JP2023041230A - 発光装置およびプロジェクター - Google Patents

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Shunsuke Ishizawa
克巳 岸野
Katsumi Kishino
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Abstract

Figure 2023041230000001
【課題】第２電極側に漏れて第２電極で吸収される光を低減しつつ、低抵抗化を図ることができる発光装置を提供する。
【解決手段】基板に設けられた積層体と、前記積層体の前記基板とは反対側に設けられた第１電極と、前記第１電極の前記基板とは反対側に設けられた第２電極と、を有し、前記積層体は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型と異なる第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、前記第１電極は、複数の柱状部を構成し、前記第２電極は、前記複数の柱状部に接続され、前記第１電極は、前記発光層で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極である、発光装置。
【選択図】図１

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。特に、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、ｎ型クラッド層を含む微細柱状結晶、活性層、およびｐ型クラッド層を含むｐ型半導体層からなるナノコラムと、ｐ型半導体層に電気的に接続されたＩＴＯなどのｐ側電極と、を含む半導体発光素子が記載されている。
国際公開第２０１０／０２３９２１号
ｐ側電極と活性層との間の距離が小さいと、活性層で発生した光がｐ側電極側に漏れてｐ側電極で吸収され易い。ｐ側電極と活性層との間の距離を大きくすることによってｐ側電極における光の吸収を低減することができるが、ｐ型半導体層を厚くすることによってｐ側電極と活性層と間の距離を大きくすると、抵抗が高くなってしまう。
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た積層体と、
前記積層体の前記基板とは反対側に設けられた第１電極と、
前記第１電極の前記基板とは反対側に設けられた第２電極と、
を有し、
前記積層体は、
第１導電型の第１半導体層と、
前記第１導電型と異なる第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、
前記第１電極は、複数の柱状部を構成し、
前記第２電極は、前記複数の柱状部に接続され、
前記第１電極は、前記発光層で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極である。
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製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態の第１変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第２変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第４変形例に係る発光装置を模式的に示す平面図。 本実施形態の第４変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第５変形例に係る発光装置を模式的に示す平面図。 本実施形態の第５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
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。
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、第３電極４４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。
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を有している。さらに、積層体２０は、柱状部３０を構成している。
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。
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、柱状部３０を成長させるためのマスク層２４が設けられている。マスク層２４は、例えば、酸化シリコン層、チタン層、酸化チタン層、酸化アルミニウム層などである。
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、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。
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。
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、第１電極４０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、第１導電型の半導体層である。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。
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、ウェル層と、バリア層と、を有している。ウェル層およびバリア層は、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。ウェル層は、例えば、ＩｎＧａＮ層である。バリア層は、例えば、ＧａＮ層である。発光層３４は、ウェル層とバリア層とから構成されたＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構造を有している。
なお、発光層３４を構成するウェル層およびバリア層の数は、特に限定されない。例えば、ウェル層は、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。
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、発光層３４と第１電極４０との間に設けられている。第２半導体層３６は、第１導電型と異なる第２導電型の半導体層である。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。
なお、図示はしないが、第１半導体層３２と発光層３４との間、および発光層３４と第２半導体層３６との間の少なくとも一方に、ｉ型のＩｎＧａＮ層およびＧａＮ層からなるＯＣＬ（Optical Confinement Layer）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。
発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層３６、不純物が意図的に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２電極４２と第３電極４４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。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することができる。
また、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。
１．２． 電極
第１電極４０は、積層体２０の基板１０とは反対側に設けられている。図示の例では、第１電極４０は、第２半導体層３６上に設けられている。第１電極４０は、第２半導体層３６に接している。第１電極４０は、第２半導体層３６と第２電極４２との間に設けられている。第１半導体層３２、発光層３４、第２半導体層３６、および第１電極４０は、複数の柱状部３０を構成している。図示の例では、隣り合う柱状部３０の間は、空隙である。
第１電極４０が設けられている部分の面内方向における平均屈折率は、第２半導体層３６が設けられている部分の面内方向における平均屈折率よりも低い。ここで、第１電極４０が設けられている部分の面内方向の平均屈折率ｎＡＶＥは、下記式（１）として表される。
Figure 2023041230000002
ただし、式（１）において、ε１は、第１電極４０を構成する材料の誘電率である。ε２は、隣り合う柱状部３０の間の材料の誘電率であり、隣り合う柱状部３０が空隙である場合、「１」である。φは、第１電極４０が設けられている部分の面内方向における第１電極４０の充填率（面内方向と平行な平面で発光装置１００を切断した場合に、第１電極４０の断面積Ｓ１と、空隙の断面積Ｓ２と、の比（Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）））である。第２半導体層３６が設けられている部分における面内方向の平均屈折率、および第２電極４２が設けられている部分における面内方向の平均屈折率についても、式（１）と同様に求めることができる。
第１電極４０の屈折率は、例えば、第２半導体層３６の屈折率よりも低い。第１電極４０の抵抗率は、第２半導体層３６の抵抗率よりも低い。第１電極４０は、発光層３４で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極である。第１電極４０の材質は、例え
ば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺｎＯである。第１電極４０の材質は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯからなるＩＧＺＯであってもよい。図示の例では、第１電極４０の厚さは、発光層３４の厚さよりも大きく、第２半導体層３６の厚さよりも小さい。
第２電極４２は、第１電極４０の基板１０とは反対側に設けられている。図示の例では、第２電極４２は、第１電極４０上に設けられている。第２電極４２は、複数の柱状部３０に接続されている。第２電極４２は、複数の柱状部３０にわたって設けられている。図示の例では、第２電極４２は、複数の柱状部３０に接している。第２電極４２は、面内方向に連続した連続膜の形状を有している。第２電極４２が設けられた部分における面内方向の平均屈折率は、第１電極４０が設けられた部分における面内方向の平均屈折率よりも高い。第２電極４２は、発光層３４で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極である。第２電極４２の材質は、例えば、第１電極４０と同じである。第１電極４０および第２電極４２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３電極４４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３電極４４とオーミックコンタクトしていてもよい。第３電極４４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３電極４４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３電極４４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３電極４４は、発光層３４に電流を注入するための他方の電極である。
１．３． 作用効果
発光装置１００は、積層体２０の基板１０とは反対側に設けられた第１電極４０と、第１電極４０の基板１０とは反対側に設けられた第２電極４２と、を有する。第１電極４０は、複数の柱状部３０を構成し、第２電極４２は、複数の柱状部３０に接続されている。そのため、発光装置１００は、第１電極４０が設けられていない場合に比べて、発光層３４と第２電極４２との距離を大きくすることができる。そのため、発光層３４で発生した光が第２電極４２側に漏れたとしても、第２電極４２で吸収される光を低減することができる。さらに、仮に、第２電極４２側に光が漏れたとしても、第１電極４０は複数の柱状部３０を構成しているため、第１電極が複数の柱状部を構成せず面内方向に連続した連続膜である場合に比べて、第１電極４０における光の吸収を低減することができる。
さらに、発光装置１００では、第１電極４０は、発光層３４で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極である。そのため、発光装置１００では、第１電極４０が第２半導体層で構成されている場合に比べて、第１電極４０の抵抗を小さくすることができる。
したがって、発光装置１００では、第２電極４２側に漏れて第２電極４２で吸収される光を低減しつつ、低抵抗化を図ることができる。第２電極４２側に漏れて第２電極４２で吸収される光を低減することによって、発振閾値を下げることができる。低抵抗化によって、発光装置１００の動作電圧を下げ、低消費電力化を図ることができる。
発光装置１００では、図１に示すように、面内方向における平均屈折率は、第１電極４０が設けられた部分の方が、第２半導体層３６が設けられた部分よりも低い。そのため、発光装置１００では、第２半導体層が設けられた部分の面内方向における平均屈折率が、第１電極が設けられた部分の面内方向に平均屈折率以上である場合に比べて、光閉じ込め係数を大きくすることができる。
なお、図１では、積層方向の位置に対する、面内方向における平均屈折率および光強度を示すグラフを記載している。図１のグラフにおいて、破線は、第１電極が複数の柱状部
を構成せず面内方向に連続した連続膜である場合における平均屈折率および光強度を示している。
発光装置１００では、第１半導体層３２、第２半導体層３６、および発光層３４は、複数の柱状部３０を構成する。そのため、発光装置１００では、第１半導体層、第２半導体層、および発光層が複数の柱状部を構成しない場合に比べて、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。
発光装置１００では、第２電極４２は、発光層３４で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極である。そのため、発光装置１００では、第２電極４２を透過して光を出射することができる。
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２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２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２４を形成する。マスク層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、電子線リソグラフィーおよびドライエッチングによって行われる。
次に、マスク層２４をマスクとしてバッファー層２２上に、第１半導体層３２、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。ＭＢＥ法を用いる場合は、高周波プラズマ励起の窒素源を利用したＲＦ－ＭＢＥ法を用いてもよい。本工程により、積層体２０を形成することができる。
図１に示すように、第２半導体層３６上に、第１電極４０を形成する。第１電極４０は、例えば、スパッタ法によって形成される。スパッタ法における温度や圧力、成膜速度を制御することにより、独立した柱状の形状を維持する第１電極４０を形成することができる。本工程により、複数の柱状部３０を形成することができる。
次に、第１電極４０上に第２電極４２を形成する。第２電極４２は、例えば、電子線蒸着法によって形成される。第２電極４２を電子線蒸着法によって形成することにより、複数の柱状部３０に接続される第２電極４２を形成することができる。
なお、第２電極４２は、スパッタ法によって形成されてもよい。第２電極４２をスパッタ法で形成する場合、当該スパッタ法の条件は、第１電極４０を形成する工程におけるスパッタ法の条件と異なり、第２電極４２が複数の柱状部３０に接続されるような条件である。
次に、バッファー層２２上に、第３電極４４を形成する。第３電極４４は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法によって形成される。なお、第１電極４０を形成する工程と、第３電極４４を形成する工程と、の順序は、特に限定されない。また、第２電極４２を形成する工程と、第３電極４４を形成する工程と、の順序は、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
３．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る発光装置２００について、図面を参照しながら説明する。図３は、本実施形態の第１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、本実施形態の第１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。このことは、以下に説明する本実施形態の第２～第５変形例について同様である。
発光装置２００では、図３に示すように、第１金属層５０を有している点において、上述した発光装置１００と異なる。
第１金属層５０は、第２半導体層３６と第１電極４０との間に設けられている。図示の例では、第１金属層５０は、複数の柱状部３０を構成している。第１金属層５０は、発光層３４で発生した光を透過させる。第１金属層５０の厚さは、例えば、数十ｎｍ以下である。第１金属層５０の厚さが数十ｎｍ以下であれば、第１金属層５０は、発光層３４で発生した光を透過させることができる。第２半導体層３６は、第１金属層５０とオーミックコンタクトしていてもよい。
第１金属層５０の抵抗率は、第１電極４０の抵抗率および第２電極４２の抵抗率よりも低い。第１金属層５０としては、例えば、第２半導体層３６側から、Ｔｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いる。第２半導体層３６と接するＴｉ層を設けることにより、Ｔｉ層を設けない場合に比べて、第２半導体層３６と第１金属層５０との密着性を向上させることができる。第１金属層５０は、例えば、電子線蒸着法などによって形成される。
発光装置２００では、第２半導体層３６と第１電極４０との間に設けられ、発光層３４で発生した光を透過させる第１金属層５０を有し、第１金属層５０の抵抗率は、第１電極４０の抵抗率よりも低い。そのため、発光装置２００では、第１金属層の抵抗率が第１電極の抵抗率以上の場合に比べて、第１金属層５０と第２半導体層３６との接触抵抗を下げることができる。これにより、面内方向において、均一性の高い発光を得られることができる。
３．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る発光装置３００について、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態の第２変形例に係る発光装置３００を模式的に示す断面図である。
発光装置３００では、図４に示すように、第２金属層５２を有している点において、上述した発光装置１００と異なる。
