(57)【要約】【課題】ＴＥ／ＴＭ偏光比を高くして光の利用効率を向上できる半導体発光素子を実現し、該半導体発光素子をバックライト光源に用いた、偏光板が不要となる液晶表示装置を実現できるようにする。【解決手段】半導体発光素子は、基板１０１の上に形成された活性層１０４及び該活性層１０４の上に形成されたリッジ導波路１０７ａを含み、前端面及び後端面の少なくとも一方から光を放射する半導体積層体を有している。リッジ導波路１０７ａは、前端面及び後端面との間に少なくとも１つの非接続部となる溝部１１３を有し、該溝部１１３によって隔たれた複数の導波路部１０７ａ１、１０７ａ２及び１０７ａ３から形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された発光層及び該発光層を含む光導波路を有し、前端面及び後端面の少なくとも一方から光を放射する半導体積層体を備え、
前記光導波路は、前記前端面及び後端面との間に少なくとも１つの非接続部を有し、該非接続部によって隔たれた複数の導波路部から形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記非接続部は、前記光導波路を分断する凹部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記光導波路と前記凹部との界面の法線方向は、前記光導波路の延伸方向から傾斜しており、
前記光は、前記界面での屈折により前記非接続部を導波することを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記光導波路と前記凹部との界面における、該界面の法線方向と前記光導波路の延伸方向とがなす角度θは、臨界角をθｃとしたときに、
θｃ／２≦θ＜θｃ
の関係が成り立つことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記複数の導波路部は、互いに隣接する導波路部同士の延伸方向における中心軸が互いにずれて形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体積層体は、前記前端面又は前記後端面から誘導放出光を出射するスーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）素子を構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記半導体積層体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるIII族窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記半導体積層体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＡｓｚＰ１−ｚ（但し、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるIII-Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から光の照射を受ける導光板と、
前記導光板を透過した光を受ける液晶パネルとを備え、
前記半導体発光素子から前記液晶パネルまでの間の光の導波経路中には、偏光板が設けられていないことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及びそれを用いた液晶表示装置に関し、特に発光の偏光性を制御する半導体発光素子及びそれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型及び高出力等の優れた特徴を持つことから、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子並びに半導体レーザ素子の半導体発光素子が、通信及び光ディスク等のＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）技術に加え、医療及び照明等の幅広い技術分野で用いられている。近年では、特に薄型テレビ等の液晶パネルを用いた表示装置の光源としてＬＥＤ素子を利用することが急速に増えてきている。液晶表示装置は、透過型の光変調素子として液晶パネルを用い、その裏面に光源装置を配して光を液晶パネルに照射する。液晶パネルは、光源装置から照射された光の透過率を制御することによって画像を形成する。光源装置の光源として、従来は冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）が用いられてきたが、近年、省エネルギー化の流れの中で、ＬＥＤチップを用いたＬＥＤバックライト光源の開発が進んでいる。
【０００３】
現在のＬＥＤバックライト光源は、青色ＬＥＤ素子に黄色蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤ素子を用いる方式が一般的であり、ＬＥＤ素子の配置の方法により直下型とエッジ型とに大別される。直下型は、液晶パネルの裏側にＬＥＤ光源が格子状に配置されており、ローカルディミングと呼ばれる領域ごとに光源の明るさを制御する。直下型は映像のコントラスト比を向上できる反面、薄型化しにくい等の欠点がある。これに対し、エッジ型は、液晶パネルの周辺部にＬＥＤ光源を配置し、導光板によってパネル全体を照射するため、パネルの薄型化が容易でデザイン性が高い等の利点がある。エッジ型は、コスト面でもＬＥＤの実装数を減らせるという利点がある。
【０００４】
