特許 7010820 軸方向配置の３次元半導体構造を有する光電子素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-17

(45)【発行日】2022-01-26

(54)【発明の名称】軸方向配置の３次元半導体構造を有する光電子素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/24 20100101AFI20220119BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20220119BHJP

   H01L 21/203 20060101ALI20220119BHJP

【ＦＩ】

H01L33/24

H01L31/10 A

H01L21/203 M

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2018527796

(86)(22)【出願日】2016-11-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-01-24

(86)【国際出願番号】 FR2016053122

(87)【国際公開番号】W WO2017093646

(87)【国際公開日】2017-06-08

【審査請求日】2019-11-08

(31)【優先権主張番号】1561589

(32)【優先日】2015-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】510132347

【氏名又は名称】コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ

(73)【特許権者】

【識別番号】515151273

【氏名又は名称】アレディア

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】ザン シン

(72)【発明者】

【氏名】ドーダン ブリュノ－ジュール

(72)【発明者】

【氏名】ガイラル ブリュノ

(72)【発明者】

【氏名】ジレ フィリップ

【審査官】大西 孝宣

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第０２６６５１００（ＥＰ，Ａ２）

【文献】特開２００３－１０１０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３３８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０２５４０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１４－５１２６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７６８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０４４１２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－０４９１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０２２３２１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】DAUDIN B. et al.，Growth, structural and optical properties of GaN/AlN and GaN/GaInN nanowire heterostructures，Physics Procedia，2012年，Vol. 28，p.5-16，DOI:10.1016/j.phpro.2012.03.662

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元半導体構造（２）が載る基板（３）の平面に実質的に直交する長手方向軸（Δ）に沿って延在する少なくとも１つの３次元半導体構造（２）を備える光電子素子（１）であって、
基板（３）の面から長手方向軸（Δ）に沿って延在する第１ドープ部（１０）と、
第１ドープ部（１０）から長手方向軸（Δ）に沿って延在する、少なくとも１つの量子井戸（３２）を有し、不動態化のための保護層（３４）を備える活性部（３０）と、
活性部（３０）から長手方向軸（Δ）に沿って延在する第２ドープ部（２０）と
を備え、
活性部（３０）の量子井戸（３２）は、第１ドープ部（１０）のものよりも大きな平均直径を有して保護層（３４）により側面を覆われ、
光電子素子（１）は、互いに実質的に平行に延在する、複数の３次元半導体構造（２）を備えることにより、活性部（３０）で３次元半導体構造（２）の合体があり、活性部（３０）の保護層（３４）が相互に接触している
ことを特徴とする光電子素子（１）。

【請求項2】

各活性部（３０）の１つ又は複数の量子井戸（３２）は、相互に接触する保護層（３４）により、隣の活性部（３０）の１つ又は複数の量子井戸（３２）から分離される
請求項１記載の光電子素子（１）。

【請求項3】

基板（３）の単位領域当たり０．５～１．５×１０^１０ｃｍ^－２の第１ドープ部（１０）の濃度を有し、第１ドープ部（１０）は相互に分離し、長手方向軸（Δ）に沿って実質的に一定の平均直径を有する
請求項１又は請求項２記載の光電子素子（１）。

【請求項4】

保護層（３４）は、２～１５ｎｍの平均厚さを有する
請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の光電子素子（１）。

【請求項5】

第１ドープ部（１０）はIII-Ｖ族化合物、II-VI族化合物、IV族元素又はIV族化合物で作られ、保護層（３４）は第１ドープ部（１０）の化合物に含まれる少なくとも１つの元素を有する化合物で作られる
請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の光電子素子（１）。

【請求項6】

１つ又は複数の量子井戸（３２）の平均直径が、第１ドープ部（１０）の平均直径の１１５～２５０％である
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の光電子素子（１）。

【請求項7】

活性部（３０）は、第１ドープ部（１０）と第２ドープ部（２０）との間に連続して延在して側面を保護層（３４）により覆われる単一量子井戸（３２）を有する
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の光電子素子（１）。

【請求項8】

活性部（３０）が、複数の障壁層の間に挿入されて側面を保護層（３４）で覆われる量子井戸（３２）又は量子ドットを形成するいくつかの層を有する
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の光電子素子（１）。

【請求項9】

３次元半導体構造（２）は、主にIII-Ｎ化合物を有する材料で作られ、保護層（３４）はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮから選択される化合物で作られる
請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の光電子素子（１）。

【請求項10】

３次元半導体構造（２）が分子線エピタキシャル成長法により形成される
請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の光電子素子（１）を作るための方法。

【請求項11】

エピタキシャル成長法による複数の３次元半導体構造（２）の形成の次の工程
ｉ．基板（３）の面から長手方向軸（Δ）に沿って延在する第１ドープ部（１０）が形成される工程、
ii．第１ドープ部（１０）から長手方向軸（Δ）に沿って延在する、少なくとも１つの量子井戸（３２）を有する活性部（３０）が形成される工程
を有し、
工程ii）では、第１ドープ部（１０）のものよりも大きな平均直径を有するように各活性部（３０）の量子井戸（３２）が形成され
加えて、量子井戸（３２）の側面を覆う保護層（３４）が形成される
ことを特徴とする請求項１０記載の方法。

【請求項12】

保護層（３４）の形成が、量子井戸（３２）の形成と同時である
請求項１１記載の方法。

【請求項13】

３次元半導体構造（２）は主にIII-Ｖ族化合物を有し、活性部（３０）の形成の工程ii）が、第１ドープ部（１０）の形成の工程i）での（Ｔ_１）値未満の小さいエピタキシャル成長温度（Ｔ_２）値で、６００～６８０℃で行われ、Ｖ族元素の原子流束に対するIII族元素の原子流束の比率が０．３３～０．６０で行われる
請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項記載の方法。

【請求項14】

第１ドープ部（１０）の形成の工程i）は、基板（３）の単位領域当たりの第１ドープ部（１０）の濃度が０．５～１．５×１０^１０ｃｍ^－２となるような成長温度で行われるIII-Ｖ族化合物の核形成の補助工程を有する
請求項１３項記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の分野は、発光又は光検出に適したナノワイヤ又はマイクロワイヤのような３次元半導体構造を有する光電子素子（optoelectronic device）の分野である。

【背景技術】

【0002】

ナノワイヤ又はマイクロワイヤの類いの３次元半導体構造を有し、例えば、発光ダイオードを形成する光電子素子が存在する。ナノワイヤ又はマイクロワイヤは一般に、例えば、ｎ型の第１ドープ部と、反対導電型、例えば、ｐ型の第２ドープ部とを有し、それらの間には少なくとも１つの量子井戸を有する活性部が存在する。

