半導体発光素子
【課題】遠視野像の水平方向における光強度分布形状を単峰化することができる半導体発光素子を提供する。
【解決手段】発光層を有する半導体発光素子１００であって、発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面１３１ａおよび発光層からの光を反射する後端面１００ｂを両端とする第一の光導波路１２１と、発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面１４１ａおよび後端面１００ｂを両端とする第二の光導波路１２２とを備え、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２とは、後端面１００ｂで接続されており、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａとは、第一の光の光軸と第二の光の光軸とが近づくように、互いに非平行である。
【解決手段】発光層を有する半導体発光素子１００であって、発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面１３１ａおよび発光層からの光を反射する後端面１００ｂを両端とする第一の光導波路１２１と、発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面１４１ａおよび後端面１００ｂを両端とする第二の光導波路１２２とを備え、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２とは、後端面１００ｂで接続されており、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａとは、第一の光の光軸と第二の光の光軸とが近づくように、互いに非平行である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、青紫から赤色までの可視光領域における発光を伴うスーパールミネッセントダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタなどのディスプレイ用の水銀レスの高輝度光源として、半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）やスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光素子が注目されている。
【０００３】
その中で半導体レーザは、高輝度であり出射光の指向性が優れているという特長を有するが、出射光であるレーザ光が可干渉光（コヒーレント光）であるため、スクリーン面で乱反射した光が干渉して生じるスペックルノイズが問題となる。一方、このようなスペックルノイズがない光源として、出射光が非可干渉光（インコヒーレント光）であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が挙げられる。しかしながら、プロジェクタなどの光源にＬＥＤを用いた場合、出射光の指向性が低いため、ディスプレイを構成する光学系における結合効率が低く、その結果、ディスプレイの輝度が低くなってしまうという課題を有する。
【０００４】
このような課題に対し、指向性および低コヒーレント性の両方を持つ光源として例えばＳＬＤのような半導体発光素子がある。ＳＬＤは、ＬＤと同様に光導波路を用いた半導体発光素子であるが、出射端面の反射率を大きく下げることでレーザ発振を抑制し、低コヒーレント光と高指向性の両立を実現する。さらに、半導体発光素子をディスプレイの光源に用いた場合、画面を高輝度化するために、光源である半導体発光素子の高出力化も必要となる。
【０００５】
このような低コヒーレントで高出力を実現する半導体発光素子の構造が、例えば特許文献１に提案されている。以下、図１５を用いて従来の半導体発光素子の構造について説明する。
【０００６】
図１５に示すように、従来の半導体発光素子９００は、前端面９００ａと後端面９００ｂとに接続された第一の光導波路９２１および第二の光導波路９２２を有している。第一の光導波路９２１および第二の光導波路９２２は、後端面９００ｂにおいて互いに接続されており、後端面９００ｂから前端面９００ａに向かって互いの間隔が拡がるように構成されている。
【０００７】
また、後端面９００ｂには反射膜９５０が形成されており、当該反射膜９５０によって第一の光導波路９２１および第二の光導波路９２２を導波する光が反射される。一方、前端面９００ａは、第一の光導波路９２１の光出射面および第二の光導波路９２２の光出射面となっており、光出射面である前端面９００ａからは、第一の光導波路９２１および第二の光導波路９２２において増幅されて出力が高く低コヒーレントの光が出射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２３８８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の半導体発光素子９００の構成では、以下のような問題がある。
【００１０】
従来の半導体発光素子９００では、第一の光導波路９２１および第二の光導波路９２２が前端面９００ａに対して互いに拡がる方向で接続されるため、それぞれの光導波路から出射される出射光の出射方向が異なり、それぞれの出射光は互いに拡がる方向に出射する。また、光導波路の実効屈折率と光導波路の出射側（外部）の屈折率との間には屈折率差があるので、上記の出射方向の拡がりは拡大する。その結果、出射光の遠視野像（ＦＦＰ：Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔａｒｎ）の水平方向における光強度分布に、２つの光強度ピークが生じるという問題がある。
【００１１】
また、光出射端面（前端面）の反射率が面内においてばらつくと、第一の光導波路における光出射面と第二の光導波路における光出射面において反射率に差が生じ、２つの出射光の光強度ピークに差が発生する。その結果、例えば、半導体発光素子を量産した場合、個々の半導体発光素子におけるＦＦＰの光強度分布形状が大きくばらつくという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、遠視野像の水平方向における光強度分布形状を単峰化することができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様は、発光層を有する半導体発光素子であって、前記発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面および前記発光層からの光を反射する後端面を両端とする第一の光導波路と、前記発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面および前記後端面を両端とする第二の光導波路とを備え、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面で接続されており、前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とは、前記第一の光の光軸と前記第二の光の光軸とが近づくように、互いに非平行となるように構成されたものである。
【００１４】
この構成により、第一の光出射面から出射する第一の光と、第二の光端面から出射する第二の光とのなす角が小さくなるように制御することができるので、半導体発光素子全体としての出射光の遠視野像の水平方向における光分布を単峰性とすることができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光出射面の垂線と前記第一の光導波路とがなす鋭角をφ１とし、前記第二の光出射面の垂線と前記第二の光導波路とがなす鋭角をφ２とし、前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とがなす角をγとし、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との実効屈折率をｎｉとし、前記半導体発光素子の外部における屈折率をｎａとし、前記第一の光出射面から出射する前記第一の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω１とし、前記第二の光出射面から出射する前記第二の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω２とすると、
【数１】
の関係を満たすことが好ましい。
【００１６】
この構成により、第一の光出射面から出射する第一の光と第二の光端面から出射する第二の光とのなす鋭角が、それぞれの端面から出射する光の回折による水平方向の拡がり角度よりも小さくなる。これにより、水平方向の遠視野像を単峰化することができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記後端面における前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との接続部が、前記後端面の垂線に対して線対称であることが好ましい。
【００１８】
この構成により、第一の光導波路で生成された光のうち後端面に到達したものは、当該後端面で反射されて第二の光導波路に入り、第二の光導波路で光利得を受け増幅されたのちに第二の光出射面から放射される。また、第二の光導波路で生成された光のうち後端面に到達したものは、当該後端面で反射されて第一の光導波路に入り、第一の光導波路で光利得を受け増幅されたのちに第一の光出射面から放射される。これにより、光の増幅長を共振器長の２倍にすることができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、それぞれ直線状に形成されていることが好ましい。
【００２０】
この構成により、光導波路を進行する光が進行方向から曲げられることによって生じる放射ロスを無くすことができる。
【００２１】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路の少なくとも一方が曲線部を有しており、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは交差しないことが好ましい。
【００２２】
この構成により、光導波路内に分岐点がなくなるため、光導波路の分岐点で生じる光のロスを無くすことができる。
【００２３】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方がへき開面であることが好ましい。
【００２４】
これにより、へき開によって光出射面を形成することができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方は、溝部によって形成されることが好ましい。
【００２６】
これにより、前端面に対して傾斜する光出射面を容易に形成することができる。
【００２７】
また、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様は、発光層を有する半導体発光素子であって、前記発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面および前記発光層からの光を反射する後端面を両端とする第一の光導波路と、前記発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面および前記後端面を両端とする第二の光導波路とを備え、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面で接続されており、前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とは平行であり、前記第一の光出射面の垂線と前記第一の光導波路とがなす鋭角をφ１とし、前記第二の光出射面の垂線と前記第二の光導波路とがなす鋭角をφ２とし、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との実効屈折率をｎｉとし、前記半導体発光素子の外部における屈折率をｎａとし、前記第一の光出射面から出射する前記第一の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω１とし、前記第二の光出射面から出射する前記第二の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω２とすると、
【数２】
の関係を満たすものである。
【００２８】
この構成により、第一の光出射面から出射する第一の光と第二の光端面から出射する第二の光のなす鋭角が、それぞれの端面から出射する光の回折による水平方向の拡がり角度よりも小さくなる。これにより、水平方向の遠視野像を単峰化することができる。
【００２９】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記後端面における前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との接続部が、前記後端面の垂線に対して線対称であることが好ましい。
【００３０】
この構成により、第一の光導波路で生成された光のうち後端面に到達したものは、当該後端面で反射されて第二の光導波路に入り、第二の光導波路で光利得を受け増幅されたのちに第二の光出射面から放射される。また、第二の光導波路で生成された光のうち後端面に到達したものは、当該後端面で反射されて第一の光導波路に入り、第一の光導波路で光利得を受け増幅されたのちに第一の光出射面から放射される。これにより、光の増幅長を共振器長の２倍にすることができる。
【００３１】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光導波路および前記第二の光導波路の少なくとも一方は、曲線部を有することが好ましい。
【００３２】
この構成により、チップ幅を縮小させることができる。
【００３３】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面の垂線に対して線対称であることが好ましい。
【００３４】
これにより、高効率でレーザ光を生成することができる。
【００３５】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光導波路および前記第二の光導波路の少なくとも一方が、折れ曲がり部を有することが好ましい。
【００３６】
これにより、第一の光出射面から出射する第一の光の光軸と第二の光出射面から出射する第二の光の光軸とを容易に近づけることができる。
【００３７】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記折れ曲がり部は、光を反射する光反射面に接続されていることが好ましい。
【００３８】
この構成により、光導波路で生成された光子のうち折れ曲がり部に到達したものは、光反射面で反射して再び当該導波路に戻り、光利得を受けて増幅することができる。
【００３９】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記光反射面は、前記折れ曲がり部の近傍に形成される溝部によって形成されることが好ましい。
【００４０】
これにより、容易に光反射面を形成することができる。
【００４１】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記折れ曲がり部を有する方の光導波路は、当該折れ曲がり部を境界として光出射側の第一直線部と前記後端面側の第二直線部とを有し、前記光反射面の垂線と前記第二直線部とがなす鋭角は、ａｒｃｓｉｎ（ｎａ／ｎｉ）よりも大きいことが好ましい。
【００４２】
この構成により、光反射面を全反射面とすることができるので、反射率を限りなく１００％に近づけることができる。このため、光反射面に対して高反射率の半導体層などを作製するプロセスが不要となり、端面形成の製造コストを下げることができる。
【００４３】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方がへき開面であることが好ましい。
【００４４】
これにより、へき開によって光出射面を形成することができる。
【００４５】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方は、溝部によって形成されることが好ましい。
【００４６】
これにより、前端面に対して傾斜する光出射面を容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明に係る半導体発光素子によれば、半導体発光素子の出射光の水平方向の遠視野像を単峰化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の上面図であり、図１（ｂ）は、同半導体発光素子の斜視図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における同半導体発光素子の断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の動作時における上面図であり、図２（ｂ）は、遠視野像の水平方向における光強度分布が単峰性となっている状態を表した図であり、図２（ｃ）は、遠視野像の水平方向における光強度分布が非単峰性となっている状態を表した図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法であって、図３（ａ）は、基板上に積層構造体を形成する工程を説明するための図であり、図３（ｂ）は、光導波路形成工程を説明するための図であり、図３（ｃ）は、溝形成工程を説明するための図であり、図３（ｄ）は、一次分離（一次へき開）工程を説明するための図であり、図３（ｅ）は、高反射率層形成工程を説明するための図であり、図３（ｆ）は、二次分離（二次へき開）工程を説明するための図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態の実施例１に係る半導体発光素子の設計に必要なパラメータを説明するための図であり、図４（ｂ）は、同半導体発光素子におけるパラメータの好適な範囲を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の実施例における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図であり、図５（ｂ）は、比較例１に係る半導体発光素子における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図であり、図５（ｃ）は、比較例２に係る半導体発光素子における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図であり、図５（ｄ）は、比較例３に係る半導体発光素子における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子におけるパラメータの好適な範囲を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明に係る半導体発光素子において、導波光が傾斜端面で反射されるときにおける、光導波路に対する反射率と傾斜端面の傾斜角度との依存性を理論計算したときの結果を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態の変形例２に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｅ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法であって、図１２（ａ）は、光導波路形成工程を説明するための図であり、図１２（ｂ）は、溝形成工程を説明するための図であり、図１２（ｃ）は、一次分離（一次へき開）工程を説明するための図であり、図１２（ｄ）は、高反射率層形成工程を説明するための図であり、図１２（ｅ）は、二次分離（二次へき開）工程を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１５】図１５は、従来の半導体発光素子の構造を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態に係る半導体発光素子について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施形態は一例であって、本発明はこれらの実施形態には限定されない。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な構成要素については、説明を省略または簡略化する。
【００５０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の上面図であり、図１（ｂ）は、同半導体発光素子１００の斜視図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における同半導体発光素子１００の断面図である。
【００５１】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００は、発光層からの光を取り出す側のへき開端面である前端面１００ａと、前端面１００ａとは反対側のへき開端面である後端面１００ｂとを有するＳＬＤであって、例えばリッジストライプで構成された第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２の２つの光導波路を有する。なお、後端面１００ｂは、発光層からの光を反射するように構成されており、後端面１００ｂには、例えば誘電体多層膜からなる反射率が９０％以上の高反射率層１５０が形成されている。
