JP5382289B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関する。

スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）は、発光ダイオードと同様に低コヒーレント性を示しながら、半導体レーザと同程度の出力を得ることが可能な発光装置である。しかしながら、ＳＬＤは、一般的に素子長が数百μｍ〜数ｍｍに及ぶため、寄生容量が大きく、出射される光の強度を高速で変化させることが必要な用途には不向きである。この問題に対し、例えば特許文献１では、光出射面の後方に、制御電流注入領域を設けている。
特開平１０−８４１３０号公報

本発明の目的の１つは、出射される光の強度を効率よく制御することができる発光装置を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、
第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２クラッド層と、
前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、
前記第２クラッド層に電気的に接続された第２電極と、
を含み、
前記活性層の一部は、利得領域を構成し、
前記利得領域は、第１利得部分と、前記第１利得部分と接続部分を介して分離された第２利得部分と、を有し、
前記第２利得部分は、光を出射する出射端面を有し、
前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方は、第１部分と、前記第１部分と電気的に分離された第２部分と、を有し、
前記第１部分は、前記第１利得部分に電流を注入するための電極であり、
前記第２部分は、前記第２利得部分に電流を注入するための電極である。

本発明に係る発光装置は、出射される光の強度を、効率よく制御することができる。

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。

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

本発明に係る発光装置において、
前記利得領域は、前記活性層の第１側面側の端面と、前記第１側面と平行な前記活性層の第２側面側の端面と、を有し、
前記利得領域では、前記第１側面側から見て、前記第１側面側の端面と、前記第２側面側の端面とは、重なっておらず、
少なくとも前記第２側面側の端面は、前記出射端面であることができる。

本発明に係る発光装置において、
レーザ光でない光を発することができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第２利得部分の面積は、前記第１利得部分の面積より小さいことができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第２利得部分を構成する層構造は、前記第１利得部分を構成する層構造と異なることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第２利得部分を構成する量子井戸構造は、前記第１利得部分を構成する量子井戸構造と異なることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１側面の反射率は、前記利得領域に生じる光の波長帯において、前記第２側面の反射率よりも高く、
前記利得領域は、複数設けられ、
複数の前記利得領域は、少なくとも１つの利得領域の対をなし、
前記利得領域の対の一方の第１利得領域は、一の方向に向かって設けられ、
前記利得領域の対の他方の第２利得領域は、前記一の方向とは異なる他の方向に向かって設けられ、
前記第１利得領域の前記第１側面側の端面のうちの少なくとも一部と、前記第２利得領域の前記第１側面側の端面のうちの少なくとも一部とは、重なっていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記利得領域の対は、複数配列されていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１電極は、オーミックコンタクトする第１層と接しており、
前記第２電極は、オーミックコンタクトする第２層と接しており、
前記第１電極と前記第１層との接触面、および、前記第２電極と前記第２層との接触面のうちの少なくとも一方は、前記利得領域と同じ平面形状を有することができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１層および前記第２層のうちの少なくとも一方は、柱状部の少なくとも一部を構成し、
前記柱状部は、前記利得領域の平面形状と、前記接続部分の平面形状と、を合わせた平面形状を有し、
前記柱状部の側方には、絶縁部が設けられており、
前記絶縁部は、平面的に見て、前記第１側面と前記第２側面との間において、前記柱状部の側面に接していることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１． 第１の実施形態
１．１． 第１の実施形態に係る発光装置
まず、第１の実施形態に係る発光装置１００について説明する。図１は、発光装置１００を概略的に示す斜視図であり、図２は、発光装置１００を概略的に示す平面図であり、図３は、発光装置１００を概略的に示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は、発光装置１００を概略的に示す図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。なお、図１では、活性層１０８以外の部材については、便宜上、その図示を省略している。また、ここでは、発光装置１００がＩｎＧａＡｌＰ系（赤色）の半導体発光装置である場合について説明する。

発光装置１００は、図１〜図４に示すように、第１クラッド層１０６と、活性層１０８と、第２クラッド層１１０と、第１電極１２０と、第２電極１２２と、を含む。発光装置１００は、さらに、例えば、基板１０２と、バッファ層１０４と、コンタクト層１１２と、を含むことができる。

基板１０２としては、例えば、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓ基板などを用いることができる。基板１０２は、第１電極１２０とオーミックコンタクトする層であることができる。

バッファ層１０４は、例えば図３および図４に示すように、基板１０２上に形成されていることができる。バッファ層１０４としては、例えば、第１導電型のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層などを用いることができる。バッファ層１０４は、例えば、第１クラッド層１０６の結晶性を向上させることができる。

第１クラッド層１０６は、バッファ層１０４上に形成されている。第１クラッド層１０６は、例えば、第１導電型の半導体からなる。第１クラッド層１０６としては、例えばｎ型ＡｌＧａＰ層などを用いることができる。

