特許 7320794 発光装置、プロジェクター、およびディスプレイ

(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】2023-07-27

(45)【発行日】2023-08-04

(54)【発明の名称】発光装置、プロジェクター、およびディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/20 20060101AFI20230728BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20230728BHJP

   G09F 9/30 20060101ALI20230728BHJP

   H01L 33/08 20100101ALI20230728BHJP

   H01L 33/24 20100101ALI20230728BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20230728BHJP

   H01S 5/11 20210101ALI20230728BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20230728BHJP

【ＦＩ】

H01S5/20

G03B21/14 A

G09F9/30 360

H01L33/08

H01L33/24

H01L33/32

H01S5/11

H01S5/343 610

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021041217

(22)【出願日】2021-03-15

(65)【公開番号】P2022141079

(43)【公開日】2022-09-29

【審査請求日】2022-03-25

(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

(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】工藤 学

(72)【発明者】

【氏名】岸野 克巳

【審査官】大和田 有軌

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／１１７０５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１７０７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６１６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４１０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５７６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２４９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２４９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４９５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４０９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９０７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３３５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３３５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０６２２５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１６－５２７７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２１４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５１８７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２１５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１４２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０２３９２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－２８２９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１８８４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００２７９６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０４７６６９１０（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１７０９０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２６４２６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００４２３８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３１３５１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０７５４６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－００５５３９０（ＫＲ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２２２７３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２７９２４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】Takao Oto, et al.，“Effects of Introduction of InGaN Quantum Structures on Structural and Optical Properties of InGaN Nanocolumns”，Physica Status Solidi B，2017年11月13日，Vol.255，No.5，1700481

【文献】Takao Oto, et al.，“Enhancement of light emission and internal quantum efficiency in orange and red regions for regularly arrayed InGaN/GaN nanocolumns due to surface plasmon coupling”，Applied Physics Letters，2017年09月28日，Vol.111，No.13，133110

【文献】Takao Oto, et al.，“Effect of structural properties on optical characteristics of InGaN/GaN nanocolumns fabricated by selective-area growth”，Applied Physics Express，2017年03月23日，Vol.10，No.4，045001

【文献】Takao Oto, et al.，“Influence of GaN column diameter on structural properties for InGaN nanocolumns grown on top of GaN nanocolumns”，AIP Advances，2016年11月15日，Vol.6，No.11，115214

【文献】Takao Oto, et al.，“Spatial emission distribution and carrier recombination dynamics in regularly arrayed InGaN/GaN quantum structure nanocolumns”，Japanese Journal of Applied Physics，2016年09月05日，Vol.55，No.10，105001

【文献】Katsumi Kishino, et al.，“Green-Light Nanocolumn Light Emitting Diodes With Triangular-Lattice Uniform Arrays of InGaN-Based Nanocolumns”，IEEE Journal of Quantum Electronics，2014年05月19日，Vol.50，No.7，p.538-547

