(57)【要約】【課題】窒化物半導体素子において、アニーリングや基板の加工を必要としないで、ホール濃度が１０１８ｃｍ-3以上ある低抵抗のｐ型窒化物半導体層を可能にする。【解決手段】基板上にＣ面を成長面とする第１の窒化物半導体層を形成し、前記第１の窒化物半導体表面に凹凸を形成する。次に、前記第１の窒化物半導体層上に前記凹凸に接する形で、ｐ型の第２の窒化物半導体層を形成する。前記凹凸の側壁直上に位置する前記第２の窒化物半導体層は、ｐ型キャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ面を成長面とし、且つ凹凸を有する第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に前記凹凸に接する形で形成され、且つｐ型の第２の窒化物半導体層とを有し、
前記凹凸の側壁直上に位置する前記第２の窒化物半導体層は、ｐ型キャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上であることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第２の窒化物半導体層には、ｐ型を供する不純物として、Ｃが添加されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記ｐ型を供する不純物として、前記Ｃに加えて、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅのいずれか一つ又は複数が添加されていることを特長とする請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面において、ｐ型を供する不純物が、前記凹凸の形状に沿って分布することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記凹凸の側壁表面が主に窒素極性であることを特長とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記凹凸の側壁は、面方位が（１−１０１）、（１１−２２）及び（１−１０２）のうちのいずれかである面を含むことを特長とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第２の窒化物半導体層へＳｉ又はＧｅのいずれか一つ又は双方が添加されていることを特長とする請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記凹凸の形状は、六角錐及び六角錐台形のうちのいずれかであることを特長とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
Ｃ面を成長面として順に形成されたｎ型窒化物半導体層と、発光層と、第１のｐ型窒化物半導体層とを有し、
前記第１のｐ型窒化物半導体層には凹凸が設けられており、
前記第１のｐ型窒化物半導体層上に前記凹凸に接する形で形成された第２のｐ型窒化物半導体層をさらに有し、
前記凹凸の側壁直上に位置する前記第２のｐ型窒化物半導体層は、ｐ型キャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上であることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記第２のｐ型窒化物半導体層には、ｐ型を供する不純物として、Ｃが添加されていることを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記ｐ型を供する不純物として、前記Ｃに加えて、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅのいずれか一つ又は複数が添加されていることを特長とする請求項１０に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記第１のｐ型窒化物半導体層と前記第２のｐ型窒化物半導体層との界面において、ｐ型を供する不純物が、前記凹凸の形状に沿って分布することを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１３】
前記凹凸の側壁表面が主に窒素極性であることを特長とする請求項９に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１４】
前記凹凸の側壁は、面方位が（１−１０１）、（１１−２２）及び（１−１０２）のうちのいずれかである面を含むことを特長とする請求項９に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１５】
前記第２のｐ型窒化物半導体層へＳｉ又はＧｅのいずれか一つ又は双方が添加されていることを特長とする請求項１０に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１６】
前記凹凸の形状は、六角錐及び六角錐台形のうちのいずれかであることを特長とする請求項９に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１７】
前記凹凸の凹部直下に刃状転位を有することを特長とする請求項９に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１８】
前記凹凸の凹部直下に位置する前記発光層中に前記刃状転位が無いことを特長とする請求項１７に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１９】
前記第１のｐ型窒化物半導体層と前記発光層の間に設けられた、窒化物半導体よりなる周期構造をさらに有し、
前記周期構造によって前記刃状転位の方向が曲げられていることを特長とする請求項１８に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２０】
前記周期構造は、異なる組成の窒化物半導体層が周期的に積層された構造であり、
前記周期構造の各層は、Ｉｎ、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを構成元素として含むことを特徴とする請求項１９に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２１】
前記第１のｐ型窒化物半導体層と前記発光層との間に設けられたナノマスクをさらに有し、
前記ナノマスクの直上に前記凹凸の凹部が位置することを特長とする請求項９に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２２】
前記ナノマスクはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）又はＳｉＮ又はＳｉＣで形成されていることを特長とする請求項２１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２３】
基板上に、Ｃ面を成長面として第１の窒化物半導体層を形成する工程（ａ）と、
前記第１の窒化物半導体層の表面に凹凸を形成する工程（ｂ）と、
前記第１の窒化物半導体層の凹凸に接する形で、ｐ型の第２の窒化物半導体層を形成する工程（ｃ）とを有することを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記工程（ｃ）において、前記第２の窒化物半導体層には、ｐ型を供する不純物として、Ｃを添加することを特徴とする請求項２３に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２５】
基板上に、Ｃ面を成長面として、ｎ型窒化物半導体層、発光層及び第１のｐ型窒化物半導体層を順次形成する工程（ａ）と、
前記第１のｐ型窒化物半導体層の表面に凹凸形成する工程（ｂ）と、
前記第１のｐ型窒化物半導体層の凹凸に接する形で、第２のｐ型窒化物半導体層を形成する工程（ｃ）とを有することを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２６】
