JP7635545B2 - 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。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、複数の柱状体を有する発光素子と、発光素子を駆動するトランジスターと、を同一基板に集積化させた光集積化素子が記載されている。
特開２００９－１０５１８２号公報
しかしながら、特許文献１では、発光素子とトランジスターとを金属配線によって電気的に接続しているため、装置が大型化する場合がある。
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たトランジスターと、
前記基板に設けられた発光素子と、
前記トランジスターと前記発光素子とを電気的に接続する配線と、
を有し、
前記トランジスターは、
前記基板に設けられた第１不純物領域と、
前記基板に設けられ、前記第１不純物領域と導電型の同じ第２不純物領域と、
前記第１不純物領域と前記第２不純物領域との間の電流を制御するゲートと、
を有し、
前記発光素子は、複数の柱状部を有する積層体を有し、
複数の前記柱状部の各々は、
第１半導体層と、
前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に配置された発光層と、
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配置され、
前記配線は、前記基板に設けられた第３不純物領域であり、
前記積層体は、前記第３不純物領域に配置され、
前記第３不純物領域の導電型は、前記第１半導体層の導電型と同じであり、
前記第３不純物領域は、前記第１半導体層と電気的に接続され、
前記第３不純物領域は、前記第１不純物領域と連続している。
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。 本実施形態の第１変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第２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． 発光装置
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、素子分離領域２０と、トランジスター３０と、パッシベーション膜４０と、第１層間絶縁膜５０と、第１ビア５２と、第１金属配線５４と、第２層間絶縁膜６０と、第２ビア６２と、第２金属配線６４と、配線７０と、発光素子８０と、引き出し配線９０と、を有している。発光装置１００は、トランジスター３０と発光素子８０とを同一の基板１０に設けたモノリシック構造を有している。
基板１０は、半導体基板である。基板１０は、例えば、シリコン基板である。基板１０は、ｐ型のシリコン基板であってもよい。
素子分離領域２０は、基板１０に設けられている。素子分離領域２０は、例えば、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）である。素子分離領域２０は、トランジスター３０および発光素子８０と、図示せぬ他の素子と、を電気的に分離させることができる。
トランジスター３０は、基板１０に設けられている。トランジスター３０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を構成していてもよいし、バイポーラトランジスターであってもよい。トランジスター３０は、発光素子８０を駆動させるための回路を構成している。トランジスター３０は、第１不純物領域３２と、第２不純物領域３４と、ゲート３６と、を有している。
第１不純物領域３２は、基板１０に設けられている。第１不純物領域３２は、例えば、ｎ型の不純物領域である。第１不純物領域３２は、トランジスター３０のソースおよびドレインのうちの一方として機能する。
第２不純物領域３４は、基板１０に設けられている。第２不純物領域３４は、第１不純物領域３２と離間している。第２不純物領域３４の導電型は、第１不純物領域３２の導電型と同じである。第２不純物領域３４は、トランジスター３０のソースおよびドレインのうちの他方として機能する。
ゲート３６は、基板１０上に配置されている。ゲート３６は、ゲート絶縁膜３７と、ゲート電極３８と、サイドウォール３９と、を有している。ゲート絶縁膜３７およびサイドウォール３９の材質は、例えば、酸化シリコンである。ゲート電極３８の材質は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ－Ｃｕ（ＡｌとＣｕとの合金）、Ｗ、Ｔｉである。ゲート３６は、第１不純物領域３２と第２不純物領域３４との間の電流を制御する。
パッシベーション膜４０は、トランジスター３０を覆っている。図示の例では、パッシベーション膜４０は、ゲート３６上および不純物領域３２，３４上に配置されている。パッシベーション膜４０は、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜である。
第１層間絶縁膜５０は、トランジスター３０を覆っている。第１層間絶縁膜５０は、パッシベーション膜４０を介して、基板１０上に配置されている。第１ビア５２は、第１層間絶縁膜５０に形成されたビアホールに配置されている。第１ビア５２は、トランジスター３０に接続されている。図示の例では、第１ビア５２は、３つ配置され、３つの第１ビア５２の各々が、第１不純物領域３２、第２不純物領域３４、およびゲート３６に接続されている。第１金属配線５４は、第１層間絶縁膜５０上に配置されている。第１金属配線５４は、第１ビア５２に接続されている。
