DE112018003033T5

DE112018003033T5 - Lichtemittierende vorrichtung

Info

Publication number: DE112018003033T5
Application number: DE112018003033.4T
Authority: DE
Inventors: Yuu Takiguchi; Kazuyoshi Hirose; Yoshitaka Kurosaka; Takahiro Sugiyama; Yoshiro Nomoto; Soh UENOYAMA
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2020-03-12
Also published as: JP2019003041A; US20200209653A1; US11686956B2; JP6959042B2; WO2018230612A1; CN110546564A; CN110546564B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine Reduzierung der Abschwächungs- und Beugungseffekt, die durch eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung in Bezug auf moduliertes Licht, das von einem räumlichen Lichtmodulator ausgegeben wird, verursacht werden, ermöglicht, und die lichtemittierende Vorrichtung weist die lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die Licht von einer Lichtausgangsfläche ausgibt, und den räumliche Lichtmodulator, der das Licht moduliert, auf. Der räumliche Lichtmodulator beinhaltet eine Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche mit der Fläche, die größer ist als die Fläche einer Lichteingangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung, moduliert Licht, das durch einen Bereich aufgenommen wird, der der Lichteintrittsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung in der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche zugewandt ist, und gibt das modulierte Licht von einem anderen Bereich der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche in einen anderen Raum als die Lichteingangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung aus.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine lichtemittierende Vorrichtung.
Stand der Technik
Das Patentdokument 1 beschreibt eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem Halbleiterlaserchip und einem räumlichen Lichtmodulator, der optisch mit dem Halbleiterlaserchip verbunden ist. Der Halbleiter-Laserchip weist eine aktive Schicht, ein Paar Mantelschichten auf, welche um die aktive Schicht herum angeordnet sind, und eine Beugungsgitterschicht, die optisch mit der aktiven Schicht verbunden ist. Der räumliche Lichtmodulator beinhaltet eine gemeinsame Elektrode, eine Vielzahl von Pixelelektroden und eine Flüssigkristallschicht, die zwischen der gemeinsamen Elektrode und den Pixelelektroden angeordnet ist. Ein Laserstrahl, der in einer Dickenrichtung der Beugungsgitterschicht ausgegeben wird, wird über eine transparente Elektrode der gemeinsamen Elektrode und den Pixelelektroden in den räumlichen Lichtmodulator geleitet. Der räumliche Lichtmodulator moduliert mindestens eine der Größen aus Phase, Intensität, Polarisationsrichtung des Laserstrahls in jeder winzigen Region mit einer zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode angelegten Ansteuerspannung, reflektiert den Laserstrahl, der einer räumlichen Lichtsteuerung unterzogen wurde, um diesen nach außen abzugeben.
Zitatliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: PCT Internationale Anmeldung Veröffentlichung Nr. 2015/008627
Nicht-Patentliteratur
Nicht-Patentdokument 1: Y. Kurosaka et al., „Effects of non-lasing band in twodimensional photonic-crystal lasers clarified using omnidirectional band structure," Opt. Express 20, 21773 -21783 (2012).
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Durch die Untersuchung der konventionellen lichtemittierenden Vorrichtungen wie der oben beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung haben die Erfinder die folgenden Probleme herausgefunden. Bei den herkömmlichen lichtemittierenden Vorrichtungen mit einer Konfiguration, in der eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung und ein räumlicher Lichtmodulator kombiniert werden, wird das von der lichtemittierende Halbleitervorrichtung ausgegebene Licht den räumlichen Lichtmodulator zugeführt und das erhaltene Licht, das durch den räumlichen Lichtmodulator eine beliebige Phasenverteilung und Intensitätsverteilung erhält, wird nach außen abgegeben. Als Ergebnis erhält man ein gewünschtes optisches Bild.
Der räumliche Lichtmodulator beinhaltet einen Reflexionstyp und einen Transmissionstyp. Bei Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators vom Reflexionstyp, wenn der räumliche Lichtmodulator und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung nahe beieinander angeordnet sind, wird die Positionseinstellung zur optischen Kopplung zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung erleichtert, und die lichtemittierende Vorrichtung kann verkleinert werden. Es ist jedoch notwendig, dass moduliertes Licht aufgrund einer Struktur der Vorrichtung die lichtemittierende Halbleitervorrichtung passiert, damit das modulierte Licht, das von einem räumlichen Lichtmodulator vom Reflexionstyp ausgegeben wird, an die Außenseite der Vorrichtung abgegeben wird. In diesem Fall bewirkt eine lichtabschirmende Komponente (z.B. eine Elektrode) der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung eine Dämpfung, einen Beugungseffekt oder dergleichen, so dass die Qualität des optischen Bildes verschlechtert wird. Darüber hinaus wird in einer Konfiguration, in der der räumliche Lichtmodulator vom Reflexionstyp und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung voneinander getrennt angeordnet sind, um dieses Problem zu vermeiden, die Einstellung für die Position für die optische Kopplung zwischen dem räumlichen Lichtmodulator vom Reflexionstyp und der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung erschwert und die Vorrichtung wird groß. Ein solches Problem wird noch dadurch vergrößert, wenn die lichtemittierende Vorrichtung eine große Anzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen beinhaltet.
Die vorliegende Erfindung entstand, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ein Ziel ist es, eine lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen, die eine Struktur aufweist, die eine Reduzierung der Abschwächung oder Reduzierung von Beugungseffekt ermöglicht, die durch eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung in Bezug auf moduliertes Licht verursacht wird, das von einem räumlichen Lichtmodulator ausgegeben wird, selbst wenn der räumliche Lichtmodulator vom Reflexionstyp nahe an der lichtemittierende Halbleitervorrichtung angeordnet ist.
Lösung des Problems
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, beinhaltet eine lichtemittierende Vorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung und einen räumlichen Lichtmodulator. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung hat eine Lichtausgangsfläche und gibt das Licht in einer Richtung aus, die in Bezug auf eine Normalrichtung der Lichtausgangsfläche geneigt ist. Der räumliche Lichtmodulator ist ein räumlicher Lichtmodulator vom Reflexionstyp mit einer Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche, die so angeordnet ist, dass mindestens ein Teil davon der Lichtausgangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung zugewandt ist.
Der räumliche Lichtmodulator vom Reflexionstyp moduliert eine Phase und/oder eine Lichtintensität des Lichts von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung, wobei das Licht durch die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche zugeführt wird und das modulierte Licht von der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche abgegeben wird. Indes beinhaltet die lichtemittierende Halbleitervorrichtung mindestens ein Halbleitersubstrat, einen Halbleiterlaminatabschnitt mit einer aktiven Schicht und einer Phasenmodulationsschicht, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode. Das Halbleitersubstrat weist eine Hauptfläche und eine der Hauptfläche gegenüberliegende Rückseite auf. Der Halbleiterlaminatabschnitt, der die aktive Schicht und die Phasenmodulationsschicht beinhaltet, weist eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche auf, wobei die obere Oberfläche und die untere Oberfläche in einer Sandwichstruktur angeordnet sind, damit die aktive Schicht und die Phasenmodulationsschicht dazwischen eingelegt sind. Darüber hinaus ist der Halbleiterlaminatabschnitt auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats so angeordnet, dass die untere Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts der Hauptfläche des Halbleitersubstrats zugewandt ist. Die erste Elektrode ist auf der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts angeordnet. Die zweite Elektrode ist auf der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet.
Insbesondere ist die Lichtausgangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung in der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts oder in der Rückseite des Halbleitersubstrats enthalten. Die Phasenmodulationsschicht beinhaltet eine Basisschicht mit einem vorbestimmten Brechungsindex und eine Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex, wobei der modifizierte Brechungsindex unterschiedlich zum Brechungsindex der Basisschicht ist. Darüber hinaus ist in einem Zustand, in dem ein virtuelles Quadratgitter, das auf einer Designoberfläche der Phasenmodulationsschicht, die senkrecht zur Normalrichtung angeordnet ist, festgelegt ist, jeder der Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex so angeordnet ist, dass ein Schwerpunkt von einem entsprechenden Gitterpunkt des virtuellen Quadratgitters um einen vorbestimmten Abstand separiert ist und ein Vektor von dem entsprechenden Gitterpunkt zum Schwerpunkt einen vorbestimmten Drehwinkel um den entsprechenden Gitterpunkt aufweist. Alternativ ist in einem Zustand, in dem ein virtuelles Quadratgitter, das auf einer Designoberfläche der Phasenmodulationsschicht, die senkrecht zur Normalrichtung angeordnet ist, festgelegt ist, jeder der Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex so angeordnet ist, dass ein Schwerpunkt auf einer Geraden angeordnet ist, wobei die Gerade einen Gitterpunkt des virtuellen Quadratgitters schneidet und relativ zum Quadratgitter geneigt ist, und ein Vektor von dem entsprechenden Gitterpunkt zum Schwerpunkt eine vorbestimmte Größe aufweist. In der lichtemittierenden Vorrichtung mit der oben beschriebenen Struktur ist die Fläche der Lichtausgangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung kleiner als die Fläche der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche des räumlichen Lichtmodulators.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung verursachten Abschwächungs- oder Beugungseffekt in Bezug auf das vom räumlichen Lichtmodulator abgegebene modulierte Licht auch in der Konfiguration zu reduzieren, in der der räumliche Lichtmodulator vom Reflexionstyp und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung nahe beieinander angeordnet sind.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung, betrachtet von einer Seite der Lichtausgangsfläche.
3 ist eine Unteransicht der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung, betrachtet von einer Rückseite eines Halbleitersubstrats.
4 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Beispiels eines Anordnungsmusters (Rotationsschema) von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex in einer Phasenmodulationsschicht, die einem ersten Abschnitt entspricht.
5 ist ein Diagramm zur Beschreibung einer Positionsbeziehung zwischen einem Schwerpunkt des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex und einem Gitterpunkt in einem virtuellen Quadratgitter als Beispiel für das durch das Rotationsschema bestimmte Anordnungsmuster.
Die 6A und 6B sind Ansichten, die ein Beispiel für eine Amplitudenverteilung der Phasenmodulationsschicht und ein Beispiel für eine Phasenverteilung der Phasenmodulationsschicht darstellen.
7 ist eine Ansicht, die ein Fernfeldbild darstellt, realisiert durch die Phasenmodulationsschicht mit der Amplitudenverteilung von 6A und der Phasenverteilung von 6B.
8 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer Beziehung zwischen einem Ausgangsstrahlmuster (optisches Bild) der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung und einer Drehwinkelverteilung.
Die 9A und 9B sind Ansichten zum Beschreiben von Punkten, die beim Erhalten einer Phasenverteilung basierend auf einer Phasenwinkelverteilung zu beachten sind, die aus einem Ergebnis der diskreten Fourier-Transformation des optischen Bildes erhalten wurde, und zum Bestimmen der Anordnung der modifizierten Brechungsindexbereiche.
10 ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Modifikation.
11 ist eine Unteransicht einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation.
12 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer dritten Modifikation darstellt.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die eine lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer vierten Modifikation veranschaulicht.
14 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration der in 13 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung teilweise veranschaulicht.
15 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Beispiel für eine Struktur einer oberen Oberfläche (auf einer Seite einer Lichtausgangsfläche 10a) der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung darstellt.
16 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Beispiel für die Struktur der oberen Oberfläche (auf der Seite der Lichtausgangsfläche 10a) der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung darstellt.
17 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Beispiel für eine Struktur einer unteren Oberfläche (auf einer Seite einer Rückseite 9b) der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung darstellt.
18 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer fünften Modifikation darstellt.
19 ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Halbleitervorrichtung, betrachtet von einer Seite der Lichtausgangsfläche.
20 ist eine Unteransicht der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung, betrachtet von einer Vorderflächenseite eines Halbleiterlaminatabschnitts.
21 ist eine schematische Ansicht, die teilweise eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer sechsten Modifikation darstellt.
22 ist eine vergrößerte Ansicht eines Beispiels einer Struktur einer oberen Oberfläche (auf der Seite der Lichtausgangsfläche 10a) der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung.
23 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Beispiel für eine Struktur einer unteren Oberfläche (auf der Seite der Rückseite 9b) der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung darstellt.
24 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
25 ist eine perspektivische Ansicht, die eine lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer siebten Modifikation veranschaulicht.
26 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration der in 25 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung teilweise veranschaulicht.
27A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Trägersubstrats einer siebten Modifikation veranschaulicht, und 27B ist eine Ansicht, die ebene Konturen eines Metallfilms und eines leitenden Klebstoffs veranschaulicht.
28 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer achten Modifikation darstellt.
29 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer neunten Modifikation darstellt.
30A bis 30D sind Ansichten, die ein Anordnungsbeispiel eines ersten Bereichs und eines zweiten Bereichs auf einer Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche veranschaulichen (Teil 1 davon).
31A bis 31D sind Ansichten, die ein Anordnungsbeispiel eines ersten Bereichs und eines zweiten Bereichs auf einer Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche veranschaulichen (Teil 2 davon).
32A bis 32C sind Ansichten, die ein Anordnungsbeispiel eines ersten Bereichs und eines zweiten Bereichs auf einer Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche veranschaulichen (Teil 3 davon).
33A bis 33C sind Ansichten, die ein Anordnungsbeispiel eines ersten Bereichs und eines zweiten Bereichs auf einer Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche veranschaulichen (Teil 4 davon).
34A und 34B sind Ansichten, die ein Beispiel für eine Amplitudenverteilung einer Phasenmodulationsschicht und ein Beispiel für eine Phasenverteilung der Phasenmodulationsschicht darstellen.
35 veranschaulicht ein Fernfeldbild, realisiert durch die Phasenmodulationsschicht mit der Amplitudenverteilung von 34A und der Phasenverteilung von 34B
36A und 36B sind Ansichten, die ein Beispiel für eine Amplitudenverteilung einer Phasenmodulationsschicht und ein Beispiel für eine Phasenverteilung der Phasenmodulationsschicht darstellen.
37 veranschaulicht ein Fernfeldbild, realisiert durch die Phasenmodulationsschicht mit der Amplitudenverteilung von 36A und der Phasenverteilung von 36B.
38A und 38B sind Ansichten, die ein Beispiel für eine Amplitudenverteilung einer Phasenmodulationsschicht und ein Beispiel für eine Phasenverteilung der Phasenmodulationsschicht darstellen.
39 veranschaulicht ein Fernfeldbild, realisiert durch die Phasenmodulationsschicht mit der Amplitudenverteilung von 38A und der Phasenverteilung von 38B.
40 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer elften Modifikation darstellt.
41 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer weiteren lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der elften Modifikation darstellt.
42 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer weiteren lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der elften Modifikation darstellt.
43 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer weiteren lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der elften Modifikation darstellt.
44A bis 44C sind Ansichten, die ein Beispiel für eine Anordnung von roten, grünen und blauen Umwandlungsbereichen in jedem Wellenlängenumwandlungsmedium veranschaulichen.
45A bis 45G sind Ansichten, die Beispiele für eine spiegelbildliche symmetrische Form unter ebenen Konturen von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex auf einer X-Y-Ebene veranschaulichen.
46A bis 46K sind Ansichten, die Beispiele für Formen veranschaulichen, die keine 180°-Drehsymmetrie zwischen den ebenen Konturen des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex auf der X-Y-Ebene aufweisen.
47 ist eine Draufsicht auf eine Phasenmodulationsschicht gemäß einer dreizehnten Modifikation.
48 ist ein Diagramm, das eine Positionsbeziehung von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex in der Phasenmodulationsschicht gemäß der dreizehnten Modifikation darstellt.
49A bis 49K sind Ansichten, die Beispiele für ebene Konturen der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex und eine relative Beziehung auf der X-Y-Ebene veranschaulichen.
50 ist eine Ansicht, die Beispiele für die ebenen Konturen der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex auf der X-Y-Ebene zeigt.
51 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Beispiels eines Anordnungsmusters (axiales Verschiebungsschema) der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex in der Phasenmodulationsschicht, die dem ersten Abschnitt entsprechenden.
52 ist ein Diagramm zur Beschreibung einer Positionsbeziehung zwischen einem Schwerpunkt des Bereichs des modifizierten Brechungsindex und einem Gitterpunkt in einem virtuellen Quadratgitter als Beispiel für das durch das axiale Verschiebungsschema bestimmte Anordnungsmuster.
53A bis 53G sind Ansichten, die Beispiele (axiales Verschiebungsschema) einer ebenen Kontur des Bereichs des modifizierten Brechungsindex veranschaulichen.
54A bis 54K sind Ansichten, die andere Beispiele (axiales Verschiebungsschema) für eine ebene Kontur des Bereichs des modifizierten Brechungsindex veranschaulichen.
55A bis 55K sind Ansichten, die noch weitere Beispiele (axiales Verschiebungsschema) für eine ebene Kontur des Bereichs des modifizierten Brechungsindex veranschaulichen.
ist eine Ansicht, die Anwendungsbeispiele (axiales Verschiebungsschema) für die ebene Kontur des Bereichs des modifizierten Brechungsindex veranschaulicht.
Die 57A bis 57E sind Ansichten, die andere Beispiele für eine ebene Kontur einer Elektrode, wie in 1 und dergleichen dargestellt, veranschaulichen.
Die 58A bis 58G sind Ansichten, die noch weitere Beispiele für die ebene Kontur der Elektrode, wie in 1 und dergleichen dargestellt, veranschaulichen.
59 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung eines Vergleichsbeispiels veranschaulicht.
ist ein Diagramm zur Beschreibung der Koordinatentransformation von kugelförmigen Koordinaten (d1, θtilt, θrot) in Koordinaten (ξ, η, ζ) in einem orthogonalen Koordinatensystem XYZ.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anwendung]
Zunächst werden die Inhalte der Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anmeldung einzeln aufgeführt und beschrieben.
(1) Eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung und einen räumlichen Lichtmodulator. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung hat eine Lichtausgangsfläche und gibt das Licht in einer Richtung aus, die in Bezug auf eine Normalrichtung der Lichtausgangsfläche geneigt ist. Der räumliche Lichtmodulator ist ein räumlicher Lichtmodulator vom Reflexionstyp mit einer Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche, die so angeordnet ist, dass mindestens ein Teil davon der Lichtausgangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung zugewandt ist.
Der räumliche Lichtmodulator vom Reflexionstyp moduliert eine Phase und/oder eine Lichtintensität des Lichts von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung, wobei das Licht durch die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche zugeführt wird und das modulierte Licht von der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche abgegeben wird. Indes beinhaltet die lichtemittierende Halbleitervorrichtung mindestens ein Halbleitersubstrat, einen Halbleiterlaminatabschnitt mit einer aktiven Schicht und einer Phasenmodulationsschicht, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode. Das Halbleitersubstrat weist eine Hauptfläche und eine der Hauptfläche gegenüberliegende Rückseite auf. Der Halbleiterlaminatabschnitt, der die aktive Schicht und die Phasenmodulationsschicht beinhaltet, weist eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche auf, wobei die obere Oberfläche und die untere Oberfläche in einer Sandwichstruktur angeordnet sind, damit die aktive Schicht und die Phasenmodulationsschicht dazwischen eingelegt sind. Darüber hinaus ist der Halbleiterlaminatabschnitt auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats so angeordnet, dass die untere Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts der Hauptfläche des Halbleitersubstrats zugewandt ist. Die erste Elektrode ist auf der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts angeordnet. Die zweite Elektrode ist auf der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet.
Insbesondere ist die Lichtausgangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung in der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts oder in der Rückseite des Halbleitersubstrats enthalten. Die Phasenmodulationsschicht beinhaltet eine Basisschicht mit einem vorbestimmten Brechungsindex und eine Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex, wobei der modifizierte Brechungsindex unterschiedlich zum Brechungsindex der Basisschicht ist. In der lichtemittierenden Vorrichtung mit der oben beschriebenen Struktur ist die Fläche der Lichtausgangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung kleiner als die Fläche der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche des räumlichen Lichtmodulators. In Übrigen kann als Anordnungsverfahren für die jeweiligen Bereiche des modifizierten Brechungsindex in der Phasenmodulationsschicht beispielsweise ein Rotationsschema oder ein axiales Verlagerungsschema (engl. On-Axis-Shift-Schema) angewendet werden. Beispielsweise, entsprechend eines Aspektes der vorliegenden Ausführungsform, wenn als Anordnungsverfahren das Rotationsschema verwendet wird, ist jeder der Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex so angeordnet, dass ein Schwerpunkt von einem entsprechenden Gitterpunkt eines virtuellen Quadratgitters um einen vorbestimmten Abstand separiert ist und ein Vektor vom entsprechenden Gitterpunkt zum Schwerpunkt einen vorbestimmten Drehwinkel um den entsprechenden Gitterpunkt aufweist, in einem Zustand, in dem das virtuelle Quadratgitter, das auf einer Designoberfläche der Phasenmodulationsschicht, die senkrecht zur Normalrichtung angeordnet ist, festgelegt ist. Darüber hinaus ist ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Anordnungsverfahren unter Verwendung des axialen Verlagerungsschema angenommen wird, jeder der Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex so angeordnet, dass ein Schwerpunkt entsprechend einem vorbestimmten Phasenwinkel linear auf einer Geraden mit einer vorbestimmten Länge mit einem entsprechenden Gitterpunkt eines virtuellen Quadratgitters als Mittelpunkt angeordnet, in einem Zustand, in dem das virtuelle Quadratgitter, das auf einer Designoberfläche der Phasenmodulationsschicht, die senkrecht zur Normalrichtung angeordnet ist, festgelegt ist.
Insbesondere eine Struktur, die die oben beschriebene Beziehung zwischen der Fläche der Lichtausgangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung und der Fläche der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche des räumlichen Lichtmodulators realisiert, weist eine Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche mit einem ersten Bereich auf, der der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung zugewandt ist, und einen zweiten Bereich, der an einer anderen Position als dem ersten Bereich angeordnet ist, auf. In der lichtemittierenden Vorrichtung mit der ersten Struktur sind die relative Positionen des räumlichen Lichtmodulators und der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung so eingestellt, dass das Licht der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung über den ersten Bereich dem räumlichen Lichtmodulator zugeführt wird und das modulierte Licht aus dem zweiten Bereich an einen Außenbereich der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung abgegeben wird.
Darüber hinaus weist die lichtemittierende Halbleitervorrichtung einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt in einer zweiten Struktur der lichtemittierenden Vorrichtung auf. Der erste Abschnitt erstreckt sich von der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts bis zur Rückseite des Halbleitersubstrats und weist die Lichtausgangsfläche auf. Weiterhin ist die erste Elektrode auf einer oberen Oberfläche des ersten Abschnitts vorgesehen, die einen Teil der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts bildet, und die zweite Elektrode ist auf einer Rückseite des ersten Abschnitts vorgesehen, die einen Teil der Rückseite des Halbleitersubstrats bildet. Andererseits erstreckt sich der zweite Abschnitt von der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts bis zur Rückseite des Halbleitersubstrats und ist an einer anderen Position als der erste Abschnitt auf der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts angeordnet. Im Übrigen ist es im Idealfall vorzuziehen, dass die Vielzahl der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex, die in der Phasenmodulationsschicht angeordneten sind, nicht in einem Teil der Phasenmodulationsschicht angeordnet, der im zweiten Abschnitt enthaltenen ist, und ist in einem Teil der Phasenmodulationsschicht angeordnet, der im ersten Abschnitt enthaltenen ist. In der lichtemittierenden Vorrichtung mit der zweiten Struktur sind relative Positionen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung und des räumlichen Lichtmodulators so eingestellt, dass das Licht, das moduliert wird nachdem es von der Lichtausgangsfläche des ersten Abschnitts der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche des räumlichen Lichtmodulators zugeführt wird, den zweiten Abschnitt passiert.
In den lichtemittierenden Vorrichtungen mit der vorstehend beschriebenen ersten Struktur und der zweiten Struktur weist der Schwerpunkt jedes der Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex, die in der Phasenmodulationsschicht enthalten sind, den Drehwinkel um den entsprechenden Gitterpunkt des Vektors vom entsprechenden Gitterpunkt des virtuellen quadratischen Gitters zum Schwerpunkt auf. Ein solches Anordnungsmuster der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex wird mit dem Fall verglichen, in dem der Schwerpunkt jedes der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex auf dem entsprechenden Gitterpunkt des quadratischen Gitters positioniert ist (sogenannter photonischer Kristalllaser), dann nimmt die Lichtintensität von Licht der 0ten Ordnung, das in einer Richtung senkrecht zur Lichtausgangsfläche abgegeben wird, ab und die Lichtintensität von Licht höherer Ordnung (z.B. Licht der +1ten Ordnung 1 und Licht der -1ten Ordnung), das in einer Richtung ausgegeben wird, die in Bezug auf die Richtung geneigt ist, nimmt zu. Daher ist es möglich, die lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die Licht in der Richtung ausgibt, die in Bezug auf die Richtung senkrecht zur Lichtausgangsfläche geneigt ist (Normalrichtung), zu realisieren.
Weiterhin beinhaltet die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche des räumlichen Lichtmodulators den ersten Bereich, der der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung zugewandt ist, und den zweiten Bereich, der an einer anderen Position in der lichtemittierenden Vorrichtung, die die erste Struktur aufweist, als der erste Bereich angeordnet ist. Darüber hinaus wird Licht von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung dem ersten Bereich zugeführt und moduliertes Licht aus dem zweiten Bereich abgegeben. Mit einer solchen ersten Struktur kann das modulierte Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung nach außen unter Vermeidung der lichtemittierende Halbleitervorrichtung abgegeben werden, so dass eine Reduktion des Abschwächungs- und Beugungseffekt, der durch die lichtemittierende Halbleitervorrichtung in Bezug auf das modulierte Licht verursacht wird, ermöglicht wird.
Andererseits, in der lichtemittierenden Vorrichtung, die die zweite Struktur beinhaltet, beinhaltet die lichtemittierende Halbleitervorrichtung den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind im ersten Abschnitt vorgesehen. Darüber hinaus wird das in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung erzeugte Licht von der Lichtausgangsfläche des ersten Abschnitts ausgegeben und das modulierte Licht wird vom räumlichen Lichtmodulator ausgegeben, um den zweiten Bereich zu passieren. Mit einer solchen zweiten Struktur kann das modulierte Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung nach außen unter Vermeidung der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode abgegeben werden, so dass eine Reduktion eines Abschwächungs- und Beugungseffekts, der durch die lichtemittierende Halbleitervorrichtung in Bezug auf das modulierte Licht verursacht wird, ermöglicht wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, Abschwächungs- und Beugungseffekt, der durch die lichtemittierende Halbleitervorrichtung in Bezug auf das modulierte Licht verursacht wird, auch in der Konfiguration zu reduzieren, in der der räumliche Lichtmodulator und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung nahe beieinander angeordnet sind, entsprechend den lichtemittierenden Vorrichtungen mit der ersten Struktur und der zweiten Struktur. Dadurch wird die Positionseinstellung für die optische Kopplung zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung erleichtert. Darüber hinaus kann die lichtemittierende Vorrichtung selbst verkleinert werden. Darüber hinaus stehen sich die Lichtausgangsfläche der lichtemittierende Halbleitervorrichtung und die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche des räumlichen Lichtmodulators parallel gegenüber, so dass die Positionseinstellung für die optische Kopplung weiter erleichtert wir. Darüber hinaus kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung einfach am räumlichen Lichtmodulator befestigt werden.
(2) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann die lichtemittierende Vorrichtung mit der zweiten Struktur ferner einen Antireflexionsfilm beinhalten, der sowohl auf einer oberen Oberfläche des zweiten Abschnitts, der einen Teil der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts bildet, als auch auf einer Rückseite des zweiten Abschnitts, der einen Teil der Rückseite des Halbleitersubstrats bildet, vorgesehen ist. In diesem Fall wird ein Verlust reduziert, wenn das modulierte Licht durch eine Vorderseite (einen Teil der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts) und die Rückseite (ein Teil der Rückseite des Halbleitersubstrats) des zweiten Abschnitts hindurchgeht, und die Lichtausbeute der lichtemittierenden Vorrichtung, die die zweiten Struktur aufweist, kann verbessert werden.
(3) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform, bei der die lichtemittierende Vorrichtung die zweite Struktur aufweist, ist es vorzuziehen, dass ein im zweiten Abschnitt der Phasenmodulationsschicht enthaltener Schichtabschnitt so eingerichtet ist, dass nur die Basisschicht verwendet wird. Das heißt, es ist vorzuziehen, dass die Vielzahl der in der Phasenmodulationsschicht enthaltenen Bereiche mit modifizierten Brechungsindex in einem Teil der Phasenmodulationsschicht angeordnet ist, die im ersten Abschnitt enthaltenen ist. In diesem Fall ist es möglich, den Abschwächungs- und Beugungseffekt, der durch die lichtemittierende Halbleitervorrichtung in Bezug auf das modulierte Licht verursacht wird, weiter zu reduzieren.
(4) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann die lichtemittierenden Vorrichtungen mit der ersten Struktur und der zweiten Struktur ferner ein lichtdurchlässiges Trägersubstrat beinhalten, das zwischen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung und dem räumlichen Lichtmodulator vorgesehen ist und eingerichtet ist, um die lichtemittierende Halbleitervorrichtung an dem räumlichen Lichtmodulator zu befestigen. In diesem Fall kann die mechanische Festigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung erhöht und die Gefahr eines Bruchs der Vorrichtung, der durch eine Biegekraft verursachte wird, reduziert werden. Weiterhin kann der Abstand zwischen der Lichtausgangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung und der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche des räumlichen Lichtmodulators durch eine Dicke des Trägersubstrats leicht eingestellt werden. Darüber hinaus ist es als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform vorzuziehen, dass das Trägersubstrat eine Verdrahtung beinhaltet, die eingerichtet ist, um einen Strom an eine Elektrode zu liefern, die dem räumlichen Lichtmodulator am nächsten liegt, wobei die Elektrode eine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ist. In diesem Fall kann der Strom passend der Elektrode der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung zugeführt werden, die mit dem räumlichen Lichtmodulator bedeckt ist.
(5) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ist es bei den lichtemittierenden Vorrichtungen mit der ersten Struktur und der zweiten Struktur vorzuziehen, dass eine ebene Kontur (die Kontur ist auf einer Fläche senkrecht zur Normalrichtung der Lichtaustrittsfläche definiert) einer Elektrode, die dem räumlichen Lichtmodulator am nächsten liegt, wobei die Elektrode eine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ist, eine aus einer Gitterform, einer Streifenform, einer konzentrischen Form, einer Radialform und einer Kammform ist. Wenn die Elektrode eine dieser ebenen Konturen aufweist, kann ein Teil der Elektrode auch in der Nähe einer Mitte der Lichtaustrittsfläche angeordnet werden. In diesem Fall kann ausreichend Strom der Nähe eines Zentrums der aktiven Schicht zugeführt werden, so dass die Fläche der Lichtaustrittsfläche weiter vergrößert werden kann.
(6) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ist es bei den lichtemittierenden Vorrichtungen mit der ersten Struktur und der zweiten Struktur vorzuziehen, dass das von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung abgegebene Licht mindestens eines von Licht 1ter Ordnung und Licht -1ter Ordnung ist. Wie vorstehend beschrieben, wird dieses Licht in der Richtung ausgegeben, die in Bezug auf die Richtung senkrecht zur Lichtausgangsfläche (Normalrichtung) geneigt ist. Daher ist es möglich, die lichtemittierenden Vorrichtungen mit der ersten Struktur und der vorstehend beschriebenen zweiten Struktur geeignet zu realisieren.
(7) Im Übrigen wird das Anordnungsmuster der Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex in der Phasenmodulationsschicht wie folgt bestimmt. Das heißt, als eine erste Voraussetzung wird ein virtuelles quadratisches Gitter, das durch M1 (einer ganzen Zahl größer gleich 1) × N1 (einer ganzen Zahl größer gleich 1) Einheitsbestandteilbereiche R, jeweils mit einer quadratischen Form, gebildet wird, auf eine X-Y-Ebene gesetzt, wobei die X-Y-Ebene in einem orthogonalen XYZ-Koordinatensystem, das durch eine Z-Achse, die mit der Normalrichtung der Hauptfläche des Halbleitersubstrats übereinstimmt, und der X-Y-Ebene mit X- und Y-Achsen, die orthogonal zueinander sind und mit einer Oberfläche der Phasenmodulationsschicht mit der Vielzahl der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex übereinstimmt, definiert ist. In diesem Zusammenhangt ist das Anordnungsmuster der Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex so definiert, dass ein Schwerpunkt G des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex, der innerhalb eines Einheitsbestandteilbereichs R(x, y) von einem Gitterpunkt O(x, y), der die Mitte des Einheitsbestandteilbereichs R(x, y) ist, um einen Abstand r separiert ist und ein Vektor ist in einer bestimmten Richtung auf den Schwerpunkt G vom Gitterpunkt O(x, y) im Einheitsbestandteilbereich R(x, y) auf der X-Y-Ebene, die durch eine Koordinatenkomponente x (eine ganze Zahl von 0 bis M1-1) in einer X-Achsenrichtung und eine Koordinatenkomponente y (eine ganze Zahl von 0 bis N1-1) in einer Y-Achsenrichtung spezifiziert ist, gerichtet.
Weiterhin wird als zweite Voraussetzung angenommen, dass die Koordinaten (ξ, η, ζ) im orthogonalen XYZ-Koordinatensystem eine Beziehung erfüllen, die durch die folgenden Formeln (1) bis (3) in Bezug auf sphärische Koordinaten (d1, θtilt, θrot) ausgedrückt wird, die durch eine Radiuslänge d1, einen Neigungswinkel θtilt von der Z-Achse und einen Drehwinkel θrot von der X-Achse, die auf der X-Y-Ebene wie in 60 dargestellt, angegeben ist. Im Übrigen ist 60 eine Ansicht zur Beschreibung der Koordinatentransformation von Kugelkoordinaten (d1, θtilt, θrot) in Koordinaten (ξ, η, ζ) im orthogonalen Koordinatensystem XYZ, und ein konstruiertes optisches Bild auf einer vorgegebenen Ebene (Zielstrahlprojektionsbereich), die im orthogonalen Koordinatensystem XYZ, das der reale Raum ist, gesetzt ist, wird durch die Koordinaten (ξ, η, ζ) ausgedrückt. Wenn das Ausgangsstrahlmuster, das dem von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung ausgegebenen optischen Bild entspricht, ein Satz von hellen Punkten ist, die in Richtungen gerichtet sind, die durch die Winkel θtilt und θrot definiert sind, werden die Winkel θtilt und θrot in einen Koordinatenwert kx und einen Koordinatenwert ky umgewandelt, wobei der Koordinatenwert kx eine normierte Wellenzahl, die durch die folgende Formel (4) definiert ist, auf einer Kx-Achse, die der X-Achse entspricht, ist und der Koordinatenwert ky eine normierte Wellenzahl, die durch die folgende Formel (5) definiert ist, auf einer Ky-Achse ist, wobei die Ky-Achse der Y-Achse entspricht und orthogonal zur Kx-Achse ist. Die normierte Wellenzahl bedeutet eine Wellenzahl, die normalisiert wird, wobei angenommen wird, dass eine Wellenzahl, die dem Gitterintervall des virtuellen Quadratgitters entspricht 1,0 ist. In diesem Zusammenhangt wird im Wellenzahlraum, der durch die Kx-Achse und die Ky-Achse definiert ist, ein bestimmter Wellenzahlbereich, der das dem optischen Bild entsprechende Ausgangsstrahlmuster beinhaltet, durch M2 (eine ganze Zahl größer gleich 1) × N2 (eine ganze Zahl größer gleich 1) Bildbereichen FR, die jeweils eine quadratische Form aufweisen, gebildet. Im Übrigens muss die ganze Zahl M2 nicht mit der ganzen Zahl M1 übereinstimmen. Ebenso muss die ganze Zahl N2 nicht mit der ganzen Zahl N1 übereinstimmen. Darüber hinaus werden beispielsweise Formel (4) und Formel (5) im Nicht-Patentdokument 1 offengelegt. $ξ = d 1 sin θ_{t i l t} cos θ_{r o t}$
$η = d 1 sin θ_{t i l t} sin θ_{r o t}$
$ς = d 1 cos θ_{t i l t}$
$k_{x} = \frac{α}{λ} sin θ_{t i l t} cos θ_{r o t}$
$k_{y} = \frac{α}{λ} sin θ_{t i l t} sin θ_{r o t}$

