JP5304540B2 - Light emitting device and projector - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置およびプロジェクターに関する。 The present invention relates to a light emitting device and a projector.
近年、プロジェクター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素子を有する発光装置が期待されている。このような光源用の発光装置では、明るい画像を表示するために、高出力化が望まれている。高出力化を図る方法として、例えば特許文献1には、発光素子を多段に積んだ構造の発光装置が提案されている。 In recent years, a light emitting device having a laser element with high brightness and excellent color reproducibility is expected as a light emitting device for a light source of a projector. In such a light emitting device for a light source, high output is desired in order to display a bright image. As a method for achieving higher output, for example, Patent Document 1 proposes a light emitting device having a structure in which light emitting elements are stacked in multiple stages.
しかしながら、各レーザー素子から出射される光は放射角は、基板面に水平な方向の放射角は十分に小さいが、基板面に垂直な方向の放射角は大きいため、発光装置の出射する照明光の放射角が垂直方向に大きくなってしまい、特に多段にするとエテンデュー(発光面積×立体角角)が大きくなってしまう問題がある。このような発光装置では、例えばプロジェクターの光学系が大型化する場合がある。 However, the light emitted from each laser element has a radiation angle that is sufficiently small in the direction parallel to the substrate surface, but the radiation angle in the direction perpendicular to the substrate surface is large. The emission angle becomes larger in the vertical direction, and in particular, when there are multiple stages, the etendue (light emitting area × solid angle) is increased. In such a light emitting device, for example, the optical system of the projector may be increased in size.
本発明の幾つかの態様に係る目的の1つは、放射角の小さい照明光を得ることができ、かつ高出力である発光装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記発光装置を有するプロジェクターを提供することにある。 One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a light-emitting device that can obtain illumination light with a small radiation angle and has high output. Another object of some embodiments of the present invention is to provide a projector having the light-emitting device.
本発明に係る発光装置は、
第1ガイド層と第2ガイド層とで挟まれた活性層を有するコア層と、前記コア層を挟む第1クラッド層および第2クラッド層と、を有する積層構造体を備える発光素子を含み、
前記積層構造体において、前記コア層の露出する面に前記活性層に生じる光を出射する出射面を有し、
前記発光素子は、所定の方向に複数配列され、
複数の前記発光素子のうちの第1発光素子は、配列された複数の前記発光素子の一方の端に位置し、
複数の前記発光素子のうちの第2発光素子は、配列された複数の前記発光素子の他方の端に位置し、
複数の前記発光素子のうちの第3発光素子は、前記第1発光素子と前記第2発光素子の間に位置し、
前記第1発光素子および前記第2発光素子の前記光出射面を含む前記コア層の少なくとも一部は、前記第1ガイド層の膜厚が、前記第3発光素子の前記第1ガイド層の膜厚よりも厚く、前記第2ガイド層の膜厚が、前記第3発光素子の前記第2ガイド層の膜厚よりも厚い。
The light emitting device according to the present invention is
A light emitting device including a laminated structure having a core layer having an active layer sandwiched between a first guide layer and a second guide layer, and a first cladding layer and a second cladding layer sandwiching the core layer;
In the laminated structure, the exposed surface of the core layer has an emission surface that emits light generated in the active layer,
A plurality of the light emitting elements are arranged in a predetermined direction,
A first light emitting element among the plurality of light emitting elements is located at one end of the plurality of arranged light emitting elements,
A second light emitting element among the plurality of light emitting elements is located at the other end of the plurality of light emitting elements arranged,
A third light emitting element of the plurality of light emitting elements is located between the first light emitting element and the second light emitting element,
At least a part of the core layer including the light emitting surface of the first light emitting element and the second light emitting element has a film thickness of the first guide layer, and a film of the first guide layer of the third light emitting element. The thickness of the second guide layer is larger than the thickness of the second guide layer of the third light emitting element.
このような発光装置によれば、放射角の小さい照明光を得ることができ、かつ高出力であることができる。 According to such a light emitting device, it is possible to obtain illumination light with a small radiation angle and high output.
本発明に係る発光装置において、
前記所定の方向は、前記活性層の厚み方向であり、
複数の前記発光素子の前記出射面から出射される光は、同じ方向に向かって進行することができる。
In the light emitting device according to the present invention,
The predetermined direction is a thickness direction of the active layer,
Light emitted from the emission surfaces of the plurality of light emitting elements can travel in the same direction.
このような発光装置によれば、放射角の小さい照明光を得ることができ、かつ高出力であることができる。 According to such a light emitting device, it is possible to obtain illumination light with a small radiation angle and high output.
本発明に係る発光装置において、
前記発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであることができる。
In the light emitting device according to the present invention,
The light emitting device may be a super luminescent diode.
このような発光装置によれば、スペックルノイズを低減することができる。 According to such a light emitting device, speckle noise can be reduced.
