JP2008034483A - 化合物半導体素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光ダイオードを形成するナノコラム6において、その作成後、フォトルミネッセンス法などで実際の発光波長を測定し、所望とする波長からずれていれば、該ナノコラム6を熱酸化し、表面に径調整層10を形成する。したがって、径調整層10の部分は発光動作に寄与せず、実質的にナノコラム6の外径が細くなった場合と同様の動作を行うことになり、従来では全く不可能であった形成後の外径の微調整を、容易かつ高精度に行うことができ、発光波長を調整することができる。また、径調整層10はナノコラム6の表面を保護するので、SOGの埋め込みによる表面保護の場合に問題になる埋め込みの均一性は一切問題にならず、制御性、再現性に優れた表面保護を実現することもできる。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の一形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの製造工程の前半を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、ナノコラムの形成にあたっては、フォトリソグラフィが用いられるが、その形成方法は本方法に限定されるものではなく、たとえば電子ビーム露光などの方法を用いても良いことは言うまでもない。また、本実施の形態および後述する他の実施の形態では、ナノコラムの成長は、有機金属気相成長(MOCVD)によって行うことを前提としているが、ナノコラムの成長方法はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)やハイドライド気相成長(HVPE)等の装置を用いてもナノコラムが作製可能であることは公知である。以下、特に断らない限り、MOCVD装置を用いるものとする。
図6は、本発明の実施の他の形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの製造工程の前半を模式的に示す断面図である。後半は、前記図3の工程を同様に採用することができる。注目すべきは、本実施の形態では、前記のようにシリコンから成る基板1の温度を700℃に保持し、AlとNラジカルの分子線源よりAlとNラジカルを約5分間該基板1に照射することによって、図6(a)で示すように、種結晶膜となる窒化アルミニウム(AlN)薄膜13が10nm結晶成長されることである。続いて、通常のリソグラフィ技術にエッチング技術を用いて、図6(b)で示すように、前記AlN薄膜13を、直径100nmの柱径で、かつコラム中心間距離が230nmで、たとえば前記図2で示すような2次元フォトニック結晶パターンを有するAlN結晶薄膜パターン14に形成する。
図7は、本発明の実施のさらに他の形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの製造工程の後半を模式的に示す図である。前半は、前記図1や図6の工程を同様に採用することができる。注目すべきは、本実施の形態では、前記のように基板1上にナノコラム6,16が形成された後、該ナノコラム6,16および基板1が電解溶液21に浸漬され、該ナノコラム6,16に正の電極22を、前記電界溶液21に負の電極23をそれぞれ接続することによる電解溶液21中の電気化学反応とともに、紫外線ランプ24からの紫外線照射による光化学反応も併用して、光電気化学反応によって前記径調整層10を形成することである。
図8は、本発明の実施の他の形態に係る化合物半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、前述の図1で示す実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、該化合物半導体素子は発光素子ではなく、ナノコラム6’には発光層6bが形成されていない。このような化合物半導体素子は、非特許文献("GaN-based anion selective sensor:Probing the origin of the induced electrochemical potential",Nikos A Chaniotakls, Appl. Phys. Lett. 86, 164103(2005))や非特許文献("GaN resistive hydrogen gas sensors ",Feng Yun, Appl. Phys. Lett. 87, 073507(2005))などで示されるように、センサなどに使用することができる。
3 Ni薄膜
4 Ni薄膜パターン
5,15 GaN単結晶
6,6’,16 ナノコラム
7 p型GaNコンタクト層
8 p型電極
9 n型電極
10 径調整層
13 窒化アルミニウム薄膜
14 AlN結晶薄膜パターン
21 電解溶液
22 正の電極
23 負の電極
24 紫外線ランプ
25 ビーカー
Claims (8)
- 基板上にナノスケールの柱状結晶構造体を有する化合物半導体素子において、
前記柱状結晶構造体の表面に、該表面が酸化されて成る径調整層を有することを特徴とする化合物半導体素子。 - 化合物半導体発光素子であり、前記柱状結晶構造体は、基板上でパターニングされたカタリスト材料層に取込まれた半導体材料が、該カタリスト材料層と基板側との界面で結合・成長して成り、その配置および柱径が2次元フォトニック結晶構造に制御されていることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体素子。
- 前記請求項1または2記載の化合物半導体素子を用いることを特徴とする照明装置。
- 基板上にナノスケールの柱状結晶構造体を有する化合物半導体素子の製造方法において、
前記柱状結晶構造体を成長させた後、酸素雰囲気でアニールすることで、前記柱状結晶構造体の表面に熱酸化膜から成る径調整層を形成する工程を含むことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。 - 基板上にナノスケールの柱状結晶構造体を有する化合物半導体素子の製造方法において、
前記柱状結晶構造体を成長させた後、前記柱状結晶構造体を電解溶液に浸漬し、前記柱状結晶構造体に正の電極を、前記電界溶液に負の電極をそれぞれ接続することで、溶液中の電気化学反応によって前記柱状結晶構造体の表面に酸化膜から成る径調整層を形成する工程を含むことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。 - 紫外線照射による光化学反応を併用した光電気化学反応を用いることを特徴とする請求項5記載の化合物半導体素子の製造方法。
- 前記化合物半導体素子が発光素子である場合、発光波長を測定する工程をさらに有し、
その測定によって得られた波長から、所望とする波長となるように、必要に応じて前記径調整層を形成する工程を再び行い、該径調整層の厚みを調整することを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の化合物半導体素子の製造方法。 - 前記柱状結晶構造体を成長させる工程は、
前記基板上に、化合物半導体材料に対するカタリスト材料層を成膜する工程と、
前記カタリスト材料層を、前記柱状結晶構造体を成長させるべき配置位置で、成長させるべき柱径に対応した形状にパターニングする工程と、
前記カタリスト材料層から前記化合物半導体材料を取込ませ、該カタリスト材料層内で結合させて前記基板上に結晶成長させる工程とを含むことを特徴とする請求項4〜7のいずれか1項に記載の化合物半導体素子の製造方法。
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