JP2022131214A - 発光装置およびプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の第１井戸層における形状のばらつきを小さくすることができる発光装置を提供する。【解決手段】基板に設けられ、複数の柱状部を有する積層体を有し、前記複数の柱状部の各々は、複数の第１井戸層を有する発光層と、前記基板と前記発光層との間に設けられ、ＧａおよびＮを含む第１半導体層と、前記第１半導体層と前記発光層との間に設けられ、前記発光層に光を閉じ込める光閉じ込め層と、前記第１半導体層と前記光閉じ込め層との間に設けられた第２井戸層と、を有し、前記第１井戸層および前記第２井戸層は、ＩｎＧａＮからなり、前記光閉じ込め層は、ＩｎＧａＮ層を有し、前記第１井戸層の組成式は、ＩｎｘＧａ１－ｘＮであり、前記光閉じ込め層の前記ＩｎＧａＮ層の組成式は、ＩｎｙＧａ１－ｙＮであり、前記第２井戸層の組成式は、ＩｎｚＧａ１－ｚＮであり、前記ｘ、前記ｙ、および前記ｚは、０＜ｙ＜ｚ＜ｘ＜１を満たす、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。中でも、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、ｎ型の第１半導体層と、井戸構造を有する発光層と、ｐ型の第２半導体層と、を有する柱状部を複数備えた発光装置が記載されている。ｎ型の第１半導体層の上面は、ファセット面によって構成される六角錐状の形状を有している。
特開２０２０－２４９８２号公報
上記のような発光装置では、発光層を構成する井戸層の発光特性を均一にするため、平坦性が高くなる条件で井戸層を成長させる。しかしながら、この条件で、例えば、六角錐の上部に複数の井戸層を有するディスク状の発光層を成長させると、初めは六角錐の先端に小さな径の井戸層が形成され、積層を重ねることで井戸層の径が大きくなる。そのため、複数の井戸層において形状がばらつく。複数の井戸層において形状がばらつくと、不均一な発光特性となってしまう。
本発明に係る発光装置の一態様は、
基板と、
前記基板に設けられ、複数の柱状部を有する積層体と、
を有し、
前記複数の柱状部の各々は、
複数の第１井戸層を有する発光層と、
前記基板と前記発光層との間に設けられ、ＧａおよびＮを含む第１半導体層と、
前記第１半導体層と前記発光層との間に設けられ、前記発光層に光を閉じ込める光閉じ込め層と、
前記第１半導体層と前記光閉じ込め層との間に設けられた第２井戸層と、
を有し、
前記第１井戸層および前記第２井戸層は、ＩｎＧａＮからなり、
前記光閉じ込め層は、ＩｎＧａＮ層を有し、
前記第１井戸層の組成式は、ＩｎｘＧａ１－ｘＮであり、
前記光閉じ込め層の前記ＩｎＧａＮ層の組成式は、ＩｎｙＧａ１－ｙＮであり、
前記第２井戸層の組成式は、ＩｎｚＧａ１－ｚＮであり、
前記ｘ、前記ｙ、および前記ｚは、０＜ｙ＜ｚ＜ｘ＜１を満たす。
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。 実施例の断面ＳＴＥＭ像。 実施例の断面ＳＴＥＭ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． 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。
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、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、柱状部３０と、を有している。
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、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、柱状部３０の第１半導体層３２と発光層３４との積層方向のことである。
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を形成するためのマスク層２４が設けられている。マスク層２４は、例えば、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。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。
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、「層の径」において同様である。
