特許 7097567 発光装置およびその製造方法、ならびにプロジェクター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-30

(45)【発行日】2022-07-08

(54)【発明の名称】発光装置およびその製造方法、ならびにプロジェクター

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/18 20210101AFI20220701BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20220701BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20220701BHJP

【ＦＩ】

H01S5/18 ZNM

G03B21/14 A

G03B21/00 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018034450

(22)【出願日】2018-02-28

(65)【公開番号】P2019149503

(43)【公開日】2019-09-05

【審査請求日】2020-12-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】野田 貴史

(72)【発明者】

【氏名】岸野 克巳

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０３３１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３５２１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１４２０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体と、
前記基体に設けられた積層体と、
を有し、
前記積層体は、
第１柱状部と、
前記第１柱状部よりも小さい径を有する第２柱状部と、
を有し、
前記第１柱状部は、前記基体と前記第２柱状部との間に設けられ、
前記第１柱状部は、
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、光を発生させることが可能な発光層と、
を有し、
前記第１半導体層は、前記基体と前記発光層との間に設けられ、
前記第２柱状部は、前記第１半導体層と導電型の異なる第３半導体層を有し、
隣り合う前記第１柱状部の間、および隣り合う前記第２柱状部の間には、光伝搬層が設けられ、
前記第１柱状部および前記第２柱状部は、柱状部を構成し、
前記光伝搬層の屈折率は、前記柱状部の屈折率よりも低い、発光装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記光伝搬層は、
隣り合う前記第１柱状部の前記第１半導体層の間に設けられた第１層と、
隣り合う前記第１柱状部の前記発光層の間に設けられた第２層と、
を有し、
前記第２層の屈折率は、前記第１層の屈折率よりも高い、発光装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記第２層と前記基体との間の距離は、前記発光層と前記基体との間の距離よりも小さい、発光装置。

【請求項4】

請求項２または３において、
前記光伝搬層は、隣り合う前記第２柱状部の前記第３半導体層の間に設けられた第３層を有し、
前記第３層の屈折率は、前記第２層の屈折率よりも低い、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、波長λの光を発生させ、
前記第２柱状部は、ピッチＰで配列され、
Ｎを整数とすると、前記波長λおよび前記ピッチＰは、
Ｐ＝Ｎ×（λ／２）
の関係を満たす、発光装置。

【請求項6】

基体に、第１半導体層、光を発生させることが可能な発光層、および前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層を、この順で形成して、複数の第１柱状構造体を形成する工程と、
隣り合う前記第１柱状構造体の間に、第１層を形成する工程と、
隣り合う前記第１柱状構造体の間および前記第１柱状構造体の端面に、第２層を形成する工程と、
前記第２層をエッチバックして、前記端面の一部を露出させる工程と、
エッチバックされた前記第２層をマスクとして、露出された前記端面の一部に、前記第１半導体層と導電型の異なる第３半導体層を形成して、第２柱状構造体を形成する工程と、
隣り合う前記第２柱状構造体の間に、第３層を形成する工程と、
を含み、
前記第１柱状構造体を形成する工程では、
前記端面が、ファセット面となるように前記第１柱状構造体を形成し、
前記第２柱状構造体を形成する工程では、
前記第２柱状構造体の径が前記第１柱状構造体の径よりも小さくなるように、前記第２柱状構造体を形成し、
前記第１層、前記第２層、および前記第３層は、光伝搬層を構成し、
前記第１柱状構造体および前記第２柱状構造体は、柱状部を構成し、
前記光伝搬層の屈折率は、前記柱状部の屈折率よりも低い、発光装置の製造方法。

【請求項7】

請求項１ないし５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、発光装置およびその製造方法、ならびに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、ナノ構造体（ナノコラム）を適用した半導体レーザーは、ナノ構造体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。

【0003】

例えば特許文献１には、Ｓｉ基板（基体）と、Ｓｉ基板の上方に設けられたｎ型層（第１半導体層）と、ｎ型層上に設けられた活性層（発光層）と、活性層上に設けられたｐ型層（第２半導体層）と、を有するＧａＮナノコラム（柱状部）を含む化合物半導体素子が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－１６６５６７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、上記のような発光装置では、柱状部を構成する各層の材料の選択肢は、限られるため、発光層と第２半導体層との屈折率の差がとり難く、発光層で発生した光が基体側とは反対側へ漏れてしまう場合がある。

