WO2009113651A1 - 化合物半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

化合物半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体発光素子の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a compound semiconductor light-emitting element that emits light by combining electrons and holes in a compound semiconductor, a lighting device using the same, and a method for manufacturing the compound semiconductor light-emitting element.
  • the present invention relates to a structure having a plurality of columnar crystal structures called nanorods.
  • nitride nitride semiconductor
  • an electric current is injected from the outside, and electrons and holes are combined in the light emitting layer to emit light.
  • the development of the light emitting element to be made is remarkable.
  • the phosphor is excited by a part of the light emitted from the light emitting element, and the white light obtained by mixing the light generated from the phosphor and the light from the light emitting element is used as a light source to be applied to the lighting device.
  • the white light obtained by mixing the light generated from the phosphor and the light from the light emitting element is used as a light source to be applied to the lighting device.
  • the excitation light emitted from the light emitting element and absorbed by the phosphor is wavelength-converted to light having energy lower than that of the light generated from the light emitting element, and is emitted to the outside again.
  • a loss is caused by the difference in energy between the excitation light from the light emitting element and the emission light from the phosphor, and the efficiency is lowered.
  • the second is a decrease in efficiency due to non-radiative recombination in the phosphor (decrease in internal quantum efficiency of the phosphor).
  • the crystal defects present in the phosphor function as non-radiative recombination centers, and some of the carriers generated in the phosphor by the excitation light do not contribute to light emission and are captured by the crystal defects. This is because the luminous efficiency of the phosphor is lowered.
  • the red phosphor when realizing high color rendering white light emission, the red phosphor emits light weakly at present, and the color rendering properties and the light emission efficiency are in a trade-off relationship.
  • the method of exciting phosphors of three colors of RGB with an ultraviolet light emitting semiconductor a phosphor with high efficiency has not been obtained at present.
  • a compound semiconductor light emitting device has been proposed. Specifically, the nuclei for crystal growth are grown on the substrate at a temperature lower than the normal growth temperature of the columnar crystal structure, and the nuclei are dispersed by raising the temperature to the normal growth temperature over time. To have. Thereafter, by growing columnar crystal structures as usual, the film thickness and composition of the light emitting layer are varied, and each columnar crystal structure is caused to emit light at different wavelengths. The growth of the columnar crystal structure is described in Patent Document 2 and the like.
  • Patent Document 1 is an excellent technique for realizing a solid-state light source that enables multicolor emission easily on a single substrate and in a single growth process, and thus at low cost.
  • multi-color light emission is made possible by using variation in growth, there is a problem that the accuracy in matching the light emission color of the individual light source with a desired color tone is low, such as for illumination.
  • An object of the present invention is to produce a compound semiconductor light-emitting element that can realize a desired color at low cost and that can easily improve the color adjustment accuracy, a lighting device using the same, and a compound semiconductor light-emitting element Is to provide a method.
  • a compound semiconductor light emitting device includes a substrate, a first electrode provided on one surface of the substrate, an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type on the other surface of the substrate.
  • a plurality of nanoscale columnar crystal structures stacked in order with a semiconductor layer; a second electrode connected to the top of the plurality of columnar crystal structures; and a first region that is a partial region of the substrate
  • a second region that is provided on the other surface side and includes a base layer that controls the growth of the columnar crystal structure, and is a second region that is at least a part of the remaining region of the substrate excluding the first region;
  • a step is provided in the region on the other surface.
  • the n-type semiconductor layer and the light emitting layer are provided on the substrate on which the first electrode is formed on one surface, for example, by providing the conductive buffer layer on the conductive substrate or the insulating substrate. And a p-type semiconductor layer are sequentially stacked, and a plurality of nanoscale columnar crystal structures called nanocolumns or nanorods are formed, and a second electrode is connected to the top of the columnar crystal structure.
  • the underlayer for controlling the growth of the columnar crystal structure is provided in the first region, the growth rate of the columnar crystal structure can be changed between the first region and the second region.
  • the columnar crystal structure formed in the first region and the columnar crystal structure formed in the second region differ in length by the level difference, and the ratio of length to thickness (diameter) is different.
  • the wavelength of the emitted light is different. That is, at least two types of columnar crystal structures having different aspect ratios and different wavelengths indicating the maximum intensity of the spectrum of emitted light can be formed.
  • the lighting device uses the above-described compound semiconductor light-emitting element.
  • a step of forming a base layer for controlling the growth of the structure, and an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked on the bottom of the recess and the other surface of the second region.
  • a plurality of nanoscale columnar crystal structures, a step of growing until substantially the same height is formed on the bottom of the recess and on the other surface of the second region; and Forming a second electrode connected to the top.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams for explaining a specific manufacturing process of the light-emitting diode shown in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 7A, 7B, and 7C are views for explaining a manufacturing process of a light-emitting diode that is a compound semiconductor light-emitting element according to the third embodiment of the present invention.
  • 8A, 8B, and 8C are diagrams for explaining a manufacturing process of a light-emitting diode that is a compound semiconductor light-emitting element according to the fourth embodiment of the present invention.
  • 9A and 9B are diagrams for explaining a manufacturing process of a light-emitting diode which is a compound semiconductor light-emitting element according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a light-emitting diode 1 which is a compound semiconductor light-emitting element according to the first embodiment of the present invention.
  • GaN is taken as an example of the material of the nanocolumn 2, but the present invention is not limited to this, and all compound semiconductors including oxides, nitrides, oxynitrides, and the like can be targeted.
  • MBE molecular beam epitaxy
  • an n-type electrode 3 (first electrode) is formed on one surface (the bottom surface of the Si substrate 4 in FIG. 1) of the Si substrate 4, and the other surface (the upper surface of the Si substrate 4 in FIG. 1). ), A plurality of nanocolumns 2 are formed so as to extend in the vertical direction.
  • the nanocolumn 2 is a columnar crystal structure having a nano-sized thickness, and is configured by sequentially laminating an n-type semiconductor layer 5, a light emitting layer 6, and a p-type semiconductor layer 7 from the Si substrate 4 side.
  • the top part (p-type semiconductor layer 7) of several nanocolumn 2 group is covered with the transparent electrode 8, Furthermore, the p-type electrode 9 (2nd electrode) is formed on the surface of the transparent electrode 8, and it becomes GaN nanocolumn LED.
  • a light emitting diode 1 is configured. It should be noted that in this embodiment, a trench 11 that is a recess is formed in a part of the region on the Si substrate 4, and the growth of the nanocolumn 2 is controlled (promoted) in the trench 11. It is to form the AlN layer 12 that is the underlayer.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a specific manufacturing process of the light-emitting diode 1 as described above.
  • a plurality of trenches 11 are formed on an n-type Si substrate 4 having a plane orientation (111) by a RIE (Reactive Ion Etching) apparatus.
  • FIG. 1 and FIG. 2 described above and the subsequent figures also differ from this scale due to the space on the page.
  • a pattern is formed with a photoresist on the surface of the Si substrate 4 on which the trench 11 is formed, and the photoresist in each trench 11 is removed.
  • 10 nm of Al is deposited on the entire surface by an EB (electron beam) deposition apparatus, and Al outside the trench 11 is removed by etching using photolithography and an RIE apparatus, as shown in FIG. 2B.
  • the AlN is formed into the AlN layer 12 by nitriding at about 800 ° C. in an MBE apparatus.
  • the Si substrate 4 is put into an MBE apparatus, and Al atoms and N radicals are irradiated onto the Si substrate 4 by an Al molecular beam and an N 2 plasma source at a temperature of 400 ° C.
  • the SiN substrate 4 on which the AlN thin film is formed is taken out from the MBE apparatus, and the AlN thin film is left in each trench 11, whereby the AlN layer 12 can be formed.
  • the surface of the Si substrate 4 on the side where the trench 11 is formed that is, on the surface of the AlN thin film in the trench 11 and on the surface of the wall 13 is perpendicular to the substrate.
  • the nanocolumn 2 is grown so as to extend in the direction. Specifically, the degree of vacuum is 2e- 5 torr, the substrate temperature is 750 ° C., the plasma output is 450 W, the carrier gas is hydrogen gas (H 2 ), the Ga material is trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ), and the nitrogen material Is supplied with ammonia (NH 3 ).
  • silane (SiH 4 ) is supplied in order to add Si having n-type conductivity as an impurity.
  • Ga flux is supplied at a flow rate of 3.4 nm / min
  • the n-type semiconductor layer 5 grows in a columnar shape on the AlN layer 11 at a rate twice or more on the wall 13 and grows for 1 hour.
  • the n-type semiconductor layer 5 formed on the AlN layer 11 and the n-type semiconductor layer 5 formed on the wall 13 have substantially the same height.
  • the substrate temperature is lowered to 650 ° C.
  • the impurity gas is changed from the silane (SiH 4 ) to trimethylindium (In (CH 3 ) 3 ) as an In raw material, and the flow rate of the In flux is set to 10 nm / min.
  • the light emitting layer 6 made of an InGaN quantum well is grown on the n-type semiconductor layer 5.
  • the growth time is 1 minute.
