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JP4965293B2 - Semiconductor light emitting device, illumination device using the same, and method for manufacturing semiconductor light emitting device - Google Patents
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Semiconductor light emitting device, illumination device using the same, and method for manufacturing semiconductor light emitting device Download PDF

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Description

本発明は、III−V族化合物半導体などの化合物半導体発光素子を用いて構成される半導体発光装置に、さらにそれを用いて構成される照明装置ならびに半導体発光装置の製造方法に関し、特に化合物半導体発光素子としては、ナノコラムやナノロッドなどと称されるナノスケールの柱状結晶構造体から成るものに関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device configured using a compound semiconductor light emitting element such as a III-V compound semiconductor, and further to an illumination device configured using the semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device. The element relates to a device composed of a nanoscale columnar crystal structure called nanocolumn or nanorod.

近年、窒化物半導体もしくは酸化物半導体で構成された発光層を有する化合物半導体発光素子が注目されている。この発光素子の構造は、一例として、サファイア基板を用い、発光層の下部にシリコン(Si)がドーピングされたn−GaN層から成るn−クラッド層およびコンタクト層、発光層の上部にマグネシウム(Mg)がドーピングされたp−AlGa1−xNから成る電子ブロック層、電子ブロック層の上部にp−GaNのコンタクト層がそれぞれ形成されて構成されている。これらのいわゆるバルク結晶を用いる発光素子は、基板のサファイアと、窒化物や酸化物の半導体層との格子定数が大きく異なり、かつ基板上に薄膜として形成されるので、結晶内に非常に多くの貫通転位を含んでおり、発光素子の効率を増加させるのは困難であった。 In recent years, compound semiconductor light emitting devices having a light emitting layer composed of a nitride semiconductor or an oxide semiconductor have attracted attention. As an example of the structure of this light emitting element, an sapphire substrate is used, and an n-cladding layer and a contact layer composed of an n + -GaN layer doped with silicon (Si) at the lower portion of the light emitting layer, and magnesium ( An electron block layer made of p-Al x Ga 1-x N doped with Mg) and a p-GaN contact layer are formed on the electron block layer. In these light-emitting elements using so-called bulk crystals, the lattice constants of the sapphire substrate and the nitride or oxide semiconductor layer are greatly different and are formed as a thin film on the substrate. Since threading dislocations are included, it is difficult to increase the efficiency of the light emitting element.

そこで、このような問題を解決する手法の従来例として、特許文献1が知られている。この従来例では、サファイア基板上に、n型GaNバッファ層を形成した後、アレイ状に配列された多数の前記柱状結晶構造体(ナノコラム)を形成しており、そのGaNナノコラム間に、柱状結晶構造の保護等のために透明絶縁物層を埋め込んだ後、透明電極および電極パッドが成膜されて構成されている。特にGaNナノコラムは、n型GaNナノコラム、InGaN量子井戸、p型GaNナノコラムから構成されている。このナノコラムを用いれば、前述のバルク結晶が有する貫通転位をほとんど無くすまでに低減することができ、前記貫通転位による非発光再結合が減少して、発光効率を向上することができる。   Therefore, Patent Document 1 is known as a conventional example of a technique for solving such a problem. In this conventional example, after forming an n-type GaN buffer layer on a sapphire substrate, a large number of the columnar crystal structures (nanocolumns) arranged in an array are formed, and columnar crystals are formed between the GaN nanocolumns. A transparent electrode and an electrode pad are formed after embedding a transparent insulating layer for structural protection or the like. In particular, the GaN nanocolumn includes an n-type GaN nanocolumn, an InGaN quantum well, and a p-type GaN nanocolumn. If this nanocolumn is used, it is possible to reduce the threading dislocations of the bulk crystal to be almost eliminated, and non-radiative recombination due to the threading dislocations can be reduced, so that the light emission efficiency can be improved.

また、前記の従来技術とは別に、特許文献2のように柱状結晶構造体を従来の蛍光体の代替として用いるものもある。
特開2005−228936号公報 特開2006−104411号公報
In addition to the prior art described above, there is also a technique using a columnar crystal structure as an alternative to a conventional phosphor as disclosed in Patent Document 2.
JP 2005-228936 A JP 2006-104411 A

先ず特許文献1の従来技術では、基板上にナノコラムを形成した後、p型GaNナノコラム上に電極を形成しようとして、材料を蒸着すると、InGaN量子井戸を挟んで、前記p型GaNナノコラムとn型GaNナノコラムとが短絡してしまう可能性がある。このため、電極形成の前に、SOG、SiO、もしくはエポキシ樹脂などから成る前記透明絶縁物がナノコラムの間に埋め込まれている。しかしながら、それらの絶縁物を、100nm程度というごく僅かなナノコラムアレイの間隙に、均一かつ所望の深さまで埋め込むのは極めて困難である。具体的に特許文献1では、直径70nm、高さ1μm程度のナノコラムを作製しているが、間隙のアスペクト比(深さ/直径)は10を超える値になる。これをCVDなどを用いて完全に埋めるのは極めて困難であり、特許文献1では液体状にしたものをスピンコーティングして透明絶縁層を形成しているが、表面張力が働いて上手く間隙中に入れ込むことは困難である。 First, in the prior art of Patent Document 1, after forming a nanocolumn on a substrate and then depositing a material to form an electrode on the p-type GaN nanocolumn, the p-type GaN nanocolumn and the n-type are sandwiched between InGaN quantum wells. There is a possibility that the GaN nanocolumn is short-circuited. For this reason, before the electrode formation, the transparent insulator made of SOG, SiO 2 , epoxy resin or the like is buried between the nanocolumns. However, it is extremely difficult to embed these insulators in a very small gap between nanocolumn arrays of about 100 nm to a desired depth. Specifically, in Patent Document 1, a nanocolumn having a diameter of about 70 nm and a height of about 1 μm is manufactured, but the gap aspect ratio (depth / diameter) exceeds 10. It is extremely difficult to completely fill this with CVD or the like, and in Patent Document 1, a liquid insulating material is formed by spin-coating a liquid, but the surface tension works and the gap is well formed. It is difficult to insert.

一方、特許文献2の従来技術は、柱状結晶の直径が3nm以下、発光領域の長さが3nm以下という構成であり、形状は柱状結晶構造体を用いているものの、本質的には量子ドットと呼ぶべきものである。すなわちこの従来技術の意味するところは、本来は直径3nm、長さ3nmの量子サイズ効果を有する量子ドットのみを発光素子として作製したいのだが、それそのものだけを作製できないために柱状結晶構造体を利用してその中に量子ドットを実現したものである。しかしながら、それでも直径3nmの柱状結晶構造を作製するのは非常に困難であり、製造コストも高価にならざるを得ず、たとえ量産したとしても非常に高価で、一般照明に用いることはできない。   On the other hand, the prior art of Patent Document 2 has a configuration in which the diameter of the columnar crystal is 3 nm or less and the length of the light emitting region is 3 nm or less, and the shape uses a columnar crystal structure. It should be called. In other words, this conventional technology originally meant that only quantum dots having a quantum size effect with a diameter of 3 nm and a length of 3 nm were produced as light-emitting elements, but because they could not be produced alone, columnar crystal structures were used. In this, quantum dots are realized. However, it is still very difficult to produce a columnar crystal structure with a diameter of 3 nm, the manufacturing cost must be high, and even if mass-produced, it is very expensive and cannot be used for general lighting.

