WO2010044129A1 - 半導体発光素子アレー、およびその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子アレー、およびその製造方法 Download PDF

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light
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健之 比留間
原　真二郎
順一 本久
孝志 福井
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国立大学法人北海道大学
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    • H01L33/18—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor light emitting element array and a method for manufacturing the same.
  • Patent Document 1 discloses a light-emitting element in which a semiconductor rod including a pn junction is formed on a semiconductor substrate, and electrodes are provided on the substrate side and the rod, respectively, and the light-emitting element having an equal interval between the semiconductor rods. Proposed. This light emitting element emits light in a direction perpendicular or parallel to the substrate surface.
  • Patent Documents 2 and 3 a semiconductor light emitting element array that includes a light emitting element that utilizes light emitted from a semiconductor rod and emits light in multiple colors is also known (see Patent Documents 2 and 3).
  • Patent Document 2 has a multi-quantum well structure in which a combination of a well layer and a barrier layer is repeatedly stacked (for example, repeated three times), and light is emitted in multiple colors by changing the thickness of each well layer.
  • a light emitting device has been proposed. Furthermore, it has been proposed to perform wavelength selection by passing the generated polychromatic light through a desired monochromatic wavelength transparent film (wavelength selection filter).
  • Patent Document 3 describes a light-emitting element in which two or more active layers are formed and electrode pairs corresponding to the active layers are provided. In this light emitting element, when a predetermined voltage is applied to each electrode pair, light is emitted from each active layer and light is emitted in multiple colors.
  • the MOVPE selective growth method (Selective-area-metal-organic-vapor-phase-epitaxy) is known as an important technique for forming nano-pillar semiconductor rods (see Non-Patent Documents 1 and 2).
  • the MOVPE selective growth method is a method in which only a specific region of a semiconductor crystal substrate is exposed and a semiconductor crystal is selectively grown on the exposed portion by MOVPE.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 report that the thickness and height of a grown semiconductor crystal can be controlled by adjusting the exposed portion of the semiconductor crystal substrate.
  • the height of the grown rod increases when the diameter of the exposed portion is reduced and increases when the interval width (pitch) between the exposed portions is reduced.
  • the thickness of the grown rod increases as the exposed area increases.
  • Non-Patent Documents 2 and 3 a technique for producing a multi-wavelength surface light emitting element has been reported (see Non-Patent Documents 2 and 3). All of these relate to a technique for growing a thin film having a GaInAs / GaAs quantum well structure for a surface light emitting device.
  • a plurality of linear convex steps (mesas) are formed in parallel to each other on a GaAs (001) plane substrate.
  • a multilayer thin film is deposited on the substrate by MOCVD.
  • a thin film is deposited thick on the top surface of the mesa, while a thin film is deposited on the surface of the valley between adjacent mesas than the thin film on the top surface of the mesa.
  • the thickness of the thin film deposited on the valley surface between the mesas can be controlled by the width of the mesa, the step (height), the distance between adjacent mesas (also referred to as control parameters), and the like. That is, these control parameters determine the distribution of film thickness due to the MOCVD thin film growth and control the emission wavelength from the light emitting element to be manufactured. Therefore, in order to appropriately control the thickness of the thin film (the light emission wavelength of the light emitting element), the mesa must be designed and manufactured with high precision.
  • a plurality of light-emitting elements that emit light of different wavelengths are formed on the same substrate, it is possible to apply to a communication method advantageous for long-distance communication called a wavelength multiplexing method. Therefore, it is required to easily manufacture a semiconductor surface light emitting device having a simpler structure including a plurality of light emitting devices that emit light of different wavelengths on the same substrate.
  • manufacturing a semiconductor surface light emitting device having a plurality of wavelengths on the same substrate requires a plurality of steps to be added separately after the semiconductor crystal growth to provide separate members. That is, since the semiconductor light emitting device disclosed in Patent Document 2 emits light of a plurality of wavelengths from each of the semiconductor crystal parts, the necessary wavelength is extracted by the wavelength selection filter. For this reason, a step of forming a wavelength selection filter is required.
  • the semiconductor light emitting device disclosed in Patent Document 3 is also laminated with crystal film portions corresponding to a plurality of light emission wavelengths, etching is performed on the semiconductor film in order to separate and independently extract light of each wavelength. A process for forming multi-stage electrode structures with different depths is required.
  • Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3 when the mesa formed on the substrate is not tapered with a constant width in the length direction, or the mesas are crossed. If the arrangement is curved or concentric, it is difficult to control the film thickness during thin film growth. Therefore, the design freedom of the multi-wavelength surface light emitting device is low.
  • the wavelength interval of the light emitting element for coarse WDM communication in the wavelength 1 ⁇ m band is 10 nm.
  • the separation distance between the elements must be 500 ⁇ m or more. Therefore, when a multimode optical fiber (core diameter 50 ⁇ m or 65 ⁇ m) and a light emitting element array are optically coupled, separate optical fibers must be coupled for each light emitting element having a different emission wavelength.
  • the present inventor has studied to manufacture a semiconductor surface light emitting element (multi-wavelength surface light emitting element) including a plurality of light emitting elements that emit light of different wavelengths on the same substrate by using a MOVPE selective growth method or the like. . As a result, a method for producing a multi-wavelength surface light emitting device with a high degree of design freedom was found, and the present invention was completed.
  • the first of the present invention relates to the following semiconductor light emitting element array.
  • Semiconductor crystal substrate An insulating film disposed on a surface of the semiconductor crystal substrate, The insulating film is divided into two or more regions, and in each of the two or more regions, two or more openings that expose the surface of the substrate are formed;
  • a semiconductor rod extending upward from the surface of the substrate through the opening, wherein the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are laminated in the extending direction, and a semiconductor rod having a pn junction;
  • a semiconductor light emitting device array including a first electrode connected to the semiconductor crystal substrate, and a second electrode connected to an upper portion of the semiconductor rod, The height of the semiconductor rod from the substrate surface is different for each of the two or more regions.
  • the stacking order of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer formed in the semiconductor rod may be n-type to p-type or p-type to n-type from the substrate side. either will do.
  • the semiconductor light emitting element array according to [1] wherein an average area of the openings is different for each of the two or more regions.
  • [5] The semiconductor light emitting element array according to [1], wherein an average distance between centers of the openings is different for each of the two or more regions.
  • the semiconductor crystal substrate is a crystal substrate of a semiconductor material selected from the group consisting of GaAs, InP, Si, InAs, GaN, SiC, and Al 2 O 3 , and the substrate on which the insulating film is arranged
  • a second aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting element array shown below.
  • Forming a semiconductor rod from the semiconductor crystal substrate covered with a film through the opening the step including a step of forming a layer made of an n-type semiconductor and a step of forming a layer made of a p-type semiconductor;
  • the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device array which has these.
  • the order of the step of forming the layer made of the n-type semiconductor and the step of forming the layer made of the p-type semiconductor is not limited, and after forming the layer made of the n-type semiconductor, the p-type semiconductor layer An n-type semiconductor layer may be formed after a p-type semiconductor layer is formed.
  • a third aspect of the present invention relates to the following optical transmission equipment.
  • An optical transmitter including the semiconductor light emitting element array according to [1] and an optical waveguide that is disposed in each of the two or more regions and in which light emitted from the semiconductor rod in each region enters.
  • An optical transmitter including the semiconductor light emitting element array according to [1] and an optical waveguide into which light emitted from the semiconductor rods in the two or more regions is incident.
  • the semiconductor light-emitting element array according to [1] an optical multiplexer that multiplexes light emitted from the semiconductor rods in the two or more regions, and an optical waveguide into which light combined by the multiplexer enters.
  • a lighting device including the semiconductor light emitting element array according to [1], and an optical waveguide into which light emitted from the semiconductor rods in the two or more regions is incident.
  • a multi-color semiconductor light emitting element array having a plurality of light emitting elements that emit light of different wavelengths on the same substrate.
  • the semiconductor light emitting device array of the present invention has a simple structure and is more easily manufactured.
  • the shape and size (cross-sectional area) of the semiconductor rods, the interval between the semiconductor rods, the arrangement state of the semiconductor rods, and the like are controlled by the shape and arrangement of the insulating film pattern (opening).
  • the rod group can be easily formed. Therefore, the emission wavelength from the semiconductor rod can be easily controlled.
  • five semiconductor rods can be arranged in a region of 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m, and a set of five can be a light emitting element with an output of 1 mW.
  • the distance between the light emitting elements on the substrate of the light emitting element array can be reduced to about 20 ⁇ m. Therefore, when a multimode optical fiber (for example, core diameter 50 ⁇ m) and a light emitting element array are coupled, light emitted from a plurality of light emitting elements having different emission wavelengths can be directly incident on one optical fiber. . Therefore, four-wave multiplex communication can be realized with one optical fiber in coarse WDM (CWDM) communication without using an optical multiplexer.
  • CWDM coarse WDM
  • FIG. 1A shows a substrate coated with an insulating film
  • FIG. 1B shows a state where an opening is formed in the insulating film
  • FIG. 1C shows a state where a semiconductor rod is formed. It is a figure which shows typically each layer of the formed semiconductor rod. It is a graph which shows the relationship between the thickness of the quantum well layer of the formed semiconductor rod, and the distance of semiconductor rods. It is a figure which shows the semiconductor rod coat
  • FIG. 2 is a perspective view of a semiconductor light emitting element array according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the thickness of the quantum well layer and the emission peak wavelength of the semiconductor rod of each light emitting device in the semiconductor light emitting device array of Embodiment 1. It is a figure which shows the example of the procedure which forms the semiconductor rod from which height differs on one board
  • FIG. 8A shows a substrate covered with an insulating film;
  • FIG. 8B shows a state in which an opening is formed in the insulating film; and FIG.
  • FIG. 8C shows a state in which a semiconductor rod is formed. It is a graph which shows the relationship between the thickness of the quantum well layer of the formed semiconductor rod, and the thickness of a semiconductor rod.
  • 6 is a perspective view of a semiconductor light emitting element array according to Embodiment 2.
  • FIG. It is an example of the semiconductor rod which uses a GaAs / AlGaAs layer as a quantum well layer. It is an example of the semiconductor rod which uses an InGaAs layer as a quantum well layer.
  • 12 is a graph showing the relationship between the diameter of the semiconductor rod shown in FIG. 12 and In atoms / Ga atoms in the quantum well layer (FIG. 13A), and a graph showing the relationship between the diameter of the semiconductor rod and the emission peak wavelength (FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor light emitting element array that can be used as a lighting device.
  • FIG. It is a figure which shows the illuminator base containing a semiconductor light-emitting element array. It is a graph which shows the relationship between the In atom / Ga atom ratio of an InGaN semiconductor rod, and an emission peak wavelength.
  • the semiconductor light emitting element array of the present invention includes: 1) a semiconductor crystal substrate, 2) an insulating film disposed on the surface of the semiconductor crystal substrate, and an insulating film having an opening for exposing the substrate; 3) a semiconductor rod having a pn junction extending upward from the surface of the substrate through the opening, 4) a first electrode connected to the semiconductor crystal substrate, and a second electrode connected to the top of the semiconductor rod Including electrodes.
  • the insulating film is divided into several regions, and the height of the semiconductor rod from the substrate surface is different for each region.
  • the substrate included in the semiconductor light emitting device array of the present invention may be a semiconductor crystal, and examples of the semiconductor crystal include GaAs, InP, Si, InAs, GaN, SiC, Al 2 O 3 and the like.
  • the material of the insulating film disposed on the surface of the substrate is not particularly limited, but may be an inorganic insulating material such as SiO 2 or SiN.
  • the insulating film may be formed by sputtering, for example, and the film thickness may be several tens of nm.
  • the surface of the substrate on which the insulating film is disposed is the crystal axis (111) plane of the semiconductor crystal constituting the substrate.
  • the extending direction of the semiconductor rod can be set to the crystal axis (111) direction of the semiconductor crystal. Increases efficiency.
  • the insulating film disposed on the surface of the substrate is divided into two or more regions. “Divided” means that the insulating film may be physically separated and divided, or the continuous insulating film may be virtually divided into a plurality of regions. When physically separated, they may be separated from each other by several micrometers ( ⁇ m) or more, preferably about 50 to 100 ⁇ m. Each of the two or more regions of the insulating film becomes a light emitting device region of the semiconductor light emitting device array of the present invention, and light of a different wavelength is emitted from each light emitting device.
  • each region of the insulating film is not particularly limited as long as it is appropriately set according to the number of semiconductor rods formed therein. As will be described later, when an optical transmission device is combined with an optical waveguide (see FIG. 18), the area for arranging the semiconductor rod in each region is set to be equal to or smaller than the core size of the optical waveguide. Therefore, when the core diameter of the optical waveguide is 50 micrometers, the size of each region of the insulating film may be a rectangle of about 100 micrometers.
  • the distance between each region of the insulating film is not particularly limited.
  • the distance between the regions may be set in accordance with the pitch at which the optical waveguide is arranged.
  • the distance between each region of the insulating film is usually about several ⁇ m to several hundred ⁇ m.
  • the number of openings formed in each region may be two or more, but is usually preferably ten or more.
  • the shape of the opening is arbitrary and may be any of a rectangle, a triangle, a hexagon, or a circle.
  • the opening area of the opening in each region is constant.
  • the opening area may be, for example, a diameter of 10 nm to 2 ⁇ m when it is circular.
  • the opening part is arrange
  • the opening may be formed by removing a part of the insulating film formed on the surface of the semiconductor crystal substrate using photolithography or electron beam lithography.
  • the average area of the opening is different for each insulating film region, or 2) the opening per unit area is different for each insulating film region. It is characterized in that the degree of congestion (for example, the average of distances or intervals between openings) is different.
  • the distance or interval between the openings may be the same in the x direction and y direction in the longitudinal direction (x direction) and the lateral direction (y direction) in the plane of the insulating film. )
  • the x direction and the y direction may be different from each other. That is, the average distance or interval between the openings may be different for each region of the insulating film. This makes it possible to form semiconductor rods having different heights for each region.
  • a semiconductor rod extends from the surface of the substrate exposed by the opening, and this semiconductor rod can be formed by a vapor phase growth method using thermal decomposition of an organic metal ( This will be explained in detail later).
  • the growth rate of the semiconductor rod is 1) slower as the area of the opening is larger, and faster as the area is smaller. That is, as the area of the opening is smaller, a longer semiconductor rod can be obtained with a constant growth time.
  • the growth rate of the semiconductor rod is 2) faster as the density (density) of the opening is higher, and slower as the density is lower. That is, the higher the density of the openings, the longer the semiconductor rod can be obtained with a constant growth time.
  • the semiconductor rod extends from the substrate exposed through the opening formed in the insulating film. That is, each region has two or more semiconductor rods depending on the number of openings. The length and thickness of the semiconductor rod in each region are preferably substantially the same.
  • the semiconductor component constituting the semiconductor rod may be a semiconductor composed of two elements, a semiconductor composed of three elements, a semiconductor composed of four elements, or a semiconductor composed of more elements.
  • the semiconductor composed of two elements include GaAs, InP, InAs, GaN, ZnS, SiC, ZnTe, and the like.
  • the semiconductor composed of three elements include AlGaAs, InGaAs, GaInP, InGaN, AlGaN, ZnSSe, and GaNAs.
  • Examples of the semiconductor composed of four elements include InGaAsP, InGaAlN, AlInGaP, and GaInAsN.
  • the semiconductor rod disposed in each of the regions preferably has a pn junction.
  • a pn junction means that a p-type region and an n-type region existing in a semiconductor crystal are in contact with each other.
  • the p-type region and the n-type region are preferably stacked in the extending direction of the semiconductor rod. That is, the pn junction surface is preferably a surface perpendicular to the extending direction of the semiconductor rod, and is preferably parallel to the substrate surface.
  • the layers may be stacked in the order of “p-type region and n-type region” in the extending direction, or may be stacked in the “order of n-type region and p-type region”.
