发光装置、发光器件以及测量装置的制作方法

1.本公开涉及发光装置、发光器件以及测量装置。


背景技术：

2.在日本特开2020-205390号公报中，作为与在基板上设置向发光元件供给驱动电流的电容元件的结构相比，降低了驱动电路的电感的发光装置，记载了如下的发光装置，该发光装置具备：基板；设置在所述基板上的发光元件、驱动该发光元件的驱动元件、以及连接该发光元件和该驱动元件的驱动布线；以及电容元件，该电容元件以在俯视时至少一部分与所述驱动布线重叠的方式设置在所述基板内部，并经由与所述驱动布线相对的所述基板内部的内部布线向上述发光元件供给驱动电流。


技术实现要素：

3.作为用于物体识别等的测距传感器，近年来tof(timeof flight：飞行时间)传感器逐渐成为主流，作为其光源，例如使用垂直共振腔面射型激光器(vcsel：vertical cavity surface emitting laser：垂直腔面发射激光器)等发光元件。
4.为了在智能手机等移动设备的应用中使用tof传感器，要求兼顾高的空间分辨率和省电。为此，有时也要求利用数a这样的驱动电流且切断ns级的上升时间/下降时间的高速脉冲，同时并联地切换多个发光元件。在此，在将阴极侧与元件连接的情况下，理想的开路漏极的元件进行恒电流动作，但在现实的结构的元件中，在上升时，由于驱动电流的路径中的寄生电感而漏极电压降低，从在发光中开始消耗电流起至达到预先规定的功率为止的时间变长。
5.本公开的目的在于提供一种从在发光中开始消耗电流起至成为预先规定的功率为止的时间短的发光装置等。
6.根据本公开的第一方案，提供一种发光装置，其具备：发光部，其包含发光元件；驱动部，其具备与设置于所述发光元件的阴极侧的阴极电极连接的第一元件，并供给产生发光的电流而驱动所述发光元件；以及电容部，在设置于所述发光元件的阳极侧的阳极电极与所述阴极电极之间，该电容部与产生发光的电流路径并联设置。
7.根据本公开的第二方案，所述电容部与所述发光部共用所述阴极电极以及所述阳极电极中的至少一方。
8.根据本公开的第三方案，所述电容部是不具有与所述发光部共用的部分的电容元件。
9.根据本公开的第四方案，所述发光装置还具备开关元件，所述开关元件连接在跟所述阳极电极连接的电源电位与所述阴极电极之间，并在所述第一元件为截止的期间内成为导通。
10.根据本公开的第五方案，所述开关元件的导通电阻大于所述第一元件的导通电阻。
11.根据本公开的第六方案，所述开关元件的导通电阻为所述第一元件的导通电阻的5倍以上。
12.根据本公开的第七方案，提供一种发光器件，其具有发光元件，该发光元件的阳极侧与电源电位连接，阴极侧与第一元件连接而被驱动，其中，在所述阳极侧的阳极电极与所述阴极侧的阴极电极之间具备电容区域或非导通区域，所述电容区域与产生发光的电流路径并联设置，并构成为包含该阳极电极和该阴极电极中的至少一方，该非导通区域具有静电电容。
13.根据本公开的第八方案，所述电容区域是所述阳极电极和所述阴极电极中的任意一方从覆盖所述发光元件的区域向外侧伸出的区域，其中，所述阳极电极覆盖所述发光元件的上部。
14.根据本公开的第九方案，所述向外侧伸出的区域的面积为覆盖所述发光元件的上部的区域的面积的20％以上。
15.根据本公开的第十方案，所述电容区域设置在所述阳极电极与所述阴极电极之间相对的范围，在跟该阳极电极和该阴极电极中的任意一方电连接的中间电极与该阳极电极和该阴极电极中的任意另一方之间构成所述电容区域。
16.根据本公开的第十一方案，所述非导通区域是通过槽部缩短了所述阳极电极与所述阴极电极之间的距离的区域。
17.根据本公开的第十二方案，提供一种测量装置，其具备：所述发光装置；以及受光部，其接受由所述发光装置射出并被对象物反射的光，所述测量装置测量对象物的三维形状。
18.(效果)
19.根据所述第一、第七、第十二的各方案，提供从发光中开始消耗电流起至达到预先规定的功率为止的时间短的发光装置等。
20.根据所述第二方案，与发光部和电容部不共用阴极电极以及阳极电极的情况相比，抑制发光装置整体的复杂化。
21.根据所述第三方案，与发光部和电容部具有共用的部分的情况相比，抑制发光部的复杂化。
22.根据所述第四方案，与不具有开关元件的情况相比，能够缩短脉冲的重复周期。
23.根据所述第五、第六的各方案，向开关元件侧流动的电流被限制。
24.根据所述第八、第九的各方案，能够容易地构成发光器件。
25.根据所述第十方案，容易增大电容。
26.根据所述第十一方案，在增大静电电容时不需要增大发光器件的尺寸。
附图说明
27.图1是示出应用了第一实施方式的发光装置和包括发光装置的tof传感器的概略结构的框图。
28.图2是对第一实施方式的发光部进行说明的图。
29.图3是说明第一实施方式的发光部的截面构造的图。
30.图4是对应用第一实施方式的发光装置进行低侧驱动时的等效电路图进行说明的
图。
31.图5是对未应用用于比较的第一实施方式的发光装置进行说明的图。
32.图6是示出在应用了第一实施方式的发光装置和未应用第一实施方式的发光装置中，在垂直腔面发射激光器流动的的驱动电流的计算结果的图。
33.图7是说明第二实施方式的发光部的截面构造的图。
34.图8是说明第三实施方式的发光部的截面构造的图。