本発明に係る発光装置において、
前記所定の方向は、前記活性層の厚み方向と直交する方向であり、
前記活性層の露出する面のうちの第1面と第2面とは互いに対向する位置関係であり、
複数の前記発光素子のうちの隣り合う前記発光素子は、隣り合う前記発光素子の一方の前記第1面と、隣り合う前記発光素子の他方の前記第2面とが対向して配列され、
前記活性層のうちの少なくとも一部は、前記活性層の電流経路となる利得領域を構成し、
前記利得領域は、前記活性層を平面的に見て、直線状に、前記第1面側の端面から前記第2面側の端面まで、前記第1面の垂線に対して傾いた方向に向かって設けられ、
前記第1面側の端面および前記第2面側の端面の各々は、前記出射面を構成し、
前記第1面側の前記出射面から出射された光を反射する第1ミラーと、
前記第2面側の前記出射面から出射された光を反射する第2ミラーと、
を含み、
前記第1ミラーによって反射された光の進む方向と、前記第2ミラーによって反射された光の進む方向とは、同じであることができる。
In the light emitting device according to the present invention,
The predetermined direction is a direction orthogonal to the thickness direction of the active layer,
Of the exposed surface of the active layer, the first surface and the second surface are in a positional relationship facing each other,
The adjacent light emitting elements of the plurality of light emitting elements are arranged such that one of the first surfaces of the adjacent light emitting elements and the other second surface of the adjacent light emitting elements are opposed to each other.
At least a part of the active layer constitutes a gain region serving as a current path of the active layer,
The gain region is linearly viewed from the end surface on the first surface side to the end surface on the second surface side in a direction inclined with respect to the normal to the first surface when the active layer is viewed in a plan view. Provided,
Each of the end surface on the first surface side and the end surface on the second surface side constitutes the emission surface,
A first mirror that reflects light emitted from the emission surface on the first surface side;
A second mirror that reflects light emitted from the emission surface on the second surface side;
Including
The traveling direction of the light reflected by the first mirror and the traveling direction of the light reflected by the second mirror can be the same.
このような発光装置によれば、放射角の小さい照明光を得ることができ、かつ高出力であることができる。 According to such a light emitting device, it is possible to obtain illumination light with a small radiation angle and high output.
本発明に係る発光装置において、
複数の前記発光素子の各々において、前記利得領域は、複数配列されていることができる。
In the light emitting device according to the present invention,
In each of the plurality of light emitting elements, a plurality of gain regions may be arranged.
このような発光装置によれば、より高出力化を図ることができる。 According to such a light emitting device, higher output can be achieved.
本発明に係る発光装置において、
前記第1発光素子および前記第2発光素子は、前記第1ガイド層の膜厚が、前記第3発光素子の前記第1ガイド層の膜厚よりも厚く、前記第2ガイド層の膜厚が、前記第3発光素子の前記第2ガイド層の膜厚よりも厚い。
In the light emitting device according to the present invention,
In the first light-emitting element and the second light-emitting element, the film thickness of the first guide layer is larger than the film thickness of the first guide layer of the third light-emitting element, and the film thickness of the second guide layer is The thickness of the second guide layer of the third light emitting element is larger.
このような発光装置によれば、放射角の小さい照明光を得ることができ、かつ高出力であることができる。 According to such a light emitting device, it is possible to obtain illumination light with a small radiation angle and high output.
本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係るの発光装置と、
前記発光装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調素子によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。
The projector according to the present invention is
A light emitting device according to the present invention;
A light modulation device that modulates light emitted from the light emitting device according to image information;
A projection device for projecting an image formed by the light modulation element;
including.
このようなプロジェクターによれば、本発明に係る発光装置を有するため、光学系の小型化を図ることができ、かつ明るい画像を表示できる。 According to such a projector, since the light emitting device according to the present invention is provided, the optical system can be reduced in size and a bright image can be displayed.
