JP2019192889A - 発光装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】高い放熱性を有することができる光装置を提供する。【解決手段】第１半導体層２２と、第１半導体層２２と導電型の異なる第２半導体層と、第１半導体層２２と第２半導体層との間に設けられ、電流が注入されることで光を発生させることが可能な発光層２４と、を有し、発光層２４は、第１半導体層２２および発光層２４の積層方向から見た平面視において、第１部分２４ａと、第１部分２４ａから第１方向に突出している第２部分２４ｂと、第１部分２４ａから第２方向に突出している第３部分２４ｃと、を有する、発光装置１００。【選択図】図３

Description

本発明は、発光装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクターの光源として、従来から広く利用されてきた水銀ランプは、次第に暗くなり突然切れるという寿命の問題や、水銀規制という問題があって、徐々にＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの固体光源に移行している。

例えば特許文献１には、複数のＬＥＤチップを備えたＬＥＤランプを、ＬＥＤ基板上に配列ピッチ４ｍｍで２次元に３００（１５×２０）個配列させたプロジェクターが記載されている。

特開２００６−３１７９３５号公報

上記のようなプロジェクターの光源（発光装置）では、高い放熱性を有することが望まれている。

本発明に係る発光装置の一態様は、
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、電流が注入されることで光を発生させることが可能な発光層と、
を有し、
前記発光層は、前記第１半導体層および前記発光層の積層方向から見た平面視において、
第１部分と、
前記第１部分から第１方向に突出している第２部分と、
前記第１部分から第２方向に突出している第３部分と、
を有する。

前記発光装置の一態様において、
前記第１半導体層と電気的に接続された第１電極と、
前記第２半導体層と接触された第２電極と、
を有し、
前記積層方向から見た平面視において、前記第２電極は、前記発光層と重なり、
前記第２半導体層と前記第２電極との接触領域は、前記積層方向から見た平面視において、
前記第２部分と重なる第１領域と、
前記第３部分と重なる第２領域と、
を有し、
前記第１領域の前記第１方向と直交する方向の大きさ、および前記第２領域の前記第２方向と直交する方向の大きさは、１μｍ以上５μｍ以下であってもよい。

前記発光装置の一態様において、
前記第１領域の前記第１方向と直交する方向の大きさ、および前記第２領域の前記第２方向と直交する方向の大きさは、１μｍ以上２μｍ以下であってもよい。

前記発光装置の一態様において、
前記第１方向と前記第２方向とは、同じ方向であってもよい。

前記発光装置の一態様において、
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と、
前記発光装置から出射された光を投射する投射装置と、
を有する。

第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 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。 第１実施形態の第１変形例に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第１実施形態の第２変形例に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第１実施形態の第３変形例に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第２実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第２実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第３実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第３実施形態の第１変形例に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第３実施形態の第２変形例に係るプロジェクターを模式的に示す図。 電流密度と光パワー密度との関係を示すグラフ。

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。

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。図２は、第１実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。また、図１および図２では、互い直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

発光装置１００は、図１および図２に示すように、例えば、基板１０と、発光素子２０と、絶縁層４０と、レンズ５０と、を有している。なお、便宜上、図２では、発光素子２０の第２電極３２および絶縁層４０の図示を省略している。

基板１０は、例えば、サファイア基板である。基板１０は、例えば、発光素子２０の発光層２４で発生した光を透過させることができる。

発光素子２０は、基板１０上に設けられている。発光素子２０は、複数設けられている。複数の発光素子２０は、図２に示すように、発光素子２０の第１半導体層２２および発光層２４の積層方向（図示の例ではＺ軸方向）から見た平面視において（以下、単に「平面視において」ともいう）、マトリックス状に設けられている。複数の発光素子２０は、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に同じピッチで配置されている。発光素子２０の数は、特に限定されないが、例えば、１００００個（Ｘ軸方向に１００個、Ｙ軸方向に１００個並んだ、１００×１００個）程度である。発光素子２０は、例えば、ＬＥＤである。なお、図示の例では、複数の発光素子２０は、第１方向、および第１方向と直交する第２方向にピッチｐで配列された正方配列であるが、複数の発光素子２０は、第１方向、および第１方向と６０℃傾いた第２方向にピッチｐで配列された六方配列であってもよい。

なお、本発明において、「上」とは、発光素子２０の第１半導体層２２および発光層２４の積層方向において、発光素子２０の発光層２４からみて基板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２４からみて基板１０に近づく方向のことである。図示の例では、「上」は、＋Ｚ軸方向側であり、「下」は、−Ｚ軸方向側である。