第２層間絶縁膜６０は、第１層間絶縁膜５０上に配置されている。第２層間絶縁膜６０は、第１金属配線５４を覆っている。第２層間絶縁膜６０には、貫通孔６０ａが形成されている。第２ビア６２は、第２層間絶縁膜６０に形成されたビアホールに配置されている。第２金属配線６４は、第２層間絶縁膜６０上に配置されている。第２金属配線６４は、第２ビア６２に接続されている。層間絶縁膜５０，６０の材質は、例えば、酸化シリコンである。ビア５２，６２および金属配線５４，６４の材質は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ－Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉである。
配線７０は、トランジスター３０と発光素子８０とを電気的に接続している。配線７０は、基板１０に設けられた第３不純物領域７２である。すなわち、配線７０は、基板１０に設けられた第３不純物領域７２によって構成されている拡散層配線である。第３不純物領域７２は、例えば、ｎ型の不純物領域である。第３不純物領域７２は、第１不純物領域３２と連続している。第１不純物領域３２と第３不純物領域７２とは、一体に設けられている。基板１０は、不純物領域３２，３４，７２を有している。
発光素子８０は、基板１０に設けられている。発光素子８０は、積層体８１と、電極８９と、を有している。発光素子８０は、例えば、半導体レーザーである。積層体８１は、第３不純物領域７２に配置されている。図示の例では、積層体８１は、第３不純物領域７２上に配置されている。積層体８１は、歪緩和層８２と、バッファー層８３と、マスク層８４と、複数の柱状部８５と、を有している。
本明細書では、積層体８１の積層方向（以下、単に「積層方向」ともいう）において、発光層８７を基準とした場合、発光層８７から第２半導体層８８に向かう方向を「上」とし、発光層８７から第１半導体層８６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８１の積層方向」とは、柱状部８５の第１半導体層８６と発光層８７との積層方向のことである。
歪緩和層８２は、第３不純物領域７２上に配置されている。歪緩和層８２は、基板１０と第１半導体層８６との間に配置されている。歪緩和層８２の格子定数は、基板１０の格子定数と、柱状部８５の第１半導体層８６の格子定数と、の間の値である。歪緩和層８２は、例えば、ＡｌＮ層である。歪緩和層８２は、第３不純物領域７２からの電流に対して高抵抗とならないように薄く形成されている。歪緩和層８２の厚さは、例えば、３ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
バッファー層８３は、歪緩和層８２上に配置されている。バッファー層８３は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。
マスク層８４は、バッファー層８３上に配置されている。マスク層８４は、柱状部８５を形成するための層である。マスク層８４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８５は、バッファー層８３上に配置されている。柱状部８５は、バッファー層８３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８５は、バッファー層８３を介して基板１０から上方に突出している。柱状部８５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８５の平面形状は、例えば、正六角形などの多角形、円である。
柱状部８５の径は、例えば、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。柱状部８５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８７を得ることができ、かつ、発光層８７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８７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８５の平面形状が円の場合は、直径であり、柱状部８５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８５の径は、柱状部８５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８５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８５は、複数配置されている。隣り合う柱状部８５の間隔は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。複数の柱状部８５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８５は、例えば、三角格子状に配置されている。なお、複数の柱状部８５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８５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８５の中心間の距離である。「柱状部の中心」とは、柱状部８５の平面形状が円の場合は、該円の中心であり、柱状部８５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８５の中心は、柱状部８５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８５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８５は、第１半導体層８６と、発光層８７と、第２半導体層８８と、を有している。
第１半導体層８６は、バッファー層８３上に配置されている。第１半導体層８６は、基板１０と発光層８７との間に配置されている。第１半導体層８６は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。第３不純物領域７２の導電型は、第１半導体層８６の導電型と同じである。第３不純物領域７２は、第１半導体層８６と電気的に接続されている。第３不純物領域７２は、発光層８７に電流を注入するための一方の電極として機能する。
