JP5112761B2 - COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT, LIGHTING DEVICE USING SAME, AND METHOD FOR PRODUCING COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT - Google Patents

COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT, LIGHTING DEVICE USING SAME, AND METHOD FOR PRODUCING COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT Download PDF

Info

Publication number
JP5112761B2
JP5112761B2 JP2007167208A JP2007167208A JP5112761B2 JP 5112761 B2 JP5112761 B2 JP 5112761B2 JP 2007167208 A JP2007167208 A JP 2007167208A JP 2007167208 A JP2007167208 A JP 2007167208A JP 5112761 B2 JP5112761 B2 JP 5112761B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
conductivity type
compound semiconductor
substrate
crystal structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007167208A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009009977A (en
Inventor
ロバート・アーミテイジ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2007167208A priority Critical patent/JP5112761B2/en
Publication of JP2009009977A publication Critical patent/JP2009009977A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5112761B2 publication Critical patent/JP5112761B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、III−V族化合物半導体などの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に関し、特に半導体素子としては、基板上にナノコラムやナノロッドなどと称されるナノスケールの柱状結晶構造体が形成されて成るものに関する。   The present invention relates to a compound semiconductor element such as a III-V compound semiconductor, a lighting device using the compound semiconductor element, and a method for manufacturing the compound semiconductor element. In particular, the semiconductor element includes a nanoscale nanocrystal or nanorod on a substrate. The present invention relates to a structure in which a columnar crystal structure is formed.

近年、窒化物半導体もしくは酸化物半導体で構成された発光層を有する化合物半導体発光素子が注目されている。この発光素子の構造は、主として、サファイア基板を用い、発光層の下部にシリコン(Si)がドーピングされたn−GaN層から成るn−クラッド層およびコンタクト層、発光層の上部にマグネシウム(Mg)がドーピングされたp−AlGa1−xNから成る電子ブロック層、電子ブロック層の上部にp−GaNのコンタクト層がそれぞれ形成されて構成されている。これらのプレーナー型の発光素子(LED)は、基板のサファイアと、窒化物や酸化物の半導体層との格子定数が大きく異なり、かつ基板上に薄膜として形成されるので、結晶内に非常に多くの貫通転位を含んでおり、発光素子の効率を増加させるのは困難であった。 In recent years, compound semiconductor light emitting devices having a light emitting layer composed of a nitride semiconductor or an oxide semiconductor have attracted attention. The structure of this light-emitting element is mainly composed of an n-cladding layer and contact layer made of an n + -GaN layer doped with silicon (Si) at the lower part of the light-emitting layer, and magnesium (Mg) at the upper part of the light-emitting layer. ) Doped p-Al x Ga 1-x N, and a p-GaN contact layer is formed on the electron block layer. These planar light emitting devices (LEDs) have a large difference in lattice constant between the sapphire of the substrate and the nitride or oxide semiconductor layer and are formed as a thin film on the substrate. Therefore, it is difficult to increase the efficiency of the light-emitting element.

そこで、このような問題を解決する手法の従来例として、特許文献1が知られている。この従来例では、サファイア基板上に、n型GaNバッファ層を形成した後、アレイ状に配列された多数の前記柱状結晶構造体(ナノコラム)を形成しており、そのGaNナノコラム間に、柱状結晶構造の保護等のために透明絶縁物層を埋め込んだ後、透明電極および電極パッドが成膜されて構成されている。特に青色GaNナノコラムは、n型GaNナノコラム、InGaN量子井戸、p型GaNナノコラムから構成されている。   Therefore, Patent Document 1 is known as a conventional example of a technique for solving such a problem. In this conventional example, after forming an n-type GaN buffer layer on a sapphire substrate, a large number of the columnar crystal structures (nanocolumns) arranged in an array are formed, and columnar crystals are formed between the GaN nanocolumns. A transparent electrode and an electrode pad are formed after embedding a transparent insulating layer for structural protection or the like. In particular, the blue GaN nanocolumn is composed of an n-type GaN nanocolumn, an InGaN quantum well, and a p-type GaN nanocolumn.

このGaNナノコラムLEDではプレーナー型LEDと違い、GaNエピ層成長時に点在していた成長核が横(面)方向に結合した後、平面で縦方向に成長してゆくというのではなく、成長核が前記横(面)方向に結合する前に縦方向に成長するので、貫通転位は原理上存在せず、貫通転位の周りに発生する点欠陥もプレーナー型と比較して圧倒的に少ないことが期待できる。このため、プレーナー型LEDに比べて極めて結晶品質の良いGaN単結晶が得られ、内部量子効率も飛躍的に向上することが期待できる。
特開2005−228936号公報
In this GaN nanocolumn LED, unlike the planar LED, the growth nuclei scattered during the growth of the GaN epilayer are bonded in the lateral (plane) direction and then grown in the vertical direction on the plane. Is grown in the vertical direction before bonding in the lateral (plane) direction, so threading dislocations do not exist in principle, and point defects generated around threading dislocations are overwhelmingly less than in the planar type. I can expect. For this reason, it is expected that a GaN single crystal having an extremely good crystal quality as compared with the planar type LED can be obtained, and the internal quantum efficiency can be drastically improved.
JP 2005-228936 A

上述のように構成されるナノコラムLEDでは、貫通転位の課題は解決されているが、プレーナー型LEDに対する難点として、p型電極の形成において、ナノコラム間への絶縁体の充填プロセスが難しく、p型電極の形成が困難であるという欠点を有する。すなわち、ナノコラムの先端に形成されるp型GaN層の上にp型電極を形成すると、その電極材がナノコラム間に入り込み、非常に薄い該p型GaN層が、活性層やn型GaN層とリークやショートを生じてしまう。このため、基板上にナノコラムを形成した後、SOG、SiO、もしくはエポキシ樹脂などの透明絶縁物を、スピンコートなどで埋め込んで、その上に前記p型電極を形成することになる。しかしながら、液体状にした透明絶縁物には表面張力が働き、上手くナノコラム間の間隙中に入れ込むことは、前記スピンコーティングを用いても困難である。 In the nanocolumn LED configured as described above, the problem of threading dislocation has been solved. However, as a drawback to the planar type LED, in the formation of the p-type electrode, it is difficult to fill the insulator between the nanocolumns. It has the disadvantage that it is difficult to form electrodes. That is, when the p-type electrode is formed on the p-type GaN layer formed at the tip of the nanocolumn, the electrode material enters between the nanocolumns, and the very thin p-type GaN layer is separated from the active layer and the n-type GaN layer. Leaks or shorts will occur. For this reason, after forming the nanocolumn on the substrate, a transparent insulator such as SOG, SiO 2 , or epoxy resin is embedded by spin coating or the like, and the p-type electrode is formed thereon. However, the surface tension acts on the liquid transparent insulator, and it is difficult to put it into the gap between the nanocolumns even using the spin coating.

本発明の目的は、上部電極を容易に形成することができる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を提供することである。   The objective of this invention is providing the compound semiconductor element which can form an upper electrode easily, the illuminating device using the same, and the manufacturing method of a compound semiconductor element.

