JP2023128375A - 発光装置、プロジェクター、およびディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】直線偏光を出射させることができ、かつ、露出される発光層の側面を低減することができる発光装置を提供する。【解決手段】各々が第１柱状部および第２柱状部を有する複数の柱状部集合体と、を有し、前記第１柱状部および前記第２柱状部の各々は、第１導電型を有する第１半導体層と、前記第１半導体層の基板と反対側に設けられた発光層と、前記発光層の前記基板と反対側に設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２半導体層と、前記第１半導体層と前記発光層との積層方向からみて、互いに離隔して配置され、前記第１半導体層で構成される第１部分と、前記積層方向からみて、互いに接して配置され、前記発光層で構成される第２部分と、を有し、前記複数の柱状部集合体は、格子状に配列され、格子状に配列された前記複数の柱状部集合体の単位格子において、前記第１部分の形状は、回転対称ではない、発光装置。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置、プロジェクター、およびディスプレイに関する。

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。

上記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。液晶ライトバルブを用いるプロジェクターでは、光源から出射される光は、直線偏光であることが望まれている。

例えば特許文献１には、基板に形成された複数の柱状結晶が規則的に配列してなる集合体を複数含む光デバイスが記載されている。特許文献１には、平面視において、複数の柱状結晶の形状は、回転対称ではないことが記載されている。さらに、１つの集合体において、柱状結晶は、基板から離れるほど太くなっており、複数の柱状部は、頂部において互いに繋がっていることが記載されている。

特開２０１８－１４２６６０号公報

上記のように、複数の柱状結晶の形状が回転対称でなければ、光デバイスから出射される光は、直線偏光となる。しかしながら、特許文献１に記載された光デバイスでは、複数の柱状結晶の活性層は、互いに離隔している。そのため、活性層の側面が露出する。活性層の側面が露出すると、ダングリングボンドが発生する可能性が高くなり、発光効率が悪くなる。

本発明に係る発光装置の一態様は、
基板と、
各々が第１柱状部および第２柱状部を有する複数の柱状部集合体と、
を有し、
前記第１柱状部および前記第２柱状部の各々は、
第１導電型を有する第１半導体層と、
前記第１半導体層の前記基板と反対側に設けられた発光層と、
前記発光層の前記基板と反対側に設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記発光層との積層方向からみて、互いに離隔して配置され、前記第１半導体層で構成される第１部分と、
前記積層方向からみて、互いに接して配置され、前記発光層で構成される第２部分と、を有し、
前記積層方向からみて、前記複数の柱状部集合体は、格子状に配列され、
前記積層方向からみて、格子状に配列された前記複数の柱状部集合体の単位格子において、前記第１部分の形状は、回転対称ではない。

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。

本発明に係るディスプレイの一態様は、
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。 本実施形態に係るディスプレイを模式的に示す平面図。 本実施形態に係るディスプレイを模式的に示す断面図。

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
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。図２は、本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。なお、図１は、図２のＩ－Ｉ線断面図である。また、図１および図２では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

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４０と、第２電極４２と、を有している。発光装置１００は、例えば、半導体レーザーである。

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、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板、サファイア基板、ＳｉＣ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層である。

積層体２０は、図１に示すように、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、マスク層２２と、複数の柱状部３０と、を有している。なお、便宜上、図２では、柱状部３０以外の部材の図示を省略している。

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、柱状部３０の発光層３４を基準とした場合、発光層３４から柱状部３０の第２半導体層３６に向かう方向を「上」とし、発光層３４から柱状部３０の第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。「積層体２０の積層方向」とは、第１半導体層３２と発光層３４との積層方向のことである。図示の例では、積層方向は、Ｚ軸方向である。

マスク層２２は、基板１０上に設けられている。マスク層２２は、例えば、チタン層、酸化シリコン層、酸化チタン層、酸化アルミニウム層などである。マスク層２２には、複数の開口部２４が設けられている。開口部２４には、柱状部３０が設けられている。マスク層２２は、柱状部３０を成長させるためのマスクとして機能する。

柱状部３０は、基板１０上に設けられている。柱状部３０は、基板１０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、六角形などの多角形、円である。

