JP7631976B2 - 発光装置、プロジェクター、およびディスプレイ - Google Patents

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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。
例えば特許文献1には、ナノコラムを複数有して成る半導体発光素子の製造方法が記載されている。特許文献1では、複数のナノコラムが形成された一部の領域をエッチングして、n型GaN層に到達するまで掘り込み、掘り込んだ領域に、蒸着によりn型電極を形成している。隣り合うナノコラムの間には、SOG埋込層が設けられている。
特開2010-135858号公報
しかしながら、複数のナノコラムが形成された領域をエッチングした場合、ナノコラムとSOG埋込層とのエッチングレートの差に起因して、n型GaN層の表面に凹凸が形成される。n型GaN層の表面に凹凸が形成されると、その上に形成されるn型電極の表面にも凹凸形状が形成される。表面に凹凸が形成されたn型電極にワイヤーボンディングを接合した場合、ワイヤーボンディングの接合強度が低下する。
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、
前記複数の柱状部に電流を注入する第1電極および第2電極と、
前記第1電極と電気的に接続された第1配線層と、
前記積層体および前記第1電極を覆う絶縁層と、
を有し、
前記複数の柱状部の各々は、
第1導電型の第1半導体層と、
前記第1導電型とは異なる第2導電型の第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発光層と、
を有し、
前記第1半導体層は、前記基板と前記発光層との間に設けられ、
前記積層体は、前記基板と前記複数の柱状部との間に設けられた前記第1導電型の第3半導体層を有し、
前記第1電極は、前記第3半導体層を介して、前記第1半導体層に電気的に接続され、
前記第1半導体層と前記発光層との積層方向からみて、前記絶縁層の前記第1電極と重なる位置にコンタクトホールが設けられ、
前記第1配線層は、前記絶縁層に設けられ、
前記第1配線層は、前記コンタクトホールを介して前記第1電極と電気的に接続されている。
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。
第1実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 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実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第3実施形態に係るディスプレイを模式的に示す平面図。 第3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. 第1実施形態
1.1. 発光装置
1.1.1. 全体の構成
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。図2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。なお、図1は、図2のI-I線断面図である。
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、積層体20と、絶縁層40と、第1電極50と、第2電極52と、第1配線層60と、第2配線層62と、を有している。なお、便宜上、図2では、電極50,52および配線層60,62以外の部材の図示を省略している。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、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1に示す例では、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、第3半導体層としてのバッファー層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、第1導電型の半導体層である。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、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。
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。
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、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、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、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50と第2電極52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52側からのみ光を出射することができる。
絶縁層40は、積層体20および第1電極50を覆っている。図示の例では、絶縁層40は、バッファー層22の一部、複数の柱状部30の一部、第1電極50の一部、および第2電極52の一部を覆っている。積層方向からみて、絶縁層40の第1電極50と重なる位置に第1コンタクトホール42が設けられている。積層方向からみて、絶縁層40の第2電極52の第1層53と重なる位置に第2コンタクトホール44が設けられている。絶縁層40の厚さは、例えば、1μm以上である。絶縁層40は、例えば、ポリイミド層、酸化シリコン層などである。