【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、
基体と、
前記基体に設けられた積層体と、
を有し、
前記積層体は、
第１柱状部と、
前記第１柱状部よりも小さい径を有する第２柱状部と、
を有し、
前記第１柱状部は、前記基体と前記第２柱状部との間に設けられ、
前記第１柱状部は、
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、光を発生させることが可能な発光層と、
を有し、
前記第１半導体層は、前記基体と前記発光層との間に設けられ、
前記第２柱状部は、前記第１半導体層と導電型の異なる第３半導体層を有する。

【0007】

前記発光装置の一態様において、
隣り合う前記第１柱状部の間、および隣り合う前記第２柱状部の間には、光伝搬層が設けられていてもよい。

【0008】

前記発光装置の一態様において、
前記光伝搬層は、
隣り合う前記第１柱状部の前記第１半導体層の間に設けられた第１層と、
隣り合う前記第１柱状部の前記発光層の間に設けられた第２層と、
を有し、
前記第２層の屈折率は、前記第１層の屈折率よりも高くてもよい。

【0009】

前記発光装置の一態様において、
前記第２層と前記基体との間の距離は、前記発光層と前記基体との間の距離よりも小さくてもよい。

【0010】

前記発光装置の一態様において、
前記光伝搬層は、隣り合う前記第２柱状部の前記第３半導体層の間に設けられた第３層を有し、
前記第３層の屈折率は、前記第２層の屈折率よりも低くてもよい。

【0011】

前記発光装置の一態様において、
前記発光層は、波長λの光を発生させ、
前記第２柱状部は、ピッチＰで配列され、
Ｎを整数とすると、前記波長λおよび前記ピッチＰは、
Ｐ＝Ｎ×（λ／２）
の関係を満たしてもよい。

【0012】

本発明に係る発光装置の製造方法の一態様は、
基体に、第１半導体層、光を発生させることが可能な発光層、および前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層を、この順で形成して、複数の第１柱状構造体を形成する工程と、
隣り合う前記第１柱状構造体の間および前記第１柱状構造体の端面に、光伝搬層を形成する工程と、
前記光伝搬層をエッチバックして、前記端面の一部を露出させる工程と、
エッチバックされた前記光伝搬層をマスクとして、露出された前記端面の一部に、前記第１半導体層と導電型の異なる第３半導体層を形成して、第２柱状構造体を形成する工程と、
を含み、
前記第１柱状構造体を形成する工程では、
前記端面が、ファセット面となるように前記第１柱状構造体を形成し、
前記第２柱状構造体を形成する工程では、
前記第２柱状構造体の径が前記第１柱状構造体の径よりも小さくなるように、前記第２柱状構造体を形成する。

【0013】

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】

【0014】

【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】実効屈折率を説明するための図。

【図4】実効屈折率を説明するための図。

【図5】本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するためのフローチャート。

【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】本実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。

【図11】ＳＥＭによる観察像。

【図12】ＳＥＭによる観察像。

【図13】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】

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

発光装置１００は、図１に示すように、基体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。

【0018】

基体１０は、例えば、板状の形状を有している。基体１０は、例えば、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板、サファイア基板などである。基体１０は、上面１０ａを有している。上面１０ａは、例えば、平坦な面である。

【0019】

積層体２０は、基体１０に（基体１０上に）設けられている。積層体２０は、バッファー層２２と、柱状部３０と、光伝搬層４０と、を有している。

【0020】

なお、本発明において、「上」とは、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、柱状部３０の発光層３４からみて基体１０から遠ざかる方向のことであり、「下」とは、積層方向において、発光層３４からみて基体１０に近づく方向のことである。

【0021】

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３２と発光層３４との積層方向（図示の例では上下方向）のことである。

【0022】

バッファー層２２は、基体１０上に設けられている。バッファー層２２は、例えば、ｎ型のＧａＮ層（具体的にはＳｉがドープされたｎ型のＧａＮ層）などである。なお、図示の例では、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。マスク層は、例えば、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化ハフニウム層、チタン、酸化チタン層、酸化ジルコニウム層、窒化シリコン層や、これらの積層膜などである。

