JP2011077417A - スーパールミネッセントダイオード、スーパールミネッセントダイオードの製造方法、画像表示装置用光源および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な設計でレーザ発振を抑制してインコヒーレントな光を得られ、かつ、出射ビーム形状の対称性を向上させることも可能なスーパールミネッセントダイオードを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明のスーパールミネッセントダイオードは、その一部に光導波路２０２が形成された半導体結晶層を含み、前記光導波路２０２の一端面に、光を出射可能な光出射端面２０３が形成され、前記光出射端面２０３と前記光導波路２０２における劈開可能な結晶面とが、一致しないことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スーパールミネッセントダイオード、スーパールミネッセントダイオードの製造方法、画像表示装置用光源および画像表示装置に関する。

近年、可視光レーザを光源に用いたレーザディスプレイ（レーザプロジェクタとも呼ばれる）の開発が精力的に進められている。レーザディスプレイは、光の３原色である赤・青・緑のレーザ光を微小ミラーなどのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）で走査して映像を投射する新しいタイプのディスプレイである。レーザディスプレイは、色再現性に優れる等の利点を有するため、種々の用途への応用が可能である。

レーザディスプレイでは、コヒーレントなレーザ光の干渉に起因したスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）と呼ばれる画像のちらつきが起こりうる。このため、このスペックルの低減が求められる。スペックル低減技術として、例えば、特許文献１および２に、スクリーンの振動、光学系の振動・回転などの方法が開示されている。また、複数の電極を有する半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）にパルス電流を独立に供給することでレーザ光の可干渉性（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）を低減し、スペックルを低減する技術が特許文献３に開示されている。

しかしながら、特許文献１、２に開示のスペックル低減技術では、光源とは別に振動・回転装置を設ける必要がある。また、特許文献３に開示のスペックル低減技術では、複数の独立したパルス電流を供給するための駆動回路を設けることが必要である。このように、スペックル低減用に別の機構を設けることは、レーザディスプレイの小型化・省エネ・低コスト等の妨げとなる。

前記スペックルの問題を解決する他の方法として、光源単体でスペックルを低減できる可干渉性の低い光源を用いる方法が挙げられる。そのような光源として、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）がある（非特許文献１等）。ＳＬＤは、一般的な発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と異なり光導波路構造を有し、かつ、ＬＤと異なり共振器構造を有さない（すなわち、レーザ発振を抑制する構造を有する）。このような構造のＳＬＤでは、ＬＤと同様に、電流注入により生じた自然放出光が光導波路を導波する間に誘導放出により増幅され、前記ＳＬＤの素子端面からエテンデュの小さい高輝度な光が出射される。ここで、エテンデュとは、光源の発光面積と出射光の立体角の積で表される値である。光源のエテンデュが小さいほど、光学系における光の利用効率が高くなる。一方、ＳＬＤはＬＤと異なりレーザ発振が抑制されているので、出射光はＬＥＤと同様にスペクトル幅が広く可干渉性が低い。このように、ＳＬＤは、ＬＤとＬＥＤとの両方の利点を併せ持つ。

ＳＬＤにおけるレーザ発振を抑制する方法としては、例えば、（ａ）端面に無反射（ＡＲ： Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コート膜を形成して端面反射率を低減する方法、（ｂ）ＳＬＤの活性層の片側に電流の非注入領域を形成する方法、などが提案されている（特許文献４）。また、レーザ発振を抑制する別の方法として、光導波路を素子端面に対し傾いている斜め導波路構造とすることが、非特許文献１に開示されている。

特開２００５−３３８２４１ ＷＯ２００５／０８３４９２ 特開２００７−３５９４０ 特開平５−２８３７３８

ＩＥＥＥ Ｊ． Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ， １９８８， Ｖｏｌ．２４， ｐ２４５４

しかしながら、前記（ａ）の方法では、端面のＡＲコート膜で安定的にレーザ発振を抑制するには充分に低い反射率（例えば、１０^−５以下）が必要である。しかしながら、そのような低い反射率のＡＲコート膜を再現性良く形成することは困難である。このため、レーザ発振を抑制する効果が十分に得られない場合がある。
また、前記（ｂ）の方法では、特別な吸収機構が無いと吸収による導波損失が小さいため、レーザ発振を十分に抑制するためには電流非注入領域を長くする必要がある。このため、素子サイズが大きくなるとともに、ウェハ１枚あたりから得られる素子数が少なくなる。さらに、高出力下では、吸収により発生したキャリアにより電流非注入領域は透明化し、導波損失が低下する。このため、高出力化でのレーザ発振抑制が困難となる場合がある。
また、非特許文献１に開示の構造では、出射ビーム形状が左右非対称となる。したがって、このＳＬＤをプロジェクタ用光源として用いる場合には、前記出射ビーム形状の左右非対称を補正するために、煩雑な補正光学系が必要となる。

