WO2018105234A1 - 光学素子及び表示装置 - Google Patents

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WO2018105234A1
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optical element
region
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light
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賢太郎 藤井
大野　智輝
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ソニー株式会社
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Definitions

  • This technology relates to semiconductor laser and super luminescent diode (SLD) technology.
  • a super luminescent diode is a light-emitting element that has a characteristic of emitting light with a narrow emission angle and strong intensity, such as the emission state of a semiconductor laser, while having a broad emission spectrum width relatively close to that of a light-emitting diode. is there.
  • Such a light emitting element can be used as a light source of a projector, for example, and high brightness is required.
  • the SLD described in Patent Document 1 includes a linear ridge waveguide formed perpendicularly to an open end face of a claw (planar) in a plan view, and a bent guide active layer provided to bend subsequently. .
  • An AR (antireflection) film may be formed on the cleavage end face.
  • the SLD having such a structure most of the light generated in the active layer immediately below the linear ridge waveguide is directed to the bent guide active layer.
  • the light directed to the bending guide active layer includes light that leaks due to the bending, light that is guided to the end face (the end face opposite to the cleaved end face) and reflected by the end face, and light that is absorbed while being guided. And divided.
  • the SLD does not have a structure in which light is reciprocated by mirrors provided at both end faces and resonates, unlike a normal laser diode (LD), but amplifies the light by making the light pass one way through the waveguide (induction). The release is performed). The difference between the two is that the spectral width of the wavelength of the output light of the SLD is much wider than that of the LD.
  • LD normal laser diode
  • Patent Document 2 discloses a structure of a semiconductor laser (not an SLD).
  • the upper portion of the p-type cladding layer which is the second cladding layer, is composed of a ridge portion and a wing portion, and is formed between the ridge portion and the wing portion from the upper surface of the p-type cladding layer to the inside thereof.
  • a groove is provided.
  • each of the ridge portion and the groove in the lateral direction is narrower in the rear end face side region than in the front end face side region.
  • the curved guide active layer (waveguide) is used to improve the light utilization efficiency by making the rear (cleaved end face) side perpendicular to the end face, and the front (light emitting face) side has an optical axis. By tilting from the end face, the resonance of light is suppressed, and a wide stripe width and high output are realized.
  • an object of the present technology is to provide an optical element and a display device that can reduce waveguide loss, suppress laser oscillation, and achieve high output.
  • an optical element includes a substrate, a first end that is a light emitting end, and a second end provided on the opposite side of the first end.
  • the first electrode layer, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the active layer, and the second electrode layer are provided.
  • the first electrode layer is a stripe type extending from the second end toward the first end.
  • the first semiconductor layer has a first conductivity type and includes a current injection region formed by the first electrode layer and a non-current injection region.
  • the second semiconductor layer has a second conductivity type and is provided on the substrate.
  • the active layer is provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • the second electrode layer is in contact with the substrate or the second semiconductor layer.
  • the waveguide structure included in the first conductivity type layer, the active layer, and the second conductivity type layer has a first waveguide constituted by the current injection region and the non-current injection region, and the current A first region having a first refractive index difference as a difference between a refractive index of the injection region and a refractive index of the non-current injection region, and a second region provided between the first region and the first end A second waveguide provided so as to extend from the first waveguide toward the first end, and a refractive index of the second waveguide and in the second region,
  • the difference from the refractive index of the region around the second waveguide includes a second region having a second refractive index difference larger than the first refractive index difference.
  • the second waveguide has a tapered structure that reduces a beam spot of light incident from the first waveguide.
  • the optical element is formed by a digging structure provided from the first semiconductor layer to the active layer at at least one of the first end and the second end, and is formed from the first waveguide or the second waveguide. It has a reflecting surface that reflects incident light.
  • the digging structure when the digging structure is provided at the second end, the light incident from the first waveguide is reflected by the reflecting surface to the first waveguide. Therefore, even when the first waveguide is not perpendicular to the end face of the second end, the reflecting surface can be perpendicular to the first waveguide, and almost all of the light incident from the first waveguide can be obtained. The entire amount can be returned to the first waveguide and emitted from the light exit end. Further, when the digging structure is provided at the first end, the reflecting surface can tilt the optical axis of the light incident on the reflecting surface from the second waveguide, and the traveling direction of the light needs to be changed by the first waveguide. Disappears. As a result, light generated in the first waveguide can be efficiently emitted from the optical element, and high output of the optical element can be realized.
  • the optical axis of the light emitted from the optical element may be non-perpendicular to the end face of the first end.
  • the light reflected by the end face can be prevented from entering the first waveguide, that is, laser oscillation can be prevented. It becomes possible.
  • the first waveguide may be linear.
  • the first waveguide By making the first waveguide straight, it is possible to reduce the waveguide loss generated in the curved waveguide and improve the light output.
  • the first waveguide extends along a direction perpendicular to the end face of the first end, the digging structure is provided at the second end, and the reflecting surface is the first waveguide. May be reflected toward the first waveguide.
  • the optical axis of the light emitted from the first waveguide is set at the first end. It can be non-perpendicular to the end face. Further, by reflecting the light traveling toward the side opposite to the light emitting end (first end) of the first waveguide toward the first waveguide by the reflecting surface formed by the digging structure, The amount of light emitted from the light exit end can be increased.
  • the end surface of the first end and the end surface of the second end are parallel, and the reflection surface is perpendicular to the optical axis of the light emitted from the first waveguide, and the end surface of the first end It may be configured to be non-parallel to.
  • the first waveguide is perpendicular to the optical axis of the light traveling through the first waveguide, even if the first waveguide extends along a direction perpendicular to the end faces of the first end and the second end.
  • this reflective surface With this reflective surface, almost the entire amount of light incident on the reflective surface from the first waveguide can be returned to the first waveguide.
  • the first waveguide extends along a direction perpendicular to the end surface of the first end, the digging structure is provided at the first end, and the reflection surface extends from the second waveguide. Incident light may be tilted such that the optical axis is non-perpendicular to the end face of the first end.
  • the optical axis of the light traveling through the second waveguide is parallel to the same direction, Since the optical axis of the light is inclined by the reflecting surface, it is possible to prevent the light reflected by the end surface of the first end from entering the first waveguide, that is, to prevent laser oscillation.
  • the reflection surface may be non-perpendicular to the optical axis of light emitted from the second waveguide and non-parallel to the end surface of the first end.
  • the optical axis of the light incident on the reflection surface is perpendicular to the end surface of the first end
  • the optical axis of the light emitted from the reflection surface is non-perpendicular to the end surface of the first end. It becomes.
  • the inclination of the optical axis of the light emitted from the optical element with respect to the normal of the end surface of the first end may be 3 ° or more.
  • the reflected light from the end face of the first end returns to the second waveguide, and therefore this angle is preferably 3 ° or more.
  • the reflective surface may be covered with a dielectric film.
  • the reflective surface may be covered with a metal film.
  • the optical element may be a super luminescent diode.
  • a display device includes the optical element and an image generation unit.
  • the image generation unit can scan the light emitted from the optical element in a two-dimensional manner, and can control the luminance of the projected light based on the image data.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an optical element according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a part of the optical element shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view showing a part of the optical element shown in FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of the optical element shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged plan view showing a part of the optical element shown in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the optical element shown in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the optical element shown in FIG. FIG.
  • FIG. 10 is an enlarged plan view showing a part of the optical element shown in FIG.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the size of each part of the optical element shown in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the size of each part of the optical element shown in FIG.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating the size of an optical element according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing a semiconductor layer for explaining an example of a method for producing a red SLD.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view showing the element in which the first electrode layer is formed after the formation of the dielectric layer, showing a cross section of the first region.
  • FIG. 15 is a graph showing a difference in light output depending on the shape of the first waveguide of the optical element.
  • FIG. 16 is an enlarged plan view showing a part of an optical element according to another embodiment 1.
  • FIG. 17 is a plan view of an optical element according to another embodiment 2.
  • FIG. 18 is an enlarged plan view showing a part of an optical element according to another embodiment 2.
  • FIG. 19 is an enlarged plan view showing a part of an optical element according to another embodiment 2.
  • FIG. 20 is a plan view of an optical element according to another embodiment 3.
  • FIG. 21 is a diagram schematically illustrating a configuration of a display device using any one of the SLDs that are semiconductor light emitting elements according to the embodiments as a light source.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an optical element 100 according to an embodiment of the present technology. 2 and 3 are enlarged views of FIG. 1, and FIG. 4 is a plan view of the optical element 100.
  • the optical element 100 according to the present embodiment is a super luminescent diode (SLD) including a ridge type waveguide.
  • SLD super luminescent diode
  • FIG. 1 the cross section of the semiconductor layer of the optical element 100 is mainly shown on the left.
  • the optical element 100 includes a first electrode layer 11, a first semiconductor layer 13, an active layer 15, a second semiconductor layer 17, a substrate 19, and a second electrode layer 12 from the upper layer side.
  • the first semiconductor layer 13 has a p-type conductivity, for example
  • the second semiconductor layer 17 has an n-type conductivity, for example.
  • FIG. 6 it is easy to understand the structure of each layer.
  • the first semiconductor layer 13 has a cladding layer and a guide layer (not shown here) formed in this order from the first electrode layer 11 side.
  • the second semiconductor layer 17 has a cladding layer and a guide layer (not shown here) formed in this order from the substrate 19 side.
  • the second electrode layer 12 is provided in contact with the back surface of the substrate 19.
  • the first semiconductor layer 13 may have a contact layer in a region in contact with the first electrode layer 11.
  • An n-type buffer layer may be provided between the substrate 19 and the second semiconductor layer 17.
  • the second electrode layer 12 may be provided in direct contact with the second semiconductor layer 17.
  • the optical element 100 has a light emitting end (first end) 101 and a rear end 102 which is the opposite end (second end).
  • first end the end face of the light exit end 101
  • rear end 102 the end face of the rear end 102
  • a dielectric film 21 is provided on the light emitting end face 101a.
  • the dielectric film 21 has a low reflectivity.
  • the longitudinal direction of the optical element 100 is defined as the y direction, and the direction orthogonal thereto is defined as the x direction. Further, a direction perpendicular to these x and y directions is taken as a z direction.
  • FIG. 5 to 7 are cross-sectional views of each part of the optical element 100.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. 4
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line BB in FIG. 4
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line CC in FIG. 5 to 7, the dielectric layer 25 is provided on the upper surface of the optical element 100, but the dielectric layer 25 is not shown in FIGS. 1 to 4.
  • the optical element 100 is provided with a waveguide structure 50 and a digging structure 60.
  • the digging structure 60 is provided at the rear end 102, and the waveguide structure 50 is configured as a stripe type extending from the digging structure 60 toward the light emitting end 101.
  • the waveguide structure 50 is formed by the first semiconductor layer 13, the active layer 15, and the second semiconductor layer 17, and is divided into a first region 30 and a second region 40 in the y direction that is the longitudinal direction of the optical element 100. Has been.
  • the first region 30 of the waveguide structure 50 is a waveguide structure provided from the digging structure 60 to a predetermined position along a direction inclined with respect to the y direction.
  • the second region 40 of the waveguide structure 50 is a waveguide structure provided in a region from the end of the first region 30 on the light emitting end 101 side to the light emitting end 101. That is, the second region 40 is provided between the first region 30 and the light emitting end 101.
  • the first electrode layer 11 forms a current injection region mainly in the first semiconductor layer 13.