【００５２】
第一の光導波路１２１は、発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面１３１ａと後端面１００ｂとを両端とする全体が直線状の光導波路であり、また、第二の光導波路１２２は、発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面１４１ａと後端面１００ｂとを両端とする全体が直線状の光導波路である。
【００５３】
第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２とは一箇所で接続されており、その接続部は後端面１００ｂにも接している。すなわち、本実施形態では、第一の光導波路１２１の後端面側の一端部と第二の光導波路１２２の後端面側の一端部とは、後端面１００ｂにおいて接続されている。また、第一の光導波路１２１の前端面側の他端部と第二の光導波路１２２の前端面側の他端部とは接続されておらず、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２は、それぞれ前端面１００ａとは非平行に形成された第一の光出射面１３１ａおよび第二の光出射面１４１ａに接続されている。なお、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２とは、接続部が形成された後端面１００ｂから前端面１００ａに向かってお互いの間隔が拡がるようにして形成されている。
【００５４】
また、本実施形態に係る半導体発光素子１００においては、前端面１００ａの近傍における第一の光導波路１２１を切り欠くようにして第一の溝部１３１が形成されており、これにより、第一の光出射面１３１ａが形成されている。同様に、前端面１００ａの近傍における第二の光導波路１２２を切り欠くようにして第二の溝部１４１が形成されており、これにより、第二の光出射面１４１ａを形成している。第一の溝部１３１および第二の溝部１４１は、第一の光出射面１３１ａおよび第二の光出射面１４１ａが前端面１００ａに対して傾斜するようにして形成される。さらに、本実施形態では、後端面１００ｂ近傍を切り欠くようにして第三の溝部１３２および第四の溝部１４２が形成されている。なお、第三の溝部１３２および第四の溝部１４２には、後端面１００ｂから前端面１００ａに向かう方向に高反射率層１５０が積層されている。
【００５５】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１００では、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａとは、第一の光出射面１３１ａから出射する第一の光の主軸（光軸）と第二の光出射面１４１ａから出射する第二の光の主軸（光軸）とが近づいて平行となるように前端面１００ａに対して傾斜させて互いに非平行に形成されている。
【００５６】
なお、後述するように、前端面側の第一の溝部１３１と後端面側の第三の溝部１３２とは、素子分離前における隣り合う素子の隣接部分に対して１つの凹部を形成する際に同時に形成される。同様に、第二の溝部１４１と第四の溝部１４２とは、素子分離前における隣り合う素子の隣接部分に対して１つの凹部を形成する際に同時に形成される。
【００５７】
また、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２を形成して素子を分離する際に、隣りの素子の光導波路が当該素子に残り、光導波路残部１２３として前端面１００ａ付近の表面に形成される。
【００５８】
これら、第三の溝部１３２、第四の溝部１４２および光導波路残部１２３は、半導体発光素子１００の機能構成ではないので、半導体発光素子１００の機能構成である第一の光導波路１２１、第二の光導波路１２２、第一の溝部１３１および第二の溝部１４１に対して、これらの機能構成とは異なる場所に配置されるように設計される。
【００５９】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の積層方向の構造について、図１（ｃ）を用いて説明する。
【００６０】
図１（ｃ）に示すように、本実施形態に係る半導体発光素子１００は、例えばＧａＮもしくはサファイアなどの基板１０１の上に、例えばＳｉをドープしたＧａＮからなるバッファ層（図示せず）、例えばＳｉをドープしたＡｌＧａＮ層からなるｎ型クラッド層１０２、例えばＳｉをドープしたＧａＮ層からなるｎ型ガイド層１０３、例えばＧａＮ量子バリア層とＩｎＧａＮ量子井戸層とが交互に３層積層された活性層（発光層）１０４、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ型ガイド層１０５、例えばＭｇがドープされたＡｌＧａＮ層からなるキャリアオーバフロー抑制層（ＯＦＳ層）１０６、例えばＭｇがドープされたＡｌＧａＮ層からなるｐ型クラッド層１０７、および、例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層（図示せず）が、順次積層されて形成されている。
【００６１】
ｐ型クラッド層１０７の上側部分には、リッジストライプ状に加工されたリッジ部からなる第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２とが形成されている。ｐ型クラッド層１０７の上には、平坦部とリッジストライプの側面とを覆うようにして、例えばＳｉＯ２の誘電体からなるブロック層１１０が形成されている。ｐ型クラッド層１０７のリッジ部の頂面には、ｐ側電極１０８が形成されている。ｐ側電極１０８とブロック層１１０の上には、ｐ側電極１０８と接続される配線電極１０９が形成されている。また、基板１０１のｎ型クラッド層１０２と反対側の面（裏面）上には、ｎ側電極１１１が形成されている。
【００６２】
なお、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す、第一の溝部１３１、第二の溝部１４１、第三の溝部１３２及び第四の溝部１４２は、深さが、ｎ型クラッド層１０２における基板１０１との境界近くにまで達するように、あるいは、基板１０１基板の内部にまで達するように構成することが好ましい。これにより、第一の光出射面１３１ａおよび第二の光出射面１４１ａを形成する際の第一の溝部１３１および第二の溝部１４１によって、光を閉じ込める効果が変化（悪化）することを抑制することができる。
【００６３】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の動作について、図１および図２を用いて説明する。図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の動作時における上面図であり、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、半導体発光素子の遠視野像の水平方向における光強度分布を表した図である。
【００６４】
図１（ｃ）に戻り、半導体発光素子１００において、ｎ側電極１１１とｐ側電極１０８から注入された電子と正孔は活性層１０４で再結合し、これにより自然放出光が発生する。生じた自然放出光の一部は、図１（ｂ）に示される第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２を導波する間に誘導放出によって高い利得を受けて増幅され、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａから外部に放射される。
【００６５】
すなわち、図２（ａ）に示すように、第一の光導波路１２１を進む自然放出光のうち後端面１００ｂに到達した光は、当該後端面１００ｂで反射されて第二の光導波路１２２へと進む。一方、第二の光導波路１２２を進む自然放出光のうち後端面１００ｂに到達した光は、当該後端面１００ｂで反射されて第一の光導波路１２１へと進む。このように、素子内部で発生した自然放出光は、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２を進む間に、誘導放出によって高い利得を受けて増幅され、第一の光出射面１３１ａからは第一の出射光１２１Ｌが出射し、第二の光出射面１４１ａからは第二の出射光１２２Ｌが出射する。
【００６６】
ここで、図２（ａ）に示すように、第一の出射光１２１Ｌの主軸（光軸）Ｘ１と半導体発光素子１００の中心軸Ｘ０とのなす角をΔθ１とし、第二の出射光１２２Ｌの主軸Ｘ２（光軸）と半導体発光素子１００の中心軸Ｘ０（光軸）とのなす角をΔθ２とすると、第一の出射光１２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の出射光１２２Ｌの主軸Ｘ２とのずれ角Δθは、Δθ＝｜Δθ１＋Δθ２｜、または、Δθ＝｜Δθ１−Δθ２｜で表される。また、同図に示すように、第一の出射光１２１Ｌと第二の出射光１２２Ｌとにおける水平方向の遠視野像の半値全幅をそれぞれω１およびω２とする。
【００６７】
このとき、上記ずれ角Δθを、第一の出射光１２１Ｌの半値全幅ω１および第二の出射光１２２Ｌの半値全幅ω２に対して小さくすることにより、第一の出射光１２１Ｌと第二の出射光１２２Ｌとの合成光である半導体発光素子１００の出射光１００Ｌは、図２（ｂ）に示すように、遠視野像の水平方向における光強度分布は単峰化する。
【００６８】
一方、上記ずれ角Δθが、第一の出射光１２１Ｌの半値全幅ω１と第二の出射光１２２Ｌの半値全幅ω２に対して大きいような場合には、半導体発光素子の出射光の遠視野像における水平方向の光強度分布は、図２（ｃ）に示すように、二つの強度ピークを持つような形状（非単峰性）となる。
【００６９】
本実施形態に係る半導体発光素子１００では、上述のとおり、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａとが上記のような非平行に形成されているので、図２（ｂ）に示すように、半導体発光素子１００の出射光１００Ｌにおける水平方向の遠視野像の光強度分布は単峰化される。
【００７０】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の製造方法について、図３を用いて説明する。図３（ａ）〜図３（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における各工程を説明するための図である。なお、図３はウェハの一部を示しており、ウェハにおいて縦方向に３列で横方向に３列の合計９個の半導体発光素子１００が形成される場合について説明する。また、図３において、破線は、１つの半導体発光素子１００のチップ領域を表している。
【００７１】
まず、図３（ａ）に示すように、例えばｎ型六方晶ＧａＮからなる基板１０１のＣ面上に、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法を用いて、図１（ｃ）に示すような、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）の窒化物半導体からなる積層構造体を形成する。
【００７２】
具体的には、図１（ｃ）に示すように、まず、基板１０１上に、Ｓｉがドープされたｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層１０２を成長させる。続いて、ｎ型クラッド層１０２の上に、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３と、ＧａＮからなるバリア層およびＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの量子井戸層が交互に３層積層された活性層１０４を成長させる。続いて、活性層１０４の上に、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１０５を成長させ、ｐ型ガイド層１０５の上に、Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなるキャリアオーバフロー抑制層（ＯＦＳ層）１０６を成長させる。続いて、ＯＦＳ層１０６の上に、Ｍｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層とＧａＮ層との歪超格子層であるｐ型クラッド層１０７と、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層（図示せず）とを順次成長させる。
【００７３】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子の構造は、一例であり、半導体発光素子の構造および成長方法はこれに限られない。例えば、半導体発光素子を形成する際の結晶成長法には、分子ビーム成長（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法または化学ビーム成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＣＢＥ）法等の方法を用いてもよい。また、基板１０１も、表面がＣ面であるｎ型六方晶ＧａＮのほかに、例えばサファイア基板、シリコン基板等の基板を用いることもできる。さらに、基板１０１として、表面がｍ面や半極性面のＧａＮ基板、あるいは、表面がｒ面のサファイア基板を用いて、積層面が、無極性面や半極性面である窒化物半導体の積層構造を用いても良い。
【００７４】
次に、図３（ｂ）に示すように、基板１０１上に形成した窒化物半導体の積層構造体に対して、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２を形成する。このとき、素子の一次分離（一次へき開）のときに光導波路がへき開面まで到達しないことがないように、図３（ｂ）に示すように、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２は、その両端部が上下方向に隣り合う素子領域にまで延設されて形成される。これにより、仮にへき開時においてへき開面にずれが生じたとしても、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２にへき開端面を形成することができる。
【００７５】
具体的には、まず、例えばＳｉＯ２膜などのマスク材料を堆積し、その後、パターニングによって所定形状の第一のマスク膜を形成し、ドライエッチングによりｐ型クラッド層１０７およびｐ型コンタクト層を加工してリッジ形状の２つの光導波路を形成する。次に、第一のマスク膜を除去し、再度ＳｉＯ２膜のマスク材料をウェハ上の全面に堆積する。続いて、リソグラフィ法および緩衝フッ酸溶液によるウェットエッチング法により、ＳｉＯ２膜をパターニングして、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２の頂面に第二のマスク膜を形成し、すなわちリッジ部以外のｐ型クラッド層１０７が露出するような開口部を有する第二のマスク膜を形成して、誘電体からなるブロック層１１０を形成する。続いて、電子線蒸着法により、ブロック層１１０の各開口部に、例えば、パラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）からなるｐ側電極１０８を形成する。その後、温度が４００℃の熱処理を加えて良好なコンタクト抵抗を得る。次に、リソグラフィ法および電子線蒸着法により、ｐ側電極１０８を含めブロック層１１０の上に、ｐ側電極１０８と電気的に接続されるように、チタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなる配線電極１０９を形成する。
【００７６】
次に、図３（ｃ）に示すように、第一の光出射面１３１ａおよび第二の光出射面１４１ａを形成するために第一の溝部１３１および第二の溝部１４１を形成する。
【００７７】
具体的には、まず、マスクに用いたＳｉＯ２膜を緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）で除去した後に、再び、例えばＳｉＯ２膜であるマスクを堆積し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによりパターニングした後、ドライエッチングにより、第一の光導波路１２１の一方の端部を切り欠くようにして、第一の溝部１３１と第三の溝部１３２とで構成される凹部１３０を形成するとともに、第二の光導波路１２２の一方の端部を切り欠くようにして、第二の溝部１４１と第四の溝部１４２とで構成される凹部１４０を形成する。このとき、凹部１３０および１４０は、隣り合う素子領域にまで延設された光導波路をも切り取るようにして形成される。すなわち、第三の溝部１３２と第四の溝部１４２とは、隣り合う素子領域にまで延設された光導波路を切り取るために形成される。
【００７８】
続いて、第一の溝部１３１の形成によって面形成された第一の光出射面１３１ａの表面と、第二の溝部１４１の形成によって面形成された第二の光出射面１４１ａの表面とに、保護膜として例えばＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの積層膜（不図示）を成膜する。
【００７９】
次に、図３（ｄ）に示すように、ウェハから半導体発光素子が横１列に連なったバー状態に分割する一次分離を行う。これにより、半導体発光素子１００の前端面１００ａおよび後端面１００ｂが形成される。
【００８０】
具体的には、まず、基板１０１の裏面を研削および研磨して、基板１０１の厚さを所定の厚みにまで薄膜化する。その後、薄膜化された基板１０１の裏面に、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極１１１を形成する。ここで、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕの各膜厚は、それぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍである。このとき、次工程である分離および組立工程における認識パターンとして、リソグラフィ法およびウェットエッチング法により、上層のＡｕ膜にのみエッチングを行って、電極パターンを形成することが望ましい。次に、ウェハにおける素子分離位置に、ダイヤモンド針によるスクライブもしくはレーザを用いたスクライブにより素子分離補助溝を形成する。その後、形成された素子分離補助溝に沿ってブレーキングを行い、一次分離（一次へき開）を行う。これにより、前端面１００ａと後端面１００ｂとが形成される。なお、このとき、上下方向の隣り合う素子領域にまで延設された光導波路の他方の端部は、光導波路の残部領域として素子内に残ることになる。
【００８１】
次に、図３（ｅ）に示すように、後端面１００ｂに、ＣＶＤ法もしくはスパッタ法等により、反射率が約９５％の例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる多層誘電体反射膜である高反射率層１５０を形成する。なお、このとき、第三の溝部１３２および第四の溝部１４２にも高反射率層１５０が積層される。
【００８２】
その後、図３（ｆ）に示すように、共振器の長手方向に平行な方向に二次分離（二次へき開）を行い、劈開面１００ｃを形成することで、半導体発光素子１００を作製することができる。なお、この後、半導体発光素子１００は、所望のＣＡＮパッケージに実装および配線される。このようにして、本実施形態に係る半導体発光素子１００を製造することができる。
【００８３】
次に、本実施形態に係る半導体発光素子１００の好ましい実施例について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態の実施例１に係る半導体発光素子１００の設計に必要なパラメータを説明するための図であり、図４（ｂ）は、同半導体発光素子１００におけるパラメータの好適な範囲を説明するための図である。
【００８４】
図４（ａ）に示すように、第一の光出射面１３１ａの垂線と第一の光導波路１２１とがなす鋭角をφ１とし、第二の光出射面１４１ａの垂線と第二の光導波路１２２とがなす鋭角をφ２とし、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａとがなす角をγとし、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２とのなす角をαとする。また、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２との実効屈折率をｎｉとし、半導体発光素子１００の外部の屈折率をｎａとする。なお、上述のとおり、第一の出射光１２１Ｌおよび第二の出射光１２２Ｌにおける水平方向の遠視野像の半値全幅をそれぞれω１およびω２とする。
【００８５】
このとき、これらの設計パラメータの好ましい関係式の一例は、以下の条件式で表すことができる。
【００８６】
すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子１００において、水平方向の遠視野像の単峰性を満たすためには、第一の光出射面１３１ａから出射される第一の出射光１２１Ｌにおける水平方向の遠視野像の半値全幅ω１［度]と、第二の光出射面１４１ａから出射される第二の出射光１２２Ｌにおける水平方向の遠視野像の半値全幅ω２［度]とは、以下の（式１）で表される関係式を満たすように、上記パラメータを設定すればよい。