そこで、本発明は、簡単な設計でレーザ発振を抑制してインコヒーレントな光を得ることが可能なスーパールミネッセントダイオードを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のスーパールミネッセントダイオードは、
その一部に光導波路が形成された半導体結晶層を含み、
前記光導波路の一端面に、光を出射可能な光出射端面が形成され、
前記光出射端面と、前記半導体結晶層の前記光導波路部分における劈開可能な結晶面とが、一致しないことを特徴とする。

また、本発明のスーパールミネッセントダイオードの製造方法は、
その一部に光導波路が形成された半導体結晶層を形成する半導体結晶層形成工程と、
前記光導波路の一端面に、光を出射可能な光出射端面を、前記半導体結晶層の前記光導波路部分における劈開可能な結晶面と一致しないように形成する光出射端面形成工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明の画像表示装置用光源は、
前記本発明のスーパールミネッセントダイオードを含むことを特徴とする。

また、本発明の画像表示装置は、
前記本発明の画像表示装置用光源を含むことを特徴とする。

本発明のスーパールミネッセントダイオードによれば、簡単な設計でレーザ発振を抑制してインコヒーレントな光を得ることが可能である。このように優れた性能を有する前記本発明のスーパールミネッセントダイオードは、本発明のスーパールミネッセントダイオードの製造方法により製造可能である。ただし、本発明のスーパールミネッセントダイオードを製造する方法は、前記本発明のスーパールミネッセントダイオードの製造方法に限定されない。

本発明のスーパールミネッセントダイオードの構造の一例を示す断面図である。 図１のスーパールミネッセントダイオードの平面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されない。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なる場合がある。

［実施形態１］
図１の断面図に、本実施形態のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）の構造を示す。同図は、前記ＳＬＤの光出射端面近傍部分を前記光出射端面に平行方向に切断して前記光出射端面に垂直方向から見た断面図である。前記ＳＬＤとは、光導波路構造を有し、かつ、共振器構造を有さない（すなわち、レーザ発振を抑制する構造を有する）端面発光型半導体発光素子である。図示のとおり、このＳＬＤは、ｎ型基板１０１、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光閉じ込め層１０４、活性層１０５、キャップ層１０６、ｐ型光閉じ込め層１０７、ｐ型クラッド層１０８、ｐ型コンタクト層１０９、絶縁層１１０、ｐ型電極１１１、およびｎ型電極１１２から形成されている。ｎ型基板１０１上には、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光閉じ込め層１０４、活性層１０５、キャップ層１０６、ｐ型光閉じ込め層１０７、ｐ型クラッド層１０８が、この順に積層されている。ｐ型クラッド層１０８は、中央付近が隆起したリッジ形状を有する。ｐ型クラッド層１０８上面には、前記リッジ形状最上部の上面にｐ型コンタクト層１０９が形成され、それ以外の部分には絶縁層１１０が形成されている。ｐ型コンタクト層１０９および絶縁層１１０の上面には、ｐ型電極１１１が形成されている。ｎ型基板１０１の下面には、ｎ型電極１１２が形成されている。
本実施形態のＳＬＤを構成する各半導体層は、半導体結晶層である。前記結晶層とは、単結晶構造または多結晶構造から形成された層をいい、結晶欠陥を含む場合と、含まない場合とがある。