  • the flow rate of Ga flux and the plasma output are the same as when the n-type semiconductor layer 5 is grown. What is important here is that the rate of In flux is much higher than that of Ga flux, and the rate of Ga flux is lower than the rate of N flux.
  • the light emitting layer 6 may be formed in an InGaN / GaN multiple quantum well structure.
  • a reflective film may be appropriately formed in the n-type semiconductor layer 5.
  • the substrate temperature is raised to 750 ° C.
  • the impurity gas is cyclopentadienyl magnesium (Mg (C 5 H 5 ) 2 ) containing Mg having p-type conductivity from trimethylindium (In (CH 3 ) 3 ).
  • the p-type semiconductor layer 7 is grown on the light emitting layer 6 by changing the flow rate of Mg flux to 1 nm / min and the flow rate of Ga flux to 5 nm / min.
  • the growth time is 4 minutes, and the plasma power is the same at 450 W throughout the growth of the nanocolumn 2.
  • the diameter of the nanocolumn 2 is gradually increased by gradually changing the flow rate of ammonia (NH 3 ), the flow rate of the carrier gas H 2 , or the growth temperature.
  • the planar p-type layer 14 is formed by combining the p-type semiconductor layers 7 of the nanocolumns 2.
  • a Ni 3 nm / ITO 100 nm laminated p-type contact in which Ni of 3 nm thickness and ITO of 100 nm thickness are laminated on the surface of the p-type layer 14.
  • a layer is formed as the transparent electrode 8
  • a p-type pad electrode made of Au 500 nm is formed thereon as the p-type electrode 9.
  • the n-type electrode 3 is formed to complete the light emitting diode 1.
  • the trench 11 is formed in a partial region of the Si substrate 4, and the AlN layer 12 that is the compound seed crystal film of the nanocolumn 2 is further formed in the trench 11.
  • the growth of the nanocolumn 2 is faster (for example, about twice) than the region on the wall 13 where the layer 12 is not present, and when grown for a predetermined time, the step between the trench 11 and the wall 13 is absorbed.
  • the surface of the p-type layer 14 has substantially the same height. In this way, at least two types of nanocolumns 2 having different heights, that is, different aspect ratios (length / diameter) and different wavelengths indicating the maximum intensity of the spectrum of emitted light can be formed.
  • the region sandwiched between the bottom surface of the trench 11 and the bottom surface of the Si substrate 4 corresponds to the first region A
  • the remaining region excluding the first region A from the Si substrate 4 that is, A region sandwiched between the upper surface of the wall 13 and the bottom surface of the Si substrate 4 corresponds to the second region B.
  • FIG. 3 shows the experiment results of the present inventors.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the height (length) and the peak wavelength when a 300 nm diameter nanocolumn 2 is grown with the above composition. It can be understood that the peak wavelength increases as the height of the nanocolumn 2 increases, that is, as the aspect ratio increases. The reason why the peak wavelength increases as the aspect ratio increases as described above is as follows. First, the supply of atoms related to the mechanism of GaN nanocolumn growth is determined by the adsorption desorption process and the surface diffusion process.
  • the surface diffusion process is considered to be dominant for Ga atoms under the conditions of nanocolumn growth. That is, Ga atoms leave with a certain probability while diffusing from the base of the nanocolumn toward the tip. It can be assumed that the probability of leaving is proportional to the diffusion time.
  • In atoms follow the normal crystal growth, and the adsorption / desorption process to the quantum well layer becomes dominant. For this reason, as the height of the nanocolumn increases, Ga atoms arriving at the quantum well layer decrease, while In atoms are incorporated into the quantum well layer at a constant rate regardless of the height of the nanocolumn. As a result, the In / Ga ratio of the quantum well layer increases in proportion to the height (length) of the nanocolumn, and as described above, the emission wavelength changes to the longer wavelength side as the nanocolumn increases.
  • the number of In atoms taken into the quantum well layer is proportional to the square of the nanocolumn diameter.
  • the number of Ga atoms is proportional to the diameter of the nanocolumn.
  • the In / Ga ratio increases in proportion to the diameter. From the above, the In / Ga ratio that determines the wavelength depends on the aspect ratio (height / diameter) of the nanocolumn, and changes to the longer wavelength side as the aspect ratio increases.
  • LED chips having different wavelengths can be formed on the same chip under the same growth conditions in a region where the AlN layer 12 is present and a region on the wall 13 where the AlN layer 12 is absent. . Then, the length of the nanocolumn 2 is set so that the light on the long wavelength side and the light on the short wavelength side of the straight line intersecting the white region in the CIE (Commission International de l'Eclairage) chromaticity diagram are emitted. Thus, white light can be created.
  • CIE Commission International de l'Eclairage
  • the step is made into three steps, and the wavelength indicating the maximum intensity of the spectrum of the light emitted from the nanocolumn 2 in each region is light having a wavelength at the apex of the triangle surrounding the white region in the CIE chromaticity diagram.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a light-emitting diode 21 which is a compound semiconductor light-emitting element according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a bottom view of the light emitting diode 21.
  • the light-emitting diode 21 is similar to the light-emitting diode 1 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The following points should be noted.
  • the insulating region 22 is provided at the lower portion of the outer peripheral portion of the bottom of each trench 11, that is, at the boundary portion between the first region A and the second region B, and the trench 11 (the depth of FIG. It is continuously formed extending in a strip shape.
  • comb-shaped n-type electrodes 24 first region electrodes
  • Comb-type n-type electrode 23 second region electrode
  • individual voltages and currents are applied to the n-type electrodes 23 and 24. Is applied.
  • the n-type electrode 24 collectively supplies voltage and current for causing the long nanocolumns 2 formed in the trenches 11 to emit light, and the n-type electrode 24 allows the short nanocolumns 2 formed on the wall 13 to be Since the voltage and current for emitting light can be supplied all at once, the intensity of light emitted by the long nanocolumn 2 and the intensity of light emitted by the short nanocolumn 2 are individually adjusted to adjust the entire light emitting diode 21. The emission color (color) can be adjusted.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a specific manufacturing process of the light-emitting diode 21 as described above. Similar to FIG. 2A, a plurality of trenches 11 are formed as shown in FIG. 6A, and a Si oxide film 25 is formed to 100 nm on the Si substrate 4 as shown in FIG. Openings 26 are formed in the outer peripheral portion of the bottom of each trench 11 by lithography and etching using RIE or HF (hydrogen fluoride). Next, by using this Si oxide film 25 as a mask material, an O ion is implanted and annealed by an ion implantation apparatus as indicated by reference numeral 27 to form the insulating region 22 made of SiO 2. Can do.
  • an AlN layer 12 is formed in each trench 11, and after the nanocolumn 2 is grown, the transparent electrode 8 and the p-type electrode 9 are formed, and the n-type electrode 23, 24 is formed, and the light emitting diode 21 is completed.
  • the n-type electrode 3 composed of a laminated n-type contact layer of Ti 30 nm / Au 500 nm and an n-type pad electrode is formed on the entire bottom surface of the Si substrate 4.
  • the region of the trench 11 (first region A) and the region of the wall 13 (second region B) are insulating regions 22. It is formed separately.
  • n-type electrodes 23 and 24 are formed on the bottom surface of the Si substrate 4.
  • the n-type electrodes 23 and 24 each have a comb shape.
  • the n-type electrodes 23 and 24 are arranged to face each other on the bottom surface of the Si substrate 4 so that the comb teeth are engaged with each other, and the comb-tooth portions of the n-type electrode 24 are connected to the first region A, and the n-type electrodes
  • the comb teeth of the electrode 23 are formed so as to be connected to the second region B.
  • the n-type electrodes 23 and 24 separated from each other in this way can be realized simply by performing a normal photolithography process and an etching process after the formation of the Ti / Au layer.
  • the regions of the trenches 11 are not discretely or dispersedly arranged in an island shape or the like on the Si substrate 4, but the trenches 11 are formed in a strip shape and collectively formed in the nanocolumns 2 formed in the trenches 11.
  • the n-type electrode 24 for supplying voltage and current and the n-type electrode 23 for supplying voltage and current are formed separately on the nanocolumns 2 formed on the walls 13 to form each trench 11.
  • a voltage adapted to each emission wavelength can be applied to the nanocolumns 2 formed and the nanocolumns 2 formed on the walls 13. Further, by changing the currents flowing through the n-type electrodes 23 and 24, the intensity of each spectrum can be adjusted and the color can be adjusted (one-chip multicolor light emission).
  • the transparent electrode 8 and the p-type electrode 9 can be used in common as the electrodes paired with the n-type electrodes 23 and 24.
  • the insulating region 22 below the outer peripheral portion of the bottom of the trench 11, it is possible to prevent current in each region from leaking to other regions and to control the one-chip multicolor light emission more easily. Can be done.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting diode 31 which is the compound semiconductor light-emitting element according to the third embodiment of the present invention.
  • the light-emitting diode 31 is similar to the light-emitting diode 1 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. It should be noted that in the light emitting diodes 1 and 21, the AlN layer 12 serving as the compound seed crystal film is formed as the underlayer in the trench 11, but in the light emitting diode 31, the nanocolumn 2 is grown.
