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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022109471
(43)【公開日】2022-07-28
(54)【発明の名称】発光装置およびプロジェクター
(51)【国際特許分類】
H01S 5/183 20060101AFI20220721BHJP
H01S 5/343 20060101ALI20220721BHJP
【ＦＩ】
H01S5/183
H01S5/343 610
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021004794
(22)【出願日】2021-01-15
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】502350504
【氏名又は名称】学校法人上智学院
(74)【代理人】
【識別番号】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
(74)【代理人】
【識別番号】100090398
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 美千栄
(74)【代理人】
【識別番号】100148323
【弁理士】
【氏名又は名称】川▲崎▼ 通
(74)【代理人】
【識別番号】100168860
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 充史
(72)【発明者】
【氏名】中川 洋平
(72)【発明者】
【氏名】岸野 克巳
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AC02
5F173AC52
5F173AC70
5F173AF12
5F173AH22
5F173AL16
5F173AL21
5F173AR24
(57)【要約】
【課題】柱状部の側面を流れる電流を少なくすることができる発光装置を提供する。
【解決手段】複数の柱状部を有する積層体を有し、複数の前記柱状部の各々は、第１半導体層と、前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有し、前記第２半導体層は、第１部分と、前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりもバンドギャップが大きい第２部分と、を有し、前記第２部分は、前記柱状部の側面を構成している、発光装置。
【選択図】図２
【解決手段】複数の柱状部を有する積層体を有し、複数の前記柱状部の各々は、第１半導体層と、前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有し、前記第２半導体層は、第１部分と、前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりもバンドギャップが大きい第２部分と、を有し、前記第２部分は、前記柱状部の側面を構成している、発光装置。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の柱状部を有する積層体を有し、
複数の前記柱状部の各々は、
第１半導体層と、
前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、
を有し、
前記第２半導体層は、
第１部分と、
前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりもバンドギャップが大きい第２部分と、
を有し、
前記第２部分は、前記柱状部の側面を構成している、発光装置。
複数の前記柱状部の各々は、
第１半導体層と、
前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、
を有し、
前記第２半導体層は、
第１部分と、
前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりもバンドギャップが大きい第２部分と、
を有し、
前記第２部分は、前記柱状部の側面を構成している、発光装置。
【請求項2】
請求項１において、
前記第２半導体層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第２部分のＡｌの原子濃度は、前記第１部分のＡｌの原子濃度よりも高い、発光装置。
前記第２半導体層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第２部分のＡｌの原子濃度は、前記第１部分のＡｌの原子濃度よりも高い、発光装置。
【請求項3】
請求項１または２において、
前記第１半導体層は、
第３部分と、
前記積層方向からの平面視において、前記第３部分を囲み、前記第３部分よりもバンドギャップが大きい第４部分と、
を有し、
前記第４部分は、前記柱状部の側面を構成している、発光装置。
前記第１半導体層は、
第３部分と、
前記積層方向からの平面視において、前記第３部分を囲み、前記第３部分よりもバンドギャップが大きい第４部分と、
を有し、
前記第４部分は、前記柱状部の側面を構成している、発光装置。
【請求項4】
請求項３において、
前記第１半導体層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第４部分のＡｌの原子濃度は、前記第３部分のＡｌの原子濃度よりも高い、発光装置。
前記第１半導体層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第４部分のＡｌの原子濃度は、前記第３部分のＡｌの原子濃度よりも高い、発光装置。
【請求項5】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記発光層は、ウェル層と、バリア層と、を有し、
前記バリア層は、
第５部分と、
前記積層方向からの平面視において、前記第５部分を囲み、前記第５部分よりもバンドギャップが大きい第６部分と、
を有し、
前記第６部分は、前記柱状部の側面を構成している、発光装置。