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、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、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、第１導電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の基板１０とは反対側に設けられている。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、ウェル層と、バリア層と、を有している。ウェル層およびバリア層は、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。ウェル層は、例えば、ＩｎＧａＮ層である。バリア層は、例えば、ＧａＮ層である。発光層３４は、ウェル層とバリア層とから構成されたＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構造を有している。

なお、発光層３４を構成するウェル層およびバリア層の数は、特に限定されない。例えば、ウェル層は、１層だけ設けられていてもよく、この場合、発光層３４は、ＳＱＷ（Single 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、発光層３４の基板１０とは反対側に設けられている。第２半導体層３６は、発光層３４と第２電極４２との間に設けられている。第２半導体層３６は、第１導電型と異なる第２導電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ＧａＮ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１半導体層３２と発光層３４との間、および発光層３４と第２半導体層３６との間の少なくとも一方に、ｉ型のＩｎＧａＮ層およびＧａＮ層からなるＯＣＬ（Optical Confinement Layer）が設けられていてもよい。また、第２半導体層３６は、ｐ型のＡｌＧａＮ層からなるＥＢＬ（Electron Blocking Layer）を有してもよい。

発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層３６、不純物が意図的にドープされていないｉ型の発光層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、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、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、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。

第１電極４０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１４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としては、例えば、バッファー層１４側から、Ｃｒ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層されたものなどを用いる。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２電極４２は、第２半導体層３６上に設けられている。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としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＺｎＯ等の透明電極、バッファー層１４側から、Ｐｄ層、Ｐｔ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層された金属電極、金属電極に透明電極が積層されたものなどを用いる。第２半導体層３６と透明電極との間に金属電極を設けることで、第２電極４２と第２半導体層３６とのコンタクト抵抗を低くすることができる。この場合、金属電極の厚さは、透明電極の厚さよりも小さい。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。

なお、上記では、ＩｎＧａＮ系の発光層３４について説明したが、発光層３４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。

また、発光装置１００は、レーザーに限らず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）であってもよい。

１．２． 柱状部の形状等
複数の柱状部３０は、柱状部集合体３１を構成している。発光装置１００は、基板１０に設けられた柱状部集合体３１を有している。柱状部集合体３１は、複数の柱状部３０で構成されている。図示の例では、１つの柱状部集合体３１は、複数の柱状部３０として、第１柱状部３０ａと、第２柱状部３０ｂと、第３柱状部３０ｃと、で構成されている。柱状部集合体３１は、第１柱状部３０ａと、第２柱状部３０ｂと、第３柱状部３０ｃと、を有している。

複数の柱状部３０の各々は、第１部分５０と、第２部分６０と、を有している。複数の柱状部３０の各々の第１部分５０は、積層方向からみて、互いに離隔している。複数の柱状部３０の各々の第１部分５０は、互いに離れている。複数の柱状部３０の各々の第２部分６０は、互いに接続されている。図示の例では、第１柱状部３０ａ、第２柱状部３０ｂ、および第３柱状部３０ｃは、第１部分５０と、第２部分６０と、を有している。

第１部分５０は、バッファー層１４上に設けられている。第１部分５０は、基板１０と第２部分６０との間に設けられている。図示の例では、第１柱状部３０ａの第１部分５０、第２柱状部３０ｂの第１部分５０、および第３柱状部３０ｃの第１部分５０は、互いに離隔している。第１半導体層３２は、第１部分５０を構成している。図示の例では、第１部分５０は、第１半導体層３２のみで構成されている。第１部分５０は、第２部分６０か
ら基板１０に向けて延在した延在部である。隣り合う第１部分５０の間は、例えば、空隙である。

第１部分５０は、基板１０と接触している接触面５２を有している。図２に示す例では、接触面５２の平面形状は、円である。接触面５２の平面形状は、マスク層２２に設けられた開口部２４の径と同じである。積層方向からみて、第１柱状部３０ａの接触面５２の形状、第２柱状部３０ｂの接触面５２の形状、および第３柱状部３０ｃの接触面５２の形状は、互いに等しい。積層方向からみて、第１柱状部３０ａの接触面５２の大きさ、第２柱状部３０ｂの接触面５２の大きさ、および第３柱状部３０ｃの接触面５２の大きさは、互いに等しい。

