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公開番号2025109639
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-25
出願番号2024003647
出願日2024-01-14
発明の名称半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
出願人株式会社小糸製作所,学校法人名城大学
代理人弁理士法人プロウィン
主分類H10H 20/819 20250101AFI20250717BHJP()
要約【課題】ナノワイヤの側面に形成された活性層に注入される電流密度を均一化することが可能な半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】成長基板(10)と、成長基板(10)上に形成されたマスク(30)と、マスク(30)に設けられた開口部から成長された柱状半導体層(40)を備える半導体発光素子(100)であって、柱状半導体層(40)は、中心にn型ナノワイヤ層(41)が形成され、n型ナノワイヤ層(41)よりも外周に活性層(42)が形成されており、活性層(42)よりも外周にp型半導体層(43)が形成されており、n型ナノワイヤ層(41)のn型不純物濃度が、先端側より成長基板(10)側で大きい半導体発光素子(100)。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
成長基板と、前記成長基板上に形成されたマスクと、前記マスクに設けられた開口部から成長された柱状半導体層を備える半導体発光素子であって、
前記柱状半導体層は、中心にｎ型ナノワイヤ層が形成され、前記ｎ型ナノワイヤ層よりも外周に活性層が形成されており、
前記活性層よりも外周にｐ型半導体層が形成されており、
前記ｎ型ナノワイヤ層のｎ型不純物濃度が、先端側より前記成長基板側で大きいことを特徴とする半導体発光素子。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光素子であって、
前記ｎ型ナノワイヤ層のｎ型不純物濃度が、前記成長基板側から前記先端側に向かって漸減していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体発光素子であって、
前記ｎ型ナノワイヤ層は、前記成長基板側の第１領域と、前記先端側の第２領域とを備えており、
前記ｎ型不純物濃度の勾配は、前記第１領域が前記第２領域より大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体発光素子であって、
前記第２領域の前記ｎ型不純物濃度は、最大値が最小値の１．２倍以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体発光素子であって、
前記第２領域の前記ｎ型不純物濃度は、最大値が３×１０
２０
／ｃｍ
３
以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体発光素子であって、
前記ｐ型半導体層のｐ型不純物濃度が、前記成長基板側の周囲より先端側の周囲で大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
成長基板上に開口部を有するマスク層を形成するマスク工程と、選択成長を用いて前記開口部に柱状半導体層を形成する成長工程とを有し、
前記成長工程は、ｎ型ナノワイヤ層を形成するナノワイヤ成長工程と、前記ｎ型ナノワイヤ層よりも外側に活性層を形成する活性層成長工程とを含み、
前記活性層よりも外側にｐ型半導体層を形成するｐ型層成長工程を有し、
前記ナノワイヤ成長工程は、先端側より前記成長基板側でｎ型不純物濃度を大きくすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法であって、
前記ナノワイヤ成長工程は、前記成長基板側よりも前記先端側で、ｎ型不純物の供給量を減少させることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法であって、
前記ナノワイヤ成長工程は、前記成長基板側よりも前記先端側で、成長温度を減少させることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物系半導体の結晶成長方法が急速に進展し、この材料を用いた高輝度の発光素子が実用化された。このような窒化物半導体を用いた半導体発光素子では、高電流密度領域において高いエネルギー変換効率と高い光出力を実現できることが望ましく、放出される光の配光特性が安定していることが望ましい。これらの課題を解決するために特許文献１では、半導体基板上にｎ型ナノワイヤコアと活性層とｐ型層を成長した半導体発光素子が提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示されているナノワイヤコアの外周に活性層を形成した半導体発光素子では、サファイア基板の全面に活性層を形成したものよりも結晶欠陥や貫通転位が少なく、高品質な結晶を得られ、またｍ面成長できるため高電流密度における外部量子効率の向上を図ることができる。また、特許文献１のナノワイヤコアを用いた半導体発光素子では、活性層を高品質な結晶で形成できるため、活性層のＩｎ組成を高めて長波長化を図ることが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－０４０６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の半導体発光素子では、高さ方向のアスペクト比が高いナノワイヤを用い、ナノワイヤの側面に形成された活性層に対してｐ型層から電流を注入するため、ナノワイヤの上部において電流密度が高く、下部において電流密度が低くなる傾向があった。そのため活性層に対して均一な電流注入を行うことが困難であり、ナノワイヤ全体での発光効率の向上が困難であった。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、ナノワイヤの側面に形成された活性層に注入される電流密度を均一化することが可能な半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の半導体発光素子は、成長基板と、前記成長基板上に形成されたマスクと、前記マスクに設けられた開口部から成長された柱状半導体層を備える半導体発光素子であって、前記柱状半導体層は、中心にｎ型ナノワイヤ層が形成され、前記ｎ型ナノワイヤ層よりも外周に活性層が形成されており、前記活性層よりも外周にｐ型半導体層が形成されており、前記ｎ型ナノワイヤ層のｎ型不純物濃度が、先端側より前記成長基板側で大きいことを特徴とする。
【０００８】
このような本発明の半導体発光素子では、ｎ型ナノワイヤ層のｎ型不純物濃度が先端側より成長基板側で大きいことにより、成長基板側におけるｎ型ナノワイヤ層の電気伝導率を高めて、ナノワイヤの側面に形成された活性層に注入される電流密度を均一化することが可能となる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記ｎ型ナノワイヤ層のｎ型不純物濃度が、前記成長基板側から前記先端側に向かって漸減している。
【００１０】
また本発明の一態様では、前記ｎ型ナノワイヤ層は、前記成長基板側の第１領域と、前記先端側の第２領域とを備えており、前記ｎ型不純物濃度の勾配は、前記第１領域が前記第２領域より大きい。
（【００１１】以降は省略されています）

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