JP7027033B2

JP7027033B2 - 照明用の垂直共振器型発光素子モジュール

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Publication number: JP7027033B2
Application number: JP2016189664A
Authority: JP
Inventors: 大倉本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: JP2018056284A

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。

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、ｎ型ＧａＮ基板上に形成されたｎ型ＧａＮバッファ層、ＡｌＮ層／ＧａＮ層ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層およびｎ型ＧａＮクラッド層を含み、該クラッド層に設けられた円柱状凸部上には、ＩｎＧａＮ層／ＧａＮ層の多重量子井戸活性層と、ｐ型ＧａＮクラッド層とが形成され、該クラッド層上の中央部には誘電体ＤＢＲ層が形成され、クラッド層上には、誘電体ＤＢＲ層の周囲に、窒化珪素の絶縁膜とｐ電極とが形成され、該凸部の側面を覆うように形成された絶縁膜上には、ｎ電極が形成された垂直共振器型面発光レーザが開示されている。凸部の開口部と発光層を挟んで互いに対向するＤＢＲ層は、共振器を構成している。また、特許文献１には、複数の垂直共振器型面発光レーザを平面上に配列した垂直共振器型面発光レーザモジュール（以下、面発光レーザアレイともいう）の形状において、各々が円形の垂直共振器型面発光レーザを並べた形状が開示されている。

特許文献２には、面発光レーザアレイを、光変換部品を通じてマイクロレンズアレイとフォーカスレンズでファイバーに結合する技術が開示されている。

特許文献３では、複数のレーザ出射器からのビームを蛍光体が含まれる基板上に照射して遠方ビームスポット分布を制御する技術が開示されている。

特開2014-7093号公報特表2015-510273号公報特表2015-501062号公報

しかしながら、従来技術において、実験を行った結果、複数のレーザ光を、レンズアレイを通じて或いは直接蛍光体等に照射する場合、蛍光体上や照射する物体に輝点が生じることが分かった。これら輝点は、色ムラの要因となり、特に照明光源としては、扱いにくいという問題があった。原因を調べた結果、複数のレーザ光による干渉に依ることが判明した。特に面発光レーザアレイでは、同一の結晶成長や電極プロセスを経た同一ウェハ上に形成されるため、同じ波長で出射されることから、この現象が顕著に起こっていた。

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ても輝点の発生を抑え、色ムラを解消できる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。

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、
前記複数の垂直共振器型発光素子の各々は、第１反射器と、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、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、
前記複数の垂直共振器型発光素子のうちの互いに隣接するもの同士から出射される前記光ビームの波長が互いに異なること又は前記光ビームの偏光若しくは偏光比率が互いに異なることを特徴とする。

本発明によれば、複数の垂直共振器型発光素子を利用される光源構成において、個々の光ビーム光の一部が他の光ビーム光に重なりが生じても、垂直共振器型発光素子の発光部位の形状を互いに隣接するもの同士で変えることにより、輝点の発生を抑えることができ、色ムラのな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ができる。