本発明の化合物半導体素子は、基板またはバッファ層上にナノスケールの柱状結晶構造体を複数有する化合物半導体素子において、第1の導電型の電極に接続される前記基板またはバッファ層上に形成され、該柱状結晶構造体が成長してゆくための開口が穿設された絶縁膜と、透光性を有し、かつ前記第1の導電型とは反対の第2の導電型を示す有機金属から成り、第2の導電型の電極に接続され、前記柱状結晶構造体を封止する封止部材とを含み、前記柱状結晶構造体は、前記第1の導電型を示すコア部と、前記コア部を取り囲み、前記第1の導電型を示すシェル部とを有する同軸形状に形成され、それらのバンドギャップエネルギーの大きさが相互に異なることを特徴とする。 The compound semiconductor device of the present invention is formed on the substrate or buffer layer connected to the first conductivity type electrode in the compound semiconductor device having a plurality of nanoscale columnar crystal structures on the substrate or buffer layer, An insulating film having an opening for growing the columnar crystal structure, and an organic metal having translucency and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; made, is connected to the second conductivity type electrode, said saw including a sealing member for sealing a columnar crystal structure, said columnar crystal structure comprises a core portion indicating said first conductivity type, the It is formed in a coaxial shape surrounding a core portion and having a shell portion showing the first conductivity type, and the magnitudes of their band gap energies are different from each other .

また、本発明の化合物半導体素子の製造方法は、基板またはバッファ層上にナノスケールの柱状結晶構造体を複数有する化合物半導体素子の製造方法において、第1の導電型の電極に接続されることになる前記基板またはバッファ層上に、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、前記基板またはバッファ層が露出するように開口を穿設する工程と、前記開口内で露出した前記基板またはバッファ層から、前記第1の導電型で前記柱状結晶構造体を結晶成長させる工程と、透光性を有し、かつ前記第1の導電型とは反対の第2の導電型を示す有機金属から成り、第2の導電型の電極に接続されることになる封止部材で前記柱状結晶構造体を封止する工程とを含み、前記柱状結晶構造体を結晶成長させる工程は、前記第1の導電型を示すコア部を成長させる工程と、前記コア部と相互に異なる大きさのバンドギャップエネルギーを有し、前記コア部を取り囲む同軸形状に、前記第1の導電型を示すシェル部を成長させる工程とを有することを特徴とする。 Also, the method for producing a compound semiconductor element of the present invention is to be connected to an electrode of the first conductivity type in the method for producing a compound semiconductor element having a plurality of nanoscale columnar crystal structures on a substrate or a buffer layer. An insulating film is formed on the substrate or buffer layer, and the insulating film is patterned into a shape corresponding to a column diameter to be grown at a position where the columnar crystal structure is to be grown. A step of forming an opening so that the buffer layer is exposed; a step of growing the columnar crystal structure with the first conductivity type from the substrate or the buffer layer exposed in the opening; The columnar crystal structure is a sealing member made of an organic metal having a second conductivity type opposite to the first conductivity type and connected to an electrode of the second conductivity type. A step of sealing the body seen including, the step of crystal growth of the columnar crystal structures, the first growing a core part showing a conductivity type, the core portion and the mutually different sizes of band Growing a shell portion having the first conductivity type in a coaxial shape having gap energy and surrounding the core portion .

上記の構成によれば、基板またはその導電性の有無や結晶成長の関係で必要になるバッファ層上に、ナノコラムやナノロッドなどと称されるナノスケールの柱状結晶構造体が多数成長されて成る化合物半導体素子およびその製造方法において、その柱状結晶構造体を成長させるにあたって、SiO,SiNなどから成る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その絶縁膜をパターニングして、前記基板またはバッファ層が露出するように開口を穿設する。その後、前記基板またはバッファ層および柱状結晶構造体の第1の導電型に対して、それらとは反対の第2の導電型を示す有機金属から成り、かつ透光性を有し、前記第2の導電型の電極に接続される封止部材を堆積させ、ベークすることで前記柱状結晶構造体を封止する。 According to the above configuration, a compound in which a large number of nanoscale columnar crystal structures called nanocolumns or nanorods are grown on a substrate or a buffer layer required for the presence or absence of conductivity and crystal growth. In growing a columnar crystal structure in a semiconductor device and its manufacturing method, an insulating film made of SiO 2 , SiN or the like is formed, and a column diameter to be grown at an arrangement position where the columnar crystal structure is to be grown The insulating film is patterned into a shape corresponding to the above, and an opening is formed so that the substrate or the buffer layer is exposed. Thereafter, the first conductivity type of the substrate or the buffer layer and the columnar crystal structure is made of an organic metal exhibiting a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and has a light-transmitting property. The columnar crystal structure is sealed by depositing and baking a sealing member connected to the conductive type electrode.

したがって、前記柱状結晶構造体の外周面と封止部材との間でpn接合を構成してその界面で発光を行わせる一方、第1の導電型である前記基板またはバッファ層と第2の導電型である封止部材との間は前記絶縁膜によって絶縁されており、前記スピンコートなどで有機金属の充填不足等があっても、リークやショートを防止することができ、信頼性を向上することができる。また、上部電極は前記封止部材上に容易に形成することができる。   Accordingly, a pn junction is formed between the outer peripheral surface of the columnar crystal structure and the sealing member to emit light at the interface, while the substrate or buffer layer that is the first conductivity type and the second conductivity are formed. It is insulated from the sealing member, which is a mold, by the insulating film, and even if there is insufficient filling of the organic metal by the spin coating or the like, it is possible to prevent leakage and short-circuiting and improve reliability. be able to. Further, the upper electrode can be easily formed on the sealing member.

また、開口、したがって前記柱状結晶構造体の配置、すなわち配列ピッチおよび配列パターンならびに柱径を任意に設定することができ、たとえば発光素子の場合には、結晶欠陥の少ない柱状結晶構造体の利点を生かし、発生された光を効率的に外部に取出すことができるとともに、所望とする配光で取出す等、光学特性を設計者の意図したとおりに実現することができる。また、前記柱径を調整することで、所望とする波長の光を発生させることができるとともに、所望とする混合色の光、たとえば白色光を発生させることもできる。   Further, the opening, and therefore the arrangement of the columnar crystal structures, that is, the arrangement pitch and arrangement pattern, and the column diameter can be arbitrarily set. For example, in the case of a light emitting device, the advantages of the columnar crystal structure with few crystal defects are obtained. In addition to being able to efficiently extract the generated light to the outside, it is possible to realize optical characteristics as intended by the designer, such as extraction with a desired light distribution. Further, by adjusting the column diameter, light having a desired wavelength can be generated, and light of a desired mixed color, for example, white light can be generated.

また、前記柱状結晶構造体を、同じ第1の導電型を示すコア部とシェル部とから成る同軸形状とし、それらのバンドギャップエネルギーの大きさを相互に異ならせることによって量子井戸(発光層)を形成することができ、発光効率を向上することができる。Further, the columnar crystal structure is formed into a coaxial shape including a core portion and a shell portion having the same first conductivity type, and the magnitudes of the band gap energies thereof are made different from each other to thereby form a quantum well (light emitting layer). Can be formed, and the luminous efficiency can be improved.

さらにまた、本発明の化合物半導体素子は、前記基板またはバッファ層と絶縁膜との間に、化合物半導体材料および添加物材料に対して、それらを溶解して取込み、かつ自身とは合成物を作らないカタリスト材料層、または前記化合物半導体材料および添加物材料を吸着・結合させて前記柱状結晶構造体に成長させてゆく化合物種結晶層を有することを特徴とする。   Furthermore, the compound semiconductor device of the present invention dissolves and takes in the compound semiconductor material and additive material between the substrate or the buffer layer and the insulating film, and forms a composite with itself. And a compound seed crystal layer in which the compound semiconductor material and the additive material are adsorbed and bonded to grow into the columnar crystal structure.

