JP2010016172A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１００は、第１クラッド層と、第１クラッド層の上方に形成された活性層と、活性層の上方に形成された第２クラッド層と、を含み、活性層のうちの少なくとも一部は、複数の利得領域１８０，１９０を構成し、活性層の第１側面１４０の反射率は、第２側面１４２の反射率よりも高く、利得領域の対の一方の第１利得領域１８０は、平面的に見て、第１側面から第２側面まで、第１側面の垂線に対して傾いた一の方向に向かって設けられ、対の他方の第２利得領域１９０は、平面的に見て、第１側面から第１側面と第２側面との間に設けられた反射面１７９まで、一の方向とは異なる他の方向に向かって設けられた第１部分１９２と、反射面から第２側面まで、一の方向に設けられた第２部分１９４と、を構成し、利得領域の対は、複数配列される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関する。

近年、プロジェクタやディスプレイなどの表示装置の光源用の発光装置として、高輝度で色再現性に優れたレーザ装置が期待されている。しかしながら、スクリーン面での乱反射光が相互に干渉して発生するスペックルノイズが問題となることがある。この問題に対しては、例えば下記特許文献１では、スクリーンを揺動させてスペックルパターンを変化させることでスペックルノイズを低減させる方法が提案されている。
特開平１１−６４７８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、スクリーンが限定されてしまう、スクリーンを動かすためのモーター等の部材が必要になってしまう、モーター等から雑音が発生してしまう、などの新たな問題が発生する場合がある。

また、スペックルノイズを低減させるために、光源用の発光装置として、一般的なＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることも考えられる。しかしながら、ＬＥＤでは、十分な光出力を得られないことがある。

本発明の目的の１つは、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光装置を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、
第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２クラッド層と、
を含み、
前記活性層のうちの少なくとも一部は、複数の利得領域を構成し、
前記利得領域に生じる光の波長帯において、前記活性層の第１側面の反射率は、該第１側面と対向する前記活性層の第２側面の反射率よりも高く、
前記利得領域は、少なくとも２つの前記利得領域の対を成し、
前記利得領域の対の一方の第１利得領域は、平面的に見て、前記第１側面から前記第２側面まで、前記第１側面の垂線に対して傾いた一の方向に向かって設けられ、
前記複数の利得領域の対の他方の第２利得領域は、平面的に見て、
前記第１側面から前記第１側面と前記第２側面との間に設けられた反射面まで、前記一の方向とは異なる他の方向に向かって設けられた第１部分と、
前記反射面から前記第２側面まで、前記一の方向に設けられた第２部分と、
を構成し、
前記第１部分の前記反射面側の端面の少なくとも一部と、前記第２部分の前記反射面側の端面の少なくとも一部とは、重なっており、
前記第１利得領域の前記第１側面側の端面の少なくとも一部と、前記第１部分の前記第１側面側の端面の少なくとも一部とは、重なっており、
前記利得領域の対は、複数配列される。

本発明に係る発光装置では、後述するように、前記利得領域に生じる光のレーザ発振を抑制または防止することができる。従って、スペックルノイズを低減させることができる。さらに、本発明に係る発光装置では、前記利得領域に生じる光は、該利得領域内において利得を受けながら進行して、外部に出射されることができる。従って、従来の一般的なＬＥＤよりも高い出力を得ることができる。以上のように、本発明によれば、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光装置を提供することができる。

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ａ部材」という）の「上方」に形成された他の特定の部材（以下「Ｂ部材」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ部材上に直接Ｂ部材が形成されているような場合と、Ａ部材上に他の部材を介してＢ部材が形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。

本発明に係る発光装置において、
さらに、前記第１部分および前記第２部分の前記反射面側の端面を露出させる溝部を含み、
前記溝部の側面は、前記反射面であることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記利得領域で発生した光は、前記反射面で全反射することができる。

本発明に係る発光装置において、
複数の前記利得領域の対の前記第２側面側の端面は、互いに重なっていないことができる。

本発明に係る発光装置において、
隣り合う前記利得領域の対の各々が、平面的に見て、重なっていないことができる。

本発明に係る発光装置において、
隣り合う前記利得領域の対のうち、一方の前記利得領域の対の前記第２側面側の２つの端面の間に、他方の前記利得領域の対の前記第２側面側の２つの端面の一方が設けられることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記利得領域に生じる光は、前記第１利得領域の前記第２側面側の端面および前記第２部分の前記第２側面側の端面で、全反射しないことができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１利得領域では、前記第１側面側から平面的に見て、前記第１側面側の端面と、前記第２側面側の端面とは、重なっていないことができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１側面にミラーを有することができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、
前記第２クラッド層に電気的に接続された第２電極と、
を含むことができる。

なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ｃ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｄ部材」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ｃ部材とＤ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ｃ部材とＤ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。

１．１． まず、第１の実施形態に係る発光装置１００について説明する。

図１は、発光装置１００を概略的に示す平面図であり、図２は、図１のIII−III線断面図である。ここでは、発光装置１００がＩｎＧａＡｌＰ系（赤色）の半導体発光装置である場合について説明する。

発光装置１００は、図１および図２に示すように、第１クラッド層１０６と、活性層１０８と、第２クラッド層１１０と、第１電極１２０と、第２電極１２２と、溝部１５０と、を含む。発光装置１００は、さらに、例えば、基板１０２と、バッファ層１０４と、コンタクト層１１２と、を含むことができる。

基板１０２としては、例えば、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓ基板などを用いることができる。

