JP4982176B2 - 化合物半導体素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体素子の製造方法 - Google Patents
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また、本発明の化合物半導体素子は、基板上にナノスケールの柱状結晶構造体を有する化合物半導体素子において、前記柱状結晶構造体は、種結晶層と、該種結晶層上に吸着・結合されて成長することによって該種結晶層上に形成された半導体材料層とを備えて構成され、前記柱状結晶構造体の周囲に、該柱状結晶構造体の成長前に形成され、該柱状結晶構造体を埋設するための直径略100nmの貫通孔が穿設された絶縁膜をさらに備えることを特徴とする。
さらにまた、本発明の化合物半導体素子の製造方法は、基板上にナノスケールの柱状結晶構造体を有する化合物半導体素子の製造方法において、前記基板上に、前記柱状結晶構造体の種結晶となる種結晶層を成膜する工程と、前記種結晶層上に絶縁膜を形成するとともに、前記柱状結晶構造体を成長させるべき配置位置で、成長させるべき直径略100nmの柱径に対応した形状に前記絶縁膜をパターニングして、前記種結晶層が露出するように、貫通孔を穿設する工程と、前記貫通孔内で露出した前記種結晶層上に前記化合物半導体材料を吸着・結合させて該種結晶層上に前記柱状結晶構造体を結晶成長させる工程とを含むことを特徴とする。
図1は、本発明の実施の一形態に係る化合物半導体素子である発光ダイオードの製造工程を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、ナノコラムの形成にあたっては、フォトリソグラフィが用いられるが、その形成方法は本方法に限定されるものではなく、たとえば電子ビーム露光などの方法を用いても良いことは言うまでもない。また、本実施の形態では、ナノコラムの成長は、有機金属気相成長(MOCVD)によって行うことを前提としているが、ナノコラムの成長方法はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)やハイドライド気相成長(HVPE)法等を用いてもナノコラムが作製可能である。以下、特に断らない限り、本実施の形態では、MOCVD装置を用いるものとする。
図2は、本発明の実施の他の形態に係る化合物半導体素子である発光ダイオードの製造工程を模式的に示す断面図である。本実施の形態は、前述の図1で示す製造工程に類似している。注目すべきは、本実施の形態では、ナノコラム25が、ZnOから成ることである。先ず、図2(a)で示すように、サファイア基板21上に、GaN単結晶薄膜22を5μm形成したものを本実施の形態の成長基板として用いる。これはすでに市販されているものを用いてもよいし、サファイア基板21上にMOCVDにより周知の技術によって形成してもよい。そして、サファイア基板21上に形成したこのGaN単結晶薄膜22が前記AlN膜2に代わり、ZnOナノコラム25の成長のための種結晶となる。
図3は、本発明の実施のさらに他の形態に係る化合物半導体素子の構造を模式的に示す断面図である。本実施の形態は、前述の図1で示す実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、該化合物半導体素子は発光素子ではなく、GaNナノコラム5’には前記活性層8、すなわち発光層が形成されていないことである。このような化合物半導体素子は、非特許文献("GaN-based anion selective sensor:Probing the origin of the induced electrochemical potential",Nikos A Chaniotakls, Appl. Phys. Lett. 86, 164103(2005))や非特許文献("GaN resistive hydrogen gas sensors ",Feng Yun, Appl. Phys. Lett. 87, 073507(2005))などで示されるように、センサなどに使用することができる。
図4は、本発明の実施の他の形態に係る化合物半導体素子である発光ダイオードの製造工程を模式的に示す断面図である。本実施の形態は、前述の図1および図2で示す製造工程に類似している。注目すべきは、本実施の形態では、ナノコラム45の前記貫通孔4の基底部側が、液相成長によって作成されることである。すなわち、前記図1(a)および図1(b)と同様に、Si(111)から成る基板1上に、MBE成長によって、種結晶層となるAlN膜2が50nm蒸着され、さらに同じEB蒸着によって、絶縁膜となる透明なSiO2薄膜3が1μm蒸着され、その後、通常のリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、前記SiO2薄膜3において、ナノコラム5を成長させるべき配置位置に、成長させるべき直径および間隔で、前記AlN膜2が露出するまで、貫通孔4が穿設される。
2 AlN膜
3 SiO2薄膜
4 貫通孔
5,5’,45 GaNナノコラム
7,27,47 n型層
8,28,48 活性層
9,29,49 p型層
10 ITO薄膜
11,36 Ti薄膜
12,14,37 Au薄膜
13,33 Ni薄膜
21 サファイア基板
22 GaN単結晶薄膜
25 ZnOナノコラム
31 Ag薄膜
32 p型Si基板
34 導電性樹脂
35 ZnO
41 SUSチューブ
42 電気炉
43 圧力調整機
44 ガスボンベ
Claims (7)
- 基板上にナノスケールの柱状結晶構造体を有する化合物半導体素子において、
前記柱状結晶構造体は、種結晶層と、該種結晶層上に吸着・結合されて成長することによって該種結晶層上に形成された半導体材料層とを備えて構成され、
前記柱状結晶構造体の周囲に、該柱状結晶構造体の成長前に形成され、該柱状結晶構造体を埋設するための貫通孔が、リソグラフィとエッチングとによって穿設された絶縁膜をさらに備えることを特徴とする化合物半導体素子。 - 基板上にナノスケールの柱状結晶構造体を有する化合物半導体素子において、
前記柱状結晶構造体は、種結晶層と、該種結晶層上に吸着・結合されて成長することによって該種結晶層上に形成された半導体材料層とを備えて構成され、
前記柱状結晶構造体の周囲に、該柱状結晶構造体の成長前に形成され、該柱状結晶構造体を埋設するための直径略100nmの貫通孔が穿設された絶縁膜をさらに備えることを特徴とする化合物半導体素子。 - 前記絶縁膜は透明材料から成り、
前記柱状結晶構造体は発光層を有し、該柱状結晶構造体の配置および柱径が2次元フォトニック結晶構造に制御されていることを特徴とする請求項1または2記載の化合物半導体素子。 - 前記請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物半導体素子を用いることを特徴とする照明装置。
- 基板上にナノスケールの柱状結晶構造体を有する化合物半導体素子の製造方法において、
前記基板上に、前記柱状結晶構造体の種結晶となる種結晶層を成膜する工程と、
前記種結晶層上に絶縁膜を形成するとともに、前記柱状結晶構造体を成長させるべき配置位置で、成長させるべき柱径に対応した形状に前記絶縁膜をパターニングして、前記種結晶層が露出するように、貫通孔をリソグラフィとエッチングとによって穿設する工程と、
前記貫通孔内で露出した前記種結晶層上に前記化合物半導体材料を吸着・結合させて該種結晶層上に前記柱状結晶構造体を結晶成長させる工程とを含むことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。 - 基板上にナノスケールの柱状結晶構造体を有する化合物半導体素子の製造方法において、
前記基板上に、前記柱状結晶構造体の種結晶となる種結晶層を成膜する工程と、
前記種結晶層上に絶縁膜を形成するとともに、前記柱状結晶構造体を成長させるべき配置位置で、成長させるべき直径略100nmの柱径に対応した形状に前記絶縁膜をパターニングして、前記種結晶層が露出するように、貫通孔を穿設する工程と、
前記貫通孔内で露出した前記種結晶層上に前記化合物半導体材料を吸着・結合させて該種結晶層上に前記柱状結晶構造体を結晶成長させる工程とを含むことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。 - 前記柱状結晶構造体を結晶成長させる工程では、先に液相成長を行わせた後に気相成長を行わせることを特徴とする請求項5または6記載の化合物半導体素子の製造方法。
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