発光体１０２が備える電極４９の数が少なくなる。電極４９は「サイリスタに接する電極」及び「設定サイリスタに接する電極」の一例である。
また、発光部品１０全体を覆うように層間絶縁層９１が設けられている。層間絶縁層９１上には、層間絶縁層９１に設けられたスルーホールを介して電極４９に接続するように点灯信号線７５が設けられている。点灯信号線７５は「供給電極」の一例である。
ここで、電極４９には、設定サイリスタＳのオン状態とオフ状態とを制御する信号が供給される。
また、点灯信号線７５は、レーザダイオードＬＤに発光用の電流を供給する。より詳しくは、点灯信号線７５は、レーザダイオードＬＤの電極４９に層間絶縁層９１に設けられたスルーホールを介して電流を供給する。そして、点灯信号線７５は、電極４９よりも面積が大きい。これにより、点灯信号線７５は、例えば、電極４９に電流を流すよりも大電流を流すことができる。
なお、層間絶縁層９１が、レーザダイオードＬＤの出射光に対して透過性が劣る場合には、層間絶縁層９１の代わりに、光出射口４７上にレーザダイオードＬＤの出射光に対して透過性に優れる光出射層を設けてもよい。
図３におけるＬＤ／Ｓ１１の右側には、低抵抗層５５及びアノード層５４を除いて露出させたｎゲート層５３上に電極５６が設けられている。電極５６は、層間絶縁層９１に設けられたスルーホールを介して配線７８に接続されている。
図４は、図２のＢ－Ｂ線での断面図である。図４では、左右方向がｙ方向である。
転送サイリスタＴ１は、ＧａＡｓ基板８０上にカソード層４１、発光層４２、アノード層４３、トンネル接合層４５、カソード層５１、ｐゲート層５２、ｎゲート層５３、及びアノード層５４が積層されている。つまり、転送サイリスタＴ１は、ＬＤ／Ｓ１１と異なり、低抵抗層５５が設けられていない。
転送サイリスタＴ１は、アノード層５４上に電極５８を設け、転送サイリスタＴ１の動作を制御するゲートとして機能させている。電極５８は、転送信号線７２（図２参照）に接続されている。電極５８は「転送サイリスタに接する電極」の一例である。
なお、図示を省略しているが、図４における転送サイリスタＴ１の左側には、アノード層５４上に電極５７（図２参照）が設けられている。電極５７は、層間絶縁層９１に設けられたスルーホールを介して配線７８（図２参照）に接続されている。このようにすることで、転送サイリスタＴがターンオンして、ゲートＧｔが０Ｖになると、配線７８を介して、設定サイリスタＳのゲートＧｓが０Ｖになる。つまり、転送サイリスタＴのオン状態が順に転送されることで、接続された設定サイリスタＳがオン状態に移行する。
また、レーザダイオードＬＤを構成する半導体層（カソード層４１、発光層４２、及びアノード層４３）上に転送サイリスタＴ１を設けた部分において、レーザダイオードＬＤが動作しないように、配線７９（図２参照）によりカソード層４１、発光層４２、及びアノード層４３を短絡させている。
前述したように、発光部品１０は、複数のレーザダイオードＬＤをレーザダイオードＬＤ群として、レーザダイオードＬＤ群に含まれる複数のレーザダイオードＬＤを並行に発光させている。この場合、レーザダイオードＬＤ群に含まれるレーザダイオードＬＤ毎に転送部１０１からレーザダイオードＬＤの発光又は非発光を制御する信号を供給する配線を設けると、レーザダイオードＬＤ間の距離を離さざるを得ず、発光部品１０の面積が大きくなってしまう。
そこで、発光部品１０では、レーザダイオードＬＤ毎に、レーザダイオードＬＤを発光可能な状態に設定する設定サイリスタＳを設けるとともに、設定サイリスタＳとレーザダイオードＬＤとを積層することで、発光部品１０の面積が増大することを抑制している。さらに、ＬＤ／Ｓ群毎に、設定サイリスタＳを構成する半導体層を接続部６０により接続させることで、転送部１０１からレーザダイオードＬＤの発光又は非発光を制御する信号を供給する配線を設けることを要しないようになっている。
なお、図２のＡ－Ａ線での断面図におけるＬＤ／Ｓの構造は、図３に示すものに限られない。例えば、ＬＤ／Ｓの構造は、図５又は図６に示すものであってもよい。
図５は、図２のＡ－Ａ線での断面図におけるＬＤ／Ｓ１１の他の構造を示す第１の説明図である。図５では、左右方向がｙ方向である。なお、図５は、ＬＤ／Ｓ１１の構造の図示を一部省略した概略図である。
