(57)【要約】【課題】発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる受発光装置を提供する。【解決手段】本発明に係る受発光装置１００は、発光領域１６０と受光領域１９０とは、第１分離溝１８０によって区画され、発光領域１６０は、第１利得領域１６２および第２利得領域１６４を有し、第１利得領域１６２と第２利得領域１６４との間の距離は、受発光層１０６の第１側面１０５側から、第１側面１０５に平行な受発光層１０６の第２側面１０７側に近づくにつれて小さくなり、第１利得領域１６２および第２利得領域１６４は、平面的にみて、第１側面１０５の垂線Ｐに対して傾いて設けられ、受光領域１９０は、第１利得領域１６２と第２利得領域１６４との間に位置し、第１利得領域１６２と第２利得領域１６４との間の距離が小さくなることによって、第１利得領域１６２および第２利得領域１６４から漏れた光は、受光領域１９０に至って、受光される。【選択図】図１
2011014580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上方に形成され、発光領域および受光領域を有する受発光層と、
前記受発光層の上方に形成された第２クラッド層と、
を含み、
前記発光領域と前記受光領域とは、第１分離溝によって区画され、
前記発光領域は、第１利得領域および第２利得領域を有し、
前記第１利得領域と前記第２利得領域との間の距離は、前記受発光層の第１側面側から、前記第１側面に平行な前記受発光層の第２側面側に近づくにつれて小さくなり、
前記第１利得領域および前記第２利得領域は、平面的にみて、前記第１側面の垂線に対して傾いて設けられ、
前記受光領域は、前記第１利得領域と前記第２利得領域との間に位置し、
前記第１利得領域と前記第２利得領域との間の距離が小さくなることによって、前記第１利得領域および前記第２利得領域から漏れた光は、前記受光領域に至って、受光される、受発光装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記受光領域から前記第２側面までの距離は、前記受光領域から前記第１側面までの距離より小さい、受発光装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１利得領域および前記第２利得領域は、前記第１側面から前記第２側面まで設けられ、
前記第１利得領域および前記第２利得領域に生じる光の波長帯において、前記第１側面の反射率は、前記第２側面の反射率よりも小さく、
前記第１利得領域の前記第２側面側の端面の少なくとも一部と、前記第２利得領域の前記第２側面側の端面の少なくとも一部とは、重なっている、受発光装置。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記第１利得領域および前記第２利得領域は、前記第１側面から前記第２側面まで設けられ、
前記第１利得領域の前記第２側面側の端面と、前記第２利得領域の前記第２側面側の端面とは、離間している、受発光装置。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記第１利得領域は、前記第１側面から前記第２側面まで設けられ、
前記第２利得領域は、前記第２側面から、前記第１側面および前記第２側面と直交する前記受発光層の第３側面まで、設けられ、
前記発光領域は、さらに第３利得領域を有し、
前記第３利得領域は、前記第１側面から前記第３側面まで、設けられ、
前記第１利得領域、前記第２利得領域および前記第３利得領域に生じる光の波長帯において、前記第１側面の反射率は、前記第２側面および前記第３側面の反射率よりも小さく、
前記第１利得領域の前記第２側面側の端面の少なくとも一部と、前記第２利得領域の前記第２側面側の端面の少なくとも一部とは、重なっており、
前記第２利得領域の前記第３側面側の端面の少なくとも一部と、前記第３利得領域の前記第３側面側の端面の少なくとも一部とは、重なっており、
前記第１利得領域の前記第１側面側の端面から出射される光と、前記第３利得領域の前記第１側面側の端面から出射される光とは、同一の方向または集束する方向に進む、受発光装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記第１利得領域および前記第２利得領域は、利得領域対をなし、
前記利得領域対は、複数配列され、
隣り合う前記利得領域対の間には、第２分離溝が形成され、
複数の前記利得領域対は、前記第２分離溝によって、互いに電気的に分離されている、受発光装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記第２クラッド層の上方に形成されたコンタクト層と、
前記第１クラッド層と電気的に接続された第１電極と、
前記第１利得領域および前記第２利得領域の上方に位置する前記コンタクト層と接する第２電極と、
前記受光領域の上方に位置する前記第コンタクト層と接する第３電極と、
を、さらに含み、
前記第１利得領域および前記第２利得領域の平面形状は、前記第２電極と前記コンタクト層との接触面の平面形状と同じであり、
前記受光領域の平面形状は、前記第３電極と前記コンタクト層との接触面の平面形状と同じである、受発光装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の受発光装置と、
