JP5387833B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関する。

近年、プロジェクタやディスプレイなどの表示装置の光源用の発光装置として、高輝度で色再現性に優れたレーザ装置が期待されている。しかしながら、スクリーン面での乱反射光が相互に干渉して発生するスペックルノイズが問題となることがある。この問題に対しては、例えば下記特許文献１では、スクリーンを揺動させてスペックルパターンを変化させることでスペックルノイズを低減させる方法が提案されている。

特開平１１−６４７８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、スクリーンが限定されてしまう、スクリーンを動かすためのモーター等の部材が必要になってしまう、モーター等から雑音が発生してしまう、などの新たな問題が発生する場合がある。

また、スペックルノイズを低減させるために、光源用の発光装置として、一般的なＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることも考えられる。しかしながら、ＬＥＤでは、十分な光出力を得られないことがある。

本発明の目的の１つは、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光素子を有す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、
実装モジュールと、
前記実装モジュールの上方に実装された発光素子と、
を含み、
前記発光素子は、
クラッド層と、
前記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他のクラッド層と、
を有し、
前記活性層のうちの少なくとも一部は、利得領域を構成し、
前記利得領域は、平面的に見て、前記活性層の第１側面から第２側面まで、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって設けられ、
前記実装モジュールは、
前記利得領域の前記第１側面側の第１端面から出射される第１出射光を、前記発光素子の上側に向けて反射させる第１反射面と、
前記利得領域の前記第２側面側の第２端面から出射される第２出射光を、前記発光素子の上側に向けて反射させる第２反射面と、
を有する。

本発明に係る発光装置の有する発光素子では、後述するように、前記利得領域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。従って、スペックルノイズを低減させることができる。さらに、本発明に係る発光装置では、前記利得領域に生じる光は、該利得領域内において利得を受けながら進行して、外部に出射されることができる。従って、従来の一般的なＬＥＤよりも高い出力を得ることができる。以上のように、本発明によれば、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光素子を有する発光装置を提供することができる。

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

本発明に係る発光装置において、
前記第１反射面による第１反射光の進む向きと、前記第２反射面による第２反射光の進む向きとは、同じであることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１反射光の進む向き、および、前記第２反射光の進む向きは、前記活性層の上面に対して垂直上向きであることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１出射光の進む向きは、平面的に見て、前記活性層の上面に平行な面と前記第１反射面との交線に対して直角を成し、
前記第２出射光の進む向きは、平面的に見て、前記活性層の上面に平行な面と前記第２反射面との交線に対して直角を成すことができる。

本発明に係る発光装置において、
前記利得領域では、前記第１側面側から平面的に見て、前記第１端面と前記第２端面とは重なっていないことができる。

本発明に係る発光装置において、
前記クラッド層に電気的に接続された電極と、
前記他のクラッド層に電気的に接続された他の電極と、
を有することができる。

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

本発明に係る発光装置において、
前記利得領域は、複数設けられ、
複数の前記利得領域の前記第１端面に対する前記第１反射面の各々は、全体として１つの平面を構成し、
前記複数の利得領域の前記第２端面に対する前記第２反射面の各々は、全体として１つの平面を構成することができる。

本発明に係る発光装置において、
前記利得領域は、複数設けられ、
複数の前記利得領域の前記第１端面に対する前記第１反射面の各々は、前記第１出射光の前記第１端面から前記第１反射面までの光路長が同じになる位置に設けられ、
前記複数の利得領域の前記第２端面に対する前記第２反射面の各々は、前記第２出射光の前記第２端面から前記第２反射面までの光路長が同じになる位置に設けられていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１反射面および前記第２反射面の各々の反射率は、５０％より高く、１００％以下であることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記実装モジュールは、前記発光素子を支持する支持部材を有し、
前記支持部材の熱伝導率は、前記発光素子の熱伝導率よりも高いことができる。

本発明に係る発光装置において、
前記活性層は、前記発光素子のうちの前記実装モジュール側に設けられていることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記発光素子を封止する封止部材を含み、
前記第１反射光および前記第２反射光は、前記封止部材を透過することができる。

第１実施形態の発光装置を概略的に示す平面図。 第１実施形態の発光装置を概略的に示す断面図。 第１実施形態の発光装置を概略的に示す断面図。 第１実施形態の活性層を第１側面側から平面的に見た図。 第１実施形態の発光装置の製造工程を概略的に示す断面図。 第１実施形態の発光装置の製造工程を概略的に示す断面図。 第１実施形態の発光装置の製造工程を概略的に示す断面図。 第１実施形態の発光装置の製造工程を概略的に示す断面図。 第１実施形態の発光装置の第１変形例を概略的に示す平面図。 第１実施形態の発光装置の第２変形例を概略的に示す平面図。 第１実施形態の発光装置の第２変形例を概略的に示す平面図。 第１実施形態の発光装置の第２変形例を概略的に示す断面図。 第１実施形態の発光装置の第３変形例を概略的に示す断面図。 第１実施形態の発光装置の第４変形例を概略的に示す断面図。 第１実施形態の発光装置の第４変形例を概略的に示す断面図。 第２実施形態の発光装置を概略的に示す断面図。 第２実施形態の発光装置の製造工程を概略的に示す断面図。 第２実施形態の発光装置の製造工程を概略的に示す断面図。 第２実施形態の発光装置の第１変形例の製造工程を概略的に示す断面図。 第２実施形態の発光装置の第２変形例を概略的に示す断面図。