a: Gitterkonstante des virtuellen quadratischen Gitters
λ: Oszillationswellenlänge der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung

Als dritte Voraussetzung ist im Wellenzahlraum eine komplexe Amplitude F(x, y), die durch eine zweidimensionale inverse diskrete Fourier Transformation jedes Bildbereichs FR(kx, ky) erhalten wird, wobei der Bildbereich FR(kx, ky) spezifiziert ist durch die Koordinatenkomponente kx (eine ganze Zahl von 0 bis M2-1) in Kx-Achsrichtung und die Koordinatenkomponente ky (eine ganze Zahl von 0 bis N2-1) in Ky-Achsrichtung zum Einheitsbestandteilbereich c R(x, y) auf der X-Y-Ebene, die durch die Koordinatenkomponente x (eine ganze Zahl von 0 bis M1-1) in X-Achsenrichtung und die Koordinatenkomponente y (eine ganze Zahl von 0 bis N1-1) in Y-Achsenrichtung spezifiziert ist, durch die folgende Formel (6) mit j als imaginäre Einheit gegeben. Darüber hinaus wird diese komplexe Amplitude F (x, y) durch die folgende Formel (7) definiert, wenn ein Amplitudenterm A (x, y) ist und ein Phasenterm P (x, y) ist. Weiterhin wird als vierte Voraussetzung der Einheitsbestandteilbereich R (x, y) durch eine s-Achse und eine t-Achse definiert, die parallel zur X-Achse bzw. der Y-Achse und orthogonal zueinander im Gitterpunkt O (x, y), der die Mitte des Einheitsbestandteilbereich R (x, y) ist, sind. $F (x, y) = \sum_{k_{x} = 0}^{M 2 - 1} \sum_{k_{y} = 0}^{N 2 - 1} F R (k_{x}, k_{y}) exp [j 2 π (\frac{k_{x} x}{M 2} + \frac{k_{y} y}{N 2})]$
$F (x, y) = A (x, y) \times exp [j P (x, y)]$
Unter den oben beschriebenen Voraussetzungen eins bis vier wird das Anordnungsmuster der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex in der Phasenmodulationsschicht durch das Rotationsschema oder das axiales Verlagerungsschema bestimmt. Insbesondere wird bei der Bestimmung des Anordnungsmusters unter Verwendung des Rotationsschemas ein entsprechender Bereich mit modifizierten Brechungsindex im Einheitsbestandteilbereich R (x, y) so angeordnet, dass ein Winkel φ (x, y), der durch ein Liniensegment gebildet wird, das den Gitterpunkt O (x, y) und den Schwerpunkt G des entsprechenden Bereichs mit modifizierten Brechungsindex verbindet, und die s-Achse folgende Beziehung erfüllen $φ (x, y) = C \times P (x, y) + B$

C: ein Proportionalitätsfaktor, z.B. 180°/π
B: eine beliebige Konstante, z.B. 0.

In der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Struktur ist der Abstand r zwischen der Mitte (Gitterpunkt) jedes das virtuelle Quadratgitter bildenden Einheitsbestandteilbereichs und dem Schwerpunkt G des entsprechenden Bereichs mit modifizierten Brechungsindex vorzugsweise ein konstanter Wert über die gesamte Phasenmodulationsschicht in der Phasenmodulationsschicht (was nicht ausschließt, dass der Abstand r teilweise unterschiedlich ist). Wenn also die Phasenverteilung (Verteilung des Phasenbegriffs P (x, y) in der komplexen Amplitude F (x, y), die dem Einheitsbestandteilbereich R (x, y) zugeordnet ist) in der gesamten Phasenmodulationsschicht gleichmäßig von Null bis 2π (rad) verteilt ist, fällt der Schwerpunkt des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex im Durchschnitt mit dem Gitterpunkt des Einheitsbestandteilbereich R im Quadratgitter zusammen. Daher ist näherungsweise ein zweidimensional verteilter Bragg-Beugungseffekt in der obigen Phasenmodulationsschicht ein zweidimensional verteilter Bragg-Beugungseffekt bei der Anordnung des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex auf jedem Gitterpunkt des Quadratgitters, so dass es leicht ist, eine stehende Welle zu bilden, und es möglich ist, eine Reduzierung des Schwellenstroms für eine Oszillation zu erwarten.
(8) Andererseits ist bei der Bestimmung des Anordnungsmusters unter Verwendung des axialen Verlagerungsschemas der Schwerpunkt G des entsprechenden Bereichs mit modifizierten Brechungsindex auf einer Geraden angeordnet, die durch den Gitterpunkt O (x, y) verläuft und von der s-Achse im Einheitsbestandteilbereich R (x, y) geneigt ist unter den oben beschriebenen Vorbedingungen eins bis vier. In diesem Zusammenhang ist der entsprechende Bereich mit modifizierte Brechungsindex im Einheitsbestandteilbereich R (x, y) so angeordnet, dass eine Liniensegmentlänge r (x, y) zwischen dem Gitterpunkt O (x, y) und dem Schwerpunkt G des entsprechenden Bereichs mit modifizierten Brechungsindex die folgende Beziehung erfüllt $r (x, y) = C \times (P (x, y) - P0)$

C: ein Proportionalitätsfaktor
P0: eine beliebige Konstante, z.B. 0.

