JP7485278B2 - 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。
特許文献１には、Ｓｉ基板の表面に形成された複数のナノコラムの頂部が透明電極で覆われたＧａＮナノコラムＬＥＤが開示されている。特許文献１では、透明電極として、ＩＴＯ（indium tin oxide）が用いられている。
特開２０１０－１０６５７号公報
しかしながら、ナノコラムを有する半導体レーザーでは、ナノコラム間を伝搬する光はクラッド間に完全に閉じ込めることができずに、ナノコラム上に形成された電極にも漏れる。そのため、ＩＴＯからなる電極を用いた場合、ＩＴＯは光吸収係数が大きいため、ナノコラム間を伝搬する光の損失が大きくなってしまう。
本発明に係る発光装置の一態様は、
電極と、
積層体と、
を有し、
前記積層体は、
ｎ型の第１半導体層と、
発光層と、
ｐ型の第２半導体層と、
トンネルジャンクション層と、
ｎ型の第３半導体層と、
を有し、
前記電極は、前記第１半導体層と電気的に接続され、
前記第１半導体層、前記発光層、前記第２半導体層、前記トンネルジャンクション層、前記第３半導体層は、この順で配置され、
前記発光層と前記第１半導体層は、柱状部を構成する。
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。
第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 トンネルジャンクション層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実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第４実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 柱状部を模式的に示す断面図。 第５実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第６実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第７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を模式的に示す断面図である。
発光装置１００は、図１に示すように、基板１０と、積層体２０と、電極５０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、第１半導体層３２と、発光層３４と、第２半導体層３６と、トンネルジャンクション層３７と、第３半導体層３８と、を有している。
バッファー層２２、第１半導体層３２、発光層３４、第２半導体層３６、トンネルジャンクション層３７、および第３半導体層３８は、基板１０側からこの順で配置されている。すなわち、第１半導体層３２と第３半導体層３８との間に第２半導体層３６が配置され、第１半導体層３２と第２半導体層３６の間に発光層３４が配置され、第２半導体層３６と第３半導体層３８との間にトンネルジャンクション層３７が配置され、基板１０と発光層３４との間に第１半導体層３２が配置されている。
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。バッファー層２２上には、柱状部３０を形成するためのマスク層６０が設けられている。マスク層６０は、例えば、チタン層、酸化チタン層、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層などである。
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、発光層３４を基準とした場合、発光層３４から第２半導体層３６に向かう方向を「上」とし、発光層３４から第１半導体層３２に向かう方向を「下」として説明する。また、「積層体の積層方向」とは、第１半導体層３２と発光層３４との積層方向をいう。
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、ｎ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上に設けられている。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、不純物がドープされていないｉ型のＧａＮ層と、ｉ型のＩｎＧａＮ層と、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。
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とトンネルジャンクション層３７との間に設けられている。第２半導体層３６は、第１半導体層３２と導電型の異なる層である。第２半導体層３６は、ｐ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ＡｌＧａＮ層である。なお、第２半導体層３６は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層であってもよい。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。
