WO2023132139A1 - 面発光レーザ - Google Patents
面発光レーザ Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023132139A1 WO2023132139A1 PCT/JP2022/042793 JP2022042793W WO2023132139A1 WO 2023132139 A1 WO2023132139 A1 WO 2023132139A1 JP 2022042793 W JP2022042793 W JP 2022042793W WO 2023132139 A1 WO2023132139 A1 WO 2023132139A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- emitting laser
- surface emitting
- semiconductor multilayer
- metal film
- reflector
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 250
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 199
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 199
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 89
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 64
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 252
- 239000010408 film Substances 0.000 description 221
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 164
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 64
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 description 33
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 description 28
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
Definitions
- this technology relates to surface emitting lasers.
- Patent Document 1 surface-emitting lasers using a material with high heat dissipation on the opposite side (lower reflector side) of the active layer to the upper reflector side are known (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
- the main purpose of this technology is to provide a surface-emitting laser capable of improving heat dissipation.
- This technology consists of a semiconductor multilayer reflector, a reflector; an active layer disposed between the semiconductor multilayer reflector and the reflector; provided on the back surface of the semiconductor multilayer reflector, which is the surface opposite to the active layer side, or partly provided on the side opposite to the active layer side of a virtual surface including the back surface, and the semiconductor a metal film provided with other parts inside and/or around the multilayer film reflector;
- a surface-emitting laser comprising: In the semiconductor multilayer reflector, non-mixed crystal layers and mixed crystal layers may be alternately laminated.
- the non-mixed crystal layer may be an InP layer, and the mixed crystal layer may be an AlGaInAs layer.
- the metal film has a part provided on a side opposite to the active layer side of the virtual surface including the back surface and the other part provided inside and/or around the semiconductor multilayer reflector, The other portion may be in contact with a side surface of the semiconductor multilayer reflector.
- a hole may be provided in the back surface of the semiconductor multilayer film reflector, and the other portion of the metal film may enter the hole.
- the other portion of the metal film may be in contact with the inner surface of the hole.
- the hole may pass through the semiconductor multilayer reflector.
- the hole may not pass through the semiconductor multilayer reflector. At least part of the hole may have a tapered shape or a reverse tapered shape when viewed from the side.
- the hole may be provided around a region of the semiconductor multilayer reflector corresponding to the light emitting region of the active layer. At least one hole may be provided so as to surround the region of the semiconductor multilayer film reflector. A plurality of the holes may be provided.
- First and second electrodes for injecting a current into the active layer may be provided on the side opposite to the back side of the semiconductor multilayer reflector.
- the back surface of the semiconductor multilayer reflector may be one surface of one non-mixed crystal layer.
- the thickness of the one non-mixed crystal layer may be different from the thickness of the other non-mixed crystal layers of the semiconductor multilayer reflector.
- the metal film may be made of Au, Ag, or Al.
- the metal film may have a laminated structure in which a plurality of metal layers made of different kinds of metals are laminated.
- the optical thickness of the non-mixed crystal layer of the part of the semiconductor multilayer reflector may be (m+2) ⁇ /4 (m>1). .
- the metal film and the substrate may be bonded via another metal film.
- the reflector may be a dielectric multilayer reflector.
- FIG. 1A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 1 of one embodiment of the present technology
- FIG. 1B is a plan view of a metal film of a surface emitting laser according to Example 1 of one embodiment of the present technology
- FIG. It is a table showing the thermal conductivity of multiple types of materials.
- 4 is a graph showing the relationship between the wavelength of light and the reflectance of multiple kinds of metals.
- 1B is a flowchart for explaining an example of a method for manufacturing the surface-emitting laser of FIG. 1A
- 5A and 5B are cross-sectional views for each step of the method for manufacturing the surface emitting laser of FIG. 1A
- 6A and 6B are sectional views for each step of the method for manufacturing the surface emitting laser of FIG.
- FIG. 10A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 2 of one embodiment of the present technology
- FIG. 10B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface emitting laser according to Example 2 of one embodiment of the present technology is provided.
- FIG. 10B is a flowchart for explaining an example of a method for manufacturing the surface-emitting laser of FIG. 10A; 12A and 12B are sectional views for each step of the method for manufacturing the surface emitting laser of FIG. 10A. 13A and 13B are sectional views for each step of the method for manufacturing the surface emitting laser of FIG. 10A. 14A and 14B are cross-sectional views (1 and 2) of a surface emitting laser according to Example 3 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 10 is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of a metal film of a surface emitting laser according to Example 3 of one embodiment of the present technology is provided; 16A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 4 of one embodiment of the present technology; FIG. 16B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface emitting laser according to Example 4 of one embodiment of the present technology is provided; FIG. 17A and 17B are cross-sectional views (No. 1 and No. 2) of a surface-emitting laser according to Example 5 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 10 is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of a metal film of a surface emitting laser according to Example 5 of one embodiment of the present technology is provided;
- 19A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 6 of one embodiment of the present technology;
- FIG. 19B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 6 of one embodiment of the present technology is provided;
- 20A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 7 of one embodiment of the present technology
- 20B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 7 of one embodiment of the present technology is provided
- FIG. 21A is a cross-sectional view of a surface emitting laser according to Example 8 of an embodiment of the present technology
- FIG. 21B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 8 of one embodiment of the present technology is provided
- FIG. 21B is a flowchart for explaining an example of a method for manufacturing the surface-emitting laser of FIG.
- FIG. 21A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 9 of one embodiment of the present technology; FIG.
- FIG. 27B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface emitting laser according to Example 9 of one embodiment of the present technology is provided;
- FIG. 28B is a diagram for explaining the effect of the surface emitting laser of FIG. 28A;
- FIG. 29A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 10 of one embodiment of the present technology;
- FIG. 29B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface emitting laser according to Example 10 of one embodiment of the present technology is provided;
- FIG. 30A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 11 of one embodiment of the present technology;
- FIG. 30B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface emitting laser according to Example 11 of one embodiment of the present technology is provided;
- FIG. 31A is a cross-sectional view of a surface emitting laser according to Example 12 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 31B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 12 of one embodiment of the present technology is provided;
- FIG. 32A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 13 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 32B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 13 of one embodiment of the present technology is provided;
- FIG. 33A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 14 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 33B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector around which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 14 of one embodiment of the present technology is provided;
- 34A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 15 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 34B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 15 of one embodiment of the present technology is provided;
- FIG. 35A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 16 of one embodiment of the present technology;
- FIG. 35B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 16 of one embodiment of the present technology is provided;
- FIG. 36A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 17 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 36B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 17 of one embodiment of the present technology is provided;
- FIG. 37A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 18 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 37B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector around which a part of the metal film of the surface emitting laser is provided according to Example 18 of one embodiment of the present technology; 38A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 19 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 38B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 19 of one embodiment of the present technology is provided;
- FIG. 39A is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Example 20 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 39B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film of the surface-emitting laser according to Example 20 of one embodiment of the present technology is provided;
- FIG. 1B is a cross-sectional view of a surface-emitting laser array in which a plurality of surface-emitting lasers in FIG. 1A are arranged in an array;
- FIG. 10B is a cross-sectional view of a surface emitting laser array in which a plurality of surface emitting lasers of FIG. 10A are arranged in an array;
- FIG. It is a figure showing an example of application of a surface emitting laser according to the present technology to a distance measuring device.
- 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system;
- FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the installation position of the distance measuring device;
- Example 11 of one embodiment of the present technology Surface emitting laser according to Example 12 of one embodiment of the present technology 13.
- Surface emitting laser 14 according to Example 13 of one embodiment of the present technology.
- Surface-emitting laser 15 according to Example 14 of one embodiment of the present technology.
- a surface-emitting laser 16 according to Example 15 of an embodiment of the present technology.
- Surface emitting laser according to Example 16 of one embodiment of the present technology 17.
- Surface-emitting laser 19 according to Example 18 of an embodiment of the present technology Surface emitting laser 20 according to Example 19 of an embodiment of the present technology.
- Modified example of the present technology 22 Example of application to electronic equipment 23.
- Example of application of surface emitting laser to distance measuring device24 Example of mounting a distance measuring device on a moving object
- the 940 nm band is mainly used, but further lengthening of the wavelength is desired in the future.
- the 1.4 ⁇ m band has the advantage of being an eye-safe band in which the threshold for damage to the eyes is greatly increased, and in addition, the background of sunlight is low, so noise can be suppressed to a low level.
- InP-based surface-emitting lasers suitable for long wavelengths of 1.3 ⁇ m or longer are difficult to form epitaxial DBRs with good heat dissipation, and the refractive index difference of the materials constituting the DBRs is small and the stop band width is narrow. , there are major problems such as characteristic fluctuations due to temperature and a decrease in yield.
- the inventors developed a surface emitting laser according to this technology as a surface emitting laser with excellent heat dissipation.
- the surface emitting laser according to the present technology can also widen the effective stop band width.
- the surface-emitting laser according to the present technology is also excellent in mass productivity, and is expected to be applied to various technical fields.
- a surface-emitting laser according to an embodiment of the present technology will be described in detail below with several examples.
- FIG. 1A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-1 according to Example 1 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 1B is a plan view of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-1. In the following, for the sake of convenience, the upper side in the cross-sectional view of FIG.
- the surface emitting laser 10-1 is, as shown in FIG. 1A, a vertical cavity surface emitting laser having a resonator in which a semiconductor structure including an active layer 105 is sandwiched between first reflectors and second reflectors.
- the surface-emitting laser 10-1 is, for example, an InP-based surface-emitting laser.
- the surface emitting laser 10-1 has an oscillation wavelength ⁇ of, for example, 900 nm or more.
- the surface emitting laser 10-1 is driven by a laser driver.
- the surface emitting laser 10-1 includes, for example, a semiconductor multilayer film reflector 103 forming a part of the first reflector, a reflector 110 as a second reflector, and a semiconductor multilayer reflector 103 and reflector 110. and the first reflector provided on the back surface BS, which is the surface opposite to the active layer 105 side (upper side) of the semiconductor multilayer reflector 103 (lower side). and a metal film 102 constituting the other part.
- the surface emitting laser 10-1 further includes, as an example, a substrate 101 bonded to the surface of the metal film 102 opposite to the semiconductor multilayer reflector 103 side.
- the surface emitting laser 10-1 further includes, as an example, a first clad layer 104 arranged between the semiconductor multilayer reflector 103 and the active layer 105.
- a first clad layer 104 arranged between the semiconductor multilayer reflector 103 and the active layer 105.
- the surface emitting laser 10-1 further includes, as an example, a second clad layer 106 arranged between the active layer 105 and the reflector 110.
- FIG. 1 A second clad layer 106 arranged between the active layer 105 and the reflector 110.
- the surface emitting laser 10-1 further includes, as an example, a tunnel junction layer 107 arranged on the second cladding layer 106.
- the surface emitting laser 10-1 further includes, as an example, an embedding layer 108 provided between the second clad layer 106 and the reflector 110 and embedding the periphery of the tunnel junction layer 107.
- FIG. A BTJ buried tunnel junction
- FIG. A BTJ is configured including the tunnel junction layer 107 and the buried layer 108 .
- the surface emitting laser 10-1 further includes, as an example, an anode electrode 109 provided around the reflecting mirror 110 on the buried layer 108.
- FIG. 1 An anode electrode 109 provided around the reflecting mirror 110 on the buried layer 108.
- the metal film 102 also functions as a cathode electrode.
- the substrate 101 may be any substrate such as a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate), a semi-insulating substrate, an insulating substrate, or the like.
- the substrate 101 is preferably made of a material with high thermal conductivity (high heat dissipation).
- a substrate 101 is a holding substrate that holds the resonator of the surface emitting laser 10-1.
- the first clad layer 104 is made of, for example, an n-InP layer.
- the second clad layer 106 is made of p-InP, for example.
- the BTJ includes tunnel junction layer 107 and buried layer 108 as previously described.
- the BTJ is arranged on the anode electrode 109 side of the active layer 105 . That is, the BTJ is positioned upstream of the active layer 105 in the current path from the anode electrode 109 to the cathode electrode (metal film 102).
- the embedded layer 108 is made of, for example, an InP-based compound semiconductor (eg, n-InP layer).
- the tunnel junction layer 107 is provided on the second clad layer 106 in a mesa shape.
- the tunnel junction layer 107 has much lower resistance (very high carrier conductivity) than the surrounding buried layer 108, and serves as a current passing region.
- the tunnel junction layer 107 is also a heat generating portion.
- the tunnel junction layer 107 includes stacked p-type semiconductor regions and n-type semiconductor regions.
- the p-type semiconductor region is arranged on the active layer 105 side (lower side) of the n-type semiconductor region.
- the p-type semiconductor region is made of, for example, a p-type AlInGaAs compound semiconductor doped with C (carbon) at a high concentration.
- the n-type semiconductor region is made of an n-type AlInGaAs-based compound semiconductor doped with Si, Te, or the like at a high concentration, for example.
- the film thickness of the tunnel junction layer 107 is, for example, approximately 30 to 70 nm (eg, 50 nm).
- the active layer 105 has, for example, a multiple quantum well structure (MQW structure) including barrier layers and quantum well layers made of an AlGaInAs-based compound semiconductor.
- the active layer 105 may have a single quantum well structure (QW structure) including barrier layers and quantum well layers made of, for example, an AlGaInAs-based compound semiconductor.
- QW structure single quantum well structure
- a region of the active layer 105 corresponding to the tunnel junction layer 107 is a light emitting region.
- the light emitting region of the active layer 105 is also a heat generating portion.
- Reflecting mirror 110 as the second reflecting mirror is, for example, a dielectric multilayer film reflecting mirror (dielectric DBR), and includes a plurality of types (for example, two types) of refractive index layers (dielectric layers) having mutually different refractive indices. It has a structure in which layers are alternately laminated with an optical thickness of 1/4 ( ⁇ /4) of the oscillation wavelength ⁇ .
- a dielectric multilayer film reflector as the reflector 110 has a structure in which high refractive index layers (eg, Ta 2 O 5 layers) and low refractive index layers (eg, SiO 2 layers) are alternately laminated.
- the reflecting mirror 110 as the second reflecting mirror has a slightly lower reflectance than the first reflecting mirror composed of the semiconductor multilayer film reflecting mirror 103 and the metal film 102 .
- the reflecting mirror 110 as the second reflecting mirror is the output-side reflecting mirror.
- the reflecting mirror 110 may be a multilayer reflecting mirror other than a dielectric multilayer reflecting mirror, such as a semiconductor multilayer reflecting mirror.
- the anode electrode 109 is provided on the embedded layer 108 in a frame shape (for example, annular) so as to surround the reflecting mirror 110 .
- the anode electrode 109 is made of, for example, Au/Ni/AuGe, Au/Pt/Ti, or the like.
- the anode electrode 109 is electrically connected to, for example, an anode (positive electrode) of a laser driver.
- the first reflecting mirror is a hybrid mirror composed of a semiconductor multilayer film reflecting mirror 103 and a metal film 102 .
- non-mixed crystal layers 103a and mixed crystal layers 103b are alternately laminated. That is, the semiconductor multilayer reflector 103 has a pair of a non-mixed crystal layer 103a and a mixed crystal layer 103b.
- the number of pairs is preferably 10 or more and 50 or less, more preferably 15 or more and 25 or less.
- the optical thicknesses of the non-mixed crystal layer 103a and the mixed crystal layer 103b are, for example, 1/4 ( ⁇ /4) of the oscillation wavelength ⁇ .
- the semiconductor multilayer reflector 103 may be either doped or non-doped.
- the non-mixed crystal layer 103a is, for example, an InP layer
- the mixed crystal layer 103b is, for example, an AlGaInAs layer.
- the thermal conductivity of InP, which is a non-mixed crystal is about ten times the thermal conductivity of AlGaInAs, which is a quaternary mixed crystal. That is, the semiconductor multilayer reflector 103 is superior in heat dissipation to a semiconductor multilayer reflector having a pair of mixed crystal layers (eg, AlGaInAs/AlGaInAs).
- the farthest layer (lowermost layer) from the active layer 105 of the semiconductor multilayer reflector 103 is preferably an InP layer, which is the non-mixed crystal layer 103a. That is, the back surface BS of the semiconductor multilayer reflector 103 is preferably one surface of the one non-mixed crystal layer 103a.
- the number of pairs of semiconductor multilayer reflecting mirrors 103 is set to be smaller (for example, less than half) than when a single semiconductor multilayer reflecting mirror is used as the first reflecting mirror (usually). That is, the semiconductor multilayer film reflector 103 is thinner than usual.
- the metal film 102 is provided solidly on the back surface BS of the semiconductor multilayer reflector 103 (see FIGS. 1A and 1B).
- a white circular dashed line in FIG. 1B indicates a region corresponding to the light emitting region of the metal film 102 .
- the metal film 102 constitutes a first reflector together with the semiconductor multilayer reflector 103 and also constitutes a cathode electrode.
- a heat radiating section is configured to radiate the heat that has passed through.
- the white arrows in FIG. 1A indicate the main heat transfer. It can be seen that heat mainly moves radially from the heat generating portion toward the metal film 102 .
- the metal film 102 as a cathode electrode is electrically connected to, for example, a cathode (negative electrode) of a laser driver.
- a cathode electrode may be provided separately from the metal film 102 .
- the anode electrode and the cathode electrode may be arranged at positions sandwiching the active layer (up and down), or may be arranged on the same plane (intra-cavity).
- the metal film 102 is preferably made of Au, Ag, or Al. This is because, as can be seen from FIG. 3, Au, Ag, and Al can stably obtain a high reflectance particularly in a wide wavelength band on the long wavelength side.
- the characteristics of the first reflecting mirror which is a hybrid mirror, will be explained.
- a metal film usually absorbs light to some extent, and a metal film alone cannot be used as a reflecting mirror for a VCSEL.
- a metal film alone cannot be used as a reflecting mirror for a VCSEL.
- DBR double grating threshold
- the combination of the InP-based semiconductor DBR and the metal film increases the overall reflectance and widens the effective stopband width.
- a dielectric DBR or an AlGaAs-based DBR can have a wide stop-band width, but an InP-based DBR (for example, having a pair of InP/AlGaInAs) cannot essentially have a difference in the refractive index of the material, so the stop-band width is narrow.
- the number of pairs of InP-based semiconductor DBRs can be reduced and heat dissipation can be improved, which is a great advantage for the InP-based VCSEL.
- InP-based VCSELs as a result of obtaining the relationship between Gth (a numerical value that quantitatively indicates reflectance characteristics, the smaller the value, the better the reflectance characteristics are) and the number of pairs of InP-based DBRs, it was found that the number of InP-based DBRs was It was found that the number of pairs of DBRs can be greatly reduced and good reflectance characteristics can be realized by attaching a metal film made of a metal having a high reflectance such as Au on the back surface. In particular, it has been found that both heat dissipation and reflectance characteristics can be improved by attaching a metal film to a DBR having a pair of InP/AlGaInAs, for example.
- the first reflecting mirror cannot be used as the reflecting mirror on the output side.
- the stop band width will become narrow. Therefore, it is preferable to use a dielectric DBR with a wide stop band width and a sufficient difference in the refractive index of the material for the second reflecting mirror, which is a DBR on the output side. A device with excellent optical characteristics and yield can be realized by using a dielectric DBR on the output side.
- a current flowing from the anode side of the laser driver through the anode electrode 109 is confined by the BTJ and injected into the active layer 105 through the second clad layer 106 .
- the active layer 105 emits light, the light is confined between the first and second reflecting mirrors by the BTJ and is amplified by the active layer 105 while reciprocating.
- the first reflecting mirror 110 is emitted from the side as a laser beam.
- the current injected into the active layer 105 flows out to the cathode side of the laser driver through the first cladding layer 104, the semiconductor multilayer reflector 103 and the cathode electrode (metal film 102) in this order.
