JP2009076896A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】貫通転移などの欠陥が少ない柱状構造体を用いて、放熱特性を改善できる半導体発光素子を提供する。
【解決手段】半導体発光素子１００は、基板１と、基板１側から第１導電型の半導体領域１１、半導体発光領域１２、第２導電型の半導体領域１３をこの順に含み、基板１の主面上に立設している複数の柱状構造体２０と、少なくとも半導体発光領域１２の側面１２Ｓを覆い、酸化シリコンよりも大きな熱伝導率を有している被覆材料からなる被覆膜５と、複数の柱状構造体２０の第１導電型の半導体領域１１と電気的に接続された第１電極４と、複数の柱状構造体２０の第２導電型の半導体領域１３と電気的に接続された第２電極３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子に係り、詳しくは、半導体発光領域を有している複数の柱状構造体を用いた半導体発光素子の改良に関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料は、紫外域から可視域に亘る幅広い範囲で発光可能な半導体材料として、様々な分野への応用が期待されている。一般に、サファイア基板上にＧａＮ層を結晶成長させる手法が用いられるが、サファイア基板とＧａＮとの間には大きな格子不整合が存在する。これにより、ＧａＮ層に貫通転移などの欠陥が発生するという問題が発生する。

このような貫通転移の発生に対処する手法として、窒化物半導体からなるナノサイズの柱状結晶構造体（以下、必要に応じて「ナノワイヤ」という）の開発が有望視されている。このようなナノワイヤには、貫通転移などの欠陥が極めて少ないことに加えて、シリコン（Ｓｉ）基板上にも結晶成長が可能という上述の一般的な手法によるＧａＮ層に比較した有利な特徴がある。

図９は、窒化物半導体ナノワイヤを用いた従来の発光ダイオード（Light Emitting Diode；以下、必要に応じて「ナノワイヤＬＥＤ」と略す）の構造例を示した断面図である（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

図９のナノワイヤＬＥＤ３００によれば、ｎ型Ｓｉ基板６１の主面上に、ｎ型ＧａＮ領域５１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸５２、および、ｐ型ＧａＮ領域５３からなる窒化物半導体ナノワイヤ５０が複数個配置されている。窒化物半導体ナノワイヤ５０のそれぞれの周辺には、透明なＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）材料やＳｉＯ₂などのシリコン酸
化膜６２が埋め込まれ、ｐ型ＧａＮ領域５３の先端部が、ｐ型電極６３により共通に接続されている。ｎ型Ｓｉ基板５１の裏面には、ｎ型電極６４が形成されている。
特開２００５−２２８９３６号公報 特開２００７−２７２９８号公報

しかし、従来のナノワイヤＬＥＤ３００では、例えば、ナノワイヤＬＥＤ３００の高出力化を考慮すると、以下の不都合が生じる。

ナノワイヤＬＥＤ３００においては、窒化物半導体ナノワイヤ５０の周囲が酸化シリコンを主とする熱伝導性に劣るシリコン酸化膜６２によって覆われているので、ナノワイヤＬＥＤ３００の放熱性が極めて悪い。この場合は、ナノワイヤＬＥＤ３００の高出力化に重大な支障をきたす。

また、ナノワイヤＬＥＤ３００の上面５０Ｕに配されたｐ型電極６３が光を吸収あるいは反射すると、ナノワイヤＬＥＤ３００内部に熱を蓄えてしまう。この場合、上述のナノワイヤＬＥＤ３００の熱問題はより顕著になる。

また、従来のナノワイヤＬＥＤ３００では、発光効率の観点、および、上面５０Ｕからの光取り出し効率の観点において未だ改善の余地がある。

例えば、窒化物半導体ナノワイヤ５０の表面を適切に被覆しないと、その表面にダングリングボンドなどの欠陥が発生する。ダングリングボンドは、バンドギャップ内に再結合準位（表面準位）を発生させ、電子あるいは正孔の捕獲中心となる。これにより、ナノワイヤＬＥＤ３００は発光効率の低下を招く。なお、ダングリングボンドにおける光吸収が、ナノワイヤＬＥＤ３００の光損傷をもたらす場合もある。

一方、上述の如く、ナノワイヤＬＥＤ３００の上面５０Ｕに配された電極が光を吸収あるいは反射すると、ナノワイヤＬＥＤ３００の上面５０Ｕからの光取り出し効率が低下する。ＬＥＤの電極として通用されている極薄膜のＮｉ／Ａｕ電極の光透過率は４０〜５０％程度であり、ＩＴＯ電極などの透明電極の光透過率は６０〜８０％程度である。よって、窒化物半導体ナノワイヤ５０の上面５０Ｕに電極を配するという特異な構造を採用する限りは、これらの電極の光透過率の多少に、ナノワイヤＬＥＤ３００の上面５０Ｕからの光取り出し効率の最大値は律則されてしまう。

また、従来のナノワイヤＬＥＤ３００では、電極との間のコンタクト抵抗についても、以下の不都合がある。

例えば、上述の特異な構造においては、ｐ型電極６３とｐ型ＧａＮ領域５３との間のコンタクト面積は、窒化物半導体ナノワイヤ５０の断面積に制約される。つまり、従来のナノワイヤＬＥＤ３００では、窒化物半導体のｐ型電極との間のコンタクト抵抗が高めであるにも拘らず、このコンタクト面積を充分に確保できない。また、個々の窒化物半導体ナノワイヤ５０の直径や長さのばらつきにより、ｐ型電極６３とｐ型ＧａＮ領域５３との間のコンタクト面積が変動する場合もある。そして、このことが、ナノワイヤＬＥＤ３００の発光特性のばらつきを与える一要因となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、貫通転移などの欠陥が少ない柱状構造体を用いて、放熱特性を改善できる半導体発光素子を提供することを目的とする。

また、本発明は、上述の柱状構造体を用いて、発光効率および上面からの光取り出し効率を向上できる半導体発光素子を提供することも目的とする。

また、本発明は、上述の柱状構造体を用いて、電極とのコンタクト特性を改善できる半導体発光素子を提供することも目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、基板と、基板側から第１導電型の半導体領域と、半導体発光領域と、第２導電型の半導体領域とをこの順に含み、前記基板の主面上に立設している複数の柱状構造体と、少なくとも前記半導体発光領域の側面を覆い、酸化シリコンよりも大きな熱伝導率を有している被覆材料からなる被覆膜と、前記複数の柱状構造体の前記第１導電型の半導体領域と電気的に接続された第１電極と、前記複数の柱状構造体の前記第２導電型の半導体領域と電気的に接続された第２電極と、を備えた半導体発光素子を提供する。

上述の被覆材料は、酸化シリコンよりも大きな熱伝導率を有しているので、被覆膜は、熱伝導層として機能でき、半導体発光領域の内部で発生した熱を、被覆膜を通して基板側に効率的に逃がすことができる。