  • the semiconductor light emitting element array of the present invention emits light from the pn junction surface of the semiconductor rod when a voltage is applied to both electrodes (p electrode and n electrode, which will be described later). At this time, if the upper and lower end surfaces of the semiconductor rod are surfaces perpendicular to the extending direction of the semiconductor rod and the inside of the rod is low loss with respect to light propagation, the light is in the same direction as the extending direction of the semiconductor rod. Be emitted.
  • the semiconductor rod of the present invention has a pn junction and may have a heterojunction.
  • a hetero bond refers to a structure in which semiconductors having different compositions are joined by an interface showing a sharp composition change.
  • the light emission wavelength can be controlled by selecting a semiconductor material constituting the pn junction.
  • the quantum well structure is composed of an intrinsic semiconductor, or a semiconductor portion that is not a quantum well structure is composed of an intrinsic semiconductor and is inserted into a junction interface of a pn junction, a pin structure is formed, and the intrinsic semiconductor is formed. Luminous efficiency can be improved compared to the case where no part is used.
  • the quantum well structure refers to a structure in which a semiconductor layer (quantum well layer) having a small band gap is sandwiched between semiconductor layers (barrier layers) having a large band gap. Electrons are confined in a semiconductor film (quantum well layer) having a small band gap. The movement of electrons in the direction perpendicular to the semiconductor film is quantized to have discrete energy.
  • the semiconductor rod of the present invention preferably has a quantum well structure.
  • the thickness of the quantum well layer of the semiconductor rod existing in each same region of the insulating film is constant, and the quantum well of the semiconductor rod for each region of the insulating film
  • the layer thicknesses are preferably different. Since the wavelength of light to be emitted differs depending on the thickness of the quantum well layer, a semiconductor light emitting element array that emits multicolor light can be obtained by controlling the thickness of the quantum well layer for each region.
  • the p-type region, the n-type region, and the quantum well layer included in the semiconductor rod of the present invention may have a multilayer structure (see FIGS. 11, 15, and 16).
  • a multilayer structure refers to a structure in which two or more layers of different semiconductor components are laminated repeatedly. For example, in the barrier layers (34 and 36) of FIG. 11, GaAs layers and AlGaAs layers are alternately and repeatedly stacked.
  • the emission intensity can be increased by making the layer period the same as the emission wavelength.
  • the semiconductor rod can be formed by the MOCVD method, but can also be formed by a molecular beam epitaxy method using vapor deposition of elements in a vacuum apparatus. The formation of the semiconductor rod will be described later in detail.
  • the semiconductor light emitting element array of the present invention is characterized in that the length of the semiconductor rod differs depending on the region.
  • the semiconductor rod is formed by the MOCVD method or the like, but the growth rate of the semiconductor crystal at this time varies depending on the area of the opening formed in the insulating film and the density of the opening. Therefore, the height of the semiconductor rod is controlled by adjusting the area of the openings and the arrangement pattern.
  • the semiconductor rod has a pn junction and emits light when a current is passed.
  • the wavelength of the light emission varies depending on the semiconductor material constituting the semiconductor rod.
  • the semiconductor rod has a quantum well structure
  • the wavelength of emitted light depends on the thickness of the quantum well layer. Therefore, the wavelength of light emitted from the semiconductor rod differs depending on the region of the insulating film.
  • the semiconductor light-emitting element array of the present invention has a first electrode connected to the substrate and a second electrode connected to the tip of the semiconductor rod (end opposite to the substrate).
  • the first electrode and the second electrode are a combination of a p-type electrode (such as Cr / Au or InSn oxide) and an n-type electrode (such as AuGeNi).
  • One or more first electrodes may be provided on a semiconductor crystal substrate including two or more regions.
  • One or more second electrodes may be provided for each region (each light emitting element). Which of the first electrode and the second electrode is the p-type electrode or the n-type electrode may be set in accordance with the arrangement of the p-type region and the n-type region of the semiconductor rod.
  • the p-type electrode is preferably a transparent electrode or a pattern structure that facilitates extraction of light emitted in a direction perpendicular to the substrate surface.
  • the n-type electrode is a transparent electrode.
  • the electrode on the light extraction side is preferably a transparent electrode.
  • the side surface of the semiconductor rod included in the semiconductor light emitting element array of the present invention may be covered with a protective layer.
  • the protective layer may be a crystal layer grown in the lateral direction when the extending direction of the rod is the longitudinal direction (see FIG. 4), or a high resistance substance (see FIG. 14) added separately. Also good. Further, the gap between the semiconductor rods may be filled with an insulating material (see FIG. 5).
  • the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting device array of the present invention is affected by the semiconductor component of the semiconductor rod; the height of the semiconductor rod (particularly, the thickness of the quantum well layer in the case of a quantum well structure).
  • the quantum well layer is formed of GaAs
  • light emission with a wavelength of about 700 to 900 nm can be generated according to the thickness of the quantum well layer (see FIG. 7).
  • the quantum well layer is formed of InGaAs, InGaAsP, or the like, it is possible to emit light having a wavelength of about 1.3 ⁇ m to 1.5 ⁇ m depending on the ratio of In atoms to Ga atoms in the quantum well layer;
  • light emission with a wavelength of about 400 to 700 nm can be generated according to the ratio of In atoms to Ga atoms (see FIG. 17).
  • the intensity of light emission is affected by the p-type region, the n-type region, or the stacked structure of quantum well layers.
  • the semiconductor light-emitting device array of this invention can be manufactured by arbitrary methods, unless the effect of this invention is impaired, For example, it can be manufactured by the method including the following steps.
  • a semiconductor crystal substrate is prepared, and its crystal axis (111) surface is covered with an insulating film.
  • the insulating film may be formed on the substrate surface by sputtering, for example.
  • An opening is formed in the insulating film formed on the surface of the semiconductor crystal substrate. The opening may be formed in the insulating film by photolithography or electron beam lithography.
  • the insulating film is divided into two or more regions, and the opening area of the openings formed in the same region and the density of the openings are made uniform.
  • the size of the opening area and the density of the openings affect the length of the semiconductor rod to be formed. Therefore, if the size and arrangement of the openings in each region are appropriately set according to the desired semiconductor rod, the emission wavelengths from the semiconductor rods formed in each region can be made different from each other. As a result, the semiconductor light emitting element array of the present invention that emits multicolor light is obtained.
  • a semiconductor rod is formed by growing a crystal from a semiconductor crystal substrate covered with an insulating film having an opening through the opening.
  • MOCVD metal organic vapor phase epitaxy
  • a semiconductor rod can be formed by heating the semiconductor crystal substrate disposed in the reaction furnace to about 400 ° C. to 900 ° C. and supplying a gas such as an organometallic raw material to the reaction furnace.
  • a gas such as an organometallic raw material to the reaction furnace.
  • GaAs trimethylgallium may be used as a Ga source gas and arsine may be used as an As source gas.
  • AlGaAs trimethylgallium may be used as a Ga source gas, arsine as an As source gas, and trimethylaluminum as an aluminum source gas.
  • Formation of a semiconductor rod by crystal growth includes a step of forming a p-type semiconductor layer and a step of forming an n-type semiconductor layer. That is, the semiconductor rod includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, and has a pn junction.
  • the p-type semiconductor layer may be formed first, and then the n-type semiconductor layer may be formed; the n-type semiconductor layer may be formed first, and then the p-type semiconductor layer may be formed.
  • a means for making the semiconductor layer p-type or n-type may be appropriately selected and employed. For example, when growing n-type GaAs, Si 2 H 6 gas may be supplied in addition to the supply of the organic metal source gas. When growing p-type GaAs, dimethyl zinc may be supplied in addition to the supply of the organic metal source gas.
  • the formation of the semiconductor rod by crystal growth may include a step of forming a quantum well layer.
  • the quantum well layer is preferably non-doped, that is, neither p-type nor n-type. Since the potential of the quantum well layer needs to be smaller than the potential of the barrier layer sandwiching it, it is different from the material of the barrier layer. Therefore, in the step of forming the quantum well layer, the organometallic source gas supplied to the reaction furnace is changed.
  • the supplied organic metal source gas causes a gas phase chemical decomposition reaction on the substrate surface (crystal axis (111) plane) exposed at the opening, and a desired crystal is deposited and grown.
  • the crystals are deposited in a granular shape or a hill shape. Therefore, compared to the horizontal direction, the crystal is less likely to grow in the rod height direction and the height of the rod is low.
  • the growth time is lengthened, the crystal gradually grows in the height direction, and a rod-shaped semiconductor crystal is obtained.
  • the vertical cross section with respect to the growth direction of the semiconductor rod changes according to the shape of the opening. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor rod having a polygonal column shape close to a cylinder when the opening is triangular, a triangular prism, a hexagonal column when the opening is circular, and a circular column.
  • the thickness of the semiconductor rod can also be generally controlled by the diameter of the opening.
  • the rate of crystal growth in the height direction varies depending on the area and arrangement of the openings. That is, if the area of the opening is increased, the crystal growth rate in the height direction is reduced, so that the height of the semiconductor rod is reduced, and when the quantum well layer is formed, the thickness of the quantum well layer is also reduced. Become. Similarly, if the density of the openings is reduced, the crystal growth rate in the height direction is reduced, so that the height of the semiconductor rod is reduced, and when a quantum well layer is formed, the thickness of the quantum well layer is also reduced. getting thin.
  • the insulating film formed on the surface of one substrate is divided into several regions, and openings having different opening areas and density are formed for each region. Therefore, even if a semiconductor rod is formed by growing a semiconductor crystal on the same substrate at the same time, semiconductor rods having different light emission characteristics are formed in each region, so that a light emitting element array that emits multicolor light can be easily manufactured. sell.
  • the optical transmitting device of the present invention includes the semiconductor light emitting element array of the present invention and an optical waveguide.
  • the semiconductor light-emitting element array of the present invention includes a plurality of light-emitting elements that emit light of different wavelengths, and thus can be applied to a parallel transmission system or a wavelength multiplexing transmission system.
  • the first optical transmission device is provided with an optical waveguide in each of the light emitting element regions of the semiconductor light emitting element array.
  • the size of the region where the semiconductor rod is formed in each region is preferably the same as or slightly smaller than the core size of the corresponding optical waveguide.
  • the optical transmission device shown in FIG. 18 can be applied to a parallel transmission system.
  • the second optical transmitter device combines light from the light emitting elements of the semiconductor light emitting element array with an optical multiplexer, and the combined light passes through the optical waveguide in a wavelength multiplexing manner.
  • the optical transmission device shown in FIG. 19 can be applied to a wavelength multiplexing transmission system.
  • one optical waveguide for example, an optical fiber
  • the wavelength interval of the light emitted from each light emitting region can be adjusted to about 10 nm.
  • the lighting equipment of this invention has the semiconductor light-emitting element array of this invention, and an optical waveguide.
  • a single optical waveguide is combined with a semiconductor element array including three light emitting elements: a light emitting element that emits blue light, a light emitting element that emits green light, and a light emitting element that emits red light. If so, white light can be guided.
  • the illumination device of the present invention can be used as a medical device, for example, as an illumination fiber.
  • FIG. 1A is a diagram showing a state in which a semiconductor crystal substrate 1 (for example, GaAs, InP, Si, etc.) is covered with an insulating film 2.
  • the surface of the substrate 1 covered with the insulating film 2 is a crystal axis (111) plane.
  • the thickness of the insulating film 2 is 20 nm, for example.
  • the insulating film 2 is divided into four regions of insulating film portions 2A to 2D.
  • the sizes (a ⁇ b) of the insulating film portions 2A to 2D may be different from each other or the same.
  • the length of the length a and the length of the width b are not particularly limited, but both will be described below as 100 ⁇ m.
  • the distance between the centers of each region that is, the center distance c1 between the insulating film part 2A and the insulating film part 2B, the center distance c2 between the insulating film part 2B and the insulating film part 2C, the insulating film part 2C and the insulating film part
  • the description will be made assuming that the center distance c3) from 2D is 250 ⁇ m.
  • FIG. 1B is a diagram showing a state in which two or more (nine in the figure) openings 3A to 3D are formed in each of the insulating film portions 2A to 2D.
  • the openings 3A to 3D expose the surface of the substrate 1.
  • the openings 3A to 3D are formed using a fine pattern forming technique such as photolithography and electron beam lithography used in the semiconductor manufacturing process.
  • the shape of the openings 3A to 3D is not particularly limited, and may be a rectangle, a triangle, a hexagon, a circle, or the like.
  • the opening areas of the openings 3A to 3D may be 10 nm to 500 nm in diameter when the openings are circular. In FIG. 1B, the opening areas of the openings 3A to 3D are the same. In the following description, the diameter of the openings 3A to 3D is assumed to be 80 nm.
  • the distance between the openings 3A arranged in the insulating film part 2A (the vertical distance is p1A and the horizontal distance is p2A) is substantially constant.
  • the distance between the openings 3B arranged in the insulating film part 2B (p1B and p2B), the distance between the openings 3C arranged in the insulating film part 2C (p1C and p2C), and the insulating film part D are arranged.
  • the distances (p1D and p2D) between the openings 3D are substantially constant.
  • the distance between the openings may be adjusted to several tens of nm to several ⁇ m.
  • the vertical distance p1 and the horizontal distance p2 are substantially the same, but different distances may be used for p1 and p2.
  • the distance between the openings is different for each of the insulating film portions 2A to 2D. That is, the distance between the openings 3B in the insulating film 2B is larger than the distance between the openings 3A in the insulating film 2A; the insulating film 2C is larger than the distance between the openings 3B in the insulating film 2B. The distance between the openings 3C in the insulating film part 2C is larger than the distance between the openings 3C in the insulating film part 2C.
  • FIG. 1C is a diagram showing a state in which semiconductor rods 4A to 4D are formed on the structure shown in FIG. 1B.
  • the semiconductor rods 4A to 4D are formed using a metal organic chemical vapor deposition method or the like. Specifically, GaAs crystals are grown using trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) as source gases of Ga and As; and further, AlGaAs is grown using trimethylaluminum (TMA) as an Al source. It was. These source gases are supplied to the surface of the substrate 1 heated and held at about 750 ° C. for a predetermined time.
  • TMG trimethylgallium
  • AsH 3 arsine
  • AlGaAs is grown using trimethylaluminum (TMA) as an Al source. It was.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of each semiconductor rod 4 formed.
  • the semiconductor rod 4 shown in FIG. 2 is formed in a single crystal growth cycle.
  • the n-type GaAs layer 23 / n-type AlGaAs layer 24 / GaAs layer 25 / p-type AlGaAs layer 26 / p-type GaAs layer 27 are formed on one semiconductor rod, and the GaAs layer which is a quantum well layer
  • a structure (quantum well structure) in which the p-type AlGaAs layer 26 and the n-type AlGaAs layer 24, which are barrier layers, are sandwiched between both surfaces of 25 is obtained.
  • the pn junction structure of the semiconductor rod shown in FIG. 2 is obtained by growing the p-type semiconductor layer after growing the n-type semiconductor layer. Conversely, the p-type semiconductor layer is grown. Then, an n-type semiconductor layer may be grown to form a semiconductor rod having a pn junction structure.
  • the opening area of the opening formed in FIG. 1B is substantially constant, the distance (p1 or p2) between the openings varies depending on the insulating film portions 2A to 2D. Is different for each of the insulating film portions 2A to 2D. Therefore, the thickness of each semiconductor rod is almost the same, but the height h differs depending on the insulating film portions 2A to 2D.
  • the height hA of the formed semiconductor rod 4A is large; Since the distance between the openings is longer in the order of the insulating film portion C and the insulating film portion D, the semiconductor rod is shorter in that order (hB> hC> hD). That is, the distance between the openings and the height of the semiconductor rod are in an inversely proportional relationship.
  • the height hA of the semiconductor rod 4A formed on the insulating film portion 2A is 1 ⁇ m; the height hB of the semiconductor rod 4B formed on the insulating film portion 2B is 0.5 ⁇ m;
  • the height hC of the formed semiconductor rod 4C was set to 0.3 ⁇ m;
  • the height hD of the semiconductor rod 4D formed in the insulating film portion 2D was set to 0.2 ⁇ m.
