具体实施方式

以下，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细地说明。另外，以下说明的实施方式并非不当地限定权利要求书所记载的本发明的内容。并且，以下说明的结构并非全部都是本发明所必需的构成要件。

1.第1实施方式

1.1.发光装置

首先，参照附图对第1实施方式的发光装置进行说明。图1是示意性地示出第1实施方式的发光装置100的剖视图。图2是示意性地示出第1实施方式的发光装置100的俯视图。另外，图1是沿图2的I-I线的剖视图。

发光装置100具有基体10、层叠体20、第1电极50和第2电极52。

基体10例如具有板状的形状。基体10例如是Si基板、GaN基板、蓝宝石基板等。

层叠体20设置在基体10上。层叠体20具有缓冲层22和多个柱状部30。

另外，在本说明书中，当在层叠体20的层叠方向(以下也简称为“层叠方向”)上，以发光层34为基准时，将从发光层34朝向第2半导体层36的方向设为“上”，将从发光层34朝向第1半导体层32的方向设为“下”进行说明。另外，“层叠体的层叠方向”是指第1半导体层32和发光层34的层叠方向。

缓冲层22设置在基体10上。缓冲层22例如是掺杂有Si的n型的GaN层。

柱状部30设置在缓冲层22上。柱状部30具有从缓冲层22向上方突出的柱状形状。柱状部30例如也称为纳米柱、纳米线、纳米棒、纳米支柱。柱状部30在与层叠方向垂直的方向上的截面形状例如为多边形、圆等。

柱状部30的直径例如为50nm以上且250nm以下。通过使柱状部30的直径为250nm以下，能够得到高品质的结晶的发光层34，并且能够降低发光层34内的变形。由此，能够高效率地放大在发光层34中产生的光。多个柱状部30的直径例如彼此相等。

另外，关于“柱状部的直径”，在柱状部30的平面形状为圆的情况下是直径，在柱状部30的平面形状不是圆的形状的情况下是最小包含圆的直径。例如，柱状部30的直径在柱状部30的平面形状为多边形的情况下是在内部包含该多边形的最小的圆的直径，在柱状部30的平面形状为椭圆的情况下是在内部包含该椭圆的最小的圆的直径。

柱状部30设置有多个。相邻的柱状部30的间隔例如为1nm以上且250nm以下。多个柱状部30在从层叠方向观察的俯视图中(以下，也简称为“在俯视图中”)在第1方向上以第1间距P1排列。第1方向是柱状部30以最短间距排列的方向。多个柱状部30例如配置成三角格子状、四角格子状等。多个柱状部30能够表现出光子晶体的效果。

另外，“柱状部的间距”是指沿着第1方向相邻的柱状部30的中心间的距离。关于“柱状部的中心”，在柱状部30的平面形状为圆的情况下，是该圆的中心，在柱状部30的平面形状不是圆的形状的情况下，是最小包含圆的中心。例如，在柱状部30的平面形状为多边形的情况下，柱状部30的中心是在内部包含该多边形的最小的圆的中心，在柱状部30的平面形状为椭圆的情况下，柱状部30的中心是在内部包含该椭圆的最小的圆的中心。

柱状部30具有第1半导体层32、发光层34和第2半导体层36。

第1半导体层32设置在缓冲层22上。第1半导体层32设置在基体10和发光层34之间。第1半导体层32是n型的半导体层。第1半导体层32例如是掺杂有Si的n型的GaN层。

发光层34设置在第1半导体层32上。发光层34设置在第1半导体层32和第2半导体层36之间。发光层34通过被注入电流而产生光。发光层34例如具有重叠了量子阱结构的多重量子阱结构，该量子阱结构由未掺杂杂质的i型的GaN层和i型的InGaN层构成。

第2半导体层36设置在发光层34上。第2半导体层36设置在发光层34和第3半导体层38之间。第2半导体层36是导电类型与第1半导体层32不同的层。第2半导体层36是p型的半导体层。第2半导体层36例如是掺杂有Mg的p型的GaN层。第1半导体层32以及第2半导体层36是具有将光封闭于发光层34的功能的覆盖层。

相邻的柱状部30之间例如是空隙。另外，也可以在相邻的柱状部30之间设置光传播层。光传播层例如是氧化硅层、氧化铝层、氧化钛层等。在发光层34中产生的光能够通过光传播层在与层叠方向垂直的方向上在多个柱状部30中传播。