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． まず、第１の実施形態に係る発光装置１０００について説明する。

図１は、発光装置１０００を概略的に示す平面図であり、図２は、図１のII−II線断面図であり、図３は、図１のIII−III線断面図である。なお、図１及び図３では、封止部材１４８については、便宜上、その図示を省略している。また、図２では、便宜上、発光素子１００を簡略化して示してある。

発光装置１０００は、図１〜図３に示すように、実装モジュール１６０と、発光素子１００と、を含む。発光装置１０００は、さらに、例えば、絶縁部材１４６と、端子１４４と、第１接続部材１４２と、第２接続部材１４３と、封止部材１４８と、を含むことができる。なお、ここでは、発光素子１００がＩｎＧａＡｌＰ系（赤色）の半導体発光素子である場合について説明する。

発光素子１００は、実装モジュール１６０の上に実装されている。発光素子１００は、図１〜図３に示すように、クラッド層（以下「第１クラッド層」という）１１０と、その上に形成された活性層１０８と、その上に形成されたクラッド層（以下「第２クラッド層」という）１０６と、を有する。発光素子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、電極（以下「第１電極」という）１２２と、電極（以下「第２電極」という）１２０と、を有することができる。

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。

バッファ層１０４は、例えば図３に示すように、基板１０２下に形成されていることができる。バッファ層１０４は、例えば、後述するエピタキシャル成長工程において（図５参照）、バッファ層１０４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。バッファ層１０４としては、例えば、基板１０２よりも結晶性の良好な（例えば欠陥密度の低い）第１導電型（ｎ型）のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層などを用いることができる。

第２クラッド層１０６は、バッファ層１０４下に形成されている。第２クラッド層１０６は、例えば、第１導電型の半導体からなる。第２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２クラッド層１０６下に形成されている。活性層１０８は、例えば、発光素子１００のうちの実装モジュール１６０側に設けられている。即ち、活性層１０８は、例えば、発光素子１００のうち、厚さ方向の中間よりも下側（基板１０２側とは反対側）に設けられている。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の一部は、利得領域１８０を構成している。利得領域１８０には、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。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に示すように、第１側面１０７及び第２側面１０９を有する。第１側面１０７と第２側面１０９とは、例えば対向しており、例えば平行である。

利得領域１８０は、平面的に見て（図１参照）、第１側面１０７から第２側面１０９まで、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。なお、利得領域１８０が、ある方向に向かって設けられている場合とは、当該方向が、平面的に見て、利得領域１８０の第１側面１０７側の第１端面１７０の中心と、第２側面１０９側の第２端面１７２の中心とを結ぶ方向に一致する場合をいう。

図４は、図１〜図３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。本実施形態に係る利得領域１８０では、図４に示すように、第１側面１０７側の第１端面１７０と、第２側面１０９側の第２端面１７２とは、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。従って、発光素子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４に示すように、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ｘが正の値であれば良い。

また、図示の例では、図１に示すように、利得領域１８０の第１端面１７０の幅ａは、第２端面１７２の幅ｂと同じであるが、異なっていても良い。利得領域１８０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クラッド層１１０は、活性層１０８下に形成されている。第１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１クラッド層１１０としては、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１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、及びｎ型の第２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１１０及び第２クラッド層１０６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１１０及び第２クラッド層１０６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。

コンタクト層１１２は、例えば図３に示すように、第１クラッド層１１０下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１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１２２は、コンタクト層１１２下に形成されている。第１電極１２２は、コンタクト層１１２を介して、第１クラッド層１１０と電気的に接続されている。第１電極１２２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１電極１２２の上面は、利得領域１８０と同様の平面形状を有している。図示の例では、第１電極１２２とコンタクト層１１２との接触面の平面形状によって、電極１２２，１２０間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１８０の平面形状が決定されることができる。なお、図示しないが、例えば、第２電極１２０と基板１０２との接触面が、利得領域１８０と同じ平面形状を有していても良い。

第２電極１２０は、基板１０２の上の全面に形成されている。第２電極１２０は、該第２電極１２０とオーミックコンタクトする層（図示の例では基板１０２）と接していることができる。第２電極１２０は、基板１０２及びバッファ層１０４を介して、第２クラッド層１０６と電気的に接続されている。第２電極１２０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２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該第２コンタクト層の第２クラッド層１０６側を露出させ、第２電極１２０を第２コンタクト層下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。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とその下に設けられた部材とを切り離すことができる。即ち、発光素子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の直接上に第２電極１２０を形成することができる。