なお、本発明において、Ｘという構成要素とＹという構成要素が存在する場合、ＸとＹの位置関係は、以下の通りとする。まず、「Ｘの片面側にＹ」は、特に断らない限り、Ｘの片面側にＹが直接接触している状態でも良いし、Ｘの片面側とＹとの間に他の構成要素等が存在し、Ｘの片面側とＹとが直接接触していない状態でも良い。「Ｘの両面側にＹ」も同様とする。「Ｘの片面にＹ」は、Ｘの片面にＹが直接接触している状態を指す。「Ｘの両面にＹ」も同様とする。「Ｘの上にＹ」は、特に断らない限り、Ｘの上面にＹが直接接触している状態でも良いし、Ｘの上面とＹとの間に他の構成要素等が存在し、Ｘの上面とＹとが直接接触していない状態でも良い。同様に、「Ｘの下にＹ」は、特に断らない限り、Ｘの下面にＹが直接接触している状態でも良いし、Ｘの下面とＹとの間に他の構成要素等が存在し、Ｘの下面とＹとが直接接触していない状態でも良い。また、「Ｘの上面にＹ」は、Ｘの上面にＹが直接接触している状態を指す。同様に、「Ｘの下面にＹ」は、Ｘの下面にＹが直接接触している状態を指す。

図１において、ｎ型基板１０１は、（１１−２２）面を主面とするＧａＮ基板からなる。ｎ型バッファ層１０２は、例えば、厚さ１μｍのＡｌＧａＮからなる。ｎ型クラッド層１０３は、例えば、厚さ２μｍのＡｌＧａＮからなる。ｎ型光閉じ込め層１０４は、例えば、厚さ０．１μｍのＧａＮからなる。活性層１０５は、例えば、厚さ３ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層と厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮ障壁層とからなる多重量子井戸構造からなる。キャップ層１０６は、例えば、厚さ１０ｎｍのＡｌＧａＮからなる。ｐ型光閉じ込め層１０７は、例えば、厚さ０．１μｍのＧａＮからなる。ｐ型クラッド層１０８は、例えば、厚さ２．５ｎｍのＧａＮと厚さ２．５ｎｍのＡｌＧａＮからなる１００周期の超格子構造で構成され、前述のとおりリッジ形状を有する。ｐ型コンタクト層１０９は、例えば、厚さ０．１μｍのＧａＮからなる。ｐ型クラッド層１０８のリッジ高さは、例えば０．５μｍとする。ｐ型クラッド層１０８のリッジ底辺の幅は、横モードを単一とする場合には、例えば、１〜２μｍ、横モードを多数とする場合には、例えば、２〜１００μｍとする。絶縁層１１０は、例えば、ＳｉＯ_２からなる。ｎ型不純物（ｄｏｐａｎｔ）は、例えば、Ｓｉであり、ｐ型不純物は、例えば、Ｍｇである。前記リッジ形状は、ｐ型クラッド層１０８の他の部分と比較して厚みが大きく、前記他の部分と等価屈折率が相違するため、光導波路として機能する。

図２は、図１のＳＬＤの平面図、すなわち、半導体結晶層の主面に垂直な方向から見た図である。半導体結晶層あるいは基板の「主面」とは、半導体結晶層あるいは基板において最も広い平面、すなわち、いわゆる表面または裏面をいう。ただし、説明の便宜のために、ｐ型クラッド層１０８よりも上の層は省略している。また、同一部分は必ずしも同一の符号で記していない。図示のとおり、このＳＬＤ２０１には光導波路２０２が設けられている。光導波路２０２は、前述のとおり、ｐ型クラッド層１０８の一部により形成されている。光導波路２０２は、光出射端面である前端面２０３近傍では、前端面２０３に対して略垂直に設けられている。このため、本実施形態のＳＬＤは、出射ビーム形状の対称性に優れる。光導波路２０２は、後端面２０４近傍では、後端面２０４に対してほぼ垂直に設けられている。