Im Übrigen ergeben sich die gleichen Effekte wie beim oben beschriebenen Rotationsschema, auch wenn das Anordnungsmuster der modifizierten Brechungsindexbereiche in der Phasenmodulationsschicht mit dem axialen Verlagerungsschema bestimmt wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann jeder Aspekt, der in [Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung der vorliegenden Anmeldung] aufgeführt ist, auf jeden der verbleibenden Aspekte oder auf alle Kombinationen dieser verbleibenden Aspekte angewendet werden.
[Details der Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anmeldung]
Nachfolgend wird eine spezifische Struktur einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Im Übrigen ist die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern wird durch die Ansprüche veranschaulicht, und eine Äquivalenz jeder Modifikation im Rahmen des Schutzbereichs der Ansprüche soll unter den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus werden dieselben Elemente in der Beschreibung der Zeichnungen mit den gleichen Referenzzeichen gekennzeichnet und eine redundante Beschreibung wird weggelassen.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 1A gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. Die lichtemittierende Vorrichtung 1A beinhaltet eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A und einen räumlichen Lichtmodulator 20. Im Übrigen ist in 1 ein orthogonales XYZ-Koordinatensystem definiert, wobei eine Dickenrichtung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A die Z-Achse ist. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A ist eine Laserlichtquelle, die eine stehende Welle entlang einer X-Y-Ebene bildet und eine phasengesteuerte ebene Welle in Z-Achsrichtung ausgibt. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A weist eine Lichtausgangsfläche 10a entlang der X-Y-Ebene auf und gibt Licht L1 in einer Richtung aus, die in Bezug auf die Richtung der Z-Achse, die senkrecht zur Lichtausgangsfläche 10a ist, geneigt ist.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A beinhaltet ein Halbleitersubstrat 9 und einen Halbleiterlaminatabschnitt 11, der auf einer Hauptfläche 9a des Halbleitersubstrats 9 vorgesehen ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtausgangsfläche 10a in einer Vorderfläche des Halbleiterlaminatabschnitts 11 enthalten, der auf der dem Halbleitersubstrat 9 gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Eine Gesamtdicke des Halbleitersubstrats 9 und des Halbleiterlaminatabschnitts 11 beträgt beispielsweise 0,1 mm bis 0,5 mm, typischerweise 0,2 mm. Darüber hinaus beinhaltet die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A einen ersten Abschnitt 8a und einen zweiten Abschnitt 8b, der in einer Richtung entlang der Hauptfläche 9a bezüglich des ersten Abschnitts 8a angeordnet ist. Als Beispiel, entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, ist der zweite Abschnitt 8b bezogen auf den ersten Abschnitt 8a in Y-Achsenrichtung angeordnet.
Der Halbleiterlaminatabschnitt 11 beinhaltet eine untere Mantelschicht 12, die auf der Hauptfläche 9a des Halbleitersubstrats 9 vorgesehen ist, eine aktive Schicht 13, die auf der unteren Mantelschicht 12 vorgesehen ist, eine obere Mantelschicht 14, die auf der aktiven Schicht 13 vorgesehen ist, und eine Kontaktschicht 15, die auf der oberen Mantelschicht 14 vorgesehen ist. Das Halbleitersubstrat 9 und die entsprechenden Schichten 12 bis 15 werden unter Verwendung eines Halbleiterverbindung festgelegt, beispielsweise eines Halbleiters auf GaAs-Basis, eines Halbleiters auf InP-Basis oder eines Halbleiters auf Nitrid-basis. Sowohl eine Energiebandlücke der unteren Mantelschicht 12 als auch eine Energiebandlücke der oberen Mantelschicht 14 sind größer als eine Energiebandlücke der aktiven Schicht 13.
Der Halbleiterlaminatabschnitt 11 beinhaltet weiterhin eine Phasenmodulationsschicht 16A, die zwischen der aktiven Schicht 13 und der oberen Mantelschicht 14 vorgesehen ist. Im Übrigen kann eine Lichtleitschicht 17, falls erforderlich, vorgesehen werden, die zumindest zwischen der aktiven Schicht 13 und der oberen Mantelschicht 14 oder zwischen der aktiven Schicht 13 und der unteren Mantelschicht 12 angeordnet ist. Beispielsweise ist in der Konfiguration, in der die Lichtleitschicht 17 zwischen der aktiven Schicht 13 und der oberen Mantelschicht 14 vorgesehen ist, die Phasenmodulationsschicht 16A zwischen der oberen Mantelschicht 14 und der Lichtleitschicht 17 vorgesehen.
Im Übrigen kann die Phasenmodulationsschicht 16A zwischen der unteren Mantelschicht 12 und der aktiven Schicht 13 anstelle der oberen Mantelschicht 14 und der Lichtleitschicht 17 vorgesehen werden. Auf diese Weise kann in der Konfiguration, in der die Lichtleitschicht 17 zwischen der aktiven Schicht 13 und der unteren Mantelschicht 12 vorgesehen ist, die Phasenmodulationsschicht 16A zwischen der unteren Mantelschicht 12 und der Lichtleitschicht 17 vorgesehen werden.
Eine Brechungsindexbeziehung zwischen dem Halbleitersubstrat 9 und jeder auf dem Halbleitersubstrat 9 vorgesehenen Halbleiterschicht ist wie folgt gegeben. Das heißt, der jeweilige Brechungsindex der unteren Mantelschicht 12 und der oberen Mantelschicht 14 ist niedriger als der Brechungsindex des Halbleitersubstrats 9, der aktiven Schicht 13 und der Kontaktschicht 15. Weiterhin ist in der vorliegenden Ausführungsform der Brechungsindex der oberen Mantelschicht 14 gleich oder niedriger als der Brechungsindex der unteren Mantelschicht 12. Ein Brechungsindex der Phasenmodulationsschicht 16A kann höher oder niedriger sein als der Brechungsindex der unteren Mantelschicht 12 (oder der oberen Mantelschicht 14).
Die Phasenmodulationsschicht 16A beinhaltet eine Basisschicht 16a aus einem ersten Brechungsindexmedium und eine Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex 16b, die in der Basisschicht 16a vorhanden sind. Jeder der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b besteht aus einem zweiten Brechungsindexmedium mit einem Brechungsindex, der sich von einem Brechungsindex des ersten Brechungsindexmediums unterscheidet. Die Vielzahl der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b beinhaltet eine im Wesentlichen periodische Struktur. Wenn ein effektiver Brechungsindex der Phasenmodulationsschicht 16A n ist, wird eine Wellenlänge λ0 (= a × n, a ist ein Gitterintervall), die durch die Phasenmodulationsschicht 16A ausgewählt wird, innerhalb eines Emissionswellenlängenbereichs der aktiven Schicht 13 eingeschlossen. Die Phasenmodulationsschicht (Beugungsgitterschicht) 16A kann die Wellenlänge λ0 aus der Emissionswellenlänge der aktiven Schicht 13 auswählen und Licht der gewählten Wellenlänge nach außen ausgeben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vielzahl der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b nur in der Phasenmodulationsschicht 16A des ersten Abschnitts 8a und nicht in der Phasenmodulationsschicht 16A des zweiten Abschnitts 8b ausgebildet.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A beinhaltet ferner eine Elektrode 18 (erste Elektrode), die auf der Vorderseite des Halbleiterlaminatabschnitts 11 (in der vorliegenden Ausführungsform auf der Kontaktschicht 15) vorgesehen ist, und eine Elektrode 19 (zweite Elektrode), die auf einer Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9 vorgesehen ist. Die Elektrode 18 nimmt ohmschen Kontakt mit der Kontaktschicht 15 und die Elektrode 19 nimmt ohmschen Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 9 auf. 2 ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A, betrachtet von einer Seite der Lichtausgangsfläche 10a. 3 ist eine Unteransicht der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A, betrachtet von der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats. Wie in den 1 bis 3 dargestellt, sind die Elektroden 18 und 19 nur im ersten Abschnitt 8a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A und nicht im zweiten Abschnitt 8b vorgesehen. Weiterhin weist die Elektrode 18 eine gitterartige (z.B. quadratische gitterartige) ebene Kontur auf und weist eine Vielzahl von Öffnungen 18a auf, die zweidimensional parallel zur X-Y-Ebene angeordnet sind, wie in 2 dargestellt. In 2 sind übrigens insgesamt 25 Öffnungen 18a in fünf Reihen und fünf Spalten angeordnet, wobei Anzahl und Anordnung der Öffnungen 18a beliebig ist. Eine ebene Kontur jeder der Öffnungen 18a ist ein Viereck, zum Beispiel ein Quadrat oder dergleichen. Ein Teil der Elektrode 18 ist in der Nähe der Mitte des ersten Abschnitts 8a, betrachtet aus der Richtung der Z-Achse, vorgesehen. Darüber hinaus weist die Elektrode 19 beispielsweise eine viereckige ebene Kontur auf und bedeckt einen Abschnitt, der den Bereich nahe der Mitte des ersten Abschnitts 8a, betrachtet aus der Richtung der Z-Achse, wie in 3 dargestellt, enthält.
Das von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A abgegebene Licht passiert die Öffnung 18a der Elektrode 18. Wenn das Licht die Öffnung 18a der Elektrode 18 passiert, kann das Licht L1 in geeigneter Weise von der Vorderseite des Halbleiterlaminatabschnitts 11 abgegeben werden, ohne von der Elektrode 18 blockiert zu werden. Im Übrigen kann die Kontaktschicht 15 so geätzt werden, dass sie die gleiche ebene Kontur wie die Elektrode 18 aufweist. Das heißt, die ebene Kontur der Kontaktschicht 15 kann aus der Sicht einer Lichtausgangsrichtung (Z-Achsenrichtung) die gleiche Gitterform wie die Elektrode 18 aufweisen. Da das Licht durch eine Öffnung der Kontaktschicht 15 passiert, wird die Lichtabsorption in der Kontaktschicht 15 vermieden und die Lichtausbeute der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A kann erhöht werden.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist die Vorderfläche des Halbleiterlaminatabschnitts 11, die durch die Öffnung 18a der Elektrode 18 freiliegt, mit einem Antireflexionsfilm 31 bedeckt. Weiterhin ist der Antireflexionsfilm 31 von dem Bereich außerhalb der Elektrode 18, der über eine Vorderfläche des Halbleiterlaminatabschnitts 11 des zweiten Abschnitts 8b ragt, vorgesehen. Mit anderen Worten, der Antireflexionsfilm 31 ist im gesamten Bereich mit Ausnahme der Elektrode 18 auf der Lichtausgangsfläche 10a vorgesehen. Darüber hinaus ist auch auf der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9b des zweiten Abschnitts 8b ein Antireflexionsfilm 32 vorgesehen, wie in den 1 und 3 dargestellt. Im Übrigen ist in diesem Beispiel die Vorderfläche des von der Öffnung 18a der Elektrode 18 freiliegenden Halbleiterlaminatabschnitts 11 mit dem Antireflexionsfilm 31 bedeckt, aber die gesamte Oberfläche muss nicht unbedingt bedeckt sein, solange ein optischer Pfad des Lichts L1 bedeckt ist.
Wenn ein Antriebsstrom zwischen der Elektrode 18 und der Elektrode 19 angelegt wird, kommt es zu einer Kopplung zwischen Elektronen und Löchern in der aktiven Schicht 13 (Lichtemission). Die zur Lichtemission beitragenden Elektronen und Löcher und das so erzeugte Licht in der aktiven Schicht 13 wird effizient zwischen der unteren Mantelschicht 12 und der oberen Mantelschicht 14 begrenzt. Das von der aktiven Schicht 13 abgegebene Licht wird dem Inneren der Phasenmodulationsschicht 16A zugeführt und bildet einen vorbestimmten Mode, die einer Gitterstruktur innerhalb der Phasenmodulationsschicht 16A entspricht. Das von vom Inneren der Phasenmodulationsschicht 16A abgegebene Licht L1 wird an die Außenseite der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A durch die Öffnung 18a der Elektrode 18 abgegeben. In diesem Zusammenhang wird Licht der 0ten Ordnung in einer Richtung senkrecht zur Lichtausgangsfläche 10a (eine Normalrichtung der Lichtausgangsfläche 10a) ausgegeben. Andererseits wird das Licht L1, das Licht höherer Ordnung ist (z.B. Licht 1ten Ordnung oder Licht -1ten Ordnung), in einer beliebigen Richtung, die in Bezug auf die Normalrichtung der Lichtausgabefläche 10a geneigt ist, ausgegeben.
In einem Beispiel ist das Halbleitersubstrat 9 ein GaAs-Substrat und die untere Mantelschicht 12 eine AlGaAs-Schicht. Die aktive Schicht 13 weist eine mehrfache Quantentopfstruktur auf (Barriere Schicht: AlGaAs/Topfschicht: InGaAs). In der Phasenmodulationsschicht 16A ist die Basisschicht 16a eine Schicht aus GaAs, und jeder der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b ist ein Loch. Die obere Mantelschicht 14 ist eine AlGaAs-Schicht. Die Kontaktschicht 15 ist eine GaAs-Schicht. Darüber hinaus ist das Halbleitersubstrat 9 in einem weiteren Beispiel ein InP-Substrat. Die untere Mantelschicht 12 ist eine InP-Schicht. Die aktive Schicht 13 weist eine mehrfache Quantentopfstruktur auf (Barriere Schicht: GalnAsP/ Topfschicht: GalnAsP). In der Phasenmodulationsschicht 16A ist die Basisschicht 16a eine Schicht aus GalnAsP, und jeder der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b ist ein Loch. Die obere Mantelschicht 14 ist eine InP-Schicht. Die Kontaktschicht 15 ist eine GaInAsP-Schicht. Darüber hinaus ist das Halbleitersubstrat 9 in noch einem weiteren Beispiel ein GaN-Substrat. Die untere Mantelschicht 12 ist eine AlGaN-Schicht. Die aktive Schicht 13 weist eine mehrfache Quantentopfstruktur auf (Barriere Schicht: InGaN/ Topfschicht: InGaN). In der Phasenmodulationsschicht 16A ist die Basisschicht 16a eine Schicht aus GaN, und jeder der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b ist ein Loch. Die obere Mantelschicht 14 ist eine AlGaN-Schicht. Die Kontaktschicht 15 ist eine GaN-Schicht.
Im Übrigen wird der unteren Mantelschicht 12 der gleiche Leitfähigkeitstyp wie dem Halbleitersubstrat 9 verliehen. Der oberen Mantelschicht 14 und der Kontaktschicht 15 wird ein Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu der des Halbleitersubstrats 9 verliehen. In einem Beispiel sind das Halbleitersubstrat 9 und die untere Mantelschicht 12 n-dotiert und die obere Mantelschicht 14 und die Kontaktschicht 15 p-dotiert. Wenn die Phasenmodulationsschicht 16A zwischen der aktiven Schicht 13 und der unteren Mantelschicht 12 vorgesehen ist, hat die Phasenmodulationsschicht 16A den gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Halbleitersubstrat 9. Andererseits, wenn die Phasenmodulationsschicht 16A zwischen der aktiven Schicht 13 und der oberen Mantelschicht 14 vorgesehen ist, weist die Phasenmodulationsschicht 16A einen Leitfähigkeitstyp auf, der demjenigen des Halbleitersubstrats 9 entgegengesetzt ist. Im Übrigen ist eine Verunreinigungskonzentration z.B. 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10²¹/cm3.
Darüber hinaus ist der Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16b das Loch in der obigen Struktur, aber der Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16b kann ein Bereich sein, der durch Einbetten eines Halbleiters mit einem Brechungsindex, der sich von der Basisschicht 16a in dem Loch unterscheidet, gebildet wird. In diesem Fall kann beispielsweise ein Loch der Basisschicht 16a durch Ätzen gebildet werden, und dann kann ein Halbleiter in das Loch unter Verwendung eines metallorganischen chemischen Dampfabscheidungsverfahrens, eines Sputterverfahrens oder eines epitaktischen Verfahrens eingebettet werden. Der Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16b kann durch Einbetten des Halbleiters in das Loch der Basisschicht 16a gebildet werden, und dann kann der gleiche Halbleiter wie der Bereich mit modifizierte Brechungsindex 16b weiter darauf abgeschieden werden. Im Übrigen kann, wenn jeder der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b das Loch ist, das Loch mit einem inerten Gas wie Argon, Stickstoff und Wasserstoff oder Luft gefüllt werden.
Die Antireflexionsschichten 31 und 32 bestehen aus einer dielektrischen Einschichtfolie wie Siliziumnitrid (z.B. SiN) und Siliziumoxid (z.B. SiO2) oder einer dielektrischen Mehrschichtfolie. So ist es beispielsweise möglich, einen Film zu verwenden, der durch Stapeln von zwei oder mehr Arten von dielektrischen Schichten erhalten wird, die aus einer dielektrischen Schichtgruppe ausgewählt sind, die aus Titanoxid (TiO2), Siliziumdioxid (SiO2), Siliziummonoxid (SiO), Nioboxid (Nb2O5), Tantalpentoxid (Ta2O5), Magnesiumfluorid (MgF2), Titanoxid (TiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Ceroxid (CeO2), Indiumoxid (In2O3), Zirkonoxid (ZrO2) und dergleichen besteht, um den dielektrischer Mehrschichtfilm zu bilden. So wird beispielsweise eine Folie mit einer Dicke von λ/4 als optische Filmdicke für Licht einer Wellenlänge A gestapelt.
4 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration des ersten Abschnitts 8a der Phasenmodulationsschicht 16A veranschaulicht und ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Beispiels für ein Anordnungsmuster (Rotationsschema) der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex. Die dem ersten Abschnitt 8a entsprechende Phasenmodulationsschicht 16A beinhaltet die Basisschicht 16a aus einem ersten Brechungsindexmedium und den Bereichen mit modifizierten Brechungsindex 16b aus einem zweiten Brechungsindexmedium mit einem anderen Brechungsindex als dem des ersten Brechungsindexmediums. Hier wird ein virtuelles Quadratgitter auf eine Designoberfläche der Phasenmodulationsschicht 16A gesetzt, die mit der X-Y-Ebene übereinstimmt. Eine Seite des quadratischen Gitters ist parallel zu einer X-Achse und die andere Seite ist parallel zu einer Y-Achse. In diesem Zusammenhang können die Einheitsbestandteilbereiche R, die jeweils eine quadratische Form mit einem Gitterpunkt O des quadratischen Gitters als Mittelpunkt aufweisen, zweidimensional über eine Vielzahl von Spalten entlang der X-Achse und eine Vielzahl von Zeilen entlang der Y-Achse eingestellt werden. Eine Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex 16b ist eins nach dem anderen in jedem der Einheitsbestandteilbereiche R vorgesehen. Eine ebene Kontur des Bereichs modifizierten Brechungsindex 16b ist beispielsweise eine kreisförmige Kontur. In jedem der Einheitsbestandteilbereiche R ist ein Schwerpunkt G des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b von einem Gitterpunkt (Mittelpunkt der Einheitsbestandteilbereiche R) O, der dem Schwerpunkt G am nächsten liegt, getrennt angeordnet.
Insbesondere zeigen in 4 gestrichelte Linien, die mit x1 bis x4 bezeichnet sind, Mittenpositionen in einer X-Achsenrichtung des Einheitenbestandteilbereichs R an, und gestrichelte Linien, die mit y1 bis y3 bezeichnet sind, zeigen Mittenpositionen in der Richtung der Y-Achse des Einheitenbestandteilbereichs R an. Daher zeigen Schnittpunkte zwischen jeder der gestrichelten Linien x1 bis x4 und jeder der gestrichelten Linien y1 bis y3 die Zentren O (0,0) bis O (3,2) der Einheitsbestandteilbereiche R (0,0) bis R (3,2) an, also Gitterpunkte. Eine Gitterkonstante dieses virtuellen quadratischen Gitters ist a. Im Übrigen wird die Gitterkonstante a entsprechend der Emissionswellenlänge eingestellt.
Das Anordnungsmuster der vorstehend beschriebenen Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b wird durch ein im Patentdokument 1 beschriebenes Verfahren nach einem Zielstrahlprojektionsbereich und einem Zielleistungsstrahlmuster bestimmt. Das heißt, das Anordnungsmuster wird in der Designfläche der auf der X-Y-Ebene definierten Phasenmodulationsschicht 16A bestimmt, indem eine Richtung bestimmt wird, in der der Schwerpunkt G jedes der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b von jedem Gitterpunkt (Schnittpunkt zwischen jeder der gestrichelten Linien x1 bis x4 und jeder der gestrichelten Linien y1 bis y3) im virtuellen Quadratgitter in der Basisschicht 16a gemäß einer Phase verschoben wird, die durch Ausführen einer inversen Fourier-Transformation eines dem Zielstrahlprojektionsbereich und dem Zielstrahlmuster entsprechenden Originalmusters erhalten wird, wie in Patentdokument 1 beschrieben, ein Abstand r, der von jedem Gitterpunkt verschoben ist (siehe 5), vorzugsweise im Bereich von 0 <r ≤ 0,3*a, wenn die Gitterkonstante des quadratischen Gitters a ist. Obwohl der Abstand r, der von jedem Gitterpunkt verschoben wird, in der Regel über alle Phasenmodulationsbereiche und alle Bereiche mit modifizierten Brechungsindex gleich ist, kann der Abstand r in einigen Phasenmodulationsbereichen einen anderen Wert als den Abstand r in den anderen Phasenmodulationsbereichen aufweisen, und der Abstand r in einigen Bereichen mit modifizierten Brechungsindex kann einen anderen Wert als den Abstand r in den anderen Bereichen mit modifizierten Brechungsindex aufweisen. Im Übrigen ist 5 ein Diagramm zur Beschreibung eines Beispiels für das durch das Rotationsschema bestimmte Anordnungsmuster (Rotationsschema). 5 veranschaulicht eine Konfiguration des Einheitsbestandteilbereichs R (x, y), und der Abstand r vom Gitterpunkt zum Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16b wird durch r (x, y) bezeichnet.
Wie in 5 dargestellt, ist der das quadratische Gitter bildende Einheitsbestandteilbereich R (x, y) durch eine s-Achse und eine t-Achse, die zueinander am Gitterpunkt O (x, y) orthogonal sind, definiert. Die s-Achse ist übrigens eine Achse parallel zur X-Achse und entspricht den in 4 dargestellten gestrichelten Linien x1 bis x4. Die t-Achse ist eine Achse parallel zur Y-Achse und entspricht den in 4 dargestellten gestrichelten Linien y1 bis y3. Auf diese Weise wird ein Winkel, der zwischen einer Richtung vom Gitterpunkt O (x, y) zum Schwerpunkt G und der s-Achse gebildet wird, als φ (x, y) in der s-t-Ebene angegeben, die den Einheitsbestandteilbereich R (x, y) definiert. Wenn der Drehwinkel φ (x, y) 0° beträgt, stimmt eine Richtung eines Vektors vom Gitterpunkt O (x, y) zum Schwerpunkt G mit einer positiven Richtung der s-Achse überein. Zusätzlich wird eine Länge eines Vektors (entsprechend dem Abstand r) vom Gitterpunkt O (x, y) zum Schwerpunkt G als r (x, y) angegeben.
Wie in 4 dargestellt, wird in der Phasenmodulationsschicht 16A der Drehwinkel φ (x, y) um den Gitterpunkt O (x, y) des Schwerpunktes G des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b für jeden der Einheitsbestandteilbereiche R entsprechend dem Zielausgangsstrahlmuster (optisches Bild) unabhängig eingestellt. Der Drehwinkel φ (x, y) hat einen bestimmten Wert im Einheitsbestandteilbereich R (x, y), wird aber nicht unbedingt durch eine bestimmte Funktion ausgedrückt. Das heißt, der Drehwinkel φ (x, y) wird basierend auf einem Phasen-Term einer komplexen Amplitude bestimmt, der durch Umwandeln des Ausgangsstrahlmusters in einen Wellenzahlraum und Durchführen einer zweidimensionalen inversen diskreten Fourier-Transformation eines konstanten Wellenzahlbereichs des Wellenzahlraums erhalten wird. Im Übrigen wird die Reproduzierbarkeit des Zielausgangsstrahlmusters durch die Anwendung eines iterativen Algorithmus wie der Gerchberg-Saxton (GS)-Methode verbessert, die im Allgemeinen bei der Berechnung der Hologramm Erzeugung zum Zeitpunkt des Erhaltens einer komplexen Amplitudenverteilung (komplexe Amplitude jedes der Einheitsbestandteilbereiche R) aus dem Zielausgangsstrahlmuster verwendet wird.
6A ist eine Ansicht, die ein Beispiel für die Amplitudenverteilung der Phasenmodulationsschicht 16A darstellt. In 6A wird die Amplitude durch Helligkeit und Dunkelheit dargestellt, und ein größerer Wert ist heller. Darüber hinaus ist 6B eine Ansicht, die ein Beispiel für die Phasenverteilung der Phasenmodulationsschicht 16A darstellt, d.h. die Verteilung des Drehwinkels φ (x, y). In 6B wird der Winkel φ (x, y) durch Helligkeit und Dunkelheit dargestellt, und ein größerer Wert wird als heller dargestellt. 7 ist eine Ansicht, die ein Fernfeldbild darstellt, welches durch die Phasenmodulationsschicht 16A mit der Amplitudenverteilung von 6A und der Phasenverteilung von 6B realisiert wurde. In 7 stellt ein Bildmittelpunkt die Richtung senkrecht zur Lichtausgangsfläche 10a dar (die Normalrichtung der Lichtausgangsfläche 10a). Wie in 7 dargestellt, wird das Fernfeldbild, das dem Licht L1 mit einem Punkt entspricht, in diesem Beispiel durch Beugung der komplexen Amplitude, die in 6A und 6B dargestellten ist, erhalten. Allerdings wird, wie später beschrieben in Bezug auf 8, gleichzeitig mit dem Spot in einem Zentrum Q, Licht der 1ten Ordnung und Licht der -1ten Ordnung ausgegeben, beispielsweise wird gleichzeitig mit einem Spot im dritten Quadranten, der dem ersten Quadranten zugewandt ist, in diesem Fall Licht im ersten Quadranten dieses Spots von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A ausgegeben.
Im Übrigen ist die Drehwinkelverteilung φ (x, y) so ausgelegt, dass alle Phasen von 0 bis 2π (rad) in der gesamten Phasenmodulationsschicht 16A gleichermaßen berücksichtigt werden. Mit anderen Worten, ein Vektor OG vom Gitterpunkt O des quadratischen Gitters zum Schwerpunkt G des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b wird für jeden der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b erhalten. Wenn die Vektoren OG für die gesamte Phasenmodulationsschicht 16A addiert werden, wird der Wert näherungsweise null. Das heißt, der Bereich mit modifizierte Brechungsindex 16b kann im Durchschnitt als auf dem Gitterpunkt O des quadratischen Gitters liegend betrachtet werden, und der gleiche zweidimensional verteilte Bragg-Beugungseffekt wie in dem Fall, dass der Bereich mit modifizierte Brechungsindex 16b auf dem Gitterpunkt O angeordnet ist, wird in Summe erhalten. So ist es einfach, eine stehende Welle auf der X-Y-Ebene zu bilden, und es ist möglich, eine Reduzierung des Schwellenstroms für die Schwingung zu erwarten.
8 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Beziehung zwischen dem von der lichtemittierenden Vorrichtung 1A ausgegebenen Zielausgangsstrahlmuster (optisches Bild) und der Verteilung des Drehwinkels φ (x, y) in der Phasenmodulationsschicht 16A. Insbesondere wird eine Kx-Ky-Ebene betrachtet, die durch Konvertieren eines Strahlprojektionsbereichs (eine entworfene optische Bildinstallationsfläche, ausgedrückt durch Koordinaten (x, y, z) im orthogonalen Koordinatensystem XYZ), der ein Projektionsbereich des Zielausgangsstrahlmusters auf den Wellenzahlbereich ist, erhalten wird. Eine Kx-Achse und eine Ky-Achse, die die Kx-Ky-Ebene definieren, sind orthogonal zueinander, jede der Achsen ist ein Winkel in Bezug auf eine Normalrichtung zugeordnet, wenn eine Ausgangsrichtung des Zielausgangsstrahlmusters von der Normalrichtung der Lichtausgangsfläche (Z-Achsenrichtung) zur Lichtausgangsfläche durch die obigen Formeln (1) bis (5) geschwenkt wird. Es wird davon ausgegangen, dass ein bestimmter Bereich, der das Zielausgangsstrahlmuster beinhaltet, aus M2 (eine ganze Zahl von größer gleich 1) × N2 (eine ganze Zahl von größer gleich 1) Bildbereichen FR besteht, die jeweils eine quadratische Form auf der Kx-Ky-Ebene aufweisen. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass das virtuelle quadratische Gitter, das auf die X-Y-Ebene gesetzt wird, mit der Designoberfläche der Phasenmodulationsschicht 16A übereinstimmt, wobei das virtuelle quadratische Gitter aus M1 (eine ganze Zahl von größer gleich 1) × N1 (eine ganze Zahl von größer gleich 1) Einheitsbestandteilbereichen R besteht. Im Übrigen muss die ganze M2 nicht mit der ganzen Zahl M1 übereinstimmen. Ebenso muss die ganze Zahl N2 nicht mit der ganzen Zahl N1 übereinstimmen. In diesem Zusammenhang ist eine komplexe Amplitude F(x, y) im Einheitsbestandteilbereich R(x, y), der durch eine zweidimensionale inverse diskrete Fourier Transformation jedes Bildbereichs FR(kx, ky) auf der Kx-Ky-Ebene, spezifiziert durch die Koordinatenkomponente kx (eine ganze Zahl von 0 bis M2-1) in der Kx-Achsenrichtung und die Koordinatenkomponente ky (eine ganze Zahl von 0 bis N2-1) in der Ky-Achsenrichtung, zu dem durch die Koordinatenkomponente x (eine ganze Zahl von 0 bis M1-1) in X-Achsenrichtung und die Koordinatenkomponente y (eine ganze Zahl von 0 bis N1-1) in Y-Achsenrichtung spezifizierten Einheitenbestandteilbereich R(x, y) erhalten wird, durch die folgende Formel (8) mit j als imaginäre Einheit gegeben. $F (x, y) = \sum_{k_{x} = 0}^{M 2 - 1} \sum_{k_{y} = 0}^{N 2 - 1} F R (k_{x}, k_{y}) exp [j 2 π (\frac{k_{x} x}{M 2} + \frac{k_{y} y}{N 2})]$
Ferner, wenn ein Amplituden-Term A (x, y) und ein Phasen-Term P (x, y) im Einheitsbestandteilbereich R (x, y) ist, ist die komplexe Amplitude F (x, y) durch die folgende Formel (9) definiert $F (x, y) = A (x, y) \times exp [j P (x, y)]$
Wie in 8 dargestellt, entspricht die Verteilung des Amplituden-Term A (x, y) bei der komplexen Amplitude F (x, y) des Einheitsbestandteilbereichs R (x, y) der Intensitätsverteilung auf der X-Y-Ebene in einem Bereich von Koordinatenkomponenten von x = 0 bis M1-1 und y = 0 bis N1-1. Darüber hinaus entspricht die Verteilung des Phasenterms P (x, y) bei der komplexen Amplitude F (x, y) im Bereich R (x, y) der Phasenverteilung auf der X-Y-Ebene im Bereich von x = 0 bis M1-1 und y = 0 bis N1-1. Der Drehwinkel φ (x, y) im Einheitsbestandteilbereich R (x, y) wird aus P (x, y) erhalten, wie später beschrieben, und die Verteilung des Drehwinkels φ (x, y) des Einheitsbestandteilbereichs R (x, y) entspricht der Drehwinkelverteilung in der X-Y-Ebene im Bereich der Koordinatenkomponenten x = 0 bis M1-1 und y = 0 bis N1-1.
Im Übrigen ist die Mitte Q des Ausgangsstrahlmusters auf der Kx-Ky-Ebene auf einer Achse senkrecht zu einer ersten Fläche 100a positioniert, und vier Quadranten mit der Mitte Q als Ursprung sind in 8 dargestellt. Obwohl ein Fall, in dem ein optisches Bild im ersten Quadranten und im dritten Quadranten erhalten wird, in 8 als Beispiel dargestellt ist, ist es auch möglich, Bilder im zweiten Quadranten und im vierten Quadranten oder in allen Quadranten zu erhalten. In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Muster punktsymmetrisch zum Ursprung erhalten werden, wie in 8 dargestellt. 8 veranschaulicht einen Fall, in dem beispielsweise ein Zeichen „A“ im dritten Quadranten und ein Muster durch Drehen des Zeichens „A“ um 180° im ersten Quadranten erhalten werden. Im Übrigen werden rotationssymmetrische optische Bilder (z.B. ein Kreuz, ein Kreis, ein Doppelkreis oder dergleichen) als ein optisches Bild betrachtet, das überlappt.
Das Ausgangsstrahlmuster (optisches Bild) der lichtemittierenden Vorrichtung 1A wird zu einem optischen Bild, das dem entworfenen optischen Bild (Originalbild) entspricht, das durch mindestens eines von einem Punkt, einer Spotgruppe, die aus drei oder mehr Punkten besteht, einer Geraden, einem Kreuz, einer Linienzeichnung, einem Gittermuster, einem Foto, einem Streifenmuster, einer Computergrafik (CG) und einem Charakter ausgedrückt wird. Hier wird der Drehwinkel φ (x, y) des modifizierten Brechungsindexbereichs 16b im Einheitsbestandteilbereich R (x, y) durch das folgende Verfahren bestimmt, um das Zielausgangsstrahlmuster zu erhalten.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Schwerpunkt G des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b, der innerhalb des Einheitsbestandteilbereichs R (x, y) angeordnet ist, vom Gitterpunkt O (x, y) durch den Abstand r (ein Wert von r (x, y)) getrennt. In diesem Zusammenhangt ist der Bereich mit modifizierte Brechungsindex 16b innerhalb des Einheitsbestandteilbereichs R (x, y) so angeordnet, dass der Drehwinkel φ (x, y) die folgende Beziehung erfüllt. $φ (x, y) = C \times P (x, y) + B$