  • the first region 30 of the waveguide structure 50 includes a first waveguide 32 constituted by the current injection region, and a non-current injection region that is provided around the first waveguide 32 and is not subjected to current injection.
  • the first waveguide 32 is mainly composed of a ridge portion.
  • the non-current injection region is mainly configured as a first recess 34 provided so as to sandwich the first waveguide 32. That is, a so-called double ridge structure is formed in the first region 30.
  • first semiconductor layer 13 current diffuses from the first electrode layer 11 toward the active layer 15 with a certain extent.
  • first region 30 a region through which current flows in the first semiconductor layer 13 (and the second semiconductor layer 17) is referred to herein as a current injection region, and the other region is referred to as a non-current injection region. That is, a current confinement structure is formed by the current injection region and the non-current injection region.
  • Such a first region 30 of the waveguide structure 50 can increase the current density.
  • a high-power light beam is generated in a limited region as indicated by reference numeral V1 in FIG.
  • This first refractive index difference is a value calculated as an equivalent refractive index difference that varies depending on the depth of the first recess 34.
  • the second region 40 of the waveguide structure 50 includes a second waveguide 42 provided so as to extend from the first waveguide 32 toward the light emitting end 101, and the second waveguide 40. And a second recess 44 provided so as to sandwich the waveguide 42.
  • the second waveguide 42 is constituted by a convex portion made of a semiconductor that extends from the first waveguide 32, and the first electrode layer 11 is not provided in the second waveguide 42.
  • the depth of the second recess 44 is deeper than the depth of the first recess 34 in the first region 30.
  • a second refractive index difference is generated as a difference between the refractive index of the light of the second waveguide 42 and the refractive index of the light of the second recess 44.
  • This second refractive index difference is a value calculated as an equivalent refractive index difference that varies depending on the depth of the second recess 44.
  • the depth of the first recess 34 and the second recess 44 is designed so that the second refractive index difference is larger than the first refractive index difference in the first region 30.
  • the second refractive index difference can be designed to be larger than the first refractive index difference by forming the second concave portion 44 deeper than the first concave portion 34.
  • Such a waveguide structure 50 causes an optical confinement action as indicated by reference numeral V2 in FIG.
  • the depth of the second recess 44 is set to have a bottom surface 44 a at a position deeper than the position of the active layer 15. Thereby, the difference between the first refractive index difference and the second refractive index difference can be increased.
  • the surfaces of the first recess 34 and the second recess 44 are covered with the dielectric layer 25.
  • a metal layer including the first electrode layer 11 is formed on the dielectric layer 25.
  • the metal layer is insulated from the first semiconductor layer 13 by the dielectric layer 25 except for the portion that becomes the first electrode layer 11.
  • the digging structure 60 is a concave structure formed by digging down the first semiconductor layer 13, the active layer 15, and the second semiconductor layer 17, as shown in FIG.
  • the digging structure 60 is formed so that the bottom surface 60a is deeper than the active layer 15. Note that the bottom surface 60a may be located at a different depth from the bottom surface 44a of the second recess 44, but the digging structure 60 and the second recess 44 can be formed by the same manufacturing process. Are located at the same depth.
  • FIG. 8 is an enlarged plan view showing the digging structure 60.
  • the digging structure 60 forms a reflective surface 61 that the first waveguide 32 faces.
  • the reflecting surface 61 is a surface orthogonal to the extending direction of the first waveguide 32. Since the first waveguide 32 is provided along the direction inclined with respect to the longitudinal direction (y direction) of the optical element 100, the reflecting surface 61 is on the end face (light emitting end face 101a and rear end face 102a) of the optical element. It is a non-parallel surface.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the reflecting surface 61.
  • a dielectric layer 25 and a metal layer 62 are formed on the reflecting surface 61.
  • the dielectric layer 25 is the same layer as the dielectric layer 25 shown in FIGS. 5 to 7 and covers the reflective surface 61.
  • the metal layer 62 is the same layer as the first electrode layer 11 shown in FIG. 6 and covers the dielectric layer 25.
  • Optical Element As described above, when the current injection region is formed mainly in the first semiconductor layer 13 by the first electrode layer 11, light is generated in the first waveguide 32.
  • a region of the first waveguide 32 close to the rear end 102 is a region where light (spontaneously emitted light) is generated due to carrier recombination in the active layer 15.
  • this region is referred to as an “LED region” for convenience.
  • a region in the first waveguide 32 adjacent to the second waveguide 42 is a region where spontaneous emission light is generated by carrier recombination and the spontaneous emission light is amplified.
  • this region is referred to as an “optical amplification region” for convenience.
  • the light generated in the LED region of the first waveguide 32 propagates through the first waveguide 32.
  • the light traveling toward the rear end 102 is reflected by the reflecting surface 61 and travels toward the light emitting end 101.
  • the light traveling toward the light exit end 101 enters the second waveguide 42 and travels through the second waveguide 42 toward the light exit end 101. Since the second refractive index difference of the second region 40 is larger than the first refractive index difference of the first region 30, the optical confinement action is promoted.
  • the light traveling through the second waveguide 42 is emitted from the light emitting end 101.
  • the generated light is repeatedly reflected at the end face, whereby the light of a specific wavelength is amplified (laser oscillation), and the coherence light (laser light) having a narrow spectral width is emitted.
  • the generated light is not reflected by the end face on the light emitting side, and light having a broad spectrum with low coherence is emitted.
  • the optical element 100 does not use the light reflected by the light emitting end 101. This is because if the light reflected by the light emitting end 101 reaches the first waveguide 32 via the second waveguide 42, laser oscillation is generated and becomes laser light. Therefore, the optical element 100 needs to be configured such that the light reflected by the light emitting end 101 does not reach the first waveguide 32.
  • the first waveguide 32 extends linearly along a direction inclined with respect to the longitudinal direction (Y direction) of the optical element 100, An extension of the center line of the first waveguide 32 is configured to be non-perpendicular to the light emitting end surface 101a and the rear end surface 102a.
  • the end of the first waveguide 32 on the side of the rear end face 102 a faces the reflecting surface 61 formed by the digging structure 60, and the reflecting surface 61 is perpendicular to the extension of the center line of the first waveguide 32. Therefore, almost all of the light that reaches the reflection surface 61 from the first waveguide 32 and is reflected by the reflection surface 61 is reflected toward the first waveguide 32.
  • the first waveguide 32 extends linearly along the direction inclined with respect to the longitudinal direction (y direction) of the optical element 100, if the digging structure 60 is not provided, the first guide The light reaching the rear end surface 102a from the waveguide 32 is incident on the rear end surface 102a obliquely. For this reason, even if a reflective film is provided on the rear end face 102 a, light that has entered the reflective film from the first waveguide 32 does not enter the first waveguide 32.
  • the first waveguide 32 linear, waveguide loss in the first waveguide 32 can be prevented.
  • a structure in which a waveguide corresponding to the first waveguide 32 is extended in a curved shape is used. ing. In this case, light leakage (waveguide loss) occurs due to the curved waveguide.
  • the first waveguide 32 is not limited to a straight line, and a part or all of the first waveguide 32 may be extended in a curved line. Even in this case, since the reflecting surface 61 is inclined with respect to the rear end face 102a, the curvature can be reduced compared to the case where the digging structure 60 is not provided, and the waveguide loss can be reduced. is there.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the second waveguide 42, and is an enlarged view of FIG. In these figures, the illustration of the dielectric film 21 provided on the light emitting end face 101a is omitted.
  • FIG. 10 shows the optical axis S ⁇ b> 1 of light that enters from the first waveguide 32 and exits from the second waveguide 42.
  • the second waveguide 42 has a tapered structure in which the width gradually decreases as it approaches the light emitting end face 101a, and the beam spot of light incident from the first waveguide 32 is reduced.
  • the light incident on the second waveguide 42 is collected around the optical axis S ⁇ b> 1 while being reflected at the interface between the second waveguide 42 and the second recess 44.
  • the first waveguide 32 extends along the direction inclined with respect to the longitudinal direction (y direction) of the optical element 100, the light emission end face 101a is directed to the light emission end face 101a. Light is emitted in a non-vertical direction. For this reason, the light reflected by the light emitting end face 101a is prevented from entering the second waveguide 42, that is, laser oscillation of the reflected light is prevented.
  • the perpendicular of the light emitting end face 101a is a line H
  • the optical axis S1 is inclined with respect to the line H, and the inclination angle ( ⁇ in the figure) is preferably 3 ° or more and 15 ° or less. Typically 5 °.
  • the light emission angle ⁇ is smaller than 3 °, the reflected light from the light emission end face 101a returns to the first waveguide 32 and laser oscillation occurs.
  • a measure of the coupling coefficient is 10-5 . Further, if the light emission angle ⁇ is larger than 15 °, the angle approaches the angle of total reflection, and the amount of emitted light decreases.
  • FIGS. 11 and 12 are schematic diagrams showing the size of each part of the optical element 100.
  • the total length L0 of the optical element 100 (a semiconductor element among them) is, for example, not less than 1000 ⁇ m and not more than 4000 ⁇ m, and typically 2200 ⁇ m.
  • the total length L0 is not limited to this range.
  • the total length L0 may be a length including the thicknesses of the respective dielectric films 21 at both ends.
  • the length L1 in the y direction of the first waveguide 32 is designed so that the spontaneous emission light can be sufficiently amplified by recombination of carriers.
  • the length L1 is, for example, not less than 1000 ⁇ m and not more than 4000 ⁇ m.
  • the length L2 in the y direction of the second waveguide 42 is determined by a critical angle in which the angle of light propagating through the second waveguide 42 (angle with respect to the y axis as viewed in the z direction) is determined based on the second refractive index difference. Is also designed to be smaller.
  • the length L2 is not less than 25 ⁇ m and not more than 300 ⁇ m, for example, and is typically 184 ⁇ m.
  • the length L3 of the digging structure 60 in the y direction is preferably, for example, 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m, and typically 22 ⁇ m.
  • the width W1 (see FIG. 12) of the first waveguide 32 is 3 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less, and is, for example, substantially constant at any position in the longitudinal direction.
  • the width W1 is not necessarily constant. More preferably, the width W1 is not less than 5 ⁇ m and not more than 10 ⁇ m, for example, 5.2 ⁇ m in order to increase the output.
  • the width W2 of the end portion of the second waveguide 42 on the first region 30 side is, for example, 4 ⁇ m to 15 ⁇ m, and preferably 6 ⁇ m to 12 ⁇ m.
  • the width W1 is typically 9.2 ⁇ m.
  • the width W3 of the end portion of the second waveguide 42 on the light emitting end 101 side is, for example, not less than 1 ⁇ m and not more than 10 ⁇ m, and preferably not less than 2 ⁇ m and not more than 8 ⁇ m.
  • the width W3 is not particularly limited, and may be designed so that the beam spot size becomes a necessary size.
  • the width W3 is typically 3.4 ⁇ m.
  • W2> W1> W3 is established between the widths W1, W2, and W3.
  • the width W2 is wider than the width W1 of the first waveguide 32, the total amount of light generated and propagated in the first waveguide 32 can be reliably guided to the second waveguide 42, and optical loss is suppressed. Can do.
  • the overall width W4 of the second recess 44 in the x direction (or the area in the second recess 44 viewed in the z direction) is set as appropriate. If an appropriate difference is provided between the first refractive index difference and the second refractive index difference, the area in the second recess 44 is not limited.
  • the width W4 may be the same as the entire width of the first recess 34 in the first region 30.
  • the end portions of the first waveguide 32 and the second waveguide 42 may be parallel.
