(57)【要約】  シリコンからなる基板（１０１）と、基板（１０１）の主面上に形成され、少なくとも１つの開口部（１０２ａ）を有する酸化シリコンからなるマスク膜（１０２）と、基板（１０１）における開口部（１０２ａ）の上に選択的に形成されたＧａＮからなるシード層（１０４）と、シード層（１０４）の側面に形成されたＬＥＧ層（１０５）と、ＬＥＧ層（１０５）の上に形成され、活性層（１０７）を含むｎ型ＧａＮ層（１０６）及びｐ型ＧａＮ層（１０８）とを有している。ここで、ＬＥＧ層（１０５）は、窒素源に有機窒素原料を用いた結晶成長により形成されている。
2009118979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の主面上に形成され、少なくとも１つの開口部を有するマスク膜と、
前記基板における前記開口部の上に選択的に形成された第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層における、前記基板の主面に平行な面を除く側面に形成された第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層の上に形成され、発光層を含む第３の窒化物半導体層とを備えている窒化物半導体発光装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層と比べて水素濃度が低いか又は炭素濃度が高い窒化物半導体発光装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１の窒化物半導体層の側面は、その上部が下部に対して前記開口部の内側に傾斜している窒化物半導体発光装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記マスク膜の上に前記開口部を覆うように形成され、アルミニウムを主成分とする第４の窒化物半導体層をさらに備え、
前記第１の窒化物半導体層は、前記開口部において前記第４の窒化物半導体層の上に形成されている窒化物半導体発光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
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及び前記第２の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の少なくとも１つは、酸素を含まない窒化物半導体発光装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記マスク膜は、前記発光層が発する光に対して５０％以上の反射率を有している窒化物半導体発光装置。
【請求項７】
請求項１又は６において、
前記マスク膜は導電性を有しており、且つ、前記第３の窒化物半導体層と電気的に接続されている窒化物半導体発光装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
前記マスク膜には、前記開口部が複数形成されており、
互いに隣接する一の開口部に形成された一方の前記第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層と、互いに隣接する他の開口部に形成された他方の前記第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層とは、互いに間隔をおいて形成されている窒化物半導体発光装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
前記マスク膜には、空隙部が形成されている窒化物半導体発光装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
前記第３の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層の上にも形成されており、
前記発光層における前記第２の窒化物半導体層の上側部分からの発光波長は、前記発光層における前記第１の窒化物半導体層の上側部分からの発光波長よりも長い窒化物半導体発光装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記発光層は、その組成にインジウムを含み、
前記発光層における前記第２の窒化物半導体層の上側部分におけるインジウム組成は、前記発光層における前記第１の窒化物半導体層の上側部分におけるインジウム組成よりも大きい窒化物半導体発光装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記基板は、シリコンからなる窒化物半導体発光装置。
【請求項１３】
請求項１において、
前記基板は、前記マスク膜と接する上部が少なくとも５０％のシリコンを含む窒化物半導体発光装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項において、
前記マスク膜の上部は、前記第１の窒化物半導体層が成長しない組成である窒化物半導体発光装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記マスク膜の上部は、酸化シリコンからなる窒化物半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体からなり、発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子等からなる窒化物半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード素子は、低消費電力、長寿命及び小型であるため、数多くの電子機器の表示部に利用されている。最近では、携帯電話のボタン照明等の身の回りの機器にも多く採用されている。発光ダイオード素子は、当初発光強度が微弱であったり、発光波長が緑色よりも長波長であったりと用途に制限があった。近年、窒化物半導体を用いた発光ダイオード素子が実用化され、また、輝度が高い種々の発光ダイオード素子が量産化されるようになったことから、屋外ディスプレイ装置、自動車のヘッドランプ及び屋内照明の光源等に応用されている。【０００３】