活性層１０８は、第１クラッド層１０６上に形成されている。活性層１０８は、例えば、ＩｎＧａＰウェル層とＩｎＧａＡｌＰバリア層とから構成される量子井戸構造を３つ重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。

活性層１０８の形状は、例えば直方体（立方体である場合を含む）などである。活性層１０８は、図１および図２に示すように、第１側面１０７および第２側面１０９を有する。第１側面１０７と第２側面１０９とは、平行である。

活性層１０８の一部は、利得領域１８０を構成する。利得領域１８０の数は、特に限定されない。利得領域１８０は、光を生じさせることができ、この光は、利得領域１８０内で利得を受けることができる。利得領域１８０は、図２に示すように平面的に見て、第１側面１０７の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設けられている。これにより、利得領域１８０に生じる光のレーザ発振を抑制または防止することができる。利得領域１８０は、図示はしないが、曲線部を有していてもよい。

利得領域１８０は、図１および図２に示すように、活性層１０８の第１側面１０７側に設けられた第１端面１７０と、活性層１０８の第２側面１０９側に設けられた第２端面１７２と、を有することができる。少なくとも第２端面１７２は、光を出射する出射端面である。また、図示はしないが、利得領域１８０は、第１側面１０７に設けられた第１端面１７０を有さなくてもよい。すなわち、利得領域１８０は、第１側面１０７に到達しないように設けられていることもできる。これにより、第１側面１０７からの光の出射は、抑制されることができる。また、利得領域１８０に生じる光の波長帯において、例えば、第１側面１０７の反射率を、第２側面１０９の反射率より高くすることができる。これにより、第１端面１７０からの光の出射は、抑制されることができる。

利得領域１８０は、第１利得部分１８１と、第１利得部分１８１と接続部分１９０を介して分離された第２利得部分１８２と、を有する。第１利得部分１８１と、接続部分１９０と、第２利得部分１８２とは、図１および図２に示すように、一直線上に連続して設けられていることができる。第１利得部分１８１の幅ａと、第２利得部分１８２の幅ｂとは、図２に示すように、同じであることができる。第１利得部分１８１および第２利得部分１８２の平面形状は、平行四辺形であることができる。第１利得部分１８１および第２利得部分１８２には、それぞれ異なる電圧を印加することができる。すなわち、第１利得部分１８１および第２利得部分１８２では、それぞれ独立に注入電流量を制御することができる。第２利得部分１８２は、光を出射する出射端面である第２端面１７２を有する。第２利得部分１８２の面積は、第１利得部分１８１の面積より小さくすることができる。これにより、理由は後述するが、発光装置１００では、出射される光の強度を効率よく制御することができる。

接続部分１９０は、活性層１０８の一部によって構成されている領域である。接続部１９０は、図１、図２および図４に示すように、第１利得部分１８１と第２利得部分１８２とに、挟まれた領域である。接続部分１９０の幅は、図２に示すように、第１利得部分１８１の幅ａおよび第２利得部分１８２の幅ｂと同じであることができる。接続部分１９０の平面形状は、平行四辺形であることができる。接続部分１９０の上方には、図２および図４に示すように、第２電極１２２が形成されていないことができる。接続部分１９０は、第１利得部分１８１および第２利得部分１８２に比べて、面積が小さい領域であることができる。

なお、第１利得部分１８１、第２利得部分１８２および接続部分１９０の詳細な機能の説明は、後述する。

図５は、図１〜図４の例における活性層１０８を第１側面１０７側から平面的に見た図である。利得領域１８０は、図５に示すように、第１端面１７０と第２端面１７２とが重なっていない。これにより、利得領域１８０に生じる光を、第１端面１７０と第２端面１７２との間で直接的に多重反射させないことができる。その結果、直接的な共振器を構成させないことができるため、利得領域１８０に生じる光のレーザ発振をより確実に抑制または防止することができる。したがって、発光装置１００は、レーザ光ではない光を発することができる。なお、この場合には、図５に示すように、例えば利得領域１８０において、第１端面１７０と第２端面１７２とのずれ幅ｃは、正の値であればよい。

第２クラッド層１１０は、図３および図４に示すように、活性層１０８上に形成されている。第２クラッド層１１０は、例えば、第２導電型（例えばｐ型）の半導体からなる。第２クラッド層１１０は、例えばｐ型ＡｌＧａＰ層などを用いることができる。

例えば、ｐ型の第２クラッド層１１０、不純物がドーピングされていない活性層１０８、およびｎ型の第１クラッド層１０６により、ｐｉｎダイオードが構成される。第１クラッド層１０６および第２クラッド層１１０の各々は、活性層１０８よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。活性層１０８は、光を増幅する機能を有する。第１クラッド層１０６および第２クラッド層１１０は、活性層１０８を挟んで、注入キャリア（電子および正孔）並びに光を閉じ込める機能を有する。

