(57)【要約】【課題】光を使った距離計測において、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができる半導体発光装置及びそれを用いた距離計測装置並びに距離計測装置の駆動方法を提供する。【解決手段】半導体発光装置１９は、第１の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子１０を有する半導体発光素子アレイ１５と、半導体発光素子１０の光出射面側に設けられ、半導体発光素子１０からの出射光を偏向させる光偏向部９と、を備え、複数の半導体発光素子１０からの出射光は、第１の方向において互いに異なる偏向角を有しており、半導体発光素子１０は、それぞれの偏向角を有する出射光毎に発光するように駆動できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子の光出射面側に設けられ、前記半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を備え、
複数の前記半導体発光素子からの前記出射光は、前記第１の方向において互いに異なる偏向角を有しており、
前記半導体発光素子は、それぞれの前記偏向角を有する前記出射光毎に発光するように駆動できる、半導体発光装置。
【請求項２】
前記出射光の前記偏向角は、前記半導体発光素子アレイの中心から端に向かって、順に大きくなっている、請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記半導体発光素子アレイは、第１の方向に沿って配置された前記半導体発光素子のそれぞれを起点として前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子をさらに備え、
前記第２の方向に沿って配列された複数の前記半導体発光素子は、同じ偏向角を有する出射光を発光し、共通の電極により駆動される、請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記偏向角の方向に対して感度が高い受光素子が配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記半導体発光素子アレイの前記第１の方向に、前記半導体発光素子とは異なる波長の光を出射する半導体発光素子及び前記波長の光に感度を持つ受光素子が配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記光偏向部は、前記半導体発光素子からの光に、以下の式で示される位相変化Φ（ｘ）を与える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
Φ（ｘ）＝［２πｓｉｎ（θc）／λ）］ｘ
λ：光の波長    θc：光出射面法線方向からの偏向角
（θc方向を光出射面に投射した軸をｘ軸とする）
【請求項７】
前記光偏向部は、直線状位相変化を用いて、Φ（ｘ）を与えている、請求項６に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記光偏向部は、階段状位相変化を用いて、Φ（ｘ）を近似している、請求項６に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記光偏向部は、ラメラー型位相変化を用いて、Φ（ｘ）を近似している、請求項６に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記光偏向部は、階段状位相変化とラメラー型位相変化を共に用いて、Φ（ｘ）を近似している、請求項６に記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記半導体発光素子は、基板上に形成されており、
前記光偏向部は、前記基板の前記半導体発光素子を形成した面とは、反対側の面に形成され、
前記半導体発光素子の光は前記基板を透過して出射される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記半導体発光素子に、前記光偏向部が形成された透明基板が貼り合わせられている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
第１の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子の光出射面側に設けられ、前記半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を有し、複数の前記半導体発光素子からの前記出射光は、前記第１の方向において互いに異なる偏向角を有しており、前記半導体発光素子は、それぞれの前記偏向角を有する前記出射光毎に発光するように駆動できる、半導体発光装置と、
前記半導体発光素子を駆動する駆動部と、
前記半導体発光装置からの前記出射光を受光する受光部と、
前記半導体発光装置からの前記出射光の出射時刻と前記受光部での受光時刻との差から距離を計算する演算部とを備え、
前記偏向角の大きい前記出射光から前記偏向角の小さい前記出射光の順に前記出射光を出射していく場合に、先に出射した前記出射光による計測距離に基づいて、次に出射する前記出射光の強度を決める、距離計測装置。
【請求項１４】
前記半導体発光装置は、前記偏向角の最も大きい前記出射光を受光する受光素子を有し、前記受光素子からの信号によって、次に出射する前記出射光の強度を決める、請求項１３に記載の距離計測装置。
【請求項１５】
第１の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子の光出射面側に設けられ、前記半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を有し、複数の前記半導体発光素子からの前記出射光は、前記第１の方向において互いに異なる偏向角を有しており、前記半導体発光素子は、それぞれの前記偏向角を有する前記出射光毎に発光するように駆動できる、半導体発光装置と、
前記半導体発光素子を駆動する駆動部と、
前記半導体発光装置からの前記出射光を受光する受光部と、
前記半導体発光装置からの前記出射光の出射時刻と前記受光部での受光時刻との差から距離を計算する演算部とを備えた距離計測装置の駆動方法であって、
前記偏向角の大きい前記出射光から前記偏向角の小さい前記出射光の順に前記出射光を出射していく場合に、先に出射した前記出射光による計測距離に基づいて、次に出射する前記出射光の強度を決める、距離計測装置の駆動方法。
【請求項１６】
前記半導体発光装置は、前記偏向角の最も大きい前記出射光を受光する受光素子を有し、前記受光素子からの信号によって、次に出射する前記出射光の強度を決める、請求項１５に記載の距離計測装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に車両等に搭載され、レーザ光を用いて対象物体までの距離を計測する距離計測装置に用いられる半導体発光装置及びそれを用いた距離計測装置並びに距離計測装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の安全走行のため、前方車両や障害物との距離を計測するセンサーが、多くの車両に搭載されている。距離を計測するセンサーとしては、画像を用いた方式（ステレオカメラなど）、ミリ波を使った方式、レーザ光を使った方式等が用いられているが、比較的低コストで解像度が高いレーザ光を使った方式が注目されている。レーザ光を使った方式では、パルス駆動で出射した光が対象物で反射して戻ってくる時間を計測し、その時間から対象物までの距離を算出している。
【０００３】
従来のレーザ光を使った距離計測装置は、回転鏡等を用いてレーザ光を走査することにより、広い範囲にレーザ光を照射して距離計測を行っていた。一方、強いレーザ光が歩行者等の眼に入ると網膜を損傷する可能性があり、人への照射に対する安全対策も必要となっている。特許文献１には、レーザ光を走査する方式において、低速走行時には人の眼に対して悪影響の少ない長波長のレーザ光を用いる一方、高速走行時には水への吸収が少なく遠距離まで届く短波長のレーザ光を用いた距離計測装置が開示されている。
【０００４】
しかしながら、レーザ光を走査する方式では、レーザ光を走査するための可動部を必要とするため、信頼性の向上や小型化の点で課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２４３７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、レーザ光を走査することなく、広い範囲に光を照射できる高出力のレーザ光源として、垂直面発光型レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）を多数２次元配列した面発光レーザアレイが注目されている。しかしながら、垂直面発光型レーザの放射角は、放射面に垂直な方向を中心として２０°前後と狭い。そのため、例えば、図３４に示すように、基板３０１、ｎ側ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布ブラッグ反射ミラー）３０２、活性層３０３、ｐ側ＤＢＲ３０４からなる面発光レーザアレイ３０５の前に拡散板３１０を設けて、その拡散板３１０によりレーザ光を散乱させて、レーザ光の放射方向を広げる必要があった。この場合、遠距離の対象物との距離を計測中に、突然近くに人などが現れると、レーザ光による人への悪影響を避けるため、面発光レーザアレイ３０５全体のレーザ光の強度を下げていた。そのため、レーザ光の強度を再び上げるまでの間、遠距離にレーザ光が届かなくなり、遠距離の対象物までの距離計測ができないという問題が生じる。
【０００７】
本開示は、安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を低下させない距離計測装置用の半導体発光装置及びそれを用いた距離計測装置並びに距離計測装置の駆動方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る半導体発光装置は、第１の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、半導体発光素子の光出射面側に設けられ、半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を備え、複数の半導体発光素子からの出射光は、第１の方向において互いに異なる偏向角を有しており、半導体発光素子は、それぞれの偏向角を有する出射光毎に発光するように駆動できることを特徴とする。
【０００９】
本開示に係る半導体発光装置によれば、半導体発光素子アレイの中心に対して広がるように偏向させた各半導体発光素子からの出射光に対して、それぞれの偏向角を有する出射光毎にその強度等を変更できるため、半導体発光装置の近くに侵入した人に対しては、その人の方向に向かう光の強度を弱くする一方、人の近くを通らない光の強度は強い状態のまま維持し、遠距離の対象物への距離計測を続けることができる。これにより、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができる。
【００１０】
また、本開示に係る距離計測装置は、第１の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、半導体発光素子の光出射面側に設けられ、半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を有し、複数の半導体発光素子からの出射光は、第１の方向において互いに異なる偏向角を有しており、半導体発光素子は、それぞれの偏向角を有する出射光毎に発光するように駆動できる、半導体発光装置と、半導体発光素子を駆動する駆動部と、半導体発光装置からの出射光を受光する受光部と、半導体発光装置からの出射光の出射時刻と受光時刻との差から距離を計算する演算部とを備えている。そして、偏向角の大きい出射光から偏向角の小さい出射光の順に出射光を出射していく場合に、先に出射した出射光による計測距離に基づいて、次に出射する出射光の強度を決めることを特徴とする。