発光素子１００では、第１電極１２２と第２電極１２０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内を光が進行し、その間に光強度が増幅され、第１端面１７０から第１出射光Ｌ１として出射され、第２端面１７２から第２出射光Ｌ２として出射されることができる。第１出射光Ｌ１及び第２出射光Ｌ２は、例えば、光の屈折により、第１側面１０７の垂線Ｐに対する利得領域１８０の傾きよりも、さらに傾いた方向に出射されることができる。

実装モジュール１６０は、図１及び図２に示すように、第１反射面１６２と、第２反射面１６４と、を有する。実装モジュール１６０は、さらに、例えば、第１支持部材１４０と、第２支持部材１４１と、反射部１６３と、を有することができる。

第１反射面１６２は、図２に示すように、第１出射光Ｌ１を、発光素子１００の上側に向けて反射させることができる。同様に、第２反射面１６４は、第２出射光Ｌ２を、発光素子１００の上側に向けて反射させることができる。第１出射光Ｌ１は、第１反射面１６２により反射され、第１反射光Ｌ３として、例えば、活性層１０８の上面に対して垂直上向き（図１のＺ方向）に進むことができる。第１出射光Ｌ１の進む向きと、第１反射光Ｌ３の進む向きとは、例えば直角を成している。同様に、第２出射光Ｌ２は、第２反射面１６４により反射され、第２反射光Ｌ４として、例えば、活性層１０８の上面に対して垂直上向きに進むことができる。第２出射光Ｌ２の進む向きと、第２反射光Ｌ４の進む向きとは、例えば直角を成している。また、例えば図示の例では、第１反射面１６２による第１反射光Ｌ３の進む向きと、第２反射面１６４による第２反射光Ｌ４の進む向きとは、同じである。第１反射面１６２の第１出射光Ｌ１に対する反射率は、５０％より高く、１００％以下であることが好ましい。同様に、第２反射面１６４の第２出射光Ｌ２に対する反射率は、５０％より高く、１００％以下であることが好ましい。

第１出射光Ｌ１の進む向きは、例えば、図１に示すように、活性層１０８の上面に平行な面（Ｘ−Ｙ平面）と第１反射面１６２との交線Ｖに対して直角を成している。同様に、第２出射光Ｌ２の進む向きは、例えば、活性層１０８の上面に平行な面と第２反射面１６４との交線Ｗに対して直角を成している。

第１支持部材１４０は、例えば、第２支持部材１４１を介して、間接的に発光素子１００を支持することができる。第１支持部材１４０としては、例えば、板状（直方体形状）の部材に凹部１４５を設けたものを用いることができる。凹部１４５の側面は、水平方向（図１のＸ−Ｙ方向）に対して、例えば４５度傾いていることができる。凹部１４５の側面の数は、例えば４つである。例えば凹部１４５の４つの側面により、発光素子１００は囲まれている。

第２支持部材（サブマウント）１４１は、例えば、直接的に発光素子１００を支持することができる。第２支持部材１４１は、図１〜図３に示すように、第１支持部材１４０の凹部１４５の底面の上に形成されている。第２支持部材１４１上には、発光素子１００が形成されている。第２支持部材１４１としては、例えば、板状の部材を用いることができる。なお、例えば、第２支持部材１４１を設けずに、第１支持部材１４０が直接的に発光素子１００を支持することもできる。

第１支持部材１４０の熱伝導率は、例えば、第２支持部材１４１の熱伝導率よりも高く、第２支持部材１４１の熱伝導率は、例えば、発光素子１００の熱伝導率よりも高い。支持部材１４０，１４１の各々の熱伝導率は、例えば１４０Ｗ／ｍＫ以上である。支持部材１４０，１４１の各々は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃ、Ｂｅ、Ａｕや、これらの化合物（例えば、ＡｌＮ、ＢｅＯなど）や合金（例えばＣｕＭｏなど）などからなることができる。また、これらの例示を組み合わせたもの、例えば銅（Ｃｕ）層とモリブデン（Ｍｏ）層の多層構造などから、支持部材１４０，１４１の各々を構成することもできる。

反射部１６３は、第１支持部材１４０の凹部１４５の側面上に形成されることができる。反射部１６３は、凹部１４５の傾斜している側面に沿って形成されているため、反射部１６３も傾斜している。反射部１６３の表面のうち、第１出射光Ｌ１が入射する面が第１反射面１６２であり、第２出射光Ｌ２が入射する面が第２反射面１６４である。反射部１６３は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどからなることができる。反射部１６３を設けることにより、反射面１６２，１６４の反射率を高くすることができる。なお、例えば、反射部１６３を設けずに、第１支持部材１４０の凹部１４５の傾斜している側面を、第１反射面１６２及び第２反射面１６４とすることもできる。

第１支持部材１４０には、図１及び図３に示すように、例えば円柱状の貫通孔１４７が形成されている。この貫通孔１４７内には、例えば、絶縁部材１４６に側面を覆われた円柱状の端子１４４が設けられている。絶縁部材１４６は、例えば、樹脂、セラミックス（例えばＡｌＮ等）などからなる。端子１４４は、例えば銅（Ｃｕ）などからなる。