前記発光層は、ウェル層と、バリア層と、を有し、
前記バリア層は、
第５部分と、
前記積層方向からの平面視において、前記第５部分を囲み、前記第５部分よりもバンドギャップが大きい第６部分と、
を有し、
前記第６部分は、前記柱状部の側面を構成している、発光装置。
【請求項6】
請求項５において、
前記バリア層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第６部分のＡｌの原子濃度は、前記第５部分のＡｌの原子濃度よりも高い、発光装置。
前記バリア層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第６部分のＡｌの原子濃度は、前記第５部分のＡｌの原子濃度よりも高い、発光装置。
【請求項7】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発光装置を有する、プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体レーザーは、高輝度の次世代光源として期待されている。中でも、ナノコラムを適用した半導体レーザーは、ナノコラムによるフォトニック結晶の効果によって、狭放射角で高出力の発光が実現できると期待されている。
【0003】
例えば特許文献１には、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＧａＮ層を、順次積層して形成されるＧａＮナノコラムを複数有する化合物半導体発光素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００９－１５２４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のようなナノコラムの側面には、ダングリングボンドが存在するため、ナノコラムの側面近傍でのキャリアの再結合は、非発光再結合となる可能性が高い。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る発光装置の一態様は、
複数の柱状部を有する積層体を有し、
複数の前記柱状部の各々は、
第１半導体層と、
前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、
を有し、
前記第２半導体層は、
第１部分と、
前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりもバンドギャップが大きい第２部分と、
を有し、
前記第２部分は、前記柱状部の側面を構成している。
複数の柱状部を有する積層体を有し、
複数の前記柱状部の各々は、
第１半導体層と、
前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、
を有し、
前記第２半導体層は、
第１部分と、
前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりもバンドギャップが大きい第２部分と、
を有し、
前記第２部分は、前記柱状部の側面を構成している。
【0007】
本発明に係るプロジェクターの一態様は、
前記発光装置の一態様を有する。
前記発光装置の一態様を有する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。
【図2】本実施形態に係る発光装置の柱状部を模式的に示す断面図。
【図3】本実施形態に係る発光装置の柱状部を模式的に示す平面図。
【図4】本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図5】本実施形態の第１変形例に係る発光装置の柱状部を模式的に示す断面図。
【図6】本実施形態の第２変形例に係る発光装置の柱状部を模式的に示す断面図。
【図7】本実施形態の第３変形例に係る発光装置の柱状部を模式的に示す断面図。
【図8】本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。
【図9】実験例のＳＴＥＭ像。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【0010】
【0011】
発光装置１００は、図１に示すように、例えば、基板１０と、積層体２０と、第１電極４０と、第２電極４２と、を有している。発光装置１００は、例えば、半導体レーザーである。
【0012】
基板１０は、例えば、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板などである。
【0013】
積層体２０は、基板１０に設けられている。図示の例では、積層体２０は、基板１０上に設けられている。積層体２０は、例えば、バッファー層２２と、柱状部３０と、を有している。
【0014】
本明細書では、積層体２０の積層方向（以下、単に「積層方向」ともいう）において、発光層３４を基準とした場合、発光層３４から第２電極４２に向かう方向を「上」とし、発光層３４から基板１０に向かう方向を「下」として説明する。また、積層方向と直交する方向を「面内方向」ともいう。また、「積層体２０の積層方向」とは、柱状部３０の第１半導体層３２と発光層３４との積層方向のことである。
【0015】
バッファー層２２は、基板１０上に設けられている。バッファー層２２は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。バッファー層２２上には、柱状部３０を形成するためのマスク層５０が設けられている。マスク層５０は、例えば、酸化シリコン層、チタン層、酸化チタン層、酸化アルミニウム層などである。
【0016】
柱状部３０は、バッファー層２２上に設けられている。柱状部３０は、バッファー層２２から上方に突出した柱状の形状を有している。言い換えれば、柱状部３０は、バッファー層２２を介して基板１０から上方に突出している。柱状部３０は、例えば、ナノコラム、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノピラーとも呼ばれる。柱状部３０の平面形状は、例えば、正六角形などの多角形、円である。
【0017】