前記工程（ｃ）において、前記第２のｐ型窒化物半導体層には、ｐ型を供する不純物として、Ｃを添加することを特徴とする請求項２５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２７】
前記工程（ｃ）よりも後に、
前記第２のｐ型窒化物半導体層、発光層の一部を除去することにより、前記ｎ型窒化物半導体層を露出する工程（ｄ）と、
前記第２のｐ型窒化物半導体層上に、前記発光層の発光波長を透過できる正電極を形成する工程（ｅ）と、
前記ｎ型窒化物半導体層上の露出面上に負電極を形成する工程（ｆ）とをさらに有することを特長とする請求項２５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２８】
前記工程（ｃ）よりも後に、
前記基板を除去する工程（ｇ）と、
前記基板を除去することにより露出した前記ｎ型窒化物半導体層の露出面に、前記発光層の発光波長を反射する単層または複数層からなる金属膜を形成する工程（ｈ）とをさらに有することを特長とする請求項２５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２９】
前記工程（ｈ）において、前記金属膜の厚さを１０μｍ以上とすることを特長とする請求項２８記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３０】
前記工程（ｈ）において、前記金属膜の少なくとも一部をメッキにより形成することを特長とする請求項２８に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３１】
前記工程（ｈ）において、前記金属膜は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ及びＡｕのいずれか一つ又は複数を組み合わせて形成される工程ことを特長とする、請求項２８から３０のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発光ダイオードや半導体レーザーなどの半導体素子に適用可能な、ｐ型窒化物半導体層とその製造方法、及び該ｐ型窒化物半導体層を用いた半導体素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ及びこれらの混晶からなるいわゆる窒化物半導体は、可視域から紫外域の波長領域に対応するバンドギャップを有しており、緑色・青色から紫外といった波長範囲にて高出力の発光ダイオードが実現できる材料である。サファイア基板上で高品質化され、ｐ型ＧａＮが実現されて以来、半導体レーザーや高輝度の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ ： ＬＥＤ）に応用され実用化されつつある材料系である。
【０００３】
サファイア基板やＳｉ基板上に窒化物半導体発光素子の構造を結晶成長するとき、Ｃ面（０００１）を成長面として形成した場合、窒化物半導体層にｐ型を供する不純物のＭｇをドーピングし、４００℃以上でアニーリングすることにより低抵抗のｐ型窒化物半導体層を得る技術が提案されている（特許文献１）。この技術が発表されてから、様々な研究機関でｐ型窒化物半導体が研究されるようになった。例えば特許文献２には結晶成長後の冷却速度を遅くする技術、特許文献３には電極のアニーリングとｐ層のアニーリングを同時に行う技術等が示されている。また一方でＭｇに代わるｐ型を供する不純物の研究もなされ、Ｃ面（０００１）と異なる（１−１０１）面を成長面としてＣを添加すると、浅い準位を形成し良好なｐ型窒化物半導体層となることが報告されている（非特許文献１、２）。
【特許文献１】特許第２５４０７９１号公報
【特許文献２】特開平８−３２１１３号公報
【特許文献３】特開平８−５１２３５号公報
【非特許文献１】T. Hikosaka, T. Narita, Y. Honda, M. Yamaguchi, and N. Sawakia, Appl. Phys. Lett. 84, 4717 (2004)
【非特許文献２】Norikatsu KOIDE, Toshiki HIKOSAKA, Yoshio HONDA, Masahito YAMAGUCHI and Nobuhiko SAWAKI, Jpn. J. Appl. Phys., 45, 7655 (2006).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アニーリングによりｐ型層が得られたといっても、そのキャリア濃度は１×１０１８／ｃｍ３より小さい値にしか過ぎず、窒化物半導体発光素子の電気特性改善のためさらにキャリア濃度の高いｐ型層が求められている。また、アニーリングを必要とすると工数が多くなり製造コストが増大する。さらに、添加したＭｇが発光層まで拡散する課題がある。Ｍｇが拡散すると、発光層で結晶欠陥が発生することで内部量子効率低下を招き、著しく発光効率が低下する。他方、上記発光素子の別の例として非特許文献１及び非特許文献２にあるように、Ｃ面（０００１）とは異なる（１−１０１）面を成長面としたＧａＮ層を成長しＣを添加した場合、低抵抗のｐ型層を得られるが、Ｃ面（０００１）上の成長条件を利用できず、且つ、現状Ｓｉ（００１）面７°オフ基板などを凹凸に加工した基板を用いる必要があり、工数が多くなり製造コストが増大する。
【０００５】
そこで、本発明は、アニーリングや基板の加工をしなくても、キャリア濃度が高い低抵抗のｐ型窒化物半導体層の形成を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するために、本発明の窒化物半導体素子は、Ｃ面を成長面とし、且つ凹凸を有する第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層上に前記凹凸に接する形で形成され、且つｐ型の第２の窒化物半導体層とを有し、前記凹凸の側壁直上に位置する前記第２の窒化物半導体層は、ｐ型キャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上である。
【０００７】
このような構成とすることにより、従来必要であった、ｐ型不純物を活性化させるためのアニーリングを用いなくても、ホール濃度が１０１８ｃｍ−３以上と高濃度の良好なｐ型窒化物半導体層を得ることが可能である。また、基板を加工する必要がないので、工数が減り低コストに製造することが可能である。
【０００８】
本発明の窒化物半導体素子では、第２の窒化物半導体層には、ｐ型を供する不純物として、Ｃが添加されていることが好ましい。
【０００９】
本発明の窒化物半導体素子では、ｐ型を供する不純物として、Ｃに加えて、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅのいずれか一つ又は複数を添加することが好ましい。このような構成とすることにより、もし第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体の凹凸にＣ面（０００１）が含まれる構成であったしても、第２の窒化物半導体がより効果的に低抵抗のｐ型を示すことが可能になる。ここで、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅ等はＩＩＩ族サイトの格子に、ＣはＶ族サイトの格子に安定化する。ゆえに、ＣとＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅ等を同時に添加することも可能である。
【００１０】
本発明の窒化物半導体素子では、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面において、ｐ型を供する不純物が、凹凸の形状に沿って分布することが好ましい。
【００１１】
本発明の窒化物半導体素子では、凹凸の側壁表面が主に窒素極性であることが好ましい。このような構成とすることにより、凹凸の側壁に接するように形成された第２の窒化物半導体層にＣが添加されやすくなる。窒素極性の表面は窒素で終端されているのでＣとの置換が置き易いため、Ｃを添加するのに有利である。
