JP2018190794A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率を高めることのできるロッド状構造を有する発光素子を提供する。【解決手段】本開示に係る発光素子は、ｎ側半導体ロッドと、前記ｎ側半導体ロッドを覆う半導体から成る活性層と、前記活性層を覆うｐ側半導体被覆層と、を含み、前記ｎ側半導体ロッドは、ｎ型不純物を含むｎ型半導体ロッド本体部と該ｎ型半導体ロッド本体部の上面に設けられたｐ型不純物を含む第１半導体層と該第１半導体層の上面に設けられ、前記第１半導体層よりｐ型不純物濃度の低い第２半導体層とを含む。【選択図】図２

Description

本開示は、発光素子に係る。

近年、ロッド状構造を含むロッド状発光素子が注目されている（例えば、特許文献１〜３）。ロッド状発光素子では、例えばｎ型半導体から成る１以上のｎ側の半導体ロッド、そのロッドの表面を覆う活性層、および活性層を覆う、例えばｐ型半導体からなる層を含んでいる。
ロッド状発光素子は、半導体ロッドの表面全体が発光面となり得るため、従来の発光素子に比べて、単位体積当たりの発光面積を広くできる利点がある。

特開２０１３−００４６６１号公報 特開２０１５−１４２０２０号公報 特開２０１５−５０８９４１号公報

しかしながら、従来のロッド状構造を有する発光素子は、単位体積当たりの発光面積を広くできる利点を十分に生かし切れておらず、まだ発光効率が十分に高いとはいえない。
そこで、本開示は、発光効率を高めることのできるロッド状構造を有する発光素子を提供することを目的とする。

本開示に係る発光素子は、
ｎ側半導体ロッドと、
前記ｎ側半導体ロッドを覆う半導体から成る活性層と、
前記活性層を覆うｐ側半導体被覆層と、を含み、
前記ｎ側半導体ロッドは、ｎ型不純物を含むｎ型半導体ロッド本体部と該ｎ型半導体ロッド本体部の上面に設けられたｐ型不純物を含む第１半導体層と該第１半導体層の上面に設けられ、前記第１半導体層よりｐ型不純物濃度の低い第２半導体層とを含むことを特徴とする。

本開示に係る発光素子によれば、ロッド状発光素子の発光効率を高めることができる。

図１は、本開示の実施形態に係る発光素子の概略上面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。 図３Ａは、図２に示すロッド状発光部の断面図の部分拡大図である。 図３Ｂは、ロッド状発光部の変形例の部分拡大図である。 図４は、図３ＡのＩＶ−ＩＶ線に沿った模式断面図である。 図５は、ロッド状発光部の変形例を示す模式断面図である。 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図１である。 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図２である。 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図３である。 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図４である。 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図５である。 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図６である。 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図７である。 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図８である。 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図９である。 本開示に係る発光素子の製造方法を説明するための断面図１０である。

上述したように、従来のロッド状構造を有する発光素子は、単位体積当たりの発光面積を広くできる利点を十分に生かし切れておらず、まだ発光効率が十分に高いとはいえない。以上の課題を解決するために、本発明者はロッド状構造を有する発光素子の発光効率を向上させるべく鋭意検討した。その結果、ｎ型半導体ロッドの上面に直接活性層を形成すると、活性層の上面近傍において逆方向のリーク電流が生じ、その逆方向のリーク電流により発光効率の向上が妨げてられていることがわかった。そこで、本発明者は、ｎ側半導体ロッドの上面近傍において生じる逆方向のリーク電流を抑制するために、ｎ型半導体ロッドの上面に、ｎ型半導体ロッドより不純物濃度が低い抵抗の大きい、例えば、半絶縁性（ｉ型）の半導体層を形成することを試みた。しかしながら、ｎ型半導体ロッドの上面にｉ型半導体層を形成したことによる効果、すなわち発光効率の向上は限定的であった。その原因を解明するために、順方向電圧に対する逆リーク電流を調べた結果、ｎ型半導体ロッドの上面にｉ型半導体層を形成した構造では、比較的低い順方向電圧で逆リーク電流が生じ、その順方向電圧値を超えると急激に逆リーク電流が増えることがわかった。そこでさらに、本発明者は、ｎ型半導体ロッドの上面とｉ型半導体層の間に、ｐ型不純物を含む、例えば、ｐ型半導体層を形成してｎ型半導体ロッドとｉ型半導体層間のバンドオフセットを大きくしたところ、逆リーク電流が発生し始める順方向電圧を大きくすることができ、その結果、ロッド状構造を有する発光素子において発光効率を向上させることができた。

本開示の発光素子は、上述した本発明者が独自に得た知見に基づいて成されたものである。すなわち、本開示の発光素子は、ｎ側半導体ロッドと、ｎ側半導体ロッドを覆う活性層と、活性層を覆うｐ側半導体被覆層とを含み、ｎ側半導体ロッドは、ｎ型不純物を含むｎ型半導体ロッド本体部とそのｎ型半導体ロッド本体部の上面に設けられたｐ型不純物を含む第１半導体層とその第１半導体層の上面に設けられ、前記第１半導体層よりｐ型不純物濃度の低い第２半導体層とを含んでいる。
以上のように構成された本開示の発光素子は、ｎ側半導体ロッドが、ｎ型半導体ロッド本体部側から順にｐ型不純物を含む第１半導体層と、前記第１半導体層よりｐ型不純物濃度の低い第２半導体層とを含むことにより、ｎ型半導体ロッド本体部の上面近傍における逆リーク電流を抑えることができ、発光素子の発光効率を高めることができる。

また、本開示の発光素子は、ｎ側半導体ロッドは、複数の側面を有する多角柱形状であり、半導体から成る活性層は、ｎ側半導体ロッドの少なくとも側面上に設けられた複数の井戸層と、ｎ側半導体ロッドの稜線上に設けられた稜線部を含み、隣接する井戸層は稜線部によって分離されており、かつ稜線部のバンドギャップは井戸層のバンドギャップより広くされていることが好ましい。このようにすると、隣接する井戸層の間でキャリア移動が起こり難く、井戸層内へのキャリア閉じ込め効果を向上させることができる。これにより、発光素子の発光効率をより高めることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分または部材を示す。

図１は、本開示の実施形態に係る発光素子１の概略上面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った発光素子１の概略断面図である。図１および図２に示すように、実施形態に係る発光素子１は、成長基板５０、バッファ層４５、下地層４０、絶縁膜９０、９１、ロッド状の発光部分５（以下「ロッド状発光部５」と称する）、および電極７０、７１、８０、８１、８２、を含んでいる。

ロッド状発光部５は柱状であり、図１の例では六角柱状である。発光素子１は、少なくとも１つ以上のロッド状発光部５を含んでいる。図１の発光素子１は、２３個のロッド状発光部５を含んでいる。
図３Ａは、図２に示すロッド状発光部５の断面図の部分拡大図である。図３Ａに示すように、個々のロッド状発光部５は、ｎ側半導体ロッド１０、活性層２０およびｐ側半導体被覆層３０を含んでいる。ｎ側半導体ロッド１０は、ｎ型半導体からなるｎ型半導体ロッド本体部１１とｎ型半導体ロッド本体部１１の上面に設けられたｐ型不純物を含む、例えば、ｐ型の第１半導体層１２と、第１半導体層１２よりｐ型不純物濃度の低い、例えば、ｉ型の第２半導体層１３とを含む。第１半導体層１２及び第２半導体層１３のｐ型不純物の濃度は、例えば、３次元アトムプローブ（３ＤＡＰ）により測定することができる。ｎ側半導体ロッド１０において、第１半導体層１２の厚さｔ_ｐ及び第２半導体層１３の厚さｔ_ｉはそれぞれ０．１μｍ以上であることが好ましく、第１半導体層１２の厚さｔ_ｐと第２半導体層１３の厚さｔ_ｉとを合わせた厚さｔ_{ｔｏｔａｌ}は、０．１μｍ以上、２μｍ以下であることが好ましい。

