JP2023065944A - 発光装置およびプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】発光層で発生する光の第１孔における散乱を低減することができる発光装置を提供する。【解決手段】基板と、複数の柱状部を有する積層体と、前記積層体の前記基板とは反対側に設けられた電極と、を有し、前記複数の柱状部の各々は、発光層を有し、前記電極には、複数の第１孔が設けられ、前記複数の柱状部は、第１フォトニック結晶を構成し、前記電極は、第２フォトニック結晶を構成し、前記第１フォトニック結晶と前記第２フォトニック結晶とは、光学的に結合している、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、発光層を有する複数の柱状部と、複数の柱状部上に設けられた電極と、を有する発光装置において、電極に複数の孔を設けることにより、孔の分だけ光の吸収を低減できることが記載されている。
特開２０２１－７１３６号公報
上記のように電極に孔を設ける場合には、発光層で発生した光が孔によって散乱しないことが望まれる。孔で光が散乱すると、光損失が大きくなる。
本発明に係る発光装置の一態様は、
基板と、
複数の柱状部を有する積層体と、
前記積層体の前記基板とは反対側に設けられた電極と、
を有し、
前記複数の柱状部の各々は、発光層を有し、
前記電極には、複数の第１孔が設けられ、
前記複数の柱状部は、第１フォトニック結晶を構成し、
前記電極は、第２フォトニック結晶を構成し、
前記第１フォトニック結晶と前記第２フォトニック結晶とは、光学的に結合している。
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および第１孔を模式的に示す平面図。 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１変形例に係る発光装置の柱状部および第１孔を模式的に示す平面図。 本実施形態の第１変形例に係る発光装置の柱状部および第１孔を模式的に示す平面図。 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３変形例に係る発光装置の柱状部および第１孔を模式的に示す平面図。 本実施形態の第３変形例に係る発光装置の柱状部および第１孔を模式的に示す平面図。 本実施形態の第３変形例に係る発光装置の柱状部および第１孔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断面図。 本実施形態の第５変形例に係る発光装置の柱状部、第２電極、および第１孔を模式的に示す平面図。 本実施形態の第６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。図２は、本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ＩＩ－ＩＩ線断面図である。また、図１および図２では、互いに直交する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。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と、複数の柱状部３０と、を有している。なお、便宜上、図２では、柱状部３０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、柱状部３０の発光層３４を基準とした場合、発光層３４から柱状部３０の第２半導体層３６に向かう方向を「上」とし、発光層３４から柱状部３０の第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、第１半導体層３２と発光層３４との積層方向のことであり、基板１０の垂線Ｎ方向である。具体的には、「基板１０の垂線Ｎ」とは、基板１０の上面の垂線である。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。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、チタン層、酸化シ
リコン層、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。図２に示す例では、柱状部３０の平面形状は、正六角形である。
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３０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「第１孔４４の径」について同様である。
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周期Ｔ１で配列されている。複数の柱状部３０は、例えば、三角格子状、正方格子状に配列されている。図２に示す例では、複数の柱状部３０は、正三角格子状に配列されている。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３０の周期Ｔ１」とは、所定の方向に隣り合う柱状部３０の中心Ｃ１間の距離である。「柱状部３０の中心Ｃ１」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Ｃ１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、図１に示すように、例えば、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。
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２電極４２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。
第１電極４０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、積層体２０の基板１０とは反対側に設けられている。第２電極４２は、第２半導体層３６上に設けられている。第２半導体層３６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。
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。
１．２． 第１フォトニック結晶および第２フォトニック結晶
複数の柱状部３０は、第１フォトニック結晶５０を構成している。図１に示す例では、第１フォトニック結晶５０は、複数の柱状部３０と、隣り合う柱状部３０の間の空隙と、によって構成されている。
