JP7207012B2 - 発光装置の製造方法、発光装置、およびプロジェクター - Google Patents

発光装置の製造方法、発光装置、およびプロジェクター Download PDF

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Description

本発明は、発光装置の製造方法、発光装置、およびプロジェクターに関する。
近年、複数のナノコラムを光源として備えた小型のプロジェクターの開発が進んでいる。このような小型のプロジェクターは、従来のＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源に比べて、高効率・高輝度かつ長寿命な光源を備えることができ、環境にやさしい省エネルギーのプロジェクターとして注目されている。
例えば特許文献１には、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などにより、半導体基板から複数の開口を介してマスクパターンの上方に向けてナノコラムを成長させることが記載されている。
特開２０１３－２３９７１８号公報
特許文献１のような発光装置では、ナノコラムを成長させる際に、マスクパターン上に付着したナノコラムの原材料が、マスクパターン上を移動して開口に集まってナノコラムが形成される。しかしながら、マスクパターン上を移動する原材料が多いと、ナノコラムの原材料が過多となって、ナノコラムが巨大化する場合があった。これにより、隣り合うナノコラムが接触し、発光効率および最大光出力の大幅な低下を招くことがあった。さらには、所望の波長が発光しない場合もあった。
本発明に係る発光装置の製造方法一態様は、
基板にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層に、複数の第１開口と、少なくとも１つの第２開口と、を形成する工程と、
複数の前記第１開口から発光部を有する柱状部を成長させ、前記第２開口から構造体を成長させる工程と、
を有する。
前記発光装置の製造方法の一態様において、
前記第１開口および前記第２開口を形成する工程では、
前記基板の厚さ方向からみて、前記第２開口の形状を環状にし、前記第２開口の内側に、複数の前記第１開口を形成してもよい。
前記発光装置の製造方法の一態様において、
前記第１開口および前記第２開口を形成する工程では、
前記マスク層に、第１部分と、前記基板の厚さ方向からみて前記第１部分の外側に第２部分と、を形成し、
前記第１部分に、複数の前記第１開口と、前記第２開口と、を形成し、
前記第２部分を平坦にしてもよい。
前記発光装置の製造方法の一態様において、
前記第１開口および前記第２開口を形成する工程では、
前記第２開口を、複数形成し、
前記基板の厚さ方向からみて、
複数の前記第２開口を、複数の前記第１開口を囲んで形成し、
前記第２開口を、前記第１開口と同じ形状に形成し、
前記第２開口を、前記第１開口と同じ大きさに形成してもよい。
前記発光装置の製造方法の一態様において、
前記第１開口および前記第２開口を形成する工程では、
前記マスク層に、第１部分と、前記基板の厚さ方向からみて前記第１部分の外側に第２部分と、を形成し、
前記第１部分に、複数の前記第１開口と、前記基板の厚さ方向からみて複数の前記第１開口を囲む複数の前記第２開口を形成し、
前記第２部分を平坦にしてもよい。
本発明に係る発光装置一態様は、
基板と、
前記基板に設けられた複数の柱状部と、
前記基板に設けられ、前記柱状部と同じ層構造を有する少なくとも１つの構造体と、
を有し、
前記柱状部は、発光部を有し、
前記柱状部には、電流が注入され、
前記構造体には、電流が注入されない。
前記発光装置の一態様において、
前記基板の厚さ方向からみて、前記構造体の形状は、環状であり、
前記構造体の内側に、複数の前記柱状部が設けられていてもよい。
前記発光装置の一態様において、
前記基板に設けられた被覆層を有し、
前記被覆層には、複数の第１開口と、第２開口とが設けられ、
前記柱状部は、前記第１開口に設けられ、
前記構造体は、前記第２開口に設けられ、
前記被覆層は、
複数の前記第１開口と、前記第２開口とが設けられた第１部分と、
前記基板の厚さ方向からみて前記第１部分の外側に設けられた、平坦な第２部分と、
を有してもよい。
前記発光装置の一態様において、
前記構造体は、複数設けられ、
前記基板の厚さ方向からみて、
複数の前記構造体は、複数の前記柱状部を囲んで設けられ、
前記構造体の形状は、前記柱状部の形状と同じであり、
前記構造体の大きさは、前記柱状部の大きさと同じであってもよい。
前記発光装置の一態様において、
前記基板に設けられた被覆層を有し、
前記被覆層には、複数の第１開口と、複数の第２開口とが設けられ、
前記柱状部は、前記第１開口に設けられ、
前記構造体は、前記第２開口に設けられ、
前記被覆層は、
複数の前記第１開口と、前記基板の厚さ方向からみて複数の前記第１開口を囲む複数の前記第２開口とが設けられた第１部分と、
前記基板の厚さ方向からみて前記第１部分の外側に設けられた、平坦な第２部分と、
を有してもよい。
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。
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。 ＭＯＣＶＤ法による柱状部の成長について説明するための図。 ＭＢＥ法による柱状部の成長について説明するための図。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するためのフローチャート。 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。 実施例１の金属顕微鏡像。 実施例１のＳＥＭ像。 実施例１のＳＥＭ像。 実施例１のＳＥＭ像。 比較例１の金属顕微鏡像。 比較例１のＳＥＭ像。 比較例１のＳＥＭ像。 比較例１のＳＥＭ像。