ｎ型半導体ロッド本体部１１を構成するｎ型半導体と、第１半導体層１２を構成するｐ型不純物を含む半導体と、第２半導体層１３を構成する、第１半導体層１２より不純物濃度の低い半導体は、同一組成の半導体であってもよいし、組成が異なっていてもよい。ｎ側半導体ロッド１０全体、特に、第１半導体層１２及び第２半導体層１３の結晶性を良好にするためには、ｎ型半導体ロッド本体部１１、第１半導体層１２及び第２半導体層１３のそれぞれをＧａＮ結晶からなる半導体で構成することが好ましい。また、第１半導体層１２及び第２半導体層１３のいずれか一方又は両方をｎ型半導体ロッド本体部１１よりバンドギャップの大きい半導体により構成すると、バンドオフセットを大きくすることができ、より逆方向リーク電流を抑制することが期待できる。

また、ｎ側半導体ロッド１０において、ｎ型半導体ロッド本体部１１のｎ型不純物の濃度は、例えば、５×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^２０ｃｍ^−３の範囲、好ましくは、１×１０^１８ｃｍ^−３〜５×１０^１９ｃｍ^−３の範囲に設定される。また、第１半導体層１２のｐ型不純物濃度は、例えば、１×１０^１８ｃｍ^−３〜５×１０^２０ｃｍ^−３の範囲、好ましくは、５×１０^１８ｃｍ^−３〜１×１０^２０ｃｍ^−３の範囲に設定される。ｎ型半導体ロッド本体部１１及び第１半導体層１２はそれぞれ、ｐ型不純物濃度より低い濃度でｎ型不純物を含んでいてもよいが、それぞれのｎ型不純物濃度は典型的には実質的にｎ型不純物を含まない濃度である５×１０^１７ｃｍ^−３未満とすることが好ましい。第２半導体層１３のｎ型不純物濃度はｎ型半導体ロッド本体部１１のｎ型不純物濃度より低く、第２半導体層１３のｐ型不純物濃度は第１半導体層１２のｐ型不純物濃度より低く設定されることが好ましい。第２半導体層１３のｎ型不純物濃度及びｐ型不純物濃度はともに、実質的に不純物を含まない濃度である５×１０^１７ｃｍ^−３未満とすることができる。このようにすると、第２半導体層１３がｉ型となるかそれに近い性質を有することになるので、ｎ側半導体ロッド１０の上面を介した活性層２０に対する電流の供給を抑制することができる。尚、本明細書において、成長時に不純物の原料ガス（ｎ型不純物の原料ガス及びｐ型不純物の原料ガス）を含むことなく、半導体材料の原料ガスのみにより成長させた半導体層をアンドープ層といい、典型的にはこのアンドープ層の不純物濃度は５×１０^１７ｃｍ^−３未満である。

ｎ側半導体ロッド１０は、その側面１０ｃの一部または全部及び上面１０ａが、活性層２０で覆われている。すなわち、複数の側面１０ｃのうち一部の側面１０ｃまたは全ての側面１０ｃが活性層２０で覆われており、また、活性層２０に覆われた側面１０ｃのそれぞれにおいては、一部の領域または全ての領域が活性層２０で覆われている。なお、本実施形態では、少なくとも隣接する２つ以上の側面１０ｃ（例えば、図４の側面１０ｃ_１と側面１０ｃ_２）が、連続する活性層２０で覆われていることが好ましい。したがって、「複数の側面１０ｃのうち一部の側面１０ｃ」とは隣接する２つ以上の側面１０ｃを少なくとも含むことが好ましい。

１つの側面１０ｃにおいて一部の領域のみが活性層２０で覆われている場合とは、例えば、図３Ａに示すように、ｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃ（例えば、１つの側面１０ｃ_１）において、下面１０ｂ側の一部が絶縁膜９０に覆われており、絶縁膜９０から露出した領域のみが活性層２０に覆われている場合をいう。
本開示では、後述する製造方法において、ｎ側半導体ロッド１０の形成の際に絶縁膜９０を利用するときには、このような形態になり得る。

本実施形態では、発光面積を広くするという観点から、発光層として機能する活性層２０で覆う面積を広くするのが好ましい。つまり、側面１０ｃのうち絶縁膜９０から露出した領域の全てが、活性層２０に覆われているのが好ましい。
また、ロッド状発光部５のすべての側面において、活性層２０の厚さは実質的に同じであることが好ましい。同様に、ロッド状発光部５のすべての側面において、ｐ側半導体被覆層３０の厚さは実質的に同じであることが好ましい。これにより、ロッド状発光部５のすべての側面から同程度の発光を得ることができる。

さらに、ｎ側半導体ロッド１０の上面１０ａは活性層２０で覆われており、ｎ型半導体ロッド本体部１１の上面１１ａと活性層２０の間に、上面１１ａ側からｐ型不純物を含む第１半導体層１２と、ｎ型半導体ロッド本体部１１及び第１半導体層１２より不純物濃度の低い第２半導体層１３とを含む。なお、ｎ側半導体ロッド１０の下面１０ｂは、活性層２０で覆われることはなく、ｎ側半導体ロッド１０への通電経路として利用される。

活性層２０は、ｐ側半導体被覆層３０で覆われている。図３Ａの例では、活性層２０はｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃおよび上面１０ａに形成されており、ｐ側半導体被覆層３０は、活性層２０の側面２０ｃおよび上面２０ａを覆うように設けられている。

図４は、図３ＡのＩＶ−ＩＶ線に沿ったロッド状発光部５の模式断面図である。ｎ側半導体ロッド１０は六角形状であり、６つの辺がｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃ（側面１０ｃ_１〜１０ｃ_６）に相当し、６つの頂点がｎ側半導体ロッド１０の稜線１０ｒ（１０ｒ_１〜１０ｒ_６）に相当する。稜線１０ｒは、隣接する側面１０ｃの境界線であり、ｎ側半導体ロッド１０の長手方向（ｚ方向）に伸びている。例えば、ｎ側半導体ロッド１０が六角柱であり、側面１０ｃ_１〜１０ｃ_６が平坦な面である場合には、稜線１０ｒ_１〜１０ｒ_６は、ｎ側半導体ロッド１０の中心軸に平行な直線である。
活性層２０は、ｎ側半導体ロッド１０の六角形状の外周全体を連続して囲んでいる。活性層２０は、井戸層２１と稜線部２２とを含んでいる。井戸層２１は、ｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃに配置されている。隣接する２つの側面１０ｃをそれぞれ覆う２つの井戸層２１は、ｎ側半導体ロッド１０の稜線１０ｒの位置において分離されている。つまり、井戸層２１は、半導体ロッド１０の外周方向において不連続である。隣接する２つの井戸層２１の間、つまりｎ側半導体ロッド１０の稜線１０ｒの位置には稜線部２２が設けられている。この稜線部２２によって隣接する２つの井戸層２１が接続されることにより、ｎ側半導体ロッド１０の外周方向に連続する活性層２０が形成される。
上述したように、稜線１０ｒはｎ側半導体ロッド１０の長手方向（ｚ方向）に伸びているので、活性層２０の稜線部２２も、稜線１０ｒに沿って、ｎ側半導体ロッド１０の長手方向（ｚ方向）に伸びている。

稜線部２２のバンドギャップは、井戸層２１のバンドギャップより広くなっている。つまり、稜線部２２は、量子井戸構造の障壁層と同様の機能を発揮し得る。これにより、以下の理由により、ロッド状発光部５の発光効率を向上し得る。
ロッド状発光部５を点灯する場合、発光素子１に電圧を印加する。これにより活性層２０にキャリアが注入され、発光が生じる。ここで、井戸層２１を、バンドギャップの大きい稜線部２２で分断することにより、分断された小寸法の井戸層２１内にキャリアを閉じ込めることができる。その結果、井戸層２１内での発光再結合の頻度を増加させることができ、発光効率を向上させることができる。また、稜線部２２間の距離が例えば数十ｎｍ程度に十分小さければ、量子効果を得ることができるため、より効率的にキャリアを井戸層２１内に閉じ込めることができる。