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。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1. 発光装置
まず、本実施形態に係る発光装置1000について説明する。図1は、発光装置1000を模式的に示す斜視図である。図1では、便宜上、発光素子100a,100b,100cを簡略化して示している。また、図1では、発光素子100a,100b,100c間を電気的に接続する配線、および発光素子100a,100b,100cとベース200との間を電気的に接続する配線は、便宜上、省略して示している。
1. First, the
発光装置1000は、図1に示すように、発光素子100a,100b,100cを含む。発光装置1000は、さらに、ベース200を含むことができる。
The
発光素子100a,100b,100cとしては、半導体レーザーや、スーパールミネッセントダイオード(SLD)を用いることができる。発光装置1000は、3つの発光素子(第1発光素子100a、第2発光素子100b、第3発光素子100c)を有している。3つの発光素子100a,100b,100cは、例えば、多段に積み重ねられている。3つの発光素子100a,100b,100cは、活性層108の厚み方向に配列されている。第1発光素子100aは、多段に積まれた発光素子100a,100b,100cの最上段に位置し、第2発光素子100bは、多段に積まれた発光素子100a,100b,100cの最下段に位置している。言い換えると、第1発光素子100aは、配列された発光素子100a,100b,100cの一方の端に位置し、第2発光素子100bは、他方の端に位置している。第3発光素子100cは、第1発光素子100aと第2発光素子100bの間に位置している。図示の例では、第3発光素子100cは、1つ設けられているが、複数設けられていてもよい。すなわち、第1発光素子100aと第2発光素子100bの間には、複数の第3発光素子100cが配列されていてもよい。各発光素子100a,100b,100cの間には、例えば、ベース200が設けられている。発光装置1000は、発光素子100a,100b,100cから同じ方向に向かって進行する出射光La,Lb,Lcを出射して照明光Lを構成し、照明光Lを例えば、光変調装置(液晶ライトバルブ3200、図12参照)に照射させることができる。以下、発光素子100a,100b,100cがInGaAlP系(赤色)のSLDである場合について説明する。
As the
図2は、発光素子100a,100b,100cを模式的に示す平面図である。図3(A)は、第3発光素子100cにおける図2のIII−III線の断面図であり、図3(B)は、第1及び第2発光素子100a,100bにおける、図2のIII−III線の断面図である。なお、図2では、便宜上、第2電極122の図示を省略している。
FIG. 2 is a plan view schematically showing the
発光素子100a,100b,100cは、図3に示すように、積層構造体101を有する。発光素子100a,100b,100cは、さらに、絶縁部116と、第1電極120と、第2電極122と、を有することができる。積層構造体101は、基板102と、第1クラッド層104と、第1ガイド層106と、活性層108と、第2ガイド層110と、第2クラッド層112と、コンタクト層114と、を有することができる。
The
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。
As the
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InAlGaP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。
The
第1ガイド層106は、第1クラッド層104上に形成されている。第1ガイド層106は、例えば、第1導電型の半導体からなる。第1ガイド層106としては、例えばInGaAlPなどを用いることができる。
The
活性層108は、第1ガイド層106上に形成されている。活性層108は、第1ガイド層106と第2ガイド層110とに挟まれている。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。
The
活性層108の少なくとも一部は、活性層108の電流経路となる利得領域140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108は、図2に示すように、第1面107と、第1面107と対向する位置関係にある第2面109と、を有する。第1面107と第2面109とは、例えば、平行である。積層構造体101において、第1面107および第2面109は、第1ガイド層106および第2ガイド層110で覆われていない活性層108の露出する面である。第1面107および第2面109は、活性層108の側面ともいえる。
At least a part of the
利得領域140は、活性層108を平面的に見て(図2参照)、第1面107側の第1端面152から第2面109側の第2端面154まで、第1面107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。すなわち、発光素子100a,100b,100cは、例えば、SLDであることができる。利得領域140は、4つ配列されているが、その数は、限定されない。利得領域140を複数配列することで、高出力化を図ることができる。利得領域140の平面形状は、例えば、平行四辺形である。
The
なお、図示はしないが、利得領域140は、第1面107側の第1端面152から第2面109側の第2端面154まで、直線状に、第1面107の垂線Pと平行となる方向に向かって設けられていてもよい。この場合には、共振器が構成され、レーザー光を発することができる。すなわち、発光素子100a,100b,100cは、例えば、半導体レーザーであることができる。
Although not illustrated, the
第2ガイド層110は、活性層108上に形成されている。第2ガイド層110は、例えば、第2導電型の半導体からなる。第2ガイド層110としては、例えばInGaAlPなどを用いることができる。第2ガイド層110の膜厚は、例えば、第1ガイド層106の膜厚と同じ厚さである。
The
第1ガイド層106、および活性層108、第2ガイド層110により、活性層108に生じる光を伝播するコア層111を構成することができる。第1ガイド層106および第2ガイド層110は、注入キャリア(電子および正孔)を活性層108に閉じ込めると同時に、コア層111に光を閉じこめる層であり、活性層108内の光密度を調整することができる。第1ガイド層106及び第2ガイド層110を厚くするほど、より多くの光をコア層111に伝播させることができるが、第1ガイド層106及び第2ガイド層110を厚くするほど、コア層111を伝播する光の活性層108に存在する割合が小さくなる。積層構造体101において、コア層111の露出する面の第2面109側には、出射光La,Lb,Lcを出射する出射面150が設けられている。コア層111は、第1クラッド層104と、第2クラッド層112とで挟まれている。
The
図3に示すように、第1発光素子100aと第2発光素子100bの第1ガイド層106の膜厚は、第3発光素子100cの第1ガイド層106の膜厚よりも厚い。第1発光素子100aと第2発光素子100bの第2ガイド層110の膜厚は、第3発光素子100cの第2ガイド層110よりも厚い。したがって、図1に示すように、第1発光素子100aと第2発光素子100bの出射光La,Lbの放射角を、第3発光素子100cの出射光Lcの放射角と比べて小さくすることができる。
As shown in FIG. 3, the thickness of the