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、正方格子状に配置されている。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、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。さらに、柱状部３０は、第３半導体層５０と、光閉じ込め層６０と、を有している。なお、柱状部３０の詳細な構成については、後述する。
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、ＧａおよびＮを含む層である。第１半導体層３２は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層、ＡｌＧａＮ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、第１井戸層３３と、第１障壁層３５と、を有している。第１井戸層３３および第１障壁層３５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。第１井戸層３３は、ＩｎＧａＮ層である。第１井戸層３３は、ＩｎＧａＮからなる。第１障壁層３５は、例えば、ＧａＮ層である。第１井戸層３３および第１障壁層３５は、複数設けられている。図示の例では、第１井戸層３３は、２層設けられている。第１井戸層３３は、２層の第１障壁層３５に挟まれている。発光層３４は、第１井戸層３３と第１障壁層３５とから構成されたＭＱＷ（Multiple 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、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、ＧａおよびＮを含む層である。第２半導体層３６は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層、ＡｌＧａＮ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２半導体層３６は、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、第２半導体層３６上に設けられている。第２電極４２は、第２半導体層３６と電気的に接続されている。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。
１．２． 柱状部の詳細な構成
柱状部３０は、図１に示すように、第１半導体層３２と、発光層３４と、第２半導体層３６と、第３半導体層５０と、光閉じ込め層６０と、を有している。第１半導体層３２、発光層３４、第２半導体層３６、第３半導体層５０、および光閉じ込め層６０は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体であり、ウルツ鉱型結晶構造を有している。
第３半導体層５０は、第１半導体層３２上に設けられている。第３半導体層５０は、第１半導体層３２と光閉じ込め層６０との間に設けられている。第１半導体層３２は、ファセット面３２ａを有している。ファセット面３２ａは、基板１０の上面に対して傾斜している。図示の例では、第１半導体層３２の基板１０とは反対側の面は、ファセット面３２ａで構成され、基板１０の上面と平行なｃ面を有していない。第３半導体層５０は、ファセット面３２ａに設けられている。
第３半導体層５０は、第２井戸層５２と、第２障壁層５４と、を有している。第２井戸層５２は、量子井戸層である。積層方向からみて、第２障壁層５４は、第２井戸層５２を囲んでいる。第２井戸層５２と第１半導体層３２との間には、第２障壁層５４が設けられている。第３半導体層５０は、ファセット面５０ａと、ｃ面５０ｂと、を有している。図示の例では、ファセット面５０ａは、第２井戸層５２で構成されている。ｃ面５０ｂは、第２障壁層５４で構成されている。第２井戸層５２は、ｉ型のＩｎＧａＮ層である。第２井戸層５２は、ｉ型のＩｎＧａＮからなる。第２障壁層５４は、例えば、ｉ型のＧａＮ層である。なお、第２井戸層５２は、および第２障壁層５４の数は、特に限定されず、第２井戸層５２は、例えば、複数設けられていてもよい。
光閉じ込め層６０は、第３半導体層５０上に設けられている。光閉じ込め層６０は、第３半導体層５０と発光層３４との間に設けられている。光閉じ込め層６０は、例えば、ｉ型のＩｎＧａＮ層６２と、ｉ型のＧａＮ層６４と、を有している。積層方向からみて、ＧａＮ層６４は、ＩｎＧａＮ層６２を囲んでいる。第２井戸層５２は、第２障壁層５４とＧａＮ層６４とに挟まれている。図示の例では、ＩｎＧａＮ層６２およびＧａＮ層６４は、複数設けられている。具体的には、ＩｎＧａＮ層６２は、５層設けられている。ＩｎＧａＮ層６２は、２層のＧａＮ層６４に挟まれている。
