JP7176700B2 - 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。特に、ナノコラム、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノピラーなどと呼ばれるナノ構造を有する半導体レーザーは、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得られる発光装置が実現できると期待されている。
例えば特許文献１には、マスクパターンの上方に向けて成長したｎ型クラッド層を含む微細柱状結晶と、活性層と、ｐ型半導体層と、からなるナノコラムを備える半導体光素子アレイが記載されている。
特開２０１３－２３９７１８号公報
上記のようなナノコラムを備える半導体光素子アレイにおいて、ナノコラムの側面には結晶欠陥が発生し易い。結晶欠陥は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間の電流のリーク経路となる場合がある。
本発明に係る発光装置の一態様は、
複数の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第３半導体層と、
を有し、
前記第３半導体層は、発光層を有し、
前記第２半導体層は、
第１部分と、
前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりも不純物濃度が低い第２部分と、
を有する。
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平面図。 本実施形態の変形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。 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。図２は、本実施形態に係る発光装置１００の柱状部３０を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、図１では、柱状部３０を簡略化して図示している。
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１１０と、第２電極１１２と、を有している。
基板１０は、例えば、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板、サファイア基板などである。
積層体２０は、基板１０に設けられている。積層体２０は、バッファー層２２と、柱状部３０と、光伝搬層９０と、を有している。
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。
本明細書では、第１半導体層４０および発光層６０の積層方向（以下、単に「積層方向」ともいう）において、発光層６０を基準とした場合、発光層６０から第２半導体層８０に向かう方向を「上」とし、発光層６０から第１半導体層４０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。
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。なお、図示はしないが、バッファー層上に柱状部３０を成長させるためのマスク層が設けられていてもよい。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。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、または円である。
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６０を得ることができ、かつ、発光層６０に内在する歪みを低減することができる。これにより、発光層６０で発生する光を高い効率で増幅することができる。複数の柱状部３０の径は、例えば、互いに等しい。
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、積層方向からの平面視において（以下、単に「平面視において」ともいう）、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。
柱状部３０は、図２に示すように、例えば、第１半導体層４０と、第２半導体層８０と、第３半導体層１０２と、を有している。第３半導体層１０２は、複数の半導体層で構成されている。第３半導体層１０２は、第１光閉じ込め層（ＯＣＬ：Optical Confinement Layer）５０と、ホールブロック層（ＨＢＬ：Hole Blocking Layer）５２と、発光層６０と、第２光閉じ込め層７０と、電子ブロック層（ＥＢＬ：Electron Blocking Layer）７
２と、を有している。