図５に示すＬＤ／Ｓ１１は、図３に示すＬＤ／Ｓ１１と異なり、ＬＤ／Ｓ１１の中心部から設定サイリスタＳが除かれている。つまり、ＬＤ／Ｓ１１の中心部は、低抵抗層５５、アノード層５４、ｎゲート層５３、ｐゲート層５２、カソード層５１及びトンネル接合層４５がエッチングにより除去され、レーザダイオードＬＤのアノード層４３が露出している。この場合は、露出したアノード層４３の部分が、レーザダイオードＬＤの光出射口４７となる。
以上のように、ＬＤ／Ｓは、レーザダイオードＬＤの光出射口４７を取り囲むように設定サイリスタＳが構成されるように、トンネル接合層４５、カソード層５１、ｐゲート層５２、ｎゲート層５３、アノード層５４、及び低抵抗層５５を残した構造としてもよい。
図６は、図２のＡ－Ａ線での断面図におけるＬＤ／Ｓ１１の他の構造を示す第２の説明図である。図６では、左右方向がｙ方向である。なお、図６は、ＬＤ／Ｓ１１の構造の図示を一部省略した概略図である。
図６に示すＬＤ／Ｓ１１は、図３に示すＬＤ／Ｓ１１と同様に、ＧａＡｓ基板８０上に、カソード層４１、発光層４２、及びアノード層４３が積層されている。また、図６に示すＬＤ／Ｓ１１は、アノード層４３上にトンネル接合層４５が積層され、トンネル接合層４５上に設定サイリスタＳが積層されているが、設定サイリスタＳが備える低抵抗層５５の構造が図３に示すＬＤ／Ｓ１１と異なる。
図６に示す低抵抗層５５は、トンネル接合層５５Ａ及びｎ型層５５Ｂで構成されている。
トンネル接合層５５Ａは、ｎ型の不純物を高濃度に添加したｎ＋＋層とｐ型の不純物を高濃度に添加したｐ＋＋層との接合で構成されている。ｎ＋＋層及びｐ＋＋層は、例えば不純物濃度１×１０２１／ｃｍ３と高濃度である。
ｎ型層５５Ｂは、例えば不純物濃度１×１０１９／ｃｍ３のｎ型の半導体層である。ｎ型層５５Ｂは「ｎ型の半導体層」の一例である。この場合、トンネル接合層５５Ａを介してｎ型層５５Ｂと結合しているアノード層５４が「サイリスタの他の層」の一例となる。当該構成により、ｎ型層５５Ｂとアノード層５４とを積層しない場合に比べ、ＬＤ／Ｓが小型化される。
次に、図７から図９を用いて、図４に示す転送サイリスタＴ１の製造方法について説明する。なお、以下では、一例として、ＬＤ／Ｓの低抵抗層５５が図６に示すトンネル接合層５５Ａ及びｎ型層５５Ｂで構成されていることとする。
図７に示す転送サイリスタＴ１は、ＧａＡｓ基板８０上に、カソード層４１、発光層４２、アノード層４３、トンネル接合層４５、カソード層５１、ｐゲート層５２、ｎゲート層５３、アノード層５４、ＧａＩｎＰ層５６、トンネル接合層５５Ａ及びｎ型層５５Ｂが積層された状態である。
ＧａＩｎＰ層５６は、ＧａＩｎＰで構成された半導体層である。
図８に示す転送サイリスタＴ１は、図７に示す状態から、トンネル接合層５５Ａ及びｎ型層５５Ｂがエッチングで除去された後の状態を示している。トンネル接合層５５Ａ及びｎ型層５５Ｂのエッチングは、例えば、エッチャントとしてリン酸系が用いられる。
図９に示す転送サイリスタＴ１は、図８に示す状態から、ＧａＩｎＰ層５６がエッチングで除去された後の状態を示している。ＧａＩｎＰ層５６のエッチングは、例えば、エッチャントとしてリン酸又は塩酸が用いられる。
以上の工程により、図９に示す転送サイリスタＴ１では、低抵抗層５５及びＧａＩｎＰ層５６が除去され、最上部がアノード層５４となっている。なお、図９では、図示を省略しているが、アノード層５４上に電極５８が設けられる（図４参照）。これにより、転送サイリスタＴ１では、アノード層５４が「転送サイリスタに接する電極からの電流が流れる層」の一例となる。
ここで、転送部１０１に設けられた転送サイリスタＴは、発光体１０２に設けられた設定サイリスタＳと異なり、高い抵抗が必要なために最上部に高抵抗層を設けている。一例として、アノード層５４は、不純物濃度が１×１０１８／ｃｍ３のｐ型の半導体層であり、低抵抗層５５よりも高い抵抗を有する。つまり、設定サイリスタＳの低抵抗層５５は、転送サイリスタＴのアノード層５４の抵抗よりも低い抵抗を有する。この構成により、第１の実施形態では、転送サイリスタＴのアノード層５４が設定サイリスタＳの低抵抗層５５よりも低い抵抗を有する場合に比べて、転送サイリスタＴの動作を安定させることができる。
なお、上記では、転送サイリスタＴ１の製造方法として低抵抗層５５及びＧａＩｎＰ層５６を除去する場合について説明したが、これに限らず、転送サイリスタＴ１には予め低抵抗層５５が設けられていなくてもよい。