窒化物半導体は、窒化ガリウム（ＧａＮ）をベースとする材料系であり、特にＧａＮにインジウム（Ｉｎ）を添加することにより、発光波長を制御することができることから、高輝度青色発光ダイオード素子の実用化の一翼を担っている。このような窒化物発光ダイオード素子は、通常、窒化物半導体の成長用基板として、サファイア（単結晶Ａｌ２Ｏ３）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等が用いられる。前者は窒化物半導体の結晶成長において最も一般的に用いられる基板である。サファイアは発光光に対して透明であることから、素子の裏面からも発光光を取り出すことができるという利点がある。しかしながら、サファイアは絶縁体であるため、電極は必ず上面（窒化物半導体側）に設ける必要があること、また、サファイアは非常に硬いため、加工が困難であることという問題がある。一方、ＳｉＣはＧａＮと格子定数が近いことから、高品質な窒化物半導体を結晶成長することができることは利点である。しかしながら、ＳｉＣ基板は高価であることから、チップ単価は必然的に高価となってしまう。【０００４】
また、近年では、窒化物半導体の成長用基板として、転位密度が十分に低い窒化ガリウム（ＧａＮ）自立基板が実用化され始めている。これを用いると、サファイア基板及びＳｉＣ基板のヘテロエピタキシャル成長ではなく、ホモエピタキシャル成長が実現できるため、低転位な結晶成長が可能となる。このため、次世代光ディスク装置の光源として用いられる青紫色窒化物半導体レーザ素子に多く使用されている。一方、ＧａＮ自立基板を用いた窒化物発光ダイオード素子の量産化も進められているが、ＧａＮ自立基板が非常に高額であるため、チップ単価はＳｉＣ基板と比べても高額となってしまう。【０００５】
近年、さらに、窒化物半導体の成長用基板にシリコン（Ｓｉ）を用いる試みがなされている（例えば、非特許文献１を参照）。Ｓｉ基板は径が約３０．５ｃｍ（＝１２インチ）までの大口径ウェハを安価で入手できることから、チップ単価をかなり安価に抑えることができる。また、シリコン基板上に半導体レーザ素子が実現できた場合は、チップ単価を現在に比べて１桁以上も抑えることが可能となる。
【非特許文献１】T. Egawa et al. "Improved Characteristics of Blue and Green InGaN-Based Light-Emitting Diodes on Si Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition", Jpn. J. Appl. Physics Vol.41 (2002) pp. L663-L664
【特許文献１】特開２００７−２３５１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、シリコン（Ｓｉ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）との格子定数は２０％も異なっていることから、Ｓｉ基板上に成長した窒化物半導体層は転位密度が非常に高く、サファイア基板、ＳｉＣ基板又はＧａＮ自立基板を用いた場合と比べて、活性層における発光効率が低いことが問題である。これを解決するために、選択成長法による低欠陥化等が試みられているが、窒素源にアンモニア（ＮＨ３）のみを用いる選択成長法では、成長した窒化物半導体層の膜厚が大きくなることから、該窒化物半導体層の表面にクラックが発生するという問題がある。これは、ＳｉとＧａＮとの熱膨張係数の差が大きいため、結晶成長後の降温過程における窒化物半導体層への引っ張り歪みの増大が原因である。【０００７】
本発明は、前記従来の問題を解決し、窒化物半導体の成長用基板にシリコンを用いたとしても、欠陥が少なくクラックフリーで、高輝度且つ高信頼性を有する窒化物半導体発光装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明は、窒化物半導体発光装置を、結晶成長用基板から選択的に成長させた第１の窒化物半導体層（シード層）の側面から、さらに第２の窒化物半導体（ＬＥＧ：Lateral Epitaxial Growth）層を選択的に成長させ、選択成長した第２の窒化物半導体層の上に発光層（活性層）を含む第３の窒化物半導体層を成長させる構成とする。【０００９】
本願発明者らは、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）等の有機窒素原料を用いることにより、シード層の側面のみから窒化物半導体層（ＬＥＧ層）を結晶成長することができることを見出した。さらに、ＬＥＧ層の上に結晶成長した、活性層を含む窒化物半導体層は無転位で且つクラックフリーとなって、活性層の発光効率が大幅に増大することを実験的に見出した。これは、ＬＥＧ層において、転位等を効率的に横方向（基板の主面に平行な方向）に向けることができると共に、窒化物半導体層の総膜厚を小さくすることができるためである。【００１０】
本発明は前記の知見に基づいてなされ、具体的には以下の構成を採る。【００１１】
本発明に係る窒化物半導体発光装置は、基板と、基板の主面上に形成され、少なくとも１つの開口部を有するマスク膜と、基板における開口部の上に選択的に形成された第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層における、前記基板の主面に平行な面を除く側面に形成された第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層の上に形成され、発光層を含む第３の窒化物半導体層とを備えていることを特徴とする。【００１２】