よって、本発明の半導体発光素子では、半導体発光素子に伴う様々な熱問題に適切に対処でき、例えば、半導体発光素子の高出力化が容易になる。

ここで、前記被覆材料の一例として、アルミニウムナイトライド、アルミニウムガリウムナイトライド、および、アルミオキサイドのうちの何れかを用いることができる。

アルミニウムナイトライドおよびアルミニウムガリウムナイトライドは、酸化シリコンよりも２桁程度も熱伝導率が高く、熱伝導層を構成する材料として極めて好都合である。同様に、アルミオキサイドは、酸化シリコンよりも１桁程度も熱伝導率が高く、熱伝導層を構成する材料として極めて好都合である。

また、上記柱状構造体を窒化物半導体により構成する場合には、これらの被覆材料の屈折率は、窒化物半導体（例えば窒化ガリウム）の屈折率よりも小さいので、被覆膜は、光閉じ込め層として機能できる。つまり、柱状構造体をコア部とし、このコア部の周囲を覆う被覆膜をクラッド部とする光導波路を形成することができる。よって、柱状構造体および被覆膜の中に光を閉じ込めることにより、柱状構造体の上面に光を適切に導くことができる。その結果、柱状構造体の上面からの光取り出し効率が改善する。

また、上記柱状構造体を窒化物半導体により構成する場合には、被覆膜の被覆材料として、アルミニウムナイトライド、または、アルミニウムガリウムナイトライドを用いることが望ましい。アルミニウムナイトライド、または、アルミニウムガリウムナイトライドは、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などを用いて窒化物半導体ナノワイヤ２０の周囲に結晶成長することが可能である。従って、窒化物半導体発光領域と被覆膜との界面は、窒化物半導体同士のヘテロ接合の形成が可能になる。このため、この界面においてダングリングボンドなどの欠陥の発生は殆どなくなり、窒化物半導体発光領域の表面の発光に寄与しない表面再結合を抑制できる。

また、この場合、被覆膜の被覆材料として、アルミオキサイドを用いても、窒化物半導体発光領域と被覆膜の界面においてダングリングボンドなどの欠陥の発生を少なくできる。これにより、窒化物半導体発光領域の表面の発光に寄与しない表面再結合を抑制できる。アルミオキサイドは、原子層成長（ＡＬＤ法）などを利用することで緻密な膜の形成が可能であり、アルミニウムナイトライドやアルミニウムガリウムナイトライドよりも絶縁性が高いという利点がある。

このようにして、本発明の半導体発光素子では、上述の表面再結合の抑制により、半導体発光素子の発光効率の向上が図れる。

また、バンドギャップ内に表面準位における光吸収が抑制され、これにより、半導体発光素子の光損傷による信頼性低下を抑制できる。

なお、本発明の半導体発光素子は、前記柱状構造体間の隙間に配された酸化シリコンを主材料としている絶縁層を備え、前記第２電極が、前記第２導電型の半導体領域の上面に配されてもよい。

また、ここで、前記第２電極は、前記第２導電型の半導体領域のうちの前記被覆膜により被覆された被覆面以外の側面にも配されてもよい。

これにより、第２導電型の半導体領域と第２電極との間のコンタクト面積を従来よりも大きくすることができる。つまり、上記構成により、充分なコンタクト面積が確保できる。よって、極小面積の柱状構造体の上面に第２電極が形成された場合であっても、第２導電型の半導体領域の側面において充分なコンタクト面積が確保されている。このため、柱状構造体の断面形状の変化（ばらつき）に基づく、柱状構造体の第２電極との間におけるコンタクト抵抗のばらつきを適切に抑えることができる。その結果、半導体発光素子の発光特性のばらつきが抑制できる。

また、本発明の半導体発光素子は、前記柱状構造体間の隙間に配された酸化シリコンを主材料としている絶縁層を備え、前記第２電極が、前記第２導電型の窒化物半導体領域のうちの前記被覆膜により被覆された被覆面以外の側面のみに配されてもよい。

これにより、柱状構造体の上面から光を取り出す際の第２電極による光の吸収や反射を無くすことができる。よって、柱状構造体の上面からの光取り出し効率が向上するとともに、第２電極の光吸収あるいは光反射に起因する半導体発光素子の内部の蓄熱を適切に防止できる。

また、前記柱状構造体は、前記基板の主面からの延在方向に先細りのテーパ形状にしてもよい。

これにより、半導体発光領域から発光された光を散乱させ易くなり、柱状構造体の上面からの光取り出し効率が向上する。

また、前記絶縁層の内部に蛍光体を配してもよい。

これにより、半導体発光領域から発光された光によって、蛍光体を励起発光させることができ、半導体発光素子の発光色を蛍光体で制御することができる。

また、本発明は、基板の主面上に、前記基板側から第１導電型の半導体領域、半導体発光領域、および、第２導電型の半導体領域をこの順に成長させ、これらの領域を含む複数の柱状構造体を形成する工程と、前記柱状構造体のそれぞれの表面全域を覆うように、酸化シリコンよりも大きな被覆材料からなる被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜の形成工程の後、前記柱状構造体間の隙間に酸化シリコンを主材料とする絶縁層を埋め込む工程と、前記柱状構造体を被覆している被覆膜の一部を除去して、前記第２導電型の半導体領域の少なくとも上面を露出させる工程と、露出された前記第２導電型の半導体領域の上面に接触する電極を形成する工程と、を含んでいる半導体発光素子の製造方法を提供する。

このように、柱状構造体を形成した後、柱状構造体の表面が被覆膜により包まれて保護されているので、その後工程において、柱状構造体（特に半導体発光領域）への電極材料などの不純物混入を適切に防止できる。よって、この場合、被覆膜は、柱状構造体を保護する保護層としての機能を果たす。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法では、柱状構造体間に存在する隙間が絶縁層によって埋め込まれているので、柱状構造体と基板との密着性、および、柱状構造体の機械的強度を向上することができる。よって、柱状構造体を被覆している被覆膜の一部を除去（例えばＣＭＰ研磨技術により被覆膜を除去）しても、柱状構造体が基板から剥離するといった問題を適切に回避できる。また、柱状構造体間に存在する隙間が絶縁増により埋め込まれているので、電極のリソグラフィ工程において、当該隙間へのレジスト吸い込みも適切に抑制できる。更に、絶縁性の被覆膜および絶縁層によって、第２導電型の半導体領域と基板とを完全に分離できるので、電極による両者間の短絡などの問題が適切に回避できる。

また、上記半導体発光素子の製造方法において、前記柱状構造体を被覆している被覆膜の一部を除去する際に、前記第２導電型の半導体領域の上面の他、その側面も露出させ、露出された前記第２導電型の半導体領域の上面および側面に前記電極を形成してもよい。