発光層８７は、第１半導体層８６上に配置されている。発光層８７は、第１半導体層８６と第２半導体層８８との間に配置されている。発光層８７は、電流が注入されることで光を発生させる。発光層８７は、不純物が意図的にドープされていないｉ型のウェル層およびバリア層を有している。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８７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８７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層だけ配置されてもよく、この場合、発光層８７は、ＳＱＷ（Single Quantum Well）構造を有している。
第２半導体層８８は、発光層８７上に配置されている。第２半導体層８８は、第１半導体層８６と導電型の異なる層である。第２半導体層８８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８６および第２半導体層８８は、発光層８７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８６と発光層８７との間に、ＯＣＬ（Optical Confinement Layer）が配置されていてもよい。また、発光層８７と第２半導体層８８との間に、ＥＢＬ（Electron Blocking Layer）が配置されていてもよい。
発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層８８、不純物がドープされていないｉ型の発光層８７、およびｎ型の第１半導体層８６により、ｐｉｎダイオードが構成される。発光装置１００では、第３不純物領域７２と電極８９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８７に電流が注入されて発光層８７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８７で発生した光は、面内方向に伝搬し、複数の柱状部８５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８７で利得を受けてレーザー発振する。そして、発光素子８０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。光は、第２層間絶縁膜６０に形成された貫通孔６０ａを通って、出射される。貫通孔６０ａによって光取り出し効率を向上させることができる。なお、基板１０側に向かう光は、基板１０で反射された後、貫通孔６０ａを通って、出射される。
電極８９は、第２半導体層８８上に配置されている。電極８９は、第２半導体層８８と電気的に接続されている。第２半導体層８８は、電極８９とオーミックコンタクトしていてもよい。電極８９は、発光層８７に電流を注入するための他方の電極である。電極８９としては、例えば、ＩＴＯ（indium tin oxide）などを用いる。
引き出し配線９０は、電極８９上および第１層間絶縁膜５０上に配置されている。図示の例では、引き出し配線９０は、第２層間絶縁膜６０によって覆われている。引き出し配線９０の材質は、例えば、第１金属配線５４と同じである。引き出し配線９０は、電極８９に電流を流すための配線である。
なお、上記では、ＩｎＧａＮ系の発光層８７について説明したが、発光層８７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、図示はしないが、トランジスター３０と発光素子８０との間に、発光素子８０からの光を遮光する遮光部が配置されていてもよい。これにより、発光素子８０からの光によるトランジスター３０の動作の影響を小さくすることができる。遮光部は、ビア５２と同じ材質であってもよく、ビア５２を形成する工程において同時に形成されてもよい。または、遮光部は、半導体層を成長させ、該半導体層に金属層を配置させることによって形成されてもよい。
また、発光素子８０は、レーザーに限らず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）であってもよい。
発光装置１００は、例えば、以下の作用効果を奏する。
発光装置１００では、配線７０は、基板１０に設けられた第３不純物領域７２であり、積層体８１は、第３不純物領域７２に配置され、第３不純物領域７２の導電型は、第１半導体層８６の導電型と同じであり、第３不純物領域７２は、第１半導体層８６と電気的に接続され、第３不純物領域７２は、第１不純物領域３２と連続している。そのため、発光装置１００では、トランジスターと発光素子とを電気的に接続する配線として金属配線を用いる場合に比べて、小型化を図ることができる。例えば、金属配線を用いると配線が複雑となり、装置が大型化する場合がある。さらに、発光装置１００では、トランジスター３０と発光素子８０との間に素子分離領域を設ける必要がないので、トランジスター３０と発光素子８０と近づけて配置させることができ、小型化を図ることができる。
さらに、発光装置１００では、発光素子８０は、複数の柱状部８５を有するため、トランジスター３０と同一基板に発光素子８０が設けられても歪を極小化することができる。そのため、高効率な発光素子８０を実現することができる。さらに、移載実装や基板接合のようなハイブリッド実装技術を用いないため、低コスト化を図ることができる。
発光装置１００では、積層体８１は、基板１０と第１半導体層８６との間に配置された歪緩和層８２を有し、歪緩和層８２の格子定数は、基板１０の格子定数と、第１半導体層８６の格子定数と、の間の値である。そのため、発光装置１００では、歪緩和層８２が配置されていない場合に比べて、第１半導体層８６に生じる歪を低減させることができる。
