JP2011119450A - 端面発光型半導体発光素子および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 出射ビーム形状の対称性が改善されており、かつ、レーザ発振抑制等が可能な端面発光型半導体発光素子を提供する。
【解決手段】
半導体層の一部が光導波路２０２を形成し、
光導波路２０２は、半導体層の主面方向に沿って形成され、光を出射可能な光出射端面２０３を有し、
光導波路２０２の光出射端面２０３近傍部分は、前記主面に垂直な方向から見た場合に、光出射端面２０３に向かって左右いずれかに傾斜した形状を有し、
光導波路２０２の光出射端面２０３近傍部分において、光出射端面２０３に向かって左右方向における光導波路２０２の等価屈折率分布は、光導波路２０２の右端部および左端部の一方が他方よりも前記分布が急峻であり、かつ、
前記分布が急峻な側の端部は、前記主面に垂直な方向から見た場合の傾斜方向と逆側の端部であることを特徴とする端面発光型半導体発光素子。
【選択図】 図２

Description

本発明は、端面発光型半導体発光素子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と考えられる。

レーザディスプレイは、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ることがある。このスペックルの問題を解決するために、様々なスペックル低減技術が知られている。例えば、特許文献１、２には、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、特許文献３に開示の技術においては、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。

しかしながら、上記手法はいずれも、スペックル低減用の機構を光源とは別に設ける必要がある。具体的には、特許文献１、２では、光源とは別に振動・回転装置が必要である。また、特許文献３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が必要である。これらは、レーザディスプレイの小型化・省エネ・低コスト等を妨げる要因となる。

上記の背景から、光源単体でスペックルを低減できる光源、すなわち可干渉性の低い光源が必要とされる。このような光源として、例えば、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の構造は、例えば、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を用いれば、ＬＤと同様に、電流注入により生じた自然放出光が導波路を導波する間に誘導放出により増幅される。そして、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利点がある。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の利点とＬＥＤの利点を併せ持つ。

特開２００５−３３８２４１ ＷＯ２００５／０８３４９２ 特開２００７−３５９４０

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

しかしながら、ＳＬＤには、出射ビーム（出射光）形状の対称性改善の問題がある。具体的には以下のとおりである。

すなわち、ＳＬＤでは、レーザ発振抑制のために素子端面の反射率を可能な限り低減することが重要である。その一手段として、光導波路が素子端面に対し傾いている斜め導波路構造が、非特許文献１に開示されている。しかし、このような構造では、出射ビーム形状が左右非対称となる。従って、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。

したがって、本発明は、出射ビーム形状の対称性が改善されており、かつ、レーザ発振抑制等が可能な端面発光型半導体発光素子の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の端面発光型半導体発光素子は、
複数の半導体層が積層された積層体を含み、
前記半導体層の一部が光導波路を形成し、
前記光導波路は、前記半導体層の主面方向に沿って形成され、かつ、光を出射可能な光出射端面を有し、
前記光導波路の前記光出射端面近傍部分は、前記主面に垂直な方向から見た場合に、前記光出射端面に向かって左右いずれかに傾斜した形状を有し、
前記光導波路の前記光出射端面近傍部分において、前記光出射端面に向かって左右方向における前記光導波路の等価屈折率分布は、前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも前記分布が急峻であり、かつ、
前記分布が急峻な側の端部は、前記主面に垂直な方向から見た場合の傾斜方向と逆側の端部であることを特徴とする。