また、発光メカニズムについても、この従来技術では、相互に隣接した光吸収領域で励起したキャリアを発光領域で再結合させて発光させており、すなわち光励起によって発光させている。   As for the light emission mechanism, in this prior art, carriers excited in light absorption regions adjacent to each other are recombined in the light emission region to emit light, that is, light is emitted by photoexcitation.

本発明の目的は、ナノコラムLEDの電極形成工程の困難さを回避しながら、かつ量子ドットのような製造が困難で高コストな技術を用いることなく、安価で安定的に製造できる半導体発光装置およびそれを用いる照明装置ならびに半導体発光装置の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor light-emitting device that can be manufactured inexpensively and stably while avoiding the difficulty of the electrode forming process of the nanocolumn LED and without using a difficult and expensive technology such as a quantum dot. An illumination device using the same and a method for manufacturing a semiconductor light emitting device are provided.

本発明の半導体発光装置は、柱状結晶構造体を用いる半導体発光装置において、前記柱状結晶構造体は、化合物半導体から成る柱状のコア部を、前記コア部よりもバンドギャップエネルギーが大きい化合物半導体から成る筒状のシェル部で囲んだ同軸形状に形成されて支持基板に平行な状態で搭載されており、前記支持基板は導電性基板から成り、その表層部の前記柱状結晶構造体の陰となる部分が深層部を通して第1の電極となり、それ以外の部分が絶縁性となり、前記柱状結晶構造体を搭載した支持基板上を覆い、前記柱状結晶構造体で発生する光に対して透明な有機金属から成る第2の電極を含むことを特徴とする。
The semiconductor light-emitting device of the present invention is a semiconductor light-emitting device using a columnar crystal structure, wherein the columnar crystal structure is formed of a compound semiconductor having a columnar core portion made of a compound semiconductor having a larger band gap energy than the core portion. It is formed in a coaxial shape surrounded by a cylindrical shell portion and mounted in a state parallel to the support substrate, and the support substrate is made of a conductive substrate, which is behind the columnar crystal structure in the surface layer portion. portion becomes the first electrode through the deep layer, and the other portion becomes the insulating, transparent organic to the cover over the support board having columnar crystal structure, the light generated in the previous SL columnar crystal structure characterized in that it comprises a second electric pole made of metal.

また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、柱状結晶構造体を用いる半導体発光装置の製造方法において、成長基板上に、化合物半導体から成る柱状のコア部を成長させ、そのコア部を該コア部よりもバンドギャップエネルギーが大きい化合物半導体から成る筒状のシェル部で囲んだ同軸形状に前記柱状結晶構造体を形成した後、前記成長基板を剥離して該柱状結晶構造体を取出す工程と、電性の支持基板上に前記柱状結晶構造体を、前記支持基板に平行となるように散布する工程と、前記柱状結晶構造体を搭載した支持基板を、自己整合によって、その表層部の前記柱状結晶構造体の陰となる部分を深層部を通して第1の電極に、前記陰となる部分以外を絶縁性に処理する工程と、前記柱状結晶構造体を搭載した支持基板を、前記柱状結晶構造体で発生する光に対して透明な有機金属で覆い、第2の電極とする工程とを含むことを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device, wherein a columnar core portion made of a compound semiconductor is grown on a growth substrate in the method for manufacturing a semiconductor light-emitting device using a columnar crystal structure. Forming the columnar crystal structure in a coaxial shape surrounded by a cylindrical shell portion made of a compound semiconductor having a larger band gap energy than the portion, and then removing the growth substrate and taking out the columnar crystal structure; A step of dispersing the columnar crystal structures on a conductive support substrate so as to be parallel to the support substrate; and a support substrate on which the columnar crystal structures are mounted are self-aligned to form the surface layer portion Yin become part of the columnar crystal structures in the first electrode through the deep layer, treating the other portion serving as the negative to the insulation, the supporting board having the columnar crystal structure, before Symbol columnar Covered with a transparent organic metal to light generated in the crystal structure, characterized in that it comprises a step of the second electrode.

上記の構成によれば、ナノコラムやナノロッドなどと称されるナノスケールの柱状結晶構造体を用いるようにした半導体発光装置およびその製造方法において、前記柱状結晶構造体を、化合物半導体から成る六角柱や四角柱状のコア部を、前記コア部よりもバンドギャップエネルギーが大きい化合物半導体から成る筒状のシェル部で囲んだ同軸形状のヘテロ構造として、前記シェル部を量子井戸の壁とし、コア部を量子井戸の底として、該柱状結晶構造体の全長で量子井戸を形成するとともに、成長後に成長基板から分離して、新たな支持基板に平行な横転状態で搭載し、その外周面に電極を形成して電子および正孔を注入し、前記コア部内でそれらを貯め、発光再結合させる。   According to the above configuration, in the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof using a nanoscale columnar crystal structure called a nanocolumn or a nanorod, the columnar crystal structure is a hexagonal column made of a compound semiconductor, A rectangular columnar core part is formed as a coaxial heterostructure surrounded by a cylindrical shell part made of a compound semiconductor having a larger band gap energy than the core part. The shell part is a quantum well wall, and the core part is a quantum well. As the bottom of the well, a quantum well is formed with the full length of the columnar crystal structure, separated from the growth substrate after growth, mounted in a rollover state in parallel with a new support substrate, and an electrode is formed on the outer peripheral surface thereof. Then, electrons and holes are injected, stored in the core, and recombined with light emission.

そして、支持基板上に散布した際に任意の位置で前記のように横転状態で搭載されることになる前記柱状結晶構造体の1つ1つに電極を形成するのは事実上不可能であるので、先ず支持基板自体を導電性としておき、第1の電極となるようにする。また、前記柱状結晶構造体で発生する光に対して透明な有機金属をスピンコートなどで塗布して前記柱状結晶構造体を覆わせることで第2の電極とすることができる。
And it is practically impossible to form electrodes on each of the columnar crystal structures to be mounted in a rollover state at any position as described above when sprayed on the support substrate. Therefore, first, the support substrate itself is made conductive so that it becomes the first electrode. Further, it is possible to the second electrode by the previous SL transparent organometallic against the light generated in the columnar crystal structure is coated with spin coating to cover the columnar crystal structure.

しかしながら、支持基板上に柱状結晶構造体を散布した後に、そのまま有機金属で覆うと、第1の電極と第2の電極とが短絡することになるので、前記柱状結晶構造体を散布した後の支持基板の表層部を、前記柱状結晶構造体による自己整合を用いて、前記第1の電極となる領域とそうでない絶縁性となる領域とに区分する処理を行う。たとえば支持基板がアルミから成るとき、窒化することで、前記柱状結晶構造体の陰となる部分はアルミのままで導電性を有し、深層部を通して外周縁や裏面を電源への端子とすることができる。これに対して、前記陰となる部分以外は窒化アルミとなって絶縁性となり、前記有機金属が被せられても前記短絡が生じることはない。   However, if the columnar crystal structures are spread on the support substrate and then covered with an organic metal as it is, the first electrode and the second electrode will be short-circuited. Using the self-alignment by the columnar crystal structure, the surface layer portion of the support substrate is processed to be divided into a region that becomes the first electrode and a region that does not have the insulating property. For example, when the support substrate is made of aluminum, by nitriding, the shadowed part of the columnar crystal structure remains aluminum, and the outer peripheral edge and the back surface are used as terminals to the power supply through the deep layer. Can do. On the other hand, except for the shaded portion, it becomes aluminum nitride and becomes insulating, so that the short circuit does not occur even if the organic metal is covered.