発光素子２０は、図１に示すように、例えば、第１半導体層２２と、発光層２４と、第２半導体層２６と、第１電極３０と、第２電極３２と、を有している。

第１半導体層２２は、基板１０上に設けられている。第１半導体層２２は、基板１０と発光層２４との間に設けられている。第１半導体層２２の厚さは、例えば、５μｍ程度である。第１半導体層２２は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。図示の例では、隣り合う発光素子２０において、第１半導体層２２は、連続しており、複数の発光素子２０において、第１半導体層２２は、１つの共通した層である。

第１半導体層２２の一部、発光層２４、第２半導体層２６は、例えば、柱状部２８を構成している。複数の発光素子２０において、柱状部２８は、互いに分離して設けられている。

発光層２４は、図１に示すように、第１半導体層２２上に設けられている。発光層２４は、第１半導体層２２と第２半導体層２６との間に設けられている。発光層２４は、例えば、厚さ２．５ｎｍ程度のＩｎＧａＮ層と、厚さ１２ｎｍ程度のＧａＮ層と、を交互に５ペア積層させた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。発光層２４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。

発光層２４は、側面２５を有している。図示の例では、側面２５は、絶縁層４０に覆われている。ここで、図３は、図２の拡大図である。発光層２４は、図３に示すように、平面視において、第１部分２４ａと、第２部分２４ｂと、第３部分２４ｃと、を有している。

発光層２４の第１部分２４ａは、例えば、Ｙ軸方向に長手方向を有する形状を有している。図示の例では、第１部分２４ａの形状は、平面視において、長方形である。

発光層２４の第２部分２４ｂは、第１部分２４ａから第１方向（図示の例では−Ｘ軸方向）に突出している。第２部分２４ｂは、例えば、第１部分２４ａの＋Ｙ軸方向側の端部に接続され、−Ｘ軸方向に延出している。第２部分２４ｂは、例えば、Ｘ軸方向に長手方向を有する形状を有している。図示の例では、第２部分２４ｂの形状は、平面視において、長方形である。

発光層２４の第３部分２４ｃは、第１部分２４ａから第２方向（図示の例では−Ｘ軸方向）に突出している。すなわち、第１方向と第２方向とは、同じ方向である。第３部分２４ｃは、例えば、第１部分２４ａの−Ｙ軸方向側の端部に接続され、−Ｘ軸方向に延出している。第３部分２４ｃは、例えば、Ｘ軸方向に長手方向を有する形状を有している。図示の例では、第３部分２４ｃの形状は、平面視において、長方形である。なお、図示はしないが、第１方向と第２方向とは、異なる方向であってもよい。

発光層２４は、例えば、平面視において、矩形の形状に切り欠き２が設けられた形状を有している。切り欠き２は、平面視において、発光層２４の第２部分２４ｂと第３部分２４ｃとの間に位置している。

第２半導体層２６は、図１に示すように、発光層２４上に設けられている。第２半導体層２６の厚さは、例えば、１５０ｎｍ程度である。第２半導体層２６は、第１半導体層２２と導電型の異なる層である。第２半導体層２６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２６は、例えば、平面視において、発光層２４と同じ形状を有している。柱状部２８は、例えば、平面視において、発光層２４と同じ形状を有している。

発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層２６、不純物がドーピングされていない発光層２４、およびｎ型の第１半導体層２２により、ｐｉｎダイオードが構成される。半導体層２２，２６は、発光層２４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３０と第２電極３２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２４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２４で発生した光（−Ｚ軸方向側に向かう光）は、基板１０を透過して出射される。発光層２４で発生した光（＋Ｚ軸方向側に向かう光）は、例えば、第２電極３２において反射される。なお、図１では、発光層２４で発生して基板１０を透過する光（光線）を矢印で示している。

第１電極３０は、第１半導体層２２上に設けられている。図示の例では、第１電極３０は、第１半導体層２２と接触されている。第１電極３０は、第１半導体層２２とオーミックコンタクトしていてもよい。第１電極３０は、第１半導体層２２と電気的に接続されている。

第１電極３０は、発光層２４に電流を注入するための一方の電極である。第１電極３０としては、例えば、第１半導体層２２側から、Ｔｉ層、Ａｌ層の順序で積層したものなどを用いる。図２に示す例では、隣り合う発光素子２０において、第１電極３０は、連続しており、複数の発光素子２０において、第１電極３０は、１つの共通した電極として格子状に設けられている。第１電極３０は、柱状部２８と離間し、柱状部２８を囲むように設けられている。