本発明の窒化物半導体発光装置によると、シード層となる第１の窒化物半導体層はマスク膜の開口部から選択的に形成され、形成された第１の窒化物半導体層の側面には第２の窒化物半導体層が形成されている。ここで、第２の窒化物半導体層が窒素源に有機窒素原料を用いた結晶成長により形成されている場合には、該第２の窒化物半導体層は第１の窒化物半導体層の側面から基板面にほぼ平行に成長し、このとき転位等も基板面に平行に進行する。従って、第２の窒化物半導体層の上に形成された発光層を含む第３の窒化物半導体層には、転位等の発生が極めて少なくなり、且つ第１の窒化物半導体層から第３の窒化物半導体層までの総膜厚を小さくすることができる。その結果、輝度及び信頼性が高い窒化物半導体発光装置を実現することができる。【００１３】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層と比べて水素濃度が低いか又は炭素濃度が高いことが好ましい。【００１４】
このように、第２の窒化物半導体層の水素濃度が第３の窒化物半導体層と比べて低いため、第２の窒化物半導体層から第３の窒化物半導体層の発光層への水素の拡散を効率良く抑制することができるので、安定した動作電圧にて発光動作を行えるようになる。また、第２の窒化物半導体層には炭素を意図的に混入させることにより、格子定数を大きくすることができる。すなわち、第２の窒化物半導体層の上に形成される第３の窒化物半導体層の格子定数をも大きくすることができる。これにより、発光層にインジウム（Ｉｎ）を添加する場合には、そのインジウム組成を大きくすることが可能となる。すなわち、通常ＧａＮ層よりも成長温度が低いＩｎＧａｎ層の成長温度を下げることなく、発光波長を長波長化することができるため、輝度及び信頼性が高い窒化物半導体発光装置を得ることができる。【００１５】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第１の窒化物半導体層の側面は、その上部が下部に対して開口部の内側に傾斜していることが好ましい。【００１６】
基板の上に形成されたマスク膜の開口部から選択的に成長して形成された第１の窒化物半導体層は六方晶系に属することから、その側面は上部が下部に対して開口部の内側に傾斜する。従って、第１の窒化物半導体層がマスク膜の開口部から選択成長されたことになる。【００１７】
本発明の窒化物半導体発光装置は、マスク膜の上に開口部を覆うように形成され、アルミニウムを主成分とする第４の窒化物半導体層をさらに備え、第１の窒化物半導体層は、開口部において第４の窒化物半導体層の上に形成されていることが好ましい。【００１８】
このようにすると、アルミニウムを主成分とする窒化物半導体は高い強度を有するため、第４の窒化物半導体層の上に形成される各半導体層に生じるクラックを効率良く抑制することができる。【００１９】
本発明の窒化物半導体発光装置において、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及び第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層との界面の少なくとも１つは、酸素を含まないことが好ましい。【００２０】
このようにすると、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層又は第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層は連続して（成長炉から取り出すことなく）結晶成長により形成されたことになり、すなわち、各半導体層同士の界面が理想的な状態で形成されていることになる。その上、不純物による欠陥の発生又は意図しない拡散を防止することができる。【００２１】
本発明の窒化物半導体発光装置において、マスク膜は、発光層が発する光に対して５０％以上の反射率を有していることが好ましい。【００２２】
このようにすると、発光層から基板側に放射される発光光を第３の窒化物半導体層側へ反射できるため、発光光を外部に効率良く取り出すことができる。【００２３】
本発明の窒化物半導体発光装置において、マスク膜は導電性を有しており、且つ第３の窒化物半導体層と電気的に接続されていることが好ましい。【００２４】
このようにすると、通常は第３の窒化物半導体層の上に形成される電極及び配線を第３の窒化物半導体層の下側に位置するマスク膜に埋め込むことができるため、電極及び配線が発光光の影となることがなくなるので、高輝度化を図ることができる。【００２５】
本発明の窒化物半導体発光装置において、マスク膜には、開口部が複数形成されており、互いに隣接する一の開口部に形成された一方の第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層と、互いに隣接する他の開口部に形成された他方の第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層とは、互いに間隔をおいて形成されていることが好ましい。【００２６】
このようにすると、開口部ごとに形成される一の第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層がそれと隣接する他の第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層から、例えば結晶成長後の降温時の熱応力等の影響を受けなくすることができる。このため、各第２の窒化物半導体層及び各第３の窒化物半導体層に生じるクラックをさらに抑制することができる。【００２７】
本発明の窒化物半導体発光装置において、マスク膜には空隙部が形成されていることが好ましい。【００２８】