複数のＩｎＧａＮ層６２のうち最も第３半導体層５０側に位置する１段目のＩｎＧａＮ層６２の径Ｄ３は、複数のＩｎＧａＮ層６２のうちで最小である。複数のＩｎＧａＮ層６２のうち２段目のＩｎＧａＮ層６２の径は、１段目のＩｎＧａＮ層６２の径Ｄ３よりも大きい。複数のＩｎＧａＮ層６２のうち３段目のＩｎＧａＮ層６２の径は、２段目のＩｎＧａＮ層６２の径よりも大きい。複数のＩｎＧａＮ層６２のうち４段目および５段目のＩｎＧａＮ層６２の径は、３段目のＩｎＧａＮ層６２の径と同じである。ＩｎＧａＮ層６２およびＧａＮ層６４は、例えば、超格子構造を構成している。なお、ＩｎＧａＮ層６２の数は特に限定されず、ＩｎＧａＮ層６２は、１層だけ設けられていてもよい。
光閉じ込め層６０は、ファセット面６０ａと、ｃ面６０ｂと、を有している。積層方向
からみて、ＩｎＧａＮ層６２は、ｃ面６０ｂと重なっている。光閉じ込め層６０は、発光層３４近傍の屈折率を高めることができる。光閉じ込め層６０は、発光層３４に光を閉じ込めるＯＣＬ（Optical Confinement Layer）である。
発光層３４は、光閉じ込め層６０上に設けられている。第１井戸層３３は、量子井戸層である。積層方向からみて、第１障壁層３５は、第１井戸層３３を囲んでいる。発光層３４は、ファセット面３４ａと、ｃ面３４ｂと、を有している。積層方向からみて、第１井戸層３３は、ｃ面３４ｂと重なっている。
第２井戸層５２および光閉じ込め層６０のＩｎＧａＮ層６２におけるＩｎＮモル分率は、第１井戸層３３におけるＩｎＮモル分率よりも低い。ＩｎＮモル分率とは、各層におけるＩｎＮの物質量とＧａＮの物質量との合計に対する、ＩｎＮの物質量の比である。第１井戸層３３におけるＩｎＮモル分率は、例えば、１０％以上４０％以下である。第２井戸層５２におけるＩｎＮモル分率は、例えば、１％以上２０％以下である。ＩｎＧａＮ層６２におけるＩｎＮモル分率は、例えば、１％以上２０％以下である。ＩｎＮモル分率は、例えば、ＳＴＥＭ－ＥＤＳ（scanning transmission electron microscope－Energy dispersive X-ray spectroscopy）によって測定することができる。
第１井戸層３３の組成式はＩｎｘＧａ１－ｘＮであり、ＩｎＧａＮ層６２の組成式はＩｎｙＧａ１－ｙＮであり、そして第２井戸層５２の組成式はＩｎＺＧａ１－ＺＮである。このとき、０＜ｙ＜ｚ＜ｘ＜１である。
第１井戸層３３、第２井戸層５２、および光閉じ込め層６０のＩｎＧａＮ層６２の形状は、例えば、ディスク状である。第２井戸層５２の径Ｄ２は、例えば、第１井戸層３３の径Ｄ１、および光閉じ込め層６０の１段目のＩｎＧａＮ層６２の径Ｄ３よりも小さい。図示の例では、第１井戸層３３の径Ｄ１は、光閉じ込め層６０の５段目のＩｎＧａＮ層６２の径と同じである。
第１井戸層３３の厚さＴ１は、例えば、第２井戸層５２の厚さＴ２、および光閉じ込め層６０のＩｎＧａＮ層６２の厚さＴ３よりも大きい。図示の例では、第２井戸層５２の厚さＴ２は、ＩｎＧａＮ層６２の厚さＴ３よりも大きい。
第２井戸層５２のバンドギャップは、第１井戸層３３のバンドギャップよりも大きい。光閉じ込め層６０のバンドギャップは、第１井戸層３３のバンドギャップよりも大きい。バンドギャップは、各層の形状、Ｉｎ組成等に基づいて、シュレディンガー方程式を解くことによって求めることができる。
発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層３６、不純物がドープされていないｉ型の第３半導体層５０、光閉じ込め層６０、および発光層３４、ならびに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、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、複数の第１井戸層３３を有する発光層３４と、基板１０と発光層３４との間に設けられ、ＧａおよびＮを含む第１半導体層３２と、第１半導体層３２と発光層３４との間に設けられ、発光層３４に光を閉じ込める光閉じ込め層６０と、光閉じ込め層６０と発光層３４との間に設けられた第２井戸層５２と、を有する。第１井戸層３３および第２井戸層５２は、ＩｎＧａＮからなり、光閉じ込め層６０は、ＩｎＧａＮ層６２を有する。第２井戸層５２におけるＩｎ組成は、光閉じ込め層６０のＩｎＧａＮ層６２におけるＩｎ組成よりも高く、第１井戸層３３におけるＩｎ組成よりも低い。すなわち、第１井戸層３３の組成式をＩｎｘＧａ１－ｘＮ、ＩｎＧａＮ層６２の組成式をＩｎｙＧａ１－ｙＮ、そして第２井戸層５２の組成式をＩｎＺＧａ１－ＺＮとした場合に、０＜ｙ＜ｚ＜ｘ＜１である。