35.图9是对在发光装置中设置有开关元件的应用例的发光装置进行说明的图。
36.图10是示出在应用例的发光装置中，在垂直腔面发射激光器中流动的驱动电流的计算结果的图。
具体实施方式
37.以下，参照附图对本公开的实施方式详细地进行说明。
38.基于tof法对测量对象物的三维形状等进行测量的测量装置根据从测量装置所具备的发光装置射出光的时刻起到所射出的光被检测对象物反射并被测量装置所具备的三维传感器(以下，有时记载为“3d传感器”)接受的时刻为止的时间来对与测量对象物之间的距离进行测量，并测量三维形状。另外，3d传感器是受光部的一例。
39.在tof法中，有根据放射的光的相位与所接受的光的相位之差测定时间的间接tof(itof：indirect tof)法、和直接测量从光的放射到接受为止的时间的直接tof(dtof：direct tof)法，但在此不进行区分而作为tof法进行说明。
40.另外，有时将测量对象物的三维形状记载为“三维像”或“3d形状”。而且，有时将测量三维形状记载为“三维测量”、“3d测量”或“3d传感(sensing)”。
41.以下，作为本公开的实施方式而说明的结构、功能、方法等能够应用于移动设备等信息处理装置中的人脸识别、增强现实(ar：augmented reality)、其他三维测量。
42.另外，不仅能够利用于三维测量，还能够利用于仅测量与测量对象物之间的距离。
43.[第一实施方式]
[0044]
首先，使用图1至图6说明本公开的第一实施方式。
[0045]
图1是示出应用了第一实施方式的发光装置1和包括发光装置1的tof传感器100的概略结构的框图。
[0046]
tof传感器100是测量测量对象的三维形状的测量装置的一例，包括发光装置1、3d传感器7和系统控制部8。
[0047]
发光装置1是射出光的装置，该光用于基于tof传感器100进行的三维测量。
[0048]
3d传感器7接受发光装置1射出光并被测量对象物反射而返回的光。更详细而言，3d传感器7具备受光元件，输出相当于从发光装置1射出光的时刻起到被测量对象物反射并被受光元件接受的时刻为止的时间的信号。
[0049]
控制部8控制发光装置1和3d传感器7。另外，控制部8包括基于来自3d传感器7的信号而确定测量对象物的三维形状的三维形状确定部81。控制部8例如构成为包含cpu、rom、ram等的计算机，rom中包含非易失性的能够改写的存储器，例如闪存。然后，存储在rom中的程序在ram中展开，cpu执行程序，由此构成三维形状确定部81。
[0050]
发光装置1具备发光部10、电容部20以及驱动部30。
[0051]
发光部10包括作为发光元件的一例的垂直腔面发射激光器(vcsel)(使用图2在后面叙述)，被驱动部30驱动而射出光。更详细而言，通过利用从驱动部30供给的电流来驱动垂直腔面发射激光器而发光，从而射出来自发光部10的光。以下，有时将驱动垂直腔面发射激光器而产生发光的电流记载为“驱动电流”。
[0052]
电容部20具有静电电容(电容)而进行电荷的蓄积以及释放。更详细而言，电容部20通过驱动部30供给的驱动电流，直至达到由静电电容确定的上限为止进行电荷的蓄积。此外，有时将电容部20的电荷的蓄积记载为充电，将电荷的放出记载为放电。
[0053]
驱动部30包含作为第一元件的一例的nmos元件n1、以及切换nmos元件n1的导通状态/截止状态的信号产生电路v2，供给驱动电流。此外，关于nmos元件n1以及信号产生电路v2，使用图4在后面叙述。
[0054]
在图1中，将发光部10和电容部20分开记载，但在第一实施方式中，发光部10和电容部20具有共用的部分。
[0055]
在其他实施方式中，也可以不具有发光部10和电容部20共用的部分，而设置为分别独立的部件。另外，关于不具有发光部10和电容部20共用的部分的情况，作为第四实施方式在后面详细叙述。
[0056]
图2是对第一实施方式的发光部10进行说明的图，是表示发光部10的一例的俯视图。在图2中，将纸面的右侧设为+x方向，将纸面的上侧设为+y方向，将纸面的表侧设为+z方向。
[0057]
在此，发光部10的表面是指图2中的纸面的表侧、即+z方向侧的面，背面是指纸面的背面侧、即-z方向侧的面。
[0058]
如图所示，发光部10构成为在x方向和y方向上排列有多个垂直腔面发射激光器的二维阵列。作为一例，发光部10所具备的垂直腔面发射激光器的数量为100个～1000个。此外，多个垂直腔面发射激光器相互并联连接，并被并联驱动。此外，垂直腔面发射激光器的数量根据所要求的测量距离、照射范围来设定即可，发光部10至少具备1个垂直腔面发射激光器即可。
[0059]
垂直腔面发射激光器是在半导体基板120上层叠产生发光的半导体层而设置的，向与表面垂直的方向(+z方向)射出激光。此外，关于半导体基板120以及半导体层，使用图3在后面叙述。
[0060]
在发光部10的表面，以至少覆盖配置于发光部10的垂直腔面发射激光器的上部的方式设置有多个垂直腔面发射激光器共用的阳极电极101。在此，垂直腔面发射激光器的上部是指垂直腔面发射激光器射出光的侧，是指图2中的纸面的表侧(+z方向)。
[0061]
