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JP2011108741A - Light emitting device and projector - Google Patents

Light emitting device and projector Download PDF

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JP2011108741A
JP2011108741A JP2009259988A JP2009259988A JP2011108741A JP 2011108741 A JP2011108741 A JP 2011108741A JP 2009259988 A JP2009259988 A JP 2009259988A JP 2009259988 A JP2009259988 A JP 2009259988A JP 2011108741 A JP2011108741 A JP 2011108741A
Authority
JP
Japan
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gain
light
light emitting
layer
gain region
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2009259988A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masamitsu Mochizuki
理光 望月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】複数の利得領域から出射される光を、低損失で、同一の方向または集束する方向に進行させることができる発光素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る発光素子100では、活性層106のガイド部117に対する比屈折率差Δは、下記式(1)を満たし、第1利得領域160の第2面107側の端面172から出射される光20と、第2利得領域162の第2面107側の端面176から出射される光22とは、同一の方向または集束する方向に進む。
0.05[%/μm]≦(Δ/W) ・・・・・・ (1)
ただし、Wは5μm以上であり、Rは1600μm以上であり、Δは下記式(2)で表される。
Δ=(ncore −nclad )/ncore ・・・・・・ (2)
ただし、ncoreは、前記曲がり利得部を含む前記積層構造体の垂直断面の有効屈折率であり、ncladは、前記ガイド部を含む前記積層構造体の垂直断面の有効屈折率である。
【選択図】図1
Provided is a light-emitting element capable of causing light emitted from a plurality of gain regions to travel in the same direction or focusing direction with low loss.
In the light emitting device according to the present invention, the relative refractive index difference Δ of the active layer with respect to the guide portion satisfies the following formula (1), and the end surface 172 of the first gain region 160 on the second surface 107 side. The light 20 emitted from the second gain region 162 and the light 22 emitted from the end surface 176 on the second surface 107 side of the second gain region 162 travel in the same direction or in a converging direction.
0.05 [% / μm] ≦ (Δ / W) (1)
However, W is 5 μm or more, R is 1600 μm or more, and Δ is represented by the following formula (2).
Δ = (n core 2 −n clad 2 ) / n core 2 (2)
Here, n core is an effective refractive index of the vertical section of the multilayer structure including the bending gain portion, and n clad is an effective refractive index of the vertical section of the multilayer structure including the guide portion.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、発光素子、およびプロジェクターに関する。   The present invention relates to a light emitting element and a projector.

スーパールミネッセントダイオード(Super Luminescent Diode、以下「SLD」ともいう)は、通常の発光ダイオード同様にインコヒーレント性を示し、かつ広帯域なスペクトル形状を示しながら、光出力特性では半導体レーザー同様に単一の素子で数百mW程度までの出力を得ることが可能な半導体発光素子である。SLDは、半導体レーザー同様に、注入キャリアの再結合により生じた自然放出光が、光出射端面方向に進む間に誘導放出による高い利得を受けて増幅され、光出射端面から放出される機構を用いている。ただし、SLDは、半導体レーザーと異なり、端面反射による共振器の形成を抑え、レーザー発振が生じないようにする必要がある。   A super luminescent diode (hereinafter also referred to as “SLD”) is incoherent like a normal light emitting diode and has a broad spectrum shape, but has a single optical output characteristic similar to that of a semiconductor laser. This is a semiconductor light emitting device capable of obtaining an output up to about several hundreds mW. Similar to a semiconductor laser, SLD uses a mechanism in which spontaneously emitted light generated by recombination of injected carriers is amplified by receiving a high gain due to stimulated emission while traveling in the direction of the light emitting end face, and is emitted from the light emitting end face. ing. However, unlike a semiconductor laser, an SLD needs to suppress the formation of a resonator due to end surface reflection and prevent laser oscillation.

レーザー発振を抑制するための方法として、例えば特許文献1に示すように、利得領域(光導波路)を出射端面から傾ける構成が知られている。特許文献1では、高出力化を図るため、このように出射端面から傾いた直線状の光導波路を2つ形成している。   As a method for suppressing laser oscillation, for example, as shown in Patent Document 1, a configuration in which a gain region (optical waveguide) is inclined from an emission end face is known. In Patent Document 1, two linear optical waveguides that are inclined from the emission end face are formed in order to increase the output.

特開2007−165689号公報JP 2007-165688 A

上記のように、出射端面から傾いた直線状の光導波路(利得領域)を備えた発光素子では、複数の利得領域から出射される光が、拡散する方向に進む場合がある。しかしながら、光出力かつエテンデュの小さな光源を実現するためには、複数の利得領域から出射される光が、同一の方向または集束する方向に進むことが望ましい。   As described above, in a light emitting device including a linear optical waveguide (gain region) inclined from the emission end face, light emitted from a plurality of gain regions may travel in the direction of diffusion. However, in order to realize a light source with a small light output and etendue, it is desirable that light emitted from a plurality of gain regions travel in the same direction or in a converging direction.

本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、複数の利得領域から出射される光を、低損失で、同一の方向または集束する方向に進行させることができる発光素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記発光素子を有するプロジェクターを提供することにある。   One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a light emitting element capable of causing light emitted from a plurality of gain regions to travel in the same direction or in a converging direction with low loss. is there. Another object of some embodiments of the present invention is to provide a projector having the light-emitting element.

本発明に係る発光素子は、
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た活性層と、を有する積層構造体を含み、
前記活性層のうちの少なくとも一部は、前記活性層の電流経路となる第1利得領域および第2利得領域を構成し、
前記積層構造体において、前記活性層の露出する面のうちの第1面および第2面は、互いに対向する位置関係であり、
前記第1利得領域および前記第2利得領域に生じる光の波長帯において、前記第1面の反射率は、前記第2面の反射率よりも高く、
前記第1利得領域および前記第2利得領域は、前記第1面から前記第2面まで、設けられ、
前記第1利得領域の前記第1面側の端面と、前記第2利得領域の前記第1面側の端面とは、前記第1面において重なっており、
前記第1利得領域は、前記活性層の積層方向から平面視して、直線状に、前記第1面の垂線に対して時計回り方向に傾いて設けられ、
前記第2利得領域は、前記活性層の積層方向から平面視して、
前記第1面から、直線状に、前記第1面の垂線に対して反時計回り方向に傾いて設けられた第1利得部と、
前記第1利得部と接続し、幅W、曲率半径Rの曲がり利得部と、
を有し、
前記曲がり利得部は、前記活性層の積層方向から平面視して、前記活性層より屈折率の小さいガイド部によって挟まれており、
前記活性層の前記ガイド部に対する比屈折率差Δは、下記式(1)を満たし、
前記第1利得領域の前記第2面側の端面から出射される光と、前記第2利得領域の前記第2面側の端面から出射される光とは、同一の方向または集束する方向に進む。
The light emitting device according to the present invention is
A laminated structure having a first cladding layer, a second cladding layer, and an active layer sandwiched between the first cladding layer and the second cladding layer;
At least a part of the active layer constitutes a first gain region and a second gain region serving as a current path of the active layer,
In the laminated structure, the first surface and the second surface of the exposed surfaces of the active layer are in a positional relationship facing each other.
In the wavelength band of light generated in the first gain region and the second gain region, the reflectance of the first surface is higher than the reflectance of the second surface,
The first gain region and the second gain region are provided from the first surface to the second surface,
The end surface on the first surface side of the first gain region and the end surface on the first surface side of the second gain region overlap on the first surface,
The first gain region is provided in a straight line, as viewed in plan from the stacking direction of the active layer, and inclined in a clockwise direction with respect to the normal of the first surface;
The second gain region is a plan view from the stacking direction of the active layer,
A first gain section provided linearly from the first surface and inclined in a counterclockwise direction with respect to a perpendicular to the first surface;
A bending gain portion having a width W and a radius of curvature R connected to the first gain portion;
Have
The bending gain portion is sandwiched between guide portions having a refractive index smaller than that of the active layer in plan view from the stacking direction of the active layer,
The relative refractive index difference Δ with respect to the guide portion of the active layer satisfies the following formula (1):
The light emitted from the end surface on the second surface side of the first gain region and the light emitted from the end surface on the second surface side of the second gain region travel in the same direction or in a converging direction. .

0.05[%/μm]≦(Δ/W) ・・・・・・ (1)
ただし、Wは5μm以上であり、Rは1600μm以上であり、Δは下記式(2)で表される。
0.05 [% / μm] ≦ (Δ / W) (1)
However, W is 5 μm or more, R is 1600 μm or more, and Δ is represented by the following formula (2).

Δ=(ncore −nclad )/ncore ・・・・・・ (2)
ただし、ncoreは、前記曲がり利得部を含む前記積層構造体の垂直断面の有効屈折率であり、ncladは、前記ガイド部を含む前記積層構造体の垂直断面の有効屈折率である。
Δ = (n core 2 −n clad 2 ) / n core 2 (2)
Here, n core is an effective refractive index of the vertical section of the multilayer structure including the bending gain portion, and n clad is an effective refractive index of the vertical section of the multilayer structure including the guide portion.

このような発光素子によれば、前記第1利得領域および前記第2利得領域から出射される光を、低損失で、同一の方向または集束する方向に進行させることができる。   According to such a light emitting element, light emitted from the first gain region and the second gain region can be made to travel in the same direction or in a converging direction with low loss.

本発明に係る発光素子において、
前記ガイド部は、SiN層であることができる。
In the light emitting device according to the present invention,
The guide part may be a SiN layer.

このような発光素子によれば、前記ガイド部がSiN層で構成されない場合よりも低損失で、前記第1利得領域および前記第2利得領域から出射される光を、同一の方向または集束する方向に進行させることができる。また、前記曲がり利得部を形成する際にプロセスダメージ(エッチングするときに側面に与えるダメージなど)を受けた部分が露出するのを防ぐと同時に、外部から前記曲がり利得部に水分などが進入することを防ぐこともできる。すなわち、パッシベーション膜としても機能する。   According to such a light emitting element, the light emitted from the first gain region and the second gain region is in the same direction or a direction in which the light is emitted with lower loss than in the case where the guide portion is not formed of an SiN layer. Can proceed to. In addition, when forming the bent gain portion, it is possible to prevent exposure of a portion that has been subjected to process damage (damage to the side surface when etching, etc.) and to allow moisture to enter the bent gain portion from the outside. Can also be prevented. That is, it also functions as a passivation film.

本発明に係る発光素子において、
前記ガイド部は、SiN層とポリイミド層との積層体であり、
前記曲がり利得部は、前記SiN層と接していることができる。
In the light emitting device according to the present invention,
The guide part is a laminate of a SiN layer and a polyimide layer,
The bend gain portion may be in contact with the SiN layer.