本実施形態のＳＬＤでは、光導波路における劈開可能な結晶面は、（１１−２０）面である。このため、（−１−１２３）面の前端面２０３は、光導波路における劈開可能な結晶面と一致しない。また、本実施形態のＳＬＤでは、半導体結晶層の前記光導波路が形成された部分は、六方晶構造を有する半導体結晶から形成され、前記六方晶構造の（０００１）面と前記光出射端面とのなす角が、実質的に垂直でない。したがって、前端面２０３は、原子オーダの平坦性を有さない粗面である。このため、劈開で形成される端面に比較して端面出射光反射率を低減することができる。この結果、本実施形態のＳＬＤでは、例えば、無反射コート膜または電流非注入領域等を形成せずに、単純な構造でレーザ発振を抑制してインコヒーレントな光を得られ、かつ、出射ビーム形状の対称性に優れる。また、本実施形態のＳＬＤでは、無反射コート膜等を形成しなくとも端面出射光反射率を低減することができるため、例えば、端面出射光反射率の低減に伴う端面出射光反射率の波長依存性がない。後端面２０４は、光導波路における劈開可能な結晶面と一致してもよいし、一致しなくてもよい。なお、本発明において、前記「原子オーダの平坦性」とは、凹凸が数原子層の層厚程度以下であることを意味する。特に、窒化物半導体の場合は、単原子層の層厚が３〜６Å程度であるから、凹凸が数ｎｍ程度以下であることを意味する。本発明で「粗面」は、好ましくは原子オーダの平坦性を有しない粗面である。また、本発明で「原子オーダの平坦性を有しない粗面」は、後述する二乗平均平方根粗さσが、例えば２０ｎｍ以上、好ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上である。前記二乗平均平方根粗さσの上限値は、特に制限されないが、例えば１２０ｎｍ以下、好ましくは１１０ｎｍｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下である。後述するように、前記σの上限値は、出射光ビームの乱れの観点から、例えば、出射光の波長の１／５以下とする。

なお、本実施形態のＳＬＤでは、ｎ型基板の主面を（１１−２０）面としたが、本発明は、この例に限定されない。ｎ型基板の主面は、例えば、劈開可能な結晶面と垂直でなければよく、（１０−１２）面、（１１−２２）面、（１０−１１）面、（２０−２１）面等であってもよい。また、前述の「前端面２０３と光導波路における劈開可能な結晶面とが一致しない」とは、例えば、「前端面２０３の面方位と光導波路における劈開可能な結晶面の面方位とが一致しない」ことであってもよい。前記面方位とは、結晶面の方位であり、例えば、いわゆるミラー指数（Ｍｉｌｌｅｒ ｉｎｄｅｘ）により表すことができる。特に、六方晶系の窒化物半導体の場合は、前記結晶面の方位は、例えば、いわゆるミラー・ブラヴェ指数（Ｍｉｌｌｅｒ−Ｂｒａｖａｉｓ ｉｎｄｅｘ）によって表すことができる。

また、本実施形態のＳＬＤでは、素子断面形状がリッジ形状であるが、本発明は、この例に限定されない。素子断面形状は、例えば、インナーストライプ形状等であってもよい。また、本発明のＳＬＤの構造は、図１および２に示す構造には限定されず、ＳＬＤとして機能し得るのであれば、図１および２に示した各構成要素を適宜省略した構造でもよいし、他の構成要素を適宜追加した構造でもよい。本発明のＳＬＤの構造は、例えば、ＳＬＤとして機能しうる必要最小限の構造でもよい。そのような構造は、例えば、ｎ型層、ｐ型層および、必要に応じてｎ型層とｐ型層との間に挟まれた活性層を有し、かつ光導波路構造が形成された構造であればよい。光導波路構造は、例えば、ｎ型層およびｐ型層のいずれかの一部に、図１に示すリッジ形状を設けて形成する（リッジ型）か、または別途電流狭窄層を設けて形成する（インナーストライプ型）。
また、本実施形態のＳＬＤでは、設計が簡単で出射ビーム形状の対称性にも優れるため、前述のとおり、光導波路を光出射端面に対して垂直な直線形状としているが、本発明は、この例に限定されない。光導波路は、例えば、その一部もしくは全部が曲線形状であってもよいし、その一部若しくは全部が光出射端面に対して傾斜した形状であってもよい。
また、本実施形態のＳＬＤでは、例えば、活性層の後端面側に電流非注入領域を形成してもよいし、形成しなくてもよい。

本実施形態のＳＬＤでは、半導体結晶層の光導波路が形成された部分は、六方晶構造を有する半導体から形成されているが、本発明は、この例に限定されない。前記光導波路が形成された部分は、ＡｌＧａＩｎＰ系の立方晶構造を有する半導体から形成されてもよい。この場合、光導波路は、例えば、前記立方晶構造の（００１）面と光出射端面とのなす角が、実質的に垂直でなくてもよい。

