JP2023041231A - 発光装置、プロジェクター、およびディスプレイ - Google Patents

発光装置、プロジェクター、およびディスプレイ Download PDF

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貴史 野田
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Abstract

【課題】第１柱状部と配線との間にリーク電流が流れる可能性を小さくすることができる発光装置を提供する。【解決手段】基板と、前記基板に設けられた複数の第１柱状部と、前記基板に設けられ、前記基板の法線方向からみて前記複数の第１柱状部を囲む複数の第２柱状部と、前記複数の第１柱状部に接続された第１半導体層と、前記第１半導体層および前記複数の第２柱状部を覆う絶縁層と、前記第１半導体層と電気的に接続された配線と、を有し、前記複数の第１柱状部の各々、および前記複数の第２柱状部の各々は、ｎ型の第２半導体層と、ｐ型の第３半導体層と、ｕ型の第４半導体層と、を有し、前記複数の第１柱状部の各々における前記第４半導体層は、電流が注入されて発光し、前記複数の第２柱状部の各々における前記第４半導体層には、電流が注入されず、前記法線方向からみて、前記配線は、前記複数の第２柱状部の少なくとも１つと重なっている、発光装置。【選択図】図２

Description

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。
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、ナノワイヤーを成長させる段階と、ナノワイヤーの自由端を覆うようにカプセル層を形成する段階と、カプセル層上に第２電極を形成する段階と、第２電極をマスクする段階と、マスクされていない第２電極、カプセル層、およびナノワイヤーをエッチングすることによって、基本発光領域の個別化を行う段階と、を含む発光デバイスの製造方法が記載されている。
特表２０１３－５０２７１５号公報
上記のような発光デバイスでは、第２電極と接続する配線を引き回す場合、配線と、基本発光領域のナノワイヤーと、の接触を防ぐため、基本発光領域を覆う絶縁層を形成する。しかしながら、特許文献１では、隣り合う基本発光領域の間にナノワイヤーが除去された部分が存在するため、当該部分と基本発光領域との間に段差が生じる。段差が生じると、絶縁層の付きまわりが悪くなり、配線と、基本発光領域のナノワイヤーと、の間にリーク電流が流れてしまう。
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複数の第１柱状部と、
前記基板に設けられ、前記基板の法線方向からみて前記複数の第１柱状部を囲む複数の第２柱状部と、
前記複数の第１柱状部の前記基板とは反対側に設けられ、前記複数の第１柱状部に接続された第１半導体層と、
前記第１半導体層および前記複数の第２柱状部を覆う絶縁層と、
前記絶縁層の前記基板とは反対側に設けられ、前記第１半導体層と電気的に接続された配線と、
を有し、
前記複数の第１柱状部の各々、および前記複数の第２柱状部の各々は、
ｎ型の第２半導体層と、
ｐ型の第３半導体層と、
前記第２半導体層と前記第３半導体層との間に設けられたｕ型の第４半導体層と、
を有し、
前記複数の第１柱状部の各々における前記第４半導体層は、電流が注入されて発光し、
前記複数の第２柱状部の各々における前記第４半導体層には、電流が注入されず、
前記法線方向からみて、前記配線は、前記複数の第２柱状部の少なくとも１つと重なっ
ている。
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。
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断面図。 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断面図。 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実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１参考例に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第１参考例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断面図。 第２参考例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第３実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第３実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第４実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第５実施形態に係るディスプレイを模式的に示す平面図。 第５実施形態に係るディスプレイを模式的に示す断面図。