したがって、電極形成の困難さが無くなるので、極めて安価で安定的に製造できる半導体発光装置およびその製造方法を実現することができる。また、柱状結晶構造体単体で見ても、pn接合がなく、電子、正孔の注入効率は悪いが、ほぼ全長を量子井戸として使用できるので、発光面積を圧倒的に広くすることができる。   Therefore, since the difficulty of electrode formation is eliminated, it is possible to realize a semiconductor light emitting device that can be manufactured at a very low cost and stably and a manufacturing method thereof. Further, even when viewed as a single columnar crystal structure, although there is no pn junction and the injection efficiency of electrons and holes is poor, almost the entire length can be used as a quantum well, so that the emission area can be overwhelmingly widened.

さらにまた、本発明の半導体発光装置では、前記支持基板は、アルミから成ることを特徴とする。   Furthermore, in the semiconductor light emitting device of the present invention, the support substrate is made of aluminum.

上記の構成によれば、支持基板がアルミであると、放熱性に優れ、n型層と良好なオーミックコンタクトを形成するとともに、酸化または窒化するだけで、窒化ガリウムなどから成る柱状結晶構造体にダメージを与えることなく、極めて容易に前記表層部を絶縁性にすることができ、前記支持基板の材料として好適である。   According to the above configuration, when the support substrate is made of aluminum, the columnar crystal structure made of gallium nitride or the like can be formed by simply forming the good ohmic contact with the n-type layer and oxidizing or nitriding the substrate. The surface layer portion can be made insulative very easily without causing damage, and is suitable as a material for the support substrate.

また、本発明の半導体発光装置では、前記柱状結晶構造体は、少なくとも前記コア部が異なる組成から成るものを複数種類有することを特徴とする。   In the semiconductor light-emitting device of the present invention, the columnar crystal structure has a plurality of types in which at least the core portion has different compositions.

上記の構成によれば、コア部の組成が異なることで異なる波長の光を放射することができ、それらを複数種類組合わせることで、白色等の所望とする色の光を発生させることができる。   According to said structure, the light of a different wavelength can be radiated | emitted by having a different composition of a core part, and the light of desired colors, such as white, can be generated by combining multiple types of them. .

さらにまた、本発明の照明装置は、前記の半導体発光装置を用いることを特徴とする。   Furthermore, the illumination device of the present invention is characterized by using the semiconductor light emitting device.

上記の構成によれば、ナノコラムへの電極形成工程の困難さを回避しながら、安価で安定的に製造できる照明装置を実現することができる。   According to said structure, the illuminating device which can be manufactured stably cheaply is realizable, avoiding the difficulty of the electrode formation process to nanocolumn.

また、本発明の半導体発光装置の製造方法では、前記成長基板上に前記コア部を形成する工程は、前記成長基板上に、化合物半導体材料に対するカタリスト材料層を成膜する工程と、前記カタリスト材料層を、前記コア部を成長させるべき柱径に対応した形状にパターニングする工程と、前記パターニングによって残された前記カタリスト材料層から前記化合物半導体材料を取込ませ、該カタリスト材料層内で結合させて前記成長基板上に前記コア部を結晶成長させる工程とを含むことを特徴とする。   In the method of manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the step of forming the core portion on the growth substrate includes the step of forming a catalyst material layer on the compound semiconductor material on the growth substrate, and the catalyst material. Patterning a layer into a shape corresponding to a column diameter on which the core portion is to be grown, and taking in the compound semiconductor material from the catalyst material layer left by the patterning, and bonding in the catalyst material layer And a step of crystal-growing the core portion on the growth substrate.

上記の構成によれば、たとえばサファイアなどの成長基板上に、前記の柱状結晶構造体のコア部を成長させるにあたって、Ga,N,In,Alなどの化合物半導体材料や、Mg,Siなどの添加物材料に対して、それらを溶解して取込み、かつ自身とは合成物を作らないNi,Cu,Fe,Auなどのカタリスト材料層を前記成長基板上に形成しておく。その後、前記カタリスト材料層を、前記コア部を成長させるべき柱径に対応した形状にパターニングして、前記コア部を成長させる。   According to the above configuration, for example, when the core portion of the columnar crystal structure is grown on a growth substrate such as sapphire, a compound semiconductor material such as Ga, N, In, or Al, or addition of Mg, Si, or the like A catalyst material layer such as Ni, Cu, Fe, Au or the like that dissolves and takes in a material and does not form a composite with itself is formed on the growth substrate. Thereafter, the catalyst material layer is patterned into a shape corresponding to the column diameter on which the core portion is to be grown to grow the core portion.

したがって、所望とする形状のコア部を多量に作成することができる。コア部が所望の長さに成長した後、材料組成や成長温度を変化させて成長させると、コア部の回りに成長が始まり、前記筒状のシェル部となる。   Therefore, a large amount of core portions having a desired shape can be produced. After the core portion has grown to a desired length, growth is started around the core portion by changing the material composition and growth temperature, and the cylindrical shell portion is obtained.

本発明の半導体発光装置およびその製造方法は、以上のように、ナノコラムやナノロッドなどと称されるナノスケールの柱状結晶構造体を用いるようにした半導体発光装置およびその製造方法において、前記柱状結晶構造体を、化合物半導体から成る六角柱や四角柱状のコア部を、前記コア部よりもバンドギャップエネルギーが大きい化合物半導体から成る筒状のシェル部で囲んだ同軸形状のヘテロ構造として、前記シェル部を量子井戸の壁とし、コア部を量子井戸の底として、該柱状結晶構造体の全長で量子井戸を形成するとともに、成長後に成長基板から分離して、新たな支持基板に平行な横転状態で搭載し、その外周面に電極を形成して電子および正孔を注入し、前記コア部内でそれらを貯め、発光再結合させるようにする。さらに、導電性を有する支持基板上にそのような柱状結晶構造体を散布した後に、支持基板の表層部を、前記柱状結晶構造体による自己整合を用いて、第1の電極となる領域とそうでない絶縁性となる領域とに区分する処理を行い、前記柱状結晶構造体で発生する光に対して透明な有機金属をスピンコートなどで塗布して前記柱状結晶構造体を覆わせることで第2の電極とする。
As described above, the semiconductor light-emitting device and the manufacturing method thereof according to the present invention are the above-described columnar crystal structure in the semiconductor light-emitting device and the manufacturing method thereof using a nanoscale columnar crystal structure called a nanocolumn or a nanorod. The shell portion is formed as a coaxial heterostructure in which a body is surrounded by a cylindrical shell portion made of a compound semiconductor having a band gap energy larger than that of the core portion. The quantum well is formed with the full length of the columnar crystal structure with the quantum well wall and the core as the bottom of the quantum well, separated from the growth substrate after growth, and mounted in a rollover state parallel to a new support substrate Then, an electrode is formed on the outer peripheral surface to inject electrons and holes, and the electrons are stored in the core portion to recombine light emission. Further , after such a columnar crystal structure is dispersed on a conductive support substrate, the surface layer portion of the support substrate is made to be a region serving as the first electrode by using self-alignment by the columnar crystal structure. not subjected to processing for division into an insulating and a region, first by pre-SL transparent organometallic to light generated in the columnar crystal structure is coated with spin coating to cover the columnar crystal structure 2 electrode.

