(57)【要約】【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および表示装置を提供すること【解決手段】光学素子は、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導波路から入射する光を反射して光軸を傾ける反射構造と、反射構造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とを有する。【選択図】図１
2017217101.tif 000002
【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、
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導波路から入射する光を反射して光軸を傾ける反射構造と、前記反射構造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とを有する
光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記反射構造は、前記第１導波路の中心線の延長線と交点を有する反射面を備える
光学素子。
【請求項３】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記テーパ構造は、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ている
光学素子。
【請求項４】
請求項１に記載の光学素子であって、
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
光学素子。
【請求項５】
請求項４に記載の光学素子であって、
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
光学素子。
【請求項６】
請求項４に記載の光学素子であって、
前記第２凹部を覆う誘電体層
をさらに具備する光学素子。
【請求項７】
請求項１に記載の光学素子であって、
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
光学素子。
【請求項８】
請求項７に記載の光学素子であって、
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
光学素子。
【請求項９】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記第２導波路は、前記第２導波路からの出射光の光軸が前記第１端の端面と非垂直になるように構成されている
光学素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学素子であって、
前記第２導波路は、前記第２導波路からの出射光の光軸の、前記第１端の端面の垂線に対する傾きが３°以上となるように構成されている
光学素子。
【請求項１１】
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導波路の中心線が直線となるように構成されている
光学素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学素子であって、
前記第1導波路は、前記第１導波路の中心線の延長線と前記第１端の端面が直交するように構成されている
光学素子。
【請求項１３】
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導波路の中心線の延長線と前記第２端の端面が直交するように構成されている
光学素子。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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、
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導波路から入射する光を反射して光軸を傾ける反射構造と、前記反射構造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とを有する
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】
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。【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。【０００４】
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。【０００５】
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１図を参照）。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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の図１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前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、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る。前記光学素子は、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ている。
前記活性層は、前記第１導電型層及び前記第２導電型層の間に設けられている。
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、及び前記第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。
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導波路及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。
前記第２導波路は、前記第１導波路から入射する光を反射して光軸を傾ける反射構造と、前記反射構造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とを有する。【００１５】
