表面发射激光器模块、光学装置和表面发射激光基板

技术领域

本发明涉及表面发射激光器模块、光学装置和表面发射激光器基板。

背景技术

垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是一种半导体激光器，其在垂直于基板的方向上振荡激光。VCSEL具有低阈值电流、单纵模振荡和二维阵列布置等特点。VCSEL有时与微透镜阵列结合使用。

专利文献1描述了一种装置，其中形成有VCSEL装置的激光台面(VCSEL元件)的表面朝向微透镜阵列，并且微透镜阵列安装在该表面上。在该光子装置中，在形成有VCSEL元件的表面上设置多个电极焊盘，每个电极焊盘分别与对应的VCSEL元件之一连接。这些多个电极焊盘设置在微透镜阵列与VCSEL装置接触的部分的外侧，并通过引线结合(bonding)连接到IC封装。

根据专利文献1中描述的装置，可以将微透镜阵列集成到VCSEL装置中。

发明内容

技术问题

然而，即使存在减小诸如VCSEL装置的表面发射激光器基板的尺寸的需求，但是专利文献1中描述的结构也不能充分满足减小尺寸的需求。

本发明的一目的是要提供一种表面发射激光器模块、光学装置和表面发射激光器基板，其尺寸可以进一步减小。

技术问题的解决方案

根据本公开的技术的一方面，一种表面发射激光器模块包括基部基板；安装在该基部基板上的表面发射激光器基板，该表面发射激光器基板包括表面发射激光器元件，并且表面发射激光器基板具有面向基部基板的第一面和背向基部基板的第二面；以及面向第二面并包括被构造为接收从表面发射激光器元件的第二面发射的光的光学元件。表面发射激光器元件包括第一导电类型的第一半导体层、第二导电类型的第二半导体层、设置在第一面上并连接到第一半导体层的第一电极、以及设置在第一面上并连接到第二半导体层的第二电极。基部基板具有面对表面发射激光器基板的第一面的第三面，并且包括设置在第三面上并连接到第一电极的第三电极和设置在第三面上并连接到第二电极的第四电极。

本发明的有益效果

根据本公开的技术，可以进一步减小表面发射激光器基板的尺寸。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的表面发射激光器模块的顶视图；

图2是示出根据第一实施例的表面发射激光器模块的截面图(部分1)；

图3是示出根据第一实施例的表面发射激光器模块的截面图(部分2)；

图4是以放大方式示出图2的一部分的截面图；

图5是以放大方式示出图3的一部分的截面图；

图6是示出根据第一实施例的VCSEL芯片的底视图；

图7是示出根据第一实施例的VCSEL芯片的顶视图；

图8是示出根据第一实施例的MLA的底视图；

图9是示出根据第一实施例的MLA的截面图；

图10A是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分1)；

图10B是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分2)；

图10C是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分3)；

图10D是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分4)；

图10E是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分5)；

图10F是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分6)；

图10G是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分7)；

图11A是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分8)；

图11B是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分9)；

图11C是用于示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分10)；

图11D是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分11)；

图11E是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分12)；

图11F是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分13)；

图11G是示出根据第一实施例的用于形成VCSEL芯片的方法的截面图(部分14)；

图12是示出根据参考示例的表面发射激光器模块的截面图；

图13是示出根据参考示例的VCSEL芯片的顶视图；

图14是示出根据第一实施例的变型的VCSEL芯片的底视图；

图15是示出根据第二实施例的表面发射激光器模块的顶视图；

图16是示出根据第二实施例的表面发射激光器模块的截面图；

图17是以放大方式示出图16的一部分的截面图；

图18是示出根据第二实施例的变型的表面发射激光器模块的截面图；和

图19是示出根据第三实施例的距离测量装置的图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行具体描述。在本说明书和附图中，具有基本相同功能构造的组成元件可以用相同的附图标记表示并且可以省略对其的冗余描述。在本公开中，在对部件布置的说明中，对于基板，远离基板的方向可以被称为向上方向。例如，可以将形成为与基板的下表面接触的膜称为形成在基板的下表面上的膜。