光出射端面である前端面の出射光反射率は、光導波路の劈開面における出射光反射率の１／２以下であることが好ましい。前記範囲とすることで、共振をより効果的に抑制することができ、インコヒーレントな光を得ることができる。前記光出射端面である前端面の出射光反射率は、光導波路の劈開面における出射光反射率の１／５以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１／１０以下である。また、光出射端面である前端面の出射光反射率は、光導波路の劈開面における出射光反射率の１／１００以上であることが好ましく、より好ましくは１／５０以上であり、さらに好ましくは１／２５以上である。前記出射光反射率の測定方法は特に限定されず、例えば、一般的な微小領域反射率測定装置を用いて測定できる。前記光導波路の劈開面における出射光反射率または出射光強度は、前記光出射端面が劈開面である以外は本発明のスーパールミネッセントダイオードと同じ（光導波路の形状、寸法、光導波路と光出射端面とのなす角度等が同じ）半導体発光素子を作製し、その光出射端面（劈開面）について実測すれば良い。なお、前記光出射端面（前端面）の出射光反射率は、前記後端面が光導波路に対しほぼ垂直な鏡面であり、かつ、前記後端面の出射光反射率が既知であれば、前記前端面の出射光強度と前記後端面の出射光強度の測定値から下記数式（Ａ）に基づいて算出することもできる。

Ｐｆ：前端面出射光強度
Ｐｒ：後端面出射光強度
Ｒｆ：前端面出射光反射率（絶対値）
Ｒｒ：後端面出射光反射率（絶対値）

ここで、粗面に対する垂直入射光の反射率について説明する。粗面の二乗平均平方根粗さ（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）をσとし、粗面に対する入射光の波長をλとし、鏡面における光反射率をＲ_０とすると、粗面に対する垂直入射光の光反射率Ｒは、下記数式（２）で表されることが、Ｊ． Ｏｐｔ． Ｓｏｃ． Ａｍ．， １９６１， Ｖｏｌ．５１−２， ｐ１２３に開示されている。なお、前記二乗平均平方根粗さは、平均値に対する偏差の二乗値を平均した値の平方根で定義される。

σ：粗面の二乗平均平方根粗さ（ｎｍ）
λ：粗面に対する入射光の波長（ｎｍ）
Ｒ_０：鏡面における光反射率
Ｒ：粗面に対する垂直入射光の光反射率

従って、粗面の光反射率を劈開面の光反射率のｎ分の１以下に低減するには、前記粗面の二乗平均平方根粗さσが、下記数式（３）を満たせばよい。ただし、前記数式（２）および下記数式（３）は理論式であり、本発明のスーパールミネッセントダイオードにおける実際の現象は、数式と完全には一致しない場合もある。

σ：粗面の二乗平均平方根粗さ（ｎｍ）
λ：粗面に対する入射光の波長（ｎｍ）

ここで、窒化物半導体発光素子において粗面の出射光反射率を劈開面の出射光反射率の１／２以下とするには、例えば、出射光の波長が４５０ｎｍの場合には、σ≧２９．８ｎｍとし、出射光の波長が５３０ｎｍの場合には、σ≧３５．１ｎｍとすればよい。ただし、粗面の出射光反射率を劈開面の出射光反射率の１／１００より小さくしようとすると、例えば、出射光の波長が４５０ｎｍの場合には、σ＞７６．８ｎｍとし、出射光の波長が５３０ｎｍの場合には、σ＞９０．５ｎｍとする必要がある。光出射端面の凹凸がこの程度、即ち、波長の１／５程度にまで大きくなると、出射ビーム形状に乱れを生ずる要因となり得るため、粗面の出射光反射率は劈開面の出射光反射率の１／１００以上であることが好ましい。なお、前記二乗平均平方根粗さσの測定方法は特に限定されず、例えば一般の原子間力顕微鏡を用いれば良い。

後端面２０４は、例えば、光導波路２０２の劈開可能な結晶面と一致してもよいし、一致しなくてもよい。両者が一致する場合には、後端面２０４は、例えば、鏡面となる。この場合、劈開により後端面２０４を形成できるので、後端面２０４の形成が容易である。特に、後端面２０４が鏡面であり、光導波路２０２に対して略垂直に設けられた場合は、前端面２０３の端面出射光反射率を十分低く、かつ、後端面２０４の端面出射光反射率を高くすることができる。このため、例えば、動作電流を低減することが可能となる。また、両者が一致しない場合には、後端面２０４は、例えば、粗面となる。この場合、前端面２０３および後端面２０４のいずれの端面出射光反射率も十分に低減できる。このため、例えば、高い光出力に至るまでレーザ発振を抑制することが可能となる。このように、目的に応じて、後端面２０４を粗面とするか鏡面とするかは任意に選択可能である。