第一实施方式的阳极电极101被设置为向覆盖垂直腔面发射激光器的区域的外侧伸出。换言之，阳极电极101具有覆盖垂直腔面发射激光器的上部的区域101a和向区域101a的外侧伸出的区域、即不覆盖垂直腔面发射激光器的区域101b。
[0062]
在此，第一实施方式的阳极电极101以区域101b的面积成为区域101a的面积的20％以上的方式设置。即，阳极电极101整体的面积为发光部10中配置有垂直腔面发射激光器的区域的面积的1.2倍以上。
[0063]
另外，在本说明书中，只要没有特别说明，“面积”是指与垂直腔面发射激光器射出光的方向垂直的平面中的平面形状的面积。即，是指图2中的xy平面中的平面形状的面积。
[0064]
另外，在发光部10的背面设置有多个垂直腔面发射激光器共用的阴极电极102。此外，在图2中，阴极电极102被阳极电极101遮盖而看不到，因此仅示出引出线以及附图标记。
[0065]
在第一实施方式中，阴极电极102设置为与阳极电极101相同的平面形状。即，具有x方向及y方向的长度与阳极电极101相等的矩形形状。
[0066]
阴极电极102具有覆盖垂直腔面发射激光器的下部(-z方向)的区域102a和向覆盖垂直腔面发射激光器的区域的外侧伸出的区域102b。另外，区域101a和区域102a为相同的平面形状，区域101b和区域102b为相同的平面形状。即，在阴极电极102中，区域102b的面积为区域102a的面积的20％以上。
[0067]
而且，由于阳极电极101与阴极电极102相对地设置，因此区域101a与区域102a相对。类似地，区域101b与区域102b彼此相对。
[0068]
此外，在发光装置1中，从发光部10射出的光通过未图示的光学部件在与光的射出方向(+z方向)交叉的方向上扩展。作为光学部件，可以使用设置在光的路径上并通过散射等使光扩散的扩散板、变更入射的光的角度而射出的衍射光学元件(doe：diffractive optical element)和/或透镜等。
[0069]
图3是说明第一实施方式的发光部10的截面构造的图，纸面的右侧是+x方向，纸面的背面侧是+y方向，纸面的上侧是+z方向。另外，图中的[a]是指垂直腔面发射激光器的阳极侧，[c]是指阴极侧。
[0070]
在图3中，示出了发光部10仅具有1个垂直腔面发射激光器的情况下的截面构造。如图所示，发光部10具备包含多个半导体层的垂直腔面发射激光器、绝缘膜140、阳极电极101和阴极电极102。
[0071]
此外，在图3中，对于与图1、2相同的部分，有时标注相同的附图标记并省略说明。
[0072]
在图3的例中，垂直腔面发射激光器具有在n型的gaas等的半导体基板120上依次层叠有n型的下部反射镜121、包含被间隔层夹着的量子阱层的活性层130、以及p型的上部反射镜122的谐振器构造。
[0073]
下部反射镜121及上部反射镜122是将al组成不同的algaas交替重叠的分布布拉格型反射镜(dbr：distributed bragg reflector)。活性层130例如在algaas等2片间隔层之间夹着gaas/algaas等量子阱层而构成。
[0074]
另外，在图3的垂直腔面发射激光器中，在发光层130与上部反射镜122之间设置有使电流集中于谐振器构造的中心的电流狭窄层123。
[0075]
并且，在上部反射镜122的上侧(+z方向)设置有与上部反射镜122欧姆接触的p型电极124。p型电极124例如由ti/au等由金属制成的层叠体形成。
[0076]
绝缘膜140以使p型电极124的一部分露出且覆盖垂直腔面发射激光器的表面的方式设置。而且，阳极电极101以覆盖垂直腔面发射激光器以及绝缘膜140的方式设置。因此，如图3所示，p型电极124在从绝缘膜140露出的部分与阳极电极101接触并电连接。
[0077]
此外，如使用图2说明，阳极电极101具有覆盖垂直腔面发射激光器的上部的区域101a和向区域101a的外侧伸出的区域101b。另外，阴极电极102具有覆盖垂直腔面发射激光器的下部的区域102a和向区域102a的外侧伸出的区域102b。
[0078]
而且，区域101b与区域102b隔开距离d1而相对。
[0079]
在p型电极124以及阳极电极101设置有用于射出来自垂直腔面发射激光器的光的
光射出口150。另外，绝缘膜140形成为不覆盖光射出口150。
[0080]
另外，在半导体基板120的下部(-z方向)设置有作为n型电极的阴极电极102。
[0081]
另外，在发光部10具有多个垂直腔面发射激光器的情况下，阳极电极101被设置为多个垂直腔面发射激光器共用。即，多个垂直腔面发射激光器的各个p型电极124通过阳极电极101并联连接。另外，多个垂直腔面发射激光器形成在共用的半导体基板120上。即，多个垂直腔面发射激光器通过设置于半导体基板120的下部的阴极电极102而并联连接。
[0082]
这样，发光部10具有垂直腔面发射激光器、设置于垂直腔面发射激光器的阳极侧[a]的阳极电极101、以及设置于阴极侧[c]的阴极电极102。而且，在向阳极电极101与阴极电极102之间供给了驱动电流的情况下，垂直腔面发射激光器发光并射出光。
[0083]
此外，从阳极电极101经由垂直腔面发射激光器到达阴极电极102的电连接是产生垂直腔面发射激光器的发光的电流路径的一例，作为驱动电流的路径r发挥功能。
