(57)【要約】      （修正有）【課題】電極による光の吸収を低減することができる発光装置を提供する。【解決手段】基体１０と、基体に設けられ、複数の柱状部３０を有する積層体２０と、を有し、柱状部は、ｎ型の第１半導体層３２と、ｐ型の第２半導体層３６と、第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層３４と、積層体の基体側とは反対側に設けられた電極５２と、を有し、第１半導体層は、発光層と基体との間に設けられ、発光層の基体側とは反対側の端部は、第１ファセット面３４ａを有し、第２半導体層の基体側とは反対側の端部は、第２ファセット面３６ａを有し、第１ファセット面のテーパー角をθ１、第２ファセット面のテーパー角をθ２としたとき、θ１≦θ２の関係を満たす、発光装置。【選択図】図１
2019040982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体に設けられ、複数の柱状部を有する積層体と、
を有し、
前記柱状部は、
ｎ型の第１半導体層と、
ｐ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、
前記積層体の前記基体側とは反対側に設けられた電極と、
を有し、
前記第１半導体層は、前記発光層と前記基体との間に設けられ、
前記発光層の前記基体側とは反対側の端部は、第１ファセット面を有し、
前記第２半導体層の前記基体側とは反対側の端部は、第２ファセット面を有し、
前記第１ファセット面のテーパー角をθ１、前記第２ファセット面のテーパー角をθ２としたとき、
θ１≦θ２
の関係を満たす、発光装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１半導体層は、窒化ガリウムを含み、
前記第２半導体層は、窒化インジウムガリウムを含み、
前記発光層は、窒化インジウムガリウムを含み、
前記第２半導体層の窒化インジウムガリウムの組成をＩｎｘＧａ１−ｘＮとし、前記発光層の窒化インジウムガリウムの組成をＩｎｙＧａ１−ｙＮとしたとき、
０＜ｘ＜１、かつ、ｘ＜ｙ
の関係を満たす、発光装置。
【請求項３】
請求項２において、
ｘ＜０．５
の関係を満たす、発光装置。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第２半導体層の前記基体側の端部における前記ｘは、前記第２半導体層の前記基体側とは反対側の端部における前記ｘよりも大きい、発光装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第２半導体層の前記基体側の端部における前記ｘは、０．０１以下である、発光装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記第２ファセット面は、
前記電極で覆われている部分と、
前記電極で覆われていない部分と、
を有する、発光装置。
【請求項７】
基体に、複数の柱状部を形成する工程と、
前記柱状部の前記基体側とは反対側に、電極を形成する工程と、
を有し、
前記柱状部を形成する工程は、
ガリウムおよび窒素を供給して、ｎ型の第１半導体層を結晶成長させる工程と、
インジウム、ガリウム、および窒素を供給して、前記第１半導体層に発光層を結晶成長させる工程と、
インジウム、ガリウム、および窒素を供給して、前記発光層にｐ型の第２半導体層を結晶成長させる工程と、
を有し、
前記第２半導体層の成膜温度は、前記発光層の成膜温度よりも高い、発光装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記第２半導体層を結晶成長させる工程では、インジウムを照射してインジウムを供給し、
インジウムの照射量は、１×１０−５Ｐａ以上２．５×１０−４Ｐａ以下である、発光装置の製造方法。
【請求項９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置およびその製造方法、ならびにプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザーやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光装置では、ＧａＮ系やＧａＡｓ系などの材料が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
例えば半導体レーザーの活性層に光を閉じ込めることは、しきい値電流密度など素子の性能を大きく左右する重要な要素である。活性層とクラッド層との屈折率差を大きくすることにより光閉じ込め係数を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４９０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような発光装置では、活性層の材料や基板の材料に基づいて格子整合などの条件を考慮する必要があり、材料の選択肢は大幅に制限される。そのため、活性層とクラッド層との屈折率の差がとり難く、光閉じ込め係数を高くすることが難しい。光閉じ込め係数を高くできないと、例えば活性層で発生した光が電極側に漏れて電極において吸収され損失となる。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、電極による光の吸収を低減することができる発光装置を提供することにある。あるいは、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、電極による光の吸収を低減することができる発光装置の製造方法を提供することにある。あるいは、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記発光装置を有するプロジェクターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る発光装置は、
