(57)【要約】【課題】レーザ発振させることなく光伝達部材へ入射される光量を増やすことができる光学装置を提供する。【解決手段】光学装置１は、光源２と、集光部材３と、光ファイバー４とを備えている。光源２は、偏光光Ｌを照射可能な端面発光型の半導体発光ダイオード１１を備えている。半導体発光ダイオード１１は、ｍ面を成長面２１ａとする基板２１と、半導体積層構造２２と、ｎ側電極２３と、ｐ側電極２４と、反射膜２５とを備えている。半導体積層構造２２は、ｎ型半導体層２７と、発光層２８と、ｐ型半導体層２９とが、基板２１側から順に積層されている。集光部材３は、偏光光Ｌの多くを集光するために、偏光方向と直交する方向であるｃ軸方向のうち、半導体発光ダイオード１１の＋ｃ面からなる端面１１ａ側に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非極性面または半極性面を主面とし、六方晶の結晶構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体積層構造を有し偏光光を出射する端面発光型の半導体発光素子を有する光源と、
前記光源からの偏光光を集光する集光部材と、
前記集光された偏光光を伝達するための光伝達部材とを備えた光学装置。
【請求項２】
前記主面は、ｍ面であって、
前記集光部材は、前記半導体発光素子のｃ軸方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記半導体発光素子は、−ｃ面からなる端面を有し、
前記−ｃ面からなる端面には、光を反射可能な反射膜が形成され、
前記集光部材は、＋ｃ軸方向に配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項４】
前記半導体発光素子の一面の一部には、ｃ軸方向に延びる直線状の電極が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記光伝達部材は、光ファイバーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を有する光源を備えた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源と、光源からの光を伝達するための光ファイバーなどの光伝達部材とを備えた光学装置が知られている。このような光学装置においては、光ファイバーと光源との光学的な結合効率の観点から、光源に半導体レーザを用いることが多い。
【０００３】
しかしながら、このような光学装置を、例えば、ディスプレイに応用する場合、半導体レーザのコヒーレント性が高いためにスペックルノイズが発生するといった問題があった。また、半導体レーザを用いてレーザ発振させるには、大電流が必要となるので、消費電力の低減化を実現することが難しいといった問題があった。
【０００４】
そこで、スペックルノイズを解消し、消費電力の低減を実現するための技術として、レーザ発振することがない半導体発光ダイオードを光源に適用することが考えられる。このような半導体発光ダイオードとして、特許文献１に記載しているようなｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなる発光層を備えたものなどを適用できる。
【特許文献１】特公平７−７８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体レーザと異なり、半導体発光ダイオードから出射される光は出射角度が大きいため、レンズなどの集光部材を用いても光学的な結合効率が低く、光伝達部材へ入射させることが可能な光量が少ないといった課題があった。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、レーザ発振させることなく、光伝達部材へ入射される光量を増やすことができる光学装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、非極性面または半極性面を主面とし、六方晶の結晶構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体積層構造を有し偏光光を出射する端面発光型の半導体発光素子を有する光源と、前記光源からの偏光光を集光する集光部材と、前記集光された偏光光を伝達するための光伝達部材とを備えた光学装置である。