[0084]
如使用图2、3说明的那样，区域101b与区域102b隔开距离d1而相对，能够看作是在中间隔着电介质而相对的2个导体。
[0085]
而且，在中间隔着电介质而相对的2个导体具有式(1)所示的静电电容c。另外，式(1)中的ε0是指真空的介电常数，ε1是指电介质的介电常数，d是指导体间的距离，s是指相对的部分的面积。
[0086][0087]
因此，区域101b和区域102b具有根据区域101b和区域102b相对的部分的面积s1与距离d1之比而确定的静电电容c1，作为电容部20发挥功能。另外，区域101b和区域102b是具有静电电容c1的区域，并且是电容区域的一例。
[0088]
电容部20与驱动电流的路径r并联设置。另外，第一实施方式的电容部20与发光部10共用阳极电极101以及阴极电极102。
[0089]
此外，根据面积s1与距离d1之比s1/d1来确定静电电容c1，因此通过变更发光装置1中的各部件的形状、大小、位置关系，能够变更比s1/d1，从而变更静电电容c1。
[0090]
在此，在基于tof法的测量装置中，从提高驱动速度的观点出发，发光装置所具备的发光元件的驱动一般是将发光元件的阳极侧与电源电位连接、将阴极侧与开路漏极的nmos元件等驱动器连接来进行的所谓的低侧驱动。
[0091]
图4是对应用第一实施方式的发光装置1进行低侧驱动的情况下的等效电路图进行说明的图。在图4中，示出发光装置1的发光部10、电容部20以及驱动部30和电源v1。
[0092]
另外，在图4中，与图3同样地，示出了发光部10仅具备1个垂直腔面发射激光器的情况下的例。如上所述，在发光部10具备多个垂直腔面发射激光器的情况下，垂直腔面发射激光器并联连接。另外，在图4中，对于与图1～图3相同的部分，有时标注相同的附图标记并省略说明。
[0093]
在图4中，电容c1与电容部20的静电电容c1对应，是为了方便而记载的，并不是指单独设置的电容器、电容。
[0094]
另外，电感l1、l2是为了方便而与驱动电流的路径中的寄生电感对应地记载的，并不是指单独设置的电感器。更具体地，电感l1对应于从电源v1到垂直腔面发射激光器的阳极侧的路径中的寄生电感。电感l2对应于从垂直腔面发射激光器的阴极侧到驱动部30的
nmos元件n1的路径中的寄生电感。
[0095]
电源v1与垂直腔面发射激光器的阳极侧连接，供给电源电位。电源v1产生以+侧为电源电位、以-侧为基准电位的直流电压。基准电位可以是接地电位(有时记载为gnd)。
[0096]
此外，电源v1例如设置于图1所示的控制部8。
[0097]
如上所述，发光部10具备阳极电极101、垂直腔面发射激光器以及阴极电极102，形成产生垂直腔面发射激光器的发光的路径r。阳极电极101与电源v1连接，阴极电极102与驱动部30的nmos元件n1(后述)的漏极连接。
[0098]
如上所述，电容部20具有静电电容c1(在图4中记载为电容c1)，与发光部10的路径r并联设置。
[0099]
驱动部30具备nmos元件n1和产生用于切换nmos元件n1的导通状态/截止状态的控制信号的信号产生电路v2。
[0100]
nmos元件n1是n型的mos晶体管。nmos元件n1的漏极与垂直腔面发射激光器的阴极电极102连接。nmos元件n1的源极被供给基准电位。并且，对nmos元件n1的栅极供给来自信号产生电路v2的控制信号。即，垂直腔面发射激光器和nmos元件n1串联连接于电源v1与基准电位之间。
[0101]
信号产生电路v2通过控制部8(参照图1)的控制，产生使nmos元件n1成为导通状态的“h电平”的控制信号和使nmos元件n1成为截止状态的“l电平”的控制信号。
[0102]
接着，对基于低侧驱动的发光装置1的驱动进行说明。
[0103]
首先，设信号产生电路v2产生的控制信号为“l电平”。在该情况下，nmos元件n1为截止状态。即，在nmos元件n1的源极与漏极之间不流过电流。因此，不向垂直腔面发射激光器供给驱动电流，不发光。
[0104]
接着，当信号产生电路v2产生的控制信号成为“h电平”时，nmos元件n1从截止状态转移到导通状态。于是，在nmos元件n1的源极与漏极之间流过电流，首先向电容部20供给驱动电流。并且，在电容部20中，当电荷蓄积到由静电电容c1确定的上限时，来自nmos元件n1的驱动电流被供给到路径r。另外，电容部20放出电荷，向路径r供给电流。即，向垂直腔面发射激光器供给驱动电流而发光。
[0105]
然后，当信号产生电路v2产生的控制信号再次成为“l电平”时，nmos元件n1从导通状态转移到截止状态。于是，再次在垂直腔面发射激光器中不流过驱动电流，停止发光。
[0106]
如以上说明的那样，每当信号产生电路v2输出的信号转变为“h电平”和“l电平”时，切换nmos元件n1的导通状态/截止状态，进行垂直腔面发射激光器的开关。
[0107]
图5是对未应用用于比较的第一实施方式的发光装置1
′
进行说明的图。
[0108]
发光装置1
′
在不具有区域101b和区域102b的这一点上与发光装置1不同。即，如图5所示，发光装置1
′
不具有与驱动电流的路径r并联连接的电容部20。
[0109]
其他结构与应用图4所示的第一实施方式的发光装置1相同，因此标注相同的附图标记并省略说明。
