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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-27
(45)【発行日】2022-10-05
(54)【発明の名称】スーパールミネッセンスダイオード及び表示装置
(51)【国際特許分類】
H01L 33/06 20100101AFI20220928BHJP
H01L 33/14 20100101ALI20220928BHJP
H01L 33/30 20100101ALI20220928BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20220928BHJP
【ＦＩ】
H01L33/06
H01L33/14
H01L33/30
H01L33/32
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018526005
(86)(22)【出願日】2017-06-20
(86)【国際出願番号】 JP2017022624
(87)【国際公開番号】W WO2018008381
(87)【国際公開日】2018-01-11
【審査請求日】2020-04-27
(31)【優先権主張番号】P 2016132464
(32)【優先日】2016-07-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003339
【氏名又は名称】特許業務法人南青山国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100104215
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100196575
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 満
(74)【代理人】
【識別番号】100168181
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 哲平
(74)【代理人】
【識別番号】100117330
【弁理士】
【氏名又は名称】折居 章
(74)【代理人】
【識別番号】100160989
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 正好
(74)【代理人】
【識別番号】100168745
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 彩子
(74)【代理人】
【識別番号】100176131
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 慎太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100197398
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 絢子
(74)【代理人】
【識別番号】100197619
【弁理士】
【氏名又は名称】白鹿 智久
(72)【発明者】
【氏名】渡部 義昭
(72)【発明者】
【氏名】河角 孝行
【審査官】大和田 有軌
(56)【参考文献】
【文献】特開平０６－２０４６０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２４０５６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０４９１０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１９９２１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０１２５９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－３１１６４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２９４３０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１８７５８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１０／０２２５２６（ＷＯ，Ａ２）
【文献】国際公開第２０１６／１０３８３５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／０９８２７３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－００６８７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０８２４８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１６５２３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０２３４９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－００３６６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２２７３２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０９５８５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００６／０７５７５９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－２１８４６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１１５６４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３１４２０５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４
Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、第２導電型層と、
前記第１導電型層と前記第２導電型層の間に設けられた厚みが１０ｎｍ以下の１層の量子井戸層を有する活性層と
を具備し、
前記第１導電型層は、第１クラッド層と、前記第１クラッド層と前記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
前記第２導電型層は、第２クラッド層と、前記第２クラッド層と前記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
前記第１ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記第２ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記量子井戸層は、ＡｌＩｎＧａＰ又はＡｌＩｎＧａＮからなり、
前記量子井戸層がＡｌＩｎＧａＰからなる場合、前記第１クラッド層と前記第１ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、前記第２クラッド層と前記第２ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、
前記量子井戸層がＡｌＩｎＧａＮからなる場合、前記第１クラッド層と前記第１ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、前記第２クラッド層と前記第２ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、
前記活性層は、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下である
スーパールミネッセンスダイオード。
【請求項2】