図4は、ガイド層の膜厚と、光閉じ込め係数の関係を示すグラフである。図5は、ガイド層の膜厚と、放射角の全角(光強度がピーク光強度に対し1/e2≒13.5%となる放射角度。ここで、eは自然定数。)の関係を示すグラフである。具体的には、図4、図5に示すグラフは、活性層108が、3層のウェル層(屈折率が3.6201、膜厚8.7nm)と、2層のバリア層(屈折率が3.4297、膜厚が8.0nm)で構成されたMQW構造であり、ガイド層(屈折率が3.4297)の片側(第1ガイド層と第2ガイド層は同じ膜厚)の膜厚を0.01〜0.3μmとした場合の放射角の全角および光閉じ込め係数を示す。一般的に、ガイド層としては、発光効率をよくするために光閉じ込め係数の高い層が望ましい。図4に示す例では、ガイド層としては、光閉じ込め係数が最大となる0.06μm付近の膜厚で用いることが望ましい。しかしながら、図5に示すように、膜厚が0.06μmの場合、放射角の全角は70度となり、放射角が大きくなってしまう。また、放射角を小さくするためにガイド層の膜厚を厚くすると、図5に示すように、光閉じ込め係数が小さくなり発光効率が悪くなってしまう。ここで、図1に示すように、発光素子100a,100b,100cを複数配列した場合、照明光Lの放射角は発光素子100a,100b,100cの列の端に位置する発光素子100a,100bの放射角の大きさによって決まる。したがって、第1発光素子100aおよび第2発光素子100bは、照明光Lの放射角を小さくすることを優先して、ガイド層106,110の膜厚を厚くし、第3発光素子100cは、照明光Lの放射角に影響しないため発光効率を優先して、ガイド層106,110の膜厚を厚くすることができる。これにより、発光効率の低下を抑えつつ、放射角の小さい照明光Lを得ることができる。具体的には、第1発光素子100aおよび第2発光素子100bのガイド層106,110の膜厚は、1次モードが出現しない最大の膜厚が望ましく、図4および図5に示す例では、例えば、0.2μmである。また、第3発光素子100cの膜厚は、光閉じ込め係数の大きい膜厚が望ましく、図4および図5の例では、0.06μmである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the film thickness of the guide layer and the optical confinement coefficient. FIG. 5 shows the relationship between the thickness of the guide layer and the full angle of the radiation angle (the radiation angle at which the light intensity is 1 / e 2 ≈13.5% of the peak light intensity, where e is a natural constant). It is a graph to show. Specifically, in the graphs shown in FIGS. 4 and 5, the
なお、図示はしないが、例えば、第1発光素子100aおよび第2発光素子100bのコア層111において、出射面150を含む一部においてのみ、第1発光素子100aと第2発光素子100bの第1ガイド層106の膜厚が、第3発光素子100cの第1ガイド層106よりも厚く、第1発光素子100aと第2発光素子100bの第2ガイド層110の膜厚が、第3発光素子100cの第2ガイド層110よりも厚くてもよい。このように、放射角に影響する出射面150側のガイド層106,110の膜厚のみを厚くしてもよい。これにより、ガイド層106,110の全部の膜厚を厚くした場合と同様に、出射面150から出射される出射光La,Lbの放射角を小さくすることができる。
Although not shown, for example, in the core layer 111 of the first
利得領域140に生じる光の波長帯において、第1面107の反射率は、第2面109の反射率よりも高い。例えば、図2に示すように、第1面107を反射部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。反射部130は、例えば、誘電体ミラー、金属ミラーなどの高反射構造を有する。具体的には、反射部130としては、例えば、第1面107側からSiON層、SiN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。第1面107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面109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面109を反射防止部(図示しない)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、Al2O3単層などを用いることができる。すなわち、発光素子100a,100b,100cでは、第2端面154が出射面150を構成し、第1端面152が反射面を構成している。なお、反射部130およ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、SiO2層、SiN層、SiON層、Ta2O5層、TiO2層、TiN層や、これらの多層膜などを用いることができる。
In the wavelength band of light generated in the
第2クラッド層112は、第2ガイド層110上に形成されている。第2クラッド層112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112としては、例えばp型InAlGaP層などを用いることができる。
The
例えば、p型の第2クラッド層112、不純物がドーピングされていない活性層108、および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および第2クラッド層112の各々は、活性層108および第1ガイド層106、第2ガイド層110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104および第2クラッド層112は、コア層111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。
For example, the p-type
コンタクト層114は、図3に示すように、第2クラッド層112上に形成されている。コンタクト層114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114としては、例えば、p型のGaAs層などを用いることができる。
The
コンタクト層114と、第2クラッド層112の一部とは、柱状部115を形成することができる。柱状部115の平面形状は、例えば図2に示すように、利得領域140の平面形状と同じである。すなわち、例えば、柱状部115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、図示はしないが、柱状部115は、例えば、コンタクト層114、第2クラッド層112の一部、第2ガイド層110の一部、活性層108の一部、第1ガイド層106の一部、および第1クラッド層104の一部からなることもできる。なお、図示はしないが、柱状部115の側面は、傾斜していてもよい。
The
絶縁部116は、図3に示すように、第2クラッド層112上であって、柱状部115の側方に設けられていることができる。絶縁部116は、柱状部115の側面に接している。絶縁部116の上面は、例えば、コンタクト層114の上面と連続していることができる。絶縁部116としては、例えば、SiN層、SiO2層、ポリイミド層などを用いることができる。絶縁部116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116を避けて、該絶縁部116に挟まれた柱状部115を流れることができる。絶縁部116は、活性層108の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。この場合、絶縁部116を形成した部分の垂直断面の有効屈折率は、絶縁部116を形成しない部分、すなわち柱状部115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、絶縁部116を設けないこともできる。絶縁部116が空気であると解釈してもよい。その場合は、柱状部115にコア層111および第1クラッド層104を含まないようにするか、第2電極122が直接的にコア層111および第1クラッド層104に接することがないようにする必要がある。なお、ここでは、絶縁部116が形成されている領域と、絶縁部116が形成されていない領域、すなわち柱状部115を形成している領域に屈折率差を設けて光を閉じ込める屈折率導波型について説明したが、柱状部115を形成することによって屈折率差を設けず、利得領域140がそのまま導波領域となる、利得導波型を用いることもできる。
As shown in FIG. 3, the insulating
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。これにより、第1電極120の接触抵抗を低減することができる。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、発光素子100a,100b,100c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。