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導波路が、ビームスポットサイズを縮小するテーパ構造を有しているので、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。また、第２導波路が備える反射構造によって、第１導波路の出射光の光軸が傾けられるため、光出射端での反射光が第１導波路に到達して増幅されること（レーザ発振）が防止されている。【００１６】
前記反射構造は、前記第１導波路の中心線の延長線と交点を有する反射面を備えていてもよい。
この構成によれば、第１導波路からの出射光が反射面によって反射され、その光軸が傾けられる。【００１７】
前記テーパ構造は、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ていてもよい。
この構成によれば、第２導波路に入射した光はテーパ構造を進行しながら集光され、ビームスポットが縮小される。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
前記光学素子は、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。【００２１】
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導波路で発生及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。【００２２】
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及び高出力化を促進させることができる。【００２３】
前記第２導波路は、前記第２導波路からの出射光の光軸が前記第１端の端面と非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導波路から出射され、第１端の端面で反射された光が、第２導波路を介して第１導波路に到達することが防止される。【００２４】
前記第２導波路は、前記第２導波路からの出射光の光軸の、前記第１端の端面の垂線に対する傾きが３°以上となるように構成されていてもよい。
前記第２導波路の中心線の、前記第１端の端面の垂線に対する傾き（光出射角度）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。【００２５】
前記第１導波路は、前記第１導波路の中心線が直線となるように構成されていてもよい。
第２導波路の反射構造によって第１導波路からの出射光の光軸が傾けられるため、第１導波路を直線状とすることができ、第１導波路を曲線状とした場合に生じる導波ロスを抑制することが可能である。【００２６】
前記第1導波路は、前記第１導波路の中心線の延長線と前記第１端の端面が直交するように構成されていてもよい。
第２導波路の反射構造によって第１導波路からの出射光の光軸が傾けられるため、第1導波路の中心線と第１端の端面が直交するように構成することができる。【００２７】
前記第１導波路は、前記第1導波路の中心線の延長線と前記第２端の端面が直交するように構成されていてもよい。
第２端の端面では、第１導波路で生成した光が反射されるが、この反射光が第１導波路に入射すると第１端からの出射光が増加して好適である。第1導波路の中心線と第２端の端面が直交する構成とすることにより、第２端の端面での反射光が第１導波路に入射しやすくなる。【００２８】
前記光学素子は、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。【００２９】
本技術の一形態に係る表示装置は、前記光学素子と、画像生成部とを具備する。
前記画像生成部は、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に構成される。
【発明の効果】
【００３０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】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】図２は、図１に示す光学素子の拡大図である。
【図３】図３は、図１に示す光学素子の平面図である。
【図４】図４Ａは、図３におけるＡ−Ａ線断面図である。図４Ｂは、図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【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、第１導波路及び第２導波路を進行する光の光軸を示す模式図である。
【図７】図７は、光学素子の各部位のサイズを示す模式図である。
【図８】図８は、第１導波路の極率半径と導波ロスの関係を示すグラフである。
【図９】図９は、光学素子の各部位のサイズを示す模式図である。
【図１０】図１０Ａ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１０Ｂ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１１】図１１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１２】図１２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１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５は、他の形態４に係る第１領域を主に示す平面図である。
【図１６】図１６は、他の形態５に係る第１領域を主に示す平面図である。
【図１７】図１７は、前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】
【００３２】
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。
【００３３】
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は図１の拡大図、図３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。
【００３４】
図１及び図２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導電型層１３、活性層１５、第２導電型層１７、基板１９及び第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４Ｂも参照すれば、各層の構造を理解しやすい。
【００３５】