第２電極４２には、複数の第１孔４４が設けられている。第１孔４４は、例えば、第２電極４２を貫通している。図示の例では、第１孔４４は、第２電極４２を積層方向に貫通している。第１孔４４は、貫通孔である。図示の例では、第１孔４４は、空隙である。なお、図示はしないが、第１孔４４は、第２電極４２よりも屈折率が低い部材で充填されていてもよい。図２に示す例では、第１孔４４の平面形状は、円である。なお、第１孔４４の形状は、楕円であってもよいし、多角形であってもよい。図２に示す例では、複数の第１孔４４は、互いに同じ大きさを有している。
図２に示す例では、第１孔４４の径は、柱状部３０の径より小さい。第１孔４４の径は、柱状部３０の周期Ｔ１以下である。第１孔４４の径は、発光層３４で発生する光の波長以下である。隣り合う第１孔４４の間の距離は、発光層３４で発生する光の波長以下である。
第１孔４４は、積層方向からみて、柱状部３０と重なっていない。積層方向からみて、
第１孔４４の外縁は、柱状部３０の外縁と交差していない。図示の例では、１つの柱状部３０の周囲に等間隔で６つの第１孔４４が設けられている。
図２に示すように、Ｙ軸方向に並んで隣り合う２つの第１孔４４は、１つの第１孔群４６を構成している。図示の例では、複数の第１孔群４６は、正三角格子状に配列されている。第１孔群４６の周期Ｔ２は、柱状部３０の周期Ｔ１と同じである。
なお、「第１孔群４６の周期Ｔ２」とは、所定の方向に隣り合う第１孔群４６の中心Ｃ２間の距離である。「第１孔群４６の中心Ｃ２」とは、第１孔群４６を構成する２つの第１孔４４を含む最小包含円の中心である。図示の例では、「第１孔群４６の中心Ｃ２」とは、第１孔群４６を構成する２つの第１孔４４のうちの一方の第１孔４４の中心と他方の第１孔４４の中心と結ぶ線分の中点である。
第２電極４２は、第２フォトニック結晶５２を構成している。図１に示す例では、第２フォトニック結晶５２は、第２電極４２と、第２電極４２に設けられた複数の第１孔４４と、によって構成されている。
第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とは、光学的に結合している。ここで、「第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とが光学的に結合している」とは、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とが、互いの影響を受ける状態であり、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とによって、１つのフォトニック結晶効果を発現させている状態をいう。第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とが光学的に結合している場合、第１フォトニック結晶５０における導波モードと、第２フォトニック結晶５２における導波モードとが、結合する。すなわち、第１フォトニック結晶５０および第２フォトニック結晶５２において、同一の発振モードでのレーザー発振が得られる。発光装置１００では、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを光学的に結合させて、光閉じ込めモードを形成している。
第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とは、例えば、同種の格子配列であり、かつ、同一の周期で配列されている。第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とは、例えば、面内の配列方位が同じである。そのため、発光装置１００では、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを光学的に結合させて、第１孔４４における光の散乱を低減することができる。
図示の例では、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部３０と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔群４６とは、ともに正三角格子状に配列されている。さらに、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部３０の周期Ｔ１と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔群４６の周期Ｔ２とは、同じである。
さらに、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部３０の面内の配列方位Ａと、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔群４６の面内の配列方位Ｂとは、一致している。複数の柱状部３０の面内の配列方位Ａとは、平面視において、柱状部３０が並ぶ方向である。複数の第１孔群４６の面内の配列方位Ｂとは、平面視において、第１孔群４６が並ぶ方向である。「配列方位Ａと配列方位Ｂとが一致する」とは、柱状部３０の所定の列の方向と、当該所定の列に対応する第１孔群４６の列の方向と、が一致している状態、すなわち、柱状部３０の列と、対応する第１孔群４６の列とに回転のずれがない状態をいう。
このように、発光装置１００では、複数の柱状部３０と複数の第１孔群４６とが、同種
の格子配列であって、同一の周期を有し、面内の配列方位が一致しているため、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２は、同種の格子配列であって、同一の周期を有し、面内の配列方位が一致している。
発光装置１００では、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とは、面内において、両者の相対的な位置関係が一定である。そのため、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とが光学的に結合して１つのフォトニック結晶の効果を発現できる。例えば、両者の相対的な位置関係が一定で無く、面内に位置ずれが生じている場合、この位置ずれによりフォトニックバンドが変化し、単一のモードでのレーザー発振が得られないなど、理想的な光閉じ込め効果が得られない。
なお、第１フォトニック結晶５０および第２フォトニック結晶５２の構成は、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを光学的に結合させて、第１孔４４における光の散乱を低減させる効果を得ることができれば、上記の例に限定されない。