The
第2電極122は、コンタクト層114(柱状部115)及び絶縁部116の上の全面に形成されていることができる。第2電極122は、コンタクト層114を介して、第2クラッド層112と電気的に接続されている。第2電極122は、発光素子100a,100b,100c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114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114との接触面は、図3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。
The
発光素子100a,100b,100c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。利得領域140に生じた光は、出射面150から出射光La,Lb,Lcとして出射される。
In the
本実施形態に係る発光素子100a,100b,100cの一例として、InGaAlP系の場合について説明したが、発光素子100a,100b,100cは、発光利得領域が形成可能なあらゆる閃亜鉛鉱型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、InP系、InGaAsP系、GaAs系、InGaAs系、GaInNAs系、ZnCdSe系、ZnSe系、BeZnSe系、ZnTe系、BeZnTe系などの半導体材料を用いることができる。
The case of the InGaAlP system has been described as an example of the
ベース200は、例えば、発光素子100a,100b,100cを支持することができる。図示はしないが、例えば、サブマウントを介して、発光素子100a,100b,100cを支持していてもよい。ベース200としては、例えば、板状(直方体形状)の部材を用いることができる。ベース200としては、例えば、Cu、Al等を用いることができる。ベース200の熱伝導率は、例えば、発光素子100a,100b,100cの熱伝導率よりも高い。これにより、ベース200は、ヒートシンクとして機能することができる。ベース200と発光素子100a,100b,100cとは、それぞれ電気的に接続されていてもよい。
For example, the base 200 can support the
本実施形態に係る発光装置1000は、例えば、以下の特徴を有する。
The
本実施形態に係る発光装置1000では、第1発光素子100aおよび第2発光素子100bは、第1ガイド層106の膜厚が、第3発光素子100cの第1ガイド層106の膜厚よりも厚く、第2ガイド層110の膜厚が、第3発光素子100cの第2ガイド層110の膜厚よりも厚いことができる。したがって、複数の発光素子100a,100b,100cを有し、かつ発光効率の低下を抑えつつ照明光Lの放射角を小さくすることができる。したがって、放射角の小さい照明光Lを得ることができ、かつ高出力である発光装置を提供することができる。
In the
本実施形態に係る発光装置1000では、発光素子100a,100b,100cとして、SLDを用いることができる。したがって、レーザー光ではない光を出射することができるため、スペックルノイズを低減することができる。
In the
2. 発光装置の製造方法
次に、本実施形態に係る発光装置1000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。
2. Method for Manufacturing Light-Emitting Device Next, an example of a method for manufacturing the light-emitting
図6〜図8は、発光装置1000の製造工程を模式的に示す断面図であり、図6〜図8は、図3に示す断面図に対応している。
6 to 8 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the light-emitting
図6に示すように、基板102上に、第1クラッド層104、第1ガイド層106、活性層108、第2ガイド層110、第2クラッド層112、コンタクト層114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。ここで、第1発光素子100aおよび第2発光素子100bは、第3発光素子100cよりもガイド層106,110の膜厚を厚く成膜する。
As shown in FIG. 6, the
図7に示すように、コンタクト層114および第2クラッド層112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。本工程により、柱状部115を形成することができる。
As shown in FIG. 7, the
図8に示すように、柱状部115の側面を覆うように絶縁部116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112の上方(コンタクト層114上を含む)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114の上面を露出させる。以上の工程により、絶縁部116を形成することができる。
As shown in FIG. 8, the insulating
図3に示すように、コンタクト層114(柱状部115)上に第2電極122を形成する。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および第2電極122は、例えば、真空蒸着法により形成される。
As shown in FIG. 3, the
図2に示すように、第1面107および第2面109を覆うように、反射部130および反射防止部を形成する。反射部130および反射防止部は、例えば、CVD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。なお、第1電極120、第2電極122、反射部130および反射防止部の形成順序は、特に限定されない。
As shown in FIG. 2, the
以上の工程により、発光素子100a,100b,100cを製造することができる。
Through the above steps, the
次に、例えば、金型成型などにより、所望の形状のベース200を作製する。次に、ベース200にそれぞれ発光素子100a,100b,100cを実装する。次に、ベース200および発光素子100a,100b,100cを多段に積み重ねる。
Next, a
以上の工程により、発光装置1000を製造することができる。
Through the above steps, the light-emitting
3. 発光装置の変形例
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、上述した発光装置1000の例と異なる点について説明し、同様の点については同一の符号を付し説明を省略する。
3. Next, a modification of the light emitting device according to this embodiment will be described. In addition, a different point from the example of the light-emitting
図9は、本変形例に係る発光装置2000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11は、図9のXI−XI線断面図である。
FIG. 9 is a plan view schematically showing a
発光装置1000の例では、発光素子100a,100b,100cが、活性層108の厚み方向に配列さ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、図9に示すように、発光素子100a,100b,100cが、活性層108の厚み方向に対して直交する方向に配列されていることができる。
In the example of the
発光装置2000は、発光素子100a,100b,100cと、ベース200と、第1ミラー310と第2ミラー320とを有する光軸変換素子300と、を含むことができる。
The