また、上記半導体発光素子の製造方法において、前記電極を形成する工程の後、前記上面に形成された前記電極を除去する工程を含んでもよい。

なお、この場合、上述のとおり、柱状構造体間に存在する隙間が絶縁層によって埋め込まれているので、柱状構造体の上面に形成された電極を、例えば、ＣＭＰ研磨技術などで除去しても、柱状構造体が基板から剥離するといった問題を適切に回避できる。

本発明によれば、貫通転移などの欠陥が少ない柱状構造体を用いて、放熱特性を改善できる半導体発光素子が得られる。

また、本発明によれば、上述の柱状構造体を用いて、発光効率および上面からの光取り出し効率を向上できる半導体発光素子も得られる。

また、本発明によれば、上述の柱状構造体を用いて、電極とのコンタクト特性を改善できる半導体発光素子も得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。

本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１００では、図１に示すように、ｎ型Ｓｉ基板１の表面（主面）から立設するようにして、ｎ型ＧａＮ領域１１（ｎ型窒化物半導体領域）、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２（窒化物半導体発光領域）、および、ｐ型ＧａＮ領域１３（ｐ型窒化物半導体領域）をこの順に有している柱状（例えば円柱状）の窒化物半導体ナノワイヤ２０（柱状結晶構造体）が複数配置されている。ｎ型ＧａＮ領域１１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２、および、ｐ型ＧａＮ領域１２はダブルへテロ構造を成している。

このｎ型Ｓｉ基板１を平面視（図示せず）すると、窒化物半導体ナノワイヤ２０が、ｎ型Ｓｉ基板１上に面状に多数敷き詰められている。そして、窒化物半導体ナノワイヤ２０の敷き詰め度（面積占有率）に応じて形成される、隣接する窒化物半導体ナノワイヤ２０間の隙間が、後述するシリコン酸化膜２を埋め込む空間に対応する。

窒化物半導体ナノワイヤ２０が円柱状であれば、窒化物半導体ナノワイヤ２０の直径は、３０ｎｍ〜２００ｎｍ程度に設定され、窒化物半導体ナノワイヤ２０の長さ（高さ）は、１μｍ〜３μｍ程度に設定されている。

ナノワイヤＬＥＤ１００の基板として、上述のｎ型Ｓｉ基板１以外にも、ｎ型ＧａＮ基板、ｎ型ＳｉＣ基板などを用いることができる。また、サファイア基板上のｎ型ＧａＮ層を基板として用いてもよい。但し、この場合、サファイア基板上のｎ型ＧａＮ層に電極を形成する必要がある。

また、上述のｎ型ＧａＮ領域１１に代えて、ｎ型ＡｌＧａＮを用いることもでき、上述のｐ型ＧａＮ領域１３に代えて、ｐ型ＡｌＧａＮを用いることもできる。

また、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２中のＩｎ組成を調整することにより、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２は、可視波長域を含む様々な波長の光を発光できる。更に、紫外波長域の発光であれば、ＡｌＧａＮ多重量子井戸を発光層として用いてもよい。

また、図１に示すように、ナノワイヤＬＥＤ１００では、窒化物半導体ナノワイヤ２０の側面の全域を覆うようにして、筒状（例えば、窒化物半導体ナノワイヤ２０が円柱状であれば円筒状）の被覆膜５が配されている。この被覆膜５に熱伝導層および光閉じ込め層の機能を持たせたい場合には、下記表１の被覆材料を用いて被覆膜５を形成すればよい。

表１の被覆材料の熱伝導率は何れも、酸化シリコンの熱伝導率（１Ｗ／ｍＫ）よりも大きい。よって、当該被覆材料からなる被覆膜５によれば、窒化物半導体ナノワイヤ２０の内部で発生した熱を、被覆膜５を通してｎ型Ｓｉ基板１側に効率的に逃がすことができる。例えば、被覆膜５が少なくともＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の側面１２Ｓを覆うことにより、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の内部で発生した熱を、被覆膜５を通してｎ型Ｓｉ基板１側に効率的に逃がすことができる。

更に、表１の被覆材料の屈折率は何れも、窒化ガリウム（ＧａＮ）の屈折率（２．５）よりも小さい。よって、当該被覆材料からなる被覆膜５によれば、窒化物半導体ナノワイヤ２０をコア部とし、このコア部の周囲を覆う被覆膜５をクラッド部とする光導波路を形成することができる。これにより、窒化物半導体ナノワイヤ２０および被覆膜５の中に光が閉じ込められることになり、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕに適切に光を導くことができる。その結果、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕからの光取り出し効率が改善する。

なお、アルミニウムガリウムナイトライド（ＡｌＧａＮ）の熱伝導率および屈折率は、Ａｌの組成によって異なるので、表１には、ＡｌＧａＮの熱伝導率および屈折率の数値を記載していない。具体的には、ＡｌＧａＮ中のＡｌ組成を高めると、ＡｌＧａＮの熱伝導率は大きくなり、ＡｌＧａＮの屈折率は小さくなる。ここで、ＧａＮの熱伝導率は１３０Ｗ／ｍＫであり、ＡｌＮの熱伝導率は１６０〜２５０Ｗ／ｍＫ（表１参照）であることから、ＡｌＧａＮの熱伝導率は、酸化シリコンの熱伝導率（１Ｗ／ｍＫ）よりも２桁程度高くなると理解できる。また、ＧａＮの屈折率は２．５であり、ＡｌＮの屈折率は２．１５（表１参照）であることから、ＡｌＧａＮにおいてＡｌ組成を高くすると、ＡｌＧａＮの屈折率は、ＧａＮの屈折率よりも小さくなると理解できる。

一方、この被覆膜５に熱伝導層の機能のみを持たせたい場合には、上述の表１の被覆材料に加え、下記表２の被覆材料を用いることもできる。

表２の被覆材料の熱伝導率は何れも、酸化シリコンの熱伝導率（１Ｗ／ｍＫ）よりも大きい。よって、当該被覆材料からなる被覆膜５によれば、窒化物半導体ナノワイヤ２０の内部で発生した熱を、被覆膜５を通してｎ型Ｓｉ基板１側に効率的に逃がすことができる。

ここでは、被覆膜５の材料の一例として、表１および表２に示された被覆材料群のうち、アルミオキサイド（Ａｌ₂Ｏ₃）、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、および、アルミニウムガリウムナイトライド（ＡｌＧａＮ）を代表的に選び、以下、これらの被覆材料を用いた被覆膜５について説明する。

これらの被覆材料は何れも、窒化ガリウムより充分に低い屈折率および酸化シリコンよりも充分に高い熱伝導率を有している。また、これらの被覆材料は、後述のとおり、窒化物半導体ナノワイヤ２０の表面のダングリングボンド低減にも適切に対応可能であると考えられる。