第２電極３２は、図１に示すように、第２半導体層２６上に設けられている。第２電極３２は、第２半導体層２６と接触されている。第２電極３２は、第２半導体層２６とオーミックコンタクトしていてもよい。第２電極３２は、平面視において、発光層２４と重なっている。第２電極３２は、第２半導体層２６と電気的に接続されている。図示の例では、第２電極３２は、絶縁層４０上にも設けられている。

第２電極３２は、発光層２４に電流を注入するための他方の電極である。第２電極３２の材質は、例えば、ＡｇとＰｄとＣｕとの合金であるＡＰＣ合金など、発光層２４で発生
した光に対して高い反射率を有する導電体ある。図示の例では、隣り合う発光素子２０において、第２電極３２は、連続しており、複数の発光素子２０において、第２電極３２は、１つの共通した電極である。

第２電極３２と第２半導体層２６との接触領域３４は、図３に示すように、第１領域３４ａと、第２領域３４ｂと、を有している。第１領域３４ａは、平面視において、発光層２４の第２部分２４ｂと重なっている。第２領域３４ｂは、平面視において、発光層２４の第３部分２４ｃと重なっている。

接触領域３４の第１領域３４ａの第１方向と直交する方向の大きさ（図示の例ではＹ軸方向の大きさ）Ｌ１は、例えば、１μｍ以上５μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以上２μｍ以下である。同様に、第２領域３４ｂの第２方向と直交する方向の大きさ（図示の例ではＹ軸方向の大きさ）Ｌ２は、例えば、１μｍ以上５μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以上２μｍ以下である。

絶縁層４０は、図１に示すように、柱状部２８の周囲であって、第１半導体層２２上および第１電極３０上に設けられている。絶縁層４０は、第１電極３０と第２電極３２との間を、電気的に分離している。絶縁層４０は、例えば、酸化シリコン層（例えばＳｉＯ_２層）である。

レンズ５０は、基板１０の下に設けられている。レンズ５０は、例えば、基板１０の下面に接着されている。図示の例では、レンズ５０は、基板１０側の入射面５１ａが平坦面であり、基板１０とは反対側の出射面５１ｂが曲面である凸レンズである。レンズ５０は、複数設けられている。複数のレンズ５０は、レンズアレイ５２を構成している。レンズアレイ５２は、例えば、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）である。

レンズ５０は、発光素子２０に対応して設けられている。すなわち、１つの発光素子２０から出射された光は、１つのレンズ５０に入射する。図示の例では、Ｚ軸方向からみて、１のレンズ５０の外縁の内側に、１つの発光素子２０の柱状部２８が配置されている。レンズ５０の材質は、例えば、ガラスである。レンズ５０は、発光素子２０からランバーシアンに放射された光の放射角を狭めることができる。

発光装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

発光装置１００では、発光層２４は、平面視において、第１部分２４ａと、第１部分２４ａから第１方向に突出している第２部分２４ｂと、第１部分２４ａから第２方向に突出している第３部分と、を有する。そのため、発光装置１００では、平面視において発光層２４が矩形の形状を有する場合に比べて（切り欠き２が設けられていない場合に比べて）、発光層２４の側面２５の面積を大きくすることができる。これにより、発光装置１００では、発光層２４において発生した熱を効率よく放熱することができ、高い放熱性を有することができる。したがって、発光装置１００では、例えば、発光素子２０のジャンクション温度を下げることができ、より高い電流密度に耐えることができる。その結果、発光装置１００は、明るい光を出射することができる（高輝度化を図ることができる）。

発光装置１００では、第２半導体層２６と第２電極３２との接触領域３４は、平面視において、第２部分２４ｂと重なる第１領域３４ａと、第３部分２４ｃと重なる第２領域３４ｂと、を有し、第１領域３４ａの第１方向と直交する方向の大きさＬ１、および第２領域３４ｂの第２方向と直交する方向の大きさＬ２は、１μｍ以上５μｍ以下である。そのため、発光装置１００では、発光素子に大電力を投入すると発光効率が低下するドループ（droop）現象が発生することを抑制することができ（詳細は後述する「実験例」参照）
、より明るい光を出射することができる。

発光装置１００では、第１領域３４ａの大きさＬ１、および第２領域３４ｂの大きさＬ２は、１μｍ以上２μｍ以下である。そのため、発光装置１００では、ドループ現象が発生することを、よりいっそう抑制することができる（詳細は後述する「実験例」参照）。