柱状部３０の径は、例えば、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。柱状部３０の径を５００ｎｍ以下とすることによって、高品質な結晶の発光層３４を得ることができ、かつ、発光層３４に内在する歪を低減することができる。これにより、発光層３４で発生する光を高い効率で増幅することができる。
【0018】
なお、「柱状部の径」とは、柱状部３０の平面形状が円の場合は、直径であり、柱状部３０の平面形状が円ではない形状の場合は、最小包含円の直径である。例えば、柱状部３０の径は、柱状部３０の平面形状が多角形の場合、該多角形を内部に含む最小の円の直径であり、柱状部３０の平面形状が楕円の場合、該楕円を内部に含む最小の円の直径である
。
。
【0019】
柱状部３０は、複数設けられている。隣り合う柱状部３０の間隔は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。複数の柱状部３０は、積層方向からみて、所定の方向に所定のピッチで配列されている。複数の柱状部３０は、例えば、三角格子状に配置されている。なお、複数の柱状部３０の配置は、特に限定されず、正方格子状に配置されていてもよい。複数の柱状部３０は、フォトニック結晶の効果を発現することができる。
【0020】
なお、「柱状部のピッチ」とは、所定の方向に沿って隣り合う柱状部３０の中心間の距離である。「柱状部の中心」とは、柱状部３０の平面形状が円の場合は、該円の中心であり、柱状部３０の平面形状が円ではない形状の場合は、最小包含円の中心である。例えば、柱状部３０の中心は、柱状部３０の平面形状が多角形の場合、該多角形を内部に含む最小の円の中心であり、柱状部３０の平面形状が楕円の場合、該楕円を内部に含む最小の円の中心である。
【0021】
柱状部３０は、第１半導体層３２と、発光層３４と、第２半導体層３６と、を有している。
【0022】
第１半導体層３２は、バッファー層２２上に設けられている。第１半導体層３２は、基板１０と発光層３４との間に設けられている。第１半導体層３２は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型の半導体層である。
【0023】
発光層３４は、第１半導体層３２上に設けられている。発光層３４は、第１半導体層３２と第２半導体層３６との間に設けられている。発光層３４は、電流が注入されることで光を発生させる。発光層３４は、例えば、ウェル層３３と、バリア層３５と、を有している。ウェル層３３およびバリア層３５は、不純物が意図的にドープされていないｉ型の半導体層である。発光層３４は、ウェル層３３とバリア層３５とから構成されたＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構造を有している。図示の例では、ウェル層３３は、３層設けられている。バリア層３５は、４層設けられている。
【0024】
なお、発光層３４を構成するウェル層３３およびバリア層３５の数は、特に限定されない。例えば、ウェル層３３は、１層だけ設けられていてもよく、この場合、発光層３４は、ＳＱＷ（Single Quantum Well）構造を有している。
【0025】
第２半導体層３６は、発光層３４上に設けられている。第２半導体層３６は、第１半導体層３２と導電型の異なる層である。第２半導体層３６は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型の半導体層である。第１半導体層３２および第２半導体層３６は、発光層３４に光を閉じ込める機能を有するクラッド層である。
【0026】
なお、図示はしないが、第１半導体層３２と発光層３４との間に、ＯＣＬ（Optical Confinement Layer）が設けられていてもよい。また、発光層３４と第２半導体層３６との間に、ＥＢＬ（Electron Blocking Layer）が設けられていてもよい。
【0027】
発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層３６、不純物がドープされていないｉ型の発光層３４、およびｎ型の第１半導体層３２により、ｐｉｎダイオードが構成される。発光装置１００では、第１電極４０と第２電極４２との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、発光層３４に電流が注入されて発光層３４において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。発光層３４で発生した光は、面内方向に伝搬し、複数の柱状部３０によるフォトニック結晶の効果により定在波を形成して、発光層３４で利得を受けてレーザー発振する。そして、発光装置１００は、＋１次回折光およ
び－１次回折光をレーザー光として、積層方向に出射する。
び－１次回折光をレーザー光として、積層方向に出射する。
【0028】
なお、図示はしないが、基板１０とバッファー層２２との間、または基板１０の下に反射層が設けられていてもよい。該反射層は、例えば、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層である。該反射層によって、発光層３４において発生した光を反射させることができ、発光装置１００は、第２電極４２側からのみ光を出射することができる。
【0029】
第１電極４０は、バッファー層２２上に設けられている。バッファー層２２は、第１電極４０とオーミックコンタクトしていてもよい。第１電極４０は、第１半導体層３２と電気的に接続されている。図示の例では、第１電極４０は、バッファー層２２を介して、第１半導体層３２と電気的に接続されている。第１電極４０は、発光層３４に電流を注入するための一方の電極である。第１電極４０としては、例えば、バッファー層２２側から、Ｃｒ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いる。
【0030】
第２電極４２は、第２半導体層３６上に設けられている。第２電極４２は、第２半導体層３６と電気的に接続されている。第２半導体層３６は、第２電極４２とオーミックコンタクトしていてもよい。第２電極４２は、発光層３４に電流を注入するための他方の電極である。第２電極４２としては、例えば、ＩＴＯ（indium tin oxide）などを用いる。
