JP2024020852A - Semiconductor optical device array - Google Patents

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Abstract

【課題】良好な光学特性を有する半導体光素子アレイを提供する。【解決手段】半導体基板1と、上記半導体基板の主面に配置され、開口部を有するマスク層2と、上記半導体基板から上記開口部を介して厚さ方向に延在し、III族窒化物半導体の柱状結晶であるナノコラム3と、上記ナノコラムの先端に配置された発光層4と、上記発光層を被覆し、半導体を含む被覆半導体層5と、を有する半導体光素子アレイ10であって、上記半導体光素子アレイは、複数の上記ナノコラムを含む画素を有し、上記画素において、中心から外周に向かって、上記ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に増加するか、段階的または連続的に減少する。【選択図】図3The present invention provides a semiconductor optical device array having good optical characteristics. The present invention includes a semiconductor substrate 1, a mask layer 2 disposed on a main surface of the semiconductor substrate and having an opening, and a group III nitride layer extending from the semiconductor substrate in the thickness direction through the opening. A semiconductor optical device array 10 having a nanocolumn 3 which is a columnar crystal of a semiconductor, a light emitting layer 4 disposed at the tip of the nanocolumn, and a covering semiconductor layer 5 covering the light emitting layer and containing a semiconductor, The semiconductor optical device array has a pixel including a plurality of the nanocolumns, and in the pixel, the size of the nanocolumns increases stepwise or continuously from the center toward the outer periphery, or the size of the nanocolumns increases stepwise or continuously. decreases to [Selection diagram] Figure 3

Description

本開示は、半導体光素子アレイに関する。 The present disclosure relates to semiconductor optical device arrays.

近年、窒化ガリウム(GaN)等のIII族窒化物半導体は、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子に有用な半導体材料として注目されている。発光素子は、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、分子線エピタキシ(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法等の結晶成長技術を用いて、基板上にIII族窒化物半導体の積層構造を形成することで作製される。 In recent years, group III nitride semiconductors such as gallium nitride (GaN) have attracted attention as semiconductor materials useful for light-emitting devices such as light-emitting diodes and laser diodes. Light emitting devices are made by depositing group III nitride semiconductors on a substrate using crystal growth techniques such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) and molecular beam epitaxy (MBE). It is manufactured by forming a layered structure.

例えば特許文献1には、マスクパターンに配置された開口部を介して、半導体基板から成長したIII族窒化物半導体を含む微細柱状結晶を備える半導体光素子アレイが開示されている。この技術の一つの目的は、基板上に形成された微細柱状結晶の位置および形状を高精度に制御することである。 For example, Patent Document 1 discloses a semiconductor optical device array that includes fine columnar crystals containing a Group III nitride semiconductor grown from a semiconductor substrate through openings arranged in a mask pattern. One purpose of this technique is to control the position and shape of fine columnar crystals formed on a substrate with high precision.

国際公開第2010/023921号International Publication No. 2010/023921

半導体光素子アレイは、例えば、発光素子に用いられる。発光素子の高性能化を図る観点から、半導体光素子アレイの光学特性の向上が望まれている。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、良好な光学特性を有する半導体光素子アレイを提供することを主目的とする。 A semiconductor optical device array is used, for example, as a light emitting device. From the viewpoint of improving the performance of light emitting devices, it is desired to improve the optical characteristics of semiconductor optical device arrays. The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and its main purpose is to provide a semiconductor optical device array having good optical characteristics.

本開示においては、半導体基板と、上記半導体基板の主面に配置され、開口部を有するマスク層と、上記半導体基板から上記開口部を介して厚さ方向に延在し、III族窒化物半導体の柱状結晶であるナノコラムと、上記ナノコラムの先端に配置された発光層と、上記発光層を被覆し、半導体を含む被覆半導体層と、を有する半導体光素子アレイであって、上記半導体光素子アレイは、複数の上記ナノコラムを含む画素を有し、上記画素において、中心から外周に向かって、上記ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に増加するか、段階的または連続的に減少する、半導体光素子アレイを提供する。 In the present disclosure, a semiconductor substrate, a mask layer disposed on a main surface of the semiconductor substrate and having an opening, a group III nitride semiconductor extending from the semiconductor substrate in the thickness direction through the opening, A semiconductor optical device array comprising: a nanocolumn that is a columnar crystal; a light emitting layer disposed at the tip of the nanocolumn; and a covering semiconductor layer covering the light emitting layer and containing a semiconductor, the semiconductor optical device array comprising: has a pixel including a plurality of the nanocolumns, and in the pixel, the size of the nanocolumns increases stepwise or continuously, or decreases stepwise or continuously from the center to the outer periphery. An optical device array is provided.

本開示における半導体光素子アレイは、良好な光学特性を有するという効果を奏する。 The semiconductor optical device array according to the present disclosure has the advantage of having good optical characteristics.

本開示における半導体光素子アレイを例示する概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor optical device array according to the present disclosure. 本開示におけるマスク層およびナノコラムを例示する概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a mask layer and nanocolumns in the present disclosure. 本開示における画素を例示する概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a pixel in the present disclosure. 本開示における画素を例示する概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a pixel in the present disclosure. 本開示における画素を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a pixel in the present disclosure. 本開示における画素を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a pixel in the present disclosure. 本開示におけるナノコラムを例示する概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a nanocolumn in the present disclosure. 本開示における画素を例示する概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a pixel in the present disclosure. 本開示における半導体光素子アレイを例示する概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating a semiconductor optical device array according to the present disclosure. 本開示における半導体光素子アレイの製造方法を例示する概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device array according to the present disclosure. 比較例1および実施例1、2で用いた画素を説明する説明図である。3 is an explanatory diagram illustrating pixels used in Comparative Example 1 and Examples 1 and 2. FIG. 比較例1および実施例1、2で得られた画素の発光スペクトルである。3 shows emission spectra of pixels obtained in Comparative Example 1 and Examples 1 and 2. 比較例2および実施例3、4で用いた画素を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating pixels used in Comparative Example 2 and Examples 3 and 4. 比較例2および実施例3、4で得られた画素の発光スペクトルである。It is the emission spectrum of the pixel obtained in Comparative Example 2 and Examples 3 and 4.

以下、本開示における半導体光素子アレイについて詳細に説明する。以下に示す各図は、理解を容易にするため、各部の大きさ、形状を適宜誇張している。さらに、各図において、便宜上、ハッチングまたは符号を省略する場合がある。また、本開示において、「一の部材の面(主面)に他の部材が配置される」とは、一の部材の面(主面)に接するように他の部材が配置される場合と、一の部材の面(主面)の上方に別の部材を介して他の部材が配置される場合と、の両方を含む。 Hereinafter, the semiconductor optical device array according to the present disclosure will be described in detail. In each figure shown below, the size and shape of each part are appropriately exaggerated for easy understanding. Furthermore, in each figure, hatching or symbols may be omitted for convenience. In addition, in the present disclosure, "another member is arranged on the surface (principal surface) of one member" refers to a case where another member is arranged so as to be in contact with the surface (principal surface) of one member. , and cases in which another member is placed above the surface (principal surface) of one member via another member.

図1は、本開示における半導体光素子アレイを例示する概略断面図である。図1に示す半導体光素子アレイ10は、半導体基板1、マスク層2、ナノコラム3、発光層4および被覆半導体層5を有する。半導体基板1は、下地基板1aおよび半導体層1bを有する。マスク層2は、半導体基板1(半導体層1b)の主面mに配置され、開口部2xを有する。ナノコラム3は、半導体基板1(半導体層1b)からマスク層2の開口部2xを介して厚さ方向Dに延在し、III族窒化物半導体の柱状結晶である。発光層4は、ナノコラム3の先端に配置される。被覆半導体層5は、発光層4の少なくとも一部を被覆し、半導体を含む。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor optical device array according to the present disclosure. A semiconductor optical device array 10 shown in FIG. 1 includes a semiconductor substrate 1, a mask layer 2, a nanocolumn 3, a light emitting layer 4, and a covering semiconductor layer 5. Semiconductor substrate 1 has base substrate 1a and semiconductor layer 1b. The mask layer 2 is arranged on the main surface m of the semiconductor substrate 1 (semiconductor layer 1b) and has an opening 2x. The nanocolumn 3 extends in the thickness direction DT from the semiconductor substrate 1 (semiconductor layer 1b) through the opening 2x of the mask layer 2, and is a columnar crystal of a group III nitride semiconductor. The light emitting layer 4 is arranged at the tip of the nanocolumn 3. The covering semiconductor layer 5 covers at least a portion of the light emitting layer 4 and includes a semiconductor.

図2は、本開示におけるマスク層およびナノコラムを例示する概略平面図である。図2(a)に示すように、マスク層2は、パターン状の開口部2xを有する。その開口部2xを介して、III族窒化物半導体の結晶をエピタキシャル成長させる。これにより、図1および図2(b)に示すようなナノコラム3が得られる。 FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a mask layer and nanocolumns in the present disclosure. As shown in FIG. 2(a), the mask layer 2 has patterned openings 2x. A group III nitride semiconductor crystal is epitaxially grown through the opening 2x. As a result, nanocolumns 3 as shown in FIGS. 1 and 2(b) are obtained.

本開示における半導体光素子アレイは、複数のナノコラムを含む画素を有する。具体的に、複数のナノコラムがパターン状に配置されることで、一つの画素が構成される。各々のナノコラムには、通常、上述した発光層および被覆半導体層が配置されている。図3および図4は、それぞれ、本開示における画素を例示する概略平面図である。図3および図4に示すように、画素Pは、複数のナノコラム3を含む。図3に示す画素Pにおいては、中心Cから外周Xに向かって、ナノコラム3のサイズが、連続的に増加している。一方、図4に示す画素Pにおいては、中心Cから外周Xに向かって、ナノコラム3のサイズが、連続的に減少している。 A semiconductor optical device array in the present disclosure has a pixel including a plurality of nanocolumns. Specifically, one pixel is configured by arranging a plurality of nanocolumns in a pattern. Each nanocolumn is usually provided with the above-mentioned light-emitting layer and covering semiconductor layer. 3 and 4 are schematic plan views illustrating pixels in the present disclosure, respectively. As shown in FIGS. 3 and 4, the pixel P includes a plurality of nanocolumns 3. In the pixel P shown in FIG. 3, the size of the nanocolumn 3 increases continuously from the center C toward the outer periphery X. On the other hand, in the pixel P shown in FIG. 4, the size of the nanocolumn 3 decreases continuously from the center C toward the outer periphery X.