上記の構成によれば、前記基板またはバッファ層上に柱状結晶構造体を成長させるにあたって、Ga,N,In,Alなどの化合物半導体材料や、Mg,Si,Znなどの添加物材料に対して、それらを溶解して取込み、かつ自身とは合成物を作らないNi,Cu,Fe,Auなどのカタリスト材料層や、前記化合物半導体材料および添加物材料を吸着・結合させて前記柱状結晶構造体に成長させてゆくAlNなどの化合物種結晶層を前記基板またはバッファ層上に予め形成しておく。   According to the above configuration, when the columnar crystal structure is grown on the substrate or the buffer layer, a compound semiconductor material such as Ga, N, In, or Al, or an additive material such as Mg, Si, or Zn is used. In addition, the columnar crystal structure is formed by adsorbing and binding the catalyst material layer such as Ni, Cu, Fe, Au, etc., and the compound semiconductor material and the additive material which are taken in by dissolving them and do not form a composite with itself. A compound seed crystal layer such as AlN to be grown is formed in advance on the substrate or the buffer layer.

したがって、前記柱状結晶構造体を短時間で成長させることができる。   Therefore, the columnar crystal structure can be grown in a short time.

た、本発明の照明装置は、前記の化合物半導体素子を用いることを特徴とする。 Also, the illumination device of the present invention is characterized by using the compound semiconductor device.

上記の構成によれば、発光素子の信頼性を向上することができるとともに、その発光素子の上部電極を容易に形成することができる照明装置を実現することができる。   According to said structure, while being able to improve the reliability of a light emitting element, the illuminating device which can form easily the upper electrode of the light emitting element is realizable.

本発明の化合物半導体素子およびその製造方法は、以上のように、基板またはバッファ層上に、ナノコラムやナノロッドなどと称されるナノスケールの柱状結晶構造体が多数成長されて成る化合物半導体素子およびその製造方法において、その柱状結晶構造体を成長させるにあたって、絶縁膜を形成し、それをパターニングして前記基板またはバッファ層が露出するように開口を穿設し、その後、前記基板またはバッファ層および柱状結晶構造体の第1の導電型に対して、それらとは反対の第2の導電型を示す有機金属から成り、かつ透光性を有し、前記第2の導電型の電極に接続される封止部材を堆積させ、ベークすることで前記柱状結晶構造体を封止する。   As described above, the compound semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention include a compound semiconductor device in which a large number of nanoscale columnar crystal structures called nanocolumns or nanorods are grown on a substrate or a buffer layer, and In the manufacturing method, when growing the columnar crystal structure, an insulating film is formed and patterned to form an opening so that the substrate or buffer layer is exposed, and then the substrate or buffer layer and the columnar structure are formed. It is made of an organic metal having a second conductivity type opposite to the first conductivity type of the crystal structure, has translucency, and is connected to the electrode of the second conductivity type. The columnar crystal structure is sealed by depositing and baking a sealing member.

それゆえ、前記柱状結晶構造体の外周面と封止部材との間でpn接合を構成してその界面で発光を行わせる一方、第1の導電型である前記基板またはバッファ層と第2の導電型である封止部材との間は前記絶縁膜によって絶縁されており、前記スピンコートなどで有機金属の充填不足等があっても、リークやショートを防止することができ、信頼性を向上することができる。また、上部電極は前記封止部材上に容易に形成することができる。   Therefore, a pn junction is formed between the outer peripheral surface of the columnar crystal structure and the sealing member to emit light at the interface, while the substrate or buffer layer of the first conductivity type and the second It is insulated from the conductive sealing member by the insulating film, and even if there is insufficient organic metal filling due to the spin coating, etc., it can prevent leaks and shorts, improving reliability can do. Further, the upper electrode can be easily formed on the sealing member.

さらにまた、本発明の化合物半導体素子は、以上のように、前記基板またはバッファ層と絶縁膜との間に、化合物半導体材料および添加物材料に対して、それらを溶解して取込み、かつ自身とは合成物を作らないカタリスト材料層、または前記化合物半導体材料および添加物材料を吸着・結合させて前記柱状結晶構造体に成長させてゆく化合物種結晶層を有する。   Furthermore, the compound semiconductor element of the present invention, as described above, dissolves and takes in the compound semiconductor material and additive material between the substrate or the buffer layer and the insulating film, and Has a catalyst material layer that does not form a composite, or a compound seed crystal layer that grows into the columnar crystal structure by adsorbing and bonding the compound semiconductor material and the additive material.

それゆえ、前記柱状結晶構造体を短時間で成長させることができる。   Therefore, the columnar crystal structure can be grown in a short time.

また、前記柱状結晶構造体を同じ導電型を示すコア部とクラッド部とから成る同軸形状とし、それらのバンドギャップエネルギーの大きさを相互に異ならせるので、量子井戸(発光層)を形成することができ、発光効率を向上することができる。 Further, the pre-Symbol coaxial shape consisting of a core portion and a clad portion showing the same conductivity type columnar crystal structure, since the different size of their band gap energy from each other, to form a quantum well (light emitting layer) And the luminous efficiency can be improved.

さらにまた、本発明の照明装置は、以上のように、前記の化合物半導体素子を用いる。   Furthermore, the illumination device of the present invention uses the compound semiconductor element as described above.

それゆえ、発光素子の信頼性を向上することができるとともに、その発光素子の上部電極を容易に形成することができる照明装置を実現することができる。   Therefore, it is possible to improve the reliability of the light emitting element and to realize an illumination device that can easily form the upper electrode of the light emitting element.

[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の第1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。さらにまた、ナノコラム結晶としてはGaNで説明するが、それに限定されるものではなく、酸化物、酸窒化物、その他の材料についても当てはまることは言うまでもない。また、絶縁性基板としてサファイア、導電性基板としてSiを用いたが、それらに限定されるものではなく、SiC、SiO、ZnO、AlN等を用いることもできる。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of a light-emitting diode which is a compound semiconductor element according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, photolithography is used to form the nanocolumns, but the formation method is not limited to this method, and it goes without saying that a method such as electron beam exposure may be used. In this embodiment, it is assumed that nanocolumn growth is performed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). However, the nanocolumn growth method is not limited to this, and molecular beam epitaxy (MBE). Nanocolumns can also be fabricated using hydride vapor phase epitaxy (HVPE) or the like. Hereinafter, unless otherwise specified, an MOCVD apparatus is used in this embodiment. Furthermore, although GaN will be described as a nanocolumn crystal, it is not limited thereto, and it goes without saying that oxides, oxynitrides, and other materials are also applicable. Further, although sapphire is used as the insulating substrate and Si is used as the conductive substrate, the invention is not limited thereto, and SiC, SiO 2 , ZnO, AlN, or the like can also be used.

先ず、図1(a)で示すように、絶縁性基板であるサファイア基板1上に、前記MOCVD装置を用いて、既存の方法により、n型電極引出しのためのバッファ層となるn型GaN層2を1μm成長させた後に、基板1を取出し、EB蒸着により、絶縁膜であるSiO薄膜4を50nm蒸着する。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、たとえば直径100nmの径で所定の位置に開口部5を形成する。 First, as shown in FIG. 1A, an n-type GaN layer serving as a buffer layer for extracting an n-type electrode is formed on an sapphire substrate 1 which is an insulating substrate by the existing method using the MOCVD apparatus. After 2 μm is grown, the substrate 1 is taken out, and an SiO 2 thin film 4 as an insulating film is deposited by 50 nm by EB deposition. Thereafter, the opening 5 is formed at a predetermined position with a diameter of, for example, 100 nm using a normal lithography technique and an etching technique.