請求項１に記載のスーパールミネッセンスダイオードであって、前記第１ガイド層の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記第２ガイド層の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である
スーパールミネッセンスダイオード。
【請求項3】
請求項１又は２に記載のスーパールミネッセンスダイオードであって、前記量子井戸層が前記ＡｌＩｎＧａＰからなる場合、
前記第１クラッド層と前記第１ガイド層の屈折率差は０．０６以上０．３０以下であり、
前記第２クラッド層と前記第２ガイド層の屈折率差は０．０６以上０．３０以下である
スーパールミネッセンスダイオード。
【請求項4】
請求項１又は２に記載のスーパールミネッセンスダイオードであって、前記量子井戸層が前記ＡｌＩｎＧａＮからなる場合、
前記第１クラッド層と前記第１ガイド層の屈折率差は０．０２以上０．０６以下であり、
前記第２クラッド層と前記第２ガイド層の屈折率差は０．０２以上０．０６以下である
スーパールミネッセンスダイオード。
【請求項5】
スーパールミネッセンスダイオードと、前記スーパールミネッセンスダイオードから出射された光を２次元状にスキャン可能であり、画像データに基づき、投射される前記光による輝度を制御可能な画像生成部とを具備し、
前記スーパールミネッセンスダイオードは、
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、
第２導電型層と、
前記第１導電型層と前記第２導電型層の間に設けられた厚みが１０ｎｍ以下の１層の量子井戸層を有する活性層とを具備し、
前記第１導電型層は、第１クラッド層と、前記第１クラッド層と前記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
前記第２導電型層は、第２クラッド層と、前記第２クラッド層と前記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
前記第１ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記第２ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記量子井戸層は、ＡｌＩｎＧａＰ又はＡｌＩｎＧａＮからなり、
前記量子井戸層がＡｌＩｎＧａＰからなる場合、前記第１クラッド層と前記第１ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、前記第２クラッド層と前記第２ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、
前記量子井戸層がＡｌＩｎＧａＮからなる場合、前記第１クラッド層と前記第１ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、前記第２クラッド層と前記第２ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、
前記活性層は、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下である
表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）は、発光ダイオードに比較的近い広い発光スペクトル幅を持ちながら、同時に半導体レーザの発光状態のような狭い放射角と強い強度で光を出射する特徴を持つ発光素子である。このＳＬＤは、ファイバジャイロ等の干渉計分野に応用されている。近年では、その干渉性の低さから干渉ノイズの少ない画像投射用光源としてディスプレイへの応用も期待されている。
【0003】
例えば、特許文献１には、直線状のリッジ導波路とこれに続く曲線状の導波路を備えるＳＬＤが開示されている。リッジ導波路直下の活性層で発生した光は曲線状の導波路を進行し、ＳＬＤの端面に対して非垂直な方向に出射する。これにより、端面での反射光が導波路に戻ることが防止されている。
【0004】
要するに、ＳＬＤは、通常のレーザダイオード（ＬＤ）のように、両端面に設けられたミラーで光を往復させて共振（レーザ発振）させる構造ではなく、光を導波路で一方通行させて光を増幅させる（誘導放出は行われる）構造を有する。最初の光の発生源はＳＬＤの後端面（光出射端面とは反対側の端面）付近の活性層で発生した自然放出光である。ＳＬＤはこのスペクトル幅が広い光をそのまま導波路で増幅して強度を高め、出射する構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平2-310975号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記のようなＳＬＤにおいては、ディスプレイ等への応用のために出射光の出力向上が求められている。しかしながら、出射光の出力とスペクトル幅はトレードオフの関係にあり、出射光を高出力化し、かつ広いスペクトル幅を実現することは容易ではない。
【0007】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、高出力かつスペクトル幅の広い光を出射することが可能な光学素子、活性層構造及び表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る光学素子は、第１導電型層と、第２導電型層と、活性層とを具備する。
上記第１導電型層は、電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する。
上記活性層は、上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である。
上記第１導電型層は、電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する。
上記活性層は、上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である。
【0009】
この構成によれば、量子井戸層の厚みを小さくすることにより、量子井戸への光閉じ込め効果が小さくなり、自然放出光の利用効率が小さくなる。このため、発光を開始するために必要なキャリア密度が大きくなり、単位体積当たりの自然放出光の発光量は大きくなる。また、自然放出光が増幅される利得領域においても、キャリア密度が大きいため、利得やスペクトル幅も大きくなる。これにより、光学素子の出射光を高出力かつスペクトル幅の広い光とすることが可能となる。
【0010】
上記１層の量子井戸層又は上記複数層の量子井戸層は、ＡｌＩｎＧａＰからなるものであってもよい。
【0011】
量子井戸層をＡｌＩｎＧａＰからなるものとすることにより、赤色の光が光学素子から出射される。
【0012】
上記活性層は、上記１層の量子井戸層を有し、
上記１層の量子井戸層はＡｌＩｎＧａＮからなるものであってもよい。
上記１層の量子井戸層はＡｌＩｎＧａＮからなるものであってもよい。
【0013】
量子井戸層をＡｌＩｎＧａＮからなるものとすることにより、青紫色から緑色の光が光学素子から出射される。
【0014】
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。
【0015】
量子井戸への光閉じ込め率は、第１ガイド層及び第２ガイド層の厚さによって調整することができる。具体的にはこれらの層の厚さを１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることにより、量子井戸への光閉じ込め率を３％以下とすることができる。
【0016】
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であってもよい。
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であってもよい。
【0017】
量子井戸層がＡｌＩｎＧａＰからなり、発光色が赤色の場合、第１クラッド層と第１ガイド層の屈折率差及び第２クラッド層と第２ガイド層の屈折率差を０．０３以上０．５０以下とすることにより、量子井戸への光閉じ込め率を３％以下とすることができる。
