(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の面発光レーザ素子が２次元アレイ状に配列された発光領域と、
前記発光領域の外周部から前記面発光レーザ素子に電流を供給する上部電極と、
を備え、
前記上部電極は、前記発光領域を覆うように形成された第１の部分と、前記第１の部分より厚い第２の部分とを含み、
前記第２の部分は、前記外周部に沿って前記外周部から前記発光領域内に所定距離だけ入り込んだ領域に形成されている、
面発光レーザアレイ装置。
【請求項２】
前記第２の部分は、前記外周部から前記発光領域の中心部へ向かって延設されたバイパス部を含む、
請求項１に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項３】
前記バイパス部は、前記面発光レーザ素子が形成されていない素子非形成部を含む、
請求項２に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項４】
前記バイパス部は、前記素子非形成部と前記発光領域との境界に沿って前記面発光レーザ素子が形成された素子形成部を含む、
請求項３に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項５】
前記バイパス部は、前記発光領域を２つ以上に等分割するように形成されている、
請求項２〜４のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項６】
前記バイパス部の側面部に沿って形成され、電流を遮断する遮断部、
を更に備える請求項２〜４のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項７】
前記発光領域は、内側領域と、前記内側領域より外側の領域であって前記内側領域と電気的に分離された外側領域とを含み、
前記上部電極は、前記外側領域に電流を供給する第１の電流経路と、前記内側領域に電流を供給する第２の電流経路とを含む、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項８】
前記第２の電流経路は、前記第２の部分を含む、
請求項７に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項９】
前記第１の部分は、第１の電極層を含み、
前記第２の部分は、前記第１の電極層と、前記第１の電極層上に積層された第２の電極層とを含む、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項１０】
前記第２の電極層は、前記第１の電極層より厚い、
請求項９に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ装置と、
前記面発光レーザアレイ装置から射出された光を集光する第１の集光光学系と、
前記第１の集光光学系により集光された光により励起されるレーザ媒質を含み、前記レーザ媒質に入射した光を射出方向と平行に共振させるレーザ共振器と、
を備えるレーザ点火装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ装置と、
前記面発光レーザアレイ装置から射出された光を集光する第１の集光光学系と、
前記第１の集光光学系により集光された光を伝送する伝送部材と、
前記伝送部材から射出された光を集光する第２の集光光学系と、
前記第２の集光光学系により集光された光により励起されるレーザ媒質を含み、前記レーザ媒質に入射した光を射出方向と平行に共振させるレーザ共振器と、
を備えるレーザ点火装置。
【請求項１３】
前記レーザ共振器により共振された光を集光する射出光学系、
を更に備える請求項１２に記載のレーザ点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザアレイ装置及びレーザ点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源として、複数の面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ:Vertical  Cavity  Surface  Emitting  Laser）が平面的に配置された面発光レーザアレイ装置が用いられている。
【０００３】
例えば、高強度のレーザ光を出力できるようにすることを目的として、面発光レーザ素子が２次元アレイ状に配列された面発光レーザチップからの射出光を集光する集光レンズを備え、集光レンズの面発光レーザ素子に対向する面に反射鏡が形成されている半導体レーザ装置が開示されている（特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