前記受発光装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調素子によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む、プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受発光装置、およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信等で用いられる半導体発光デバイスにおいては、一般的に、装置の外部に半透過ミラーや回折素子を配置して出射した光の一部を取り出し、その光を受光素子によって検出することで、光量の調整等を行っている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、レーザーダイオードからの光を分光プリズム等で分岐させ、その分岐させた光を検出するモニター用フォトダイオードを有する光ピックアップ装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、発光素子と受光素子が個々に設けられているため、別途分光プリズム等の光学素子が必要となり、部品点数が多くなる、小型化が難しいといったことが検討される。また、表示装置に用いるためには、複数のレーザーダイオードの光量を個々に検出する必要があるが、個別に受光素子を設けるのは困難な場合がある。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる受発光装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記受発光装置を有するプロジェクターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る受発光装置は、
第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上方に形成され、発光領域および受光領域を有する受発光層と、
前記受発光層の上方に形成された第２クラッド層と、
を含み、
前記発光領域と前記受光領域とは、第１分離溝によって区画され、
前記発光領域は、第１利得領域および第２利得領域を有し、
前記第１利得領域と前記第２利得領域との間の距離は、前記受発光層の第１側面側から、前記第１側面に平行な前記受発光層の第２側面側に近づくにつれて小さくなり、
前記第１利得領域および前記第２利得領域は、平面的にみて、前記第１側面の垂線に対して傾いて設けられ、
前記受光領域は、前記第１利得領域と前記第２利得領域との間に位置し、
前記第１利得領域と前記第２利得領域との間の距離が小さくなることによって、前記第１利得領域および前記第２利得領域から漏れた光は、前記受光領域に至って、受光される。
【０００８】
このような受発光装置によれば、前記第１利得領域および前記第２利得領域から漏れた光を、前記受光領域によって吸収し、受光することができる。したがって、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる。
【０００９】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【００１０】
本発明に係る受発光装置において、
前記受光領域から前記第２側面までの距離は、前記受光領域から前記第１側面までの距離より小さいことができる。
【００１１】
このような受発光装置によれば、前記受光領域を、前記第１利得領域および前記第２利得了領域からの光の漏れ量が大きい場所に、配置することができる。そのため、光の検出能力を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係る受発光装置において、
前記第１利得領域および前記第２利得領域は、前記第１側面から前記第２側面まで設けられ、
前記第１利得領域および前記第２利得領域に生じる光の波長帯において、前記第１側面の反射率は、前記第２側面の反射率よりも小さく、
前記第１利得領域の前記第２側面側の端面の少なくとも一部と、前記第２利得領域の前記第２側面側の端面の少なくとも一部とは、重なっていることができる。
【００１３】
このような受発光装置によれば、前記第１利得領域に生じる光の一部は、重なり面において反射して、前記第２利得領域内においても、利得を受けながら進行することができる。また、前記第２利得領域に生じる光の一部に関しても同様である。したがって、このような受発光装置によれば、例えば、重なり面において積極的に反射させないような場合に比べ、光強度の増幅距離が長くなるため、高い光出力を得ることができる。
【００１４】
本発明に係る受発光装置において、
前記第１利得領域および前記第２利得領域は、前記第１側面から前記第２側面まで設けられ、
前記第１利得領域の前記第２側面側の端面と、前記第２利得領域の前記第２側面側の端面とは、離間していることができる。
【００１５】
このような受発光装置によれば、２つの側面（前記第１側面および前記第２側面）側から出射される光を利用することができる。
【００１６】
本発明に係る受発光装置において、
前記第１利得領域は、前記第１側面から前記第２側面まで設けられ、
前記第２利得領域は、前記第２側面から、前記第１側面および前記第２側面と直交する前記受発光層の第３側面まで、設けられ、
前記発光領域は、さらに第３利得領域を有し、
前記第３利得領域は、前記第１側面から前記第３側面まで、設けられ、
前記第１利得領域、前記第２利得領域および前記第３利得領域に生じる光の波長帯において、前記第１側面の反射率は、前記第２側面および前記第３側面の反射率よりも小さく、
前記第１利得領域の前記第２側面側の端面の少なくとも一部と、前記第２利得領域の前記第２側面側の端面の少なくとも一部とは、重なっており、
前記第２利得領域の前記第３側面側の端面の少なくとも一部と、前記第３利得領域の前記第３側面側の端面の少なくとも一部とは、重なっており、
前記第１利得領域の前記第１側面側の端面から出射される光と、前記第３利得領域の前記第１側面側の端面から出射される光とは、同一の方向または集束する方向に進むことができる。
【００１７】
このような受発光装置によれば、例えば、２つの出射光が発散する方向に進むような場合に比べて、光学系（出射光が入射する光学系）を小型化することができる。
【００１８】
本発明に係る受発光装置において、
前記第１利得領域および前記第２利得領域は、利得領域対をなし、
前記利得領域対は、複数配列され、
隣り合う前記利得領域対の間には、第２分離溝が形成され、
複数の前記利得領域対は、前記第２分離溝によって、互いに電気的に分離されていることができる。
【００１９】
このような受発光装置によれば、発光の高出力化を図ることができる。また、複数の前記利得領域対は、前記第２分離溝によって互いに電気的に分離されているので、複数の前記利得領域対の各々の光出力をモニターすることができる。すなわち、複数の前記利得領域対の各々に対して、個別に光量検出を行うことができる。