【0018】
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であってもよい。
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であってもよい。
【0019】
量子井戸層がＡｌＩｎＧａＮからなり、発光色が青紫色から緑色の場合、第１クラッド層と第１ガイド層の屈折率差及び第２クラッド層と第２ガイド層の屈折率差を０．０１以上０．１０以下とすることにより、量子井戸への光閉じ込め率を３％以下とすることができる。
【0020】
上記活性層は、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下であってもよい。
【0021】
量子井戸への光閉じ込め率を３％以下とすることにより、上記のように光学素子の出射光を高出力かつスペクトル幅の広い光とすることが可能となる。
【0022】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る光学素子は、第１導電型層と、第２導電型層と、活性層とを具備する。
上記第１導電型層は、電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する。
上記活性層は、上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下である。
上記第１導電型層は、電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する。
上記活性層は、上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下である。
【0023】
量子井戸への光閉じ込め率を３％以下とすることにより、上記のように光学素子の出射光を高出力かつスペクトル幅の広い光とすることが可能となる。
【0024】
上記１層の量子井戸層又は上記複数層の量子井戸層は、ＡｌＩｎＧａＰからなるものであってもよい。
【0025】
上記活性層は、上記１層の量子井戸層を有し、
上記１層の量子井戸層はＡｌＩｎＧａＮからなるものであってもよい。
上記１層の量子井戸層はＡｌＩｎＧａＮからなるものであってもよい。
【0026】
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。
【0027】
上記第１ガイド層の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。
上記第２ガイド層の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。
【0028】
発光パターンの制御(出射光の広がり）やキャリアの閉じ込めを考慮すると、第１ガイド層及び第２ガイド層の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下がより好適である。
【0029】
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であってもよい。
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であってもよい。
【0030】
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０６以上０．３０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０６以上０．３０以下であってもよい。
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０６以上０．３０以下であってもよい。
【0031】
発光色が赤色の場合、発光パターンの制御(出射光の広がり）やキャリアの閉じ込めを考慮すると、第１クラッド層と第１ガイド層の屈折率差及び第２クラッド層と第２ガイド層の屈折率差は０．０６以上０．３０以下が好適である。
【0032】
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であってもよい。
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であってもよい。
【0033】
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０２以上０．０６以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０２以上０．０６以下であってもよい。
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０２以上０．０６以下であってもよい。
【0034】
発光色が青紫色から緑色の場合発光パターンの制御(出射光の広がり）やキャリアの閉じ込めを考慮すると、第１クラッド層と第１ガイド層の屈折率差及び第２クラッド層と第２ガイド層の屈折率差は０．０２以上０．０６以下が好適である。
【0035】
上記光学素子は、スーパールミネッセンスダイオードであってもよい。
【0036】
上記光学素子は、光増幅器であってもよい。
【0037】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る活性層構造は、電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、第２導電型層と、上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層とを具備する光学素子の活性層構造である。
上記活性層は、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である。
上記活性層は、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である。
【0038】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る表示装置は、光学素子と、画像生成部とを具備する。
上記画像生成部は、上記光学素子から出射された光を２次元状にスキャン可能であり、画像データに基づき、投射される上記光による輝度を制御可能である。
上記光学素子は、第１導電型層と、第２導電型層と、活性層とを具備する。
上記第１導電型層は、電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する。
上記活性層は、上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である。
上記画像生成部は、上記光学素子から出射された光を２次元状にスキャン可能であり、画像データに基づき、投射される上記光による輝度を制御可能である。
上記光学素子は、第１導電型層と、第２導電型層と、活性層とを具備する。
上記第１導電型層は、電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する。
上記活性層は、上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である。
【発明の効果】
【0039】
以上、本技術によれば、高出力かつスペクトル幅の広い光を出射することが可能な光学素子、活性層構造及び表示装置を提供することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本技術の一実施形態に係る光学素子を示す斜視図及び平面図である。
【図4】量子井戸の井戸幅とスペクトル幅の関係を示すグラフである。
【図5】従来構造の光学素子と本技術の実施形態に係る光学素子の特性を示す表である。
【図6】キャリア密度による波長と利得の関係を示すグラフである。
【図7】量子井戸の井戸幅による電流と出力の関係を示すグラフである。
【図8】量子井戸の井戸幅による波長と強度の関係を示すグラフである。
【図9】量子井戸への光閉じ込め率とスペクトル幅の関係を示すグラフである。
【図10】複数層の量子井戸層を有する光学素子のバンド構造を示す模式図である。
