特開 2022-61175 発光装置およびプロジェクター

(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】P2022061175

(43)【公開日】2022-04-18

(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 5/30 20060101AFI20220411BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20220411BHJP

【ＦＩ】

H01S5/30

G03B21/14 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020169006

(22)【出願日】2020-10-06

(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】西岡 大毅

(72)【発明者】

【氏名】岸野 克巳

【テーマコード（参考）】

2K203

5F173

【Ｆターム（参考）】

2K203FA03

2K203FA23

2K203FA34

2K203FA44

2K203FA54

2K203FA62

2K203GA02

5F173AB52

5F173AB90

5F173AF12

5F173AF38

5F173AH22

5F173AK02

5F173AK08

5F173AP05

5F173AP09

5F173AP13

5F173AP47

5F173AP56

5F173AR43

(57)【要約】

【課題】出射される光が直線偏光である発光装置を提供する。
【解決手段】ｐ個の柱状部からなる柱状部集合体を複数有する積層体を有し、前記ｐ個の柱状部の各々は、発光層を有し、前記積層体の積層方向からみて、前記ｐ個の柱状部のうちｑ個の第１柱状部における前記発光層の最小幅に対する最大幅の比は、前記ｐ個の柱状部のうちｒ個の第２柱状部における前記発光層の前記比よりも大きく、前記ｐ個の柱状部における前記発光層の形状は、回転対称ではなく、前記ｐは、２以上の整数であり、前記ｑは、１以上ｐ未満の整数であり、前記ｒは、ｒ＝ｐ－ｑを満たす整数である、発光装置。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｐ個の柱状部からなる柱状部集合体を複数有する積層体を有し、
前記ｐ個の柱状部の各々は、発光層を有し、
前記積層体の積層方向からみて、前記ｐ個の柱状部のうちｑ個の第１柱状部における前記発光層の最小幅に対する最大幅の比は、前記ｐ個の柱状部のうちｒ個の第２柱状部における前記発光層の前記比よりも大きく、
前記ｐ個の柱状部における前記発光層の形状は、回転対称ではなく、
前記ｐは、２以上の整数であり、
前記ｑは、１以上ｐ未満の整数であり、
前記ｒは、ｒ＝ｐ－ｑを満たす整数である、発光装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記積層方向からみて、前記第１柱状部における前記発光層の面積は、前記第２柱状部における前記発光層の面積と等しい、発光装置。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記ｐ個の柱状部の各々は、ｎ型の第１半導体層と、ｐ型の第２半導体層と、を有し、
前記発光層は、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、
前記積層方向からみて、前記第１柱状部における前記第２半導体層の前記比と前記第２柱状部における前記第２半導体層の前記比との差は、前記第１柱状部における前記発光層の前記比と前記第２柱状部の前記発光層の前記比との差よりも小さい、発光装置。

【請求項4】

請求項３において、
前記第１柱状部における前記第２半導体層のキャリア濃度は、前記第２柱状部における前記第２半導体層のキャリア濃度よりも大きい、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。このような半導体レーザーは、例えば、プロジェクターの光源として適用される。液晶ライトバルブを用いるプロジェクターでは、光源から出射される光は、直線偏光であることが望まれている。

【0003】

ＧａＮ系ナノコラムのフォトニック結晶を利用した半導体レーザーでは、ナノコラムの配列周期や直径を変えることによって、ＲＧＢの３原色の波長に合わせた設計が可能である。ただし、赤色領域で発振させるためには、直径の大きなナノコラムを用いる必要があり、欠陥や歪みが少なく発光効率がよいというナノコラムの効果が得られ難い。そのため、直径の小さな複数のナノコラムによって構成されたナノコラム集合体をナノコラムとみなして、周期的に配列させる技術が知られている。