発光装置１００では、第１電極１２０と第２電極１２２との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、活性層１０８の利得領域１８０において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、利得領域１８０内で光の強度が増幅される。例えば、利得領域１８０に生じる光の一部１０は、図１に示すように、第２端面１７２に到達するまで強度が増幅されることができる。そして、第２端面１７２から出射光１３０として出射される。

ここで、第１利得部分１８１、第２利得部分１８２および接続部分１９０の具体的な機能について説明する。

上述のように、第１利得部分１８１および第２利得部分１８２では、それぞれ独立に注入電流量を制御することができる。すなわち、例えば、第１利得部分１８１で生じる光の一部１０は、第１利得部分１８１と第２利得部分１８２とで、異なる大きさの利得（利得量）を受けて、第２端面１７２から出射されることができる。具体的には、第２利得部分１８２への印加電圧を変化させることにより、第２利得部分１８２への注入電流量を変化させ、第２端面１７２から出射される光の強度を制御することができる。すなわち、第２利得部分１８２の利得量を調整することで、利得領域１８０全体の利得量を制御することができる。例えば、出射される光の強度を大きくしたい場合は、第２利得部分１８２に第１利得部分１８１より大きな電圧を印加する。例えば、出射される光の強度を小さくしたい場合は、第２利得部分１８２に第１利得部分１８１より小さな電圧を印加するか、もしくは第２利得部分１８２に電圧を印加しない。

上述のように、第１利得部分１８１と第２利得部分１８２との間には、接続部分１９０が設けられている。接続部分１９０は、例えば、接続部分１９０内を通過する光に対して強度の低下を生じさせないほど、小さい面積であることができる。

コンタクト層１１２は、例えば図３および図４に示すように、第２クラッド層１１０上に形成されていることができる。コンタクト層１１２としては、第２電極１２２とオーミックコンタクトする層を用いることができる。コンタクト層１１２は、例えば、第２導電型の半導体からなる。コンタクト層１１２としては、例えば、ｐ型ＧａＡｓ層などを用いることができる。

第１電極１２０は、基板１０２の下の全面に形成されている。第１電極１２０は、基板１０２およびバッファ層１０４を介して、第１クラッド層１０６と電気的に接続されている。第１電極１２０は、発光装置１００を駆動するための一方の電極である。第１電極１２０としては、例えば、基板１０２側からＣｒ層、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。なお、第１クラッド層１０６とバッファ層１０４との間に、第２コンタクト層（図示せず）を設け、ドライエッチングなどにより第２コンタクト層を露出させ、第１電極１２０を第２コンタクト層上に設けることもできる。これにより、片面電極構造を得ることができる。この形態は、基板１０２が絶縁性である場合に特に有効である。この形態では、基板１０２としては、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ基板などを用いることができる。第２コンタクト層としては、例えばｎ型ＧａＡｓ層などを用いることができる。また、図示しないが、例えば、エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）法、レーザリフトオフ法などを用いて、基板１０２とその上に設けられた部材とを切り離すことができる。すなわち、発光装置１００は、基板１０２を有しないこともできる。この場合には、例えば、バッファ層１０４の直接下に第１電極１２０を形成することができる。この形態も、基板１０２が絶縁性である場合に特に有効である。

第２電極１２２は、コンタクト層１１２上に形成されている。第２電極１２２は、コンタクト層１１２を介して、第２クラッド層１１０と電気的に接続されている。第２電極１２２は、発光装置１００を駆動するための他方の電極である。第２電極１２２としては、例えば、コンタクト層１１２側からＣｒ層、ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。第２電極１２２の下面は、図２に示すように、利得領域１８０と同様の平面形状を有している。言い換えるならば、図示の例では、第２電極１２２の下面の平面形状によって、電極１２０、１２２間の電流経路が決定され、その結果、活性層１０８の利得領域１８０の平面形状が決定されるのである。あるいは、コンタクト層１１２上に絶縁層（図示せず）を形成した後に、利得領域１８０と同様の平面形状となるように該絶縁層を除去してコンタクト層１１２を露出させ、第２電極１２２を少なくとも露出したコンタクト層１１２と接触している形状となるように形成されていてもよい。また、図示しないが、例えば、第１電極１２０の上面が、利得領域１８０と同じ平面形状を有していてもよい。

第２電極１２２は、例えば、第１部分１２４と、第１部分１２４と電気的に分離された第２部分１２６と、を有する。第１部分１２４は、第１利得部分１８１に電流を注入するための電極である。第２部分１２６は、第２利得部分１８２に電流を注入するための電極である。第１部分１２４は、第１利得部分１８１の上方に形成されていることができる。第２部分１２６は、第２利得部分１８２の上方に形成されていることができる。なお、図示はしないが、第２電極１２２ではなく、第１電極１２０が、第１部分１２４および第２部分１２６を有していてもよい。また、第１電極１２０および第２電極１２２の両電極が、第１部分１２４および第２部分１２６を有していてもよい。

