(57)【要約】【課題】エレクトロマイグレーションによる不具合を防止する。【解決手段】面発光レーザアレイ装置は、複数の面発光レーザ素子１１５が形成された発光領域１０３と、発光領域１０３の外周部から面発光レーザ素子１１５に電流を供給する上部電極１１１と、発光領域１０３の外側の領域において上部電極１１１と接続するボンディングワイヤ２５１とを備え、ボンディングワイヤ２５１の総断面積は、上部電極１１１の断面積より大きい。上部電極１１１における電流密度は、５×１０５Ａ／ｃｍ２より小さい。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の面発光レーザ素子が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、
前記発光領域の外側の領域において前記上部電極と接続するボンディングワイヤと、
を備え、
前記ボンディングワイヤの総断面積は、前記上部電極の断面積より大きい、
面発光レーザアレイ装置。
【請求項２】
前記面発光レーザ素子１個あたりの電流量は、１０ｍＡ〜２０ｍＡである、
請求項１に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項３】
前記面発光レーザ素子の数は、５０００個〜５００００個である、
請求項１又は２に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項４】
前記上部電極における電流密度が５×１０５Ａ／ｃｍ２より小さくなるように、前記上部電極及び前記ボンディングワイヤが形成されている、
請求項１〜３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５】
前記上部電極における電流密度が５×１０５Ａ／ｃｍ２より小さくなるように前記電流を供給する電源、
を更に備える請求項４に記載の面発光レーザアレイ装置。
【請求項６】
前記上部電極及び前記ボンディングワイヤは、Ａｕを主要成分とする材料から構成される、
請求項１〜５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】
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８】
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、
を更に備え、
前記レーザ共振器は、前記伝送部材により伝送された光を共振させる、
請求項７に記載のレーザ点火装置。
【請求項９】
前記伝送部材により伝送された光を集光する第２の集光光学系、
を更に備え、
前記レーザ共振器は、前記第２の集光光学系により集光された光を共振させる、
請求項８に記載のレーザ点火装置。
【請求項１０】
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７〜９のいずれか１項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、発光領域の外部に接続されたボンディングワイヤを介して発光領域の外周部から発光領域内の面発光レーザ素子に電流を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、ボンディングワイヤにおける電流密度及び発光領域の外周部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、ボンディングワイヤ、及び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、電流経路を構成する部材に損傷が生ずる場合がある。特に、ボンディングワイヤにエレクトロマイグレーションが生じた場合には、外観からその発生を発見することが難しい。そのため、エレクトロマイグレーションによる不具合が看過されてしまう場合がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エレクトロマイグレーションによる不具合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、前記発光領域の外側の領域において前記上部電極と接続するボンディングワイヤとを備え、前記ボンディングワイヤの総断面積は、前記上部電極の断面積より大きい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、エレクトロマイグレーションによる不具合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３】図３は、第１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、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、発光領域の外周部に発生したエレクトロマイグレーションを示す図である。
【図９】図９は、発光領域の外周部の一部の領域を示す図である。
【図１０】図１０は、図９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１１】図１１は、第１の実施の形態において半導体基板上に発光層がエピタキシャル成長し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発光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１３】図１３は、第１の実施の形態において発光層上に絶縁層が形成された状態を示す図である。
【図１４】図１４は、第１の実施の形態において絶縁層上に上部電極が形成された状態を示す図である。
【図１５】図１５は、第１の実施の形態における第２の例に係るアレイチップの構成を示す上面図である。
