JP7336767B2 - Semiconductor light emitting device and method for manufacturing semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing a semiconductor light emitting device.

近年、窒化物系半導体の結晶成長方法が急速に進展し、この材料を用いた高輝度の青色、緑色発光素子が実用化された。従来から存在した赤色発光素子とこれらの青色発光素子、緑色発光素子を組み合わせることで光の3原色全てが揃い、フルカラーのディスプレイ装置も実現可能となった。即ち、光の3原色全てを混合させると白色の光を得ることもできるようになり、照明用デバイスへの応用も可能である。 In recent years, crystal growth methods for nitride-based semiconductors have progressed rapidly, and blue and green light-emitting devices with high brightness using this material have been put to practical use. By combining conventional red light-emitting elements with these blue light-emitting elements and green light-emitting elements, all the three primary colors of light are obtained, and a full-color display device can be realized. That is, by mixing all the three primary colors of light, it becomes possible to obtain white light, which can be applied to illumination devices.

照明用途の光源に用いる半導体発光素子では、高電流密度領域において高いエネルギー変換効率と高い光出力を実現できることが望ましく、放出される光の配光特性が安定していることが望ましい。これらの課題を解決するために特許文献1では、半導体基板上にn型ナノワイヤコアと中間活性層とp型シェルを成長し、シェル上にITO等の透明導電膜を形成した半導体発光素子が提案されている。 A semiconductor light-emitting device used as a light source for lighting is desirably capable of achieving high energy conversion efficiency and high light output in a high current density region, and is desirably stable in light distribution characteristics of emitted light. In order to solve these problems, Patent Document 1 proposes a semiconductor light-emitting device in which an n-type nanowire core, an intermediate active layer, and a p-type shell are grown on a semiconductor substrate, and a transparent conductive film such as ITO is formed on the shell. It is

また特許文献2には、透明導電膜での光吸収を防止するために、活性層の外周にp型半導体層とトンネル接合層を形成し、埋め込み半導体層をコンタクト層としてナノワイヤコアの側面から電流を注入する技術が開示されている。 Further, in Patent Document 2, in order to prevent light absorption in the transparent conductive film, a p-type semiconductor layer and a tunnel junction layer are formed on the outer periphery of the active layer, and the embedded semiconductor layer is used as a contact layer to flow current from the side surface of the nanowire core. is disclosed.

また、特許文献3には、ナノワイヤ側面の活性層の外側にカバー層を設けることで発光素子の効率を高める技術が開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a technique of increasing the efficiency of a light-emitting element by providing a cover layer outside the active layer on the side surface of the nanowire.

特表2016-518703号公報Japanese Patent Publication No. 2016-518703 特開2019-012744号公報JP 2019-012744 A 特表2015-508941号公報Japanese Patent Publication No. 2015-508941

特許文献1,2,3に開示されているナノワイヤコアの外周に活性層を形成した半導体発光素子では、サファイア基板の全面に活性層を形成したものよりも結晶欠陥や貫通転位が少なく、高品質な結晶を得られるため高電流密度における外部量子効率を図ることができる。 The semiconductor light-emitting devices in which the active layer is formed on the periphery of the nanowire core disclosed in Patent Documents 1, 2, and 3 have fewer crystal defects and threading dislocations than those in which the active layer is formed on the entire surface of the sapphire substrate, and are of high quality. Therefore, it is possible to improve the external quantum efficiency at high current densities.

しかし、サファイア基板上に選択成長でナノワイヤコアを成長させ、その後に活性層、p型半導体層を作製する際の熱によるナノワイヤの表面及び活性層表面の劣化により、活性層の結晶品質が低下して発光効率も低下する可能性がある。 However, the crystal quality of the active layer deteriorates due to thermal degradation of the surface of the nanowires and the surface of the active layer caused by the selective growth of the nanowire core on the sapphire substrate and the subsequent fabrication of the active layer and p-type semiconductor layer. luminous efficiency may also decrease.

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、ナノワイヤよりも外周に形成された活性層の結晶品質をさらに向上させて、外部量子効率を向上させることが可能な半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above conventional problems, and is a semiconductor light emitting device capable of improving the external quantum efficiency by further improving the crystal quality of the active layer formed on the outer periphery of the nanowire. And it aims at providing the manufacturing method of a semiconductor light-emitting device.

上記課題を解決するために、本発明の半導体発光素子は、成長基板と、前記成長基板上に形成された柱状半導体層とを備える半導体発光素子であって、前記柱状半導体層は、中心にn型ナノワイヤ層が形成され、前記n型ナノワイヤ層よりも外周に活性層が形成され、前記活性層よりも外周にp型半導体層が形成されており、Alを含む窒化物半導体材料からなる内側表面保護層が、前記n型ナノワイヤ層の底部に設けられ、前記内側表面保護層に少なくともAlが含まれており、Alの組成比が最大0.06以下であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the semiconductor light emitting device of the present invention includes a growth substrate and a columnar semiconductor layer formed on the growth substrate, wherein the columnar semiconductor layer has n a nanowire layer is formed, an active layer is formed around the n-type nanowire layer, a p-type semiconductor layer is formed around the active layer, and the inner surface is made of a nitride semiconductor material containing Al. A protective layer is provided on the bottom of the n-type nanowire layer , the inner surface protective layer contains at least Al, and the composition ratio of Al is 0.06 or less .

このような本発明の半導体発光素子では、n型ナノワイヤ層に接して内側表面保護層が設けられており、内側表面保護層はAlを含む窒化物半導体材料で構成されるため、n型ナノワイヤ層中に生じた点欠陥が活性層に伝搬することを抑制し、活性層の結晶品質向上と外部量子効率の向上を図ることができる。 In such a semiconductor light emitting device of the present invention, the inner surface protective layer is provided in contact with the n-type nanowire layer, and the inner surface protective layer is made of a nitride semiconductor material containing Al. It is possible to suppress propagation of point defects generated inside to the active layer, thereby improving the crystal quality of the active layer and improving the external quantum efficiency.

また本発明の一態様では、前記内側表面保護層の膜厚が1nm以上100nm以下である。 In one aspect of the present invention, the film thickness of the inner surface protective layer is 1 nm or more and 100 nm or less.

また上記課題を解決するために、本発明の半導体発光素子は、成長基板と、前記成長基板上に形成された柱状半導体層とを備える半導体発光素子であって、前記柱状半導体層は、中心にn型ナノワイヤ層が形成され、前記n型ナノワイヤ層よりも外周に活性層が形成され、前記活性層よりも外周にp型半導体層が形成されており、Alを含む窒化物半導体材料からなる外側表面保護層が、前記活性層の外周を覆って設けられ、前記外側表面保護層に少なくともAlが含まれており、Alの組成比が最大0.06以下であることを特徴とする。In order to solve the above problems, a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a growth substrate and a columnar semiconductor layer formed on the growth substrate, wherein the columnar semiconductor layer has a An n-type nanowire layer is formed, an active layer is formed around the n-type nanowire layer, a p-type semiconductor layer is formed around the active layer, and the outside is made of a nitride semiconductor material containing Al. A surface protective layer is provided to cover the outer periphery of the active layer, the outer surface protective layer contains at least Al, and the composition ratio of Al is 0.06 or less at maximum.

また本発明の一態様では、前記p型半導体層よりも外周にトンネル接合層が形成されている。
In one aspect of the present invention, a tunnel junction layer is formed outside the p-type semiconductor layer.

また上記課題を解決するために、本発明の半導体発光素子は、成長基板と、前記成長基板上に形成された柱状半導体層とを備える半導体発光素子であって、前記柱状半導体層は、中心にn型ナノワイヤ層が形成され、前記n型ナノワイヤ層よりも外周に活性層が形成され、前記活性層よりも外周にp型半導体層が形成され、前記p型半導体層よりも外周にトンネル接合層が形成されており、Alを含む窒化物半導体材料からなる外側表面保護層が、前記トンネル接合層の外周を覆って設けられ、前記外側表面保護層に少なくともAlが含まれており、Alの組成比が最大0.06以下であることを特徴とする。In order to solve the above problems, a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a growth substrate and a columnar semiconductor layer formed on the growth substrate, wherein the columnar semiconductor layer has a An n-type nanowire layer is formed, an active layer is formed outside the n-type nanowire layer, a p-type semiconductor layer is formed around the active layer, and a tunnel junction layer is formed around the p-type semiconductor layer. is formed, an outer surface protective layer made of a nitride semiconductor material containing Al is provided to cover the outer periphery of the tunnel junction layer, the outer surface protective layer contains at least Al, and the composition of Al The ratio is characterized by a maximum of 0.06 or less.

また本発明の一態様では、前記柱状半導体層を覆う埋込半導体層をさらに備える。 In one aspect of the present invention, an embedded semiconductor layer that covers the columnar semiconductor layer is further provided.

上記課題を解決するために、本発明の半導体発光素子の製造方法は、成長基板上に開口部を有するマスク層を形成するマスク工程と、選択成長を用いて前記開口部に柱状半導体層を形成する成長工程とを有し、前記成長工程は、n型ナノワイヤ層を形成する工程と、前記n型ナノワイヤ層よりも外側に活性層を形成する工程と、前記n型ナノワイヤ層の底部にAlを含む窒化物半導体材料からなる内側表面保護層を形成する工程と、前記活性層よりも外側にp型半導体層を形成する工程を含み、前記内側表面保護層に少なくともAlが含まれており、Alの組成比が最大0.06以下であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention includes a mask step of forming a mask layer having an opening on a growth substrate, and forming a columnar semiconductor layer in the opening using selective growth. the growth step includes forming an n-type nanowire layer; forming an active layer outside the n-type nanowire layer; and adding Al to the bottom of the n-type nanowire layer. and forming a p-type semiconductor layer outside the active layer , wherein the inner surface protective layer contains at least Al, The composition ratio of Al is characterized by a maximum of 0.06 or less .