本実施形態に係る発光装置は、例えば、プロジェクタ、ディスプレイ、照明装置、計測装置、通信用装置などの光源に適用されることができる。このことは、後述する実施形態についても同様である。

発光装置１００の例では、ＩｎＧａＡｌＰ系の場合について説明したが、本発明では、発光利得領域が形成可能なあらゆる材料系を用いることができる。半導体材料であれば、例えば、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＺｎＣｄＳｅ系などの半導体材料も用いることができる。基板１０２としては、例えばＧａＮ基板なども用いることができる。また、例えば有機材料などを用いることもできる。このことは、後述の変形例および実施形態についても同様である。

発光装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

発光装置１００では、第２利得部分１８２への印加電圧を変化させることにより、第２利得部分１８２への注入電流量を変化させ、第２端面１７２から出射される光の強度を制御することができる。すなわち、第２利得部分１８２の利得量を調整することで、利得領域１８０全体の利得量を制御することができる。第２利得部分１８２は、光の出射端面である第２端面１７２を有することができる。つまり、第２利得部分１８２は、第２端面１７２に接して設けられている。これにより、発光装置１００は、出射される光の強度の変化量（例えば、後述する消光比）を大きくすることができる。すなわち、発光装置１００では、出射される光の強度を効率よく制御することができる。後述する実験例のように、発光装置１００は、第２利得部分１８２が第２端面１７２に接して設けられていると、出射される光の強度を、効率よく制御できることがわかっている。

発光装置１００では、第２利得部分１８２の面積が第１利得部分１８１の面積に比べて小さい。そのため、第２利得部分１８２は、第１利得部分１８１に比べて、寄生容量が小さい。これにより、発光装置１００では、面積が小さい第２利得部分１８２への注入電流量を変化させるため、出射される光の強度を高速で変化させることができる。すなわち、発光装置１００では、出射される光の強度を効率よく制御することができる。また、面積が小さい第２利得部分１８２の電流注入量を制御するので、例えば、大電流用の駆動ＩＣが不要となる。そのため、発光装置１００は、低コストで出射される光の強度を制御することができる。

発光装置１００では、上述したように、利得領域１８０，１８２に生じる光のレーザ発振を抑制または防止することができる。したがって、スペックルノイズを低減させることができる。

１．２． 第１の実施形態に係る発光装置の製造方法
次に、第１の実施形態に係る発光装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図６は、発光装置１００の製造工程を概略的に示す断面図であり、図３に示す断面図に対応している。

図６に示すように、例えば、基板１０２上に、バッファ層１０４、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０およびコンタクト層１１２を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などを用いることができる。

図３に示すように、例えば、コンタクト層１１２上に第２電極１２２を形成する。第２電極１２２は、例えば、真空蒸着法により全面に導電層を形成した後、該導電層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることにより形成される。第２電極１２２は、例えば、第１部分１２４と、第２部分１２６と、を有するようにパターニングされる。第２電極１２２は、例えば、真空蒸着法およびリフトオフ法の組み合わせなどにより、所望の形状に形成されることもできる。

次に、基板１０２の下面下に第１電極１２０を形成する。第１電極１２０の製法は、例えば、上述した第２電極１２２の製法の例示と同じ製法で形成される。なお、第１電極１２０と第２電極１２２との形成順序は、特に限定されない。

以上の工程により、発光装置１００が得られる。

発光装置１００の製造方法によれば、出射される光の強度を、効率よく制御することができる発光装置１００を得ることができる。

１．３． 第１の実施形態に係る発光装置の実験例
次に、第１の実施形態に係る発光装置１００の実験例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、発光装置１００の利得領域１８０をモデル化したモデルＭにおけるシュミレーションについて、説明する。図７は、シュミレーションに用いたモデルＭを概略的に示す断面図であり、図１のＶII−ＶII線断面図に相当する。図８は、モデルＭにおけるシュミレーションの結果を示すグラフである。

まず、シュミレーションに用いたモデルＭについて説明する。

モデルＭとしては、図７に示すように、第１利得部分１８１と第２利得部分１８２とからなる利得領域１８０を用いた。モデルＭでは、接続部分１９０は省略した。モデルＭでは、利得領域１８０の長さをＬ（つまり、モデルＭの長さをＬ）とした。すなわち、モデルＭは、利得領域１８０に沿ったＸ軸において、原点０で第１端面１７０が位置し、距離Ｌで第２端面１７２が位置するとした。第２端面１７２は、出射光１３０を出射する出射端面とした。モデルＭでは、第２利得部分１８２の長さをｄとし、第２利得部分１８２を原点０から距離（Ｌ―ｄ）まで、利得領域１８０内を移動させた。すなわち、第２利得部分１８２は、原点０で第１端面１７０と接し、距離（Ｌ―ｄ）で第２端面１７２と接することとした。第１利得部分１８１および第２利得部分１８２の利得定数は、それぞれＧ１およびＧ２とした。各パラメータの値は、Ｌを１０００μｍ、ｄを１００μｍと設定し、Ｇ１およびＧ２は可変とした。