【０００８】
尚、ここでいう半導体発光素子とは、半導体発光ダイオードのみならず、レーザ発振以下の電流で使用される半導体レーザをも含む概念である。また、ここでいう非極性面または半極性面とは、オフ角が０°の非極性面または半極性面のみならず、非極性面または半極性面の面方位から±１°以内のオフ角を有する面をも含む概念である。更に、偏光光を出射するとは、１００％の光がいずれかの方向に偏光した状態の光を出射している場合のみならず、いずれかの方向に少なくとも偏光成分の偏りがある状態の光を出射している場合をも含む概念である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記主面は、ｍ面であって、前記集光部材は、前記半導体発光素子のｃ軸方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置である。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記半導体発光素子は、−ｃ面からなる端面を有し、前記−ｃ面からなる端面には、光を反射可能な反射膜が形成され、前記集光部材は、＋ｃ軸方向に配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の光学装置である。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、前記半導体発光素子の一面の一部には、ｃ軸方向に延びる直線状の電極が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学装置である。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、前記光伝達部材は、光ファイバーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、偏光光を出射する半導体発光素子を有する光源を備えているので、偏光光の偏光方向と直交する方向、すなわち、偏光光の光量が大きい方向に集光部材を配置することによって、集光部材により集光される光量を増やすことができる。これにより、レーザ発振させることなく、光伝達部材に入射する光量を増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態による光学装置について説明する。図１は、本発明の第１実施形態による光学装置の概略構成図である。図２は、半導体発光ダイオードの斜視図である。図３は、半導体発光ダイオードの断面図である。
【００１５】
図１に示すように、光学装置１は、光源２と、集光部材３と、光ファイバー（請求項の光伝達部材に相当）４とを備えている。
【００１６】
光源２は、端面発光型の半導体発光ダイオード（請求項の半導体発光素子に相当）１１と、半導体発光ダイオード１１を冷却するために設置するマウント１２と、半導体発光ダイオード１１と外部とを電気的に接続する端子１３とを備えている。
【００１７】
半導体発光ダイオード１１は、偏光光Ｌを出射するためのものである。図２及び図３に示すように、半導体発光ダイオード１１は、基板２１と、半導体積層構造２２と、ｎ側電極２３と、ｐ側電極２４と、反射膜２５とを備えている。
【００１８】
基板２１は、ＧａＮ単結晶からなる。基板２１は、非極性面であるｍ面を成長面２１ａとしたものである。成長面２１ａ上には、ｍ面を主面とする半導体積層構造２２が形成されている。尚、ここでいうｍ面とは、ｍ面の面方位から±１°以内のオフ角を有する面を含む概念である。
【００１９】
半導体積層構造２２は、ｍ面を主面とする六方晶の結晶構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる。半導体積層構造２２は、ａ軸方向に偏光している偏光光Ｌをｃ軸方向に出射する。半導体積層構造２２は、ｎ型半導体層２７と、発光層２８と、ｐ型半導体層２９とが、基板２１側から順に積層されている。
【００２０】
ｎ型半導体層２７は、基板２１側から順に、ｎ型層３１と、ｎ型クラッド層３２と、ｎ型ガイド層３４とが積層されている。
【００２１】
ｎ型層３１は、約３×１０１８ｃｍ−３の濃度のＳｉがｎ型ドーパントとしてドープされた厚さ約２μｍのｎ型ＧａＮ層からなる。