  • the Ni thin film 32 which is a catalyst (catalyst) material film that dissolves and takes in the compound semiconductor material such as Ga, N, In, and Al, and additive materials such as Mg and Si, and does not form a composite with itself. Is formed as a base layer.
  • the trench 11 is formed on the GaN substrate 34 by an RIE apparatus as shown in FIG. 7A.
  • a Ni thin film 32 is deposited to a thickness of 5 nm by an EB vapor deposition apparatus, and etching is performed using a photolithography and RIE apparatus, as shown in FIG. 11, the excess Ni thin film is removed, and the Ni thin film 32 is left only in the portion where the nanocolumn 2 will be formed in the future.
  • the nanocolumn 2 is grown by the MBE apparatus using such a substrate 34 as a growth substrate, mainly due to the difference in the adsorption probability and diffusion rate of Ga, N, In atoms forming the nanocolumn to the Ni thin film 32,
  • the growth rate of the portion where the Ni thin film 32 is present is about five times faster than the portion where the Ni thin film 32 is present, for example, and as shown in FIG. 7C, the step between the trench 11 and the wall 13 is absorbed.
  • the surface can be approximately the same height.
  • the growth rate can be changed depending on the adsorption probability and diffusion rate of each atom.
  • the nanocolumn 2 can change the diameter (thickness), that is, the aspect ratio, even at the same height. Even if comprised in this way, while being able to implement
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting diode 41 which is the compound semiconductor light-emitting element according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the light-emitting diode 41 is similar to the light-emitting diode 31 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the Ni thin film 32 that is a catalyst material film is provided only in the trench 11
  • the Ni thin film 43 is also formed on the wall 13. It is provided and the thickness is formed thicker than the Ni thin film 42 in the trench 11.
  • the Ni thin film 43 is deposited on the GaN substrate 34 by 3 nm by an MBE apparatus. Thereafter, the trench 11 is formed by etching using photolithography and an RIE apparatus.
  • the Ni thin film 43 on the wall 13 becomes 5 nm
  • the Ni thin film 42 in the trench 11 becomes 2 nm.
  • the Ni thin films 42 and 43 are shrunk and separated into islands, as shown in FIG. 8B.
  • the Ni thin films 43 on the walls 13 become large islands and scattered at high density, and the Ni thin films 42 in the trench 11 become small islands and scattered at low density.
  • the same catalyst material is used in the trench 11 portion and the wall 13 portion. Therefore, the Ga, N, and In forming the nanocolumn are formed.
  • the adsorption probability and diffusion rate of atoms to the Ni thin films 42 and 43 are the same, but when the density of catalyst islands is somewhat high in this way, the difference in the number of supplied atoms with a long surface diffusion length as in the nanocolumn 2 As a result, the growth rate is increased in the low-density trench 11 portion, and as shown in FIG. 8C, the step between the trench 11 and the wall 13 is absorbed to make the surface of the p-type layer 14 substantially the same height. Can do. Even if comprised in this way, while being able to implement
  • the formation of the films 42 and 43 having different conditions on the trench 11 and the wall 13 to change the growth rate of the nanocolumn 2 is not limited to the catalyst material films that are the films 42 and 43, but the above-described compounds. Needless to say, the present invention can be similarly applied to the seed crystal film.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting diode 51 which is the compound semiconductor light-emitting element according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the light-emitting diode 51 is similar to the light-emitting diode 1 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the aspect ratio of a specific nanocolumn 2a is changed by post-processing.
  • a specific nanocolumn 2a is irradiated with a laser beam 53 from a laser source 52 as shown in FIG. 9A in an oxygen atmosphere.
  • the process for changing the aspect ratio the same effect can be obtained by post-processing such as inactivation by oxidation or sulfuration.
  • the aspect ratio of the entire nanocolumn 2 is to be increased, the whole may be heated with an electric furnace or the like instead of local heating.
  • a compound semiconductor light emitting device includes a substrate, a first electrode provided on one surface of the substrate, an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type on the other surface of the substrate.
  • a plurality of nanoscale columnar crystal structures stacked in order with a semiconductor layer; a second electrode connected to the top of the plurality of columnar crystal structures; and a first region that is a partial region of the substrate
  • a second region that is provided on the other surface side and includes a base layer that controls the growth of the columnar crystal structure, and is a second region that is at least a part of the remaining region of the substrate excluding the first region;
  • a step is provided in the region on the other surface.
  • the n-type semiconductor layer and the light emitting layer are provided on the substrate on which the first electrode is formed on one surface, for example, by providing the conductive buffer layer on the conductive substrate or the insulating substrate. And a p-type semiconductor layer are sequentially stacked, and a plurality of nanoscale columnar crystal structures called nanocolumns or nanorods are formed, and a second electrode is connected to the top of the columnar crystal structure.
  • the underlayer for controlling the growth of the columnar crystal structure is provided in the first region, the growth rate of the columnar crystal structure can be changed between the first region and the second region.
  • the columnar crystal structure formed in the first region and the columnar crystal structure formed in the second region differ in length by the level difference, and the ratio of length to thickness (diameter) is different.
  • the wavelength of the emitted light is different. That is, at least two types of columnar crystal structures having different aspect ratios and different wavelengths indicating the maximum intensity of the spectrum of emitted light can be formed.
  • the columnar crystal structure in each region is set to a desired length corresponding to a plurality of colors by setting the step between the first region and the second region and the condition of the underlying layer without depending on the growth variation. Therefore, it is easy to improve the color adjustment accuracy. Furthermore, since the color can be changed by changing the area ratio between the first region and the second region, the degree of freedom in adjusting the color increases and it is easy to adjust the color according to user needs. It is.
  • a base layer having a condition different from that of the base layer of the first region is formed on the other surface of the second region.
  • the difference in the growth rate of the columnar crystal structures in the first and second regions can be reduced by setting conditions separately for the base layer in the first region and the base layer in the second region.
  • adjustment of the length of the columnar crystal structure in the first and second regions that is, fine adjustment of the color of the luminescent color is facilitated.
  • the base layer in the first region and the base layer in the second region have different conditions in at least one of layer thickness and material.
  • the columnar crystal structures in the first and second regions are formed.
  • the growth rate can be varied.
  • the underlayer is formed by being separated into a plurality of islands, and the size of the island constituting the underlayer of the first region is different from the size of the island constituting the underlayer of the second region. It may be made to be.
  • the thickness (diameter) of the columnar crystal structure varies depending on the size of the island of the underlayer, the columnar crystal structure in the first region and the columnar crystal structure in the second region By changing the diameter and changing the ratio of the length and the diameter, light of a plurality of wavelengths can be emitted.
  • the wavelength indicating the maximum intensity of the spectrum of the light emitted from the columnar crystal structures provided in the first and second regions is a wavelength of a color located at both ends of a straight line intersecting the white region in the CIE chromaticity diagram. It is preferable that the ratio between the length and thickness of each columnar crystal structure provided in the first and second regions is set.
  • the substrate includes at least a part of a remaining region excluding the first and second regions, and a third region having a step with the first and second regions on the other surface of the substrate.
  • Each of the columnar crystal structures provided in the first, second, and third regions is provided with an underlayer for controlling the growth of the columnar crystal structure on the other surface in the third region.
  • the first, second, and third regions so that the wavelength indicating the maximum intensity of the spectrum of light emitted by the body is the wavelength of the color located at the apex of the triangle that surrounds the white region in the CIE chromaticity diagram
  • the ratio between the length and the thickness of each columnar crystal structure may be set.
  • the underlayer is preferably a compound seed crystal film.
  • a columnar crystal structure is obtained by using a compound seed crystal film such as AlN as an underlayer for a compound semiconductor material such as Ga, N, In, or Al or an additive material such as Mg or Si. Can promote growth.
  • a compound seed crystal film such as AlN as an underlayer for a compound semiconductor material such as Ga, N, In, or Al or an additive material such as Mg or Si. Can promote growth.
  • the base layer may be a catalyst material film.
  • Ni is a compound semiconductor material such as Ga, N, In, and Al and an additive material such as Mg and Si that dissolves and takes in these materials and does not form a composite with itself.
  • a catalyst (catalyst) material film such as Cu, Fe, Au or the like as the underlayer, the growth of the columnar crystal structure can be promoted.
  • a plurality of the first regions are provided in a strip shape with a space between each other, the region that is the space is used as the second region, and the first electrode is collectively in the plurality of first regions.
  • the first region electrode for supplying a voltage and the second region electrode for supplying a voltage to the second region are separated from the first region electrode.
  • the columnar crystal structure formed in the first region is different from the columnar crystal structure formed in the second region by using the first region electrode and the second region electrode. Since a voltage can be supplied, a voltage suitable for the emission wavelength can be applied to the columnar crystal structure in each region. In addition, by changing the current flowing through each electrode, the intensity of each spectrum can be adjusted and the color can be adjusted (single-chip multicolor light emission).
  • the first region electrode is formed in a comb shape on the one surface of the substrate, and comb teeth in the comb shape are arranged and connected along the band-shaped first region, and the second region electrode is connected to the second region electrode.