本発明では、ナノワイヤよりも外周に形成された活性層の結晶品質をさらに向上させて、外部量子効率を向上させることが可能な半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法を提供することができる。 The present invention can provide a semiconductor light-emitting device and a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device capable of improving the external quantum efficiency by further improving the crystal quality of the active layer formed on the outer periphery of the nanowire.

第1実施形態に係る半導体発光素子10を示す模式図であり、図1(a)は全体を示し、図1(b)は柱状半導体層部分の構造を拡大して示している。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the semiconductor light-emitting device 10 which concerns on 1st Embodiment, Fig.1 (a) shows the whole, and FIG.1(b) shows the structure of a columnar semiconductor layer part expanded. 半導体発光素子10の製造方法を示す模式図であり、図2(a)はマスク形成工程、図2(b)はナノワイヤ成長工程、図2(c)は柱状半導体層成長工程、図2(d)は除去工程、図2(e)は電極形成工程を示している。2A is a mask forming process, FIG. 2B is a nanowire growing process, FIG. 2C is a columnar semiconductor layer growing process, and FIG. ) indicates the removing step, and FIG. 2(e) indicates the electrode forming step. 半導体発光素子10の発光強度を示したグラフであり、図3(a)は、内側表面保護層15の膜厚と発光強度の関係を示し、図3(b)は内側表面保護層15のAl組成比と発光強度の関係を示している。3A is a graph showing the emission intensity of the semiconductor light emitting device 10, FIG. 3A shows the relationship between the thickness of the inner surface protective layer 15 and the emission intensity, and FIG. It shows the relationship between the composition ratio and the emission intensity. 第2実施形態に係る半導体発光素子30の柱状半導体層部分の構造を拡大して示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing an enlarged structure of a columnar semiconductor layer portion of a semiconductor light emitting device 30 according to a second embodiment; 第3実施形態に係る半導体発光素子40の柱状半導体層部分の構造を拡大して示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing an enlarged structure of a columnar semiconductor layer portion of a semiconductor light emitting device 40 according to a third embodiment; 第4実施形態に係る半導体発光素子50の柱状半導体層部分の構造を拡大して示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing an enlarged structure of a columnar semiconductor layer portion of a semiconductor light emitting device 50 according to a fourth embodiment; 第5実施形態に係る半導体発光素子60の柱状半導体層部分の構造を拡大して示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing an enlarged structure of a columnar semiconductor layer portion of a semiconductor light emitting device 60 according to a fifth embodiment;

(第1実施形態)
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図1は、第1実施形態に係る半導体発光素子10を示す模式図であり、図1(a)は全体を示し、図1(b)は柱状半導体層部分の構造を拡大して示している。
(First embodiment)
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplication of description will be omitted as appropriate. 1A and 1B are schematic diagrams showing a semiconductor light emitting device 10 according to the first embodiment, FIG. 1A showing the whole, and FIG. 1B showing an enlarged structure of a columnar semiconductor layer portion. .

図1(a)(b)に示すように、半導体発光素子10は、成長基板11と、下地層12と、マスク13と、n型ナノワイヤ層14と、内側表面保護層15と、活性層16と、p型半導体層17と、トンネル接合層18と、埋込半導体層19とを備えている。ここで、n型ナノワイヤ層14、内側表面保護層15、活性層16、p型半導体層17およびトンネル接合層18は、成長基板11に対して垂直方向に選択成長されて柱形状とされており、本発明における柱状半導体層を構成している。 As shown in FIGS. 1A and 1B, a semiconductor light emitting device 10 includes a growth substrate 11, an underlying layer 12, a mask 13, an n-type nanowire layer 14, an inner surface protection layer 15, and an active layer 16. , a p-type semiconductor layer 17 , a tunnel junction layer 18 and a buried semiconductor layer 19 . Here, the n-type nanowire layer 14, the inner surface protection layer 15, the active layer 16, the p-type semiconductor layer 17 and the tunnel junction layer 18 are selectively grown in the direction perpendicular to the growth substrate 11 to form a pillar shape. , constitute the columnar semiconductor layer in the present invention.

図1(a)に示すように、半導体発光素子10の一部は下地層12が露出されており、下地層12上にカソード電極20,21が形成されている。また、柱状半導体層の上方には、一部領域に埋込半導体層19が残されており、当該領域の埋込半導体層19上にアノード電極22,23が形成されている。アノード電極22,23が形成されていない領域では、p型半導体層17が部分的に露出するまで埋込半導体層19およびトンネル接合層18が除去されている。 As shown in FIG. 1A, a portion of the semiconductor light-emitting device 10 has an underlying layer 12 exposed, and cathode electrodes 20 and 21 are formed on the underlying layer 12 . Moreover, the embedded semiconductor layer 19 is left in a partial region above the columnar semiconductor layer, and the anode electrodes 22 and 23 are formed on the embedded semiconductor layer 19 in this region. In regions where anode electrodes 22 and 23 are not formed, embedded semiconductor layer 19 and tunnel junction layer 18 are removed until p-type semiconductor layer 17 is partially exposed.

成長基板11は、半導体材料を結晶成長可能な材料で構成された略平板状の部材であり、主面側にマスク13が形成されている。成長基板11は単一の材料で構成されていてもよく、単結晶基板上にバッファ層等の複数の半導体層を成長させたものを用いてもよい。成長基板11は、バッファ層を介して半導体単結晶層を成長させるための材料から構成される単結晶の基板であればよく、半導体発光素子10を窒化物系半導体で構成する場合にはc面サファイア基板が好ましいが、Si等の他の異種基板であってもよい。また、レーザ発振させるためには、共振器面が劈開により形成しやすいc面GaN基板を用いてもよい。バッファ層は、単結晶基板と下地層12の間に形成されて両者の格子不整合を緩和するための層である。単結晶基板としてc面サファイア基板を用いる場合には材料としてAlNを用いることが好ましいが、GaNやAlGaNなどを用いるとしてもよい。 The growth substrate 11 is a substantially flat member made of a material capable of crystal growth of a semiconductor material, and has a mask 13 formed on its main surface. The growth substrate 11 may be composed of a single material, or may be a single crystal substrate on which a plurality of semiconductor layers such as a buffer layer are grown. The growth substrate 11 may be a single-crystal substrate made of a material for growing a semiconductor single-crystal layer through a buffer layer. A sapphire substrate is preferred, but other heterogeneous substrates such as Si may be used. Also, for laser oscillation, a c-plane GaN substrate, on which cavity planes are easily formed by cleavage, may be used. The buffer layer is a layer formed between the single crystal substrate and the underlying layer 12 to alleviate the lattice mismatch between the two. When a c-plane sapphire substrate is used as the single crystal substrate, AlN is preferably used as the material, but GaN, AlGaN, or the like may also be used.

下地層12は、成長基板11やバッファ層上に形成された単結晶の半導体層であり、ノンドープのGaNを数μmの厚さで形成することが好ましい。下地層12は単層で構成するとしてもよく、n型コンタクト層等のn型半導体層を備えた複数層で構成するとしてもよい。n型コンタクト層は、n型不純物がドープされた半導体層であり、例えばSiドープしたn型Al0.05Ga0.95Nが挙げられる。図1(a)に示したように、下地層12の一部は露出されてカソード電極20,21が形成されている。 The underlying layer 12 is a single-crystal semiconductor layer formed on the growth substrate 11 and the buffer layer, and is preferably formed of non-doped GaN with a thickness of several μm. The underlying layer 12 may be composed of a single layer, or may be composed of multiple layers including an n-type semiconductor layer such as an n-type contact layer. The n-type contact layer is a semiconductor layer doped with an n-type impurity, such as Si-doped n-type Al 0.05 Ga 0.95 N. As shown in FIG. 1A, a portion of the underlayer 12 is exposed to form cathode electrodes 20 and 21 .

マスク13は、下地層12の表面に形成された誘電体材料からなる層である。マスク13を構成する材料としては、マスク13からは半導体の結晶成長が困難なものを選択し、例えばSiOやSiNなどが好適である。マスク13には後述する開口部が複数形成されており、開口部から部分的に露出した下地層12から半導体層が成長可能とされている。 Mask 13 is a layer made of a dielectric material formed on the surface of underlying layer 12 . As a material for forming the mask 13, a material that makes crystal growth of a semiconductor difficult is selected from the mask 13. For example, SiO 2 and SiN x are suitable. A plurality of openings, which will be described later, are formed in the mask 13, and a semiconductor layer can be grown from the underlying layer 12 partially exposed through the openings.

