JP6551508B2 - 半導体発光素子および表示装置 - Google Patents

半導体発光素子および表示装置 Download PDF

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Description

本技術は、半導体発光素子およびこの半導体発光素子を備えた表示装置に関する。
半導体発光素子として、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）は、発光ダイオードに比較的近い広い発光スペクトル幅を持ちながら、同時に半導体レーザの発光状態のような狭い放射角と強い強度で光を出射する特徴を持つ。
特許文献１に記載のＳＬＤは、平面視において、劈（へき）開端面に垂直に形成された直線状のリッジ導波路と、これに続いて曲がるように設けられた曲がりガイド活性層とを備える。その劈開端面にはＡＲ（反射防止）膜が形成される場合もある。かかる構造のＳＬＤでは、直線状のリッジ導波路直下の活性層で発生した光の大部分が、曲がりガイド活性層へ向かう。曲がりガイド活性層へ向かう光は、その曲がりに起因して漏れる光と、端面（劈開端面の反対側の端面）までガイドされその端面で反射される光と、ガイドされる途中で吸収される光とに分けられる。このような構造によれば、上記曲がりに起因して漏れる光および当該劈開端面の反対端で反射される光は、直線状の活性層に戻ることができないので、レーザモード発振が抑えられる（例えば第２ページの右下欄〜第３ページの左上欄、第１図を参照）。
要するに、ＳＬＤは、通常のレーザダイオード（ＬＤ）のように、両端面に設けられたミラーで光を往復させて共振させる構造ではなく、光を導波路で一方通行させて光を増幅させる（誘導放出は行われる）構造を有する。両者の異なる点は、ＳＬＤの出力光が有する波長のスペクトル幅が、ＬＤのそれよりはるかに広いことである。
特許文献２に開示されたスーパールミネッセントダイオードは、電極が形成された領域に対応する発光用光導波路のコアと、電極が形成されていない領域に対応する、光を吸収可能な吸収用光導波路のコアとを備える。この吸収用光導波路のコアは、発光用光導波路のコアとの接続部から後方端面に向かって広くなっている。このような構成により、発光用光導波路のコアから後方（光出射端の反端側への方向）に出射した光が、吸収用光導波路のコアで吸収され、これにより、後方端面からの反射光戻り光が抑制される。したがって、低コヒーレンシーを実現している（例えば、明細書段落［００１２］参照。）。
特開平2-310975号公報 特開平9-326504号公報
ところで、このような半導体発光素子を応用範囲を広げようとする場合、広いスペクトル幅だけでなく、高出力化が要求される。
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、これまでの広い発光スぺクトル幅を維持しながら、出力を高めることができる半導体発光素子、また、その半導体発光素子を備えた表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る半導体発光素子は、光出射端と、その反対端とを備える半導体発光素子であって、第１導電型層と、第２導電型層と、活性層と、第１電極層と、第２電極層とを備える。
前記第１導電型層は、電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する。前記電流狭窄構造の長手方向が前記反対端から前記光出射端への一方向に沿って設けられる。
前記活性層は、前記第１導電型層および前記第２導電型層の間に設けられている。
前記第１電極層および第２電極層は、前記第１導電型層および前記第２導電型層にそれぞれ接触している。
前記電流狭窄構造は、広がり領域を有する。前記広がり領域は、前記第１導電型層の表面に沿う方向における前記電流狭窄構造の幅が、所定の位置から前記一方向において前記光出射端に向かうにしたがって広がるように設けられている。
前記第１電極層は、電極領域を有する。電極領域は、前記第１導電型層の表面に沿う方向の幅が、前記広がり領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記広がり領域上に設けられている。
このような構成によれば、これまでの広い発光スぺクトル幅を維持しながら、高出力化を実現することができる。特に、第１電極層が、広がり領域の幅より狭い幅を有する広がり電極領域を有するので、電流および光の相互作用の効率を高めることができ、高出力化に寄与する。
前記第１電極層の前記電極領域は、前記幅が前記一方向において前記光出射端に向かうにしたがって広がるように設けられた広がり電極領域であってもよい。
これにより、光出射端側で光エネルギー密度を下げることができ、光出射端付近が高温になることを回避することができる。
前記一方向における前記電極領域の前記光出射端側の端は、前記光出射端まで延設されていてもよい。
すなわち、広がり領域の光出射端側の端と、光出射端とが一致することにより、電流および光の相互作用の高効率化に寄与する。
前記電流狭窄構造は、前記反対端から前記所定の位置までの間に設けられた、前記広がり領域の前記幅より狭い一定幅を有する領域を有していてもよい。
前記広がり領域は、前記反対端から前記光出射端まで設けられていてもよい。
前記電流狭窄構造によって前記活性層に形成される、前記広がり領域下の光導波路の広がり角をθとすると、θ=arctan[λ/(πw0n)]を満たしてもよい。この場合、光の波長をλ、前記広がり領域の、前記表面に沿う方向の最小幅の1/2をw0、前記活性層の屈折率をnとする。