【００２０】
本発明に係る受発光装置において、
前記第２クラッド層の上方に形成されたコンタクト層と、
前記第１クラッド層と電気的に接続された第１電極と、
前記第１利得領域および前記第２利得領域の上方に位置する前記コンタクト層と接する第２電極と、
前記受光領域の上方に位置する前記第コンタクト層と接する第３電極と、
を、さらに含み、
前記第１利得領域および前記第２利得領域の平面形状は、前記第２電極と前記コンタクト層との接触面の平面形状と同じであり、
前記受光領域の平面形状は、前記第３電極と前記コンタクト層との接触面の平面形状と同じであることができる。
【００２１】
このような受発光装置によれば、前記コンタクト層によって、前記第２電極および前記第３電極の接触抵抗を低減することができる。
【００２２】
本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る受発光装置と、
前記受発光装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調素子によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。
【００２３】
このようなプロジェクターによれば、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる前記受発光装置を用いているため、別途、受光素子を設置する場合と比較して、部品点数の削減および製造コストの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る受発光装置を模式的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係る受発光装置を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る受発光装置の受発光層を第１側面側から平面的にみた図。
【図４】本実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態の第１変形例に係る受発光装置を模式的に示す平面図。
【図７】本実施形態の第１変形例に係る受発光装置を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態の第２変形例に係る受発光装置を模式的に示す平面図。
【図９】本実施形態の第３変形例に係る受発光装置を模式的に示す平面図。
【図１０】本実施形態の第４変形例に係る受発光装置を模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
１．  受発光装置
まず、本実施形態に係る受発光装置１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、受発光装置１００を模式的に示す平面図である。図２は、受発光装置１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。なお、図１では、便宜上、第２電極１１３の図示を省略している。また、ここでは、受発光装置１００がＩｎＧａＡｌＰ系（赤色）の半導体発光装置である場合について説明する。
【００２６】
以下では、受発光装置１００の構成、発光の動作原理、受光の動作原理の順に説明する。
【００２７】
（１）構成
受発光装置１００は、図１および図２に示すように、第１クラッド層１０４と、受発光層１０６と、第２クラッド層１０８と、を含む。受発光装置１００は、さらに、基板１０２と、コンタクト層１１０と、第１電極１１２と、第２電極１１３と、第３電極１１４と、絶縁部１１６と、を含むことができる。
【００２８】
基板１０２としては、例えば、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓ基板などを用いることができる。
【００２９】
第１クラッド層１０４は、基板１０２上に形成されている。第１クラッド層１０４としては、例えば、ｎ型のＡｌＧａＰ層などを用いることができる。なお、図示はしないが、第１基板１０２と第１クラッド層１０４との間に、バッファー層が形成されていてもよい。バッファー層としては、例えば、ｎ型のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層などを用いることができる。バッファー層は、その上方に形成される層の結晶性を向上させることができる。
【００３０】
受発光層１０６は、第１クラッド層１０４上に形成されている。受発光層１０６は、例えば、ＩｎＧａＰウェル層とＩｎＧａＡｌＰバリア層とから構成される量子井戸構造を３つ重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。
【００３１】
受発光層１０６は、第１分離溝１８０によって、発光領域１６０と受光領域１９０とに区画されている。
【００３２】
発光領域１６０は、第１利得領域１６２および第２利得領域１６４を有する。第１利得領域１６２および第２利得領域１６４は、利得領域の対（利得領域対）を構成することができる。利得領域１６２，１６４には、光を生じさせることができ、この光は、利得領域１６２，１６４内で利得を受けることができる。受発光層１０６の形状は、例えば直方体（立方体である場合を含む）などである。受発光層１０６は、図１および図２に示すように、第１側面１０５および第２側面１０７を有する。第１側面１０５と第２側面１０７とは、対向しており、平行である。
【００３３】
利得領域１６２，１６４に生じる光の波長帯において、第１側面１０５の反射率は、第２側面１０７の反射率よりも小さい。例えば、図１に示すように、第２側面１０７を反射部１３０によって覆うことにより、第２側面１０７は高い反射率を得ることができる。反射部１３０は、例えば誘電体多層膜ミラーなどである。より具体的には、反射部１３０としては、第２側面１０７側からＳｉＯ２層、Ｔａ２Ｏ５層の順序で１０ペア積層した誘電体多層膜ミラーなどを用いることができる。第２側面１０７の反射率は、１００％、あるいはそれに近いことが望ましい。これに対し、第１側面１０５の反射率は、０％、あるいはそれに近いことが望ましい。例えば、第１側面１０５を反射防止部（図示せず）によって覆うことにより、低い反射率を得ることができる。