第1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、第1電極50とオーミックコンタクトしていてもよい。第1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、第1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。第1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。
第2電極52は、第2半導体層36上に設けられている。第2電極52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52とオーミックコンタクトしていてもよい。第2電極52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1電極50および第2電極52の詳細については、後述する。
第1配線層60は、第1電極50と電気的に接続されている。図示の例では、第1配線層60は、第1電極50に接続されている。第2配線層62は、第2電極52に接続されている。第1配線層60および第2配線層62の詳細については、後述する。
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、上記では、隣り合う柱状部30の間には、空隙が設けられていたが、隣り合う柱状部30の間には、発光層34で発生した光を伝搬させる光伝搬層が設けられていてもよい。光伝搬層は、例えば、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化チタン層である。
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。
1.1.2. バッファー層
バッファー層22は、図1に示すように、基板10と複数の柱状部30との間に設けられている。バッファー層22は、例えば、柱状部形成領域22aと、電極形成領域22bと、外周領域22cと、を有している。領域22a,22b,22cは、バッファー層22の上面である。
柱状部形成領域22aには、複数の柱状部30およびマスク層24が設けられている。柱状部形成領域22aは、積層方向からみて、複数の柱状部30およびマスク層24と重なっている。図示の例では、柱状部形成領域22aは、平坦な面である。
電極形成領域22bには、第1電極50が設けられている。電極形成領域22bは、積層方向からみて、柱状部形成領域22aを囲んでいる。図示の例では、電極形成領域22bの高さは、柱状部形成領域22aの高さよりも小さい。すなわち、電極形成領域22bと基板10との間の距離は、柱状部形成領域22aと基板10との間の距離よりも小さい。
電極形成領域22bには、複数の突起23が形成されている。突起23の高さは、例えば、30nm以上300nm以下である。なお、電極形成領域22bに突起23が形成される理由などは、後述する「1.2. 発光装置の製造方法」で説明する。
外周領域22cは、積層方向からみて、電極形成領域22bを囲んでいる。図示の例では、外周領域22cの高さは、電極形成領域22bの高さよりも小さい。すなわち、外周領域22cと基板10との間の距離は、電極形成領域22bと基板10との間の距離よりも小さい。外周領域22cには、図示しない異常膜が成長される可能性がある。なお、外周領域22cに異常膜が成長される理由などは、後述する「1.2. 発光装置の製造方法」で説明する。
1.1.3. 第1電極および第2電極
第1電極50は、電極形成領域22bおよび複数の突起23に設けられている。第1電極50の上面には、複数の突起23の形状がトレースされて、図示しない凹凸が形成される。
第1電極50は、積層方向からみて、複数の柱状部30を囲んでいる。第1電極50は、積層方向からみて、柱状部形成領域22aを囲んでいる。図2に示す例では、第1電極50は、リング形状を有するリング状部50aと、第1コンタクトホール42を受けるためのコンタクト受部50bと、を有している。コンタクト受部50bは、リング状部50aに接続されている。第1コンタクトホール42は、積層方向からみて、コンタクト受部50bと重なっている。複数の柱状部30は、積層方向からみて、リング状部50aの内側に設けられている。なお、図示はしないが、第1電極50は、積層方向からみて、リング状部50aに切り欠きが設けられた形状であってよい。
第1電極50の厚さは、例えば、10nm以上200nm以下であり、好ましくは50nm以上100nm以下である。第1電極50の厚さが10nm以上であれば、抵抗を低くすることができる。第1電極50の厚さが200nm以下であれば、絶縁層40の平坦性を高めることができ、第2配線層62が剥がれる可能性を小さくすることができる。第1電極50の厚さが200nm以下であれば、第1電極50の上面に凹凸が形成される可能性が高くなる。
第1電極50は、例えば、バッファー層22側から、Cr層、Ni層が積層された積層体である。Cr層の厚さは、例えば、20nmである。Ni層の厚さは、例えば、50nmである。
第2電極52は、図1に示すように、積層体20の基板10とは反対側に設けられている。第2電極52は、第1部分52aと、第2部分52bと、を有している。第1部分52aは、積層方向からみて、柱状部形成領域22aと重なっている部分である。第2部分52bは、積層方向からみて、柱状部形成領域22aと重なっていない部分である。第2部分52bは、積層方向からみて、例えば、電極形成領域22bと重なっている。第2部分52bは、積層方向からみて、第1部分52aを囲んでいる。第2部分52bは、第1部分52aに接続されている。第1電極50は、積層方向からみて、第2部分52bと重なっている。すなわち、第1電極50は、積層方向からみて、第2電極52と重なっている。第1電極50の一部は、積層方向からみて、第2電極52と重なって配置されている。また、第1電極50は、積層方向からみて、第2配線層62と重なっている。第1電極50の一部は、積層方向からみて、第2配線層62と重なって配置されている。