【００１１】
本開示に係る距離計測装置によれば、偏向角の大きい出射光は、計測エリアの端から侵入する人等の侵入対象物を一番初めに照射するため、侵入対象物への距離が近い場合、その後に出射される光を即座に低減することができる。一方、侵入対象物への照射がなくなった後は、その後に出射される光の強度を強く保つことができる。これにより、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができる。
【００１２】
また、本開示に係る距離計測装置の駆動方法は、第１の方向に沿って配置された複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイと、半導体発光素子の光出射面側に設けられ、半導体発光素子からの出射光を偏向させる光偏向部と、を有し、複数の半導体発光素子からの出射光は、第１の方向において互いに異なる偏向角を有しており、半導体発光素子は、それぞれの偏向角を有する出射光毎に発光するように駆動できる、半導体発光装置と、半導体発光素子を駆動する駆動部と、半導体発光装置からの出射光を受光する受光部と、半導体発光装置からの出射光の出射時刻と受光時刻との差から距離を計算する演算部とを備えた距離計測装置の駆動方法において、偏向角の大きい出射光から偏向角の小さい出射光の順に出射光を出射していく場合に、先に出射した出射光による計測距離に基づいて、次に出射する出射光の強度を決めることを特徴とする。
【００１３】
本開示に係る距離計測装置の駆動方法によれば、偏向角の大きい出射光は、計測エリアの端から侵入する人等の侵入対象物を一番初めに照射するため、侵入対象物への距離が近い場合、その後に出射される光を即座に低減することができる。一方、侵入対象物への照射がなくなった後は、その後に出射される光の強度を強く保つことができる。これにより、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本開示に係る半導体発光装置及びそれを用いた距離計測装置並びに距離計測装置の駆動方法により、光を使った距離計測において、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る半導体発光装置の斜視模式図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線における断面模式図である。
【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ線における断面模式図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、半導体発光素子の強度分布と光偏向部の直線的位相変化を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、光偏向部の位相変化の傾きによる半導体発光素子の光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図６】図６は、光偏向部の位相変化の傾きによる半導体発光素子の光出射角度の変化を説明する図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を示す断面模式図である。
【図８Ａ】図８Ａは、ラメラー格子型位相変化を説明する図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、０．５πｒａｄ／μｍとなるラメラー格子型位相変化を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ｂの場合における光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、１πｒａｄ／μｍとなるラメラー格子型位相変化を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの場合における光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図１０】図１０は、切り下げ次数を３とした場合における１πｒａｄ／μｍとなるラメラー格子型位相変化を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図７におけるＲ１列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図７におけるＲ２列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図７におけるＲ３列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第１の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを形成する工程を示す断面模式図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第１の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を製造する工程において、光偏向部用のＴｉＯ2層を形成する工程を示す断面模式図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、第１の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を製造する工程において、ＶＣＳＥＬ光出射面のみＴｉＯ2層を残す工程を示す断面模式図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、第１の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を製造する工程において、格子状のレジストを形成する工程を示す断面模式図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、第１の実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部を製造する工程において、ＴｉＯ2層を加工後、レジストを除去する工程を示す断面模式図である。
【図１３】図１３は、第１の実施形態の第１変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を示す断面模式図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３におけるＲ１列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１３におけるＲ２列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、図１３におけるＲ３列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、第１変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを形成する工程を示す断面模式図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、第１変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、光偏向部用のＴｉＯ2層を形成する工程を示す断面模式図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、第１変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、ＶＣＳＥＬ光出射面のみＴｉＯ2層を残す工程を示す断面模式図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、第１変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、Ｒ１列のＴｉＯ2層のみ露出するようにレジストを形成する工程を示す断面模式図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、第１変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、Ｒ１列のＴｉＯ2層表面を傾斜させる工程を示す断面模式図である。
【図１５Ｆ】図１５Ｆは、第１変形例に係る傾斜面位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを除去する工程を示す断面模式図である。
【図１６】図１６は、第１の実施形態の第２変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を示す断面模式図である。
【図１７】図１７は、階段型位相変化を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、図１６におけるＲ１列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、図１６におけるＲ２列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、図１６におけるＲ３列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図１９】図１９は、Ｒ３列の光偏向部において、ＴｉＯ2層の合計層数を変えた場合の主ピークに対する副ピークの大きさの変化を示す図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、第２変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを形成する工程を示す断面模式図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、第２変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、光偏向部用の第１層目のＴｉＯ2層を形成する工程を示す断面模式図である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、第２変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、ＶＣＳＥＬ光出射面に第１層目のＴｉＯ2層を残す工程を示す断面模式図である。
【図２０Ｄ】図２０Ｄは、第２変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、第２層目のＴｉＯ2層の形成用のレジストを形成する工程を示す断面模式図である。
【図２０Ｅ】図２０Ｅは、第２変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、光偏向部用の第２層目のＴｉＯ2層を形成する工程を示す断面模式図である。
【図２０Ｆ】図２０Ｆは、第２変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、第１層目のＴｉＯ2層上に第２層目のＴｉＯ2層を残す工程を示す断面模式図である。