液晶パネルは、偏光板で偏光させた光をバックライト光源に利用しており、光源が無偏光の場合は、５０％の光を損失していることになる。従って、エッジ型のバックライト光源としては、高指向性及び高偏光性等の光学的特性が本来求められるが、現在利用されているＬＥＤ光源はこれらの特性を有しておらず、光源として最適化された状態にはない。高指向性及び高偏光性を持つ小型光源には、半導体レーザ素子があるが、半導体レーザ素子は光の可干渉性が高く、スペックルノイズが生じやすいという欠点がある。
【０００５】
そこで、高指向性、高偏光性及び低可干渉性を併せ持つ光源として、本願発明者は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）素子に着目した。ＳＬＤ素子は半導体レーザ（ＬＤ）素子と同様に光導波路を用いた半導体発光素子である。ＳＬＤ素子においては、注入キャリアの再結合により生じた自然放出光が、光出射端面方向に進む間に誘導放出による高い利得を受けて増幅され、光出射端面から放出される。ＳＬＤ素子がＬＤ素子と異なる点は、端面反射による光共振器の形成を抑え、ファブリ・ペローモードによるレーザ発振が生じないようにしていることである。そのため、ＳＬＤ素子は、通常のＬＥＤ素子と同様にインコヒーレントで広帯域なスペクトル形状を示すと共に、数十ｍＷ程度までの出力を得ることが可能である。特に、窒化物半導体を用いたＳＬＤ素子は、紫外から緑色までの可視域の高出力インコヒーレント光源として期待されている（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００６】
このように、高指向性、高偏光性及び低可干渉性を併せ持つ光源であるＳＬＤ素子をエッジ型バックライト光源に用いることにより、導光板との光結合効率の向上と、偏光板の削減とが可能となり、より高性能で低コストのバックライト光源として期待されている。
【０００７】
図１５に非特許文献１に示されている従来のＳＬＤ素子を示す。図１５に示すように、従来のＳＬＤ素子は、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板１の上に、厚さが１μｍのＡｌＧａＮ／ＧａＮからなる超格子層であるクラッド層２と、Ｓｉ添加ＧａＮからなるｎ型ガイド層３と、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸層４と、ＡｌＧａＮからなるバリア層５と、Ｍｇ添加ＧａＮからなるｐ型ガイド層６と、Ｍｇ添加ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層７と、ｐ型コンタクト層８とが順次積層されて構成されている。
【０００８】
ｐ型クラッド層７は、光導波路を形成するための、上部に断面凸型のリッジ部が形成され、該リッジ部の両側方には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜９が形成されている。また、基板１の裏面には、ｎ型コンタクト１０が形成されている。
【０００９】
さらに、絶縁膜９を含めクラッド層２からｐ型コンタクト層８における光の出射側の端面が導波路の延伸方向の垂直な面に対して傾斜して形成されている。これにより、光のモード反射率を低減してレーザ発振を抑制することにより、ＳＬＤ動作を可能としている。このように、ＳＬＤ素子は、レーザ素子と類似した光導波路構造を有しているため、高い指向性を持ちながら可干渉性が低い光を出力することが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】E. Feltin et al., Appl. Phys. Lett. 95, 081107 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、一般的な構造のＳＬＤ素子の偏光比は１５程度であり、ＬＤ素子の１００以上に比べると低いため、偏光板を削減できる程、高い変更比とはいえないという問題がある。これは、ＬＤ素子の高い偏光性が、光利得のＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ-Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏光／ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ-Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏光依存性と、共振器の両端の反射率のＴＥ偏光／ＴＭ偏光依存性とによるためである。一般的なＳＬＤ素子の場合は、共振器の端面による反射がほとんどないことから、結果として、偏光比がＬＤ素子と比べて低くなる。
【００１２】
本発明は、前記の問題に鑑み、その目的は、偏光比（ＴＥ／ＴＭ偏光比）を高くして光の利用効率を向上できる半導体発光素子を実現し、該半導体発光素子をバックライト光源に用いた、偏光板が不要となる液晶表示装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光素子を、光導波路の途中に該光導波路を分断する非接続部を設ける構成とする。
【００１４】
具体的に、本発明に係る半導体発光素子は、基板の上に形成された発光層及び該発光層を含む光導波路を有し、前端面及び後端面の少なくとも一方から光を放射する半導体積層体を備え、光導波路は前端面及び後端面との間に少なくとも１つの非接続部を有し、該非接続部によって隔たれた複数の導波路部から形成されている。
【００１５】