また、本発明の画像表示装置は、光源を含み、前記光源が前記本発明の端面発光型半導体発光素子を含むことを特徴とする。

本発明の端面発光型半導体発光素子は、出射ビーム形状の対称性が改善されており、かつ、レーザ発振抑制等が可能である。

本発明の端面発光型半導体発光素子の構造の一例を示す断面図である。 図１の端面発光型半導体発光素子の平面図である。 本発明の端面発光型半導体発光素子の構造の別の一例を示す断面図である。 図３の端面発光型半導体発光素子の平面図である。 端面発光型半導体発光素子の構造の一例を示す平面図である。 図５のＡ−Ａ’断面、Ｂ−Ｂ’断面、Ｃ−Ｃ’断面における光強度分布を例示するグラフである。 端面発光型半導体発光素子の構造の別の一例を示す断面図である。 端面発光型半導体発光素子の構造のさらに別の一例を示す断面図である。 図７Ａ及び図７Ｂにおける光強度分布をそれぞれ例示するグラフである。 端面発光型半導体発光素子の導波路における屈折率分布を例示するグラフである。

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、本実施形態の端面発光型半導体発光素子の構造を示す。同図は、前記端面発光型半導体発光素子の光出射端面近傍部分における、前記光出射端面に平行方向に見た断面図である。図示のとおり、この端面発光型半導体発光素子は、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、左右非対称な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。

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、例えば（０００１）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、前述のとおり左右非対称な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。さらに、図１の導波路の断面形状は、図で見て右端部の方が左端部よりも（側面が）急峻であるために、右端部が左端部よりも等価屈折率分布が急峻である。この断面形状により、図１の導波路は、出射ビーム形状の対称性に影響を与えることができる。出射ビーム形状の対称性に対する影響について、詳しくは後述する。前記リッジ形状の、前記光出射端面に平行方向の断面内における傾斜角度（図１では、右側面と左側面との傾斜角度差）は、特に制限されないが、例えば２度以上である。前記傾斜角度を２度以上とすれば、出射ビーム形状の対称性に影響を与えやすい。なお、前記光出射端面に平行方向の断面内における傾斜角度の値は、半導体発光素子の層構造や光導波路構造などに応じて適宜設定可能である。前記光出射端面に平行方向の断面内における傾斜角度を大きくするに従い、出射ビーム形状の対称性に対する影響が大きくなる傾向がある。なお、図１では、光導波路の形状が、右端部が左端部よりも急峻である。しかし、本発明はこれに限定されず、前記光導波路の右端部および左端部の一方の形状が他方よりも急峻であることにより、前記一方が前記他方よりも前記等価屈折率分布が急峻であれば良い。なお、本発明において「急峻」とは、傾斜が急であること、すなわち傾きが大きいことをいう。例えば、等価屈折率分布について「前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも分布が急峻」という場合は、前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも等価屈折率分布の傾きが大きいことをいう。

図２は、図１の半導体発光素子の平面図、すなわち、半導体層の主面に垂直な方向から見た図である。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、この半導体発光素子２０１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、光の出射端面である前端面２０３近傍では、前端面２０３に向かって左方向に傾斜している。一方、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。なお、ここで、図１に戻って説明する。図１は、前述のとおり、端面発光型半導体発光素子２０１の光出射端面２０３近傍部分における、光出射端面２０４に平行方向に見た断面図である。さらに説明すると、図１は、後端面２０４側から見た前記断面図である。すなわち、光導波路２０２の光出射端面２０３近傍において、前記光出射端面に向かって左右方向における前記光導波路の等価屈折率分布は、光出射端面２０３に向かって右側の端部が、左側の端部よりも前記分布が急峻である。前記右側の端部は、前記主面に垂直な方向から見た場合（図２）の光導波路２０２の傾斜方向（光出射端面２０３に向かって左）と逆側の端部ということになる。なお、本発明において、前記光導波路、あるいは半導体層の「厚み方向」とは、前記半導体層の主面に垂直な方向をいう。また、本発明において、半導体層あるいは基板の「主面」とは、半導体層あるいは基板において最も広い平面、すなわち、いわゆる上面もしくは下面、または表面もしくは裏面をいう。前記光導波路を前記主面に垂直な方向から見た場合の、前記光出射端面に垂直な方向からの傾斜角度は、特に制限されないが、例えば２度以上、好ましくは５度以上、さらに好ましくは１０度以上である。前記傾斜角度を、例えば２度以上とすることで、出射ビームの端面反射率を１／２程度以下に低減することが可能となる。また、前記傾斜角度を、例えば５度以上とすることで、出射ビームの端面反射率を１／１０程度以下に低減することが可能となる。さらに、前記傾斜角度を、例えば１０度以上とすることで、出射ビームの端面反射率を１／１００程度以下に低減することが可能となる。ただし、これらの傾斜角度と端面反射率との関係はあくまで一例であり、これらに限定されない。前記傾斜角度と端面反射率との関係は、本発明の端面発光型半導体発光素子の層構造や光導波路構造などによって変わり得るが、前記光導波路の水平面内傾斜角度を大きくするに従い端面反射率が低減する傾向がある。なお、本発明の端面発光型半導体発光素子において、前記光導波路を前記主面に垂直な方向から見た場合の形状は、少なくとも光出射端面近傍部分が、前記光出射端面に向かって左右いずれかに傾斜していてもよい。例えば、図２のように、光出射端面近傍部分のみが前記光出射端面に向かって左右いずれかに傾斜し、それ以外の部分は前記光出射端面に向かって垂直であっても良い。また、例えば、前記光導波路は、前記端面発光型半導体発光素子の全体において、前記光出射端面に向かって左右いずれかに傾斜していてもよい。この場合、前記光導波路の形状は、真直でも良いし屈曲していても良い。