【図12】本技術の一実施形態に係る表示装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0041】
（光学素子の構造）
図１Ａは、本技術の一実施形態に係る光学素子１００を示す模式的な斜視図であり、図１Ｂはその平面図である。図２は、図１ＢにおけるＣ－Ｃ断面図である。この光学素子は、例えばｐ型またはｎ型の導電層にリッジ部１０を有するリッジ型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）である。
図１Ａは、本技術の一実施形態に係る光学素子１００を示す模式的な斜視図であり、図１Ｂはその平面図である。図２は、図１ＢにおけるＣ－Ｃ断面図である。この光学素子は、例えばｐ型またはｎ型の導電層にリッジ部１０を有するリッジ型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）である。
【0042】
光学素子１００は、図２において上から、ｐ型電極層（または図示しないｐ型電極層に接するコンタクト層）１１、半導体層のうちｐ型である第１導電型層１３、活性層２０、半導体層のうちｎ型である第２導電型層１４、ｎ型半導体の基板１５、ｎ型電極層（または図示しないｎ型電極層に接するコンタクト層）１２を備える。
【0043】
第１導電型層１３は、ｐ型電極層１１側から順に形成されたｐ型クラッド層１３１及びｐ型ガイド層１３２を有する。第２導電型層１４は、基板１５側から順に形成されたｎ型クラッド層１４１及びｎ型ガイド層１４２を有する。例えば、ｐ型電極層１１及びｐ型クラッド層１３１によりリッジ部１０が構成される。基板１５と第２導電型層１４との間には、ｎ型のバッファ層が設けられていてもよい。図１Ｂに示すように、光学素子１００は光出射端面３３と、光出射端面３３に対して反対側の端面である後端面３５を備える。
【0044】
図１Ｂに示すようにリッジ部１０は、直線状部分１０ａと曲線状部分１０ｂを有する。直線状部分１０ａは後端面３５に対して垂直方向に沿って直線状に延伸されており、曲線状部分１０ｂは直線状部分１０ａに連続して曲線状に延伸されている。なお、リッジ部１０は、必ずしも直線状部分１０ａと曲線状部分１０ｂを有するものでなくてもよく、後端面３５から光出射端面３３にかけて直線状に構成されていてもよい。
【0045】
第１導電型層１３は、図２に示すように電流狭窄構造３２を有する。具体的には、リッジ部１０の構造により、ｐ型電極層１１からの活性層２０までの電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造３２が形成される。これにより、活性層２０におけるリッジ部１０付近に、リッジ部１０の長手方向に沿った光導波路が形成される。
【0046】
ｐ型ガイド層１３２上やリッジ部１０の周囲には、図示しない絶縁層が形成される。
【0047】
なお、ｐ型クラッド層１３１の下端は、リッジ部１０の下端と一致しているが、そうでなくてもよいし、当該リッジ部１０の下端がｐ型ガイド層１３２の一部を含んでいてもよい。
【0048】
図１Ｂに示すように、光出射端面３３には低反射ミラー膜１８が設けられ、その反対側の後端面３５には高反射ミラー膜１９が設けられている。
【0049】
ｐ型電極層１１とｎ型電極層１２の間に電流を印加すると、後端面３５近傍の活性層２０で自然放出光が生じる。自然放出光は、光導波路を光出射端面３３に向かって進行しながら誘導放出により増幅される。自然放出光のうち後端面３５側に向かう光は、高反射ミラー膜１９によって反射され、光出射端面３３に向かって進行しながら増幅される。増幅された光は低反射ミラー膜１８を介して光出射端面３３から出射される。図１Ａ及び図１Ｂに光学素子１００の出射光Ｌを示す。
【0050】
リッジ部１０が直線状部分１０ａと曲線状部分１０ｂを有することにより、活性層２０から出射される光は光出射端面３３に対して垂直方向から傾斜した方向に出射される。これにより、低反射ミラー膜１８でわずかに生じる反射光が活性層２０に戻ることが防止されている。低反射ミラー膜１８での反射光が活性層２０に戻るとレーザ発振が生じるためである。
【0051】
なお、上記のようにリッジ部１０は直線状部分のみから構成されていてもよい。また、高反射ミラー膜１９に変えて低反射ミラー膜を設けてもよい。この場合、光学素子１００の出射光は光学素子１００の両端から出射される。
【0052】
光学素子１００はＳＬＤとして利用することができるが、他の光源で発生した光を増幅するための増幅器としても利用することができる。この場合には高反射ミラー膜１９に変えて無反射膜が設けられる。他の光源で発生した光は当該無反射膜を介して光導波路に入射し、光導波路を進行しながら増幅される。
【0053】
（活性層の構造）
光学素子１００の活性層構造について説明する。図３は、各層のバンド構造を示す模式図である。横方向はエネルギー（図中、Ｅ）を示し、左側へ向かうほどエネルギーが高いことを示す。縦方向は光学素子１００を構成する各層の積層方向を示す。エネルギーが低い側のバンドは価電子帯（ＶＢ：valence band）であり、エネルギーが高い側のバンドは伝導帯（ＣＢ：conduction band）である。
光学素子１００の活性層構造について説明する。図３は、各層のバンド構造を示す模式図である。横方向はエネルギー（図中、Ｅ）を示し、左側へ向かうほどエネルギーが高いことを示す。縦方向は光学素子１００を構成する各層の積層方向を示す。エネルギーが低い側のバンドは価電子帯（ＶＢ：valence band）であり、エネルギーが高い側のバンドは伝導帯（ＣＢ：conduction band）である。
【0054】
活性層２０は、単層の量子井戸層２０ａを有する。量子井戸層２０ａは図３に示すように、周囲の層（ｐ型ガイド層１３２及びｎ型ガイド層１４２）よりバンドギャップが小さい層である。ｐ型電極層１１とｎ型電極層１２の間に電流が印加されると、伝導帯（ＣＢ）に存在する電子が量子井戸層２０ａのバンドギャップを介して価電子帯（ＶＢ）の正孔と再結合し、発光を生じる。この量子井戸層２０ａのバンドギャップは、発光再結合準位エネルギーギャップと呼ばれる。
【0055】
（量子井戸層の厚みについて）
量子井戸層２０ａの厚みＴは、量子井戸層２０ａが形成する量子井戸の幅であり、以下、単位に井戸幅Ｔとする。井戸幅Ｔは、１０ｎｍ以下が好適である。
量子井戸層２０ａの厚みＴは、量子井戸層２０ａが形成する量子井戸の幅であり、以下、単位に井戸幅Ｔとする。井戸幅Ｔは、１０ｎｍ以下が好適である。
【0056】
図４は、井戸幅ＴとＳＬＤスペクトル幅（左軸）の関係及び井戸幅ＴとＰＬスペクトル幅（右軸）の関係を示すグラフである。ＳＬＤスペクトル幅は、光学素子１００から出射される光（ＳＬＤ）のスペクトル幅であり、ＰＬスペクトル幅は、量子井戸層２０ａで生じる自然放出光（ＰＬ：Photoluminescence）のスペクトル幅である。
【0057】
同図に示すように、井戸幅Ｔを小さくするとＰＬスペクトル幅は小さくなる。これは、井戸幅Ｔが小さくなると発光に寄与する量子井戸内の遷移準位が少なくなるためである。このため、従来では単層で薄い量子井戸層をＳＬＤに用いる理由はなかった。
【0058】
例えば、従来のＳＬＤの構造としては、複数の薄い量子井戸を有する活性層を備えた構造（以下、従来構造１）がある。この構造では、スペクトル幅の拡大のため、各量子井戸の波長を様々に変え、広いスペクトル幅を得る構造となっている。一方、複数の量子井戸を備えた構造では、注入キャリアが複数の量子井戸に分散され、キャリア分布が不均一となり易く、高利得が得にくい。
【0059】
このため、単層で厚い量子井戸を有する活性層を備えたＳＬＤ（以下、従来構造２）が開発されている。この構造では、単層の量子井戸にキャリアが集中し、その中に含まれる多くのエネルギー準位で様々な波長の発光が生じる。しかしながらこの構造でも出力は不十分であり、特にディスプレイ用途には不適である。
【0060】
これに対し、本実施形態に係る活性層２０は上記のように、単層で薄い量子井戸層２０ａを有する。井戸幅Ｔが小さくなると、ＰＬスペクトル幅が小さくなることから、ＳＬＤスペクトル幅も小さくなる（図中、破線）と予測された。
【0061】
