(57)【要約】【課題】光閉じ込め幅を拡大することなく、すなわちビームスポットのサイズを拡大することなく、高出力化を実現することができる発光素子および表示装置を提供すること【解決手段】発光素子は、第１電極層と、第１導電型層と、第２導電型層と、活性層と、第２電極層とを具備する。第１導電型層は、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領域と、第２領域とを含む。第１領域は、電流注入領域により構成される第１導波路および非電流注入領域を有し、第１屈折率差を有する。第２領域は、第１導波路から第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、第１屈折率差より大きい第２屈折率差を有する。第２導波路は、第１端へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成される領域を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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端とを備える発光素子であって、
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、
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導電型層と、
前記基板上に設けられた第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、
前記基板または前記第２導電型層に接する第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端へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成される領域を有する
発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記導波構造の前記第１領域は、前記非電流注入領域として、前記第１導波路を挟むように設けられた第１凹部を有し、
前記導波構造の前記第２領域は、前記第２導波路の周囲の領域として、前記第２導波路を挟むように設けられた、前記第１凹部の深さより深い第２凹部を有する
発光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の発光素子であって、
前記第２凹部は、前記活性層の位置より深い位置に設けられた底面を有する
発光素子。
【請求項４】
請求項２に記載の発光素子であって、
前記第２凹部を覆う誘電体層
をさらに具備する発光素子。
【請求項５】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記第２導波路の、前記第１領域側の端部の幅である第１の幅が、前記第１導波路の、前記第２領域側の端部の幅である第２の幅より広い
発光素子。
【請求項６】
請求項５に記載の発光素子であって、
前記第２導波路の前記第１端における幅である第３の幅が、前記第２の幅より狭い
発光素子。
【請求項７】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記第２導波路は、その第２導波路の長手方向に沿って直線状に設けられた直線導波路を有する
発光素子。
【請求項８】
請求項７に記載の発光素子であって、
前記直線導波路は、前記第１端まで延設され、
前記直線導波路の前記長手方向に沿う直線方向が、前記第１端の端面に非垂直になるように構成される
発光素子。
【請求項９】
請求項７に記載の発光素子であって、
前記第２導波路は、非直線状に設けられ前記直線導波路から延設された非直線導波路をさらに有する
発光素子。
【請求項１０】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記第２導波路は、非直線状に設けられた非直線導波路を有する
発光素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発光素子であって、
前記非直線導波路は、前記第１端における、その非直線導波路の長手方向に沿う方向が、前記第１端の端面に非垂直になるように構成される
発光素子。
【請求項１２】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記第１導波路は、非直線状に設けられた非直線導波路、および、前記第１導波路の長手方向に沿って直線状に設けられた直線導波路のうち少なくとも一方を有する
発光素子。
【請求項１３】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記第１導波路は、前記第２端から、前記第１端から前記第２端までの長さの1/2までの領域において、前記第２端へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成されたテーパ導波路を有する
発光素子。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発光素子であって、
前記テーパ導波路の幅は、前記第２端において最も狭くなっている
発光素子。
【請求項１５】
請求項１３に記載の発光素子であって、
前記テーパ導波路の長手方向に沿う直線方向が、前記第２の端面に垂直になるように構成される
発光素子。
【請求項１６】
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端とを備える発光素子と、
前記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、
前記発光素子は、
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、
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導電型層と、
前記基板上に設けられた第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、
前記基板または前記第２導電型層に接する第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端へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成される領域を有する
表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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、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）。【０００４】
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。【０００５】
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、リッジ部およびウイング部で構成され、リッジ部およ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。これらリッジ部およ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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平2-310975号公報