発光装置１００では、第１方向と第２方向とは、同じ方向である。そのため、発光装置１００では、例えば第１方向と第２方向とが互い逆方向である場合に比べて、光が出射される出射面の面積を小さくすることができ、発光素子２０から射出された光のうちレンズ５０に入射せずに損失となる光を低減することができる。

なお、上記では、青色光を出射するＧａＮ系の発光素子２０について説明したが、ＧａＰ系やＧａＡｓ系などの半導体層を用いることにより、発光素子は、緑色光や赤色光を出射することができる。

また、上記では、第１半導体層２２がｎ型の半導体層であり、第２半導体層２６がｐ型の半導体層である場合について説明したが、第１半導体層２２がｐ型の半導体層であり、第２半導体層２６がｎ型の半導体層であってもよい。

また、図示はしないが、第２電極３２の＋Ｚ軸方向側には、ヒートシンクが設けられていてもよい。ヒートシンクは、第２電極３２に接着されていてもよい。ヒートシンクの材質は、銅、アルミニウムなどである。ヒートシンクは、発光素子２０において発生した熱を、効率よく放熱することができる。

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４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。

図４に示すように、基板１０上に、第１半導体層２２、発光層２４、および第２半導体層２６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（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などが挙げられる。

図１に示すように、第２半導体層２６、発光層２４、および第１半導体層２２をパターニングして、柱状部２８を形成する。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。

次に、第１電極３０を第１半導体層２２上に形成する。第１電極３０は、例えば、真空蒸着法などにより形成される。

次に、半導体層２２，２６上および第１電極３０上に、絶縁層４０を形成する。絶縁層４０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。次に、絶縁層４０をパターニングして第２半導体層２６を露出させる。

次に、第２半導体層２６上および絶縁層４０上に、第２電極３２を形成する。第２電極３２は、例えば、真空蒸着法などにより形成される。

次に、例えば接着剤によって、基板１０の下面に、レンズアレイ５２を接着させる。

以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。

なお、上記では、半導体層２２，２６および発光層２４をエピタキシャル成長させた後に、半導体層２２，２６および発光層２４をパターニングして、柱状部２８を形成する例について説明したが、まず、マスク層（図示せず）を形成し、次に、該マスク層をマスクとして、半導体層２２，２６および発光層２４をエピタキシャル成長させて柱状部２８を形成してもよい。

１．３． 発光装置の変形例
１．３．１． 第１変形例
次に、第１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５は、第１実施形態の第１変形例に係る発光装置１１０を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図５および後述する図６，７では、第２電極３２および絶縁層４０の図示を省略している。また、図５および後述する図６，７では、互い直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

以下、第１実施形態の第１変形例に係る発光装置１１０において、上述した発光装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

発光装置１１０では、図５に示すように、発光層２４は、第４部分２４ｄを有する点において、上述した発光装置１００と異なる。

第４部分２４ｄは、例えば、第１部分２４ａから−Ｘ軸方向に突出している。図示の例では、第４部分２４ｄの形状は、平面視において、長方形である。第４部分２４ｄは、平面視において、第２部分２４ｂと第３部分２４ｃとの間に位置している。

接触領域３４は、平面視において、第４部分２４ｄと重なる第３領域３４ｃを有している。第３領域３４ｃのＹ軸方向の大きさは、例えば、１μｍ以上５μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以上２μｍ以下である。

発光装置１１０では、発光層２４は、第４部分２４ｄを有するため、例えば発光装置１００に比べて、より高い放熱性を有することができる。

１．３．２． 第２変形例
次に、第１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６は、第１実施形態の第２変形例に係る発光装置１２０を模式的に示す平面図である。

以下、第１実施形態の第２変形例に係る発光装置１２０において、上述した発光装置１００，１１０の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

発光装置１２０では、図６に示すように、発光層２４は、第４部分２４ｄ、第５部分２４ｅ、第６部分２４ｆ、および第７部分２４ｇを有する点において、上述した発光装置１００と異なる。

第５部分２４ｅ、第６部分２４ｆ、および第７部分２４ｇは、例えば、第１部分２４ａから＋Ｘ軸方向に突出している。図示の例では、第５部分２４ｅ、第６部分２４ｆ、および第７部分２４ｇの形状は、平面視において、長方形である。発光層２４は、例えば、平面視において、第１部分２４ａの中心を通りＹ軸に平行な仮想直線（図示せず）に関して、対称となる形状を有している。