上記のように、第１の実施形態では、ＬＤ／Ｓは、ＧａＡｓ基板８０、レーザダイオードＬＤ、及び設定サイリスタＳを備える。このとき、設定サイリスタＳには、電極４９からの電流が流れる位置に設定サイリスタＳを電気的に分離させない抵抗を有する低抵抗層５５が設けられている。第１の実施形態では、設定サイリスタＳを電気的に分離させない抵抗を有する低抵抗層５５を、一例として、ｐ型の半導体層であれば不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上１×１０２１／ｃｍ３以下とし、ｎ型の半導体層であれば不純物濃度が１×１０１８／ｃｍ３より大きくしている。低抵抗層５５をｐ型の半導体層とした場合は、低抵抗層５５をｎ型の半導体層とする場合に比べて、低抵抗層５５の構造が簡易になる。また、低抵抗層５５をｎ型の半導体層とした場合は、低抵抗層５５をｐ型の半導体層とする場合に比べて、低抵抗層５５の抵抗が低くなる。
なお、第１の実施形態では、電極４９からの電流が流れる位置として、設定サイリスタＳの最上部に低抵抗層５５を設けたが、これに限らず、電極４９からの電流が流れる位置であれば設定サイリスタＳの最上部の一つ下の層など、他の層に低抵抗層５５を設けてもよい。
ここで、低抵抗層５５の抵抗が上記基準よりも高くなると、設定サイリスタＳの横方向に電流が流れにくくなり、設定サイリスタＳが電気的に分離するおそれがある。そして、設定サイリスタＳが電気的に分離すると、ＬＤ／Ｓの発光にムラ及び点灯ズレ等が生じるおそれがあり望ましくない。
しかし、第１の実施形態では、上記基準よりも低い抵抗となる低抵抗層５５を採用しているため、レーザダイオードＬＤの上に設定サイリスタＳを積層した場合に、設定サイリスタＳを電気的に分離させないことができる。
また、設定サイリスタＳを電気的に分離させないために、設定サイリスタＳの最上部において光出射口４７を取り囲むように、円形の電極を設けることが想定できるが、この場合は、当該電極を設置するためのマージンをＬＤ／Ｓに設ける必要があり、ＬＤ／Ｓが大型化してしまう。これに対し、第１の実施形態では、設定サイリスタＳの最上部において光出射口４７を取り囲む円形の電極を設けていないため、当該電極を設ける場合に比べて、ＬＤ／Ｓを小型化できる。
また、第１の実施形態では、電極４９には、設定サイリスタＳのオン状態とオフ状態とを制御する信号が供給される。これにより、第１の実施形態では、設定サイリスタＳのオン状態とオフ状態とが切り替えられる。
また、第１の実施形態では、レーザダイオードＬＤを発光させるための電流を供給する点灯信号線７５を備える。これにより、第１の実施形態では、点灯信号線７５を介してレーザダイオードＬＤが発光される。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について他の実施形態との重複部分を省略又は簡略しつつ説明する。
第２の実施形態における光学装置３０は、第１の実施形態で説明した発光部品１０を用いている。
図１０は、光学装置３０の構成を説明する概略図である。そして、左右方向をｘ方向、上下方向をｙ方向とする。
光学装置３０は、発光部品１０と光学素子（図示せず）とを備える。発光部品１０は、発光体１０２にｘ方向に一次元的に配列された９個のＬＤ/Ｓ群（ＬＤ/Ｓ群＃１～＃９）及び転送部１０１を備える。なお、転送部１０１の詳細な記載を省略する。そして、光学装置３０は、発光部品１０が備える複数のＬＤ/Ｓ群における各ＬＤ/Ｓ群の出射する光の方向又は拡がり角を予め定められた方向又は予め定められた拡がり角に設定する光学素子を備える。以下では、一例として、光学素子は、凸レンズ（以下では、レンズＬＺと表記する）であるとし、予め定められた方向に光の出射方向を偏向させるとして説明する。例えば、ＬＤ/Ｓ群＃１は、レーザダイオードＬＤの出射する光をｘ方向に偏向させるように、レーザダイオードＬＤの光出射口４７（図３参照）の中心に対して、レンズＬＺの中心をｘ方向にずらして配置されている。
なお、レンズＬＺがマイクロレンズなど小さなレンズである場合、偏向角が小さい場合がある。この場合には、レンズＬＺを備えた光学装置３０の前面に、別のレンズを設けて、偏向角を大きくしてもよい。また、レンズＬＺを凸レンズとして説明したが、凹レンズであってもよく、非球面レンズであってもよい。
また、上記では、光の出射方向を偏向させたが、拡がり角を変化させてもよい。例えば、凸レンズにより、照射面において光が集束するようにしてもよく、照射面において予め定められた範囲に光が照射されるように広げてもよい。