それゆえ、電極形成の困難さが無くなるので、極めて安価で安定的に製造できる半導体発光装置およびその製造方法を実現することができる。また、柱状結晶構造体単体で見ても、pn接合がなく、電子、正孔の注入効率は悪いが、ほぼ全長を量子井戸として使用できるので、発光面積を圧倒的に広くすることができる。   Therefore, it is possible to realize a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device that can be manufactured stably at an extremely low cost because the difficulty of electrode formation is eliminated. Further, even when viewed as a single columnar crystal structure, although there is no pn junction and the injection efficiency of electrons and holes is poor, almost the entire length can be used as a quantum well, so that the emission area can be overwhelmingly widened.

さらにまた、本発明の半導体発光装置は、以上のように、前記支持基板をアルミとする。   Furthermore, in the semiconductor light emitting device of the present invention, the support substrate is made of aluminum as described above.

それゆえ、放熱性に優れ、n型層と良好なオーミックコンタクトを形成するとともに、酸化または窒化するだけで、窒化ガリウムなどから成る柱状結晶構造体にダメージを与えることなく、極めて容易に前記表層部を絶縁性にすることができ、前記支持基板の材料として好適である。   Therefore, it is excellent in heat dissipation, forms a good ohmic contact with the n-type layer, and is very easy to oxidize or nitride without causing damage to the columnar crystal structure made of gallium nitride or the like. Can be made insulative, and is suitable as a material for the support substrate.

また、本発明の半導体発光装置は、以上のように、前記柱状結晶構造体に、少なくとも前記コア部が異なる組成から成るものを複数種類用いる。   In addition, as described above, the semiconductor light-emitting device of the present invention uses a plurality of types of the columnar crystal structure having at least the core portion different in composition.

それゆえ、異なる波長の光を放射することができ、それらを複数種類組合わせることで、白色等の所望とする色の光を発生させることができる。   Therefore, light of different wavelengths can be emitted, and light of a desired color such as white can be generated by combining a plurality of types of light.

さらにまた、本発明の照明装置は、以上のように、前記の半導体発光装置を用いる。   Furthermore, the lighting device of the present invention uses the semiconductor light emitting device as described above.

それゆえ、ナノコラムへの電極形成工程の困難さを回避しながら、安価で安定的に製造できる照明装置を実現することができる。   Therefore, it is possible to realize an illumination device that can be manufactured stably at low cost while avoiding the difficulty of the electrode forming process on the nanocolumn.

また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、以上のように、たとえばサファイアやSiなどの成長基板上に、前記の柱状結晶構造体のコア部を成長させるにあたって、Ga,N,In,Alなどの化合物半導体材料や、Mg,Siなどの添加物材料に対して、それらを溶解して取込み、かつ自身とは合成物を作らないNi,Cu,Fe,Auなどのカタリスト材料層を前記成長基板上に形成しておき、その後前記カタリスト材料層を、前記コア部を成長させるべき柱径に対応した形状にパターニングして、前記コア部を成長させる。   In addition, as described above, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, when the core portion of the columnar crystal structure is grown on a growth substrate such as sapphire or Si, Ga, N, In, Al Growth of catalyst material layers such as Ni, Cu, Fe, Au, etc. that dissolve and take in compound semiconductor materials such as Mg, Si, etc. It is formed on a substrate, and then the catalyst material layer is patterned into a shape corresponding to the column diameter on which the core portion is to be grown, thereby growing the core portion.

それゆえ、所望とする形状のコア部を多量に作成することができる。   Therefore, a large amount of core portions having a desired shape can be formed.

図1は、本発明の実施の一形態に係る半導体発光装置1の構造を説明するための一部分を透視して示す斜視図である。注目すべきは、この半導体発光装置1では、大略的に、ナノコラム2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g(総称するときは、以下参照符号2で示す)は、図示しない成長基板から分離された後、導電性を有する支持基板3上に多数散布され、ナノコラム2で発生する光に対して透明な有機金属から成る封止部材4が被せられて構成されることである。また注目すべきは、ナノコラム2は、図2で示すように、化合物半導体から成る柱状のコア部21を、前記コア部21よりもバンドギャップエネルギーが大きい化合物半導体から成る筒状のシェル部22で囲んだ同軸形状のヘテロ構造に形成され、コア部21自体が活性層となることである。
FIG. 1 is a perspective view showing a part for explaining the structure of a semiconductor light emitting device 1 according to an embodiment of the present invention. It should be noted that in this semiconductor light emitting device 1, the nanocolumns 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, and 2g (generally referred to as reference numeral 2 hereinafter) are formed from a growth substrate (not shown). after being separated, numerous sprayed on a supporting substrate 3 having an electrically conductive, it is that the sealing member 4 made of a transparent organic metal to light generated in the burner Nokoramu 2 is constructed is covered. It should also be noted that the nanocolumn 2 includes a cylindrical core portion 21 made of a compound semiconductor having a band gap energy larger than that of the core portion 21, as shown in FIG. It is formed in an enclosed coaxial heterostructure, and the core portion 21 itself becomes an active layer.

すなわち、たとえば前記コア部21はn型GaNから成り、シェル部22はn型AlGaNから成ることで、前記シェル部22は量子井戸の壁となり、コア部21は量子井戸の底となって、該ナノコラム2の全長で量子井戸を形成する。したがって、後述するように該ナノコラム2の外周面から注入された電子および正孔は前記コア部21内で蓄えられ、発光再結合する。これによって発生した光は、バンドギャップエネルギーの大きな前記シェル部22を活性化することができず、該シェル部22を通過して、さらに前記透明な有機金属から成る封止部材4を通過して外部に放出される。   That is, for example, the core portion 21 is made of n-type GaN, the shell portion 22 is made of n-type AlGaN, the shell portion 22 is a quantum well wall, and the core portion 21 is a bottom of the quantum well. A quantum well is formed over the entire length of the nanocolumn 2. Therefore, as will be described later, electrons and holes injected from the outer peripheral surface of the nanocolumn 2 are stored in the core portion 21 and recombine by light emission. The light generated thereby cannot activate the shell portion 22 having a large band gap energy, passes through the shell portion 22, and further passes through the sealing member 4 made of the transparent organic metal. Released to the outside.

図3は、前記ナノコラム2の製造工程を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、ナノコラム2の形成にあたっては、フォトリソグラフィが用いられるが、その形成方法は本方法に限定されるものではなく、たとえば電子ビーム露光などの方法を用いてもよいことは言うまでもない。また、本実施の形態では、ナノコラム2の成長は、有機金属気相成長(MOCVD)によって行うことを前提としているが、ナノコラム2の成長方法はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)やハイドライド気相成長(HVPE)法等を用いてもナノコラム2が作製可能である。以下、特に断らない限り、MOCVD装置を用いるものとする。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the nanocolumn 2. In the present embodiment, photolithography is used to form the nanocolumns 2. However, the formation method is not limited to this method, and it is needless to say that a method such as electron beam exposure may be used. . In this embodiment, it is assumed that the growth of the nanocolumn 2 is performed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). However, the growth method of the nanocolumn 2 is not limited to this, and molecular beam epitaxy ( The nanocolumn 2 can also be fabricated using MBE) or hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method. Hereinafter, an MOCVD apparatus is used unless otherwise specified.