  • the width W2 can be effectively designed so as to reduce the light leakage.
  • the inclination angle of the first waveguide 32 is large, it is assumed that the first recess 34 and the second recess 44 overlap, but the end portions of the first waveguide 32 and the second waveguide 42 are parallel to each other. By doing so, these designs become easy.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the semiconductor layer of the optical element 100 of the red SLD.
  • a GaAs substrate is used as the semiconductor substrate 19.
  • the following crystal structure is formed on this GaAs substrate (wafer at this point) by MOCVD (Metal-Organic-Chemical-Vapor-Deposition) method.
  • An Si-doped n-type cladding layer 171 made of Al 0.5 In 0.5 P grows about 3 ⁇ m.
  • a guide layer 172 made of Ga x In 1-x P is grown on the n-type cladding layer by about 20 nm.
  • An active layer 15 made of Ga x In 1-x P or (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P grows.
  • the active layer 15 usually has a multiple quantum well structure, but the well width and the number of wells are not particularly defined.
  • the well thickness of the active layer 15 is about 80 mm, for example.
  • a guide layer 132 made of Ga x In 1-x P is grown on the active layer 15 by about 40 nm.
  • a Mg-doped p-type cladding layer 131 made of Al 0.5 In 0.5 P is grown thereon.
  • a semiconductor having a composition such as AlGaInP may be used as a material for the cladding layer.
  • the thickness of the cladding layer is, for example, about 1.5 ⁇ m.
  • an etching stop layer 131a made of Ga x In 1-x P is formed.
  • the etching stop layer 131a may be any material that is resistant to wet etching with ammonia overwater.
  • the film thickness of the etching stop layer 131a is, for example, about 5 nm. Note that the etching stop layer 131a is omitted in FIG.
  • An Mg-doped GaInP layer grows on the p-type cladding layer 131 including the etching stop layer 131a.
  • a Mg-doped GaAs layer is grown and a contact layer 130 is formed.
  • window regions are formed in regions on the wafer corresponding to the light emitting end surface 101a and the rear end surface 102a of the optical element 100. This is to suppress light absorption as much as possible.
  • a method such as diffusion of impurities (for example, Zn) in the semiconductor layer is used to form the window region. These window regions are not necessarily required.
  • the window region may be formed on one of the light emitting end surface 101a and the rear end surface 102a.
  • the second region 40 (the second waveguide 42 and the second recess 44) and the digging structure 60 of the waveguide structure 50 are formed.
  • a SiO 2 mask opening corresponding to the shape of the second recess 44 and the digging structure 60 is formed by photolithography at a location corresponding to the second region 40 and the digging structure 60.
  • Etching is performed through this opening by dry etching.
  • the n-type cladding layer 171 is etched to the middle point.
  • the etching depth is controlled based on the equivalent refractive index difference between the second waveguide 42 and the surrounding second recess 44.
  • the first region 30 (the first waveguide 32 and the first recess 34) is formed.
  • the first region 30 is formed by photolithography and etching processes. In the etching process, dry etching is performed so as not to exceed the etching stop layer 131a. Further, in the etching process, the semiconductor layer remaining on the etching stop layer 131a is removed by wet etching using ammonia overwater or the like. Thereby, the first region 30 is formed.
  • the dielectric layer 25 (see FIGS. 4 to 7) is formed. Specifically, the dielectric layer 25 is formed in addition to the top of the ridge portion by a film forming technique and photolithography. The dielectric layer 25 is formed so as to cover the inner surface of the wall surface of the ridge portion, the first recess 34, the second recess 44, and the digging structure 60. Thereby, the reflecting surface 61 is also covered with the dielectric layer 25 (see FIG. 9).
  • the material of the dielectric layer 25 is, for example, SiO 2 .
  • the material of the dielectric layer 25 may be Si, SiN, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , AlN, or the like.
  • the film constituting the dielectric layer 25 may be a single layer film or a multilayer film. The thickness of the dielectric layer 25 is not limited as long as it can protect the first recess 34 and the second recess 44.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view showing a cross section of the first region 30 and showing the element in which the first electrode layer 11 is formed after the dielectric layer 25 is formed.
  • the first electrode layer 11 is formed by a film forming technique and photolithography.
  • the first electrode layer 11 is formed at least on the top of the ridge portion, but may be formed continuously on the wall surface of the ridge portion as shown in FIG. 14B.
  • the metal layer 62 (see FIG. 9) is formed together with the first electrode layer 11 and covers the dielectric layer 25 on the reflective surface 61.
  • the material of the first electrode layer 11 and the metal layer 62 is, for example, Ti / Pt / Au from the semiconductor side.
  • the cross-sectional shape of the ridge portion (cross section taken along the zx plane) is a rectangle, but actually, for example, as shown in FIG. 14B, the width of the upper contact layer is narrow. It has a trapezoidal shape.
  • the cross-sectional shape of the ridge portion may be a rectangle or an inverted trapezoid (a trapezoid with the top and bottom reversed).
  • the second electrode layer 12 is, for example, AuGe / Ni / Au from the semiconductor side.
  • the wafer is processed using, for example, cleavage to form chips in units of optical elements, and the light emitting end face 101a of the optical element 100 is formed.
  • a dielectric film 21 is formed on the light emitting end face 101a for the purpose of protection and reflectance control.
  • the dielectric film 21 is formed by sputtering or vapor deposition, for example. Examples of the material of the dielectric film 21 include SiO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , and TiO 2 . Since the reflective surface 61 is provided, it is not always necessary to form a dielectric film on the rear end surface 102a.
  • the reflectance of the light emitting end 101 is set to 0.3% or less.
  • the reflectance of the reflecting surface 61 is set to approximately 95% or more.
  • the reflectances of the light emitting end 101 and the reflecting surface 61 are not limited to the above values, and a lower reflectance may be set at the light emitting end 101, and a higher reflectance may be set at the reflecting surface 61.
  • the chip manufactured as described above is mounted on a package used in an LD (Laser Diode) or other predetermined jig.
  • the solder material used in this mounting is, for example, AuSn alloy, Sn, silver paste or the like.
  • Either the p-side or the n-side of the semiconductor element may be mounted as the package side, but it is desirable that the p-side be mounted as the package side in order to efficiently exhaust heat.
  • the mounted optical element 100 is connected to a power supply terminal by Au wire bonding.
  • a member that protects the optical element 100 is mounted as necessary to complete the product.
  • the manufacturing method of the green SLD and the blue SLD is different from the manufacturing method of the red SLD in that the etching stop layer 131a is not provided.
  • the etching depth is controlled by time.
  • As the semiconductor material for the green SLD a GaN-based material is used. In this case, since the wet etching is not often performed, the etching stop layer 131a is not provided.
  • Each layer of the semiconductor layers is made of, for example, the following materials.
  • GaN Active layer InGaN Guide layer: GaN or InGaN Clad layer: InAlGaN or AlGaN Contact layer: GaN or AlGaN
  • the LD structure and manufacturing method disclosed in JP 2012-174868 are suitable.
  • the blue SLD structure and manufacturing method for example, the LD structure and manufacturing method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-129763 are suitable.
  • green SLD and the blue SLD are distinguished by the difference in the impurity to be doped and the amount thereof.
  • FIG. 15 is a graph showing output characteristics of a light emitting element having a curved waveguide and a light emitting element having a linear waveguide. In the straight waveguide, since the loss generated in the curved waveguide is reduced, the output is improved by about 11%.
  • the first waveguide 32 linear, no waveguide loss due to the waveguide shape occurs, and the amount of light emitted from the optical element 100 can be increased. In addition, even when the first waveguide 32 is curved, the curvature can be reduced, so that the waveguide loss due to the waveguide shape can be reduced.
  • optical element 100 According to Other Forms
  • the same elements of the optical element 100 according to the above embodiment will be denoted by the same reference numerals, the description thereof will be simplified or omitted, and different points will be mainly described.
  • FIG. 16 is a plan view showing a digging structure 160 included in the optical element 100 according to another embodiment 1.
  • the digging structure 160 is a digging structure formed from the first semiconductor layer 13 to the second semiconductor layer 17 in the same manner as in the above-described embodiment. However, as shown in the figure, the digging structure 160 is provided apart from the rear end face 102a. ing.
  • the optical element 100 is formed into a chip shape in units of optical elements by processing the wafer using cleavage, but when the digging structure is connected to the rear end face 102a, the adjacent chip in the wafer. The digging structure reaches the light emitting end face 101a. For this reason, it is necessary to form a dummy region between chips.
  • FIG. 17 is a plan view of an optical element 100 according to another embodiment 2
  • FIG. 18 is an enlarged view thereof.
  • the optical element 100 according to another embodiment 2 includes a first waveguide 232, a second waveguide 242, and a digging structure 260.
  • the first waveguide 232 and the second waveguide 242 have the same configuration as that of the above embodiment except for the shape viewed from the z direction.
  • a dielectric film 21 for preventing reflection is provided on the rear end face 102a.
  • the first waveguide 232 extends linearly along a direction parallel to the longitudinal direction (y direction) of the optical element 100.
  • the second waveguide 242 focuses the light emitted from the first waveguide 232 and makes it incident on a reflection surface described later.
  • the digging structure 260 is provided adjacent to the second waveguide 242 at the light emitting end 101 and includes a reflective surface 261.
  • the reflecting surface 261 is a surface inclined with respect to the light emitting end surface 101a.
  • the angle of the reflecting surface 261 with respect to the light emitting end surface 101a is not particularly limited, but is preferably 3 ° or more and 15 ° or less, and typically 5 °.
  • An antireflection layer for reducing the light reflectance may be formed on the reflection surface 261.
  • the reflection surface 261 reflects the light incident from the second waveguide 242.
  • FIG. 18 shows an optical axis S2 of light that enters from the first waveguide 232 and exits from the second waveguide 242. Since the reflecting surface 261 is inclined with respect to the light emitting end surface 101a, the optical axis S2 of the light incident from the second waveguide 242 is inclined by the reflecting surface 261 as shown in FIG.
  • the linear first waveguide 232 is disposed along the direction (x direction) parallel to the longitudinal direction of the optical element 100, the emitted light of the optical element 100 is directed to the light emitting end face 101a.
  • the light is emitted in an inclined direction, and laser oscillation is suppressed.
  • the digging structure 260 may not be provided continuously with the second recess 44 as shown in FIG. 18, or may be provided so as to be separated from the second recess 44 as shown in FIG. Good.
  • FIG. 20 is a plan view of an optical element 100 according to another embodiment 3.
  • an optical element 100 according to another embodiment 3 includes a digging structure 360 provided on the rear end face 102a in addition to the configuration of the optical element 100 according to another embodiment 2.
  • the digging structure 360 is provided adjacent to the first waveguide 232 and includes a reflective surface 361.
  • the reflection surface 361 is a surface perpendicular to the extending direction (y direction) of the first waveguide 232 and is covered with a dielectric layer and a metal layer as in the above embodiment (see FIG. 9). Light incident on the reflecting surface 361 from the first waveguide 232 is reflected toward the first waveguide 232 by the reflecting surface 361.
  • the digging structure 360 it is not necessary to provide a dielectric film for preventing reflection on the rear end face 102a, and the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 21 schematically shows a configuration of a display device using any one of the SLDs that are optical elements according to the above embodiments as a light source.
  • the display device 1000 is a raster scan projector.
  • the display device 1000 includes an image generation unit 70.
  • the image generation unit 70 can scan light emitted from an optical element as a light source in a two-dimensional manner, for example, raster scan, and is based on light projected on an irradiation surface 65 such as a screen or a wall surface based on image data.
