JP5257604B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関する。

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、その光を受光装置によって検出することで、光量の調整等を行っている。

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。

一方、近年、プロジェクタやディスプレイなどの表示装置の光源用の発光装置としても、高輝度で色再現性に優れたレーザー装置が期待されている。しかしながら、レーザーダイオードを表示装置に用いる場合には、複数のレーザーダイオードを用いなければ十分な輝度を得ることができない場合がある。このような表示装置においても、輝度むらを低減するためには、発光装置の光量を検出し、光量の調整を行うことが必要である。
特開平１０−３６９１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された方法等では、発光装置と受光装置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、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である、といった問題がある。また、発光装置にレーザーダイオードを用いた場合には、スクリーン面での乱反射光が相互に干渉して発生するスペックルノイズが問題となることがある。スペックルノイズを低減させるために、光源用の発光装置として、一般的なＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることも考えられる。しかしながら、ＬＥＤでは、十分な光出力を得られないことがある。

本発明の目的の一つは、発光装置および受光装置をモノリシックに集積することができ、個別に光量検出を行うことが可能な発光装置を提供することにある。

また、本発明の目的の一つは、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光装置を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、
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た活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２クラッド層と、
を含む半導体層を有し、
前記半導体層は、分離溝によって、発光領域と受光領域とに電気的に分離され、
前記発光領域の前記活性層のうちの少なくとも一部は、利得領域を構成し、
前記利得領域は、前記発光領域の前記活性層の第１側面に設けられた第１端面から、前記第１側面に設けられた第２端面まで、連続しており、
前記利得領域は、前記第１端面から前記第２端面までの間に、前記利得領域に生じる光を反射させる反射面を有し、
前記反射面には、ミラー部が設けられ、
前記利得領域の前記第１端面から延びる第１部分、および前記利得領域の前記第２端面から延びる第２部分の各々は、平面的に見て、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって設けられ、
前記利得領域の前記第１部分に生じる光の一部は、前記反射面において反射して、前記
第２端面から出射され、
前記利得領域の前記第２部分に生じる光の一部は、前記反射面において反射して、前記第１端面から出射され、
前記利得領域に生じる光の一部は、前記反射面において前記ミラー部を透過し、
前記半導体層の前記受光領域において、前記ミラー部を透過した光を受光する。

本発明に係る発光装置では、発光装置および受光装置をモノリシックに集積することができ、個別に光量検出を行うことが可能となる。また、本発明によれば、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光装置を提供することができる。

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ａ部材」という）の「上方」に形成された他の特定の部材（以下「Ｂ部材」という）」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部材上に直接Ｂ部材が形成されているような場合と、Ａ部材上に他の部材を介してＢ部材が形成されてい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。

本発明に係る発光装置において、
前記ミラー部は、分布ブラッグ反射型ミラーまたはフォトニック結晶領域からなることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記分布ブラッグ反射型ミラーは、複数の溝から構成され、
前記複数の溝は、前記反射面の垂線方向に所定の間隔で配置されていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記複数の溝の少なくとも１つは、前記分離溝を兼ねていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記フォトニック結晶領域は、前記活性層の面内方向に所定の格子配列で周期的に配置された複数の穴で構成されていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記利得領域の前記第１部分は、前記第１端面から前記反射面まで、一の方向に向かって設けられ、
前記利得領域の前記第２部分は、前記第２端面から前記反射面まで、一の方向と異なる他の方向に向かって設けられ、
前記反射面において、前記第１部分の端面と前記第２部分の端面は、重なっていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１部分および前記第２部分の各々では、前記第１側面側から平面的に見て、前記第１側面側の端面と、前記反射面を構成する端面とは、重なっていないことができる。

本発明に係る発光装置において、
前記分離溝は、平面的に見て、前記発光領域と前記受光領域の間に設けられ、
前記分離溝の底面の位置は、前記活性層の底面の位置より下であることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記発光領域は、
前記発光領域の前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、
前記発光領域の前記第２クラッド層に電気的に接続された第２電極と、
を有し、
前記受光領域は、
前記受光領域の前記第１クラッド層に電気的に接続された第３電極と、
前記受光領域の前記第２クラッド層に電気的に接続された第４電極と、
を有することができる。

なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ｃ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｄ部材」という）」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、Ｃ部材とＤ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ｃ部材とＤ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。

本発明に係る発光装置において、
前記第１電極と前記第３電極とは、共通の電極であることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記発光領域および前記受光領域は、複数設けられていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記発光領域は複数設けられており、前記受光領域は単一であることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．発光装置
まず、本実施形態に係る発光装置１０００について説明する。