【0003】

それらはコア／シェルとも呼ばれる、いわゆる、放射状配置で作られ、そこでは、活性部及びｐ型第２ドープ部がｎ型第１ドープ部の周辺に形成されても良い。それらはまた、いわゆる、軸方向配置で作られ、そこでは、活性部及びｐ型第２ドープ部がｎ型第１ドープ部の周辺を覆わず、基本的に、エピタキシャル成長の長手方向軸に沿って延在しても良い。

【0004】

軸方向配置のナノワイヤ又はマイクロワイヤは、放射状配置のワイヤ類（wires）のものよりも小さな発光表面領域を有するが、より良い結晶品質を有する半導体材料で作られるという利点を有し、この結果、特に、半導体部間の界面におけるより良い応力緩和のために、より高い内部量子効率を提供する。ＩｎＧａＮで作られる量子井戸の場合、軸方向配置のナノワイヤ又はマイクロワイヤは、例えば、赤色又は緑色で発光するために、より多くのインジウムを取り込むことを可能にする。

【0005】

例として、非特許文献１は、軸方向配置のナノワイヤを有する光電子素子の例を記載し、そこでは、ｐ型第２ドープ部の上部が相互に接触し、ワイヤ類による発光に対して透明な分極性電極を支持する。ここでは、各活性部は、ｎ型第１ドープ部のものと実質的に同一の平均直径を有し、多数の量子井戸を有する。ワイヤ類は、ＧａＮに基づいて、分子線エピタキシャル成長法により作られる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【文献】Bavencove AL、外９名、"Submicrometre resolved optical characterization of green nanowire-based light emitting diodes"、Nanotechnology、2011年8月26日、vol. 22、issue 34、p. 345705

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、改善された光学効率を有し、ナノワイヤ又はマイクロワイヤの類いの３次元半導体構造を有する光電子素子を開発する必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、先行技術の欠点を少なくとも部分的に改善し、特に、改善された光学効率を有する少なくとも１つの３次元半導体構造を有する光電子素子を提案することを目的とする。この目的のために、本発明は少なくとも１つの３次元半導体構造を有する光電子素子に関し、３次元半導体構造は当該構造が載る基板平面に実質的に直交する長手方向軸に沿って延在し、基板の面から長手方向軸に沿って延在する第１ドープ部と、第１ドープ部から長手方向軸に沿って延在し、少なくとも１つの量子井戸を有する活性部と、活性部から長手方向軸に沿って延在する第２ドープ部とを備える。

【0009】

本発明によれば、活性部の量子井戸は、当該第１ドープ部のものよりも大きい平均直径を有し、側面は保護層（passivating layer）により覆われる。

【0010】

その上、光電子素子は実質的に互いに平行に延在する複数の３次元半導体構造を有し、それらの活性部は相互に接触する。

【0011】

この光電子素子のいくつかの好ましい、しかし、これらに限定されない態様は次の通りである。

【0012】

各活性部の１つ又は複数の量子井戸は、相互に接触する保護層により隣の活性部の１つ又は複数の量子井戸から分離される。

【0013】

光電子素子は、基板の単位領域当たり０．５～１．５×１０^１０ｃｍ^－２の第１ドープ部の濃度を有し、第１ドープ部は、相互に分離し、長手方向軸に沿って実質的に一定の平均直径を有していても良い。

【0014】

保護層は２ｎｍ以上、好ましくは、２～１５ｎｍの平均厚さを有していても良い。

【0015】

第１ドープ部はIII-Ｖ族化合物、II-VI族化合物、IV族元素又はIV族化合物で作られても良く、保護層は第１ドープ部の化合物に含まれる少なくとも１つの元素を有する化合物で作られても良い。

【0016】

１つ又は複数の量子井戸の平均直径は、第１ドープ部の平均直径の１１５～２５０％であっても良い。

【0017】

活性部は、第１ドープ部と第２ドープ部との間に連続して延在して側面を保護層により覆われる単一量子井戸を有していても良い。

【0018】

活性部は、障壁層の間に挿入されて側面を保護層で覆われる量子井戸又は量子ドットを形成するいくつかの層を有していても良い。

【0019】

３次元半導体構造は、主にIII-Ｎ化合物を有する材料で作られ、保護層は好ましくはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮから選択される化合物で作られても良い。

【0020】

本発明は更に前述の特徴のいずれか１つに係る光電子素子を作るための方法に関し、そこでは、１つ又は複数の３次元半導体構造が分子線エピタキシャル成長法により形成される。

【0021】

当該方法は、エピタキシャル成長法による複数の３次元半導体構造の形成の複数の工程を有していても良く、そこでは、
ｉ．基板の面から長手方向軸に沿って延在する第１ドープ部が形成され、
ii．第１ドープ部から長手方向軸に沿って延在する、少なくとも１つの量子井戸を有する活性部が形成され、
工程ii）では、第１ドープ部のものよりも大きな平均直径を有するように各活性部の量子井戸が形成され、
加えて、量子井戸の側面を覆う保護層が形成される。

【0022】

保護層の形成は、量子井戸の形成と同時であっても良い。

【0023】

３次元半導体構造は主にIII-Ｖ族化合物を有して、活性部の形成の工程ii）は、第１ドープ部の形成の工程i）での値Ｔ_１未満のエピタキシャル成長温度値Ｔ_２、好ましくは、６００～６８０℃で行われても良く、Ｖ族元素の原子流束に対するIII族元素の原子流束の比率が０．３３～０．６０で行われても良い。このように、驚くことに、発光ピークの半値全幅が減少した発光スペクトルを有するワイヤダイオードを備えた光電子素子が得られる。このことは、第１ドープ部のものに対する１つ又は複数の量子井戸の、それゆえ、活性部の平均直径の拡大率の１１５～２５０％に反映される。

【0024】

第１ドープ部の形成の工程i）は、基板の単位領域当たりの第１ドープ部の濃度が０．５～１．５×１０^１０ｃｍ^－２となるような成長温度で行われるIII-Ｖ族化合物の核形成の補助工程（substep）を有していても良い。

【発明の効果】

【0025】

本発明のその他の態様、目的、利点、特徴は、以下にこれらに限定されない例として与えられる本発明の好ましい実施の形態の詳細な説明を読み、添付された図面を参照することによって、より明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】活性部が拡大され不動態化（passivate）された軸方向配置の３次元半導体構造を有する、第１の実施の形態に係る光電子素子の概略断面図である。