本開示によれば、複数のナノコラムを含む画素において、中心から外周に向かって、ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に増加するか、段階的または連続的に減少することにより、良好な光学特性を有する半導体光素子アレイとなる。ここで、特許文献1に記載されているように、発光層から放出される光の発光特性は、ナノコラムのサイズにより変化する。具体的に、発光層から放出される光のピーク波長は、ナノコラムのサイズが大きいほど長波長側にシフトし、ナノコラムのサイズが小さいほど短波長側にシフトする。 According to the present disclosure, in a pixel including a plurality of nanocolumns, the size of the nanocolumns increases in a stepwise or continuous manner or decreases in a stepwise or continuous manner from the center toward the outer periphery, thereby achieving good optical performance. This results in a semiconductor optical device array having characteristics. Here, as described in Patent Document 1, the light emission characteristics of light emitted from the light emitting layer change depending on the size of the nanocolumn. Specifically, the peak wavelength of light emitted from the light-emitting layer shifts toward longer wavelengths as the nanocolumn size increases, and shifts toward shorter wavelengths as the nanocolumn size decreases.

そのため、サイズが不均一な複数のナノコラムを含む画素は、サイズが均一な複数のナノコラムを含む画素に比べて、単色性が劣ることが想定される。ところが、画素の中心から画素の外周に向かってナノコラムのサイズを変化させたところ、画素の少なくとも中心付近では、単色性の低下が確認されなかった。さらに驚くことに、画素の中心から画素の外周に向かってナノコラムのサイズを変化させたところ、画素の少なくとも中心付近では、発光強度の向上が確認された。その理由は完全には明らかではないが、画素の外周付近に配置されたナノコラムが、レンズまたは反射板のような機能を発揮することで、画素の中心付近において、光の取り出し効率が向上したためであると推測される。 Therefore, it is assumed that a pixel including a plurality of nanocolumns with non-uniform sizes is inferior in monochromaticity than a pixel including a plurality of nanocolumns with a uniform size. However, when the size of the nanocolumn was changed from the center of the pixel toward the outer periphery of the pixel, no decrease in monochromaticity was observed at least near the center of the pixel. Even more surprisingly, when the size of the nanocolumns was changed from the center of the pixel toward the outer periphery of the pixel, an improvement in the emission intensity was confirmed at least near the center of the pixel. The reason for this is not completely clear, but it is because the nanocolumns placed near the outer periphery of the pixel function like lenses or reflectors, improving light extraction efficiency near the center of the pixel. It is assumed that there is.

1.画素
本開示における画素は、複数のナノコラムを含む。ナノコラムの詳細については、後述する「2.ナノコラム」で説明する。また、本開示においては、画素の中心から画素の外周に向かって、ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に増加するか、段階的または連続的に減少する。
1. Pixel A pixel in this disclosure includes multiple nanocolumns. Details of the nanocolumn will be explained in "2. Nanocolumn" below. Further, in the present disclosure, the size of the nanocolumn increases stepwise or continuously, or decreases stepwise or continuously from the center of the pixel toward the outer periphery of the pixel.

本開示において、画素の中心とは、画素を厚さ方向に沿って平面視した平面視形状の重心点をいう。一方、画素の外周とは、画素を厚さ方向に沿って平面視した平面視形状の外周をいう。また、「ナノコラムのサイズ」とは、ナノコラムの柱状部(後述する図7で例示する柱状部3a)のサイズをいう。柱状部のサイズとは、柱状部を厚さ方向に沿って平面視した平面視形状の重心点(中心)を通り、かつ、柱状部と2点で交差する直線のうち、交点間の距離が最も長い直線の長さをいう。 In the present disclosure, the center of a pixel refers to the center of gravity of a planar view of the pixel along the thickness direction. On the other hand, the outer periphery of a pixel refers to the outer periphery of the pixel in a planar view along the thickness direction. Moreover, "the size of a nanocolumn" refers to the size of a columnar part of a nanocolumn (a columnar part 3a illustrated in FIG. 7, which will be described later). The size of the columnar section is defined as the distance between the intersection points of straight lines that pass through the center of gravity (center) of the columnar section in plan view along the thickness direction and intersect the columnar section at two points. The length of the longest straight line.

画素の中心におけるナノコラムのサイズは、例えば、10nm以上、1000nm以下である。「画素の中心におけるナノコラム」とは、画素を厚さ方向に沿って平面視した場合に、画素の中心にナノコラムが存在する場合は、そのナノコラムをいい、画素の中心にナノコラムが存在しない場合は、画素の中心から最も近いナノコラムをいう。ナノコラムのサイズは、例えば、700nm以下であってもよく、650nm以下であってもよく、600nm以下であってもよい。ナノコラムのサイズを700nm以下にすることで、貫通転位の発生を抑制しやすくなる。 The size of the nanocolumn at the center of the pixel is, for example, 10 nm or more and 1000 nm or less. "Nanocolumn at the center of the pixel" means the nanocolumn if there is a nanocolumn at the center of the pixel when the pixel is viewed in plan along the thickness direction, and if there is no nanocolumn at the center of the pixel, it means , refers to the nanocolumn closest to the center of the pixel. The size of the nanocolumn may be, for example, 700 nm or less, 650 nm or less, or 600 nm or less. By setting the size of the nanocolumn to 700 nm or less, it becomes easier to suppress the occurrence of threading dislocations.

本開示においては、画素の中心から画素の外周に向かって、ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に増加していてもよい。この場合を、図5を用いて説明する。図5(a)に示す画素Pでは、中心Cから外周Xに向かって、ナノコラム3のサイズが、連続的に増加している。また、図5(a)に示す画素Pでは、中心Cから外周Xに向かって、ナノコラム3のサイズが、同心円状に変化している。図5(b)に示すように、中心Cから外周Xに向かって、ナノコラムのサイズは、直線的に増加していてもよい。一方、特に、図示しないが、中心Cから外周Xに向かって、ナノコラムのサイズは、曲線的(例えばn次関数的)に増加していてもよい。 In the present disclosure, the size of the nanocolumn may increase stepwise or continuously from the center of the pixel toward the outer periphery of the pixel. This case will be explained using FIG. 5. In the pixel P shown in FIG. 5A, the size of the nanocolumn 3 increases continuously from the center C toward the outer periphery X. Furthermore, in the pixel P shown in FIG. 5A, the size of the nanocolumn 3 changes concentrically from the center C toward the outer periphery X. As shown in FIG. 5(b), the size of the nanocolumn may increase linearly from the center C toward the outer circumference X. On the other hand, although not particularly illustrated, the size of the nanocolumn may increase in a curved manner (eg, n-th order function) from the center C toward the outer periphery X.

図5(c)は、画素の中心付近におけるナノコラム3を示しており、図5(d)は、画素の外周付近におけるナノコラム3を示している。画素の中心におけるナノコラムのサイズをSとし、画素の外周におけるナノコラムのサイズをSとする。「画素の中心におけるナノコラム」については、上述した通りである。一方、「画素の外周におけるナノコラム」とは、画素を厚さ方向に沿って平面視した場合に、画素の外周を構成するナノコラムをいう。 FIG. 5(c) shows the nanocolumn 3 near the center of the pixel, and FIG. 5(d) shows the nanocolumn 3 near the outer periphery of the pixel. Let the size of the nanocolumn at the center of the pixel be S1 , and the size of the nanocolumn at the outer periphery of the pixel be S2 . The "nanocolumn at the center of the pixel" is as described above. On the other hand, "nanocolumns on the outer periphery of a pixel" refers to nanocolumns forming the outer periphery of a pixel when the pixel is viewed from above in the thickness direction.

は、例えば10nm以上であり、20nm以上であってもよく、30nm以上であってもよい。一方、Sは、例えば300nm以下であり、200nm以下であってもよく、100nm以下であってもよい。また、Sは、Sより大きければ特に限定されないが、例えば20nm以上であり、50nm以上であってもよく、100nm以上であってもよい。一方、Sは、例えば1000nm以下であり、500nm以下であってもよく、300nm以下であってもよい。また、Sに対する上記Sの割合(S/S)は、例えば1.5以上、6.0以下であり、2.0以上、4.0以下であってもよい。 S1 is, for example, 10 nm or more, may be 20 nm or more, or may be 30 nm or more. On the other hand, S 1 is, for example, 300 nm or less, may be 200 nm or less, or may be 100 nm or less. Further, S 2 is not particularly limited as long as it is larger than S 1 , but is, for example, 20 nm or more, may be 50 nm or more, or may be 100 nm or more. On the other hand, S2 is, for example, 1000 nm or less, may be 500 nm or less, or may be 300 nm or less. Further, the ratio of S 2 to S 1 (S 2 /S 1 ) is, for example, 1.5 or more and 6.0 or less, and may be 2.0 or more and 4.0 or less.

また、本開示においては、画素の中心から画素の外周に向かって、ナノコラムのサイズが、段階的に増加していてもよい。この場合、画素の中心から画素の外周に向かって、ナノコラムのサイズが、2段階以上で増加してもよく、5段階以上で増加してもよく、10段階以上で増加してもよい。 Further, in the present disclosure, the size of the nanocolumn may increase stepwise from the center of the pixel toward the outer periphery of the pixel. In this case, the size of the nanocolumn may increase in two or more steps, five or more steps, or ten or more steps from the center of the pixel toward the outer periphery of the pixel.

