特許 7591785 発光装置の製造方法

(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】2024-11-21

(45)【発行日】2024-11-29

(54)【発明の名称】発光装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/30 20060101AFI20241122BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20241122BHJP

   H01L 33/24 20100101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

H01S5/30

H01S5/343

H01L33/24

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020217410

(22)【出願日】2020-12-25

(65)【公開番号】P2022102588

(43)【公開日】2022-07-07

【審査請求日】2023-12-20

(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】野田 貴史

(72)【発明者】

【氏名】岸野 克巳

【審査官】大西 孝宣

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１３５８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４９５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５４１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３３５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１９３５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０５９１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０７４８７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００５／００８２５４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０４９８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】JAHANGIR, S. et al.，Red-Emitting (λ=610 nm) In0.51Ga0.49N/GaN Disk-in-Nanowire Light Emitting Diodes on Silicon，IEEE Journal of Quantum Electronics，2014年05月16日，Vol. 50, No. 7，p. 530-537，DOI: 10.1109/JQE.2014.2323952

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に第１低屈折率層を形成する工程と、
前記第１低屈折率層に、前記第１低屈折率層よりも屈折率が高い高屈折率層を形成する工程と、
前記高屈折率層に、前記高屈折率層よりも屈折率が低い第２低屈折率層を形成する工程と、
前記第２低屈折率層、前記高屈折率層、および前記第１低屈折率層に、前記第２低屈折率層、前記高屈折率層、および前記第１低屈折率層を貫通する複数の開口部を形成する工程と、
前記開口部を形成する工程の後に、前記開口部を形成する工程で露出された前記高屈折率層に、紫外線を照射しながらエッチングを行うことにより、前記高屈折率層に形成された前記開口部の径を、前記第１低屈折率層に形成された前記開口部の径、および前記第２低屈折率層に形成された前記開口部の径よりも大きくする工程と、
複数の前記開口部の各々に、柱状部を結晶成長させる工程と、
を有し、
前記柱状部を結晶成長させる工程は、
前記第１低屈折率層に形成された前記開口部に、第１半導体層を結晶成長させる工程と、
前記高屈折率層に形成された前記開口部に、発光層を結晶成長させる工程と、
前記第２低屈折率層に形成された前記開口部に、前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層を結晶成長させる工程と、
を有し、
前記高屈折率層の材質は、光触媒である、発光装置の製造方法。

【請求項2】

請求項１において、
前記発光層の屈折率は、前記高屈折率層の屈折率よりも高い、発光装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光装置の製造方法に関する。

【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、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＧａＮ層を、順次積層成長させた複数のナノコラムを有する半導体発光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２０１０－１３５８５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体レーザーの発光層に光を閉じ込めることは、発振閾値など素子の性能を大きく左右する重要な要素である。発光層とクラッド層との屈折率差を大きくすることにより光閉じ込め係数を高めることができる。

【0006】

しかしながら、上記のようなナノコラムを有する発光装置では、発光層の材料や基板の材料に基づいて格子整合などの条件を考慮する必要があり、材料の選択肢は大幅に制限される。そのため、発光層とクラッド層との屈折率の差がとり難く、光閉じ込め係数を大きくすることが難しい。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る発光装置の製造方法の一態様は、
基板に第１低屈折率層を形成する工程と、
前記第１低屈折率層に、前記第１低屈折率層よりも屈折率が高い高屈折率層を形成する工程と、
前記高屈折率層に、前記高屈折率層よりも屈折率が低い第２低屈折率層を形成する工程と、
前記第２低屈折率層、前記高屈折率層、および前記第１低屈折率層に、複数の開口部を形成する工程と、
複数の前記開口部の各々に、柱状部を結晶成長させる工程と、
を有し、
前記柱状部を結晶成長させる工程は、
前記第１低屈折率層に形成された前記開口部に、第１半導体層を結晶成長させる工程と、
前記高屈折率層に形成された前記開口部に、発光層を結晶成長させる工程と、
前記第２低屈折率層に形成された前記開口部に、前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層を結晶成長させる工程と、
を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。

【図2】第１実施形態に係る発光装置の製造工程を説明するためのフローチャート。

【図3】第１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】第１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】第１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】第１参考例に係る発光装置を模式的に示す断面図。

【図7】第２参考例に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。

【図8】第２実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。

【図9】第２実施形態に係る発光装置の製造工程を説明するためのフローチャート。

【図10】第２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】第３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】

【0009】

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。

【0010】

１． 第１実施形態
１．１． 発光装置
まず、第１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、第１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。

【0011】

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６０と、第２電極６２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。

【0012】

基板１０は、例えば、支持基板１２と、バッファー層１４と、を有している。支持基板１２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。バッファー層１４は、支持基板１２上に設けられている。バッファー層１４は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。

【0013】

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。また、「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との積層方向のことである。

【0014】

積層体２０は、基板１０上に設けられている。積層体２０は、柱状部３０と、光伝搬層４０と、を有している。

【0015】

柱状部３０は、バッファー層１４上に設けられている。柱状部３０は、バッファー層１４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、円である。

【0016】

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。

【0017】

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。このことは、後述する「開口部の径」について同様である。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

第１半導体層３２は、バッファー層１４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。

【0022】

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は、例えば、ｉ型のＩｎＧａＮ層である。バリア層３５は、ｉ型の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。図示の例では、ウェル層３３は、３層設けられている。バリア層３５は、４層設けられている。

【0023】

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。

【0024】

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層などである。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。

【0025】

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、ＯＣＬ（Optical Confinement Layer）が設けられていてもよい。また、発光層３４と第２半導体層３６との間に、ＥＢＬ（Electron Blocking Layer）が設けられていてもよい。

【0026】

光伝搬層４０は、基板１０上に設けられている。発光層３４で発光した光は、光伝搬層４０を伝搬する。光伝搬層４０は、絶縁層であることが好ましい。光伝搬層４０が絶縁層であれば、第１電極６０と第２電極６２との間の電流経路を定め易い。

【0027】

光伝搬層４０は、第１低屈折率層４２と、高屈折率層４４と、第２低屈折率層４６と、を有している。

【0028】

第１低屈折率層４２は、バッファー層１４上に設けられている。第１低屈折率層４２は、例えば、酸化シリコン層である。

【0029】

高屈折率層４４は、バッファー層１４上に設けられている。高屈折率層４４は、第１低屈折率層４２と第２低屈折率層４６との間に設けられている。高屈折率層４４の屈折率は、第１低屈折率層４２の屈折率および第２低屈折率層４６の屈折率よりも高い。高屈折率層４４は、例えば、酸化チタン層、酸化アルミニウム層である。

【0030】

第２低屈折率層４６は、高屈折率層４４上に設けられている。第２低屈折率層４６の屈折率は、第１低屈折率層４２の屈折率と、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２低屈折率層４６は、例えば、酸化シリコン層である。

【0031】

第１低屈折率層４２、高屈折率層４４、および第２低屈折率層４６には、複数の開口部５０が形成されている。開口部５０は、光伝搬層４０を積層方向に貫通している。開口部５０には、柱状部３０が設けられている。柱状部３０の形状は、開口部５０によって規定される。

【0032】

第１低屈折率層４２は、隣り合う柱状部３０の第１半導体層３２の間に設けられている。第１半導体層３２の屈折率は、例えば、第１低屈折率層４２の屈折率よりも高い。高屈折率層４４は、隣り合う柱状部３０の発光層３４の間に設けられている。発光層３４の屈折率は、例えば、高屈折率層４４の屈折率よりも高い。第２低屈折率層４６は、隣り合う柱状部３０の第２半導体層３６の間に設けられている。第２半導体層３６の屈折率は、例えば、第２低屈折率層４６の屈折率よりも高い。

【0033】

図示の例では、積層方向において、高屈折率層４４の第１低屈折率層側の端４４ａの位置と、発光層３４の第１半導体層３２側の端３４ａの位置とは、同じである。積層方向において、高屈折率層４４の第２低屈折率層側の端４４ｂの位置と、発光層３４の第２半導体層３６側の端３４ｂの位置とは、同じである。第１低屈折率層４２に形成された開口部５０の径、高屈折率層４４に形成された開口部５０の径、および第２低屈折率層４６に形成された開口部５０の径は、例えば、互いに等しい。

【0034】

発光装置１００の発光層３４が設けられている部分（以下、「発光層部分」ともいう）の面内方向における平均屈折率は、発光装置１００の第１半導体層３２が設けられている部分（以下、「第１半導体層部分」ともいう）の面内方向における平均屈折率、および発光装置１００の第２半導体層３６が設けられている部分（以下、「第２半導体層部分」ともいう）の面内方向における平均屈折率よりも大きい。

【0035】

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６０と第２電極６２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、光伝搬層４０を面内方向に伝搬し、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。

【0036】

なお、図示はしないが、支持基板１２とバッファー層１４との間、または支持基板１２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６２側からのみ光を出射することができる。

【0037】

第１電極６０は、バッファー層１４上に設けられている。バッファー層１４は、第１電極６０とオーミックコンタクトしていてもよい。第１電極６０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６０は、バッファー層１４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６０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６０としては、例えば、バッファー層１４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。

【0038】

第２電極６２は、第２半導体層３６上に設けられている。図示の例では、第２電極６２は、さらに、第２低屈折率層４６上に設けられている。第２電極６２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６２とオーミックコンタクトしていてもよい。第２電極６２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６２としては、例えば、ＩＴＯ（indium tin oxide）などを用いる。

【0039】

１．２． 発光装置の製造方法
次に、第１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２は、第１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３～図５は、第１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。

【0040】

図３に示すように、支持基板１２上に、バッファー層１４を結晶成長させる（ステップＳ１１）。バッファー層１４の結晶成長は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用いたエピタキシャル成長である。本工程により、基板１０を形成することができる。

【0041】

次に、バッファー層１４上に、第１低屈折率層４２、高屈折率層４４、および第２低屈折率層４６を、この順で形成する（ステップＳ１２）。具体的には、バッファー層１４上に、第１低屈折率層４２上を形成する。次に、第１低屈折率層４２に、高屈折率層４４上を形成する。次に、高屈折率層４４に、第２低屈折率層４６を形成する。低屈折率層４２，４６および高屈折率層４４は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スピンコート法によって形成される。本工程により、光伝搬層４０を形成することができる。

【0042】

図４に示すように、第２低屈折率層４６上に、高屈折率層４４、および第１低屈折率層４２に、複数の開口部５０を形成する（ステップＳ１３）。開口部５０は、例えば、フォトリソグラィーおよびドライエッチングによって行われる。開口部５０は、バッファー層１４の上面が露出するように形成される。

【0043】

図５に示すように、複数の開口部５０の各々に、柱状部３０を結晶成長させる。（ステップＳ１４）。具体的には、第１低屈折率層４２に形成された開口部５０に、第１半導体層３２を結晶成長させる。次に、高屈折率層４４に形成された開口部５０に、発光層３４を結晶成長させる。次に、第２低屈折率層４６に形成された開口部５０に、第２半導体層３６を結晶成長させる。半導体層３２，３６および発光層３４の結晶成長は、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法を用いたエピタキシャル成長である。本工程により、積層体２０を形成することができる。

【0044】

図１に示すように、バッファー層１４上に第１電極６０を形成し、第２半導体層３６上に第２電極６２を形成する（ステップＳ１５）。第１電極６０および第２電極６２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６０および第２電極６２の形成順序は、特に限定されない。

【0045】

以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。

【0046】

１．３． 作用効果
発光装置１００の製造方法では、基板１０に第１低屈折率層４２を形成する工程と、第１低屈折率層４２に、第１低屈折率層４２よりも屈折率が高い高屈折率層４４を形成する工程と、高屈折率層４４に、高屈折率層４４よりも屈折率が低い第２低屈折率層４６を形成する工程と、第２低屈折率層４６、高屈折率層４４、および第１低屈折率層４２に、複数の開口部５０を形成する工程と、複数の開口部５０の各々に、柱状部３０を結晶成長させる工程と、を有する。柱状部３０を結晶成長させる工程は、第１低屈折率層４２に形成された開口部５０に、第１半導体層３２を結晶成長させる工程と、高屈折率層４４に形成された開口部５０に、発光層３４を結晶成長させる工程と、第２低屈折率層４６に形成された開口部５０に、第１半導体層３２と導電型の異なる第２半導体層３６を結晶成長させる工程と、を有する。

【0047】

そのため、発光装置１００の製造方法では、隣り合う柱状部の第１半導体層の間、隣り合う柱状部の発光層の間、および隣り合う柱状部の第２半導体層の間に、同じ屈折率を有する層が設けられている場合に比べて、発光層部分の面内方向における平均屈折率と、第１半導体層部分の面内方向における平均屈折率と、の差を大きくすることができる。さらに、発光層部分の面内方向における平均屈折率と、第２半導体層部分の面内方向における平均屈折率と、の差を大きくすることができる。これにより、光閉じ込め係数を大きくすることができ、図１に示すように、発光層３４に閉じ込められる光の強度を大きくすることができる。したがって、発振閾値を低くすることができる。なお、図１では、光の強度と、積層方向の位置と、の関係を模式的に示すグラフを図示している。

【0048】

さらに、発光装置１００の製造方法では、第２低屈折率層４６、高屈折率層４４、および第１低屈折率層４２に、複数の開口部５０を形成した後に、複数の開口部５０の各々に柱状部３０を結晶成長させる。そのため、発光層部分と、第１半導体層および第２半導体層部分と、で面内方向における平均屈折率の差をつけ易く、光閉じ込め係数を大きくする。

【0049】

例えば、図６に示すように、基板１０１０上に柱状部１０３０を結晶成長させた後、ＣＶＤ法によって、第１低屈折率層１０４２、高屈折率層１０４４、および第２低屈折率層１０４６を形成した場合、低屈折率層１０４２，１０４６および高屈折率層１０４４は、基板１０および柱状部１０３０の凹凸を反映した形状を有する。そのため、発光層１０３４が設けられている部分と、半導体層１０３２，１０３６が設けられている部分とで、面内方向における平均屈折率の差をつけ難く、光閉じ込め係数を大きくすることができない。さらに、隣り合う柱状部１０３０の間に空隙Ｇが形成され易い。図示の例では、発光層１０３４の積層方向における位置と、光の強度のピーク位置とは、ずれている。

【0050】

また、図７に示すように、基板２０１０上に柱状部２０３０を結晶成長させた後、スピンコート法によって、第１低屈折率層２０４２を形成した場合、第１低屈折率層２０４２と柱状部２０３０との境界において、表面張力によって第１低屈折率層２０４２が持ち上がる。そのため、積層方向において、第１低屈折率層２０４２の位置の制御が難しくなる。図示の例では、第１低屈折率層２０４２は、発光層２０３４の側面を覆っている。また、隣り合う柱状部２０３０の間の距離が大きいと、隣り合う柱状部２０３０の間に空隙が
形成されてしまう。柱状部２０３０は、第１半導体層２０３２と、発光層２０３４と、第２半導体層２０３６と、を有している。

【0051】

発光装置１００の製造方法では、上記のような問題を回避することができ、光閉じ込め係数の大きい発光装置１００を製造することができる。なお、図６は、第１参考例に係る発光装置を模式的に示す断面図である。また、図７は、第２参考例に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図である。

【0052】

さらに、発光装置１００の製造方法では、低屈折率層４２，４６および高屈折率層４４に開口部５０を形成した後に、開口部５０に柱状部３０を結晶成長させるため、柱状部３０の形状を開口部５０によって規定することができる。柱状部を結晶成長させた後に、低屈折率層および高屈折率層を形成すると、柱状部は、上部ほど径が大きくなるため、面内方向における平均屈折率の制御が難しくなる。発光装置１００の製造方法では、このような問題を回避することができ、光閉じ込め係数の大きい発光装置１００を製造することができる。

【0053】

さらに、発光装置１００の製造方法では、半導体層３２，３６の高さおよび径を、低屈折率層４２，４６によって制御できるため、光学的および電気的の表面において、任意の構造設計がし易くなる。

【0054】

発光装置１００の製造方法では、発光層３４の屈折率は、高屈折率層４４の屈折率よりも高い。そのため、発光層の屈折率が高屈折率層の屈折率よりも低い場合に比べて、発光層３４で発光した光は、高屈折率層４４よりも発光層３４に閉じ込められ易く、大きな利得を得ることができる。

【0055】

なお、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。

【0056】

２． 第２実施形態
２．１． 発光装置
次に、第２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８は、第２実施形態に係る発光装置２００を模式的に示す断面図である。以下、第２実施形態に係る発光装置２００において、上述した第１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。

【0057】

上述した発光装置１００では、図１に示すように、第１低屈折率層４２に形成された開口部５０の径、高屈折率層４４に形成された開口部５０の径、および第２低屈折率層４６に形成された開口部５０の径は、互いに等しかった。

【0058】

これに対し、発光装置２００では、図８に示すように、高屈折率層４４に形成された開口部５０の径Ｄ１は、第１低屈折率層４２に形成された開口部５０の径Ｄ２、および第２低屈折率層４６に形成された開口部５０の径Ｄ３よりも大きい。図示の例では、径Ｄ２および径Ｄ３は、互いに等しい。

【0059】

２．２． 発光装置の製造方法
次に、第２実施形態に係る発光装置２００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図９は、第２実施形態に係る発光装置２００の製造方法を説明するためのフローチャートである。図１０は、第２実施形態に係る発光装置２００の製造工程を模式的に示
す断面図である。

【0060】

図９に示すステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３は、上述した図２に示すステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３と、それぞれ基本的に同じである。したがって、その詳細な説明を省略する。

【0061】

発光装置２００の製造方法では、ステップＳ２３の後、開口部５０を形成する工程で露出された高屈折率層４４に光を照射しながらエッチングを行う（ステップＳ２４）。高屈折率層４４に照射される光は、例えば、紫外線である。エッチングは、例えば、ドライエッチングである。

【0062】

高屈折率層４４の材質は、光触媒である。具体的には、高屈折率層４４の材質は、酸化チタン、酸化アルミニウムである。一方、低屈折率層４２，４６の材質は、光触媒ではない。具体的には、低屈折率層４２，４６の材質は、酸化シリコンである。そのため、高屈折率層４４は、低屈折率層４２，４６に比べて、紫外線の照射によりエッチング速度が速くなる。これにより、図１０に示すように、高屈折率層４４に形成された開口部５０の径Ｄ１を、第１低屈折率層４２に形成された開口部５０の径Ｄ２、および第２低屈折率層４６に形成された開口部５０の径Ｄ３よりも大きくすることができる。その結果、ボーイング形状を有する開口部５０を形成することができる。

【0063】

次に、発光装置２００の製造方法では、ステップＳ２５，Ｓ２６を行う。図９に示すステップＳ２５，Ｓ２６は、上述した図２に示すステップＳ１４，Ｓ１５と、それぞれ基本的に同じである。したがって、その詳細な説明を省略する。

【0064】

以上の工程により、発光装置２００を製造することができる。

【0065】

２．３． 作用効果
発光装置２００の製造方法では、高屈折率層４４に形成された開口部５０の径Ｄ１は、第１低屈折率層４２に形成された開口部５０の径Ｄ２、および第２低屈折率層４６に形成された開口部５０の径Ｄ３よりも大きい。さらに、発光層３４の屈折率は、高屈折率層４４の屈折率よりも高い。そのため、径Ｄ１が径Ｄ２以下の場合に比べて、発光層部分の面内方向における平均屈折率と、第１半導体層部分の面内方向における平均屈折率と、の差を大きくすることができる。さらに、径Ｄ１が径Ｄ３以下の場合に比べて、発光層部分の面内方向における平均屈折率と、第２半導体層部分の面内方向における平均屈折率と、の差を大きくすることができる。したがって、光閉じ込め係数を、より大きくすることができる。

【0066】

なお、図８では、径Ｄ１が径Ｄ２，Ｄ３よりも大きい場合における積層方向の位置と光の強度との関係を実線で示し、径Ｄ１が径Ｄ２，Ｄ３以下の場合における積層方向の位置と光の強度との関係を破線で示している。

【0067】

発光装置２００の製造方法では、開口部５０を形成する工程で露出された高屈折率層４４に、光を照射しながらエッチングを行う工程を含み、高屈折率層４４の材質は、光触媒である。そのため、発光装置２００の製造方法では、容易に、径Ｄ１を径Ｄ２，Ｄ３よりも大きくすることができる。

【0068】

なお、上記では、径Ｄ２，Ｄ３が互いに等しい例について説明したが、積層方向の位置に対する光の強度分布が、第１低屈折率層４２側または第２低屈折率層４６側に偏る場合は、光の強度分布が偏った側の開口部５０の径を小さくすることが望ましい。これにより、光の強度のピーク位置を、発光層３４の位置に合わせることができる。例えば、光の強
度分布が第２低屈折率層４６側に偏った場合は、第２低屈折率層４６に形成された開口部５０の径Ｄ３を、第１低屈折率層４２に形成された開口部５０の径Ｄ２よりも小さくする。

【0069】

３． 第３実施形態
次に、第３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１１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。

【0070】

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。

【0071】

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１１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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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、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。

【0085】

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。

【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】

発光装置の製造方法の一態様は、
基板に第１低屈折率層を形成する工程と、
前記第１低屈折率層に、前記第１低屈折率層よりも屈折率が高い高屈折率層を形成する工程と、
前記高屈折率層に、前記高屈折率層よりも屈折率が低い第２低屈折率層を形成する工程と、
前記第２低屈折率層、前記高屈折率層、および前記第１低屈折率層に、複数の開口部を形成する工程と、
複数の前記開口部の各々に、柱状部を結晶成長させる工程と、
を有し、
前記柱状部を結晶成長させる工程は、
前記第１低屈折率層に形成された前記開口部に、第１半導体層を結晶成長させる工程と、
前記高屈折率層に形成された前記開口部に、発光層を結晶成長させる工程と、
前記第２低屈折率層に形成された前記開口部に、前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層を結晶成長させる工程と、
を有する。

【0089】

この発光装置の製造方法によれば、光閉じ込め係数を大きくすることができる。

【0090】

発光装置の製造方法の一態様において、
前記発光層の屈折率は、前記高屈折率層の屈折率よりも高くてもよい。

【0091】

この発光装置の製造方法によれば、発光層で発光した光は、高屈折率層よりも発光層に閉じ込められ易く、大きな利得を得ることができる。

【0092】

発光装置の製造方法の一態様において、
前記高屈折率層に形成された前記開口部の径は、前記第１低屈折率層に形成された前記開口部の径、および前記第２低屈折率層に形成された前記開口部の径よりも大きくてもよい。

【0093】

この発光装置の製造方法によれば、光閉じ込め係数を、より大きくすることができる。

【0094】

発光装置の製造方法の一態様において、
前記開口部を形成する工程で露出された前記高屈折率層に、光を照射しながらエッチングを行う工程を有し、
前記高屈折率層の材質は、光触媒であってもよい。

【0095】

この発光装置の製造方法によれば、容易に、前記高屈折率層に形成された前記開口部の径を、前記第１低屈折率層に形成された前記開口部の径、および前記第２低屈折率層に形成された前記開口部の径よりも大きくすることができる。

【符号の説明】

【0096】

１０…基板、１２…支持基板、１４…バッファー層、２０…積層体、３０…柱状部、３２…第１半導体層、３３…ウェル層、３４…発光層、３４ａ，３４ｂ…端、３５…バリア層、３６…第２半導体層、４０…光伝搬層、４２…第１低屈折率層、４４…高屈折率層、４４ａ，４４ｂ…端、４６…第２低屈折率層、５０…開口部、６０…第１電極、６２…第２電極、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、１０１０…基板、１０３０…柱状部、１０３２…第１半導体層、１０３４…発光層、１０３６…第２半導体層、１０４２…第１低屈折率層、１０４４…高屈折率層、１０４６…第２低屈折率層、２０１０…基板、２０３０…柱状部、２０３２…第１半導体層、２０３４…発光層、２０３６…第２半導体層、２０４２…第１低屈折率層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】