【図2】活性部が単一量子井戸を有する軸方向配置の３次元半導体構造の他の例の概略断面図である。

【図3】成長温度Ｔ及び名目のIn/III比に応じた活性部の拡大率Ｒ_Ｄの変化量の例を示す図である。

【図4】エネルギー分散Ｘ線分光分析（ＥＤＸ）に基づく、図２に示す３次元半導体構造の活性部の断面に対するインジウム及びガリウムの原子比率の変化量の例を示す。

【図5】活性部が相互に接触する、軸方向配置の３次元半導体構造を有する、第２の実施の形態に係る光電子素子の概略断面図である。

【図6a】活性部が複数層の形状の多数の量子井戸を有する、軸方向配置の３次元半導体構造の変形例の概略断面図である。

【図6b】活性部が複数の量子ドットの形状の多数の量子井戸を有する、軸方向配置の３次元半導体構造の他の変形例の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

図面と明細書の残りの部分とにおいて、同じ参照記号は同一又は類似の構成要素を示す。その上、図面の明瞭化を目的として、いろいろな構成要素は縮尺通りに描かれていない。更に、用語「実質的に」、「だいたい」、「約」は「１０％以内」を意味すると理解される。

【0028】

本発明は、発光ダイオード又はフォトダイオードを形成するのに適した３次元半導体構造を有する光電子素子に関する。

【0029】

３次元半導体構造は、長手方向軸Δに沿った細長い形状を有している。すなわち、それらの長手方向軸Δに沿った長手方向の大きさは横方向の大きさよりも大きい。そして、３次元半導体構造は「ワイヤ類」、「ナノワイヤ」又は「マイクロワイヤ」と呼ばれる。ワイヤ類の横方向の大きさ、すなわち、長手方向軸Δと直交する平面におけるそれらの大きさは、５ｎｍ～５μｍ、例えば、１０～５００ｎｍ、好ましくは、３０～３００ｎｍであっても良い。ワイヤ類の高さ、すなわち、長手方向軸Δに沿った長手方向のそれらの大きさは、横方向の大きさよりも大きく、例えば、２倍、５倍、好ましくは、少なくとも１０倍大きい。

【0030】

長手方向軸Δと直交する平面におけるワイヤ類の断面は、いろいろな形状、例えば、円形、楕円形、例えば、３角形、正方形、長方形、更に、六角形のような多角形を有していても良い。ここでは、直径は断面の位置におけるワイヤの外周と関連付けられた量として定義される。それは、ワイヤの断面と同じ領域を有する円盤の直径であっても良い。局所直径（local diameter）は、長手方向軸Δに沿ったワイヤの所与の高さにおけるワイヤの直径である。平均直径は、ワイヤ又はワイヤの一部分に沿った局所直径の平均値、例えば、算術平均である。

【0031】

図１は、軸方向のワイヤ発光ダイオードを形成する３次元半導体構造２を有する光電子素子１の第１の実施の形態の部分断面図を概略的に示す。

【0032】

ここで、そして、明細書の残りの部分に関して、３次元正規直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が定義され、そこでは、（Ｘ，Ｙ）平面は光電子素子の基板平面に実質的に平行であり、Ｚ軸は基板平面に直交する方向に向けられる。

【0033】

この例では、光電子素子１は、
例えば、半導体材料で作られ、後面３ａ及び前面３ｂと呼ばれる互いに対向する２つの面を有する基板３と、
ここでは、基板の後面３ａと接触する第１分極性電極（polarization electrode）と、
３次元半導体構造のエピタキシャル成長に適した材料で作られ、基板の前面３ｂを覆う核形成層５と、
核形成層５から基板３の前面３ｂの（Ｘ，Ｙ）平面に実質的に直交する方向に向く長手方向軸Δに沿って延在する、ここではワイヤ類の形状の３次元半導体構造２であって、各ワイヤ２は、核形成層５と接触する第１ドープ部１０と、長手方向軸Δに沿って第１ドープ部１０の延長部分に配置された活性部３０及び第２ドープ部２０とを有する３次元半導体構造２と、
各第２ドープ部２０と接触する、第２分極性電極６の層と
を備える。

【0034】

ここでは、各３次元半導体構造２は、その活性部の位置における発光に適する、軸方向配置のワイヤ発光ダイオードを形成する。各活性部３０が、長手方向軸Δに実質的に直交する第１ドープ部１０の上面１１を基本的に覆い、長手方向軸Δに沿って延在する限りにおいて、ワイヤ２は軸方向配置にあると言われる。その上、第２ドープ部２０は長手方向軸Δに実質的に直交する活性部３０の上面３１を基本的に覆い、長手方向軸Δに沿って延在する。それゆえ、ワイヤ２は前述のコア／シェル配置とは異なる軸方向配置を有する。

【0035】

各ワイヤ２は、周期律表のIII族の少なくとも１つの元素とＶ族の少なくとも１つの元素とを有するIII-Ｖ族化合物、II族の少なくとも１つの元素とVI族の少なくとも１つの元素とを有するII-VI族化合物、又は、IV族の少なくとも１つの元素を有するIV族元素又は化合物から選択されても良い少なくとも１つの半導体材料から出発して作られる。例として、III-Ｖ族化合物は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ又はＡｌＩｎＧａＮのようなIII-Ｎ化合物、又は、例えば、ＡｓＧａ又はＩｎＰのようなヒ素又はリンの類いのＶ族の元素を有する化合物であっても良い。その上、II-VI族化合物はＣｄＴｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＣｄＺｎＯ又はＣｄＺｎＭｇＯであっても良い。最後に、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ又はＧｅＣのようなIV族元素又は化合物が用いられても良い。３次元構造の半導体材料は、例えば、III-Ｎ化合物のｎ型のドーピング（doping）を提供するシリコン、又は、ｐ型のドーピングを提供するマグネシウムのようなドーパント（dopant）を有していても良い。

【0036】

活性部３０は、その位置においてほとんどの光がワイヤから発せられる部分である。それは、第１ドープ部及び第２ドープ部のものよりも小さなバンドギャップエネルギーを有する第２材料で作られて活性部の発光区画に対応する少なくとも１つの量子井戸を有する。量子井戸は厚くても良く、又は、好ましくは２つの障壁層の間に配置された少なくとも１層の薄層から形成されても良く、その結果、電荷担体の閉じ込めを改善する。第２材料は、少なくとも１つの追加元素が取り込まれる第１ドープ部及び第２ドープ部のIII-Ｖ族、II-VI族又はIV族化合物を有する。例として、ＧａＮに基づいて作られたワイヤの場合には、量子井戸を形成する第２材料は好ましくはＩｎＧａＮである。追加元素の原子比率は、ワイヤの求められる光学特性及び発光スペクトルに依存する。後で詳細に説明するように、活性部は第１ドープ部と第２ドープ部との間に延在する半導体材料の一部における単一量子井戸から形成されても良い。代わりに、それは、障壁層の間に挿入された層又はドットの形状のいくつかの量子井戸を有していても良い。