これをMOCVD装置に入れて温度900℃に設定し、この温度を保持しながら、GaN結晶成長の成長ガスであるTMG(トリメチルガリウム)およびNH(アンモニア)を供給するとともに、n型の不純物材料となるZnをドーピングするために、DEZn(ジエチルジンク)を供給すると、Ga,N,Znの材料は前記開口部5から露出したn型GaN層2を種結晶として、図1(b)で示すようにGaN:Znナノコラム6に成長する。一方、SiO薄膜4上に吸着した前記Ga,N,Znの材料は、該SiO薄膜4の表面に長くとどまることができず、表面から離脱し、該SiO薄膜4上にはGaN単結晶は形成されない。こうして前記開口部5にのみGaN:Znナノコラム6が成長する。10分ほどこの状態を維持することにより、前記GaN:Znナノコラム6は、高さ100nm程度に成長する。前記Znは、10−17〜10−19程度の濃度が望ましい。 This is put in an MOCVD apparatus, set to a temperature of 900 ° C., and while maintaining this temperature, TMG (trimethylgallium) and NH 3 (ammonia), which are growth gases for GaN crystal growth, are supplied and an n-type impurity material When DEZn (diethyl zinc) is supplied in order to dope Zn, the materials of Ga, N, and Zn are shown in FIG. 1B using the n-type GaN layer 2 exposed from the opening 5 as a seed crystal. Thus, the GaN: Zn nanocolumn 6 is grown. Meanwhile, the Ga adsorbed onto SiO 2 thin film 4, N, Zn is the material, it can not remain long on the surface of the SiO 2 thin film 4, separated from the surface, on the SiO 2 film 4 is GaN single Crystals are not formed. Thus, the GaN: Zn nanocolumn 6 grows only in the opening 5. By maintaining this state for about 10 minutes, the GaN: Zn nanocolumn 6 grows to a height of about 100 nm. The concentration of Zn is preferably about 10 −17 to 10 −19 .

次に、有機金属PEDOT:PSS(poly 3,4-ethylenedioxythiopheneにpoly 4-styrenesulfonateをドープしたもの)を含む水溶液を回転数8000rpmで60秒スピンコートし、厚みを約100nm堆積させる。その後、ホットプレート上にて120℃で1時間ベークして水分を取り除くことで、図1(c)で示すようにp型層7を形成する。   Next, an aqueous solution containing organometallic PEDOT: PSS (poly 3,4-ethylenedioxythiophene doped with poly 4-styrenesulfonate) is spin-coated at a rotation speed of 8000 rpm for 60 seconds to deposit about 100 nm in thickness. Thereafter, the p-type layer 7 is formed as shown in FIG. 1C by removing moisture by baking at 120 ° C. for 1 hour on a hot plate.

続いて、図1(d)で示すように、スパッタ蒸着により透明導電層であるNi5nm/ITO25nm積層膜を形成してp型透明電極8とし、そのp型透明電極8上にNi30nm/Au500nm積層膜を蒸着して通常のリソグラフィとエッチングとにより部分的にp型電極パッド9を形成する。その後、通常のフォトリソグラフィ技術とRIEにより将来n型電極を形成する部分をエッチングしてn型GaN層2を露出させ、リフトオフ技術を用いてこの部分にTi30nm/Au500nmを積層、パターニングしてn型電極10を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 1 (d), a Ni 5 nm / ITO 25 nm laminated film, which is a transparent conductive layer, is formed by sputtering deposition to form a p-type transparent electrode 8, and a Ni 30 nm / Au 500 nm laminated film is formed on the p-type transparent electrode 8. The p-type electrode pad 9 is partially formed by ordinary lithography and etching. Thereafter, a portion where an n-type electrode will be formed in the future is etched by ordinary photolithography technology and RIE to expose the n-type GaN layer 2, and Ti 30 nm / Au 500 nm is laminated on this portion by using lift-off technology, and patterned to form an n-type. The electrode 10 is formed.

上述のようにして作製された発光ダイオードにおいて、GaN:Znナノコラム6は、SiO薄膜4の開口部5内に密着して成長するので、前記n型電極10に接続されるn型GaN層2と、p型透明電極8に接続されるp型層7とは電気的に絶縁される。ここで、前記GaN:Znナノコラム6のエネルギーバンドギャップは2.6eVであり、その発光波長は約460nmである。一方、前記PEDOT:PSSは正孔のみを伝導させる性質を有する有機金属であり、そのエネルギーバンドギャップは3eVである。したがって、前記p型層7は、GaN:Znナノコラム6からの発光波長に対して透明であるとともに、エネルギーバンドギャップの違いにより、GaN:Znナノコラム6はキャリア再結合発光のための井戸層の役割をする。 In the light-emitting diode manufactured as described above, the GaN: Zn nanocolumn 6 grows in close contact with the opening 5 of the SiO 2 thin film 4, so that the n-type GaN layer 2 connected to the n-type electrode 10. And the p-type layer 7 connected to the p-type transparent electrode 8 are electrically insulated. Here, the energy band gap of the GaN: Zn nanocolumn 6 is 2.6 eV, and the emission wavelength is about 460 nm. On the other hand, the PEDOT: PSS is an organic metal having a property of conducting only holes, and its energy band gap is 3 eV. Therefore, the p-type layer 7 is transparent with respect to the emission wavelength from the GaN: Zn nanocolumn 6, and the GaN: Zn nanocolumn 6 serves as a well layer for carrier recombination emission due to the difference in energy band gap. do.

このように構成することで、前記スピンコートなどで有機金属の充填不足等があっても、リークやショートを防止することができ、信頼性を向上することができる。また、p型透明電極8は封止部材であるp型層7上に容易に形成することができる。   With such a configuration, even if there is insufficient filling of the organic metal by spin coating or the like, leakage or short-circuit can be prevented and reliability can be improved. The p-type transparent electrode 8 can be easily formed on the p-type layer 7 which is a sealing member.

また、開口部5、したがってGaN:Znナノコラム6の配置、すなわち配列ピッチおよび配列パターンならびに柱径を任意に設定することができ、結晶欠陥の少ないナノコラムの利点を生かし、発生された光を効率的に外部に取出すことができるとともに、所望とする配光で取出す等、光学特性を設計者の意図したとおりに実現することができる。また、前記柱径を調整することで、所望とする波長の光を発生させることができるとともに、所望とする混合色の光、たとえば白色光を発生させることもできる。さらにまた、前記有機金属に波長変換を行う蛍光体を混ぜ込むようにしてもよい。こうして、白色光に適応した発光ダイオードを実現することができ、前述のように光取出し効率および配光性に優れる点と併せて、該発光ダイオードは照明装置に極めて好適である。   Further, the arrangement of the openings 5, and thus the arrangement of the GaN: Zn nanocolumns 6, that is, the arrangement pitch and arrangement pattern, and the column diameter can be arbitrarily set, and the generated light is efficiently utilized by taking advantage of the nanocolumns with few crystal defects. In addition, the optical characteristics can be realized as intended by the designer, such as extraction with a desired light distribution. Further, by adjusting the column diameter, light having a desired wavelength can be generated, and light of a desired mixed color, for example, white light can be generated. Furthermore, a phosphor that performs wavelength conversion may be mixed into the organic metal. Thus, a light-emitting diode adapted to white light can be realized, and the light-emitting diode is extremely suitable for a lighting device in combination with the excellent light extraction efficiency and light distribution as described above.