本発明の実施例の面発光レーザをアレイ化した面発光レーザモジュール構成を模式的に示す一部透視概略平面図である。図１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。本発明の実施例の面発光レーザモジュールを蛍光体に結合させてレーザ光を蛍光体に入射した例を示す概略側面図である。本発明の実施例の面発光レーザモジュールを、レンズアレイを介して蛍光体に結合させて、レーザ光をレンズアレイを介して蛍光体に入射した例を示す概略側面図である。本発明の実施例の面発光レーザモジュールを、レンズアレイ及び集光レンズを介して蛍光体に結合させて、レーザ光をレンズアレイ及び集光レンズを介して蛍光体に入射した例を示す概略側面図である。本発明の実施例の面発光レーザモジュールの基板の裏面にレンズアレイを形成して、レーザ光を、レンズアレイを介して蛍光体に入射した例を示す概略側面図である。本発明の実施例の面発光レーザモジュールの基板の裏面にレンズアレイを形成して、レーザ光を、レンズアレイ及び集光レンズを介して蛍光体に入射した例を示す概略側面図である。本発明の実施例１である面発光レーザモジュールの面発光レーザの開口部の構成を説明するための一部透視概略平面図である。本発明の実施例１である面発光レーザモジュールの面発光レーザの開口部の構成を説明するための一部透視概略平面図である。本発明の実施例１である面発光レーザモジュールの面発光レーザの開口部の構成を説明するための一部透視概略平面図である。本発明の実施例１である面発光レーザモジュールの面発光レーザの開口部の構成を説明するための一部透視概略平面図である。本発明の実施例２である面発光レーザモジュールの面発光レーザの開口部の構成を説明するための一部透視概略平面図である。本発明の実施例２である面発光レーザモジュールの面発光レーザの開口部の構成を説明するための一部透視概略平面図である。本発明の実施例３である面発光レーザモジュールの面発光レーザの開口部の構成を説明するための一部透視概略平面図である。本発明の実施例３である面発光レーザモジュールの面発光レーザの開口部の構成を説明するための一部透視概略平面図である。本発明の実施例の面発光レーザモジュールを製造に用いられる透明電極を覆うパターニングマスクの概略平面図である。本発明の実施例の変形例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。

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。

図１は、本発明による実施例の一例の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１０を発光部として、その１２個（４×３）を整列して配置（アレイ化）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。１２個の面発光レーザは、同一基板上に同一構造を有して形成されている。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２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。

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。

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。

図２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１に示すように、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にそれぞれ独立に接続されるように形成されている。なお、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。

図２に示す貫通開口部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。

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）が光ビームの通過口に対応する。開口部ＯＰ１内部の透明電極２３は、電流注入と光ビーム放射の機能を担う窓である。該窓を介して光ビームは、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光ビームが放射される。

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のペアを複数、積層して構成することができる。第２反射器２５は貫通開口部ＯＰ１を覆う面積で、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及び透明電極２３を挟み、共振構造を形成する。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。

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、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-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。

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。

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。

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。

図２に示すように、面発光レーザモジュール１０Ａでは複数の面発光レーザ１０が基板平面に垂直な方向に光ビームを出射するように配列されているが、光ビームの出射方向側に配置された光変換部品１１１をも有することができる。光変換部品１１１としては、蛍光体、拡散板、レンズ又はこれらの組み合わせがあげられる。光変換部品１１１は、その下面と基板１１（電流狭窄層２１）との間にスペーサ（図示せず）を介装させ接合剤を用い基板１１に固定される。さらに、光変換部品１１１は、接合剤を用いずにネジ止め等により基板１１に固定しても良い。

図２に示す面発光レーザモジュール１０Ａの基板１１上に配列された１２個の面発光レーザ１０は、それらの内の互いに隣接するもの同士から出射される光ビームがその出射方向側で少なくても一部が重なりあって光ビームが伝搬するようになっている。そして、面発光レーザモジュール１０Ａは、互いに隣接する面発光レーザ１０同士から出射される光ビームの波長が互いに異なるように構成されている。例えば、図２に示す隣接する２つの面発光レーザ１０の第１反射器１３と第２反射器２５との間の共振器長Ｌ１、Ｌ２が互いに異なる（Ｌ１＜Ｌ２）ように形成され、共振される光ビームの波長が互いに異なるように構成されている。

ここで、本実施例で対象となる面発光レーザモジュール１０Ａの構成例を図３～図７を用いて説明する。

図３は、面発光レーザモジュール１０Ａを蛍光体１１１（光変換部品）に結合させてレーザ光を蛍光体１１１に入射した例を示す概略側面図である。個々のレーザ光（破線）は、発散されながら蛍光体１１１に入射され、その一部が他のレーザ光と重なる構成となっている。光変換部品１１１は、複数の面発光レーザ１０のうちの互いに隣接するもの同士から出射される光ビームがその出射方向側で少なくても一部が重なりあって入射される間隔Ｄをもって、複数の面発光レーザ１０に対して配置される。