【0004】

ここで、ナノコラムは、特許文献１に記載されているように、三角形、正方形、六角形など回転対称性を有する格子パターンで配列されているため、発光装置から出射される光は、直線偏光でない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３－９００２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のように、複数のナノコラムによってナノコラム集合体を形成した場合においても、ナノコラム集合体が回転対称性を有する格子パターンで配列されていると、発光装置から出射される光は、直線偏光でない。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る発光装置の一態様は、
ｐ個の柱状部からなる柱状部集合体を複数有する積層体を有し、
前記ｐ個の柱状部の各々は、発光層を有し、
前記積層体の積層方向からみて、前記ｐ個の柱状部のうちｑ個の第１柱状部における前記発光層の最小幅に対する最大幅の比は、前記ｐ個の柱状部のうちｒ個の第２柱状部における前記発光層の前記比よりも大きく、
前記ｐ個の柱状部における前記発光層の形状は、回転対称ではなく、
前記ｐは、２以上の整数であり、
前記ｑは、１以上ｐ未満の整数であり、
前記ｒは、ｒ＝ｐ－ｑを満たす整数である。

【0008】

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。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【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を模式的に示す平面図。

【図3】本実施形態に係る発光装置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】本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。

【図6】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7】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8】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9】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10】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11】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12】本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

１． 発光装置
まず、本実施形態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１は、本実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ－Ｉ線断面図である。

【0012】

発光装置１００は、図１および図２に示すように、基板１０と、積層体２０と、第１電極５０と、第２電極５２と、を有している。なお、便宜上、図２では、第２電極５２の図示を省略している。

【0013】

基板１０は、例えば、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板、サファイア基板などである。

【0014】

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。

【0015】

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３３を基準とした場合、発光層３３から第２半導体層３５に向かう方向を「上」とし、発光層３３から第１半導体層３１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。

【0016】

また、本発明において、「積層体２０の積層方向」とは、柱状部３０の第１半導体層３１と発光層３３との積層方向のことである。

【0017】

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層などである。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６０が設けられている。マスク層６０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。

【0018】

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。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、または円である。図２に示す例では、柱状部３０の平面形状は、正六角形である。

【0019】

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３３を得ることができ、かつ、発光層３３に内在する歪みを低減することができる。これにより、発光層３３で発生する光を高い効率で増幅することができる。

【0020】

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、当該形状における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。「柱状部の中心」とは、柱状部３０の平面形状が円の場合は、当該円の中心であり、柱状部３０の平面形状が円ではない形状の場合は、当該形状における最小包含円の中心である。また、「柱状部集合体の中心」とは、積層方向からの平面視において、柱状部集合体４０を構成する柱状部３０を内部に含む最小の円、すなわち最小包含円の中心である。

【0021】

柱状部３０は、図１に示すように、例えば、第１半導体層３１と、第１ガイド層３２と、発光層３３と、第２ガイド層３４と、第２半導体層３５と、を有している。

【0022】

第１半導体層３１は、バッファー層２２上に設けられている。第１半導体層３１は、基板１０と発光層３３との間に設けられている。第１半導体層３１は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層などである。

【0023】

第１ガイド層３２は、第１半導体層３１上に設けられている。第１ガイド層３２は、第１半導体層３１の径よりも大きい径を有している。第１ガイド層３２は、例えば、ｉ型のＧａＮ層とｉ型のＩｎＧａＮ層とから構成された半導体超格子(ＳＬ)構造を有している。第１ガイド層３２を構成するＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層の数は、特に限定されない。

【0024】

発光層３３は、第１ガイド層３２上に設けられている。発光層３３は、第１半導体層３１と第２半導体層３５との間に設けられている。発光層３３は、例えば、第１半導体層３１よりも大きい径を有している。発光層３３は、電流が注入されることで光を発生させる。発光層３３は、例えば、ｉ型のＧａＮ層とｉ型のＩｎＧａＮ層とから構成された量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。発光層３３を構成するＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層の数は、特に限定されない。

【0025】

第２ガイド層３４は、発光層３３上に設けられている。第２ガイド層３４は、例えば、ｉ型のＧａＮ層とｉ型のＩｎＧａＮ層とから構成された半導体超格子(ＳＬ)構造を有している。第２ガイド層３４を構成するＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層の数は、特に限定されない。第１ガイド層３２および第２ガイド層３４は、発光層３３と面内方向に伝搬する光との重なりを大きくする層である。これにより、光閉じ込め係数を大きくすることができる。