(第一实施例)

首先，将说明第一实施例。第一实施例涉及表面发射激光器模块。图1是示出根据第一实施例的表面发射激光器模块的顶视图。图2和图3是示出根据第一实施例的表面发射激光器模块的截面图。图2对应于沿着图1的线I-I截取的截面图。图3对应于沿着图1的线II-II截取的截面图。图4为以放大的方式示出的图2的一部分的截面图。图5是以放大的方式示出的图3的一部分的截面图。图6是示出根据第一实施例的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)芯片的底视图。图7是示出根据第一实施例的VCSEL芯片的顶视图。图4中的VCSEL芯片的横截面对应于沿着图6中的线III-III截取的横截面。图5中的VCSEL芯片的横截面对应于沿着图6中的线IV-IV截取的横截面。图8是示出根据第一实施例的微透镜阵列(MLA)的底视图。图9是示出根据第一实施例的MLA的截面图。

如图1至图5所示，根据第一实施例的表面发射激光器模块100包括基部基板120、安装在基部基板120上并且包括VCSEL元件的VCSEL芯片140、以及包括微透镜162的MLA160，该微透镜接收从VCSEL元件出射的光。VCSEL元件是表面发射激光器元件的一示例。VCSEL芯片140是表面发射激光器基板的示例。微透镜162是光学元件的示例。MLA 160是光学构件的示例。即，VCSEL芯片140是表面发射激光器基板的实施例。

在以下描述中，除非另有说明，VCSEL芯片140相对于基部基板120所处的方向称为向上，而基部基板120相对于VCSEL芯片140所处的方向称为向下。然而，表面发射激光器模块100可以倒置使用，并且可以以任何角度放置。此外，顶视图是指从法向于于VCSEL芯片140的上面141b的方向观察目标对象。平面形状是指从法向于VCSEL芯片140的面141b的方向观察的目标对象的形状。

在各图中，法向于VCSEL芯片140的面141b的方向定义为Z方向。在顶视图中，平行于VCSEL芯片140的面141b的一侧的方向定义为X方向。与X方向和Z方向垂直的方向定义为Y方向。

这里，将描述VCSEL芯片140的结构。在稍后说明的关于VCSEL芯片140的结构的说明和关于用于形成VCSEL芯片140的方法的说明中，基部基板120相对于VCSEL芯片140所在的方向(图2至图5中的-Z方向)被定义为上侧。

如图6所示，VCSEL芯片140的平面形状例如为四边形，其平面形状是四边形的发光元件单元158基本上设置在面对基部基板120的面141a的中心。面141a是第一面的示例。面141b是第二面的示例。在发光元件单元158中，以阵列的方式布置多个VCSEL元件159。例如，总共36个VCSEL元件159沿X方向和Y方向布置成6×6个网格。VCSEL元件159中的每个都单片地制造在诸如n-GaAs基板的基板141上，并且所有VCSEL元件159具有相同的膜构造。VCSEL元件159中的每个例如是振荡波长为940nm的表面发射激光器。

第一电极157设置在发光元件单元158外侧处的面141a的四个角部处。面141a设置有总共36个第二电极155，其中9个第二电极155布置在发光元件单元158的每一侧上。四个第一电极157共同连接到36个VCSEL元件159的n侧电极。36个第二电极155中的每个通过互连件155a单独地连接到36个VCSEL元件159中的相应一个的p侧电极。面141a的四个角部是指面141a的角部附近，第一电极157不必需要与面141a的边缘接触。

如图7所示，固定图案181在VCSEL芯片140的面向MLA 160的面141b的四个角部处形成为粘附固定区域。例如，固定图案181具有堆叠膜的图案，其中钛(Ti)、铂(Pt)和金(Au)从面141b依此顺序堆叠。粘合剂固定区域是结合区域的示例。

例如，VCSEL元件159在诸如n-GaAs基板等的基板141上包括接触层142、半导体多层反射器143、间隔层144、有源层(active)145、间隔层146、半导体多层反射器147、选择性氧化层151和接触层148。选择性氧化层151包括氧化区域151a和非氧化区域151b。