【0023】

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の平面形状（積層方向から見た形状）は、例えば、六角形等の多角形、円などである。柱状部３０の径は、例えば、ｎｍオーダーであり、具体的には１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。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の積層方向の大きさは、例えば、０．１μｍ以上５μｍ以下である。

【0024】

なお、本発明において、「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の平面形状が多角形の場合は、該多角形を内部に含む最小の円（最小包含円）の直径である。

【0025】

柱状部３０は、複数設けられている。複数の柱状部３０は、互いに離間している。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、平面視において（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、平面視において、例えば、三角格子状、四角格子状、などに配置されている。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。

【0026】

ここで、図２は、柱状部３０を模式的に示す断面図である。柱状部３０は、図１および図２に示すように、第１柱状部３０ａと、第２柱状部３０ｂと、を有している。第１柱状部３０ａは、例えば、バッファー層２２上に設けられている。第１柱状部３０ａは、基体１０と第２柱状部３０ｂとの間に設けられている。

【0027】

第２柱状部３０ｂは、第１柱状部３０ａ上に設けられている。第２柱状部３０ｂの径Ｄ２は、第１柱状部３０ａの径Ｄ１が小さい。そのため、柱状部３０は、段状の形状を有している。

【0028】

第１柱状部３０ａ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。図示の例では、第１柱状部３０ａは、第１半導体層３２と、発光層３４と、第２半導体層３６の第１部分３７と、を有している。

【0029】

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、発光層３４と基体１０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ＧａＮ層である。

【0030】

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、例えば、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とから構成された量子井戸構造を有している。発光層３４を構成するＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層の数は、特に限定されない。発光層３４は、電流が注入されることで光を発生させることが可能な層である。

【0031】

第２半導体層３６の第１部分３７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ＧａＮ層である。

【0032】

第２柱状部３０ｂは、第３半導体層３９を有している。図示の例では、第２柱状部３０ｂは、第２半導体層３６の第２部分３８と、第３半導体層３９と、を有している。

【0033】

第２半導体層３６の第２部分３８は、第１部分３７上に設けられている。図示の例では、第２部分３８は、三角形の断面形状を有している。第２半導体層３６の上面３６ａは、図１に示すように、例えば、ファセット面であり、基体１０の上面１０ａに対して傾斜している。具体的には、上面３６ａは、上面３６ａの中心に向かうにつれて上面１０ａとの間の距離が大きくなるように、傾斜している。図示の例では、上面３６ａは、第２層４４と接している第１領域１３６と、第３半導体層３９と接している第２領域２３６と、を有している。同様に、第１半導体層３２、発光層３４、および第３半導体層３９の上面は、例えば、ファセット面である。

【0034】

第３半導体層３９は、第２半導体層３６上に設けられている。第３半導体層３９は、第１半導体層３２と導電型の異なる層である。第３半導体層３９の材質は、例えば、第２半
導体層３６と同じである。半導体層３２，３６，３９は、発光層３４に光を閉じ込める（発光層３４から光が漏れることを抑制する）機能を有するクラッド層である。

【0035】

積層体２０の第２柱状部３０ｂが設けられた部分における平面方向（積層方向と直交する方向）の平均屈折率（第１平均屈折率）は、積層体２０の第１柱状部３０ａの第２半導体層３６が設けられた部分における平面方向の平均屈折率（第２平均屈折率）よりも低い。

【0036】

ここで、「平面方向の平均屈折率」とは、積層方向の所定の位置において、積層方向と直交する方向の平均屈折率であり、例えば、積層体２０の柱状部３０が設けられた部分の平面方向の平均屈折率をｎ_ＡＶＥとすると、ｎ_ＡＶＥは、下記式（１）として表される。

【0037】

【数1】

【0038】

ただし、上記式（１）において、ε_Ａは、柱状部３０の誘電率であり、第１平均屈折率および第２平均屈折率の場合は、第２半導体層３６または第３半導体層３９の屈折率である。ε_Ｂは、光伝搬層４０の誘電率である。φは、積層方向の所定の位置において、平面方向における積層体２０の断面積をＳとし、平面方向における柱状部３０の断面積の総和をＳ_Ａとすると、比Ｓ_Ａ／Ｓである。