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． 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を模式的に示す平面図である。図２は、第１実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図３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って、図２の領域Ａ１の拡大図である。図４は、第１実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す図１のＩＶ－ＩＶ線断面図である。なお、図１～図４では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。
発光装置１００は、図１～図４に示すように、例えば、基板１０と、積層体２０と、第１半導体層４０と、第１電極５０と、第２電極５２と、絶縁層６０と、第１配線７０と、第２配線７２と、パッド８０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、複数の柱状部３０と、を有している。柱状部３０は、ｎ型の第２半導体層（以下、「ｎ型半導体層３２」ともいう）と、ｐ型の第３半導体層（以下、「ｐ型半導体層３６」ともいう）と、ｕ型の第４半導体層（以下、「ｕ型半導体層３４」ともいう）と、を有している。なお、便宜上、図２では、柱状部３０を簡略化して図示している。また、図３では、柱状部３０、第１半導体層４０、および第２電極５２以外の部材の図示を省略している。
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、ｕ型半導体層３４を基準とした場合、ｕ型半導体層３４からｐ型半導体層３６に向かう方向を「上」とし、ｕ型半導体層３４からｎ型半導体層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、ｎ型半導体層３２とｕ型半導体層３４との積層方向のことであり、基板１０の法線Ｎ方向である。図示の例では、積層方向は、Ｚ軸方向である。
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。図示はしないが、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が設けられている。マスク層は、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ｕ型半導体層３４を得ることができ、かつ、ｕ型半導体層３４に内在する歪を低減することができる。これにより、ｕ型半導体層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のｎ型半導体層３２は、バッファー層２２上に設けられている。ｎ型半導体
層３２は、基板１０とｕ型半導体層３４との間に設けられている。ｎ型半導体層３２は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。
柱状部３０のｕ型半導体層３４は、ｎ型半導体層３２上に設けられている。ｕ型半導体層３４は、ｎ型半導体層３２とｐ型半導体層３６との間に設けられている。ｕ型半導体層３４は、不純物が意図的にドープされていないアンドープ型の半導体層である。ｕ型半導体層３４は、真性半導体（intrinsic semiconductor）からなるｉ型の半導体層であってもよい。ｕ型半導体層３４は、例えば、ウェル層と、バリア層と、を有している。ウェル層は、例えば、ＩｎＧａＮ層である。バリア層は、例えば、ＧａＮ層である。ｕ型半導体層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、ｕ型半導体層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、ｕ型半導体層３４は、ＳＱＷ（Single Quantum Well）構造を有している。
柱状部３０のｐ型半導体層３６は、ｕ型半導体層３４上に設けられている。ｐ型半導体層３６は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層である。
複数の柱状部３０のうちの第１柱状部３０ａは、電流が注入されて発光する柱状部である。複数の柱状部３０のうちの第２柱状部３０ｂは、電流が注入されない柱状部である。第１柱状部３０ａは、複数設けられている。第２柱状部３０ｂは、複数設けられている。複数の第１柱状部３０ａ、および複数の第２柱状部３０ｂは、基板１０に設けられている。図２に示す例では、複数の第１柱状部３０ａ、および複数の第２柱状部３０ｂは、バッファー層２２を介して、基板１０に設けられている。バッファー層２２は、例えば、複数の第１柱状部３０ａが設けられた第１領域２４と、複数の第２柱状部３０ｂが設けられた第２領域２６と、を有している。第１領域２４および第２領域２６は、バッファー層２２の上面であり、互いに接している。第２領域２６は、積層方向からみて、第１領域２４を囲んでいる。複数の第２柱状部３０ｂは、積層方向からみて、複数の第１柱状部３０ａを囲んでいる。