【0037】

好ましい実施の形態によれば、各ワイヤ２はＧａＮに基づいて作られ、１つ又は複数の量子井戸はＩｎＧａＮで作られる。第１ドープ部１０はＧａＮから形成されても良く、例えば、ｎ型の第１導電型を用いて、特にシリコンを用いてドープされても良い。第１ドープ部の高さは１００ｎｍ～１０μｍ、例えば、５００ｎｍ～５μｍであっても良く、特に、実質的に１μｍに等しくても良い。

【0038】

活性部３０は、例えば、ＩｎＧａＮで作られた１つ以上の量子井戸を有していても良い。活性部は、第１ドープ部１０と第２ドープ部２０との間で長手方向軸Δに沿って連続的に延在する単一量子井戸を有していても良い。代わりに、それは多数の量子井戸を有していても良く、そして、それは、例えば、ＩｎＧａＮで作られた量子井戸と、例えば、ＧａＮで作られた障壁層との長手方向軸Δに沿った繰り返しから形成される。活性部の高さは２０～５００ｎｍ、例えば、５０～２００ｎｍであっても良く、特に、実質的に１００ｎｍに等しくても良い。

【0039】

第２ドープ部２０はＧａＮから形成されても良く、第１導電型とは反対の、例えばｐ型の第２導電型を用いて、特に、マグネシウムを用いてドープされても良い。第２ドープ部の高さは５０ｎｍ～５μｍ、例えば、１００ｎｍ～１μｍであっても良く、特に、このドープ部と関連付けられた直列抵抗を制限するために、数１０ｎｍ程度又は数１００ｎｍ程度であっても良い。このように、高さは実質的に４００ｎｍであっても良い。

【0040】

第２ドープ部２０は、活性部３０との界面に位置する電子遮断層２２を有していても良い。電子遮断層は、例えば、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＮのような３元III-Ｖ族化合物、有利には、ｐ型がドープされた当該化合物から形成されても良い。それは、活性部内の発光性再結合（radiative recombination）の程度を増加させることを可能にする。

【0041】

第２分極性電極６は、ドープ部２０の上面２１と接触し、ワイヤ２への電荷担体の注入を提供するのに適する。それは、ワイヤが発する光に対して実質的に透明な材料、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で作られる。それは、数ｎｍから数１０ｎｍ又は数１００ｎｍまでの厚さを有する。

【0042】

その上、各ワイヤ２は、上面３ｂが核形成層５で覆われても良い基板３に載っている。核形成層５は、核形成及びワイヤ類の成長を促す材料、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化マグネシウム（Ｍｇ_ＸＮ_Ｙ）、遷移金属の窒化物又は炭化物、又は、他のいずれかの適した材料で作られる。核形成層の厚さは、数ｎｍ又は数１０ｎｍの程度であっても良い。この例では、核形成層はＡｌＮで作られる。

【0043】

基板３は一体構造であっても良く、また、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）の類いの基板のような積層から形成されても良い。基板は、半導体材料、例えば、シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、III-Ｖ族又はII-VI族化合物で作られても良い。それは更に、金属材料または絶縁材料で作られても良い。それは、グラフェン、硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、セレン化モリブデン（ＭｏＳｅ_２）又は他のいかなる等価材料の層を有していても良い。この例では、基板は高濃度でドープされたｎ型単結晶シリコンである。

【0044】

第１分極性電極４は、ここでは導電性の基板３と、例えば、その後面３ａの位置で接触する。それは、アルミニウム、又は、他のいかなる適した材料で作られても良い。

【0045】

その結果、電位差が２つの分極性電極を介して順方向でワイヤ２に加えられたときに、ワイヤ２は、１つ又は複数の量子井戸の組成に主に依存する波長に強度ピークを有する発光スペクトルの光を発する。

【0046】

図１に示すように、活性部３０は、平均直径が第１ドープ部１０の平均直径よりも大きい少なくとも１つの量子井戸３２を有する。ここでは、第１ドープ部１０は局所直径に実質的に等しい平均直径を有する。第１ドープ部１０の平均直径は５ｎｍ～５μｍ、例えば、１０～１００ｎｍであっても良く、特に、５０ｎｍに実質的に等しくても良い。単一量子井戸の場合には、平均直径は、長手方向軸Δに沿ったこの同じ量子井戸の局所直径の平均値である。複数層又は複数ドットの形状の多数の量子井戸の場合には、局所直径は、量子井戸層の直径、又は、全く同一の断面の高さに位置する量子井戸の累積直径（cumulative diameter）である。平均直径は、異なる量子層又は量子ドットの局所直径の平均値である。

【0047】

そして、活性部３０は第１ドープ部１０の平均直径よりも大きい局所直径を有する。図１の例では、それは更に、第１ドープ部１０の上面１１の位置における第１ドープ部１０の局所直径に実質的に等しい第１値から始まり、活性部３０と第２ドープ部２０との間の界面の第２最大値まで、第１ドープ部１０からの増加する距離に伴って増加する平均直径を有する。そして、活性部３０は、第１ドープ部１０のものよりも大きい平均直径を有する。

【0048】

このことは、活性部３０の位置の（Ｘ，Ｙ）平面における各ワイヤ２の拡大に反映される。活性部３０の平均直径は第１ドープ部１０の平均直径の１１０～４００％であっても良く、より良い結晶品質、及び／又は、発光ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）が減少した発光スペクトルを与えるために、好ましくは、１１５～２５０％であっても良い。例として、約５０ｎｍの第１ドープ部１０の平均直径に対して、活性部３０の平均直径は約７５ｎｍに等しくても良い。

【0049】

第２ドープ部２０は、活性部２０からワイヤ２の長手方向軸Δに沿って延在する。この例では、第２ドープ部２０の局所直径は、第２ドープ部２０が隣のワイヤ２の第２ドープ部２０と接触し、その結果、第２ドープ部２０の位置において、ワイヤ２の合体を引き起こすまで、徐々に増加する。このように、局所直径は、活性部３０の上面３１の位置における活性部３０の局所直径に実質的に等しい値から、例えば、隣の第２ドープ部２０との接触に対応する値にまで増加する。例として、第１ドープ部１０の約５０ｎｍ及び活性部３０の約７５ｎｍの平均直径に対して、第２ドープ部２０の平均直径は約１００ｎｍに等しくても良い。代わりに、第２ドープ部２０の局所直径は長手方向軸Δに沿って実質的に一定であっても良く、その結果、活性部３０の上面３１の位置における活性部３０の局所直径の値に実質的に等しくても良い。