本発明の半導体発光素子によると、光導波路は前端面及び後端面との間に少なくとも１つの非接続部を有し、該非接続部によって隔たれた複数の導波路部から形成されている。このため、光導波路の非接続部において偏光選択性を持たせることができ、発光光のＴＥ／ＴＭ偏光比を増大することができるので、光の利用効率を向上することができる。
【００１６】
本発明の半導体発光素子において、非接続部は光導波路を分断する凹部であってもよい。
【００１７】
このようにすると、光の光導波路内における屈折率と非接続部における屈折率との差を大きくできるので、偏光選択性を高めて発光のＴＥ／ＴＭ偏光比を増大することができる。
【００１８】
本発明の半導体発光素子において、光導波路と凹部との界面の法線方向は、光導波路の延伸方向から傾斜しており、光は界面での屈折により非接続部を導波することが好ましい。
【００１９】
このようにすると、光導波路と凹部との界面における屈折（透過）と反射との比率がＴＥ波とＴＭ波で異なることを利用して、導波路の偏光選択性を高めることができるため、発光光のＴＥ／ＴＭ偏光比を増大することができる。
【００２０】
この場合に、光導波路と凹部との界面における該界面の法線方向と光導波路の延伸方向とがなす角度θは、臨界角をθｃとしたときに、θｃ／２≦θ＜θｃの関係が成り立つことが好ましい。
【００２１】
このようにすると、光導波路と凹部との界面におけるＴＥ波とＴＭ波との屈折（透過）と反射との比率の差を大きくすることができるため、発光光のＴＥ／ＴＭ偏光比を増大することができる。
【００２２】
また、この場合に、複数の導波路部は、互いに隣接する導波路部同士の延伸方向における中心軸が互いにずれて形成されていてもよい。
【００２３】
本発明の半導体発光素子において、半導体積層体は、前端面又は後端面から誘導放出光を出射するスーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）素子を構成することが好ましい。
【００２４】
本発明の半導体発光素子において、半導体積層体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるIII族窒化物半導体からなっていてもよい。
【００２５】
このようにすると、本半導体発光素子を、高指向性、高偏光性及び低可干渉性を有する青色又は緑色の光源として利用することができる。特に、青色ＳＬＤ光源は、黄色、又は緑色蛍光体及び赤色蛍光体を組み合わせることにより、白色光源として利用できる。
【００２６】
また、本発明の半導体発光素子において、半導体積層体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＡｓｚＰ１−ｚ（但し、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるIII-Ｖ族化合物半導体からなっていてもよい。
【００２７】
このようにすると、高指向性、高偏光性及び低可干渉性を有する赤色光源として利用できる。また、青色、緑色及び赤色のＳＬＤ光源により、より色再現性が高いバックライト光源又はディスプレイ光源としても利用できる。
【００２８】
本発明に係る液晶表示装置は、本発明の半導体発光素子と、該半導体発光素子から光の照射を受ける導光板と、導光板を透過した光を受ける液晶パネルとを備え、半導体発光素子から液晶パネルまでの間の光の導波経路中には偏光板が設けられていない。
【００２９】
本発明の液晶表示装置によると、半導体発光素子から液晶パネルまでの間の光の導波経路中に偏光板が設けられていないため、低消費電力で且つ低コストの光源を実現することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る半導体発光素子及びそれを用いた液晶表示装置によると、半導体発光素子の偏光比を増大することができ、その結果、薄型、低消費電力及び低コストの液晶表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子であって、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線における断面図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係るリッジ導波路と光の導波経路とを示す模式的な平面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る半導体発光素子のリッジ導波路に対して垂直な方向の断面図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る半導体発光素子の平面図である。
【図５】図５（ａ）はフレネルの式による反射・（透過）屈折現象を模式的に示す断面図であり、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の屈折光と反射光との０次近似であって、図５（ｂ）は反射率の入射角度依存性を示すグラフであり、図５（ｃ）は透過率の入射角度依存性を示すグラフである。
【図６】図６は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の光導波路の非接続部における偏光選択性のＦＤＴＤシミュレーションモデルを示す模式的な平面図である。
【図７】図７は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の光導波路の非接続部における偏光選択性のＦＤＴＤシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図８】図８は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の光導波路の非接続部における偏光比選択比の端面角度依存性を示すグラフである。