このように、マスク膜にクラック等の空隙部が形成されていると、基板と第１から第３の各窒化物半導体層との接続部は実質的にマスク膜の開口部分のみとなる。これにより、基板から各窒化物半導体層に印加される応力がより一層小さくなるため、各窒化物半導体層に生じるクラックをさらに抑制することができる。【００２９】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第３の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層の上にも形成されており、発光層における第２の窒化物半導体層の上側部分からの発光波長は、発光層における第１の窒化物半導体層の上側部分からの発光波長よりも長いことが好ましい。【００３０】
この構成において、発光層における第２の窒化物半導体層の上側部分の方が、発光層における第１の窒化物半導体層の上側部分と比べて禁制帯幅（バンドギャップエネルギー）が小さいことを意味する。従って、第３の窒化物半導体層にキャリアを注入した場合に、キャリアは転位密度が低い第２の窒化物半導体層の上側部分に位置する発光層により多く流れるため、輝度及び信頼性の向上を図ることができる。【００３１】
本発明の窒化物半導体発光装置において、発光層はその組成にインジウムを含み、発光層における第２の窒化物半導体層の上側部分におけるインジウム組成は、発光層における第１の窒化物半導体層の上側部分におけるインジウム組成よりも大きいことが好ましい。【００３２】
この構成も、発光層における第２の窒化物半導体層の上側部分の方が、発光層における第１の窒化物半導体層の上側部分と比べて禁制帯幅が小さいことを意味する。従って、第３の窒化物半導体層にキャリアを注入した場合に、キャリアは転位密度が低い第２の窒化物半導体層の上側部分に位置する発光層により多く流れるため、輝度及び信頼性の向上を図ることができる。【００３３】
本発明の窒化物半導体発光装置において、基板はシリコンからなることが好ましい。【００３４】
このように、第１の窒化物半導体層の成長用基板にシリコン（Ｓｉ）を用いると、高輝度及び高信頼性の窒化物半導体発光装置を低コストで得ることができる。【００３５】
本発明の窒化物半導体発光装置において、基板はマスク膜と接する上部が少なくとも５０％のシリコンを含むことが好ましい。【００３６】
このようにすると、バルク状のシリコン基板のみならず、少なくとも上部が炭化された炭化シリコン（ＳｉＣ）基板をも用いることができる。【００３７】
また、本発明の窒化物半導体発光装置において、マスク膜の上部は第１の窒化物半導体層が成長しない組成であることが好ましい。【００３８】
このようにすると、第１の窒化物半導体層をマスク膜の開口部のみから確実に形成することができる。【００３９】
この場合に、マスク膜の上部は酸化シリコンからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係る窒化物半導体発光装置によると、窒化物半導体の成長用基板にシリコンを用いた場合であっても、欠陥が少なくクラックフリーで、高輝度且つ高信頼性を有する窒化物半導体発光装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第１の半導体層（シード層）を結晶成長した後のＸ線回折結果を示すグラフである。図４（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第２の半導体層（ＬＥＧ層）を結晶成長した後のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図５】図５は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第３の半導体層（活性層）を結晶成長した後の透過型電子顕微鏡像である。
【図６】図６は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第３の半導体層（活性層）を結晶成長した後のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図７】図７は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第３の半導体層（活性層）を結晶成長した後の広域のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第３の半導体層（活性層）を結晶成長した後の観察結果を示し、図８（ａ）は査走査型電子顕微鏡像であり、図８（ｂ）は全波長域のカソードルミネッセンス像であり、図８（ｃ）は波長マッピング像である。
【図９】図９は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第３の半導体層（活性層）を結晶成長した後のフォトルミネッセンス測定の結果を比較例と共に示すグラフである。
【図１０】図１０は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１３】図１３は本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１５】図１５は本発明の第３の実施形態であって、シリコン基板上に成長する窒化物半導体に生じるクラックにより分割された小片のサイズと分布との関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す斜視図である。
【図１７】図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の斜視図である。
【図１８】図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の斜視図である。
【図１９】図１９は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図２０】図２０（ａ）〜図２０（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１    基板
１０２    マスク膜
１０２ａ  開口部
１０３    バッファ層
１０４    シード層