第１半導体層４０は、バッファー層２２上に設けられている。第１半導体層４０は、基板１０と発光層６０との間に設けられている。第１半導体層４０は、ｎ型の半導体層である。第１半導体層４０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４０は、例えば、高濃度部４２と、低濃度部４４と、を有している。
第１半導体層４０の高濃度部４２の不純物濃度は、低濃度部４４の不純物濃度よりも高い。高濃度部４２の発光層６０側の径Ｄ２は、例えば、高濃度部４２の発光層６０とは反対側の径Ｄ１よりも小さい。径Ｄ１は、高濃度部４２の最も基板１０側の部分における径である。径Ｄ１は、例えば、高濃度部４２のバッファー層２２との接触部分における径である。径Ｄ２は、高濃度部４２の最も発光層６０側の部分における径である。図示の例では、径Ｄ２は、高濃度部４２の第１光閉じ込め層５０との接触部分における径である。高濃度部４２の形状は、例えば、基板１０側から発光層６０側に向けて、徐々に径が小さくなるテーパー状である。なお、図示はしないが、径Ｄ２は、径Ｄ１と同じであってもよい。
第１半導体層４０の低濃度部４４の不純物濃度は、高濃度部４２の不純物濃度よりも低い。低濃度部４４は、平面視において、高濃度部４２を囲んでいる。低濃度部４４の不純物濃度が高濃度部４２の不純物濃度よりも低いことは、例えば、アトムプローブ分析法によって確認することができる。
第１光閉じ込め層５０は、第１半導体層４０上に設けられている。第１光閉じ込め層５０は、第１半導体層４０と発光層６０との間に設けられている。第１光閉じ込め層５０は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＩｎＧａＮ層である。第１光閉じ込め層５０およびウェル層６２がＩｎＧａＮ層である場合、第１光閉じ込め層５０のＩｎの原子濃度（ａｔ％）は、ウェル層６２のＩｎの原子濃度よりも低い。第１光閉じ込め層５０は、ＩｎＧａＮ層に限らず、例えば、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層であってもよい。第１光閉じ込め層５０は、発光層６０から第１半導体層４０側に漏れる光を低減することができる。
ホールブロック層５２は、第１光閉じ込め層５０上に設けられている。ホールブロック層５２は、第１半導体層４０と発光層６０との間に設けられている。ホールブロック層５２は、例えば、ｃ面５２ａと、ファセット面５２ｂと、を有している。図示の例では、ｃ面５２ａは、ホールブロック層５２の上面である。ファセット面５２ｂは、ホールブロック層５２の側面である。
ホールブロック層５２は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＩｎＧａＮ層である。ホールブロック層５２および発光層６０のウェル層６２がＩｎＧａＮ層である場合、ホールブロック層５２のＩｎの原子濃度は、ウェル層６２のＩｎの原子濃度よりも低い。ホールブロック層５２は、発光層６０から第１半導体層４０側に漏れるホールを低減することができる。
なお、図示の例では、ホールブロック層５２は第１光閉じ込め層５０上に設けられているが、これに限らず、ホールブロック層５２が第１半導体層４０上に設けられ、第１光閉じ込め層５０がホールブロック層５２上に設けられていてもよい。
発光層６０は、ホールブロック層５２上に設けられている。発光層６０は、ホールブロック層５２のｃ面５２ａに設けられている。発光層６０は、第１半導体層４０と第２半導体層８０との間に設けられている。発光層６０は、電流が注入されることで光を発生させる。
発光層６０は、ウェル層６２と、バリア層６４と、を有している。ウェル層６２は、例えば、不純物がドープされていないｉ型のＩｎＧａＮ層である。ウェル層６２は、複数設けられている。バリア層６４は、例えば、ｉ型のＧａＮ層である。バリア層６４は、複数設けられている。発光層６０は、ウェル層６２とバリア層６４とからなる量子井戸構造を重ねた多重量子井戸構造を有している。図示の例では、隣り合うバリア層６４は、発光層６０の周辺部において連続している。ウェル層６２は、平面視において、バリア層６４に囲まれている。
発光層６０は、ｃ面６０ａと、ファセット面６０ｂと、を有している。図示の例では、ｃ面６０ａは、発光層６０の上面である。ファセット面６０ｂは、発光層６０の側面である。図示の例では、ｃ面６０ａおよびファセット面６０ｂは、バリア層６４によって構成されている。
発光層６０の高濃度部４２側の径Ｄ３は、高濃度部４２の発光層６０側の径Ｄ２よりも大きい。径Ｄ３は、発光層６０の最も高濃度部４２側の部分における径である。図示の例では、径Ｄ３は、発光層６０のホールブロック層５２との接触部分における径である。
第２光閉じ込め層７０は、発光層６０上に設けられている。第２光閉じ込め層７０は、発光層６０と第２半導体層８０との間に設けられている。第２光閉じ込め層７０は、発光層６０のｃ面６０ａに設けられている。第２光閉じ込め層７０は、ｃ面７０ａと、ファセット面７０ｂと、を有している。図示の例では、ｃ面７０ａは、第２光閉じ込め層７０の上面である。ファセット面７０ｂは、第２光閉じ込め層７０の側面である。