【００１２】
本発明の窒化物半導体素子では、凹凸の側壁は、面方位が（１−１０１）、（１１−２２）及び（１−１０２）のうちのいずれかである面を含むことが好ましい。このような構成とすることにより、第２の窒化物半導体層がより効果的に低抵抗のｐ型を示す。特に（１−１０１）及び（１１−２２）の場合、窒素極性であるのでより効率的にＣを添加できる。尚、面方位の表記が違っていても数学上実質的に同質の面方位であれば、上記面方位表記に限らない。
【００１３】
本発明の窒化物半導体素子では、第２の窒化物半導体層へＳｉ又はＧｅのいずれか一つ又は双方が添加されていることが好ましい。このような構成とすることにより、Ｈａｌｌ濃度の制御が可能になる。例えば、ＣはＩＩＩ族の原料であるＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）やＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）などに含まれているため、Ｃが自然に添加されてしまう。ゆえに、必ずしもＨａｌｌ濃度の制御性が良いとは言えない。そこで、第２の窒化物半導体層へＳｉ又はＧｅのいずれか一つ又は双方が添加されることにより、Ｓｉ又はＧｅによるｎ型のキャリアが発生しホールと補償しあうので、任意のＨａｌｌ濃度を設定することが可能になる。
【００１４】
本発明の窒化物半導体素子では、凹凸の形状は、六角錐及び六角錐台形のうちのいずれかであることが好ましい。このような構成とすることにより、Ｃ面（０００１）の表面積が減り凹凸の側壁の表面積が増えるので第２の窒化物半導体のうち低抵抗のｐ型を示す面積が増加し、必然的にｐ型層の抵抗値を下げ、ＶｏｐやＶｆを下げることが可能になる。特に六角錐が良い。六角錐の斜め面は、発光素子に適用した場合、光の取り出しを向上することも同時に期待できる。
【００１５】
本発明の窒化物半導体素子は、Ｃ面を成長面として順に形成されたｎ型窒化物半導体層と、発光層と、第１のｐ型窒化物半導体層とを有し、前記第１のｐ型窒化物半導体層には凹凸が設けられており、前記第１のｐ型窒化物半導体層上に前記凹凸に接する形で形成された第２のｐ型窒化物半導体層をさらに有し、前記凹凸の側壁直上に位置する前記第２のｐ型窒化物半導体層は、ｐ型キャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上である。
【００１６】
このような構成とすることにより、従来必要であった、ｐ型不純物を活性化させるためのアニーリングを用いなくても、ホール濃度が１０１８ｃｍ−３以上と高濃度の良好なｐ型窒化物半導体層を得ることが可能である。また、基板を加工する必要がないので、工数が減り低コストに製造することが可能である。また、低抵抗のｐ型半導体層を得ることができるので、従来と比較して順方向電圧（Ｖｆ）が低い発光素子を提供することができる。
【００１７】
本発明の窒化物半導体素子では、凹凸構造の凹部直下に刃状転位を有する構成とすることができる。このような構成とすることにより、刃状転位を起点としたピット成長によって凹凸がｉｎ−ｓｉｔｕで形成可能になり、コストの低減ができる。
【００１８】
本発明の窒化物半導体素子では、前記凹凸の凹部直下に位置する前記発光層中に刃状転位が無いことが好ましい。このような構成とすることにより、凹部直下に電流が集中しても、凹部直下の発光層には転位が無いので、発光効率を下げないことが可能になる。
【００１９】
本発明の窒化物半導体素子では、前記第１のｐ型窒化物半導体層と前記発光層の間に設けられた、窒化物半導体よりなる周期構造をさらに有し、前記周期構造によって刃状転位の方向が曲げられていることが好ましい。このような構成により、発光層と第１のｐ型窒化物半導体層の間で方向を曲げられた刃状転位の直上に凹部が形成されるので、凹部直下の発光層には転位が無い構成を得ることができ、発光効率の低下を防ぐことができる。
【００２０】
本発明の窒化物半導体素子では、前記周期構造は、異なる組成の窒化物半導体層が周期的に積層された構造であり、前記周期構造の各層は、Ｉｎ、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを構成元素として含むことが好ましい。
【００２１】
本発明の窒化物半導体素子では、前記第１のｐ型窒化物半導体層と前記発光層との間に設けられたナノマスクをさらに有し、前記ナノマスクの直上に前記凹凸の凹部が位置する構成とすることができる。このような構成とすることにより、格子定数差に起因した３次元成長が起きるので、凹凸がｉｎ−ｓｉｔｕで形成可能になり、コストの低減ができる。また、転位を必要としないので、発光効率を低下させずに凹凸形成可能である。
【００２２】
本発明の窒化物半導体素子では、前記ナノマスクはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）、ＳｉＮ又はＳｉＣで形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、容易に３次元成長が可能で、ｉｎ−ｓｉｔｕでナノマスクを形成することができ、コストを低減できる。
【００２３】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、基板上に、Ｃ面を成長面として第１の窒化物半導体層を形成する工程（ａ）と、前記第１の窒化物半導体層の表面に凹凸を形成する工程（ｂ）と、前記第１の窒化物半導体層の凹凸に接する形で、ｐ型の第２の窒化物半導体層を形成する工程（ｃ）とを有する。
【００２４】
このような製造方法により、従来必要であった、ｐ型不純物を活性化させるためのアニーリングを用いなくても、ホール濃度が１０１８ｃｍ−３以上と高濃度の良好なｐ型窒化物半導体層を得ることが可能である。また、基板および窒化物半導体素子を加工する必要がないので、工数が減り低コストに製造することが可能である。
【００２５】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記工程（ｃ）において、前記第２の窒化物半導体層には、ｐ型を供する不純物として、Ｃを添加することが好ましい。
【００２６】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、基板上に、Ｃ面を成長面として、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型の第１の窒化物半導体層を順次形成する工程（ａ）と、前記第１のｐ型窒化物半導体層の表面に凹凸形成する工程（ｂ）と、前記第１のｐ型窒化物半導体層の凹凸に接する形で、第２のｐ型窒化物半導体層を形成する工程（ｃ）とを有する。
【００２７】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記工程（ｃ）よりも後に、前記第２のｐ型窒化物半導体層、発光層の一部を除去することにより、前記ｎ型窒化物半導体層を露出する工程（ｄ）と、前記ｐ型第２の窒化物半導体層上に、前記発光層の発光波長を透過できる正電極を形成する工程（ｅ）と、前記ｎ型窒化物半導体層上の露出面上に負電極を形成する工程（ｆ）とをさらに有してもよい。
【００２８】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記工程（ｃ）よりも後に、前記基板を除去する工程（ｇ）と、前記基板を除去することにより露出した前記ｎ型窒化物半導体層の露出面に、前記発光層の発光波長を反射する単層または複数層からなる金属膜を形成する工程（ｈ）とをさらに有してもよい。
【００２９】
このような製造方法により、発光効率を向上し、基板による光吸収、応力、放熱の悪化などを改善した発光素子を製造することが可能である。
【００３０】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記工程（ｈ）において、前記金属膜の厚さを１０μｍ以上とすることが好ましい。このような製造方法により、放熱性がより改善する。