【0039】

第２柱状部３０ｂは、所定の方向に、ピッチＰで配列されている。発光層３４は、波長λの光を発生する場合、Ｎを整数とすると、波長λおよびピッチＰは、下記式（２）の関係を満たす。

【0040】

Ｐ＝Ｎ×（λ／２） ・・・ （２）

【0041】

ピッチＰは、例えば、所定の方向において、隣り合う第２部分３８の中心間の距離である。同様に、第１柱状部３０は、例えば、所定の方向にピッチＰで配列され、上記式（２）の関係を満たす。

【0042】

光伝搬層４０は、図１に示すように、隣り合う柱状部３０の間に設けられている。光伝搬層４０は、隣り合う第１柱状部３０ａの間、および隣り合う第２柱状部３０ｂの間に設けられている。光伝搬層４０は、マスク層６０上に設けられている。光伝搬層４０の屈折率は、例えば、柱状部３０の屈折率よりも低い。発光層３４で発生した光は、光伝搬層４０を伝搬することが可能である。光伝搬層４０は、例えば、第１層４２と、第２層４４と、第３層４６と、を有している。

【0043】

第１層４２は、マスク層６０上に設けられている。第１層４２は、基体１０と第２層４４との間に設けられている。図示の例では、第１層４２は、隣り合う第１柱状部３０ａの第１半導体層３２の間に設けられている。

【0044】

第１層４２は、例えば、酸化シリコン層（例えばＳｉＯ_２層）、酸化窒化シリコン層（例えばＳｉＯＮ層）、酸化アルミニウム層（例えばＡｌ_２Ｏ_３層）、酸化ハフニウム層（例えばＨｆＯ_２層）などである。

【0045】

第２層４４は、第１層４２上に設けられている。第２層４４は、第１層４２と第３層４６との間に設けられている。図示の例では、第２層４４は、隣り合う第１柱状部３０ａの
発光層３４の間に設けられている。さらに、第２層４４は、隣り合う第１柱状部３０ａの第２半導体層３６の間に設けられている。

【0046】

第２層４４と基体１０との間の距離Ｌ１は、例えば、発光層３４と基体１０との間の距離Ｌ２よりも小さい。距離Ｌ１は、第２層４４と基体１０との間の最短距離である。距離Ｌ２は、発光層３４と基体１０との間の最短距離である。

【0047】

第２層４４の屈折率は、第１層４２の屈折率よりも高い。第２層４４は、例えば、酸化チタン層（例えばＴｉＯ_２層）、酸化ジルコニウム層（例えばＺｒＯ_２層）、窒化シリコン層（例えばＳｉＮ層）などである。

【0048】

第３層４６は、第２層４４上に設けられている。図示の例では、第３層４６は、隣り合う第２柱状部３０ｂの第３半導体層３９の間に設けられている。

【0049】

第３層４６の屈折率は、第２層４４の屈折率よりも低い。第３層４６の屈折率は、第１層４２の屈折率と同じであってもよい。第３層４６の材質は、例えば、第１層４２と同じである。

【0050】

発光装置１００では、ｐ型の第３半導体層３９および第２半導体層３６、不純物がドーピングされていない発光層３４、ならびに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。半導体層３２，３６，３９は、発光層３４よりもバンドギャップが大きい層である。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（電流を注入すると）、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において発生した光は、半導体層３２，３６，３９により平面方向に光伝搬層４０を通って伝搬して、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３４において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（第２電極５２側および基体１０側に）出射する。

【0051】

なお、図示はしないが、基体１０とバッファー層２２との間、または基体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５２側からのみ光を出射することができる。

【0052】

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３２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３２と電気的に接続されている。第１電極５０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５０としては、例えば、バッファー層２２側から、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いる。なお、基体１０が導電性を有する場合には、図示はしないが、第１電極５０は、基体１０の下に設けられていてもよい。

【0053】

第２電極５２は、第３半導体層３９上に設けられている。図示の例では、第２電極５２は、さらに、光伝搬層４０上に設けられている。第３半導体層３９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、半導体層３６，３９と電気的に接続されている。第２電極５２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５２としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いる。