本発明の端面発光型半導体発光素子は、前述のとおり、前記光導波路の前記光出射端面近傍部分において、前記光出射端面に向かって左右方向における前記光導波路の等価屈折率分布は、前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも前記分布が急峻である。かつ、前記分布が急峻な側の端部は、前記主面に垂直な方向から見た場合の導波路の傾斜方向と逆側の端部である。したがって、下記（１）の出射ビーム形状の非対称性は、下記（２）の出射ビーム形状の非対称性により補償され、あるいは打ち消される。これにより、出射ビーム形状の対称性が効果的に改善される。

（１）前記導波路が、前記主面に垂直な方向から見た場合に、前記光出射端面に向かって左右いずれかに傾斜した形状を有することに起因する出射ビーム形状の非対称性
（２）前記主面に垂直な方向の等価屈折率分布は、前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも前記分布が急峻であることに起因する出射ビーム形状の非対称性

ここで、本発明による出射ビーム形状の対称性改善効果について、図を参照しながら説明する。図５は、光導波路が半導体層の主面方向に傾斜しており、光導波路の垂直断面形状が左右対称である半導体発光素子を例示する平面図である。図中、ｙ−ｙ’は前端面２０３の垂線、ｙ−ｙ’’は光導波路２０２の中心線を示す。図示のようにｘ軸を取ると、光導波路の水平面内傾斜方向ｖ１は＋ｘ方向である。図中のＡ−Ａ’断面での水平面内傾斜角度は０度、Ｂ−Ｂ’断面での水平面内傾斜角度は＋ｘ方向に約２度、Ｃ−Ｃ’断面での水平面内傾斜角度は＋ｘ方向に約５度である。図６は、図５のＡ−Ａ’断面、Ｂ−Ｂ’断面、Ｃ−Ｃ’断面における光強度分布の例示である。図示の通り、前記光導波路の水平面内傾斜角度が＋ｘ方向に大きくなるに従い、光強度分布のピーク位置の−ｘ方向へのシフト量が大きくなると共に、光強度分布の裾引きも−ｘ方向に大きくなる。なお、図示の光強度分布のピーク位置のシフト量、及び、図示の光強度分布の裾引きの変化量は例示であり、半導体発光素子の層構造や光導波路構造などで変わり得る。