- FIG. 10-1 A method of manufacturing the surface emitting laser 10-1 will be described below with reference to the flowchart (steps S1 to S9) in FIG. 4 and FIGS. 5A to 9.
- FIG. 10-1 a plurality of surface emitting lasers 10-1 are generated simultaneously on a single wafer serving as the base material of the substrate 101 by a semiconductor manufacturing method using a semiconductor manufacturing apparatus.
- a series of integrated surface emitting lasers 10-1 are separated to obtain a plurality of chip-shaped surface emitting lasers 10-1 (surface emitting laser chips).
- the surface emitting laser 10-1 is manufactured by a semiconductor manufacturing apparatus according to the procedure of the flow chart of FIG.
- a laminate is generated (see FIG. 5A).
- an etching stop layer e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- the anode electrode 109 is formed (see FIG. 5B). Specifically, a frame-shaped (for example, annular) anode electrode 109 surrounding a region corresponding to the tunnel junction layer 107 is formed on the buried layer 108 by, for example, a lift-off method.
- a dielectric multilayer DMF is deposited (see FIG. 6A). Specifically, a dielectric multilayer film DMF, which is the material of the reflecting mirror 110, is formed on the entire surface of the laminate on which the anode electrode 109 is formed.
- contact holes are formed (see FIG. 6B). Specifically, a portion of the dielectric multilayer DMF covering the anode electrode 109 is removed by dry etching to form a contact hole, thereby exposing the anode electrode 109 . As a result, reflector 110 is formed.
- the supporting substrate SB temporary bonding substrate
- a support substrate SB for example, a sapphire substrate
- an adhesive layer AL made of, for example, a resin.
- the growth substrate GS is removed (see FIG. 7B). Specifically, first, the back surface of the growth substrate GS (see FIG. 7A) is roughly ground with a back grinder, and the remaining portion is removed by wet etching. At this time, the etching can be stopped by the etching stop layer, and only the growth substrate GS can be removed. Next, the etching stop layer is removed with another etchant to expose the back surface of the semiconductor multilayer reflector 103 (for example, one surface of the InP layer).
- a metal film 102 is formed (see FIG. 8A). Specifically, first, for example, an Au thin film is formed on the back surface of the semiconductor multilayer reflector 103 by vapor deposition, and the Au thin film is used as a seed to form a thick film by Au plating. Next, the Au thick film is polished and planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) apparatus.
- CMP Chemical Mechanical Polishing
- a substrate 101 as a holding substrate is attached (see FIG. 8B).
- the substrate 101 is attached to the metal film 102 via solder, Ag paste (conductive adhesive), or the like.
- solder conductive adhesive
- the method of joining the metal 102 and the substrate 101 is not limited to the method described above.
- the support substrate SB is removed (see FIG. 9). Specifically, the adhesive layer AL is melted by heating, and the supporting substrate SB and the adhesive layer AL are removed. After that, after annealing and other treatments, it is separated into a plurality of chip-shaped surface-emitting lasers 10-1 (surface-emitting laser chips) by dicing.
- a surface-emitting laser 10-1 according to Example 1 of an embodiment of the present technology is arranged between a semiconductor multilayer reflector 103, a reflector 110, and between the semiconductor multilayer reflector 103 and the reflector 110. It has an active layer 105 and a metal film 102 provided on the back surface BS, which is the surface opposite to the active layer side 105 of the semiconductor multilayer reflector 103 .
- the heat generated in the active layer 105 is released to the outside through the semiconductor multilayer reflector 103 and the metal film 102 in this order.
- the surface emitting laser 10-1 it is possible to provide a surface emitting laser capable of improving heat dissipation.
- non-mixed crystal layers 103a and mixed crystal layers 103b are alternately laminated.
- heat dissipation can be improved, for example, as compared with the case where the semiconductor multilayer film reflector is composed only of the mixed crystal layer.
- the non-mixed crystal layer 103a is an InP layer
- the mixed crystal layer 103b is an AlGaInAs layer.
- heat dissipation can be improved in a semiconductor multilayer reflector of an InP-based surface emitting laser whose oscillation wavelength is on the long wavelength side (for example, 900 nm or more).
- mixed crystal materials such as AlGaInAs and InGaAsP are available as materials for forming InP-based semiconductor DBRs.
- this mixed crystal system material has a thermal conductivity one order of magnitude lower than that of a normal InP system material (non-mixed crystal system material) (see FIG. 2).
- the amount of materials having low thermal conductivity is increased, so that the heat generated in the current confinement portion and the active layer is difficult to radiate to the outside.
- the semiconductor multilayer film reflector 103 and the metal film 102 which are made of InP/AlGaInAs, one of which has a high thermal conductivity and has a small number of pairs, constitute the first reflector. It is possible to achieve both efficiency and high heat dissipation. Improvement in heat dissipation means improvement in the temperature characteristics of InP-based surface emitting lasers, which are particularly problematic in terms of characteristic fluctuations due to temperature, and also leads to higher output.
- the stop band width cannot be widened with a material having a small ⁇ n. Since the InP-based material has a narrow stop band width, the stop band changes when there is variation in the film thickness during crystal growth, resulting in a significant drop in yield. This becomes a more serious problem especially as the substrate becomes larger. Also, even when the temperature during laser operation changes, if the stop band width is narrow, the light emission characteristics will largely fluctuate depending on the temperature. In other words, a wide stopband width is a very large advantage for InP-based VCSELs. By combining the InP-based DBR and the metal film, it is possible to widen the effective stop band width. This is effective in improving temperature characteristics and yield.
- the surface-emitting laser 10-1 can widen the effective stop band width, it is possible to suppress the reduction in yield due to variations in the thickness of the DBR. Also, when a metal, Ag paste, or the like is used for bonding, the yield is improved because the generation of voids can be suppressed more than when direct epitaxial bonding or the like is performed.
- an inexpensive substrate such as a Si substrate or a glass substrate can be used as the holding substrate, compared to the case where a semiconductor structure composed of an AlGaAs-based semiconductor DBR and a semiconductor substrate is directly bonded to the semiconductor multilayer reflector 103, for example. Therefore, it is possible to reduce the cost.
- the back surface BS of the semiconductor multilayer reflector 103 is one surface of one non-mixed crystal layer 103a.
- the metal film 102 is preferably made of Au, Ag, or Al. In this case, it is effective in that a high reflectance can be obtained in the surface emitting laser 10-1 whose oscillation wavelength is on the long wavelength side (for example, 900 nm or longer).
- the reflector 110 is a dielectric multilayer reflector. Thereby, the stop band width of the reflecting mirror 110 can be widened, and high reflectance can be obtained with a small number of pairs.
- the embedded layer 108 is made of, for example, an InP layer.
- In since In has a property of being easily migrated, it contributes to improvement in flatness during growth of the buried layer 108 . Thereby, the bonding interface between the buried layer 108 and the reflecting mirror 110 can be improved.
- a mixed crystal material is used for the buried layer 108, there is a possibility that the flatness cannot be improved due to the occurrence of composition deviation and the difficulty of migration.
- InP which is a non-mixed crystal material
- heat can be directly released from the buried layer 108 filling the periphery of the tunnel junction layer 107 as a heat generating portion to the outside, compared to the case of using a mixed crystal material. can improve sexuality.
- FIG. 10A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-2 according to Example 2 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 10B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector 103 in which a part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-2 according to Example 2 of one embodiment of the present technology is provided.
- the surface emitting laser 10-2 has a metal film 102 partially extending from the virtual surface VS including the back surface BS of the semiconductor multilayer reflector 103 on the side opposite to the active layer 105 side.
- a first portion 102a is provided, and a second portion 102b, which is another portion, is provided inside the semiconductor multilayer reflector 103, except that the surface emitting laser 10-1 according to the first embodiment It has a similar configuration.
- the metal film 102 consists of a first portion 102a provided on the back surface BS of the semiconductor multilayer reflector 103 and a second portion 102a provided inside the semiconductor multilayer reflector 103. and a portion 102b.
- the first portion 102a is provided solidly on the back surface BS of the semiconductor multilayer reflector 103 .
- the second portion 102 b is provided, for example, in a cylindrical shape so as to surround the region of the semiconductor multilayer film reflector 103 corresponding to the light emitting region of the active layer 105 .
- the second portion 102b is in contact with the side surface of the semiconductor multilayer reflector 103 (the side surface of the InP layer and the AlGaInAs layer).
- a hole H is provided in the back surface of the semiconductor multilayer film reflector 103, and the second portion 102b, which is the other part of the metal film 102, enters the hole H.
- the second portion 102b is in contact with the inner surface of the hole H (side surfaces of the InP layer and the AlGaInAs layer).
- the hole H has a cylindrical shape extending in the thickness direction (stacking direction) of the semiconductor multilayer reflector 103 .
- the hole H penetrates the semiconductor multilayer film reflector 103 .
- the hole H is provided around the region of the semiconductor multilayer reflector 103 corresponding to the light emitting region of the active layer 105 . More specifically, at least one (for example, one) hole H is provided so as to surround a region of the semiconductor multilayer reflector 103 corresponding to the light emitting region of the active layer 105 .
- the InP layer of the semiconductor multilayer reflector 103 is laminated with an AlGaInAs layer with high thermal conductivity but poor heat dissipation (low thermal conductivity). That is, in the semiconductor multilayer film reflector 103, heat is less likely to be transmitted in the vertical direction (vertical direction) and more likely to be transmitted in the horizontal direction. Therefore, in the surface-emitting laser 10-2, in order to take advantage of this characteristic, the region surrounding the region corresponding to the light-emitting region of the semiconductor multilayer reflector 103 is replaced with the other portion of the metal film 102 with good heat dissipation (high thermal conductivity). is replaced by the second portion 102b.
- the surface emitting laser 10-2 operates in the same manner as the surface emitting laser 10-1 according to the first embodiment.
- white arrows in FIG. 10 indicate heat flows.
- Most of the heat generated in the heat generating portions (the active layer 105 and the tunnel junction layer 107) during operation of the surface emitting laser 10-2 travels through the InP layer of the semiconductor multilayer reflector 103 toward the second portion 102b of the metal film 102. After flowing horizontally along the second portion 102b, it flows vertically toward the first portion 102a of the metal film 102 along the second portion 102b.
- the remainder of the heat generated in the heat generating portion flows vertically from the heat generating portion toward the first portion 102a while traversing each layer of the semiconductor multilayer reflector 103.
- the heat that has flowed through the first portion 102a is radiated to the outside through the side surface of the first portion 102a and the substrate 101 .
- a method for manufacturing the surface-emitting laser 10-2 will be described below with reference to the flowchart (steps S11 to S20) of FIG. 11, FIGS. 5A to 7B, and FIGS. 12A to 13B.
- a plurality of surface emitting lasers 10-2 are generated simultaneously on a single wafer serving as the base material of the substrate 101 by a semiconductor manufacturing method using a semiconductor manufacturing apparatus.
- a series of integrated surface emitting lasers 10-2 are separated to obtain a plurality of chip-shaped surface emitting lasers 10-2 (surface emitting laser chips).
- the surface emitting laser 10-2 is manufactured by a semiconductor manufacturing apparatus according to the procedure shown in the flow chart of FIG.
- a laminate is generated (see FIG. 5A).
- an etching stop layer e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- a semiconductor multilayer reflector 103 e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- the anode electrode 109 is formed (see FIG. 5B). Specifically, a frame-shaped (for example, annular) anode electrode 109 surrounding a region of the buried layer 108 corresponding to the tunnel junction layer 107 is formed in the buried layer 108 by, for example, a lift-off method.
- a dielectric multilayer DMF is deposited (see FIG. 6A). Specifically, a dielectric multilayer film DMF, which is the material of the reflecting mirror 110, is formed on the entire surface of the laminate on which the anode electrode 109 is formed.
- contact holes are formed (see FIG. 6B). Specifically, a portion of the dielectric multilayer DMF covering the anode electrode 109 is removed by dry etching to form a contact hole, thereby exposing the anode electrode 109 . As a result, reflector 110 is formed.
- the supporting substrate SB temporary bonding substrate
- the support substrate SB is attached to the anode electrode 109 and reflecting mirror 110 side surfaces of the laminate via an adhesive layer AL made of resin, for example.
- the growth substrate GS is removed (see FIG. 7B). Specifically, first, the back surface of the growth substrate GS (see FIG. 7A) is roughly ground with a back grinder, and the remaining portion is removed by wet etching. At this time, the etching can be stopped by the etching stop layer, and only the growth substrate GS can be removed. Next, the etching stop layer is removed with another etchant to expose the back surface of the semiconductor multilayer reflector 103 (for example, one surface of the InP layer).
- a hole H is formed in the back surface of the semiconductor multilayer reflector 103 (see FIG. 12A). Specifically, a resist pattern is formed to cover the portion of the back surface of the semiconductor multilayer film reflector 103 other than the portion where the hole H is to be formed, and the semiconductor multilayer film reflector 103 is etched by, for example, dry etching using the resist pattern as a mask. to form a hole H. The etching depth at this time is until the first clad layer 104 is exposed. As a result, a hole H passing through the semiconductor multilayer film reflector 103 is formed.
- a metal film 102 is formed (see FIG. 12B). Specifically, first, for example, an Au thin film is formed by vapor deposition on the rear surface of the semiconductor multilayer reflector 103 and inside the hole H, and the hole H is formed by thickening the film by Au plating using the Au thin film as a seed. A part of the Au thick film is embedded and the other part of the Au thick film is formed solidly on the back surface of the semiconductor multilayer reflector 103 . Then, the other portion of the Au thick film is polished and planarized by a CMP apparatus.
- a substrate 101 as a holding substrate is attached (see FIG. 13A). Specifically, the substrate 101 is attached to the metal film 102 via Ag paste (conductive adhesive) or the like.
- the support substrate SB is removed (see FIG. 13B). Specifically, the adhesive layer AL is melted by heating, and the supporting substrate SB and the adhesive layer AL are removed. After that, after annealing and other treatments, it is separated into a plurality of chip-shaped surface-emitting lasers 10-1 (surface-emitting laser chips) by dicing.
- the metal film 102 is provided with a first portion 102a which is a part on the side opposite to the active layer 105 side of the virtual plane VS including the back surface BS of the semiconductor multilayer reflector 103, and the semiconductor A second portion 102 b is provided inside the multilayer film reflector 103 . Thereby, heat dissipation can be improved more.
- the metal film 102 is in contact with the side surface of the semiconductor multilayer reflector 103 at the second portion 102 b provided inside the semiconductor multilayer reflector 103 . As a result, heat dissipation can be significantly improved.
- a hole H is provided in the rear surface BS of the semiconductor multilayer film reflector 103, and the second portion 102b of the metal film 102 enters the hole H.
- the second portion 102b of the metal film 102 is in contact with the inner surface of the hole H. As a result, heat dissipation can be significantly improved.
- the hole H penetrates through the semiconductor multilayer reflector 103 .
- the second portion 102b of the metal film 102 can be extended close to the active layer 105, etc., which is a heat-generating portion, and heat dissipation can be further improved.
- the hole H is provided around the region of the semiconductor multilayer reflector 103 corresponding to the light emitting region of the active layer 105 . Thereby, the second portion 102b of the metal film 102 can be provided at a position that does not affect laser oscillation.
- At least one (for example, one) hole H is provided so as to surround the region of the semiconductor multilayer film reflector 103 .
- FIG. 14A and 14B are cross-sectional views (1 and 2) of a surface emitting laser 10-3 according to Example 3 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 15 is a plan view of a semiconductor multilayer reflector 103 in which a part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-3 according to Example 3 of one embodiment of the present technology is provided. More specifically, FIG. 14A is a cross-sectional view of the surface emitting laser 10-3 cut along a plane including the PP line cross section of FIG.
- FIG. 14B is a cross-sectional view of the surface emitting laser 10-3 cut along a plane including the QQ line cross section of FIG.
- a plurality of holes H (for example, 4) has the same configuration as the surface-emitting laser 10-2 according to the second embodiment, except that it is provided.
- a plurality of (eg, four) holes H are arranged so as to surround the region corresponding to the light emitting region of the semiconductor multilayer reflector 103 on all sides.
- Each hole H has, for example, a rectangular cross-sectional shape.
- the total volume of the multiple holes H1 to H4 is smaller than the volume of the hole H of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- a plurality of second portions 102b (102b1 to 102b4) of the metal film 102 are individually provided in the plurality of holes H (H1 to H4).
- the surface emitting laser 10-3 can be manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- the volume of the metal film in the semiconductor multilayer reflector 103 is smaller than that of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment. A decrease in the mechanical strength of the mirror 103 can be suppressed. Therefore, the surface emitting laser 10-3 is effective when more robustness is required.
- FIG. 16A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-4 according to Example 4 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 16B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-4 according to Example 4 of one embodiment of the present technology is provided.
- the hole H has a tapered shape in side view (a shape whose width increases with increasing distance from the active layer 105). It has the same configuration as the surface-emitting laser 10-2 according to the second embodiment, except for .
- the surface emitting laser 10-4 can be manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- the same effects as those of the surface-emitting laser 10-2 according to the second embodiment can be obtained.
- the contact area between the inner surface of the hole H) and the second portion 102b of the metal film 102 can be increased, and the thermal conductivity between the two can be further improved.
- the second portion 102 b of the metal film 102 can be easily brought into contact with the inner side surface of the semiconductor multilayer reflector 103 .
- FIG. 17A and 17B are cross-sectional views (1 and 2) of a surface emitting laser 10-5 according to Example 5 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 18 is a plan view of a semiconductor multilayer reflector 103 in which a part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-5 according to Example 5 of one embodiment of the present technology is provided. More specifically, FIG. 17A is a cross-sectional view of the surface emitting laser 10-5 cut along a plane including the PP line cross section of FIG.
- FIG. 17B is a cross-sectional view of the surface emitting laser 10-5 cut along a plane including the QQ line cross section of FIG.
- the surface emitting laser 10-5 differs in cross-sectional shape of each hole H and the second portion 102b of the metal film 102 provided in the hole H. Except for this, it has the same configuration as the surface emitting laser 10-3 according to the third embodiment.
- each hole H and the second portion 102b provided in the hole H is substantially circular.
- the surface emitting laser 10-5 can be manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- the same effects as those of the surface-emitting laser 10-2 according to the second embodiment can be obtained. It is possible to form a film while surely contacting the inner surface of H.
- the cross-sectional shape of the hole H and the second portion 102b may be other shapes such as an ellipse and a polygon.
- FIG. 19A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-6 according to Example 6 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 19B is a plan view of a semiconductor multilayer film reflector 103 in which a part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-6 according to Example 6 of one embodiment of the present technology is provided.
- the first and second electrodes (anode electrode and cathode electrode) for injecting current into the active layer 105 are the semiconductor multilayer reflector 103. It has substantially the same configuration as the surface-emitting laser 10-2 according to the second embodiment, except that it is provided on the side opposite to the back side, that is, it has a so-called intra-cavity structure.
- the through electrode 111 penetrates the buried layer 108, the second clad layer 106, and the active layer 105, one end contacts the first clad layer 104, and the other end extends from the buried layer 108. protruding upwards.
- the through electrode 111 is used as the cathode electrode (second electrode) instead of the metal film 102. Therefore, the through electrode 111 is connected to the cathode (negative electrode) of the laser driver instead of the metal film 102 .
- an anode electrode 109 as a first electrode and a through electrode 111 (cathode electrode) as a second electrode are arranged at positions sandwiching a reflecting mirror 110 therebetween.
- the portion of the semiconductor multilayer film reflector 103 that is in contact with the metal film 102 may be made non-conductive by undoping.
- the surface emitting laser 10-6 can be manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- FIG. 20A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-7 according to Example 7 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 20B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-7 according to Example 7 of one embodiment of the present technology is provided.
- the surface emitting laser 10-7 is substantially the same as the surface emitting laser 10-2 according to Example 2, except that the hole H does not penetrate the semiconductor multilayer reflector 103. It has a similar configuration.