【図１６】図１６は、第１の実施の形態における第２の例に係るアレイチップの構成を示す、図１５のXVI−XVI断面図である。
【図１７】図１７は、第２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１８】図１８は、第３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、冷却装置１４、及び電源１５を含む。面発光レーザアレイ装置１は、水平方向に配置されたアレイチップ１１の上面から垂直方向にレーザ光１６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。電源１５はサブマウント１２を介してアレイチップ１１に電流を供給するユニットである。
【００１１】
図２は、第１の実施の形態における第１の例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の実施の形態における第１の例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、発光層１０２、上部電極１１１、及び下部電極１２１を含む。
【００１３】
発光層１０２は半導体基板１０１上に形成されている。発光層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１１５が形成されており、非発光領域１０４には発光素子１１５が形成されていない。本例においては、発光領域１０３は円形であるが、発光領域１０３の形状はこれに限られるものではない。発光領域１０３の形状、発光素子１１５の数、発光素子１１５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。なお、発光素子１１５の数は素子のサイズにもよるが、レーザ共振器の励起光として用いるために５０００個〜５００００個程度が必要となる。また、発光素子１１５の１個あたりの電流量は、増加し過ぎると発光素子１１５の劣化が早くなり光源として寿命が短くなる。逆に、減少させ過ぎると励起光としての十分な光量の出力を確保できなくなる。以上のことから、本発明の面発光レーザアレイ装置１における発光素子１１５の１個あたりの電流量は、１０ｍＡ〜２０ｍＡ程度の範囲内となるよう設計することが望ましい。
【００１４】
発光層１０２上には上部電極１１１が形成されている。上部電極１１１は発光領域１０３及び非発光領域１０４を覆う領域に形成されている。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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１５の陽極端子と接続する。陰極電極２２２は電源１５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１１５に電流を供給する電流経路の一部を構成する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。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５参照）とが接続される。
【００２０】
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。陽極金属膜２１１とアレイチップ１１の非発光領域１０４上の上部電極１１１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。
【００２１】
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、電流はボンディングワイヤ２５１を介してアレイチップ１１の発光領域１０３の外周部から各発光素子１１５に供給される。
【００２２】
図８〜図１０は、このような電流経路を採用したアレイチップ１１において生じやすい問題を説明するための図である。図８は、発光領域１０３の外周部に発生したエレクトロマイグレーションを示す図である。電流が発光領域１０３の外周部から各発光素子１１５に供給される電流経路においては、発光領域１０３の外周部における電流密度及びボンディングワイヤ２５１における電流密度が大きくなる。そのため、発光領域１０３の外周部、ボンディングワイヤ２５１、及びその周辺部等に損傷部２６０が発生する場合がある。
【００２３】
図９は、発光領域１０３の外周部の一部の領域Ｓを示す図である。図１０は、図９に示す領域Ｓにおける電流密度を概念的に示す上面図である。発光領域１０３に流入した電流は上部電極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１０３の外周部（領域Ｓ）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１０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１０３の中心部に近い領域）より大きくなる。発光領域１０３の外周部から流入した電流は複数の発光素子１１５により消費されながら発光領域１０３の中心部へ流れるからである。
【００２４】
このように、発光領域１０３の外周部及びボンディングワイヤ２５１においては電流密度が上昇しやすいため、エレクトロマイグレーションが発生しやすい。電流密度は発光領域１０３の外周部における上部電極１１１の断面積（辺の長さ及び厚さ）、ボンディングワイヤ２５１の総断面積、発光素子１１５の数、発光素子１１５の１つあたりの電流量、上部電極１１１及びボンディングワイヤ２５１の材質等に依存する。
【００２５】