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、第１半導体層３２および第２半導体層３６により面内方向に伝搬し、光学的に結合した第１フォトニック結晶５０および第２フォトニック結晶５２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。
１．３． 作用効果
発光装置１００では、複数の柱状部３０の各々は、発光層３４を有し、第２電極４２には、複数の第１孔４４が設けられ、複数の柱状部３０は、第１フォトニック結晶５０を構成し、第２電極４２は、第２フォトニック結晶５２を構成し、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とは、光学的に結合している。発光装置１００では、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを結合させて、１つのフォトニック結晶効果を発現させているため、発光層３４で発生する光の第１孔４４における散乱を低減することができる。
発光装置１００では、複数の第１孔４４の各々は、第２電極４２を貫通している。そのため、発光装置１００では、第１孔が第２電極を貫通していない場合に比べて、発光装置１００の第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を小さ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る。
発光装置１００では、積層方向からみて、複数の第１孔４４の各々は、複数の柱状部３０と重なっていない。そのため、発光装置１００では、第１孔４４をエッチングによって形成する場合に、柱状部３０にエッチングによるダメージが加わることを抑制することができる。
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３～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３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。
図４に示すように、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。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５に示すように、第２半導体層３６上に、第２電極４２を形成する。第２電極４２は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法などによって形成される。第２電極４２を形成する工程では、柱状部３０の側面に電極材料が付着しないように、斜め蒸着を行ってもよい。
図１に示すように、第２電極４２をパターニングして、複数の第１孔４４を形成する。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、バッファー層２２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、真空蒸着法など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２電極４２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６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。図７は、本実施形態の第１変形例に係る発光装置２００の柱状部３０および第１孔４４を模式的に示す平面図である。なお、図６は、図７のＶＩ－ＶＩ線断面図である。
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、後述する本実施形態の第２～第６変形例に係る発光装置ついて同様である。
上述した発光装置１００では、図１および図２に示すように、第１孔４４は、積層方向からみて、柱状部３０と重なっていなかった。
これに対し、発光装置２００では、図６および図７に示すように、第１孔４４は、積層方向からみて、柱状部３０と重なっている。第１孔４４の外縁は、柱状部３０の外縁の内側に位置している。図示の例では、積層方向からみて、全ての第１孔４４が柱状部３０と
重なっている。第１孔４４の中心と、柱状部３０の中心とは、例えば、一致している。
図６に示す例では、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部３０と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔４４とは、ともに正三角格子状に配列されている。さらに、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部３０の周期と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔４４の周期とは、同じである。さらに、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部３０の面内の配列方位と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔４４の面内の配列方位とは、一致している。そのため、発光装置２００では、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを光学的に結合させることができる。
発光装置２００では、積層方向からみて、複数の第１孔４４の各々は、複数の柱状部３０と重なっている。そのため、発光装置２００では、例えば第１孔が柱状部と重なっていない場合に比べて、光が閉じこもり易い発光層３４の直上の屈折率を低くすることができるので、光閉じ込め係数を大きくすることができる。
発光装置２００では、例えば、第２電極４２をウェットエッチングすることによって第１孔４４を形成する。そのため、ドライエッチングによって第１孔４４をエッチングする場合に比べて、柱状部３０に加えられるエッチングによるダメージを低減することができる。
なお、発光装置２００は、図８に示すように、積層方向からみて、柱状部３０と重なる第１孔４４と、柱状部３０と重ならない第１孔４４とが、設けられていてもよい。図８に示す例では、複数の第１孔４４は、図２に示す第１孔４４と、図７に示す第１孔４４と、を合わせた配列を有している。
図８に示す例では、柱状部３０と重なる第１孔４４と、柱状部３０と重なる第１孔４４と隣り合う第１孔４４であって、柱状部３０と重なる第１孔４４の－Ｘ軸方向に位置してＹ軸方向に並んで隣り合う２つの第１孔４４とは、１つの第１孔群４６を構成している。図８に示す例では、例えば、図２に示す例、および図７に示す例に比べて、発光装置２００の第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を低減させることができる。