【００８７】
【数３】
【００８８】
この（式１）で示される条件（条件１）は、第一の光出射面１３１ａから出射する第一の出射光１２１Ｌと第二の光出射面１４１ａから出射する第二の出射光１２２Ｌとのなす角度が、第一の出射光１２１Ｌおよび第二の出射光１２２Ｌのそれぞれにおける水平方向の遠視野像の半値全幅（単位は「度」である）の平均よりも小さいことを表す。
【００８９】
これにより、２つの半値全幅ω１およびω２の平均の大きさの幅よりも、二つの強度ピークそれぞれの半値全幅（ω１またはω２）が狭くなるので、第一の出射光１２１Ｌと第二の出射光１２２Ｌの遠視野像が重ね合わさったときの出射光は、単峰形状の光強度分布となる。なお、上記半値全幅の平均の大きさの幅よりも、二つの強度ピークそれぞれの半値全幅が広いような場合は、第一の出射光１２１Ｌと第二の出射光１２２Ｌの遠視野像が重ね合わさったときの出射光は、複数のピークを有する光強度分布となる。
【００９０】
さらに好ましくは、以下の（式２）の関係式を満たすように、上記パラメータを設定すればよい。
【００９１】
【数４】
【００９２】
この（式２）で示される条件（条件２）は、第一の出射光１２１Ｌと第二の出射光１２２Ｌとのなす角度が、第一の出射光１２１Ｌおよび第二の出射光１２２Ｌのそれぞれにおける水平方向の遠視野像の半値全幅（単位は「度」である）の平均の半分よりも小さいことを表す。
【００９３】
これにより、第一の出射光１２１Ｌの光強度と第二の出射光１２２Ｌの光強度との間に差がある場合であっても、第一の出射光１２１Ｌの強度ピークと第二の出射光１２２Ｌの強度ピークとを十分に近くすることができるので、単峰性の良い水平方向遠視野像が得られる。
【００９４】
図４（ｂ）は、上記の（式１）に関する条件１と（式２）に関する条件２とを視覚的に示したものである。ここで、図４（ｂ）において、実線の曲線は条件１の境界線を示しており、破線の曲線は条件２の境界線を示している。この曲線で挟まれる範囲内のパラメータ（λ、φ１、φ２）を選択することにより、単峰性の良い光強度分布を得ることができる。なお、図４（ｂ）においては、φ１＝φ２とし、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２との実効屈折率はｎｉ＝２．４６５とし、半導体発光素子１００の外部の屈折率はｎａ=１．０００とした。
【００９５】
ここで、半導体発光素子を実際に作製し、その特性を評価したので、その結果について図４（ｂ）および図５を用いて説明する。図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の実施例における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図であり、図５（ｂ）〜図５（ｄ）は、それぞれ比較例に係る半導体発光素子における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図である。
【００９６】
まず、本実施形態に係る半導体発光素子１００の実施例として、共振器長が８００μｍで、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２における接続部分のなす角度αが１０度であり、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２が、後端面１００ｂの垂線に対して線対称となるように構成した。また、φ１およびφ２についてはφ１＝φ２＝３．３度とした。このとき、γは１６．７度となる。
【００９７】
また、比較例として、本実施形態に係る半導体発光素子１００の実施例に対して、φ１の値を変更したものを３種類作製した。比較例１、２は、いずれもφ１（＝φ２）を５．０度（γ＝０度）としたものであり、また、比較例３は、φ１（＝φ２）を１０度（γ＝３０度）としたものである。
【００９８】
図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係る半導体発光素子１００の実施例は、単峰性の良い範囲内のパラメータが設定されていることが分かる。実際に、評価特性を計算すると、図５（ａ）に示すように、水平方向の遠視野像は単峰化されており、遠視野像の対称性が強度ピーク角度に対して良い形状となっていることが分かった。
【００９９】
これに対し、比較例１〜３に係る半導体発光素子は、図４（ｂ）に示すように、単峰性の良い範囲外のパラメータが設定されていることが分かる。実際に、評価特性を算出すると、図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示すように、水平方向の遠視野像には２つの光強度ピークが発生し、水平方向の遠視野像に割れが生じていることが分かった。
【０１００】
しかも、比較例１と比較例２とは、同一条件で作製したにもかかわらず、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、水平方向の遠視野像に２つの光強度ピークが生じているだけではなく、お互いに光強度も異なっていることが分かる。すなわち、素子特性が素子間においてばらつくことも分かった。このように、図４（ｂ）に示される条件の範囲外のパラメータでは、サンプルごとに遠視野像が大きく変化するため、ディスプレイ用の光源としては適さない。なお、図４（ｂ）に示される条件の範囲内のパラメータで構成された本実施形態に係る半導体発光素子１００の場合は、このような素子間の大きなばらつきは発生しなかった。
【０１０１】
以上のように、パラメータ（φ１、φ２、γ）を好ましい設計範囲内に設定することにより、半導体発光素子の出射光を単峰化することができるとともに、安定的に半導体発光素子を作製することが可能となる。
【０１０２】
以上のとおり、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００によれば、第一の光導波路１２１の第一の光出射面１３１ａと第二の光導波路１２２の第二の光出射面１４１ａとが非平行であるので、第一の出射光１２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の出射光１２２Ｌの主軸Ｘ２とのなす角を制御することができる。これにより、水平方向の遠視野像の形状を発光素子の出射光端面で制御することができる。
【０１０３】
そして、本実施形態では、第一の出射光１２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の出射光１２２Ｌの主軸Ｘ２とが近づくように、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａとが形成されているので、遠視野像の水平方向における光強度分布を単峰化させた半導体発光素子を実現することができる。
【０１０４】
また、φ１とφ２とを同じ大きさにし、φ１、φ２およびγを、図４（ｂ）に示された条件の範囲内に設定することにより、第一の出射光１２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の出射光１２２Ｌの主軸Ｘ２とが平行に近くづく。これにより、出射光が角度に対して重ね合わされることによって、水平方向の遠視野像が単峰化され、水平方向の遠視野像の強度分布をピーク強度角度に対して対称にすることができる。
【０１０５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００の上面図である。
【０１０６】
図６に示すように、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００は、第１の実施形態と同様に、前端面２００ａと後端面２００ｂとを有するＳＬＤであって、例えばリッジストライプで構成された第一の光導波路２２１および第二の光導波路２２２の２つの光導波路を有する。また、後端面２００ｂには、誘電体多層膜からなる反射率が９０％以上の高反射率層２５０が形成されている。
【０１０７】
第一の光導波路２２１は、発光層からの第一の出射光２２１Ｌを出射する前端面２００ａと後端面２００ｂとを両端とする直線状の光導波路である。すなわち、本実施形態において、第一の光導波路２２１における第一の光出射面は、第１の実施形態とは異なり、素子分離面（へき開面）である前端面２００ａによって構成されている。
【０１０８】
一方、第二の光導波路２２２は、第１の実施形態と同様に、発光層からの第二の出射光２２２Ｌを出射する第二の光出射面２４１ａと後端面２００ｂとを両端とする直線状の光導波路である。
【０１０９】
第一の光導波路２２１と第二の光導波路２２２とは、第１の実施形態と同様に、後端面側の端部が後端面２００ｂにおいて接続されているが、前端面側の端部は接続されていない。なお、第一の光導波路２２１と第二の光導波路２２２とは、接続部が形成された後端面２００ｂから前端面２００ａに向かってお互いの間隔が拡がるようにして形成されている。
【０１１０】
また、本実施形態に係る半導体発光素子２００においては、前端面２００ａの近傍における第二の光導波路２２２を切り欠くようにして第一の溝部２４１が形成されており、これにより、第二の光出射面２４１ａが形成されている。また、後端面２００ｂを切り欠くようにして第二の溝部２４２が形成されている。なお、第１の実施形態とは異なり、第一の光導波路２２１の前端面側の端部には溝部が形成されていない。
【０１１１】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子２００においても、第一の光出射面である前端面２００ａと第二の光出射面２４１ａとは、前端面２００ａから出射する第一の出射光２２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の光出射面２４１ａから出射する第二の出射光２２２Ｌの主軸Ｘ２とが近づいて平行となるように、互いに非平行に形成されている。
【０１１２】
第一の溝部２４１と第二の溝部２４２とは、第１の実施形態と同様に、素子分離前における隣り合う素子の隣接部分に対して１つの凹部を形成する際に同時に形成される。また、第一の光導波路２２１および第二の光導波路２２２の形成によって、光導波路残部２２３および２２４が、それぞれ前端面２００ａ付近と後端面２００ｂ付近に形成される。すなわち、光導波路残部２２３および２２４は、素子分離の際に、隣接する素子領域から延設された光導波路の残部として形成される。これら第二の溝部２４２と光導波路残部２２３および２２４とは、半導体発光素子２００の機能構成ではないので、半導体発光素子２００の機能構成である第一の光導波路２２１、第二の光導波路２２２および第一の溝部２４１に対して、これらの機能構成とは異なる場所に配置されるように設計される。
【０１１３】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子２００の断面構成および製造方法については、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１１４】
また、図６に示すように、第一の光出射面（前端面２００ａ）の垂線と第一の光導波路２２１とがなす鋭角をφ１とし、第二の光出射面２４１ａの垂線と第二の光導波路２２２とがなす鋭角をφ２とし、第一の出射光２２１Ｌおよび第二の出射光２２２Ｌにおける水平方向の遠視野像の半値全幅をそれぞれω１およびω２とする。また、第一の光出射面（前端面２００ａ）と第二の光出射面２４１ａとがなす鋭角をγとする。
【０１１５】
このとき、これらの設計パラメータの好ましい関係式の一例は、以下の条件式で表すことができる。
【０１１６】
すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子２００において、水平方向の遠視野像の単峰性を満たすたには、以下の（式３）および（式４）で表される関係式を満たすように、上記パラメータを設定すればよい。
【０１１７】
【数５】
【０１１８】
【数６】
【０１１９】
これにより、第一の出射光２２１Ｌと第二の出射光２２２Ｌの遠視野像が重ね合わさったときの出射光は単峰形状の光強度分布となる。
【０１２０】
ここで、上記の（式３）および（式４）における好適なパラメータの範囲を図７に示す。図７は、本実施形態に係る半導体発光素子２００におけるパラメータの好適な範囲を説明するための図である。なお、図７において、φ１＝φ２、ｎａ＝２．４６５、ｎｉ=１．０００とした。また、図７において、細い実線の曲線は、γの好適な範囲を示す境界線を示しており、細い破線の曲線は、φ２の好適範囲を示す境界線を示している。なお、太い実線および太い破線は、それぞれ好適範囲の中心線を示している。
【０１２１】
図７に示すように、この曲線で挟まれる範囲内のパラメータ（λ、φ１、φ２）を選択することにより、単峰性の良い光強度分布を有する半導体発光素子を実現することができる。
【０１２２】
ここで、本発明に係る半導体発光素子において、導波光が傾斜端面（第一の光出射面と第二の光出射面）で反射されるときにおける、光導波路に対する反射率と傾斜端面の傾斜角度との依存性について、図８を用いて説明する。図８は、本発明に係る半導体発光素子において、導波光が傾斜端面で反射されるときにおける、光導波路に対する反射率と傾斜端面の傾斜角度との依存性を理論計算したときの結果を示す図である。
【０１２３】
図８に示すように、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００（本発明２）では、第一の光出射面（前端面２００ａ）の反射率は約３．３×１０−５となり、第二の光出射面２４１ａの反射率は約４．２×１０−７となる。ここで、半導体発光素子全体の反射率は、第一の光出射面と第二の光出射面との反射率の積で表されるため、本実施形態に係る半導体発光素子２００全体の反射率は、約１．４×１０−１１となる。なお、正確には、半導体発光素子全体の反射率は第一の光出射面と第二の光出射面と後端面との反射率の積で表されるが、本発明に係る半導体発光素子については、全て後端面に同じ反射率の高反射率層が形成されているので、半導体発光素子全体の反射率は第一の光出射面の反射率と第二の光出射面の反射率の積で記述することにする。
【０１２４】
また、同図に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００（本発明１）については、第一の光出射面の反射率と第二の光出射面の反射率がともに約２．５×１０−３であるので、半導体発光素子１００全体の反射率は約６．２×１０−６となる。
【０１２５】
このように、第２の実施形態に係る半導体発光素子２００は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１００に対して、素子全体の反射率を約１０５低減することができるので、さらにレーザ発振を有効に抑制することができ、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光が得やすくなる。また、このようにレーザ発振を抑制する効果が高くなることによって、インコヒーレントな光を得ることのできる光出力の上限が高くなる。なお、この傾斜端面の反射率は、定性的には、導波路を導波した光のうち放射端面で放射されずに反射して再び光導波路に戻る光の割合を計算したものである。なお、光の入射角と反射角とは等しいことから光が入射方向に跳ね返ることは基本的には無いが、光導波路は幅を有しているため、放射端面で反射された光のうちの一部は光導波路に入ることになる。この光導波路に戻る光の割合を、傾斜端面の反射率としている。
【０１２６】
以上のとおり、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００によれば、第一の光導波路２２１の第一の光出射面（前端面２００ａ）と第二の光導波路２２２の第二の光出射面２４１ａとは、第一の出射光２２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の出射光２２２Ｌの主軸Ｘ２とが近づくように、非平行に形成されているので、遠視野像の水平方向における光強度分布を単峰化させた半導体発光素子を実現することができる。
【０１２７】
さらに、本実施形態に係る半導体発光素子２００によれば、第１の実施形態に係る半導体発光素子１００よりも、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を得ることができる。
【０１２８】
なお、本実施形態では、第一の光導波路２２１における第一の光出射面を前端面２００ａ（へき開面）としたが、第二の光導波路２２２における第二の光出射面を前端面２００ａとしても構わない。この場合、第一の光導波路２２１における第一の光出射面は、溝部の形成によって構成される傾斜端面となる。
【０１２９】
（第２の実施形態の変形例１）
次に、本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子２００Ａについて、図９を用いて説明する。図９は、本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子の上面図である。
【０１３０】
本変形例に係る半導体発光素子２００Ａは、基本的には、上述の本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００と同様の構成である。従って、図９において、図６に示す構成要素と同じ構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３１】
図９に示すように、本変形例に係る半導体発光素子２００Ａでは、第二の光導波路２２２Ａが曲線状に形成されている。具体的には、本変形例において、第一の光導波路２２１と第二の光導波路２２２Ａとは、接続部が形成された後端面２００ｂから前端面２００ａに向かってお互いの間隔が拡がるようにして形成されているが、第二の光導波路２２２Ａは、直線部分と曲線部２２２Ｒとを有しており、光導波路の途中から第一の光導波路２２１との拡がり幅が小さくなるように構成されている。
【０１３２】
本変形例に係る半導体発光素子２００Ａは、この構成により、第２の実施形態よりもチップ幅を小さくすることができるので、コストを低減することができる。
【０１３３】
（第２の実施形態の変形例２）
次に、本発明の第２の実施形態の変形例２に係る半導体発光素子２００Ｂについて、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態の変形例２に係る半導体発光素子の上面図である。
【０１３４】
本変形例に係る半導体発光素子２００Ｂは、基本的には、上述の本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子２００Ａと同様の構成である。従って、図１０において、図９に示す構成要素と同じ構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３５】
図１０に示すように、本変形例に係る半導体発光素子２００Ｂでは、上記変形例１と同様に、第二の光導波路２２２Ａにおける第二の光出射面はへき開面（前端面２００ａ）ではないが、本変形例では、さらに、第一の光導波路２２１Ｂにおける第一の光出射面２３１ａもへき開面（前端面２００ａ）ではない。すなわち、本変形例では、第一の光導波路２２１Ｂおよび第二の光導波路２２２Ａは、光出射面としていずれもへき開面を用いない。なお、第一の光導波路２２１Ｂにおける第一の光出射面２３１ａは、第一の溝部２３１を形成することによって面形成することができる。
【０１３６】
本変形例に係る半導体発光素子２００Ｂは、この構成により、製造コストを低減することができる。
【０１３７】
なお、本変形例において、第一の光出射面２３１ａは前端面２００ａと略平行となるように構成されているが、これに限らない。第二の光出射面２４１ａと同様に、前端面２００ａに対して傾斜するように構成しても構わない。
【０１３８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００について、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００の上面図である。
【０１３９】
図１１に示すように、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００は、第１の実施形態と同様に、前端面３００ａと後端面３００ｂとを有するＳＬＤであって、例えばリッジストライプで構成された第一の光導波路３２１および第二の光導波路３２２の２つの光導波路を有する。また、後端面３００ｂには、誘電体多層膜からなる反射率が９０％以上の高反射率層３５０が形成されている。
【０１４０】
第一の光導波路３２１は、発光層からの第一の出射光３２１Ｌを出射する前端面３００ａと後端面３００ｂとを両端とする全体が直線状の光導波路である。すなわち、本実施形態において、第一の光導波路３２１における第一の光出射面は、第１の実施形態とは異なって、素子分離面（へき開面）である前端面３００ａによって構成されている。
【０１４１】
また、第二の光導波路３２２は、発光層からの第二の出射光３２２Ｌを出射する前端面３００ａと後端面３００ｂとを両端とする光導波路である。すなわち、第二の光導波路３２２における第二の光出射面も、前端面３００ａによって構成されている。さらに、本実施形態に係る第二の光導波路３２２は、光導波路の一部に折れ曲がり部３２２ｖが形成されており、第二の光導波路３２２は、当該折れ曲がり部３２２ｖを境界として、直線状の第一直線部３２２ａと直線状の第二直線部３２２ｂとで構成されている。