なお、ナノコラム6を成長させるにあたって、Ga,N,In,Alなどの化合物半導体材料や、Mg,Si,Znなどの添加物材料に対して、それらを溶解して取込み、かつ自身とは合成物を作らないNi,Cu,Fe,Auなどのカタリスト材料層や、前記化合物半導体材料および添加物材料を吸着・結合させて前記柱状結晶構造体に成長させてゆくAlNなどの化合物種結晶層を基板またはバッファ層上に予め形成しておくことで、ナノコラムを短時間で成長させることができる。   In growing the nanocolumn 6, the compound semiconductor material such as Ga, N, In, and Al and the additive material such as Mg, Si, and Zn are dissolved and taken in, and is a synthetic product. The substrate is formed of a catalyst material layer such as Ni, Cu, Fe, Au, etc. that does not form a crystal, and a compound seed crystal layer, such as AlN, that grows in the columnar crystal structure by adsorbing and bonding the compound semiconductor material and additive material Alternatively, the nanocolumn can be grown in a short time by forming it in advance on the buffer layer.

また、ナノコラム6がp型層7で封止されるので、結晶成長に有利な前記サファイア基板1を用いて、レーザーリフトオフ法を用いてナノコラム6をサファイア基板1から切離し、別途n型電極を貼付けて、基板の厚み方向に電流を供給するようにしてもよい。   Further, since the nanocolumn 6 is sealed with the p-type layer 7, the nanocolumn 6 is separated from the sapphire substrate 1 using the laser lift-off method using the sapphire substrate 1 advantageous for crystal growth, and an n-type electrode is separately attached. Thus, a current may be supplied in the thickness direction of the substrate.

[実施の形態2]
図2は、本発明の実施の第2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。この発光ダイオードは、前述の発光ダイオードに類似し、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、基板に導性基板であるSi基板11を用いることである。先ずそのSi基板11上に、図2(a)で示すように、MOCVDによって、低温のGaNアモルファス層12を2μm堆積し、さらにその上に高温のGaN単結晶層13を数百nm堆積する。これらのGaNアモルファス層12およびGaN単結晶層13は、後述のGaN:Siナノコラム15の成長のバッファ層となる。
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of a light-emitting diode that is a compound semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. This light-emitting diode is similar to the above-described light-emitting diode, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. It should be noted that in the present embodiment, the Si substrate 11 which is a conductive substrate is used as the substrate. First, as shown in FIG. 2A, a low-temperature GaN amorphous layer 12 is deposited by 2 μm on the Si substrate 11 by MOCVD, and a high-temperature GaN single crystal layer 13 is further deposited thereon by several hundred nm. The GaN amorphous layer 12 and the GaN single crystal layer 13 serve as a buffer layer for growth of a GaN: Si nanocolumn 15 described later.

次に、前記図1と同様に、EB蒸着により、絶縁膜であるSiO薄膜4を50μm蒸着し、さらに通常のリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、前記開口部5を形成する。その後、再びMOCVD装置に入れて温度900℃に設定し、前記TMG、NHおよびn型の不純物材料となるSiをドーピングするために、シラン(SiH)を供給することで、図2(b)で示すようにGaN:Siナノコラム15を100nm成長させる。ここで、GaN:Siナノコラム15のエネルギーバンドギャップは3.4eVである。 Next, similarly to FIG. 1, the SiO 2 thin film 4 which is an insulating film is deposited by 50 μm by EB deposition, and the opening 5 is formed by using a normal lithography technique and an etching technique. Thereafter, the temperature is again set in the MOCVD apparatus and the temperature is set to 900 ° C., and silane (SiH 4 ) is supplied in order to dope the TMG, NH 3, and Si serving as an n-type impurity material, thereby FIG. ): GaN: Si nanocolumns 15 are grown to 100 nm. Here, the energy band gap of the GaN: Si nanocolumn 15 is 3.4 eV.

また注目すべきは、本実施の形態では、前記GaN:Siナノコラム15をコア層として、その周囲に同じくMOCVD装置を用いて、前記シラン(SiH)に代えて、Inドーピングするために、トリメチルインジウム(In(CH)を供給することで、図2(c)で示すように、シェル状にInGaN層16を成長させることである。このInGaN層16の厚みは、3nm程度である。その後、さらにこのInGaN層16の外側に、再びSiドープのn型GaN層17を5nmの厚みでシェル状に成長させて、これをキャップ層とする。このキャップ層は、電子障壁層としての役割と、InGaN層16からp型層7へのInの拡散防止の役割とを果たす。これらのInGaN層16およびn型GaN層17を多層に形成することにより、多重量子井戸を形成することも可能である。 It should also be noted that in the present embodiment, trimethyl trimethyl trioxide is used for In doping instead of the silane (SiH 4 ) using the GaN: Si nanocolumn 15 as a core layer and using the MOCVD apparatus around it. By supplying indium (In (CH 3 ) 3 ), as shown in FIG. 2C, the InGaN layer 16 is grown in a shell shape. The thickness of this InGaN layer 16 is about 3 nm. Thereafter, an Si-doped n-type GaN layer 17 is again grown in a shell shape with a thickness of 5 nm on the outside of the InGaN layer 16, and this is used as a cap layer. This cap layer serves as an electron barrier layer and serves to prevent In diffusion from the InGaN layer 16 to the p-type layer 7. Multiple quantum wells can be formed by forming the InGaN layer 16 and the n-type GaN layer 17 in multiple layers.

次に、前記図1と同様に、有機金属PEDOT:PSSを含む水溶液をスピンコートし、厚みを約100nm堆積させ、ベークして水分を取り除くことで、図1(d)で示すように前記p型層7を形成する。続いて、前記図1と同様に、スパッタ蒸着により透明導電層であるNi5nm/ITO25nm積層膜を形成してp型透明電極8とし、そのp型透明電極8上にNi30nm/Au500nm積層膜を蒸着して通常のリソグラフィとエッチングとにより部分的にp型電極パッド9を形成する。その後、本実施の形態では、Si基板11の裏面に、Ti30nm/Au500nmを蒸着してn型電極18を形成する。前記Si基板11は、事前にPドープにより充分な導電性を有するようにしておくことができるので、この裏面のn型電極18はコア層のGaN:Siナノコラム15と電気的に導通をとることができる。   Next, as in FIG. 1, the aqueous solution containing the organometallic PEDOT: PSS is spin-coated, deposited to a thickness of about 100 nm, baked to remove moisture, and the p is removed as shown in FIG. A mold layer 7 is formed. Subsequently, similarly to FIG. 1, a Ni 5 nm / ITO 25 nm laminated film, which is a transparent conductive layer, is formed by sputtering deposition to form a p-type transparent electrode 8, and a Ni 30 nm / Au 500 nm laminated film is deposited on the p-type transparent electrode 8. Then, the p-type electrode pad 9 is partially formed by normal lithography and etching. Thereafter, in the present embodiment, Ti 30 nm / Au 500 nm is evaporated on the back surface of the Si substrate 11 to form the n-type electrode 18. Since the Si substrate 11 can be made sufficiently conductive in advance by P doping, the n-type electrode 18 on the back surface is electrically connected to the GaN: Si nanocolumn 15 of the core layer. Can do.