  • the region electrode is formed in a comb shape on the one surface of the substrate, and is opposed to the first region electrode so that the teeth of the comb engage with each other and connected to the second region.
  • the first region electrode for supplying a voltage to the plurality of first regions at once and the first region electrode are separated, and the voltage for supplying the voltage to the second region is provided. It is easy to form the second region electrode.
  • an insulating region is provided at the boundary between the first region and the second region.
  • the current leaking from each region to another region can be reduced by setting the boundary between the first region and the second region as an insulating region. As a result, it is easy to control multicolor light emission with one chip.
  • the lighting device uses the above-described compound semiconductor light-emitting element.
  • a step of forming a base layer for controlling the growth of the structure, and an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked on the bottom of the recess and the other surface of the second region.
  • a plurality of nanoscale columnar crystal structures, a step of growing until substantially the same height is formed on the bottom of the recess and on the other surface of the second region; and Forming a second electrode connected to the top.
  • the method further includes a step of forming and a step of removing the mask.
  • the method further includes a step of selectively reducing the effective diameter of each columnar crystal structure by post-processing after the growth of the plurality of columnar crystal structures.

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Abstract

　基板と、前記基板の一方の面に設けられた第１電極と、前記基板における他方の面上にｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順に積層されたナノスケールの複数の柱状結晶構造体と、前記複数の柱状結晶構造体の頂部に接続された第２電極と、前記基板の一部の領域である第１領域における前記他方の面側に設けられ、前記柱状結晶構造体の成長を制御する下地層とを備え、前記基板における前記第１領域を除く残余の領域の少なくとも一部である第２領域と当該第１領域とには、前記他方の面において段差が設けられている化合物半導体発光素子である。

Description

化合物半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体発光素子の製造方法
　本発明は、化合物半導体内で電子と正孔とを結合させて発光させる化合物半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体発光素子の製造方法に関し、特に前記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と称される柱状結晶構造体を複数有して成るものに関する。
　近年、窒化物半導体（以下、ナイトライドと呼ぶ。）を用いて、その中に発光層を形成し、外部から電流を注入して、この発光層内で電子と正孔とを結合させて発光させる発光素子の発展が目覚しい。また、上記発光素子から放出される光の一部で蛍光体を励起し、蛍光体で生じた光と発光素子からの光との混合で得られる白色光を光源として、照明装置へ応用することが注目されている。しかしながら、未だ高効率の要求を満たすものは得られていない。その理由として、特に蛍光体を用いて白色光を得る過程に注目すると、効率を低下させる要因が主に２つ存在するためである。
　先ず第１は、波長変換することでエネルギーの一部が失われる（ストークスロス）ことである。詳しくは、発光素子から放出され、蛍光体に吸収された励起光は、発光素子から生じた光が持つエネルギーより低いエネルギーの光に波長変換され、再び外部に放出される。その時、発光素子からの励起光と蛍光体からの放出光とのそれぞれが持つエネルギーの差分だけ損失が生じ、効率を低下させることとなるからである。
　第２は、蛍光体での非発光再結合による効率低下（蛍光体の内部量子効率の低下）である。詳しくは、蛍光体内に存在する結晶欠陥は、非発光再結合中心として機能し、励起光によって蛍光体内に生成されたキャリアの一部が、発光に寄与せず、前記結晶欠陥で捕獲されてしまい、蛍光体の発光効率を低下させることとなるからである。
　したがって、蛍光体を用いて上述のような２段階を経ることで白色光を得る場合、著しく効率が低下することになり、発光素子の高効率化を阻んでいる。以上の説明は、本願出願人が先に提案した特許文献１の引用である。それに加えて、前記蛍光体を用いると、硫化物系、ケイ酸塩系およびハロケイ酸塩系蛍光体は、湿度による加水分解（水和反応）が生じるとともに、紫外光などの励起光によって急速に劣化するので、信頼性が低く、寿命が短いという問題がある。また、蛍光体を用いると、演色性や色味に欠けるという問題もある。すなわち、高演色の白色発光を実現する場合、現状では赤色蛍光体の発光が弱く、演色性と発光効率とはトレードオフの関係にある。一方、紫外発光半導体で、ＲＧＢの３色の蛍光体を励起する方法では、現在高効率の蛍光体は得られていない。
　したがって、現在の技術では、高演色かつ信頼性の高い白色ＬＥＤを実現するためには、ＲＧＢの３色のチップを用いる方法しかないが、色ばらつきが生じない光学系の設計が困難であるとか、コストの点で一般照明レベルまでこの技術を適用するのは困難であるといった問題がある。
　そこで、本願出願人は、上述のような技術的課題に対して、蛍光体を用いることなく、かつ前記柱状結晶構造体を用いることで、１チップで、白色などの多色発光を可能にした化合物半導体発光素子を提案している。具体的には、基板上に、前記柱状結晶構造体の通常の成長温度よりも低い温度で、結晶成長の核を成長させ、時間をかけて通常の成長温度まで上昇させることで前記核にばらつきを持たせる。その後、通常通り柱状結晶構造体を成長させることで、発光層の膜厚や組成もばらつかせ、各柱状結晶構造体を異なる波長で発光させている。なお、前記柱状結晶構造体の成長に関しては、特許文献２などに記載されている。
　前記特許文献１に記載の手法は、同一基板でかつ単一の成長工程で簡単に、したがって低コストに、多色発光を可能にした固体光源を実現する優れた手法である。しかしながら、成長のばらつきを用いて多色発光を可能にしているので、照明用途など、個体光源の発光色を所望の色味に合わせ込む際の精度が低いという問題がある。
特開２００７－１２３３９８号公報 特開２００５－２２８９３６号公報
　本発明の目的は、低コストで所望の色味を実現することができるとともに、色味の調整精度を向上させることが容易な化合物半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体発光素子の製造方法を提供することである。
　即ち、本発明の一局面に従う化合物半導体発光素子は、基板と、前記基板の一方の面に設けられた第１電極と、前記基板における他方の面上にｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順に積層されたナノスケールの複数の柱状結晶構造体と、前記複数の柱状結晶構造体の頂部に接続された第２電極と、前記基板の一部の領域である第１領域における前記他方の面側に設けられ、前記柱状結晶構造体の成長を制御する下地層とを備え、前記基板における前記第１領域を除く残余の領域の少なくとも一部である第２領域と当該第１領域とには、前記他方の面において段差が設けられている。
　上記の構成によれば、導電性基板或いは絶縁性の基板上に導電性のバッファ層を備えるなどして、一方の面に第１電極が形成された基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順に積層して成り、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が複数形成され、この柱状結晶構造体の頂部に第２電極が接続されている。また、第１領域には柱状結晶構造体の成長を制御する下地層が設けられているので、第１領域と第２領域とで柱状結晶構造体の成長速度を変えることができる。