【0026】

第２半導体層３５は、第２ガイド層３４上に設けられている。第２半導体層３５は、例えば、発光層３３よりも大きい径を有している。第２半導体層３５は、第１半導体層３１と導電型の異なる層である。第２半導体層３５は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層などである。第１半導体層３１および第２半導体層３５は、発光層３３に光を閉じ込める機能を有するクラッド層である。

【0027】

発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層３５、不純物がドープされていないｉ型の発光層３３およびガイド層３２，３４、ならびにｎ型の第１半導体層３１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５０と第２電極５２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３３に電流が注入されて発光層３３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３３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、発光層３３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。

【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３３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５２側からのみ光を出射することができる。

【0029】

柱状部３０は、柱状部集合体４０を構成している。積層体２０は、図２に示すように、柱状部集合体４０を複数有している。図示の例では、複数の柱状部集合体４０は、三角格子状に配列されている。積層方向からみて、隣り合う柱状部集合体４０の中心の間の距離は、例えば、５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。ここで、図３は、柱状部集合体４０を模式的に示す平面図であり、発光層３３と第２半導体層３５とを図示している。

【0030】

柱状部集合体４０は、図２および図３に示すように、ｐ個の柱状部３０からなる。「ｐ」は、２以上の整数であり、例えば３以上１５以下の整数であり、好ましくは３以上７以下の整数である。図示の例では、「ｐ」は４であり、柱状部集合体４０は、４個の柱状部３０からなる。柱状部集合体４０は、赤色領域の光を発振させることができる柱状部３０の集合体である。積層方向からみて、柱状部集合体４０において、隣り合う柱状部３０の中心の間の距離は、例えば、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。

【0031】

柱状部集合体４０において、図３に示すように、積層方向からみて、例えば、ｐ個の柱状部３０の各々の中心Ｃで構成される図形Ｆは、回転対称である。すなわち、図形Ｆは、ｎを２以上の整数とした場合に、ｎ回対称である。図示の例では、図形Ｆは、４回対称である。このように、例えば３個以上の中心Ｃからなる図形Ｆが回転対称であるため、図形Ｆが回転対称でない場合、例えば、３個以上の柱状部が１直線に並んでいる場合に比べて、面内方向において、複数の方向に共振する光をより等方的に閉じ込める。そのため、赤色領域の光を発振させることができる柱状部集合体４０を構成し易い。図示の例では、柱状部３０の中心Ｃは、図示しない平行四辺形の各頂点に配置されている。本実施形態において、図形Ｆが回転対称である、とは、図形Ｆの中心Ｃｆ周りに回転対称であることをいう。図形Ｆの中心Ｃｆとは、図形Ｆを内部に含む最小包含円の中心である。

【0032】

柱状部集合体４０において、積層方向からみて、ｐ個の柱状部３０のうちｑ個の第１柱状部３０ａにおける発光層３３の最小幅に対する最大幅の比（以下、「幅比」ともいう）は、ｐ個の柱状部３０のうちｒ個の第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の幅比よりも大
きい。「ｑ」は、１以上ｐ未満の整数であり、図示の例では、１である。「ｒ」は、ｒ＝ｐ－ｑを満たす整数であり、図示の例では、３である。

【0033】

ここで、発光層３３の最大幅は、発光層３３の中心を通る最大の幅である。発光層３３の最小幅は、発光層３３の中心を通る最小の幅である。図３に示す例では、発光層３３は、最大幅Ｗ１ｍａｘと、最小幅Ｗ１ｍｉｎと、を有し、最大幅Ｗ１ｍａｘの方向および最小幅Ｗ１ｍｉｎの方向は、互いに直交している。第１柱状部３０ａにおける発光層３３の最大幅Ｗ１ｍａｘは、第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の最大幅Ｗ１ｍａｘよりも大きい。第１柱状部３０ａにおける発光層３３の最小幅Ｗ１ｍｉｎは、第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の最大幅１Ｗｍｉｎよりも小さい。