図３に示す例では、複数の第２柱状部３０ｂは、複数の第１柱状部３０ａと連続して設けられている。すなわち、第２柱状部３０ｂ１と第１柱状部３０ａ１との間の距離は、第２柱状部３０ｂ１と第２柱状部３０ｂ２との間の距離と同じである。第２柱状部３０ｂ１は、第１柱状部３０ａ１と隣り合う柱状部である。第１柱状部３０ａ１は、複数の第１柱状部３０ａのうち最外に位置する柱状部である。第２柱状部３０ｂ２は、第２柱状部３０ｂ１と隣り合う柱状部である。
第１柱状部３０ａの径と、第２柱状部３０ｂの径とは、例えば、同じである。複数の第１柱状部３０ａのピッチと、複数の第２柱状部３０ｂのピッチとは、例えば、同じである。第１柱状部３０ａの高さと、第２柱状部３０ｂの高さとは、例えば、同じである。なお、「柱状部の高さ」とは、柱状部３０の積層方向の大きさのことである。
複数の第１柱状部３０ａの各々、および複数の第２柱状部３０ｂの各々は、ｎ型半導体層３２と、ｕ型半導体層３４と、ｐ型半導体層３６と、を有している。
複数の第１柱状部３０ａの各々におけるｕ型半導体層３４は、第１電極５０および第２電極５２によって電流が注入されて発光する。第１柱状部３０ａのｕ型半導体層３４は、光を発生させる発光層である。
複数の第２柱状部３０ｂの各々におけるｕ型半導体層３４には、電流が注入されない。そのため、第２柱状部３０ｂのｕ型半導体層３４は、発光しない。図３に示す例では、第２柱状部３０ｂのｐ型半導体層３６は、第２電極５２と電気的に分離されている。
発光装置１００では、第１柱状部３０ａのｐ型半導体層３６、第１柱状部３０ａのｕ型半導体層３４，および第１柱状部３０ａのｎ型半導体層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５０と第２電極５２との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、第１柱状部３０ａのｕ型半導体層３４に電流が注入されて第１柱状部３０ａのｕ型半導体層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。第１柱状部３０ａのｕ型半導体層３４で発生した光は、面内方向に伝搬し、複数の第１柱状部３０ａ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、第１柱状部３０ａのｕ型半導体層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、第１柱状部３０ａのｕ型半導体層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５２側からのみ光を出射することができる。
第１半導体層４０は、複数の第１柱状部３０ａの基板１０側とは反対側に設けられている。第１半導体層４０は、複数の第１柱状部３０ａ上に設けられている。第１半導体層４０は、複数の第１柱状部３０ａと第２電極５２との間に設けられている。第１半導体層４０は、複数の第１柱状部３０ａに接続されている。第１半導体層４０の厚さは、例えば、数十ｎｍである。第１半導体層４０は、第１柱状部３０ａの接している半導体層と同じ導電型を有している。図示の例では、第１半導体層４０は、第１柱状部３０ａのｐ型半導体層３６と接している。第１半導体層４０は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層である。図１に示す例では、第１半導体層４０の平面形状は、円形である。
第１電極５０は、図４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５０とオーミックコンタクトしていてもよい。第１電極５０は、第１柱状部３０ａのｎ型半導体層３２と電気的に接続されている。図示の例では、第１電極５０は、バッファー層２２を介して、第１柱状部３０ａのｎ型半導体層３２と電気的に接続されている。第１電極５０は、第１柱状部３０ａのｕ型半導体層３４に電流を注入するための一方の電極である。第１電極５０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５２は、図２および図３に示すように、第１半導体層４０の基板１０とは反対側に設けられている。第２電極５２は、第１半導体層４０上に設けられている。第２電極５２は、第１半導体層４０と第２配線７２との間に設けられている。第１半導体層４０は、第２電極５２とオーミックコンタクトしていてもよい。
第２電極５２は、図１に示すように、積層方向からみて、第１半導体層４０と完全に重なっている。すなわち、積層方向からみて、第２電極５２は、第１半導体層４０と重なっていない部分を有しておらず、第１半導体層４０は、第２電極５２と重なっていない部分を有していない。図示の例では、第２電極５２の平面形状は、円形である。第２電極５２は、第１柱状部３０ａのｐ型半導体層３６と電気的に接続されている。図示の例では、第２電極５２は、第１半導体層４０を介して、第１柱状部３０ａのｐ型半導体層３６と電気的に接続されている。第２電極５２は、第１柱状部３０ａのｕ型半導体層３４に電流を注
入するための他方の電極である。第２電極５２としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺｎＯを用いる。