一方、本開示においては、画素の中心から画素の外周に向かって、ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に減少していてもよい。この場合を、図6を用いて説明する。図6(a)に示す画素Pでは、中心Cから外周Xに向かって、ナノコラム3のサイズが、連続的に減少している。また、図6(a)に示す画素Pでは、中心Cから外周Xに向かって、ナノコラム3のサイズが、同心円状に変化している。図6(b)に示すように、中心Cから外周Xに向かって、ナノコラムのサイズは、直線的に減少していてもよい。一方、特に、図示しないが、中心Cから外周Xに向かって、ナノコラムのサイズは、曲線的(例えばn次関数的)に減少していてもよい。 On the other hand, in the present disclosure, the size of the nanocolumn may decrease stepwise or continuously from the center of the pixel toward the outer periphery of the pixel. This case will be explained using FIG. 6. In the pixel P shown in FIG. 6A, the size of the nanocolumn 3 decreases continuously from the center C toward the outer periphery X. Furthermore, in the pixel P shown in FIG. 6A, the size of the nanocolumn 3 changes concentrically from the center C toward the outer periphery X. As shown in FIG. 6(b), the size of the nanocolumn may decrease linearly from the center C toward the outer periphery X. On the other hand, although not particularly illustrated, the size of the nanocolumn may decrease in a curved manner (for example, as an n-th order function) from the center C toward the outer periphery X.

図6(c)は、画素の中心付近におけるナノコラム3を示しており、図6(d)は、画素の外周付近におけるナノコラム3を示している。画素の中心におけるナノコラムのサイズをSとし、画素の外周におけるナノコラムのサイズをSとする。「画素の中心におけるナノコラム」および「画素の外周におけるナノコラム」については、上述した通りである。 FIG. 6(c) shows the nanocolumn 3 near the center of the pixel, and FIG. 6(d) shows the nanocolumn 3 near the outer periphery of the pixel. Let the size of the nanocolumn at the center of the pixel be S3 , and the size of the nanocolumn at the outer periphery of the pixel be S4 . The "nanocolumn at the center of the pixel" and the "nanocolumn at the periphery of the pixel" are as described above.

は、例えば100nm以上であり、150nm以上であってもよく、200nm以上であってもよい。一方、Sは、例えば1000nm以下であり、500nm以下であってもよく、400nm以下であってもよい。また、Sは、Sより小さければ特に限定されないが、例えば10nm以上であり、100nm以上であってもよく、150nm以上であってもよい。一方、Sは、例えば300nm以下であり、250nm以下であってもよい。また、Sに対する上記Sの割合(S/S)は、例えば0.4以上、0.8以下であり、0.45以上、0.6以下であってもよい。 S3 is, for example, 100 nm or more, may be 150 nm or more, or may be 200 nm or more. On the other hand, S3 is, for example, 1000 nm or less, may be 500 nm or less, or may be 400 nm or less. Further, S 4 is not particularly limited as long as it is smaller than S 3 , but is, for example, 10 nm or more, may be 100 nm or more, or may be 150 nm or more. On the other hand, S4 is, for example, 300 nm or less, and may be 250 nm or less. Further, the ratio of S 4 to S 3 (S 4 /S 3 ) is, for example, 0.4 or more and 0.8 or less, and may be 0.45 or more and 0.6 or less.

また、本開示においては、画素の中心から画素の外周に向かって、ナノコラムのサイズが、段階的に減少していてもよい。この場合、画素の中心から画素の外周に向かって、ナノコラムのサイズが、2段階以上で減少してもよく、5段階以上で減少してもよく、10段階以上で減少してもよい。 Further, in the present disclosure, the size of the nanocolumn may decrease stepwise from the center of the pixel toward the outer periphery of the pixel. In this case, the size of the nanocolumn may decrease in two or more steps, five or more steps, or ten or more steps from the center of the pixel toward the outer periphery of the pixel.

画素の中心から画素の外周に向かう方向において、隣り合うナノコラムのサイズの差は、例えば5nm以下であり、3nm以下であってもよく、1nm以下であってもよい。画素の中心から画素の外周までの距離をLとした場合、画素の中心から1/2Lまでの領域において、隣り合うナノコラムのサイズの差が、いずれも上記範囲内にあってもよい。同様に、画素の中心から3/4Lまでの領域において、隣り合うナノコラムのサイズの差が、いずれも上記範囲内にあってもよい。なお、画素の中心から画素の外周に向かって、ナノコラムのサイズが、連続的に変化する場合、隣り合うナノコラムのサイズの差は、通常、0より大きい。 In the direction from the center of the pixel to the outer periphery of the pixel, the difference in size between adjacent nanocolumns is, for example, 5 nm or less, may be 3 nm or less, or may be 1 nm or less. When the distance from the center of the pixel to the outer periphery of the pixel is L, the difference in size between adjacent nanocolumns may be within the above range in a region from the center of the pixel to 1/2L. Similarly, in the region from the center of the pixel to 3/4L, the difference in size between adjacent nanocolumns may be within the above range. Note that when the size of the nanocolumn changes continuously from the center of the pixel toward the outer periphery of the pixel, the difference in size between adjacent nanocolumns is usually larger than zero.

ナノコラムの配列は、特に限定されないが、例えば、三角格子状に配置されていてもよく、正方格子状に配列されていてもよい。上述した図2においては、マスク層2の開口部2xが、三角格子状に配置されており、開口部2xから成長するナノコラム3も、三角格子状に配置される。また、図5(c)に示すように、隣り合うナノコラムの中心間の距離をピッチと称する。上記ピッチは、例えば200nm以上であり、300nm以上であってもよい。一方、上記ピッチは、例えば600nm以下であり、500nm以下であってもよい。また、隣り合うナノコラムは、通常、互いに接触しないように配置されている。隣り合うナノコラムの隙間は、例えば1nm以上であることが好ましい。画素におけるナノコラムのピッチは、同一であってもよく、異なっていてもよい。ピッチが同一であるとは、画素におけるナノコラムのピッチの最大値と最小値との差が、5nm以下であることをいう。一方、ピッチが異なるとは、画素におけるナノコラムのピッチの最大値と最小値との差が、5nmより大きいことをいう。 The arrangement of the nanocolumns is not particularly limited, but may be arranged, for example, in a triangular lattice shape or in a square lattice shape. In FIG. 2 described above, the openings 2x of the mask layer 2 are arranged in a triangular lattice shape, and the nanocolumns 3 growing from the openings 2x are also arranged in a triangular lattice shape. Further, as shown in FIG. 5(c), the distance between the centers of adjacent nanocolumns is called a pitch. The pitch is, for example, 200 nm or more, and may be 300 nm or more. On the other hand, the pitch is, for example, 600 nm or less, and may be 500 nm or less. Further, adjacent nanocolumns are usually arranged so as not to come into contact with each other. It is preferable that the gap between adjacent nanocolumns is, for example, 1 nm or more. The pitch of nanocolumns in a pixel may be the same or different. The same pitch means that the difference between the maximum and minimum pitches of nanocolumns in a pixel is 5 nm or less. On the other hand, the phrase "the pitches are different" means that the difference between the maximum value and the minimum value of the nanocolumn pitch in a pixel is greater than 5 nm.

本開示における画素の平面視形状は、特に限定されないが、三角形状、四角形状(例えば、正方形状、長方形状、菱形形状)、六角形状等の多角形が挙げられる。画素のサイズは、例えば10μm以上であり、50μm以上であってもよい。一方、画素のサイズは、例えば500μm以下であり、100μm以下であってもよい。本開示において、「画素のサイズ」とは、画素を厚さ方向に沿って平面視した平面視形状の重心点(中心)を通り、かつ、画素と2点で交差する直線のうち、交点間の距離が最も長い直線の長さをいう。 The planar view shape of the pixel in the present disclosure is not particularly limited, but includes polygons such as a triangular shape, a quadrangular shape (for example, a square shape, a rectangular shape, and a rhombic shape), and a hexagonal shape. The size of the pixel is, for example, 10 μm or more, and may be 50 μm or more. On the other hand, the size of the pixel is, for example, 500 μm or less, and may be 100 μm or less. In the present disclosure, "pixel size" refers to a straight line that passes through the center of gravity (center) of a planar view of a pixel in the thickness direction and intersects the pixel at two points, between the intersection points. The length of the straight line with the longest distance.

2.ナノコラム
本開示におけるナノコラムは、半導体基板からマスク層の開口部を介して厚さ方向に延在し、III族窒化物半導体の柱状結晶である。ナノコラムは、III族窒化物半導体の単結晶から構成されていてもよい。ナノコラムにおける結晶欠陥は少ないことが好ましい。
2. Nanocolumn The nanocolumn in the present disclosure extends in the thickness direction from the semiconductor substrate through the opening of the mask layer, and is a columnar crystal of a group III nitride semiconductor. The nanocolumn may be composed of a single crystal of a Group III nitride semiconductor. It is preferable that there are few crystal defects in the nanocolumns.

III族窒化物半導体は、III族元素およびN元素を含有する。III族窒化物半導体の典型例としては、窒化ガリウム(GaN)が挙げられる。また、III族窒化物半導体の他の例としては、一般式:AlGaIn1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される材料が挙げられる。xは0より大きくてもよい。xは1より小さくてもよい。yは0より大きくてもよい。yは1より小さくてもよい。x+yは0より大きく、1より小さくてもよい。上記一般式で表されるIII族窒化物半導体は、室温におけるバンドギャップが、0.63eV以上、6.2eV以下であることが好ましい。また、III族窒化物半導体の他の例としては、ボロン窒化物が挙げられる。また、製造安定性の観点から、III族窒化物半導体は、結晶構造が六方晶である材料であることが好ましい。 Group III nitride semiconductors contain Group III elements and N elements. A typical example of a Group III nitride semiconductor is gallium nitride (GaN). Further, another example of a group III nitride semiconductor is represented by the general formula: Al x Ga y In 1-x-y N (0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1). Materials that can be used include: x may be greater than 0. x may be smaller than 1. y may be greater than 0. y may be smaller than 1. x+y may be greater than 0 and less than 1. The group III nitride semiconductor represented by the above general formula preferably has a band gap of 0.63 eV or more and 6.2 eV or less at room temperature. Further, another example of the Group III nitride semiconductor is boron nitride. Furthermore, from the viewpoint of manufacturing stability, the Group III nitride semiconductor is preferably a material having a hexagonal crystal structure.