トンネルジャンクション層３７は、第２半導体層３６上に設けられている。トンネルジャンクション層３７は、第２半導体層３６と第３半導体層３８との間に設けられている。トンネルジャンクション層３７は、第２半導体層３６と第３半導体層３８をトンネル接合する。これにより、ｎ型の第３半導体層３８からｐ型の第２半導体層３６に電流を注入できる。トンネルジャンクション層３７の膜厚は、例えば、５０ｎｍ以下である。トンネルジャンクション層３７の可視光に対する光吸収係数は、例えば、１００ｃｍ－１程度である。
図２は、トンネルジャンクション層３７を模式的に示す断面図である。トンネルジャンクション層３７は、第１層３７ａと、第２層３７ｂと、を有する。
第１層３７ａは、第２半導体層３６上に設けられている。第１層３７ａは、ｐ型の半導体層である。第１層３７ａは、例えば、Ｍｇが高濃度にドープされたｐ型のＧａＮである。第１層３７ａのＭｇの濃度は、第２半導体層３６のＭｇの濃度よりも高い。例えば、第１層３７ａのＭｇの濃度は、１×１０１９～１×１０２２ｃｍ－３であり、第２半導体層３６のＭｇの濃度よりも一桁程度高い。なお、第１層３７ａの材質は、ＧａＮに限定されず、例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮおよびこれらの混晶からなる窒化物半導体であってもよい。また、第１層３７ａのドーパントは、Ｍｇに限定されず、その他のｐ型ドーパントを用いてもよい。
第２層３７ｂは、第１層３７ａ上に設けられている。第２層３７ｂは、ｎ型の半導体層である。第２層３７ｂは、例えば、Ｓｉが高濃度にドープされたｎ型のＧａＮ層である。第２層３７ｂのＳｉの濃度は、第１半導体層３２のＳｉの濃度および第３半導体層３８のＳｉの濃度よりも高い。例えば、第２層３７ｂのＳｉの濃度は、１×１０１９～１×１０２２ｃｍ－３であり、第１半導体層３２のＳｉの濃度よりも一桁程度高い。なお、第２層３７ｂの材質は、ＧａＮに限定されず、例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮおよびこれらの混晶からなる窒化物半導体であってもよい。また、第２層３７ｂのドーパントは、Ｓｉに限定されず、その他のｎ型ドーパントを用いてもよい。
第３半導体層３８は、トンネルジャンクション層３７上に設けられている。第３半導体層３８は、ｎ型の半導体層である。第３半導体層３８は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。なお、第３半導体層３８は、Ｓｉがドープされたｎ型のＡｌＧａＮ層であってもよい。第３半導体層３８は、トンネルジャンクション層３７を介して第２半導体層３６にトンネル接合されている。
第３半導体層３８は、発光層３４に電流を注入するための電極として機能する。第３半導体層３８は、電流を積層方向と直交する積層体２０の面内方向に拡散させ、複数の柱状部３０に電流を供給する。そのため、発光装置１００では、ＩＴＯ等からなる透明電極が不要である。
ここで、ＩＴＯの可視光に対する光吸収係数は、例えば、２０００ｃｍ－１程度であり、光吸収係数が大きい。トンネルジャンクション層３７の光吸収係数は、ＩＴＯの光吸収係数よりも１桁程度小さい。また、ｎ型のＧａＮ層である第３半導体層３８の光吸収係数は極めて小さい。ｎ型のＧａＮ層である第３半導体層３８の光吸収係数は、ＩＴＯの光吸収係数よりも小さく、ｐ型のＧａＮ層である第２半導体層３６の光吸収係数よりも小さい。
したがって、発光装置１００では、トンネルジャンクション層３７を介して第２半導体層３６にトンネル接合された第３半導体層３８を電極として用いているため、例えばＩＴＯからなる電極を用いた場合と比べて、柱状部３０間を伝搬する光の損失を低減できる。
電極５０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、電極５０とオーミックコンタクトしていてもよい。電極５０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、電極５０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。電極５０は、発光層３４に電流を注入するための一方の電極である。すなわち、発光装置１００では、電極５０と第３半導体層３８によって、発光層３４に電流を注入する。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１半導体層３２および発光層３４は、柱状部３０を構成している。積層体２０は、複数の柱状部３０を有している。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、多角形、円などである。
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、発光層３４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３４で発生する光を高い効率で増幅できる。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、積層方向から見た平面視において、所定の方向に所定のピッチで配列されている。複数の柱状部３０は、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。