  • the quantum well layer 25 of the semiconductor rod 4A in the insulating film portion 2A ( The thickness of GaAs) is the largest, and the thickness of the quantum well layer 25 decreases in the order of the semiconductor rods 4B, 4C, and 4D of the insulating film portions 2B, 2C, and 2D.
  • the thickness of the quantum well layer 25 of the semiconductor rod 4A of the insulating film part 2A is 10 nm; the thickness of the quantum well layer 25 of the semiconductor rod 4B of the insulating film part 2B is 5 nm;
  • the thickness of the quantum well layer 25 of the semiconductor rod 4C was 4 nm; the thickness of the quantum well layer 25 of the semiconductor rod 4D of the insulating film portion 2D was 2.5 nm.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the distance (p) between the centers of the openings 3A to 3D formed in the insulating film and the thickness (t) of the quantum well layer 25 of each of the semiconductor rods 4A to 4D.
  • the graph of FIG. 3 shows three curves with varying arsine supply pressure (5 ⁇ 10 ⁇ 4 atm, 2.5 ⁇ 10 ⁇ 4 atm, or 1 ⁇ 10 ⁇ 3 atm). As shown in FIG. 3, it can be seen that the thickness of the quantum well layer increases as the distance between the centers of the openings is shorter, regardless of the arsine supply amount.
  • FIG. 4 shows a state in which the semiconductor rod 4 is substantially concentrically covered with a film 28 obtained by laterally growing AlGaAs.
  • the AlGaAs lateral growth film 28 keeps the arsine supply pressure at a high value (about 5 ⁇ 10 ⁇ 4 atm to 1 ⁇ 10 ⁇ 3 atm) while keeping the growth temperature constant in the range of 650 to 750 ° C. May be formed.
  • the gap between the semiconductor rods 4 formed on the substrate 1 may be filled with an insulating material 12.
  • the insulating material 12 include silicon oxide.
  • the p-type electrode 13 is formed at the tip of the semiconductor rod 4 (on the p-type GaAs layer 27).
  • the p-type electrode 13 has a pattern structure that facilitates extraction of light from the semiconductor rod 4 and is a transparent electrode.
  • the p-type electrode 13 is formed of a Cr / Au laminated electrode, InSn oxide, or the like.
  • an n-type electrode 11 is formed on the back surface of the substrate 1.
  • the n-type electrode 11 may be formed of AuGeNi or the like. In this way, the semiconductor light emitting element array of the present invention is obtained.
  • FIG. 6 is a perspective view of the semiconductor light emitting element array of the present invention.
  • the semiconductor rods 4A to 4D formed in the insulating film portions 2A to 2D have different heights, and the quantum well layers formed in the semiconductor rods 4A to 4D have different thicknesses. Further, an n-type electrode 11 is formed on the substrate 1, and p-type electrodes 13A to 13D are formed on the respective semiconductor rods 4A to 4D.
  • FIG. 7 shows the peak of the emission wavelength when light is emitted at 300K. It can be seen that the emission wavelength increases as the thickness t of the quantum well layer of the quantum well structure of the semiconductor rod increases.
  • Table 1 summarizes each parameter of the insulating film opening and the semiconductor rod of the semiconductor light emitting element array (see FIG. 6) obtained in Embodiment 1 and the emission wavelength. As shown in Table 1, the shorter the distance between the openings formed in the insulating film (that is, the higher the density of the openings), the higher the height of the semiconductor rod and the quantum well layer included in the semiconductor rod. Increases thickness. Furthermore, it can be seen that the emission peak wavelength at each temperature shifts to the longer wavelength side as the distance between the openings increases.
  • FIG. 8A is a drawing similar to FIG. 1A, in which the crystal axis (111) plane of the semiconductor crystal substrate 1 is covered with an insulating film 2, and the insulating film 2 is divided into insulating film portions 2E to 2H.
  • the thickness of the insulating film 2 and the size of the insulating film portions 2E to 2H may be the same as in FIG. 1A.
  • FIG. 8B shows a state in which nine openings 3E to 3H are formed in each of the insulating film portions 2E to 2H.
  • the distance between the centers of the openings is the same.
  • the area of the opening (that is, the diameter dE to dH of the opening 3) is different for each of the insulating film portions 2E to 2H. That is, the area of the opening 3E formed in the insulating film part 2E is small, the opening 3F formed in the insulating film part 2F, the opening 3G formed in the insulating film part 2G, and the insulating film part 2H.
  • the opening area is larger in the order of the opening 3H.
  • the diameter dE of the opening 3E was 50 nm; the diameter dF of the opening 3F was 60 nm; the diameter dG of the opening 3G was 70 nm; and the diameter dH of the opening 3H was 100 nm.
  • FIG. 8C is a diagram showing a state in which the semiconductor rods 4E to 4H are formed on the substrate 1 shown in FIG. 8B.
  • the semiconductor rods 4E to 4H are formed by the same method (MOCVD method or the like) as in FIG. 1 under the same conditions. That is, each semiconductor rod has n-type GaAs layer 23 / n-type AlGaAs layer 24 / GaAs layer 25 / p-type AlGaAs layer 26 / p-type GaAs layer 27 as shown in FIG.
  • the height of the semiconductor rod 4E of the insulating film portion 2E is the highest, the semiconductor rod 4F of the insulating film portion 2F, the semiconductor rod 4G of the insulating film portion 2G, and the semiconductor rod 4H of the insulating film portion 2H.
  • the height decreases in the order of.
  • the smaller the area of the opening formed in the insulating film the longer the semiconductor rod can be obtained.
  • FIG. 9 shows the relationship between the thickness of the semiconductor rods 4E to 4H (that is, the size of the openings 3E to 3H formed in the insulating film) and the thickness t of the quantum well layers of the semiconductor rods 4E to 4H.
  • the graph of FIG. 9 shows three curves with varying arsine supply pressure (5 ⁇ 10 ⁇ 4 atm, 2.5 ⁇ 10 ⁇ 4 atm, or 1 ⁇ 10 ⁇ 3 atm). As shown in FIG. 9, it can be seen that the thickness t of the quantum well layer increases as the thickness of the semiconductor rod (size of the opening) decreases in each arsine supply amount.
  • the semiconductor rod 4 was covered (see FIG. 4), the gap between the semiconductor rods 4 was filled with an insulating film (see FIG. 5), and a p-type electrode and an n-type electrode were formed. (See FIG. 5).
  • the semiconductor light emitting element array of the present invention shown in FIG. 10 was obtained.
  • the height of the semiconductor rod can be controlled according to the density of the openings formed in the insulating film (distance between the openings) or the area of the openings, And the emission wavelength can be controlled.
  • the semiconductor rod shown in FIG. 2 has an n-type GaAs layer 23 / n-type AlGaAs layer 24 / GaAs layer 25 / p-type AlGaAs layer 26 / p-type GaAs layer 27. It is not limited to.
  • FIG. 11 shows an example of another semiconductor rod having a quantum well structure. That is, it has a GaAs / AlGaAs layer 35 that is a quantum well layer, an n-type GaAs / AlGaAs multilayer 34 that is a barrier layer, and a p-type GaAs / AlGaAs multilayer 36. Further, the quantum well structure is sandwiched between the n-type GaAs layer 33 and the p-type GaAs layer 37.
  • the barrier layers 34 and 36 have a multilayer structure in which a GaAs layer and an AlGaAs layer are repeatedly stacked. At this time, it is preferable that the period of the GaAs / AlGaAs layers of the barrier layers 34 and 36 is the same as the emission wavelength from the quantum well layer 35.
  • the thickness in the growth direction can be controlled by adjusting the crystal growth time.
  • FIG. 12 shows an example of another semiconductor rod having a quantum well structure. That is, it has an InGaAs layer 45 which is a quantum well layer, and an n-type GaAs layer 44 and a p-type GaAs layer 46 which are barrier layers sandwiching the InGaAs layer 45. Further, the quantum well structure is sandwiched between the n-type GaAs layer 43 and the p-type GaAs layer 47.
  • the relationship between the thickness of the semiconductor rod shown in FIG. 12 and the ratio of In atoms to Ga atoms (In atoms / Ga atoms) contained in the InGaAs layer 45 which is a quantum well layer included in the semiconductor rod is shown in the graph of FIG. 13A. It is. As shown in FIG. 13A, the ratio increases as the rod thickness increases. Furthermore, the relationship between the thickness of the semiconductor rod shown in FIG. 12 and the emission wavelength therefrom is shown in the graph of FIG. 13B. As shown in FIG. 13B, it can be seen that the peak of the emission wavelength shifts to the longer wavelength side as the thickness of the semiconductor rod increases.
  • the emission wavelength of the semiconductor rod shown in FIG. 12 can be controlled by the area of the opening (see FIGS. 1B and 8B) formed in the insulating film.
  • FIG. 14 shows an example of another semiconductor rod having a quantum well structure. That is, it has an InGaAs layer 55 which is a quantum well layer, and an n-type InGaAsP layer 54 and a p-type InGaAsP layer 56 which are barrier layers sandwiching the InGaAs layer 55. Further, the quantum well structure is sandwiched between the n-type InP layer 53 and the p-type InP layer 57. Further, the side surface of the semiconductor rod is covered with a high resistance InP layer 58.
  • FIG. 15 shows an example of another semiconductor rod having a quantum well structure. That is, it has an InGaAsP layer 65 which is a quantum well layer, and an n-type InGaAsP / InP multilayer 64 and a p-type InGaAsP / InP multilayer 66 which are barrier layers sandwiching the InGaAsP layer 65.
  • the barrier layers 64 and 66 have a multilayer structure in which an InGaAsP layer and an InP layer are repeatedly stacked.
  • the quantum well structure is confined to the n-type InP layer 63 and the p-type InP layer 67.
  • the emission intensity can be increased. Further, the side surface of the semiconductor rod is covered with a surface protective layer 68.
  • the emission wavelengths from the quantum well layer InGaAs layer 55 and the InGaAsP layer 65 which are the light emitting portions of the semiconductor rod shown in FIGS. 14 and 15, are in the 1.3 ⁇ m to 1.5 ⁇ m band. In this case, long-distance communication with a communication distance of 100 km or more is possible.
  • the high resistance InP layer 58 (FIG. 14) or the surface protective layer 68 (FIG. 15) having the same function as that of the high resistance InP layer 58 is formed to stabilize and protect the side surface of the semiconductor rod, Life expectancy is achieved.
  • FIG. 16 shows an example of another semiconductor rod having a quantum well structure. That is, it has an InGaN layer 75 that is a quantum well layer and an n-type GaN / InGaN multilayer 74 and a p-type GaN / InGaN multilayer 76 that are barrier layers sandwiching the InGaN layer 75.
  • the barrier layers 74 and 76 have a multilayer structure in which a GaN layer and an InGaN layer are repeatedly stacked. Further, the quantum well structure is sandwiched between the n-type GaN layer 73 and the p-type GaN layer 77.
  • the emission intensity is increased by making the period of the GaN / InGaN layers of the n-type GaN / InGaN multilayer 74 and the p-type GaN / InGaN multilayer 76 the same as the emission wavelength from the quantum well layer InGaN layer 75 that is the light emitting portion. be able to.
  • the n-type GaN / InGaN multilayer 74 and the p-type GaN / InGaN multilayer 76 may be an n-type AlGaN single layer and a p-type AlGaN single layer.
  • FIG. 17 shows the relationship between the ratio of In atoms to Ga atoms (In atoms / Ga atoms) in the InGaN layer 75, which is the quantum well layer of the semiconductor rod shown in FIG. 16, and the emission wavelength.
  • the emission wavelength can be adjusted to a wavelength in the range from blue to red according to the ratio of In atoms to Ga atoms in the quantum well layer 75.
  • the semiconductor rod shown in FIG. 16 may be covered with an AlGaN or high-resistance protective film around the pn junction rod in the same manner as shown in FIG. 4 and FIG. . Thereby, the reliability of the element can be improved.
  • the ratio of In atoms to Ga atoms in the InGaN layer can be controlled by adjusting the thickness of the semiconductor rod to be grown. Therefore, the emission wavelength from the semiconductor rod can be controlled by adjusting the area of the opening (see FIGS. 1B and 8B) formed in the insulating film.
  • FIG. 18 shows an optical transmitting device having the semiconductor light emitting element array 100 (see FIG. 10) of the present invention and optical waveguides 80A to 80D.
  • the semiconductor light emitting element array 100 includes light emitting elements 110A to 110D.
  • the semiconductor light emitting element array 100 includes a semiconductor crystal substrate 1; an n-type electrode 11 in contact with the semiconductor crystal substrate 1.
  • Each of the light emitting elements 110A to 110D includes a plurality of semiconductor rods 4A to 4D and p-type electrodes 13A to 13D in contact with the tips of the semiconductor rods.
  • the optical waveguides 80A to 80D arranged in the vicinity of the p-type electrodes 13A to 13D arranged in the light emitting elements 110A to 110D receive light from the light emitting elements and propagate the light.
  • the arrangement position of the optical waveguide 80 and its material are not particularly limited.
  • the optical waveguide 80 has a core 81 and a clad 82, and light is guided to the core 81, and light propagates through the core 81.
  • the arrangement positions of the optical transmitters shown in FIG. 18 are set so that the light from the light emitting elements 110A to 110D can be reliably received by the optical waveguides 80A to 80D.
  • the core of the optical waveguide is slightly larger than the range in which the semiconductor rod group disposed in each region is formed. This is because the direction of light emission from the semiconductor rod does not completely coincide with the extending direction of the rod but tends to spread slightly.
  • the diameter D2 of the core of a normal optical waveguide is about 50 to 125 ⁇ m, and the light spreading angle ⁇ is about 5 to 10 °.
  • 19A shows a printed circuit board 120; a semiconductor light emitting element array chip 100 including a plurality of light emitting elements mounted on the circuit board 120; a light receiving element array 200 that receives light; a semiconductor light emitting element array chip 100 and a light receiving element array chip.
  • 1 shows an optical signal transmission / reception device having a driver IC 101 and a receiver IC 201;
  • an optical multiplexer / demultiplexer 300 and an optical waveguide 310 may be installed in the semiconductor light emitting element array 100.
  • Light having different wavelengths emitted from each of the plurality of light emitting elements included in the semiconductor light emitting element array 100 is multiplexed into one optical signal by the optical multiplexer / demultiplexer 300.
  • a wavelength division multiplexing transmission system (a system capable of transmitting optical signals having a plurality of wavelengths in only one optical waveguide) may be obtained by guiding the multiplexed signal to one optical waveguide 310.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing a network configuration of the regional communication network 420 connected to the host server 440 connected to the Internet 450.
  • a branch server 410 is connected to the regional communication network 420, and a terminal PC 430 is connected to the branch server 410.
  • a server unit 400 is stored in the branch server 410, and an optical signal transmitting / receiving device including the semiconductor light emitting element array 100 of the present invention mounted on the circuit board 120 is disposed in the server unit 400.
  • FIG. 21 and 22 show other examples in which the light emitting element array of the present invention is applied to an optical transmission device.
  • the substrate 500 of FIG. 21 four insulating film pattern portions 501, 502, 503, and 504 are formed.
  • Each of the four insulating film pattern portions 501, 502, 503, and 504 has five openings.
  • the opening areas of the five openings formed in each insulating film pattern are the same.
  • the opening area increases in the order of the opening of the insulating film pattern 501, the opening of the insulating film pattern 502, the opening of the insulating film pattern 503, and the opening of the insulating film pattern 504.
  • Semiconductor rods 511, 512, 513, and 514 are formed from the substrate 500 through the opening of the insulating pattern portion by MOCVD. As described above, since the area of the opening is different for each insulating pattern portion, the thickness and height of the semiconductor rods 511, 512, 513, and 514 can be different from each other. For example, when an LED semiconductor (InGaAs) rod having a pn junction is formed, the thickness of the light emitting portion of the InGaAs rod is about 150 nm (rod 511), about 200 nm (rod 512), and about 250 nm (rod 513), about 300 nm (rod 514). As shown in FIG. 13B, the wavelength of light emitted from each rod is in the range of 910 to 950 nm and has a wavelength interval of about 10 nm from each other.