【0031】
【0032】
第１半導体層３２は、図２に示すように、低バンドギャップ部３２ａと、高バンドギャップ部３２ｂと、を有している。第１半導体層３２は、Ａｌ（アルミニウム）と、Ｇａ（ガリウム）と、Ｎ（窒素）と、を含むＡｌＧａＮ層である。
【0033】
高バンドギャップ部３２ｂのバンドギャップは、低バンドギャップ部３２ａのバンドギャップよりも大きい。高バンドギャップ部３２ｂは、積層方向からの平面視において（以下、単に「平面視において」ともいう）、低バンドギャップ部３２ａを囲んでいる。高バンドギャップ部３２ｂは、柱状部３０の側面３１を構成している。側面３１は、バッファー層２２の上面と第２電極４２の下面とを接続している。基板１０の上面に対する側面３１の角度は、６０°以上９０°以下であり、図示の例では、９０°である。高バンドギャップ部３２ｂのＡｌの原子濃度（ａｔ％）は、低バンドギャップ部３２ａのＡｌの原子濃度よりも高い。
【0034】
発光層３４のバリア層３５は、低バンドギャップ部３５ａと、高バンドギャップ部３５ｂと、を有している。バリア層３５は、ＡｌＧａＮ層である。ウェル層３３は、例えば、ＩｎＧａＮ層である。
【0035】
高バンドギャップ部３５ｂのバンドギャップは、低バンドギャップ部３５ａのバンドギャップよりも大きい。高バンドギャップ部３５ｂは、平面視において、低バンドギャップ部３５ａを囲んでいる。高バンドギャップ部３５ｂは、柱状部３０の側面３１を構成している。高バンドギャップ部３５ｂのＡｌの原子濃度は、低バンドギャップ部３５ａのＡｌの原子濃度よりも高い。
【0036】
第２半導体層３６は、低バンドギャップ部３６ａと、高バンドギャップ部３６ｂと、を有している。第２半導体層３６は、ＡｌＧａＮ層である。
【0037】
高バンドギャップ部３６ｂのバンドギャップは、低バンドギャップ部３６ａのバンドギ
ャップよりも大きい。高バンドギャップ部３６ｂは、図３に示すように、平面視において、低バンドギャップ部３６ａを囲んでいる。図示の例では、柱状部３０の平面形状は、正六角形である。高バンドギャップ部３６ｂは、図２および図３に示すように、柱状部３０の側面３１を構成している。高バンドギャップ部３６ｂのＡｌの原子濃度は、低バンドギャップ部３６ａのＡｌの原子濃度よりも高い。柱状部３０において、Ａｌは、側面３１に偏在している。
ャップよりも大きい。高バンドギャップ部３６ｂは、図３に示すように、平面視において、低バンドギャップ部３６ａを囲んでいる。図示の例では、柱状部３０の平面形状は、正六角形である。高バンドギャップ部３６ｂは、図２および図３に示すように、柱状部３０の側面３１を構成している。高バンドギャップ部３６ｂのＡｌの原子濃度は、低バンドギャップ部３６ａのＡｌの原子濃度よりも高い。柱状部３０において、Ａｌは、側面３１に偏在している。
【0038】
高バンドギャップ部３２ｂ，３５ｂ，３６ｂは、Ａｌの原子濃度がＧａの原子濃度よりも高い部分である。高バンドギャップ部３２ｂ，３５ｂ，３６ｂにおいて、Ａｌの原子濃度とＧａの原子濃度との合計に対するＡｌの原子濃度の比（以下、「Ａｌ比」ともいう）は、０．５よりも大きく、０．８以上であってもよい。さらに、高バンドギャップ部３２ｂ，３５ｂ，３６ｂにおいて、Ａｌ比は、１．０であってもよく、この場合、高バンドギャップ部３２ｂ，３５ｂ，３６ｂの材質は、ＡｌＮである。
【0039】
低バンドギャップ部３２ａ，３５ａ，３６ａは、Ａｌの原子濃度がＧａの原子濃度以下の部分である。低バンドギャップ部３２ａ，３５ａ，３６ａは、Ａｌ比は、０．５以下であり、０．４以下であってもよい。
【0040】
なお、Ａｌ原子濃度およびＧａの原子濃度は、ＳＴＥＭ－ＥＤＳ（Scanning Transmission Electron Microscope - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）によって測定することができる。
【0041】
１．３． 作用効果
発光装置１００では、第２半導体層３６は、第１部分としての低バンドギャップ部３６ａと、平面視において、低バンドギャップ部３６ａを囲み、低バンドギャップ部３６ａよりもバンドギャップが大きい第２部分としての高バンドギャップ部３６ｂと、を有し、高バンドギャップ部３６ｂは、柱状部３０の側面３１を構成している。そのため、発光装置１００では、例えば第１部分と第２部分とのバンドギャップが等しい場合に比べて、柱状部３０の側面３１を流れる電流を少なくすることができる。これにより、非発光再結合する電流を少なくすることできる。その結果、電流注入効率を高めることができる。
発光装置１００では、第２半導体層３６は、第１部分としての低バンドギャップ部３６ａと、平面視において、低バンドギャップ部３６ａを囲み、低バンドギャップ部３６ａよりもバンドギャップが大きい第２部分としての高バンドギャップ部３６ｂと、を有し、高バンドギャップ部３６ｂは、柱状部３０の側面３１を構成している。そのため、発光装置１００では、例えば第１部分と第２部分とのバンドギャップが等しい場合に比べて、柱状部３０の側面３１を流れる電流を少なくすることができる。これにより、非発光再結合する電流を少なくすることできる。その結果、電流注入効率を高めることができる。
【0042】
発光装置１００では、第２半導体層３６は、ＡｌＧａＮ層であり、高バンドギャップ部３６ｂのＡｌの原子濃度は、低バンドギャップ部３６ａのＡｌの原子濃度よりも高い。そのため、発光装置１００では、Ａｌが柱状部３０の側面３１に偏在する条件で第２半導体層３６を成長させることにより、高バンドギャップ部３６ｂのバンドギャップを、容易に、低バンドギャップ部３６ａのバンドギャップよりも高くすることができる。
【0043】
発光装置１００では、第１半導体層３２は、第３部分としての低バンドギャップ部３２ａと、平面視において、低バンドギャップ部３２ａを囲み、低バンドギャップ部３２ａよりもバンドギャップが大きい第４部分としての高バンドギャップ部３２ｂと、を有し、高バンドギャップ部３２ｂは、柱状部３０の側面３１を構成している。そのため、発光装置１００では、柱状部３０の側面３１を流れる電流を、より少なくすることができる。