【0050】

その上、活性部３０は、その側壁３５の位置にある保護シェルとも呼ばれる、保護層３４を備える。保護層３４は、１つ又は複数の量子井戸３２の外側縁３３を、好ましくは、それらの外周に沿って連続的に覆う。量子井戸３２の外側縁３３は、（Ｘ，Ｙ）横断面において、活性部３０の側壁３５の反対に位置する、量子井戸の表面である。例えば、活性部の拡大と関連がある、考えられる表面状態の効果を制限することを保護層が可能とするように、保護層３４は保護層を形成する材料の誘電率又はバンドギャップエネルギーに依存する厚さを有する。これらの表面状態は１つ又は複数の量子井戸における非発光性再結合につながるかもしれない。薄い保護層は、２～１５ｎｍの、例えば、５～１０ｎｍの厚さを有していても良い。

【0051】

保護層３４は、III-Ｖ族化合物、II-VI族化合物、IV族化合物又は元素、更には、アルミニウム又はシリコンの窒化物及び酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４）のような誘電材料から選択される材料で作られても良い。例として、第１ドープ部及び第２ドープ部がＧａＮで作られ、量子井戸がＩｎＧａＮで作られる場合には、保護層は、例えば、意図的にドープされていないＧａＮ、ＡｌＮ又はＡｌＧａＮで作られても良い。

【0052】

保護層が量子井戸のものよりも大きな電気抵抗又はバンドギャップエネルギーを有して１つ又は複数の量子井戸に向かう電荷担体の移動を最適化するように、好ましくは、保護層３４の厚さ及び材料が選択される。例として、保護層は、２～１５ｎｍの厚さを有するＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮから形成されても良い。

【0053】

第１ドープ部１０及び第２ドープ部２０を形成する材料がIII-Ｖ族化合物又はII-VI族化合物であるときに、保護層３４を形成する材料もそれぞれIII-Ｖ族化合物又はII-VI族化合物であり、第１ドープ部及び第２ドープ部の材料としてＶ族又はVI族の同じ元素を有していても良い。例として、第１ドープ部及び第２ドープ部がＧａＮで作られ、量子井戸がＩｎＧａＮで作られる場合には、保護膜はＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮで作られても良い。

【0054】

後で詳細に示されるが、保護層３４は有利には１つ又は複数の量子井戸の形成と同時に形成される。その結果、それは１つ又は複数の量子井戸の外側縁の表面状態を制限し、活性部の内部量子効率を増加するのに役立つ。

【0055】

このように、光電子素子のワイヤは、それぞれ、活性部の拡大及び保護（不動態化）の組み合わされた効果のおかげで、改善された光学効率を有する。ここでは、光学効率は、光電子素子により消耗された電力に対する光電子素子により発せられた光束の比率に対応する。

【0056】

事実、活性部の拡大は、ワイヤ辺りの発光領域の増加と、その結果としてのより大きく発せられた光束とにつながる。その上、活性部の１つ又は複数の量子井戸の外側縁の保護は、量子井戸の外側縁における表面状態の影響を制限することにより、活性部の内部量子効率を増加することを可能にする。事実、活性部の拡大の間に特に出現するかもしれない、例えば、構造欠陥又はダングリングボンドに由来する表面状態は、活性部の非発光性再結合の原因かもしれない。その結果、活性部の保護は、活性部の非発光性再結合の程度を減少し、その結果、ワイヤの活性部の内部量子効率を増加する。

【0057】

活性部の拡大及び活性部の側壁の保護は、それゆえ、各ワイヤの光学効率の増加につながる。

【0058】

図２は、第１変形例に係る光電子素子の３次元半導体構造２の部分概略図であり、３次元半導体構造２は、活性部３０が単一量子井戸３２を有する軸方向配置のワイヤの形状の発光ダイオードを形成する。この例では、ワイヤ２はＧａＮに基づいて作られ、量子井戸はＩｎＧａＮで作られる。

【0059】

活性部３０は、追加元素、ここでは、インジウムが取り込まれた第１ドープ部１０及び第２ドープ部２０のものと同じ化合物ＧａＮを有する第２半導体材料、ここでは、ＩｎＧａＮで作られた単一量子井戸３２を有する。第２材料を形成する化合物の元素の原子比率は、好ましくは、量子井戸内部で実質的に均一である。ＩｎＧａＮの単一量子井戸３２は、第１ドープ部１０と第２ドープ部２０との間に延在する部分を形成し、第１ドープ部１０の平均直径よりも大きい平均直径を有する。図２に示す通りに、それは、長手方向軸Δに沿って互いに配置された下層部３２ａ及び上層部３２ｂと呼ばれる２つの部分で形成されても良く、下層部３２ａは、第１ドープ部１０と上層部３２ｂとの間に位置し、上面１１の位置における第１ドープ部１０の局所直径の値から始まって連続的に増加する局所直径を有する。第２部３２ｂはその全ての高さにわたって実質的に一定の局所直径を有する。

【0060】

その上、活性部３０はその側壁３５の位置に保護層３４を有し、保護層３４は、第１部３２ａ及び第２部３２ｂの両方の位置においてＩｎＧａＮで作られた量子井戸３２の外側縁３３を覆う。それは、ここでは意図的にドープされていない、第１ドープ部及び第２ドープ部の化合物ＧａＮと同一の材料で作られる。代わりに、それはＡｌＮ又はＡｌＧａＮで形成されても良く、その結果、保護層の電気抵抗又はバンドギャップエネルギーを増加させることを可能にする。ここでは、保護層は２～１５ｎｍ、例えば、５ｎｍの厚さを有する。

【0061】

活性部３０が単一量子井戸３２から形成される、図２を参照して説明されたものと３次元半導体構造が同一であるか又は類似する場合の光電子素子を作るための方法の例が次に説明される。この例では、ワイヤ２は分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）により製作され、ＧａＮに基づいて作られる。

【0062】

分子線エピタキシャル成長法において、エピタキシャル成長に影響を及ぼすパラメータは、
・Ｖ族の元素の流束に対するIII族の元素の流束の比率として定義される、すなわち、この場合、ＧａＮの第１ドープ部及び第２ドープ部の成長の間のＧａ／Ｎ比である名目のIII／Ｖ比、及び、ＩｎＧａＮの量子井戸の成長の間の、金属／Ｎ又は（Ｇａ＋Ｉｎ）／Ｎとも呼ばれるIII／Ｎ比、
・III族の元素、すなわち、ガリウム及びインジウムの流束に対する追加元素、ここでは、インジウムの流束の比率として定義される、名目のＩｎ／III比率
・ここでは基板の位置で測定される成長温度Ｔ
である。