【０１４２】
第二の光導波路３２２において、折れ曲がり部３２２ｖには光反射面３３１ａが形成されており、折れ曲がり部３２２ｖは光反射面３３１ａに接続されて構成されている。光反射面３３１ａは、第二の光導波路３２２を進む光を反射させるとともに、反射した光が再び第二の光導波路３２２内を進むように構成されている。この光反射面３３１ａは、第一の溝部３３１が形成されることによって面形成される。
【０１４３】
そして、本実施形態では、第一の光導波路３２１と第二の光導波路３２２とは、後端面側の端部が後端面２００ｂにおいて接続されており、接続部が形成された後端面３００ｂから前端面３００ａに向かって折れ曲がり部３２２ｖまではお互いの間隔が拡がるようにして形成され、折れ曲がり部３２２ｖから前端面３００ａに向かっては間隔が同等なるように形成され、第一の光導波路３２１と第二の光導波路３２２とが交差しないように構成されている。
【０１４４】
すなわち、本実施形態では、前端面３００ａの垂線と第一の光導波路３２１とがなす鋭角をφ１とし、前端面３００ａの垂線と第二の光導波路３２２とがなす鋭角をφ２とすると、φ１＝φ２となるように構成されている。なお、本実施形態において、第一の光出射面と第二の光出射面とは平行であるので、第一の光出射面と第二の光出射面とがなす角γは、γ＝０となる。
【０１４５】
また、本実施形態に係る半導体発光素子３００においては、第二の光導波路３２２における第一直線部３２２ａと第二直線部３２２ｂとの接続部分の一部を切り欠くようにして第一の溝部３３１が形成されている。さらに、本実施形態では、第二の溝部３３２が形成されており、第一の溝部３３１と第二の溝部３３２とは、素子分離前における隣り合う素子の隣接部分に対して１つの凹部を形成する際に同時に形成される。また、第一の光導波路３２１および第二の光導波路３２２の形成によって、光導波路残部３２３および３２４が後端面３００ｂ付近に形成される。すなわち、光導波路残部３２３および３２４は、素子分離の際に、隣接する素子領域から延設された光導波路の残部として形成される。これら第二の溝部３３２と光導波路残部３２３および３２４とは、半導体発光素子３００の機能構成ではないので、半導体発光素子３００の機能構成である第一の光導波路３２１、第二の光導波路３２２および第一の溝部３３１に対して、これらの機能構成とは異なる場所に配置されるように設計される。
【０１４６】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子３００の断面構成については、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１４７】
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００の製造方法について、図１２を用いて説明する。図１２（ａ）〜図１２（ｅ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における各工程を説明するための図である。なお、図１２は、図３と同様にウェハの一部を示しており、ウェハにおいて縦方向に３列で横方向に３列の合計９個の半導体発光素子１００が形成される場合について説明する。また、図１２において、破線は、１つの半導体発光素子３００のチップ領域を表している。
【０１４８】
本実施形態に係る半導体発光素子３００は、基本的には、図３に示す第１の実施形態と同様にして製造方法することができる。従って、詳細な説明は省略する。
【０１４９】
まず、基板上に窒化物半導体からなる積層構造を形成した後、図１２（ａ）に示すように、第一の光導波路３２１および第二の光導波路３２２を形成する。このとき、素子分離する際に光導波路が途中で切れることがないように、第一の光導波路３２１と第二の光導波路３２２は、その両端部が上下方向に隣り合う素子領域にまで延設されて形成されている。さらに、本実施形態では、第二の光導波路３２２が折れ曲がり部３２２ｖ付近の途中で切れることがないように、第二の光導波路３２２は、横方向に隣り合う素子領域にまで延設されて形成されている。
【０１５０】
次に、図１２（ｂ）に示すように、光反射面３３１ａを形成するために第一の溝部３３１および第二の溝部３３２を形成する。このとき、光反射面３３１ａは、ＳｉＯ２膜を堆積した後に、フォトリソグラフィおよびＲＩＥによるドライエッチングにより、第一の溝部３３１と第二の溝部３３２とで構成される凹部３３０を形成する領域のみのＳｉＯ２膜を除去する。その後、ＳｉＯ２膜をマスクとして、Ｃｌ２ガスやＳｉＣｌ４ガスによるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）ドライエッチングにより、上記凹部を形成する。これにより、光反射面３３１ａが形成される。なお、このとき、凹部３３０は、横方向の隣り合う素子領域にまで延設された光導波路をも切り取るようにして形成される。すなわち、第二の溝部３３２は、隣り合う素子領域にまで延設された光導波路を切り取るために形成される。
【０１５１】
次に、図１２（ｃ）に示すように、ウェハから半導体発光素子が横１列に連なったバー状態に分割する一次分離（一次へき開）を行う。これにより、半導体発光素子３００の前端面３００ａおよび後端面３００ｂが形成される。この後、第一の光出射面と第二の光出射面である前端面３００ａに対して、ＳＬＤの信頼性を向上させる積層膜を形成してもよい。
【０１５２】
次に、図１２（ｄ）に示すように、後端面３００ｂに、ＣＶＤ法もしくはスパッタ法等により、反射率が約９５％の例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる多層誘電体反射膜である高反射率層３５０を形成する。
【０１５３】
その後、図１２（ｅ）に示すように、共振器の長手方向に平行な方向に二次分離（二次へき開）を行い、劈開面３００ｃを形成することで、半導体発光素子３００を作製することができる。このようにして、本実施形態に係る半導体発光素子３００を製造することができる。
【０１５４】
以上のとおり、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００によれば、第二の光導波路３２２に全反射面を有する折れ曲がり部３２２ｖが形成されるとともに、φ１＝φ２となるように構成されているので、第一の光導波路３２１から出射する第一の出射光の主軸（光軸）と第二の光導波路３２２から出射する第二の出射光の主軸（光軸）とを近づけることができるので、半導体発光素子全体の出射光における水平方向の遠視野像が単峰化することができるとともに、チップ幅を縮小することができるのでコストを低減することができる。
【０１５５】
なお、単峰性の良い水平方向の遠視野像とするためのφ１等の好適なパラメータの範囲については、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１５６】
また、第一の光導波路３２１と第二の光導波路３２２との実効屈折率をｎｉとし、半導体発光素子３００の外部における屈折率をｎａとすると、光反射面３３１ａの垂線と第二直線部３２２ｂとがなす鋭角は、ａｒｃｓｉｎ（ｎａ／ｎｉ）よりも大きいことが好ましい。
【０１５７】
これにより、光反射面３３１ａを全反射面とすることができるので、反射率を限りなく１００％に近づけることができる。従って、光反射面に対して高反射率の半導体層などを作製するプロセスが不要となり、端面形成のための製造コストが不要となる。
【０１５８】
（第３の実施形態の変形例）
次に、本発明の第３の実施形態の変形例に係る半導体発光素子３００Ａについて、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る半導体発光素子の上面図である。
【０１５９】
本変形例に係る半導体発光素子３００Ａは、基本的には、上述の本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００と同様の構成である。従って、図１３において、図１１に示す構成要素と同じ構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１６０】
図１３に示すように、本変形例に係る半導体発光素子３００Ａでは、第二の光導波路３２２Ａが曲線状に形成されている。具体的には、本変形例において、第一の光導波路３２１と第二の光導波路３２２Ａとは、接続部が形成された後端面３００ｂから前端面３００ａに向かってお互いの間隔が拡がるようにして形成されているが、第二の光導波路３２２Ａは、直線部分と曲線部３２２Ｒを有しており、途中から第一の光導波路３２１との間隔が同等となるように構成されており、前端面３００ａ付近においてφ１＝φ２となっている。
【０１６１】
本変形例に係る半導体発光素子３００Ａは、この構成により、チップ幅を小さくすることができるので、コストを低減することができる。
【０１６２】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００について、図１４を用いて説明する。図１４は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００の上面図である。
【０１６３】
図１４に示すように、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００は、第１の実施形態と同様に、前端面４００ａと後端面４００ｂとを有するＳＬＤであって、例えばリッジストライプで構成された第一の光導波路４２１および第二の光導波路４２２の２つの光導波路を有する。また、後端面４００ｂには、他の実施形態と同様に、誘電体多層膜からなる反射率が９０％以上の高反射率層４５０が形成されている。
【０１６４】
第一の光導波路４２１は、第一の出射光４２１Ｌを出射する第一の光出射面４３１ａと後端面４００ｂとを両端とする光導波路であって、直線部分と曲線部４２１Ｒとを有する曲線状の光導波路である。また、第二の光導波路４２２も、第二の出射光４２２Ｌを出射する第二の光出射面４４１ａと後端面４００ｂとを両端とする光導波路であって、直線部分と曲線部４２２Ｒを有する曲線状の光導波路である。
【０１６５】
第一の光導波路４２１と第二の光導波路４２２とは、第１の実施形態と同様に、後端面側の端部が後端面４００ｂにおいて接続されているが、前端面側の端部は接続されていない。さらに、第一の光導波路４２１と第二の光導波路４２２とは、接続部が形成された後端面４００ｂから前端面４００ａに向かってお互いの間隔が拡がるようにして形成されている。また、第一の光導波路４２１と第二の光導波路４２２とは、後端面４００ｂの接続部の垂線に対して線対称となるように構成されている。
【０１６６】
本実施形態に係る半導体発光素子４００では、前端面４００ａの近傍において、第一の光導波路４２１を切り欠くように第一の溝部４３１が形成されるとともに、第二の光導波路４２２を切り欠くようにして第二の溝部４４１が形成されている。これにより、第一の光出射面４３１ａと第二の光出射面４４１ａとが形成されている。また、後端面４００ｂを切り欠くようにして第三の溝部４３２と第四の溝部４４２が形成されている。
【０１６７】
なお、第一の溝部４３１と第三の溝部４３２とは、１つの凹部を形成する際に同時に形成され、また、第二の溝部４４１と第四の溝部４４２とは、素子分離前における隣り合う素子の隣接部分に対して１つの凹部を形成する際に同時に形成される。また、第一の光導波路４２１および第二の光導波路４２２の形成によって、光導波路残部４２３が前端面４００ａ付近に形成される。すなわち、光導波路残部４２３は、素子分離の際に、隣接する素子領域から延設された光導波路の残部として形成される。これら第三の溝部４３２と第四の溝部４４２と光導波路残部４２３とは、半導体発光素子４００の機能構成ではないので、半導体発光素子４００の機能構成である第一の光導波路４２１、第二の光導波路４２２、第一の溝部４３１および第二の溝部４４１に対して、これらの機能構成とは異なる場所に配置されるように設計される。
【０１６８】
そして、本実施形態に係る半導体発光素子４００では、第一の光出射面４３１ａと第二の光出射面４４１ａとは、互いに平行に形成されているとともに、前端面４００ａに対しては傾斜するようにして非平行に形成されている。すなわち、本実施形態では、第一の光出射面４３１ａの垂線と第一の光導波路４２１とがなす鋭角をφ１とし、第二の光出射面４４１ａの垂線と第二の光導波路４２２とがなす鋭角をφ２とすると、φ１＝φ２となるように構成されている。なお、本実施形態において、第一の光出射面と第二の光出射面とがなす角γは、γ＝０となる。
【０１６９】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子４００の断面構成および製造方法については、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１７０】
以上のとおり、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００によれば、第一の光導波路４２１と第二の光導波路４２２とは、曲線部４２１Ｒおよび４２２Ｒを有するとともに、第一の光出射面４３１ａおよび第二の光出射面４４１ａが前端面４００ａと非平行に形成されている。これにより、チップ幅を小さくすることができるのでコストを低減することができるとともに、へき開による製造コストを低減することができる。
【０１７１】
なお、単峰性の良い水平方向の遠視野像とするためのφ１等の好適なパラメータの範囲については、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１７２】
以上、本発明に係る半導体発光素子について、実施形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態および変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態に施したもの、または異なる実施形態または変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明は、光出射方向の制御および水平方向遠視野像の光強度分布の形状制御をすることができる半導体発光素子の構造として有用であり、特に、水平方向の遠視野像の単峰化と光強度分布の対称性向上を目的とした半導体発光素子等として広く有用である。
【符号の説明】
【０１７４】
１００、２００、２００Ａ、２００Ｂ、３００、３００Ａ、４００、９００ 半導体発光素子
１００Ｌ 出射光
１００ａ、２００ａ、３００ａ、４００ａ、９００ａ 前端面
１００ｂ、２００ｂ、３００ｂ、４００ｂ、９００ｂ 後端面
１００ｃ、３００ｃ 劈開面
１０１ 基板
１０２ ｎ型クラッド層
１０３ ｎ型ガイド層
１０４ 活性層（発光層）
１０５ ｐ型ガイド層
１０６ キャリアオーバフロー抑制層（ＯＦＳ層）
１０７ ｐ型クラッド層
１０８ ｐ側電極
１０９ 配線電極
１１０ ブロック層
１１１ ｎ側電極
１２１、２２１、２２１Ｂ、３２１、３２１Ａ、４２１、９２１ 第一の光導波路
１２１Ｌ、２２１Ｌ、３２１Ｌ、４２１Ｌ 第一の出射光
１２２、２２２、２２２Ａ、３２２、３２２Ａ、４２２、９２２ 第二の光導波路
１２２Ｌ、２２２Ｌ、３２２Ｌ、４２２Ｌ 第二の出射光
１２３、２２３、２２４、３２３、３２４、４２３ 光導波路残部
１３０、１４０ 凹部
１３１、２３１、２４１、３３１、４３１ 第一の溝部
１３１ａ、２３１ａ、４３１ａ 第一の光出射面
１３２、４３２ 第三の溝部
１４１、２４２、３３２、４４１ 第二の溝部
１４１ａ、２４１ａ、４４１ａ 第二の光出射面
１４２、４４２ 第四の溝部
１５０、２５０、３５０、４５０ 高反射率層
２２２Ｒ、３２２Ｒ、４２１Ｒ、４２２Ｒ 曲線部
３２２ｖ 折れ曲がり部
３２２ａ 第一直線部
３２２ｂ 第二直線部
３３１ａ 光反射面
９５０ 反射膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、青紫から赤色までの可視光領域における発光を伴うスーパールミネッセントダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタなどのディスプレイ用の水銀レスの高輝度光源として、半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）やスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光素子が注目されている。
【０００３】
その中で半導体レーザは、高輝度であり出射光の指向性が優れているという特長を有するが、出射光であるレーザ光が可干渉光（コヒーレント光）であるため、スクリーン面で乱反射した光が干渉して生じるスペックルノイズが問題となる。一方、このようなスペックルノイズがない光源として、出射光が非可干渉光（インコヒーレント光）であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が挙げられる。しかしながら、プロジェクタなどの光源にＬＥＤを用いた場合、出射光の指向性が低いため、ディスプレイを構成する光学系における結合効率が低く、その結果、ディスプレイの輝度が低くなってしまうという課題を有する。
【０００４】
このような課題に対し、指向性および低コヒーレント性の両方を持つ光源として例えばＳＬＤのような半導体発光素子がある。ＳＬＤは、ＬＤと同様に光導波路を用いた半導体発光素子であるが、出射端面の反射率を大きく下げることでレーザ発振を抑制し、低コヒーレント光と高指向性の両立を実現する。さらに、半導体発光素子をディスプレイの光源に用いた場合、画面を高輝度化するために、光源である半導体発光素子の高出力化も必要となる。
【０００５】
このような低コヒーレントで高出力を実現する半導体発光素子の構造が、例えば特許文献１に提案されている。以下、図１５を用いて従来の半導体発光素子の構造について説明する。
【０００６】
図１５に示すように、従来の半導体発光素子９００は、前端面９００ａと後端面９００ｂとに接続された第一の光導波路９２１および第二の光導波路９２２を有している。第一の光導波路９２１および第二の光導波路９２２は、後端面９００ｂにおいて互いに接続されており、後端面９００ｂから前端面９００ａに向かって互いの間隔が拡がるように構成されている。
【０００７】
また、後端面９００ｂには反射膜９５０が形成されており、当該反射膜９５０によって第一の光導波路９２１および第二の光導波路９２２を導波する光が反射される。一方、前端面９００ａは、第一の光導波路９２１の光出射面および第二の光導波路９２２の光出射面となっており、光出射面である前端面９００ａからは、第一の光導波路９２１および第二の光導波路９２２において増幅されて出力が高く低コヒーレントの光が出射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２３８８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の半導体発光素子９００の構成では、以下のような問題がある。
【００１０】
従来の半導体発光素子９００では、第一の光導波路９２１および第二の光導波路９２２が前端面９００ａに対して互いに拡がる方向で接続されるため、それぞれの光導波路から出射される出射光の出射方向が異なり、それぞれの出射光は互いに拡がる方向に出射する。また、光導波路の実効屈折率と光導波路の出射側（外部）の屈折率との間には屈折率差があるので、上記の出射方向の拡がりは拡大する。その結果、出射光の遠視野像（ＦＦＰ：Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔａｒｎ）の水平方向における光強度分布に、２つの光強度ピークが生じるという問題がある。
【００１１】
また、光出射端面（前端面）の反射率が面内においてばらつくと、第一の光導波路における光出射面と第二の光導波路における光出射面において反射率に差が生じ、２つの出射光の光強度ピークに差が発生する。その結果、例えば、半導体発光素子を量産した場合、個々の半導体発光素子におけるＦＦＰの光強度分布形状が大きくばらつくという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、遠視野像の水平方向における光強度分布形状を単峰化することができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様は、発光層を有する半導体発光素子であって、前記発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面および前記発光層からの光を反射する後端面を両端とする第一の光導波路と、前記発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面および前記後端面を両端とする第二の光導波路とを備え、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面で接続されており、前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とは、前記第一の光の光軸と前記第二の光の光軸とが近づくように、互いに非平行となるように構成されたものである。
【００１４】