端子１４４は、例えば、ボンディングワイヤ等の第１接続部材１４２により、発光素子１００の第２電極１２０と接続されている。第１接続部材１４２は、出射光Ｌ１，Ｌ２の光路を遮らないように設けられている。また、発光素子１００の第１電極１２２は、例えば、めっきバンプ等の第２接続部材１４３により、第２支持部材１４１と接続されている。第２支持部材１４１は、第１支持部材１４０と接続されている。従って、端子１４４と第１支持部材１４０とに異なる電位を与えることにより、第１電極１２２と第２電極１２０との間に電圧を印加することができる。

封止部材１４８は、例えば、図２に示すように、実装モジュール１６０上に設けられている。封止部材１４８は、例えば、第１支持部材１４０の凹部１４５を密閉して、該凹部１４５内に設けられた発光素子１００を封止することができる。封止部材１４８は、反射光Ｌ３，Ｌ４の波長に対して透過性のある材質である。これにより、第１反射光Ｌ３のうちの少なくとも一部は、封止部材１４８を透過することができ、第２反射光Ｌ４のうちの少なくとも一部は、封止部材１４８を透過することができる。封止部材１４８は、例えば、石英、ガラス、水晶、プラスチックなどからなることができる。これらは、反射光Ｌ３，Ｌ４の波長に応じて適宜選択されることができる。これにより、光の吸収損失を低減することができる。

本実施形態に係る発光装置１０００は、例えば、プロジェクタ、ディスプレイ、照明装置、計測装置などの光源に適用されることができる。このことは、後述する実施形態についても同様である。

１．２． 次に、第１の実施形態に係る発光装置１０００の製造方法の例について、図面を参照しながら説明するが、以下の例に限定されるわけではない。

図５〜図８は、発光装置１０００の製造工程を概略的に示す断面図であり、図５〜図７は、図３に示す断面図に対応しており、図８は、図２に示す断面図に対応している。

（１）まず、図５に示すように、基板１０２上に、バッファ層１０４、第２クラッド層１０６、活性層１０８、第１クラッド層１１０、及びコンタクト層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。

（２）次に、図６に示すように、コンタクト層１１２上に第１電極１２２を形成する。第１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。また、第１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等により、所望の形状に形成されることもできる。

次に、図６に示すように、基板１０２の下面全面の下に第２電極１２０を形成する。第２電極１２０の製法は、例えば、上述した第１電極１２２の製法の例示と同じである。なお、第１電極１２２及び第２電極１２０の形成順序は、特に限定されない。

（３）以上の工程により、図６に示すように、本実施形態の発光素子１００が得られる。次に、発光素子１００の第１電極１２２の上に、例えばめっき法などにより、第２接続部材１４３を形成することができる。

（４）次に、例えば金型成型などにより、所望の形状の第１支持部材１４０を作製することができる。次に、図７に示すように、公知の方法により第１支持部材１４０に貫通孔１４７を設ける。次に、貫通孔１４７の内側の側面を覆うように絶縁部材１４６を形成する。絶縁部材１４６は、貫通孔１４７を塞がないように形成される。絶縁部材１４６は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより成膜される。次に、絶縁部材１４６の内側に棒状の端子１４４を挿入する。なお、棒状の端子１４４の周囲に絶縁部材１４６を形成したものを、貫通孔１４７に挿入する方法を用いることもできる。

（５）次に、図８に示すように、第１支持部材１４０の所望の領域に反射部１６３を形成することができる。反射部１６３は、例えば、所望の領域以外をフォトレジスト等のマスクで覆い、蒸着法などを用いて形成されることができる。なお、反射部１６３の形成は、例えば、上記貫通孔１４７の形成前に行われることもできる。

（６）次に、第２支持部材１４１を第１支持部材１４０に実装することができる。次に、図３に示すように、発光素子１００を裏返して、即ち、発光素子１００のうちの活性層１０８側を実装モジュール１６０側に向けて（ジャンクションダウン）、第２支持部材１４１に発光素子１００をフリップチップ実装することができる。なお、発光素子１００を第２支持部材１４１に実装した後に、第２支持部材１４１を第１支持部材１４０に実装しても良い。

次に、図３に示すように、端子１４４と、発光素子１００の第２電極１２０とを、第１接続部材１４２により接続する。本工程は、例えばワイヤーボンディングなどにより行われる。

次に、図２に示すように、封止部材１４８を、例えば窒素雰囲気中で実装モジュール１６０に接着または溶接する。これにより、発光素子１００を封止することができる。

（７）以上の工程により、図１〜図３に示すように、本実施形態の発光装置１０００が得られる。

１．３． 本実施形態に係る発光装置１０００の有する発光素子１００では、上述したように、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。従って、スペックルノイズを低減させることができる。さらに、本実施形態に係る発光装置１０００では、利得領域１８０に生じる光は、利得領域１８０内において利得を受けながら進行して、外部に出射されることができる。従って、従来の一般的なＬＥＤよりも高い出力を得ることができる。以上のように、本実施形態によれば、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光素子を有する発光装置を提供することができる。