  • the brightness can be controlled.
  • the image generation unit 70 mainly includes, for example, a horizontal scanner 63 and a vertical scanner 64.
  • Each of the beams from the red light emitting SLD 100R, the green light emitting SLD 100G, and the blue light emitting SLD 100B are combined into one beam by the dichroic prisms 62R, 62G, and 62B.
  • This beam is scanned by the horizontal scanner 63 and the vertical scanner 64 and projected onto the irradiation surface 65, whereby an image is displayed.
  • At least one of the RGB light emitting optical elements may be an SLD, and the other elements may be ordinary LDs.
  • the horizontal scanner 63 and the vertical scanner 64 are configured by a combination of a polygon mirror and a galvano scanner, for example.
  • the luminance control means for example, a circuit for controlling the current injected into the optical element is used.
  • a two-dimensional light modulation element such as a DMD (Digital Micro-mirror Device) manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology may be used.
  • DMD Digital Micro-mirror Device
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • the image generation unit 70 may be configured by a combination of a one-dimensional light modulation element such as a GLV (Grating Light Valve) element and the above-described one-dimensional scan mirror.
  • a one-dimensional light modulation element such as a GLV (Grating Light Valve) element
  • GLV Grating Light Valve
  • the image generation unit 70 may be configured by a refractive index modulation type scanner such as an acousto-optic effect scanner or an electro-optic effect scanner.
  • the second concave portion 44 of the second region 40 in the waveguide structure 50 is configured to be deeper than the active layer 15.
  • the depth of the second recess 44 does not necessarily reach the active layer 15.
  • the gist of the present technology is that the second refractive index difference in the second region 40 is larger than the first refractive index difference in the first region 30. This is because the difference in refractive index is one element for promoting the light confinement effect in the second region 40. The same applies to other embodiments.
  • the first region 30 may not have the first recess 34 provided in the first semiconductor layer 13.
  • the first region 30 according to the present technology has a current blocking region (that is, a non-current injection region) of the second semiconductor layer 17 around the first waveguide 32 as disclosed in JP-A-2005-12044. It may be configured to be provided. The same applies to other embodiments.
  • the first conductivity type is set to p-type and the second conductivity type is set to n-type.
  • the first conductivity type may be set to n-type and the second conductivity type may be set to p-type.
  • An optical element comprising a substrate, a first end which is a light emitting end, and a second end provided on the opposite side of the first end, A striped first electrode layer extending from the second end toward the first end; A first semiconductor layer having a first conductivity type and including a current injection region formed by the first electrode layer and a non-current injection region; A second semiconductor layer having a second conductivity type and provided on the substrate; An active layer provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; A second electrode layer in contact with the substrate or the second semiconductor layer, Waveguide structures included in the first conductivity type layer, the active layer, and the second conductivity type layer are: A first waveguide constituted by the current injection region and the non-current injection region; and a first refractive index difference as a difference between a refractive index of the current injection region and a refractive index of the non-current injection region.
  • a second region having, The second waveguide has a tapered structure that reduces a beam spot of light incident from the first waveguide, At least one of the first end and the second end is formed by a digging structure provided from the first semiconductor layer to the active layer, and reflects light incident from the first waveguide or the second waveguide An optical element having a reflective surface.
  • the optical element according to (1) or (2) above, The first waveguide is a linear optical element.
  • the optical element according to any one of (1) to (3) above,
  • the first waveguide extends along a direction perpendicular to the end surface of the first end,
  • the digging structure is provided at the second end,
  • the optical element reflects the light incident from the first waveguide toward the first waveguide.
  • the optical element according to (4) above The end surface of the first end and the end surface of the second end are parallel, The optical element is configured such that the reflection surface is perpendicular to the optical axis of light emitted from the first waveguide and is not parallel to the end surface of the second end.
  • the optical element according to any one of (1) to (5) above,
  • the first waveguide extends along a direction perpendicular to the end face of the first end,
  • the digging structure is provided at the first end,
  • the reflection surface tilts the light incident from the second waveguide so that the optical axis is non-perpendicular to the end surface of the first end.
  • the optical element according to (6) above is non-perpendicular to an optical axis of light emitted from the second waveguide and non-parallel to an end surface of the first end.
  • An optical element comprising a substrate, a first end which is a light emitting end, and a second end provided on the opposite side of the first end;
  • the light emitted from the optical element can be scanned two-dimensionally, and based on image data, an image generation unit capable of controlling the luminance by the projected light,
  • the optical element is A striped first electrode layer extending from the second end toward the first end;
  • a first semiconductor layer having a first conductivity type and including a current injection region formed by the first electrode layer and a non-current injection region;
  • An active layer provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