[0110]
由于发光装置1
′
不具有电容部20，因此当信号产生电路v2的控制信号成为“h电平”而nmos元件n1成为导通状态时，电流被供给至路径r。即，向垂直腔面发射激光器供给驱动电流而发光。
[0111]
在以下的说明中，有时将不具有电容部20的发光装置1
′
记载为“以往的发光装置1′”
。
[0112]
接着，对发光装置1和以往的发光装置1
′
中的垂直腔面发射激光器的开关进行详细说明。
[0113]
图6是示出在应用了第一实施方式的发光装置1和未应用第一实施方式的发光装置1’中，在垂直腔面发射激光器中流动的驱动电流的计算结果的图表，横轴是时间[ns]，纵轴是电压[v]和电流[a]。实线是在发光装置1的垂直腔面发射激光器中流动的电流(图例的“实施例1电流”)，虚线是在以往的发光装置1’的垂直腔面发射激光器中流动的电流(“比较例1’电流”)，点线是在发光装置1的电容部20中流动的电流(图例的“电容部20电流”)，单点划线是nmos元件n1的漏极电压(“漏极电压”)，双点划线是发光装置1的nmos元件n1引出的电流(“驱动器电流”)。另外，在以往的发光装置1
′
中，由于在垂直腔面发射激光器中流动的电流与nmos元件n1所引出的电流相等，因此也能够将图6的虚线视为发光装置1
′
的nmos元件n1所引出的电流。
[0114]
此外，在图6中，示出了在图4、5的发光装置1、1
′
中，设为电源v1的电源电位为3.3v、电感l1为0.3nh、电感l2为0.2nh、信号产生电路v2的控制信号为“l电平”时为0v、在“h电平”时为1.8v、且控制信号的脉冲的上升时间为0.5ns、下降时间为0.5ns、导通时间为4.5ns、周期为10ns而计算出的结果。即，设为信号产生电路v2以脉冲宽度5ns、占空比50％且周期10ns的脉冲产生控制信号。另外，是设发光装置1中的静电电容c1为2000pf而计算出的结果。
[0115]
在图6中，对在发光装置1的垂直腔面发射激光器中流动的电流(实线)和在以往的发光装置1
′
的垂直腔面发射激光器中流动的电流(虚线)进行比较。在第一个脉冲中，从在垂直腔面发射激光器的发光中开始消耗电流起至达到脉冲内的最大值为止的时间与以往的发光装置1
′
相比在发光装置1中短。即，在发光装置1的垂直腔面发射激光器中流动的电流(实线)的增大与在以往的发光装置1
′
的垂直腔面发射激光器中流动的电流(虚线)的增大相比更急剧。
[0116]
因此，在发光装置1中，在从垂直腔面发射激光器的发光中开始消耗电流起至达到预先规定的功率为止的时间与以往的发光装置1
′
相比变短。另外，该“预先规定的功率”是指垂直腔面发射激光器中所要求的光输出，例如与为了满足tof传感器100所要求的精度而必要的垂直腔面发射激光器的光输出相对应。
[0117]
关于在上述的发光装置1的垂直腔面发射激光器中流动的电流(实线)与在以往的发光装置1
′
的垂直腔面发射激光器中流动的电流(虚线)的差异，如以下那样进行说明。
[0118]
首先，在以往的发光装置1
′
中，nmos元件n1的漏极电压(单点划线)由于电流的路径中的电感l1、l2而降低，变得比饱和电位(在图6的例中为1v左右)小。而且，nmos元件n1在电感l1、l2的响应结束之前的期间无法进行恒流动作，nmos元件n1所引出的电流(虚线)的增大变得缓慢。即，在垂直腔面发射激光器中流动的电流(虚线)的增大变得缓慢。
[0119]
在此，“饱和电位”是指nmos元件n1为了进行引出恒流的恒流动作而必要的源极-漏极间的电位。即，nmos元件n1在漏极电压为饱和电位以上时进行恒流动作，在漏极电压小于饱和电位时不进行恒流动作。
[0120]
另一方面，如作为在电容部20中流动的电流(虚线)所示，发光装置1的nmos元件n1所引出的电流(双点划线)首先对电容部20进行充电。并且，在充电至由静电电容c1确定的
上限之后，流到垂直腔面发射激光器而开始被发光消耗。因此，从nmos元件n1开始引出电流起至开始流到垂直腔面发射激光器为止产生延迟。即，从对电流的路径的电感l1、l2的响应开始起至在垂直腔面发射激光器中开始流动电流为止产生延迟。其结果，在发光装置1中，在垂直腔面发射激光器中流动的电流难以受到电流的路径的电感的影响。在图6的例中，在电感l1、l2的响应结束的时候，在垂直腔面发射激光器中开始流动电流，因此在垂直腔面发射激光器中流动的电流(实线)大体上不受电感l1、l2的影响而急剧增大。
[0121]
另外，在发光装置1中，电容部20在充电至上限之后放电，放电产生的电流作为驱动电流流到垂直腔面发射激光器，因此在垂直腔面发射激光器中流动的电流的增大变得急剧。
[0122]
如以上说明的那样，在发光装置1中，通过具备具有静电电容c1的电容部20，从垂直腔面发射激光器的发光中开始消耗电流起至达到预先规定的功率为止的时间与以往的发光装置1’相比变短。
[0123]
更详细而言，在第一实施方式的发光装置1中，在阳极电极101和阴极电极102中设置区域101b和区域102b，作为具有静电电容c1的电容部20发挥功能。另外，在不具有电容部20的以往的发光装置1’中，设置区域101b和区域102b、使区域101b和区域102b的面积为区域101a和区域102a的面积的20％以上，这只是装置尺寸的扩大，不优选。