第２半導体層３６は、複数の柱状部３０に跨がって設けられた１つの層である。すなわち、第２半導体層３６は、柱状部３０を構成していない。同様に、トンネルジャンクション層３７は、複数の柱状部３０に跨がって設けられた１つの層であり、柱状部３０を構成していない。同様に、第３半導体層３８は、複数の柱状部３０に跨がって設けられた１つの層であり、柱状部３０を構成していない。
発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層３６、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、電極５０と第３半導体層３８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で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により積層方向と直交する面内方向に伝搬し、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、積層方向に射出する。
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、ｎ型の第１半導体層３２、ｉ型の発光層３４、ｐ型の第２半導体層３６、トンネルジャンクション層３７、ｎ型の第３半導体層３８が、基板１０側からこの順で配置されている。発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層３６とｎ型の第３半導体層３８がトンネルジャンクション層３７でトンネル接合されるため、ｎ型の第３半導体層３８は、トンネルジャンクション層３７を介して、ｐ型の第２半導体層３６に電流を注入できる。したがって、第３半導体層３８を、発光層３４に電流を注入するための電極として用いることができる。ｎ型の第３半導体層３８は、極めて光吸収係数が小さいため、例えば、ＩＴＯからなる電極を用いた場合と比べて、柱状部３０間を伝搬する光の損失を低減できる。
例えば、ＩＴＯからなる電極であっても電極を薄膜化することによって、光の損失を低減できる。しかしながら、電極を薄くすると、電気抵抗が増大し、素子の特性を低下させる。発光装置１００では、光吸収係数が小さいｎ型の第３半導体層３８を電極として用いるため、電極を薄膜化しなくても、光の損失を低減できる。したがって、発光装置１００では、低抵抗、かつ、低光損失の発光装置を実現できる。
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３および図４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６０を形成する。マスク層６０には、柱状部３０を形成するための孔が複数設けられている。
図４に示すように、マスク層６０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、第２半導体層３６、トンネルジャンクション層３７、および第３半導体層３８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。
ここで、第１半導体層３２および発光層３４をエピタキシャル成長させる際には、積層方向に成長する条件でエピタキシャル成長させる。これにより、第１半導体層３２および発光層３４は、柱状部３０を構成する。また、第２半導体層３６をエピタキシャル成長させる際には、積層方向だけでなく、積層方向と直交する面内方向にも成長する条件でエピタキシャル成長させる。これにより、第２半導体層３６は、柱状部３０を構成せずに、複数の柱状部３０に跨がって設けられた１つの層となる。第２半導体層３６上に形成されるトンネルジャンクション層３７および第３半導体層３８は、第２半導体層３６と同様に複数の柱状部３０に跨がる１つの層として形成される。
図１に示すように、バッファー層２２上に電極５０を形成する。電極５０は、例えば、真空蒸着法などにより形成される。
以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。
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５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１００では、図１に示すように、第１半導体層３２および発光層３４が柱状部３０を構成していた。
これに対して、発光装置２００では、図５に示すように、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６の一部が柱状部３０を構成している。
第２半導体層３６は、図５に示すように、柱状部分３６ａと、層状部分３６ｂと、を有している。
柱状部分３６ａは、第２半導体層３６のうちの柱状部３０を構成している部分である。柱状部分３６ａは、発光層３４に接している。層状部分３６ｂは、第２半導体層３６のうちの複数の柱状部３０に跨がって設けられた層状の部分である。すなわち、層状部分３６ｂは、柱状部３０を構成していない。層状部分３６ｂは、トンネルジャンクション層３７に接している。