先ず、サファイアから成る成長基板31上に、電子線蒸着によって、カタリスト材料層となるNi薄膜32が10nm程度蒸着され、続いて通常のリソグラフィ技術とドライエッチング技術とを用いて、前記Ni薄膜32が、直径10〜100nmの島状に適宜間隔を開けてパターニングされ、図3(a)で示すようになる。   First, on a growth substrate 31 made of sapphire, a Ni thin film 32 serving as a catalyst material layer is deposited to a thickness of about 10 nm by electron beam evaporation, and then the Ni thin film 32 is formed by using a normal lithography technique and a dry etching technique. Then, patterning is performed at appropriate intervals in an island shape having a diameter of 10 to 100 nm, as shown in FIG.

続いて、これをMOCVD装置に入れて温度を950℃に設定し、この温度を保持しながら、GaN結晶成長の成長ガスであるTMG(トリメチルガリウム)およびNH(アンモニア)に、n型不純物供給用にSiH(シラン)を、さらにキャリアガスとして水素を供給すると、従来から公知であるカタリストを用いたGaNナノコラム成長により、前記n型GaNナノコラムから成る前記コア部21が1μm、図3(b)で示すように成長する。 Subsequently, this is put in an MOCVD apparatus, the temperature is set to 950 ° C., and n-type impurities are supplied to TMG (trimethylgallium) and NH 3 (ammonia) as growth gases for GaN crystal growth while maintaining this temperature. When SiH 4 (silane) and hydrogen as a carrier gas are further supplied, the core portion 21 made of the n-type GaN nanocolumn is 1 μm by GaN nanocolumn growth using a conventionally known catalyst, and FIG. ) Grow as shown.

その後、キャリアガスを水素から窒素に変えた窒素雰囲気中で、形成温度は940℃とし、前記TMG(トリメチルガリウム)、NH(アンモニア)およびSiH(シラン)に、成長ガスとしてさらにTMA(トリメチルアルミニウム)を加えることで、n型AlGaN層から成る前記シェル部22が10nm以下の厚さで、図3(c)で示すように成長する。こうして、所望とする径および長さのナノコラム2を大量に作成することができる。 Thereafter, in a nitrogen atmosphere where the carrier gas is changed from hydrogen to nitrogen, the formation temperature is set to 940 ° C., and TMA (trimethyl) is further added as a growth gas to the TMG (trimethylgallium), NH 3 (ammonia) and SiH 4 (silane). By adding (aluminum), the shell portion 22 made of an n-type AlGaN layer grows with a thickness of 10 nm or less as shown in FIG. In this way, a large number of nanocolumns 2 having a desired diameter and length can be produced.

こうして作成されたナノコラム2は、図3(d)で示すように、成長基板31全体を容器33に満たしたアルコール34中に浸漬し、超音波を印加することで成長基板31から剥れ(根元から折れ)アルコール34中に散在する。その後、前記容器33からサファイア基板31を取り去り、代わってn型電極となるAl基板5およびn型電極端子となるCu基板6を積層したデバイス用支持基板である前記支持基板3を容器33に入れ、アルコール34を蒸発させることにより、前記図1で示すように多数のナノコラム2を支持基板3上に搭載することができる。或いは、先に支持基板3を容器33に入れ、その上方に反転して成長基板31を入れ、超音波を印加することで、サファイア基板31から剥れたナノコラム2が支持基板3上に降り注いた後、成長基板31を取り除き、アルコール34を蒸発させるようにしてもよい。この状態で炉に入れて400℃前後でアニールすることで、前記ナノコラム2を支持基板3上にアロイして固着することができる。   As shown in FIG. 3 (d), the nanocolumn 2 created in this way is detached from the growth substrate 31 by immersing the entire growth substrate 31 in an alcohol 34 filled in a container 33 and applying ultrasonic waves (root). From the alcohol 34. Thereafter, the sapphire substrate 31 is removed from the container 33, and the support substrate 3, which is a device support substrate in which an Al substrate 5 serving as an n-type electrode and a Cu substrate 6 serving as an n-type electrode terminal are stacked, is placed in the container 33. By evaporating the alcohol 34, a large number of nanocolumns 2 can be mounted on the support substrate 3 as shown in FIG. Alternatively, the support substrate 3 is first put in the container 33, and the growth substrate 31 is turned upside down and the ultrasonic wave is applied, so that the nanocolumn 2 peeled off from the sapphire substrate 31 falls on the support substrate 3. Thereafter, the growth substrate 31 may be removed, and the alcohol 34 may be evaporated. In this state, the nanocolumn 2 can be alloyed and fixed on the support substrate 3 by annealing in a furnace at around 400 ° C.

その後、図4で示すように支持基板3の上方から窒素ラジカル35を照射すると、任意の位置に散布されたナノコラム2に対して、その自己整合によって、Al基板5の表層部において、ナノコラム2の影になっていない部分5aは窒化され、窒化アルミニウム層を形成する。これは絶縁物層であり、該Al基板5と将来上部に形成され、p型電極となる前記封止部材4とを分離する役割を果たす。一方、前記ナノコラム2の影になっている部分5bは、窒化されず導電性を有し、前記シェル部22とAl基板5の深層部からCu基板6とを接続する。このようにAl基板5を用いることで、放熱性に優れ、シェル部22のn型層と良好なオーミックコンタクトを形成するとともに、酸化または窒化するだけで、前記GaNから成るナノコラム2にダメージを与えることなく、極めて容易に前記表層部を絶縁性にすることができ、前記支持基板3の材料として好適である。   Thereafter, as shown in FIG. 4, when the nitrogen radicals 35 are irradiated from above the support substrate 3, the nanocolumns 2 scattered at an arbitrary position are self-aligned with the nanocolumns 2 in the surface layer portion of the Al substrate 5. The non-shadowed portion 5a is nitrided to form an aluminum nitride layer. This is an insulator layer, and it plays a role of separating the Al substrate 5 from the sealing member 4 which will be formed in the upper part in the future and will be a p-type electrode. On the other hand, the shaded portion 5 b of the nanocolumn 2 is not nitrided and has conductivity, and connects the shell portion 22 and the Cu substrate 6 from the deep layer portion of the Al substrate 5. By using the Al substrate 5 in this manner, heat dissipation is excellent, and a good ohmic contact with the n-type layer of the shell portion 22 is formed, and the nanocolumn 2 made of GaN is damaged only by oxidation or nitridation. Therefore, the surface layer portion can be made insulative very easily and is suitable as a material for the support substrate 3.

続いて、支持基板3上の全面に図5で示すように前記透明な有機金属から成る前記封止部材4を、たとえば300nmスピンコートした後、さらにITO7が蒸着され、その上部の一部にAuから成るp型電極端子8を形成すると半導体発光装置1が完成する。   Subsequently, as shown in FIG. 5, the sealing member 4 made of the transparent organic metal is spin-coated, for example, by 300 nm on the entire surface of the support substrate 3, and then ITO 7 is deposited, and Au is partially deposited on the upper part. When the p-type electrode terminal 8 made of is formed, the semiconductor light emitting device 1 is completed.