次に、シュミレーションの結果について説明する。

図８は、横軸が上述した第２利得部分１８２の移動距離Ｘ、縦軸がモデルＭの消光比Ｒである。すなわち、図８は、モデルＭにおいて、第２利得部分１８２が原点０から距離（Ｌ―ｄ）まで移動したときの、消光比Ｒをプロットしたグラフである。消光比Ｒは、Ｇ１を３０ｃｍ^−１およびＧ２を−１０ｃｍ^−１と設定したときの出射される光の強度Ｉ_ｏｆｆに対する、Ｇ１を３０ｃｍ^−１およびＧ２を３０ｃｍ^−１と設定したときの出射される光の強度Ｉ_ｏｎ、の値である。消光比Ｒを式で表すと、下記式となる。

Ｒ＝[Ｉ_ｏｎ（Ｇ１；３０、Ｇ２；３０）]／[Ｉ_ｏｆｆ（Ｇ１；３０、Ｇ２；―１０）]
すなわち、消光比Ｒが大きいほど、出射される光の強度の変化量が大きいといえる。つまり、消光比Ｒが大きいほど、モデルＭは、出射される光の強度を効率よく制御することができることになる。

図８に示すように、距離Ｘが大きいほど、消光比Ｒは大きくなり、距離（Ｌ―ｄ）のとき消光比Ｒは最大となった。すなわち、本シュミレーションにより、第２利得部分１８２が出射端面である第２端面１７２に接すると、出射される光の強度を、最も効率よく制御することができることがわかった。

１．４． 第１の実施形態の変形例に係る発光装置
次に、第１の実施形態の変形例に係る発光装置１５０について、図面を参照しながら説明する。図９は、発光装置１５０を概略的に示す平面図であり、図１０は、発光装置１００を概略的に示す図９のＸ−Ｘ線断面図である。以下、第１の実施形態の変形例に係る発光装置１５０において、第１の実施形態に係る発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

発光装置１５０では、図９および図１０に示すように、活性層１０８と異なる層構造により構成された活性層１５８を有することができる。活性層１０８のうち少なくとも一部は、第１利得部分１８１を構成し、活性層１５８のうち少なくとも一部は、第２利得部分１８２を構成することができる。すなわち、第２利得部分１８２を構成する層構造は、第１利得部分１８１を構成する層構造と異なることができる。例えば、第２利得部分１８２を構成する量子井戸構造は、第１利得部分１８１を構成する量子井戸構造と異なることができる。より具体的には、第１利得部分１８１は、ＩｎＧａＰウェル層とＩｎＧａＡｌＰバリア層とから構成される量子井戸構造を３つ重ねた多重量子井戸構造を有するのに対し、第２利得部分１８２は、１つの量子井戸構造、もしくは、量子井戸構造を５つ重ねた多重量子井戸構造を有することができる。さらに、第２利得部分１８２は、例えば、ＩｎＧａＡｌＰ層の単層のみからなることができる。また、例えば、第１利得部分１８１と第２利得部分１８２とは、互いに異なる材料で構成されていてもよい。なお、図示はしないが、活性層１５８の平面形状は、第２利得部分１８２の平面形状と同じであってもよい。また、接続部分１９０は、図示のように活性層１０８および活性層１５８の両層から構成されていてもよいし、どちらか一方のみから構成されていてもよい。

次に、発光装置１５０の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１１は、発光装置１５０の製造工程を概略的に示す断面図であり、図１０に示す断面図に対応している。

図１１に示すように、コンタクト層１１２上であって、活性層１５８が形成される領域以外の領域を、フォトレジスト等のマスク層１５２で覆う。次に、公知のエッチング技術などにより、例えば、コンタクト層１１２、第２クラッド層１１０、活性層１０８および第１クラッド層１０６を除去して、開口部１５４を形成する。なお、図示はしないが、バッファ層１０４および基板１０２の一部を除去してもよい。その後、マスク層１５２は、例えば公知の方法で除去される。

図１０に示すように、開口部１５４に、例えば、第１クラッド層１０６、活性層１５８、第２クラッド層１１０およびコンタクト層１１２を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などを用いることができる。エピタキシャル成長は、活性層１５８が活性層１０８と異なる層構造を有するように行われることができる。

以上の工程により、発光装置１５０が得られる。

発光装置１５０は、発光装置１００の特徴に加えて、例えば、以下の特徴を有する。

発光装置１５０では、第２利得部分１８２を構成する層構造は、第１利得部分１８１を構成する層構造と異なることができる。そのため、第２利得部分１８２の利得定数および内部損失などを変化させることができる。例えば、第２利得部分１８２の利得定数を、第１利得部分１８１の利得定数より大きくすることにより、さらに効率よく出射される光の強度を制御することができる。