第2電極52は、第1層53と、第2層54と、を有している。第1層53は、柱状部30と第2層54との間に設けられている。第1層53は、複数の柱状部30上、および隣り合う柱状部30の間の空隙上に設けられている。第1層53は、柱状部30の第2半導体層36と接している。第2半導体層36は、第1層53とオーミックコンタクトしていてもよい。第1層53の平面形状は、例えば、円である。
第1層53の抵抗率は、第2層54の抵抗率よりも低い。第1層53の厚さは、例えば、5nm以上50nm以下であり、好ましくは10nm以上30nm以下である。第1層53の厚さが5nm以上であれば、抵抗を低くすることができる。第1層53の厚さが50nm以下であれば、発光層34で発生した光に対する透過率を高くすることができる。第1層53は、例えば、第2半導体層36側から、Pd層、Pt層、Au層が積層された積層体である。Pd層の厚さは、例えば、5nmである。Pt層の厚さは、例えば、5nmである。Au層の厚さは、例えば、10nmである。なお、第1層53は、第2半導体層36側から、Ni層、Au層が積層された積層体であってもよい。
第2層54は、第1層53上および絶縁層40上に設けられている。第2層54は、第2コンタクトホール44に設けられている。第2層54は、絶縁層40の上面、および第2コンタクトホール44を規定する絶縁層40の側面に設けられている。第2層54は、第2コンタクトホール44によって露出された第1層53と接続されている。第2層54の平面形状は、例えば、円である。
第2層54の発光層34で発生する光に対する透過率は、第1層53の発光層34で発生する光に対する透過率よりも高い。第2層54は、例えば、発光層34で発生する光に対して透明である。第2層54の厚さは、例えば、100nm以上500nm以下であり、好ましくは250nm以上350nm以下である。第2層54の厚さが100nm以上であれば、抵抗を低くすることができる。第2層54の厚さが500nm以下であれば、発光層34で発生した光に対する透過率を高くすることができる。第2層54の材質は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)である。
第2層54は、第3部分54aと、第4部分54bと、を有している。第3部分54aは、積層方向からみて、第1層53と重なっている部分である。第4部分54bは、積層方向からみて、第1層53と重なっていない部分である。第4部分54bは、積層方向からみて、第3部分54aを囲んでいる。第4部分54bは、第3部分54aに接続されている。
1.1.4. 第1配線層および第2配線層
第1配線層60は、第1電極50に接続されている。第1配線層60は、第1電極50上、絶縁層40上、および第1コンタクトホール42に設けられている。第1配線層60は、第1電極50の上面、絶縁層40の上面、および第1コンタクトホール42を規定する絶縁層40の側面に設けられている。第1配線層60は、第1コンタクトホール42によって露出された第1電極50と接続されている。なお、本実施形態では、第1配線層60は、第1電極50上、および第1コンタクトホール42に設けられているが、これに限らず、第1コンタクトホール42に導電性のコンタクトプラグが設けられ、第1配線層60が、第1電極50上、絶縁層40上、およびコンタクトプラグ上に設けられていてもよい。この場合、第1配線層60は、コンタクトプラグと接続され、コンタクトプラグを介して第1電極50と電気的に接続される。コンタクトプラグは、第1配線層と同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。コンタクトプラグは、例えば、タングステン(W),チタン(Ti)などで構成されていてもよい。
なお、本実施形態では、第1配線層60は、第1電極50上、および第1コンタクトホール42に設けられているが、これに限らず、第1コンタクトホール42に導電性のコンタクトプラグが設けられ、第1配線層60が、第1電極50上、絶縁層40上、およびコンタクトプラグ上に設けられていてもよい。この場合、第1配線層60は、コンタクトプラグと接続され、コンタクトプラグを介して第1電極50と電気的に接続される。コンタクトプラグは、第1配線層と同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。コンタクトプラグは、例えば、タングステン(W),チタン(Ti)などで構成されていてもよい。
第1配線層60は、例えば、絶縁層40側から、Cr層、Ni層、Au層を積層させた積層体である。Cr層の厚さは、例えば、20nmである。Ni層の厚さは、例えば、30nmである。Au層の厚さは、例えば、200nmである。図1に示すように、第1配線層60の絶縁層40上に位置する部分には、第1ワイヤーボンディング70が接合されている。図示の例では、第1配線層60の絶縁層40上に位置する部分の上面は、平坦な面である。なお、図示はしないが、第1ワイヤーボンディング70の代わりに、FPC(Flexible printed circuits)を用いてもよい。
第2配線層62は、第2電極52に接続されている。図示の例では、第2配線層62は、第2電極52の第2層54に接続されている。第2配線層62は、第2層54上および絶縁層40上に設けられている。第2配線層62は、第2層54の第4部分54bに接続されている。第2配線層62は、積層方向からみて、第2層54の第1層53を囲んでいる。