第２電極５２、第１電極５０、第１半導体層４０、複数の第１柱状部３０ａ、バッファー層２２は、例えば、発光素子１０２を構成している。発光素子１０２は、半導体レーザーである。発光素子１０２は、例えば、複数設けられている。図１に示す例では、４つの発光素子１０２が設けられているが、その数は、特に限定されない。複数の発光素子１０２は、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にマトリックス状に配列されている。バッファー層２２は、複数の発光素子１０２において、共通の層である。第１電極５０は、複数の発光素子１０２において、共通の電極である。隣り合う発光素子１０２の間には、複数の第２柱状部３０ｂが設けられている。積層方向からみて、複数の第２柱状部３０ｂは、発光素子１０２を囲んでいる。
絶縁層６０は、図２に示すように、第１半導体層４０および複数の第２柱状部３０ｂを覆っている。図示の例では、絶縁層６０は、第２電極５２を介して第１半導体層４０を覆っている。絶縁層６０は、複数の第２柱状部３０ｂ上、第１電極５０上、および第２電極５２上に設けられている。絶縁層６０は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層である。
絶縁層６０には、図４に示すように、第１コンタクトホール６２が設けられている。第１コンタクトホール６２は、積層方向からみて、第１電極５０と重なっている。絶縁層６０には、図２に示すように、第２コンタクトホール６４が設けられている。第２コンタクトホール６４は、積層方向からみて、第２電極５２と重なっている。
第１配線７０は、図４に示すように、第１電極５０上および絶縁層６０上に設けられている。第１配線７０は、絶縁層６０に設けられた第１コンタクトホール６２を介して、第１電極５０と接続されている。第１配線７０としては、例えば、Ｃｕ層、Ａｌ層、Ａｕ層を用いる。
第２配線７２は、図２に示すように、絶縁層６０の基板１０とは反対側に設けられている。第２配線７２は、第２電極５２上および絶縁層６０上に設けられている。第２配線７２は、絶縁層６０に設けられた第２コンタクトホール６４介して、第２電極５２と接続されている。第２配線７２は、第１半導体層４０と電気的に接続されている。図示の例では、第２配線７２は、第２電極５２を介して、第１半導体層４０と電気的に接続されている。第２配線７２は、複数の発光素子１０２に対応して、複数設けられている。
第２配線７２は、例えば、第１層７４と、第２層７６と、を有している。第１層７４は、第２電極５２の上面、第２コンタクトホール６４を規定する絶縁層６０の側面、および絶縁層６０の上面に設けられている。図１に示す例では、第１層７４の平面形状は、円形である。第１層７４としては、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯを用いる。第２層７６は、絶縁層６０の上面に設けられている。第２層７６は、第１層７４とパッド８０とを接続している。第２層７６の平面形状は、略長方形である。第２層７６としては、例えば、Ｃｕ層、Ａｌ層、Ａｕ層を用いる。
第２配線７２は、積層方向からみて、複数の第２柱状部３０ｂの少なくとも１つと重なっている。図示の例では、第２配線７２の第２層７６は、積層方向からみて、複数の第２柱状部３０ｂと重なっている。第２配線７２の第２層７６は、積層方向からみて、第２領域２６と重なっている。
パッド８０は、絶縁層６０上に設けられている。パッド８０には、例えば、図示せぬワ
イヤーボンディングが接続されている。パッド８０の平面形状は、長方形である。パッド８０のＹ軸方向の大きさは、第２層７６のＹ軸方向の大きさよりも大きい。パッド８０は、複数の発光素子１０２に対応して、複数設けられている。パッド８０の材質は、例えば、第２層７６と同じである。
なお、上記では、第１柱状部３０ａのｕ型半導体層３４がＩｎＧａＮ系である場合について説明したが、第１柱状部３０ａのｕ型半導体層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。
また、発光素子１０２は、レーザーに限らず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）であってもよい。
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５および図６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、図示せぬマスク層を形成する。マスク層は、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、マスク層をマスクとしてバッファー層２２上に、ｎ型半導体層３２、ｕ型半導体層３４、およびｐ型半導体層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。本工程により、複数の柱状部３０を形成することができる。
図６に示すように、複数の第１柱状部３０ａ上に、第１半導体層４０を形成する。具体的には、第１半導体層４０をエピタキシャル成長させる。第１半導体層４０を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４０の成長は、柱状部３０の成長よりも、横方向に広がり易い条件で行われる。