【００３１】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記工程（ｈ）において、前記金属膜の少なくとも一部をメッキにより形成することが好ましい。このような製造方法により、金属膜を高速に形成でき、より低コストに発光素子を製造することができる。
【００３２】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記工程（ｈ）において、前記金属膜は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ及びＡｕのいずれか一つ又は複数を組み合わせて形成されることが好ましい。このような製造方法により、発光層から放射された光に対し高反射率で、且つ放熱性に優れた金属膜を形成できる。
【発明の効果】
【００３３】
従来の窒化物半導体層にＭｇを添加してアニーリングすることで得られたｐ型窒化物半導体層と比較して、高キャリア濃度の良好なｐ型窒化物半導体層を得ることが可能である。また、ｐ型不純物を活性化させるためのアニーリングを用いなくても高キャリア濃度のｐ型窒化物半導体層を得ることができるので、工数を減らすことができ、コストを大幅に低減できる。また、このようにして得られたｐ型窒化物半導体層を例えば発光素子構造に適用した場合、従来と比較して順方向電圧（Ｖｆ）が低い発光素子を提供することができ、さらに、Ｍｇを用いなくても高キャリア濃度のｐ型窒化物半導体層を得ることができるので、発光層への不純物拡散が低減でき、高効率発光を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
＜実施形態１＞
以下に、本願発明の実施形態１について説明する。図１は、本願発明の実施形態１に係る半導体積層構造の断面図である。
【００３５】
実施形態１の半導体積層構造では、（１１１）面を主面とするＳｉ基板１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２、アンドープＧａＮからなる第１の窒化物半導体層１０３がＣ面（０００１）面を成長面としてこの順に形成され、第１の窒化物半導体層の上に、ｐ型ＧａＮからなる第２の窒化物半導体層１０４が形成されている。
【００３６】
ここで、第１の窒化物半導体層１０３は凹凸を有しており、該凹凸に接するように第２の窒化物半導体層１０４が形成されている。第１の窒化物半導体層１０３の凹凸の側面の少なくとも一部は、窒素極性面により構成されており、例えば（１−１０１）により構成されている。第２の窒化物半導体層１０４には、ｐ型を供する不純物としてＣが添加されており、凹凸の側壁直上に位置する前記第２の窒化物半導体層１０４は、ｐ型キャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上となっている。
【００３７】
本実施形態の半導体積層構造では、第２のｐ型窒化物半導体層２が窒素極性面である（１−１０１）面上に形成されており、且つＣが添加されている。これにより、図１１に示すように、（１−１０１）面上に成長した第２の窒化物半導体層１０４は、低抵抗のｐ型となる。（１−１０１）面は図１２に示すように格子表面が窒素で終端された窒素極性面であり、Ｇａ極性のＣ面（０００１）面の表面と比べてＣ元素とＮ元素の置換が起きやすい。ゆえに、高濃度にＣ元素を添加できる。第２の窒化物半導体層１０４の成長面が窒素極性であれば良いので、凹凸の側面は（１−１０１）に限られず、（１１−２２）などの面方位であっても高濃度にＣ元素を添加できる。また、基板１をＧａＮとし、ＧａＮ基板の窒素極性側（通常基板の裏面）を用いることも可能である。
【００３８】
凹凸側面上に成長した第２の窒化物半導体層に高濃度にＣが添加されるため、第１の窒化物半導体層１０３と第２の窒化物半導体層１０４の界面においては、凹凸形状に沿った形でＣ元素が分布することが確認できる。
【００３９】
ここで、第２の窒化物半導体層に添加する元素はＣだけでなく、さらにＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅ等の周期律表第ＩＩＡ族、ＩＩＢ族元素を一つまたは複数添加しても良い。これにより、前記凹凸表面がＣ面（０００１）面を含んでいるとき、より良好なｐ型層となる。Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅ等の元素はＩＩＩ族サイトの格子に、ＣはＶ族サイトの格子に安定化する。ゆえに、Ｃ元素とＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅ等の元素を同時に添加することが可能である。
【００４０】
なお、本実施形態では基板１にＳｉを用いたが、これに限られず、サファイア、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓなどを用いても良い。また、非導電性基板、高抵抗基板、ｐ型基板、ｎ型基板、など、さまざまな導電性を有する基板や、これらの導電性を部分的に有する基板を用いることができる。これは以下に述べる他の実施形態でも同様である。
【００４１】
本実施形態では、バッファ層２にＡｌＮを用いたが、これに限られず、また基板材料によっては、バッファ層がなくても良い。バッファ層２の組成としては好ましくは、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜a≦１）、より好ましくはＡｌＮを用いる。ここでＡｌＮ層の機能的な役割は、ＳｉとＧａの反応による異常成長を防ぐことである。Ｓｉ基板上にＧａＮ成長を行うことの大きな問題は、いわゆるメルトバックエッチング効果である。成長初期に高温でＧａとＳｉが合金を形成し、Ｓｉ基板とＧａＮ層が破壊されるほどの強いエッチング反応を引き起こす。そこで、一定の厚みのＡｌＮ層が必要となる。結晶性向上、成長時間を考慮して、５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のＡｌＮ層が最も良い。バッファ層の厚みは、より好ましくは２０ｎｍ以上あると、ＳｉとＧａの反応によるメルトバックエッチング効果を十分に抑制できる。Ｓｉ基板上の窒化物半導体成長のもうひとつの問題は、熱膨張係数差・格子定数差によるクラックの発生である。Ｓｉ基板（１１１）面と窒化物半導体Ｃ面（０００１）のａ軸の格子不整合の割合はＧａＮで２０．４％、ＡｌＮで２３．４％ほどある。またさらに、熱膨張係数差は窒化物半導体層に引っ張り応力を与えることになる。そこで、基板１とバッファ層２の間あるいは基板１と第１の窒化物半導体層１０３の間にさらにバッファ層として、ＡｌＮとＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦a＜１）の超格子構造を挿入すると、熱膨張係数差や格子定数差による応力を緩和できるためクラックが発生しにくくなる。バッファ層は好ましくはＡｌＮとＧａＮの周期構造で、クラック抑制及び成長時間を考慮して、周期数は１０周期以上２００周期以下が良い。好ましくは５０周期以上必要である。また、ｎ型層として機能させるために、Ｓｉをドーピングする。ＡｌＮとＧａＮの厚みはそれぞれ１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。特にＡｌＮは半絶縁であるので、トンネル効果を利用できる膜厚としている。これは、以下に述べる他の実施形態でも同様である。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１の窒化物半導体層はアンドープとしたが、ｎ型やｐ型の導電型であっても良い。
【００４３】
以上のような低抵抗ｐ型半導体層を含む半導体積層構造を、発光デバイス、電子デバイスなどの様々な半導体素子に適用することができる。
【００４４】
＜実施形態１の製造方法＞
以下に、図１のＬＥＤの製造方法を示す。図２Ａ〜図２Ｅは本発明の実施形態１に係るＬＥＤの製造方法を示したものである。
【００４５】
窒化物半導体の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）、熱ＣＶＤ、ＨＤＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線気相成長法）等の気相成長装置を用いる。