- the surface emitting laser 10-7 can be manufactured by the same manufacturing method as the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- the depth of the hole H is shallower, so the etching time for forming the hole H is reduced. can be shortened.
- the etching bottom can be relatively roughly controlled.
- the depth of the hole H is not particularly limited, the depth is preferably such that the side surface of at least one InP layer of the semiconductor multilayer reflector 103 is in contact with the second portion 102 b of the metal film 102 . This is because the effect of releasing heat in the lateral direction of the InP layer is utilized.
- FIG. 21A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-8 according to Example 8 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 21B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface-emitting laser 10-8 according to Example 8 of one embodiment of the present technology is provided.
- the surface-emitting laser 10-8 according to the eighth embodiment is similar to the surface-emitting laser 10-2 according to the second embodiment, except that the first and second reflecting mirrors are interchanged. has roughly the same configuration as
- the first reflecting mirror is composed of the reflecting mirror 110
- the second reflecting mirror is composed of the semiconductor multilayer film reflecting mirror 103 and the metal film .
- the semiconductor multilayer reflector 103, the metal film 102, and the substrate 101 are arranged on the opposite side (upper side) of the buried layer 108 to the active layer 105 side.
- a reflecting mirror 110 and an anode electrode 109 are arranged on the opposite side (lower side).
- a method of manufacturing the surface emitting laser 10-8 will be described below with reference to the flowchart of FIG. 22 (steps S21 to S28) and FIGS. 23A to 26B.
- a plurality of surface emitting lasers 10-8 are simultaneously generated on one wafer serving as the base material of the substrate 101 by a semiconductor manufacturing method using a semiconductor manufacturing apparatus.
- a series of integrated surface emitting lasers 10-8 are separated to obtain a plurality of chip-shaped surface emitting lasers 10-8 (surface emitting laser chips).
- the surface emitting laser 10-8 is manufactured by a semiconductor manufacturing apparatus according to the procedure shown in the flow chart of FIG.
- a laminate is generated (see FIG. 23A).
- an etching stop layer e.g., InGaAsP layer, AlGaInAs layer, etc.
- the first clad layer 104, the active layer 105, the second clad layer 106, the tunnel junction layer 107, the buried layer 108 and the semiconductor multilayer reflector 103 are laminated in this order to form a laminate.
- a hole H is formed in the back surface of the semiconductor multilayer film reflector 103 (see FIG. 23B).
- a resist pattern is formed to cover the portion of the back surface of the semiconductor multilayer film reflector 103 other than the portion where the hole H is to be formed, and the semiconductor multilayer film reflector 103 is etched by, for example, dry etching using the resist pattern as a mask. to form a hole H.
- the etching depth at this time is until the buried layer 108 is exposed. As a result, a hole H passing through the semiconductor multilayer film reflector 103 is formed.
- a metal film 102 is formed (see FIG. 24A). Specifically, first, for example, an Au thin film is formed by vapor deposition on the rear surface of the semiconductor multilayer reflector 103 and inside the hole H, and the hole H is formed by thickening the film by Au plating using the Au thin film as a seed. A part of the Au thick film is embedded and the other part of the Au thick film is formed solidly on the back surface of the semiconductor multilayer reflector 103 . Then, the other portion of the Au thick film is polished and planarized by a CMP apparatus.
- the substrate 101 as a holding substrate is attached (see FIG. 24B). Specifically, the substrate 101 is attached to the metal film 102 via Ag paste (conductive adhesive) or the like.
- the growth substrate GS is removed (see FIG. 25A). Specifically, first, the back surface of the growth substrate GS (see FIG. 24B) is roughly ground with a back grinder, and the remaining portion is removed by wet etching. At this time, the etching can be stopped by the etching stop layer, and only the growth substrate GS can be removed. The etch stop layer is then removed with another etchant to expose the first cladding layer 104 .
- the anode electrode 109 is formed (see FIG. 25B). Specifically, a frame-shaped (for example, ring-shaped) anode electrode 109 surrounding a region corresponding to the tunnel junction layer 107 is formed on the first clad layer 104 by, for example, a lift-off method.
- a dielectric multilayer DMF is deposited (see FIG. 26A). Specifically, a dielectric multilayer film DMF, which is the material of the reflecting mirror 110, is formed on the entire surface of the laminate on which the anode electrode 109 is formed.
- contact holes are formed (see FIG. 26B). Specifically, a portion of the dielectric multilayer DMF covering the anode electrode 109 is removed by dry etching, for example, to form a contact hole and expose the anode electrode 109 . As a result, reflector 110 is formed.
- the process of attaching the support substrate SB temporary attachment process
- the process of removing the support substrate SB are not required, so the number of manufacturing steps can be reduced.
- FIG. 27A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-9 according to Example 9 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 27B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-9 according to Example 9 of one embodiment of the present technology is provided.
- one non-mixed crystal layer 103a (the non-mixed crystal layer 103a farthest from the active layer 105) whose surface is the back surface of the semiconductor multilayer reflector 103. has the same configuration as the surface-emitting laser 10-2 according to the second embodiment, except that the thickness of the non-mixed crystal layer 103a of the semiconductor multilayer reflector 103 is different.
- the thickness of the non-mixed crystal layer 103a whose surface is the back surface of the semiconductor multilayer reflector 103 is made thinner than the thickness of the other non-mixed crystal layers 103a.
- the surface emitting laser 10-9 can be manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- the same effects as those of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment can be obtained, and the symmetrical reflection characteristics of the semiconductor multilayer reflector 103, which is an epi-DBR, can be obtained. can be done.
- FIG. 29A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-10 according to Example 10 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 29B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-10 according to Example 10 of one embodiment of the present technology is provided.
- the surface-emitting laser 10-10 is the same as the surface-emitting laser 10-2 according to Example 2, except that the material of the metal film 102 has a high reflectance with respect to a desired wavelength and a high thermal conductivity. It has a similar configuration.
- Examples of materials for the metal film 102 include Au, Ag, Al, and Cu. These materials have a high reflectance characteristic of 90% or more for light with a wavelength longer than the 1300 nm band, which is the target of InP-based VCSEL, and a high thermal conductivity of 200 W / m ⁇ k or more. have. In addition, these materials are highly useful in that they are materials that may be used in semiconductor processes.
- the surface emitting laser 10-10 can be manufactured by the same manufacturing method as the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- FIG. 30A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-11 according to Example 11 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 30B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-11 according to Example 11 of one embodiment of the present technology is provided.
- the metal film 102 has a laminated structure in which a plurality of (for example, two) metal layers 102A and 102B made of metals of different types are laminated. It has the same configuration as the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment, except for one point.
- the surface emitting laser 10-11 for example, Ag with a high reflectance or Au with a relatively high reflectance and excellent stability is used for the first metal layer 102A in contact with the semiconductor multilayer reflector 103.
- the second metal layer 102B provided on the first metal layer 102A can be made of Cu, which has conductivity and can be easily thickened by plating or the like.
- each metal layer can be used in a suitable arrangement, and both high reflectance and high heat dissipation can be achieved. be able to.
- Ag has good reflectance and thermal conductivity, but is easily deteriorated by oxidation. Therefore, it is effective to use Ag for a layer located closer to the semiconductor multilayer reflector 103 in the laminated structure.
- the surface emitting laser 10-11 can be manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- FIG. 31A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-12 according to Example 12 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 31B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-12 according to Example 12 of one embodiment of the present technology is provided.
- the non-mixed crystal layer 103a which is part of the semiconductor multilayer reflector 103, has an optical thickness of (m+2) ⁇ /4 (m>1). It has the same configuration as the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment, except for one point.
- ⁇ is the oscillation wavelength of the surface emitting laser 10-12.
- the surface emitting laser 10-2 has a structure in which heat is efficiently dissipated to the metal film 102 via the InP layer, which is the non-mixed crystal layer of the semiconductor multilayer reflector 103.
- FIG. In order to take advantage of this structure, it is effective to increase the thickness of a part (at least one) of the InP layers of the semiconductor multilayer reflector 103 .
- the optical thickness of the InP layer should be (m+2)/4 ⁇ (m>1) in order not to deteriorate the reflection characteristics.
- the optical thickness of the InP layer and the AlGaInAs layer in the other portion of the semiconductor multilayer reflector 103 is set to ⁇ /4, for example.
- the optical thickness of the InP layer, which is the non-mixed crystal layer 103a closest to the active layer 105, of the semiconductor multilayer reflector 103 is set to 3/4 ⁇ .
- the thickness of which InP layer is to be increased and the number of InP layers to be increased in thickness can be changed as appropriate.
- the thicker the InP layer closer to the heat generating portion the greater the heat radiation effect.
- the greater the number of thickened InP layers the greater the heat radiation effect.
- increasing the thickness of the InP layer tends to deteriorate the reflectance characteristics, so it is necessary to balance heat dissipation and reflectance characteristics.
- the number of InP layers having an optical thickness of 3/4 ⁇ in the semiconductor multilayer reflector 103 is three or less.
- the surface emitting laser 10-12 can be manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- FIG. 32A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-13 according to Example 13 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 32B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-13 according to Example 13 of one embodiment of the present technology is provided.
- the surface emitting laser 10-13 is the same as the surface emitting laser according to the second embodiment. It has the same configuration as the laser 10-2.
- the metal film 100 is made of, for example, the same kind of metal as the metal film 102 (for example, Au, Ag, Al, Cu, etc.).
- the metal film 102 and the metal film 100 are directly bonded by metal bonding. Note that the metal film 102 and the metal film 100 may be made of different metals.
- the substrate 101 is not particularly limited, it is preferably a substrate (for example, a silicon substrate) that has high thermal conductivity and is inexpensive.
- FIG. 33A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-14 according to Example 14 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 33B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector around which a part of the metal film 102 of the surface-emitting laser 10-14 according to Example 14 of one embodiment of the present technology is provided.
- the surface-emitting laser 10-14 has a semiconductor multilayer film reflector 103 only having a region corresponding to the light emitting region of the active layer 105, and the side surface side of the semiconductor multilayer film reflector 103 and the It has the same configuration as the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment except that the metal film 102 is provided on the back side.
- the surface emitting laser 10-14 can be manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- the rigidity of the semiconductor multilayer film reflector 103 is somewhat sacrificed, all regions of the semiconductor multilayer film reflector 103 other than the regions corresponding to the light emitting regions are replaced with metal films. Since it has a structure (because the volume of the metal film 102 is very large), the heat dissipation can be significantly improved.
- FIG. 34A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-15 according to Example 15 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 34B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-15 according to Example 15 of one embodiment of the present technology is provided.
- the surface emitting laser 10-15 is the same as the surface emitting laser of Example 2, except that the first and second portions 102a and 102b of the metal film 102 are made of different metals. It has the same configuration as 10-2.
- the surface emitting laser 10-15 for example, Cu, Al, etc. may be used for the first portion 102a, and Au, Ag, etc. may be used for the second portion 102a.
- the surface emitting laser 10-15 can be manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- the surface emitting laser 10-15 has the same effect as the surface emitting laser 10-11 according to the eleventh embodiment.
- FIG. 35A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-16 according to Example 16 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 35B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-16 according to Example 16 of one embodiment of the present technology is provided.
- the metal film 102 is cylindrical as a whole, except that it is provided so as to penetrate the semiconductor multilayer reflector 103 and the substrate 101. , and has the same configuration as the surface emitting laser 10-12 according to the second embodiment.
- the first reflector is composed only of the semiconductor multilayer film reflector 103, the number of pairs must inevitably be increased, and it is also expected to widen the stop band width.
- the metal film 102 penetrates the semiconductor multilayer reflector 103 and the substrate 101, the heat from the active layer 105 and the tunnel junction layer 107 as a heat generating portion is transferred directly to the substrate 101 through the metal film 102. It is effective in that it can be discharged to the outside (outside) and is excellent in heat dissipation.
- the back surface (lower surface) of the substrate 101 can be used as the emission surface. However, in this case, it is necessary to use a substrate transparent to the oscillation wavelength ⁇ as the substrate 101 .
- the surface emitting laser 10-16 attaches the substrate 101 to the back surface of the semiconductor multilayer reflector 103, and photolithography is performed to position the substrate 101 at the position corresponding to the hole H.
- FIG. 36A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-17 according to Example 17 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 36B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-17 according to Example 17 of one embodiment of the present technology is provided.
- the surface emitting laser 10-17 As shown in FIGS. 36A and 36B, except that the metal film 102 is also provided on the back surface (lower surface) of the substrate 101, the surface emitting laser 10-17 according to the sixteenth embodiment is used. 16 has the same configuration.
- the surface emitting laser 10-17 can be manufactured by the same manufacturing method as the surface emitting laser 10-16 according to the sixteenth embodiment, except that the metal film 102 is also formed on the back surface of the substrate 101. .
- the area of the portion exposed to the outside of the metal film 102 is larger, so heat dissipation can be further improved.
- FIG. 37A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-18 according to Example 18 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 37B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector around which a part of the metal film 102 of the surface-emitting laser 10-18 according to Example 18 of one embodiment of the present technology is provided.
- the semiconductor multilayer film reflector 103 and the region around the region corresponding to the light emitting region of the active layer 105 of the substrate 101 are replaced with the metal film 102. It has the same configuration as the surface emitting laser 10-16 according to the sixteenth embodiment, except for one point.
- the surface emitting laser 10-18 can be manufactured by a manufacturing method substantially similar to the manufacturing method of the surface emitting laser 10-16.
- the surface emitting laser 10-18 has a volume of the portion of the metal film 102 exposed to the outside on the side surface of the semiconductor multilayer reflector 103 and the side surface of the substrate 101. is large, heat dissipation can be further improved.
- the surface-emitting laser 10-18 since no metal film is provided on the back surface of the semiconductor multilayer reflector 103, the back surface (lower surface) of the substrate 101 can be used as the emission surface. However, in this case, it is necessary to use a substrate transparent to the oscillation wavelength ⁇ as the substrate 101 .
- FIG. 38A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-19 according to Example 19 of one embodiment of the present technology.
- FIG. 38B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which a part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-19 according to Example 19 of one embodiment of the present technology is provided.
- the surface-emitting laser 10-19 has a second portion 102b of the metal film 102 that has an inverse tapered shape (a shape that narrows with increasing distance from the active layer 105) when viewed from the side. Except for this, it has the same configuration as the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- the surface emitting laser 10-19 can be manufactured by the same manufacturing method as the manufacturing method of the surface emitting laser 10-2 according to the second embodiment.
- the contact area between the side surface (the inner surface of the hole H) of the semiconductor multilayer reflector 103 and the second portion 102b of the metal film 102 can be increased, and the metal film 102 can be used as a heat generating portion. Since the closer portion has a shape (reverse tapered shape) closer to the center, heat dissipation can be further improved.
- FIG. 39A is a cross-sectional view of a surface emitting laser 10-20 according to Example 20 of an embodiment of the present technology.
- FIG. 39B is a plan view of a semiconductor multilayer reflector in which part of the metal film 102 of the surface emitting laser 10-20 according to Example 20 of one embodiment of the present technology is provided.
- the surface emitting laser 10-20 is the same as that of the embodiment except that the metal film 102 has a third portion 102c penetrating through the substrate 101 at a position corresponding to the second portion 102b. It has the same configuration as the surface emitting laser 10-2 according to No. 2.
- the surface emitting laser 10-20 executes steps S1 to S19 in the flowchart of FIG. 11, forms a through hole TH at a position corresponding to the second portion 102b of the substrate 101, and forms a third portion 102c in the through hole TH. It can be manufactured by embedding a metal material (a metal material that is the same as or different from the metal material of the first and second portions 102a and 102c) and executing step S20 in FIG.
- a metal material a metal material that is the same as or different from the metal material of the first and second portions 102a and 102c
- a surface emitting laser array in which a plurality of surface emitting lasers 10-1 according to Example 1 are arranged in an array can be constructed.
- a plurality of surface emitting laser arrays including a plurality of surface emitting lasers 10-1 are formed on one wafer serving as the base material of the substrate 101 by a semiconductor manufacturing method using a semiconductor manufacturing apparatus.
- the plurality of integrated surface emitting laser arrays are separated into a plurality of chip-shaped surface emitting laser arrays (surface emitting laser array chips) by dicing.
- a surface emitting laser array in which a plurality of surface emitting lasers 10-2 according to the second embodiment are arranged in an array can be constructed.
- the surface emitting laser array can also be manufactured by the same manufacturing method as the manufacturing method of the surface emitting laser array of FIG.
- a surface emitting laser array in which a plurality of surface emitting lasers according to any one of Examples 3 to 20 are arranged in an array can be configured.
- the semiconductor multilayer reflector 103 has a pair of non-mixed crystal layers and mixed crystal layers. ). That is, the surface-emitting laser according to the present technology can be applied to general InP-based VCSELs having a semiconductor multilayer reflector made of an InP-based compound semiconductor, and exhibits excellent effects (high reflectance and high heat dissipation). .
- a QD active layer (quantum dot active layer) may be used as the active layer 105 .
- the surface emitting laser according to each of the above examples may not have the substrate 101 .
- a part of the configurations of the surface emitting lasers of the above embodiments may be combined within a mutually consistent range.
- each component constituting the surface emitting laser can be appropriately changed within the scope of functioning as the surface emitting laser. be.
- the technology (this technology) according to the present disclosure can be applied to various products (electronic devices).
- the technology according to the present disclosure can be realized as a device mounted on any type of moving body such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, and robots. may
- a surface-emitting laser according to the present technology can be applied, for example, as a light source for devices that form or display images using laser light (eg, laser printers, laser copiers, projectors, head-mounted displays, head-up displays, etc.).
- laser printers e.g., laser printers, laser copiers, projectors, head-mounted displays, head-up displays, etc.
- projectors e.g., head-mounted displays, head-up displays, etc.
- FIG. 43 shows an example of a schematic configuration of a distance measuring device 1000 including a surface emitting laser 10-1 as an example of electronic equipment.
- the distance measuring device 1000 measures the distance to the subject S by a TOF (Time Of Flight) method.
- the distance measuring device 1000 has a surface emitting laser 10-1 as a light source.
- Distance measuring device 1000 includes surface emitting laser 10-1, light receiving device 125, lenses 115 and 135, signal processing section 140, control section 150, display section 160 and storage section 170, for example.
- the light receiving device 125 detects the light reflected by the subject S.
- the lens 115 is a collimator lens for collimating the light emitted from the surface emitting laser 10-1.
- the lens 135 is a lens for condensing the light reflected by the subject S and guiding it to the light receiving device 125, and is a condensing lens.
- the signal processing section 140 is a circuit for generating a signal corresponding to the difference between the signal input from the light receiving device 125 and the reference signal input from the control section 150 .
- the control unit 150 includes, for example, a Time to Digital Converter (TDC).
- the reference signal may be a signal input from the control section 150, or may be an output signal of a detection section that directly detects the output of the surface emitting laser 10-1.
- the control unit 150 is a processor that controls the surface emitting laser 10-1, the light receiving device 125, the signal processing unit 140, the display unit 160, and the storage unit 170, for example.
- the control unit 150 is a circuit that measures the distance to the subject S based on the signal generated by the signal processing unit 140 .
- the control unit 150 generates a video signal for displaying information about the distance to the subject S and outputs it to the display unit 160 .
- the display unit 160 displays information about the distance to the subject S based on the video signal input from the control unit 150 .
- the control unit 150 stores information about the distance to the subject S in the storage unit 170 .
- any one of the surface emitting lasers 10-1 to 10-20 can be applied to the distance measuring device 1000 instead of the surface emitting laser 10-1.
- FIG. 44 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
- a vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
- vehicle control system 12000 includes drive system control unit 12010 , body system control unit 12020 , vehicle exterior information detection unit 12030 , vehicle interior information detection unit 12040 , and integrated control unit 12050 .