この構成により、第一の光出射面から出射する第一の光と、第二の光端面から出射する第二の光とのなす角が小さくなるように制御することができるので、半導体発光素子全体としての出射光の遠視野像の水平方向における光分布を単峰性とすることができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光出射面の垂線と前記第一の光導波路とがなす鋭角をφ１とし、前記第二の光出射面の垂線と前記第二の光導波路とがなす鋭角をφ２とし、前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とがなす角をγとし、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との実効屈折率をｎｉとし、前記半導体発光素子の外部における屈折率をｎａとし、前記第一の光出射面から出射する前記第一の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω１とし、前記第二の光出射面から出射する前記第二の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω２とすると、
【数１】
の関係を満たすことが好ましい。
【００１６】
この構成により、第一の光出射面から出射する第一の光と第二の光端面から出射する第二の光とのなす鋭角が、それぞれの端面から出射する光の回折による水平方向の拡がり角度よりも小さくなる。これにより、水平方向の遠視野像を単峰化することができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記後端面における前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との接続部が、前記後端面の垂線に対して線対称であることが好ましい。
【００１８】
この構成により、第一の光導波路で生成された光のうち後端面に到達したものは、当該後端面で反射されて第二の光導波路に入り、第二の光導波路で光利得を受け増幅されたのちに第二の光出射面から放射される。また、第二の光導波路で生成された光のうち後端面に到達したものは、当該後端面で反射されて第一の光導波路に入り、第一の光導波路で光利得を受け増幅されたのちに第一の光出射面から放射される。これにより、光の増幅長を共振器長の２倍にすることができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、それぞれ直線状に形成されていることが好ましい。
【００２０】
この構成により、光導波路を進行する光が進行方向から曲げられることによって生じる放射ロスを無くすことができる。
【００２１】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路の少なくとも一方が曲線部を有しており、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは交差しないことが好ましい。
【００２２】
この構成により、光導波路内に分岐点がなくなるため、光導波路の分岐点で生じる光のロスを無くすことができる。
【００２３】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方がへき開面であることが好ましい。
【００２４】
これにより、へき開によって光出射面を形成することができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る第１の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方は、溝部によって形成されることが好ましい。
【００２６】
これにより、前端面に対して傾斜する光出射面を容易に形成することができる。
【００２７】
また、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様は、発光層を有する半導体発光素子であって、前記発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面および前記発光層からの光を反射する後端面を両端とする第一の光導波路と、前記発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面および前記後端面を両端とする第二の光導波路とを備え、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面で接続されており、前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とは平行であり、前記第一の光出射面の垂線と前記第一の光導波路とがなす鋭角をφ１とし、前記第二の光出射面の垂線と前記第二の光導波路とがなす鋭角をφ２とし、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との実効屈折率をｎｉとし、前記半導体発光素子の外部における屈折率をｎａとし、前記第一の光出射面から出射する前記第一の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω１とし、前記第二の光出射面から出射する前記第二の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω２とすると、
【数２】
の関係を満たすものである。
【００２８】
この構成により、第一の光出射面から出射する第一の光と第二の光端面から出射する第二の光のなす鋭角が、それぞれの端面から出射する光の回折による水平方向の拡がり角度よりも小さくなる。これにより、水平方向の遠視野像を単峰化することができる。
【００２９】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記後端面における前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との接続部が、前記後端面の垂線に対して線対称であることが好ましい。
【００３０】
この構成により、第一の光導波路で生成された光のうち後端面に到達したものは、当該後端面で反射されて第二の光導波路に入り、第二の光導波路で光利得を受け増幅されたのちに第二の光出射面から放射される。また、第二の光導波路で生成された光のうち後端面に到達したものは、当該後端面で反射されて第一の光導波路に入り、第一の光導波路で光利得を受け増幅されたのちに第一の光出射面から放射される。これにより、光の増幅長を共振器長の２倍にすることができる。
【００３１】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光導波路および前記第二の光導波路の少なくとも一方は、曲線部を有することが好ましい。
【００３２】
この構成により、チップ幅を縮小させることができる。
【００３３】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面の垂線に対して線対称であることが好ましい。
【００３４】
これにより、高効率でレーザ光を生成することができる。
【００３５】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光導波路および前記第二の光導波路の少なくとも一方が、折れ曲がり部を有することが好ましい。
【００３６】
これにより、第一の光出射面から出射する第一の光の光軸と第二の光出射面から出射する第二の光の光軸とを容易に近づけることができる。
【００３７】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記折れ曲がり部は、光を反射する光反射面に接続されていることが好ましい。
【００３８】
この構成により、光導波路で生成された光子のうち折れ曲がり部に到達したものは、光反射面で反射して再び当該導波路に戻り、光利得を受けて増幅することができる。
【００３９】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記光反射面は、前記折れ曲がり部の近傍に形成される溝部によって形成されることが好ましい。
【００４０】
これにより、容易に光反射面を形成することができる。
【００４１】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記折れ曲がり部を有する方の光導波路は、当該折れ曲がり部を境界として光出射側の第一直線部と前記後端面側の第二直線部とを有し、前記光反射面の垂線と前記第二直線部とがなす鋭角は、ａｒｃｓｉｎ（ｎａ／ｎｉ）よりも大きいことが好ましい。
【００４２】
この構成により、光反射面を全反射面とすることができるので、反射率を限りなく１００％に近づけることができる。このため、光反射面に対して高反射率の半導体層などを作製するプロセスが不要となり、端面形成の製造コストを下げることができる。
【００４３】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方がへき開面であることが好ましい。
【００４４】
これにより、へき開によって光出射面を形成することができる。
【００４５】
さらに、本発明に係る第２の半導体発光素子の一態様において、前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方は、溝部によって形成されることが好ましい。
【００４６】
これにより、前端面に対して傾斜する光出射面を容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明に係る半導体発光素子によれば、半導体発光素子の出射光の水平方向の遠視野像を単峰化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の上面図であり、図１（ｂ）は、同半導体発光素子の斜視図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における同半導体発光素子の断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の動作時における上面図であり、図２（ｂ）は、遠視野像の水平方向における光強度分布が単峰性となっている状態を表した図であり、図２（ｃ）は、遠視野像の水平方向における光強度分布が非単峰性となっている状態を表した図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法であって、図３（ａ）は、基板上に積層構造体を形成する工程を説明するための図であり、図３（ｂ）は、光導波路形成工程を説明するための図であり、図３（ｃ）は、溝形成工程を説明するための図であり、図３（ｄ）は、一次分離（一次へき開）工程を説明するための図であり、図３（ｅ）は、高反射率層形成工程を説明するための図であり、図３（ｆ）は、二次分離（二次へき開）工程を説明するための図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態の実施例１に係る半導体発光素子の設計に必要なパラメータを説明するための図であり、図４（ｂ）は、同半導体発光素子におけるパラメータの好適な範囲を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の実施例における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図であり、図５（ｂ）は、比較例１に係る半導体発光素子における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図であり、図５（ｃ）は、比較例２に係る半導体発光素子における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図であり、図５（ｄ）は、比較例３に係る半導体発光素子における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子におけるパラメータの好適な範囲を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明に係る半導体発光素子において、導波光が傾斜端面で反射されるときにおける、光導波路に対する反射率と傾斜端面の傾斜角度との依存性を理論計算したときの結果を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態の変形例２に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｅ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法であって、図１２（ａ）は、光導波路形成工程を説明するための図であり、図１２（ｂ）は、溝形成工程を説明するための図であり、図１２（ｃ）は、一次分離（一次へき開）工程を説明するための図であり、図１２（ｄ）は、高反射率層形成工程を説明するための図であり、図１２（ｅ）は、二次分離（二次へき開）工程を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１５】図１５は、従来の半導体発光素子の構造を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態に係る半導体発光素子について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施形態は一例であって、本発明はこれらの実施形態には限定されない。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な構成要素については、説明を省略または簡略化する。
【００５０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の上面図であり、図１（ｂ）は、同半導体発光素子１００の斜視図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における同半導体発光素子１００の断面図である。
【００５１】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００は、発光層からの光を取り出す側のへき開端面である前端面１００ａと、前端面１００ａとは反対側のへき開端面である後端面１００ｂとを有するＳＬＤであって、例えばリッジストライプで構成された第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２の２つの光導波路を有する。なお、後端面１００ｂは、発光層からの光を反射するように構成されており、後端面１００ｂには、例えば誘電体多層膜からなる反射率が９０％以上の高反射率層１５０が形成されている。
【００５２】
第一の光導波路１２１は、発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面１３１ａと後端面１００ｂとを両端とする全体が直線状の光導波路であり、また、第二の光導波路１２２は、発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面１４１ａと後端面１００ｂとを両端とする全体が直線状の光導波路である。
【００５３】
第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２とは一箇所で接続されており、その接続部は後端面１００ｂにも接している。すなわち、本実施形態では、第一の光導波路１２１の後端面側の一端部と第二の光導波路１２２の後端面側の一端部とは、後端面１００ｂにおいて接続されている。また、第一の光導波路１２１の前端面側の他端部と第二の光導波路１２２の前端面側の他端部とは接続されておらず、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２は、それぞれ前端面１００ａとは非平行に形成された第一の光出射面１３１ａおよび第二の光出射面１４１ａに接続されている。なお、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２とは、接続部が形成された後端面１００ｂから前端面１００ａに向かってお互いの間隔が拡がるようにして形成されている。
【００５４】
また、本実施形態に係る半導体発光素子１００においては、前端面１００ａの近傍における第一の光導波路１２１を切り欠くようにして第一の溝部１３１が形成されており、これにより、第一の光出射面１３１ａが形成されている。同様に、前端面１００ａの近傍における第二の光導波路１２２を切り欠くようにして第二の溝部１４１が形成されており、これにより、第二の光出射面１４１ａを形成している。第一の溝部１３１および第二の溝部１４１は、第一の光出射面１３１ａおよび第二の光出射面１４１ａが前端面１００ａに対して傾斜するようにして形成される。さらに、本実施形態では、後端面１００ｂ近傍を切り欠くようにして第三の溝部１３２および第四の溝部１４２が形成されている。なお、第三の溝部１３２および第四の溝部１４２には、後端面１００ｂから前端面１００ａに向かう方向に高反射率層１５０が積層されている。
【００５５】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１００では、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａとは、第一の光出射面１３１ａから出射する第一の光の主軸（光軸）と第二の光出射面１４１ａから出射する第二の光の主軸（光軸）とが近づいて平行となるように前端面１００ａに対して傾斜させて互いに非平行に形成されている。
【００５６】
なお、後述するように、前端面側の第一の溝部１３１と後端面側の第三の溝部１３２とは、素子分離前における隣り合う素子の隣接部分に対して１つの凹部を形成する際に同時に形成される。同様に、第二の溝部１４１と第四の溝部１４２とは、素子分離前における隣り合う素子の隣接部分に対して１つの凹部を形成する際に同時に形成される。
【００５７】
また、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２を形成して素子を分離する際に、隣りの素子の光導波路が当該素子に残り、光導波路残部１２３として前端面１００ａ付近の表面に形成される。
【００５８】
これら、第三の溝部１３２、第四の溝部１４２および光導波路残部１２３は、半導体発光素子１００の機能構成ではないので、半導体発光素子１００の機能構成である第一の光導波路１２１、第二の光導波路１２２、第一の溝部１３１および第二の溝部１４１に対して、これらの機能構成とは異なる場所に配置されるように設計される。
【００５９】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の積層方向の構造について、図１（ｃ）を用いて説明する。
【００６０】
図１（ｃ）に示すように、本実施形態に係る半導体発光素子１００は、例えばＧａＮもしくはサファイアなどの基板１０１の上に、例えばＳｉをドープしたＧａＮからなるバッファ層（図示せず）、例えばＳｉをドープしたＡｌＧａＮ層からなるｎ型クラッド層１０２、例えばＳｉをドープしたＧａＮ層からなるｎ型ガイド層１０３、例えばＧａＮ量子バリア層とＩｎＧａＮ量子井戸層とが交互に３層積層された活性層（発光層）１０４、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ型ガイド層１０５、例えばＭｇがドープされたＡｌＧａＮ層からなるキャリアオーバフロー抑制層（ＯＦＳ層）１０６、例えばＭｇがドープされたＡｌＧａＮ層からなるｐ型クラッド層１０７、および、例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層（図示せず）が、順次積層されて形成されている。
【００６１】
ｐ型クラッド層１０７の上側部分には、リッジストライプ状に加工されたリッジ部からなる第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２とが形成されている。ｐ型クラッド層１０７の上には、平坦部とリッジストライプの側面とを覆うようにして、例えばＳｉＯ２の誘電体からなるブロック層１１０が形成されている。ｐ型クラッド層１０７のリッジ部の頂面には、ｐ側電極１０８が形成されている。ｐ側電極１０８とブロック層１１０の上には、ｐ側電極１０８と接続される配線電極１０９が形成されている。また、基板１０１のｎ型クラッド層１０２と反対側の面（裏面）上には、ｎ側電極１１１が形成されている。
【００６２】
なお、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す、第一の溝部１３１、第二の溝部１４１、第三の溝部１３２及び第四の溝部１４２は、深さが、ｎ型クラッド層１０２における基板１０１との境界近くにまで達するように、あるいは、基板１０１基板の内部にまで達するように構成することが好ましい。これにより、第一の光出射面１３１ａおよび第二の光出射面１４１ａを形成する際の第一の溝部１３１および第二の溝部１４１によって、光を閉じ込める効果が変化（悪化）することを抑制することができる。
【００６３】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の動作について、図１および図２を用いて説明する。図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の動作時における上面図であり、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、半導体発光素子の遠視野像の水平方向における光強度分布を表した図である。
【００６４】