【図９】図９は本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る半導体発光素子の模式的な平面図である。
【図１０】図１０は本発明の第１の実施形態の第４変形例に係る半導体発光素子の模式的な平面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は本発明の第１の実施形態の第５変形例に係る半導体発光素子であって、図１１（ａ）は平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のXIｂ−XIｂ線における断面図であり、図１１（ｃ）は図１１（ａ）の領域Ｃの断面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第６変形例に係る半導体発光素子であって、図１２（ａ）は平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のXIIｂ−XIIｂ線における断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は本発明の比較例に係る半導体発光素子であって、図１３（ａ）は平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のXIIIｂ−XIIIｂ線における断面図であり、図１３（ｃ）は図１３（ａ）のXIIIｃ−XIIIｃ線における断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置であって、図１４（ａ）は表示機構の分解断面図であり、図１４（ｂ）は右側面（断面）図であり、図１４（ｃ）は正面図である。
【図１５】図１５は従来のＧａＮ系ＳＬＤ素子を示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施形態は一例であって、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【００３３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態においては、窒化物半導体を用いた、波長が４５０ｎｍの青色光を出力する青色ＳＬＤ素子について説明する。
【００３４】
第１の実施形態に係る青色ＳＬＤ素子は、リッジ導波路を、その途中に設けた少なくとも１つの溝部によって非接続部を形成し、非接続部により分断された導波路部を導波する光が非接続部で透過屈折し、且つ、非接続部で隔たれた互いに隣接する導波路部に円滑に導波するように設計されたＳＬＤ素子である。このように、非接続部を介した透過屈折により偏光比を増大することができる。
【００３５】
具体的には、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、本実施形態に係る青色ＳＬＤ素子は、ｎ型ＧａＮからなる基板１０１の上に、ｎ型ＧａＮからなるバッファ層（図示せず）、ｎ型クラッド層１０２、ｎ型ガイド層１０３、活性層１０４、ｐ側ガイド層１０５、ｐ型ＡｌＧａＮからなるキャリアオーバフロー抑制（ＯＦＳ）層１０６、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型ＧａＮコンタクト層（図示せず）が順次形成された半導体積層体を有している。
【００３６】
ｐ型クラッド層１０７の上部は、リッジストライプ状に加工されてリッジ導波路１０７ａを形成している。ｐ型クラッド層１０７の上には、リッジストライプ部の頂面を露出する開口部を有するＳｉＯ２からなる誘電体ブロック層１１０が形成されている。リッジストライプ部の頂面にはｐ側電極１０８が形成されている。
【００３７】
ｐ側電極１０８を含む誘電体ブロック層１１０の上には、ｐ側電極１０８と接続される配線電極１０９が形成されている。また、基板１０１のｎ型クラッド層１０２と反対側の面（裏面）上には、ｎ側電極１１１が形成されている。
【００３８】
リッジ導波路１０７ａには、光の導波経路中において非接続部となる少なくとも１つの溝部、ここでは２つの溝部１１３が設けられている。すなわち、図２に示すように、リッジ導波路１０７ａは、反射端面側から、第１の導波路部１０７ａ１、第２の導波路部１０７ａ２及び第３の導波路部１０７ａ３に分断されている。さらに、２つの溝部１１３に挟まれた第２の導波路部１０７ａ２は、屈折角を考慮して、光の損失を最小にできるように平面視でジグザグ状に配置されている。このように、第１の実施形態に係るリッジ導波路１０７ａは、各導波路部１０７ａ１〜１０７ａ３及び２つの溝部１１３によって構成される。
【００３９】
また、図１（ａ）に示すように、光の出射端面１１２は、リッジ導波路１０７ａの延伸方向（長手方向）に対して垂直な方向の面から５°〜２５°程度傾斜した面を有する極低反射端面として形成されている。
【００４０】
なお、図１（ａ）においては、六方晶ＧａＮ系結晶の面方位をｃ、ａ、ｍで示している。ｃは面方位が（０００１）面の法線ベクトル、すなわちｃ軸を表し、ａは面方位が（１１−２０）面とその等価面の法線ベクトル、すなわちａ軸を表し、ｍは面方位が（１−１００）面とその等価面の法線ベクトル、すなわちｍ軸を表している。ここで、本明細書においては、面方位におけるミラー指数に付した負符号”−”は、該負符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。
【００４１】
以下、前記のように構成された青色ＳＬＤ素子の製造方法について説明する。
【００４２】
（結晶成長工程）