【図２１】図２１は、第１の実施形態の第３変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を示す断面模式図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、第３変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、ＶＣＳＥＬ用積層膜上にコンタクト層とＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層を形成する工程を示す断面模式図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、第３変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、各列に相当するＶＣＳＥＬを形成する工程を示す断面模式図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、第３変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを形成する工程を示す断面模式図である。
【図２２Ｄ】図２２Ｄは、第３変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストから露出したＡｌＧａＡｓ層を除去する工程を示す断面模式図である。
【図２２Ｅ】図２２Ｅは、第３変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストを形成する工程を示す断面模式図である。
【図２２Ｆ】図２２Ｆは、第３変形例に係る階段状位相変化による光偏向部を製造する工程において、レジストから露出したＧａＡｓ層を除去する工程を示す断面模式図である。
【図２３】図２３は、第１の実施形態の第４変形例に係る位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化による光偏向部を示す断面模式図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化を示す図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化を説明する図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、図２３におけるＲ１列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、図２３におけるＲ２列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは、図２３におけるＲ３列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示す図である。
【図２６】位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化による光偏向部における主ピーク及び副ピークの強度、放射角の層数依存性を示す図である。
【図２７】図２７は、第２の実施形態に係る半導体発光装置に対する図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。
【図２８】図２８は、第２の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。
【図２９】図２９は、第３の実施形態に係る半導体発光装置に対する図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。
【図３０】図３０は、第３の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。
【図３１】図３１は、第４の実施形態に係る半導体発光装置に対する図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。
【図３２Ａ】図３２Ａは、光偏向部を貼り合わせる前の第５の実施形態に係る半導体発光装置に対する図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。
【図３２Ｂ】図３２Ｂは、第５の実施形態に係る半導体発光装置に対する図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。
【図３３Ａ】図３３Ａは、光偏向部を貼り合わせる前の第６の実施形態に係る半導体発光装置に対する図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。
【図３３Ｂ】図３３Ｂは、第６の実施形態に係る半導体発光装置に対する図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。
【図３４】図３４は、従来技術に係る半導体発光装置の斜視模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本開示の各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
（第１の実施形態）
（半導体発光装置の構成）
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光装置の斜視模式図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面模式図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線における断面模式図である。
【００１８】
図１、図２、図３に示すように、ＧａＡｓからなる基板１上に、ｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層とｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層（ｘ１≠ｘ２）とを積層したｎ側ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布ブラッグ反射ミラー）２が形成されている。ｎ側ＤＢＲ２上には、各垂直面発光型レーザ（以後、ＶＣＳＥＬと記載する。）１０に対応した複数の活性層３が、平面状に整列して配置されている。複数の活性層３は、図中のＹ方向に一列に並んで配置されて、１つの列を構成している。この活性層３の列を、Ｙ方向と垂直なＸ方向において等間隔で配置している。本実施形態では、１つの列は、３個の活性層３で構成され、この列がＸ方向に沿って７列配置されている。７列の内、Ｘ方向における中心に位置する列をＣ列と呼び、Ｃ列の右側の列をＣ列側から順にＲ１列、Ｒ２列、Ｒ３列、Ｃ列の左側の列をＣ列側から順にＬ１列、Ｌ２列、Ｌ３列と呼ぶ。なお、各列の活性層３の数、列の個数は、用途に応じて適宜設定することができる。
【００１９】
各活性層３は、ＩｎＧａＡｓ層を井戸層、ＧａＡｓＰ層を障壁層として積層した量子井戸構造をしており、ＩｎＧａＡｓ層のＩｎ組成は発振波長が約９４０ｎｍとなるように調整されている。図３に示すように、各活性層３の上には、ｐ型Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層とｐ型Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（ｙ１≠ｙ２）とを積層したｐ側ＤＢＲ４が形成されている。ｐ側ＤＢＲ４の上には、ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層５が形成されている。なお、活性層３、ｐ側ＤＢＲ４、ｐ型コンタクト層５は、略円筒型に形成されている。
【００２０】
活性層３、ｐ側ＤＢＲ４、ｐ型コンタクト層５の側面には、絶縁膜６が形成されており、ｐ型コンタクト層５の上面は、絶縁膜６から露出している。また、活性層３から露出したｎ側ＤＢＲ２の上面上にも、絶縁膜６が形成されている。絶縁膜６の材料としては、熱伝導率の高いＡｌＮが用いられる。これにより、各ＶＣＳＥＬ１０の活性層３等からの発熱が、基板１上で素早く拡散して、各ＶＣＳＥＬ１０の温度の上昇が抑制されるため、各ＶＣＳＥＬ１０の発光特性を安定化させることができる。絶縁膜６の材料としては、ＡｌＮ以外にダイヤモンドやＳｉＣ等の高熱伝導性の材料を用いることもできる。なお、活性層３に隣接して、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＡｓを酸化して得られる酸化電流狭窄層を設けてもよい。これにより、活性層３への注入電流が中心付近に狭窄され低閾値化を行うことができる。
【００２１】
図３に示すように、ｐ型コンタクト層５の上面及び絶縁膜６の上面には、透明電極からなるｐ側電極７が形成されている。ｐ側電極７は、ｐ型コンタクト層５と電気的に接続し、活性層３に電力を供給する。ｐ側電極７は、列毎に分離されている。また、図２に示すように、同一列内の各ＶＣＳＥＬ１０に対応するｐ型コンタクト層５は、共通のｐ側電極７で電気的に接続されている。これにより、同一列に属するＶＣＳＥＬ１０を同時に発光させることができ、異なる列に属するＶＣＳＥＬ１０はそれぞれ個別に発光させることができる。例えば、本実施形態のＲ１列内の３個のＶＣＳＥＬ１０は同時に発光し、Ｒ２列等の他の列のＶＣＳＥＬ１０とは異なるタイミングで発光させることができる。ここで、各列に３個ずつＶＣＳＥＬ１０が配置されているので、１個のＶＣＳＥＬ１０に比べて約３倍の強度の光を出射することができる。なお、各列に属するＶＣＳＥＬ１０の数を増加させることにより、各列の光強度を増加させることができる。
【００２２】
本実施形態では、ｐ側電極７として透明電極を用いることにより、活性層３からの発光を、ｐ側電極７を通して外部に取り出すことができるため、ｐ型コンタクト層５の上面全体を使って電気的接触を行うことができる。ｐ側電極７の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を用いているが、ＩＴＯ以外にＺｎＯやグラフェン等を用いることもできる。なお、ｐ側電極７として透明電極を用いる代わりに、金属電極を用い、ｐ型コンタクト層５の上面上の金属電極に開口部を設けて、活性層３からの光を外部へ取り出す構造としてもよい。
【００２３】
各活性層３からの発光は、その上下に配置されたｎ側ＤＢＲ２及びｐ側ＤＢＲ４により反射されてレーザ発振し、ｐ側ＤＢＲ４側からレーザ光として出射される。
【００２４】
ｐ側電極７及びｐ側電極７から露出した絶縁膜６の上には、表面保護膜８が形成されている。表面保護膜８には、ｐ側電極７上の一部の領域に開口部１１が形成されている（図２参照）。開口部１１は、各列に対応するｐ側電極７毎に設けられ、活性層３上の領域以外の領域に形成されている。表面保護膜８の材料としては、ＳｉＯ2を用いているが、ＳｉＯ2の他にＳｉ3Ｎ4、ＡｌＮ、ダイヤモンド、ＳｉＣ等を用いることができる。ここで、表面保護膜８として、熱伝導率の高い材料を用いることにより、上述の絶縁膜６と同様に、各ＶＣＳＥＬ１０の温度の上昇が抑制されるため、各ＶＣＳＥＬ１０の発光特性を安定化させることができる。また、開口部１１内のｐ側電極７上には、パッド電極１２が形成されている。パッド電極１２としては、Ｔｉ膜とＡｕ膜の積層膜等が用いられる。なお、本実施形態では、各列のｐ側電極７上の開口部１１は、それぞれ１個ずつＶＣＳＥＬ１０の片側に配置されているが、ＶＣＳＥＬ１０の両側に１個ずつ（合計２個）配置してもよい。これにより、各ＶＣＳＥＬ１０へ電力供給するための配線抵抗を低減させることができる。
【００２５】
基板１の下面（ｎ側ＤＢＲ２が形成されていない側の面）には、ｎ側共通電極１３が形成されている。ｎ側共通電極１３としては、Ａｕ膜とＧｅ膜とＮｉ膜の積層膜等が用いられる。ｎ側共通電極１３と各パッド電極１２間に電流を流すことにより、各パッド電極１２に対応した列のＶＣＳＥＬ１０を発光させることができる。
【００２６】