第１部分５０の接触面５２の径は、例えば、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。接触面５２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、「接触面５２の径」とは、接触面５２の平面形状が円の場合は、直径であり、接触面５２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、接触面５２の径は、接触面５２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、接触面５２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、後述する「径一定部５４の径」、「径変化部５６の径」「発光層接続部６４の径」、および「第２半導体層接続部６６の径」について同様である。

積層方向からみて、第１中心Ｃ１と第２中心Ｃ２とを結ぶ第１線分Ｓ１、第２中心Ｃ２と第３中心Ｃ３とを結ぶ第２線分Ｓ２、および第３中心Ｃ３と第１中心Ｃ１とを結ぶ第３線分Ｓ３で形成される図形Ｆは、三角形である。図示の例では、図形Ｆは、正三角形である。第１中心Ｃ１は、第１柱状部３０ａの接触面５２の中心である。第２中心Ｃ２は、第２柱状部３０ｂの接触面５２の中心である。第３中心Ｃ３は、第３柱状部３０ｃの接触面５２の中心である。

なお、「接触面５２の中心」とは、接触面５２の平面形状が円の場合は、該円の中心であり、接触面５２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、接触面５２の中心は、接触面５２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、接触面５２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。このことは、後述する「柱状部集合体３１の中心」において、同様である。

第１部分５０は、図１に示すように、例えば、径一定部５４と、径変化部５６と、を有している。

第１部分５０の径一定部５４は、バッファー層１４上に設けられている。径一定部５４は、マスク層２２に設けられた開口部２４に位置している。径一定部５４の径は、積層方向において一定である。径一定部５４は、接触面５２を有している。隣り合う径一定部５４の間隔は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

第１部分５０の径変化部５６は、径一定部５４上に設けられている。径変化部５６は、径一定部５４と第２部分６０との間に設けられている。径変化部５６は、径一定部５４および第２部分６０に接続されている。径変化部５６は、開口部２４に位置していない。径変化部５６は、発光層３４に近づくにつれて径が大きくなる。径変化部５６の径は、基板１０から発光層３４に向かうにつれて漸増している。

第２部分６０は、第１部分５０上に設けられている。第２部分６０は、第１部分５０と第２電極４２との間に設けられている。発光層３４は、第２部分６０を構成している。図示の例では、第２部分６０は、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６で構成されている。第２部分６０は、複数の柱状部３０が接続されて構成される接続部である。第１柱状部３０ａ、第２柱状部３０ｂ、および第３柱状部３０ｃは、積層方向からみて、第２部分６０において、互いに接して配置されている。第２部分６０は、例えば、第１半導体層接続部６２と、発光層接続部６４と、第２半導体層接続部６６と、を有している。

第１半導体層接続部６２は、第１部分５０上に設けられている。第１半導体層接続部６２は、第１部分５０と発光層接続部６４との間に設けられている。積層体２０の第１半導体層接続部６２が設けられた部分の面内方向における平均屈折率は、積層体２０の第１部分５０が設けられた部分の面内方向における平均屈折率よりも高い。そのため、第１半導体層接続部６２を有することにより、第１半導体層接続部を有していない場合に比べて、平均屈折率が低くなる第１部分５０を発光層３４から離すことができる。これにより、発光層３４における光閉じ込め係数を大きくすることができる。

第１半導体層接続部６２の径は、発光層接続部６４に近づくにつれて径が大きくなる。第１半導体層接続部６２の径は、基板１０から発光層接続部６４に向かうにつれて漸増している。第１半導体層接続部６２は、第１半導体層３２で構成されている。図示の例では、第１半導体層３２は、第１部分５０と、第１半導体層接続部６２を構成している部分と、を有している。

発光層接続部６４は、第１半導体層接続部６２上に設けられている。発光層接続部６４は、第１半導体層接続部６２と第２半導体層接続部６６との間に設けられている。積層方向からみて、発光層接続部６４の中心を通る仮想直線を引いた場合、発光層接続部６４の外線は、当該仮想直線と２点で交わる。