図７Ａは、光導波路が半導体層の主面方向に傾斜しておらず、光導波路の垂直断面形状が左右対称である半導体発光素子を例示する断面図である。図７Ｂは、光導波路が半導体層の主面方向に傾斜しておらず、光導波路の垂直断面形状が左右非対称である半導体発光素子を例示する断面図である。図中、ｚ−ｚ’は半導体発光素子の主面の垂線、ｗ−ｗ’は光導波路の垂直断面形状の対称中心線を示す。図５に示したようにｘ軸を取ると、光導波路の垂直面内傾斜方向ｖ２は−ｘ方向である。図７Ａにおける垂直面内傾斜角度は０度であり、図７Ｂにおける垂直面内傾斜角度は−ｘ方向に約５度である。図８は、図７Ａ及び図７Ｂにおける光強度分布の例示である。図示の通り、前記光導波路が垂直面内で−ｘ方向に傾斜するに従い、光強度分布のピーク位置が＋ｘ方向にシフトすると共に、光強度分布の裾引きも＋ｘ方向に大きくなる。なお、図示の光強度分布のピーク位置のシフト量、及び、図示の光強度分布の裾引きの変化量は例示であり、半導体発光素子の層構造や光導波路構造などで変わり得る。また、光強度分布のピーク位置及び裾引きが効果的に変化する前記光導波路の垂直面内傾斜角度は、前述のとおり、半導体発光素子の層構造や光導波路構造などで変わり得る。本発明者らの検討によれば、例えば、前記光導波路の垂直面内傾斜角度が２度以上であれば、前記光導波路が水平面内で傾斜することに起因した出射ビーム形状の非対称性を補償する効果がある。

従って、図５乃至６で例示したように、光導波路が光出射端面に向かって左右いずれかに傾斜することに起因した出射ビーム形状の非対称性は、図７乃至８で例示したように、光導波路の垂直断面形状が左右非対称であることに起因した出射ビーム形状の非対称性で補償可能である。これにより、出射ビーム形状の対称性が効果的に改善される。

本発明の端面発光型半導体発光素子を構成する各半導体層は、特に制限されず、結晶層でも非結晶層でも良いが、結晶層が好ましい。本発明において、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。また、非結晶層とは、結晶層以外の層をいい、アモルファス層または一部微晶化領域を含むアモルファス層等をいう。

また、本発明の端面発光型半導体発光素子の製造方法は特に制限されないが、本実施形態の端面発光型半導体発光素子（図１および２）については、例えば以下のように製造することができる。すなわち、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、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎソースとして、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。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し、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。その上に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水平方向に傾斜す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し、所望の幅と高さを有するリッジを形成する。この時、素子断面に対して斜め方向からエッチングすることにより、リッジ形状を左右非対称に形成する。その上に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、所望の開口幅を有するＳｉＯ_２絶縁層１１０を形成する。その後、上面にｐ型電極１１１、下面にｎ型電極１１２を形成する。このようにして作製した端面発光型半導体発光素子は、前記光出射端面近傍部分において、前記主面に垂直な方向から見た場合に、前記光出射端面に向かって左右いずれかに傾斜した形状を有する。前記光導波路の前記光出射端面近傍部分において、前記光出射端面に向かって左右方向における前記光導波路の等価屈折率分布は、前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも前記分布が急峻である。かつ、前記分布が急峻な側の端部は、前記主面に垂直な方向から見た場合の傾斜方向と逆側の端部である。このような構造により、出射ビーム形状の対称性が効果的に改善される。なお、上記製造方法は例示であり、これに限定されず様々な変形例が可能であることは、当業者であれば容易に理解可能である。