层叠体20还具有第3半导体层38。第3半导体层38设置在第2半导体层36上。第3半导体层38连接在第2半导体层36的与基体10相反的一侧。第3半导体层38是与第2半导体层36相同导电类型的层。第3半导体层38是p型的半导体层。第3半导体层38例如是掺杂有Mg的p型的GaN层。第3半导体层38例如是接触层，第2电极52与第3半导体层38接触。另外，第3半导体层38的材质也可以与第2半导体层36的材质相同。

第3半导体层38是跨越多个柱状部30而设置的一个层。即，第3半导体层38不构成柱状部30。

图3是示意性地示出发光装置100的第3半导体层38的剖视图。另外，在图3中，还图示了表示第3半导体层38在层叠方向上的平均折射率的分布的曲线图。平均折射率是第3半导体层38的面内方向的折射率的平均。

第3半导体层38具有基体10侧的第1面38a和与第1面38a相反的一侧的第2面38b。第3半导体层38的第2面38b是平坦的面。在第3半导体层38上设置有多个凹部40。

如图2所示，凹部40的平面形状为圆。即，凹部40的开口41的形状为圆。另外，凹部40的平面形状没有特别限定，也可以是多边形或椭圆等。凹部40的平面形状是从层叠方向观察凹部40的形状。

如图3所示，凹部40的底42的直径B比凹部40的开口41的直径T小。凹部40的直径T是第2面38b中的凹部40的直径。凹部40的直径T例如为5nm以上且100nm以下。凹部40的直径随着从开口41朝向底42而变小。凹部40的形状例如为圆锥台、棱锥台。凹部40的直径T例如比柱状部30的直径小。

另外，关于“凹部的直径”，在凹部40的平面形状为圆的情况下是直径，在凹部40的平面形状不是圆的形状的情况下是最小包含圆的直径。例如，凹部的直径在凹部40的平面形状为多边形的情况下是在内部包含该多边形的最小的圆的直径，在凹部40的平面形状为椭圆的情况下是在内部包含该椭圆的最小的圆的直径。

如图1所示，凹部40在第2方向上以第2间距P2配置。第2方向是凹部40以最短间距排列的方向。第2间距P2小于第1间距P1。相邻的凹部40的间隔例如为5nm以上且500nm以下。多个凹部40例如配置成三角格子状、四角格子状等。

“凹部的间距”是指沿着第2方向相邻的凹部40的中心间的距离。关于“凹部的中心”，在凹部40的平面形状为圆的情况下是该圆的中心，在凹部40的平面形状不是圆的形状的情况下是最小包含圆的中心。例如，凹部40的中心在凹部40的平面形状为多边形的情况下是在内部包含该多边形的最小的圆的中心，在凹部40的平面形状为椭圆的情况下是在内部包含该椭圆的最小的圆的中心。

另外，凹部40也可以随机地设置在第3半导体层38中。由此，能够防止凹部40表现出光子晶体的效果。

凹部40的深度例如比第3半导体层38的厚度小。凹部40的深度是凹部40在层叠方向上的大小，是开口41与底42之间的距离。凹部40的深度也可以是凹部40的直径T的5倍以上。

凹部40的内部例如是空隙。另外，凹部40的内部也可以是由折射率比第3半导体层38低的低折射率材料构成的低折射率部。

第1电极50设置在缓冲层22上。缓冲层22也可以与第1电极50进行欧姆接触。第1电极50与第1半导体层32电连接。在图示的例子中，第1电极50经由缓冲层22与第1半导体层32电连接。第1电极50是用于向发光层34注入电流的一个电极。作为第1电极50，例如使用从缓冲层22侧起按Cr层、Ni层、Au层的顺序层叠而成的电极等。

第2电极52设置在层叠体20的与基体10侧相反的一侧。在图示的例子中，第2电极52设置在第3半导体层38的第2面38b。在第2电极52上，在从层叠方向观察时与凹部40重叠的位置设置有贯通孔53。即，凹部40的开口41未被第2电极52堵住。第2电极52不设置在凹部40的内部。第2电极52不设置在规定凹部40的第3半导体层38的面上。

第2电极52与第3半导体层38电连接。第2电极52经由第3半导体层38与第2半导体层36电连接。第2电极52是用于向发光层34注入电流的另一个电极。作为第2电极52，例如使用ITO(indium tin oxide：铟锡氧化物)等。第2电极52的膜厚例如为100nm以上且300nm以下。