【0054】

発光装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0055】

発光装置１００では、積層体２０は、第１柱状部３０ａと、第１柱状部３０ａよりも小さい径を有する第２柱状部３０ｂと、を有し、第１柱状部３０ａは、基体１０と第２柱状部３０ｂとの間に設けられ、第１柱状部３０ａは、第１半導体層３２と、第２半導体層３６と、発光層３４と、を有し、第２柱状部３０ｂは、第３半導体層３９を有する。そのため、発光装置１００では、第２柱状部３０ｂの径が第１柱状部３０ａの径以上の場合に比べて、積層体２０の第２柱状部３０ｂが設けられた部分における平面方向の平均屈折率（第２平均屈折率）を、積層体２０の第１柱状部３０ａの第２半導体層３６が設けられた部分における平面方向の平均屈折率（第１平均屈折率）よりも低くすることができる。したがって、発光装置１００では、発光層３４で発生した光は、積層方向において発光層３４に閉じこもり易くなり、上方（基体１０側とは反対側、第２電極５２側）への光の漏れ量を低減することができる。その結果、発光装置１００では、発光層３４で発生した光が第２電極５２で吸収されることを抑制することができる。

【0056】

さらに、発光装置１００では、第２柱状部３０ｂの径Ｄ２が第１柱状部３０ａの径Ｄ１より小さいため、例えば、ｐ型半導体層（例えば半導体層３６，３９からなる層）全体が上方に向けて徐々に径が小さくなるテーパー形状である場合に比べて、ｐ型半導体層における平面方向の平均屈折率が上方に向けて急激に変化する。したがって、発光装置１００では、発光層３４で発生した光は、より、積層方向において発光層３４に閉じこもり易くなり、上方への光の漏れ量を低減することができる。

【0057】

以上により、発光装置１００では、発光層３４で発生した光は、積層方向において発光層３４に閉じこもり易くなり、上方（基体１０側とは反対側、第２電極５２側）への光の漏れ量を低減することができる。したがって、発光装置１００では、発光層３４で発生した光が第２電極５２で吸収されることを抑制することができる。

【0058】

発光装置１００では、隣り合う第１柱状部３０ａの間、および隣り合う第２柱状部３０ｂの間には、光伝搬層４０が設けられている。そのため、発光装置１００では、発光層３４で発生した光は、光伝搬層４０を伝搬することができる。

【0059】

発光装置１００では、光伝搬層４０は、隣り合う第１柱状部３０ａの第１半導体層３２の間に設けられた第１層４２と、隣り合う第１柱状部３０ａの発光層３４の間に設けられた第２層４４と、有し、第２層４４の屈折率は、第１層４２の屈折率よりも高い。そのため、発光装置１００では、例えば第２層４４の屈折率が第１層４２の屈折率以下の場合に比べて、積層体２０の第２層４４が設けられている部分における平面方向の平均屈折率を、積層体２０の第１層４２が設けられている部分における平面方向の平均屈折率よりも高くすることができる。これにより、発光装置１００では、発光層３４で発生した光は、積層方向において発光層３４に閉じこもり易くなり、基体１０側への光の漏れ量を低減することができる。

【0060】

発光装置１００では、第２層４４と基体１０との間の距離Ｌ１は、発光層３４と基体１０との間の距離Ｌ２よりも小さい。そのため、発光装置１００では、発光層３４の側面を、より確実に第２層４４によって覆うことができる。

【0061】

発光装置１００では、光伝搬層４０は、隣り合う第２柱状部３０ｂの第３半導体層３９の間に設けられた第３層４６を有し、第３層４６の屈折率は、第２層４４の屈折率よりも低い。そのため、発光装置１００では、第３層４６の屈折率が第２層４４の屈折率以上の場合に比べて、第２平均屈折率を、第１平均屈折率よりも、より低くすることができる。

【0062】

さらに、発光装置１００では、第２柱状部３０ｂの径は、第１柱状部３０ａの径よりも小さいため、例えば、図３に示すように、第２柱状部３０ｂを平面方向に伝搬する光において、第２柱状部３０ｂの実効屈折率と、第３層４６の実効屈折率と、の差Δｎを大きくすることができる。そのため、発光装置１００では、フォトニック結晶の効果を向上させることができる。

【0063】

例えば、図４に示すように、第２柱状部１０３０ｂの径が第１柱状部の径と同じである場合は、第２柱状部１０３０ｂの実効屈折率は、第３層１０４６の実効屈折率の影響を受け易く、図３に示した場合に比べて、差Δｎが小さくなる。