図４は、図３の構成の面発光レーザモジュール１０Ａと蛍光体１１１の間に更にレンズアレイ１１１ａ（マイクロレンズの集合から成る）が導入された例を示す概略側面図である。このように面発光レーザ光が発散されながらレンズアレイ１１１ａに入射されることで、レンズアレイ１１１ａや蛍光体１１１で他のレーザ光と重なる構成となっている。面発光レーザ１０の各々の光軸上に対応してレンズアレイ１１１ａのマイクロレンズの各々が配置されている。

図５は、図４の構成のレンズアレイ１１１ａと蛍光体１１１の間に更に集光レンズ１１１ｂが導入された例を示す概略側面図である。この場合は蛍光体１１１でほぼすべてのレーザ光が重なることになる。

図６は、面発光レーザモジュール１０Ａの基板の裏面にレンズアレイ１１１ａを形成した例を示す概略側面図である。図４と同様にレンズアレイ１１１ａや蛍光体１１１で各レーザ光の一部が重なる構成となっている。

図５は、図６の構成のレンズアレイ１１１ａと蛍光体１１１の間に更に集光レンズ１１１ｂが導入された例を示す概略側面図である。この場合もレンズアレイ１１１ａで一部が重なり、蛍光体１１１面上では、多くのレーザ光が重なる構成となっている。

このように、複数のレーザ光が蛍光体１１１やレンズアレイ１１１ａのような光変換部品に入射される場合に少なくとも個々のレーザの内、一部のビームが他のビームと重なる構成をとった場合に本発明の構成対象になり、上述した例以外でも対象となりうる。また、例示したレンズアレイ１１１ａや面発光レーザ１０は、周期的に並んでいるが、周期が崩れたアレイ（配列）でもよく、レンズアレイの場合は、マイクロレンズのレンズ半径やサグが統一されてなくてもよい。また、例示したレンズアレイ１１１ａは、マイクロレンズの焦点距離と面発光レーザ１０の発光点との間の距離が同じでもよいし、異なってもよい。

次に図８～図１５を用いて各実施例を説明する。図８～図１５は、面発光レーザの位置として、電流注入と光ビーム放射の機能を担う開口部ＯＰ１（内部の透明電極）のみを示す、本実施例の面発光レーザの１２個（４×３）を整列して配置された面発光レーザモジュール１０Ａの一部透視概略平面図である。

図８は面発光レーザの開口部ＯＰ１の各々が同一径の円形である面発光レーザモジュール１０Ａを示す。図９は面発光レーザの開口部ＯＰ１の各々が同一の正方形である面発光レーザモジュール１０Ａを示す。図８及び図９の面発光レーザモジュール１０Ａは、ビームが重なり合う互いに隣接する面発光レーザ１０同士から出射される光ビームの波長が互いに異なるように構成されている。例えば、当該隣接する面発光レーザ１０同士は、図２に示す隣接する２つの面発光レーザ１０の第１反射器１３と第２反射器２５との間の共振器長Ｌ１、Ｌ２が互いに異なる（Ｌ１＜Ｌ２）ように形成され、共振される光ビームの波長が互いに異なるように構成されている。

また、本発明での実施例では、ビームが重なり合う互いに隣接する面発光レーザの第１及び第２反射器の間の共振器長が同一であったとしても、少なくとも隣り合う面発光レーザ素子のサイズ（開口部ＯＰ１）を変えることで、出射される光ビームの波長が互いに異なるように構成ができる。図１０は、ビームが重なり合う面発光レーザの開口部ＯＰ１の隣接する円形の半径が異なる面発光レーザモジュール１０Ａを示す。図１１はビームが重なり合う面発光レーザの開口部ＯＰ１の隣接する正方形の面積が異なる面発光レーザモジュール１０Ａを示す。このように隣接する素子同士における貫通開口部ＯＰ１の面積が互いに異なることにより、駆動電流密度が変わり、個々の面発光レーザの各層の屈折率を変えることができ、共振波長を決定する光学長（屈折率×膜厚）を変化させることで、発振波長のバリエーションを増やすことができる。個々の面発光レーザの発光波長（共振波長）を変えることができれば、輝点を抑制することができる。図１０及び図１１で例示したサイズは、少なくとも隣り合う面発光レーザに対してサイズを変えたが、隣り合う面発光レーザだけでなく、他の面発光レーザに対してもサイズを変えてもよい。