なお、被覆膜５の材料にＡｌＧａＮを用いる場合には、窒化物半導体ナノワイヤ２０で用いる場合のＡｌＧａＮ中のＡｌ組成よりも、被覆膜５中のＡｌ組成を高めに設定する方が好ましい。上述のとおり、ＡｌＧａＮでは、Ａｌ組成を高くすると屈折率が小さくなる。したがって、被覆膜５のＡｌ組成を、窒化物半導体ナノワイヤ２０で用いる場合のＡｌＧａＮ中のＡｌ組成よりも高く設定することにより、被覆膜５を光閉じ込め層として機能させることができる。

被覆膜５の膜厚（正確には円筒状の被覆膜５の動径方向の厚み）の好適な範囲は、略５ｎｍ以上、略２００ｎｍ以下の範囲である。更に、この被覆膜５に光閉じ込め機能を持たせることにより、被覆膜５をクラッド部とする光導波路を形成する場合には、被覆膜５の膜厚の範囲を、略５０ｎｍ以上、略２００ｎｍ以下の範囲に設定する方がより好ましい。

また、図１に示すように、ナノワイヤＬＥＤ１００では、窒化物半導体ナノワイヤ２０間の隙間にシリコン酸化膜２が埋め込まれている。この場合、被覆膜５は、窒化物半導体ナノワイヤ２０の側面とシリコン酸化膜２との間に介在している。シリコン酸化膜２を埋め込むことにより、窒化物半導体ナノワイヤ２０とｎ型Ｓｉ基板１との間の密着性を向上でき、および、窒化物半導体ナノワイヤ２０の機械的強度を向上できる。

シリコン酸化膜２の高さ方向（窒化物半導体ナノワイヤ２０の延在方向）の厚みは、その上面２Ｕが、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の上面１２Ｕよりも高い位置にくるように設計されている。こうすると、ナノワイヤＬＥＤ１００の製造において、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の保護の観点、および、レジスト吸い込み抑制の観点から好適であるが、詳細は後述する。

なお、このシリコン酸化膜２以外にも、埋め込み絶縁層として、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いることもできる。

また、図１に示すように、ナノワイヤＬＥＤ１００では、全てのｐ型ＧａＮ領域１３の上面１３Ｕに共通に接触することにより、ｐ型ＧａＮ領域１３と電気的に接続されたｐ型電極３（第２電極）が配されている。ｐ型電極３には、Ｎｉ／Ａｕ電極やＩＴＯ電極などの透明電極を用いればよい。また、ｎ型Ｓｉ基板１の裏面全域には、ｎ型ＧａＮ領域１１と電気的に接続されたｎ型電極４（第１電極）が配されている。ｎ型電極４には、Ｔｉ／Ａｌ電極などを用いればよい。

次に、本発明の第１実施形態によるナノワイヤＬＥＤ１００の製造方法について説明する。

図２は、本発明の第１実施形態によるナノワイヤＬＥＤの製造方法を説明するための図である。図２（ａ）〜図２（ｆ）には、ナノワイヤＬＥＤ１００の各製造工程における断面図が示されている。

図２（ａ）に示すように、ｎ型Ｓｉ基板１の主面上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、窒化物半導体ナノワイヤ２０を成長させる。この場合、上述のとおり、ｎ型Ｓｉ基板１に代えて、ｎ型ＧａＮ基板やｎ型ＳｉＣ基板などを用いることもできる。

Ｇａ原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、Ｎ原料として、アンモニアを用い、Ｉｎ原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いればよい。また、ＧａＮに代えて、ＡｌＧａＮを成長させる場合には、Ａｌ原料として、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いることができる。

ｎ型不純物元素として、シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、この場合のＳｉ原料として、ＳｉＨ₄を用いればよい。ｐ型不純物元素として、マグネシウム（Ｍｇ）を用いる
ことができ、この場合のＭｇ原料として、Ｃｐ₂Ｍｇ（Ｂｉｓ ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａ
ｄｉｅｎｙｌｍａｇｎｅｓｉｕｍ）を用いればよい。

窒化物半導体ナノワイヤ２０の成長温度を８００〜１１００℃程度に設定し、各領域１１、１２、１３に対応する原料を順次供給すると、ｎ型ＧａＮ領域１１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２、および、ｐ型ＧａＮ領域１３が、この順番に柱状に成長する。なお、ここでは、個々の窒化物半導体ナノワイヤ２０の直径が３０〜２００ｎｍ程度になり、その長さが１〜３μｍ程度になるように、温度や圧力などの成長条件が設定されている。

ＭＯＣＶＤ法よりも、さらに好ましい成長方法として、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法について説明する。III族原料には、クヌードセンセル（Ｋセル）によって発生させたＧ
ａビーム、Ａｌビーム、Ｉｎビームを用いる。V族原料には、窒素ラジカルセルによって
発生させた窒素ラジカルを用いる。まず、５００〜６００℃程度に加熱したｎ型Ｓｉ基板１にＧａビームを照射する。ここで、ｎ型Ｓｉ基板１には（１１１）面を用いることが好ましい。照射されたＧａは表面張力が小さくなるようにｎ型Ｓｉ基板上１に堆積するため、ｎ型Ｓｉ基板上１の主面上には、金属Ｇａのドットが点在化して堆積することになる（図示せず）。

次に、窒素ラジカルを照射することでＧａドットを窒化し、ＧａＮドットを形成する（図示せず）。このＧａＮドットは窒化物半導体ナノワイヤ２０が結晶成長する際の結晶成長核となるため、窒化物半導体ナノワイヤ２０の密度は、ＧａＮドットの密度で制御することができる。

次に、基板を８００〜９００℃程度に加熱した後、III族原料のビームと窒素ラジカルを
照射する。この際、前述の点在化したＧａＮドットが結晶核となるため、結晶成長が点在化して進行することになる。結果として図２（ａ）に示す窒化物半導体ナノワイヤ２０の形成が可能となる。

次に、図２（ｂ）に示すように、窒化物半導体ナノワイヤ２０の表面全域を覆うように、被覆膜５が形成される。被覆膜５の材料として、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、または、Ａｌ₂
Ｏ₃を用いることができる。

被覆膜５の材料としてＡｌＮやＡｌＧａＮを使用する場合には、被覆膜５の形成にＭＯＣＶＤ法を用いればよく、被覆膜５の膜厚は５〜２００ｎｍ程度に設定すればよい。また、窒化物半導体ナノワイヤ２０の成長に使用した同一反応炉内において、連続的に当該被覆膜５を形成することもできる。

一方、被覆膜５の材料としてＡｌ₂Ｏ₃を使用する場合には、被覆膜５の形成にＰＶＤ法やＣＶＤ法を用いればよく、被覆膜５の膜厚は５〜２００ｎｍ程度に設定すればよい。

次に、図２（ｃ）に示すように、被覆膜５に被覆された窒化物半導体ナノワイヤ２０間の隙間に、シリコン酸化膜２が堆積される。シリコン酸化膜２の堆積には、ＣＶＤ法を用いればよい。また、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）材料をｎ型Ｓｉ基板１上に塗布することにより、シリコン酸化膜２を形成することもできる。