  • Waveguide structures included in the first conductivity type layer, the active layer, and the second conductivity type layer are: A first waveguide constituted by the current injection region and the non-current injection region; and a first refractive index difference as a difference between a refractive index
  • a second region having, The second waveguide has a tapered structure that reduces a beam spot of light incident from the first waveguide, At least one of the first end and the second end is formed by a digging structure provided from the first semiconductor layer to the active layer, and reflects light incident from the first waveguide or the second waveguide

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Abstract

【課題】導波ロスを低減し、レーザ発振の抑制と高出力化を実現することが可能な光学素子及び表示装置を提供すること。 【解決手段】本技術に係る光学素子は、基板と、光出射端である第１端と、第１端の反対側に設けられた第２端とを備える光学素子であって、第１電極層と、第１半導体層と、第２半導体層と、活性層と、第２電極層とを具備する。第１電極層は、第２端から第１端に向けて延設されたストライプ型である。第１導電型層、活性層、および第２導電型層に含まれる導波構造は、第１導波路と第２導波路を含み、第２導波路は、第１導波路から入射する光のビームスポットを小さくするテーパ構造を有する。光学素子は、第１端及び第２端の少なくとも一方において第１半導体層から活性層にかけて設けられた掘り込み構造によって形成され、第１導波路又は第２導波路から入射する光を反射する反射面を有する。

Description

光学素子及び表示装置
　本技術は、半導体レーザやスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）の技術に関する。
　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発光素子である。このような発光素子は例えばプロジェクタの光源として利用することができ、高輝度化が求められている。
　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及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、特許文献１の第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には、半導体レーザの構造が開示されている（ＳＬＤではない）。この半導体レーザでは、第２クラッド層であるｐ型クラッド層の上部が、リッジ部及びウイング部で構成され、リッジ部及びウイング部の間には、ｐ型クラッド層の上面からその内部まで形成された溝が設けられている。
　これらリッジ部及び溝のそれぞれの横方向（光の出射方向に直交する方向）の幅について、前端面側領域における溝幅より、後端面側領域における溝幅の方が狭くなっている。このような構造により、高次横モード光の放射損失が低減される（例えば、特許文献２の明細書段落［００３６］、［００５８］、［００７７］、図１、２参照）。
特開平2-310975号公報 特開2013-4855号公報
　レーザやＳＬＤ等の発光素子では、通電面積を広げること、例えばストライプ幅を広げることで高出力化が可能である。ストライプ幅が広くなると、光の閉じ込め幅が広くなり、出射されるビームスポットサイズが大きくなる。このような発光素子をプロジェクタの光源として利用すると、ビームスポットサイズが大きいことにより解像度が低下してしまう。
　上記特許文献１の構成では曲がりガイド活性層（導波路）を利用することにより、リア（劈開端面）側を端面に垂直にして光の利用効率を高め、フロント（光出射面）側では光軸を端面から傾けて光の共振を抑制し、広いストライプ幅と高出力化が実現されている。
　しかしながら、曲がりガイド活性層では、その円弧部の曲率によって導波ロスが存在する。導波ロスを抑制するためには曲率半径を大きくし、曲がりガイド活性層を直線に近づけていく必要がある。しかし曲率半径を大きくすると端面となす角が垂直に近づくことから、ＳＬＤで必須となるレーザ発振の抑制ができなくなるという問題がある。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、導波ロスを低減し、レーザ発振の抑制と高出力化を実現することが可能な光学素子及び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光学素子は、基板と、光出射端である第１端と、上記第１端の反対側に設けられた第２端とを備える光学素子であって、第１電極層と、第１半導体層と、第２半導体層と、活性層と、第２電極層とを具備する。
　上記第１電極層は、上記第２端から上記第１端に向けて延設されたストライプ型である。
　上記第１半導体層は、第１の導電型を有し、上記第１電極層により形成される電流注入領域と、非電流注入領域とを含む。
　上記第２半導体層は、第２の導電型を有し、上記基板上に設けられている。
　上記活性層は、上記第１半導体層および上記第２半導体層の間に設けられている。
　上記第２電極層は、上記基板または上記第２半導体層に接する。
　上記第１導電型層、上記活性層、および上記第２導電型層に含まれる導波構造は、上記電流注入領域により構成される第１導波路および上記非電流注入領域を有し、上記電流注入領域の屈折率と、上記非電流注入領域の屈折率との差として第１屈折率差を有する第１領域と、上記第１領域と上記第１端との間に設けられた第２領域であって、上記第１導波路から上記第１端へ向けて延長されるように設けられた第２導波路を有し、上記第２導波路の屈折率と、上記第２領域内における、上記第２導波路の周囲の領域の屈折率との差として、上記第１屈折率差より大きい第２屈折率差を有する第２領域とを含む。
　上記第２導波路は、上記第１導波路から入射する光のビームスポットを小さくするテーパ構造を有する。
　上記光学素子は、上記第１端及び上記第２端の少なくとも一方において上記第１半導体層から上記活性層にかけて設けられた掘り込み構造によって形成され、上記第１導波路又は上記第２導波路から入射する光を反射する反射面を有する。
　この構成によれば、第２端に掘り込み構造が設けられた場合、第１導波路から入射した光は反射面によって第１導波路に反射される。したがって、第１導波路が第２端の端面に対して垂直でない場合であっても、反射面を第１導波路に対して垂直とすることができ、第１導波路から入射した光のほぼ全量を第１導波路に戻し、光出射端から出射させることができる。また、第１端に掘り込み構造が設けられた場合、反射面は第２導波路から反射面に入射した光の光軸を傾けることができ第１導波路によって光の進行方向を変化させる必要がなくなる。これにより、第１導波路において生成される光を効率的に光学素子から出射させることが可能となり、光学素子の高出力化を実現することができる。
　上記光学素子から出射される光の光軸は、上記第１端の端面に対して非垂直であってもよい。
　光学素子から出射される光の光軸を第１端の端面に対して傾けることにより、当該端面で反射した光が第１導波路に入射することを防止し、即ちレーザ発振を防止することが可能となる。
　上記第１導波路は直線状であってもよい。
　第１導波路を直線状とすることにより、曲線状の導波路において生じる導波ロスを低減し、光出力を向上させることができる。
　上記第１導波路は、上記第１端の端面に対して非垂直な方向に沿って延設され、上記掘り込み構造は、上記第２端に設けられ、上記反射面は上記第１導波路から入射する光を上記第１導波路に向けて反射してもよい。
　第１導波路を第１端の端面に対して非垂直な方向に沿って直線状に延設されたものとすることにより、第１導波路から出射される光の光軸を第１端の端面に対して非垂直とすることができる。また、掘り込み構造によって形成される反射面によって、第１導波路のうち光出射端（第１端）とは反対側に向かって進行した光を第１導波路に向けて反射させることにより、光出射端から出射される光の光量を増大させることができる。
　上記第１端の端面と上記第２端の端面は平行であり、上記反射面は、上記第１導波路から出射される光の光軸に対して垂直であって、上記第１端の端面に対して非平行となるように構成されていてもよい。
　この構成によれば、第１導波路が第１端及び第２端の端面に対して非垂直な方向に沿って延設されていても、第１導波路を進行する光の光軸に垂直な反射面によって第１導波路から反射面に入射した光のほぼ全量を第１導波路に戻すことが可能となる。
　上記第１導波路は、上記第１端の端面に対して垂直な方向に沿って延設され、上記掘り込み構造は、上記第１端に設けられ、上記反射面は上記第２導波路から入射する光を、光軸が上記第１端の端面に対して非垂直となるように傾けてもよい。
　この構成によれば、第１導波路が第１端の端面に対して垂直な方向に沿って延設され、第２導波路を進行する光の光軸が同方向に平行であっても、反射面によって光の光軸が傾けられるため、第１端の端面で反射した光が第１導波路に入射することを防止し、即ちレーザ発振を防止することが可能となる。
　上記反射面は、上記第２導波路から出射される光の光軸に対して非垂直であって、上記第１端の端面に対して非平行であってもよい。
　この構成によれば、反射面に入射する光の光軸が第１端の端面に対して垂直であっても、反射面から出射する光の光軸は第１端の端面に対して非垂直となる。
　上記光学素子から出射される光の光軸の、上記第１端の端面の垂線に対する傾きは３°以上であってもよい。
　この傾きが３°より小さいと、第１端の端面からの反射光が第２導波路に戻ってしまうため、この角度は３°以上が好適である。
　上記反射面は誘電体膜によって被覆されていてもよい。
　上記反射面は、金属膜によって被覆されていてもよい。
　上記光学素子は、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。
　上記目的を達成するため、本技術の一形態に表示装置は上記光学素子と、画像生成部とを具備する。
　上記画像生成部は、上記光学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、投射される上記光による輝度を制御可能である。
　以上、本技術によれば、導波ロスを低減し、レーザ発振の抑制と高出力化を実現することが可能な光学素子及び表示装置を提供することができる。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１は、本技術の一実施形態に係る光学素子を示す斜視図である。 図２は、図１に示す光学素子の一部を拡大して示す斜視図である。 図３は、図１に示す光学素子の一部を拡大して示す斜視図である。 図４は、図１に示す光学素子の平面図である。 図５は、図４におけるＡ－Ａ線断面図である。 図６は、図４におけるＢ－Ｂ線断面図である。 図７は、図４におけるＣ－Ｃ線断面図である 図８は、図１に示す光学素子の一部を拡大して示す平面図である。 図８は、図１に示す光学素子の一部を拡大して示す断面図である。 図１０は、図１に示す光学素子の一部を拡大して示す平面図である。 図１１は、図１に示す光学素子の各部位のサイズを示す模式図である。 図１２は、図１に示す光学素子の各部位のサイズを示す模式図である。 図１３は、本技術の一実施形態に係る光学素子のサイズを示す模式図である。 図１４Ａは、赤色ＳＬＤの製造方法の一例を説明するための、半導体層を示す断面図である。図１４Ｂは、第１領域の断面を示し、誘電体層の形成後、第１電極層が形成された素子を示す断面図である。 図１５は、光学素子の第１導波路の形状による光出力の差異を示すグラフである。 図１６は、他の形態１に係る光学素子の一部を拡大して示す平面図である。 図１７は、他の形態２に係る光学素子の平面図である。 図１８は、他の形態２に係る光学素子の一部を拡大して示す平面図である。 図１９は、他の形態２に係る光学素子の一部を拡大して示す平面図である。 図２０は、他の形態３に係る光学素子の平面図である。 図２１は、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図である。
　以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、図面を参照する場合において、素子や部品の方向や位置を指し示すために「上」、「下」、「左」、「右」、「縦」、「横」などの文言を用いる場合があるが、これは説明の便宜上の文言に過ぎない。すなわち、これらの文言は、説明を理解しやすくするために使用される場合が多く、素子や装置が実際に製造されたり使用されたりする場面における方向や位置と一致しない場合がある。
　１．光学素子
　１．１）光学素子の構成
　図１は、本技術の一実施形態に係る光学素子１００を示す斜視図である。図２及び図３は図１の拡大図、図４は光学素子１００の平面図である。本実施形態に係る光学素子１００は、リッジ型の導波路を備えるスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）である。図１において、左には、光学素子１００のうち主に半導体層の断面が拡大して示されている。
　図１乃至図３に示すように、光学素子１００は、上層側から、第１電極層１１、第１半導体層１３、活性層１５、第２半導体層１７、基板１９及び第２電極層１２を順に備えている。第１半導体層１３は、例えばｐ型の導電型を有し、第２半導体層１７は、例えばｎ型の導電型を有する。図６も参照すれば、各層の構造を理解しやすい。
　第１半導体層１３は、第１電極層１１側から順に形成された、ここでは図示しないクラッド層及びガイド層を有する。第２半導体層１７は、基板１９側から順に形成された、ここでは図示しないクラッド層及びガイド層を有する。第２電極層１２は、基板１９の裏面に接して設けられている。