バッファ層１０４は、例えば図２に示すように、基板１０２上に形成されていることができる。バッファ層１０４は、例えば、その上方に形成される層の結晶性を向上させることができる。バッファ層１０４としては、例えば、基板１０２よりも結晶性の良好な（例えば欠陥密度の低い）第１導電型（ｎ型）のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層などを用いることができる。

第１クラッド層１０６は、バッファ層１０４上に形成されている。第１クラッド層１０６は、例えば、第１導電型の半導体からなる。第１クラッド層１０６としては、例えばｎ型ＡｌＧａＰ層などを用いることができる。

活性層１０８は、第１クラッド層１０６上に形成されている。活性層１０８は、例えば、ＩｎＧａＰウェル層とＩｎＧａＡｌＰバリア層とから構成される量子井戸構造を３つ重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。

活性層１０８の一部は、複数の利得領域を構成している。複数の利得領域の各々は、対を成している。例えば図示の例では、活性層１０８は、２つの利得領域（第１利得領域１８０及び第２利得領域１９０）を有し、これらが利得領域対１６０を構成している。隣り合う利得領域対１６０の各々は、例えば図示の例のように、互いに重なっていないことができる。

利得領域１８０，１９０には、光を生じさせることができ、この光は、利得領域１８０，１９０内で利得を受けることができる。活性層１０８の形状は、例えば直方体（立方体である場合を含む）などである。活性層１０８は、図１に示すように、第１側面１４０、第２側面１４２を有する。第１側面１４０と第２側面１４２とは、例えば、対向している。図示の例では、第１側面１４０と第２側面１４２とは、平行である。利得領域１８０，１９０に生じる光の波長帯において、第１側面１４０の反射率は、第２側面１４２の反射率よりも高い。例えば、図１に示すように、第１側面１４０をミラー１３０によって覆うことにより、高い反射率を得ることができる。ミラー１３０は、例えば、誘電体多層膜ミラーなどである。具体的には、ミラー１３０としては、例えば、第１側面１４０側からＡｌ_２Ｏ_３層、ＴｉＯ_２層の順序で４ペア積層したミラーなどを用いることができる。この場合の第１側面１４０の反射率は、例えば９０％である。第１側面１４０の反射率は、１００％、あるいはそれに近いことが望ましい。これに対し、第２側面１４２の反射率は、０％、あるいはそれに近いことが望ましい。例えば、第２側面１４２を反射防止部（図示せず）によって覆うことにより、低い反射率を得ることができる。反射防止部としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３単層などを用いることができる。なお、ミラー１３０及び反射防止部としては、上述した例に限定されるわけではなく、例えば、ＳｉＯ_２層、ＳｉＮ層、Ｔａ_２Ｏ_５層や、これらの多層膜などを用いることができる。

第１利得領域１８０は、図１に示すように、第１側面１４０から第２側面１４２まで、第１側面１４０の垂線Ｐに対して傾いた一の方向（以下「第１方向」ともいう）Ａに向かって設けられている。第１利得領域１８０は、第１側面１４０の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設けられていることにより、利得領域１８０，１９０に生じる光のレーザ発振を抑制または防止することができる。なお、第１利得領域１８０が一の方向に向かって設けられている場合とは、当該一の方向が、平面的に見て、第１利得領域１８０の第１側面１４０側の第１端面１７０の中心と、第２側面１４２側の第２端面１７１の中心とを結ぶ方向に一致する場合をいう。このことは、他の利得領域およびその部分についても同様である。

第２利得領域１９０は、第１部分１９２と第２部分１９４とを有する。第１部分１９２は、図１に示すように、第１側面１４０から反射面１７９まで、第１方向Ａとは異なる他の方向（以下「第２方向」ともいう）Ｂに向かって設けられる。第２部分１９４は、反射面１７９から第２側面１４２まで、第３方向Ｃに向かって設けられる。例えば、第２部分１９４は、一の方向に設けられることができる。第２部分１９４が一の方向に設けられる場合とは、第１方向Ａと第３方向Ｃが、単一の方向である場合である。すなわち、第２部分１９４と第１利得領域１８０は、例えば、第２側面１４２に対して単一の方向に向かって設けられることができる。

第１部分１９２と第２部分１９４とは、第１部分１９２の反射面１７９側の第４端面１７３と第２部分１９４の反射面１７９側の第５端面１７４とが、反射面１７９において重なっている。図示の例では、反射面１７９で完全に重なっているが、第１部分１９２の第４端面１７３の少なくとも一部と、第２部分１９４の第５端面１７４の少なくとも一部とが、重なっていてもよい。第１部分１９２および第２部分１９４の平面形状は、例えば図１に示すような台形などである。

第１利得領域１８０は、図１に示すように、第１利得領域１８０の第１側面１４０側の第１端面１７０が、第２利得領域１９０の第１部分１９２の第１側面１４０側の第３端面１７２と、重なり面１７８において重なっている。図示の例では、重なり面１７８で完全に重なっているが、第１利得領域１８０の第１端面１７０の少なくとも一部と、第１部分１９２の第３端面１７２の少なくとも一部とが、重なっていてもよい。第１利得領域１８０の平面形状は、例えば図１に示すような平行四辺形などである。

第１部分１９２と第１利得領域１８０は、図１に示すように、第１側面１４０に対して傾いている。第１部分１９２の第１側面１４０に対する反射面１７９側の第３傾き角θ_２０が、第１利得領域１８０の第１側面１４０に対する反射面１７９側と反対側の第１傾き角θ_１０と、等しい。なお、図示の例では、第３傾き角θ_２０と第１傾き角θ_１０とは、等しいが、異なっていてもよい。