次に、図２（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜２をエッチングすることにより、窒化物半導体ナノワイヤ２０の先端部分の被覆膜５が露出される。

シリコン酸化膜２をウェットエッチングする場合には、ＢＨＦを用いてシリコン酸化膜２を選択的にエッチングすればよい。シリコン酸化膜２をドライエッチングする場合には、ＣＨＦ₃、ＣＦ₄などのガスを用いてシリコン酸化膜２を選択的にエッチングすればよい。シリコン酸化膜２のエッチング深さは、被覆膜５の膜厚の２〜５倍程度に設定すればよい。但し、このエッチング深さの上限は、シリコン酸化膜２の上面２Ｕが、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の上面１２Ｕに到達しないように設計されている。これにより、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２はシリコン酸化膜２により適切に保護される。

なお、ｐ型電極３のリソグラフィ工程（図示および詳細な説明を省略）において、窒化物半導体ナノワイヤ２０間の隙間へのレジスト吸い込みが懸念される。しかしながら、本実施形態では、窒化物半導体ナノワイヤ２０間の隙間にシリコン酸化膜２を埋め込み、上述の如く、エッチング深さを適切に設計しているので、この隙間へのレジスト吸い込みを抑制できる効果もある。

次に、図２（ｅ）に示すように、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨)研磨パッドＣを用いて、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕ（ｐ型ＧａＮ領域
１３の上面１３Ｕ）を被覆している被覆膜５が研磨されて取り除かれる。

なお、この場合、ｐ型ＧａＮ領域１３の上面１３Ｕも研磨により平坦化処理するとさらによい。窒化物半導体ナノワイヤ２０の結晶成長時に、その長さがばらついたとしても、ＣＭＰ研摩により、窒化物半導体ナノワイヤ２０の長さを揃えることが可能となり、ナノワイヤＬＥＤ１００の発光特性のばらつきを抑制できる。

最後に、図２（ｆ）に示すように、各窒化物半導体ナノワイヤ２０に共通して電圧を印加できるように、各窒化物半導体ナノワイヤ２０のｐ型ＧａＮ領域１３の上面１３Ｕに接触するｐ型電極３が、蒸着などにより形成される。このｐ型電極３は、例えば、Ｎｉ／Ａｕ電極やＩＴＯ電極である。また、ｎ型Ｓｉ基板１の裏面全域に接触するｎ型電極４が蒸着などにより形成される。このｎ型電極４は、例えば、Ｔｉ／Ａｌ電極である。このようにして、第１実施形態のナノワイヤＬＥＤ１００を製造できる。

以上に述べたように、本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１００は、ｎ型Ｓｉ基板１からｎ型ＧａＮ領域１１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２、および、ｐ型ＧａＮ領域１３をこの順に含み、ｎ型Ｓｉ基板１の主面上に立設している複数の窒化物半導体ナノワイヤ２０と、少なくともＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の側面１２Ｓを覆っている被覆膜５と、を備える。そして、このナノワイヤＬＥＤ１００では、全てのｐ型ＧａＮ領域１３の上面１３Ｕに共通に接触することにより、ｐ型ＧａＮ領域１３と電気的に接続されたｐ型電極３が配されている。また、ｎ型Ｓｉ基板１の裏面全域には、ｎ型ＧａＮ領域１１と電気的に接続されたｎ型電極４が配されている。更に、隣接する窒化物半導体ナノワイヤ２０間の隙間には、シリコン酸化膜２が埋め込まれている。被覆膜５の被覆材料として、例えば、アルミオキサイド（Ａｌ₂Ｏ₃）、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、アルミニウムガリウムナイトライド（ＡｌＧａＮ）を用いることができる。

これらの被覆材料は、酸化シリコンよりも大きな熱伝導率を有しているので、被覆膜５は、熱伝導層として機能でき、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の内部で発生した熱を、被覆膜５を通してｎ型Ｓｉ基板１側に効率的に逃がすことができる。つまり、ＡｌＮおよびＡｌＧａＮは、酸化シリコンよりも２桁程度も熱伝導率が高く、熱伝導層を構成する材料として極めて好都合である。同様に、Ａｌ₂Ｏ₃は、酸化シリコンよりも１桁程度も熱伝導率が高く、熱伝導層を構成する材料として極めて好都合である。

このようにして、本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１００では、ナノワイヤＬＥＤ１００に伴う様々な熱問題に適切に対処でき、例えば、ナノワイヤＬＥＤ１００の高出力化が容易になる。

また、これらの被覆材料の屈折率は、窒化ガリウムの屈折率よりも小さいので、被覆膜５は、光閉じ込め層として機能できる。つまり、窒化物半導体ナノワイヤ２０をコア部とし、このコア部の周囲を覆う被覆膜５をクラッド部とする光導波路を形成することができる。よって、窒化物半導体ナノワイヤ２０および被覆膜５の中に光を閉じ込めることにより、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕに光を適切に導くことができる。その結果、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕからの光取り出し効率が改善する。

また、被覆膜５の被覆材料として、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、アルミニウムガリウムナイトライド（ＡｌＧａＮ）を用いると、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２（窒化物半導体発光領域）と被覆膜５との界面は、窒化物半導体同士のヘテロ接合の形成が可能になる。このため、この界面においてダングリングボンドなどの欠陥の発生は殆どなくなり、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の表面の発光に寄与しない表面再結合を抑制できる。

また、被覆膜５の被覆材料として、アルミオキサイド（Ａｌ₂Ｏ₃）を用いても、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２（窒化物半導体発光領域）と被覆膜５との界面においてダングリングボンドなどの欠陥の発生を少なくでき、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の表面の発光に寄与しない表面再結合を抑制できる。

このようにして、本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１００では、上述の表面再結合の抑制により、ナノワイヤＬＥＤ１００の発光効率の向上が図れる。また、バンドギャップ内に表面準位における光吸収が抑制され、これにより、ナノワイヤＬＥＤ１００の光損傷による信頼性低下を抑制できる。

また、以上に述べたように、本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１００の製造方法は、ｎ型Ｓｉ基板１の主面上に、ｎ型Ｓｉ基板１側からｎ型ＧａＮ領域１１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２、および、ｐ型ＧａＮ領域１３をこの順に成長させ、これらの領域１１、１２、１３を含む複数の窒化物半導体ナノワイヤ２０を形成する工程と、窒化物半導体ナノワイヤ２０のそれぞれの表面全域を覆うように、酸化シリコンよりも大きな被覆材料からなる被覆膜５を形成する工程と、窒化物半導体ナノワイヤ２０間の隙間に、シリコン酸化膜２を埋め込む工程と、窒化物半導体ナノワイヤ２０を被覆している被覆膜５の一部を除去して、ｐ型ＧａＮ領域１３の少なくとも上面１３Ｕを露出させる工程と、露出されたｐ型ＧａＮ領域１３の上面１３Ｕに接触するｐ型電極３を形成する工程と、含んでいる。