まず、例えば、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法により、主面の面方位が（０００１）面であり、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３程度のｎ型六方晶ＧａＮからなる基板１０１の主面上に、厚さが２μｍのｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層１０２を成長する。続いて、ｎ型クラッド層１０２の上に、厚さが０．１０μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３と、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるバリア層及びＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなる量子井戸層を３周期分含む量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０４とを順次成長する。
【００４３】
続いて、ＭＱＷ活性層１０４の上に、厚さが０．０５μｍのアンドープ又はｐ型ＧａＮからなるｐ側ガイド層１０５を成長する。続いて、ｐ側ガイド層１０５の上に、厚さが２０ｎｍのＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなるキャリアオーバフロー抑制層（ＯＦＳ層）１０６を成長する。続いて、ＯＦＳ層１０６の上に、厚さがそれぞれ２ｎｍのｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層とＧａＮ層とを１６０周期分繰り返してなり、厚さが０．５０μｍの歪超格子層であるｐ型クラッド層１０７と、厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層（図示せず）とを順次成長する。
【００４４】
各ｎ型半導体層には、シリコン（Ｓｉ）がドナー不純物として５×１０１７ｃｍ−３程度の濃度にドーピングされている。また、各ｐ型半導体層には、マグネシウム（Ｍｇ）がアクセプタ不純物として１×１０１９ｃｍ−３程度の濃度にドーピングされている。なお、最上層のｐ型コンタクト層には、Ｍｇが１×１０２０ｃｍ−３程度の高濃度にドーピングされている。また、ＯＦＳ層１０６は、Ａｌの組成を２０％と高く設定することによりバンドギャップを大きくしている。従って、バンドギャップが大きいＯＦＳ層１０６により、伝導帯を流れる電子が価電子帯を流れる正孔よりも移動度が高いために、ＭＱＷ活性層１０４を通過してしまい、該活性層１０４以外の半導体層で非発光再結合してしまうことを抑制することができる。
【００４５】
なお、本実施形態に係る半導体積層構造は、一例であり、半導体積層構造及び成長方法はこれに限られない。例えば、半導体積層体を形成する際の結晶成長法には、ＭＯＣＶＤ法の他に、分子ビーム成長（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法又は化学ビーム成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＣＢＥ）法等の、ＧａＮ系半導体積層構造が成長可能な方法を用いてもよい。
【００４６】
ＭＯＣＶＤ法を用いた場合の原料としては、例えばＧａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＡｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いればよい。さらに、ｎ型不純物であるＳｉ原料にはシラン（ＳｉＨ４）ガスを用い、ｐ型不純物であるＭｇ原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いればよい。
【００４７】
（リッジ導波路形成工程）
次に、ＣＶＤ法により、ｐ型コンタクト層の上の全面に、厚さが２００ｎｍの第１のＳｉＯ２膜（図示せず）を堆積する。その後、基板１０１を温度が８５０℃の窒素（Ｎ２）雰囲気で且つ３０分間の熱処理を施して、各ｐ型半導体層のＭｇを活性化する。続いて、リソグラフィ及びＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法等によるドライエッチングにより、第１のＳｉＯ２膜に対してエッチングを行って、ｐ型コンタクト層の上のリッジ導波路の形成領域にＳｉＯ２からなる第１のマスク膜を形成する。その後、第１のマスク膜を用いて、塩素（Ｃｌ２）ガス又は四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）ガスによるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）ドライエッチングにより、ｐ型コンタクト層及びその下のｐ型クラッド層１０７の上部に対して約０．５μｍ程度エッチングして、平面ジグザグ状のリッジストライプ部を形成する。この際、紫外光源を用いた干渉波形のモニタリングにより、エッチングの掘り量を精度良く制御するのが一般的である。ここでは、リッジ導波路１０７ａの底辺の幅は約１．５μｍとしている。
【００４８】
なお、図３に示すように、第１変形例として、本リッジ導波路形成工程において、リッジ導波路１０７ａの両側に溝部を形成することにより、リッジ導波路１０７ａの頂面と高さが等しい台座部１０７ｂを形成してもよい。このような構造とすることにより、リッジ導波路１０７ａだけが凸部となって、実装時等にＳＬＤ素子が機械的なダメージを受けることを防止することができる。なお、リッジ導波路１０７ａと台座部１０７ｂとの間隔は５μｍ〜１５μｍ程度が好ましく、本変形例においては、該間隔を７μｍとしている。
