JP6999877B2 - 発光装置およびプロジェクター - Google Patents

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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、ナノ構造体（ナノコラム）を適用した半導体レーザーは、ナノ構造体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。このような半導体レーザーは、例えば、プロジェクターの光源として適用される。
例えば特許文献１には、基板上に金属膜から成る反射層が形成され、その反射層上に複数のナノコラムが形成された半導体発光素子が記載されている。
特開２００７－４９０６３号公報
しかしながら、特許文献１には、半導体発光素子（発光部）に電流を流したり流さなかったりするための（注入される電流をＯＮ／ＯＦＦするための）スイッチング素子について記載されていない。
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、スイッチング素子を備えた発光装置を提供することにある。あるいは、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記の発光装置を含むプロジェクターを提供することにある。
本発明に係る発光装置は、
電流が注入されることで発光可能な複数のナノ構造体を有する発光部と、
前記発光部に対応して設けられ、前記ナノ構造体へ注入される電流量を制御するトランジスターと、
を含む。
このような発光装置では、トランジスターを含むため、発光部の発光量を制御することができる。
本発明に係る発光装置において、
基体と、
前記基体に設けられた第１半導体層と、
を含み、
前記ナノ構造体は、前記第１半導体層から突出している柱状部であってもよい。
このような発光装置では、基体の格子定数と第１半導体層の格子定数とが異なることに起因して生じる転位が、ナノ構造体の一定の高さ以上の領域に存在する可能性を小さくすることができる。
本発明に係る発光装置において、
前記ナノ構造体は、
第２半導体層と、
前記第２半導体層と導電型の異なる第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、電流が注入されることで発光可能な発光層と、
を有し、
前記第２半導体層は、前記基体と前記発光層との間に設けられていてもよい。
このような発光装置では、基体の格子定数と第１半導体層の格子定数とが異なることに起因して生じる転位が、発光層に存在する可能性を小さくすることができる。
本発明に係る発光装置において、
前記トランジスターは、
ソース領域およびドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域と、
前記チャネル領域に流れる電流を制御するゲートと、
を有し、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、前記第１半導体層に設けられていてもよい。
このような発光装置では、同一基板上に（１つの基体に）トランジスターおよび発光部を形成することができる。したがって、このような発光装置では、トランジスターおよび発光部を別々の基板に設ける場合に比べて、小型化を図ることができる。
本発明に係る発光装置において、
前記ソース領域または前記ドレイン領域は、前記第２半導体層と電気的に接続されていてもよい。
このような発光装置では、トランジスターによって、発光部に注入される電流量を制御することができ、発光部の発光量を制御することができる。
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ａ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｂ部材」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ部材とＢ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ａ部材とＢ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
本発明に係る発光装置において、
前記発光部は、
隣り合う前記ナノ構造体の間に設けられ、前記発光層において生じた光を伝搬させる光伝搬層を有していてもよい。
このような発光装置では、発光層において生じた光が基体の面内方向に伝搬することができ、発光層において利得を受けてレーザー発振することができる。
本発明に係る発光装置において、
前記発光部の側壁には、絶縁層が設けられていてもよい。
このような発光装置では、絶縁層によって、発光部に注入される電流が側壁からリークすることを抑制することができる。
本発明に係る発光装置において、
前記絶縁層の表面に設けられた金属層を含み、
前記金属層は、前記第３半導体層と電気的に接続された配線に接続されていてもよい。
このような発光装置では、第３半導体層に注入される電流に対する抵抗を小さくすることができる。
本発明に係る発光装置において、
前記第１半導体層は、ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＰ層、ＧａＰ層、またはＡｌＧａＰ層であってもよい。
このような発光装置では、例えば、第１半導体層の格子状数と第２半導体層の格子状数との差に起因する応力が生じることを抑制することができる。
本発明に係る発光装置において、
前記発光部は、アレイ状に設けられていてもよい。
このような発光装置では、１つの発光部を画素として映像を形成することができる自発光イメージャーを構成することができる。
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含む。
このようなプロジェクターは、本発明に係る発光装置を含むことができる。