発光装置１００では、トランジスター３０を覆うパッシベーション膜４０を有する。そのため、発光装置１００では、パッシベーション膜４０が配置されていない場合に比べて、発光素子８０を形成する際の熱によってトランジスター３０に加わるダメージを低減させることができる。発光素子８０の形成には、１０００℃前後の熱を加える場合がある。
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８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に素子分離領域２０を形成する。素子分離領域２０は、例えば、ＬＯＣＯＳ法、ＳＴＩ法によって形成される。
次に、基板１０にゲート絶縁膜３７を形成する。ゲート絶縁膜３７は、例えば、熱酸化法によって形成される。次に、ゲート絶縁膜３７上にゲート電極３８を形成する。ゲート電極３８は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法によって形成される。次に、ゲート電極３８の側面にサイドウォール３９を形成する。サイドウォール３９は、例えば、ＣＶＤ法などによって酸化シリコン膜を形成し、該酸化シリコン膜をエッチバックすることによって形成される。本工程により、ゲート３６を形成することができる。
次に、例えば、イオン注入によって、第１不純物領域３２、第２不純物領域３４，および第３不純物領域７２を形成する。第１不純物領域３２と第３不純物領域７２とは、一体に形成される。本工程により、トランジスター３０を形成することができる。
次に、トランジスター３０を覆うように、基板１０上にパッシベーション膜４０を形成する。パッシベーション膜４０は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法によって形成される。
図３に示すように、パッシベーション膜４０の一部をエッチングによって除去し、除去した部分に歪緩和層８２を形成する。歪緩和層８２は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法によって形成される。
図４に示すように、歪緩和層８２上に、バッファー層８３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。バッファー層８３は、歪緩和層８２上に選択的に成長される。
図５に示すように、バッファー層８３上にマスク層８４を形成する。マスク層８４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。
次に、マスク層８４をマスクとしてバッファー層８３上に、第１半導体層８６、発光層８７、および第２半導体層８８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８５を形成することができる。さらに、本工程により、積層体８１を形成することができる。
図６に示すように、第２半導体層８８上に電極８９を形成する。電極８９は、例えば、真空蒸着法などにより形成される。本工程により、発光素子８０を形成することができる。なお、図示はしないが、発光素子８０を覆うパッシベーション膜を形成してもよい。
図７に示すように、トランジスター３０を覆うように、パッシベーション膜４０上に第１層間絶縁膜５０を形成する。第１層間絶縁膜５０は、例えば、スピンコート法によって形成される。
図８に示すように、第１層間絶縁膜５０をパターニングして、ビアホールを形成し、ビアホールに第１ビア５２を形成する。次に、第１ビア５２上に第１金属配線５４を形成する。さらに、電極８９上に引き出し配線９０を形成する。第１金属配線５４および引き出し配線９０は、同じ工程で形成される。第１ビア５２、第１金属配線５４、および引き出し配線９０は、例えば、めっき法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって形成される。
次に、第１層間絶縁膜５０上に第２層間絶縁膜６０を形成する。第２層間絶縁膜６０は、例えば、スピンコート法によって形成される。
次に、第２層間絶縁膜６０をパターニングして、ビアホールを形成し、ビアホールに第２ビア６２を形成する。次に、第２ビア６２上に第２金属配線６４を形成する。第２ビア６２および第２金属配線６４は、例えば、めっき法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって形成される。
図１に示すように、第２層間絶縁膜６０をパターニングして、貫通孔６０ａを形成する。
以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。
３． 発光装置の変形例
３．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例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、本実施形態の第１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、本実施形態の第１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。このことは、以下に示す本実施形態の第２変形例に係る発光装置について同様である。
上述した発光装置１００では、図１に示すように、第１不純物領域３２の深さと第３不純物領域７２の深さとは、互い同じであった。
これに対し、発光装置２００では、図９に示すように、第３不純物領域７２の深さＤ３は、第１不純物領域３２の深さＤ１よりも大きい。深さＤ１は、第１不純物領域３２の積層方向の最大の大きさである。深さＤ３は、第３不純物領域７２の積層方向の最大の大きさである。図示の例では、第３不純物領域７２は、深さＤ３以外の部分を有していない。深さＤ１は、例えば、５０μｍ以上５００μｍ以下である。深さＤ３は、例えば、１００μｍ以上２０００μｍ以下である。