しかしながら、実際には、井戸幅Ｔを小さくすると図中囲みＡに示すようにＳＬＤスペクトル幅が向上することが判明した。図５は、上記従来構造のＳＬＤと本実施形態に係るＳＬＤの特性を表す表である。
【0062】
同図の「本実施形態」に示すように、井戸幅Ｔを小さくすると、量子井戸での光閉じ込め効果が小さくなり、自然放出光（ＳＬＤ発光の源となる光）の光導波路への結合割合が小さくなるため、自然放出光の利用効率が小さくなる。
【0063】
このため、ＳＬＤ発光を開始するためには従来構造に対して数倍高いキャリア密度が必要となる。この結果、ＳＬＤ発光の開始時にはキャリア密度が大きいため、単位体積当たりの自然放出光の発光量は大きくなる。また、自然放出光が増幅される利得領域（自然放出光が増幅される領域）においても、キャリア密度が大きいため、利得やスペクトル幅も大きくなる。
【0064】
図６はキャリア密度によるスペクトル幅と利得の関係を示すグラフである。同図に示すように、ＳＬＤ発光開始時のキャリア密度が大きいと、スペクトル幅と利得の両者が向上する。
【0065】
さらに、井戸幅Ｔが小さく、キャリア密度が大きいために量子井戸の量子効果が大きくなり、注入キャリアの利用効率が促進され、出力改善や温度特性の改善も達成される。また、活性層２０の体積減少により活性層ロスも低減する。
【0066】
結果として、井戸幅Ｔが小さいと困難とされていた広いスペクトル幅を実現し、高出力及び高効率も同時に達成することが可能となる。
【0067】
図７は、光学素子１００に供給される電流と光学素子１００の出射光の出力の関係を示すグラフであり、井戸幅Ｔが６ｎｍの場合と１５ｎｍの場合についての計算結果である。同図に示すように、井戸幅Ｔが６ｎｍの場合、１５ｎｍの場合に比べて出射光の出力が３０％以上向上している。
【0068】
また、グラフの最大電流付近では１５ｎｍの場合に出力飽和がみられるのに対し、６ｎｍの場合には出力飽和がみられない。このため、より高い電流では両者の差はさらに開くと予想される。また、この計算では、自己発熱効果も考慮されており、高電流域での動作での出力が特に改善されている結果から、高温での動作も６ｎｍの場合が優位である。
【0069】
また、図８は、光学素子１００の出射光の波長と強度の関係を示すグラフであり、井戸幅Ｔが６ｎｍの場合と１５ｎｍの場合についての計算結果である。同図に示すように、井戸幅Ｔが６ｎｍの場合、１５ｎｍの場合に対してスペクトル幅やスペクトル形状が同等である。
【0070】
この他にも井戸幅Ｔが６ｎｍの場合、１５ｎｍの場合と比べて温度特性が改善されており、ビーム形状も１５ｎｍの場合と同等となる。このように、井戸幅Ｔを１０ｎｍ以下とすることにより、ＳＬＤ光の立ち上がり電流低減、ＳＬＤ光のスペクトル幅維持、発光効率の改善及び温度特性改善等を達成することが可能である。
【0071】
なお、井戸幅Ｔについては１０ｎｍ以下が好適であるが、特性改善のためにはさらなる薄膜化によるキャリアの有効活用促進が有効であり、光学素子１００製造時のエピタキシャル成長のプロセス上、結晶性を損なわないレベルで極薄化されることが望ましい。特に井戸幅Ｔが７ｎｍ以下の場合に効果が大きく、好適である。
【0072】
また、井戸幅Ｔが小さくなり、即ち活性層２０の体積が低下した分だけ、非励起領域の活性層光吸収の光損失も低減し、活性層周辺の発熱源が小さくなることがわかっており、さらなる発光効率、またはエネルギー効率の改善の促進、素子内温度の低下、ひいては信頼性の改善にも効果がある。
【0073】
（量子井戸への光閉じ込め率について）
量子井戸層２０ａが形成する量子井戸への光閉じ込め率は３％以下が好適である。量子井戸への光閉じ込め率は、量子井戸に閉じ込められる光密度の割合を意味し、従来では量子井戸への光閉じ込め率は４％以上が一般的である。
量子井戸層２０ａが形成する量子井戸への光閉じ込め率は３％以下が好適である。量子井戸への光閉じ込め率は、量子井戸に閉じ込められる光密度の割合を意味し、従来では量子井戸への光閉じ込め率は４％以上が一般的である。
【0074】
上記のように井戸幅Ｔを小さくすると量子井戸への光閉じ込め率は小さくなり、量子井戸層２０ａで生じる自然放出光のスペクトル幅は小さくなる。図９は、量子井戸への光閉じ込め率とＳＬＤスペクトル幅（左軸）の関係及び同閉じ込め率とＰＬスペクトル幅（右軸）の関係を示すグラフである。
【0075】
同図に示すように、量子井戸への光閉じ込め率が小さくなるとＰＬスペクトル幅が小さくなることから、ＳＬＤスペクトル幅も小さくなる（図中、破線）と予測された。しかしながら、実際には、量子井戸への光閉じ込め率を小さくすると、図中囲みＢに示すようにＳＬＤスペクトル幅が向上することが判明した。
【0076】
これは、図５に示すように、量子井戸への光閉じ込め率が小さく、自然放出光の利用効率が小さくなると、ＳＬＤ発光の開始時に高いキャリア密度が必要となり、上述のように量子井戸の量子効果が大きくなること及び活性層ロスが低減することによる。このように量子井戸への光閉じ込め率を３％以下とすることにより、広いスペクトル幅を実現し、高出力及び高効率も同時に達成することが可能である。
【0077】
（量子井戸層の条件について）
上記のように、量子井戸層２０ａの厚み（井戸幅Ｔ）は１０ｎｍ以下が好適であり、量子井戸層２０ａが形成する量子井戸への光閉じ込め率は３％以下が好適である。本実施形態に係る光学素子１００は、量子井戸層２０ａの厚みが１０ｎｍ以下という条件と、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下という条件のうち、少なくともいずれか一方を満たすものであればよい。
上記のように、量子井戸層２０ａの厚み（井戸幅Ｔ）は１０ｎｍ以下が好適であり、量子井戸層２０ａが形成する量子井戸への光閉じ込め率は３％以下が好適である。本実施形態に係る光学素子１００は、量子井戸層２０ａの厚みが１０ｎｍ以下という条件と、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下という条件のうち、少なくともいずれか一方を満たすものであればよい。
【0078】
（量子井戸層の材料について）
量子井戸層２０ａの材料は特に限定されないが、光学素子１００の発光色は量子井戸層２０ａの材料によって異なる。例えば、量子井戸層２０ａがＡｌＩｎＧａＰからなる場合、発光波長550～900nm（実用域630～680nm）の赤色光が生成される。また、量子井戸層２０ａがＡｌＩｎＧａＮからなる場合、発光波長400～1000nm（実用域400～550nm）の青紫色から緑色の光が生成される。
量子井戸層２０ａの材料は特に限定されないが、光学素子１００の発光色は量子井戸層２０ａの材料によって異なる。例えば、量子井戸層２０ａがＡｌＩｎＧａＰからなる場合、発光波長550～900nm（実用域630～680nm）の赤色光が生成される。また、量子井戸層２０ａがＡｌＩｎＧａＮからなる場合、発光波長400～1000nm（実用域400～550nm）の青紫色から緑色の光が生成される。
【0079】
この他にも量子井戸層２０ａの材料としてＡｌＧａＮ（発光波長紫外域～400nm）、ＡｌＧａＡｓ（発光波長750～850nm、赤外域）、ＩｎＧａＡｓ（発光波長800～980nm、赤外域）、ＩｎＧａＡｓＰ（発光波長1.2～1.6μｍ、赤外域）等が挙げられる。
【0080】
（ガイド層及びクラッド層ついて）
ｐ型ガイド層１３２及びｎ型ガイド層１４２の厚みによって、量子井戸への光閉じ込め率を３％以下に調整することができる。ｐ型ガイド層１３２及びｎ型ガイド層１４２の厚みはそれぞれ１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好適であり、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下がより好適である。
ｐ型ガイド層１３２及びｎ型ガイド層１４２の厚みによって、量子井戸への光閉じ込め率を３％以下に調整することができる。ｐ型ガイド層１３２及びｎ型ガイド層１４２の厚みはそれぞれ１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好適であり、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下がより好適である。