図１は、発光装置１０００を模式的に示す斜視図である。図２は、発光装置１０００を模式的に示す平面図である。図３は、図２のIII−III線断面図であり、図４は、図２のIV−IV線断面図である。なお、図１では、便宜上、第２電極１２２及び反射防止膜１１４の図示を省略している。図２では、便宜上、第２電極１２２の図示を省略している。また、ここでは、発光装置１０００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。

発光装置１０００は、図１〜図４に示すように、第１クラッド層１０４と、活性層１０６と、第２クラッド層１０８と、を含む半導体層１０３を有する。発光装置１０００は、さらに、例えば、基板１０２と、絶縁部１１２と、反射防止膜１１４と、第１電極１２０と、第２電極１２２と、ミラー部１７０と、を含むことができる。

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。

半導体層１０３は、基板１０２上に形成されている。半導体層１０３は、第１クラッド層１０４と、活性層１０６と、第２クラッド層１０８と、を有する。半導体層１０３は、さらに、例えば、コンタクト層１１０を有することができる。

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は、例えば、第１導電型の半導体からなる。第１クラッド層１０４としては、例えばｎ型Ａｌ
ＧａＰ層などを用いることができる。なお、図示はしないが、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、例えば基板１０２よりも結晶性の良好な（例えば欠陥密度の低い）第１導電型（ｎ型）のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層などを用いることができる。

活性層１０６は、第１クラッド層１０４上に形成されている。活性層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。活性層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。活性層１０６は、発光領域１００側の第１側面１０５と、受光領域２００側の第２側面１０７を有する。第１側面１０５と第２側面１０７とは、例えば、平行である。

第２クラッド層１０８は、活性層１０６上に形成されている。第２クラッド層１０８は、例えば第２導電型（例えばｐ型）の半導体からなる。第２クラッド層１０８としては、例えばｐ型ＡｌＧａＰ層などを用いることができる。

コンタクト層１１０は、図３に示すように、第２クラッド層１０８上に形成されていることができる。コンタクト層１１０としては、第２電極１２２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は、例えば第２導電型の半導体からなる。コンタクト層１１０としては、例えばｐ型ＧａＡｓ層などを用いることができる。

半導体層１０３では、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活性層１０６、及び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及び第２クラッド層１０８の各々は、活性層１０６よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。

半導体層１０３は、分離溝３００によって、発光領域１００と受光領域２００とに、電気的に分離されている。

まず、発光領域１００について説明する。

半導体層１０３の発光領域１００では、第１電極１２０と第２電極１２２との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、発光領域１００の活性層１０６の利得領域１４０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１４０内で光の強度が増幅される。利得領域１４０に生じる光の一部は、第１端面１５１及び第２端面１５２から出射される。すなわち、発光領域１００は、発光装置を構成することができる。

発光領域１００の活性層１０６の一部は、利得領域１４０を構成している。利得領域１４０には、光を生じさせることができ、この光は、利得領域１４０内で利得を受けることができる。利得領域１４０は、活性層１０６の第１側面１０５に設けられた第１端面１５１から、第１側面１０５に設けられた第２端面１５２まで、連続している。また、利得領域１４０は、第１端面１５１から第２端面１５２までの間に、利得領域１４０に生じる光を反射させる反射面１６０を有する。反射面１６０は、１つであっても、複数であってもよい。利得領域１４０は、第１端面１５１から延びる第１部分１４２と、第２端面１５２から延びる第２部分１４４と、を有することができる。図示の例では、利得領域１４０は、第１部分１４２と、第２部分１４４とで構成されているが、異なる部分を有していてもよい。

第１部分１４２は、第１側面１０５に設けられた第１端面１５１と、反射面１６０を構
成する第３端面１５３と、を有する。第２部分１４４は、第１側面１０５に設けられた第２端面１５２と、反射面１６０を構成する第４端面１５４と、を有する。利得領域１４０の第１部分１４２および第２部分１４４の各々は、図２示すように、平面的にみて、第１側面１０５から反射面１６０まで、第１側面１０５の垂線Ｐ１に対して傾いた方向にむかって設けられている。これにより、利得領域１４０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部分１４２と第２部分１４４とは、異なる方向に向かって設けられている。図示の例では、第１部分１４２は、垂線Ｐ１に対して角度θ_１の傾きを有する一の方向Ａに向かって設けられている。第２部分１４４は、垂線Ｐ１に対して角度θ_２の傾きを有する他の方向Ｂに向かって設けられている。なお、第１部分１４２が一の方向に向かって設けられている場合とは、当該一の方向が、平面的に見て、第１部分１４２の第１端面１５１の中心と、反射面１６０側の第３端面１５３の中心とを結ぶ方向に一致する場合をいう。このことは、他の部分についても同様である。第１部分１４２の垂線Ｐ１に対する角度θ_１と、第２部分１４４の垂線Ｐ１に対する角度θ_２とは、図示の例では、等しいが、異なっていてもよい。第１部分１４２及び第２部分１４４の平面形状は、例えば、平行四辺形である。

