特開 2022-81925 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】P2022081925

(43)【公開日】2022-06-01

(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 20060101AFI20220525BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20220525BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20220525BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20220525BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

H01S5/343 610

G03B21/00 D

G03B21/14 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020193169

(22)【出願日】2020-11-20

(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】赤塚 泰斗

(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

2K203FA22

2K203FA25

2K203FA34

2K203FA44

2K203FA54

2K203FA62

2K203GA02

2K203HB26

2K203MA04

5F173AC70

5F173AF12

5F173AH22

5F173AR24

(57)【要約】

【課題】柱状部の中央に選択的に電流を注入することができる発光装置を提供する。
【解決手段】柱状部を有する積層体を有し、前記柱状部は、ｎ型半導体層と、第１ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と前記第１ｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、前記第１ｐ型半導体層と接する第２ｐ型半導体層と、を有し、前記第１ｐ型半導体層は、前記発光層と前記第２ｐ型半導体層との間に設けられ、前記第１ｐ型半導体層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、前記第２ｐ型半導体層は、前記ｃ面に設けられたｃ面領域と、前記ファセット面に設けられたファセット面領域と、を有し、前記ｃ面領域は、前記第１ｐ型半導体層との界面において負の分極電荷を有し、前記ファセット面領域は、前記界面において正の分極電荷を有する、発光装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

柱状部を有する積層体を有し、
前記柱状部は、
ｎ型半導体層と、
第１ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記第１ｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、
前記第１ｐ型半導体層と接する第２ｐ型半導体層と、
を有し、
前記第１ｐ型半導体層は、前記発光層と前記第２ｐ型半導体層との間に設けられ、
前記第１ｐ型半導体層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記第２ｐ型半導体層は、
前記ｃ面に設けられたｃ面領域と、
前記ファセット面に設けられたファセット面領域と、
を有し、
前記ｃ面領域は、前記第１ｐ型半導体層との界面において負の分極電荷を有し、
前記ファセット面領域は、前記界面において正の分極電荷を有する、
発光装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記ｃ面領域の前記界面における負の分極電荷の密度は、前記ファセット面領域の前記界面における正の分極電荷の密度よりも大きい、発光装置。

【請求項3】

柱状部を有する積層体を有し、
前記柱状部は、
ｎ型半導体層と、
第１ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記第１ｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、
前記第１ｐ型半導体層と接する第２ｐ型半導体層と、
を有し、
前記第１ｐ型半導体層は、前記発光層と前記第２ｐ型半導体層との間に設けられ、
前記第１ｐ型半導体層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記第２ｐ型半導体層は、
前記ｃ面に設けられたｃ面領域と、
前記ファセット面に設けられたファセット面領域と、
を有し、
前記ｃ面領域は、前記第１ｐ型半導体層との界面において負の分極電荷を有し、
前記ファセット面領域は、前記界面において負の分極電荷を有し、
前記ファセット面領域の前記界面における負の分極電荷の密度は、前記ｃ面領域の前記界面における負の分極電荷の密度よりも小さい、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１ｐ型半導体層は、ＧａＮ層であり、
前記第２ｐ型半導体層は、ＩｎＧａＮ層である、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、ＩｎＧａＮ層であり、
前記第２ｐ型半導体層のＩｎの原子濃度は、前記発光層のＩｎの原子濃度よりも小さい、発光装置。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記発光層は、ｃ面を有する、発光装置。

【請求項7】

請求項６において、
前記第１ｐ型半導体層の前記ｃ面の面積は、前記発光層の前記ｃ面の面積よりも小さい、発光装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記積層体に設けられ、前記第２ｐ型半導体層と接する電極を有する、発光装置。

【請求項9】

請求項１ないし８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。このようなナノコラムは、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、を有する。

【0003】

例えば特許文献１には、ｃ面領域およびファセット面領域を備えた発光層を有する複数の柱状部が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－５７６４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のような柱状部を有する発光装置において、例えば、発光層としてＩｎＧａＮ層を成長させる場合、ＩｎＧａＮ層は、柱状部の中央に選択的に成長される傾向にある。そのため、柱状部の中央に選択的に電流を注入することが望まれている。