第１部分１９２と第２部分１９４は、図１に示すように、反射面１７９に対して傾いている。第１部分１９２の反射面１７９に対する第１側面１４０側の第４傾き角θ_２２が、第２部分１９４の反射面１７９に対する第２側面１４２側の第５傾き角θ_２４と、等しい。なお、図示の例では、第４傾き角θ_２２と第５傾き角θ_２４とは、等しいが異なっていてもよい。

図３は、図１〜図２の例における活性層１０８を第１側面１４０側から平面的に見た図である。本実施形態に係る第１利得領域１８０では、図３に示すように、第１側面１４０側の第１端面１７０と、第２側面１４２側の第２端面１７１とは、重なっていない。これにより、利得領域１８０，１９０に生じる光を、第１端面１７０と第２端面１７１との間で、直接的に多重反射させないことができる。その結果、直接的な共振器を構成させないことができるため、利得領域１８０，１９０に生じる光のレーザ発振をより確実に抑制または防止することができる。なお、この場合には、図３に示すように、第１利得領域１８０において、第１端面１７０と、第２端面１７１とのずれ幅ｘが正の値であれば良い。

また、第２利得領域１９０は、第１側面１４０と第２側面１４２との間までに、それぞれの面に対して平行ではない反射面１７９に接して設けられる。すなわち、第２利得領域１９０の第１部分１９２の端面１７２，１７３は、互いに平行ではない。また、第２部分１９４の端面１７４，１７５は、互いに平行ではない。図示の例では、第１部分１９２の端面１７２，１７３は、互いに垂直であり、第２部分１９４の端面１７４，１７５は、互いに垂直である。従って、第２利得領域１９０は、利得領域１８０，１９０で発生した光をそれぞれの端面で直接的に多重反射させないため、レーザ発振を抑制または防止することができる。したがって、２つの利得領域１８０，１９０ともにレーザ発振を抑制または防止することができるため、発光素子１００は、レーザ光ではない光を発することができる。

公知のフレネルの式により得られる第２端面１７１の反射率ｒ_２、第６端面１７５の反射率ｒ_６、及び第２端面１７１から第６端面１７５までの間の重なり面１７８の反射率Ｒ_１と反射面１７９の反射率Ｒ_２は、下記式（１）を満たすことができる。下記式（１）の左辺が１未満であることにより、利得領域１８０，１９０に生じる光のレーザ発振をより確実に抑制または防止することができる。

ｒ_２ｒ_６（Ｒ_１Ｒ_２）^２ｅｘｐ｛２（ｇ−α）Ｌ｝＜１ ・・・（１）
但し、ｇは、利得定数であり、αは、内部損失であり、Ｌは、利得領域１８０，１９０に生じる光の第２端面１７１から第６端面１７５までの光路長である。

利得領域１８０，１９０の第２側面１４２側の２つの端面１７１，１７５の幅は、第１側面１４０側の端面１７０，１７２の幅と同じであっても、異なっていてもよい。また、利得領域１８０，１９０の幅は、各々同じであっても、異なっていてもよい。

溝部１５０は、図１に示すように、第１側面１４０と第２側面１４２との間に設けられる。溝部１５０の側面の一部は、利得領域１８０，１９０で発生した光を反射させる反射面１７９とすることができる。反射面１７９が溝部１５０の側面で構成されることで、例えば、利得領域１８０，１９０で生じた光を、反射面１７９で全反射させることができる。溝部１５０の平面形状は、例えば、第１側面１４０の垂線に対して平行な辺を有する長方形とすることができる。溝部１５０の深さは、図２に示すように、例えば、少なくとも活性層１０８の側面が完全に露出する深さとすることが望ましい。溝部１５０は、例えば、第１部分１９２および第２部分１９４の反射面１７９側の端面１７３，１７４を露出させることが望ましい。溝部１５０の内部は、例えば、空洞である。溝部１５０は、反射面１７９を保護層（図示せず）で覆ってもよい。これにより、活性層１０８の露出部分を保護することができる。なお、図１に示すように、活性層１０８の第１側面１４０と垂直な第３側面１４４側の端に設けられた利得領域対１６０は、反射面１７９が、活性層１０８の第３側面１４４に設けられることができる。また、例えば、第３側面１４４にミラー１３０を設けることで反射率を高くしてもよい。

第２クラッド層１１０は、活性層１０８上に形成されている。第２クラッド層１１０は、例えば第２導電型（例えばｐ型）の半導体からなる。第２クラッド層１１０としては、例えばｐ型ＡｌＧａＰ層などを用いることができる。

例えば、ｐ型の第２クラッド層１１０、不純物がドーピングされていない活性層１０８、及びｎ型の第１クラッド層１０６により、ｐｉｎダイオードが構成される。第１クラッド層１０６及び第２クラッド層１１０の各々は、活性層１０８よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。活性層１０８は、光を増幅する機能を有する。第１クラッド層１０６及び第２クラッド層１１０は、活性層１０８を挟んで、注入キャリア（電子および正孔）並びに光を閉じ込める機能を有する。

発光装置１００では、第１電極１２０と第２電極１２２との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、活性層１０８の利得領域１８０，１９０において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、利得領域１８０，１９０内で光の強度が増幅される。例えば、第１利得領域１８０に生じる光の一部は、重なり面１７８において反射された後、第２利得領域１９０の反射面１７９で反射され第２部分１９４の第６端面１７５から第２出射光１３５として出射されることができる。このように、第１利得領域１８０に生じる光の一部は、利得領域１８０，１９０内を進行し、その間に光強度が増幅されることができる。なお、上述した光路の途中に生じる光の一部も、同じ光路を進行することができる。