なお、本実施形態のＳＬＤでは、前述のとおり、無反射コート膜等を形成しなくともよいが、目的に応じて、例えば、コート膜が施されていてもよい。コート膜は、例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等からなる単層膜あるいは多層膜とすることができる。前端面２０３には、例えば、低反射コート膜あるいは無反射コート膜、後端面２０４には、例えば、高反射コート膜が形成されてもよい。

つぎに、図１および２を参照して、本実施形態のＳＬＤの製造方法を説明する。本実施形態のＳＬＤの製造方法は、前記半導体結晶層形成工程と、前記光出射端面形成工程とを含み、さらに電極形成工程等を含む。本発明のＳＬＤの製造方法は、このように、前記半導体結晶層形成工程および前記光出射端面形成工程以外の工程を適宜含んでもいてもよい。

〔半導体結晶層形成工程等〕
まず、前記半導体結晶層形成工程について説明する。本実施形態の素子構造の作製には、例えば、３００ｈＰａの減圧ＭＯＶＰＥ装置を用いる。キャリアガスには水素と窒素の混合ガスを用いる。Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎソースには、それぞれトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムを用いる。ｎ型不純物としてシラン、ｐ型不純物としてビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。（１１−２２）面を主面とするｎ型ＧａＮ基板１０１を成長装置に投入後、アンモニアを供給しながら基板を昇温し、成長温度まで達した時点で成長を開始する。ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ型ＧａＮ光閉じ込め層１０４、ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸構造を有する活性層１０５、ＡｌＧａＮキャップ層１０６、ｐ型ＧａＮ光閉じ込め層１０７、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０８、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９を形成する。成長温度は、例えば、活性層１０５は８００℃、それ以外は１１００℃とする。

前記半導体結晶層上に、ＳｉＯ_２膜を堆積し、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、所望の幅を有するストライプ状のＳｉＯ_２マスクを形成する。この時、少なくとも光の出射端面近傍で、ストライプが出射端面に対してほぼ垂直となるようにマスクを形成する。次に、通常のドライエッチング技術を用いて、ｐ型コンタクト層１０９とｐ型クラッド層１０８の一部をエッチングする。このようにして、所望の幅と高さを有するリッジを形成する。このようにして、半導体結晶層の主面方向に沿って光導波路を形成する。以上のようにして、前記半導体結晶層形成工程を行う。
さらに、エッチングしたｐ型クラッド層１０８の上面にＳｉＯ_２膜を堆積し、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、所望の開口幅を有するＳｉＯ_２絶縁層１１０を形成する。その後、ｐ型コンタクト層１０９およびＳｉＯ_２絶縁層１１０の上面にｐ型電極１１１を形成し、ｎ型基板１０７の下面にｎ型電極１１２を形成する。

〔光出射端面形成工程〕
つぎに、前記光出射端面形成工程について説明する。通常のドライエッチング技術を用いて、前記光導波路の一端面に、前記光導波路における劈開可能な結晶面（（１１−２０）面）と一致しないように、光出射端面である前端面２０３を形成する。本実施形態では、前端面２０３を（−１−１２３）面とする。これにより、前端面２０３を、原子オーダの平坦性を有さない粗面とすることができる。このようにして作製したＳＬＤでは、前記光導波路の前記光出射端面近傍部分に対して、光出射端面が略垂直に形成される。ドライエッチングとしては、例えば、反応性イオンエッチング、イオンミリング等があげられる。反応性イオンエッチング等の通常のドライエッチング技術を、窒化物半導体発光素子の端面形成に用いる場合、窒化物半導体は非常に硬いため、エッチングには大きなエネルギーを加える必要がある。このため、イオンにより端面が荒らされることになる。この結果、窒化物半導体発光素子の端面には、例えば、２０ｎｍ程度から１００ｎｍ前後の凹凸が形成される。

本実施形態のＳＬＤでは、ドライエッチング技術による粗面の前端面２０３の形成は、半導体発光素子の全層、すなわち、ｐ型コンタクト層１０９からｎ型基板１０１までの全層に対して行ってもよい。すなわち、前端面２０３の全面が粗面であってもよい。また、ドライエッチング技術による粗面の前端面２０３の形成は、半導体発光素子の一部、すなわち、ｐ型コンタクト層１０９から活性層１０５より下方の途中まで、例えば、ｎ側光閉じ込め層１０４、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型バッファ層１０２またはｎ型基板１０１のいずれかの層の途中まで行い、その後、素子分離を劈開で行ってもよい。すなわち、前端面２０３のうち、少なくとも光が導波する領域が粗面であればよい。このようにして、本実施形態のＳＬＤを製造可能である。ただし、本実施形態のＳＬＤを製造する方法は、この例に限定されない。