積層方向からみて、第３不純物領域７２の面積は、積層体８１の面積よりも大きい。積層体８１は、第３不純物領域７２にのみ配置されている。積層体８１は、第３不純物領域７２以外の領域には、配置されていない。
第１不純物領域３２と第３不純物領域７２とは、異なる工程で形成される。例えば、まず、第３不純物領域７２を形成し、その後、第１不純物領域３２を形成する。なお、まず、第１不純物領域３２を形成し、その後、第３不純物領域７２を形成してもよい。
発光装置２００では、第３不純物領域７２の深さＤ３は、第１不純物領域３２の深さＤ１よりも大きい。そのため、歪緩和層８２の応力に伴う結晶欠陥が第３不純物領域７２に生じたとしても、例えば深さＤ３が深さＤ１と同じ場合に比べて、第１不純物領域３２の抵抗と、第３不純物領域７２の抵抗と、の差を小さくすることができる。
発光装置２００では、積層方向からみて、第３不純物領域７２の面積は、積層体８１の面積よりも大きい。そのため、発光装置２００では、第３不純物領域７２にのみ積層体８１を配置させることができる。
３．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例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、本実施形態の第２変形例に係る発光装置３００を模式的に示す断面図である。
発光装置３００では、図１０に示すように、基板１０がウェル１２を有している点において、上述した発光装置１００と異なる。
ウェル１２の深さは、不純物領域３２，３４，７２の深さよりも大きい。ウェル１２は、第１不純物領域３２と導電型が異なる。ウェル１２は、例えば、ｐ型のウェルである。トランジスター３０は、ウェル１２に設けられている。第１不純物領域３２、第２不純物領域３４、および第３不純物領域７２は、ウェル１２に設けられている。
ウェル１２は、不純物領域３２，３４，７２を形成する前に、例えば、イオン注入を行うことによって形成される。
発光装置３００では、基板１０は、第１不純物領域３２と導電型の異なるウェル１２を有し、第１不純物領域３２、第２不純物領域３４、および第３不純物領域７２は、ウェル１２に設けられている。そのため、発光装置３００では、ウェル１２が設けられていない場合に比べて、基板１０と不純物領域３２，３４，７２との間の絶縁性を高めることができる。
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１１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。
発光装置１００では、発光素子８０と、発光素子８０を駆動させるためのトランジスター３０が同一基板に設けられているため、画素ごとに階調制御やＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。
なお、図示はしないが、赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂが同一基板に設けられていてもよい。これにより、ＲＧＢ画素によるイメージャーが構成でき、駆動回路と一体となったイメージャーを形成することができる。
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、スマートグラス、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、光を用いるセンサー、通信機器等の光源がある。上述した実施形態に係る発光装置をセンサーとして用いる場合、異なる波長感度をもつ領域を読み出し回路（ＲＯＩＣ）と同一基板に同時に形成してもよい。また、上述した実施形態に係る発光装置は、微小な発光素子をアレイ状に配置して画像表示させるＬＥＤディスプレイの発光素子にも適用することができる。また、上述した実施形態に係る発光装置を適用したＬＥＤディスプレイは、スマートグラス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、
前記基板に設けられたトランジスターと、
前記基板に設けられた発光素子と、
前記トランジスターと前記発光素子とを電気的に接続する配線と、
を有し、
前記トランジスターは、
前記基板に設けられた第１不純物領域と、
前記基板に設けられ、前記第１不純物領域と導電型の同じ第２不純物領域と、
前記第１不純物領域と前記第２不純物領域との間の電流を制御するゲートと、
を有し、
前記発光素子は、複数の柱状部を有する積層体を有し、
複数の前記柱状部の各々は、
第１半導体層と、
前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に配置された発光層と、
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配置され、
前記配線は、前記基板に設けられた第３不純物領域であり、
前記積層体は、前記第３不純物領域に配置され、
前記第３不純物領域の導電型は、前記第１半導体層の導電型と同じであり、
前記第３不純物領域は、前記第１半導体層と電気的に接続され、
前記第３不純物領域は、前記第１不純物領域と連続している。
この発光装置によれば、トランジスターと発光素子とを電気的に接続する配線として金属配線を用いる場合に比べて、小型化を図ることができる。
発光装置の一態様において、
前記第３不純物領域の深さは、前記第１不純物領域の深さよりも大きくてもよい。
この発光装置によれば、歪緩和層の応力に伴う結晶欠陥が第３不純物領域に生じたとしても、第１不純物領域の抵抗と、第３不純物領域の抵抗と、の差を小さくすることができる。
発光装置の一態様において、
前記第１半導体層と前記発光層との積層方向からみて、前記第３不純物領域の面積は、前記積層体の面積よりも大きくてもよい。
この発光装置によれば、第３不純物領域にのみ積層体を配置させることができる。
発光装置の一態様において、
前記積層体は、前記基板と前記第１半導体層との間に配置された歪緩和層を有し、
前記歪緩和層の格子定数は、前記基板の格子定数と、前記第１半導体層の格子定数と、の間の値であってもよい。