上述のようにして作製された発光ダイオードにおいて、GaN:Siナノコラム15は、SiO薄膜4の開口部5内に密着して成長するので、前記n型電極18に接続されるGaN単結晶層13と、p型透明電極8に接続されるp型層7とは電気的に絶縁される。ここで、前記InGaN層16のエネルギーバンドギャップは2.6eV、発光波長は約460nmであり、前述のとおりPEDOT:PSSのエネルギーバンドギャップは3eVである。したがって、前記p型層7は、InGaN層16からの発光波長に対して透明であるとともに、エネルギーバンドギャップの違いにより、InGaN層16はキャリア再結合発光のための井戸層の役割をする。 In the light-emitting diode manufactured as described above, the GaN: Si nanocolumn 15 grows in close contact with the opening 5 of the SiO 2 thin film 4, so that the GaN single crystal layer 13 connected to the n-type electrode 18. And the p-type layer 7 connected to the p-type transparent electrode 8 are electrically insulated. Here, the InGaN layer 16 has an energy band gap of 2.6 eV and an emission wavelength of about 460 nm. As described above, the energy band gap of PEDOT: PSS is 3 eV. Accordingly, the p-type layer 7 is transparent with respect to the emission wavelength from the InGaN layer 16, and the InGaN layer 16 serves as a well layer for carrier recombination emission due to the difference in energy band gap.

このように構成してもまた、前記スピンコートなどで有機金属の充填不足等があっても、リークやショートを防止することができ、信頼性を向上することができる。また、p型透明電極8は封止部材であるp型層7上に容易に形成することができる。さらにまた、導電性基板を用いることで直列抵抗を減少し、より大電流、高出力のナノコラムLEDを実現することができる。   Even in such a configuration, even if the organic metal is insufficiently filled by the spin coating or the like, leakage or short-circuit can be prevented, and reliability can be improved. The p-type transparent electrode 8 can be easily formed on the p-type layer 7 which is a sealing member. Furthermore, by using a conductive substrate, the series resistance can be reduced, and a nanocolumn LED with higher current and higher output can be realized.

ここで、n型コア層となるGaN:Siナノコラム15は、電子、正孔を蓄積する量子井戸の機能を有しており、電子、正孔をこの量子井戸に蓄えることにより、ここでの再結合の確率を上げ、高効率発光デバイスを実現できる。また、このn型コア層のバンドギャップ幅を変えることにより、所望の波長の光を取り出すことができる。n型コア層とn型シェル層となるInGaN層16とのバンドギャップの大小関係については、一概にどちらが良いとは言えず、n型コア層バンドギャップ幅Eg(core)<n型シェル層バンドギャップ幅Eg(shell)であれば、キャリア閉じ込めに優れ、発光再結合効率を向上させるという利点がある一方、正孔の伝導についてはバリアになり、直列寄生抵抗が大きくなるという欠点も有する。いずれにせよ、Eg(core)とEg(shell)との大きさが異なるものを用い、かつ前記のトレードオフを最適化することにより、n型コア層のみのナノコラムLEDよりも発光効率の高いナノコラムLEDを実現することができる。   Here, the GaN: Si nanocolumn 15 serving as the n-type core layer has a function of a quantum well for accumulating electrons and holes. By storing the electrons and holes in this quantum well, The probability of coupling is increased, and a high-efficiency light-emitting device can be realized. Further, by changing the band gap width of the n-type core layer, light having a desired wavelength can be extracted. Regarding the magnitude relationship of the band gap between the n-type core layer and the InGaN layer 16 serving as the n-type shell layer, it cannot be said that either one is generally good, and the n-type core layer band gap width Eg (core) <n-type shell layer band. The gap width Eg (shell) has the advantage of excellent carrier confinement and improved light emission recombination efficiency, but also has the disadvantage of becoming a barrier for hole conduction and increasing the series parasitic resistance. In any case, a nanocolumn having higher emission efficiency than a nanocolumn LED having only an n-type core layer is obtained by using different Eg (core) and Eg (shell) sizes and optimizing the trade-off. An LED can be realized.

また好ましくは、遮光性のSi基板11を用いるので、前記SiO薄膜4上に、ロジウムなどのMOCVDによるナノコラム成長時の高温に耐えられる反射膜を形成しておくことで、前記InGaN層16から側方に放射された光が前記Si基板11に吸収されることを防止することができる。前記ロジウムによる反射膜には、下層のSiO薄膜4と一括して、ドライエッチングによって開口部5を形成することができる。 Preferably, since a light-shielding Si substrate 11 is used, a reflective film that can withstand high temperatures during nanocolumn growth by MOCVD, such as rhodium, is formed on the SiO 2 thin film 4 so that the InGaN layer 16 It is possible to prevent the light emitted to the side from being absorbed by the Si substrate 11. In the rhodium reflective film, an opening 5 can be formed by dry etching together with the underlying SiO 2 thin film 4.

なお、GaN:Siナノコラム15の先端で、直接p型層7と接触するけれども、pn接合で、この部分でも僅かに発光を生じ、大きな短絡電流が流れることはない。   Note that although the tip of the GaN: Si nanocolumn 15 is in direct contact with the p-type layer 7, light emission slightly occurs at this portion at the pn junction, and a large short-circuit current does not flow.

[実施の形態3]
図3は、本発明の実施の第3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。この発光ダイオードは、前述の図2で示す発光ダイオードに類似し、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、導性基板であるSi基板21上に、前述の図2と同様に、図3(a)で示すように、GaNアモルファス層12、GaN単結晶層13、SiO薄膜4および開口部5を形成した後、MOCVD装置において、温度900℃に設定し、前記TMG、NHと共に、p型の不純物材料となるMgをドーピングするために、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)を供給することである。これによって、図3(b)で示すように、GaN:Mgナノコラム25を100nm成長させる。ここで、GaN:Mgナノコラム25のエネルギーバンドギャップも、3.4eVである。
[Embodiment 3]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of a light-emitting diode which is a compound semiconductor element according to the third embodiment of the present invention. This light-emitting diode is similar to the light-emitting diode shown in FIG. 2 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. It should be noted that in this embodiment, as shown in FIG. 3A, the GaN amorphous layer 12 and the GaN single crystal layer 13 are formed on the Si substrate 21 which is a conductive substrate, as shown in FIG. After forming the SiO 2 thin film 4 and the opening 5, in a MOCVD apparatus, the temperature is set to 900 ° C., and in order to dope Mg as a p-type impurity material together with the TMG and NH 3 , It is to supply enilmagnesium (Cp 2 Mg). Thereby, as shown in FIG. 3B, a GaN: Mg nanocolumn 25 is grown to 100 nm. Here, the energy band gap of the GaN: Mg nanocolumn 25 is also 3.4 eV.

その後、前記GaN:Mgナノコラム25をコア層として、その周囲に同じくMOCVD装置を用いて、前記シクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)に代えて、Inドーピングするために、トリメチルインジウム(In(CH)を供給することで、図3(c)で示すように、シェル状に前記InGaN層16を成長させる。このInGaN層16の厚みは、3nm程度である。その後、さらにこのInGaN層16の外側に、再びMgドープのp型GaN層26を5nmの厚みでシェル状に成長させて、これをキャップ層とする。このキャップ層は、電子障壁層としての役割と、InGaN層16から後述のn型層27へのInの拡散防止の役割とを果たす。これらのInGaN層16およびp型GaN層26を多層に形成することにより、多重量子井戸を形成することも可能である。 Then, using the GaN: Mg nanocolumn 25 as a core layer and using the same MOCVD apparatus, trimethylindium (In (CH) is used for In doping instead of the cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg). 3 ) By supplying 3 ), the InGaN layer 16 is grown in a shell shape as shown in FIG. The thickness of this InGaN layer 16 is about 3 nm. Thereafter, an Mg-doped p-type GaN layer 26 is grown again in a shell shape with a thickness of 5 nm on the outside of the InGaN layer 16, and this is used as a cap layer. The cap layer serves as an electron barrier layer and serves to prevent diffusion of In from the InGaN layer 16 to the n-type layer 27 described later. It is also possible to form a multiple quantum well by forming the InGaN layer 16 and the p-type GaN layer 26 in multiple layers.