【0063】

第１工程では、第１ドープ部１０が、核形成層５の表面から始まるエピタキシャル成長により形成される。このために、成長温度が第１値Ｔ_１、例えば、７７５～８５０℃、例えば、８４５℃にまで上げられる。名目のIII／Ｖ比、ここでは、Ｇａ／Ｎ比は、いわゆる窒素が多い条件であるために、１未満の（III／Ｖ）_１値を有する。それは、例えば、０．１～０．５であっても良い。第１部のＧａＮ材料はシリコンを用いてｎ型ドープされている。ここでは、ｎ型第１ドープ部は約１μｍの高さと、約５０ｎｍの平均直径Ｄ_Ｎとを有する。このように、長手方向軸Δに沿って延在するワイヤの形状を有する第１ドープ部が得られる。それは、基板と反対側に、結晶軸ｃに沿って向き、実質的に平坦な上面を有する。

【0064】

第２工程では、活性部３０が、ｎ型第１ドープ部１０の上面１１から始まるエピタキシャル成長により形成される。このために、成長温度が、第１値Ｔ_１よりも低く、インジウムの取り込みを可能にする温度範囲内の第２値Ｔ_２にまで上げられる。ＩｎＧａＮの場合には、インジウムの取り込みの範囲は、典型的には５６０～６９０℃である。例として、温度値Ｔ_２はこの場合６００～６８０℃、例えば、約６７０℃に等しい。その上、名目のＩｎ／III比は、必要とされるＩｎＧａＮ組成に依存して５～７０％、好ましくは、１０～５０％、例えば、約５５５ｎｍの緑色の発光を得ることを目的として、ここでは２８％の（Ｉｎ／III）_２値を有する。

【0065】

その上、名目のIII／Ｎ比は、インジウムの流束のおかげで前述の工程の（III／Ｖ）_１値よりも大きい（III／Ｎ）_２値を有する。名目のＧａ／Ｎ比が０．３で一定であるのに対して、（III／Ｎ）_２値は０．３よりも大きい。それは０．３２～１．５であっても良く、より良い結晶品質、及び／又は、発光ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）が減少した発光スペクトルを与えるために、好ましくは、０．３３～０．６０であっても良い。例えば、ここでは、それは０．４２である。その結果、意図的にドープされていない、約２８％のインジウムの原子比率を有するＩｎＧａＮの単一量子井戸を有する活性部が得られ、ワイヤが順方向に分極されたときにおおよそ５５０ｎｍの光を発することができる。

【0066】

発明者は、名目のIII／Ｎ比、例えば、０．３３～０．６０の増加と組み合わせて、成長温度を、例えば、６００～６８０℃の温度まで低くすることが、ｎ型第１ドープ部のものに対する量子井戸の、それゆえ、活性部の平均直径の拡大、例えば、１１５～２５０％の拡大につながることを示した。図３に図表により示すように、Ｄ_ＰＡが活性部の平均直径であり、Ｄ_Ｎが第１ドープ部の平均直径であるときの拡大率Ｒ_Ｄ＝Ｄ_ＰＡ／Ｄ_Ｎは、成長温度の減少と、名目のIII／Ｎ比の増加とに依存する。このように、Ｔ_１値未満の成長温度において、名目のＩｎ／III比、それゆえ、名目のIII／Ｎ比を大きくすることは、拡大率Ｒ_Ｄの増加につながる。その上、（III／Ｎ）_１値よりも大きな名目のIII／Ｎ比において、成長温度を低くすることは、拡大率Ｒ_Ｄの増加につながる。このように、名目のIII／Ｎ比の値を与える、必要とされる発光スペクトルに依存して、名目のIII／Ｎ比を大きくし、及び／又は、成長温度を低くすることは、ワイヤの光学効率の増加につながる活性部の拡大率Ｒ_Ｄを得ることを可能にする。６００～６８０℃の成長温度Ｔ_２及び０．３３～０．６０の（III／Ｎ）_２比に対して、発光スペクトルが発光ピークにおいて削減された半値全幅を有する光を発することができるダイオードが得られることを見ることができる。

【0067】

その上、発明者は、単一量子井戸３２を有する活性部３０のエピタキシャル成長が、量子井戸の外側縁３３を囲う保護層３４の同時形成を伴っても良いことを示した。その結果、活性部は、ＧａＮの保護層により不動態化された外側縁を有するＩｎＧａＮの単一量子井戸から形成される。エネルギー分散Ｘ線分光分析（ＥＤＸ）により得られた活性部の横断プロファイルにおけるインジウム及びガリウムの原子比率に対応する図４に示す通り、約５ｎｍの平均厚さを有するＧａＮの保護層は、ＩｎＧａＮの量子井戸の外側縁の位置にある。もしも、非発光性再結合に潜在的につながる量子井戸のダングリングボンドと関連付けられた表面状態が保護層により不動態化されるならば、単一量子井戸及び保護層の同時形成は活性層の内部量子効率の増加を可能にする。

【0068】

そして、量子井戸３２の外側縁３３が不動態化された拡大された活性部３０が得られ、そのことは、ワイヤの光学効率の増加を可能にする。活性部は７５～１００ｎｍの高さと、７５～１００ｎｍの平均直径とを有していても良い。保護層は、２～約１０ｎｍの程度の平均厚さを有していても良い。

【0069】

第３工程では、第２ドープ部２０が活性部３０の上面３１から始まるエピタキシャル成長により形成される。このために、インジウムの流束が停止され、次に、名目のIII／Ｎ比、ここではＧａ／Ｎ比の値が、第２工程の（III／Ｎ）_２値よりも大きな（III／Ｎ）_３値、好ましくは、１よりも大きく、例えば、約４／３に等しい値にまで上げられる。その上、成長温度は、第２値Ｔ_２に等しいか、第２値Ｔ_２よりも小さいか、第２値Ｔ_２よりも大きくても良く、しかしながら第１値Ｔ_１よりも小さいままである、例えば、約６７０℃に等しいＴ_３値を有する。このことは、第２ドープ部の拡大に反映される。第２ドープ部は、約３５０ｎｍの高さと、約１５０ｎｍの平均直径とを有していても良い。第２ドープ部の成長は、複数の第２ドープ部の間に相互の接触と合体とがあるまで続けられても良く、その結果、実質的に平坦な上面が形成される。このように、単一量子井戸が不動態化された外側縁を有する拡大された活性部を備えた軸方向配置のワイヤが得られる。ここでは、各ｐ型ドープ部の位置で相互に接触するいくつかのワイヤがこのように得られても良い。