図８に示す例では、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部３０と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔群４６とは、ともに正三角格子状に配列されている。さらに、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部３０の周期と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔群４６の周期とは、同じである。さらに、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部３０の面内の配列方位と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔群４６の面内の配列方位とは、一致している。そのため、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを光学的に結合させることができる。
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９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。
上述した発光装置１００では、図１に示すように、第１孔４４は、第２電極４２を貫通していた。
これに対し、発光装置３００では、図９に示すように、第１孔４４は、第２電極４２を貫通していない。第１孔４４は、有底の孔である。さらに、発光装置３００では、図６および図７に示した発光装置２００と同様に、第１孔４４は、積層方向からみて、柱状部３０と重なっている。
第２電極４２は、第１孔４４が設けられていない第１層４２ａと、第１孔４４が設けられた第２層４２ｂと、を有している。第１層４２ａは、複数の柱状部３０上に設けられている。第１層４２ａは、第１孔４４の底面４５を規定している。第１層４２ａは、複数の柱状部３０と第２層４２ｂとの間に設けられている。第２層４２ｂは、第１層４２ａ上に設けられている。第１孔４４は、ドライエッチングによって形成されてもよいし、ウェットエッチングによって形成されてもよい。
第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２との間の光学的距離は、３λ以下である。なお、λは、発振波長である。光学的距離は、いわゆる光路長であり、光が進む距離に屈折率をかけたものである。第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを３λ以下に配置することによって、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを光学的に強く結合させることができる。図示の例では、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２との間の光学的距離は、第１層４２ａの厚さおよび第１層４２ａ屈折率から求めることができる。
発光装置３００では、複数の第１孔４４の各々は、第２電極４２を貫通していない。そのため、発光装置３００では、第１孔４４を形成するためのエッチングによって柱状部３０にダメージが加えられることを抑制することができる。
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４００について、図面を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態の第３変形例に係る発光装置４００の柱状部３０および第１孔４４を模式的に示す平面図である。
上述した発光装置１００では、図２に示すように、第１孔４４は、積層方向からみて、柱状部３０と重なっていなかった。
これに対し、発光装置４００では、図１０に示すように、第１孔４４は、積層方向からみて、複数の柱状部３０と重なっている。図示の例では、１つの第１孔４４は、積層方向からみて、３つの柱状部３０と重なっている。複数の第１孔４４は、正三角格子状に配列されている。第１孔４４は、例えば、第２電極４２をウェットエッチングすることによって形成される。
１つの第１孔４４と重なる３つの柱状部３０は、柱状部群１３０を構成している。第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部群１３０と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔４４とは、ともに正三角格子状に配列されている。さらに、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部群１３０の周期と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔４４の周期とは、同じである。さらに、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部群１３０の面内の配列方位と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔４４の面内の配列方位Ｂとは、一致している。そのため、発光装置４００では、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを光学的に結合させることができる。
なお、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを光学的に結合させることができれば、積層方向からみて第１孔４４が重なる柱状部３０の数は、特に限定され
ない。例えば、図１１に示すように、１つの第１孔４４は、４つの柱状部３０と重なっていてもよい。１つの第１孔４４と重なる４つの柱状部３０は、柱状部群１３０を構成している。
例えば、図１２に示すように、４つの柱状部３０からなる柱状部群１３０に、積層方向からみて３つの第１孔４４からなる第１孔群４６が重なっていてもよい。第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部群１３０と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔群４６とは、ともに正三角格子状に配列されている。さらに、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部群１３０の周期と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔群４６の周期とは、同じである。さらに、第１フォトニック結晶５０を構成する複数の柱状部群１３０の面内の配列方位と、第２フォトニック結晶５２を構成する複数の第１孔群４６の面内の配列方位Ｂとは、一致している。そのため、第１フォトニック結晶５０と第２フォトニック結晶５２とを光学的に結合させることができる。