【0064】

なお、図３は、第２柱状部３０ｂの径が第１柱状部３０ａの径よりも小さい場合に、第２柱状部３０ｂを平面方向に伝搬する光における実効屈折率を説明するための図である。図４は、第２柱状部１０３０ｂの径が第１柱状部の径と同じ場合に、第２柱状部１０３０ｂを平面方向に伝搬する光における実効屈折率を説明するための図である。図３では、第２柱状部３０ｂの中心の位置を二点破線で示している。図４では、第２柱状部１０３０ｂの中心の位置を二点破線で示している。

【0065】

発光装置１００では、上記式（２）の関係を満たす。そのため、発光装置１００では、第２柱状部３０ｂを平面方向に伝搬する光において、フォトニック結晶の効果を向上させることができる。さらに、発光装置１００では、第２柱状部３０ｂの径は、第１柱状部３０ａの径よりも小さいため、図３に示すように、差Δｎを大きくすることができる。したがって、発光装置１００では、第２柱状部３０ｂを平面方向に伝搬する光において、フォトニック結晶の効果を、より向上させることができる。

【0066】

なお、上記では、発光層に電流を注入することにより発光させる発光装置について説明したが、本発明に係る発光装置は、発光層に光を照射して発光させる光励起型の発光装置でもよい。この場合、第１電極および第２電極は、設けられていなくてもよい。また、第３層は、設けられていなくてもよい。

【0067】

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の製造方法を説明するためのフローチャートである。図６～図９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。

【0068】

図６に示すように、基体１０上に、バッファー層２２を形成する（ステップＳ１）。具体的には、基体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。

【0069】

次に、バッファー層２２上に、マスク層６０を形成する（ステップＳ２）。マスク層６０は、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などによる成膜、およびパターニング（フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によるパターニング）によって形成される。

【0070】

次に、バッファー層２２上に（バッファー層２２を介して基体１０に）、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６を、この順で形成して、複数の第１柱状構造体３ａを形成する（ステップＳ３）。具体的には、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。

【0071】

第１柱状構造体３ａを形成する工程では、第１柱状構造体３ａの上面（端面）がファセット面となるように第１柱状構造体３ａを形成する。図示の例では、第１柱状構造体３ａの上面は、第２半導体層３６の上面３６ａである。ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法で、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６を成長させると、第１半導体層３２の上面、発光層３４の上面、および第２半導体層３６の上面３６ａをファセット面にすることができる。

【0072】

図７に示すように、隣り合う第１柱状構造体３ａの間および第１柱状構造体３ａの上面（端面）３６ａに、光伝搬層４３を形成する（ステップＳ４）。光伝搬層４３は、第１柱状構造体３ａの側方および上方に形成される。光伝搬層４３は、第１層４２と、第２層４４と、を有している。具体的には、まず、バッファー層２２上に、第１層４２を形成する。次に、第１層４２上および第１柱状構造体３ａ上に、第２層４４を形成する。第１層４２は、例えば、スピンコート法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などによって形成される。

【0073】

図８に示すように、第２層４４をエッチバックして、上面３６ａの一部（第２領域２３６）を露出させる（ステップＳ５）。上面３６ａは、上面１０ａに対して傾斜したファセット面であるため、第１領域１３６が第２層４４に覆われた状態で、第２領域２３６のみ露出させることができる。

【0074】

図９に示すように、エッチバックされた第２層４４をマスクとして、露出された第２領域２３６に、第３半導体層３９を形成して、第２柱状構造体３ｂを形成する（ステップＳ６）。具体的には、第２層４４をマスクとして、第３半導体層３９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。

【0075】

第２柱状構造体３ｂを形成する工程では、第２柱状構造体３ｂの径Ｄ４が第１柱状構造体３ａの径Ｄ３よりも小さくなるように、第２柱状構造体３ｂを形成する。第１柱状構造体３ａの径Ｄ３は、第１柱状構造体３ａの最大の径である。第２柱状構造体３ｂの径Ｄ４は、第２柱状構造体３ｂの最大の径である。本工程により、第１柱状構造体３ａおよび第２柱状構造体３ｂを有する柱状部３０を形成することができる。