柱状半導体層は、マスク13に設けられた開口部に結晶成長された半導体層であり、成長基板11の主面に対して鉛直に略柱状の半導体層が立設して形成されている。このような柱状半導体層は、構成する半導体材料に応じて適切な成長条件を設定し、特定の結晶面方位が成長する選択成長を実施することで得られる。図1に示した例では、マスク13に複数の開口部を二次元的に周期的に形成しているため、柱状半導体層も成長基板11上に二次元的に周期的に形成されている。ここでは柱状半導体層を二次元的に周期的に配置した例を示したが、柱状半導体層が1つであってよく、非周期的に複数の柱状半導体層を形成するとしてよい。 The columnar semiconductor layer is a semiconductor layer crystal-grown in the opening provided in the mask 13 , and the substantially columnar semiconductor layer is formed vertically with respect to the main surface of the growth substrate 11 . Such a columnar semiconductor layer can be obtained by setting appropriate growth conditions according to the semiconductor material to be formed, and performing selective growth in which a specific crystal plane orientation is grown. In the example shown in FIG. 1, since a plurality of openings are formed in the mask 13 two-dimensionally and periodically, the columnar semiconductor layers are also formed two-dimensionally and periodically on the growth substrate 11 . Although an example in which the columnar semiconductor layers are arranged two-dimensionally and periodically is shown here, the number of columnar semiconductor layers may be one, and a plurality of columnar semiconductor layers may be formed aperiodically.

n型ナノワイヤ層14は、マスク13の開口部から露出した下地層12上に選択成長された柱状の半導体層であり、例えばn型不純物がドープされたGaNから構成されている。n型ナノワイヤ層14としてGaNを用いると、下地層12のc面上に選択成長されたn型ナノワイヤ層14は、6つのm面がファセットとして形成された略六角柱の形状となる。図1(a)(b)では開口部が形成された領域にのみn型ナノワイヤ層14が成長しているように見えるが、実際には横方向成長によりマスク13上にも結晶成長が進むため、開口部の周囲に拡大した六角柱が形成される。例えば、開口部を直径150nm程度の円として形成した場合には、直径240nm程度の円に内接する六角形を底面とする高さ1~2mm程度の六角柱状のn型ナノワイヤ層14を形成することができる。 The n-type nanowire layer 14 is a columnar semiconductor layer selectively grown on the underlying layer 12 exposed through the opening of the mask 13, and is made of GaN doped with n-type impurities, for example. When GaN is used as the n-type nanowire layer 14, the n-type nanowire layer 14 selectively grown on the c-plane of the underlayer 12 has a substantially hexagonal prism shape with six m-planes formed as facets. 1(a) and 1(b), it seems that the n-type nanowire layer 14 is grown only in the region where the opening is formed. , forming an enlarged hexagonal prism around the opening. For example, when the opening is formed as a circle with a diameter of about 150 nm, the n-type nanowire layer 14 having a hexagonal prism shape with a height of about 1 to 2 mm and a hexagonal bottom surface inscribed in a circle with a diameter of about 240 nm is formed. can be done.

内側表面保護層15は、Alを含む窒化物半導体材料からなる半導体層であり、n型ナノワイヤ層14に接して外周を覆って設けられている。窒化物半導体層にAlが微量に含まれていると、GaN層よりも結晶成長中に生じた点欠陥が伝搬しにくいことが知られている。したがって内側表面保護層15は、マスク13の開口部から下地層12上に半導体層を選択成長する際に生じる点欠陥が活性層16にまで伝搬することを抑制するための層であり、一般式AlGaN(y+z=1)で表される。内側表面保護層15はノンドープで形成してもよく、Si等のn型不純物をドープで形成してもよい。 The inner surface protective layer 15 is a semiconductor layer made of a nitride semiconductor material containing Al, and is provided in contact with the n-type nanowire layer 14 to cover the outer periphery. It is known that when a nitride semiconductor layer contains a small amount of Al, point defects generated during crystal growth are less likely to propagate than in a GaN layer. Therefore, the inner surface protective layer 15 is a layer for suppressing the propagation of point defects that occur when the semiconductor layer is selectively grown on the underlying layer 12 from the opening of the mask 13 to the active layer 16. AlyGazN (y+z=1) . The inner surface protective layer 15 may be formed by non-doping, or may be formed by doping an n-type impurity such as Si.

内側表面保護層15の組成比は、後述するように前記一般式のyの値が0より多く0.06以下の範囲が好ましい。また、内側表面保護層15の膜厚は、後述するように1nm以上30nm以下の範囲が好ましく、より好ましくは1nm以上5nm以下の範囲である。内側表面保護層15に含まれるAlは、欠陥の伝搬を抑制するためと、高温でのマストランスポート防止という観点で好ましい。図1(b)に示すように、本実施形態では内側表面保護層15をn型ナノワイヤ層14と活性層16との間に形成している。 As for the composition ratio of the inner surface protective layer 15, it is preferable that the value of y in the general formula is more than 0 and 0.06 or less, as will be described later. In addition, the film thickness of the inner surface protective layer 15 is preferably in the range of 1 nm to 30 nm, more preferably in the range of 1 nm to 5 nm, as will be described later. Al contained in the inner surface protective layer 15 is preferable from the viewpoint of suppressing propagation of defects and preventing mass transport at high temperatures. As shown in FIG. 1(b), an inner surface protective layer 15 is formed between the n-type nanowire layer 14 and the active layer 16 in this embodiment.

活性層16は、n型ナノワイヤ層14よりも外周に成長された半導体層であり、例えば厚さ5nmのGa0.85In0.15N量子井戸層と厚さ10nmのGaN障壁層を5周期重ねた多重量子井戸活性層が挙げられる。ここでは多重量子井戸活性層を挙げたが、単一量子井戸構造であってもよく、バルク活性層であってもよい。活性層16がn型ナノワイヤ層14の側面および上面に形成されているため、活性層16の面積を確保することができる。 The active layer 16 is a semiconductor layer grown on the outer periphery of the n-type nanowire layer 14. For example, a Ga0.85In0.15N quantum well layer with a thickness of 5 nm and a GaN barrier layer with a thickness of 10 nm are arranged in five cycles. Stacked multiple quantum well active layers are included. Although a multiple quantum well active layer is mentioned here, a single quantum well structure or a bulk active layer may be used. Since the active layer 16 is formed on the side and top surfaces of the n-type nanowire layer 14, the area of the active layer 16 can be secured.

p型半導体層17は、活性層16よりも外周に成長された半導体層であり、例えばp型不純物がドープされたGaNから構成されている。p型半導体層17が活性層16の側面および上面に形成されているため、n型ナノワイヤ層14と活性層16とp型半導体層17でダブルヘテロ構造が構成され、良好にキャリアを活性層16に閉じ込めて発光再結合の確率を向上させることができる。 The p-type semiconductor layer 17 is a semiconductor layer grown outside the active layer 16, and is made of GaN doped with p-type impurities, for example. Since the p-type semiconductor layer 17 is formed on the side surface and the upper surface of the active layer 16, the n-type nanowire layer 14, the active layer 16 and the p-type semiconductor layer 17 constitute a double hetero structure, and the carriers are well transferred to the active layer 16. can be confined to improve the probability of radiative recombination.

トンネル接合層18は、p型半導体層17よりも外周に成長された半導体層であり、例えば内側にp型不純物が高濃度にドープされたp+層と、外側にn型不純物が高濃度にドープされたn+層とが順に成長された二層構造を有している。p+層は、p型不純物が高濃度にドープされた半導体層であり、例えば厚さ5nmでMg濃度が2×1020cm-3のGaNを用いることができる。n+層は、例えば厚さ10nmでSi濃度が2×1020cm-3のGaNを用いることができる。p+層とn+層によりトンネル接合が形成されるため、p+層とn+層の二層は本発明におけるトンネル接合層18を構成している。 The tunnel junction layer 18 is a semiconductor layer grown outside the p-type semiconductor layer 17. For example, the tunnel junction layer 18 includes a p+ layer heavily doped with p-type impurities on the inside and a heavily n-type impurity on the outside. It has a two-layer structure in which the n+ layer and the n+ layer are grown in order. The p+ layer is a semiconductor layer heavily doped with p-type impurities, and can be made of GaN with a thickness of 5 nm and an Mg concentration of 2×10 20 cm −3 , for example. For the n+ layer, for example, GaN with a thickness of 10 nm and a Si concentration of 2×10 20 cm −3 can be used. Since a tunnel junction is formed by the p+ layer and the n+ layer, the two layers of the p+ layer and the n+ layer constitute the tunnel junction layer 18 in the present invention.

埋込半導体層19は、柱状半導体層の上面および側面を覆って、マスク13に至るまで覆うように形成された半導体層である。図1(a)に示したように、アノード電極22,23が形成されている領域における柱状半導体層の上方では、埋込半導体層19がトンネル接合層18上も覆っている。アノード電極22,23が形成されていない領域における柱状半導体層の上方では、埋込半導体層19とトンネル接合層18が除去されてp型半導体層17の上部が露出し、トンネル接合層18の側面には図1に示したように埋込半導体層19が接触している。 The embedded semiconductor layer 19 is a semiconductor layer formed so as to cover the top surface and side surfaces of the columnar semiconductor layer and the mask 13 . As shown in FIG. 1A, the buried semiconductor layer 19 also covers the tunnel junction layer 18 above the columnar semiconductor layers in the regions where the anode electrodes 22 and 23 are formed. Above the columnar semiconductor layer in the regions where the anode electrodes 22 and 23 are not formed, the embedded semiconductor layer 19 and the tunnel junction layer 18 are removed to expose the upper portion of the p-type semiconductor layer 17 and the side surface of the tunnel junction layer 18. is in contact with the buried semiconductor layer 19 as shown in FIG.

