JP7556246B2 - 発光装置、発光装置の製造方法およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、発光装置、発光装置の製造方法およびプロジェクターに関する。

従来、第１窒化物半導体層上に形成したマスク層の開口内に第２窒化物半導体層を結晶成長によって形成する結晶成長方法がある（例えば、下記特許文献１参照）。この結晶成長方法では、開口内に臨む第１窒化物半導体層の表面に凹凸部を設けることで第２窒化物半導体層内への貫通転位の伝播を防止するようにしている。

特開２００２－３３２８８号公報

しかしながら、上記結晶成長方法では、凹凸部の高低差が３０ｎｍ以上と比較的大きいため、第２窒化物半導体層内への貫通転位の伝播を十分に防止できなかった。そのため、発光装置の発光層を含むナノコラムの形成に上記結晶成長方法を用いると、発光層内に貫通転位が伝播することで発光効率の低下を招いてしまう。

上記の課題を解決するために、本発明の１つの態様によれば、半導体単結晶からなる第１層と、前記第１層に設けられ、前記第1層とは連続していない結晶配列を有する第２層と、発光層を含み、前記第２層から延びる柱状結晶構造体と、を備える発光装置が提供される。

本発明の１つの態様によれば、支持基板に、半導体単結晶からなる第1層を形成する工程と、前記第１層の一方面に、貫通孔を有するマスク層を形成する工程と、前記貫通孔に位置する前記第１層に、当該第１層と連続しない結晶配列を有する第２層を形成する工程と、前記第２層上に、発光層を含む柱状結晶構造体を結晶成長によって形成する工程と、を備える発光装置の製造方法が提供される。

本発明の１つの態様によれば、上記態様の発光装置を備えるプロジェクターが提供される。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 発光素子の概略構成を示す平面図である。 図３は、図２のIII－III線に沿う発光素子の断面図である。 ナノコラムの製造プロセスを示した図である。 ナノコラムの製造プロセスを示した図である。 ナノコラムの製造プロセスを示した図である。 ナノコラムの製造プロセスを示した図である。 第２実施形態の発光装置におけるナノコラムの要部拡大図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１０は、スクリーン１１に画像を投射する投射型画像表示装置である。プロジェクター１０は、発光装置１２と、光変調装置１３と、投射光学装置１４と、を備えている。発光装置１２の構成については、後で詳しく説明する。

以下、発光装置１２における発光領域１２Ｒの中心を通る法線に一致する軸であって、発光領域１２Ｒから射出される光束Ｌの主光線が通る光軸を光軸ＡＸ１と称する。

以下、ＸＹＺ直交座標系を用いて各部の構成を説明するが、光軸ＡＸ１の方向から見た平面形状が矩形状の発光領域１２Ｒの長辺に平行な軸をＸ軸とし、発光領域の短辺に平行な軸をＹ軸とし、Ｘ軸とＹ軸とに垂直な軸をＺ軸とする。Ｚ軸と光軸ＡＸ１とは平行である。

光変調装置１３は、発光装置１２から射出された光束Ｌを画像情報に応じて変調し、画像光を生成する。光変調装置１３は、入射側偏光板１６と、液晶表示素子１７と、射出側偏光板１８と、を有する。Ｚ軸方向から見て、液晶表示素子１７の画像形成領域１７Ｒの平面形状は、矩形状である。また、上述したように、発光装置１２の発光領域１２Ｒの平面形状は矩形状であり、画像形成領域１７Ｒの平面形状と発光領域１２Ｒの平面形状とは、略相似形である。発光領域１２Ｒの面積は、画像形成領域１７Ｒの面積と同じか、または、画像形成領域１７Ｒの面積よりも僅かに大きい。

投射光学装置１４は、光変調装置１３から射出された画像光をスクリーン１１等の被投射面上に投射する。投射光学装置１４は、一つまたは複数の投射レンズで構成されている。

以下、本実施形態の発光装置１２について説明する。
図１に示すように、発光装置１２は、発光素子２０と、ヒートシンク２１と、を備えている。発光素子２０は、第１面２０ａと第２面２０ｂとを有し、第１面２０ａから光束Ｌを射出する。ヒートシンク２１は、発光素子２０で生じる熱を放出するため、発光素子２０の第２面２０ｂに設けられている。