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及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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。光出射端１０１及び後端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。
【００３８】
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。
【００３９】
なお、本実施形態では、「光出射端」及び「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」及び「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、光学素子１００の「光出射端」及び「後端」と考えてもよい。
【００４０】
図４Ａは、図３におけるＡ−Ａ線断面図である。図４Ｂは、図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。なお、図４Ａ、Ｂ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３では、誘電体層２５の図示は省略されている。
【００４１】
図１及び図３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。
【００４２】
第１導電型層１３、活性層１５及び第２導電型層１７は、光学素子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。
【００４３】
図３に示すように、導波構造５０の第１領域３０は、ｙ方向において後端１０２から所定の位置までに設けられた導波構造であり、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。
【００４４】
図４Ｂ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。
【００４５】
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（及び第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４Ｂ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。
【００４６】
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。
【００４７】
図４Ａ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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
第２屈折率差は、前記第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４Ａの符号Ｖ２で示すように、光閉じ込めの作用が発生する。
【００５１】
図４Ａ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。
【００５２】
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。また典型的には、第１凹部３４及び第２凹部４４内に、当該誘電体層２５上に前記第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。
【００５３】
上記のように、第１電極層１１により、主に第１導電型層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。
【００５４】
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、後端１２０に設けられた誘電体膜２１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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、光反射端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。
【００５７】
１．２）第２導波路の構成
図５は、第２導波路４２の構成を示す模式図であり、図３の拡大図である。図６は、第２導波路４２を伝播する光の光軸を示す模式図であり、図７は第２導波路４２の各部のサイズを示す模式図である。なお、これらの図では光出射端１０１の端面（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。
【００５８】
これらの図に示すように、第２導波路４２は、反射構造４２１及びテーパ構造４２２を有する。反射構造４２１とテーパ構造４２２は、図４Ａに示すように同一の断面構造を有する。
【００５９】
反射構造４２１は、第２導波路４２のうち第１導波路３２側に位置し、第１導波路３２側から入射した光の光軸を傾ける。図６に第１導波路３２から出射する光の光軸を光軸Ｓ１として示し、反射構造４２１によって反射された光の光軸を光軸Ｓ２として示す。同図に示すように、反射構造４２１は光軸Ｓ１を光軸Ｓ２に傾ける。
【００６０】
具体的には、反射構造４２１は、光軸Ｓ１（第１導波路３２の中心線の延長線）と交点を有する反射面４２１ａを備えるものとすることができる。反射面４２１ａは第２導波路４２と第２凹部４４の界面であり、第２導波路４２と第２凹部４４の屈折率差（第２屈折率差）によって反射面４２１ａに入射した光が反射される。
【００６１】
図７に示すように、反射構造４２１の第１領域側の端部の幅を幅Ｗ１とし、第１導波路３２の、第２領域４０側の端部の幅を第２の幅Ｗ２とすると、幅Ｗ１は幅Ｗ２より広い
方が好適である。第１導波路３２からの出射光の全量を第２導波路４２に導くことが可能となるためである。
【００６２】
テーパ構造４２２は、第２導波路４２のうち光出射端１０１側に位置し、反射構造４２１から入射する光のビームスポットを小さくする。具体的にはテーパ構造４２２は、光出射端１０１に向かって次第に幅が狭くなるように構成されており、テーパ構造４２２に入射した光はテーパ構造４２２と第２凹部４４の界面で反射されながら、光軸Ｓ２を中心として集光される。
【００６３】
図７に示すように、テーパ構造４２２の光反射端１０１側の端部の幅を幅Ｗ３とし、テーパ構造４２２の反射構造４２１側の端部の幅を幅Ｗ４とすると、幅Ｗ３は幅Ｗ４より狭く、幅Ｗ２より狭い。幅Ｗ４は幅Ｗ２と同程度であってもよく、幅Ｗ２より狭くてもよい。