次に、第１半導体層４０上に第２電極５２を形成する。第２電極５２は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法による成膜、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。当該エッチングによって、第２電極５２および第１半導体層４０を一括でエッチングすることができる。
図４に示すように、バッファー層２２上に第１電極５０を形成する。第１電極５０は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法による成膜、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。本工程により、複数の発光素子１０２を形成することができる。なお、第１電極５０を形成する工程と、第２電極５２を形成する工程と、の順序は、特に限定されない。
図２および図４に示すように、複数の第２柱状部３０ｂ、第１電極５０、および第２電
極５２を覆う絶縁層６０を形成する。絶縁層６０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。
次に、絶縁層６０をパターニングして、第１コンタクトホール６２および第２コンタクトホール６４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。
図２に示すように、第２電極５２上に第１層７４を形成する。次に、絶縁層６０上に、第２層７６およびパッド８０を形成する。第１層７４、第２層７６、およびパッド８０は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法によって形成される。本工程により、第１層７４および第２層７６を有する第２配線７２を形成することができる。
図１に示すように、第１電極５０と接続する第１配線７０を形成する。第１配線７０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配線７０を形成する工程と、第２配線７２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。
１．３． 作用効果
発光装置１００では、積層方向からみて、複数の第２柱状部３０ｂは複数の第１柱状部３０ａを囲んでいるため、絶縁層６０が設けられる部分の段差を小さくすることができる。そのため、発光装置１００では、絶縁層６０の付きまわりを良くすることができる。これにより、第１柱状部３０ａと第２配線７２とが接触する可能性を小さくすることができる。その結果、第１柱状部３０ａと第２配線７２との間にリーク電流が流れる可能性を小さくすることができる。さらに、第２配線７２が断線する可能性を小さくすることができる。
さらに、発光装置１００では、複数の第１柱状部３０ａの各々、および複数の第２柱状部３０ｂの各々は、ｎ型半導体層３２と、ｕ型半導体層３４と、ｐ型半導体層３６と、を有している。そのため、発光装置１００では、例えば第２柱状部がｐ型半導体層を有していない場合に比べて、第１柱状部３０ａと第２柱状部３０ｂとの高さの差を小さくすることができる。これにより、絶縁層６０が設けられる部分の段差を小さくすることができる。
ここで、図７は、第１参考例に係る発光装置１０００を模式的に示す平面図である。図８は、第１参考例に係る発光装置１０００を模式的に示す図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図である。
発光装置１０００の製造方法では、複数の柱状部１０３０を成長させた後、第１半導体層１０４０に接続された複数の柱状部１０３０以外の柱状部１０３０をエッチングする。そのため、複数の柱状部１０３０が設けられた領域と、柱状部１０３０が設けられていない領域と、で段差が生じる。この段差が反映されて絶縁層１０６０にも段差が生じる。絶縁層１０６０の段差部分１０６２は、他の部分に比べて薄くなり易く、応力に起因してクラック等のダメージが生じ易い。そのため、第２電極１０５２に接続された第２配線１０７２と、柱状部１０３０と、の間でリーク電流が流れ易くなる。
さらに、発光装置１０００の製造方法では、柱状部１０３０をエッチングする際に、エッチング残渣１０３１が生じる可能性がある。エッチング残渣１０３１が生じると、第２配線１０７２とエッチング残渣１０３１との間でリーク電流が流れ、意図しない箇所で発光する可能性がある。
発光装置１００では、上記のように、積層方向からみて複数の第１柱状部３０ａを囲む発光しない複数の第２柱状部３０ｂを有しているため、上記のような問題を解決することができる。
発光装置１００では、第１半導体層４０の基板１０とは反対側に設けられた第２電極５２を有し、第２配線７２は、絶縁層６０に設けられた第２コンタクトホール６４を介して、第２電極５２と接続されている。そのため、発光装置１００では、第２電極が複数の第１柱状部に直接設けられている場合に比べて、隣り合う第１柱状部の間に電極材料が入り込むことを抑制することができる。さらに、第２電極５２の平坦性を高めることができる。