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Ｉ－Ｉ線断面図である。なお、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および図２に示すように、例えば、基板１０と、柱状部２０と、構造体３０と、マスク層４０と、絶縁層５０と、第１電極６０と、第２電極６２と、を有している。なお、便宜上、図１では、絶縁層５０の図示を省略している。
基板１０は、例えば、支持基板１２と、バッファー層１４と、を有している。支持基板１２は、例えば、ＧａＮ基板、サファイア基板、Ｓｉ基板などである。バッファー層１４は、支持基板１２上に設けられている。バッファー層１４は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層などである。図１に示す例では、バッファー層１４の形状は、Ｙ軸方向に長手方向を有する長方形であり、Ｘ軸方向に複数配列されている。
なお、「上」とは、柱状部２０の第１半導体層２２とＭＱＷ層２４との積層方向（以下、単に「積層方向」ともいう）において、ＭＱＷ層２４からみて基板１０から遠ざかる方向のことであり、「下」とは、積層方向において、ＭＱＷ層２４からみて基板１０に近づく方向のことである。また、以下では、積層方向と直交する方向を、「基板１０の面内方向」ともいう。
柱状部２０は、基板１０に設けられている。図２に示す例では、柱状部２０は、バッファー層１４上に設けられている。柱状部２０の平面形状は、正六角形等の多角形、円などである。柱状部２０の径は、例えば、ｎｍオーダーであり、具体的には５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。柱状部２０の積層方向の大きさは、例えば、０．５μｍ以上３μｍ以下である。
なお、「径」とは、柱状部２０の平面形状が円の場合は、直径であり、柱状部２０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２０の平面形状が多角形の場合は、該多角形を内部に含む最小の円であり、柱状部２０の平面形状が楕円の場合は、該楕円を内部に含む最小の円である。また、「平面形状」とは、積層方向からみた形状のことである。また、「柱状部の中心」とは柱状部２０の平面形状が円の場合は、円の中心であり、平面形状が円以外の場合は、最小包含円の中心である。構造体の中心についても同様である。
柱状部２０は、複数設けられている。柱状部２０は、所定の方向に所定のピッチで周期的に配置されている。複数の柱状部２０のピッチは、例えば、０．２μｍ以上１μｍ以下である。複数の柱状部２０は、積層方向からみて、例えば、三角格子状、四角格子状、などに規則的に配置されている。
柱状部２０は、柱状部集合体２１を構成している。柱状部集合体２１は、例えば、数百本～数千本の柱状部２０を有している。柱状部集合体２１は、複数設けられている。柱状部集合体２１は、図１に示すように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に複数配列されている。すなわち、柱状部集合体２１は、マトリックス状に配列されている。発光装置１００をプロジェクターに用いた場合、１つの柱状部集合体２１は、１つの画素として機能してもよい。なお、便宜上、図１では、柱状部集合体２１を簡略化して図示している。
図示の例では、Ｘ軸方向において隣り合う柱状部集合体２１が設けられたバッファー層１４は、互いに離間している。Ｙ軸方向において隣り合う柱状部集合体２１が設けられたバッファー層１４は、互いに連続している。
柱状部２０は、図２に示すように、例えば、第１半導体層２２と、ＭＱＷ（Multi Quantum Well）層２４と、第２半導体層２６と、を有している。
第１半導体層２２は、バッファー層１４上に設けられている。半導体層２２は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。
ＭＱＷ層２４は、第１半導体層２２上に設けられている。ＭＱＷ層２４は、第１半導体層２２と第２半導体層２６との間に設けられている。ＭＱＷ層２４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。ＭＱＷ層２４には、電流が注入される。ＭＱＷ層２４は、電流が注入されることで光を発することが可能な発光部である。
第２半導体層２６は、ＭＱＷ層２４上に設けられている。第２半導体層２６は、第１半導体層２２と導電型の異なる層である。第２半導体層２６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２２および第２半導体層２６は、ＭＱＷ層２４よりもバンドギャップが大きい層である。第１半導体層２２および第２半導体層２６は、ＭＱＷ層２４に光を閉じ込める機能を有するクラッド層である。
発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層２６、不純物がドーピングされていないＭＱＷ層２４、およびｎ型の第１半導体層２２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６０と第２電極６２との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加して電流を注入すると、ＭＱＷ層２４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。ＭＱＷ層２４において発生した光は、半導体層２２，２６により基板１０の面内方向に絶縁層５０を通って伝搬して、複数の柱状部２０によるフォトニック結晶の効果により定在波を形成し、基板１０の面内方向に閉じ込められる。閉じ込められた光は、ＭＱＷ層２４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出射する。
なお、隣り合う柱状部集合体２１は、一方の柱状部集合体２１の柱状部２０おいて発生した光が絶縁層５０を通って他方の柱状部集合体２１に至らない程度に、離れている。
