[发明专利]半导体光学元件阵列及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体光学元件阵列及其制造方法。

背景技术

近年来，氮化镓(GaN)等III族氮化物半导体，作为一种能够实现可输出高品质短波长发光的发光二极管、激光二极管等的半导体发光元件的半导体材料而受到人们的关注。半导体发光元件，采用有机金属化学气相沉积(MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、分子束外延(MBE：Molecular Beam Epitaxy)法等晶体生长技术，通过在基板上形成由III族氮化物半导体构成的层叠结构来进行制作。

关于MOCVD、MBE等公知的晶体生长技术，在形成层叠结构时，在其层叠方向上具有良好的控制性。为了形成沿着基板的面内方向的结构，有必要采用晶体加工技术进行加工层叠结构。晶体加工技术，大致分为自上而下式和自下而上式。自上而下式是在晶体生长后进行晶体加工而形成结构的技术，相对于此，自下而上式是在晶体生长前预先加工出基底基板并且在该基底基板上使晶体生长，从而在晶体生长的同时形成结构的技术。在自上而下式的工艺中，晶体因加工而容易受到损伤，特别是在形成微细结构时，存在该微细结构的表面积增大的问题。另一方面，在自下而上式工艺中，能够容易共同获得微细结构和良好的晶体品质。

在专利文献1(日本特开2008-108924号公报)中，公开了一种采用自下而上式工艺在基板上形成纳米级的微细柱状晶体(纳米柱)的方法。该方法是一种在尖晶石基板上形成多个岛状Fe粒并且使GaN纳米柱从各Fe粒出发向基板上方生长的方法。对于涉及纳米柱形成方法的现有技术文献，除了专利文献1外，例如，还可以举出非专利文献1(M.Yoshizawa et al.，Jpn.J.Appl.Phys.，Vol.36，No.4B(1997)pp.L459-L462)、非专利文献2(H.Sekiguchi et al.，Journal of Crystal Growth，300(2007)pp.259-262)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-108924号公报

非专利文献

非专利文献1：M.Yoshizawa，A.Kikuchi，M.Mori，N.Fujita and K.Kishino，″Growth of Self-Organized GaN Nanostructures on Al₂O₃(0001)by RF-Radical Source Molecular Beam Epitaxy″，Jpn.J.Appl.Phys.，Vol.36，No.4B(1997)pp.L459-L462.

非专利文献2：H.Sekiguchi，T.Nakazato，A.Kikuchi and K.Kishino，“Structural and optical properties of GaN nanocolumns grown on(0001)sapphire substrates by rf-plasma-assisted molecular-beam epitaxy”，Journal of Crystal Growth，300(2007)pp.259-262.

发明内容

由专利文献1公开的方法形成的各个GaN纳米柱，具备层叠有n型层、发光层以及p型层的发光结构。由这些GaN纳米柱的集合体构成了半导体发光元件。

但是，各GaN纳米柱是以基板上的岛状Fe粒为核而形成，因此，在GaN纳米柱的位置和形状方面容易发生偏差，难以使GaN纳米柱有规则地进行排列。该偏差能够使半导体发光元件的特性产生偏差。例如，存在所谓在GaN纳米柱的发光波长方面发生偏差而得不到所需发光色的问题。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种半导体光学元件阵列及其制造方法，该半导体光学元件阵列具备对基板上所形成的微细柱状晶体的位置和形状进行高精度控制而能够对微细柱状晶体的发光波长或光吸收波长进行控制的结构。

关于由III族氮化物半导体构成的纳米级别的微细柱状晶体(被称为“纳米柱(nano-column)”、“纳米棒(nano-rod)”或“纳米支柱(nano-pillar)”)的位置控制和形状控制，本发明人等，着眼于在基板上形成具有多个开口部的掩模图案后使微细柱状晶体有选择性地从这些开口部生长的工序。本发明人等，针对相关工序进行了精心研究，发现能够控制微细柱状晶体的发光波长或光吸收波长，从而完成了本发明。