２． 第２の実施形態
２．１． 第２の実施形態に係る発光装置
次に、第２の実施形態に係る発光装置２００について説明する。図１２は、発光装置２００を概略的に示す斜視図であり、図１３は、発光装置２００を概略的に示す平面図である。以下、第２の実施形態に係る発光装置２００において、第１の実施形態に係る発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、図１２では、活性層１０８および反射部２２７以外の部材については、便宜上、その図示を省略している。

第１側面１０７の反射率は、利得領域１８０に生じる光の波長帯において、第２側面１０９の反射率より高いことができる。例えば、図示のように、第１側面１０７を反射部２２７によって覆うことにより、高い反射率を得ることができる。反射部２２７は、例えば誘電体多層膜ミラーなどである。より具体的には、反射部２２７としては、例えば、第１側面１０７側からＡｌ_２Ｏ_３層、ＴｉＯ_２層の順序で４ペア積層したミラーなどを用いることができる。この場合の第１側面１０７の反射率は、例えば９０％である。第１側面１０７の反射率は、１００％、あるいはそれに近いことが望ましい。これに対し、第２側面１０９の反射率は、０％、あるいはそれに近いことが望ましい。例えば、第２側面１０９を反射防止部（図示せず）によって覆うことにより、低い反射率を得ることができる。反射防止部としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３単層などを用いることができる。反射部２２７および反射防止部は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法、イオンアシスト蒸着（Ion Assisted Deposition）法などにより形成される。なお、反射部２２７および反射防止部の形成順序は、特に限定されない。また、反射部および反射防止部の材質も特に限定されず、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｔａ_２Ｏ_５などを用いることができる。

発光装置２００では、利得領域１８０は、複数設けられている。図示の例では、２つの利得領域１８０（第１利得領域２８１および第２利得領域２８２）を示したが、その数は特に限定されない。第１利得領域２８１および第２利得領域２８２は、利得領域の対２８０を構成している。第１利得領域２８１および第２利得領域２８２は、図１３に示すように平面的に見て、第１側面１０７の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設けられている。第１利得領域２８１と第２利得領域２８２とは、異なる方向に向かって設けられている。図示の例では、第１利得領域２８１は、垂線Ｐに対して一方に傾いており、角度θの傾きを有する第１方向Ａに向かって設けられている。また、第２利得領域２８２は、垂線Ｐに対して他方に傾いており、角度θの傾きを有する第２方向Ｂに向かって設けられている。第１利得領域２８１の第１端面１７０と、第２利得領域２８２の第１端面１７０とは、重なり面２７０において、重なっていることができる。図示の例では、第１利得領域２８１の第１端面１７０と、第２利得領域２８２の第１端面１７０とは、完全に重なっているが、少なくとも一部が重なっていることもできる。第１利得領域２８１および第２利得領域２８２の各々は、第１利得部分１８１および第２利得部分１８２を有することができる。

発光装置２００では、例えば、図１２に示すように、第１利得領域２８１に生じる光の一部２０は、重なり面２７０において反射して、第２利得領域２８２の第２端面１７２から出射光１３０として出射されるが、その間に光強度が増幅される。同様に、第２利得領域２８２に生じる光の一部は、重なり面２７０において反射して、第１利得領域２８１の第２端面１７２から出射光１３０として出射されるが、その間に光強度が増幅される。なお、第１利得領域２８１に生じる光には、直接、第１利得領域２８１の第２端面１７２から出射されるものもある。同様に、第２利得領域２８２に生じる光には、直接、第２利得領域２８２の第２端面１７２から出射されるものもある。

発光装置２００は、発光装置１００の特徴に加えて、例えば、以下の特徴を有する。

発光装置２００では、利得領域の対２８０を構成する第１利得領域２８１および第２利得領域２８２を有する。第１利得領域２８１の第１端面１７０と、第２利得領域２８２の第１端面１７０とは、重なり面２７０において、重なっていることができる。これにより、例えば、第１利得領域２８１に生じる光の一部２０は、第１利得領域２８１内および第２利得領域２８２内において利得を受けながら進行して、外部に出射されることができる。そのため、発光装置２００は、１つの利得領域１８０内でしか利得を受けることができない場合に比べて、出射される光の強度を大きくすることができる。

２．２． 第２の実施形態に係る発光装置の製造方法
第２の実施形態に係る発光装置２００の製造方法は、基本的に、第１の実施形態に係る発光装置１００の製造方法と同じである。よって、その説明を省略する。

３． 第３の実施形態
３．１． 第３の実施形態に係る発光装置
次に、第３の実施形態に係る発光装置３００について説明する。図１４は、発光装置３００を概略的に示す斜視図であり、図１５は、発光装置３００を概略的に示す平面図である。以下、第３の実施形態に係る発光装置３００において、第２の実施形態に係る発光装置２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、図１４では、活性層１０８および反射部２２７以外の部材については、便宜上、その図示を省略している。