[0124]
[第二实施方式]
[0125]
在上述的第一实施方式中，通过在阳极电极101设置向外侧伸出的区域101b，构成了电容部20。在第二实施方式中，在阳极电极101与阴极电极102之间设置中间电极103，由中间电极103和阴极电极102构成电容部20，这一点与第一实施方式不同。
[0126]
图7是说明第二实施方式的发光部12的截面构造的图。此外，在图7中，对与图3相同的部分标注相同的附图标记并省略说明。
[0127]
如上所述，第二实施方式的发光部12在阳极电极101与阴极电极102之间具有中间电极103。而且，中间电极103与阳极电极101电连接。在图7的例中，中间电极103和阳极电极101通过导线w电连接。
[0128]
如图所示，中间电极103与阴极电极102相对。更详细而言，中间电极103与阴极电极102的区域102c隔开距离d2而相对，能够视为在中间隔着电介质而相对的2个导体。因此，中间电极103和区域102c具有根据中间电极103与区域102c相对的部分的面积s2和距离d2而确定的静电电容c2(参照式(1))，作为电容部20发挥功能。另外，中间电极103和区域102c是具有静电电容c2的区域，是电容区域的一例。
[0129]
在此，中间电极103和区域102c所构成的静电电容c2根据面积s2与距离d2之比s2/d2而确定。在发光部12中，中间电极103设置在阳极电极101与阴极电极102之间，由此距离d2缩短。因此，即使在面积s2小的情况下，也容易增大比s2/d2，容易增大静电电容c2。即，面积s2的缩小有助于装置尺寸的缩小。
[0130]
此外，在图7中，示出了使阳极电极101、下部反射镜121以及阴极电极102向垂直腔面发射激光器的外侧伸出，并在伸出的区域设置中间电极103的情况的例，但并不限定于此。例如，也可以是阳极电极101、下部反射镜121和阴极电极102中的任意一个、或全部不伸出到垂直腔面发射激光器的外侧的结构，只要中间电极103设置在阳极电极101与阴极电极102之间相对的范围即可。
[0131]
另外，在图7中，示出了中间电极103与阳极电极101电连接的情况的例，但也可以将中间电极103与阴极电极102电连接，在中间电极103与阳极电极101之间构成电容部20。即，中间电极103与阳极电极101和阴极电极102中的任意一方电连接，在中间电极103与阳极电极101和阴极电极102中的任意另一方之间构成电容部20即可。
[0132]
[第三实施方式]
[0133]
第三实施方式在具备缩短阳极电极101与阴极电极102之间的距离d3的槽部t的这一点上与第一实施方式不同。
[0134]
图8是说明第三实施方式的发光部13的截面构造的图。此外，在图8中，对与图3相同的部分标注相同的附图标记并省略说明。
[0135]
在图8的例中，在阳极电极101和阴极电极102向垂直腔面发射激光器的外侧伸出而相对的区域中，槽部t被设置为向下部反射镜121和半导体基板120陷入的槽形状。另外，槽部t的槽形状的侧面和底面被绝缘膜140和阳极电极101覆盖。
[0136]
在此，阳极电极101中的覆盖槽形状的底面的区域101d和阴极电极102中的与槽形状的底面相对的区域102d隔开距离d3而相对。即，区域101d和区域102d是具有根据相对的部分的面积s3和距离d3而确定的静电电容c3(参照式(1))的非导通区域的一例，作为电容部20发挥功能。
[0137]
而且，区域101d与区域102d之间的距离d3与未设置槽部t的情况下的距离相比缩短。静电电容c3根据面积s3与距离d3之比s3/d3而确定，因此通过加深槽部t而减小距离d3，能够增大静电电容c3。即，在阳极电极101和阴极电极102中，即使不增大向垂直腔面发射激光器的外侧伸出的部分的面积，也能够增大静电电容c3，因此不需要增大发光部13的面积。
[0138]
如以上说明的那样，第一、第二实施方式的发光部10、12与路径r并联设置，具备被构成为包含阳极电极101以及阴极电极102中的至少一方的电容区域。
[0139]
另外，第三实施方式的发光部13与路径r并联设置，具备具有静电电容c3的非导通区域。
[0140]
这样，第一、第二、第三实施方式的发光部10、12、13是具备电容区域或非导通区域的发光器件的一例。
[0141]
[第四实施方式]
[0142]
在上述的第一、第二、第三实施方式中，电容部20被构成为包含阳极电极101和阴极电极102中的至少一方。换言之，发光部10、12、13和电容部20被构成为共用阳极电极101以及阴极电极102中的至少一方。
[0143]
第四实施方式在不具有发光部10和电容部20共用的部分这一点上与第一不同。更详细而言，第四实施方式的电容部20是作为与发光部10不同的部件而设置的、与发光部10中的电流路径r并联连接的电容元件。这里，电容元件是所谓的电容器、电容等具有静电电容的元件。另外，具有静电电容的晶闸管等元件也作为电容元件发挥功能。
[0144]
在此，第四实施方式的发光部10不具有与电容部20共用的部分，因此例如能够使用与以往的发光装置1
′
相同的发光部10。因此，在应用第四实施方式的发光装置1中，与具有发光部10和电容部20共用的部分的情况相比，抑制了发光部10的复杂化。