また、図示はしないが、支持基板１２とバッファー層１４との間、または支持基板１２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、ＭＱＷ層２４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６２側からのみ光を出射することができる。
構造体３０は、基板１０に設けられている。構造体３０は、少なくとも１つ設けられている。図示の例では、構造体３０は、１つ設けられている。構造体３０は、例えば、バッファー層１４上に設けられている。構造体３０が設けられたバッファー層１４と、柱状部２０が設けられたバッファー層１４とは、離間している。そのため、構造体３０には、電流が注入されない。
構造体３０の形状は、図１に示すように、基板１０の厚さ方向からみて、環状である。ここで、「環状」とは、所定の領域を囲む形状であり、第１円形から第２円形を除いた形状であってもよいし、四角形などの第１多角形から第２多角形を除いた形状であってもよい。構造体３０は、図１に示すように、基板１０の厚さ方向からみて、外縁３０ａと内縁３０ｂと、を有している。図示の例では、構造体３０は、第１四角形から第２四角形を除いた形状を有している。ここで、第１四角形の中心の位置と第２四角形の中心の位置とは、同じであり、第１四角形の形状と第２四角形の形状とは、同じであり、第２四角形の面積は第１四角形の面積よりも小さい。基板１０の厚さ方向からみて、構造体３０の内縁３０ｂの内側に、複数の柱状部２０が設けられている。なお、基板１０の厚さ方向は、積層方向と同じ方向である。また、積層方向からみて、構造体３０の形状は、環状ではなく、例えば、Ｃの字状であってもよい。
構造体３０は、柱状部２０と同じ層構造を有している。具体的には、柱状部２０を構成する層の数と、構造体３０を構成する層の数とは、同じであり、構造体３０を構成する各
層の材質は、柱状部２０を構成する各層の材質と同じである。図示の例では、柱状部２０および構造体３０ともに、３つの層から構成されている。構造体３０は、例えば、第１半導体層３２と、ＭＱＷ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１４上に設けられている。第１半導体層３２は、柱状部２０の第１半導体層２２と同じ工程で成長される。第１半導体層３２の材質は、第１半導体層２２の材質と同じである。第１半導体層３２の厚さは、例えば、第１半導体層２２の厚さと同じである。
ＭＱＷ層３４は、第１半導体層３２上に設けられている。ＭＱＷ層３４は、柱状部２０のＭＱＷ層２４と同じ工程で成長される。ＭＱＷ層３４の材質は、ＭＱＷ層２４の材質と同じである。ＭＱＷ層３４の厚さは、例えば、ＭＱＷ層２４の厚さと同じである。ＭＱＷ層３４には、電流が注入されない。そのため、ＭＱＷ層３４は、発光せず、構造体３０は、発光部を有していない。
第２半導体層３６は、ＭＱＷ層３４上に設けられている。第２半導体層３６は、柱状部２０の第２半導体層２６と同じ工程で成長される。第２半導体層３６の材質は、第２半導体層２６の材質と同じである。第２半導体層３６の厚さは、例えば、第２半導体層２６の厚さと同じである。
マスク層４０は、基板１０に設けられている。図示の例では、マスク層４０は、基板１０上に設けられている。マスク層４０は、基板１０を被覆する被覆層である。図示の例では、マスク層４０は、支持基板１２上およびバッファー層１４上に設けられている。マスク層４０は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、チタン層などである。マスク層４０は、基板１０上に、柱状部２０および構造体３０を成長させるためのマスクである。
マスク層４０には、第１開口４２と、第２開口４４と、が設けられている。第１開口４２および第２開口４４は、マスク層４０を、積層方向に貫通している。
第１開口４２は、柱状部２０を成長させるための開口である。第１開口４２には、柱状部２０が設けられている。第１開口４２は、複数の柱状部２０に対応して、複数設けられている。
第２開口４４は、構造体３０を成長させるための開口である。第２開口４４には、構造体３０が設けられている。第２開口４４は、少なくとも１つ設けられている。図示の例では、第２開口４４は、１つ設けられている。
第２開口４４の形状は、図１に示すように、積層方向からみて、環状の形状である。第２開口４４は、外縁４４ａと内縁４４ｂと、を有している。図示の例では、第２開口４４は、第３四角形から第４四角形を除いた形状を有している。ここで、第３四角形の中心の位置と第４四角形の中心の位置とは、同じであり、第３四角形の形状と第４四角形の形状とは同じであり、第４四角形の面積は第３四角形の面積よりも小さい。積層方向からみて、第２開口４４の内縁４４ｂの内側に、複数の開口４２が設けられている。なお、積層方向からみて、第２開口４４の形状は、環状ではなく、例えば、Ｃの字状であってもよい。
第２開口４４と、第２開口４４に最も近い第１開口４２と、の間の距離Ｄは、図２に示すように、例えば、１μｍ以上である。距離Ｄを１μｍ以上とすることで、柱状部２０および構造体３０を成長させる工程において、マスク層４０の部分４０ａ上に付着した原材料が、第２開口４４側に移動することにより、柱状部２０側に移動する原材料が少なくなり、柱状部２０の成長が遅くなってしまうことを低減できる。また、距離Ｄは、１ｃｍ以
下であることが望ましい。距離Ｄを１ｃｍ以下とすることで、マスク層４０の部分４０ａ上に付着した原材料が、第１開口４２側に移動し過ぎて柱状部２０が巨大化してしまうことを低減できる。なお、部分４０ａは、積層方向からみて、マスク層４０の、第１開口４２と第２開口４４との間の部分である。
第２開口４４の幅Ｗ１は、例えば、柱状部集合体２１の幅Ｗ２の１／１０以上、１ｃｍ以下である。幅Ｗ１が幅Ｗ２より小さいと、第２開口４４によって露出された基板１０によって原材料を十分にトラップすることができない場合がある。幅Ｗ１が１ｃｍより大きいと、原材料をトラップし過ぎて、柱状部２０の成長が遅くなってしまう場合がある。
マスク層４０は、第１部分４６と、第２部分４８と、を有している。第１部分４６には、複数の第１開口４２と、第２開口４４とが設けられている。図示の例では、第１部分４６は、第２開口４４の外縁４４ａの内側の部分である。第２部分４８は、積層方向からみて、第１部分４６の外側に設けられている。具体的には、第２部分４８は、積層方向からみて、第２開口４４の外縁４４ａの外側の部分である。第２部分４８には、第１開口４２および第２開口４４は、設けられていない。第２部分４８の上面は、平坦な面であり、第２部分４８は、平坦な部分である。
絶縁層５０は、図２に示すように、マスク層４０上に設けられている。図示の例では、絶縁層５０は、隣り合う柱状部２０の間、隣り合う柱状部集合体２１の間、および柱状部集合体２１と構造体３０との間に設けられている。絶縁層５０の屈折率は、例えば、ＭＱＷ層２４の屈折率よりも低い。絶縁層５０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。絶縁層５０は、ＭＱＷ層２４で生じた光を、基板１０の面内方向に伝搬させることができる。
第１電極６０は、バッファー層１４上に設けられている。バッファー層１４は、第１電極６０とオーミックコンタクトしていてもよい。図示の例では、第１電極６０は、バッファー層１４を介して、第１半導体層２２と電気的に接続されている。第１電極６０は、ＭＱＷ層２４に電流を注入するための一方の電極である。第１電極６０としては、例えば、バッファー層１４側から、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いる。
第１電極６０は、複数設けられている。図示の例では、第１電極６０は、Ｙ軸方向に延在する形状を有し、複数の第１電極６０は、Ｘ軸方向に並んでいる。第１電極６０は、第１パッド６１に接続されている。第１パッド６１のＸ軸方向の大きさは、第１電極６０のＸ軸方向の大きさよりも大きい。
第２電極６２は、第２半導体層２６上に設けられている。図示の例では、第２電極６２は、さらに、第２半導体層３６上および絶縁層５０上に設けられている。第２半導体層２６は、第２電極６２とオーミックコンタクトしていてもよい。第２電極６２は、第２半導体層２６と電気的に接続されている。第２電極６２は、ＭＱＷ層２４に電流を注入するための他方の電極である。第２電極６２としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いる。なお、図示はしないが、第２電極６２と構造体３０との間に絶縁層が設けられていてもよい。
第２電極６２は、複数設けられている。図示の例では、第２電極６２は、Ｘ軸方向に延在する形状を有し、複数の第２電極６２は、Ｙ軸方向に並んでいる。第２電極６２は、第２パッド６３に接続されている。第２パッド６３のＹ軸方向の大きさは、第２電極６２のＹ軸方向の大きさよりも大きい。第１電極６０および第２電極６２は、複数の柱状部集合体２１に対して、独立に電流を注入することができるように構成されている。
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、基板１０と、基板１０に設けられた複数の柱状部２０と、基板１０に設けられ、柱状部２０と同じ層構造を有する少なくとも１つの構造体３０と、を有し、柱状部２０は、発光部を有し、柱状部２０には、電流が注入され、構造体３０には、電流が注入されない。そのため、発光装置１００では、柱状部２０の巨大化を抑えることができる。これにより、隣り合う柱状部２０の接触を抑え、歩留まりを向上させることができる。また、複数の柱状部集合体２１において、均一性よく発光することができる。以下、柱状部２０の巨大化を抑えることができる理由について説明する。
図３は、ＭＯＣＶＤ法による柱状部２０の成長について説明するための図である。図３に示すように、ＭＯＣＶＤ法で柱状部２０を成長させる場合、柱状部２０の原材料２は、直接、成長して柱状部２０となる柱状部２０ａの先端に付着するものと、マスク層４０上に付着した後、マスク層４０上を柱状部２０ａ側に移動し、柱状部２０ａを駆け上って柱状部２０ａの先端に至るものがある。マスク層４０上に付着した原材料２は、マスク層４０と格子定数が大きく異なるので、マスク層４０上を移動する。
仮に、マスク層４０に、構造体３０を設けるための第２開口４４が設けられていないと、マスク層４０上を移動して柱状部２０ａに集まる原材料２が過多となり、柱状部２０が巨大化する場合がある。具体的には、多くの原材料２がマスク層４０の第２部分４８上を移動して柱状部２０ａに集まり、柱状部２０が巨大化する。第２部分４８は、原材料２をトラップするような開口が設けられていない部分である。
発光装置１００では、構造体３０を設けるための第２開口４４が設けられているため、第２開口４４によって露出した基板１０が、マスク層４０の例えば第２部分４８上を移動して柱状部２０ａに向かう原材料２をトラップすることができる。さらに、第２開口４４によって露出した基板１０上において成長された構造体によって、原材料２をトラップすることができる。該構造体は、成長して構造体３０となる。そのため、柱状部２０の巨大化を抑えることができる。
なお、図３において、原材料２は、例えば、ＧａＮである。ただし、原材料２は、ＧａＮに限定されず、柱状部２０の材質によっては、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮなどの半導体材料であってもよい。
また、図３において、第１供給源７０は、Ｎ２を供給する。第２供給源７２は、Ｇａ（ＣＨ３）３を供給する。第３供給源７４は、ＮＨ３を供給する。第４供給源７６は、Ｈ２を供給する。特に、ＭＯＣＶＤ法では、原材料２を、柱状部２０の横方向から供給するため、マスク層４０上に付着した原材料２が横方向に移動し易い。ただし、図４に示すように、ＭＢＥ法で柱状部２０を形成する場合でも、マスク層４０上に付着した原材料２は、横方向へ移動する。なお、横方向は、基板１０の面内方向と同じ方向である。また、図４において、第５供給源７８は、Ｇａを供給する。
発光装置１００では、積層方向からみて、構造体３０の形状は、環状であり、構造体３０の内側に、複数の柱状部２０が設けられている。そのため、発光装置１００では、柱状部２０を成長させる工程において、マスク層４０上を様々な方向から移動して来る原材料２を、トラップすることができる。
発光装置１００では、基板１０に設けられたマスク層４０を有し、前記マスク層４０には、複数の第１開口４２と、第２開口４４とが設けられ、柱状部２０は、第１開口４２に設けられ、構造体３０は、第２開口４４に設けられ、マスク層４０は、複数の第１開口４
２と、第２開口４４とが設けられた第１部分４６と、積層方向からみて第１部分４６の外側に設けられた、平坦な第２部分４８と、を有する。発光装置１００では、柱状部２０を成長させる工程において、マスク層４０の第２部分４８上を移動して柱状部２０ａに向かう原材料２をトラップすることができる。
なお、上記では、ＩｎＧａＮ系のＭＱＷ層２４について説明したが、ＭＱＷ層２４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。
また、上記では、第２開口４４によってバッファー層１４が露出される例について説明したが、第２開口４４によって露出させる層の材質は、原材料２をトラップすることができれば限定されない。例えば、第２開口４４によって露出される層の材質を調整することにより、トラップされる原材料２の量を調整することができる。ただし、第２開口４４によってバッファー層１４が露出される例の方が、製造方法を簡素化することができる。
また、上記では、発光装置１００がレーザーである場合について説明したが、発光装置１００は、ＬＥＤ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は、第１実施形態に係る発光装置１００の製造方法を説明するためのフローチャートである。図６～図８は、第１実施形態に係る発光装置１００の製造方法を模式的に示す断面図である。
図６に示すように、基板１０を準備する（ステップＳ１）。具体的には、支持基板１２を準備し、支持基板１２上にバッファー層１４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。次に、バッファー層１４を、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パターニングする。以上により、基板１０を準備することができる。
図７に示すように、基板１０にマスク層４０を形成する（ステップＳ２）。具体的には、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などにより、基板１０上にマスク層４０を形成する。
次に、マスク層４０に、複数の第１開口４２と、第２開口４４と、を形成する（ステップＳ３）。具体的には、マスク層４０を、例えば、フォトリソグラィーおよびエッチングによってパターニングして、マスク層４０に、複数の第１開口４２と、第２開口４４と、を形成する。
第１開口４２および第２開口４４を形成する工程（ステップＳ３）では、積層方向からみて、第２開口４４の形状を環状にし、第２開口４４の内側に、複数の第１開口４２を形成する。さらに、マスク層４０に、第１部分４６と、積層方向からみて第１部分４６の外側に第２部分４８と、を形成し、第１部分４６に、複数の第１開口４２と、第２開口４４と、を形成し、第２部分４８を平坦にする。
図８に示すように、複数の第１開口４２から柱状部２０を成長させ、第２開口４４から構造体３０を成長させる（ステップＳ４）。具体的には、マスク層４０をマスクとして、バッファー層１４上に、第１半導体層２２、ＭＱＷ層２４、および第２半導体層２６を、この順でエピタキシャル成長させて柱状部２０を形成する。さらに、マスク層４０をマスクとして、バッファー層１４上に、第１半導体層３２、ＭＱＷ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て構造体３０を形成する。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。
柱状部２０および構造体３０を成長させる工程（ステップＳ４）では、第１半導体層２２，３２を同じ工程で成長させる。さらに、ＭＱＷ層２４，３４を同じ工程で成長させる。第２半導体層２６，３６を同じ工程で成長させる。これにより、構造体３０は、柱状部２０と同じ層構造を有する。
図２に示すように、次に、バッファー層１４の一部を露出させた後、露出されたバッファー層１４上に、第１電極６０を形成する。第１電極６０は、例えば、真空蒸着法などにより形成される（ステップＳ５）。
次に、マスク層４０上および第１電極６０上に、絶縁層５０を形成する。絶縁層５０は、例えば、スピンコート法などにより形成される（ステップＳ６）。
次に、柱状部２０上、構造体３０上、および絶縁層５０上に、第２電極６２を形成する。第２電極６２は、例えば、真空蒸着法などにより形成される（ステップＳ７）。
以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。
発光装置１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
発光装置１００の製造方法では、基板１０にマスク層４０を形成する工程と、マスク層４０に、複数の第１開口４２と、少なくとも１つの第２開口４４と、を形成する工程と、複数の第１開口４２から発光部を有する柱状部２０を成長させ、第２開口４４から構造体３０を成長させる工程と、を有する。そのため、発光装置１００の製造方法では、上記のとおり、第２開口４４によって露出した基板１０、および露出した基板１０上において成長された構造体により、マスク層４０を移動して柱状部２０に向かう原材料２をトラップすることができる。これにより、柱状部２０の巨大化を抑えることができる。
発光装置１００の製造方法では、第１開口４２および第２開口４４を形成する工程において、積層方向からみて、第２開口４４の形状を環状にし、第２開口４４の内側に、複数の第１開口４２を形成する。そのため、マスク層４０上を様々な方向から移動して来る原材料２を、トラップすることができる。
発光装置１００の製造方法では、第１開口４２および第２開口４４を形成する工程において、マスク層４０に、第１部分４６と、積層方向からみて第１部分４６の外側に第２部分４８と、を形成し、第１部分４６に、複数の第１開口４２と、第２開口４４と、を形成し、第２部分４８を平坦にする。発光装置１００の製造方法では、マスク層４０の第２部分４８上を移動して柱状部２０に向かう原材料２をトラップすることができる。
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１１０について、図面を参照しながら説明する。図９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。
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、上述した第１実施形
態に係る発光装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。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２に示すように、構造体３０が設けられたバッファー層１４と、構造体３０に最も近い柱状部集合体２１が設けられたバッファー層１４とは、互いに離間していた。
これに対し、発光装置１１０では、図９に示すように、構造体３０が設けられたバッファー層１４と、構造体３０に最も近い柱状部集合体２１が設けられたバッファー層１４とは、互いに接続されて一体に設けられている。
発光装置１１０では、例えば、第２電極６２と構造体３０との間に絶縁層８０が設けられている。これにより、構造体３０には、第１電極６０および第２電極６２によって電流が注入されない。絶縁層８０は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層などである。
なお、図示はしないが、柱状部２０上に設けられた第２電極６２に電流を流すことができれば、構造体３０上には、絶縁層８０および第２電極６２が設けられていなくてもよい。
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１２０について、図面を参照しながら説明する。図１０は、第１実施形態の第２変形例に係る発光装置１２０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２に示すように、マスク層４０には、第２開口４４が設けられていた。
これに対し、発光装置１２０では、図１０に示すように、マスク層４０には、第２開口４４が設けられていない。
発光装置１２０では、マスク層４０上にトラップ層９０が設けられている。トラップ層９０は、柱状部２０を成長させる工程において、原材料２をトラップする層である。トラップ層９０の材質は、例えば、バッファー層１４の材質と同じである。なお、トラップ層９０は、原材料２をトラップすることができれば、その材質は、特に限定されない。例えば、トラップ層９０の材質を調整することによって、トラップされる原材料２の量を調整することができる。構造体３０は、トラップ層９０上に設けられている。
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２００について、図面を参照しながら説明する。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の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
上述した発光装置１００では、図１および図２に示すように、構造体３０は、１つ設けられて、第２開口４４は、１つ設けられていた。
これに対し、発光装置２００では、図１１に示すように、構造体３０は、複数設けられ、第２開口４４は、設けられている。
構造体３０の形状は、柱状部２０と同じ柱状である。構造体３０の形状は、積層方向からみて、柱状部２０の形状と同じである。構造体３０の大きさは、積層方向からみて、柱状部２０の大きさと同じである。隣り合う構造体３０の間の距離は、例えば、隣り合う柱状部２０の間の距離と同じである。複数の構造体３０は、積層方向からみて、複数の柱状部２０を囲んで設けられている。複数の構造体３０は、積層方向からみて、複数の柱状部２０と同様に、規則的に配置されている。隣り合う構造体３０の間の距離とは、隣り合う構造体３０の各々の中心間の距離であり、隣り合う柱状部２０の間の距離とは、隣り合う柱状部２０の各々の中心間の距離である。
マスク層４０の第１部分４６には、複数の第１開口４２と、積層方向からみて複数の第１開口４２を囲む複数の第２開口４４とが設けられている。第１部分４６は、積層方向からみて、複数の第１開口４２を囲んで設けられた複数の第２開口４４のうち、最外周に位置する第２開口４４を繋いで形成される図形よりも、内側の部分である。
発光装置２００では、例えば、以下の特徴を有する。
発光装置２００では、構造体３０は、複数設けられ、積層方向からみて、複数の構造体３０は、複数の柱状部２０を囲んで設けられ、構造体３０の形状は、柱状部２０の形状と同じであり、構造体３０の大きさは、柱状部２０の大きさと同じである。これにより、発光装置２００では、発光装置１００の場合に比べて、柱状部２０を成長させる工程において、例えば第２開口４４によって露出させた基板１０上において成長された構造体が、原材料２を過剰にトラップしないようにすることができる。原材料２が過剰にトラップされると、柱状部２０が十分に、成長できない場合がある。このように、発光装置２００では、マスク層４０上を移動して柱状部２０ａに至る原材料２の量を、調整することができる。
第２開口４４と第１開口４２との間の最短距離Ｄは、例えば、隣り合う第１開口４２の間の距離以上である。距離Ｄを、隣り合う第１開口４２の間の距離以上とすることで、柱状部２０と構造体３０とが接触することを低減できる。また、第２開口４４と、第２開口４４に最も近い第１開口４２と、の間の距離Ｄは、１μｍ以上であることが望ましい。距離Ｄを１μｍ以上とすることで、柱状部２０および構造体３０を成長させる工程において、マスク層４０の部分４０ａ上に付着した原材料が、第２開口４４側に移動することにより、柱状部２０側に移動する原材料が少なくなり、柱状部２０の成長が遅くなってしまうことを低減できる。また、距離Ｄは、１ｃｍ以下であることが望ましい。距離Ｄを１ｃｍ以下とすることで、マスク層４０の部分４０ａ上に付着した原材料が、第１開口４２側に移動し過ぎて柱状部２０が巨大化してしまうことを低減できる。なお、部分４０ａは、積層方向からみて、マスク層４０の、第１開口４２と第２開口４４との間の部分である。
なお、積層方向からみて、複数の第２開口４４の形状は、特に限定されず、線状などであってもよい。
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。以下、第２実施形態に係る発光装置２００の製造方法において、上述した第１実施形態に係る発光装置１００の製造方法の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
発光装置２００の製造方法では、図１１に示すように、第１開口４２および第２開口４４を形成する工程において、第２開口４４を、複数形成する。さらに、複数の第２開口４
４を、積層方向からみて、複数の第１開口４２を囲んで形成する。さらに、積層方向からみて、第２開口４４を、第１開口４２と同じ形状に形成する。積層方向からみて、第１開口４２および第２開口４４の形状は、例えば、円である。さらに、積層方向からみて、第２開口４４を、第１開口４２と同じ大きさに形成する。さらに、マスク層４０の第１部分４６に、複数の第１開口４２と、積層方向からみて複数の第１開口４２を囲む複数の第２開口４４を形成し、マスク層４０の第２部分４８を平坦にする。
発光装置２００の製造方法では、例えば、以下の特徴を有する。
発光装置２００の製造方法では、第１開口４２および第２開口４４を形成する工程において、第２開口４４は、複数形成され、積層方向からみて、複数の第２開口４４は、複数の第１開口４２を囲んで形成され、第２開口４４は、第１開口４２と同じ形状に形成され、第２開口４４は、第１開口４２と同じ大きさに形成される。そのため、上記のように、原材料２を過剰にトラップしないようにすることができる。
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１２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。
プロジェクター３００は、図１２に示すように、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。赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂの各々は、例えば、発光装置１００によって構成されている。さらに、プロジェクター３００は、投射レンズ３０２を有する。なお、便宜上、図１２では、赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂを簡略化して図示している。
赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂは、柱状部集合体２１を映像の画素として画像情報に応じて変調することで、例えば液晶ライトバルブなどの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。そして、投射レンズ３０２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、拡大して図示しないスクリーンに投射する。
さらに、プロジェクター３００は、例えば、赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂから出射された光を合成して投射レンズ３０２に導くクロスダイクロイックプリズム３０４を有する。
赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂから出射された色光は、クロスダイクロイックプリズム３０４に入射する。クロスダイクロイックプリズム３０４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、投射レンズ３０２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、柱状部集合体２１を制御することで直接的に映像を形成することができ、小型化を図ることができる。
なお、複数の柱状部集合体２１を構成する柱状部２０の径の大きさやピッチを変えることにより、１つの発光装置１００が赤色光、緑色光、および青色光を出射することができる場合は、図１３に示すように、クロスダイクロイックプリズムは、設けられていない。
この場合、発光装置１００から出射された光は、直接、投射レンズ３０２に入射する。このようなプロジェクターでは、より小型化を図ることができる。
４． 実施例および比較例
以下に、実施例および比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例および比較例によって何ら限定されるものではない。
実施例１として、上述した発光装置１００に対応する発光装置を作製した。バッファー層、柱状部、および構造体は、ＭＯＣＶＤ法により成長させた。なお、実施例１では、絶縁層５０、第１電極６０、第１パッド６１、第２電極６２、第２パッド６３に対応する部材を形成していない。
比較例１は、マスク層に第２開口が設けられておらず、構造体を有していないこと以外は、実施例１と同様である。
図１４は、実施例１の金属顕微鏡像である。図１５～図１７は、実施例１のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像である。図１８は、比較例１の金属顕微鏡像である。図１９～図２１は、比較例１のＳＥＭ像である。
なお、図１４および図１８において、「Ｔ」は、柱状部集合体を示している。また、図１４において、「Ｋ」は、構造体を示している。また、図１５および図１９は、マトリックス状に設けられた柱状部集合体のうち、外周部に位置する柱状部集合体の像である。また、図１６および図２０は、マトリックス状に設けられた柱状部集合体のうち、中心部に位置する柱状部集合体の像である。また、図１７および図２１は、マトリックス状に設けられた柱状部集合体のうち、中心部に位置する柱状部集合体を斜め上方から観察した場合の像である。