図１１は、光学装置３０を備えた光計測装置１の構成を説明する概略図である。光計測装置１は、光学装置３０と、光学装置３０からの光が照射された計測対象物（対象物）１３から、反射光を受光する受光部１１と、受光部１１が受光した光に関する情報を処理して、光学装置３０から計測対象物１３までの距離、又は計測対象物１３の形状を計測する処理部１２とを備える。そして、計測対象物１３は、光計測装置１に近接してくるものとする。なお、計測対象物１３は、一例として人である。そして、図１１は、上方から見た図である。
受光部１１は、計測対象物１３により反射された光を受光するデバイスである。受光部１１は、フォトダイオードであればよい。フォトダイオードは、例えば、受光時間を精度よく測定できるシングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）である。
処理部１２は、データを入出力する入出力部を備えたコンピュータとして構成されている。そして、処理部１２は、光に関する情報を処理して、計測対象物１３までの距離や計測対象物１３の二次元又は三次元の形状を算出する。
光計測装置１の処理部１２は、光学装置３０の発光部品１０を制御し、発光部品１０から光を出射させる。つまり、光学装置３０の発光部品１０は、パルス状に光を出射する。すると、処理部１２は、発光部品１０が光を出射した時刻と、受光部１１が計測対象物１３からの反射光を受光した時刻との時間差から、光学装置３０から光が出射されてから、計測対象物１３に反射して、受光部１１に到達するまでの光路長を算出する。よって、処理部１２は、光学装置３０、受光部１１からの距離又は基準とする点（以下では、基準点と表記する。）から、計測対象物１３までの距離を計測する。なお、基準点とは、光学装置３０及び受光部１１から予め定められた位置に設けられた点（ポイント）である。
図１２は、光計測装置１から光を出射する様子を説明する図である。ここでは、人１４が光計測装置１を右手に持ち、前方において対象物の有無を計測するとする。
例えば、光学装置３０における発光部品１０のＬＤ/Ｓ群＃１からの光は、仮想的に設定された照射面１５の領域＠１に向かう。また、ＬＤ/Ｓ群＃２からの光は、領域＠２に向かう。このように、ＬＤ/Ｓ群＃１～＃９から光が順に異なる領域＠１～＠９に向けて出射される。そして、反射光が受光部１１で受光される。そして、処理部１２により、光が出射されてから反射光が受光部１１で受光されるまでの時間が計測される。すると、どの方向に計測対象物１３があるか分かる。つまり、光計測装置１は、近接センサとなる。また、計測対象物１３までの距離から、計測対象物１３の二次元又は三次元の形状が計測される。
この方法は、光の到達時間を基にした測量法であって、タイムオブフライト（ＴＯＦ）法と呼ばれる。この方法では、測定精度を上げるために複数回パルス状の光を照射することがよい。また、特定の方向、例えば、図１２において、正面側の領域＠２に対しては、パルスの数を多くして計測精度を上げるようにしてもよい。つまり、領域＠２に光を照射する期間を他の期間に比べて長くして、パルスの回数を増やしてもよい。
光学装置３０は、予め定められた方向に順次光を出射する。よって、この光学装置３０は、多方向に同時に光を出射する場合に比べて、解像度が落ちるが、消費電力が少なくて済む。また、多方向に同時に光を出射する場合には、二次元に受光素子が並んだ受光素子を用いて反射光が来た方向を識別することが必要である。これに比べて、順次方向を変えて光を出射する光計測装置１では、二次元に受光素子を配列させた受光素子を用いることを要せず、受光した光の強度変化が高速に測定可能な受光素子を用いれば足りる。よって、光計測装置１の構成が簡易になる。
なお、図１０に示す光学装置３０における発光部品１０は、９個のＬＤ/Ｓ群＃１～＃９を備える。そして、図１２に示すように、３×３の９個の領域＠１～＠９を照射する。よって、領域の数を増やす場合には、配列するＬＤ/Ｓ群の数を変更すればよい。５×５の２５個の領域＠１～＠２５を照射する場合には、２５個のＬＤ/Ｓ群を備えればよい。なお、５×４や４×５の２０個の領域でもよい。また、ＬＤ/Ｓ群は、一次元に配列したが、二次元に配列されてもよい。さらに、照射する領域は格子状に配列されていなくてもよい。計測したい場所に照射されるように光学装置３０における発光部品１０のレーザダイオードＬＤからの光の出射方向を設定するようにレンズＬＺなどの光学素子を設定すればよい。