前記第１電極層の前記電極領域は、前記電流狭窄構造によって前記活性層に形成される光導波路を通る光のピーク強度の1/e2の幅より狭い幅を有していてもよい。
本技術の別の形態に係る半導体発光素子は、光出射端と、その反対端とを備える半導体発光素子であって、第１導電型層と、第２導電型層と、活性層と、第１電極層および第２電極層とを具備する。
特に、前記電流狭窄構造は、第１領域と、第２領域とを有する。前記第１領域は、前記一方向における第１の位置から第２の位置までの間に設けられている。前記第２領域は、前記第２の位置から前記光出射端までの間に設けられた、前記第１導電型層の表面に沿う方向における前記第１領域の幅より広い幅を有する。
前記第１電極層は、前記第１導電型層の表面に沿う方向の幅が、前記第２領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記第２領域上に設けられた電極領域を有する。
本技術の別の形態に係る半導体発光素子は、光出射端と、その反対端とを備える半導体発光素子であって、第１導電型層、第２導電型層、活性層、第１電極層および第２電極層を具備する。
特に、前記活性層の前記光導波路は、前記活性層の表面に沿う方向における前記光導波路の幅が、所定の位置から前記一方向において前記光出射端に向かうにしたがって広がるように設けられた広がり領域を有する。
前記第１電極層は、前記第１活性層の表面に沿う方向の幅が、前記広がり領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記広がり領域上に設けられた電極領域を有する。
本技術の別の形態に係る半導体発光素子は、光出射端と、その反対端とを備える半導体発光素子であって、第１導電型層、第２導電型層、活性層、第１電極層および第２電極層を具備する。
特に、前記活性層の前記光導波路は、第１領域と、第２領域とを有する。前記第１の領域は、前記一方向における第１の位置から第２の位置までの間に設けられている。前記第２の領域は、前記第２の位置から前記光出射端までの間に設けられた、前記第１導電型層の表面に沿う方向における前記第１領域の幅より広い幅を有する。
前記第１電極層は、前記第１導電型層の表面に沿う方向の幅が、前記第２領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記第２領域上に設けられた電極領域を有する。
本技術の一形態に係る表示装置は、上述した半導体発光素子と、画像生成部とを具備する。前記画像生成部は、前記半導体発光素子から出射された光を２次元状にスキャン可能であり、画像データに基づき、投射される前記光による輝度を制御可能に構成される。
以上、本技術によれば、広い発光スぺクトル幅を維持しながら、出力を高めることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
図１Ａは、本技術の第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す模式的な斜視図であり、図１Ｂはその平面図である。 図２は、図１ＢにおけるＣ−Ｃ断面図である。 図３は、電流狭窄構造の直線領域と広がり領域の位置関係を説明するための模式的な図である。 図４は、第１電極層から注入されたキャリアの広がりを説明するための模式的な図である。 図５Ａは、広がり角を有する本実施形態に係る電流狭窄構造と、それを有していない形態における、注入電流と光出力との関係を示すシミュレーションによるグラフである。図５Ｂは、広がり領域の広がり角と電極領域の広がり角の違いによって生じる、光の出力の違いを示すシミュレーションによるグラフである。 図６は、第１電極層から活性層へ向かう電流（キャリア）の流れを矢印で示した図である。 図７Ａ、Ｂは、本実施形態に係るリッジ部を備えるＳＬＤの光導波路での自然放出光の強度分布のシミュレーションを示す。 図８は、本技術の第２の実施形態に係るＳＬＤを示す平面図である。 図９は、本技術の第３の実施形態に係るＳＬＤを示す平面図である。 図１０は、本技術の第４の実施形態に係るＳＬＤを示す平面図である。 図１１は、本技術の第５の実施形態に係るＳＬＤを示す平面図である。 図１２は、上記各実施形態のうち１つの実施形態に係る半導体発光素子を光源として用いる表示装置の構成を模式的に示す。
以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。以下の説明において、方向を指す「上」、「下」、「右」、「左」等の用語は、説明を理解しやすくするために単に用いられる用語であり、これにより本実施形態に係る装置や素子が限定されることはない。
１．第１の実施形態
１）半導体発光素子の全体構造
図１Ａは、本技術の第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す模式的な斜視図であり、図１Ｂはその平面図である。図２は、図１ＢにおけるＣ−Ｃ断面図である。この半導体発光素子は、例えばｐ型またはｎ型の導電層にリッジ部１０を有するリッジ型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）である。
ＳＬＤ１００は、図２において上から、第１電極層（または図示しない第１電極に接するコンタクト層）１１、半導体層のうちｐ型である第１導電型層１３、活性層２０、半導体層のうちｎ型である第２導電型層１４、ｎ型半導体の基板１５、第２電極層（または図示しない第２電極に接するコンタクト層）１２を備える。第２電極層１２は、基板１５（の例えば裏面）に接するように設けられているが、第２導電型層１４に接して設けられていてもよい。