発光層接続部６４は、発光層３４で構成されている。発光層接続部６４の径は、例えば、積層方向において、一定である。なお、図示しないが、発光層接続部６４の径は、第１半導体層接続部６２から第２半導体層接続部６６に向かうにつれて大きくなってもよい。発光層３４は、側面３５を有している。側面３５は、例えば、ｍ面で構成されている。

第２半導体層接続部６６は、発光層接続部６４上に設けられている。第２半導体層接続部６６は、発光層接続部６４と第２電極４２との間に設けられている。第２半導体層接続部６６は、第２半導体層３６で構成されている。第２半導体層接続部６６の径は、発光層接続部６４から遠ざかるにつれて大きくなる。第２半導体層接続部６６の径は、発光層接続部６４から第２電極４２に向かうにつれて漸増している。複数の柱状部３０の各々は、発光層３４および第２半導体層３６において、互いに接続されている。

柱状部集合体３１は、図２に示すように、複数設けられている。柱状部３０は、複数設けられている。複数の柱状部３０は、互いに離隔している。隣り合う柱状部３０の間隔は、例えば、１０ｎｍ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、フォトニック結晶の効果を発現することができる。なお、「柱状部集合体３１のピッチ」とは、所定の方向に隣り合う柱状部集合体３１の中心間の距離である。柱状部集合体３１の平面形状は、例えば、六角形などの多角形、円である。図２に示す例では、柱状部集合体３１の平面形状は、円である。隣り合う柱状部集合体３１の間は、例えば、空隙である。

複数の柱状部集合体３１は、積層方向からみて、格子状に配列されている。図示の例では、複数の柱状部集合体３１は、積層方向からみて、正方格子状に配列されている。すなわち、積層方向からみて、格子状に配列された複数の柱状部集合体３１の単位格子Ｕは、正方形である。単位格子Ｕを構成する互いに平行な一対の辺は、Ｘ軸と平行である。単位格子Ｕを構成する互いに平行な他の一対の辺は、Ｙ軸と平行である。第１柱状部３０ａの第１部分５０および第２柱状部３０ｂの第１部分５０は、Ｙ軸方向に並んでいる。

積層方向からみて、単位格子Ｕにおいて、複数の柱状部３０の第１部分５０の形状は、回転対称ではない。積層方向からみて、単位格子Ｕを構成する複数の柱状部３０の第１部分５０の形状は、回転対称ではない。

図示の例では、複数の柱状部集合体３１のうちの第１柱状部集合体３１ａ、第２柱状部集合体３１ｂ、第３柱状部集合体３１ｃ、および第４柱状部集合体３１ｄで単位格子Ｕを構成している。第１柱状部集合体３１ａを構成する複数の柱状部３０の第１部分５０と、第２柱状部集合体３１ｂを構成する複数の柱状部３０の第１部分５０と、第３柱状部集合体３１ｃを構成する複数の柱状部３０の第１部分５０と、第４柱状部集合体３１ｄを構成する複数の柱状部３０の第１部分５０と、で形成される図形は、回転対称ではない。第１柱状部集合体３１ａおよび第２柱状部集合体３１ｂは、Ｙ軸方向において、互いに隣り合っている。第２柱状部集合体３１ｂおよび第３柱状部集合体３１ｃは、Ｘ軸方向において、互いに隣り合っている。第３柱状部集合体３１ｃおよび第４柱状部集合体３１ｄは、Ｙ軸方向において、互いに隣り合っている。第４柱状部集合体３１ｄおよび第１柱状部集合体３１ａは、Ｘ軸方向において、互いに隣り合っている。

積層方向からみて、第１柱状部集合体３１ａと、第２柱状部集合体３１ｂと、第３柱状部集合体３１ｃと、第４柱状部集合体３１ｄと、を完全に重ねた場合、第１柱状部集合体３１ａの複数の第１部分５０と、第２柱状部集合体３１ｂの複数の第１部分５０と、第３柱状部集合体３１ｃの複数の第１部分５０と、第４柱状部集合体３１ｄの複数の第１部分５０とは、完全に重なる。

積層方向からみて、第１柱状部集合体３１ａの第２部分６０と、第２柱状部集合体３１ｂの第２部分６０と、第３柱状部集合体３１ｃの第２部分６０と、第４柱状部集合体３１ｄの第２部分６０と、で形成される図形は、回転対称である。図示の例では、当該図形は、４回対称である。