另外，虽然未图示，但也可以在第3半导体层38与第2电极52之间设置用于降低接触电阻的金属膜。

在发光装置100中，由p型的第2半导体层36、发光层34以及n型的第1半导体层32构成pin二极管。在发光装置100中，当在第1电极50和第2电极52之间施加pin二极管的正向偏置电压时，向发光层34注入电流，在发光层34中引起电子和空穴的复合。通过该复合而产生发光。在发光层34中产生的光通过第1半导体层32和第2半导体层36而在与层叠方向垂直的方向上传播，通过基于多个柱状部30的光子晶体的效果形成驻波，在发光层34中受到增益而进行激光振荡。然后，发光装置100将+1级衍射光和-1级衍射光作为激光，向层叠方向射出。

在此，在发光装置100中，在第3半导体层38上设置有凹部40。因此，在发光装置100中，能够降低由第2电极52引起的光的损失。进而，在发光装置100中，凹部40的底42的直径B比凹部40在第2面38b上的直径T小。因此，在发光装置100中，能够提高光取出效率。以下，对其理由进行说明。

图4是示意性地示出第1参考例的发光装置的第3半导体层38的剖视图。另外，图4与图3对应，在图4所示的第1参考例中，在第3半导体层38上未设置凹部40这点与图3所示的例子不同。

在发光装置100中，如图3所示，通过在第3半导体层38上设置凹部40，与在图4所示的第3半导体层38上未设置凹部40的情况相比，能够降低第3半导体层38的第2电极52附近的平均折射率。因此，在发光装置100中，能够提高将光封闭在发光层34附近的效果，能够减少在发光层34中产生的光向第2电极52侧的泄漏。因此，在发光装置100中，能够降低第2电极52对光的吸收，能够降低由第2电极52导致的光的损失。其结果，在发光装置100中，如图1所示，能够使光强度的峰值位于发光层34。

图5是示意性地示出第2参考例的发光装置的第3半导体层38的剖视图。另外，图5与图3对应，在图5所示的第2参考例中，凹部40的底42的直径B与凹部40在第2面38b上的直径T相等，这点与图3所示的例子不同。

如图5所示，在凹部40的底42处的直径B与凹部40的第2面38b处的直径T相等的情况下，即，在从开口41到底42的范围内凹部40的直径恒定的情况下，在第3半导体层38中，设置有凹部40的区域2与未设置有凹部40的区域4的边界处的平均折射率的变化大。因此，在该边界的反射率变高，在发光层34产生且向层叠方向射出的光的取出效率降低。

与此相对，在发光装置100中，如图3所示，凹部40的底42的直径B比凹部40的第2面38b处的直径T小。因此，在发光装置100中，与图5所示的凹部40的底42处的直径B和凹部40的第2面38b处的直径T相等的情况相比，能够减小设置有凹部40的区域2与未设置有凹部40的区域4的边界处的平均折射率的变化。

具体而言，在发光装置100中，如图3所示，凹部40的直径随着从开口41朝向底42而变小。因此，随着从开口41朝向底部42，平均折射率逐渐变大。因此，设置有凹部40的区域2与未设置凹部40的区域4的边界处的平均折射率的变化小。

这样，在发光装置100中，由于能够减小设置有凹部40的区域2与未设置凹部40的区域4的边界处的平均折射率的变化，因此能够降低第3半导体层38对在发光层34中产生并向层叠方向射出的光的反射率。因此，在发光装置100中，能够将在发光层34中产生的光高效地向层叠方向射出。

进而，在发光装置100中，凹部40的直径随着从开口41朝向底42而变小，因此平均折射率随着从开口41朝向底42而逐渐变大。由此，能够降低第3半导体层38对在发光层34中产生且向层叠方向射出的光的反射率。即，在第3半导体层38中，通过设置凹部40，能够实现通过使折射率连续变化来降低反射率的蛾眼结构。因此，在发光装置100中，能够将在发光层34中产生的光高效地向层叠方向射出。

另外，在上述内容中，对InGaN系的发光层34进行了说明，但作为发光层34，可以根据射出的光的波长，使用通过注入电流而能够发光的各种材料系。例如，可以使用AlGaN系、AlGaAs系、InGaAs系、InGaAsP系、InP系、GaP系、AlGaP系等的半导体材料。