図５は、活性層１０６を第１側面１０５側から平面的に見た図である。図５に示すように、第１部分１４２の第１端面１５１と第３端面１５３とは、重なっていない。同様に、第２部分１４４の第２端面１５２と第４端面１５４とは、重なっていない。これにより、第１部分１４２に生じる光を第１端面１５１と第３端面１５３との間で、および第２部分１４４に生じる光を第２端面１５２と第４端面１５４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１４０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、発光装置は、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５に示すように、例えば第１部分１４２において、第１端面１５１と第３端面１５３とのずれ幅ｘは、正の値であればよい。

反射面１６０は、第１部分１４２の第３端面１５３と、第２部分１４４の第４端面１５４と、で構成されている。図示の例では、第３端面１５３と、第４端面１５４とは、完全に重なっており、反射面１６０は、第３端面１５３および第４端面１５４と一致する面である。なお、図示はしないが、第３端面１５３と第４端面１５４とは、一部が重なっていてもよい。図２の例では、反射面１６０は、平面的に見て、第１側面１０５に対して、平行であることができる。反射面１６０には、ミラー部１７０が設けられている。ミラー部１７０は、図２の例では、分布ブラッグ反射型ミラー（以下、ＤＢＲミラーともいう）１７０である。これにより、反射面１６０は、高い反射率を得ることができる。

利得領域１４０に生じる光の波長帯において、反射面１６０の反射率は、第１端面１５１及び第２端面１５２の反射率よりも高い。第１端面１５１及び第２端面１５２には、例えば、反射防止膜１１４が設けられていることにより、低い反射率を得ることができる。反射防止膜１１４は、第１側面１０５の全面に設けられることができる。反射防止膜１１４としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３単層、または、ＳｉＯ_２層、ＳｉＮ層、Ｔａ_２Ｏ_５層や、これらの多層膜などを用いることができる。反射面１６０は、ＤＢＲミラー１７０が設けられることにより、高い反射率を得ることができる。

ＤＢＲミラー１７０は、複数の溝１７２で構成されている。溝１７２の平面形状は、例えば、矩形である。溝１７２の底面の位置は、活性層１０６の下面の位置より下に設けられていることが望ましい。図４の例では、溝１７２の底面の位置は、基板１０２の上面の位置より下である。溝１７２の内部は、空洞（空気）であってもよいし、絶縁材料で埋めこまれていてもよい。溝１７２は、図示の例では、４つ設けられているが、その数は限定されない。ＤＢＲミラー１７０は、溝１７２の数または底面の位置（溝の深さ）によって
、反射率を調整することができる。具体的には、溝１７２の数を増やすことで、反射率が高くなり、溝１７２の数を減らすことで、反射率が低くなる。また、溝１７２の深さを深くすることで反射率が高くなり、溝１７２の深さを浅くすることで、反射率が低くなる。したがって、後述する受光領域２００に伝搬する光１２の量を調整することができる。

溝１７２は、反射面１６０の垂線方向Ｐ２に所定の間隔で形成されている。溝１７２は、図４に示すように、幅ａの大きさが、（２ｍ_ａ＋１）λ／（４ｎ_ａｃｏｓθ_１’）または、（２ｍ_ａ＋１）λ／（４ｎ_ａｃｏｓθ_２’）であり、間隔ｂの大きさが、（２ｍ_ｂ＋１）λ／（４ｎ_ｂｃｏｓθ_１）または、（２ｍ_ｂ＋１）λ／（４ｎ_ｂｃｏｓθ_２）であるように配置されることができる。なお、ｍ_ａ、ｍ_ｂは、０以上の整数であり、λは、利得領域１４０に生じる光の波長であり、ｎ_ａは、溝１７２における垂直断面の有効屈折率であり、ｎ_ｂは、溝１７２を形成していない領域における垂直断面の有効屈折率である。また、θ_１’およびθ_２’は、利得領域１４０からθ_１またはθ_２で第１反射面１６０に入射した場合の屈折角であり、θ_１’＝ｓｉｎ^−１（（ｎ_ｂ／ｎ_ａ）ｓｉｎθ_１）およびθ_２’＝ｓｉｎ^−１（（ｎ_ｂ／ｎ_ａ）ｓｉｎθ_２）である。このように、所定の幅を有する溝１７２が所定の間隔で設けられることにより、ＤＢＲミラー１７０を構成することができる。

発光領域１００のコンタクト層１１０と、発光領域１００の第２クラッド層１０８の一部とは、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）１３０を構成することができる。発光領域１００のコンタクト層１１０は、利得領域１４０と同じ平面形状を有していることができる。すなわち、発光領域１００では、例えば、柱状部１３０の平面形状によって、電極１２０，１２２間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１４０の平面形状が決定される。なお、例えば、図示はしないが、発光領域１００の半導体層１０３の一部が、柱状部１３０を構成することもできる。