面発光レーザアレイ装置の電流経路として、電流を発光領域の外周部から各発光素子に供給する経路が考えられる。このような電流経路を採用した面発光レーザアレイ装置においては、発光領域の外周部近傍の領域における電流密度が発光領域の中心部における電流密度より大きくなる。そのため、発光領域の外周部においてエレクトロマイグレーションが生じ、当該外周部に配置された電極部に損傷が生ずる場合がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発光領域の外周部におけるエレクトロマイグレーションを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の面発光レーザ素子が２次元アレイ状に形成された発光領域と、前記発光領域の外周部から前記面発光レーザ素子に電流を供給する上部電極とを備え、前記上部電極は、前記発光領域を覆うように形成された第１の部分と、前記第１の部分より厚い第２の部分とを含み、前記第２の部分は、前記外周部に沿って前記外周部から前記発光領域内に所定距離だけ入り込んだ領域に形成されている面発光レーザアレイ装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発光領域の外周部におけるエレクトロマイグレーションを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイ装置の概略的構成を示す側面断面図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイチップの構成を示す上面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイチップの構成を示す、図２のIII−III断面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係るサブマウントの構成を示す上面図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態に係るサブマウントの構成を示す、図４のV−V断面図である。
【図６】図６は、第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイチップがサブマウント上にダイボンディングされた状態を示す図である。
【図７】図７は、第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイチップがサブマウント上にワイヤボンディングされた状態を示す図である。
【図８】図８は、第１の実施の形態において半導体基板上に素子形成層がエピタキシャル成長した状態を示す図である。
【図９】図９は、第１の実施の形態において素子形成層にステップ及びメサが形成された状態を示す図である。
【図１０】図１０は、第１の実施の形態において素子形成層上に絶縁層が形成された状態を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施の形態において絶縁層上に第１の上部電極が形成された状態を示す図である。
【図１２】図１２は、第１の実施の形態において第１の上部電極上に第２の上部電極が形成された状態を示す図である。
【図１３】図１３は、比較例に係る面発光レーザアレイチップを用いた場合に発生するエレクトロマイグレーションを示す図である。
【図１４】図１４は、比較例に係る面発光レーザアレイチップの発光領域の外周部の一部の領域を示す図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す領域における電流密度を概念的に示す上面図である。
【図１６】図１６は、第２の実施の形態における第１の例に係る面発光レーザアレイチップの構成を示す上面図である。
【図１７】図１７は、第２の実施の形態における第２の例に係る面発光レーザアレイチップの構成を示す上面図である。
【図１８】図１８は、第２の実施の形態における第３の例に係る面発光レーザアレイチップの構成を示す上面図である。
【図１９】図１９は、第２の実施の形態において半導体基板上に素子形成層がエピタキシャル成長した状態を示す図である。
【図２０】図２０は、第２の実施の形態において素子形成層上に絶縁層が形成された状態を示す図である。
【図２１】図２１は、第２の実施の形態において絶縁層上に第１の上部電極が形成された状態を示す図である。
【図２２】図２２は、第２の実施の形態において第１の上部電極上に第２の上部電極が形成された状態を示す図である。
【図２３】図２３は、第３の実施の形態に係る面発光レーザアレイチップの構成を示す上面図である。
【図２４】図２４は、第４の実施の形態に係る面発光レーザアレイチップの構成を示す上面図である。
【図２５】図２５は、第４の実施の形態に係る面発光レーザアレイチップのバイパス部及びバイパス分離領域の構成を示す一部拡大図である。
【図２６】図２６は、第４の実施の形態に係る面発光レーザアレイチップのバイパス部及びバイパス分離領域の構成を示す図２５のXXVI-XXVI断面図である。
【図２７】図２７は、第５の実施の形態に係る面発光レーザアレイチップの構成を示す上面図である。
【図２８】図２８は、第６の実施の形態に係る面発光レーザアレイチップの構成を示す上面図である。
【図２９】図２９は、第７の実施の形態に係るレーザ点火装置の構成を示す図である。
【図３０】図３０は、第８の実施の形態に係るレーザ点火装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイ装置１の概略的構成を示す側面断面図である。面発光レーザアレイ装置１は、面発光レーザアレイチップ（以下、アレイチップと略記する）１１、サブマウント１２、ヒートシンク１３、及び冷却装置１４を含む。面発光レーザアレイ装置１は、アレイチップ１１の上面から垂直方向にレーザ光１５を射出する。
【００１０】
アレイチップ１１は半導体基板上に複数の面発光レーザ素子（以下、発光素子と略記する）が平面状に形成されたデバイスである。サブマウント１２はアレイチップ１１が搭載される基板であり、アレイチップ１１に電流を供給する電流経路の一部を構成する。ヒートシンク１３は熱伝導性が高い材料からなり、サブマウント１２の熱を冷却装置１４に伝導する。冷却装置１４はヒートシンク１３から伝導された熱を放散させる機構である。