【００３４】
利得領域１６２，１６４の各々は、図１に示すように平面的にみて、第１側面１０５から第２側面１０７まで、第１側面１０５の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設けられている。これにより、利得領域１６２，１６４に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができる。第１利得領域１６２と第２利得領域１６４とは、異なる方向に向かって設けられている。第１利得領域１６２は、例えば、垂線Ｐに対して一方の側に傾いており、角度θの傾きを有する一の方向（第１方向ともいえる）に向かって設けられている。また、第２利得領域１６４は、例えば、垂線Ｐに対して他方の側（上記一方の側の反対側）に傾いており、角度θの傾きを有する他の方向（第２方向ともいえる）に向かって設けられている。第１利得領域１６２と第２利得領域１６４との間の距離は、第１側面１０５から第２側面１０７に近づくにつれて小さくなっている。
【００３５】
第１利得領域１６２は、第１側面１０５に設けられた第１端面１７０と、第２側面１０７に設けられた第２端面１７２と、を有する。第２利得領域１６４は、第１側面１０５に設けられた第３端面１７４と、第２側面１０７に設けられた第４端面１７６と、を有する。図示の例では、第２端面１７２と第４端面１７６とは、重なり面１７８において完全に重なっている。第１利得領域１６２の平面形状と、第２利得領域１６４の平面形状とは、例えば、第２端面１７２または第４端面１７６内の垂線Ｐに対して線対称である。第１利得領域１６２の平面形状と、第２利得領域１６４の平面形状とは、例えば、重なり面１７８の垂直二等分線Ｐに対して線対称である。第１利得領域１６２および第２利得領域１６４の各々の平面形状は、例えば平行四辺形などである。
【００３６】
ここで、図３は、受発光層１０６を第１側面１０５側から平面的に見た図である。図３に示すように、第１利得領域１６２の第１端面１７０と第２端面１７２とは、重なっていない。同様に、第２利得領域１６４の第３端面１７４と第４端面１７６とは、重なっていない。これにより、第１利得領域１６２に生じる光を第１端面１７０と第２端面１７２との間で、および第２利得領域１６４に生じる光を第３端面１７４と第４端面１７６との間で、直接的に多重反射させないことができる。その結果、直接的な共振器を構成させないことができるため、利得領域１６２，１６４に生じる光のレーザー発振をより確実に抑制または防止することができる。したがって、受発光装置１００は、レーザー光ではない光を発することができる。なお、この場合には、図３に示すように、例えば第１利得領域１６２において、第１端面１７０と第２端面１７２とのずれ幅ｘは、正の値であればよい。
【００３７】
受光領域１９０は、図１および図２に示すように、第１利得領域１６２と第２利得領域１６４との間に設けられている。図１に示す例では、受光領域１９０から第２側面１０７までの距離は、受光領域１９０から第１側面１０５までの距離に比べて小さい。受光領域１９０の平面形状は、特に限定されないが、図示の例では、三角形である。この場合、受光領域１９０の頂点Ａは、第１利得領域１６２と第２利得領域１６４との交点Ｂに、できるだけ近いことが望ましい。受光領域１９０は、光を吸収することができる。
【００３８】
第１分離溝１８０は、図１に示すように平面的にみて、受光領域１９０の周囲に形成されている。図示の例では、第１分離溝１８０の内周１８０ａは、受光領域１９０に接している。また、第１分離溝１８０の外周１８０ｂは、第１利得領域１６２および第２利得領域１６４に接している。第１分離溝１８０の底面は、図２に示すように、受発光層１０６の下面より下方に位置している。第１分離溝１８０によって、発光領域１６０と受光領域１９０とは、電気的に分離されている。
【００３９】
第２クラッド層１０８は、図２に示すように、受発光層１０６上に形成されている。第２クラッド層１０８としては、例えば、第２導電型（例えばｐ型）のＡｌＧａＰ層などを用いることができる。
【００４０】
コンタクト層１１０は、第２クラッド層１０８上に形成されている。コンタクト層１１０としては、第２電極１１３および第３電極１１４とオーミックコンタクトする層を用いることができる。コンタクト層１１０としては、例えば、ｐ型のＧａＡｓ層などを用いることができる。コンタクト層１１０によって、第２電極１１３および第３電極１１４の接触抵抗を低減することができる。
【００４１】
絶縁部１１６は、コンタクト層１１０上に形成されている。絶縁部１１６は、利得領域１６２，１６４を形成していない発光領域１６０の上方に位置しているコンタクト層１１０と接触していることができる。絶縁部１１６としては、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ２層、ポリイミド層などを用いることができる。
【００４２】
第１電極１１２は、基板１０２の下の全面に形成されている。第１電極１１２は、該第１電極１１２とオーミックコンタクトする層（図示の例では基板１０２）と接していることができる。第１電極１１２は、基板１０２を介して、第１クラッド層１０４と電気的に接続されている。第１電極１１２は、利得領域１６２，１６４に光を生じさせるための一方の電極であり、かつ、受光領域１９０に至った光を受光するための一方の電極でもある。すなわち、第１電極１１２は、発光用電極としての機能と、受光用電極としての機能と、を有することができる。第１電極１１２としては、例えば、基板１０２側からＣｒ層、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。なお、第１クラッド層１０４と基板１０２との間に、第２コンタクト層（図示せず）を設け、ドライエッチングなどにより該第２コンタクト層を露出させ、第１電極１１２を第２コンタクト層上に設けることもできる。これにより、片面電極構造を得ることができる。この形態は、基板１０２が絶縁性である場合に特に有効である。