図２は、発光素子２０の概略構成を示す平面図である。図３は、図２のIII－III線に沿う発光素子２０の断面図である。なお、図２においては、図面を見やすくするため、発光領域１２Ｒ内の一部のナノコラム５７のみを図示し、他のナノコラム５７の図示を省略する。

図３に示すように、発光素子２０は、基板５０と、積層体５１と、第１電極５２と、第２電極５３と、を有している。積層体５１は、反射層５５と、バッファー層５６と、ナノコラム５７と、第３半導体層５８とを有している。

基板５０は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、サファイア基板などで構成されている。

反射層５５は、基板５０上に設けられている。反射層５５は、例えばＤＢＲ（distribution Bragg reflector）層で構成されている。反射層５５は、例えばＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とを交互に積層させた積層体、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層とを交互に積層させた積層体等で構成されている。反射層５５は、ナノコラム５７の後述する発光層６６で発生する光を第２電極５３側に向けて反射させる。

本明細書では、積層体５１の積層方向であるＺ軸方向において、発光層６６を基準とした場合、発光層６６から第２半導体層６７に向かう方向を「上」とし、発光層６６から第１半導体層６５に向かう方向を「下」として説明する。また、「積層体５１の積層方向」は、第１半導体層６５と発光層６６とが対向する方向であり、以下、単に「積層方向」と称することもある。

バッファー層５６は、反射層５５上に設けられている。バッファー層５６は、半導体材料からなり、例えばＳｉがドープされたｎ型のＧａＮ層で構成されている。本実施形態において、バッファー層５６は特許請求の範囲の「第１層」に相当する。

バッファー層５６は、後述のように、例えば、サファイア基板等の支持基板上にエピタキシャル成長により形成された単結晶半導体層である。そのため、バッファー層５６には、支持基板との格子不整合や熱膨張係数等によって支持基板との界面を起点とする貫通転位欠陥３０が存在している。

図３に示すように、バッファー層５６の一方面５６ａには、発光素子２０の製造工程において、後述するナノコラム５７を構成する膜を成長させるためのマスク層６０が設けられている。マスク層６０は、例えば酸化シリコン層、窒化シリコン層などで構成されている。本実施形態において、発光素子２０はマスク層６０を備えるが、これに限らず、発光素子２０の製造工程においてナノコラム５７を構成した後に、例えばウェットエッチング等を用いて除去されていてもよい。

マスク層６０には複数の貫通孔６０ａが設けられている。複数の貫通孔６０ａは、マスク層６０の下層に設けられたバッファー層５６をそれぞれ露出させる。各貫通孔６０ａ内に位置するバッファー層５６の表面には、欠陥転位防止層５９が設けられている。欠陥転位防止層５９は、例えば、Ａｒスパッタ等により単結晶からなるバッファー層５６の表面を荒らして形成される。欠陥転位防止層５９は特許請求の範囲の「第２層」に相当する。

欠陥転位防止層５９は、貫通孔６０ａの開口全域に亘って設けられる。本実施形態において、欠陥転位防止層５９は、例えば、局所的に点欠陥が集合した層、あるいは、結晶配列がランダムとなった層である。欠陥転位防止層５９は、島状の単結晶面を含んだ層である。

欠陥転位防止層５９は、格子転位欠陥に至らない、点欠陥から集合欠陥レベル、すなわち、ナノコラム５７のエピタキシャル成長に影響を及ぼさず、かつ貫通転位欠陥３０をブロック可能な欠陥密度レベルの層で構成される。
以上のように欠陥転位防止層５９は、バッファー層５６とは連続していない結晶配列を有している。

本実施形態において、欠陥転位防止層５９は、バッファー層５６の一方面５６ａよりも窪んだ位置に設けられている。欠陥転位防止層５９が設けられる窪み７０の深さＤは０ｎｍ～３０ｎｍに設定され、２０ｎｍ以下に設定するのがより望ましい。なお、窪み７０の深さＤは、例えば、バッファー層５６の一方面５６ａから窪み７０の底面との高低差により規定される。

本実施形態において、欠陥転位防止層５９の厚さＴは５ｎｍ以下に設定される。また、欠陥転位防止層５９の表面粗さは、例えば、数ｎｍ程度に設定される。ここで、欠陥転位防止層５９の表面粗さとは、バッファー層５６の表面に形成された微細な凹凸の高低差により規定される。