第２金属層５２は、第１電極４０と第２電極４２との間に設けられている。第２電極４２は、第２金属層５２を介して、複数の柱状部３０に接続されている。第２金属層５２は、発光層３４で発生した光を透過させる。第２金属層５２の厚さは、例えば、数十ｎｍ以下である。第２金属層５２厚さが数十ｎｍ以下であれば、第２金属層５２は、発光層３４で発生した光を透過させることができる。
第２金属層５２の抵抗率は、第１電極４０の抵抗率および第２電極４２の抵抗率よりも低い。第２金属層５２としては、例えば、第１電極４０側から、Ｔｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いる。第１電極４０と接するＴｉ層を設けることにより、Ｔｉ層を設けない場合に比べて、第１電極４０と第２金属層５２との密着性を向上させることができる。第２金属層５２は、例えば、電子線蒸着法などによって形成される。
発光装置３００では、第１電極４０と第２電極４２との間に設けられ、発光層３４で発生した光を透過させる第２金属層５２を有し、第２金属層５２の抵抗率は、第２電極４２の抵抗率よりも低い。そのため、発光装置２００では、第２金属層の抵抗率が第２電極の抵抗率以上の場合に比べて、第１電極４０と第２金属層５２との接触抵抗を下げることができる。これにより、面内方向において、均一性の高い発光を得られることができる。
３．３． 第３変形例
次に、本実施形態の第３変形例に係る発光装置について説明する。
上述した本実施形態に係る発光装置１００では、第２電極４２は、発光層３４で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極であった。
これに対し、本実施形態の第３変形例に係る発光装置（以下、単に「第３変形例に係る発光装置」ともいう）では、第２電極４２は、金属からなる金属電極である。第２電極４２の抵抗率は、第１電極４０の抵抗率よりも低い。第２電極４２としては、例えば、第１電極４０側から、Ｔｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いる。第１電極４０と接するＴｉ層を設けることにより、Ｔｉ層を設けない場合に比べて、第１電極４０と第２電極４２との密着性を向上させることができる。
第２電極４２は、発光層３４で発生した光を透過させない。第３変形例に係る発光装置は、例えば、発光層３４で発生した光を基板１０側から出射させるフリップチップ型の発光装置である。第３変形例に係る発光装置では、基板１０とバッファー層２２との間、および基板１０の下に、反射層は設けられていない。
第３変形例に係る発光装置では、第２電極４２の抵抗率は、第１電極４０の抵抗率よりも低い。そのため、第３変形例に係る発光装置では、第２電極の抵抗率が第１電極の抵抗率以上の場合に比べて、第２電極４２の抵抗を下げることができる。これにより、面内方向において、均一性の高い発光を得られることができる。
３．４． 第４変形例
次に、本実施形態の第４変形例に係る発光装置４００について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の第４変形例に係る発光装置４００を模式的に示す平面図である。図６は、本実施形態の第４変形例に係る発光装置４００を模式的に示す図５のＶＩ
－ＶＩ線断面図である。なお、便宜上、図５では、発光装置４００の柱状部集合体４３０およびスペーサー電極４６以外の部材の図示を省略している。
発光装置４００は、図５および図６に示すように、複数の柱状部３０が柱状部集合体４３０を構成している点において、上述した発光装置１００と異なる。
柱状部集合体４３０は、複数設けられている。柱状部集合体４３０は、図５に示すように、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。図示の例では、複数の柱状部３０は、三角格子状に配置されている。１つの柱状部集合体４３０は、例えば、４つの柱状部３０で構成されている。
発光装置４００では、複数の柱状部３０によって柱状部集合体４３０を構成することにより、柱状部３０の径が小さくても、フォトニック結晶効果を発現させるための周期構造のピッチを大きくすることができる。
発光装置４００では、図６に示すように、第１電極４０と第２電極４２との間に設けられたスペーサー電極４６を有している。発光装置４００では、第１電極４０は、徐々に幅が大きくなる条件で成膜され、１つの柱状部集合体４３０を構成する複数の柱状部３０にわたってスペーサー電極４６が形成される。スペーサー電極４６は、１つの柱状部集合体４３０に対して、１つ設けられている。スペーサー電極４６は、複数の柱状部３０に接している。スペーサー電極４６は、第１電極４０と同じ条件で形成された電極である。スペーサー電極４６の材質は、第１電極４０と同じである。第２電極４２は、複数のスペーサー電極４６にわたって設けられている。第２電極４２は、スペーサー電極４６を介して、複数の柱状部３０に接続されている。第２電極４２は、複数の柱状部集合体４３０において、共通の電極である。
３．５． 第５変形例
次に、本実施形態の第５変形例に係る発光装置５００について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の第５変形例に係る発光装置５００を模式的に示す平面図である。図８は、本実施形態の第５変形例に係る発光装置５００を模式的に示す図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図である。なお、便宜上、図７では、第２電極４２の図示を省略している。
上述した発光装置１００では、図１に示すように、第１半導体層３２、発光層３４、第２半導体層３６、および第１電極４０は、複数の柱状部３０を構成していた。
これに対し、発光装置５００では、図７および図８に示すように、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６は、複数の柱状部３０を構成していない。複数の柱状部３０は、第１電極４０によって構成されている。第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６は、厚さ方向に比べて面内方向の大きさが大きい膜状を有している。
発光層３４は、図７に示すように、第１側面３４ａと、第２側面３４ｂと、を有している。第１側面３４ａと第２側面３４ｂとは、互いに反対方向を向いている。図示の例では、第１側面３４ａおよび第２側面３４ｂは、互いに平行である。複数の柱状部３０は、例えば、三角格子状に配置されている。柱状部３０の平面形状は、例えば、円である。
発光層３４の一部は、光導波路５３４を構成している。光導波路５３４は、光を導波させることができる。積層方向からみて、第１電極４０は、光導波路５３４と重なっている。光導波路５３４には、第１電極４０から電流が注入される。図８に示す例では、複数の柱状部３０は、列を構成している。複数の柱状部３０によって構成される列の一方の端に第１柱状部３０ａが位置し、他方の端に第２柱状部３０ｂが位置している。図示の例では、積層方向からみて、第１柱状部３０ａの中心と光導波路５３４の一方の端とが重なり、第２柱状部３０ｂの中心と光導波路５３４の他方の端とが重なっている。
第３電極４４は、基板１０の下に設けられている。基板１０は、導電性を有している。基板１０は、第３電極４４とオーミックコンタクトしていてもよい。第３電極４４は、例えば、基板１０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。
発光装置５００では、第２電極４２と第３電極４４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に光導波路５３４を生じ、光導波路５３４において発光層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。この発生した光を起点として、連続的に誘導放出が起こり、光導波路５３４で光強度が増幅される。光は、第１側面３４ａと第２側面３４ｂとの間の光導波路５３４を往復する間に、利得を受けてレーザー発振し、第１側面３４ａおよび第２側面３４ｂの少なくとも一方からレーザー光として出射される。
複数の柱状部３０のピッチは、発光層３４で発生した光の波長よりも小さい。そのため、光導波路５３４を進行する光が複数の柱状部３０によって散乱されることを抑制することができる。
なお、図示はしないが、第１側面３４ａに反射防止膜が設けられ、第２側面３４ｂに反射膜が設けられていてもよい。これにより、第１側面３４ａのみから光を出射することができる。
また、上記の例では、光導波路５３４は、第１電極４０からの電流注入によって形状が規定される利得導波型の光導波路について説明したが、光導波路５３４は、図示はしないが、第２半導体層３６に設けられたリッジによって形状が規定される屈折率導波型の光導波路であってもよい。
また、複数の柱状部３０は、周期的に配列されていてもよいし、周期的に配列されていなくてもよい。複数の柱状部３０は、フォトニック結晶効果を発現するように配列されていてもよい。
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９は、本実施形態に係るプロジェクター８００を模式的に示す図である。
プロジェクター８００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８００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９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８００は、さらに、筐体内に備えられている、第１光学素子８０２Ｒと、第２光学素子８０２Ｇと、第３光学素子８０２Ｂと、第１光変調装置８０４Ｒと、第２光変調装置８０４Ｇと、第３光変調装置８０４Ｂと、投射装置８０８と、を有している。第１光変調装置８０４Ｒ、第２光変調装置８０４Ｇ、および第３光変調装置８０４Ｂは、例えば、透過型の液晶ライトバルブである。投射装置８０８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８０２Ｒ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８０２Ｒによって集光される。なお、第１光学素子８０２Ｒ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８０２Ｇおよび第３光学素子８０２Ｂについても同様である。
第１光学素子８０２Ｒによって集光された光は、第１光変調装置８０４Ｒに入射する。第１光変調装置８０４Ｒ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８０８は、第１光変調装置８０４Ｒによって形成された像を拡大してスクリーン８１０
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８０２Ｇ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８０２Ｇによって集光される。
第２光学素子８０２Ｇによって集光された光は、第２光変調装置８０４Ｇに入射する。第２光変調装置８０４Ｇ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８０８は、第２光変調装置８０４Ｇによって形成された像を拡大してスクリーン８１０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８０２Ｂ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８０２Ｂによって集光される。
第３光学素子８０２Ｂによって集光された光は、第３光変調装置８０４Ｂに入射する。第３光変調装置８０４Ｂ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８０８は、第３光変調装置８０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン８１０に投射する。
また、プロジェクター８００は、第１光変調装置８０４Ｒ、第２光変調装置８０４Ｇ、および第３光変調装置８０４Ｂから出射された光を合成して投射装置８０８に導くクロスダイクロイックプリズム８０６を有することができる。
第１光変調装置８０４Ｒ、第２光変調装置８０４Ｇ、および第３光変調装置８０４Ｂ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８０６に入射する。クロスダイクロイックプリズム８０６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８０８によりスクリーン８１０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８０４Ｒ、第２光変調装置８０４Ｇ、および第３光変調装置８０４Ｂ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８０８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８１０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、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、ヘ
ッドマウントディスプレイの表示装置、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、
基板と、
前記基板に設けられた積層体と、
前記積層体の前記基板とは反対側に設けられた第１電極と、
前記第１電極の前記基板とは反対側に設けられた第２電極と、
を有し、
前記積層体は、
第１導電型の第１半導体層と、
前記第１導電型と異なる第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、
前記第１電極は、複数の柱状部を構成し、
前記第２電極は、前記複数の柱状部に接続され、
前記第１電極は、前記発光層で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極である。
この発光装置によれば、第２電極側に漏れて第２電極で吸収される光を低減しつつ、低抵抗化を図ることができる。
発光装置の一態様において、
前記積層体の積層方向と直交する方向における平均屈折率は、前記第１電極が設けられた部分の方が、前記第２半導体層が設けられた部分よりも低くてもよい。
この発光装置によれば、光閉じ込め係数を大きくすることができる。
発光装置の一態様において、
前記第１半導体層、前記第２半導体層、および前記発光層は、前記複数の柱状部を構成してもよい。
この発光装置によれば、高品質な結晶の発光層を得ることができ、かつ、発光層に内在する歪を低減することができる。
発光装置の一態様において、
前記第２半導体層と前記第１電極との間に設けられ、前記発光層で発生した光を透過させる第１金属層を有し、
前記第１金属層の抵抗率は、前記第１電極の抵抗率よりも低くてもよい。
この発光装置によれば、第１金属層と第２半導体層との接触抵抗を下げることができる。
発光装置の一態様において、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記発光層で発生した光を透過させる第２金属層を有し、
前記第２金属層の抵抗率は、前記第２電極の抵抗率よりも低くてもよい。
この発光装置によれば、第１電極と第２金属層との接触抵抗を下げることができる。
発光装置の一態様において、
前記第２電極は、前記発光層で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極であってもよい。
この発光装置によれば、第２電極を透過して光を出射することができる。
発光装置の一態様において、
前記第２電極の抵抗率は、前記第１電極の抵抗率よりも低くてもよい。
この発光装置によれば、第２電極の抵抗を下げることができる。
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。
１０…基板、２０…積層体、２２…バッファー層、２４…マスク層、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、３４ａ…第１側面、３４ｂ…第２側面、３６…第２半導体層、４０…第１電極、４２…第２電極、４４…第３電極、４６…スペーサー電極、５０…第１金属層、５２…第２金属層、１００，２００，３００，４００…発光装置、４３０…柱状部集合体、５００…発光装置、５３４…光導波路、８００…プロジェクター、８０２Ｒ…第１光学素子、８０２Ｇ…第２光学素子、８０２Ｂ…第３光学素子、８０４Ｒ…第１光変調装置、８０４Ｇ…第２光変調装置、８０４Ｂ…第３光変調装置、８０６…クロスダイクロイックプリズム、８０８…投射装置、８１０…スクリーン

Claims (8)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられた積層体と、
    前記積層体の前記基板とは反対側に設けられた第１電極と、
    前記第１電極の前記基板とは反対側に設けられた第２電極と、
    を有し、
    前記積層体は、
    第１導電型の第１半導体層と、
    前記第１導電型と異なる第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、
    前記第１電極は、複数の柱状部を構成し、
    前記第２電極は、前記複数の柱状部に接続され、
    前記第１電極は、前記発光層で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極である、発光装置。
  2. 請求項１において、
    前記積層体の積層方向と直交する方向における平均屈折率は、前記第１電極が設けられた部分の方が、前記第２半導体層が設けられた部分よりも低い、発光装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記第１半導体層、前記第２半導体層、および前記発光層は、前記複数の柱状部を構成する、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２半導体層と前記第１電極との間に設けられ、前記発光層で発生した光を透過させる第１金属層を有し、
    前記第１金属層の抵抗率は、前記第１電極の抵抗率よりも低い、発光装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
    前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記発光層で発生した光を透過させる第２金属層を有し、
    前記第２金属層の抵抗率は、前記第２電極の抵抗率よりも低い、発光装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
    前記第２電極は、前記発光層で発生した光を透過させる金属酸化物からなる透明電極である、発光装置。
  7. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
    前記第２電極の抵抗率は、前記第１電極の抵抗率よりも低い、発光装置。
  8. 請求項１ないし７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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