このように、本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１００の製造方法では、窒化物半導体ナノワイヤ２０を形成した後、直ちに、窒化物半導体ナノワイヤ２０の表面が被覆膜５により包まれて保護されているので、その後工程において、窒化物半導体ナノワイヤ２０（特にＩｎＧａＮ多重量子井戸１２）への電極材料などの不純物混入を適切に防止できる。よって、この場合、被覆膜５は、窒化物半導体ナノワイヤ２０を保護する保護層としての機能を果たす。例えば、被覆膜５の被覆材料として、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）、アルミニウムガリウムナイトライド（ＡｌＧａＮ）を用いると、窒化物半導体ナノワイヤ２０の成長に使用した同一反応炉内において、連続的に当該被覆膜５を形成することができるので、窒化物半導体ナノワイヤ２０への不純物混入を根本的に排除できる。

また、本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１００の製造方法では、窒化物半導体ナノワイヤ２０間に存在する隙間がシリコン酸化膜２によって埋め込まれているので、柱状の窒化物半導体ナノワイヤ２０とｎ型Ｓｉ基板１との密着性、および、窒化物半導体ナノワイヤ２０の機械的強度を向上することができる。よって、例えば、窒化物半導体ナノワイヤ２０を被覆している被覆膜５の一部（ここでは、ｐ型ＧａＮ領域１３の上面１３Ｕを覆う被覆膜５）をＣＭＰ研磨技術で除去しても、窒化物半導体ナノワイヤ２０がｎ型Ｓｉ基板１から剥離するといった問題を適切に回避できる。また、窒化物半導体ナノワイヤ２０間に存在する隙間がシリコン酸化膜２により埋め込まれているので、ｐ型電極３のリソグラフィ工程において、当該隙間へのレジスト吸い込みも適切に抑制できる。更に、絶縁性の被覆膜５およびシリコン酸化膜２によって、ｐ型ＧａＮ領域１３とｎ型Ｓｉ基板１とを完全に分離できる。これにより、ｐ型電極３による両者間の短絡などの問題も適切に回避できる。

なお、本実施形態では、ｎ型Ｓｉ基板１を用い、ｎ型Ｓｉ基板１から順に、ｎ型ＧａＮ領域１１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２、および、ｐ型ＧａＮ領域１３を有している窒化物半導体ナノワイヤ２０を成長させる例を述べたが、ｎ型Ｓｉ基板１に代えて、ｐ型の基板を用いることもできる。この場合、ｐ型の基板側から順に、ｐ型ＧａＮ領域、ＩｎＧａＮ多重量子井戸、ｎ型ＧａＮ領域を有するように窒化物半導体ナノワイヤを成長させればよい。
（第１変形例）
図３は、第１実施形態の第１変形例による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。

本変形例のナノワイヤＬＥＤ１１０では、図３に示すように、ｎ型ＧａＮ領域３１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２、および、ｐ型ＧａＮ領域３３を有している窒化物半導体ナノワイヤ３０が、ｎ型Ｓｉ基板１の主面からの延在方向に先細りのテーパ形状になっている。このようなテーパ形状の窒化物半導体ナノワイヤ３０を用いることで、ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２から発光された光を散乱させ易くなり、窒化物半導体ナノワイヤ３０の上面３０Ｕからの光取り出し効率を向上できる。

なお、上述の図２（ａ）の工程において、窒化物半導体ナノワイヤ３０がテーパ形状になるように成長条件を調整すれば、ナノワイヤＬＥＤ１１０を製造できるが、このような成長条件はすでに公知であり（例えば、特許文献２参照）、ここでは、ナノワイヤＬＥＤ１１０の製造方法の詳細な説明は省略する。
（第２変形例）
図４は、第１実施形態の第２変形例による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。

本変形例のナノワイヤＬＥＤ１２０では、図４に示すように、シリコン酸化膜２の内部に蛍光体が配されている。これにより、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２から発光された光によって、蛍光体１４を励起発光させることができ、ナノワイヤＬＥＤ１２０の発光色を蛍光体１４で制御することができる。

また、本変形例では、被覆膜５によってＩｎＧａＮ多重量子井戸１２を保護しているので、蛍光体１４によるＩｎＧａＮ多重量子井戸１２への悪影響を適切に防止できる。この場合、被覆膜５の膜厚は５〜３０ｎｍ程度に薄く設定する方が好ましい。被覆膜５を薄くすれば、窒化物半導体ナノワイヤ２０を覆っている被覆膜５から染み出した光により、シリコン酸化膜２の内部の蛍光体を効率的に励起することができる。

シリコン酸化膜２への蛍光体１４の混入方法としては、上述の図２（ｃ）の工程において、ＳＯＧ材料中に適宜の濃度の蛍光体１４を混ぜ込み、蛍光体１４が含有されたＳＯＧ材料をｎ型Ｓｉ基板１に塗布すればよい。
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。

本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１３０の構成要素のうち、第１実施形態で述べたナノワイヤＬＥＤ１００と同じものについては、ナノワイヤＬＥＤ１００において用いた参照符号と同一の参照符号を付しており、両者に共通する構成の説明については、適宜省略する。

本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１３０では、図５に示すように、筒状の被覆膜４５が、窒化物半導体ナノワイヤ２０の側面全域ではなくて、ｎ型ＧａＮ領域１１の側面、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の側面、および、ｐ型ＧａＮ領域１３の側面の一部を被覆している。被覆膜４５の材料には、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮなどを用いることができる。

窒化物半導体ナノワイヤ２０間の隙間にシリコン酸化膜４２が埋め込まれているが、シリコン酸化膜４２のｎ型Ｓｉ基板１からの高さ方向の寸法は、被覆膜４５のｎ型Ｓｉ基板１からの高さ方向の寸法とほぼ同程度である。

被覆膜４５の膜厚（正確には円筒状の被覆膜４５の動径方向の厚み）の好適な範囲は、略５ｎｍ以上、略２００ｎｍ以下の範囲である。更に、この被覆膜４５に光閉じ込め機能を持たせることにより、被覆膜４５をクラッド部とする光導波路を形成する場合には、被覆膜４５の膜厚の範囲を、略５０ｎｍ以上、略２００ｎｍ以下の範囲に設定する方が好ましい。