C: ein Proportionalitätsfaktor, z.B. 180°/π
B: eine beliebige Konstante, z.B. 0

Im Übrigen sind der Proportionalitätsfaktor C und die beliebige Konstante B für alle Einheitsbestandteilbereiche R gleich.
Das heißt, wenn es darum geht, ein gewünschtes optisches Bild zu erhalten, wird das optische Bild vorzugsweise einer inversen Fourier-Transformation unterzogen, und die der Phase der komplexen Amplitude entsprechende Drehwinkelverteilung φ (x, y) wird auf die Vielzahl der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b angewendet. Im Übrigen kann ein Fernfeldbild, welches nach der Fourier-Transformation eines Laserstrahls erhalten wird, eine Punktform annehmen, wie beispielsweise einen einzelnen Kreis oder eine Vielzahl von Kreisen, Rechtecken und Polygonen, und eine Querschnittsform des Punktes auf der X-Y-Ebene kann eine Gaußfunktionsform, eine Zylinderform oder dergleichen aufweisen. Darüber hinaus kann die Querschnittsform eine Form aufweisen, in der sich sowohl Licht der +1ten Ordnung, das aus der senkrechten Richtung in Bezug auf die Lichtaustrittsfläche 10a geneigt ist, als auch das Licht der -1ten Ordnung, das in einer um 180° gedrehten Richtung auf der X-Y-Ebene ausgegeben wird, nicht überlappen.
Als Verfahren zum Erhalten der Intensitätsverteilung und der Phasenverteilung aus der durch die Fourier-Transformation erhaltenen komplexen Amplitudenverteilung kann beispielsweise die Intensitätsverteilung I (x, y) mit der abs-Funktion der numerischen Analysesoftware „MATLAB“ von MathWorks, Inc. und die Phasenverteilung P (x, y) kann mit der Winkelfunktion von MATLAB berechnet werden.
Hier werden die Punkte beschrieben, die bei der Berechnung mit allgemeiner diskreter Fourier-Transformation (oder schnellen Fourier-Transformation, FFT) zu beachten sind, wenn die Anordnung der jeweiligen Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b dadurch ermittelt wird, dass eine Drehwinkelverteilung φ (x, y) basierend auf einem Ergebnis der Fourier-Transformation des optischen Bildes bestimmt wird. Wenn das optische Bild vor der Fourier-Transformation in vier Quadranten A1, A2, A3 und A4 unterteilt wird, wie in 9A dargestellt, erhält man ein Strahlmuster, wie in 9B dargestellt. Das heißt, ein Muster, bei dem ein Muster, das durch Drehen eines Musters des ersten Quadranten von 9A um 180° und eines Musters des dritten Quadranten von 9A erhalten wurde, erscheint als Überlapp im ersten Quadranten des Strahlmusters von 9B. Ein Muster, bei dem ein Muster, das durch Drehen eines Musters des zweiten Quadranten von 9A um 180° und eines Musters des vierten Quadranten von 9A erhalten wurde, erscheint als Überlapp im zweiten Quadranten des Strahlmusters. Ein Muster, bei dem ein Muster, das durch Drehen eines Musters des dritten Quadranten von 9A um 180° und eines Musters des ersten Quadranten von 9A erhalten wurde, erscheint als Überlapp im dritten Quadranten des Strahlmusters. Ein Muster, bei dem ein Muster, das durch Drehen eines Musters des vierten Quadranten von 9A um 180° und eines Musters des zweiten Quadranten von 9A erhalten wurde, erscheint als Überlapp im vierten Quadranten des Strahlmusters.
Wenn also ein optisches Bild mit einem Wert nur im ersten Quadranten als optisches Bild (optisches Originalbild) verwendet wird, bevor es der inversen Fourier-Transformation unterzogen wird, erscheint der erste Quadrant des optischen Originalbildes im dritten Quadranten des erhaltenen Strahlmusters, und ein durch Drehen des ersten Quadranten des optischen Originalbildes um 180° erhaltenes Muster erscheint im ersten Quadranten des erhaltenen Strahlmusters.
Auf 1 wird noch einmal verwiesen. Der räumliche Lichtmodulator 20 moduliert räumlich das von der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A abgegebene Licht L1 und gibt das modulierte Licht dann nach außen an die lichtemittierende Vorrichtung 1A ab. Dadurch entsteht ein gewünschtes optisches Bild außerhalb der lichtemittierenden Vorrichtung 1A. Der räumliche Lichtmodulator 20 weist eine der Lichtausgabefläche 10a zugewandte Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a auf. Der räumliche Lichtmodulator 20 moduliert eine der Phase und/oder die Intensität des Lichts L1, das über die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a zugeführt wird, für jedes aus einer Vielzahl von Pixeln und gibt das modulierte Licht (reflektiertes Licht) L1 von der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a aus.
Der räumliche Lichtmodulator 20 hat folgende spezifische Konfiguration. Der räumliche Lichtmodulator 20 ist ein räumlicher Lichtmodulator vom Reflexionstyp und beinhaltet eine gemeinsame Elektrode 21, eine Flüssigkristallschicht 22, einen Reflexionsfilm 23, einen Schutzfilm 24, eine Vielzahl von Pixelelektroden 25 und eine Leiterplatte 26. Die gemeinsame Elektrode 21 ist eine transparente Elektrode, die das Licht L1 durchlässt und zusammen mit der Vielzahl von Pixeln vorgesehen ist. Eine der Flüssigkristallschicht 22 gegenüberliegende Stirnfläche der gemeinsamen Elektrode 21 bildet die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a. Die Flüssigkristallschicht 22 ist zwischen der gemeinsamen Elektrode 21 und dem Reflexionsfilm 23 angeordnet. Die Flüssigkristallschicht 22 besteht beispielsweise aus nematischem Flüssigkristall oder ferroelektrischem Flüssigkristall. Ein Ausrichtungsfilm (nicht dargestellt) ist auf einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der Flüssigkristallschicht 22 vorgesehen. Der Reflexionsfilm 23 ist ein dielektrischer Mehrschichtfilm oder ein Metallfilm, bspw. ein Aluminiumfilm, und reflektiert Licht in einem Wellenlängenbereich, der eine Wellenlänge des Lichts L1 beinhaltet. Ein Abstand zwischen der Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A und dem Reflexionsfilm 23 beträgt beispielsweise 3,0 mm bis 3,5 mm, typischerweise 3,1 mm. Die Vielzahl der Pixelelektroden 25 definiert die Vielzahl der Pixel. Die Vielzahl von Pixelelektroden 25 ist auf der der Flüssigkristallschicht 22 gegenüberliegenden Seite mit dem dazwischen angeordneten Reflexionsfilm 23 vorgesehen, und für jeden Pixel wird ein elektrisches Feld an die Flüssigkristallschicht 22, die zwischen dem Reflexionsfilm 23 und der gemeinsamen Elektrode 21 angeordnet ist, angelegt. So sind beispielsweise mehrere hundert Pixelelektroden 25 für einen ersten Abschnitt 8a vorgesehen. Eine äußere Abmessung von einer Pixelelektrode 25 ist beispielsweise 5 µm bis 40 µm und typischerweise 20 µm.
Das über die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a zugeführte Licht L1 erreicht nach dem Durchlaufen der gemeinsamen Elektrode 21 die Flüssigkristallschicht 22 und wird vom Reflexionsfilm 23 reflektiert. Weiterhin erreicht das reflektierte Licht L1 wieder die gemeinsame Elektrode 21. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Phasenänderung, die der Intensität des von der Pixelelektrode 25 und der gemeinsamen Elektrode 21 angelegten elektrischen Feldes entspricht, auf das Licht L1 innerhalb der Flüssigkristallschicht 22 angewendet. Eine von jeder der Pixelelektroden 25 angelegte Spannung wird im Voraus basierend auf einem gewünschten optischen Bild berechnet.
Die von der lichtemittierenden Vorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der oben beschriebenen Struktur erzielten Effekte werden zusammen mit den Problemen der konventionellen lichtemittierenden Vorrichtung beschrieben. 59 stellt eine schematische Ansicht einer Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 100 eines Vergleichsbeispiels dar. Die lichtemittierende Vorrichtung 100 gemäß dem Vergleichsbeispiel beinhaltet eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung110 und den räumlichen Lichtmodulator 20. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 110 ist ein sogenannter photonischer Kristalllaser und hat die gleichen Konfigurationen wie die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Ausnahme der folgenden Punkte. Das heißt, die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 110 weist eine photonische Kristallschicht 101 auf, anstelle der Phasenmodulationsschicht 16A der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A. In der photonischen Kristallschicht 101 fällt ein Schwerpunkt jedes modifizierten Brechungsindexbereichs mit einem Gitterpunkt eines virtuellen quadratischen Gitters zusammen. Darüber hinaus beinhaltet die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 110 anstelle der Elektrode 19 der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A eine Elektrode 102. Die Elektrode 102 hat eine Öffnung 102a, und in der Öffnung 102a ist ein Antireflexionsfilm 103 vorgesehen.
In der lichtemittierenden Vorrichtung 100 nach dem Vergleichsbeispiel wird Lichtemission in der aktiven Schicht 13 erhalten, wenn ein Antriebsstrom zwischen der Elektrode 18 und der Elektrode 102 zugeführt wird. Licht L2, das von der aktiven Schicht 13 ausgegeben wird, wird in die photonische Kristallschicht 101 eingegeben und in einem vorbestimmten Modus aufgrund eines zweidimensional verteilten Bragg-Beugungseffekts innerhalb der photonischen Kristallschicht 101 schwingen. Das von der Innenseite der photonischen Kristallschicht 101 abgegebene Licht L2 wird durch eine Öffnung der Elektrode 18 an die Außenseite der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 110 abgegeben. Das Licht L2 wird entlang einer Richtung (einer Normalrichtung einer Lichtausgangsfläche) senkrecht zur Lichtausgangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 110 ausgegeben. Weiterhin wird das Licht L2 in dem räumlichen Lichtmodulator 20 moduliert, der gegenüberliegend der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 110 vorgesehen ist. Das vom räumlichen Lichtmodulator 20 ausgegebene modulierte Licht (reflektiertes Licht) L2 durchläuft die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 110 und wird dann an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 100 abgegeben.
Eine lichtschirmende Komponente (z.B. die Elektrode 18) der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 110 bewirkt jedoch eine Dämpfung oder einen Beugungseffekt, wenn das modulierte Licht L2 die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 110 in einer solchen lichtemittierenden Vorrichtung 100 durchläuft. Das heißt, die Qualität des optischen Bildes verschlechtert sich. Wenn außerdem der räumliche Lichtmodulator 20 und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 110 voneinander getrennt angeordnet sind, um ein solches Problem zu vermeiden, wird die Positionseinstellung für die optische Kopplung zwischen dem räumlichen Lichtmodulator 20 und der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 110 kompliziert und die lichtemittierende Vorrichtung 100 wird groß. Ein solches Problem wird noch verstärkt, wenn die lichtemittierende Vorrichtung 100 eine große Anzahl der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 110 beinhaltet.
Für das oben beschriebene Problem ist in der lichtemittierenden Vorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform jeder Schwerpunkt G der Vielzahl der in der Phasenmodulationsschicht 16A enthaltenen Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b so angeordnet, dass ein Vektor von einem Gitterpunkt O des auf der X-Y-Ebene (Designebene) eingestellten virtuellen Quadratgitters, der dem Schwerpunkt G entspricht, zum Schwerpunkt G einen vorgegebenen Drehwinkel um den entsprechenden Gitterpunkt O aufweist. In diesem Fall nimmt im Vergleich zur lichtemittierende Halbleitervorrichtung 110, bei der der Schwerpunkt G der Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex 16b auf dem Gitterpunkt O des quadratischen Gitters positioniert ist, die Lichtintensität der 0ten Ordnung bei der Lichtabgabe in der Richtung senkrecht zur Lichtabgabefläche 10a (die Normalrichtung der Lichtabgabefläche 10a) ab, und die Lichtintensität von Licht höherer Ordnung (z.B. Licht 1ten Ordnung und Licht -1ten Ordnung), das in der gegenüber der Normalrichtung geneigten Richtung abgegeben wird, nimmt zu. Daher ist es möglich, die lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A, die das Licht L1 in der gegenüber der Normalrichtung der Lichtausgangsfläche 10a geneigten Richtung ausgibt, entsprechend zu realisieren.
Weiterhin beinhaltet die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A den ersten Abschnitt 8a und den zweiten Abschnitt 8b in der lichtemittierenden Vorrichtung 1A. Die Elektrode 18 und die Elektrode 19 sind im ersten Abschnitt 8a vorgesehen, und das Licht L1 wird von der Lichtausgabefläche 10a des ersten Abschnitts 8a abgegeben. Andererseits durchläuft das modulierte Licht L1, das vom räumlichen Lichtmodulator 20 ausgegeben wird, den zweiten Abschnitt 8b. Auch wenn die Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A und die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 einander zugewandt sind, gibt die lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A das Licht L1 in der gegenüber der Normalrichtung der Lichtausgangsfläche 10a geneigten Richtung aus, so dass es möglich ist, eine solche Konfiguration vorzunehmen. Weiterhin wird das modulierte Licht L1 an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 1A abgegeben, wobei die Elektroden 18 und 19 bei dieser Konfiguration vermieden werden. Das heißt, es ist möglich, den Abschwächungs- und Beugungseffekt, der durch die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A in Bezug auf das modulierte Licht L1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verursacht wird, effektiv zu reduzieren.
Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, den von der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A verursachten Abschwächungs- und Beugungseffekt gegenüber dem modulierten Licht L1 auch in der Konfiguration zu reduzieren, in der der räumliche Lichtmodulator 20 und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A gemäß der lichtemittierenden Vorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform dicht beieinander angeordnet sind. Dadurch wird die Positionseinstellung für die optische Kopplung zwischen dem räumlichen Lichtmodulator 20 und der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A erleichtert und die Leuchtdiode 1A kann verkleinert werden. Da sich die Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A (erster Abschnitt 8a) und die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 gegenüberliegen, wird die Positionseinstellung für die optische Kopplung zusätzlich erleichtert und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A kann einfach am räumlichen Lichtmodulator 20 befestigt werden.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt, kann die lichtemittierende Vorrichtung 1A den Antireflexionsfilm 31 auf der Vorderseite des Halbleiterlaminatabschnitts 11 im zweiten Abschnitt 8b und den Antireflexionsfilm 32 auf der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9 beinhalten. Dadurch wird ein Verlust reduziert, wenn das modulierte Licht L1 durch die Vorderfläche des Halbleiterlaminatabschnitts 11 und die Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9 im zweiten Abschnitt 8b hindurchtritt (die Lichtausbeute der lichtemittierenden Vorrichtung 1A wird erhöht).
Darüber hinaus kann der Bereich mit modifizierte Brechungsindex 16b nicht wie in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt in der Phasenmodulationsschicht 16A des zweiten Abschnitts 8b gebildet werden. Dadurch kann der Abschwächungs- und Beugungseffekt, der durch die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A in Bezug auf das modulierte Licht L1 verursacht wird, weiter reduziert werden.
Die ebene Kontur der Elektrode 18 kann die Gitterform wie in der vorliegenden Ausführungsform sein. In diesem Fall kann ein Teil der Elektrode 18 auch in der Nähe der Mitte der Lichtaustrittsfläche 10a des ersten Abschnitts 8a angeordnet werden. Dadurch wird auch ausreichend Strom in der Nähe des Zentrums der aktiven Schicht 13 des ersten Abschnitts 8a zugeführt, und die Fläche der Lichtausgangsfläche 10a des ersten Abschnitts 8a kann weiter vergrößert werden.
Das Licht L1, das von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A ausgegeben wird, kann mindestens Licht der +1ten Ordnung und/oder Licht der -1ten Ordnung sein, wie in der vorliegenden Ausführungsform. Solche Lichtkomponenten werden in der Richtung ausgegeben, die in Bezug auf eine Normalrichtung der Lichtausgabefläche 10a geneigt ist. Daher ist es möglich, die lichtemittierende Vorrichtung 1A, die die oben beschriebenen Effekte aufweist, entsprechend zu realisieren.
(Erste Modifikation)
10 ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Modifikation hat mit Ausnahme des folgenden Punktes die gleiche Struktur wie die erste Ausführungsform. Das heißt, eine ebene Kontur der Elektrode 18 ist keine Gitterform, sondern eine Streifenform in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Modifikation, wie in 10 dargestellt. Insbesondere sind eine Vielzahl von linearen Elektrodenabschnitten, die sich in der X-Achsenrichtung (oder Y-Achsenrichtung) erstrecken, in der Y-Achsenrichtung (oder X-Achsenrichtung) angeordnet, und diese Elektrodenabschnitte sind miteinander durch ein weiteres Paar von Elektrodenabschnitten verbunden, das sich an beiden Enden in der Y-Achsenrichtung (oder X-Achsenrichtung) erstreckt. Zwischen der Vielzahl der linearen Elektrodenabschnitte wird ein Antireflexionsfilm 31 geformt. Selbst wenn die lichtemittierende Halbleitervorrichtung die Elektrode 18 einer solche Form aufweist, können die gleichen Effekte wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform entsprechend erzielt werden. Im Übrigen ist die Form der Elektrode 18 nicht auf die erste Ausführungsform und die oben beschriebene Modifikation beschränkt, und es ist möglich, verschiedene Formen anzuwenden, die Licht L1 passieren lassen.
(Zweite Modifikation)
11 ist eine Unteransicht einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Modifikation weist mit Ausnahme des folgenden Punktes ebenfalls die gleiche Struktur auf, wie die Struktur der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. In der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Modifikation ist eine ebene Kontur der Elektrode 19 eine quadratische Rahmenform, und eine Öffnung 19a mit einem zentralen Abschnitt des ersten Abschnitts 8a ist in der Elektrode 19 vorgesehen, wie in 11 dargestellt. So kann beispielsweise die Elektrode 19 eine solche Form einschließlich der Öffnung aufweisen. Auch bei einer solchen Konfiguration kann der aktiven Schicht 13 ein geeigneter Strom zugeführt werden. Ein Lichtemissionszustand im Inneren des Elements kann durch die Öffnung 19a überwacht werden. Darüber hinaus ist es auch möglich zu verhindern, dass das Halbleitersubstrat 9 Licht der 0ten Ordnung in vertikaler Richtung zur Mitte Q des in 8 dargestellten Ausgangsstrahlmusters absorbiert. Selbstverständlich kann die Öffnung 19a weggelassen werden.
(Dritte Modifikation)
12 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 1B gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt. Die lichtemittierende Vorrichtung 1B gemäß der vorliegenden Modifikation beinhaltet weiterhin ein Trägersubstrat 40 zusätzlich zur Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 1A der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Die anderen Strukturen sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Das Trägersubstrat 40 ist ein plattenförmiges Element und besteht aus einem lichtdurchlässigen Material (z.B. Quarz, Saphir, Diamant oder einem Verbundmaterial mit mindestens zwei davon), das Licht L1 durchlässt. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A ist über das Trägersubstrat 40 am räumlichen Lichtmodulator 20 befestigt. Insbesondere ist eine Plattenoberfläche des Trägersubstrats 40 durch den Antireflexionsfilm 31 mit der Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A verbunden. Darüber hinaus ist die andere Plattenoberfläche des Trägersubstrats 40 mit der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 verbunden. Die eine Plattenoberfläche und die andere Plattenoberfläche des Trägersubstrats 40 sind parallel zueinander.
In der lichtemittierenden Vorrichtung 1B gemäß der vorliegenden Modifikation können die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A und der räumliche Lichtmodulator 20 über das Trägersubstrat 40 miteinander verbunden sein. Dadurch kann die mechanische Festigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung 1B erhöht und die Bruchwahrscheinlichkeit der lichtemittierenden Vorrichtung 1B, verursacht durch eine Biegekraft, reduziert werden. Weiterhin kann ein Abstand zwischen der Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A und der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 leicht durch eine Dicke des Trägersubstrats 40 eingestellt werden.
(Vierte Modifikation)
13 ist eine perspektivische Ansicht, die eine lichtemittierenden Vorrichtung 1C gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 14 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration der in 13 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 1C teilweise veranschaulicht. Wie in den 13 und 14 dargestellt, beinhaltet die lichtemittierende Vorrichtung 1C nach der vorliegenden Modifikation anstelle der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform eine lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10B. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10B ist eine lichtemittierende Halbleitervorrichtungsanordnung, in der eine Vielzahl von Einheitsbereichen D1 mit der gleichen Konfiguration wie die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10A gemäß der ersten Ausführungsform zweidimensional entlang der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung angeordnet sind. 13 veranschaulicht vier stellvertretende Einheitsbereiche D1. Eine Länge einer Seite des Einheitsbereichs D1 beträgt beispielsweise 0,01 mm bis 25 mm und typischerweise 1 mm.