【００６４】
上記のように、第１導波路３２から出射される光は反射構造４２１によって第１導波路３２の延設方向（光軸Ｓ１）から傾けられる。このため、第１導波路３２の延設方向が光出射端１０１の端面（光出射端面１０１ａ）に対して垂直であっても、光学素子１００から出射される光の光軸Ｓ２は、光出射端面１０１ａに垂直な方向に対して傾いている。
【００６５】
これにより、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６に示すように、光出射端面１０１ａの垂線を線Ｈとすると、光軸Ｓ２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、より好ましくは５°以上１０°以下、典型的には７．５°である。
【００６６】
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。なお、反射構造４２１における光の反射方向は、光出射端面１０１ａから出射する光の光軸の向きと一致する方向が好適である。
【００６７】
１．３）第１導波路の構成
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）に平行な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に垂直となるように構成されている。
【００６８】
上記のように第２導波路４２が、第１導波路３２からの出射光の光軸を傾ける反射構造４２１を有するため、第１導波路３２は光学素子１００の長手方向（Ｙ方向）に平行な方向に沿って直線状に延設することができる。
【００６９】
これにより、第１導波路３２から後端面１０２ａに到達し、後端面１０２ａ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ため、第１導波路３２の中心線の延長線が後端面１０２ａに対して傾いている場合に比べ、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。
【００７０】
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。
【００７１】
図８は、導波路の曲率と導波ロスの関係を示すグラフである。同図に示すように、導波路を曲線状とすることにより、導波ロスが発生し、導波ロスは曲率半径が小さい程大きくなる。
【００７２】
これに対して、本実施形態に係る第１導波路３２は直線状であるため、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。
【００７３】
１．４）光学素子のサイズ
図９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。
【００７４】
第１導波路３２の幅Ｗ２（図７参照）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。
【００７５】
第２導波路４２の、光学素子１００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246μmとされる。
【００７６】
反射構造４２１の長さＬ３（図７参照）は、例えば10μm以上300μm以下であり、典型的には125μmとされる。テーパ構造４２２の長さＬ４は、例えば10μm以上300μm以下であり、典型的には121μmとされる。
【００７７】
第２導波路４２の、第１領域３０側の端部の幅Ｗ１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。
【００７８】
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。
【００７９】
幅Ｗ１、Ｗ２及び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。
【００８０】
なお、図７に示すように、第２凹部４４の全体幅Ｗ５（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Ｗ５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。
【００８１】
また、図９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）。さらに、第２領域４０と光出射端面１０１ａとの間は離間していてもよい。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、その間隔は例えば５μｍとすることができる。
【００８２】
１．３）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。
【００８３】
１．３．１）赤色ＳＬＤの製造方法
赤色ＳＬＤの製造方法を説明する。図１０Ａ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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
前記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。
【００８９】
エッチングストップ層１３１ａを含む前記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。
【００９０】
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。
【００９１】
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）が形成される。具体的には、前記第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。
【００９２】
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。
【００９３】
次に、誘電体層２５（図４Ａ、Ｂ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及び第２凹部４４のそれぞれの内面を覆うように形成される。
【００９４】
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。
【００９５】
図１０Ｂは、第１領域３０の断面を示し、前記誘電体層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。