ナノコラムは、柱状部と、柱状部の先端側(半導体基板とは反対側)に位置するファセット構造部とを有していてもよい。ファセット構造部とは、厚さ方向に垂直な方向に対して、斜めに位置するファセット面を側面とする多面体構造をいう。柱状部の形状は、特に限定されないが、例えば、円柱形状、四角柱形状、六角柱形状が挙げられる。 The nanocolumn may have a columnar part and a facet structure located on the tip side of the columnar part (on the opposite side to the semiconductor substrate). The facet structure refers to a polyhedral structure whose side surfaces are facet surfaces located obliquely with respect to a direction perpendicular to the thickness direction. The shape of the columnar portion is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape, a quadrangular prism shape, and a hexagonal prism shape.

例えば、ウルツ鉱型結晶構造のIII族窒化物半導体を、c面(=(0001)面、極性面)の方向に成長させてナノコラムを形成した場合、ナノコラムの平面視形状は、図2(b)に示されるように六角形状となる。図7(a)、(b)は、ナノコラムを中心軸に沿って切断した場合の断面を示す概略断面図である。図7(a)、(b)に示すナノコラム3は、いずれも、柱状部3aと、柱状部3aの先端側(半導体基板とは反対側)に位置するファセット構造部3bとを有している。 For example, when a nanocolumn is formed by growing a Group III nitride semiconductor with a wurtzite crystal structure in the direction of the c-plane (=(0001) plane, polar plane), the planar shape of the nanocolumn is as shown in Figure 2(b). ), it has a hexagonal shape. FIGS. 7A and 7B are schematic cross-sectional views showing the cross section of the nanocolumn taken along the central axis. Each of the nanocolumns 3 shown in FIGS. 7(a) and 7(b) has a columnar portion 3a and a facet structure portion 3b located on the tip side of the columnar portion 3a (on the opposite side to the semiconductor substrate). .

図7(a)に示すファセット構造部3bは、ファセット面31(ウルツ鉱型結晶構造の半極性面)を有しており、その形状は六角錐形状である。半極性面としては、例えば(10-1-1)面、(10-1-3)面、(11-22)面、(11-24)面、(10-12)面が挙げられる。一方、図7(b)に示すファセット構造部3bは、ファセット面31(ウルツ鉱型結晶構造の半極性面)を有し、さらに、厚さ方向に垂直な方向に平行な平坦面32(ウルツ鉱型結晶構造の極性面)を有している。結晶の成長条件に応じて、例えば、図7(a)または図7(b)に示すファセット構造部が形成される。 The facet structure 3b shown in FIG. 7A has a facet surface 31 (a semipolar surface of a wurtzite crystal structure), and the shape is a hexagonal pyramid. Examples of semipolar planes include (10-1-1) plane, (10-1-3) plane, (11-22) plane, (11-24) plane, and (10-12) plane. On the other hand, the facet structure portion 3b shown in FIG. 7(b) has a facet surface 31 (semipolar surface of wurtzite crystal structure), and further has a flat surface 32 (wurtzite crystal structure) parallel to the direction perpendicular to the thickness direction. It has a polar surface (ore type crystal structure). Depending on the crystal growth conditions, for example, a facet structure shown in FIG. 7(a) or FIG. 7(b) is formed.

ナノコラムのサイズが小さい場合、図7(a)に示す六角錐形状を有するファセット構造部が形成されやすく、ナノコラムのサイズが大きい場合、図7(b)に示すようなファセット構造部が形成されやすい。結晶の成長条件にもよるが、ナノコラムのサイズを約300nm以上にすると、図7(b)に示すような平坦面(極性面)が出現しやすくなる。また、ナノコラムのサイズが約300nmを超えて大きくなるほど、平坦面(極性面)の面積は増加する傾向にある。 When the size of the nanocolumn is small, a facet structure having a hexagonal pyramid shape as shown in FIG. 7(a) is likely to be formed, and when the size of the nanocolumn is large, a facet structure as shown in FIG. 7(b) is likely to be formed. . Although it depends on the crystal growth conditions, when the size of the nanocolumn is about 300 nm or more, a flat surface (polar surface) as shown in FIG. 7(b) tends to appear. Further, as the size of the nanocolumn increases beyond about 300 nm, the area of the flat surface (polar surface) tends to increase.

ナノコラムの高さは、特に限定されないが、例えば200nm以上であり、500nm以上であってもよい。一方、ナノコラムの高さは、例えば5μm以下である。ナノコラムの高さは、マスク層2の半導体基板とは反対側の表面から、ナノコラムの先端までの距離(厚さ方向における距離)をいう。 Although the height of the nanocolumn is not particularly limited, it is, for example, 200 nm or more, and may be 500 nm or more. On the other hand, the height of the nanocolumn is, for example, 5 μm or less. The height of the nanocolumn refers to the distance (distance in the thickness direction) from the surface of the mask layer 2 opposite to the semiconductor substrate to the tip of the nanocolumn.

3.発光層
本開示における発光層は、ナノコラムの先端に配置される。すなわち、発光層は、半導体基板とは反対側の面に配置される。発光層は、ナノコラムのファセット構造部を覆うように設けられていることが好ましい。
3. Light Emitting Layer The light emitting layer in the present disclosure is placed at the tip of the nanocolumn. That is, the light-emitting layer is arranged on the surface opposite to the semiconductor substrate. The light emitting layer is preferably provided so as to cover the facet structure of the nanocolumn.

発光層は、多重量子井戸(MQW)構造または単一量子井戸(SQW)構造を有することが好ましい。量子井戸構造とは、量子井戸層と、この量子井戸層を挟み込む障壁層とを含む構造をいう。障壁層のバンドギャップは、通常、量子井戸層のバンドギャップより大きい。発光層としては、例えば、InGaN、GaN、AlGaN、AlInGaN、InGaAsN、InNが挙げられる。より具体的に、発光層は、例えば、InGaN/GaN(障壁層:InGaN、井戸層:GaN)、InGa1-xN/InGa1-yN(0≦x≦1、0≦y≦1)、GaN/AlGaN(障壁層:AlGaN、井戸層:GaN)、および、AlGa1-xN/AlGa1-yN(0≦x≦1,0≦y≦1)が挙げられる。 The light emitting layer preferably has a multiple quantum well (MQW) structure or a single quantum well (SQW) structure. A quantum well structure is a structure including a quantum well layer and barrier layers sandwiching the quantum well layer. The bandgap of the barrier layer is typically larger than that of the quantum well layer. Examples of the light emitting layer include InGaN, GaN, AlGaN, AlInGaN, InGaAsN, and InN. More specifically, the light emitting layer is, for example, InGaN/GaN (barrier layer: InGaN, well layer: GaN), In x Ga 1-x N/In y Ga 1-y N (0≦x≦1, 0≦ y≦1), GaN/AlGaN (barrier layer: AlGaN, well layer: GaN), and Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N (0≦x≦1, 0≦y≦1) can be mentioned.

発光層から放出される光のピーク波長は、発光層が形成される直前のナノコラムのサイズに依存する。具体的に、発光層から放出される光のピーク波長は、ナノコラムのサイズが大きいほど長波長側にシフトし、ナノコラムのサイズが小さいほど短波長側にシフトする。すなわち、発光層から放出される光のピーク波長は、ナノコラムのサイズに基づいて制御可能である。ナノコラムのサイズは、マスク層における開口部のサイズに基づいて制御可能である。 The peak wavelength of light emitted from the emissive layer depends on the size of the nanocolumns just before the emissive layer is formed. Specifically, the peak wavelength of light emitted from the light-emitting layer shifts toward longer wavelengths as the nanocolumn size increases, and shifts toward shorter wavelengths as the nanocolumn size decreases. That is, the peak wavelength of light emitted from the light emitting layer can be controlled based on the size of the nanocolumns. The size of the nanocolumns can be controlled based on the size of the openings in the mask layer.

発光層から放出される光のピーク波長は、ナノコラムのファセット構造部の表面積に依存する。具体的に、発光層から放出される光のピーク波長は、ファセット構造部の表面積が大きいほど長波長側にシフトし、ファセット構造部の表面積が小さいほど短波長側にシフトする。すなわち、発光層から放出される光のピーク波長は、ナノコラムのファセット構造部の表面積に基づいて制御可能である。 The peak wavelength of light emitted from the light emitting layer depends on the surface area of the facet structure of the nanocolumns. Specifically, the peak wavelength of light emitted from the light emitting layer shifts toward longer wavelengths as the surface area of the facet structure increases, and shifts toward shorter wavelengths as the surface area of the facet structure decreases. That is, the peak wavelength of light emitted from the light emitting layer can be controlled based on the surface area of the facet structure of the nanocolumn.

4.被覆半導体層
本開示における被覆半導体層は、発光層を被覆し、半導体を含む層である。被覆半導体層は、半導体の結晶を含むことが好ましく、III族窒化物半導体の結晶を含むことがより好ましい。被覆半導体層は、III族窒化物半導体の単結晶から構成されていてもよい。被覆半導体層における結晶欠陥は少ないことが好ましい。III族窒化物半導体については、上記「2.ナノコラム」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
4. Covering Semiconductor Layer The covering semiconductor layer in the present disclosure is a layer that covers the light emitting layer and contains a semiconductor. The covering semiconductor layer preferably contains semiconductor crystals, and more preferably contains group III nitride semiconductor crystals. The covering semiconductor layer may be made of a single crystal group III nitride semiconductor. It is preferable that the covering semiconductor layer has few crystal defects. Regarding the Group III nitride semiconductor, the content is the same as that described in "2. Nano Column" above, so the description here will be omitted.

被覆半導体層5は、発光層4の少なくとも一部を被覆していればよい。中でも、被覆半導体層5は、厚さ方向に沿った平面視において、発光層4の全周を包含するように、発光層4を被覆していることが好ましい。より良好な光学特性が得られるからである。また、図1に示すように、被覆半導体層5は、発光層4を完全に被覆していてもよい。すなわち、発光層4が外部空間への露出部を有しないように、被覆半導体層5は発光層4を被覆していてもよい。露出部に起因する非発光再結合準位の形成が抑制されることで、高い内部量子効率が実現される。 The covering semiconductor layer 5 only needs to cover at least a portion of the light emitting layer 4 . Above all, it is preferable that the covering semiconductor layer 5 covers the light emitting layer 4 so as to cover the entire circumference of the light emitting layer 4 in a plan view along the thickness direction. This is because better optical characteristics can be obtained. Further, as shown in FIG. 1, the covering semiconductor layer 5 may completely cover the light emitting layer 4. That is, the covering semiconductor layer 5 may cover the light emitting layer 4 so that the light emitting layer 4 has no exposed portion to the external space. By suppressing the formation of non-radiative recombination levels due to exposed parts, high internal quantum efficiency is achieved.