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５００について、図面を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態の第４変形例に係る発光装置５００を模式的に示す断面図である。
上述した発光装置１００では、図１に示すように、隣り合う柱状部３０の間には空隙が設けられていた。
これに対し、発光装置５００では、図１３に示すように、積層体２０は、隣り合う柱状の間に設けられた光伝搬層２６を有している。
光伝搬層２６は、マスク層２４上に設けられている。光伝搬層２６は、例えば、誘電体材料で構成されている。具体的には、光伝搬層２６は、酸化シリコン層である。より具体的には、光伝搬層２６は、ＳｉＯ２層である。発光層３４で発生した光は、光伝搬層２６を面内方向に伝搬する。第１フォトニック結晶５０は、複数の柱状部３０と、隣り合う柱状部３０の間の光伝搬層２６と、によって構成されている。
光伝搬層２６には、第２孔２８が設けられている。第２孔２８は、第１孔４４と連通している。第２孔２８は、複数設けられている。第２孔２８の数は、例えば、第１孔４４お数と同じである。第２孔２８の底面２９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孔２８は、隣り合う柱状部３０の発光層３４の間に設けられていない。第２孔２８は、積層方向において、発光層３４まで到達していない。底面２９は、第２半導体層３６によって規定されている。図示の例では、第２孔２８は、空隙である。なお、図示はしないが、第２孔２８は、光伝搬層２６よりも屈折率が低い部材で充填されていてもよい。また、第２孔２８は、設けられていなくてもよい。
光伝搬層２６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。第２孔２８は、光伝搬層２６をパターニングすることによって形成される。第２孔２８は、例えば、第１孔４４と連続して形成される。
発光装置５００では、積層体２０は、複数の柱状部３０のうちの隣り合う柱状部３０の間に設けられた光伝搬層２６を有し、光伝搬層２６には、第２孔２８が設けられ、第２孔２８は、複数の第１孔４４のうちの１つと連通し、第２孔２８の底面２９は、複数の柱状部３０のうちの隣り合う柱状部３０の第２半導体層３６の間に位置している。そのため、発光装置５００では、第２孔が設けられていない場合に比べて、発光装置５００の第２孔２８が設けられている部分における面内方向の平均屈折率を低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る。さらに、隣り合う柱状部３０の間に光伝搬層２６が設けられているため、第２電極４２を形成する際に、電極材料が柱状部３０の側面に付着することを抑制することができる。
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６００について、図面を参照しながら説明する。図１４は、本実施形態の第５変形例に係る発光装置６００を模式的に示す断面図である。図１５は、本実施形態の第５変形例に係る発光装置６００の柱状部３０、第２電極４２、および第１孔４４を模式的に示す平面図である。なお、図１４は、図１５のＸＩＶ－ＸＩＶ線断面図である。
発光装置１００では、図１に示すように、第２電極４２は、面内方向に連続する膜状を有していた。発光装置１００では、第２電極４２をパターニングして第１孔４４を形成した。
これに対し、発光装置６００では、第２電極４２をパターニングせずに、第１孔４４を形成する。発光装置６００では、発光装置１００に比べて、柱状部３０の形状を引き継ぎ易い条件で第２電極４２を形成する。これにより、第２電極４２は、面内方向に成長し難くなり、図１４および図１５に示すように、第２電極４２には、第１孔４４が形成される。例えば第２電極４２をスパッタ法で形成して、スパッタ温度を調整することにより、面内方向に成長し難い第２電極４２を形成することができる。
このように、発光装置６００では、第２電極４２をパターニングしなくても、第１孔４４を形成することができる。
３．６． 第６変形例
次に、本実施形態の第６変形例に係る発光装置７００について、図面を参照しながら説明する。図１６は、本実施形態の第６変形例に係る発光装置７００を模式的に示す断面図である。
上述した発光装置１００では、図１に示すように、柱状部３０の第１半導体層３２における径は、柱状部３０の発光層３４における径と同じであった。
これに対し、発光装置７００では、図１６に示すように、柱状部３０の第１半導体層３２における径は、柱状部３０の発光層３４における径よりも小さい。これにより、柱状部３０の第１半導体層３２における径が柱状部３０の発光層３４における径と同じである場合に比べて、発光装置７００の第１半導体層３２が設けられた部分における面内方向の平均屈折率と、発光装置７００の発光層３４が設けられた部分における面内方向の平均屈折率と、の差を大きくすることができる。そのため、光閉じ込め係数を大きくすることができる。
発光装置７００では、柱状部３０は、光閉じ込め層３８を有している。光閉じ込め層３８は、第１半導体層３２上に設けられている。光閉じ込め層３８は、第１半導体層３２と発光層３４との間に設けられている。図示の例では、光閉じ込め層３８は、第１半導体層３２から発光層３４に向けて、徐々に柱状部３０の径が大きくなる部分を有している。光閉じ込め層３８は、例えば、ｉ型のＩｎＧａＮ層と、ｉ型のＧａＮ層と、によって構成されている。光閉じ込め層３８を構成するＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は、発光層３４を構成するＩｎＧａＮ層のＩｎ組成よりも小さい。光閉じ込め層３８は、発光層３４に光を閉じ込めるＯＣＬである。
発光装置７００は、第２電極４２と離間したダミー柱状部７３０を有している。ダミー柱状部７３０は、発光しない。ダミー柱状部７３０の構成は、例えば、柱状部３０の構成と同じである。ダミー柱状部７３０は、例えば、複数設けられている。ダミー柱状部７３０は、例えば、柱状部３０と同一の工程で成長される。
ダミー柱状部７３０と第２電極４２との間には、絶縁層７４０が設けられている。絶縁層７４０は、積層方向からみて、ダミー柱状部７３０を囲んでいる。絶縁層７４０は、ダミー柱状部７３０を覆っている。絶縁層７４０は、マスク層２４上に設けられている。絶縁層７４０は、例えば、酸化シリコン層である。より具体的には、絶縁層７４０は、ＳｉＯ２層である。絶縁層７４０は、例えば、ＣＶＤ法、スピンコート法によって形成される。