カソード電極20,21は、下地層12が露出された領域に形成された電極であり、下地層12の最表面とオーミック接触する金属材料とパッド電極の積層構造で構成されている。アノード電極22,23は、埋込半導体層19上の一部に形成された電極であり、埋込半導体層19の最表面とオーミック接触する金属材料とパッド電極の積層構造で構成されている。また、図1では図示を省略したが、必要に応じて半導体発光素子10の表面をパッシベーション膜で覆うなど公知の構造を適用してもよい。 The cathode electrodes 20 and 21 are electrodes formed in the regions where the base layer 12 is exposed, and are composed of a layered structure of a metal material and a pad electrode that are in ohmic contact with the outermost surface of the base layer 12 . The anode electrodes 22 and 23 are electrodes formed on a part of the embedded semiconductor layer 19, and are composed of a laminated structure of a metal material that makes ohmic contact with the outermost surface of the embedded semiconductor layer 19 and a pad electrode. Also, although not shown in FIG. 1, a known structure such as covering the surface of the semiconductor light emitting device 10 with a passivation film may be applied as necessary.

半導体発光素子10の発光波長を長波長化する場合には、活性層16のInNモル分率を高める必要がある。例えばn型ナノワイヤ層14の外接円直径が300nmのとき、赤色の活性層組成Ga0.6In0.4Nを用いる必要があるが、InNモル分率上昇とともに圧縮応力が高まり、ミスフィット転位が発生する場合がある。これを避けるために、Ga0.6In0.4N井戸層の膜厚を小さくするか、n型ナノワイヤ層14を構成する材料をGaInNとすることも可能である。同様に、半導体発光素子10の波長を短波長化する場合には、n型ナノワイヤ層14としてAlGaNを用いることや、活性層16の井戸層およびバリア層を各々組成の異なるAlGaNに変更することも可能である。 In order to lengthen the emission wavelength of the semiconductor light emitting device 10, the InN mole fraction of the active layer 16 must be increased. For example, when the diameter of the circumscribed circle of the n-type nanowire layer 14 is 300 nm, it is necessary to use a red active layer composition of Ga 0.6 In 0.4 N. may occur. In order to avoid this, it is possible to reduce the film thickness of the Ga 0.6 In 0.4 N well layer or to use GaInN as the material forming the n-type nanowire layer 14 . Similarly, when the wavelength of the semiconductor light emitting device 10 is shortened, AlGaN may be used as the n-type nanowire layer 14, or the well layer and barrier layer of the active layer 16 may be changed to AlGaN having different compositions. It is possible.

図2は、半導体発光素子10の製造方法を示す模式図であり、図2(a)はマスク形成工程、図2(b)はナノワイヤ成長工程、図2(c)は柱状半導体層成長工程、図2(d)は除去工程、図2(e)は電極形成工程を示している。 2A and 2B are schematic diagrams showing a method for manufacturing the semiconductor light emitting device 10. FIG. 2A is a mask forming step, FIG. 2B is a nanowire growing step, FIG. 2C is a columnar semiconductor layer growing step, FIG. 2(d) shows the removing process, and FIG. 2(e) shows the electrode forming process.

まず図2(a)に示すマスク工程では、サファイア単結晶からなる成長基板11上に有機金属化合物気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を用いて、AlNからなるバッファ層、GaNおよびAl0.05Ga0.95Nからなる下地層12を成長させる。次に、下地層12上にスパッタ法でSiOからなるマスク13を膜厚30nm程度堆積させ、ナノインプリンティングリソグラフィーのような微細パターン形成方法を用いて、直径150nm程度の開口部を形成する。バッファ層の成長条件としては、例えば原料ガスとしてTMA(TriMethylAluminium)およびアンモニアを用い、成長温度が1100℃、V/III比が100、水素をキャリアガスとして圧力10hPaである。下地層12およびn型半導体層の成長条件としては、例えば原料ガスとしてTMG(TriMethylGallium)、TMAおよびアンモニアを用い、成長温度が1050℃、V/III比が1000、水素をキャリアガスとして圧力500hPaである。
First, in the mask step shown in FIG. 2A, a buffer layer made of AlN, GaN and An underlayer 12 of Al0.05Ga0.95N is grown. Next, a mask 13 made of SiO 2 is deposited on the underlying layer 12 by a sputtering method to a thickness of about 30 nm, and an opening having a diameter of about 150 nm is formed using a fine pattern forming method such as nanoimprinting lithography. The growth conditions for the buffer layer are, for example, TMA ( TriMethylAluminium ) and ammonia are used as material gases, the growth temperature is 1100° C., the V/III ratio is 100, hydrogen is used as carrier gas, and the pressure is 10 hPa. The growth conditions for the underlying layer 12 and the n-type semiconductor layer are as follows: TMG (TriMethylGallium), TMA, and ammonia are used as material gases, the growth temperature is 1050° C., the V/III ratio is 1000, hydrogen is used as the carrier gas, and the pressure is 500 hPa. be.

次に図2(b)に示すナノワイヤ成長工程では、MOCVD法による選択成長により、開口部から露出した下地層12上にGaNからなるn型ナノワイヤ層14を成長させる。n型ナノワイヤ層14の成長条件としては、例えば原料ガスとしてTMG、モノシランおよびアンモニアを用い、成長温度が1050℃、V/III比が20、水素をキャリアガスとして圧力100hPaである。 Next, in the nanowire growth step shown in FIG. 2B, an n-type nanowire layer 14 made of GaN is grown on the underlying layer 12 exposed from the opening by selective growth by MOCVD. The growth conditions for the n-type nanowire layer 14 are, for example, TMG, monosilane and ammonia as material gases, a growth temperature of 1050° C., a V/III ratio of 20, and a pressure of 100 hPa with hydrogen as a carrier gas.

次に図2(c)に示す柱状半導体層成長工程では、MOCVD法を用いてn型ナノワイヤ層14の側面および上面に、厚さ1~100nmのAlを含む内側表面保護層15、厚さ5nmのGa0.85In0.15N量子井戸層と厚さ10nmのGaN障壁層を5周期重ねた活性層16、p型不純物をドープしたGaNからなるp型半導体層17、厚さ5nmでMg濃度が2×1020cm-3のGaNからなるp+層と、厚さ10nmでSi濃度が2×1020cm-3からなるn+層を含むトンネル接合層18を順次成長させる。次に、n型GaNからなる埋込半導体層19を成長させ、トンネル接合層18の外周および上面を埋込半導体層19で埋める。 Next, in the columnar semiconductor layer growth step shown in FIG. 2(c), an inner surface protective layer 15 containing Al with a thickness of 1 to 100 nm and a thickness of 5 nm are formed on the side and top surfaces of the n-type nanowire layer 14 using the MOCVD method. of Ga 0.85 In 0.15 N quantum well layers and 10 nm-thick GaN barrier layers stacked five times, a p-type semiconductor layer 17 made of GaN doped with p-type impurities, and a Mg layer 17 having a thickness of 5 nm. A tunnel junction layer 18 including a p+ layer made of GaN with a concentration of 2×10 20 cm −3 and an n+ layer with a thickness of 10 nm and a Si concentration of 2× 10 20 cm −3 is sequentially grown. Next, a buried semiconductor layer 19 made of n-type GaN is grown to fill the outer periphery and upper surface of the tunnel junction layer 18 with the buried semiconductor layer 19 .

内側表面保護層15の成長条件としては、例えば成長温度が800℃、V/III比が3000、窒素をキャリアガスとして圧力1000hPaであり、原料ガスとしてTMG、TMAおよびアンモニアを用いる。活性層16の成長条件としては、例えば成長温度が800℃、V/III比が3000、窒素をキャリアガスとして圧力1000hPaで、原料ガスとしてTMG、TMI(TriMethylIndium)およびアンモニアを用いる。p型半導体層17の成長条件としては、例えば成長温度が950℃、V/III比が1000、水素をキャリアガスとして圧力300hPaであり、原料ガスとしてTMG、Cp2Mg(bisCycropentadienylMagnesium )およびアンモニアを用いる。トンネル接合層18の成長条件としては、例えば成長温度が800℃、V/III比が3000、窒素をキャリアガスとして圧力500hPaであり、原料ガスとしてTMG、Cp2Mg、モノシランおよびアンモニアを用いる。埋込半導体層19の成長条件としては、例えば成長温度が900℃、V/III比が20、水素がキャリアガスとして圧力200hPaで、原料ガスとしてTMG、モノシランおよびアンモニアを用いる。 The growth conditions for the inner surface protective layer 15 are, for example, a growth temperature of 800° C., a V/III ratio of 3000, a pressure of 1000 hPa using nitrogen as a carrier gas, and TMG, TMA and ammonia as source gases. The growth conditions for the active layer 16 are, for example, a growth temperature of 800° C., a V/III ratio of 3000, a pressure of 1000 hPa using nitrogen as a carrier gas, and TMG, TMI (Trimethylindium) and ammonia as source gases. The growth conditions for the p-type semiconductor layer 17 are, for example, a growth temperature of 950.degree. The growth conditions for the tunnel junction layer 18 are, for example, a growth temperature of 800° C., a V/III ratio of 3000, a pressure of 500 hPa using nitrogen as a carrier gas, and TMG, Cp2Mg, monosilane and ammonia as source gases. The embedded semiconductor layer 19 is grown under conditions such as a growth temperature of 900° C., a V/III ratio of 20, hydrogen as a carrier gas at a pressure of 200 hPa, and TMG, monosilane, and ammonia as source gases.