また、同様に、例えば、第２利得領域１９０に生じる光の一部は、反射面１７９において反射された後、重なり面１７８で反射され、第１利得領域１８０の第２端面１７１から第１出射光１３３として出射されることができる。このように、第２利得領域１９０に生じる光の一部は、利得領域１８０，１９０内を進行し、その間に光強度が増幅されることができる。なお、上述した光路の途中に生じる光の一部も、同じ光路を進行することができる。

また、第１利得領域１８０に生じる光には、直接、第２端面１７１から第１出射光１３３として出射されるものもある。同様に、第２利得領域１９０に生じる光には、直接、第６端面１７５から第２出射光１３５として出射されるものもある。

利得領域１８０，１９０に生じる光は、例えば、反射面１７９で全反射することができる。利得領域１８０，１９０に生じる光が全反射する場合とは、例えば、入射角αが全反射の臨界角θ_Ｃ以上である場合である。すなわち、利得領域１８０，１９０に生じる光が反射面１７９で全反射する場合とは、例えば、反射面１７９に対する傾き角θ_２２，θ_２４が、９０°−θ_Ｃ以下に設けられる場合である。

利得領域１８０，１９０に生じる光は、第１利得領域１８０の第２側面１４２側の第２端面１７１および第２部分１９４の第２側面１４２側の第６端面１７５で、全反射しない。利得領域１８０，１９０に生じる光は、入射角αが臨界角θ_Ｃ未満で全反射しない。すなわち、第１利得領域１８０および第２部分１９４の第２側面１４２に対する傾き角θ_２６，θ_１２は、例えば、９０°−θ_Ｃを超える角度に設けられることで、各々の端面１７１，１７５で全反射しないことができる。これにより、発光装置１００は、利得領域１８０，１９０に生じる光を、第２端面１７１および第６端面１７５から、効率的に出射することができる。

コンタクト層１１２は、例えば図２に示すように、第２クラッド層１１０上に形成されていることができる。コンタクト層１１２としては、第２電極１２２とオーミックコンタクトする層を用いることができる。コンタクト層１１２は、例えば、第２導電型の半導体からなる。コンタクト層１１２としては、例えば、ｐ型ＧａＡｓ層などを用いることができる。

第１電極１２０は、例えば図２に示すように、基板１０２の下の全面に形成されている。第１電極１２０は、基板１０２およびバッファ層１０４を介して、第１クラッド層１０６と電気的に接続されている。第１電極１２０は、発光装置１００を駆動するための一方の電極である。第１電極１２０としては、例えば、基板１０２側からＣｒ層、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。なお、第１クラッド層１０６とバッファ層１０４との間に、第２コンタクト層（図示せず）を設け、ドライエッチングなどにより第２コンタクト層を露出させ、第１電極１２０を第２コンタクト層上に設けることもできる。これにより、片面電極構造を得ることができる。この形態は、基板１０２が半絶縁性である場合に特に有効である。この形態では、基板１０２としては、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ基板などを用いることができる。第２コンタクト層としては、例えばｎ型ＧａＡｓ層などを用いることができる。また、図示しないが、例えば、エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）法、レーザリフトオフ法などを用いて、基板１０２とその上に設けられた部材とを切り離すことができる。すなわち、発光装置１００は、基板１０２を有しないこともできる。この場合には、例えば、バッファ層１０４の直接下に第１電極１２０を形成することができる。この形態も、基板１０２が半絶縁性である場合に特に有効である。

第２電極１２２は、コンタクト層１１２上に形成されている。第２電極１２２は、コンタクト層１１２を介して、第２クラッド層１１０と電気的に接続されている。第２電極１２２は、発光装置１００を駆動するための他方の電極である。第２電極１２２としては、例えば、コンタクト層１１２側からＣｒ層、ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。第２電極１２２の下面は、図２に示すように、利得領域１８０，１９０と同様の平面形状を有している。言い換えるならば、図示の例では、第２電極１２２の下面の平面形状によって、電極１２０、１２２間の電流経路が決定され、その結果、活性層１０８の利得領域１８０，１９０の平面形状が決定されるのである。また、図示しないが、例えば、第１電極１２０の上面が、利得領域１８０，１９０と同じ平面形状を有していてもよい。

利得領域対１６０は、複数（例えば図１の例では３つ）配列されることができる。図示の例では、６つの出射面（３つの第２端面１７１および３つの第６端面１７５）は、すべえて第２側面１４２に設けられている。複数の利得領域対１６０の第２側面１４２側の端面１７１，１７５は、例えば、互いに重なっていないことができる。

本実施形態に係る発光装置は、例えば、プロジェクタ、ディスプレイ、照明装置、計測装置などの光源に適用されることができる。このことは、後述する実施形態についても同様である。

発光装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る発光装置１００では、上述したように、利得領域１８０，１９０に生じる光のレーザ発振を抑制または防止することができる。従って、スペックルノイズを低減させることができる。さらに、本実施形態に係る発光装置１００では、利得領域１８０，１９０に生じる光は、利得領域１８０，１９０内において利得を受けながら進行して、外部に出射されることができる。従って、従来の一般的なＬＥＤよりも高い出力を得ることができる。以上のように、本実施形態によれば、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光装置を提供することができる。

本実施形態に係る発光装置１００では、第１利得領域１８０に生じる光の一部は、重なり面１７８において反射されて、第２利得領域１９０内においても利得を受けながら進行し、最終的に出射されることができる。また、第２利得領域１９０に生じる光の一部に関しても同様である。従って、本実施形態の発光装置１００によれば、例えば、重なり面１７８において積極的に反射させないような場合に比べ、光強度の増幅距離が長くなるため、高い光出力を得ることができる。

本実施形態に係る発光装置１００では、利得領域１８０，１９０で生じた光の一部を反射面１７９で反射させることにより、１つの側面（第２側面１４２）から出射光１３３，１３５を出射させることができる。また、第２部分１９４と第１利得領域１８０とが、第２側面１４２に対して単一の方向に向かって設けられることができる。したがって、発光装置１００は、１つの側面から単一の方向に進む第１出射光１３３および第２出射光１３５を出射することができる。これにより、図示しない後段の光学系（出射光１３３，１３５が入射する光学系）の構成を簡素化することができ、かつ、後段の光学系の光軸合わせを容易化することができる。

本実施形態に係る発光装置１００では、反射面１７９が、溝部１５０の側面で構成されることができる。したがって、利得領域１８０，１９０で生じた光を、反射面１７９で全反射させることができる。これにより、利得領域１８０，１９０において、光強度を効率よく増幅させることができる。

本実施形態に係る発光装置１００では、利得領域対１６０が複数配列されることができる。したがって、発光装置全体の高出力化を図ることができる。

１．２． 第１の実施形態に係る発光装置の製造方法
次に、第１の実施形態に係る発光装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図４は、発光装置１００の製造工程を概略的に示す断面図であり、図２に示す断面図に対応している。

図４に示すように、例えば、基板１０２上に、バッファ層１０４、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０およびコンタクト層１１２を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などを用いることができる。

図２に示すように、例えば、少なくとも活性層１０８の側面が完全に露出する深さの溝部１５０を形成する。溝部１５０は、例えば、エッチング技術を用いて形成することができる。例えば、溝部１５０の側面に活性層１０８を保護する保護層（図示せず）を形成することができる。

次に、例えば、コンタクト層１１２上に第２電極１２２を形成する。第２電極１２２は、例えば、真空蒸着法により全面に導電層を形成した後、該導電層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることにより形成される。また、第２電極１２２は、例えば、真空蒸着法およびリフトオフ法の組み合わせなどにより、所望の形状に形成されることもできる。

次に、基板１０２の下面下に第１電極１２０を形成する。第１電極１２０の製法は、例えば、上述した第２電極１２２の製法の例示と同じ製法で形成される。なお、第１電極１２０と第２電極１２２との形成順序は、特に限定されない。

以上の工程により、発光装置１００が得られる。

発光装置１００の製造方法によれば、スペックルノイズを低減でき、かつ１つの側面から単一の方向に進む光を出射することができる発光装置１００を得ることができる。

１．３． 次に、本実施形態に係る発光装置の変形例について説明する。なお、上述した図１〜図２に示す発光装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

（１）まず、第１の変形例について説明する。

図５は、本変形例に係る発光装置３００を概略的に示す平面図である。

発光装置１００の例では、図１に示すように、隣り合う利得領域対１６０の各々は、互いに重なっていない場合について説明した。これに対し、本変形例では、隣り合う利得領域対１６０が、互いに重なっていることができる。具体的には、図５に示すように、隣り合う利得領域対１６０のうち、一方の利得領域対１６０の第２側面１４２側の２つの端面１７１，１７５の間に、他方の利得領域対１６０の第２側面１４２側の２つの端面１７１，１７５の一方が設けられることができる。これにより、発光装置３００は、発光装置１００の例と比べ、活性層１０８を有効に利用することができるため、発光装置のサイズを小さくすることができる。

（２）次に、第２の変形例について説明する。

図６は、本変形例に係る発光装置４００を概略的に示す断面図である。なお、図６に示す断面図は、発光装置１００の例における図２に示す断面図に対応している。

発光装置１００の例では、図１及び図２に示すように、第２電極１２２の上面も下面も、利得領域１８０，１９０と同じ平面形状を有する場合について説明した。これに対し、本変形例では、例えば、図６に示すように、第２電極１２２の上面は、利得領域１８０，１９０と異なる平面形状を有することができる。本変形例では、コンタクト層１１２上に、開口部を有する絶縁層２０２を形成し、該開口部を埋め込む第２電極１２２を形成することができる。第２電極１２２は、開口部内および絶縁層（開口部含む）２０２上に形成されている。本変形例では、第２電極１２２の下面は、利得領域１８０，１９０と同じ平面形状を有し、第２電極１２２の上面は、絶縁層２０２上の全面である。

絶縁層２０２としては、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ_２層、ポリイミド層などを用いることができる。絶縁層２０２は、例えば、ＣＶＤ法、塗布法などにより成膜される。

本変形例によれば、発光装置１００の例に比べ、第２電極１２２の体積が増えるため、放熱性に優れた発光装置４００を提供することができる。

（３）次に、第３の変形例について説明する。

発光装置１００の例では、発光素子１００がＩｎＧａＡｌＰ系の半導体発光素子である場合について説明したが、本変形例では、発光利得領域が形成可能なあらゆる材料系を用いることができる。半導体材料であれば、例えば、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＺｎＣｄＳｅ系などの半導体材料を用いることができる。また、本変形例では、例えば有機材料などを用いることもできる。