第２光閉じ込め層７０は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＩｎＧａＮ層である。第２光閉じ込め層７０およびウェル層６２がＩｎＧａＮ層である場合、第２光閉じ込め層７０のＩｎの原子濃度は、ウェル層６２のＩｎの原子濃度よりも低い。第２光閉じ込め層７０は、発光層６０から第２半導体層８０側に漏れる光を低減することができる。図示の例では、第２光閉じ込め層７０、発光層６０、およびホールブロック層５２の形状は、第１
半導体層４０側から第２半導体層８０の高濃度部８２側に向けて、徐々に径が小さくなるテーパー状である。
電子ブロック層７２は、第２光閉じ込め層７０上に設けられている。電子ブロック層７２は、発光層６０と第２半導体層８０との間に設けられている。図示の例では、電子ブロック層７２は、第２光閉じ込め層７０のｃ面７０ａおよびファセット面７０ｂ、発光層６０のファセット面６０ｂ、およびホールブロック層５２のファセット面５２ｂに設けられている。電子ブロック層７２は、ｃ面７２ａと、ファセット面７２ｂと、を有している。図示の例では、ｃ面７２ａは、電子ブロック層７２の上面である。ファセット面７２ｂは、電子ブロック層７２の側面である。ｃ面５２ａ，６０ａ，７０ａ，７２ａは、例えば、基板１０の上面と平行である。ファセット面５２ｂ，６０ｂ，７０ｂ，７２ｂは、基板１０の上面に対して傾斜している。
電子ブロック層７２は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＡｌＧａＮ層である。電子ブロック層７２は、発光層６０から第２半導体層８０側に漏れる電子を低減することができる。
第２半導体層８０は、電子ブロック層７２上に設けられている。第２半導体層８０は、発光層６０と第２電極１１２との間に設けられている。第２半導体層８０は、第１半導体層４０と導電型の異なる半導体層である。第２半導体層８０は、ｐ型の半導体層である。第２半導体層８０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４０および第２半導体層８０は、発光層６０に光を閉じ込める機能を有するクラッド層である。第２半導体層８０は、高濃度部８２と、低濃度部８４と、を有している。
第２半導体層８０の高濃度部８２の不純物濃度は、低濃度部８４の不純物濃度よりも高い。高濃度部８２は、第２光閉じ込め層７０および電子ブロック層７２を介して、発光層６０のｃ面６０ａに設けられている。高濃度部８２は、発光層６０のファセット面６０ｂに設けられていない。図示の例では、高濃度部８２は、電子ブロック層７２のｃ面７２ａに設けられている。高濃度部８２は、電子ブロック層７２のファセット面７２ｂに設けられていない。発光層６０の高濃度部８２側の径Ｄ４は、高濃度部８２の発光層６０側の径Ｄ５よりも大きい。径Ｄ４は、発光層６０の最も高濃度部８２側の部分における径である。図示の例では、径Ｄ４は、発光層６０の第２光閉じ込め層７０との接触部分における径である。径Ｄ５は、高濃度部８２の最も発光層６０側の部分における径である。図示の例では、径Ｄ５は、高濃度部８２の電子ブロック層７２との接触部分における径である。
第２半導体層８０の高濃度部８２は、発光層６０側の第１面８２ａと、発光層６０とは反対側の第２面８２ｂと、を有している。図示の例では、第１面８２ａは、高濃度部８２の電子ブロック層７２との接触面である。第２面８２ｂは、例えば、高濃度部８２の第２電極１１２との接触面である。第２面８２ｂの面積は、第１面８２ａの面積よりも大きい。例えば、柱状部３０の平面形状が多角形の場合、平面視において、第２面８２ｂの最小包含円の径Ｄ６は、第１面８２ａの最小包含円の径Ｄ５よりも大きい。
第２半導体層８０の低濃度部８４の不純物濃度は、高濃度部８２の不純物濃度よりも低い。低濃度部８４は、平面視において、高濃度部８２を囲んでいる。低濃度部８４は、電子ブロック層７２を介して、発光層６０のファセット面６０ｂに設けられている。低濃度部８４は、発光層６０のｃ面６０ａに設けられていない。図示の例では、低濃度部８４は、電子ブロック層７２のファセット面７２ｂに設けられている。低濃度部８４は、電子ブロック層７２のｃ面７２ａに設けられていない。低濃度部８４の不純物濃度が高濃度部８２の不純物濃度よりも低いことは、例えば、アトムプローブ分析法によって確認することができる。
第２半導体層８０は、第３半導体層１０２と接する接触部分８６を有している。図示の例では、第２半導体層８０の接触部分８６は、第３半導体層１０２の電子ブロック層７２と接している。ここで、図３は、柱状部３０を模式的に示す平面図である。図３に示すように、平面視において、例えば、接触部分８６のうち、発光層６０のｃ面６０ａの外縁６と重なる重複部分８６ａの不純物濃度は、接触部分８６の中心Ｃにおける不純物濃度よりも低い。例えば、接触部分８６の外縁８６ｂの不純物濃度は、接触部分８６の中心Ｃにおける不純物濃度よりも低い。発光層６０のｃ面６０ａは、発光層６０の第２半導体層８０側の端部である。図示の例では、ｃ面６０ａは、発光層６０の高濃度部８２側の端部である。