【００１１】
図２は、第１の実施の形態に係るアレイチップ１１の構成を示す上面図である。図３は、第１の実施の形態に係るアレイチップ１１の構成を示す、図２のIII−III断面図である。
【００１２】
アレイチップ１１は、図３に示すように、半導体基板１０１、素子形成層１０２、第１の上部電極１１１（第１の電極層）、第２の上部電極１１２（第２の電極層）、及び下部電極１２１を含む。
【００１３】
素子形成層１０２は半導体基板１０１上に形成されている。素子形成層１０２は発光領域１０３及び非発光領域１０４を含む。発光領域１０３には複数の発光素子が形成されており、非発光領域１０４には発光素子が形成されていない。本例においては、発光領域１０３は円形である。発光領域１０３の形状はこれに限られるものではなく、三角形、四角形等の多角形でもよいが、電流が供給されにくい発光領域１０３の中心部へ十分な電流を供給するために、中心と外周部との距離が何処でも等しい円形が好ましい。発光領域１０３の形状、発光素子の数、発光素子の配置等は、使用状況に応じて適宜決定されるべき事項である。
【００１４】
素子形成層１０２上には第１の上部電極１１１が形成されている。第１の上部電極１１１上には第２の上部電極１１２が形成されている。第１の上部電極１１１は、発光領域１０３の全体及び非発光領域１０４の全体を覆う領域に形成されている。第２の上部電極１１２は、非発光領域１０４の全体及び発光領域１０３の外周部を覆う領域に形成されている。
【００１５】
領域１５１は発光領域１０３が形成されている領域を示す。領域１５２は発光領域１０３が形成されていない領域を示す。領域１６１は、素子形成層１０２上に第１の上部電極１１１だけが形成されている領域を示す。領域１６２は、素子形成層１０２上に第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２が形成されている領域を示す。このように、第２の上部電極１１２は発光領域１０３の外周部から所定距離だけ内側に入り込むように形成されている。これにより、発光領域１０３内の外周部に沿った部分には、発光領域１０３の中心領域より上部電極層の膜厚が厚い外周厚膜部９１（第２の部分）が形成される。
【００１６】
図４は、第１の実施の形態に係るサブマウント１２の構成を示す上面図である。図５は、第１の実施の形態に係るサブマウント１２の構成を示す、図４のV−V断面図である。
【００１７】
サブマウント１２は、セラミックス基板２０１、陽極金属膜２１１、陽極電極２１２、陰極金属膜２２１、陰極電極２２２、及び下部金属膜２３１を含む。
【００１８】
セラミックス基板２０１の上面（アレイチップ１１が配置される面）には陽極金属膜２１１及び陰極金属膜２２１が形成されている。本例においては、陽極金属膜２１１は上面視凹形状を有し、陰極金属膜２２１は上面視凸形状を有する。陽極金属膜２１１及び陰極金属膜２２１は互いの間に隙間が形成されるようにパターニングされている。陽極金属膜２１１には陽極電極２１２が接続されている。陰極金属膜２２１には陰極電極２２２が接続されている。陽極電極２１２は電源の陽極端子と接続する。陰極電極２２２は電源の陰極端子と接続する。陽極金属膜２１１、陽極電極２１２、陰極金属膜２２１、及び陰極電極２２２は、上記発光領域１０３内の各発光素子に電流を供給する電流経路の一部を構成する。
【００１９】
セラミックス基板２０１の下面（ヒートシンク１３が配置される面）には下部金属膜２３１が形成されている。下部金属膜２３１は電流経路を構成するものではなく、サブマウント１２の温度が上昇したときにセラミックス基板２０１の上面に掛かる熱応力と下面に掛かる熱応力とのバランスを取る作用を奏するものである。
【００２０】
図６は、第１の実施の形態に係るアレイチップ１１がサブマウント１２上にダイボンディングされた状態を示す図である。本例においては、アレイチップ１１はサブマウント１２の陰極金属膜２２１上に配置される。このとき、サブマウント１２の陰極金属膜２２１とアレイチップ１１の下部電極１２１（図３参照）とが接続される。
【００２１】
図７は、第１の実施の形態に係るアレイチップ１１がサブマウント１２上にワイヤボンディングされた状態を示す図である。本例においては、陽極金属膜２１１とアレイチップ１１の第２の上部電極１１２とがボンディングワイヤ２５１により接続される。このとき、ボンディングワイヤ２５１はアレイチップ１１の４辺のうち陽極金属膜２１１と対峙する３辺に沿って設置される。
【００２２】
上記のようにアレイチップ１１とサブマウント１２とが接続されることにより、電流はアレイチップ１１の発光領域１０３の外周部から各発光素子に供給される。
【００２３】
図８〜図１２は素子形成層１０２及び上部電極層（第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２）の形成工程を例示している。図８は、第１の実施の形態において半導体基板１０１上に素子形成層１０２がエピタキシャル成長した状態を示す図である。半導体基板１０１の材質は特に限定されるべきものではないが、例えばｎ−ＧａＡｓ等が使用され得る。素子形成層１０２は、ｎ−ＤＢＲ(Distributed  Bragg  Reflector)層１０５、共振領域層１０６、及びｐ−ＤＢＲ層１０７を含む。
【００２４】