このような発光素子によれば、SiN単層からなる前記ガイド部を形成することが、膜厚的に困難である(製膜に時間がかかる)場合に、簡易に(短時間で)前記ガイド部を形成することができ、かつ前記ガイド部を空気で形成した場合よりも低損失で、前記第1利得領域および前記第2利得領域から出射される光を、同一の方向または集束する方向に進行させることができる。   According to such a light emitting element, when it is difficult to form the guide portion made of a single SiN layer in terms of film thickness (it takes time to form a film), the guide can be easily (in a short time). In the same direction or in the direction of focusing the light emitted from the first gain region and the second gain region with lower loss than when the guide portion is formed of air. Can be advanced.

本発明に係る発光素子において、
前記ガイド部は、空気であることができる。
In the light emitting device according to the present invention,
The guide part may be air.

このような発光素子によれば、最も簡易的なプロセスで前記ガイド部を形成することができ、前記ガイド部を形成しない場合と比較して低損失で、かつ前記第1利得領域および前記第2利得領域から出射される光を、同一の方向または集束する方向に出射させることができる。   According to such a light emitting element, the guide portion can be formed by the simplest process, and the first gain region and the second gain can be reduced with a low loss compared to the case where the guide portion is not formed. Light emitted from the gain region can be emitted in the same direction or in a converging direction.

本発明に係る発光素子において、
前記第2利得領域は、前記活性層の積層方向から平面視して、
前記曲がり利得部から前記第2面まで、直線状に、前記第1面の垂線に対して時計回り方向に傾いて設けられた第2利得部を、さらに有することができる。
In the light emitting device according to the present invention,
The second gain region is a plan view from the stacking direction of the active layer,
A second gain portion may be further provided, which is provided in a straight line from the bending gain portion to the second surface and inclined in a clockwise direction with respect to the normal of the first surface.

このような発光素子によれば、前記第1利得領域および前記第2利得領域から出射される光を、低損失で、同一の方向または集束する方向に進行させることができる。   According to such a light emitting element, light emitted from the first gain region and the second gain region can be made to travel in the same direction or in a converging direction with low loss.

本発明に係る発光素子において、
前記第2利得領域は、複数の曲がり利得部を有することができる。
In the light emitting device according to the present invention,
The second gain region may have a plurality of bending gain portions.

このような発光素子によれば、前記第1利得領域および前記第2利得領域から出射される光を、低損失で、同一の方向または集束する方向に進行させることができる。   According to such a light emitting element, light emitted from the first gain region and the second gain region can be made to travel in the same direction or in a converging direction with low loss.

本発明に係る発光素子において、
前記曲がり利得部は、前記活性層の積層方向から平面視して、円弧状であることができる。
In the light emitting device according to the present invention,
The bending gain portion may have an arc shape in plan view from the stacking direction of the active layer.

このような発光素子によれば、前記第1利得領域および前記第2利得領域から出射される光を、低損失で、同一の方向または集束する方向に進行させることができる。   According to such a light emitting element, light emitted from the first gain region and the second gain region can be made to travel in the same direction or in a converging direction with low loss.

本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る発光素子を有する発光装置と、
前記発光装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。
The projector according to the present invention is
A light emitting device having the light emitting element according to the present invention;
A light modulation device that modulates light emitted from the light emitting device according to image information;
A projection device for projecting an image formed by the light modulation device;
including.

このようなプロジェクターによれば、本発明に係る発光素子を有するので、高出力かつエテンデュの小さな光源を実現することができる。これにより、小型化かつ高輝度化を図ることができる。   According to such a projector, since the light emitting element according to the present invention is provided, a light source with high output and low etendue can be realized. Thereby, size reduction and high brightness can be achieved.

第1の実施形態に係る発光素子を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the light emitting element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る発光素子を模式的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the light emitting element according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る発光素子を模式的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the light emitting element according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る発光素子の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る発光素子の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る発光素子の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態の第1変形例に係る発光素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light emitting element which concerns on the 1st modification of 1st Embodiment. 第1の実施形態の第2変形例に係る発光素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light emitting element which concerns on the 2nd modification of 1st Embodiment. 第1の実施形態の第3変形例に係る発光素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light emitting element which concerns on the 3rd modification of 1st Embodiment. 第1の実施形態の第4変形例に係る発光素子を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the light emitting element which concerns on the 4th modification of 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る発光素子の実験例に用いたモデルを模式的に示す平面図。The top view which shows typically the model used for the experiment example of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る発光素子の実験例の結果を示すグラフ。The graph which shows the result of the experiment example of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る発光素子の実験例の結果を示すグラフ。The graph which shows the result of the experiment example of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a projector according to a second embodiment. 第2の実施形態に係るプロジェクターに用いる発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device used for the projector which concerns on 2nd Embodiment.

1. 第1の実施形態
1.1. 第1の実施形態に係る発光素子
まず、第1の実施形態に係る発光素子について、図面を参照しながら説明する。図1は、発光素子100を模式的に示す平面図である。図2は、発光素子100を模式的に示す図1のII−II線断面図である。図3は、発光素子100を模式的に示す図1のIII−III線断面図である。なお、図1では、便宜上、第2電極114の図示を省略している。また、ここでは、発光素子100がInGaAlP系(赤色)のSLDである場合について説明する。SLDは、半導体レーザーと異なり、端面反射による共振器の形成を抑えることにより、レーザー発振を防止することができる。そのため、スペックルノイズを低減することができる。
1. 1. First embodiment 1.1. First, a light-emitting device according to a first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view schematically showing the light emitting device 100. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. In FIG. 1, the second electrode 114 is not shown for convenience. Here, a case where the light emitting element 100 is an InGaAlP-based (red) SLD will be described. Unlike a semiconductor laser, an SLD can prevent laser oscillation by suppressing the formation of a resonator due to end face reflection. Therefore, speckle noise can be reduced.

発光素子100は、図1〜図3に示すように、積層構造体120と、ガイド部117と、を含む。積層構造体120は、基板102と、第1クラッド層104と、活性層106と、第2クラッド層108と、コンタクト層110と、を含むことができる。発光素子100は、さらに、第1電極112と、第2電極114と、絶縁部116と、を含むことができる。   As illustrated in FIGS. 1 to 3, the light emitting element 100 includes a laminated structure 120 and a guide portion 117. The laminated structure 120 can include a substrate 102, a first cladding layer 104, an active layer 106, a second cladding layer 108, and a contact layer 110. The light emitting device 100 may further include a first electrode 112, a second electrode 114, and an insulating part 116.

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。   As the substrate 102, for example, a first conductivity type (for example, n-type) GaAs substrate or the like can be used.

第1クラッド層104は、基板102上に形成されている。第1クラッド層104としては、例えば、n型のAlGaInP層などを用いることができる。なお、図示はしないが、基板102と第1クラッド層104との間に、バッファー層が形成されていてもよい。バッファー層としては、例えば、n型のGaAs層、InGaP層などを用いることができる。バッファー層は、その上方に形成される層の結晶性を向上させることができる。   The first cladding layer 104 is formed on the substrate 102. As the first cladding layer 104, for example, an n-type AlGaInP layer can be used. Although not shown, a buffer layer may be formed between the substrate 102 and the first cladding layer 104. As the buffer layer, for example, an n-type GaAs layer, an InGaP layer, or the like can be used. The buffer layer can improve the crystallinity of the layer formed thereabove.

活性層106は、第1クラッド層104上に形成されている。活性層106は、第1クラッド層104と第2クラッド層110とに挟まれている。活性層106は、例えば、InGaPウェル層とInGaAlPバリア層とから構成される量子井戸構造を3つ重ねた多重量子井戸(MQW)構造を有する。   The active layer 106 is formed on the first cladding layer 104. The active layer 106 is sandwiched between the first cladding layer 104 and the second cladding layer 110. The active layer 106 has, for example, a multiple quantum well (MQW) structure in which three quantum well structures each composed of an InGaP well layer and an InGaAlP barrier layer are stacked.

活性層106の形状は、例えば直方体(立方体である場合を含む)などである。活性層106は、図1に示すように、第1面105および第2面107を有する。第1面105および第2面107は、活性層106の面のうち第1クラッド層104または第2クラッド層110に接していない面であり、層構造体120において、露出している面である。第1面105および第2面107は、活性層106の側面ともいえる。第1面105および第2面107は、互いに対向しており、図示の例では平行である。   The shape of the active layer 106 is, for example, a rectangular parallelepiped (including a cube). The active layer 106 has a first surface 105 and a second surface 107 as shown in FIG. The first surface 105 and the second surface 107 are surfaces that are not in contact with the first cladding layer 104 or the second cladding layer 110 among the surfaces of the active layer 106, and are exposed surfaces in the layer structure 120. . It can be said that the first surface 105 and the second surface 107 are side surfaces of the active layer 106. The first surface 105 and the second surface 107 face each other and are parallel in the illustrated example.

活性層106の一部は、第1利得領域160および第2利得領域162を構成している。第1利得領域160および第2利得領域162は、利得領域の対168をなすことができる。利得領域160,162の各々は、図1示すように、第1面105から第2面107に向かって、設けられている。なお、図示はしないが、利得領域の対168は、複数設けられていてもよい。   A part of the active layer 106 constitutes a first gain region 160 and a second gain region 162. The first gain region 160 and the second gain region 162 may form a gain region pair 168. Each of the gain regions 160 and 162 is provided from the first surface 105 toward the second surface 107 as shown in FIG. Although not shown, a plurality of gain region pairs 168 may be provided.

利得領域160,162は、光を生じさせることができ、この光は、利得領域160,162内で利得を受けることができる。利得領域160,162に生じる光の波長帯において、第1面105の反射率は、第2面107の反射率よりも高い。例えば、第1面105を反射部130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130は、例えば誘電体多層膜ミラーなどである。具体的には、反射部130としては、例えば、第1面105側からSiO層、Ta層の順序で10ペア積層したミラーなどを用いることができる。第1面105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面107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面107を反射防止部132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132としては、例えば、Al単層などを用いることができる。なお、反射部130および反射防止部132としては、上述した例に限定されるわけではなく、例えば、Al層、TiN層、TiO層、SiON層、SiN層や、これらの多層膜などを用いることができる。 The gain regions 160 and 162 can generate light, which can receive gain within the gain regions 160 and 162. In the wavelength band of light generated in the gain regions 160 and 162, the reflectance of the first surface 105 is higher than the reflectance of the second surface 107. For example, a high reflectance can be obtained by covering the first surface 105 with the reflecting portion 130. The reflection unit 130 is, for example, a dielectric multilayer mirror. Specifically, as the reflection unit 130, for example, a mirror in which 10 pairs are stacked in the order of the SiO 2 layer and the Ta 2 O 5 layer from the first surface 105 side can be used. The reflectance of the first surface 105 is desirably 100% or close thereto. On the other hand, the reflectance of the second surface 107 is preferably 0% or close thereto. For example, a low reflectance can be obtained by covering the second surface 107 with the antireflection portion 132. As the antireflection part 132, for example, an Al 2 O 3 single layer or the like can be used. As the reflecting portion 130 and the anti-reflection portion 132, but is not limited to the example described above, for example, Al 2 O 3 layer, TiN layer, TiO 2 layer, SiON layer, and the SiN layer, these multilayer films Etc. can be used.