発光装置３００は、複数の利得領域の対２８０を有することができる。発光装置３００は、利得領域の対２８０を複数配列させることにより構成されていることができる。図示の例では、第１利得領域２８１の第２端面１７２と、第２利得領域２８２の第２端面１７２とは、重なっているが、重なっていなくてよい。

発光装置３００では、複数の利得領域の対２８０を有するため、出射される光の強度をさらに大きくすることができる。

３．２． 第３の実施形態に係る発光装置の製造方法
第３の実施形態に係る発光装置３００の製造方法は、基本的に、第１の実施形態に係る発光装置１００の製造方法と同じである。よって、その説明を省略する。

４． 第４の実施形態
４．１． 第４の実施形態に係る発光装置
次に、第４の実施形態に係る発光装置４００について説明する。図１６は、発光装置４００を概略的に示す平面図であり、図１７は、発光装置４００を概略的に示す断面図であり、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。以下、第４の実施形態に係る発光装置４００において、第１の実施形態に係る発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

発光装置４００は、図１６および図１７に示すように、第１クラッド層１０６と、活性層１０８と、第２クラッド層１１０と、第１電極１２０と、第２電極１２２と、絶縁部４０２と、を含む。発光装置４００は、さらに、例えば、基板１０２と、バッファ層１０４と、コンタクト層１１２と、を含むことができる。

利得領域１８０および接続部分１９０は、図１６に示すように、活性層１０８を構成している。少なくとも活性層１０８は、利得領域１８０の平面形状と、接続部分１９０の平面形状と、を合わせた平面形状を有している。例えば、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０およびコンタクト層１１２は、利得領域１８０の平面形状と、接続部分１９０の平面形状と、を合わせた平面形状を有している。例えば、図１７に示すように、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０およびコンタクト層１１２は、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）４１０を構成することができる。

絶縁部４０２は、例えばバッファ層１０４上に形成されている。絶縁部４０２は、例えば、活性層１０８の側面のうち、第１端面１７０および第２端面１７２以外の側面を覆っている。絶縁部４０２は、例えば、活性層１０８の第１側面１０７と第２側面１０９との間において、少なくとも活性層１０８の側面を覆うことができる。例えば、柱状部４１０の側面のうち、第１側面１０７側および第２側面１０９側以外の側面は、絶縁部４０２により覆われている。電極１２０，１２２間の電流は、この絶縁部４０２を避けて、該絶縁部４０２に挟まれた柱状部４１０を流れることができる。図示はしないが、例えば複数の利得領域１８０が設けられている場合、活性層１０８の側面が絶縁部４０２により覆われていることにより、利得領域１８０間のクロストークを防ぐことができる。

絶縁部４０２は、例えば、活性層１０８の屈折率よりも低い屈折率を有することができる。これにより、活性層１０８内に効率良く光を閉じ込めることができる。絶縁部４０２としては、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ_２層、ポリイミド層などを用いることができる。

発光装置４００は、発光装置１００と同様に、出射される光の強度を効率よく制御することができる。

４．２． 第４の実施形態に係る発光装置の製造方法
次に、第４の実施形態に係る発光装置４００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。以下、第４の実施形態に係る発光装置４００の製造方法において、第１の実施形態に係る発光装置１００製造方法の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１８は、図１６および図１７に示す発光装置４００の製造工程を概略的に示す断面図であり、図１７に示す断面図に対応している。

図１８に示すように、基板１０２上に、バッファ層１０４、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０およびコンタクト層１１２を形成する。

次に、例えば、第１クラッド層１０６、活性層１０８、第２クラッド層１１０およびコンタクト層１１２をパターニングすることができる。パターニングによる開口は、例えば、少なくとも第１クラッド層１０６の上面に達する深さまで行われることができる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを用いて行われる。本工程により、柱状部４１０を形成することができる。

図１７に示すように、柱状部４１０の側面を覆うように絶縁部４０２を形成することができる。具体的には、まず、例えば、ＣＶＤ法、塗布法などにより、バッファ層１０４の上方（コンタクト層１１２上を含む）の全面に絶縁層（図示せず）を成膜する。次に、例えば、エッチング技術などを用いて、コンタクト層１１２の上面を露出させる。以上の工程により、絶縁部４０２を得ることができる。