図１８および図１９に示すように、比較例１では、柱状部が巨大化し、複数の柱状部が接触していることが観察された。これに対し、図１５および図１６に示すように、実施例１では、複数の柱状部の接触は確認されなかった。これは、実施例１では、第２開口によって露出した基板、および構造体によって、マスク層上を移動する原材料をトラップしたため、柱状部の巨大化が抑えられたためである。なお、図１９および図２０において、「Ｅ」は、接触した柱状部を示している。
図１９と図２０とを比較することにより、複数の柱状部の接触は、複数の柱状部集合体のうち、中心部に位置する柱状部集合体よりも、周辺部に位置する柱状部集合体において、より顕著に観察された。これは、積層方向からみて、複数の柱状部集合体がマスク層に囲まれており、周辺部の方がより原材料過多となったためである。
図１６および図２０に示すように、実施例１では、複数の柱状部集合体のうちの中心部においても、比較例１に比べて、複数の柱状部の接触を抑えることができた。図１５～図１６に示すように、実施例１では、複数の柱状部集合体のうちの中心部でも外周部でも複数の柱状部の接触を抑えることでき、中心部と外周部とにおける柱状部の成長条件の差を小さくできることがわかった。
なお、図２１より、比較例１でも柱状部が巨大化せずに成長している部分があることがわかった。
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、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成である。また、本発明は、実施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、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成また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…原材料、１０…基板、１２…支持基板、１４…バッファー層、２０，２０ａ…柱状部、２１…柱状部集合体、２２…第１半導体層、２４…ＭＱＷ層、２６…第２半導体層、３０…構造体、３２…第１半導体層、３４…ＭＱＷ層、３６…第２半導体層、４０…マスク層、４０ａ…部分、４２…第１開口、４４…第２開口、４６…第１部分、４８…第２部分、５０…絶縁層、６０…第１電極、６１…第１パッド、６２…第２電極、６３…第２パッド、７０…第１供給源、７２…第２供給源、７４…第３供給源、７６…第４供給源、７８…第５供給源、８０…絶縁層、９０…トラップ層、１００，１１０，１２０…発光装置、１００Ｒ…赤色光源、１００Ｇ…緑色光源、１００Ｂ…青色光源、２００…発光装置、３００…プロジェクター、３０２…投射レンズ、３０４…クロスダイクロイックプリズム

Claims (5)

  1. 基板にマスク層を形成する工程と、
    前記マスク層に、複数の第１開口と、少なくとも１つの第２開口と、を形成する工程と、
    複数の前記第１開口から発光部を有する柱状部を成長させ、前記第２開口から構造体を成長させる工程と、
    を有し、
    前記第１開口および前記第２開口を形成する工程では、
    前記基板の厚さ方向からみて、前記第２開口の形状を環状にし、前記第２開口の内側に、複数の前記第１開口を形成し、
    前記第１開口および前記第２開口を形成する工程では、
    前記マスク層に、第１部分と、前記基板の厚さ方向からみて前記第１部分の外側に第２部分と、を形成し、
    前記第１部分に、複数の前記第１開口と、前記第２開口と、を形成し、
    前記第２部分を平坦にする、発光装置の製造方法。
  2. 基板と、
    前記基板に設けられた複数の柱状部と、
    前記基板に設けられ、前記柱状部と同じ層構造を有する少なくとも１つの構造体と、
    を有し、
    前記柱状部は、発光部を有し、
    前記柱状部には、電流が注入され、
    前記構造体には、電流が注入されず、
    前記基板の厚さ方向からみて、前記構造体の形状は、環状であり、
    前記構造体の内側に、複数の前記柱状部が設けられている、発光装置。
  3. 請求項２において、
    前記基板に設けられた被覆層を有し、
    前記被覆層には、複数の第１開口と、第２開口とが設けられ、
    前記柱状部は、前記第１開口に設けられ、
    前記構造体は、前記第２開口に設けられ、
    前記被覆層は、
    複数の前記第１開口と、前記第２開口とが設けられた第１部分と、
    前記基板の厚さ方向からみて前記第１部分の外側に設けられた、平坦な第２部分と、
    を有する、発光装置。
  4. 基板と、
    前記基板に設けられた複数の柱状部と、
    前記基板に設けられ、前記柱状部と同じ層構造を有する少なくとも１つの構造体と、
    を有し、
    前記柱状部は、発光部を有し、
    前記柱状部には、電流が注入され、
    前記構造体には、電流が注入されず、
    前記構造体は、複数設けられ、
    前記基板の厚さ方向からみて、
    複数の前記構造体は、複数の前記柱状部を囲んで設けられ、
    前記構造体の形状は、前記柱状部の形状と同じであり、
    前記構造体の大きさは、前記柱状部の大きさと同じであり、
    前記基板に設けられた被覆層を有し、
    前記被覆層には、複数の第１開口と、複数の第２開口とが設けられ、
    前記柱状部は、前記第１開口に設けられ、
    前記構造体は、前記第２開口に設けられ、
    前記被覆層は、
    複数の前記第１開口と、前記基板の厚さ方向からみて複数の前記第１開口を囲む複数の前記第２開口とが設けられた第１部分と、
    前記基板の厚さ方向からみて前記第１部分の外側に設けられた、平坦な第２部分と、
    を有する、発光装置。
  5. 請求項２ないし４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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