第１導電型層１３は、第１電極層１１側から順に形成されたｐ型クラッド層１３１およびｐ型ガイド層１３２を有する。第２導電型層１４は、基板１５側から順に形成されたｎ型クラッド層１４１およびｎ型ガイド層１４２を有する。例えば、第１電極層１１およびｐ型クラッド層１３１によりリッジ部１０が構成される。基板１５と第２導電型層１４との間には、ｎ型のバッファ層が設けられていてもよい。
図１Ｂに示すように、この半導体発光素子は、光出射端３３とその反対端３５とを備える。リッジ部１０は、その長手方向が、反対端３５から光出射端３３への一方向、すなわちｙ方向に沿って設けられるように構成されている。典型的には、リッジ部１０は、反対端３５から光出射端にわたって設けられている。
図１Ａに示すように、リッジ部１０の第１導電型層１３は電流狭窄構造３２を有する。具体的には、リッジ部１０の構造により、第１電極層１１からの活性層２０までの電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造３２が形成される。本実施形態では、リッジ部１０に設けられた第１導電型層１３（ｐ型クラッド層１３１）が、実質的に電流狭窄構造３２となる。少なくとも活性層２０において、リッジ部１０付近（リッジ部１０の直下およびその周囲）に、リッジ部１０の長手方向に沿った光導波路が形成される。
ｐ型ガイド層１３２上やリッジ部１０の周囲には、図示しない絶縁層が形成される。
なお、ｐ型クラッド層１３１の下端は、リッジ部１０の下端と一致しているが、そうでなくてもよいし、当該リッジ部１０の下端がｐ型ガイド層１３２の一部を含んでいてもよい。
図１Ｂに示すように、ＳＬＤ１００の、光出射端３３には低反射ミラー膜１８が設けられ、その反対側の端である反対端３５には高反射ミラー膜１９が設けられている。活性層２０で自然放出された光のうち、高反射ミラー膜１９側に向かう光は高反射ミラー膜１９で反射され、光出射面側に向かう途中で増幅され、低反射ミラー膜１８を介して出射される。
２）半導体発光素子のリッジ部の構造
図１Ｂに示すように、本実施形態に係るリッジ部１０の第１導電型層１３、すなわち電流狭窄構造３２は、リッジ部１０が延びる一方向（ｙ方向）に沿って、直線領域３２ａと、広がり領域３２ｂとを有する。
直線領域３２ａは、反対端３５から所定の位置までの間に設けられた、一定の幅を有する領域である。「幅」とは、第１導電型層１３の表面（すなわち各層に平行なｘ−ｙ平面）に沿う方向の幅、ここではｙ方向に交差するｘ方向の幅である。広がり領域３２ｂは、そのｘ方向の幅が、その所定の位置から光出射端３３に向かうにしたがって広がるように設けられ、光出射端３３まで延設されている。すなわち、広がり領域３２ｂでは、図１Ａに示すように、第１導電型層１３の側面がテーパ形状を有している。
以降の説明では、第１導電型層１３の電流狭窄構造３２および第１電極層１１について、単に「幅」と言うときは、それはｘ方向の幅であるとする。
図３は、その所定の位置を説明するための模式的な図であり、ＳＬＤ１００をｚ方向から見た図であり、電流狭窄構造の外形を強調して描いた図である。
広がり領域３２ｂの起点である上記「所定の位置」は、例えば次のように設定される。直線領域３２ａにおいて、反対端３５側の一部の領域では、光の自然放出のみが行われ、誘導放出は行われない。この自然放出領域Ｈのｙ方向の長さを自然放出領域長d0とする。また、電流狭窄構造３２のｙ方向の全長d1、広がり領域３２ｂのｙ方向の長さをd2とする。そうすると、d2は以下の式で表すことができ、「所定の位置」が設定される。
(d1-d0)×0.1≦d2≦(d1-d0)×0.3
一般には、自然放出領域長d0は、300μm〜1000μm程度、典型的には500μm程度となる。このようなＳＬＤでは、一般に、d0は全長d1に関わらず一定とされる。
このような広がり領域長d2に設定されることにより、広いスペクトル幅の達成および高出力化の両立に寄与する。
ｚ方向から見て、広がり領域３２ｂの全体の広がり角α（図４参照）は、例えば1°〜8°とされる。より好ましくは、2°〜6°である。
図１Ｂに示すように、第１電極層１１は、電流狭窄構造３２を有する第１導電型層１３の形状と類似の形状を有する。すなわち、第１電極層１１は、一定幅で設けられた直線電極領域１１ａと、光出射端３３に向かうにしたがって幅が広がるように設けられた広がり電極領域１１ｂとを有する。直線電極領域１１ａおよび広がり電極領域１１ｂは、電流狭窄構造３２の、直線領域３２ａおよび広がり領域３２ｂ上にそれぞれ配置される。広がり電極領域１１ｂは、直線電極領域１１ａの図中左端から光出射端３３にまで延設されている。
特に本実施形態において、少なくとも広がり電極領域１１ｂの幅ｗ２は、ｙ方向での同じ位置における、広がり領域３２ｂの幅ｗ１より狭い幅となっている。また、直線電極領域１１ａの幅も、直線領域３２ａの幅より狭い幅となっている。
３）所望の光分布を実現するための電流狭窄構造の広がり領域の形態
リッジ部１０の構造によって活性層２０内に形成される光導波路ＬＷの光強度分布の幅（ｘ方向の幅）を、光のピーク強度の1/e2として規定することができる。
上述したように電流狭窄構造３２の広がり領域３２ｂの全体の広がり角をαとすると、その広がり領域３２ｂ下の光導波路ＬＷもそれと同等の広がり角となる。つまり、上述のように、広がり領域３２ｂ下の光導波路ＬＷの全体の広がり角も、例えば1°〜8°とされ、より好ましくは、2°〜6°とされる。
あるいは、図４に示すように、電流狭窄構造３２の広がり領域３２ｂ下の光導波路ＬＷの広がり角θ（上記全体の広がり角αの1/2）が、以下の式を満たすような、当該広がり領域３２ｂが設計されてもよい。
θ=arctan[λ/(πw0n)]
λ：光の波長
w0：広がり領域３２ｂの起点の幅（最小幅）の1/2
n：活性層２０の屈折率