井戸層２１と稜線部２２は、いずれも窒化物半導体から形成することができる。例えば、井戸層２１をＩｎＧａＮから形成し、稜線部２２をＧａＮ又は井戸層２１よりもＩｎ組成比の小さなＩｎＧａＮから形成する。井戸層２１と稜線部２２のバンドギャップの制御は、窒化物半導体に含まれるＩｎの含有量（Ｉｎ組成比）で制御することができる。窒化物半導体の場合、Ｉｎ組成比が高くなるとバンドギャップが狭くなり、Ｉｎ組成比が低くなるとバンドギャップが広くなる。よって、井戸層２１のＩｎ組成比を稜線部２２のＩｎ組成比よりも高くすることにより、稜線部２２のバンドギャップを井戸層２１のバンドギャップより広くすることができる。なお、井戸層２１及び稜線部２２は同一の工程により形成することができる。この際、特定の成長条件により、稜線部２２となる部分のＩｎ組成比を井戸層２１となる他の部分のＩｎ組成比よりも低くすることができる。

活性層２０は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）にしてもよい。図５に示す活性層２０は、活性層２０の厚さ方向に積層された複数の井戸層２１を含むことができる。このとき、径方向に隣接する井戸層２１の間に障壁層２５を介在させる。例えば、ｎ側半導体ロッド１０の１つの側面１０ｃ_１を覆う活性層２０の場合、側面１０ｃ_１と垂直な方向Ｎ（活性層２０の厚さ方向と一致）に、井戸層２１と障壁層２５とを交互に積層する。
井戸層２１が、バンドギャップの広い障壁層２５とバンドギャップの広い稜線部２２とで囲まれているので、井戸層２１内にキャリアを効率よく閉じ込めることができる。

ロッド状発光部５の太さに対する長さの比（アスペクト比）が大きいほど、発光面積の密度を高くすることができる。ロッド状発光部５のアスペクト比は、例えば２以上であり、さらには５以上とすることができる。また、アスペクト比が例えば２０以下であれば、ロッド状発光部５を安定して作製しやすい。ロッド状発光部５のアスペクト比は、平坦な活性層を有する従来型の発光素子とした場合と比較して発光面積が大きくなるように、ロッド状発光部５の密度も考慮して選択することが好ましい。本明細書において「太さ」とは、断面形状が多角形の場合における、その多角形の外接円の直径である。

ｎ側半導体ロッド１０は、ｎ型半導体ロッド本体部１１と第１半導体層１２と第２半導体層１３とを含む。例えば、ｎ型半導体ロッド本体部１１は、ｎ型窒化物半導体から形成し、ｐ側半導体被覆層３０はｐ型窒化物半導体から形成する。

ｎ側半導体ロッド１０は、ウルツ鉱型の結晶である窒化物半導体から形成することができる。ウルツ鉱型結晶は六方晶であり、図１に示すような上面視六角形状となるように横方向（ｍ軸方向）の成長を抑制し、垂直方向に結晶成長することで高アスペクト比のロッドを形成できる。この場合、ｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃ（図３Ａおよび図４参照）は、結晶のＭ面に対応する。言い換えると、ｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃは、ウルツ鉱型結晶のＭ面であり、その側面１０ｃは上面視で六角形状となるように配置されている。本明細書において「上面視」とは、図１および図４のようにｚ方向から観察することを意味している。

ｎ側半導体ロッド１０は、ＧａＮ結晶で形成することができる。このとき、ｎ側半導体ロッド１０は、下地層４０から上方に向う方向（図３Ａのｚ方向）が、ＧａＮ結晶の［０００−１］方向であるのが好ましい。
図３Ｂは、ロッド状発光部の変形例である。図３Ｂのロッド状発光部６は、上面６ａと側面６ｃとの間に傾斜面６ｄ（上面６ａ及び側面６ｃとは異なるファセット）を有している。詳細には、変形例のロッド状発光部６は、傾斜面１６ｄを有するｎ側半導体ロッド１６と、ｎ側半導体ロッド１６の外面を覆う活性層２６と、活性層２６の外面を覆う半導体層３６を有し、ロッド状発光部６は、傾斜面１６ｄに実質的に平行な傾斜面６ｄを有している。さらに、図３Ｂに示すように、ｎ側半導体ロッド１６において、ｎ型半導体ロッド本体部１７は、側面１７ｃと傾斜面１７ｄと上面１７ａとを含み、第１半導体層１８は、側面１８ｃと傾斜面１８ｄと上面１８ａとを含み、第２半導体層１９は、側面１９ｃと傾斜面１９ｄと上面１６ａとを含む。ｎ側半導体ロッド１６の側面１６ｃは、ｎ型半導体ロッド本体部１１の側面１７ｃと第１半導体層１８の側面１８ｃと第２半導体層１９の側面１９ｃとを含む。変形例のロッド状発光部６は、ｎ側半導体ロッド１６が傾斜面１６ｄを有しているので、ｎ側半導体ロッド１６の上面１６ａ及び傾斜面１６ｄの上に形成される活性層２６の結晶性が良好になりやすく、ｎ側半導体ロッド１６の上面１６ａ及び傾斜面１６ｄ近傍におけるリーク電流をより少なくできる。

すなわち、図３Ａから分かるように、活性層２０は、ｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃから側面１０ｃと上面１０ａとの境界である稜線１０ｅを超え上面１０ａまで連続する井戸層２１を含むが、ｎ側半導体ロッド１０の表面に形成する半導体層は、稜線１０ｅの部分では良好な結晶性とすることが難しい。すなわち、稜線ｅを覆う部分の井戸層２１は、結晶性が悪化しやすく、不十分な結晶性となった部分がリークパスとなる懸念があるが、ｎ側半導体ロッド１６に傾斜面１６ｄを設けることで、井戸層２１の結晶性をよくでき、リーク電流を抑制できる。
このため、ｎ側半導体ロッド１０の上面１０ａ側を、図３Ｂに示すような形状とすることが好ましい。図３Ｂにおいても、ｎ側半導体ロッド１６は、側面１６ｃと傾斜面１６ｄとが接する稜線１６ｅと、傾斜面１６ｄと上面１６ａとが接する稜線１６ｆを有しているが、側面１６ｃと傾斜面１６ｄとのなす角度が９０°より大きく、傾斜面１６ｄと上面１６ａとのなす角度が９０°より大きいので、井戸層２１の結晶性を良好にできる。側面１６ｃがＧａＮ系結晶におけるＭ面である場合には、例えば、傾斜面１６ｄと側面１６ｃとの成す角は約１５２度であることが好ましく、この場合の傾斜面１６ｄはＧａＮ系結晶の（１０−１１）面である。なお、ミラー指数において負の指数は数字の上にバーを付して表されるが、本明細書では数字の前に「−」を付して負の指数を表している。なお、図３Ｂには、上面１６ａを含む例を示したが、上面１６ａはなくてもよい。すなわち、図３Ｂに示す断面視ではｎ側半導体ロッド１０の上端部は台形状であるが、三角形状であってもよい。

以下、再度図２を参照して説明する。発光素子１において、複数のロッド状発光部５が、下地層４０の上面４０ｂに配置されている。より正確には、図３Ａに示すように、下地層４０の上面４０ｂに、ロッド状発光部５のｎ側半導体ロッド１０が配置される。このような構造にすると、例えば、下地層４０をｎ型導電性とすることにより、下地層４０を介して、ｎ側半導体ロッド１０に通電することができる。
また、ロッド状発光部５のｐ側半導体被覆層３０の表面には第１透光性電極８１が形成され、さらにその表面に第２透光性電極８２が形成されている。下地層４０と第１透光性電極８１の間に、複数のロッド状発光部５は並列に接続される。第２透光性電極８２は下地層４０の上側まで延在しているが、第２透光性電極８２と下地層４０とはこれらの間に配置された絶縁膜９１によって電気的に絶縁されている。
ロッド状発光部５から発光する光は、第１透光性電極８１および第２透光性電極８２を通って発光素子１の外部に取り出すことができる。

次に図６Ａ〜図６Ｊを参照しながら、発光素子１の製造方法について説明する。なお、製造工程の説明では、半導体として窒化ガリウム半導体を用いた場合の発光素子１の製造工程を例にとって詳述する。
本開示においては、活性層２０に含まれる井戸層２１が、井戸層２１よりバンドギャップの大きい稜線部２２で繋がれた構成を有している。井戸層２１と稜線部２２は、雰囲気、原料ガスおよび形成温度を調節することにより、１つの積層工程内で同時に形成している。井戸層２１と稜線部２２とを、雰囲気、原料ガスおよび形成温度を調節することにより一工程内で同時に形成することができることは、本発明の発明者が独自に見いだした知見である。