接触层142形成在基板141上。接触层142例如是n-GaAs层。

半导体多层反射器143形成在接触层142上。半导体多层反射器143包括例如由n-Al

在半导体多层反射器143的折射率层之间，提供具有例如20nm厚度的成分梯度层，其中成分从一种成分逐渐改变为另一种成分以降低电阻。在振荡波长表示为λ的情况下，包括1/2的相邻成分梯度层的每个折射率层的膜厚度被构造为具有λ/4的光学厚度。应当注意的是，在光学厚度为λ/4的情况下，该层的实际厚度D为λ/4n(其中n表示该层的介质的折射率)。

间隔层144形成在半导体多层反射器143上。间隔层144例如是非掺杂的AlGaInP层。

有源层145形成在间隔层144上。有源层145是具有三重量子阱结构的有源层，例如具有三个量子阱层和四个势垒层。例如，量子阱层是InGaAs层，势垒层是AlGaAs层。

间隔层146形成在有源层145上。间隔层146例如是非掺杂的AlGaInP层。

包括间隔层144、有源层145和间隔层146的部分也被称为谐振器结构(谐振器区域)，并且被构造为具有1个波长(λ)的光学厚度，包括1/2相邻的成分梯度层。有源层145设置在谐振器结构的中心，其是对应于电场的驻波分布中的波腹的位置，使得可以获得高的受激发射概率。

半导体多层反射器147形成在间隔层146上。例如，半导体多层反射器147包括由p-Al

在半导体多层反射器147的折射率层之间，提供具有例如20nm厚度的成分梯度层，其中成分从一种成分逐渐改变为另一种成分以降低电阻。在振荡波长表示为λ的情况下，包括1/2的相邻成分梯度层的每个折射率层的膜厚度被构造为具有λ/4的光学厚度。

在半导体多层反射器147中，例如插入厚度为30nm的由p-AlAs制成的选择性氧化层151。选择性氧化层151的插入位置例如可以在高折射率层和低折射率层中从间隔层146计数的第二对内。应当注意的是，选择性氧化层151可以包括例如成分梯度层和位于选择性氧化层151上下的中间层等的层，这里，将实际被氧化的层统称为选择性氧化层。

接触层148形成在半导体多层反射器147上。接触层148例如是p-GaAs层。

通过蚀刻去除接触层148、半导体多层反射器147、间隔层146和有源层145的一部分，在发光元件单元158中形成对应于VCSEL元件159的台面150a。此外，在发光元件单元158的外侧处与第二电极155对应的位置处形成台面150b。间隔层144和半导体多层反射器143在相邻台面150a之间分开，并且形成到达接触层142的凹槽152。

形成覆盖台面150a和150b的绝缘层153。例如，可以使用SiN、SiON、SiO

通过开口部分154电连接到接触层148的p侧电极155b对于每个台面150a独立地形成在绝缘层153上。p侧电极155b中的每个经由互连件155a单独地连接到第二电极155中的相应一个。例如，p侧电极155b、互连件155a和第二电极155被构造为其中从绝缘层153一侧依次堆叠Ti、Pt和Au的堆叠膜。

对于台面150b，在绝缘层153中没有形成开口部分，并且台面150b中的接触层148与第二电极155电绝缘。因此，没有电流在台面150b中流动。

开口部分156形成在发光元件单元158外侧的绝缘层153的四个角部处以便暴露部分的接触层142。第一电极157形成为通过开口部分156电连接至接触层142。第一电极157也用作每个VCSEL芯片140的n侧电极。例如，第一电极157具有其中金锗合金(AuGe)、镍(Ni)和金(Au)从接触层142一侧依次堆叠的堆叠膜。

在基部基板120的面向面141a的面121a上，结合到第一电极157的第三电极122和结合到第二电极155的第四电极123形成在基板121上。面121a是第三面的示例。例如，第三电极122的数量为4个，第四电极123的数量为36个。VCSEL芯片140倒装芯片地安装在基部基板120上。第三电极122和第四电极123分别为，例如，厚度为2μm的Au镀膜。