接触領域３４は、平面視において、第４部分２４ｄと重なる第３領域３４ｃと、第５部分２４ｅと重なる第４領域３４ｄと、第６部分２４ｆと重なる第５領域３４ｅと、第７部分２４ｇと重なる第６領域３４ｆと、を有している。第４領域３４ｄ、第５領域３４ｅ、および第６領域３４ｆのＹ軸方向の大きさは、例えば、１μｍ以上５μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以上２μｍ以下である。

発光装置１２０では、発光層２４は、第４部分２４ｄ、第５部分２４ｅ、第６部分２４ｆ、および第７部分２４ｇを有するため、例えば発光装置１００に比べて、より高い放熱性を有することができる。

１．３．３． 第３変形例
次に、第１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７は、第１実施形態の第３変形例に係る発光装置１３０を模式的に示す平面図である。

以下、第１実施形態の第３変形例に係る発光装置１３０において、上述した発光装置１００，１１０，１２０の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

発光装置１３０では、図７に示すように、発光層２４は、第４部分２４ｄ、第５部分２４ｅ、第６部分２４ｆ、および第７部分２４ｇを有する点において、上述した発光装置１００と異なる。

発光装置１３０では、第３部分２４ｃは、第１部分２４ａのＹ軸方向における中央部から−Ｘ軸方向に突出している。第４部分２４ｄは、第３部分２４ｃの−Ｘ軸方向側の端部から、−Ｙ軸方向に突出している。第５部分２４ｅは、第１部分２４ａの−Ｙ軸方向側の端部から＋Ｘ軸方向に突出している。第６部分２４ｆは、第１部分２４ａのＹ軸方向における中央部から＋Ｘ軸方向に突出している。第７部分２４ｇは、第６部分２４ｆの＋Ｘ軸方向側の端部から、＋Ｙ軸方向に突出している。発光層２４は、例えば、平面視において、第１部分２４ａの中心に関して、点対称となる形状を有している。

接触領域３４は、平面視において、第４部分２４ｄと重なる第３領域３４ｃと、第５部分２４ｅと重なる第４領域３４ｄと、第６部分２４ｆと重なる第５領域３４ｅと、第７部分２４ｇと重なる第６領域３４ｆと、を有している。第３領域３４ｃおよび第６領域３４ｆのＸ軸方向の大きさは、例えば、１μｍ以上５μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以上２μｍ以下である。

発光装置１３０では、発光層２４は、第４部分２４ｄ、第５部分２４ｅ、第６部分２４ｆ、および第７部分２４ｇを有するため、例えば発光装置１００に比べて、より高い放熱性を有することができる。

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２００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。図９は、第２実施形態に係る発光装置２００を模式的に示す平面図である。なお、図８は、図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。また、図８および図９では、互い直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

以下、第２実施形態に係る発光装置２００において、上述した発光装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

発光装置２００は、図８に示すように、基板６０と発光素子２０との間に、駆動回路基板６４が設けられている点において、上述した発光装置１００と異なる。発光装置２００は、図８および図９に示すように、例えば、基板６０と、ヒートシンク６２と、駆動回路基板６４と、絶縁層７０と、第１貫通ビア８０と、第２貫通ビア８２と、パッド８４と、配線８６と、を有している。

発光装置２００では、基板６０は、例えば、シリコン基板である。

ヒートシンク６２は、基板６０の下に設けられている。ヒートシンク６２は、例えば、基板６０の下面に接着されている。ヒートシンク６２の材質は、銅、アルミニウムなどである。ヒートシンク６２は、発光素子２０において発生した熱を、効率よく放熱することができる。

駆動回路基板６４は、基板６０上に設けられている。駆動回路基板６４には、発光素子２０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）などによって実現される。駆動回路は、例えば、入力された画像情報に基づいて、発光素子２０を駆動させることができる。そのため、１つの発光素子２０は、１つの画素を形成することができる。発光装置２００は、例えば、自発光イメージャーである。

絶縁層７０は、駆動回路基板６４上に設けられている。絶縁層７０は、例えば、酸化シリコン層である。

第１貫通ビア８０および第２貫通ビア８２は、絶縁層７０を貫通して設けられている。貫通ビア８０，８２の材質は、例えば、Ｔｉなどである。第１貫通ビア８０は、駆動回路基板６４に搭載された駆動回路と、発光素子２０の第２電極３２と、を接続している。第２貫通ビア８２は、駆動回路とパッド８４とを接続している。