１．３． 作用効果
発光装置１００では、基板１０と、各々が第１柱状部３０ａおよび第２柱状部３０ｂを有する複数の柱状部集合体３１と、を有する。第１柱状部３０ａおよび第２柱状部３０ｂの各々は、第１導電型を有する第１半導体層３２と、第１半導体層３２の基板１０と反対側に設けられた発光層３４と、発光層３４の基板１０と反対側に設けられ、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２半導体層３６と、積層方向からみて、互いに離隔して配置され、第１半導体層３２で構成される第１部分５０と、積層方向からみて、互いに接して配置され、発光層３４で構成される第２部分６０と、を有する。積層方向からみて、複数の柱状部集合体３１は、格子状に配列され、積層方向からみて、格子状に配列された複数の柱状部集合体３１の単位格子Ｕにおいて、第１部分５０の形状は、回転対称ではない。

上記のように、発光装置１００では、積層方向からみて、単位格子Ｕにおいて、第１部分５０の形状は、回転対称ではないため、発光装置１００から出射される光は、直線偏光である。単位格子Ｕにおける第１部分５０の形状が回転対称でないため、例えば、図２に示すように、複数の柱状部集合体３１に対して、＋Ｘ軸方向に向かうにつれて、屈折率が
高い高屈折率位置Ｈと、高屈折率位置Ｈよりも屈折率が低い低屈折率位置Ｌと、が周期的に現れる。そのため、発光層３４で発生する光の電界に勾配を与えることができる。これによって、単峰性の直線偏光発振を得ることができる。複数の柱状部集合体３１は、並進対称性を有している。

さらに、発光装置１００では、第１柱状部３０ａの発光層３４および第２柱状部３０ｂの発光層３４は、第２部分６０において、互いに接続されている。そのため、第１柱状部の発光層および第２柱状部の発光層が互いに離隔している場合に比べて、露出される発光層３４の側面を低減することができる。これにより、ダングリングボンドが発生する可能性を低くすることができ、発光効率を向上させることができる。

以上のように、発光装置１００では、直線偏光を出射させることができ、かつ、露出される発光層３４の側面を低減することができる。

発光装置１００では、複数の柱状部集合体３１の各々は、第１柱状部３０ａ、第２柱状部３０ｂ、および第３柱状部３０ｃで構成されている。積層方向からみて、第１柱状部３０ａの第１部分５０の基板１０との接触面５２の第１中心Ｃ１と第２柱状部３０ｂの第１部分５０の基板１０との接触面５２の第２中心Ｃ２とを結ぶ第１線分Ｓ１、第２中心Ｃ２と第３柱状部３０ｃの第１部分５０の基板１０との接触面５２の第３中心Ｃ３とを結ぶ第２線分Ｓ２、および第３中心Ｃ３と第１中心Ｃ１とを結ぶ第３線分Ｓ３で形成される図形Ｆは、三角形である。積層方向からみて、複数の柱状部集合体３１は、正方格子状に配列されている。

そのため、発光装置１００では、積層方向からみて、第１柱状部３０ａの接触面５２の形状、第２柱状部３０ｂの接触面５２の形状、および第３柱状部３０ｃの接触面５２の形状が、互いに同じであり、かつ、第１柱状部３０ａの接触面５２の大きさ、第２柱状部３０ｂの接触面５２の大きさ、および第３柱状部３０ｃの接触面５２の大きさが、互いに同じであったとしても、単位格子Ｕにおいて、第１部分５０の形状を回転対称ではないようにすることができる。

発光装置１００では、第１部分５０は、発光層３４に近づくにつれて径が大きくなる径変化部５６を有する。

そのため、発光装置１００では、積層体２０の径変化部５６が設けられた部分の面内方向における平均屈折率を、発光層３４に近づくにつれて高くすることができる。これにより、基板１０側への１次回折を抑えることができ、基板１０とは反対側へ１次時回折し易くすることができる。その結果、光利用効率を向上させることができる。

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３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３に示すように、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（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１４上に、マスク層２２を形成する。マスク層２２は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などによって形成される。次に、マスク層２２をパターニングして、開口部２４を形成する。パターニングは、例えば、電子線リソグラフィーおよび
ドライエッチングによって行われる。