広がり領域３２ｂ下の光導波路を進行する光は、狭い幅の直線領域３２ａ下の光導波路から広い領域へ抜けるように進む光である。広がり領域３２ｂを進行する光を拘束するような壁などの要素がｘ方向の両側にない場合、その光は広がり領域３２ｂでは、上記θ（=α/2）で規定される回折光として進行する。その回折角θを超える広がり角を持つ光は発生し得ないため、その回折角θを大きく超える、電流狭窄構造３２の広がり領域３２ｂを形成する必要はない。
図５Ａは、広がり角を有する本実施形態に係る電流狭窄構造３２と、それを有していない形態における、注入電流と光出力との関係を示すシミュレーションによるグラフである。本実施形態に係る電流狭窄構造３２の結果を実線で示し、広がり角を有していない比較例の結果を破線で示す。シミュレーションでは、例えば、電流狭窄構造３２の広がり角αが3°、光導波路長が2000μmに設定された。広がり角を有してない形態とは、つまり広がり角＝0°であり、直線領域が反対端から光出射端まで延設された形態である。
このグラフからわかるように、注入電流が約300mA以上では、広がり角を有する本実施形態の方が、高出力化を図ることができる。最も高い出力として、約25%の出力の増加が得られた。
４）所望の光分布を実現するための第１電極層の広がり電極領域の形態
さらに、このＳＬＤ１００の特徴は、図１Ｂに示すように、第１電極層１１の少なくとも広がり電極領域１１ｂの幅ｗ２が、電流狭窄構造３２の広がり領域３２ｂの幅ｗ１より狭く設計されていることである。
図５Ｂは、広がり領域３２ｂの広がり角α（例えばα=2θ）と電極領域１１ｂの広がり角βの違いによって生じる、光の出力の違いを示すシミュレーションによるグラフである。このシミュレーションでは、例えば電流狭窄構造３２の全体の広がり角αが固定の4°、導波路長が2000μm、上記d2が500μmと設定された。グラフでは、3°（比較例）と、6°（本実施形態）の広がり電極領域１１ｂの広がり角βを有する形態が示されている。
このグラフからわかるように、100mAを超える注入電流では、α＞βの場合（α＝4°、β=3°）の場合、α＜βの場合（α＝4°、β=6°）に比べ、高出力化を図ることができる。
図６は、第１電極層１１から活性層２０へ向かう電流（キャリア）の流れを矢印で示した図である。このように、キャリアは第１電極層１１から活性層２０へ向けて３次元的に広がるように流れる。したがって、第１電極層１１の少なくとも広がり電極領域１１ｂの幅が、その下の広がり領域３２ｂの幅より狭く形成されることにより、このようなキャリアの広がりを考慮した効率的な、電流および光の相互作用を得ることができる。すなわち、このようなリッジ部１０の構造によれば、最小限のサイズの電極により、広い発光スぺクトル幅および高出力化を実現するための効率的な電流状態を作ることができる。
５）自然放出光の強度分布の比較
図７Ａは、本実施形態に係るリッジ部１０を備えるＳＬＤ１００の光導波路ＬＷでの自然放出光の強度分布のシミュレーションを示す。図７Ｂは、同様に自然放出光の強度分布のシミュレーションを示すが、電流狭窄構造３２および第１電極層１１が広がり領域３２ｂおよび広がり電極領域１１ｂのそれぞれの広がり角が大き過ぎる場合の光強度分布を示す。なお、これらの光強度分布は、自然放出光のみの光強度分布を表しており、光増幅後の光強度分布ではないことに注意する必要がある。
図７Ｂでは、広がり電極幅が広過ぎるため、増幅光の導波路である光導波路より広い幅で、無駄な自然放出光（増幅光ではない）が発生している。図７Ｂにおいて、無駄な自然放出光が発生している領域を、白の破線内の濃いグレーで示している。これに対し、図７Ａでは、広がり電極領域１１ｂの幅が、光導波路（つまり広がり領域３２ｂ）の幅より狭いことにより、上述のように効率的な発光を実現することができる。このことは、図６を用いて説明した考察を裏付けている。
なお、出願人は、御庁または御局の求めに応じて、図７Ａ、Ｂをカラーで提出することも可能である。
６）まとめ
以上のように、本実施形態に係るＳＬＤ１００では、第１導電型層１３の電流狭窄構造３２が広がり領域３２ｂを有する。このようなリッジ部１０の構造により、これまでの広い発光スぺクトル幅を維持しながら、高出力化を実現することができる。
また、第１電極層１１の少なくとも広がり電極領域１１ｂの幅が、広がり領域３２ｂの幅より狭いので、電流および光の相互作用の効率を高めることができ、高出力化に寄与する。
本実施形態では、キャリアの高効率利用（無駄なキャリアを使わないこと）によって、余計な発熱を抑制でき、出力の温度特性の改善に大きな効果がある。このことは、特に温度特性が問題になりやすい赤色発光が可能な材料(ALGaInP系)では大きなメリットになる。
また、本実施形態では、これまでより広い面積を有する広がり電極領域１１ｂが設けられるので、光出射端３３側で光エネルギー密度を下げることができる。言い換えれば、高出力化を実現するために注入電流を増やした場合であっても、電流密度が高くなることを抑制できる。その結果、光出射端３３が高温になるという事態を回避することができる。したがって、不具合、動作不良等の発生が抑制され、製品の信頼性が高められる。
広がり領域３２ｂの形状や第１電極層１１の幅等は、外観から容易に判別される。したがって、シミュレーションや、光出射端３３での出力光のパターン測定（NFP、FFP測定）等により、本技術を製品に利用していることを判別することができる。
本実施形態に係るＳＬＤ１００の製造工程では、特別なプロセス技術の追加や条件の変更等を行う必要がない。また、半導体材料に制約もないので、他の波長で発光するＳＬＤにも本技術を適用可能である。
半導体発光素子として、ＳＬＤだけでなく、ＳＬＤの動作機構と類似する動作機構を有する光増幅器にも本技術を適用可能であり、上記同様の効果を期待できる。