【0076】

図１に示すように、隣り合う第２柱状構造体３ｂの間に、第３層４６を形成して光伝搬層４０を形成する（ステップＳ７）。第１層４２は、例えば、スピンコート法、ＣＶＤ法などによって形成される。本工程により、積層体２０を形成することができる。

【0077】

次に、柱状部３０上および光伝搬層４０上に、第２電極５２を形成する（ステップＳ８）。第２電極５２は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法により形成される。

【0078】

次に、光伝搬層４０およびマスク層６０をパターニングしてバッファー層２２を露出させた後、バッファー層２２上に、第１電極５０を形成する（ステップＳ９）。第１電極５０は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法により形成される。なお、第１電極５０の形成する工程と、第２電極５２を形成する工程と、の順番は、限定されない。

【0079】

以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。

【0080】

発光装置１００の製造方法は、例えば、以下の特長を有する。

【0081】

発光装置１００の製造方法では、光伝搬層４３をエッチバックして、上面３６ａの第２
領域２３６を露出させる工程と、エッチバックされた光伝搬層４３をマスクとして、露出された第２領域２３６に第２柱状構造体３ｂを形成する工程と、有し、第２柱状構造体３ｂを形成する工程では、第２柱状構造体３ｂの径Ｄ４が第１柱状構造体３ａの径Ｄ３よりも小さくなるように、第２柱状構造体３ｂを形成する。そのため、発光層３４で発生した光が、積層方向において発光層３４に閉じこもり易くなり、上方（基体１０側とは反対側、第２電極５２側）への光の漏れ量を低減することができる発光装置１００を製造方法することができる。

【0082】

さらに、発光装置１００の製造方法では、光伝搬層４３をマスク（選択成長膜）として機能させて、第２柱状構造体３ｂを、第１柱状構造体３ａに対してセルフアライン（自己整合）で形成することができる。

【0083】

さらに、発光装置１００の製造方法では、基体１０に、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６を、この順で形成して、複数の第１柱状構造体３ａを形成する工程を有する。そのため、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６を１つの装置で連続的に形成することができる。これにより、発光特性に大きな影響を与える、第１半導体層３２と発光層３４との界面、および発光層３４と第２半導体層３６との界面が、酸化されたり、これらの界面に不純物が付着したりすることを抑制することができる。

【0084】

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１０は、本実施形態の変形例に係る発光装置２００を模式的に示す断面図である。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。

【0085】

上述した発光装置１００では、第３半導体層３９の材質は、第２半導体層３６と同じであった。これに対し、発光装置２００では、図１０に示すように、第３半導体層３９の材質は、第２半導体層３６と異なる。

【0086】

発光装置２００では、第２半導体層３６は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＡｌＧａＮ層およびＧａＮ層から構成された超格子構造を有している。または、第２半導体層３６は、Ｍｇがドープされたｐ型のＡｌＧａＮ層である。第３半導体層３９は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層である。第２半導体層３６および第３半導体層３９が、このような材質であるため、第３半導体層３９は、上方に向けて徐々に径が小さくなるテーパー形状を有している。

【0087】

発光装置２００は、導電層２１０を有している。導電層２１０は、第３半導体層３９の表面に設けられている。さらに、導電層２１０は、第２層４４上に設けられている。導電層２１０は、例えば、Ａｕ層、Ｎｉ層、または、第３半導体層３９側から、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いる。導電層２１０の厚さは、例えば、１０ｎｍ以下である。

【0088】

第３層４６は、導電層２１０上に設けられている。図示の例では、第３半導体層３９の先端は、第３層４６によりも上方に突出している。

【0089】

発光装置２００では、発光装置１００に比べて、第３半導体層３９の先端が鋭い突起状である。そのため、第２電極５２の厚くしないと、第３半導体層３９の先端が第２電極５２よりも上方に突出する場合があるが、第３層４６によって、第２電極５２を厚くしなく
ても、第３半導体層３９の先端が第２電極５２よりも上方に突出しないようにすることができる。