在下文中，将说明MLA 160。

MLA 160具有由例如石英玻璃制成的透明基板161。透镜区域166设置在MLA 160的面向VCSEL芯片140的面的大致中心部分。例如，在透镜区域166中，总共36个微透镜162以阵列的方式布置在对应于相应的VCSEL元件159的位置处。每个微透镜162被设计为对VCSEL元件159的辐射图案执行期望的光束整形。例如，透镜直径是45μm并且焦距是70μm。

抗反射膜168形成在MLA 160的两侧。抗反射膜168例如是其中HfO

用于限定与VCSEL芯片140的距离的腿部分163形成为在MLA 160的面向VCSEL芯片140的面的四个角部处从透明基板161延伸。在腿部分163的底面上，固定图案164形成为粘合固定区域。例如，固定图案164具有堆叠膜的图案，其中从腿部分163一侧通过气相沉积依顺序堆叠Ti、Pt和Au。

只要固定图案164形成在面对对应固定图案181的位置处，固定图案164中的每个不需要求形成在腿部分163的整个底表面上。固定图案164的平面形状优选等于固定图案181的平面形状。

如图4等所示，固定图案164和固定图案181通过诸如低温焊料的粘合剂182彼此结合。粘合剂182是结合构件的示例。

在如上所述构造的表面发射激光器模块100中，VCSEL元件159从VCSEL芯片140的面141b发射光，并且发射的光进入微透镜162以形成平行光。

<用于形成VCSEL芯片140的方法>

在下文中，将描述用于形成VCSEL芯片140的方法。图10A至图10G是示出VCSEL芯片140的方法的截面图。图10A至图10G示出沿着图6的III-III线截取的截面的变化。图11A至图11G示出沿着图6的IV-IV线截取的截面的变化。

首先，如图10A所示，接触层142、半导体多层反射器143、间隔层144、有源层145、间隔层146、半导体多层反射器147和接触层148依次生长在基板141。例如，由p-AlAs制成的选择性氧化层151(未示出)被包括在半导体多层反射器147中。包括接触层142、半导体多层反射器143、间隔层144、有源层145、间隔层146、半导体多层反射器147和接触层148的半导体堆叠结构可以例如通过根据金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法或分子束外延(MBE)方法的晶体生长来制备。这里，将说明使用MOCVD方法的示例。例如，三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)等用作III族材料，磷化氢(PH

接下来，通过使用光刻在接触层142上根据台面150a和150b的期望平面形状形成抗蚀剂图案(未示出)。然后，例如，通过例如使用Cl

接下来，如图10C和图11B所示，在蒸汽中，热处理(氧化处理)施加到半导体堆叠结构，作为氧化目标，其中形成台面150a和150b。结果，选择性氧化层151中的Al(铝)从台面150a和150b的外围被选择性地氧化。然后，未被氧化且被Al的氧化区域151a包围的未氧化区域151b留在台面150a和150b中的每个的中心。结果，形成将发光单元的驱动电流路径仅限制到台面150a的中心部分的氧化物限制结构。非氧化区域151b是电流通过区域(电流注入区域)。

接下来，如图10D和图11C所示，利用光刻技术，根据凹槽152的平面形状，在接触层142和间隔层144上形成抗蚀图案(未示出)。该抗蚀图案形成为以便暴露将要形成第一电极157的区域。然后，通过例如使用Cl

接下来，如图10E和图11D所示，例如，使用等离子体CVD方法，形成透光绝缘层153以便连续覆盖台面150a和150b的上面和侧面、间隔层144的上面和内壁(凹槽152的底面和侧面)。绝缘层153的材料的示例包括SiN、SiON、SiO

接下来，如图10F所示，通过光刻技术，去除形成在台面150a的上面的一部分(不包括接触层148的上面的外围部分)上的绝缘层153，以形成窗口，由此形成开口部分154(接触区域)。

接下来，如图10G和图11E所示，p侧电极155b、互连件155a和第二电极155通过光刻技术形成抗蚀剂图案、形成金属膜并进行剥离来形成。在形成金属膜时，例如，通过气相沉积在通过开口部分154暴露的绝缘层153和接触层148上依次堆叠Ti、Pt和Au。