この発光装置によれば、歪緩和層が配置されていない場合に比べて、第１半導体層に生じる歪を低減させることができる。
発光装置の一態様において、
前記トランジスターを覆うパッシベーション膜を有してもよい。
この発光装置によれば、パッシベーション膜が配置されていない場合に比べて、発光素子を形成する際の熱によってトランジスターに加わるダメージを低減させることができる。
発光装置の一態様において、
前記基板は、前記第１不純物領域と導電型の異なるウェルを有し、
前記第１不純物領域、前記第２不純物領域、および前記第３不純物領域は、前記ウェルに設けられていてもよい。
この発光装置によれば、ウェルが設けられていない場合に比べて、基板と、第１不純物領域、第２不純物領域、および第３不純物領域と、の間の絶縁性を高めることができる。
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、１２…ウェル、２０…素子分離領域、３０…トランジスター、３２…第１不純物領域、３４…第２不純物領域、３６…ゲート、３７…ゲート絶縁膜、３８…ゲート電極、３９…サイドウォール、４０…パッシベーション膜、５０…第１層間絶縁膜、５２…第１ビア、５４…第１金属配線、６０…第２層間絶縁膜、６０ａ…貫通孔、６２…第２ビア、６４…第２金属配線、７０…配線、８０…発光素子、８１…積層体、８２…歪緩和層、８３…バッファー層、８４…マスク層、８５…柱状部、８６…第１半導体層、８７…発光層、８８…第２半導体層、８９…電極、９０…引き出し配線、１００…発光装置、１００Ｒ…赤色光源、１００Ｇ…緑色光源、１００Ｂ…青色光源、２００，３００…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 (7)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられたトランジスターと、
    前記基板に設けられた発光素子と、
    前記トランジスターと前記発光素子とを電気的に接続する配線と、
    を有し、
    前記トランジスターは、
    前記基板に設けられた第１不純物領域と、
    前記基板に設けられ、前記第１不純物領域と導電型の同じ第２不純物領域と、
    前記第１不純物領域と前記第２不純物領域との間の電流を制御するゲートと、
    を有し、
    前記発光素子は、複数の柱状部を有する積層体を有し、
    複数の前記柱状部の各々は、
    第１半導体層と、
    前記第１半導体層と導電型の異なる第２半導体層と、
    前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に配置された発光層と、
    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配置され、
    前記配線は、前記基板に設けられた第３不純物領域であり、
    前記積層体は、前記第３不純物領域に配置され、
    前記第３不純物領域の導電型は、前記第１半導体層の導電型と同じであり、
    前記第３不純物領域は、前記第１半導体層と電気的に接続され、
    前記第３不純物領域は、前記第１不純物領域と連続し、
    前記基板は、前記第２不純物領域の前記ゲートとは反対側に第１素子分離領域を有し、
    前記第３不純物領域の前記ゲートとは反対側に第２素子分離領域を有し、
    前記第１素子分離領域と、前記第２不純物領域と、前記トランジスターと、前記第１不純物領域と、前記第２素子分離領域と、の前記基板とは反対側に設けられる第１層間絶縁層と、
    前記第１層間絶縁層の基板とは反対側に設けられる第２層間絶縁層と、
    前記第１層間絶縁層に設けられた第１スルーホールを介して前記第２不純物領域と電気的に接続される第１導電部材と、
    前記第１層間絶縁層に設けられた第２スルーホールを介して前記ゲートと電気的に接続される第２導電部材と、
    前記第１層間絶縁層に設けられた第３スルーホールを介して前記第１不純物領域と電気的に接続される第３導電部材と、
    前記第２層間絶縁層に設けられた第４スルーホールを介して前記第１導電部材と電気的に接続される第４導電部材と、
    前記第２層間絶縁層に設けられた第５スルーホールを介して前記第３導電部材と電気的に接続される第５導電部材と、をさらに有し、
    前記第２層間絶縁層は、平面視で前記積層体と重なる領域に貫通孔が設けられている、
    発光装置。
  2. 請求項１において、
    前記第３不純物領域の深さは、前記第１不純物領域の深さよりも大きい、発光装置。
  3. 請求項２において、
    前記第１半導体層と前記発光層との積層方向からみて、前記第３不純物領域の面積は、前記積層体の面積よりも大きい、発光装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
    前記積層体は、前記基板と前記第１半導体層との間に配置された歪緩和層を有し、
    前記歪緩和層の格子定数は、前記基板の格子定数と、前記第１半導体層の格子定数と、の間の値である、発光装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
    前記トランジスターを覆うパッシベーション膜を有する、発光装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
    前記基板は、前記第１不純物領域と導電型の異なるウェルを有し、
    前記第１不純物領域、前記第２不純物領域、および前記第３不純物領域は、前記ウェルに設けられている、発光装置。
  7. 請求項１ないし６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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