【0090】

発光装置２００の製造方法では、第３層４６を形成する前に、第３半導体層３９の表面および第２層４４上に、導電層２１０を形成する。導電層２１０は、例えば、スパッタ法により形成される。次に、第３層４６を、導電層２１０を覆うように、第３半導体層３９の上方および側方に形成した後、エッチバックによって第３層４６をエッチングし、導電層２１０の一部を露出させる。次に、導電層２１０上に第３層４６を形成する。次に、第３層４６上に、第２電極５２を形成する。

【0091】

ここで、図１１および図１２は、発光装置２００に対応する柱状部の走査型電子顕微鏡（Scannig Electron Microscope：ＳＥＭ）による観察像である。図１２は、柱状部の断面の観察像である。

【0092】

図１２において、「３２」は、発光装置２００の第１半導体層３２に対応する部分であり、ｎ型のＧａＮ層である。「３４」は、発光装置２００の発光層３４に対応する部分であり、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とから構成された量子井戸構造を有している。「３６」は、発光装置２００の第２半導体層３６に対応する部分であり、ｐ型のＡｌＧａＮ層およびＧａＮ層から構成された超格子構造を有している。「３９」は、発光装置２００の第３半導体層３９に対応する部分であり、ｐ型のＧａＮ層である。

【0093】

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１３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。

【0094】

本発明に係るプロジェクターは、本発明に係る発光装置を有している。以下では、本発明に係る発光装置として発光装置１００を有するプロジェクター９００について説明する。

【0095】

プロジェクター９００は、筐体（図示せず）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。赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂの各々は、例えば、複数の発光装置１００を積層方向と直交する方向にアレイ状に配置させ、複数の発光装置１００において基体１０を共通基板としたものである。光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの各々を構成する発光装置１００の数は、特に限定されない。なお、便宜上、図１３では、プロジェクター９００を構成する筐体を省略し、さらに光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを簡略化している。

【0096】

プロジェクター９００は、さらに、筐体内に備えられているレンズアレイ９０２Ｒ，９０２Ｇ，９０２Ｂ、透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂ、および投射レンズ（投射装置）９０８を有している。

【0097】

光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光は、各レンズアレイ９０２Ｒ，９０２Ｇ，９０２Ｂに入射する。光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光は、レンズアレイ９０２Ｒ，９０２Ｇ，９０２Ｂによって、集光され、例えば重畳（一部重畳）されることができる。これにより、均一性よく液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂを照射することができる。

【0098】

各レンズアレイ９０２Ｒ，９０２Ｇ，９０２Ｂによって集光された光は、各液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂに入射する。各液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４
Ｇ，９０４Ｂは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調する。そして、投射レンズ９０８は、液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂによって形成された像（画像）を拡大してスクリーン（表示面）９１０に投射する。

【0099】

また、プロジェクター９００は、液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂから出射された光を合成して投射レンズ９０８に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）９０６を、有することができる。

【0100】

各液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，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。このプリズムは、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十字状に配置されている。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、投射光学系である投射レンズ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。

【0101】

なお、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを構成する発光装置１００を映像の画素として画像情報に応じて制御する（変調する）ことで、液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂを用いずに、直接的に映像を形成してもよい。そして、投射レンズ９０８は、光源１００Ｒ，１００Ｇ，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。

【0102】

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、投射光学系の構成は、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。

【0103】

また、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ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（プロジェクター）の光源装置にも適用することが可能である。

【0104】

本発明に係る発光装置の用途は、上述した実施形態に限定されず、プロジェクター以外にも、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、通信機器等の光源としても用いることが可能である。

【0105】

本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。

【0106】

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。

【符号の説明】

【0107】

３ａ…第１柱状構造体、３ｂ…第２柱状構造体、１０…基体、１０ａ…上面、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、３２…第１半導体層、３４…発光層、３６…第２半導体層、３６ａ…上面、３７…第１部分、３８…第２部分、３９…第３半導体層、４０…光伝搬層、４２…第１層、４４…第２層、４６…第３層、５０…第１電極、５２…第２電極、６０…マスク層、１００…発光装置、１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ…光源、１３６…第１領域、２００…発光装置、２１０…導電層、２３６…第２領域、９００…プロジェクター、９０２Ｒ，９０２Ｇ，９０２Ｂ…レンズアレイ、９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂ…液晶ライトバルブ、９０６…クロスダイクロイックプリズム、９０８…投射レンズ、９１０…スクリーン、１０３０ｂ…第２柱状部、１０４６…第３層

【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】