第1利得領域160は、第1面105に設けられた第1端面170と、第2面107に設けられた第2端面172と、を有する。第1利得領域160の平面形状は、例えば図1に示すような平行四辺形などである。第1利得領域160は、第1端面170から第2端面172まで、直線状に、第1側面105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160に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができる。   The first gain region 160 has a first end surface 170 provided on the first surface 105 and a second end surface 172 provided on the second surface 107. The planar shape of the first gain region 160 is, for example, a parallelogram as shown in FIG. The first gain region 160 is provided linearly from the first end surface 170 to the second end surface 172 in a direction inclined with respect to the normal line P of the first side surface 105. Thereby, the laser oscillation of the light generated in the gain region 160 can be suppressed or prevented.

第2利得領域162は、図1に示すように、第1面105に設けられた第3端面174と、第2面107に設けられた第4端面176と、を有する。第2利得領域162は、第3端面174から第4端面176まで、設けられている。図示の例では、第1端面170と第3端面174とは、重なり面178において完全に重なっている。第2利得領域162は、第1利得部163と、第2利得部164と、曲がり利得部166と、を有することができる。   As shown in FIG. 1, the second gain region 162 has a third end surface 174 provided on the first surface 105 and a fourth end surface 176 provided on the second surface 107. The second gain region 162 is provided from the third end surface 174 to the fourth end surface 176. In the illustrated example, the first end surface 170 and the third end surface 174 completely overlap with each other on the overlapping surface 178. The second gain region 162 may include a first gain unit 163, a second gain unit 164, and a bending gain unit 166.

第1利得部163は、第3端面174を有する。第1利得部163の平面形状は、例えば平行四辺形などである。第1利得部163は、第3端面174から、第1利得部163と接続する曲がり利得部166まで、直線状に、第1面105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利得部163の延出している方向(向かう方向)は、第1利得領域160の延出している方向と異なっている。より具体的には、第1利得部163は、図1に示すように活性層106の積層方向から平面視して(活性層106の膜厚方向からみて)、垂線Pに対して反時計回り方向に傾いて設けられている。第1利得領域160は、図1に示すように活性層106の積層方向から平面視して、垂線Pに対して時計回り方向に傾いて設けられている。第1利得部163は、垂線Pに対して一方の側に傾いて設けられ、第1利得領域160は、垂線Pに対して他方の側に傾いて設けられているともいえる。図示の例では、第1利得領域160の垂線Pに対する角度θと、第1導波路部163の垂線Pに対する角度θとは、同じ大きさの角度である。なお、本発明において「角度」という文言を用いたときに、鋭角となる角度と、鈍角となる角度と、が存在する場合は、「角度」とは、鋭角となる角度を示すものとする。 The first gain unit 163 has a third end surface 174. The planar shape of the first gain unit 163 is, for example, a parallelogram. The first gain portion 163 is provided in a straight line from the third end surface 174 to the bending gain portion 166 connected to the first gain portion 163, in a direction inclined with respect to the normal line P of the first surface 105. Yes. The direction in which the first gain section 163 extends (the direction in which it extends) is different from the direction in which the first gain region 160 extends. More specifically, the first gain portion 163 is counterclockwise with respect to the perpendicular P in a plan view from the stacking direction of the active layer 106 (as viewed in the film thickness direction of the active layer 106) as shown in FIG. Inclined in the direction. As shown in FIG. 1, the first gain region 160 is provided so as to be inclined in the clockwise direction with respect to the perpendicular line P in plan view from the stacking direction of the active layer 106. It can be said that the first gain portion 163 is provided to be inclined to one side with respect to the perpendicular P, and the first gain region 160 is provided to be inclined to the other side with respect to the perpendicular P. In the illustrated example, the angle θ 1 with respect to the perpendicular P of the first gain region 160 and the angle θ 2 with respect to the perpendicular P of the first waveguide portion 163 are the same size. In the present invention, when the term “angle” is used, if there are an acute angle and an obtuse angle, the “angle” indicates an acute angle.

第2利得部164は、第4端面176を有する。第2利得部164の平面形状は、例えば平行四辺形などである。第2利得部164は、第2利得部164と接続する曲がり利得部166から、第4端面176まで、直線状に、第1面105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。図示の例では、第2利得部164の延出している方向は、第1利得領域160の延出している方向と同じである。すなわち、図示の例では、第2利得部164の垂線Pに対する角度θと、角度θとは、同じ大きさの角度である。なお、図示はしないが、角度θは、角度θより大きくてもよい。これにより、第2端面172から出射される光20と、第4端面176から出射される光22とは、同一の方向または集束する方向に進むことができる。 The second gain unit 164 has a fourth end surface 176. The planar shape of the second gain unit 164 is, for example, a parallelogram. The second gain portion 164 is provided linearly from the bending gain portion 166 connected to the second gain portion 164 to the fourth end surface 176 in a direction inclined with respect to the normal line P of the first surface 105. Yes. In the illustrated example, the extending direction of the second gain unit 164 is the same as the extending direction of the first gain region 160. That is, in the illustrated example, the angle θ 3 with respect to the perpendicular P of the second gain unit 164 and the angle θ 1 are the same size. Although not shown, the angle θ 3 may be larger than the angle θ 1 . Thereby, the light 20 emitted from the second end surface 172 and the light 22 emitted from the fourth end surface 176 can travel in the same direction or in a converging direction.

曲がり利得部166は、第1利得部163と、第2利得部164と、の間に設けられていることができる。曲がり利得部166は、第1利得部163および第2利得部164と接続し、第1利得部163から第2利得部164まで、一定の幅Wで設けられている。図1に示す例では、第1利得領域160および第2利得領域162についても、一定の幅Wで設けられている。曲がり導波路部166は、曲率半径Rを有する円弧の形状であることができる。これにより、第2利得領域162は曲げられ、第4端面176から出射される光22を、第2端面172から出射される光20と、同一の方向または集束する方向に進行させることができる。すなわち、第2利得領域162は、例えば活性層の側面や内部に設けられた反射面によって、屈曲しているわけではない。曲がり利得部166は、図1に示すように活性層106の積層方向から平面視して、活性層106の外周と離間していることができる。曲がり利得部166によって、第2利得領域162に生じる光を第3端面174と第4端面176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、第2利得領域162に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができる。   The bending gain unit 166 can be provided between the first gain unit 163 and the second gain unit 164. The bending gain unit 166 is connected to the first gain unit 163 and the second gain unit 164, and is provided with a constant width W from the first gain unit 163 to the second gain unit 164. In the example shown in FIG. 1, the first gain region 160 and the second gain region 162 are also provided with a constant width W. The bent waveguide portion 166 may have an arc shape having a radius of curvature R. As a result, the second gain region 162 is bent, and the light 22 emitted from the fourth end face 176 can travel in the same direction as the light 20 emitted from the second end face 172 or in a converging direction. That is, the second gain region 162 is not bent by, for example, a side surface of the active layer or a reflection surface provided inside. As shown in FIG. 1, the bending gain portion 166 can be separated from the outer periphery of the active layer 106 in plan view from the stacking direction of the active layer 106. The bent gain portion 166 can prevent the light generated in the second gain region 162 from being directly multiple-reflected between the third end surface 174 and the fourth end surface 176. As a result, since a direct resonator cannot be formed, laser oscillation of light generated in the second gain region 162 can be suppressed or prevented.

第2クラッド層108は、図2および図3に示すように、活性層106上に形成されている。第2クラッド層108としては、例えば、第2導電型(例えばp型)のAlGaInP層などを用いることができる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the second cladding layer 108 is formed on the active layer 106. As the second cladding layer 108, for example, a second conductivity type (for example, p-type) AlGaInP layer or the like can be used.

例えば、p型の第2クラッド層108、不純物がドーピングされていない活性層106、およびn型の第1クラッド層104により、pinダイオードが構成される。第1クラッド層104および第2クラッド層108の各々は、活性層106よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。活性層106は、光を増幅する機能を有する。第1クラッド層104および第2クラッド層108は、活性層106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。   For example, the p-type second cladding layer 108, the active layer 106 not doped with impurities, and the n-type first cladding layer 104 constitute a pin diode. Each of the first cladding layer 104 and the second cladding layer 108 is a layer having a larger forbidden band width and a smaller refractive index than the active layer 106. The active layer 106 has a function of amplifying light. The first cladding layer 104 and the second cladding layer 108 have a function of confining injected carriers (electrons and holes) and light with the active layer 106 interposed therebetween.

発光素子100は、第1電極112と第2電極114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106の利得領域160,162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160,162内で光の強度が増幅される。例えば、図1に示すように、第1利得領域160に生じる光の一部10は、第1利得領域160内で増幅された後、重なり面178において反射して、第2利得領域162の第4端面176から出射光22として出射されるが、反射後の第2利得領域162内においても光強度が増幅される。同様に、第2利得領域162に生じる光の一部は、第2利得領域162内で増幅された後、重なり面178において反射して、第1利得領域160の第2端面172から出射光20として出射されるが、反射後の第1利得領域160内においても光強度が増幅される。なお、第1利得領域160に生じる光には、直接、第2端面172から出射光20として出射されるものもある。同様に、第2利得領域162に生じる光には、直接、第4端面176から出射光22として出射されるものもある。これらの光も同様に各利得領域160,162内において増幅される。   In the light emitting element 100, when a forward bias voltage of a pin diode is applied between the first electrode 112 and the second electrode 114, recombination of electrons and holes occurs in the gain regions 160 and 162 of the active layer 106. This recombination causes light emission. With this generated light as a starting point, stimulated emission occurs in a chain, and the light intensity is amplified in the gain regions 160 and 162. For example, as shown in FIG. 1, a part of the light 10 generated in the first gain region 160 is amplified in the first gain region 160, then reflected on the overlapping surface 178, and the second gain region 162. Although it is emitted as the emitted light 22 from the four end faces 176, the light intensity is amplified also in the second gain region 162 after reflection. Similarly, part of the light generated in the second gain region 162 is amplified in the second gain region 162, then reflected on the overlapping surface 178, and emitted light 20 from the second end surface 172 of the first gain region 160. The light intensity is amplified also in the first gain region 160 after reflection. Some of the light generated in the first gain region 160 is directly emitted from the second end face 172 as the emitted light 20. Similarly, some of the light generated in the second gain region 162 is emitted directly from the fourth end face 176 as the emitted light 22. These lights are similarly amplified in the gain regions 160 and 162.