  • LED semiconductor InGaAs
  • the electrode 520 is disposed on the substrate 500, and the electrodes 521, 522, 523, and 524 that are counter electrodes of the electrode 520 are disposed on each of the semiconductor rods 511, 512, 513, and 514.
  • the electrodes 521, 522, 523, and 524 are electrically connected to the electrodes 521 ', 522', 523 ', and 524' through wiring.
  • Side surfaces of the semiconductor rods 511, 512, 513, and 514 are embedded in the embedded layer 530.
  • a multimode optical fiber 550 having a core 551 having a diameter of 65 ⁇ m and a clad 552 is disposed above the light emitting surface of the light emitting element array shown in FIG.
  • the light emitting element array shown in FIG. 22 emits light having four types of wavelengths ( ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 ) upward from the substrate surface. All of the light is incident on the end face of the core 551 of the optical fiber 550.
  • four-wave multiplex communication can be realized by one optical fiber, and an optical multiplexer is not required.
  • the light emitting element array of the present invention can also be used as lighting equipment.
  • a light emitting element array including three types of light emitting elements that emit light of three types of wavelengths ( ⁇ A , ⁇ B , and ⁇ C ) of blue, green, and red can be used as a three-color LED light source.
  • an optical fiber is coupled to the light emitting element array, an illumination fiber can be obtained.
  • Each insulating film pattern portion can be a circle having a diameter of 10 ⁇ m, and the interval between the pattern portions can be 20 ⁇ m.
  • Five openings are formed in each of the three insulating film pattern portions 601, 602, and 603.
  • the opening areas of the five openings formed in the insulating film pattern portion 601 are the same, and the opening areas of the five openings formed in the insulating film pattern portion 602 are the same as each other.
  • the opening areas of the five openings formed are the same.
  • the area of the opening formed in the insulating film pattern portion 601 is the smallest, and the area of the opening formed in the insulating film pattern portion 603 is the largest.
  • the semiconductor rods 611, 612, and 613 were grown from the substrate 600 through the opening of the insulating pattern portion by the MOCVD method. As described above, since the areas of the openings of the insulating pattern portions are different from each other, the thickness and height of the semiconductor rods 611, 612, and 613 can be different from each other. For example, when forming a semiconductor (InGaN) rod having a pn junction, the atomic composition ratio of In / Ga is adjusted by adjusting the thickness (diameter) of the rod (see the graph of FIG. 25), and the atomic composition of In / Ga. The emission wavelength is controlled by adjusting the ratio.
  • the atomic composition ratio of In / Ga is adjusted by adjusting the thickness (diameter) of the rod (see the graph of FIG. 25), and the atomic composition of In / Ga.
  • the emission wavelength is controlled by adjusting the ratio.
  • ⁇ A , ⁇ B , ⁇ C light of three types of wavelengths ( ⁇ A , ⁇ B , ⁇ C ) of blue, green, and red is emitted from each of the semiconductor rods 611, 612, and 613. That is, by setting the diameter of the InGaN semiconductor rod to about 100 nm (rod 611), about 150 nm (rod 612), and about 200 nm (rod 613), the rod 611 emits blue light, the rod 612 emits green light, and the rod 613 emits red light. Can be made.
  • the electrode 620 is disposed on the substrate 600, and the electrodes 621, 622, and 623 that are the counter electrodes of the electrode 620 are disposed on the semiconductor rods 611, 612, and 613, respectively.
  • the electrodes 621, 622, and 623 are electrically connected to the electrodes 621 ', 622', and 623 'through wiring. Side surfaces of the semiconductor rods 611, 612, and 613 are embedded in the embedded layer 630.
  • An optical fiber 650 having a core 651 having a diameter of 50 ⁇ m and a clad 652 is disposed above the light emitting surface of the light emitting element array shown in FIG.
  • the light-emitting element array shown in FIG. 24 emits light having three types of wavelengths ( ⁇ A , ⁇ B , and ⁇ C ) from the substrate surface upward. All of the light is incident on the end face of the core 651 of the optical fiber 650. Therefore, low-loss optical coupling is realized, and light can be transmitted far away.
  • the semiconductor light emitting element array of the present invention is applied to various uses.
  • PCs personal computers
  • the Internet are widened and increased in capacity
  • optical communication technology using optical fibers has been developed starting with the backbone long-distance communication network, and is now spreading to each household at the end.
  • a short distance of several hundred meters to several kilometers such as in a company or a school
  • a communication network using an electric signal has been developed so far, and the need for a communication network using light is insignificant.
  • a system using optical transmission is advantageous in place of conventional electric signal transmission.
  • a parallel transmission system that uses one signal transmission path or a plurality of signal transmission paths and a wavelength multiplexing system that uses a plurality of wavelengths simultaneously rather than a single wavelength are suitable for large-capacity communication.
  • the semiconductor light emitting element array of the present invention is particularly preferably applied to a parallel transmission system or a wavelength division multiplexing optical transmission system.
  • the semiconductor light emitting element array of the present invention can also be used as an illumination device.

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Abstract

本発明は、ＭＯＶＰＥ選択成長法を用いて、同一基板上に複数の波長を有する半導体面発光素子を製造することを目的とする。具体的に、半導体結晶基板；前記基板の表面に配置された絶縁膜であって、前記絶縁膜は２以上の領域に区分されており、かつ前記２以上の領域のそれぞれには、前記基板の表面を露出させる２以上の開口部が形成されている絶縁膜；前記基板の表面から前記開口部を通って上方に延伸する半導体ロッドであって、前記延伸方向にｎ型半導体層とｐ型半導体層が積層されており、ｐ－ｎ接合を有する半導体ロッド、ならびに前記半導体結晶基板に接続された第一電極、および前記半導体ロッドの上部に接続された第二電極を含む半導体発光素子アレーであって、前記半導体ロッドの前記基板表面からの高さは、前記２以上の領域毎に異なる、半導体発光素子アレーが提供される。

Description

半導体発光素子アレー、およびその製造方法
　本発明は、半導体発光素子アレー、およびその製造方法に関する。
　従来から、半導体ロッドからの発光を利用する発光素子が開発されている（特許文献１を参照）。たとえば特許文献１には、半導体基板上にｐｎ接合を含む半導体ロッドを形成し、基板側とロッドにそれぞれ電極を設けた発光素子であって、半導体ロッド間の間隔を等間隔とした発光素子が提案されている。この発光素子は、基板表面に垂直または平行な方向に光を発する。
　さらに、半導体ロッドからの発光を利用する発光素子を含み、多色で発光する半導体発光素子アレーも知られている（特許文献２および３を参照）。
　例えば特許文献２には、井戸層と障壁層との組み合わせを繰り返し積層した（例えば３回繰り返した）多重量子井戸構造を有し、それぞれの井戸層の厚さを変えることにより、多色で発光する発光素子が提案されている。さらに、発生する多色光を、所望の単色波長透透過膜（波長選択フィルタ）に通すことにより、波長選択を行うことが提案されている。
　また特許文献３には、２層以上の活性層を形成し、各活性層にそれぞれ対応する電極対を設けた発光素子が記載されている。この発光素子は、各電極対に所定の電圧を印加されることにより、各活性層から発光が起こり多色で発光する。
　一方、ナノピラー状の半導体ロッドを形成する重要な技術として、ＭＯＶＰＥ選択成長法（Selective-area metal organic vapor phase epitaxy）が知られている（非特許文献１および２を参照）。ＭＯＶＰＥ選択成長法とは、半導体結晶基板の特定領域だけを露出させて、ＭＯＶＰＥで露出部分に選択的に半導体結晶を成長させる手法である。非特許文献１および２には、半導体結晶基板の露出部分を調整することにより、成長させる半導体結晶の太さや高さを制御することができると報告されている。例えば、成長されたロッド（ナノピラー）の高さは、露出部分の径を小さくすると上昇し、露出部分同士の間隔幅（ピッチ）が狭くなると上昇することが示されている。もちろん、成長されたロッドの太さは、露出部分の面積を大きくすると上昇する。
　一方、多波長の面発光素子を作製する技術が報告されている（非特許文献２および３を参照）。これらはいずれも、面発光素子用のＧａＩｎＡｓ/ＧａＡｓ量子井戸構造の薄膜を成長させる技術に関する。この技術では、まずＧａＡｓ（００１）面基板上に、複数の直線状の凸型段差（メサ）を互いに並行に形成する。その後、ＭＯＣＶＤにより基板上に多層薄膜を堆積する。この工程において、メサの上面に薄膜を厚く堆積させる一方で、隣り合うメサ同士の間の谷間の面に、メサ上面の薄膜よりも薄い薄膜を堆積させる。
　メサの幅、段差（高さ）、隣り合うメサ同士の間隔など（制御パラメータともいう）によって、メサ同士の間の谷間の面に堆積する薄膜の厚さを制御することができる。つまり、これらの制御パラメータが、ＭＯＣＶＤ薄膜成長による膜厚の分布を決定し、作製される発光素子からの発光波長を制御する。そのため、薄膜の厚さ（発光素子の発光波長）を適切に制御するためには、メサを精密に設計・製造しなければならない。