ｎ−ＤＢＲ層１０５は、４０．５ペアのｎ−Ａｌ０．３４Ｇａ０．６６Ａｓ高屈折率層／ｎ−ＡｌＡｓ低屈折率層からなる。共振領域層１０６は、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ量子井戸層／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障害層からなる活性層を含むＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓスペーサ層からなる。ｐ−ＤＢＲ層１０７は、２２ペアのｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ高屈折率層／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層からなる。ただし、ｐ−ＤＢＲ層１０７の共振領域層１０６から数えて２ペア目の層は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ高屈折率層／ｐ−ＡｌＡｓ低屈折率層である。このｐ−ＡｌＡｓ低屈折率層は、後述するメサ形成後に酸化を行うことにより、電流狭窄層を形成するためのものである。結晶成長はＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular  Beam  Epitaxy）法等により行われる。
【００２５】
図９は、第１の実施の形態において素子形成層１０２にステップ１０８及びメサ１０９が形成された状態を示す図である。ステップ１０８はワイヤボンディング領域となる部分である。メサ１０９は発光素子となる部分である。ｐ−ＤＢＲ層１０７を共振領域層１０６との境界付近までドライエッチングすることにより、ステップ１０８及びメサ１０９を同時に形成することができる。
【００２６】
図１０は、第１の実施の形態において素子形成層１０２上に絶縁層１４１が形成された状態を示す図である。ｐ−ＤＢＲ層１０７の表面を水蒸気中で熱処理することにより、ｐ−ＤＢＲ層１０７の表面が酸化される。このとき、ｐ−ＤＢＲ層１０７は上記のようにエッチングされていることにより、メサ１０９の側面部はｐ−ＡｌＡｓ低屈折率層が露出した状態となっている。ＡｌＡｓは周囲の層より酸化速度が速いため、メサ１０９の上面部より先に側面部にＡｌｘＯｙの絶縁物層が形成される。これにより、電流経路をメサ１０９の中心部に制限する電流狭窄構造が形成される。その後、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の絶縁層１４１をｐ−ＤＢＲ層１０７の全面にプラズマＣＶＤ法により形成する。その後、光出射部となるメサ１０９の中心部上の絶縁層１４１をエッチングにより除去することにより、コンタクトホール１４２が形成される。
【００２７】
図１１は、第１の実施の形態において絶縁層１４１上に第１の上部電極１１１が形成された状態を示す図である。第１の上部電極１１１は、例えばＡｕ層（７μｍ）により構成される。第１の上部電極１１１は通常の面発光レーザ素子と同様に、蒸着及びリフトオフ法により形成される。このとき、光射出部となる開口部１１５が形成されるようにパターニングされる。これにより、メサ１０９が形成されている部分が発光素子１３１となる。矢印１５０は発光素子１３１を駆動させる電流の流通方向を示している。すなわち、電流はステップ１０８が形成されている領域（非発光領域１０４）から発光素子１３１が形成されている発光領域１０３の中心部へ向かって流れる。
【００２８】
図１２は、第１の実施の形態において第１の上部電極１１１上に第２の上部電極１１２が形成された状態を示す図である。第２の上部電極１１２は、例えばＡｕ層（８μｍ）により構成される。第２の上部電極１１２も蒸着及びリフトオフ法により形成される。射出光の発散角等に影響を与える光出射部の径は第１の上部電極１１１の開口部１１５により決定されるので、第２の上部電極１１２の開口部１２５の径は開口部１１５より大きくてもよい。
【００２９】
第２の上部電極１１２はステップ１０８が形成されている非発光領域１０４から発光領域１０３内に所定距離だけ入り込んだ領域（図２及び図３における領域１６２）に形成されている。これにより、発光領域１０３内には外周部に沿って外周厚膜部９１が形成される。外周厚膜部９１の厚さＴ２は、発光領域１０３の中心部の上部電極（第１の上部電極１１１）の厚さＴ１より大きくなっている。すなわち、本実施の形態に係るアレイチップ１１の上部電極は、厚さＴ１の薄膜部（第１の上部電極１１１のみからなる部分（第１の部分））及び厚さＴ２の厚膜部（第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２からなる部分（第２の部分））を含んでいる。発光領域１０３の外周部に形成された厚膜部により外周厚膜部９１が構成されている。これにより、発光領域１０３の外周部における電流密度の上昇を抑制することが可能となる。
【００３０】
外周厚膜部９１の厚さＴ２は使用状況（例えば電流量、発光素子数等）に応じて適宜設定されるべき事項であるが、例えば薄膜部の厚さＴ１の２倍以上であることが好ましい。外周厚膜部９１の面積も同様に適宜設計されるべき事項であるが、外周厚膜部９１の面積は、発光領域１０３内に形成された全ての発光素子のうちの４割程度の発光素子が入るように設計されていることが好ましい。外周厚膜部９１の厚さＴ２及び面積をこのように設計することにより、発光領域１０３の外周部におけるエレクトロマイグレーションを確実に防止し、発光領域１０３の中心部に十分な電流を供給することが可能となる。
【００３１】
ここで、従来構造における問題について説明する。図１３〜図１５は比較例に係るアレイチップ３０１を用いた場合に生ずる問題を説明するための図である。図１３は、比較例に係るアレイチップ３０１を用いた場合に発生するエレクトロマイグレーションを示す図である。当該アレイチップ３０１の発光領域３０２は上記本実施の形態に係る外周厚膜部９１を有していない。このようなアレイチップ３０１を用いると、発光領域３０２の外周部における電流密度が過度に上昇するため、エレクトロマイグレーションによる損傷部３０３が発生する可能性が高くなる。損傷部３０３はボンディングワイヤ２５１に近い領域に形成されることが多い。
【００３２】
図１４は、比較例に係るアレイチップ３０１の発光領域３０２の外周部の一部の領域Ｓ１を示す図である。図１５は、図１４に示す領域Ｓ１における電流密度を概念的に示す上面図である。比較例に係るアレイチップ３０１においては、発光領域３０２に流入した電流は第１の上部電極１１１を通って外周部から中心部へ流れる。複数の矢印１４０は発光領域３０２の外周部（領域Ｓ１）における電流の流れを示しており、矢印１４０の太さは電流密度の大きさを示している。図１５に示すように、電流密度の大きさは、電流の流通方向の上流側の領域（ワイヤボンディングされている領域に近い領域）の方が下流側の領域（発光領域３０２の中心部に近い領域）より大きくなる。発光領域３０２の外周部から流入した電流は複数の発光素子１３１により消費されながら発光領域３０２の中心部へ流れるからである。このように、従来構造においては、発光領域３０２の外周部における電流密度が過度に上昇し、エレクトロマイグレーションが発生しやすい。
【００３３】
これに対し、本実施の形態に係るアレイチップ１１においては、発光領域１０３内の外周部に外周厚膜部９１が形成されているため、外周部における電流密度の上昇が抑制される。これにより、発光領域１０３の外周部におけるエレクトロマイグレーションを防止することが可能となる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、外周厚膜部９１を第１の上部電極１１１と第２の上部電極１１２との積層構造により実現しているが、外周厚膜部９１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、１層の電極層の厚さを変化させてもよいし、３層以上の電極層を積層させてもよい。
【００３５】
以下に、他の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同一又は同様の作用効果を奏する箇所については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図１６は、第２の実施の形態における第１の例に係るアレイチップ２１の構成を示す上面図である。アレイチップ２１の発光領域１０３はバイパス部１７１を含む。バイパス部１７１は発光領域１０３の外周部から中心部へ向かって延設された部分である。本例に係るバイパス部１７１は発光領域１０３の中心を通り、発光領域１０３を横断及び縦断するように形成されている。本例に係るバイパス部１７１には発光素子１３１が形成されていない。
【００３７】
発光領域１０３内の発光素子１３１が形成されている領域上には、上部電極層として第１の上部電極１１１のみが形成されている。非発光領域１０４上及びバイパス部１７１上には、第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２が形成されている。すなわち、バイパス部１７１は上記第１の実施の形態に係る外周厚膜部９１と同様に、厚膜部により構成されている。これにより、電流が発光領域１０３の外周部から中心部へ供給されやすくなる。
【００３８】
なお、上記においては、バイパス部１７１が発光領域１０３を等分に４分割するように形成されている例を示したが、バイパス部１７１の形状はこれに限られるものではない。図１７は、第２の実施の形態における第２の例に係るアレイチップ２２の構成を示す上面図である。本例に係るバイパス部１７１は、発光領域１０３を等分に２分割するように形成されている。図１８は、第２の実施の形態における第３の例に係るアレイチップ２３の構成を示す上面図である。本例に係るバイパス部１７１は、発光領域１０３を等分に３分割するように形成されている。このように、バイパス部１７１は発光領域１０３を等分割するように形成されていることが好ましい。これにより、電流を発光領域１０３の中心部へ均等に供給することが可能となる。
【００３９】
図１９〜図２２は第２の実施の形態に係る素子形成層１０２及び上部電極層（第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２）の形成工程を例示している。図１９は、第２の実施の形態において半導体基板１０１上に素子形成層１０２がエピタキシャル成長した状態を示す図である。図１９に示す状態は、バイパス部１７１に相当する位置にメサ１０９が形成されていない点を除いて、図９に示す第１の実施の形態における状態と同様である。
【００４０】
図２０は、第２の実施の形態において素子形成層１０２上に絶縁層１４１が形成された状態を示す図である。図２０に示す状態は、バイパス部１７１に相当する位置にメサ１０９が形成されていない点を除いて、図１０に示す第１の実施の形態における状態と同様である。
【００４１】
図２１は、第２の実施の形態において絶縁層１４１上に第１の上部電極１１１が形成された状態を示す図である。図２１に示す状態は、バイパス部１７１に相当する位置にメサ１０９が形成されていない点を除いて、図１１に示す第１の実施の形態における状態と同様である。
【００４２】
図２２は、第２の実施の形態において第１の上部電極１１１上に第２の上部電極１１２が形成された状態を示す図である。第２の上部電極１１２は非発光領域１０４及びバイパス部１７１が形成されている領域上に形成されている。発光領域１０３のうち発光素子１３１が形成されている領域には第１の上部電極１１１のみが形成されている。すなわち、本実施の形態に係るアレイチップ２１の上部電極は厚さＴ１の薄膜部（第１の上部電極１１１のみからなる部分）及び厚さＴ２の厚膜部（第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２からなる部分）を含んでおり、厚膜部は非発光領域１０４及びバイパス部１７１に形成されている。これにより、発光領域１０３の外周部から中心部に電流が供給されやすくなるため、発光領域１０３の外周部における電流密度の上昇（エレクトロマイグレーションの発生）だけでなく、中心部における電流密度の低下（発光量の低下）も抑制することが可能となる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図２３は、第３の実施の形態に係るアレイチップ３１の構成を示す上面図である。本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に発光領域１０３内の外周部に外周厚膜部９１が形成され、第２の実施の形態と同様にバイパス部１８１が形成されている。本実施の形態に係るバイパス部１８１は、発光素子１３１が形成されていない素子非形成部１８５及び発光素子１３１が形成されている素子形成部１８６を含む。素子形成部１８６は、バイパス部１８１と発光領域１０３との境界に沿って形成されている。
【００４４】
このような構成によれば、発光領域１０３の外周部における電流密度の上昇、発光領域１０３の中心部における電流密度の低下、及び発光素子１３１の減少による光強度の低下を抑制することが可能となる。
【００４５】
（第４の実施の形態）
図２４は、第４の実施の形態に係るアレイチップ４１の構成を示す上面図である。アレイチップ４１の発光領域１０３はバイパス部１９１及びバイパス分離領域１９２（遮断部）を含む。バイパス部１９１は発光領域１０３の外周部から中心領域１９５まで延設されている。バイパス部１９１の先端部１９４は発光領域１０３の中心点には達していない。中心領域１９５は発光領域１０３の中心点から所定距離内の領域であり、電流供給量の不足が懸念される領域である。バイパス部１９１には発光素子１３１が形成されていない。
【００４６】
バイパス部１９１の両側面部１９３に沿ってバイパス分離領域１９２が形成されている。バイパス分離領域１９２は電流を遮断する作用を有し、バイパス部１９１と外側領域１９７とを電気的に分離する領域である。本実施の形態に係る外側領域１９７は発光領域１０３内の中心領域１９５より外側の領域である。バイパス分離領域１９２はバイパス部１９１の先端部１９４には形成されていない。そのため、先端部１９４は中心領域１９５と電気的に接続している。
【００４７】
図２５は、第４の実施の形態に係るアレイチップ４１のバイパス部１９１及びバイパス分離領域１９２の構成を示す一部拡大図である。図２５は、図２４中の領域Ｓ２に対応する。図２６は、第４の実施の形態に係るアレイチップ４１のバイパス部１９１及びバイパス分離領域１９２の構成を示す図２５のXXVI-XXVI断面図である。
【００４８】
図２５及び図２６に示すように、バイパス部１９１と外側領域１９７との間にはバイパス分離領域１９２が存在している。外側領域１９７には絶縁層１４１及び第１の上部電極１１１が形成されている。バイパス部１９１には絶縁層１４１、第１の上部電極１１１、及び第２の上部電極１１２が形成されている。バイパス分離領域１９２には絶縁層１４１のみが形成され、第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２が形成されていない。これにより、XXVI-XXVI断面と平行な方向においてはバイパス部１９１と外側領域１９７とが電気的に分離される。
【００４９】
なお、本実施の形態に係るバイパス分離領域１９２は上部電極１１１，１１２を形成しないことにより構成されているが、バイパス分離領域１９２の構成はこれに限られるものではない。バイパス分離領域１９２は電流を遮断することができる範囲内において公知又は新規な構成を適宜利用して構成され得るものである。
【００５０】
上記本実施の形態によれば、発光領域１０３の外周部からバイパス部１９１に流入した電流は外側領域１９７に流入することなく、中心領域１９５に直接流入する。これにより、発光領域１０３の外周部における電流密度を低下させることができると共に、中心領域１９５への電流供給を十分に行うことができる。これにより、発光領域１０３の外周部におけるエレクトロマイグレーションを防止することができると共に、中心領域１９５における発光量不足を防止することができる。
【００５１】
（第５の実施の形態）
図２７は、第５の実施の形態に係るアレイチップ５１の構成を示す上面図である。アレイチップ５１の発光領域１０３は外周厚膜部９１、バイパス部１９１、バイパス分離領域１９２、及び中心領域１９８を含む。第４の実施の形態に係るアレイチップ４１との主な相違点は外周厚膜部９１が形成されている点、及び中心領域１９８の上部電極層の膜厚にある。
【００５２】
本実施の形態に係る外周厚膜部９１は、第１の実施の形態及び第３の実施の形態と同様に（図２、図３、図２３等参照）、上部電極層として第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２を含んでおり、上部電極層として第１の上部電極１１１のみを含む外側領域１９７より膜厚が厚くなっている。本実施の形態に係る中心領域１９８は、上部電極層として第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２を含み、第４の実施の形態に係る中心領域１９５（上部電極層として第１の上部電極１１１のみを含む領域）より膜厚が厚くなっている。
【００５３】
上記本実施の形態によれば、外周厚膜部９１が形成されていることにより、第４の実施の形態より更に発光領域１０３の外周部における電流密度を低下させることができる。また、中心領域１９８における上部電極層が外側領域１９７より厚く形成されていることにより、第４の実施の形態より更に効果的に中心領域１９８への電流供給量の不足を防止することができる。
【００５４】
（第６の実施の形態）
図２８は、第６の実施の形態に係るアレイチップ６１の構成を示す上面図である。アレイチップ６１の発光領域１０３は、内側領域１９６と外側領域１９７とに分割されている。アレイチップ６１の非発光領域１０４は、外側領域１９７へ電流を供給する外側電流経路２６１（第１の電流経路）と中央領域１９８及び内側領域１９６へ電流を供給する内側電流経路２６２（第２の電流経路）とに分割されている。
【００５５】
本実施の形態に係る発光領域１０３は内外分離領域２６４を含んでいる。内外分離領域２６４はバイパス分離領域１９２と同様に、第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２の両方が形成されていない領域であり、電流を遮断する。本実施の形態に係る内外分離領域２６４は発光領域１０３の半径方向の略中央を通る同心円状の形状を有し、各バイパス分離領域１９２と連通している。このような構成を有する内外分離領域２６４及びバイパス分離領域１９２により、発光領域１０３内には互いに電気的に分離された内側領域１９６及び外側領域１９７が形成される。本実施の形態に係る中心領域１９８は内側領域１９６に含まれている。内側領域１９６内の中心領域１９８以外の領域における上部電極層は外側領域１９７と同様に、第１の上部電極１１１から構成されている。
【００５６】
本実施の形態に係る非発光領域１０４は外部電極分離領域２６５を含んでいる。外部電極分離領域２６５はバイパス分離領域１９２及び内外分離領域２６４と同様に、第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２の両方が形成されていない領域であり、電流を遮断する。外部電極分離領域２６５はバイパス分離領域１９２と連通している。このような構成を有する外部電極分離領域２６５により、非発光領域１０４内には互いに電気的に分離された外側電流経路２６１及び内側電流経路２６２が形成される。本実施の形態に係る外側電流経路２６１及び内側電流経路２６２はバイパス部１９１及び中心領域１９８と同様に、第１の上部電極１１１及び第２の上部電極１１２から構成されている。
【００５７】
上記本実施の形態によれば、電流は外側電流経路２６１を介して外側領域１９７に供給され、内側電流経路２６２及びバイパス部１９１を介して中心領域１９８を含む内側領域１９６に供給される。このように、外側電流経路２６１と内側電流経路２６２とを互いに独立させることにより、第４及び第５の実施の形態より更に効率的に、発光領域１０３の外周部における電流密度の上昇を抑制することができると共に、中心領域１９８への電流供給を十分に行うことができる。
【００５８】
（第７の実施の形態）
以下に、上記面発光レーザアレイ装置１の利用例を示す。図２９は、第７の実施の形態に係るレーザ点火装置４０１の構成を示す図である。レーザ点火装置４０１は、面発光レーザアレイ装置１、マイクロレンズアレイ５０１、集光光学系５０２、及びレーザ共振器５０３を含む。
【００５９】
マイクロレンズアレイ５０１は、例えば円柱形状のレンズをアレイ状に配置したもの等であり、面発光レーザアレイ装置１から射出された光をビーム状に整形する。集光光学系５０２はマイクロレンズアレイ５０１から射出された光を集め、高出力のレーザ光を生成する光学素子からなる。レーザ共振器５０３は集光光学系５０２から射出されたレーザ光をレーザ光の射出方向と平行な方向に共振させ、高出力のレーザパルス５１０を射出する。レーザ共振器５０３はレーザ媒質５０５及び可飽和吸収体５０６を含む。
【００６０】
上記のようなレーザ点火装置４０１は面発光レーザアレイ装置１から出力される光をレーザ共振器５０３のためのポンプ光として利用するものであり、高い信頼性が期待できるものである。レーザ点火装置４０１は、例えば内燃機関の点火装置等として利用することができる。
【００６１】
（第８の実施の形態）
図３０は、第８の実施の形態に係るレーザ点火装置４１１の構成を示す図である。レーザ点火装置４１１は、面発光レーザアレイ装置１、マイクロレンズアレイ５０１、第１の集光光学系５０２、光ファイバ５５１（伝送部材）、第２の集光光学系５５２、レーザ共振器５０３、及び射出光学系５５３を含む。
【００６２】
第１の集光光学系５０２はマイクロレンズアレイ５０１から射出された光を集光して光ファイバ５５１に射出する。光ファイバ５５１は第１の集光光学系５０２から射出された光を伝送し、第２の集光光学系５５２に射出する。第２の集光光学系５５２は光ファイバ５５１から射出された光を集光してレーザ共振器５０３に射出する。射出光学系５５３はレーザ共振器５０３から射出されたレーザパルス５１０を集光して外部に射出する。
【００６３】