［実施形態２］
次に、本発明の端面発光型半導体発光素子の別の実施形態について説明する。図３に、本実施形態に係る半導体発光素子の断面図を示し、図４に、本実施形態に係る半導体発光素子の平面図を示す。前記実施形態１では、ｎ型基板１０１は（０００１）ＧａＮ基板からなり、且つ、ドライエッチング工程において、素子断面に対して斜め方向からエッチングすることにより、リッジ形状を左右非対称に形成した。しかしながら、本発明は、これに限定されない。すなわち、図３に示すように、ｎ型基板３０１は、主面が（０００１）面から傾いた面、例えば（１１−２２）面であるＧａＮ基板であっても良い。すなわち、本実施形態の端面発光型半導体発光素子では、前記光導波路は、六方晶構造を有する半導体から形成され、前記六方晶構造は、光の進行方向から見て、（０００１）面が前記主面方向に対し左右いずれかに傾斜しており、かつ、その傾斜方向は、前記主面に垂直な方向から見た場合の傾斜方向と逆方向である。この時、光出射端面である前端面２０３（図４）が、例えば（１−１００）面となるように、光導波路２０２を形成する。これにより、六方晶の対称軸である［０００１］軸が素子断面内で傾くため、その結晶異方性により、ドライエッチング工程におけるエッチング方向を素子断面に対して斜めにしなくとも、リッジ形状は自ずと左右非対称に形成される。図３および４に示した本実施形態の端面発光型半導体発光素子の構造は、前記面方位以外は、図１および２に示した実施形態１の端面発光型半導体発光素子の構造と同様である。

なお、前記リッジ形状の垂直面内傾斜角度と、（０００１）面に対する前記主面の傾斜角度は必ずしも一致しなくても良い。例えば、前記主面が（１１−２２）面である場合、（０００１）面に対する前記主面の傾斜角度は約５８度である。この時、前記リッジ形状を作製するエッチングを等方性が強くなる条件に設定すれば、前記リッジ形状の垂直面内傾斜角度は低角となり、前記リッジ形状を作製するエッチングを異方性が強くなる条件に設定すれば、前記リッジ形状の垂直面内傾斜角度は高角となる。従って、例えば、前記エッチング条件の物理化学性を適切に選択すれば、前記リッジ形状の垂直面内傾斜角度を約２乃至５度とすることが可能である。

なお、上記実施形態１および２は例示であり、様々な変形例が可能である。例えば、前記実施形態１において、ｎ型基板の主面は（０００１）面に限定されない。また、前記実施形態２において、ｎ型基板の主面は（０００１）面から傾斜していれば良く、（１１−２２）面に限定されない。例えば、前記主面は（１０−１２）面、（１１−２２）面、（１０−１１）面などでも良い。この時、（０００１）面に対する前記主面の傾斜角度は、それぞれ約４３度、約５８度、約６２度となる。なお、前記光導波路の垂直面内傾斜角度と、（０００１）面に対する前記主面の傾斜角度は必ずしも一致しなくても良い。

また、上記実施形態１および２においては、光導波路の形状が左右非対称である例を示した。すなわち、上記実施形態１および２においては、前記光導波路の前記光出射端面近傍部分において、前記光出射端面に平行な方向の断面形状が、前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも急峻であることにより、前記一方が前記他方よりも前記等価屈折率分布が急峻である。しかしながら、光導波路の左右非対称性は、形状だけに限定されず、例えば、前記光出射端面に向かって左右方向の屈折率分布が左右非対称であっても良い。すなわち、本発明の端面発光型半導体発光素子では、前記光導波路の前記光出射端面近傍部分において、前記光出射端面に向かって左右方向における前記光導波路の厚み方向屈折率分布が、前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも前記分布が急峻であることにより、前記一方が前記他方よりも前記等価屈折率分布が急峻であっても良い。図９（ａ）は、前記光出射端面に向かって左右方向の屈折率分布が左右対称の場合を例示するグラフである。図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、前記光出射端面に向かって左右方向の屈折率分布が左右非対称であり、垂直面内傾斜方向が−ｘ方向の場合を例示するグラフである。