【００２２】
ｎ型クラッド層３２は、後述するｐ型クラッド層３６とともに、発光層２８からの偏光光を閉じ込めるためのものである。ｎ型クラッド層は、約１×１０１８ｃｍ−３の濃度のＳｉがｎ型ドーパントとしてドープされた厚さ約１．５μｍ以下、例えば、約１．０μｍのｎ型ＡｌＧａＮ層からなる。ｎ型クラッド層３２は、光の閉じ込め効果を高め、発光効率を高めるためにｎ型ガイド層３３よりもバンドギャップが広くなるように構成されている。
【００２３】
ｎ型ガイド層３３は、後述するｐ型ガイド層３５とともにキャリア（電子及び正孔）を発光層２８に閉じ込めるためのものである。ｎ型ガイド層３３は、約１×１０１８ｃｍ−３の濃度のＳｉがｎ型ドーパントとしてドープされた厚さ約０．１μｍのｎ型ＧａＮ層からなる。
【００２４】
発光層２８は、量子井戸層とバリア層とが交互に周期的にそれぞれ２層〜７層（好ましくは、３層以下）積層された量子井戸構造を有する。量子井戸層は、厚さ約３ｎｍのＩｎＧａＮ層からなる。量子井戸層は、バンドギャップを小さくするために、Ｇａに対するＩｎの組成比が５％以上となるように構成されている。尚、Ｉｎの組成比を変えることによって、発光層２８で発光される光の波長を約４００ｎｍ〜約５５０ｎｍに変更することができる。バリア層は、量子井戸層よりもバンドギャップが大きい厚さ約９ｎｍのＧａＮ層からなる。
【００２５】
ｐ型半導体層２９は、発光層２８側から順に、ｐ型電子ブロック層３４、ｐ型ガイド層３５、ｐ型クラッド層３６と、ｐ型コンタクト層３７とが積層されている。
【００２６】
ｐ型電子ブロック層３４は、発光層２８からの電子の流出を防いで、電子及び正孔の再結合率を高めるものである。ｐ型電子ブロック層３４は、約５×１０１８ｃｍ−３の濃度のＭｇがｐ型ドーパントとしてドープされた厚さ約２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層からなる。
【００２７】
ｐ型ガイド層３５は、キャリアを閉じ込めるためのものである。ｐ型ガイド層３５は、約５×１０１８ｃｍ−３の濃度のＭｇがｐ型ドーパントとしてドープされた厚さ約０．１μｍのｐ型ＧａＮ層からなる。
【００２８】
ｐ型クラッド層３６は、発光層２８からの偏光光を閉じ込めるためのものである。ｐ型クラッド層３６は、約１×１０１９ｃｍ−３の濃度のＭｇがｐ型ドーパントとしてドープされた厚さ約１．５μｍ以下、例えば、厚さ約０．４μｍのｐ型ＡｌＧａＮ層からなる。ｐ型クラッド層３６は、光の閉じ込め効果を高め、発光効率を高めるためにｐ型ガイド層３５よりもバンドギャップが広くなるように構成されている。
【００２９】
ｐ型コンタクト層３７は、ｐ側電極２４とのオーミック接続を形成するための低抵抗層である。ｐ型コンタクト層３７は、約３×１０１９ｃｍ−３の濃度のＭｇがｐ型ドーパントとしてドープされた厚さ約０．３μｍのｐ型ＧａＮ層からなる。
【００３０】
ｎ側電極２３は、基板２１の裏面（ｍ面）の略全面にわたって平面状に形成されている。ｎ側電極２３は、Ａｌ金属からなり、基板２１とオーミック接続されている。尚、ｎ側電極２３は、端子１３を介して外部と電気的に接続されている。
【００３１】
ｐ側電極２４は、電流狭窄構造を構成するように、ｐ型コンタクト層３７上の上面（ｍ面）の幅方向（ａ軸方向）の略中央部分に、ｃ軸方向に延びるように直線状に形成されている。ｐ側電極２４は、約１μｍ〜約１００μｍの幅を有するＰｄ／Ａｕ合金からなり、ｐ型コンタクト層３７とオーミック接続されている。ｐ側電極２４は、端子１３を介して外部と電気的に接続されている。
【００３２】
反射膜２５は、発光層２８からの偏光光を＋ｃ軸側の端面（出射側の面、＋ｃ面）１１ａに反射するためのものである。反射膜２５は、−ｃ軸側の端面（−ｃ面）１１ｂに形成されている。反射膜２５は、絶縁性のＳｉＯ２膜とＺｒＯ２膜とが交互に複数回繰り返しｃ軸方向に積層された多重絶縁膜からなる。反射膜２５のＳｉＯ２膜の厚みは（λ／２ｎ１）に構成され、ＺｒＯ２膜の厚みは（λ／４ｎ２）に構成されている。尚、λは発光層２８からの偏光光の波長であり、ｎ１及びｎ２はそれぞれＳｉＯ２膜及びＺｒＯ２膜の屈折率である。これによって、反射膜２５は、発光層２８からの偏光光を約９９．５％反射することができる。尚、反射膜２５は、アルカリに溶けるなど化学的に弱い−ｃ面からなる端面１１ｂを保護する機能も有する。