絶縁部１１２は、図１および図３に示すように、例えば発光領域１００の第２クラッド層１０８上であって、柱状部１３０の側方に設けられていることができる。絶縁部１１２は、柱状部１３０の側面に接している。絶縁部１１２の上面は、例えば、コンタクト層１１０の上面と連続していることができる。絶縁部１１２としては、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ_２層、ポリイミド層などを用いることができる。絶縁部１１２としてこれらの材料を用いた場合、第１電極１２０及び第２電極１２２間の電流は、絶縁部１１２を避けて、該絶縁部１１２に挟まれた柱状部１３０を流れることができる。絶縁部１１２は、図２の例では、柱状部１３０の領域を除いた第２電極１２２と同様の領域に設けられていることができる。

絶縁部１１２は、図示はしないが、例えば、発光領域１００の活性層１０６の側面のうち、第１端面１５１から第４端面１５４以外の側面を覆うことができる。絶縁部１１２は、活性層１０６の屈折率よりも低い屈折率を有することができる。この場合、絶縁部１１２を形成した部分の垂直断面の有効屈折率は、絶縁部１１２を形成しない部分、すなわち、柱状部１３０が形成された部分の垂直断面の有効屈折率より小さくなる。これにより、平面方向について、利得領域１４０内に効率良く光を閉じ込めることができる。また、絶縁部１１２を設けないこともできる。例えば、絶縁部１１２が空気であってもよい。この場合、柱状部１３０に活性層１０６および第１クラッド層１０４を含まないように形成してもよい。また、後述する第２電極１２２が、直接的に活性層１０６および第１クラッド層１０４に接しないようにしてもよい。

第１電極１２０は、基板１０２の下に形成されていることができる。図１の例では、第１電極１２０は、第３電極２１０と共通の電極であり、基板１０２の下の全面に形成されている。第１電極１２０は、該第１電極１２０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１２０は、基板１０２を介して、発光領域１００の第１クラッド層１０４と電気的に接続されている。第１電極１２０は、発光装置を駆動するための一方の電極である。第１電極１２０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。

第２電極１２２は、発光領域１００のコンタクト層１１０及び絶縁部１１２の上の全面に形成されていることができる。第２電極１２２は、発光領域１００のコンタクト層１１０を介して、発光領域１００の第２クラッド層１０８と電気的に接続されている。第２電極１２２は、発光装置を駆動するための他方の電極である。第２電極１２２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。第２電極１２２と発光領域１００のコンタクト層１１０との接触面は、利得領域１４０と同様の平面形状を有していることができる。

次に、受光領域２００について説明する。

半導体層１０３の受光領域２００では、第３電極２１０と第４電極２２０との間に、ｐｉｎダイオードの逆バイアス電圧を印加すると、入射された光によって生成された電子−正孔対が加速され電流として取り出すことができる。すなわち、受光領域２００は、受光装置として機能するｐｉｎフォトダイオードを構成することができる。

第３電極２１０は、基板１０２の下に形成されていることができる。第３電極２１０は、図示の例では、第１電極１２０と共通の電極である。第３電極２１０は、受光装置を駆動するための一方の電極である。第３電極２１０は、基板１０２を介して、受光領域２００の第１クラッド層１０４と電気的に接続されている。第３電極２１０としては、第１電極１２０と同様の材料を用いることができる。

第４電極２２０は、図１に示すように、受光領域２００のコンタクト層１１０上に形成されている。第４電極２２０は、受光装置を駆動するための他方の電極である。第４電極２２０は、受光領域２００のコンタクト層１１０を介して、受光領域２００の第２クラッド層１０８と電気的に接続されている。図示の例では、第４電極２２０が、実質的にｐｉｎフォトダイオードとして機能する領域を決定している。第４電極２２０の反射面１６０の垂線方向の長さＬは、例えば、（２ｍ_ｃ＋１）λ／４ｎ_ｃであることができる。なお、ｍ_ｃは、０以上の整数であり、λは、利得領域１４０に生じる光の波長であり、ｎ_ｃは、受光領域２００における垂直断面の有効屈折率である。これにより、受光領域２００において、共振器が形成されることを防止することができる。受光領域２００において、共振器が形成されると、共振モードから出射される光と反射面１６０で反射される光１０とが、打ち消しあうことにより反射面１６０の実質的な反射率が低下する現象が生じてしまう場合がある。上記のように第４電極２２０の長さＬを設定することで、このような現象が生じることを防止することができる。