発光素子100a,100b,100cは、図9に示すように、活性層108の厚み方向に対して直交する方向に配列されている。具体的には、第1発光素子100aの第2面109と、第3発光素子100cの第1面107が対向するように配置されている。さらに、第3発光素子100cの第2面109と、第2発光素子100bの第1面107が対向するように配置されている。すなわち、発光素子100a,100b,100cのうちの隣り合う発光素子100a,100b,100cの一方の第1面107と、隣り合う発光素子100a,100b,100cの他方の第2面109が対向するように配置されている。
The
発光素子100aは、配列された発光素子100a,100b,100cの一方の端に位置し、発光素子100bは、配列された発光素子100a,100b,100cの他方の端に位置している。発光素子100cは、発光素子100aと発光素子100bの間に位置している。図9の例では、発光素子100cは、1つ設けられているが、複数設けられていてもよい。すなわち、発光素子100aと発光素子100bの間には、複数の発光素子100cが配列されていてもよい。
The
発光素子100a,100b,100cは、図9に示すように、利得領域140の第1面107側の第1端面152および利得領域140の第2面109側の第2端面154は、出射面150を構成している。第1面107および第2面109を反射防止部(図示しない)で覆うことにより第1端面152および第2端面154が出射面150を構成してもよい。第1面107の第1端面152が形成される領域および第2面109の第2端面154が形成される領域は、第1面107および第2面109を接続する活性層108の第3面109aに対して、傾斜していてもよい。発光素子100a,100b,100cでは、スネルの法則に従って、第1端面152が形成される領域および第2端面154が形成される領域を、第3面109aに対して傾けることにより、出射光La,Lb,Lcを、第3面108と平行な方向に進行させることができる。これにより、出射光La,Lb,Lcの進行方向を変換する光軸変換素子300を簡易化することができる。
As shown in FIG. 9, the
光軸変換素子300は、例えば、ベース200上に形成される。光軸変換素子300は、第1ミラー310と、第2ミラー320と、を有している。ミラー310,320は、活性層108の上面に対して、例えば、45度傾斜している。図9に示すように、光軸変換素子300の一方の側の側面が第1ミラー310であり、他方側の側面が第2ミラー320であってもよい。また、図9において、発光素子100aからみて、発光素子100cとは反対側に設置する光軸変換素子300は、第1ミラー310のみで構成されていてもよい。同様に、発光素子100bからみて、発光素子100cとは反対側に設置する光軸変換素子300は、第2ミラー320のみで構成されていてもよい。光軸変換素子300の材質としては、例えば、アルミニウム、銀、金などを列挙することができる。例えば、光軸変換素子300のミラー310,320の部分のみを、上記列挙した材料としてもよい。
The optical
第1ミラー310は、図10および図11に示すように、例えば第1面107に対向するように配置されている。第1ミラー310は、第1面107側から出射される出射光La,Lb,Lcを反射させることができる。具体的には、図10および図11に示すように、第2面109側から第1面107側に向かう方向(例えば水平方向)に進んできた出射光La,Lb,Lcを、活性層108の厚み方向(例えば垂直方向)に反射させることができる。第2ミラー320は、例えば、第2面109に対向するように配置されている。第2ミラー320は、第2面109側から出射される出射光La,Lb,Lcを反射させることができる。具体的には、図10および図11に示すように、第1面107側から第2面109側に向かう方向(例えば水平方向)に進んできた出射光La,Lb,Lcを、活性層108の厚み方向(例えば垂直方向)に反射させることができる。すなわち、ミラー310,320によって、出射光La,Lb,Lcを同じ方向(活性層108の厚み方向)に向けて進行させて、照明光Lを構成することができる。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
ここで、図10に示す第1発光素子100aから出射される第1出射光Laは、図11に示す第3発光素子100cから出射される第3出射光Lcよりも放射角が小さい。また、第2発光素子100bから出射される第2出射光Lbは、同様に、第3発光素子100cから出射される第3出射光Lcよりも放射角が小さい。これにより、発光効率の低下を抑えつつ、放射角の小さい照明光Lを得ることができる。
Here, the first outgoing light La emitted from the first
なお、ここでは、発光素子100a,100b,100cから出射される出射光La,Lb,Lcが、第3面109aに対して平行に出射する場合について説明した。これに対し、第3面109aに対して傾いた方向に出射した場合であっても、図示はしないが、水平方向に進んできた出射光La,Lb,Lcの各々に対して、平面的にみて、直交するようにミラー310,320を設置することにより、出射光La,Lb,Lcの進行方向を同一の方向に反射させることができる。
Here, the case has been described in which the emitted lights La, Lb, Lc emitted from the
発光装置2000では、発光装置1000と同様に、複数の発光素子100a,100b,100cを有し、かつ発光効率の低下を抑えつつ、照明光Lの放射角を小さくすることができる。したがって、放射角の小さい照明光Lを得ることができ、かつ高出力であることができる。
As with the
4. プロジェクター
次に、本実施形態に係るプロジェクター3000について、図面を参照しながら説明する。図12は、プロジェクター3000を模式的に示す図である。なお、図12では、便宜上、プロジェクター3000を構成する筐体は省略している。プロジェクター3000は、本発明に係る発光装置を有する。以下では、本発明に係る発光装置として、発光装置1000を用いた例について説明する。
4). Next, the
プロジェクター3000において、赤色光、緑色光、青色光を出射する赤色光源(発光装置)1000R,緑色光源(発光装置)1000G、青色光源(発光装置)1000Bは、上述した発光装置1000である。
In the
プロジェクター3000は、光源1000R,1000G,1000Bから出射された照明光をそれぞれ画像情報に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブ(光変調装置)3200R,3200G,3200Bと、液晶ライトバルブ3200R,3200G,3200Bによって形成された像を拡大してスクリーン(表示面)3500に投射する投射レンズ(投射装置)3400と、を備えている。また、プロジェクター3000は、液晶ライトバルブ3200R,3200G,3200Bから出射された光を合成して投写レンズ3400に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)3300を備えていることができる。
The
さらに、プロジェクター3000は、光源1000R,1000G,1000Bから出射された照明光の照度分布を均一化させるため、各光源1000R,1000G,1000Bよりも光路下流側に、均一化光学系3100R,3100G,3100Bを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ3200R,3200G,3200Bを照明している。均一化光学系3100R,3100G、3100Bは、例えば、ホログラム3100aおよびフィールドレンズ3100bによって構成される。
Further, the
各液晶ライトバルブ3200R,3200G,3200Bによって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム3300に入射する。このプリズムは4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ3400によりスクリーン3500上に投写され、拡大された画像が表示される。
The three color lights modulated by the liquid
このようなプロジェクターによれば、放射角が小さく、かつ高出力である発光装置を有することができる。したがって、光源のエテンデューを小さくすることができるため後段の光学系(例えば、ホログラム3100aおよびフィールドレンズ3100b)の小型化を図ることができ、かつ明るい画像を表示できる。すなわち、小型かつ高輝度なプロジェクターを実現することができる。また、光学系を小型化の小型化を図ることができるため、プロジェクターの製造に必要な資源を削減することができる。