[0145]
在以上说明的第二、第三、第四实施方式中，通过具有电容部20，从在垂直腔面发射激光器的发光中开始消耗电流起至达到预先规定的功率为止的时间与以往的发光装置
1’相比变短。
[0146]
[应用例]
[0147]
接着，使用图9、10，对在应用第一实施方式的发光装置1中设置了开关元件的情况下的应用例进行说明。在此，对设置有作为开关元件的一例的pmos元件p1的情况进行说明。
[0148]
图9是对在发光装置1设置有开关元件的应用例的发光装置1a进行说明的图，示出发光装置1a的等效电路图。此外，在图9中，对与图4相同的部分标注相同的附图标记并省略说明。
[0149]
如图所示，在发光装置1a中，pmos元件p1连接在与阳极电极101连接的电源v1和阴极电极102之间。更详细而言，pmos元件p1的源极与电源v1连接，漏极与阳极电极101连接。另外，pmos元件p1的栅极与信号产生电路v2连接，被供给控制信号。
[0150]
pmos元件p1在nmos元件n1为截止状态的期间成为导通状态。即，在信号产生电路v2产生的控制信号为“l电平”的情况下，nmos元件n1为截止状态，pmos元件p1为导通状态。另一方面，在信号产生电路v2产生的控制信号为“h电平”的情况下，nmos元件n1为导通状态，pmos元件p1为截止状态。
[0151]
在此，pmos元件p1具有在导通状态的情况下在漏极-源极间产生的电阻值、即导通电阻。
[0152]
图10是示出在应用例的发光装置1a中，在垂直腔面发射激光器中流动的驱动电流的计算结果的图。更详细而言，在图10中，除了在发光装置1a的垂直腔面发射激光器中流动的电流(点线且图例的“应用例1a电流”)之外，还示出了在发光装置1的垂直腔面发射激光器中流动的电流(实线且“实施例1电流”)、在以往的发光装置1
′
的垂直腔面发射激光器中流动的电流(虚线且“比较例1
′
电流”)、发光装置1a的电容部20的电压(双点划线且“应用例1a电压”)、发光装置1的电容部20的电压(单点划线且“实施例1电压”)。
[0153]
此外，与图6同样地，示出了设电源v1的电源电位为3.3v、电感l1为0.3nh、电感l2为0.2nh、基于信号产生电路v2的控制信号为“l电平”时为0v、在“h电平”时为1.8v、且控制信号的脉冲的上升时间为0.5ns、下降时间为0.5ns、导通时间为4.5ns、周期为10ns而计算出的结果。即，设为信号产生电路v2以脉冲宽度5ns、占空比50％且周期10ns的脉冲产生控制信号。另外，是设静电电容c1为2000pf而计算出的结果。
[0154]
在此，如使用图6所说明的那样，在第一个脉冲中，从在发光装置1的垂直腔面发射激光器的发光中开始消耗电流起至达到脉冲内的最大值为止的时间与以往的发光装置1
′
相比变短。即，在第一个脉冲中，在发光装置1的垂直腔面发射激光器中流动的电流的增大与以往的发光装置1
′
中的电流的增大相比更急剧。
[0155]
但是，在第二个脉冲中，在发光装置1的垂直腔面发射激光器中流动的电流的增大变得缓慢。认为：这是因为，信号产生电路v2产生的控制信号的占空比高，第一个脉冲与第二个脉冲之间的期间短，因此在产生第二个脉冲之前电容部20的放电未完成。
[0156]
即，在占空比高的情况下，例如在如图6的计算中使用的那样以占空比50％进行控制的情况下，在第二个以后的脉冲中流过发光装置1的垂直腔面发射激光器的电流的增大变得缓慢，垂直腔面发射激光器达到预定的功率为止的时间有可能变长。因此，为了满足tof传感器100所要求的精度，存在必须延长脉冲的重复周期(占空比)的可能性。
[0157]
另一方面，在应用例的发光装置1a的垂直腔面发射激光器中流动的电流(图10的
虚线)在第二个脉冲中也急剧增大。更详细而言，在第一个脉冲以及第二个脉冲中，在应用例的发光装置1a中，从在垂直腔面发射激光器的发光中开始消耗电流起至达到脉冲内的最大值为止的时间与发光装置1以及以往的发光装置1
′
相比变短。
[0158]
因此，在应用例的发光装置1a中，与不具有pmos元件p1的发光装置1相比，能够缩短脉冲的重复周期(占空比)。
[0159]
对于在上述的应用例的发光装置1a的垂直腔面发射激光器中流动的电流(点线)与在发光装置1的垂直腔面发射激光器中流动的电流(实线)之间的差异，如以下那样进行说明。
[0160]
在应用例的发光装置1a中，在与第一个脉冲对应的控制信号成为l电平，nmos元件n1成为截止状态的期间，pmos元件p1成为导通状态。而且，在pmos元件p1成为导通状态时，蓄积于电容部20的电荷被放电而被消耗。即，由于pmos元件p1成为导通状态，因此促进电容部20的放电。其结果，在供给与第二个脉冲对应的h电平的控制信号之前，电容部20的放电结束，在第二个脉冲中也是从在垂直腔面发射激光器的发光中开始消耗电流起至达到脉冲内的最大值为止的时间变短。
[0161]
在此，当pmos元件p1的导通电阻相对于nmos元件n1的导通电阻过小时，对电容部20的放电的促进变得不充分，垂直腔面发射激光器达到预先规定的功率为止的时间有可能不会变短。因此，pmos元件p1的导通电阻大于nmos元件n1的导通电阻，例如设定为5倍以上。但是，电容部20的放电所需的时间是由电容部20的时间常数确定，因此在时间常数小且放电所需的时间短的情况下，也可以将pmos元件p1的导通电阻设定得比nmos元件n1的导通电阻小。