７）広いスペクトル幅および高出力の両方の実現の困難性について
高出力の光を得るためには、ａ）ＳＬＤに電流を多く注入する、ｂ）光導波路長を長くする、ｃ）リッジ幅を大きくする等の手段が考えられる。しかしながら、これらの手段ではいずれも以下のような問題がある。
ａ）電流を多く注入する場合、その上限は出力の熱飽和により制限されるため、高出力化には、ＳＬＤのパッケージへの放熱負担が大きくなり、コスト高の原因になる。また、電流を多く注入する場合、ＳＬＤがわずかの端面反射でもレーザ発振しやすい状況になってしまうため、上記の熱飽和時の電流よりもかなり低い電流でＳＬＤを動作する必要がある。
ｂ）光導波路長を長くする場合、光が外に取り出されるまでの間に、より長い経路で増幅を受けるので、光強度が大きくなるが、以下の欠点がある。
一つは、誘導放出による光の増幅が促進されることにより、このことが発光スペクトラム形状に影響を及ぼす。具体的には、発光スペクトル幅は、光導波路長、すなわち増幅できる路の長さを長くするほど狭くなってしまう。そのため、せっかくの低コヒーレンス性が低下してしまう（干渉しやすくなる）。つまり、低コヒーレンス性と出力は、トレードオフの関係にある。
他の一つは、ＳＬＤが大きくなり、パッケージの小型化に不向きなこと、全体の導波ロスが増え、光変換効率が悪くなりやすいことが挙げられる。
ｃ）リッジ幅を大きくする場合、集中する電流密度を下げて、発光する面積を増やして出力を高めることができる。しかし、出力されるビームの幅がその分広くなり、応用上、使いにくい光源となるため、リッジ幅にも上限がある。さらにリッジ幅を広げることで導波し得るモードが増えることも問題である。しかし、本技術は、広がり領域３２ｂの配置およびその幅を適切に設定することにより、これらの問題を解決できたと言える。
ｄ）高出力の光を得るための他の方法としては、光が増幅を受ける前の自然放出光の段階でスペクトル幅を大きくする方法も考えられる。しかし、そのためには、該当する発光領域の注入電極を分けるか、または、その領域だけ別の活性層材料あるいは活性層構造に変更する等の設計変更が必要である。前者の場合、電極を分割して別々のドライバで駆動する必要があり不経済な構造となる。後者の場合、結晶の再成長が必要になる等、非常に作りにくい構造となるので、やはり高コストとなる。そもそも、この２つの方法では、消費される電流は、基本的に増えることになりやすいので、光源としての効率はますます低下する。
本技術は、以上述べたこれらの問題を克服し、広いスペクトル幅を維持しながら、高出力化を実現することができる。
２．第２の実施形態
図８は、本技術の第２の実施形態に係るＳＬＤを示す平面図である。これ以降の説明では、上記第１の実施形態に係るＳＬＤ１００が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
本実施形態に係るＳＬＤのリッジ部２１０の、ハッチングで示した電流狭窄構造２３２は、上記第１の実施形態のような直線領域３２ａを有していない。電流狭窄構造２３２は、ＳＬＤの反対端３５から光出射端３３までの全体にわたって、光出射端３３に向かうにしたがって広がるように設けられている。すなわち、電流狭窄構造２３２の全体が広がり領域で構成されている。
第１電極層２１１は、反対端３５から光出射端３３までの全体にわたって、電流狭窄構造２３２の幅より狭い幅を有する広がり電極領域で構成される。
電流狭窄構造２３２の広がり角、第１電極層２１１の広がり角も、上記第１の実施形態と同様の広がり角に設定される。
このようなリッジ部２１０の構造によれば、電流狭窄構造２３２と同等の幅および同等の形状の、図示しない光導波路（光分布）が形成される。
３．第３の実施形態
図９は、本技術の第３の実施形態に係るＳＬＤを示す平面図である。このＳＬＤのハッチングで示した電流狭窄構造３３２は、直線領域（第１領域）３３２ａと、幅広な矩形領域（第２領域）３３２ｂとを有する。幅広な矩形領域３３２ｂは、直線領域３３２ａから180°の全体の広がり角を持つ領域である。
矩形領域３３２ｂの幅は、直線領域３３２ａの幅より広く形成されている。例えばその幅は、ＳＬＤのｘ方向の幅と実質的に一致する。第１電極層３１１の直線電極領域３１１ａおよび広がり電極領域３１１ｂのそれぞれの幅は、電流狭窄構造３３２の直線領域３３２ａおよび矩形領域３３２ｂの幅よりそれぞれ狭く形成されている。
このような構造を有するリッジ部３１０により、広がり電極領域３１１ｂの形状に応じて、直線領域３３２ａから光出射端３３に向けて広がるような破線で示す光導波路（光分布）ＬＷが形成される。
上では、直線領域３２ａからの光分布の広がり角が、光の回折角θを大きく超える角度を持つ広がり領域３２ｂを形成する必要はないと述べた。しかし、他の有利な理由がある場合、本実施形態のような幅広な矩形領域３３２ｂが形成されてよい。
４．第４の実施形態
図１０は、本技術の第４の実施形態に係るＳＬＤを示す平面図である。このＳＬＤのハッチングで示した電流狭窄構造４３２は、広がり領域４３２ａと、直線領域４３２ｂと、幅広な矩形領域４３２ｃとを有する。この広がり領域４３２ａは、光出射端３３に向かうにしたがって広がる領域ではあるが、反対端３５側に配置された広がり領域である。第１電極層４１１は、第１広がり電極領域４１１ａと、直線電極領域４１１ｂと、第２広がり電極領域４１１ｃとを有する。
本実施形態でも、第３の実施形態と同様に、第２広がり電極領域４１１ｃの形状に応じて、当該広がり電極領域４１１ｃ下で、破線で示す光導波路（光分布）ＬＷが形成される。
５．第５の実施形態