接下来，如图11F所示，通过使用光刻技术，在要形成第一电极157的每个区域中，去除绝缘层153的一部分，以形成窗口，从而形成开口部156(接触区域)。

接下来，如图11G所示，通过光刻技术形成抗蚀剂图案、形成金属膜并进行剥离来形成用作n侧电极的第一电极157。在形成金属膜时，例如，通过气相沉积在通过开口部分156暴露的接触层142上依次堆叠AuGe、Ni和Au。

如上所述的，可以形成VCSEL芯片140。

<用于制造表面发射激光器模块100的方法>

接下来，将说明用于使用基部基板120、VCSEL芯片140和MLA 160制造表面发射激光器模块100的方法。

在该方法中，首先，VCSEL芯片140被倒装芯片地安装在基部基板120上。如上所述，结合到第一电极157的第三电极122和结合到第二电极155的第四电极123形成在基部基板120上。将VCSEL芯片140放置在基部基板120上方，使得第一电极157和第三电极122彼此面对并且焊料被夹在它们之间，并且第二电极155和第四电极123彼此面对并且焊料被夹在它们之间，并且焊料通过加热和冷却被熔化和固化。如上所述，可以进行倒装芯片结合。可用焊料的示例包括无铅焊球。

接下来，例如通过自对准方法将MLA 160结合到VCSEL芯片140上。即，调整VCSEL芯片140与MLA 160的相对位置，使得固定图案164与固定图案181在顶视图中几乎重叠，并且低温焊料作为粘合剂182设置在固定图案164和固定图案181之间。例如，可用的低温焊料的示例包括具有大约140摄氏度的熔点的焊料。接下来，在氮气氛中加热结合到VCSEL芯片140上的MLA 160以熔化低温焊料。熔化的低温焊料在VCSEL芯片140的固定图案181和MLA 160的固定图案164之间扩散。此时，由于熔化的低温焊料的恢复力而发生自对准，并且MLA 160可以高精度地与VCSEL芯片140对准。此外，通过向固定图案181和固定图案164的四个位置处的组合施加相同量的低温焊料，可以确保高度方向上的精度。例如，调整低温焊料的量使得VCSEL芯片140与MLA 160之间的距离为100μm。此后，通过冷却工艺，完成MLA 160的结合。例如，在日本未审查专利申请公开No.2016-40822中描述了根据自对准方法的结合方法。

这里，将与参考示例相比较来说明本实施例的效果。图12是示出根据参考示例的表面发射激光器模块的截面图。图13是示出参考示例的VCSEL芯片的顶视图。

根据参考示例的表面发射激光器模块900包括基部基板920、安装在基部基板920上并且包括VCSEL元件的VCSEL芯片940，以及MLA 160。

VCSEL芯片940的平面形状是四边形，并且其平面形状为四边形的发光元件单元958被设置在面向MLA 960的面941b的大致中心部分处。在发光元件单元958中，与VCSEL元件对应的总共36个台面950a在X方向和Y方向上以6×6的网格布置。固定图案981在发光元件单元958外侧处的面941b的四个角部处形成为粘附固定区域。非金属区域983设置在固定图案981周围。

在面941b上，总共36个第二电极955布置成使得9个第二电极955沿着发光元件单元958的每一侧布置。36个第二电极955中的每个经由互连件955a被单独地连接到VCSEL元件中的相应一个的p侧电极。36个VCSEL元件的n侧电极形成在与VCSEL芯片940的面941b相反一侧处的面941a上，并且共同连接到形成在基部基板920的基板921上的电极922。此外，36个第二电极955中的每个经由结合线959被单独地连接到形成在基部基板920的基板921上的36个电极923中的对应一个。第二电极955布置在顶视图中由四个固定图案981构成的四边形的外侧，以便确保用于结合线959和由于非金属区域983对面积的限制的空间。

在发光元件单元158的平面形状和面积尺寸与发光元件单元958的平面形状和面积尺寸相同的情况下，根据第一实施例的VCSEL芯片140的面积尺寸小于根据参考示例的VCSEL芯片940的面积尺寸。

