JP2022082063A - 発光装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】柱状部の中央に注入される電流量を増やすことができる発光装置を提供する。【解決手段】柱状部は、第１半導体層と、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、前記柱状部は、前記第１半導体層と前記発光層との積層方向における第１位置で、第１径を有し、前記積層方向における第２位置で、第２径を有し、前記積層方向における第３位置で、第３径を有し、前記第１位置は、前記積層方向において、前記発光層の前記第１半導体層側の端と、前記発光層の前記第２半導体層側の端と、の間であり、前記第２位置は、前記積層方向において、前記第１位置と、前記発光層の前記第１半導体層側の端と、の間であり、前記第３位置は、前記積層方向において、前記第１位置と、前記発光層の前記第２半導体層側の端と、の間であり、前記第１径は、前記第２径および前記第３径よりも小さい、発光装置。【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置およびプロジェクターに関する。

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。

例えば特許文献１には、ｃ面とファセット面とを有する複数のナノコラムが記載されている。

特開２０１３－２３９７１８号公報

上記のようなナノコラムを備えた発光装置において、例えば、発光層のウェル層として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、柱状部の中央に注入される電流量を増やすことが望まれている。

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、
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た発光層と、
を有し、
前記柱状部は、
前記第１半導体層と前記発光層との積層方向における第１位置で、第１径を有し、
前記積層方向における第２位置で、第２径を有し、
前記積層方向における第３位置で、第３径を有し、
前記第１位置は、前記積層方向において、前記発光層の前記第１半導体層側の端と、前記発光層の前記第２半導体層側の端と、の間であり、
前記第２位置は、前記積層方向において、前記第１位置と、前記発光層の前記第１半導体層側の端と、の間であり、
前記第３位置は、前記積層方向において、前記第１位置と、前記発光層の前記第２半導体層側の端と、の間であり、
前記第１径は、前記第２径および前記第３径よりも小さい。

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。

本実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 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。 第１参考例に係る発光装置の柱状部を模式的に示す断面図。 第２参考例に係る発光装置の柱状部を模式的に示す断面図。 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。 ＴＥＭ像。 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。 本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。

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． 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。

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。

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。

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。

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３８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。

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、ｎ型の半導体層である。バッファー層２２は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層、ＡｌＮ層などである。バッファー層２２がＧａＮ層またはＡｌＮ層であれば、バッファー層２２を低温で成膜することができる。バッファー層２２を設けることにより、柱状部３０と基板１０と格子定数の差に起因して、柱状部３０に歪が生じることを抑制することができる。なお、柱状部３０と基板１０との格子定数の差が小さい場合には、バッファー層２２は、設けられていなくてもよい。この場合、柱状部３０は、直接、基板１０から突出している。

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、チタン層、酸化チタン層、シリコン層、酸化シリコン層などである。

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。

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。

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、以下に示す「ウェル層の径」についても同様である。

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。

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。

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、例えば、第１半導体層３２と、発光層３４と、電子ブロック層（ＥＢＬ：Electron Blocking Layer）３７と、第２半導体層３８と、を有している。

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。第１半導体層３２の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上である。第１半導体層３２の厚さを１００ｎｍ以上とすることによって、発光層３４に生じる貫通欠陥を低減することができる。

第１半導体層３２は、図２に示すように、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。図示の例では、第１半導体層３２は、ｃ面２およびファセット面４において、発光層３４と接している。

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３８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、ｃ面２と、ファセット面４と、を有している。図示の例では、発光層３４は、ｃ面２およびファセット面４において、電子ブロック層３７と接している。発光層３４は、例えば、ウェル層３５と、バリア層３６と、を有している。

発光層３４のウェル層３５は、例えば、積層方向に沿って、複数設けられている。図示の例では、ウェル層３５は、５つ設けられ、第１半導体層３２側から、ウェル層３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅの順で並んでいる。ウェル層３５ａ，３５ｂ，３５ｃは
、柱状部３０の側壁６と接していない。ウェル層３５ｄ，３５ｅは、柱状部３０の側壁６と接している。ウェル層３５の厚さは、例えば、１０ｎｍ以下であり、好ましくは２ｎｍ程度である。ウェル層３５は、ｃ面２を有している。ウェル層３５の材質は、例えば、ｉ型のＩｎＧａＮ層である。

発光層３４のバリア層３６は、複数設けられている。バリア層３６は、一対のウェル層３５の間に設けられている。さらに、バリア層３６は、ウェル層３５ｅと電子ブロック層３７との間に設けられている。バリア層３６は、発光層３４のｃ面２およびファセット面４を構成している。バリア層３６の材質は、例えば、ｉ型のＧａＮ層である。