【0081】
上記１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下はＳＬＤのデバイス設計で採り得る数値範囲であり、５０ｎｍ以上２００ｎｍは、光の閉じ込めだけでなく、発光パターンの制御(出射光の広がり）やキャリアの閉じ込めも考慮した数値範囲である。
【0082】
また、ｐ型クラッド層１３１とｐ型ガイド層１３２の屈折率差（以下、ｐ型屈折率差）及びｎ型クラッド層１４１とｎ型ガイド層１４２の屈折率差（以下、ｎ型屈折率差）によって量子井戸への光閉じ込め率を３％以下に調整することもできる。
【0083】
具体的には、量子井戸層２０ａがＡｌＩｎＧａＰからなり、発光色が赤色の場合、ｐ型屈折率差及びｎ型屈折率差はそれぞれ０．０３以上０．５０以下が好適であり、０．０６以上０．３０以下がより好適である。
【0084】
上記０．０３以上０．５０以下はＳＬＤのデバイス設計で採り得る数値範囲であり、０．０６以上０．３０以下は、光の閉じ込めだけでなく、発光パターンの制御(出射光の広がり）やキャリアの閉じ込めも考慮した数値範囲である。
【0085】
また、量子井戸層２０ａがＡｌＩｎＧａＮからなり、発光色が青紫色から緑色の場合、ｐ型屈折率差及びｎ型屈折率差はそれぞれ０．０１以上０．１０以下が好適であり、０．０２以上０．０６以下がより好適である。
【0086】
上記０．０１以上０．１０以下はＳＬＤのデバイス設計で採り得る数値範囲であり、０．０２以上０．０６以下は、光の閉じ込めだけでなく、発光パターンの制御(出射光の広がり）やキャリアの閉じ込めも考慮した数値範囲である。
【0087】
ｐ型クラッド層１３１、ｐ型ガイド層１３２、ｎ型クラッド層１４１及びｎ型ガイド層１４２の材料は特に限定されない。例えば、ｐ型クラッド層１３１はＭｇがドープされたＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ、ｐ型ガイド層１３２はＧａｘＩｎ１－ｘＰ、ｎ型クラッド層１４１はＧａｘＩｎ１－ｘＰ、ｎ型ガイド層１４２はＳｉがドープされたＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるものとすることができる。
【0088】
（従来構造との比較による光学素子の効果について）
ＳＬＤの出力向上のためには、電流を多く注入する、導波路長を長くする、あるいはリッジ導波路の幅を大きくする等が考えられる。
ＳＬＤの出力向上のためには、電流を多く注入する、導波路長を長くする、あるいはリッジ導波路の幅を大きくする等が考えられる。
【0089】
しかしながら、電流を多く注入する場合、その上限値は出力の熱飽和によって制限されるため、高出力化のためには、実装あるいはパッケージへの放熱負担が大きくなる。これは高コスト化の原因となる他、わずかな端面反射でレーザ発振が生じやすくなるため、熱飽和による制限よりも大幅に低い電流で使用する必要がある。
【0090】
また、導波路長を長くする場合、光が出射されるまでの間により長い経路で増幅されるため、光強度が大きくなる。一方で誘導放出による光の増幅をより多く受けることによって利得スペクトラム（波長依存性）の影響を強く受け、発光スペクトル幅が狭くなる。このため、低コヒーレンス性が低下する。即ち、出力とコヒーレンスはトレードオフの関係を有する。さらに、導波路長を長い場合、ＳＬＤのサイズが大きくなり、パッケージの小型化に不向きとなる上、全体の導波ロスの影響が増え、光変化効率も低下する。
【0091】
また、リッジ導波路の幅を大きくする場合、電流密度の集中を緩和して発光する面積を増やすことにより、出力を高めることができる。しかしながら、出射されるビームの幅が広くなり、特別に光学系が必要となる等、光源として利用しにくくなる。さらに、リッジ導波路の幅を大きくすることで導波し得るモードが多くなるため、出力の不安定性の原因となる。
【0092】
この他にも、増幅を受ける前の自然放出光の段階でスペクトル幅を大きくする方法もあるが、そのためには、注入電極を分割して設置するか、活性層の材料や構造を部分毎に変更する必要がある。前者の場合には別々のドライバで分割電極を駆動する必要があり、高コストである。後者の場合には結晶の再成長が必要になる等、製造が困難であり、やはり高コストとなる。
【0093】
また、上記いずれの方法でも消費される電流が増加するため、光源としての効率は低下する。
【0094】
これに対し、本実施形態に係る光学素子１００では、量子井戸層２０ａの厚みを１０ｎｍ以下とし、または量子井戸への光閉じ込め率を３％以下とすることにより、高出力かつスペクトル幅の広い光を出射することが可能となっている。
【0095】
上記のように、従来構造では、スペクトル幅拡大と出力改善の間にトレードオフの関係があり、両特性の妥協点を考える素子設計が用いられていたが、本技術では、その制限を受けずに設計することが可能であり、より高い性能を両立できる。
【0096】
また、後端面近傍での自然放出光の導波路結合が素子特性に直接影響する独特の動作原理を利用したＳＬＤに好適な構造であり、特別な活性層製成膜方法を必要とせず、既存の成膜方法を用いて作製することができる。
【0097】
さらに、量子井戸素の薄膜化による量子効果の増大によって光利得が改善されることでＳＬＤ出力を大幅に高め、かつ高温での特性劣化も抑制できる。また、追加される工程は、エピタキシャル成長での一部工程の変更のみであり、製造プロセス全体への影響は僅少である。
【0098】
活性層の組成及び膜厚に関しては、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）解析後でのＥＤＸ（Energy dispersive X-ray spectrometry）解析又はＷＤＸ（Wavelength Dispersive X-ray spectroscopy）解析で十分検出可能である。また、膜厚のみならず、光導波計算を組み合わせて光閉じ込め率算出も可能である。
【0099】
さらに、用途に合わせて出力を共振器長により調整し、必要となるスペクトル幅と出力に調整することができる。また、薄い量子井戸層を用いることで、スペクトラムが単峰化しやすく、OCT（Optical Coherence Tomography）等の干渉を利用する用途でも、外乱の少ない測定結果を得る事ができる。
【0100】
また、増幅器として利用する場合であっても、同様の効果が期待でき、同等の構造とすることによって増幅波長域の広帯域化、効率アップ等の機能向上を図ることができる。
【0101】
（量子井戸層の層数について）
上記実施形態においては活性層２０は単層の量子井戸層２０ａを有するものとしたが、複数層の量子井戸層２０ａを有するものであってもよい。図１０は、複数層の量子井戸層２０ａを有する活性層２０におけるバンド構造を示す模式図である。
上記実施形態においては活性層２０は単層の量子井戸層２０ａを有するものとしたが、複数層の量子井戸層２０ａを有するものであってもよい。図１０は、複数層の量子井戸層２０ａを有する活性層２０におけるバンド構造を示す模式図である。
【0102】
同図に示すように、活性層２０は複数層の量子井戸層２０ａを有し、各量子井戸層２０ａの間には障壁層２０ｂが設けられている。なお、活性層２０が有する量子井戸層２０ａの数は３層に限られず、２層又は４層以上であってもよいが、ここでは３層の量子井戸層２０ａを例にとって説明する。
【0103】
それぞれの量子井戸層２０ａの厚みを厚みＴ１、厚みＴ２及び厚みＴ３とすると、量子井戸層２０ａの厚みの合計、即ち厚みＴ１、厚みＴ２及び厚みＴ３の合計は１０ｎｍ以下が好適である。量子井戸層２０ａの数が２層又は４層以上の場合も同様に、量子井戸層２０ａの厚みの合計は１０ｎｍ以下が好適である。
【0104】
これにより、活性層２０が単層の量子井戸層２０ａを有する場合と同様の原理によって光学素子１００は高出力かつスペクトル幅の広い光を出射することが可能となる。それぞれの量子井戸層２０ａの厚みは同一であってもよく、互いに異なってもよい。また、それぞれの量子井戸層２０ａのバンドギャップは同一であってもよく、互いに異なってもよい。
【0105】
また、量子井戸層２０ａが形成する量子井戸への光閉じ込め率は３％以下が好適である。量子井戸への光閉じ込め率を３％以下とすることにより、広いスペクトル幅を実現し、高出力及び高効率も同時に達成することが可能である。