１０５    ＬＥＧ層
１０６    ｎ型ＧａＮ層
１０７    活性層
１０８    ｐ型ＧａＮ層
１０９    半透明電極
１１０    ｎ側電極
１１１    ｐ側電極
２０１    基板
２０１ａ  チタンシリサイド層
２０２    第１の絶縁膜
２０３    導電膜
２０４    第２の絶縁膜
２０５    マスク膜
２０５ａ  開口部
３０１    反射膜
Ａ        素子
Ｂ        素子
４００    ＳＯＩ基板
４０１    Ｓｉ基板
４０２    絶縁層
４０３    Ｓｉ薄膜層
４０３ａ  第１パターン
４０３ｂ  第２パターン
４０３ｃ  第３パターン
４０４    マスク膜
４０４ａ  開口部
４０５    バッファ層
４０６    シード層
４０７    ＬＥＧ層
４０８    ｎ型ＧａＮ層
４０９    活性層
４１０    ｐ型ＧａＮ層
４１１    ｐ側電極
４１２    絶縁膜
４１３    ｎ側電極
５０１    基板
５０２    マスク膜
５０２ａ  開口部
５０３    バッファ層
５０４    シード層
５０５    ＬＥＧ層
５０６    ｎ型ＧａＮ層
５０７    活性層
５０８    ｐ型ＧａＮ層
５０９    ｎ側電極
５１０    ｐ側電極
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。【００４４】
図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置であって、窒化物発光ダイオード素子の断面構成を示している。【００４５】
図１に示す発光ダイオード素子は、六方晶ＧａＮ系半導体を用いた、発光波長が４５０ｎｍの青色窒化物発光ダイオード素子である。図１において、主面の面方位が（１１１）面であるシリコン（Ｓｉ）からなる基板１０１の主面上には、開口部１０２ａを有し、例えば厚さが５０ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるマスク膜１０２が形成されている。ここで、開口部１０２ａの平面形状は後述するように、図面の前後方向に長い長方形状である。また、立方晶系に属するＳｉからなる基板１０１の断面に対して（図面に対して）垂直な方向の面方位が｛１−１０｝面であり、また、断面に対して平行な方向の面方位が｛１１−２｝面である。なお、面方位のミラー指数に付した負符号は該負符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。【００４６】
マスク膜１０２の上には開口部１０２ａを含む全面にわたって、例えば膜厚が４０ｎｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１０３が形成されている。バッファ層１０３における開口部１０２ａの底面上からは、膜厚が１００ｎｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層としてのシード層１０４が結晶成長により選択的に形成されている。ここで、バッファ層１０３及びシード層１０４の面方位は、基板１０１の主面に平行な方向の面方位が（０００１）面に対応しており、基板１０１の断面に対して（図面に対して）垂直な方向の面方位が｛１−１００｝面と対応し、また、断面に対して平行な方向の面方位が｛１１−２０｝面と対応する。なお、シード層１０４における各側面は、基板１０１の主面の法線に対して上方が開口部１０２ａの内側に傾く斜面であり、その面方位は｛１１−２２｝面である。以上説明したＳｉ及びＧａＮ系半導体の各面方位は、以下の実施形態においても同様である。【００４７】
マスク膜１０２の上には、シード層１０４の各側面から横方向（基板面に平行な方向）に選択成長してなる、第２の窒化物半導体層としてのＬＥＧ層１０５が形成されている。【００４８】
シード層１０４を含めＬＥＧ層１０５の上には、第３の窒化物半導体層としての、厚さが２００ｎｍのｎ型ＧａＮ層１０６、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層（発光層）１０７及び厚さが２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層１０８が順次結晶成長により形成されている。【００４９】
シード層１０４の上側におけるｐ型ＧａＮ層１０８及び活性層１０７には、ｎ型ＧａＮ層１０６を露出する凹部が設けられており、該凹部の底面上には、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるｎ側電極１１０が形成されている。また、凹部を除くｐ型ＧａＮ層１０８の上には、総膜厚が１０ｎｍ以下のニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなる半透明電極１０９が形成されており、半透明電極１０９上における凹部に対して外側の領域には、ｎ側電極１１０と構成が同一のｐ側電極１１１が形成されている。なお、ｎ側電極１１０は、Ｔｉ／Ａｕの積層膜に限られず、ｎ型ＧａＮ層１０６とオーミック接合が可能な金属を用いることができる。また、ｐ側電極１１１は、Ｎｉ／Ａｕからなる半透明電極１０９の上に形成されるため、ｎ側電極１１０と同一組成の金属を用いることができる。【００５０】
以下、前記のように構成された窒化物発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。【００５１】
図２（ａ）〜図２（ｄ）及び図３（ａ）〜図３（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。【００５２】