次に、分離溝３００について説明する。

分離層３００は、発光領域１００と、受光領域２００とを、電気的に分離することができる。分離層３００は、図１に示すように、平面的に見て、発光領域１００と受光領域２００との間に設けられていることができる。分離溝３００の底面の位置は、活性層１０６の底面の位置より下であることができる。図４の例では、分離溝３００の底面の位置は、第１クラッド層１０４の上面の位置より下である。

次に、発光装置１０００の動作について説明する。

半導体層１０３の発光領域１００では、第１電極１２０と第２電極１２２との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、利得領域１４０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１４０内で光の強度が増幅される。例えば、図１に示すように、利得領域１４０の第１部分１４２に生じる光の一部１０は、反射面１６０において反射して第２端面１５２から第２出射光２２として出射されるが、その間に光強度が増幅される。同様に第２部分１４４に生じる光の一部は、反射面１６０において反射して、第１端面１５１から第１出射光２０として出射されるが、その間に光強度が増幅される。なお、第１部分１４２に生じる光には、直接、第１端面１５１から第１出射光２０として出射されるものもある。同様に第２部分１４４に生じる光には、直接、第２端面１５２から第２出射光２２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部分において増幅される。また、利得領域１４０に生じる光の一部は、反射面１６０において反射しないで、透過する透過光１２がある。透過光１２は、発光装置１０００内を受光領域２００まで伝搬する。

半導体層１０３の受光領域２００では、第３電極２１０と第４電極２２０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２００に伝搬した光１２によって生成された電子−正孔対が加速され、電流として取り出すことができる。これにより、第３電極２１０と第４電極２２０との間に、伝搬した光１２の光量に応じた光電流が流れる。この光電流を検出することによって、利得領域１４０に生じた光の光出力をモニターすることができる。

本実施形態に係る発光装置１０００は、例えば、プロジェクタ、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。このことは、後述する実施形態についても同様である。

発光装置１０００は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る発光装置１０００では、モノリシックに発光領域１００と受光領域２００が形成されていることができる。すなわち、発光装置１０００では、モノリシックに発光装置と、受光装置を集積することができる。これにより、後述するように発光装置のアレイ化を、容易に行うことができる。また、例えば、別途、受光装置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。

本実施形態に係る発光装置１０００では、利得領域１４０に生じた光の光出力を、受光領域２００において、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、発光領域１００に印加する電圧値を調整することができる。これにより、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発光装置を提供することができる。利得領域１４０に生じた光の光出力を、発光領域１００に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（図示しない）を用いて行うことができる。

本実施形態に係る発光装置１０００では、上述したように、利得領域１４０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。従って、スペックルノイズを低減させることができる。さらに、本実施形態に係る発光装置１０００では、利得領域１４０に生じる光は、利得領域１４０内において利得を受けながら進行して、外部に出射されることができる。従って、従来の一般的なＬＥＤよりも高い出力を得ることができる。以上のように、本実施形態によれば、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光装置を有する発光装置を提供することができる。

本実施形態に係る発光装置１０００では、反射面１６０には、複数の溝１７２で構成されたＤＢＲミラー１７０が設けられることができる。したがって、平面プロセスでＤＢＲミラー１７０を製造することができるため、モノリシックに受光領域が形成でき、また、チップ毎に誘電体ミラーの形成や劈開を行う場合と比較して、生産性を向上しつつ、使用する資源の量を削減することもできる。また、発光装置１０００によれば、ＤＢＲミラー１７０の反射率を容易に調整することができるため、受光領域２００に伝搬する光１２の量を調整することができ、効率よく光出力のモニターができる。

２． 発光装置の製造方法
次に、本実施形態に係る発光装置１０００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図６〜図８は、発光装置１０００の製造工程を模式的に示す断面図である。図６、図７は、図３に示す断面図に対応している。図８は、図４に示す断面図に対応している。

まず、図６に示すように、基板１０２上に、第１クラッド層１０４、活性層１０６、第２クラッド層１０８、及びコンタクト層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。

次に、図７に示すように、発光領域１００のコンタクト層１１０および発光領域２００の第２クラッド層１０８をパターニングする。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。これにより、柱状部１３０が形成される。

次に、図８に示すように、コンタクト層１１０、第２クラッド層１０８、活性層１０６、第１クラッド層１０４、及び基板１０２をパターニングすることにより、溝１７２及び分離溝３００を形成する。エッチングは、図７に示す工程と同様に行われる。これにより、溝１７２によって構成されたＤＢＲミラー１７０および分離溝３００が形成される。

次に、図３に示すように、柱状部１３０の側面を覆うように絶縁部１１２を形成する。具体的には、まず、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、塗布法などにより、第２クラッド層１０８の上方（コンタクト層１１０を含む）に絶縁層（図示せず）を成膜する。次に、例えば、エッチング技術などを用いて、コンタクト層１１０の上面を露出させる。以上の工程により、絶縁部１１２を形成することができる。なお、本工程において、溝１７２及び分離溝３００を絶縁層で埋め込むこともできる。また、例えば、溝１７２の領域をレジスト膜（図示しない）等で覆うことで溝１７２に絶縁層を埋め込まないこともできる。