実施例２では、ビームが重なり合う互いに隣接する面発光レーザ同士における貫通開口部ＯＰ１の形状が長辺及び短辺又は長軸及び短軸を有し、当該長辺又は長軸の伸長方向が互いに異なるように、面発光レーザモジュール１０Ａを構成している。図１２は、ビームが重なり合う面発光レーザの開口部ＯＰ１の隣接する同一の楕円形の長軸同士の伸長方向が互いに異なる面発光レーザモジュール１０Ａを示す。図１３はビームが重なり合う面発光レーザの開口部ＯＰ１の隣接する同一の長方形の長辺同士の伸長方向が互いに異なる面発光レーザモジュール１０Ａを示す。このように楕円形や長方形（長辺又は長軸の伸長方向）の配置角度を変えることで、偏光（ｐ偏光、ｓ偏光）の種類や偏光比率を制御できる。偏光の違うレーザ光は、重なりあっても輝点を抑制することができる。図１２及び図１３では楕円形と長方形を例示したが、本実施例では、面発光レーザの開口部ＯＰ１の形状は長辺や長軸等の長手部位と短辺や短軸等の短手部位を含む形状（円形以外の形状）であればよい。また、本実施例では、隣接する開口部ＯＰ１の長辺又は長軸の伸長方向の回転角度を９０°としたが、その他の角度でもよい。さらに、本実施例では、実施例１の図１０及び図１１の例のように少なくとも隣り合う面発光レーザの開口部ＯＰ１のサイズを変えてもよい。

実施例３では、ビームが重なり合う互いに隣接する面発光レーザ同士における貫通開口部ＯＰ１の面積とその形状が互いに異なる、面発光レーザモジュール１０Ａを構成している。図１４は、ビームが重なり合う面発光レーザの開口部ＯＰ１が隣接する円形と楕円形である面発光レーザモジュール１０Ａを示す。図１５はビームが重なり合う面発光レーザの開口部ＯＰ１が隣接する長方形と正方形である面発光レーザモジュール１０Ａを示す。図１４及び図１５に示したように、少なくとも隣り合う面発光レーザの開口部ＯＰ１の形状の縦横比が異なることを特徴としている。このような形状に変更することで、駆動電流密度を変えることができ、共振波長を決定する光学長（屈折率×膜厚）を変化させることで、発振波長のバリエーションを増やすことができる。更に、本実施例では、偏光の種類やｐ偏光、ｓ偏光の比率を変えることができる。このように、各面発光レーザの発振波長と偏光或いは偏光比率を変えることで、輝点を抑制することができる。図１４及び図１５では、円形、楕円形パターンと正方形、矩形パターンとしたが、その他、多角形パターン等の構成でもよい。さらに、本実施例では、実施例１の図１０及び図１１の例のように少なくとも隣り合う面発光レーザの開口部ＯＰ１のサイズを変えてもよく、実施例２の図１２及び図１３の例のように少なくとも隣り合う面発光レーザの開口部ＯＰ１の長辺又は長軸の伸長方向の回転角度を変えてもよい。
［具体例］
具体例では、少なくとも隣り合う面発光レーザ素子で、層方向に（物理的に）光学長を変える図２の構造に類似した例を説明する。

面発光レーザモジュール１０Ａの作製方法は以下の通りである。図２の構造に対応した部位を括弧にて示す。先ず、ｎ－ＧａＮ基板１１上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、Ｓｉドーピングした下地ｎ－ＧａＮ（３μｍ）（図示せず）と、ｎ－ＧａＮ／ＡｌＩｎＮ層の４０ペアの半導体多層膜：分布ブラッグ反射鏡（第１反射器１３）を成膜する。このとき、第１反射器１３の各層は、発振波長の１／４を半導体の屈折率で割った値とする。このことにより、高反射ミラーの形成が可能となる。