【００３３】
次に、六方晶の結晶構造を有するＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物半導体について、図面を参照して説明する。図４は、六方晶の結晶構造のユニットセルの図である。
【００３４】
図４に示すように、１つのＩＩＩ族原子に対して、４つの窒素原子が結合している。４つの窒素原子は、ＩＩＩ族原子を中央に配置した正四面体の４つの頂点に配置されている。これらの４つの窒素原子は、１つの窒素原子がＩＩＩ族原子に対して＋ｃ軸方向に配置され、他の３つの窒素原子がＩＩＩ族原子に対して−ｃ軸側に配置されている。これにより、六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体は、分極がｃ軸方向に沿って形成される。
【００３５】
ｃ軸は、六角柱の中心軸方向に沿い、このｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）がｃ面（０００１）である。ｃ面に平行な２つの面でＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を劈開すると、＋ｃ面はＩＩＩ族原子が配列された結晶面となり、−ｃ面は窒素が配列された結晶面となる。そのため、＋ｃ面と−ｃ面は異なる性質を示す極性面となる。尚、異なる性質とは、＋ｃ面はアルカリに溶けにくく化学反応に対する耐久性が高く、−ｃ面はアルカリに溶け易く化学反応に対する耐久性が低い。
【００３６】
六角柱の側面がｍ面（１−１００）であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がａ面（１１−２０）である。これらは、ｃ面に対して直交する結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、非極性面である。更に、ｃ面に対して傾斜している（平行も直交もしていない）結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているため、若干の極性のある平面、すなわち、半極性面である。半極性面の具体例は、（１０−１１）面、（１０−１３）面、（１１−２２）面などの面である。
【００３７】
非特許文献１（T.Takeuchi et al., Jap. J. Appl. Phys. 39, 413-416, 2000）には、ｃ面に対する結晶面の偏角と当該結晶面の法線方向の分極との関係が示されている。非特許文献１には、（１１−２４）面、（１０−１２）面なども分極の小さい結晶面であることが記載されており、これらの面からも偏光状態の光を取り出すことができる結晶面であるといえる。
【００３８】
本願の発明者は、上述の半導体発光ダイオード１１のＥＬ発光に関する実験を行い、半導体発光ダイオード１１の偏光比について調べた。結果は、駆動電流が１ｍＡの際の偏光比が０．７７であることがわかった。ここでいう偏光比とは、ｃ軸に直交する偏光強度をＩＯ（ａ軸に対する偏光強度）とし、ｃ軸に平行な偏光強度をＩＰとした場合、（ＩＯ−ＩＰ）／（ＩＯ＋ＩＰ）で与えられる値である。光は、偏光方向と直交する方向に伝搬するので、ａ軸方向の偏光成分はｃ軸方向に伝搬する。その結果、ｃ軸方向の光量は、ａ軸方向の光量の５倍以上となる。
【００３９】
集光部材３は、半導体発光ダイオード１１から出射された偏光光Ｌを集光して、光ファイバー４へと入射するためのものである。集光部材３は、一対の凸レンズ４１、４２を備えている。集光部材３は、偏光光Ｌの多くを集光するために、偏光方向と直交する方向であるｃ軸方向のうち、半導体発光ダイオード１１の＋ｃ面からなる端面１１ａ側に配置されている。集光部材３は、光源２と光学的に接続されている。
【００４０】
光ファイバー４は、光源２の半導体発光ダイオード１１から出射され、集光部材３により集光された偏光光Ｌを伝達するためのものである。光ファイバー４は、集光部材３と光学的に接続されている。
【００４１】
次に、上述した光学装置１の動作説明を行う。
【００４２】
まず、端子１３を介して半導体発光ダイオード１１に電流が供給される。これにより、ｐ側電極２４からｐ型半導体層２９を介して発光層２８に正孔が供給され、ｎ側電極２３から基板２１及びｎ型半導体層２７を介して発光層２８に電子が供給される。発光層２８に供給された正孔と電子は、再結合をして、約４００ｎｍ〜約５５０ｎｍの偏光光Ｌを発光する。