図１１〜図１４は発光層１０２及び上部電極１１１の形成工程を例示している。図１１は、第１の実施の形態において半導体基板１０１上に発光層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。発光層１０２は、ｎ−ＤＢＲ(Distributed  Bragg  Reflector)層１０５、共振領域層１０６、及びｐ−ＤＢＲ層１０７を含む。
【００２６】
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。
【００２７】
図１２は、第１の実施の形態において発光層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１１５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。
【００２８】
図１３は、第１の実施の形態において発光層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。
【００２９】
図１４は、第１の実施の形態において絶縁層１４１上に上部電極１１１が形成された状態を示す図である。上部電極１１１は、Ａｕを主要成分とする材料から構成されることが好ましい。Ａｕを主要成分とする材料とは、純金や、ＡｕとＧｅ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｚｎ，Ｎｉ等の添加金属とからなる材料等である。本実施の形態では、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、その厚さＴは１μｍ〜１５μｍ程度である。厚さＴは、発光素子１１５に供給する所望の電流密度により決定されるものである。このとき、光射出部となる開口部１４３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１１５となる。矢印１５０は発光素子１１５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１１５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。
【００３０】
本実施の形態に係る複数のボンディングワイヤ２５１の総断面積は上部電極１１１の断面積より大きい。ボンディングワイヤ２５１の総断面積とは、個々のボンディングワイヤ２５１の断面積の和である。ボンディングワイヤ２５１の断面積はボンディングワイヤ２５１の径に基づいて算出することができる。ボンディングワイヤ２５１の径はボンディングワイヤ２５１の線材の断面径又はアーチ状に設置されるボンディングワイヤ２５１の中央付近の断面径である。上部電極１１１の断面積は上部電極１１１の厚さに基づいて算出することができる。上部電極１１１の厚さはボンディングワイヤ２５１の固定位置の直下又はその近傍における厚さである。
【００３１】
一般的にエレクトロマイグレーションが発生しにくいといわれているＡｕを主要成分とする配線であっても、１０５Ａ／ｃｍ２台後半でエレクトロマイグレーションが発生することが確認されている。従って、上部電極１１１における電流密度は５×１０５Ａ／ｃｍ２より小さいことが好ましく、さらに１×１０５Ａ／ｃｍ２より小さいことがより好ましい。上部電極１１１における電流密度は、電源１５から供給される電流量、上部電極１１１の厚さＴ、発光素子１１５の数、発光素子１１５の１個あたりの電流消費量等の設計条件に応じて変化する。これらの設計条件を、上部電極１１１における電流密度が５×１０５Ａ／ｃｍ２又は１×１０５Ａ／ｃｍ２より小さくなるように調整することが好ましい。ボンディングワイヤ２５１の総断面積が上部電極１１１の断面積より大きいことから、ボンディングワイヤ２５１の電流密度は上部電極１１１の電流密度より小さくなる。
【００３２】
例えば、図２及び図３に示す構造のアレイチップ１１において、アレイチップ１１の平面形状が１０ｍｍ角の正方形であり、上部電極１１１の厚さが４μｍである場合には、上部電極１１１の断面積は１．２×１０−３ｃｍ２となる。このアレイチップ１１を図７に示すようにワイヤボンディングする場合であって、径が２０μｍのボンディングワイヤ２５１を３００本（１辺あたり１００本）使用する場合には、ボンディングワイヤ２５１の総断面積は０．９×１０−３ｃｍ２となる。この場合、（上部電極１１１の断面積）＞（ボンディングワイヤ２５１の総断面積）となるため、上部電極１１１より先にボンディングワイヤ２５１にエレクトロマイグレーションが発生してしまう危険性がある。そこで、例えば使用するボンディングワイヤ２５１を径が３０μｍのものに変更すれば、ボンディングワイヤ２５１の総断面積は２．１×１０−３ｃｍ２となり、（上部電極１１１の断面積）＜（ボンディングワイヤ２５１の総断面積）の条件を満たすことができる。これにより、エレクトロマイグレーションがその発生を目視で発見することが困難なボンディングワイヤ２５１に上部電極１１１より先に発生してしまうことを防止することができる。
【００３３】
また、上部電極１１１の厚さは、図２及び図３に示すようにアレイチップ１１の全体にわたって均一であることに限られない。図１５は、第１の実施の形態における第２の例に係るアレイチップ２１の構成を示す上面図である。図１６は、第１の実施の形態における第２の例に係るアレイチップ２１の構成を示す、図１５のXVI−XVI断面図である。図１５及び図１６に示すアレイチップ２１の上部電極１１１は、第１の上部電極１１２及び第２の上部電極１１３を含む。第２の上部電極１１３は第１の上部電極１１２上に積層されている。第２の上部電極１１３は非発光領域１０４と発光領域１０３の外周部とに形成されている。領域１５１は発光素子１１５が形成されている領域を示す。領域１５２は発光素子１１５が形成されていない領域を示す。領域１６１は発光層１０２上に第１の上部電極１１２だけが形成されている領域を示す。領域１６２は発光層１０２上に第１の上部電極１１２及び第２の上部電極１１３が形成されている領域を示す。このように、非発光領域１０４と発光領域１０３の外周部とを含む領域１６２における上部電極１１１の厚さを発光領域１０３の中心部の領域１６１における上部電極１１１の厚さより厚くしてもよい。