- integrated control unit 12050 As the functional configuration of the integrated control unit 12050, a microcomputer 12051, an audio/image output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053 are illustrated.
- the drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
- the driving system control unit 12010 includes a driving force generator for generating driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism to adjust and a brake device to generate braking force of the vehicle.
- the body system control unit 12020 controls the operation of various devices equipped on the vehicle body according to various programs.
- the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, winkers or fog lamps.
- body system control unit 12020 can receive radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
- the body system control unit 12020 receives the input of these radio waves or signals and controls the door lock device, power window device, lamps, etc. of the vehicle.
- the vehicle exterior information detection unit 12030 detects information outside the vehicle in which the vehicle control system 12000 is installed.
- the vehicle exterior information detection unit 12030 is connected to a distance measurement device 12031 .
- Distance measuring device 12031 includes distance measuring device 1000 described above.
- the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the distance measuring device 12031 to measure the distance to an object (subject S) outside the vehicle, and acquires the distance data thus obtained.
- the vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing such as people, vehicles, obstacles, and signs based on the acquired distance data.
- the in-vehicle information detection unit 12040 detects in-vehicle information.
- the in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver state detection section 12041 that detects the state of the driver.
- the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 detects the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing off.
- the microcomputer 12051 calculates control target values for the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and controls the drive system control unit.
- a control command can be output to 12010 .
- the microcomputer 12051 realizes the functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane departure warning, etc. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane departure warning, etc. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle
- the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the information about the vehicle surroundings acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, so that the driver's Cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, etc., in which vehicles autonomously travel without depending on operation.
- the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the information detection unit 12030 outside the vehicle.
- the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and performs cooperative control aimed at anti-glare such as switching from high beam to low beam. It can be carried out.
- the audio/image output unit 12052 transmits at least one of audio and/or image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the passengers of the vehicle or the outside of the vehicle.
- an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
- the display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.
- FIG. 45 is a diagram showing an example of the installation position of the distance measuring device 12031.
- the vehicle 12100 has distance measuring devices 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 as the distance measuring device 12031.
- the distance measuring devices 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and windshield of the vehicle 12100, for example.
- a distance measuring device 12101 provided on the front nose and a distance measuring device 12105 provided on the upper part of the windshield inside the vehicle mainly acquire data in front of the vehicle 12100 .
- Distance measuring devices 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire side data of the vehicle 12100 .
- a distance measuring device 12104 provided in the rear bumper or back door mainly acquires data behind the vehicle 12100 .
- the forward data obtained by the distance measuring devices 12101 and 12105 are mainly used for detecting preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, and the like.
- FIG. 45 shows an example of the detection ranges of the distance measuring devices 12101 to 12104.
- a detection range 12111 indicates the detection range of the distance measuring device 12101 provided on the front nose
- detection ranges 12112 and 12113 indicate the detection ranges of the distance measuring devices 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
- a detection range 12114 indicates the detection range of the distance measuring device 12104 provided on the rear bumper or back door.
- the microcomputer 12051 calculates the distance to each three-dimensional object within the detection ranges 12111 to 12114 and changes in this distance over time (relative velocity to the vehicle 12100). ), the closest three-dimensional object on the traveling path of the vehicle 12100, which runs at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more) in substantially the same direction as the vehicle 12100, is extracted as the preceding vehicle. can be done. Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic brake control (including following stop control) and automatic acceleration control (including following start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving in which the vehicle runs autonomously without relying on the operation of the driver.
- automatic brake control including following stop control
- automatic acceleration control including following start control
- the microcomputer 12051 based on the distance data obtained from the distance measuring devices 12101 to 12104, converts three-dimensional object data to other three-dimensional objects such as two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, utility poles, etc. can be used for automatic avoidance of obstacles.
- the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into those that are visible to the driver of the vehicle 12100 and those that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 judges the collision risk indicating the degree of danger of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the obstacle is detected through the audio speaker 12061 and the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver via the drive system control unit 12010 and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving assistance for collision avoidance can be performed.
- this technique can also take the following structures.
- a surface-emitting laser A surface-emitting laser.
- the metal film is partly provided on a side opposite to the active layer side of the virtual plane including the back surface, and the other part is provided inside and/or around the semiconductor multilayer reflector, The surface emitting laser according to any one of (1) to (3), wherein the other portion of the metal film is in contact with the side surface of the semiconductor multilayer reflector.
- a surface emitting laser array comprising a plurality of surface emitting lasers according to any one of (1) to (22).
- An electronic device comprising the surface emitting laser according to any one of (1) to (22).
- (25) forming on a substrate a structure including a semiconductor multilayer reflector, an active layer and a reflector in this order from the substrate side; bonding a support substrate to the surface of the structure on the side of the reflector; removing the substrate; a step of forming a metal film on the back surface of the semiconductor multilayer reflector, which is the surface opposite to the active layer;
- a method of manufacturing a surface emitting laser comprising: (26) forming a hole in the rear surface of the semiconductor multilayer reflector between the removing step and the forming step; The method of manufacturing a surface emitting laser according to (25), wherein in the forming step, the hole is filled with a part of the metal film.
- (27) The method of manufacturing a surface emitting laser according to (25) or (26), further comprising bonding a holding substrate to the metal film and removing the support substrate.
- 10-1 to 10-20 surface emitting laser
- 100 another metal film
- 101 substrate
- 102 metal film
- 102a first part (part of metal film)
- 102b second part (of metal film Other part)
- 103 semiconductor multilayer reflector
- 103a non-mixed crystal layer
- 103b mixed crystal layer
- 105 active layer
- 109 anode electrode (first electrode)
- 110 reflector
- 111 through electrode ( second electrode)
- H, H1-H4 holes.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
放熱性を向上することができる面発光レーザを提供する。 本技術に係る面発光レーザは、半導体多層膜反射鏡と、反射鏡と、前記半導体多層膜反射鏡と前記反射鏡との間に配置された活性層と、前記半導体多層膜反射鏡の前記活性層側とは反対側の面である裏面に設けられ、又は、前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部若しくは周辺に他部が設けられた金属膜と、を備える。本技術によれば、放熱性を向上することができる面発光レーザを提供できる。
Description
本開示に係る技術(以下「本技術」とも呼ぶ)は、面発光レーザに関する。
従来、活性層の上部反射鏡側とは反対側(下部反射鏡側)に放熱性が高い材料を用いた面発光レーザが知られている(例えば特許文献1、非特許文献1参照)。
しかしながら、従来の面発光レーザでは、放熱性を向上することに関して改善の余地があった。
そこで、本技術は、放熱性を向上することができる面発光レーザを提供することを主目的とする。
本技術は、半導体多層膜反射鏡と、
反射鏡と、
前記半導体多層膜反射鏡と前記反射鏡との間に配置された活性層と、
前記半導体多層膜反射鏡の前記活性層側とは反対側の面である裏面に設けられ、又は、前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部及び/又は周辺に他部が設けられた金属膜と、
を備える、面発光レーザを提供する。
前記半導体多層膜反射鏡では、非混晶層と混晶層とが交互に積層されていてもよい。
前記非混晶層はInP層であり、前記混晶層はAlGaInAs層であってもよい。
前記金属膜は、前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部及び/又は周辺に他部が設けられ、前記金属膜の前記他部が、前記半導体多層膜反射鏡の側面に接していてもよい。
前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面に穴が設けられ、前記金属膜の前記他部が、前記穴に入り込んでいてもよい。
前記金属膜の前記他部が、前記穴の内面に接していてもよい。
前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡を貫通していてもよい。
前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡を貫通していなくてもよい。
前記穴の少なくとも一部は、側面視でテーパ形状又は逆テーパ形状であってもよい。
前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡の、前記活性層の発光領域に対応する領域の周辺に設けられていてもよい。
前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡の前記領域を取り囲むように少なくとも1つ設けられていてもよい。
前記穴は、複数設けられていてもよい。
前記活性層に電流を注入するための第1及び第2の電極が、前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面側とは反対側に設けられていてもよい。
前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面は、一の前記非混晶層の一面であってもよい。
前記一の非混晶層の厚さが、前記半導体多層膜反射鏡の他の非混晶層の厚さと異なっていてもよい。
前記金属膜は、Au、Ag、Alのいずれかからなってもよい。
前記金属膜は、互いに異なる種類の金属からなる複数の金属層が積層された積層構造を有していてもよい。
前記面発光レーザの発振波長をλとしたとき、前記半導体多層膜反射鏡の一部の前記非混晶層の光学厚さは、(m+2)λ/4(m>1)であってもよい。
前記金属膜と基板とが別の金属膜を介して接合されていてもよい。
前記反射鏡は、誘電体多層膜反射鏡であってもよい。
反射鏡と、
前記半導体多層膜反射鏡と前記反射鏡との間に配置された活性層と、
前記半導体多層膜反射鏡の前記活性層側とは反対側の面である裏面に設けられ、又は、前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部及び/又は周辺に他部が設けられた金属膜と、
を備える、面発光レーザを提供する。
前記半導体多層膜反射鏡では、非混晶層と混晶層とが交互に積層されていてもよい。
前記非混晶層はInP層であり、前記混晶層はAlGaInAs層であってもよい。
前記金属膜は、前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部及び/又は周辺に他部が設けられ、前記金属膜の前記他部が、前記半導体多層膜反射鏡の側面に接していてもよい。
前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面に穴が設けられ、前記金属膜の前記他部が、前記穴に入り込んでいてもよい。
前記金属膜の前記他部が、前記穴の内面に接していてもよい。
前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡を貫通していてもよい。
前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡を貫通していなくてもよい。
前記穴の少なくとも一部は、側面視でテーパ形状又は逆テーパ形状であってもよい。
前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡の、前記活性層の発光領域に対応する領域の周辺に設けられていてもよい。
前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡の前記領域を取り囲むように少なくとも1つ設けられていてもよい。
前記穴は、複数設けられていてもよい。
前記活性層に電流を注入するための第1及び第2の電極が、前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面側とは反対側に設けられていてもよい。
前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面は、一の前記非混晶層の一面であってもよい。
前記一の非混晶層の厚さが、前記半導体多層膜反射鏡の他の非混晶層の厚さと異なっていてもよい。
前記金属膜は、Au、Ag、Alのいずれかからなってもよい。
前記金属膜は、互いに異なる種類の金属からなる複数の金属層が積層された積層構造を有していてもよい。
前記面発光レーザの発振波長をλとしたとき、前記半導体多層膜反射鏡の一部の前記非混晶層の光学厚さは、(m+2)λ/4(m>1)であってもよい。
前記金属膜と基板とが別の金属膜を介して接合されていてもよい。
前記反射鏡は、誘電体多層膜反射鏡であってもよい。
以下に添付図面を参照しながら、本技術の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。本明細書において、本技術に係る面発光レーザが複数の効果を奏することが記載される場合でも、本技術に係る面発光レーザは、少なくとも1つの効果を奏すればよい。本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
また、以下の順序で説明を行う。
0.導入
1.本技術の一実施形態の実施例1に係る面発光レーザ
2.本技術の一実施形態の実施例2に係る面発光レーザ
3.本技術の一実施形態の実施例3に係る面発光レーザ
4.本技術の一実施形態の実施例4に係る面発光レーザ
5.本技術の一実施形態の実施例5に係る面発光レーザ
6.本技術の一実施形態の実施例6に係る面発光レーザ