【００４９】
（溝部形成工程）
次に、第１のマスク膜を緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）によって除去する。その後、再度ＣＶＤ法により、ｐ型コンタクト層を含み、リッジ導波路１０７ａが形成されたｐ型クラッド層１０７の上に、厚さが８００ｎｍの第２のＳｉＯ２膜（図示せず）を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びＲＩＥによるドライエッチング法により、第２のＳｉＯ２膜を選択的にエッチングして、リッジ導波路１０７ａを分断する複数の凹部を形成する領域が露出された開口部を有する第２のマスク膜を形成する。続いて、第２のマスク膜を用いて、Ｃｌ２ガス又はＳｉＣｌ４ガスによるＩＣＰドライエッチングにより、半導体積層体に対してｐ型コンタクト層の上面から約３μｍ程度の深さにエッチングして、複数の凹部を形成する。このとき、複数の凹部は、リッジ導波路１０７ａの非接続部となる溝部１１３と、光の出射端面である極低反射端面１１２とを同時に形成することができる。これら凹部の深さを別々に設定する場合は、２工程に分けて形成すればよい。
【００５０】
ここで、第１の実施形態においては、各溝部１１３がリッジ導波路１０７ａの延伸方向に対して垂直な方向の面となす角θＢを１９．５°に設定している。また、各溝部１１３の幅を１μｍに設定し、極低反射端面１１２がリッジ導波路１０７ａの延伸方向に対して垂直な方向の面となす角θＦを１０°に設定している。
【００５１】
なお、図４に示すように、第２変形例として、本溝部形成工程において、１枚のウェハから複数の半導体発光素子を分割して得るための劈開補助溝１１５を各素子の周囲に同時に形成してもよい。ウェハに劈開補助溝１１５を形成することにより、素子分割時の歩留まりを向上することができる。
【００５２】
（誘電体ブロック層及びｐ側電極形成工程）
続いて、第２のマスク膜を緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）で除去する。その後、再度ＣＶＤ法により、厚さが３００ｎｍの第３のＳｉＯ２膜（図示せず）をウェハ上の全面に堆積する。続いて、リソグラフィ法及び緩衝フッ酸溶液によるウェットエッチング法により、第３のＳｉＯ２膜に、リッジ導波路１０７ａの頂面、すなわちｐ型コンタクト層をそれぞれ露出する複数の開口部を形成して、誘電体ブロック層１１０を形成する。なお、誘電体ブロック層１１０に複数の開口部を形成するには、リソグラフィ法に代えて、成膜後のレジスト膜にエッチバックを行って、それぞれ開口部を形成しても構わない。
【００５３】
続いて、電子線蒸着法により、誘電体ブロック層１１０の各開口部に、パラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）からなるｐ側電極１０８を形成する。なお、電子線蒸着は、基板１０１を７０℃に加熱して行い、Ｐｄ膜及びＰｔ膜の膜厚はそれぞれ４０ｎｍと３５ｎｍとしている。その後、温度が４００℃の熱処理を加えて、２×１０−４Ωｃｍ２以下の良好なコンタクト抵抗を得ることができる。蒸着時の温度については、検討の結果、７０℃〜１００℃程度に加熱した場合に最もコンタクト抵抗が良化し、密着性も向上することが明らかとなっている。さらに、パターニングに用いるレジストの熱耐性をも考慮すると、７０℃程度の温度で蒸着を行うことが、プロセスの歩留まりも低下せず、コンタクト抵抗も良化する適当な条件である。
【００５４】
続いて、リソグラフィ及び緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングにより、溝部１１３の側壁上に堆積したＳｉＯ２膜を除去する。この工程により、溝部１１３は空気層のみとすることができる。但し、後述するように側壁部のＳｉＯ２膜は除去せずにそのまま保護膜として用いても構わない。
【００５５】
（配線電極形成工程）
次に、リソグラフィ法及び電子線蒸着法により、複数のｐ側電極１０８を含め誘電体ブロック層１１０の上に、各ｐ側電極１０８が互いに電気的に接続されるように、チタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなる配線電極１０９を形成する。ここで、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕの各膜厚はそれぞれ５０ｎｍ、３５ｎｍ及び５００ｎｍである。
【００５６】
なお、上述したように、一般に基板１０１はウェハ状態であって、複数のレーザ素子は基板１０１の主面上に行列状に形成される。従って、ウェハ状態にある基板１０１から個々のレーザ素子を劈開により分割する際に、配線電極１０９が素子間にわたって連続して形成されると、配線電極１０９と密着したｐ側電極１０８がｐ型コンタクト層から剥がれるおそれがある。そこで、配線電極１０９は互いに隣接するチップ同士で分かれて形成されていることが望ましい。さらに、電解めっき法により、配線電極１０９の上層のＡｕ層の厚さを３μｍ程度にまで増やして、パッド電極（図示せず）を形成すると、ＭＱＷ活性層１０４からの発熱を効果的に放熱させることができる。すなわち、厚さが３μｍ程度のＡｕからなるパッド電極によって、第１の実施形態に係るＳＬＤ素子の信頼性を向上することができる。
【００５７】
（裏面電極形成工程）