また、ナノコラムの導電型と、被覆半導体層の導電型とは、通常、逆の関係にある。ナノコラムの導電型がn型である場合、被覆半導体層の導電型は、通常、p型である。この場合、ナノコラムから供給される電子と、被覆半導体層から供給される正孔と、が結合することで、発光層が発光する。一方、ナノコラムの導電型がp型である場合、被覆半導体層の導電型は、通常、n型である。 Further, the conductivity type of the nanocolumn and the conductivity type of the covering semiconductor layer are usually in an opposite relationship. When the conductivity type of the nanocolumn is n-type, the conductivity type of the covering semiconductor layer is usually p-type. In this case, the light emitting layer emits light due to the combination of electrons supplied from the nanocolumns and holes supplied from the covering semiconductor layer. On the other hand, when the conductivity type of the nanocolumn is p-type, the conductivity type of the covering semiconductor layer is usually n-type.

5.半導体基板
本開示における半導体基板は、ナノコラムを支持する。また、半導体基板は、例えば、下地基板および半導体層を有する。下地基板としては、例えば、サファイア基板、シリコン基板、SiC基板が挙げられる。
5. Semiconductor Substrate A semiconductor substrate in the present disclosure supports nanocolumns. Further, the semiconductor substrate includes, for example, a base substrate and a semiconductor layer. Examples of the base substrate include a sapphire substrate, a silicon substrate, and a SiC substrate.

半導体層は、半導体として、III族窒化物半導体を含むことが好ましい。半導体層は、III族窒化物半導体の単結晶から構成されていてもよい。半導体層における結晶欠陥は少ないことが好ましい。III族窒化物半導体については、上記「2.ナノコラム」に記載した内容と同様である。半導体層におけるIII族窒化物半導体と、ナノコラムにおけるIII族窒化物半導体とは、組成が同一であってもよい。 The semiconductor layer preferably contains a group III nitride semiconductor as the semiconductor. The semiconductor layer may be made of a single crystal group III nitride semiconductor. It is preferable that the semiconductor layer has few crystal defects. Regarding Group III nitride semiconductors, the contents are the same as those described in "2. Nano Column" above. The Group III nitride semiconductor in the semiconductor layer and the Group III nitride semiconductor in the nanocolumn may have the same composition.

図1に示すように、半導体層1bは、厚さ方向Dに沿った平面視において、マスク層2の開口部2xと少なくとも重複する位置に、凹部1xを有していてもよい。凹部1xの深さは、特に限定されないが、例えば、1nm以上250nm以下である。 As shown in FIG. 1, the semiconductor layer 1b may have a recess 1x at a position that at least overlaps with the opening 2x of the mask layer 2 in a plan view along the thickness direction DT . The depth of the recess 1x is not particularly limited, but is, for example, 1 nm or more and 250 nm or less.

下地基板および半導体層の間には、バッファ層が配置されていてもよい。バッファ層を設けることで、半導体層の結晶品質(例えば層表面の平坦性)が向上する。バッファ層としては、例えば、窒化ガリウムおよび窒化アルミニウム等のIII族窒化物半導体が挙げられる。また、半導体基板は、下地基板を有しなくてもよい。すなわち、半導体基板は、自立可能な半導体層(例えばGaN基板)であってもよい。 A buffer layer may be arranged between the base substrate and the semiconductor layer. By providing the buffer layer, the crystal quality (for example, the flatness of the layer surface) of the semiconductor layer is improved. Examples of the buffer layer include Group III nitride semiconductors such as gallium nitride and aluminum nitride. Further, the semiconductor substrate does not need to have a base substrate. That is, the semiconductor substrate may be a self-supporting semiconductor layer (for example, a GaN substrate).

6.マスク層
本開示におけるマスク層は、開口部を有する。開口部の平面視形状としては、例えば、正方形状、円形状、多角形状が挙げられる。開口部の平面視形状は、軸対称であることが好ましい。開口部のパターンを調整することにより、ナノコラムの疎密を制御できる。同様に、開口部のサイズを調整することにより、ナノコラムのサイズを制御できる。開口部のパターンおよびサイズは、上述したナノコラムが得られるように調整する。
6. Mask Layer The mask layer in the present disclosure has an opening. Examples of the shape of the opening in plan view include a square shape, a circular shape, and a polygonal shape. The shape of the opening in plan view is preferably axially symmetrical. By adjusting the opening pattern, the density of the nanocolumns can be controlled. Similarly, by adjusting the size of the openings, the size of the nanocolumns can be controlled. The pattern and size of the openings are adjusted to obtain the nanocolumns described above.

マスク層は、金属を含む金属マスク層であることが好ましい。金属マスク層に含まれる金属元素としては、例えば、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、金(Au)、コバルト(Co)、タングステン(W)およびモリブデン(Mo)が挙げられる。金属マスク層は、金属元素を1種のみ含有していてもよく、金属元素を2種以上含有していてもよい。金属マスク層は、Tiを少なくとも含有することが好ましい。金属マスク層は、表面に酸化物を有する層であってもよく、金属酸化物層であってもよい。マスク層の厚さは、特に限定されないが、例えば、2nm以上100nm以下である。 The mask layer is preferably a metal mask layer containing metal. Examples of the metal elements contained in the metal mask layer include titanium (Ti), tantalum (Ta), iron (Fe), nickel (Ni), platinum (Pt), gold (Au), cobalt (Co), and tungsten ( W) and molybdenum (Mo). The metal mask layer may contain only one type of metal element, or may contain two or more types of metal elements. Preferably, the metal mask layer contains at least Ti. The metal mask layer may be a layer having an oxide on its surface, or may be a metal oxide layer. The thickness of the mask layer is not particularly limited, but is, for example, 2 nm or more and 100 nm or less.

7.半導体光素子アレイ
本開示における半導体光素子アレイは、画素の全部が発光領域であってもよく、画素の一部が発光領域であってもよい。例えば図8に示す画素Pは、一部が発光領域αである。発光領域αは、画素Pの中心Cを含むことが好ましい。また、発光領域の平面視形状としては、例えば、正方形状、円形状、多角形状が挙げられる。発光領域の平面視形状は、軸対称であってもよい。また、発光領域の平面視形状は、画素の相似形であってもよく、相似形でなくてもよい。
7. Semiconductor Optical Device Array In the semiconductor optical device array according to the present disclosure, all of the pixels may be light-emitting regions, or some of the pixels may be light-emitting regions. For example, a part of the pixel P shown in FIG. 8 is the light emitting region α. It is preferable that the light emitting region α includes the center C of the pixel P. Further, the shape of the light emitting region in plan view includes, for example, a square shape, a circular shape, and a polygonal shape. The shape of the light emitting region in plan view may be axially symmetrical. Further, the shape of the light emitting region in plan view may or may not be similar to that of the pixels.

発光領域のサイズは、例えば5μm以上であり、50μm以上であってもよい。一方、発光領域のサイズは、例えば300μm以下であり、100μm以下であってもよい。本開示において、「発光領域のサイズ」とは、発光領域を厚さ方向に沿って平面視した平面視形状の重心点(中心)を通り、かつ、発光領域と2点で交差する直線のうち、交点間の距離が最も長い直線の長さをいう。 The size of the light emitting region is, for example, 5 μm or more, and may be 50 μm or more. On the other hand, the size of the light emitting region is, for example, 300 μm or less, and may be 100 μm or less. In the present disclosure, the "size of the light-emitting region" refers to a straight line that passes through the center of gravity (center) of a planar view of the light-emitting region in the thickness direction and intersects the light-emitting region at two points. , is the length of the straight line with the longest distance between intersection points.

画素の一部が発光領域である場合、画素に占める発光領域の面積割合は、例えば5%以上であり、10%以上であってもよい。一方、上記面積割合は、例えば80%以下であり、60%以下であってもよい。また、発光領域の形成方法としては、例えば、被覆半導体層と電気的に接続される電極の形状を調整する方法が挙げられる。 When part of a pixel is a light emitting region, the area ratio of the light emitting region to the pixel is, for example, 5% or more, and may be 10% or more. On the other hand, the area ratio is, for example, 80% or less, and may be 60% or less. Further, as a method for forming the light emitting region, for example, a method of adjusting the shape of an electrode electrically connected to the covering semiconductor layer can be mentioned.

発光領域における発光スペクトルは、例えば、430nm以上500nm未満の位置にピーク波長を有していてもよい。この場合、青系の発光が得られる。なお、ピーク波長とは、発光スペクトルにおいて最も高い発光強度が得られる波長をいう。また、発光領域における発光スペクトルは、例えば、500nm以上580nm未満の位置にピーク波長を有していてもよい。この場合、緑系の発光が得られる。また、発光領域における発光スペクトルは、例えば、580nm以上780nm未満の位置にピーク波長を有していてもよい。この場合、赤系の発光が得られる。 The emission spectrum in the emission region may have a peak wavelength at a position of, for example, 430 nm or more and less than 500 nm. In this case, blue light emission is obtained. Note that the peak wavelength refers to the wavelength at which the highest emission intensity is obtained in the emission spectrum. Further, the emission spectrum in the emission region may have a peak wavelength at a position of, for example, 500 nm or more and less than 580 nm. In this case, green light emission is obtained. Further, the emission spectrum in the emission region may have a peak wavelength at a position of, for example, 580 nm or more and less than 780 nm. In this case, red light emission is obtained.

発光領域における発光スペクトルは、380nm以上780nm以下の可視光領域で観察されるピークの数が、2以下であることが好ましく、1であることがより好ましい。また、380nm以上780nm以下の可視光領域で観察されるピークの数が2以上である場合、最も高い発光強度は、2番目に高い発光強度の2倍以上であることが好ましく、4倍以上であることがより好ましい。 In the emission spectrum in the emission region, the number of peaks observed in the visible light region of 380 nm or more and 780 nm or less is preferably 2 or less, and more preferably 1. In addition, when the number of peaks observed in the visible light region from 380 nm to 780 nm is 2 or more, the highest emission intensity is preferably at least twice the second highest emission intensity, and preferably 4 times or more. It is more preferable that there be.

また、発光領域における全てのナノコラムのサイズを、画素の中心におけるナノコラムのサイズに変更した発光領域を、比較用発光領域と定義する。この場合、発光領域におけるピーク波長の発光強度は、比較用発光領域におけるピーク波長の発光強度より大きいことが好ましい。 Further, a light emitting region in which the size of all nanocolumns in the light emitting region is changed to the size of the nanocolumn at the center of the pixel is defined as a light emitting region for comparison. In this case, the emission intensity at the peak wavelength in the light-emitting region is preferably higher than the emission intensity at the peak wavelength in the comparative light-emitting region.

本開示における半導体光素子アレイは、複数の画素を有することが好ましい。例えば図9に示すように、半導体光素子アレイは、複数の画素(P、P、P)を有することが好ましい。本開示におけるナノコラムの発光特性は、そのサイズにより変化する。そのため、例えばナノコラムのサイズを調整することにより、画素P、P、Pを、それぞれ、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)の3原色の波長の光をそれぞれ放出する画素にすることができる。 The semiconductor optical device array in the present disclosure preferably has a plurality of pixels. For example, as shown in FIG. 9, the semiconductor optical device array preferably has a plurality of pixels (P 1 , P 2 , P 3 ). The emission properties of the nanocolumns in this disclosure vary depending on their size. Therefore, for example, by adjusting the size of the nanocolumn, pixels P 1 , P 2 , and P 3 can be made to emit light with the wavelengths of the three primary colors of R (red), G (green), and B (blue), respectively. It can be a pixel.

本開示における半導体光素子アレイの用途は、特に限定されない。半導体光素子アレイの用途としては、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子が挙げられる。 The use of the semiconductor optical device array in the present disclosure is not particularly limited. Applications of semiconductor optical device arrays include, for example, light emitting devices such as light emitting diodes and laser diodes.

本開示における半導体光素子アレイの製造方法は、特に限定されない。図10は、本開示における半導体光素子アレイの製造方法を例示する概略斜視図である。図10に示す半導体光素子アレイの製造方法においては、まず、下地基板1aを準備する(図10(a))。次に、MOCVD法またはMBE法により、低温条件で、下地基板1a上にIII族窒化物半導体を含むバッファ層(図示せず)を形成し、高温状態で、バッファ層上にIII族窒化物半導体の結晶を成長させ、半導体層1bを形成する(図10(b))。これにより、下地基板1aおよび半導体層1bを有する半導体基板1が得られる。 The method of manufacturing a semiconductor optical device array in the present disclosure is not particularly limited. FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device array according to the present disclosure. In the method for manufacturing a semiconductor optical device array shown in FIG. 10, first, a base substrate 1a is prepared (FIG. 10(a)). Next, a buffer layer (not shown) containing a group III nitride semiconductor is formed on the base substrate 1a at a low temperature by MOCVD or MBE, and a group III nitride semiconductor is formed on the buffer layer at a high temperature. A semiconductor layer 1b is formed by growing a crystal of (FIG. 10(b)). Thereby, a semiconductor substrate 1 having a base substrate 1a and a semiconductor layer 1b is obtained.

その後、真空蒸着法により、半導体層1bの主面上に、チタン(Ti)を含むマスク層2を形成する(図10(c))。次に、マスク層2上に、レジスト層6を形成し、電子線描画および現像を行い、開口部6xを形成する(図10(d))。この際、開口部6xの描画パターンを、上述した画素が得られるように設定する。次に、開口部6xから露出するマスク層2をエッチングにより除去し、開口部2xを形成する(図10(e))。この際、マスク層2のみならず、半導体層1bもエッチングされると、図1に示すような凹部1xが形成される。 Thereafter, a mask layer 2 containing titanium (Ti) is formed on the main surface of the semiconductor layer 1b by vacuum evaporation (FIG. 10(c)). Next, a resist layer 6 is formed on the mask layer 2, and electron beam drawing and development are performed to form an opening 6x (FIG. 10(d)). At this time, the drawing pattern of the opening 6x is set so as to obtain the above-mentioned pixels. Next, the mask layer 2 exposed from the opening 6x is removed by etching to form an opening 2x (FIG. 10(e)). At this time, when not only the mask layer 2 but also the semiconductor layer 1b is etched, a recess 1x as shown in FIG. 1 is formed.

その後、MOCVD法またはMBE法により、半導体層1bから、開口部2xを介して、III族窒化物半導体の結晶を成長させる。これにより、ナノコラム3が形成される(図10(f))。この際、発光層4および被覆半導体層5を連続的に形成してもよい。例えばMBE法を用いてナノコラムを形成する場合、高周波プラズマ励起により生成された活性窒素と、III族金属とを含む原料ガスを、半導体層上に導入して、III族窒化物半導体の結晶を成長させる。結晶成長温度は、例えば、350℃以上、1200℃以下である。例えばGaN結晶を成長させる場合、結晶成長温度は、400℃以上1000℃以下であることが好ましい。また、III族窒化物半導体の結晶が成長する際、厚さ方向に成長すると同時に、厚さ方向に直交する方向(面内方向)にも成長する場合がある。その場合、図1に示すように、ナノコラム3のサイズは、通常、開口部2xのサイズおよび凹部1xのサイズよりも大きくなる。このようにして、図10(f)に示すように、半導体光素子アレイ10が得られる。その後、図10(g)に示すように、被覆半導体層5およびマスク層2に、それぞれ、電極11を配置してもよい。 Thereafter, a group III nitride semiconductor crystal is grown from the semiconductor layer 1b through the opening 2x by MOCVD or MBE. As a result, nanocolumns 3 are formed (FIG. 10(f)). At this time, the light emitting layer 4 and the covering semiconductor layer 5 may be formed continuously. For example, when forming nanocolumns using the MBE method, a raw material gas containing active nitrogen generated by high-frequency plasma excitation and a group III metal is introduced onto the semiconductor layer to grow crystals of group III nitride semiconductors. let The crystal growth temperature is, for example, 350°C or higher and 1200°C or lower. For example, when growing a GaN crystal, the crystal growth temperature is preferably 400°C or more and 1000°C or less. Further, when a group III nitride semiconductor crystal grows, it may grow not only in the thickness direction but also in a direction perpendicular to the thickness direction (in-plane direction). In that case, as shown in FIG. 1, the size of the nanocolumn 3 is usually larger than the size of the opening 2x and the size of the recess 1x. In this way, a semiconductor optical device array 10 is obtained as shown in FIG. 10(f). Thereafter, as shown in FIG. 10(g), electrodes 11 may be placed on the covering semiconductor layer 5 and the mask layer 2, respectively.

本開示は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。 The present disclosure is not limited to the above embodiments. The above-mentioned embodiments are illustrative, and any configuration that has substantially the same technical idea as the claims of the present disclosure and provides similar effects is the present invention. within the technical scope of the disclosure.

[比較例1]
サファイア基板(下地基板)の(0001)面上に、GaNをMOCVD法で成長させ、GaN層(半導体層、厚さ:約3.5μm)を形成した。次に、GaN層上に、真空蒸着法により、チタン薄膜(マスク層、厚さ:約5nm)を成膜した。次に、チタン薄膜上に、レジスト層を形成し、電子線描画を行い、現像を行うことで、開口部を有するレジストパターンを形成した。次に、レジストパターンの開口部から露出するマスク層をエッチングで除去し、マスク層にパターン状の開口部を形成した。次に、レジストパターンを剥離した。
[Comparative example 1]
GaN was grown on the (0001) plane of a sapphire substrate (underlying substrate) by MOCVD to form a GaN layer (semiconductor layer, thickness: approximately 3.5 μm). Next, a titanium thin film (mask layer, thickness: about 5 nm) was formed on the GaN layer by vacuum evaporation. Next, a resist layer was formed on the titanium thin film, electron beam lithography was performed, and development was performed to form a resist pattern having openings. Next, the mask layer exposed through the openings of the resist pattern was removed by etching to form patterned openings in the mask layer. Next, the resist pattern was peeled off.

その後、RF MBE法により、900℃の温度条件下で、半導体基板からマスク層の開口部を介して、GaN柱状結晶を成長させ、ナノコラム(高さ:2.5μm)を形成した。これにより、図11(a)および下記に示す画素を得た。
・画素の平面視形状:六角形状
・画素サイズ:150μm
・隣り合うナノコラムの中心間のピッチ:350nm
・画素の中心におけるナノコラムのサイズ:60nm
・画素の外周におけるナノコラムのサイズ:60nm
Thereafter, by RF MBE, GaN columnar crystals were grown from the semiconductor substrate through the openings of the mask layer under a temperature condition of 900° C. to form nanocolumns (height: 2.5 μm). As a result, a pixel shown in FIG. 11(a) and shown below was obtained.
・Plane view shape of pixel: hexagonal shape ・Pixel size: 150μm
・Pitch between centers of adjacent nanocolumns: 350nm
・Size of nanocolumn at the center of pixel: 60nm
・Size of nanocolumn at outer periphery of pixel: 60nm

続けて、ナノコラムの先端に、InGaN膜(厚さ:1nm)を含む多重量子井戸構造を有する発光層を形成した。続けて、発光層上にGaN結晶を成長させ、被覆半導体層(厚さ:10nm)を形成した。これにより、半導体光素子アレイを得た。 Subsequently, a light emitting layer having a multiple quantum well structure including an InGaN film (thickness: 1 nm) was formed at the tip of the nanocolumn. Subsequently, GaN crystal was grown on the light emitting layer to form a covering semiconductor layer (thickness: 10 nm). As a result, a semiconductor optical device array was obtained.