【0034】

柱状部集合体４０では、第１柱状部３０ａの発光層３３の幅比が第２柱状部３０ｂの発光層３３の幅比よりも大きいため、積層方向からみて、柱状部集合体４０を構成するｐ個の柱状部３０の発光層３３の形状は、回転対称ではない。すなわち、ｍを２以上の整数とした場合に、柱状部集合体４０の発光層３３の形状は、ｍ回対称ではない。

【0035】

柱状部集合体４０では、積層方向からみて、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の面積は、例えば、第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の面積と等しい。図示の例では、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の面積は、第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５の面積よりも小さい。なお、図示はしないが、柱状部３０は、第１半導体層３１の側方にも発光層３３および第２半導体層３５が配置されるコアシェル構造を有してもよく、この場合、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の上面および側面の面積の合計は、第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の上面および側面の面積の合計と等しくてもよい。

【0036】

柱状部集合体４０では、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の幅比は、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の幅比、および第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５の幅比よりも大きい。図示の例では、第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の幅比は、第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５の幅比と等しい。第２半導体層３５の最大幅は、第２半導体層３５の中心を通る最大の幅である。第２半導体層３５の最小幅は、第２半導体層３５の中心を通る最小の幅である。図３に示す例では、第２半導体層３５は、最大幅Ｗ２ｍａｘと、最小幅Ｗ２ｍｉｎと、を有し、最大幅Ｗ２ｍａｘの方向および最小幅Ｗ２ｍｉｎの方向は、互いに直交している。

【0037】

柱状部集合体４０では、積層方向からみて、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の幅比と第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５の幅比との差は、例えば、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の幅比と第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の幅比との差よりも小さい。積層方向からみて、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の幅比と第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の幅比との差は、第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の幅比と第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５の幅比との差よりも大きい。

【0038】

柱状部集合体４０では、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５のキャリア濃度は、例えば、第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５のキャリア濃度よりも大きい。第２半導体層３５のキャリア濃度は、例えば、アトムプローブ分析法によって不純物濃度を測定することで見積もることができる。

【0039】

第１電極５０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５０とオーミックコンタクトしていてもよい。第１電極５０は、第１半導体層３１と電気的に接続されている。図示の例では、第１電極５０は、バッファー層２２を介して、第１半導体層３１と電気的に接続されている。第１電極５０は、発光層３３に電流を注入するための一方の電極である。第１電極５０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。

【0040】

第２電極５２は、第２半導体層３５上に設けられている。第２電極５２は、第２半導体層３５と電気的に接続されている。第２半導体層３５は、第２電極５２とオーミックコンタクトしていてもよい。第２電極５２は、発光層３３に電流を注入するための他方の電極である。第２電極５２としては、例えば、ＩＴＯ（indium tin oxide）などを用いる。

【0041】

なお、上記では、ＩｎＧａＮ系の発光層３３について説明したが、発光層３３としては、出射される光の波長に応じて、電流が注入されることで発光可能な様々な材料系を用いることができる。例えば、ＡｌＧａＮ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＩｎＰ系、ＧａＰ系、ＡｌＧａＰ系などの半導体材料を用いることができる。

【0042】

発光装置１００は、例えば、以下の作用効果を奏することができる。

【0043】

発光装置１００では、ｐ個の柱状部３０からなる柱状部集合体４０を複数有する積層体２０を有し、ｐ個の柱状部３０の各々は、発光層３３を有する。そして、積層方向からみて、ｐ個の柱状部３０のうちｑ個の第１柱状部３０ａにおける発光層３３の幅比は、ｐ個の柱状部３０のうちｒ個の第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の幅比よりも大きく、ｐ個の柱状部３０における発光層３３の形状は、回転対称ではない。そのため、発光装置１００から出射される光は、直線偏光である。したがって、発光装置１００は、例えば、液晶ライトバルブを用いるプロジェクターの光源として、好適に用いられる。また、発光装置１００は、例えば、単峰性の光を出射することができる。