発光装置１００では、例えば、ｐ型の第２半導体層８０、ｐ型の電子ブロック層７２、ｐ型の第２光閉じ込め層７０、ｉ型の発光層６０、ｎ型のホールブロック層５２、ｎ型の第１光閉じ込め層５０、およびｎ型の第１半導体層４０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１１０と第２電極１１２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６０に電流が注入されて発光層６０で電子とホール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６０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、発光層６０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。
光伝搬層９０は、図１に示すように、隣り合う柱状部３０の間に設けられている。光伝搬層９０は、平面視において、柱状部３０の周囲に設けられている。光伝搬層９０は、例えば、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化チタン層などである。発光層６０で発生した光は、光伝搬層９０を通って面内方向に伝搬することができる。なお、図示はしないが、光伝搬層９０は設けられておらず、隣り合う柱状部３０の間は空隙であってもよい。
第１電極１１０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１１０とオーミックコンタクトしていてもよい。第１電極１１０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１電極１１０は、バッファー層２２を介して、第１半導体層４０と電気的に接続されている。第１電極１１０は、発光層６０に電流を注入するための一方の電極である。第１電極１１０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１１２は、第２半導体層８０上に設けられている。第２電極１１２は、第２半導体層８０と電気的に接続されている。第２電極１１２は、発光層６０に電流を注入するための他方の電極である。第２電極１１２としては、例えば、ＩＴＯ（indium tin oxide）などを用いる。なお、図示はしないが、第２半導体層８０と第２電極１１２との間にコンタクト層が設けられていてもよい。コンタクト層は、例えば、ｐ型のＧａＮ層である。
なお、上記では、ＩｎＧａＮ系の発光層６０について説明したが、発光層６０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。
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、第２半導体層８０は、高濃度部（第１部分）８２と、平面視において、高濃度部８２を囲み、高濃度部８２よりも不純物濃度が低い低濃度部（第２部分）
８４と、を有する。そのため、結晶欠陥が発生し易い柱状部３０の側面の電流を低減することができる。これにより、第１半導体層４０と第２半導体層８０との間の電流のリークを低減することができる。その結果、発光装置１００では、発光層６０へ効率よく電流を注入させることができる。
発光装置１００では、第２半導体層８０において第３半導体層１０２と接する接触部分８６のうち、平面視において、発光層６０のｃ面６０ａの外縁６と重なる重複部分８６ａの不純物濃度は、接触部分８６の中心Ｃにおける不純物濃度よりも低く、接触部分８６の外縁８６ｂにおける不純物濃度は、接触部分８６の中心Ｃにおける不純物濃度よりも低い。そのため、発光装置１００では、発光層６０のファセット面６０ｂからなる側面に注入される電流を低減することができる。これにより、第１半導体層４０と第２半導体層８０との間の電流のリークを低減することができる。発光層６０のファセット面６０ｂは、発光層６０のｃ面６０ａに比べて、結晶欠陥が発生し易い。
発光装置１００では、発光層６０の高濃度部８２側の径Ｄ４は、高濃度部８２の発光層６０側の径Ｄ５よりも大きい。そのため、発光装置１００では、抵抗が低く電流が流れ易い高濃度部８２と、発光層６０のファセット面６０ｂからなる側面と、の接触を防止することができる。これにより、発光装置１００では、例えば、図４に示すように、発光層６０の高濃度部８２側の径Ｄ４が高濃度部８２の発光層６０側の径Ｄ５以下の場合に比べて、発光層６０のファセット面６０ｂに注入される電流を低減することができる。これにより、第１半導体層４０と第２半導体層８０との間の電流のリークを低減することができる。なお、図４は、本実施形態の変形例に係る発光装置２００の柱状部３０を模式的に示す断面図である。