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の回路図。 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断面図。 第１実施形態の第２変形例に係る発光装置の回路図。 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実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第２実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第３実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第３実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。
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を模式的に示す図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図４は、第１実施形態に係る発光装置１００の回路図である。なお、図１～図３および後述する図５，６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～図４に示すように、例えば、基体１０と、半導体層２０，２２と、素子分離層２４と、トランジスター３０と、発光部４０と、第１絶縁層５０と、第２絶縁層６０と、導電層７０と、配線７２と、駆動回路８０，８２と、を含む。なお、便宜上、図１では、第２絶縁層６０の図示を省略している。
基体１０は、図２に示すように、例えば、第１基板１２と、第２基板１４と、半導体層１６と、を有している。第１基板１２は、例えば、プリント基板である。第２基板１４は、第１基板１２上に設けられている。第２基板１４は、例えば、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板などである。半導体層１６は、第２基板１４上に設けられている。半導体層１６は、例えば、ｉ型のＧａＮ層である。
半導体層（第１半導体層）２０は、基体１０に（図示の例では半導体層１６上に）設けられている。半導体層２０は、例えば、ｎ型のＧａＮ層（具体的はＳｉがドープされたＧａＮ層）である。
半導体層２２は、半導体層１６上に設けられている。半導体層２２は、半導体層２０に挟まれて設けられている。半導体層２２は、トランジスター３０のゲート３８の下に設けられている。半導体層２２は、例えば、ｐ型のＧａＮ層（具体的はＭｇがドープされたＧａＮ層）である。
素子分離層２４は、半導体層１６上に設けられている。素子分離層２４は、図１に示すように、平面視において（Ｚ軸方向からみて、発光部４０の半導体層４２ａおよび発光層４２ｂの積層方向からみて）、半導体層２０の周囲に設けられている。素子分離層２４は、例えば、ｉ型のＧａＮ層、酸化シリコン層、窒化シリコン層などである。素子分離層２４は、Ｘ軸方向において隣り合う発光部４０を、電気的に分離している。
トランジスター３０は、図２に示すように、ソース領域３２と、ドレイン領域３４と、チャネル領域３６と、ゲート３８と、を有している。ソース領域３２およびドレイン領域３４は、半導体層２０に設けられている。チャネル領域３６は、ソース領域３２とドレイン領域３４との間の領域である。チャネル領域３６は、半導体層２２に設けられている。チャネル領域３６には、例えば、静電容量が形成される。
ゲート３８は、半導体層２２上に設けられている。ゲート３８は、チャネル領域３６に流れる電流を制御する。ゲート３８は、半導体層２２上に設けられたゲート絶縁層３８ａと、ゲート絶縁層３８ａ上に設けられたゲート電極３８ｂと、を有している。ゲート絶縁層３８ａは、例えば、酸化シリコン層である。ゲート絶縁層３８ａの材質は、例えば、銅、アルミニウムなどである。
トランジスター３０は、複数設けられている。トランジスター３０は、アレイ状に設けられている。すなわち、トランジスター３０は、所定の方向に並んで設けられている。図１に示す例では、トランジスター３０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並んで（マトリックス状に）設けられている。Ｘ軸方向に並ぶトランジスター３０は、例えば、共通のゲート絶縁層３８ａおよびゲート電極３８ｂを有している。図示の例では、ゲート電極３８ｂは、素子分離層２４上に設けられたパッド８からＸ軸方向に延出している。複数のゲート電極３８ｂは、Ｙ軸方向に配列されている。Ｙ軸方向において隣り合うトランジスター３０は、図２に示すように、例えば、共通のソース領域３２を有している。
トランジスター３０は、発光部４０に対応して設けられている。本実施形態において、トランジスター３０の数と発光部４０の数とは、同じであり、トランジスター３０は、発光部４０と電気的に接続されている。具体的には、トランジスター３０のソース領域３２またはドレイン領域３４は、発光部４０の半導体層４２ａと電気的に接続されている。すなわち、トランジスター３０がＯＦＦの状態（チャネル領域３６に電流が流れていない状態）であっても、ソース領域３２またはドレイン領域３４は、半導体層４２ａと電気的に接続されている。図示の例では、ドレイン領域３４は、半導体層４２ａと電気的に接続されている。トランジスター３０は、発光部４０のナノ構造体４２へ注入される電流量を制御する。また、トランジスター３０を制御することにより、発光部４０ごとに発光のタイミングを制御することができる。また、トランジスター３０を制御することにより、発光部４０に注入される電流量を制御してもよい。
本発明において、トランジスター３０が発光部４０に対応して設けられている、とは、少なくとも１つのトランジスター３０が発光部４０に対応にて設けられていることを表現している。本発明において、発光部４０に対応して設けられているトランジスターは、１つに限定されず、発光部４０に対応して複数のトランジスターが設けられていてもよい。