例如，在第一实施例中，设置有第二电极155的面141a不同于设置有固定图案181的面141b。因此，固定图案181可以与第一电极157和第二电极155中的至少一个在顶视图中重叠，只要固定图案181在从VCSEL元件159发射的光的路径之外。

在参考示例中，第二电极955和固定图案981设置在同一面941b上。由于该原因，围绕固定图案981设置非金属区域983以确保绝缘性能。例如，在固定图案981的直径为400μm的情况下，非金属区域983的外径为800μm。因此，VCSEL芯片940需要大面积来布置固定图案981。

此外，为了避免结合线959与MLA 160之间的接触，在顶视图中第二电极955设置在MLA 160的外侧。例如，在从基部基板920到结合线959的顶点的距离为120μm并且从基部基板920到微透镜162的下端的距离为100μm的情况下，结合线959与MLA160接触，除非第二电极955在顶视图中布置在MLA160的外侧。因此，VCSEL芯片940需要大面积来布置第二电极955。

在从基部基板920到微透镜162的下端的距离大于120μm的情况下，可以避免接触，但在这种情况下，需要增加微透镜162的焦距。为了增加焦距，就必须增加透镜直径。透镜直径的增加导致微透镜162和VCSEL元件的间距增加。因此，同样在这种情况下，VCSEL芯片940的尺寸增加。

相反，第一实施例没有这样的限制。因此，根据第一实施例，可以减小VCSEL芯片140的尺寸。VCSEL芯片140的尺寸减小导致可以从任何给定尺寸的晶片上切割出的VCSEL芯片140的数量增加，这导致降低VCSEL芯片140的成本的效果。

发光元件单元158的平面形状不需要是四边形，而可以是如图14所示的圆形。在这种情况下，在面向MLA 160的面141b上，固定图案181可以设置在在顶视图中不与第一电极157或第二电极155重叠的位置处。

此外，发光元件单元158中的VCSEL元件159的布置也可以不要求为阵列的方式，例如，VCSEL元件159可以以蜂窝状布置进行布置。

(第二个实施例)

接下来，将说明第二实施例。第二实施例涉及表面发射激光器模块。图15是示出根据第二实施例的表面发射激光器模块的顶视图。图16是示出根据第二实施例的表面发射激光器模块的截面图。图16对应于沿图15的线I-I截取的截面图。图17是以放大方式示出图16的一部分的截面图。

如图15至图17所示，根据第二实施例的表面发射激光器模块200包括基部基板220、安装在基部基板220上并且包括VCSEL元件的VCSEL芯片140、以及包括微透镜262的MLA260，该微透镜接收从VCSEL元件射出的光。VCSEL元件是表面发射激光器元件的一示例。VCSEL芯片140是表面发射激光器基板的示例。微透镜262是光学元件的示例。MLA 260是光学构件的示例。

在本实施例中，固定图案181没有形成在VCSEL芯片140的面141b上。

在基部基板220的面向面141a的面221a上，结合到第一电极157的第三电极122和结合到第二电极155的第四电极123形成在基板221上。例如，第三电极122的数量为4个，第四电极123的数量为36个。VCSEL芯片140倒装芯片地安装在基部基板120上。在顶视图中，固定图案281形成为VCSEL芯片140的外侧处的基板221的四个角部处的粘合固定区域。固定图案281具有其中从基板221一侧依次堆叠Ti、Pt和Au的堆叠膜的图案。

MLA 260具有由例如石英玻璃制成的透明基板261。透明基板261形成为在顶视图中比VCSEL芯片140宽，并且比第一实施例中的透明基板161宽。透镜区域设置在MLA 260的面向VCSEL芯片140的面的大致中心部分。例如，总共36个微透镜262以阵列的方式布置在透镜区域中对应于各个VCSEL元件159的位置处。每个微透镜262被设计为对VCSEL元件159的辐射图案执行期望的光束整形。例如，透镜直径为45μm并且焦距为70μm。在MLA 260的两侧形成抗反射膜。