発光装置２００では、上述した発光装置１００と同様に、柱状部３０間を伝搬する光の損失を低減できる。
２．２． 発光装置の製造方法
発光装置２００の製造方法は、第２半導体層３６をエピタキシャル成長させる際に、積層方向に成長する条件でエピタキシャル成長させて柱状部分３６ａを形成した後、積層方向だけでなく面内方向にも成長する条件でエピタキシャル成長させて層状部分３６ｂを形成する。その他の工程は、上述した発光装置１００の製造方法と同様である。
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６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。以下、第３実施形態に係る発光装置３００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。
上述した発光装置１００では、図１に示すように、第１半導体層３２および発光層３４が柱状部３０を構成していた。
これに対して、発光装置３００では、図６に示すように、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６が柱状部３０を構成している。
発光装置３００では、上述した発光装置１００と同様に、柱状部３０間を伝搬する光の損失を低減できる。
３．２． 発光装置の製造方法
発光装置３００の製造方法は、第２半導体層３６をエピタキシャル成長させる際に、積層方向に成長する条件でエピタキシャル成長させ、トンネルジャンクション層３７をエピタキシャル成長させる際に、積層方向だけでなく面内方向にも成長する条件でエピタキシャル成長させる。その他の工程は、上述した発光装置１００の製造方法と同様である。
４． 第４実施形態
４．１． 発光装置
次に、第４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７は、第４実施形態に係る発光装置４００を模式的に示す断面図である。以下、第４実施形態に係る発光装置４００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。
上述した発光装置１００では、図１に示すように、第１半導体層３２および発光層３４が柱状部３０を構成していた。
これに対して、発光装置４００では、図７に示すように、第１半導体層３２、発光層３４、第２半導体層３６、およびトンネルジャンクション層３７が柱状部３０を構成している。
図８は、柱状部３０を模式的に示す断面図である。
第１半導体層３２は、例えば、ウルツ鉱型結晶構造を有するＧａＮ結晶である。第１半導体層３２は、ｃ面２ａと、ファセット面４ａと、を有している。ｃ面２ａは、例えば、図７に示す基板１０の主面に対して平行である。基板１０の主面は、積層体２０が設けられている面である。ファセット面４ａは、例えば、基板１０の主面に対して傾斜している。
発光層３４は、第１半導体層３２のｃ面２ａに設けられているｃ面領域３４２と、第１半導体層３２のファセット面４ａに設けられているファセット面領域３４４と、を有している。ｃ面領域３４２は、発光層３４のうちの第１半導体層３２のｃ面２ａの影響を受けて結晶成長した領域である。ファセット面領域３４４は、発光層３４のうちの第１半導体層３２のファセット面４ａの影響を受けて結晶成長した領域である。ｃ面領域３４２は、積層方向から見て、ファセット面領域３４４に囲まれている。
ここで、ｃ面領域３４２は、第１半導体層３２のｃ面２ａの影響を受けて結晶成長するため、ファセット面領域３４４に比べて、Ｉｎを取り込みやすい。そのため、ｃ面領域３４２のインジウムの濃度は、ファセット面領域３４４のインジウムの濃度よりも高い。
発光層３４は、ｃ面２ｂと、ファセット面４ｂと、を有している。ｃ面２ｂは、例えば、図７に示す基板１０の主面に対して平行である。ファセット面４ｂは、例えば、基板１０の主面に対して傾斜している。
第２半導体層３６は、発光層３４のｃ面２ｂに設けられているｃ面領域３６２と、発光層３４のファセット面４ｂに設けられているファセット面領域３６４と、を有している。ｃ面領域３６２は、第２半導体層３６のうちの発光層３４のｃ面２ｂの影響を受けて結晶成長した領域である。ファセット面領域３６４は、第２半導体層３６のうちの発光層３４のファセット面４ｂの影響を受けて結晶成長した領域である。ｃ面領域３６２は、積層方向から見て、ファセット面領域３６４に囲まれている。
第２半導体層３６は、ｃ面２ｃと、ファセット面４ｃと、を有している。ｃ面２ｃは、例えば、図７に示す基板１０の主面に対して平行である。ファセット面４ｃは、例えば、基板１０の主面に対して傾斜している。
トンネルジャンクション層３７は、第２半導体層３６のｃ面２ｃに設けられているｃ面領域３７２と、第２半導体層３６のファセット面４ｃに設けられているファセット面領域３７４と、を有している。ｃ面領域３７２は、トンネルジャンクション層３７のうちの第２半導体層３６のｃ面２ｃの影響を受けて結晶成長した領域である。ファセット面領域３７４は、トンネルジャンクション層３７のうちの第２半導体層３６のファセット面４ｃの影響を受けて結晶成長した領域である。ｃ面領域３７２は、積層方向から見て、ファセット面領域３７４に囲まれている。