パッド８４は、第２貫通ビア８２上に設けられている。パッド８４の材質は、例えば、金属である。

配線８６は、パッド８４と、発光素子２０の第１電極３０とを、接続している。配線８６の材質は、例えば、金属である。

発光素子２０は、第１貫通ビア８０上および絶縁層７０上に設けられている。複数の発光素子２０は、互いに離間している。図示の例では、第２電極３２、第２半導体層２６、発光層２４、第１半導体層２２、第１電極３０は、この順で、第１貫通ビア８０側から並んで設けられている。半導体層２２，２６、発光層２４、および電極３０，３２は、平面視において、例えば、同じ形状を有している。

第１電極３０は、配線８６、パッド８４、および第２貫通ビア８２を介して、駆動回路と電気的に接続されている。第１電極３０の材質は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極である。発光層２４で発生した光は、第１電極３０を透過して、レンズ５０に入射する。

第２電極３２は、第１貫通ビア８０を介して、駆動回路と電気的に接続されている。第２電極３２では、第２半導体層２６側から、Ａｌ層、Ｔｉ層の順序で積層したものなどを
用いる。第２電極３２のＴｉと、第１貫通ビア８０のＴｉと、を十分に平滑かつ清浄して加圧および加熱することにより、第２電極３２と第１貫通ビア８０とを金属接合させることができる。

発光装置２００では、平面視に置いて、第１電極３０および第２電極３２は、発光層２４と重なっている。このような場合、接触領域３４を形成する第２半導体層２６は、ｎ型の半導体層およびｐ型の半導体層のうち、電極との接触領域の面積が小さい方の半導体層であり、電極との接触領域の面積が同じ場合は、いずれか一方の半導体層である。図示の例では、第２半導体層２６は、ｐ型の半導体層であり、第２半導体層２６と第２電極３２との接触領域３４の面積は、第１半導体層２２と第１電極３０との接触領域の面積と同じである。

発光装置２００では、レンズアレイ５２は、発光素子２０の＋Ｚ軸方向側に設けられている。レンズアレイ５２は、例えば、図示せぬ支持部材に接着されている。

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。

以下、第２実施形態に係る発光装置２００の製造方法において、上述した第１実施形態に係る発光装置１００の製造方法の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略または簡略する。

図４に示すように、基板１０上に、第１半導体層２２、発光層２４、および第２半導体層２６を、この順でエピタキシャル成長させる。

次に、基板１０を研磨およびプラズマエッチングすることにより、除去する。次に、図８に示すように、第１電極３０および第２電極３２を形成する。以上の工程により、発光素子２０を形成することができる。なお、第２電極３２は、基板１０を除去する前に、形成されてもよい。

次に、基板６０、ヒートシンク６２、駆動回路基板６４、絶縁層７０、および貫通ビア８０，８２を準備し、第２電極３２側を第１貫通ビア８０に向けて、発光素子２０を第２貫通ビア８２に接続させる。

次に、パッド８４を、第２貫通ビア８２上に形成する。パッド８４は、例えば、スパッタ法、めっき法などにより形成される。なお、パッド８４は、発光素子２０を第１貫通ビア８０に接続させる前に、形成されてもよい。

次に、第１電極３０上およびパッド８４上に、絶縁層４０を形成する。次に、絶縁層４０をパターニングして、第１電極３０およびパッド８４を露出させる。

次に、第１電極３０上およびパッド８４上に、配線８６を形成する。配線８６は、例えば、スパッタ法、めっき法などにより形成される。

次に、レンズアレイ５２を配置する。なお、ヒートシンク６２は、レンズアレイ５２を配置した後に、基板６０の裏面に接着させてもよい。

以上の工程により、発光装置２００を製造することができる。

なお、図示はしないが、発光装置２００の発光層２４は、上述した発光装置１１０，１２０，１３０のように、第１〜第７部分を有していてもよい。

３． 第３実施形態
３．１． プロジェクター
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１０は、第３実施形態に係るプロジェクター４００を模式的に示す図である。

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４００について説明する。

プロジェクター４００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、発光装置１００である。なお、便宜上、図１０では、プロジェクター４００を構成する筐体の図示を省略している。また、図１０では、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを簡略化して図示している。

プロジェクター４００は、さらに、筐体内に備えられている透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂ、および投射レンズ（投射装置）４０６を有している。プロジェクター４００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）プロジェクターである。

光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光は、各液晶ライトバルブ４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂに入射する。各液晶ライトバルブ４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調させる。そして、投射レンズ４０６は、液晶ライトバルブ４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂ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）４０８に投射する。すなわち、投射レンズ４０６は、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光を、スクリーンに投射する。

また、プロジェクター４００は、液晶ライトバルブ４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂから出射された光を合成して投射レンズ４０６に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）４０４を、有することができる。