図１１は、本技術の第５の実施形態に係るＳＬＤを示す平面図である。このＳＬＤのハッチングで示した電流狭窄構造５３２は、上記第１の実施形態と同様に、直線領域５３２ａと広がり領域５３２ｂとを有する。一方、第１電極層５１１は、例えば反対端３５から光出射端３３までにわたって、一定の幅を有する。この幅は、直線領域５３２ａ上に設けられた電極領域の幅となっている。
このように第１電極層５１１は、必ずしも光出射端３３に向かうにしたがって広がる、上記各実施形態のような広がり電極を有してなくてもよい。破線は、広がり電極領域下で形成される光導波路（光分布）ＬＷを示す。
６．表示装置
図１２は、上記各実施形態に係る半導体発光素子であるＳＬＤのうちいずれかを光源として用いる表示装置の構成を模式的に示す。この表示装置２００は、ラスタスキャン方式のプロジェクタである。
表示装置２００は、画像生成部７０を備える。画像生成部７０は、光源としての半導体発光素子から出射された光を２次元状にスキャン可能、例えばラスタスキャン可能であり、画像データに基づき、スクリーンや壁面等の照射面１０５に投射される光による輝度を制御可能に構成される。
画像生成部７０は、例えば水平スキャナ１０３および垂直スキャナ１０４を主に含む。赤色発光のＳＬＤ１００Ｒ、緑色発光のＳＬＤ１００Ｇおよび青色発光のＳＬＤ１００Ｂからのビームのそれぞれは、ダイクロイックプリズム１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂによって１本のビームに纏められる。このビームが、水平スキャナ１０３および垂直スキャナ１０４によってスキャンされ、照射面１０５に投影されることで、画像が表示される。
なお、ＲＧＢの各色発光の半導体発光素子のうち、少なくとも１つがＳＬＤであればよく、他の素子は通常のＬＤであってもよい。
水平スキャナ１０３および垂直スキャナ１０４は、例えば、ポリゴンミラーとガルバノスキャナとの組合せにより構成される。この場合、輝度の制御手段としては、例えば半導体発光素子へ注入する電流を制御する回路が用いられる。
あるいは、水平スキャナおよび垂直スキャナとして、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製造されるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等の、２次元光変調素子が用いられてもよい。
あるいは、画像生成部７０は、ＧＬＶ（Grating Light Valve）素子等の１次元光変調素子と、上述の１次元スキャンミラーとの組み合わせにより構成されていてもよい。
あるいは、画像生成部７０は、音響光学効果スキャナや電気光学効果スキャナといった屈折率変調型スキャナにより構成されていてもよい。
７．他の種々の実施形態
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
上記各実施形態において、第１電極層の直線電極領域の幅は、その下の電流狭窄構造の幅より狭い構成であったが、電流狭窄構造の幅と同じか、それよりも広い構成であってもよい。リッジ部の両側部には絶縁層が形成される場合があるので、電流狭窄構造の幅より広い幅の直線電極領域を形成することができる。
上記各実施形態に係る広がり領域および広がり電極領域の形状はテーパに限られない。例えばそれは、階段状、曲線状に広がるように形成されていてもよい。その場合、階段を形成する各辺同士の間の角は、直角に限られず、鋭角でも鈍角でもよい。
上記各実施形態に係る半導体発光素子であるＳＬＤは、光出射端３３と、その反対側の反対端３５とを備えていた。しかし、ＳＬＤの両端が光出射端であってもよい。つまり、この場合、一方の光出射端の反対端が他方の光出射端となる。この場合、例えばＳＬＤのリッジ部の長手方向（である一方向）におけるほぼ中央位置に自然放出領域を有する。その中央位置から、または、その中央位置から所定距離離れた所定位置（２箇所）から、各両方の光出射端へそれぞれ向かうにしたがって幅が広がるように設けられた広がり領域が電流狭窄構造に設けられる。
上記実施形態では、基板としてｎ型基板が用いられたが、ｐ型基板が用いられ、電流狭窄構造を構成する半導体層がｎ型であってもよい。この場合、「第１導電型」がｎ型、「第２導電型」がｐ型となる。
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
光出射端と、その反対端とを備える半導体発光素子であって、
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有し、前記電流狭窄構造の長手方向が前記反対端から前記光出射端への一方向に沿って設けられるように構成された第１導電型層と、
第２導電型層と、
前記第１導電型層および前記第２導電型層の間に設けられた活性層と、
前記第１導電型層および前記第２導電型層にそれぞれ接触する第１電極層および第２電極層とを具備し、
前記電流狭窄構造は、前記第１導電型層の表面に沿う方向における前記電流狭窄構造の幅が、所定の位置から前記一方向において前記光出射端に向かうにしたがって広がるように設けられた広がり領域を有し、
前記第１電極層は、前記第１導電型層の表面に沿う方向の幅が、前記広がり領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記広がり領域上に設けられた電極領域を有する
半導体発光素子。
（２）
前記（１）に記載の半導体発光素子であって、
前記第１電極層の前記電極領域は、前記幅が前記一方向において前記光出射端に向かうにしたがって広がるように設けられた広がり電極領域である
半導体発光素子。
（３）
前記（１）または（２）に記載の半導体発光素子であって、
前記一方向における前記電極領域の前記光出射端側の端は、前記光出射端まで延設されている
半導体発光素子。
（４）
前記（１）から（３）のうちいずれか１項に記載の半導体発光素子であって、
前記電流狭窄構造は、前記反対端から前記所定の位置までの間に設けられた、前記広がり領域の前記幅より狭い一定幅を有する領域を有する
半導体発光素子。
（５）
前記（１）から（３）のうちいずれか１項に記載の半導体発光素子であって、
前記広がり領域は、前記反対端から前記光出射端まで延設されている
半導体発光素子。
（６）
前記（１）から（５）のうちいずれか１項に記載の半導体発光素子であって、
前記電流狭窄構造によって前記活性層に形成される、前記広がり領域下の光導波路の広がり角をθ、光の波長をλ、前記広がり領域の、前記表面に沿う方向の最小幅の1/2をw0、前記活性層の屈折率をnとすると、
θ=arctan[λ/(πw0n)]
を満たす
半導体発光素子。
（７）
前記（１）から（６）のうちいずれか１項に記載の半導体発光素子であって、
前記第１電極層の前記電極領域は、前記電流狭窄構造によって前記活性層に形成される光導波路を通る光のピーク強度の1/e2の幅より狭い幅を有する
半導体発光素子。
（８）
光出射端と、その反対端とを備える半導体発光素子であって、
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有し、前記電流狭窄構造の長手方向が前記反対端から前記光出射端への一方向に沿って設けられるように構成された第１導電型層と、
第２導電型層と、
前記第１導電型層および前記第２導電型層の間に設けられた活性層と、
前記第１導電型層および前記第２導電型層にそれぞれ接触する第１電極層および第２電極層とを具備し、
前記電流狭窄構造は、
前記一方向における第１の位置から第２の位置までの間に設けられた第１領域と、
前記第２の位置から前記光出射端までの間に設けられた、前記第１導電型層の表面に沿う方向における前記第１領域の幅より広い幅を有する第２領域とを有し、
前記第１電極層は、前記第１導電型層の表面に沿う方向の幅が、前記第２領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記第２領域上に設けられた電極領域を有する
半導体発光素子。
（９）
光出射端と、その反対端とを備える半導体発光素子であって、
第１導電型層および第２導電型層と、
長手方向が前記反対端から前記光出射端への一方向に沿って設けられた光導波路を有し、前記第１導電型層および前記第２導電型層の間に設けられた活性層と、
前記第１導電型層および前記第２導電型層にそれぞれ設けられた第１電極層および第２電極層とを具備し、
前記活性層の前記光導波路は、前記活性層の表面に沿う方向における前記光導波路の幅が、所定の位置から前記一方向において前記光出射端に向かうにしたがって広がるように設けられた広がり領域を有し、
前記第１電極層は、前記第１活性層の表面に沿う方向の幅が、前記広がり領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記広がり領域上に設けられた電極領域を有する
半導体発光素子。
（１０）
光出射端と、その反対端とを備える半導体発光素子であって、
第１導電型層および第２導電型層と、
長手方向が前記反対端から前記光出射端への一方向に沿って設けられた光導波路を有し、前記第１導電型層および前記第２導電型層の間に設けられた活性層と、
前記第１導電型層および前記第２導電型層にそれぞれ設けられた第１電極層および第２電極層とを具備し、
前記活性層の前記光導波路は、
前記一方向における第１の位置から第２の位置までの間に設けられた第１領域と、
前記第２の位置から前記光出射端までの間に設けられた、前記第１導電型層の表面に沿う方向における前記第１領域の幅より広い幅を有する第２領域とを有し、
前記第１電極層は、前記第１導電型層の表面に沿う方向の幅が、前記第２領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記第２領域上に設けられた電極領域を有する
半導体発光素子。
（１１）
光出射端と、その反対端とを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された光を２次元状にスキャン可能であり、画像データに基づき、投射される前記光による輝度を制御可能な画像生成部とを具備し、
前記半導体発光素子は、
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有し、前記電流狭窄構造の長手方向が前記反対端から前記光出射端への一方向に沿って設けられるように構成された第１導電型層と、
第２導電型層と、
前記第１導電型層および前記第２導電型層の間に設けられた活性層と、
前記第１導電型層および前記第２導電型層にそれぞれ接触する第１電極層および第２電極層とを有し、
前記電流狭窄構造は、前記第１導電型層の表面に沿う方向における前記電流狭窄構造の幅が、所定の位置から前記一方向において前記光出射端に向かうにしたがって広がるように設けられた広がり領域を有し、
前記第１電極層は、前記第１導電型層の表面に沿う方向の幅が、前記広がり領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記広がり領域上に設けられた電極領域を有する
表示装置。
（１２）
光出射端と、その反対端とを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された光を２次元状にスキャン可能であり、画像データに基づき、投射される前記光による輝度を制御可能な画像生成部とを具備し、
前記半導体発光素子は、
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有し、前記電流狭窄構造の長手方向が前記反対端から前記光出射端への一方向に沿って設けられるように構成された第１導電型層と、