【００４３】
第２電極１１３は、コンタクト層１１０上に形成されている。第２電極１１３は、利得領域１６２，１６４の上方に位置しているコンタクト層１１０と接していることができる。第２電極１１３とコンタクト層１１０との接触面は、利得領域１６２，１６４と同様の平面形状を有している。すなわち、例えば、第２電極１１３とコンタクト層１１０との接触面の平面形状によって、電極１１２，１１３間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１６２，１６４の平面形状が決定される。第２電極１１３は、コンタクト層１１０を介して、第２クラッド層１０８と電気的に接続されている。第２電極１１３は、利得領域１６２，１６４に光を生じさせるための他方の電極（発光用電極）である。第２電極１１３としては、例えば、コンタクト層１１０側からＣｒ層、ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。なお、第２電極１１３は、図２に示すように、さらに絶縁部１１６上に形成されていてもよい。
【００４４】
第３電極１１４は、コンタクト層１１０上に形成されている。第３電極１１４は、受光領域１９０の上方に位置しているコンタクト層１１０と接していることができる。第３電極１１４とコンタクト層１１０との接触面は、受光領域１９０と同様の平面形状を有している。第３電極１１４は、コンタクト層１１０を介して、第２クラッド層１０８と電気的に接続されている。第３電極１１４は、受光領域１９０に至った光を受光するための他方の電極（受光用電極）である。第３電極１１４としては、例えば、第２電極１１３の材質と同じものを用いることができる。
【００４５】
（２）発光の動作原理
例えば、ｐ型の第２クラッド層１０８、不純物がドーピングされていない受発光層１０６、およびｎ型の第１クラッド層１０４により、ｐｉｎダイオードが構成される。第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０８の各々は、受発光層１０６よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。受発光層１０６（利得領域１６２，１６４）は、光を増幅する機能を有する。第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０８は、受発光層１０６を挟んで、注入キャリア（電子および正孔）並びに光を閉じ込める機能を有する。
【００４６】
受発光装置１００では、第１電極１１２と第２電極１１３との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、受発光層１０６の利得領域１６２，１６４において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、利得領域１６２，１６４内で光の強度が増幅される。例えば、図１に示すように、第１利得領域１６２に生じる光の一部１０は、第１利得領域１６２内で増幅された後、重なり面１７８において反射して、第２利得領域１６４の第３端面１７４から出射光２０として出射されるが、反射後の第２利得領域１６４内においても光強度が増幅される。同様に、第２利得領域１６４に生じる光の一部は、第２利得領域１６４内で増幅された後、重なり面１７８において反射して、第１利得領域１６２の第１端面１７０から出射光２０として出射されるが、反射後の第１利得領域１６２内においても光強度が増幅される。なお、第１利得領域１６２に生じる光には、直接、第１端面１７０から出射光２０として出射されるものもある。同様に、第２利得領域１６４に生じる光には、直接、第３端面１７４から出射光２０として出射されるものもある。これらの光も同様に各利得領域１６２，１６４内において増幅される。
【００４７】
以上のとおり、受発光装置１００は、発光のためのｐｉｎダイオードを構成することができる。すなわち、受発光装置１００は、第１クラッド層１０４、受発光層１０６の発光領域１６０（利得領域１６２，１６４）、第２クラッド層１０８、第１電極１１２および第２電極１１３によって、発光素子を構成することができる。
【００４８】
（３）受光の動作原理
第１利得領域１６２と第２利得領域１６４とは、第１側面１０５側から第２側面１０７側に近づくにつれて、両利得領域１６２，１６４間の距離が小さくなる。すると、エバネッセントカップリングによって、第１利得領域１６２内を第１端面１７０側から第２端面１７２側に向けて進行している光の一部の成分は、重なり面１７８を介さずに第２利得領域１６４に移動し始める。すなわち、第１利得領域１６２内を第２端面１７２側に向けて進行している光が、高屈折領域である第２利得領域１６４を感じ、その一部は、第２利得領域１６４側に移動を始め、曲げられる。そして、第１利得領域１６２から漏れた光は、利得領域１６２，１６４間に位置する受光領域１９０に至る。同様に、第２利得領域１６４内を第３端面１７４側から第４端面１７６側に向けて進行している光が、第１利得領域１６２を感じ、その一部は、第１利得領域１６２側に移動を始め、受光領域１９０に至る。
【００４９】
受光領域１９０に至った光は、受光領域１９０内に電子と正孔とを生成する。そして、第１電極１１２と第３電極１１４との間にｐｉｎダイオードの逆バイアス電圧を印加すると、受光領域１９０に生成された電子−正孔対が加速され、電流として取り出すことができる。
【００５０】
以上のとおり、受発光装置１００は、受光のためのｐｉｎフォトダイオードを構成することができる。すなわち、受発光装置１００は、第１クラッド層１０４、受発光層１０６の受光領域１９０、第２クラッド層１０８、第１電極１１２および第３電極１１４によって、受光素子を構成することができる。
【００５１】