＜１．下地層４０の準備＞
図６Ａに示すように、成長基板５０の上に、バッファ層４５および下地層４０を順次積層する。バッファ層４５および下地層４０を形成するための反応装置としては、例えばＭＯＣＶＤ装置を用いることができる。なお、バッファ層４５と下地層４０の形成を省略して、成長基板５０の成長面に直接ｎ側半導体ロッド１０を形成してもよい。ただし、下地層４０を省略した場合には、ｎ側半導体ロッドに通電するための電極などを別途設ける必要がある。
成長基板５０としては、後述するようにサファイア基板、ＳｉＣ基板、窒化物半導体基板などが利用できる。ここでは、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板を用いた例を説明する。サファイアの成長基板５０の場合、（０００１）面を成長面とするのが好ましい。ここで「（０００１）面」とは、（０００１）面に対してわずかに傾斜した面を含む。具体的には、（０００１）面に対し０．５°以上２．０°以下のオフ角をもつ面を成長面とすることがより好ましい。

成長基板５０の上にバッファ層４５を形成する前に、成長基板５０を以下の前処理することが好ましい。まず、成長基板５０を反応装置内で加熱して、成長面（上面５０ａ）上の不純物などを除去する（サーマルクリーニング）。加熱温度は例えば９００〜１２００℃の範囲に設定され、加熱時間は例えば２〜１５分の範囲で行われる。また、この加熱処理により、成長基板５０の上面５０ａに結晶学的なステップが現れ、これが結晶核の生成サイトとなる。
その後、反応装置にＮＨ_３ガスを導入して、成長基板５０の上面５０ａを窒化する。窒化処理は、例えば処理温度９００〜１１００℃、処理時間１〜３０分で行うことができる。このような窒化処理により、その上に成長する窒化物半導体の表面を（０００−１）面とすることができる。

窒化処理後の成長基板５０の上面５０ａにバッファ層４５を成長させる。成長基板５０の温度を例えば５５０℃とし、原料ガスを供給してＧａＮからなるバッファ層４５を成長させる。バッファ層４５の厚さは例えば約２０ｎｍ程度とする。

バッファ層４５として、例えば非晶質のＧａＮを形成し、その後に必要に応じて熱処理を行う。熱処理温度は１０００℃以上、熱処理時間は数分〜１時間程度、熱処理時の雰囲気は窒素ガスあるいは窒素ガスの他に水素ガス及びＮＨ_３ガスの一方または両方を含む混合ガスとすることが好ましい。

バッファ層４５の上に、下地層４０を形成する。下地層４０は例えばＧａＮ層とする。また、下地層４０にはｎ型不純物を添加することが好ましく、例えばＳｉが添加されたｎ型導電性を有するＧａＮ層を下地層４０として形成する。

下地層４０の上面４０ａに、絶縁膜９０を形成する。絶縁膜９０は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の絶縁部材から形成する。絶縁膜９０は、その厚さ方向（ｚ方向）に貫通した複数の貫通孔９０ｈを備えている。この貫通孔９０ｈから、下地層４０の上面４０ａが露出している。貫通孔９０ｈは、例えばフォトリソグラフィ技術により形成することができる。貫通孔９０ｈは、上面視（ｚ方向から視認）において、円形、楕円形、多角形などの形状を有することができる。特に、円形の貫通孔９０ｈは形成しやすいので好ましい。

貫通孔９０ｈは、隣接する貫通孔９０ｈ間の最短距離は実質的に一定になるように形成することが好ましく、これにより、貫通孔９０ｈから成長するｎ側半導体ロッド１０を実質的に一定の間隔で配置することができる。また、ｎ側半導体ロッド１０の側面に活性層２０及びｐ側半導体被覆層３０等を成長させるとき、隣接するｎ側半導体ロッド１０間の距離は、活性層２０及びｐ側半導体被覆層３０の成長速度に影響を与えることがある。複数のｎ側半導体ロッド１０を実質的に一定の間隔で配置すると、それらの側面１０ｃに形成される活性層２０及びｐ側半導体被覆層３０等の成長速度を実質的に一定とすることができる。これらのことを考慮して、例えば、上面視において貫通孔９０ｈを正三角格子状に配列する。また、上面視において貫通孔９０ｈの中心を結ぶ方向が、サファイアのａ軸方向であることが好ましい。尚、サファイアのａ軸方向は、ｎ側半導体ロッド１０を構成するＧａＮ系結晶のｍ軸方向である。このように、貫通孔９０ｈの中心を結ぶ方向がサファイアのａ軸方向となるように、貫通孔９０ｈを正三角格子状に配列すると、図１に示すように、ＧａＮ系結晶からなる正六角形状のｎ側半導体ロッド１０を、隣接するｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃが実質的に平行でかつ等間隔で向かい合うように、正三角格子状に配列することができる。正六角形状のｎ側半導体ロッド１０をこのように配置すると、各ｎ側半導体ロッド１０の各側面１０ｃに成長される活性層２０及びｐ側半導体被覆層３０の成長速度を実質的に一定とすることができ、各層を精度よくかつ均一の厚さに形成することができる。

＜２．ｎ側半導体ロッド１０の形成＞
ここではまず、図６Ｂに示すように、貫通孔９０ｈから露出した下地層４０の上面４０ａに、ｎ型半導体ロッド本体部１１を形成する。ｎ型半導体ロッド本体部１１を形成する際に、絶縁膜９０がマスクとして機能して、貫通孔９０ｈから上向き（ｚ方向）に成長したｎ型半導体ロッド本体部１１を形成することができる。このとき、サファイアの成長基板５０の窒化された表面を成長面とした場合、成長させるＧａＮ系結晶の成長方向は［０００−１］方向となるから、ｎ型半導体ロッド本体部１１の成長方向もＧａＮ系結晶の［０００−１］方向となる。つまり、ｎ型半導体ロッド本体部１１の下地層４０から上方に向う方向（ｚ方向）が、ＧａＮ系結晶の［０００−１］方向になる。

ＧａＮ系半導体の成長方向を［０００−１］方向にすると、ＧａＮ系半導体のマイグレーションが抑制されて、横方向成長が起こりにくい。このため、ｎ型半導体ロッド本体部１１は、絶縁膜９０の貫通孔９０ｈ内で成長し始めた太さをほぼ維持したまま上方向（ｚ方向）に成長する。結果として、比較的均一な太さのｎ型半導体ロッド本体部１１が得られる。

ｎ型半導体ロッド本体部１１をウルツ鉱型（六方晶系）のＧａＮ系結晶から形成すると、ｎ型半導体ロッド本体部１１は六角柱状に成長する傾向がある。そのため、絶縁膜９０の貫通孔９０ｈの形状が円形であっても、ｎ型半導体ロッド本体部１１は円柱状ではなく、六角柱状になる。このとき、ｎ型半導体ロッド本体部１１の側面は、ＧａＮ系結晶のＭ面になる。なお、貫通孔９０ｈの内径が大きいと、それに合わせてｎ型半導体ロッド本体部１１の太さも太くなる。よって、ｎ型半導体ロッド本体部１１の太さは、貫通孔９０ｈの内径によって制御することができる。

ｎ型半導体ロッド本体部１１は、成長基板５０の温度を例えば９００〜１１００℃とし、原料ガスを供給して成長させる。ｎ型半導体ロッド本体部１１は例えばＧａＮ結晶から形成する。この場合、原料ガスは、下地層４０と同様に、ガリウム源としてＴＭＧまたはＴＥＧと、窒素源としてＮＨ_３を含む混合ガスが利用できる。ｎ型半導体ロッド本体部１１にもｎ型不純物を添加することが好ましく、例えば上述の原料ガスにシランガスを追加し、Ｓｉが添加されたＧａＮ結晶をｎ型半導体ロッド本体部１１として成長させる。ｎ型半導体ロッド本体部１１の長さ（ｚ方向の寸法）は、原料ガスの供給時間により制御することができる。原料ガスの供給時間を例えば２０〜６０分とすると、約５〜１５μｍ程度の長さのｎ型半導体ロッド本体部１１を形成できる。

ｎ型半導体ロッド本体部１１の形成条件（成長温度、原料ガスの流量、貫通孔９０ｈの内径など）を適宜調節することにより、図３Ｂに示すような、ファセットを有するｎ型半導体ロッド本体部１１を形成することができる。