【0044】
発光装置１００では、第１半導体層３２は、ＡｌＧａＮ層であり、高バンドギャップ部３２ｂのＡｌの原子濃度は、低バンドギャップ部３２ａのＡｌの原子濃度よりも高い。そのため、発光装置１００では、Ａｌが柱状部３０の側面３１に偏在する条件で第１半導体層３２を成長させることにより、高バンドギャップ部３２ｂのバンドギャップを、容易に、低バンドギャップ部３２ａのバンドギャップよりも高くすることができる。
【0045】
発光装置１００では、発光層３４は、ウェル層３３と、バリア層３５と、を有し、バリ
ア層３５は、第５部分としての低バンドギャップ部３５ａと、平面視において、低バンドギャップ部３５ａを囲み、低バンドギャップ部３５ａよりもバンドギャップが大きい第６部分としての高バンドギャップ部３５ｂと、を有し、高バンドギャップ部３５ｂは、柱状部３０の側面３１を構成している。そのため、発光装置１００では、柱状部３０の側面３１を流れる電流を、より少なくすることができる。
ア層３５は、第５部分としての低バンドギャップ部３５ａと、平面視において、低バンドギャップ部３５ａを囲み、低バンドギャップ部３５ａよりもバンドギャップが大きい第６部分としての高バンドギャップ部３５ｂと、を有し、高バンドギャップ部３５ｂは、柱状部３０の側面３１を構成している。そのため、発光装置１００では、柱状部３０の側面３１を流れる電流を、より少なくすることができる。
【0046】
発光装置１００では、バリア層３５は、ＡｌＧａＮ層であり、高バンドギャップ部３５ｂのＡｌの原子濃度は、低バンドギャップ部３５ａのＡｌの原子濃度よりも高い。そのため、発光装置１００では、Ａｌが柱状部３０の側面３１に偏在する条件でバリア層３５を成長させることにより、高バンドギャップ部３５ｂのバンドギャップを、容易に、低バンドギャップ部３５ａのバンドギャップよりも高くすることができる。
【0047】
なお、発光装置１００は、レーザーに限らず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）であってもよい。
【0048】
２． 発光装置の製造方法
次に、本実施形態に係る発光装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る発光装置１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
次に、本実施形態に係る発光装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る発光装置１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【0049】
図４に示すように、基板１０上に、バッファー層２２をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などが挙げられる。
【0050】
次に、バッファー層２２上に、マスク層５０を形成する。マスク層５０は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などによる成膜、およびパターニングによって形成される。パターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行われる。マスク層５０の厚さは、例えば、５ｎｍ程度である。
【0051】
図１に示すように、マスク層５０をマスクとしてバッファー層２２上に、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが挙げられる。本工程により、複数の柱状部３０を形成することができる。
【0052】
第１半導体層３２、バリア層３５、および第２半導体層３６のエピタキシャル成長は、Ａｌが柱状部３０の側面３１に偏在するような条件で行う。具体的には、第１半導体層３２、バリア層３５、および第２半導体層３６の成長温度を、８３０℃以上８７０℃以下、好ましくは８５０℃として、エピタキシャル成長させる。これにより、Ａｌを柱状部３０の側面３１に偏在させることができる。
【0053】
次に、バッファー層２２上に第１電極４０を形成し、第２半導体層３６上に第２電極４２を形成する。第１電極４０および第２電極４２は、例えば、真空蒸着法などにより形成される。なお、第１電極４０および第２電極４２の形成順序は、特に限定されない。
【0054】
以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。
【0055】
３． 発光装置の変形例
３．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の第１変形例に係る発光装置２００の柱状部３０を模式的に示す断
面図である。
３．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の第１変形例に係る発光装置２００の柱状部３０を模式的に示す断
面図である。
【0056】
以下、本実施形態の第１変形例に係る発光装置２００において、上述した本実施形態に係る発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す本実施形態の第２～第４変形例に係る発光装置について同様である。
【0057】
上述した発光装置１００では、図２に示すように、バリア層３５は、低バンドギャップ部３５ａと、高バンドギャップ部３５ｂと、を有していた。バリア層３５は、ＡｌＧａＮ層であった。
【0058】
これに対し、発光装置２００では、図５に示すように、バリア層３５は、低バンドギャップ部３５ａと、高バンドギャップ部３５ｂと、を有していない。バリア層３５は、例えば、ＧａＮ層である。
【0059】
発光装置２００では、上述した発光装置１００と同様に、柱状部３０の側面３１を流れる電流を少なくすることができる。
【0060】
さらに、発光装置２００では、構造が複雑な発光層３４を構成するバリア層３５において、低バンドギャップ部３５ａおよび高バンドギャップ部３５ｂを形成しないため、容易に、柱状部３０を形成することができる。
【0061】
３．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態の第２変形例に係る発光装置３００の柱状部３０を模式的に示す断面図である。