【特許文献２】特開2013-4855号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。発光素子の利用形態によっては、大きなスポットサイズのビームは扱いにくくなる場合がある。すなわち、光の出力を高めることと、光の閉じ込め幅の拡大を抑えることの両立が難しかった。【０００８】
本開示の目的は、光閉じ込め幅を拡大することなく、すなわちビームスポットのサイズを拡大することなく、高出力化を実現することができる発光素子および表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る発光素子は、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端とを備える発光素子である。前記発光素子は、第１電極層と、第１導電型層と、第２導電型層と、活性層と、第２電極層とを具備する。
前記第１電極層は、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電極層である。
前記第１導電型層は、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。
前記第２導電型層は、前記基板上に設けられる。
前記活性層は、第１導電型層および前記第２導電型層の間に設けられる。
前記第２電極層は、前記基板または前記第２導電型層に接する。
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、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領域とを含む。
前記第１領域は、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。
前記第２領域は、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。
前記第２導波路は、前記第１端へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成される領域を有する。【００１０】
第２領域の第２屈折率差が、第１領域の第１屈折率差より大きく構成され、第２領域の第２導波路の幅が、第１端へ向かうにしたがい幅が狭くなうように構成されているので、第２領域における光閉じ込めの作用が促進される。したがって、光閉じ込め幅を拡大することなく、つまり、ビームスポットサイズを拡大することなく、高出力化を実現することができる。【００１１】
前記導波構造の前記第１領域は、前記非電流注入領域として、前記第１導波路を挟むように設けられた第１凹部を有していてもよい。また、前記導波構造の前記第２領域は、前記第２導波路の周囲の領域として、前記第２導波路を挟むように設けられた、前記第１凹部の深さより深い第２凹部を有していてもよい。
導波構造において、第１凹部の深さより、第２凹部の深さが深く設けられることにより、第１領域における第１屈折率差より大きい、第２領域における第２屈折率差を実現することができる。【００１２】
前記第２凹部は、前記活性層の位置より深い位置に設けられた底面を有していてもよい。
これにより、第２導波路における光閉じ込め効果を促進させることができる。【００１３】
前記発光素子は、前記第２凹部を覆う誘電体層をさらに具備していてもよい。【００１４】
前記第２導波路の、前記第１領域側の端部の幅である第１の幅が、前記第１導波路の、前記第２領域側の端部の幅である第２の幅より広くなっていてもよい。
これにより、第１導波路で発生および伝搬する全光量を第２導波路へ確実に導くことができ、光損失を抑えることができる。【００１５】
前記第２導波路の前記第１端における幅である第３の幅が、前記第２の幅より狭くなっていてもよい。これにより、ビームスポットサイズの縮小化および高出力化を促進させることができる。【００１６】
前記第２導波路は、その第２導波路の長手方向に沿って直線状に設けられた直線導波路を有していてもよい。【００１７】
前記直線導波路は、前記第１端まで延設され、前記直線導波路の前記長手方向に沿う直線方向が、前記第１端の端面に非垂直になるように構成されていてもよい。
例えば第１導波路が非直線状である場合、レーザ発振を抑制してＳＬＤの構造を実現できる。【００１８】
前記第２導波路は、非直線状に設けられ前記直線導波路から延設された非直線導波路をさらに有していてもよい。【００１９】
前記第２導波路は、非直線状に設けられた非直線導波路を有していてもよい。
例えば第１導波路が非直線状である場合、レーザ発振を抑制してＳＬＤの構造を実現できる。【００２０】
前記非直線導波路は、前記第１端における、その非直線導波路の長手方向に沿う方向が、前記第１端の端面に非垂直になるように構成されていてもよい。【００２１】
前記第１導波路は、非直線状に設けられた非直線導波路、および、前記第１導波路の長手方向に沿って直線状に設けられた直線導波路のうち少なくとも一方を有する
これにより、レーザ発振を抑制してＳＬＤの構造を実現できる。【００２２】
前記第１導波路は、前記第２端から、前記第１端から前記第２端までの長さの1/2までの領域において、前記第２端へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成されたテーパ導波路を有していてもよい。
例えば第１端のみが光出射端であり、第２端が反射端である場合に、第２端に近い領域（第２端から、第１端から第２端までの長さの1/2までの領域）における第１導波路での電流注入量を減らすことにより、第１端に近い導波路の領域での電流注入量を増やすことができる。これにより、第１端に近い導波路での誘導放出の効率を高めることができ、高出力化を実現できる。【００２３】
前記テーパ導波路の幅は、前記第２端において最も狭くなっていてもよい。【００２４】
前記テーパ導波路の長手方向に沿う直線方向が、前記第２の端面に垂直になるように構成されていてもよい。
これにより、第２端での光の反射角を小さくすることができ、光利用効率を高めることができる。【００２５】
本技術の一形態に係る表示装置は、上記発光素子と、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。
【発明の効果】
【００２６】
以上、本技術によれば、光閉じ込め幅を拡大することなく、すなわちビームスポットのサイズを拡大することなく、高出力化を実現することができる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本技術の一実施形態に係る発光素子を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す発光素子の平面図である。
【図３】図３Ａは、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。図３Ｂは、図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図４は、発光素子の各部位のサイズを示す図である。
【図５】図５は、導波構造の主に第２領域を拡大して示す平面図である。
【図６】図６は、ストライプ幅（通電面積）とビームスポットサイズとの関係を示すグラフである。