第２導電型層と、
前記第１導電型層および前記第２導電型層の間に設けられた活性層と、
前記第１導電型層および前記第２導電型層にそれぞれ接触する第１電極層および第２電極層とを具備し、
前記電流狭窄構造は、
前記一方向における第１の位置から第２の位置までの間に設けられた第１領域と、
前記第２の位置から前記光出射端までの間に設けられた、前記第１導電型層の表面に沿う方向における前記第１領域の幅より広い幅を有する第２領域とを有し、
前記第１電極層は、前記第１導電型層の表面に沿う方向の幅が、前記第２領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記第２領域上に設けられた電極領域を有する
表示装置。
１１、２１１、３１１、４１１、５１１…第１電極層
１１ａ、３１１ａ、４１１ｂ…直線電極領域
１１ｂ、３１１ｂ、４１１ｃ…広がり電極領域
１３…第１導電型層
１４…第２導電型層
２０…活性層
３２、２３２、３３２、４３２、５３２…電流狭窄構造
３２ａ、３３２ａ、４３２ｂ、５３２ａ…直線領域
３２ｂ、４３２ｂ、５３２ｂ…広がり領域
３３…光出射端
３５…反対端
７０…画像生成部
１００…ＳＬＤ
２００…表示装置
３３２ｂ、４３２ｃ…矩形領域
４１１ａ…第１広がり電極領域
４１１ｃ…第２広がり電極領域
４３２ｃ…矩形領域

Claims (7)

  1. 光出射端と、その反対端とを備える半導体発光素子であって、
    電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有し、前記電流狭窄構造の長手方向が前記反対端から前記光出射端への一方向に沿って設けられるように構成された第１導電型層と、
    第２導電型層と、
    前記第１導電型層および前記第２導電型層の間に設けられた活性層と、
    前記第１導電型層および前記第２導電型層にそれぞれ接触する第１電極層および第２電極層とを具備し、
    前記電流狭窄構造は、前記第１導電型層の表面に沿う方向における前記電流狭窄構造の幅が、所定の位置から前記一方向において前記光出射端に向かうにしたがって広がるように設けられた広がり領域を有し、
    前記第１電極層は、前記第１導電型層の表面に沿う方向の幅が、前記広がり領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記広がり領域上に設けられた電極領域を有し、
    前記電流狭窄構造によって前記活性層に形成される、前記広がり領域下の光導波路の広がり角をθ、光の波長をλ、前記広がり領域の、前記表面に沿う方向の最小幅の1/2をw 0 、前記活性層の屈折率をnとすると、
    θ=arctan[λ/(πw 0 n)]
    を満たす
    半導体発光素子。
  2. 請求項１に記載の半導体発光素子であって、
    前記第１電極層の前記電極領域は、前記幅が前記一方向において前記光出射端に向かうにしたがって広がるように設けられた広がり電極領域である
    半導体発光素子。
  3. 請求項１に記載の半導体発光素子であって、
    前記一方向における前記電極領域の前記光出射端側の端は、前記光出射端まで延設されている
    半導体発光素子。
  4. 請求項１に記載の半導体発光素子であって、
    前記電流狭窄構造は、前記反対端から前記所定の位置までの間に設けられた、前記広がり領域の前記幅より狭い一定幅を有する領域を有する
    半導体発光素子。
  5. 請求項１に記載の半導体発光素子であって、
    前記広がり領域は、前記反対端から前記光出射端まで延設されている
    半導体発光素子。
  6. 請求項１に記載の半導体発光素子であって、
    前記第１電極層の前記電極領域は、前記電流狭窄構造によって前記活性層に形成される光導波路を通る光のピーク強度の1/e2の幅より狭い幅を有する
    半導体発光素子。
  7. 光出射端と、その反対端とを有する半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子から出射された光を２次元状にスキャン可能であり、画像データに基づき、投射される前記光による輝度を制御可能な画像生成部とを具備し、
    前記半導体発光素子は、
    電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有し、前記電流狭窄構造の長手方向が前記反対端から前記光出射端への一方向に沿って設けられるように構成された第１導電型層と、
    第２導電型層と、
    前記第１導電型層および前記第２導電型層の間に設けられた活性層と、
    前記第１導電型層および前記第２導電型層にそれぞれ接触する第１電極層および第２電極層とを有し、
    前記電流狭窄構造は、前記第１導電型層の表面に沿う方向における前記電流狭窄構造の幅が、所定の位置から前記一方向において前記光出射端に向かうにしたがって広がるように設けられた広がり領域を有し、
    前記第１電極層は、前記第１導電型層の表面に沿う方向の幅が、前記広がり領域の前記幅より狭い幅でなるように、少なくとも前記広がり領域上に設けられた電極領域を有し、
    前記電流狭窄構造によって前記活性層に形成される、前記広がり領域下の光導波路の広がり角をθ、光の波長をλ、前記広がり領域の、前記表面に沿う方向の最小幅の1/2をw 0 、前記活性層の屈折率をnとすると、
    θ=arctan[λ/(πw 0 n)]
    を満たす
    表示装置。
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