次に、図３に示すように、柱状部１３０を構成するコンタクト層１１０上および絶縁部１１２上に第２電極１２２を、受光領域２００のコンタクト層１１０上に第４電極２２０を形成する。第２電極１２２および第４電極２２０は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりレジスト膜（図示しない）等で所定の領域を覆った後、真空蒸着法およびリフトオフ法を行うことにより、所望の形状に形成されることができる。なお、ＤＢＲミラー１７０が形成された領域は、溝１７２に電極材料が入り込むことで短絡しないように、例えば、溝１７２より広い領域をレジスト膜等で覆うことが望ましい。

次に、基板１０２の下面下に第１電極１２０および第３電極２１０を形成する。第１電極１２０および第３電極２１０の製法は、例えば、上述した第２電極１２２及び第４電極
２２０の製法の例示と同じである。なお、第１電極１２０及び第３電極２１０と、第２電極１２２及び第４電極２２０の形成順序は、特に限定されない。

次に、図２に示すように、第１側面１０５の全面に反射防止膜１１４を形成する。反射防止膜１１４は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法、イオンアシスト蒸着(Ion Assisted Deposition)法などにより形成される。

以上の工程により、発光装置１０００を製造することができる。

３．変形例
次に本実施形態に係る発光装置の変形例について説明する。なお、上述した図１〜図４に示す発光装置１０００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

（１）まず、第１の変形例について説明する。

図９は、本変形例に係る発光装置２０００を模式的に示す平面図である。

発光装置１０００の例では、分離溝３００が、ＤＢＲミラー１７０と別にもうけられている場合について説明した。これに対し本変形例では、分離溝３００がＤＢＲミラー１７０を兼ねていることができる。すなわち、分離溝３００は、溝１７２と同様に、分離溝３００の幅ａの大きさが、例えば、（２ｍ_ａ＋１）λ／（４ｎ_ａｃｏｓθ_１’）であり、間隔ｂの大きさが、（２ｍ_ｂ＋１）λ／（４ｎ_ｂｃｏｓθ_１）であるように配置されることができる。ＤＢＲミラー１７０を兼ねる分離溝３００は、溝１７２と同じ幅の大きさを有し、溝１７２と等間隔で配置されてもよいし、異なる幅及び間隔の大きさを有していてもよい。例えば、受光領域２００に近い側の溝１７２の幅の大きさを、（２ｍ_ａ’＋１）λ／（４ｎ_ａｃｏｓθ_１’）として、溝１７２の幅よりも大きい幅の大きさを有してもよい。なお、ｍ_ａ’＞ｍ_ａである。これにより、分離溝３００は、発光領域１００と受光領域２００を、より確実に電気的に分離することができる。

（２）次に、第２の変形例について説明する。

図１０は、本変形例に係る発光装置３０００を模式的に示す平面図である。図１１は、図１０のXI−XI断面図である。図１０に示す平面図は、図２に対応している。

発光装置１０００の例では、ミラー部が、ＤＢＲミラー１７０である場合について説明した。これに対し、本変形例では、ミラー部が、フォトニック結晶領域１８０であることができる。フォトニック結晶領域１８０は、活性層１０６の面内方向に所定の格子配列で周期的に配置された複数の穴１８２で構成されている。すなわち、フォトニック結晶領域１８０は、面方向に周期的な屈折率分布が形成された２次元フォトニック結晶構造を有することができる。穴１８２の形状は、例えば、円柱状である。穴１８２の平面形状は、例えば、円状、楕円形状、三角形状、四角形状等である。穴１８２の底面の位置は、例えば、活性層１０６の下面の位置より下であることができる。十分な周期数を確保すれば、活性層１０６の上面の位置よりも上であることもできる。穴１８２は、図示の例では、正方格子状に等間隔で複数配列されている。穴１８２の配列は、例えば、三角格子状、長方格子状、ハニカム格子状等であってもよい。設計波長を６３０ｎｍとした場合、穴１８２の間隔ｄの大きさは、例えば、２３１ｎｍ程度、穴１８２の開口の半径ｒの大きさは、例えば、１３４ｎｍ程度のものを用いることができる。フォトニック結晶領域１８０は、フォトリソグラフィ技術（干渉露光技術や液浸露光技術等を含む）を用いて形成することができる程度の大きさであっても、十分な反射帯域を有することができる。穴１８２の内部は
、空洞であってもよいし、絶縁性材料で満たされていてもよい。なお、フォトニック結晶領域には、周期的なフォトニック結晶構造を有するものと、例えば、擬周期的なフォトニック結晶を有するフォトニック準結晶構造、および円座標格子構造等を含むことができる。反射面１６０は、フォトニック結晶領域を設けることにより、高い反射率を得ることができる。