各液晶ライトバルブ４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂ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４０４に入射する。クロスダイクロイックプリズム４０４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４０６によりスクリーン４０８上に投射され、拡大された画像が表示される。

３．２． プロジェクターの変形例
３．２．１． 第１変形例
次に、第３実施形態の第１変形例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、第３実施形態の第１変形例に係るプロジェクター４１０を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、図１１では、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを簡略化して図示している。また、図１１では、スクリーン４０８の図示を省略している。

以下、第３実施形態の第１変形例に係るプロジェクター４１０において、上述したプロジェクター４００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。このことは、後述する第３実施形態の第２変形例に係るプロジェクターにおいて、同様である。

上述したプロジェクター４００では、図１０に示すように、光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブを用いた。これに対し、プロジェクター４１０は、図１１に示すように、光変調装置として、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device、登録商標）４１８を用いている。プロジェクター４１０は、ＤＬＰ（Digital Light Processing、登録商標）プロジェクターである。

プロジェクター４１０は、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂと、ダイクロイックフィルター４１１，４１２と、レンズ４１３，４１４，４１５，４１６と、内部全反射プリズム（ＴＩＲプリズム）４１７と、ＤＭＤ４１８と、投射レンズ４０６と、を有している。

赤色光源１００Ｒから出射された光は、ダイクロイックフィルター４１１で反射されて、レンズ４１３に入射する。緑色光源１００Ｇから出射された光は、ダイクロイックフィルター４１２で反射された後、ダイクロイックフィルター４１１を透過して、レンズ４１３に入射する。青色光源１００Ｂから出射された光は、ダイクロイックフィルター４１１，４１２を透過して、レンズ４１３に入射する。光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光は、ダイクロイックフィルター４１１において合成される。

レンズ４１３から出射された光は、レンズ４１４，４１５，４１６を介して、ＴＩＲプリズム４１７に入射する。レンズ４１４は、ロッドレンズ（インテグレーター）であり、レンズ４１４の内部で光が全反射を繰り返すことによって、レンズ４１４の出口で、照度分布をほぼ均一にすることができる。レンズ４１３，４１５，４１６は、例えば、集光レンズである。

ＴＩＲプリズム４１７に入射した光は、反射部４１７ａで反射されて、ＤＭＤ４１８に入射する。

ＤＭＤ４１８は、入射した光を、画像情報に応じて変調し、反射させる。ＤＭＤ４１８において反射した光は、ＴＩＲプリズム４１７を透過して、投射レンズ４０６に入射する。

３．２．２． 第２変形例
次に、第３実施形態の第２変形例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１２は、第３実施形態の第２変形例に係るプロジェクター４２０を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、図１２では、スクリーン４０８の図示を省略している。

上述したプロジェクター４００では、図１０に示すように、発光装置１００である光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを有していた。これに対し、プロジェクター４２０では、図１２に示すように、発光装置２００である光源２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂを有している。発光装置２００は、画素を形成することができる自発光イメージャーであるため、プロジェクター４２０は、別途、光変調装置を有していない。そのため、小型化を図ることができる。なお、便宜上、図１２では、光源２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂを簡略化して図示している。

赤色光源２００Ｒ、緑色光源２００Ｇ、青色光源２００Ｂは、それぞれ、赤色光、緑色
光、青色光を出射する。さらに、プロジェクター４２０は、フィリップスプリズム４２２を有している。

光源２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂから出射された光は、フィリップスプリズム４２２において合成され、投射レンズ４０６に入射する。例えば、光源２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂから射出される光は、無偏光の光であるため、偏光依存が少ないフィリップスプリズム４２２が適している。

なお、本発明に係る発光装置は、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）やＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）といったプロジェクターを応用した機器にも、適用することができる。また、本発明に係る発光装置は、プロジェクターの他、自動車用のヘッドライトやスポットライトなど、指向性がある明るい光を必要とする機器に広く応用することができる。

４． 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。

発光素子２０としてＬＥＤを用いた発光装置１００に対応する実験として、ＬＥＤの接触領域（第２半導体層と第２電極との接触領域）の大きさを様々に変化させて、その特性の測定を行った。ただし、第２半導体層と第２電極と接触領域（以下、単に「接触領域」ともいう）の形状は、正方形である。また、マトリックス状に並べたＬＥＤでなく、孤立したＬＥＤを用いた。