次に、図６Ｃに示すように、ｎ型半導体ロッド本体部１１の上面から、ｐ型不純物を含むように窒化物半導体を成長させることにより、例えば、ＧａＮ系結晶からなる第１半導体層１２を形成する。このとき、［０００−１］方向に成長させたＧａＮ系結晶によりｎ型半導体ロッド本体部１１を形成した場合には、ｎ型半導体ロッド本体部１１の上面から成長するｐ型不純物を含むＧａＮ系結晶の成長方向も［０００−１］方向となる。したがって、上方から視た平面形状、すなわちｘ−ｙ平面における平面形状が略同一の第１半導体層１２をｎ型半導体ロッド本体部１１に連続して成長させることができる。具体的には、ｎ型半導体ロッド本体部１１をウルツ鉱型（六方晶系）のＧａＮ系結晶を成長させることにより形成し、その上面に、ｐ型不純物を含むウルツ鉱型（六方晶系）のＧａＮ系結晶を成長させることにより第１半導体層１２を形成する。これにより、ｎ型半導体ロッド本体部１１と第１半導体層１２とを含む一体化された六角柱のロッドを形成することができる。ここで、一体化された六角柱のロッドとは、ｎ型半導体ロッド本体部１１の側面とそれに続く第１半導体層１２の側面とが同一平面上に位置している六角柱のロッドをいう。また、ｎ型半導体ロッド本体部１１の側面及び第１半導体層１２の側面はいずれもＧａＮ系結晶のＭ面である。

第１半導体層１２を形成する際、ｎ型半導体ロッド本体部１１と同様、成長基板５０の温度を例えば９００〜１１００℃とし、原料ガスを供給して成長させる。第１半導体層１２を例えばＧａＮ結晶から形成する場合、ガリウム源としてＴＭＧまたはＴＥＧ、窒素源として例えばＮＨ_３を、さらに、ｐ型不純物を添加するための例えばＣｐ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を含む混合ガスが利用できる。第１半導体層１２の厚さ（ｚ方向の寸法）は、原料ガスの供給時間により制御することができる。原料ガスの供給時間を例えば．０．３〜３分とすると、約０．１〜 １．０μｍ程度の厚さの第１半導体層１２を形成することができる。

尚、図３Ｂに示すような傾斜面を有するｎ型半導体ロッド本体部１１を形成した場合には、形成条件（成長温度、原料ガスの流量、貫通孔９０ｈの内径など）を適宜調節することにより、図３Ｂに示すような、傾斜面を有する第１半導体層１２を形成することができる。

次に、図６Ｄに示すように、第１半導体層１２の上面から、ｎ型不純物及びｐ型不純物の含有量が少なくなるように窒化物半導体を成長させることにより、例えば、ＧａＮ系結晶からなる第２半導体層１３を形成する。このとき、第１半導体層１２と同様、［０００−１］方向に成長させたＧａＮ系結晶によりｎ型半導体ロッド本体部１１を形成した場合には、第１半導体層１２の上面から成長するＧａＮ系結晶の成長方向も［０００−１］方向となる。したがって、上方から視た平面形状、すなわちｘ−ｙ平面における平面形状が略同一の第２半導体層１３を第１半導体層１２に連続して成長させることができる。第１半導体層１２と同様、ｎ型半導体ロッド本体部１１をウルツ鉱型（六方晶系）のＧａＮ系結晶を成長させることにより形成し、その上面にｐ型不純物を含むウルツ鉱型（六方晶系）のＧａＮ系結晶を成長させることにより第１半導体層１２を形成して、第１半導体層１２の上面に、ウルツ鉱型（六方晶系）のＧａＮ系結晶を成長させることにより第２半導体層１３を形成すると、ｎ型半導体ロッド本体部１１と第１半導体層１２と第２半導体層１３とを含む一体化された六角柱のロッドを形成することができる。第２半導体層１３の側面は、ＧａＮ系結晶のＭ面である。

第２半導体層１３を形成する際、ｎ型半導体ロッド本体部１１及び第１半導体層１１と同様、成長基板５０の温度を例えば９００〜１１００℃とし、原料ガスを供給して成長させる。第２半導体層１３を例えばＧａＮ結晶から形成する場合、ガリウム源としてＴＭＧまたはＴＥＧ、窒素源として例えばＮＨ_３を混合ガスが利用できる。第２半導体層１３を成長させる際には、ｎ型不純物及びｐ型不純物を少なくするために、例えば、混合ガスから不純物ガスを除く。第２半導体層１３の厚さ（ｚ方向の寸法）は、原料ガスの供給時間により制御することができる。原料ガスの供給時間を例えば０．３〜６分とすると、約０．１〜２μｍ程度の厚さの第１半導体層１２を形成することができる。

尚、図３Ｂに示すような傾斜面を有するｎ型半導体ロッド本体部１１を形成した場合には、形成条件（成長温度、原料ガスの流量、貫通孔９０ｈの内径など）を適宜調節することにより、図３Ｂに示すような、傾斜面を有する第２半導体層１３を形成することができる。

以上のようにして、ｎ型半導体ロッド本体部１１と第１半導体層１２と第２半導体層１３とを含む一体化された六角柱のｎ側半導体ロッド１０を形成する。

＜３．活性層２０の形成＞
図６Ｅに示すように、ｎ側半導体ロッド１０の外面に活性層２０を形成する。
例えば、ロッド状発光部５を青色発光させる場合、活性層２０の井戸層２１は、成長基板５０の温度を８００〜９００℃程度とし、Ｉｎ源ガスを含む原料ガスを供給してＩｎを含む窒化物半導体を成長させることにより形成する。Ｉｎを含む井戸層を成長させるための原料ガスは、ガリウム源としてＴＭＧまたはＴＥＧと、窒素源としてＮＨ_３と、インジウム源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）を含む混合ガスが利用できる。ここで、原料ガス中におけるガリウム元素に対する窒素元素の比を、５．５×１０^３〜２．２×１０^５にするのが好ましい。ガリウム元素に対する窒素元素の比がこの範囲内にあると、活性層２０の井戸層２１（図４および図５参照）を構成するＩｎＧａＮ膜を良好に形成することができる。なお、比率が前記範囲を下回ると、インジウム源から生じるＩｎがＧａやＮと結合しにくくなり、Ｉｎ金属として析出されやすくなる。比率が前記範囲を上回ると、窒素源であるＮＨ_３から生じるＨにより、インジウム源から生じるＩｎが排除されやすくなり、ＩｎＧａＮが形成されにくくなる。
ガリウム元素に対する窒素元素の比は、より好ましくは２．２×１０^４〜２．２×１０^５であり、特に好ましくは４．４×１０^４〜１．１×１０^５である。

なお、混合ガスは、キャリアガスとしてＨ_２ガスまたはＮ_２ガスを含んでいてもよい。ＩｎＧａＮを成長する場合、キャリアガスがＨ_２ガスであると成長しにくくなる傾向があるため、キャリアガスとしてＮ_２ガスを使用するのが好ましい。

上記の形成条件は、ｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃ上に形成された部分はＩｎ組成比が多くなって井戸層２１となり、ｎ側半導体ロッド１０の稜線１０ｒ上に形成された部分はＩｎ組成比が少なくなって稜線部２２となるように設定される。具体的には、原料ガスに含まれるガリウム元素および窒素元素の比率等を調整することにより、Ｉｎ組成比が多い井戸層２１とＩｎ組成比が少ない稜線部２２とを形成することができる。例えば、これらの条件のうちの１つを変動させて活性層２０を形成し、得られた井戸層２１等のＩｎ組成比を確認することで、適した条件を見出すことができる。

稜線部２２のＩｎ組成比が選択的に減少する理由は定かではないが、ｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃ上に形成されるＩｎＧａＮと、稜線部２２上に形成されるＩｎＧａＮとを比較すると、上述の形成条件の場合には、稜線部２２上のＩｎＧａＮのＩｎ含有量は側面１０ｃ上に形成されるＩｎＧａＮのＩｎ含有量より小さくなっており、稜線部２２上のＩｎＧａＮからＩｎが選択的に離脱する傾向があるものと考えられる。より詳細には、稜線１０ｒ上に成長するＩｎＧａＮ結晶が不安定であることで稜線部２２が形成可能となると考えられる。すなわち、稜線１０ｒ上に不安的なＩｎＧａＮ結晶が成長することにより、結合エネルギーが比較的低いＩｎが脱離し、Ｉｎ組成比の小さい稜線部２２が形成されると推測される。