ここで、ｃ面領域３７２は、第２半導体層３６のｃ面２ｃの影響を受けて結晶成長するため、ファセット面領域３７４に比べて、不純物を取り込みやすい。したがって、ｃ面領域３７２の不純物濃度は、ファセット面領域３７４の不純物濃度よりも高い。そのため、ｃ面領域３７２では、ファセット面領域３７４と比べて、トンネル効果が発現しやすい。すなわち、ｃ面領域３７２の電気抵抗は、ファセット面領域３７４の電気抵抗よりも小さい。よって、トンネルジャンクション層３７において、ｃ面領域３７２から選択的に電流を注入する電流狭窄構造を形成できる。この結果、発光層３４のＩｎ濃度が高いｃ面領域３４２に効率よく電流を注入できる。
また、発光装置４００では、トンネルジャンクション層３７は、柱状部３０を構成している。そのため、発光装置４００では、トンネルジャンクション層３７を結晶欠陥が低減された高品質な結晶とすることができ、結晶欠陥が導入されることによるトンネルジャンクション層３７の特性の悪化を低減できる。
発光装置４００では、発光装置１００と同様に、柱状部３０間を伝搬する光の損失を低減できる。
４．２． 発光装置の製造方法
発光装置４００の製造方法は、第２半導体層３６およびトンネルジャンクション層３７をエピタキシャル成長させる際に、積層方向に成長する条件でエピタキシャル成長させる。また、第３半導体層３８をエピタキシャル成長させる際に、積層方向だけでなく面内方向にも成長する条件でエピタキシャル成長させる。その他の工程は、上述した発光装置１００の製造方法と同様である。
５． 第５実施形態
５．１． 発光装置
次に、第５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５実施形態に係る発光装置５００を模式的に示す断面図である。以下、第５実施形態に係る発光装置５００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。
上述した発光装置１００では、図１に示すように、第１半導体層３２および発光層３４が柱状部３０を構成していた。
これに対して、発光装置５００では、図９に示すように、第１半導体層３２、発光層３４、第２半導体層３６、トンネルジャンクション層３７、および第３半導体層３８の一部が柱状部３０を構成している。
第３半導体層３８は、図９に示すように、柱状部分３８ａと、層状部分３８ｂと、を有している。
柱状部分３８ａは、第３半導体層３８のうちの柱状部３０を構成している部分である。柱状部分３８ａは、トンネルジャンクション層３７に接している。層状部分３８ｂは、第３半導体層３８のうちの複数の柱状部３０に跨がって設けられた層状の部分である。すなわち、層状部分３８ｂは、柱状部３０を構成していない。発光装置５００では、層状部分３８ｂにおいて、電流を面内方向に拡散させ、複数の柱状部３０に電流を供給する。
発光装置５００では、第２半導体層３６、トンネルジャンクション層３７、および第３半導体層３８の一部が柱状部３０を構成している。そのため、例えば、第３半導体層３８が柱状部３０を構成していない場合と比べて、積層体２０において発光層３４よりも上側、すなわち発光層３４よりも第３半導体層３８側の面内方向の平均屈折率を低くできる。したがって、発光装置５００では、発光層３４で発生した光の第３半導体層３８側への漏れを低減できる。
発光装置５００では、発光装置４００と同様に、トンネルジャンクション層３７が柱状部３０を構成しているため、トンネルジャンクション層３７において、電流狭窄構造を形成できる。
発光装置５００では、発光装置４００と同様に、トンネルジャンクション層３７が柱状部３０を構成しているため、トンネルジャンクション層３７を結晶欠陥が低減された高品質な結晶とすることができ、結晶欠陥が導入されることによるトンネルジャンクション層３７の特性の悪化を低減できる。
発光装置５００では、発光装置１００と同様に、柱状部３０間を伝搬する光の損失を低減できる。
５．２． 発光装置の製造方法
発光装置５００の製造方法は、第２半導体層３６、トンネルジャンクション層３７をエピタキシャル成長させる際に、積層方向に成長する条件でエピタキシャル成長させる。また、第３半導体層３８をエピタキシャル成長させる際に、積層方向に成長する条件でエピタキシャル成長させて柱状部分３８ａを形成した後、積層方向だけでなく面内方向にも成長する条件でエピタキシャル成長させて層状部分３８ｂを形成する。その他の工程は、上述した発光装置１００の製造方法と同様である。
６． 第６実施形態
６．１． 発光装置
次に、第６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１０は、第６実施形態に係る発光装置６００を模式的に示す断面図である。以下、第６実施形態に係る発光装置６００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。
上述した発光装置１００では、図１に示すように、第１半導体層３２および発光層３４が柱状部３０を構成していた。