コンタクト層110は、図2に示すように、第2クラッド層108上に形成されている。コンタクト層110としては、第2電極114とオーミックコンタクトする層を用いることができる。コンタクト層110としては、例えば、p型のGaAs層などを用いることができる。   The contact layer 110 is formed on the second cladding layer 108 as shown in FIG. As the contact layer 110, a layer in ohmic contact with the second electrode 114 can be used. As the contact layer 110, for example, a p-type GaAs layer can be used.

コンタクト層110と、第2クラッド層108の一部とは、柱状部111を構成することができる。柱状部111の平面形状は、利得領域160,162と同じである。例えば、柱状部111の平面形状によって、電極112,114間の電流経路が決定され、その結果、利得領域160,162の平面形状が決定される。なお、図示はしないが、柱状部111の側面を傾斜させることもできる。   The contact layer 110 and a part of the second cladding layer 108 can form a columnar portion 111. The planar shape of the columnar portion 111 is the same as that of the gain regions 160 and 162. For example, the current path between the electrodes 112 and 114 is determined by the planar shape of the columnar portion 111, and as a result, the planar shape of the gain regions 160 and 162 is determined. Although not shown, the side surface of the columnar portion 111 can be inclined.

絶縁部116は、図2に示すように、第2クラッド層108上であって、柱状部111の側方に設けられていることができる。絶縁部116は、柱状部111の側面に接していることができる。ただし、絶縁部116は、曲がり利得部166を含んで構成される柱状部113(図3参照)の側方には、形成されていない。絶縁部116の上面は、図2に示すように、例えば、コンタクト層110の上面と連続している。絶縁部116としては、例えば、SiN層、SiO層、ポリイミド層などを用いることができる。絶縁部116としてこれらの材料を用いた場合、電極112,114間の電流は、絶縁部116を避けて、該絶縁部116に挟まれた柱状部111を流れることができる。絶縁部116は、活性層106の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。この場合、絶縁部116を形成した部分の垂直断面の有効屈折率は、絶縁部116を形成しない部分、すなわち、柱状部116が形成された部分の垂直断面の有効屈折率よりも小さくなる。これにより、平面方向において、利得領域160,162内に効率良く光を閉じ込めることができる。なお、図示はしないが、絶縁部116を設けないこともできる。絶縁部116が空気であると解釈してもよい。 As shown in FIG. 2, the insulating part 116 can be provided on the second cladding layer 108 and on the side of the columnar part 111. The insulating part 116 can be in contact with the side surface of the columnar part 111. However, the insulating portion 116 is not formed on the side of the columnar portion 113 (see FIG. 3) including the bending gain portion 166. The upper surface of the insulating part 116 is continuous with the upper surface of the contact layer 110, for example, as shown in FIG. As the insulating part 116, for example, a SiN layer, a SiO 2 layer, a polyimide layer, or the like can be used. When these materials are used as the insulating portion 116, the current between the electrodes 112 and 114 can flow through the columnar portion 111 sandwiched between the insulating portions 116, avoiding the insulating portion 116. The insulating part 116 may have a refractive index smaller than that of the active layer 106. In this case, the effective refractive index of the vertical cross section of the portion where the insulating portion 116 is formed is smaller than the effective refractive index of the vertical cross section of the portion where the insulating portion 116 is not formed, that is, the portion where the columnar portion 116 is formed. Thereby, light can be efficiently confined in the gain regions 160 and 162 in the planar direction. Note that although not illustrated, the insulating portion 116 may not be provided. The insulating portion 116 may be interpreted as air.

ガイド部117は、図1および図3に示すように、曲がり利得部166を挟んで形成されている。ガイド部117は、曲がり利得部166を側方から(活性層106の厚み方向と直交する方向から)挟んでいることができる。ガイド部117は、例えば、側方ガイド部、側方クラッド部などと、言い換えることもできる。図3に示すように、例えば、コンタクト層110、第2クラッド層108、曲がり利得部166、第1クラッド104および基板102の一部は、柱状部113を構成し、ガイド部117は、柱状部113の側方に形成されている。柱状部113は、図示はしないが、例えば、コンタクト層110、第2クラッド層108、曲がり利得部166、第1クラッド104から構成されていてもよい。ガイド部117は、柱状部113の側面に接していることができる。ガイド部117の上面は、例えば、コンタクト層110の上面と連続している。ガイド部117としては、絶縁材料を用いることができ、より具体的には、SiN層などを用いることができる。ガイド部117は、例えば、Ta層などの屈折率の高い絶縁材料を含んでいてもよい。ガイド部117としてこれらの材料を用いた場合、電極112,114間の電流は、ガイド部117を避けて、該ガイド部117に挟まれた柱状部113を流れることができる。ガイド部117は、活性層106の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。この場合、ガイド部117を形成した部分の垂直断面の有効屈折率は、ガイド部117を形成しない部分、すなわち柱状部113が形成された部分の垂直断面の有効屈折率よりも小さくなる。 As shown in FIGS. 1 and 3, the guide portion 117 is formed with a bend gain portion 166 interposed therebetween. The guide portion 117 can sandwich the bending gain portion 166 from the side (from a direction orthogonal to the thickness direction of the active layer 106). The guide portion 117 can be rephrased as, for example, a side guide portion or a side cladding portion. As shown in FIG. 3, for example, the contact layer 110, the second cladding layer 108, the bending gain portion 166, the first cladding 104, and a part of the substrate 102 constitute a columnar portion 113, and the guide portion 117 is a columnar portion. It is formed on the side of 113. Although not shown, the columnar portion 113 may be constituted by, for example, the contact layer 110, the second cladding layer 108, the bending gain portion 166, and the first cladding 104. The guide part 117 can be in contact with the side surface of the columnar part 113. For example, the upper surface of the guide portion 117 is continuous with the upper surface of the contact layer 110. As the guide portion 117, an insulating material can be used, and more specifically, a SiN layer or the like can be used. The guide portion 117 may include an insulating material having a high refractive index, such as a Ta 2 O 5 layer. When these materials are used as the guide part 117, the current between the electrodes 112 and 114 can flow through the columnar part 113 sandwiched between the guide parts 117, avoiding the guide part 117. The guide part 117 may have a refractive index smaller than that of the active layer 106. In this case, the effective refractive index of the vertical cross section of the portion where the guide portion 117 is formed is smaller than the effective refractive index of the vertical cross section of the portion where the guide portion 117 is not formed, that is, the portion where the columnar portion 113 is formed.

ここで、活性層106(曲がり利得部166)のガイド部117に対する比屈折率差Δは、下記式(1)を満たす。   Here, the relative refractive index difference Δ with respect to the guide portion 117 of the active layer 106 (bending gain portion 166) satisfies the following formula (1).

0.05[%/μm]≦(Δ/W) ・・・・・・ (1)
ただし、Wは5μm以上であり、Rは1600μm以上であり、Δは下記式(2)で表される。
0.05 [% / μm] ≦ (Δ / W) (1)
However, W is 5 μm or more, R is 1600 μm or more, and Δ is represented by the following formula (2).

Δ=(ncore −nclad )/ncore ・・・・・・ (2)
ただし、ncoreは、曲がり利得部166を含む積層構造体120の垂直断面の有効屈折率であり、ncladは、ガイド部117を含む積層構造体120の垂直断面の有効屈折率である。これにより、平面方向(活性層106の厚み方向と直交する方向)について、曲がり利得部166内に効率良く光を閉じ込めることができる。その理由については、後述する。
Δ = (n core 2 −n clad 2 ) / n core 2 (2)
Here, n core is an effective refractive index of the vertical section of the multilayer structure 120 including the bending gain portion 166, and n clad is an effective refractive index of the vertical section of the multilayer structure 120 including the guide portion 117. Thereby, light can be efficiently confined in the bending gain portion 166 in the planar direction (direction orthogonal to the thickness direction of the active layer 106). The reason will be described later.

第1電極112は、図2および図3に示すように、基板102の下の全面に形成されている。第1電極112は、該第1電極112とオーミックコンタクトする層(図示の例では基板102)と接していることができる。第1電極112は、基板102を介して、第1クラッド層104と電気的に接続されている。第1電極112は、発光素子100を駆動するための一方の電極である。第1電極112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104と基板102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該第2コンタクト層を露出させ、第1電極112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。   As shown in FIGS. 2 and 3, the first electrode 112 is formed on the entire lower surface of the substrate 102. The first electrode 112 can be in contact with a layer that is in ohmic contact with the first electrode 112 (the substrate 102 in the illustrated example). The first electrode 112 is electrically connected to the first cladding layer 104 via the substrate 102. The first electrode 112 is one electrode for driving the light emitting element 100. As the first electrode 112, for example, a layer in which a Cr layer, an AuGe layer, a Ni layer, and an Au layer are stacked in this order from the substrate 102 side can be used. Note that a second contact layer (not shown) is provided between the first cladding layer 104 and the substrate 102, the second contact layer is exposed by dry etching or the like, and the first electrode 112 is placed on the second contact layer. It can also be provided. Thereby, a single-sided electrode structure can be obtained. This form is particularly effective when the substrate 102 is insulative.

第2電極114は、コンタクト層110上に形成されている。より具体的には、第2電極114は、絶縁部116の開口部内に形成されている。さらに、第2電極114は、絶縁部116およびガイド層117上に設けられていてもよい。第2電極114は、コンタクト層110を介して、第2クラッド層108と電気的に接続されている。第2電極114は、発光素子100を駆動するための他方の電極である。第2電極114としては、例えば、コンタクト層110側からCr層、AuZn層、Au層の順序で積層したものなどを用いることができる。第2電極114とコンタクト層110との接触面は、図1に示すように、利得領域160,162と同様の平面形状を有している。   The second electrode 114 is formed on the contact layer 110. More specifically, the second electrode 114 is formed in the opening of the insulating part 116. Further, the second electrode 114 may be provided on the insulating part 116 and the guide layer 117. The second electrode 114 is electrically connected to the second cladding layer 108 via the contact layer 110. The second electrode 114 is the other electrode for driving the light emitting element 100. As the second electrode 114, for example, a layer in which a Cr layer, an AuZn layer, and an Au layer are stacked in this order from the contact layer 110 side can be used. The contact surface between the second electrode 114 and the contact layer 110 has a planar shape similar to that of the gain regions 160 and 162, as shown in FIG.

第1の実施形態に係る発光素子100の一例として、InGaAlP系の場合について説明したが、発光素子100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、AlGaAs系、InGaAs系、InGaAsP系、ZnCdSe系などの半導体材料を用いることができる。   Although the case of the InGaAlP system has been described as an example of the light emitting element 100 according to the first embodiment, the light emitting element 100 can use any material system capable of forming a light emission gain region. As the semiconductor material, for example, an AlGaN-based, InGaN-based, GaAs-based, AlGaAs-based, InGaAs-based, InGaAsP-based, ZnCdSe-based semiconductor material can be used.