井戸層２１と稜線部２２は、ロッド状発光部５の断面（図４および図５参照）のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像から容易に識別することができる。明視野像のＴＥＭ写真であれば、Ｉｎ組成比の高い井戸層２１は濃いグレーまたは黒色となり、Ｉｎ組成比の低い稜線部２２は薄いグレーまたは白色となる。
稜線部２２の幅２２ｗは、１原子以上であり、例えば２ｎｍ以下とすることができる。なお、稜線部２２の幅とは、稜線部２２を挟む２つの井戸層２１の最短距離を指す。

なお、図６Ｅから分かるように、ｎ側半導体ロッド１０の側面１０ｃのうち、下面１０ｂ側の一部は絶縁膜９０で覆われている。そのため、その部分には、活性層２０は形成されない。言い換えれば、ｎ側半導体ロッド１０のうち、絶縁膜９０より上側に露出している外面のみを、活性層２０で覆うことができる。

＜４．ｐ側半導体被覆層３０の形成＞
図６Ｆに示すように、活性層２０の外面にｐ側半導体被覆層３０を形成する。ｎ側半導体ロッド１０をｎ型のＧａＮ系結晶（ｎ型窒化物半導体）から形成した場合、ｐ側半導体被覆層３０はｐ型のＧａＮ系結晶（ｐ型窒化物半導体）から形成する。例えば、ｐ側半導体被覆層３０は、ｐ型ＧａＮ層やｐ型ＡｌＧａＮ層をｐ型不純物濃度を変えて複数積層させることにより形成する。
ｐ側半導体被覆層３０は、成長基板５０の温度を例えば８００〜９００℃とし、原料ガスを供給して形成する。原料ガスは、ガリウム源としてＴＭＧまたはＴＥＧと、窒素源としてＮＨ_３とを含む混合ガスが利用できる。さらに、ｐ型不純物を添加するため、これらの原料ガスに例えばＣｐ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を追加し、Ｍｇが添加されたＧａＮ層をｐ側半導体被覆層３０として形成する。原料ガスの供給時間を例えば２０〜６０分とすると、約４０〜１２０ｎｍ程度の厚さのｐ側半導体被覆層３０を形成できる。
ｐ側半導体被覆層３０の形成により、ロッド状発光部５が得られる。

＜５．透光性電極８１の形成＞
図６Ｇに示すように、ロッド状発光部５のｐ側半導体被覆層３０の外面と、絶縁膜９０の上面９０ａとを連続して覆うように、第１透光性電極８１を形成する。
そして、例えば、図６Ｇに描かれた１１個のロッド状発光部５のうちの中央部の７個のロッド状発光部５を残し、その外側に位置する第１透光性電極８１とロッド状発光部５を削除する。このように、第１透光性電極８１の一部と複数のロッド状発光部５の一部とを除去し、下地層４０の一部を絶縁膜９０から露出させる。絶縁膜９０から露出した部分を、第１露出部４０ｘおよび第２露出部４０ｙと称する。なお、第１露出部４０ｘには、ｎ側半導体ロッド１０に通電するための電極が形成される。第２露出部４０ｙの上側には、絶縁膜９１を介して、ｐ側半導体被覆層３０に通電するための電極が形成される。各電極については後で詳述する。
このように、第１透光性電極８１を形成した後で第１露出部４０ｘおよび第２露出部４０ｙを形成すれば、第１露出部４０ｘおよび第２露出部４０ｙを形成するためのエッチング用のマスクを剥離する剥離液からロッド状発光部５を保護することができる。すなわち、ロッド状発光部５が第１透光性電極８１に被覆されているので、剥離液がロッド状発光部５に接触し難い。したがって、必要なロッド状発光部５が除去される可能性を低減することができる。

第１露出部４０ｘおよび第２露出部４０ｙが形成される領域には、予めロッド状発光部５を成長させない、すなわち絶縁膜９０の貫通孔９０ｈを形成しないようにしてもよい。一方、第１露出部４０ｘおよび第２露出部４０ｙの形成位置を予め設定せず、形成されたロッド状発光部５の良不良を確認してから第１露出部４０ｘおよび第２露出部４０ｙの形成位置を決定してもよい。これにより、成長が不十分など不良のロッド状発光部５がある位置に第１露出部４０ｘおよび第２露出部４０ｙを形成することができる。
透光性電極８１は、例えばＩＴＯ膜等の透光性導電膜から形成することができる。

＜６．絶縁膜９１の形成＞
図６Ｉに示すように、第１透光性電極８１の一部と、下地層４０の第１露出部４０ｘの一部（ｎ側透光性電極７１が形成されていない部分）と、下地層４０の第２露出部４０ｙの全体とを覆うように、絶縁膜９１を形成する。
絶縁膜９１は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の絶縁部材から形成する。ＳｉＯ_２は、透光性を有するため、絶縁膜９１を通してロッド状発光部５からの発光を取り出すことができる利点がある。

＜７．透光性電極７１、８２およびパッド電極７０、８０の形成＞
図６Ｊに示すように、ｎ側透光性電極７１と第２透光性電極８２とを形成する。ｎ側透光性電極７１は、下地層４０の第１露出部４０ｘ上に形成する。第２透光性電極８２は、第１透光性電極８１と接触し、かつ下地層４０の第２露出部４０ｙの上側まで延在している。第２透光性電極８２と下地層４０の第２露出部４０ｙの間に絶縁膜９１を配置することにより、それらが短絡するのを防止している。
次いで、ｎ側透光性電極７１上にｎ側パッド電極７０を形成する。および、下地層４０の第２露出部４０ｙの直上において、第２透光性電極８２上にｐ側パッド電極８０を形成する。

ｐ側パッド電極８０からロッド状発光部５までは、第２透光性電極８２と第１透光性電極８１を介して導通されている。ｎ側パッド電極７０からロッド状発光部５までは、ｎ側透光性電極７１と下地層４０を介して導通されている。
ｐ側の電流経路において、第１透光性電極８１が複数のロッド状発光部５のｐ側半導体被覆層３０と接触しており、ｎ側の電流経路において、下地層４０が複数のロッド状発光部５のｎ側半導体ロッド１０と接触している。つまり、複数のロッド状発光部５は、並列接続されている。

次に、本開示の発光素子１の各構成について説明する。なお、本開示の発光素子１は、いわゆる半導体発光素子であり、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオード（ＬＤ）を含む。

（ロッド状発光部５）
ロッド状発光部５は、多角柱状の外形、もしくは多角柱状で上端にファセットを有する外形を有している。
ロッド状発光部５は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等の半導体材料から形成することができる。具体的には、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物半導体（例えばＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等）を用いることができる。
ロッド状発光部５の各構成（ｎ側半導体ロッド１０、活性層２０およびｐ側半導体被覆層３０）に適した半導体について詳述する。

ｎ側半導体ロッド１０において、ｎ型半導体ロッド本体部１１はｎ型半導体）を含む。ｎ型半導体ロッド本体部１１に適した半導体としては、ＧａＮおよびＡｌＧａＮが挙げられる。なお、ｎ型不純物としてＳｉやＧｅ、Ｏ等を添加してもよい。ｎ側半導体ロッド１０は、第１導電型半導体のみから構成してもよい。
また、第１半導体層１２は、ｐ型不純物を含む半導体により構成されるが、第１半導体層１２に適した半導体としては、ＧａＮおよびＡｌＧａＮが挙げられる。ｐ型不純物としては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を添加することができる。
また、第２半導体層１３は、ｎ型不純物及びｐ型不純物の添加量が少ない半導体により構成されるが、第２半導体層１３に適した半導体としては、ＧａＮおよびＡｌＧａＮが挙げられる。
上述したように、ｎ型半導体ロッド本体部１１と第１半導体層１２と第２半導体層１３とは同一組成の半導体により構成してもよいし、異なる組成の半導体により構成してもよい。
例えば、
（１）ｎ型半導体ロッド本体部１１と第１半導体層１２と第２半導体層１３とをＧａＮにより構成する、
（２）ｎ型半導体ロッド本体部１１と第１半導体層１２と第２半導体層１３とをＡｌＧａＮにより構成する、
（３）ｎ型半導体ロッド本体部１１をＧａＮにより構成し、第１半導体層１２と第２半導体層１３とをＡｌＧａＮにより構成する、
（４）ｎ型半導体ロッド本体部１１をＧａＮにより構成し、第１半導体層１２をＡｌＧａＮにより構成し、第２半導体層１３をＧａＮにより構成する、
など、種々の組み合わせが可能である。

