特開 2022-63970 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】P2022063970

(43)【公開日】2022-04-25

(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 5/343 20060101AFI20220418BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20220418BHJP

   G03B 21/00 20060101ALN20220418BHJP

【ＦＩ】

H01S5/343 610

G03B21/14 A

G03B21/00 D

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020172418

(22)【出願日】2020-10-13

(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】野田 貴史

(72)【発明者】

【氏名】石沢 峻介

(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

2K203FA24

2K203FA25

2K203FA34

2K203FA44

2K203FA54

2K203FA62

2K203GA02

2K203GA19

2K203HB26

2K203MA04

5F173AB52

5F173AB90

5F173AC13

5F173AC70

5F173AF04

5F173AG17

5F173AH22

5F173AH44

5F173AH48

5F173AP05

5F173AP13

5F173AR84

(57)【要約】

【課題】第１ウェル層と第１ＧａＮ層との格子定数差に起因する結晶欠陥が発生する可能性を小さくすることができる発光装置を提供する。
【解決手段】基板と、基板に設けられ、柱状部を有する積層体と、を有し、前記柱状部は、第１導電型の第１ＧａＮ層と、前記第１導電型と異なる第２導電型の第２ＧａＮ層と、前記第１ＧａＮ層と前記第２ＧａＮ層との間に設けられた発光層と、を有し、前記第１ＧａＮ層は、前記基板と前記発光層との間に設けられ、前記発光層は、ＩｎＧａＮ層である第１ウェル層を有し、前記第１ＧａＮ層は、ｃ面領域を有し、前記第１ＧａＮ層は、立方晶の結晶構造を有し、かつ前記ｃ面領域を構成する第１層を有し、前記第１層と前記第１ウェル層との間に、六方晶の結晶構造を有するＧａＮ層である第２層が設けられている、発光装置。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
基板に設けられ、柱状部を有する積層体と、
を有し、
前記柱状部は、
第１導電型の第１ＧａＮ層と、
前記第１導電型と異なる第２導電型の第２ＧａＮ層と、
前記第１ＧａＮ層と前記第２ＧａＮ層との間に設けられた発光層と、
を有し、
前記第１ＧａＮ層は、前記基板と前記発光層との間に設けられ、
前記発光層は、ＩｎＧａＮ層である第１ウェル層を有し、
前記第１ＧａＮ層は、ｃ面領域を有し、
前記第１ＧａＮ層は、
立方晶の結晶構造を有し、かつ前記ｃ面領域を構成する第１層を有し、
前記第１層と前記第１ウェル層との間に、六方晶の結晶構造を有するＧａＮ層である第２層が設けられている、発光装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記発光層は、
ＩｎＧａＮ層である第２ウェル層と、
前記第１ウェル層と前記第２ウェル層との間に設けられた第１バリア層と、
を有し、
第１バリア層は、ＧａＮ層であり、
前記第１ウェル層は、前記基板と前記第２ウェル層との間に設けられ、
前記第１バリア層は、
六方晶の結晶構造を有する第３層および第４層と、
前記第３層と前記第４層との間に設けられ、立方晶の結晶構造を有する第５層と、
を有し、
前記第３層は、前記第１ウェル層と前記第５層との間に設けられ、
前記第４層は、前記第２ウェル層と前記第５層との間に設けられている、発光装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記発光層は、前記第２ウェル層と前記第２ＧａＮ層との間に設けられた第２バリア層を有し、
前記第２バリア層は、ＧａＮ層であり、
前記第２バリア層は、
六方晶の結晶構造を有する第６層および第７層と、
前記第６層と前記第７層との間に設けられ、立方晶の結晶構造を有する第８層と、
を有し、
前記第６層は、前記第２ウェル層と前記第８層との間に設けられ、
前記第７層は、前記第２ＧａＮ層と前記第８層との間に設けられている、発光装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記第２層は、ｃ面領域と、ファセット面領域と、を有し、
前記第２層の前記ｃ面領域に設けられた前記発光層の面積は、前記第２層の前記ファセット面領域に設けられた前記発光層の面積よりも大きい、発光装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記第２層は、前記第１導電型を有する、発光装置。