【００９６】
なお、図４Ａ、Ｂ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１０Ｂ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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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及び後端１０２の反射率は前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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
図１１は、光学素子の出力特性を示すグラフである。図中黒線は、上記のようにして作製した光学素子１００（直線状の第１導波路３２を備える）の出力特性である。また、図中白線は、比較として曲線状の導波路を有する光学素子の出力特性である。
【０１０３】
同図に示すように、光学素子１００は、曲線状の導波路を有する光学素子に比べて光出力が向上しており、導波ロスが低減されていることがわかる。また、室温で３７％のスロープ効率（注入電流に対する光出力の割合）の改善が得られた。
【０１０４】
１．３．２）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、前記赤色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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
２．他の形態に係る光学素子
以降の説明では、前記光学素子１００の他の形態について説明する。これ以降の説明では、前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。
【０１１２】
２．１）他の形態１
図１２は、他の形態１に係る光学素子１００が備える第２領域１４０を主に示す平面図である。同図に示すように、第２領域１４０は第２導波路１４２を有する。第２導波路１４２は、形状を除き、前記実施形態に係る第２導波路４２と同様の構成を有し、反射構造１４２１及びテーパ構造１４２２を備える。
【０１１３】
反射構造１４２１は、第２導波路１４２のうち第１導波路３２側に位置し、第１導波路３２側から入射した光の光軸を傾ける。具体的には、反射構造１４２１は、第１導波路３２の出射光の光軸（第１導波路の中心線の延長線）と交点を有する反射面１４２１ａを備えるものとすることができる。また、反射構造１４２１は、上記実施形態と異なり、反射面１４２１ａと反対側の壁面が平行であるものとすることができる。
【０１１４】
同図に示すように、反射構造１４２１の第１領域３０側の端部の幅を幅Ｗ１とし、第１導波路３２の、第２領域１４０側の端部の幅を第２の幅Ｗ２とすると、幅Ｗ１は幅Ｗ２と同程度とすることができる。また、幅Ｗ１は幅Ｗ２より広くてもよい。
【０１１５】
テーパ構造１４２２は、第２導波路１４２のうち光出射端１０１側に位置し、反射構造１４２１から入射する光のビームスポットを小さくする。具体的にはテーパ構造１４２２は、光出射端１０１に向かって次第に幅が狭くなるように構成されており、テーパ構造１４２２に入射した光はテーパ構造１４２２と第２凹部４４の界面で反射されながら集光される。
【０１１６】
図１２に示すように、テーパ構造１４２２の光反射端１０１側の端部の幅を幅Ｗ３とし、テーパ構造１４２２の反射構造１４２１側の端部の幅を幅Ｗ４とすると、幅Ｗ３は幅Ｗ４より狭く、幅Ｗ２より狭い。幅Ｗ４は幅Ｗ２及び幅Ｗ１と同程度とすることができる。
【０１１７】
上記のように、第１導波路３２から出射される光は反射構造１４２１によって第１導波路３２の延設方向から傾けられる。このため、第１導波路３２の延設方向が光出射端面１０１ａに対して垂直であっても、光学素子１００から出射される光の光軸は、光出射端面１０１ａに垂直な方向に対して傾いている。
【０１１８】
これにより、光出射端面１０１ａで反射された光が第２導波路１４２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。第２導波路１４２から出射される光の光軸の、光出射端面１０１ａの垂線に対する傾きは３°以上１５°以下が好適である。
【０１１９】
２．２）他の形態２
図１３は、他の形態２に係る光学素子１００が備える第２領域２４０を主に示す平面図である。同図に示すように、第２領域２４０は第２導波路２４２を有する。第２導波路２４２は、形状を除き、上記実施形態に係る第１導波路４２と同様の構成を有し、反射構造２４２１及びテーパ構造２４２２を備える。
【０１２０】
反射構造２４２１は、第２導波路２４２のうち第１導波路３２側に位置し、第１導波路３２側から入射した光の光軸を傾ける。具体的には、反射構造２４２１は、第１導波路３２の出射光の光軸（第１導波路の中心線の延長線）と交点を有する反射面２４２１ａを備えるものとすることができる。
【０１２１】
同図に示すように、反射構造２４２１の第１領域３０側の端部の幅を幅Ｗ１とし、第１導波路３２の、第２領域２４０側の端部の幅を第２の幅Ｗ２とすると、幅Ｗ１は幅Ｗ２より広いものとすることができる。
【０１２２】
テーパ構造２４２２は、第２導波路２４２のうち光出射端１０１側に位置し、反射構造２４２１から入射する光のビームスポットを小さくする。具体的にはテーパ構造２４２２は、光出射端１０１に向かって次第に幅が狭くなるように構成されており、テーパ構造２４２２に入射した光はテーパ構造２４２２と第２凹部４４の界面で反射されながら集光される。
【０１２３】
テーパ構造２４２２は、上記実施形態と異なり、壁面が円弧状であるものとすることができる。また、テーパ構造２４２２の一部は直線状であり、他の一部が円弧状であってもよい。
【０１２４】
図１３に示すように、テーパ構造２４２２の光反射端１０１側の端部の幅を幅Ｗ３とし、テーパ構造２４２２の反射構造２４２１側の端部の幅を幅Ｗ４とすると、幅Ｗ３は幅Ｗ４より狭く、幅Ｗ２より狭い。幅Ｗ４は幅Ｗ２と同程度であってもよく、幅Ｗ２より狭くてもよい。また、幅Ｗ４は、幅Ｗ１より狭くてもよく、幅Ｗ１と同程度であってもよい。
【０１２５】
上記のように、第１導波路３２から出射される光は反射構造２４２１によって第１導波路３２の延設方向から傾けられる。このため、第１導波路３２の延設方向が光出射端面１０１ａに対して垂直であっても、光学素子１００から出射される光の光軸は、光出射端面１０１ａに垂直な方向に対して傾いている。
【０１２６】