本発明の端面発光型光半導体素子の素子断面形状は、実施形態１および２で例示したようなリッジ構造に限定されず、インナーストライプ構造でも良い。また、半導体材料は六方晶である窒化物半導体に限定されず、例えば立方晶であるＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子にも適用可能である。例えば、前記光導波路は、立方晶構造を有する半導体から形成され、前記立方晶構造は、光の進行方向から見て、（００１）面が前記主面方向に対し左右いずれかに傾斜しており、かつ、その傾斜方向は、前記主面に垂直な方向から見た場合の傾斜方向と逆方向であっても良い。また、光導波路の形成方法はドライエッチングに限定されず、ウエットエッチングでも良い。

本発明の端面発光型光半導体素子は、例えば、素子単体でスペックルが低減された端面発光型半導体発光素子として、特に、出射ビーム形状の対称性が改善された斜め導波路型ＳＬＤとして用いることができる。本発明の端面発光型半導体発光素子は、特に、ディスプレイ（画像表示装置）用可視光半導体発光素子として使用可能である。例えば、本発明の端面発光型半導体発光素子を用いた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。そのため、本発明は、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）といった幅広い市場に対する応用が可能である。また、本発明の端面発光型光半導体素子は、ＳＬＤに限定されず、どのような端面発光型光半導体素子であっても良い。また、本発明の用途も上記に限定されず、どのような用途に使用しても良く、例えば、画像表示装置全般における光源として広く用いることができる。また、本発明の端面発光型半導体発光素子は、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、本発明の端面発光型半導体発光素子は、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、３０１ 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 半導体発光素子
２０２ 光導波路
２０３ 前端面
２０４ 後端面

Claims (8)

1. 複数の半導体層が積層された積層体を含み、
   前記半導体層の一部が光導波路を形成し、
   前記光導波路は、前記半導体層の主面方向に沿って形成され、かつ、光を出射可能な光出射端面を有し、
   前記光導波路の前記光出射端面近傍部分は、前記主面に垂直な方向から見た場合に、前記光出射端面に向かって左右いずれかに傾斜した形状を有し、
   前記光導波路の前記光出射端面近傍部分において、前記光出射端面に向かって左右方向における前記光導波路の等価屈折率分布は、前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも前記分布が急峻であり、かつ、
   前記分布が急峻な側の端部は、前記主面に垂直な方向から見た場合の傾斜方向と逆側の端部であることを特徴とする端面発光型半導体発光素子。
2. 前記光導波路の前記光出射端面近傍部分において、前記光出射端面に平行な方向の断面形状が、前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも急峻であることにより、前記一方が前記他方よりも前記等価屈折率分布が急峻であることを特徴とする請求項１記載の端面発光型半導体発光素子。
3. 前記光導波路の前記光出射端面近傍部分において、前記光出射端面に向かって左右方向における前記光導波路の厚み方向屈折率分布が、前記光導波路の右端部および左端部の一方が他方よりも前記分布が急峻であることにより、前記一方が前記他方よりも前記等価屈折率分布が急峻であることを特徴とする請求項１または２記載の端面発光型半導体発光素子。
4. 前記光導波路は、六方晶構造を有する半導体から形成され、前記六方晶構造は、（０００１）面が前記主面方向に平行であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の端面発光型半導体発光素子。
5. 前記光導波路は、六方晶構造を有する半導体から形成され、前記六方晶構造は、光の進行方向から見て、（０００１）面が前記主面方向に対し左右いずれかに傾斜しており、かつ、その傾斜方向は、前記主面に垂直な方向から見た場合の傾斜方向と逆方向であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の端面発光型半導体発光素子。
6. 前記光導波路は、立方晶構造を有する半導体から形成され、前記立方晶構造は、光の進行方向から見て、（００１）面が前記主面方向に対し左右いずれかに傾斜しており、かつ、その傾斜方向は、前記主面に垂直な方向から見た場合の傾斜方向と逆方向であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の端面発光型半導体発光素子。
7. スーパールミネッセントダイオード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端面発光型半導体発光素子。
8. 光源を含み、前記光源が請求項１〜７のいずれか一項に記載の端面発光型半導体発光素子を含むことを特徴とする画像表示装置。

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