【0070】

最後に、最終工程において、導電性でワイヤによる発光に透明な材料で作られた第２分極性電極６が、第２ドープ部２０と接触するように上面２１上に成膜される。その結果、２つの分極性電極によりワイヤに順方向の電位差を加えることが、発光スペクトルの特性が活性部の量子井戸の組成に依存するような発光につながる。同等の密度のワイヤにおいて、本発明に係るワイヤは、量子井戸が不動態化された外側縁を有する拡大された活性部を有するという点で、先行技術の前述した例のものに比べて光学効率が増加する。

【0071】

図５は、第２の実施の形態に係る光電子素子１の概略断面図であり、それは、ワイヤ２が活性部３０の位置において相互に接触するという点において、図１、２に示したものから本質的に異なる。

【0072】

図１の実施の形態と同一の方法で、光電子素子１は、その前面３ｂ上を核形成層５で覆われ、反対面３ａが第１分極性電極４を形成する層で覆われた半導体材料の、例えば、高濃度でドープされたｎ型シリコンの基板３を備える。

【0073】

３次元半導体構造はここでは図２を参照して説明されたものと同一であるか又は類似する。それらは核形成層から基板の前面の（Ｘ，Ｙ）平面に実質的に直交する方向に向く長手方向軸Δに沿って延在する軸方向配置のワイヤの形状を有し、各ワイヤ２は、核形成層５と接触する第１ドープ部１０と、長手方向軸Δに沿って第１ドープ部１０の延長部分に配置された活性部３０及び第２ドープ部２０とを有する。

【0074】

ここでは、活性部３０は、第１ドープ部１０のものよりも大きな平均直径の単一量子井戸３２を有し、その外側縁３３は保護層３４で覆われている。この例では、活性部３０は、ＩｎＧａＮの単一量子井戸と、ＧａＮの保護層とを有する。

【0075】

各活性部が１つ以上の隣の活性部と接触するように、ワイヤ２は活性部３０の位置で相互に接触する。それは、活性部の位置でのワイヤの合体とも呼ばれる。より正確には、活性部３０は保護層３４の位置で相互に接触し、各活性部の量子井戸３２は、相互に接触する保護層３４により隣の活性部の量子井戸３２から分離される。第１ドープ部１０は相互に接触せず、互いに分離する。

【0076】

ここでは、各活性部３０は第１ドープ部１０から長手方向軸Δに沿って延在する第１部３０ａを有し、そこでは、量子井戸の外側縁３３を覆う保護層３４が隣のワイヤ２の活性部の保護層３４と出会うまで量子井戸３２の局所直径が増加する。そして、第２部３０ｂは第１部３０ａから延在し、そこでは、量子井戸３２が長手方向軸Δに沿って実質的に一定の局所直径を有し、量子井戸３２は、長手方向軸Δに沿って相互に接触する保護層３４により隣の量子井戸３２から分離される。

【0077】

光電子素子は、活性部の上面３１から始まって相互に接触する第２ドープ部２０を更に備える。このように、第２ドープ部２０は、活性部３０の全部を連続的に覆うｐ型ドープ層を形成する点で、図１を参照して説明されたものとは異なる。ここでは、それは（Ｘ，Ｙ）平面における光電子素子の横方向の大きさに沿って実質的に均一の厚さを有する。ここでは、ｐ型ドープ層は活性部３０との界面に位置する電子遮断層２２を有する。ｐ型ドープ層の上面２１は分極性電極６により覆われる。

【0078】

このように、活性部３０の位置でのワイヤ２の合体、及び、第２ドープ部２０の位置でワイヤ２がもはや単独ではないことは、基板の単位領域当たりの光電子素子の発光領域の最適化につながる。その上、各活性部３０の１つ又は複数の量子井戸３２は、相互に接触する保護層３４により隣の活性部３０の１つ又は複数の量子井戸３２から分離されるので、非発光性再結合は保護層の合体により形成される粒子境界の位置で制限され、その結果、各ワイヤの内部量子効率を増加させる。そして、光電子素子の光学効率は最適化される。

【0079】

次に、図５に示される実施の形態に係る光電子素子を作るための方法の例が説明される。この例では、ワイヤ２は分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）により作られ、ＧａＮに基づいている。各活性部３０は、ＩｎＧａＮの単一量子井戸３２を有し、保護層３４はこの場合ＧａＮで作られる。前述の通りに、保護層はこの場合にＡｌＮ、ＡｌＧａＮのような他のIII／Ｎ材料で作られても良い。

【0080】

ワイヤの活性部３０の合体は、基板の単位領域当たりの第１ドープ部１０の濃度又は表面濃度を調整し、活性部３０の拡大率Ｒ_Ｄを調整することにより得られる。

【0081】

エピタキシャル成長による第１ドープ部１０の形成の第１工程は、第１に、成長温度及び名目のIII／Ｖ比、ここでは、Ｇａ／Ｎが第１ドープ部の十分な表面濃度を得るために調整されることを除いて、前述のものと類似する。例として、８４０℃と５％以内で等しい成長温度の初期値Ｔ_１は名目のＧａ／Ｎ比の（III／Ｖ）_１初期値の０．５と組み合わされて、０．５～１．５×１０^１０ｃｍ^－２、例えば、１．０×１０^１０ｃｍ^－２に実質的に等しい第１ドープ部の表面濃度につながる。第１ドープ部のこの表面濃度は、活性部の合体を可能にする一方で、良い結晶品質を有し、十分に間隔の空いた複数の第１活性部を得ることを可能にする。第２に、名目Ｇａ／Ｎ比の（III／Ｖ）_１値は維持され、又は、０．３程度の値まで小さくされても良く、成長温度のＴ_１値は維持されても良い。長手方向軸Δに沿った第１ドープ部のエピタキシャル成長が次に行われる。

【0082】

エピタキシャル成長による活性部３０の形成の第２工程は、成長温度及びIII／Ｖ比、ここでは、金属／Ｎが活性部の合体を確実にするのに十分な拡大率Ｒ_Ｄを得るために調整されることを除いて、前述のものと類似する。例として、１１５％以上の、例えば、１１５～２５０％の拡大率は、特に、第１ドープ部の表面濃度が０．５～１．５×１０^１０ｃｍ^－２であるときに、活性部の合体を得ることを可能にする。その結果、６００～６８０℃の成長温度値Ｔ_２は、０．３３～０．６０の金属／Ｎ比の（III／Ｖ）_２値と組み合わされて、各活性部内に取り込まれるインジウムの原子比率の均一性を最適化する一方で、良い結晶品質を有する活性部の合体を確実にする。このように、相互に接触する活性部３０が得られ、そこでは、ＩｎＧａＮの各単一量子井戸３２が、相互に接触する保護層３４により隣の活性部３０の量子井戸３２から分離される。活性部３０の上面３１は、そして、その上にドープ層２０が成膜されても良い実質的に平坦な表面を形成する。