まず、図２（ａ）に示すように、主面の面方位が（１１１）面のＳｉからなる基板１０１の主面上に、厚さが５０ｎｍのマスク膜１０２を形成する。ここで、マスク膜１０２は例えば、酸素雰囲気での熱酸化法により得られる熱酸化膜としている。なお、図中の基板１０１におけるＳｉの面方位及び後述する各窒化物半導体層の面方位は図１と同等である。続いて、マスク膜１０２の上にレジスト（図示せず）を塗布し、その後、光露光（リソグラフィ）法によりパターニングした後、緩衝フッ酸水溶液に浸してエッチングすることにより、マスク膜１０２に開口部１０２ａを形成する。その後、有機溶媒によりレジストを除去することにより、図２（ａ）に示す下地基板を得る。【００５３】
次に、図２（ｂ）に示すように、例えば有機金属気相成長（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、用意した下地基板の上に、すなわちマスク膜１０２の上にその開口部１０２ａを含む全面にわたって、膜厚が４０ｎｍのＡｌＮからなるバッファ層１０３を成長する。続いて、膜厚が１００ｎｍのＧａＮからなるシード層１０４をバッファ層１０３における開口部１０２ａの上側部分に選択的に成長する。ここでの結晶成長には、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）及び窒素（Ｎ）の各原料として、それぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びアンモニア（ＮＨ３）を用いており、その成長温度は約１０００℃である。このように、ＡｌＮからなるバッファ層１０３は、下地基板の全面を被覆する。これは、ＡｌＮのマイグレーション距離が短いためであり、バッファ層１０３は開口部１０２ａの有無を問わず下地基板の全面に対して成長する。一方、バッファ層１０３の上のシード層１０４は下地基板の開口部１０２ａにのみ成長する。【００５４】
これは、以下のように説明される。ＡｌＮからなるバッファ層１０３は、下地基板を全面的に被覆しているものの、バッファ層１０３における開口部１０２ａの上側部分のみが基板１０１におけるＳｉの結晶性を踏襲している。これに対し、バッファ層１０３におけるマスク膜１０２の上側部分においてはＡｌＮの結晶性が劣る。ＧａＮは成長時におけるマイグレーション距離がＡｌＮと比べてはるかに大きく、ガリウム原料がバッファ層１０３の表面に到達した後、すぐには固着せず、運動エネルギーを失うまでの間に表面を走り回る。その後、結晶性が良好な開口部１０２ａの上のバッファ層１０３上において最終的に落ち着くことになる。このような機構により、ＧａＮからなるシード層１０４は、バッファ層１０３の主に開口部１０２ａの上側に形成された領域に成長することになる。ここで、シード層１０４の側面はその面方位が｛１１−２２｝面の斜面となって露出する。これに対し、バッファ層１０３及びシード層１０４は、基板１０１のＳｉの結晶情報及び転位方向を保ちながら、基板１０１の主面に対してほぼ垂直な方向に結晶成長するため、バッファ層１０３及びシード層１０４における転位は主に基板１０１の主面に対して垂直な方向となる。【００５５】
次に、図２（ｃ）に示すように、シード層１０４の成長に続き、窒素原料をアンモニア（ＮＨ３）からジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）に代えて、ＧａＮからなるＬＥＧ層１０５をシード層１０４の各側面から選択的に結晶成長する。このときの結晶成長温度は約８００℃であり、アンモニアの供給は停止している。具体的には、ＤＭＨｙによるＧａＮの成長はアンモニアを用いる場合と比べて特殊な成長モードを実現することができ、シード層１０４の側面のみからＧａＮが横方向にのみ新たに成長する。この横方向にのみ成長する半導体層を横方向エピタキシャル成長（ＬＥＧ）層１０５と呼んでおり、ここでは、ＤＭＨｙの流量を多く設定することにより、約１０μｍ／ｈの高速な結晶成長速度であるにも拘わらず、高品質な結晶性が維持されている。ＬＥＧ層１０５の結晶面方位はシード層１０４と同一となっている。このように、ＬＥＧ層１０５は横方向にのみ成長するため、シード層１０４との界面における転位は全て横方向（基板面に平行な方向）に曲げられる。【００５６】
また、上述したように、ＧａＮからなるＬＥＧ層１０５の成長条件として、ＤＭＨｙの流量を多く設定することにより、ＤＭＨｙに含まれる炭素（Ｃ）がＬＥＧ層１０５に意図的に（積極的に）取り込まれるようにしている。ＬＥＧ層１０５に積極的に取り込まれた炭素は、該ＬＥＧ層１０５の格子定数を大きくする働きを担っており、さらには、後工程で形成される活性層１０７のインジウム組成を増大させる働きをも有している。ここでは、ＬＥＧ層１０５における炭素濃度は、例えば１×１０１９ｃｍ−３から５×１０２０ｃｍ−３程度である。【００５７】
さらに、ＬＥＧ層１０５の窒素原料にＤＭＨｙを用いることにより、ＬＥＧ層１０５における水素（Ｈ）濃度を低下することが可能である。これは、ＤＭＨｙの熱分解過程において不安定なメチル（ＣＨ３）基が遊離することに起因するためであり、これがメタン（ＣＨ４）として安定化するために表面にある水素と効率良く結合するためである。その結果、ＬＥＧ層１０５における水素濃度は、ｎ型ＧａＮ層１０６等の他の窒化物半導体層と比べてさらに低下する。これにより、活性層１０７への水素の拡散が効率良く抑制され、ひいては本発光ダイオード素子の動作電圧の安定化に寄与する。【００５８】
ここで、本願発明者らが得た詳細な実験結果について説明する。【００５９】
図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれＤＭＨｙによるＬＥＧ層１０５の成長前後におけるＸ線回折結果を示している。回折ピークはシード層１０４を構成するＧａＮ（０００２）としている。横軸は２θ−ω軸であり、格子定数の逆数に対応している。一方、縦軸はω軸であり、中心からの結晶の傾きを表している。図４（ａ）からは、単峰性のＧａＮ（０００２）ピークを確認することができる。一方、図４（ｂ）に示すＤＭＨｙを用いたＬＥＧ層１０５の成長後のＸ線回折結果からは、ＧａＮ（０００２）ピークよりも低角側に２つの鋭いピークが存在していることが分かる。これら２つのピークはＬＥＧ層１０５の結晶情報であり、半値幅の鋭さから結晶性は良好であることが分かる。また、２θ−ω軸において低角側であることから、格子定数が大きくなっていることが分かる。これは前述した炭素（Ｃ）の意図的な取り込み効果による。また、ω軸に対しても±０．３度程度のずれを有していることから、各ＬＥＧ層１０５の上面における法線は基板１０１における開口部１０２ａ上の法線に対しそれぞれ外側に傾斜していることを意味する。【００６０】