15 ist eine vergrößerte Draufsicht auf die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10B. Wie in 15 dargestellt, ist die Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10B in die Vielzahl der Einheitsbereiche D1 unterteilt, und die Elektrode 18 und der Antireflexionsfilm 31 sind in jedem der Einheitsbereiche D1 vorgesehen. Die Elektrode 18 weist eine gitterartige ebene Kontur auf, die der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Alternativ kann die Elektrode 18 eine gestreifte ebene Kontur aufweisen, die der ersten Modifikation ähnlich ist, wie in 16 dargestellt. Darüber hinaus sind der erste Abschnitt 8a und der zweite Abschnitt 8b in Y-Achsenrichtung in jedem der Einheitsbereiche D1 in der vorliegenden Modifikation angeordnet. Darüber hinaus sind die ersten Abschnitte 8a der benachbarten Einheitsbereiche D1 in X-Achsrichtung und die zweiten Abschnitte 8b der benachbarten Einheitsbereiche D1 in X-Achsrichtung angeordnet.
17 ist eine vergrößerte Unteransicht der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10B. Wie in 17 dargestellt, ist die Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9 ebenfalls in eine Vielzahl von Einheitsbereichen D1 unterteilt. Die Elektrode 19 und der Antireflexionsfilm 32 sind in jedem der Einheitsbereiche D1 vorgesehen. Die Elektrode 19 hat eine viereckige ebene Kontur, die der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Alternativ kann die Elektrode 19 eine rahmenartige ebene Kontur mit einer Öffnung aufweisen, die der zweiten Modifikation ähnlich ist (siehe 11).
In der vorliegenden Modifikation wird Licht L1, das aus dem ersten Abschnitt 8a jedes der Einheitsbereiche D1 ausgegeben wird, in einen Bereich des räumlichen Lichtmodulators 20 eingegeben, der jedem der Einheitsbereiche D1 entspricht. Weiterhin wird eine Phase des Lichts L1 in dem Bereich moduliert, und das modulierte Licht L1 durchläuft den zweiten Abschnitt 8b des Einheitsbereiche D1 und wird dann an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 1C abgegeben. Selbst mit der Konfiguration der vorliegenden Modifikation können die gleichen Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden. Da eine Vielzahl von Strahlen des Lichts L1 unter Verwendung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungsanordnung der vorliegenden Modifikation erzeugt werden, ist es möglich, ein optisches Bild mit der größeren Fläche als in der ersten Ausführungsform zu erhalten. Darüber hinaus kann die lichtemittierende Vorrichtung im Vergleich zu einer später zu beschreibenden siebten Modifikation leicht hergestellt werden, und ein lichtemittierender Bereich (der erste Abschnitt 8a) kann mit hoher Genauigkeit angeordnet werden.
Im Übrigen kann das Trägersubstrat 40 auch in der vorliegenden Modifikation zwischen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10B und dem räumlichen Lichtmodulator 20 vorgesehen werden. Dadurch wird die mechanische Festigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung 1C erhöht (die Bruchwahrscheinlichkeit der lichtemittierenden Vorrichtung 1C, verursacht durch eine Biegekraft, wird reduziert). Weiterhin kann ein Abstand zwischen der Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10B und der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 leicht durch eine Dicke des Trägersubstrats 40 eingestellt werden.
(Fünfte Modifikation)
18 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 1D gemäß einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt. Die lichtemittierende Vorrichtung 1D gemäß der vorliegenden Modifikation beinhaltet eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10C, anstelle der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A gemäß der ersten oben beschriebenen Ausführungsform. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10C gibt Licht L1 von der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9 aus und unterscheidet sich somit von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A der ersten Ausführungsform. Das heißt, die Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10C ist in der vorliegenden Modifikation in der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9b enthalten. Daher ist die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9 zugewandt. Der Halbleiterlaminatabschnitt 11 ist auf der gegenüberliegenden Seite des räumlichen Lichtmodulators 20 in Bezug auf das Halbleitersubstrat 9 vorgesehen.
Auch in der vorliegenden Modifikation beinhaltet die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10C den ersten Abschnitt 8a und den zweiten Abschnitt 8b, die in einer Richtung entlang der Hauptfläche 9a in Bezug auf den ersten Abschnitt 8a angeordnet sind. Eine Elektrode 33 (erste Elektrode) ist auf der Kontaktschicht 15 des ersten Abschnitts 8a vorgesehen, und eine Elektrode 34 (zweite Elektrode) ist auf der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9 des ersten Abschnitts 8a vorgesehen. Die Elektrode 33 steht in ohmschem Kontakt mit der Kontaktschicht 15 und die Elektrode 34 steht in ohmschem Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 9. 19 ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10C von der Seite der Lichtausgangsfläche 10a (d.h. die Seite der Rückseite 9b) aus betrachtet. 20 ist eine Unteransicht der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10C, betrachtet von einer Vorderseite des Halbleiterlaminatabschnitts 11. Wie in den 18 bis 20 dargestellt, sind die Elektroden 33 und 34 nur im ersten Abschnitt 8a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10C und nicht im zweiten Abschnitt 8b vorgesehen. Weiterhin weist die Elektrode 34 eine quadratische rahmenartige ebene Kontur auf und weist eine Öffnung 34a auf, die einen zentralen Abschnitt des ersten Abschnitts 8a beinhaltet, wie in 19 dargestellt. Die innerhalb der Öffnung 34a positionierte Rückseite 9b ist mit dem Antireflexionsfilm 31 bedeckt. Die gesamte Rückseite 9b des zweiten Abschnitts 8b ist mit dem Antireflexionsfilm 31 bedeckt. Mit anderen Worten, der Antireflexionsfilm 31 ist im gesamten Bereich ohne den Bereich der Elektrode 34 auf der Rückseite 9b (Lichtausgangsfläche 10a) vorgesehen. Das von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10C abgegebene Licht L1 durchläuft die Öffnung 34a der Elektrode 34. Da das Licht L1 durch die Öffnung 34a der Elektrode 34 hindurchgeht, kann das Licht L1 entsprechend von der Seite der Rückseite 9b abgegeben werden, ohne von der Elektrode 34 blockiert zu werden. Im Übrigen kann die ebene Kontur der Elektrode 34 eine Gitterform, wie die in 2 dargestellte Elektrode 18, oder eine Streifenform, wie die in 10 dargestellte Elektrode 18, sein.
Darüber hinaus weist die Elektrode 33 beispielsweise eine quadratische ebene Kontur auf und bedeckt einen Abschnitt, wie in 20 dargestellt, der die Nähe des Mittelabschnitts des ersten Abschnitts 8a auf der Vorderseite des Halbleiterlaminatabschnitts 11 einschließt. Der Antireflexionsfilm 32 ist auf der Vorderseite des Halbleiterlaminatabschnitts 11 im zweiten Abschnitt 8b vorgesehen.
Im Übrigen wird auch bei der vorliegenden Modifikation die Vielzahl der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b nur in der Phasenmodulationsschicht 16A des ersten Abschnitts 8a gebildet und nicht in der Phasenmodulationsschicht 16A des zweiten Abschnitts 8b.
Wenn ein Antriebsstrom zwischen der Elektrode 33 und der Elektrode 34 angelegt wird, kommt es zu einer Kopplung zwischen Elektronen und Löchern in der aktiven Schicht 13 (Lichtemission). Die zur Lichtemission beitragenden Elektronen und Löcher und das so erzeugte Licht in der aktiven Schicht 13 wird effizient zwischen der unteren Mantelschicht 12 und der oberen Mantelschicht 14 begrenzt. Das von der aktiven Schicht 13 abgegebene Licht wird dem Inneren der Phasenmodulationsschicht 16A zugeführt und bildet einen vorbestimmten Mode, die einer Gitterstruktur innerhalb der Phasenmodulationsschicht 16A entspricht. Das von vom Inneren der Phasenmodulationsschicht 16A abgegebene Licht L1 wird an die Außenseite der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10C durch die Öffnung 34a der Elektrode 34 abgegeben. In diesem Zusammenhang wird Licht der 0ten Ordnung in einer Richtung senkrecht zur Lichtausgangsfläche 10a ausgegeben. Andererseits wird das Licht L1, das Licht höherer Ordnung ist (z.B. Licht 1ten Ordnung oder Licht -1ten Ordnung), in einer beliebigen Richtung, die in Bezug auf die Normalrichtung der Lichtausgabefläche 10a geneigt ist, ausgegeben.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung kann wie bei der vorliegenden Modifikation ein rückseitiger Ausgangstyp sein. Selbst mit einer solchen Konfiguration können die gleichen Effekte wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform erzielt werden. Ein Verlust des Lichts L1 nimmt jedoch manchmal aufgrund der Lichtabsorption im Halbleitersubstrat 9 zu, abhängig von einer Kombination aus einer Wellenlänge des Lichts L1 und einem Bestandteil des Halbleitersubstrats 9. In einem solchen Fall kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung vom vorderseitigen Ausgangstyp, wie in der ersten Ausführungsform, verwendet werden.
(Sechste Modifikation)
21 ist eine schematische Ansicht, die teilweise eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 1E gemäß einer sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt. Wie in 21 dargestellt, beinhaltet die lichtemittierende Vorrichtung 1E gemäß der vorliegenden Modifikation eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10D anstelle der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10D ist eine lichtemittierende Halbleitervorrichtungsanordnung, in der eine Vielzahl von Einheitsbereichen D2 mit der gleichen Konfiguration wie die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10C gemäß der vierten Modifikation zweidimensional entlang der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung angeordnet sind. Eine Länge einer Seite des Einheitsbereichs D2 beträgt beispielsweise 0,01 mm bis 25 mm und typischerweise 1 mm.
22 ist eine vergrößerte Draufsicht auf die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10D. Wie in 22 dargestellt, ist die Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10D in die Vielzahl der Einheitsbereiche D2 unterteilt, und die Elektrode 34 und der Antireflexionsfilm 31 sind in jedem der Einheitsbereiche D2 vorgesehen. Die Elektrode 34 hat als ebene Kontur eine Rahmenform mit der Öffnung 34a, die der ebenen Kontur der vierten Modifikation ähnlich ist. Darüber hinaus sind in der vorliegenden Modifikation der erste Abschnitt 8a und der zweite Abschnitt 8b in Y-Achsenrichtung in jedem der Einheitsbereiche D2 angeordnet. Darüber hinaus sind die ersten Abschnitte 8a der benachbarten Einheitsbereiche D2 in X-Achsrichtung und die zweiten Abschnitte 8b der benachbarten Einheitsbereiche D2 in X-Achsrichtung angeordnet.
23 ist eine vergrößerte Unteransicht der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10D. Wie in 23 dargestellt, ist die Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9 ebenfalls in eine Vielzahl von Einheitsbereichen D2 unterteilt. Die Elektrode 33 und der Antireflexionsfilm 32 sind in jedem der Einheitsbereiche D2 vorgesehen. Die Elektrode 33 hat eine viereckige ebene Kontur, die der ebenen Kontur der fünften Modifikation ähnlich ist. Die Elektrode 33 kann eine rahmenartige ebene Kontur mit einer Öffnung aufweisen, die der zweiten Modifikation ähnlich ist (siehe 11).
In der vorliegenden Modifikation wird Licht L1, das aus dem ersten Abschnitt 8a jedes der Einheitsbereiche D2 ausgegeben wird, in einen Bereich des räumlichen Lichtmodulators 20 eingegeben, der jedem der Einheitsbereiche D2 entspricht. Weiterhin wird eine Phase des Lichts L1 im dem Bereich moduliert, und das modulierte Licht L1 durchläuft den zweiten Abschnitt 8b des Einheitsbereich D2 und wird dann an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 1E ausgegeben. Selbst mit der Konfiguration der vorliegenden Modifikation können die gleichen Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden. Da darüber hinaus in der vorliegenden Modifikation eine Vielzahl von Lichtstrahlen L1 unter Verwendung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungsanordnung erzeugt werden, wird ein optisches Bild mit der größeren Fläche als in der ersten Ausführungsform erhalten.
Im Übrigen kann das Trägersubstrat 40 auch in der vorliegenden Modifikation zwischen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10D und dem räumlichen Lichtmodulator 20 vorgesehen werden. Dadurch kann die mechanische Festigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung 1E erhöht werden (die Bruchwahrscheinlichkeit der lichtemittierenden Vorrichtung 1E, verursacht durch eine Biegekraft, kann reduziert werden). Weiterhin kann ein Abstand zwischen der Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10D und der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 leicht durch eine Dicke des Trägersubstrats 40 eingestellt werden.
(Zweite Ausführungsform)
24 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 1F gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. Die lichtemittierende Vorrichtung 1F gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E anstelle der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A gemäß der ersten Ausführungsform. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E weist im Unterschied zur ersten Ausführungsform nicht den zweiten Abschnitt 8b auf und weist nur einen dem ersten Abschnitt 8a entsprechenden Abschnitt auf. Mit anderen Worten, die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E hat die gleiche Struktur wie der erste Abschnitt 8a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A gemäß der ersten Ausführungsform, weist aber keinen Abschnitt (Abschnitt entsprechend dem zweiten Abschnitt 8b der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A gemäß der ersten Ausführungsform) auf, der moduliertes Licht L1 durchlässt, das vom räumlichen Lichtmodulator 20 ausgegeben wird.
Die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 beinhaltet einen ersten Bereich 27 und einen zweiten Bereich 28. Der erste Bereich 27 und der zweite Bereich 28 sind beispielsweise entlang der Y-Achsenrichtung angeordnet. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E ist auf dem ersten Bereich 27 durch das Trägersubstrat 40 angeordnet, und der erste Bereich 27 ist der Lichtausgangsfläche 10a zugewandt. Der zweite Bereich 28 ist ein Raum, in dem nichts vorgesehen ist. Eine Länge einer Seite des ersten Bereichs 27 und eine Länge einer Seite des zweiten Bereichs 28 ist beispielsweise 100 µm bis 1000 µm und in einem Beispiel 400 µm. Die Längen einer Seite des ersten Bereichs 27 und des zweiten Bereichs 28 können gleich oder unterschiedlich sein.
Das von der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E abgegebene Licht L1 wird über den ersten Bereich 27 dem räumlichen Lichtmodulator 20 zugeführt. Weiterhin wird eine Phase des Lichts L1 durch den räumlichen Lichtmodulator 20 moduliert, und das modulierte Licht L1 wird vom zweiten Bereich 28 nach außen an die lichtemittierende Vorrichtung 1F abgegeben.
Selbst mit der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform können die gleichen Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden. Das heißt, das modulierte Licht L1 kann unter Vermeidung der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 1F abgegeben werden, so dass es möglich ist, die in Bezug auf das modulierten Licht L1 durch die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E (insbesondere die Elektroden 18 und 19) verursachte Abschwächungs- und Beugungseffekte effektiv zu reduzieren. Auf diese Weise ist es möglich, den Abschwächungs- und Beugungseffekt der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E in Bezug auf das modulierte Licht L1 zu reduzieren, auch wenn der räumliche Lichtmodulator 20 und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E gemäß der lichtemittierende Vorrichtung 1F dicht beieinander angeordnet sind. Dadurch wird die Positionseinstellung für die optische Kopplung zwischen dem räumlichen Lichtmodulator 20 und der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E erleichtert und die lichtemittierende Vorrichtung 1F kann verkleinert werden. Darüber hinaus stehen sich die Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E und die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 gegenüber, wodurch die Positionseinstellung für die optische Kopplung weiter erleichtert wird (die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E kann einfach am räumlichen Lichtmodulator 20 befestigt werden).
(Siebte Modifikation)
25 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Erscheinungsbild einer lichtemittierenden Vorrichtung 1G gemäß einer siebten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt. 26 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration der in 25 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 1G teilweise veranschaulicht. Wie in den 25 und 26 dargestellt, beinhaltet die lichtemittierende Vorrichtung 1G gemäß der vorliegenden Modifikation eine Vielzahl der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E anstelle der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10A gemäß der ersten oben beschriebenen Ausführungsform. Darüber hinaus beinhaltet die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 eine Vielzahl von Einheitsbereichen D3. Die Vielzahl der Einheitsbereiche D3 sind zweidimensional entlang der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung angeordnet. Jeder der Einheitsbereiche D3 beinhaltet den ersten Bereich 27 und den zweiten Bereich 28. In der vorliegenden Modifikation sind der erste Bereich 27 und der zweite Bereich 28 in Y-Achsrichtung in jedem der Einheitsbereiche D3 angeordnet. Jede der Vielzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E ist auf dem ersten Bereich 27 von jedem der Vielzahl von Einheitsbereichen D3 angeordnet. Eine Länge einer Seite des Einheitsbereichs D3 beträgt beispielsweise 0,01 mm bis 25 mm und typischerweise 1 mm.
Die lichtemittierende Vorrichtung 1G gemäß der vorliegenden Modifikation beinhaltet weiterhin ein Trägersubstrat 41. Das Trägersubstrat 41 ist ein plattenförmiges Element und besteht aus dem gleichen Material wie das Trägersubstrat 40 der dritten Modifikation. Das Trägersubstrat 41 deckt die Vielzahl der Einheitsbereiche D3 des räumlichen Lichtmodulators 20 gemeinsam ab. Die Vielzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E ist über das gemeinsame Trägersubstrat 41 an dem räumlichen Lichtmodulator 20 befestigt. Insbesondere ist eine Plattenoberfläche des Trägersubstrats 41 mit den Lichtausgangsflächen 10a der Vielzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E durch die Elektrode 18 und den Antireflexionsfilm 31 verbunden. Andererseits ist die andere Plattenoberfläche des Trägersubstrats 41 mit der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 verbunden. Die Vielzahl der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E sind durch das gemeinsame Trägersubstrat 41 miteinander verbunden. Die eine Plattenoberfläche und die andere Plattenoberfläche des Trägersubstrats 41 sind parallel zueinander.
27A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des Trägersubstrats 41 gemäß der vorliegenden Modifikation darstellt. Wie in 27A dargestellt, sind auf der einen Plattenoberfläche des Trägersubstrats 41 eine Vielzahl von Element-Elektroden 42 und eine Pad-Elektrode 43 vorgesehen. Jede der Vielzahl von Element-Elektroden 42 ist auf dem ersten Bereich 27 vorgesehen, um jeder der Vielzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E zu entsprechen. Die Elektrode 18 jeder der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E ist mit der entsprechenden Element-Elektrode 42 verbunden. Jede der Element-Elektroden 42 beinhaltet einen Metallfilm 42a, der auf der einen Plattenoberfläche des Trägersubstrats 41 vorgesehen ist, und einen leitenden Klebstoff (z.B. ein Lotmittel) 42b, der auf dem Metallfilm 42a vorgesehen ist. Wie in 27B dargestellt, sind die ebenen Konturen des Metallfilms 42a und des leitfähigen Klebstoffs 42b im Wesentlichen identisch mit einer ebenen Kontur (z.B. einer Gitterform, einer Streifenform, einer Rahmenform oder dergleichen) der Elektrode 18, damit das Licht L1 passiert. Die Metallschichten 42a der Vielzahl von Element-Elektroden 42 sind durch eine auf der einen Plattenoberfläche des Trägersubstrats 41 vorgesehene Verdrahtung 44 elektrisch miteinander verbunden. Die Pad-Elektrode 43 ist in der Nähe eines Endes des Trägersubstrats 41 vorgesehen und ist mit einem Ende der Verdrahtung 44 verbunden. Durch die Pad-Elektrode 43 wird jeder der Element-Elektroden 42 ein Strom zugeführt. Im Übrigen sind die in den 27A und 27B dargestellten Elektroden zur Verdrahtung auf dem Trägersubstrat 41 nicht auf die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E beschränkt, sondern können auf eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10F aufgebracht werden. In diesem Fall ist eine ebene Kontur der Elementelektrode 42 keine Streifenform, sondern eine Rahmenform. Darüber hinaus kann der Strom auch in den lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10B und 10D durch Bildung der ähnlichen Verdrahtungselektrode auf dem Trägersubstrat 40 geeignet zugeführt werden. Materialien der Metallfolie 42a und des leitfähigen Klebstoffs 42b werden in Abstimmung mit dem Material des Trägersubstrats 41 ausgewählt. Wenn das Trägersubstrat 41 beispielsweise ein Quarzsubstrat ist, kann Ti/Au (Ti-Dicke von 10 nm/Au-Dicke von 200 nm) für den Metallfilm 42a und AuSn-Lot (Dicke von 3 µm) für den leitenden Klebstoff 42b verwendet werden. Darüber hinaus kann eine Diamantscheibe auf der Oberflächenseite zur Wärmeabfuhr als Trägersubstrat 41 kombiniert werden, und es kann ein Diamantfilm auf der Oberfläche durch CVD gebildet werden.
In der vorliegenden Modifikation wird das von jeder der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E abgegebene Licht L1 aus dem ersten Bereich 27 des entsprechenden Einheitsbereichs D3 nach Durchlaufen des Trägersubstrats 41 dem räumlichen Lichtmodulator 20 zugeführt. Weiterhin wird eine Phase des Lichts L1 durch den räumlichen Lichtmodulator 20 moduliert, und das modulierte Licht L1 durchläuft den zweiten Bereich 28 das Trägersubstrats 41 und wird dann an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 1G abgegeben. Selbst mit der Konfiguration der vorliegenden Modifikation können die gleichen Effekte wie bei der zweiten Ausführungsform erzielt werden. Da die Vielzahl der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E wie bei der vorliegenden Modifikation zweidimensional angeordnet ist, kann zusätzlich ein optisches Bild mit einer größeren Fläche als bei der zweiten Ausführungsform erhalten werden. Darüber hinaus kann die vorliegende Modifikation auch auf Licht L1 mit einer vom Halbleitersubstrat 9 zu absorbierenden Wellenlänge im Vergleich zur vorstehend beschriebenen vierten Modifikation angewendet werden.
In der vorliegenden Modifikation ist das Trägersubstrat 41 zwischen der Vielzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E und dem räumlichen Lichtmodulator 20 vorgesehen. Dadurch kann ein Abstand zwischen der Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10E und der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 leicht durch eine Dicke des Trägersubstrats 41 eingestellt werden. Da das Trägersubstrat 41 die Verdrahtung 44 aufweist, die konfiguriert ist, um den Strom an die Elektrode 18 zu liefern, kann der Strom passend an die Elektroden 18 der Vielzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E geliefert werden, die mit dem räumlichen Lichtmodulator 20 abgedeckt sind.
(Achte Modifikation)
28 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 1H gemäß einer achten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt. Die lichtemittierende Vorrichtung 1H gemäß der vorliegenden Modifikation beinhaltet die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10F, anstelle der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10E gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10F gibt im Unterschied zur lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10E der zweiten Ausführungsform Licht L1 von der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats ab. Das heißt, die Lichtausgangsfläche 10a der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10F ist in der vorliegenden Modifikation ist in der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9b enthalten. Daher ist die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9 zugewandt. Der Halbleiterlaminatabschnitt 11 ist auf der gegenüberliegenden Seite des räumlichen Lichtmodulators 20 in Bezug auf das Halbleitersubstrat 9 vorgesehen. Die Elektrode 33 (erste Elektrode) ist auf der Kontaktschicht 15 und die Elektrode 34 (zweite Elektrode) auf der Rückseite 9b des Halbleitersubstrats 9 vorgesehen. Im Übrigen sind die detaillierte Konfiguration und Bedienung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10F, wie beispielsweise die Formen der Elektroden 33 und 34, identisch mit denen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10C gemäß der oben beschriebenen fünften Modifikation.
Auch in der vorliegenden Modifikation beinhaltet die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 den ersten Bereich 27 und den zweiten Bereich 28. Der erste Bereich 27 und der zweite Bereich 28 sind beispielsweise entlang der Y-Achsenrichtung angeordnet. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10F ist auf dem ersten Bereich 27 durch das Trägersubstrat 40 angeordnet, und der erste Bereich 27 ist der Lichtausgangsfläche 10a zugewandt. Der zweite Bereich 28 ist ein Raum, in dem nichts vorgesehen ist. Das von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10F abgegebene Licht L1 durchläuft das Trägersubstrat 40 und wird dann über den ersten Bereich 27 dem räumlichen Lichtmodulator 20 zugeführt. Weiterhin wird eine Phase des Lichts L1 durch den räumlichen Lichtmodulator 20 moduliert, und dann wird das modulierte Licht L1 vom zweiten Bereich 28 an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 1H durch das Trägersubstrat 40 abgegeben.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung der vorliegenden Modifikation kann ein rückseitiger Ausgangstyp sein. Selbst mit einer solchen Konfiguration können die gleichen Effekte wie bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform erzielt werden. Ein Verlust des Lichts L1 nimmt jedoch manchmal aufgrund der Lichtabsorption im Halbleitersubstrat 9 zu, abhängig von einer Kombination aus einer Wellenlänge des Lichts L1 und einem Bestandteil des Halbleitersubstrats 9. In einem solchen Fall kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung vom vorderseitigen Ausgangstyp wie in der zweiten Ausführungsform verwendet werden.
(Neunte Modifikation)
29 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 1J gemäß einer neunten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt. In der lichtemittierenden Vorrichtung 1H gemäß der vorliegenden Modifikation beinhaltet die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 eine Vielzahl der zweiten Bereiche 28, die dem einem einzigen ersten Bereich 27 entsprechen. Die Vielzahl der zweiten Bereiche 28 sind an beliebigen Positionen benachbart zur Peripherie des ersten Bereichs 27 vorgesehen. In einem Beispiel ist ein Paar der zweiten Bereiche 28 auf beiden Seiten des ersten Bereichs 27 vorgesehen, wie in 29 dargestellt. Alternativ kann die Vielzahl der zweiten Bereiche 28 so vorgesehen werden, dass sie an eine Vielzahl von Seiten des ersten Bereichs 27 angrenzt, und eine anderer zweiter Bereichen 28 oder eine andere Vielzahl von zweiten Bereichen 28 kann so vorgesehen werden, dass sie an den ersten Bereich 27 in einer Diagonalen Richtung angrenzt. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E ist auf dem ersten Bereich 27 durch das Trägersubstrat 40 angeordnet, und der erste Bereich 27 ist der Lichtausgangsfläche 10a zugewandt. Im Übrigen ist die Vielzahl der zweiten Bereiche 28 Räume, auf denen nichts vorgesehen ist.
Die Lichteingangs-/Lichtausgabefläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 der vorliegenden Modifikation kann die Vielzahl der zweiten Bereiche 28 beinhalten, die an der Peripherie des ersten Bereichs 27 vorgesehen sind. Dadurch wird das Licht L1 von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10E in eine Vielzahl von Richtungen ausgegeben und es können verschiedene optische Bilder erzeugt werden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise für einen Ausgangsstrahl zum ersten Quadranten auch ein Strahl zum dritten Quadranten gegenüber dem ersten Quadranten ausgegeben, aber es ist möglich, die Strahlen, die zu den oben beschriebenen gegenüberliegenden Quadranten ausgegeben werden, effektiv zu nutzen, indem man den zweiten Bereich 28 so anordnet, dass er dem ersten Bereich 27 zugewandt ist (es ist möglich, einen Verlust des Ausgangsstrahls zu unterdrücken), wie in den 8, 9A-9B, 10-26, 27A-27B und 28-29 dargestellt. Im Übrigen kann auch bei der vorliegenden Modifikation die Vielzahl der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E wie bei der siebten Modifikation vorgesehen sein. Darüber hinaus kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10F des rückseitigen Ausgangstyps, wie bei der achten Modifikation, anstelle der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10E des vorderseitigen Ausgangstyps vorgesehen werden.
(Zehnte Modifikation)
Ein Anordnungsbeispiel des ersten Bereichs 27 und des zweiten Bereichs 28, wenn die Vielzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E (oder 10F) auf der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a vorgesehen sind, wird im Detail beschrieben. 30A bis 33C sind Ansichten, die das Anordnungsbeispiel des ersten Bereichs 27 und des zweiten Bereichs 28 auf der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a veranschaulichen. 30A ist die Ansicht, die eine Grundanordnung veranschaulicht, wenn der erste Bereich 27 und der zweite Bereich 28 eine Eins-zu-Eins-Korrespondenz aufweisen (siehe die zweite Ausführungsform). In diesem Fall beträgt ein Öffnungsverhältnis der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a 50%. Jedes Licht der +1ten Ordnung und jedes Licht -1teb Ordnung wird aus dem zweiten Bereich 28 ausgegeben. 30B und 30C veranschaulichen ein Beispiel, in dem eine Reihe der ersten Bereiche 27 und eine Reihe der zweiten Bereiche 28, die in einer bestimmten Richtung angeordnet sind, abwechselnd in einer Richtung orthogonal zur der Richtung angeordnet sind. Darüber hinaus veranschaulicht 30D ein Beispiel, in dem der erste Bereich 27 und der zweite Bereich 28 in einer Diagonalen Richtung, wie ein Schachbrettmuster, angeordnet sind.
Darüber hinaus sind die 31A bis 31D die Ansichten, die grundlegende Anordnungen für den Fall veranschaulichen, dass die Vielzahl der zweiten Bereiche 28 einem einzelnen ersten Bereich 27 entspricht. In 31A sind zwei zweite Bereiche 28 so angeordnet, dass sie den einzelnen ersten Bereich 27 sandwichartig verbinden (siehe 29). In diesem Fall beträgt ein Öffnungsverhältnis der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a 66%. In 31B sind vier zweite Bereiche 28 so angeordnet, dass sie an vier Seiten des einen einzelnen ersten Bereichs 27 angrenzen. In diesem Fall beträgt das Öffnungsverhältnis der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a 75%. In 31C sind neben der Anordnung von 31A vier zweite Bereiche 28 in diagonaler Richtung des ersten Bereichs 27 angeordnet. In diesem Fall entsprechen sechs zweite Bereiche 28 dem einen einzigen ersten Bereich 27, so dass ein Öffnungsverhältnis der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a 86% beträgt. In 31D sind neben der Anordnung von 31B vier zweite Bereiche 28 in diagonaler Richtung des ersten Bereichs 27 angeordnet. In diesem Fall entsprechen acht zweite Bereiche 28 dem einzigen ersten Bereich 27, so dass ein Öffnungsverhältnis der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a 89% beträgt.
Im Übrigen wird Licht der +1ten Ordnung aus einigen der zweiten Bereiche 28 und Licht der -1ten Ordnung aus den verbleibenden zweiten Bereichen 28 in den obigen Anordnungen ausgegeben. Insbesondere wird in der Anordnung von 31A das Licht der -1ten Ordnung aus dem zweiten Bereich 28 auf der linken Seite des ersten Bereichs 27 ausgegeben, und das Licht der +1ten Ordnung aus dem zweiten Bereich 28 auf der rechten Seite des ersten Bereichs 27. In der Anordnung von 31B wird beispielsweise das Licht der -1ten Ordnung aus den zweiten Bereichen 28 auf der linken Seite und der Unterseite des ersten Bereichs 27 ausgegeben, und das Licht der +1ten Ordnung wird aus den zweiten Bereichen 28 auf der rechten Seite und der Oberseite des ersten Bereichs 27 ausgegeben. In der Anordnung von 31C wird beispielsweise das Licht der -1ten Ordnung aus den drei zweiten Bereichen 28 auf der linken Seite, der linken oberen Seite und der linken unteren Seite des ersten Bereichs 27 ausgegeben, und das Licht der +1ten Ordnung aus den drei zweiten Bereichen 28 auf der rechten Seite, der rechten oberen Seite und der rechten unteren Seite des ersten Bereichs 27. In der Anordnung von 31D wird beispielsweise das Licht der -1ten Ordnung aus den vier zweiten Bereichen 28 auf der linken Seite, der linken oberen Seite, der linken unteren Seite und der unteren Seite des ersten Bereichs 27 und das Licht der +1ten Ordnung aus den vier zweiten Bereichen 28 auf der rechten Seite, der rechten oberen Seite, der rechten unteren Seite und der oberen Seite des ersten Bereichs 27 ausgegeben. Auf diese Weise sind der zweite Bereich 28, der das Licht der -1ten Ordnung ausgibt, und der zweite Bereich 28, der das Licht der +1ten Ordnung ausgibt, vorzugsweise symmetrisch zum ersten Bereich 27 angeordnet.
Die 32A und 32B sind Ansichten, die einen Zustand veranschaulichen, in dem eine Vielzahl der Grundanordnungen der 31A in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. In 32A sind die Positionen der ersten Bereiche 27 zwischen benachbarten Grundanordnungen ausgerichtet. In 32B sind die Positionen der ersten Bereiche 27 abwechselnd zwischen benachbarten Grundanordnungen verschoben. 32C ist eine Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Vielzahl der Grundanordnungen von 31B lückenlos angeordnet sind. 33A ist eine Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem die Grundanordnungen der 31B und 31C abwechselnd und lückenlos angeordnet sind. Die 33B und 33C sind Ansichten, die einen Zustand veranschaulichen, in dem eine Vielzahl der Grundanordnungen der 31D lückenlos angeordnet sind. In 33B sind die Positionen der ersten Bereiche 27 zwischen benachbarten Grundanordnungen ausgerichtet. In 33C sind die Positionen der ersten Bereiche 27 abwechselnd zwischen benachbarten Grundanordnungen verschoben. Die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 kann beispielsweise die oben beschriebene Anordnung beinhalten, die in den 30B bis 30D, 32A bis 32C oder 33A bis 33C dargestellt ist.
Im Folgenden werden die Amplitudenverteilung und Phasenverteilung der Phasenmodulationsschicht 16A beschrieben, wenn die Vielzahl der zweiten Bereiche 28 dem einen einzelnen ersten Bereich 27 entspricht. Die 34A, 36A und 38A sind Ansichten, die Beispiele für die Amplitudenverteilung der Phasenmodulationsschicht 16A veranschaulichen, d.h. die Verteilung der Liniensegmentlänge r (x, y). In diesen Zeichnungen wird die Liniensegmentlänge r (x, y) durch Helligkeit und Dunkelheit dargestellt, und ein größerer Wert wird als heller dargestellt. Darüber hinaus sind die 34B, 36B und 38B Ansichten, die Beispiele für die Phasenverteilung der Phasenmodulationsschicht 16A, d.h. die Verteilung des Drehwinkels φ (x, y), darstellen. In diesen Zeichnungen wird der Winkel φ (x, y) durch Helligkeit und Dunkelheit dargestellt, und ein größerer Wert wird als heller dargestellt. 35 veranschaulicht ein Fernfeldbild, welches durch die Phasenmodulationsschicht 16A mit der Amplitudenverteilung von 34A und der Phasenverteilung von 34B realisiert wurde. In diesem Beispiel wird das Licht L1 mit zwei Punkten von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10E (oder 10F) ausgegeben, wie in 35 dargestellt. 37 veranschaulicht ein Fernfeldbild, welches durch die Phasenmodulationsschicht 16A mit der Amplitudenverteilung von 36A und der Phasenverteilung von 36B realisiert wurde. In diesem Beispiel wird das Licht L1 mit drei Punkten von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10E (oder 10F) ausgegeben, wie in 37 dargestellt. 39 veranschaulicht ein Fernfeldbild, welches durch die Phasenmodulationsschicht 16A mit der Amplitudenverteilung von 38A und der Phasenverteilung von 38B realisiert wurde. In diesem Beispiel wird das Licht L1 mit vier Punkten von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 10E (oder 10F) ausgegeben, wie in 39 dargestellt.
Im Übrigen wurde die Anordnung des ersten Bereichs 27 und des zweiten Bereichs 28 für den Fall, dass die Vielzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E (oder 10F) auf der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a vorgesehen sind, in der vorliegenden Modifikation beschrieben. Diese Anordnung kann jedoch auch auf die Anordnung des ersten Abschnitts 8a und des zweiten Abschnitts 8b angewendet werden, wenn die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10B die lichtemittierende Halbleitervorrichtungsanordnung mit der Vielzahl von Einheitsbereichen D1 wie bei der vierten Modifikation ist (siehe 13 bis 17). In diesem Fall kann der erste Bereich 27 durch den ersten Abschnitt 8a und der zweite Bereich 28 durch den zweiten Abschnitt 8b in der oben beschriebenen Anordnung ersetzt werden.
(Elfte Modifikation)
In der vorstehend beschriebenen vierten Modifikation (siehe 13 bis 17) weist die lichtemittierende Halbleitervorrichtungsanordnung die Vielzahl von Einheitsbereichen D1 auf, von denen jeder das Licht L1 ausgibt, und wird als die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10B verwendet. In der sechsten Modifikation (siehe 21 bis 23) wird die lichtemittierende Halbleitervorrichtungsanordnung mit der Vielzahl von Einheitsbereichen D2, von denen jeder das Licht L1 ausgibt, als die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10D verwendet. Weiterhin ist in der siebten Modifikation (siehe 25, 26, 27A und 27B) die Vielzahl der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E auf der Vielzahl der Einheitsbereiche D3 der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a angeordnet. Wenn es eine Vielzahl von lichtemittierenden Bereichen gibt, die das Licht L1 wie in diesen Modifikationen ausgeben, kann eine Wellenlänge des Lichts L1, das von einer lichtemittierenden Vorrichtung ausgegeben wird, beliebig geändert werden, indem ein Wellenlängenumwandlungsmedium, wie beispielsweise Phosphor, auf einem optischen Pfad jedes lichtemittierenden Bereichs angeordnet wird. Insbesondere kann eine mehrfarbige lichtemittierende Vorrichtung erreicht werden, indem drei Arten von Wellenlängenumwandlungsmedien angeordnet werden, die die Wellenlänge des Lichts L1 in einen roten Wellenlängenbereich, einen grünen Wellenlängenbereich und einen blauen Wellenlängenbereich umsetzen. Wenn eine Wellenlänge des Lichts L1 einen aus dem roten Wellenlängenbereich, dem grünen Wellenlängenbereich und dem blauen Wellenlängenbereich enthält, kann das Wellenlängenumwandlungsmedium für einen solchen Wellenlängenbereich weggelassen werden. Darüber hinaus kann das Wellenlängenumwandlungsmedium eine Abwärtsumwandlung zur Umwandlung in eine Wellenlänge durchführen, die länger als die Wellenlänge des Lichts L1 ist, und eine Aufwärtsumwandlung zur Umwandlung in eine Wellenlänge, die kürzer als die Wellenlänge des Lichts L1 ist.
40 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 1K gemäß der vorliegenden Modifikation darstellt. Die lichtemittierende Vorrichtung 1K beinhaltet ferner eine Vielzahl von Wellenlängenumwandlungsmedien 51 sowie die in 14 dargestellte Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 1C. Jedes der Wellenlängenumwandlungsmedien 51 ist auf dem Antireflexionsfilm 32 des zweiten Abschnitts 8b in jedem der Einheitsbereiche D1 vorgesehen. Das Licht L1, das aus dem ersten Abschnitt 8a jedes der Einheitsbereiche D1 ausgegeben wird, wird durch den räumlichen Lichtmodulator 20 moduliert. Danach durchläuft das modulierte Licht L1 sequentiell die zweiten Abschnitte 8b der jeweiligen Einheitsbereiche D1 und das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 und wird dann an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 1K abgegeben.
41 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittskonfiguration einer anderen lichtemittierenden Vorrichtung 1L gemäß der vorliegenden Modifikation darstellt. Diese lichtemittierende Vorrichtung 1L weist eine Struktur auf, in der das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 zwischen dem ersten Abschnitt 8a jedes der Einheitsbereiche D1 und dem räumlichen Lichtmodulator 20 vorgesehen ist, wobei die Struktur durch Entfernen des Trägersubstrats 40 aus der in 14 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 1C erhalten wird. So ist beispielsweise das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 auf der Lichtausgangsfläche 10a vorgesehen, um die Öffnung 18a der Elektrode 18 abzudecken. Das aus dem ersten Abschnitt 8a jedes der Einheitsbereiche D1 ausgegebene Licht L1 wird über das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 in den räumlichen Lichtmodulator 20 eingegeben und durch den räumlichen Lichtmodulator 20 moduliert. Weiterhin durchläuft das modulierte Licht L1 den zweiten Abschnitt 8b jedes der Einheitsbereiche D1 und wird an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 1L abgegeben.
In den vorstehend beschriebenen lichtemittierenden Vorrichtungen 1K und 1L kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10B durch die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10D gemäß der sechsten Modifikation ersetzt werden. In diesem Fall ist das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 auf dem Antireflexionsfilm 32 des zweiten Abschnitts 8b in jedem der Einheitsbereiche D2 in der lichtemittierenden Vorrichtung 1K vorgesehen. Darüber hinaus ist das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 zwischen dem ersten Abschnitt 8a jedes der Einheitsbereiche D2 und dem räumlichen Lichtmodulator 20 in der lichtemittierenden Vorrichtung 1L vorgesehen. So ist beispielsweise das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 auf der Rückseite 9b vorgesehen, um die Öffnung 34a der Elektrode 34 abzudecken.
42 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer weiteren lichtemittierenden Vorrichtung 1M gemäß der vorliegenden Modifikation darstellt. Die lichtemittierende Vorrichtung 1M beinhaltet weiterhin die Vielzahl der Wellenlängenumwandlungsmedien 51 sowie die Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 1G gemäß der siebten Modifikation. Jedes der Wellenlängenumwandlungsmedien 51 ist auf dem zweiten Bereich 28 der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche 20a in jedem der Einheitsbereiche D3 vorgesehen. So ist beispielsweise jedes der Wellenlängenumwandlungsmedien 51 auf der Oberfläche des Trägersubstrats 41 gegenüber dem räumlichen Lichtmodulator 20 vorgesehen. Das von jeder der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E abgegebene Licht L1 wird in den räumlichen Lichtmodulator 20 eingespeist. Danach durchläuft das modulierte Licht L1 das Trägersubstrat 41 und das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 und wird an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 1M abgegeben.
43 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Querschnittskonfiguration einer weiteren lichtemittierenden Vorrichtung 1N gemäß der vorliegenden Modifikation darstellt. Die lichtemittierende Vorrichtung 1N beinhaltet ferner die Vielzahl der Wellenlängenumwandlungsmedien 51 sowie die Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 1G der siebten Modifikation. Jedes der Wellenlängenumwandlungsmedien 51 ist zwischen jeder der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E und dem räumlichen Lichtmodulator 20 vorgesehen. So ist beispielsweise jedes der Wellenlängenumwandlungsmedien 51 zwischen jeder der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E und dem Trägersubstrat 41 eingeklemmt. Das von jeder der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10E abgegebene Licht L1 durchläuft das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 und das Trägersubstrat 41 und wird dann dem ersten Bereich 27 des räumlichen Lichtmodulators 20 zugeführt. Weiterhin durchläuft das durch den räumlichen Lichtmodulator 20 modulierte Licht L1 das Trägersubstrat 41 den zweiten Bereich 28 und wird dann an die Außenseite der lichtemittierenden Vorrichtung 1N abgegeben.
In den vorstehend beschriebenen lichtemittierenden Vorrichtungen 1M und 1N kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10E gemäß der achten Modifikation durch die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 10F ersetzt werden In diesem Fall ist das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 zwischen jeder der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 10F und dem räumlichen Lichtmodulator 20 in der lichtemittierenden Vorrichtung 1N vorgesehen. So ist beispielsweise das Wellenlängenumwandlungsmedium 51 auf der Rückseite 9b vorgesehen, um die Öffnung 34a der Elektrode 34 abzudecken.
Die 44A bis 44C sind Ansichten, die Beispiele für eine Anordnung von Umwandlungsbereichen von Rot (R), Grün (G) und Blau (B) in jedem der Wellenlängenumwandlungsmedien 51 veranschaulichen. In diesen Beispielen sind die Einheitsbereiche mit den roten, grünen und blauen Konversionsbereichen in eine bestimmte Richtung angeordnet und die roten, grünen und blauen Konversionsbereiche in den jeweiligen Einheitsbereichen in eine Richtung, die die Richtung schneidet, angeordnet. In den in den und dargestellten Beispielen sind die roten, grünen und blauen Konversionsbereiche in den jeweiligen Einheitenbereichen gleich angeordnet. Darüber hinaus unterscheidet sich eine Anordnungsreihenfolge der Konversionsbereiche zwischen benachbarten Einheitenbereichen im Beispiel von 44C. Durch die Anordnung der roten, grünen und blauen Konversionsbereiche, die wie in den obigen Beispielen nebeneinanderliegen, kann beispielsweise ein feines mehrfarbiges optisches Bild erzeugt werden. Diese Konversionsbereiche können so vorgesehen werden, dass sie (einzeln) jeder der Vielzahl von Pixelelektroden 25 des räumlichen Lichtmodulators 20 entsprechen.
(Zwölfte Modifikation)
Obwohl 4 der oben beschriebenen Ausführungsform das Beispiel veranschaulicht, in dem die Form der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b auf der X-Y-Ebene (die Designoberfläche der Phasenmodulationsschicht 16A) die Kreisform ist, kann der Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16b eine andere Form als die Kreisform aufweisen. So kann beispielsweise die Form des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b auf der X-Y-Ebene eine Spiegelsymmetrie (Liniensymmetrie) aufweisen. Hier bedeute Spiegelsymmetrie (Liniensymmetrie), dass eine ebene Kontur des Bereichs modifizierten Brechungsindex 16b, der auf einer Seite einer Geraden angeordnet ist, und eine ebene Kontur des Bereichs modifizierten Brechungsindex 6b, der auf der anderen Seite der Geraden angeordnet ist, spiegelbildlich symmetrisch (liniensymmetrisch) miteinander sein kann, wobei eine dazwischenliegende Gerade beliebig auf einer X-Y-Ebene angeordnet ist. Beispiele für eine ebene Kontur mit Spiegelsymmetrie (Liniensymmetrie) beinhalten einen perfekten Kreis, der in 45A dargestellt ist, ein Quadrat, das in 45B dargestellt ist, ein regelmäßiges Sechseck, das in 45C dargestellt ist, ein regelmäßiges Achteck, das in 45D dargestellt ist, ein regelmäßiges Sechszehneck, das in 45E dargestellt ist, ein Rechteck, das in 45F dargestellt ist, eine Ellipse, die in 45G dargestellt ist, und dergleichen. Da die ebene Kontur des Bereichs modifizierten Brechungsindex 16b auf der X-Y-Ebene auf diese Weise die Spiegelsymmetrie (Liniensymmetrie) aufweist, kann in der Phasenmodulationsschicht 16A (hochpräzise Musterung ist möglich) ein zwischen der X-Achse und einem Vektor gebildeter Winkel φ von einem Gitterpunkt eines virtuellen Quadratgitters zu einem Schwerpunkt des entsprechenden Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Darüber hinaus kann die ebene Kontur des Bereichs modifizierten Brechungsindex 16b auf der X-Y-Ebene eine Form aufweisen, die keine 180-Grad-Drehsymmetrie aufweist. Beispiele für eine solche Form sind ein gleichseitiges Dreieck, das in 46A dargestellt ist, ein rechtwinkliges gleichschenkliges Dreieck, das in 46B dargestellt ist, eine Form, in 46C dargestellt, in der sich zwei Kreise oder Ellipsen teilweise überlappen, eine in 46D dargestellte Eiform, eine in 46E dargestellte Tropfenform, eine in 46F dargestelltes gleichschenkliges Dreieck, eine in 46G dargestellte Pfeilform, ein in 46H dargestellte Trapezform, ein in 46I dargestellte Fünfeckform, eine in 46J dargestellte Form, in der sich zwei Rechtecke teilweise überlappen, eine in 46K dargestellte Form, in der sich zwei Rechtecke teilweise ohne Spiegelbild-Symmetrie überlappen, und dergleichen. Übrigens ist die Eiform eine so verformte Form, dass eine Abmessung einer Ellipse in einer Kurzachsenrichtung in der Nähe eines Endabschnitts entlang einer Längsachse kleiner ist als eine Abmessung in der Kurzachsenrichtung in der Nähe des anderen Endabschnitts. Die Tropfenform ist eine Form, die durch Verformung eines Endabschnitts entlang der Längsachse der Ellipse in einen scharfen Endabschnitt erhalten wird, der entlang einer langen Achsenrichtung vorsteht. Die Pfeilform ist eine Form, bei der eine Seite eines Rechtecks in eine Dreiecksform vertieft ist und eine der einen Seite gegenüberliegende Seite zu einer Dreiecksform geschärft wird. Da die ebene Kontur des Bereichs modifizierten Brechungsindex 16b auf der X-Y-Ebene auf diese Weise nicht die 180-Grad-Drehsymmetrie aufweist, ist es möglich, eine höhere Lichtleistung zu erzielen.
(Dreizehnte Modifikation)
47 ist eine Draufsicht einer Phasenmodulationsschicht 16B gemäß einer dreizehnten Modifikation jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen. Die Phasenmodulationsschicht 16A der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann durch die Phasenmodulationsschicht 16B der vorliegenden Modifikation ersetzt werden. Die Phasenmodulationsschicht 16B der vorliegenden Modifikation beinhaltet ferner eine Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex 16c, die sich von der Vielzahl der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b unterscheiden, zusätzlich zur Konfiguration der Phasenmodulationsschicht 16A jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen. Jeder der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex 16c beinhaltet eine periodische Struktur und besteht aus einem zweiten Brechungsindexmedium mit einem anderen Brechungsindex als dem des ersten Brechungsindexmediums der Basisschicht 16a. Ähnlich wie der Bereich modifizierte Brechungsindex 16b kann der Bereich mit modifizierte Brechungsindex 16c ein Loch sein oder eine Struktur aufweisen, in der ein Halbleiterverbund in das Loch eingebettet ist. Hier wird in der vorliegenden Modifikation, wie in 48 dargestellt, ein Winkel, der durch einen Vektor vom Gitterpunkt O zum Schwerpunkt G und die s-Achse gebildet wird, ebenfalls durch φ (x, y) bezeichnet. Im Übrigen zeigt eine Koordinatenkomponente x eine Position eines x-ten Gitterpunktes auf der X-Achse und eine Koordinatenkomponente y eine Position eines y-ten Gitterpunktes auf der Y-Achse an. Wenn ein Drehwinkel φ 0° beträgt, stimmt eine Richtung der Vektorrichtung vom Gitterpunkt O zum Schwerpunkt G mit der positiven Richtung der X-Achse überein. Zusätzlich wird eine Länge des Vektors vom Gitterpunkt O zum Schwerpunkt G durch r (x, y) bezeichnet. In einem Beispiel ist r (x, y) konstant (über die gesamte Phasenmodulationsschicht 16B), unabhängig von den Koordinatenkomponenten x und y.
Jeder der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16c ist in jedem der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b mit einer Eins-zu-Eins-Korrespondenz versehen. Weiterhin ist jeder der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16c auf dem Gitterpunkt O des virtuellen Quadratgitters positioniert, und der Schwerpunkt jedes der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16c stimmt in einem Beispiel mit dem Gitterpunkt O des virtuellen Quadratgitters überein. Eine ebene Kontur des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16c ist beispielsweise eine kreisförmige Form, kann aber ähnlich, wie der Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16b, verschiedene ebene Konturen aufweisen. Die 49A bis 49K veranschaulichen Beispiele für ebene Konturen und eine relative Beziehung der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b und 16c auf der X-Y-Ebene. Die 49A und 49B veranschaulichen einen Modus, in dem die Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b und 16c unterschiedliche Konturformen aufweisen und deren Schwerpunkte voneinander getrennt sind. Die 49C und 49D veranschaulichen einen Modus, in dem die Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b und 16c die gleiche Form aufweisen, deren Schwerpunkte voneinander getrennt sind und die sich teilweise überlappen. 49E veranschaulicht einen Modus, in dem die Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b und 16c die gleiche Form aufweisen und deren Schwerpunkte voneinander getrennt sind, und ein relativer Winkel der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b und 16c an jedem Gitterpunkt beliebig eingestellt (um einen beliebigen Winkel gedreht) ist. 49F veranschaulicht einen Modus, in dem die Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b und 16c unterschiedliche Konturformen aufweisen und deren Schwerpunkte voneinander getrennt sind. 49G veranschaulicht einen Modus, in dem die Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b und 16c unterschiedliche Konturformen aufweisen, deren Schwerpunkte voneinander getrennt sind und für jeden Gitterpunkt ein relativer Winkel der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b und 16c beliebig eingestellt (um einen beliebigen Winkel gedreht) ist. Unter diesen drehen sich die beiden Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b und 16c so, dass sie sich in den 49E und 49G nicht zu überlappen.
Darüber hinaus kann der Bereich mit modifiziertem Brechungsindex 16b konfiguriert werden, um zwei voneinander getrennte Bereiche 16b1 und 16b2 aufzunehmen, wie in den 49H bis 49K dargestellt. Weiterhin kann ein kombinierter Schwerpunkt der Bereiche 16b1 und 16b2 vom Schwerpunkt des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16c getrennt werden, und ein Winkel einer Geraden, die die Bereiche 16b1 und 16b2 in Bezug auf die X-Achse verbindet, kann für jeden Gitterpunkt beliebig eingestellt werden. Darüber hinaus können die Bereiche 16b1 und 16b2 und der Bereiche mit modifizierte Brechungsindex 16c in diesem Fall die gleiche Konturform aufweisen wie in 49H dargestellt. Alternativ können zwei der Bereiche 16b1 und 16b2 und der Bereich mit modifiziertem Brechungsindex 16c eine andere Konturform aufweisen als der andere Bereich, wie in 49I dargestellt. Darüber hinaus kann für jeden Gitterpunkt zusätzlich zum Winkel der die Bereiche 16b1 und 16b2 mit der X-Achse verbindenden Geraden ein Winkel des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16c zur X-Achse beliebig eingestellt werden, wie in 49J dargestellt. Darüber hinaus kann der Winkel der Geraden, die die Bereiche 16b1 und 16b2 in Bezug auf die X-Achse verbindet, für jeden Gitterpunkt beliebig eingestellt werden, wobei die relativen Winkel zwischen den Bereichen 16b1 und 16b2 und dem Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16c, wie in 49K dargestellt, gegenseitig gleichbleiben. Im Übrigen können sich unter diesen die Bereiche 16b1 und 16b2 so drehen, dass sie sich nicht mit dem Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16c in den 49J und 49K überschneiden.
Die ebenen Konturen der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex auf der X-Y-Ebene können zwischen den Gitterpunkten gleich sein. Das heißt, die Bereiche mit modifizierten Brechungsindex können an allen Gitterpunkten den gleichen Wert haben und können durch eine translatorische Operation oder durch eine translatorische Operation und eine Rotationsoperation an den Gitterpunkten zum Überlapp gebracht werden. In diesem Fall ist es möglich, die Erzeugung von Rauschlicht und Rauschen verursachendem Licht der 0ten Ordnung in einem Ausgangsstrahlmuster zu unterdrücken. Alternativ sind die ebenen Konturen der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex auf der X-Y-Ebene zwischen den Gitterpunkten nicht unbedingt gleich, und die Formen können beispielsweise zwischen benachbarten Gitterpunkten unterschiedlich sein, wie in dargestellt.
So ist es beispielsweise möglich, die Auswirkungen der oben beschriebenen Ausführungsformen auch bei der vorliegenden Modifikation der Konfiguration der Phasenmodulationsschicht geeignet darzustellen.
(Vierzehnte Modifikation)
Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem ein Anordnungsmuster der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b in der Phasenmodulationsschicht 16A durch ein axiales Verschiebungsschema bestimmt wird. Im Übrigen, selbst wenn das axiale Verschiebungsschema als Verfahren zum Bestimmen des Anordnungsmusters der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b in der Phasenmodulationsschicht 16A anstelle des vorstehend beschriebenen Rotationsschemas angewendet wird, wird eine so erhaltene Phasenmodulationsschicht auf lichtemittierende Halbleitermodule gemäß den verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen aufgebracht. Wenn das axiale Verschiebungsschema übernommen wird, ist es möglich, eine von einer Lichtquelle einfallende Polarisationsrichtung auszurichten, und so wird es möglich, die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts auf einem räumlichen Lichtmodulator so auszurichten, dass Effekte auftreten, dass die Lichtausbeute verbessert und unnötiges Licht unterdrückt werden kann.
51 ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung des Anordnungsmusters (axiales Verschiebungsschema) der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b in der Phasenmodulationsschicht 16A. Die Phasenmodulationsschicht 16A beinhaltet die Basisschicht 16a und den Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16b mit einem vom Brechungsindex der Basisschicht 16a verschiedenen Brechungsindex. Hier wird in der Phasenmodulationsschicht 16A ein auf der X-Y-Ebene definiertes virtuelles Quadratgitter eingestellt, ähnlich dem Beispiel von 4. Eine Seite des quadratischen Gitters ist parallel zur X-Achse und die andere Seite ist parallel zur Y-Achse. In diesem Zusammenhang können die Einheitsbestandteilbereiche R, die jeweils eine quadratische Form mit einem Gitterpunkt O des quadratischen Gitters als Mittelpunkt aufweisen, zweidimensional über eine Vielzahl von Spalten (x1 bis x4) entlang der X-Achse und eine Vielzahl von Zeilen (y1 bis y3) entlang der Y-Achse eingestellt werden. Wenn eine Koordinate jedes der Einheitsbestandteilbereiche R als Schwerpunktposition jedes der Einheitsbestandteilbereiche R angegeben wird, stimmt diese Schwerpunktposition mit dem Gitterpunkt O des virtuellen quadratischen Gitters überein. Eine Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex 16b ist einer nach dem anderen in jedem der Einheitsbestandteilbereiche R vorgesehen. Eine ebene Kontur des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b ist beispielsweise eine kreisförmige Kontur. Der Gitterpunkt O kann außerhalb des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b positioniert sein oder in dem Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16b einbezogen liegen.
Im Übrigen wird ein Verhältnis der Fläche S des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b, der innerhalb eines Einheitsbestandteilbereichs R liegt, als Füllfaktor (FF) bezeichnet. Wenn ein Gitterintervall des quadratischen Gitters a ist, wird der Füllfaktor FF des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b als S/a² angegeben. Hier ist S die Fläche des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b auf der X-Y-Ebene und wird als S = π(D/2)² mit einem Durchmesser D eines perfekten Kreises angegeben, wenn beispielsweise die Form des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b der perfekte Kreis ist. Wenn die Form des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b eine quadratische Form ist, wird zusätzlich S = LA² mit einer Länge LA von einer Seite des Quadrats angegeben.
52 ist ein Diagramm zur Beschreibung einer Positionsbeziehung des Schwerpunkts G des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b und des Gitterpunkts O (x, y) im virtuellen Quadratgitter als Beispiel für das durch das axiale Verschiebungsschema bestimmte Anordnungsmuster. Wie in 52 dargestellt, ist der Schwerpunkt G jedes der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b auf einer Geraden L angeordnet. Die Geraden L ist eine Gerade, die durch den entsprechenden Gitterpunkt O (x, y) des Einheitsbestandteilbereichs R (x, y) verläuft und zu jeder Seite des quadratischen Gitters geneigt ist. Mit anderen Worten, die Gerade L ist die Gerade, die sowohl in Bezug auf die s-Achse als auch auf die t-Achse geneigt ist, die den Einheitsbestandteilbereich R (x, y) definieren. Ein Neigungswinkel der Geraden L in Bezug auf die s-Achse ist θ. Der Neigungswinkel θ ist innerhalb der Phasenmodulationsschicht 16A konstant. Der Neigungswinkel θ erfüllt die Bedingung 0° < θ < 90°, und ist in einem Beispiel θ = 45°. Alternativ erfüllt der Neigungswinkel θ die Bedingung 180° < θ < 270°, und ist in einem Beispiel θ = 225°. Wenn der Neigungswinkel θ die Bedingung 0° < θ < 90° oder die Bedingung 180° < θ < 270° erfüllt, erstreckt sich die gerade Linie L vom ersten Quadranten bis zum dritten Quadranten der durch die s-Achse und die t-Achse definierten Koordinatenebene. Alternativ erfüllt der Neigungswinkel θ die Bedingung 90° < θ < 180°, und ist in einem Beispiel θ = 135°. Alternativ erfüllt der Neigungswinkel θ die Bedingung 270° < θ < 360°, und ist in einem Beispiel θ = 315°. Wenn der Neigungswinkel θ die Bedingung 90° < θ < 180° oder die Bedingung 270° < θ < 360° erfüllt, erstreckt sich die Gerade L vom zweiten Quadranten bis zum vierten Quadranten der durch die s-Achse und die t-Achse definierten Koordinatenebene. Auf diese Weise ist der Neigungswinkel θ ein Winkel ohne die Winkelwerte 0°, 90°, 180° und 270°. Hier wird ein Abstand zwischen dem Gitterpunkt O (x, y) und dem Schwerpunkt G durch r (x, y) bezeichnet. Hier stellt x eine Position eines x-ten Gitterpunktes auf der X-Achse und y eine Position eines y-ten Gitterpunktes auf der Y-Achse dar. Wenn der Abstand r (x, y) ein positiver Wert ist, wird der Schwerpunkt G im ersten Quadranten (oder im zweiten Quadranten) positioniert. Wenn der Abstand r (x, y) ein negativer Wert ist, wird der Schwerpunkt G im dritten Quadranten (oder im vierten Quadranten) positioniert. Wenn der Abstand r (x, y) Null ist, stimmen der Gitterpunkt O und der Schwerpunkt G überein.
Der in 51 dargestellte Abstand r (x, y) zwischen dem Schwerpunkt G jedes der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b und dem entsprechenden Gitterpunkt O (x, y) des Einheitsbestandteilbereichs R (x, y) wird für jeden der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b gemäß einem Zielausgangsstrahlmuster (optisches Bild) eingestellt. Die Verteilung des Abstands r (x, y) hat für jede Position einen spezifischen Wert, der durch die Werte von x (x1 bis x4 im Beispiel von 51) und y (y1 bis y3 im Beispiel von 51) bestimmt wird, wird aber nicht unbedingt durch eine bestimmte Funktion ausgedrückt. Die Verteilung des Abstands r (x, y) wird durch Extrahieren der Phasenverteilung aus der komplexen Amplitudenverteilung bestimmt, die durch die inverse Fourier-Transformation des Zielausgangsstrahlmusters erhalten wird. Das heißt, wie in 52 dargestellt, es wird der Abstand r (x, y) auf null gesetzt, wenn die Phase P (x, y) im Einheitsbestandteilbereichs R (x, y) gleich P0 ist, der Abstand r (x, y) wird auf den Maximalwert R0 eingestellt, wenn die Phase P (x, y) gleich π + P0 ist, und der Abstand r (x, y) auf den Minimalwert - R0 eingestellt, wenn die Phase P (x, y) gleich -π + P0 ist. So ist für die dazwischenliegenden Phasen P (x, y) der Abstand r (x, y) so groß, dass r (x, y) = {P (x, y) - P0} × R0/π ist. Hier kann die Anfangsphase P0 beliebig eingestellt werden. Wenn das Gitterintervall des quadratischen Gitters a ist, liegt der Maximalwert R0 von r (x, y) beispielsweise im Bereich der folgenden Formel (10). $0 \leq R_{0} \leq \frac{a}{\sqrt{2}}$
Die Reproduzierbarkeit des Strahlmusters wird übrigens durch den Einsatz eines iterativen Algorithmus wie dem Gerchberg-Saxton (GS)-Verfahren verbessert, das in der Regel bei der Berechnung der Hologramm Erzeugung zum Zeitpunkt der Erlangung der komplexen Amplitudenverteilung aus dem Zielausgangsstrahlmuster verwendet wird.
Im Übrigen ist eine Beziehung zwischen dem als Ausgangsstrahlmuster erhaltenen optischen Bild und der Phasenverteilung P (x, y) in der Phasenmodulationsschicht 16A die gleiche wie bei dem oben beschriebenen Rotationsschema (5). Daher ist die Phasenmodulationsschicht 16A konfiguriert, um die folgende Bedingung unter der obigen ersten Voraussetzung zu erfüllen, die das quadratische Gitter definiert, die obige zweite Voraussetzung, die durch die obigen Formeln (1) bis (3) definiert ist, die obige dritte Voraussetzung, die durch die obigen Formeln (4) und (5) definiert ist, und die obige vierte Voraussetzung, die durch die obigen Formeln (6) und (7) definiert ist. Das heißt, der entsprechende Bereich mit modifizierte Brechungsindex 16b ist im Einheitsbestandteilbereich R (x, y) so angeordnet, dass der Abstand r (x, y) vom Gitterpunkt O (x, y) zum Schwerpunkt G des entsprechenden Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b eine Beziehung erfüllt von $r (x, y) = C \times (P (x, y) - P0)$

C: ein Proportionalitätsfaktor, z.B. R0/π
P0: eine beliebige Konstante, z.B. 0.

Das heißt, der Abstand r (x, y) wird auf null gesetzt, wenn die Phase P (x, y) im Einheitsbestandteilbereich R (x, y) gleich P0 ist, auf den Maximalwert R0 gesetzt, wenn die Phase P (x, y) gleich π + P0 ist, und auf den Minimalwert - R0, wenn die Phase P (x, y) gleich -π + P0 ist. Wenn es gewünscht wird, ein Zielausgangsstrahlmuster zu erhalten, kann das Ausgangsstrahlmuster einer inversen Fourier-Transformation unterzogen werden, und die Verteilung des Abstands r (x, y) entsprechend der Phase P (x, y) der komplexen Amplitude kann der Vielzahl der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b gegeben werden. Die Phase P (x, y) und der Abstand r (x, y) können proportional zueinander sein.
Im Übrigen kann ein Fernfeldbild nach der Fourier-Transformation des Laserstrahls verschiedene Formen annehmen, wie z.B. eine einzelne Punktform oder eine Vielzahl von Punktformen, eine ringförmige Form, eine lineare Form, eine Zeichenform, eine doppelte ringförmige Form und eine Laguerre Gaußsche Strahlform. Darüber hinaus wird das Ausgangsstrahlmuster durch Winkelinformationen im Fernfeld dargestellt, so dass die inverse Fourier-Transformation nach einmaliger Umwandlung des Musters in die Winkelinformationen und dann nach Umwandlung der Winkelinformationen in den Wellenzahlraum bei einem Bitmap-Bild oder dergleichen, in dem das Zielausgangsstrahlmuster durch zweidimensionale Positionsinformationen dargestellt wird.
Als Verfahren zum Erhalten der Intensitätsverteilung und der Phasenverteilung aus der durch die inverse Fourier-Transformation erhaltenen komplexen Amplitudenverteilung kann beispielsweise die Intensitätsverteilung A (x, y) mit der abs-Funktion der numerischen Analysesoftware „MATLAB“ von MathWorks, Inc. und die Phasenverteilung P (x, y) mit der Winkelfunktion von MATLAB berechnet werden.
Die 53A bis 53G und 54A bis 54K sind Ansichten, die verschiedene Beispiele (axiales Verschiebungsschema) für die ebene Kontur des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex veranschaulichen. Im obigen Beispiel ist die Kontur des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b auf der X-Y-Ebene die Kreisform. Der Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16b kann jedoch eine andere Kontur als die Kreisform aufweisen. So kann beispielsweise die Kontur des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b eine Spiegelsymmetrie (Liniensymmetrie) aufweisen. Hier bedeute Spiegelsymmetrie (Liniensymmetrie), dass eine ebene Kontur des Bereichs modifizierten Brechungsindex 16b, der auf einer Seite einer Geraden angeordnet ist, und eine ebene Kontur des Bereichs modifizierten Brechungsindex 16b, der auf der anderen Seite der Geraden angeordnet ist, spiegelbildlich symmetrisch (liniensymmetrisch) miteinander sein kann, wobei eine dazwischenliegende Gerade beliebig auf einer X-Y-Ebene angeordnet ist. Beispiele für eine ebene Kontur mit Spiegelsymmetrie (Liniensymmetrie) beinhalten einen perfekten Kreis, der in 53A dargestellt ist, ein Quadrat, das in 53B dargestellt ist, ein regelmäßiges Sechseck, das in 53C dargestellt ist, ein regelmäßiges Achteck, das in 53D dargestellt ist, ein regelmäßiges Sechszehneck, das in 53E dargestellt ist, ein Rechteck, das in 53F dargestellt ist, eine Ellipse, die in 53G dargestellt ist, und dergleichen. Wenn die Form des Bereichs mit modifizierten Brechungsindexbereichs 16b auf der X-Y-Ebene auf diese Weise die Spiegelsymmetrie (Liniensymmetrie) aufweist, können Richtung und Position des Schwerpunktes G des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b, die dem Gitterpunkt O entsprechen, aufgrund der einfachen Form des virtuellen Quadratgitters der Phasenmodulationsschicht 16A in jedem der Einheitsbestandteilbereich R, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Das heißt, es ist möglich, Musterungen mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Darüber hinaus kann die Form des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b auf der X-Y-Ebene eine Form aufweisen, die keine 180-Grad-Drehsymmetrie aufweist. Beispiele für eine solche Form sind ein gleichseitiges Dreieck, das in 54A dargestellt ist, ein rechtwinkliges gleichschenkliges Dreieck, das in 54B dargestellt ist, eine Form, in der sich zwei Kreise oder Ellipsen teilweise überlappen, die in 54C dargestellt ist, eine in 54D dargestellte Eiform, eine in 54E dargestellte Tropfenform, ein in 54F dargestelltes gleichschenkliges Dreieck, eine in 54G dargestellte Pfeilform, ein in 54H dargestellte Trapezform, ein in 54I dargestellte Fünfeckform, eine in 54J dargestellte Form, in der sich zwei Rechtecke teilweise überlappen, eine in 54K dargestellte Form, in der sich zwei Rechtecke teilweise ohne Spiegelbildsymmetrie überlappen, und dergleichen. Übrigens ist die Eiform eine so verformte Form, dass eine Abmessung einer Ellipse in einer Kurzachsenrichtung in der Nähe eines Endabschnitts entlang einer Längsachse kleiner ist als eine Abmessung in der Kurzachsenrichtung in der Nähe des anderen Endabschnitts. Die Tropfenform ist eine Form, die durch Verformung eines Endabschnitts entlang der Längsachse der Ellipse in einen scharfen Endabschnitt erhalten wird, der entlang einer langen Achsenrichtung vorsteht. Die Pfeilform ist eine Form, bei der eine Seite eines Rechtecks in eine Dreiecksform vertieft ist und eine der einen Seite gegenüberliegende Seite zu einer Dreiecksform geschärft wird. Da die Form des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b in der X-Y-Ebene auf diese Weise nicht die 180-Grad-Drehsymmetrie aufweist, ist es möglich, eine intensivere Lichtleistung zu erzielen. Übrigens kann der modifizierte Brechungsindexbereich 16b mit einer Vielzahl von Elementen konfiguriert werden, wie in den 54J und 54K dargestellt, und in diesem Fall ist der Schwerpunkt G des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b ein kombinierter Schwerpunkt der Vielzahl von Komponenten.
Die 55A bis 55K sind Ansichten, die noch weitere Beispiele (axiales Verschiebungsschema) für die ebene Kontur des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex darstellen. 56 ist eine Ansicht, die eine zweite Modifikation der Phasenmodulationsschicht in 51 veranschaulicht.
In den in den 55A bis 55K und 56 dargestellten Beispielen beinhaltet jeder den Bereich mit modifizierten Brechungsindex 16b eine Vielzahl von Komponenten 16c und 16d (jeder mit einem Bereich mit modifizierten Brechungsindex). Der Schwerpunkt G ist ein kombinierter Schwerpunkt aller Komponenten und liegt auf der Geraden L. Sowohl die Komponenten 16c als auch 16d weisen einen anderen Brechungsindex auf als ein Brechungsindex der Basisschicht 16a. Sowohl die Komponenten 16c als auch 16d können Löcher sein oder durch Einbetten einer Halbleiterverbindung in die Löcher konfiguriert werden. In jedem der Einheitsbestandteile R werden die Komponenten 16c in einer Eins-zu-Eins-Korrespondenz mit den Komponenten 16d bereitgestellt. Weiterhin ist der kombinierte Schwerpunkt G der Komponenten 16c und 16d auf einer Geraden L positioniert, die den Gitterpunkt O des Einheitsbestandteilbereichs R, der das virtuelle Quadratgitter bildet, kreuzt. Im Übrigen sind sowohl die Komponenten 16c als auch 16d im Bereich des Einheitsbestandteilbereichs R, der das virtuelle Quadratgitter bildet, enthalten. Der Einheitsbestandteilbereich R ist ein Bereich, der von einer geraden Linie umgeben ist, die den Gitterpunkt des virtuellen quadratischen Gitters halbiert.
Eine ebene Kontur der Komponente 16c ist beispielsweise eine kreisförmige Form, kann aber verschiedene Formen aufweisen, wie beispielsweise verschiedene Beispiele in den 53A bis 53G und 54A bis 54K. Die 55A bis 55K zeigen Beispiele für Formen und eine relative Beziehung der Komponenten 16c und 16d auf der X-Y-Ebene. Die 55A und 55B veranschaulichen einen Modus, in dem beide Komponenten 16c und 16d die gleiche Konturform aufweisen. Die 55C und 55D veranschaulichen einen Modus, in dem sowohl die Komponenten 16c als auch 16d die gleiche Konturform aufweisen und sich jeder Teil davon überlappt. 55E veranschaulicht einen Modus, in dem sowohl die Komponenten 16c als auch 16d die gleiche Konturform aufweisen und für jeden Gitterpunkt ein Abstand zwischen den Schwerpunkten der Komponenten 16c und 16d beliebig eingestellt wird. 55F veranschaulicht einen Modus, in dem die Komponenten 16c und 16d unterschiedliche Figurenformen aufweisen. 55G veranschaulicht einen Modus, in dem die Komponenten 16c und 16d unterschiedliche Figurenformen aufweisen und für jeden Gitterpunkt ein Abstand zwischen den Schwerpunkten der Komponenten 16c und 16d beliebig eingestellt wird.
Darüber hinaus kann die Komponente 16d, die einen Teil des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex 16b bildet, aus zwei voneinander getrennten Bereichen 16d1 und 16d2 bestehen, wie in den 55H bis 55K dargestellt. Weiterhin kann für jeden Gitterpunkt ein Abstand zwischen einem kombinierten Schwerpunkt der Bereiche 16d1 und 16d2 (entsprechend dem Schwerpunkt der einzelnen Komponente 16d) und dem Schwerpunkt der Komponente 16c beliebig eingestellt werden. In diesem Fall können die Bereiche 16d1 und 16d2 und die Komponente 16c die gleiche Konturform aufweisen, wie in 55H dargestellt. Alternativ können zwei der Bereiche 16d1 und 16d2 und der Komponente 16c eine andere Konturform als die andere aufweisen, wie in 55I dargestellt. Darüber hinaus kann für jeden der Einheitsbestandteile R ein Winkel der Komponente 16c zur s-Achse beliebig eingestellt werden, zusätzlich zu einem Winkel einer Geraden, die die Bereiche 16d1 und 16d2 zur s-Achse verbindet, wie in 55J dargestellt. Darüber hinaus kann der Winkel der Geraden, die die Bereiche 16d1 und 16d2 in Bezug auf die s-Achse verbindet, für jeden der Einheitsbestandteilbereich R beliebig eingestellt werden, wobei die relativen Winkel zwischen den Bereichen 16d1 und 16d2 und der Komponente 16c, wie in 55K dargestellt, gegenseitig gleichbleiben.
Im Übrigen können die eben Konturen der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b zwischen den Einheitsbestandteilbereichen R gleich sein. Das heißt, die Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b können in dem gesamten Einheitsbestandteilbereich R den gleichen Wert aufweisen und können durch eine Translation oder durch eine Translation und eine Rotation miteinander überlappen. In diesem Fall ist es möglich, die Erzeugung von Rauschlicht und Rauschen verursachendem Licht der 0ten Ordnung in einem Ausgangsstrahlmuster zu unterdrücken. Alternativ sind die ebenen Konturen der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex 16b zwischen den Einheitsbestandteilbereichen R nicht unbedingt gleich, und die Formen können zwischen benachbarten Einheitsbestandteilbereichen R unterschiedlich sein, wie beispielsweise in 56 dargestellt. Im Übrigen wird der Mittelpunkt der Geraden L, die durch jeden Gitterpunkt O verläuft, vorzugsweise so eingestellt, dass er mit dem Gitterpunkt O in jedem Fall der 53A bis 53G, 54A bis 54K, 55A bis 55K und 56 übereinstimmt.
Wie vorstehend beschrieben, können die gleichen Effekte wie die bei der Ausführungsform, bei der die Phasenmodulationsschicht, in der das Anordnungsmuster der Bereiche mit modifizierten Brechungsindex durch das Rotationsschema bestimmt wird, erhalten wird, auch bei der Konfiguration der Phasenmodulationsschicht, in der das Anordnungsmuster der modifizierten Brechungsindexbereiche durch das axiale Verschiebungsschema bestimmt wird, angemessen erreicht werden.
(Fünfzehnte Modifikation)
Die 57A bis 57E und 58A bis 58G sind Ansichten, die ein weiteres Beispiel für eine ebene Kontur der in 1 und dergleichen dargestellten Elektrode 18 oder der in 18 und dergleichen dargestellten Elektrode 34 darstellen. Die 57A und 57B veranschaulichen eben Kontur, in denen eine Vielzahl von ringförmigen Elektrodenabschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern als konzentrische Kreise (so, dass sie ein gemeinsames Zentrum haben) angeordnet sind. Die Vielzahl der Elektrodenabschnitte ist durch einen linearen Elektrodenabschnitt miteinander verbunden, der sich in radialer Richtung erstreckt. Eine Vielzahl der linearen Elektrodenabschnitte kann, wie in 57A dargestellt, bereitgestellt werden, oder nur ein linearer Elektrodenabschnitt kann, wie in 57B dargestellt, bereitgestellt werden.
57C veranschaulicht eine ebene Kontur, in der sich die Vielzahl der linearen Elektrodenabschnitte radial von einem bestimmten Mittelpunkt aus erstrecken. Diese Elektrodenabschnitte sind an beiden Enden durch ein Paar ringförmiger Elektrodenabschnitte, die das Zentrum als Mittelpunkt aufweisen, miteinander verbunden. 57D veranschaulicht einen Fall, in dem die Vielzahl der linearen Elektrodenabschnitte in 10 in Bezug auf die X-Achsrichtung (oder Y-Achsrichtung) geneigt sind. 57E veranschaulicht einen Fall, in dem die Intervalle zwischen den mehreren linearen Elektrodenabschnitten in 10 nicht konstant (nicht-periodisch) sind.
58A veranschaulicht eine ebene Kontur, in der zwei kammartige Elektroden, die durch Anordnen der Vielzahl von linearen Elektrodenabschnitten, die sich in X-Achsenrichtung (oder Y-Achsenrichtung) in Y-Achsenrichtung (oder X-Achsenrichtung) erstrecken, und durch Verbinden eines Endes der linearen Elektrodenabschnitte miteinander durch einen weiteren Elektrodenabschnitt, der sich in Y-Achsenrichtung (oder X-Achsenrichtung) erstreckt, einander gegenüberliegen. Die Vielzahl der linearen Elektrodenabschnitte einer kammartigen Elektrode und die Vielzahl der linearen Elektrodenabschnitte der anderen kammartigen Elektrode sind abwechselnd entlang der Y-Achsenrichtung (oder X-Achsenrichtung) angeordnet. 58B veranschaulicht eine Form, die aus nur einer kammartigen Elektrode besteht, wie in 58A dargestellt.
58C veranschaulicht eine Fischgrätenform, in der eine Vielzahl von linearen Elektrodenabschnitten, die sich in der X-Achsenrichtung (oder Y-Achsenrichtung) erstrecken, in der Y-Achsenrichtung (oder X-Achsenrichtung) angeordnet sind und deren Zentren durch einen weiteren Elektrodenabschnitt, der sich in der Y-Achsenrichtung (oder X-Achsenrichtung) erstreckt, miteinander verbunden sind. 58D veranschaulicht eine Rechteckwellenform, in der eine Vielzahl von linearen Elektrodenabschnitten, die sich in Richtung der X-Achse (oder Y-Achse) erstrecken, abwechselnd an einem Ende und dem anderen Ende verbunden sind. 58E veranschaulicht eine Wabenform, in der eine Vielzahl von hexagonalen Einheitenstrukturen zweidimensional angeordnet sind. 58F veranschaulicht eine Spiralform. 58G veranschaulicht eine schräge Maschenform, bei der ein quadratischer Gitterrahmen in Bezug auf die X-Achsrichtung und die Y-Achsrichtung geneigt ist.
Die ebene Kontur der Elektrode 18 oder 34 beschränkt sich nicht nur auf die quadratische Gitterform wie in der ersten Ausführungsform (siehe 2), die Streifenform wie in der ersten Modifikation (siehe 10) und die Rahmenform (siehe 19) wie in der vorstehend beschriebenen fünften Modifikation, sondern es gelten auch verschiedene eben Konturen wie in der vorliegenden Modifikation dargestellt. Alle in den vorliegenden Modifikationen dargestellten ebenen Konturen beinhalten einen Abschnitt, der in der Nähe des Zentrums der aktiven Schicht 13 positioniert ist, und sind Formen, die es ermöglichen, den Strom effizient zum Zentrum der aktiven Schicht 13 zu verteilen. Darüber hinaus kann bei der in 10, 57D oder 57E dargestellten Streifenform der gleiche Effekt wie bei der Gitterform erzielt werden (die Effizienz der Lichtextraktion kann erhöht werden) mit einer geringeren Abdeckung als bei der Gitterform (mit anderen Worten, mit einem größeren Öffnungsverhältnis als bei der Gitterform) hinsichtlich der Stromversorgung des Zentrums der aktiven Schicht 13. Die gleiche Beschreibung gilt für die in 58A oder 58B dargestellte kammartige Elektrode oder die in 58C dargestellte Fischgrätenform. Darüber hinaus kann das Rauschen der Fensterfunktion mit den in den 57A und 57B dargestellten konzentrischen Formen reduziert werden. Hier ist das Rauschen der Fensterfunktion ein Beugungsmuster, das bei periodischer Anordnung von Öffnungen erzeugt wird. Dieses Beugungsmuster wird entlang periodischer Strukturen erzeugt, wenn die periodischen Strukturen ein- oder zweidimensional angeordnet sind. Andererseits wird bei konzentrischer Anordnung der periodischen Strukturen das Beugungsmuster in alle Richtungen senkrecht zum Umfang verteilt, so dass ein Spitzenwert des Rauschens der Fensterfunktion reduziert werden kann.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene andere Änderungen vorgenommen werden. So wurde beispielsweise die aus dem Halbleiter von GaAs-Basis-, InP-Basis- und Nitrid- Basisverbindungen (insbesondere GaN-Basisverbindungen) hergestellte lichtemittierende Halbleitervorrichtung in den oben beschriebenen Ausführungsformen exemplarisch dargestellt, aber die lichtemittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch lichtemittierende Halbleitervorrichtungen aus verschiedenen Halbleitermaterialien beinhalten, die von diesen abweichen.
Darüber hinaus hat die für die lichtemittierende Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung anwendbare lichtemittierende Halbleitervorrichtung einen Freiheitsgrad in Bezug auf ein Materialsystem, eine Filmdicke und eine Schichtkonfiguration. Hier gilt eine Skalierungsregel für einen so genannten photonischen Quadratgitterkristall-Laser, bei dem die Störung des Bereichs mit modifizierten Brechungsindex vom virtuellen Quadratgitter Null ist. Das heißt, wenn eine Wellenlänge α mal Konstante wird, kann der gleiche Stehwellenzustand durch Multiplikation der gesamten quadratischen Gitterstruktur mit α erreicht werden. Ebenso ist es möglich, die Struktur der Phasenmodulationsschicht nach der Skalierungsregel für eine andere Wellenlänge als die oben beschriebenen Wellenlängen in der Erfindung zu bestimmen. Daher ist es auch möglich, die lichtemittierende Halbleitervorrichtung zu realisieren, die sichtbares Licht ausgibt, indem man die aktive Schicht, die Licht emittiert, wie z.B. blau, grün und rot, verwendet und die Skalierungsregel abhängig von der Wellenlänge anwendet.
Bezugszeichenliste

1A bis 1N: lichtemittierende Vorrichtung;
8a: erster Abschnitt;
8b: zweiter Abschnitt;
9: Halbleitersubstrat;
9a: Hauptfläche;
9b: Rückseite;
10A bis 10F: lichtemittierende Halbleitervorrichtung;
10a: Lichtausgangsfläche;
11: Halbleiterlaminatabschnitt;
12: untere Mantelschicht;
13: aktive Schicht;
14: obere Mantelschicht;
15: Kontaktschicht;
16A, 16B: Phasenmodulationsschicht;
16a: Basisschicht;
16b, 16c, 16d: Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex;
17: Lichtleitschicht;
18, 19, 33, 34: Elektrode;
18a, 19a, 34a: Öffnung;
20: räumlicher Lichtmodulator;
20a: Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche;
21: gemeinsame Elektrode;
22: Flüssigkristallschicht;
23: Reflexionsfilm;
24: Schutzfilm;
25: Pixelelektrode;
26: Leiterplatte;
27: erster Bereich;
28: zweiter Bereich;
31, 32: Antireflexionsfilm;
40, 41: Trägersubstrat;
42: Element-Elektrode;
42a: Metallfilm;
42b: leitfähiger Klebstoff;
43: Pad-Elektrode;
44: Verdrahtung;
51: Wellenlängenumwandlungsmedium;
100: lichtemittierende Vorrichtung;
101: photonische Kristallschicht;
102: Elektrode;
102a: Öffnung;
103: Antireflexionsschicht;
110: lichtemittierende Halbleitervorrichtung;
D1 bis D3: Einheitsbereich;
G: Schwerpunkt;
L: Licht;
O: Gitterpunkt; und
R: Einheitsbestandteilbereich.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Y. Kurosaka et al., „Effects of non-lasing band in twodimensional photonic-crystal lasers clarified using omnidirectional band structure,“ Opt. Express 20, 21773 -21783 (2012) [0004]

Claims

Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit einer Lichtausgangsfläche und einer Ausgabe von Licht in einer Richtung, die in Bezug auf eine Normalrichtung der Lichtausgangsfläche geneigt ist; und einen räumlichen Lichtmodulator vom Reflexionstyp mit einer Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche, die so angeordnet ist, dass sie teilweise der Lichtausgangsfläche zugewandt ist, wobei der räumliche Lichtmodulator vom Reflexionstyp eine Phase und/oder eine Intensität des Lichts von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung moduliert, wobei das Licht durch die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche zugeführt wird und das modulierte Licht von der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche abgegeben wird, wobei die lichtemittierende Halbleitervorrichtung umfasst: ein Halbleitersubstrat mit einer Hauptfläche und einer der Hauptfläche gegenüberliegenden Rückseite; einen Halbleiterlaminatabschnitt, der eine aktive Schicht, eine Phasenmodulationsschicht, eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche umfasst, wobei die obere Oberfläche und die untere Oberfläche in einer Sandwichstruktur angeordnet sind, damit die aktive Schicht und die Phasenmodulationsschicht dazwischen eingelegt sind, wobei der Halbleiterlaminatabschnitt auf der Hauptfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, so dass die untere Oberfläche der Hauptfläche zugewandt ist; eine erste Elektrode, die auf der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts angeordnet ist; und eine zweite Elektrode, die auf der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei die Lichtausgangsfläche in der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts oder in der Rückseite des Halbleitersubstrats enthalten ist, wobei die Phasenmodulationsschicht eine Basisschicht mit einem vorbestimmten Brechungsindex und eine Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex aufweist, wobei der modifizierte Brechungsindex unterschiedlich zum Brechungsindex der Basisschicht ist, und wobei eine Fläche der Lichtausgangsfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung kleiner ist als eine Fläche der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche des räumlichen Lichtmodulators.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei in einem Zustand, in dem ein virtuelles Quadratgitter, das auf einer Designoberfläche der Phasenmodulationsschicht, die senkrecht zur Normalrichtung angeordnet ist, festgelegt ist, jeder der Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex so angeordnet ist, dass ein Schwerpunkt von einem entsprechenden Gitterpunkt des virtuellen Quadratgitters um einen vorbestimmten Abstand separiert ist und ein Vektor von dem entsprechenden Gitterpunkt zum Schwerpunkt einen vorbestimmten Drehwinkel um den entsprechenden Gitterpunkt aufweist.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei in einem Zustand, in dem ein virtuelles Quadratgitter, das auf einer Designoberfläche der Phasenmodulationsschicht, die senkrecht zur Normalrichtung angeordnet ist, festgelegt ist, jeder der Vielzahl von Bereichen mit modifizierten Brechungsindex so angeordnet ist, dass ein Schwerpunkt geradlinig auf einer Geraden, die eine vorbestimmte Länge hat, mit einem entsprechenden Gitterpunkt des virtuellen Quadratgitters als Mittelpunkt gemäß einem vorbestimmten Phasenwinkel angeordnet ist.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche einen ersten Bereich, der der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung zugewandt ist, und einen zweiten Bereich, der an einer anderen Position als der erste Bereich angeordnet ist, beinhaltet, und relative Positionen des räumlichen Lichtmodulators und der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung so eingestellt sind, dass das Licht der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung über den ersten Bereich dem räumlichen Lichtmodulator zugeführt wird und das modulierte Licht aus dem zweiten Bereich an einen Außenbereich der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung abgegeben wird.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die lichtemittierende Halbleitervorrichtung einen ersten Abschnitt beinhaltet, der sich von der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts bis zur Rückseite des Halbleitersubstrats erstreckt und die Lichtausgangsfläche aufweist, und einen zweiten Abschnitt, der sich von der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts bis zur Rückseite des Halbleitersubstrats erstreckt und an einer anderen Position als der ersten Abschnitt auf der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts angeordnet ist, die erste Elektrode ist auf einer oberen Oberfläche des ersten Abschnitts vorgesehen ist, die einen Teil der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts bildet, und die zweite Elektrode auf einer Rückseite des ersten Abschnitts vorgesehen ist, die einen Teil der Rückseite des Halbleitersubstrats bildet, und relative Positionen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung und des räumlichen Lichtmodulators so eingestellt sind, dass das Licht, das moduliert wird nachdem es von der Lichtausgangsfläche des ersten Abschnitts der Lichteingangs-/Lichtausgangsfläche des räumlichen Lichtmodulators zugeführt wird, den zweiten Abschnitt passiert.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Antireflexionsfilm, der sowohl auf der oberen Oberfläche des zweiten Abschnitts, der einen Teil der oberen Oberfläche des Halbleiterlaminatabschnitts bildet, als auch auf der Rückseite des zweiten Abschnitts, der einen Teil der Rückseite des Halbleitersubstrats bildet, vorgesehen ist.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein Teil der Phasenmodulationsschicht, der im zweiten Abschnitt enthalten ist, eingerichtet ist nur die Basisschicht zu verwenden.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend ein lichtdurchlässiges Trägersubstrat, das zwischen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung und dem räumlichen Lichtmodulator vorgesehen ist und eingerichtet ist, die lichtemittierende Halbleitervorrichtung an dem räumlichen Lichtmodulator zu befestigen.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Trägersubstrat eine Verdrahtung beinhaltet, die eingerichtet ist, um einen Strom an eine Elektrode zu liefern, die dem räumlichen Lichtmodulator am nächsten liegt, wobei die Elektrode eine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ist.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine ebene Kontur, definiert auf einer Ebene senkrecht zur Normalrichtung, einer Elektrode, die dem räumlichen Lichtmodulator am nächsten liegt, wobei die Elektrode eine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ist, eine Gitterform, eine Streifenform, eine konzentrische Form, eine Radialform oder eine Kammform aufweist.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine ebene Kontur, definiert auf einer Ebene senkrecht zur Normalrichtung, der Elektrode, die dem räumlichen Lichtmodulator am nächsten liegt, eine Gitterform, eine Streifenform, eine konzentrische Form, eine Radialform oder eine Kammform aufweist.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung abgegebene Licht mindestens eines von Licht 1ter Ordnung und Licht -1ter Ordnung ist.