次に、本実施形態の第２変形例に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態の第２変形例に係る発光装置３００の柱状部３０を模式的に示す断面図である。
【0062】
上述した発光装置１００では、図２に示すように、第１半導体層３２は、低バンドギャップ部３２ａと、高バンドギャップ部３２ｂと、を有していた。さらに、バリア層３５は、低バンドギャップ部３５ａと、高バンドギャップ部３５ｂと、を有していた。第１半導体層３２およびバリア層３５は、ＡｌＧａＮ層であった。
【0063】
これに対し、発光装置３００では、図６に示すように、第１半導体層３２は、低バンドギャップ部３２ａと、高バンドギャップ部３２ｂと、を有していない。さらに、バリア層３５は、低バンドギャップ部３５ａと、高バンドギャップ部３５ｂと、を有していない。第１半導体層３２およびバリア層３５は、例えば、ＧａＮ層である。
【0064】
発光装置３００では、上述した発光装置１００と同様に、柱状部３０の側面３１を流れる電流を少なくすることができる。
【0065】
３．３． 第３変形例
次に、本実施形態の第３変形例に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の第３変形例に係る発光装置４００の柱状部３０を模式的に示す断面図である。
次に、本実施形態の第３変形例に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の第３変形例に係る発光装置４００の柱状部３０を模式的に示す断面図である。
【0066】
上述した発光装置１００では、図２に示すように、第１半導体層３２は、低バンドギャップ部３２ａと、高バンドギャップ部３２ｂと、を有していた。さらに、バリア層３５は、低バンドギャップ部３５ａと、高バンドギャップ部３５ｂと、を有していた。第１半導体層３２およびバリア層３５は、ＡｌＧａＮ層であった。さらに、第１半導体層３２は、発光層３４の下に設けられ、ｎ型の半導体層であった。さらに、第２半導体層３６は、発
光層３４上に設けられ、ｐ型の半導体層であった。
光層３４上に設けられ、ｐ型の半導体層であった。
【0067】
これに対し、発光装置４００では、図７に示すように、第１半導体層３２は、低バンドギャップ部３２ａと、高バンドギャップ部３２ｂと、を有していない。さらに、バリア層３５は、低バンドギャップ部３５ａと、高バンドギャップ部３５ｂと、を有していない。第１半導体層３２およびバリア層３５は、例えば、ＧａＮ層である。
【0068】
第１半導体層３２は、発光層３４上に設けられている。第１半導体層３２は、発光層３４と第２電極４２との間に設けられている。第１半導体層３２は、ｐ型の半導体層である。
【0069】
第２半導体層３６は、発光層３４の下に設けられている。第２半導体層３６は、バッファー層２２上に設けられている。第２半導体層３６は、基板１０と発光層３４との間に設けられている。第２半導体層３６は、ｎ型の半導体層である。
【0070】
発光装置４００では、上述した発光装置１００と同様に、柱状部３０の側面３１を流れる電流を少なくすることができる。
【0071】
なお、上述した発光装置３００，４００において、バリア層３５は、ＡｌＧａＮ層であってもよく、低バンドギャップ部３５ａと、高バンドギャップ部３５ｂと、を有していてもよい。
【0072】
３．４． 第４変形例
次に、本実施形態の第４変形例に係る発光装置について説明する。
次に、本実施形態の第４変形例に係る発光装置について説明する。
【0073】
上述した発光装置１００では、第１半導体層３２、バリア層３５、および第２半導体層３６は、ＡｌＧａＮ層であった。
【0074】
これに対し、本実施形態の第４変形例に係る発光装置では、第１半導体層３２、バリア層３５、および第２半導体層３６は、Ｂ（ホウ素）と、Ｇａと、Ｎと、を含むＢＧａＮ層である。
【0075】
第１半導体層３２の高バンドギャップ部３２ｂのＢの原子濃度は、低バンドギャップ部３２ａのＢの原子濃度よりも高い。バリア層３５の高バンドギャップ部３５ｂのＢの原子濃度は、低バンドギャップ部３５ａのＢの原子濃度よりも高い。第２半導体層３６の高バンドギャップ部３６ｂのＢの原子濃度は、低バンドギャップ部３６ａのＢの原子濃度よりも高い。柱状部３０において、Ｂは、側面３１に偏在している。
【0076】
高バンドギャップ部３２ｂ，３５ｂ，３６ｂは、Ｂの原子濃度がＧａの原子濃度よりも高い部分である。高バンドギャップ部３２ｂ，３５ｂ，３６ｂにおいて、Ｂの原子濃度とＧａの原子濃度との合計に対するＢの原子濃度の比（以下、「Ｂ比」ともいう）は、例えば、０．５よりも大きく、０．８以上であってもよい。さらに、Ｂ比は、１．０であってもよく、この場合、高バンドギャップ部３２ｂ，３５ｂ，３６ｂの材質は、ＢＮである。
【0077】
低バンドギャップ部３２ａ，３５ａ，３６ａは、Ｂの原子濃度がＧａの原子濃度以下の部分である。低バンドギャップ部３２ａ，３５ａ，３６ａは、Ｂ比は、０．５以下であり、０．４以下であってもよい。なお、Ｂの原子濃度は、ＳＴＥＭ－ＥＤＳによって測定することができる。
【0078】
第１半導体層３２、バリア層３５、および第２半導体層３６のエピタキシャル成長は、
Ｂが柱状部３０の側面３１に偏在するような条件で行う。
Ｂが柱状部３０の側面３１に偏在するような条件で行う。
【0079】
本実施形態の第４変形例に係る発光装置では、上述した発光装置１００と同様に、柱状部３０の側面３１を流れる電流を少なくすることができる。
【0080】
４． プロジェクター
次に、本実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係るプロジェクター９００を模式的に示す図である。
次に、本実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係るプロジェクター９００を模式的に示す図である。
【0081】
プロジェクター９００は、例えば、光源として、発光装置１００を有している。
【0082】