また、本実施形態に係る発光装置１０００では、発光素子１００から水平方向に出射された２つの出射光Ｌ１，Ｌ２を共に発光素子１００の上側に向けて反射させることができる。これにより、図示しない後段の光学系（反射光Ｌ３，Ｌ４が入射する光学系）の構成を簡素化することができる。

また、本実施形態に係る発光装置１０００では、２つの出射光Ｌ１，Ｌ２を共に同じ向きに向けて反射させることができる。即ち、第１反射面１６２による第１反射光Ｌ３の進む向きと、第２反射面１６４による第２反射光Ｌ４の進む向きとを同じにすることができる。これにより、後段の光学系の構成をさらに簡素化することができ、かつ、後段の光学系の光軸合わせを容易化することができる。

また、本実施形態に係る発光装置１０００では、反射面１６２，１６４は、実装モジュール１６０と一体的に設けられている。これにより、発光装置１０００を小型化することができる。

また、本実施形態に係る発光装置１０００では、２つの反射面１６２，１６４の反射率を５０％より高くすることができる。これにより、発光素子１００の両端から出射される出射光Ｌ１，Ｌ２を効率良く利用することができる。

また、本実施形態に係る発光装置１０００では、第１支持部材１４０や第２支持部材１４１の熱伝導率を、発光素子１００の熱伝導率よりも高くすることができる。これにより、第１支持部材１４０や第２支持部材１４１は、ヒートシンクとして機能することができる。従って、本実施形態によれば、放熱性に優れた発光装置１０００を提供することができる。さらに、本実施形態に係る発光装置１０００では、活性層１０８は、発光素子１００のうちの実装モジュール１６０側に設けられている。これにより、より一層放熱性に優れた発光装置１０００を提供することができる。

また、本実施形態に係る発光装置１０００では、封止部材１４８を用いて発光素子１００を封止することができる。これにより、発光装置１０００の信頼性の向上を図ることができる。

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

（１）まず、第１の変形例について説明する。

図９は、本変形例に係る発光装置１１００を概略的に示す平面図である。

発光装置１０００の例では、図１に示すように、発光素子１００の外縁の４つの側面の各々に対して、第１支持部材１４０の外縁の４つの側面の各々が平行ではない場合について説明した。これに対し、本変形例では、図９に示すように、発光素子１００の外縁の４つの側面の各々に対して、第１支持部材１４０の外縁の４つの側面の各々を平行にして揃えることができる。図示の例では、第１支持部材１４０の凹部の傾斜している側面の数は６つであり、そのうちの２つの上に形成された反射部１６３の表面が第１反射面１６２及び第２反射面１６４である。本変形例においても、例えば、第１出射光Ｌ１の進む向きは、水平面（Ｘ−Ｙ平面）と第１反射面１６２との交線Ｖに対して直角を成し、第２出射光Ｌ２の進む向きは、水平面と第２反射面１６４との交線Ｗに対して直角を成していることができる。

（２）次に、第２の変形例について説明する。

図１０は、本変形例に係る発光装置１２００を概略的に示す平面図である。図１１は、本変形例に係る別の発光装置１３００を概略的に示す平面図であり、図１２は、図１１のXII−XII線断面図である。

発光装置１０００の例では、図１に示すように、利得領域１８０が１つ設けられている場合について説明した。これに対し、本変形例では、利得領域１８０は、複数（例えば図示の例では３つ）設けられていることができる。本変形例では、例えば、図１０に示すように、３つの利得領域１８０の第１端面１７０に対する第１反射面（第１出射光Ｌ１を反射させる面）の各々が、全体として１つの平面１６６を構成していることができる。同様に、本変形例では、例えば、３つの利得領域１８０の第２端面１７２に対する第２反射面（第２出射光Ｌ２を反射させる面）の各々が、全体として１つの平面１６８を構成していることができる。図１０に示す例では、３つの第１出射光Ｌ１の第１端面１７０から第１反射面（即ち平面１６６）までの光路長の各々は、異なる値である。例えば、３つの第１端面１７０のうち、平面１６６に近いものほど、そこから出射される第１出射光Ｌ１の第１端面１７０から平面１６６までの光路長は短くなっている。また、図示の例では、３つの第２出射光Ｌ２の第２端面１７２から第２反射面（即ち平面１６８）までの光路長の各々についても同様である。

また、本変形例では、例えば、図１１及び図１２に示すように、３つの利得領域１８０の第１端面１７０に対する第１反射面１６２の各々は、第１出射光Ｌ１の第１端面１７０から第１反射面１６２までの光路長が同じになる位置に設けられていることができる。同様に、本変形例では、例えば、３つの利得領域１８０の第２端面１７２に対する第２反射面１６４の各々は、第２出射光Ｌ２の第２端面１７２から第２反射面１６４までの光路長が同じになる位置に設けられていることができる。図１１及び図１２に示す例では、図１０に示す例とは異なり、３つの第１反射面１６２の各々は、１つの平面を構成せずに、別個の平面である。また、図示の例では、３つの第２反射面１６４の各々についても同様である。