続いて、注目すべきは、p型のコア層に対応して、前記試料をMBE装置にセットし、有機物Alq(Tris(8-hydroxyquinoline)にAlをドープしたもの)を真空(10−6Torr)中で、Kセル温度350℃で100分加熱蒸発させることで、前記試料上に厚み約100nmのAlqを堆積させることである。この有機物Alqは電子のみを伝導させる性質を有する有機金属であり、これがナノコラムLEDの前記n型層27を形成する。Alqのエネルギーバンドギャップは2.5−2.7eVであり、前記InGaN層16からの発光波長に対して透明である。またこのエネルギーバンドギャップの違いにより、InGaN層16はキャリア再結合発光のための井戸層の役割をする。このような電子のみを伝導させる有機物としては、他にAnthraceneがあり、このエネルギーバンドギャップは3.9Vであり、より広い波長領域に亘って透明である。 Subsequently, it should be noted that the sample is set in an MBE apparatus corresponding to the p-type core layer, and the organic substance Alq 3 (Tris (8-hydroxyquinoline) doped with Al) is vacuumed (10 −6 ). In Torr), Alq 3 having a thickness of about 100 nm is deposited on the sample by heating and evaporation at a K cell temperature of 350 ° C. for 100 minutes. This organic substance Alq 3 is an organic metal having a property of conducting only electrons, and forms the n-type layer 27 of the nanocolumn LED. Alq 3 has an energy band gap of 2.5 to 2.7 eV and is transparent to the emission wavelength from the InGaN layer 16. Due to the difference in energy band gap, the InGaN layer 16 serves as a well layer for carrier recombination light emission. The organics to such an electronic only conducted, other has anthracene, the energy band gap is 3.9 e V, which is transparent over a wider wavelength region.

その後、スパッタ蒸着により透明導電層であるITO膜を25nm形成してn型透明電極28とし、そのn型透明電極28上にボンディングパッドとしてTi30nm/Au500nm積層膜を蒸着して、通常のリソグラフィとエッチングにより部分的にn型電極パッド29を形成する。さらに、前記Si基板21の裏面に、Ti30nm/Au500nmを蒸着してp型電極30を形成する。前記Si基板21は、事前にBドープにより充分な導電性を有するようにしておくことができるので、この裏面のp型電極30はコア層のGaN:Mgナノコラム25と電気的に導通をとることができる。   Thereafter, an ITO film, which is a transparent conductive layer, is formed by sputtering deposition to a thickness of 25 nm to form an n-type transparent electrode 28, and a Ti 30 nm / Au 500 nm laminated film is deposited as a bonding pad on the n-type transparent electrode 28. As a result, an n-type electrode pad 29 is partially formed. Further, Ti 30 nm / Au 500 nm is deposited on the back surface of the Si substrate 21 to form the p-type electrode 30. Since the Si substrate 21 can be made sufficiently conductive in advance by B doping, the p-type electrode 30 on the back surface is electrically connected to the GaN: Mg nanocolumn 25 of the core layer. Can do.

このようにして、p型コア層およびp型シェル層を用いたナノコラムLEDを作製することができる。p型コア層およびp型シェル層を用いた場合、量子井戸の多数キャリアが正孔となり、通常、発光再結合で正孔が供給律速となる課題を解決することができ、さらに発光効率の高いナノコラムLEDを実現することができる。   In this way, a nanocolumn LED using a p-type core layer and a p-type shell layer can be produced. When the p-type core layer and the p-type shell layer are used, the majority carrier of the quantum well becomes a hole, and the problem that the hole is normally limited by supply of light by recombination of light emission can be solved. A nanocolumn LED can be realized.

本発明の実施の第1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。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the light emitting diode which is a compound semiconductor element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の実施の第2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。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the light emitting diode which is a compound semiconductor element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の実施の第3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。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the light emitting diode which is a compound semiconductor element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

1 サファイア基板
2 n型GaN層
4 SiO薄膜
5 開口部
6 GaN:Znナノコラム
7 p型層
8 p型透明電極
9 p型電極パッド
10,18 n型電極
11,21 Si基板
12 GaNアモルファス層
13 GaN単結晶層
15 GaN:Siナノコラム
16 InGaN層
17 n型GaN層
25 GaN:Mgナノコラム
26 p型GaN層
27 n型層
28 n型透明電極
29 n型電極パッド
30 p型電極
1 sapphire substrate 2 n-type GaN layer 4 SiO 2 thin film 5 opening 6 GaN: Zn nanocolumn 7 p-type layer 8 p-type transparent electrode 9 p-type electrode pads 10 and 18 n-type electrodes 11 and 21 Si substrate 12 GaN amorphous layer 13 GaN single crystal layer 15 GaN: Si nanocolumn 16 InGaN layer 17 n-type GaN layer 25 GaN: Mg nanocolumn 26 p-type GaN layer 27 n-type layer 28 n-type transparent electrode 29 n-type electrode pad 30 p-type electrode

Claims (4)