用于限定与基部基板220的距离的腿部分163形成为在MLA 260的面向VCSEL芯片140的四个角部处从透明基板261延伸。在腿部分163的底面上，固定图案164形成为粘附固定区域。

固定图案164和固定图案281通过诸如低温焊料的粘合剂282彼此结合。MLA 260通过例如自对准方法结合到基部基板220。粘合剂282是结合构件的示例。

在第一实施例中，无论第一电极157和第二电极155的尺寸如何，VCSEL芯片140都包括用于固定图案181的区域。因此，在第一电极157和第二电极155相对较小的情况下，VCSEL芯片140的尺寸可能受到固定图案181的尺寸的影响。

在第二实施例中，固定图案281设置在基部基板220上。因此，VCSEL芯片140不需要用于固定图案的区域。因此，VCSEL芯片140的尺寸不受固定图案181尺寸的影响，当第一电极157和第二电极155较小时，可以相应地减小VCSEL芯片140的尺寸。

应当注意的是，固定图案164和固定图案281不需要由单一的粘合剂282结合，例如，如图18所示，固定图案164和固定图案281之间可以设置间隔件385。在该变型中，间隔件385通过粘合剂383被固定到固定图案281，并且固定图案164通过粘合剂382固定到间隔件385。粘合剂382、间隔件385和粘合剂383的组合是结合构件的示例。

为了使MLA 260充分接收从VCSEL元件159发射的光，期望VCSEL芯片140和MLA 260之间的距离变化为±3μm或更小。例如，在VCSEL芯片140的高度为250μm并且VCSEL芯片140的面141b和微透镜262的下端之间的距离试图设置为100μm的情况下，从基部基板220的上面到微透镜262的下端的距离为350μm。对于如此长的距离，即350μm，仅利用诸如单片焊料等的粘合剂282的表面张力难以将变化减小到±3μm或更小。

在该变型中，提供了间隔件385。因此，粘合剂382和383的量更小，并且通过粘合剂382和383的表面张力而减小了距离的变化，并且可以高精度地进行结合。例如，低温焊料可用作粘合剂382和383。

间隔件385的材料的示例包括硅(Si)和石英。Si具有材料成本低和加工容易的优点。由于石英具有的热膨胀系数接近于VCSEL芯片140的基板141的热膨胀系数，因此石英具有的优点在于VCSEL芯片140和MLA 260之间的距离变化量即使当VCSEL芯片140在操作期间产生热量时，也可以减少。

VCSEL元件的振荡波长不限于940nm波段，例如可以是980nm波段、1.3μm波段或1.5μm波段。构成VCSEL元件的材料不受限制，并且可以将AlGaInAs或GaInPAs用于VCSEL元件。此外，各化合物半导体层的成分没有特别限制。

另外，MLA的材料不限于石英玻璃，例如也可以使用硼硅玻璃。微透镜的曲率半径可以根据材料的折射率进行设计。微透镜可以设置在与VCSEL芯片相对的透明基板的一侧。

MLA结合方法不限于自对准方法。例如，可以通过无源(passive)对准方法或有源对准方法进行结合。在无源对准方法中，例如，可以使用设置在VCSEL芯片或基部基板上的对准标记和设置在MLA上的对准标记来对准MLA。例如，在有源对准方法中，可以通过在VCSEL芯片正在发光的状态下移动MLA来将MLA调整到光学上合适的位置。当采用这些结合方法时，例如，可使用紫外线(UV)固化树脂或热固性树脂作为粘合剂。当根据自对准方法执行结合时，可以不使用固定图案。

VCSEL芯片140是能够单独地驱动每个VCSEL元件159的单独驱动型VCSEL芯片。然而，用于本公开的VCSEL芯片可以是共同地驱动芯片中的VCSEL元件的共同驱动型VCSEL芯片。在共同驱动型VCSEL芯片中，可以减少第二电极的数量。包括共同驱动型VCSEL芯片的表面发射激光器模块也可以达到减小VCSEL芯片尺寸的效果。