7.本技術の一実施形態の実施例7に係る面発光レーザ
8.本技術の一実施形態の実施例8に係る面発光レーザ
9.本技術の一実施形態の実施例9に係る面発光レーザ
10.本技術の一実施形態の実施例10に係る面発光レーザ
11.本技術の一実施形態の実施例11に係る面発光レーザ
12.本技術の一実施形態の実施例12に係る面発光レーザ
13.本技術の一実施形態の実施例13に係る面発光レーザ
14.本技術の一実施形態の実施例14に係る面発光レーザ
15.本技術の一実施形態の実施例15に係る面発光レーザ
16.本技術の一実施形態の実施例16に係る面発光レーザ
17.本技術の一実施形態の実施例17に係る面発光レーザ
18.本技術の一実施形態の実施例18に係る面発光レーザ
19.本技術の一実施形態の実施例19に係る面発光レーザ
20.本技術の一実施形態の実施例20に係る面発光レーザ
21.本技術の変形例
22.電子機器への応用例
23.面発光レーザを距離測定装置に適用した例
24.距離測定装置を移動体に搭載した例
0.導入
1.本技術の一実施形態の実施例1に係る面発光レーザ
2.本技術の一実施形態の実施例2に係る面発光レーザ
3.本技術の一実施形態の実施例3に係る面発光レーザ
4.本技術の一実施形態の実施例4に係る面発光レーザ
5.本技術の一実施形態の実施例5に係る面発光レーザ
6.本技術の一実施形態の実施例6に係る面発光レーザ
7.本技術の一実施形態の実施例7に係る面発光レーザ
8.本技術の一実施形態の実施例8に係る面発光レーザ
9.本技術の一実施形態の実施例9に係る面発光レーザ
10.本技術の一実施形態の実施例10に係る面発光レーザ
11.本技術の一実施形態の実施例11に係る面発光レーザ
12.本技術の一実施形態の実施例12に係る面発光レーザ
13.本技術の一実施形態の実施例13に係る面発光レーザ
14.本技術の一実施形態の実施例14に係る面発光レーザ
15.本技術の一実施形態の実施例15に係る面発光レーザ
16.本技術の一実施形態の実施例16に係る面発光レーザ
17.本技術の一実施形態の実施例17に係る面発光レーザ
18.本技術の一実施形態の実施例18に係る面発光レーザ
19.本技術の一実施形態の実施例19に係る面発光レーザ
20.本技術の一実施形態の実施例20に係る面発光レーザ
21.本技術の変形例
22.電子機器への応用例
23.面発光レーザを距離測定装置に適用した例
24.距離測定装置を移動体に搭載した例
<0.導入>
近年、3Dセンシングや顔認証を目的とした赤外面発光レーザの開発が進んでいる。現在は940nm帯がメインとして使われているが、今後、さらなる長波長化が望まれている。特に、1.4μm帯は、眼への損傷閾値が大幅に上がるアイセーフ帯であることに加え、太陽光のバックグラウンドが低いためにノイズを低く抑えられるというメリットがある。一方で、1.3μm以上の長波長に適したInP系面発光レーザは、放熱性の良好なエピDBRが形成しにくいことや、DBRを構成する材料の屈折率差が小さくストップバンド幅が狭く、温度による特性変動や歩留まり低下など大きな問題がある。
近年、3Dセンシングや顔認証を目的とした赤外面発光レーザの開発が進んでいる。現在は940nm帯がメインとして使われているが、今後、さらなる長波長化が望まれている。特に、1.4μm帯は、眼への損傷閾値が大幅に上がるアイセーフ帯であることに加え、太陽光のバックグラウンドが低いためにノイズを低く抑えられるというメリットがある。一方で、1.3μm以上の長波長に適したInP系面発光レーザは、放熱性の良好なエピDBRが形成しにくいことや、DBRを構成する材料の屈折率差が小さくストップバンド幅が狭く、温度による特性変動や歩留まり低下など大きな問題がある。
そこで、発明者らは、放熱性に優れた面発光レーザとして、本技術に係る面発光レーザを開発した。本技術に係る面発光レーザは、実効的なストップバンド幅を広くすることも可能である。本技術に係る面発光レーザは、さらに、量産性にも優れており、様々な技術分野への応用が期待される。
以下、本技術の一実施形態に係る面発光レーザについて幾つかの実施例を挙げて詳細に説明する。
<1.本技術の一実施形態の実施例1に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例1に係る面発光レーザ10-1について説明する。
≪面発光レーザの構成≫
図1Aは、本技術の一実施形態の実施例1に係る面発光レーザ10-1の断面図である。図1Bは、面発光レーザ10-1の金属膜102の平面図である。以下では、便宜上、図1A等の断面図における上方を上、下方を下として説明する。
≪面発光レーザの構成≫
図1Aは、本技術の一実施形態の実施例1に係る面発光レーザ10-1の断面図である。図1Bは、面発光レーザ10-1の金属膜102の平面図である。以下では、便宜上、図1A等の断面図における上方を上、下方を下として説明する。
面発光レーザ10-1は、図1Aに示すように、第1反射鏡及び第2反射鏡で活性層105を含む半導体構造を挟んだ共振器を有する垂直共振器型面発光レーザである。面発光レーザ10-1は、一例として、InP系面発光レーザである。面発光レーザ10-1は、発振波長λが例えば900nm以上である。面発光レーザ10-1は、一例として、レーザドライバにより駆動される。
面発光レーザ10-1は、一例として、第1反射鏡の一部を構成する半導体多層膜反射鏡103と、第2反射鏡としての反射鏡110と、半導体多層膜反射鏡103と反射鏡110との間に配置された活性層105と、半導体多層膜反射鏡103の活性層105側(上側)とは反対側(下側)の面である裏面BSに設けられた、第1反射鏡の他部を構成する金属膜102とを備える。
面発光レーザ10-1は、さらに、一例として、金属膜102の半導体多層膜反射鏡103側とは反対側の面に接合された基板101を備える。
面発光レーザ10-1は、さらに、一例として、半導体多層膜反射鏡103と活性層105との間に配置された第1クラッド層104を備える。
面発光レーザ10-1は、さらに、一例として、活性層105と反射鏡110との間に配置された第2クラッド層106を備える。
面発光レーザ10-1は、さらに、一例として、第2クラッド層106上に配置されたトンネルジャンクション層107を備える。
面発光レーザ10-1は、さらに、一例として、第2クラッド層106と反射鏡110との間に設けられトンネルジャンクション層107の周辺を埋め込む埋め込み層108を備える。トンネルジャンクション層107及び埋め込み層108を含んでBTJ(埋込トンネルジャンクション)が構成される。
面発光レーザ10-1は、さらに、一例として、埋め込み層108上の反射鏡110の周辺に設けられたアノード電極109を備える。
金属膜102は、一例として、カソード電極としても機能する。
(基板)
基板101は、半導体基板(例えばシリコン基板)、半絶縁性基板、絶縁基板等のいずれの基板であってもよい。基板101は、熱伝導性が高い(放熱性が高い)材料からなることが好ましい。基板101は、面発光レーザ10-1の共振器を保持する保持基板である。
基板101は、半導体基板(例えばシリコン基板)、半絶縁性基板、絶縁基板等のいずれの基板であってもよい。基板101は、熱伝導性が高い(放熱性が高い)材料からなることが好ましい。基板101は、面発光レーザ10-1の共振器を保持する保持基板である。
(第1及び第2クラッド層)
第1クラッド層104は、例えばn-InP層からなる。第2クラッド層106は、例えばp-InPからなる。
第1クラッド層104は、例えばn-InP層からなる。第2クラッド層106は、例えばp-InPからなる。
(BTJ)
BTJは、前述のように、トンネルジャンクション層107及び埋め込み層108を含む。BTJは、活性層105のアノード電極109側に配置されている。すなわち、BTJは、活性層105に対して、アノード電極109からカソード電極(金属膜102)へ至る電流経路の上流側に位置する。
BTJは、前述のように、トンネルジャンクション層107及び埋め込み層108を含む。BTJは、活性層105のアノード電極109側に配置されている。すなわち、BTJは、活性層105に対して、アノード電極109からカソード電極(金属膜102)へ至る電流経路の上流側に位置する。
埋め込み層108は、一例として、InP系化合物半導体(例えばn-InP層)からなる。
トンネルジャンクション層107は、第2クラッド層106上にメサ状に設けられている。トンネルジャンクション層107は、周辺の埋め込み層108に比べて格段に低抵抗であり(キャリア伝導度が非常に高く)、電流通過領域となる。トンネルジャンクション層107は、発熱部でもある。
トンネルジャンクション層107は、積層されたp型半導体領域及びn型半導体領域を含む。ここでは、n型半導体領域の活性層105側(下側)にp型半導体領域が配置されている。p型半導体領域は、例えばC(カーボン)が高濃度でドープされたp型のAlInGaAs系化合物半導体からなる。n型半導体領域は、例えばSi、Te等が高濃度でドープされたn型のAlInGaAs系化合物半導体からなる。トンネルジャンクション層107の膜厚は、一例として、30~70nm(例えば50nm)程度である。
(活性層)
活性層105は、一例として、AlGaInAs系化合物半導体からなる障壁層及び量子井戸層を含む多重量子井戸構造(MQW構造)を有する。なお、活性層105は、例えばAlGaInAs系化合物半導体からなる障壁層及び量子井戸層を含む単一量子井戸構造(QW構造)を有していてもよい。活性層105は、トンネルジャンクション層107に対応する領域が発光領域となっている。活性層105の発光領域は、発熱部でもある。
活性層105は、一例として、AlGaInAs系化合物半導体からなる障壁層及び量子井戸層を含む多重量子井戸構造(MQW構造)を有する。なお、活性層105は、例えばAlGaInAs系化合物半導体からなる障壁層及び量子井戸層を含む単一量子井戸構造(QW構造)を有していてもよい。活性層105は、トンネルジャンクション層107に対応する領域が発光領域となっている。活性層105の発光領域は、発熱部でもある。
(第2反射鏡)
第2反射鏡としての反射鏡110は、一例として、誘電体多層膜反射鏡(誘電体DBR)であり、屈折率が互いに異なる複数種類(例えば2種類)の屈折率層(誘電体層)が発振波長λの1/4(λ/4)の光学厚さで交互に積層された構造を有する。例えば、反射鏡110としての誘電体多層膜反射鏡は、高屈折率層(例えばTa2O5層)と低屈折率層(例えばSiO2層)とが交互に積層された構造を有する。第2反射鏡としての反射鏡110は、半導体多層膜反射鏡103及び金属膜102で構成される第1反射鏡よりも反射率が僅かに低く設定されている。すなわち、第2反射鏡としての反射鏡110が出射側の反射鏡である。なお、反射鏡110は、例えば半導体多層膜反射鏡等の、誘電体多層膜反射鏡以外の多層膜反射鏡であってもよい。
第2反射鏡としての反射鏡110は、一例として、誘電体多層膜反射鏡(誘電体DBR)であり、屈折率が互いに異なる複数種類(例えば2種類)の屈折率層(誘電体層)が発振波長λの1/4(λ/4)の光学厚さで交互に積層された構造を有する。例えば、反射鏡110としての誘電体多層膜反射鏡は、高屈折率層(例えばTa2O5層)と低屈折率層(例えばSiO2層)とが交互に積層された構造を有する。第2反射鏡としての反射鏡110は、半導体多層膜反射鏡103及び金属膜102で構成される第1反射鏡よりも反射率が僅かに低く設定されている。すなわち、第2反射鏡としての反射鏡110が出射側の反射鏡である。なお、反射鏡110は、例えば半導体多層膜反射鏡等の、誘電体多層膜反射鏡以外の多層膜反射鏡であってもよい。
(アノード電極)
アノード電極109は、一例として、埋め込み層108上に反射鏡110を取り囲むように枠状(例えば環状)に設けられている。アノード電極109は、例えばAu/Ni/AuGe、Au/Pt/Ti等からなる。アノード電極109は、例えばレーザドライバの陽極(正極)に電気的に接続される。
アノード電極109は、一例として、埋め込み層108上に反射鏡110を取り囲むように枠状(例えば環状)に設けられている。アノード電極109は、例えばAu/Ni/AuGe、Au/Pt/Ti等からなる。アノード電極109は、例えばレーザドライバの陽極(正極)に電気的に接続される。
(第1反射鏡:半導体多層膜反射鏡及び金属膜)
第1反射鏡は、半導体多層膜反射鏡103及び金属膜102で構成されるハイブリッドミラーである。
第1反射鏡は、半導体多層膜反射鏡103及び金属膜102で構成されるハイブリッドミラーである。
半導体多層膜反射鏡103(半導体DBR)では、一例として、非混晶層103aと混晶層103bとが交互に積層されている。すなわち、半導体多層膜反射鏡103は、非混晶層103aと混晶層103bのペアを有している。当該ペアのペア数は、10ペア以上50ペア以下であることが好ましく、15ペア以上25ペア以下であることがより好ましい。非混晶層103a及び混晶層103bの光学厚さは、一例として、いずれも発振波長λの1/4(λ/4)とされている。半導体多層膜反射鏡103は、ドープ及びノンドープのいずれであってもよい。
非混晶層103aは例えばInP層であり、混晶層103bは例えばAlGaInAs層である。非混晶であるInPの熱伝導率は、4元混晶であるAlGaInAsの熱伝導率の10倍程度である。すなわち、半導体多層膜反射鏡103は、混晶層のペア(例えばAlGaInAs/AlGaInAs)を有する半導体多層膜反射鏡よりも放熱性に優れる。
半導体多層膜反射鏡103の活性層105から最も遠い層(最下層)は、非混晶層103aであるInP層であることが好ましい。すなわち、半導体多層膜反射鏡103の裏面BSは、一の非混晶層103aの一面であることが好ましい。
半導体多層膜反射鏡103のペア数は、第1反射鏡に半導体多層膜反射鏡を単体で用いる場合(通常)よりも、少なく(例えば半分以下に)設定されている。すなわち、半導体多層膜反射鏡103は、通常よりも薄型である。
金属膜102は、一例として、半導体多層膜反射鏡103の裏面BSにベタ状に設けられている(図1A及び図1B参照)。図1Bにおける白い円形の破線は、金属膜102の発光領域に対応する領域を示す。
金属膜102は、半導体多層膜反射鏡103とともに第1反射鏡を構成し、且つ、カソード電極を構成するとともに、活性層105の発光領域及びトンネルジャンクション層107で発生し半導体多層膜反射鏡103を経た熱を外部へ放出する放熱部を構成する。図1Aにおける白い矢印は、主な熱の移動を示す。熱は、主に発熱部から金属膜102に向けて放射状に移動することがわかる。カソード電極としての金属膜102は、例えばレーザドライバの陰極(負極)に電気的に接続される。
なお、金属膜102とは別にカソード電極を設けてもよい。この場合、アノード電極及びカソード電極を活性層を挟む位置に(上下に)配置してもよいし、同一面上(イントラキャビティ)に配置してもよい。
金属膜102は、一例として、Au、Ag、Alのいずれかからなることが好ましい。Au、Ag、Alは、図3から分かるように、特に長波長側の広波長帯域で安定して高反射率を得ることができるからである。
ここで、ハイブリッドミラーである第1反射鏡の特性について説明する。通常金属膜には若干の光吸収があり、金属膜を単体でVCSELの反射鏡として用いることはできない。しかし、金属膜とDBRとを組み合わせることでDBRのペア数を減らしながら良好な反射率特性を実現することができる。
実際に、50ペアのDBRのみの反射率(前者)と、25ペアのDBRと金属膜を組み合わせたときの反射率(後者)を測定した結果を比較すると、後者では、前者とのDBRのペア数の差による反射率差を金属膜の反射率で補填することができ、前者と同等の高反射率を得ることができることがわかった。
ここで注目すべき点は、InP系半導体DBRと金属膜を組み合わせることで、全体の反射率が上がり実効的なストップバンド幅が広がることである。誘電体DBRやAlGaAs系DBRではストップバンド幅を広くできるが、InP系(例えばInP/AlGaInAsのペアを有する)DBRでは材料の屈折率差が本質的に付けられないため、ストップバンド幅が狭く、且つ、DBRのペア数を多くする必要があった。つまり、InP系半導体DBRに金属膜を付けることにより、InP系半導体DBRのペア数を減らし、放熱性を改善できることは、InP系VCSELにとって大きなメリットになる。
InP系VCSELにおいて、Gth(反射率特性を定量的に示す数値であって小さいほど反射率特性が良いことを示す数値)とInP系DBRのペア数との関係を求めた結果、InP系DBRの裏面にAu等の高い反射率を持つ金属からなる金属膜を付けることで、DBRのペア数を大幅に減らし、良好な反射率特性を実現できることがわかった。特に、例えばInP/AlGaInAsのペアを有するDBRに金属膜を付けることで放熱性と反射率特性の両方を向上できることがわかった。
なお、InP系半導体DBRの金属膜を付けた面は光を出射することができないため、第1反射鏡を出射側の反射鏡とすることができない。しかし、出射側にInP系DBRを単体で用いた場合にはストップバンド幅が狭くなることが懸念される。そこで、出射側のDBRである第2反射鏡には、材料の屈折率差が十分付けられ且つ広いストップバンド幅を持つ誘電体DBRを用いることが好ましい。誘電体DBRを出射側に用いることで光学特性及び歩留まりに優れたデバイスを実現できる。
≪面発光レーザの動作≫
面発光レーザ10-1では、レーザドライバの陽極側からアノード電極109を介して流入された電流は、BTJで狭窄され、第2クラッド層106を経て活性層105に注入される。このとき、活性層105が発光し、その光が第1及び第2反射鏡の間をBTJで狭窄され且つ活性層105で増幅されつつ往復し、発振条件を満たしたときに第1反射鏡110側からレーザ光として出射される。活性層105に注入された電流は、第1クラッド層104、半導体多層膜反射鏡103及びカソード電極(金属膜102)をこの順に介してレーザドライバの陰極側へ流出される。
面発光レーザ10-1では、レーザドライバの陽極側からアノード電極109を介して流入された電流は、BTJで狭窄され、第2クラッド層106を経て活性層105に注入される。このとき、活性層105が発光し、その光が第1及び第2反射鏡の間をBTJで狭窄され且つ活性層105で増幅されつつ往復し、発振条件を満たしたときに第1反射鏡110側からレーザ光として出射される。活性層105に注入された電流は、第1クラッド層104、半導体多層膜反射鏡103及びカソード電極(金属膜102)をこの順に介してレーザドライバの陰極側へ流出される。
面発光レーザ10-1の駆動時にトンネルジャンクション層107及び活性層105で発生した熱の多くは、比較的速やかに半導体多層膜反射鏡103を経て金属膜102に達し、金属膜102の側面及び基板101から外部へ放出される。また、発生した熱の残りは、半導体多層膜反射鏡103の側面(主に各InP層の側面)から外部へ放出される。
≪面発光レーザの製造方法≫
以下、面発光レーザ10-1の製造方法について、図4のフローチャート(ステップS1~S9)、図5A~図9を参照して説明する。ここでは、一例として、半導体製造装置を用いた半導体製造方法により、基板101の基材となる1枚のウェハ上に複数の面発光レーザ10-1を同時に生成する。次いで、一連一体の複数の面発光レーザ10-1を分離して、チップ状の複数の面発光レーザ10-1(面発光レーザチップ)を得る。面発光レーザ10-1は、一例として、半導体製造装置により、図4のフローチャートの手順で製造される。
以下、面発光レーザ10-1の製造方法について、図4のフローチャート(ステップS1~S9)、図5A~図9を参照して説明する。ここでは、一例として、半導体製造装置を用いた半導体製造方法により、基板101の基材となる1枚のウェハ上に複数の面発光レーザ10-1を同時に生成する。次いで、一連一体の複数の面発光レーザ10-1を分離して、チップ状の複数の面発光レーザ10-1(面発光レーザチップ)を得る。面発光レーザ10-1は、一例として、半導体製造装置により、図4のフローチャートの手順で製造される。
最初のステップS1では、積層体を生成する(図5A参照)。具体的には、一例として、有機金属気層成長法(MOCVD法)又は分子線エピタキシー法(MBE法)により、成長室において成長基板GS(例えばInP基板)上にエッチングストップ層(例えばInGaAsP層、AlGaInAs層等)、半導体多層膜反射鏡103、第1クラッド層104、活性層105、第2クラッド層106、トンネルジャンクション層107及び埋め込み層108をこの順に積層して積層体を生成する。
次のステップS2では、アノード電極109を形成する(図5B参照)。具体的には、例えばリフトオフ法により、埋め込み層108上にトンネルジャンクション層107に対応する領域を囲む枠状(例えば環状)のアノード電極109を形成する。
次のステップS3では、誘電体多層膜DMFを成膜する(図6A参照)。具体的には、アノード電極109が形成された積層体の全面に反射鏡110の材料である誘電体多層膜DMFを成膜する。
次のステップS4では、コンタクトホールを形成する(図6B参照)。具体的には、誘電体多層膜DMFのアノード電極109を覆う部分をドライエッチングにより除去してコンタクトホールを形成し、アノード電極109を露出させる。この結果、反射鏡110が形成される。
次のステップS5では、支持基板SB(仮貼基板)を貼り付ける(図7A参照)。具体的には、積層体のアノード電極109及び反射鏡110側の表面に例えば樹脂からなる接着剤層ALを介して支持基板SB(例えばサファイア基板)を貼り付ける。
次のステップS6では、成長基板GSを除去する(図7B参照)。具体的には、先ず、成長基板GS(図7A参照)の裏面をバックグラインダで粗削りし、残存した部分をウェットエッチングで除去する。この際、エッチングストップ層でエッチングを停止させることができ、成長基板GSのみを除去することができる。次いで、エッチングストップ層を別のエッチャントにより除去して半導体多層膜反射鏡103の裏面(例えばInP層の一面)を露出させる。
次のステップS7では、金属膜102を形成する(図8A参照)。具体的には、先ず、半導体多層膜反射鏡103の裏面に例えばAu薄膜を蒸着により形成し、該Au薄膜をシードとしてAuメッキをして厚膜化する。次いで、CMP(Chemical Mechanical Polishing)装置によりAu厚膜を研磨して平坦化する。
次のステップS8では、保持基板としての基板101を貼り付ける(図8B参照)。具体的には、金属膜102に例えば半田、Agペースト(導電性接着剤)等を介して基板101を貼り付ける。なお、金属102と基板101との接合方法は、上記手法に限定されない。
最後のステップS9では、支持基板SBを除去する(図9参照)。具体的には、加熱により接着剤層ALを溶解させ、支持基板SB及び接着剤層ALを除去する。その後、アニール等の処理を施した後、ダイシングによりチップ状の複数の面発光レーザ10-1(面発光レーザチップ)に分離する。
≪面発光レーザの効果≫
本技術の一実施形態の実施例1に係る面発光レーザ10-1は、半導体多層膜反射鏡103と、反射鏡110と、半導体多層膜反射鏡103と反射鏡110との間に配置された活性層105と、半導体多層膜反射鏡103の活性層側105とは反対側の面である裏面BSに設けられた金属膜102とを備える。
本技術の一実施形態の実施例1に係る面発光レーザ10-1は、半導体多層膜反射鏡103と、反射鏡110と、半導体多層膜反射鏡103と反射鏡110との間に配置された活性層105と、半導体多層膜反射鏡103の活性層側105とは反対側の面である裏面BSに設けられた金属膜102とを備える。
この場合、活性層105で発生した熱は、半導体多層膜反射鏡103、金属膜102をこの順に介して外部へ放出される。
結果として、面発光レーザ10-1によれば、放熱性を向上することができる面発光レーザを提供することができる。
半導体多層膜反射鏡103では、非混晶層103aと混晶層103bとが交互に積層されている。これにより、例えば半導体多層膜反射鏡が混晶層のみで構成される場合よりも放熱性を向上できる。
非混晶層103aはInP層であり、混晶層103bはAlGaInAs層である。これにより、例えば発振波長が長波長側(例えば900nm以上)のInP系面発光レーザの半導体多層膜反射鏡において放熱性を向上できる。
補足すると、InP系の半導体DBRを構成する材料としては、AlGaInAsやInGaAsPなどの混晶系材料がある。しかし、この混晶系材料は熱伝導率が通常のInP系材料(非混晶系材料)よりも1桁低くなる(図2参照)。つまり、混晶系材料のみを多層に繰り返し成膜するDBRでは、熱伝導率が低い材料が多くなるため、電流狭窄部及び活性層で発生した熱が外部に放熱されにくくなる。面発光レーザ10-1では、InP/AlGaInAsという一方の材料の熱伝導率が高く且つペア数の少ない半導体多層膜反射鏡103と金属膜102とで第1反射鏡を構成することにより、高反射率及び高放熱性を両立することができる。放熱性の向上は、温度による特性変動が特に問題となっているInP系面発光レーザの温度特性が改善されることを意味し、高出力化にもつながる。
また、DBRのペア数を増やすことで反射率を高めることは可能である。これはΔn(ペアの屈折率差)が小さいInP系の半導体DBRでも同じである。しかし、Δnが小さい材料ではストップバンド幅を広くすることはできない。InP系材料ではストップバンド幅が狭いため、結晶成長で膜厚のばらつきがあるとストップバンドが変化してしまい、歩留まりが大きく低下してしまう。これは、特に基板が大きいほど深刻な問題となる。また、レーザ動作時の温度が変化した場合においても、ストップバンド幅が狭いと発光特性が温度により大きく変動することになる。つまり、ストップバンド幅が広いことは、InP系VCSELにとって非常に大きなメリットとなる。InP系DBRと金属膜を組み合わせることで、実効的なストップバンド幅を広くすることが可能となる。これは、温度特性及び歩留まりの改善に有効である。
面発光レーザ10-1では、実効的なストップバンド幅を広げられるため、DBRの膜厚ばらつきによる歩留まり低下を抑制できるようになる。また、金属、Agペースト等を接合に用いた場合、エピの直接接合等を行う場合よりもボイドの発生等を抑えられるために歩留まりが向上する。また、例えば半導体多層膜反射鏡103に対してAlGaAs系の半導体DBR及び半導体基板からなる半導体構造を直接接合する場合よりも、保持基板としてSi基板やガラス基板等の安価な基板を用いることができるためコストを下げることも可能である。
半導体多層膜反射鏡103の裏面BSは、一の非混晶層103aの一面である。これにより、半導体多層膜反射鏡103と金属膜102との間での熱伝導性を向上でき、放熱性をより向上できる。
金属膜102は、Au、Ag、Alのいずれかからなることが好ましい。この場合、発振波長が長波長側(例えば900nm以上)である面発光レーザ10-1において高反射率を得ることができる点で有効である。
反射鏡110は、誘電体多層膜反射鏡である。これにより、反射鏡110のストップバンド幅を広くすることができ、且つ、少ないペア数で高反射率を得ることができる。
埋め込み層108は、例えばInP層からなる。この場合、Inは、マイグレーションしやすい性質を持つので、埋め込み層108の成長時の平坦性向上に寄与する。これにより、埋め込み層108と反射鏡110との接合界面を良好にすることができる。一方、仮に埋め込み層108に混晶系材料を用いる場合には、組成ずれが生じたり、マイグレーションしにくいことより平坦性を向上できない恐れがある。
上述したように非混晶系材料であるInPは、混晶系材料に比べて、熱伝導率が高い。このため、埋め込み層108の材料にInPを用いることにより、例えば混晶系材料を用いる場合に比べて、発熱部としてのトンネルジャンクション層107の周辺を埋め込む埋め込み層108から外部への直接的な放熱性を向上することができる。
<2.本技術の一実施形態の実施例2に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例2に係る面発光レーザについて説明する。