発光装置１００では、積層方向からみて、第２電極５２は、第１半導体層４０と完全に重なっている。そのため、発光装置１００では、第１半導体層４０のエッチングと、第２電極５２のエッチングと、を同じ工程で一括に行うことができる。これにより、製造工程の短縮化を図ることができる。なお、第１半導体層４０のエッチングと、第２電極５２のエッチングは、別々の工程で行われてもよい。
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。図１０は、第２実施形態に係る発光装置２００を模式的に示す図９のＸ－Ｘ線断面図である。図１１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って、図１０の領域Ａ２の拡大図である。なお、便宜上、図１０では、柱状部３０を簡略化して図示している。また、図１１では、柱状部３０、絶縁層６０、および第５半導体層９０以外の部材の図示を省略している。
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。このことは、後述する第３実施形態に係る発光装置において同様である。
発光装置２００では、図９～図１１に示すように、第５半導体層９０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。
第５半導体層９０は、図１０および図１１に示すように、複数の第２柱状部３０ｂの基板１０とは反対側に設けられている。第５半導体層９０は、複数の第２柱状部３０ｂ上に設けられている。第５半導体層９０は、複数の第２柱状部３０ｂと絶縁層６０との間に設けられている。第５半導体層９０は、複数の第２柱状部３０ｂに接続されている。
第５半導体層９０は、第１半導体層４０と電気的に分離している。図示の例では、第５半導体層９０は、第１半導体層４０と離間している。積層方向からみて、第５半導体層９０は、第１半導体層４０を囲んでいる。第５半導体層９０は、第２電極５２と電気的に分離している。第５半導体層９０の厚さは、例えば、第１半導体層４０の厚さと同じである。第５半導体層９０の材質は、例えば、第１半導体層４０と同じである。
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。発光装置２００の製造方法は、図１０に示すように、第１半導体層４０と第５半
導体層９０とを同じ工程で形成すること以外は、上述した発光装置１００の製造方法と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。
２．３． 作用効果
発光装置２００では、複数の第２柱状部３０ｂの基板１０とは反対側に設けられ、複数の第２柱状部３０ｂに接続された第５半導体層９０を有し、第５半導体層９０は、第１半導体層４０と電気的に分離している。そのため、発光装置２００では、絶縁層６０の上面の平坦性を高めることができる。これにより、第２配線７２の断線の可能性をより小さくすることができる。
例えば、図１２に示すように、絶縁層２０６０が隣り合う第２柱状部２０３０ｂの間に入り込むこと、絶縁層２０６０の上面に凹部２０６２が形成される場合がある。そのため、絶縁層２０６０の上面の平坦性が低くなる場合がある。なお、図１２は、第２参考例に係る発光装置２０００を模式的に示す断面図である。
発光装置２００では、第５半導体層９０の厚さは、第１半導体層４０の厚さと同じであり、第５半導体層９０の厚さは、第１半導体層４０の厚さと同じである。そのため、発光装置２００では、例えば第１半導体層４０と第５半導体層９０とを同じ工程で形成することができる。これにより、製造工程の短縮化を図ることができる。
３． 第３実施形態
３．１． 発光装置
次に、第３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１３は、第３実施形態に係る発光装置３００を模式的に示す平面図である。図１４は、第３実施形態に係る発光装置３００を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、図１３では、第１半導体層４０および第２電極５２以外の部材の図示を省略している。また、図１４では、柱状部３０を簡略化して図示している。
上述した発光装置１００では、図１および図２に示すように、積層方向からみて、第２電極５２は、第１半導体層４０と完全に重なっていた。
これに対し、発光装置３００では、図１３および図１４に示すように、積層方向からみて、第２電極５２は、第１半導体層４０の外縁４２の内側に設けられている。第２電極５２は、外縁４２と重なっていない。
３．２． 発光装置の製造方法
次に、第３実施形態に係る発光装置３００の製造方法について説明する。発光装置３００の製造方法は、上述した発光装置１００の製造方法と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。
３．３． 作用効果
発光装置３００では、積層方向からみて、第２電極５２は、第１半導体層４０の外縁４２の内側に設けられ、外縁４２と重なっていない。そのため、発光装置３００では、例えば積層方向からみて第２電極を第１半導体層と完全に重なるように形成する場合に比べて、製造工程の精度に余裕を持たせることができる。
４． 第４実施形態