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４

Ｃ２３Ｃ １６／００ － １６／５６

Ｃ３０Ｂ １／００ － ３５／００

Ｆ２１Ｋ ９／００ － ９／９０

Ｆ２１Ｓ ２／００ － ４５／７０

Ｆ２１Ｖ １／００ － ９９／００

Ｆ２１Ｗ １０２／００ －１３１／４１１

Ｆ２１Ｙ １０１／００ －１１５／３０

Ｇ０３Ｂ ２１／００ － ２１／３０

Ｇ０９Ｆ ９／３０ － ９／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２７／１５

Ｈ０４Ｎ ５／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板に設けられ、複数の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１半導体層と、
前記第１導電型とは異なる第２導電型の第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１半導体層は、前記基板と前記発光層との間に設けられ、
前記発光層は、ウルツ鉱型結晶構造を有し、
前記発光層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記ｃ面および前記ファセット面は、前記発光層の前記基板と反対側の面を構成し、
前記ファセット面は、前記ｃ面および前記発光層の側面に対して傾斜し、前記ｃ面および前記発光層の側面と接続する面であり、
前記第２半導体層は、前記ｃ面および前記ファセット面に設けられ、
前記第１半導体層は、第１部分と、前記第１部分よりも径が小さい第２部分と、を有し、
前記第２部分は、前記基板と前記第１部分との間に設けられ、
前記第１半導体層と前記発光層の積層方向からの平面視において、前記ｃ面と前記第２部分が重なり、前記ｃ面の径は前記第２部分の径よりも小さく、
前記平面視において、前記ｃ面と重なる前記第２半導体層の不純物濃度は、前記ファセット面と重なる前記第２半導体層の不純物濃度よりも高い、発光装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記発光層の径は、前記ｃ面の径、および前記第２部分の径よりも大きい、発光装置。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記第１部分と前記第２部分との境界には段差が設けられている、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、
前記基板には、開口部を有する絶縁層が設けられ、
前記第２部分は、前記開口部に設けられている、発光装置。

【請求項5】

請求項４において、
前記絶縁層は、前記基板と前記第１部分との間に設けられている、発光装置。

【請求項6】

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。

【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、ディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光装置、プロジェクター、およびディスプレイに関する。

【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、第１半導体層と、第１半導体層とは導電型の異なる第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する柱状部を備えた発光装置が記載されている。特許文献１では、第１半導体層および発光層は、ｃ面と、ファセット面と、を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】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備えた発光装置において、柱状部の側面には結晶欠陥が発生し易い。結晶欠陥は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間の電流のリーク経路となる場合がある。

【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、
基板と、
前記基板に設けられ、複数の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１半導体層と、
前記第１導電型とは異なる第２導電型の第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１半導体層は、前記基板と前記発光層との間に設けられ、
前記発光層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記第２半導体層は、前記ｃ面および前記ファセット面に設けられ、
前記第１半導体層は、第１部分と、前記第１部分よりも径が小さい第２部分と、を有し、
前記第２部分は、前記基板と前記第１部分との間に設けられ、
前記第１半導体層と前記発光層の積層方向からの平面視において、前記ｃ面と前記第２部分が重なり、前記ｃ面の径は前記第２部分の径よりも小さい。

【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。

【0008】

本発明に係るディスプレイの一態様は、
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】本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。

【図7】本実施形態に係るディスプレイを模式的に示す平面図。

【図8】本実施形態に係るディスプレイを模式的に示す断面図。

【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
１．１． 全体の構成
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。

【0013】

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。

【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、第１半導体層３２と発光層３４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半導体層３６に向かう方向を「上」とし、発光層３４から第１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。

【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層である。バッファー層２２上には、絶縁層２４が設けられている。

【0017】

絶縁層２４は、柱状部３０を形成するためのマスク層として機能する。絶縁層２４は、複数の開口部２５を有している。開口部２５は、絶縁層２４を貫通する孔である。絶縁層２４は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、シリコン層、酸化チタン層、窒化チタン層、酸化アルミニウム層、酸化タンタル層、酸化ハフニウム層、ゲルマニウム層、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。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、多角形、円である。

【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３４を得ることができ、かつ、発光層３４に内在する歪を低減できる。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、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。また、柱状部を構成する各層の径についても、同様に、各層の平面形状が円の場合は、直径であり、各層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。

【0021】

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、正方格子状に配置されている。複数の柱状部３０は、フォトニック結晶の効果を発現できる。

【0022】

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。

【0023】

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。なお、柱状部３０の詳細な形状等については、後述する。

【0024】

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ＧａＮ層である。

【0025】

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。ウェル層３３は、例えば、ＩｎＧａＮ層である。バリア層３５は、例えば、ＧａＮ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。

【0026】

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。

【0027】

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ＧａＮ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。