【0106】
活性層２０が複数層の量子井戸層２０ａを有する場合であっても、量子井戸層２０ａの厚みの合計が１０ｎｍ以下という条件と、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下という条件のうち、少なくともいずれか一方を満たすものであればよい。
【0107】
図１１は、複数層の量子井戸層２０ａを備える活性層２０の具体的構成を示す模式図である。なお、同図では活性層２０、ｐ型ガイド層１３２及びｎ型ガイド層１４２以外の構成については図示を省略する。同図に示すように、活性層２０は、量子井戸層２０ａと障壁層２０ｂが交互に積層されて構成されている。
【0108】
量子井戸層２０ａは、上述のようにＡｌＩｎＧａＡｌＰ（赤色）又はＡｌＩｎＧａＮ（青紫色から緑色）等の材料からなる。また、量子井戸層２０ａの間で材料が異なってもよい。障壁層２０ｂは、例えばＡｌＧａＳｓ等からなるものとすることができる。
【0109】
なお、活性層２０以外の構成は活性層２０が単層の量子井戸層２０ａを有する構造と同一とすることができる。即ち、ｐ型ガイド層１３２及びｎ型ガイド層１４２の厚みやｐ型クラッド層１３１とｐ型ガイド層１３２の屈折率差及びｎ型ガイド層１４２とｎ型クラッド層１４１の屈折率差を上記範囲とすることにより、量子井戸への光閉じ込め率を３％以下とすることができる。
【0110】
（表示装置）
図１２は、上記実施形態に係る光学素子であるＳＬＤを光源として用いる表示装置の構成を模式的に示す。この表示装置２００は、ラスタスキャン方式のプロジェクタである。
図１２は、上記実施形態に係る光学素子であるＳＬＤを光源として用いる表示装置の構成を模式的に示す。この表示装置２００は、ラスタスキャン方式のプロジェクタである。
【0111】
表示装置２００は、画像生成部７０を備える。画像生成部７０は、光源としての光学素子から出射された光を２次元状にスキャン可能、例えばラスタスキャン可能であり、画像データに基づき、スクリーンや壁面等の照射面１０５に投射される光による輝度を制御可能に構成される。
【0112】
画像生成部７０は、例えば水平スキャナ１０３及び垂直スキャナ１０４を主に含む。赤色発光の光学素子１００Ｒ、緑色発光の光学素子１００Ｇ及び青色発光の光学素子１００Ｂからのビームのそれぞれは、ダイクロイックプリズム１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂによって１本のビームに纏められる。このビームが、水平スキャナ１０３及び垂直スキャナ１０４によってスキャンされ、照射面１０５に投影されることで画像が表示される。
【0113】
なお、ＲＧＢの各色発光の光源のうち、少なくとも１つが本実施形態に係る光学素子１００の構成を有するＳＬＤであればよく、他の素子は通常のＬＤであってもよい。
【0114】
水平スキャナ１０３及び垂直スキャナ１０４は、例えば、ポリゴンミラーとガルバノスキャナとの組合せにより構成される。この場合、輝度の制御手段としては、例えば光学素子へ注入する電流を制御する回路が用いられる。
【0115】
あるいは、水平スキャナ及び垂直スキャナとして、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製造されるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等の、２次元光変調素子が用いられてもよい。
【0116】
あるいは、画像生成部７０は、ＧＬＶ（Grating Light Valve）素子等の１次元光変調素子と、上述の１次元スキャンミラーとの組み合わせにより構成されていてもよい。
【0117】
あるいは、画像生成部７０は、音響光学効果スキャナや電気光学効果スキャナといった屈折率変調型スキャナにより構成されていてもよい。
【0118】
（他の実施形態）
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【0119】
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造３２は、リッジ部１０を構成する構造に限られない。例えば電流狭窄構造は、埋め込み型又は埋め込みリッジ型の構造であってもよい。
【0120】
上記実施形態では、基板１５としてｎ型基板が用いられたが、ｐ型基板が用いられ、電流狭窄構造を構成する半導体層がｎ型であってもよい。この場合、「第１導電型」がｎ型、「第２導電型」がｐ型となる。
【0121】
上記実施形態に係る光学素子は、活性層２０を中心として基板１５の反対側に電流狭窄構造３２が配置される構成を有していた。しかし、活性層２０を中心として基板（ｎ型でもｐ型でもよい）と同じ側に電流狭窄構造が配置されていてもよい。ただし、上記実施形態の光学素子は、そのように基板と同じ側に電流狭窄構造が配置される構成を有する光学素子に比べ、構造上、放熱性が高いとうメリットがある。
【0122】
以上説明した他の実施形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【0123】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、
第２導電型層と、
上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である活性層と
を具備する光学素子。
（１）
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、
第２導電型層と、
上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である活性層と
を具備する光学素子。
【0124】
（２）
上記（１）に記載の光学素子であって、
上記１層の量子井戸層又は上記複数層の量子井戸層は、ＡｌＩｎＧａＰからなる
光学素子。
上記（１）に記載の光学素子であって、
上記１層の量子井戸層又は上記複数層の量子井戸層は、ＡｌＩｎＧａＰからなる
光学素子。
【0125】
（３）
上記（１）に記載の光学素子であって、
上記活性層は、上記１層の量子井戸層を有し、
上記１層の量子井戸層はＡｌＩｎＧａＮからなる
光学素子。
上記（１）に記載の光学素子であって、
上記活性層は、上記１層の量子井戸層を有し、
上記１層の量子井戸層はＡｌＩｎＧａＮからなる
光学素子。
【0126】
（４）
上記（１）から（３）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である
光学素子。
上記（１）から（３）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である
光学素子。
【0127】
（５）
上記（１）から（４）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下である
光学素子。
上記（１）から（４）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下である
光学素子。
【0128】
（６）
上記（１）から（４）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下である
光学素子。
上記（１）から（４）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下である
光学素子。
【0129】
（７）
上記（１）から（６）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記活性層は、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下である
光学素子。
上記（１）から（６）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記活性層は、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下である
光学素子。
【0130】
（８）