次に、第４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１５は、第４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１５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。
５． 第５実施形態
次に、第５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１６は、第５実施形態に係るディスプレイ９００を模式的に示す平面図である。図１７は、第５実施形態に係るディスプレイ９００を模式的に示す断面図である。なお、図１６では、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。
ディスプレイ９００は、例えば、光源として、発光装置１００を有している。
ディスプレイ９００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９００は、自発光型のディスプレイである。ディスプレイ９００は、図１６および図１７に示すように、回路基板９１０と、レンズアレイ９２０と、ヒートシンク９３０と、を有している。
回路基板９１０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９１０上には、回路基板９１０を保護するための透光性の基板が配置されている。
回路基板９１０は、表示領域９１２と、データ線駆動回路９１４と、走査線駆動回路９１６と、制御回路９１８と、を有している。
表示領域９１２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。
図示はしないが、回路基板９１０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９１６に接続されている。データ線は、データ線駆動回路９１４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。
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９２２と、図示しな
い画素回路と、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。
データ線駆動回路９１４および走査線駆動回路９１６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９１８は、画像の表示を制御する。
制御回路９１８には、上位回路から画像データが供給される。制御回路９１８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９１４および走査線駆動回路９１６に供給する。
走査線駆動回路９１６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９１４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。
レンズアレイ９２０は、複数のレンズ９２２を有している。レンズ９２２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９２２に入射する。
ヒートシンク９３０は、回路基板９１０に接触している。ヒートシンク９３０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９３０は、発光装置１００で発生した熱を、放熱する。
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、上述した実施形態に係る発光装置は、ヘッドマウントディスプレイの表示装置として用いることができる。
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複数の第１柱状部と、
前記基板に設けられ、前記基板の法線方向からみて前記複数の第１柱状部を囲む複数の第２柱状部と、
前記複数の第１柱状部の前記基板とは反対側に設けられ、前記複数の第１柱状部に接続された第１半導体層と、
前記第１半導体層および前記複数の第２柱状部を覆う絶縁層と、
前記絶縁層の前記基板とは反対側に設けられ、前記第１半導体層と電気的に接続された配線と、
を有し、
前記複数の第１柱状部の各々、および前記複数の第２柱状部の各々は、
ｎ型の第２半導体層と、
ｐ型の第３半導体層と、
前記第２半導体層と前記第３半導体層との間に設けられたｕ型の第４半導体層と、
を有し、
前記複数の第１柱状部の各々における前記第４半導体層は、電流が注入されて発光し、
前記複数の第２柱状部の各々における前記第４半導体層には、電流が注入されず、
前記法線方向からみて、前記配線は、前記複数の第２柱状部の少なくとも１つと重なっている。
この発光装置によれば、第１柱状部と配線との間にリーク電流が流れる可能性を小さくすることができる。
発光装置の一態様において、
前記複数の第２柱状部の前記基板とは反対側に設けられ、前記複数の第２柱状部に接続された第５半導体層を有し、
前記第５半導体層は、前記第１半導体層と電気的に分離していてもよい。
この発光装置によれば、絶縁層の上面の平坦性を高めることができる。
発光装置の一態様において、
前記第５半導体層の厚さは、前記第１半導体層の厚さと同じであり、