ナノコラム５７は、欠陥転位防止層５９から延びる柱状の結晶構造体である。すなわち、ナノコラム５７は、貫通孔６０ａを介して欠陥転位防止層５９から延びている。ナノコラム５７の延在方向（Ｚ方向）に沿って平面視した際、ナノコラム５７は、欠陥転位防止層５９と重なる位置に配置されている。これにより、欠陥転位防止層５９は、後述のように、ナノコラム５７内に貫通転位欠陥３０が伝播することを効率良くブロック可能である。
本実施形態において、ナノコラム５７は特許請求の範囲の「柱状結晶構造体」に相当する。

ナノコラム５７は、フォトニック結晶の効果を発現でき、発光層６６が発する光を、基板５０の面内方向に閉じ込め、積層方向に射出させる。「基板５０の面内方向」とは、積層方向と直交する面に沿う方向である。

ナノコラム５７の平面形状は、多角形、円、楕円などである。本実施形態では、図２に示すように、ナノコラム５７の平面形状は、正六角形である。ナノコラム５７の径は、ｎｍオーダーであり、具体的には、例えば１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。ナノコラム５７の積層方向の寸法、いわゆるナノコラム５７の高さＨは、例えば０．１μｍ以上、５μｍ以下である。

なお、「ナノコラム５７の径」は、ナノコラム５７の平面形状が円の場合には、円の直径であり、ナノコラム５７の平面形状が円ではない場合には、最小包含円の直径である。例えばナノコラム５７の平面形状が多角形の場合、ナノコラム５７の径は、多角形を内部に含む最小の円の直径であり、ナノコラム５７の平面形状が楕円の場合、ナノコラム５７の径は、楕円を内部に含む最小の円の直径である。

「ナノコラム５７の中心」は、ナノコラム５７の平面形状が円の場合には、円の中心であり、ナノコラム５７の平面形状が円ではない形状の場合には、最小包含円の中心である。例えばナノコラム５７の平面形状が多角形の場合には、ナノコラム５７の中心は、多角形を内部に含む最小の円の中心であり、ナノコラム５７の平面形状が楕円の場合には、ナノコラム５７の中心は、楕円を内部に含む最小の円の中心である。

図２に示すように、複数のナノコラム５７は、バッファー層５６上に正方格子状に配列されている。隣り合う２つのナノコラム５７間のピッチＰｘ，Ｐｙは、例えば１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。本実施形態の場合、Ｘ軸方向のピッチＰｘとＹ軸方向のピッチＰｙとは、互いに等しい。このように、複数のナノコラム５７は、互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って所定のピッチＰｘ，Ｐｙで周期的に配列されている。Ｘ軸方向のピッチＰｘは、Ｘ軸方向に隣り合う２つのナノコラム５７の中心間の距離である。Ｙ軸方向のピッチＰｙは、Ｙ軸方向に隣り合う２つのナノコラム５７の中心間の距離である。なお、複数のナノコラム５７は、必ずしも正方格子状に配列されていなくてもよく、例えば長方形格子状、三角格子状等に配列されていてもよい。

図３に示すように、ナノコラム５７は、第１半導体層６５と、発光層６６と、第２半導体層６７と、を有している。ナノコラム５７を構成する各層は後述のようにエピタキシャル成長によって形成される。

第１半導体層６５は、バッファー層５６の表面に設けられた欠陥転位防止層５９上に形成されている。第１半導体層６５は、例えばＳｉがドープされたｎ型のＧａＮ層で構成されている。本実施形態において、第１半導体層６５は、バッファー層５６と同じ材料で構成されている。第１半導体層６５は、欠陥転位防止層５９によって貫通転位欠陥３０の伝播を抑制あるいは防止されている。

発光層６６は、第１半導体層６５上に設けられている。発光層６６は、第１半導体層６５と第２半導体層６７との間に設けられている。発光層６６は、例えばＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とから構成された量子井戸構造を有している。発光層６６は、第１半導体層６５および第２半導体層６７を介して電流が注入されることによって光を発する。上述のように第１半導体層６５内への貫通転位欠陥３０の伝播が抑制あるいは防止されるため、第１半導体層６５上に形成される発光層６６内に貫通転位欠陥３０は形成されない。