穴１８２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形成されることができる。これにより、穴１８２によって構成されたフォトニック結晶領域１８０を形成することができる。

本変形例によれば、反射面１６０に、ＤＢＲミラー１７０に代えて、フォトニック結晶領域１８０を設けることができる。これにより、上述した発光装置１０００と同様に、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光装置を有する発光装置を提供することができる。

（３）次に、第３の変形例について説明する。

図１２は、本変形例に係る発光装置４０００を模式的に示す断面図である。

発光装置１０００の例では、第１電極１２０と第３電極２１０が、共通の電極である場合について説明した。これに対し、本変形例では、第１電極１２０と第３電極２１０が、別の電極であることができる。本変形例によれば、発光装置と、受光装置とが、独立駆動できる発光装置を提供することができる。

（４）次に、第４の変形例について説明する。

図１３は、本変形例に係る発光装置５０００を模式的に示す平面図である。図１３に示す平面図は、図２に対応している。

発光装置１０００の例では、発光領域１００および受光領域２００の対が１つである場合について説明した。これに対し、本変形例では、発光領域１００および受光領域２００が、複数設けられていることができる。利得領域１４０の反射面１６０の各々には、ＤＢＲミラー１７０が設けられていることができる。また、ＤＢＲミラー１７０に代えて、フォトニック結晶領域１８０を設けてもよい。ＤＢＲミラー１７０及びフォトニック結晶領域１８０は、上述した通り、平面プロセスで製造することができるため、例えば、チップ毎に誘電体ミラーの形成や劈開を行う場合と比較して、容易にアレイ化することができる。また、図１３に示すように、複数の利得領域１４０の各々に対して、受光領域２００が設けられることができる。これにより、個々の利得領域１４０の光出力を検出することができる。なお、図示はしないが、発光領域１００と受光領域２００の数は、異なっていてもよい。例えば、複数の発光領域１００に対し、一つの受光領域２００が対応していてもよい。このような構成は、複数の利得領域を交互に駆動するような場合に、受光素子の総数が減少し、発光装置の電圧調整等を行う外部電子回路が簡素化するなどの利点がある。

本変形例に係る発光装置５０００によれば、発光装置１０００の例に比べ、発光装置全体の高出力化を図ることができる。また、発光装置５０００によれば、個々の利得領域１４０の光出力を検出することができる。

（５）次に、第５の変形例について説明する。

図１４は、本変形例に係る発光装置６０００を模式的に示す平面図である。図１５は、
図１４のXV-XV断面図である。図１４に示す平面図は、図２に対応している。

発光装置１０００の例では、絶縁部１１２が形成されている領域と、絶縁部１１２が形成されていない領域、すなわち柱状部１３０を形成している領域に屈折率差を設けて光を閉じ込める屈折率導波型について説明した。これに対して、本変形例では、柱状部１３０を形成することによって屈折率差を設けず、利得領域１４０がそのまま導波領域となる、利得導波型を用いることができる。

第２クラッド層１０８は、活性層１０６上に形成されていることができる。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ことができる。図１５に示すように、第２クラッド層１０８とコンタクト層１１０とは、柱状部１３０を構成しない。

第２電極１２２は、コンタクト層１１０上に形成されている。第２電極１２２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１２２の下面は、図１４に示すように、利得領域１４０と同様の平面形状を有している。図示の例では、第２電極１２２とコンタクト層１１０との接触面の平面形状によって、電極１２０，１２２間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１４０の平面形状が決定されることができる。図示の例では、第２電極１２２の上面も下面も、利得領域１４０と同じ平面形状を有する。

本実施形態によれば、上述した発光装置１０００と同様に、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光装置を有する発光装置を提供することができる。

（６）次に、第６の変形例について説明する。

図１６は、本変形例に係る発光装置７０００を模式的に示す平面図である。

発光装置１０００の例では、ミラー部が、ＤＢＲミラー１７０である場合について説明した。これに対して、本変形例では、ミラー部が、反射面１６０を露出させる開口部７１６０の側面であることができる。

開口部７１６０は、利得領域１４０に生じる光を全反射させる反射面１６０に設けられることができる。図示の例では、利得領域１４０の第１部分１４２と第２部分１４４とを接続する第３部分１４６の端面１５５と、第２部分１４４の第４端面１５４とが構成する反射面１６０で、利得領域１４０に生じる光を全反射させることができる。

受光領域２００は、開口部７１６０の設けられた反射面１６０に対向して設けられている。受光領域２００では、当該反射面１６０において、散乱された光を受光することができる。