また、上記と同様の操作を行い、ナノコラムを形成した段階で、ナノコラムを走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。その結果を、図11(b)および図11(c)に示す。図11(b)および図11(c)に示すように、画素の中心におけるナノコラムのサイズと、画素の外周におけるナノコラムのサイズとは、同一であった。 In addition, at the stage where nanocolumns were formed by performing the same operations as above, the nanocolumns were observed using a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in FIG. 11(b) and FIG. 11(c). As shown in FIGS. 11(b) and 11(c), the size of the nanocolumn at the center of the pixel and the size of the nanocolumn at the outer periphery of the pixel were the same.

[実施例1]
図11(d)および下記に示す画素を形成した変更したこと以外は、比較例1と同様にして半導体光素子アレイを得た。
・画素の平面視形状:六角形状
・画素サイズ(対向する角の間の最大長さ):150μm
・隣り合うナノコラムの中心間のピッチ:350nm
・画素の中心におけるナノコラムのサイズ:60nm
・画素の外周におけるナノコラムのサイズ:100nm
[Example 1]
A semiconductor optical device array was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except for forming the pixels shown in FIG. 11(d) and below.
・Pixel shape in plan view: Hexagonal ・Pixel size (maximum length between opposing corners): 150 μm
・Pitch between centers of adjacent nanocolumns: 350nm
・Size of nanocolumn at the center of pixel: 60nm
・Size of nanocolumn at outer periphery of pixel: 100nm

ナノコラムをSEM観察した結果を、図11(e)および図11(f)に示す。図11(e)および図11(f)に示すように、画素において、中心から外周に向かって、ナノコラムのサイズが、連続的に増加していた。 The results of SEM observation of the nanocolumn are shown in FIGS. 11(e) and 11(f). As shown in FIGS. 11(e) and 11(f), in the pixel, the size of the nanocolumn continuously increased from the center toward the outer periphery.

[実施例2]
図11(g)および下記に示す画素を形成したこと以外は、比較例1と同様にして半導体光素子アレイを得た。
・画素の平面視形状:六角形状
・画素サイズ(対向する角の間の最大長さ):150μm
・隣り合うナノコラムの中心間のピッチ:350nm
・画素の中心におけるナノコラムのサイズ:60nm
・画素の外周におけるナノコラムのサイズ:350nm
[Example 2]
A semiconductor optical device array was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the pixels shown in FIG. 11(g) and shown below were formed.
・Pixel shape in plan view: Hexagonal ・Pixel size (maximum length between opposing corners): 150 μm
・Pitch between centers of adjacent nanocolumns: 350nm
・Size of nanocolumn at the center of pixel: 60nm
・Size of nanocolumn at outer periphery of pixel: 350nm

ナノコラムをSEM観察した結果を、図11(h)および図11(i)に示す。図11(h)および図11(i)に示すように、画素において、中心から外周に向かって、ナノコラムのサイズが、連続的に増加していた。 The results of SEM observation of the nanocolumn are shown in FIG. 11(h) and FIG. 11(i). As shown in FIG. 11(h) and FIG. 11(i), in the pixel, the size of the nanocolumn continuously increased from the center toward the outer periphery.

[評価]
比較例1および実施例1、2と同様の操作を行い、発光層を形成した段階で、発光層に対してレーザー照射を行い、発光強度を測定した。測定領域は、図11(a)、(d)、(g)における黒丸で示すように、画素の中心を含む直径30μmの領域とした。その結果を図12に示す。図12に示すように、実施例1、2では、比較例1に比べて高い発光強度が得られた。より具体的に、測定領域の周辺のナノコラムのサイズを大きくすることで、測定領域のナノコラムのサイズを大きくすることなく、高い発光強度が得られることが確認された。
[evaluation]
The same operations as in Comparative Example 1 and Examples 1 and 2 were performed to form a light-emitting layer, and then the light-emitting layer was irradiated with a laser and the luminescence intensity was measured. The measurement area was a 30 μm diameter area including the center of the pixel, as shown by the black circles in FIGS. 11(a), (d), and (g). The results are shown in FIG. As shown in FIG. 12, in Examples 1 and 2, higher luminescence intensity was obtained than in Comparative Example 1. More specifically, it was confirmed that by increasing the size of the nanocolumns around the measurement area, high emission intensity could be obtained without increasing the size of the nanocolumns in the measurement area.

また、実施例1では、測定領域の中心におけるナノコラムのサイズが50nmであり、測定領域の外周におけるナノコラムのサイズが60nmであった。測定領域に占めるナノコラムの面積を比較すると、実施例1は、比較例1に比べて1.21倍になった。実施例2では、測定領域の中心におけるナノコラムのサイズが50nmであり、測定領域の外周におけるナノコラムのサイズが100nmであった。測定領域に占めるナノコラムの面積を比較すると、実施例2は、比較例1に比べて2.25倍になった。これらの増加率は、図12に示す発光強度の増加量よりも少ないことから、実施例1、2では、面積の増加以外の要因で、発光強度が向上していることが確認された。 Further, in Example 1, the size of the nanocolumn at the center of the measurement area was 50 nm, and the size of the nanocolumn at the outer periphery of the measurement area was 60 nm. When comparing the area of nanocolumns occupying the measurement region, Example 1 was 1.21 times larger than Comparative Example 1. In Example 2, the size of the nanocolumn at the center of the measurement area was 50 nm, and the size of the nanocolumn at the outer periphery of the measurement area was 100 nm. Comparing the area of nanocolumns occupying the measurement region, Example 2 was 2.25 times larger than Comparative Example 1. These rates of increase are smaller than the amount of increase in the emission intensity shown in FIG. 12, so it was confirmed that in Examples 1 and 2, the emission intensity was improved due to factors other than the increase in area.

また、図12に示すピークの半値幅を測定したところ、比較例1は82nmであり、実施例1は47.6nmであり、実施例2は55.4nmであった。実施例1、2では、測定領域の領域内でもナノコラムのサイズを変化させているため、半値幅の増加(単色性の低下)が予想されたが、意外にも、半値幅が低下(単色性が向上)することが確認された。 Further, when the half width of the peak shown in FIG. 12 was measured, it was 82 nm in Comparative Example 1, 47.6 nm in Example 1, and 55.4 nm in Example 2. In Examples 1 and 2, since the size of the nanocolumn was changed even within the measurement region, an increase in the half-width (decreased monochromaticity) was expected; however, surprisingly, the half-width decreased (the monochromaticity It was confirmed that

[比較例2]
図13(a)および下記に示す画素を形成したこと以外は、比較例1と同様にして半導体光素子アレイを得た。
・画素の平面視形状:六角形状
・画素サイズ(対向する角の間の最大長さ):150μm
・隣り合うナノコラムの中心間のピッチ:450nm
・画素の中心におけるナノコラムのサイズ:200nm
・画素の外周におけるナノコラムのサイズ:200nm
[Comparative example 2]
A semiconductor optical device array was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the pixels shown in FIG. 13(a) and below were formed.
・Pixel shape in plan view: Hexagonal ・Pixel size (maximum length between opposing corners): 150 μm
・Pitch between centers of adjacent nanocolumns: 450nm
・Size of nanocolumn at the center of pixel: 200nm
・Size of nanocolumn at outer periphery of pixel: 200nm

ナノコラムをSEM観察した結果を、図13(b)および図13(c)に示す。図13(b)および図13(c)に示すように、画素の中心におけるナノコラムのサイズと、画素の外周におけるナノコラムのサイズとは、同一であった。 The results of SEM observation of the nanocolumn are shown in FIGS. 13(b) and 13(c). As shown in FIG. 13(b) and FIG. 13(c), the size of the nanocolumn at the center of the pixel and the size of the nanocolumn at the outer periphery of the pixel were the same.

[実施例3]
図13(d)および下記に示す画素を形成したこと以外は、比較例1と同様にして半導体光素子アレイを得た。
・画素の平面視形状:六角形状
・画素サイズ(対向する角の間の最大長さ):150μm
・隣り合うナノコラムの中心間のピッチ:450nm
・画素の中心におけるナノコラムのサイズ:200nm
・画素の外周におけるナノコラムのサイズ:150nm
[Example 3]
A semiconductor optical device array was obtained in the same manner as Comparative Example 1 except that the pixels shown in FIG. 13(d) and below were formed.
・Pixel shape in plan view: Hexagonal ・Pixel size (maximum length between opposing corners): 150 μm
・Pitch between centers of adjacent nanocolumns: 450nm
・Size of nanocolumn at the center of pixel: 200nm
・Size of nanocolumn at outer periphery of pixel: 150nm

ナノコラムをSEM観察した結果を、図13(e)および図13(f)に示す。図13(e)および図13(f)に示すように、画素において、中心から外周に向かって、ナノコラムのサイズが、連続的に減少していた。 The results of SEM observation of the nanocolumn are shown in FIGS. 13(e) and 13(f). As shown in FIGS. 13(e) and 13(f), in the pixel, the size of the nanocolumn decreased continuously from the center toward the outer periphery.

[実施例4]
図13(g)および下記に示す画素を形成したこと以外は、比較例1と同様にして半導体光素子アレイを得た。
・画素の平面視形状:六角形状
・画素サイズ(対向する角の間の最大長さ):150μm
・隣り合うナノコラムの中心間のピッチ:450nm
・画素の中心におけるナノコラムのサイズ:200nm
・画素の外周におけるナノコラムのサイズ:100nm
[Example 4]
A semiconductor optical device array was obtained in the same manner as Comparative Example 1 except that the pixels shown in FIG. 13(g) and below were formed.
・Pixel shape in plan view: Hexagonal ・Pixel size (maximum length between opposing corners): 150 μm
・Pitch between centers of adjacent nanocolumns: 450nm
・Size of nanocolumn at the center of pixel: 200nm
・Size of nanocolumn at outer periphery of pixel: 100nm

ナノコラムをSEM観察した結果を、図13(h)および図13(i)に示す。図13(h)および図13(i)に示すように、画素において、中心から外周に向かって、ナノコラムのサイズが、連続的に減少していた。 The results of SEM observation of the nanocolumn are shown in FIG. 13(h) and FIG. 13(i). As shown in FIG. 13(h) and FIG. 13(i), in the pixel, the size of the nanocolumn decreased continuously from the center toward the outer periphery.