発光装置１００では、第１半導体層４０は、高濃度部（第３部分）４２と、平面視において、高濃度部４２を囲み、高濃度部４２よりも不純物濃度が低い低濃度部（第４部分）４４と、を有する。そのため、発光装置１００では、第４部分の不純物濃度が第３部分の不純物濃度と同じである場合に比べて、第１半導体層４０と第２半導体層８０との間の電流のリークを低減することができる。
発光装置１００では、発光層６０の高濃度部４２側の径Ｄ３は、高濃度部４２の発光層６０側の径Ｄ２よりも大きい。そのため、発光装置１００では、径Ｄ３が径Ｄ２以下の場合に比べて、第１半導体層４０と第２半導体層８０との間の電流のリークを低減することができる。
発光装置１００では、積層体２０に設けられている第２電極１１２を有し、高濃度部８２は、発光層６０側の第１面８２ａと、第２電極１１２側の第２面８２ｂと、を有し、第２面８２ｂの面積は、第１面８２ａの面積よりも大きい。そのため、発光装置１００では、第２面の面積が第１面の面積以下の場合に比べて、例えば、柱状部３０と第２電極１１２との接触抵抗を低くすることができる。
発光装置１００では、第１半導体層４０と発光層６０との間に設けられているホールブロック層５２を有し、第１半導体層４０は、ｎ型の半導体層であり、第２半導体層８０は、ｐ型の半導体層である。そのため、発光装置１００では、発光層６０から第１半導体層４０側に漏れるホールを低減することができる。
発光装置１００では、発光層６０は、ｃ面６０ａと、ファセット面６０ｂと、を有し、高濃度部８２は、ｃ面６０ａに設けられ、低濃度部８４は、ファセット面６０ｂに設けられている。そのため、発光装置１００では、高濃度部がファセット面に設けられている場合に比べて、第１半導体層４０と第２半導体層８０との間の電流のリークを低減すること
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、図示しないマスク層を形成する。マスク層は、例えば、スパッタ法で形成される。柱状部３０をＭＯＣＶＤ法で成長させる場合、マスク層は、例えば、酸化シリコン層である。柱状部３０をＭＢＥ法で成長させる場合、マスク層は、例えば、チタン層である。次に、マスク層に開口部を形成する。開口部は、例えば、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によって形成される。
次に、マスク層をマスクとして、バッファー層２２上に、柱状部３０をエピタキシャル成長させる。具体的には、図２に示すように、第１半導体層４０、第１光閉じ込め層５０、ホールブロック層５２、発光層６０、第２光閉じ込め層７０、電子ブロック層７２、および第２半導体層８０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法、ＭＢＥ法などが挙げられる。
第１半導体層４０の成長は、平面視において高濃度部４２を低濃度部４４が囲むように、例えば成膜温度および成膜速度などを調整して行う。第１半導体層４０の不純物濃度は、中心部の方が周辺部に比べて、高くなり易い。さらに、第１半導体層４０の成長は、径Ｄ２が径Ｄ１よりも小さくなるように、例えば成膜温度および成膜速度などを調整して行う。
ホールブロック層５２の成長は、ホールブロック層５２がｃ面５２ａおよびファセット面５２ｂを有するように、例えば成膜温度および成膜速度などを調整して行う。
発光層６０の成長は、平面視においてウェル層６２をバリア層６４が囲むように、例えば成膜温度および成膜速度などを調整して行う。さらに、発光層６０の成長は、発光層６０がｃ面６０ａおよびファセット面６０ｂを有し、径Ｄ４が径Ｄ３よりも大きくなるように、例えば成膜温度および成膜速度などを調整して行う。
第２光閉じ込め層７０の成長は、第２光閉じ込め層７０がｃ面７０ａおよびファセット面７０ｂを有するように、例えば成膜温度および成膜速度などを調整して行う。
電子ブロック層７２の成長は、電子ブロック層７２がｃ面７２ａおよびファセット面７２ｂを有するように、例えば成膜温度および成膜速度などを調整して行う。
第２半導体層８０の成長は、平面視において高濃度部８２を低濃度部８４が囲むように、例えば成膜温度および成膜速度などを調整して行う。第２半導体層８０の不純物濃度は、中心部の方が周辺部に比べて、高くなり易い。さらに、第２半導体層８０の成長は、径Ｄ６が径Ｄ５よりも大きくなるように、例えば成膜温度および成膜速度などを調整して行う。
図１に示すように、隣り合う柱状部３０の間に光伝搬層９０を形成する。光伝搬層９０
は、例えば、スピンコート法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などによって形成される。
次に、第２半導体層８０上に第２電極１１２を形成する。次に、バッファー層２２上に第１電極１１０を形成する。第１電極１１０および第２電極１１２は、例えば、真空蒸着法によって形成される。なお、第１電極１１０と第２電極１１２との形成順序は、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。
なお、図示はしないが、柱状部３０を有する部分を基板１０上に形成した後、基板１０を除去し、柱状部３０を有する部分を別の基板に実装してもよい。柱状部３０を有する部分は、柱状部３０、光伝搬層９０、および第２電極１１２によって構成されていてもよいし、さらに、バッファー層２２、第１電極１１０を有していてもよい。
３． 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６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６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、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。
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、
複数の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第３半導体層と、
を有し、
前記第３半導体層は、発光層を有し、
前記第２半導体層は、
第１部分と、
前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりも不純物濃度が低い第２部分と、
を有する。
この発光装置によれば、結晶欠陥が発生し易い柱状部の側面の電流を低減することができる。これにより、第１半導体層と第２半導体層との間の電流のリークを低減することができる。その結果、発光層へ効率よく電流を注入させることができる。
発光装置の一態様において、
前記第２半導体層において前記第３半導体層と接する接触部分のうち、前記積層方向からの平面視において、前記発光層の前記第２半導体層側の端部の外縁と重なる部分における不純物濃度は、前記接触部分の中心における不純物濃度よりも低く、
前記接触部分の外縁における不純物濃度は、前記接触部分の中心における不純物濃度よりも低くてもよい。
この発光装置によれば、発光層のファセット面からなる側面に注入される電流を低減することができる。これにより、第１半導体層と第２半導体層との間の電流のリークを低減することができる。発光層のファセット面は、発光層のｃ面に比べて、結晶欠陥が発生し易い。
発光装置の一態様において、
前記発光層の前記第１部分側の径は、前記第１部分の前記発光層側の径よりも大きくてもよい。
この発光装置によれば、抵抗が低く電流が流れ易い第１部分と、発光層の側面と、の接触を防止することができる。そのため、発光層の側面に注入される電流を低減することができる。これにより、第１半導体層と第２半導体層との間の電流のリーク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１半導体層は、
第３部分と、
前記積層方向からの平面視において、前記第３部分を囲み、前記第３部分よりも不純物濃度が低い第４部分と、
を有してもよい。
この発光装置によれば、第４部分の不純物濃度が第３部分の不純物濃度と同じである場合に比べて、第１半導体層と第２半導体層との間の電流のリーク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３部分の前記発光層側の径は、前記第３部分の前記発光層とは反対側の径よりも大きくてもよい。
この発光装置によれば、第３部分の径が一定（積層方向において発光層とは反対側の径で一定）である場合に比べて、第１半導体層における面内方向の平均屈折率と、活性層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。これにより、活性層に、より光を閉じ込めることができる。
発光装置の一態様において、
前記発光層の前記第３部分側の径は、前記第３部分の前記発光層側の径よりも大きくてもよい。
この発光装置によれば、発光層の第３部分側の径が第３部分の発光層側の径以下の場合に比べて、第１半導体層と第２半導体層との間の電流のリークを低減することができる。
発光装置の一態様において、
前記積層体に設けられている電極を有し、
前記第２半導体層は、前記発光層と前記電極との間に設けられていてもよい。
発光装置の一態様において、
前記第１部分は、
前記発光層側の第１面と、前記電極側の第２面と、
を有し、
前記第２面の面積は、前記第１面の面積よりも大きくてもよい。
この発光装置によれば、第２面の面積が第１面の面積以下の場合に比べて、例えば、柱状部と第２電極との接触抵抗を低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半導体層と前記発光層との間に設けられているホールブロック層を有し、