発光部４０は、半導体層２０上に設けられている。発光部４０は、複数設けられている。発光部４０は、アレイ状に設けられている。すなわち、発光部４０は、所定の方向に並んで設けられている。図１に示す例では、発光部４０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並んで（マトリックス状に）設けられている。ここで、図５は、発光部４０を模式的に示す平面図である。図６は、発光部４０を模式的に示す図５のＶＩ－ＶＩ線断面図である。
発光部４０は、図５および図６に示すように、ナノ構造体４２と、光伝搬層４４と、を有している。なお、便宜上、図５では、導電層７０および第２絶縁層６０の図示を省略している。
なお、本発明において、「上」とは、Ｚ軸方向（ナノ構造体４２の半導体層４２ａと発光層４２ｂとの積層方向）において、ナノ構造体４２からみて基体１０から遠ざかる方向のことであり、「下」とは、Ｚ軸方向において、ナノ構造体４２からみて基体１０に近づく方向のことである。
ナノ構造体４２は、半導体層２０上に設けられている。ナノ構造体４２は、柱状の形状を有している。ナノ構造体４２は、半導体層２０から突出している柱状部である。ナノ構造体４２は、複数設けられている。図５に示す例では、ナノ構造体４２の平面形状（Ｚ軸方向からみた形状）は、四角形である。ナノ構造体４２の径（多角形の場合は内接円の径）は、ｎｍオーダー（１μｍ未満）であり、具体的には１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。ナノ構造体４２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。ナノ構造体４２のＺ軸方向の大きさは、例えば、０．１μｍ以上５μｍ以下である。複数のナノ構造体４２は、互いに離間している。隣り合うナノ構造体４２の間隔は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
なお、ナノ構造体４２の平面形状は、特に限定されず、例えば、図７に示すように六角形でもよく、四角形、六角形以外の多角形でもよいし、円、楕円などであってもよい。また、図示の例では、ナノ構造体４２は、Ｚ軸方向において径が一定であるが、Ｚ軸方向において径が異なっていてもよい。
複数のナノ構造体４２は、平面視において、所定の方向に所定のピッチで配列されている。このような周期構造においては、ピッチと各部位の径および各部位の屈折率により決定されるフォトニックバンド端波長λにおいて光閉じ込め効果を得ることができる。発光装置１００では、ナノ構造体４２の発光層４２ｂにおいて生じる光は、波長λを含むため、フォトニック結晶の効果を発現することができる。図５に示す例では、ナノ構造体４２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並んで（マトリックス状に）設けられている。
ナノ構造体４２は、図６に示すように、半導体層（第２半導体層）４２ａと、発光層４２ｂと、半導体層（第３半導体層）４２ｃと、を有している。
半導体層４２ａは、半導体層２０上に設けられている。半導体層４２ａは、基体１０と発光層４２ｂとの間に設けられている。半導体層４２ａは、例えば、ｎ型のＧａＮ層（具体的にはＳｉがドープされたＧａＮ層）である。
発光層４２ｂは、半導体層４２ａ上に設けられている。発光層４２ｂは、半導体層４２ａと半導体層４２ｃとの間に設けられている。発光層４２ｂは、電流が注入されることで光を発することが可能な層である。発光層４２ｂは、例えば、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とから構成された量子井戸構造を有している。発光層４２ｂを構成するＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層の数は、特に限定されない。
半導体層４２ｃは、発光層４２ｂ上に設けられている。半導体層４２ｃは、半導体層４２ａと導電型の異なる層である。半導体層４２ｃは、例えば、ｐ型のＧａＮ層（具体的にはＭｇがドープされたＧａＮ層）である。半導体層４２ａ，４２ｃは、発光層４２ｂに光を閉じ込める（発光層４２ｂから光が漏れることを抑制する）機能を有するクラッド層である。
発光装置１００では、ｐ型の半導体層４２ｃ、不純物がドーピングされていない発光層４２ｂ、およびｎ型の半導体層４２ａにより、ｐｉｎダイオードが構成される。半導体層４２ａ，４２ｃは、発光層４２ｂ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、導電層７０と半導体層２０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４２ｂ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４２ｂにおいて発生した光は、半導体層４２ａ，４２ｃによりＺ軸方向と直交する方向（平面方向）に伝搬する。伝搬した光は、定在波を形成し、発光層４２ｂにおいて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（導電層７０側および基体１０側に）出射する。
発光装置１００では、平面方向に伝搬している光の強度が、Ｚ軸方向において、発光層４２ｂで最も大きくなるように、半導体層４２ａ，４２ｃおよび発光層４２ｂの屈折率および厚さが設計されている。
なお、図示はしないが、基体１０と半導体層２０との間、または基体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４２ｂ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、導電層７０側からのみ光を出射することができる。
図示の例では、半導体層２０上には、第３絶縁層４３が設けられている。第３絶縁層４３は、光伝搬層４４と半導体層２０との間、および第１絶縁層５０と半導体層２０との間に設けられている。第３絶縁層４３は、ナノ構造体４２を形成するためのマスクとして機能する。第３絶縁層４３は、ゲート絶縁層３８ａと同じ工程で形成されてもよい。そのため、第３絶縁層４３は、材質および厚さがゲート絶縁層３８ａと同じであってもよい。