特開平４－２１２４８９号公報 特開２００３－３４７５８５号公報 特開平７－１８３５７６号公報 Noborisaka, J. et al., "Catalyst-free growth of GaAsnanowires by selective-area metalorganicvapor-phase epitaxy", Applied Physics Letters, vol. 86, pp. 213102-1 - 213102-3, (2005). Yang, L. et al., "Size-dependent photoluminescence of hexagonal nanopillars with single InGaAs/GaAsquantum wells fabricated by selective-area metal organic vapor phase epitaxy", Applied Physics Letters, vol. 89, pp. 203110-1 - 203110-3, (2006). M. Arai, et al., "Multiple-wavelength GaInAs-GaAsvertical cavity surface emitting laser array with extended wavelength span", IEEE journal of selected topics in quantum electronics, vol. 9, No.5, (2003) pp. 1367-1373. A. Onomura, et al., "Densely integrated multiple-wavelength vertical cavity surface-emitting laser array", Japanese journal of applied physics, vol. 42, (2003) pp. L529-L531.
　異なる波長の光を発する複数の発光素子を同一基板に形成させれば、波長多重方式と称される長距離通信に有利な通信方式に適用することが可能となる。したがって、同一基板上にそれぞれ異なる波長の光を発する複数の発光素子を含む、より簡易な構造の半導体面発光素子を、簡便に製造することが求められている。
　ところが、従来の技術では、同一基板上に複数の波長を有する半導体面発光素子を製造することは、半導体結晶成長後に、複数の工程を別途付加して、別個の部材を設ける必要があった。つまり、特許文献２に示された半導体発光素子は、その半導体結晶部のそれぞれから複数の波長の光が発光するので、必要な波長を波長選択フィルターによって取り出している。そのため、波長選択フィルターを形成するという工程が必要となる。また、特許文献３に示された半導体発光素子も、複数の発光波長に相当する結晶膜部位が積層されていることから、各波長の光を分離して独立に取り出すために、半導体膜にエッチング深さの異なる多段電極構造を形成する工程が必要である。
　また、非特許文献２および非特許文献３に記載の技術においては、基板上に形成されるメサが、長さ方向に一定の幅でテーパ状になっていない場合や、メサ同士がクロスしていたり、並び方が曲線状であったり、同心円状であったりする場合には、薄膜成長時の膜厚制御が困難である。そのため、多波長の面発光素子の設計自由度が低い。
　さらに、波長１μｍ帯のコースＷＤＭ通信用発光素子の波長間隔は１０ｎｍである。非特許文献２および非特許文献３に記載の技術により、各発光素子からの発光の波長間隔を１０ｎｍとするには、素子同士の分離距離を５００μｍ以上としなければならない。したがって、多モード光ファイバ（コアの直径５０μｍ、ないしは６５μｍ）と発光素子アレーとを光結合させる場合には、発光波長の異なる発光素子毎に、それぞれ別個の光ファイバを結合しなければならない。
　本発明者は、ＭＯＶＰＥ選択成長法などを用いて、同一基板上にそれぞれ異なる波長の光を発する複数の発光素子を含む半導体面発光素子（多波長の面発光素子）を製造することを検討した。その結果、設計自由度の高い多波長の面発光素子を作製する方法を見出し、本発明を完成させた。
　すなわち本発明の第１は、以下に示す半導体発光素子アレーに関する。
　［１］　半導体結晶基板、
　前記半導体結晶基板の表面に配置された絶縁膜であって、
　　　前記絶縁膜は２以上の領域に区分されており、かつ
　　　前記２以上の領域のそれぞれには、前記基板の表面を露出させる２以上の開口部が形成されている絶縁膜、
　前記基板の表面から前記開口部を通って上方に延伸する半導体ロッドであって、前記延伸方向にｎ型半導体層とｐ型半導体層が積層されており、ｐ－ｎ接合を有する半導体ロッド、ならびに
　前記半導体結晶基板に接続された第一電極、および前記半導体ロッドの上部に接続された第二電極を含む半導体発光素子アレーであって、
　前記半導体ロッドの前記基板表面からの高さは、前記２以上の領域毎に異なる、半導体発光素子アレー。
　ここで半導体ロッド内に形成されるｎ型半導体層とｐ型半導体層の積層順は、基板側からｎ型からｐ型の順であっても、ｐ型からｎ型の順であっても、どちらでもよい。
　［２］　前記半導体ロッドは、ｐ－ｎヘテロ接合を有する、［１］に記載の半導体発光素子アレー。
　［３］　前記半導体ロッドは量子井戸構造を有する、［１］に記載の半導体発光素子アレー。
　［４］　前記開口部の面積の平均は、前記２以上の領域毎に異なる、［１］に記載の半導体発光素子アレー。
　［５］　前記開口部の中心間距離の平均は、前記２以上の領域毎に異なる、［１］に記載の半導体発光素子アレー。
　［６］　前記半導体結晶基板は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ、ＩｎＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣ、およびＡｌ２Ｏ３からなる群から選択される半導体材料の結晶基板であり、かつ
　前記絶縁膜が配置された基板の表面は、結晶軸（１１１）面である、［１］に記載の半導体発光素子アレー。
　［７］　前記半導体ロッドは、有機金属気相成長法または分子線エピタクシー法により形成される、［１］に記載の半導体発光素子アレー。
　［８］　前記第一電極はｎ電極であり、かつ
　前記第二電極はｐ電極であって、透明電極である、［１］に記載の半導体発光素子アレー。
　［９］　前記第一電極はｐ電極であり、かつ
　前記第二電極はｎ電極であって、透明電極である、［１］に記載の半導体発光素子アレー。
　本発明の第２は、以下に示す半導体発光素子アレーの製造方法に関する。
　［１０］　前記［１］に記載の半導体発光素子アレーの製造方法であって、
　Ａ）結晶軸（１１１）面を絶縁膜で被覆された半導体結晶基板を準備するステップであって、
　　　前記絶縁膜は、２以上の領域に区分されており、
　　　前記２以上の領域のそれぞれには、前記結晶軸（１１１）面を露出させる開口部が形成されているステップ、および
　Ｂ）有機金属気相成長法または分子線エピタクシー法を用いて、前記絶縁膜で被覆された半導体結晶基板から、前記開口部を通して半導体ロッドを形成するステップであって、ｎ型半導体からなる層を形成する工程と、ｐ型半導体からなる層を形成する工程とを含むステップ、を有する半導体発光素子アレーの製造方法。
　Ｂ）ステップにおいて、ｎ型半導体からなる層を形成する工程と、ｐ型半導体からなる層を形成する工程との順序は限定されず、ｎ型半導体からなる層を形成した後に、ｐ型半導体層を形成してもよく；ｐ型半導体からなる層を形成した後に、ｎ型半導体層を形成してもよい。
　本発明の第３は、以下に示す光送信機器に関する。
　［１１］　前記［１］に記載の半導体発光素子アレー、および前記２以上の領域のそれぞれに配置され、各領域の半導体ロッドからの発光が入射する光導波路を含む、光送信機器。
　［１２］　前記［１］に記載の半導体発光素子アレー、および前記２以上の領域の半導体ロッドからの発光が入射する光導波路を含む、光送信機器。
　［１３］　前記［１］に記載の半導体発光素子アレー、前記２以上の領域の半導体ロッドからの発光を合波する光合波器、および前記合波器で合波された光が入射する光導波路を含む、光送信機器。
　本発明の第４は、以下に示す照明機器に関する。
　［１４］　前記［１］に記載の半導体発光素子アレー、および前記２以上の領域の半導体ロッドからの発光が入射する光導波路を含む、照明機器。
　［１５］　前記［１］に記載の半導体発光素子アレー、前記２以上の領域の半導体ロッドからの発光を合波する光合波器、および
　前記合波器で合波された光が入射する光導波路を含む、照明機器。
　本発明により、同一基板上に、それぞれ異なる波長の光を発する複数の発光素子を有する、多色発光する半導体発光素子アレーが提供される。本発明の半導体発光素子アレーは、簡便な構造を有し、かつより簡便に製造される。
　つまり半導体ロッドの形状やサイズ（断面積）、半導体ロッド同士の間隔、および半導体ロッドの配置状態などが、絶縁膜パターン（開口部）の形状や配置によって制御されるので、任意の半導体ロッドまたは半導体ロッド群を容易に形成することができる。したがって、半導体ロッドからの発光波長も容易に制御することができる。
　例えば、１０μｍ×１０μｍの領域内に５本の半導体ロッドを配置することができ、５本一組で出力１ｍＷの発光素子とすることができる。また、配線スペースや製造工程のマージンを考慮しても、発光素子アレーの基板上の発光素子同士の間隔を約２０μｍにまで縮めることができる。したがって、多モード光ファイバ（例えば、コアの直径５０μｍ）と発光素子アレーとを結合させる場合には、発光波長の異なる複数の発光素子からの発光を、一つの光ファイバに直接入射させることができる。したがって、光合波器を用いることなく、コースＷＤＭ（ＣＷＤＭ）通信において、１本の光ファイバで４波多重通信が実現されうる。
１つの基板に、高さの異なる半導体ロッドを形成する手順の例を示す図である（実施態様１）。図１Ａは、絶縁膜で被覆された基板を示し；図１Ｂは、絶縁膜に開口部が形成された状態を示し；図１Ｃは、半導体ロッドを形成した状態を示す。 形成された半導体ロッドの各層を模式的に示す図である。 形成された半導体ロッドの量子井戸層の厚さと、半導体ロッド同士の距離との関係を示すグラフである。 ＡｌＧａＡｓで被覆された半導体ロッドを示す図である。 半導体ロッド同士の隙間を絶縁材料で満たし、かつｎ型電極とｐ型電極を配置した状態を示す図である。 実施態様１の半導体発光素子アレーの斜視図である。 実施態様１の半導体発光素子アレーにおける各発光素子の半導体ロッドの、量子井戸層の厚さと、発光ピーク波長との関係を示すグラフである。 １つの基板に、高さの異なる半導体ロッドを形成する手順の例を示す図である（実施態様２）。図８Ａは、絶縁膜で被覆された基板を示し；図８Ｂは、絶縁膜に開口部が形成された状態を示し；図８Ｃは、半導体ロッドを形成した状態を示す。 形成された半導体ロッドの量子井戸層の厚さと、半導体ロッドの太さとの関係を示すグラフである。 実施態様２の半導体発光素子アレーの斜視図である。 ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層を量子井戸層とする半導体ロッドの一例である。 ＩｎＧａＡｓ層を量子井戸層とする半導体ロッドの一例である。 図１２に示される半導体ロッドの直径と、量子井戸層におけるＩｎ原子／Ｇａ原子との関係を示すグラフ（図１３Ａ）、および半導体ロッドの直径と、発光ピーク波長の関係を示すグラフ（図１３Ｂ）である。 ＩｎＧａＡｓ層を量子井戸層とする半導体ロッドの一例である。 ＩｎＧａＡｓＰ層を量子井戸層とする半導体ロッドの一例である。 ＩｎＧａＮ層を量子井戸層とする半導体ロッドの一例である。 図１６に示される半導体ロッドの量子井戸層におけるＩｎ原子／Ｇａ原子比率と、発光ピーク波長との関係を示すグラフである。 半導体発光素子アレー、および光導波路を含む、光送信機器を示す図である。 光信号送受信装置を示す図である。 ネットワーク形態を示す概念図である。 光送信（具体的には、４波多重通信）機器として用いられうる半導体発光素子アレーの斜視図である。 半導体発光素子アレーを含む光送信（具体的には、４波多重通信）機器を示す図である。 照明機器として用いられうる半導体発光素子アレーの斜視図である。 半導体発光素子アレーを含む照明器基を示す図である。 ＩｎＧａＮ半導体ロッドのＩｎ原子／Ｇａ原子比率と、発光ピーク波長との関係を示すグラフである。
　１．半導体発光素子アレーについて
　本発明の半導体発光素子アレーは、１）半導体結晶基板、２）半導体結晶基板の表面に配置された絶縁膜であって、基板を露出させる開口部が形成された絶縁膜、３）前記基板の表面から前記開口部を通して上方に延伸するｐ－ｎ接合を有する半導体ロッド、４）前記半導体結晶基板に接続された第一電極、および前記半導体ロッドの上部に接続された第二電極を含む。
　ここで、前記絶縁膜はいくつかの領域に区分されており、前記半導体ロッドの基板表面からの高さは、その領域毎に異なることを特徴とする。
　本発明の半導体発光素子アレーに含まれる基板は半導体結晶であればよく、半導体結晶の例には、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，Ｓｉ，ＩｎＡｓ，ＧａＮ，ＳｉＣ，Ａｌ２Ｏ３などが含まれる。
　基板の表面に配置される絶縁膜の材質は特に限定されないが、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの無機絶縁材料であればよい。絶縁膜は例えばスパッタ法で形成すればよく、膜厚は数十ｎｍであればよい。
　絶縁膜を配置される基板の表面は、基板を構成する半導体結晶の結晶軸（１１１）面である。結晶軸（１１１）面から半導体ロッドを成長させることにより、半導体ロッドの延伸方向を、半導体結晶の結晶軸（１１１）方向とすることができ、結晶の対象性によりレーザ発振を含めた発光素子としての効率が向上する。
　基板の表面に配置された絶縁膜は２以上の領域に区分されている。「区分されている」とは、絶縁膜が物理的に分離して分割されていてもよく、連続した絶縁膜を複数の領域に仮想的に区分しているだけでもよい。物理的に分離されている場合には、互いに数マイクロメートル（μｍ）以上、望ましくは５０から１００μｍ程度分離されていればよい。
　前記絶縁膜の２以上の領域のそれぞれが、本発明の半導体発光素子アレーの発光素子領域となり、かつ各発光素子からは異なる波長の光が発せられる。
　絶縁膜の各領域のサイズは、そこに形成される半導体ロッドの本数などに応じて適宜設定すればよく特に限定されない。また後述するように、光導波路と組み合わせて光送信機器とする場合（図１８参照）には、各領域内における半導体ロッドを配置する面積を光導波路のコアサイズと同程度かそれ以下にする。したがって、光導波路のコアの直径が５０マイクロメートルである場合には、絶縁膜の各領域のサイズを目安として１００マイクロメートル程度の矩形とすればよい。
　さらに、絶縁膜の各領域同士の距離も、特に限定されない。光導波路と組み合わせて光送信機器とする場合には、光導波路を配置するピッチに合わせて、領域同士の距離を設定すればよい。絶縁膜の各領域同士の距離は、通常は数μｍから数１００μｍ程度である。
　絶縁膜のそれぞれの領域には、それぞれ２以上の開口部が形成されており、開口部は基板表面まで貫通している。この開口部から半導体ロッドを成長させる。各領域に形成される開口部の数は２以上であればよいが、通常は１０以上であることが好ましい。開口部の形状は任意であり、矩形、三角形、六角形、または円形などのいずれでもよい。
　各領域における開口部の開口面積は一定であることが好ましい。開口面積は、例えば、それを円形としたときの直径が１０ｎｍ～２μｍであればよい。また各領域において開口部は均一に配置されていることが好ましい。均一に配置されているとは、開口部同士の間隔が一定であることなどを意味する。開口部同士の間隔は、約３μｍ以下であればよい。
　開口部は、フォトリソグラフィーや電子線リソグラフィーを用いて半導体結晶基板の表面に形成された絶縁膜の一部を除去して形成すればよい。
　さらに本発明の半導体発光素子アレーは、１）絶縁膜の領域ごとに、前記開口部の面積の平均が相違しているか、または２）絶縁膜の領域ごとに、単位面積あたりの前記開口部の密集度（例えば開口部同士の距離または間隔の平均）が相違することを特徴とする。開口部同士の距離または間隔は、絶縁膜の平面内の縦方向（ｘ方向）と横方向（ｙ方向）に関して、（１）ｘ方向とｙ方向とで互いに同一であってもよく、（２）ｘ方向とｙ方向とで互いに異なっていてもよい。つまり、開口部同士の距離または間隔の平均が、絶縁膜の領域ごとに異なっていればよい。
　これにより、領域毎に高さの異なる半導体ロッドを形成することが可能となる。
　本発明の半導体発光素子アレーは、開口部によって露出された基板の表面から半導体ロッドが延出しており、この半導体ロッドは、有機金属の熱分解を利用した気相成長法などによって形成されうる（後に詳細に説明する）。このとき、半導体ロッドの成長速度は、１）開口部の面積が大きいほど遅く、面積が小さいほど速くなる。つまり、開口部の面積が小さいほど、一定の成長時間で長い半導体ロッドが得られる。また半導体ロッドの成長速度は、２）開口部の密度（密集度）が高いほど早く、密度が低いほど遅くなる。つまり、開口部の密度が高いほど、一定の成長時間で長い半導体ロッドが得られる。
　前述の通り、本発明の半導体発光素子アレーは、絶縁膜に形成された開口部で露出した基板から半導体ロッドが延出している。つまり各領域には、開口部数に応じて２本以上の半導体ロッドがある。各領域における半導体ロッドの長さ、および太さはほぼ同じであることが好ましい。
　半導体ロッドを構成する半導体成分は、２つの元素からなる半導体、３つの元素からなる半導体、４つの元素からなる半導体、それ以上の元素からなる半導体のいずれでもよい。