なお、略円筒型に分離された活性層３、ｐ側ＤＢＲ４およびｐ型コンタクト層５と、それらに対応する基板１、ｎ側ＤＢＲ２、絶縁膜６、ｐ側電極７およびｎ側共通電極１３の部分により、ＶＣＳＥＬ１０が構成され、ＶＣＳＥＬ１０を配列することによりＶＣＳＥＬアレイ１５が構成される。
【００２７】
図３に示すように、各ＶＣＳＥＬ１０に対応した表面保護膜８上には、光偏向部９が形成されている。光偏向部９は、各ＶＣＳＥＬ１０から出射したレーザ光を所定の方向に偏向させるものである。光偏向部９としては、本実施形態のようにラメラー格子型位相変化を用いたものだけでなく、それ以外の様々な構成を用いることができる。これらの光偏向部９の詳細な構成については、後述する。
【００２８】
光偏向部９の形状は、同一列内では同じであり、列毎に異なる。各列の偏向角が、光出射面に垂直な方向（Ｚ方向）を０°とした場合、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の順に約＋１５°、約＋３０°、約＋４５°となり、Ｌ１列、Ｌ２列、Ｌ３列の順に約−１５°、約−３０°、約−４５°となるように、各列の光偏向部９の形状が設定される。ここで、Ｚ方向からＸの正の方向へ傾く方向をプラスの角度、Ｚ方向からＸの負の方向へ傾く方向をマイナスの角度とした（図３参照）。なお、Ｃ列に対応する表面保護膜８上には、光偏向部９が形成されていないため、Ｃ列のＶＣＳＥＬ１０からの光は偏向せず、Ｚ方向（偏向角が０°）に出射される。
【００２９】
また、本出願において、偏向角が大きいとは、上記のプラス、マイナスの角度とは関係なく、光出射面に垂直な方向（Ｚ方向）に対しての偏向角の絶対値が大きい場合を意味する。
【００３０】
ここで、本実施形態では、Ｌ３列からＲ３列の順に従って、偏向角が−４５°、−３０°、−１５°、０°、＋１５°、＋３０°、＋４５°となるように配置したが、これは一例にすぎず、任意の配置、例えば、Ｌ３列からＲ３列の順に従って、−４５°、＋４５°、−３０°、＋３０°、−１５°、＋１５°、０°となるように配置してもよい。
【００３１】
各列のＶＣＳＥＬ１０からの光は、それぞれ±１０°程度の広がり角を有するため、本実施形態の半導体発光装置１９は、約−５０°〜約＋５０°までの範囲に対して、レーザ光を放射することができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態の半導体発光装置１９では、各偏向角を有する出射光に対応した列のＶＣＳＥＬ１０を個別に駆動することができる。これにより、それぞれの偏向角を有する出射光毎に光強度を変えて発光させることができる。
【００３３】
また、本実施形態の半導体発光装置１９は、ｎ側共通電極１３を半田等の導電性接着層を介してヒートシンク等に実装することができる。例えば、レーザ光の出射角度を変えるために、角度の異なる面を複数有するヒートシンク等を用いて、各面に各ＶＣＳＥＬをそれぞれ実装してく場合に比べて、容易に半導体発光装置１９を実装することができるため、製造コストを低減することができる。
なお、ＶＣＳＥＬ１０の間に段差が生じるため、ＶＣＳＥＬ１０の間に平坦化膜（例えばＢＣＢなど）を形成した後、電極等を形成してもよい。
【００３４】
（距離計測装置の構成）
図４は、第１の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。図４に示すように、半導体発光装置１９の各列に対応するｐ側電極７には、それぞれ独立した駆動回路２０が接続されている。すべての駆動回路２０は、距離計測装置を制御する制御回路２１に接続されており、制御回路２１からの指令に従い、レーザ光３１を各方向の測定範囲に出射する。出射された光は対象物で反射され、その反射光３２は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）センサー２２によって受光される。ＴＯＦセンサー２２は、制御回路２１からの受光タイミング信号２３で決まる一定時間のみ受光する二次元イメージセンサーである。ＴＯＦセンサー２２で得られた信号は距離画像演算回路２５に送られる。ここで制御回路２１からの基準タイミング信号２４からの遅延時間から、距離画像として演算され、表示ディスプレイ２６に表示され、人間（運転手など）が測定対象物を認識する。
【００３５】
本距離計測装置は、例えば、以下のように駆動される。
【００３６】
測定範囲に何も感知されない場合（反射光３２が得られない場合）、遠方まで測定するため、制御回路２１は半導体発光装置１９を高出力状態で駆動する。そのとき、人が左から飛び出してきた場合、左方向のレーザ光を弱めても認識されるので、距離画像演算回路２５からの信号２７に基づき、制御回路２１は、一番左端の列（Ｌ３列）に対応する駆動回路２０を通じて、Ｌ３列からのレーザ光を弱める。これにより、飛び出してきた人に照射されるレーザ光が弱まり、人の眼に対するレーザ光による損傷を避けることができる。
【００３７】
一方、Ｌ２列〜Ｒ３列のレーザ光の出力は変わらないので遠方の計測感度は変わらず、遠方の対象物までの距離計測を継続することができる。人が距離計測装置のさらに正面側に近づいてくれば、Ｌ２列、Ｌ１列、・・・の順にレーザ光を弱めていく。これらの作業は、運転者の判断に頼ることなく、ＣＰＵ等を使用した電気制御で行なわれるため、非常に高速に処理され、安全上の問題は低減される。
【００３８】
また、半導体発光装置の端の列から順に（Ｌ３列、Ｌ２列、Ｌ１列の順、又は、Ｒ３列、Ｒ２列、Ｒ１列の順に）パルス発光をしていく場合、Ｌ３列の発光によって人の侵入を検知したら、Ｌ２列の光の強度を予め下げて、Ｌ２列の照射範囲に人が侵入した場合の人の眼に対するレーザ光による損傷を低減するようにしてもよい。
【００３９】
また、上記では、ＶＣＳＥＬアレイ１５の中心の列から端の列に向かって、偏向角が順に外側に大きくなるように、光偏向部９が配置された場合について説明したが、光偏向部９の配置に関係なく、偏向角の大きい出射光から偏向角の小さい出射光の順に発光するようにＶＣＳＥＬ１０を駆動していくことにより、同様な効果を得ることができる。
【００４０】
なお、運転者が特定方向の距離画像をより明確にしたい場合には、制御回路２１に接続された操作レバー２８を操作することにより、特定方向（すなわち特定列のＶＣＳＥＬ１０）のレーザ光を強めるようにしてもよい。
【００４１】
（光偏向部の構成）
＜原理＞
まず、光偏向部９の動作原理について、以下に述べる。
【００４２】
一般の回折理論によれば、発光面において、一次元ｘ方向に近視野像ｇ（ｘ）を有する光において、角度θにおける遠視野強度Ｉ（θ）は、
Ｉ（θ）＝∫ｇ（ｘ）ｅｘｐ［−ｉ×２πｓｉｎθ×（ｘ／λ）］ｄｘ        …（１）
で与えられる。ここで、ｉは虚数単位、λは光の波長である。また、式（１）における積分範囲は−∞から＋∞である。この遠視野強度と同じ分布をもち、角度θcだけ回転させた方向に偏向する光の遠視野強度Ｉ（θ）は、
Ｉ（θ）＝∫ｇ（ｘ）ｅｘｐ｛−ｉ×［２πｓｉｎ（θ-θc）×（ｘ／λ）］｝｝ｄｘ
…（２）
である。
ここで、
ｓｉｎ（θ-θc）＝  ［ｓｉｎ（θ-θc）−ｓｉｎθ］＋ｓｉｎθ
＝  −２ｓｉｎ（θc／２）ｃｏｓ（θ-θc／２）＋ｓｉｎθ  …（３）
と変形できるから、式（２）は
Ｉ（θ）＝
∫ｇ（ｘ）ｅｘｐ｛ｉ×２π［ｓｉｎ（θc／２）ｃｏｓ（θ−θc／２）］×（ｘ／λ）｝
×ｅｘｐ［−ｉ×２πｓｉｎθ×（ｘ／λ）］ｄｘ                        …（４）
となる。ここで、Ｉ（θ）がθ＝θc付近に集まっているとすると、θ−θc／２≒θc／２となり、
ｓｉｎ（θc／２）ｃｏｓ（θ−θc／２）≒２ｓｉｎ（θc／２）ｃｏｓ（θc／２）
＝ｓｉｎθc                              …（５）
となるので、式（４）は
Ｉ（θ）＝
∫ｇ（ｘ）ｅｘｐ［ｉ×２πｓｉｎθc×（ｘ／λ）］
×ｅｘｐ［−ｉ×２πｓｉｎθ×（ｘ／λ）］ｄｘ                        …（６）
となる。
【００４３】
即ち、波長λで規格化した座標Ｘ＝ｘ／λに対し、位相傾きα＝２πｓｉｎθcを有する位相変化（言い換えれば、座標ｘに対して、位相傾きβ＝２πｓｉｎθc／λを有する位相変化）を、入射光の近視野像ｇ（ｘ）に与えれば、その遠視野像は元の遠視野像を角度θcだけ回転させた方向に偏向させたものとなる。
【００４４】
図５Ａ及び図５Ｂに、具体的な計算例を示す。図５Ａに示すように、ＶＣＳＥＬ１０内で共振し外部へ出射される光（波長λ＝０．９４μｍ。電界はガウス分布とし、ｇ（ｘ）＝ｅｘｐ［−（ｘ／２）2］とする（ｘの単位はμｍ）。）に対し、位相変化Φ（ｘ）＝βｘで与えられる直線状位相変化を与える。その傾きβとして、０、０．５π、１π、１．５π、２πｒａｄ／μｍを与えたときの光出射角度と放射強度の関係を図５Ｂに示す。
【００４５】
β＝０ｒａｄ／μｍからβ＝１．５πｒａｄ／μｍまでにおける光の強度分布は、０より大きな角度においてピーク強度を持ち、ほぼ単峰性の分布が得られており、良好な偏向特性が得られている。しかし、β＝２πｒａｄ／μｍまで大きくなると単峰性が崩れる。これは、ひとつのβに対して放射方向はθ１＝θとθ２＝π−θの２つの値を取り得るが、θが大きくなるとθ２の成分が角度−９０°〜＋９０°に現れるためである。傾き０、０．５π、１π、１．５π、２πｒａｄ／μｍに対するピーク強度を与える角度は、０°、１３°、２７°、４４°、６７°であり、β＝２πｓｉｎθc／λから逆算して得られるθc＝０°、１３．６°、２８．０°、４４．８°、７０．１°にほぼ一致する。即ち、０．５πｒａｄ／μｍ当たり約１５度偏向することがわかる。
【００４６】
従って、図６に示すように、ＶＣＳＥＬ１０の出射面に位相変調領域を設け、そこで直線状位相変化Φ（ｘ）＝βｘ（β＝２πｓｉｎθc／λ）を与えれば、θc方向に光を偏向することが可能となる。この位相変調領域が、本願の光偏向部９に相当する。
【００４７】
以下では、より具体的な光偏向部９の構成について、説明する。
【００４８】
＜ラメラー格子型位相変化による光偏向部＞
図７は、本実施形態の右側３列（Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列）の光偏向部を示す断面模式図である。各ＶＣＳＥＬ１０の直径は１２μｍである。各ＶＣＳＥＬ１０の近視野像は、ほぼガウス分布（１／ｅとなる距離は中心から２μｍ）である。Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列のＶＣＳＥＬ１０の光出射面上には、ラメラー格子型位相変化を有する光偏向部１０１、１０２、１０３がそれぞれ形成されている。ラメラー格子型位相変化は、光偏向部の中心から±３μｍの範囲に形成されており、スリット状である。
【００４９】
まず、ラメラー格子による位相変化による光偏向の原理について述べる。
【００５０】
図８Ａに、ラメラー格子型位相変化を説明する図を示す。ラメラー格子型位相変化とは、位相変化を二値で与えるものである。図８Ａに示すように、所望の直線状位相変化を幅ｗの間隔で区切り、そのｊ番目の分割区間の平均位相をΦjとすれば、その区間のうち、幅ｕj＝（Φj／Φm）ｗの範囲を位相Φm、幅ｗ−ｕjの範囲を位相ゼロとすることにより、二値化近似できる。ここでΦmはラメラー格子が与える最大位相であり、各区間で共通である。また、位相Φ＋２πｋ（ｋは整数、ここでは「切り下げ次数」と呼ぶ）は位相Φと等価であるから、直線状位相変化を２πｋごとに切り下げることが可能である。なお、Φm＝２πｋとすることで、各分割区間では連続的な位相変化が得られる。
【００５１】