基板またはバッファ層上にナノスケールの柱状結晶構造体を複数有する化合物半導体素子において、
第1の導電型の電極に接続される前記基板またはバッファ層上に形成され、該柱状結晶構造体が成長してゆくための開口が穿設された絶縁膜と、
透光性を有し、かつ前記第1の導電型とは反対の第2の導電型を示す有機金属から成り、第2の導電型の電極に接続され、前記柱状結晶構造体を封止する封止部材とを含み、
前記柱状結晶構造体は、前記第1の導電型を示すコア部と、前記コア部を取り囲み、前記第1の導電型を示すシェル部とを有する同軸形状に形成され、それらのバンドギャップエネルギーの大きさが相互に異なることを特徴とする化合物半導体素子。
In a compound semiconductor device having a plurality of nanoscale columnar crystal structures on a substrate or a buffer layer,
An insulating film formed on the substrate or buffer layer connected to the electrode of the first conductivity type and having an opening for the growth of the columnar crystal structure;
It is made of an organic metal having translucency and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and is connected to an electrode of the second conductivity type to seal the columnar crystal structure. look including a sealing member,
The columnar crystal structure is formed in a coaxial shape having a core portion showing the first conductivity type and a shell portion surrounding the core portion and showing the first conductivity type, and the band gap energy A compound semiconductor device having different sizes .
前記基板またはバッファ層と絶縁膜との間に、化合物半導体材料および添加物材料に対して、それらを溶解して取込み、かつ自身とは合成物を作らないカタリスト材料層、または前記化合物半導体材料および添加物材料を吸着・結合させて前記柱状結晶構造体に成長させてゆく化合物種結晶層を有することを特徴とする請求項1記載の化合物半導体素子。   A catalyst material layer which dissolves and takes in compound semiconductor material and additive material and does not form a composite with itself between the substrate or buffer layer and the insulating film, or the compound semiconductor material and 2. The compound semiconductor device according to claim 1, further comprising a compound seed crystal layer that grows into the columnar crystal structure by adsorbing and bonding an additive material. 前記請求項1または2記載の化合物半導体素子を用いることを特徴とする照明装置。   An illumination device using the compound semiconductor element according to claim 1. 基板またはバッファ層上にナノスケールの柱状結晶構造体を複数有する化合物半導体素子の製造方法において、
第1の導電型の電極に接続されることになる前記基板またはバッファ層上に、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、前記基板またはバッファ層が露出するように開口を穿設する工程と、
前記開口内で露出した前記基板またはバッファ層から、前記第1の導電型で前記柱状結晶構造体を結晶成長させる工程と、
透光性を有し、かつ前記第1の導電型とは反対の第2の導電型を示す有機金属から成り、第2の導電型の電極に接続されることになる封止部材で前記柱状結晶構造体を封止する工程とを含み、
前記柱状結晶構造体を結晶成長させる工程は、前記第1の導電型を示すコア部を成長させる工程と、前記コア部と相互に異なる大きさのバンドギャップエネルギーを有し、前記コア部を取り囲む同軸形状に、前記第1の導電型を示すシェル部を成長させる工程とを有することを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。
In a method for producing a compound semiconductor device having a plurality of nanoscale columnar crystal structures on a substrate or a buffer layer,
An insulating film is formed on the substrate or buffer layer to be connected to the electrode of the first conductivity type, and corresponds to a column diameter to be grown at an arrangement position where the columnar crystal structure is to be grown. Patterning the insulating film into a shape and forming an opening so that the substrate or buffer layer is exposed;
Crystal growth of the columnar crystal structure with the first conductivity type from the substrate or buffer layer exposed in the opening;
The columnar sealing member is made of an organic metal having translucency and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and is connected to an electrode of the second conductivity type. look including a step of sealing the crystal structure,
The step of crystal-growing the columnar crystal structure has a step of growing a core portion showing the first conductivity type and a band gap energy having a magnitude different from that of the core portion, and surrounds the core portion. And a step of growing a shell portion having the first conductivity type in a coaxial shape .
JP2007167208A 2007-06-26 2007-06-26 COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT, LIGHTING DEVICE USING SAME, AND METHOD FOR PRODUCING COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT Expired - Fee Related JP5112761B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007167208A JP5112761B2 (en) 2007-06-26 2007-06-26 COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT, LIGHTING DEVICE USING SAME, AND METHOD FOR PRODUCING COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007167208A JP5112761B2 (en) 2007-06-26 2007-06-26 COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT, LIGHTING DEVICE USING SAME, AND METHOD FOR PRODUCING COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009009977A JP2009009977A (en) 2009-01-15
JP5112761B2 true JP5112761B2 (en) 2013-01-09

Family

ID=40324820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007167208A Expired - Fee Related JP5112761B2 (en) 2007-06-26 2007-06-26 COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT, LIGHTING DEVICE USING SAME, AND METHOD FOR PRODUCING COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5112761B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8237151B2 (en) * 2009-01-09 2012-08-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Diode-based devices and methods for making the same
JP2011523902A (en) 2008-04-14 2011-08-25 バンドギャップ エンジニアリング, インコーポレイテッド Process for manufacturing nanowire arrays
CN102959739B (en) * 2010-12-08 2016-05-18 崇高种子公司 III nitride semiconductor devices and manufacture method thereof
JP5409707B2 (en) * 2011-06-15 2014-02-05 シャープ株式会社 Semiconductor element, method for manufacturing semiconductor element, light emitting diode, photoelectric conversion element, solar cell, lighting device, backlight and display device
KR101966623B1 (en) 2012-12-11 2019-04-09 삼성전자주식회사 Method of forming semiconductor layer and semiconductor light emitting device
FR3011383B1 (en) * 2013-09-30 2017-05-26 Commissariat Energie Atomique METHOD FOR MANUFACTURING OPTOELECTRONIC DEVICES WITH ELECTROLUMINESCENT DIODES
KR102198694B1 (en) 2014-07-11 2021-01-06 삼성전자주식회사 Semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same
KR102203460B1 (en) 2014-07-11 2021-01-18 삼성전자주식회사 Method of manufacturing nano-structure semiconductor light emitting device
KR102252993B1 (en) 2014-11-03 2021-05-20 삼성전자주식회사 Semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same
JP7312997B2 (en) * 2018-11-09 2023-07-24 学校法人 名城大学 semiconductor light emitting device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3181303B2 (en) * 1990-04-20 2001-07-03 株式会社日立製作所 Light emitting element
JP2000022205A (en) * 1998-07-03 2000-01-21 Tdk Corp Semiconductor light emitting element
JP4740795B2 (en) * 2005-05-24 2011-08-03 エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド Rod type light emitting device and manufacturing method thereof
US8163575B2 (en) * 2005-06-17 2012-04-24 Philips Lumileds Lighting Company Llc Grown photonic crystals in semiconductor light emitting devices
JP4525500B2 (en) * 2005-07-14 2010-08-18 パナソニック電工株式会社 Semiconductor light emitting element, lighting device using the same, and method for manufacturing semiconductor light emitting element
JP2007103350A (en) * 2005-09-30 2007-04-19 Sharp Corp ZnO NANO CHIP ELECTRODE ELECTROLUMINESCENT ELEMENT ON SILICON SUBSTRATE, AND ITS MANUFACTURING METHOD

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009009977A (en) 2009-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5112761B2 (en) COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT, LIGHTING DEVICE USING SAME, AND METHOD FOR PRODUCING COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT
JP5097532B2 (en) Method for manufacturing compound semiconductor light emitting device
JP5475833B2 (en) Vertical light emitting device
KR100663745B1 (en) Super Bright Light Emitting Diode of Nanorod Array Structure Having InGaN Quantum Well and Method for Manufacturing the Same
KR101603777B1 (en) White light emitting diode
JP4965294B2 (en) Semiconductor light emitting device, illumination device using the same, and method for manufacturing semiconductor light emitting device
US8853671B2 (en) Nanorod light emitting device and method of manufacturing the same
CN104025319A (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
KR20150025264A (en) Semiconductor light emitting device including hole injection layer
CN106057990B (en) A kind of production method of the epitaxial wafer of GaN base light emitting
TWI493747B (en) Light emitting diodes and manufacture thereof
CN101834242B (en) Light emitting device
US7781248B2 (en) Method of manufacturing nitride semiconductor light emitting device and nitride semiconductor light emitting device manufactured using the method
JP2008066590A (en) Compound semiconductor light emitting device, illumination apparatus employing the same and manufacturing method of compound semiconductor device
JP5165668B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP2009105088A (en) Semiconductor light-emitting device, luminaire using the same, and method of manufacturing semiconductor light-emitting device
JP2008066591A (en) Compound semiconductor light emitting device, illumination apparatus employing the same and manufacturing method of compound semiconductor device
KR20130071142A (en) Light emitting device and method of manufacturing the same
KR102249630B1 (en) Light emitting device and lighting system
US8319227B2 (en) Light emitting device
KR20140036396A (en) Light emitting diode comprising porous transparent electrode and method of fabricating the same
KR102128835B1 (en) Automotive application composition comprising light emitting device for light amplification using graphene quantum dot
KR100730752B1 (en) Compound semiconductor having supper lattice layer and light emitting diode using the same and method for fabricating the ligth emitting diode
KR20130049894A (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same
KR101641972B1 (en) Nitride semiconductor light emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100217

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20120111

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120221

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120412

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121002

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121011

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees