JP2018190794A - Light-emitting element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting element that has a rod-like structure capable of enhancing light-emission efficiency.SOLUTION: A light-emitting element includes: an n-side semiconductor rod; an active layer that covers the n-side semiconductor rod and is formed of a semiconductor; and a p-side semiconductor coating layer that covers the active layer. The n-side semiconductor rod includes: an n-type semiconductor rod main body part containing an n-type impurity; a first semiconductor layer provided on an upper surface of the n-type semiconductor rod main body part, and that contains a p-type impurity; and a second semiconductor layer provided on an upper surface of the first semiconductor layer, and that has a p-type impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、発光素子に係る。   The present disclosure relates to a light emitting device.

近年、ロッド状構造を含むロッド状発光素子が注目されている(例えば、特許文献1〜3)。ロッド状発光素子では、例えばn型半導体から成る1以上のn側の半導体ロッド、そのロッドの表面を覆う活性層、および活性層を覆う、例えばp型半導体からなる層を含んでいる。
ロッド状発光素子は、半導体ロッドの表面全体が発光面となり得るため、従来の発光素子に比べて、単位体積当たりの発光面積を広くできる利点がある。
In recent years, rod-shaped light emitting elements including rod-shaped structures have attracted attention (for example, Patent Documents 1 to 3). The rod-shaped light emitting element includes one or more n-side semiconductor rods made of, for example, an n-type semiconductor, an active layer covering the surface of the rod, and a layer made of, for example, a p-type semiconductor covering the active layer.
Since the entire surface of the semiconductor rod can be a light emitting surface, the rod-shaped light emitting element has an advantage that the light emitting area per unit volume can be widened as compared with the conventional light emitting element.

特開2013−004661号公報JP 2013-004661 A 特開2015−142020号公報JP2015-142020A 特開2015−508941号公報JP2015-508941A

しかしながら、従来のロッド状構造を有する発光素子は、単位体積当たりの発光面積を広くできる利点を十分に生かし切れておらず、まだ発光効率が十分に高いとはいえない。
そこで、本開示は、発光効率を高めることのできるロッド状構造を有する発光素子を提供することを目的とする。
However, a conventional light emitting device having a rod-like structure does not fully utilize the advantage that the light emitting area per unit volume can be widened, and it cannot be said that the light emitting efficiency is still sufficiently high.
Therefore, an object of the present disclosure is to provide a light-emitting element having a rod-like structure that can increase luminous efficiency.

本開示に係る発光素子は、
n側半導体ロッドと、
前記n側半導体ロッドを覆う半導体から成る活性層と、
前記活性層を覆うp側半導体被覆層と、を含み、
前記n側半導体ロッドは、n型不純物を含むn型半導体ロッド本体部と該n型半導体ロッド本体部の上面に設けられたp型不純物を含む第1半導体層と該第1半導体層の上面に設けられ、前記第1半導体層よりp型不純物濃度の低い第2半導体層とを含むことを特徴とする。
The light emitting device according to the present disclosure is
an n-side semiconductor rod;
An active layer made of a semiconductor covering the n-side semiconductor rod;
A p-side semiconductor coating layer covering the active layer,
The n-side semiconductor rod includes an n-type semiconductor rod body portion including an n-type impurity, a first semiconductor layer including a p-type impurity provided on an upper surface of the n-type semiconductor rod body portion, and an upper surface of the first semiconductor layer. And a second semiconductor layer having a p-type impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer.

本開示に係る発光素子によれば、ロッド状発光素子の発光効率を高めることができる。   According to the light emitting device according to the present disclosure, the light emission efficiency of the rod-shaped light emitting device can be increased.

図1は、本開示の実施形態に係る発光素子の概略上面図である。FIG. 1 is a schematic top view of a light emitting device according to an embodiment of the present disclosure. 図2は、図1のII−II線に沿った概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line II-II in FIG. 図3Aは、図2に示すロッド状発光部の断面図の部分拡大図である。3A is a partially enlarged view of a cross-sectional view of the rod-shaped light emitting unit shown in FIG. 図3Bは、ロッド状発光部の変形例の部分拡大図である。FIG. 3B is a partially enlarged view of a modification of the rod-shaped light emitting unit. 図4は、図3AのIV−IV線に沿った模式断面図である。4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3A. 図5は、ロッド状発光部の変形例を示す模式断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the rod-like light emitting unit. 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図1である。FIG. 6 is a cross-sectional view 1 for describing a method for manufacturing a light emitting element according to the present disclosure. 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図2である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting element which concerns on this indication. 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図3である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting element which concerns on this indication. 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図4である。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the light emitting element according to the present disclosure. 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図5である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the light emitting element according to the present disclosure. 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図6である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting element which concerns on this indication. 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図7である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting element which concerns on this indication. 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図8である。It is sectional drawing 8 for demonstrating the manufacturing method of the light emitting element which concerns on this indication. 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図9である。It is sectional drawing 9 for demonstrating the manufacturing method of the light emitting element which concerns on this indication. 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図10である。It is sectional drawing 10 for demonstrating the manufacturing method of the light emitting element which concerns on this indication.

上述したように、従来のロッド状構造を有する発光素子は、単位体積当たりの発光面積を広くできる利点を十分に生かし切れておらず、まだ発光効率が十分に高いとはいえない。以上の課題を解決するために、本発明者はロッド状構造を有する発光素子の発光効率を向上させるべく鋭意検討した。その結果、n型半導体ロッドの上面に直接活性層を形成すると、活性層の上面近傍において逆方向のリーク電流が生じ、その逆方向のリーク電流により発光効率の向上が妨げてられていることがわかった。そこで、本発明者は、n側半導体ロッドの上面近傍において生じる逆方向のリーク電流を抑制するために、n型半導体ロッドの上面に、n型半導体ロッドより不純物濃度が低い抵抗の大きい、例えば、半絶縁性(i型)の半導体層を形成することを試みた。しかしながら、n型半導体ロッドの上面にi型半導体層を形成したことによる効果、すなわち発光効率の向上は限定的であった。その原因を解明するために、順方向電圧に対する逆リーク電流を調べた結果、n型半導体ロッドの上面にi型半導体層を形成した構造では、比較的低い順方向電圧で逆リーク電流が生じ、その順方向電圧値を超えると急激に逆リーク電流が増えることがわかった。そこでさらに、本発明者は、n型半導体ロッドの上面とi型半導体層の間に、p型不純物を含む、例えば、p型半導体層を形成してn型半導体ロッドとi型半導体層間のバンドオフセットを大きくしたところ、逆リーク電流が発生し始める順方向電圧を大きくすることができ、その結果、ロッド状構造を有する発光素子において発光効率を向上させることができた。   As described above, the light emitting device having the conventional rod-shaped structure does not fully utilize the advantage that the light emitting area per unit volume can be widened, and the light emitting efficiency is not yet sufficiently high. In order to solve the above problems, the present inventor has intensively studied to improve the light emission efficiency of a light emitting element having a rod-like structure. As a result, when the active layer is formed directly on the upper surface of the n-type semiconductor rod, a reverse leakage current is generated in the vicinity of the upper surface of the active layer, and the improvement of the light emission efficiency is hindered by the reverse leakage current. all right. Therefore, in order to suppress the reverse leakage current generated near the upper surface of the n-side semiconductor rod, the present inventor has a large resistance on the upper surface of the n-type semiconductor rod, the impurity concentration of which is lower than that of the n-type semiconductor rod. An attempt was made to form a semi-insulating (i-type) semiconductor layer. However, the effect of forming the i-type semiconductor layer on the upper surface of the n-type semiconductor rod, that is, the improvement of the light emission efficiency was limited. As a result of investigating the reverse leakage current with respect to the forward voltage in order to elucidate the cause, in the structure in which the i-type semiconductor layer is formed on the upper surface of the n-type semiconductor rod, the reverse leakage current is generated with a relatively low forward voltage, It was found that the reverse leakage current suddenly increased when the forward voltage value was exceeded. Therefore, the present inventor further forms a band between the n-type semiconductor rod and the i-type semiconductor layer by forming, for example, a p-type semiconductor layer containing a p-type impurity between the upper surface of the n-type semiconductor rod and the i-type semiconductor layer. When the offset is increased, the forward voltage at which reverse leakage current starts to be generated can be increased. As a result, the light emission efficiency of the light emitting element having the rod-like structure can be improved.

本開示の発光素子は、上述した本発明者が独自に得た知見に基づいて成されたものである。すなわち、本開示の発光素子は、n側半導体ロッドと、n側半導体ロッドを覆う活性層と、活性層を覆うp側半導体被覆層とを含み、n側半導体ロッドは、n型不純物を含むn型半導体ロッド本体部とそのn型半導体ロッド本体部の上面に設けられたp型不純物を含む第1半導体層とその第1半導体層の上面に設けられ、前記第1半導体層よりp型不純物濃度の低い第2半導体層とを含んでいる。
以上のように構成された本開示の発光素子は、n側半導体ロッドが、n型半導体ロッド本体部側から順にp型不純物を含む第1半導体層と、前記第1半導体層よりp型不純物濃度の低い第2半導体層とを含むことにより、n型半導体ロッド本体部の上面近傍における逆リーク電流を抑えることができ、発光素子の発光効率を高めることができる。
The light emitting device of the present disclosure is made based on the knowledge obtained by the inventor above. That is, the light-emitting element of the present disclosure includes an n-side semiconductor rod, an active layer that covers the n-side semiconductor rod, and a p-side semiconductor coating layer that covers the active layer, and the n-side semiconductor rod includes n-type impurities. Type semiconductor rod body, a first semiconductor layer containing p-type impurities provided on the top surface of the n-type semiconductor rod body, and a p-type impurity concentration provided on the top surface of the first semiconductor layer. And a low second semiconductor layer.
In the light emitting device of the present disclosure configured as described above, the n-side semiconductor rod includes a first semiconductor layer containing a p-type impurity in order from the n-type semiconductor rod main body side, and a p-type impurity concentration from the first semiconductor layer. By including the low second semiconductor layer, reverse leakage current in the vicinity of the upper surface of the n-type semiconductor rod main body can be suppressed, and the light emission efficiency of the light emitting element can be increased.

また、本開示の発光素子は、n側半導体ロッドは、複数の側面を有する多角柱形状であり、半導体から成る活性層は、n側半導体ロッドの少なくとも側面上に設けられた複数の井戸層と、n側半導体ロッドの稜線上に設けられた稜線部を含み、隣接する井戸層は稜線部によって分離されており、かつ稜線部のバンドギャップは井戸層のバンドギャップより広くされていることが好ましい。このようにすると、隣接する井戸層の間でキャリア移動が起こり難く、井戸層内へのキャリア閉じ込め効果を向上させることができる。これにより、発光素子の発光効率をより高めることができる。   Further, in the light emitting device of the present disclosure, the n-side semiconductor rod has a polygonal column shape having a plurality of side surfaces, and the active layer made of a semiconductor includes a plurality of well layers provided on at least the side surfaces of the n-side semiconductor rod. The ridge line portion provided on the ridge line of the n-side semiconductor rod, the adjacent well layers are preferably separated by the ridge line portion, and the band gap of the ridge line portion is preferably wider than the band gap of the well layer. . In this way, carrier movement hardly occurs between adjacent well layers, and the carrier confinement effect in the well layers can be improved. Thereby, the luminous efficiency of a light emitting element can be improved more.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語)を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分または部材を示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, terms indicating specific directions and positions (for example, “up”, “down”, “right”, “left” and other terms including those terms) are used as necessary. . The use of these terms is to facilitate understanding of the invention with reference to the drawings, and the technical scope of the present invention is not limited by the meaning of these terms. Moreover, the part of the same code | symbol which appears in several drawing shows the same part or member.

図1は、本開示の実施形態に係る発光素子1の概略上面図、図2は、図1のII−II線に沿った発光素子1の概略断面図である。図1および図2に示すように、実施形態に係る発光素子1は、成長基板50、バッファ層45、下地層40、絶縁膜90、91、ロッド状の発光部分5(以下「ロッド状発光部5」と称する)、および電極70、71、80、81、82、を含んでいる。   FIG. 1 is a schematic top view of a light-emitting element 1 according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the light-emitting element 1 along the line II-II in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the light emitting device 1 according to the embodiment includes a growth substrate 50, a buffer layer 45, an underlayer 40, insulating films 90 and 91, a rod-shaped light emitting portion 5 (hereinafter “rod-shaped light emitting portion”). 5 ”), and electrodes 70, 71, 80, 81, 82.

ロッド状発光部5は柱状であり、図1の例では六角柱状である。発光素子1は、少なくとも1つ以上のロッド状発光部5を含んでいる。図1の発光素子1は、23個のロッド状発光部5を含んでいる。
図3Aは、図2に示すロッド状発光部5の断面図の部分拡大図である。図3Aに示すように、個々のロッド状発光部5は、n側半導体ロッド10、活性層20およびp側半導体被覆層30を含んでいる。n側半導体ロッド10は、n型半導体からなるn型半導体ロッド本体部11とn型半導体ロッド本体部11の上面に設けられたp型不純物を含む、例えば、p型の第1半導体層12と、第1半導体層12よりp型不純物濃度の低い、例えば、i型の第2半導体層13とを含む。第1半導体層12及び第2半導体層13のp型不純物の濃度は、例えば、3次元アトムプローブ(3DAP)により測定することができる。n側半導体ロッド10において、第1半導体層12の厚さt及び第2半導体層13の厚さtはそれぞれ0.1μm以上であることが好ましく、第1半導体層12の厚さtと第2半導体層13の厚さtとを合わせた厚さttotalは、0.1μm以上、2μm以下であることが好ましい。
The rod-shaped light emitting portion 5 has a column shape, and in the example of FIG. The light emitting element 1 includes at least one rod-shaped light emitting portion 5. The light emitting element 1 of FIG. 1 includes 23 rod-shaped light emitting portions 5.
3A is a partially enlarged view of the cross-sectional view of the rod-shaped light emitting unit 5 shown in FIG. As shown in FIG. 3A, each rod-shaped light emitting unit 5 includes an n-side semiconductor rod 10, an active layer 20, and a p-side semiconductor coating layer 30. The n-side semiconductor rod 10 includes, for example, a p-type first semiconductor layer 12 including an n-type semiconductor rod main body 11 made of an n-type semiconductor and a p-type impurity provided on the upper surface of the n-type semiconductor rod main body 11. The second semiconductor layer 13 includes, for example, an i-type second semiconductor layer 13 having a lower p-type impurity concentration than the first semiconductor layer 12. The concentration of the p-type impurity in the first semiconductor layer 12 and the second semiconductor layer 13 can be measured by, for example, a three-dimensional atom probe (3DAP). In n-side semiconductor rod 10, it is preferable that the thickness t i of the first semiconductor layer 12 having a thickness of t p and the second semiconductor layer 13 is respectively 0.1μm or more, the thickness of the first semiconductor layer 12 t p And the total thickness t i of the second semiconductor layer 13 is preferably 0.1 μm or more and 2 μm or less.

n型半導体ロッド本体部11を構成するn型半導体と、第1半導体層12を構成するp型不純物を含む半導体と、第2半導体層13を構成する、第1半導体層12より不純物濃度の低い半導体は、同一組成の半導体であってもよいし、組成が異なっていてもよい。n側半導体ロッド10全体、特に、第1半導体層12及び第2半導体層13の結晶性を良好にするためには、n型半導体ロッド本体部11、第1半導体層12及び第2半導体層13のそれぞれをGaN結晶からなる半導体で構成することが好ましい。また、第1半導体層12及び第2半導体層13のいずれか一方又は両方をn型半導体ロッド本体部11よりバンドギャップの大きい半導体により構成すると、バンドオフセットを大きくすることができ、より逆方向リーク電流を抑制することが期待できる。   The n-type semiconductor constituting the n-type semiconductor rod body 11, the semiconductor containing the p-type impurity constituting the first semiconductor layer 12, and the impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer 12 constituting the second semiconductor layer 13. The semiconductors may be semiconductors having the same composition or different compositions. In order to improve the crystallinity of the entire n-side semiconductor rod 10, particularly the first semiconductor layer 12 and the second semiconductor layer 13, the n-type semiconductor rod body 11, the first semiconductor layer 12, and the second semiconductor layer 13 are used. Each of these is preferably composed of a semiconductor made of a GaN crystal. In addition, when one or both of the first semiconductor layer 12 and the second semiconductor layer 13 is formed of a semiconductor having a band gap larger than that of the n-type semiconductor rod main body 11, the band offset can be increased and the reverse leakage can be further increased. It can be expected to suppress the current.

また、n側半導体ロッド10において、n型半導体ロッド本体部11のn型不純物の濃度は、例えば、5×1017cm−3〜1×1020cm−3の範囲、好ましくは、1×1018cm−3〜5×1019cm−3の範囲に設定される。また、第1半導体層12のp型不純物濃度は、例えば、1×1018cm−3〜5×1020cm−3の範囲、好ましくは、5×1018cm−3〜1×1020cm−3の範囲に設定される。n型半導体ロッド本体部11及び第1半導体層12はそれぞれ、p型不純物濃度より低い濃度でn型不純物を含んでいてもよいが、それぞれのn型不純物濃度は典型的には実質的にn型不純物を含まない濃度である5×1017cm−3未満とすることが好ましい。第2半導体層13のn型不純物濃度はn型半導体ロッド本体部11のn型不純物濃度より低く、第2半導体層13のp型不純物濃度は第1半導体層12のp型不純物濃度より低く設定されることが好ましい。第2半導体層13のn型不純物濃度及びp型不純物濃度はともに、実質的に不純物を含まない濃度である5×1017cm−3未満とすることができる。このようにすると、第2半導体層13がi型となるかそれに近い性質を有することになるので、n側半導体ロッド10の上面を介した活性層20に対する電流の供給を抑制することができる。尚、本明細書において、成長時に不純物の原料ガス(n型不純物の原料ガス及びp型不純物の原料ガス)を含むことなく、半導体材料の原料ガスのみにより成長させた半導体層をアンドープ層といい、典型的にはこのアンドープ層の不純物濃度は5×1017cm−3未満である。 In the n-side semiconductor rod 10, the n-type impurity concentration in the n-type semiconductor rod body 11 is, for example, in the range of 5 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 , preferably 1 × 10 10. It is set in the range of 18 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3 . The p-type impurity concentration of the first semiconductor layer 12 is, for example, in the range of 1 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 20 cm −3 , preferably 5 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm. -3 . Each of the n-type semiconductor rod body 11 and the first semiconductor layer 12 may contain an n-type impurity at a concentration lower than the p-type impurity concentration, but each n-type impurity concentration is typically substantially n. The concentration is preferably less than 5 × 10 17 cm −3, which is a concentration not containing type impurities. The n-type impurity concentration of the second semiconductor layer 13 is set lower than the n-type impurity concentration of the n-type semiconductor rod body 11, and the p-type impurity concentration of the second semiconductor layer 13 is set lower than the p-type impurity concentration of the first semiconductor layer 12. It is preferred that Both the n-type impurity concentration and the p-type impurity concentration of the second semiconductor layer 13 can be less than 5 × 10 17 cm −3, which is a concentration that does not substantially contain impurities. In this case, the second semiconductor layer 13 is i-type or has a property close to that, so that current supply to the active layer 20 via the upper surface of the n-side semiconductor rod 10 can be suppressed. Note that in this specification, a semiconductor layer grown only by a source gas of a semiconductor material without including an impurity source gas (n-type impurity source gas and p-type impurity source gas) during growth is referred to as an undoped layer. Typically, the impurity concentration of this undoped layer is less than 5 × 10 17 cm −3 .

n側半導体ロッド10は、その側面10cの一部または全部及び上面10aが、活性層20で覆われている。すなわち、複数の側面10cのうち一部の側面10cまたは全ての側面10cが活性層20で覆われており、また、活性層20に覆われた側面10cのそれぞれにおいては、一部の領域または全ての領域が活性層20で覆われている。なお、本実施形態では、少なくとも隣接する2つ以上の側面10c(例えば、図4の側面10cと側面10c)が、連続する活性層20で覆われていることが好ましい。したがって、「複数の側面10cのうち一部の側面10c」とは隣接する2つ以上の側面10cを少なくとも含むことが好ましい。 The n-side semiconductor rod 10 has a part or all of the side surface 10 c and the upper surface 10 a covered with the active layer 20. That is, some of the side surfaces 10c or all of the side surfaces 10c of the plurality of side surfaces 10c are covered with the active layer 20, and some of the regions or all of the side surfaces 10c covered with the active layer 20 are covered. These regions are covered with the active layer 20. In the present embodiment, at least two or more adjacent sides 10c (e.g., side 10c 1 and the side surface 10c 2 in FIG. 4) is preferably covered with the active layer 20 to be continuous. Accordingly, it is preferable that at least two or more side surfaces 10c adjacent to each other are included as “a part of the side surfaces 10c among the plurality of side surfaces 10c”.

1つの側面10cにおいて一部の領域のみが活性層20で覆われている場合とは、例えば、図3Aに示すように、n側半導体ロッド10の側面10c(例えば、1つの側面10c)において、下面10b側の一部が絶縁膜90に覆われており、絶縁膜90から露出した領域のみが活性層20に覆われている場合をいう。
本開示では、後述する製造方法において、n側半導体ロッド10の形成の際に絶縁膜90を利用するときには、このような形態になり得る。
The case where only a part of the region on one side surface 10c is covered with the active layer 20 means, for example, on the side surface 10c (for example, one side surface 10c 1 ) of the n-side semiconductor rod 10 as shown in FIG. 3A. In this case, a part of the lower surface 10b side is covered with the insulating film 90, and only a region exposed from the insulating film 90 is covered with the active layer 20.
In the present disclosure, when the insulating film 90 is used in forming the n-side semiconductor rod 10 in the manufacturing method described later, such a form can be obtained.

本実施形態では、発光面積を広くするという観点から、発光層として機能する活性層20で覆う面積を広くするのが好ましい。つまり、側面10cのうち絶縁膜90から露出した領域の全てが、活性層20に覆われているのが好ましい。
また、ロッド状発光部5のすべての側面において、活性層20の厚さは実質的に同じであることが好ましい。同様に、ロッド状発光部5のすべての側面において、p側半導体被覆層30の厚さは実質的に同じであることが好ましい。これにより、ロッド状発光部5のすべての側面から同程度の発光を得ることができる。
In the present embodiment, it is preferable to increase the area covered by the active layer 20 functioning as the light emitting layer from the viewpoint of increasing the light emitting area. That is, it is preferable that the entire surface of the side surface 10 c exposed from the insulating film 90 is covered with the active layer 20.
Moreover, it is preferable that the thickness of the active layer 20 is substantially the same in all the side surfaces of the rod-shaped light emitting portion 5. Similarly, it is preferable that the thickness of the p-side semiconductor coating layer 30 is substantially the same on all side surfaces of the rod-shaped light emitting portion 5. As a result, the same level of light emission can be obtained from all the side surfaces of the rod-shaped light emitting unit 5.

さらに、n側半導体ロッド10の上面10aは活性層20で覆われており、n型半導体ロッド本体部11の上面11aと活性層20の間に、上面11a側からp型不純物を含む第1半導体層12と、n型半導体ロッド本体部11及び第1半導体層12より不純物濃度の低い第2半導体層13とを含む。なお、n側半導体ロッド10の下面10bは、活性層20で覆われることはなく、n側半導体ロッド10への通電経路として利用される。   Further, the upper surface 10a of the n-side semiconductor rod 10 is covered with an active layer 20, and a first semiconductor containing a p-type impurity from the upper surface 11a side between the upper surface 11a of the n-type semiconductor rod body 11 and the active layer 20 is provided. The layer 12 includes an n-type semiconductor rod body 11 and a second semiconductor layer 13 having a lower impurity concentration than the first semiconductor layer 12. Note that the lower surface 10 b of the n-side semiconductor rod 10 is not covered with the active layer 20 and is used as a current-carrying path to the n-side semiconductor rod 10.

活性層20は、p側半導体被覆層30で覆われている。図3Aの例では、活性層20はn側半導体ロッド10の側面10cおよび上面10aに形成されており、p側半導体被覆層30は、活性層20の側面20cおよび上面20aを覆うように設けられている。   The active layer 20 is covered with a p-side semiconductor coating layer 30. In the example of FIG. 3A, the active layer 20 is formed on the side surface 10c and the upper surface 10a of the n-side semiconductor rod 10, and the p-side semiconductor coating layer 30 is provided so as to cover the side surface 20c and the upper surface 20a of the active layer 20. ing.

図4は、図3AのIV−IV線に沿ったロッド状発光部5の模式断面図である。n側半導体ロッド10は六角形状であり、6つの辺がn側半導体ロッド10の側面10c(側面10c〜10c)に相当し、6つの頂点がn側半導体ロッド10の稜線10r(10r〜10r)に相当する。稜線10rは、隣接する側面10cの境界線であり、n側半導体ロッド10の長手方向(z方向)に伸びている。例えば、n側半導体ロッド10が六角柱であり、側面10c〜10cが平坦な面である場合には、稜線10r〜10rは、n側半導体ロッド10の中心軸に平行な直線である。
活性層20は、n側半導体ロッド10の六角形状の外周全体を連続して囲んでいる。活性層20は、井戸層21と稜線部22とを含んでいる。井戸層21は、n側半導体ロッド10の側面10cに配置されている。隣接する2つの側面10cをそれぞれ覆う2つの井戸層21は、n側半導体ロッド10の稜線10rの位置において分離されている。つまり、井戸層21は、半導体ロッド10の外周方向において不連続である。隣接する2つの井戸層21の間、つまりn側半導体ロッド10の稜線10rの位置には稜線部22が設けられている。この稜線部22によって隣接する2つの井戸層21が接続されることにより、n側半導体ロッド10の外周方向に連続する活性層20が形成される。
上述したように、稜線10rはn側半導体ロッド10の長手方向(z方向)に伸びているので、活性層20の稜線部22も、稜線10rに沿って、n側半導体ロッド10の長手方向(z方向)に伸びている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the rod-shaped light emitting unit 5 along the line IV-IV in FIG. 3A. The n-side semiconductor rod 10 has a hexagonal shape, with six sides corresponding to the side surface 10c (side surfaces 10c 1 to 10c 6 ) of the n-side semiconductor rod 10 and six vertices corresponding to the ridge line 10r (10r 1 ) of the n-side semiconductor rod 10. corresponding to the ~10r 6). The ridge line 10r is a boundary line between the adjacent side surfaces 10c, and extends in the longitudinal direction (z direction) of the n-side semiconductor rod 10. For example, when the n-side semiconductor rod 10 is a hexagonal column and the side surfaces 10 c 1 to 10 c 6 are flat surfaces, the ridge lines 10 r 1 to 10 r 6 are straight lines parallel to the central axis of the n-side semiconductor rod 10. is there.
The active layer 20 continuously surrounds the entire hexagonal outer periphery of the n-side semiconductor rod 10. The active layer 20 includes a well layer 21 and a ridge line portion 22. The well layer 21 is disposed on the side surface 10 c of the n-side semiconductor rod 10. The two well layers 21 that respectively cover the two adjacent side surfaces 10 c are separated at the position of the ridge line 10 r of the n-side semiconductor rod 10. That is, the well layer 21 is discontinuous in the outer circumferential direction of the semiconductor rod 10. A ridge line portion 22 is provided between two adjacent well layers 21, that is, at the position of the ridge line 10 r of the n-side semiconductor rod 10. By connecting two adjacent well layers 21 by this ridge line portion 22, an active layer 20 that is continuous in the outer peripheral direction of the n-side semiconductor rod 10 is formed.
As described above, since the ridge line 10r extends in the longitudinal direction (z direction) of the n-side semiconductor rod 10, the ridge line portion 22 of the active layer 20 also extends along the ridge line 10r in the longitudinal direction of the n-side semiconductor rod 10 ( z direction).

稜線部22のバンドギャップは、井戸層21のバンドギャップより広くなっている。つまり、稜線部22は、量子井戸構造の障壁層と同様の機能を発揮し得る。これにより、以下の理由により、ロッド状発光部5の発光効率を向上し得る。
ロッド状発光部5を点灯する場合、発光素子1に電圧を印加する。これにより活性層20にキャリアが注入され、発光が生じる。ここで、井戸層21を、バンドギャップの大きい稜線部22で分断することにより、分断された小寸法の井戸層21内にキャリアを閉じ込めることができる。その結果、井戸層21内での発光再結合の頻度を増加させることができ、発光効率を向上させることができる。また、稜線部22間の距離が例えば数十nm程度に十分小さければ、量子効果を得ることができるため、より効率的にキャリアを井戸層21内に閉じ込めることができる。
The band gap of the ridge line portion 22 is wider than the band gap of the well layer 21. That is, the ridge line portion 22 can exhibit the same function as the barrier layer having the quantum well structure. Thereby, the luminous efficiency of the rod-shaped light emission part 5 can be improved for the following reasons.
When the rod-shaped light emitting unit 5 is lit, a voltage is applied to the light emitting element 1. As a result, carriers are injected into the active layer 20 and light emission occurs. Here, by dividing the well layer 21 at the ridge line portion 22 having a large band gap, carriers can be confined in the well layer 21 having a small size. As a result, the frequency of light emission recombination in the well layer 21 can be increased, and the light emission efficiency can be improved. Further, if the distance between the ridge line portions 22 is sufficiently small, for example, about several tens of nanometers, a quantum effect can be obtained, so that carriers can be confined more efficiently in the well layer 21.

井戸層21と稜線部22は、いずれも窒化物半導体から形成することができる。例えば、井戸層21をInGaNから形成し、稜線部22をGaN又は井戸層21よりもIn組成比の小さなInGaNから形成する。井戸層21と稜線部22のバンドギャップの制御は、窒化物半導体に含まれるInの含有量(In組成比)で制御することができる。窒化物半導体の場合、In組成比が高くなるとバンドギャップが狭くなり、In組成比が低くなるとバンドギャップが広くなる。よって、井戸層21のIn組成比を稜線部22のIn組成比よりも高くすることにより、稜線部22のバンドギャップを井戸層21のバンドギャップより広くすることができる。なお、井戸層21及び稜線部22は同一の工程により形成することができる。この際、特定の成長条件により、稜線部22となる部分のIn組成比を井戸層21となる他の部分のIn組成比よりも低くすることができる。   Both the well layer 21 and the ridge line portion 22 can be formed of a nitride semiconductor. For example, the well layer 21 is formed from InGaN, and the ridge line portion 22 is formed from GaN or InGaN having a smaller In composition ratio than the well layer 21. The band gap between the well layer 21 and the ridge line portion 22 can be controlled by the In content (In composition ratio) contained in the nitride semiconductor. In the case of a nitride semiconductor, the band gap is narrowed when the In composition ratio is high, and the band gap is widened when the In composition ratio is low. Therefore, the band gap of the ridge line portion 22 can be made wider than the band gap of the well layer 21 by making the In composition ratio of the well layer 21 higher than the In composition ratio of the ridge line portion 22. The well layer 21 and the ridge line portion 22 can be formed by the same process. Under the present circumstances, the In composition ratio of the part used as the ridgeline part 22 can be made lower than the In composition ratio of the other part used as the well layer 21 by specific growth conditions.

活性層20は、多重量子井戸構造(MQW)にしてもよい。図5に示す活性層20は、活性層20の厚さ方向に積層された複数の井戸層21を含むことができる。このとき、径方向に隣接する井戸層21の間に障壁層25を介在させる。例えば、n側半導体ロッド10の1つの側面10cを覆う活性層20の場合、側面10cと垂直な方向N(活性層20の厚さ方向と一致)に、井戸層21と障壁層25とを交互に積層する。
井戸層21が、バンドギャップの広い障壁層25とバンドギャップの広い稜線部22とで囲まれているので、井戸層21内にキャリアを効率よく閉じ込めることができる。
The active layer 20 may have a multiple quantum well structure (MQW). The active layer 20 shown in FIG. 5 can include a plurality of well layers 21 stacked in the thickness direction of the active layer 20. At this time, the barrier layer 25 is interposed between the well layers 21 adjacent in the radial direction. For example, if the active layer 20 covering the one side 10c 1 of the n-side semiconductor rod 10, the side surface 10c 1 and the direction perpendicular N (coincident with the thickness direction of the active layer 20), the well layer 21 and barrier layer 25 Are stacked alternately.
Since the well layer 21 is surrounded by the barrier layer 25 having a wide band gap and the ridge line portion 22 having a wide band gap, carriers can be efficiently confined in the well layer 21.

ロッド状発光部5の太さに対する長さの比(アスペクト比)が大きいほど、発光面積の密度を高くすることができる。ロッド状発光部5のアスペクト比は、例えば2以上であり、さらには5以上とすることができる。また、アスペクト比が例えば20以下であれば、ロッド状発光部5を安定して作製しやすい。ロッド状発光部5のアスペクト比は、平坦な活性層を有する従来型の発光素子とした場合と比較して発光面積が大きくなるように、ロッド状発光部5の密度も考慮して選択することが好ましい。本明細書において「太さ」とは、断面形状が多角形の場合における、その多角形の外接円の直径である。   The larger the ratio of the length to the thickness of the rod-like light emitting portion 5 (aspect ratio), the higher the density of the light emitting area. The aspect ratio of the rod-shaped light emitting unit 5 is, for example, 2 or more, and can be 5 or more. Moreover, if the aspect ratio is, for example, 20 or less, the rod-shaped light emitting portion 5 can be easily manufactured stably. The aspect ratio of the rod-shaped light-emitting portion 5 should be selected in consideration of the density of the rod-shaped light-emitting portion 5 so that the light-emitting area is larger than that of a conventional light-emitting element having a flat active layer. Is preferred. In this specification, “thickness” is the diameter of a circumscribed circle of a polygon when the cross-sectional shape is a polygon.

n側半導体ロッド10は、n型半導体ロッド本体部11と第1半導体層12と第2半導体層13とを含む。例えば、n型半導体ロッド本体部11は、n型窒化物半導体から形成し、p側半導体被覆層30はp型窒化物半導体から形成する。   The n-side semiconductor rod 10 includes an n-type semiconductor rod body 11, a first semiconductor layer 12, and a second semiconductor layer 13. For example, the n-type semiconductor rod body 11 is formed from an n-type nitride semiconductor, and the p-side semiconductor coating layer 30 is formed from a p-type nitride semiconductor.

n側半導体ロッド10は、ウルツ鉱型の結晶である窒化物半導体から形成することができる。ウルツ鉱型結晶は六方晶であり、図1に示すような上面視六角形状となるように横方向(m軸方向)の成長を抑制し、垂直方向に結晶成長することで高アスペクト比のロッドを形成できる。この場合、n側半導体ロッド10の側面10c(図3Aおよび図4参照)は、結晶のM面に対応する。言い換えると、n側半導体ロッド10の側面10cは、ウルツ鉱型結晶のM面であり、その側面10cは上面視で六角形状となるように配置されている。本明細書において「上面視」とは、図1および図4のようにz方向から観察することを意味している。   The n-side semiconductor rod 10 can be formed from a nitride semiconductor that is a wurtzite crystal. The wurtzite crystal is a hexagonal crystal, which suppresses the growth in the lateral direction (m-axis direction) so that it has a hexagonal shape when viewed from above, and grows the crystal in the vertical direction to increase the aspect ratio of the rod. Can be formed. In this case, the side surface 10c (see FIGS. 3A and 4) of the n-side semiconductor rod 10 corresponds to the M plane of the crystal. In other words, the side surface 10c of the n-side semiconductor rod 10 is the M-plane of the wurtzite crystal, and the side surface 10c is arranged so as to have a hexagonal shape when viewed from above. In this specification, “viewed from the top” means observing from the z direction as shown in FIGS. 1 and 4.

n側半導体ロッド10は、GaN結晶で形成することができる。このとき、n側半導体ロッド10は、下地層40から上方に向う方向(図3Aのz方向)が、GaN結晶の[000−1]方向であるのが好ましい。
図3Bは、ロッド状発光部の変形例である。図3Bのロッド状発光部6は、上面6aと側面6cとの間に傾斜面6d(上面6a及び側面6cとは異なるファセット)を有している。詳細には、変形例のロッド状発光部6は、傾斜面16dを有するn側半導体ロッド16と、n側半導体ロッド16の外面を覆う活性層26と、活性層26の外面を覆う半導体層36を有し、ロッド状発光部6は、傾斜面16dに実質的に平行な傾斜面6dを有している。さらに、図3Bに示すように、n側半導体ロッド16において、n型半導体ロッド本体部17は、側面17cと傾斜面17dと上面17aとを含み、第1半導体層18は、側面18cと傾斜面18dと上面18aとを含み、第2半導体層19は、側面19cと傾斜面19dと上面16aとを含む。n側半導体ロッド16の側面16cは、n型半導体ロッド本体部11の側面17cと第1半導体層18の側面18cと第2半導体層19の側面19cとを含む。変形例のロッド状発光部6は、n側半導体ロッド16が傾斜面16dを有しているので、n側半導体ロッド16の上面16a及び傾斜面16dの上に形成される活性層26の結晶性が良好になりやすく、n側半導体ロッド16の上面16a及び傾斜面16d近傍におけるリーク電流をより少なくできる。
The n-side semiconductor rod 10 can be formed of a GaN crystal. At this time, it is preferable that the n-side semiconductor rod 10 has a [000-1] direction of the GaN crystal in a direction (z direction in FIG. 3A) upward from the base layer 40.
FIG. 3B is a modification of the rod-shaped light emitting unit. 3B has an inclined surface 6d (a facet different from the upper surface 6a and the side surface 6c) between the upper surface 6a and the side surface 6c. Specifically, the rod-shaped light emitting unit 6 of the modified example includes an n-side semiconductor rod 16 having an inclined surface 16 d, an active layer 26 that covers the outer surface of the n-side semiconductor rod 16, and a semiconductor layer 36 that covers the outer surface of the active layer 26. The rod-shaped light emitting unit 6 has an inclined surface 6d substantially parallel to the inclined surface 16d. Further, as shown in FIG. 3B, in the n-side semiconductor rod 16, the n-type semiconductor rod body portion 17 includes a side surface 17c, an inclined surface 17d, and an upper surface 17a, and the first semiconductor layer 18 includes the side surface 18c and the inclined surface. The second semiconductor layer 19 includes a side surface 19c, an inclined surface 19d, and an upper surface 16a. The side surface 16 c of the n-side semiconductor rod 16 includes a side surface 17 c of the n-type semiconductor rod body 11, a side surface 18 c of the first semiconductor layer 18, and a side surface 19 c of the second semiconductor layer 19. Since the n-side semiconductor rod 16 has the inclined surface 16d in the rod-shaped light emitting portion 6 of the modification, the crystallinity of the active layer 26 formed on the upper surface 16a of the n-side semiconductor rod 16 and the inclined surface 16d. The leakage current in the vicinity of the upper surface 16a and the inclined surface 16d of the n-side semiconductor rod 16 can be reduced.

すなわち、図3Aから分かるように、活性層20は、n側半導体ロッド10の側面10cから側面10cと上面10aとの境界である稜線10eを超え上面10aまで連続する井戸層21を含むが、n側半導体ロッド10の表面に形成する半導体層は、稜線10eの部分では良好な結晶性とすることが難しい。すなわち、稜線eを覆う部分の井戸層21は、結晶性が悪化しやすく、不十分な結晶性となった部分がリークパスとなる懸念があるが、n側半導体ロッド16に傾斜面16dを設けることで、井戸層21の結晶性をよくでき、リーク電流を抑制できる。
このため、n側半導体ロッド10の上面10a側を、図3Bに示すような形状とすることが好ましい。図3Bにおいても、n側半導体ロッド16は、側面16cと傾斜面16dとが接する稜線16eと、傾斜面16dと上面16aとが接する稜線16fを有しているが、側面16cと傾斜面16dとのなす角度が90°より大きく、傾斜面16dと上面16aとのなす角度が90°より大きいので、井戸層21の結晶性を良好にできる。側面16cがGaN系結晶におけるM面である場合には、例えば、傾斜面16dと側面16cとの成す角は約152度であることが好ましく、この場合の傾斜面16dはGaN系結晶の(10−11)面である。なお、ミラー指数において負の指数は数字の上にバーを付して表されるが、本明細書では数字の前に「−」を付して負の指数を表している。なお、図3Bには、上面16aを含む例を示したが、上面16aはなくてもよい。すなわち、図3Bに示す断面視ではn側半導体ロッド10の上端部は台形状であるが、三角形状であってもよい。
That is, as can be seen from FIG. 3A, the active layer 20 includes a well layer 21 that continues from the side surface 10c of the n-side semiconductor rod 10 to the upper surface 10a beyond the ridge line 10e that is the boundary between the side surface 10c and the upper surface 10a. It is difficult for the semiconductor layer formed on the surface of the side semiconductor rod 10 to have good crystallinity at the ridge line 10e. That is, the portion of the well layer 21 covering the ridge line e is liable to deteriorate in crystallinity, and there is a concern that the portion where the crystallinity is insufficient becomes a leak path. However, the inclined surface 16d is provided on the n-side semiconductor rod 16. Thus, the crystallinity of the well layer 21 can be improved and the leakage current can be suppressed.
For this reason, it is preferable to make the upper surface 10a side of the n-side semiconductor rod 10 into a shape as shown in FIG. 3B. Also in FIG. 3B, the n-side semiconductor rod 16 has a ridge line 16e where the side surface 16c and the inclined surface 16d contact each other and a ridge line 16f where the inclined surface 16d and the upper surface 16a contact each other. Is larger than 90 °, and the angle between the inclined surface 16d and the upper surface 16a is larger than 90 °, the crystallinity of the well layer 21 can be improved. When the side surface 16c is an M-plane in a GaN-based crystal, for example, the angle formed by the inclined surface 16d and the side surface 16c is preferably about 152 degrees. In this case, the inclined surface 16d is (10 -11) plane. In the Miller index, a negative index is represented by adding a bar on the number, but in this specification, “−” is added before the number to indicate a negative index. FIG. 3B shows an example including the upper surface 16a, but the upper surface 16a may be omitted. That is, in the cross-sectional view shown in FIG. 3B, the upper end portion of the n-side semiconductor rod 10 is trapezoidal, but may be triangular.

以下、再度図2を参照して説明する。発光素子1において、複数のロッド状発光部5が、下地層40の上面40bに配置されている。より正確には、図3Aに示すように、下地層40の上面40bに、ロッド状発光部5のn側半導体ロッド10が配置される。このような構造にすると、例えば、下地層40をn型導電性とすることにより、下地層40を介して、n側半導体ロッド10に通電することができる。
また、ロッド状発光部5のp側半導体被覆層30の表面には第1透光性電極81が形成され、さらにその表面に第2透光性電極82が形成されている。下地層40と第1透光性電極81の間に、複数のロッド状発光部5は並列に接続される。第2透光性電極82は下地層40の上側まで延在しているが、第2透光性電極82と下地層40とはこれらの間に配置された絶縁膜91によって電気的に絶縁されている。
ロッド状発光部5から発光する光は、第1透光性電極81および第2透光性電極82を通って発光素子1の外部に取り出すことができる。
Hereinafter, description will be made with reference to FIG. 2 again. In the light emitting element 1, the plurality of rod-shaped light emitting portions 5 are disposed on the upper surface 40 b of the base layer 40. More precisely, as shown in FIG. 3A, the n-side semiconductor rod 10 of the rod-shaped light emitting unit 5 is disposed on the upper surface 40 b of the foundation layer 40. With such a structure, for example, the n-side semiconductor rod 10 can be energized through the underlayer 40 by making the underlayer 40 n-type conductive.
In addition, a first translucent electrode 81 is formed on the surface of the p-side semiconductor coating layer 30 of the rod-shaped light emitting unit 5, and a second translucent electrode 82 is formed on the surface. Between the base layer 40 and the first translucent electrode 81, the plurality of rod-shaped light emitting portions 5 are connected in parallel. The second translucent electrode 82 extends to the upper side of the base layer 40. However, the second translucent electrode 82 and the base layer 40 are electrically insulated by an insulating film 91 disposed therebetween. ing.
The light emitted from the rod-shaped light emitting unit 5 can be taken out of the light emitting element 1 through the first light transmitting electrode 81 and the second light transmitting electrode 82.

次に図6A〜図6Jを参照しながら、発光素子1の製造方法について説明する。なお、製造工程の説明では、半導体として窒化ガリウム半導体を用いた場合の発光素子1の製造工程を例にとって詳述する。
本開示においては、活性層20に含まれる井戸層21が、井戸層21よりバンドギャップの大きい稜線部22で繋がれた構成を有している。井戸層21と稜線部22は、雰囲気、原料ガスおよび形成温度を調節することにより、1つの積層工程内で同時に形成している。井戸層21と稜線部22とを、雰囲気、原料ガスおよび形成温度を調節することにより一工程内で同時に形成することができることは、本発明の発明者が独自に見いだした知見である。
Next, a method for manufacturing the light-emitting element 1 will be described with reference to FIGS. 6A to 6J. In the description of the manufacturing process, the manufacturing process of the light-emitting element 1 when a gallium nitride semiconductor is used as a semiconductor will be described in detail.
In the present disclosure, the well layer 21 included in the active layer 20 has a configuration in which the ridge line portion 22 having a larger band gap than the well layer 21 is connected. The well layer 21 and the ridge line portion 22 are simultaneously formed in one stacking step by adjusting the atmosphere, source gas, and formation temperature. It is a knowledge that the inventor of the present invention has uniquely found that the well layer 21 and the ridge line portion 22 can be simultaneously formed in one process by adjusting the atmosphere, the source gas, and the formation temperature.

<1.下地層40の準備>
図6Aに示すように、成長基板50の上に、バッファ層45および下地層40を順次積層する。バッファ層45および下地層40を形成するための反応装置としては、例えばMOCVD装置を用いることができる。なお、バッファ層45と下地層40の形成を省略して、成長基板50の成長面に直接n側半導体ロッド10を形成してもよい。ただし、下地層40を省略した場合には、n側半導体ロッドに通電するための電極などを別途設ける必要がある。
成長基板50としては、後述するようにサファイア基板、SiC基板、窒化物半導体基板などが利用できる。ここでは、サファイア(Al)基板を用いた例を説明する。サファイアの成長基板50の場合、(0001)面を成長面とするのが好ましい。ここで「(0001)面」とは、(0001)面に対してわずかに傾斜した面を含む。具体的には、(0001)面に対し0.5°以上2.0°以下のオフ角をもつ面を成長面とすることがより好ましい。
<1. Preparation of Underlayer 40>
As shown in FIG. 6A, the buffer layer 45 and the base layer 40 are sequentially stacked on the growth substrate 50. As a reaction apparatus for forming the buffer layer 45 and the base layer 40, for example, an MOCVD apparatus can be used. Note that the formation of the buffer layer 45 and the base layer 40 may be omitted, and the n-side semiconductor rod 10 may be formed directly on the growth surface of the growth substrate 50. However, when the base layer 40 is omitted, it is necessary to separately provide an electrode for energizing the n-side semiconductor rod.
As the growth substrate 50, a sapphire substrate, a SiC substrate, a nitride semiconductor substrate, or the like can be used as will be described later. Here, an example using a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate will be described. In the case of the sapphire growth substrate 50, the (0001) plane is preferably the growth plane. Here, the “(0001) plane” includes a plane slightly inclined with respect to the (0001) plane. Specifically, it is more preferable to use a plane having an off angle of 0.5 ° or more and 2.0 ° or less with respect to the (0001) plane as the growth plane.

成長基板50の上にバッファ層45を形成する前に、成長基板50を以下の前処理することが好ましい。まず、成長基板50を反応装置内で加熱して、成長面(上面50a)上の不純物などを除去する(サーマルクリーニング)。加熱温度は例えば900〜1200℃の範囲に設定され、加熱時間は例えば2〜15分の範囲で行われる。また、この加熱処理により、成長基板50の上面50aに結晶学的なステップが現れ、これが結晶核の生成サイトとなる。
その後、反応装置にNHガスを導入して、成長基板50の上面50aを窒化する。窒化処理は、例えば処理温度900〜1100℃、処理時間1〜30分で行うことができる。このような窒化処理により、その上に成長する窒化物半導体の表面を(000−1)面とすることができる。
Before forming the buffer layer 45 on the growth substrate 50, the growth substrate 50 is preferably pretreated as follows. First, the growth substrate 50 is heated in the reaction apparatus to remove impurities on the growth surface (upper surface 50a) (thermal cleaning). The heating temperature is set in the range of 900 to 1200 ° C., for example, and the heating time is in the range of 2 to 15 minutes, for example. Further, by this heat treatment, a crystallographic step appears on the upper surface 50a of the growth substrate 50, which becomes a generation site of a crystal nucleus.
Thereafter, NH 3 gas is introduced into the reaction apparatus to nitride the upper surface 50 a of the growth substrate 50. The nitriding treatment can be performed, for example, at a processing temperature of 900 to 1100 ° C. and a processing time of 1 to 30 minutes. By such nitriding treatment, the surface of the nitride semiconductor grown thereon can be set to the (000-1) plane.

窒化処理後の成長基板50の上面50aにバッファ層45を成長させる。成長基板50の温度を例えば550℃とし、原料ガスを供給してGaNからなるバッファ層45を成長させる。バッファ層45の厚さは例えば約20nm程度とする。   A buffer layer 45 is grown on the upper surface 50a of the growth substrate 50 after the nitriding treatment. The temperature of the growth substrate 50 is set to 550 ° C., for example, and a source gas is supplied to grow the buffer layer 45 made of GaN. The thickness of the buffer layer 45 is about 20 nm, for example.

バッファ層45として、例えば非晶質のGaNを形成し、その後に必要に応じて熱処理を行う。熱処理温度は1000℃以上、熱処理時間は数分〜1時間程度、熱処理時の雰囲気は窒素ガスあるいは窒素ガスの他に水素ガス及びNHガスの一方または両方を含む混合ガスとすることが好ましい。 For example, amorphous GaN is formed as the buffer layer 45, and then heat treatment is performed as necessary. The heat treatment temperature is preferably 1000 ° C. or more, the heat treatment time is about several minutes to 1 hour, and the atmosphere during the heat treatment is preferably nitrogen gas or a mixed gas containing one or both of hydrogen gas and NH 3 gas in addition to nitrogen gas.

バッファ層45の上に、下地層40を形成する。下地層40は例えばGaN層とする。また、下地層40にはn型不純物を添加することが好ましく、例えばSiが添加されたn型導電性を有するGaN層を下地層40として形成する。   A base layer 40 is formed on the buffer layer 45. The underlayer 40 is, for example, a GaN layer. Further, it is preferable to add an n-type impurity to the base layer 40. For example, a GaN layer having n-type conductivity to which Si is added is formed as the base layer 40.

下地層40の上面40aに、絶縁膜90を形成する。絶縁膜90は、SiO、SiN等の絶縁部材から形成する。絶縁膜90は、その厚さ方向(z方向)に貫通した複数の貫通孔90hを備えている。この貫通孔90hから、下地層40の上面40aが露出している。貫通孔90hは、例えばフォトリソグラフィ技術により形成することができる。貫通孔90hは、上面視(z方向から視認)において、円形、楕円形、多角形などの形状を有することができる。特に、円形の貫通孔90hは形成しやすいので好ましい。 An insulating film 90 is formed on the upper surface 40 a of the foundation layer 40. The insulating film 90 is formed from an insulating member such as SiO 2 or SiN. The insulating film 90 includes a plurality of through holes 90h penetrating in the thickness direction (z direction). The upper surface 40a of the foundation layer 40 is exposed from the through hole 90h. The through hole 90h can be formed by, for example, a photolithography technique. The through-hole 90h can have a shape such as a circle, an ellipse, or a polygon in a top view (viewed from the z direction). In particular, the circular through hole 90h is preferable because it is easy to form.

貫通孔90hは、隣接する貫通孔90h間の最短距離は実質的に一定になるように形成することが好ましく、これにより、貫通孔90hから成長するn側半導体ロッド10を実質的に一定の間隔で配置することができる。また、n側半導体ロッド10の側面に活性層20及びp側半導体被覆層30等を成長させるとき、隣接するn側半導体ロッド10間の距離は、活性層20及びp側半導体被覆層30の成長速度に影響を与えることがある。複数のn側半導体ロッド10を実質的に一定の間隔で配置すると、それらの側面10cに形成される活性層20及びp側半導体被覆層30等の成長速度を実質的に一定とすることができる。これらのことを考慮して、例えば、上面視において貫通孔90hを正三角格子状に配列する。また、上面視において貫通孔90hの中心を結ぶ方向が、サファイアのa軸方向であることが好ましい。尚、サファイアのa軸方向は、n側半導体ロッド10を構成するGaN系結晶のm軸方向である。このように、貫通孔90hの中心を結ぶ方向がサファイアのa軸方向となるように、貫通孔90hを正三角格子状に配列すると、図1に示すように、GaN系結晶からなる正六角形状のn側半導体ロッド10を、隣接するn側半導体ロッド10の側面10cが実質的に平行でかつ等間隔で向かい合うように、正三角格子状に配列することができる。正六角形状のn側半導体ロッド10をこのように配置すると、各n側半導体ロッド10の各側面10cに成長される活性層20及びp側半導体被覆層30の成長速度を実質的に一定とすることができ、各層を精度よくかつ均一の厚さに形成することができる。   The through holes 90h are preferably formed such that the shortest distance between adjacent through holes 90h is substantially constant, whereby the n-side semiconductor rods 10 that grow from the through holes 90h are spaced at substantially constant intervals. Can be arranged. Further, when the active layer 20 and the p-side semiconductor coating layer 30 are grown on the side surface of the n-side semiconductor rod 10, the distance between the adjacent n-side semiconductor rods 10 is the growth of the active layer 20 and the p-side semiconductor coating layer 30. May affect speed. When a plurality of n-side semiconductor rods 10 are arranged at a substantially constant interval, the growth rates of the active layer 20 and the p-side semiconductor coating layer 30 formed on the side surfaces 10c can be made substantially constant. . Taking these into account, for example, the through holes 90h are arranged in a regular triangular lattice shape in a top view. Moreover, it is preferable that the direction connecting the centers of the through holes 90h in the top view is the a-axis direction of sapphire. The a-axis direction of sapphire is the m-axis direction of the GaN-based crystal that constitutes the n-side semiconductor rod 10. In this way, when the through holes 90h are arranged in a regular triangular lattice so that the direction connecting the centers of the through holes 90h is the a-axis direction of sapphire, as shown in FIG. The n-side semiconductor rods 10 can be arranged in an equilateral triangular lattice so that the side surfaces 10c of the adjacent n-side semiconductor rods 10 are substantially parallel and face each other at equal intervals. When the regular hexagonal n-side semiconductor rod 10 is arranged in this way, the growth rate of the active layer 20 and the p-side semiconductor coating layer 30 grown on each side surface 10c of each n-side semiconductor rod 10 is made substantially constant. Each layer can be formed with high accuracy and a uniform thickness.

<2.n側半導体ロッド10の形成>
ここではまず、図6Bに示すように、貫通孔90hから露出した下地層40の上面40aに、n型半導体ロッド本体部11を形成する。n型半導体ロッド本体部11を形成する際に、絶縁膜90がマスクとして機能して、貫通孔90hから上向き(z方向)に成長したn型半導体ロッド本体部11を形成することができる。このとき、サファイアの成長基板50の窒化された表面を成長面とした場合、成長させるGaN系結晶の成長方向は[000−1]方向となるから、n型半導体ロッド本体部11の成長方向もGaN系結晶の[000−1]方向となる。つまり、n型半導体ロッド本体部11の下地層40から上方に向う方向(z方向)が、GaN系結晶の[000−1]方向になる。
<2. Formation of n-side semiconductor rod 10>
Here, first, as shown in FIG. 6B, the n-type semiconductor rod body 11 is formed on the upper surface 40a of the foundation layer 40 exposed from the through hole 90h. When forming the n-type semiconductor rod body 11, the insulating film 90 functions as a mask, and the n-type semiconductor rod body 11 grown upward (z direction) from the through hole 90 h can be formed. At this time, when the nitrided surface of the sapphire growth substrate 50 is used as the growth surface, the growth direction of the GaN-based crystal to be grown is the [000-1] direction, so the growth direction of the n-type semiconductor rod body 11 is also the same. This is the [000-1] direction of the GaN-based crystal. That is, the direction (z direction) upward from the base layer 40 of the n-type semiconductor rod body 11 is the [000-1] direction of the GaN-based crystal.

GaN系半導体の成長方向を[000−1]方向にすると、GaN系半導体のマイグレーションが抑制されて、横方向成長が起こりにくい。このため、n型半導体ロッド本体部11は、絶縁膜90の貫通孔90h内で成長し始めた太さをほぼ維持したまま上方向(z方向)に成長する。結果として、比較的均一な太さのn型半導体ロッド本体部11が得られる。   When the growth direction of the GaN-based semiconductor is set to the [000-1] direction, migration of the GaN-based semiconductor is suppressed and lateral growth is unlikely to occur. For this reason, the n-type semiconductor rod main body 11 grows upward (z direction) while maintaining the thickness that has started to grow in the through hole 90h of the insulating film 90. As a result, the n-type semiconductor rod body 11 having a relatively uniform thickness is obtained.

n型半導体ロッド本体部11をウルツ鉱型(六方晶系)のGaN系結晶から形成すると、n型半導体ロッド本体部11は六角柱状に成長する傾向がある。そのため、絶縁膜90の貫通孔90hの形状が円形であっても、n型半導体ロッド本体部11は円柱状ではなく、六角柱状になる。このとき、n型半導体ロッド本体部11の側面は、GaN系結晶のM面になる。なお、貫通孔90hの内径が大きいと、それに合わせてn型半導体ロッド本体部11の太さも太くなる。よって、n型半導体ロッド本体部11の太さは、貫通孔90hの内径によって制御することができる。   When the n-type semiconductor rod body 11 is formed of a wurtzite (hexagonal) GaN-based crystal, the n-type semiconductor rod body 11 tends to grow in a hexagonal column shape. Therefore, even if the shape of the through hole 90h of the insulating film 90 is circular, the n-type semiconductor rod body 11 is not a columnar shape but a hexagonal columnar shape. At this time, the side surface of the n-type semiconductor rod body 11 is the M-plane of the GaN crystal. If the inner diameter of the through hole 90h is large, the thickness of the n-type semiconductor rod body 11 is increased accordingly. Therefore, the thickness of the n-type semiconductor rod main body 11 can be controlled by the inner diameter of the through hole 90h.

n型半導体ロッド本体部11は、成長基板50の温度を例えば900〜1100℃とし、原料ガスを供給して成長させる。n型半導体ロッド本体部11は例えばGaN結晶から形成する。この場合、原料ガスは、下地層40と同様に、ガリウム源としてTMGまたはTEGと、窒素源としてNHを含む混合ガスが利用できる。n型半導体ロッド本体部11にもn型不純物を添加することが好ましく、例えば上述の原料ガスにシランガスを追加し、Siが添加されたGaN結晶をn型半導体ロッド本体部11として成長させる。n型半導体ロッド本体部11の長さ(z方向の寸法)は、原料ガスの供給時間により制御することができる。原料ガスの供給時間を例えば20〜60分とすると、約5〜15μm程度の長さのn型半導体ロッド本体部11を形成できる。 The n-type semiconductor rod body 11 is grown by supplying a source gas with the growth substrate 50 at a temperature of 900 to 1100 ° C., for example. The n-type semiconductor rod main body 11 is made of, for example, GaN crystal. In this case, as the source gas, a mixed gas containing TMG or TEG as a gallium source and NH 3 as a nitrogen source can be used as in the case of the base layer 40. It is preferable to add an n-type impurity also to the n-type semiconductor rod main body 11. For example, silane gas is added to the above-described source gas, and a GaN crystal to which Si is added is grown as the n-type semiconductor rod main body 11. The length of the n-type semiconductor rod body 11 (dimension in the z direction) can be controlled by the supply time of the source gas. When the supply time of the source gas is set to 20 to 60 minutes, for example, the n-type semiconductor rod body 11 having a length of about 5 to 15 μm can be formed.

n型半導体ロッド本体部11の形成条件(成長温度、原料ガスの流量、貫通孔90hの内径など)を適宜調節することにより、図3Bに示すような、ファセットを有するn型半導体ロッド本体部11を形成することができる。   By appropriately adjusting the formation conditions (growth temperature, flow rate of source gas, inner diameter of through-hole 90h, etc.) of the n-type semiconductor rod body 11, the n-type semiconductor rod body 11 having facets as shown in FIG. 3B. Can be formed.

次に、図6Cに示すように、n型半導体ロッド本体部11の上面から、p型不純物を含むように窒化物半導体を成長させることにより、例えば、GaN系結晶からなる第1半導体層12を形成する。このとき、[000−1]方向に成長させたGaN系結晶によりn型半導体ロッド本体部11を形成した場合には、n型半導体ロッド本体部11の上面から成長するp型不純物を含むGaN系結晶の成長方向も[000−1]方向となる。したがって、上方から視た平面形状、すなわちx−y平面における平面形状が略同一の第1半導体層12をn型半導体ロッド本体部11に連続して成長させることができる。具体的には、n型半導体ロッド本体部11をウルツ鉱型(六方晶系)のGaN系結晶を成長させることにより形成し、その上面に、p型不純物を含むウルツ鉱型(六方晶系)のGaN系結晶を成長させることにより第1半導体層12を形成する。これにより、n型半導体ロッド本体部11と第1半導体層12とを含む一体化された六角柱のロッドを形成することができる。ここで、一体化された六角柱のロッドとは、n型半導体ロッド本体部11の側面とそれに続く第1半導体層12の側面とが同一平面上に位置している六角柱のロッドをいう。また、n型半導体ロッド本体部11の側面及び第1半導体層12の側面はいずれもGaN系結晶のM面である。   Next, as shown in FIG. 6C, a nitride semiconductor is grown from the upper surface of the n-type semiconductor rod main body 11 so as to include a p-type impurity, whereby, for example, the first semiconductor layer 12 made of a GaN-based crystal is formed. Form. At this time, when the n-type semiconductor rod body 11 is formed from a GaN-based crystal grown in the [000-1] direction, a GaN-based material containing p-type impurities growing from the upper surface of the n-type semiconductor rod body 11. The crystal growth direction is also the [000-1] direction. Therefore, the first semiconductor layer 12 having the same planar shape as viewed from above, that is, substantially the same planar shape in the xy plane, can be continuously grown on the n-type semiconductor rod body 11. Specifically, the n-type semiconductor rod body 11 is formed by growing a wurtzite (hexagonal) GaN-based crystal, and the upper surface thereof includes a wurtzite (hexagonal) containing p-type impurities. The first semiconductor layer 12 is formed by growing the GaN-based crystal. Thus, an integrated hexagonal rod including the n-type semiconductor rod body 11 and the first semiconductor layer 12 can be formed. Here, the integrated hexagonal rod means a hexagonal rod in which the side surface of the n-type semiconductor rod body 11 and the side surface of the first semiconductor layer 12 that follows the n-type semiconductor rod main body portion 11 are located on the same plane. Further, the side surface of the n-type semiconductor rod body 11 and the side surface of the first semiconductor layer 12 are both M-planes of GaN-based crystals.

第1半導体層12を形成する際、n型半導体ロッド本体部11と同様、成長基板50の温度を例えば900〜1100℃とし、原料ガスを供給して成長させる。第1半導体層12を例えばGaN結晶から形成する場合、ガリウム源としてTMGまたはTEG、窒素源として例えばNHを、さらに、p型不純物を添加するための例えばCpMg(ビスシクロペンタジエニルマグネシウム)を含む混合ガスが利用できる。第1半導体層12の厚さ(z方向の寸法)は、原料ガスの供給時間により制御することができる。原料ガスの供給時間を例えば.0.3〜3分とすると、約0.1〜 1.0μm程度の厚さの第1半導体層12を形成することができる。 When the first semiconductor layer 12 is formed, the growth substrate 50 is set to a temperature of 900 to 1100 ° C., for example, and is grown by supplying a source gas, like the n-type semiconductor rod main body 11. When the first semiconductor layer 12 is formed of, for example, a GaN crystal, TMG or TEG as a gallium source, NH 3 as a nitrogen source, and Cp 2 Mg (biscyclopentadienylmagnesium) for further adding a p-type impurity, for example. ) Can be used. The thickness (dimension in the z direction) of the first semiconductor layer 12 can be controlled by the supply time of the source gas. For example, supply time of source gas If the time is 0.3 to 3 minutes, the first semiconductor layer 12 having a thickness of about 0.1 to 1.0 μm can be formed.

尚、図3Bに示すような傾斜面を有するn型半導体ロッド本体部11を形成した場合には、形成条件(成長温度、原料ガスの流量、貫通孔90hの内径など)を適宜調節することにより、図3Bに示すような、傾斜面を有する第1半導体層12を形成することができる。   When the n-type semiconductor rod body 11 having the inclined surface as shown in FIG. 3B is formed, the formation conditions (growth temperature, flow rate of the source gas, the inner diameter of the through-hole 90h, etc.) are appropriately adjusted. A first semiconductor layer 12 having an inclined surface as shown in FIG. 3B can be formed.

次に、図6Dに示すように、第1半導体層12の上面から、n型不純物及びp型不純物の含有量が少なくなるように窒化物半導体を成長させることにより、例えば、GaN系結晶からなる第2半導体層13を形成する。このとき、第1半導体層12と同様、[000−1]方向に成長させたGaN系結晶によりn型半導体ロッド本体部11を形成した場合には、第1半導体層12の上面から成長するGaN系結晶の成長方向も[000−1]方向となる。したがって、上方から視た平面形状、すなわちx−y平面における平面形状が略同一の第2半導体層13を第1半導体層12に連続して成長させることができる。第1半導体層12と同様、n型半導体ロッド本体部11をウルツ鉱型(六方晶系)のGaN系結晶を成長させることにより形成し、その上面にp型不純物を含むウルツ鉱型(六方晶系)のGaN系結晶を成長させることにより第1半導体層12を形成して、第1半導体層12の上面に、ウルツ鉱型(六方晶系)のGaN系結晶を成長させることにより第2半導体層13を形成すると、n型半導体ロッド本体部11と第1半導体層12と第2半導体層13とを含む一体化された六角柱のロッドを形成することができる。第2半導体層13の側面は、GaN系結晶のM面である。   Next, as shown in FIG. 6D, a nitride semiconductor is grown from the upper surface of the first semiconductor layer 12 so as to reduce the content of n-type impurities and p-type impurities, thereby comprising, for example, a GaN-based crystal. The second semiconductor layer 13 is formed. At this time, like the first semiconductor layer 12, when the n-type semiconductor rod body 11 is formed of a GaN-based crystal grown in the [000-1] direction, GaN grown from the upper surface of the first semiconductor layer 12. The growth direction of the system crystal is also the [000-1] direction. Therefore, the second semiconductor layer 13 having the same planar shape as viewed from above, that is, the planar shape in the xy plane, can be continuously grown on the first semiconductor layer 12. Similar to the first semiconductor layer 12, the n-type semiconductor rod body 11 is formed by growing a wurtzite (hexagonal) GaN-based crystal, and the upper surface thereof includes a wurtzite (hexagonal) p-type impurity. The first semiconductor layer 12 is formed by growing a GaN-based crystal of the second system, and the second semiconductor is grown by growing a wurtzite-type (hexagonal) GaN-based crystal on the upper surface of the first semiconductor layer 12. When the layer 13 is formed, an integrated hexagonal rod including the n-type semiconductor rod main body 11, the first semiconductor layer 12, and the second semiconductor layer 13 can be formed. The side surface of the second semiconductor layer 13 is the M plane of the GaN-based crystal.

第2半導体層13を形成する際、n型半導体ロッド本体部11及び第1半導体層11と同様、成長基板50の温度を例えば900〜1100℃とし、原料ガスを供給して成長させる。第2半導体層13を例えばGaN結晶から形成する場合、ガリウム源としてTMGまたはTEG、窒素源として例えばNHを混合ガスが利用できる。第2半導体層13を成長させる際には、n型不純物及びp型不純物を少なくするために、例えば、混合ガスから不純物ガスを除く。第2半導体層13の厚さ(z方向の寸法)は、原料ガスの供給時間により制御することができる。原料ガスの供給時間を例えば0.3〜6分とすると、約0.1〜2μm程度の厚さの第1半導体層12を形成することができる。 When forming the second semiconductor layer 13, the temperature of the growth substrate 50 is set to, for example, 900 to 1100 ° C. and is grown by supplying a source gas, like the n-type semiconductor rod body 11 and the first semiconductor layer 11. When the second semiconductor layer 13 is formed from, for example, a GaN crystal, a mixed gas can be used such as TMG or TEG as a gallium source and NH 3 as a nitrogen source. When the second semiconductor layer 13 is grown, for example, the impurity gas is removed from the mixed gas in order to reduce n-type impurities and p-type impurities. The thickness (dimension in the z direction) of the second semiconductor layer 13 can be controlled by the supply time of the source gas. When the supply time of the source gas is set to 0.3 to 6 minutes, for example, the first semiconductor layer 12 having a thickness of about 0.1 to 2 μm can be formed.

尚、図3Bに示すような傾斜面を有するn型半導体ロッド本体部11を形成した場合には、形成条件(成長温度、原料ガスの流量、貫通孔90hの内径など)を適宜調節することにより、図3Bに示すような、傾斜面を有する第2半導体層13を形成することができる。   When the n-type semiconductor rod body 11 having the inclined surface as shown in FIG. 3B is formed, the formation conditions (growth temperature, flow rate of the source gas, the inner diameter of the through-hole 90h, etc.) are appropriately adjusted. A second semiconductor layer 13 having an inclined surface as shown in FIG. 3B can be formed.

以上のようにして、n型半導体ロッド本体部11と第1半導体層12と第2半導体層13とを含む一体化された六角柱のn側半導体ロッド10を形成する。   As described above, the integrated hexagonal column n-side semiconductor rod 10 including the n-type semiconductor rod body 11, the first semiconductor layer 12, and the second semiconductor layer 13 is formed.

<3.活性層20の形成>
図6Eに示すように、n側半導体ロッド10の外面に活性層20を形成する。
例えば、ロッド状発光部5を青色発光させる場合、活性層20の井戸層21は、成長基板50の温度を800〜900℃程度とし、In源ガスを含む原料ガスを供給してInを含む窒化物半導体を成長させることにより形成する。Inを含む井戸層を成長させるための原料ガスは、ガリウム源としてTMGまたはTEGと、窒素源としてNHと、インジウム源としてTMI(トリメチルインジウム)を含む混合ガスが利用できる。ここで、原料ガス中におけるガリウム元素に対する窒素元素の比を、5.5×10〜2.2×10にするのが好ましい。ガリウム元素に対する窒素元素の比がこの範囲内にあると、活性層20の井戸層21(図4および図5参照)を構成するInGaN膜を良好に形成することができる。なお、比率が前記範囲を下回ると、インジウム源から生じるInがGaやNと結合しにくくなり、In金属として析出されやすくなる。比率が前記範囲を上回ると、窒素源であるNHから生じるHにより、インジウム源から生じるInが排除されやすくなり、InGaNが形成されにくくなる。
ガリウム元素に対する窒素元素の比は、より好ましくは2.2×10〜2.2×10であり、特に好ましくは4.4×10〜1.1×10である。
<3. Formation of Active Layer 20>
As shown in FIG. 6E, the active layer 20 is formed on the outer surface of the n-side semiconductor rod 10.
For example, when the rod-like light emitting portion 5 emits blue light, the well layer 21 of the active layer 20 is nitrided containing In by supplying a source gas containing an In source gas with the temperature of the growth substrate 50 being about 800 to 900 ° C. It is formed by growing a physical semiconductor. As a source gas for growing a well layer containing In, a mixed gas containing TMG or TEG as a gallium source, NH 3 as a nitrogen source, and TMI (trimethylindium) as an indium source can be used. Here, the ratio of the nitrogen element to the gallium element in the source gas is preferably 5.5 × 10 3 to 2.2 × 10 5 . When the ratio of the nitrogen element to the gallium element is within this range, the InGaN film constituting the well layer 21 (see FIGS. 4 and 5) of the active layer 20 can be satisfactorily formed. When the ratio is less than the above range, In generated from the indium source becomes difficult to combine with Ga and N, and is easily deposited as In metal. When the ratio exceeds the above range, In produced from the indium source is easily eliminated by H produced from NH 3 which is a nitrogen source, and InGaN is hardly formed.
The ratio of the nitrogen element to the gallium element is more preferably 2.2 × 10 4 to 2.2 × 10 5 , and particularly preferably 4.4 × 10 4 to 1.1 × 10 5 .

なお、混合ガスは、キャリアガスとしてHガスまたはNガスを含んでいてもよい。InGaNを成長する場合、キャリアガスがHガスであると成長しにくくなる傾向があるため、キャリアガスとしてNガスを使用するのが好ましい。 The mixed gas may contain H 2 gas or N 2 gas as a carrier gas. In the case of growing InGaN, it is preferable to use N 2 gas as the carrier gas because it tends to be difficult to grow when the carrier gas is H 2 gas.

上記の形成条件は、n側半導体ロッド10の側面10c上に形成された部分はIn組成比が多くなって井戸層21となり、n側半導体ロッド10の稜線10r上に形成された部分はIn組成比が少なくなって稜線部22となるように設定される。具体的には、原料ガスに含まれるガリウム元素および窒素元素の比率等を調整することにより、In組成比が多い井戸層21とIn組成比が少ない稜線部22とを形成することができる。例えば、これらの条件のうちの1つを変動させて活性層20を形成し、得られた井戸層21等のIn組成比を確認することで、適した条件を見出すことができる。   The above formation condition is that the portion formed on the side surface 10c of the n-side semiconductor rod 10 has a higher In composition ratio and becomes the well layer 21, and the portion formed on the ridge line 10r of the n-side semiconductor rod 10 has the In composition. The ratio is set so as to become the ridge line portion 22 with a reduced ratio. Specifically, the well layer 21 having a large In composition ratio and the ridge line portion 22 having a small In composition ratio can be formed by adjusting the ratio of the gallium element and the nitrogen element contained in the source gas. For example, suitable conditions can be found by changing one of these conditions to form the active layer 20 and confirming the In composition ratio of the obtained well layer 21 and the like.

稜線部22のIn組成比が選択的に減少する理由は定かではないが、n側半導体ロッド10の側面10c上に形成されるInGaNと、稜線部22上に形成されるInGaNとを比較すると、上述の形成条件の場合には、稜線部22上のInGaNのIn含有量は側面10c上に形成されるInGaNのIn含有量より小さくなっており、稜線部22上のInGaNからInが選択的に離脱する傾向があるものと考えられる。より詳細には、稜線10r上に成長するInGaN結晶が不安定であることで稜線部22が形成可能となると考えられる。すなわち、稜線10r上に不安的なInGaN結晶が成長することにより、結合エネルギーが比較的低いInが脱離し、In組成比の小さい稜線部22が形成されると推測される。   The reason why the In composition ratio of the ridge line portion 22 selectively decreases is not clear, but when InGaN formed on the side surface 10c of the n-side semiconductor rod 10 is compared with InGaN formed on the ridge line portion 22, In the case of the above-described formation conditions, the In content of InGaN on the ridge line portion 22 is smaller than the In content of InGaN formed on the side surface 10c, and In is selectively selected from InGaN on the ridge line portion 22. It seems that there is a tendency to leave. More specifically, it is considered that the ridge line portion 22 can be formed when the InGaN crystal grown on the ridge line 10r is unstable. That is, it is presumed that when an unstable InGaN crystal grows on the ridge line 10r, In having a relatively low binding energy is desorbed, and a ridge line portion 22 having a small In composition ratio is formed.

井戸層21と稜線部22は、ロッド状発光部5の断面(図4および図5参照)のTEM(透過型電子顕微鏡)像から容易に識別することができる。明視野像のTEM写真であれば、In組成比の高い井戸層21は濃いグレーまたは黒色となり、In組成比の低い稜線部22は薄いグレーまたは白色となる。
稜線部22の幅22wは、1原子以上であり、例えば2nm以下とすることができる。なお、稜線部22の幅とは、稜線部22を挟む2つの井戸層21の最短距離を指す。
The well layer 21 and the ridge line portion 22 can be easily identified from a TEM (transmission electron microscope) image of a cross section (see FIGS. 4 and 5) of the rod-like light emitting portion 5. In the case of a TEM photograph of a bright field image, the well layer 21 having a high In composition ratio is dark gray or black, and the ridge line portion 22 having a low In composition ratio is light gray or white.
The width 22w of the ridge line portion 22 is 1 atom or more, and can be, for example, 2 nm or less. The width of the ridge line portion 22 refers to the shortest distance between the two well layers 21 sandwiching the ridge line portion 22.

なお、図6Eから分かるように、n側半導体ロッド10の側面10cのうち、下面10b側の一部は絶縁膜90で覆われている。そのため、その部分には、活性層20は形成されない。言い換えれば、n側半導体ロッド10のうち、絶縁膜90より上側に露出している外面のみを、活性層20で覆うことができる。   6E, a part of the side surface 10c of the n-side semiconductor rod 10 on the lower surface 10b side is covered with an insulating film 90. Therefore, the active layer 20 is not formed in that portion. In other words, only the outer surface of the n-side semiconductor rod 10 exposed above the insulating film 90 can be covered with the active layer 20.

<4.p側半導体被覆層30の形成>
図6Fに示すように、活性層20の外面にp側半導体被覆層30を形成する。n側半導体ロッド10をn型のGaN系結晶(n型窒化物半導体)から形成した場合、p側半導体被覆層30はp型のGaN系結晶(p型窒化物半導体)から形成する。例えば、p側半導体被覆層30は、p型GaN層やp型AlGaN層をp型不純物濃度を変えて複数積層させることにより形成する。
p側半導体被覆層30は、成長基板50の温度を例えば800〜900℃とし、原料ガスを供給して形成する。原料ガスは、ガリウム源としてTMGまたはTEGと、窒素源としてNHとを含む混合ガスが利用できる。さらに、p型不純物を添加するため、これらの原料ガスに例えばCpMg(ビスシクロペンタジエニルマグネシウム)を追加し、Mgが添加されたGaN層をp側半導体被覆層30として形成する。原料ガスの供給時間を例えば20〜60分とすると、約40〜120nm程度の厚さのp側半導体被覆層30を形成できる。
p側半導体被覆層30の形成により、ロッド状発光部5が得られる。
<4. Formation of p-side semiconductor coating layer 30>
As shown in FIG. 6F, the p-side semiconductor coating layer 30 is formed on the outer surface of the active layer 20. When the n-side semiconductor rod 10 is formed from an n-type GaN-based crystal (n-type nitride semiconductor), the p-side semiconductor coating layer 30 is formed from a p-type GaN-based crystal (p-type nitride semiconductor). For example, the p-side semiconductor coating layer 30 is formed by stacking a plurality of p-type GaN layers or p-type AlGaN layers with different p-type impurity concentrations.
The p-side semiconductor coating layer 30 is formed by setting the temperature of the growth substrate 50 to, for example, 800 to 900 ° C. and supplying a source gas. As the source gas, a mixed gas containing TMG or TEG as a gallium source and NH 3 as a nitrogen source can be used. Further, in order to add a p-type impurity, for example, Cp 2 Mg (biscyclopentadienyl magnesium) is added to these source gases, and a GaN layer to which Mg is added is formed as the p-side semiconductor coating layer 30. When the supply time of the source gas is set to 20 to 60 minutes, for example, the p-side semiconductor coating layer 30 having a thickness of about 40 to 120 nm can be formed.
By forming the p-side semiconductor coating layer 30, the rod-shaped light emitting portion 5 is obtained.

<5.透光性電極81の形成>
図6Gに示すように、ロッド状発光部5のp側半導体被覆層30の外面と、絶縁膜90の上面90aとを連続して覆うように、第1透光性電極81を形成する。
そして、例えば、図6Gに描かれた11個のロッド状発光部5のうちの中央部の7個のロッド状発光部5を残し、その外側に位置する第1透光性電極81とロッド状発光部5を削除する。このように、第1透光性電極81の一部と複数のロッド状発光部5の一部とを除去し、下地層40の一部を絶縁膜90から露出させる。絶縁膜90から露出した部分を、第1露出部40xおよび第2露出部40yと称する。なお、第1露出部40xには、n側半導体ロッド10に通電するための電極が形成される。第2露出部40yの上側には、絶縁膜91を介して、p側半導体被覆層30に通電するための電極が形成される。各電極については後で詳述する。
このように、第1透光性電極81を形成した後で第1露出部40xおよび第2露出部40yを形成すれば、第1露出部40xおよび第2露出部40yを形成するためのエッチング用のマスクを剥離する剥離液からロッド状発光部5を保護することができる。すなわち、ロッド状発光部5が第1透光性電極81に被覆されているので、剥離液がロッド状発光部5に接触し難い。したがって、必要なロッド状発光部5が除去される可能性を低減することができる。
<5. Formation of Translucent Electrode 81>
As shown in FIG. 6G, the first light-transmissive electrode 81 is formed so as to continuously cover the outer surface of the p-side semiconductor coating layer 30 of the rod-shaped light emitting unit 5 and the upper surface 90a of the insulating film 90.
Then, for example, the seven rod-shaped light-emitting portions 5 at the center of the eleven rod-shaped light-emitting portions 5 depicted in FIG. The light emitting unit 5 is deleted. In this manner, a part of the first translucent electrode 81 and a part of the plurality of rod-shaped light emitting portions 5 are removed, and a part of the base layer 40 is exposed from the insulating film 90. The portions exposed from the insulating film 90 are referred to as a first exposed portion 40x and a second exposed portion 40y. An electrode for energizing the n-side semiconductor rod 10 is formed on the first exposed portion 40x. On the upper side of the second exposed portion 40y, an electrode for energizing the p-side semiconductor coating layer 30 is formed via the insulating film 91. Each electrode will be described in detail later.
As described above, when the first exposed portion 40x and the second exposed portion 40y are formed after the first light-transmissive electrode 81 is formed, the etching for forming the first exposed portion 40x and the second exposed portion 40y is performed. It is possible to protect the rod-shaped light emitting portion 5 from the stripping solution for stripping the mask. That is, since the rod-shaped light emitting unit 5 is covered with the first light-transmissive electrode 81, the stripping solution is difficult to contact the rod-shaped light emitting unit 5. Therefore, possibility that the required rod-shaped light emission part 5 will be removed can be reduced.

第1露出部40xおよび第2露出部40yが形成される領域には、予めロッド状発光部5を成長させない、すなわち絶縁膜90の貫通孔90hを形成しないようにしてもよい。一方、第1露出部40xおよび第2露出部40yの形成位置を予め設定せず、形成されたロッド状発光部5の良不良を確認してから第1露出部40xおよび第2露出部40yの形成位置を決定してもよい。これにより、成長が不十分など不良のロッド状発光部5がある位置に第1露出部40xおよび第2露出部40yを形成することができる。
透光性電極81は、例えばITO膜等の透光性導電膜から形成することができる。
In the region where the first exposed portion 40x and the second exposed portion 40y are formed, the rod-shaped light emitting portion 5 may not be grown in advance, that is, the through hole 90h of the insulating film 90 may not be formed. On the other hand, the formation positions of the first exposed portion 40x and the second exposed portion 40y are not set in advance, and the first and second exposed portions 40x and 40y of the first exposed portion 40x and the second exposed portion 40y are confirmed after confirming the quality of the formed rod-like light emitting portion 5. The formation position may be determined. Thereby, the 1st exposed part 40x and the 2nd exposed part 40y can be formed in the position with the defective rod-shaped light emission part 5 with insufficient growth.
The translucent electrode 81 can be formed from a translucent conductive film such as an ITO film, for example.

<6.絶縁膜91の形成>
図6Iに示すように、第1透光性電極81の一部と、下地層40の第1露出部40xの一部(n側透光性電極71が形成されていない部分)と、下地層40の第2露出部40yの全体とを覆うように、絶縁膜91を形成する。
絶縁膜91は、SiO、SiN等の絶縁部材から形成する。SiOは、透光性を有するため、絶縁膜91を通してロッド状発光部5からの発光を取り出すことができる利点がある。
<6. Formation of Insulating Film 91>
As shown in FIG. 6I, a part of the first translucent electrode 81, a part of the first exposed portion 40x of the underlayer 40 (a part where the n-side translucent electrode 71 is not formed), the underlayer An insulating film 91 is formed so as to cover the entire 40 second exposed portion 40y.
The insulating film 91 is formed from an insulating member such as SiO 2 or SiN. Since SiO 2 has translucency, there is an advantage that light emitted from the rod-shaped light emitting portion 5 can be extracted through the insulating film 91.

<7.透光性電極71、82およびパッド電極70、80の形成>
図6Jに示すように、n側透光性電極71と第2透光性電極82とを形成する。n側透光性電極71は、下地層40の第1露出部40x上に形成する。第2透光性電極82は、第1透光性電極81と接触し、かつ下地層40の第2露出部40yの上側まで延在している。第2透光性電極82と下地層40の第2露出部40yの間に絶縁膜91を配置することにより、それらが短絡するのを防止している。
次いで、n側透光性電極71上にn側パッド電極70を形成する。および、下地層40の第2露出部40yの直上において、第2透光性電極82上にp側パッド電極80を形成する。
<7. Formation of Translucent Electrodes 71 and 82 and Pad Electrodes 70 and 80>
As shown in FIG. 6J, an n-side translucent electrode 71 and a second translucent electrode 82 are formed. The n-side translucent electrode 71 is formed on the first exposed portion 40 x of the foundation layer 40. The second translucent electrode 82 is in contact with the first translucent electrode 81 and extends to the upper side of the second exposed portion 40 y of the foundation layer 40. By disposing the insulating film 91 between the second translucent electrode 82 and the second exposed portion 40y of the base layer 40, they are prevented from being short-circuited.
Next, the n-side pad electrode 70 is formed on the n-side translucent electrode 71. In addition, the p-side pad electrode 80 is formed on the second translucent electrode 82 immediately above the second exposed portion 40 y of the foundation layer 40.

p側パッド電極80からロッド状発光部5までは、第2透光性電極82と第1透光性電極81を介して導通されている。n側パッド電極70からロッド状発光部5までは、n側透光性電極71と下地層40を介して導通されている。
p側の電流経路において、第1透光性電極81が複数のロッド状発光部5のp側半導体被覆層30と接触しており、n側の電流経路において、下地層40が複数のロッド状発光部5のn側半導体ロッド10と接触している。つまり、複数のロッド状発光部5は、並列接続されている。
The p-side pad electrode 80 and the rod-like light emitting unit 5 are electrically connected via the second light-transmissive electrode 82 and the first light-transmissive electrode 81. The n-side pad electrode 70 and the rod-like light emitting portion 5 are electrically connected via the n-side translucent electrode 71 and the base layer 40.
In the p-side current path, the first translucent electrode 81 is in contact with the p-side semiconductor coating layer 30 of the plurality of rod-shaped light-emitting portions 5, and in the n-side current path, the base layer 40 is in the form of a plurality of rods. It is in contact with the n-side semiconductor rod 10 of the light emitting unit 5. That is, the several rod-shaped light emission part 5 is connected in parallel.

次に、本開示の発光素子1の各構成について説明する。なお、本開示の発光素子1は、いわゆる半導体発光素子であり、例えば発光ダイオード(LED)およびレーザダイオード(LD)を含む。   Next, each configuration of the light-emitting element 1 of the present disclosure will be described. The light emitting element 1 of the present disclosure is a so-called semiconductor light emitting element, and includes, for example, a light emitting diode (LED) and a laser diode (LD).

(ロッド状発光部5)
ロッド状発光部5は、多角柱状の外形、もしくは多角柱状で上端にファセットを有する外形を有している。
ロッド状発光部5は、例えば、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等の半導体材料から形成することができる。具体的には、InAlGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物半導体(例えばInN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等)を用いることができる。
ロッド状発光部5の各構成(n側半導体ロッド10、活性層20およびp側半導体被覆層30)に適した半導体について詳述する。
(Rod-shaped light emitting part 5)
The rod-shaped light emitting portion 5 has a polygonal columnar outer shape or a polygonal columnar outer shape having a facet at the upper end.
The rod-shaped light emitting portion 5 can be formed from a semiconductor material such as a III-V group compound semiconductor or a II-VI group compound semiconductor, for example. Specifically, In X Al Y Ga 1- X-Y N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) nitrides such as semiconductor (e.g. InN, AlN, GaN, InGaN, AlGaN, InGaAlN and the like) Can be used.
A semiconductor suitable for each configuration (the n-side semiconductor rod 10, the active layer 20, and the p-side semiconductor coating layer 30) of the rod-shaped light emitting unit 5 will be described in detail.

n側半導体ロッド10において、n型半導体ロッド本体部11はn型半導体)を含む。n型半導体ロッド本体部11に適した半導体としては、GaNおよびAlGaNが挙げられる。なお、n型不純物としてSiやGe、O等を添加してもよい。n側半導体ロッド10は、第1導電型半導体のみから構成してもよい。
また、第1半導体層12は、p型不純物を含む半導体により構成されるが、第1半導体層12に適した半導体としては、GaNおよびAlGaNが挙げられる。p型不純物としては、Mg、Zn、C、Zn、Be、Mn、Ca、Sr等を添加することができる。
また、第2半導体層13は、n型不純物及びp型不純物の添加量が少ない半導体により構成されるが、第2半導体層13に適した半導体としては、GaNおよびAlGaNが挙げられる。
上述したように、n型半導体ロッド本体部11と第1半導体層12と第2半導体層13とは同一組成の半導体により構成してもよいし、異なる組成の半導体により構成してもよい。
例えば、
(1)n型半導体ロッド本体部11と第1半導体層12と第2半導体層13とをGaNにより構成する、
(2)n型半導体ロッド本体部11と第1半導体層12と第2半導体層13とをAlGaNにより構成する、
(3)n型半導体ロッド本体部11をGaNにより構成し、第1半導体層12と第2半導体層13とをAlGaNにより構成する、
(4)n型半導体ロッド本体部11をGaNにより構成し、第1半導体層12をAlGaNにより構成し、第2半導体層13をGaNにより構成する、
など、種々の組み合わせが可能である。
In the n-side semiconductor rod 10, the n-type semiconductor rod body 11 includes an n-type semiconductor. Examples of semiconductors suitable for the n-type semiconductor rod body 11 include GaN and AlGaN. Si, Ge, O, or the like may be added as an n-type impurity. The n-side semiconductor rod 10 may be composed of only the first conductivity type semiconductor.
The first semiconductor layer 12 is made of a semiconductor containing a p-type impurity. Examples of suitable semiconductors for the first semiconductor layer 12 include GaN and AlGaN. As the p-type impurity, Mg, Zn, C, Zn, Be, Mn, Ca, Sr, or the like can be added.
The second semiconductor layer 13 is composed of a semiconductor with a small amount of n-type impurities and p-type impurities added. Examples of suitable semiconductors for the second semiconductor layer 13 include GaN and AlGaN.
As described above, the n-type semiconductor rod body 11, the first semiconductor layer 12, and the second semiconductor layer 13 may be composed of semiconductors having the same composition, or may be composed of semiconductors having different compositions.
For example,
(1) The n-type semiconductor rod body 11, the first semiconductor layer 12, and the second semiconductor layer 13 are made of GaN.
(2) The n-type semiconductor rod body 11, the first semiconductor layer 12, and the second semiconductor layer 13 are made of AlGaN.
(3) The n-type semiconductor rod body 11 is made of GaN, and the first semiconductor layer 12 and the second semiconductor layer 13 are made of AlGaN.
(4) The n-type semiconductor rod body 11 is made of GaN, the first semiconductor layer 12 is made of AlGaN, and the second semiconductor layer 13 is made of GaN.
Various combinations are possible.

活性層20は、バンドギャップの大きい稜線部22と、バンドギャップの小さい井戸層21を含む。井戸層21に適した半導体としては、InGa1−xNが挙げられる。稜線部22に適した半導体としては、GaNおよびInGa1−yNが挙げられる。なお、井戸層21と稜線部22が共にInGaNから成るときは、井戸層21のIn組成比は稜線部22のIn組成比より大きくする(つまり、x>y)。
p側半導体被覆層30は、第2導電型半導体(例えばp型半導体)を含む。p側半導体被覆層30に適した半導体としては、Mg等のp型不純物を含むGaNが挙げられる。p側半導体被覆層30は、p型不純物を含有するp型半導体から成る層と、アンドープの層とを含む積層構造であってもよい。また、p側半導体被覆層30の上面と第1透光性電極81との間に、n型半導体ロッド本体部11及び第1半導体層12より不純物濃度の低い、例えば、i型の第3半導体層を形成してもよい。これにより、n型半導体ロッド本体部11の上面近傍における逆リーク電流をさらに抑えることができ、発光素子の発光効率を高めることができる。
The active layer 20 includes a ridge line portion 22 having a large band gap and a well layer 21 having a small band gap. A semiconductor suitable for the well layer 21 is In x Ga 1-x N. Examples of the semiconductor suitable for the ridge portion 22 include GaN and In y Ga 1-y N. When the well layer 21 and the ridge line portion 22 are both made of InGaN, the In composition ratio of the well layer 21 is made larger than the In composition ratio of the ridge line portion 22 (that is, x> y).
The p-side semiconductor coating layer 30 includes a second conductivity type semiconductor (for example, a p-type semiconductor). An example of a semiconductor suitable for the p-side semiconductor coating layer 30 is GaN containing a p-type impurity such as Mg. The p-side semiconductor coating layer 30 may have a stacked structure including a layer made of a p-type semiconductor containing a p-type impurity and an undoped layer. In addition, between the upper surface of the p-side semiconductor coating layer 30 and the first translucent electrode 81, for example, an i-type third semiconductor having an impurity concentration lower than that of the n-type semiconductor rod body 11 and the first semiconductor layer 12. A layer may be formed. Thereby, the reverse leakage current in the vicinity of the upper surface of the n-type semiconductor rod body 11 can be further suppressed, and the light emission efficiency of the light emitting element can be increased.

(透光性電極71、81、82)
n側透光性電極71、第1透光性電極81および第2透光性電極82は、透光性の導電材料から形成することができ、特に、導電性酸化物が好適である。導電性酸化物としては、例えば、ZnO、In、ITO、SnO、MgOが挙げられる。特にITOは、可視光(可視領域)において高い光透過性を有し、導電率の高い材料であることから好ましい。
(Translucent electrodes 71, 81, 82)
The n-side translucent electrode 71, the first translucent electrode 81, and the second translucent electrode 82 can be formed of a translucent conductive material, and a conductive oxide is particularly preferable. Examples of the conductive oxide include ZnO, In 2 O 3 , ITO, SnO 2 , and MgO. In particular, ITO is preferable because it is a material having high light transmittance in visible light (visible region) and high conductivity.

p側の透光性電極として、このように第1透光性電極81および第2透光性電極82の2層を設けることが好ましい。p側の透光性電極は1層のみとすることもできるが、この場合は絶縁膜91形成後にp側の透光性電極を設けることになるため、絶縁膜91に覆われたロッド状発光部5の部分に通電することができず、発光面積が減少する。また、ロッド状発光部5を覆わないように絶縁膜91の形成面積を減少させると、p側の電極と下地層40が短絡する可能性が上昇する。第1透光性電極81および第2透光性電極82の2層構造であれば、短絡の可能性が低い程度に絶縁膜91をロッド状発光部5の上にまで形成することができ、且つ、絶縁膜91の下のロッド状発光部5に通電することができる。なお、第1透光性電極81だけの部分よりもその上に第2透光性電極82が重なった部分の方が光の透過率が減少する。したがって、第1透光性電極81と第2透光性電極82が重なった部分の表面積よりも、第2透光性電極82から第1透光性電極81が露出した部分の表面積を大きくすることが好ましい。これにより、ロッド状発光部5の発光の取り出し効率を向上させることができる。
なお、n側透光性電極71は省略してもよい。この場合、n側パッド電極70を下地層40に直接形成する。
As the p-side translucent electrode, it is preferable to provide two layers of the first translucent electrode 81 and the second translucent electrode 82 as described above. The p-side translucent electrode may be a single layer. In this case, since the p-side translucent electrode is provided after the insulating film 91 is formed, the rod-shaped light emission covered with the insulating film 91 is provided. The portion 5 cannot be energized, and the light emission area is reduced. Moreover, if the formation area of the insulating film 91 is reduced so as not to cover the rod-shaped light emitting portion 5, the possibility that the p-side electrode and the base layer 40 are short-circuited increases. With the two-layer structure of the first light-transmissive electrode 81 and the second light-transmissive electrode 82, the insulating film 91 can be formed on the rod-shaped light emitting portion 5 to such an extent that the possibility of a short circuit is low. In addition, the rod-shaped light emitting portion 5 under the insulating film 91 can be energized. It should be noted that the light transmittance is reduced in the portion where the second light-transmissive electrode 82 overlaps the portion where only the first light-transmissive electrode 81 is provided. Therefore, the surface area of the portion where the first light transmitting electrode 81 is exposed from the second light transmitting electrode 82 is made larger than the surface area of the portion where the first light transmitting electrode 81 and the second light transmitting electrode 82 overlap. It is preferable. Thereby, the light extraction efficiency of the rod-shaped light-emitting portion 5 can be improved.
Note that the n-side translucent electrode 71 may be omitted. In this case, the n-side pad electrode 70 is formed directly on the foundation layer 40.

(成長基板50)
窒化物半導体を成長させる場合の成長基板50としては、典型的には、サファイア(A1)等の絶縁性基板を用いる。また、窒化物半導体(GaN、AlN等)等を用いることもできる。
特に、C面、すなわち(0001)面を成長面とするサファイアの成長基板が好ましい。成長面は厳密に(0001)面と一致するよりは、(0001)面に対して0.5°〜2.0°のオフ角を有しているのが好ましい。このような面を窒化することにより、GaN系半導体を[000−1]方向に成長させることができる。
(Growth substrate 50)
As the growth substrate 50 for growing a nitride semiconductor, typically, an insulating substrate such as sapphire (A1 2 O 3 ) is used. A nitride semiconductor (GaN, AlN, etc.) can also be used.
In particular, a sapphire growth substrate having a C plane, that is, a (0001) plane as a growth plane is preferable. The growth surface preferably has an off angle of 0.5 ° to 2.0 ° with respect to the (0001) plane, rather than exactly the (0001) plane. By nitriding such a surface, a GaN-based semiconductor can be grown in the [000-1] direction.

(絶縁膜90、91)
絶縁膜90、91は、例えば、二酸化ケイ素(SiO)やSiNから形成することができる。
(Insulating films 90 and 91)
The insulating films 90 and 91 can be formed from, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) or SiN.

(パッド電極70、80)
n側パッド電極70およびp側パッド電極80としては、電気良導体を用いることができ、例えばCu、Au、Ag、Ni、Sn等の金属が好適である。パッド電極70、80を透光性電極71、81上に形成する場合には、透光性電極とオーミックコンタクトできる導電材料から形成するのが好ましい。なお、p側パッド電極80をロッド状発光部5に直接設けてもよく、その場合は、p側の透光性電極は1層のみ(第1透光性電極81のみ)であってもよい。好ましくは、p側パッド電極80をロッド状発光部5に直接設けるのではなく、図2に示すように、ロッド状発光部5が存在しない領域を設け、その領域にp側パッド電極80を形成する。これにより、ロッド状発光部5からの光をp側パッド電極80によって遮られることなく外部に取り出すことができるため、発光素子1の光取り出し効率を向上させることができる。
(Pad electrodes 70, 80)
As the n-side pad electrode 70 and the p-side pad electrode 80, a good electrical conductor can be used. For example, a metal such as Cu, Au, Ag, Ni, or Sn is suitable. When the pad electrodes 70 and 80 are formed on the translucent electrodes 71 and 81, it is preferable to form the pad electrodes 70 and 80 from a conductive material capable of making ohmic contact with the translucent electrode. Note that the p-side pad electrode 80 may be provided directly on the rod-shaped light emitting unit 5, and in that case, the p-side translucent electrode may be only one layer (only the first translucent electrode 81). . Preferably, the p-side pad electrode 80 is not directly provided on the rod-shaped light-emitting portion 5, but a region where the rod-shaped light-emitting portion 5 does not exist is provided and the p-side pad electrode 80 is formed in that region as shown in FIG. To do. Thereby, since the light from the rod-shaped light emission part 5 can be extracted outside without being blocked by the p-side pad electrode 80, the light extraction efficiency of the light emitting element 1 can be improved.

(実施例)
本開示に係るn側半導体ロッド10及び活性層20を製造した。活性層20は、多重量子井戸構造(MQW)とし、各半導体層はMOCVD法により形成した。
(Example)
The n-side semiconductor rod 10 and the active layer 20 according to the present disclosure were manufactured. The active layer 20 has a multiple quantum well structure (MQW), and each semiconductor layer is formed by MOCVD.

まず、(0001)面から約1°オフセットした面を成長面とするサファイア基板を成長基板50として準備した。成長基板50の上面50aは窒化処理し、その上に成長する窒化物半導体の上面(成長基板50の上面50aと平行な面)が(000−1)面となるようにした。そして、成長基板50の上に、フォトリソグラフィ技術により、開口形状が直径2μmの円形である貫通孔90hを複数有するSiOの絶縁膜90(厚さ約0.3μm)を形成した。
次いで、絶縁膜90が形成された成長基板50に、GaNのバッファ層45(厚さ約20nm)を形成し、その後、熱処理を行った。ここでは下地層40は設けなかったため、このように絶縁膜90形成後にバッファ層45の形成を行った。
First, a sapphire substrate having a surface that is offset by about 1 ° from the (0001) surface as a growth surface was prepared as a growth substrate 50. The upper surface 50a of the growth substrate 50 is nitrided so that the upper surface of the nitride semiconductor grown thereon (a surface parallel to the upper surface 50a of the growth substrate 50) becomes the (000-1) plane. Then, an SiO 2 insulating film 90 (thickness: about 0.3 μm) having a plurality of through holes 90 h having a circular opening shape with a diameter of 2 μm was formed on the growth substrate 50 by photolithography.
Next, a GaN buffer layer 45 (thickness of about 20 nm) was formed on the growth substrate 50 on which the insulating film 90 was formed, and then heat treatment was performed. Here, since the base layer 40 was not provided, the buffer layer 45 was formed after the insulating film 90 was formed in this way.

次に、それぞれGaNからなるn型半導体ロッド本体部11と第1半導体層12と第2半導体層13とを以下の条件でGaNを成長させることにより、GaNからなるn側半導体ロッド10を形成した。形成したn側半導体ロッド10は、太さ3μm程度、長さ約8μmの略六角柱状のロッドである。
実施例のn側半導体ロッド10において、n型半導体ロッド本体部11の長さは約7μmであり、第1半導体層12の厚さと第2半導体層13の厚さとはいずれも約0.5μmであり、n側半導体ロッド10全体の長さは約8μmである。
Next, GaN was grown on the n-type semiconductor rod body 11, the first semiconductor layer 12, and the second semiconductor layer 13 each made of GaN, thereby forming the n-side semiconductor rod 10 made of GaN. . The formed n-side semiconductor rod 10 is a substantially hexagonal columnar rod having a thickness of about 3 μm and a length of about 8 μm.
In the n-side semiconductor rod 10 of the embodiment, the length of the n-type semiconductor rod body 11 is about 7 μm, and the thickness of the first semiconductor layer 12 and the thickness of the second semiconductor layer 13 are both about 0.5 μm. The length of the entire n-side semiconductor rod 10 is about 8 μm.

[n側半導体ロッド10の形成条件]
・基板温度:1045℃
・製造時間:40分
・雰囲気ガス:水素と窒素の混合雰囲気
・キャリアガス:窒素 11slm
・NH:50sccm(約2×10−3モル/分)
・TMG:20sccm(約65×10−6モル/分)
[Formation conditions for n-side semiconductor rod 10]
-Substrate temperature: 1045 ° C
・ Production time: 40 minutes ・ Atmospheric gas: Mixed atmosphere of hydrogen and nitrogen ・ Carrier gas: Nitrogen 11 slm
NH 3 : 50 sccm (about 2 × 10 −3 mol / min)
TMG: 20 sccm (about 65 × 10 −6 mol / min)

実施例において、n側半導体ロッド10は、n型半導体ロッド本体部11、第1半導体層12及び第2半導体層13とは連続して成長させることにより形成した。具体的には、n型半導体ロッド本体部11は上記原料ガスに、n型不純物用のSiHガスを4.4sccm(約2.0nモル/分)の割合で加えて成長させ、約7μmの長さのロッド(n型半導体ロッド本体部11)が形成された時点で、n型不純物用のSiHガスを止めてp型不純物用のCpMgガスを29sccm(約40μモル/分)の割合で加えて引き続き成長させ、ロッド(n型半導体ロッド本体部11)上面に形成された半導体膜(第1半導体層12)の厚さが約0.5μmになった時点で、np型不純物用のCpMgガスを止めて不純物ガス用の原料ガスを含まない状態でさらにGaNを0.5μmの厚さになるように成長させて半導体膜(第2半導体層13)を形成した。
以上のようにして、一体化された六角柱のn側半導体ロッド10を形成した。
In the example, the n-side semiconductor rod 10 was formed by continuously growing the n-type semiconductor rod body 11, the first semiconductor layer 12, and the second semiconductor layer 13. Specifically, the n-type semiconductor rod body 11 is grown by adding SiH 4 gas for n-type impurities at a rate of 4.4 sccm (about 2.0 nmol / min) to the above-mentioned source gas. At the time when the long rod (n-type semiconductor rod body 11) is formed, the SiH 4 gas for n-type impurities is stopped and Cp 2 Mg gas for p-type impurities is 29 sccm (about 40 μmol / min). When the thickness of the semiconductor film (first semiconductor layer 12) formed on the upper surface of the rod (n-type semiconductor rod main body portion 11) reaches about 0.5 μm, the growth for the np-type impurity is continued. The Cp 2 Mg gas was stopped and GaN was grown to a thickness of 0.5 μm without containing the impurity gas source gas to form a semiconductor film (second semiconductor layer 13).
As described above, the integrated hexagonal columnar n-side semiconductor rod 10 was formed.

n側半導体ロッド10を形成後、形成条件を以下のように変更して、活性層20を形成した。なお、活性層20は、n側半導体ロッド10側から、障壁層25と、井戸層21および稜線部22を含む層(ここでは「混合層」と称する)とを交互に作成した。障壁層25を6層、混合層を6層形成した後、最後に障壁層25をもう1層形成した。障壁層25及び混合層の形成条件は以下の通りであった。障壁層25の形成条件はGaNのものであり、混合層の形成条件はInGaNのものである。   After forming the n-side semiconductor rod 10, the formation conditions were changed as follows to form the active layer 20. In addition, the active layer 20 produced the barrier layer 25 and the layer (Hereinafter, it is called a "mixed layer.") Containing the well layer 21 and the ridgeline part 22 from the n side semiconductor rod 10 side alternately. After 6 barrier layers 25 and 6 mixed layers were formed, another barrier layer 25 was finally formed. The formation conditions of the barrier layer 25 and the mixed layer were as follows. The formation condition of the barrier layer 25 is that of GaN, and the formation condition of the mixed layer is that of InGaN.

[障壁層25の形成条件]
・基板温度:810℃
・雰囲気ガス:窒素
・キャリアガス:窒素 8slm
・NH:4slm(約2×10−1モル/分)
・TEG:16sccm(約4×10−6モル/分)

GaNからなる障壁層25は、第1層(n側半導体ロッド10と接触している層)のみSiドープした。1層目の形成の際には、上記の原料ガスに加えて、Siドーパント源としてSiHガスを8×10−9モル/分で添加した。
障壁層25の形成時間は、第1層は約9分(厚さ10nm程度)、第2層〜第7層は、それぞれ4分(厚さ4〜10nm程度)とした。
[Conditions for Forming Barrier Layer 25]
-Substrate temperature: 810 ° C
・ Atmosphere gas: Nitrogen ・ Carrier gas: Nitrogen 8 slm
NH 3 : 4 slm (about 2 × 10 −1 mol / min)
TEG: 16 sccm (about 4 × 10 −6 mol / min)

The barrier layer 25 made of GaN was doped with Si only in the first layer (the layer in contact with the n-side semiconductor rod 10). In forming the first layer, SiH 4 gas was added at 8 × 10 −9 mol / min as a Si dopant source in addition to the above-described source gas.
The formation time of the barrier layer 25 was about 9 minutes (about 10 nm thickness) for the first layer, and 4 minutes (about 4 to 10 nm thickness) for the second to seventh layers.

[混合層(井戸層21、稜線部22)の形成条件]
・基板温度:810℃
・雰囲気ガス:窒素
・キャリアガス:窒素 8slm
・NH:4slm(約2×10−1モル/分)
・TEG:16sccm(約4×10−6モル/分)
・TMI:142sccm(約12×10−6モル/分)

混合層の形成時間は、第1層〜第6層の全てにおいて、それぞれ4分(厚さ4〜10nm程度)とした。なお、障壁層25の第2層〜第7層と混合層との成長時間は同じであるが、n側半導体ロッド10の長さ方向において成長速度の差が生じるため、後述するTEM像に示すように、障壁層25と混合層との厚さは同じとは限らない。
[Formation conditions of mixed layer (well layer 21, ridge portion 22)]
-Substrate temperature: 810 ° C
・ Atmosphere gas: Nitrogen ・ Carrier gas: Nitrogen 8 slm
NH 3 : 4 slm (about 2 × 10 −1 mol / min)
TEG: 16 sccm (about 4 × 10 −6 mol / min)
TMI: 142 sccm (about 12 × 10 −6 mol / min)

The formation time of the mixed layer was 4 minutes (about 4 to 10 nm in thickness) in each of the first to sixth layers. Although the growth times of the second to seventh layers of the barrier layer 25 and the mixed layer are the same, there is a difference in growth rate in the length direction of the n-side semiconductor rod 10, so that it is shown in a TEM image to be described later. Thus, the thickness of the barrier layer 25 and the mixed layer is not necessarily the same.

活性層20を形成した後、成長基板50の温度を760℃とし、NH、TEG、CpMgを用い、p側半導体被覆層30を形成した。 After forming the active layer 20, the temperature of the growth substrate 50 was set to 760 ° C., and the p-side semiconductor coating layer 30 was formed using NH 3 , TEG, and Cp 2 Mg.

p側半導体被覆層30を形成した後、第1透光性電極81を以下のように形成した。
[第1透光性電極81の形成条件]
・材料:ITO
・膜厚:1700Å
After the p-side semiconductor coating layer 30 was formed, the first translucent electrode 81 was formed as follows.
[Formation conditions of the first translucent electrode 81]
・ Material: ITO
・ Film thickness: 1700mm

第1透光性電極81を形成した後、絶縁膜91を以下のように形成した。
[絶縁膜91の形成条件]
・材料:SiO
・膜厚:3500Å
After forming the first translucent electrode 81, the insulating film 91 was formed as follows.
[Formation conditions of insulating film 91]
-Material: SiO 2
・ Thickness: 3500mm

絶縁膜91を形成した後、n側透光性電極71、第2透光性電極82およびパッド電極70、80を形成した。
[n側透光性電極71、第2透光性電極82の形成条件]
・材料:ITO
・膜厚:1700Å

[n側パッド電極70の形成条件]
・材料:下層側からTi/Auを積層

[p側パッド電極80の形成条件]
・材料:下層側からTi/Auを積層
After forming the insulating film 91, the n-side translucent electrode 71, the second translucent electrode 82, and the pad electrodes 70 and 80 were formed.
[Formation conditions of the n-side translucent electrode 71 and the second translucent electrode 82]
・ Material: ITO
・ Film thickness: 1700mm

[Formation conditions for n-side pad electrode 70]
・ Material: Ti / Au laminated from the lower layer side

[Formation conditions of p-side pad electrode 80]
・ Material: Ti / Au laminated from the lower layer side

(比較例)
実施例において、n側半導体ロッドをn型半導体ロッド本体部11と第2半導体層13に対応する半導体層とによって構成した以外は実施例と同様にして比較例の発光素子を作製した。すなわち、比較例の発光素子では、n側半導体ロッドを、第1半導体層12を形成することなく、n型半導体ロッド本体部11と第2半導体層13に対応する半導体層とによって構成した。
比較例のn側半導体ロッド10において、n型半導体ロッド本体部11の長さは約7μmであり、第2半導体層13に対応する半導体層の厚さは約1μmであり、n側半導体ロッド全体の長さは約8μmである。
(Comparative example)
In the example, a light emitting device of a comparative example was fabricated in the same manner as in the example except that the n-side semiconductor rod was constituted by the n-type semiconductor rod main body 11 and the semiconductor layer corresponding to the second semiconductor layer 13. In other words, in the light emitting device of the comparative example, the n-side semiconductor rod was constituted by the n-type semiconductor rod body 11 and the semiconductor layer corresponding to the second semiconductor layer 13 without forming the first semiconductor layer 12.
In the n-side semiconductor rod 10 of the comparative example, the length of the n-type semiconductor rod body 11 is about 7 μm, the thickness of the semiconductor layer corresponding to the second semiconductor layer 13 is about 1 μm, and the entire n-side semiconductor rod The length of is about 8 μm.

比較例の発光素子において、n側半導体ロッドは、実施例と同様の条件で約7μmの長さのn型半導体ロッド本体部が形成された時点で、n型不純物用のSiHガスを止めて不純物ガス用の原料ガスを含まない状態でさらにGaNを1μmの厚さになるように成長させて半導体膜(第2半導体層13)を成長させることにより形成した。 In the light-emitting element of the comparative example, the n-side semiconductor rod is stopped when the n-type impurity SiH 4 gas is stopped when the n-type semiconductor rod body having a length of about 7 μm is formed under the same conditions as in the example. A semiconductor film (second semiconductor layer 13) was grown by further growing GaN to a thickness of 1 μm without containing a source gas for impurity gas.

以上のようにして作製した実施例の発光素子と比較例の発光素子とを発光させたところ、実施例の発光素子は比較例の発光素子より明るかった。
また、比較例の発光素子においては逆方向リーク電流が低い電圧で立ち上がるのに対して、実施例の発光素子において逆方向リーク電流が立ち上がる電圧は比較例より格段に高いことが確認された。
When the light emitting element of the example manufactured as described above and the light emitting element of the comparative example were caused to emit light, the light emitting element of the example was brighter than the light emitting element of the comparative example.
Further, it was confirmed that the reverse leakage current rises at a low voltage in the light emitting element of the comparative example, whereas the voltage at which the reverse leakage current rises in the light emitting element of the example is much higher than that of the comparative example.

1 発光素子
5、6 ロッド状発光部
10、16 n側半導体ロッド
10c、16c 半導体ロッドの側面
11 n型半導体ロッド本体部
12 第1半導体層
13 第2半導体層
20、26 活性層
21 井戸層
22 稜線部
25 障壁層
30、36 p側半導体被覆層(半導体層)
40 下地層
45 バッファ層
50 成長基板
90、91 絶縁膜
90h 貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting element 5, 6 Rod-shaped light emission part 10, 16 N side semiconductor rod 10c, 16c Side surface of a semiconductor rod 11 N type semiconductor rod main-body part 12 1st semiconductor layer 13 2nd semiconductor layer 20, 26 Active layer 21 Well layer 22 Ridge part 25 Barrier layer 30, 36 p-side semiconductor coating layer (semiconductor layer)
40 Underlayer 45 Buffer layer 50 Growth substrate 90, 91 Insulating film 90h Through hole

Claims (10)

n側半導体ロッドと、
前記n側半導体ロッドを覆う半導体から成る活性層と、
前記活性層を覆うp側半導体被覆層と、を含み、
前記n側半導体ロッドは、n型不純物を含むn型半導体ロッド本体部と、該n型半導体ロッド本体部の上面に設けられたp型不純物を含む第1半導体層と、該第1半導体層の上面に設けられ、前記第1半導体層よりp型不純物濃度の低い第2半導体層とを含むことを特徴とする発光素子。
an n-side semiconductor rod;
An active layer made of a semiconductor covering the n-side semiconductor rod;
A p-side semiconductor coating layer covering the active layer,
The n-side semiconductor rod includes an n-type semiconductor rod main body portion including an n-type impurity, a first semiconductor layer including a p-type impurity provided on an upper surface of the n-type semiconductor rod main body portion, And a second semiconductor layer having a p-type impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer.
前記n側半導体ロッドにおいて、前記第1半導体層の厚さt及び前記第2半導体層の厚さtはそれぞれ0.1μm以上であり、前記第1半導体層の厚さtと前記第2半導体層の厚さtとを合わせた厚さttotalは、0.1μm以上、2μm以下である請求項1記載の発光素子。 In the n-side semiconductor rod, the thickness t i of the thickness t p and the second semiconductor layer of the first semiconductor layer has a respective 0.1μm or more, the the thickness t p of the first semiconductor layer a 2. The light-emitting element according to claim 1, wherein a thickness t total of the two semiconductor layers combined with the thickness t i is 0.1 μm or more and 2 μm or less. 前記n側半導体ロッドは、複数の側面を有する多角柱形状であり、
前記活性層は、前記複数の側面のうち少なくとも隣接する2つにそれぞれ配置された複数の井戸層を含み、
前記複数の井戸層のうち隣接する井戸層同士はそれぞれ、隣接する前記側面同士が接する稜線に沿って分離されており、
前記活性層は、半導体から成り、前記稜線上に配置されて前記隣接する井戸層同士を繋ぐ稜線部をさらに含み、
前記稜線部のバンドギャップは、前記複数の井戸層それぞれのバンドギャップよりも広い請求項1又は2に記載の発光素子。
The n-side semiconductor rod has a polygonal column shape having a plurality of side surfaces,
The active layer includes a plurality of well layers respectively disposed on at least two adjacent sides of the plurality of side surfaces,
The adjacent well layers among the plurality of well layers are separated along a ridge line where the adjacent side surfaces are in contact with each other,
The active layer is made of a semiconductor, and further includes a ridge line portion arranged on the ridge line and connecting the adjacent well layers,
The light emitting device according to claim 1, wherein a band gap of the ridge line portion is wider than a band gap of each of the plurality of well layers.
前記複数の井戸層は、前記n側半導体ロッドの全ての側面にそれぞれ配置されており、
前記複数の井戸層のうち隣接する井戸層同士は全て前記稜線部により繋がれていることを特徴とする請求項3に記載の発光素子。
The plurality of well layers are respectively disposed on all side surfaces of the n-side semiconductor rod,
4. The light emitting device according to claim 3, wherein adjacent well layers among the plurality of well layers are all connected by the ridge line portion. 5.
前記井戸層は、前記n側半導体ロッドの側面と垂直をなす方向において、障壁層を介して複数積層されていることを特徴とする請求項3または4に記載の発光素子。   5. The light emitting device according to claim 3, wherein a plurality of the well layers are stacked via a barrier layer in a direction perpendicular to a side surface of the n-side semiconductor rod. 前記n側半導体ロッドにおいて、
前記n型半導体ロッド本体部は、ウルツ鉱型の結晶のn型窒化物半導体を含み、
前記第1半導体層は、p型窒化物半導体を含み、
前記第2半導体層は、i型窒化物半導体を含み、
前記p側半導体被覆層はp型窒化物半導体を含み、
前記n型半導体ロッド本体部の側面は、前記ウルツ鉱型の結晶のM面である請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光素子。
In the n-side semiconductor rod,
The n-type semiconductor rod main body includes a wurtzite crystal n-type nitride semiconductor,
The first semiconductor layer includes a p-type nitride semiconductor,
The second semiconductor layer includes an i-type nitride semiconductor,
The p-side semiconductor coating layer includes a p-type nitride semiconductor;
6. The light emitting device according to claim 1, wherein a side surface of the n-type semiconductor rod main body is an M-plane of the wurtzite crystal.
前記n型半導体ロッド本体部は、GaN結晶から成ることを特徴とする請求項6に記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 6, wherein the n-type semiconductor rod body is made of a GaN crystal. 前記第1半導体層はGaN結晶から成り、前記第2半導体層はGaN結晶から成る請求項7に記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 7, wherein the first semiconductor layer is made of a GaN crystal, and the second semiconductor layer is made of a GaN crystal. 前記n型半導体ロッド本体部の軸は、前記GaN結晶の[000−1]方向に平行である請求項7又は8に記載の発光素子。   9. The light emitting device according to claim 7, wherein an axis of the n-type semiconductor rod main body is parallel to a [000-1] direction of the GaN crystal. 前記第2半導体層はアンドープ層である請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is an undoped layer.
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