なお、成長基板1はサファイアに限らず、シリコン(Si)、炭化珪素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al)、酸化シリコン(SiO)、酸化亜鉛(ZnO)等が使用されてもよい。また、ナノコラム2の結晶も、GaNに限らず、ZnOなどの酸化物や酸窒化物材料であってもよいことは言うまでもない。さらにまた、ナノコラム2はn型に限らず、p型コア部、およびそれを取り巻くp型シェル部から成る同軸形状ナノコラムとし、かつp型コア部のバンドギャップエネルギー幅がp型シェル部のバンドギャップエネルギー幅より小さければ、同様のメカニズムで発光させることができる。 The growth substrate 1 is not limited to sapphire, but silicon (Si), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), zinc oxide (ZnO), etc. May be used. Needless to say, the crystal of the nanocolumn 2 is not limited to GaN but may be an oxide such as ZnO or an oxynitride material. Furthermore, the nanocolumn 2 is not limited to the n-type, but is a coaxial nanocolumn composed of a p-type core part and a p-type shell part surrounding the p-type core part, and the band gap energy width of the p-type core part is the band gap of the p-type shell part. If it is smaller than the energy width, light can be emitted by the same mechanism.

ただし、化合物半導体材料および添加物材料ならびに前記カタリスト材料層は、カタリスト材料層が化合物半導体材料および添加物材料を溶解して取込み、かつそれらが合成物を作らない材料に選ばれる必要がある。たとえば、カタリスト材料層としては、Ni,Cu,Fe,Auなどであり、化合物半導体材料としては、Ga,N,In,Alなどであり、添加物材料としては、Mg,Siなどである。また、カタリスト材料層の薄膜は、材料を取込むカタリスト材料層としての機能を発揮することができる厚さ、たとえば数原子層から、取込んだ材料が拡散することができる厚さ、たとえば20nmまでに形成され、好ましくは前記10nmである。   However, the compound semiconductor material and additive material and the catalyst material layer need to be selected as materials in which the catalyst material layer dissolves and takes in the compound semiconductor material and additive material and does not form a composite. For example, the catalyst material layer is Ni, Cu, Fe, Au, etc., the compound semiconductor material is Ga, N, In, Al, etc., and the additive material is Mg, Si, etc. Further, the thin film of the catalyst material layer has a thickness capable of exhibiting a function as a catalyst material layer for taking in the material, for example, from several atomic layers to a thickness at which the taken-in material can diffuse, for example, 20 nm. Preferably, the thickness is 10 nm.

また、前記ナノコラム2を作成するにあたって、上述の例ではカタリスト材料層を使用したが、シリコン(Si)などの成長基板31上に、前記Ga,N,In,Alなどの化合物半導体材料や、Mg,Siなどの添加物材料に対して、それらの元素を吸着・結合させて前記コア部21に成長させてゆくAlNなどの化合物種結晶層を用いてもよい。   Further, in the above example, the catalyst material layer is used in forming the nanocolumn 2. However, the compound semiconductor material such as Ga, N, In, Al or the like on the growth substrate 31 such as silicon (Si), Mg A seed crystal layer of AlN or the like that grows on the core portion 21 by adsorbing and bonding these elements to additive materials such as Si and Si may be used.

このようにして、所望とする形状のナノコラム2を多量に作成することができる。そして、カタリスト材料層となるNi薄膜32を、成長させるべき柱径に対応した形状にパターニングしておくことで、それぞれの発光波長などを調整することができる。また、組成(コア部21のバンドギャップ幅)が相互に異なるように作成したナノコラム2を、前記容器33中で複数種類混合することで、たとえば赤(R)、緑(G)、青(B)の各色で発光するナノコラムを組合わせて、白色光を発生させることができ、それらの含有率を変えることで、所望とする色の光を発生させることができる。照明分野では色味は重要な仕様の一つであり、このようにして、これを自由にデザインすることが可能になる。   In this way, a large amount of nanocolumns 2 having a desired shape can be produced. Then, by patterning the Ni thin film 32 serving as the catalyst material layer into a shape corresponding to the column diameter to be grown, the respective emission wavelengths and the like can be adjusted. Further, by mixing a plurality of types of nanocolumns 2 having different compositions (band gap widths of the core portion 21) in the container 33, for example, red (R), green (G), blue (B ) Can be combined to generate white light, and by changing their content, light of a desired color can be generated. Color is one of the important specifications in the lighting field, and it is possible to design it freely in this way.

上述のように構成された半導体発光装置1において、たとえばコア部21の直径は前記10〜100nmであり、シェル部22の厚さは前記10nm以下程度である。したがって、外部電源からp型電極端子8、ITO7および封止部材4を経た電流は、シェル部22を直ちに厚み方向に抜け、コア部21を通った後、再び支持基板31側のシェル部22を厚み方向に抜け、支持基板3に流れる。これによって、コア部21に元々電子が溜っているところに、封止部材4から正孔が注入されることになり、発光再結合が生じる。発生した光は、封止部材4およびITO7を通して大気中へ効率良く取り出される。   In the semiconductor light emitting device 1 configured as described above, for example, the core portion 21 has a diameter of 10 to 100 nm and the shell portion 22 has a thickness of about 10 nm or less. Therefore, the current that has passed through the p-type electrode terminal 8, the ITO 7, and the sealing member 4 from the external power supply immediately passes through the shell portion 22 in the thickness direction, passes through the core portion 21, and then passes through the shell portion 22 on the support substrate 31 side again. It flows in the thickness direction and flows to the support substrate 3. As a result, holes are injected from the sealing member 4 where electrons are originally accumulated in the core portion 21, and luminescence recombination occurs. The generated light is efficiently extracted into the atmosphere through the sealing member 4 and the ITO 7.

このように構成することで、本実施の形態の半導体発光装置1では、ナノコラム2への電極形成の困難さが無くなるので、極めて安価で安定的に製造することができる。また、ナノコラム2の単体で見ても、pn接合がなく、電子、正孔の注入効率は悪いが、ほぼ全周に亘って+または−の何れかの電極を形成し、該ナノコラム2の全長を量子井戸として使用できるので、発光面積を圧倒的に広くすることができる。   With this configuration, in the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment, since it is not difficult to form electrodes on the nanocolumns 2, it can be manufactured at a very low cost and stably. In addition, even when the nanocolumn 2 is viewed as a single unit, there is no pn junction and the injection efficiency of electrons and holes is poor, but either the + or − electrode is formed over the entire circumference, and the total length of the nanocolumn 2 is Can be used as a quantum well, so that the emission area can be overwhelmingly widened.

なお、図1において、支持基板3上に密着しているナノコラム2a,2b,2c,2d,2eは発光するが、他のナノコラム2b,2eに乗り上げているナノコラム2f,2gについては、シェル部22の接触具合によって、特に乗り上げている先端側で発光しない場合がある。しかしながら、下方のナノコラム2b,2eで発生した光がこれらのナノコラム2f,2gのコア部21に吸収されて再発光することもあり、下敷きとなっているナノコラム2b,2eは覆い被さっているナノコラム2f,2gの陰になるとは必ずしも言えない(覆い被さっているナノコラム2f,2gを通して光が放射される)。   In FIG. 1, the nanocolumns 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e that are in close contact with the support substrate 3 emit light, but the nanocolumns 2f and 2g that ride on the other nanocolumns 2b and 2e have shell portions 22. Depending on the contact condition, there is a case where no light is emitted particularly on the leading end side. However, light generated in the lower nanocolumns 2b and 2e may be absorbed by the core portion 21 of these nanocolumns 2f and 2g and re-emitted, and the underlying nanocolumns 2b and 2e are covered. , 2g is not necessarily shaded (light is emitted through the covering nanocolumns 2f, 2g).