（３）次に、第３の変形例について説明する。

図１３は、本変形例に係る発光装置１４００を概略的に示す断面図である。なお、図１３に示す断面図は、発光装置１０００の例における図３に示す断面図に対応している。

発光装置１０００の例では、第１電極１２２の上から下まで、利得領域１８０と同じ平面形状を有する場合について説明した。これに対し、例えば、図１３に示す例では、第１電極１２２の下部は、利得領域１８０と異なる平面形状を有することができる。本変形例では、コンタクト層１１２下に、開口部を有する絶縁層２０２を形成し、該開口部を埋め込む第１電極１２２を形成することができる。第１電極１２２は、開口部内および絶縁層（開口部含む）２０２下に形成されている。本変形例では、第１電極１２２の上部は、利得領域１８０と同じ平面形状を有し、第１電極１２２の下部は、絶縁層２０２と同じ平面形状を有している。絶縁層２０２としては、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ_２層、ポリイミド層などを用いることができる。絶縁層２０２は、例えば、ＣＶＤ法、塗布法などにより成膜される。第１電極１２２は、例えば、直接、第２支持部材１４１に接合される。この接合は、例えば、合金接合や、半田ペーストを用いた接合などにより行われる。

本変形例によれば、発光装置１０００の例に比べ、第１電極１２２の下部の体積を増やすことができるため、放熱性に優れた発光装置１４００を提供することができる。

（４）次に、第４の変形例について説明する。

図１４は、本変形例に係る発光装置１５００を概略的に示す断面図である。図１５は、本変形例に係る別の発光装置１６００を概略的に示す断面図である。なお、図１４及び図１５に示す断面図の各々は、発光装置１０００の例における図２に示す断面図に対応している。

発光装置１０００の例では、図２に示すように、第１反射光Ｌ３及び第２反射光Ｌ４が、活性層１０８の上面に対して垂直上向き（図１のＺ方向）に進む場合について説明した。これに対し、本変形例では、第１反射光Ｌ３及び第２反射光Ｌ４のうちの少なくとも一方は、活性層１０８の上面に対して垂直上向きに進まないことができる。例えば、図１４に示すように、第１反射光Ｌ３及び第２反射光Ｌ４は、鉛直方向（図１のＺ方向）から同じ側に傾いた方向に進むことができる。図１４に示す例では、第１反射光Ｌ３の進む向きと、第２反射光Ｌ４の進む向きとは、同じである。また、例えば、図１５に示すように、第１反射光Ｌ３は、鉛直方向から一方の側に傾いた方向に進むことができ、第２反射光Ｌ４は、鉛直方向から他方の側に傾いた方向に進むことができる。図１５に示す例では、第１反射光Ｌ３の進む向きと、第２反射光Ｌ４の進む向きとは、広がる方向であるが、図示しないが、狭まる方向であっても良い。なお、本変形例においても、第１反射光Ｌ３及び第２反射光Ｌ４は、発光素子１００の上側に向けて進むことができる。本変形例では、第１反射面１６２及び第２反射面１６４の傾斜する角度は、適宜調整されている。

（５）次に、第５の変形例について説明する。

発光装置１０００の例では、利得領域１８０の平面形状は、図１に示すように、直線状である場合について説明したが、本変形例では、図示しないが、例えば、利得領域１８０の平面形状は、曲線状や、直線状と曲線状の組み合わせなどであることができる。

（６）次に、第６の変形例について説明する。

発光装置１０００の例では、発光素子１００がＩｎＧａＡｌＰ系の半導体発光素子である場合について説明したが、本変形例では、発光利得領域が形成可能なあらゆる材料系を用いることができる。半導体材料であれば、例えば、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＺｎＣｄＳｅ系などの半導体材料を用いることができる。また、本変形例では、例えば有機材料などを用いることもできる。

（７）なお、変形例は、上述した例に限定されるわけではない。例えば、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。また、必要に応じて、後述する実施形態にもこれらの変形例を適用できる。

２． 第２の実施形態
２．１． 次に、第２の実施形態に係る発光装置２０００について説明する。

図１６は、発光装置２０００を概略的に示す断面図である。なお、図１６に示す断面図は、第１の実施形態に係る発光装置１０００における図３に示す断面図に対応している。また、第２の実施形態に係る発光装置２０００において、上述した第１の実施形態に係る発光装置１０００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２０００は、実装モジュール１６０と、発光素子６００と、を含む。発光装置２０００は、さらに、例えば、絶縁部材１４６と、端子１４４と、第１接続部材１４２と、封止部材１４８と、を含むことができる。

発光素子６００は、図１６に示すように、第１クラッド層１１０と、活性層１０８と、第２クラッド層１０６と、絶縁部６０２と、を含む。発光素子６００は、さらに、例えば、第１電極１２２と、第２電極１２０と、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。

活性層１０８の全部は、利得領域１８０を構成している。例えば、第２クラッド層１０６、活性層１０８、第１クラッド層１１０、及びコンタクト層１１２は、利得領域１８０と同じ平面形状を有している。例えば、少なくともコンタクト層１１２のうちの第１電極１２２との接触面側の部分（コンタクト層１１２の下部）が、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）６１０を構成することができる。例えば、図１６に示すように、第２クラッド層１０６、活性層１０８、第１クラッド層１１０、及びコンタクト層１１２が、柱状部６１０を構成することができる。