本変形例によれば、発光装置１０００と同様に、モノリシックに発光装置と受光装置が形成された発光装置を提供することができる。

（７）次に、第７の変形例について説明する。

発光装置１０００の例では、ＩｎＧａＡｌＰ系の場合について説明したが、本変形例では、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、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＺｎＣｄＳｅ系などの半導体材料を用いることができる。本変形例では、基板１０２として、例えばＧａＮ基板などを用いることができる。また、本変形例では、例えば有
機材料などを用いることもできる。

なお、上述した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、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

４． 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。

本実施形態に係る発光装置を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の活性層を第１側面側から平面的に見た図。 本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の第１の変形例を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る発光装置の第２の変形例を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る発光装置の第２の変形例を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の第３の変形例を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の第４の変形例を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る発光装置の第５の変形例を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る発光装置の第５の変形例を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の第６の変形例を模式的に示す平面図。

１０ 光、２０ 第１出射光、２２ 第２出射光、１００ 発光領域、１０２ 基板、１０３ 半導体層、１０４ 第１クラッド層、１０５ 第１側面、１０６ 活性層、１０７
第２側面、１０８ 第２クラッド層、１１０ コンタクト層、１１２ 絶縁部、１１４
反射防止膜、１２０ 第１電極、１２２ 第２電極、１３０ 柱状部、１４０ 利得領域、１４２ 第１部分、１４４ 第２部分、１４６ 第３部分、１５１ 第１端面、１５２ 第２端面、１５３ 第３端面、１５４ 第４端面、１６０ 反射面、１７０ 分布ブラッグ反射型ミラー、１７２ 溝、１８０ フォトニック結晶領域、１８２ 穴、１００
発光領域、２００ 受光領域、３００ 分離溝、１０００ 発光装置、２０００ 発光装置、３０００ 発光装置、４０００ 発光装置、５０００ 発光装置、６０００ 発光装置、７０００ 発光装置、７１６０ 開口部

Claims (11)

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た活性層と、
   前記活性層の上方に形成された第２クラッド層と、
   を含む半導体層を有し、
   前記半導体層は、分離溝によって、発光領域と受光領域とに電気的に分離され、
   前記発光領域の前記活性層のうちの少なくとも一部は、電圧が印加されて光を発生する利得領域を構成し、
   前記利得領域は、前記発光領域の前記活性層の第１側面に設けられた第１端面から、前記第１側面に設けられた第２端面まで、連続しており、
   前記利得領域は、前記第１端面から前記第２端面までの間に、前記利得領域に生じる光を反射させる第１反射部および第２反射部を有し、
   前記利得領域は、前記第１端面と前記第１反射部との間に延在する第１部分と、
   前記第２端面と前記第２反射部との間に延在する第２部分と、
   前記第１反射部と前記第２反射部との間に延在する第３部分と、を有し、
   前記第１部分、および前記第２部分は、前記第１クラッド層と前記活性層の積層方向から見て、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって設けられ、
   前記利得領域の前記第１部分に生じる光の一部は、前記第１反射部および前記第２反射部において反射して、前記第２端面から出射され、
   前記利得領域の前記第２部分に生じる光の一部は、前記第１反射部および前記第２反射部において反射して、前記第１端面から出射され、
   前記利得領域に生じる光の一部は、前記第１反射部および前記第２反射部の少なくとも一方において透過し、
   前記半導体層の前記受光領域において、前記第１反射部および前記第２反射部の少なくとも一方を透過した光を受光する、発光装置。
2. 請求項１において、
   前記第１反射部および第２反射部の少なくとも一方は、分布ブラッグ反射型ミラーからなる、発光装置。
3. 請求項１において、
   前記第１反射部および第２反射部の少なくとも一方は、フォトニック結晶領域からなる、発光装置。
4. 請求項２において、
   前記分布ブラッグ反射型ミラーは、複数の溝から構成されている、発光装置。
5. 請求項４において、
   前記複数の溝の少なくとも１つは、前記分離溝を兼ねている、発光装置。
6. 請求項３において、
   前記フォトニック結晶領域は、前記活性層の面内方向に所定の格子配列で周期的に配置された複数の穴で構成されている、発光装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記分離溝は、前記積層方向から見て、前記発光領域と前記受光領域の間に設けられ、
   前記分離溝の底面の位置は、前記活性層の底面の位置より下である、発光装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記発光領域は、
   前記発光領域の前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、
   前記発光領域の前記第２クラッド層に電気的に接続された第２電極と、
   を有し、
   前記受光領域は、
   前記受光領域の前記第１クラッド層に電気的に接続された第３電極と、
   前記受光領域の前記第２クラッド層に電気的に接続された第４電極と、
   を有する、発光装置。
9. 請求項８において、
   前記第１電極と前記第３電極とは、共通の電極である、発光装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記発光領域および前記受光領域は、複数設けられている、発光装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記発光領域は複数設けられており、前記受光領域は単一である、発光装置。

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