【００４３】
上述したように発光層２８で発光された偏光光Ｌのうち、多くの偏光光Ｌは±ｃ軸方向に伝搬する。ここで、−ｃ軸方向に伝搬する偏光光Ｌは、端面１１ｂに形成された反射膜２５により反射されて＋ｃ軸方向に伝搬する。＋ｃ軸方向に伝搬する偏光光Ｌは、＋ｃ面からなる端面１１ａから出射する。その後、偏光光Ｌは、集光部材３により集光される。集光された偏光光Ｌは、光ファイバー４に入射して、光ファイバー４内を伝達する。
【００４４】
次に、上述した光学装置１の製造方法について説明する。
【００４５】
最初に、半導体発光ダイオード１１の製造工程について説明する。
【００４６】
まず、ｍ面を成長面２１ａとするＧａＮ単結晶からなる基板２１を作製する。具体的には、ｃ面を成長面２１ａとしたＧａＮ単結晶から切り出す。その後、（０００１）方向及び（１１−２０）方向の両方向に対する方位誤差が、±１°以内（好ましくは±０．３°以内）となるように、切り出された基板２１のｍ面を化学的機械的研磨処理する。これにより、ｍ面を成長面２１ａとし、且つ、転位や積層欠陥といった結晶欠陥のないＧａＮ単結晶からなる基板２１を作製できる。尚、このような基板２１の表面には、原子レベルの段差が生じているにすぎない。そして、ｍ面を成長面２１ａとするＧａＮ単結晶からなる基板２１をＭＯＣＶＤ装置の処理室に導入する。
【００４７】
次に、基板２１の表面の粗面化を抑制するために、処理室にキャリアガス及びアンモニアガスを供給するとともに、基板２１の温度を約１０００℃〜約１１００℃（例えば、約１０５０℃）まで昇温する。
【００４８】
その後、アンモニアガスに加えてトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧ）ガス及びシランガスを供給する。これにより、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮ層からなるｎ型層３１を基板２１上に形成する。
【００４９】
次に、アンモニアガス、ＴＭＧガス及びシランガスに加えてトリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡ）ガスを供給する。これにより、ＳｉがドープされたＡｌＧａＮ層からなるｎ型クラッド層３２をｎ型層３１上に形成する。
【００５０】
その後、アンモニアガス、ＴＭＧガス及びシランガスの供給は継続しつつ、ＴＭＡガスの供給を停止する。これにより、ＳｉがドープされたＧａＮ層からなるｎ型ガイド層３３をｎ型クラッド層３２上に形成する。
【００５１】
次に、発光層２８をｎ型クラッド層３２上に形成する。具体的には、アンモニアガス、ＴＭＧガス及びトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩ）ガスを供給することにより、ＩｎＧａＮ層からなる発光層２８の量子井戸層を形成する。また、アンモニアガス、ＴＭＧガスを供給することにより、ＧａＮ層からなる発光層２８のバリア層を形成する。尚、この両工程において、基板２１の温度は約７００℃〜約８００℃、例えば、約７３０℃に設定されている。また、耐熱性を向上させるために、処理室内の圧力は７００ｔｏｒｒ以上が好ましい。これら量子井戸層とバリア層とを形成する両工程を交互に所望の回数行って発光層２８を形成する。
【００５２】
次に、基板２１の温度を約１０００℃〜約１１００℃（例えば、約１０００℃）まで昇温した後、アンモニアガス、ＴＭＧガス、ＴＭＡガス及びエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、ＥｔＣｐ２Ｍｇ）ガスを供給する。これにより、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮ層からなるｐ型電子ブロック層３４を発光層２８上に形成する。
【００５３】
その後、基板２１の温度を約９００℃〜約１１００℃（例えば、約１０００℃）に設定した状態で、アンモニアガス、ＴＭＧガス及びＥｔＣｐ２Ｍｇガスの供給を継続しつつ、ＴＭＡガスの供給を停止する。これにより、ＭｇがドープされたＧａＮ層からなるｐ型ガイド層３５をｐ型電子ブロック層３４上に形成する。
【００５４】