プロジェクター９００は、図示しない筐体と、筐体内に備えられている赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ出射する赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、青色光源１００Ｂと、を有している。なお、便宜上、図８では、赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂを簡略化している。
【0083】
プロジェクター９００は、さらに、筐体内に備えられている、第１光学素子９０２Ｒと、第２光学素子９０２Ｇと、第３光学素子９０２Ｂと、第１光変調装置９０４Ｒと、第２光変調装置９０４Ｇと、第３光変調装置９０４Ｂと、投射装置９０８と、を有している。第１光変調装置９０４Ｒ、第２光変調装置９０４Ｇ、および第３光変調装置９０４Ｂは、例えば、透過型の液晶ライトバルブである。投射装置９０８は、例えば、投射レンズである。
【0084】
赤色光源１００Ｒから出射された光は、第１光学素子９０２Ｒに入射する。赤色光源１００Ｒから出射された光は、第１光学素子９０２Ｒによって集光される。なお、第１光学素子９０２Ｒは、集光以外の機能を有していてもよい。後述する第２光学素子９０２Ｇおよび第３光学素子９０２Ｂについても同様である。
【0085】
第１光学素子９０２Ｒによって集光された光は、第１光変調装置９０４Ｒに入射する。第１光変調装置９０４Ｒは、入射した光を画像情報に応じて変調させる。そして、投射装置９０８は、第１光変調装置９０４Ｒによって形成された像を拡大してスクリーン９１０に投射する。
【0086】
緑色光源１００Ｇから出射された光は、第２光学素子９０２Ｇに入射する。緑色光源１００Ｇから出射された光は、第２光学素子９０２Ｇによって集光される。
【0087】
第２光学素子９０２Ｇによって集光された光は、第２光変調装置９０４Ｇに入射する。第２光変調装置９０４Ｇは、入射した光を画像情報に応じて変調させる。そして、投射装置９０８は、第２光変調装置９０４Ｇによって形成された像を拡大してスクリーン９１０に投射する。
【0088】
青色光源１００Ｂから出射された光は、第３光学素子９０２Ｂに入射する。青色光源１００Ｂから出射された光は、第３光学素子９０２Ｂによって集光される。
【0089】
第３光学素子９０２Ｂによって集光された光は、第３光変調装置９０４Ｂに入射する。第３光変調装置９０４Ｂは、入射した光を画像情報に応じて変調させる。そして、投射装置９０８は、第３光変調装置９０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン９１０に投射する。
【0090】
また、プロジェクター９００は、第１光変調装置９０４Ｒ、第２光変調装置９０４Ｇ、
および第３光変調装置９０４Ｂから出射された光を合成して投射装置９０８に導くクロスダイクロイックプリズム９０６を有することができる。
および第３光変調装置９０４Ｂから出射された光を合成して投射装置９０８に導くクロスダイクロイックプリズム９０６を有することができる。
【0091】
第１光変調装置９０４Ｒ、第２光変調装置９０４Ｇ、および第３光変調装置９０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム９０６に入射する。クロスダイクロイックプリズム９０６は、４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は、投射装置９０８によりスクリーン９１０上に投射され、拡大された画像が表示される。
【0092】
なお、赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂは、発光装置１００を映像の画素として画像情報に応じて制御することで、第１光変調装置９０４Ｒ、第２光変調装置９０４Ｇ、および第３光変調装置９０４Ｂを用いずに、直接的に映像を形成してもよい。そして、投射装置９０８は、赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂによって形成された映像を、拡大してスクリーン９１０に投射してもよい。
【0093】
また、上記の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micro Mirror Device）が挙げられる。また、投射装置の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。
【0094】
また、光源を、光源からの光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置である走査手段を有するような走査型の画像表示装置の光源装置にも適用することが可能である。
【0095】
上述した実施形態に係る発光装置は、プロジェクター以外にも用いることが可能である。プロジェクター以外の用途には、例えば、屋内外の照明、ディスプレイのバックライト、レーザープリンター、スキャナー、車載用ライト、光を用いるセンシング機器、通信機器等の光源がある。また、上述した実施形態に係る発光装置は、微小な発光素子をアレイ状に配置して画像表示させるＬＥＤディスプレイの発光素子にも適用することができる。
【0096】
５． 実験例
ｎ型のＧａＮ層、ｎ型のＡｌＧａＮ層、およびｎ型のＧａＮ層を、この順でエピタキシャル成長させて柱状部を作製した。エピタキシャル成長させる方法として、ＭＢＥ法を用いた。ＡｌＧａＮ層の成長温度を、８５０℃とした。
ｎ型のＧａＮ層、ｎ型のＡｌＧａＮ層、およびｎ型のＧａＮ層を、この順でエピタキシャル成長させて柱状部を作製した。エピタキシャル成長させる方法として、ＭＢＥ法を用いた。ＡｌＧａＮ層の成長温度を、８５０℃とした。
【0097】
上記のようにして作製した柱状部をＳＴＥＭで観察し、かつＥＤＳによってＡｌの分布を調査した。図９は、柱状部のＡｌの分布を示すＳＴＥＭ像である。図９では、Ａｌが少ない部分ほど濃色で、Ａｌが多い部分ほど淡色で示されている。
【0098】
図９に示すように、成長温度８５０℃でＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させることにより、Ａｌを柱状部の側面に偏在できることがわかった。