　２つの元素からなる半導体の例には、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＧａＮ，ＺｎＳ，ＳｉＣ，ＺｎＴｅなどが含まれる。３つの元素からなる半導体の例には、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ，ＧａＩｎＰ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＺｎＳＳｅ，ＧａＮＡｓなどが含まれる。４つの元素からなる半導体の例には、ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｌＮ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＧａＩｎＡｓＮなどが含まれる。
　前記領域のそれぞれに配置された半導体ロッドは、ｐ－ｎ接合を有することが好ましい。ｐ－ｎ接合とは、半導体結晶中に存在するｐ型領域とｎ型領域とが接していることをいう。半導体ロッドにおいて、ｐ型領域とｎ型領域は、半導体ロッドの延出方向に積層されていることが好ましい。すなわちｐ－ｎ接合面は、半導体ロッドの延出方向に対して垂直な面であることが好ましく、基板面に対して平行であることが好ましい。延出方向に「ｐ型領域、ｎ型領域の順」に積層されていてもよく、「ｎ型領域、ｐ型領域の順」に積層されていてもよい。
　本発明の半導体発光素子アレーは、両電極（ｐ電極とｎ電極、後述する）に電圧を印加されることにより、半導体ロッドのｐ－ｎ接合面から光を発する。このとき、半導体ロッドの上下両端面が半導体ロッドの延出方向に対して垂直な面であり、ロッド内部が光りの伝搬に関して低損失であれば、光は半導体ロッドの延出方向と同じ方向に発せられる。
　本発明の半導体ロッドはｐ－ｎ接合を有し、かつヘテロ接合を有していてもよい。ヘテロ結合とは、組成の異なる半導体を急峻な組成変化を示す界面によって接合したものをいう。ｐ－ｎ接合を構成する半導体材料の選択によって、発光波長を制御することができる。さらに、ｐ－ｎ接合を有し、かつヘテロ接合を有する半導体ロッドに効率のよい発光機能を付与するには、量子井戸構造を採用することが考えられる。また、量子井戸構造を真性半導体で構成するか、もしくは量子井戸構造ではない半導体部を真性半導体で構成し、これをｐ－ｎ接合の接合界面に挿入すれば、ｐｉｎ構造が形成され、真性半導体部を用いない場合に比べて発光効率を向上させることができる。
　量子井戸構造とは、バンドギャップの小さな半導体層（量子井戸層）を、バンドギャップの大きな半導体層（障壁層）で挟みこむ構造をいう。バンドギャップの小さな半導体膜（量子井戸層）に、電子が閉じ込められる。半導体膜に垂直な方向の電子の運動が量子化されて、離散的なエネルギーをもつようになる。
　本発明の半導体ロッドは、量子井戸構造を有していることが好ましい。半導体ロッドが量子井戸構造を有する場合には、絶縁膜の各同一領域に存在する半導体ロッドの量子井戸層の厚さは一定であることが好ましく、かつ絶縁膜の領域ごとに半導体ロッドの量子井戸層の厚さが相違することが好ましい。量子井戸層の厚さによって発光する光の波長が相違するので、前記領域ごとに量子井戸層の厚さを制御すれば、多色発光する半導体発光素子アレーを得ることができる。
　さらに本発明の半導体ロッドに含まれる、ｐ型領域およびｎ型領域、ならびに量子井戸層は、多層構造を有していてもよい（図１１，図１５，図１６参照）。多層構造とは、互いに異なる半導体成分の２以上の層が、繰り返し積層されている構造をいう。例えば図１１の障壁層（３４および３６）は、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とが交互に繰り返し積層されている。
　半導体ロッドのｐ型領域もしくはｎ型領域または量子井戸層を、多層構造とする場合には、層の周期を発光波長と同一にすることにより、発光強度を高めることができる。
　半導体ロッドは、ＭＯＣＶＤ法により形成することができるが、他にも真空装置内における元素の蒸着を利用する分子線エピタクシー法により形成することもできる。半導体ロッドの形成については、後に詳細に説明する。
　本発明の半導体発光素子アレーは、領域によって、半導体ロッドの長さが相違することを特徴とする。前述の通り、半導体ロッドはＭＯＣＶＤ法などにより形成されるが、このときの半導体結晶の成長速度は、絶縁膜に形成された開口部の面積や、開口部の密集度によって変化する。したがって、開口部の面積や配列様式を調整することにより、半導体ロッドの高さが制御される。
　半導体ロッドはｐ－ｎ接合を有しており、電流を流すと発光するが、その発光の波長は、半導体ロッドを構成する半導体材料に応じて相違する。本発明では特に、半導体ロッドが量子井戸構造を有する場合を主体に記述する。量子井戸構造では、発光する光の波長はその量子井戸層の厚さに依存する。よって、半導体ロッドから発光する光の波長は、絶縁膜の領域ごとによって相違する。
　本発明の半導体発光素子アレーは、基板に接続された第１電極と、半導体ロッドの先端部（基板と反対側の端部）に接続された第２電極とを有する。第１電極および第２電極は、ｐ型電極（Ｃｒ／ＡｕまたはＩｎＳｎ酸化物など）とｎ型電極（ＡｕＧｅＮｉなど）の組み合わせである。
　第１電極は、２以上の領域を含む半導体結晶基板に一つ以上設ければよい。第２電極は、領域ごと（発光素子ごと）に一つ以上設ければよい。第１電極と第２電極のいずれを、ｐ型電極またはｎ型電極とするかは、半導体ロッドのｐ型領域とｎ型領域との配置に合わせて設定すればよい。
　ｐｎ接合の順方向に通電させることによって、ｐ型電極側から発光が生じるので、ｐ型電極側から発光を取り出すことが可能となる。このときｐ型電極は、基板表面に対して垂直方向の発光を取り出しやすいような透明電極としたり、パターン構造としたりすることが好ましい。また、ｎ型電極側から光を取り出すこともできる。その場合には、ｎ型電極を透明電極とする。いずれにしても、光を取り出す側の電極を透明電極とすることが好ましい。
　本発明の半導体発光素子アレーに含まれる半導体ロッドの側面は保護層で被覆されてもよい。保護層は、ロッドの延伸方向を縦方向とした場合に横方向に成長させた結晶層であってもよく（図４参照）、別途に付加した高抵抗物質（図１４参照）などであってもよい。さらに半導体ロッド同士の隙間は、絶縁性物質で満たされていてもよい（図５参照）。
　発光特性について
　本発明の半導体発光素子アレーからの発光の波長は、半導体ロッドの半導体成分；半導体ロッドの高さ（特に、量子井戸構造を有する場合には量子井戸層の厚さ）などに影響される。
　例えば、量子井戸層をＧａＡｓで形成した場合には、量子井戸層の厚さに応じて約７００～９００ｎｍの波長の発光を生じさせることができる（図７参照）。また量子井戸層をＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰなどで形成した場合には、量子井戸層のＩｎ原子とＧａ原子との比率に応じて約１．３μｍ～１．５μｍの波長の発光を生じさせることができ；ＩｎＧａＮなどで形成した場合には、Ｉｎ原子とＧａ原子との比率に応じて約４００～７００ｎｍの波長の発光を生じさせることができる（図１７参照）。
　さらに発光の強度は、ｐ型領域、ｎ型領域、または量子井戸層の積層構造などに影響される。
　２．半導体発光素子アレーの製造方法について
　本発明の半導体発光素子アレーは、本発明の効果を損なわない限り任意の方法で製造されうるが、例えば以下のステップを含む方法で製造されうる。
　半導体結晶基板を準備し、その結晶軸（１１１）面を絶縁膜で被覆する。絶縁膜は、例えばスパッタ法により基板表面に形成すればよい。半導体結晶基板表面に形成された絶縁膜に、開口部を形成する。開口部は、フォトリソグラフィーや電子ビームリソグラフィーによって絶縁膜に形成すればよい。
　絶縁膜を２以上の領域に分けて、それぞれ同一の領域内に形成された開口部の開口面積や、開口部の密集度は均一にすることが好ましい。一方、開口部の開口面積や開口部の密集度を、その領域ごとに変えることが好ましい。前述の通り、開口部の開口面積の大きさや開口部の密集度は、形成する半導体ロッドの長さに影響する。よって、所望の半導体ロッドに応じて、各領域の開口部の大きさや配置を適宜設定すれば、各領域に形成される半導体ロッドからの発光波長を互いに相違させることができる。その結果、多色発光する本発明の半導体発光素子アレーが得られる。
　開口部を有する絶縁膜で被覆された半導体結晶基板から、開口部を通じて結晶成長させて半導体ロッドを形成する。例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により半導体結晶を成長させる方法は種々知られており、適宜採用すればよい。反応炉に配置された半導体結晶基板を約４００℃～９００℃に加熱して、反応炉に有機金属原料等のガスを供給すれば、半導体ロッドが形成されうる。
　例えばＧａＡｓを成長させる場合には、Ｇａの原料ガスとしてトリメチルガリウムを、Ａｓの原料ガスとしてアルシンを用いればよい。またＡｌＧａＡｓを成長させる場合には、Ｇａの原料ガスとしてトリメチルガリウムを、Ａｓの原料ガスとしてアルシンを、アルミニウムの原料ガスとしてトリメチルアルミニウムを用いればよい。
　結晶成長による半導体ロッドの形成は、ｐ型半導体層を形成する工程と、ｎ型半導体層を形成する工程とを含む。つまり、半導体ロッドにはｐ型半導体層とｎ型半導体層が含まれ、ｐ－ｎ接合を有する。先にｐ型半導体層を形成してから、ｎ型半導体層を形成してもよく；先にｎ型半導体層を形成してから、ｐ型半導体層を形成してもよい。
　半導体層をｐ型またはｎ型にする手段も適宜選択して採用すればよい。例えば、ｎ型ＧａＡｓを成長させる場合には、有機金属原料ガスの供給に加えて、Ｓｉ２Ｈ６ガスを供給すればよい。また、ｐ型ＧａＡｓを成長させる場合には、有機金属原料ガスの供給に加えて、ジメチルジンクを供給すればよい。
　さらに、結晶成長による半導体ロッドの形成は、量子井戸層を形成する工程を有していてもよい。また、量子井戸層はノンドープ型とすることが好ましく、つまりｐ型でもｎ型でもない。量子井戸層のポテンシャルは、それを挟むこむ障壁層のポテンシャルよりも小さくする必要があるので、障壁層の材質とは相違する。よって量子井戸層を形成する工程では、反応炉に供給される有機金属原料ガスを変更する。
　供給された有機金属原料ガスは、開口部で露出された基板表面（結晶軸（１１１）面）で気相化学分解反応を起こし、所望の結晶が堆積成長する。この結晶成長過程で、成長時間が短い初期段階では、結晶は粒状ないしは丘状に堆積するので、横方向と比較して、ロッド高さ方向には成長しにくく、ロッドの背丈が低い。一方、成長時間を長くすると、次第に高さ方向に結晶成長して、ロッド状の半導体結晶が得られる。
　半導体ロッドの成長方向に対する垂直断面は、開口部の形状に応じて変化する。よって、開口部を三角形にすれば三角柱の、六角形にすれば六角柱の、円形にすれば円柱に近い多角柱形状の半導体ロッドを得ることができる。半導体ロッドの太さも、概ね開口部の直径で制御することができる。
　さらに、高さ方向の結晶成長の速度は、開口部の面積や配列によって異なる。つまり、開口部の面積を大きくすれば高さ方向の結晶成長速度は遅くなるので、半導体ロッドの高さは小さくなり、また量子井戸層を形成した場合には、その量子井戸層の厚さも薄くなる。同様に、開口部の密集度を下げれば高さ方向の結晶成長速度は遅くなるので、半導体ロッドの高さは小さくなり、また量子井戸層を形成した場合には、その量子井戸層の厚さも薄くなる。
　このように、本発明の製造方法では、１つの基板の表面に形成された絶縁膜をいくつかの領域に分けて、領域ごとに開口面積や密集度を変えた開口部を形成する。そのため、当該１つの基板に、同時に半導体結晶を成長させて半導体ロッドを形成しても、領域ごとに発光特性の異なる半導体ロッドが形成されるので、多色発光する発光素子アレーが簡便に製造されうる。
　３．光送信機器について
　本発明の光送信機器は、本発明の半導体発光素子アレーと、光導波路とを含む。前述の通り、本発明の半導体発光素子アレーは、異なる波長の光を発する複数の発光素子を含むので、並列伝送方式や波長多重方式の送信方式に適用されうる。
　光送信機器の第一は、図１８に示されるように、半導体発光素子アレーの発光素子領域それぞれに光導波路を設ける。各領域に半導体ロッドが形成される領域のサイズは、対応する光導波路のコアサイズと同じか、やや小さくすることが好ましい。図１８に示される光送信機器は、並列伝送方式に適用されうる。
　光送信機器の第二は、図１９Ｂに示されるように、半導体発光素子アレーの発光素子からの光を光合波器で合波して、合波した光を波長多重方式で光導波路中を介して送信する。図１９に示される光送信機器は、波長多重方式の送信方式に適用されうる。
　また、図２２に示されるように、半導体発光素子アレーの発光素子領域の全てに対応する、一つの光導波路（たとえば、光ファイバ）を設けてもよい。それにより、光合波器を用いずに、１本の光ファイバで４波多重通信を実現できる。また、各発光領域から発せられる光の波長間隔を約１０ｎｍに調整することもできる。
　４．照明機器について
　本発明の照明機器は、本発明の半導体発光素子アレーと、光導波路とを有する。例えば、図２４に示されるように、青色光を発する発光素子、緑色光を発する発光素子、および赤色光を発する発光素子の３つの発光素子を含む半導体素子アレーに、１本の光導波路を組み合わせれば、白色光を導波させることができる。本発明の照明機器は、例えば照明用ファイバとして、医療機器などとして用いられうる。
　以下において、図面を参照して本発明の半導体発光素子アレーをさらに説明する。
　［実施態様１：開口部の密集度の調整］
　図１Ａは、半導体結晶基板１（例えばＧａＡｓ，ＩｎＰ，Ｓｉなど）に、絶縁膜２を被覆した状態を示す図である。絶縁膜２で被覆された基板１の表面は、結晶軸（１１１）面である。絶縁膜２の厚さは、例えば２０ｎｍである。絶縁膜２は、絶縁膜部２Ａ～２Ｄの４つの領域に区分されている。
　絶縁膜部２Ａ～２Ｄのそれぞれの大きさ（ａ×ｂ）は、互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。縦ａの長さ、および横ｂの長さは特に限定されないが、以下においていずれも１００μｍとして説明する。また各領域の中心間距離（つまり、絶縁膜部２Ａと絶縁膜部２Ｂとの中心間距離ｃ１、絶縁膜部２Ｂと絶縁膜部２Ｃとの中心間距離ｃ２、絶縁膜部２Ｃと絶縁膜部２Ｄとの中心間距離ｃ３）を、２５０μｍとして説明する。
　図１Ｂは、絶縁膜部２Ａ～２Ｄのそれぞれに、２以上（図では９つ）の開口部３Ａ～３Ｄを形成した状態を示す図である。開口部３Ａ～３Ｄは基板１の表面を露出させている。開口部３Ａ～３Ｄは、半導体製造工程で使用されるフォトリソグラフィーや電子ビームリソグラフィーなどの微細パターン形成技術を使用して形成される。開口部３Ａ～３Ｄの形状は特に制限されず、矩形、三角形、六角形、円形などでありうる。
　開口部３Ａ～３Ｄの開口面積は、開口部を円形とする場合には、直径を１０ｎｍ～５００ｎｍとすればよい。図１Ｂでは、開口部３Ａ～３Ｄのいずれの開口面積も同一である。以下において、開口部３Ａ～３Ｄの直径を８０ｎｍとして説明する。
　絶縁膜部２Ａに配置される開口部３Ａ同士の距離（縦方向の距離をｐ１Ａ、横方向の距離をｐ２Ａとする）は、ほぼ一定にされている。同様に、絶縁膜部２Ｂに配置される開口部３Ｂ同士の距離（ｐ１Ｂとｐ２Ｂ）、絶縁膜部２Ｃに配置される開口部３Ｃ同士の距離（ｐ１Ｃとｐ２Ｃ）、絶縁膜部Ｄに配置される開口部３Ｄ同士の距離（ｐ１Ｄとｐ２Ｄ）は、それぞれほぼ一定である。いずれの開口部同士の距離も、数１０ｎｍ～数μｍに調整されればよい。図１Ｂでは、縦方向の距離ｐ１と、横方向の距離ｐ２がほぼ同一にされているが、ｐ１とｐ２とで互いに異なる距離としても構わない。
　図１Ｂでは、絶縁膜部２Ａ～２Ｄごとに、開口部同士の距離が相違している。つまり、絶縁膜部２Ａにおける開口部３Ａ同士の距離よりも、絶縁膜部２Ｂにおける開口部３Ｂ同士の距離の方が大きく；絶縁膜部２Ｂにおける開口部３Ｂ同士の距離よりも、絶縁膜部２Ｃにおける開口部３Ｃ同士の距離の方が大きく；絶縁膜部２Ｃにおける開口部３Ｃ同士の距離よりも、絶縁膜部２Ｄにおける開口部３Ｄ同士の距離の方が大きい。
　具体的には、ｐ１Ａ＝ｐ２Ａ＝０．３μｍとして；ｐ１Ｂ＝ｐ２Ｂ＝１．５μｍとして；ｐ１Ｃ＝ｐ２Ｃ＝２．０μｍとして；ｐ１Ｄ＝ｐ２Ｄ＝３．０μｍとした。
　図１Ｃは、図１Ｂで示された構造体に半導体ロッド４Ａ～４Ｄを形成した状態を示す図である。半導体ロッド４Ａ～４Ｄは、有機金属気相成長法などを用いて形成される。
　具体的には、ＧａおよびＡｓの原料ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を用いてＧａＡｓ結晶を成長させ；さらにＡｌ原料として、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いてＡｌＧａＡｓを成長させた。これらの原料ガスを、７５０℃程度に加熱保持した基板１の表面に一定時間供給する。
　図２には、形成した各半導体ロッド４の模式図が示される。図２に示される半導体ロッド４は、一回の結晶成長サイクルで形成され、そのサイクルには、
　１）ＴＭＧ供給圧力２．７ｘ１０－７ａｔｍ；ＡｓＨ３供給圧力５．０ｘ１０－４ａｔｍ；さらにＳｉ２Ｈ６供給量１ｓｃｃｍ（ｃｃ毎秒）にて供給して、基板１上にｎ型ＧａＡｓ層２３を形成する工程、