次に図2(d)に示す除去工程では、選択的にドライエッチングにより埋込半導体層19およびトンネル接合層18の上面を除去し、p型半導体層17の上面を露出させる。また、カソード電極20,21を形成する領域では、マスク13まで除去して下地層12の上面を露出させる。 Next, in the removal step shown in FIG. 2D, the upper surfaces of the embedded semiconductor layer 19 and the tunnel junction layer 18 are selectively removed by dry etching to expose the upper surface of the p-type semiconductor layer 17. Next, as shown in FIG. In the regions where the cathode electrodes 20 and 21 are to be formed, the mask 13 is also removed to expose the upper surface of the underlying layer 12 .

さらにp型半導体層17が露出した状態で大気雰囲気中において600℃でアニールし、p型半導体層17とトンネル接合層18に取り込まれた水素を離脱させてp型半導体層17とトンネル接合層を活性化させる活性化工程を実施する。ここでは大気雰囲気中でのアニールを示したが、p型半導体層17とトンネル接合層18を活性化できる原子状水素の存在しない雰囲気であればよい。 Further, the p-type semiconductor layer 17 is exposed and then annealed at 600° C. in the air atmosphere to remove hydrogen from the p-type semiconductor layer 17 and the tunnel junction layer 18, thereby separating the p-type semiconductor layer 17 and the tunnel junction layer. An activation step of activating is performed. Annealing in an air atmosphere is shown here, but an atmosphere in which atomic hydrogen that can activate the p-type semiconductor layer 17 and the tunnel junction layer 18 does not exist may be used.

最後に図2(e)に示す電極形成工程では、下地層12の表面にカソード電極20,21を形成し、埋込半導体層19上にアノード電極22,23を形成する。また、必要に応じて電極形成後のアニールやパッシベーション膜の形成、素子分割を実施して半導体発光素子10を得る。 Finally, in the electrode forming step shown in FIG. Further, if necessary, annealing after electrode formation, formation of a passivation film, and element division are performed to obtain the semiconductor light emitting element 10 .

本実施形態の半導体発光素子10では、カソード電極20,21とアノード電極22,23の間に電圧を印加すると、埋込半導体層19、トンネル接合層18、p型半導体層17、活性層16、内側表面保護層15、n型ナノワイヤ層14、n型半導体層の順に電流が流れ、活性層16で発光再結合により光が生じる。活性層16からの発光は、半導体発光素子10の外部に取り出される。 In the semiconductor light emitting device 10 of this embodiment, when a voltage is applied between the cathode electrodes 20 and 21 and the anode electrodes 22 and 23, the embedded semiconductor layer 19, the tunnel junction layer 18, the p-type semiconductor layer 17, the active layer 16, A current flows through the inner surface protective layer 15, the n-type nanowire layer 14, and the n-type semiconductor layer in that order, and light is generated in the active layer 16 by radiative recombination. Light emitted from the active layer 16 is extracted to the outside of the semiconductor light emitting device 10 .

図3(a)は、内側表面保護層15の膜厚と発光強度の関係を示し、図3(b)は内側表面保護層15のAl組成比と発光強度の関係を示している。図3(a)に示したグラフでは、内側表面保護層15としてAl組成比が0.06のAlGaNを用い、図3(b)に示したグラフでは、内側表面保護層15としてAlGaNを用いて膜厚を30nmとしている。したがって、図3(a)における 膜厚0nmと、図3(b)におけるAl組成比0%は、内側表面保護層15が無い比較例を示している。 FIG. 3(a) shows the relationship between the thickness of the inner surface protective layer 15 and the emission intensity, and FIG. 3(b) shows the relationship between the Al composition ratio of the inner surface protective layer 15 and the emission intensity. In the graph shown in FIG. 3A, AlGaN having an Al composition ratio of 0.06 is used as the inner surface protective layer 15, and in the graph shown in FIG. 3B, AlGaN is used as the inner surface protective layer 15. The film thickness is 30 nm. Therefore, the film thickness of 0 nm in FIG. 3A and the Al composition ratio of 0% in FIG.

図3(a)に示したように、内側表面保護層15の膜厚が60nm以上であっても、内側表面保護層15無しの場合より発光強度が大きく、外部量子効率が高い。これは、n型ナノワイヤ層14に生じた点欠陥が内側表面保護層15によって低減され、活性層16の結晶品質が向上しているためであると考えられる。内側表面保護層15の膜厚は、1nmのときに発光強度が最大であり、膜厚が増加するに従って発光強度が低下していく。内側表面保護層15の膜厚が1nm未満では、n型ナノワイヤ層14の側面全体に内側表面保護層15を形成することが困難であるため好ましくない。また、膜厚の増加に伴って発光強度が低下するため30nm以下の膜厚であることが好ましく、より好ましくは5nm以下である。 As shown in FIG. 3(a), even when the thickness of the inner surface protective layer 15 is 60 nm or more, the emission intensity is higher than the case without the inner surface protective layer 15, and the external quantum efficiency is higher. It is considered that this is because point defects generated in the n-type nanowire layer 14 are reduced by the inner surface protective layer 15 and the crystal quality of the active layer 16 is improved. The emission intensity is maximum when the thickness of the inner surface protective layer 15 is 1 nm, and the emission intensity decreases as the thickness increases. If the film thickness of the inner surface protective layer 15 is less than 1 nm, it is difficult to form the inner surface protective layer 15 on the entire side surface of the n-type nanowire layer 14, which is not preferable. In addition, since the emission intensity decreases as the film thickness increases, the film thickness is preferably 30 nm or less, more preferably 5 nm or less.

図3(b)に示したように、内側表面保護層15としてAlGaNを用いると、Al組成比が0で内側表面保護層15無しの場合よりも発光強度が大きく、外部量子効率が高い。Al組成比が4%程度で発光強度が最大となり、それ以上の組成比では発光強度が減少している。内側表面保護層15のAl組成比は0より大きければ発光強度が向上しているが、Alを含み6%以下の範囲で発光強度向上の効果が大きく得られるため好ましい。 As shown in FIG. 3B, when AlGaN is used as the inner surface protective layer 15, the emission intensity is higher and the external quantum efficiency is higher than when the Al composition ratio is 0 and the inner surface protective layer 15 is not provided. The emission intensity reaches a maximum when the Al composition ratio is about 4%, and the emission intensity decreases when the composition ratio exceeds that. If the Al composition ratio of the inner surface protective layer 15 is greater than 0, the light emission intensity is improved.

図3(a)(b)に示したように本実施形態の半導体発光素子10では、n型ナノワイヤ層14と活性層16の間に内側表面保護層15を形成しているため、n型ナノワイヤ層14中に生じた点欠陥が活性層16にまで継続することが抑制され、活性層16の結晶品質が向上することで外部量子効率が向上する。 As shown in FIGS. 3A and 3B, in the semiconductor light emitting device 10 of this embodiment, the inner surface protective layer 15 is formed between the n-type nanowire layer 14 and the active layer 16, so that the n-type nanowire Point defects generated in the layer 14 are prevented from continuing to the active layer 16, and the crystal quality of the active layer 16 is improved, thereby improving the external quantum efficiency.

また、本実施形態の半導体発光素子10では、活性層16がn型ナノワイヤ層14よりも外周に形成され、さらにその外周にトンネル接合層18が形成され、埋込半導体層19で埋め込まれている。したがって、アノード電極22,23から注入された電流は、埋込半導体層19からトンネル接合層18を経由してトンネル電流としてp型半導体層17の側壁から活性層16に注入される。また、柱状半導体層の上部においては、n型の埋込半導体層19と接触しているp型半導体層17の上面に対しては逆バイアスとなり電流注入が生じない。トンネル接合層18を介したトンネル電流による電流注入は抵抗が小さく、良好に電流注入を行うことができる。また、n型の半導体層である埋込半導体層19はp型の半導体層よりも電流が拡散しやすいため、良好に柱状半導体層の側面で底面近傍まで電流を拡散させて、トンネル接合層18全体から電流注入を行うことができる。 In addition, in the semiconductor light emitting device 10 of the present embodiment, the active layer 16 is formed outside the n-type nanowire layer 14 , and the tunnel junction layer 18 is formed around the active layer 16 and embedded with the embedded semiconductor layer 19 . . Therefore, the current injected from the anode electrodes 22 and 23 is injected from the sidewall of the p-type semiconductor layer 17 into the active layer 16 as a tunnel current from the buried semiconductor layer 19 via the tunnel junction layer 18 . Further, in the upper portion of the columnar semiconductor layer, the upper surface of the p-type semiconductor layer 17 in contact with the n-type buried semiconductor layer 19 is reverse biased, and current injection does not occur. The current injection by the tunnel current through the tunnel junction layer 18 has a small resistance and can be carried out satisfactorily. In addition, since the buried semiconductor layer 19, which is an n-type semiconductor layer, diffuses current more easily than a p-type semiconductor layer, the current is favorably diffused from the side surface of the columnar semiconductor layer to the vicinity of the bottom surface, and the tunnel junction layer 18 is formed. Current injection can be done from the whole.

これにより、アノード電極22,23から注入された電流は、柱状半導体層の上面ではなく側面全体から良好にp型半導体層17に注入され、活性層16に対して良好に電流注入をして高電流密度を実現するとともに、外部量子効率を向上させることが可能となる。 As a result, the current injected from the anode electrodes 22 and 23 is well injected into the p-type semiconductor layer 17 not from the upper surface of the columnar semiconductor layer but from the entire side surface of the columnar semiconductor layer. It is possible to realize current density and improve external quantum efficiency.