そのあと、Ｓｉドープｎ－ＧａＮ（４４０ｎｍ）（ｎ型半導体層１５）と、ＧａＩｎＮ（４ｎｍ）及びＧａＮ（５ｎｍ）のペアで構成されるトリプル量子井戸活性層（活性層１７）と、ＭｇドープＡｌＧａＮ電子障壁層（図示せず）と、ｐ－ＧａＮ層（５０ｎｍ）（ｐ型半導体層１９）と、を連続で成膜する。

その後、面発光レーザ１０に対応する部分を残してｎ型半導体層１５の一部分までエッチングする。その後、絶縁体膜（電流狭窄層２１）を形成、パターニングした後にＩＴＯの開口径（２０μｍ）（貫通開口部ＯＰ１）を形成する。その後、開口パターン（透明電極２３）を、絶縁体膜（電流狭窄層２１）上に形成する。

開口パターン（透明電極２３）は、図８に対応するような円形パターンでアレイ化されている。透明電極２３の形成の後、図１６のように色で塗りつぶされたパターニングマスクＭによりレジストでＩＴＯ電極（透明電極２３）を覆うようにし、色で塗られていない部位はＩＴＯ電極が表面に何も覆われていない状態にし、ＩＴＯ電極の一部をエッチングで取り除く（図２におけるＬ１＜Ｌ２を画定する）。

その後、ＩＴＯ電極上に誘電体ＤＢＲ（Ｎｂ₂Ｏ₅／Ａｌ₂Ｏ₃）（第２反射器２５）を１０ペアで形成し、その後、ｐ電極及びｎ電極を形成する。

このようにプロセスを変更することで、少なくとも隣接する面発光レーザのＩＴＯ電極の厚さを変えることができる。ＩＴＯ電極の厚さ厚い面発光レーザは、共振波長が長くなり（図２におけるＬ２）、長波側で発振し、ＩＴＯ電極の薄い面発光レーザは、共振波長が長くなり（図２におけるＬ１）、短波で発振する。このように個々の面発光レーザの共振波長を決定する光学長（屈折率×膜厚）を変化させることで、発振波長のバリエーションを増やすことができる。個々のレーザ光の波長を変えることができれば、輝点を抑制することができる。発光色のムラとして認識されないよう発振波長のバリエーションは１０ｎｍ以内であることが好ましい。
［変形例］
図１７は、本発明の実施例での変形例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。

上記実施例では、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。

図１７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一般照明灯が挙げられる。

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、上記実施例では素子夫々を独立に接続したが、各素子を並列に接続する構成としてもよい。さらに、上記実施例の複数の面発光レーザは特定周期で整列されているが、複数の面発光レーザはランダムに配置されていてもよい。

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。さらに、上記実施例の面発光レーザの他に、垂直共振器型発光素子としてSLD (Superluminescent diode)等を用いた垂直共振器型発光素子モジュールにも本発明は適用できる。

１０面発光レーザ
１３第１反射器
１５ｎ型半導体層（第１の半導体層）
１７活性層
１９ｐ型半導体層（第２の半導体層）
２１電流狭窄層
２３透明電極
２５第２反射器
２７ＰＰ電極
２９Ｐｐパッド電極
２９Ｎｎパッド電極
ＯＰ１貫通開口部
ＳＭＣ半導体構造層