絶縁部６０２は、図１６に示すように、柱状部６１０の側方に設けられている。絶縁部６０２は、例えば、柱状部６１０の第１電極１２２側とは反対側に接する層（図示の例ではバッファ層１０４）の下に形成されている。絶縁部６０２は、第１電極１２２と、バッファ層１０４との間に形成されている。絶縁部６０２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６１０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６０２により覆われている。絶縁部６０２は、図１６に示すように、柱状部６１０の側面に接している。電極１２０，１２２間の電流は、絶縁部６０２を避けて、該絶縁部６０２に挟まれた柱状部６１０を流れることができる。例えば、柱状部６１０の平面形状によって、電極１２０，１２２間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１８０の平面形状が決定される。なお、図示しないが、柱状部６１０及び絶縁部６０２は、基板１０２側に形成されることもできる。

絶縁部６０２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。そして、例えば活性層１０８の側面が絶縁部６０２により覆われていることにより、活性層１０８内に効率良く光を閉じ込めることができる。本実施形態に係る発光素子６００では、利得領域１８０において発生した光は、屈折率差によって形成された、利得領域１８０の軸方向（上述した「ある方向」）に伝搬する伝搬モードに結合する。そのため、利得領域１８０の軸方向と異なる方向へ伝搬するような光はほとんど存在しない。例えば、利得領域１８０において対向する第１端面１７０と第２端面１７２とが、第１側面１０７側から平面的に見て重なっている場合に、その重なり部分において第１端面１７０と第２端面１７２とを垂直に結ぶ方向は、利得領域１８０の軸方向とは異なる。そのため、この第１端面１７０と第２端面１７２とを垂直に結ぶ方向へ伝搬するような光はほとんど存在しない。従って、利得領域１８０を第１側面１０７の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設け、光の多重反射を抑制または防止することにより、レーザ光ではない光を発する発光素子６００を得ることができる。絶縁部６０２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。

第１電極１２２は、例えば、図１６に示すように、柱状部６１０及び絶縁部６０２の下の全面に形成されている。これにより、上述した図１〜図３に示す発光装置１０００の例に比べ、第１電極１２２の体積が増えるため、放熱性に優れた発光装置２０００を提供することができる。

２．２． 次に、第２の実施形態に係る発光装置２０００の製造方法の例について、図面を参照しながら説明するが、以下の例に限定されるわけではない。なお、上述した第１の実施形態に係る発光装置１０００の製造方法と異なる点について説明し、同様の点については詳細な説明を省略する。

図１７及び図１８は、発光装置２０００の製造工程を概略的に示す断面図であり、図１６に示す断面図に対応している。

（１）まず、基板１０２上に、バッファ層１０４、第２クラッド層１０６、活性層１０８、第１クラッド層１１０、及びコンタクト層１１２を形成する。

（２）次に、図１７に示すように、第２クラッド層１０６、活性層１０８、第１クラッド層１１０、及びコンタクト層１１２をパターニングする。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを用いて行われる。本工程により、柱状部６１０を形成することができる。

（３）次に、図１８に示すように、柱状部６１０の側面を覆うように絶縁部６０２を形成する。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６０２を得ることができる。

次に、図１８に示すように、第１電極１２２及び第２電極１２０を形成する。第１電極１２２は、平坦な面上の全面に成膜されれば良いため、第１電極１２２の断線リスクを低減することができる。また、第１電極１２２のパターニング工程は不要であるため、製造工程を簡素化することができる。

（４）以上の工程により、図１８に示すように、本実施形態の発光素子６００が得られる。本実施形態では、発光素子６００の第１電極１２２の上に、第２接続部材１４３（図３参照）を形成しないことができる。

（５）この後の工程は、上述した第１の実施形態に係る発光装置１０００の製造方法における工程と同様である。

（６）以上の工程により、本実施形態の発光装置２０００が得られる。

２．３．本実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力である新規な発光素子を有する発光装置を提供することができる。

２．４． 次に、本実施形態に係る発光装置の変形例について説明する。なお、上述した図１６に示す発光装置２０００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

（１）まず、第１の変形例について説明する。

図１９は、本変形例に係る発光装置の製造工程を概略的に示す断面図である。なお、図１９に示す断面図は、発光装置２０００の例における図１６に示す断面図に対応している。

発光装置２０００の例では、図１７に示すように柱状部６１０を形成した後、絶縁層（図示せず）を成膜し、その後、コンタクト層１１２を露出させることにより、絶縁部６０２を形成する場合について説明した。これに対し、本変形例では、まず、例えば、図１９に示すように、コンタクト層１１２上であって、利得領域１８０の上方の領域を、フォトレジスト等のマスク層７０４で覆う。次に、例えばプロトン等のイオン７０６を、マスク層７０４をマスクとして、例えばバッファ層１０４の上面に達する深さまで注入する。以上の工程により、本変形例に係る絶縁部６０２を形成することができる。