　２）ＴＭＧ供給圧力２．７ｘ１０－７ａｔｍ；ＴＭＡ供給圧力３．５ｘ１０－８ａｔｍ；ＡｓＨ３供給圧力５．０ｘ１０－４ａｔｍ；さらにＳｉ２Ｈ６供給量１ｓｃｃｍ（ｃｃ毎秒）にて供給して、ｎ型ＧａＡｓ層２３にｎ型ＡｌＧａＡｓ層２４を積み増し成長させる工程、
　３）ＴＭＧ供給圧力２．７ｘ１０－７ａｔｍ；ＡｓＨ３供給圧力５．０ｘ１０－４ａｔｍにて供給して、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２４上にＧａＡｓ層２５を積み増し成長させる工程、
　４）ＴＭＧ供給圧力２．７ｘ１０－７ａｔｍ；ＴＭＡ供給圧力３．５ｘ１０－８ａｔｍ；ＡｓＨ３供給圧力５．０ｘ１０－４ａｔｍ；さらにジメチルジンク供給量０．５ｓｃｃｍにて供給して、ＧａＡｓ層２５上にｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６を積み増し成長させる工程、さらに
　５）ＴＭＧ供給圧力２．７ｘ１０－７ａｔｍ；ＡｓＨ３供給圧力５．０ｘ１０－４ａｔｍ；さらにジメチルジンク供給量０．５ｓｃｃｍ（ｃｃ毎秒）にて供給して、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６上にｐ型ＧａＡｓ層２７を積み増し成長させる工程を含む。
　このようにして、一本の半導体ロッドに、ｎ型ＧａＡｓ層２３／ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２４／ＧａＡｓ層２５／ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６／ｐ型ＧａＡｓ層２７を形成し、量子井戸層であるＧａＡｓ層２５の両面を、障壁層であるｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６とｎ型ＡｌＧａＡｓ層２４が挟み込む構造（量子井戸構造）が得られた。なお、図２に示された半導体ロッドのｐｎ接合構造は、ｎ型半導体層を成長させた後に、ｐ型半導体層を成長させて得られるが、これとは逆に、ｐ型半導体層を成長させた後に、ｎ型半導体層を成長させてｐｎ接合構造を有する半導体ロッドを形成してもよい。
　図１Ｂで形成されている開口部の開口面積はほぼ一定であるが、一方、絶縁膜部２Ａ～２Ｄによって開口部同士の間の距離（ｐ１またはｐ２）が相違するため、開口部の密集度は絶縁膜部２Ａ～２Ｄ毎に相違する。そのため、各半導体ロッドの太さはほぼ同じであるが、一方、高さｈは絶縁膜部２Ａ～２Ｄによって相違する。具体的に、絶縁膜部２Ａにおける開口部３Ａ同士の距離（ｐ１Ａおよびｐ２Ａ）は短く、開口部の密集度が高いため、形成された半導体ロッド４Ａの高さｈＡが大きく；絶縁膜部Ｂ、絶縁膜部Ｃ、絶縁膜部Ｄの順に開口部同士の距離が長いため、その順に半導体ロッドが短くなっている（ｈＢ＞ｈＣ＞ｈＤ）。つまり、開口部同士の距離と、半導体ロッドの高さは、いわば逆比例の関係にある。
　具体的には、絶縁膜部２Ａに形成された半導体ロッド４Ａの高さｈＡ＝１μｍとして；絶縁膜部２Ｂに形成された半導体ロッド４Ｂの高さｈＢ＝０．５μｍとして；絶縁膜部２Ｃに形成された半導体ロッド４Ｃの高さｈＣ＝０．３μｍとして；絶縁膜部２Ｄに形成された半導体ロッド４Ｄの高さｈＤ＝０．２μｍとした。
　図１Ｃの半導体ロッド４Ａ～４Ｄのそれぞれに形成された量子井戸構造（ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６／ＧａＡｓ層２５／ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２４）について、絶縁膜部２Ａの半導体ロッド４Ａの量子井戸層２５（ＧａＡｓ）の厚さは最も大きく、絶縁膜部２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの半導体ロッド４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの順に量子井戸層２５の厚さが小さくなる。
　具体的には、絶縁膜部２Ａの半導体ロッド４Ａの量子井戸層２５の厚さを１０ｎｍとして；絶縁膜部２Ｂの半導体ロッド４Ｂの量子井戸層２５の厚さを５ｎｍとして；絶縁膜部２Ｃの半導体ロッド４Ｃの量子井戸層２５の厚さを４ｎｍとして；絶縁膜部２Ｄの半導体ロッド４Ｄの量子井戸層２５の厚さを２．５ｎｍとした。
　図３は、絶縁膜に形成した開口部３Ａ～３Ｄの中心間の距離（ｐ）と、各半導体ロッド４Ａ～４Ｄの量子井戸層２５の厚さ（ｔ）の関係を示すグラフである。図３のグラフには、アルシン供給圧力を変えた（５×１０－４ａｔｍ，２．５×１０－４ａｔｍ，または１×１０－３ａｔｍ）３つの曲線が示されている。図３に示されたように、アルシン供給量にかかわらず、開口部の中心間の距離が短いほど、量子井戸層の厚さが大きくなることがわかる。
　図４に示されるように、半導体ロッド４はその側面が被覆されていてもよい。図４には、半導体ロッド４が、ＡｌＧａＡｓを横方向に成長させた膜２８でほぼ同心円状に被覆された状態が示される。ＡｌＧａＡｓ横方向成長膜２８は、成長温度を６５０～７５０℃の範囲で一定に保持しながら、アルシンの供給圧力を高い値（約５×１０－４ａｔｍ～１×１０－３ａｔｍ）に保持して形成すればよい。
　さらに図５に示されたように、基板１に形成された半導体ロッド４同士の間の隙間は、絶縁材料１２で満たされていてもよい。絶縁材料１２の例には、シリコンオキサイドなどが含まれる。図５に示されたように半導体ロッド４の先端（ｐ型ＧａＡｓ層２７の上）には、ｐ型電極１３が形成される。ｐ型電極１３は、半導体ロッド４からの光が取り出しやすいようなパターン構造とされ、透明電極とされる。例えばｐ型電極１３は、Ｃｒ／Ａｕ積層電極や、ＩｎＳｎ酸化物などで形成される。一方、基板１の裏面には、ｎ型電極１１が形成される。ｎ型電極１１は、ＡｕＧｅＮｉなどで形成すればよい。このようにして、本発明の半導体発光素子アレーが得られる。
　図６は、本発明の半導体発光素子アレーの斜視図である。絶縁膜部２Ａ～２Ｄのそれぞれに形成された半導体ロッド４Ａ～４Ｄは高さが異なり、その内部に形成された量子井戸層の厚さも異なる。また、基板１にはｎ型電極１１が、各半導体ロッド４Ａ～４Ｄにｐ型電極１３Ａ～１３Ｄが形成されている。
　ｎ型電極１１とｐ型電極１３Ａ～１３Ｄとに電位差を設けて、ｐｎ接合の順方向に通電させたところ、各半導体ロッド４Ａ～４Ｄのｐ型電極１３Ａ～１３Ｄ側から発光が生じた。７７Ｋまたは３００Ｋにおいて各半導体ロッドから発光させた。
　図７には、３００Ｋで発光させたときの発光波長のピークが示される。半導体ロッドの量子井戸構造の量子井戸層の厚さｔが大きいほど、発光波長が長くなることがわかる。
　表１に、実施態様１で得られた半導体発光素子アレー（図６参照）の絶縁膜開口部や半導体ロッドの各パラメータと、発光波長とをまとめた。表１に示されたように、絶縁膜に形成された開口部同士の距離が小さい（つまり開口部の密集度が高い）ほど、半導体ロッドの高さ、および半導体ロッドに含まれる量子井戸層の厚さが大きくなる。さらに、開口部同士の距離が大きいほど、各温度における発光ピーク波長が長波長側にシフトすることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　［実施態様２：開口部の開口面積の調整］
　図８Ａは、図１Ａと同様の図面であり、半導体結晶基板１の結晶軸（１１１）面が絶縁膜２で被覆されており、絶縁膜２は絶縁膜部２Ｅ～２Ｈに分割されている。絶縁膜２の厚さや、絶縁膜部２Ｅ～２Ｈの大きさは図１Ａと同様にすればよい。
　図８Ｂには、絶縁膜部２Ｅ～２Ｈのそれぞれに９つの開口部３Ｅ～３Ｈを形成した状態が示される。図８Ｂの絶縁膜部２Ｅ～２Ｈのいずれにおいても、開口部同士の中心間の距離は同一とされている。一方、絶縁膜部２Ｅ～２Ｈごとに、開口部の面積（つまり、開口部３の直径ｄＥ～ｄＨ）が相違する。つまり、絶縁膜部２Ｅに形成された開口部３Ｅの面積は小さく、絶縁膜部２Ｆに形成された開口部３Ｆ、絶縁膜部２Ｇに形成された開口部３Ｇ、絶縁膜部２Ｈに形成された開口部３Ｈの順に、開口部面積が大きい。
　具体的には、開口部３Ｅの直径ｄＥは５０ｎｍ；開口部３Ｆの直径ｄＦは６０ｎｍ；開口部３Ｇの直径ｄＧは７０ｎｍ；開口部３Ｈの直径ｄＨは１００ｎｍとした。
　図８Ｃは、図８Ｂで示された基板１に半導体ロッド４Ｅ～４Ｈを形成した状態を示す図である。半導体ロッド４Ｅ～４Ｈの形成は、図１と同様の方法（ＭＯＣＶＤ法など）で、同様の条件で行う。つまり各半導体ロッドは、図２に示されたように、ｎ型ＧａＡｓ層２３／ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２４／ＧａＡｓ層２５／ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６／ｐ型ＧａＡｓ層２７を有する。
　図８Ｃに示されたように、絶縁膜部２Ｅの半導体ロッド４Ｅの高さが最も高く、絶縁膜部２Ｆの半導体ロッド４Ｆ、絶縁膜部２Ｇの半導体ロッド４Ｇ、絶縁膜部２Ｈの半導体ロッド４Ｈの順に高さが低くなる。このように絶縁膜に形成した開口部の面積が小さいほど、長い半導体ロッドが得られる。
　図９には、半導体ロッド４Ｅ～４Ｈの太さ（つまり絶縁膜に形成した開口部３Ｅ～３Ｈの大きさ）と、半導体ロッド４Ｅ～４Ｈの量子井戸層の厚さｔとの関係を示す。図９のグラフには、アルシン供給圧を変えた（５×１０－４ａｔｍ，２．５×１０－４ａｔｍ，または１×１０－３ａｔｍ）３つの曲線が示されている。図９に示されたように、それぞれのアルシンの供給量において、半導体ロッドの太さ（開口部の大きさ）が小さいほど、量子井戸層の厚さｔが大きくなることがわかる。
　図８Ｃに示される構造体を用いて、半導体ロッド４を被覆し（図４参照）、半導体ロッド４同士の隙間を絶縁膜で満たし（図５参照）、ｐ型電極およびｎ型電極を形成した（図５参照）。このようにして、図１０に示される本発明の半導体発光素子アレーを得た。
　図１０に示される半導体発光素子アレーのｎ型電極１１とｐ型電極１３Ｅ～１３Ｈとに電位差を設けて、ｐｎ接合の順方向に通電させたところ、各半導体ロッド４Ｅ～４Ｈのｐ型電極１３Ｅ～１３Ｈ側から発光が生じた。７７Ｋまたは３００Ｋにおいて各半導体ロッドから発光させた。量子井戸構造の量子井戸層の厚さｔが大きい半導体ロッドほど、波長が長い光を発した。
　実施態様１および２で説明したように、絶縁膜に形成された開口部の密集度（開口部間の距離）または開口部の面積に応じて、半導体ロッドの高さを制御することができ、かつその発光波長を制御することができる。
　［実施態様３：半導体ロッドの構成］
　図２で示された半導体ロッドは、ｎ型ＧａＡｓ層２３／ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２４／ＧａＡｓ層２５／ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６／ｐ型ＧａＡｓ層２７を有するが、半導体ロッドの半導体成分や構成はこれに限定されない。
　例えば図１１には、量子井戸構造を有する他の半導体ロッドの例が示される。つまり、量子井戸層であるＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層３５、および障壁層であるｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層３４と、ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層３６を有する。さらに量子井戸構造は、ｎ型ＧａＡｓ層３３とｐ型ＧａＡｓ層３７に挟まれている。
　障壁層３４および３６は、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とを繰り返し積層した多層構造とされている。このとき、障壁層３４および３６のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層の周期を、量子井戸層３５からの発光波長と同じにすることが好ましい。成長方向の厚さは、結晶成長時間を調整して制御することができる。障壁層３４および３６をこのような多層構造とすることにより、発光する光の強度を高めることができる。
　図１２には、量子井戸構造を有する他の半導体ロッドの例が示される。つまり、量子井戸層であるＩｎＧａＡｓ層４５と、それを挟み込む障壁層であるｎ型ＧａＡｓ層４４およびｐ型ＧａＡｓ層４６を有する。さらに量子井戸構造は、ｎ型ＧａＡｓ層４３とｐ型ＧａＡｓ層４７に挟まれている。
　図１２に示される半導体ロッドの太さと、それに含まれる量子井戸層であるＩｎＧａＡｓ層４５に含まれるＩｎ原子とＧａ原子の比率（Ｉｎ原子／Ｇａ原子）との関係が、図１３Ａのグラフに示される。図１３Ａに示されるように、ロッド太さが大きくなるほど、前記比率が高まる。
　さらに図１２に示される半導体ロッドの太さと、それからの発光波長との関係が、図１３Ｂのグラフに示される。図１３Ｂに示されるように、半導体ロッドの太さが大きくなるほど、発光波長のピークが長波長側にシフトすることがわかる。
　図１３Ａおよび図１３Ｂに示されたように、半導体ロッドの太さに応じて、量子井戸層４５の発光特性が変わり、発光波長が変わることがわかる。したがって、絶縁膜に形成される開口部（図１Ｂおよび図８Ｂを参照）の面積によって、図１２に示される半導体ロッドの発光波長を制御することができる。
　図１４には、量子井戸構造を有する他の半導体ロッドの例が示される。つまり、量子井戸層であるＩｎＧａＡｓ層５５と、それを挟み込む障壁層であるｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層５４およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５６を有する。さらに量子井戸構造は、ｎ型ＩｎＰ層５３とｐ型ＩｎＰ層５７に挟まれている。さらに、半導体ロッドの側面は高抵抗ＩｎＰ層５８で被覆されている。
　図１５には、量子井戸構造を有する他の半導体ロッドの例が示される。つまり、量子井戸層であるＩｎＧａＡｓＰ層６５と、それを挟み込む障壁層であるｎ型ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ多層６４およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ多層６６を有する。障壁層６４および６６は、ＩｎＧａＡｓＰ層とＩｎＰ層とが繰り返し積層された多層構造を有する。量子井戸構造は、ｎ型ＩｎＰ層６３およびｐ型ＩｎＰ層６７に狭まれる。
　多層構造である障壁層６４および６６の、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ層の周期を、ＩｎＧａＡｓＰ層６５からの発光波長と等しくすることにより、発光強度を高めることができる。さらに半導体ロッドの側面は表面保護層６８で被覆されている。
　図１４および図１５に示される半導体ロッドの発光部である、量子井戸層ＩｎＧａＡｓ層５５およびＩｎＧａＡｓＰ層６５からの発光波長は、１．３μｍ～１．５μｍ帯にあるので、光送信システムを構成した場合に通信距離１００ｋｍ以上の長距離通信が可能となる。また、半導体ロッドの側面の保護安定化のために高抵抗ＩｎＰ層５８（図１４）、またはこれと同等な作用をする表面保護層６８（図１５）を形成したことで、発光素子としての長寿命化が達成される。
　図１６には、量子井戸構造を有する他の半導体ロッドの例が示される。つまり、量子井戸層であるＩｎＧａＮ層７５と、それを挟み込む障壁層であるｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層７４およびｐ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層７６を有する。障壁層７４および７６は、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とが繰り返し積層された多層構造を有する。さらに量子井戸構造は、ｎ型ＧａＮ層７３およびｐ型ＧａＮ層７７で挟まれる。
　ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層７４およびｐ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層７６の、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ層の周期を、発光部である量子井戸層ＩｎＧａＮ層７５からの発光波長と同一にすることによって、発光強度を高めることができる。
　ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層７４およびｐ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層７６を、ｎ型ＡｌＧａＮ単層およびｐ型ＡｌＧａＮ単層としてもよい。
　図１６に示される半導体ロッドの量子井戸層であるＩｎＧａＮ層７５のＩｎ原子とＧａ原子との比率（Ｉｎ原子／Ｇａ原子）と、発光波長との関係が、図１７のグラフに示される。図１７に示されるように、量子井戸層７５のＩｎ原子とＧａ原子との比率に応じて、発光波長を青色から赤色にいたる範囲での波長に調整することができる。図１６に示された半導体ロッドは、図４および図５に示される場合と同様に、ｐｎ接合ロッドの周囲をＡｌＧａＮないしは高抵抗保護膜で被覆して、その周囲表面が保護されていてもよい。それにより、素子の信頼性を向上させることができる。