活性層２０は、バンドギャップの大きい稜線部２２と、バンドギャップの小さい井戸層２１を含む。井戸層２１に適した半導体としては、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮが挙げられる。稜線部２２に適した半導体としては、ＧａＮおよびＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮが挙げられる。なお、井戸層２１と稜線部２２が共にＩｎＧａＮから成るときは、井戸層２１のＩｎ組成比は稜線部２２のＩｎ組成比より大きくする（つまり、ｘ＞ｙ）。
ｐ側半導体被覆層３０は、第２導電型半導体（例えばｐ型半導体）を含む。ｐ側半導体被覆層３０に適した半導体としては、Ｍｇ等のｐ型不純物を含むＧａＮが挙げられる。ｐ側半導体被覆層３０は、ｐ型不純物を含有するｐ型半導体から成る層と、アンドープの層とを含む積層構造であってもよい。また、ｐ側半導体被覆層３０の上面と第１透光性電極８１との間に、ｎ型半導体ロッド本体部１１及び第１半導体層１２より不純物濃度の低い、例えば、ｉ型の第３半導体層を形成してもよい。これにより、ｎ型半導体ロッド本体部１１の上面近傍における逆リーク電流をさらに抑えることができ、発光素子の発光効率を高めることができる。

（透光性電極７１、８１、８２）
ｎ側透光性電極７１、第１透光性電極８１および第２透光性電極８２は、透光性の導電材料から形成することができ、特に、導電性酸化物が好適である。導電性酸化物としては、例えば、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＭｇＯが挙げられる。特にＩＴＯは、可視光（可視領域）において高い光透過性を有し、導電率の高い材料であることから好ましい。

ｐ側の透光性電極として、このように第１透光性電極８１および第２透光性電極８２の２層を設けることが好ましい。ｐ側の透光性電極は１層のみとすることもできるが、この場合は絶縁膜９１形成後にｐ側の透光性電極を設けることになるため、絶縁膜９１に覆われたロッド状発光部５の部分に通電することができず、発光面積が減少する。また、ロッド状発光部５を覆わないように絶縁膜９１の形成面積を減少させると、ｐ側の電極と下地層４０が短絡する可能性が上昇する。第１透光性電極８１および第２透光性電極８２の２層構造であれば、短絡の可能性が低い程度に絶縁膜９１をロッド状発光部５の上にまで形成することができ、且つ、絶縁膜９１の下のロッド状発光部５に通電することができる。なお、第１透光性電極８１だけの部分よりもその上に第２透光性電極８２が重なった部分の方が光の透過率が減少する。したがって、第１透光性電極８１と第２透光性電極８２が重なった部分の表面積よりも、第２透光性電極８２から第１透光性電極８１が露出した部分の表面積を大きくすることが好ましい。これにより、ロッド状発光部５の発光の取り出し効率を向上させることができる。
なお、ｎ側透光性電極７１は省略してもよい。この場合、ｎ側パッド電極７０を下地層４０に直接形成する。

（成長基板５０）
窒化物半導体を成長させる場合の成長基板５０としては、典型的には、サファイア（Ａ１_２Ｏ_３）等の絶縁性基板を用いる。また、窒化物半導体（ＧａＮ、ＡｌＮ等）等を用いることもできる。
特に、Ｃ面、すなわち（０００１）面を成長面とするサファイアの成長基板が好ましい。成長面は厳密に（０００１）面と一致するよりは、（０００１）面に対して０．５°〜２．０°のオフ角を有しているのが好ましい。このような面を窒化することにより、ＧａＮ系半導体を［０００−１］方向に成長させることができる。

（絶縁膜９０、９１）
絶縁膜９０、９１は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）やＳｉＮから形成することができる。

（パッド電極７０、８０）
ｎ側パッド電極７０およびｐ側パッド電極８０としては、電気良導体を用いることができ、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ等の金属が好適である。パッド電極７０、８０を透光性電極７１、８１上に形成する場合には、透光性電極とオーミックコンタクトできる導電材料から形成するのが好ましい。なお、ｐ側パッド電極８０をロッド状発光部５に直接設けてもよく、その場合は、ｐ側の透光性電極は１層のみ（第１透光性電極８１のみ）であってもよい。好ましくは、ｐ側パッド電極８０をロッド状発光部５に直接設けるのではなく、図２に示すように、ロッド状発光部５が存在しない領域を設け、その領域にｐ側パッド電極８０を形成する。これにより、ロッド状発光部５からの光をｐ側パッド電極８０によって遮られることなく外部に取り出すことができるため、発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。

（実施例）
本開示に係るｎ側半導体ロッド１０及び活性層２０を製造した。活性層２０は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とし、各半導体層はＭＯＣＶＤ法により形成した。

まず、（０００１）面から約１°オフセットした面を成長面とするサファイア基板を成長基板５０として準備した。成長基板５０の上面５０ａは窒化処理し、その上に成長する窒化物半導体の上面（成長基板５０の上面５０ａと平行な面）が（０００−１）面となるようにした。そして、成長基板５０の上に、フォトリソグラフィ技術により、開口形状が直径２μｍの円形である貫通孔９０ｈを複数有するＳｉＯ_２の絶縁膜９０（厚さ約０．３μｍ）を形成した。
次いで、絶縁膜９０が形成された成長基板５０に、ＧａＮのバッファ層４５（厚さ約２０ｎｍ）を形成し、その後、熱処理を行った。ここでは下地層４０は設けなかったため、このように絶縁膜９０形成後にバッファ層４５の形成を行った。

次に、それぞれＧａＮからなるｎ型半導体ロッド本体部１１と第１半導体層１２と第２半導体層１３とを以下の条件でＧａＮを成長させることにより、ＧａＮからなるｎ側半導体ロッド１０を形成した。形成したｎ側半導体ロッド１０は、太さ３μｍ程度、長さ約８μｍの略六角柱状のロッドである。
実施例のｎ側半導体ロッド１０において、ｎ型半導体ロッド本体部１１の長さは約７μｍであり、第１半導体層１２の厚さと第２半導体層１３の厚さとはいずれも約０．５μｍであり、ｎ側半導体ロッド１０全体の長さは約８μｍである。

［ｎ側半導体ロッド１０の形成条件］
・基板温度：１０４５℃
・製造時間：４０分
・雰囲気ガス：水素と窒素の混合雰囲気
・キャリアガス：窒素 １１ｓｌｍ
・ＮＨ_３：５０ｓｃｃｍ（約２×１０^−３モル/分)
・ＴＭＧ：２０ｓｃｃｍ（約６５×１０^−６モル/分)

実施例において、ｎ側半導体ロッド１０は、ｎ型半導体ロッド本体部１１、第１半導体層１２及び第２半導体層１３とは連続して成長させることにより形成した。具体的には、ｎ型半導体ロッド本体部１１は上記原料ガスに、ｎ型不純物用のＳｉＨ_４ガスを４．４ｓｃｃｍ（約２．０ｎモル/分)の割合で加えて成長させ、約７μｍの長さのロッド（ｎ型半導体ロッド本体部１１）が形成された時点で、ｎ型不純物用のＳｉＨ_４ガスを止めてｐ型不純物用のＣｐ_２Ｍｇガスを２９ｓｃｃｍ（約４０μモル/分)の割合で加えて引き続き成長させ、ロッド（ｎ型半導体ロッド本体部１１）上面に形成された半導体膜（第１半導体層１２）の厚さが約０．５μｍになった時点で、ｎｐ型不純物用のＣｐ_２Ｍｇガスを止めて不純物ガス用の原料ガスを含まない状態でさらにＧａＮを０．５μｍの厚さになるように成長させて半導体膜（第２半導体層１３）を形成した。
以上のようにして、一体化された六角柱のｎ側半導体ロッド１０を形成した。