図１（ｃ）に戻り、半導体発光素子１００において、ｎ側電極１１１とｐ側電極１０８から注入された電子と正孔は活性層１０４で再結合し、これにより自然放出光が発生する。生じた自然放出光の一部は、図１（ｂ）に示される第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２を導波する間に誘導放出によって高い利得を受けて増幅され、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａから外部に放射される。
【００６５】
すなわち、図２（ａ）に示すように、第一の光導波路１２１を進む自然放出光のうち後端面１００ｂに到達した光は、当該後端面１００ｂで反射されて第二の光導波路１２２へと進む。一方、第二の光導波路１２２を進む自然放出光のうち後端面１００ｂに到達した光は、当該後端面１００ｂで反射されて第一の光導波路１２１へと進む。このように、素子内部で発生した自然放出光は、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２を進む間に、誘導放出によって高い利得を受けて増幅され、第一の光出射面１３１ａからは第一の出射光１２１Ｌが出射し、第二の光出射面１４１ａからは第二の出射光１２２Ｌが出射する。
【００６６】
ここで、図２（ａ）に示すように、第一の出射光１２１Ｌの主軸（光軸）Ｘ１と半導体発光素子１００の中心軸Ｘ０とのなす角をΔθ１とし、第二の出射光１２２Ｌの主軸Ｘ２（光軸）と半導体発光素子１００の中心軸Ｘ０（光軸）とのなす角をΔθ２とすると、第一の出射光１２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の出射光１２２Ｌの主軸Ｘ２とのずれ角Δθは、Δθ＝｜Δθ１＋Δθ２｜、または、Δθ＝｜Δθ１−Δθ２｜で表される。また、同図に示すように、第一の出射光１２１Ｌと第二の出射光１２２Ｌとにおける水平方向の遠視野像の半値全幅をそれぞれω１およびω２とする。
【００６７】
このとき、上記ずれ角Δθを、第一の出射光１２１Ｌの半値全幅ω１および第二の出射光１２２Ｌの半値全幅ω２に対して小さくすることにより、第一の出射光１２１Ｌと第二の出射光１２２Ｌとの合成光である半導体発光素子１００の出射光１００Ｌは、図２（ｂ）に示すように、遠視野像の水平方向における光強度分布は単峰化する。
【００６８】
一方、上記ずれ角Δθが、第一の出射光１２１Ｌの半値全幅ω１と第二の出射光１２２Ｌの半値全幅ω２に対して大きいような場合には、半導体発光素子の出射光の遠視野像における水平方向の光強度分布は、図２（ｃ）に示すように、二つの強度ピークを持つような形状（非単峰性）となる。
【００６９】
本実施形態に係る半導体発光素子１００では、上述のとおり、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａとが上記のような非平行に形成されているので、図２（ｂ）に示すように、半導体発光素子１００の出射光１００Ｌにおける水平方向の遠視野像の光強度分布は単峰化される。
【００７０】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の製造方法について、図３を用いて説明する。図３（ａ）〜図３（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における各工程を説明するための図である。なお、図３はウェハの一部を示しており、ウェハにおいて縦方向に３列で横方向に３列の合計９個の半導体発光素子１００が形成される場合について説明する。また、図３において、破線は、１つの半導体発光素子１００のチップ領域を表している。
【００７１】
まず、図３（ａ）に示すように、例えばｎ型六方晶ＧａＮからなる基板１０１のＣ面上に、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法を用いて、図１（ｃ）に示すような、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）の窒化物半導体からなる積層構造体を形成する。
【００７２】
具体的には、図１（ｃ）に示すように、まず、基板１０１上に、Ｓｉがドープされたｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層１０２を成長させる。続いて、ｎ型クラッド層１０２の上に、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３と、ＧａＮからなるバリア層およびＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの量子井戸層が交互に３層積層された活性層１０４を成長させる。続いて、活性層１０４の上に、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１０５を成長させ、ｐ型ガイド層１０５の上に、Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなるキャリアオーバフロー抑制層（ＯＦＳ層）１０６を成長させる。続いて、ＯＦＳ層１０６の上に、Ｍｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層とＧａＮ層との歪超格子層であるｐ型クラッド層１０７と、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層（図示せず）とを順次成長させる。
【００７３】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子の構造は、一例であり、半導体発光素子の構造および成長方法はこれに限られない。例えば、半導体発光素子を形成する際の結晶成長法には、分子ビーム成長（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法または化学ビーム成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＣＢＥ）法等の方法を用いてもよい。また、基板１０１も、表面がＣ面であるｎ型六方晶ＧａＮのほかに、例えばサファイア基板、シリコン基板等の基板を用いることもできる。さらに、基板１０１として、表面がｍ面や半極性面のＧａＮ基板、あるいは、表面がｒ面のサファイア基板を用いて、積層面が、無極性面や半極性面である窒化物半導体の積層構造を用いても良い。
【００７４】
次に、図３（ｂ）に示すように、基板１０１上に形成した窒化物半導体の積層構造体に対して、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２を形成する。このとき、素子の一次分離（一次へき開）のときに光導波路がへき開面まで到達しないことがないように、図３（ｂ）に示すように、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２は、その両端部が上下方向に隣り合う素子領域にまで延設されて形成される。これにより、仮にへき開時においてへき開面にずれが生じたとしても、第一の光導波路１２１および第二の光導波路１２２にへき開端面を形成することができる。
【００７５】
具体的には、まず、例えばＳｉＯ２膜などのマスク材料を堆積し、その後、パターニングによって所定形状の第一のマスク膜を形成し、ドライエッチングによりｐ型クラッド層１０７およびｐ型コンタクト層を加工してリッジ形状の２つの光導波路を形成する。次に、第一のマスク膜を除去し、再度ＳｉＯ２膜のマスク材料をウェハ上の全面に堆積する。続いて、リソグラフィ法および緩衝フッ酸溶液によるウェットエッチング法により、ＳｉＯ２膜をパターニングして、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２の頂面に第二のマスク膜を形成し、すなわちリッジ部以外のｐ型クラッド層１０７が露出するような開口部を有する第二のマスク膜を形成して、誘電体からなるブロック層１１０を形成する。続いて、電子線蒸着法により、ブロック層１１０の各開口部に、例えば、パラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）からなるｐ側電極１０８を形成する。その後、温度が４００℃の熱処理を加えて良好なコンタクト抵抗を得る。次に、リソグラフィ法および電子線蒸着法により、ｐ側電極１０８を含めブロック層１１０の上に、ｐ側電極１０８と電気的に接続されるように、チタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなる配線電極１０９を形成する。
【００７６】
次に、図３（ｃ）に示すように、第一の光出射面１３１ａおよび第二の光出射面１４１ａを形成するために第一の溝部１３１および第二の溝部１４１を形成する。
【００７７】
具体的には、まず、マスクに用いたＳｉＯ２膜を緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）で除去した後に、再び、例えばＳｉＯ２膜であるマスクを堆積し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによりパターニングした後、ドライエッチングにより、第一の光導波路１２１の一方の端部を切り欠くようにして、第一の溝部１３１と第三の溝部１３２とで構成される凹部１３０を形成するとともに、第二の光導波路１２２の一方の端部を切り欠くようにして、第二の溝部１４１と第四の溝部１４２とで構成される凹部１４０を形成する。このとき、凹部１３０および１４０は、隣り合う素子領域にまで延設された光導波路をも切り取るようにして形成される。すなわち、第三の溝部１３２と第四の溝部１４２とは、隣り合う素子領域にまで延設された光導波路を切り取るために形成される。
【００７８】
続いて、第一の溝部１３１の形成によって面形成された第一の光出射面１３１ａの表面と、第二の溝部１４１の形成によって面形成された第二の光出射面１４１ａの表面とに、保護膜として例えばＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの積層膜（不図示）を成膜する。
【００７９】
次に、図３（ｄ）に示すように、ウェハから半導体発光素子が横１列に連なったバー状態に分割する一次分離を行う。これにより、半導体発光素子１００の前端面１００ａおよび後端面１００ｂが形成される。
【００８０】
具体的には、まず、基板１０１の裏面を研削および研磨して、基板１０１の厚さを所定の厚みにまで薄膜化する。その後、薄膜化された基板１０１の裏面に、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極１１１を形成する。ここで、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕの各膜厚は、それぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍである。このとき、次工程である分離および組立工程における認識パターンとして、リソグラフィ法およびウェットエッチング法により、上層のＡｕ膜にのみエッチングを行って、電極パターンを形成することが望ましい。次に、ウェハにおける素子分離位置に、ダイヤモンド針によるスクライブもしくはレーザを用いたスクライブにより素子分離補助溝を形成する。その後、形成された素子分離補助溝に沿ってブレーキングを行い、一次分離（一次へき開）を行う。これにより、前端面１００ａと後端面１００ｂとが形成される。なお、このとき、上下方向の隣り合う素子領域にまで延設された光導波路の他方の端部は、光導波路の残部領域として素子内に残ることになる。
【００８１】
次に、図３（ｅ）に示すように、後端面１００ｂに、ＣＶＤ法もしくはスパッタ法等により、反射率が約９５％の例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる多層誘電体反射膜である高反射率層１５０を形成する。なお、このとき、第三の溝部１３２および第四の溝部１４２にも高反射率層１５０が積層される。
【００８２】
その後、図３（ｆ）に示すように、共振器の長手方向に平行な方向に二次分離（二次へき開）を行い、劈開面１００ｃを形成することで、半導体発光素子１００を作製することができる。なお、この後、半導体発光素子１００は、所望のＣＡＮパッケージに実装および配線される。このようにして、本実施形態に係る半導体発光素子１００を製造することができる。
【００８３】
次に、本実施形態に係る半導体発光素子１００の好ましい実施例について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態の実施例１に係る半導体発光素子１００の設計に必要なパラメータを説明するための図であり、図４（ｂ）は、同半導体発光素子１００におけるパラメータの好適な範囲を説明するための図である。
【００８４】
図４（ａ）に示すように、第一の光出射面１３１ａの垂線と第一の光導波路１２１とがなす鋭角をφ１とし、第二の光出射面１４１ａの垂線と第二の光導波路１２２とがなす鋭角をφ２とし、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａとがなす角をγとし、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２とのなす角をαとする。また、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２との実効屈折率をｎｉとし、半導体発光素子１００の外部の屈折率をｎａとする。なお、上述のとおり、第一の出射光１２１Ｌおよび第二の出射光１２２Ｌにおける水平方向の遠視野像の半値全幅をそれぞれω１およびω２とする。
【００８５】
このとき、これらの設計パラメータの好ましい関係式の一例は、以下の条件式で表すことができる。
【００８６】
すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子１００において、水平方向の遠視野像の単峰性を満たすためには、第一の光出射面１３１ａから出射される第一の出射光１２１Ｌにおける水平方向の遠視野像の半値全幅ω１［度]と、第二の光出射面１４１ａから出射される第二の出射光１２２Ｌにおける水平方向の遠視野像の半値全幅ω２［度]とは、以下の（式１）で表される関係式を満たすように、上記パラメータを設定すればよい。
【００８７】
【数３】
【００８８】
この（式１）で示される条件（条件１）は、第一の光出射面１３１ａから出射する第一の出射光１２１Ｌと第二の光出射面１４１ａから出射する第二の出射光１２２Ｌとのなす角度が、第一の出射光１２１Ｌおよび第二の出射光１２２Ｌのそれぞれにおける水平方向の遠視野像の半値全幅（単位は「度」である）の平均よりも小さいことを表す。
【００８９】
これにより、２つの半値全幅ω１およびω２の平均の大きさの幅よりも、二つの強度ピークそれぞれの半値全幅（ω１またはω２）が狭くなるので、第一の出射光１２１Ｌと第二の出射光１２２Ｌの遠視野像が重ね合わさったときの出射光は、単峰形状の光強度分布となる。なお、上記半値全幅の平均の大きさの幅よりも、二つの強度ピークそれぞれの半値全幅が広いような場合は、第一の出射光１２１Ｌと第二の出射光１２２Ｌの遠視野像が重ね合わさったときの出射光は、複数のピークを有する光強度分布となる。
【００９０】
さらに好ましくは、以下の（式２）の関係式を満たすように、上記パラメータを設定すればよい。
【００９１】
【数４】
【００９２】
この（式２）で示される条件（条件２）は、第一の出射光１２１Ｌと第二の出射光１２２Ｌとのなす角度が、第一の出射光１２１Ｌおよび第二の出射光１２２Ｌのそれぞれにおける水平方向の遠視野像の半値全幅（単位は「度」である）の平均の半分よりも小さいことを表す。
【００９３】
これにより、第一の出射光１２１Ｌの光強度と第二の出射光１２２Ｌの光強度との間に差がある場合であっても、第一の出射光１２１Ｌの強度ピークと第二の出射光１２２Ｌの強度ピークとを十分に近くすることができるので、単峰性の良い水平方向遠視野像が得られる。
【００９４】
図４（ｂ）は、上記の（式１）に関する条件１と（式２）に関する条件２とを視覚的に示したものである。ここで、図４（ｂ）において、実線の曲線は条件１の境界線を示しており、破線の曲線は条件２の境界線を示している。この曲線で挟まれる範囲内のパラメータ（λ、φ１、φ２）を選択することにより、単峰性の良い光強度分布を得ることができる。なお、図４（ｂ）においては、φ１＝φ２とし、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２との実効屈折率はｎｉ＝２．４６５とし、半導体発光素子１００の外部の屈折率はｎａ=１．０００とした。
【００９５】
ここで、半導体発光素子を実際に作製し、その特性を評価したので、その結果について図４（ｂ）および図５を用いて説明する。図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の実施例における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図であり、図５（ｂ）〜図５（ｄ）は、それぞれ比較例に係る半導体発光素子における水平方向の遠視野像の評価特性を示す図である。
【００９６】
まず、本実施形態に係る半導体発光素子１００の実施例として、共振器長が８００μｍで、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２における接続部分のなす角度αが１０度であり、第一の光導波路１２１と第二の光導波路１２２が、後端面１００ｂの垂線に対して線対称となるように構成した。また、φ１およびφ２についてはφ１＝φ２＝３．３度とした。このとき、γは１６．７度となる。
【００９７】
また、比較例として、本実施形態に係る半導体発光素子１００の実施例に対して、φ１の値を変更したものを３種類作製した。比較例１、２は、いずれもφ１（＝φ２）を５．０度（γ＝０度）としたものであり、また、比較例３は、φ１（＝φ２）を１０度（γ＝３０度）としたものである。
【００９８】
図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係る半導体発光素子１００の実施例は、単峰性の良い範囲内のパラメータが設定されていることが分かる。実際に、評価特性を計算すると、図５（ａ）に示すように、水平方向の遠視野像は単峰化されており、遠視野像の対称性が強度ピーク角度に対して良い形状となっていることが分かった。
【００９９】
これに対し、比較例１〜３に係る半導体発光素子は、図４（ｂ）に示すように、単峰性の良い範囲外のパラメータが設定されていることが分かる。実際に、評価特性を算出すると、図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示すように、水平方向の遠視野像には２つの光強度ピークが発生し、水平方向の遠視野像に割れが生じていることが分かった。
【０１００】
しかも、比較例１と比較例２とは、同一条件で作製したにもかかわらず、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、水平方向の遠視野像に２つの光強度ピークが生じているだけではなく、お互いに光強度も異なっていることが分かる。すなわち、素子特性が素子間においてばらつくことも分かった。このように、図４（ｂ）に示される条件の範囲外のパラメータでは、サンプルごとに遠視野像が大きく変化するため、ディスプレイ用の光源としては適さない。なお、図４（ｂ）に示される条件の範囲内のパラメータで構成された本実施形態に係る半導体発光素子１００の場合は、このような素子間の大きなばらつきは発生しなかった。
【０１０１】
以上のように、パラメータ（φ１、φ２、γ）を好ましい設計範囲内に設定することにより、半導体発光素子の出射光を単峰化することができるとともに、安定的に半導体発光素子を作製することが可能となる。
【０１０２】
以上のとおり、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００によれば、第一の光導波路１２１の第一の光出射面１３１ａと第二の光導波路１２２の第二の光出射面１４１ａとが非平行であるので、第一の出射光１２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の出射光１２２Ｌの主軸Ｘ２とのなす角を制御することができる。これにより、水平方向の遠視野像の形状を発光素子の出射光端面で制御することができる。
【０１０３】
そして、本実施形態では、第一の出射光１２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の出射光１２２Ｌの主軸Ｘ２とが近づくように、第一の光出射面１３１ａと第二の光出射面１４１ａとが形成されているので、遠視野像の水平方向における光強度分布を単峰化させた半導体発光素子を実現することができる。
【０１０４】
また、φ１とφ２とを同じ大きさにし、φ１、φ２およびγを、図４（ｂ）に示された条件の範囲内に設定することにより、第一の出射光１２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の出射光１２２Ｌの主軸Ｘ２とが平行に近くづく。これにより、出射光が角度に対して重ね合わされることによって、水平方向の遠視野像が単峰化され、水平方向の遠視野像の強度分布をピーク強度角度に対して対称にすることができる。
【０１０５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００の上面図である。