【００４６】
まず、図２Ａに示したように、（１１１）面を主面とするＳｉ基板１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２、アンドープＧａＮからなる第１の窒化物半導体層１０３を、Ｃ面（０００１）面を主面としてこの順に形成する。
【００４７】
次に、図２Ｂに示すように、第１の窒化物半導体層１０３の表面に凹凸を形成する。凹凸は、例えば図２Ｄに示す方法で結晶成長によって形成でき、刃状転位を利用してピット成長する。このとき、刃状転位上に凹凸の凹部が形成される。ピット成長するには、第１の窒化物半導体層１０３の成長温度又は成長速度で制御することが可能である。成長温度でピット成長させるには、ＧａＮの場合５００℃〜９００℃の範囲が望ましい。成長温度が低すぎると結晶性の低下が起きるので、より好ましくは８００℃〜９００℃である。成長速度で制御する場合は、１μｍ／ｈ〜６μｍ／ｈの範囲が望ましい。より好ましくは４μｍ／ｈ〜６μｍ／ｈが良い。実際に形成した結果をＳＥＭによって観察した鳥瞰図を図２Ｅに示す。第１の窒化物半導体層１０３の凹凸の側壁の面方位は（１−１０１）面である。
【００４８】
次に、図２Ｃに示すように、第１の窒化物半導体層１０３の凹凸の側面に接するように、ＧａＮからなり、且つｐ型不純物としてＣが添加された第２の窒化物半導体層１０４を形成する。Ｃの添加方法として、故意又は自然に添加する方法がある。故意に添加する場合は、第２の窒化物半導体層７の（１−１０１）面を成長中に炭化水素（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ）のＣ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、ＣＨ４、やハロゲンメタン（ｈａｌｏｍｅｔｈａｎｅ）のＣＣｌ４、ＣＨＣｌ３、ＣＩ４、ＣＢｒ４などのガス原料を用いる。自然にＣを添加する場合は、ＩＩＩ族原料に有機金属を用いてＶ／ＩＩＩ比を下げるか、成長温度を下げることで可能である。ここで、ＩＩＩ族原料にはＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）が好ましい。Ｖ族原料はＮＨ３を用いることが好ましいが、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）などの有機化合物系の窒化物を単独あるいはＮＨ３との混合で用いると、よりＣの自然添加量が多くなる。ここで、第２の窒化物半導体層１０４は、第１の窒化物半導体層１０３の凹凸を反映し、表面に凹凸が形成される。
【００４９】
以上の方法によれば、凹凸の側壁直上に位置する前記第２の窒化物半導体層１０４のｐ型キャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上とすることができ、低抵抗のｐ型半導体層を得ることができる。
【００５０】
＜実施形態２＞
以下に、本願発明の実施形態２について説明する。図３は本願発明の実施形態２に係るＬＥＤの断面図である。
【００５１】
実施形態２の窒化物半導体発光素子では、（１１１）面を主面とするＳｉ基板１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２、ｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層３、発光層４、ｐ型ＡｌＧａＮからなるオーバーフロー抑制層（以下ＯＦＳ層）５、ｐ型ＧａＮからなる第１のｐ型窒化物半導体層６がＣ面（０００１）面を主面としてこの順に形成され、第１のｐ型窒化物半導体層６の上にｐ型ＧａＮからなる第２のｐ型窒化物半導体層７が形成され、発光層４、ＯＦＳ層５、第１のｐ型窒化物半導体層６、第２のｐ型窒化物半導体層７の一部が除去されｎ型窒化物半導体層３が露出した領域上に、負電極８が形成されている。また、第２のｐ型窒化物半導体層７の上には正電極９が形成され、正電極９の上にパッド電極１０が形成されている。発光層４は、ＧａＮからなる障壁層と、ＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる井戸層とを交互に積層して形成された、多重量子井戸構造である。負電極８はＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕが順に積層された積層膜からなり、正電極９は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなり、パッド電極１０はＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなる。
【００５２】
ここで、第１のｐ型窒化物半導体層６は凹凸を有しており、該凹凸に接するように第２のｐ型窒化物半導体層７が形成されている。第１のｐ型窒化物半導体層６の凹凸の側面の少なくとも一部は、窒素極性面により構成されており、例えば（１−１０１）により構成されている。第１のｐ型窒化物半導体層６には、ｐ型を供する不純物としてＣが単独か、または、Ｃに加えてＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅのいずれか一つ又は複数が添加されており、第２のｐ型窒化物半導体層７には、ｐ型を供する不純物としてＣが添加されており、凹凸の側壁直上に位置する前記第２の窒化物半導体層７は、ｐ型キャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上となっている。
【００５３】
本実施形態の窒化物半導体発光素子では、第２のｐ型窒化物半導体層７が窒素極性面である（１−１０１）面上に形成されており、且つＣが添加されている。これにより、図１１に示すように、（１−１０１）面上に成長した第２のｐ型窒化物半導体層７は、低抵抗のｐ型となる。（１−１０１）面は図１２に示すように格子表面が窒素で終端された窒素極性面であり、Ｇａ極性のＣ面（０００１）面の表面と比べてＣ元素とＮ元素の置換が起きやすい。ゆえに、高濃度にＣ元素を添加できる。第２のｐ型窒化物半導体層７の成長面が窒素極性であれば良いので、凹凸の側面は（１−１０１）に限られず、（１１−２２）などの面方位であっても高濃度にＣ元素を添加できる。また、基板１をＧａＮとし、ＧａＮ基板の窒素極性側（通常基板の裏面）を用いることも可能である。
【００５４】
凹凸側面上に成長した第２のｐ型窒化物半導体層に高濃度にＣが添加されるため、第１のｐ型窒化物半導体層６と第２のｐ型窒化物半導体層７の界面においては、凹凸形状に沿った形でＣ元素が分布することが確認できる。
【００５５】
ここで、第２のｐ型窒化物半導体層７に添加する元素はＣだけでなく、さらにＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅ等の周期律表第ＩＩＡ族、ＩＩＢ族元素を一つまたは複数添加しても良い。これにより、前記凹凸表面がＣ面（０００１）面を含んでいるとき、より良好なｐ型層となり順方向電圧（Ｖｆ）を低くすることができる。Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅ等の元素はＩＩＩ族サイトの格子に、ＣはＶ族サイトの格子に安定化する。ゆえに、Ｃ元素とＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ及びＢｅ等の元素を同時に添加することが可能である。
【００５６】
本実施形態のＬＥＤと、図１３に示した従来のＬＥＤについて、Ｉ−Ｖ特性の比較を行った。Ｉ−Ｖ特性の比較結果を図５に示す。本実施形態のＬＥＤ及び従来のＬＥＤをそれぞれ２０ｍＡで駆動した場合、駆動電圧はそれぞれ３．７Ｖ、３．９Ｖであり、２０ｍＡ駆動で０．２Ｖ低減していることがわかる。
【００５７】