1.2.效果

在发光装置100中，在第3半导体层38设置凹部40，凹部40的底42处的直径B比凹部40的开口41处的直径T小。因此，在发光装置100中，如上所述，能够降低由第2电极52引起的光的损失，并且能够提高光的取出效率。

在发光装置100中，从层叠方向观察时，在第2电极52的与凹部40重叠的位置设置有贯通第2电极52的贯通孔53。因此，在发光装置100中，与在第2电极52上未设置贯通孔53的情况相比，能够提高光的取出效率。

在发光装置100中，多个柱状部30在第1方向上以第1间距P1排列，多个凹部40在第2方向上以第2间距P2排列，第2间距P2比第1间距P1小。由此，能够降低多个凹部40对由多个柱状部30表现出的光子晶体的效果带来的影响。例如，在第1间距P1和第2间距P2相等的情况下，多个凹部40对由多个柱状部30表现出的光子晶体的效果带来的影响变大。

在发光装置100中，凹部40的开口41处的直径T比柱状部30的直径小。由此，能够降低多个凹部40对由多个柱状部30表现出的光子晶体的效果带来的影响。例如，在直径T与柱状部30的直径相等的情况下，多个凹部40对由多个柱状部30表现出的光子晶体的效果带来的影响变大。

在发光装置100中，凹部40的直径随着从开口41朝向底42而变小。由此，如上所述，能够使平均折射率从凹部40的开口41到凹部40的底42逐渐变化，因此能够降低第3半导体层38的反射率，能够进一步提高光的取出效率。

1.3.制造方法

接着，参照附图对第1实施方式的发光装置100的制造方法进行说明。图6是示意性地示出第1实施方式的发光装置100的制造工序的剖视图。

如图6所示，使缓冲层22在基体10上外延生长。作为外延生长的方法，例如可列举出MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：金属有机气相沉积)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy：分子束外延)法等。

接着，在缓冲层22上形成掩模层，将该掩模层作为掩模，使第1半导体层32、发光层34和第2半导体层36在缓冲层22上外延生长。作为外延生长的方法，例如可以举出MOCVD法、MBE法等。由此，形成柱状部30。

接着，使第3半导体层38在柱状部30上外延生长。此时，以成为跨越在多个柱状部30上的层的方式形成第3半导体层38。

另外，例如，也可以使第2半导体层36和第3半导体层38连续外延生长。在这种情况下，也可以是，通过调整生长温度，随着第2半导体层36生长，相邻的柱状部30之间的距离变小，最终相邻的柱状部30连接起来，由此形成第3半导体层38。

接着，如图1所示，在缓冲层22上形成第1电极50，在第3半导体层38上形成第2电极52。第1电极50和第2电极52例如通过真空蒸镀法等形成。另外，第1电极50和第2电极52的形成顺序没有特别限定。

接着，在第2电极52上形成掩模层，将该掩模层作为掩模对第2电极52和第3半导体层38进行蚀刻，在第2电极52上形成贯通孔53，在第3半导体层38上形成凹部40。此时，设为使凹部40的直径随着从开口41朝向底42而变小的蚀刻条件。第2电极52和第3半导体层38的蚀刻例如通过干蚀刻来进行。

通过以上工序，能够制造发光装置100。

2.第2实施方式

接着，参照附图对第2实施方式的发光装置进行说明。图7是示意性地示出第2实施方式的发光装置200的剖视图。图8是示意性地示出发光装置200的第3半导体层38的剖视图。另外，在图8中，还图示了表示层叠方向上的第3半导体层38的平均折射率的分布的曲线图。

以下，在第2实施方式的发光装置200中，对具有与上述第1实施方式的发光装置100的结构部件相同的功能的部件标注相同的标号，并省略其详细说明。

在发光装置200中，如图7以及图8所示，凹部40的形状为圆锥，凹部40的底42成为圆锥的顶点。因此，如图8所示，能够进一步减小设置有凹部40的区域2与未设置有凹部40的区域4的边界处的平均折射率的变化。因此，在发光装置200中，与发光装置100相比，能够进一步提高光的取出效率。

另外，在上述内容中，对凹部40的形状为圆锥的情况进行了说明，但也可以是，凹部40的形状为棱锥，凹部40的底42为棱锥的顶点。在该情况下，也能够起到与凹部40的形状为圆锥的情况相同的作用效果。