図８Ｂは、β＝０．５πｒａｄ／μｍとなるラメラー格子型位相変化を、入射光分布とともに示したものである。Φm＝２π（ｋ＝１）としている。１区間は、ｗ＝０．５μｍであり、１区間ごとに、その区間の平均位相が０．２５πずつ大きくなる。即ち、Φj＝０、０．２５π、０．５π、０．７５π、１π、１．２５π、１．５π、１．７５πｒａｄの各区間に対して、それぞれｕj＝０、０．０６２５、０．１２５、０．１８７５、０．２５、０．３１２５、０．３７５、０．４３７５μｍの範囲をΦmとしている。Φj＝２πは、Φj＝０と同じ位相なので、切り下げてΦj＝０としている。このラメラー格子により光が感じる実効的な位相変化も図８Ｂに示している。実効的な位相変化の傾きは、微小な凹凸があるものの、平均的にβ＝０．５πｒａｄ／μｍになっている。このラメラー格子による光出射角度と強度分布の関係を図８Ｃに示す。約１３°の方向に単峰性の放射が出ており、所望の特性が得られている。
【００５２】
一方、図９Ａは、β＝１πｒａｄ／μｍとなるラメラー格子型位相変化を、入射光分布とともに示したものである。Φm＝２π（ｋ＝１）としている。なお、このラメラー格子により光が感じる実効的な位相変化も図８Ｂに示している。また、このラメラー格子による光出射角度と強度分布の関係を図９Ｂに示す。図９Ｂに示すように、２８°付近の強度ピークの他に、０°、−３０°付近に不要な強度ピークが存在している。図９Ａに示すように、位相変化の傾きβが大きくなると、位相変化が位相２πｊから位相２π（ｊ＋１）に変化する境界部分において、実効的な位相変化が負の傾きを有する。出射光はｘ方向に分布を持つため、光の一部がこの境界部分を透過する。そのため、この境界部分を透過する光は、位相２πｊや位相２π（ｊ＋１）とは異なる方向に偏向してしまうことになる。この境界部分の影響は、ラメラー格子の位置を左右にシフトさせてもほとんど変わらない。この不要方向の強度ピークは、所望でない方向への光の放射となり、安全性などに不具合が生じる。
【００５３】
このため、本実施形態におけるラメラー格子は、上述の境界部分に光が透過しないように、切り下げ次数ｋを大きくして、境界部分間の間隔を大きくした。具体的には、切り下げ次数ｋを３とした。図１０に、ｋ＝３（６πごとに切り下げ）、Φm＝６πとした場合のβ＝１πｒａｄ／μｍとなるラメラー格子型位相変化及び実効的な位相変化を、入射光分布とともに示す。図１０に示すように、実効的な位相変化の間隔が広がり、光が境界部分の影響を受けにくくなる。
【００５４】
具体的には、図７のＲ１列、Ｒ２列、Ｒ３列のラメラー格子内の各位相矩形の幅は、実効的な直線状位相変化の傾きが、それぞれβ＝０．５π、１π、１．５πｒａｄ／μｍとなるようにした。この光偏向部１０１、１０２、１０３は、ＴｉＯ2から構成されており、その厚みｔは、ｔ＝（Φｍ／２π）×（λ／ｎ）＝１１７０ｎｍに設定される（ｎは、ＴｉＯ2の屈折率。波長λ＝９４０ｎｍにおける屈折率ｎは、２．４２）。Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列から放射される光は、それぞれβ＝０．５π、１π、１．５πｒａｄ／μｍに対応した偏向角θ１、θ２、θ３を有する。
【００５５】
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃに、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係をそれぞれ示す。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃに示すように、所望の角度にピーク強度を持つほぼ単峰性の分布が得られている。なお、β＝１．５πｒａｄ／μｍでは、半値幅が少し広がっているが、不要方向の強度ピークは、ほとんど見られない。
【００５６】
以上のように、光偏向部の中心から±３μｍの範囲のみに直線状位相変化を与えているにもかかわらず、良好な放射特性を得ることができた。
【００５７】
次に、本実施形態の光偏向部１０１、１０２、１０３の作製方法について、図１２Ａ〜図１２Ｅを用いて説明する。
【００５８】
まず、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列のＶＣＳＥＬ１０及びＶＣＳＥＬ１０間の表面全体にフォトレジスト１０４を形成し、ＶＣＳＥＬ１０の光出射面上のフォトレジスト１０４のみを除去して、開口１０５を形成する（図１２Ａ参照）。次に、図１２Ｂに示すように、スパッタ装置を用いて、ＴｉＯ2層１０６をＶＣＳＥＬ１０の光出射面上及びフォトレジスト１０４上に形成する。その後、リフトオフ法により、フォトレジスト１０４上のＴｉＯ2層１６６を除去することにより、ＶＣＳＥＬ１０の光出射面上のみにＴｉＯ2層１０６を残す（図１２Ｃ参照）。続いて、フォトレジスト１０７をＶＣＳＥＬ１０及びＶＣＳＥＬ１０間の表面全体に再度形成した後、フォトリソグラフィにより、格子形状の開口１０８、１０９、１１０を形成する（図１２Ｄ参照）。最後に、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置を用いて、開口１０８、１０９、１１０から露出したＴｉＯ2膜をエッチングした後、フォトレジスト１０７を除去することにより、光偏向部１０１、１０２、１０３を形成する（図１２Ｅ参照）。
【００５９】
本実施形態に係るラメラー格子型位相変化による光偏向部１０１、１０２、１０３は、多数の層を積層する必要がなく、１層をフォトリソグラフィ等により微細加工することのみで形成できるため、製造工程を簡略化できる。
【００６０】
上記の実施形態において、光偏向部１０１、１０２、１０３としてラメラー格子を用いたが、光に位相変化を与えるものであれば、他の構成を用いてもよい。光偏向部１０１、１０２、１０３の他の構成例を変形例として以下に示す。
【００６１】
（第１変形例）
＜傾斜面位相変化による光偏向部＞
図１３は、第１実施形態の第１変形例における右側３列（Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列）の光偏向部を示す断面模式図である。各ＶＣＳＥＬ１０の直径は１０μｍである。Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列のＶＣＳＥＬ１０の光出射面上には、傾斜面位相変化による光偏向部１１１、１１２、１１３が形成されている。光偏向部の材料は、ＴｉＯ2である。光偏向部１１１、１１２、１１３の表面は傾斜しており、その厚さが一定方向に向かって直線状に変化している。
【００６２】
Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の光偏向部１１１、１１２、１１３の最大厚さをｄm、最小厚さをそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３とすると、各列の光偏向部１１１、１１２、１１３の位相変化の傾きは、β＝２π［（ｄm−ｄｊ）／ｗd］／（λ／ｎ）となる（ｊは、１，２，３のいずれか。ｗdは光偏向部の全体の幅。）。ｄm＝２．９１μｍとし、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の光偏向部１１１、１１２、１１３の位相変化の傾きがβ≒０．５π、１π、１．５πｒａｄ／μｍとなるように、ｄ１、ｄ２、ｄ３を設定すると、それぞれｄ１＝１．９４、ｄ２＝０．９７、ｄ３＝０μｍとなる。この直線状位相変化により、ＶＣＳＥＬ１０からの放射光はβ＝２πｓｉｎθc／λを逆算して求められるθ１、θ２、θ３方向に偏向される。
【００６３】
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃに、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係をそれぞれ示す。図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃに示すように、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列からの放射光は、それぞれθ１＝１３°、θ２＝２７°、θ３＝４４°なる方向に偏向されている。図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃにおける光強度分布の半値全角（ＦＷＨＭ）は、それぞれ、１０．５°、１１°、１４°（光偏向部がない場合は１０°）となっており、偏向角が大きいほど、遠視野は広がるようになる。
【００６４】
次に、本変形例の光偏向部１１１、１１２、１１３の作製方法について、図１５Ａ〜図１５Ｆを用いて説明する。
【００６５】
まず、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列のＶＣＳＥＬ１０及びＶＣＳＥＬ１０間の表面全体にフォトレジスト１１７を形成し、ＶＣＳＥＬ１０の光出射面上のフォトレジスト１１７のみを除去して、開口１１８を形成する（図１５Ａ参照）。次に、図１５Ｂに示すように、スパッタ装置を用いて、ＴｉＯ2層１１９をＶＣＳＥＬ１０の光出射面上及びフォトレジスト１１７上に形成する。その後、リフトオフ法により、フォトレジスト１１７上のＴｉＯ2層１１９を除去することにより、ＶＣＳＥＬ１０の光出射面上のみにＴｉＯ2層１１９を残す（図１５Ｃ参照）。続いて、図１５Ｄに示すように、レジスト１２１およびＮｉ膜１２２をＶＣＳＥＬ１０及びＶＣＳＥＬ１０間の表面全体に形成し、フォトリソグラフィによって、所定の列（Ｒ１列）のＴｉＯ2層１１９上に開口１２３を形成する。次に、ＩＣＰエッチング装置を用い、Ｎｉ膜をマスクにして、斜め方向からエッチング用プラズマ１２４を照射し、開口１２３によって露出したＴｉＯ2層１１９の上面が傾斜するようにエッチングする（図１５Ｅ参照）。ＩＣＰエッチング装置によるエッチングは直進性が高く、ＴｉＯ2層１１９の上面に傾斜面を形成することができる。このエッチング角により、ＴｉＯ2層１１９の傾斜角、すなわち、直線状位相変化の傾きを決めることができる。次に、リフトオフ法を用いて、レジスト１２１とＮｉ膜１２２を除去することにより、Ｒ１列ＶＣＳＥＬ用の光偏向部１１１を形成する（図１５Ｆ参照）。この工程を、他の列のＶＣＳＥＬ１０についても行うことにより、全てのＶＣＳＥＬ１０上の光偏向部を形成することができる。
【００６６】
（第２変形例）
＜階段状位相変化による光偏向部＞
図１６は、本実施形態の第２変形例における右側３列（Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列）の光偏向部を示す断面模式図である。各ＶＣＳＥＬ１０の直径は１２μｍである。Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列のＶＣＳＥＬ１０の光出射面の上には、階段型位相変化による光偏向部１３１、１３２、１３３がそれぞれ形成されている。
【００６７】
階段型位相変化とは、図１７に示すように、光偏向部１３１、１３２、１３３の膜厚を階段状に変化させていき、直線状位相変化を近似する。各階段の幅をｗｊ（ｊは、１，２，３のいずれか。）、一段当たりの位相変化をΦsとすると、直線状に近似した時の平均的な傾きは、β＝Φs／ｗｊとなる。Φsを一定にして、ｗｊを変えることにより、位相変化βを任意に設定することができる。
【００６８】
図１６に示すように、本変形例では、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列は、共に７層のＴｉＯ2層から構成されており、各層の厚みｔは、一層当たりの位相変化をΦsが、０．７５πとなるように、ｔ＝（Φs／２π）×（λ／ｎ）＝１４６ｎｍに設定されている（ｎはＴｉＯ2の屈折率）。光偏向部１３１、１３２、１３３のトータルの膜厚は、１０２２ｎｍである。Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の光偏向部１３１、１３２、１３３の階段の幅を、それぞれｗ１＝１．５μｍ、ｗ２＝０．７５μｍ、ｗ３＝０．５μｍとすることにより、実効的な直線状位相変化の傾きは、それぞれβ＝０．５π、１π、１．５πｒａｄ／μｍとなる。