本実施形態ではｎ型窒化物半導体層３はＧａＮ単層としたが、これに限られず、単層でも複数の層でもよい。結晶欠陥の少ない窒化物半導体層を得るために、ＧａＮ又は混晶比ｘ及びｙが０．２以下のＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）とすることが好ましい。また、ｎ型窒化物半導体層３の膜厚はクラック発生又は成長時間を考慮して０．１μｍ以上が好ましく、１０μｍ以下が好ましい。特にＳｉ基板等への異種基板成長の場合、厚いほど結晶性がよくなる傾向を持つ。また、Ｓｉ基板上の窒化物半導体層を成長する場合、ｎ型窒化物半導体層の厚みを３μｍ以下とすることで発光素子にクラックが発生しにくくなり、歩留まりが向上する傾向にある。ｎ型窒化物半導体層３は、Ｓｉを１×１０１８ｃｍ−３以上添加するのが好ましく、１×１０１９ｃｍ−３以下添加するのが好ましい。ｎ型窒化物半導体層３中において、発光層４への応力を緩和する目的で、は混晶比ｘが０．３以下のＩｎｘＧａ１−ｘＮの単層または周期構造を挿入しても良い。これは、以下に述べる他の実施形態でも同様である。
【００５８】
本実施形態では発光層４にＧａＮとＩｎａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる多重量子井戸構造を用いたが、これに限られず、単一量子井戸構造や多重量子井戸構造を用いることができ、Ｉｎ及びＧａを含有する窒化物半導体のＩｎａＧａ１−ａＮ（０≦a＜１）で形成される。多重量子井戸構造を用いる場合には、発光層が障壁層および井戸層を有することとなるが、障壁層は例えばＧａＮで厚みを１０ｎｍ、井戸層は例えばＩｎａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）で厚みを３ｎｍとしている。尚、発光層全体の膜厚はとくに限定されるものではなく、発光波長等を考慮して、障壁層及び井戸層の各積層数や積層順を調整し発光層の各膜厚を設定することができる。上記は電流注入により例えば４００ｎｍから５００ｎｍの間、特に４７０ｎｍ付近の青色発光が生じる構成である。また、発光層４とＭｇを添加しているｐ型層（例えばＯＦＳ層５）との間に、Ｍｇの発光層４への拡散を防ぐ目的でアンドープのＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）層を挿入しても良い。これは以下に述べる他の実施形態でも同様である。
【００５９】
本実施形態では、第１のｐ型窒化物半導体層６と発光層４との間にＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜a≦１）からなるOFS層を挿入している。機能的に説明すると、ｎ型窒化物半導体層側からの電子のオーバーフローを防ぎ、発光層での発光再結合の確率を高めることが可能である。たとえば、発光層の障壁層がＧａＮで井戸層がＩｎＧａＮで構成されている場合、クラックの抑制及びＡｌ原料による不純物の増加による結晶性低下を防ぐことを考慮して、ＯＦＳ層の組成はＡｌが５％以上３０％以下であることが好ましく、厚みが２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。なお、ＯＦＳ層５は必ずしも必要ではなく、なくてもよい。これは、以下に述べる他の実施形態でも同様である。
【００６０】
本実施形態では、第１のｐ型窒化物半導体層６及び第２のｐ型窒化物半導体層７は各々単層のＧａＮとしたが、これに限られず、複数の層でもよい。ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に発光層を設けるダブルへテロ接合の場合には、ｐ側クラッド層として、発光層の発光エネルギー（発光波長）よりもバンドギャップエネルギーの大きいｐ型窒化物半導体層が少なくともあればよい。ｐ型窒化物半導体層６、７の組成として好ましくは３元混晶の窒化物半導体、より好ましくはＩｎ、Ａｌを含まない２元混晶のＧａＮからなる窒化物半導体とすると、正電極９とのオーミック接触をより良好にでき、発光効率を向上させることができる。これは、以下に述べる他の実施形態でも同様である。
【００６１】
本実施形態では、負電極８はＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕが順に積層された積層膜を用いたが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金、積層構造、さらにはそれらの化合物などでもよい。これは、以下に述べる他の実施形態でも同様である。
【００６２】
本実施形態では、正電極９としてＩＴＯを用いたが、ｐ型窒化物半導体層用の正電極の材料としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ti、Zr、Hf、V、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｌａ、Ｃｕ、Ａｇ及びＹよりなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金、積層構造、さらには、それらの化合物、例えば、導電性の酸化物などがあり、導電性の金属酸化物（酸化物半導体）としては、錫をドーピングした厚さ５ｎｍ〜１０μｍの酸化インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、またはＳｎＯ２、若しくはそれらにＧａなどの窒化物半導体のＩＩＩ族元素などをドーピングしたものなどが挙げられ、透光性を有する電極として好ましい。これは、以下に述べる他の実施形態でも同様である。
【００６３】
なお、本実施形態では、凹凸の側壁直上に位置する前記第２の窒化物半導体層１０４のｐ型キャリア濃度を１×１０１８／ｃｍ３以上としたが、本発明によれば、さらにｐ型キャリア濃度を大きくすることが可能であり、１×１０１９／ｃｍ３以上であることが好ましい。これは、以下に述べる他の実施形態でも同様である。
【００６４】
＜実施形態２の製造方法＞
以下に、図３のＬＥＤの製造方法を示す。図４Ａ〜図４Ｇは本発明の実施形態２に係るＬＥＤの製造方法を示したものである。
【００６５】
窒化物半導体の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）、熱ＣＶＤ、ＨＤＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線気相成長法）等の気相成長装置を用いる。
【００６６】
まず、図４Ａに示したように、（１１１）面を主面とするＳｉ基板１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２、ｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層３、発光層４、ｐ型ＡｌＧａＮからなるオーバーフロー抑制層（以下ＯＦＳ層）５、ｐ型ＧａＮからなる第１のｐ型窒化物半導体層６を、Ｃ面（０００１）面を主面としてこの順に形成する。
【００６７】
次に、図４Ｂに示すように、第１のｐ型窒化物半導体層６の表面に凹凸を形成する。凹凸は、例えば図４Ｇに示す方法で結晶成長によって形成でき、刃状転位を利用してピット成長する。このとき、刃状転位上に凹凸の凹部が形成される。ピット成長するには、第１のｐ型窒化物半導体層６の成長温度又は成長速度で制御することが可能である。成長温度でピット成長させるには、ＧａＮの場合５００℃〜９００℃の範囲が望ましい。成長温度が低すぎると結晶性の低下が起きるので、より好ましくは８００℃〜９００℃である。成長速度で制御する場合は、１μｍ／ｈ〜６μｍ／ｈの範囲が望ましい。より好ましくは４μｍ／ｈ〜６μｍ／ｈが良い。第１のｐ型窒化物半導体層６の凹凸の側壁の面方位は（１−１０１）面である。
【００６８】