第1の実施形態に係る発光素子100は、例えば、プロジェクター、ディスプレイ、照明装置、計測装置などの光源に適用されることができる。   The light emitting element 100 according to the first embodiment can be applied to a light source such as a projector, a display, a lighting device, and a measuring device.

第1の実施形態に係る発光素子100は、例えば、以下の特徴を有する。   The light emitting device 100 according to the first embodiment has the following features, for example.

発光素子100によれば、曲がり利得部166によって、第2利得領域162を曲げることができる。曲がり利得部166は、活性層106の積層方向から平面視して、ガイド部117によって挟まれており、活性層106(曲がり利得部166)のガイド部117に対する比屈折率差Δは、上記式(1)を満たすことができる。また、ガイド部117は、SiN層であることができる。これにより、低損失で効率良く、第4端面176から出射される光22を、第2端面172から出射される光20と、同一の方向または集束する方向に進行させることができる(理由については後述)。そのため、高出力かつエテンデュの小さな光源を実現することができる。   According to the light emitting element 100, the second gain region 162 can be bent by the bending gain portion 166. The bending gain portion 166 is sandwiched between the guide portions 117 in plan view from the stacking direction of the active layer 106, and the relative refractive index difference Δ with respect to the guide portion 117 of the active layer 106 (bending gain portion 166) is expressed by the above equation. (1) can be satisfied. The guide part 117 may be a SiN layer. Thereby, the light 22 emitted from the fourth end face 176 can be made to travel in the same direction as the light 20 emitted from the second end face 172 or in a converging direction with low loss and efficiency (for the reason) Later). Therefore, a light source with high output and low etendue can be realized.

1.2. 第1の実施形態に係る発光素子の製造方法
次に、第1の実施形態に係る発光素子100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図4〜図6は、発光素子100の製造工程を模式的に示す断面図である。
1.2. Method for Manufacturing Light-Emitting Element According to First Embodiment Next, a method for manufacturing the light-emitting element 100 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. 4 to 6 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the light emitting device 100. FIG.

図4に示すように、基板102上に、第1クラッド層104、活性層106、第2クラッド層108、およびコンタクト層110を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法などを用いることができる。   As shown in FIG. 4, the first cladding layer 104, the active layer 106, the second cladding layer 108, and the contact layer 110 are epitaxially grown in this order on the substrate 102. As a method for epitaxial growth, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or the like can be used.

図5に示すように、コンタクト層110、第2クラッド層108、活性層106、第1クラッド層104および基板102をパターニングする。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー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113を形成することができる。次に、図3に示すように、パターニングよって、柱状部111を形成する。なお、柱状部111,113の形成順序は、特に限定されない。   As shown in FIG. 5, the contact layer 110, the second cladding layer 108, the active layer 106, the first cladding layer 104, and the substrate 102 are patterned. The patterning is performed using, for example, a photolithography technique and an etching technique. Through this step, the columnar portion 113 can be formed. Next, as shown in FIG. 3, the columnar portion 111 is formed by patterning. Note that the order of forming the columnar portions 111 and 113 is not particularly limited.

図6に示すように、柱状部113の側面を覆うようにガイド部117を形成する。例えば、ガイド部117の形成と同じ工程で、柱状部111の側面を覆うように絶縁部116を形成することができる。具体的には、まず、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、塗布法などにより、第2クラッド層108の上方(コンタクト層110上を含む)に絶縁層(図示せず)を成膜する。次に、例えば、エッチング技術などを用いて、コンタクト層110の上面を露出させる。以上の工程により、ガイド部117および絶縁部116を形成することができる。   As shown in FIG. 6, the guide portion 117 is formed so as to cover the side surface of the columnar portion 113. For example, the insulating part 116 can be formed so as to cover the side surface of the columnar part 111 in the same process as the formation of the guide part 117. Specifically, first, an insulating layer (not shown) is formed above the second cladding layer 108 (including on the contact layer 110) by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a coating method, or the like. Next, the upper surface of the contact layer 110 is exposed using, for example, an etching technique. Through the above steps, the guide portion 117 and the insulating portion 116 can be formed.

図2および図3に示すように、コンタクト層110、絶縁部116およびガイド部117上の全面に、第2電極114を形成する。次に、基板102の下面下に第1電極112を形成する。第1電極112および第2電極114は、例えば、真空蒸着法により形成される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the second electrode 114 is formed on the entire surface of the contact layer 110, the insulating portion 116, and the guide portion 117. Next, the first electrode 112 is formed under the lower surface of the substrate 102. The first electrode 112 and the second electrode 114 are formed by, for example, a vacuum evaporation method.

図1に示すように、第1面105側の全面に反射部130を形成し、第2面107側の全面に反射防止部132を形成する。反射部130および反射防止部132は、例えば、CVD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、電極112,114、反射部130および反射防止部132の形成順序は、特に限定されない。   As shown in FIG. 1, the reflection part 130 is formed on the entire surface on the first surface 105 side, and the antireflection part 132 is formed on the entire surface on the second surface 107 side. The reflection unit 130 and the antireflection unit 132 are formed by, for example, a CVD method, a sputtering method, an ion assisted deposition (Ion Assisted Deposition) method, or the like. In addition, the formation order of the electrodes 112 and 114, the reflection part 130, and the antireflection part 132 is not specifically limited.

以上の工程により、発光素子100を製造することができる。すなわち、低損失で効率良く、第4端面176から出射される光22を、第2端面172から出射される光20と、同一の方向または集束する方向に進行させることができる発光素子100を製造することができる。   Through the above steps, the light-emitting element 100 can be manufactured. In other words, the light emitting device 100 that can efficiently travel the light 22 emitted from the fourth end surface 176 in the same direction as the light 20 emitted from the second end surface 172 or in a converging direction with low loss and efficiency. can do.

1.3. 第1の実施形態の変形例に係る発光素子
次に、第1の実施形態の変形例に係る発光素子200,300,400,500について、図面を参照しながら説明する。以下、第1の実施形態の変形例に係る発光素子200,300,400,500において、第1の実施形態に係る発光素子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。
1.3. Next, light emitting elements 200, 300, 400, and 500 according to modifications of the first embodiment will be described with reference to the drawings. Hereinafter, in the light emitting elements 200, 300, 400, and 500 according to the modified example of the first embodiment, members having the same functions as the constituent members of the light emitting element 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Detailed description thereof will be omitted.

(1)第1変形例に係る発光素子
まず、第1の実施形態の第1変形例に係る発光素子200について、図面を参照しながら説明する。図7は、発光素子200を模式的に示す断面図であり、図3に対応している。
(1) Light Emitting Element According to First Modification First, a light emitting element 200 according to a first modification of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the light emitting element 200, and corresponds to FIG.

発光素子100の例では、図3に示すように、ガイド部117は、単層(例えば、SiN層)によって構成されていた。これに対し、発光素子200では、図7に示すように、ガイド部117は、積層体によって構成されている。より具体的には、発光素子200のガイド部117は、柱状部113の側面と接する第1ガイド層118と、第1ガイド層118と接する第2ガイド層119と、からなる。第1ガイド層118としては、例えば、SiN層を用いることができる。第2ガイド層119としては、例えば、ポリイミド層を用いることができる。   In the example of the light emitting element 100, as illustrated in FIG. 3, the guide portion 117 is configured by a single layer (for example, a SiN layer). On the other hand, in the light emitting element 200, as shown in FIG. 7, the guide part 117 is comprised by the laminated body. More specifically, the guide portion 117 of the light emitting element 200 includes a first guide layer 118 that contacts the side surface of the columnar portion 113 and a second guide layer 119 that contacts the first guide layer 118. As the first guide layer 118, for example, a SiN layer can be used. As the second guide layer 119, for example, a polyimide layer can be used.

発光素子200によれば、例えば、SiN単層からなるガイド部117を形成するのには、膜厚的に困難である(例えば、CVD法やスパッタ法により、SiN層を厚く成膜するのに時間がかかる)場合に、例えば、塗布法等によって、ポリイミド層からなる第2ガイド層119を形成することができる。そのため、発光素子200によれば、例えば発光素子100の例に比べて、簡易に(短時間で)形成されることができる。   According to the light emitting device 200, for example, it is difficult to form the guide portion 117 made of a SiN single layer in terms of film thickness (for example, to form a thick SiN layer by CVD or sputtering). When it takes time, the second guide layer 119 made of a polyimide layer can be formed by, for example, a coating method. Therefore, according to the light emitting element 200, compared with the example of the light emitting element 100, for example, it can be formed easily (in a short time).

(2)第2変形例に係る発光素子
次に、第1の実施形態の第2変形例に係る発光素子300について、図面を参照しながら説明する。図8は、発光素子300を模式的に示す断面図であり、図3に対応している。
(2) Light-Emitting Element According to Second Modification Next, a light-emitting element 300 according to a second modification of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the light emitting element 300, and corresponds to FIG.

ガイド部117は、図8に示すように、空気であってもよい。このような発光素子300によれば、発光素子100および発光素子200の例に比べて、容易にガイド部117を形成することができ、ガイド部117を形成しない場合と比較して低損失で、かつ第4端面176から出射される光22を、第2端面172から出射される光20と、同一の方向または集束する方向に出射させることができる。   The guide portion 117 may be air as shown in FIG. According to such a light emitting element 300, compared with the example of the light emitting element 100 and the light emitting element 200, the guide part 117 can be easily formed, and compared with the case where the guide part 117 is not formed, the loss is low. In addition, the light 22 emitted from the fourth end surface 176 can be emitted in the same direction as the light 20 emitted from the second end surface 172 or in a converging direction.

(3)第3変形例に係る発光素子
次に、第1の実施形態の第3変形例に係る発光素子400について、図面を参照しながら説明する。図9は、発光素子400を模式的に示す断面図であり、図2に対応している。
(3) Light-Emitting Element According to Third Modification Next, a light-emitting element 400 according to a third modification of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the light emitting element 400, and corresponds to FIG.

発光素子100の例では、図2に示すように、絶縁部116と、絶縁部116とが形成されていない領域、すなわち柱状部111を形成している領域に屈折率差を設けて、光を閉じ込める屈折率導波型について説明した。これに対し、発光装置400は、柱状部111を形成することによって屈折率差を設けず、第1利得領域160がそのまま導波領域となる、利得導波型であることができる。   In the example of the light emitting element 100, as shown in FIG. 2, a refractive index difference is provided in a region where the insulating portion 116 and the insulating portion 116 are not formed, that is, a region where the columnar portion 111 is formed, and light is transmitted. The confined refractive index waveguide type has been described. On the other hand, the light emitting device 400 can be of the gain waveguide type in which the first gain region 160 becomes the waveguide region as it is without providing a refractive index difference by forming the columnar portion 111.