【0044】

ここで、図４は、柱状部集合体を構成するｐ個の柱状部における発光層の形状が回転対称の場合の偏光を説明するための図である。図５は、図４に示すＶ－Ｖ線の光の強度を説明するためのグラフである。図６は、発光装置１００の偏光を説明するための図である。ｐ個の柱状部における発光層の形状が回転対称の場合、例えば、図４に示すように、出射される光Ｌの各位置における電場Ｅの振動方向は揃っておらず、図４および図５に示すように、中央部では電場Ｅが打ち消し合う。そのため、出射される光Ｌの形状、すなわちビームの形状は、ドーナツ状となる。一方、発光装置１００では、ｐ個の柱状部３０における発光層３３の形状は回転対称ではないため、図６に示すように、電場Ｅの振動方向は全て揃っており、発光装置１００から出射される光は、直線偏光である。図６に示す例では、出射される光Ｌの形状は、円である。すなわち、出射される光Ｌは、単峰性となる。

【0045】

発光装置１００では、積層方向からみて、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の面積は、第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の面積と等しい。そのため、発光装置１００では、第１柱状部における発光層の面積が第２柱状部における発光層の面積と異なる場合に比べて、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の発光特性を、第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の発光特性に近づけることができる。

【0046】

発光装置１００では、ｐ個の柱状部３０の各々は、ｎ型の第１半導体層３１と、ｐ型の第２半導体層３５と、を有し、発光層３３は、第１半導体層３１と第２半導体層３５との間に設けられている。そして、積層方向からみて、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の幅比と第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５の幅比との差（以下、「第１の差」ともいう）は、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の幅比と第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の幅比との差（以下、「第２の差」ともいう）よりも小さい。そのため、発光装置１００では、第１の差が第２の差よりも大きい場合に比べて、第１柱状部３０ａの第２半導体層３５の平面形状を、第２柱状部３０ｂの第２半導体層３５の平面形状に近づけることができ、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の比表面積を、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の比表面積に近づけることができる。これにより、
第１柱状部３０ａと第２柱状部３０ｂとの電流－電圧（Ｉ－Ｖ）特性の差を小さくすることができる。第２半導体層３５の表面近傍には、電流が流れない空乏領域が存在する。そのため、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の比表面積を、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の比表面積に近づけることにより、第１柱状部３０ａと第２柱状部３０ｂとのＩ－Ｖ特性の差を小さくすることができる。特に、ｐ型の第２半導体層３５は、ｎ型の第１半導体層３１よりも抵抗が高いため、第１半導体層３１よりも第２半導体層３５を制御する方が、Ｉ－Ｖ特性にきき易い。

【0047】

例えば、Ｉ－Ｖ特性に応じて、各柱状部に注入されるキャリア量に偏りが生じると、キャリア注入量が少ない柱状部では、相対的に利得が減少し、極端な場合には光を吸収する光学損失の原因になる。また、キャリア注入量が多い柱状部では、過剰にキャリアが注入されることで微分利得の減少や量子効率の低下が発生する。以上により、各柱状部のＩ－Ｖ特性が異なると、発光効率が低下する。発光装置１００では、このような問題を回避することができ、直線偏光を有する高効率なレーザーを実現することができる。

【0048】

発光装置１００では、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５のキャリア濃度は、第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５のキャリア濃度よりも大きい。そのため、発光装置１００では、例えば、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の幅比が第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の幅比よりも大きいことによって、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の面積が第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５の面積よりも小さくなったとしても、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の抵抗を、第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５の抵抗に近づけることができる。

【0049】

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７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。

【0050】

図７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。

【0051】

次に、バッファー層２２上に、マスク層６０を形成する。マスク層６０は、例えば、電子ビーム蒸着法やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などによる成膜、ならびにフォトリソグラフィーおよびエッチングによるパターニングによって形成される。

【0052】

マスク層６０のパターニングは、積層方向からみて、第１柱状部３０ａを形成するための開口部６２の幅比が、第２柱状部３０ｂを形成するための開口部６４の幅比よりも大きくなるように行われる。これにより、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の幅比を、第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の幅比よりも大きくすることができる。