また、図５に示すように、ｐ型電極４３は、全てのｐ型ＧａＮ領域１３の平面状の上面１３Ｕに共通に接触しつつ、これらのｐ型ＧａＮ領域１３の環状の側面１３Ｓにも共通に接触するようにして延びている。つまり、本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１３０では、ｐ型電極４３は、ｐ型ＧａＮ領域１３の上面１３Ｕに配されているとともに、ｐ型ＧａＮ領域１３のうち、被覆膜４５により被覆された被覆面以外の側面１３Ｓに配されている。ｐ型電極４３には、Ｎｉ／Ａｕ電極やＩＴＯ電極などの透明電極を用いればよい。

次に、本発明の第２実施形態によるナノワイヤＬＥＤ１３０の製造方法について説明する。

図６は、本発明の第２実施形態によるナノワイヤＬＥＤの製造方法を説明するための図である。図６（ａ）〜図６（ｆ）には、ナノワイヤＬＥＤ１３０の各製造工程における断面図が示されている。

なお、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示された製造方法は、第１実施形態で述べた図２（ａ）〜図２（ｃ）の製造方法と同じであるので、これらの製造方法の説明は省略する。

図６（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜４２をエッチングすることにより、窒化物半導体ナノワイヤ２０の先端部分の被覆膜４５が露出される。

シリコン酸化膜４２をウェットエッチングする場合には、ＢＨＦを用いてシリコン酸化膜４２を選択的にエッチングすればよい。シリコン酸化膜４２をドライエッチングする場合には、ＣＨＦ₃、ＣＦ₄などのガスを用いてシリコン酸化膜４２を選択的にエッチングすればよい。

この場合、シリコン酸化膜４２のエッチング深さは、ｐ型ＧａＮ領域１３とｐ型電極４３との間のコンタクト面積を決定する重要なパラメータとなる。エッチング深さの一例としては、窒化物半導体ナノワイヤ２０を円柱状と仮定すると、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕおよびシリコン酸化膜４２の上面４２Ｕ間の距離が、ナノワイヤの直径の１〜５倍程度になるようにエッチング深さを設計するとよい。

例えば、ｐ型電極４３を設ける予定のｐ型ＧａＮ領域１３の側面１３Ｓの長さを、窒化物半導体ナノワイヤ２０の直径と同じ長さにすると、従来のナノワイヤの上面のみに電極を配するという特異な構造に比べて、コンタクト面積を５倍程度まで大きくすることができる。また、ｐ型ＧａＮ領域１３の側面１３Ｓの長さを、窒化物半導体ナノワイヤ２０の直径の２倍の長さにすると、コンタクト面積を従来の１０倍程度まで大きくすることができる。

なお、シリコン酸化膜４２の上面４２ＵがＩｎＧａＮ多重量子井戸１２の上面１２Ｕに到達しないように、エッチング深さの上限が設計されている。これにより、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２はシリコン酸化膜４２により適切に保護される。

次に、図６（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜４２の上面４２Ｕを基準面にして、この基準面より上方の被覆膜４５の部分（表面が露出された部分）が除去される。

被覆膜４５の材料としてＡｌ₂Ｏ₃を使用する場合には、水酸化ナトリウムなどのアルカリ性水溶液を用いたウェットエッチングによって、被覆膜４５を除去できる。一方、被覆膜４５の材料として、ＡｌＮやＡｌＧａＮを使用する場合には、ＨＣｌや塩素ガスを用いたドライエッチングによって、被覆膜４５を除去できる。

このようにして、被覆膜４５を除去することにより、図６（ｅ）に示す如く、ｐ型ＧａＮ領域１３の表面のうちの、その上面１３Ｕおよび側面１３Ｓの一部が露出される。

最後に、図６（ｆ）に示すように、各窒化物半導体ナノワイヤ２０に共通して電圧を印加できるように、ｐ型ＧａＮ領域１３の上面１３Ｕおよび側面１３Ｓの一部に接触するｐ型電極４３が、蒸着などにより形成される。より好ましくは、ロングスロースパッタやイオン化スパッタなどのＰＶＤ（Ｐｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてｐ型電極４３を形成することで、ｐ型ＧａＮ領域１３の側面１３Ｓにも、高い被覆率で電極を形成することが可能となる。このｐ型電極４３は、例えば、Ｎｉ／Ａｕ電極やＩＴＯ電極である。また、ｎ型Ｓｉ基板１の裏面全域に接触するｎ型電極４が蒸着などにより形成される。このｎ型電極４は、例えば、Ｔｉ／Ａｌ電極である。このようにして、第２実施形態のナノワイヤＬＥＤ１３０を製造できる。

以上に述べた本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１３０およびその製造方法によれば、第１実施形態のナノワイヤＬＥＤ１００およびその製造方法により発揮される様々な効果と同様の効果を奏するが、ここでは、これらの効果の説明は省略する。

以下、本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１３０およびその製造方法により発揮される特有の効果について述べる。

本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１３０では、ｐ型電極４３が、ｐ型ＧａＮ領域１３の上面１３Ｕに配されているとともに、ｐ型ＧａＮ領域１３のうちの被覆膜４５により被覆された被覆面以外の、ｐ型ＧａＮ領域１３の側面１３Ｓにも配されている。このため、ｐ型ＧａＮ領域１３とｐ型電極４３との間のコンタクト面積を従来よりも大きくすることができる。窒化物半導体のｐ型電極４３との間のコンタクト抵抗（以下、「ｐ型コンタクト抵抗」と略す）は、通常、高めであることが知られているが、上記構成により、充分なコンタクト面積を確保できる。

また、極小面積の窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕにｐ型電極４３が形成された場合であっても、ｐ型ＧａＮ領域１３の側面１３Ｓにおいて充分なコンタクト面積が確保されている。このため、窒化物半導体ナノワイヤ２０の断面形状の変化（ばらつき）に基づく、個々の窒化物半導体ナノワイヤ２０のｐ型コンタクト抵抗のばらつきを適切に抑えることができる。その結果、ナノワイヤＬＥＤ１３０の発光特性のばらつきを抑制できる。

また、本実施形態のナノワイヤＬＥＤ１３０の製造方法では、シリコン酸化膜４２のエッチング深さを適切に設計することにより、窒化物半導体ナノワイヤ２０の先端部分の被覆膜４５を露出させているので（図６（ｄ）参照）、シリコン酸化膜４２のエッチング深さを基準にして、被覆膜４５を除去する後工程（図６（ｅ）参照）において、ｐ型電極４３を配するためのｐ型ＧａＮ領域１３の露出長さを制御性良く調整できる。

また、上述のシリコン酸化膜４２は、塩素系のドライエッチングに対する高い耐性、および、水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液に対する高い耐性を有しているので、被覆膜４５を除去する後工程（図６（ｅ）参照）において、塩素系のドライエッチングプロセスや水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液によるウェットエッチングを用いることができる。