第2配線層62の材質は、例えば、第1配線層60と同じである。図1に示すように、第2配線層62の絶縁層40上に位置する部分には、第2ワイヤーボンディング72が接合されている。図示の例では、第2配線層62の絶縁層40上に位置する部分の上面は、平坦な面である。なお、図示はしないが、第2ワイヤーボンディング72の代わりに、FPCを用いてもよい。
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3~図6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24を形成する。マスク層24は、バッファー層22の柱状部形成領域22a、電極形成領域22b、および外周領域22cに形成される。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によって形成される。パターニングは、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。
図4に示すように、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、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を形成することができる。複数の柱状部30は、柱状部形成領域22aおよび電極形成領域22bに形成される。
本工程において、バッファー層22の外周領域22cに形成されたマスク層24上には、図示しないが、異常成長した膜が形成される可能性がある。例えば、マスク層24上に不純物が付着していると、該不純物を核として、エピタキシャル成長を行っている最中に、意図せぬ膜が成長する。外周領域22cに形成されたマスク層24は、柱状部30を成長させるための開口部が形成されないため、マスク層24上に不純物が残り易い。このように、外周領域22cに形成されたマスク層24上には、異常成長した膜が形成される可能性があるため、外周領域22cに第1電極50を形成することは好ましくない。
図5に示すように、複数の柱状部30上に、所定形状のマスク層80を形成する。マスク層80は、例えば、レジスト層、酸化シリコン層である。積層方向からみて、マスク層80は、柱状部形成領域22aと重なっている。
次に、マスク層80をマスクとして、マスク層80に覆われていない複数の柱状部30をエッチングする。エッチングは、例えば、ドライエッチングである。当該エッチングによって、マスク層80に覆われていない複数の柱状部30は小さくなるが、複数の突起23が残る。複数の突起23は、バッファー層22のみで構成されていてもよいし、バッファー層22および第1半導体層32で構成されていてもよい。
複数の突起23は、複数の柱状部30が縮小したものなので、複数の突起23は、積層方向からみて、規則的に配置される。そのため、第1電極50を形成する際に、第1電極50の全面にわたって、均一性よく形成することができる。さらに、第1電極50を隣り合う突起23の間の谷まで埋め込むように形成することによって、突起23が設けられていない場合に比べて、第1電極50と積層体20との接触面積を大きくすることができる。これにより、第1電極50と積層体20との接触抵抗と低くすることができる。
複数の柱状部30をエッチング工程において、電極形成領域22bおよび外周領域22cに形成されたマスク層24は、除去される。外周領域22cには、柱状部30が形成されていないため、外周領域22cの高さは、例えば、柱状部形成領域22aおよび電極形成領域22bよりも低くなる。
図6に示すように、マスク層80を除去した後、複数の柱状部30上に第2電極52の第1層53を形成し、電極形成領域22bおよび複数の突起23に第1電極50を形成する。第1層53および第1電極50は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、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層53および第1電極50の形成順序は、特に限定されない。
次に、積層体20、第1電極50、第1層53を覆うように、絶縁層40を形成する。絶縁層40は、例えば、スピンコート法、CVD法などによって形成される。
次に、絶縁層40をパターニングして、第1コンタクトホール42および第2コンタクトホール44を形成する。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形成される。第1コンタクトホール42および第2コンタクトホール44は、同じ工程で形成されてよいし、別々の工程で形成されてもよい。
図1に示すように、第1層53上および絶縁層40上に第2層54を形成する。第2層54は、例えば、CVD法、スパッタ法、真空蒸着法などによって形成される。本工程により、第2電極52を形成することができる。
次に、第1電極50上および絶縁層40上に第1配線層60を形成し、第2電極52上および絶縁層40上に第2配線層62を形成する。第1配線層60および第2配線層62は、例えば、CVD法、スパッタ法などによって形成される。第1配線層60および第2配線層62は、同じ工程で形成されてよいし、別々の工程で形成されてもよい。
次に、第1配線層60に第1ワイヤーボンディング70を接合させ、第2配線層62に第2ワイヤーボンディング72を接合させる。第1ワイヤーボンディング70および第2ワイヤーボンディング72の接合順序は、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。
1.3. 作用効果