以上、第２の実施形態における光学装置３０は、発光部品１０におけるＬＤ/Ｓ群を配列に沿って順次駆動することにより、面状に光を照射するようにしている。つまり、一次元的な操作により、光が二次元空間に出射されるようにしている。
１０ 発光部品（発光素子の一例）
８０ ＧａＡｓ基板（基板の一例）

Claims (13)

  1. 基板と、
    前記基板上に積層された発光部と、
    前記発光部上に積層され、オン状態になることで前記発光部を発光、又は、発光量を増加させるように設定するサイリスタであって、前記サイリスタに接する電極からの電流が流れる位置に、前記サイリスタを電気的に分離させない抵抗を有する低抵抗層が設けられた前記サイリスタと、
    を備える、
    発光素子。
  2. 前記電極には、前記サイリスタのオン状態とオフ状態とを制御する信号が供給される、
    請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記発光部に発光用の電流を供給する供給電極を備える、
    請求項１又は２に記載の発光素子。
  4. 前記低抵抗層は、ｐ型の半導体層であり、不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上１×１０２１／ｃｍ３以下である、
    請求項１から３の何れか１項に記載の発光素子。
  5. 前記低抵抗層は、不純物濃度が１×１０１８／ｃｍ３より大きいｎ型の半導体層を備える、
    請求項１から３の何れか１項に記載の発光素子。
  6. 前記ｎ型の半導体層と前記サイリスタの他の層とは、トンネル接合を介して積層されている、
    請求項５に記載の発光素子。
  7. 請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子を複数備え、
    複数の前記発光素子がそれぞれ備える前記サイリスタは、接続部を介して接続されており、
    前記電極は、前記接続部に配置されている、
    発光素子アレイ。
  8. 請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子を複数備え、
    複数の前記発光素子間で前記電極を共有する、
    発光素子アレイ。
  9. 複数の前記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、
    前記複数の発光素子群の各発光素子群の前記発光素子が備える前記サイリスタは、各発光素子群でそれぞれ異なるタイミングでオン状態となる、
    請求項７又は８に記載の発光素子アレイ。
  10. 基板と、
    前記基板上に積層された複数の発光部と、
    複数の前記発光部のそれぞれに積層され、オン状態になることで複数の前記発光部を発光、又は、発光量を増加させるように設定する複数の設定サイリスタと、
    複数の前記設定サイリスタのそれぞれと接続され、オン状態が順に転送されることで、接続された設定サイリスタをオン状態に移行可能にする複数の転送サイリスタと、
    を備え、
    前記設定サイリスタに接する電極からの電流が流れる位置に、前記転送サイリスタに接する電極からの電流が流れる層の抵抗よりも低い抵抗を有する低抵抗層が設けられた、
    発光部品。
  11. 前記転送サイリスタに接する電極からの電流が流れる層は、前記低抵抗層よりも高い抵抗を有する半導体層である、
    請求項１０に記載の発光部品。
  12. 請求項１０又は１１に記載の発光部品と、
    前記発光部品が備える複数の発光素子群における各発光素子群の出射する光の方向又は拡がり角を予め定められた方向又は予め定められた拡がり角に設定する光学素子と、
    を備える、
    光学装置。
  13. 請求項１２に記載の光学装置と、
    前記光学装置からの光が照射された対象物から、反射光を受光する受光部と、
    前記受光部が受光した光に関する情報を処理して、前記光学装置から対象物までの距離、又は前記対象物の形状を計測する処理部と、
    を備える、
    光計測装置。
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