【０１０６】
図６に示すように、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００は、第１の実施形態と同様に、前端面２００ａと後端面２００ｂとを有するＳＬＤであって、例えばリッジストライプで構成された第一の光導波路２２１および第二の光導波路２２２の２つの光導波路を有する。また、後端面２００ｂには、誘電体多層膜からなる反射率が９０％以上の高反射率層２５０が形成されている。
【０１０７】
第一の光導波路２２１は、発光層からの第一の出射光２２１Ｌを出射する前端面２００ａと後端面２００ｂとを両端とする直線状の光導波路である。すなわち、本実施形態において、第一の光導波路２２１における第一の光出射面は、第１の実施形態とは異なり、素子分離面（へき開面）である前端面２００ａによって構成されている。
【０１０８】
一方、第二の光導波路２２２は、第１の実施形態と同様に、発光層からの第二の出射光２２２Ｌを出射する第二の光出射面２４１ａと後端面２００ｂとを両端とする直線状の光導波路である。
【０１０９】
第一の光導波路２２１と第二の光導波路２２２とは、第１の実施形態と同様に、後端面側の端部が後端面２００ｂにおいて接続されているが、前端面側の端部は接続されていない。なお、第一の光導波路２２１と第二の光導波路２２２とは、接続部が形成された後端面２００ｂから前端面２００ａに向かってお互いの間隔が拡がるようにして形成されている。
【０１１０】
また、本実施形態に係る半導体発光素子２００においては、前端面２００ａの近傍における第二の光導波路２２２を切り欠くようにして第一の溝部２４１が形成されており、これにより、第二の光出射面２４１ａが形成されている。また、後端面２００ｂを切り欠くようにして第二の溝部２４２が形成されている。なお、第１の実施形態とは異なり、第一の光導波路２２１の前端面側の端部には溝部が形成されていない。
【０１１１】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子２００においても、第一の光出射面である前端面２００ａと第二の光出射面２４１ａとは、前端面２００ａから出射する第一の出射光２２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の光出射面２４１ａから出射する第二の出射光２２２Ｌの主軸Ｘ２とが近づいて平行となるように、互いに非平行に形成されている。
【０１１２】
第一の溝部２４１と第二の溝部２４２とは、第１の実施形態と同様に、素子分離前における隣り合う素子の隣接部分に対して１つの凹部を形成する際に同時に形成される。また、第一の光導波路２２１および第二の光導波路２２２の形成によって、光導波路残部２２３および２２４が、それぞれ前端面２００ａ付近と後端面２００ｂ付近に形成される。すなわち、光導波路残部２２３および２２４は、素子分離の際に、隣接する素子領域から延設された光導波路の残部として形成される。これら第二の溝部２４２と光導波路残部２２３および２２４とは、半導体発光素子２００の機能構成ではないので、半導体発光素子２００の機能構成である第一の光導波路２２１、第二の光導波路２２２および第一の溝部２４１に対して、これらの機能構成とは異なる場所に配置されるように設計される。
【０１１３】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子２００の断面構成および製造方法については、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１１４】
また、図６に示すように、第一の光出射面（前端面２００ａ）の垂線と第一の光導波路２２１とがなす鋭角をφ１とし、第二の光出射面２４１ａの垂線と第二の光導波路２２２とがなす鋭角をφ２とし、第一の出射光２２１Ｌおよび第二の出射光２２２Ｌにおける水平方向の遠視野像の半値全幅をそれぞれω１およびω２とする。また、第一の光出射面（前端面２００ａ）と第二の光出射面２４１ａとがなす鋭角をγとする。
【０１１５】
このとき、これらの設計パラメータの好ましい関係式の一例は、以下の条件式で表すことができる。
【０１１６】
すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子２００において、水平方向の遠視野像の単峰性を満たすたには、以下の（式３）および（式４）で表される関係式を満たすように、上記パラメータを設定すればよい。
【０１１７】
【数５】
【０１１８】
【数６】
【０１１９】
これにより、第一の出射光２２１Ｌと第二の出射光２２２Ｌの遠視野像が重ね合わさったときの出射光は単峰形状の光強度分布となる。
【０１２０】
ここで、上記の（式３）および（式４）における好適なパラメータの範囲を図７に示す。図７は、本実施形態に係る半導体発光素子２００におけるパラメータの好適な範囲を説明するための図である。なお、図７において、φ１＝φ２、ｎａ＝２．４６５、ｎｉ=１．０００とした。また、図７において、細い実線の曲線は、γの好適な範囲を示す境界線を示しており、細い破線の曲線は、φ２の好適範囲を示す境界線を示している。なお、太い実線および太い破線は、それぞれ好適範囲の中心線を示している。
【０１２１】
図７に示すように、この曲線で挟まれる範囲内のパラメータ（λ、φ１、φ２）を選択することにより、単峰性の良い光強度分布を有する半導体発光素子を実現することができる。
【０１２２】
ここで、本発明に係る半導体発光素子において、導波光が傾斜端面（第一の光出射面と第二の光出射面）で反射されるときにおける、光導波路に対する反射率と傾斜端面の傾斜角度との依存性について、図８を用いて説明する。図８は、本発明に係る半導体発光素子において、導波光が傾斜端面で反射されるときにおける、光導波路に対する反射率と傾斜端面の傾斜角度との依存性を理論計算したときの結果を示す図である。
【０１２３】
図８に示すように、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００（本発明２）では、第一の光出射面（前端面２００ａ）の反射率は約３．３×１０−５となり、第二の光出射面２４１ａの反射率は約４．２×１０−７となる。ここで、半導体発光素子全体の反射率は、第一の光出射面と第二の光出射面との反射率の積で表されるため、本実施形態に係る半導体発光素子２００全体の反射率は、約１．４×１０−１１となる。なお、正確には、半導体発光素子全体の反射率は第一の光出射面と第二の光出射面と後端面との反射率の積で表されるが、本発明に係る半導体発光素子については、全て後端面に同じ反射率の高反射率層が形成されているので、半導体発光素子全体の反射率は第一の光出射面の反射率と第二の光出射面の反射率の積で記述することにする。
【０１２４】
また、同図に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００（本発明１）については、第一の光出射面の反射率と第二の光出射面の反射率がともに約２．５×１０−３であるので、半導体発光素子１００全体の反射率は約６．２×１０−６となる。
【０１２５】
このように、第２の実施形態に係る半導体発光素子２００は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１００に対して、素子全体の反射率を約１０５低減することができるので、さらにレーザ発振を有効に抑制することができ、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光が得やすくなる。また、このようにレーザ発振を抑制する効果が高くなることによって、インコヒーレントな光を得ることのできる光出力の上限が高くなる。なお、この傾斜端面の反射率は、定性的には、導波路を導波した光のうち放射端面で放射されずに反射して再び光導波路に戻る光の割合を計算したものである。なお、光の入射角と反射角とは等しいことから光が入射方向に跳ね返ることは基本的には無いが、光導波路は幅を有しているため、放射端面で反射された光のうちの一部は光導波路に入ることになる。この光導波路に戻る光の割合を、傾斜端面の反射率としている。
【０１２６】
以上のとおり、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００によれば、第一の光導波路２２１の第一の光出射面（前端面２００ａ）と第二の光導波路２２２の第二の光出射面２４１ａとは、第一の出射光２２１Ｌの主軸Ｘ１と第二の出射光２２２Ｌの主軸Ｘ２とが近づくように、非平行に形成されているので、遠視野像の水平方向における光強度分布を単峰化させた半導体発光素子を実現することができる。
【０１２７】
さらに、本実施形態に係る半導体発光素子２００によれば、第１の実施形態に係る半導体発光素子１００よりも、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を得ることができる。
【０１２８】
なお、本実施形態では、第一の光導波路２２１における第一の光出射面を前端面２００ａ（へき開面）としたが、第二の光導波路２２２における第二の光出射面を前端面２００ａとしても構わない。この場合、第一の光導波路２２１における第一の光出射面は、溝部の形成によって構成される傾斜端面となる。
【０１２９】
（第２の実施形態の変形例１）
次に、本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子２００Ａについて、図９を用いて説明する。図９は、本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子の上面図である。
【０１３０】
本変形例に係る半導体発光素子２００Ａは、基本的には、上述の本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００と同様の構成である。従って、図９において、図６に示す構成要素と同じ構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３１】
図９に示すように、本変形例に係る半導体発光素子２００Ａでは、第二の光導波路２２２Ａが曲線状に形成されている。具体的には、本変形例において、第一の光導波路２２１と第二の光導波路２２２Ａとは、接続部が形成された後端面２００ｂから前端面２００ａに向かってお互いの間隔が拡がるようにして形成されているが、第二の光導波路２２２Ａは、直線部分と曲線部２２２Ｒとを有しており、光導波路の途中から第一の光導波路２２１との拡がり幅が小さくなるように構成されている。
【０１３２】
本変形例に係る半導体発光素子２００Ａは、この構成により、第２の実施形態よりもチップ幅を小さくすることができるので、コストを低減することができる。
【０１３３】
（第２の実施形態の変形例２）
次に、本発明の第２の実施形態の変形例２に係る半導体発光素子２００Ｂについて、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態の変形例２に係る半導体発光素子の上面図である。
【０１３４】
本変形例に係る半導体発光素子２００Ｂは、基本的には、上述の本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子２００Ａと同様の構成である。従って、図１０において、図９に示す構成要素と同じ構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３５】
図１０に示すように、本変形例に係る半導体発光素子２００Ｂでは、上記変形例１と同様に、第二の光導波路２２２Ａにおける第二の光出射面はへき開面（前端面２００ａ）ではないが、本変形例では、さらに、第一の光導波路２２１Ｂにおける第一の光出射面２３１ａもへき開面（前端面２００ａ）ではない。すなわち、本変形例では、第一の光導波路２２１Ｂおよび第二の光導波路２２２Ａは、光出射面としていずれもへき開面を用いない。なお、第一の光導波路２２１Ｂにおける第一の光出射面２３１ａは、第一の溝部２３１を形成することによって面形成することができる。
【０１３６】
本変形例に係る半導体発光素子２００Ｂは、この構成により、製造コストを低減することができる。
【０１３７】
なお、本変形例において、第一の光出射面２３１ａは前端面２００ａと略平行となるように構成されているが、これに限らない。第二の光出射面２４１ａと同様に、前端面２００ａに対して傾斜するように構成しても構わない。
【０１３８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００について、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００の上面図である。
【０１３９】
図１１に示すように、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００は、第１の実施形態と同様に、前端面３００ａと後端面３００ｂとを有するＳＬＤであって、例えばリッジストライプで構成された第一の光導波路３２１および第二の光導波路３２２の２つの光導波路を有する。また、後端面３００ｂには、誘電体多層膜からなる反射率が９０％以上の高反射率層３５０が形成されている。
【０１４０】
第一の光導波路３２１は、発光層からの第一の出射光３２１Ｌを出射する前端面３００ａと後端面３００ｂとを両端とする全体が直線状の光導波路である。すなわち、本実施形態において、第一の光導波路３２１における第一の光出射面は、第１の実施形態とは異なって、素子分離面（へき開面）である前端面３００ａによって構成されている。
【０１４１】
また、第二の光導波路３２２は、発光層からの第二の出射光３２２Ｌを出射する前端面３００ａと後端面３００ｂとを両端とする光導波路である。すなわち、第二の光導波路３２２における第二の光出射面も、前端面３００ａによって構成されている。さらに、本実施形態に係る第二の光導波路３２２は、光導波路の一部に折れ曲がり部３２２ｖが形成されており、第二の光導波路３２２は、当該折れ曲がり部３２２ｖを境界として、直線状の第一直線部３２２ａと直線状の第二直線部３２２ｂとで構成されている。
【０１４２】
第二の光導波路３２２において、折れ曲がり部３２２ｖには光反射面３３１ａが形成されており、折れ曲がり部３２２ｖは光反射面３３１ａに接続されて構成されている。光反射面３３１ａは、第二の光導波路３２２を進む光を反射させるとともに、反射した光が再び第二の光導波路３２２内を進むように構成されている。この光反射面３３１ａは、第一の溝部３３１が形成されることによって面形成される。
【０１４３】
そして、本実施形態では、第一の光導波路３２１と第二の光導波路３２２とは、後端面側の端部が後端面２００ｂにおいて接続されており、接続部が形成された後端面３００ｂから前端面３００ａに向かって折れ曲がり部３２２ｖまではお互いの間隔が拡がるようにして形成され、折れ曲がり部３２２ｖから前端面３００ａに向かっては間隔が同等なるように形成され、第一の光導波路３２１と第二の光導波路３２２とが交差しないように構成されている。
【０１４４】
すなわち、本実施形態では、前端面３００ａの垂線と第一の光導波路３２１とがなす鋭角をφ１とし、前端面３００ａの垂線と第二の光導波路３２２とがなす鋭角をφ２とすると、φ１＝φ２となるように構成されている。なお、本実施形態において、第一の光出射面と第二の光出射面とは平行であるので、第一の光出射面と第二の光出射面とがなす角γは、γ＝０となる。
【０１４５】
また、本実施形態に係る半導体発光素子３００においては、第二の光導波路３２２における第一直線部３２２ａと第二直線部３２２ｂとの接続部分の一部を切り欠くようにして第一の溝部３３１が形成されている。さらに、本実施形態では、第二の溝部３３２が形成されており、第一の溝部３３１と第二の溝部３３２とは、素子分離前における隣り合う素子の隣接部分に対して１つの凹部を形成する際に同時に形成される。また、第一の光導波路３２１および第二の光導波路３２２の形成によって、光導波路残部３２３および３２４が後端面３００ｂ付近に形成される。すなわち、光導波路残部３２３および３２４は、素子分離の際に、隣接する素子領域から延設された光導波路の残部として形成される。これら第二の溝部３３２と光導波路残部３２３および３２４とは、半導体発光素子３００の機能構成ではないので、半導体発光素子３００の機能構成である第一の光導波路３２１、第二の光導波路３２２および第一の溝部３３１に対して、これらの機能構成とは異なる場所に配置されるように設計される。
【０１４６】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子３００の断面構成については、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１４７】
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００の製造方法について、図１２を用いて説明する。図１２（ａ）〜図１２（ｅ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における各工程を説明するための図である。なお、図１２は、図３と同様にウェハの一部を示しており、ウェハにおいて縦方向に３列で横方向に３列の合計９個の半導体発光素子１００が形成される場合について説明する。また、図１２において、破線は、１つの半導体発光素子３００のチップ領域を表している。
【０１４８】
本実施形態に係る半導体発光素子３００は、基本的には、図３に示す第１の実施形態と同様にして製造方法することができる。従って、詳細な説明は省略する。
【０１４９】
まず、基板上に窒化物半導体からなる積層構造を形成した後、図１２（ａ）に示すように、第一の光導波路３２１および第二の光導波路３２２を形成する。このとき、素子分離する際に光導波路が途中で切れることがないように、第一の光導波路３２１と第二の光導波路３２２は、その両端部が上下方向に隣り合う素子領域にまで延設されて形成されている。さらに、本実施形態では、第二の光導波路３２２が折れ曲がり部３２２ｖ付近の途中で切れることがないように、第二の光導波路３２２は、横方向に隣り合う素子領域にまで延設されて形成されている。
【０１５０】
次に、図１２（ｂ）に示すように、光反射面３３１ａを形成するために第一の溝部３３１および第二の溝部３３２を形成する。このとき、光反射面３３１ａは、ＳｉＯ２膜を堆積した後に、フォトリソグラフィおよびＲＩＥによるドライエッチングにより、第一の溝部３３１と第二の溝部３３２とで構成される凹部３３０を形成する領域のみのＳｉＯ２膜を除去する。その後、ＳｉＯ２膜をマスクとして、Ｃｌ２ガスやＳｉＣｌ４ガスによるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）ドライエッチングにより、上記凹部を形成する。これにより、光反射面３３１ａが形成される。なお、このとき、凹部３３０は、横方向の隣り合う素子領域にまで延設された光導波路をも切り取るようにして形成される。すなわち、第二の溝部３３２は、隣り合う素子領域にまで延設された光導波路を切り取るために形成される。
【０１５１】
次に、図１２（ｃ）に示すように、ウェハから半導体発光素子が横１列に連なったバー状態に分割する一次分離（一次へき開）を行う。これにより、半導体発光素子３００の前端面３００ａおよび後端面３００ｂが形成される。この後、第一の光出射面と第二の光出射面である前端面３００ａに対して、ＳＬＤの信頼性を向上させる積層膜を形成してもよい。
【０１５２】
次に、図１２（ｄ）に示すように、後端面３００ｂに、ＣＶＤ法もしくはスパッタ法等により、反射率が約９５％の例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる多層誘電体反射膜である高反射率層３５０を形成する。
【０１５３】
その後、図１２（ｅ）に示すように、共振器の長手方向に平行な方向に二次分離（二次へき開）を行い、劈開面３００ｃを形成することで、半導体発光素子３００を作製することができる。このようにして、本実施形態に係る半導体発光素子３００を製造することができる。
【０１５４】
以上のとおり、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００によれば、第二の光導波路３２２に全反射面を有する折れ曲がり部３２２ｖが形成されるとともに、φ１＝φ２となるように構成されているので、第一の光導波路３２１から出射する第一の出射光の主軸（光軸）と第二の光導波路３２２から出射する第二の出射光の主軸（光軸）とを近づけることができるので、半導体発光素子全体の出射光における水平方向の遠視野像が単峰化することができるとともに、チップ幅を縮小することができるのでコストを低減することができる。
【０１５５】
なお、単峰性の良い水平方向の遠視野像とするためのφ１等の好適なパラメータの範囲については、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１５６】
また、第一の光導波路３２１と第二の光導波路３２２との実効屈折率をｎｉとし、半導体発光素子３００の外部における屈折率をｎａとすると、光反射面３３１ａの垂線と第二直線部３２２ｂとがなす鋭角は、ａｒｃｓｉｎ（ｎａ／ｎｉ）よりも大きいことが好ましい。
【０１５７】
これにより、光反射面３３１ａを全反射面とすることができるので、反射率を限りなく１００％に近づけることができる。従って、光反射面に対して高反射率の半導体層などを作製するプロセスが不要となり、端面形成のための製造コストが不要となる。
【０１５８】
（第３の実施形態の変形例）