図１３は、ＬＥＤの発光層に注入される電流密度と、ＬＥＤの光パワー密度と、の関係を示すグラフである。接触領域の大きさを、１００μｍ角から１μｍ角まで変化させた。

図１３に示すように、電流密度が大きくなるにつれて光パワー密度が大きくなる傾向にあるが、ある電流密度で飽和する。これは、ＬＥＤに大電力を投入すると、発光効率が低下するドループ現象のためである。

図１３に示すように、接触領域の大きさが小さいほど、大きな光パワー密度に耐えられる。これは、接触領域の大きさが小さいほど、発光層の側面からの放熱によりジャンクション温度が低下し、量子効率が維持できるからであると理解できる。したがって、接触領域の一辺の大きさを５μｍ以下にすることにより、光パワー密度を大きくできることがわかった。

さらに、図１３に示すように、接触領域の大きさが２μｍ角でドループ現象抑制効果は、飽和した。したがって、接触領域の一辺の大きさを２μｍ以下にすることにより、光パワー密度をより大きくできることがわかった。

なお、接触領域の一辺を１μｍより小さくすると、接触領域を精度よく形成することが困難となり、歩留まりが低下する場合がある。

以上より、接触領域３４の第１領域３４ａのＹ軸方向の大きさＬ１、および接触領域３４の第２領域３４ｂのＹ軸方向の大きさＬ２を、１μｍ以上５μｍ以下、好ましくは１μｍ以上２μｍ以下とすることにより、ドループ現象象が発生することを抑制して、光パワー密度を大きくすることができ、より明るい光を出射することができるといえる。また、歩留まりの低下を抑制することができるといえる。

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。

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。

２…切り欠き、１０…基板、２０…発光素子、２２…第１半導体層、２４…発光層、２４ａ…第１部分、２４ｂ…第２部分、２４ｃ…第３部分、２４ｄ…第４部分、２４ｅ…第５部分、２４ｆ…第６部分、２４ｇ…第７部分、２５…側面、２６…第２半導体層、２８…柱状部、３０…第１電極、３２…第２電極、３４…接触領域、３４ａ…第１領域、３４ｂ…第２領域、３４ｃ…第３領域、３４ｄ…第４領域、３４ｅ…第５領域、３４ｆ…第６領域、４０…絶縁層、５０…レンズ、５１ａ…入射面、５１ｂ…出射面、５２…レンズアレイ、６０…基板、６２…ヒートシンク、６４…駆動回路基板、７０…絶縁層、８０…第１貫通ビア、８２…第２貫通ビア、８４…パッド、８６…配線、１００…発光装置、１００Ｒ…赤色光源、１００Ｇ…緑色光源、１００Ｂ…青色光源、１１０，１２０，１３０…発光装置、２００…発光装置、２００Ｒ…赤色光源、２００Ｇ…緑色光源、２００Ｂ…青色光源、４００…プロジェクター、４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂ…液晶ライトバルブ、４０４…クロスダイクロイックプリズム、４０６…投射レンズ、４０８…スクリーン、４１０…プロジェクター、４１１，４１２…ダイクロイックフィルター、４１３，４１４，４１５，４１６…レンズ、４１７…ＴＩＲプリズム、４１７ａ…反射部、４１８…ＤＭＤ、４２０…プロジェクター、４２２…フィリップスプリズム

Claims (5)

1. 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、電流が注入されることで光を発生させることが可能な発光層と、
   を有し、
   前記発光層は、前記第１半導体層および前記発光層の積層方向から見た平面視において、
   第１部分と、
   前記第１部分から第１方向に突出している第２部分と、
   前記第１部分から第２方向に突出している第３部分と、
   を有する、発光装置。
2. 請求項１において、
   前記第１半導体層と電気的に接続された第１電極と、
   前記第２半導体層と接触された第２電極と、
   を有し、
   前記積層方向から見た平面視において、前記第２電極は、前記発光層と重なり、
   前記第２半導体層と前記第２電極との接触領域は、前記積層方向から見た平面視において、
   前記第２部分と重なる第１領域と、
   前記第３部分と重なる第２領域と、
   を有し、
   前記第１領域の前記第１方向と直交する方向の大きさ、および前記第２領域の前記第２方向と直交する方向の大きさは、１μｍ以上５μｍ以下である、発光装置。
3. 請求項２において、
   前記第１領域の前記第１方向と直交する方向の大きさ、および前記第２領域の前記第２方向と直交する方向の大きさは、１μｍ以上２μｍ以下である、発光装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記第１方向と前記第２方向とは、同じ方向である、発光装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光装置と、
   前記発光装置から出射された光を投射する投射装置と、
   を有する、プロジェクター。

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