次に、第１電極１２０および第２電極１２２を形成する。なお、図示はしないが、第２電極１２２は、コンタクト層１１２上の他、絶縁部４０２上に形成されていてもよい。

以上の工程により、発光装置４００が得られる。

発光装置４００の製造方法によれば、発光装置１００の製造方法と同様に、出射される光の強度を効率よく制御することができる発光装置４００を得ることができる。

なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す斜視図。 第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る発光装置の一部を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る発光装置の実験例に用いたモデルを模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る発光装置の実験例の結果を示すグラフ。 第１の実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第１の実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第１の実施形態の変形例に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る発光装置を模式的に示す斜視図。 第２の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第３の実施形態に係る発光装置を模式的に示す斜視図。 第３の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第４の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第４の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第４の実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０ 光の一部、２０ 光の一部、１００ 発光装置、１０２ 基板、１０４ バッファ層、１０６ 第１クラッド層、１０７ 第１側面、１０８ 活性層、１０９ 第２側面、１１０ 第２クラッド層、１１２ コンタクト層、１２０ 第１電極、１２２ 第２電極、１２４ 第１部分、１２６ 第２部分、１３０ 出射光、１５０ 発光装置、１５２ マスク層、１５４ 開口部、１５８ 活性層、１７０ 第１端面、１７２ 第２端面、１８０ 利得領域、１８１ 第１利得部分、１８２ 第２利得部分、１９０ 接続部分、２００ 発光装置、２２７ 反射部、２３０ 出射光、２７０ 重なり面、２８０ 利得領域の対、２８１ 第１利得領域、２８２ 第２利得領域、３００ 発光装置、４００ 発光装置、４０２ 絶縁部、４１０ 柱状部

Claims (11)

1. 第１クラッド層と、
   第２クラッド層と、
   前記第１クラッド層と前記第２クラッド層とに挟まれる活性層と、
   を含み、
   前記活性層は、電流が注入されて光を発生する利得領域を構成し、
   前記利得領域は、第１利得部分と、該第１利得部分にて発生する光を受ける位置に前記第１利得部分と離間して位置する第２利得部分と、を有し、
   前記第２利得部分は、光を出射する出射端面を有し、
   前記利得領域は、前記活性層の第１側面側の端面と、前記第１側面と平行な前記活性層の第２側面側の端面と、を有し、
   前記利得領域では、前記第１側面側から見て、前記第１側面側の端面と、前記第２側面側の端面とは、重なっておらず、
   前記第２側面側の端面は、前記出射端面であり、
   前記出射端面から出射される光は、レーザ光でない光であり、
   前記第２利得部分を構成する量子井戸構造は、前記第１利得部分を構成する量子井戸構造と異なり、
   前記第２利得部分を構成する量子井戸構造のウェル層およびバリア層の数は、前記第１利得部分を構成する量子井戸構のウェル層およびバリア層の数と異なり、
   前記第２利得部分の利得定数は、前記第１利得部分の利得定数より大きい、発光装置。
2. 請求項１において、
   前記第２利得部分の面積は、前記第１利得部分の面積より小さい、発光装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第１側面の反射率は、前記利得領域に生じる光の波長帯において、前記第２側面の反射率よりも高く、
   前記利得領域は、一の方向に向かって設けられた第１利得領域と、前記一の方向とは異なる他の方向に向かって設けられた第２利得領域と、を含み、
   前記第１利得領域の前記第１側面側の端面のうちの少なくとも一部と、前記第２利得領域の前記第１側面側の端面のうちの少なくとも一部とは、重なって利得領域対をなす、発光装置。
4. 請求項３において、
   前記利得領域対は、複数配列されている、発光装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、
   前記第２クラッド層に電気的に接続された第２電極と、
   前記第１電極とオーミックコンタクトする第１層と、
   前記第２電極とオーミックコンタクトする第２層と、
   をさらに有し、
   前記第１電極と前記第１層との接触面、および、前記第２電極と前記第２層との接触面のうちの少なくとも一方は、前記利得領域と同じ平面形状を有する、発光装置。
6. 請求項５において、
   前記活性層は、前記第１利得部分と前記第２利得部分とに挟まれた接続部分を有し、
   前記第１層および前記第２層のうちの少なくとも一方は、柱状部の少なくとも一部を構成し、
   前記柱状部は、前記利得領域の平面形状と、前記接続部分の平面形状と、を合わせた平面形状を有し、
   前記柱状部の側方には、絶縁部が設けられており、
   前記絶縁部は、平面的に見て、前記第１側面と前記第２側面との間において、前記柱状部の側面に接している、発光装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   前記第１利得部分と前記第２利得部分とは、一直線上に位置する、発光装置。
8. 請求項５または６において、
   前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方は、第１部分、前記第１部分と電気的に分離された第２部分、を有する、発光装置。
9. 請求項８において、
   前記第１電極および前記第２電極の各々が、前記第１部分、前記第２部分、を有する、発光装置。
10. 請求項５または６において、
    前記第１電極および前記第２電極のいずれか一方は、第１部分、前記第１部分と電気的に分離された第２部分、を有する、発光装置。
11. 請求項８ないし１０のいずれかにおいて、
    前記第１部分および前記第２部分は、一直線上に位置する、発光装置。

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