Claims

照明用の垂直共振器型発光素子モジュールであって、
平面上に行列状に配列された複数の垂直共振器型発光素子と、
前記複数の垂直共振器型発光素子のうちの互いに隣接するもの同士から出射される光ビームがその出射方向側で互いの前記光ビームの中心まで達しない周縁部において重なりあって入射される間隔で、前記複数の垂直共振器型発光素子に対して配された光変換部品を有し、
前記複数の垂直共振器型発光素子は前記光ビームの波長および偏光および偏光比率が同じ垂直共振器型発光素子からなり、行列方向ともに交互に並ぶ２つのグループを有し、前記２つのグループの異なるグループに属する垂直共振器型発光素子から出射される前記光ビームは波長が互いに異なるか又は前記光ビームの偏光若しくは偏光比率が互いに異なり、前記複数の垂直共振器型発光素子のうちの互いに隣接するもの同士は前記複数のグループの異なるグループに属し、
前記複数の垂直共振器型発光素子のうち前記複数のグループの同じグループに属するものは互いに隣接されず、
前記光変換部品は前記複数の垂直共振器型発光素子のうち同じグループに属するものから出射される光ビームが重ならずに照射され、
前記光変換部品は拡散板もしくは蛍光体であることを特徴とする照明用の垂直共振器型発光素子モジュール。
前記複数の垂直共振器型発光素子の各々は、第１反射器と、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、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、
前記複数の垂直共振器型発光素子のうちの互いに隣接するもの同士における前記第１反射器と前記第２反射器との間の光学長又は共振器長が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子モジュール。
前記複数の垂直共振器型発光素子の各々は、第１反射器と、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、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、
前記電流狭窄層は前記第２の半導体層上に積層された絶縁性層であって、
前記透明電極は前記電流狭窄層に形成された前記電流狭窄層を貫通する貫通開口部と、
前記貫通開口部及び前記電流狭窄層を覆い積層された前記貫通開口部を介して前記第２の半導体層に接しており、
前記複数の垂直共振器型発光素子のうちの互いに隣接するもの同士における前記貫通開口部の面積が互いに異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直共振器型発光素子モジュール。
前記複数の垂直共振器型発光素子の各々は、第１反射器と、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、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、
前記電流狭窄層は前記第２の半導体層上に積層された絶縁性層であって、
前記透明電極は前記電流狭窄層に形成された前記電流狭窄層を貫通する貫通開口部と、
前記貫通開口部及び前記電流狭窄層を覆い積層された前記貫通開口部を介して前記第２の半導体層に接しており、
前記複数の垂直共振器型発光素子のうちの互いに隣接するもの同士における前記貫通開口部の形状が互いに異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の垂直共振器型発光素子モジュール。
前記複数の垂直共振器型発光素子の各々は、第１反射器と、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、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、
前記電流狭窄層は前記第２の半導体層上に積層された絶縁性層であって、
前記透明電極は前記電流狭窄層に形成された前記電流狭窄層を貫通する貫通開口部と、前記貫通開口部及び前記電流狭窄層を覆い積層された前記貫通開口部を介して前記第２の半導体層に接しており、
前記複数の垂直共振器型発光素子の前記貫通開口部は長辺及び短辺又は長軸及び短軸を有する形状を有し、前記複数の垂直共振器型発光素子は、前記複数の垂直共振器型発光素子のうちの互いに隣接するもの同士における前記貫通開口部の前記長辺又は前記長軸の伸長方向が互いに異なるように配列されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の垂直共振器型発光素子モジュール。
前記複数の垂直共振器型発光素子の各々は、第１反射器と、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、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、
前記電流狭窄層は前記第２の半導体層上に積層された絶縁性層であって、
前記透明電極は前記電流狭窄層に形成された前記電流狭窄層を貫通する貫通開口部と、前記貫通開口部及び前記電流狭窄層を覆い積層された前記貫通開口部を介して前記第２の半導体層に接しており、
前記複数の垂直共振器型発光素子の前記貫通開口部は、矩形、多角形又は楕円の形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の垂直共振器型発光素子モジュール。
前記複数の垂直共振器型発光素子の各々は、第１反射器と、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、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、
前記電流狭窄層は前記第２の半導体層上に積層された絶縁性層であって、
前記透明電極は前記電流狭窄層に形成された前記電流狭窄層を貫通する貫通開口部と、前記貫通開口部及び前記電流狭窄層を覆い積層された前記貫通開口部を介して前記第２の半導体層に接しており、
前記複数の垂直共振器型発光素子は、同一基板上に前記第１反射器と前記第２反射器との間の光学長又は共振器長および、もしくは前記貫通開口部を除き同一構造を有して形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の垂直共振器型発光素子モジュール。