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、
第２導電型層と、
上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下である活性層と
を具備する光学素子。
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、
第２導電型層と、
上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、量子井戸への光閉じ込め率が３％以下である活性層と
を具備する光学素子。
【0131】
（９）
上記（８）に記載の光学素子であって、
上記１層の量子井戸層又は上記複数層の量子井戸層は、ＡｌＩｎＧａＰからなる
光学素子。
上記（８）に記載の光学素子であって、
上記１層の量子井戸層又は上記複数層の量子井戸層は、ＡｌＩｎＧａＰからなる
光学素子。
【0132】
（１０）
上記（８）に記載の光学素子であって、
上記活性層は、上記１層の量子井戸層を有し、
上記１層の量子井戸層はＡｌＩｎＧａＮからなる
光学素子。
上記（８）に記載の光学素子であって、
上記活性層は、上記１層の量子井戸層を有し、
上記１層の量子井戸層はＡｌＩｎＧａＮからなる
光学素子。
【0133】
（１１）
上記（８）から（９）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である
光学素子。
上記（８）から（９）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である
光学素子。
【0134】
（１２）
上記（１１）に記載の光学素子であって、
上記第１ガイド層の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である
上記（１１）に記載の光学素子であって、
上記第１ガイド層の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
上記第２ガイド層の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である
【0135】
（１３）
上記（８）から（１２）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下である
光学素子。
上記（８）から（１２）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０３以上０．５０以下である
光学素子。
【0136】
（１４）
上記（１３）に記載の光学素子であって、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０６以上０．３０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０６以上０．３０以下である
光学素子。
上記（１３）に記載の光学素子であって、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０６以上０．３０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０６以上０．３０以下である
光学素子。
【0137】
（１５）
上記（８）から（１２）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下である
光学素子。
上記（８）から（１２）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
上記第１導電型層は、第１クラッド層と、上記第１クラッド層と上記活性層の間に設けられた第１ガイド層とを有し、
上記第２導電型層は、第２クラッド層と、上記第２クラッド層と上記活性層の間に設けられた第２ガイド層とを有し、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０１以上０．１０以下である
光学素子。
【0138】
（１６）
上記（１５）に記載の光学素子であって、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０２以上０．０６以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０２以上０．０６以下である
光学素子。
上記（１５）に記載の光学素子であって、
上記第１クラッド層と上記第１ガイド層の屈折率差は０．０２以上０．０６以下であり、
上記第２クラッド層と上記第２ガイド層の屈折率差は０．０２以上０．０６以下である
光学素子。
【0139】
（１７）
上記（１）から（１６）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
スーパールミネッセンスダイオードである
光学素子。
上記（１）から（１６）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
スーパールミネッセンスダイオードである
光学素子。
【0140】
（１８）
上記（１）から（１６）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
光増幅器である
光学素子。
上記（１）から（１６）のうちいずれか一つに記載の光学素子であって、
光増幅器である
光学素子。
【0141】
（１９）
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、第２導電型層と、上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層とを具備する光学素子の活性層構造であって、
上記活性層は、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である
活性層構造。
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、第２導電型層と、上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層とを具備する光学素子の活性層構造であって、
上記活性層は、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である
活性層構造。
【0142】
（２０）
光学素子と、
上記光学素子から出射された光を２次元状にスキャン可能であり、画像データに基づき、投射される上記光による輝度を制御可能な画像生成部とを具備し、
上記光学素子は、
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、
第２導電型層と、
上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である活性層と
を具備する表示装置。
光学素子と、
上記光学素子から出射された光を２次元状にスキャン可能であり、画像データに基づき、投射される上記光による輝度を制御可能な画像生成部とを具備し、
上記光学素子は、
電流の注入領域が狭窄するように構成された電流狭窄構造を有する第１導電型層と、
第２導電型層と、
上記第１導電型層と上記第２導電型層の間に設けられた活性層であって、１層の量子井戸層又は複数層の量子井戸層を有し、上記１層の量子井戸層の厚みは１０ｎｍ以下であり、上記複数層の量子井戸層の厚みの合計は１０ｎｍ以下である活性層と
を具備する表示装置。
【符号の説明】
【0143】
１１…ｐ型電極層
１２…ｎ型電極層
１３…第１導電型層
１３１…ｐ型クラッド層
１３２…ｐ型ガイド層
１４…第２導電型層
１４１…ｎ型クラッド層
１４２…ｎ型ガイド層
２０…活性層
２０ａ…量子井戸層
２０ｂ…障壁層
３２…電流狭窄構造
１２…ｎ型電極層
１３…第１導電型層
１３１…ｐ型クラッド層
１３２…ｐ型ガイド層
１４…第２導電型層
１４１…ｎ型クラッド層
１４２…ｎ型ガイド層
２０…活性層
２０ａ…量子井戸層
２０ｂ…障壁層
３２…電流狭窄構造
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】