【請求項6】

請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記第２層は、バリア層である、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、マスクパターンの上方に向けて成長したｎ型クラッド層を含む微細柱状結晶と、活性層と、ｐ型半導体層と、からなるナノコラムを備える半導体光素子アレイが記載されている。特許文献１では、微細柱状結晶の先端部に、ファセット面が形成されており、活性層は、このファセット面を被覆している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－２３９７１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ファセット面上に活性層を形成すると、活性層に含まれるＩｎＧａＮ層のＩｎがファセット面の中央に凝集する。このような凝集が起こると、活性層の面内方向において歪のバランスが不均衡になり、結晶欠陥が発生する。

【0006】

そこで、微細柱状結晶の先端を平坦化するために、ｃ面を有する立方晶のＧａＮ層を設けることが考えられる。しかしながら、立方晶のＧａＮ層は、ＩｎＧａＮ層との格子定数差が大きいため、両層の格子定数差に起因する結晶欠陥が発生する。

【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、
基板と、
基板に設けられ、柱状部を有する積層体と、
を有し、
前記柱状部は、
第１導電型の第１ＧａＮ層と、
前記第１導電型と異なる第２導電型の第２ＧａＮ層と、
前記第１ＧａＮ層と前記第２ＧａＮ層との間に設けられた発光層と、
を有し、
前記第１ＧａＮ層は、前記基板と前記発光層との間に設けられ、
前記発光層は、ＩｎＧａＮ層である第１ウェル層を有し、
前記第１ＧａＮ層は、ｃ面領域を有し、
前記第１ＧａＮ層は、
立方晶の結晶構造を有し、かつ前記ｃ面領域を構成する第１層を有し、
前記第１層と前記第１ウェル層との間に、六方晶の結晶構造を有するＧａＮ層である第２層が設けられている。

【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製造工程を模式的に示す断面図。

【図4】本実施形態の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5】本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。

【図6】実施例１のＴＥＭ像。

【図7】比較例１のＴＥＭ像。

【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。

【0012】

発光装置１００は、図１に示すように、基板１０と、積層体２０と、第１電極７０と、第２電極７２と、を有している。

【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。なお、便宜上、図１では、柱状部３０を簡略化して図示している。

【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５０を基準とした場合、発光層５０から第２ＧａＮ層６０に向かう方向を「上」とし、発光層５０から第１ＧａＮ層４０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１ＧａＮ層４０と発光層５０との積層方向のことである。

【0016】

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８０が設けられている。マスク層８０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。

【0017】

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。

【0018】

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５０を得ることができ、かつ、発光層５０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５０で発生する光を高い効率で増幅することができる。複数の柱状部３０の径は、例えば、互いに等しい。

【0019】

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。

【0020】

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、積層方向からの平面視において、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。

【0021】

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。

【0022】

柱状部３０は、第１ＧａＮ層４０と、六方晶層４５と、発光層５０と、第２ＧａＮ層６０と、を有している。

【0023】

第１ＧａＮ層４０は、バッファー層２２上に設けられている。第１ＧａＮ層４０は、基板１０と発光層５０との間に設けられている。第１ＧａＮ層４０は、第１導電型を有している。第１ＧａＮ層４０は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。ここで、図２は、柱状部３０を模式的に示す断面図である。

【0024】

第１ＧａＮ層４０は、図２に示すように、立方晶の結晶構造を有する立方晶層４２と、六方晶の結晶構造を有する六方晶層４４と、を有している。立方晶層４２は、立方晶の結晶構造を有するＧａＮ層である。六方晶層４４は、六方晶の結晶構造を有するＧａＮ層である。図示の例では、立方晶層４２は２層設けられ、六方晶層４４は２層設けられている。立方晶層４２および六方晶層４４の層数は、特に限定されない。図示の例では、複数の立方晶層４２および複数の六方晶層４４は、交互に積層されている。複数の立方晶層４２のうち最も発光層５０側に位置する立方晶層４２は、第１層である。

【0025】

六方晶層４５は、第１ＧａＮ層４０上に設けられている。六方晶層４５は、第１層としての立方晶層４２と、第１ウェル層５２ａと、の間に設けられている。六方晶層４５は、第１ウェル層５２ａと接している。六方晶層４５は、六方晶の結晶構造を有するＧａＮ層である。六方晶層４５は、第１導電型を有する。六方晶層４５は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。

【0026】

第１ＧａＮ層４０は、ｃ面領域２を有している。図示の例では、立方晶層４２の上面は、ｃ面領域２である。立方晶層４２の上面がｃ面領域２であることにより、六方晶層４５の上面にｃ面領域２を構成することができる。ｃ面領域２は、例えば、基板１０の上面と平行である。なお、図示の例では、六方晶層４４もｃ面領域２を有している。

【0027】

発光層５０は、第１ＧａＮ層４０上に設けられている。発光層５０は、第１ＧａＮ層４０と第２ＧａＮ層６０との間に設けられている。発光層５０は、電流が注入されることで光を発生させる。

【0028】

発光層５０は、ｉ型のウェル層と、ｉ型のバリア層と、を有している。図示の例では、ウェル層は、第１ウェル層５２ａ、第２ウェル層５２ｂ、および第３ウェル層５２ｃとして、３層設けられている。バリア層は、第１バリア層５４ａ、第２バリア層５４ｂ、および第３バリア層５４ｃとして、３層設けられている。ウェル層およびバリア層の層数は、特に限定されない。例えば、ウェル層は、１層だけ設けられていてもよいし、２層だけ設けられていてもよいし、４層以上設けられていてもよい。複数のウェル層および複数のバリア層は、交互に積層されている。

【0029】

発光層５０は、例えば、ウェル層５２ａ，５２ｂ，５２ｃおよび複数のバリア層５４ａ，５４ｂ，５４ｃから構成された量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。ウェル層５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、ＩｎＧａＮ層である。バリア層５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、ＧａＮ層である。

【0030】

第１ウェル層５２ａは、基板１０と第２ウェル層５２ｂとの間に設けられている。第２ウェル層５２ｂは、第１ウェル層５２ａと第３ウェル層５２ｃとの間に設けられている。第３ウェル層５２ｃは、第２ウェル層５２ｂと第２ＧａＮ層６０との間に設けられている。ウェル層５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、第１ＧａＮ層４０から第２ＧａＮ層６０に向けて、第１ウェル層５２ａ、第２ウェル層５２ｂ、第３ウェル層５２ｃの順で並んでいる。

【0031】

第１バリア層５４ａは、第１ウェル層５２ａと第２ウェル層５２ｂとの間に設けられている。第２バリア層５４ｂは、第２ウェル層５２ｂと第２ＧａＮ層６０との間に設けられている。図示の例では、第２バリア層５４ｂは、第３ウェル層５２ｃと第２ＧａＮ層６０との間に設けられている。第３バリア層５４ｃは、第２ウェル層５２ｂと第３ウェル層５２ｃとの間に設けられている。バリア層５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、第１ＧａＮ層４０から第２ＧａＮ層６０に向けて、第１バリア層５４ａ、第３バリア層５４ｃ、第２バリア層５４ｂの順で並んでいる。

【0032】

発光層５０のウェル層５２ａ，５２ｂ，５２ｃの結晶構造は、六方晶である。バリア層５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、立方晶の結晶構造を有する立方晶層５６と、六方晶の結晶構造を有する六方晶層５８と、を有している。立方晶層５６は、立方晶の結晶構造を有するＧａＮ層である。六方晶層５８は、六方晶の結晶構造を有するＧａＮ層である。六方晶層５８は、バリア層５４ａ，５４ｂ，５４ｃの各々において２層設けられている。なお、発光層５０および第１ＧａＮ層４０の結晶構造は、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）における電子線回折によって特定することができる。図示の例では、発光層５０は、ｃ面領域を有している。

【0033】

第１バリア層５４ａは、第３層および第４層としての六方晶層５８と、第３層と第４層との間に設けられた第５層としての立方晶層５６と、を有している。第３層としての六方晶層５８は、第１ウェル層５２ａと、第５層としての立方晶層５６と、の間に設けられている。第４層としての六方晶層５８は、第２ウェル層５２ｂと、第５層としての立方晶層５６と、の間に設けられている。

【0034】

第２バリア層５４ｂは、第６層および第７層としての六方晶層５８と、第６層と第７層との間に設けられた第８層としての立方晶層５６と、を有している。第６層としての六方晶層５８は、第２ウェル層５２ｂと、第８層としての立方晶層５６と、の間に設けられている。第７層としての六方晶層５８は、第２ウェル層５２ｂと、第８層としての立方晶層５６と、の間に設けられている。

【0035】

第２ＧａＮ層６０は、発光層５０上に設けられている。第２ＧａＮ層６０は、第１導電型と異なる第２導電型の層である。第２ＧａＮ層６０は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ
型のＧａＮ層である。第１ＧａＮ層４０および第２ＧａＮ層６０は、発光層５０に光を閉じ込める機能を有するクラッド層である。なお、図示はしないが、発光層５０と第２ＧａＮ層６０との間に、電子ブロック層としてｐ型のＡｌＧａＮ層が設けられていてもよい。

【0036】

発光装置１００では、ｐ型の第２ＧａＮ層６０、不純物が意図的にドープされていないｉ型の発光層５０、ならびにｎ型の六方晶層４５およびｎ型の第１ＧａＮ層４０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７０と第２電極７２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５０に電流が注入されて発光層５０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５０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５０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。

【0037】

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５０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７２側からのみ光を出射することができる。

【0038】

第１電極７０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７０とオーミックコンタクトしていてもよい。第１電極７０は、第１ＧａＮ層４０と電気的に接続されている。図示の例では、第１電極７０は、バッファー層２２を介して、第１ＧａＮ層４０と電気的に接続されている。第１電極７０は、発光層５０に電流を注入するための一方の電極である。第１電極７０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。

【0039】

第２電極７２は、第２ＧａＮ層６０上に設けられている。第２電極７２は、第２ＧａＮ層６０と電気的に接続されている。第２ＧａＮ層６０は、第２電極７２とオーミックコンタクトしていてもよい。第２電極７２は、発光層５０に電流を注入するための他方の電極である。第２電極７２としては、例えば、ＩＴＯ（indium tin oxide）などを用いる。

【0040】

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。

【0041】

発光装置１００では、発光層５０は、ＩｎＧａＮ層である第１ウェル層５２ａを有し、第１ＧａＮ層４０は、ｃ面領域２を有し、第１ＧａＮ層４０は、立方晶の結晶構造を有し、ｃ面領域２を構成する第１層としての立方晶層４２を有し、第１層と第１ウェル層５２ａとの間に、六方晶の結晶構造を有する第２層としての六方晶層４５が設けられている。そのため、発光装置１００では、立方晶層と第１ウェル層との間に六方晶層が設けられていない場合に比べて、第１ウェル層５２ａと第１ＧａＮ層４０との格子定数差に起因する結晶欠陥が発生する可能性を小さくすることができる。その結果、電気的にリークしたり、発光効率が低下したりすることを抑制することができる。また、レーザーとしての光閉じ込め係数を増大させることができ、閾値電流を低下させることができる。

【0042】

なお、ａ軸方向の格子定数は、Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎが３．２５Åであり、六方晶のＧａＮが３．１９Åであり、立方晶のＧａＮが４．５２Åである。

【0043】

さらに、発光装置１００では、ＩｎＧａＮ層との格子定数差を小さくするために六方晶のＧａＮ層を用いているため、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とのバンドギャップの差を大きくすることができる。これにより、ＩｎＧａＮ層にキャリアを集中させることができる。例えば、ウェル層のＩｎＧａＮ層との格子定数差を小さくするために、ウェル層のＩｎＧａ
Ｎ層よりもＩｎの原子濃度が小さいＩｎＧａＮ層を用いると、ウェル層のＩｎＧａＮ層にキャリアを十分に集中させることができない場合がある。

【0044】

発光装置１００では、発光層５０は、ＩｎＧａＮ層である第２ウェル層５２ｂと、第１ウェル層５２ａと第２ウェル層５２ｂとの間に設けられた第１バリア層５４ａと、を有し、第１バリア層５４ａは、ＧａＮ層であり、第１ウェル層５２ａは、基板１０と第２ウェル層５２ｂとの間に設けられている。第１バリア層５４ａは、六方晶の結晶構造を有する第３層および第４層としての六方晶層５８と、第３層と第４層との間に設けられ、立方晶の結晶構造を有する第５層としての立方晶層５６と、を有し、第３層は、第１ウェル層５２ａと第５層との間に設けられ、第４層は、第２ウェル層５２ｂと第５層との間に設けられている。そのため、発光装置１００では、第１バリア層が立方晶層を有さない場合に比べて、第１バリア層５４ａにおいてｃ面領域２の面積に対するファセット面領域の面積の割合を小さくすることができる。これにより、発光層５０の面内方向において歪のバランスが不均衡になり結晶欠陥が発生する可能性を小さくすることができる。図示の例では、第１バリア層５４ａは、ファセット面領域を有していない。

【0045】

なお、図示はしないが、第１バリア層５４ａが立方晶層５６を有していなくても、歪のバランスが不均衡になることに起因する結晶欠陥が発生しない場合は、第１バリア層５４ａは、立方晶層５６を有していなくてもよい。ただし、結晶欠陥の発生をより確実に抑制したい場合には、第１バリア層５４ａが立方晶層５６を有することが好ましい。

【0046】

発光装置１００では、発光層５０は、第２ウェル層５２ｂと第２ＧａＮ層６０との間に設けられた第２バリア層５４ｂを有し、第２バリア層５４ｂは、ＧａＮ層であり、第２バリア層５４ｂは、六方晶の結晶構造を有する第６層および第７層としての六方晶層５８と、第６層と第７層との間に設けられ、立方晶の結晶構造を有する第８層としての立方晶層５６と、を有し、第６層は、第２ウェル層５２ｂと第８層との間に設けられ、第７層は、第２ＧａＮ層６０と第８層との間に設けられている。そのため、発光装置１００では、第２バリア層が立方晶層を有さない場合に比べて、第２バリア層５４ｂにおいてｃ面領域２の面積に対するファセット面領域の面積の割合を小さくすることができる。これにより、発光層５０の面内方向において歪のバランスが不均衡になり結晶欠陥が発生する可能性を小さくすることができる。図示の例では、第２バリア層５４ｂは、ファセット面領域を有していない。

【0047】

発光装置１００では、第２層としての六方晶層４５は、第１導電型を有していてもよい。これにより、第２層がｉ型である場合に比べて、第２層の抵抗を低減させることができる。

【0048】

なお、上記では、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型である例について説明したが、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型であってもよい。

【0049】

また、上記では、六方晶層４５が第１導電型を有する例について説明したが、六方晶層４５は、不純物が意図的にドープされていないｉ型であってもよい。この場合、六方晶層４５は、バリア層であってもよい。六方晶層４５がバリア層であれば、発光層５０における発光効率を高めることができる。さらに、第１層としての立方晶層４２と六方晶層４５との間に、ｉ型の立方晶層が設けられていてもよい。六方晶層４５がバリア層である場合においても、六方晶層４５により、第１ウェル層５２ａと第１ＧａＮ層４０との格子定数差に起因する結晶欠陥が発生する可能性を小さくすることができる。

【0050】

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３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。

【0051】

図３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。

【0052】

次に、バッファー層２２上に、マスク層８０を形成する。マスク層８０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。

【0053】

図１に示すように、マスク層８０をマスクとしてバッファー層２２上に、第１ＧａＮ層４０、六方晶層４５、発光層５０、および第２ＧａＮ層６０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。

【0054】

第１ＧａＮ層４０のエピタキシャル成長において、立方晶層４２の成長は、六方晶層４４の成長よりも、Ｎに対するＧａの比が大きくなる条件で行う。Ｎに対するＧａの比を調整することによって、第１ＧａＮ層４０の結晶構造を制御することができる。

【0055】

六方晶層４５のエピタキシャル成長において、六方晶層４５の成長は、立方晶層４２の成長よりも、Ｎに対するＧａの比が小さくなる条件で行う。Ｎに対するＧａの比を調整することによって、六方晶層４５の結晶構造を制御することができる。

【0056】

発光層５０のバリア層５４ａ，５４ｂ，５４ｃのエピタキシャル成長において、立方晶層５６の成長は、六方晶層５８の成長よりも、Ｎに対するＧａの比が大きくなる条件で行う。Ｎに対するＧａの比を調整することによって、バリア層５４ａ，５４ｂ，５４ｃの結晶構造を制御することができる。

【0057】

次に、バッファー層２２上に第１電極７０を形成し、第２ＧａＮ層６０上に第２電極７２を形成する。第１電極７０および第２電極７２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７０および第２電極７２の形成順序は、特に限定されない。

【0058】

以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。

【0059】

３． 発光装置の変形例
次に、本実施形態の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４は、本実施形態の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。

【0060】

以下、本実施形態の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。

【0061】

上述した発光装置１００では、図２に示すように、第１ＧａＮ層４０は、ｃ面領域２を有し、ファセット面領域４を有していなかった。同様に、六方晶層４５は、ｃ面領域２を有し、ファセット面領域４を有していなかった。

【0062】

これに対し、発光装置２００では、図４に示すように、第１ＧａＮ層４０は、ｃ面領域２と、ファセット面領域４と、を有している。同様に、六方晶層４５は、ｃ面領域２と、
ファセット面領域４と、を有している。ファセット面領域４は、ｃ面領域２に対して傾斜している。なお、図示の例では、六方晶層４４もｃ面領域２およびファセット面領域４を有している。

【0063】

発光層５０は、六方晶層４５のｃ面領域２およびファセット面領域４に設けられている。六方晶層４５のｃ面領域２に設けられた発光層５０の面積Ｓ１は、六方晶層４５のファセット面領域４に設けられた発光層５０の面積Ｓ２によりも大きい。面積Ｓ１は、発光層５０のｃ面領域２との接触面の面積である。面積Ｓ２は、発光層５０のファセット面領域４との接触面の面積である。図示の例では、発光層５０は、ｃ面領域およびファセット面領域を有している。

【0064】

第１ＧａＮ層４０および六方晶層４５のエピタキシャル成長において、成膜温度、成膜速度、および組成などを調整することにより、ｃ面領域２とファセット面領域４との割合を制御することができる。

【0065】

発光装置２００では、面積Ｓ１は面積Ｓ２によりも大きいため、面積Ｓ１が面積Ｓ２よりも小さい場合に比べて、発光層５０の面内方向における歪のバランスの均衡を保ち易くすることができる。

【0066】

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５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。

【0067】

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。

【0068】

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５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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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、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（Light Emitting Diode）ディスプレイの発光素子にも適用することができる。

【0082】

５． 実施例および比較例
５．１． 試料の作製
ｎ型のＧａＮ層上に、ウェル層としてｉ型のＩｎＧａＮ層と、バリア層としてｉ型のＧａＮ層と、を交互に積層させた。

【0083】

実施例１では、ｎ型の立方晶のＧａＮ層と、ウェル層のＩｎＧａＮ層と、の間にｎ型の六方晶のＧａＮ層を形成した。さらに、バリア層が、２層の六方晶のＧａＮ層と、当該２層の六方晶のＧａＮ層に挟まれた立方晶のＧａＮ層と、を有するように形成した。すわなち、実施例１では、ウェル層のＩｎＧａＮ層と、立方晶のＧａＮ層とは、接していない。ＩｎＧａＮ層は、六方晶のＧａＮ層と接している。

【0084】

比較例１では、ｎ型の立方晶のＧａＮ層上に、ウェル層のＩｎＧａＮ層を形成した。さらに、バリア層を、六方晶のＧａＮ層のみで形成した。すわなち、比較例１では、ウェル層のＩｎＧａＮ層と、立方晶のＧａＮ層とは、接している。

【0085】

５．２． ＴＥＭ観察
実施例１および比較例１のＴＥＭ観察を行った。図６は、実施例１のＴＥＭ像である。図７は、比較例１のＴＥＭ像である。図６および図７において、黒色の複数の横線がＩｎＧａＮ層を表している。

【0086】

比較例１では、図７に示すように、縦方向に３本の貫通欠陥が確認された。これは、ＩｎＧａＮ層と、立方晶のＧａＮ層と、の格子定数差に起因する結晶欠陥である。一方、実施例１では、図６に示すように、比較例１で確認されたような貫通欠陥は、確認されなかった。ＩｎＧａＮ層を、六方晶のＧａＮ層と接触させることにより、貫通欠陥の発生を抑制できることがわかった。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

発光装置の一態様は、
基板と、
基板に設けられ、柱状部を有する積層体と、
を有し、
前記柱状部は、
第１導電型の第１ＧａＮ層と、
前記第１導電型と異なる第２導電型の第２ＧａＮ層と、
前記第１ＧａＮ層と前記第２ＧａＮ層との間に設けられた発光層と、
を有し、
前記第１ＧａＮ層は、前記基板と前記発光層との間に設けられ、
前記発光層は、ＩｎＧａＮ層である第１ウェル層を有し、
前記第１ＧａＮ層は、ｃ面領域を有し、
前記第１ＧａＮ層は、
立方晶の結晶構造を有し、かつ前記ｃ面領域を構成する第１層を有し、
前記第１層と前記第１ウェル層との間に、六方晶の結晶構造を有するＧａＮ層である第２層が設けられている。

【0091】

この発光装置によれば、第１ウェル層と第１ＧａＮ層との格子定数差に起因する結晶欠陥が発生する可能性を小さくすることができる。

【0092】

発光装置の一態様において、
前記発光層は、
ＩｎＧａＮ層である第２ウェル層と、
前記第１ウェル層と前記第２ウェル層との間に設けられた第１バリア層と、
を有し、
第１バリア層は、ＧａＮ層であり、
前記第１ウェル層は、前記基板と前記第２ウェル層との間に設けられ、
前記第１バリア層は、
六方晶の結晶構造を有する第３層および第４層と、
前記第３層と前記第４層との間に設けられ、立方晶の結晶構造を有する第５層と、
を有し、
前記第３層は、前記第１ウェル層と前記第５層との間に設けられ、
前記第４層は、前記第２ウェル層と前記第５層との間に設けられていてもよい。

【0093】

この発光装置によれば、第１バリア層においてｃ面領域の面積に対するファセット面領域の面積の割合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、
前記発光層は、前記第２ウェル層と前記第２ＧａＮ層との間に設けられた第２バリア層を有し、
前記第２バリア層は、ＧａＮ層であり、
前記第２バリア層は、
六方晶の結晶構造を有する第６層および第７層と、
前記第６層と前記第７層との間に設けられ、立方晶の結晶構造を有する第８層と、
を有し、
前記第６層は、前記第２ウェル層と前記第８層との間に設けられ、
前記第７層は、前記第２ＧａＮ層と前記第８層との間に設けられていてもよい。

【0095】

この発光装置によれば、第２バリア層においてｃ面領域の面積に対するファセット面領域の面積の割合を小さくすることができる。

【0096】

発光装置の一態様において、
前記第２層は、ｃ面領域と、ファセット面領域と、を有し、
前記第２層の前記ｃ面領域に設けられた前記発光層の面積は、前記第２層の前記ファセット面領域に設けられた前記発光層の面積よりも大きくてもよい。

【0097】

この発光装置によれば、発光層の面内方向における歪のバランスの均衡を保ち易くすることができる。

【0098】

発光装置の一態様において、
前記第２層は、前記第１導電型を有していてもよい。

【0099】

この発光装置によれば、第２層の抵抗を低減させることができる。

【0100】

発光装置の一態様において、
前記第２層は、バリア層であってもよい。

【0101】

この発光装置によれば、第２層により、発光層における発光効率を高めることができる。

【0102】

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】

【0103】

２…ｃ面領域、４…ファセット面領域、１０…基板、２０…積層体、２２…バッファー層、３０…柱状部、４０…第１ＧａＮ層、４２…立方晶層、４４…六方晶層、４５…六方晶層、５０…発光層、５２ａ…第１ウェル層、５２ｂ…第２ウェル層、５２ｃ…第３ウェル層、５４ａ…第１バリア層、５４ｂ…第２バリア層、５４ｃ…第３バリア層、５６…立方晶層、５８…六方晶層、６０…第２ＧａＮ層、７０…第１電極、７２…第２電極、８０…マスク層、１００，２００…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】

【手続補正書】

【提出日】2021-07-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0034】

第２バリア層５４ｂは、第６層および第７層としての六方晶層５８と、第６層と第７層との間に設けられた第８層としての立方晶層５６と、を有している。第６層としての六方晶層５８は、第２ウェル層５２ｂと、第８層としての立方晶層５６と、の間に設けられている。第７層としての六方晶層５８は、第２ＧａＮ層６０と、第８層としての立方晶層５６と、の間に設けられている。