発光層３４は、例えば、ウェル層３５およびバリア層３６からなるＭＱＷ（multiple quantum wel1）構造を有している。ウェル層３５およびバリア層３６は、例えば、発光層３４での発光波長の２５％以下の周期構造を有している。

なお、ウェル層３５およびバリア層３６の数は、特に限定されない。図示はしないが、発光層３４は、例えば、ウェル層３５を１つだけ有していてもよい。この場合、発光層３４は、ＳＱＷ（single quantum wel1）構造を有している。また、発光層３４と第１半導体層３２との間にＯＣＬ（Optical Confinement Layer）が設けられていてもよい。

電子ブロック層３７は、発光層３４上に設けられている。電子ブロック層３７は、発光層３４と第２半導体層３８との間に設けられている。電子ブロック層３７は、例えば、ｐ型のＡｌＧａＮ層である。電子ブロック層３７がＡｌＧａＮ層の場合、Ａｌの原子濃度は、例えば、５ａｔ％以上２５ａｔ％以下である。電子ブロック層３７の厚さは、例えば、２０ｎｍ以下である。電子ブロック層３７は、電子が第２半導体層３８に漏れることを防ぐことができる。なお、電子ブロック層３７は、ＡｌＧａＮ層およびＧａＮ層からなる多層構造を有していてもよい。電子ブロック層３７は、ｃ面２と、ファセット面４と、を有している。図示の例では、電子ブロック層３７は、ｃ面２およびファセット面４において、第２半導体層３８と接している。

第２半導体層３８は、電子ブロック層３７上に設けられている。第２半導体層３８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３８は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層などである。第２半導体層３８は、ｃ面２と、ファセット面４と、を有している。図示の例では、第２半導体層３８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１半導体層３２および第２半導体層３８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。

柱状部３０は、図２に示すように、積層方向において、発光層３４の第１位置Ｐ１で第１径Ｄ１を有し、発光層３４の第２位置Ｐ２で第２径Ｄ２を有し、発光層３４の第３位置Ｐ３で第３径Ｄ３を有する。位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、面内方向からみて、発光層３４と重なる位置である。

第１位置Ｐ１は、積層方向において、発光層３４の第１半導体層３２側の端３４ａと、発光層３４の第２半導体層３８側の端３４ｂと、の間の位置である。積層方向において、第２位置Ｐ２は、第１位置Ｐ１よりも第１半導体層３２側の位置である。すなわち、第２位置Ｐ２は、積層方向において、発光層３４の第１半導体層３２側の端３４ａと、第１位置Ｐ１と、の間の位置である。第３位置Ｐ３は、第１位置Ｐ１よりも第２半導体層３８側の位置である。すなわち、第３位置Ｐ３は、積層方向において、発光層３４の第２半導体層３８側の端３４ｂと、第１位置Ｐ１と、の間の位置である。第１位置Ｐ１は、第２位置Ｐ２と第３位置Ｐ３との間の位置である。また、積層方向において、第１半導体層３２の基板１０と反対側の端は、第１位置Ｐ１よりも基板側に位置し、かつ、第２位置Ｐ２より
も基板１０と反対側、すなわち第２半導体層３８側に位置している。すなわち、積層方向において、第１半導体層３２の基板１０と反対側の端は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２の間に位置している。

第１径Ｄ１は、第２径Ｄ２および第３径Ｄ３よりも小さい。図示の例では、第１径Ｄ１は、柱状部３０の発光層３４における最小の径である。第２径Ｄ２は、柱状部３０の、第１位置Ｐ１よりも第１半導体層３２側の部分において、最大の径である。言い換えれば、第２位置Ｐ２は、柱状部３０が、第１位置Ｐ１と発光層３４の第１半導体層３２側の端３４ａとの間における最大の径を有する位置である。第３径Ｄ３は、柱状部３０の、第１位置Ｐ１よりも第２半導体層３８側の部分において、最大の径である。言い換えれば、第３位置Ｐ３は、柱状部３０が、第１位置Ｐ１と発光層３４の第２半導体層３８側の端３４ｂとの間における最大の径を有する位置である。第３径Ｄ３は、例えば第２径Ｄ２と同じであってもよい。柱状部３０は、側壁６に凹部８が設けられている。柱状部３０は、第１位置Ｐ１において括れた形状を有している。すなわち、柱状部３０は、発光層３４の第１半導体層３２側の端３４ａと、発光層３４の第２半導体層３８側の端３４ｂと、の間において括れた形状を有している。また、第３径Ｄ３は、第２径Ｄ２より大きくてもよい。