また、n型ナノワイヤ層14の側面は選択成長により形成されたm面となっているため、その外周に形成された活性層16とp型半導体層17も互いにm面で接触している。m面は無極性面であり分極が生じないため活性層16での発光効率も高く、しかも六角柱の側面全てがm面であることから半導体発光素子10の発光効率を向上させることができる。さらに、柱状半導体層の高さを500nm以上にまで大きくすると、活性層16の体積を従来の半導体発光素子よりも3~10倍程度まで増加させることができ、注入キャリア密度を低減して効率ドループを大幅に低減できる。 In addition, since the side surfaces of the n-type nanowire layer 14 are m-planes formed by selective growth, the active layer 16 and the p-type semiconductor layer 17 formed on the outer periphery are also in contact with each other on the m-planes. Since the m-plane is a nonpolar plane and does not cause polarization, the luminous efficiency in the active layer 16 is high, and since all the side surfaces of the hexagonal prism are m-planes, the luminous efficiency of the semiconductor light-emitting device 10 can be improved. Furthermore, when the height of the columnar semiconductor layer is increased to 500 nm or more, the volume of the active layer 16 can be increased to about 3 to 10 times that of the conventional semiconductor light emitting device, and the density of injected carriers is reduced, resulting in efficient droop. can be greatly reduced.

さらに、埋込半導体層19は活性層16よりもバンドギャップの大きい材料で構成されているため、ITO等で柱状半導体層に対して電流注入を行う場合と比較して、埋込半導体層19での光吸収を著しく低下させることができる。これにより、活性層16で生じた光の半導体発光素子10内部での吸収を抑制し、半導体発光素子10外部に光を取り出す外部量子効率を向上させることが可能となる。 Furthermore, since the embedded semiconductor layer 19 is made of a material having a bandgap larger than that of the active layer 16, the embedded semiconductor layer 19 is less likely to inject current into the columnar semiconductor layer using ITO or the like. can significantly reduce the light absorption of As a result, the absorption of light generated in the active layer 16 inside the semiconductor light emitting device 10 can be suppressed, and the external quantum efficiency for extracting light to the outside of the semiconductor light emitting device 10 can be improved.

以上に述べたように、本実施形態の半導体発光素子10およびその製造方法では、n型ナノワイヤ層14に接して内側表面保護層15が設けられており、内側表面保護層15はAlを含む窒化物半導体材料で構成されるため、n型ナノワイヤ層14中に生じた点欠陥が活性層16に伝搬することを抑制し、活性層16の結晶品質向上と外部量子効率の向上を図ることができる。 As described above, in the semiconductor light emitting device 10 and the method for manufacturing the same of the present embodiment, the inner surface protective layer 15 is provided in contact with the n-type nanowire layer 14, and the inner surface protective layer 15 is a nitriding layer containing Al. Since the n-type nanowire layer 14 is composed of a solid semiconductor material, it is possible to suppress the propagation of point defects generated in the n-type nanowire layer 14 to the active layer 16, thereby improving the crystal quality of the active layer 16 and improving the external quantum efficiency. .

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図4を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。図4は、第2実施形態に係る半導体発光素子30の柱状半導体層部分の構造を拡大して示す模式図である。本実施形態では、n型ナノワイヤ層14をGaNで構成する代わりに、内側表面保護層35をナノワイヤ形状に形成する点が第1実施形態と異なっている。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. The description of the content that overlaps with the first embodiment is omitted. FIG. 4 is an enlarged schematic diagram showing the structure of the columnar semiconductor layer portion of the semiconductor light emitting device 30 according to the second embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that the inner surface protection layer 35 is formed in a nanowire shape instead of forming the n-type nanowire layer 14 from GaN.

図4に示すように、本実施形態の半導体発光素子30は、成長基板11と、下地層12と、マスク13と、内側表面保護層35と、活性層16と、p型半導体層17と、トンネル接合層18と、埋込半導体層19とを備えている。本実施形態では、活性層16が内側表面保護層35の外周に形成されており、活性層16よりも外周にp型半導体層17が形成され、p型半導体層17よりも外周にトンネル接合層18が形成されて柱形状とされており、柱状半導体層を構成している。 As shown in FIG. 4, the semiconductor light emitting device 30 of this embodiment includes a growth substrate 11, an underlying layer 12, a mask 13, an inner surface protection layer 35, an active layer 16, a p-type semiconductor layer 17, It comprises a tunnel junction layer 18 and a buried semiconductor layer 19 . In this embodiment, the active layer 16 is formed on the outer periphery of the inner surface protective layer 35, the p-type semiconductor layer 17 is formed on the outer periphery of the active layer 16, and the tunnel junction layer is formed on the outer periphery of the p-type semiconductor layer 17. 18 is formed to have a columnar shape and constitute a columnar semiconductor layer.

内側表面保護層35は、マスク13の開口部から露出した下地層12上に選択成長された柱状の半導体層であり、n型不純物がドープされたAlを含む窒化物半導体材料から構成されている。内側表面保護層35には、少なくともAlが含まれており、Alの組成比は、最大0.06mol%以下の範囲が好ましい。 The inner surface protective layer 35 is a columnar semiconductor layer selectively grown on the underlying layer 12 exposed from the opening of the mask 13, and is made of a nitride semiconductor material containing Al doped with an n-type impurity. . The inner surface protective layer 35 contains at least Al, and the composition ratio of Al is preferably in the range of 0.06 mol % or less at maximum.

内側表面保護層35の形成では、第1実施形態の図2(b)に示したナノワイヤ成長工程に代えて、マスク13の開口部から露出した下地層12上にAlGaNを選択成長する。内側表面保護層35の成長条件としては、例えば原料ガスとしてTMG、TMAおよびアンモニアを用い、成長温度が1050℃、V/III比が20、水素をキャリアガスとして圧力100hPaである。 In forming the inner surface protective layer 35 , AlGaN is selectively grown on the underlayer 12 exposed from the openings of the mask 13 instead of the nanowire growth step shown in FIG. 2B of the first embodiment. The growth conditions for the inner surface protective layer 35 are, for example, TMG, TMA and ammonia as material gases, a growth temperature of 1050° C., a V/III ratio of 20, and a pressure of 100 hPa with hydrogen as a carrier gas.

本実施形態の半導体発光素子30では、n型ナノワイヤ層14の代わりに内側表面保護層35がAl含む窒化物半導体材料で構成されている。しかし、ナノワイヤ形状の内側表面保護層35によって、マスク13の開口部から下地層12上に半導体層を選択成長する際に生じる点欠陥が活性層16にまで伝搬することが抑制され、活性層16の高品質化と外部量子効率の向上を図ることができる。
In the semiconductor light emitting device 30 of this embodiment, the inner surface protective layer 35 is made of a nitride semiconductor material containing Al instead of the n-type nanowire layer 14 . However, the nanowire-shaped inner surface protective layer 35 suppresses propagation of point defects that occur when the semiconductor layer is selectively grown on the underlying layer 12 from the opening of the mask 13 to the active layer 16 . It is possible to improve the quality of the light and improve the external quantum efficiency.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図5を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。図5は、第3実施形態に係る半導体発光素子40の柱状半導体層部分の構造を拡大して示す模式図である。本実施形態では、内側表面保護層45がn型ナノワイヤ層14の底部に設けられている点が第1実施形態と異なっている。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment of the invention will be described with reference to FIG. The description of the content that overlaps with the first embodiment is omitted. FIG. 5 is an enlarged schematic diagram showing the structure of the columnar semiconductor layer portion of the semiconductor light emitting device 40 according to the third embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that an inner surface protective layer 45 is provided on the bottom of the n-type nanowire layer 14 .

図5に示すように、本実施形態の半導体発光素子40は、成長基板11と、下地層12と、マスク13と、内側表面保護層45と、n型ナノワイヤ層14と、活性層16と、p型半導体層17と、トンネル接合層18と、埋込半導体層19とを備えている。本実施形態では、内側表面保護層45がn型ナノワイヤ層14の底部に形成されてn型ナノワイヤ層14と接触しており、n型ナノワイヤ層14よりも外周に活性層16が形成され、活性層16よりも外周にp型半導体層17が形成され、p型半導体層17よりも外周にトンネル接合層18が形成されて柱形状とされており、柱状半導体層を構成している。 As shown in FIG. 5, the semiconductor light emitting device 40 of this embodiment includes a growth substrate 11, an underlying layer 12, a mask 13, an inner surface protection layer 45, an n-type nanowire layer 14, an active layer 16, It comprises a p-type semiconductor layer 17 , a tunnel junction layer 18 and a buried semiconductor layer 19 . In the present embodiment, the inner surface protective layer 45 is formed on the bottom of the n-type nanowire layer 14 and is in contact with the n-type nanowire layer 14, and the active layer 16 is formed outside the n-type nanowire layer 14 to provide an active layer. A p-type semiconductor layer 17 is formed outside the layer 16, and a tunnel junction layer 18 is formed around the p-type semiconductor layer 17 to form a columnar shape, forming a columnar semiconductor layer.

内側表面保護層45は、マスク13の開口部から露出した下地層12上に選択成長された半導体層であり、n型不純物がドープされたAl含む窒化物半導体材料から構成されている。内側表面保護層35に含まれるAlの組成比は、0より多く、0.06以下の範囲が好ましい。また、内側表面保護層45の膜厚は、1nm以上100nm以下の範囲が好ましく、より好ましくは1nm以上5nm以下の範囲である。 The inner surface protective layer 45 is a semiconductor layer selectively grown on the underlying layer 12 exposed through the opening of the mask 13, and is made of a nitride semiconductor material containing Al doped with n-type impurities. The composition ratio of Al contained in the inner surface protective layer 35 is preferably in the range of more than 0 and 0.06 or less. The film thickness of the inner surface protective layer 45 is preferably in the range of 1 nm to 100 nm, more preferably in the range of 1 nm to 5 nm.