【図７】図７Ａ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７Ｂ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８】図８は、上記赤色ＳＬＤの光出力特性を示すグラフである。
【図９】図９は、他の形態１に係る第２領域を主に示す平面図である。
【図１０】図１０は、上記他の形態１の変形例に係る第２領域を主に示す平面図である。
【図１１】図１１は、他の形態２に係る第２領域を主に示す平面図である。
【図１２】図１２は、他の形態３に係る第２領域を主に示す平面図である。
【図１３】図１３は、他の形態４に係る第２領域を主に示す平面図である。
【図１４】図１４は、他の形態５に係る第２領域を主に示す平面図である。
【図１５】図１５は、他の形態１に係る第１領域を持つ発光素子を示す平面図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す発光素子の第１領域付近を拡大した平面図である。
【図１７】図１７は、図１５に示す発光素子における光出力特性を示すグラフである。
【図１８】図１８は、テーパ導波路の長さと、出力改善率との関係を示すグラフである。
【図１９】図１９は、第１領域（におけるテーパ導波路）の他の形態２を示す平面図である。
【図２０】図２０は、第１領域（におけるテーパ導波路）の他の形態３を示す平面図である。
【図２１】図２１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図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
１．発光素子
【００３０】
１．１）発光素子の構成
【００３１】
図１は、本技術の一実施形態に係る発光素子１００を示す斜視図である。図２は、図１に示す発光素子の平面図である。本実施形態に係る発光素子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、発光素子１００のうち主に半導体層の断面が拡大して示されている。
【００３２】
図１に示すように、発光素子１００は、上層側から、第１電極層１１、第１導電型層１３、活性層１５、第２導電型層１７、基板１９、および第２電極層１２を、順に備えている。第１導電型層１３は、例えばｐ型の導電型を有し、第２導電型層１７は、例えばｎ型の導電型を有する。図３Ｂも参照すれば、各層の構造を理解しやすい。
【００３３】
第１導電型層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およびガイド層を有する。第２導電型層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およ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。
【００３４】
なお、第１導電型層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導電型層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導電型層１７に直接接して設けられていてもよい。
【００３５】
発光素子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。光出射端１０１および後端１０２には、それぞれ誘電体膜２１が設けられている。光出射端１０１に設けられた誘電体膜２１は、低反射率のものが用いられる。後端１０２に設けられた誘電体膜２１は、高反射率のものが用いられる。
【００３６】
以降では、説明の便宜上、発光素子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。
【００３７】
なお、本実施形態では、「光出射端」および「後端」は、半導体材料で構成された素子の端を意味しており、その意味では、「光出射端」および「後端」を構成する材料は、それら両端面に設けられた誘電体膜２１は含まれない。しかし、それらの誘電体膜２１も含めて、発光素子１００の「光出射端」および「後端」を考えても、以降の説明に矛盾はない。
【００３８】
図３Ａは、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。図３Ｂは、図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。なお、図３Ａ、Ｂでは、発光素子１００の上部表面に誘電体層２５が設けられているが、図１、２では、その誘電体層２５の図示は省略されている。
【００３９】
図１、２に示すように、第１電極層１１は、後端１０２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おり、上述のようにリッジ型の導波構造５０が構成される。また、第１電極層１１は、非直線状の領域を含み、後述するように、この第１電極層１１の形状にしたがって形成される導波路も、非直線状の領域を含む。
【００４０】
「非直線」とは、典型的には曲線であるが、ジグザグ状や階段状の線も含む。「曲線」は、円弧、二次曲線、または、これらの組合せの概念を含む。
【００４１】
第１導電型層１３、活性層１５および第２導電型層１７は、発光素子１００の長手方向であるｙ方向で、第１領域３０と、第２領域４０とに分かれて構成された導波構造５０を有する。図４は、発光素子１００の各部位のサイズを示す図である。導波構造５０の第１領域３０は、ｙ方向において、後端１０２からＬ１＋Ｌ２の長さだけ離れた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。
【００４２】
図３Ｂに示すように、第１電極層１１により、主に第１導電型層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。
【００４３】
第１導電型層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導電型層１３（および第２導電型層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、電流注入領域およ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３Ｂ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。
【００４４】
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。
【００４５】
図３Ａ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。
【００４６】
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屈折率差より大きなるように、第１凹部３４および第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３Ａの符号Ｖ２で示すように、光閉じ込めの作用が発生する。
【００４７】
図３Ａ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。
【００４８】
また、第２導波路４２は、図２に示すように、光出射端１０１へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成される領域を有する。本実施形態では、第２導波路４２の全体において、光出射端１０１へ向かうにしたがい当該幅が狭くなるように構成されている。
【００４９】
なお、上述したように、第１凹部３４および第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。また典型的には、第１凹部３４および第２凹部４４内に、当該誘電体層２５上に上記第１電極層１１を含む導電性材料が埋め込まれるか、または、その他の適切な材料が埋め込まれる。
【００５０】
以上のように構成された第２領域４０を有する導波構造５０によれば、次のような効果が得られる。すなわち、第２領域４０の第２屈折率差が、第１領域３０の第１屈折率差より大きく構成され、第２領域４０の第２導波路４２の幅が、光出射端１０１へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成されているので、第２領域４０における光閉じ込めの作用が促進される。したがって、ビームスポットサイズを拡大することなく、高出力化を実現することができる。
【００５１】
１．２）発光素子の局部の構成およびサイズ
【００５２】
図２に示すように、第１領域３０における第１導波路３２は、その長手方向に沿って直線状に設けられた直線導波路３２１と、この直線導波路３２１から延設された曲線導波路（非直線導波路）３２２とを含む。直線導波路３２１は、曲線導波路に対して後端１０２側に設けられている。図４に示すように、曲線導波路３２２の端部３２２ａは、第２領域４０の第２導波路４２の端部４２ｂに対面している。
【００５３】
直線導波路３２１の長手方向は、できるだけ多くの光量が光出射端１０１に伝搬するように、例えば後端面１０２ａに垂直になるように構成されている。しかし、それは必ずも垂直でなくてもよい。
【００５４】
図４を参照して、発光素子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。
【００５５】
第１導波路３２の直線導波路３２１の長さＬ１と、曲線導波路３２２の長さＬ２の長さの比は、典型的には1:1程度に設定されるが、このような長さの比には限定されない。なお、Ｌ０が2200μmである場合、例えばＬ１が990μm、Ｌ２が1000μmである。もちろん、Ｌ１がＬ２より長くてもよい。曲線導波路３２２の曲率は、例えば、第１領域３０における実効的な屈折率差によって光が伝搬される曲率であればよい。
【００５６】
このような曲線導波路３２２が設けられることにより、光出射端面１０１ａでの反射が抑制されるので、レーザ発振を抑制してＳＬＤの構造を実現できる。
【００５７】
なお、第１導波路３２のうち主に直線導波路３２１の領域は、活性層１５でキャリアの再結合が起こり、光（自然放出光）を発生させる領域である。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のうち主に曲線導波路３２２の領域は、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。もちろん、これらＬＥＤ領域および光増幅領域が明確に区画されているわけではないが、直線導波路３２１および曲線導波路３２２での光の作用は、概ねそのように区別される。
【００５８】
図５は、導波構造５０の主に第２領域４０を拡大して示す平面図である。この第２領域４０における第２導波路４２は、第１導波路３２から延長されるように、当該第２導波路４２の長手方向に沿って直線状に設けられた導波路（直線導波路）として構成されている。第２導波路４２は、光出射端１０１まで延設されている。第２導波路４２は、その長手方向に沿う直線方向が、光出射端面１０１ａに非垂直（端面からの光出射角度がθ）になるように構成されている。
【００５９】
第１導波路３２の幅Ｗ２（第２の幅）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Ｗ２は必ずしも一定でなくてもよい。幅Ｗ２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6μmとされる。
【００６０】
第２導波路４２の、発光素子１００のｙ方向の長さＬ３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Ｌ３は、例えば25μm以上300μm以下であり、好ましくは100μm以上200μm以下とされる。長さＬ３は、典型的には165μmとされる。
【００６１】
第２導波路４２の、第１領域３０側の端部の幅Ｗ１（第１の幅）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7μmとされる。
【００６２】
第２導波路４２の、光出射端１０１側の端部の幅Ｗ３（第３の幅）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。
【００６３】
幅Ｗ１、Ｗ２、およびＷ３の間には、Ｗ１>Ｗ２>Ｗ３の関係が成立する。特に、幅Ｗ１が、第１導波路３２の、第２領域４０側の端部の幅（ここではＷ２）より広いことにより、第１導波路３２で発生およ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。
【００６４】
第２領域４０のｙ方向の長さＬ３が25μmより小さいと、幅Ｗ２の位置から幅Ｗ３の位置までの長さが短くなり、導波路を構成する側壁の角度が急になる。そうなると、その側壁から光漏れが起こるおそれがある。長さＬ３が300μmより大きいと、第１電極層１１が設けられていない第２領域４０では、通電しない領域が長くなり、発生する光量が低下する。
【００６５】
光出射角度θは、2deg以上15deg以下とされ、好ましくは4deg以上10deg以下とされる。光出射角度θは、典型的には5degとされる。光出射角度θが2degより小さいと、光出射端面１０１ａからの反射光が導波路に戻り、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。光出射角度θが15deg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。
【００６６】
なお、図５に示すように、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。
【００６７】
また、図４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Ｄが設けられているが、このＤはなくてもよい（Ｄ=０）。
【００６８】
ここで、上述したように、高出力化を実現するために通電面積を広げると（例えばストライプ幅を広げる）、ビームスポットサイズが大きくなる。図６は、そのことを示すグラフである。本実施形態に係る発光素子１００の構造によれば、光閉じ込め効果を促進できるので、ビームスポットサイズを拡大することなく、高出力化を実現することができる。
【００６９】
１．３）発光素子を構成する要素の材料例および製造方法
【００７０】
次に、本実施形態に係る発光素子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およ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。
【００７１】
１．３．１）赤色ＳＬＤの製造方法
【００７２】
赤色ＳＬＤの製造方法を説明する。図７Ａは、その赤色ＳＬＤの発光素子１００の半導体層を示す断面図である。
【００７３】
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。
【００７４】
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、井戸幅およ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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
なお、エッチングストップ層１３１ａは、図１等では図示もしていないし、その説明もしていない。
【００７９】
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。
【００８０】
次に、発光素子１００の光出射端面１０１ａおよび後端面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および後端面１０２ａのうちいずれか一方に形成されてもよい。
【００８１】
次に、導波構造５０のうち第２領域４０（第２導波路４２および第２凹部４４）が形成される。具体的には、上記第２領域４０に相当する箇所に、第２凹部４４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。
【００８２】
次に、導波構造５０のうち、第１領域３０（第１導波路３２および第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およ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。
【００８３】
次に、誘電体層２５（図３Ａ、Ｂ参照）が形成される。具体的には、成膜技術およ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および第２凹部４４のそれぞれの内面を覆うように形成される。
【００８４】
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。
【００８５】
図７Ｂ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、成膜技術およ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７Ｂ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。第１電極層１１の材料は、半導体側から、例えばTi/Pt/Auである。
【００８６】
なお、図３Ａ、Ｂのようにリッジ部の断面（ｚ−ｘ面による断面）の形状は、長方形であったが、実際には、例えば図７Ｂ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。もちろん、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。
【００８７】
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。
【００８８】
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、発光素子単位のチップ状とされ、発光素子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。
【００８９】
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、後端１０２の反射率は、ほぼ95%以上に設定される。光出射端１０１および後端１０２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、後端１０２ではより高い反射率が設定されてもよい。
【００９０】
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側および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。
【００９１】
実装された発光素子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。必要に応じて発光素子１００を保護する部材が実装され、製品が完成する。
【００９２】
図８は、上記のように作製された発光素子１００における光出力特性を示すグラフである。具体的にこのグラフは、電流と、光出力および電流／光の変換効率との関係を示す。
【００９３】
スポットサイズは、一方向（例えば水平方向）で1.17mm、これに垂直な方向で0.71mmであった。
【００９４】
上記のように作製された発光素子１００によれば、室温で400mW程度の高出力の光が得られ，さらに1.17μmのスポットサイズとなることが確認された。すなわち、小さいスポットサイズおよび高出力化を両立できることが明らかとなった。
【００９５】
なお、作製された発光素子１００の寸法を、以下にまとめた。
Ｌ１=990μm
Ｌ２=1000μm
Ｌ３=2200μm
Ｗ１=7μm
Ｗ２=6μm
Ｗ３=3.4μm
【００９６】
１．３．２）緑色ＳＬＤおよび青色ＳＬＤの製造方法
【００９７】
次に、緑色ＳＬＤおよび青色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。
【００９８】
緑色ＳＬＤおよび青色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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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
【０１０２】
緑色ＳＬＤの「第１領域３０」の構造およ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の構造および製造方法が好適である。青色ＳＬＤの構造および製造方法として、例えば特開2010-129763号公報に開示されたＬＤの構造および製造方法が好適である。
【０１０３】
なお、緑色ＳＬＤおよび青色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。
【０１０４】
２．他の形態に係る第２領域
【０１０５】
以降の説明では、上記発光素子１００の導波構造５０の第２領域４０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発光素子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。
【０１０６】
上記発光素子１００に係るＳＬＤと同様に、発光素子１００の導波路全体（第１導波路３２および第２導波路４２を含む全体の導波路）が非直線状に構成されることは、図９〜１４に示される第２領域の形態において共通の事項である。
【０１０７】
２．１）他の形態１
【０１０８】
図９は、他の形態１に係る第２領域１４０を主に示す平面図である。この第２領域１４０の導波路（第２導波路１４２）は、主領域１４２ａと、拡大領域１４２ｂとを含む。主領域１４２ａは、上記光出射端１０１に向かうにしたがい幅が狭くなるように構成される。拡大領域１４２ｂは、その主領域１４２ａの最小幅の位置から延設されるように、光出射端１０１に設けられる。
【０１０９】
拡大領域１４２ｂの幅（光出射端面１０１ａに平行な方向、つまりｘ方向の幅）は、第２領域１４０における任意の位置における幅より広く構成されている。またその幅は、例えば第２領域１４０の凹部（第２凹部４４）の幅より小さく設定される。
【０１１０】
拡大領域１４２ｂのｙ方向の長さは、例えば誘電体膜２１の厚さより大きくなっている。拡大領域１４２ｂは、例えば図示しない窓領域の厚さ（ｙ方向の長さ）と実質同じ、あるいは、それに近い長さ（ｙ方向の長さ）を有していてもよい。
【０１１１】
このように構成された発光素子１００は、第２領域１４０に拡大領域１４２ｂを有していたとしても、上記発光素子１００と同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
拡大領域１４２ｃは、図１０に示すように、主領域１４２ａを中心として、光出射端面１０１ａに沿う方向（つまりｘ方向）の一側にのみ広がるように設けられていてもよい。
【０１１３】
２．２）他の形態２
【０１１４】
図１１は、他の形態２に係る第２領域を主に示す平面図である。他の形態２に係る第２領域２４０の導波路（第２導波路２４２）は、当該導波路の長手方向に沿って曲線状に設けられた導波路（曲線導波路、非直線導波路）により構成されている。また、第２導波路２４２は、光出射端１０１において、光出射端面１０１ａに対して角度θで交差するように設けられている。すなわち、その曲線導波路に沿う曲線と、光出射端面１０１ａとの交点における、当該曲線の接線が、角度θとなる。
【０１１５】
このように構成された第２導波路２４２に、図９または１０で示した拡大領域１４２ｂまたは１４２ｃが設けられていてもよい。このことは、以下の形態３以降についても同様である。
【０１１６】
２．３）他の形態３
【０１１７】
図１２は、他の形態３に係る第２領域を主に示す平面図である。他の形態３に係る第２領域３４０の導波路（第２導波路）３４２は、第１領域３０の第１導波路３２から延長されるように曲線状に設けられた曲線導波路３４２ａと、この曲線導波路３４２ａから延設された直線導波路３４２ｂとを有する。「曲線」は、円弧、二次曲線、または、これらの組合せの概念を含む。以下、同様である。
【０１１８】
直線導波路３４２ａの長手方向に沿う直線は、光出射端面１０１ａに対して角度θ（例えば図４参照）で設けられている。
【０１１９】
さらに別の形態として、曲線導波路３４２ａと直線導波路３４２ｂとの配置が逆であってもよい。すなわち、直線導波路が第１導波路３２から延長されるように設けられ、曲線導波路がその直線導波路から延設されていてもよい。
【０１２０】
２．４）他の形態４
【０１２１】
図１３は、他の形態４に係る第２領域を主に示す平面図である。他の形態４に係る第２領域４４０では、導波路（第２導波路４４２）を構成する一側の壁面（第２領域４４０におけるリッジ部を構成する一側の壁面）４４２ｄが曲面で構成され、それに対向する他側の壁面４４２ｅが平面で構成されている。
【０１２２】
壁面４４２ｅの平面に沿う直線は、光出射端面１０１ａに対して角度θ（例えば図４参照）で設けられている。
【０１２３】
２．５）他の形態５
【０１２４】
図１４は、他の形態５に係る第２領域を主に示す平面図である。他の形態５に係る第２領域５４０の導波路（第２導波路）５４２は、階段状の壁面を有し、非直線導波路となっている。階段状の壁面が設けられることにより、第２導波路５４２の長手方向に沿う直線が、光出射端面１０１ａに対して角度θ（例えば図４参照）で設けられる構造を実現することができる。
【０１２５】
３．他の形態に係る第１領域
【０１２６】
現在、レーザスキャン型のプロジェクタでは、高輝度かつ低スペックルの光源が求められている。特にスペクトル幅の広いＳＬＤはこの用途に適しており、期待がもたれる。しかし、従来のＳＬＤの構造では、後端１０２側に近い導波路の領域にも多くの電流が注入され、誘導放出の効率が低く、光出力が制限されていた。このような問題を解決するため、本発明者らは、以下に説明する第１領域を有する導波構造を持つ発光素子を提案する。
【０１２７】
３．１）他の形態１
【０１２８】
以降の説明では、図１、２等に示した発光素子１００の導波構造２５０の第１領域３０の他の形態について説明する。図１５は、他の形態１に係る第１領域を持つ発光素子を示す平面図である。図１６は、図１５に示す発光素子２００の第１領域２３０付近を拡大した平面図である。なお、図１６では、第１電極層を示さず、その下層のコンタクト層２３６を最上層として示している。
【０１２９】
図１、２等に示した発光素子１００では、導波構造５０のうち第１領域３０における導波路（第１導波路３２）の幅は実質的に一定であった。しかし、本実施形態に係る第１導波路２３２は、図１５、１６に示すように、後端１０２に向かうにしたがい幅が狭くなるように構成される領域を有する。つまり、この第１導波路２３２のリッジ部は、テーパ状の側壁面を有する。以下、この領域の導波路を、説明の便宜上、「テーパ導波路」と称し、その符号を２３２Ａとする。
【０１３０】
第１領域２３０における第１導波路２３２は、図１に示した第１導波路３２と同様に、直線導波路２３２４と、この直線導波路２３２４から延設された曲線導波路２３２５とを有する。テーパ導波路２３２Ａは、その直線導波路２３２４に設けられている。直線導波路２３２４の長手方向は、発光素子２００の長手方向（ｙ方向）に沿って設けられ、種光である自然放出光がより多く直線導波路２３２４内で反射されるように、後端面１０２ａに垂直となっている。直線導波路２３２４の長手方向は、このように長手方向に沿って設けられている形態に限られず、斜めに設けられていてもよい。
【０１３１】
テーパ導波路２３２Ａは、後端１０２からｙ方向に、全長Ｌ０の1/2の長さまでの間（後端１０２から概ねＬ１までの長さの領域）のうち、所定の長さで連続して設けられる。典型的には、図１５に示すように、テーパ導波路２３２Ａの長さは、後端１０２からＬ０の1/4程度の長さとされる。
【０１３２】
テーパ導波路２３２Ａの後端の位置は、発光素子２００の後端１０２、具体的には誘電体膜２１を除いて構成される半導体素子の後端１０２に一致またはそれに近い位置であることが望ましい。すなわち、テーパ導波路２３２Ａの長さは、最長でＬ０の1/2となる。
【０１３３】
テーパ導波路２３２Ａの後端の幅Ｗ５（図１９参照）、つまり最も狭い幅Ｗ５は、例えば2μm〜5μm以下に設定され、典型的には2.38μmに設定される。
【０１３４】
なお、本実施形態では、テーパ導波路２３２Ａの形状に合わせて、そのテーパ導波路２３２Ａを両側において挟む凹部（第１凹部３４）の側壁面もテーパ状に設けられている。しかし、第１凹部３４の側壁面は、必ずしもこのようにテーパ状でなくてよもよい。
【０１３５】
また、本実施形態では、図１６に示すように、発光素子２００（半導体素子）の後端１０２に設けられた窓領域７５に干渉しない位置にコンタクト層２３６の後端が配置される。例えば、コンタクト層２３６の後端は、発光素子２００の後端１０２から45nmだけ離れて配置されている。窓領域７５が形成されない場合、このような限定は不要である。
【０１３６】
このように、第１導波路２３２の後端側に、テーパ導波路２３２Ａが設けられることにより、発光素子２００は次のように作用する。ＬＤは、平行鏡の間で光を往復させながら誘導放出光を増幅するメカニズムで発光している。一方、ＳＬＤは、後端１０２および後端１０２に近い側で自然放出光である種光が発生し、光出射端１０１へ向かって伝搬する間に増幅され放射されるというメカニズムで発光し、ＬＤとは発光原理が異なる。また、ＳＬＤの導波構造５０、２５０は、上記したように、後端１０２より光出射端１０１に近い領域（光増幅領域）と、光出射端１０１より後端１０２に近い領域（ＬＥＤ領域）とで、発光に寄与する役割が異なっていることが大きな特徴である。
【０１３７】
すなわち、ＬＥＤ領域より、光増幅領域に多くの電流を注入することが、高出力化に寄与する。ＬＥＤ領域における電流注入の面積を、光増幅領域におけるそれより小さく設定するため、テーパ導波路２３２Ａを設けることにより、高出力化を図ることができる。また、テーパ形状による壁面の角度は、テーパ導波路２３２Ａで発生した自然放出光が、光出射端１０１側へ反射されやすい角度となっており、このことも高出力化に寄与する。
【０１３８】
図１７は、本実施形態に係る発光素子２００における光出力特性（電流と光出力との関係）を示すグラフである。破線が、テーパ導波路２３２Ａが設けられていない形態（リッジ部の両壁面が平行な導波路形態）を示し、実線がテーパ導波路２３２Ａが設けられる本実施形態を示す。このグラフから、光出力の改善傾向が見られる。
【０１３９】
テーパ導波路２３２Ａによる上記作用効果の大きさは、テーパ導波路２３２Ａの長さに応じて変化する。図１８は、そのテーパ導波路２３２Ａの長さと、出力改善率との関係を示すグラフである。グラフの縦軸では、テーパ導波路２３２Ａが設けられない（平行な導波路を持つ）発光素子２００の出力が100%とされる。また、横軸のテーパ導波路２３２Ａの長さは、全長Ｌ０に対する割合で示されている。
【０１４０】
図１８から、テーパ導波路２３２Ａの長さが全長Ｌ０の30%程度までは、テーパ導波路２３２Ａの長さが長くなるにしたがって、出力が高くなる傾向にある。そして、テーパ導波路２３２Ａの長さが全長Ｌ０の70%になると、平行な導波路とほぼ同等となり、改善効果が見られなくなる。この結果から、テーパ導波路２３２Ａは全長Ｌ０に対して、後端１０２から1/2程度に設定され、より好ましくは後端１０２から1/3程度に設定される。
【０１４１】
３．２）他の形態２
【０１４２】
図１９は、第１領域（におけるテーパ導波路）の他の形態２を示す平面図である。この第１領域３３０の第１導波路３３２では、テーパ導波路３３２Ａのうち後端１０２からｙ方向への所定の長さの領域において、幅広に設けられた拡大領域３３２ｂが設けられている。このような形態であっても、上記他の形態１に係る第１領域３０を持つ発光素子１００と同様の効果が得られる。
【０１４３】
拡大領域３３２ｂは、テーパ導波路３３２Ａのｘ方向における中心から両側に広がるように設けられている。本実施形態に係る拡大領域は、図１０に示した拡大領域１４２ｂに類するように、当該中心から一方にのみ広がるように設けられていてもよい。
【０１４４】
３．３）他の形態３
【０１４５】
図２０は、第１領域（におけるテーパ導波路）の他の形態３を示す平面図である。この第１領域４３０の第１導波路４３２では、テーパ導波路４３２Ａを構成するリッジ部の両壁面４３２ｆ、４３２ｇのうち、一方の壁面４３２ｇのみがテーパ状に設けられている。他方の壁面４３２ｆは後端１０２に垂直に設けられる。
【０１４６】
３．４）他の形態４
【０１４７】
第１領域の他の形態４として、図示しないが、例えば図１５において、長さＬ２で構成される曲線導波路２３２５に代えて、光出射端面１０１ａに対して角度θを持つ直線状に設けられていてもよい。
【０１４８】
３．５）他の形態５
【０１４９】
あるいは、他の形態５として、図示しないが、例えば図１５において、長さＬ２で構成される曲線導波路２３２５に代えて、直線と曲線との組み合わせで構成されていてもよい。
【０１５０】
この場合、例えば後端１０２に近い直線導波路２３２４から光出射端１０１へ向けて延設される曲線導波路と、その曲線導波路から光出射端１０１へ向けて延設される直線導波路とが設けられていてもよい。このような構造により、曲線導波路で漏れ光が発生したとしても、曲線導波路は光出射端１０１から離れているので、発光素子の外部への放射を抑制できる。これにより、良好なビームスポットを形成することができる。特に、漏れ光はビームスポットの形状に悪影響を及ぼすため、発光素子がプロジェクタの光源として使用される場合には、漏れ光を抑制することが重要である。
【０１５１】
なお、第１領域の上記他の形態４、５（図示せず）については、上記他の形態１〜３と組み合わせでなくてもよく、つまり、テーパ導波路が設けられていなくてもよい。
３．６）他の形態６
【０１５２】
図示しないが、他の形態６として、第１領域の上記他の形態１〜５のうちいずれか１つと、上記した第２領域の各形態のうちいずれか１つとの組み合わせにより、発光素子が構成されてもよい。
【０１５３】
４．表示装置
【０１５４】
図２１は、上記各実施形態に係る発光素子である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１０００は、ラスタスキャン方式のプロジェクタである。
【０１５５】
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６５に投射される光による輝度を制御可能に構成される。
【０１５６】
画像生成部７０は、例えば水平スキャナ６３および垂直スキャナ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および垂直スキャナ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。
【０１５７】
なお、ＲＧＢの各色発光の発光素子のうち、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。
【０１５８】
水平スキャナ６３および垂直スキャナ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、例えば発光素子へ注入する電流を制御する回路が用いられる。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
５．他の種々の実施形態
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
したがって、例えば第１領域３０は、第１導電型層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導電型層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。
【０１６６】
上記各実施形態に係る発光素子であるＳＬＤは、光出射端１０１と、その反対側の後端１０２とを備えていた。しかし、発光素子（ＳＬＤに限られない）の両端が光出射端で構成されていてもよい。この場合、導波構造として、第１領域における第１屈折率差より大きい、第２領域における第２屈折率差を有する第２領域が、発光素子の両端（光出射端）にそれぞれ設けられる。
【０１６７】
上記各実施形態に係る発光素子としてＳＬＤを例に挙げたが、ＬＤ（Laser Diode）であってもよい。ＬＤの場合、導波構造の第１領域および第２領域の各導波路は一直線状であり、それら導波路の長手方向は、光出射端面１０１ａに垂直であることが望ましい。発光素子がＳＬＤの場合、第１領域の第１導波路が全長手方向にわたって非直線状（例えば曲線状）に設けられていてもよい。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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、前記第１端の反対側に設けられた第２端とを備える発光素子であって、