次に、アンモニアガス、ＴＭＧガス及びＥｔＣｐ２Ｍｇガスの供給を継続しつつ、ＴＭＡガスの供給を再開する。これにより、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮ層からなるｐ型クラッド層３６をｐ型ガイド層３５上に形成する。
【００５５】
その後、アンモニアガス、ＴＭＧガス及びＥｔＣｐ２Ｍｇガスの供給を継続しつつ、ＴＭＡガスの供給を停止する。これにより、ＭｇがドープされたＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層３７をｐ型クラッド層３６上に形成する。
【００５６】
尚、上述したｐ型半導体層２９を形成する場合は、発光層２８への熱ダメージを抑制するために１０００℃以下で行うことが好ましい。また、上述の半導体積層構造２２を形成する際における、ＴＭＧガスのモル分率に対するアンモニアガスのモル分率の比であるＶ／ＩＩＩ比は、１０００以上（好ましくは、３０００以上）の高い値に設定される。特に、点欠陥の少ない良好な結晶を形成するために、ｎ型クラッド層３２からｐ型コンタクト層３７までを形成する際において、Ｖ／ＩＩＩ比の平均値が１０００以上であることが好ましい。更に、このようなＶ／ＩＩＩ比により各層を形成することにより、バッファ層を介在させる必要がないので、半導体積層構造２２を構成する各層２７〜２９が無転位の状態で平坦に成長する。また、半導体積層構造２２は、主面から生じる積層欠陥や貫通転位を抑制できる。
【００５７】
次に、ｐ型コンタクト層３７上の所定の領域に、抵抗加熱法または電子線ビーム法などが可能な金属蒸着装置によりｐ側電極２４を形成する。その後、基板２１の裏面２１ｂに同様の金属蒸着装置によりｎ側電極２３を形成する。
【００５８】
次に、ｐ側電極２４に平行な方向及び垂直な方向に劈開して、個別素子に分割する。これによって、±ｃ面及び±ａ面に囲まれた半導体発光ダイオード１１に分割される。
【００５９】
次に、−ｃ面からなる端面１１ｂに反射膜２５を電子サイクロトロン成膜法などにより形成する。
【００６０】
次に、半導体発光ダイオード１１をマウント１２に設置し、ｐ側電極２４及びｎ側電極２３を端子１３と電気的に接続することによって光源２が完成する。
【００６１】
その後、光源２の半導体発光ダイオード１１の端面１１ａ側に集光部材３を光学的に接続する。更に、光ファイバー４を集光部材３に光学的に接続して光学装置１が完成する。
【００６２】
上述したように、第１実施形態による光学装置１は、ｍ面を主面とするＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体積層構造２２を有し偏光光Ｌを発光することが可能な半導体発光ダイオード１１を備え、偏光光Ｌの光量の多いｃ軸方向に集光部材３を配置している。これにより、レーザ発振させなくても、半導体発光ダイオード１１から出射する偏光光Ｌの多くを集光部材３により集光し、光ファイバー４に入射させることができる。また、レーザ発振させる際に必要な大電流を必要としないので、省電力化を実現することができる。
【００６３】
また、半導体発光ダイオード１１の−ｃ面からなる端面１１ｂに偏光光Ｌを反射可能な反射膜２５を設けることによって、＋ｃ面からなる端面１１ａから出射される偏光光Ｌを増やすことができるので、より多くの偏光光Ｌを集光部材３によって集光できる。更に、アルカリなどに弱い−ｃ面に反射膜２５を設けることによって、半導体発光ダイオード１１の耐久性を向上させることができる。
【００６４】
また、ｐ側電極２４をｃ軸方向、すなわち、偏光方向と直交する方向に延びる直線状に形成することによって、より光を集中させて＋ｃ軸方向へと出射することができるので、より光の結合効率を高めることができる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、図面を参照して第２実施形態による光学装置について説明する。図５は、第２実施形態による光学装置の概略図である。尚、第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００６６】
図５に示すように、光学装置１Ａは、３つの光源２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、集光部材５と、光ファイバー４とを備えている。