ここで、非特許文献(Fang Qian; Silvija Gradcak; Yat Li; Cheng-Yen; Charles M. Lieber; Nano lett. 2005 vol.5 No.11 2287-2291)には、成長基板上でナノコラムを軸方向に成長させた後、径方向にも成長させ、その径方向に量子井戸を形成して、成長後に前記成長基板から分離し、新たな支持基板に平行な横転状態で搭載して電極を貼付けて発光させることが示されている。   Here, in non-patent literature (Fang Qian; Silvija Gradcak; Yat Li; Cheng-Yen; Charles M. Lieber; Nano lett. 2005 vol.5 No.11 2287-2291), the nanocolumn is axially oriented on the growth substrate. After growing, the quantum well is formed in the radial direction, separated from the growth substrate after the growth, mounted in a rollover state parallel to a new support substrate, and an electrode is attached. It is shown to emit light.

図6は、その従来技術におけるナノコラム41の構造を示す斜視図である。このナノコラム41は、先ず図示しない前記成長基板上でn型GaNコア層42をノンポーラのa面で三角柱状に成長させ、その後、成長ガスおよび温度などを変化させることで、ノンドープInGaNシェル層43、ノンドープGaN層44、p型AlGaN層45、p型GaN層46の順で同軸形状に成長されたヘテロ構造型ナノコラムである。   FIG. 6 is a perspective view showing the structure of the nanocolumn 41 in the prior art. In this nanocolumn 41, first, an n-type GaN core layer 42 is grown on a non-polar a-plane on a growth substrate (not shown) in a triangular prism shape, and then the growth gas and temperature are changed to change the non-doped InGaN shell layer 43, This is a heterostructure-type nanocolumn grown in a coaxial shape in the order of a non-doped GaN layer 44, a p-type AlGaN layer 45, and a p-type GaN layer 46.

このナノコラム41も、前記成長基板から分離され、図7で示すように新たな支持基板47上に散布された後、参照符号41a,41bで示すように折り重なっているものや、参照符号41c,41dで示すように周縁部にあるものを除き、参照符号41eで示すように、折り重なっておらずかつ周囲にp型電極48およびn型電極49を形成するスペースのあるものが選び出されて、その上に電子線描画などで、前記電極48,49およびパターン50ならびにパッド51が形成されている。そしてp型電極48とナノコラム41eとが重なった斜線を施して示す部分が発光領域となっている。なお、表層のp型GaN層46は高抵抗であり、電極48,49間を流れる電流の殆どは参照符号52で示すように該p型GaN層46を直ちに厚み方向に通過して、低抵抗なn型GaNコア層42を流れ、該p型GaN層46を短絡して流れる電流は少ないと思われる。   The nanocolumn 41 is also separated from the growth substrate and dispersed on a new support substrate 47 as shown in FIG. 7, and then folded as indicated by reference numerals 41a and 41b, or reference numerals 41c and 41d. As shown by the reference numeral 41e, except for those at the periphery, those that are not folded and have a space for forming the p-type electrode 48 and the n-type electrode 49 are selected. The electrodes 48 and 49, the pattern 50, and the pad 51 are formed on the top by electron beam drawing or the like. A portion indicated by hatching where the p-type electrode 48 and the nanocolumn 41e are overlapped is a light emitting region. Note that the surface p-type GaN layer 46 has a high resistance, and most of the current flowing between the electrodes 48 and 49 immediately passes through the p-type GaN layer 46 in the thickness direction, as indicated by reference numeral 52, and the low resistance. The current that flows through the n-type GaN core layer 42 and shorts the p-type GaN layer 46 seems to be small.

このように構成することで、a軸を長手方向に持つことにより、内部ピエゾ電界を無くして内部量子効率を上げるという長所を有している。また、熱源である発光層(前記斜線部分)がヒートシンクとなる支持基板47の近くに位置するので、放熱性に優れ、高出力でも外部量子効率の低減を抑えられるという長所も有している。   This configuration has the advantage that the internal quantum efficiency is increased by eliminating the internal piezoelectric field by having the a-axis in the longitudinal direction. In addition, since the light emitting layer (the hatched portion) serving as a heat source is located near the support substrate 47 serving as a heat sink, it has an advantage of excellent heat dissipation and a reduction in external quantum efficiency even at high output.

これに対して、本実施の形態では、コア部21は成長の容易なc軸方向に成長されるが、電流の流れる方向が、それとは直交する同軸形状の径方向であるので、上記非特許文献と同様にピエゾ電界を打ち消し、高効率な内部量子効率の実現(発光再結合効率を高めることができる)、高い注入効率の実現が可能になる。また、同様にナノコラム2は支持基板3と平行であるので、放熱性の点でも同等である。   On the other hand, in the present embodiment, the core portion 21 is grown in the c-axis direction, which is easy to grow. However, since the direction of current flow is a coaxial radial direction orthogonal to the core portion 21, the non-patent As in the literature, it is possible to cancel out the piezo electric field, realize high internal quantum efficiency (can increase luminescence recombination efficiency), and realize high injection efficiency. Similarly, since the nanocolumn 2 is parallel to the support substrate 3, the heat dissipation is the same.

しかしながら、非特許文献では、a面の成長には、非常に高価なSiC基板やLiAlO基板などが必要になるのに対して、本実施の形態では、安価なサファイアなどを使用することができる。 However, in the non-patent literature, a very expensive SiC substrate or LiAlO 2 substrate is required for the growth of the a-plane, whereas in this embodiment, inexpensive sapphire can be used. .

また、非特許文献では、電極48,49の形成の際には、前述のように状態の良好なナノコラム41eをSEMで探し出して、電子線を用いて描画するという途方もない作業が必要になるとともに、ナノコラム41eの周囲に前記電極48,49、パターン50およびパッド51を貼付ける関係で、大きなスペースを有し、また支持基板上で配線が錯綜するので、前記の作業性の悪さと併せて、支持基板47上に分散させたナノコラム41の内、実際に発光させられるのは僅かである。さらに、上述のように実際に発光するのは、p型電極48とナノコラム41eとが重なった色付けして示す部分になる。このため、出力が小さすぎて、照明応用など、高出力を必要とする用途には使えないという問題がある。これに対して、本実施の形態では、前述のように支持基板3上の総てのナノコラム2に対して一括して、かつ極めて容易に電極を形成することができるとともに、ナノコラム2の周囲に広いスペースは必要とならず、支持基板3上に多くのナノコラム2を収容することができ、かつ発光面積も広く、光量を増加することができる。これによって、照明応用の可能性が極めて高い。   In addition, in the non-patent literature, when forming the electrodes 48 and 49, a tremendous work of searching for a nanocolumn 41e in a good state with an SEM and drawing using an electron beam as described above is required. In addition, since the electrodes 48 and 49, the pattern 50, and the pad 51 are pasted around the nanocolumn 41e, a large space is required and wiring is complicated on the support substrate. Of the nanocolumns 41 dispersed on the support substrate 47, only a small amount of light is actually emitted. Further, as described above, light is actually emitted from the p-type electrode 48 and the nanocolumn 41e that are overlapped with each other. For this reason, there exists a problem that an output is too small and cannot be used for the use which requires high output, such as a lighting application. On the other hand, in the present embodiment, as described above, the electrodes can be formed extremely easily and collectively for all the nanocolumns 2 on the support substrate 3, and around the nanocolumns 2. A large space is not required, and a large number of nanocolumns 2 can be accommodated on the support substrate 3, and the light emission area is wide, so that the amount of light can be increased. Thereby, the possibility of lighting application is very high.