以下、本技術の一実施形態の実施例2に係る面発光レーザについて説明する。
≪面発光レーザの構成≫
図10Aは、本技術の一実施形態の実施例2に係る面発光レーザ10-2の断面図である。図10Bは、本技術の一実施形態の実施例2に係る面発光レーザ10-2の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡103の平面図である。
図10Aは、本技術の一実施形態の実施例2に係る面発光レーザ10-2の断面図である。図10Bは、本技術の一実施形態の実施例2に係る面発光レーザ10-2の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡103の平面図である。
面発光レーザ10-2は、図10A及び図10Bに示すように、金属膜102が、半導体多層膜反射鏡103の裏面BSを含む仮想面VSの活性層105側とは反対側に一部である第1部分102aが設けられ、且つ、半導体多層膜反射鏡103の内部に他部である第2部分102bが設けられている点を除いて、実施例1に係る面発光レーザ10-1と同様の構成を有する。
詳述すると、面発光レーザ10-2では、金属膜102が、半導体多層膜反射鏡103の裏面BSに設けられた第1部分102aと、半導体多層膜反射鏡103の内部に設けられた第2部分102bとを有する。
第1部分102aは、一例として、半導体多層膜反射鏡103の裏面BSにベタ状に設けられている。第2部分102bは、半導体多層膜反射鏡103の、活性層105の発光領域に対応する領域を取り囲むように例えば筒状に設けられている。第2部分102bは、半導体多層膜反射鏡103の側面(InP層及びAlGaInAs層の側面)に接している。
より詳細には、半導体多層膜反射鏡103の裏面に穴Hが設けられ、金属膜102の他部である第2部分102bが穴Hに入り込んでいる。第2部分102bは、穴Hの内面(InP層及びAlGaInAs層の側面)に接している。
穴Hは、一例として半導体多層膜反射鏡103の厚さ方向(積層方向)に延びる筒状である。穴Hは、半導体多層膜反射鏡103を貫通している。
穴Hは、半導体多層膜反射鏡103の、活性層105の発光領域に対応する領域の周辺に設けられている。より詳細には、穴Hは、半導体多層膜反射鏡103の、活性層105の発光領域に対応する領域を取り囲むように少なくとも1つ(例えば1つ)設けられている。
ところで、半導体多層膜反射鏡103のInP層は、熱伝導率が高いが、放熱性の悪い(熱伝導率の低い)AlGaInAs層と積層されている。つまり、半導体多層膜反射鏡103において、熱は縦方向(上下方向)に伝わりにくく、横方向に伝わりやすくなっている。そこで、面発光レーザ10-2では、この特性を生かすべく、半導体多層膜反射鏡103の発光領域に対応する領域を取り囲む領域を放熱性の良い(熱伝導率の高い)金属膜102の他部である第2部分102bで置き換えた構造を有している。この構造では、半導体多層膜反射鏡103のInP層の側面が金属膜102の第2部分102bに接しているため、該側面から金属膜102へ効率良く熱を伝えることができる。AlGaInAs/AlGaInAs半導体DBRとInP/AlGaInAs半導体DBRの両方に対して、面発光レーザ10-2の構造を適用して放熱性のシミュレーショをしてみると、InP/AlGaInAs半導体DBRに面発光レーザ10-2の構造を適用した方が、格段に放熱性が向上することがわかった。
面発光レーザ10-2は、実施例1に係る面発光レーザ10-1と同様の動作を行う。ここで、図10中の白い矢印は、熱の流れを示す。面発光レーザ10-2の動作時に発熱部(活性層105及びトンネルジャンクション層107)で発生した熱の多くは、半導体多層膜反射鏡103のInP層内を金属膜102の第2部分102bに向かって横向きに流れた後、該第2部分102bに沿って金属膜102の第1部分102aに向かって縦向きに流れる。発熱部で発生した熱の残りは、発熱部から第1部分102aに向かって半導体多層膜反射鏡103の各層を横切りながら縦方向に流れる。第1部分102aに流れた熱は、第1部分102aの側面及び基板101を介して外部へ放出される。
≪面発光レーザの製造方法≫
以下、面発光レーザ10-2の製造方法について、図11のフローチャート(ステップS11~S20)、図5A~図7B、図12A~図13Bを参照して説明する。ここでは、一例として、半導体製造装置を用いた半導体製造方法により、基板101の基材となる1枚のウェハ上に複数の面発光レーザ10-2を同時に生成する。次いで、一連一体の複数の面発光レーザ10-2を分離して、チップ状の複数の面発光レーザ10-2(面発光レーザチップ)を得る。面発光レーザ10-2は、一例として、半導体製造装置により、図11のフローチャートの手順で製造される。
以下、面発光レーザ10-2の製造方法について、図11のフローチャート(ステップS11~S20)、図5A~図7B、図12A~図13Bを参照して説明する。ここでは、一例として、半導体製造装置を用いた半導体製造方法により、基板101の基材となる1枚のウェハ上に複数の面発光レーザ10-2を同時に生成する。次いで、一連一体の複数の面発光レーザ10-2を分離して、チップ状の複数の面発光レーザ10-2(面発光レーザチップ)を得る。面発光レーザ10-2は、一例として、半導体製造装置により、図11のフローチャートの手順で製造される。
最初のステップS11では、積層体を生成する(図5A参照)。具体的には、一例として、有機金属気層成長法(MOCVD法)又は分子線エピタキシー法(MBE法)により、成長室において成長基板GS(例えばInP基板)上にエッチングストップ層(例えばInGaAsP層、AlGaInAs層等)、半導体多層膜反射鏡103、第1クラッド層104、活性層105、第2クラッド層106、トンネルジャンクション層107及び埋め込み層108をこの順に積層して積層体を生成する。
次のステップS12では、アノード電極109を形成する(図5B参照)。具体的には、例えばリフトオフ法により、埋め込み層108に該埋め込み層108のトンネルジャンクション層107に対応する領域を囲む枠状(例えば環状)のアノード電極109を形成する。
次のステップS13では、誘電体多層膜DMFを成膜する(図6A参照)。具体的には、アノード電極109が形成された積層体の全面に反射鏡110の材料である誘電体多層膜DMFを成膜する。
次のステップS14では、コンタクトホールを形成する(図6B参照)。具体的には、誘電体多層膜DMFのアノード電極109を覆う部分をドライエッチングにより除去してコンタクトホールを形成し、アノード電極109を露出させる。この結果、反射鏡110が形成される。
次のステップS15では、支持基板SB(仮貼基板)を貼り付ける(図7A参照)。具体的には、積層体のアノード電極109及び反射鏡110側の表面に例えば樹脂からなる接着剤層ALを介して支持基板SBを貼り付ける。
次のステップS16では、成長基板GSを除去する(図7B参照)。具体的には、先ず、成長基板GS(図7A参照)の裏面をバックグラインダで粗削りし、残存した部分をウェットエッチングで除去する。この際、エッチングストップ層でエッチングを停止させることができ、成長基板GSのみを除去することができる。次いで、エッチングストップ層を別のエッチャントにより除去して半導体多層膜反射鏡103の裏面(例えばInP層の一面)を露出させる。
次のステップS17では、半導体多層膜反射鏡103の裏面に穴Hを形成する(図12A参照)。具体的には、半導体多層膜反射鏡103の裏面の穴Hが形成される部分以外の部分を覆うレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして半導体多層膜反射鏡103を例えばドライエッチングによりエッチングして穴Hを形成する。このときのエッチング深さは、第1クラッド層104が露出するまでとする。この結果、半導体多層膜反射鏡103を貫通する穴Hが形成される。
次のステップS18では、金属膜102を形成する(図12B参照)。具体的には、先ず、半導体多層膜反射鏡103の裏面及び穴H内に例えばAu薄膜を蒸着により形成し、該Au薄膜をシードとしてAuメッキをして厚膜化することにより、穴HをAu厚膜の一部で埋め込むとともに半導体多層膜反射鏡103の裏面にAu厚膜の他部をベタ状に形成する。次いで、CMP装置によりAu厚膜の他部を研磨して平坦化する。
次のステップS19では、保持基板としての基板101を貼り付ける(図13A参照)。具体的には、金属膜102に例えばAgペースト(導電性接着剤)等を介して基板101を貼り付ける。
最後のステップS20では、支持基板SBを除去する(図13B参照)。具体的には、加熱により接着剤層ALを溶解させ、支持基板SB及び接着剤層ALを除去する。その後、アニール等の処理を施した後、ダイシングによりチップ状の複数の面発光レーザ10-1(面発光レーザチップ)に分離する。
≪面発光レーザの効果≫
面発光レーザ10-2では、金属膜102は、半導体多層膜反射鏡103の裏面BSを含む仮想面VSの活性層105側とは反対側に一部である第1部分102aが設けられ且つ半導体多層膜反射鏡103の内部に他部である第2部分102bが設けられている。これにより、放熱性をより向上できる。
面発光レーザ10-2では、金属膜102は、半導体多層膜反射鏡103の裏面BSを含む仮想面VSの活性層105側とは反対側に一部である第1部分102aが設けられ且つ半導体多層膜反射鏡103の内部に他部である第2部分102bが設けられている。これにより、放熱性をより向上できる。
金属膜102は、半導体多層膜反射鏡103の内部に設けられた第2部分102bが半導体多層膜反射鏡103の側面に接している。これにより、放熱性を格段に向上できる。
半導体多層膜反射鏡103の裏面BSに穴Hが設けられ、金属膜102の第2部分102bが穴Hに入り込んでいる。これにより、簡易な構成により放熱性を格段に向上できる。
金属膜102の第2部分102bが、穴Hの内面に接している。これにより、放熱性を格段に向上できる。
穴Hは、半導体多層膜反射鏡103を貫通している。これにより、発熱部である活性層105等の近くまで金属膜102の第2部分102bを延在させることができ、ひいては放熱性をより向上できる。
穴Hは、半導体多層膜反射鏡103の、活性層105の発光領域に対応する領域の周辺に設けられている。これにより、金属膜102の第2部分102bをレーザ発振に影響しない位置に設けることができる。
穴Hは、半導体多層膜反射鏡103の領域を取り囲むように少なくとも1つ(例えば1つ)設けられている。これにより、発熱部である活性層105等から放出される熱を金属膜102の第2部分102bを介して効率良く半導体多層膜反射鏡103の裏面BS側に伝えることができる。
<3.本技術の一実施形態の実施例3に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例3に係る面発光レーザについて説明する。
以下、本技術の一実施形態の実施例3に係る面発光レーザについて説明する。
≪面発光レーザの構成≫
図14A及び図14Bは、本技術の一実施形態の実施例3に係る面発光レーザ10-3の断面図(その1及びその2)である。図15は、本技術の一実施形態の実施例3に係る面発光レーザ10-3の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡103の平面図である。より詳細には、図14Aは、面発光レーザ10-3を図15のP-P線断面を含む平面で切断したときの断面図である。図14Bは、面発光レーザ10-3を図15のQ-Q線断面を含む平面で切断したときの断面図である。
図14A及び図14Bは、本技術の一実施形態の実施例3に係る面発光レーザ10-3の断面図(その1及びその2)である。図15は、本技術の一実施形態の実施例3に係る面発光レーザ10-3の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡103の平面図である。より詳細には、図14Aは、面発光レーザ10-3を図15のP-P線断面を含む平面で切断したときの断面図である。図14Bは、面発光レーザ10-3を図15のQ-Q線断面を含む平面で切断したときの断面図である。
面発光レーザ10-3では、図14A、図14B及び図15に示すように、穴Hが、半導体多層膜反射鏡103の、活性層105の発光領域に対応する領域を取り囲むように複数(例えば4つ)設けられている点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。
複数(例えば4つ)の穴H(例えばH1~H4)は、半導体多層膜反射鏡103の発光領域に対応する領域の四方を取り囲むように配置されている。各穴Hは、一例として、横断面形状が矩形である。一例として、複数の穴H1~H4の容積の合計は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の穴Hの容積よりも小さい。
複数の穴H(H1~H4)には、金属膜102の複数の第2部分102b(102b1~102b4)が個別に設けられている。
面発光レーザ10-3は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と概ね同様の製法により製造することができる。
面発光レーザ10-3によれば、実施例2に係る面発光レーザ10-2に比べて、半導体多層膜反射鏡103内の金属膜の体積が小さいので放熱性は劣るものの、半導体多層膜反射鏡103の機械的強度の低下を抑制することができる。よって、面発光レーザ10-3は、より堅牢性が必要となる場合に有効である。
<4.本技術の一実施形態の実施例4に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例4に係る面発光レーザについて説明する。
以下、本技術の一実施形態の実施例4に係る面発光レーザについて説明する。
≪面発光レーザの構成≫
図16Aは、本技術の一実施形態の実施例4に係る面発光レーザ10-4の断面図である。図16Bは、本技術の一実施形態の実施例4に係る面発光レーザ10-4の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
図16Aは、本技術の一実施形態の実施例4に係る面発光レーザ10-4の断面図である。図16Bは、本技術の一実施形態の実施例4に係る面発光レーザ10-4の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-4は、図16A及び図16Bに示すように、穴Hの少なくとも一部(例えば全体)が側面視でテーパ形状(活性層105から離れるほど幅が広くなる形状)である点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。
面発光レーザ10-4は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と概ね同様の製法により製造することができる。
面発光レーザ10-4によれば、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の効果を奏するとともに、穴Hが側面視でテーパ形状なので、半導体多層膜反射鏡103の内部の側面(穴Hの内面)と金属膜102の第2部分102bとの接触面積を大きくすることができ、両者間での熱伝導性をより向上できる。また、金属膜102の形成時に金属膜102の第2部分102bを半導体多層膜反射鏡103の内部の側面により接触させやすくなる。
<5.本技術の一実施形態の実施例5に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例5に係る面発光レーザについて説明する。
以下、本技術の一実施形態の実施例5に係る面発光レーザについて説明する。
≪面発光レーザの構成≫
図17A及び図17Bは、本技術の一実施形態の実施例5に係る面発光レーザ10-5の断面図(その1及びその2)である。図18は、本技術の一実施形態の実施例5に係る面発光レーザ10-5の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡103の平面図である。より詳細には、図17Aは、面発光レーザ10-5を図18のP-P線断面を含む平面で切断したときの断面図である。図17Bは、面発光レーザ10-5を図18のQ-Q線断面を含む平面で切断したときの断面図である。
図17A及び図17Bは、本技術の一実施形態の実施例5に係る面発光レーザ10-5の断面図(その1及びその2)である。図18は、本技術の一実施形態の実施例5に係る面発光レーザ10-5の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡103の平面図である。より詳細には、図17Aは、面発光レーザ10-5を図18のP-P線断面を含む平面で切断したときの断面図である。図17Bは、面発光レーザ10-5を図18のQ-Q線断面を含む平面で切断したときの断面図である。
面発光レーザ10-5では、図17A、図17B及び図18に示すように、各穴H及び該穴H内に設けられた、金属膜102の第2部分102bの横断面形状が異なる点を除いて、実施例3に係る面発光レーザ10-3と同様の構成を有する。
面発光レーザ10-5では、各穴H及び該穴H内に設けられた第2部分102bの横断面形状が略円形である。
面発光レーザ10-5は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と概ね同様の製法により製造することができる。
面発光レーザ10-5によれば、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の効果を奏するとともに、穴Hにエッジ部分等の金属膜が付きにくい部分がないため、金属膜を穴Hの内面に確実に接触させて成膜することができる。
なお、穴H及び第2部分102bの横断面形状は、例えば楕円、多角形等の他の形状であってもよい。
<6.本技術の一実施形態の実施例6に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例6に係る面発光レーザについて説明する。
以下、本技術の一実施形態の実施例6に係る面発光レーザについて説明する。
図19Aは、本技術の一実施形態の実施例6に係る面発光レーザ10-6の断面図である。図19Bは、本技術の一実施形態の実施例6に係る面発光レーザ10-6の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡103の平面図である。
面発光レーザ10-6では、図19A及び図19Bに示すように、活性層105に電流を注入するための第1及び第2の電極(アノード電極及びカソード電極)が半導体多層膜反射鏡103の裏面側とは反対側に設けられている点、すなわち所謂イントラキャビティ構造を有している点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と概ね同様の構成を有する。
面発光レーザ10-6では、一例として、貫通電極111が埋め込み層108、第2クラッド層106及び活性層105を貫通し、一端が第1クラッド層104に接触し、他端が埋め込み層108から上方に突き出ている。
すなわち、面発光レーザ10-6では、金属膜102に代えて貫通電極111をカソード電極(第2電極)として用いる。このため、金属膜102に代えて貫通電極111がレーザドライバの陰極(負極)に接続される。面発光レーザ10-6では、一例として、第1電極としてのアノード電極109と第2電極としての貫通電極111(カソード電極)とが反射鏡110を挟む位置に配置される。なお、半導体多層膜反射鏡103の金属膜102と接触する部分をアンドープにして非導電にしてもよい。
面発光レーザ10-6は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と概ね同様の製法で製造することができる。
<7.本技術の一実施形態の実施例7に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例7に係る面発光レーザについて説明する。図20Aは、本技術の一実施形態の実施例7に係る面発光レーザ10-7の断面図である。図20Bは、本技術の一実施形態の実施例7に係る面発光レーザ10-7の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例7に係る面発光レーザについて説明する。図20Aは、本技術の一実施形態の実施例7に係る面発光レーザ10-7の断面図である。図20Bは、本技術の一実施形態の実施例7に係る面発光レーザ10-7の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-7では、図20A及び図20Bに示すように、穴Hが半導体多層膜反射鏡103を貫通していない点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と概ね同様の構成を有する。
面発光レーザ10-7は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と同様の製法により製造することができる。
面発光レーザ10-7によれば、実施例2に係る面発光レーザ10-2に比べて、放熱性は劣るものの、穴Hの深さが浅い分、穴Hを形成するためのエッチング時間を短縮できる。また、穴Hが半導体多層膜反射鏡103を貫通しなくていいため、エッチング底面の制御も比較的ラフでよい。なお、穴Hの深さは特に限定されないが、半導体多層膜反射鏡103の少なくとも1つのInP層の側面が金属膜102の第2部分102bに接する深さとすることが好ましい。InP層の横方向へ熱を逃がす作用を利用するためである。
<8.本技術の一実施形態の実施例8に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例8に係る面発光レーザについて説明する。図21Aは、本技術の一実施形態の実施例8に係る面発光レーザ10-8の断面図である。図21Bは、本技術の一実施形態の実施例8に係る面発光レーザ10-8の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例8に係る面発光レーザについて説明する。図21Aは、本技術の一実施形態の実施例8に係る面発光レーザ10-8の断面図である。図21Bは、本技術の一実施形態の実施例8に係る面発光レーザ10-8の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
実施例8に係る面発光レーザ10-8では、図21A及び図21Bに示すように、第1及び第2反射鏡が入れ替わっている点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と概ね同様の構成を有する。
面発光レーザ10-8では、第1反射鏡が反射鏡110で構成され、且つ、第2反射鏡が半導体多層膜反射鏡103及び金属膜102で構成されている。
面発光レーザ10-8では、埋め込み層108の活性層105側とは反対側(上側)に半導体多層膜反射鏡103、金属膜102及び基板101が配置され、第1クラッド層104の活性層105側とは反対側(下側)に反射鏡110及びアノード電極109が配置されている。
以下、面発光レーザ10-8の製造方法について、図22のフローチャート(ステップS21~S28)、図23A~図26Bを参照して説明する。ここでは、一例として、半導体製造装置を用いた半導体製造方法により、基板101の基材となる1枚のウェハ上に複数の面発光レーザ10-8を同時に生成する。次いで、一連一体の複数の面発光レーザ10-8を分離して、チップ状の複数の面発光レーザ10-8(面発光レーザチップ)を得る。面発光レーザ10-8は、一例として、半導体製造装置により、図22のフローチャートの手順で製造される。
最初のステップS21では、積層体を生成する(図23A参照)。具体的には、一例として、有機金属気層成長法(MOCVD法)又は分子線エピタキシー法(MBE法)により、成長室において成長基板GS(例えばInP基板)上にエッチングストップ層(例えばInGaAsP層、AlGaInAs層等)、第1クラッド層104、活性層105、第2クラッド層106、トンネルジャンクション層107、埋め込み層108及び半導体多層膜反射鏡103をこの順に積層して積層体を生成する。
次のステップS22では、半導体多層膜反射鏡103の裏面に穴Hを形成する(図23B参照)。具体的には、半導体多層膜反射鏡103の裏面の穴Hが形成される部分以外の部分を覆うレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして半導体多層膜反射鏡103を例えばドライエッチングによりエッチングして穴Hを形成する。このときのエッチング深さは、埋め込み層108が露出するまでとする。この結果、半導体多層膜反射鏡103を貫通する穴Hが形成される。
次のステップS23では、金属膜102を形成する(図24A参照)。具体的には、先ず、半導体多層膜反射鏡103の裏面及び穴H内に例えばAu薄膜を蒸着により形成し、該Au薄膜をシードとしてAuメッキをして厚膜化することにより、穴HをAu厚膜の一部で埋め込むとともに半導体多層膜反射鏡103の裏面にAu厚膜の他部をベタ状に形成する。次いで、CMP装置によりAu厚膜の他部を研磨して平坦化する。
次のステップS24では、保持基板としての基板101を貼り付ける(図24B参照)。具体的には、金属膜102に例えばAgペースト(導電性接着剤)等を介して基板101を貼り付ける。
次のステップS25では、成長基板GSを除去する(図25A参照)。具体的には、先ず、成長基板GS(図24B参照)の裏面をバックグラインダで粗削りし、残存した部分をウェットエッチングで除去する。この際、エッチングストップ層でエッチングを停止させることができ、成長基板GSのみを除去することができる。次いで、エッチングストップ層を別のエッチャントにより除去して第1クラッド層104を露出させる。
次のステップS26では、アノード電極109を形成する(図25B参照)。具体的には、例えばリフトオフ法により、第1クラッド層104にトンネルジャンクション層107に対応する領域を囲む枠状(例えば環状)のアノード電極109を形成する。
次のステップS27では、誘電体多層膜DMFを成膜する(図26A参照)。具体的には、アノード電極109が形成された積層体の全面に反射鏡110の材料である誘電体多層膜DMFを成膜する。
次のステップS28では、コンタクトホールを形成する(図26B参照)。具体的には、誘電体多層膜DMFのアノード電極109を覆う部分を例えばドライエッチングにより除去してコンタクトホールを形成し、アノード電極109を露出させる。この結果、反射鏡110が形成される。
以上説明した面発光レーザ10-8の製造方法では、支持基板SBを貼り付ける工程(仮貼工程)及び支持基板SBを除去する工程を行わなくてよいため、製造工数を削減することができる。
<9.本技術の一実施形態の実施例9に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例9に係る面発光レーザ10-9について説明する。図27Aは、本技術の一実施形態の実施例9に係る面発光レーザ10-9の断面図である。図27Bは、本技術の一実施形態の実施例9に係る面発光レーザ10-9の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例9に係る面発光レーザ10-9について説明する。図27Aは、本技術の一実施形態の実施例9に係る面発光レーザ10-9の断面図である。図27Bは、本技術の一実施形態の実施例9に係る面発光レーザ10-9の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-9では、図27A及び図27Bに示すように、半導体多層膜反射鏡103の裏面を一面とする一の非混晶層103a(活性層105から最も遠い非混晶層103a)の厚さが、半導体多層膜反射鏡103の他の非混晶層103aの厚さと異なる点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。