図１に示すように、マスク層２２をマスクとしてバッファー層１４上に、第１半導体層３２、発光層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で構成される柱状部集合体３１を複数形成することができる。

第１半導体層３２の径変化部５６の成長は、上方に向かうにつれて径が大きくなるように、成長温度および成膜速度を調整して行われる。これにより、複数の柱状部３０の各々の第１半導体層３２は、成長の途中で互い接続される。第２半導体層３６の成長は、上方に向かうにつれて径が大きくなるように、成長温度および成膜速度を調整して行われる。

次に、柱状部集合体３１上に第１電極４０を形成する。次に、バッファー層１４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、スパッタ法、真空蒸着法などによって形成される。なお、第１電極４０を形成する工程と、第２電極４２を形成する工程と、の順序は、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． 発光装置の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る発光装置２００について、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態の変形例に係る発光装置２００を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の変形例に係る発光装置２００において、上述した本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は、第１半導体層接続部６２を構成していた。

これに対し、発光装置２００では、図４に示すように、第１半導体層３２は、第１半導体層接続部６２を構成していない。第１半導体層３２は、第１部分５０のみを構成している。発光層３４は、第１部分５０上に設けられている。第１部分５０は、発光層３４と接している。

発光装置２００では、第１部分５０は、発光層３４と接している。そのため、発光装置２００では、第１部分５０と発光層３４との間に第１半導体層接続部６２が設けられている場合に比べて、第１部分５０と発光層３４との間の距離を小さくすることができる。これにより、発光層３４で発生し面内方向に伝搬する光が、上述した高屈折率位置Ｈの屈折率と低屈折率位置Ｌの屈折率との影響を受け易くすることができる。その結果、より確実に、直線偏光を出射することができる。

４． 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５は、本実施形態に係るプロジェクター８００を模式的に示す図である。

プロジェクター８００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８００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５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８００は、さらに、筐体内に備えられている、第１光学素子８０２Ｒと、第２光学素子８０２Ｇと、第３光学素子８０２Ｂと、第１光変調装置８０４Ｒと、第２光変調装置８０４Ｇと、第３光変調装置８０４Ｂと、投射装置８０８と、を有している。第１光変調装置８０４Ｒ、第２光変調装置８０４Ｇ、および第３光変調装置８０４Ｂは、例えば、透過型の液晶ライトバルブである。投射装置８０８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８０２Ｒ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８０２Ｒによって集光される。なお、第１光学素子８０２Ｒ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８０２Ｇおよび第３光学素子８０２Ｂについても同様である。

第１光学素子８０２Ｒによって集光された光は、第１光変調装置８０４Ｒに入射する。第１光変調装置８０４Ｒ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８０８は、第１光変調装置８０４Ｒによって形成された像を拡大してスクリーン８１０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８０２Ｇ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８０２Ｇによって集光される。

第２光学素子８０２Ｇによって集光された光は、第２光変調装置８０４Ｇに入射する。第２光変調装置８０４Ｇ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８０８は、第２光変調装置８０４Ｇによって形成された像を拡大してスクリーン８１０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８０２Ｂ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８０２Ｂによって集光される。

第３光学素子８０２Ｂによって集光された光は、第３光変調装置８０４Ｂに入射する。第３光変調装置８０４Ｂ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８０８は、第３光変調装置８０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン８１０に投射する。

また、プロジェクター８００は、第１光変調装置８０４Ｒ、第２光変調装置８０４Ｇ、および第３光変調装置８０４Ｂから出射された光を合成して投射装置８０８に導くクロスダイクロイックプリズム８０６を有することができる。

第１光変調装置８０４Ｒ、第２光変調装置８０４Ｇ、および第３光変調装置８０４Ｂ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８０６に入射する。クロスダイクロイックプリズム８０６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８０８によりスクリーン８１０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８０４Ｒ、第
２光変調装置８０４Ｇ、および第３光変調装置８０４Ｂ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８０８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８１０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。