【0028】

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、ｉ型のＩｎＧａＮ層からなるＯＣＬ（Optical Confinement Layer）が設けられていてもよい。また、図示はしないが、発光層３４と第２半導体層３６との間に、ｉ型のＩｎＧａＮ層からなるＯＣＬが設けられていてもよい。また、第２半導体層３６は、ｐ型のＡｌＧａＮ層からなるＥＢＬ（Electron Blocking Layer）を有してもよい。

【0029】

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。

【0030】

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できる。

【0031】

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。

【0032】

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、積層体２０の基板１０とは反対側に設けられている。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。

【0033】

１．２． 柱状部の詳細な形状等
図２は、柱状部３０を模式的に示す断面図である。図３は、柱状部３０を模式的に示す平面図である。なお、図３では、便宜上、第１半導体層３２の第２部分３２ｂ、発光層３４、および発光層３４のｃ面３５ａのみを図示している。

【0034】

第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体であり、ウルツ鉱型結晶構造を有している。

【0035】

第１半導体層３２は、図２に示すように、第１部分３２ａと、第２部分３２ｂと、を有している。

【0036】

第１部分３２ａは、第２部分３２ｂと発光層３４との間に設けられている。第１部分３２ａは、第２部分３２ｂ上および絶縁層２４上に設けられている。第１部分３２ａは、ｃ面３３ａと、ファセット面３３ｂと、を有している。ｃ面３３ａは、基板１０の主面と平行であり、ファセット面３３ｂは、基板１０の主面に対して傾いている。基板１０の主面は、バッファー層２２が形成されている面である。

【0037】

第２部分３２ｂは、基板１０と第１部分３２ａとの間に設けられている。第２部分３２ｂは、図１に示す例では、バッファー層２２上に設けられている。第２部分３２ｂは、図１に示すように、絶縁層２４の開口部２５に設けられている。絶縁層２４は、基板１０と第１部分３２ａとの間に設けられている。

【0038】

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）、第１部分３２ａと第２部分３２ｂは重なっている。平面視において、第２部分３２ｂは、第１部分３２ａの外縁の内側にのみ設けられている。第２部分３２ｂの径Ｄ２は、第１部分３２ａの径Ｄ１よりも小さい。第１部分３２ａの径Ｄ１と第２部分３２ｂの径Ｄ２が異なることによって、第１部分３２ａと第２部分３２ｂの境界には、段差２が設けられている。

【0039】

なお、「第１部分の径」とは、第１部分３２ａの平面形状が円の場合は、直径であり、第１部分３２ａ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。同様に、「第２部分の径」とは、第２部分３２ｂの平面形状が円の場合は、直径であり、第２部分３２ｂ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。

【0040】

発光層３４は、ｃ面３５ａと、ファセット面３５ｂと、を有している。平面視においてｃ面３５ａは、ファセット面３５ｂに囲まれている。図３に示すように、平面視において、ｃ面３５ａと第２部分３２ｂは重なっており、ｃ面３５ａの径Ｄ３は、第２部分３２ｂの径Ｄ２よりも小さい。例えば、平面視において、ｃ面３５ａは、第２部分３２ｂの外縁の内側にのみ設けられている。平面視において、ｃ面３５ａの領域は、すべて第２部分３２ｂと重なっている。

【0041】

なお、「ｃ面の径」とは、ｃ面３５ａの形状が円の場合は、直径であり、ｃ面３５ａの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。

【0042】

第２半導体層３６は、発光層３４のｃ面３５ａおよびファセット面３５ｂに設けられている。なお、図示はしないが、発光層３４と第２半導体層３６との間にＯＣＬなど他の層がある場合、第２半導体層３６は、当該他の層を介してｃ面３５ａおよびファセット面３５ｂに設けられてもよい。