これにより、光出射端面１０１ａで反射された光が第２導波路２４２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。第２導波路２４２から出射される光の光軸の、光出射端面１０１ａの垂線に対する傾きは３°以上１５°以下が好適である。
【０１２７】
２．３）他の形態３
図１４は、他の形態３に係る光学素子１００が備える第２領域３４０を主に示す平面図である。同図に示すように、第２領域３４０は第２導波路３４２を有する。第２導波路３４２は、形状を除き、前記実施形態に係る第２導波路４２と同様の構成を有し、反射構造３４２１及びテーパ構造３４２２を備える。
【０１２８】
反射構造３４２１は、第２導波路３４２のうち第１導波路３２側に位置し、第１導波路３２側から入射した光の光軸を傾ける。具体的には、反射構造３４２１は、第１導波路３２の出射光の光軸（第１導波路の中心線の延長線）と交点を有する反射面３４２１ａを備えるものとすることができる。形態３に係る反射構造３４２１は、第１部分３４２１ｂと第２部分３４２１ｃを備え、第１部分３４２１ｂと第２部分３４２１ｃは、光軸に対する反射面３４２１ａの角度が異なるものとすることができる。
【０１２９】
これにより、第１部分３４２１ｂと第２部分３４２１ｃのそれぞれで光軸と反射面３４２１ａがなす角を小さくしながら、反射構造３４２１での光軸の傾きを大きくすることが可能である。このため、反射構造３４２１での光軸の傾きが全反射角より大きい場合であっても、光のロスを低減することが可能である。
【０１３０】
同図に示すように、反射構造３４２１の第１領域３０側の端部の幅を幅Ｗ１とし、第１導波路３２の、第２領域１４０側の端部の幅を第２の幅Ｗ２とすると、幅Ｗ１は幅Ｗ２より広いものとすることができる。また、第１部分３４２１ｂと第２部分３４２１ｃの境界における第２導波路３４２の幅を第５の幅Ｗ６とすると、幅Ｗ６は幅Ｗ１より狭く、幅Ｗ４より広いものとすることができる。また、幅Ｗ６は、幅Ｗ４及び幅Ｗ１と同程度であってもよい。
【０１３１】
テーパ構造３４２２は、第２導波路３４２のうち光出射端１０１側に位置し、反射構造３４２１から入射する光のビームスポットを小さくする。具体的にはテーパ構造３４２２は、光出射端１０１に向かって次第に幅が狭くなるように構成されており、テーパ構造３４２２に入射した光はテーパ構造３４２２と第２凹部４４の界面で反射されながら集光される。テーパ構造３４２２も、光軸に対する角度が異なる複数の部分を備えるものであってもよい。
【０１３２】
図１４に示すように、テーパ構造３４２２の光反射端１０１側の端部の幅を幅Ｗ３とし、テーパ構造３４２２の反射構造３４２１側の端部の幅を幅Ｗ４とすると、幅Ｗ３は幅Ｗ４より狭く、幅Ｗ２より狭い。幅Ｗ４は幅Ｗ２と同程度であってもよく、幅Ｗ２より狭くてもよい。また、幅Ｗ４は、幅Ｗ６より狭くてもよく、幅Ｗ６と同程度であってもよい。
【０１３３】
上記のように、第１導波路３２から出射される光は反射構造３４２１によって第１導波路３２の延設方向から傾けられる。このため、第１導波路３２の延設方向が光出射端面１０１ａに対して垂直であっても、光学素子１００から出射される光の光軸は、光出射端面１０１ａに垂直な方向に対して傾いている。
【０１３４】
これにより、光出射端面１０１ａで反射された光が第２導波路３４２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。第２導波路３４２から出射される光の光軸の、光出射端面１０１ａの垂線に対する傾きは３°以上１５°以下が好適である。
【０１３５】
２．４）他の形態４
図１５は、他の形態４に係る光学素子１００が備える第１領域４３０を主に示す平面図である。第１領域４３０は、第１導波路４３２を備える。第１導波路４３２は、形状を除き、上記実施形態に係る第１導波路３２と同様の構成を有する。
【０１３６】
第１導波路４３２は、図１５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に垂直な直線に対して傾斜するように構成されている。
【０１３７】
上記実施形態と同様に、第１導波路４３２を直線状とすることにより、第１導波路４３２での導波ロスを防止することができる。また、第１導波路４３２を光学素子１００の長手方向に対して傾けることにより、光出射端面１０１ａの垂線に対する出射光の光軸の傾きをより大きくすることができる。
【０１３８】
２．５）他の形態５
図１６は、他の形態５に係る光学素子１００が備える第１領域５３０を主に示す平面図である。第１領域５３０は、第１導波路５３２を備える。第１導波路５３２は、形状を除き、前記実施形態に係る第１導波路３２と同様の構成を有する。
【０１３９】
第１導波路５３２は、図１６に示すように、曲線状に延設されている。ここで、本技術に係る光学素子では上述のように、主に第２導波路４２によって第１導波路５３２の出射光の光軸を傾ける。このため、第２導波路４２が設けられない場合に比べて第２導波路５３２の曲率を大きくすることができる。
【０１４０】
これにより、第１導波路５３２による導波ロスを低減することができる（図８参照）。第２導波路４２の曲線状部分の曲率半径は３０００μｍ以上が好適である。また、第１導波路５３２を曲線状とすることにより、光出射端面１０１ａの垂線に対する出射光の光軸の傾きをより大きくすることができる。
【０１４１】
２．６）他の形態６
図示しないが、他の形態６として、他の形態１〜３に示した第２領域のうちいずれか１つと、他の形態４、５に示した第１領域のいずれか一つとの組み合わせにより、光学素子が構成されてもよい。
【０１４２】
４．表示装置
【０１４３】
図１７は、前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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
５．他の種々の実施形態
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
前記各実施形態に係る光学素子である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、光学素子（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、光学素子の両端（光出射端）にそれぞれ設けられる。
【０１５６】
前記各実施形態に係る光学素子は、ＳＬＤ等の発光素子に限られず、他の光源で生成した光を増幅するための光増幅素子であってもよい。
【０１５７】