【0053】

さらに、マスク層６０のパターニングは、例えば、積層方向からみて、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の面積と、第２柱状部３０ｂにおける発光層３３の面積とが等しくなるように行われる。

【0054】

図１に示すように、マスク層６０をマスクとしてバッファー層２２上に、第１半導体層３１、第１ガイド層３２、発光層３３、第２ガイド層３４、および第２半導体層３５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。

【0055】

第２半導体層３５のエピタキシャル成長は、積層方向からみて、例えば、発光層３３の中心から、等方的に横方向（面内方向）に成長するような条件で行う。これにより、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５の幅比と第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５の幅比との差を、第１柱状部３０ａにおける発光層３３の幅比と第２柱状部３０ｂの発光層３３の幅比との差よりも小さくすることができる。該条件としては、成膜温度、成膜速度、組成、柱状部３０の位置の条件が挙げられる。

【0056】

さらに、第２半導体層３５のエピタキシャル成長は、例えば、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５のキャリア濃度が第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５のキャリア濃度よりも大きくなるように行う。例えば半導体層がｃ面とファセット面とを有する場合、ｃ面の方がファセット面よりもドーパントの取り込み量が多くなる。そのため、例えば、第１柱状部３０ａにおけるｃ面の割合が第２柱状部３０ｂにおけるｃ面の割合よりも大きくなるような成長条件で、第１柱状部３０ａおよび第２柱状部３０ｂを成長させる。これにより、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５のキャリア濃度を、第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５のキャリア濃度よりも大きくすることができる。

【0057】

以上の工程により、複数の柱状部３０からなる柱状部集合体４０を形成することができる。

【0058】

次に、バッファー層２２上に第１電極５０を形成し、第２半導体層３５上に第２電極５２を形成する。第１電極５０および第２電極５２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５０および第２電極５２の形成順序は、特に限定されない。

【0059】

以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。

【0060】

３． 製造方法の変形例
次に、本実施形態に係る発光装置１００の製造方法の変形例について、図面を参照しながら説明する。図８～図１１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。

【0061】

上記の「２． 発光装置の製造方法」では、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５のキャリア濃度を、第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５のキャリア濃度よりも大きくする例として、ｃ面とファセット面との割合を変化させることについて説明した。

【0062】

これに対し、以下では、柱状部３０を２段階で形成することにより、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５のキャリア濃度を、第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５のキャリア濃度よりも大きくする例について説明する。なお、以下では、「２． 発光装置の製造方法」で説明した製造方法と同様の部分については、説明を省略または簡略する。

【0063】

上記の「２． 発光装置の製造方法」と同様に、マスク層６０を形成した後、図８に示すように、第１選択領域成長（ＳＡＧ）層７０と、第２ＳＡＧ層７２と、を形成する。ＳＡＧ層７０，７２は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法によって形成される。ＳＡＧ層７０，７２は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化チタン層、酸化アルミニウム層などである。第２ＳＡＧ層７２の厚さは、第１ＳＡＧ層７０の厚さよりも大きい。

【0064】

次に、第１ＳＡＧ層７０をパターニングして開口部７１を形成し、第２ＳＡＧ層７２をパターニングして開口部７３を形成する。パターニングは、例えば、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。開口部７１は、開口部６４と連通する。開口部７
３は、開口部６２と連通する。

【0065】

図９に示すように、バッファー層２２上であって、開口部７１，７３に、第１半導体層３１、第１ガイド層３２、発光層３３、および第２ガイド層３４をエピタキシャル成長させる。図示の例では、第１ＳＡＧ層７０の高さは、第２ガイド層３４の高さと同じである。

【0066】

図１０に示すように、例えばウェットエッチングによって、第１ＳＡＧ層７０を除去する。該ウェットエッチングの際には、開口部７３に位置する第２ガイド層３４がエッチングされないように、開口部７３に位置する第２ガイド層３４上に図示せぬ被覆層を形成してもよい。該被覆層は、第２半導体層３５を成長させる際に除去される。さらに、第２ＳＡＧ層７２が該ウェットエッチングによって除去されないように、第２ＳＡＧ層７２は、図示せぬ被覆層によって覆われていてもよい。また、第２ＳＡＧ層７２が該ウェットエッチングによって除去されないように、第１ＳＡＧ層７０と第２ＳＡＧ層７２とで材質を変えてもよい。