　そして、下地層によって第１領域と第２領域とで柱状結晶構造体の成長速度を変えることによって、第１領域と第２領域との間には段差を吸収して柱状結晶構造体を略同じ高さに成長させることができる。そうすると、第１領域に形成された柱状結晶構造体と第２領域に形成された柱状結晶構造体とは、段差の分だけ長さが異なり、長さと太さ（径）の比が異なるため、発光する光の波長が異なる。すなわちアスペクト比が異なり、放射する光のスペクトルの最大強度を示す波長が異なる柱状結晶構造体を少なくとも２種類以上形成することができる。
　この場合、蛍光体や複数のチップを用いることなく多色発光させることができるので、低コストで所望の色味を実現することができる。また、蛍光体を用いないので、信頼性を向上したり長寿命化を図ることが容易である。また、成長ばらつきに頼ることなく第１領域と第２領域との段差、及び下地層の条件を設定することにより、各領域の柱状結晶構造体を複数の色に対応する所望の長さに設定することができるので、色味の調整精度を向上させることが容易である。さらに第１領域と第２領域との面積比率を変えることで色味を変化させることができるので、色味の調整の自由度が増大し、ユーザーニーズに合わせて色味を調整することが容易である。
　また、本発明の一局面に従う照明装置は、上述の化合物半導体発光素子を用いる。
　上記の構成によれば、単一種類の化合物半導体発光素子を用いても、白色光などの所望の色味を高精度に実現する照明装置を得ることができる。
　また、本発明の一局面に従う化合物半導体発光素子の製造方法は、基板の一方の面に第１電極を設ける工程と、前記基板の一部の領域である第１領域における他方の面側に、凹所を形成することで、前記第１領域を除く残余の領域の少なくとも一部である第２領域と当該第１領域との間に段差を形成する工程と、前記凹所の底部に柱状結晶構造体の成長を制御する下地層を形成する工程と、前記凹所の底部、及び前記第２領域における前記他方の面上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順に積層してナノスケールの柱状結晶構造体を複数、前記凹所の底部と前記第２領域における前記他方の面上とで略同じ高さになるまで成長させる工程と、前記複数の柱状結晶構造体の頂部に接続される第２電極を形成する工程とを含む。
　この方法によれば、上述の化合物半導体発光素子を形成することが容易である。また、同一基板でかつ単一の成長工程で、したがって低コストで所望の色味を実現する固体光源を実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの構造を模式的に示す断面図である。 図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、図１で示す発光ダイオードの具体的な製造工程を説明するための図である。 本願発明者の実験結果を示すナノコラムの高さの違いに対するピーク波長の違いを示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの構造を模式的に示す断面図である。 図４で示す発光ダイオードの底面図である。 図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、図４および図５で示す発光ダイオードの具体的な製造工程を説明するための図である。 図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、本発明の第３の実施形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの製造工程を説明するための図である。 図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、本発明の第４の実施形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの製造工程を説明するための図である。 図９Ａ、図９Ｂは、本発明の第５の実施形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの製造工程を説明するための図である。
　［実施の形態１］
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオード１の構造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の材料としてＧａＮを例にとるが、これに限定されるものではなく、酸化物、窒化物、酸窒化物などを含む化合物半導体総てを対象とすることができる。また、ナノコラム２の成長は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置によって行うことを前提としているが、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置やハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）装置等を用いても、ナノコラム２が作成可能であることは公知である。以下、特に断らない限り、ＭＢＥ装置を用いるものとする。
　この発光ダイオード１は、Ｓｉ基板４の、一方の表面（図１におけるＳｉ基板４の底面）にｎ型電極３（第１電極）が形成され、他方の表面（図１におけるＳｉ基板４の上面）に、垂直方向に延びるようにナノコラム２が複数形成されている。ナノコラム２は、ナノサイズの太さを有する柱状結晶構造体であり、Ｓｉ基板４側からｎ型半導体層５と発光層６とｐ型半導体層７とが順に積層されて構成されている。そして、複数のナノコラム２群の頂部（ｐ型半導体層７）が透明電極８で覆われ、さらに透明電極８の表面上にｐ型電極９（第２電極）が形成されて、ＧａＮナノコラムＬＥＤとして発光ダイオード１が構成されている。注目すべきは、本実施の形態では、前記Ｓｉ基板４上の一部の領域に、凹所であるトレンチ１１を形成し、さらにそのトレンチ１１内に、ナノコラム２の成長を制御（促進）する下地層であるＡｌＮ層１２を形成することである。
　図２は、上述のような発光ダイオード１の具体的な製造工程を説明するための図である。先ず、面方位（１１１）のｎ型の前記Ｓｉ基板４上に、ＲＩＥ(Reactive　Ion　Etching)装置によって、図２Ａで示すように複数のトレンチ１１を形成する。各トレンチ１１の形状は、たとえば幅Ｗ１＝２０μｍ、壁１３の厚さ、すなわちトレンチ間距離Ｗ２＝４０μｍ、深さＨ＝３００ｎｍの帯状（溝）である。ただし、前述の図１およびこの図２ならびに以降の図でも、紙面の関係で、このスケールとは異なっている。
　前記トレンチ１１を形成したＳｉ基板４の表面に、フォトレジストでパターンを形成し、各トレンチ１１内のフォトレジストを除去する。そしてＥＢ（電子ビーム）蒸着装置によって全面にＡｌを１０ｎｍ蒸着し、フォトリソグラフィおよびＲＩＥ装置を用いたエッチングによって、図２Ｂで示すように、トレンチ１１外のＡｌを除去する。その後ＭＢＥ装置内で、８００℃程度で窒化することで、前記Ａｌを前記ＡｌＮ層１２とする。或いは、Ｓｉ基板４をＭＢＥ装置に入れ、温度４００℃でＡｌ分子線とＮ２プラズマ源とによってＡｌ原子およびＮラジカルをＳｉ基板４上に照射し、該Ｓｉ基板４全面にＡｌＮ薄膜を１０ｎｍ形成する。その後、ＡｌＮ薄膜が形成されたＳｉ基板４をＭＢＥ装置から取出し、各トレンチ１１内にＡｌＮ薄膜を残すことで、前記ＡｌＮ層１２を形成することができる。
　その後、前記ＭＢＥ装置によって図２Ｃで示すように、Ｓｉ基板４の、トレンチ１１が形成されている側の表面、すなわちトレンチ１１内のＡｌＮ薄膜表面上、及び壁１３の表面上に、基板と垂直方向に延びるようにナノコラム２を成長させる。詳しくは、真空度は２ｅ－５ｔｏｒｒ、基板温度は７５０℃、プラズマ出力は４５０Ｗで、キャリアガスとして水素ガス（Ｈ２）、Ｇａ原料にはトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）、窒素原料にはアンモニア（ＮＨ３）を供給する。さらに、ｎ型伝導性を有するＳｉを不純物として添加するために、シラン（ＳｉＨ４）を供給する。Ｇａフラックスを３．４ｎｍ／ｍｉｎの流量で供給すると、前記ｎ型半導体層５が、前記ＡｌＮ層１１上では壁１３上の２倍以上の速度で柱状に成長し、１時間成長させることで、ＡｌＮ層１１上に形成されるｎ型半導体層５と壁１３上に形成されるｎ型半導体層５との高さが略同一となる。
　続いて、基板温度を６５０℃に下げ、不純物ガスを前記シラン（ＳｉＨ４）からＩｎ原料となるトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）に変更し、そのＩｎフラックスの流量を１０ｎｍ／ｍｉｎとすることによって、ｎ型半導体層５の上に、ＩｎＧａＮ量子井戸から成る前記発光層６を成長させる。成長時間は１分間である。Ｇａフラックスの流量やプラズマ出力は、ｎ型半導体層５の成長時と同じである。ここで重要なのは、ＩｎフラックスのレートはＧａフラックスのそれよりはるかに大きく、かつＧａフラックスのレートはＮフラックスのレートより小さいことである。前記発光層６は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造に形成されてもよい。また、前記ｎ型半導体層５内に、適宜反射膜が形成されてもよい。
　さらに、基板温度を７５０℃に上げ、不純物ガスを前記トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）からｐ型伝導性を有するＭｇを含有するシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ５Ｈ５）２）に変更し、そのＭｇフラックスの流量を１ｎｍ／ｍｉｎ、前記Ｇａフラックスの流量は５ｎｍ／ｍｉｎとすることによって、発光層６の上に前記ｐ型半導体層７を成長させる。成長時間は４分間、プラズマ出力は、ナノコラム２の成長を通して、前記４５０Ｗで同じである。このｐ型半導体層７の成長時には、アンモニア（ＮＨ３）の流量、キャリアガスＨ２の流量、もしくは成長温度を徐々に変えてゆくことで、ナノコラム２の径を徐々に増加させることにより、各ナノコラム２のｐ型半導体層７を合体させて、プレーナータイプのｐ型層１４を形成する。