【００６７】
光源２Ａ〜２Ｃは、それぞれ異なる色、例えば、赤色、緑色及び青色の偏光光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を出射可能な半導体発光ダイオード１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを備えている。
【００６８】
集光部材５は、４つの凸レンズ４３、４４、４５、４６と、３つのハーフミラー４７、４８、４９とを備えている。３つの凸レンズ４３〜４５は、各半導体発光ダイオード１１Ａ〜１１Ｃから出射された偏光光Ｌ１〜Ｌ３を平行光にするためのものである。凸レンズ４３〜４５は、それぞれ半導体発光ダイオード１１Ａ〜１１Ｃの偏光方向と直交する方向に配置されている。凸レンズ４６は、凸レンズ４３〜４５により平行光にされた偏光光Ｌ１〜Ｌ３を集光して光ファイバー４に入射するためのものであり、光ファイバー４の入射面側に配置されている。ハーフミラー４７〜４９は、凸レンズ４３〜４５により平行光にされた偏光光Ｌ１〜Ｌ３を反射及び透過により凸レンズ４６へと導くためのものである。ハーフミラー４７〜４９は、凸レンズ４３〜４５を挟み光源２Ａ〜２Ｃと対向する位置に配置されている。
【００６９】
次に、第２実施形態による光学装置１Ａの動作説明を行う。
【００７０】
まず、光源２Ａ〜２Ｃの各半導体発光ダイオード１１Ａ〜１１Ｃのいずれかに電流が供給されると、電流が供給された半導体発光ダイオード１１Ａ〜１１Ｃから偏光光Ｌ１が出射される。
【００７１】
例えば、光源２Ａの半導体発光ダイオード１１Ａに電流が供給されると、凸レンズ４３により偏光光Ｌ１が平行光にされる。この後、偏光光Ｌ１はハーフミラー４７を透過した後、凸レンズ４６により集光されて光ファイバー４に入射する。
【００７２】
また、光源２Ｂの半導体発光ダイオード１１Ｂに電流が供給されると、凸レンズ４４により偏光光Ｌ２が平行光にされる。この後、偏光光Ｌ２は、ハーフミラー４８、４７により反射された後、凸レンズ４６により集光されて光ファイバー４に入射する。
【００７３】
また、光源２Ｃの半導体発光ダイオード１１Ｃに電流が供給されると、凸レンズ４５により偏光光Ｌ３が平行光にされる。この後、偏光光Ｌ３は、ハーフミラー４９により反射され、ハーフミラー４８は透過する。更に、偏光光Ｌ３は、ハーフミラー４７により反射された後、集光レンズにより集光されて光ファイバー４に入射する。
【００７４】
これによって、複数の光源２Ａ〜２Ｃの半導体発光ダイオード１１Ａ〜１１Ｃに電流が供給されて複数の偏光光Ｌ１〜Ｌ３が出射されると、集光部材５により複数の偏光光Ｌ１〜Ｌ３が合成される。
【００７５】
上述したように、第２実施形態による光学装置１Ａでは、偏光光Ｌ１〜Ｌ３を出射可能な半導体発光ダイオード１１Ａ〜１１Ｃと、偏光方向と直交する方向に配置された凸レンズ４３〜４５を有する集光部材５を備えているので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７６】
また、異なる色の偏光光Ｌ１〜Ｌ３を出射可能な３つの光源２Ａ〜２Ｃを設け、偏光光Ｌ１〜Ｌ３を合成可能な集光部材５を設けることによって、種々の色の光を出射することができる。
【００７７】
（第３実施形態）
次に、図面を参照して第３実施形態による光学装置について説明する。図６は、第３実施形態による光学装置の概略図である。尚、第１及び第２実施形態と同様の構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００７８】
図６に示すように、第３実施形態による光学装置１Ｂは、３つの光源２Ａ〜２Ｃと、３つの集光部材３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、光ファイバー４Ａとを備えている。
【００７９】
３つの集光部材３Ａ〜３Ｃは、それぞれ一対の凸レンズ４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び凸レンズ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを備えている。尚、各集光部材３Ａ〜３Ｃは、第１実施形態の集光部材３と同じ構成を有するので説明を省略する。
【００８０】