５． ディスプレイ
次に、本実施形態に係るディスプレイについて、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態に係るディスプレイ９００を模式的に示す平面図である。図７は、本実施形態に係るディスプレイ９００を模式的に示す断面図である。なお、図６では、便宜上、互いに直交する２つの軸として、Ｘ軸およびＹ軸を図示している。

ディスプレイ９００は、例えば、光源として、発光装置１００を有している。

ディスプレイ９００は、画像を表示する表示装置である。画像には、文字情報のみを表示するものが含まれる。ディスプレイ９００は、自発光型のディスプレイである。ディスプレイ９００は、図６および図７に示すように、回路基板９１０と、レンズアレイ９２０と、ヒートシンク９３０と、を有している。

回路基板９１０には、発光装置１００を駆動させるための駆動回路が搭載されている。駆動回路は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などを含む回路である。駆動回路は、例えば、入力された画像情報に基づいて、発光装置１００を駆動させる。図示はしないが、回路基板９１０上には、回路基板９１０を保護するための透光性の基板が配置されている。

回路基板９１０は、表示領域９１２と、データ線駆動回路９１４と、走査線駆動回路９１６と、制御回路９１８と、を有している。

表示領域９１２は、複数の画素Ｐで構成されている。画素Ｐは、図示の例では、Ｘ軸およびＹ軸に沿って配列されている。

図示はしないが、回路基板９１０には、複数の走査線と複数のデータ線が設けられている。例えば、走査線はＸ軸に沿って延び、データ線はＹ軸に沿って延びている。走査線は、走査線駆動回路９１６に接続されている。データ線は、データ線駆動回路９１４に接続されている。走査線とデータ線の交点に対応して画素Ｐが設けられている。

１つの画素Ｐは、例えば、１つの発光装置１００と、１つのレンズ９２２と、図示しない画素回路と、を有している。画素回路は、画素Ｐのスイッチとして機能するスイッチング用トランジスターを含み、スイッチング用トランジスターのゲートが走査線に接続され、ソースまたはドレインの一方がデータ線に接続されている。

データ線駆動回路９１４および走査線駆動回路９１６は、画素Ｐを構成する発光装置１００の駆動を制御する回路である。制御回路９１８は、画像の表示を制御する。

制御回路９１８には、上位回路から画像データが供給される。制御回路９１８は、当該画像データに基づく各種信号をデータ線駆動回路９１４および走査線駆動回路９１６に供給する。

走査線駆動回路９１６が走査信号をアクティブにすることで走査線が選択されると、選択された画素Ｐのスイッチング用トランジスターがオンになる。このとき、データ線駆動回路９１４が、選択された画素Ｐにデータ線からデータ信号を供給することで、選択された画素Ｐの発光装置１００がデータ信号に応じて発光する。

レンズアレイ９２０は、複数のレンズ９２２を有している。レンズ９２２は、例えば、１つの発光装置１００に対して、１つ設けられている。発光装置１００から出射された光は、１つのレンズ９２２に入射する。

ヒートシンク９３０は、回路基板９１０に接触している。ヒートシンク９３０の材質は、例えば、銅、アルミニウムなどの金属である。ヒートシンク９３０は、発光装置１００で発生した熱を、放熱する。

上述した実施形態に係る発光装置は、プロジェクターやディスプレイ以外にも用いることが可能である。プロジェクターやディスプレイ以外の用途には、例えば、屋内外の照明、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。また、上述した実施形態に係る発光装置は、ヘッドマウントディスプレイの表示装置として用いることができる。

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。

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、
各々が第１柱状部および第２柱状部を有する複数の柱状部集合体と、
を有し、
前記第１柱状部および前記第２柱状部の各々は、
第１導電型を有する第１半導体層と、
前記第１半導体層の前記基板と反対側に設けられた発光層と、
前記発光層の前記基板と反対側に設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記発光層との積層方向からみて、互いに離隔して配置され、前記第１半導体層で構成される第１部分と、
前記積層方向からみて、互いに接して配置され、前記発光層で構成される第２部分と、
を有し、
前記積層方向からみて、前記複数の柱状部集合体は、格子状に配列され、
前記積層方向からみて、格子状に配列された前記複数の柱状部集合体の単位格子において、前記第１部分の形状は、回転対称ではない。