光伝搬層４４は、隣り合うナノ構造体４２の間に設けられている。光伝搬層４４は、第３絶縁層４３上に設けられている。光伝搬層４４は、平面視において、ナノ構造体４２を囲んで設けられている。光伝搬層４４の屈折率は、発光層４２ｂの屈折率よりも低い。光伝搬層４４は、例えば、ＧａＮ層、酸化チタン（ＴｉＯ２）層である。光伝搬層４４であるＧａＮ層は、ｉ型でもよいし、ｎ型でもよいし、ｐ型でもよい。光伝搬層４４は、発光層４２ｂにおいて生じた光を、平面方向に伝搬させることができる。図５に示す例では、発光部４０の平面形状は、正方形である。
なお、本発明において、「特定の部材（Ａ部材）」が複数の材料から構成されている場合に、「Ａ部材の屈折率」とは、Ａ部材を構成している複数の材料の平均屈折率のことである。
第１絶縁層５０は、図６に示すように、発光部４０の側壁４１に設けられている。第１絶縁層５０は、発光層４２ｂの平面方向に設けられている。第１絶縁層５０は、発光部４０の側壁４１に設けられたサイドウォールである。図示の例では、側壁４１は、光伝搬層４４によって構成されている。側壁４１は、例えば、図５に示すように、互いに対向している第１側面４１ａおよび第２側面４１ｂと、側面４１ａ，４１ｂに接続され互いに対向している第３側面４１ｃおよび第４側面４１ｄと、を有している。
第１絶縁層５０は、図６に示すように、第３絶縁層４３上に設けられている。第１絶縁層５０は、平面視において、発光部４０を囲んで設けられている。第１絶縁層５０の屈折率は、光伝搬層４４の屈折率よりも低い。第１絶縁層５０の材質は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）などである。第１絶縁層５０は、例えば、単一の層によって構成されている。
第１絶縁層５０は、発光層４２ｂにおいて生じた光を、反射させることができる。発光層４２ｂにおいて生じた光は、第１側面４１ａと第２側面４１ｂとの間で定在波を形成する。さらに、発光層４２ｂにおいて生じた光は、第３側面４１ｃと第４側面４１ｄとの間で定在波を形成する。
第２絶縁層６０は、図２に示すように、半導体層２０上に設けられている。第２絶縁層６０は、ゲート３８および第１絶縁層５０の表面５６を覆って設けられている。第２絶縁層６０は、例えば、酸化シリコン層である。第２絶縁層６０は、トランジスター３０および発光部４０を衝撃などから保護する機能を有している。
導電層７０は、発光部４０上に設けられている。図示の例では、導電層７０は、ナノ構造体４２上および光伝搬層４４上に設けられている。導電層７０は、発光部４０の数に応じて、複数設けられている。導電層７０は、ナノ構造体４２の半導体層４２ｃと電気的に接続されている。導電層７０は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）層である。発光層４２ｂにおいて生じた光は、導電層７０を透過して出射される。
なお、図示はしないが、導電層７０と発光部４０との間には、コンタクト層が設けられていてもよい。コンタクト層は、導電層７０とオーミックコンタクトしていてもよい。コンタクト層は、ｐ型のＧａＮ層であってもよい。
配線７２は、図３に示すように、第２絶縁層６０上に設けられている。配線７２は、図１に示すように、素子分離層２４上に設けられたパッド９からＹ軸方向に延出し、導電層７０の数に応じて分岐して、導電層７０に接続されている。配線７２は、導電層７０を介して、半導体層４２ｃと電気的に接続されている。配線７２は、複数設けられている。複数の配線７２は、Ｘ軸方向に配列されている。配線７２は、平面視において、ゲート電極３８ｂと交差している。配線７２の材質は、例えば、銅、アルミニウム、ＩＴＯなどである。図示はしないが、配線７２の材質がＩＴＯの場合には、配線７２は、導電層７０の表面全面を覆って設けられていてもよい。
第１駆動回路８０および第２駆動回路８２は、第１基板１２上に設けられている。図１に示す例では、平面視において、第１駆動回路８０は、第２基板１４の－Ｘ軸方向側に設けられ、第２駆動回路８２は、第２基板１４の－Ｙ軸方向側に設けられている。駆動回路８０，８２によって、発光層４２ｂに電流を注入することができる。
第１駆動回路８０は、ゲート電極３８ｂと電気的に接続されている。図示の例では、第１駆動回路８０は、パッド８０ａを有し、ワイヤー２、およびパッド８を介して、ゲート電極３８ｂと電気的に接続されている。さらに、第１駆動回路８０は、半導体層２０と電気的に接続されている。図示の例では、第１駆動回路８０は、パッド８０ｂを有し、ワイヤー３を介して、半導体層２０と電気的に接続されている。
第２駆動回路８２は、配線７２と電気的に接続されている。図示の例では、第２駆動回路８２は、パッド８２ａを有し、ワイヤー４、およびパッド９を介して、配線７２と電気的に接続されている。ワイヤー２，３，４およびパッド８，９，８０ａ，８０ｂ，８２ａの材質は、導電性であれば、特に限定されない。パッド８は、例えば、ゲート電極３８ｂと一体的に設けられている。パッド９は、例えば、配線７２と一体的に設けられている。なお、図示はしないが、駆動回路８０，８２は、第２基板１４上に形成されていてもよい。
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、電流が注入されることで発光可能な複数のナノ構造体４２を有する発光部４０と、発光部４０に対応して設けられ、ナノ構造体４２へ注入される電流量を制御するトランジスター３０と、を含む。そのため、発光装置１００では、発光部４０の発光量を制御することができる。また、発光装置１００では、トランジスター３０を制御することにより、発光部４０ごとに発光のタイミングを制御することができる。