そのため、発光装置１００では、第２井戸層が設けられていない場合に比べて、複数の第１井戸層３３における径や厚さなどの形状のばらつきを小さくすることができる。第２井戸層が設けられていない場合、光閉じ込め層は、Ｉｎ組成が低いため、第１半導体層と格子定数が近く、第１半導体層のファセット面の形状を引き付いて成長され易い。そこで、光閉じ込め層６０のＩｎＧａＮ層６２よりも、Ｉｎ組成が高い第２井戸層５２を設ける。第２井戸層５２は、第１半導体層３２との格子定数差による歪の影響で、上面が平坦面になり易い。これにより、ファセット面３２ａの形状が第１井戸層３３に与える影響を小さくすることができる。その結果、複数の第１井戸層３３における形状のばらつきを小さくすることができる。
さらに、発光装置１００では、第２井戸層５２は、量子井戸層であり、量子準位を有する。第２井戸層５２の発光波長は、量子準位によって決まる。第２井戸層５２の発光波長を、第１井戸層３３の発光波長よりも短波長となるように量子準位を調整することにより、第１電極４０および第２電極４２によって第２井戸層５２に電流が注入されても、第２井戸層５２では発光し難くすることができる。第２井戸層５２が発光すると、発光装置１００において、所望の波長の光を出射し難くなる。
発光装置１００では、光閉じ込め層６０のＩｎＧａＮ層６２の径Ｄ３は、第２井戸層５２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よりも小さい場合に比べて、ファセット面３２ａの形状が第１井戸層３３に与える影響を小さくすることができる。これにより、複数の第１井戸層３３における形状のばらつきを、より小さくすることができる。さらに、径Ｄ３を径Ｄ２よりも大きくすることにより、光閉じ込め層６０の発光層３４における光閉じ込め効果を大きくすることができる。これにより、発振閾値を低減させることができる。
発光装置１００では、第１井戸層３３の厚さＴ１は、第２井戸層５２の厚さＴ２、および光閉じ込め層６０のＩｎＧａＮ層６２の厚さＴ３よりも大きい。そのため、発光装置１００では、第１井戸層３３のバンドギャップを、第２井戸層５２のバンドギャップ、およびＩｎＧａＮ層６２のバンドギャップよりも小さくすることができる。これにより、第１井戸層３３で発光し易くすることができる。
発光装置１００では、第２井戸層５２のバンドギャップ、および光閉じ込め層６０のバンドギャップは、第１井戸層３３のバンドギャップよりも大きい。そのため、発光装置１００では、第２井戸層のバンドギャップおよび光閉じ込め層のバンドギャップが第１井戸層３３のバンドギャップよりも小さい場合に比べて、第２井戸層５２およびＩｎＧａＮ層６２で発光し難くすることができる。
発光装置１００では、第１半導体層３２は、ファセット面３２ａを有する。発光装置１００では、上記のように第２井戸層５２を有するため、第１半導体層３２がファセット面３２ａを有しても、複数の第１井戸層３３における形状のばらつきを小さくすることができる。
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２～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２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よって形成される。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。
次に、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。
図３に示すように、第１半導体層３２上に、第２井戸層５２および第２障壁層５４を有する第３半導体層５０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２井戸層５２は、例えば、成長初期については、半極性面からなる六角錐状のファセット面３２ａに形成されるため、Ｉｎの取り込みは起こり難い状態であり、結晶成長が進行するにつれてｃ面の平面が露出してＩｎが取り込まれるようになる。
図４に示すように、第３半導体層５０上に、ＩｎＧａＮ層６２およびＧａＮ層６４を有する光閉じ込め層６０をエピタキシャル成長させる。図５に示すように、光閉じ込め層６０上に、第１井戸層３３および第１障壁層３５を有する発光層３４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３半導体層５０、光閉じ込め層６０，および発光層３４では、ＩｎＧａＮ層である井戸層３３，５２、およびＩｎＧａＮ層６２は、柱状部３０の中央に集まって成長される。井戸層３３，５２およびＩｎＧａＮ層６２は、平坦性が高くなる条件で成長される。具体的には、ＩＩＩ属の原子の照射量を多くする。これにより、ＩｎＧａＮ層６２の径Ｄ３を第２井戸層５２の径Ｄ２よりも大きく、さらに、第１井戸層３３の径Ｄ１をＩｎＧａＮ層６２の径Ｄ３よりも大きくすることができる。