発光装置100では、第1電極50は、バッファー層22を介して、第1半導体層32に電気的に接続され、積層方向からみて、絶縁層40の第1電極50と重なる位置に第1コンタクトホール42が設けられ、第1配線層60は、絶縁層40に設けられ、第1配線層60は、コンタクトホール42を介して第1電極50と電気的に接続されている。そのため、発光装置100では、第1配線層60の絶縁層40上に位置する部分に、第1ワイヤーボンディング70などの外部端子を接合させることができる。これにより、第1電極に直接、外部端子を接合させる場合に比べて、外部端子との接合強度を大きくすることができる。
上記のように、第1電極50は、複数の突起23上に形成されるため、第1電極50の上面には、凹凸が形成される。凹凸が形成されている第1電極50にワイヤーボンディングを接合させると、ワイヤーボンディングが凹凸の凹を埋めることができず、第1電極50とワイヤーボンディングとの接触面積が低下する。そのため、ワイヤーボンディングとの接合強度が小さくなる。
発光装置100では、第2電極52は、積層体20の基板10とは反対側に設けられ、複数の柱状部30は、バッファー層22の柱状部形成領域22aに設けられ、第2電極52は、積層方向からみて、柱状部形成領域22aと重なる第1部分52aと、柱状部形成領域22aと重ならず、第1部分52aを囲む第2部分52bと、を有し、積層方向からみて、第1電極50は、第2部分52bと重なっている。そのため、発光装置100では、積層方向からみて第1電極が第2部分と重なっていない場合に比べて、第1電極50と柱状部形成領域22aとの間の距離を小さくすることができる。これにより、複数の柱状部30に効率よく電流を注入することができる。第1電極と柱状部形成領域との間の距離が大きいと、バッファー層は第1電極よりも抵抗率が高いため、効率よく電流を注入することが難しい。
発光装置100では、積層方向からみて、第1電極50は、複数の柱状部30を囲んでいる。そのため、発光装置100では、積層方向からみて第1電極が複数の柱状部を囲んでいない場合に比べて、複数の柱状部30に均一性よく電流を注入することができる。
発光装置100では、第2電極52は、第1層53と、発光層34で発生する光に対する透過率が第1層53よりも高い第2層54と、を有し、第1層53の抵抗率は、第2層54の抵抗率よりも低く、第1層53は、第2半導体層36に接し、第2層54は、第1層53に設けられている。そのため、発光装置100では、第2電極52と第2半導体層36との接触抵抗を低減させつつ、発光層34で発生する光に対する透過率を高くすることができる。
発光装置100では、第2電極52に接続された第2配線層62を有し、第2層54は、積層方向からみて、第1層53と重なる第3部分54aと、第1層53と重ならず、第3部分54aを囲む第4部分54bと、を有し、第2配線層62は、第4部分54bに接続され、積層方向からみて、第2配線層62は、第1層53を囲んでいる。そのため、発光装置100では、積層方向からみて第2配線層が第1層を囲んでいない場合に比べて、第1層53に均一性よく電流を注入することができる。
2. 第2実施形態
次に、第2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7は、第2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7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。
3. 第3実施形態
次に、第3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8は、第3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9は、第3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。図8には、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8および図9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。
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、
前記複数の柱状部に電流を注入する第1電極および第2電極と、
前記第1電極と電気的に接続された第1配線層と、
前記積層体および前記第1電極を覆う絶縁層と、
を有し、
前記複数の柱状部の各々は、
第1導電型の第1半導体層と、
前記第1導電型とは異なる第2導電型の第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発光層と、
を有し、
前記第1半導体層は、前記基板と前記発光層との間に設けられ、
前記積層体は、前記基板と前記複数の柱状部との間に設けられた前記第1導電型の第3半導体層を有し、
前記第1電極は、前記第3半導体層を介して、前記第1半導体層に電気的に接続され、
前記第1半導体層と前記発光層との積層方向からみて、前記絶縁層の前記第1電極と重なる位置にコンタクトホールが設けられ、
前記第1配線層は、前記絶縁層に設けられ、
前記第1配線層は、前記コンタクトホールを介して前記第1電極と電気的に接続されている。
この発光装置によれば、ワイヤーボンディングなどの外部端子との接合強度を大き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配線層は、前記絶縁層および前記コンタクトホール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2電極は、前記積層体の前記基板とは反対側に設けられ、
前記複数の柱状部は、前記第3半導体層の柱状部形成領域に設けられ、
前記第2電極は、前記積層方向からみて、
前記柱状部形成領域と重なる第1部分と、