ところで、エピDBRと金属膜とでは反射特性が大きく異なるため、エピDBRと金属膜との界面では位相にズレが生じる。それが原因となり、エピDBRの反射率特性にズレが生じて対称性が崩れてしまう(図28上図参照)。ストップバンド幅が狭いエピDBRでは非対称性を改善し、良好な反射率特性を得ることは重要である。この位相ズレは、エピDBRの最も裏面側の層(最終InP層)の膜厚を調整することで改善できる(図28下図参照)。
面発光レーザ10-9では、一例として、半導体多層膜反射鏡103の裏面を一面とする非混晶層103aの厚さを他の非混晶層103aの厚さよりも薄くしている。
面発光レーザ10-9は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と概ね同様の製法により製造することができる。
面発光レーザ10-9によれば、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の効果を奏するとともに、エピDBRである半導体多層膜反射鏡103の対称性の優れた反射特性を得ることができる。
<10.本技術の一実施形態の実施例10に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例10に係る面発光レーザ10-10について説明する。図29Aは、本技術の一実施形態の実施例10に係る面発光レーザ10-10の断面図である。図29Bは、本技術の一実施形態の実施例10に係る面発光レーザ10-10の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例10に係る面発光レーザ10-10について説明する。図29Aは、本技術の一実施形態の実施例10に係る面発光レーザ10-10の断面図である。図29Bは、本技術の一実施形態の実施例10に係る面発光レーザ10-10の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-10では、金属膜102の材料が所望の波長に対する反射率が高く、且つ、熱伝導率が高いものである点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。
金属膜102の材料としては、例えばAu、Ag、Al、Cu等が挙げられる。これらの材料はInP系VCSELのターゲットである1300nm帯より長い波長の光に対して90%以上の高い反射率特性を持ち、且つ、熱伝導率が200W/m・k以上の高い熱伝導率を有する。また、これらの材料は、半導体プロセスで使われることがある材料である点でも有用性が高い。
面発光レーザ10-10は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と同様の製法により製造することができる。
<11.本技術の一実施形態の実施例11に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例11に係る面発光レーザ10-11について説明する。図30Aは、本技術の一実施形態の実施例11に係る面発光レーザ10-11の断面図である。図30Bは、本技術の一実施形態の実施例11に係る面発光レーザ10-11の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例11に係る面発光レーザ10-11について説明する。図30Aは、本技術の一実施形態の実施例11に係る面発光レーザ10-11の断面図である。図30Bは、本技術の一実施形態の実施例11に係る面発光レーザ10-11の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-11では、図30A及び図30Bに示すように、金属膜102は、互いに異なる種類の金属からなる複数(例えば2つ)の金属層102A、102Bが積層された積層構造を有する点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。
ところで、金属の種類によって反射率と熱伝導率が異なる。また、Ag等は酸化しやすく扱いにくいという問題がある。そこで、面発光レーザ10-11では、例えば反射率の高いAg、比較的反射率が高く安定性に優れているAu等を半導体多層膜反射鏡103に接する第1金属層102Aに用い、高い熱伝導率を持ち、且つ、メッキ等で厚膜化が容易なCuを第1金属層102A上に設けられる第2金属層102Bとすることができる。
このように、金属膜102を互いに異なる種類の金属からなる複数の金属層の積層構造とすることにより、各金属層を適した配置で用いることができ、高反射率及び高放熱性を両立することができる。特に、Agについては、反射率も熱伝導率も良好ではあるが酸化による劣化が起こりやすいため、積層構造において半導体多層膜反射鏡103により近い側に配置される層に用いることが有効である。
面発光レーザ10-11は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と概ね同様の製法により製造することができる。
<12.本技術の一実施形態の実施例12に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例12に係る面発光レーザ10-12について説明する。図31Aは、本技術の一実施形態の実施例12に係る面発光レーザ10-12の断面図である。図31Bは、本技術の一実施形態の実施例12に係る面発光レーザ10-12の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例12に係る面発光レーザ10-12について説明する。図31Aは、本技術の一実施形態の実施例12に係る面発光レーザ10-12の断面図である。図31Bは、本技術の一実施形態の実施例12に係る面発光レーザ10-12の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-12では、図31A及び図31Bに示すように、半導体多層膜反射鏡103の一部の非混晶層103aの光学厚さが(m+2)λ/4(m>1)である点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。但し、λは、面発光レーザ10-12の発振波長である。
ところで、実施例2に係る面発光レーザ10-2は、半導体多層膜反射鏡103の非混晶層であるInP層を介して効率良く金属膜102に放熱させる構造を有している。この構造のメリットをより生かすために、半導体多層膜反射鏡103の一部(少なくとも1つ)のInP層の厚さを厚くすることが有効である。但し、反射特性を悪化させないためには、該InP層の光学厚さを(m+2)/4λ(m>1)にする必要がある。なお、半導体多層膜反射鏡103の他部のInP層及びAlGaInAs層の光学厚さは例えばλ/4に設定されている。
面発光レーザ10-12では、一例として、半導体多層膜反射鏡103の、活性層105から最も近い非混晶層103aであるInP層の光学厚さが3/4λに設定されている。これにより、反射特性を悪化させることなく、放熱性をより向上することができる。
なお、どのInP層をどの程度厚膜化するかや、厚膜化するInP層の数は、適宜変更可能である。発熱部に近いInP層ほど厚膜化したときの放熱効果が大きくなる。また、厚膜化するInP層の数が多いほど放熱効果が大きくなる。一方で、InP層を厚膜化することにより反射率特性が悪化する傾向にあるため、放熱性と反射率特性のバランスとる必要がある。具体的には、半導体多層膜反射鏡103において3/4λの光学厚さのInP層を3層以下とすることが望ましい。
面発光レーザ10-12は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と概ね同様の製法により製造することができる。
<13.本技術の一実施形態の実施例13に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例13に係る面発光レーザ10-13について説明する。図32Aは、本技術の一実施形態の実施例13に係る面発光レーザ10-13の断面図である。図32Bは、本技術の一実施形態の実施例13に係る面発光レーザ10-13の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例13に係る面発光レーザ10-13について説明する。図32Aは、本技術の一実施形態の実施例13に係る面発光レーザ10-13の断面図である。図32Bは、本技術の一実施形態の実施例13に係る面発光レーザ10-13の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-13では、図32A及び図32Bに示すように、金属膜102と基板101とが別の金属膜100を介して接合されている点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。
金属膜100は、例えば金属膜102と同種の金属(例えばAu、Ag、Al、Cu等)からなる。金属膜102と金属膜100とは、金属接合により直接接合されている。なお、金属膜102と金属膜100とは、異種の金属からなってもよい。
基板101は、特に限定されないが、より熱伝導率が高く安価である基板(例えばシリコン基板)であることが好ましい。
<14.本技術の一実施形態の実施例14に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例14に係る面発光レーザ10-14について説明する。図33Aは、本技術の一実施形態の実施例14に係る面発光レーザ10-14の断面図である。図33Bは、本技術の一実施形態の実施例14に係る面発光レーザ10-14の金属膜102の一部が周辺に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例14に係る面発光レーザ10-14について説明する。図33Aは、本技術の一実施形態の実施例14に係る面発光レーザ10-14の断面図である。図33Bは、本技術の一実施形態の実施例14に係る面発光レーザ10-14の金属膜102の一部が周辺に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-14は、図33A及び図33Bに示すように、半導体多層膜反射鏡103が活性層105の発光領域に対応する領域のみを有し、半導体多層膜反射鏡103の側面側及び裏面側に金属膜102が設けられている点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。
面発光レーザ10-14は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と概ね同様の製法により製造することができる。
面発光レーザ10-14によれば、半導体多層膜反射鏡103の剛性が多少犠牲になるが、半導体多層膜反射鏡103の、発光領域に対応する領域以外の全ての領域を金属膜で置き換えた構造を有するので(金属膜102の体積が非常に大きいので)、放熱性を格段に向上することができる。
<15.本技術の一実施形態の実施例15に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例15に係る面発光レーザ10-15について説明する。図34Aは、本技術の一実施形態の実施例15に係る面発光レーザ10-15の断面図である。図34Bは、本技術の一実施形態の実施例15に係る面発光レーザ10-15の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例15に係る面発光レーザ10-15について説明する。図34Aは、本技術の一実施形態の実施例15に係る面発光レーザ10-15の断面図である。図34Bは、本技術の一実施形態の実施例15に係る面発光レーザ10-15の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-15では、図34A及び図34Bに示すように、金属膜102の第1及び第2部分102a、102bが異種の金属からなる点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。
面発光レーザ10-15では、例えば、第1部分102aにCu、Al等を用い、第2部分102aにAu、Ag等を用いてもよい。
面発光レーザ10-15は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と概ね同様の製法により製造することができる。
面発光レーザ10-15によれば、実施例11に係る面発光レーザ10-11と同様の効果を奏する。
<16.本技術の一実施形態の実施例16に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例16に係る面発光レーザ10-16について説明する。図35Aは、本技術の一実施形態の実施例16に係る面発光レーザ10-16の断面図である。図35Bは、本技術の一実施形態の実施例16に係る面発光レーザ10-16の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例16に係る面発光レーザ10-16について説明する。図35Aは、本技術の一実施形態の実施例16に係る面発光レーザ10-16の断面図である。図35Bは、本技術の一実施形態の実施例16に係る面発光レーザ10-16の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-16では、図35A及び図35Bに示すように、金属膜102が全体として筒状であり、半導体多層膜反射鏡103及び基板101を貫通するように設けられている点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-12と同様の構成を有する。
面発光レーザ10-16では、半導体多層膜反射鏡103のみで第1反射鏡を構成しているため必然的にペア数を多くせざるを得ず、且つ、ストップバンド幅を広くすることも期待できないが、金属膜102が半導体多層膜反射鏡103及び基板101を貫通しているので、発熱部としての活性層105及びトンネルジャンクション層107からの熱を金属膜102を介して直接的に基板101外(外部)に放出でき、放熱性に優れる点で有効である。また、面発光レーザ10-16では、半導体多層膜反射鏡103の裏面に金属膜が設けられていないため、例えば基板101の裏面(下面)を出射面とすることもできる。但し、この場合、基板101に発振波長λに対して透明な基板を用いる必要がある。
面発光レーザ10-16は、図11のフローチャートのステップS11~S17を実行した後、半導体多層膜反射鏡103の裏面に基板101を貼り付け、フォトリソグラフィーにより該基板101の穴Hに対応する位置に貫通孔THを形成し、穴H及び貫通孔THに金属膜102を埋め込むことにより製造することができる。
<17.本技術の一実施形態の実施例17に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例17に係る面発光レーザ10-17について説明する。図36Aは、本技術の一実施形態の実施例17に係る面発光レーザ10-17の断面図である。図36Bは、本技術の一実施形態の実施例17に係る面発光レーザ10-17の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例17に係る面発光レーザ10-17について説明する。図36Aは、本技術の一実施形態の実施例17に係る面発光レーザ10-17の断面図である。図36Bは、本技術の一実施形態の実施例17に係る面発光レーザ10-17の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-17では、図36A及び図36Bに示すように、金属膜102が基板101の裏面(下面)にも設けられている点を除いて、実施例16に係る面発光レーザ10-16と同様の構成を有する。
面発光レーザ10-17は、金属膜102を基板101の裏面にも成膜することを除いて、実施例16に係る面発光レーザ10-16の製造方法と同様の製法により製造することができる。
面発光レーザ10-17によれば、実施例16に係る面発光レーザ10-16に比べて、金属膜102の外部に露出する部分の面積が大きいため、放熱性をより向上できる。
<18.本技術の一実施形態の実施例18に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例18に係る面発光レーザ10-18について説明する。図37Aは、本技術の一実施形態の実施例18に係る面発光レーザ10-18の断面図である。図37Bは、本技術の一実施形態の実施例18に係る面発光レーザ10-18の金属膜102の一部が周辺に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例18に係る面発光レーザ10-18について説明する。図37Aは、本技術の一実施形態の実施例18に係る面発光レーザ10-18の断面図である。図37Bは、本技術の一実施形態の実施例18に係る面発光レーザ10-18の金属膜102の一部が周辺に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-18では、図37A及び図37Bに示すように、半導体多層膜反射鏡103及び基板101の活性層105の発光領域に対応する領域の周辺の領域が金属膜102で置き換わっている点を除いて、実施例16に係る面発光レーザ10-16と同様の構成を有する。
面発光レーザ10-18は、面発光レーザ10-16の製造方法と概ね同様の製法で製造できる。
面発光レーザ10-18は、実施例16に係る面発光レーザ10-16に比べて、金属膜102の半導体多層膜反射鏡103の側面側及び基板101の側面側の外部に露出する部分の体積が大きいため、放熱性をより向上できる。また、面発光レーザ10-18では、半導体多層膜反射鏡103の裏面に金属膜が設けられていないため、例えば基板101の裏面(下面)を出射面とすることもできる。但し、この場合、基板101に発振波長λに対して透明な基板を用いる必要がある。
<19.本技術の一実施形態の実施例19に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例19に係る面発光レーザ10-19について説明する。図38Aは、本技術の一実施形態の実施例19に係る面発光レーザ10-19の断面図である。図38Bは、本技術の一実施形態の実施例19に係る面発光レーザ10-19の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例19に係る面発光レーザ10-19について説明する。図38Aは、本技術の一実施形態の実施例19に係る面発光レーザ10-19の断面図である。図38Bは、本技術の一実施形態の実施例19に係る面発光レーザ10-19の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-19は、図38A及び図38Bに示すように、金属膜102の第2部分102bが側面視で逆テーパ形状(活性層105から離れるほど幅が狭くなる形状)である点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。
面発光レーザ10-19は、実施例2に係る面発光レーザ10-2の製造方法と同様の製法により製造できる。
面発光レーザ10-19によれば、半導体多層膜反射鏡103の側面(穴Hの内面)と金属膜102の第2部分102bとの接触面積を大きくでき、且つ、金属膜102が発熱部に近い部分ほど中央寄りとなる形状(逆テーパ形状)を有するので、放熱性をより向上できる。
<20.本技術の一実施形態の実施例20に係る面発光レーザ>
以下、本技術の一実施形態の実施例20に係る面発光レーザ10-20について説明する。図39Aは、本技術の一実施形態の実施例20に係る面発光レーザ10-20の断面図である。図39Bは、本技術の一実施形態の実施例20に係る面発光レーザ10-20の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
以下、本技術の一実施形態の実施例20に係る面発光レーザ10-20について説明する。図39Aは、本技術の一実施形態の実施例20に係る面発光レーザ10-20の断面図である。図39Bは、本技術の一実施形態の実施例20に係る面発光レーザ10-20の金属膜102の一部が内部に設けられた半導体多層膜反射鏡の平面図である。
面発光レーザ10-20は、図39A及び図39に示すように、金属膜102が、基板101の第2部分102bに対応する位置を貫通する第3部分102cを有する点を除いて、実施例2に係る面発光レーザ10-2と同様の構成を有する。
面発光レーザ10-20は、図11のフローチャートのステップS1~S19を実行し、基板101の第2部分102bに対応する位置に貫通孔THを形成し、該貫通孔THに第3部分102cをとなる金属材料(第1及び第2部分102a、102cの金属材料と同種又は異種の金属材料)を埋め込み、図11のステップS20を実行することにより製造することができる。
面発光レーザ10-20によれば、金属膜102の外部に露出す部分の面積が大きいので、放熱性をより向上できる。
<21.本技術の変形例>
本技術は、上記各実施例に限定されることなく、種々の変形が可能である。
本技術は、上記各実施例に限定されることなく、種々の変形が可能である。
例えば、図40に示すように、実施例1に係る面発光レーザ10-1がアレイ状に複数配置された面発光レーザアレイを構成することもできる。当該面発光レーザアレイは、一例として、半導体製造装置を用いた半導体製造方法により、基板101の基材となる1枚のウェハ上に複数の面発光レーザ10-1を含む面発光レーザアレイを複数同時に生成した後、一連一体の複数の面発光レーザアレイをダイシングにより、チップ状の複数の面発光レーザアレイ(面発光レーザアレイチップ)に分離することにより得られる。
例えば、図41に示すように、実施例2に係る面発光レーザ10-2がアレイ状に複数配置された面発光レーザアレイを構成することもできる。当該面発光レーザアレイも、図35の面発光レーザアレイの製造方法と同様の製法により製造できる。
同様に、実施例3~20のいずれかに係る面発光レーザがアレイ状に複数配置された面発光レーザアレイを構成することもできる。
上記各実施例に係る面発光レーザでは、半導体多層膜反射鏡103が、非混晶層と混晶層のペアを有しているが、混晶層と混晶層のペア(例えばAlGaInAs/AlGaInAs)を有していてもよい。すなわち、本技術に係る面発光レーザは、InP系化合物半導体からなる半導体多層膜反射鏡を有するInP系VCSEL全般に適用することができ、優れた効果(高反射率及び高放熱性)を発揮する。
例えば、活性層105にQD活性層(量子ドット活性層)を用いてもよい。
上記各実施例に係る面発光レーザは、基板101を有していなくてもよい。
上記各実施例の面発光レーザの構成の一部を相互に矛盾しない範囲内で組み合わせてもよい。
上記各実施例において、面発光レーザを構成する各構成要素の材質、導電型、厚み、幅、長さ、形状、大きさ、配置等は、面発光レーザとして機能する範囲内で適宜変更可能である。
<22.電子機器への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品(電子機器)へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品(電子機器)へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本技術に係る面発光レーザは、例えば、レーザ光により画像を形成又は表示する機器(例えばレーザプリンタ、レーザ複写機、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ等)の光源としても応用可能である。
<23.面発光レーザを距離測定装置に適用した例>
以下に、上記各実施例に係る面発光レーザの適用例について説明する。
以下に、上記各実施例に係る面発光レーザの適用例について説明する。
図43は、電子機器の一例としての、面発光レーザ10-1を備えた距離測定装置1000の概略構成の一例を表したものである。距離測定装置1000は、TOF(Time Of Flight)方式により被検体Sまでの距離を測定するものである。距離測定装置1000は、光源として面発光レーザ10-1を備えている。距離測定装置1000は、例えば、面発光レーザ10-1、受光装置125、レンズ115、135、信号処理部140、制御部150、表示部160および記憶部170を備えている。
受光装置125は、被検体Sで反射された光を検出する。レンズ115は、面発光レーザ10-1から出射された光を平行光化するためのレンズであり、コリメートレンズである。レンズ135は、被検体Sで反射された光を集光し、受光装置125に導くためのレンズであり、集光レンズである。
信号処理部140は、受光装置125から入力された信号と、制御部150から入力された参照信号との差分に対応する信号を生成するための回路である。制御部150は、例えば、Time to Digital Converter (TDC)を含んで構成されている。参照信号は、制御部150から入力される信号であってもよいし、面発光レーザ10-1の出力を直接検出する検出部の出力信号であってもよい。制御部150は、例えば、面発光レーザ10-1、受光装置125、信号処理部140、表示部160および記憶部170を制御するプロセッサである。制御部150は、信号処理部140で生成された信号に基づいて、被検体Sまでの距離を計測する回路である。制御部150は、被検体Sまでの距離についての情報を表示するための映像信号を生成し、表示部160に出力する。表示部160は、制御部150から入力された映像信号に基づいて、被検体Sまでの距離についての情報を表示する。制御部150は、被検体Sまでの距離についての情報を記憶部170に格納する。
本適用例において、面発光レーザ10-1に代えて、上記面発光レーザ10-1~10-20のいずれかを距離測定装置1000に適用することもできる。
<24.距離測定装置を移動体に搭載した例>
図44は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
図44は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図44に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、距離測定装置12031が接続される。距離測定装置12031には、上述の距離測定装置1000が含まれる。車外情報検出ユニット12030は、距離測定装置12031に車外の物体(被検体S)との距離を計測させ、それにより得られた距離データを取得する。車外情報検出ユニット12030は、取得した距離データに基づいて、人、車、障害物、標識等の物体検出処理を行ってもよい。
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図44の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図45は、距離測定装置12031の設置位置の例を示す図である。
図45では、車両12100は、距離測定装置12031として、距離測定装置12101,12102,12103,12104,12105を有する。
距離測定装置12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる距離測定装置12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる距離測定装置12105は、主として車両12100の前方のデータを取得する。サイドミラーに備えられる距離測定装置12102,12103は、主として車両12100の側方のデータを取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる距離測定装置12104は、主として車両12100の後方のデータを取得する。距離測定装置12101及び12105で取得される前方のデータは、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識等の検出に用いられる。
なお、図45には、距離測定装置12101ないし12104の検出範囲の一例が示されている。検出範囲12111は、フロントノーズに設けられた距離測定装置12101の検出範囲を示し、検出範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた距離測定装置12102,12103の検出範囲を示し、検出範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた距離測定装置12104の検出範囲を示す。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、距離測定装置12101ないし12104から得られた距離データを基に、検出範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、距離測定装置12101ないし12104から得られた距離データを元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
以上、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、距離測定装置12031に適用され得る。
また、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
(1)半導体多層膜反射鏡と、
反射鏡と、
前記半導体多層膜反射鏡と前記反射鏡との間に配置された活性層と、
前記半導体多層膜反射鏡の前記活性層側とは反対側の面である裏面に設けられ、又は、
前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部及び/又は周辺に他部が設けられた金属膜と、
を備える、面発光レーザ。
(2)前記半導体多層膜反射鏡では、非混晶層と混晶層とが交互に積層されている、(1)に記載の面発光レーザ。
(3)前記非混晶層はInP層であり、前記混晶層はAlGaInAs層である、(1)又は(2)に記載の面発光レーザ。
(4)前記金属膜は、前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部及び/又は周辺に他部が設けられ、前記金属膜の前記他部が、前記半導体多層膜反射鏡の側面に接している、(1)~(3)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(5)前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面に穴が設けられ、前記金属膜の前記他部が、前記穴に入り込んでいる、(1)~(4)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(6)前記金属膜の前記他部が、前記穴の内面に接している、(5)に記載の面発光レーザ。
(7)前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡を貫通している、(5)又は(6)に記載の面発光レーザ。
(8)前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡を貫通していない、(5)又は(6)に記載の面発光レーザ。
(9)前記穴の少なくとも一部は、側面視でテーパ形状又は逆テーパ形状である、(5)~(8)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(10)前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡の、前記活性層の発光領域に対応する領域の周辺に設けられている、(5)~(9)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(11)前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡の前記領域を取り囲むように少なくとも1つ設けられている、(10)に記載の面発光レーザ。
(12)前記穴は、複数設けられている、(5)~(11)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(13)前記活性層に電流を注入するための第1及び第2の電極が、前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面側とは反対側に設けられている、(1)~(12)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(14)前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面は、一の前記非混晶層の一面である、(2)~(13)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(15)前記一の非混晶層の厚さが、前記半導体多層膜反射鏡の他の非混晶層の厚さと異なる、(14)に記載の面発光レーザ。
(16)前記金属膜は、Au、Ag、Alのいずれかからなる、(1)~(15)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(17)前記金属膜は、互いに異なる種類の金属からなる複数の金属層が積層された積層構造を有する、(1)~(16)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(18)前記面発光レーザの発振波長をλとしたとき、前記半導体多層膜反射鏡の一部の前記非混晶層の光学厚さは、(m+2)λ/4(m>1)である、(2)~(17)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(19)前記金属膜と基板とが別の金属膜を介して接合されている、(1)~(18)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(20)前記反射鏡は、誘電体多層膜反射鏡である、(1)~(19)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(21)前記半導体多層膜反射鏡と前記反射鏡との間に、前記活性層の発光領域を設定するトンネルジャンクション層を備える、(1)~(20)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(22)前記金属膜に接合された基板を更に備える、(1)~(21)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(23)(1)~(22)のいずれか1つに記載の面発光レーザを複数備える面発光レーザアレイ。
(24)(1)~(22)のいずれか1つに記載の面発光レーザを備える、電子機器。
(25)基板上に半導体多層膜反射鏡、活性層及び反射鏡を前記基板側からこの順に含む構造を形成する工程と、
前記構造の前記反射鏡側の表面に支持基板を接合する工程と、
前記基板を除去する工程と、
前記半導体多層膜反射鏡の前記活性層側とは反対側の面である裏面に金属膜を形成する工程と、
を含む、面発光レーザの製造方法。
(26)前記除去する工程と前記形成する工程との間に前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面に穴を形成する工程を含み、
前記形成する工程では、前記穴を前記金属膜の一部で埋め込む、(25)に記載の面発光レーザの製造方法。
(27)前記金属膜に保持基板を接合する工程と、前記支持基板を除去する工程と、を更に含む、(25)又は(26)に記載の面発光レーザの製造方法。
(1)半導体多層膜反射鏡と、
反射鏡と、
前記半導体多層膜反射鏡と前記反射鏡との間に配置された活性層と、
前記半導体多層膜反射鏡の前記活性層側とは反対側の面である裏面に設けられ、又は、
前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部及び/又は周辺に他部が設けられた金属膜と、
を備える、面発光レーザ。
(2)前記半導体多層膜反射鏡では、非混晶層と混晶層とが交互に積層されている、(1)に記載の面発光レーザ。
(3)前記非混晶層はInP層であり、前記混晶層はAlGaInAs層である、(1)又は(2)に記載の面発光レーザ。
(4)前記金属膜は、前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部及び/又は周辺に他部が設けられ、前記金属膜の前記他部が、前記半導体多層膜反射鏡の側面に接している、(1)~(3)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(5)前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面に穴が設けられ、前記金属膜の前記他部が、前記穴に入り込んでいる、(1)~(4)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(6)前記金属膜の前記他部が、前記穴の内面に接している、(5)に記載の面発光レーザ。
(7)前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡を貫通している、(5)又は(6)に記載の面発光レーザ。
(8)前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡を貫通していない、(5)又は(6)に記載の面発光レーザ。
(9)前記穴の少なくとも一部は、側面視でテーパ形状又は逆テーパ形状である、(5)~(8)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(10)前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡の、前記活性層の発光領域に対応する領域の周辺に設けられている、(5)~(9)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(11)前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡の前記領域を取り囲むように少なくとも1つ設けられている、(10)に記載の面発光レーザ。
(12)前記穴は、複数設けられている、(5)~(11)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(13)前記活性層に電流を注入するための第1及び第2の電極が、前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面側とは反対側に設けられている、(1)~(12)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(14)前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面は、一の前記非混晶層の一面である、(2)~(13)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(15)前記一の非混晶層の厚さが、前記半導体多層膜反射鏡の他の非混晶層の厚さと異なる、(14)に記載の面発光レーザ。
(16)前記金属膜は、Au、Ag、Alのいずれかからなる、(1)~(15)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(17)前記金属膜は、互いに異なる種類の金属からなる複数の金属層が積層された積層構造を有する、(1)~(16)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(18)前記面発光レーザの発振波長をλとしたとき、前記半導体多層膜反射鏡の一部の前記非混晶層の光学厚さは、(m+2)λ/4(m>1)である、(2)~(17)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(19)前記金属膜と基板とが別の金属膜を介して接合されている、(1)~(18)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(20)前記反射鏡は、誘電体多層膜反射鏡である、(1)~(19)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(21)前記半導体多層膜反射鏡と前記反射鏡との間に、前記活性層の発光領域を設定するトンネルジャンクション層を備える、(1)~(20)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(22)前記金属膜に接合された基板を更に備える、(1)~(21)のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
(23)(1)~(22)のいずれか1つに記載の面発光レーザを複数備える面発光レーザアレイ。
(24)(1)~(22)のいずれか1つに記載の面発光レーザを備える、電子機器。
(25)基板上に半導体多層膜反射鏡、活性層及び反射鏡を前記基板側からこの順に含む構造を形成する工程と、
前記構造の前記反射鏡側の表面に支持基板を接合する工程と、
前記基板を除去する工程と、
前記半導体多層膜反射鏡の前記活性層側とは反対側の面である裏面に金属膜を形成する工程と、
を含む、面発光レーザの製造方法。
(26)前記除去する工程と前記形成する工程との間に前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面に穴を形成する工程を含み、
前記形成する工程では、前記穴を前記金属膜の一部で埋め込む、(25)に記載の面発光レーザの製造方法。
(27)前記金属膜に保持基板を接合する工程と、前記支持基板を除去する工程と、を更に含む、(25)又は(26)に記載の面発光レーザの製造方法。
10-1~10-20:面発光レーザ、100:別の金属膜、101:基板、102:金属膜、102a:第1部分(金属膜の一部)、102b:第2部分(金属膜の他部)、103:半導体多層膜反射鏡、103a:非混晶層、103b:混晶層、105:活性層、109:アノード電極(第1電極)、110:反射鏡、111:貫通電極(第2電極)、H、H1~H4:穴。
Claims (20)
- 半導体多層膜反射鏡と、
反射鏡と、
前記半導体多層膜反射鏡と前記反射鏡との間に配置された活性層と、
前記半導体多層膜反射鏡の前記活性層側とは反対側の面である裏面に設けられ、又は、
前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部及び/又は周辺に他部が設けられた金属膜と、
を備える、面発光レーザ。 - 前記半導体多層膜反射鏡では、非混晶層と混晶層とが交互に積層されている、請求項1に記載の面発光レーザ。
- 前記非混晶層はInP層であり、前記混晶層はAlGaInAs層である、請求項2に記載の面発光レーザ。
- 前記金属膜は、前記裏面を含む仮想面の前記活性層側とは反対側に一部が設けられ且つ前記半導体多層膜反射鏡の内部及び/又は周辺に他部が設けられ、
前記金属膜の前記他部が、前記半導体多層膜反射鏡の側面に接している、請求項1に記載の面発光レーザ。 - 前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面に穴が設けられ、
前記金属膜の前記他部が、前記穴に入り込んでいる、請求項1に記載の面発光レーザ。 - 前記金属膜の前記他部が、前記穴の内面に接している、請求項5に記載の面発光レーザ。
- 前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡を貫通している、請求項5に記載の面発光レーザ。
- 前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡を貫通していない、請求項5に記載の面発光レーザ。
- 前記穴の少なくとも一部は、側面視でテーパ形状又は逆テーパ形状である、請求項5に記載の面発光レーザ。
- 前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡の、前記活性層の発光領域に対応する領域の周辺に設けられている、請求項5に記載の面発光レーザ。
- 前記穴は、前記半導体多層膜反射鏡の前記領域を取り囲むように少なくとも1つ設けられている、請求項10に記載の面発光レーザ。
- 前記穴は、複数設けられている、請求項11に記載の面発光レーザ。
- 前記活性層に電流を注入するための第1及び第2の電極が、前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面側とは反対側に設けられている、請求項1に記載の面発光レーザ。
- 前記半導体多層膜反射鏡の前記裏面は、一の前記非混晶層の一面である、請求項2に記載の面発光レーザ。
- 前記一の非混晶層の厚さが、前記半導体多層膜反射鏡の他の非混晶層の厚さと異なる、請求項14に記載の面発光レーザ。
- 前記金属膜は、Au、Ag、Alのいずれかからなる、請求項1に記載の面発光レーザ。
- 前記金属膜は、互いに異なる種類の金属からなる複数の金属層が積層された積層構造を有する、請求項1に記載の面発光レーザ。
- 前記面発光レーザの発振波長をλとしたとき、前記半導体多層膜反射鏡の一部の前記非混晶層の光学厚さは、(m+2)λ/4(m>1)である、請求項2に記載の面発光レーザ。
- 前記金属膜と基板とが別の金属膜を介して接合されている、請求項1に記載の面発光レーザ。
- 前記反射鏡は、誘電体多層膜反射鏡である、請求項1に記載の面発光レーザ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022001701 | 2022-01-07 | ||
JP2022-001701 | 2022-01-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2023132139A1 true WO2023132139A1 (ja) | 2023-07-13 |
Family
ID=87073392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/042793 WO2023132139A1 (ja) | 2022-01-07 | 2022-11-18 | 面発光レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2023132139A1 (ja) |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0690057A (ja) * | 1990-12-14 | 1994-03-29 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 半導体レーザの作製方法 |
JP2003273461A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-09-26 | Hitachi Ltd | 面発光半導体レーザ及びそれを用いたレーザ光送信モジュール |
JP2003324234A (ja) * | 2002-05-02 | 2003-11-14 | Sony Corp | 面発光半導体レーザ素子およびその製造方法 |
JP2003324251A (ja) * | 2002-04-30 | 2003-11-14 | Ricoh Co Ltd | 面発光半導体レーザ素子の製造方法および面発光半導体レーザ素子および光伝送システム |
JP2005086054A (ja) * | 2003-09-10 | 2005-03-31 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザ |
JP2008071829A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Toshiba Corp | 面発光型半導体素子 |
JP2015041688A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | ウシオ電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
JP2015103783A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | キヤノン株式会社 | 発光素子アレイ |
JP2016178293A (ja) * | 2015-03-20 | 2016-10-06 | 株式会社東芝 | 光半導体デバイスおよびその製造方法 |
JP2017022344A (ja) * | 2015-07-15 | 2017-01-26 | 日本電信電話株式会社 | 面発光レーザ |
US20200274328A1 (en) * | 2019-02-21 | 2020-08-27 | Apple Inc. | Indium-phosphide VCSEL with dielectric DBR |
-
2022
- 2022-11-18 WO PCT/JP2022/042793 patent/WO2023132139A1/ja unknown
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0690057A (ja) * | 1990-12-14 | 1994-03-29 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 半導体レーザの作製方法 |
JP2003273461A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-09-26 | Hitachi Ltd | 面発光半導体レーザ及びそれを用いたレーザ光送信モジュール |
JP2003324251A (ja) * | 2002-04-30 | 2003-11-14 | Ricoh Co Ltd | 面発光半導体レーザ素子の製造方法および面発光半導体レーザ素子および光伝送システム |
JP2003324234A (ja) * | 2002-05-02 | 2003-11-14 | Sony Corp | 面発光半導体レーザ素子およびその製造方法 |
JP2005086054A (ja) * | 2003-09-10 | 2005-03-31 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザ |
JP2008071829A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Toshiba Corp | 面発光型半導体素子 |
JP2015041688A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | ウシオ電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
JP2015103783A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | キヤノン株式会社 | 発光素子アレイ |
JP2016178293A (ja) * | 2015-03-20 | 2016-10-06 | 株式会社東芝 | 光半導体デバイスおよびその製造方法 |
JP2017022344A (ja) * | 2015-07-15 | 2017-01-26 | 日本電信電話株式会社 | 面発光レーザ |
US20200274328A1 (en) * | 2019-02-21 | 2020-08-27 | Apple Inc. | Indium-phosphide VCSEL with dielectric DBR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2022158301A1 (ja) | 面発光レーザ、電子機器及び面発光レーザの製造方法 | |
US20220247153A1 (en) | Surface light-emission laser device | |
WO2022185766A1 (ja) | 面発光レーザ及び面発光レーザの製造方法 | |
WO2022239322A1 (ja) | 面発光レーザ素子、電子機器及び面発光レーザ素子の製造方法 | |
WO2023132139A1 (ja) | 面発光レーザ | |
WO2022054411A1 (ja) | 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 | |
WO2022176482A1 (ja) | 面発光レーザ | |
US20230283048A1 (en) | Surface emitting laser apparatus, electronic device, and method for manufacturing surface emitting laser apparatus | |
WO2023162488A1 (ja) | 面発光レーザ、光源装置及び測距装置 | |
WO2023145148A1 (ja) | 面発光レーザ及び面発光レーザの製造方法 | |
WO2023171148A1 (ja) | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ及び面発光レーザの製造方法 | |
WO2023153084A1 (ja) | 面発光レーザ及び面発光レーザの製造方法 | |
WO2023248654A1 (ja) | 面発光レーザ及び測距装置 | |
WO2023149087A1 (ja) | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ及び光源装置 | |
WO2023181658A1 (ja) | 面発光レーザ、光源装置及び電子機器 | |
WO2024014140A1 (ja) | 面発光レーザ及び面発光レーザの製造方法 | |
WO2023067890A1 (ja) | 面発光レーザ及び面発光レーザの製造方法 | |
WO2022185765A1 (ja) | 面発光レーザ及び電子機器 | |
WO2024161986A1 (ja) | 光源装置 | |
WO2023042420A1 (ja) | 面発光レーザ素子及び光源装置 | |
WO2022158312A1 (ja) | 面発光レーザ | |
WO2024202680A1 (ja) | 面発光レーザ | |
WO2024135133A1 (ja) | 面発光レーザ | |
WO2022201772A1 (ja) | 面発光レーザ、光源装置、電子機器及び面発光レーザの製造方法 | |
WO2023238621A1 (ja) | 面発光レーザ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22918728 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |