JP2010177437A

JP2010177437A - 発光装置

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Publication number: JP2010177437A
Application number: JP2009018306A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Mochizuki; 理光望月
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: US8258534B2; US20130234189A1; US20100187966A1; JP5196179B2; US20120292654A1; US20140126598A1; US8659044B2; US20120068217A1; US8450763B2; US8835971B2; US8089088B2

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】第１クラッド層１０４と、第１クラッド層１０４の上方に形成された活性層１０６と、活性層１０６の上方に形成された第２クラッド層１０８と、を含み、利得領域１４０は、活性層１０６の第１側面１０５に設けられた第１端面から第２端面までの間に、利得領域１４０に生じる光を反射させる第１反射面および第２反射面を有し、第１側面１０５の垂線に対して傾いた方向に向かって延びている第１部分１４２と、第１側面１０５の垂線に対して傾いた方向に向かって延びている第２部分１４４と、第１反射面の垂線に対して傾いた方向に向かって延びている第３部分１４６と、で構成され、第１反射面の側方および第２反射面の側方の少なくとも一方には、分布ブラッグ反射型ミラー１７０が設けられ、利得領域１４０に生じる光は、第１端面および第２端面から出射される。
【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ー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、利得領域を構成し、
前記利得領域は、前記活性層の第１側面に設けられた第１端面から、前記第１側面に設けられた第２端面まで、連続しており、
前記利得領域は、前記第１端面から前記第２端面までの間に、該利得領域に生じる光を反射させる第１反射面および第２反射面を有し、
前記利得領域は、
平面的に見て、前記第１端面から前記第１反射面まで、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって延びている第１部分と、
平面的に見て、前記第２端面から前記第２反射面まで、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって延びている第２部分と、
平面的に見て、前記第１反射面から前記第２反射面まで、前記第１反射面の垂線に対して傾いた方向に向かって延びている第３部分と、で構成され、
前記第１反射面の側方および第２反射面の側方の少なくとも一方には、分布ブラッグ反射型ミラーまたはフォトニック結晶領域が設けられ、
前記利得領域に生じる光のうち、前記第１反射面または前記第２反射面を通過した光の少なくとも一部は、前記分布ブラッグ反射型ミラーまたはフォトニック結晶領域によって、前記利得領域に戻され、
前記利得領域に生じる光は、前記第１端面および前記第２端面から出射される。

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ー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、
前記利得領域の第１反射面は、平面的に見て、前記活性層の第１側面と平行であり、
前記第１反射面の垂線と前記第２反射面の垂線とは、直交し、
前記第２反射面の側方には、分布ブラッグ反射型ミラーまたはフォトニック結晶領域が設けられていることができる。

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２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、
前記第１部分の延びている方向と、前記第２部分の延びている方向は、同じ方向であることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記分布ブラッグ反射型ミラーは、所定の間隔で配置された複数の溝で構成されていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記溝の底面の位置は、前記活性層の下面の位置より下に設けられていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記フォトニック結晶領域は、前記活性層の面内方向に所定の格子配列で周期的に配置された複数の穴で構成されていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記複数の穴の各々は、円柱状あり、
前記穴の底面の位置は、前記活性層の下面の位置より下に設けられていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１側面には、反射防止膜が設けられていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記利得領域は、複数設けられていることができる。

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。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．第１の実施形態
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を模式的に示す斜視図である。図２は、発光装置１００を模式的に示す平面図である。図３は、図２のIII−III線断面図である。なお、図１では、便宜上、第２電極１２２及び反射防止膜１１４の図示を省略している。図２では、便宜上、第２電極１２２の図示を省略している。また、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〜図３に示すように、第１クラッド層１０４と、活性層１０６と、第２クラッド層１０８と、を含む。発光装置１００は、さらに、例えば、基板１０２と、コンタクト層１１０と、絶縁部１１２と、反射防止膜１１４と、第１電極１２０と、第２電極１２２と、分布ブラッグ反射型ミラー（以下ＤＢＲミラーともいう）１７０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。

第１クラッド層１０４は、基板１０２上に形成されている。第１クラッド層１０４は、例えば、第１導電型の半導体からなる。第１クラッド層１０４としては、例えばｎ型ＡｌＧａＰ層などを用いることができる。なお、図示はしないが、基板１０２と第１クラッド層１０４との間に、バッファー層が形成されていてもよい。バッファー層としては、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。

活性層１０６は、第１クラッド層１０４上に形成されている。活性層１０６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１０６の一部は、利得領域を構成している。利得領域１４０には、光を生じさせることができ、この光は、利得領域１４０内で利得を受けることができる。活性層１０６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１０６は、第１側面１０５及び第２側面１０７を有する。第１側面１０５と第２側面１０７とは、例えば、平行である。

利得領域１４０は、活性層１０６の第１側面１０５に設けられた第１端面１５１から、第１側面１０５に設けられた第２端面１５２まで、連続している。また、利得領域１４０は、第１端面１５１から第２端面１５２までの間に、利得領域１４０に生じる光を反射させる第１反射面１６０と第２反射面１６２とを有することができる。利得領域１４０は、第１部分１４２と、第２部分１４４と、第３部分１４６とで構成されている。第１部分１４２は、平面的に見て（図２参照）、第１端面１５１から第１反射面１６０まで、第１側面１０５の垂線Ｐ１に対して傾いた方向に向かって延びている。第２部分１４４は、平面的に見て、第２端面１５２から第２反射面１６２まで、第１側面１０５の垂線Ｐ１に対して傾いた方向に向かって延びている。第３部分１４６は、平面的に見て、第１反射面１６０から第２反射面１６２まで、第１反射面１６０の垂線Ｐ２に対して傾いた方向に向かって延びている。これにより、利得領域１４０に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができる。したがって、発光装置１００は、レーザー光ではない光を発することができる。

第１部分１４２は、第１側面１０５に設けられた第１端面１５１と、第１反射面１６０を構成する第３端面１５３と、を有する。第１部分１４２は、図２に示すように、第１端面１５１から第３端面１５３まで、第１側面１０５の垂線Ｐ１に対して、角度θ_１の傾きを有する方向Ａに向かって延びている。なお、第１部分１４２の延びている方向Ａとは、例えば、平面的に見て、第１端面１５１の中心と、第３端面１５３の中心とを結ぶ方向をいうことができる。第１部分１４２の平面形状は、例えば、平行四辺形である。

第２部分１４４は、第１側面１０５に設けられた第２端面１５２と、第２反射面１６２を構成する第６端面１５６と、を有する。第２部分１４４は、図２に示すように、第２端面１５２から第６端面１５６まで、第１側面１０５の垂線Ｐ１に対して、角度θ_２の傾きを有する方向Ｂに向かって延びている。なお、第２部分１４４の延びている方向Ｂとは、例えば、平面的に見て、第２端面１５２の中心と、第６端面１５６の中心とを結ぶ方向をいうことができる。第２部分１４４の平面形状は、例えば、第２端面１５２と第６端面１５６以外の２つの端面が互いに平行な台形である。第１部分１４２の延びている方向Ａと第２部分１４４の延びている方向Ｂは、図示の例では、同じ方向である。これにより、第１端面１５１から出射される第１出射光２０と、第２端面１５２から出射される第２出射光２２とは、同一の方向に進むことができる。なお、図示はしないが、第１部分１４２の延びている方向Ａと第２部分１４４の延びている方向Ｂとが、異なる方向であってもよい。

第３部分１４６は、図２に示すように、第１反射面１６０を構成する第４端面１５４と、第２反射面１６２を構成する第５端面１５５と、を有する。第３部分１４６は、図２に示すように、第４端面１５４から第５端面１５５まで、第１反射面１６０の垂線Ｐ２に対して、角度θ_３の傾きを有する方向Ｃに向かって延びている。なお、第３部分１４６の延びている方向Ｃとは、例えば、平面的に見て、第４端面１５４の中心と、第５端面１５５の中心とを結ぶ方向をいうことができる。第３部分１４６の平面形状は、例えば、第４端面１５４と第５端面１５５以外の２つの端面が互いに平行な台形である。

図４は、活性層１０６を第１側面１０５側から平面的に見た図である。図４に示すように、第１部分１４２の第１端面１５１と第３端面１５３とは、重なっていない。これにより、第１部分１４２に生じる光を第１端面１５１と第３端面１５３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、第１部分１４２に生じる光のレーザー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４に示すように、例えば、第１部分１４２において、第１端面１５１と第３端面１５３とのずれ幅ｘは、正の値であればよい。また、図４の例において、第２部分１４４の第２端面１５２と、第３部分１４６の第４端面１５４とは、重なっている。また、図２に示すように、第２端面１５２と第４端面１５４とを直接的に結んだ領域には、第２部分１４４及び第３部分１４６が形成されていない領域が含まれている。このような利得領域が形成されていない領域は、吸収領域となる。そのため、第２端面１５２と第４端面１５４との間で直接的な多重反射が起こったとしても、十分な利得を得ることができず、発振に至らせないことができる。図４の例では、第２端面１５２と第４端面１５４とは、その一部が重なっているが、第２端面１５２と第４端面１５４とが重ならないように配置してもよい。これにより、より高い出力においても発振に至らないようにすることができる。

第１反射面１６０は、第１部分１４２の第３端面１５３と、第３部分１４６の第４端面１５４と、で構成されている。図示の例では、第３端面１５３と、第４端面１５４とは、完全に重なっており、第１反射面１６０は、第３端面１５３および第４端面１５４と一致する面である。なお、図示はしないが、第３端面１５３と第４端面１５４とは、一部が重なっていてもよい。第１反射面１６０は、平面的に見て（図２参照）、第１側面１０５に対して、平行であることができる。第１反射面１６０の垂線Ｐ２と第１部分１４２の延びている方向Ａとがなす角度θ_４と、第１反射面１６０の垂線Ｐ２と第３部分１４６の延びている方向Ｃとがなす角度θ_３は、例えば、等しい。第１反射面１６０の側方には、図２の例では、ＤＢＲミラー１７０が設けられている。これにより、第１反射面１６０は、高い反射率を得ることができる。図示はしないが、例えば、劈開等の技術により、第２側面１０７によって第１反射面１６０を形成することにより、ＤＢＲミラー１７０に代えて、第１反射面１６０の側方に誘電体ミラーを設けてもよい。

第２反射面１６２は、第３部分１４６の第５端面１５５と、第２部分１４４の第６端面１５６と、で構成されている。図示の例では、第５端面１５５と、第６端面１５６とは、完全に重なっており、第２反射面１６２は、第５端面１５５および第６端面１５６と一致する面である。なお、図示はしないが、第５端面１５５と第６端面１５６とは、一部が重なっていてもよい。第１反射面１６０の垂線Ｐ２と第２反射面１６２の垂線Ｐ３とは、図視の例では、直交する。第２反射面１６２の垂線Ｐ３と第３部分１４６の延びている方向Ｃとがなす角度θ_５と、第２反射面１６２の垂線Ｐ３と第２部分１４４の延びている方向Ｂとがなす角度θ_６とは、例えば、等しい。利得領域１４０に生じる光は、例えば、第２反射面１６２において、全反射することができる。利得領域１４０に生じる光が、第２反射面１６２において全反射する場合とは、例えば、第２反射面１６２の垂線Ｐ３に対して、第２部分１４４の延びている方向Ｂがなす角度θ_６および第３部分１４６の延びている方向Ｃがなす角度θ_５の各々が、臨界角θ_Ｃ以上である場合である。第２反射面１６２の側方には、図２に示すように、ＤＢＲミラー１７０が設けられていることができる。これにより、第２反射面１６２は、高い反射率を得ることができる。また、例えば、第２反射面１６２において、全反射できなかった散乱光を利得領域１４０に戻すことができる。図示はしないが、例えば、劈開等の技術によって活性層１０６の第１側面１０５および第２側面１０７と異なる活性層１０６の他の側面によって、第２反射面１６２を形成することにより、第２反射面１６２の側方に、ＤＢＲミラー１７０に代えて、誘電体ミラーを設けてもよい。

利得領域１４０に生じる光の波長帯において、第１反射面１６０及び第２反射面１６２の反射率は、第１端面１５１及び第２端面１５２の反射率よりも高いことが望ましい。具体的には、第１反射面１６０及び第２反射面１６２の反射率は、１００％あるいはそれに近いことが望ましい。これに対して、第１端面１５１及び第２端面１５２の反射率は、０％あるいはそれに近いことが望ましい。第１端面１５１及び第２端面１５２には、例えば、反射防止膜１１４が設けられていることにより、低い反射率を得ることができる。反射防止膜１１４は、第１側面１０５の全面に設けられることができる。反射防止膜１１４としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３単層、または、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反射面１６０及び第２反射面１６２の側方に、ＤＢＲミラー１７０が設けられることにより、高い反射率を得ることができる。

ＤＢＲミラー１７０は、第１反射面１６０の側方および第２反射面１６２の側方の少なくとも一方に設けられることができる。図２の例では、ＤＢＲミラー１７０は、第１反射面１６０の側方と第２反射面１６２の側方とに設けられている。ＤＢＲミラー１７０は、所定の間隔で配置された複数の溝１７２で構成されている。溝１７２の平面形状は、例えば、矩形である。溝１７２の底面の位置は、活性層１０６の下面の位置より下に設けられていることが望ましい。図３の例では、溝１７２の底面の位置は、基板１０２の上面の位置より下である。溝１７２の内部は、空洞（空気）であってもよいし、絶縁材料で埋めこまれていてもよい。また、利得領域１４０と電気的に分離されていれば、半導体等の導電性を有する材料であってもよい。溝１７２は、図示の例では、４つ設けられているが、その数は限定されない。溝１７２の数を増やすことで、より高反射率のＤＢＲミラー１７０を得ることができる。

第１反射面１６０の側方のＤＢＲミラー１７０において、溝１７２は、幅ａの大きさが、（２ｍ_ａ＋１）λ／（４ｎ_ａｃｏｓθ_３’）または、（２ｍ_ａ＋１）λ／（４ｎ_ａｃｏｓθ_４’）であり、間隔ｂの大きさが、（２ｍ_ｂ＋１）λ／（４ｎ_ｂｃｏｓθ_３）または（２ｍ_ｂ＋１）λ／（４ｎ_ｂｃｏｓθ_４）であるように配置されることができる。なお、ｍ_ａ、ｍ_ｂは、０以上の整数であり、λは、利得領域１４０に生じる光の波長であり、ｎ_ａは、溝１７２における垂直断面の有効屈折率であり、ｎ_ｂは、溝１７２を形成していない領域における垂直断面の有効屈折率である。また、θ_３’およびθ_４’は、利得領域１４０からθ_３またはθ_４で第１反射面１６０に入射した場合の屈折角であり、θ_３’＝ｓｉｎ^−１（（ｎ_ｂ／ｎ_ａ）ｓｉｎθ_３）およびθ_４’＝ｓｉｎ^−１（（ｎ_ｂ／ｎ_ａ）ｓｉｎθ_４）である。このように、所定の幅ａを有する溝１７２が所定の間隔ｂで設けられることにより、低屈折領域と高屈折率領域が交互に設けられる。これにより、ＤＢＲミラー１７０を構成することができる。一方、第２反射面１６２の側方に設けられたＤＢＲミラー１７０については、利得領域の方向によらず、幅ａの大きさが、（２ｍ_ａ＋１）λ／４ｎ_ａであり、間隔ｂの大きさが、（２ｍ_ｂ＋１）λ／４ｎ_ｂであるように配置することが望ましい。第１反射面１６０では、反射面を通過した光の大半は、屈折角θ_３’およびθ_４’の方向に伝搬しているのに対して、第２反射面１６２においては、反射面を通過した光の大半は、全反射せずに散乱された光であるため、方向性をもたないためである。

図５は、第２反射面１６２における、溝１７２の幅ａの大きさが、４７２．５ｎｍ（ｍ_ａ＝１）、溝１７２の間隔ｂの大きさが、４２３．６４ｎｍ（ｍ_ｂ＝４）である場合の、垂直入射成分に対する、反射率の波長依存性を示すグラフである。ここでは、図２において、紙面に垂直な方向への回折は無視している。溝１７２の幅ａ及び間隔ｂの各々の大きさは、４００ｎｍ以上であり、フォトリソグラフィ技術により形成することができる大きさである。図５に示すように、ＤＢＲミラー１７０は、フォトリソグラフィ技術により形成できる大きさであっても、十分な反射帯域を有することができる。したがって、ＤＢＲミラー１７０は、フォトリソグラフィ技術を用いて、容易に製造することができる。また、ｍ_ａ＝ｎ_ａ／（ｎ_ｂ×ｍ_ｂ）の関係を満たすことで、幅ａの大きさと間隔ｂの大きさを１：１に近づかせることができる。これにより、干渉露光等の手法を用いた場合も、ＤＢＲミラー１７０を容易に製造することができる。

第２クラッド層１０８は、活性層１０６上に形成されている。第２クラッド層１０８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１０８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１０８、不純物がドーピングされていない活性層１０６、及びｎ型の第１クラッド層１０４により、ｐｉｎダイオードが構成される。第１クラッド層１０４及び第２クラッド層１０８の各々は、活性層１０６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１０６は、光を増幅する機能を有する。第１クラッド層１０４及び第２クラッド層１０８は、活性層１０６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１０６の利得領域１４０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１４０内で光の強度が増幅される。例えば、利得領域１４０の第１部分１４２に生じる光の一部は、第１反射面１６０、第２反射面１６２の順に反射して第２端面１５２から第２出射光２２として出射されるが、その間に光強度が増幅される。同様に第２部分１４４に生じる光の一部は、第２反射面１６２、第１反射面１６０の順に反射して、第１端面１５１から第１出射光２０として出射されるが、その間に光強度が増幅される。なお、第１部分１４２に生じる光には、直接、第１端面１５１から第１出射光２０として出射されるものもある。同様に第２部分１４４に生じる光には、直接、第２端面１５２から第２出射光２２として出射されるものもある。これらの光も同様に各利得部分において光強度が増幅される。また、第３部分１４６に生じる光の一部には、例えば、第１反射面１６０において反射して第１出射光２０として出射される。また、第３部分１４６に生じる光の一部には、例えば、第２反射面１６２において反射して第２出射光２２として出射される。これらの光も経由した利得部分において光強度が増幅される。なお、利得領域１４０に生じる光であって、第１反射面１６０または第２反射面１６２を通過した光の少なくとも一部は、ＤＢＲミラー１７０によって、利得領域１４０に戻されることができる。

コンタクト層１１０は、図３に示すように、第２クラッド層１０８上に形成されていることができる。コンタクト層１１０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１１０は、例えば第２導電型の半導体からなる。コンタクト層１１０としては、例えばｐ型ＧａＡｓ層などを用いることができる。

コンタクト層１１０と第２クラッド層１０８の一部とは、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）１３０を構成することができる。柱状部１３０の平面形状は、第２電極１２２が形成された領域において、利得領域１４０と同じ平面形状を有していることができる。すなわち、例えば、柱状部１３０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１４０の平面形状が決定される。なお、例えば、図示はしないが、第２電極１２２が形成された領域において、第１クラッド層１０４の一部、活性層１０６の一部、第２クラッド層１０８の一部、及びコンタクト層１１０が、柱状部１３０を構成することもできる。

絶縁部１１２は、図１および図３に示すように、例えば第２クラッド層１０８上であって、柱状部１３０の側方に設けられている。絶縁部１１２は、柱状部１３０の側面に接している。絶縁部１１２の上面は、例えば、コンタクト層１１０の上面と連続していることができる。絶縁部１１２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。絶縁部１１２としてこれらの材料を用いた場合、電極１２０，１２２間の電流は、絶縁部１１２を避けて、該絶縁部１１２に挟まれた柱状部１３０を流れることができる。絶縁部１１２は、平面的に見て、少なくとも柱状部１３０の周辺の領域に設けられることができる。絶縁部１１２は、図２の例では、柱状部１３０の領域を除いた第２電極１２２と同様の領域に設けられていることができる。

絶縁部１１２は、図示はしないが、例えば、柱状部１３０を構成する側面のうち、第１端面１５１から第６端面１５６以外の側面を覆うことができる。絶縁部１１２は、活性層１０６の屈折率よりも低い屈折率を有することができる。この場合、絶縁部１１２を形成した部分の垂直断面の有効屈折率は、絶縁部１１２を形成しない部分、すなわち柱状部１３０が形成された部分の垂直断面の有効屈折率よりも小さくなる。これにより、平面方向について、利得領域１４０内に効率良く光を閉じ込めることができる。また、例えば、絶縁部１１２を設けないこともできる。例えば、絶縁部１１２が空気であってもよい。この場合、柱状部１３０に活性層１０６および第１クラッド層１０４を含まないように形成してもよい。また、後述する第２電極１２２が、直接的に活性層１０６および第１クラッド層１０４に接することがないように形成してもよい。

第１電極１２０は、基板１０２の下の全面に形成されている。第１電極１２０は、該第１電極１２０とオーミックコンタクトする層（図示の例では基板１０２）と接していることができる。第１電極１２０は、基板１０２を介して、第１クラッド層１０４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１０４と基板１０２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該第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が絶縁性である場合に特に有効である。

第２電極１２２は、図３に示すように、柱状部１３０を構成するコンタクト層１１０及び絶縁部１１２の上の全面に形成されていることができる。柱状部１３０が、活性層１０６または活性層１０６と第１クラッド層１０４の両方を含み、かつ絶縁部１１２を設けない場合は、第２電極１２２が直接電気的に活性層１０６またはクラッド層１０４に接続されることがないように、部分的に、例えばコンタクト層１１０（柱状部１３０）上のみに形成されていることが望ましい。第２電極１２２は、コンタクト層１１０を介して、第２クラッド層１０８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１１０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とコンタクト層１１０との接触面は、利得領域１４０と同様の平面形状を有していることができる。

本実施形態に係る発光装置１００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１４０に生じる光のレーザー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１４０に生じる光は、利得領域１４０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端面１５１及び第２端面１５２から出射される第１出射光２０及び第２出射光２２は、同一の方向に進むことができる。これにより、例えば、２つの出射光が発散する方向に進むような場合に比べ、図示しない後段の光学系を小型化することができる。