According to such a projector, it is possible to have a light emitting device with a small radiation angle and high output. Accordingly, since the etendue of the light source can be reduced, the subsequent optical system (for example, the
なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device)が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。 In the above example, a transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulation device. However, a light valve other than liquid crystal may be used, or a reflective light valve may be used. Examples of such a light valve include a reflective liquid crystal light valve and a digital micromirror device. Further, the configuration of the projection optical system is appropriately changed depending on the type of light valve used.
また、発光装置1000を、発光装置1000からの光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置である走査手段を有するような走査型の画像表示装置(プロジェクター)の光源装置にも適用することが可能である。
Further, the light-emitting
なお、上述した実施形態および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、上述した各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。 In addition, embodiment mentioned above and a modification are examples, Comprising: It is not necessarily limited to these. For example, the above-described embodiments and modifications can be appropriately combined.
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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.
100a,100b,100c 発光素子、101 積層構造体、102 基板、
104 第1クラッド層、106 第1ガイド層、107 第1面、108 活性層、
109 第2面、109a 第3面、110 第2ガイド層、111 コア層、
112 第2クラッド層、114 コンタクト層、115 柱状部、116 絶縁部、
120 第1電極、122 第2電極、130 反射部、140 利得領域、
150 出射面、152 第1端面、154 第2端面、200 ベース、
300 光軸変換素子、310 第1ミラー、320 第2ミラー、
2000 発光装置、3000 プロジェクター、3100 均一化光学系、
3100a ホログラム、3100b フィールドレンズ、
3200 液晶ライトバルブ、3300 クロスダイクロイックプリズム、
3400 投射レンズ、3500 スクリーン
100a, 100b, 100c light emitting element, 101 laminated structure, 102 substrate,
104 first cladding layer, 106 first guide layer, 107 first surface, 108 active layer,
109 second surface, 109a third surface, 110 second guide layer, 111 core layer,
112 second cladding layer, 114 contact layer, 115 columnar portion, 116 insulating portion,
120 first electrode, 122 second electrode, 130 reflector, 140 gain region,
150 exit surface, 152 first end surface, 154 second end surface, 200 base,
300 optical axis conversion element, 310 first mirror, 320 second mirror,
2000 light emitting device, 3000 projector, 3100 homogenizing optical system,
3100a hologram, 3100b field lens,
3200 Liquid crystal light valve, 3300 Cross dichroic prism,
3400 projection lens, 3500 screen
Claims (7)
前記積層構造体において、前記コア層の露出する面に前記活性層に生じる光を出射する出射面を有し、
前記発光素子は、所定の方向に複数配列され、
複数の前記発光素子のうちの第1発光素子は、配列された複数の前記発光素子の一方の端に位置し、
複数の前記発光素子のうちの第2発光素子は、配列された複数の前記発光素子の他方の端に位置し、
複数の前記発光素子のうちの第3発光素子は、前記第1発光素子と前記第2発光素子の間に位置し、
前記第1発光素子および前記第2発光素子の前記光出射面を含む前記コア層の面において、前記第1ガイド層の膜厚が、前記第3発光素子の前記第1ガイド層の膜厚よりも厚く、前記第2ガイド層の膜厚が、前記第3発光素子の前記第2ガイド層の膜厚よりも厚い、発光装置。 A light emitting device including a laminated structure having a core layer having an active layer sandwiched between a first guide layer and a second guide layer, and a first cladding layer and a second cladding layer sandwiching the core layer;
In the laminated structure, the exposed surface of the core layer has an emission surface that emits light generated in the active layer,
A plurality of the light emitting elements are arranged in a predetermined direction,
A first light emitting element among the plurality of light emitting elements is located at one end of the plurality of arranged light emitting elements,
A second light emitting element among the plurality of light emitting elements is located at the other end of the plurality of light emitting elements arranged,
A third light emitting element of the plurality of light emitting elements is located between the first light emitting element and the second light emitting element,