　なお、第１半導体層１３は、第１電極層１１と接する領域にコンタクト層を有していてもよい。また、基板１９と第２半導体層１７との間には、ｎ型のバッファ層が設けられていてもよい。第２電極層１２は、第２半導体層１７に直接接して設けられていてもよい。
　光学素子１００は、光出射端（第１端）１０１と、その反対側の端（第２端）である後端１０２とを有する。以下、光出射端１０１の端面を光出射端面１０１ａとし、後端１０２の端面を後端面１０２ａとする。光出射端面１０１ａ上には誘電体膜２１が設けられている。誘電体膜２１は低反射率のものが用いられる。
　以降では、説明の便宜上、光学素子１００の長手方向をｙ方向、それに直交する方向をｘ方向とする。また、これらｘ、ｙ方向に垂直な方向をｚ方向とする。
　図５乃至図７は、光学素子１００の各部の断面図である。図５は図４におけるＡ－Ａ線断面図であり、図６は図４におけるＢ－Ｂ線断面図、図７は図４におけるＣ－Ｃ線断面図である。なお、図５乃至図７では、光学素子１００の上部表面に誘電体層２５が設けられているが、図１乃至図４では、誘電体層２５の図示は省略されている。
　図１及び図４に示すように、光学素子１００には導波構造５０と掘り込み構造６０が設けられている。掘り込み構造６０は、後端１０２に設けられており、導波構造５０は、掘り込み構造６０から光出射端１０１に向けて延設されたストライプ型に構成されている。
　導波構造５０は、第１半導体層１３、活性層１５及び第２半導体層１７によって形成され、光学素子１００の長手方向であるｙ方向において第１領域３０と第２領域４０とに分かれて構成されている。
　図４に示すように、導波構造５０の第１領域３０は、ｙ方向に対して傾斜した方向に沿って掘り込み構造６０からから所定の位置までに設けられた導波構造である。導波構造５０の第２領域４０は、第１領域３０の光出射端１０１側の端部から、光出射端１０１までの間の領域に設けられた導波構造である。つまり、第２領域４０は、第１領域３０と光出射端１０１との間に設けられている。
　図６に示すように、第１電極層１１により、主に第１半導体層１３には電流注入領域が形成される。導波構造５０の第１領域３０は、その電流注入領域によって構成される第１導波路３２と、この第１導波路３２の周囲に設けられ電流注入が行われない非電流注入領域とを有する。第１導波路３２は主にリッジ部で構成される。非電流注入領域は、主に、第１導波路３２を挟むように設けられた第１凹部３４として構成される。すなわち、第１領域３０では、いわゆるダブルリッジ（w-ridge）構造が形成される。
　第１半導体層１３において、第１電極層１１から、ある程度の広がりを持って活性層１５へ向かって電流が拡散する。第１領域３０では、第１半導体層１３（及び第２半導体層１７）において電流が通る領域を、ここでは電流注入領域と称し、それ以外の領域を非電流注入領域と称している。すなわち、電流注入領域及び非電流注入領域により電流狭窄構造が形成される。このような導波構造５０の第１領域３０により、電流密度を上げることができる。図６の符号Ｖ１で示すような制限された領域で高出力の光ビームが生成される。
　電流注入領域（第１導波路３２）の光の屈折率と、非電流注入領域（第１凹部３４）の光の屈折率との差として、第１屈折率差が生じる。この第１屈折率差は、第１凹部３４の深さに応じて変わる等価屈折率差として計算される値である。
　図５に示すように、導波構造５０の第２領域４０は、第１導波路３２から光出射端１０１へ向けて延長されるように設けられた第２導波路４２と、この第２導波路４２を挟むように設けられた第２凹部４４とを有する。
　第２導波路４２は、第１導波路３２から延長される、半導体でなる凸部により構成され、第２導波路４２には、第１電極層１１は設けられていない。第２凹部４４の深さは、第１領域３０における第１凹部３４の深さより深くなっている。
　このように構成された第２領域４０では、第２導波路４２の光の屈折率と、第２凹部４４の光の屈折率との差として、第２屈折率差が生じる。この第２屈折率差は、第２凹部４４の深さに応じて変わる等価屈折率差として計算される値である。
　第２屈折率差は上記第１領域３０における第１屈折率差より大きくなるように、第１凹部３４及び第２凹部４４の深さが設計されている。上述のように、第２凹部４４の深さが第１凹部３４の深さより深く形成されることにより、第２屈折率差を第１屈折率差より大きく設計することができる。このような導波構造５０により、図５の符号Ｖ２で示すように、光閉じ込めの作用が発生する。
　図５に示すように、典型的には、第２凹部４４の深さは、活性層１５の位置より深い位置に底面４４ａを有するように設定されている。これにより、第１屈折率差と第２屈折率差との差を大きくすることができる。
　なお、上述したように、第１凹部３４及び第２凹部４４のそれぞれの表面は、誘電体層２５で覆われている。また、誘電体層２５上には第１電極層１１を含む金属層が形成される。金属層は第１電極層１１となる部分を除き、誘電体層２５によって第１半導体層１３とは絶縁されている。
　掘り込み構造６０は、図７に示すように第１半導体層１３、活性層１５及び第２半導体層１７が掘り下げされて形成された凹状構造である。掘り込み構造６０は底面６０ａが活性層１５より深い位置となるように形成されている。なお、底面６０ａは第２凹部４４の底面４４ａと異なる深さに位置してもよいが、掘り込み構造６０と第２凹部４４は同一の製造プロセスで形成することが可能であるため、典型的は同じ深さに位置する。
　図８は、掘り込み構造６０を拡大して示す平面図である。図３及び図８に示すように、掘り込み構造６０によって、第１導波路３２が面する反射面６１が形成されている。同図に示すように、反射面６１は、第１導波路３２の延伸方向に直交する面である。第１導波路３２が光学素子１００の長手方向（ｙ方向）に対して傾斜する方向に沿って設けられているため、反射面６１は光学素子の端面（光出射端面１０１ａ及び後端面１０２ａ）に対して非平行な面となっている。
　図９は、反射面６１を示す断面図である。同図に示すように反射面６１には誘電体層２５及び金属層６２が形成されている。誘電体層２５は、図５乃至図７に示す誘電体層２５と同一の層であり、反射面６１を被覆する。金属層６２は、図６に示す第１電極層１１と同一の層であり、誘電体層２５を被覆する。
　反射面６１には後述するように第１導波路３２から光が入射するが、入射した光は誘電体層２５及び金属層６２によって、第１導波路３２に向けて反射される。
　１．２）光学素子の動作
　上記のように、第１電極層１１により、主に第１半導体層１３に電流注入領域が形成されると、第１導波路３２において光が発生する。第１導波路３２のうち後端１０２に近接する領域は、活性層１５でキャリアの再結合が起こり、光（自然放出光）が発生する領域である。以下、この領域を、便宜的に「ＬＥＤ領域」と言う。一方、第１導波路３２のうち第２導波路４２に近接する領域は、キャリアの再結合による自然放出光が発生し、かつ、その自然放出光を増幅させる領域である。以下、この領域を、便宜的に「光増幅領域」と言う。
　第１導波路３２のＬＥＤ領域において発生した光は、第１導波路３２を伝播する。このうち後端１０２に向かって進行する光は、反射面６１によって反射され、光出射端１０１に向かって進行する。光出射端１０１に向かって進行する光は、第２導波路４２に入射し、第２導波路４２を光出射端１０１に向かって進行する。第２領域４０の第２屈折率差は第１領域３０の第１屈折率差より大きいため、光閉じ込めの作用が促進される。第２導波路４２を進行する光は光出射端１０１から出射される。
　ここで、レーザダイオード（ＬＤ）では、発生した光が端面での反射を繰り返すことにより、特定の波長の光が増幅（レーザ発振）され、スペクトル幅の狭いコヒーレンスな光（レーザ光）が放出される。これに対し、ＳＬＤでは、発生した光は光出射側の端面で反射されず、低コヒーレンスでブロードなスペクトルを有する光が放出される。
　したがって、光学素子１００では光出射端１０１で反射した光は利用されない。仮に光出射端１０１で反射した光が第２導波路４２を介して第１導波路３２に到達するとレーザ発振が生じ、レーザ光となるためである。このため、光学素子１００では、光出射端１０１で反射した光が第１導波路３２に到達しない構成とする必要がある。
　１．３）第１導波路の作用
　第１導波路３２は、図３に示すように、光学素子１００の長手方向（Ｙ方向）に対して傾斜した方向に沿って直線状に延設され、第１導波路３２の中心線の延長線は光出射端面１０１ａ及び後端面１０２ａに非垂直となるように構成されている。
　第１導波路３２の後端面１０２ａ側の端部は掘り込み構造６０によって形成された反射面６１に面しており、反射面６１は第１導波路３２の中心線の延長線に対して垂直となる面であるため、第１導波路３２から反射面６１に到達し、反射面６１で反射される光はほぼ全量が第１導波路３２に向けて反射される。
　第１導波路３２が光学素子１００の長手方向（ｙ方向）に対して傾斜した方向に沿って直線状に延設されているため、仮に掘り込み構造６０が設けられないとすると、第１導波路３２から後端面１０２ａに到達した光は後端面１０２ａに斜めに入射する。このため、後端面１０２ａに反射膜を設けても、第１導波路３２から反射膜に入射した光は第１導波路３２に入射しない。
　これに対し、反射面６１を設けることによって、第１導波路３２から入射した光のほぼ全量を第１導波路３２に戻し、有効に利用することが可能となる。
　また、第１導波路３２を直線状とすることにより、第１導波路３２での導波ロスを防止することができる。従来からＳＬＤでは、ＳＬＤの出射光の光軸を光出射端面に対して傾けてレーザ発信を振防するため、第１導波路３２に相当する導波路を曲線状に延設する構造が利用されている。この場合、導波路が曲線状であることに起因して光の漏出（導波ロス）が発生する。
　なお、第１導波路３２は直線状に限られず、一部又は全部が曲線状に延設されたものであってもよい。この場合でも、後端面１０２ａに対して反射面６１が傾斜しているため、掘り込み構造６０が設けられない場合に比べて曲率を小さくすることができ、導波ロスを低減することが可能である。
　１．４）第２導波路の作用
　図１０は、第２導波路４２の構成を示す模式図であり、図４の拡大図である。なお、これらの図では光出射端面１０１ａに設けられた誘電体膜２１の図示を省略する。図１０には、第１導波路３２から入射し、第２導波路４２から出射される光の光軸Ｓ１を示す。
　図１０に示すように、第２導波路４２は、光出射端面１０１ａに近づくにつれて次第に幅が減少するテーパ構造を有し、第１導波路３２から入射する光のビームスポットを小さくする。第２導波路４２に入射した光は第２導波路４２と第２凹部４４の界面で反射されながら、光軸Ｓ１を中心として集光される。
　上記のように、第１導波路３２は光学素子１００の長手方向（ｙ方向）に対して傾斜した方向に沿って延設されているため、光出射端面１０１ａからは光出射端面１０１ａに対して非垂直な方向に光が出射される。このため、光出射端面１０１ａで反射された光が第２導波路４２に入射することが防止され、即ち反射光のレーザ発振が防止される。図１０に示すように、光出射端面１０１ａの垂線を線Ｈとすると、光軸Ｓ１は線Ｈに対して傾き、その傾斜角度（図中θ）は３°以上１５°以下が好適であり、典型的には５°である。
　光出射角度θが３°より小さいと、光出射端面１０１ａからの反射光が第１導波路３２に戻り、レーザ発振が起こってしまうからである。結合係数の目安としては、10-5である。また、光出射角度θが１５°より大きいと、全反射の角度に近づき、出射される光量が低下するからである。
　１．５）光学素子のサイズ
　図１１及び図１２は、光学素子１００の各部のサイズを示す模式図である。光学素子１００（のうち半導体素子）の全長Ｌ０は、例えば1000μm以上4000μm以下であり、典型的には2200μmである。全長Ｌ０は、この範囲に限られない。なお、全長Ｌ０は、両端のそれぞれの誘電体膜２１の厚さを含む長さであってもよい。
　第１導波路３２のｙ方向の長さＬ１は、キャリアの再結合による自然放出光の増幅が十分に得られる長さとなるように設計される。長さＬ１は例えば、1000μm以上4000μm以下である。
　第２導波路４２のｙ方向の長さＬ２は、第２導波路４２を伝搬する光の角度（ｚ方向で見たｙ軸に対する角度）が、第２屈折率差に基づいて決まる臨界角よりも小さくなるように設計される。長さＬ２は、例えば25μm以上300μm以下であり、典型的には184μmとされる。
　掘り込み構造６０のｙ方向の長さＬ３は、例えば10μm以上100μｍが好適であり、典型的には22μmとされる。
　第１導波路３２の幅Ｗ１（図１２参照）は、3μm以上12μm以下で、例えば、長手方向のどの位置でも実質的に一定とされる。しかし、幅Ｗ１は必ずしも一定でなくてもよい。幅Ｗ１は、より好ましくは、高出力化を図るため5μm以上10μm以下とされ、例えば5.2μmとされる。
　第２導波路４２の、第１領域３０側の端部の幅Ｗ２は、例えば4μm以上15μm以下であり、好ましくは6μm以上12μm以下とされる。幅Ｗ１は、典型的には9.2μmとされる。
　第２導波路４２の、光出射端１０１側の端部の幅Ｗ３は、例えば1μm以上10μm以下であり、好ましくは2μm以上8μm以下とされる。幅Ｗ３は、特に限定されるものではなく、ビームスポットサイズが必要な大きさとなるように設計されればよい。幅Ｗ３は、典型的には3.4μmとされる。
　幅Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の間には、Ｗ２>Ｗ１>Ｗ３の関係が成立する。特に、幅Ｗ２が、第１導波路３２の幅Ｗ１より広いことにより、第１導波路３２で発生及び伝搬する全光量を第２導波路４２へ確実に導くことができ、光損失を抑えることができる。
　なお、ｘ方向における第２凹部４４の全体幅Ｗ４（あるいは、ｚ方向で見た第２凹部４４内の面積）は、適宜設定される。第１屈折率差と、第２屈折率差とに適切な差が設けられれば、第２凹部４４内の面積は制限されない。幅Ｗ４は、第１領域３０における第１凹部３４の全体幅と同じであってもよい。
　また、図１１に示すように、第１領域３０と第２領域４０との間に所定の間隔Ｄ１が設けられているが、この間隔Ｄ１はなくてもよい（Ｄ１=０）。さらに、第２領域４０と光出射端面１０１ａとの間にも所定の間隔Ｄ２が設けられている。これは光出射端面１０１ａを劈開により形成する際に劈開バッファとするためであり、間隔Ｄ２は例えば５μｍとすることができる。また、間隔Ｄ２はなくてもよい（Ｄ２＝０）。
　また、図１３に示すように、第１導波路３２と第２導波路４２の端部は平行であってもよい。第１導波路３２と第２導波路４２の端部を平行とすることにより、幅Ｗ２を光の漏れが少ない幅となるように効果的に設計することが可能となる。また、第１導波路３２の傾き角が大きい場合には第１凹部３４と第２凹部４４が重なることが想定されるが、第１導波路３２と第２導波路４２の端部を平行とすることにより、これらの設計が容易となる。