複数のウェル層３５のうち第１ウェル層３５ａは、第４径Ｄ４を有している。第４径Ｄ４は、第１径Ｄ１よりも小さい。複数のウェル層３５のうち第２ウェル層３５ｄは、第５径Ｄ５を有している。第５径Ｄ５は、第１径Ｄ１よりも大きい。第５径Ｄ５は、例えば、第３径Ｄ３と同じである。図示の例では、第１ウェル層３５ａは、積層方向において、第１位置Ｐ１に位置している。第２ウェル層３５ｄは、積層方向において、第３位置Ｐ３に位置している。

第１ウェル層３５ａと第１位置Ｐ１との間の距離Ｌ１は、第２ウェル層３５ｄと第１位置Ｐ１との間の距離Ｌ２よりも小さい。図示の例では、距離Ｌ１は、ゼロである。第４径Ｄ４は、第１径Ｄ１に対して、例えば、５０％以上１００％未満である。図示の例では、ウェル層３５ｂの径は、ウェル層３５ａの径よりも大きい。ウェル層３５ｃの径は、ウェル層３５ｂの径よりも大きい。ウェル層３５ｄ，３５ｅの径は、ウェル層３５ｃの径よりも大きい。

発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層３８、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。

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。反射層は、例えば、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層である。反射層は、例えば、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層との積層構造、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との積層構造、ＡｌＮ層とＧａＮ層との積層構造を有している。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。

第１電極４０は、図１に示すように、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。

第２電極４２は、第２半導体層３８上に設けられている。第２電極４２は、第２半導体層３８と電気的に接続されている。第２半導体層３８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。

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。

発光装置１００では、柱状部３０は、第１半導体層３２と発光層３４との積層方向における第１位置Ｐ１で、第１径Ｄ１を有し、積層方向における第２位置Ｐ２で、第２径Ｄ２を有し、積層方向における第３位置Ｐ３で、第３径Ｄ３を有し、前記第１位置Ｐ１は、積層方向において、発光層３４の第１半導体層３２側の端３４ａと、発光層３４の第２半導体層３８側の端３４ｂと、の間であり、第２位置Ｐ２は、積層方向において、第１位置Ｐ１と、発光層３４の第１半導体層３２側の端３４ａと、の間であり、第３位置Ｐ３は、積層方向において、第１位置Ｐ１と、発光層３４の第２半導体層３８側の端３４ｂと、の間であり、第１径Ｄ１は、第２径Ｄ２および第３径Ｄ３よりも小さい。そのため、発光装置１００では、例えば、第１径Ｄ１が第２径Ｄ２および第３径Ｄ３と同じ場合に比べて、第１位置Ｐ１において、発光層３４のウェル層３５と側壁６との間の空間を狭くすることができる。これにより、第１位置Ｐ１において、電流を狭窄させることができ、ウェル層３５が位置する柱状部３０の中央に注入される電流量を増やすことができる。その結果、発光特性を向上させることができる。

例えば図３に示すように、第１径Ｄ１が第２径Ｄ２および第３径Ｄ３と同じ場合、黒色の矢印に示すように、最も第１半導体層１０３２側に位置するウェル層１０３５に注入されない電子が存在する。特に有効質量の小さい電子は、拡散され易く、ウェル層１０３５の横を通って正孔と再結合が起こり、電流が無駄となり易い。

なお、図３は、第１参考例に示す柱状部１０３０を模式的に示す断面図である。柱状部１０３０は、第１半導体層１０３２と、発光層１０３４と、第２半導体層１０３８と、を有している。発光層１０３４は、ウェル層１０３５と、バリア層１０３６と、を有している。また、図３および後述する図４では、電子の流れを黒色の矢印で示し、正孔の流れを白色の矢印で示している。

発光装置１００では、発光層３４は、ｃ面２と、ファセット面４と、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している場合に比べて、正孔の集中を抑制することができる。これにより、ウェル層３５における電子と正孔との再結合の確率を高めることができる。さらに、発光層３４において、発光する発光位置と、光を閉じ込める光閉じ込め位置と、を調整し易い。

例えば図４に示すように、発光層２０３４がｃ面を有さずにファセット面２００４を有している場合、第１半導体層２０３２側からの電子は、有効質量が小さく拡散し易いが、第２半導体層２０３８側からの正孔は、有効質量が大きいため、ファセット面２００４の頂点付近に集中する。そのため、ウェル層２０３５における電子と正孔との再結合の確率が少なくなる。これに対し、発光装置１００では、発光層３４は、ｃ面２を有しているため、正孔の集中を抑制することができ、ウェル層３５における電子と正孔との再結合の確率を高めることができる。

さらに、図４に示すように、発光層２０３４がｃ面を有さずにファセット面２００４を有している場合から構成されている場合、ファセット面２００４の頂点付近が極小的な発光位置となり、発光位置と光閉じ込め位置との関係がずれてくる可能性が高い。これに対し、発光装置１００では、発光層３４は、ｃ面２を有しているため、ウェル層３５における発光位置が面内方向に広がっており、発光位置と光閉じ込め位置とを調整し易い。

なお、図４は、第２参考例に示す柱状部２０３０を模式的に示す断面図である。柱状部２０３０は、第１半導体層２０３２と、発光層２０３４と、第２半導体層２０３８と、を有している。発光層２０３４は、ウェル層２０３５と、バリア層２０３６と、を有している。

発光装置１００では、発光層３４は、第１径Ｄ１よりも径が小さい第１ウェル層３５ａと、第１径Ｄ１よりも径が大きい第２ウェル層３５ｄと、を有し、第１ウェル層３５ａと第１位置Ｐ１との間の距離Ｌ１は、第２ウェル層３５ｄと第１位置Ｐ１との間の距離Ｌ２よりも小さい。そのため、発光装置１００では、例えば、第１ウェル層３５ａの横を電子が通過したとしても、通過した電子を、第２ウェル層３５ｄで正孔と再結合させることができる。

なお、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。

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。

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。

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。

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、第１半導体層３２、発光層３４、電子ブロック層３７、および第２半導体層３８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。

第１半導体層３２および第２半導体層３８のエピタキシャル成長では、例えば、成膜温度７００℃以上１０００℃以下で、Ｇａ原子、およびＲＦ（Radio Frequency）プラズマを用いたＮ原子やＮＨ_３ガスを供給する。Ｇａ原子およびＮ原子の供給方向は、特に限定されず、同時供給であってもよいし、交互供給であってもよいし、交互供給の後に同時供給を行ってもよいし、同時供給の後に交互供給を行ってもよい。Ｇａ原子およびＮ原子の供給は、ドーパントを照射しながら行われる。

発光層３４のエピタキシャル成長では、例えば、ＧａＮ層の成長には、Ｇａの流量比に対するＩｎの流量比Ｒ_{Ｉｎ／Ｇａ}を、５％以上１００％以下とする。ＩｎＧａＮ層の成長時には、流量比Ｒ_{Ｉｎ／Ｇａ}を、１００％以上５００％以下とする。上記のように流量比
Ｒ_{Ｉｎ／Ｇａ}を調整することにより、発光波長を所望の波長に合わせつつ、柱状部３０の径を小さくさせることができる。

ここで、図６は、柱状部の断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）像である。流量比Ｒ_{Ｉｎ／Ｇａ}を調整することにより、図６に示すように、柱状部の径を小さくできることがわかった。

次に、図１に示すように、バッファー層２２上に第１電極４０を形成し、第２半導体層３８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。

以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。

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７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。

発光装置２００では、図７に示すように、隣り合う柱状部３０の間に光伝搬層６０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。発光層３４で発光した光は、光伝搬層６０を通って面内方向に伝搬する。

光伝搬層６０は、マスク層５０上に設けられている。光伝搬層６０は、基板１０と第２電極４２との間に設けられている。光伝搬層６０は、例えば、第１層６２と、第２層６４と、第３層６６と、を有している。

第１層６２は、マスク層５０上に設けられている。第１層６２は、基板１０と第２層６４との間に設けられている。第１層６２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層６２は、例えば、ＳｉＯ_２層である。

第２層６４は、第１層６２上に設けられている。第２層６４は、第１層６２と第３層６６との間に設けられている。第２層６４は、隣り合う柱状部３０の発光層３４の間に設けられている。第２層６４は、積層方向において、第１位置Ｐ１に位置している。第２層６４は、ウェル層３５の側方に設けられている。第２層６４の屈折率は、第１層６２および第３層６６の屈折率よりも高く、発光層３４の屈折率よりも小さい。第２層６４は、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯＮ層である。

第３層６６は、第２層６４上に設けられている。第３層６６は、第２層６４と第２電極４２との間に設けられている。第３層６６は、隣り合う柱状部３０の第２半導体層３８の間に設けられている。第３層６６は、例えば、ＳｉＯ_２層である。

光伝搬層６０は、柱状部３０を形成した後に、例えば、ＣＶＤ法、スピンコート法などによって形成される。その後、第２半導体層３８が露出するように、光伝搬層６０をエッチングする。エッチングは、ウェットエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよいが、第２半導体層３８へのダメージを考慮すると、ウェットエッチングが好ましい。