【００６９】
図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃには、それぞれＲ１列、Ｒ２列、Ｒ３列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示している。Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の偏向角度は、それぞれθ１＝１３°、θ２＝２７°、θ３＝４２°であり、ほぼ理論予想の方向に放射されている。
【００７０】
なお、階段型位相変化による光偏向部１３１、１３２、１３３では、放射方向が光出射面に対して垂直に近いほど（放射角度がゼロに近いほど）、階段の幅ｗｊを大きくする必要がある。階段の幅ｗｊが波長より長い場合には、階段の平坦部を通過する光は「階段状位相変化」を感受しにくくなる。このため、図１８Ａに示すように、β＝０．５πｒａｄ／μｍの場合、階段の幅は１．５μｍであり、波長に対して大きいため、平坦部の影響で、−２３°、５８°付近にサブピークが発生している。
【００７１】
また、図１８Ｃに示すように、−１０〜＋２０°において小さな副ピークが現れている。これは、ＴｉＯ2層が合計７層しかなく、その７層の階段領域外は平坦であることに起因している。図１９は、（最も層数制限の影響を受けやすい）Ｒ３列の光偏向部において、ＴｉＯ2層の合計層数を変えた場合の主ピークに対する副ピークの強度の変化を示す。図１９に示すように、合計層数が４層程度と少ないと、副ピーク強度が強くなり、不要な放射光を発生させてしまう。このため、副ピークを主ピークの１／１０以下にするには、７層以上積むことが望ましい。
【００７２】
次に、本変形例の光偏向部１３１、１３２、１３３の作製方法について、図２０Ａ〜図２０Ｆを用いて説明する。
【００７３】
まず、図２０Ａに示すように、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列のＶＣＳＥＬ１０及びＶＣＳＥＬ１０間の表面全体にフォトレジスト１３４を形成し、フォトリソグラフィを用いて、ＶＣＳＥＬ１０の光出射面上に開口１３５を形成する。この時、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の開口幅をＺ１（１）、Ｚ２（１）、Ｚ３（１）とする。ここで、Ｚ１（１）＞Ｚ２（１）＞Ｚ３（１）とする。次に、スパッタ装置を用いてＴｉＯ2層１３６をＶＣＳＥＬ１０の光出射面上及びフォトレジスト１３４上に１４６ｎｍの厚さで形成する（図２０Ｂ参照）。その後、リフトオフ法により、レジスト１３４上のＴｉＯ2層１３６を除去することにより、ＶＣＳＥＬ１０の光出射面上のみに、各列毎に幅の異なるＴｉＯ2層１３６を残す（図２０Ｃ参照）。このＴｉＯ2層１３６が光偏向部の第１層目のＴｉＯ2層１３６となる。更に、ＶＣＳＥＬ１０及びＶＣＳＥＬ１０間の表面全体にフォトレジスト１３８を再度形成し、各ＶＣＳＥＬ１０の光出射面上に形成されたＴｉＯ2層１３６の上に、開口部１３９を形成する。この時、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の開口幅をＺ１（２）、Ｚ２（２）、Ｚ３（２）とする。ここで、Ｚ１（１）−Ｚ１（２）＝１．５μｍ、Ｚ２（１）−Ｚ２（２）＝０．７５μｍ、Ｚ３（１）−Ｚ３（２）＝０．５μｍに設定する。次に、スパッタ装置で１４６ｎｍの厚さのＴｉＯ2層１４０をＶＣＳＥＬ１０の光出射面上及びフォトレジスト１３８上に形成した後（図２０Ｅ参照）、リフトオフ法でレジスト１３８上のＴｉＯ2層１４０を除去することにより、光偏向部の第２層目のＴｉＯ2層１４０を、各列のＶＣＳＥＬ１０の光出射面上に形成する（図２０Ｆ参照）。同様の工程を繰り返し、第３層目から第７層目までのＴｉＯ2層を形成する。この際、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の開口幅は、１つ前の層の開口幅に対して、それぞれ１．５μｍ、０．７５μｍ、０．５μｍだけ小さく形成する。これにより、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の平均的位相変化の傾きはβ＝０．５π、１π、１．５πｒａｄ／μｍとなる。
【００７４】
本変形例に係る階段型位相変化による光偏向部１３１、１３２、１３３は、ラメラー格子型に比べて、サブミクロンの微細加工をする必要がないため、高価な加工装置を使う必要がなく、製造コストを低減することができる。
【００７５】
（第３変形例）
＜階段状位相変化による光偏向部＞
図２１は、第１実施形態の第３変形例における右側３列（Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列）の光偏向部を示す断面模式図である。各ＶＣＳＥＬ１０の直径は１４μｍであり、うち１２μｍが発光部として用いられ、のこり２μｍ（周囲１μｍ、図示していない）がｐ側電極とのコンタクトに用いられる。なお、本変形例では、表面保護膜８上に光偏向部が形成されておらず、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列のＶＣＳＥＬ１０表面のＧａＡｓコンタクト層１５４、１５５、１５６の上に連続して階段型位相変化（Φs＝０．７５π）を有する光偏向部１５１、１５２、１５３がそれぞれ形成されている。Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列とも、光偏向部はＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ：１５％）１５７が４層、ＧａＡｓ層１５８が３層交互に積層するように構成されており、その厚みｔは各層の位相Φsに対し、ｔ＝（Φs／２π）×（λ／ｎ）に設定されている（ｎは屈折率）。具体的には、９４０ｎｍにおけるＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓの屈折率が、３．４６、３．５５であるので、各厚みはそれぞれ１０２ｎｍ、９９ｎｍである。光偏向部１５１、１５２、１５３のトータルの膜厚は、７０５ｎｍである。クエン酸等の選択エッチング液を用いて、階段状にエッチングを行なう。階段の幅は、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列が、それぞれ１．５μｍ、０．７５μｍ、０．５μｍである。
【００７６】
本変形例におけるＲ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の放射特性は、上述の第２変形例とほぼ同じである。
【００７７】
次に、本変形例の光偏向部１５１、１５２、１５３の作製方法について、図２２Ａ〜図２２Ｆを用いて説明する。
【００７８】
まず、図２２Ａに示すように、ＶＣＳＥＬ用積層膜上に形成されたコンタクト層１６０上に、ＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ：１５％）１５７を４層とＧａＡｓ層１５８を３層交互に積層した結晶成長層１６１を形成する。次に、各ＶＣＳＥＬ１０を分離するようにエッチングした後（図２２Ｂ参照）、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列のＶＣＳＥＬ１０及びＶＣＳＥＬ１０間の表面全体にフォトレジスト１６２を塗布し、フォトリソグラフィにより開口１６３を形成する（図２２Ｃ参照）。この時、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の開口幅をＺ１（１）、Ｚ２（１）、Ｚ３（１）とする。ここで、Ｚ１（１）＞Ｚ２（１）＞Ｚ３（１）とする。次に、クエン酸系エッチャントを用い、露出しているＡｌＧａＡｓ層１５７を選択的にエッチングする（図２２Ｄ参照）。これにより、第７層目の層が形成される。さらに、フォトレジスト１６２を除去した後、別のフォトレジスト１６４をＶＣＳＥＬ１０及びＶＣＳＥＬ１０間の表面全体に再度形成し、フォトリソグラフィにより開口１６５を形成する（図２２Ｅ参照）。この時、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の開口幅をＺ１（２）、Ｚ２（２）、Ｚ３（２）とする。ここで、Ｚ１（１）−Ｚ１（２）＝１．５μｍ、Ｚ２（１）−Ｚ２（２）＝０．７５μｍ、Ｚ３（１）−Ｚ３（２）＝０．５μｍに設定する。次に、アンモニア／過酸化水素系エッチャントを用い、露出しているＧａＡｓ層１５８を選択的にエッチングする（図２２Ｆ参照）。これにより、第６層目の層が形成される。同様の工程を繰り返し、第５層目から第１層目までを順次形成する。この際、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の開口幅は、１つ前の層の開口幅に対して、それぞれ１．５μｍ、０．７５μｍ、０．５μｍだけ小さく形成する。これにより、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の平均的位相変化の傾きはβ＝０．５π、１π、１．５πｒａｄ／μｍとなる。
【００７９】
本変形例に係る階段型位相変化による光偏向部１５１、１５２、１５３は、表面保護膜８を介さずに光を出射できるため、ＶＣＳＥＬ１０と表面保護膜８との界面での反射によるロスを少なくすることができる。
【００８０】
（第４変形例）
＜位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化による光偏向部＞
図２３は、第１実施形態の第４変形例における右側３列（Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列）の光偏向部を示す断面模式図である。各ＶＣＳＥＬ１０の直径は１２μｍである。Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列のＶＣＳＥＬ１０の光出射面の上には、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化を有する光偏向部１８１、１８２、１８３がそれぞれ形成されている。
【００８１】
位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化とは、上述のラメラー格子型位相変化と階段型位相変化とを組み合わせ、図２４Ａに示すように、ラメラー格子型位相変化に対し、ある間隔（ここではグループと呼ぶ）で、一定の位相値Φpを与えるものである。これにより、上述のラメラー格子型位相変化において課題となっていた負の傾きを有する実効的な位相変化の発生を抑えることができる。ラメラー格子型位相変化の場合、２π毎の位相変化を等価と考え、切り下げていたが、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化では２π毎に切り下げることなく、２πの位相バイアスとして印加していく。即ち、ラメラー格子型位相変化において、２πの位相変化毎に、２πの位相変化を持つ厚さの層を追加し、連続的に位相変化できるようにしている。この結果、実効的な位相変化に負の傾きは現れず、所定方向以外の方向へ偏向する光の放射が抑制される。
【００８２】
位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化による光偏向部１８１、１８２、１８３の設計について、以下に示す。図２４Ｂに示すように、所望の平均的位相変化をｓπ（ｒａｄ／μｍ）、ラメラー格子部分の二値化間隔をｗ（μｍ）、その二値化間隔ｗをＮ個集めて１グループとし、位相バイアスΦp＝γπ（ｒａｄ）を与えるとすると、平均的位相変化が、グループの界面で連続であるためには、
ｓπ＝γπ／（ｗＮ）                                            …（７）