[0162]
这样，设置于应用例的发光装置1a的pmos元件p1的导通电阻例如被设定为nmos元件n1的导通电阻的5倍以上。
[0163]
如以上说明的那样，在发光装置1中，通过设置连接在与阳极电极101连接的电源v1和阴极电极102之间、且在nmos元件n1为截止状态的期间成为导通状态的pmos元件p1，与未设置pmos元件p1的情况相比，能够缩短脉冲的重复周期。
[0164]
另外，在第二、第三、第四实施方式中，通过设置同样的pmos元件p1，也起到同样的效果。
[0165]
[变形例等]
[0166]
在上述的第一、第二、第三、第四实施方式以及应用例中，示出了使用nmos元件n1作为第一元件的一例的情况的例，但例如也能够使用绝缘栅双极型晶体管(igbt：insulated gate bipolar transistor)等元件。但是，通常，igbt是用于以比nmos慢的速度进行开关的元件，在如基于tof法的测量装置那样要求高速进行开关的情况下，优选使用nmos。
[0167]
另外，在上述的第一、第二、第三、第四实施方式和应用例中，以在垂直腔面发射激光器的上侧设置阳极电极101、在下侧设置阴极电极102的情况为例进行了说明，但也可以调换半导体层的极性，使阳极电极101和阴极电极102相反地构成。
[0168]
并且，对使用垂直腔面发射激光器作为发光元件的情况进行了说明，但也可以代替垂直腔面发射激光器而使用发光二极管led(light emitting diode)、激光二极管ld(laser diode)等。
[0169]
以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开的技术范围并不限定于上述的实施方式所记载的范围。根据权利要求书的记载可知，组合了2个以上的上述实施方式的技术方案、对上述实施方式施加了各种变更或改良的技术方案也包含在本公开的技术范围内。

技术特征：
1.一种发光装置，其具备：发光部，其包含发光元件；驱动部，其具备与设置于所述发光元件的阴极侧的阴极电极连接的第一元件，并供给产生发光的电流而驱动所述发光元件；以及电容部，在设置于所述发光元件的阳极侧的阳极电极与所述阴极电极之间，该电容部与产生发光的电流路径并联设置。2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述电容部与所述发光部共用所述阴极电极和所述阳极电极中的至少一方。3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述电容部是不具有与所述发光部共用的部分的电容元件。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的发光装置，其中，所述发光装置还具备开关元件，该开关元件连接在跟所述阳极电极连接的电源电位与所述阴极电极之间，并在所述第一元件截止的期间导通。5.根据权利要求4所述的发光装置，其中，所述开关元件的导通电阻大于所述第一元件的导通电阻。6.根据权利要求5所述的发光装置，其中，所述开关元件的导通电阻为所述第一元件的导通电阻的5倍以上。7.一种发光器件，其具有发光元件，该发光元件的阳极侧与电源电位连接，阴极侧与第一元件连接而被驱动，其中，在所述阳极侧的阳极电极与所述阴极侧的阴极电极之间具备电容区域或非导通区域，所述电容区域与产生发光的电流路径并联设置，并被构成为包含该阳极电极和该阴极电极中的至少一方，该非导通区域具有静电电容。8.根据权利要求7所述的发光器件，其中，所述电容区域是覆盖所述发光元件的上部的所述阳极电极和所述阴极电极中的任意一方从覆盖所述发光元件的区域向外侧伸出的区域。9.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述向外侧伸出的区域的面积为覆盖所述发光元件的上部的区域的面积的20％以上。10.根据权利要求7所述的发光器件，其中，所述电容区域设置在所述阳极电极与所述阴极电极之间相对的范围，在跟该阳极电极和该阴极电极中的任意一方电连接的中间电极与该阳极电极和该阴极电极中的任意另一方之间构成所述电容区域。11.根据权利要求7所述的发光器件，其中，所述非导通区域是通过槽部缩短了所述阳极电极与所述阴极电极之间的距离的区域。12.一种测量装置，其具备：权利要求1至6中的任意一项所述的发光装置；以及受光部，其接受由所述发光装置射出并被对象物反射的光，所述测量装置测量对象物的三维形状。

技术总结
本发明提供发光装置、发光器件以及测量装置。发光装置具备：发光部，其包含发光元件；驱动部，其具备与设置于所述发光元件的阴极侧的阴极电极连接的第一元件，并供给产生发光的电流而进行驱动；以及电容部，在设置于所述发光元件的阳极侧的阳极电极与所述阴极电极之间，该电容部与产生发光的电流路径并联设置。该电容部与产生发光的电流路径并联设置。该电容部与产生发光的电流路径并联设置。


技术研发人员：井口大介
受保护的技术使用者：富士胶片商业创新有限公司
技术研发日：2023.01.03
技术公布日：2023/8/4