発光装置１００では、基体１０と、基体１０に設けられた第１半導体層２０と、を含み、ナノ構造体４２は、第１半導体層２０から突出している柱状部である。そのため、発光装置１００では、基体１０の格子定数と半導体層２０の格子定数とが異なることに起因して生じる転位が、ナノ構造体４２の一定の高さ以上の領域に存在する可能性を小さくすることができる。さらに、第１半導体層２０は、例えば、クラッド層として機能することができ、発光部４０で生じた光が基体１０側に漏れることを抑制することができる。
発光装置１００では、ナノ構造体４２は、第２半導体層４２ａと、第２半導体層４２ａと導電型の異なる第３半導体層４２ｃと、第２半導体層４２ａと第３半導体層４２ｃとの間に設けられ、電流が注入されることで発光可能な発光層４２ｂと、を有している。そのため、発光装置１００では、基体１０の格子定数と半導体層２０の格子定数とが異なることに起因して生じる転位が、発光層４２ｂに存在する可能性を小さくすることができる。
発光装置１００では、ソース領域３２およびドレイン領域３４は、第１半導体層２０に設けられている。このように、発光装置１００では、同一基板上に（１つの基体１０に）トランジスター３０および発光部４０を形成することができる。したがって、発光装置１００では、トランジスター３０および発光部４０を別々の基板に設ける場合に比べて、小型化を図ることができる。
発光装置１００では、ドレイン領域３４は、第２半導体層４２ａと電気的に接続されている。そのため、発光装置１００では、トランジスター３０によって、発光部４０に注入される電流量を制御することができ、発光部の発光量を制御することができる
発光装置１００では、発光部４０は、隣り合うナノ構造体４２の間に設けられ、発光層４２ｂにおいて生じた光を伝搬させる光伝搬層４４を有する。そのため、発光装置１００では、発光層４２ｂにおいて生じた光が基体１０の面内方向（平面方向）に伝搬することができ、発光層４２ｂにおいて利得を受けてレーザー発振することができる。
発光装置１００では、発光部４０の側壁４１には、第１絶縁層５０が設けられている。そのため、発光装置１００では、第１絶縁層５０によって、発光部４０に注入される電流が側壁４１からリークすることを抑制することができる。
発光装置１００では、第１半導体層２０は、ＧａＮ層である。そのため、発光装置１００では、第２半導体層４２ａがＧａＮ層である場合に、第１半導体層２０の格子状数と第２半導体層２２の格子状数との差に起因する応力が生じることを抑制することができる。
発光装置１００では、発光部４０は、アレイ状に設けられている。したがって、発光装置１００では、１つの発光部４０を画素として映像を形成することができる自発光イメージャーを構成することができる。
発光装置１００では、光伝搬層４４の屈折率は、発光層４２ｂの屈折率よりも低い。そのため、発光装置１００では、発光層４２ｂにおいて生じた光は、光伝搬層４４を平面方向に伝搬しやすい。
発光装置１００では、第１絶縁層５０は、発光部４０を囲んで設けられている。そのため、発光装置１００では、より確実に、発光部４０に注入される電流が、配線７２にリークすることを抑制することができる。発光装置１００では、発光部４０の第１側面４１ａと第２側面４１ｂとの間、および発光部４０の第３側面４１ｃと第４側面４１ｄとの間で定在波を形成することができる。したがって、発光装置１００では、より低い閾値電流密度でレーザー発振を実現することができる。
なお、上記では、ＩｎＧａＮ系の発光層４２ｂについて説明したが、発光層４２ｂとしては、電流が注入されることで発光可能なあらゆる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。半導体層２０，２２，４２ａ，４２ｃもＧａＮ層に限定されず、上記の材料系に適応した材料から構成される。半導体層２０，２２，４２ａ，４２ｃは、例えば、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＰ層、ＧａＰ層、ＡｌＧａＰ層などである。
また、発光装置１００では、複数の発光層４２ｂは、同じ半導体材料系で形成されていなくてもよい。例えば、発光層４２ｂを構成する半導体材料系を変えることにより、赤色光を出射する発光部４０と、緑色光を出射する発光部４０と、青色光を出射する発光部４０と、が同一の基体１０に設けられていてもよい。
また、上記では、半導体層２０にトランジスター３０のソース領域３２およびドレイン領域３４が設けられている形態について説明したが、本発明に係る発光装置は、発光部に対応するトランジスターは、駆動回路に設けられていてもよい。また、発光部に対応するトランジスターが基体１０とは別の基体に設けられていてもよい。
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８～図１０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８に示すように、例えば接合部材（図示せず）を用いて、第１基板１２に第２基板１４を接合させる。次に、第２基板１４上に、半導体層１６、半導体層２０をこの順でエピタキシャル成長させる。次に、半導体層２０をパターニングし、所定の位置に複数の開口部を形成する。次に、該開口部に半導体層２２をエピタキシャル成長させ、別の開口部に素子分離層２４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。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９に示すように、半導体層２０，２２上および素子分離層２４に第３絶縁層４３ａを形成する。第３絶縁層４３ａは、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法による成膜、およびフォトリソグラフィーおよびエッチングによるパターニング（以下、単に「パターニング」ともいう）によって形成される。
次に、第３絶縁層４３ａ上にゲート電極３８ｂを形成する。ゲート電極３８ｂ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。