本実施形態に係る発光装置１００では、利得領域１４０の第１部分１４２に生じる光の一部は、第１反射面１６０及び第２反射面１６２において反射して、第３部分１４６及び第２部分１４４内において、利得を受けながら進行することができる。また、第２部分１４４に生じる光の一部においても同様である。従って、本実施形態の発光装置１００によれば、例えば、第１反射面１６０、第２反射面１６２において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、第１反射面１６０の側方および第２反射面１６２の側方の少なくとも一方には、複数の溝１７２で構成されたＤＢＲミラー１７０が設けられることができる。したがって、発光装置１００によれば、例えば、ミラー部が発光装置の外部に設けられた場合と比較して、装置を小型化することができる。さらに、平面プロセスでＤＢＲミラー１７０を製造することができるため、例えば、チップ毎に誘電体ミラーの形成や劈開を行う場合と比較して、生産性を向上しつつ、使用する資源の量を削減することができる。

１．２．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６〜図８は、発光装置１００の製造工程を模式的に示す断面図であり、図３に示す断面図に対応している。

まず、図６に示すように、基板１０２上に、第１クラッド層１０４、活性層１０６、第２クラッド層１０８、及びコンタクト層１１０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。

次に、図７に示すように、コンタクト層１１０および第２クラッド層１０８をパターニングする。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。これにより、柱状部１３０および柱状部１３０と同程度の深さの溝１７２が形成される。

次に、図８に示すように、溝１７２を所定の深さにエッチングする。エッチングは、図７に示す工程と同様に行われる。これにより、ＤＢＲミラー１７０を構成する溝１７２が形成される。上述の工程では、溝１７２は、柱状部１３０と同時にパターニングされた後に、追加のエッチングを行うことで形成された。しかしながら、例えば、柱状部１３０が形成された後に、コンタクト層１１０、第２クラッド層１０８、活性層１０６、第１クラッド層１０４、及び基板１０２を１回の工程でパターニングして、溝１７２を形成することもできる。これにより、追加エッチングを行う場合と比較して、フォトマスクのアライメント誤差等によるエッチングの位置ずれを防ぐことができる。

次に、図３に示すように、柱状部１３０の側面を覆うように絶縁部１１２を形成する。具体的には、まず、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、塗布法などにより、第２クラッド層１０８の上方（コンタクト層１１０を含む）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１１０の上面を露出させる。以上の工程により、絶縁部１１２を形成することができる。なお、本工程において、溝１７２を絶縁層で埋め込むこともできる。また、例えば、溝１７２の領域をレジスト膜（図示しない）等で覆うことで溝１７２に絶縁層を埋め込まないこともできる。

次に、図３に示すように、柱状部１３０を構成するコンタクト層１１０上および絶縁部１１２上に第２電極１２２を形成する。第２電極１２２は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりレジスト膜（図示しない）等で所定の領域を覆った後、真空蒸着法およびリフトオフ法を行うことにより、所望の形状に形成されることができる。なお、ＤＢＲミラー１７０が形成された領域は、溝１７２に電極材料が入り込むことで短絡しないように、例えば、溝１７２より広い領域をレジスト膜等で覆うことが望ましい。

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である。なお、第１電極１２０及び第２電極１２２の形成順序は、特に限定されない。

次に、図２に示すように、第１側面１０５の全面に反射防止膜１１４を形成する。反射防止膜１１４は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法、イオンアシスト蒸着(Ion Assisted Deposition)法などにより形成される。

以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。

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３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９は、本変形例に係る発光装置２００を模式的に示す平面図である。図１０は、図９のX−X線断面図である。図９に示す平面図は、図２に対応している。

発光装置１００の例では、反射面１６０，１６２の側方に、ＤＢＲミラー１７０が設けられている場合について説明した。これに対し、本変形例では、反射面１６０，１６２の側方に、フォトニック結晶領域１８０が設けられていることができる。

フォトニック結晶領域１８０は、活性層１０６の面内方向に所定の格子配列で周期的に配置された複数の穴１８２で構成されている。すなわち、フォトニック結晶領域１８０は、面方向に周期的な屈折率分布が形成された２次元フォトニック結晶構造を有することができる。穴１８２の形状は、例えば、円柱状である。穴１８２の底面の位置は、例えば、活性層１０６の下面の位置より下であることができる。十分な周期数を確保すれば、活性層１０６の上面の位置よりも上であることもできる。穴１８２は、図示の例では、正方格子状に等間隔で複数配列されている。穴１８２の配列は、例えば、三角格子状、長方格子状、ハニカム格子状、円形格子状等であってもよい。穴１８２の形状は、図示の例では、円柱状である。穴１８２の平面形状は、例えば、円状、楕円形状、三角形状、四角形状等である。設計波長を６３０ｎｍとした場合、例えば、穴１８２の間隔ｄの大きさは、２３１ｎｍ程度、穴１８２の開口の半径ｒの大きさは、１３４ｎｍ程度のものを用いることができる。フォトニック結晶領域１８０は、フォトリソグラフィ技術（干渉露光技術や液浸露光技術等を含む）を用いて形成することができる程度の大きさであっても、十分な反射帯域を有することができる。穴１８２の内部は、空洞であってもよいし、絶縁性材料で満たされていてもよい。なお、フォトニック結晶領域には、周期的なフォトニック結晶構造を有するものと、例えば、擬周期的なフォトニック結晶を有するフォトニック準結晶構造、および円座標格子構造等を含むことができる。第１反射面１６０及び第２反射面１６２は、フォトニック結晶領域を設けることにより、高い反射率を得ることができる。

穴１８２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形成されることができる。これにより、穴１８２によって構成されたフォトニック結晶領域１８０を形成することができる。

本変形例によれば、反射面１６０，１６２の側方に、ＤＢＲミラー１７０に代えて、フォトニック結晶領域１８０を設けることができる。これにより、上述した第１の実施形態と同様に、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。

（２）次に、第２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３００を模式的に示す平面図である。図１１に示す平面図は、図２に対応している。

発光装置１００の例では、利得領域１４０が１つである場合について説明した。これに対し、本変形例では、利得領域１４０が、複数（図１１の例では２つ）設けられていることができる。利得領域１４０の反射面１６０，１６２の各々の側方には、ＤＢＲミラー１７０が設けられていることができる。また、ＤＢＲミラー１７０に代えて、フォトニック結晶領域１８０を設けてもよい。ＤＢＲミラー１７０及びフォトニック結晶領域１８０は、上述した通り、平面プロセスで製造することができるため、例えば、チップ毎に誘電体ミラーの形成や劈開を行う場合と比較して、容易にアレイ化することができる。

本変形例によれば、発光装置１００の例に比べ、発光装置全体の高出力化を図ることができる。

（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、ＩｎＧａＡｌＰ系の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。本変形例では、基板１０２として、例えばＧａＮ基板など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。

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、後述する実施形態にもこれらの変形例を適用できる。

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４００について説明するが、以下の例に限定されるわけではない。

図１２は、発光装置４００を模式的に示す平面図であり、図１３は、図１２のXIII−XIII線断面図である。なお、第２の実施形態に係る発光装置４００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４００は、図１２および図１３に示すように、第１クラッド層１０４と、活性層１０６と、第２クラッド層１０８と、を含む。発光装置４００は、さらに、例えば、基板１０２と、コンタクト層１１０と、反射防止膜１１４と、第１電極１２０と、第２電極１２２と、ＤＢＲミラー１７０と、を含むことができる。

第２クラッド層１０８は、活性層１０６上に形成されていることができる。コンタクト層１１０は、第２クラッド層１０８上に形成されていることができる。図１３に示すように、第２クラッド層１０８とコンタクト層１１０とは、柱状部１３０を構成しない。

第２電極１２２は、コンタクト層１１０上に形成されている。第２電極１２２は、コンタクト層１１０を介して、第２クラッド層１０８と電気的に接続されている。第２電極１２２の下面は、図１２に示すように、利得領域１４０と同様の平面形状を有している。図示の例では、第２電極１２２とコンタクト層１１０との接触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、利得領域１４０の平面形状が決定されることができる。図示の例では、第２電極１２２の上面も下面も、利得領域１４０と同じ平面形状を有する。

本実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、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。

２．２．次に、第２の実施形態に係る発光装置４００の製造方法の例について、図面を参照しながら説明するが、以下の例に限定されるわけではない。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１４は、発光装置４００の製造工程を模式的に示す断面図であり、図１３に示す断面図に対応している。

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

次に、溝１７２を形成する。溝１７２の形成は、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。

次に、図１４に示すように、第２電極１２２を形成する。第２電極１２２は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりレジスト膜（図示しない）等で所定の領域を覆った後、真空蒸着法およびリフトオフ法により、所望の形状に形成されることができる。

次に、第１電極１２０、反射防止膜１１４を形成する。

以上の工程により、発光装置４００を製造することができる。

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１２および図１３に示す発光装置４００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。