前記実施形態では、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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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、
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導電型層及び前記第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、及び前記第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導波路及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を反射して光軸を傾ける反射構造と、前記反射構造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とを有する
光学素子。
（２）
前記（１）に記載の光学素子であって、
前記反射構造は、前記第１導波路の中心線の延長線と交点を有する反射面を備える
光学素子。
（３）
前記（１）又は（２）に記載の光学素子であって、
前記テーパ構造は、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ている
光学素子。
【０１６０】
（４）
前記（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、
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
光学素子。
【０１６１】
（５）
前記（４）に記載の光学素子であって、
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
光学素子。
（６）
前記（４）又は（５）に記載の光学素子であって、
前記第２凹部を覆う誘電体層
をさらに具備する光学素子。
（７）
前記（１）から（６）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって
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
光学素子。
（８）
前記（７）に記載の光学素子であって、
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
光学素子。
（９）
前記（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
前記第２導波路は、前記第２導波路からの出射光の光軸が前記第１端の端面と非垂直になるように構成されている
光学素子。
（１０）
前記（９）に記載の光学素子であって、
前記第２導波路は、前記第２導波路からの出射光の光軸の、前記第１端の端面の垂線に対する傾きが３°以上となるように構成されている
光学素子。
（１１）
前記（１）から（１０）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
前記第１導波路は、前記第１導波路の中心線が直線となるように構成されている
光学素子。
（１２）
前記（１１）に記載の光学素子であって、
前記第1導波路は、前記第１導波路の中心線の延長線と前記第１端の端面が直交するように構成されている
光学素子。
（１３）
前記（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、
前記第１導波路は、前記第1導波路の中心線の延長線と前記第２端の端面が直交するように構成されている
光学素子。
（１４）
前記（１）から（１３）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。
（１５）
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、
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導電型層及び前記第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、及び前記第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導波路及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を反射して光軸を傾ける反射構造と、前記反射構造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とを有する
表示装置。
【符号の説明】
【０１６２】
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、４３０、５３０…第１領域
３２、４３２、５３２…第１導波路
３４…第１凹部
４０、１４０、２４０、３４０…第２領域
４２、１４２、２４２、３４２…第２導波路
４２ｂ…端部
４４ａ…底面
４４…第２凹部
５０…導波構造
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
４２１、１４２１、２４２１、３４２１…反射構造
４２２、１４２２、２４２２、３４２２…テーパ構造
１０００…表示装置
【図１】
2017217101.tif 000003
【図２】
2017217101.tif 000004
【図３】
2017217101.tif 000005
【図４】
2017217101.tif 000006
【図５】
2017217101.tif 000007
【図６】
2017217101.tif 000008
【図７】
2017217101.tif 000009
【図８】
2017217101.tif 000010
【図９】
2017217101.tif 000011
【図１０】
2017217101.tif 000012
【図１１】
2017217101.tif 000013
【図１２】
2017217101.tif 000014
【図１３】
2017217101.tif 000015
【図１４】
2017217101.tif 000016
【図１５】
2017217101.tif 000017
【図１６】
2017217101.tif 000018
【図１７】
2017217101.tif 000019
【国際調査報告】
2017217101.tif 000020
2017217101.tif 000021
2017217101.tif 000022
2017217101.tif 000023