２． 第２の実施形態
２．１． 次に、第２の実施形態に係る発光装置６００について説明する。

図７は、発光装置６００を概略的に示す断面図である。図７は、第１の実施形態に係る発光装置１００における図２に示す断面図に対応している。なお、第２の実施形態に係る発光装置６００において、上述した第１の実施形態に係る発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

発光装置６００は、図７に示すように、第１クラッド層１０６と、活性層１０８と、第２クラッド層１１０と、第１電極１２０と、第２電極１２２と、溝部１５０と、絶縁部６０２と、を含む。発光装置６００は、さらに、例えば、基板１０２と、バッファ層１０４と、コンタクト層１１２と、を含むことができる。

活性層１０８の全部は、第１利得領域１８０及び第２利得領域１９０を構成している。例えば、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０、コンタクト層１１２、及び第２電極１２２は、第１利得領域１８０及び第２利得領域１９０と同じ平面形状を有している。例えば、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０、及びコンタクト層１１２は、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）６１０を構成することができる。

絶縁部６０２は、図７に示すように、柱状部６１０の側方に設けられている。絶縁部６０２は、例えば、柱状部６１０の第２電極１２２側とは反対側に接する層（図示の例ではバッファ層１０４）の上に形成されている。絶縁部６０２は、例えば、活性層１０８の側面のうち、第１〜第６端面１７０，１７１，１７２，１７３，１７４，１７５以外の側面を覆うことができる。絶縁部６０２は、図７に示すように、柱状部６１０の側面と溝部１５０の側面に接している。電極１２０，１２２間の電流は、絶縁部６０２を避けて、該絶縁部６０２に挟まれた柱状部６１０を流れることができる。活性層１０８の側面が絶縁部６０２により覆われていることにより、第１利得領域１８０と第２利得領域１９０のクロストークを防ぎ易くすることができる。

絶縁部６０２は、例えば、活性層１０８の屈折率よりも低い屈折率を有することができる。これにより、活性層１０８内に効率良く光を閉じ込めることができる。本実施形態に係る発光装置６００では、利得領域１８０，１９０において発生した光は、屈折率差によって形成された、利得領域１８０，１９０の軸方向（第１方向Ａ、第２方向Ｂ、第３方向Ｃ）（図２参照）に伝搬する伝搬モードに結合する。そのため、利得領域１８０，１９０の軸方向と異なる方向へ伝搬するような光はほとんど存在しない。例えば、第１利得領域１８０において対向する第１端面１７０と第２端面１７１とが、第１側面１４０側から平面的に見て重なっている場合に、その重なり部分において第１端面１７０と第２端面１７１とを垂直に結ぶ方向は、第１利得領域１８０の軸方向とは異なる。そのため、この第１端面１７０と第２端面１７１とを垂直に結ぶ方向へ伝搬するような光はほとんど存在しない。従って、第１利得領域１８０を第１側面１４０の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設け、光の多重反射を抑制または防止することができる。また、第２利得領域１９０は、第１側面１４０と第２側面１４２との間までに、それぞれの面に対して平行ではない反射面１７９に接して設けられる。すなわち、第２利得領域１９０の第１部分１９２の端面１７２，１７３は、互いに平行ではない。また、第２部分１９４の端面１７４，１７５は、互いに平行ではない。従って、利得領域１８０，１９０で発生した光の多重反射を抑制または防止することができる。利得領域１８０，１９０の光の多重反射を抑制または防止することにより、レーザ光ではない光を発する発光装置６００を得ることができる。また、第２利得領域１９０は、絶縁部６０２としては、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ_２層、ポリイミド層などを用いることができる。

公知のフレネルの式により得られる第２端面１７１の反射率ｒ_２、第６端面１７５の反射率ｒ_６、及び第２端面１７１から第６端面１７５までの間の重なり面１７８の反射率Ｒ_１と反射面１７９の反射率Ｒ_２は、下記式（１）を満たすことができる。下記式（１）の左辺が１未満であることにより、利得領域１８０，１９０に生じる光のレーザ発振をより確実に抑制または防止することができる。

ｒ_２ｒ_６（Ｒ_１Ｒ_２）^２ｅｘｐ｛２（ｇ−α）Ｌ｝＜１ ・・・（１）
但し、ｇは、利得定数であり、αは、内部損失であり、Ｌは、利得領域１８０，１９０に生じる光の第２端面１７１から第６端面１７５までの光路長である。

発光装置６００は、発光装置１００と同様に、スペックルノイズを低減でき、かつ１つの側面から単一の方向に進む光を出射することができる。

２．２． 次に、第２の実施形態に係る発光装置６００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、上述した第１の実施形態に係る発光装置１００の製造方法と異なる点について説明し、同様の点については詳細な説明を省略する。

図８は、発光装置６００の製造工程を概略的に示す断面図であり、図７に示す断面図に対応している。

まず、基板１０２上に、バッファ層１０４、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０、及びコンタクト層１１２を形成する。

次に、図８に示すように、例えば、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０、及びコンタクト層１１２をパターニングすることができる。パターニングによる開口は、例えば、少なくとも第１クラッド層１０６の上面に達する深さまで行われることができる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを用いて行われる。本工程により、柱状部６１０を形成することができる。

次に、図７に示すように、柱状部６１０の側面を覆うように絶縁部６０２を形成することができる。具体的には、まず、例えば、ＣＶＤ法、塗布法などにより、バッファ層１０４の上方（コンタクト層１１２上を含む）の全面に絶縁層（図示せず）を成膜する。次に、例えば、エッチング技術などを用いて、コンタクト層１１２の上面を露出させる。以上の工程により、絶縁部６０２を得ることができる。