これに対して、発光装置６００では、図１０に示すように、第１半導体層３２、発光層３４、第２半導体層３６、トンネルジャンクション層３７、および第３半導体層３８が柱状部３０を構成している。また、発光装置６００は、電極５０（以下「第１電極５０」ともいう）と、電流を面内方向に拡散させ、複数の柱状部３０に電流を供給する電極である第２電極７０と、を有する。
第２電極７０は、発光層３４で発生した光を透過させる透明電極である。第２電極７０としては、例えば、ＩＴＯなどを用いる。第２電極７０は、複数の柱状部３０に跨がって設けられた１つの層である。
発光装置６００では、発光層３４と第２電極７０との間に、第３半導体層３８が設けられている。そのため、例えば、発光層３４と第２電極７０との間に、第３半導体層３８が設けられていない場合と比べて、第２電極７０を発光層３４から遠ざけることができる。したがって、発光装置６００では、柱状部３０間を伝搬する光の第２電極７０への漏れを低減でき、柱状部３０間を伝搬する光の損失を低減できる。
発光装置６００では、発光装置４００および発光装置５００と同様に、トンネルジャンクション層３７が柱状部３０を構成しているため、トンネルジャンクション層３７において、電流狭窄構造を形成できる。
また、発光装置６００では、発光装置４００および発光装置５００と同様に、トンネルジャンクション層３７が柱状部３０を構成しているため、トンネルジャンクション層３７を結晶欠陥が低減された高品質な結晶とすることができ、結晶欠陥が導入されることによるトンネルジャンクション層３７の特性の悪化を低減できる。
発光装置６００では、第２半導体層３６、トンネルジャンクション層３７、および第３半導体層３８が柱状部３０を構成している。そのため、例えば、第３半導体層３８が柱状部３０を構成していない場合と比べて、積層体２０において発光層３４よりも第３半導体層３８側の面内方向の平均屈折率を低くできる。したがって、発光装置６００では、発光層３４で発生した光の第３半導体層３８側への漏れを低減できる。
発光装置６００では、発光装置１００と同様に、柱状部３０間を伝搬する光の損失を低減できる。
６．２． 発光装置の製造方法
発光装置６００の製造方法は、第２半導体層３６、トンネルジャンクション層３７、および第３半導体層３８をエピタキシャル成長させる際に、積層方向に成長する条件でエピタキシャル成長させる。また、柱状部３０上に第２電極７０を形成する。第２電極７０は、例えば、真空蒸着法などにより形成できる。その他の工程は、上述した発光装置１００の製造方法と同様である。
７． 第７実施形態
次に、第７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１１は、第７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１１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、上記では、プロジェクター９００が、光源として、発光装置１００を有する場合について説明したが、プロジェクター９００が、光源として、発光装置２００、発光装置３００、発光装置４００、発光装置５００、および発光装置６００のいずれかを有していてもよい。
また、赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、青色光源１００Ｂにおいて、トンネルジャンクション層３７の膜厚や不純物濃度が互いに異なっていてもよい。
トンネルジャンクション層３７では、膜厚が薄くなるに従って光吸収は低減するが、電気抵抗は増大する。また、トンネルジャンクション層３７では、不純物濃度が低くなるに従って光吸収は低減するが、電気抵抗は増大する。
ここで、光の波長が長いほど、トンネルジャンクション層３７における光吸収が少ない。そのため、発振波長が長い光源では、発振波長が短い光源に比べて、トンネルジャンクション層３７の膜厚を厚く、かつ、不純物濃度を高くして、電気抵抗を下げることができる。例えば、赤色光源１００Ｒのトンネルジャンクション層３７の膜厚をＴＲ、不純物濃度をＮＲとし、緑色光源１００Ｇのトンネルジャンクション層３７の膜厚をＴＧ、不純物濃度をＮＧとし、青色光源１００Ｂのトンネルジャンクション層３７の膜厚をＴＢ、不純物濃度をＮＢとした場合、ＴＲ＞ＴＧ＞ＴＢ、ＮＲ＞ＮＧ＞ＮＢを満たしてもよい。
また、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。
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。
また、例えば、上述した実施形態および変形例では、基板１０に設けられた積層体２０において、第１半導体層３２、発光層３４、第２半導体層３６、トンネルジャンクション層３７、第３半導体層３８は、基板１０側からこの順で配置されているが、これに限らず、第３半導体層３８、トンネルジャンクション層３７、第２半導体層３６、発光層３４、第１半導体層３２が、基板１０側からこの順で配置されていてもよい。
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。
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、
電極と、
積層体と、
を有し、
前記積層体は、