　前述の通り、成長させる半導体ロッドの太さを調整することにより、ＩｎＧａＮ層のＩｎ原子とＧａ原子との比率を制御することができる。よって、絶縁膜に形成する開口部（図１Ｂおよび図８Ｂ参照）の面積を調整することによって、半導体ロッドからの発光波長を制御することができる。
　光送信機器について
　図１８には、本発明の半導体発光素子アレー１００（図１０参照）と、光導波路８０Ａ～８０Ｄを有する光送信機器が示される。半導体発光素子アレー１００は、発光素子１１０Ａ～１１０Ｄを含む。また、半導体発光素子アレー１００は、半導体結晶基板１；半導体結晶基板１に接しているｎ型電極１１を有する。発光素子１１０Ａ～１１０Ｄのそれぞれは、複数の半導体ロッド４Ａ～４Ｄと、半導体ロッドの先端に接触しているｐ型電極１３Ａ～１３Ｄとを含む。
　発光素子１１０Ａ～１１０Ｄのそれぞれに配置されたｐ型電極１３Ａ～１３Ｄの近傍に配置された光導波路８０Ａ～８０Ｄは、発光素子からの光を受光して、その光を伝搬させる。光導波路８０の配置位置や、その材質などは特に限定されない。通常、光導波路８０はコア８１とクラッド８２を有し、コア８１に光が導かれ、コア８１中を光が伝播する。
　図１８に示される光送信機器は、発光素子１１０Ａ～１１０Ｄからの光を、光導波路８０Ａ～８０Ｄで確実に受光できるように、互いの配置位置を設定されることが好ましい。例えば図１８に示されるように、光導波路のコアは、各領域に配置された半導体ロッド群が形成された範囲よりもわずかに大きくすることが好ましい。半導体ロッドからの発光の方向は、ロッドの延伸方向に完全に一致するわけではなく、わずかに広がる傾向があるからである。各領域に配置された半導体ロッド群が形成された領域の幅をＤ１、発光素子と光導波路との距離をＬ、発光素子から発せられる光の拡がり角度をθとすると、コアの直径Ｄ２は、「Ｄ２＝Ｄ１＋２Ｌ　ｔａｎθ」で示される。通常の光導波路のコアの径Ｄ２は５０～１２５μｍ程度であり、光の拡がり角度θは約５～１０°である。
　図１９Ａは、プリント回路基板１２０；回路基板１２０上に実装された複数の発光素子を含む半導体発光素子アレーチップ１００；光を受光する受光素子アレー２００；半導体発光素子アレーチップ１００および受光素子アレーチップ２００を駆動する、ドライバＩＣ１０１およびレシーバＩＣ２０１；他のＩＣ２１０を有する光信号送受信装置を示す。
　図１９Ｂに示されるように、半導体発光素子アレー１００には、光合分波器３００と光導波路３１０が設置されていてもよい。半導体発光素子アレー１００に含まれる複数の発光素子のそれぞれから発せられる波長の異なる光を、光合分波器３００で１つの光信号に合波する。合波を１本の光導波路３１０に導くことにより、波長多重伝送システム（１本のみの光導波路内を複数の波長の光信号が送信できるシステム）としてもよい。
　図２０は、インターネット４５０につながるホストサーバ４４０に接続された地域通信網４２０のネットワーク形態を示す模式図である。地域通信網４２０には分岐サーバ４１０が接続され、分岐サーバ４１０には端末ＰＣ４３０が接続される。分岐サーバ４１０内には、サーバユニット４００が格納されて、サーバユニット４００に、回路基板１２０に搭載された本発明の半導体発光素子アレー１００を含む光信号送受信装置が配置される。
　図２１と図２２には、本発明の発光素子アレーを光送信機器へ応用する他の例が示される。図２１の基板５００には、４つの絶縁膜パターン部５０１、５０２、５０３、５０４が形成されている。４つの絶縁膜パターン部５０１，５０２，５０３，５０４のそれぞれには、５つの開口部が形成されている。各絶縁膜パターンに形成された５つの開口部の開口面積は互いに同一である。一方、絶縁膜パターン５０１の開口部、絶縁膜パターン５０２の開口部、絶縁膜パターン５０３の開口部、絶縁膜パターン５０４の開口部の順に、その開口面積が大きくなる。
　ＭＯＣＶＤ法により、基板５００から絶縁パターン部の開口部を通って半導体ロッド５１１，５１２，５１３，５１４が形成されている。前記の通り、各絶縁パターン部毎に開口部の面積は相違しているので、半導体ロッド５１１，５１２，５１３，５１４の太さおよび高さを、互いに違えることができる。例えば、ｐ－ｎ接合を有するＬＥＤ用の半導体（ＩｎＧａＡｓ）ロッドを形成する場合には、ＩｎＧａＡｓロッドの発光部の太さを約１５０ｎｍ（ロッド５１１），約２００ｎｍ（ロッド５１２），約２５０ｎｍ（ロッド５１３），約３００ｎｍ（ロッド５１４）とすればよい。図１３Ｂに示されるように、各ロッドから発する光の波長は、９１０～９５０ｎｍの範囲にあり、互いに約１０ｎｍの波長間隔を有する。
　図２２に示されるように、基板５００に電極５２０を配置し、半導体ロッド５１１，５１２，５１３，５１４のそれぞれに、電極５２０の対極となる電極５２１，５２２，５２３，５２４を配置する。電極５２１，５２２，５２３，５２４は、配線を介して電極５２１’，５２２’，５２３’，５２４’と電気接続している。半導体ロッド５１１，５１２，５１３，５１４の側面は埋め込み層５３０に埋め込まれている。
　図２２に示される発光素子アレイの発光面の上方には、直径６５μｍのコア５５１と、クラッド５５２を有する、多モード型光ファイバ５５０が配置されている。図２２に示される発光素子アレイは、基板面から上方に向かって、４種類の波長（λ１，λ２，λ３，λ４）を有する光を発する。それらの光は全て、光ファイバ５５０のコア５５１の端面に入射する。このように、発光の波長毎に光ファイバを準備する（図１８参照）のではなく、１本の光ファイバにより４波多重通信を実現でき、光合波器も不要となる。
　照明機器について
　本発明の発光素子アレーは、照明機器として用いることもできる。例えば、青、緑、赤の３種類の波長（λＡ，λＢ，λＣ）の光をそれぞれ発する３種類の発光素子を含む発光素子アレーを３色ＬＥＤ光源とすることができる。さらにこの発光素子アレーに光ファイバを結合させれば、照明用のファイバが得られる。
　図２３に示されるように、基板６００に３つの絶縁膜パターン部６０１，６０２，６０３が形成されている。各絶縁膜パターン部は直径１０μｍの円形とすることができ、互いのパターン部同士の間隔は２０μｍとすることができる。３つの絶縁膜パターン部６０１，６０２，６０３のそれぞれには、５つの開口部が形成されている。絶縁膜パターン部６０１に形成された５つの開口部の開口面積は互いに同一であり、絶縁膜パターン部６０２に形成された５つの開口部の開口面積は互いに同一であり、絶縁膜パターン部６０３に形成された５つの開口部の開口面積は互いに同一である。一方、絶縁膜パターン部６０１に形成された開口部の面積がもっとも小さく、絶縁膜パターン部６０３に形成された開口部の面積がもっとも大きい。
　ＭＯＣＶＤ法により、基板６００から絶縁パターン部の開口部を通って半導体ロッド６１１，６１２，６１３を成長させて形成した。前記の通り、絶縁パターン部毎の開口部の面積は、互いに相違しているので、半導体ロッド６１１，６１２，６１３の太さおよび高さを、互いに違えることができる。例えば、ｐｎ接合を有する半導体（ＩｎＧａＮ）ロッドを形成する場合には、ロッドの太さ（直径）によってＩｎ／Ｇａの原子組成比を調整し（図２５のグラフ参照）、Ｉｎ／Ｇａの原子組成比を調整することによって、発光波長を制御する。それにより、半導体ロッド６１１，６１２，６１３のそれぞれから、青、緑、赤の３種類の波長（λＡ，λＢ，λＣ）の光が発する。つまりＩｎＧａＮ半導体ロッドの直径を、約１００ｎｍ（ロッド６１１）、約１５０ｎｍ（ロッド６１２）、約２００ｎｍ（ロッド６１３）とすることにより、ロッド６１１から青色発光、ロッド６１２から緑色発光、ロッド６１３から赤色発光させることができる。
　図２４に示されるように、基板６００に電極６２０を配置して、半導体ロッド６１１，６１２，６１３のそれぞれに、電極６２０の対極となる電極６２１，６２２，６２３を配置する。電極６２１，６２２，６２３は、配線を介して電極６２１’，６２２’，６２３’と電気接続している。半導体ロッド６１１，６１２，６１３の側面は埋め込み層６３０に埋め込まれている。
　図２４に示される発光素子アレイの発光面の上方には、直径５０μｍのコア６５１と、クラッド６５２を有する光ファイバ６５０が配置されている。図２４に示される発光素子アレイは、基板面から上方に向かって、青、緑、赤の３種類の波長（λＡ，λＢ，λＣ）を有する光を発する。それらの光は全て、光ファイバ６５０のコア６５１の端面に入射する。したがって、低損失な光結合が実現され、遠方にまで光を伝承することができる。
　本発明の半導体発光素子アレーは、種々の用途に適用される。近年、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）とインターネットによる情報送信および情報交換の広域化および大容量化に伴い、情報（信号）送信の高速化への要求が益々高まっている。こうした要求に応えるために光ファイバを利用した光通信技術が、基幹系長距離通信網を皮切りに発達し、現在では末端の各家庭へも普及しつつある。一方で、企業内や学校内などの数１００ｍから数ｋｍの短距離内では、従来から電気信号による通信ネットワークが発達し、光を用いた通信網へのニーズが希薄な状態にある。
　しかしながら昨今、企業の先端開発部門、金融機関、そして公的機関における端末ＰＣからの秘密情報漏洩が社会問題化しつつあり、これに対処するために端末ＰＣにハードディスク（ＨＤ）や書き換え可能な半導体不揮発性メモリを搭載しないネットワークの構築が始まっている。このようなネットワークにおいては、端末ＰＣでは、ホストコンピュータ（ＨＣ）との間で常時データのやり取りを行いつつデータの加工作業を行う。加工後のデータはＨＣのみに保存される。したがって、ＨＣと連結している各端末ＰＣとの間において、信号の送信速度をより一層高速化することが必然的に求められる。
　このようなニーズに対しては、従来の電気信号送信に代わり、光送信を用いたシステムが有利である。また光送信においても、信号伝送路を１本から複数本にする並列伝送方式や、１種類の波長よりも複数の波長を同時に用いる波長多重方式が大容量通信に適している。本発明の半導体発光素子アレーは、並列伝送方式や波長多重方式の光伝送システムに特に好ましく適用される。
　また、本発明の半導体発光素子アレーは、照明用の機器として用いることもできる。
［符号の説明］
　１　半導体結晶基板
　２　絶縁膜
　２Ａ～Ｈ　絶縁膜部
　３Ａ～３Ｈ　開口部
　４　半導体ロッド
　４Ａ～４Ｈ　半導体ロッド
　ｐ１Ａ～ｐ１Ｄ　ｐ２Ａ～ｐ２Ｄ　開口部同士の中心間距離
　ｈＡ～ｈＨ　半導体ロッドの高さ
　１１　ｎ型電極
　１２　絶縁材料
　１３　ｐ型電極
　１３Ａ～１３Ｈ　ｐ型電極
　２３　ｎ型ＧａＡｓ層
　２４　ｎ型ＡｌＧａＡｓ層（障壁層）
　２５　ＧａＡｓ層（量子井戸層）
　２６　ｐ型ＡｌＧａＡｓ層（障壁層）
　２７　ｐ型ＧａＡｓ層
　２８　ＡｌＧａＡｓ横方向成長膜
　３３　ｎ型ＧａＡｓ層
　３４　ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層構造
　３５　ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸層
　３６　ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層構造
　３７　ｐ型ＧａＡｓ層
　４３　ｎ型ＧａＡｓ層
　４４　ｎ型ＧａＡｓ層
　４５　ＩｎＧａＡｓ層
　４６　ｐ型ＧａＡｓ層
　４７　ｐ型ＧａＡｓ層
　５３　ｎ型ＩｎＰ層
　５４　ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層
　５５　ＩｎＧａＡｓ層
　５６　ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層
　５７　ｐ型ＩｎＰ層
　５８　高抵抗ＩｎＰ
　６３　ｎ型ＩｎＰ層
　６４　ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ/ＩｎＰ多層構造
　６５　ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層
　６６　ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ/ＩｎＰ多層構造
　６７　ｐ型ＩｎＰ層
　６８　表面保護層
　７３　ｎ型ＧａＮ層
　７４　ｎ型ＧａＮ/ＩｎＧａＮ層
　７５　ＩｎＧａＮ層
　７６　ｐ型ＧａＮ/ＩｎＧａＮ層
　７７　ｐ型ＧａＮ層
　８０Ａ～８０Ｄ　光導波路
　８１　コア
　８２　クラッド
　１００　半導体発光素子アレー
　１０１　ドライバＩＣ
　１１０Ａ～１１０Ｄ　発光素子
　１２０　プリント回路基板
　２００　受光素子アレーチップ
　２０１　レシーバＩＣ
　２１０　他のＩＣ
　３００　光合分波器
　３１０　光導波路
　４００　サーバユニット
　４１０　分岐サーバ
　４２０　地域通信網
　４３０　端末ＰＣ
　４４０　ホストサーバ
　４５０　インターネット
　５００　半導体結晶基板
　５０１～５０４　絶縁膜パターン部
　５１１～５１４　半導体ロッド
　５２０　電極
　５２１～５２４　電極
　５２１’～５２４’　電極
　５３０　埋め込み層
　５５０　光ファイバ
　５５１　コア
　５５２　クラッド
　６００　半導体結晶基板
　６０１～６０３　絶縁膜パターン部
　６１１～６１３　半導体ロッド
　６２０　電極
　６２１～６２３　電極
　６２１’～６２３’　電極
　６３０　埋め込み層
　６５０　光ファイバ
　６５１　コア
　６５２　クラッド

Claims (15)

  1. 　半導体結晶基板、
    　前記半導体結晶基板の表面に配置された絶縁膜であって、
    　　　前記絶縁膜は２以上の領域に区分されており、かつ
    　　　前記２以上の領域のそれぞれには、前記基板の表面を露出させる２以上の開口部が形成されている絶縁膜、
    　前記基板の表面から前記開口部を通って上方に延伸する半導体ロッドであって、前記延伸方向にｎ型半導体層とｐ型半導体層が積層されており、ｐ－ｎ接合を有する半導体ロッド、ならびに
    　前記半導体結晶基板に接続された第一電極、および前記半導体ロッドの上部に接続された第二電極を含む半導体発光素子アレーであって、
    　前記半導体ロッドの前記基板表面からの高さは、前記２以上の領域毎に異なる、半導体発光素子アレー。
  2. 　前記半導体ロッドは、ｐ－ｎヘテロ接合を有する、請求項１に記載の半導体発光素子アレー。
  3. 　前記半導体ロッドは量子井戸構造を有する、請求項１に記載の半導体発光素子アレー。
  4. 　前記開口部の面積の平均は、前記２以上の領域毎に異なる、請求項１に記載の半導体発光素子アレー。
  5. 　前記開口部の中心間距離の平均は、前記２以上の領域毎に異なる、請求項１に記載の半導体発光素子アレー。
  6. 　前記半導体結晶基板は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ、ＩｎＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣ、およびＡｌ２Ｏ３からなる群から選択される半導体材料の結晶基板であり、かつ
    　前記絶縁膜が配置された基板の表面は、結晶軸（１１１）面である、請求項１に記載の半導体発光素子アレー。
  7. 　前記半導体ロッドは、有機金属気相成長法または分子線エピタクシー法により形成される、請求項１に記載の半導体発光素子アレー。
  8. 　前記第一電極はｎ電極であり、かつ
    　前記第二電極はｐ電極であって、透明電極である、請求項１に記載の半導体発光素子アレー。
  9. 　前記第一電極はｐ電極であり、かつ
    　前記第二電極はｎ電極であって、透明電極である、請求項１に記載の半導体発光素子アレー。
  10. 　請求項１に記載の半導体発光素子アレーの製造方法であって、
    　Ａ）結晶軸（１１１）面を絶縁膜で被覆された半導体結晶基板を準備するステップであって、
    　　　前記絶縁膜は、２以上の領域に区分されており、かつ
    　　　前記２以上の領域のそれぞれには、前記結晶軸（１１１）面を露出させる２以上の開口部が形成されているステップ、および
    　Ｂ）有機金属気相成長法または分子線エピタクシー法を用いて、前記絶縁膜で被覆された半導体結晶基板から、前記開口部を通して半導体ロッドを形成するステップであって、ｎ型半導体からなる層を形成する工程と、ｐ型半導体からなる層を形成する工程とを含むステップ、
    　を有する、半導体発光素子アレーの製造方法。
  11. 　請求項１に記載の半導体発光素子アレー、および
    　前記２以上の領域のそれぞれに配置され、各領域の半導体ロッドからの発光が入射する光導波路を含む、光送信機器。
  12. 　請求項１に記載の半導体発光素子アレー、および
    　前記２以上の領域の半導体ロッドからの発光が入射する光導波路を含む、光送信機器。
  13. 　請求項１に記載の半導体発光素子アレー、
    　前記２以上の領域の半導体ロッドからの発光を合波する光合波器、および
    　前記合波器で合波された光が入射する光導波路を含む、光送信機器。
  14. 　請求項１に記載の半導体発光素子アレー、および
    　前記２以上の領域の半導体ロッドからの発光が入射する光導波路を含む、照明機器。
  15. 　請求項１に記載の半導体発光素子アレー、
    　前記２以上の領域の半導体ロッドからの発光を合波する光合波器、および
    　前記合波器で合波された光が入射する光導波路を含む、照明機器。
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