【0067】

図１１に示すように、第２ガイド層３４上に第２半導体層３５をエピタキシャル成長させる。第２半導体層３５のエピタキシャル成長は、第１ＳＡＧ層７０を除去するためのウェットエッチングによって結晶面が出ていない第２ガイド層３４（開口部７３に位置する第２ガイド層３４）の方が、ウェットエッチングによって結晶面が出ている第２ガイド層３４よりもドーパントを取り込み易い条件で行う。これにより、第１柱状部３０ａにおける第２半導体層３５のキャリア濃度を、第２柱状部３０ｂにおける第２半導体層３５のキャリア濃度よりも大きくすることができる。図示の例では、第２ＳＡＧ層７２の高さは、第２半導体層３５の高さと同じである。

【0068】

その後、例えばウェットエッチングによって、第２ＳＡＧ層７２を除去し、第１電極５０および第２電極５２を形成する。

【0069】

以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。

【0070】

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１２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。

【0071】

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。

【0072】

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１２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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

発光装置の一態様は、
ｐ個の柱状部からなる柱状部集合体を複数有する積層体を有し、
前記ｐ個の柱状部の各々は、発光層を有し、
前記積層体の積層方向からみて、前記ｐ個の柱状部のうちｑ個の第１柱状部における前記発光層の最小幅に対する最大幅の比は、前記ｐ個の柱状部のうちｒ個の第２柱状部における前記発光層の前記比よりも大きく、
前記ｐ個の柱状部における前記発光層の形状は、回転対称ではなく、
前記ｐは、２以上の整数であり、
前記ｑは、１以上ｐ未満の整数であり、
前記ｒは、ｒ＝ｐ－ｑを満たす整数である。

【0089】

この発光装置によれば、発光装置から出射される光は、直線偏光である。したがって、例えば、液晶ライトバルブを用いるプロジェクターの光源として、好適に用いられる。

【0090】

発光装置の一態様において、
前記積層方向からみて、前記第１柱状部における前記発光層の面積は、前記第２柱状部における前記発光層の面積と等しくてもよい。

【0091】

この発光装置によれば、第１柱状部における発光層の発光特性を、第２柱状部における発光層の発光特性に近づけることができる。

【0092】

発光装置の一態様において、
前記ｐ個の柱状部の各々は、ｎ型の第１半導体層と、ｐ型の第２半導体層と、を有し、
前記発光層は、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、
前記積層方向からみて、前記第１柱状部における前記第２半導体層の前記比と前記第２柱状部における前記第２半導体層の前記比との差は、前記第１柱状部における前記発光層の前記比と前記第２柱状部の前記発光層の前記比との差よりも小さくてもよい。

【0093】

この発光装置によれば、第１柱状部と第２柱状部とのＩ－Ｖ特性の差を小さくすることができる。

【0094】

発光装置の一態様において、
前記第１柱状部における前記第２半導体層のキャリア濃度は、前記第２柱状部における
前記第２半導体層のキャリア濃度よりも大きてもよい。

【0095】

この発光装置によれば、例えば、第１柱状部における第２半導体層の抵抗を、第２柱状部における第２半導体層の抵抗に近づけることができる。

【0096】

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。

【符号の説明】

【0097】

１０…基板、２０…積層体、２２…バッファー層、３０…柱状部、３０ａ…第１柱状部、３０ｂ…第２柱状部、３１…第１半導体層、３２…第１ガイド層、３３…発光層、３４…第２ガイド層、３５…第２半導体層、４０…柱状部集合体、５０…第１電極、５２…第２電極、６０…マスク層、６２，６４…開口部、７０…第１ＳＡＧ層、７１…開口部、７２…第２ＳＡＧ層、７３…開口部、１００…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】

【図10】

【図11】

【図12】