次に、図４Ｃに示すように、第１のｐ型窒化物半導体層６の凹凸の側面に接するように、ｐ型ＧａＮからなり、且つＣが添加された第２のｐ型窒化物半導体層７を形成する。Ｃの添加方法として、故意又は自然に添加する方法がある。故意に添加する場合は、第２のｐ型窒化物半導体層７の（１−１０１）面を成長中に炭化水素（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ）のＣ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４及びＣＨ４や、ハロゲンメタン（ｈａｌｏｍｅｔｈａｎｅ）のＣＣｌ４、ＣＨＣｌ３、ＣＩ４及びＣＢｒ４などのガス原料を用いる。自然にＣを添加する場合は、ＩＩＩ族原料に有機金属を用いてＶ／ＩＩＩ比を下げるか、成長温度を下げることで可能である。ここで、ＩＩＩ族原料にはＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）が好ましい。Ｖ族原料はＮＨ３を用いることが好ましいが、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）などの有機化合物系の窒化物を単独あるいはＮＨ３との混合で用いると、よりＣの自然添加量が多くなる。ここで、第２のｐ型窒化物半導体層７は、第１のｐ型窒化物半導体層６の凹凸を反映し、表面に凹凸が形成される。
【００６９】
次に、図４Ｄに示すように、第２のｐ型窒化物半導体層７、第１のｐ型窒化物半導体層６、ＯＦＳ層５、発光層４の一部を除去し、ｎ型窒化物半導体層３の一部を露出させる。第２のｐ型窒化物半導体層７上の凹凸構造を残したままｎ型窒化物半導体層３の一部が露出した構造を形成するには、例えば一辺の長さが５μｍから１００μｍの範囲の正方形状に選択的に例えばレジストやＮｉ金属薄膜（図示せず）を形成し、これをマスクとして例えばＣｌ２ガスを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチングと呼ばれるドライエッチングにより、第２のｐ型窒化物半導体層７、第１のｐ型窒化物半導体層６、ＯＦＳ層５、発光層４の一部を選択的に除去することで可能である。さらに、露出したｎ型窒化物半導体層３の表面上に選択的に、例えば電子ビーム蒸着とリフトオフにより、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ順に積層した負電極８を形成する。負電極８のコンタクト抵抗低減のために、例えばＮ２雰囲気中で、５５０℃以上でシンタを行っても良い。
【００７０】
次に、図４Ｅに示すように、ＩＴＯからなる正電極９を第２のｐ型窒化物半導体層７の凹凸の（１−１０１）面に沿って形成し、正電極９の上にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるワイヤーボンディング用のパッド電極１０を設ける。
【００７１】
電極形成後、図４Ｆに示すように、例えばダイシングにより、チップサイズ２５０μｍから１０００μｍ角の発光ダイオードチップに分割する。このチップを例えば適切な支持基板上にメッキバンプで実装し、Ａｇペーストを用いてパッケージ表面に実装し、続いて例えばＹＡＧ蛍光体を塗布し、樹脂で砲弾形状に封じる。
【００７２】
＜実施形態２の変形例１＞
以下に、本発明の実施形態２の変形例１について説明する。図６は本願発明の実施形態１の変形例１に係るＬＥＤの断面図である。実施形態２と同じ構成については、同一の番号を付すことにより説明を省略する。
【００７３】
本変形例では、基板１が除去され、露出したｎ型窒化物半導体層３上にＡｌ／Ｔｉ／Ｃｕを順に積層した反射膜１１、反射膜１１の上にＣｕからなる金属膜１２を有している。これにより、発光層４からｎ型半導体層側に放射された光が、反射膜１１により反射され、ｐ型層側から取り出されることにより、発光効率が向上する。また、金属膜１２により放熱性が向上する。金属膜１２の膜厚は、１０μｍ以上あることが好ましい。
【００７４】
＜実施形態１の変形例１の製造方法＞
実施形態２の変形例１の製造方法は、実施形態２の製造方法において、正電極９の形成まで終えた後、例えばＳｉからなる支持基板１３を第２のｐ型窒化物半導体層側に張り合わせ、基板１をウェットエッチング（フッ硝酸）またはガスエッチング（Ｃｌ２）により除去し、露出したｎ型窒化物半導体層３上に反射膜１１としてＡｌ／Ｔｉ／Ｃｕの積層膜を蒸着し、金属膜１２としてＣｕをめっきにて形成し、張り合わせに用いた支持基板１３を取り除き、正電極９上に電極パッド１０を形成することにより製造できる。
【００７５】
＜実施形態２の変形例２＞
以下に、本願発明の実施形態２の変形例２について説明する。図３に示したＬＥＤは、いわゆる横型構造であるが、これに限られず、縦型構造とすることもできる。図７は本願発明の実施形態２の変形例２に係る縦型ＬＥＤの断面図である。実施形態２と同じ構成については、同一の番号を付すことにより説明を省略する。
【００７６】
実施形態２と異なる点は以下の通りである。実施形態２では、負電極８は、第２のｐ型窒化物半導体層７、第１のｐ型窒化物半導体層６、ＯＦＳ層５、発光層４の一部を除去し、ｎ型窒化物半導体層３の一部を露出させた上に形成されていた。これに対し、本変形例では、Ｓｉ基板１が除去され、露出したｎ型窒化物半導体層３上にＡｌ／Ｔｉ／Ｃｕを順に積層した反射膜１１、反射膜１１の上に形成されたＣｕからなる金属膜１２を有し、負電極８は省略されている。正電極９と金属膜１２の間に縦方向に電流を流すことにより、直列抵抗を低減できる。反射膜１１による発光効率の向上、金属膜１２による放熱性の向上の効果については、変形例１において述べたのと同様である。
【００７７】
＜実施形態２の変形例２の製造方法＞
実施形態２の変形例２の製造方法は、実施形態２の製造方法において、第２のｐ型窒化物半導体層７の形成まで終えた後、第２のｐ型窒化物半導体層７上に正電極９を形成し、変形例１と同様に、支持基板１３貼り付けから基板１の除去、反射膜１１の形成、金属膜１２の形成、支持基板１３の除去を順次行い、正電極９の上に電極パッド１０を形成することにより製造できる。
【００７８】
＜実施形態３＞
実施形態３について説明する。実施形態２ではＬＥＤについて説明したが、本発明のｐ型窒化物半導体層は、ＬＤにも適用可能である。図８は本願発明の実施形態３に係るレーザーダイオード（以下ＬＤ）の断面図である。
【００７９】
実施形態３の窒化物半導体発光素子では、（０００１）面を主面とするｎ型ＧａＮからなる基板２０１上に、ｎ型ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦a＜１）からなるｎ型窒化物半導体層２０３、発光層２０４、ｐ型ＡｌＧａＮからなるＯＦＳ層２０５、ｐ型ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜a＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層６、ｐ型ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜a＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層７が、Ｃ面（０００１）面を主面としてこの順に形成されている。さらに第２のｐ型窒化物半導体層７の上に正電極２０９が、基板１の裏に負電極２０８が形成されることにより、縦型構造となっている。発光層４は、ＧａＮからなる障壁層と、ＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる井戸層とを交互に積層して形成された、多重量子井戸構造である。負電極２０８はＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを順に積層した積層膜からなり、正電極２０９は〜からなる。また、第１のｐ型窒化物半導体層６に、面内への電流拡散を制御するｎ型ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦a＜１）からなる電流狭窄層２１４が挿入されている。こうすることで、電流開口部２１５に選択的に電流が流れ、発光領域を絞ることができる。
【００８０】
ここで、第１のｐ型窒化物半導体層６は凹凸を有しており、該凹凸に接するように第２のｐ型窒化物半導体層が形成されている。第１のｐ型窒化物半導体層６の凹凸の側面の少なくとも一部は、窒素極性面により構成されており、例えば（１−１０１）により構成されている。第１のｐ型窒化物半導体層６には、ｐ型を供する不純物として〜が添加されており、第２のｐ型窒化物半導体層には、ｐ型を供する不純物としてＣが添加されている。
【００８１】