　その後、ＥＢ蒸着装置での蒸着によって、図１で示すように、前記ｐ型層１４の表面に、厚さ３ｎｍのＮｉと厚さ１００ｎｍのＩＴＯとが積層されたＮｉ３ｎｍ／ＩＴＯ１００ｎｍの積層ｐ型コンタクト層を前記透明電極８として形成し、その上にＡｕ５００ｎｍから成るｐ型パッド電極を前記ｐ型電極９として形成する。また同様に、ＥＢ蒸着装置での蒸着によって、Ｓｉ基板４の裏面には、厚さ３０ｎｍのＴｉと厚さ５００ｎｍのＡｕとが積層されたＴｉ３０ｎｍ／Ａｕ５００ｎｍの積層ｎ型コンタクト層およびｎ型パッド電極から成る前記ｎ型電極３が形成されて、該発光ダイオード１が完成する。
　このようにＳｉ基板４の一部領域にトレンチ１１を形成し、そのトレンチ１１内にさらに前記ナノコラム２の化合物種結晶膜であるＡｌＮ層１２を形成した後にナノコラム２を成長させることで、前記ＡｌＮ層１２の有る領域は、それが無い壁１３上の領域に比べてナノコラム２の成長が速く（たとえば２倍程度）、所定の時間成長させると、前記トレンチ１１と壁１３との段差を吸収して、ｐ型層１４の表面が略同じ高さとなる。こうして、高さの異なる、すなわちアスペクト比（長さ／径）が異なり、放射する光のスペクトルの最大強度を示す波長が異なるナノコラム２を少なくとも２種類以上形成することができる。
　この場合、図１に示すように、トレンチ１１の底面とＳｉ基板４の底面とで挟まれる領域が、第１領域Ａに相当し、Ｓｉ基板４から第１領域Ａを除く残余の領域、すなわち壁１３の上面とＳｉ基板４の底面とで挟まれる領域が、第２領域Ｂに相当している。
　ここで、図３に、本願発明者の実験結果を示す。この図３は、上記の組成で、３００ｎｍ径のナノコラム２を成長させた場合の高さ（長さ）とピーク波長との関係を示すグラフである。ナノコラム２の高さが高くなる程、すなわちアスペクト比が大きくなる程、ピーク波長が長くなっていることが理解される。前記のようにアスペクト比が大きくなる程、ピーク波長が長くなる理由は、以下の通りである。先ず、ＧａＮナノコラム成長のメカニズムに係わる原子の供給は、吸着離脱過程および表面拡散過程によって決定される。
　以下、ナノコラム成長のメカニズムを粗い近似を用いて述べる。Ｇａ原子は、ナノコラム成長の条件下においては、表面拡散過程が支配的であると考えられる。すなわちＧａ原子はナノコラムの根元から先端に向かって拡散しながら一定の確率で離脱する。この離脱する確率は拡散時間に比例すると仮定できる。一方、Ｉｎ原子は通常の結晶成長に従い、量子井戸層への吸着離脱過程が支配的となる。このため、ナノコラムの高さが高くなるにつれ、量子井戸層に到着するＧａ原子は減少し、一方、Ｉｎ原子はナノコラムの高さに関係なく一定の割合で量子井戸層に取り込まれる。結果として、量子井戸層のＩｎ／Ｇａ比率はナノコラムの高さ（長さ）に比例して増加し、上述のように発光波長はナノコラムが高くなるほど長波長側に変化することになる。
　また、ナノコラムが同じ高さで径が異なる場合、量子井戸層に取り込まれるＩｎ原子数はナノコラムの径の二乗に比例する。一方、Ｇａ原子数はナノコラムの径に比例する。結果として、Ｉｎ／Ｇａ比率は径に比例して増加する。以上のことから、波長を決定するＩｎ／Ｇａ比率はナノコラムのアスペクト比（高さ／径）に依存し、アスペクト比が大きい程、長波長側に変化する。
　このようなメカニズムを応用することによって、同一の成長条件で、１チップ上に、前記ＡｌＮ層１２の有る領域と無い壁１３上の領域とで、異なる波長を有するＬＥＤチップを形成することができる。そして、ＣＩＥ（Commission　International　de　l'Eclairage）色度図における白色領域を交差する直線の長波長側の光と短波長側の光とをそれぞれ放射するようにナノコラム２の長さを設定しておくことで、白色光を作成することができる。また、前記段差を３段にしておき、それぞれの領域のナノコラム２が放射する光のスペクトルの最大強度を示す波長が、前記ＣＩＥ色度図における白色領域を包囲する三角形の頂点にある波長の光を放射する長さに設定しておくことで、より忠実な白色光を作成することができる。
　このようにして、同一のＳｉ基板４を用いて、かつ単一の成長工程で簡単に、したがって低コストに、白色光などの所望の色味を実現する固体光源を実現することができる。また、蛍光体を用いずに所望の色味を実現できるので、高い信頼性および長寿命化を図ることができるとともに、前記ＡｌＮ層１２およびトレンチ１１の面積を任意に調整できるので、ユーザーニーズに合わせて前記色味を細かく高精度に調整することができる。
　［実施の形態２］
　図４は本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオード２１の構造を模式的に示す断面図である。図５はその発光ダイオード２１の底面図である。この発光ダイオード２１は、前述の発光ダイオード１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、下記の点である。すなわち、本実施の形態では、各トレンチ１１の底部の外周部分の下部、すなわち第１領域Ａと第２領域Ｂとの境界部分に絶縁領域２２を有するとともに、前記トレンチ１１が（図４の奥行き方向に）帯状に延びて連続して形成されている。そして、それらに対応して、図５に示すように各トレンチ１１の領域（各第１領域Ａ）を連続させるように接続する櫛形のｎ型電極２４（第１領域用電極）と、各壁１３の領域（各第２領域Ｂ）を連続させるように接続する櫛型のｎ型電極２３（第２領域用電極）とが形成されて、ｎ型電極２３，２４に、個別の電圧および電流が印加されるようになっている。
　すなわち、ｎ型電極２４によって、各トレンチ１１内に形成された長いナノコラム２を発光させるための電圧、電流を一括して供給し、ｎ型電極２４によって、壁１３に形成された短いナノコラム２を発光させるための電圧、電流を一括して供給することができるので、長いナノコラム２が発光する光の強度と、短いナノコラム２が発光する光の強度とを個別に調節して発光ダイオード２１全体の発光色（色味）を調節することが可能となっている。
　図６は、上述のような発光ダイオード２１の具体的な製造工程を説明するための図である。前記図２Ａと同様に、図６Ａで示すように複数のトレンチ１１を形成し、ＣＶＤ装置によって、図６Ｂで示すように、Ｓｉ基板４上に、Ｓｉ酸化膜２５を１００ｎｍ形成し、通常のフォトリソグラフィとＲＩＥもしくはＨＦ（フッ化水素:hydrogen　fluoride)を用いたエッチングとによって、各トレンチ１１の底部の外周部分に開口２６を形成する。次に、このＳｉ酸化膜２５をマスク材として、イオン注入装置によって、参照符号２７で示すようにＯイオンを注入してアニール処理することで、ＳｉＯ２から構成される前記絶縁領域２２とすることができる。
　その後、図６Ｃで示すように各トレンチ１１内にＡｌＮ層１２を形成し、ナノコラム２の成長を行わせた後、前記透明電極８およびｐ型電極９を形成するとともに、前記ｎ型電極２３，２４が形成されて、該発光ダイオード２１が完成する。このとき、図１に示す発光ダイオード１では、前記Ｓｉ基板４の底面側で、Ｔｉ３０ｎｍ／Ａｕ５００ｎｍの積層ｎ型コンタクト層およびｎ型パッド電極から成る前記ｎ型電極３が全面共通に形成されているのに対して、本実施の形態の発光ダイオード２１では、図５で示すように、前記トレンチ１１の領域（第１領域Ａ）と壁１３の領域（第２領域Ｂ）とが絶縁領域２２で分離されて形成されている。
　そして、Ｓｉ基板４の底面において、ｎ型電極２３，２４が形成されている。このｎ型電極２３，２４は、それぞれ櫛形状の形状とされている。そして、ｎ型電極２３，２４が、Ｓｉ基板４の底面において、互いに櫛の歯がかみ合うように対向配置され、かつｎ型電極２４の櫛の歯部分が第１領域Ａに接続され、ｎ型電極２３の櫛の歯部分が第２領域Ｂに接続されるように形成されている。このように互いに分離されたｎ型電極２３，２４は、前記Ｔｉ／Ａｕ層の形成の後に、通常のフォトリソグラフィ工程とエッチング工程とを実行するだけで、簡単に実現できる。
　このようにＳｉ基板４上で、各トレンチ１１の領域を島状などに離散或いは分散配置するのではなく、各トレンチ１１を帯状に形成し、各トレンチ１１に形成されたナノコラム２に一括して電圧、電流を供給するｎ型電極２４と、各壁１３に形成されたナノコラム２に一括して電圧、電流を供給するｎ型電極２３とを分離して形成することで、各トレンチ１１に形成されたナノコラム２と、各壁１３に形成されたナノコラム２とに、それぞれの発光波長に適応した電圧を印加することができる。また、ｎ型電極２３，２４に流す電流をそれぞれ変えることで、各スペクトルの強度を調整し、色味を調整（１チップ多色発光）することもできる。
　この場合、ｎ型電極２３，２４と対になる電極としては、透明電極８およびｐ型電極９を共通に用いることができる。
　また、前記トレンチ１１の底部の外周部分の下部に絶縁領域２２を形成することで、各領域での電流が他の領域へリークすることを防止し、前記１チップ多色発光の制御をより容易に行うことができる。
　［実施の形態３］
　図７は、本発明の第３の実施形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオード３１の製造工程を説明するための図である。この発光ダイオード３１は、前述の発光ダイオード１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、前述の発光ダイオード１，２１では、トレンチ１１内には、下地層として、化合物種結晶膜となるＡｌＮ層１２を形成したけれども、この発光ダイオード３１では、ナノコラム２の成長にあたって、前記のＧａ，Ｎ，Ｉｎ，Ａｌなどの化合物半導体材料や、Ｍｇ，Ｓｉなどの添加物材料を溶解して取込み、かつ自身とは合成物を作らないカタリスト（触媒）材料膜であるＮｉ薄膜３２を下地層として形成することである。
　すなわち、ＧａＮ基板３４上に、ＲＩＥ装置によって、図７Ａで示すように前記トレンチ１１を形成する。トレンチ１１の形状は、前述と同様に、幅Ｗ１＝２０μｍ、壁１３の厚さ、すなわちトレンチ間距離Ｗ２＝４０μｍ、深さＨ＝３００ｎｍである。前記トレンチ１１を形成したＧａＮ基板３４の表面に、ＥＢ蒸着装置によって全面にＮｉ薄膜３２を５ｎｍ蒸着し、フォトリソおよびＲＩＥ装置を用いたエッチングによって、図７Ｂで示すように、トレンチ１１外および該トレンチ１１内で余分なＮｉ薄膜を除去し、将来、ナノコラム２を形成する部分にのみ前記Ｎｉ薄膜３２を残す。
　このような基板３４を成長基板として、前記ＭＢＥ装置でナノコラム２を成長させると、主として該ナノコラムを形成するＧａ、Ｎ、Ｉｎの原子の前記Ｎｉ薄膜３２への吸着確率および拡散速度の違いによって、成長速度は、Ｎｉ薄膜３２の有る部分が、無い部分に比べて、たとえば５倍程度速くなり、図７Ｃで示すように、トレンチ１１と壁１３との段差を吸収して、ｐ型層１４の表面を略同じ高さにすることができる。