本実施形態に係る受発光装置１００の一例として、ＩｎＧａＡｌＰ系の場合について説明したが、受発光装置１００は、発光利得領域が形成可能なあらゆる材料系を用いることができる。半導体材料であれば、例えば、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＺｎＣｄＳｅ系などの半導体材料を用いることができる。
【００５２】
本実施形態に係る受発光装置１００は、例えば、プロジェクター、ディスプレイ、照明装置、計測装置などの光源に適用されることができる。
【００５３】
本実施形態に係る受発光装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００５４】
受発光装置１００によれば、受発光層１０６は、利得領域１６２，１６４を構成する発光領域１６０と、受光領域１９０と、を有することができる。利得領域１６２，１６４から漏れた光は、受光領域１９０に至って、受光されることができる。すなわち、受発光装置１００では、発光素子（発光領域）および受光素子（受光領域）をモノリシックに集積することができる。これにより、例えば、別途、受光素子を設置する場合と比較して、部品点数の削減および製造コストの削減が可能となる。
【００５５】
受発光装置１００によれば、利得領域１６２，１６４から漏れた光を受光することによって、利得領域１６２，１６４の光出力をモニターすることができる。したがって、モニターされた光出力に基づいて、第１電極１１２および第２電極１１３に印加する電圧値を調整することができる。これにより、受発光装置１００では、輝度むらを低減し、また、明るさを自動調整することができる。なお、利得領域１６２，１６４の光出力を、印加する電圧値にフィードバックする制御は、例えば、外部電子回路（図示せず）を用いて行うことができる。
【００５６】
受発光装置１００によれば、受光領域１９０から第２側面１０７までの距離は、受光領域１９０から第１側面１０５までの距離より小さいことができる。すなわち、受光領域１９０を、第１利得領域１６２と第２利得領域１６４との交点Ｂに近づけることができる。交点Ｂに近いほど、エバネッセントカップリングは、発生しやすい。したがって、受光領域１９０を、利得領域１６２，１６４からの光の漏れ量が大きい場所に、配置することができる。そのため、受発光装置１００では、光の検出能力を向上させることができる。また、例えば、利得領域１６２，１６４の垂線Ｐに対する角度を変更することにより、検出能力を調整することができる。
【００５７】
受発光装置１００によれば、第１利得領域１６２に生じる光の一部１０は、重なり面１７８において反射して、第２利得領域１６４内においても、利得を受けながら進行することができる。また、第２利得領域１６４に生じる光の一部に関しても同様である。したがって、受発光装置１００によれば、例えば、重なり面１７８において積極的に反射させないような場合に比べ、光強度の増幅距離が長くなるため、高い光出力を得ることができる。
【００５８】
２．  受発光装置の製造方法
次に、本実施形態に係る受発光装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４および図５は、受発光装置１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００５９】
図４に示すように、基板１０２上に、第１クラッド層１０４、受発光層１０６、第２クラッド層１０８、およびコンタクト層１１０を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などを用いることができる。
【００６０】
図５に示すように、コンタクト層１１０上に、絶縁部１１６を形成する。具体的には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、塗布法などにより、コンタクト層１１０上全面に絶縁層（図示せず）を形成し、該絶縁層をパターニングすることにより、絶縁部１１６を形成することができる。該パターニングによって、コンタクト層１１０が露出される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを用いて行われる。次に、コンタクト層１１０および絶縁部１１６上に、電極１１３，１１４となる電極層１１５を形成する。次に、基板１０２の下面下に第１電極１１２を形成する。電極層１１５および第１電極１１２は、例えば、真空蒸着法により形成される。なお、電極層１１５および第１電極１１２の形成順序は、特に限定されない。
【００６１】
図２に示すように、電極層１１５、コンタクト層１１０、第２クラッド層１０８、受発光層１０６および第１クラッド層１０４をエッチングして、第１分離溝１８０を形成する。第１分離溝１８０によって、発光領域１６０と受光領域１９０とが区画されることができる。また、第１分離溝１８０によって、第２電極１１３と第３電極１１４とが区画される。
【００６２】
以上の工程により、受発光装置１００を製造することができる。
【００６３】
受発光装置１００の製造方法によれば、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる受発光装置１００を形成することができる。
【００６４】
３．  受発光装置の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る受発光装置２００，３００，４００，５００について、図面を参照しながら説明する。以下、本実施形態の変形例に係る受発光装置２００，３００，４００，５００において、本実施形態に係る受発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６５】
（１）第１変形例に係る受発光装置
まず、第１変形例に係る受発光装置２００について説明する。図６は、受発光装置２００を模式的に示す平面図である。図７は、受発光装置２００を模式的に示す図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。なお、図６では、便宜上、第２電極１１３の図示を省略している。
【００６６】