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、
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導電型層と、
前記基板上に設けられた第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、
前記基板または前記第２導電型層に接する第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端へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成される領域を有する
発光素子。
（２）
前記（１）に記載の発光素子であって、
前記導波構造の前記第１領域は、前記非電流注入領域として、前記第１導波路を挟むように設けられた第１凹部を有し、
前記導波構造の前記第２領域は、前記第２導波路の周囲の領域として、前記第２導波路を挟むように設けられた、前記第１凹部の深さより深い第２凹部を有する
発光素子。
（３）
前記（２）に記載の発光素子であって、
前記第２凹部は、前記活性層の位置より深い位置に設けられた底面を有する
発光素子。
（４）
前記（２）または（３）に記載の発光素子であって、
前記第２凹部を覆う誘電体層
をさらに具備する発光素子。
（５）
前記（１）から（４）のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
前記第２導波路の、前記第１領域側の端部の幅である第１の幅が、前記第１導波路の、前記第２領域側の端部の幅である第２の幅より広い
発光素子。
（６）
前記（５）に記載の発光素子であって、
前記第２導波路の前記第１端における幅である第３の幅が、前記第２の幅より狭い
発光素子。
（７）
前記（１）から（６）のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
前記第２導波路は、その第２導波路の長手方向に沿って直線状に設けられた直線導波路を有する
発光素子。
（８）
前記（７）に記載の発光素子であって、
前記直線導波路は、前記第１端まで延設され、
前記直線導波路の前記長手方向に沿う直線方向が、前記第１端の端面に非垂直になるように構成される
発光素子。
（９）
前記（７）または（８）に記載の発光素子であって、
前記第２導波路は、非直線状に設けられ前記直線導波路から延設された非直線導波路をさらに有する
発光素子。
（１０）
前記（１）から（６）のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
前記第２導波路は、非直線状に設けられた非直線導波路を有する
発光素子。
（１１）
前記（１０）に記載の発光素子であって、
前記非直線導波路は、前記第１端における、その非直線導波路の長手方向に沿う方向が、前記第１端の端面に非垂直になるように構成される
発光素子。
（１２）
前記（１）から（１１）のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
前記第１導波路は、非直線状に設けられた非直線導波路、および、前記第１導波路の長手方向に沿って直線状に設けられた直線導波路のうち少なくとも一方を有する
発光素子。
（１３）
前記（１）から（１２）のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
前記第１導波路は、前記第２端から、前記第１端から前記第２端までの長さの1/2までの領域において、前記第２端へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成されたテーパ導波路を有する
発光素子。
（１４）
前記（１３）に記載の発光素子であって、
前記テーパ導波路の幅は、前記第２端において最も狭くなっている
発光素子。
（１５）
前記（１３）または（１４）に記載の発光素子であって、
前記テーパ導波路の長手方向に沿う直線方向が、前記第２の端面に垂直になるように構成される
発光素子。
（１６）
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端とを備える発光素子と、
前記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、
前記発光素子は、
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、
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導電型層と、
前記基板上に設けられた第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、
前記基板または前記第２導電型層に接する第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端へ向かうにしたがい幅が狭くなるように構成される領域を有する
表示装置。
【符号の説明】
【０１７１】
１１…第１電極層
１２…第２電極層
１３…第１導電型層
１５…活性層
１７…第２導電型層
１９…基板
３０、２３０、３３０、４３０…第１領域
３２、２３２、３３２、４３２…第１導波路
３４…第１凹部
４０、１４０、２４０、３４０、４４０、５４０…第２領域
４２、１４２、２４２、３４２、４４２、５４２…第２導波路
４２ｂ…端部
４４ａ…底面
４４…第２凹部
５０、２５０…導波構造
７０…画像生成部
１００、２００…発光素子
１０１…光出射端
１０１ａ…光出射端面
１０２…後端
１０２ａ…後端面
１４２ｂ、１４２ｃ…拡大領域
２３２Ａ、３３２Ａ、４３２Ａ…テーパ導波路
３２１、２３２４…（第１導波路の）直線導波路
３２２、２３２５…（第１導波路の）曲線導波路
３２２ａ…端部
３４２ａ…（第２導波路の）曲線導波路
３４２ｂ…（第２導波路の）直線導波路
１０００…表示装置
【図１】
2017110017.tif 000003
【図２】
2017110017.tif 000004
【図３】
2017110017.tif 000005
【図４】
2017110017.tif 000006
【図５】
2017110017.tif 000007
【図６】
2017110017.tif 000008
【図７】
2017110017.tif 000009
【図８】
2017110017.tif 000010
【図９】
2017110017.tif 000011
【図１０】
2017110017.tif 000012
【図１１】
2017110017.tif 000013
【図１２】
2017110017.tif 000014
【図１３】
2017110017.tif 000015
【図１４】
2017110017.tif 000016
【図１５】
2017110017.tif 000017
【図１６】
2017110017.tif 000018
【図１７】
2017110017.tif 000019
【図１８】
2017110017.tif 000020
【図１９】
2017110017.tif 000021
【図２０】
2017110017.tif 000022
【図２１】
2017110017.tif 000023
【国際調査報告】
2017110017.tif 000024
2017110017.tif 000025
2017110017.tif 000026
2017110017.tif 000027