発光素子400では、図9に示すように、コンタクト層110および第2クラッド層108は、柱状部を構成せず、その側方に絶縁部116は形成されない。絶縁部116は、第1利得領域160の上方以外のコンタクト層110上に形成されている。すなわち、絶縁部116は第1利得領域160の上方に開口部を有し、該開口部ではコンタクト層110の上面が露出している。第2電極114は、その露出しているコンタクト層110上および絶縁部116上に形成されている。第2電極114とコンタクト層110との接触面は、第1利得領域160と同じ平面形状を有している。図示の例では、第2電極114とコンタクト層110との接触面の平面形状によって、電極112,114間の電流経路が決定され、その結果、第1利得領域160の平面形状が決定されることができる。なお図示はしないが、第2電極114は、絶縁部116上には形成されず、第1利得領域160の上方のコンタクト層110上にのみ形成されていてもよい。   In the light emitting element 400, as shown in FIG. 9, the contact layer 110 and the second cladding layer 108 do not constitute a columnar portion, and the insulating portion 116 is not formed on the side thereof. The insulating part 116 is formed on the contact layer 110 other than above the first gain region 160. That is, the insulating part 116 has an opening above the first gain region 160, and the upper surface of the contact layer 110 is exposed in the opening. The second electrode 114 is formed on the exposed contact layer 110 and the insulating portion 116. The contact surface between the second electrode 114 and the contact layer 110 has the same planar shape as the first gain region 160. In the illustrated example, the current path between the electrodes 112 and 114 is determined by the planar shape of the contact surface between the second electrode 114 and the contact layer 110, and as a result, the planar shape of the first gain region 160 is determined. Can do. Although not shown, the second electrode 114 may not be formed on the insulating portion 116 but may be formed only on the contact layer 110 above the first gain region 160.

以上、第1利得領域160について説明したが、同じ内容の説明を、第2利得領域162の第1利得部163および第2利得部164に適用することができる。   The first gain region 160 has been described above, but the same description can be applied to the first gain unit 163 and the second gain unit 164 of the second gain region 162.

発光素子300によれば、発光素子100と同様に、低損失で効率良く、複数の出射光を、同一の方向または集束する方向に進行させることができる。   According to the light emitting element 300, similarly to the light emitting element 100, a plurality of outgoing lights can be made to travel in the same direction or in a converging direction with low loss and efficiency.

(4)第4変形例に係る発光素子
次に、第1の実施形態の第4変形例に係る発光素子500について、図面を参照しながら説明する。図10は、発光素子500を模式的に示す平面図であり、図1に対応している。なお、図10では、便宜上、第2電極114の図示を省略している。
(4) Light-Emitting Element According to Fourth Modification Next, a light-emitting element 500 according to a fourth modification of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a plan view schematically showing the light emitting element 500, and corresponds to FIG. In FIG. 10, the second electrode 114 is not shown for convenience.

発光装置200の第2利得領域162は、図10に示すように、複数の曲がり利得部166を有することができる。図示の例では、2つの曲がり利得部166が設けられているが、その数は特に限定されない。第2利得領域162は、2つの曲がり利得部166の間に位置する第3利得部567を有することができる。第3利得部567は、一方の曲がり利得部166(166a)から、他方の曲がり利得部166(166b)まで、直線状に設けられている。図示の例では、第3利得部567は、第1側面105の垂線Pと平行となる方向に向かって設けられている。一方の曲がり利得部166aは、第1利得部163および第3利得部567と接続している。他方の曲がり利得部166bは、第2利得部164および第3利得部567と接続している。   As shown in FIG. 10, the second gain region 162 of the light emitting device 200 may have a plurality of bending gain units 166. In the example shown in the figure, two bending gain sections 166 are provided, but the number is not particularly limited. The second gain region 162 may include a third gain unit 567 positioned between the two bent gain units 166. The third gain section 567 is linearly provided from one bending gain section 166 (166a) to the other bending gain section 166 (166b). In the illustrated example, the third gain unit 567 is provided in a direction parallel to the perpendicular P of the first side surface 105. One bending gain unit 166 a is connected to the first gain unit 163 and the third gain unit 567. The other bending gain unit 166 b is connected to the second gain unit 164 and the third gain unit 567.

発光素子400によれば、発光素子100と同様に、低損失で効率良く、複数の出射光を、同一の方向または集束する方向に進行させることができる。   According to the light emitting element 400, similarly to the light emitting element 100, a plurality of outgoing lights can be advanced in the same direction or in a converging direction with low loss and efficiency.

1.4. 第1の実施形態に係る発光素子の実験例
次に、第1の実施形態に係る発光素子の実験例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、第1の実施形態に係る発光素子100の第2利得領域162をモデル化したモデルMにおけるシミュレーションについて、説明する。
1.4. Experimental Example of Light-Emitting Element According to First Embodiment Next, an experimental example of the light-emitting element according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. Specifically, the simulation in the model M that models the second gain region 162 of the light emitting device 100 according to the first embodiment will be described.

(1)モデルMの構成
まず、モデルMの構成について説明する。図11は、第1の実施形態に係る発光素子100のモデルMを模式的に示す平面図である。シミュレーションでは、図11に示すように、第1利得部163内に、曲がり利得部166に入射する強度I12の光12を発生させ、そして曲がり利得部166から出射した第2利得部164内の光14の強度I14をモニターした。モデルMでは、計算の便宜上、光は、第2利得領域162内で利得を受けないものとした。したがって、モデルMでは、光14の強度I14をモニターすることにより、光12の強度I12に対する損失(光が曲がり利得部166を進行することによる損失)を算出することができる。
(1) Configuration of Model M First, the configuration of the model M will be described. FIG. 11 is a plan view schematically showing a model M of the light emitting device 100 according to the first embodiment. In the simulation, as shown in FIG. 11, the light 12 having the intensity I 12 incident on the bending gain unit 166 is generated in the first gain unit 163, and the light in the second gain unit 164 emitted from the bending gain unit 166 is generated. The intensity I 14 of the light 14 was monitored. In the model M, for convenience of calculation, it is assumed that light does not receive gain in the second gain region 162. Therefore, in the model M, by monitoring the intensity I 14 of the light 14, it is possible to calculate the loss of the light 12 with respect to the intensity I 12 (loss due to the light bending and traveling through the gain unit 166).

シミュレーションは、2次元FDTD(Finite Difference Time Domain )法によって行った。モデルMでは、第2利得領域162の垂直断面の有効屈折率を3.3463とし、第2利得領域162の第1利得部163および第2利得部164を挟む領域(例えば、絶縁部116)の垂直断面の有効屈折率を3.3440とした。モデルMでは、第2利得領域162(曲がり利得部166)の幅Wを、5μmとした場合と、10μmとした場合と、についてシミュレーションを行った。   The simulation was performed by a two-dimensional FDTD (Finite Difference Time Domain) method. In the model M, the effective refractive index in the vertical section of the second gain region 162 is 3.3463, and the region (for example, the insulating portion 116) between the first gain portion 163 and the second gain portion 164 of the second gain region 162 is sandwiched. The effective refractive index of the vertical cross section was 3.3440. In the model M, simulation was performed for the case where the width W of the second gain region 162 (bending gain portion 166) was 5 μm and 10 μm.

このようなモデルMにおいて、2種類のシミュレーション(第1シミュレーションおよび第2シミュレーション)を行った。   In such a model M, two types of simulations (first simulation and second simulation) were performed.

(2)第1シミュレーション
まず、第1シミュレーションの結果について説明する。図12は、第1シミュレーションの結果を示すグラフである。第1シミュレーションでは、比屈折率差Δ(曲がり利得部166のガイド部117に対する比屈折率差)を第2利得領域162(曲がり利得部166)の幅Wで割った値(Δ/W[%/μm])と、強度比I(光12の強度I12に対する光14の強度I14の比、I=I14/I12×100[%])と、の関係を計算した。なお、第1シミュレーションでは、曲がり利得部166の曲率半径Rを、1600μmとした。
(2) First Simulation First, the result of the first simulation will be described. FIG. 12 is a graph showing the results of the first simulation. In the first simulation, a value (Δ / W [%] obtained by dividing the relative refractive index difference Δ (the relative refractive index difference of the bending gain portion 166 with respect to the guide portion 117) by the width W of the second gain region 162 (the bending gain portion 166). / Μm]) and the intensity ratio I R (ratio of the intensity I 14 of the light 14 to the intensity I 12 of the light 12 , I R = I 14 / I 12 × 100 [%]). In the first simulation, the curvature radius R of the bending gain unit 166 is 1600 μm.

図12に示すように、強度比Iは、Δ/Wが0.05[%/μm]以上で、80%以上を示した。すなわち、Δ/Wが0.05[%/μm]以上で、曲がり利得部166における光の損失を小さくすることができたといえる。なお、W=10μmの方がW=5μmより強度比Iが大きいように、一般的に、Wの値が大きいほど、強度比Iの値は大きくなる。なぜなら、第2利得領域162はガイド部117よりも有効屈折率が高く、第2利得領域162を伝播する光はガイド部117との間で全反射を繰り返しながら伝播しており、Wの値が大きいほど利得領域を横断する方向(水平面内で、伝播方向に垂直な方向)の波数が小さい成分が多くなるため(同一のモードであれば、Wにほぼ反比例)、より全反射しやすく、界面の曲がりの影響も受けにくくなるためである。 As shown in FIG. 12, the intensity ratio I R is, delta / W is at 0.05 [% / μm] or higher showed 80% or more. That is, it can be said that Δ / W is 0.05 [% / μm] or more, and the light loss in the bending gain section 166 can be reduced. As in W = who 10μm is W = 5 [mu] m than the intensity ratio I R is large, generally, as the value of W is large, the value of the intensity ratio I R increases. This is because the second gain region 162 has a higher effective refractive index than the guide portion 117, and the light propagating through the second gain region 162 propagates while repeating total reflection with the guide portion 117, and the value of W is The larger the component, the smaller the wave number in the direction crossing the gain region (in the horizontal plane, the direction perpendicular to the propagation direction) (they are almost inversely proportional to W in the same mode). It is because it becomes difficult to be influenced by the bending of the.

したがって、W=5μm以上、かつ、Δ/Wが0.05[%/μm]以上で、強度比Iは80%以上を達成することができ、曲がり利得部166における光の損失を小さくすることができる。 Therefore, W = 5 [mu] m or more and, in delta / W is 0.05 [% / μm] or more, the intensity ratio I R can achieve 80% or more, to reduce the light loss at the curved gain section 166 be able to.