図１５は、本変形例に係る発光装置５００を模式的に示す断面図である。なお、図１５に示す断面図は、図１３に示す断面図に対応している。

発光装置４００の例では、図１２及び図１３に示すように、第２電極１２２の上面も下面も、利得領域１４０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、図１５に示すように、第２電極１２２の上面は、利得領域１４０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１１０上に、開口部を有する絶縁層５０２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。絶縁層５０２は、平面的に見て、例えば利得領域１４０の周囲に形成される。第２電極１２２は、開口部内および絶縁層（開口部含む）５０２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１４０と同じ平面形状を有し、第２電極１２２の上面は、絶縁層５０２上の全面である。

絶縁層５０２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５０２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４００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５００を提供することができる。

なお、変形例は、上述した例に限定されるわけではない。また、必要に応じて、上述した実施形態にもこの変形例や発光装置１００の例を適用できる。

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の実施形態に係る発光装置を模式的に示す斜視図。第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。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ＤＢＲミラーの反射率の波長依存性を示すグラフ。第１の実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る発光装置の第１の変形例を模式的に示す平面図。第１の実施形態に係る発光装置の第１の変形例を模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る発光装置の第２の変形例を模式的に示す平面図。第２の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。第２の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。第２の実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。第２の実施形態に係る発光装置の変形例を模式的に示す断面図。

２０第１出射光、２２第２出射光、１００発光装置、１０２基板、１０４第１クラッド層、１０５第１側面、１０６活性層、１０７第２側面、１０８第２クラッド層、１１０コンタクト層、１１２絶縁部、１１４反射防止膜、１２０第１電極、１２２第２電極、１３０柱状部、１４０利得領域、１４２第１部分、１４４第２部分、１４６第３部分、１５１第１端面、１５２第２端面、１５３第３端面、１５４第４端面、１５５第５端面、１５６第６端面、１６０第１反射面、１６２第２反射面、１７０分布ブラッグ反射型ミラー、１７２溝、１８０フォトニック結晶領域、１８２穴、２００発光装置、３００発光装置、４００発光装置、５００発光装置、５０２絶縁層

Claims

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、利得領域を構成し、
前記利得領域は、前記活性層の第１側面に設けられた第１端面から、前記第１側面に設けられた第２端面まで、連続しており、
前記利得領域は、前記第１端面から前記第２端面までの間に、前記利得領域に生じる光を反射させる第１反射面および第２反射面を有し、
前記利得領域は、
平面的に見て、前記第１端面から前記第１反射面まで、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって延びている第１部分と、
平面的に見て、前記第２端面から前記第２反射面まで、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって延びている第２部分と、
平面的に見て、前記第１反射面から前記第２反射面まで、前記第１反射面の垂線に対して傾いた方向に向かって延びている第３部分と、で構成され、
前記第１反射面の側方および前記第２反射面の側方の少なくとも一方には、分布ブラッグ反射型ミラーまたはフォトニック結晶領域が設けられ、
前記利得領域に生じる光のうち、前記第１反射面または前記第２反射面を通過した光の少なくとも一部は、前記分布ブラッグ反射型ミラーまたはフォトニック結晶領域によって、前記利得領域に戻され、
前記利得領域に生じる光は、前記第１端面および前記第２端面から出射される、発光装置。
請求項１において、
前記利得領域の前記第１反射面は、平面的に見て、前記活性層の前記第１側面と平行であり、
前記第１反射面の垂線と前記第２反射面の垂線とは、直交し、
前記第２反射面の側方には、前記分布ブラッグ反射型ミラーまたは前記フォトニック結晶領域が設けられている、発光装置。
請求項２において、
前記利得領域に生じる光は、前記第２反射面で全反射する、発光装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記第１部分の延びている方向と、前記第２部分の延びている方向は、同じ方向である、発光装置。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記分布ブラッグ反射型ミラーは、所定の間隔で配置された複数の溝で構成されている、発光装置。
請求項５において、
前記溝の底面の位置は、前記活性層の下面の位置より下に設けられている、発光装置。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記フォトニック結晶領域は、前記活性層の面内方向に所定の格子配列で周期的に配置された複数の穴で構成されている、発光装置。
請求項７において、
前記複数の穴の各々の形状は、円柱状あり、
前記穴の底面の位置は、前記活性層の下面の位置より下に設けられている、発光装置。
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記第１側面には、反射防止膜が設けられている、発光装置。
請求項１乃至９のいずれかにおいて、
前記利得領域は、複数設けられている、発光装置。
請求項１乃至１０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。