なお、本実施形態では、ｎ型Ｓｉ基板１を用い、ｎ型Ｓｉ基板１から順に、ｎ型ＧａＮ領域１１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸１２、および、ｐ型ＧａＮ領域１３を有している窒化物半導体ナノワイヤ２０を成長させる例を述べたが、ｎ型Ｓｉ基板１に代えて、ｐ型の基板を用いることもできる。この場合、ｐ型の基板側から順に、ｐ型ＧａＮ領域、ＩｎＧａＮ多重量子井戸、ｎ型ＧａＮ領域を有するように窒化物半導体ナノワイヤを成長させればよい。
（第１変形例）
図７は、第２実施形態の第１変形例による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。

本変形例のナノワイヤＬＥＤ１４０では、図７に示すように、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕに形成されたｐ型電極４３が、ＣＭＰ研磨パッドＣを用いて取り除かれている。

上記構成により、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕから光を取り出す際のｐ型電極４３による光の吸収や反射を無くすことができる。よって、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕからの光取り出し効率が向上するとともに、ｐ型電極４３の光吸収あるいは光反射に起因するナノワイヤＬＥＤ１４０内部の蓄熱を適切に防止できる。

なお、本変形例のナノワイヤＬＥＤ１４０の製造方法では、上述のとおり、窒化物半導体ナノワイヤ２０間に存在する隙間がシリコン酸化膜４２によって埋め込まれているので、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕに形成されたｐ型電極４３をＣＭＰ研磨技術で除去しても、窒化物半導体ナノワイヤ２０がｎ型Ｓｉ基板１から剥離するといった問題を適切に回避できる。
（第２変形例）
図８は、第２実施形態の第２変形例による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。

本変形例のナノワイヤＬＥＤ１５０では、図８に示すように、窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕに形成されたｐ型電極４３が、ＣＭＰ研磨パッドＣを用いて取り除かれている。また、本変形例のナノワイヤＬＥＤ１５０では、窒化物半導体ナノワイヤ２０の側面に配していた筒状の被覆膜４５（例えば図５参照）を無くして、シリコン酸化膜１４２が、直接、窒化物半導体ナノワイヤ２０の側面を覆っている。

よって、本変形例のナノワイヤＬＥＤ１５０は、上述の被覆膜４５により得られる効果を犠牲にしても、簡易的に窒化物半導体ナノワイヤ２０の上面２０Ｕからの光取り出し効率を向上させたい場合に有益である。

なお、図示を省略するが、第１実施形態の第１変形例（図３）で述べた窒化物半導体ナノワイヤ２０をテーパ形状にする技術は、本実施形態（図５）および本実施形態の第１および第２変形例（図７、図８）の各ナノワイヤＬＥＤ１３０、１４０、１５０においても適用可能である。この場合、ナノワイヤＬＥＤ１３０、１４０、１５０は、図３のナノワイヤＬＥＤ１１０において、窒化物半導体ナノワイヤ２０をテーパ形状にすることにより得られる効果と同様の効果を奏する。

また、第１実施形態の第２変形例（図４）で述べたシリコン酸化膜２の内部に蛍光体１４を混ぜ込む技術は、本実施形態（図５）および本実施形態の第１および第２変形例（図７、図８）の各ナノワイヤＬＥＤ１３０、１４０、１５０においても適用可能である。この場合、ナノワイヤＬＥＤ１３０、１４０、１５０は、図４のナノワイヤＬＥＤ１２０において、シリコン酸化膜２の内部に蛍光体１４を混ぜ込むことにより得られる効果と同様の効果を奏する。但し、ナノワイヤＬＥＤ１５０では、被覆膜を取り除いているので、蛍光体１４によるＩｎＧａＮ多重量子井戸１２への悪影響を防止する別途の対策が必要である。

本発明の半導体発光素子は、放熱性、発光効率、上面からの光取り出し効率などにおいて優れた効果を発揮する。よって、本発明は、照明装置、電飾、車両のヘッドライト、屋外照明、液晶表示装置のバックライト、プロジェクタ用光源などの様々な用途に利用できる。

本発明の第１実施形態による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。 本発明の第１実施形態によるナノワイヤＬＥＤの製造方法を説明するための図である。 第１実施形態の第１変形例による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。 第１実施形態の第２変形例による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。 本発明の第２実施形態による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。 本発明の第２実施形態によるナノワイヤＬＥＤの製造方法を説明するための図である。 第２実施形態の第１変形例による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。 第２実施形態の第２変形例による窒化物半導体ナノワイヤを用いた発光ダイオードの構造例を示した断面図である。 窒化物半導体ナノワイヤを用いた従来の発光ダイオードの構造例を示した断面図である。

符号の説明

１ ｎ型Ｓｉ基板
２、４２、１４２ シリコン酸化膜
３、４３ ｐ型電極
４ ｎ型電極
５、４５ 被覆膜
１１ ｎ型ＧａＮ領域
１２ ＩｎＧａＮ多重量子井戸
１３ ｐ型ＧａＮ領域
１４ 蛍光体
２０、３０ 窒化物半導体ナノワイヤ
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ ナノワイヤＬＥＤ
Ｃ ＣＭＰ研磨パッド

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板側から第１導電型の半導体領域と、半導体発光領域と、第２導電型の半導体領域とをこの順に含み、前記基板の主面上に立設している複数の柱状構造体と、
   少なくとも前記半導体発光領域の側面を覆い、酸化シリコンよりも大きな熱伝導率を有している被覆材料からなる被覆膜と、
   前記複数の柱状構造体の前記第１導電型の半導体領域と電気的に接続された第１電極と、
   前記複数の柱状構造体の前記第２導電型の半導体領域と電気的に接続された第２電極と、
   を備えた半導体発光素子。
2. 前記柱状構造体間の隙間に配された酸化シリコンを主材料としている絶縁層を備え、
   前記第２電極が、前記第２導電型の半導体領域の上面に配されている、請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記第２電極は、前記第２導電型の半導体領域のうちの前記被覆膜により被覆された被覆面以外の側面にも配されている、請求項２記載の半導体発光素子。
4. 前記柱状構造体間の隙間に配された酸化シリコンを主材料としている絶縁層を備え、
   前記第２電極が、前記第２導電型の窒化物半導体領域のうちの前記被覆膜により被覆された被覆面以外の側面のみに配されている、請求項１記載の半導体発光素子。
5. 前記柱状構造体が窒化物半導体により構成されており、
   前記被覆材料は、アルミニウムナイトライド、アルミニウムガリウムナイトライド、および、アルミオキサイドのうちの何れかである、請求項１乃至４の何れかに記載の半導体発光素子。
6. 前記柱状構造体が、前記基板の主面からの延在方向に先細りのテーパ形状になっている請求項１乃至４の何れかに記載の半導体発光素子。
7. 前記絶縁層の内部に蛍光体が配されている請求項２乃至４の何れかに記載の半導体発光素子。