前記第５半導体層の材質は、前記第１半導体層の材質と同じであってもよい。
この発光装置によれば、例えば第１半導体層と第５半導体層とを同じ工程で形成することができる。
発光装置の一態様において、
前記第１半導体層の前記基板とは反対側に設けられた電極を有し、
前記配線は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して、前記電極と接続されていてもよい。
この発光装置によれば、隣り合う第１柱状部の間に電極材料が入り込むことを抑制することができる。
発光装置の一態様において、
前記法線方向からみて、前記電極は、前記第１半導体層と完全に重なっていてもよい。
この発光装置によれば、第１半導体層のエッチングと、電極のエッチングと、を同じ工程で一括に行うことができる。
発光装置の一態様において、
前記法線方向からみて、前記電極は、前記第１半導体層の外縁の内側に設けられ、前記外縁と重なっていなくてもよい。
この発光装置によれば、製造工程の精度に余裕を持たせることができる。
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。
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。
１０…基板、２０…積層体、２２…バッファー層、２４…第１領域、２６…第２領域、３０…柱状部、３０ａ，３０ａ１…第１柱状部、３０ｂ，３０ｂ１，３０ｂ２…第２柱状部、３２…ｎ型半導体層、３４…ｕ型半導体層、３６…ｐ型半導体層、４０…第１半導体層、４２…外縁、５０…第１電極、５２…第２電極、６０…絶縁層、６２…第１コンタクトホール、６４…第２コンタクトホール、７０…第１配線、７２…第２配線、７４…第１層、７６…第２層、８０…パッド、９０…第５半導体層、１００…発光装置、１０２…発光素子、２００，３００…発光装置、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、９００…ディスプレイ、９１０…回路基板、９１２…表示領域、９１４…データ線駆動回路、９１６…走査線駆動回路、９１８…制御回路、９２０…レンズアレイ、９２２…レンズ、９３０…ヒートシンク、１０００…発光装置、１０３０…柱状部、１０３１…エッチング残渣、１０４０…第１半導体層、１０５２…第２電極、１０６０…絶縁層、１０６２…段差部分、１０７２…第２配線、２０００…発光装置、２０３０ｂ…第２柱状部、２０６０…絶縁層、２０６２…凹部

Claims (8)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられた複数の第１柱状部と、
    前記基板に設けられ、前記基板の法線方向からみて前記複数の第１柱状部を囲む複数の第２柱状部と、
    前記複数の第１柱状部の前記基板とは反対側に設けられ、前記複数の第１柱状部に接続された第１半導体層と、
    前記第１半導体層および前記複数の第２柱状部を覆う絶縁層と、
    前記絶縁層の前記基板とは反対側に設けられ、前記第１半導体層と電気的に接続された配線と、
    を有し、
    前記複数の第１柱状部の各々、および前記複数の第２柱状部の各々は、
    ｎ型の第２半導体層と、
    ｐ型の第３半導体層と、
    前記第２半導体層と前記第３半導体層との間に設けられたｕ型の第４半導体層と、
    を有し、
    前記複数の第１柱状部の各々における前記第４半導体層は、電流が注入されて発光し、
    前記複数の第２柱状部の各々における前記第４半導体層には、電流が注入されず、
    前記法線方向からみて、前記配線は、前記複数の第２柱状部の少なくとも１つと重なっている、発光装置。
  2. 請求項１において、
    前記複数の第２柱状部の前記基板とは反対側に設けられ、前記複数の第２柱状部に接続された第５半導体層を有し、
    前記第５半導体層は、前記第１半導体層と電気的に分離している、発光装置。
  3. 請求項２において、
    前記第５半導体層の厚さは、前記第１半導体層の厚さと同じであり、
    前記第５半導体層の材質は、前記第１半導体層の材質と同じである、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半導体層の前記基板とは反対側に設けられた電極を有し、
    前記配線は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して、前記電極と接続されている、発光装置。
  5. 請求項４において、
    前記法線方向からみて、前記電極は、前記第１半導体層と完全に重なっている、発光装置。
  6. 請求項４において、
    前記法線方向からみて、前記電極は、前記第１半導体層の外縁の内側に設けられ、前記外縁と重なっていない、発光装置。
  7. 請求項１ないし６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。
  8. 請求項１ないし６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。
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