　前記カタリスト材料を、Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｕなどの他の材料に変更することで、各原子の吸着確率および拡散速度の違いによって、成長速度を変更することができる。さらに、前記Ｎｉ薄膜３２を、電子ビームリソグラフィやナノインプリントを用いてパターニングした場合は、ナノコラム２は同じ高さでも、径（太さ）、すなわちアスペクト比を変化することもできる。このように構成してもまた、低コストに所望の色味を実現する固体光源を実現することができるとともに、高い信頼性および長寿命化を図ることができる。
　［実施の形態４］
　図８は、本発明の第４の実施形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオード４１の製造工程を説明するための図である。この発光ダイオード４１は、前述の発光ダイオード３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、前述の発光ダイオード３１では、カタリスト材料膜であるＮｉ薄膜３２がトレンチ１１内のみに設けられていたのに対して、この発光ダイオード４１では、壁１３上にもＮｉ薄膜４３が設けられ、その厚さが、トレンチ１１内のＮｉ薄膜４２よりも厚く形成されることである。
　すなわち、ＧａＮ基板３４上に、ＭＢＥ装置によって、図８Ａで示すように、前記Ｎｉ薄膜４３を３ｎｍ堆積させる。その後、フォトリソおよびＲＩＥ装置を用いたエッチングによってトレンチ１１を形成する。トレンチ１１の形状は、前述と同様に、幅Ｗ１＝２０μｍ、壁１３の厚さ、すなわちトレンチ間距離Ｗ２＝４０μｍ、深さＨ＝３００ｎｍである。その後さらに、ＥＢ蒸着装置によって全面にＮｉ薄膜を２ｎｍ蒸着すると、前記壁１３上のＮｉ薄膜４３は５ｎｍとなり、トレンチ１１内のＮｉ薄膜４２は２ｎｍとなる。その後、ＧａＮ基板３４全体を加熱すると、前記Ｎｉ薄膜４２，４３は島状に収縮して分離し、図８Ｂで示すようになる。このとき、壁１３上のＮｉ薄膜４３は大きな島になって高密度で点在し、トレンチ１１内のＮｉ薄膜４２は小さな島になって低密度に散在する。
　このような基板３４を成長基板として、前記ＭＢＥ装置でナノコラム２を成長させると、トレンチ１１部分と壁１３部分とで同じカタリスト材料を使用しているので、ナノコラムを形成するＧａ、Ｎ、Ｉｎの原子の前記Ｎｉ薄膜４２，４３への吸着確率および拡散速度は同じであるが、カタリスト島の密度がこのように或る程度高い場合、ナノコラム２のような表面拡散長の長い供給原子数の違いによって、成長速度は、低密度なトレンチ１１部分で速くなり、図８Ｃで示すように、トレンチ１１と壁１３との段差を吸収して、ｐ型層１４の表面を略同じ高さにすることができる。このように構成してもまた、低コストに所望の色味を実現する固体光源を実現することができるとともに、高い信頼性および長寿命化を図ることができる。
　このような条件の異なる膜４２，４３をトレンチ１１と壁１３とに形成してナノコラム２の成長速度を変化させるのは、これらの膜４２，４３であるカタリスト材料膜に限らず、前述の化合物種結晶膜にも同様に適用することができることは言うまでもない。
　［実施の形態５］
　図９は、本発明の第５の実施形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオード５１の製造工程を説明するための図である。この発光ダイオード５１は、前述の発光ダイオード１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この発光ダイオード５１では、特定のナノコラム２ａのアスペクト比を、後処理によって変更することである。この図９に示す例では、酸素雰囲気中で、その特定のナノコラム２ａに、図９Ａで示すように、レーザ源５２からレーザ光５３を照射している。なお、前記アスペクト比を変更する処理としては、他にも酸化や硫化による不活性化等の後処理によっても同等の効果を得ることができる。
　前記レーザ光５３の照射によって、その特定のナノコラム２ａだけが局所的に温度上昇し、ナノコラム２ａの外周部分が酸化されて、図９Ｂで示すように酸化膜２ｂが形成され、実質的に有効径が細くなることで、前記アスペクト比は大きくなる。ここで、レーザ光５３の波長としては、ＧａＮのバンドギャップ以下のピーク波長を用いることで、ｐ型層１４を通して、特定のナノコラム２ａ全体に照射する。そして、これによってｐ型層１４上に形成されてしまった酸化膜は、軽くＲＩＥエッチングすることで除去することができる。こうして、さらに色味を調整することができる。なお、全体のナノコラム２のアスペクト比を大きくするのであれば、局所加熱に代えて、電気炉などで全体を加熱すればよい。
　上述のように構成される発光ダイオード１，２１，３１，４１，５１を照明装置に用いることで、単一種類の該発光ダイオード１，２１，３１，４１，５１を用いても、白色光などの所望の色味を高精度に実現する照明装置を実現することができる。
　即ち、本発明の一局面に従う化合物半導体発光素子は、基板と、前記基板の一方の面に設けられた第１電極と、前記基板における他方の面上にｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順に積層されたナノスケールの複数の柱状結晶構造体と、前記複数の柱状結晶構造体の頂部に接続された第２電極と、前記基板の一部の領域である第１領域における前記他方の面側に設けられ、前記柱状結晶構造体の成長を制御する下地層とを備え、前記基板における前記第１領域を除く残余の領域の少なくとも一部である第２領域と当該第１領域とには、前記他方の面において段差が設けられている。
　上記の構成によれば、導電性基板或いは絶縁性の基板上に導電性のバッファ層を備えるなどして、一方の面に第１電極が形成された基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順に積層して成り、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が複数形成され、この柱状結晶構造体の頂部に第２電極が接続されている。また、第１領域には柱状結晶構造体の成長を制御する下地層が設けられているので、第１領域と第２領域とで柱状結晶構造体の成長速度を変えることができる。
　そして、下地層によって第１領域と第２領域とで柱状結晶構造体の成長速度を変えることによって、第１領域と第２領域との間には段差を吸収して柱状結晶構造体を略同じ高さに成長させることができる。そうすると、第１領域に形成された柱状結晶構造体と第２領域に形成された柱状結晶構造体とは、段差の分だけ長さが異なり、長さと太さ（径）の比が異なるため、発光する光の波長が異なる。すなわちアスペクト比が異なり、放射する光のスペクトルの最大強度を示す波長が異なる柱状結晶構造体を少なくとも２種類以上形成することができる。
　この場合、蛍光体や複数のチップを用いることなく多色発光させることができるので、低コストで所望の色味を実現することができる。また、蛍光体を用いないので、信頼性を向上したり長寿命化を図ったりすることが容易である。また、成長ばらつきに頼ることなく、第１領域と第２領域との段差及び下地層の条件を設定することにより、各領域の柱状結晶構造体を複数の色に対応する所望の長さに設定することができるので、色味の調整精度を向上させることが容易である。さらに第１領域と第２領域との面積比率を変えることで色味を変化させることができるので、色味の調整の自由度が増大し、ユーザーニーズに合わせて色味を調整することが容易である。
　また、前記第２領域の前記他方の面には、前記第１領域の下地層とは条件の異なる下地層が形成されていることが好ましい。
　この構成によれば、第１領域の下地層と第２領域の下地層とで、個別に条件を設定することにより、第１及び第２領域における柱状結晶構造体の成長速度の差を、微調整することが容易となる結果、第１及び第２領域における柱状結晶構造体の長さの調整、すなわち発光色の色味の微調整が容易となる。
　また、前記第１領域の下地層と前記第２領域の下地層とは、層の厚さ、及び材料のうち少なくとも一つが互いに異なる条件にされていることが好ましい。
　第１領域の下地層と第２領域の下地層とにおいて、層の厚さ、及び材料のうち少なくとも一つを互いに異なる条件に設定することで、第１及び第２領域における柱状結晶構造体の成長速度を異ならせることができる。
　また、前記下地層は、複数の島に分離されて形成され、前記第１領域の下地層を構成する島の大きさと、前記第２領域の下地層を構成する島の大きさとが互いに異なる条件にされているようにしてもよい。
　この構成によれば、下地層の島の大きさに応じて柱状結晶構造体の太さ（径）が変化するので、第１領域の柱状結晶構造体と第２領域の柱状結晶構造体とで径を変えて、長さと径の比を異ならせることで、複数の波長の光を発光させることができる。
　また、前記第１及び第２領域において設けられた柱状結晶構造体が放射する光のスペクトルの最大強度を示す波長は、ＣＩＥ色度図における白色領域と交差する直線の両端に位置する色の波長となるように、前記第１及び第２領域において設けられた各柱状結晶構造体の長さと太さとの比がそれぞれ設定されていることが好ましい。
　この構成によれば、１素子で略白色の光を出力することが可能となる。
　また、前記基板には、前記第１及び第２領域を除く残余の領域の少なくとも一部であり、前記基板の前記他方の面において、前記第１及び第２領域と段差を有する第３領域が設けられ、前記第３領域における前記他方の面には、前記柱状結晶構造体の成長を制御する下地層が設けられ、前記第１、第２、及び第３領域において設けられた各柱状結晶構造体が放射する光のスペクトルの最大強度を示す波長は、ＣＩＥ色度図における白色領域を包囲する三角形の頂点に位置する色の波長となるように、前記第１、第２、及び第３領域における各柱状結晶構造体の長さと太さとの比がそれぞれ設定されているようにしてもよい。
　この構成によれば、１素子で、さらに白色に近い光を出力することが可能となる。
　また、前記下地層は、化合物種結晶膜であることが好ましい。
　この構成によれば、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、ＡｌＮなどの化合物種結晶膜を下地層として用いることで、柱状結晶構造体の成長を促進することができる。
　また、前記下地層は、カタリスト材料膜としてもよい。