図示の例では、第１電極４０は、バッファー層２２が掘り込まれた部分に設けられている。例えば、バッファー層２２の一部をエッチングし、バッファー層２２のエッチングされた部分に、第１電極４０を形成する。
第２電極４２上には、電極パッド７５０が設けられている。電極パッド７５０は、積層方向からみて、ダミー柱状部７３０と重なっている。電極パッド７５０は、例えば、チタン、金などを含んで構成されている。電極パッド７５０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。電極パッド７５０は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法によって形成される。
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１７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１７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（Light Emitting Diode
）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、
複数の柱状部を有する積層体と、
前記積層体の前記基板とは反対側に設けられた電極と、
を有し、
前記複数の柱状部の各々は、発光層を有し、
前記電極には、複数の第１孔が設けられ、
前記複数の柱状部は、第１フォトニック結晶を構成し、
前記電極は、第２フォトニック結晶を構成し、
前記第１フォトニック結晶と前記第２フォトニック結晶とは、光学的に結合している。
この発光装置によれば、発光層で発生する光の第１孔における散乱を低減することができる。
発光装置の一態様において、
前記複数の第１孔の各々は、前記電極を貫通していてもよい。
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、
前記基板の垂線方向からみて、前記複数の第１孔の各々は、前記複数の柱状部と重なっていなくてもよい。
この発光装置によれば、第１孔をエッチングによって形成する場合に、柱状部にエッチングによるダメージが加わる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、
前記複数の柱状部の各々は、
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、
を有し、
前記発光層は、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、
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、
前記積層体は、前記複数の柱状部のうちの隣り合う柱状部の間に設けられた光伝搬層を有し、
前記光伝搬層には、第２孔が設けられ、
前記第２孔は、前記複数の第１孔のうちの１つと連通し、
前記第２孔の底面は、前記複数の柱状部のうちの隣り合う柱状部の前記第２半導体層の間に位置していてもよい。
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、
前記基板の垂線方向からみて、前記複数の第１孔の各々は、前記複数の柱状部と重なっていてもよい。
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、
前記複数の第１孔の各々は、前記電極を貫通していなくてもよい。
この発光装置によれば、第１孔を形成するためのエッチングによって柱状部にダメージが加えられることを抑制することができる。
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、２６…光伝搬層、２８…第２孔、２９…底面、３０…柱状部、３２…第１半導体層、３４…発光層、３６…第２半導体層、３８…光閉じ込め層、４０…第１電極、４２…第２電極、４２ａ…第１層、４２ｂ…第２層、４４…第１孔、４５…底面、４６…第１孔群、５０…第１フォトニック結晶、５２…第２フォトニック結晶、１００…発光装置、１３０…柱状部群、２００，３００，４００，５００，６００，７００…発光装置、７３０…ダミー柱状部、７４０…絶縁層、７５０…電極パッド、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 (7)

  1. 基板と、
    複数の柱状部を有する積層体と、
    前記積層体の前記基板とは反対側に設けられた電極と、
    を有し、
    前記複数の柱状部の各々は、発光層を有し、
    前記電極には、複数の第１孔が設けられ、
    前記複数の柱状部は、第１フォトニック結晶を構成し、
    前記電極は、第２フォトニック結晶を構成し、
    前記第１フォトニック結晶と前記第２フォトニック結晶とは、光学的に結合している、発光装置。
  2. 請求項１において、
    前記複数の第１孔の各々は、前記電極を貫通している、発光装置。
  3. 請求項２において、
    前記基板の垂線方向からみて、前記複数の第１孔の各々は、前記複数の柱状部と重なっていない、発光装置。
  4. 請求項３において、
    前記複数の柱状部の各々は、
    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、
    を有し、
    前記発光層は、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、
    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、
    前記積層体は、前記複数の柱状部のうちの隣り合う柱状部の間に設けられた光伝搬層を有し、
    前記光伝搬層には、第２孔が設けられ、
    前記第２孔は、前記複数の第１孔のうちの１つと連通し、
    前記第２孔の底面は、前記複数の柱状部のうちの隣り合う柱状部の前記第２半導体層の間に位置している、発光装置。
  5. 請求項１において、
    前記基板の垂線方向からみて、前記複数の第１孔の各々は、前記複数の柱状部と重なっている、発光装置。
  6. 請求項５において、
    前記複数の第１孔の各々は、前記電極を貫通していない、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。
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