第２井戸層５２の成長では、Ｉｎの照射時間を、光閉じ込め層６０のＩｎＧａＮ層６２の照射時間より長くする。これにより、第２井戸層５２におけるＩｎ組成を、ＩｎＧａＮ層６２におけるＩｎ組成よりも高くすることができる。言い換えれば、第２井戸層５２におけるＩｎＮモル分率を、ＩｎＧａＮ層６２におけるＩｎＮモル分率よりも高くしている。また、第２井戸層５２におけるＩｎ組成は、第１井戸層３３におけるＩｎ組成よりも低い。すなわち、第２井戸層５２におけるＩｎＮモル分率は、第１井戸層３３におけるＩｎＮモル分率よりも低い。なお、第２井戸層５２の成長におけるＩｎの照射時間を、第1井
戸層３３の成長におけるＩｎの照射時間と同じとしているが、これに限らず、第２井戸層５２の成長におけるＩｎの照射時間を、第1井戸層３３の成長におけるＩｎの照射時間よりも短くしてもよい。
第２井戸層５２におけるＩｎ組成が、ＩｎＧａＮ層６２におけるＩｎ組成よりも高く、第１井戸層３３におけるＩｎ組成よりも低い、とは、第１井戸層３３の組成式をＩｎｘＧａ１－ｘＮ、ＩｎＧａＮ層６２の組成式をＩｎｙＧａ１－ｙＮ、そして第２井戸層５２の組成式をＩｎＺＧａ１－ＺＮとした場合に、０＜ｙ＜ｚ＜ｘ＜１であることを表している。
図１に示すように、発光層３４上に第２半導体層３６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。本工程により、複数の柱状部３０を有する積層体２０を形成することができる。
次に、バッファー層２２上に第１電極４０を形成し、第２半導体層３６上に第２電極４２を形成する。第１電極４０および第２電極４２は、例えば、真空蒸着法などにより形成される。なお、第１電極４０および第２電極４２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。
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、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。
４． 実施例および比較例
４．１． 試料の作製
実施例では、基板上に、バッファー層、第１半導体層、第２井戸層および第２障壁層を有する第３半導体層、光閉じ込め層（ＯＣＬ）、第１井戸層および第１障壁層を有する発光層を、この順でエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長は、ＲＦ（Radio Frequency）プラズマ窒素源を利用した分子線エピタキシー（ＲＦ－ＭＢＥ）法を用いた。バッファー層および第１半導体層としては、ｎ型のＧａＮ層を用いた。第１井戸層および第２井戸層としては、ｉ型のＩｎＧａＮ層を用いた。第１障壁層および第２障壁層としては、ｉ型のＧａＮ層を用いた。ＯＣＬを、ｉ型のＩｎＧａＮおよびｉ型のＧａＮから構成される超格子構造とした。Ｉｎの照射時間を調整して、第２井戸層におけるＩｎ組成を、光閉じ込め層のＩｎＧａＮ層におけるＩｎ組成よりも高く、第１井戸層におけるＩｎ組成よりも低くした。言い換えれば、第２井戸層におけるＩｎＮモル分率は、光閉じ込め層のＩｎＧａＮ層におけるＩｎＮモル分率よりも高く、第１井戸層におけるＩｎＮモル分率よりも低くしている。つまり、第１井戸層の組成式をＩｎｘＧａ１－ｘＮ、光閉じ込め層のＩｎＧａＮ層の組成式をＩｎｙＧａ１－ｙＮ、そして第２井戸層の組成式をＩｎＺＧａ１－ＺＮとした場合に、０＜ｙ＜ｚ＜ｘ＜１である。
比較例では、第２井戸層およびＯＣＬを形成しなかったこと以外は、基本的に実施例と同様にして、バッファー層、第１半導体層、および発光層をエピタキシャル成長させた。
４．２． ＳＴＥＭ観察
図７は、実施例の断面ＳＴＥＭ像である。図８は、比較例の断面ＳＴＥＭ像である。図７では、ＩｎＧａＮ層を淡色で示している。図８では、ＩｎＧａＮ層を濃色で示している。
図８では、発光層において、下方のＩｎＧａＮ層は、上方のＩｎＧａＮ層に比べて、径が極端に小さかった。一方、図７では、発光層における複数のＩｎＧａＮ層の径の差を、図８の場合に比べて、小さくできることがわかった。
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、
前記基板に設けられ、複数の柱状部を有する積層体と、
を有し、
前記複数の柱状部の各々は、
複数の第１井戸層を有する発光層と、
前記基板と前記発光層との間に設けられ、ＧａおよびＮを含む第１半導体層と、