（２）次に、第２の変形例について説明する。

図２０は、本変形例に係る発光装置２１００を概略的に示す断面図である。

発光装置２０００の例では、図１６に示すように、絶縁部６０２が厚膜である場合について説明した。これに対し、本変形例では、図２０に示すように、絶縁部６０２は薄膜であることができる。本変形例では、絶縁部６０２の厚さ（鉛直方向の長さ）は、柱状部６１０を覆う部分では、柱状部６１０の厚さと同じであるが、それ以外の部分では、柱状部６１０の厚さよりも小さくなっている。

図示の例では、上述した図１〜図３に示す発光装置１０００の例と同様に、第１電極１２２は、利得領域１８０と同じ平面形状を有し、第２接続部材１４３により第２支持部材１４１と接合されている。

（３）なお、変形例は、上述した例に限定されるわけではない。例えば、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。また、必要に応じて、上述した実施形態にもこれらの変形例や発光装置２０００の例を適用できる。

３． 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。

１００ 発光素子、１０２ 基板、１０４ バッファ層、１０６ 第２クラッド層、１０７ 第１側面、１０８ 活性層、１０９ 第２側面、１１０ 第１クラッド層、１１２ コンタクト層、１２０ 第２電極、１２２ 第１電極、１４０ 第１支持部材、１４１ 第２支持部材、１４２ 第１接続部材、１４３ 第２接続部材、１４４ 端子、１４５ 凹部、１４６ 絶縁部材、１４７ 貫通孔、１４８ 封止部材、１６０ 実装モジュール、１６２ 第１反射面、１６３ 反射部、１６４ 第２反射面、１６６，１６８ 平面、１７０ 第１端面、１７２ 第２端面、１８０ 利得領域、２０２ 絶縁層、６００ 発光素子、６０２ 絶縁部、６１０ 柱状部、７０４ マスク層、７０６ イオン，１０００，１１００，１２００，１３００，１４００，１５００，１６００，２０００，２１００ 発光装置

Claims (7)

1. 第１クラッド層と第２クラッド層とに挟まれる活性層に電流を通すことで発光する発光素子と、
   前記発光素子を支持し、かつ前記発光素子から出射される光を反射させる第１反射面と第２反射面とが形成された支持部材と、
   を含み、
   前記発光素子は、第１端面と第２端面から光が出射される構成をなし、
   前記発光素子の第１端面から出射された第１出射光の進行方向と、前記発光素子の第２端面から出射された第２出射光の進行方向とは、互いに逆方向をなし、
   前記第１反射面は、前記第１出射光を反射させ、
   前記第２反射面は、前記第２出射光を反射させ、
   前記第１反射面によって反射された第１反射光の進行方向と、前記第２反射面によって反射された第２反射光の進行方向とは、同じ方向であり、
   前記第１端面は、複数の第１光出射部を備え、
   前記第２端面は、複数の第２光出射部を備え、
   複数の前記第１光出射部に対する前記第１反射面の各々は、前記第１出射光の前記第１光出射部から前記第１反射面までの光路長が同じになる位置に設けられ、
   複数の前記第２光出射部に対する前記第２反射面の各々は、前記第２出射光の前記第２光出射部から前記第２反射面までの光路長が同じになる位置に設けられ、
   前記第１反射面の各々は、別個の平面であり、
   前記第２反射面の各々は、別個の平面であることを特徴とする発光装置。
2. 前記支持部材は、板状の部材に凹部を設けた構造をしており、前記凹部は前記板状の部材の水平方向に対して４５度傾斜した複数の傾斜面を含み、
   前記発光素子は、前記板状の部材の水平方向に対して平行に光が出射されるように配置され、
   前記複数の傾斜面の各々には、前記第１反射面または前記第２反射面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１反射光と前記第２反射光に対して透過性のある材質の封止部材をさらに含み、
   前記発光素子は前記封止部材によって封止されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記支持部材の熱伝導率は前記発光素子の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 光が出射される第１端面を含む半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子が配置された凹部を有する実装基板と、を備え、
   前記第１端面は、複数の第１光出射部を備え、
   前記凹部の内側の側壁は、前記第１端面から出射される光を反射する第１反射面を備え、
   前記第１反射面は、前記複数の第１光出射部の各々から出射される光の前記第１光出射部と前記第１反射面との間の光路長が互いに等しくなるように、表面が階段状に形成されている、発光装置。
6. 請求項５において、
   前記半導体発光素子は、前記第１端面と反対側の面である第２端面をさらに含み、
   前記第２端面は、複数の第２光出射部を備え、
   前記凹部の内側の側壁は、前記第２端面から出射される光を反射する第２反射面を備え、
   前記第２反射面は、前記複数の第２光出射部の各々から出射される光の前記第２光出射部と前記第２反射面との間の光路長が互いに等しくなるように、表面が階段状に形成されている、発光装置。
7. 請求項６において、
   前記複数の第１光出射部の各々から出射された光の前記第１光出射部と前記第１反射面との間の光路長と、前記複数の第２光出射部の各々から出射された光の前記第２光出射部と前記第２反射面との間の光路長と、が等しい、発光装置。

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