したがって、非特許文献の従来技術は、ヘテロ構造を同軸形状の径方向に形成し、そのナノコラム41を支持基板47上で平行な横転状態で使用するという画期的な技術であるが、実験室レベルの技術であり、工業的に量産することはできない。   Therefore, the prior art of non-patent literature is an epoch-making technique in which a heterostructure is formed in a coaxial radial direction and the nanocolumn 41 is used in a parallel rollover state on a support substrate 47. It is a level technology and cannot be mass-produced industrially.

本発明の実施の一形態に係る半導体発光装置の構造を説明するための一部分を透視して示す斜視図である。1 is a perspective view showing a part for explaining the structure of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. 前記半導体発光装置に用いられるナノコラムの斜視図である。It is a perspective view of the nanocolumn used for the said semiconductor light-emitting device. 前記ナノコラムの製造工程を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the said nanocolumn typically. 前記半導体発光装置の製造工程を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the said semiconductor light-emitting device typically. 前記半導体発光装置の完成状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the completion state of the said semiconductor light-emitting device typically. ヘテロ構造を同軸形状の径方向に形成した従来技術のナノコラムの斜視図である。It is a perspective view of the prior art nanocolumn which formed the heterostructure in the radial direction of the coaxial shape. そのナノコラムを支持基板上で平行な状態で使用した従来技術の半導体発光装置の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor light-emitting device of the prior art which used the nanocolumn in the parallel state on the support substrate.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体発光装置
2,2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g ナノコラム
3 支持基板
4 封止部材
5 Al基板
6 Cu基板
7 ITO
8 p型電極端子
21 コア部
22 シェル部
31 成長基板
32 Ni薄膜
33 容器
34 アルコール
35 窒素ラジカル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor light-emitting device 2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g Nanocolumn 3 Support substrate 4 Sealing member 5 Al substrate 6 Cu substrate 7 ITO
8 p-type electrode terminal 21 core part 22 shell part 31 growth substrate 32 Ni thin film 33 container 34 alcohol 35 nitrogen radical

Claims (6)

柱状結晶構造体を用いる半導体発光装置において、
前記柱状結晶構造体は、化合物半導体から成る柱状のコア部を、前記コア部よりもバンドギャップエネルギーが大きい化合物半導体から成る筒状のシェル部で囲んだ同軸形状に形成されて支持基板に平行な状態で搭載されており、
前記支持基板は導電性基板から成り、その表層部の前記柱状結晶構造体の陰となる部分が深層部を通して第1の電極となり、それ以外の部分が絶縁性となり、
前記柱状結晶構造体を搭載した支持基板上を覆い、前記柱状結晶構造体で発生する光に対して透明な有機金属から成る第2の電極を含むことを特徴とする半導体発光装置。
In a semiconductor light emitting device using a columnar crystal structure,
The columnar crystal structure is formed in a coaxial shape in which a columnar core portion made of a compound semiconductor is surrounded by a cylindrical shell portion made of a compound semiconductor having a band gap energy larger than that of the core portion, and is parallel to a support substrate. It is installed in the state,
The support substrate is made of a conductive substrate, and the portion of the surface layer that is the shadow of the columnar crystal structure becomes the first electrode through the deep layer portion, and the other portion is insulative,
The semiconductor light emitting device which comprises a second conductive electrode formed of a transparent organic metal to the cover supporting the upper board having columnar crystal structure, the light generated in the previous SL columnar crystal structure.
前記支持基板は、アルミから成ることを特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the support substrate is made of aluminum. 前記柱状結晶構造体は、少なくとも前記コア部が異なる組成から成るものを複数種類有することを特徴とする請求項1または2記載の半導体発光装置。   3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the columnar crystal structure has a plurality of types in which at least the core portion is composed of different compositions. 前記請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光装置を用いることを特徴とする照明装置。   An illumination device using the semiconductor light emitting device according to claim 1. 柱状結晶構造体を用いる半導体発光装置の製造方法において、
成長基板上に、化合物半導体から成る柱状のコア部を成長させ、そのコア部を該コア部よりもバンドギャップエネルギーが大きい化合物半導体から成る筒状のシェル部で囲んだ同軸形状に前記柱状結晶構造体を形成した後、前記成長基板を剥離して該柱状結晶構造体を取出す工程と、
電性の支持基板上に前記柱状結晶構造体を、前記支持基板に平行となるように散布する工程と、
前記柱状結晶構造体を搭載した支持基板を、自己整合によって、その表層部の前記柱状結晶構造体の陰となる部分を深層部を通して第1の電極に、前記陰となる部分以外を絶縁性に処理する工程と、
前記柱状結晶構造体を搭載した支持基板を、前記柱状結晶構造体で発生する光に対して透明な有機金属で覆い、第2の電極とする工程とを含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor light emitting device using a columnar crystal structure,
A columnar core portion made of a compound semiconductor is grown on a growth substrate, and the core portion is surrounded by a cylindrical shell portion made of a compound semiconductor made of a compound semiconductor having a larger band gap energy than the core portion. After forming the body, peeling the growth substrate and removing the columnar crystal structure;
Conductive the columnar crystal structure on a supporting substrate, a step of spraying so as to be parallel to the support substrate,
The supporting substrate on which the columnar crystal structure is mounted is made self-aligned so that the shadowed portion of the columnar crystal structure on the surface layer portion is made into the first electrode through the deep layer portion, and the portions other than the shadowed portion are made insulative. Processing step;
A support board having the columnar crystal structure, before Symbol covered with a transparent organic metal to light generated in the columnar crystal structure, the semiconductor light-emitting device which comprises a step of the second electrode Manufacturing method.
前記成長基板上に前記コア部を形成する工程は、
前記成長基板上に、化合物半導体材料に対するカタリスト材料層を成膜する工程と、
前記カタリスト材料層を、前記コア部を成長させるべき柱径に対応した形状にパターニングする工程と、
前記パターニングによって残された前記カタリスト材料層から前記化合物半導体材料を取込ませ、該カタリスト材料層内で結合させて前記成長基板上に前記コア部を結晶成長させる工程とを含むことを特徴とする請求項5記載の半導体発光装置の製造方法。
Forming the core on the growth substrate,
Forming a catalyst material layer for the compound semiconductor material on the growth substrate;
Patterning the catalyst material layer into a shape corresponding to the column diameter on which the core portion is to be grown;
A step of incorporating the compound semiconductor material from the catalyst material layer left by the patterning and bonding the compound semiconductor material in the catalyst material layer to crystal-grow the core portion on the growth substrate. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 5.
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