【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、
柱状部を有する積層体を有し、
前記柱状部は、
ｎ型半導体層と、
第１ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記第１ｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、
前記第１ｐ型半導体層と接する第２ｐ型半導体層と、
を有し、
前記第１ｐ型半導体層は、前記発光層と前記第２ｐ型半導体層との間に設けられ、
前記第１ｐ型半導体層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記第２ｐ型半導体層は、
前記ｃ面に設けられたｃ面領域と、
前記ファセット面に設けられたファセット面領域と、
を有し、
前記ｃ面領域は、前記第１ｐ型半導体層との界面において負の分極電荷を有し、
前記ファセット面領域は、前記界面において正の分極電荷を有する。

【0007】

本発明に係る発光装置の一態様は、
柱状部を有する積層体を有し、
前記柱状部は、
ｎ型半導体層と、
第１ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記第１ｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、
前記第１ｐ型半導体層と接する第２ｐ型半導体層と、
を有し、
前記第１ｐ型半導体層は、前記発光層と前記第２ｐ型半導体層との間に設けられ、
前記第１ｐ型半導体層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記第２ｐ型半導体層は、
前記ｃ面に設けられたｃ面領域と、
前記ファセット面に設けられたファセット面領域と、
を有し、
前記ｃ面領域は、前記第１ｐ型半導体層との界面において負の分極電荷を有し、
前記ファセット面領域は、前記界面において負の分極電荷を有し、
前記ファセット面領域の前記界面における負の分極電荷の密度は、前記ｃ面領域の前記界面における負の分極電荷の密度よりも小さい。

【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第２ｐ型半導体層の第１ｐ型半導体層との界面近傍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第２ｐ型半導体層の第１ｐ型半導体層との界面近傍を模式的に示す断面図。

【図4】本実施形態に係る発光装置の第２ｐ型半導体層のｃ面領域において誘起される正孔密度の概算を示すグラフ。

【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】本実施形態の第１変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。

【図7】本実施形態の第２変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。

【図8】本実施形態の第３変形例に係る発光装置の第２ｐ型半導体層の第１ｐ型半導体層との界面近傍を模式的に示す断面図。

【図9】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。

【0012】

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。

【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３４を基準とした場合、発光層３４から第１ｐ型半導体層３６に向かう方向を「上」とし、発光層３４からｎ型半導体層３２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ｎ型半導体層３２と発光層３４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。

【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。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。

【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。

【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。

【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、例えば、ｎ型半導体層３２と、ＭＱＷ（Multiple Quantum Well）層３３と、第１ｐ型半導体層３６と、第２ｐ型半導体層３７と、を有している。

【0023】

ｎ型半導体層３２は、バッファー層２２上に設けられている。ｎ型半導体層３２は、基板１０と発光層３４との間に設けられている。ｎ型半導体層３２は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。

【0024】

ｎ型半導体層３２は、ｃ面２と、ファセット面４と、を有している。ｃ面２は、例えば、基板１０の上面と平行である。ファセット面４は、ｃ面２に対して傾斜している。ｎ型
半導体層３２は、ｃ面２およびファセット面４において、ＭＱＷ層３３と接している。

【0025】

ＭＱＷ層３３は、ｎ型半導体層３２上に設けられている。ＭＱＷ層３３は、ｎ型半導体層３２と第１ｐ型半導体層３６との間に設けられている。ＭＱＷ層３３は、ｃ面２と、ファセット面４と、を有している。ＭＱＷ層３３は、ｃ面２およびファセット面４において、第１ｐ型半導体層３６と接している。ＭＱＷ層３３は、発光層３４と、バリア層３５と、を有している。ＭＱＷ層３３は、発光層３４およびバリア層３５から構成されたＭＱＷ構造を有している。

【0026】

発光層３４は、ｎ型半導体層３２と第１ｐ型半導体層３６との間に設けられている。発光層３４は、２つのバリア層３５の間に設けられている。発光層３４は、例えば、ｉ型のＩｎＧａＮ層である。すなわち、不純物が意図的にドープされていないＩｎＧａＮ層である。発光層３４は、ｃ面２を有している。図示の例では、発光層３４は、ファセット面４を有していない。発光層３４は、電流が注入されることで光を発生させる。図示の例では、発光層３４は、３つ設けられている。