　１．６）光学素子を構成する要素の材料例及び製造方法
　次に、本実施形態に係る光学素子１００（ＳＬＤ）の製造方法を、赤色ＳＬＤ、緑色ＳＬＤ、青色ＳＬＤに分けて説明する。以下に説明する製造方法及び使用される材料は、典型例に過ぎず、これらに限定されるわけではない。
　１．６．１）赤色ＳＬＤの製造方法
　赤色ＳＬＤの製造方法を説明する。図１４は、その赤色ＳＬＤの光学素子１００の半導体層を示す断面図である。
　半導体の基板１９としてGaAs基板が用いられる。このGaAs基板（この時点ではウェハ）上に、以下の結晶構造がMOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で形成される。
　Al0.5In0.5Pからなり，Siドープされたｎ型クラッド層１７１が3μm程度成長する。そのｎ型クラッド層上にGaxIn1-xPからなるガイド層１７２が20nm程度成長する。GaxIn1-xPもしくは(AlxGa1-x)0.5In0.5Pからなる活性層１５が成長する。活性層１５は通常、多重量子井戸構造とされるが、井戸幅及び井戸数は特に規定されない。活性層１５の井戸厚は例えば80Å程度である。
　活性層１５の上から、GaxIn1-xPからなるガイド層１３２が40nm程度成長する。その上に、Al0.5In0.5PからなるMgドープされたｐ型クラッド層１３１が成長する。
　クラッド層の材料としてはAlGaInPなどの組成の半導体を用いても構わない。クラッド層の膜厚は例えば1.5μm程度である。
　上記ｐ型クラッド層１３１が成長する間に、GaxIn1-xPからなるエッチングストップ層１３１ａが形成される。エッチングストップ層１３１ａはアンモニア過水などによるウェットエッチングに耐性のある物質であればよい。エッチングストップ層１３１ａの膜厚は例えば5nm程度である。なお、エッチングストップ層１３１ａは、図１等では省略されている。
　エッチングストップ層１３１ａを含む上記ｐ型クラッド層１３１の上にMgドープされたGaInP層が成長する。MgドープされたGaAs層が成長し、コンタクト層１３０が形成される。
　次に、光学素子１００の光出射端面１０１ａ及び後端面１０２ａに相当する、ウェハ上の領域に、ここでは図示しない窓領域が形成される。これは、光吸収をできるだけ抑えるためである。窓領域の形成には、例えば、半導体層内の不純物（例えばZn）の拡散などの手法が用いられる。これらの窓領域は必ずしもなくてもよい。あるいは、窓領域は、光出射端面１０１ａ及び後端面１０２ａのうちいずれか一方に形成されてもよい。
　次に、導波構造５０のうち第２領域４０（第２導波路４２及び第２凹部４４）及び掘り込み構造６０が形成される。具体的には、上記第２領域４０及び掘り込み構造６０に相当する箇所に、第２凹部４４及び掘り込み構造６０の形状に対応するSiO2のマスク開口部がフォトリソグラフィにより形成される。この開口を介して、ドライエッチングによりエッチングが行われる。ドライエッチング処理では、ｎ型クラッド層１７１の中間点までエッチングされる。エッチング処理では、上述したように、第２導波路４２内とその周囲の第２凹部４４との等価屈折率差に基づいて、エッチング深さが制御される。
　次に、導波構造５０のうち、第１領域３０（第１導波路３２及び第１凹部３４）が形成される。例えば、第１領域３０は、フォトリソグラフィ及びエッチングの工程により形成される。エッチング工程では、エッチングストップ層１３１ａを超えないようにドライエッチングが行われる。また、エッチング工程では、アンモニア過水等によるウェットエッチングにより、エッチングストップ層１３１ａ上に残った半導体層が除去される。これにより、第１領域３０が形成される。
　次に、誘電体層２５（図４乃至図７参照）が形成される。具体的には、成膜技術及びフォトリソグラフィにより、リッジ部の頂上部以外に誘電体層２５が形成される。誘電体層２５は、リッジ部の壁面、第１凹部３４、第２凹部４４及び掘り込み構造６０のそれぞれの内面を覆うように形成される。これにより、反射面６１も誘電体層２５によって被覆される（図９参照）。
　誘電体層２５の材料は、例えばSiO2である。誘電体層２５の材料は、その他、Si，SiN，Al2O3，Ta2O5，AlN等でもよい。誘電体層２５を構成する膜は、単層膜でも多層膜でもよい。誘電体層２５の厚さは、第１凹部３４、第２凹部４４を保護できる厚さであれば限定されない。
　図１４Ｂは、第１領域３０の断面を示し、上記誘電体層２５の形成後、第１電極層１１が形成された素子を示す断面図である。第１電極層１１は、成膜技術及びフォトリソグラフィにより形成される。第１電極層１１は、少なくともリッジ部の頂上部に形成されるが、図１４Ｂに示すように、リッジ部の壁面等にも連続して形成されるようにしてもよい。金属層６２（図９参照）は第１電極層１１と共に形成され、反射面６１上の誘電体層２５を被覆する。第１電極層１１及び金属層６２の材料は、半導体側から、例えばTi/Pt/Auである。
　なお、図５及び図６ではリッジ部の断面（ｚ－ｘ面による断面）の形状は、長方形としたが、実際には、例えば図１４Ｂに示すように、上層であるコンタクト層の幅が狭くなるような台形となっている。リッジ部の断面形状は、長方形でもよいし、逆台形（上下が逆になった台形）であってもよい。
　GaAs基板（基板１９）であるウェハが、所定の厚さまで研磨されて薄くされ、そのウェハの裏面に第２電極層１２（図１参照）が形成される。第２電極層１２は、半導体側から、例えばAuGe/Ni/Auである。
　第２電極層１２が形成された後、例えば劈開を利用してウェハが加工され、光学素子単位のチップ状とされ、光学素子１００の光出射端面１０１ａが形成される。光出射端面１０１ａには、保護と反射率抑制を目的として、誘電体膜２１が形成される。誘電体膜２１は、例えばスパッタリングや蒸着により形成される。誘電体膜２１の材料は、例えばSiO2、Al2O3、Ta2O5、TiO2等が挙げられる。なお、反射面６１が設けられるため、必ずしも後端面１０２ａには誘電体膜を形成する必要はない。
　導波路への結合係数を抑制するため、光出射端１０１の反射率は0.3%以下に設定される。一方、反射面６１の反射率は、ほぼ95%以上に設定される。光出射端１０１及び反射面６１の反射率は上記数値に限定されるものではなく、光出射端１０１ではより低い反射率、また、反射面６１ではより高い反射率が設定されてもよい。
　以上のように作製されたチップが、ＬＤ（Laser Diode）で用いられるパッケージや、その他の所定の治具に実装される。この実装で用いられるはんだ材は、例えばAuSn合金、Sn、銀ペースト等である。半導体素子のｐ側及びｎ側のうちどちら側をパッケージ側として実装しても構わないが、効率良く排熱するためにｐ側がパッケージ側として実装されることが望ましい。
　実装された光学素子１００を、給電のための端子とAuワイヤーボンドで接続される。必要に応じて光学素子１００を保護する部材が実装され、製品が完成する。
　１．６．２）緑色ＳＬＤ及び青色ＳＬＤの製造方法
　次に、緑色ＳＬＤ及び青色ＳＬＤの製造方法を説明する。ここでは、上記赤色ＳＬＤの製造方法と同様の方法については、その説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
　緑色ＳＬＤ及び青色ＳＬＤの製造方法において、赤色ＳＬＤの製造方法と異なる点は、エッチングストップ層１３１ａが設けられない点である。エッチング深さは、時間で制御される。緑色ＳＬＤの半導体材料としてはGaN系材料が用いられ、この場合、ウェットエッチングが行われないことが多いため、エッチングストップ層１３１ａは設けられない。
　この他、結晶の多層構造にレーザを照射し、エッチングによって多層構造の膜厚が変化してレーザ光の反射率が周期的に変化することを利用して、エッチングのストップ位置を検出する方法が用いられる場合もある。
　半導体層のうちの各層は、例えば以下の材料で構成される。
　　基板：GaN
　　活性層：InGaN
　　ガイド層：GaN、またはInGaN
　　クラッド層：InAlGaN、またはAlGaN
　　コンタクト層：GaN、またはAlGaN
　緑色ＳＬＤの「第１領域３０」の構造及び製造方法としては、例えば特開2012-174868号公報に開示されたＬＤの構造及び製造方法が好適である。青色ＳＬＤの構造及び製造方法として、例えば特開2010-129763号公報に開示されたＬＤの構造及び製造方法が好適である。
　なお、緑色ＳＬＤ及び青色ＳＬＤは、ドープされる不純物の違いやその量の違いにより区別される。
　１．７）光学素子の効果
　図１５は、曲線状の導波路を有する発光素子と、直線状の導波路を有する発光素子との出力特性を示すグラフである。直線状の導波路では、曲線状の導波路で生じるロスが低減されるため、出力が約１１％改善している。
　上記のように第１導波路３２を直線状とすることにより、導波路形状に起因する導波ロスが発生せず、光学素子１００から出射される光の光量を大きくすることができる。また、第１導波路３２を曲線状とする場合であっても、曲率を小さくすることが可能であるため、導波路形状に起因する導波ロスを低減することが可能である。
　さらに、第２導波路４２によって光学素子１００から出射されるビームの挟小化を行うことで、光の高出力化と小径のビームスポットを両立させることができる。
　２．他の形態に係る光学素子
　以降の説明では、上記光学素子１００の他の形態について説明する。これ以降の説明では、上記実施形態に係る光学素子１００の同一の要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
　２．１）他の形態１
　図１６は、他の形態１に係る光学素子１００が備える掘り込み構造１６０を示す平面図である。掘り込み構造１６０は、上記実施形態と同様に第１半導体層１３から第２半導体層１７にかけて形成された掘り込み構造であるが、同図に示すように、後端面１０２ａから離間して設けられている。
　光学素子１００は上述のように、劈開を利用してウェハを加工することによって光学素子単位のチップ状とされるが、掘り込み構造が後端面１０２ａに接続している場合、ウェハにおいて隣接するチップの光出射端面１０１ａに掘り込み構造が及んでしまう。このため、チップとチップの間にダミー領域を形成する必要がある。
　これに対して本形態のように掘り込み構造１６０を後端面１０２ａから離間させることによって隣接するチップの光出射端面１０１ａに掘り込み構造が及んでしまうことを防止することができ、ダミー領域を形成する必要がなくなる。これにより、収率の向上とコストの低減が可能である。
　２．２）他の形態２
　図１７は、他の形態２に係る光学素子１００の平面図であり、図１８はその拡大図である。これらの図に示すように、他の形態２に係る光学素子１００は、第１導波路２３２、第２導波路２４２及び掘り込み構造２６０を備える。第１導波路２３２及び第２導波路２４２はｚ方向からみた形状の他は上記実施形態と同様の構成を有する。また、後端面１０２ａには反射防止のための誘電体膜２１が設けられている。
　第１導波路２３２は、光学素子１００の長手方向（ｙ方向）に対して平行な方向に沿って直線状に延設されている。第２導波路２４２は、第１導波路２３２から出射された光を集束させ、後述する反射面に入射させる。
　掘り込み構造２６０は、光出射端１０１において第２導波路２４２に隣接して設けられ、反射面２６１を備える。反射面２６１は、光出射端面１０１ａに対して傾斜した面である。反射面２６１の光出射端面１０１ａに対する角度は特に限定されないが、３°以上１５°以下が好適であり、典型的には５°である。反射面２６１には光反射率を低減させる反射防止層が形成されてもよい。
　反射面２６１は第２導波路２４２から入射した光を反射させる。図１８には、第１導波路２３２から入射し、第２導波路２４２から出射される光の光軸Ｓ２を示す。反射面２６１は光出射端面１０１ａに対して傾斜しているため、同図に示すように第２導波路２４２から入射した光の光軸Ｓ２は反射面２６１によって傾けられる。
　これによって、直線状の第１導波路２３２が光学素子１００の長手方向に平行な方向（ｘ方向）に沿って配設されていても、光学素子１００の出射光は光出射端面１０１ａに対して傾斜した方向に出射され、レーザ発振が抑制される。
　なお、掘り込み構造２６０は、図１８に示すように第２凹部４４と連続して設けられていなくてもよく、図１９に示すように第２凹部４４から離間するように設けられていてもよい。
　２．３）他の形態３
　図２０は、他の形態３に係る光学素子１００の平面図である。同図に示すように、他の形態３に係る光学素子１００は、他の形態２に係る光学素子１００の構成に加え、後端面１０２ａに設けられた掘り込み構造３６０を備える。
　掘り込み構造３６０は、第１導波路２３２に隣接して設けられ、反射面３６１を備える。
反射面３６１は、第１導波路２３２の延設方向（ｙ方向）に対して垂直な面であり、上記実施形態と同様に誘電体層及び金属層によって被覆されている（図９参照）。第１導波路２３２から反射面３６１に入射下光は反射面３６１によって第１導波路２３２に向けて反射される。
　掘り込み構造３６０を設けることにより、後端面１０２ａに反射防止のための誘電体膜を設ける必要がなくなり、製造工程を簡略化し、製造コストを低減することが可能となる。
　３．表示装置
　図２１は、上記各実施形態に係る光学素子である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１０００は、ラスタスキャン方式のプロジェクタである。
　表示装置１０００は、画像生成部７０を備える。画像生成部７０は、光源としての光学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６５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６３及び垂直スキャナ６４を主に含む。赤色発光のＳＬＤ１００Ｒ、緑色発光のＳＬＤ１００Ｇ及び青色発光のＳＬＤ１００Ｂからのビームのそれぞれは、ダイクロイックプリズム６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂ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６３及び垂直スキャナ６４によってスキャンされ、照射面６５に投影されることで、画像が表示される。