レーザ媒質５０５は、例えば３ｍｍ×３ｍｍ×８ｍｍの直方体形状のＮｄ：ＹＡＧ結晶であり、Ｎｄが１．１％ドープされたものであってもよい。可飽和吸収体５０６は、例えば３ｍｍ×３ｍｍ×２ｍｍの直方体形状のＣｒ：ＹＡＧ結晶であり、初期透過率が３０％のものであってもよい。Ｎｄ：ＹＡＧ結晶とＣｒ：ＹＡＧ結晶とは接合されており、いわゆるコンポジット結晶を構成するものであってもよい。Ｎｄ：ＹＡＧ結晶及びＣｒ：ＹＡＧ結晶はいずれもセラミックスである。このような構成において、第２の集光光学系５５２から射出された光はレーザ媒質５０５に入射する。すなわち、第２の集光光学系５５２から射出された光によりレーザ媒質５０５が励起される。面発光レーザアレイ装置１から射出された光の波長はＹＡＧ結晶において最も吸収効率が高い波長である。可飽和吸収体５０６はＱスイッチの動作を行う。これにより、レーザ共振器５０３の出射端側からレーザパルス５１０が出力される。レーザパルス５１０は射出光学系５５３により集光され、点火機能が実現される。本実施の形態に係るレーザ点火装置４１１を内燃機関の点火装置として利用することにより、高い信頼性を実現することができる。
【００６４】
また、レーザ点火装置４１１は、排熱を利用して動力、温熱、冷熱等を取り出し、総合的にエネルギー効率を高めるシステムであるコジェネレーションに用いられてもよい。更に、レーザ点火装置４１１は、内燃機関以外にも適用され得るものであり、例えばレーザ加工機、レーザピーニング装置、テラヘルツ発生装置等に利用されてもよい。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施の形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１  面発光レーザアレイ装置
１１，２１〜２３，３１，４１，５１，６１，３０１  面発光レーザアレイチップ（アレイチップ）
１２  サブマウント
１３  ヒートシンク
１４  冷却装置
１５  レーザ光
９１  外周厚膜部
１０１  半導体基板
１０２  素子形成層
１０３，３０２  発光領域
１０４  非発光領域
１０５  ｎ−ＤＢＲ層
１０６  共振領域層
１０７  ｐ−ＤＢＲ層
１０８  ステップ
１０９  メサ
１１１  第１の上部電極
１１２  第２の上部電極
１１５  開口部
１２１  下部電極
１３１  面発光レーザ素子（発光素子）
１４１  絶縁層
１４２  コンタクトホール
１５１  （発光領域が形成されている）領域
１５２  （発光領域が形成されていない）領域
１６１  （第１の上部電極だけが形成されている）領域
１６２  （第１の上部電極及び第２の上部電極が形成されている）領域
１７１，１８１，１９１  バイパス部
１８５  素子非形成部
１８６  素子形成部
１９２  バイパス分離領域
１９３  側面部
１９４  先端部
１９５，１９８  中心領域
１９６  内側領域
１９７  外側領域
２０１  セラミックス基板
２１１  陽極金属膜
２１２  陽極電極
２２１  陰極金属膜
２２２  陰極電極
２３１  下部金属膜
２５１  ボンディングワイヤ
２６１  外側電流経路
２６２  内側電流経路
２６４  内外分離領域
２６５  外部電極分離領域
３０３  損傷部
４０１，４１１  レーザ点火装置
５０１  マイクロレンズアレイ
５０２  （第１の）集光光学系
５０３  レーザ共振器
５０５  レーザ媒質
５０６  可飽和吸収体
５１０  レーザパルス
５５１  光ファイバ
５５２  第２の集光光学系
５５３  射出光学系
Ｔ１  （薄膜部の）厚さ
Ｔ２  （厚膜部の）厚さ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６７】
【特許文献１】特開２００５−１９８０４号公報
【図１】
0006743460.tif 000002
【図２】
0006743460.tif 000003
【図３】
0006743460.tif 000004
【図４】
0006743460.tif 000005
【図５】
0006743460.tif 000006
【図６】
0006743460.tif 000007
【図７】
0006743460.tif 000008
【図８】
0006743460.tif 000009
【図９】
0006743460.tif 000010
【図１０】
0006743460.tif 000011
【図１１】
0006743460.tif 000012
【図１２】
0006743460.tif 000013
【図１３】
0006743460.tif 000014
【図１４】
0006743460.tif 000015
【図１５】
0006743460.tif 000016
【図１６】
0006743460.tif 000017
【図１７】
0006743460.tif 000018
【図１８】
0006743460.tif 000019
【図１９】
0006743460.tif 000020
【図２０】
0006743460.tif 000021
【図２１】
0006743460.tif 000022
【図２２】
0006743460.tif 000023
【図２３】
0006743460.tif 000024
【図２４】
0006743460.tif 000025
【図２５】
0006743460.tif 000026
【図２６】
0006743460.tif 000027
【図２７】
0006743460.tif 000028
【図２８】
0006743460.tif 000029
【図２９】
0006743460.tif 000030
【図３０】
0006743460.tif 000031