第２半導体層６７は、発光層６６上に設けられている。第２半導体層６７は、第１半導体層６５とは導電型が異なる層である。第２半導体層６７は、例えばＭｇがドープされたｐ型のＧａＮ層で構成されている。第１半導体層６５および第２半導体層６７は、発光層６６内に光を閉じ込める機能を有するクラッド層として機能する。上述のように下層の発光層６６内に貫通転位欠陥３０が形成されないため、第２半導体層６７内に貫通転位欠陥３０は形成されない。

以上のように本実施形態のナノコラム５７は、欠陥転位防止層５９上に形成されることで、少なくとも発光層６６内に貫通転位欠陥３０が形成されることを防止している。

光伝搬層６３は、隣り合うナノコラム５７の間に設けられている。図３の例では、光伝搬層６３は、マスク層６０上に設けられている。光伝搬層６３の屈折率は、発光層６６の屈折率よりも低い。光伝搬層６３は、例えば酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化チタン層等で構成されている。発光層６６で発生した光は、光伝搬層６３を伝搬する。

発光素子２０においては、ｐ型の第２半導体層６７、不純物がドーピングされていない発光層６６、およびｎ型の第１半導体層６５の積層体により、ｐｉｎダイオードが構成される。第１半導体層６５および第２半導体層６７のバンドギャップは、発光層６６のバンドギャップよりも大きい。第１電極５２と第２電極５３との間に、ｐｉｎダイオードに対する順バイアス電圧を印加して電流を注入すると、発光層６６において電子と正孔との再結合が起こり、発光が生じる。

発光層６６において発生した光は、第１半導体層６５および第２半導体層６７により基板５０の面内方向に光伝搬層６３を通って伝搬する。このとき、光は、ナノコラム５７によるフォトニック結晶の効果により定在波を形成し、基板５０の面内方向に閉じ込められる。閉じ込められた光は、発光層６６において利得を受けてレーザー発振する。すなわち、発光層６６において発生した光は、ナノコラム５７により基板５０の面内方向に共振し、レーザー発振する。具体的には、発光層６６において発生した光は、複数のナノコラム５７で構成された共振部において基板５０の面内方向に共振し、レーザー発振する。その後、共振により生じる＋１次回折光および－１次回折光は、レーザー光として積層方向（Ｚ軸方向）に進行する。

発光層６６から発せられた光は、発光領域１２Ｒにおいて、複数のナノコラム５７が所定のピッチで並ぶＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれで共振する。すなわち、本実施形態の場合、発光領域１２Ｒは、光が共振する共振部として機能する。したがって、Ｘ軸方向に並ぶ複数のナノコラム５７の両端に位置するナノコラム５７間の距離Ｄｘは、Ｘ軸方向の共振長に対応する。Ｙ軸方向に並ぶ複数のナノコラム５７の両端に位置するナノコラム５７間の距離Ｄｙは、Ｙ軸方向の共振長に対応する。

積層方向に進行したレーザー光のうち、反射層５５側に向かって進んだレーザー光は、反射層５５において反射され、第２電極５３側に向かって進む。これにより、発光装置１２は、第２電極５３側から光を射出することができる。

第３半導体層５８は、ナノコラム５７上に設けられている。第３半導体層５８は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層で構成されている。

第１電極５２は、ナノコラム５７の側方において、バッファー層５６上に設けられている。第１電極５２は、バッファー層５６とオーミックコンタクトしていてもよい。図３の例では、第１電極５２は、バッファー層５６を介して、第１半導体層６５と電気的に接続されている。第１電極５２は、発光層６６に電流を注入するための一方の電極である。第１電極５２としては、例えばバッファー層５６側から、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ａｕ層をこの順序で積層した積層膜などが用いられる。

第２電極５３は、第３半導体層５８上に設けられている。第２電極５３は、第３半導体層５８とオーミックコンタクトしていてもよい。第２電極５３は、第２半導体層６７と電気的に接続されている。図３の例では、第２電極５３は、第３半導体層５８を介して、第２半導体層６７と電気的に接続されている。第２電極５３は、発光層６６に電流を注入するための他方の電極である。第２電極５３として、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が用いられる。隣り合うナノコラム５７の一方に設けられた第２電極５３と、他方に設けられた第２電極５３とは、図示しない配線によって電気的に接続されている。

続いて、本実施形態の発光装置１２の製造方法を説明する。
本実施形態の発光装置１２の製造方法は、支持基板に半導体単結晶からなるバッファー層５６を形成する工程と、バッファー層５６の一方面５６ａに貫通孔６０ａを有するマスク層６０を形成する工程と、マスク層６０の貫通孔６０ａ内に位置するバッファー層５６に、当該バッファー層５６と連続しない結晶配列を有する欠陥転位防止層５９を形成する工程と、欠陥転位防止層５９上に結晶成長によってナノコラム５７を形成する工程と、を備えている。

図４Ａ～図４Ｄは発光装置１２の製造工程の要部を示す図である。図４Ａ～図４Ｄは発光装置１２の製造工程のうち１つのナノコラム５７の製造プロセスを示した図である。

まず、図４Ａに示すように、支持基板８０に半導体単結晶からなるバッファー層５６を形成する工程を行う。この工程では、具体的に、有機金属気相成長法によりＧａＮ層をエピタキシャル成長させることで、支持基板８０上にバッファー層５６を形成する。このとき、バッファー層５６には、支持基板８０との格子不整合や熱膨張係数等によって、支持基板８０との界面を起点とする貫通転位欠陥３０が生じる。

続いて、図４Ｂに示すように、バッファー層５６の一方面５６ａに貫通孔６０ａを有するマスク層６０を形成する工程を行う。具体的に、バッファー層５６の一方面５６ａに、酸化シリコン層、窒化シリコン層等からなるマスク形成層６０Ａを形成する。そして、マスク形成層６０Ａの所定位置に対してフォトリソグラフィ技術を用いて貫通孔６０ａを開口させることでバッファー層５６上にマスク層６０を形成する。

続いて、図４Ｃに示すように、マスク層６０の貫通孔６０ａ内に位置するバッファー層５６に、バッファー層５６と連続しない結晶配列を有する欠陥転位防止層５９を形成する。具体的に、Ａｒスパッタにより貫通孔６０ａ内に位置するバッファー層５６の一方面５６ａを荒らすことで欠陥転位防止層５９を形成する。すなわち、貫通孔６０ａの底面に欠陥転位防止層５９を形成する。

続いて、図４Ｄに示すように、欠陥転位防止層５９上に結晶成長によってナノコラム５７を形成する。すなわち、欠陥転位防止層５９上に貫通孔６０ａを介してナノコラム５７を結晶成長によって形成する。具体的に、欠陥転位防止層５９上に、第１半導体層６５と、発光層６６と、第２半導体層６７と、を順にエピタキシャル成長によって形成する。

ここで、比較例の製造プロセスとして、欠陥転位防止層５９を形成することなく、バッファー層５６上に直接ナノコラム５７を形成した場合について説明する。比較例の製造プロセスでは、貫通転位欠陥３０がナノコラム５７を構成する第１半導体層６５内に形成されてしまう。このように第１半導体層６５内に貫通転位欠陥３０が形成されると、第１半導体層６５上の発光層６６内まで貫通転位欠陥３０が伝播することで発光効率の低下を招き、発光装置として所望の発光性能が得られなくなるという問題が生じる。

これに対して、本実施形態の発光装置１２の製造方法では、第１半導体層６５とバッファー層５６との間に欠陥転位防止層５９を形成した後、欠陥転位防止層５９上にナノコラム５７を形成している。

欠陥転位防止層５９は、上述のようにバッファー層５６とは連続していない結晶配列を有する。そのため、第１半導体層６５がエピタキシャル成長によって形成される際、貫通転位欠陥３０が欠陥転位防止層５９による結晶の不連続面によってブロックされ、貫通転位欠陥３０が第１半導体層６５内に伝播することを抑制又は防止することができる。

本実施形態の発光装置１２の製造方法によれば、上述のように第１半導体層６５内への貫通転位欠陥３０の伝播を抑制又は防止できるため、第１半導体層６５上に形成される発光層６６内まで貫通転位欠陥３０が伝播することがない。

したがって、本実施形態の発光装置１２の製造方法によれば、発光層６６内への貫通転位欠陥３０の伝播を防止できるので、所望の発光性能を得るナノコラム５７を製造できる。

なお、ナノコラム５７を製造した後、光伝搬層６３、第３半導体層５８、第１電極５２および第２電極５３を形成する。そして、ナノコラム５７等を形成したバッファー層５６から支持基板８０を剥離し、反射層５５を介して基板５０と貼り合わせることで本実施形態の発光装置１２を製造することができる。
なお、バッファー層５６から支持基板８０を剥離するタイミングは特に限定されず、支持基板８０を剥離して反射層５５を介して基板５０と貼り合わせた後に、第１電極５２および第２電極５３等をバッファー層５６上に形成してもよい。

以上のように本実施形態の発光装置１２は、単結晶からなるバッファー層５６と、バッファー層５６の一方面５６ａに設けられるマスク層と、マスク層６０に形成された貫通孔６０ａ内に位置するようにバッファー層５６に設けられ、バッファー層５６とは連続していない結晶配列を有する欠陥転位防止層５９と、発光層６６を含み、欠陥転位防止層５９から延びるナノコラム５７と、を備え、ナノコラム５７の延在方向に沿って平面視した際、ナノコラム５７は、欠陥転位防止層５９と重なる位置に配置されている。

本実施形態の発光装置１２によれば、バッファー層５６内に存在する貫通転位欠陥３０が欠陥転位防止層５９による結晶の不連続面によってブロックされ、貫通転位欠陥３０がナノコラム５７を構成する発光層６６内に伝播することを抑制又は防止できる。これにより、本実施形態の発光装置１２は、貫通転位欠陥３０の伝播に起因する発光効率の低下を抑制することで、光変調装置１３を効率良く照明できる。

本実施形態の発光装置１２において、欠陥転位防止層５９の厚さＴは、５ｎｍ以下である構成としてもよい。
これにより、欠陥転位防止層５９として、ナノコラム５７のエピタキシャル成長に影響を及ぼさず、かつ貫通転位欠陥３０をブロック可能な欠陥密度レベルの層を実現できる。

本実施形態の発光装置１２において、欠陥転位防止層５９は、バッファー層５６の一方面５６ａよりも窪んだ位置に設けられ、欠陥転位防止層５９が設けられる窪み７０の深さＤは０ｎｍ～３０ｎｍである構成としてもよい。
これにより、欠陥転位防止層５９として、ナノコラム５７のエピタキシャル成長に影響を及ぼさず、かつ貫通転位欠陥３０をブロック可能な欠陥密度レベルの層を実現できる。

本実施形態の発光装置１２において、欠陥転位防止層５９は、貫通孔６０ａの開口全域に亘って設けられる構成としてもよい。
この構成によれば、貫通孔６０ａの開口全域からの貫通転位欠陥３０の伝播を効果的にブロックすることができる。

本実施形態のプロジェクター１０は、発光装置１２と、発光装置１２から射出された光を画像情報に応じて変調し、画像光を生成する光変調装置１３と、光変調装置１３から射出された画像光を投射する投射光学装置１４と、を備える。

本実施形態のプロジェクター１０によれば、上記の効果を奏する発光装置１２を備えているため、発光効率が高く、明るい画像を表示することが可能となる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態のプロジェクターと第１実施形態のプロジェクターとは発光装置の構成のみが異なる。そのため、以下では発光装置の構成について説明する。

図５は、本実施形態の発光装置１１２の要部構成を示す図である。図５は、発光装置１１２における一つのナノコラム５７の要部を示した拡大図である。
図５に示すように、本実施形態の発光装置１１２において、バッファー層５６は、欠陥転位防止層５９のナノコラム５７の延在方向と反対側（下側）に形成された、空隙７１を有する。空隙７１は、バッファー層５６内に形成されたボイドである。

空隙７１はバッファー層５６における欠陥転位防止層５９の下側に設けられている。空隙７１は、バッファー層５６内に閉塞された状態に設けられている。なお、空隙７１は、例えば、以下の工程で製造される。まず、バッファー層５６をエピタキシャル成長によって形成する工程の途中でエッチングによって開口を形成する。その後、バッファー層５６をエピタキシャル成長させることで開口を閉塞することで上記空隙７１が製造される。

空隙７１は貫通孔６０ａの中央部に設けられている。空隙７１の径は貫通孔６０ａの径よりも小さく設定される。これにより、空隙７１が大きくなり過ぎることによってナノコラム５７の成長が阻害されることが防止される。

上述のように欠陥転位防止層５９は局所的に点欠陥が集合した層、あるいは、結晶配列がランダムとなった層であり、単結晶面を島状に含んでいる。貫通転位欠陥３０がバッファー層５６内を下方から上方に向かって斜めに伝播した場合、貫通転位欠陥３０は欠陥転位防止層５９に含まれる複数の結晶配列の不連続面のいずれかにぶつかることでブロックされる。

一方、例えば、貫通転位欠陥３０がバッファー層５６内を下方から上方に向かって比較的真っすぐ伝播した場合、欠陥転位防止層５９の単結晶面を貫通転位欠陥３０が通り抜けてナノコラム５７側に伝播する可能性があった。

これに対して、本実施形態の発光装置１１２によれば、例えば、バッファー層５６内を下方から上方に向かって比較的真っすぐ伝播する貫通転位欠陥３０ａが存在した場合でも、バッファー層５６における欠陥転位防止層５９の下側に設けられた空隙７１によって貫通転位欠陥３０ａの欠陥転位防止層５９側への伝播をブロックすることができる。

以上のように本実施形態の発光装置１１２によれば、欠陥転位防止層５９に加えて空隙７１を備えることで、貫通転位欠陥３０におけるナノコラム５７側への伝播リスクをより低減することができる。よって、本実施形態の発光装置１１２は、ナノコラム５７を構成する発光層６６内への貫通転位欠陥３０の伝播に起因する発光効率の低下を抑制する、より信頼性の高い発光装置を提供できる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態において、欠陥転位防止層５９は、バッファー層５６の一方面５６ａよりも窪んだ位置に設けられていたが、欠陥転位防止層５９はバッファー層５６の一方面５６ａと面一に形成されてもよい。

また、上記実施形態では、ＩｎＧａＮ系材料からなる発光層について説明したが、発光層として、射出される光の波長に応じて、種々の半導体材料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、射出される光の波長に応じて、フォトニック結晶構造体の径または配列のピッチを適宜変更してもよい。

また、上記実施形態では、フォトニック結晶構造体は、基板上に突出した柱状構造体で構成されていたが、フォトニック結晶効果を発現させるために一定のピッチで設けられた複数の孔部を有していてもよい。すなわち、発光領域は、柱状の構造体、孔部にかかわらず、周期構造を有するフォトニック結晶構造体を含んでいればよい。また、フォトニック結晶構造体としてコアシェル構造のものにも適用可能である。

その他、発光装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明による発光装置を、透過型の液晶表示素子を光変調装置として用いたプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による発光装置を、光変調装置として反射型の液晶表示素子、またはデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。

上記実施形態では、本発明による発光装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。例えば、本発明による発光装置を、マイクロ－ＬＥＤディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ或いはスマートウォッチの表示装置に適用することができる。また、本発明による発光装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

本発明の態様の発光装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の発光装置は、半導体単結晶からなる第１層と、前記第１層に設けられ、前記第１層とは連続していない結晶配列を有する第２層と、発光層を含む柱状結晶構造体と、を備え、前記柱状結晶構造体は、前記前記第２層から延びている。

本発明の一つの態様の発光装置において、第２層の厚さは、５ｎｍ以下である構成としてもよい。

本発明の一つの態様の発光装置において、第２層は、第１層の一方面よりも窪んだ位置に設けられ、第２層が設けられる窪みの深さは０ｎｍ～３０ｎｍである構成としてもよい。

本発明の一つの態様の発光装置において、前記第１層の一方面に設けられ、貫通孔を有するマスク層を備え、前記第柱状結晶構造体は、貫通孔を介して前記第２層から延びており、第２層は、貫通孔の開口全域に亘って設けられる構成としてもよい。

本発明の一つの態様の発光装置において、第１層は、第２層の一方面と反対の他方面側に空隙を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の発光装置の製造方法は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の発光装置の製造方法は、支持基板に、半導体単結晶からなる第1層を形成する工程と、前記第１層の一方面に、貫通孔を有するマスク層を形成する工程と、前記貫通孔に位置する前記第１層に、当該第１層と連続しない結晶配列を有する第２層を形成する工程と、前記第２層上に、発光層を含む柱状結晶構造体を結晶成長によって形成する工程と、を備える。

本発明の一つの態様の発光装置の製造方法において、前記第２層を形成する工程において、形成する前記第２層の厚さは５ｎｍ以下である構成としてもよい。

本発明の一つの態様の発光装置の製造方法において、前記第２層を形成する工程において、前記第２層を、前記第１層の前記一方面よりも窪んだ位置に設け、前記第２層が設けられる窪みの深さは０ｎｍ～３０ｎｍである構成としてもよい。