発光装置によれば、直線偏光を出射させることができ、かつ、露出される発光層の側面を低減することができる。

発光装置の一態様において、
前記複数の柱状部集合体の各々は、前記第１柱状部、前記第２柱状部、および第３柱状部で構成され、
前記積層方向からみて、前記第１柱状部の前記第１部分の前記基板との接触面の第１中心と、前記第２柱状部の前記第１部分の前記基板との接触面の第２中心と、を結ぶ第１線分、前記第２中心と、前記第３柱状部の前記第１部分の前記基板との接触面の第３中心と、を結ぶ第２線分、および前記第３中心と前記第１中心とを結ぶ第３線分で形成される図形は、三角形であり、
前記積層方向からみて、前記複数の柱状部集合体は、正方格子状に配列されていてもよい。

この発光装置によれば、単位格子において、複数の柱状部の第１部分の形状を回転対称ではないようにすることができる。

発光装置の一態様において、
前記第１部分は、前記発光層に近づくにつれて径が大きくなる部分を有してもよい。

この発光装置によれば、光利用効率を向上させることができる。

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。

ディスプレイの一態様は、
前記発光装置の一態様を有する。

１０…基板、１２…支持基板、１４…バッファー層、２０…積層体、２２…マスク層、２４…開口部、３０…柱状部、３０ａ…第１柱状部、３０ｂ…第２柱状部、３０ｃ…第３柱状部、３１…柱状部集合体、３１ａ…第１柱状部集合体、３１ｂ…第２柱状部集合体、３１ｃ…第３柱状部集合体、３１ｄ…第４柱状部集合体、３２…第１半導体層、３４…発光層、３５…側面、３６…第２半導体層、４０…第１電極、４２…第２電極、５０…第１部分、５２…接触面、５４…径一定部、５６…径変化部、６０…第２部分、６２…第１半導体層接続部、６４…発光層接続部、６６…第２半導体層接続部、１００，２００…発光装置、８００…プロジェクター、８０２Ｒ…第１光学素子、８０２Ｇ…第２光学素子、８０２Ｂ…第３光学素子、８０４Ｒ…第１光変調装置、８０４Ｇ…第２光変調装置、８０４Ｂ…第３光変調装置、８０６…クロスダイクロイックプリズム、８０８…投射装置、８１０…スクリーン、９００…ディスプレイ、９１０…回路基板、９１２…表示領域、９１４…データ線駆動回路、９１６…走査線駆動回路、９１８…制御回路、９２０…レンズアレイ、９２２…レンズ、９３０…ヒートシンク

Claims (5)

1. 基板と、
   各々が第１柱状部および第２柱状部を有する複数の柱状部集合体と、
   を有し、
   前記第１柱状部および前記第２柱状部の各々は、
   第１導電型を有する第１半導体層と、
   前記第１半導体層の前記基板と反対側に設けられた発光層と、
   前記発光層の前記基板と反対側に設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２半導体層と、
   前記第１半導体層と前記発光層との積層方向からみて、互いに離隔して配置され、前記第１半導体層で構成される第１部分と、
   前記積層方向からみて、互いに接して配置され、前記発光層で構成される第２部分と、を有し、
   前記積層方向からみて、前記複数の柱状部集合体は、格子状に配列され、
   前記積層方向からみて、格子状に配列された前記複数の柱状部集合体の単位格子において、前記第１部分の形状は、回転対称ではない、発光装置。
2. 請求項１において、
   前記複数の柱状部集合体の各々は、前記第１柱状部、前記第２柱状部、および第３柱状部で構成され、
   前記積層方向からみて、前記第１柱状部の前記第１部分の前記基板との接触面の第１中心と、前記第２柱状部の前記第１部分の前記基板との接触面の第２中心と、を結ぶ第１線分、前記第２中心と、前記第３柱状部の前記第１部分の前記基板との接触面の第３中心と、を結ぶ第２線分、および前記第３中心と前記第１中心とを結ぶ第３線分で形成される図形は、三角形であり、
   前記積層方向からみて、前記複数の柱状部集合体は、正方格子状に配列されている、発光装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第１部分は、前記発光層に近づくにつれて径が大きくなる部分を有する、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。
5. 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、ディスプレイ。
   

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