本実施形態のＳＬＤの製造方法によれば、例えば、無反射コート膜等を形成することなく、前述のように、ドライエッチングという簡易な方法で、光出射端面の反射率を低減することができる。このため、例えば、光出射端面における出射光反射率に波長依存性がなく、所望の波長においてレーザ発振を抑制し得るＳＬＤを、歩留まり良く製造可能である。
なお、本実施形態のＳＬＤでは、ドライエッチングにより前端面を形成しているが、本発明は、この例に限定されない。光導波路における光出射端面を粗面化できればよく、例えば、ウエットエッチング等により前端面を形成してもよい。ウエットエッチングは、従来公知の条件（エッチング温度、エッチング液等）により行うことができる。

また、所望の出射光反射率とするために、前端面２０３の形成後に、例えば、光出射端面を所望の粗さに粗面化してもよい（粗面化工程）。前記粗面化工程は、例えば、粗面化に適した条件に設定したドライエッチング、ウエットエッチング等により行うことができる。

後端面２０４は、例えば、光導波路２０２を劈開して形成してもよい（端面形成工程）。また、ドライエッチング技術を用いて端面を形成する場合、例えば、前端面２０３の形成時には、後端面２０４に相当する領域がエッチングされないように、この領域を保護膜で覆い、端面の粗面度を大きくする手法及び条件を用いてエッチングを行う。後端面２０４の形成時には、前端面２０３に相当する領域がエッチングされないように該領域を保護膜で覆い、端面の鏡面度を高くする手法及び条件を用いてエッチングを行うことで、例えば、後端面２０４を鏡面とすることができる。ただし、本発明は、これらの例に限定されず、後端面２０４は、前端面２０３と同様に、通常のドライエッチング技術等を用いて形成してもよい。このようにすることで、後端面２０４を原子オーダの平坦性を有さない粗面とすることができる。

本発明のＳＬＤは、例えば、素子単体でスペックルが低減されたＳＬＤとして、特に、レーザ発振を抑制してインコヒーレントな光を得ることが可能なＳＬＤとして用いることができる。本発明のＳＬＤは、特に、ディスプレイ（画像表示装置）全般の光源に用いる可視光半導体発光素子として使用可能である。前述の通り、本発明の画像表示装置用光源は、本発明のＳＬＤを含むことを特徴とし、本発明の画像表示装置は、前記本発明の画像表示装置用光源を含むことを特徴とする。前記本発明の画像表示装置としては、例えば、レーザプロジェクタ（レーザディスプレイ）が好ましい。本発明のレーザプロジェクタ（レーザディスプレイ）によれば、例えば、色再現性の飛躍的な向上、省エネ・低コストで大画面・高精細化、光学系の超小型化等の効果を得ることも可能である。本発明のレーザプロジェクタ（レーザディスプレイ）は、具体的には、例えば、モバイルプロジェクタ、次世代リアプロジェクションＴＶ（ｒｅａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ＴＶ）、デジタルシネマ、網膜走査ディスプレイ（ＲＳＤ：Ｒｅｔｉｎａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）、または携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン等への組込型プロジェクタ（ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）等が挙げられ、幅広い市場に対する応用が可能である。また、本発明のＳＬＤは、画像表示装置に限定されず、例えば、光干渉断層計（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、光ファイバジャイロ、光ファイバ破断点検出等の製品用の発光素子としても使用可能である。したがって、本発明のＳＬＤは、例えば医療・バイオ分野、各種センシング分野等、幅広い分野への応用が可能である。

１０１ ｎ型基板
１０２ ｎ型バッファ層
１０３ ｎ型クラッド層
１０４ ｎ型光閉じ込め層
１０５ 活性層
１０６ キャップ層
１０７ ｐ型光閉じ込め層
１０８ ｐ型クラッド層
１０９ ｐ型コンタクト層
１１０ 絶縁層
１１１ ｐ型電極
１１２ ｎ型電極
２０１ スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）
２０２ 光導波路
２０３ 前端面
２０４ 後端面