次に、図２（ｄ）に示すように、図２（ｃ）に示したエピタキシャル構造の上に、連続して結晶成長を行う。結晶成長を開始する前に、ＤＭＨｙの供給を停止すると同時にアンモニアの供給を開始する。結晶成長温度をｎ型ＧａＮ層１０６以降のエピタキシャル層を成長するのに最適な温度である約１０００℃にまで上昇し、その後、ＭＯＣＶＤ成長を行う。ここでの成長には、活性層１０７に添加するインジウム（Ｉｎ）原料にトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いる。また、ｎ型のドーピング原料及びｐ型のドーピング原料には、それぞれシラン（ＳｉＨ４）ガス及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いる。他の原料はＬＥＧ層１０５までのエピタキシャル層に用いた原料と同一である。【００６１】
具体的には、シード層１０４及びＬＥＧ層１０５の上に、厚さが２００ｎｍのｎ型ＧａＮ層１０６を上面が平坦となるように成長する。続いて、ｎ型ＧａＮ層１０６の上にＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造（３ＱＷ）を有する活性層１０７を成長する。ここでは、活性層１０７における井戸層は発光波長が４５０ｎｍとなるように、その層厚及びインジウム組成が厳密に制御されている。続いて、活性層１０７の上に、厚さが２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層１０８を成長する。その後、アンモニアを流しつつ温度を下げていき、一連の結晶成長作業を終了する。このとき、図２（ａ）に示す下地基板から一貫して結晶成長を行うため、各結晶成長層の界面には酸素等の汚染物質は存在しない。このため、各結晶成長層の界面において不要な欠陥や転位が発生することはない。また、常温にまで降温することなく一貫して結晶成長を行うため、各結晶成長層に不要な熱ストレスを与えることもなく、良好な結晶性を保つことができる。第１の実施形態においては、ＡｌＮからなるバッファ層１０３におけるマスク膜１０２の上側部分には、ＬＥＧ層１０５及びｎ型ＧａＮ層１０６等の結晶成長層が独立して成長していない。各結晶成長層は、シード層１０４のみから成長している。これは前述した通り、マスク膜１０２の上側部分におけるＡｌＮの結晶性が低いためである。【００６２】
このように一連の結晶成長を行ったエピタキシャル層の透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）写真を図５に示す。ここでは、活性層１０７および下地構造の評価を行うため、ｐ型ＧａＮ層１０８の成長をせず、活性層１０７で成長を停止した試料を評価に用いている。また、総成長膜厚は約１．５μｍとしている。図５において、黒い筋状部分は転位である。また、分かりやすいように、図５には白い破線で各部の境界を示しており、それぞれ、シリコンからなる基板、ＳｉＯ２からなるマスク膜、アンモニアによる第１の成長部（ｓｅｅｄ−ＧａＮ）、ＤＭＨｙによる第２の成長部（ＬＥＧ−ＧａＮ）及びアンモニアによる第３の成長部３ＱＷ／ＧａＮを表している。【００６３】
図５からは、ｓｅｅｄ−ＧａＮは下地基板のシリコンから成長しているため、転位が基板面に対して垂直な方向に延びていることが分かる。第２の成長部ＬＥＧ−ＧａＮは、ＤＭＨｙによるＬＥＧ構造であるため、転位はｓｅｅｄ−ＧａＮとの界面を起点として、横方向にのみ延びていることが分かる。また、第３の成長部３ＱＷ／ＧａＮは、ｓｅｅｄ−ＧａＮの直上では転位が連続的に上方に成長していることが分かる。これに対し、第３の成長部３ＱＷ／ＧａＮは、第２の成長部ＬＥＧ−ＧａＮの上では転位がほとんど見られない。これは、ＬＥＧ−ＧａＮがＤＭＨｙによる側面からの選択成長であるため、転位が上下方向には存在せず、その結果、ＬＥＧ−ＧａＮの上に成長した３ＱＷ／ＧａＮは無転位になったものと考えられる。このため、ＬＥＧ−ＧａＮの上に成長した活性層には転位がほとんどなく、高い発光効率を実現することができる。一方、ｓｅｅｄ−ＧａＮの上に成長した活性層は貫通転位が多く、発光効率も低いことが予想される。【００６４】
図５の右端部に注目すると、ＳｉＯ２からなるマスク膜には、右端部に斜め上方に延びる白い筋（空隙部）が見られる。これは、結晶成長後の降温時における各結晶成長層における熱収縮量が、下地基板のシリコンと比べて大きいことが原因であり、例えばＬＥＧ−ＧａＮに引きずられて最も強度的に弱いマスク膜にクラックが入ったためである。これは選択成長であるにも拘わらず、図２（ｃ）に示したマスク膜１Ｏ２上のバッファ層１０３とその上のＬＥＧ層１０５との密着性が非常に高いことに起因する。もし、バッファ層１０３がマスク膜１０２とＬＥＧ層１０５との間に存在せず、マスク膜１０２とＬＥＧ層１０５とが直接に接している場合は、基板１０１から不均一な力が各結晶成長層に印加されるため、各結晶成長層にクラックを引き起こす要因となり得る。すなわち、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮからなるバッファ層１０３がマスク膜１０２の上に形成されていることにより、マスク膜１０２に意図的にクラックを導入することができ、これにより、各結晶成長層に生じるクラックを抑制することに成功している。また、各結晶成長層の残留歪みを小さくすることができるため、活性層１０７における量子井戸層内の分極によるキャリア分離を軽減することができる。従って、発光効率をさらに増大させることが可能となる。【００６５】