次に、基板１０１の裏面を研削及び研磨して、基板１０１の厚さを約１００μｍにまで薄膜化する。その後、薄膜化された基板１０１の裏面に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極１１１を形成する。ここで、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕの各膜厚は、それぞれ１５ｎｍ、３５ｎｍ及び３００ｎｍである。この構成により、１×１０−４Ωｃｍ２以下の良好なコンタクト抵抗を実現できる。ここで、次工程である劈開及び組立工程における認識パターンとして、リソグラフィ法及びウェットエッチング法により、上層のＡｕ膜にのみエッチングを行って、電極パターンを形成することが望ましい。
【００５８】
なお、基板１０１の研磨方法には、ダイヤモンドスラリ又はコロイダルシリカによる機械研磨法、又は例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等のアルカリ溶液を同時に用いる化学機械研磨法を用いてもよい。
【００５９】
（劈開及び組立工程）
次に、ウェハにおける劈開位置に劈開補助溝を形成する。その後、形成された劈開補助溝に沿ってブレーキングを行い、一次劈開を行うことにより共振器端面を形成する。続いて、光出射端面と反対側の端面（後端面）に、ＣＶＤ法等により反射率が約９５％の多層誘電体反射膜を形成する。その後、共振器の長手方向に平行な方向に二次劈開を行って、所望のＣＡＮパッケージに実装及び配線することによって、ＧａＮ系青色ＳＬＤ素子を作製できる。
【００６０】
図５（ａ）はフレネルの式による反射・（透過）屈折現象を模式的に示し、図５（ｂ）は反射率の入射角度依存性を示し、図５（ｃ）は透過率の入射角度依存性を示す。図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、ＴＥ偏光（ｐ波）とＴＭ偏光（ｓ波）とにおいて、反射率及び透過率が異なっており、ブリュースタ角と呼ばれる角度において、ＴＥ偏光は１００％透過となるが、ＴＭ偏光は一部しか透過されない。これは、光を幅を持たない直線として扱った０次近似であるが、定性的には有限の幅を持った導波路においても同様の現象が起こる。本願発明者は、この現象を利用することにより、導波路中に偏光選択性を付加することができ、従って、発光の偏光比の値を増大できることを見出した。
【００６１】
図６、図７及び図８に、リッジ導波路１０７ａの非接続部における光の伝搬の様子を有限差分時間領域（Ｆｉｎｉｔｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄ：ＦＤＴＤ ｍｅｔｈｏｄ）法を用いて計算した一例を示す。図６に示す二次元モデルにおいて、図７に示すように、ＴＥ偏光とＴＭ偏光とは透過率が異なり、ＴＥ偏光が優先的に導波されることが分かる。
【００６２】
図８はＴＥ偏光及びＴＭ偏光の透過率の角度依存性と偏光比の角度依存性とを示している。０次近似のブリュースタ角近傍においてＴＥ波の透過率が最大となり、偏光比も大きくなっていることが分かる。概ね臨界角θＣ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）を基準として、θＣ／２≦θ＜θＣの範囲であれば、偏光比の値の増大が期待できることが分かる。但し、もっともＴＥ波の損失が少ない角度を利用する方が、発光効率の観点からは好ましいため、本実施形態においては、θ＝１９．５°とする。
【００６３】
反射される半分程度のＴＭ波成分は、導波路の外部に放射されて損失となるため、できるだけ誘導放出による増幅作用を受ける前に導波路の外部に放射される方が全体の損失を小さくできる。従って、リッジ導波路１０７ａに非接続部（溝部１１３）を２箇所に設ける場合は、図９に示す第３変形例として、一方の端面からのみ光を出射し、他方の端面を反射面１１４とすると、リッジ導波路１０７ａの各領域１０７ａ１、１０７ａ２及び１０７ａ３の長さの比を１：２：２とすることが望ましい。このような比率にすることにより、各領域での最大増幅長を２Ｌ／５（Ｌは共振器長）と最も短くできるため、ＴＭ波の誘導放出によるキャリアの損失を最小限にすることができる。
【００６４】
また、図１０に示すように、第４変形例として、劈開端面の両端面から光を出射する場合は、リッジ導波路１０７ａの各導波路部１０７ａ１、１０７ａ２及び１０７ａ３の長さの比を１：１：１とすることが望ましい。このような比率にすることにより、各導波路部での最大増幅長をＬ／３（Ｌは共振器長）と最も短くすることができる。
【００６５】
ところで、非接続部（溝部１１３）は、３箇所以上に設けることが可能であり、数が多い程、偏光比は増大する。しかし、非接続部におけるＴＥ波の損失も０ではないため、非接続部の数を多くし過ぎると、ＳＬＤ素子のデバイスとしての特性の悪化をもたらす。
【００６６】
本実施形態におけるＳＬＤ構造では、２〜４つ程度の非接続部を設けることにより、偏光比が１００〜５００程度の特性を得ることができることが明らかとなっている。
【００６７】
また、本実施形態においては、リッジ導波路１０７ａの非接続部である溝部１１３は、空気層であり、その屈折率を１としたが、誘電体膜や樹脂膜等の発光光に対して透明な材料で埋め込んでもよい。
【００６８】
また、図１１（ｃ）に示すように、第５変形例として、溝部１１３の壁面（端面）を誘電体保護膜１１６で覆ってもよい。用いる材料の屈折率等によって、最適な傾斜角度が異なるため、それに合わせた設計が必要である。なお、リッジ導波路１０７ａと溝部１１３との屈折率差が大きい程、偏光選択性は大きくなるものの、第５変形例のように、信頼性の観点からは何らかの保護膜が形成されているほうが好ましい。また、溝部１１３を発光波長の吸収がない低屈折率材料で埋め込んでもよい。
【００６９】