受発光装置２００では、図６および図７に示すように、第１利得領域１６２および第２利得領域１６４は、利得領域対２６６をなし、利得領域対２６６は、複数配列されている。複数の利得領域対２６６の各々に対応して、受光領域１９０が設けられている。図示の例では、利得領域対２６６は、３つ設けられているが、その数は特に限定されない。
【００６７】
隣り合う利得領域対２６６の間には、第２分離溝２８０が形成されている。第２分離溝２８０の底面は、図７に示すように、受発光層１０６の下面より下方に位置している。第２分離溝２８０によって、複数の利得領域対２６６は、互いに電気的に分離されている。
【００６８】
受発光装置２００によれば、受発光装置１００の例に比べて、発光の高出力化を図ることができる。また、受発光装置２００によれば、複数の利得領域対２６６は、第２分離溝２８０によって互いに電気的に分離されているので、複数の利得領域対２６６の各々の光出力をモニターすることができる。すなわち、複数の利得領域対２６６の各々に対して、個別に光量検出を行うことができる。
【００６９】
（２）第２変形例に係る受発光装置
次に、第２変形例に係る受発光装置３００について説明する。図８は、受発光装置３００を模式的に示す平面図である。なお、図８では、便宜上、第２電極１１３の図示を省略している。
【００７０】
受発光装置１００の例では、第１利得領域１６２の第２端面１７２と、第２利得領域１６４の第４端面１７６は、重なり面１７８において重なっていた。また、第２側面１０７には、反射部１３０が設けられていた。
【００７１】
受発光装置２００では、図８に示すように、第２端面１７２と第４端面１７６とは、離間しており、重なっていない。また、第２側面１０７に反射部は、設けられていない。これにより、第２端面１７２および第４端面１７６からも光を出射することができる。図示はしないが、第２側面１７２を反射防止部で覆ってもよい。
【００７２】
受発光装置２００によれば、２つの側面１０５，１０７側から出射される光２０を利用することができる。例えば、光軸変換素子（図示せず）を用いて、出射光２０を上方（図８における紙面の垂直方向）に反射させることにより、光密度を向上させることができる。
【００７３】
（３）第３変形例に係る受発光装置
次に、第３変形例に係る受発光装置４００について説明する。図９は、受発光装置４００を模式的に示す平面図である。なお、図９では、便宜上、第２電極１１３の図示を省略している。
【００７４】
受発光装置１００の例では、受発光層１０６の発光領域１６０は、第１利得領域１６２と、第２利得領域１６４と、を有していた。
【００７５】
受発光装置４００では、図９に示すように、発光領域１６０は、第１利得領域１６２と、第２利得領域１６４と、第３利得領域４６２と、を有する。
【００７６】
第１利得領域１６２は、平面的にみて、第１側面１０５から第２側面１０７まで、垂線Ｐに対して傾いて設けられている。
【００７７】
第２利得領域１６４は、平面的にみて、第２側面１０７から第３側面４０５まで、垂線Ｐに対して傾いて設けられている。第３側面４０５は、第１側面１０５および第２側面１０７と直交する受発光層１０６の側面である。図示の例では、第３側面４０５は、第１側面１０５と第２側面１０７とを接続している。
【００７８】
第３利得領域４６２は、平面的にみて、第１側面１０５から第３側面４０５まで、垂線Ｐに対して傾いて設けられている。第３利得領域４６２は、第１利得領域１６２と平行であることができる。第３利得領域４６２は、第１側面１０５に設けられた第５端面４７０と、第３側面４０５に設けられた第６端面４７２と、を有する。図示の例では、第４端面１７４と第６端面４７２とは、重なり面４７８において完全に重なっている。
【００７９】
例えば、第１利得領域１６２に生じる光の一部１０は、重なり面１７８において反射して、第２利得領域１６４に至る。そして、さらに重なり面４７８で反射（例えば全反射）して第３利得領域４６２に至り、第５端面４７０から出射光２０として出射される。すなわち、利得領域１６２，１６４，４６２に生じる光の波長帯において、第１側面１０５の反射率は、第２側面１０７および第３側面４０５の反射率よりも小さい。光１０は、利得領域１６２，１６４，４６２内において、光強度が増幅されることができる。第１端面１７０から出射される光２０と、第５端面４７０から出射される光２０とは、同一の方向に進むことができる。第１端面１７０から出射される光２０と、第５端面４７０から出射される光２０とは、集束する方向に進んでもよい。
【００８０】
なお、図示はしないが、第２利得領域１６４と第３利得領域４６２との間にも、受光領域１９０が設けられていてもよい。また、受発光層１０６に例えばエッチングによって開口部を設け、該開口部を区画する受発光層１０６の側面を、第３側面４０５としてもよい。また、第３側面４０５を反射部で覆ってもよい。
【００８１】
受発光装置４００によれば、第１端面１７０から出射される光２０と、第５端面４７０から出射される光２０とは、同一の方向に進むことができる。これにより、受発光装置４００は、例えば、２つの出射光が発散する方向に進むような場合に比べて、図示しない光学系（出射光２０が入射する光学系）を小型化することができる。
【００８２】
（４）第４変形例に係る受発光装置
次に、第４変形例に係る受発光装置５００について説明する。図１０は、受発光装置５００を模式的に示す断面図である。
【００８３】
受発光装置１００の例では、いわゆる利得導波型について説明した。これに対し、受発光装置５００では、いわゆる屈折率導波型であることができる。
【００８４】
すなわち、受発光装置５００では、図１０に示すように、コンタクト層１１０と、第２クラッド層１０８の一部とは、柱状部５１１を構成することができる。柱状部５１１の平面形状は、利得領域１６２，１６４と同じである。例えば、柱状部５１１の平面形状によって、電極１１２，１１３間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１６２，１６４の平面形状が決定される。なお、図示はしないが、柱状部５１１は、例えば、コンタクト層１１０、第２クラッド層１０８、および受発光層１０６から構成されていてもよいし、さらに、第１クラッド層１０４をも含んで構成されていてもよい。また、柱状部５１１の側面を傾斜させることもできる。