ｎ型の第１半導体層と、
発光層と、
ｐ型の第２半導体層と、
トンネルジャンクション層と、
ｎ型の第３半導体層と、
を有し、
前記電極は、前記第１半導体層と電気的に接続され、
前記第１半導体層、前記発光層、前記第２半導体層、前記トンネルジャンクション層、前記第３半導体層は、この順で配置され、
前記発光層と前記第１半導体層は、柱状部を構成する。
このような発光装置では、ｐ型の第２半導体層とｎ型の第３半導体層がトンネルジャンクション層でトンネル接合されるため、ｎ型の第３半導体層はトンネルジャンクション層を介してｐ型の第２半導体層に電流を注入できる。したがって、第３半導体層を発光層に電流を注入するための電極として用いることができる。ｎ型の第３半導体層は、極めて光吸収係数が小さいため、例えば、ＩＴＯからなる電極を用いた場合と比べて、柱状部間を伝搬する光の損失を低減できる。
前記発光装置の一態様において、
前記第２半導体層の少なくとも一部は、前記柱状部を構成してもよい。
前記発光装置の一態様において、
前記第２半導体層および前記トンネルジャンクション層は、前記柱状部を構成してもよい。
このような発光装置では、トンネルジャンクション層が柱状部を構成しているため、トンネルジャンクション層を結晶欠陥が低減された高品質な結晶とすることができ、結晶欠陥が導入されることによるトンネルジャンクション層の特性の悪化を低減できる。
前記発光装置の一態様において、
前記第２半導体層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
前記トンネルジャンクション層は、
前記ｃ面に設けられたｃ面領域と、
前記ファセット面に設けられているファセット面領域と、
を有し、
前記ｃ面領域の不純物濃度は、前記ファセット面領域の不純物濃度よりも高くてもよい。
このような発光装置では、トンネルジャンクション層において、ｃ面領域から選択的に電流を注入する電流狭窄構造を形成できる。
前記発光装置の一態様において、
前記第２半導体層、前記トンネルジャンクション層、前記第３半導体層の少なくとも一部は、前記柱状部を構成してもよい。
このような発光装置では、例えば、第３半導体層が柱状部を構成していない場合と比べて、積層体において発光層よりも第３半導体層側の面内方向の平均屈折率を低くできる。
前記発光装置の一態様において、
前記トンネルジャンクション層は、前記第２半導体層と前記第３半導体層をトンネル接合してもよい。
このような発光装置では、ｎ型の第３半導体層がトンネルジャンクション層を介してｐ型の第２半導体層に電流を注入できる。
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。
２ａ…ｃ面、２ｂ…ｃ面、２ｃ…ｃ面、４ａ…ファセット面、４ｂ…ファセット面、４ｃ…ファセット面、１０…基板、２０…積層体、２２…バッファー層、３０…柱状部、３２…第１半導体層、３４…発光層、３６…第２半導体層、３６ａ…柱状部分、３６ｂ…層状部分、３７…トンネルジャンクション層、３７ａ…第１層、３７ｂ…第２層、３８…第３半導体層、３８ａ…柱状部分、３８ｂ…層状部分、５０…第１電極、６０…マスク層、７０…第２電極、１００…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…発光装置、３４２…ｃ面領域、３４４…ファセット面領域、３６２…ｃ面領域、３６４…ファセット面領域、３７２…ｃ面領域、３７４…ファセット面領域、４００…発光装置、５００…発光装置、６００…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 (4)

  1. 電極と、
    積層体と、
    を有し、
    前記積層体は、
    ｎ型の第１半導体層と、
    発光層と、
    ｐ型の第２半導体層と、
    トンネルジャンクション層と、
    ｎ型の第３半導体層と、
    を有し、
    前記電極は、前記第１半導体層と電気的に接続され、
    前記第１半導体層、前記発光層、前記第２半導体層、前記トンネルジャンクション層、前記第３半導体層は、この順で配置され、
    前記第１半導体層、前記発光層、前記第２半導体層、および前記トンネルジャンクション層は、柱状部を構成し、
    前記第２半導体層は、ｃ面と、ファセット面と、を有し、
    前記トンネルジャンクション層は、
    前記ｃ面に設けられているｃ面領域と、
    前記ファセット面に設けられているファセット面領域と、
    を有し、
    前記ｃ面領域の不純物濃度は、前記ファセット面領域の不純物濃度よりも高い、発光装置。
  2. 請求項１において、
    前記第３半導体層の少なくとも一部は、前記柱状部を構成する、発光装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記トンネルジャンクション層は、前記第２半導体層と前記第３半導体層をトンネル接合する、発光装置。
  4. 請求項１ないし３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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