内側表面保護層45の形成では、第1実施形態の図2(b)に示したナノワイヤ成長工程の初期段階において、マスク13の開口部から露出した下地層12上にAlGaNを選択成長する。内側表面保護層45の成長条件としては、例えば原料ガスとしてTMG、TMAおよびアンモニアを用い、成長温度が1050℃、V/III比が20、水素をキャリアガスとして圧力100hPaである。 In forming the inner surface protective layer 45, AlGaN is selectively grown on the underlying layer 12 exposed from the openings of the mask 13 in the initial stage of the nanowire growth process shown in FIG. 2(b) of the first embodiment. The growth conditions for the inner surface protective layer 45 are, for example, TMG, TMA and ammonia as material gases, a growth temperature of 1050° C., a V/III ratio of 20, and a pressure of 100 hPa with hydrogen as a carrier gas.

内側表面保護層45を形成した後に、原料ガスであるTMAの供給を停止しTMGとアンモニアの供給を継続することで、内側表面保護層45上に第1実施形態と同様にGaNからなるn型ナノワイヤ層14を柱状に形成することができる。 After the inner surface protective layer 45 is formed, the supply of TMA, which is a raw material gas, is stopped, and the supply of TMG and ammonia is continued. The nanowire layer 14 can be formed into pillars.

本実施形態の半導体発光素子40では、内側表面保護層45はn型ナノワイヤ層14と接触しており、内側表面保護層45が下地層12とn型ナノワイヤ層14の間に設けられている。したがって、下地層12上に内側表面保護層45は、Alを含む窒化物半導体材料で構成されているため選択成長時に生じる点欠陥が抑制され、n型ナノワイヤ層14および活性層16にまで伝搬する欠陥を低減し、活性層16の結晶品質向上と外部量子効率の向上を図ることができる。 In the semiconductor light emitting device 40 of this embodiment, the inner surface protective layer 45 is in contact with the n-type nanowire layer 14 and is provided between the underlying layer 12 and the n-type nanowire layer 14 . Therefore, since the inner surface protective layer 45 on the underlying layer 12 is composed of a nitride semiconductor material containing Al, point defects generated during selective growth are suppressed and propagate to the n-type nanowire layer 14 and the active layer 16. It is possible to reduce defects, improve the crystal quality of the active layer 16, and improve the external quantum efficiency.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図6を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。図6は、第4実施形態に係る半導体発光素子50の柱状半導体層部分の構造を拡大して示す模式図である。本実施形態では、活性層16の内側に内側表面保護層15を設けることに加えて、活性層16の外周に外側表面保護55が形成されている点が第1実施形態と異なっている。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. The description of the content that overlaps with the first embodiment is omitted. FIG. 6 is an enlarged schematic diagram showing the structure of the columnar semiconductor layer portion of the semiconductor light emitting device 50 according to the fourth embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that an outer surface protection layer 55 is formed around the outer periphery of the active layer 16 in addition to providing the inner surface protection layer 15 inside the active layer 16 .

図6に示すように、本実施形態の半導体発光素子50は、成長基板11と、下地層12と、マスク13と、n型ナノワイヤ層14と、内側表面保護層15と、活性層16と、外側表面保護層55と、p型半導体層17と、トンネル接合層18と、埋込半導体層19とを備えている。本実施形態では、n型ナノワイヤ層14よりも外周に内側表面保護層15が形成され、内側表面保護層15より外周に活性層16が形成され、活性層16よりも外周に外側表面保護層55が形成され、外側表面保護層55より外周にp型半導体層17が形成され、p型半導体層17よりも外周にトンネル接合層18が形成されて柱形状とされており、柱状半導体層を構成している。 As shown in FIG. 6, the semiconductor light emitting device 50 of this embodiment includes a growth substrate 11, an underlying layer 12, a mask 13, an n-type nanowire layer 14, an inner surface protection layer 15, an active layer 16, It comprises an outer surface protection layer 55 , a p-type semiconductor layer 17 , a tunnel junction layer 18 and a buried semiconductor layer 19 . In this embodiment, the inner surface protective layer 15 is formed around the n-type nanowire layer 14, the active layer 16 is formed around the inner surface protective layer 15, and the outer surface protective layer 55 is formed around the active layer 16. is formed, the p-type semiconductor layer 17 is formed around the outer surface protection layer 55, and the tunnel junction layer 18 is formed around the p-type semiconductor layer 17 to form a columnar shape, forming a columnar semiconductor layer. are doing.

外側表面保護層55は、活性層16の側面および上面に接して外周を覆って形成された半導体層であり、Alを含む窒化物半導体材料で構成されている。外側表面保護層55にAlが微量に含まれていると、Alを含まないGaNよりも熱安定性が高くなる。これにより、後工程において比較的高温でp型半導体層17を結晶成長する際に、外側表面保護層55より内側に比較的低温で結晶成長された活性層16を保護し、マストランスポートによる変形や井戸層に含まれるInの拡散を抑制することができる。 The outer surface protective layer 55 is a semiconductor layer formed in contact with the side surface and the upper surface of the active layer 16 to cover the outer periphery thereof, and is made of a nitride semiconductor material containing Al. If the outer surface protective layer 55 contains a small amount of Al, the thermal stability is higher than that of GaN containing no Al. As a result, when the p-type semiconductor layer 17 is crystal-grown at a relatively high temperature in a post-process, the active layer 16 crystal-grown at a relatively low temperature inside the outer surface protection layer 55 is protected and deformed by mass transport. and the diffusion of In contained in the well layer can be suppressed.

外側表面保護層55に含まれるAlの組成比は、0より多く、0.06以下の範囲が好ましい。また、外側表面保護層55の膜厚は、1nm以上30nm以下の範囲が好ましく、より好ましくは1nm以上5nm以下の範囲である。外側表面保護層55はノンドープで形成してもよく、Mg等のp型不純物をドープして形成してもよい。図6に示したように、本実施形態では活性層16の内側と外側に内側表面保護層15と外側表面保護層55とを設けているので、活性層16に非対称な歪が加わらないように、内側表面保護層15と外側表面保護層55の組成比や膜厚を同程度とすることが好ましい。 The composition ratio of Al contained in the outer surface protective layer 55 is preferably in the range of more than 0 and 0.06 or less. The film thickness of the outer surface protective layer 55 is preferably in the range of 1 nm to 30 nm, more preferably in the range of 1 nm to 5 nm. The outer surface protective layer 55 may be formed by non-doping, or may be formed by doping with a p-type impurity such as Mg. As shown in FIG. 6, in this embodiment, the inner surface protective layer 15 and the outer surface protective layer 55 are provided inside and outside the active layer 16, so that the active layer 16 is not asymmetrically strained. It is preferable that the inner surface protective layer 15 and the outer surface protective layer 55 have approximately the same composition ratio and film thickness.

本実施形態の半導体発光素子50でも、n型ナノワイヤ層14に接して外側表面保護層15が設けられており、外側表面保護層15はAlを含む窒化物半導体材料で構成されるため、n型ナノワイヤ層14中に生じた点欠陥が活性層16に伝搬することを抑制し、活性層16の結晶品質向上と外部量子効率の向上を図ることができる。 In the semiconductor light emitting device 50 of this embodiment as well, the outer surface protective layer 15 is provided in contact with the n-type nanowire layer 14, and the outer surface protective layer 15 is made of a nitride semiconductor material containing Al. Propagation of point defects generated in the nanowire layer 14 to the active layer 16 can be suppressed, and the crystal quality and the external quantum efficiency of the active layer 16 can be improved.

(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について図7を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。図7は、第5実施形態に係る半導体発光素子60の柱状半導体層部分の構造を拡大して示す模式図である。本実施形態では、活性層16の内側に内側表面保護層15を設けることに加えて、トンネル接合層18の外周に外側表面保護層65が形成されている点が第1実施形態と異なっている。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. The description of the content that overlaps with the first embodiment is omitted. FIG. 7 is an enlarged schematic diagram showing the structure of the columnar semiconductor layer portion of the semiconductor light emitting device 60 according to the fifth embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that an outer surface protective layer 65 is formed around the outer periphery of the tunnel junction layer 18 in addition to providing the inner surface protective layer 15 inside the active layer 16. .

図7に示すように、本実施形態の半導体発光素子60は、成長基板11と、下地層12と、マスク13と、n型ナノワイヤ層14と、内側表面保護層15と、活性層16と、p型半導体層17と、トンネル接合層18と、外側表面保護層65と、埋込半導体層19とを備えている。本実施形態では、n型ナノワイヤ層14よりも外周に内側表面保護層15が形成され、内側表面保護層15より外周に活性層16が形成され、活性層16よりも外周にp型半導体層17が形成され、p型半導体層17よりも外周にトンネル接合層18が形成され、トンネル接合層18よりも外周に外側表面保護層65が形成されて柱形状とされており、柱状半導体層を構成している。 As shown in FIG. 7, a semiconductor light emitting device 60 of this embodiment includes a growth substrate 11, an underlying layer 12, a mask 13, an n-type nanowire layer 14, an inner surface protective layer 15, an active layer 16, It comprises a p-type semiconductor layer 17 , a tunnel junction layer 18 , an outer surface protective layer 65 and a buried semiconductor layer 19 . In this embodiment, the inner surface protective layer 15 is formed outside the n-type nanowire layer 14, the active layer 16 is formed around the inner surface protective layer 15, and the p-type semiconductor layer 17 is formed around the active layer 16. is formed, a tunnel junction layer 18 is formed outside the p-type semiconductor layer 17, and an outer surface protective layer 65 is formed around the tunnel junction layer 18 to form a columnar shape, forming a columnar semiconductor layer. are doing.