【0027】

バリア層３５は、発光層３４を挟んで設けられている。バリア層３５は、例えば、ｉ型のＧａＮ層である。すなわち、不純物が意図的にドープされていないＧａＮ層である。バリア層３５は、ＭＱＷ層３３のｃ面２およびファセット面４を構成している。図示の例では、バリア層３５は、４つ設けられている。

【0028】

なお、発光層３４およびバリア層３５の数は、特に限定されない。例えば発光層３４の数は１つでもよく、この場合、柱状部３０は、ＭＱＷ層３３の代わりに、ＳＱＷ（Single
Quantum Well）層を有する。

【0029】

第１ｐ型半導体層３６は、ＭＱＷ層３３上に設けられている。第１ｐ型半導体層３６は、発光層３４と第２ｐ型半導体層３７との間に設けられている。第１ｐ型半導体層３６は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層である。第１ｐ型半導体層３６は、ｃ面２と、ファセット面４と、を有している。第１ｐ型半導体層３６は、ｃ面２およびファセット面４において、第２ｐ型半導体層３７と接している。図示の例では、第１ｐ型半導体層３６のｃ面２の面積は、発光層３４のｃ面２の面積と同じである。ｎ型半導体層３２および第１ｐ型半導体層３６は、ＭＱＷ層３３に光を閉じ込める機能を有するクラッド層である。

【0030】

第２ｐ型半導体層３７は、第１ｐ型半導体層３６上に設けられている。第２ｐ型半導体層３７は、第１ｐ型半導体層３６と接している。第２ｐ型半導体層３７は、第１ｐ型半導体層３６と第２電極４２との間に設けられている。第２ｐ型半導体層３７の厚さは、第１ｐ型半導体層３６の厚さよりも小さい。第２ｐ型半導体層３７の厚さは、例えば、０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。第２ｐ型半導体層３７は、ｃ面２と、ファセット面４と、を有している。第２ｐ型半導体層３７は、ｃ面２およびファセット面４において、第２電極４２と接している。

【0031】

第２ｐ型半導体層３７は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＩｎＧａＮ層である。第２ｐ型半導体層３７および発光層３４がＩｎＧａＮ層である場合、第２ｐ型半導体層３７のＩｎの原子濃度（ａｔ％）は、発光層３４のＩｎの原子濃度よりも小さい。第２ｐ型半導体層３７のＩｎの原子濃度は、例えば、１ａｔ％以上２０ａｔ％以下であり、好ましくは、５ａｔ％以上１５ａｔ％以下である。第２ｐ型半導体層３７のＩｎの原子濃度が１ａｔ％以上であれば、第２ｐ型半導体層３７の第１ｐ型半導体層３６との界面において、正孔を誘起させることができる。第２ｐ型半導体層３７のＩｎの原子濃度が２０ａｔ％以下であれば、生じた欠陥による第２ｐ型半導体層３７のｎ型化を抑制することができる。Ｉ
ｎの原子濃度は、例えば、アトムプローブ分析法によって測定することができる。

【0032】

第２ｐ型半導体層３７は、ｃ面領域３８と、ファセット面領域３９と、を有している。ｃ面領域３８は、第１ｐ型半導体層３６のｃ面２に設けられている。ｃ面領域３８は、積層方向からみて、柱状部３０の中央に設けられている。ｃ面領域３８は、積層方向からみて、発光層３４と重なっている。ファセット面領域３９は、第１ｐ型半導体層３６のファセット面４に設けられている。ファセット面領域３９は、積層方向からみて、柱状部３０の側壁側に設けられている。ファセット面領域３９は、積層方向からみて、例えば、発光層３４と重なっていない。

【0033】

ここで、図２および図３は、第２ｐ型半導体層３７の第１ｐ型半導体層３６との界面６近傍を模式的に示す断面図である。図２は、ｃ面領域３８の界面６近傍を図示している。図３は、ファセット面領域３９の界面６近傍を図示している。界面６は、ヘテロ接合の界面である。

【0034】

第２ｐ型半導体層３７のｃ面領域３８は、図２に示すように、界面６において負の分極電荷Ｍを有する。第１ｐ型半導体層３６のｃ面２上に第２ｐ型半導体層３７をエピタキシャル成長させると、第１ｐ型半導体層３６と第２ｐ型半導体層３７との格子定数の差に起因して第２ｐ型半導体層３７のｃ面領域３８に歪が生じる。そして、ｃ面領域３８に生じた歪によって、界面６に、負の分極電荷Ｍが生じる。負の分極電荷Ｍが生じると、ｃ面領域３８において正孔Ｈが誘起される。ｃ面領域３８は、ｐ型の半導体層であるため、正孔Ｈが誘起されると、ｃ面領域３８は、低抵抗となる。

【0035】

第２ｐ型半導体層３７のファセット面領域３９は、図３に示すように、界面６において正の分極電荷Ｐを有する。第１ｐ型半導体層３６のファセット面４上に第２ｐ型半導体層３７をエピタキシャル成長させると、第１ｐ型半導体層３６と第２ｐ型半導体層３７との格子定数の差に起因して第２ｐ型半導体層３７のファセット面領域３９に歪が生じる。そして、ファセット面領域３９に生じた歪によって、界面６に、正の分極電荷Ｐが生じる。正の分極電荷Ｐが生じると、ファセット面領域３９において電子Ｅが誘起される。ファセット面領域３９は、ｐ型の半導体層であるため、電子Ｅが誘起されると、ｃ面領域３８は、高抵抗となる。

【0036】

なお、界面６における分極電荷の正負は、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）によって第２ｐ型半導体層３７の断面の構造解析を行うことにより、確認することができる。

【0037】

ｃ面領域３８の第１ｐ型半導体層３６との界面６における負の分極電荷Ｍの密度は、ファセット面領域３９の第１ｐ型半導体層３６との界面６における正の分極電荷Ｐの密度よりも小さい。なお、界面６における分極電荷の密度は、ＴＥＭによって第２ｐ型半導体層３７の断面の構造解析を行うことにより、測定することができる。

【0038】

ここで、図４は、第２ｐ型半導体層３７のｃ面領域３８において誘起される正孔密度の概算を示すグラフである。図４の概算では、第２ｐ型半導体層３７をＩｎＧａＮ層とし、厚さ２ｎｍのＩｎＧａＮ層全体に正孔が分布していると仮定した。図４に示すように、ｃ面領域３８では、１×１０^１９ｃｍ^－３を超える正孔密度が見積もられる。なお、一般的なｐ型ＧａＮ層の正孔密度は、１×１０^１７ｃｍ^－３オーダーである。また、ファセット面領域３９の電子密度は、１×１０^１８ｃｍ^－３オーダーであると予想される。

【0039】

発光装置１００では、ｐ型半導体層３６，３７、不純物がドープされていないｉ型のＭＱＷ層３３、およびｎ型半導体層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。

【0040】

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。

【0041】

第１電極４０は、図１に示すように、積層体２０に設けられている。図示の例では、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、ｎ型半導体層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、ｎ型半導体層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。

【0042】

第２電極４２は、積層体２０に設けられている。図示の例では、第２電極４２は、第２ｐ型半導体層３７上に設けられている。第２電極４２は、第２ｐ型半導体層３７と接している。第２電極４２は、第１ｐ型半導体層３６と電気的に接続されている。図示の例では、第２電極４２は、第２ｐ型半導体層３７を介して、第１ｐ型半導体層３６と電気的に接続されている。第２ｐ型半導体層３７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２ｐ型半導体層３７は、例えば、コンタクト層である。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。

【0043】

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。

【0044】

発光装置１００では、第１ｐ型半導体層３６は、ｃ面２と、ファセット面４と、を有し、第２ｐ型半導体層３７は、第１ｐ型半導体層３６のｃ面２に設けられたｃ面領域３８と、第１ｐ型半導体層３６のファセット面４に設けられたファセット面領域３９と、を有する。ｃ面領域３８は、第１ｐ型半導体層３６との界面６において負の分極電荷Ｍを有し、ファセット面領域３９は、第１ｐ型半導体層３６との界面６において正の分極電荷Ｐを有する。そのため、発光装置１００では、ｃ面領域３８の界面６では、負の分極電荷Ｍによって正孔Ｈが誘起されて、低抵抗となる。一方、ファセット面領域３９の界面６では、正の分極電荷Ｐによって電子Ｅが誘起されて、高抵抗となる。ｐ型の半導体層は、ｎ型の半導体層に比べて、抵抗が高いので、面内方向に広がる電流が少ない。したがって、発光層３４が位置する柱状部３０の中央に選択的に電流を注入することができ、発光層３４が位置しない柱状部３０の側壁側に注入される電流を減少させることができる。その結果、効率よく発光層３４に電流を注入することができる。

【0045】

発光装置１００では、ｃ面領域３８の第１ｐ型半導体層３６との界面６における負の分極電荷Ｍの密度は、ファセット面領域３９の第１ｐ型半導体層３６との界面６における正の分極電荷Ｐの密度よりも大きい。そのため、発光装置１００では、ｃ面領域３８の第１ｐ型半導体層３６との界面６における負の分極電荷の密度がファセット面領域３９の第１ｐ型半導体層３６との界面６における正の分極電荷の密度よりも小さい場合に比べて、例えば、ｃ面領域３８において多くの正孔Ｈを誘起させることができる。

【0046】

発光装置１００では、第１ｐ型半導体層３６は、ＧａＮ層であり、第２ｐ型半導体層３７は、ＩｎＧａＮ層である。そのため、発光装置１００では、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層との格子定数の差に起因する歪によって、ｃ面領域３８は、界面６において負の分極電荷Ｍを有することができ、ファセット面領域３９は、界面６において正の分極電荷Ｐを有することができる。

【0047】

発光装置１００では、発光層３４は、ＩｎＧａＮ層であり、第２ｐ型半導体層３７のＩｎの原子濃度は、発光層３４のＩｎの原子濃度よりも小さい。そのため、発光装置１００では、第２ｐ型半導体層のＩｎの原子濃度が発光層のＩｎの原子濃度よりも大きい場合に比べて、発光層３４に光を閉じ込めることができる。

【0048】

発光装置１００では、発光層３４は、ｃ面２を有する。そのため、発光装置１００では、発光層がｃ面を有さずにファセット面を有する場合に比べて、欠陥による非発光再結合を抑制することができる。

【0049】

発光装置１００では、積層体２０に設けられ、第２ｐ型半導体層３７と接する第２電極４２を有する。そのため、発光装置１００では、第２電極４２と発光層３４との間の電流が、柱状部３０の中央に選択的に流れるように、電流を狭窄させることができる。

【0050】

なお、第２ｐ型半導体層３７は、不純物がドーピングされていなくてもよい。不純物をドーピングがされていなくても、第２ｐ型半導体層３７のｃ面領域３８では、上記のように負の分極電荷Ｍによって正孔Ｈが誘起されるため、ｐ型の第２ｐ型半導体層３７が形成される。

【0051】

また、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。

【0052】

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５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。

【0053】

図５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。

【0054】

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プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）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。

【0055】

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、ｎ型半導体層３２、ＭＱＷ層３３、第１ｐ型半導体層３６、および第２ｐ型半導体層３７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。

【0056】

以上の工程により、複数の柱状部３０を形成することができる。

【0057】

次に、バッファー層２２上に第１電極４０を形成し、第２ｐ型半導体層３７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。

【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
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６は、本実施形態の第１変形例に係る発光装置２００を模式的に示す断面図である。

【0060】

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３変形例に係る発光装置において、同様である。

【0061】

上述した発光装置１００では、図１に示すように、第１ｐ型半導体層３６のｃ面２の面積は、発光層３４のｃ面２の面積と同じであった。

【0062】

これに対し、発光装置２００では、図６に示すように、第１ｐ型半導体層３６のｃ面２の面積は、発光層３４のｃ面２の面積よりも小さい。そのため、発光装置２００では、第１ｐ型半導体層３６のｃ面２の面積が発光層３４のｃ面２の面積と同じ場合に比べて、発光層３４が位置しない柱状部３０の側壁側に注入される電流を減少させることができる。

【0063】

例えば、第１ｐ型半導体層３６をエピタキシャル成長させる際に、成膜温度、組成などを調整することにより、第１ｐ型半導体層３６のｃ面２の面積を、発光層３４のｃ面２の面積よりも小さくさせることができる。

【0064】

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７は、本実施形態の第２変形例に係る発光装置３００を模式的に示す断面図である。

【0065】

上述した発光装置１００では、図１に示すように、第２電極４２は、第２ｐ型半導体層３７と接していた。

【0066】

これに対し、発光装置３００では、図７に示すように、第２電極４２は、第２ｐ型半導体層３７と接しておらず、第３ｐ型半導体層３３０と接している。

【0067】

発光装置３００では、柱状部３０は、第３ｐ型半導体層３３０を有している。第３ｐ型半導体層３３０は、第２ｐ型半導体層３７上に設けられている。第３ｐ型半導体層３３０は、第２ｐ型半導体層３７と接している。第３ｐ型半導体層３３０は、第２ｐ型半導体層３７と第２電極４２との間に設けられている。

【0068】

第３ｐ型半導体層３３０は、ｃ面２と、ファセット面４と、を有している。第３ｐ型半導体層３３０は、ｃ面２およびファセット面４において、第２電極４２と接している。第３ｐ型半導体層３３０は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層である。第２電極４２は、第３ｐ型半導体層３３０および第２ｐ型半導体層３７を介して、第１ｐ型半導体層３６と電気的に接続されている。第３ｐ型半導体層３３０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３ｐ型半導体層３３０は、例えば、コンタクト層である。第３ｐ型半導体層３３０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などのエピタキシャル成長によって形成される。

【0069】

発光装置３００では、上述した発光装置１００と同様に、発光層３４が位置する柱状部３０の中央に選択的に電流を注入することができる。

【0070】

さらに、発光装置３００では、柱状部３０は、第２ｐ型半導体層３７と第２電極４２との間に設けられ、第２電極４２と接する第３ｐ型半導体層３３０を有する。そのため、発光装置３００では、第２電極４２と接するｐ型半導体層の設定の自由度を高めることができる。

【0071】

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８は、本実施形態の第３変形例に係る発光装置４００の第２ｐ型半導体層３７の第１ｐ型半導体層３６との界面６近傍を模式的に示す断面図である。図８は、ファセット面領域３９の界面６近傍を図示している。

【0072】

上述した発光装置１００では、図３に示すように、第２ｐ型半導体層３７のファセット面領域３９は、界面６において正の分極電荷Ｐを有していた。

【0073】

これに対し、発光装置４００では、図８に示すように、第２ｐ型半導体層３７のファセット面領域３９は、界面６において負の分極電荷Ｍを有している。ファセット面領域３９の界面６における負の分極電荷Ｍの密度は、ｃ面領域３８の界面６における負の分極電荷Ｍの密度よりも小さい。そのため、ファセット面領域３９において正孔Ｈが誘起されたとしても、ファセット面領域３９における正孔Ｈの密度は、ｃ面領域３８における正孔Ｈの密度よりも小さくなる。したがって、発光装置４００では、上述した発光装置１００と同様に、発光層３４が位置する柱状部３０の中央に選択的に電流を注入することができる。

【0074】

なお、発光装置４００の製造方法では、例えば発光装置１００の製造方法に比べて、第１ｐ型半導体層３６のｃ面２に対する、第１ｐ型半導体層３６のファセット面４の傾き角が、小さくなるような成長条件で第１ｐ型半導体層３６を成長させる。このように、第１ｐ型半導体層３６のｃ面２に対するファセット面４の傾き角によって、ファセット面領域３９の界面６における分極電荷の正負を制御することができる。上記の第１ｐ型半導体層３６の成長条件以外は、発光装置４００の製造方法は、基本的に発光装置１００の製造方法と同じである。

【0075】

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９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。

【0076】

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。

【0077】

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９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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

発光装置の一態様は、
柱状部を有する積層体を有し、
前記柱状部は、
ｎ型半導体層と、
第１ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記第１ｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、
前記第１ｐ型半導体層と接する第２ｐ型半導体層と、
を有し、
前記第１ｐ型半導体層は、前記発光層と前記第２ｐ型半導体層との間に設けられ、
前記第１ｐ型半導体層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記第２ｐ型半導体層は、
前記ｃ面に設けられたｃ面領域と、
前記ファセット面に設けられたファセット面領域と、
を有し、
前記ｃ面領域は、前記第１ｐ型半導体層との界面において負の分極電荷を有し、
前記ファセット面領域は、前記界面において正の分極電荷を有する。

【0095】

この発光装置によれば、発光層が位置する柱状部の中央に選択的に電流を注入することができる。

【0096】

発光装置の一態様において、
前記ｃ面領域の前記界面における負の分極電荷の密度は、前記ファセット面領域の前記界面における正の分極電荷の密度よりも大きくてもよい。

【0097】

この発光装置によれば、ｃ面領域の第１ｐ型半導体層との界面における負の分極電荷の
密度がファセット面領域の第１ｐ型半導体層との界面における正の分極電荷の密度よりも小さい場合に比べて、例えば、ｃ面領域において多くの正孔を誘起させることができる。

【0098】

発光装置の一態様は、
柱状部を有する積層体を有し、
前記柱状部は、
ｎ型半導体層と、
第１ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記第１ｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、
前記第１ｐ型半導体層と接する第２ｐ型半導体層と、
を有し、
前記第１ｐ型半導体層は、前記発光層と前記第２ｐ型半導体層との間に設けられ、
前記第１ｐ型半導体層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記第２ｐ型半導体層は、
前記ｃ面に設けられたｃ面領域と、
前記ファセット面に設けられたファセット面領域と、
を有し、
前記ｃ面領域は、前記第１ｐ型半導体層との界面において負の分極電荷を有し、
前記ファセット面領域は、前記界面において負の分極電荷を有し、
前記ファセット面領域の前記界面における負の分極電荷の密度は、前記ｃ面領域の前記界面における負の分極電荷の密度よりも小さい。

【0099】

この発光装置によれば、発光層が位置する柱状部の中央に選択的に電流を注入することができる。

【0100】

発光装置の一態様において、
前記第１ｐ型半導体層は、ＧａＮ層であり、
前記第２ｐ型半導体層は、ＩｎＧａＮ層であってもよい。

【0101】

この発光装置によれば、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層との格子定数の差に起因する歪によって、ｃ面領域は、第１ｐ型半導体層との界面において負の分極電荷を有することができ、ファセット面領域は、第１ｐ型半導体層との界面において正の分極電荷を有することができる。

【0102】

発光装置の一態様において、
前記発光層は、ＩｎＧａＮ層であり、
前記第２ｐ型半導体層のＩｎの原子濃度は、前記発光層のＩｎの原子濃度よりも小さくてもよい。

【0103】

この発光装置によれば、第２ｐ型半導体層のＩｎの原子濃度が発光層のＩｎの原子濃度よりも大きい場合に比べて、発光層に光を閉じ込めることができる。

【0104】

発光装置の一態様において、
前記発光層は、ｃ面を有してもよい。

【0105】

この発光装置によれば、発光層がｃ面を有さずにファセット面を有する場合に比べて、欠陥による非発光再結合を抑制することができる。

【0106】

発光装置の一態様において、
前記第１ｐ型半導体層の前記ｃ面の面積は、前記発光層の前記ｃ面の面積よりも小さく
てもよい。

【0107】

この発光装置によれば、第１ｐ型半導体層のｃ面の面積が発光層のｃ面の面積と同じ場合に比べて、発光層が位置しない柱状部の側壁側に注入される電流を減少させることができる。

【0108】

発光装置の一態様において、
前記積層体に設けられ、前記第２ｐ型半導体層と接する電極を有してもよい。

【0109】

この発光装置によれば、第２電極と発光層との間の電流が、柱状部の中央に選択的に流れるように、電流を狭窄させることができる。

【0110】

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】

【0111】

２…ｃ面、４…ファセット面、６…界面、１０…基板、２０…積層体、２２…バッファー層、３０…柱状部、３２…ｎ型半導体層、３３…ＭＱＷ層、３４…発光層、３５…バリア層、３６…第１ｐ型半導体層、３７…第２ｐ型半導体層、３８…ｃ面領域、３９…ファセット面領域、４０…第１電極、４２…第２電極、５０…マスク層、１００…発光装置、１００Ｒ…赤色光源、１００Ｇ…緑色光源、１００Ｂ…青色光源、２００，３００…発光装置、３３０…第３ｐ型半導体層、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】