In the surface of the core layer including the light emitting surface of the first light emitting element and the second light emitting element, the film thickness of the first guide layer is greater than the film thickness of the first guide layer of the third light emitting element. A light emitting device in which the thickness of the second guide layer is thicker than the thickness of the second guide layer of the third light emitting element.
前記所定の方向は、前記活性層の厚み方向であり、
複数の前記発光素子の前記出射面から出射される光は、同じ方向に向かって進行する、発光装置。 In claim 1,
The predetermined direction is a thickness direction of the active layer,
The light-emitting device in which the light radiate | emitted from the said output surface of the said several light emitting element advances toward the same direction.
前記発光素子は、スーパールミネッセントダイオードである、発光装置。 In claim 2,
The light-emitting device is a superluminescent diode.
前記所定の方向は、前記活性層の厚み方向と直交する方向であり、
前記活性層の露出する面のうちの第1面と第2面とは互いに対向する位置関係であり、
複数の前記発光素子のうちの隣り合う前記発光素子は、隣り合う前記発光素子の一方の前記第1面と、隣り合う前記発光素子の他方の前記第2面とが対向して配列され、
前記活性層のうちの少なくとも一部は、前記活性層の電流経路となる利得領域を構成し、
前記利得領域は、前記活性層を平面的に見て、直線状に、前記第1面側の端面から前記第2面側の端面まで、前記第1面の垂線に対して傾いた方向に向かって設けられ、
前記第1面側の端面および前記第2面側の端面の各々は、前記出射面を構成し、
前記第1面側の前記出射面から出射された光を反射する第1ミラーと、
前記第2面側の前記出射面から出射された光を反射する第2ミラーと、
を含み、
前記第1ミラーによって反射された光の進む方向と、前記第2ミラーによって反射された光の進む方向とは、同じである、発光装置。 In claim 1,
The predetermined direction is a direction orthogonal to the thickness direction of the active layer,
Of the exposed surface of the active layer, the first surface and the second surface are in a positional relationship facing each other,
The adjacent light emitting elements of the plurality of light emitting elements are arranged such that one of the first surfaces of the adjacent light emitting elements and the other second surface of the adjacent light emitting elements are opposed to each other.
At least a part of the active layer constitutes a gain region serving as a current path of the active layer,
The gain region is linearly viewed from the end surface on the first surface side to the end surface on the second surface side in a direction inclined with respect to the normal to the first surface when the active layer is viewed in a plan view. Provided,
Each of the end surface on the first surface side and the end surface on the second surface side constitutes the emission surface,
A first mirror that reflects light emitted from the emission surface on the first surface side;
A second mirror that reflects light emitted from the emission surface on the second surface side;
Including
The light emitting device, wherein a traveling direction of the light reflected by the first mirror and a traveling direction of the light reflected by the second mirror are the same.
複数の前記発光素子の各々において、前記利得領域は、複数配列されている、発光装置。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
In each of the plurality of light emitting elements, a plurality of the gain regions are arranged.
前記第1発光素子および前記第2発光素子は、前記第1ガイド層の膜厚が、前記第3発光素子の前記第1ガイド層の膜厚よりも厚く、前記第2ガイド層の膜厚が、前記第3発光素子の前記第2ガイド層の膜
厚よりも厚い、発光装置。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
In the first light-emitting element and the second light-emitting element, the film thickness of the first guide layer is larger than the film thickness of the first guide layer of the third light-emitting element, and the film thickness of the second guide layer is The film of the second guide layer of the third light emitting element
Light-emitting device thicker than thickness.
前記発光装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調素子によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含むプロジェクター。 The light emitting device according to claim 1,
A light modulation device that modulates light emitted from the light emitting device according to image information;
A projection device for projecting an image formed by the light modulation element;
Including projector.
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