なる関係が必要である。ここで、後述のように、γは光出射面に成膜した位相バイアスΦpを与える層の膜厚で決まることが多いから、隣り合うＶＣＳＥＬ１０間では一定である場合が多い。従って、隣り合うＶＣＳＥＬ１０間でｓを変える（即ち放射方向を変える）には、ｗとＮを変えるだけで、放射方向を制御できる。なお、位相バイアスΦpは２πの整数倍である必要はない。例えば、Φp＝１．８π（γ＝１．８）に対して、（ｓ，ｗ，Ｎ）＝（０．５，０．４，９）、（０．９，０．４，５）、（１．５，０．４，３）なる３方向の組合せが考えられる。
【００８３】
本変形例では、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の光偏向部１８１、１８２、１８３を、位相バイアスΦp＝１．８π（γ＝１．８）とし、それぞれ（ｓ，ｗ，Ｎ）＝（０．５，０．４，９）、（０．９，０．４，５）、（１．５，０．４，３）となるように形成した。具体的には、各光偏向部１８１、１８２、１８３は、４層のＴｉＯ2層から形成されており、各層の厚みは３５１ｎｍであり、各光偏向部１８１、１８２、１８３のトータルの厚みは１４０４ｎｍとする。また、Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の各層には、上記で決まるｗとＮに対応したラメラー型格子を形成する。例えば、Ｒ１列の場合、二値化間隔ｗ＝０．４μｍを９個並べ、端の二値化間隔ｗから順に、位相が０からΦpに連続的に変化するように、各二値化間隔ｗ内でのΦpの位相を与える凸部分の幅を変化させていく。
【００８４】
図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃには、それぞれＲ１列、Ｒ２列、Ｒ３列からの光に対する光出射角度と強度分布の関係を示している。Ｒ１列、Ｒ２列、Ｒ３列の偏向角度は、それぞれθ１＝１３°、θ２＝２５°、θ３＝４４°であり、ほぼ単峰性の良好な偏向特性が得られている。
【００８５】
図２６には、主ピーク及び副ピークの強度、放射角の層数依存性を示している。ここで、位相バイアスΦpは１．８πとし、位相変化の傾きが１．５πｒａｄ／μｍである。図２６に示すように、位相バイアスΦpを与える層が４層以上で、副ピーク強度はほぼゼロとなり、所定方向以外への不要な光放射が抑制されている。また、主ピークの偏向角も十分に必要な角度が得られていることがわかる。
【００８６】
本変形例に係る光偏向部１８１、１８２、１８３の作製方法は、上述の階段型位相変化とラメラー型位相変化の光偏向部の作製方法を組み合わせることにより、実現することができる。
【００８７】
本変形例に係る光偏向部１８１、１８２、１８３では、ラメラー型位相変化の場合のような負の直線状位相傾きが発生しないので、不要方向への光放射を抑制することができる。また、階段型位相変化の光偏向部に比べ平坦部が少ないため、小さい放射角度での不要方向への光放射についても抑制することができる。
【００８８】
（第２の実施形態）
（半導体発光装置の構成）
図２７は、第２の実施形態に係る半導体発光装置の図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。本実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００８９】
本実施形態では、半導体発光装置４１の両端の列であるＬ３′列とＲ３′列を、発光素子ではなく、受光素子として使用する。Ｌ３′列とＲ３′列の受光素子１４の素子構造は、他の列のＶＣＳＥＬ１０の素子構造と同一である。また、Ｌ３′列の光偏向部９とＬ２列の光偏向部９、Ｒ３′列の光偏向部９とＲ２列の光偏向部９は、それぞれ同一の構成である。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００９０】
上述のように、両端のＬ３′列とＲ３′列の受光素子１４を、その隣に配置されたＬ２列とＲ２列のＶＣＳＥＬ１０と同じ構成とすることにより、Ｌ２列とＲ２列のＶＣＳＥＬ１０から出射した光の波長に対して、Ｌ３′列とＲ３′列の受光素子１４のＤＢＲ共振ミラーが共振し、感度が向上する。これにより、Ｌ２列とＲ２列のＶＣＳＥＬ１０から出射した光の反射光に対するＳ／Ｎ比が向上する。また、両端のＬ３′列とＲ３′列の光偏向部９と、その隣に配置されたＬ２列とＲ２列の光偏向部９とをそれぞれ同一の構成とすることにより、Ｌ２列とＲ２列からの出射光の出射角と同一の角度からの反射光に対しての感度が向上する。
【００９１】
以上のように、本実施形態の半導体発光装置４１は、両端の列に、そのすぐ内側の列のＶＣＳＥＬ１０から出射した光に対して選択的に高い感度で検知することができる受光素子１４を備えている。
【００９２】
また、本実施形態では受光素子１４を両端に配置したが、これは必須なことではなく、任意の位置に配置してもよい。
【００９３】
なお、上述の構成では、両端の列の受光素子１４に、ＶＣＳＥＬ１０と同様の構成を用いたが、ＶＣＳＥＬ１０とは異なり、受光素子１４として最適な素子構造を有する受光素子１４を用いてもよい。
【００９４】
（距離計測装置の構成）
図２８は、第２の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。図２８に示すように、半導体発光装置４１の両端のＬ３′列、Ｒ３′列の受光素子１４は、それぞれ受光回路４２に接続されている。一方、半導体発光装置４１のＬ２列、Ｌ１列、Ｃ列、Ｒ１列、Ｒ２列のＶＣＳＥＬ１０は、それぞれ独立した駆動回路２０により駆動され、これらの駆動回路２０はすべて制御回路２１に接続されている。Ｌ３′列の受光回路４２、Ｒ３′列の受光回路４２からは、それぞれ隣のＬ２列の駆動回路２０、Ｒ２列の駆動回路２０に対して制御信号４７、４８が伝達され、制御回路２１に対してもそれぞれ近接者予告信号４９、５０が伝達される。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００９５】
半導体発光装置４１からの出射光４３は、対象物で反射され反射光４４になり、ＴＯＦセンサー２２で受光される。ＴＯＦセンサー２２で得られた信号は、距離画像演算回路２５に送られ、処理されて表示ディスプレイ２６に表示される。一方、半導体発光装置４１の両端に位置するＬ３′列、Ｒ３′列の受光素子１４には、それぞれ主にＬ２列、Ｒ２列のＶＣＳＥＬ１０の出射方向からの反射光４５、４６が受光される。
【００９６】
対象物が近いほど、反射光の強度は強くなるため、Ｌ３′列の受光回路４２あるいはＲ３′列の受光回路４２が、Ｌ３′列あるいはＲ３′列の受光素子１４から、ある閾値以上の強度の受光信号を得ると、「近接者が端に存在している」（または「近接者が端から入ってきた」）と判断する。そして、Ｌ３′列の受光回路４２あるいはＲ３′列の受光回路４２は、制御信号４７、４８をそれぞれＬ２列のＶＣＳＥＬ１０の駆動回路２０、Ｒ２列のＶＣＳＥＬ１０の駆動回路２０に直接送り、Ｌ２列、Ｒ２列のＶＣＳＥＬ１０の出射光強度を弱める。これにより、半導体発光装置４１の最も外側のＶＣＳＥＬ１０の光出力のみを素早く低減させることができる。
【００９７】
また、Ｌ３′列の受光回路４２あるいはＲ３′列の受光回路４２が、ある閾値以上の強度の受光信号を得た場合、制御信号４７、４８と共に、制御回路２１に対して近接者予告信号４９、５０が送られる。これにより、制御回路２１は、近接者の存在をすばやく知ることができるため、例えば、Ｌ１列あるいはＲ１列のＶＣＳＥＬ１０の光強度を下げるように、Ｌ１列のＶＣＳＥＬ１０の駆動回路２０、Ｒ１列のＶＣＳＥＬ１０の駆動回路２０に対して制御信号を伝達させることもできる。
【００９８】
以上のように、本実施形態の距離計測装置では、ＴＯＦセンサー２２及び距離画像演算回路２５を経ることなく、検知領域の端から侵入する近接者を素早く検知して、近接者へ向かうレーザ光の強度を下げることができる。例えば、距離計測画像の解像度を上げようとすると、距離画像演算時間が長くなり、第１の実施形態の距離計測装置では、近接者侵入に対するレスポンスが悪くなる。これに対し、本実施形態の距離計測装置では、距離計測画像の解像度を上げた状態でも、受光素子から直接制御信号が出されるため、素早く近接者侵入に対応することができる。これにより、距離計測装置からのレーザ光に対する人への安全性をさらに向上させることができる。
【００９９】
（第３の実施形態）
（半導体発光装置の構成）
図２９は、第３の実施形態に係る半導体発光装置の図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。本実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【０１００】
本実施形態では、半導体発光装置５１の端からの２列であるＬ３″列及びＬ２″列並びにＲ２″列及びＲ３″列の活性層１７の材料をＩｎＧａＮＡｓとした点で第２の実施形態と異なる。ＩｎＧａＮＡｓを活性層１７に用いた場合、発光波長（受光波長）は、約１４００ｎｍとなる。一般に、波長が１４００ｎｍから２６００ｎｍまでの光は、眼に照射されても、角膜で吸収されて網膜まで到達しない。そのため、この波長域の光は、人への照射に対して安全である。Ｌ２″列及びＲ２″列のＶＣＳＥＬ１０から出射された光は、対象物に反射してＬ３″列及びＲ３″列の受光素子１４で受光される。その他の構成については、第２の実施形態と同様である。
【０１０１】
上述のように、本実施形態の半導体発光装置５１では、最も外側に位置する２列を、近接者を主に検知するために、人の眼に対して安全な波長を用いたＶＣＳＥＬ１０と受光素子１４としている。これにより、たとえ最も外側のＶＣＳＥＬ１０からの出射光が人の眼に照射されたとしても、人の眼を損傷することがない。
【０１０２】
なお、本実施形態では、最も外側に位置する２列を、近接者を主に検知するＶＣＳＥＬ１０と受光素子１４としたが、その配置に限らず、任意の位置に配置することができる。その際、約１４００ｎｍの発光波長（受光波長）を有するＶＣＳＥＬ１０と受光素子１４は、最も大きな偏向角を有する光偏向部９の下に配置されることが好ましい。これにより、計測エリアの端から侵入する人等の侵入対象物に対して一番初めに照射される光を、人の眼に対して安全な波長の光とすることができる。
【０１０３】
（距離計測装置の構成）
図３０は、第３の実施形態に係る距離計測装置の構成を示す模式図である。図３０に示すように、半導体発光装置５１の両端のＬ３″列、Ｒ３″列の受光素子１４は、それぞれＬ３″列の受光回路５２、Ｒ３″列の受光回路５２に接続されている。一方、半導体発光装置５１のＬ２″列、Ｌ１列、Ｃ列、Ｒ１列、Ｒ２″列は、それぞれ独立した駆動回路２０により駆動され、これらの駆動回路はすべて制御回路２１に接続されている。Ｌ３″列の受光回路５２、Ｒ３″列の受光回路５２からは、それぞれ隣のＬ２″列の駆動回路２０、Ｒ２″列の駆動回路２０に対して制御信号５９、６０が伝達され、制御回路２１に対してもそれぞれ近接者予告信号４９、５０が伝達される。その他の構成については、第２の実施形態と同様である。
【０１０４】
半導体発光装置５１のＬ１列、Ｃ列、Ｌ２列のＶＣＳＥＬ１０から出射された光５３は、対象物で反射され、反射光５４がＴＯＦセンサー２２で受光される。ＴＯＦセンサー２２で得られた信号は、距離画像演算回路２５に送られ、処理されて表示ディスプレイ２６に表示される。
【０１０５】
一方、半導体発光装置５１の端から２列目のＬ２″列、Ｒ２″列のＶＣＳＥＬ１０から出射された波長約１４００ｎｍの光は、対象物で反射し、それぞれＬ３″列、Ｒ３″列の受光素子１４によって受光される。ちなみに、ＴＯＦセンサー２２は、波長約１４００ｎｍの光に対しては、感度がほとんどないため、Ｌ２″列、Ｒ２″列のＶＣＳＥＬ１０からの光によって距離は計測されない。
【０１０６】