次に、例えば、少なくとも活性層１０８の側面が完全に露出する深さの溝部１５０を形成する。溝部１５０は、例えば、エッチング技術を用いて形成することができる。例えば、溝部１５０の側面に反射面１７９を保護する保護層（図示せず）を形成することができる。なお、溝部１５０は、例えば、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０、及びコンタクト層１１２をパターニングする前に形成してもよい。

次に、例えば、ミラー１３０、反射防止部、第１電極１２０、及び第２電極１２２を形成する。

以上の工程により、図７に示すように、本実施形態の発光装置６００が得られる。

発光装置６００の製造方法によれば、発光装置１００と同様に、スペックルノイズを低減でき、かつ１つの側面から単一の方向に進む光を出射することができる発光装置６００を得ることができる。

２．３． 次に、本実施形態に係る発光装置の変形例について説明する。なお、上述した図７に示す発光装置６００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

（１）まず、第１の変形例について説明する。

図９は、本変形例に係る発光装置７００の製造工程を概略的に示す断面図である。図１０は、本変形例に係る発光装置７００を概略的に示す断面図である。なお、図９及び図１０に示す断面図は、発光装置６００の例における図７に示す断面図に対応している。また、便宜上、図１０には、後述する第２の変形例の特徴も併せて示してある。

発光装置６００の例では、図８に示すように柱状部６１０を形成した後、絶縁層（図示せず）を成膜し、その後、コンタクト層１１２を露出させることにより、絶縁部６０２を形成する場合について説明した。これに対し、本変形例では、まず、例えば、図９に示すように、コンタクト層１１２上であって、第１利得領域１８０及び第２利得領域１９０の上方の領域を、フォトレジスト等のマスク層７０４で覆う。次に、例えばプロトン等のイオン７０６を、マスク層７０４をマスクとして、少なくとも第１クラッド層１０６の上面に達する深さまで注入する。以上の工程により、例えば図１０に示すように、本変形例に係る発光装置７００の絶縁部６０２を形成することができる。なお、図示の例では、絶縁部６０２の下面の位置は、第１クラッド層１０６の上面の位置よりも下であって、第１クラッド層１０６の下面の位置よりも上である。また、絶縁部６０２の下面の位置は、例えば、活性層１０８の上面の位置より上であることもできる。

（２）次に、第２の変形例について説明する。

図１０は、本変形例に係る発光装置７００を概略的に示す断面図である。

本変形例では、図１０に示すように、第２電極１２２を、柱状部６１０及び絶縁部６０２の上の全面に形成することができる。絶縁部６０２は、例えば、柱状部６１０の側方であって、柱状部６１０の第２電極１２２側とは反対側に接する層（図示の例では第１クラッド層１０６のうちの下層）と、第２電極１２２との間に形成されている。

本変形例によれば、発光装置６００の例に比べ、第２電極１２２の体積が増えるため、放熱性に優れた発光装置７００を提供することができる。また、第２電極１２２は、平坦な面上の全面に成膜すれば良いため、第２電極１２２の断線リスクを低減することができる。また、第２電極１２２のパターニング工程が不要となるため、製造工程を簡素化することができる。

（３）次に、第３の変形例について説明する。

図１１は、本変形例に係る発光装置８００を概略的に示す断面図である。

発光装置６００の例では、図７に示すように、絶縁部６０２は、第１側面１４０と第２側面１４２との間において、少なくとも活性層１０８の側面を覆う場合について説明した。これに対し、本変形例では、図１１に示すように、絶縁部６０２は、活性層１０８の側面を覆わないことができる。本変形例では、例えば、少なくともコンタクト層１１２のうちの第２電極１２２との接触面側の部分（コンタクト層１１２の上部）が、柱状部６１０を構成することができる。例えば、柱状部６１０は、図示のように、第２クラッド層１１０の上部およびコンタクト層１１２から構成されることができる。絶縁部６０２は、例えば、第２クラッド層１１０の上面の一部、第２クラッド層１１０の側面の一部、及びコンタクト層１１２の側面の一部を覆っている。絶縁部６０２の下面の位置は、例えば、活性層１０８の上面の位置よりも上である。図示の例では、上述した第２の変形例と同様に、第２電極１２２は、柱状部６１０及び絶縁部６０２の上の全面に形成されている。なお、図示しないが、柱状部６１０及び絶縁部６０２は、基板１０２側に形成されることもできる。

本変形例においても、電極１２０，１２２間の電流は、絶縁部６０２に挟まれた柱状部６１０を流れることができる。本変形例では、この柱状部６１０の平面形状によって、電極１２０，１２２間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１８０，１９０の平面形状が決定されることができる。

（４）次に、第４の変形例について説明する。

図１２は、本変形例に係る発光装置９００を概略的に示す断面図である。

発光装置８００の例では、溝部１５０の内部は、空洞である場合について説明したが、発光装置９００は、溝部１５０の内部が、絶縁部６０２と同じ部材で埋め込まれていることができる。すなわち、絶縁部６０２と同じ部材が埋め込まれた溝部１５０の側面の一部を反射面１７９とすることができる。利得領域１８０，１９０に生じた光の反射面１７９における臨界角θ_Ｃは、絶縁部６０２の部材の屈折率によって変わる。したがって、例えば、利得領域１８０，１９０に生じた光を反射面１７９で全反射させる場合、第２利得領域１９０の反射面１７９に対する傾き角θ_２２，θ_２４は、絶縁部６０２の部材の屈折率によって決定されることができる。