[評価]
比較例2および実施例3、4と同様の操作を行い、発光層を形成した段階で、発光層に対してレーザー照射を行い、上記と同様にして発光強度を測定した。その結果を図14に示す。図14に示すように、実施例3、4では、比較例2に比べて高い発光強度が得られた。また、図14に示すピークの半値幅を測定したところ、比較例2は61.2nmであり、実施例3は57.5nmであり、実施例4は53.9nmであった。
[evaluation]
The same operations as in Comparative Example 2 and Examples 3 and 4 were performed to form a light-emitting layer, and then the light-emitting layer was irradiated with a laser, and the luminescence intensity was measured in the same manner as above. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 14, in Examples 3 and 4, higher luminescence intensity was obtained than in Comparative Example 2. Further, when the half width of the peak shown in FIG. 14 was measured, it was 61.2 nm in Comparative Example 2, 57.5 nm in Example 3, and 53.9 nm in Example 4.

このように、本開示においては、例えば、以下の発明が提供される。 As described above, the present disclosure provides, for example, the following inventions.

[1]
半導体基板と、
上記半導体基板の主面に配置され、開口部を有するマスク層と、
上記半導体基板から上記開口部を介して厚さ方向に延在し、III族窒化物半導体の柱状結晶であるナノコラムと、
上記ナノコラムの先端に配置された発光層と、
上記発光層を被覆し、半導体を含む被覆半導体層と、
を有する半導体光素子アレイであって、
上記半導体光素子アレイは、複数の上記ナノコラムを含む画素を有し、
上記画素において、中心から外周に向かって、上記ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に増加するか、段階的または連続的に減少する、半導体光素子アレイ。
[1]
a semiconductor substrate;
a mask layer disposed on the main surface of the semiconductor substrate and having an opening;
a nanocolumn extending in the thickness direction from the semiconductor substrate through the opening and being a columnar crystal of a group III nitride semiconductor;
a light-emitting layer placed at the tip of the nanocolumn;
A covering semiconductor layer that covers the light emitting layer and includes a semiconductor;
A semiconductor optical device array having
The semiconductor optical device array has a pixel including a plurality of the nanocolumns,
In the pixel, the size of the nanocolumns increases stepwise or continuously, or decreases stepwise or continuously from the center to the outer periphery.

[2]
上記画素の上記中心における上記ナノコラムのサイズが、10nm以上、1000nm以下である、[1]に記載の半導体光素子アレイ。
[2]
The semiconductor optical device array according to [1], wherein the nanocolumn at the center of the pixel has a size of 10 nm or more and 1000 nm or less.

[3]
上記画素において、中心から外周に向かって、上記ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に増加する、[1]または[2]に記載の半導体光素子アレイ。
[3]
The semiconductor optical device array according to [1] or [2], wherein in the pixel, the size of the nanocolumn increases stepwise or continuously from the center toward the outer periphery.

[4]
上記画素の上記中心における上記ナノコラムのサイズをS[nm]とし、上記画素の上記外周における上記ナノコラムのサイズをS[nm]とした場合に、上記Sに対する上記Sの割合(S/S)が、1.5以上、6.0以下である、[3]に記載の半導体光素子アレイ。
[4]
When the size of the nanocolumn at the center of the pixel is S 1 [nm], and the size of the nanocolumn at the outer periphery of the pixel is S 2 [nm], the ratio of S 2 to S 1 (S 2 /S 1 ) is 1.5 or more and 6.0 or less, the semiconductor optical device array according to [3].

[5]
上記画素において、中心から外周に向かって、上記ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に減少する、[1]または[2]に記載の半導体光素子アレイ。
[5]
The semiconductor optical device array according to [1] or [2], wherein in the pixel, the size of the nanocolumn decreases stepwise or continuously from the center toward the outer periphery.

[6]
上記画素の上記中心における上記ナノコラムのサイズをS[nm]とし、上記画素の上記外周における上記ナノコラムのサイズをS[nm]とした場合に、上記Sに対する上記Sの割合(S/S)が、0.4以上、0.8以下である、[5]に記載の半導体光素子アレイ。
[6]
When the size of the nanocolumn at the center of the pixel is S 3 [nm], and the size of the nanocolumn at the outer periphery of the pixel is S 4 [nm], the ratio of S 4 to S 3 (S 4 /S 3 ) is 0.4 or more and 0.8 or less, the semiconductor optical device array according to [5].

[7]
上記中心から上記外周に向かう方向において、隣り合う上記ナノコラムのサイズの差が、5nm以下である、[1]から[6]までのいずれかに記載の半導体光素子アレイ。
[7]
The semiconductor optical device array according to any one of [1] to [6], wherein a difference in size between adjacent nanocolumns in a direction from the center toward the outer periphery is 5 nm or less.

[8]
上記ナノコラムが、GaNの柱状結晶である、[1]から[7]までのいずれかに記載の半導体光素子アレイ。
[8]
The semiconductor optical device array according to any one of [1] to [7], wherein the nanocolumn is a columnar crystal of GaN.

[9]
上記発光層が、InGaNを含む、[1]から[8]までのいずれかに記載の半導体光素子アレイ。
[9]
The semiconductor optical device array according to any one of [1] to [8], wherein the light emitting layer contains InGaN.

[10]
上記画素の一部が発光領域であり、上記発光領域は上記中心を含む、[1]から[9]までのいずれかに記載の半導体光素子アレイ。
[10]
The semiconductor optical device array according to any one of [1] to [9], wherein a part of the pixel is a light emitting region, and the light emitting region includes the center.

1 … 半導体基板
1a … 下地基板
1b … 半導体層
2 … マスク層
3 … ナノコラム
4 … 発光層
5 … 被覆半導体層
10 … 半導体光素子アレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Semiconductor substrate 1a... Base substrate 1b... Semiconductor layer 2... Mask layer 3... Nanocolumn 4... Light emitting layer 5... Covering semiconductor layer 10... Semiconductor optical device array

Claims (10)

半導体基板と、
前記半導体基板の主面に配置され、開口部を有するマスク層と、
前記半導体基板から前記開口部を介して厚さ方向に延在し、III族窒化物半導体の柱状結晶であるナノコラムと、
前記ナノコラムの先端に配置された発光層と、
前記発光層を被覆し、半導体を含む被覆半導体層と、
を有する半導体光素子アレイであって、
前記半導体光素子アレイは、複数の前記ナノコラムを含む画素を有し、
前記画素において、中心から外周に向かって、前記ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に増加するか、段階的または連続的に減少する、半導体光素子アレイ。
a semiconductor substrate;
a mask layer disposed on the main surface of the semiconductor substrate and having an opening;
a nanocolumn extending in the thickness direction from the semiconductor substrate through the opening and being a columnar crystal of a group III nitride semiconductor;
a light-emitting layer disposed at the tip of the nanocolumn;
a covering semiconductor layer covering the light emitting layer and containing a semiconductor;
A semiconductor optical device array having
The semiconductor optical device array has a pixel including a plurality of the nanocolumns,
In the semiconductor optical device array, in the pixel, the size of the nanocolumns increases stepwise or continuously, or decreases stepwise or continuously from the center toward the outer periphery.
前記画素の前記中心における前記ナノコラムのサイズが、10nm以上、1000nm以下である、請求項1に記載の半導体光素子アレイ。 The semiconductor optical device array according to claim 1, wherein the size of the nanocolumn at the center of the pixel is 10 nm or more and 1000 nm or less. 前記画素において、中心から外周に向かって、前記ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に増加する、請求項1または請求項2に記載の半導体光素子アレイ。 3. The semiconductor optical device array according to claim 1, wherein in the pixel, the size of the nanocolumn increases stepwise or continuously from the center toward the outer periphery. 前記画素の前記中心における前記ナノコラムのサイズをS[nm]とし、前記画素の前記外周における前記ナノコラムのサイズをS[nm]とした場合に、前記Sに対する前記Sの割合(S/S)が、1.5以上、6.0以下である、請求項3に記載の半導体光素子アレイ。 When the size of the nanocolumn at the center of the pixel is S 1 [nm] and the size of the nanocolumn at the outer periphery of the pixel is S 2 [nm], the ratio of S 2 to S 1 (S 4. The semiconductor optical device array according to claim 3, wherein 2 / S1 ) is 1.5 or more and 6.0 or less. 前記画素において、中心から外周に向かって、前記ナノコラムのサイズが、段階的または連続的に減少する、請求項1または請求項2に記載の半導体光素子アレイ。 3. The semiconductor optical device array according to claim 1, wherein in the pixel, the size of the nanocolumn decreases stepwise or continuously from the center toward the outer periphery. 前記画素の前記中心における前記ナノコラムのサイズをS[nm]とし、前記画素の前記外周における前記ナノコラムのサイズをS[nm]とした場合に、前記Sに対する前記Sの割合(S/S)が、0.4以上、0.8以下である、請求項5に記載の半導体光素子アレイ。 When the size of the nanocolumn at the center of the pixel is S 3 [nm] and the size of the nanocolumn at the outer periphery of the pixel is S 4 [nm], the ratio of the S 4 to the S 3 (S 6. The semiconductor optical device array according to claim 5, wherein 4 / S3 ) is 0.4 or more and 0.8 or less. 前記中心から前記外周に向かう方向において、隣り合う前記ナノコラムのサイズの差が、5nm以下である、請求項1または請求項2に記載の半導体光素子アレイ。 3. The semiconductor optical device array according to claim 1, wherein a difference in size between adjacent nanocolumns in a direction from the center toward the outer periphery is 5 nm or less. 前記ナノコラムが、GaNの柱状結晶である、請求項1または請求項2に記載の半導体光素子アレイ。 3. The semiconductor optical device array according to claim 1, wherein the nanocolumn is a columnar crystal of GaN. 前記発光層が、InGaNを含む、請求項1または請求項2に記載の半導体光素子アレイ。 The semiconductor optical device array according to claim 1 or 2, wherein the light emitting layer contains InGaN. 前記画素の一部が発光領域であり、前記発光領域は前記中心を含む、請求項1または請求項2に記載の半導体光素子アレイ。 3. The semiconductor optical device array according to claim 1, wherein a part of the pixel is a light emitting region, and the light emitting region includes the center.
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