なお、本実施形態においては、光の出射端面（前端面）をドライエッチングによる傾斜面とし、他方の端面（反射端面）を劈開による端面としたが、これとは逆に、出射端面を劈開により形成し、反射端面をドライエッチングにより形成する等、両端面の形成方法の組み合わせを変えても問題はない。
【００７０】
また、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、第６変形例として、反射面に誘電体多層膜１１７を設けることにより、反射端面を高反射面とすることも可能である。
【００７１】
（比較例）
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）に本発明の比較例に係る青色ＳＬＤ素子を示す。
【００７２】
図１３（ａ）に示すように、本比較例に係る青色ＳＬＤ素子は、リッジ導波路１０７ｃの延伸方向、すなわち光の共振方向が劈開面である出射端面に対して垂直ではなく、所定の角度（例えば、７°程度）だけ傾けて形成されている。
【００７３】
これにより、光のモード反射率を低減してレーザ発振が抑制されることにより、ＳＬＤ動作が可能となる。このように、比較例に係るＳＬＤ素子においても、可干渉性が低い光を出力することが可能である。
【００７４】
しかしながら、従来例と同様に、前端面である極低反射出射面１１２及び後端面である反射面１１４における偏光比（ＴＥ／ＴＭ偏光比）はＬＥＤ素子と比べて高くはなるものの、従来の液晶表示装置に必須の構成部材である偏光板を不要にできる程には高くならない。
【００７５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７６】
第２の実施形態においては、第１の実施形態及びその変形例に係る青色ＳＬＤ素子を用いた液晶表示装置について説明する。
【００７７】
図１４に示すように、第２の実施形態に係る液晶表示装置は、それぞれが第１の実施形態に係る青色ＳＬＤ素子からなる複数のＳＬＤ光源２０１と、各ＳＬＤ光源２０１からの光の照射をその下端部から受ける導光板２０３と、該導光板２０３を透過した光を前方に反射する反射板２０２と、導光板２０３を透過した光を前方に拡散する拡散板２０４と、該拡散板２０４からの光を裏面から受ける液晶パネル２０５とから構成されている。
【００７８】
この構成により、第２の実施形態に係る液晶表示装置は、ＳＬＤ光源として、第１の実施形態に係る青色ＳＬＤ素子からなり、高偏光比を有するＳＬＤ光源２０１を用いることにより、従来の液晶表示装置に必須の構成部材である、導光板２０３と拡散板２０４との間に設けられる偏光板を不要とすることができる。
【００７９】
その上、ＳＬＤ光源２０１からの光の利用効率が向上するため、より少ない光出力及び消費電力で同等の明るさを得ることができる。また、ＳＬＤ素子はＬＥＤと比べて、光の指向性が高いため、導光板２０３との結合効率が高く、また導光板２０３自体をより薄くすることができるので、液晶表示装置のさらなる薄型化が可能となる。
【００８０】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態においては、青色光（Ｂ）を出力するＳＬＤ素子について説明したが、化合物半導体材料における組成比、さらには材料系を変更することにより、赤色光（Ｒ）又は緑色光（Ｇ）のＳＬＤ光源２０１を実現することができる。例えば、半導体積層体に、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＡｓｚＰ１−ｚ（但し、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるIII-Ｖ族化合物半導体を用いれば、高指向性、高偏光性及び低可干渉性を有する赤色光源を得ることができる。
【００８１】
また、ＲＧＢの３色を出力可能なＳＬＤ光源を用いれば、色再現性が高いＳＬＤディスプレイ装置、ＲＧＢバックライトによるカラーフィルタレスの液晶表示装置、及びモバイルプロジェクタの光源等としても利用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係る半導体発光素子及びそれを用いた液晶表示装置は、半導体発光素子の偏光比を増大することができ、その結果、薄型、低消費電力及び低コストの液晶表示装置を実現できる。このため、超薄型の液晶表示装置用のバックライト光源等として有用である。
【符号の説明】
【００８３】
１０１      基板
１０２      ｎ型クラッド層
１０３      ｎ型ガイド層
１０４      活性層（発光層）
１０５      ｐ側ガイド層
１０６      キャリアオーバフロー抑制層
１０７      ｐ型クラッド層
１０７ａ    リッジ導波路（光導波路）
１０７ａ１  第１の導波路部
１０７ａ２  第２の導波路部
１０７ａ３  第３の導波路部
１０７ｂ    台座部
１０７ｃ    リッジ導波路
１０８      ｐ側電極
１０９      配線電極
１１０      誘電体ブロック層
１１１      ｎ側電極
１１２      出射端面（極低反射出射面）
１１３      溝部（凹部）
１１４      反射面
１１５      劈開補助溝
１１６      誘電体保護膜
１１７      誘電体多層膜
２０１      ＳＬＤ光源
２０２      反射板
２０３      導光板
２０４      拡散板
２０５      液晶パネル
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図７】
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