【0083】

エピタキシャル成長による第２ドープ部２０の形成の第３工程は、前述したものと同一であるか又は類似する。インジウムの流束が停止され、次に、名目のIII／Ｎ比、ここで再びＧａ／Ｎの値が第２工程の（III／Ｎ）_２値以上の（III／Ｎ）_３値にまで、好ましくは、１よりも大きく、例えば、約４／３にまで上げられる。その上、成長温度Ｔ_３は、第２値Ｔ_２に等しいか小さいか大きくても良く、しかしながら、この場合に、例えば、約６７０℃に等しい、第１値Ｔ_１よりも小さいままである。その結果、ワイヤの活性部を連続的に覆い、実質的に一定の厚さを有するｐ型ドープ層が得られる。

【0084】

最後に、分極性電極層６がドープ層２０の上面２１上に成膜される。分極性電極を介してワイヤに順方向の電位差を加えることは、光学効率が最適化された、ワイヤによる発光につながる。

【0085】

図６ａは、軸方向ワイヤ配置の光電子素子の３次元半導体構造の断面の概略部分図である。３次元半導体構造は図２を参照して説明されたものと類似するが、それとは活性部３０が量子井戸を形成する層と障壁層との繰り返しの形状の多数の量子井戸３２を有するという点で本質的に異なる。

【0086】

この例では、ワイヤ２は第１ドープ部１０を備え、その上では、障壁層の間に挿入された３層の量子井戸３２を有する活性部３０が長手方向軸Δに沿って延在する。第２ドープ部２０は、活性部３０上で長手方向軸Δに沿って延在する。ここでは、ワイヤ２は分子線エピタキシャル成長法により得られ、ＧａＮに基づき、この場合、量子井戸を形成する層はＩｎＧａＮの層である。

【0087】

ここでは、活性部３０は、第１ドープ部１０から長手方向軸Δに沿って延在するＧａＮの障壁層の第１部３０ａを有し、そこでは、量子井戸の局所直径が第１ドープ部１０の上面１１の位置における第１ドープ部１０の局所直径のものに実質的に等しい第１値から第２値にまで増加する。そして、第２部３０ｂは第１部３０ａから延在し、実質的に同一の局所直径をそれぞれ有する３つの量子井戸３２を有する。

【0088】

各量子井戸３２は、その外側縁３３の位置で、ここではＧａＮ、ＡｌＮ又はＡｌＧａＮの保護層３４を用いて覆われる。この保護層３４は、２ｎｍ以上の、有利には２～１５ｎｍの厚さを有している。この例では、保護層３４は、量子井戸の外側縁３３と接触し、量子井戸の形成と同時に得られる第１外側部３４ａを有する。それは有利には、第１保護部３４ａを覆って活性部の側壁３５を形成する第２外側部３４ｂを有する。この第２保護部３４ｂは量子井戸の形成工程で別々に形成される。その結果、この第２保護部３４ｂは活性部の側壁３５を形成し、第１ドープ部１０の外側縁を覆っても良い。

【0089】

活性部３０の第１部３０ａのエピタキシャル形成は、第１ドープ部の成長のＴ_１値未満のＴ_２値、例えば、６００～８００℃、例えば、６７０℃まで成長温度を下げることにより得られても良い。その上、名目のIII／Ｖ比、ここでは、Ｇａ／Ｎ比は、第１ドープ部の成長の（III／Ｖ）_１値よりも大きい（III／Ｖ）_２値を有している。活性部３０のＧａＮの第１部３０ａはこのように形成され、その最大局所直径は温度値及びIII／Ｖ比に依存する。そして、活性部は実質的に一定の局所直径を有する。

【0090】

量子井戸を形成する層３２のエピタキシャル形成は、ワイヤの発光の必要とされる光学特性に応じて、５～７０％、好ましくは、１０～５０％の名目のＩｎ／III比に従うインジウムの流束を導入することにより得られる。その結果、ＩｎＧａＮの量子井戸とＧａＮの障壁層を形成する層の繰り返しが形成される。量子井戸の形成と同時に、ここではＧａＮの保護層３４が量子井戸３２の外側縁３３で形成される。

【0091】

次に、保護層３４の第２外側部３４ｂの形成の任意工程が行われても良く、その最中にインジウムの流束が停止される。成長温度は、実質的に、活性部の成長に対応する値以上であっても良い。名目のIII／Ｎ比の値は、例えば、１．５に実質的に等しい。保護層の第２外側部は、保護層の第１部を覆い、更に、ｎ型第１ドープ部の外側縁を覆っても良い。

【0092】

電子遮断層を有する第２ドープ部２０が、前述の動作条件を採用して次に形成される。

【0093】

図５を参照して説明された実施の形態と同様に、光電子素子は、活性部３０の位置で相互に接触する複数の３次元半導体構造２を備えていても良い。そして、全く同一の活性部３０の量子井戸３２は、保護層３４の第１外側部３４ａにより隣の活性部の量子井戸３２から分離される。

【0094】

図６ｂは、軸方向ワイヤ配置の光電子素子の他の３次元半導体構造の断面の概略部分図である。３次元半導体構造は図６ａを参照して説明されたものと類似するが、それとは活性部３０が複数の障壁層の間に長手方向軸に沿って挿入された量子ドットの形状の多数の量子井戸３２を有するという点で本質的に異なる。

【0095】

この種の３次元半導体構造は、図６ａの変形例を参照して説明され、それとはＩｎ／III比がしきい値よりも大きな値を有するという点で本質的に異なる方法により得られても良く、当該値はＧａＮの障壁層に載るＩｎＧａＮの量子井戸の場合に２０％に実質的に等しい。

【0096】

図５を参照して説明された実施の形態と同様に、光電子素子は、活性部の位置で相互に接触する複数の３次元半導体構造を備えていても良い。そして、全く同一の活性部の量子ドットは、保護層の第１外側部により隣の活性部の量子ドットから分離される。

【0097】

特定の実施の形態を今まで説明した。変形の実施の形態及び修正は、当業者にとって明らかであろう。

【0098】

電気信号から始まる発光に適し、その結果、発光ダイオードを形成する３次元半導体構造を説明した。代わりに、当該構造は入射光を検出し、それに応じて電気信号を生成することに適合されても良く、その結果、フォトダイオードを形成する。応用例は、光電子光学又は光起電力技術の分野に関連しても良い。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】