光ファイバー４Ａは、各光源２Ａ〜２Ｃから出射された偏光光を伝達しつつ合成するためのものである。光ファイバー４Ａは、３つの入射部４ａ、４ｂ、４ｃと、３つの入射部４ａ〜４ｃがバンドル化された１つの出射部４ｄとを備えている。
【００８１】
次に、第３実施形態による光学装置１Ｂの動作説明を行う。
【００８２】
まず、光源２Ａ〜２Ｃの半導体発光ダイオード１１Ａ〜１１Ｃのいずれかに電流が供給されると、電流が供給された半導体発光ダイオード１１Ａ〜１１Ｃから偏光光Ｌ１〜Ｌ３が出射される。
【００８３】
半導体発光ダイオード１１Ａ〜１１Ｃから出射された偏光光Ｌ１〜Ｌ３は、集光部材３Ａ〜３Ｃにより集光された後、光ファイバー４Ａの入射部４ａ〜４ｃに入射される。偏光光Ｌ１〜Ｌ３は、入射部４ａ〜４ｃを伝達した後、出射部４ｄで合成されて出射される。
【００８４】
上述したように、第３実施形態による光学装置１Ｂでは、偏光光Ｌ１〜Ｌ３を出射可能な半導体発光ダイオード１１Ａ〜１１Ｃと、偏光方向と直交する方向に配置された集光部材３Ａ〜３Ｃを備えているので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００８５】
また、異なる色の偏光光Ｌ１〜Ｌ３を出射可能な３つの光源２Ａ〜２Ｃを設け、これらの偏光光Ｌ１〜Ｌ３を合成可能な光ファイバー４Ａを設けることによって、種々の色を表現することができる。
【００８６】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００８７】
例えば、上述した光源に設けられる半導体発光ダイオードは、一例であり、層構造及び各層を構成する材料などは適宜変更可能である。例えば、半導体積層構造の主面は、ｍ面に限定されるものではなく、その他の非極性面または半極性面により構成してもよい。
【００８８】
また、上述した半導体発光ダイオードの代わりに半導体レーザダイオードを半導体発光素子として適用してもよい。このように半導体レーザダイオードを適用する場合は、レーザ発振する閾値電流以下で使用する。この場合においても、出射される光は偏光された偏光光となるので、その偏光方向に垂直な方向（ｃ軸方向）の偏光光の光量が多くなる。これにより、ランダム偏光（等方的に出射される光）を出射する半導体発光素子に比べて、特定の方向（ｃ軸方向）へと効率よく光を取り出すことができる。この結果、光源のｃ軸方向に集光部材を配置することにより、集光部材を介して光伝達部材（光ファイバー）に取り込まれる光量を増大させることができる。
【００８９】
また、上述した半導体発光ダイオードでは、クラッド層を設けたが、クラッド層を省略した半導体発光ダイオードを半導体発光素子として適用してもよい。このように構成しても、発光層から出射される光が偏光しているので、光集光部材を介して光伝達部材に取り込まれる光量を増大させることができる。
【００９０】
また、上述の実施形態では、光ファイバーを光伝達部材として適用したが、導波路型の光伝達部材を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１実施形態による光学装置の概略構成図である。
【図２】半導体発光ダイオードの斜視図である。
【図３】半導体発光ダイオードの断面図である。
【図４】六方晶の結晶構造のユニットセルの図である。
【図５】第２実施形態による光学装置の概略図である。
【図６】第３実施形態による光学装置の概略図である。
【符号の説明】
【００９２】
１、１Ａ、１Ｂ       光学装置
２、２Ａ〜２Ｃ       光源
３、３Ａ〜３Ｃ       集光部材
４、４Ａ      光ファイバー
５     集光部材
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ       半導体発光ダイオード
１１ａ 端面
１１ｂ 端面
２１   基板
２１ａ 成長面
２２   半導体積層構造
２３   ｎ側電極
２４   ｐ側電極
２５   反射膜
２７   ｎ型半導体層
２８   発光層
Ｌ、Ｌ１〜Ｌ３  偏光光
【図１】
2008305962.tif 000003
【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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