基体と、
前記基体に設けられ、複数の柱状部を有する積層体と、
を有し、
前記柱状部は、
ｎ型の第１半導体層と、
ｐ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、
前記積層体の前記基体側とは反対側に設けられた電極と、
を有し、
前記第１半導体層は、前記発光層と前記基体との間に設けられ、
前記発光層の前記基体側とは反対側の端部は、第１ファセット面を有し、
前記第２半導体層の前記基体側とは反対側の端部は、第２ファセット面を有し、
前記第１ファセット面のテーパー角をθ１、前記第２ファセット面のテーパー角をθ２としたとき、
θ１≦θ２
の関係を満たす。
【０００８】
このような発光装置１００では、第２ファセット面が設けられている部分における平面方向の平均屈折率と、発光層が設けられている部分における平面方向の平均屈折率と、の差を大きくすることができる。したがって、このような発光装置では、発光層で発生した光が電極側に漏れることを抑制することができ、電極による光の吸収を低減することができる。
【０００９】
本発明に係る発光装置において、
前記第１半導体層は、窒化ガリウムを含み、
前記第２半導体層は、窒化インジウムガリウムを含み、
前記発光層は、窒化インジウムガリウムを含み、
前記第２半導体層の窒化インジウムガリウムの組成をＩｎｘＧａ１−ｘＮとし、前記発光層の窒化インジウムガリウムの組成をＩｎｙＧａ１−ｙＮとしたとき、
０＜ｘ＜１、かつ、ｘ＜ｙ
の関係を満たしてもよい。
【００１０】
このような発光装置では、発光層と第２半導体層との格子状数の差を小さくすることができる。これにより、このような発光装置では、発光層と第２半導体層との格子状数の差によって発光層に生じる歪みを緩和することができ、歪みによって発生する結晶欠陥を減少させることができる。したがって、このような発光装置では、高い発光効率を有することができる。
【００１１】
本発明に係る発光装置において、
ｘ＜０．５
の関係を満たしてもよい。
【００１２】
このような発光装置では、発光層と第２半導体層との格子状数の差を小さくすることができる。
【００１３】
本発明に係る発光装置において、
前記第２半導体層の前記基体側の端部における前記ｘは、前記第２半導体層の前記基体側とは反対側の端部における前記ｘよりも大きくてもよい。
【００１４】
このような発光装置では、発光層に影響を与えやすい第２半導体層の基体側の端部において、第２半導体層のｘを大きくすることにより、発光層に生じる歪みを緩和することができる。
【００１５】
本発明に係る発光装置において、
前記第２半導体層の前記基体側の端部における前記ｘは、０．０１以下であってもよい。
【００１６】
このような発光装置では、発光層と第２半導体層との格子状数の差を小さくすることができる。
【００１７】
本発明に係る発光装置において、
前記第２ファセット面は、
前記電極で覆われている部分と、
前記電極で覆われていない部分と、
を有してもよい。
【００１８】
このような発光装置では、電極がファセット面の全面を覆っている場合に比べて、発光層で生じた光が電極側に漏れることを抑制することができ、電極による光の吸収を低減することができる。
【００１９】
本発明に係る発光装置の製造方法は、
基体に、複数の柱状部を形成する工程と、
前記柱状部の前記基体側とは反対側に、電極を形成する工程と、
を有し、
前記柱状部を形成する工程は、
ガリウムおよび窒素を供給して、ｎ型の第１半導体層を結晶成長させる工程と、
インジウム、ガリウム、および窒素を供給して、前記第１半導体層に発光層を結晶成長させる工程と、
インジウム、ガリウム、および窒素を供給して、前記発光層にｐ型の第２半導体層を結晶成長させる工程と、
を有し、
前記第２半導体層の成膜温度は、前記発光層の成膜温度よりも高い。
【００２０】
このような発光装置の製造方法では、電極による光の吸収を低減することができる発光装置を製造することができる。また、第２半導体層をインジウム照射下で形成することによってサーファクタント効果（不純物添加による界面効果）により、転位欠陥等の欠陥を終端しながら良質な結晶を成長させることができる。
【００２１】
本発明に係る発光装置の製造方法において、
前記第２半導体層を結晶成長させる工程では、インジウムを照射してインジウムを供給し、
インジウムの照射量は、１×１０−５Ｐａ以上２．５×１０−４Ｐａ以下であってもよい。
【００２２】
このような発光装置の製造方法では、高い発光効率を有する発光装置を製造することができる（詳細は、後述する「実験例」参照）。
【００２３】
本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る発光装置を有する。
【００２４】
このようなプロジェクターでは、本発明に係る発光装置を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。
【図３】参考例に係る発光装置を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するためのフローチャート。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。
【図９】実施例１，２および比較例１のＰＬ測定の結果を示すグラフ。
【図１０】実施例１の第２半導体層近傍のＴＥＭ明視野像。
【図１１】比較例１の第２半導体層近傍のＴＥＭ明視野像。
【図１２】実施例１の第２半導体層近傍のＴＥＭ暗視野像。
【図１３】比較例１の第２半導体層近傍のＴＥＭ明視野像。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
発光装置１００は、図１に示すように、基体１０と、積層体２０と、第１電極５０と、第２電極５２と、を有している。
【００２９】