対象物が近いほど、反射光の強度は強くなるため、Ｌ３″列の受光回路５２あるいはＲ３″列の受光回路５２が、Ｌ３″列あるいはＲ３″列の受光素子から、ある閾値以上の強度の受光信号を得ると、「近接者が端に存在している」（または「近接者が端から入ってきた」）と判断する。そして、Ｌ３″列の受光回路５２あるいはＲ３″列の受光回路５２は、制御信号５９、６０をそれぞれＬ２″列のＶＣＳＥＬ１０の駆動回路２０、Ｒ２″列のＶＣＳＥＬ１０の駆動回路２０に直接送り、Ｌ２″列、Ｒ２″列のＶＣＳＥＬ１０の出射光強度を弱める。これにより、半導体発光装置５１の最も外側のＶＣＳＥＬ１０の光出力のみを素早く低減させることができる。
【０１０７】
また、Ｌ３″列の受光回路５２あるいはＲ３″列の受光回路５２が、ある閾値以上の強度の受光信号を得た場合、制御信号５９、６０と共に、制御回路２１に対して近接者予告信号４９、５０が送られる。これにより、制御回路２１は、近接者の存在をすばやく知ることができるため、例えば、Ｌ１列あるいはＲ１列のＶＣＳＥＬ１０の光強度を下げるように、それぞれの駆動回路２０に対して制御信号を伝達させることもできる。
【０１０８】
以上のように、本実施形態の距離計測装置では、第２の実施形態と同様に、ＴＯＦセンサー２２及び距離画像演算回路２５を経ることなく、検知領域の端から侵入する近接者を素早く検知して、近接者へ向かうレーザ光の強度を下げることができる。さらに、一番先に人に照射される光を、人の眼に安全な波長としているため、距離計測装置の安全性をさらに向上させることができる。
【０１０９】
（第４の実施形態）
（半導体発光装置の構成）
図３１は、第４の実施形態に係る半導体発光装置の図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。本実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【０１１０】
本実施形態では、第１の実施形態と異なり、各ＶＣＳＥＬ１０からの出射光は、基板１側から外に取り出される。ここで、基板１は、各ＶＣＳＥＬ１０の発光波長に対して透明である。各ＶＣＳＥＬ１０の構成は、第１の実施形態と同様に、ｎ側ＤＢＲ２とｐ側ＤＢＲ４との間に活性層３が配置されている。ｐ側ＤＢＲ４と活性層３は、配列状に分離され、複数のＶＣＳＥＬ１０が形成されている。活性層３から露出したｎ側ＤＢＲ２の表面と、ｐ側ＤＢＲ４及び活性層３の側面は、絶縁膜６で覆われており、各ＶＣＳＥＬ１０のｐ側ＤＢＲ４は、ｐ型コンタクト層５を介して、各列毎に共通のｐ側電極７に接続している。ここで、ｐ側電極７は、ＡｕＺｎからなり、ダイヤモンドからなるヒートシンク２０１上に形成された電極２０２と接続されている。電極２０２は、列毎に分かれており、任意の電極２０２に電力を供給することにより、各列のＶＣＳＥＬ１０を個別に駆動することができる。
【０１１１】
基板１の上面（光出射面）には、ｎ側共通電極２０３が形成されており、各ＶＣＳＥＬ１０の上方の光出射領域では、ｎ側共通電極２０３が開口している。それらの開口部に光偏向部９が形成されている。各光偏向部９の構成は、第１の実施形態と同様である。なお、光偏向部９としては、第１の実施形態のように、ラメラー格子型位相変化、傾斜面位相変化、階段状位相変化、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化等のいずれの構成のものを用いてもよい。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【０１１２】
なお、基板１、ｎ側ＤＢＲ２、活性層３、ｐ側ＤＢＲ４、ｐ型コンタクト層５、絶縁膜６、ｐ側電極７、ｎ側共通電極２０３により、ＶＣＳＥＬアレイ１６が構成される。
【０１１３】
本実施形態に係る半導体発光装置６１では、各ＶＣＳＥＬ１０からの発熱を、基板１を介さずに直接ヒートシンク２０１へ逃がすことができる。これにより、各ＶＣＳＥＬ１０の温度の上昇が抑制されるため、各ＶＣＳＥＬ１０の発光特性を安定化させることができる。
【０１１４】
なお、本実施形態の半導体発光装置６１として、第２あるいは第３の実施形態で示したような、一部を受光素子とする構成としてもよい。
【０１１５】
また、本実施形態の半導体発光装置６１を用いた距離計測装置の構成としては、上述の第１の実施形態〜第３の実施形態の構成を用いることができる。
【０１１６】
（第５の実施形態）
（半導体発光装置の構成）
図３２Ａ及び図３２Ｂは、第５の実施形態に係る半導体発光装置の図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。本実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【０１１７】
本実施形態では、図３２Ａのように、下面に光偏向部９が形成された透明基板４０１と、第１の実施形態と同様な表面保護膜８が形成されたＶＣＳＥＬアレイ１５を準備する。そして、図３２Ｂに示すように、表面保護膜８が形成されたＶＣＳＥＬアレイ１５上に、光偏向部９が形成された透明基板４０１を貼り合わせている。各光偏向部９は、対応するＶＣＳＥＬ１０上に位置するように、透明基板４０１に形成されている。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【０１１８】
本実施形態に係る半導体発光装置７１では、複数に分離されたＶＣＳＥＬ１０上に光偏向部９を形成する必要がないため、光偏向部９の加工精度を向上させることができる。
【０１１９】
なお、透明基板４０１として、高熱伝導性のＳｉＣ基板等を用いることにより、各ＶＣＳＥＬ１０の温度の上昇が抑制されるため、各ＶＣＳＥＬ１０の発光特性を安定化させることができる。
【０１２０】
また、光偏向部９としては、第１の実施形態のように、ラメラー格子型位相変化、傾斜面位相変化、階段状位相変化、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化等のいずれの構成のものを用いてもよい。
【０１２１】
なお、本実施形態の半導体発光装置７１として、第２あるいは第３の実施形態で示したような、一部を受光素子とする構成としてもよい。
【０１２２】
また、本実施形態の半導体発光装置７１を用いた距離計測装置の構成としては、上述の第１の実施形態〜第３の実施形態の構成を用いることができる。
【０１２３】
（第６の実施形態）
（半導体発光装置の構成）
図３３Ａ及び図３３Ｂは、第６の実施形態に係る半導体発光装置の図１のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面模式図である。本実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【０１２４】
本実施形態では、図３３Ａのように、下面に光偏向部９が形成された透明基板４０１と、第４の実施形態と同様な基板１側から光を出射する構成のＶＣＳＥＬアレイ１６を準備する。そして、図３３Ｂに示すように、ＶＣＳＥＬアレイ１６上に、光偏向部９が形成された透明基板４０１を貼り合わせている。各光偏向部９は、対応するＶＣＳＥＬ１０上に位置するように、透明基板４０１に形成されている。その他の構成については、第４の実施形態と同様である。
【０１２５】
本実施形態に係る半導体発光装置８１では、第５の実施形態と同様に、複数に分離されたＶＣＳＥＬ１０上に光偏向部９を形成する必要がないため、光偏向部９の加工精度を向上させることができる。
【０１２６】
また、第４の実施形態と同様に、各ＶＣＳＥＬ１０からの発熱を、基板１を介さずに直接ヒートシンク２０１へ逃がすことができため、各ＶＣＳＥＬ１０の温度の上昇が抑制され、各ＶＣＳＥＬ１０の発光特性を安定化させることができる。
【０１２７】
なお、光偏向部９としては、第１の実施形態のように、ラメラー格子型位相変化、傾斜面位相変化、階段状位相変化、位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化等のいずれの構成のものを用いてもよい。
【０１２８】
また、本実施形態の半導体発光装置８１として、第２あるいは第３の実施形態で示したような、一部を受光素子１４とする構成としてもよい。
【０１２９】
さらに、本実施形態の半導体発光装置８１を用いた距離計測装置の構成としては、上述の第１の実施形態〜第３の実施形態の構成を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本開示に係る半導体発光装置及びそれを用いた距離計測装置並びに距離計測装置の制御方法は、人への安全性を確保しつつ、遠距離の対象物への距離計測能力を維持することができるため、車載用のセンサーとして有用である。
【符号の説明】
【０１３１】
１      基板
２      ｎ側ＤＢＲ
３      活性層
４      ｐ側ＤＢＲ
５      ｐ型コンタクト層
６      絶縁膜
７      ｐ側電極
８      表面保護膜
９      光偏向部
１０    ＶＣＳＥＬ
１１    開口部
１２    パッド電極
１３    ｎ側共通電極
１４    受光素子
１５    ＶＣＳＥＬアレイ
１６    ＶＣＳＥＬアレイ
１７    活性層
１９    半導体発光装置
２０    駆動回路
２１    制御回路
２２    ＴＯＦセンサー
２３    受光タイミング信号
２４    基準タイミング信号
２５    距離画像演算回路
２６    表示ディスプレイ
２７    距離画像演算回路からの信号
２８    操作レバー
３１    レーザ光
３２    反射光
４１    半導体発光装置
４２    受光回路
４３    出射光
４４    反射光
４５    反射光
４６    反射光
４７    制御信号
４８    制御信号
４９    近接者予告信号
５０    近接者予告信号
５１    半導体発光装置
５２    受光回路
５３    出射光
５４    反射光
５５    反射光
５６    出射光
５７    出射光
５８    反射光
５９    制御信号
６０    制御信号
６１    半導体発光装置
７１    半導体発光装置
８１    半導体発光装置
１０１、１０２、１０３    光偏向部（ラメラー格子型位相変化）
１１１、１１２、１１３    光偏向部（傾斜面位相変化）
１３１、１３２、１３３    光偏向部（階段状位相変化）
１５１、１５２、１５３    光偏向部（階段状位相変化）
１８１、１８２、１８３    光偏向部（位相バイアス付加ラメラー格子型位相変化）
２０１    ヒートシンク
２０２    電極
２０３    ｎ側共通電極
３１０    拡散板
４０１    透明基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
2016146417.tif 000016
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
2016146417.tif 000031
【図１５Ｄ】
2016146417.tif 000032
【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２０Ｅ】
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【図２０Ｆ】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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【図２２Ｆ】
2016146417.tif 000053
【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３４】
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