外側表面保護層65は、トンネル接合層18の側面および上面に接して外周を覆って形成された半導体層であり、Alを含む窒化物半導体材料で構成されている。外側表面保護層65にAlが微量に含まれていると、Alを含まないGaNよりも熱安定性が高くなる。これにより、後工程において比較的高温で埋込半導体層19を結晶成長する際に、外側表面保護層65より内側に結晶成長された活性層16、p型半導体層17およびトンネル接合層18を保護し、p型半導体層17にドープされたMg等のp型不純物が埋込半導体層19に拡散することを抑制することができる。 The outer surface protective layer 65 is a semiconductor layer formed in contact with the side surface and the upper surface of the tunnel junction layer 18 to cover the outer periphery thereof, and is made of a nitride semiconductor material containing Al. If the outer surface protective layer 65 contains a small amount of Al, the thermal stability is higher than that of GaN containing no Al. This protects the active layer 16, the p-type semiconductor layer 17, and the tunnel junction layer 18 crystal-grown inside the outer surface protection layer 65 when the embedded semiconductor layer 19 is crystal-grown at a relatively high temperature in a later process. In addition, diffusion of the p-type impurity such as Mg doped into the p-type semiconductor layer 17 into the buried semiconductor layer 19 can be suppressed.

外側表面保護層65に含まれるAlの組成比は、Alを含み0.06以下の範囲が好ましい。また、外側表面保護層65の膜厚は、1nm以上30nm以下の範囲が好ましく、より好ましくは1nm以上5nm以下の範囲である。外側表面保護層65はノンドープで形成してもよく、Si等のn型不純物をドープして形成してもよい。 The composition ratio of Al contained in the outer surface protective layer 65 is preferably in the range of 0.06 or less including Al. The film thickness of the outer surface protective layer 65 is preferably in the range of 1 nm or more and 30 nm or less, more preferably in the range of 1 nm or more and 5 nm or less. The outer surface protective layer 65 may be formed by non-doping, or may be formed by doping an n-type impurity such as Si.

本実施形態の半導体発光素子60でも、n型ナノワイヤ層14に接して内側表面保護層15が設けられており、内側表面保護層15はAlを含む窒化物半導体材料で構成されるため、n型ナノワイヤ層14中に生じた点欠陥が活性層16に伝搬することを抑制し、活性層16の結晶品質向上と外部量子効率の向上を図ることができる。 In the semiconductor light emitting device 60 of the present embodiment as well, the inner surface protective layer 15 is provided in contact with the n-type nanowire layer 14, and the inner surface protective layer 15 is made of a nitride semiconductor material containing Al. Propagation of point defects generated in the nanowire layer 14 to the active layer 16 can be suppressed, and the crystal quality and the external quantum efficiency of the active layer 16 can be improved.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in various ways within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. is also included in the technical scope of the present invention.

10,30,40,50,60…半導体発光素子
11…成長基板
12…下地層
13…マスク
14…n型ナノワイヤ層
15,35,45…内側表面保護層
16…活性層
17…p型半導体層
18…トンネル接合層
19…埋込半導体層
20,21…カソード電極
22,23…アノード電極
55,65…外側表面保護


DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 30, 40, 50, 60... Semiconductor light-emitting element 11... Growth substrate 12... Base layer 13... Mask 14... N-type nanowire layer 15, 35, 45... Inner surface protective layer 16... Active layer 17... P-type semiconductor layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 18... Tunnel junction layer 19... Embedded semiconductor layer 20, 21... Cathode electrode 22, 23... Anode electrode 55, 65... Outer surface protection


Claims (7)

成長基板と、前記成長基板上に形成された柱状半導体層とを備える半導体発光素子であって、
前記柱状半導体層は、中心にn型ナノワイヤ層が形成され、前記n型ナノワイヤ層よりも外周に活性層が形成され、前記活性層よりも外周にp型半導体層が形成されており、
Alを含む窒化物半導体材料からなる内側表面保護層が、前記n型ナノワイヤ層の底部に設けられ
前記内側表面保護層に少なくともAlが含まれており、Alの組成比が最大0.06以下であることを特徴とする半導体発光素子。
A semiconductor light emitting device comprising a growth substrate and a columnar semiconductor layer formed on the growth substrate,
The columnar semiconductor layer has an n-type nanowire layer formed in the center, an active layer formed outside the n-type nanowire layer, and a p-type semiconductor layer formed outside the active layer,
an inner surface protective layer made of a nitride semiconductor material containing Al is provided on the bottom of the n-type nanowire layer ;
A semiconductor light-emitting device , wherein the inner surface protective layer contains at least Al, and the composition ratio of Al is 0.06 or less at maximum .
請求項に記載の半導体発光素子であって、
前記内側表面保護層の膜厚が1nm以上100nm以下であることを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 1 ,
A semiconductor light-emitting device, wherein the film thickness of the inner surface protective layer is 1 nm or more and 100 nm or less.
成長基板と、前記成長基板上に形成された柱状半導体層とを備える半導体発光素子であって、
前記柱状半導体層は、中心にn型ナノワイヤ層が形成され、前記n型ナノワイヤ層よりも外周に活性層が形成され、前記活性層よりも外周にp型半導体層が形成されており、
Alを含む窒化物半導体材料からなる外側表面保護層が、前記活性層の外周を覆って設けられ
前記外側表面保護層に少なくともAlが含まれており、Alの組成比が最大0.06以下であることを特徴とする半導体発光素子。
A semiconductor light emitting device comprising a growth substrate and a columnar semiconductor layer formed on the growth substrate,
The columnar semiconductor layer has an n-type nanowire layer formed in the center, an active layer formed outside the n-type nanowire layer, and a p-type semiconductor layer formed outside the active layer,
an outer surface protective layer made of a nitride semiconductor material containing Al is provided to cover the outer periphery of the active layer ;
A semiconductor light-emitting device , wherein the outer surface protective layer contains at least Al, and the composition ratio of Al is 0.06 or less at maximum .
請求項1から3の何れか一つに記載の半導体発光素子であって、
前記p型半導体層よりも外周にトンネル接合層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 3 ,
A semiconductor light-emitting device, wherein a tunnel junction layer is formed outside the p-type semiconductor layer.
成長基板と、前記成長基板上に形成された柱状半導体層とを備える半導体発光素子であって、
前記柱状半導体層は、中心にn型ナノワイヤ層が形成され、前記n型ナノワイヤ層よりも外周に活性層が形成され、前記活性層よりも外周にp型半導体層が形成され、前記p型半導体層よりも外周にトンネル接合層が形成されており、
Alを含む窒化物半導体材料からなる外側表面保護層が、前記トンネル接合層の外周を覆って設けられ
前記外側表面保護層に少なくともAlが含まれており、Alの組成比が最大0.06以下であることを特徴とする半導体発光素子。
A semiconductor light emitting device comprising a growth substrate and a columnar semiconductor layer formed on the growth substrate,
The columnar semiconductor layer has an n-type nanowire layer formed in the center, an active layer formed around the n-type nanowire layer, a p-type semiconductor layer formed around the active layer , and the p-type semiconductor layer. A tunnel junction layer is formed on the outer periphery of the layer ,
an outer surface protective layer made of a nitride semiconductor material containing Al is provided to cover the outer periphery of the tunnel junction layer ;
A semiconductor light-emitting device , wherein the outer surface protective layer contains at least Al, and the composition ratio of Al is 0.06 or less at maximum .
請求項1から5の何れか一つに記載の半導体発光素子であって、
前記柱状半導体層を覆う埋込半導体層をさらに備えることを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5 ,
A semiconductor light emitting device, further comprising a buried semiconductor layer covering the columnar semiconductor layer.
成長基板上に開口部を有するマスク層を形成するマスク工程と、選択成長を用いて前記開口部に柱状半導体層を形成する成長工程とを有し、
前記成長工程は、
n型ナノワイヤ層を形成する工程と、前記n型ナノワイヤ層よりも外側に活性層を形成する工程と、
前記n型ナノワイヤ層の底部にAlを含む窒化物半導体材料からなる内側表面保護層を形成する工程と、
前記活性層よりも外側にp型半導体層を形成する工程を含み、
前記内側表面保護層に少なくともAlが含まれており、Alの組成比が最大0.06以下であることを特徴とする半導体発光素子の成長方法。
a masking step of forming a mask layer having an opening on a growth substrate; and a growing step of forming a columnar semiconductor layer in the opening using selective growth,
The growth step includes
forming an n-type nanowire layer; forming an active layer outside the n-type nanowire layer;
forming an inner surface protective layer made of a nitride semiconductor material containing Al on the bottom of the n-type nanowire layer ;
Forming a p-type semiconductor layer outside the active layer ,
A method for growing a semiconductor light emitting device , wherein the inner surface protective layer contains at least Al, and the composition ratio of Al is 0.06 or less at maximum .
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