基体１０は、例えば、板状の形状を有している。基体１０は、例えば、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板、サファイア基板などである。
【００３０】
積層体２０は、基体１０に（基体１０上に）設けられている。積層体２０は、バッファー層２２と、柱状部３０と、光伝搬層４０と、を有している。
【００３１】
なお、本発明において、「上」とは、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からみて基体１０から遠ざかる方向のことであり、「下」とは、積層方向において、発光層３４からみて基体１０に近づく方向のことである。
【００３２】
また、本発明において、「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（図示の例では上下方向）のことである。
【００３３】
バッファー層２２は、基体１０上に設けられている。バッファー層２２は、例えば、ｎ型のＧａＮ層（具体的にはＳｉがドープされたｎ型のＧａＮ層）などである。
【００３４】
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の平面形状（積層方向から見た形状）は、例えば、六角形等の多角形、円などである。柱状部３０の径は、例えば、ｎｍオーダーであり、具体的には１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。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の積層方向の大きさは、例えば、０．１μｍ以上５μｍ以下である。
【００３５】
なお、本発明において、「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の平面形状が多角形の場合は、該多角形を内部に含む最小の円（最小包含円）の直径である。
【００３６】
柱状部３０は、複数設けられている。複数の柱状部３０は、互いに離間している。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、平面視において（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、平面視において、例えば、三角格子状、四角格子状などに配置されている。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、発光層３４と基体１０との間に設けられている。第１半導体層３２は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むｎ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。
【００３９】
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、例えば、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を含む。発光層３４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３４を構成するＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層の数は、特に限定されない。発光層３４は、電流が注入されることで光を発することが可能な層である。
【００４０】
なお、図１では、発光装置１００の積層方向の位置における光強度を模式的に示している。図示の例では、発光層３４において、光強度のピーク（最大となるピーク）が位置している。
【００４１】
発光層３４は、基体１０側とは反対側の端部（上端部）３５は、第１ファセット面３４ａを有している。ファッセット面とは、ファセット成長によって形成される面のことである。図示の例では、第１ファセット面３４ａは、第２半導体層３６と接している。第１ファセット面３４ａは、発光層３４を構成しているＧａＮ層またはＩｎＧａＮ層の面である。第１ファセット面３４ａは、図２に示すように、基体１０の上面１１、すなわち、積層方向と直交する面に対して、テーパー角θ１で傾いている。テーパー角θ１は、例えば、３０°以上７０°以下である。第１ファセット面３４ａは、例えばｒ面であってもよく、この場合、理想的なテーパー角θ１は、６１°である。なお、図２は、柱状部３０および第２電極５２の拡大図である。
【００４２】
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、ｐ型の半導体層である。第２半導体層３６は、ＩｎＧａＮ層を含んでいてもよい。第２半導体層３６は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層である。半導体層３２，３６は、発光層３４に光を閉じ込める（発光層３４から光が漏れることを抑制する）機能を有するクラッド層である。
【００４３】
第２半導体層３６は、ＩｎＧａＮ層を含む場合、第２半導体層３６の窒化インジウムガリウムの組成をＩｎｘＧａ１−ｘＮとし、発光層３４の窒化インジウムガリウムの組成をＩｎｙＧａ１−ｙＮとしたとき、ｘおよびｙは、下記式（１）および式（２）の関係を満たす。さらに、ｘは、例えば、下記式（３）の関係を満たす。
【００４４】
０＜ｘ＜１  ・・・  （１）
ｘ＜ｙ  ・・・  （２）
ｘ＜０．５  ・・・  （３）
【００４５】
第２半導体層３６は、発光層３４側の（基体１０側の）端部（下端部）３７と、発光層３４側（基体１０側）とは反対側（第２電極５２側）の端部（上端部）３８と、を有している。下端部３７におけるｘ（Ｉｎ組成比ｘ）は、上端部３８におけるＩｎ組成比ｘよりも大きい。下端部３７におけるＩｎ組成比ｘは、例えば、０．０１以下である。第２半導体層３６は、発光層３４側から第２電極５２側に向かうに従って、Ｉｎ組成比ｘが小さくなってもよい。
【００４６】
なお、第２半導体層３６の下端部３７は、発光層３４からの距離が１００ｎｍ以内の部
分である。第２半導体層３６の上端部３８は、第２半導体層３６の発光層３４側とは反対側の面（図示の例では、第２ファセット面３６ａ）からの距離が１００ｎｍ以内の部分である。
【００４７】
また、第２半導体層３６の下端部３７におけるＩｎ組成比ｘが式（１）および式（２）を満たしてれば、第２半導体層３６の下端部３７以外の部分（例えば上端部３８）は、Ｉｎを含んでいなくてもよい。第２半導体層３６は、第２電極５２と界面を形成し第２電極５２とオーミックコンタクトするコンタクト層を有してもよく、この場合、コンタクト層は、Ｉｎを含んでいなくてもよい。
【００４８】
第２半導体層３６の上端部３８は、第２ファセット面３６ａを有している。図示の例では、第２ファセット面３６ａは、第２半導体層３６と接している。第２ファセット面３６ａは、基体１０の上面１１、すなわち、積層方向と直交する面に対して、テーパー角θ２で傾いている。テーパー角θ１およびテーパー角θ２は、θ１≦θ２の関係を満たす。テーパー角θ２は、例えば、３０°以上６０°以下である。第２ファセット面３６ａは、例えばｒ面であってもよく、この場合、理想的なテーパー角θ２は、６１°である。なお、図示はしないが、上端部３８は、第２ファセット面３６ａを有していれば、ファセット面ではない面を有していてもよい。
【００４９】
第２半導体層３６の第２ファセット面３６ａは、柱状部３０の側面（図示の例では、積層方向と直交する方向に延びる法線を有する面）３０ａに接続されている。第２ファセット面３６ａは、第２電極５２に覆われている第１部分３ａと、第２電極５２に覆われていない第２部分３ｂと、を有している。
【００５０】
光伝搬層４０は、隣り合う柱状部３０の間に設けられている。光伝搬層４０は、バッファー層２２上に設けられている。図示の例では、光伝搬層４０は、第２ファセット面３６ａの第２部分３ｂを覆っている。光伝搬層４０の屈折率は、柱状部３０の屈折率よりも低い。具体的には、光伝搬層４０の屈折率は、第１半導体層３２の屈折率、および発光層３４の屈折率、および第２半導体層３６の屈折率よりも低い。光伝搬層４０は、例えば、ＡｌＧａＮ層などである。発光層３４で発生した光は、光伝搬層４０を通って、積層方向と直交する方向（平面方向）に伝搬することができる。
【００５１】
積層体２０において、第２ファセット面３６ａの第２部分３ｂが設けられている部分における平面方向の平均屈折率は、第２ファセット面３６ａがもうけられていない部分（側面３０ａが設けられている部分）における平面方向の平均屈折率よりも低い。
【００５２】
ここで、「平面方向の平均屈折率」とは、積層方向の所定の位置において、積層方向と直交する方向の平均屈折率であり、例えば、積層体２０の柱状部３０が設けられている部分の平面方向の平均屈折率ｎＡＶＥは、下記式（４）として表される。
【００５３】
【数１】
2019040982.tif 000003
【００５４】
ただし、式（４）において、ε１は、柱状部３０の誘電率（すなわち、第１半導体層３２、発光層３４、または第２半導体層３６の誘電率）である。ε２は、光伝搬層４０の誘電率である。φは、積層方向の所定の位置において、平面方向における積層体２０の断面積Ｓと、平面方向における柱状部３０の断面積Ｓ１と、の比Ｓ１／Ｓである。
【００５５】
発光装置１００では、ｐ型の第２半導体層３６、不純物がドーピングされていない発光層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。第１半導体層３２および第２半導体層３６の各々は、発光層３４よりもバンドギャップが大きい層である。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（電流を注入すると）、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において発生した光は、半導体層３２，３６により平面方向に光伝搬層４０を通って伝搬して、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、発光層３４において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（第２電極５２側および基体１０側に）出射する。
【００５６】
なお、図示はしないが、基体１０とバッファー層２２との間、または基体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。
【００５７】
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１電極５０としては、例えば、バッファー層２２側から、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いる。なお、基体１０が導電性の場合には、図示はしないが、第１電極５０は、基体１０の下に設けられていてもよい。
【００５８】
第２電極５２は、積層体２０の基体１０側とは反対側に設けられている。図示の例では、第２電極５２は、第２半導体層３６上および光伝搬層４０上に設けられている。第２電極５２は、第２ファセット面３６ａの第１部分３ａを覆っている。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、第２半導体層３６と電気的に接続されている。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２電極５２としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を用いる。
【００５９】
発光装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６０】
発光装置１００では、発光層３４の上端部３５は、第１ファセット面３４ａを有し、第２半導体層３６の上端部３８は、第２ファセット面３６ａを有し、第１ファセット面３４ａのテーパー角をθ１、第２ファセット面３６ａのテーパー角をθ２としたとき、θ１≦θ２の関係を満たす。そのため、発光装置１００では、θ２が０°の場合（第２半導体層の上面が積層方向と直交する面に対して傾斜していない場合）に比べて、第２ファセット面３６ａが設けられている部分における平面方向の平均屈折率（具体的には、第２ファセット面３６ａの第２部分３ｂが設けられている部分における平面方向の平均屈折率）を低くすることができる。これにより、発光装置１００では、第２ファセット面３６ａが設けられている部分における平面方向の平均屈折率と、発光層３４が設けられている部分における平面方向の平均屈折率と、の差を大きくすることができる。したがって、発光装置１００では、発光層３４で発生した光が第２電極５２側に漏れることを抑制することができ、第２電極５２による光の吸収を低減することができる。
【００６１】
発光装置１００では、第２半導体層３６は、窒化インジウムガリウムを含み、第２半導体層３６の窒化インジウムガリウムの組成をＩｎｘＧａ１−ｘＮとし、発光層３４の窒化
インジウムガリウムの組成をＩｎｙＧａ１−ｙＮとしたとき、０＜ｘ＜１、かつ、ｘ＜ｙの関係を満たしてもよい。そのため、発光装置１００では、発光層３４と第２半導体層３６との格子状数の差を小さくすることができる。これにより、発光装置１００では、発光層３４と第２半導体層３６との格子状数の差によって発光層３４に生じる歪みを緩和することができ、歪みによって発生する結晶欠陥を減少させることができる。したがって、発光装置１００では、非発光再結合サイト（発光層３４において、電子と正孔との再結合が起こっても発光しない部分）の低減や、発光層３４のキャリアリーク（発光層３４からキャリアが漏れること）が回避され、高い発光効率を有することができる。さらに、発光装置１００では、発光層３４の歪みが緩和されることにより、ピエゾ効果が低減され、発光再結合確率（発光層３４において、電子と正孔とが再結合する確率）が向上することにより、高い発光効率を有することができる。
【００６２】
さらに、発光装置１００では、第２半導体層３６のＩｎ組成比ｘは、発光層３４のＩｎ組成比ｙよりも小さいため、第１半導体層３２および第２半導体層３６によって、発光層３４に光（発光層３４で生じた光）を閉じ込めることができる。
【００６３】
発光装置１００では、ｘ＜０．５の関係を満たしてもよい。そのため、発光装置１００では、第２半導体層３６の格子状数を３．３６Åより小さくすることができ、発光層３４と第２半導体層３６との格子状数の差を小さくすることができる。なお、Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｎの格子定数は３．３６Åであり、Ｉｎ０．３Ｇａ０．７Ｎの格子定数は３．３Åであり、ＧａＮの格子定数は３．１８Åである。
【００６４】
発光装置１００では、第２半導体層３６の下端部３７におけるＩｎ組成比ｘは、第２半導体層３６の上端部３８におけるＩｎ組成比ｘよりも大きくてもよい。そのため、発光装置１００では、発光層３４の歪みに影響を与えやすい下端部３７において、第２半導体層３６のＩｎ組成比ｘを大きくすることにより、発光層３４に生じる歪みを緩和することができる。
【００６５】
発光装置１００では、下端部３７におけるＩｎ組成比ｘは、例えば、０．０１以下であってもよい。そのため、発光装置１００では、発光層３４と第２半導体層３６との格子状数の差を小さくすることができる。
【００６６】
発光装置１００では、第２ファセット面３６ａは、第２電極５２で覆われている第１部分３ａと、第２電極５２で覆われていない第２部分３ｂと、を有する。そのため、発光装置１００では、例えば図３に示すように第２電極５２が第２ファセット面３６ａの全面を覆っている場合に比べて、発光層３４で発生した光が第２電極５２側に漏れることを抑制することができ、第２電極５２による光の吸収を低減することができる。さらに、発光装置１００では、例えば図３に示す例に比べて、第２電極５２の影響によって光強度のピークが第２電極５２側にシフトすることを抑制することができる。
【００６７】
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４は、本実施形態に係る発光装置１００の製造方法を説明するためのフローチャートである。図５および図６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。
【００６８】
図５に示すように、ガリウムおよび窒素を供給して、基体１０上に、バッファー層２２を結晶成長させる（ステップＳ１）。本工程では、Ｇａ（ガリウム）の分子線を照射してＧａを供給する。すなわち、バッファー層２２は、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法によって、結晶成長される。本工程におい
て、窒素は、窒素分子として供給されてもよいし、窒素ラジカルとして供給されてもよく、窒素を供給する方法は特に限定されない。この窒素の供給に関する記載は、以下の工程（ステップＳ２〜Ｓ４）において同様である。
【００６９】
次に、バッファー層２２上に、所定形状のマスク層（図示せず）を形成する。マスク層は、例えば、チタン層、酸化チタン層、酸化シリコン層などである。
【００７０】
図６に示すように、マスク層をマスクとして、ガリウムおよび窒素を供給して、基体１０に（基体１０上に）、バッファー層２２を介して、第１半導体層３２を結晶成長させる（ステップＳ２）。本工程では、Ｇａの分子線を照射してＧａを供給する。すなわち、第１半導体層３２は、ＭＢＥ法によって、結晶成長される。
【００７１】
次に、インジウム、ガリウム、および窒素を供給して、第１半導体層３２に（第１半導体層３２上に）、発光層３４を結晶成長させる（ステップＳ３）。本工程では、Ｉｎ（インジウム）の分子線を照射してＩｎを供給し、Ｇａの分子線を照射してＧａを供給する。すなわち、発光層３４は、ＭＢＥ法によって、結晶成長される。本工程において、Ｉｎの照射量は、例えば、０Ｐａより多く１×１０−３Ｐａ以下である。発光層３４の成膜温度（基板温度）は、例えば、５００℃以上７００℃以下である。なお、Ｉｎの照射量は、計測器（フラックスモニター）の圧力（Ｐａ）で定量している。
【００７２】
次に、インジウム、ガリウム、および窒素を供給して、発光層３４に（発光層３４上に）、第２半導体層３６を結晶成長させる（ステップＳ４）。本工程では、Ｉｎの分子線を照射してＩｎを供給し、Ｇａの分子線を照射してＧａを供給する。すなわち、第２半導体層３６は、ＭＢＥ法によって、結晶成長される。本工程において、Ｉｎの照射量は、例えば、１×１０−５Ｐａ以上２．５×１０−４Ｐａ以下であり、好ましくは２．５×１０−４Ｐａである。第２半導体層３６の成膜温度は、発光層３４の成膜温度よりも高い。第２半導体層３６の成膜温度は、は、例えば、６００℃以上９００℃以下である。第２半導体層３６がＩｎの照射下で成膜されることにより、第２半導体層３６の上端部３８は、第２ファセット面３６ａを有し、第２ファセット面３６ａのテーパー角θ２を、第１ファセット面３４ａのテーパー角θ１以下とすることができる。
【００７３】
以上の工程により、基体１０に（基体１０上に）、複数の柱状部３０を形成することができる。
【００７４】
図１に示すように、隣り合う柱状部３０の間に、光伝搬層４０を形成する（ステップＳ５）。光伝搬層４０は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などによって形成される。光伝搬層４０は、第２ファセット面３６ａの一部が露出するように形成される。以上の工程により、積層体２０を形成することができる。
【００７５】
次に、柱状部３０上および光伝搬層４０上に、第２電極５２を形成する（ステップＳ６）。第２電極５２は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法により形成される。
【００７６】
次に、バッファー層２２上に、第１電極５０を形成する（ステップＳ７）。第１電極５０は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法により形成される。なお、第１電極５０の形成する工程と、第２電極５２を形成する工程と、の順番は、限定されない。
【００７７】
以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。
【００７８】
発光装置１００の製造方法では、インジウム、ガリウム、および窒素を供給して、前記
発光層にｐ型の第２半導体層を結晶成長させる工程（ステップＳ４）を有し、第２半導体層３６の成膜温度は、発光層３４の成膜温度よりも高い。そのため、発光装置１００の製造方法では、Ｇａ原子にＩｎ原子が吸着することにより、Ｇａ原子のマイグレーション長（移動距離）が大きくなり、下地の結晶構造を継承しやすくなる。そのため、発光層３４の第１ファセット面３４ａを引き継いで、第２半導体層３６が成長させることができる。そのため、第２ファセット面３６ａのテーパー角θ２を、第１ファセット面３４ａのテーパー角θ１以下とすることができる。したがって、発光装置１００の製造方法では、第２電極５２による光の吸収を低減することができる発光装置１００を製造することができる。
【００７９】
さらに、発光装置１００の製造方法では、ＧａＮ表面にＩｎ原子が吸収することによりＧａ原子の表面マイグレーションが促進され、転位の成長が抑制される（サーファクタント効果（不純物添加による界面効果））。そのため、発光装置１００の製造方法では、第２半導体層３６の結晶品質を向上させることができる。
【００８０】
発光装置１００の製造方法では、第２半導体層３６を結晶成長させる工程（ステップＳ４）において、インジウムの照射量は、１×１０−５Ｐａ以上２．５×１０−４Ｐａ以下である。そのため、発光装置１００の製造方法では、高い発光効率を有する発光装置１００を製造することができる（詳細は、後述する「実験例」参照）。
【００８１】
なお、ＩｎおよびＧａを照射し、窒素を供給して、前記発光層にｐ型の第２半導体層を結晶成長させる工程（ステップＳ４）によって、Ｉｎが取り込まれてｐ型のＩｎＧａＮ層が形成されてもよいし、Ｉｎが取り込まれずｐ型のＧａＮ層が形成されてもよい。
【００８２】
また、上記では、ＭＢＥによって、バッファー層２２、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６を結晶成長される例について説明したが、これに限定されず、バッファー層２２、第１半導体層３２、発光層３４、および第２半導体層３６は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって結晶成長されてもよい。
【００８３】
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について、図面を参照しながら説明する。図７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の変形例に発光装置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。
【００８４】
上述した発光装置１００では、図１に示すように、第１ファセット面３４ａのテーパー角θ１と、第２ファセット面３６ａのテーパー角θ２とは、等しかった。
【００８５】
これに対し、発光装置２００では、図７に示すように、第２ファセット面３６ａのテーパー角θ２は、第１ファセット面３４ａのテーパー角θ１よりも大きい。例えば、第２半導体層３６を結晶成長させる工程において、インジウムの照射量を多くすることにより、テーパー角θ２をテーパー角θ１よりも大きくすることができる。
【００８６】
発光装置２００は、例えば、発光装置１００と同様の効果を有することができる。
【００８７】
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８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。
【００８８】
本発明に係るプロジェクターは、本発明に係る発光装置を有している。以下では、本発明に係る発光装置として発光装置１００を有するプロジェクター９００について説明する。
【００８９】
プロジェクター９００は、筐体（図示せず）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。赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、および青色光源１００Ｂの各々は、例えば、複数の発光装置１００を積層方向と直交する方向にアレイ状に配置させ、複数の発光装置１００において基体１０を共通基板としたものである。光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの各々を構成する発光装置１００の数は、特に限定されない。なお、便宜上、図８では、プロジェクター９００を構成する筐体を省略し、さらに光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを簡略化している。
【００９０】
プロジェクター９００は、さらに、筐体内に備えられているレンズアレイ９０２Ｒ，９０２Ｇ，９０２Ｂ、透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂ、および投射レンズ（投射装置）９０８を有している。
【００９１】
光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光は、各レンズアレイ９０２Ｒ，９０２Ｇ，９０２Ｂに入射する。光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光は、レンズアレイ９０２Ｒ，９０２Ｇ，９０２Ｂによって、集光され、例えば重畳（一部重畳）されることができる。これにより、均一性よく液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂを照射することができる。
【００９２】
各レンズアレイ９０２Ｒ，９０２Ｇ，９０２Ｂによって集光された光は、各液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂに入射する。各液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調する。そして、投射レンズ９０８は、液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂによって形成された像（画像）を拡大してスクリーン（表示面）９１０に投射する。
【００９３】
また、プロジェクター９００は、液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂから出射された光を合成して投射レンズ９０８に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）９０６を、有することができる。
【００９４】
各液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，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。このプリズムは、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十字状に配置されている。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、投射光学系である投射レンズ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。
【００９５】
なお、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを構成する発光装置１００を映像の画素として画像情報に応じて制御する（変調する）ことで、液晶ライトバルブ９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂを用いずに、直接的に映像を形成してもよい。そして、投射レンズ９０８は、光源１００Ｒ，１００Ｇ，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。
【００９６】
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  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）が挙げられる。また、投射光学系の構成は、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。
【００９７】
また、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ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（プロジェクター）の光源装置にも適用することが可能である。
【００９８】
本発明に係る発光装置の用途は、上述した実施形態に限定されず、プロジェクター以外にも、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、光を用いるセンシング機器、通信機器等の光源としても用いることが可能である。
【００９９】
５．  実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
【０１００】
５．１．  試料の作製
５．１．１．  実施例１
実施例１では、ガリウムおよび窒素を供給して、基体（ＧａＮ基板）にｎ型のバッファー層を結晶成長させた。次に、バッファー層上にＴｉ層を形成しＴｉ層をマスクとし、ガリウムおよび窒素を供給して、バッファー層上に第１半導体層を結晶成長させた。次に、インジウム、ガリウム、および窒素を供給して、第１半導体層上に発光層を結晶成長させた。次に、インジウム、ガリウム、および窒素を供給して、発光層上に第２半導体層を結晶成長させた。以上により、第１半導体層、発光層、第２半導体層からなる柱状部を形成した。バッファー層、第１半導体層、発光層、および第２半導体層は、ＭＢＥ法により結晶成長させた。すなわち、バッファー層、第１半導体層、発光層、および第２半導体層を結晶成長させる工程では、Ｇａの分子線を照射してＧａを供給し、Ｉｎの分子線を照射してＩｎを供給した。
【０１０１】
発光層を結晶成長させる際に、照射量２．５×１０−４ＰａのＩｎを照射し、発光層の成膜温度（基板温度）を、５００℃以上７００℃以下とした。また、第２半導体層を結晶成長させる際に、照射量２．５×１０−４ＰａのＩｎを照射し、第２半導体層の成膜温度を、６００℃以上９００℃以下とした。
【０１０２】
５．１．２．  実施例２
実施例２では、第２半導体層を結晶成長させる際に、Ｉｎの照射量１×１０−５Ｐａとしたこと以外は、実施例１と同様に作製した。
【０１０３】
５．１．３．  比較例１
比較例１では、第２半導体層を結晶成長させる際にＩｎを照射させず、ｐ型の第２半導体層を結晶成長させたこと以外は、実施例１と同様に作製した。
【０１０４】
５．２．  ＰＬ測定
実施例１，２および比較例１のフォトルミネッセンス（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＰＬ）測定を行った。ＰＬ測定では、励起光として波長４０５ｎｍの光を照射した。図９は、実施例１，２および比較例１のＰＬ測定の結果を示すグラフである。
【０１０５】
図９に示すように、Ｉｎを照射した実施例１，２は、Ｉｎを照射しなかった比較例１に
比べて、強度が大きかった。これは、Ｉｎを照射することにより、ＧａＮ表面にＩｎ原子が吸収してＧａ原子の表面マイグレーションが促進され、転位の成長が抑制されたことにより、第２半導体層の結晶の品質が向上したためであると考えられる。さらに、第２半導体層を結晶成長させる際に、Ｉｎの照射量１×１０−５Ｐａと以上２．５×１０−４Ｐａ以下とすることにより、発光効率を高くできることがわかった。
【０１０６】
５．３．  ＴＥＭ観察による結晶欠陥の評価
実施例１および比較例１の透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）観察を行い、転位（結晶欠陥）の評価を行った。図１０は、実施例１の第２半導体層近傍のＴＥＭ明視野像である。図１１は、比較例１の第２半導体層近傍のＴＥＭ明視野像である。なお、図１０および図１１において、転位（結晶欠陥）を矢印で示している。
【０１０７】
図１０に示すように、Ｉｎを照射した実施例１では、転位は確認されなかった。一方、図１１に示すように、Ｉｎを照射しなかった比較例１では、転位が確認された。これは、Ｉｎを照射することにより、ＧａＮ表面にＩｎ原子が吸収してＧａ原子の表面マイグレーションが促進され、転位の成長が抑制されたためであると考えられる。
【０１０８】
５．４．  ＴＥＭ観察によるテーパー角の評価
実施例１および比較例１のＴＥＭ暗視野観察を行い、テーパー角の評価を行った。図１２は、実施例１の第２半導体層近傍のＴＥＭ暗視野像である。図１３は、比較例１の第２半導体層近傍のＴＥＭ像である。なお、図１２は、図１０に示したＴＥＭ像とは異なる位置の像である。同様に、図１３は、図１１に示したＴＥＭ像とは異なる位置の像である。
【０１０９】
図１２に示すように、発光層のファセット面のテーパー角θ１と、第２半導体層のファセット面のテーパー角θ２とは、等しかった。これは、Ｉｎの照射によってＧａ原子にＩｎ原子が吸着することにより、Ｇａ原子のマイグレーション長（移動距離）が大きくなり、下地の結晶構造を継承しやすくなる。一方、図１３に示すように、第２半導体層にファセット面は、確認されなかった。本評価により、Ｉｎを照射して、ｐ型の第２半導体層を結晶成長させることにより、テーパー角θ１とテーパー角θ２とを等しくできることがわかった。
【０１１０】
本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。
【０１１１】
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。
【符号の説明】
【０１１２】
３ａ…第１部分、３ｂ…第２部分、１０…基体、１１…上面、２０…積層体、２２…バッファー層、３０…柱状部、３０ａ…側面、３２…第１半導体層、３４…発光層、３４ａ…第１ファセット面、３５…上端部、３６…第２半導体層、３６ａ…第２ファセット面、３７…下端部、３８…上端部、４０…光伝搬層、５０…第１電極、５２…第２電極、１００…発光装置、１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ…光源、２００…発光装置、９００…プロジェクター、９０２Ｒ，９０２Ｇ，９０２Ｂ…レンズアレイ、９０４Ｒ，９０４Ｇ，９０４Ｂ…液晶ライトバルブ、９０６…クロスダイクロイックプリズム、９０８…投射レンズ、
９１０…スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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