前記第１半導体層と前記発光層との間に設けられ、前記発光層に光を閉じ込める光閉じ込め層と、
前記第１半導体層と前記光閉じ込め層との間に設けられた第２井戸層と、
を有し、
前記第１井戸層および前記第２井戸層は、ＩｎＧａＮからなり、
前記光閉じ込め層は、ＩｎＧａＮ層を有し、
前記第１井戸層の組成式は、ＩｎｘＧａ１－ｘＮであり、
前記光閉じ込め層の前記ＩｎＧａＮ層の組成式は、ＩｎｙＧａ１－ｙＮであり、
前記第２井戸層の組成式は、ＩｎｚＧａ１－ｚＮであり、
前記ｘ、前記ｙ、および前記ｚは、０＜ｙ＜ｚ＜ｘ＜１を満たす。
この発光装置によれば、複数の第１井戸層における形状のばらつきを小さくすることができる。
発光装置の一態様において、
前記光閉じ込め層の前記ＩｎＧａＮ層の径は、前記第２井戸層の径よりも大きくてもよい。
この発光装置によれば、複数の第１井戸層における形状のばらつきを、より小さ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井戸層の厚さは、前記第２井戸層の厚さ、および前記光閉じ込め層の前記ＩｎＧａＮ層の厚さよりも大きくてもよい。
この発光装置によれば、第１井戸層で発光し易くすることができる。
発光装置の一態様において、
前記第２井戸層のバンドギャップ、および前記光閉じ込め層のバンドギャップは、前記第１井戸層のバンドギャップよりも大きくてもよい。
この発光装置によれば、第２井戸層および光閉じ込め層のＩｎＧａＮ層で発光し難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半導体層は、ファセット面を有してもよい。
この発光装置によれば、第１半導体層がファセット面を有しても、第２井戸層によって、複数の第１井戸層における形状のばらつきを小さくすることができる。
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、３０…柱状部、３２…第１半導体層、３２ａ…ファセット面、３３…第１井戸層、３４…発光層、３４ａ…ファセット面、３４ｂ…ｃ面、３５…第１障壁層、３６…第２半導体層、４０…第１電極、４２…第２電極、５０…第３半導体層、５０ａ…ファセット面、５０ｂ…ｃ面、５２…第２井戸層、５４…第２障壁層、６０…光閉じ込め層、６０ａ…ファセット面、６０ｂ…ｃ面、６２…ＩｎＧａＮ層、６４…ＧａＮ層、１００…発光装置、１００Ｒ…赤色光源、１００Ｇ…緑色光源、１００Ｂ…青色光源、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 (6)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられ、複数の柱状部を有する積層体と、
    を有し、
    前記複数の柱状部の各々は、
    複数の第１井戸層を有する発光層と、
    前記基板と前記発光層との間に設けられ、ＧａおよびＮを含む第１半導体層と、
    前記第１半導体層と前記発光層との間に設けられ、前記発光層に光を閉じ込める光閉じ込め層と、
    前記第１半導体層と前記光閉じ込め層との間に設けられた第２井戸層と、
    を有し、
    前記第１井戸層および前記第２井戸層は、ＩｎＧａＮからなり、
    前記光閉じ込め層は、ＩｎＧａＮ層を有し、
    前記第１井戸層の組成式は、ＩｎｘＧａ１－ｘＮであり、
    前記光閉じ込め層の前記ＩｎＧａＮ層の組成式は、ＩｎｙＧａ１－ｙＮであり、
    前記第２井戸層の組成式は、ＩｎｚＧａ１－ｚＮであり、
    前記ｘ、前記ｙ、および前記ｚは、０＜ｙ＜ｚ＜ｘ＜１を満たす、発光装置。
  2. 請求項１において、
    前記光閉じ込め層の前記ＩｎＧａＮ層の径は、前記第２井戸層の径よりも大きい、発光装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記第１井戸層の厚さは、前記第２井戸層の厚さ、および前記光閉じ込め層の前記ＩｎＧａＮ層の厚さよりも大きい、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２井戸層のバンドギャップ、および前記光閉じ込め層のバンドギャップは、前記第１井戸層のバンドギャップよりも大きい、発光装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
    前記第１半導体層は、ファセット面を有する、発光装置。
  6. 請求項１ないし５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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