発光装置９００の製造工程は、図１２に示すように、まず、第２クラッド層１１０及びコンタクト層１１２をパターニングし、柱状部６１０を形成する。次に、少なくとも活性層１０８の側面が完全に露出する深さの溝部１５０を形成する。次に、絶縁部６０２の部材を第２クラッド層１１０の全面を覆い、さらに溝部１５０を埋め込むように成膜する。パターニングおよび成膜は、例えば、公知の方法で行われる。その後の工程は、発光装置６００の製造方法と同様の工程であるため省略する。

溝部１５０の内部を絶縁部６０２と同じ部材で埋め込む場合について説明したが、溝部１５０の内部は、例えば、絶縁部６０２と異なる絶縁材料で埋め込まれていてもよい。

また、発光装置８００の溝部１５０を埋め込む場合について説明したが、発光装置１００およびその変形例に係る発光装置の溝部１５０の内部が、絶縁材料で埋め込まれていてもよい。

（５）なお、上述した変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。また、必要に応じて、上述した実施形態にもこれらの変形例を適用できる。

３． 上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

第１実施形態の発光装置を概略的に示す平面図。 第１実施形態の発光装置を概略的に示す断面図。 第１実施形態の活性層を第１側面側から平面的に見た図。 第１実施形態の発光装置の製造工程を概略的に示す断面図。 第１実施形態の発光装置の第１変形例を概略的に示す平面図。 第１実施形態の発光装置の第２変形例を概略的に示す平面図。 第２実施形態の発光装置を概略的に示す断面図。 第２実施形態の発光装置の製造工程を概略的に示す断面図。 第２実施形態の発光装置の第１変形例の製造工程を概略的に示す断面図。 第２実施形態の発光装置の第１及び第２変形例を概略的に示す断面図。 第２実施形態の発光装置の第３変形例を概略的に示す断面図。 第２実施形態の発光装置の第４変形例を概略的に示す断面図。

符号の説明

１００ 発光装置、１０２ 基板、１０４ バッファ層、１０６ 第１クラッド層、１０８ 活性層、１１０ 第２クラッド層、１１２ コンタクト層、１２０ 第１電極、１２２ 第２電極、１３０ ミラー、１３３，１３５ 出射光、１４０ 第１側面、１４２ 第２側面、１４４ 第３側面、１７０ 第１端面、１７１ 第２端面、１７２ 第３端面、１７３ 第４端面、１７４、第５端面、１７５ 第６端面、１７８ 重なり面、１７９ 反射面、１８０ 第１利得領域、１９０ 第２利得領域、１９２ 第１部分、１９４ 第２部分、２０２ 絶縁層、３００ 発光装置、４００，６００ 発光装置、６０２ 絶縁部、６１０ 柱状部、７００ 発光装置、７０４ マスク層、７０６ イオン、８００，９００ 発光装置

Claims (10)

1. 第１クラッド層と、
   前記第１クラッド層の上方に形成された活性層と、
   前記活性層の上方に形成された第２クラッド層と、
   を含み、
   前記活性層のうちの少なくとも一部は、複数の利得領域を構成し、
   前記利得領域に生じる光の波長帯において、前記活性層の第１側面の反射率は、該第１側面と対向する前記活性層の第２側面の反射率よりも高く、
   前記利得領域は、少なくとも２つの前記利得領域の対を成し、
   前記利得領域の対の一方の第１利得領域は、平面的に見て、前記第１側面から前記第２側面まで、前記第１側面の垂線に対して傾いた一の方向に向かって設けられ、
   前記複数の利得領域の対の他方の第２利得領域は、平面的に見て、
   前記第１側面から前記第１側面と前記第２側面との間に設けられた反射面まで、前記一の方向とは異なる他の方向に向かって設けられた第１部分と、
   前記反射面から前記第２側面まで、前記一の方向に設けられた第２部分と、
   を構成し、
   前記第１部分の前記反射面側の端面の少なくとも一部と、前記第２部分の前記反射面側の端面の少なくとも一部とは、重なっており、
   前記第１利得領域の前記第１側面側の端面の少なくとも一部と、前記第１部分の前記第１側面側の端面の少なくとも一部とは、重なっており、
   前記利得領域の対は、複数配列される、発光装置。
2. 請求項１において、
   さらに、前記第１部分および前記第２部分の前記反射面側の端面を露出させる溝部を含み、
   前記溝部の側面は、前記反射面である、発光装置。
3. 請求項１または２において、
   前記利得領域で発生した光は、前記反射面で全反射する、発光装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   複数の前記利得領域の対の前記第２側面側の端面は、互いに重なっていない、発光装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   隣り合う前記利得領域の対の各々が、平面的に見て、重なっていない、発光装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   隣り合う前記利得領域の対のうち、一方の前記利得領域の対の前記第２側面側の２つの端面の間に、他方の前記利得領域の対の前記第２側面側の２つの端面の一方が設けられる、発光装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記利得領域に生じる光は、前記第１利得領域の前記第２側面側の端面および前記第２部分の前記第２側面側の端面で、全反射しない、発光装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記第１利得領域では、前記第１側面側から平面的に見て、前記第１側面側の端面と、前記第２側面側の端面とは、重なっていない、発光装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
   前記第１側面にミラーを有する、発光装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、
    前記第２クラッド層に電気的に接続された第２電極と、
    を含む、発光装置。

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