ｎ側半導体ロッド１０を形成後、形成条件を以下のように変更して、活性層２０を形成した。なお、活性層２０は、ｎ側半導体ロッド１０側から、障壁層２５と、井戸層２１および稜線部２２を含む層（ここでは「混合層」と称する）とを交互に作成した。障壁層２５を６層、混合層を６層形成した後、最後に障壁層２５をもう１層形成した。障壁層２５及び混合層の形成条件は以下の通りであった。障壁層２５の形成条件はＧａＮのものであり、混合層の形成条件はＩｎＧａＮのものである。

［障壁層２５の形成条件］
・基板温度：８１０℃
・雰囲気ガス：窒素
・キャリアガス：窒素 ８ｓｌｍ
・ＮＨ_３：４ｓｌｍ（約２×１０^−１モル/分)
・ＴＥＧ：１６ｓｃｃｍ（約４×１０^−６モル/分)

ＧａＮからなる障壁層２５は、第１層（ｎ側半導体ロッド１０と接触している層）のみＳｉドープした。１層目の形成の際には、上記の原料ガスに加えて、Ｓｉドーパント源としてＳｉＨ_４ガスを８×１０^−９モル/分で添加した。
障壁層２５の形成時間は、第１層は約９分（厚さ１０ｎｍ程度）、第２層〜第７層は、それぞれ４分（厚さ４〜１０ｎｍ程度）とした。

［混合層（井戸層２１、稜線部２２）の形成条件］
・基板温度：８１０℃
・雰囲気ガス：窒素
・キャリアガス：窒素 ８ｓｌｍ
・ＮＨ_３：４ｓｌｍ（約２×１０^−１モル/分)
・ＴＥＧ：１６ｓｃｃｍ（約４×１０^−６モル/分)
・ＴＭＩ：１４２ｓｃｃｍ（約１２×１０^−６モル/分)

混合層の形成時間は、第１層〜第６層の全てにおいて、それぞれ４分（厚さ４〜１０ｎｍ程度）とした。なお、障壁層２５の第２層〜第７層と混合層との成長時間は同じであるが、ｎ側半導体ロッド１０の長さ方向において成長速度の差が生じるため、後述するＴＥＭ像に示すように、障壁層２５と混合層との厚さは同じとは限らない。

活性層２０を形成した後、成長基板５０の温度を７６０℃とし、ＮＨ_３、ＴＥＧ、Ｃｐ_２Ｍｇを用い、ｐ側半導体被覆層３０を形成した。

ｐ側半導体被覆層３０を形成した後、第１透光性電極８１を以下のように形成した。
［第１透光性電極８１の形成条件］
・材料：ＩＴＯ
・膜厚：１７００Å

第１透光性電極８１を形成した後、絶縁膜９１を以下のように形成した。
［絶縁膜９１の形成条件］
・材料：ＳｉＯ_２
・膜厚：３５００Å

絶縁膜９１を形成した後、ｎ側透光性電極７１、第２透光性電極８２およびパッド電極７０、８０を形成した。
［ｎ側透光性電極７１、第２透光性電極８２の形成条件］
・材料：ＩＴＯ
・膜厚：１７００Å

［ｎ側パッド電極７０の形成条件］
・材料：下層側からＴｉ／Ａｕを積層

［ｐ側パッド電極８０の形成条件］
・材料：下層側からＴｉ／Ａｕを積層

（比較例）
実施例において、ｎ側半導体ロッドをｎ型半導体ロッド本体部１１と第２半導体層１３に対応する半導体層とによって構成した以外は実施例と同様にして比較例の発光素子を作製した。すなわち、比較例の発光素子では、ｎ側半導体ロッドを、第１半導体層１２を形成することなく、ｎ型半導体ロッド本体部１１と第２半導体層１３に対応する半導体層とによって構成した。
比較例のｎ側半導体ロッド１０において、ｎ型半導体ロッド本体部１１の長さは約７μｍであり、第２半導体層１３に対応する半導体層の厚さは約１μｍであり、ｎ側半導体ロッド全体の長さは約８μｍである。

比較例の発光素子において、ｎ側半導体ロッドは、実施例と同様の条件で約７μｍの長さのｎ型半導体ロッド本体部が形成された時点で、ｎ型不純物用のＳｉＨ_４ガスを止めて不純物ガス用の原料ガスを含まない状態でさらにＧａＮを１μｍの厚さになるように成長させて半導体膜（第２半導体層１３）を成長させることにより形成した。

以上のようにして作製した実施例の発光素子と比較例の発光素子とを発光させたところ、実施例の発光素子は比較例の発光素子より明るかった。
また、比較例の発光素子においては逆方向リーク電流が低い電圧で立ち上がるのに対して、実施例の発光素子において逆方向リーク電流が立ち上がる電圧は比較例より格段に高いことが確認された。

１ 発光素子
５、６ ロッド状発光部
１０、１６ ｎ側半導体ロッド
１０ｃ、１６ｃ 半導体ロッドの側面
１１ ｎ型半導体ロッド本体部
１２ 第１半導体層
１３ 第２半導体層
２０、２６ 活性層
２１ 井戸層
２２ 稜線部
２５ 障壁層
３０、３６ ｐ側半導体被覆層（半導体層）
４０ 下地層
４５ バッファ層
５０ 成長基板
９０、９１ 絶縁膜
９０ｈ 貫通孔

Claims (10)

1. ｎ側半導体ロッドと、
   前記ｎ側半導体ロッドを覆う半導体から成る活性層と、
   前記活性層を覆うｐ側半導体被覆層と、を含み、
   前記ｎ側半導体ロッドは、ｎ型不純物を含むｎ型半導体ロッド本体部と、該ｎ型半導体ロッド本体部の上面に設けられたｐ型不純物を含む第１半導体層と、該第１半導体層の上面に設けられ、前記第１半導体層よりｐ型不純物濃度の低い第２半導体層とを含むことを特徴とする発光素子。
2. 前記ｎ側半導体ロッドにおいて、前記第１半導体層の厚さｔ_ｐ及び前記第２半導体層の厚さｔ_ｉはそれぞれ０．１μｍ以上であり、前記第１半導体層の厚さｔ_ｐと前記第２半導体層の厚さｔ_ｉとを合わせた厚さｔ_{ｔｏｔａｌ}は、０．１μｍ以上、２μｍ以下である請求項１記載の発光素子。
3. 前記ｎ側半導体ロッドは、複数の側面を有する多角柱形状であり、
   前記活性層は、前記複数の側面のうち少なくとも隣接する２つにそれぞれ配置された複数の井戸層を含み、
   前記複数の井戸層のうち隣接する井戸層同士はそれぞれ、隣接する前記側面同士が接する稜線に沿って分離されており、
   前記活性層は、半導体から成り、前記稜線上に配置されて前記隣接する井戸層同士を繋ぐ稜線部をさらに含み、
   前記稜線部のバンドギャップは、前記複数の井戸層それぞれのバンドギャップよりも広い請求項１又は２に記載の発光素子。
4. 前記複数の井戸層は、前記ｎ側半導体ロッドの全ての側面にそれぞれ配置されており、
   前記複数の井戸層のうち隣接する井戸層同士は全て前記稜線部により繋がれていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
5. 前記井戸層は、前記ｎ側半導体ロッドの側面と垂直をなす方向において、障壁層を介して複数積層されていることを特徴とする請求項３または４に記載の発光素子。
6. 前記ｎ側半導体ロッドにおいて、
   前記ｎ型半導体ロッド本体部は、ウルツ鉱型の結晶のｎ型窒化物半導体を含み、
   前記第１半導体層は、ｐ型窒化物半導体を含み、
   前記第２半導体層は、ｉ型窒化物半導体を含み、
   前記ｐ側半導体被覆層はｐ型窒化物半導体を含み、
   前記ｎ型半導体ロッド本体部の側面は、前記ウルツ鉱型の結晶のＭ面である請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 前記ｎ型半導体ロッド本体部は、ＧａＮ結晶から成ることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
8. 前記第１半導体層はＧａＮ結晶から成り、前記第２半導体層はＧａＮ結晶から成る請求項７に記載の発光素子。
9. 前記ｎ型半導体ロッド本体部の軸は、前記ＧａＮ結晶の［０００−１］方向に平行である請求項７又は８に記載の発光素子。
10. 前記第２半導体層はアンドープ層である請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光素子。

Images