発光装置２００では、隣り合う柱状部３０の発光層３４の間に、第１層６２および第３
層６６よりも屈折率の高い第２層６４が設けられ、第２層６４は、積層方向において、第１位置Ｐ１に位置している。そのため、発光装置２００では、第１位置Ｐ１で柱状部３０の径が小さくなることによって面内方向の平均屈折率が小さくなった分を、第２層６４によって補うことができる。

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８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。

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。

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８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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、テレビ、テレビのバックライト、イメージャー、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。

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。

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。

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。

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、
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た発光層と、
を有し、
前記柱状部は、
前記第１半導体層と前記発光層との積層方向における第１位置で、第１径を有し、
前記積層方向における第２位置で、第２径を有し、
前記積層方向における第３位置で、第３径を有し、
前記第１位置は、前記積層方向において、前記発光層の前記第１半導体層側の端と、前記発光層の前記第２半導体層側の端と、の間であり、
前記第２位置は、前記積層方向において、前記第１位置と、前記発光層の前記第１半導体層側の端と、の間であり、
前記第３位置は、前記積層方向において、前記第１位置と、前記発光層の前記第２半導体層側の端と、の間であり、
前記第１径は、前記第２径および前記第３径よりも小さい。

この発光装置によれば、柱状部の中央に注入される電流量を増やすことができる。その結果、発光特性を向上させることができる。

発光装置の一態様において、
前記発光層は、ｃ面と、ファセット面と、を有してもよい。

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している場合に比べて、正孔の集中を抑制することができ、発光層のウェル層における電子と正孔との再結合の確率を高めることができる。さらに、発光層において、発光する発光位置と、光を閉じ込める光閉じ込め位置と、を調整し易い。

発光装置の一態様において、
前記発光層は、
前記第１径よりも径が小さい第１ウェル層と、
前記第１径よりも径が大きい第２ウェル層と、
を有し、
前記第１ウェル層と前記第１位置との間の距離は、前記第２ウェル層と前記第１位置との間の距離よりも小さくてもよい。

この発光装置によれば、例えば、第１ウェル層の横を電子が通過したとしても、通過した電子を、第２ウェル層で正孔と再結合させることができる。

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。

２…ｃ面、４…ファセット面、６…側壁、８…凹部、１０…基板、２０…積層体、２２…バッファー層、３０…柱状部、３２…第１半導体層、３４…発光層、３４ａ，３４ｂ…端、３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ…ウェル層、３６…バリア層、３７…電子ブロック層、３８…第２半導体層、４０…第１電極、４２…第２電極、５０…マスク層、６０…光伝搬層、６２…第１層、６４…第２層、６６…第３層、１００…発光装置、１００Ｒ…赤色光源、１００Ｇ…緑色光源、１００Ｂ…青色光源、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、１０００…発光装置、１０３０…柱状部、１０３２…第１半導体層、１０３４…発光層、１０３５…ウェル層、１０３６…バリア層、１０３８…第２半導体層、２０００…発光装置、２００４…ファセット面、２０３０…柱状部、２０３２…第１半導体層、２０３４…発光層、２０３５…ウェル層、２０３６…バリア層、２０３８…第２半導体層

Claims (4)

1. 柱状部を有する積層体を有し、
   前記柱状部は、
   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た発光層と、
   を有し、
   前記柱状部は、
   前記第１半導体層と前記発光層との積層方向における第１位置で、第１径を有し、
   前記積層方向における第２位置で、第２径を有し、
   前記積層方向における第３位置で、第３径を有し、
   前記第１位置は、前記積層方向において、前記発光層の前記第１半導体層側の端と、前記発光層の前記第２半導体層側の端と、の間であり、
   前記第２位置は、前記積層方向において、前記第１位置と、前記発光層の前記第１半導体層側の端と、の間であり、
   前記第３位置は、前記積層方向において、前記第１位置と、前記発光層の前記第２半導体層側の端と、の間であり、
   前記第１径は、前記第２径および前記第３径よりも小さい、発光装置。
2. 請求項１において、
   前記発光層は、ｃ面と、ファセット面と、を有する、発光装置。
3. 請求項１または２において、
   前記発光層は、
   前記第１径よりも径が小さい第１ウェル層と、
   前記第１径よりも径が大きい第２ウェル層と、
   を有し、
   前記第１ウェル層と前記第１位置との間の距離は、前記第２ウェル層と前記第１位置との間の距離よりも小さい、発光装置。
4. 請求項１ないし３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。

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