【００３４】
図１５及び図１６に示すアレイチップ２１において、アレイチップ２１の平面形状が１０ｍｍ角の正方形であり、領域１６２における上部電極１１１の厚さが１５μｍである場合には、領域１６２における上部電極１１１の断面積は４．５×１０−３ｃｍ２となる。このような場合には、例えば径が３０μｍのボンディングワイヤ２５１を６６０本（例えば１辺あたり１１０本の２段組み）使用すれば、ボンディングワイヤ２５１の総断面積は４．７×１０−３ｃｍ２となり、（上部電極１１１の断面積）＜（ボンディングワイヤ２５１の総断面積）の条件を満たすことができる。
【００３５】
面発光レーザアレイ装置１の設計条件を様々に変更して上部電極１１１における電流密度の変化を調べることにより、面発光レーザアレイ装置１の好適な設計条件を特定することができる。例えば、図７に示す構造において、上部電極１１１の厚さを４μｍ、電流がアレイチップ１１内に入る部分の長さを３０ｍｍ（ボンディングワイヤ２５１が設置される３辺の合計の長さ）、パターンが形成されていることによる断面積の減少の効率を０．７、アレイチップ１１全体の駆動電流を５００Ａとすると、上部電極１１１中の電流密度は約６×１０５Ａ／ｃｍ２となる。この電流密度の値は、上述したエレクトロマイグレーションが発生する可能性がある値（５×１０５Ａ／ｃｍ２台後半）より大きいため、上記設計条件においてはエレクトロマイグレーションが発生する可能性があるといえる。同様の実験を繰り返すことにより、好適な設計条件を特定することができる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態においては、複数のボンディングワイヤ２５１の総断面積は上部電極１１１の断面積より大きい。これにより、上部電極１１１（発光領域１０３の外周部）より先にボンディングワイヤ２５１にエレクトロマイグレーションが発生することはない。すなわち、ボンディングワイヤ２５１にエレクトロマイグレーションが発生している場合には、必ず上部電極１１１にもエレクトロマイグレーションが発生していることになる。上部電極１１１のエレクトロマイグレーションは目視による発見が比較的容易であるため、ボンディングワイヤ２５１のエレクトロマイグレーションが看過されることはない。これにより、エレクトロマイグレーションによる不具合を確実に防止することが可能となる。
【００３７】
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。
【００３８】
（第２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１７は、第２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。
【００３９】
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を含む。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。
【００４０】
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。
【００４１】
（第３の実施の形態）
図１８は、第３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。
【００４２】
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に射出する光学素子を含む。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光学素子を含む。
【００４３】
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ってもよい。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が射出光学系５５３により集光されることにより、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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】
【００４６】
１  面発光レーザアレイ装置
１１，２１  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  電源
１６  レーザ光
１０１  半導体基板
１０２  発光層
１０３  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  上部電極
１１５  面発光レーザ素子（発光素子）
１２１  下部電極
１４１  絶縁層
１４２  コンタクトホール
１４３  開口部
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
２６０  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
Ｓ  （外周部の）領域
Ｔ  （上部電極の）厚さ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４７】
【特許文献１】特開２００５−１９８０４号公報
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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