【0099】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【0100】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び
結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【0101】
上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。
【0102】
発光装置の一態様は、
複数の柱状部を有する積層体を有し、
複数の前記柱状部の各々は、
第１半導体層と、
前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、
を有し、
前記第２半導体層は、
第１部分と、
前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりもバンドギャップが大きい第２部分と、
を有し、
前記第２部分は、前記柱状部の側面を構成している。
複数の柱状部を有する積層体を有し、
複数の前記柱状部の各々は、
第１半導体層と、
前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、
を有し、
前記第２半導体層は、
第１部分と、
前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりもバンドギャップが大きい第２部分と、
を有し、
前記第２部分は、前記柱状部の側面を構成している。
【0103】
この発光装置では、柱状部の側面を流れる電流を少なくすることができる。これにより、非発光再結合する電流を少なくすることできる。その結果、電流注入効率を高めることができる。
【0104】
発光装置の一態様において、
前記第２半導体層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第２部分のＡｌの原子濃度は、前記第１部分のＡｌの原子濃度よりも高くてもよい。
前記第２半導体層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第２部分のＡｌの原子濃度は、前記第１部分のＡｌの原子濃度よりも高くてもよい。
【0105】
この発光装置では、第２部分のバンドギャップを、容易に、第１部分のバンドギャップよりも高くすることができる。
【0106】
発光装置の一態様において、
前記第１半導体層は、
第３部分と、
前記積層方向からの平面視において、前記第３部分を囲み、前記第３部分よりもバンドギャップが大きい第４部分と、
を有し、
前記第４部分は、前記柱状部の側面を構成していてもよい。
前記第１半導体層は、
第３部分と、
前記積層方向からの平面視において、前記第３部分を囲み、前記第３部分よりもバンドギャップが大きい第４部分と、
を有し、
前記第４部分は、前記柱状部の側面を構成していてもよい。
【0107】
この発光装置によれば、柱状部の側面を流れる電流を、より少なくすることできる。
【0108】
発光装置の一態様において、
前記第１半導体層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第４部分のＡｌの原子濃度は、前記第３部分のＡｌの原子濃度よりも高くてもよい。
前記第１半導体層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第４部分のＡｌの原子濃度は、前記第３部分のＡｌの原子濃度よりも高くてもよい。
【0109】
この発光装置によれば、第４部分のバンドギャップを、容易に、第３部分のバンドギャ
ップよりも高くすることができる。
ップよりも高くすることができる。
【0110】
発光装置の一態様において、
前記発光層は、ウェル層と、バリア層と、を有し、
前記バリア層は、
第５部分と、
前記積層方向からの平面視において、前記第５部分を囲み、前記第５部分よりもバンドギャップが大きい第６部分と、
を有し、
前記第６部分は、前記柱状部の側面を構成していてもよい。
前記発光層は、ウェル層と、バリア層と、を有し、
前記バリア層は、
第５部分と、
前記積層方向からの平面視において、前記第５部分を囲み、前記第５部分よりもバンドギャップが大きい第６部分と、
を有し、
前記第６部分は、前記柱状部の側面を構成していてもよい。
【0111】
この発光装置によれば、柱状部の側面を流れる電流を、より少なくすることできる。
【0112】
発光装置の一態様において、
前記バリア層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第６部分のＡｌの原子濃度は、前記第５部分のＡｌの原子濃度よりも高くてもよい。
前記バリア層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記第６部分のＡｌの原子濃度は、前記第５部分のＡｌの原子濃度よりも高くてもよい。
【0113】
この発光装置によれば、第６部分のバンドギャップを、容易に、第５部分のバンドギャップよりも高くすることができる。
【0114】
プロジェクターの一態様は、
前記発光装置の一態様を有する。
前記発光装置の一態様を有する。
【符号の説明】
【0115】
１０…基板、２０…積層体、２２…バッファー層、３０…柱状部、３１…側面、３２…第１半導体層、３２ａ…低バンドギャップ部、３２ｂ…高バンドギャップ部、３３…ウェル層、３４…発光層、３５…バリア層、３５ａ…低バンドギャップ部、３５ｂ…高バンドギャップ部、３６…第２半導体層、３６ａ…低バンドギャップ部、３６ｂ…高バンドギャップ部、４０…第１電極、４２…第２電極、１００…発光装置、１００Ｒ…赤色光源、１００Ｇ…緑色光源、１００Ｂ…青色光源、２００，３００，４００…発光装置、９００…プロジェクター、９０２Ｒ…第１光学素子、９０２Ｇ…第２光学素子、９０２Ｂ…第３光学素子、９０４Ｒ…第１光変調装置、９０４Ｇ…第２光変調装置、９０４Ｂ…第３光変調装置、９０６…クロスダイクロイックプリズム、９０８…投射装置、９１０…スクリーン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