　この構成によれば、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、これらの材料を溶解して取込み、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（触媒）材料膜を下地層として用いることで、柱状結晶構造体の成長を促進することができる。
　また、前記第１領域は、複数、互いに間隔を空けて帯状に設けられ、前記間隔となる領域が、前記第２領域として用いられ、前記第１電極は、前記複数の第１領域に一括して電圧を供給するための第１領域用電極と、当該第１領域用電極とは分離され、前記第２領域に電圧を供給するための第２領域用電極とを含むことが好ましい。
　この構成によれば、第１領域用電極と第２領域用電極とを用いることで、第１領域に形成された柱状結晶構造体と、第２領域に形成された柱状結晶構造体とに異なる電圧を供給することができるので、それぞれの領域の柱状結晶構造体に、その発光波長に適応した電圧を印加することができる。また、各電極に流す電流を変えることで、各スペクトルの強度を調整し、色味を調整（１チップ多色発光）することもできる。
　また、前記第１領域用電極は、前記基板の前記一方の面に櫛形に形成され、当該櫛形における櫛の歯が前記帯状の第１領域に沿うように配設されて接続され、前記第２領域用電極は、前記基板の前記一方の面に櫛形に形成され、前記第１領域用電極と互いに櫛の歯がかみ合うように対向配置されて前記第２領域に接続されていることが好ましい。
　この構成によれば、複数の第１領域に一括して電圧を供給するための第１領域用電極と、当該第１領域用電極とは分離され、前記第２領域に電圧を供給するための第２領域用電極とを形成することが容易である。
　また、前記第１領域と前記第２領域との境界部に、絶縁領域を有することが好ましい。
　上記の構成によれば、第１領域と第２領域との境界部を絶縁領域とすることで、各領域から他の領域へリークする電流を減少させることができる。その結果、１チップでの多色発光の制御が容易になる。
　また、本発明の一局面に従う照明装置は、上述の化合物半導体発光素子を用いる。
　上記の構成によれば、単一種類の化合物半導体発光素子を用いても、白色光などの所望の色味を高精度に実現する照明装置を得ることができる。
　また、本発明の一局面に従う化合物半導体発光素子の製造方法は、基板の一方の面に第１電極を設ける工程と、前記基板の一部の領域である第１領域における他方の面側に、凹所を形成することで、前記第１領域を除く残余の領域の少なくとも一部である第２領域と当該第１領域との間に段差を形成する工程と、前記凹所の底部に柱状結晶構造体の成長を制御する下地層を形成する工程と、前記凹所の底部、及び前記第２領域における前記他方の面上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順に積層してナノスケールの柱状結晶構造体を複数、前記凹所の底部と前記第２領域における前記他方の面上とで略同じ高さになるまで成長させる工程と、前記複数の柱状結晶構造体の頂部に接続される第２電極を形成する工程とを含む。
　この方法によれば、上述の化合物半導体発光素子を形成することが容易である。また、同一基板でかつ単一の成長工程で、したがって低コストで所望の色味を実現する固体光源を実現することができる。
　また、前記凹所を形成した後、該凹所の底部の外周部分が開口されたマスクを形成する工程と、前記開口部分から前記第１領域にイオン注入することによって、ＳｉＯ２による絶縁層を形成する工程と、前記マスクを除去する工程とをさらに含むことが好ましい。
　この構成によれば、第１領域と第２領域との境界部を絶縁領域とすることが容易である。
　また、前記複数の柱状結晶構造体の成長後に、後処理によって、選択的に、当該各柱状結晶構造体の有効径を細くする工程をさらに含むことが好ましい。
　上記の構成によれば、各柱状結晶構造体の長さと太さとの比を後処理で変化させることができるので、さらに色味を調整することができる。

Claims (15)

  1. 　基板と、
    　前記基板の一方の面に設けられた第１電極と、
    　前記基板における他方の面上にｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが順に積層されたナノスケールの複数の柱状結晶構造体と、
    　前記複数の柱状結晶構造体の頂部に接続された第２電極と、
    　前記基板の一部の領域である第１領域における前記他方の面側に設けられ、前記柱状結晶構造体の成長を制御する下地層とを備え、
    　前記基板における前記第１領域を除く残余の領域の少なくとも一部である第２領域と当該第１領域とには、前記他方の面において段差が設けられていること
    　を特徴とする化合物半導体発光素子。
  2. 　前記第２領域の前記他方の面には、前記第１領域の下地層とは条件の異なる下地層が形成されていること
    　を特徴とする請求項１記載の化合物半導体発光素子。
  3. 　前記第１領域の下地層と前記第２領域の下地層とは、
    　層の厚さ、及び材料のうち少なくとも一つが互いに異なる条件にされていること
    　を特徴とする請求項２記載の化合物半導体発光素子。
  4. 　前記下地層は、複数の島に分離されて形成され、
    　前記第１領域の下地層を構成する島の大きさと、前記第２領域の下地層を構成する島の大きさとが互いに異なる条件にされていること
    　を特徴とする請求項２又は３記載の化合物半導体発光素子。
  5. 　前記第１及び第２領域において設けられた柱状結晶構造体が放射する光のスペクトルの最大強度を示す波長は、ＣＩＥ色度図における白色領域と交差する直線の両端に位置する色の波長となるように、前記第１及び第２領域において設けられた各柱状結晶構造体の長さと太さとの比がそれぞれ設定されていること
    　を特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
  6. 　前記基板には、前記第１及び第２領域を除く残余の領域の少なくとも一部であり、前記基板の前記他方の面において、前記第１及び第２領域と段差を有する第３領域が設けられ、
    　前記第３領域における前記他方の面には、前記柱状結晶構造体の成長を制御する下地層が設けられ、
    　前記第１、第２、及び第３領域において設けられた各柱状結晶構造体が放射する光のスペクトルの最大強度を示す波長は、ＣＩＥ色度図における白色領域を包囲する三角形の頂点に位置する色の波長となるように、前記第１、第２、及び第３領域における各柱状結晶構造体の長さと太さとの比がそれぞれ設定されていること
    　を特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
  7. 　前記下地層は、化合物種結晶膜であること
    　を特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
  8. 　前記下地層は、カタリスト材料膜であること
    　を特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
  9. 　前記第１領域は、複数、互いに間隔を空けて帯状に設けられ、
    　前記間隔となる領域が、前記第２領域として用いられ、
    　前記第１電極は、
    　前記複数の第１領域に一括して電圧を供給するための第１領域用電極と、
    　当該第１領域用電極とは分離され、前記第２領域に電圧を供給するための第２領域用電極とを含むこと
    　を特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
  10. 　前記第１領域用電極は、
    　前記基板の前記一方の面に櫛形に形成され、当該櫛形における櫛の歯が前記帯状の第１領域に沿うように配設されて接続され、
    　前記第２領域用電極は、
    　前記基板の前記一方の面に櫛形に形成され、前記第１領域用電極と互いに櫛の歯がかみ合うように対向配置されて前記第２領域に接続されていること
    　を特徴とする請求項９記載の化合物半導体発光素子。
  11. 　前記第１領域と前記第２領域との境界部に、絶縁領域を有すること
    　を特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
  12. 　前記請求項１～１１のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子を用いること
    　を特徴とする照明装置。
  13. 　基板の一方の面に第１電極を設ける工程と、
    　前記基板の一部の領域である第１領域における他方の面側に、凹所を形成することで、前記第１領域を除く残余の領域の少なくとも一部である第２領域と当該第１領域との間に段差を形成する工程と、
    　前記凹所の底部に柱状結晶構造体の成長を制御する下地層を形成する工程と、
    　前記凹所の底部、及び前記第２領域における前記他方の面上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順に積層してナノスケールの柱状結晶構造体を複数、前記凹所の底部と前記第２領域における前記他方の面上とで略同じ高さになるまで成長させる工程と、
    　前記複数の柱状結晶構造体の頂部に接続される第２電極を形成する工程と
    　を含むことを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。
  14. 　前記凹所を形成した後、該凹所の底部の外周部分が開口されたマスクを形成する工程と、
    　前記開口部分から前記第１領域にイオン注入することによって絶縁層を形成する工程と、
    　前記マスクを除去する工程とをさらに含むこと
    　を特徴とする請求項１３記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
  15. 　前記複数の柱状結晶構造体の成長後に、後処理によって、選択的に、当該各柱状結晶構造体の有効径を細くする工程をさらに含むこと
    　を特徴とする請求項１３又は１４記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
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