次に、第３絶縁層４３ａをマスクとして、例えば、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などにより、半導体層２０上に、半導体層４２ａ、発光層４２ｂ、半導体層４２ｃをこの順でエピタキシャル成長させる。本工程により、ナノ構造体４２を形成することができる。
次に、ナノ構造体４２の周囲に光伝搬層４４を形成する。光伝搬層４４は、例えば、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などによるＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法によって形成される。以上の工程により、発光部４０を形成することができる。なお、発光部４０を形成する工程と、ゲート絶縁層３８ａを形成する工程と、の順番は、特に限定されない。
図１０に示すように、発光部４０の側壁４１に、第１絶縁層５０を形成する。第１絶縁層５０は、例えば、基板（半導体層２０，２２、素子分離層２４、発光部４０を有する基板）の全面に絶縁層（図示せず）を成膜した後、該絶縁層をエッチバックすることにより形成される。本工程により、例えば、第３絶縁層４３ａをエッチングすることができ、第３絶縁層４３およびゲート絶縁層３８ａが形成される。このように、発光装置１００の製造方法では、第３絶縁層４３およびゲート絶縁層３８ａを同一の工程によって形成することができるので、第３絶縁層４３およびゲート絶縁層３８ａを別々の工程で形成する場合に比べて、製造工程を短縮することができる。
図２に示すように、ゲート３８および第１絶縁層５０を覆うように、半導体層２０上および素子分離層２４上に、第２絶縁層６０を形成する。第２絶縁層６０は、例えば、スピンコート法やＣＶＤ法による成膜、およびパターニングによって形成される。
次に、発光部４０上に導電層７０を形成する。導電層７０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。
図１および図３に示すように、第２絶縁層６０上および導電層７０上に、配線７２を形成する。配線７２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。
図１に示すように、例えば接合部材（図示せず）を用いて、第１基板１２に駆動回路８０，８２を搭載する。次に、ワイヤー２，３，４によって電気的な接続を行う。
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． 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１１は、第１実施形態の第１変形例に係る発光装置１１０を模式的に示す断面図である。なお、図１１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。
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、以下に示す第１実施形態の第２変形例に係る発光装置において、同様である。
上述した発光装置１００では、図６に示すように、第１絶縁層５０は、例えば、単一の層によって構成されていた。これに対し、発光装置１１０では、図１１に示すように、第１絶縁層５０は、複数の層によって構成されている。
発光装置１１０は、上述した発光装置１００と同様の効果を有することができる。
発光装置１１０では、第１絶縁層５０は、複数の層によって構成されている。そのため、発光装置１１０では、例えば、第１絶縁層５０が単一の層から構成されている場合に比べて、第１絶縁層５０の抵抗、あるいは容量を調整することが容易となる。
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１２は、第１実施形態の第２変形例に係る発光装置１１０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４に示すように、発光部４０に対応して、１つのトランジスター３０が設けられていた。これに対し、発光装置１２０では、図１２に示すように、発光部４０に対応して、複数のトランジスター３０が設けられている。図示の例では、発光部４０に対応して、２つのトランジスター３０が設けられている。なお、図示はしないが、発光装置１２０では、発光部４０ごとに、ナノ構造体４２と同じ数のトランジスター３０が対応して設けられていてもよい。
発光装置１２０は、上述した発光装置１００と同様の効果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について、図面を参照しながら説明する。図１３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。なお、図１３および後述する図１４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。
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１３に示すように、金属層９０を含む点において、上述した発光装置１００と異なる。
金属層９０は、第１絶縁層５０の表面５６に設けられている。金属層９０は、発光層４２ｂの平面方向に設けられている。図示の例では、金属層９０は、第１絶縁層５０と第２絶縁層６０との間に設けられている。金属層９０は、半導体層２０と離間して設けられている。図示の例では、金属層９０と半導体層２０との間には、第３絶縁層４３が位置している。第３絶縁層４３は、金属層９０と半導体層２０とを電気的に分離している。金属層９０は、例えば、銀層、銅層、アルミニウム層などである。
発光装置２００は、上述した発光装置１００と同様の効果を有することができる。
発光装置２００では、第１絶縁層５０の表面５６に設けられた金属層９０を含む。ここで、図示はしないが、仮に、発光部４０の側壁４１に直接、金属層９０が設けられていると、金属層９０は、所定の割合で可視光を吸収するため、側壁４１に直接、金属層９０を設けることは、好ましくない。金属層９０が光を吸収すると金属層９０が発熱し、発光装置の温度特性が悪化する場合がある。発光装置２００では、発光部４０と金属層９０との間に第１絶縁層５０が設けられているため、上記のような問題を回避することができる。