前記第１半導体層は、ｎ型の半導体層であり、
前記第２半導体層は、ｐ型の半導体層であってもよい。
この発光装置によれば、発光層から第１半導体層側に漏れるホールを低減することができる。
発光装置の一態様において、
前記発光層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記第１部分は、前記ｃ面に設けられ、
前記第２部分は、前記ファセット面に設けられていてもよい。
この発光装置によれば、第１部分がファセット面に設けられている場合に比べて、第１半導体層と第２半導体層との間の電流のリークを低減することができる。
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。
６…外縁、１０…基板、２０…積層体、２２…バッファー層、３０…柱状部、４０…第１半導体層、４２…高濃度部、４４…低濃度部、５０…第１光閉じ込め層、５２…ホールブロック層、５２ａ…ｃ面、５２ｂ…ファセット面、６０…発光層、６０ａ…ｃ面、６０ｂ…ファセット面、６２…ウェル層、６４…バリア層、７０…第２光閉じ込め層、７０ａ…ｃ面、７０ｂ…ファセット面、７２…電子ブロック層、７２ａ…ｃ面、７２ｂ…ファセット面、８０…第２半導体層、８２…高濃度部、８２ａ…第１面、８２ｂ…第２面、８４…低濃度部、８６…接触部分、８６ａ…重複部分、８６ｂ…外縁、９０…光伝搬層、１００…発光装置、１０２…第３半導体層、１１０…第１電極、１１２…第２電極、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

Claims (9)

  1. 複数の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第３半導体層と、
    を有し、
    前記第３半導体層は、発光層と、電子ブロック層と、を有し、
    前記第２半導体層は、
    第１部分と、
    前記第１半導体層および前記発光層の積層方向からの平面視において、前記第１部分を囲み、前記第１部分よりも不純物濃度が低い第２部分と、
    を有し、
    前記第１半導体層は、
    第３部分と、
    前記積層方向からの平面視において、前記第３部分を囲み、前記第３部分よりも不純物濃度が低い第４部分と、
    を有し、
    前記発光層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
    前記電子ブロック層は、ｃ面を有し、
    前記第２部分は、前記発光層の前記ファセット面に、前記電子ブロック層を介して設けられて、
    前記電子ブロック層の前記ｃ面には、前記第２部分は設けられていない、発光装置。
  2. 請求項１において、
    前記第２半導体層において前記第３半導体層と接する接触部分のうち、前記積層方向か
    らの平面視において、前記発光層の前記第２半導体層側の端部の外縁と重なる部分における不純物濃度は、前記接触部分の中心における不純物濃度よりも低く、
    前記接触部分の外縁における不純物濃度は、前記接触部分の中心における不純物濃度よりも低い、発光装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記発光層の前記第１部分側の径は、前記第１部分の前記発光層側の径よりも大きい、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３部分の前記発光層側の径は、前記第３部分の前記発光層とは反対側の径よりも小さい、発光装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
    前記発光層の前記第３部分側の径は、前記第３部分の前記発光層側の径よりも大きい、発光装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
    前記積層体に設けられている電極を有し、
    前記第２半導体層は、前記発光層と前記電極との間に設けられている、発光装置。
  7. 請求項６において、
    前記第１部分は、
    前記発光層側の第１面と、前記電極側の第２面と、
    を有し、
    前記第２面の面積は、前記第１面の面積よりも大きい、発光装置。
  8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、
    前記第３半導体層は、前記第１半導体層と前記発光層との間に設けられているホールブロック層を有し、
    前記第１半導体層は、ｎ型の半導体層であり、
    前記第２半導体層は、ｐ型の半導体層である、発光装置。
  9. 請求項１ないし８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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