【0043】

平面視においてｃ面３５ａと重なる第２半導体層３６の不純物濃度は、平面視においてファセット面３５ｂと重なる第２半導体層３６の不純物濃度よりも大きい。すなわち、第２半導体層３６は、不純物濃度の高い高濃度部分３６ａと、高濃度部分３６ａよりも不純物濃度の低い低濃度部分３６ｂと、を有し、高濃度部分３６ａは平面視においてｃ面３５ａと重なり、低濃度部分３６ｂは平面視においてファセット面３５ｂと重なっている。第２半導体層３６をエピタキシャル成長させると、ｃ面３５ａ上に成長する第２半導体層３６の不純物濃度が、ファセット面３５ｂ上に成長する第２半導体層３６の不純物濃度よりも高くなる。これにより、高濃度部分３６ａと、低濃度部分３６ｂと、を有する第２半導体層３６が形成される。

【0044】

高濃度部分３６ａは、例えば柱状部３０の中心軸に沿って形成され、平面視において低濃度部分３６ｂは、高濃度部分３６ａを囲んでいる。高濃度部分３６ａの不純物濃度は、例えば、５×１０^１９ｃｍ^－３程度である。低濃度部分３６ｂの不純物濃度は、例えば、２×１０^１９ｃｍ^－３以下である。第２半導体層３６の不純物濃度が高くなると、すなわち、ＧａＮ中にドープされるＭｇの濃度が高くなると、電気抵抗が低くなる。

【0045】

発光層３４の径Ｄ４は、ｃ面３５ａの径Ｄ３および第２部分３２ｂの径Ｄ２よりも大きい。例えば、平面視において、第２部分３２ｂは、発光層３４の外縁の内側にのみ設けら
れている。

【0046】

なお、「発光層の径」とは、発光層３４の平面形状が円の場合は、直径であり、発光層３４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。

【0047】

上記では、ＩｎＧａＮ系の発光層３４について説明したが、発光層３４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。

【0048】

また、上記では、発光装置１００が、フォトニック結晶の効果を利用した面発光レーザーである場合について説明したが、発光装置１００は、ＬＥＤ（light emitting diode）、あるいは共振発光ダイオードなどの発光デバイスであってもよい。

【0049】

また、上記では、図２において、第１半導体層３２の第１部分３２ａ、発光層３４、第２半導体層３６の径は同じであるが、これに限らず、第１部分３２ａの径と発光層３４の径が互いに異なっていてもよいし、第１部分３２ａの径と第２半導体層３６の径が互いに異なっていてもよいし、発光層３４の径と第２半導体層３６の径が互いに異なっていてもよい。また、第１半導体層３２の第１部分３２ａの径は、積層方向において変化していてもよい。例えば、第１部分３２ａの径が積層方向において上方に向かって漸増していてもよい。また、発光層３４の径は、積層方向において変化していてもよい。例えば、発光層３４の径が積層方向において上方に向かって漸増していてもよい。また、第２半導体層３６の径は、積層方向において変化していてもよい。例えば、第２半導体層３６の径が積層方向において上方に向かって漸増していてもよいし、第２半導体層３６の径が積層方向において上方に向かって漸減していてもよい。

【0050】

１．３． 作用効果
発光装置１００では、第１半導体層３２は、第１部分３２ａと、第１部分３２ａよりも径が小さい第２部分３２ｂと、を有し、平面視において、発光層３４のｃ面３５ａと第２部分３２ｂが重なり、ｃ面３５ａの径Ｄ３は第２部分３２ｂの径Ｄ２よりも小さい。そのため、発光装置１００では、結晶欠陥が発生し易い柱状部３０の側面を流れる電流を低減できる。これにより、第１半導体層３２と第２半導体層３６との間の電流のリークを低減できる。その結果、発光装置１００では、発光層３４へ効率よく電流を注入できる。

【0051】

具体的には、発光装置１００では、第１半導体層３２が第１部分３２ａよりも径の小さい第２部分３２ｂを有するため、柱状部３０を流れる電流の経路において、発光層３４よりも下における電流の広がり、すなわち、第１半導体層３２における電流の広がりを低減できる。

【0052】

さらに、発光装置１００では、発光層３４のｃ面３５ａの径Ｄ３が第２部分３２ｂの径Ｄ２よりも小さい。ここで、平面視においてｃ面３５ａと重なる高濃度部分３６ａの電気抵抗は、平面視においてファセット面３５ｂと重なる低濃度部分３６ｂの電気抵抗よりも低い。したがって、柱状部３０を流れる電流の経路において、発光層３４よりも上における電流の広がり、すなわち、第２半導体層３６における電流の広がりを低減できる。

【0053】

このように、発光装置１００では、柱状部３０を流れる電流の広がりを低減できるため、柱状部３０の側面を流れる電流を低減できる。

【0054】

また、発光装置１００では、発光層３４のｃ面３５ａの径Ｄ３が第２部分３２ｂの径Ｄ２よりも小さい。そのため、発光装置１００では、例えば、発光層３４のｃ面３５ａの径
Ｄ３が第２部分３２ｂの径Ｄ２以上である場合と比べて、段差２から発生した結晶欠陥を跨ぐ発光に寄与しない電流を低減できる。これにより、発光効率を向上できる。

【0055】

ここで、第１部分３２ａと第２部分３２ｂの境界に形成される段差２には、結晶欠陥が発生しやすい。また、結晶欠陥を跨ぐ電流は、発光に寄与しない。発光装置１００では、径Ｄ３が径Ｄ２よりも小さいため、例えば、径Ｄ３が径Ｄ２以上である場合と比べて、第１半導体層３２の中心部に電流を集中でき、段差２から発生した結晶欠陥を跨ぐ電流を低減できる。

【0056】

発光装置１００では、発光層３４の径Ｄ４は、ｃ面３５ａの径Ｄ３、および第２部分３２ｂの径Ｄ２よりも大きい。そのため、発光装置１００では、発光層３４の側面を流れる電流を低減できる。これにより、第１半導体層３２と第２半導体層３６との間の電流のリークを低減できる。さらに、発光層３４の側面を流れる電流を低減することにより、発光層３４の側面での非発光再結合を低減できる。

【0057】

発光装置１００では、第１部分３２ａと第２部分３２ｂとの境界には段差２が設けられている。そのため、発光装置１００では、第２部分３２ｂの径Ｄ２を第１部分３２ａの径Ｄ１よりも小さくできる。

【0058】

発光装置１００では、基板１０には、開口部２５を有する絶縁層２４が設けられ、第２部分３２ｂは、開口部２５に設けられている。そのため、発光装置１００では、第１部分３２ａおよび第１部分３２ａよりも径の小さい第２部分３２ｂを有する第１半導体層３２を容易に形成できる。

【0059】

発光装置１００では、絶縁層２４は、基板１０と第１部分３２ａとの間に設けられている。そのため、発光装置１００では、第１部分３２ａおよび第２部分３２ｂを有する第１半導体層３２を容易に形成できる。

【0060】

発光装置１００では、平面視において、ｃ面３５ａと重なる第２半導体層３６の不純物濃度は、ファセット面３５ｂと重なる第２半導体層３６の不純物濃度よりも高い。そのため、発光装置１００では、第２半導体層３６を流れる電流の広がりを低減できる。

【0061】

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および図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。

【0062】

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、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などが挙げられる。

【0063】

次に、バッファー層２２上に、複数の開口部２５を有する絶縁層２４を形成する。絶縁層２４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、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２５の径によって、第２部分３２ｂの径Ｄ２が決まる。

【0064】

図５に示すように、絶縁層２４をマスクとしてバッファー層２２上に、第１半導体層３２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、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが挙げられる。

【0065】

絶縁層２４をマスクとして第１半導体層３２をエピタキシャル成長させることによって、第２部分３２ｂが開口部２５内に形成され、第２部分３２ｂ上および絶縁層２４上に第１部分３２ａが形成される。このようにして、第１部分３２ａと、第１部分３２ａよりも径が小さい第２部分３２ｂと、を有する第１半導体層３２が形成される。本工程では、第１半導体層３２にｃ面３３ａおよびファセット面３３ｂが形成されるように、成長温度および成長速度などの成長条件が調整される。

【0066】

次に、第１半導体層３２上に発光層３４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、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが挙げられる。本工程では、発光層３４にｃ面３５ａおよびファセット面３５ｂが形成されるように、成長温度および成長速度などの成長条件が調整される。

【0067】

次に、発光層３４上に第２半導体層３６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、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが挙げられる。ｃ面３５ａおよびファセット面３５ｂを有する発光層３４上に第２半導体層３６をエピタキシャル成長させることによって、ｃ面３５ａ上に不純物濃度の高い高濃度部分３６ａが形成され、ファセット面３５ｂ上に不純物濃度の低い低濃度部分３６ｂが形成される。

【0068】

以上の工程により、柱状部３０を有する積層体２０を形成できる。

【0069】

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。その後、基板１０を所定の形状に切断する。

【0070】

以上の工程により、発光装置１００を製造できる。

【0071】

３． 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６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。

【0072】

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。

【0073】

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６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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

４． ディスプレイ
次に、本実施形態に係るディスプレイについて、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態に係るディスプレイ１０００を模式的に示す平面図である。図８は、本実施形態に係るディスプレイ１０００を模式的に示す断面図である。図７には、便宜上、互いに直交する２つの軸として、Ｘ軸およびＹ軸を図示している。

【0087】

ディスプレイ１０００は、例えば、光源として、発光装置１００を有している。

【0088】

ディスプレイ１０００は、画像を表示する表示装置である。画像には、文字情報のみを表示するものが含まれる。ディスプレイ１０００は、自発光型のディスプレイである。ディスプレイ１０００は、図７および図８に示すように、回路基板１０１０と、レンズアレイ１０２０と、ヒートシンク１０３０と、を有している。

【0089】

回路基板１０１０には、発光装置１００を駆動させるための駆動回路が搭載されている。駆動回路は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などを含む回路である。駆動回路は、例えば、入力された画像情報に基づいて、発光装置１００を駆動させる。図示はしないが、回路基板１０１０上には、回路基板１０１０を保護するための透光性の基板が配置されている。

【0090】

回路基板１０１０は、表示領域１０１２と、データ線駆動回路１０１４と、走査線駆動回路１０１６と、制御回路１０１８と、を有している。

【0091】

表示領域１０１２は、複数の画素Ｐで構成されている。画素Ｐは、図示の例では、Ｘ軸およびＹ軸に沿って配列されている。

【0092】

図示はしないが、回路基板１０１０には、複数の走査線と複数のデータ線が設けられている。例えば、走査線はＸ軸に沿って延び、データ線はＹ軸に沿って延びている。走査線は、走査線駆動回路１０１６に接続されている。データ線は、データ線駆動回路１０１４に接続されている。走査線とデータ線の交点に対応して画素Ｐが設けられている。

【0093】

１つの画素Ｐは、例えば、１つの発光装置１００と、１つのレンズ１０２２と、不図示の画素回路と、を有している。画素回路は、画素Ｐのスイッチとして機能するスイッチング用トランジスターを含み、スイッチング用トランジスターのゲートが走査線に接続され、ソースまたはドレインの一方がデータ線に接続されている。

【0094】

データ線駆動回路１０１４および走査線駆動回路１０１６は、画素Ｐを構成する発光装置１００の駆動を制御する回路である。制御回路１０１８は、画像の表示を制御する。

【0095】

制御回路１０１８には、上位回路から画像データが供給される。制御回路１０１８は、当該画像データに基づく各種信号をデータ線駆動回路１０１４および走査線駆動回路１０１６に供給する。

【0096】

走査線駆動回路１０１６が走査信号をアクティブにすることで走査線が選択されると、選択された画素Ｐのスイッチング用トランジスターがオンになる。このとき、データ線駆動回路１０１４が、選択された画素Ｐにデータ線からデータ信号を供給することで、選択された画素Ｐの発光装置１００がデータ信号に応じて発光する。

【0097】

レンズアレイ１０２０は、複数のレンズ１０２２を有している。レンズ１０２２は、例えば、１つの発光装置１００に対して、１つ設けられている。発光装置１００から出射された光は、１つのレンズ１０２２に入射する。

【0098】

ヒートシンク１０３０は、回路基板１０１０に接触している。ヒートシンク１０３０の材質は、例えば、銅、アルミニウムなどの金属である。ヒートシンク１０３０は、発光装置１００で発生した熱を、放熱する。

【0099】

上述した実施形態に係る発光装置は、プロジェクターやディスプレイ以外にも用いることが可能である。プロジェクターやディスプレイ以外の用途には、例えば、屋内外の照明、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、ヘッドマウントディスプレイの表示装置としても用いることができる。

【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。

【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、
基板と、
前記基板に設けられ、複数の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１半導体層と、
前記第１導電型とは異なる第２導電型の第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１半導体層は、前記基板と前記発光層との間に設けられ、
前記発光層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記第２半導体層は、前記ｃ面および前記ファセット面に設けられ、
前記第１半導体層は、第１部分と、前記第１部分よりも径が小さい第２部分と、を有し、
前記第２部分は、前記基板と前記第１部分との間に設けられ、
前記第１半導体層と前記発光層の積層方向からの平面視において、前記ｃ面と前記第２部分が重なり、前記ｃ面の径は前記第２部分の径よりも小さい。

【0103】

この発光装置によれば、結晶欠陥が発生し易い柱状部の側面を流れる電流を低減できる。これにより、第１半導体層と第２半導体層との間の電流のリークを低減できる。

【0104】

発光装置の一態様において、
前記発光層の径は、前記ｃ面の径、および前記第２部分の径よりも大きくてもよい。

【0105】

この発光装置によれば、第１半導体層の第１部分と第２部分との境界の段差から発生した結晶欠陥を跨ぐ発光に寄与しない電流を低減できる。

【0106】

発光装置の一態様において、
前記第１部分と前記第２部分との境界には段差が設けられていてもよい。

【0107】

この発光装置によれば、第２部分の径を第１部分の径よりも小さくできる。

【0108】

発光装置の一態様において、
前記基板には、開口部を有する絶縁層が設けられ、
前記第２部分は、前記開口部に設けられていてもよい。

【0109】

この発光装置によれば、第１部分、および第１部分よりも径の小さい第２部分を有する第１半導体層を容易に形成できる。

【0110】

発光装置の一態様において、
前記絶縁層は、前記基板と前記第１部分との間に設けられていてもよい。

【0111】

この発光装置によれば、第１部分、および第１部分よりも径の小さい第２部分を有する第１半導体層を容易に形成できる。

【0112】

発光装置の一態様において、
前記平面視において、前記ｃ面と重なる前記第２半導体層の不純物濃度は、前記ファセット面と重なる前記第２半導体層の不純物濃度よりも高くてもよい。

【0113】

この発光装置によれば、第２半導体層を流れる電流の広がりを低減できる。

【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。

【0115】

ディスプレイの一態様は、
前記発光装置の一態様を有する。

【符号の説明】

【0116】

２…段差、１０…基板、２０…積層体、２２…バッファー層、２４…絶縁層、２５…開口部、３０…柱状部、３２…第１半導体層、３２ａ…第１部分、３２ｂ…第２部分、３３…ウェル層、３３ａ…ｃ面、３３ｂ…ファセット面、３４…発光層、３５…バリア層、３５ａ…ｃ面、３５ｂ…ファセット面、３６…第２半導体層、３６ａ…高濃度部分、３６ｂ…低濃度部分、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、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、１０００…ディスプレイ、１０１０…回路基板、１０１２…表示領域、１０１４…データ線駆動回路、１０１６…走査線駆動回路、１０１８…制御回路、１０２０…レンズアレイ、１０２２…レンズ、１０３０…ヒートシンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】