Claims (20)

1. その一部に光導波路が形成された半導体結晶層を含み、
   前記光導波路の一端面に、光を出射可能な光出射端面が形成され、
   前記光出射端面と、前記半導体結晶層の前記光導波路部分における劈開可能な結晶面とが、一致しないことを特徴とするスーパールミネッセントダイオード。
2. 前記光出射端面が、粗面であることを特徴とする請求項１記載のスーパールミネッセントダイオード。
3. 前記光出射端面の出射光反射率が、前記光導波路の劈開面における出射光反射率の１／２以下であることを特徴とする請求項２記載のスーパールミネッセントダイオード。
4. 前記光出射端面の二乗平均平方根粗さσが、下記数式（１）の条件を満たすことを特徴とする請求項２記載のスーパールミネッセントダイオード。
   

   

   σ：光出射端面の表面粗さの二乗平均平方根粗さ（ｎｍ）
   λ：前記出射端面から出射される光のピーク波長（ｎｍ）
5. 前記光導波路の前記光出射端面近傍部分は、前記光出射端面に対して略垂直に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
6. 前記光導波路における前記光出射端面とは反対側の端面と、前記光導波路の劈開可能な結晶面とが一致することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
7. 前記半導体結晶層が、基板を含み、
   前記基板上に、前記光導波路が形成され、
   前記基板は、その劈開可能な結晶面と垂直でない面を主面とし、
   前記光出射端面が、前記基板主面に対して略垂直であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
8. 前記半導体結晶層の前記光導波路が形成された部分は、六方晶構造を有する半導体結晶から形成され、前記六方晶構造の（０００１）面と前記光出射端面とのなす角が、実質的に垂直でないことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
9. 前記半導体結晶層の前記光導波路が形成された部分は、立方晶構造を有する半導体結晶から形成され、前記立方晶構造の（００１）面と前記光出射端面とのなす角が、実質的に垂直でないことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
10. その一部に光導波路が形成された半導体結晶層を形成する半導体結晶層形成工程と、
    前記光導波路の一端面に、光を出射可能な光出射端面を、前記半導体結晶層の前記光導波路部分における劈開可能な結晶面と一致しないように形成する光出射端面形成工程とを含むことを特徴とするスーパールミネッセントダイオードの製造方法。
11. 前記光出射端面形成工程において、前記光出射端面を、ドライエッチングまたはウエットエッチングにより形成することを特徴とする請求項１０記載のスーパールミネッセントダイオードの製造方法。
12. さらに、前記光出射端面を粗面にする粗面化工程を含むことを特徴とする請求項１０または１１記載のスーパールミネッセントダイオードの製造方法。
13. 前記光出射端面形成工程において、前記光導波路の前記光出射端面近傍部分に対して略垂直となるように、前記光出射端面を形成することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオードの製造方法。
14. さらに、前記光導波路における前記光出射端面とは反対側の端面を、前記光導波路を劈開して形成する端面形成工程を含むことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオードの製造方法。
15. 前記半導体結晶層形成工程において、その劈開可能な結晶面と垂直でない面を主面とする基板上に、前記半導体結晶層を形成し、
    前記光出射端面形成工程において、前記基板主面に対して略垂直となるように前記光出射端面を形成することを特徴とする請求項１０から１４のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオードの製造方法。
16. 前記積層体形成工程において、前記半導体結晶の前記光導波路が形成された部分を、六方晶構造を有する半導体結晶から形成し、
    前記光出射端面形成工程において、前記六方晶構造の（０００１）面と前記光出射端面とのなす角が実質的に垂直とならないように、前記光出射端面を形成することを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオードの製造方法。
17. 前記積層体形成工程において、前記半導体結晶の前記光導波路が形成された部分を、立方晶構造を有する半導体結晶から形成し、
    前記光出射端面形成工程において、前記立方晶構造の（００１）面と前記光出射端面とのなす角が実質的に垂直とならないように、前記光出射端面を形成することを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオードの製造方法。
18. 請求項１から９のいずれか一項に記載のスーパールミネッセントダイオードを含むことを特徴とする画像表示装置用光源。
19. 請求項１８記載の画像表示装置用光源を含むことを特徴とする画像表示装置。
20. レーザプロジェクタであることを特徴とする請求項１９記載の画像表示装置。

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