なお、発光装置２００では、図１４に示すように、金属層９０は、導電層７０と一体的に設けられていてもよい。この場合、金属層９０と導電層７０とを別々の工程で形成する場合に比べて、製造工程を短縮することができる。
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説明する。第２実施形態に係る発光装置２００の製造方法は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによる成膜、およびパターニングによって金属層９０を形成すること以外は、上述した第１実施形態に係る発光装置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． 発光装置の変形例
次に、第２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１５は、第２実施形態の変形例に係る発光装置２１０を模式的に示す平面図である。図１６は、第２実施形態の変形例に係る発光装置２１０を模式的に示す図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線断面図である。なお、図１５および図１６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。
以下、第２実施形態の変形例に係る発光装置２１０において、上述した発光装置１００，２００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。
上述した発光装置２００では、図１３に示すように、金属層９０は、第１絶縁層５０の表面５６に直接、設けられていた。これに対し、発光装置２１０では、図１６に示すように、金属層９０は、第２絶縁層６０を介して、第１絶縁層５０の表面５６に設けられている。
金属層９０は、図１５に示すように、配線７２と接続されている。図示の例では、金属層９０は、配線７２と一体的に設けられている。金属層９０は、平面視において、例えば、枠状の形状を有している。平面視において、発光部４０の外縁および導電層７０の外縁は、金属層９０と重なっている。
発光装置２１０は、上述した発光装置２００と同様の効果を有することができる。
発光装置２１０では、金属層９０は、第３半導体層４２ｃと電気的に接続された配線７２に接続されている。そのため、発光装置２１０では、第３半導体層４２ｃに注入される電流に対する抵抗を小さくすることができる。
発光装置２１０では、金属層９０は、配線７２と一体的に設けられている。そのため、発光装置２１０では、金属層９０と配線７２とを別々の工程で形成する場合に比べて、製造工程を短縮することができる。
３． 第３実施形態
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１６は、第３実施形態に係るプロジェクター３００を模式的に示す図である。なお、便宜上、図１７では、プロジェクター３００を構成する筐体を省略して図示している。
プロジェクター３００は、本発明に係る発光装置を含む。以下では、図１７に示すように、発光装置１００（発光装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ）を含むプロジェクター３００について説明する。
プロジェクター３００は、筐体（図示せず）と、筐体に備えられている発光装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）３０２、および投射レンズ（投射装置）３０４と、を含む。なお、便宜上、図１７では、プロジェクター３００を構成する筐体を省略し、さらに発光装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを簡略化して図示している。
発光装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、それぞれ、赤色光、緑色光、青色光を出射する。発光装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、各々の発光部４０を映像の画素として画像情報に応じて制御する（変調する）ことで、例えば液晶ライトバルブ（光変調装置）を用いずに、直接的に映像を形成することができる。
発光装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光は、クロスダイクロイックプリズム３０２に入射する。クロスダイクロイックプリズム３０２は、発光装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光を合成して投射レンズ３０４に導く。投射レンズ３０４は、発光装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂによって形成された映像を、拡大して図示しないスクリーン（表示面）に投射する。
具体的には、クロスダイクロイックプリズム３０２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３０４によりスクリーン上に投射され、拡大された画像が表示される。
プロジェクター３００では、発光装置１００を含む。そのため、プロジェクター３００では、例えば液晶ライトバルブ（光変調装置）を用いずに、直接的に映像を形成することができる。したがって、プロジェクター３００では、液晶ライトバルブにおける透過ロス（光の一部が液晶ライトバルブを透過しないこと）を抑制することができ、高輝度化を図ることができる。さらに、プロジェクター３００では、部品数を減らすことができ、低コスト化を図ることができる。さらに、プロジェクター３００では、レーザー光を出射する発光装置１００を含むため、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光を出射する場合に比べて、遠隔箇所から投影可能となる。