本発明の一つの態様の発光装置の製造方法において、前記第２層を形成する工程において、前記第２層を、前記貫通孔の開口全域に亘って設ける構成としてもよい。

本発明の一つの態様の発光装置の製造方法において、前記第１層を形成する工程において、前記第１層内に空隙を形成し、前記第２層を形成する工程において、前記空隙の上に、前記第２層を形成する構成としてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の上記態様の発光装置と、発光装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、画像光を生成する光変調装置と、光変調装置から射出された画像光を投射する投射光学装置と、を備える。

１０…プロジェクター、１２，１１２…発光装置、１３…光変調装置、１４…投射光学装置、５０…基板、５６…バッファー層（第１層）、５６ａ…一方面、５９…欠陥転位防止層（第２層）、６０…マスク層、６０ａ…貫通孔、６６…発光層、７０…窪み、７１…空隙、８０…支持基板、Ｄ…深さ、Ｔ…厚さ。

Claims (9)

1. 半導体単結晶からなる第１層と、
   前記第１層に設けられ、前記第１層とは連続していない結晶配列を有する第２層と、
   発光層を含み、前記第２層から延びる柱状結晶構造体と、を備え、
   前記第２層の厚さは、５ｎｍ以下である
   発光装置。
2. 半導体単結晶からなる第１層と、
   前記第１層に設けられ、前記第１層とは連続していない結晶配列を有する第２層と、
   発光層を含み、前記第２層から延びる柱状結晶構造体と、を備え、
   前記第２層は、前記第１層の一方面よりも窪んだ位置に設けられ、
   前記第２層が設けられる窪みの深さは０ｎｍ～３０ｎｍである
   発光装置。
3. 前記第１層の一方面に設けられ、かつ貫通孔を有するマスク層を備え、
   前記柱状結晶構造体は、前記貫通孔を介して前記第２層から延びており、
   前記第２層は、前記貫通孔の開口全域に亘って設けられる
   請求項１または請求項２に記載の発光装置。
4. 半導体単結晶からなる第１層と、
   前記第１層に設けられ、前記第１層とは連続していない結晶配列を有する第２層と、
   発光層を含み、前記第２層から延びる柱状結晶構造体と、を備え、
   前記第１層は、前記第２層の前記柱状結晶構造体の延在方向と反対側に形成された、空隙を有する
   発光装置。
5. 支持基板に、半導体単結晶からなる第１層を形成する工程と、
   前記第１層の一方面に、貫通孔を有するマスク層を形成する工程と、
   前記貫通孔に位置する前記第１層に、当該第１層と連続しない結晶配列を有する第２層を形成する工程と、
   前記第２層上に、発光層を含む柱状結晶構造体を結晶成長によって形成する工程と、を備え、
   前記第２層を形成する工程において、
   形成する前記第２層の厚さは５ｎｍ以下である
   発光装置の製造方法。
6. 支持基板に、半導体単結晶からなる第１層を形成する工程と、
   前記第１層の一方面に、貫通孔を有するマスク層を形成する工程と、
   前記貫通孔に位置する前記第１層に、当該第１層と連続しない結晶配列を有する第２層を形成する工程と、
   前記第２層上に、発光層を含む柱状結晶構造体を結晶成長によって形成する工程と、を備え、
   前記第２層を形成する工程において、
   前記第２層を、前記第１層の前記一方面よりも窪んだ位置に設け、
   前記第２層が設けられる窪みの深さは０ｎｍ～３０ｎｍである
   発光装置の製造方法。
7. 前記第２層を形成する工程において、
   前記第２層を、前記貫通孔の開口全域に亘って設ける
   請求項５または請求項６に記載の発光装置の製造方法。
8. 支持基板に、半導体単結晶からなる第１層を形成する工程と、
   前記第１層の一方面に、貫通孔を有するマスク層を形成する工程と、
   前記貫通孔に位置する前記第１層に、当該第１層と連続しない結晶配列を有する第２層を形成する工程と、
   前記第２層上に、発光層を含む柱状結晶構造体を結晶成長によって形成する工程と、を備え、
   前記第１層を形成する工程において、前記第１層内に空隙を形成し、
   前記第２層を形成する工程において、前記空隙の上に、前記第２層を形成する
   発光装置の製造方法。
9. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の発光装置と、
   前記発光装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、画像光を生成する光変調装置と、
   前記光変調装置から射出された画像光を投射する投射光学装置と、を備える
   プロジェクター。

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