　なお、ＲＧＢの各色発光の光学素子のうち、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６３及び垂直スキャナ６４は、例えば、ポリゴンミラーとガルバノスキャナとの組み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、例えば光学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、水平スキャナ及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。
　５．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。
　例えば図１を用いて説明した実施形態では、導波構造５０における第２領域４０の第２凹部４４は、活性層１５より深くなるように構成されていた。しかし、例えば第２凹部４４の深さ（第２凹部４４の底面４４ａの深さ位置）は、必ずしも活性層１５に達していなくてもよい。本技術の趣旨は、第１領域３０における第１屈折率差より、第２領域４０における第２屈折率差が大きいことが重要である。この屈折率差の違いが、第２領域４０において光閉じ込め効果を促進するための１つの要素だからである。このことは、その他の実施形態についても同様である。
　したがって、例えば第１領域３０は、第１半導体層１３に設けられる第１凹部３４を有していなくてもよい。例えば、本技術による第１領域３０は、特開2005-12044に開示されているように、第２半導体層１７の電流阻止領域（つまり、非電流注入領域）が、第１導波路３２の周囲に設けられるように構成されていてもよい。このことは、その他の実施形態についても同様である。
　上記実施形態では、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型に設定されたが、第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型に設定されてもよい。
　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）
　基板と、光出射端である第１端と、上記第１端の反対側に設けられた第２端とを備える光学素子であって、
　上記第２端から上記第１端に向けて延設されたストライプ型の第１電極層と、
　第１の導電型を有し、上記第１電極層により形成される電流注入領域と、非電流注入領域とを含む第１半導体層と、
　第２の導電型を有し、上記基板上に設けられた第２半導体層と、
　上記第１半導体層および上記第２半導体層の間に設けられた活性層と、
　上記基板または上記第２半導体層に接する第２電極層とを具備し、
　上記第１導電型層、上記活性層、および上記第２導電型層に含まれる導波構造は、
　　上記電流注入領域により構成される第１導波路および上記非電流注入領域を有し、上記電流注入領域の屈折率と、上記非電流注入領域の屈折率との差として第１屈折率差を有する第１領域と、
　　上記第１領域と上記第１端との間に設けられた第２領域であって、上記第１導波路から上記第１端へ向けて延長されるように設けられた第２導波路を有し、上記第２導波路の屈折率と、上記第２領域内における、上記第２導波路の周囲の領域の屈折率との差として、上記第１屈折率差より大きい第２屈折率差を有する第２領域とを含み、
　上記第２導波路は、上記第１導波路から入射する光のビームスポットを小さくするテーパ構造を有し、
　上記第１端及び上記第２端の少なくとも一方において上記第１半導体層から上記活性層にかけて設けられた掘り込み構造によって形成され、上記第１導波路又は上記第２導波路から入射する光を反射する反射面を有する
　光学素子。
　（２）
　上記（１）に記載の光学素子であって、
　上記光学素子から出射される光の光軸は、上記第１端の端面に対して非垂直である
　光学素子。
　（３）
　上記（１）又は（２）に記載の光学素子であって、
　上記第１導波路は直線状である
　光学素子。
　（４）
　上記（１）から（３）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
　上記第１導波路は、上記第１端の端面に対して非垂直な方向に沿って延設され、
　上記掘り込み構造は、上記第２端に設けられ、
　上記反射面は上記第１導波路から入射する光を上記第１導波路に向けて反射する
　光学素子。
　（５）
　上記（４）に記載の光学素子であって、
　上記第１端の端面と上記第２端の端面は平行であり、
　上記反射面は、上記第１導波路から出射される光の光軸に対して垂直であって、上記第２端の端面に対して非平行となるように構成されている
　光学素子。
　（６）
　上記（１）から（５）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
　上記第１導波路は、上記第１端の端面に対して垂直な方向に沿って延設され、
　上記掘り込み構造は、上記第１端に設けられ、
　上記反射面は上記第２導波路から入射する光を、光軸が上記第１端の端面に対して非垂直となるように傾ける
　光学素子。
　（７）
　上記（６）に記載の光学素子であって、
　上記反射面は、上記第２導波路から出射される光の光軸に対して非垂直であって、上記第１端の端面に対して非平行である
　光学素子。
　（８）
　上記（１）から（７）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
　上記光学素子から出射される光の光軸の、上記第１端の端面の垂線に対する傾きは３°以上である
　光学素子。
　（９）
　上記（１）から（８）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
　上記反射面は誘電体膜によって被覆されている
　光学素子。
　（１０）
　上記（１）から（９）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
　上記反射面は、金属膜によって被覆されている
　光学素子。
　（１１）
　上記（１）から（１２）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
　スーパールミネッセントダイオードである
　光学素子。
　（１２）
　基板と、光出射端である第１端と、上記第１端の反対側に設けられた第２端とを備える光学素子と、
　上記光学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、投射される上記光による輝度を制御可能な画像生成部とを具備し、
　上記光学素子は、
　　上記第２端から上記第１端に向けて延設されたストライプ型の第１電極層と、
　　第１の導電型を有し、上記第１電極層により形成される電流注入領域と、非電流注入領域とを含む第１半導体層と、
　　第２の導電型を有し、上記基板上に設けられた第２半導体層と、
　　上記第１半導体層および上記第２半導体層の間に設けられた活性層と、
　　上記基板または上記第２半導体層に接する第２電極層とを具備し、
　　上記第１導電型層、上記活性層、および上記第２導電型層に含まれる導波構造は、
　　上記電流注入領域により構成される第１導波路および上記非電流注入領域を有し、上記電流注入領域の屈折率と、上記非電流注入領域の屈折率との差として第１屈折率差を有する第１領域と、
　　上記第１領域と上記第１端との間に設けられた第２領域であって、上記第１導波路から上記第１端へ向けて延長されるように設けられた第２導波路を有し、上記第２導波路の屈折率と、上記第２領域内における、上記第２導波路の周囲の領域の屈折率との差として、上記第１屈折率差より大きい第２屈折率差を有する第２領域とを含み、
　　上記第２導波路は、上記第１導波路から入射する光のビームスポットを小さくするテーパ構造を有し、
　　上記第１端及び上記第２端の少なくとも一方において上記第１半導体層から上記活性層にかけて設けられた掘り込み構造によって形成され、上記第１導波路又は上記第２導波路から入射する光を反射する反射面を有する
　表示装置。
　１１…第１電極層
　１２…第２電極層
　１３…第１半導体層
　１５…活性層
　１７…第２半導体層
　１９…基板
　３０…第１領域
　３２、２３２…第１導波路
　３４…第１凹部
　４０…第２領域
　４２、２４２…第２導波路
　４４…第２凹部
　５０…導波構造
　６０、１６０、２６０、３６０…掘り込み構造
　６１、２６１、３６１…反射面
　７０…画像生成部
　１００…光学素子
　１０１…光出射端
　１０１ａ…光出射端面
　１０２…後端
　１０２ａ…後端面
　１０００…表示装置

Claims (12)

  1. 　基板と、光出射端である第１端と、前記第１端の反対側に設けられた第２端とを備える光学素子であって、
    　前記第２端から前記第１端に向けて延設されたストライプ型の第１電極層と、
    　第１の導電型を有し、前記第１電極層により形成される電流注入領域と、非電流注入領域とを含む第１半導体層と、
    　第２の導電型を有し、前記基板上に設けられた第２半導体層と、
    　前記第１半導体層および前記第２半導体層の間に設けられた活性層と、
    　前記基板または前記第２半導体層に接する第２電極層とを具備し、
    　前記第１導電型層、前記活性層、および前記第２導電型層に含まれる導波構造は、
    　　前記電流注入領域により構成される第１導波路および前記非電流注入領域を有し、前記電流注入領域の屈折率と、前記非電流注入領域の屈折率との差として第１屈折率差を有する第１領域と、
    　　前記第１領域と前記第１端との間に設けられた第２領域であって、前記第１導波路から前記第１端へ向けて延長されるように設けられた第２導波路を有し、前記第２導波路の屈折率と、前記第２領域内における、前記第２導波路の周囲の領域の屈折率との差として、前記第１屈折率差より大きい第２屈折率差を有する第２領域とを含み、
    　前記第２導波路は、前記第１導波路から入射する光のビームスポットを小さくするテーパ構造を有し、
    　前記第１端及び前記第２端の少なくとも一方において前記第１半導体層から前記活性層にかけて設けられた掘り込み構造によって形成され、前記第１導波路又は前記第２導波路から入射する光を反射する反射面を有する
    　光学素子。
  2. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記光学素子から出射される光の光軸は、前記第１端の端面に対して非垂直である
    　光学素子。
  3. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記第１導波路は直線状である
    　光学素子。
  4. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記第１導波路は、前記第１端の端面に対して非垂直な方向に沿って延設され、
    　前記掘り込み構造は、前記第２端に設けられ、
    　前記反射面は前記第１導波路から入射する光を前記第１導波路に向けて反射する
    　光学素子。
  5. 　請求項４に記載の光学素子であって、
    　前記第１端の端面と前記第２端の端面は平行であり、
    　前記反射面は、前記第１導波路から出射される光の光軸に対して垂直であって、前記第２端の端面に対して非平行となるように構成されている
    　光学素子。
  6. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記第１導波路は、前記第１端の端面に対して垂直な方向に沿って延設され、
    　前記掘り込み構造は、前記第１端に設けられ、
    　前記反射面は前記第２導波路から入射する光を、光軸が前記第１端の端面に対して非垂直となるように傾ける
    　光学素子。
  7. 　請求項６に記載の光学素子であって、
    　前記反射面は、前記第２導波路から出射される光の光軸に対して非垂直であって、前記第１端の端面に対して非平行である
    　光学素子。
  8. 　請求項２に記載の光学素子であって、
    　前記光学素子から出射される光の光軸の、前記第１端の端面の垂線に対する傾きは３°以上である
    　光学素子。
  9. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記反射面は誘電体膜によって被覆されている
    　光学素子。
  10. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記反射面は、金属膜によって被覆されている
    　光学素子。
  11. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　スーパールミネッセントダイオードである
    　光学素子。
  12. 　基板と、光出射端である第１端と、前記第１端の反対側に設けられた第２端とを備える光学素子と、
    　前記光学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、
    　前記光学素子は、
    　　前記第２端から前記第１端に向けて延設されたストライプ型の第１電極層と、
    　　第１の導電型を有し、前記第１電極層により形成される電流注入領域と、非電流注入領域とを含む第１半導体層と、
    　　第２の導電型を有し、前記基板上に設けられた第２半導体層と、
    　　前記第１半導体層および前記第２半導体層の間に設けられた活性層と、
    　　前記基板または前記第２半導体層に接する第２電極層とを具備し、
    　　前記第１導電型層、前記活性層、および前記第２導電型層に含まれる導波構造は、
    　　前記電流注入領域により構成される第１導波路および前記非電流注入領域を有し、前記電流注入領域の屈折率と、前記非電流注入領域の屈折率との差として第１屈折率差を有する第１領域と、
    　　前記第１領域と前記第１端との間に設けられた第２領域であって、前記第１導波路から前記第１端へ向けて延長されるように設けられた第２導波路を有し、前記第２導波路の屈折率と、前記第２領域内における、前記第２導波路の周囲の領域の屈折率との差として、前記第１屈折率差より大きい第２屈折率差を有する第２領域とを含み、
    　　前記第２導波路は、前記第１導波路から入射する光のビームスポットを小さくするテーパ構造を有し、
    　　前記第１端及び前記第２端の少なくとも一方において前記第１半導体層から前記活性層にかけて設けられた掘り込み構造によって形成され、前記第１導波路又は前記第２導波路から入射する光を反射する反射面を有する
    　表示装置。
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