次に、本発明の第３の実施形態の変形例に係る半導体発光素子３００Ａについて、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る半導体発光素子の上面図である。
【０１５９】
本変形例に係る半導体発光素子３００Ａは、基本的には、上述の本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００と同様の構成である。従って、図１３において、図１１に示す構成要素と同じ構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１６０】
図１３に示すように、本変形例に係る半導体発光素子３００Ａでは、第二の光導波路３２２Ａが曲線状に形成されている。具体的には、本変形例において、第一の光導波路３２１と第二の光導波路３２２Ａとは、接続部が形成された後端面３００ｂから前端面３００ａに向かってお互いの間隔が拡がるようにして形成されているが、第二の光導波路３２２Ａは、直線部分と曲線部３２２Ｒを有しており、途中から第一の光導波路３２１との間隔が同等となるように構成されており、前端面３００ａ付近においてφ１＝φ２となっている。
【０１６１】
本変形例に係る半導体発光素子３００Ａは、この構成により、チップ幅を小さくすることができるので、コストを低減することができる。
【０１６２】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００について、図１４を用いて説明する。図１４は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００の上面図である。
【０１６３】
図１４に示すように、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００は、第１の実施形態と同様に、前端面４００ａと後端面４００ｂとを有するＳＬＤであって、例えばリッジストライプで構成された第一の光導波路４２１および第二の光導波路４２２の２つの光導波路を有する。また、後端面４００ｂには、他の実施形態と同様に、誘電体多層膜からなる反射率が９０％以上の高反射率層４５０が形成されている。
【０１６４】
第一の光導波路４２１は、第一の出射光４２１Ｌを出射する第一の光出射面４３１ａと後端面４００ｂとを両端とする光導波路であって、直線部分と曲線部４２１Ｒとを有する曲線状の光導波路である。また、第二の光導波路４２２も、第二の出射光４２２Ｌを出射する第二の光出射面４４１ａと後端面４００ｂとを両端とする光導波路であって、直線部分と曲線部４２２Ｒを有する曲線状の光導波路である。
【０１６５】
第一の光導波路４２１と第二の光導波路４２２とは、第１の実施形態と同様に、後端面側の端部が後端面４００ｂにおいて接続されているが、前端面側の端部は接続されていない。さらに、第一の光導波路４２１と第二の光導波路４２２とは、接続部が形成された後端面４００ｂから前端面４００ａに向かってお互いの間隔が拡がるようにして形成されている。また、第一の光導波路４２１と第二の光導波路４２２とは、後端面４００ｂの接続部の垂線に対して線対称となるように構成されている。
【０１６６】
本実施形態に係る半導体発光素子４００では、前端面４００ａの近傍において、第一の光導波路４２１を切り欠くように第一の溝部４３１が形成されるとともに、第二の光導波路４２２を切り欠くようにして第二の溝部４４１が形成されている。これにより、第一の光出射面４３１ａと第二の光出射面４４１ａとが形成されている。また、後端面４００ｂを切り欠くようにして第三の溝部４３２と第四の溝部４４２が形成されている。
【０１６７】
なお、第一の溝部４３１と第三の溝部４３２とは、１つの凹部を形成する際に同時に形成され、また、第二の溝部４４１と第四の溝部４４２とは、素子分離前における隣り合う素子の隣接部分に対して１つの凹部を形成する際に同時に形成される。また、第一の光導波路４２１および第二の光導波路４２２の形成によって、光導波路残部４２３が前端面４００ａ付近に形成される。すなわち、光導波路残部４２３は、素子分離の際に、隣接する素子領域から延設された光導波路の残部として形成される。これら第三の溝部４３２と第四の溝部４４２と光導波路残部４２３とは、半導体発光素子４００の機能構成ではないので、半導体発光素子４００の機能構成である第一の光導波路４２１、第二の光導波路４２２、第一の溝部４３１および第二の溝部４４１に対して、これらの機能構成とは異なる場所に配置されるように設計される。
【０１６８】
そして、本実施形態に係る半導体発光素子４００では、第一の光出射面４３１ａと第二の光出射面４４１ａとは、互いに平行に形成されているとともに、前端面４００ａに対しては傾斜するようにして非平行に形成されている。すなわち、本実施形態では、第一の光出射面４３１ａの垂線と第一の光導波路４２１とがなす鋭角をφ１とし、第二の光出射面４４１ａの垂線と第二の光導波路４２２とがなす鋭角をφ２とすると、φ１＝φ２となるように構成されている。なお、本実施形態において、第一の光出射面と第二の光出射面とがなす角γは、γ＝０となる。
【０１６９】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子４００の断面構成および製造方法については、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１７０】
以上のとおり、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００によれば、第一の光導波路４２１と第二の光導波路４２２とは、曲線部４２１Ｒおよび４２２Ｒを有するとともに、第一の光出射面４３１ａおよび第二の光出射面４４１ａが前端面４００ａと非平行に形成されている。これにより、チップ幅を小さくすることができるのでコストを低減することができるとともに、へき開による製造コストを低減することができる。
【０１７１】
なお、単峰性の良い水平方向の遠視野像とするためのφ１等の好適なパラメータの範囲については、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１７２】
以上、本発明に係る半導体発光素子について、実施形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態および変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態に施したもの、または異なる実施形態または変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明は、光出射方向の制御および水平方向遠視野像の光強度分布の形状制御をすることができる半導体発光素子の構造として有用であり、特に、水平方向の遠視野像の単峰化と光強度分布の対称性向上を目的とした半導体発光素子等として広く有用である。
【符号の説明】
【０１７４】
１００、２００、２００Ａ、２００Ｂ、３００、３００Ａ、４００、９００ 半導体発光素子
１００Ｌ 出射光
１００ａ、２００ａ、３００ａ、４００ａ、９００ａ 前端面
１００ｂ、２００ｂ、３００ｂ、４００ｂ、９００ｂ 後端面
１００ｃ、３００ｃ 劈開面
１０１ 基板
１０２ ｎ型クラッド層
１０３ ｎ型ガイド層
１０４ 活性層（発光層）
１０５ ｐ型ガイド層
１０６ キャリアオーバフロー抑制層（ＯＦＳ層）
１０７ ｐ型クラッド層
１０８ ｐ側電極
１０９ 配線電極
１１０ ブロック層
１１１ ｎ側電極
１２１、２２１、２２１Ｂ、３２１、３２１Ａ、４２１、９２１ 第一の光導波路
１２１Ｌ、２２１Ｌ、３２１Ｌ、４２１Ｌ 第一の出射光
１２２、２２２、２２２Ａ、３２２、３２２Ａ、４２２、９２２ 第二の光導波路
１２２Ｌ、２２２Ｌ、３２２Ｌ、４２２Ｌ 第二の出射光
１２３、２２３、２２４、３２３、３２４、４２３ 光導波路残部
１３０、１４０ 凹部
１３１、２３１、２４１、３３１、４３１ 第一の溝部
１３１ａ、２３１ａ、４３１ａ 第一の光出射面
１３２、４３２ 第三の溝部
１４１、２４２、３３２、４４１ 第二の溝部
１４１ａ、２４１ａ、４４１ａ 第二の光出射面
１４２、４４２ 第四の溝部
１５０、２５０、３５０、４５０ 高反射率層
２２２Ｒ、３２２Ｒ、４２１Ｒ、４２２Ｒ 曲線部
３２２ｖ 折れ曲がり部
３２２ａ 第一直線部
３２２ｂ 第二直線部
３３１ａ 光反射面
９５０ 反射膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を有する半導体発光素子であって、
前記発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面および前記発光層からの光を反射する後端面を両端とする第一の光導波路と、
前記発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面および前記後端面を両端とする第二の光導波路とを備え、
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面で接続されており、
前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とは、前記第一の光の光軸と前記第二の光の光軸とが近づくように、互いに非平行である
半導体発光素子。
【請求項２】
前記第一の光出射面の垂線と前記第一の光導波路とがなす鋭角をφ１とし、
前記第二の光出射面の垂線と前記第二の光導波路とがなす鋭角をφ２とし、
前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とがなす角をγとし、
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との実効屈折率をｎｉとし、
前記半導体発光素子の外部における屈折率をｎａとし、
前記第一の光出射面から出射する前記第一の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω１とし、
前記第二の光出射面から出射する前記第二の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω２とすると、
【数１】
の関係を満たす
請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記後端面における前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との接続部が、前記後端面の垂線に対して線対称である
請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、それぞれ直線状に形成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路の少なくとも一方が曲線部を有しており、
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは交差しない
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方がへき開面である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方は、溝部によって形成される
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
発光層を有する半導体発光素子であって、
前記発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面および前記発光層からの光を反射する後端面を両端とする第一の光導波路と、
前記発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面および前記後端面を両端とする第二の光導波路とを備え、
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面で接続されており、
前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とは平行であり、
前記第一の光出射面の垂線と前記第一の光導波路とがなす鋭角をφ１とし、
前記第二の光出射面の垂線と前記第二の光導波路とがなす鋭角をφ２とし、
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との実効屈折率をｎｉとし、
前記半導体発光素子の外部における屈折率をｎａとし、
前記第一の光出射面から出射する前記第一の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω１とし、
前記第二の光出射面から出射する前記第二の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω２とすると、
【数２】
の関係を満たす
半導体発光素子。
【請求項９】
前記後端面における前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との接続部が、前記後端面の垂線に対して線対称である
請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第一の光導波路および前記第二の光導波路の少なくとも一方は、曲線部を有する
請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面の垂線に対して線対称である
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第一の光導波路および前記第二の光導波路の少なくとも一方が、折れ曲がり部を有する
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記折れ曲がり部は、光を反射する光反射面に接続されている
請求項１２に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記光反射面は、前記折れ曲がり部の近傍に形成される溝部によって形成される
請求項１３に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記折れ曲がり部を有する方の光導波路は、当該折れ曲がり部を境界として光出射側の第一直線部と前記後端面側の第二直線部とを有し、
前記光反射面の垂線と前記第二直線部とがなす鋭角は、ａｒｃｓｉｎ（ｎａ／ｎｉ）よりも大きい
請求項１３または１４に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方がへき開面である
請求項８〜１５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方は、溝部によって形成される
請求項８〜１５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１】
発光層を有する半導体発光素子であって、
前記発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面および前記発光層からの光を反射する後端面を両端とする第一の光導波路と、
前記発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面および前記後端面を両端とする第二の光導波路とを備え、
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面で接続されており、
前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とは、前記第一の光の光軸と前記第二の光の光軸とが近づくように、互いに非平行である
半導体発光素子。
【請求項２】
前記第一の光出射面の垂線と前記第一の光導波路とがなす鋭角をφ１とし、
前記第二の光出射面の垂線と前記第二の光導波路とがなす鋭角をφ２とし、
前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とがなす角をγとし、
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との実効屈折率をｎｉとし、
前記半導体発光素子の外部における屈折率をｎａとし、
前記第一の光出射面から出射する前記第一の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω１とし、
前記第二の光出射面から出射する前記第二の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω２とすると、
【数１】
の関係を満たす
請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記後端面における前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との接続部が、前記後端面の垂線に対して線対称である
請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、それぞれ直線状に形成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路の少なくとも一方が曲線部を有しており、
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは交差しない
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方がへき開面である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方は、溝部によって形成される
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
発光層を有する半導体発光素子であって、
前記発光層からの第一の光を出射する第一の光出射面および前記発光層からの光を反射する後端面を両端とする第一の光導波路と、
前記発光層からの第二の光を出射する第二の光出射面および前記後端面を両端とする第二の光導波路とを備え、
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面で接続されており、
前記第一の光出射面と前記第二の光出射面とは平行であり、
前記第一の光出射面の垂線と前記第一の光導波路とがなす鋭角をφ１とし、
前記第二の光出射面の垂線と前記第二の光導波路とがなす鋭角をφ２とし、
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との実効屈折率をｎｉとし、
前記半導体発光素子の外部における屈折率をｎａとし、
前記第一の光出射面から出射する前記第一の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω１とし、
前記第二の光出射面から出射する前記第二の光における水平方向の遠視野像の半値全幅をω２とすると、
【数２】
の関係を満たす
半導体発光素子。
【請求項９】
前記後端面における前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との接続部が、前記後端面の垂線に対して線対称である
請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第一の光導波路および前記第二の光導波路の少なくとも一方は、曲線部を有する
請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第一の光導波路と前記第二の光導波路とは、前記後端面の垂線に対して線対称である
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第一の光導波路および前記第二の光導波路の少なくとも一方が、折れ曲がり部を有する
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記折れ曲がり部は、光を反射する光反射面に接続されている
請求項１２に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記光反射面は、前記折れ曲がり部の近傍に形成される溝部によって形成される
請求項１３に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記折れ曲がり部を有する方の光導波路は、当該折れ曲がり部を境界として光出射側の第一直線部と前記後端面側の第二直線部とを有し、
前記光反射面の垂線と前記第二直線部とがなす鋭角は、ａｒｃｓｉｎ（ｎａ／ｎｉ）よりも大きい
請求項１３または１４に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方がへき開面である
請求項８〜１５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第一の光出射面および前記第二の光出射面の少なくとも一方は、溝部によって形成される
請求項８〜１５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１４２５０４（Ｐ２０１２−１４２５０４Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５４（Ｐ２０１１−８５４）
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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