替代地，对应于每个VCSEL元件的台面上的电极，例如p侧电极，可以作为第二电极直接结合到基部基板上的电极。在这种情况下，在顶视图中，不需要在VCSEL芯片的发光元件单元的外侧提供第二电极。

(第三实施例)

接下来，将描述第三实施例。第三实施例涉及一种距离测量装置。距离测量装置是光学装置的一示例。图19是示出根据第三实施例的距离测量装置的图。

根据第三实施例的距离测量装置400包括光投射单元410、光接收单元420、时间测量电路430和控制电路440。

光投射单元410包括例如光源411、光源驱动电路412、光学扫描仪413、光学扫描仪驱动电路414、扫描角监视器415和投射透镜416。光源411包括根据第一或第二实施例的VCSEL模块。光源驱动电路412基于从控制电路440输出的驱动信号来驱动光源411。光学扫描仪413包括MEMS(微机电系统)反射镜、多角反射镜等。光学扫描仪驱动电路414基于从控制电路440输出的驱动信号来驱动光学扫描仪413。光源411的VCSEL模块具有多个发光子区域。每个发光子区域包括一个或多个VCSEL元件，每个发光子区域中的VCSEL元件并联电连接。发光子区域在光学扫描仪413的扫描方向(子扫描方向)上一维布置，并且可以被单独驱动。光源411的VCSEL模块由光源驱动电路412以例如纳秒级的脉冲电流驱动。从VCSEL元件射出的激光根据需要通过投射透镜416等变换为所希望的光束轮廓，此后，光发射方向由光学扫描仪413确定，并且光发射到距离测量装置400的外部。光学扫描仪413的扫描角度由扫描角度监视器415测量，并且结果被输出到控制电路440。光学扫描仪413和投射透镜416是第二光学元件的示例。

发射到距离测量装置400的外部的激光被目标对象反射，返回到距离测量装置400，并到达光接收单元420。

光接收单元420包括例如光接收元件421、光接收透镜422和带通滤波器423。光接收元件421包括硅的APD(雪崩光电二极管)元件。光接收透镜422使到达光接收单元420的光会聚在光接收元件421上。带通滤波器423包括介电多层并且被设计为仅透射光源411的振荡波长的范围内的光。带通滤波器423可以提高信号的信噪(S/N)比。

到达光接收元件421的光由光接收元件421转换成电信号，并根据需要通过放大器431和比较器432输入到时间测量电路430。

时间测量电路430接收从控制电路440输出的光源411的驱动信号和来自光接收元件421的信号。时间测量电路430测量这两个信号之间的延迟时间并将结果输出到控制电路440。

控制电路440将来自时间测量电路430的延迟时间转换为光的波长。

根据距离测量装置400，可通过向由VCSEL模块的发光子区域和光扫描仪413分解的空间区域顺序地发射激光来测量到目标对象的距离来获得二维距离信息。该距离测量装置400可用于例如LiDAR(光检测和测距)。

除了距离测量装置光源之外，根据本公开的表面发射激光器模块可以用作固态激光器的激发光源。表面发射激光器模块可以与诸如荧光体的光学元件组合用作光源装置，诸如投影仪，该光学元件转换来自表面发射激光器模块的发射光的波长。表面发射激光器模块也可用作与光学元件(例如透镜、反射镜或衍射光栅)组合进行感测的光源装置，所述光学元件将来自表面发射激光器模块的发射光发散或会聚。

以上对优选实施例等进行了详细说明，但本发明不限于上述实施例等，并且在不脱离权利要求中描述的范围的情况下，可以对上述实施例等进行各种修改和替换。

附图标记列表

100、200 表面发射激光器模块

120、220 基部基板

140 VCSEL芯片

150a、150b 台面

155 第二电极

157 第一电极

158 发光元件单元

159 VCSEL元件

160,260 MLA

162 微透镜

164、181、281 固定图案

182、282、382、383 粘合剂

385 间隔件

400 距离测量装置

411 光源

引用文献列表

专利文献

[专利文献1]日本未审查专利申请公开No.2007-142425

本申请基于并要求于2019年1月31日提交的日本在先申请No.2019-016353的优先权，其全部内容通过引用结合在此。