3.第3实施方式

接着，参照附图对第3实施方式的投影仪进行说明。图9是示意性地示出第3实施方式的投影仪900的图。

投影仪900例如具有发光装置100来作为光源。

投影仪900具有未图示的壳体及配置在壳体内的分别射出红色光、绿色光、蓝色光的红色光源100R、绿色光源100G、蓝色光源100B。另外，为了方便，在图9中，简化了红色光源100R、绿色光源100G以及蓝色光源100B。

投影仪900还具有设置在壳体内的第1光学元件902R、第2光学元件902G、第3光学元件902B、第1光调制装置904R、第2光调制装置904G、第3光调制装置904B、投射装置908。第1光调制装置904R、第2光调制装置904G以及第3光调制装置904B例如是透过型的液晶光阀。投射装置908例如是投射镜头。

从红色光源100R射出的光入射到第1光学元件902R。从红色光源100R射出的光被第1光学元件902R会聚。另外，第1光学元件902R也可以具有聚光以外的功能。对于后述的第2光学元件902G以及第3光学元件902B也同样。

由第1光学元件902R会聚的光入射到第1光调制装置904R。第1光调制装置904R根据图像信息来调制入射的光。然后，投射装置908将由第1光调制装置904R形成的像放大并投射到屏幕910上。

从绿色光源100G射出的光入射到第2光学元件902G。从绿色光源100G射出的光被第2光学元件902G会聚。

由第2光学元件902G会聚的光入射到第2光调制装置904G。第2光调制装置904G根据图像信息来调制入射的光。然后，投射装置908将由第2光调制装置904G形成的像放大并投射到屏幕910上。

从蓝色光源100B射出的光入射到第3光学元件902B。从蓝色光源100B射出的光被第3光学元件902B会聚。

由第3光学元件902B会聚的光入射到第3光调制装置904B。第3光调制装置904B根据图像信息来调制入射的光。然后，投射装置908将由第3光调制装置904B形成的像放大并投射到屏幕910上。

并且，投影仪900可以具有十字分色棱镜906，该十字分色棱镜906对从第1光调制装置904R、第2光调制装置904G以及第3光调制装置904B射出的光进行合成并引导至投射装置908。

被第1光调制装置904R、第2光调制装置904G以及第3光调制装置904B调制后的3个色光入射到十字分色棱镜906。十字分色棱镜906是将4个直角棱镜贴合起来而形成的，在其内表面配置有对红色光进行反射的电介质多层膜和对蓝色光进行反射的电介质多层膜。通过这些电介质多层膜使3个色光合成而形成表示彩色图像的光。然后，合成的光被投射装置908投射到屏幕910上，显示被放大的图像。

另外，关于红色光源100R、绿色光源100G以及蓝色光源100B，也可以将发光装置100作为影像的像素而根据图像信息进行控制，从而直接形成影像，从而不使用第1光调制装置904R、第2光调制装置904G以及第3光调制装置904B。然后，投射装置908将由红色光源100R、绿色光源100G以及蓝色光源100B形成的影像放大并投射到屏幕910上。

并且，在上述例子中，使用了透过型的液晶光阀作为光调制装置，但可以使用液晶以外的光阀，也可以使用反射型的光阀。作为这样的光阀，例如列举出反射型的液晶光阀、数字微镜器件(Digital Micro Mirror Device)。并且，投射装置的结构可根据使用的光阀的种类来适当变更。

并且，可以将光源应用在扫描型的图像显示装置的光源装置中，该扫描型的图像显示装置具有通过使来自光源的光在屏幕上扫描而使显示面显示期望大小的图像的、作为图像形成装置的扫描单元。

上述实施方式的发光装置也可以使用在投影仪以外的用途。在投影仪以外的用途中，例如存在室内外的照明、显示器的背光灯、激光打印机、扫描仪、车载用灯、使用光的传感器设备、通信设备等的光源。

本发明可以在具有本申请记载的特征或效果的范围内省略一部分结构，或者对各实施方式、变形例进行组合。

本发明不限于上述的实施方式，还可进行各种变形。例如，本发明包括与在实施方式中说明的结构实质上相同的结构。实质上相同的结构是指例如功能、方法和结果相同的结构、或者目的和效果相同的结构。此外，本发明包括将实施方式中说明的结构的非本质的部分进行置换而成的结构。此外，本发明包括起到与实施方式中说明的结构相同的作用效果的结构或者能够达成相同目的的结构。此外，本发明包括在实施方式中说明的结构中附加公知技术而成的结构。