前記柱状部形成領域と重ならず、前記第1部分を囲む第2部分と、
を有し、
前記積層方向からみて、前記第1電極は、前記第2部分と重なっていてもよい。
この発光装置によれば、第1電極と柱状部形成領域との間の距離を小さくすることができる。これにより、複数の柱状部に効率よく電流を注入することができる。
発光装置の一態様において、
前記積層方向からみて、前記第1電極は、前記複数の柱状部を囲んでいてもよい。
この発光装置によれば、複数の柱状部に均一性よく電流を注入することができる。
発光装置の一態様において、
前記第2電極は、
第1層と、
前記発光層で発生する光に対する透過率が前記第1層よりも高い第2層と、
を有し、
前記第1層の抵抗率は、前記第2層の抵抗率よりも低く、
前記第1層は、前記第2半導体層に接し、
前記第2層は、前記第1層に設けられていてもよい。
この発光装置によれば、第2電極と第2半導体層の接触抵抗を低減させつつ、発光層で発生する光に対する透過率を高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電極に接続された第2配線層を有し、
前記第2層は、前記積層方向からみて、
前記第1層と重なる第3部分と、
前記第1層と重ならず、前記第3部分を囲む第4部分と、
を有し、
前記第2配線層は、前記第4部分に接続され、
前記積層方向からみて、前記第2配線層は、前記第1層を囲んでいてもよい。
この発光装置によれば、第1層に均一性よく電流を注入することができる。
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。
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、20…積層体、22…バッファー層、22a…柱状部形成領域、22b…電極形成領域、22c…外周領域、23…突起、24…マスク層、30…柱状部、32…第1半導体層、34…発光層、36…第2半導体層、40…絶縁層、42…第1コンタクトホール、44…第2コンタクトホール、50…第1電極、50a…リング状部、50b…コンタクト受部、52…第2電極、52a…第1部分、52b…第2部分、53…第1層、54…第2層、54a…第3部分、54b…第4部分、60…第1配線層、62…第2配線層、70…第1ワイヤーボンディング、72…第2ワイヤーボンディング、80…マスク層、100…発光装置、100R…赤色光源、100G…緑色光源、100B…青色光源、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 (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、
    前記複数の柱状部に電流を注入する第1電極および第2電極と、
    前記第1電極と電気的に接続された第1配線層と、
    前記積層体および前記第1電極を覆う絶縁層と、
    前記第2電極に接続された第2配線層と、
    を有し、
    前記複数の柱状部の各々は、
    1導電型の第1半導体層と、
    記第1導電型とは異なる第2導電型の第2半導体層と、
    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発光層と、
    を有し、
    前記第1半導体層は、前記基板と前記発光層との間に設けられ、
    前記積層体は、前記基板と前記複数の柱状部との間に設けられた前記第1導電型の第3半導体層を有し、
    前記第1電極は、前記第3半導体層を介して、前記第1半導体層に電気的に接続され、
    前記第1半導体層と前記発光層との積層方向からみて、前記絶縁層の前記第1電極と重なる位置にコンタクトホールが設けられ、
    前記第1配線層は、前記絶縁層に設けられ、
    前記第1配線層は、前記コンタクトホールを介して前記第1電極と電気的に接続され、
    前記第2電極は、
    第1層と、
    前記発光層で発生する光に対する透過率が前記第1層よりも高い第2層と、
    を有し、
    前記第1層の抵抗率は、前記第2層の抵抗率よりも低く、
    前記第1層は、前記第2半導体層に接し、
    前記第2層は、前記第1層に設けられ、前記積層方向からみて、
    前記第1層と重なる第3部分と、
    前記第1層と重ならず、前記第3部分を囲む第4部分と、
    を有し、
    前記第2配線層は、前記第4部分に接続され、
    前記積層方向からみて、前記第2配線層は、前記第1層を囲んでいる、発光装置。
  2. 請求項1において、
    前記第1配線層は、前記絶縁層および前記コンタクトホールに設けられている、発光装置。
  3. 請求項1または2において、
    前記第2電極は、前記積層体の前記基板とは反対側に設けられ、
    前記複数の柱状部は、前記第3半導体層の柱状部形成領域に設けられ、
    前記第2電極は、前記積層方向からみて、
    前記柱状部形成領域と重なる第1部分と、
    前記柱状部形成領域と重ならず、前記第1部分を囲む第2部分と、
    を有し、
    前記積層方向からみて、前記第1電極は、前記第2部分と重なっている、発光装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項において、
    前記積層方向からみて、前記第1電極は、前記複数の柱状部を囲んでいる、発光装置。
  5. 請求項1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。
  6. 請求項1ないしのいずれか1項に記載の発光装置を有する、ディスプレイ。
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