(3)第2シミュレーション
次に、第2シミュレーションの結果について説明する。図13は、第2シミュレーションの結果を示すグラフである。第2シミュレーションでは、曲がり利得部166の曲率半径Rと、強度比Iと、の関係を計算した。図13では、ガイド部117がSiN層からなる場合(例えば、発光素子100(図3参照))と、ガイド部117が空気からなる場合(例えば、発光素子300(図8参照))と、ガイド部117を設けない場合(例えば、図1のIII−III線断面図が図2である場合、すなわち、曲がり利得部166が絶縁層に挟まれていない場合)と、の3つの構成ついて計算を行った。図13において、これら3つの構成を、それぞれ、「ガイド部SiN」、「ガイド部Air」、「ガイド部なし」と表記している。
(3) Second Simulation Next, the result of the second simulation will be described. FIG. 13 is a graph showing the results of the second simulation. In the second simulation, the radius of curvature R of the curved gain section 166, and the intensity ratio I R, a relationship was calculated. In FIG. 13, when the guide part 117 is made of an SiN layer (for example, the light emitting element 100 (see FIG. 3)), when the guide part 117 is made of air (for example, the light emitting element 300 (see FIG. 8)), the guide When the portion 117 is not provided (for example, when the cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 1 is FIG. 2, that is, when the bending gain portion 166 is not sandwiched between insulating layers) went. In FIG. 13, these three configurations are denoted as “guide portion SiN”, “guide portion Air”, and “no guide portion”, respectively.

図13に示すように、強度比Iは、「ガイド部SiN」、「ガイド部Air」で、曲率半径Rが1600μm以上の場合に、80%以上を示した。「ガイド部なし」の場合は、曲率半径Rが1600μm以上の場合でも、5%以下であった。これは、「ガイド部なし」の場合は、曲がり利得部166の屈折率と、曲がり利得部166を構成しない部分の活性層106の屈折率と、の差が小さいため、曲がり利得部166を進行する光の損失が大きくなるためである。また、「ガイド部Air」は、「ガイド部SiN」に比べて、曲がり利得部166とガイド部117との屈折率差は大きくなるが(空気の屈折率は1.0、SiNの屈折率は2.1)、その分、例えば第1利得部163から曲がり利得部166へ入射する際に、反射する光も大きくなる場合がある。光は、先述のように利得領域162とガイド部117との間で、全反射を繰り返しながら進行しており、エバネッセント成分がガイド部117への染み出した状態で伝播している。そのため、エバネッセント成分が、絶縁部116とガイド部117との屈折率差によって反射し、損失となる場合があるからである。そのため、「ガイド部Air」よりも「ガイド部SiN」の方が光損失を抑制できる場合がある(例えば、図13に示すW=10μmの場合)。 As shown in FIG. 13, the intensity ratio I R is a "guide portion SiN", "guide unit Air", the radius of curvature R is in the case of more than 1600 .mu.m, it showed more than 80%. In the case of “no guide portion”, the curvature radius R was 5% or less even when the curvature radius R was 1600 μm or more. In the case of “without guide portion”, the difference between the refractive index of the bending gain portion 166 and the refractive index of the active layer 106 that does not constitute the bending gain portion 166 is small, so that the bending gain portion 166 travels. This is because the loss of light increases. In addition, the “guide part Air” has a larger refractive index difference between the bending gain part 166 and the guide part 117 than the “guide part SiN” (the refractive index of air is 1.0 and the refractive index of SiN is 2.1) For example, when the light is incident from the first gain unit 163 to the curved gain unit 166, the reflected light may increase. As described above, the light travels between the gain region 162 and the guide portion 117 while repeating total reflection, and propagates in a state where the evanescent component oozes out to the guide portion 117. Therefore, the evanescent component may be reflected due to the difference in refractive index between the insulating portion 116 and the guide portion 117, resulting in a loss. Therefore, the “guide portion SiN” may be able to suppress light loss more than the “guide portion Air” (for example, when W = 10 μm shown in FIG. 13).

なお、図13に表記した「ガイド部SiN、W=5μm」のΔ/Wの値は、6.062[%/μm]であり、「ガイド部SiN、W=10μm」のΔ/Wは、3.031[%/μm]であり、「ガイド部Air、W=5μm」のΔ/Wは、9.107[%/μm]であり、「ガイド部Air、W=10μm」のΔ/Wは、4.553[%/μm]である。   The value of Δ / W of “guide part SiN, W = 5 μm” shown in FIG. 13 is 6.062 [% / μm], and Δ / W of “guide part SiN, W = 10 μm” is 3.031 [% / μm], Δ / W of “guide portion Air, W = 5 μm” is 9.107 [% / μm], and Δ / W of “guide portion Air, W = 10 μm”. Is 4.553 [% / μm].

以上のとおり、活性層106(曲がり利得部166)のガイド部117に対する比屈折率差Δは、0.05[%/μm]≦(Δ/W)、Wが5μm以上、Rが1600μm以上で、強度比Iは80%以上となり、曲がり利得部166における光の損失が小さく、効率良く光を出射できることがわかった。 As described above, the relative refractive index difference Δ of the active layer 106 (bending gain portion 166) with respect to the guide portion 117 is 0.05 [% / μm] ≦ (Δ / W), W is 5 μm or more, and R is 1600 μm or more. , the intensity ratio I R becomes 80% or more, small loss of light in the gain section 166 bends, it was found that light efficiently can be emitted.

なお、発光素子100(モデルM)では、活性層106の積層方向から平面視して、曲がり利得部166をガイド部117で挟む構成である。これに対し、曲がり利得部166のみならず、利得領域160,162の全体をガイド部117で挟む構成であると、出射光の放射パターンや放射角が悪化してしまう。先述のとおり、利得領域を伝播する光は、ガイド部との間で全反射を繰り返しながら伝播しており、曲がり利得部166では、曲がりがあっても全反射しやすいように、その他の利得領域を挟む絶縁部116よりも、ガイド部117の有効屈折率を小さくしている。すなわち、ガイド部117の有効屈折率であれば、利得領域を横断する方向(水平面内で、伝播方向に垂直な方向)の波数がより大きな値であっても、すなわち高次モードであっても、伝播することが可能となっている。言い換えれば、利得領域160,162の全体をガイド部117で挟む構成であると、より高次のモードが伝播する。そのため、放射パターンが著しく悪化し、放射角も大きくなってしまう。   Note that the light emitting element 100 (model M) has a configuration in which the bending gain portion 166 is sandwiched between the guide portions 117 in plan view from the stacking direction of the active layer 106. On the other hand, when the entire gain regions 160 and 162 are sandwiched between the guide portions 117 as well as the bending gain portion 166, the radiation pattern and radiation angle of the emitted light are deteriorated. As described above, the light propagating through the gain region propagates while repeating total reflection with the guide unit, and the bending gain unit 166 has other gain regions so that it is easy to be totally reflected even if it is bent. The effective refractive index of the guide portion 117 is made smaller than that of the insulating portion 116 sandwiching the gap. That is, if the effective refractive index of the guide portion 117 is used, even if the wave number in the direction crossing the gain region (in the horizontal plane and in the direction perpendicular to the propagation direction) has a larger value, that is, in the higher order mode. It is possible to propagate. In other words, higher-order modes propagate when the entire gain regions 160 and 162 are sandwiched between the guide portions 117. Therefore, the radiation pattern is significantly deteriorated and the radiation angle is increased.

2. 第2の実施形態
次に、第2の実施形態に係るプロジェクター700について、図面を参照しながら説明する。図14は、プロジェクター700を模式的に示す図である。なお、図14では、便宜上、プロジェクター700を構成する筐体は省略している。
2. Second Embodiment Next, a projector 700 according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a diagram schematically showing the projector 700. In FIG. 14, for convenience, the casing that configures the projector 700 is omitted.

プロジェクター700において、図14に示すように、赤色光、緑色光、青色光を出射する赤色光源(発光装置)600R,緑色光源(発光装置)600G、青色光源(発光装置)600Bは、本発明に係る発光素子(例えば発光素子100)を有する発光装置600である。   In the projector 700, as shown in FIG. 14, a red light source (light emitting device) 600R, a green light source (light emitting device) 600G, and a blue light source (light emitting device) 600B that emit red light, green light, and blue light are included in the present invention. The light emitting device 600 includes the light emitting element (for example, the light emitting element 100).

ここで、図15は、発光装置600を模式的に示す断面図である。発光装置600は、図15に示すように、例えば発光素子100と、ベース610と、サブマウント620と、を有することができる。ベース610は、例えば、サブマウント620を介して、間接的に発光素子100を支持することができる。ベース610としては、例えば、板状(直方体形状)の部材を用いることができる。ベース610の材質としては、例えば、セラミックス、銅、アルミニウムなどを列挙することができる。ベース610は、例えば、ヒートシンクとして機能してもよい。ベース610は、例えば、ペルチェ素子であってもよい。サブマウント620は、ベース610上に設けられ、発光素子100を支持している。サブマウント620は、例えば、銅、アルミニウムなどの導電性材料からなることができる。これにより、発光素子100の電極112,114に電圧を供給することができる。発光素子100は、サブマウント620に挟まれて、ベース610上に支持されている。図示の例では、発光素子100は、発光素子100の厚み方向(活性層106の厚み方向)に、2つ配列されているが、その配列方向や数は特に限定されない。複数の発光素子100は、例えば、同じ方向に光20,22を出射することができる。   Here, FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the light emitting device 600. As shown in FIG. 15, the light emitting device 600 can include, for example, a light emitting element 100, a base 610, and a submount 620. For example, the base 610 can indirectly support the light emitting element 100 via the submount 620. As the base 610, for example, a plate-shaped (cuboid shape) member can be used. Examples of the material of the base 610 include ceramics, copper, and aluminum. The base 610 may function as a heat sink, for example. The base 610 may be a Peltier element, for example. The submount 620 is provided on the base 610 and supports the light emitting element 100. The submount 620 can be made of a conductive material such as copper or aluminum, for example. Thereby, a voltage can be supplied to the electrodes 112 and 114 of the light emitting element 100. The light emitting element 100 is supported on the base 610 between the submounts 620. In the illustrated example, two light emitting elements 100 are arranged in the thickness direction of the light emitting element 100 (thickness direction of the active layer 106), but the arrangement direction and the number thereof are not particularly limited. The plurality of light emitting elements 100 can emit light 20 and 22 in the same direction, for example.