【００８５】
絶縁部１１６は、柱状部５１１の側方に設けられていることができる。絶縁部１１６は、柱状部５１１の側面に接していることができる。図示の例では、絶縁部１１６の上面は、コンタクト層１１０の上面と連続している。電極１１２，１１３間の電流は、絶縁部１１６を避けて、該絶縁部１１６に挟まれた柱状部５１１を流れることができる。絶縁部１１６は、受発光層１０６の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。これにより、平面方向において、利得領域１６２，１６４内に効率良く光を閉じ込めることができる。
【００８６】
４．  プロジェクター
次に、本実施形態に係るプロジェクター６００について説明する。図１１は、プロジェクター６００を模式的に示す図である。なお、図１１では、便宜上、プロジェクター６００を構成する筐体は省略している。プロジェクター６００は、本発明に係る受発光装置を有する。以下では、本発明に係る受発光装置として、受発光装置１００を用いた例について説明する。
【００８７】
プロジェクター６００において、赤色光、緑色光、青色光を出射する赤色光源（受発光装置）１００Ｒ，緑色光源（受発光装置）１００Ｇ、青色光源（受発光装置）１００Ｂは、上述した受発光装置１００である。
【００８８】
プロジェクター６００は、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光をそれぞれ画像情報に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）６０４Ｒ，６０４Ｇ，６０４Ｂと、液晶ライトバルブ６０４Ｒ，６０４Ｇ，６０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン（表示面）６１０に投射する投射レンズ（投射装置）６０８と、を備えている。また、プロジェクター６００は、液晶ライトバルブ６０４Ｒ，６０４Ｇ，６０４Ｂから出射された光を合成して投写レンズ６０８に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）６０６を備えていることができる。
【００８９】
さらに、プロジェクター６００は、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光の照度分布を均一化させるため、各光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂよりも光路下流側に、均一化光学系６０２Ｒ，６０２Ｇ，６０２Ｂを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ６０４Ｒ，６０４Ｇ，６０４Ｂを照明している。均一化光学系６０２Ｒ，６０２Ｇ、６０２Ｂは、例えば、ホログラム６０２ａおよびフィールドレンズ６０２ｂによって構成される。
【００９０】
各液晶ライトバルブ６０４Ｒ，６０４Ｇ，６０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム６０６に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ６０６によりスクリーン６１０上に投写され、拡大された画像が表示される。
【００９１】
なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。
【００９２】
また、受発光装置１００を、受発光装置１００からの光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置である走査手段を有するような走査型の画像表示装置（プロジェクター）の光源装置にも適用することが可能である。
【００９３】
プロジェクター６００によれば、赤色光源６００Ｒ，緑色光源６００Ｇ，青色光源６００Ｂとして、受発光装置１００を用いることができる。受発光装置１００では、上述のとおり、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる。そのため、例えば、別途、受光素子を設置する場合と比較して、部品点数の削減および製造コストの削減が可能なプロジェクター６００を得ることができる。
【００９４】
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００９５】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００９６】
１０  光、２０  光、１００  受発光装置、１０２  基板、１０４  第１クラッド層、
１０５  第１側面、１０６  受発光層、１０７  第２側面、１０８  第２クラッド層、
１１０  コンタクト層、１１２  第１電極、１１３  第２電極、１１４  第３電極、
１１５  電極層、１１６  絶縁部、１６０  発光領域、１６２  第１利得領域、
１６４  第２利得領域、１７０  第１端面、１７２  第２端面、１７４  第３端面、
１７６  第４端面、１８０  第１分離溝、１８０ａ  第１分離溝の内周、
１８０ｂ  第１分離溝の外周、１９０  受光領域、２００  受発光装置、
２６６  利得領域対、２８０  第２分離溝、３００  受発光装置、４００  受発光装置、
４０５  第３側面、４６２  第３利得領域、４７０  第５端面、４７２  第６端面、
４７８  重なり面、５００  受発光装置、５１１  柱状部、６００  プロジェクター、
６０２  均一化光学系、６０２ａ  ホログラム、６０２ｂ  フィールドレンズ、
６０４  液晶ライトバルブ、６０６  クロスダイクロイックプリズム、
６０８  投写レンズ、６１０  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011014580.tif 000010
【図９】
2011014580.tif 000011
【図１０】
2011014580.tif 000012
【図１１】
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