また、本実施形態はＬＤであるため、光を導波路に強く閉じこめるために発光層を挟むｎ型層、ｐ型層それぞれに、クラッド層として発光層よりもバンドギャップエネルギーの大きい層が少なくともあることが好ましい。たとえば、ｎ型層、ｐ型層が、組成がＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）である層を含むのが好ましい。
【００８２】
＜実施形態４＞
実施形態４の発光素子について説明する。図９Ａは本発明の実施形態４に係るＬＥＤ断面図であり、発光層から凹凸を有するｐ型層までの部分を現している。
【００８３】
本実施形態のＬＥＤの構造は、基本的に実施形態２と同じあるが、図９Ａに示すように、第１のｐ型半導体層６において、凹凸構造と発光層の間に周期構造（ＳＬｓ層）３１６が挿入されている点で、実施形態１と異なる。周期構造３１６は、ＧａＮとＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜a≦１）を交互に積層させた超格子構造である。周期数は１５周期で、Ａｌ組成は２０％である。周期数、組成はこれに限られない。また、２層を交互に積層したものに限られず、互いに組成の異なる３層以上の多層周期であってもかまわない。
【００８４】
周期構造３１６は、基板と窒化物半導体の間で発生した刃状転位の方向を変えることを目的としている。図４Ｇに示したように、電流は凹凸構造の凹部の直下に流れすい。ここで凹部直下の発光層に転位存在すると、電流が流れやすい部分の発光層に転位が存在することになり、発光効率が低下する。そこで、基板から窒化物半導体を成長する際に生じる転位の方向を、周期構造３１６により曲げ、方向を曲げられた転位上に凹凸構造の凹部がくることにより、凹部直下の発光層には転位がない構造を得ることができる。このような構造では、電流が流れやすい凹部直下の発光層において転位がないため、発光効率を上げることができる。
【００８５】
図９Ｂに実際のＴＥＭ像を示しており、転位の方向が曲げられているのが分かる。
【００８６】
本実施形態ではＬＥＤについて述べたが、実施形態３のようなＬＤにも周期構造３１６を適用することができる。
【００８７】
＜実施形態５＞
実施形態５の発光素子について説明する。図１０は本発明の実施形態５に係るＬＥＤ断面図であり、発光層から凹凸を有するｐ型層までの部分を現している。
【００８８】
本実施形態のＬＥＤの構造は、基本的に実施形態２と同じあるが、図１０に示すように、第１のｐ型半導体層６において、凹凸構造と発光層との間にナノマスク４１７が挿入されている点で、実施形態１と異なる。ナノマスク４１７の材料としては、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣなどをを用いることができ、またｉｎ−ｓｉｔｕで形成されることが好ましい。マスクサイズは、成長時間やマスク上への成長促進の観点から１ｎｍから１００ｎｍの範囲が好ましい。
【００８９】
このような構成とすることにより、格子定数差に起因した３次元成長より凹凸構造が形成できる。さらに凹凸構造をｉｎ−ｓｉｔｕで形成可能になり、コストの低減ができる。また、転位を必要としないので、発光効率を低下させずに凹凸を形成することが可能である。
【００９０】
本実施形態ではＬＥＤについて述べたが、実施形態３のようなＬＤにもナノマスク４１７を適用することができる。
【００９１】
以上に述べた実施形態は、本発明の技術思想の範囲で、自由に変形可能である。また、図面は図５のＩ−Ｖ特性図を除いて、本発明の一実施形態を模式的に示す図であり、一部誇張などがなされているが、本発明はこれらの図面の構造に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、窒化物半導体よりなる発光ダイオード、半導体レーザダイオード等の窒化物半導体発光デバイスの高輝度化、あるいは低コスト化を実現でき、産業上の価値は大なるものがある。本発明の発光素子は、ｐ型窒化物半導体層に（１−１０１）面を有する凹凸構造について説明したが、その別素子として、Ｓｉ基板上に窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）なども形成可能であり、窒化物半導体素子で別素子を設けて集積素子の一部を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施形態１に係る半導体積層構造の模式断面図。
【図２Ａ】本発明の実施形態１に係る半導体積層構造の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図２Ｂ】本発明の実施形態１に係る半導体積層構造の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図２Ｃ】本発明の実施形態１に係る半導体積層構造の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図２Ｄ】本発明の実施形態１に係る半導体積層構造の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図２Ｅ】本発明の実施形態１に係る半導体積層構造の製造工程中におけるＳＥＭ鳥瞰図。
【図３】本発明の実施形態２に係る発光素子の模式断面図。
【図４Ａ】本発明の実施形態２に係る発光素子の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図４Ｂ】本発明の実施形態２に係る発光素子の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図４Ｃ】本発明の実施形態２に係る発光素子の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図４Ｄ】本発明の実施形態２に係る発光素子の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図４Ｅ】本発明の実施形態２に係る発光素子の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図４Ｆ】本発明の実施形態２に係る発光素子の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図４Ｇ】本発明の実施形態２に係る発光素子の製造方法の一工程を示す模式断面図。
【図５】本発明の実施形態２に係る発光素子と従来の発光素子のＩ−Ｖ特性比較図。
【図６】本発明の実施形態２の変形例１に係る発光素子の模式断面図。
【図７】本発明の実施形態２の変形例２に係る発光素子の模式断面図。
【図８】本発明の実施形態３に係る発光素子の断面図。
【図９Ａ】本発明の実施形態４に係る発光素子の模式断面図。
【図９Ｂ】本発明の実施形態４に係る発光素子のＴＥＭ図。
【図１０】本発明の実施形態５に係る発光素子の模式断面図。
【図１１】本発明の実施形態１に係るｐ型窒化物半導体層の低抵抗化の模式図。
【図１２】（１−１０１）をＡ面（１１−２０）から見た模式断面図。
【図１３】従来構造の発光素子の模式断面図。
【符号の説明】
【００９４】
１、２０１    基板
２    バッファ層
１０３    第１の窒化物半導体層
１０４    第２の窒化物半導体層
３、２０３    ｎ型窒化物半導体層
４、２０４    発光層
５、２０５    ＯＦＳ層
６、２０６    第１のｐ型窒化物半導体層
７、２０７    第２のｐ型窒化物半導体層
８、２０８    負電極
９、２０９    正電極
１０    パッド電極
１１    反射膜
１２    金属膜
１３    支持基板
２１４    電流狭窄層
２１５    電流開口部
３１６    ＳＬｓ層
４１７    ナノマスク
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２Ｅ】
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【図９Ｂ】
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