プロジェクター700は、図14に示すように、光源600R,600G,600Bから出射された光をそれぞれ画像情報に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブ(光変調装置)704R,704G,704Bと、液晶ライトバルブ704R,704G,704Bによって形成された像を拡大してスクリーン(表示面)710に投射する投射レンズ(投射装置)708と、を備えている。また、プロジェクター700は、液晶ライトバルブ704R,704G,704Bから出射された光を合成して投写レンズ708に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)706を備えていることができる。   As shown in FIG. 14, the projector 700 includes transmissive liquid crystal light valves (light modulation devices) 704R, 704G, and 704B that modulate light emitted from the light sources 600R, 600G, and 600B in accordance with image information, and liquid crystal. A projection lens (projection device) 708 that magnifies and projects an image formed by the light valves 704R, 704G, and 704B onto a screen (display surface) 710; In addition, the projector 700 can include a cross dichroic prism (color light combining means) 706 that combines the light emitted from the liquid crystal light valves 704R, 704G, and 704B and guides the light to the projection lens 708.

さらに、プロジェクター700は、光源600R,600G,600Bから出射された光の照度分布を均一化させるため、各光源600R,600G,600Bよりも光路下流側に、均一化光学系702R,702G,702Bを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ704R,704G,704Bを照明している。均一化光学系702R,702G、702Bは、例えば、ホログラム702aおよびフィールドレンズ702bによって構成される。   Further, in order to make the illuminance distribution of the light emitted from the light sources 600R, 600G, and 600B uniform, the projector 700 includes the uniformizing optical systems 702R, 702G, and 702B on the downstream side of the light paths from the light sources 600R, 600G, and 600B. The liquid crystal light valves 704R, 704G, and 704B are illuminated with light that has been provided with a uniform illuminance distribution. The uniformizing optical systems 702R, 702G, and 702B are configured by, for example, a hologram 702a and a field lens 702b.

各液晶ライトバルブ704R,704G,704Bによって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム706に入射する。このプリズムは4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ706によりスクリーン710上に投写され、拡大された画像が表示される。   The three color lights modulated by the liquid crystal light valves 704R, 704G, and 704B are incident on the cross dichroic prism 706. This prism is formed by bonding four right-angle prisms, and a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are arranged in a cross shape on the inner surface thereof. These dielectric multilayer films combine the three color lights to form light representing a color image. The synthesized light is projected onto the screen 710 by the projection lens 706 that is a projection optical system, and an enlarged image is displayed.

プロジェクター700によれば、光20,22を、低損失で、同一の方向または集束する方向に進行させることができる発光素子100を有することができ、高出力かつエテンデュの小さな光源を実現することができる。そのため、プロジェクター700では、小型化かつ高輝度化を図ることができる。   According to the projector 700, it is possible to have the light emitting element 100 capable of traveling the light 20, 22 in the same direction or the focusing direction with low loss, and to realize a light source with high output and low etendue. it can. Therefore, the projector 700 can be reduced in size and increased in luminance.

なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device)が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。   In the above example, a transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulation device. However, a light valve other than liquid crystal may be used, or a reflective light valve may be used. Examples of such a light valve include a reflective liquid crystal light valve and a digital micromirror device. Further, the configuration of the projection optical system is appropriately changed depending on the type of light valve used.

また、発光装置600を、発光装置600からの光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置である走査手段を有するような走査型の画像表示装置(プロジェクター)の光源装置にも適用することが可能である。   Further, the light emitting device 600 scans the light from the light emitting device 600 on the screen so that the light emitting device 600 has a scanning unit that is an image forming device that displays an image of a desired size on the display surface. The present invention can also be applied to a light source device of a device (projector).

10 光、12 光、14 光、20 光、22 光、100 発光素子、
102 基板、104 第1クラッド層、105 第1面、106 活性層、
107 第2面、108 第2クラッド層、110 コンタクト層、111 柱状部、
112 第1電極、113 柱状部、114 第2電極、116 絶縁部、
117 ガイド部、118 第1ガイド層、119 第2ガイド層、
120 積層構造体、130 反射部、132 反射防止部、160 第1利得領域、
162 第2利得領域、163 第1利得部、164 第2利得部、
166 曲がり利得部、168 利得領域の対、170 第1端面、172 第2端面、
174 第3端面、176 第4端面、178 重なり面、200 発光素子、
300 発光素子、400 発光素子、500 発光素子、567 第3利得部、
600 発光装置、610 ベース、620 サブマウント、700 プロジェクター、
702 均一化光学系、702a ホログラム、702b フィールドレンズ、
704 液晶ライトバルブ、706 クロスダイクロイックプリズム、
708 投写レンズ、710 スクリーン
10 light, 12 light, 14 light, 20 light, 22 light, 100 light emitting element,
102 substrate, 104 first cladding layer, 105 first surface, 106 active layer,
107 second surface, 108 second cladding layer, 110 contact layer, 111 columnar portion,
112 first electrode, 113 columnar part, 114 second electrode, 116 insulating part,
117 guide portion, 118 first guide layer, 119 second guide layer,
120 laminated structure, 130 reflection portion, 132 antireflection portion, 160 first gain region,
162 second gain region, 163 first gain unit, 164 second gain unit,
166 bending gain section, 168 gain region pair, 170 first end face, 172 second end face,
174 3rd end surface, 176 4th end surface, 178 overlapping surface, 200 light emitting element,
300 light emitting elements, 400 light emitting elements, 500 light emitting elements, 567 third gain section,
600 light emitting device, 610 base, 620 submount, 700 projector,
702 homogenizing optical system, 702a hologram, 702b field lens,
704 Liquid crystal light valve, 706 Cross dichroic prism,
708 projection lens, 710 screen

Claims (8)

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た活性層と、を有する積層構造体を含み、
前記活性層のうちの少なくとも一部は、前記活性層の電流経路となる第1利得領域および第2利得領域を構成し、
前記積層構造体において、前記活性層の露出する面のうちの第1面および第2面は、互いに対向する位置関係であり、
前記第1利得領域および前記第2利得領域に生じる光の波長帯において、前記第1面の反射率は、前記第2面の反射率よりも高く、
前記第1利得領域および前記第2利得領域は、前記第1面から前記第2面まで、設けられ、
前記第1利得領域の前記第1面側の端面と、前記第2利得領域の前記第1面側の端面とは、前記第1面において重なっており、
前記第1利得領域は、前記活性層の積層方向から平面視して、直線状に、前記第1面の垂線に対して時計回り方向に傾いて設けられ、
前記第2利得領域は、前記活性層の積層方向から平面視して、
前記第1面から、直線状に、前記第1面の垂線に対して反時計回り方向に傾いて設けられた第1利得部と、
前記第1利得部と接続し、幅W、曲率半径Rの曲がり利得部と、
を有し、
前記曲がり利得部は、前記活性層の積層方向から平面視して、前記活性層より屈折率の小さいガイド部によって挟まれており、
前記活性層の前記ガイド部に対する比屈折率差Δは、下記式(1)を満たし、
前記第1利得領域の前記第2面側の端面から出射される光と、前記第2利得領域の前記第2面側の端面から出射される光とは、同一の方向または集束する方向に進む、発光素子。
0.05[%/μm]≦(Δ/W) ・・・・・・ (1)
ただし、Wは5μm以上であり、Rは1600μm以上であり、Δは下記式(2)で表される。
Δ=(ncore −nclad )/ncore ・・・・・・ (2)
ただし、ncoreは、前記曲がり利得部を含む前記積層構造体の垂直断面の有効屈折率であり、ncladは、前記ガイド部を含む前記積層構造体の垂直断面の有効屈折率である。
A laminated structure having a first cladding layer, a second cladding layer, and an active layer sandwiched between the first cladding layer and the second cladding layer;
At least a part of the active layer constitutes a first gain region and a second gain region serving as a current path of the active layer,
In the laminated structure, the first surface and the second surface of the exposed surfaces of the active layer are in a positional relationship facing each other.
In the wavelength band of light generated in the first gain region and the second gain region, the reflectance of the first surface is higher than the reflectance of the second surface,
The first gain region and the second gain region are provided from the first surface to the second surface,
The end surface on the first surface side of the first gain region and the end surface on the first surface side of the second gain region overlap on the first surface,
The first gain region is provided in a straight line, as viewed in plan from the stacking direction of the active layer, and inclined in a clockwise direction with respect to the normal of the first surface;
The second gain region is a plan view from the stacking direction of the active layer,
A first gain section provided linearly from the first surface and inclined in a counterclockwise direction with respect to a perpendicular to the first surface;
A bending gain portion having a width W and a radius of curvature R connected to the first gain portion;
Have
The bending gain portion is sandwiched between guide portions having a refractive index smaller than that of the active layer in plan view from the stacking direction of the active layer,
The relative refractive index difference Δ with respect to the guide portion of the active layer satisfies the following formula (1):
The light emitted from the end surface on the second surface side of the first gain region and the light emitted from the end surface on the second surface side of the second gain region travel in the same direction or in a converging direction. , Light emitting element.
0.05 [% / μm] ≦ (Δ / W) (1)
However, W is 5 μm or more, R is 1600 μm or more, and Δ is represented by the following formula (2).
Δ = (n core 2 −n clad 2 ) / n core 2 (2)
Here, n core is an effective refractive index of the vertical section of the multilayer structure including the bending gain portion, and n clad is an effective refractive index of the vertical section of the multilayer structure including the guide portion.
請求項1において、
前記ガイド部は、SiN層である、発光素子。
In claim 1,
The light emitting element whose said guide part is a SiN layer.
請求項1において、
前記ガイド部は、SiN層とポリイミド層との積層体であり、
前記曲がり利得部は、前記SiN層と接している、発光素子。
In claim 1,
The guide part is a laminate of a SiN layer and a polyimide layer,
The light emitting device, wherein the bending gain portion is in contact with the SiN layer.
請求項1において、
前記ガイド部は、空気である、発光素子。
In claim 1,
The light emitting element in which the guide part is air.
請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記第2利得領域は、前記活性層の積層方向から平面視して、
前記曲がり利得部から前記第2面まで、直線状に、前記第1面の垂線に対して時計回り方向に傾いて設けられた第2利得部を、さらに有する、発光素子。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The second gain region is a plan view from the stacking direction of the active layer,
A light emitting device further comprising: a second gain portion that is provided in a straight line from the bending gain portion to the second surface and inclined in a clockwise direction with respect to a normal to the first surface.
請求項1ないし5のいずれか1項において、
前記第2利得領域は、複数の曲がり利得部を有する、発光素子。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The second gain region has a plurality of bending gain portions.
請求項1ないし6のいずれか1項において、
前記曲がり利得部は、前記活性層の積層方向から平面視して、円弧状である、発光素子。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The light-emitting element, wherein the bending gain portion has an arc shape in plan view from the stacking direction of the active layer.
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の発光素子を有する発光装置と、
前記発光装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む、プロジェクター。
A light emitting device comprising the light emitting element according to any one of claims 1 to 7,
A light modulation device that modulates light emitted from the light emitting device according to image information;
A projection device for projecting an image formed by the light modulation device;
Including projector.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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