なお、例えば、赤色光を出射する発光部４０（４０Ｒ）と、緑色光を出射する発光部４０（４０Ｇ）と、青色光を出射する発光部４０（４０Ｂ）と、が同一の基体１０に設けられた発光装置１００を用いる場合は、プロジェクター３００は、図１８に示すように、発光装置１００から出射された光は、クロスダイクロイックプリズムに入射せず、直接、投射レンズ３０４に入射する。この場合、１つの発光装置１００で、フルカラーの像表示が可能となり、図１７に示す例に比べて、小型化を図ることができる。
本発明に係る発光装置の用途は、上述した実施形態に限定されず、プロジェクター以外にも、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、スキャナー、車載用ライト、光を用いるセンシング機器、通信機器等の光源としても用いることが可能である。
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。
２，３，４…ワイヤー、８，９…パッド、１０…基体、１２…第１基板、１４…第２基板、１６，２０，２２…半導体層、２４…素子分離層、３０…トランジスター、３２…ソース領域、３４…ドレイン領域、３６…チャネル領域、３８…ゲート、３８ａ…ゲート絶縁層、３８ｂ…ゲート電極、４０，４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ…発光部、４１…側壁、４１ａ…第１側面、４１ｂ…第２側面、４１ｃ…第３側面、４１ｄ…第４側面、４２…ナノ構造体、４２ａ…半導体層、４２ｂ…発光層、４２ｃ…半導体層、４３，４３ａ…第３絶縁層、４４…光伝搬層、５０…第１絶縁層、５６…表面、６０…第２絶縁層、７０…導電層、７２…配線、８０…第１駆動回路、８０ａ，８０ｂ…パッド、８２…第２駆動回路、８２ａ…パッド、９０…金属層、１００，１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ，１１０，１２０，２００，２１０…発光装置、３００…プロジェクター、３０２…クロスダイクロイックプリズム、３０４…投射レンズ

Claims (14)

  1. 基体と、
    電流が注入されることで発光可能な複数のナノ構造体を有する発光部と、
    前記発光部に対応して設けられ、前記ナノ構造体へ注入される電流量を制御するトラン
    ジスターと、
    前記複数のナノ構造体に電流を注入する導電層と、
    前記基体に設けられた第１半導体層と、を含み、
    前記複数のナノ構造体の各々は、前記第１半導体層から突出している柱状部であり、
    前記複数のナノ構造体は、前記基体と前記導電層との間に設けられ、
    前記発光部の側壁に、第１絶縁層が設けられ、
    前記第１絶縁層の表面に金属層が設けられ、
    前記複数のナノ構造体の各々は、
    第２半導体層と、
    前記第２半導体層と導電型の異なる第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、電流が注入されることで発
    光可能な発光層と、を有し、
    前記第２半導体層は、前記基体と前記発光層との間に設けられ
    前記導電層は、前記第３半導体層と電気的に接続され、
    前記金属層は、前記導電層と電気的に接続されている、発光装置。
  2. 請求項１において、
    前記金属層を覆う第２絶縁層を有する、発光装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記第１絶縁層と前記第１半導体層の間に、第３絶縁層が設けられている、発光装置。
  4. 請求項３において、
    前記トランジスターは、
    ソース領域およびドレイン領域と、
    前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域と、
    前記チャネル領域に流れる電流を制御するゲートと、
    を有し、
    前記ソース領域および前記ドレイン領域は、前記第１半導体層に設けられている、発光
    装置。
  5. 請求項４において、
    前記ソース領域または前記ドレイン領域は、前記第２半導体層と電気的に接続されてい
    る、発光装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
    前記金属層は、配線と電気的に接続されている、発光装置。
  7. 請求項６において、
    前記配線は、前記トランジスターと電気的に接続されている、発光装置。
  8. 請求項２において、
    前記導電層は、前記第２絶縁層の一部を覆っている、発光装置。
  9. 請求項２ないし８のいずれか１項において、
    前記第１半導体層は、ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＡｓ層、Ｉｎ
    ＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＰ層、ＧａＰ層、またはＡｌＧａＰ層である、発光
    装置。
  10. 請求項１ないし９のいずれか１項において、
    前記発光部は、アレイ状に設けられている、発光装置。
  11. 請求項３において、
    前記金属層と前記第１半導体層の間に、前記第３絶縁層が設けられている、発光装置。
  12. 請求項１ないし１１のいずれか１項において、
    前記第２半導体層および前記発光層の積層方向から見た平面視で、前記導電層の外縁は
    前記金属層と重なっている、発光装置。
  13. 請求項１ないし１２のいずれか１項において、
    前記第１絶縁層は、複数の層で構成されている、発光装置。
  14. 請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の発光装置を含む、プロジェクター。
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