図６に、図５における第３の成長部３ＱＷ／ＧａＮまで成長した後のＸ線回折結果を示す。ここでは、ＧａＮ（０００２）ピークの近傍について拡大して示している。縦軸及び横軸は図４（ａ）及び図４（ｂ）と同様である。図６には、図４（ｂ）において見えていた２つの小さなピークは消失している。代わりに、縦方向に長い楕円状の単峰性ピークとして一体化していることが分かる。これは、第３の成長部により、ＤＭＨｙによるＬＥＧ層１０５が引っ張られるためである。また、引っ張る力が非常に強いため、マスク膜１０２にクラックが入ることによって結晶成長層の全体の残留歪みを低減させていることが分かる。しかしながら、前述の通り、ＬＥＧ層１０５には炭素を意図的に多く含ませていることから、ＧａＮピークと比べて格子定数が若干大きくなっている。このため、ピークは縦軸方向に長い弓形となっている。さらに、ピークのω軸方向に対する半値幅がかなり広くなっていることから、ｎ型ＧａＮ層１０６の表面はＬＥＧ層１０５の上では微傾斜していることが分かる。【００６６】
図７に、第３の成長部３ＱＷ／ＧａＮまで成長した試料の広域Ｘ線回折結果を示す。図７において、最大ピークがＧａＮ（０００２）に対応しており、該最大ピークから縦軸方向に延びている理由は前述した通りである。図７には、ＧａＮに起因する強いピークの左右にいくつかのピークがある。特に２θ−ω軸の原点位置において、ＧａＮ（０００２）ピークよりも０．５度だけ低角側にピークが見られるが、これはＩｎＧａＮからなる量子井戸層の０次回折ピークに対応しており、ここからインジウム組成が約８％であることを求めることができる。一方、ω軸が原点からずれるに従って、量子井戸層の０次回折ピークが低角側にシフトしているのが分かる。例えば、±０．５°におけるＧａＮ（０００２）ピークからのシフト量は約−０．７度になっており、これはインジウム組成約１０％に相当する。これは前述した通り、ＬＥＧ層１０５の上のｎ型ＧａＮ層１０６の表面は微傾斜していることから、インジウムの取り込み効率が増すためと考えられる。すなわち、ｎ型ＧａＮ層１０６と同一の成長温度であるにも拘わらず、インジウム組成が高い量子井戸構造を実現できることを意味している。また、インジウムの取り込み効率は、成長温度が上昇するに従い減少する傾向があることを考えると、比較的に高温下においても高インジウム組成のＩｎＧａＮ量子井戸構造を作製することが可能となり、より高い結晶性を有する活性層１０７を結晶成長することができる。【００６７】
図８（ａ）に作製した試料の走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）による上面観察像を示す。用いた試料はＴＥＭ観察に用いた試料と同一である。図８（ａ）において、濃い灰色部分がマスク膜１０２であり、比較的薄い灰色部分が再成長した活性層１０７である。図８（ａ）からは、ＳＥＭ観察レベルでは、活性層１０７の表面が完全に平坦であることが分かる。また、各結晶成長層の接合部においても段差等は一切見られない。通常、マスクを用いずにシリコンからなる基板の上に窒化物半導体を結晶成長すると、約０．５μｍの厚さでクラックが発生し始める。本発明においては、総膜厚が約１．５μｍであるにも拘わらず、結晶成長層の表面にはクラックが一切見られない。これは、シリコンからなる基板１０１とはマスク膜１０２の開口部１０２ａのみで支持されているため、クラックに対する耐性が向上したことによる。また、ＴＥＭ観察においても見られた通り、マスク膜１０２に優先的にクラックが入ることにも起因する。【００６８】
次に、図８（ｂ）に、図８（ａ）の試料における同一の領域をカソードルミネッセンス（Cathode Luminescence：ＣＬ）法により測定した結果を示す。図８（ｂ）からは、活性層１０７におけるシード層１０４の上側部分と比べて、ＬＥＧ層１０５の上側部分が全面発光していることが分かる。また、シード層１０４の上側部分には多数の暗点が確認できる。これは図５のＴＥＭ観察の結果からも確認できる通り、試料の表面に延びる貫通転位によると考えられる。一方、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５の上側部分には貫通転位が存在しないため、ＣＬ法による観察結果においても暗点も見られず、全面発光していると考えられる。【００６９】
次に、活性層１０７へのインジウム（Ｉｎ）の取り込み効率を調べるために、図８（ｃ）にＣＬ発光ピーク波長のマッピング結果を示す。試料の測定領域は図８（ａ）及び図８（ｂ）と同一である。図８（ｃ）からは、活性層１０７におけるシード層１０４の上側部分のＣＬピーク波長は約３９０ｎｍであることが分かる。これに対し、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５の上側部分のＣＬピーク波長はシード層１０４の上側部分と比べて２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度だけ長波長となっている。これは前述した通り、炭素の取り込みによる格子定数の増大と、ｎ型ＧａＮ層１０６の表面の微傾斜により、インジウムの取り込みが増大したためである。インジウム組成が２％だけ増大したとすると、発光波長は約２０ｎｍ程度だけ長波長側にシフトし、Ｘ線回折の結果とＣＬ結果とが整合することが分かる。また、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５の上側部分のＣＬピーク波長は、シード層１０４から離れるに従い、長波長側にさらにシフトしている。これは、ｎ型ＧａＮ層１０６の外側部分が、より歪みが緩和され且つ格子定数がより大きくなっているためと、内側と比べて表面がよりインジウムの取り込みが容易な傾斜面となっているためと思われる。【００７０】
次に、図９に活性層１０７からの発光強度について、フォトルミネッセンス（Photo Luminescence：ＰＬ）測定による測定結果を示す。比較例として、マスク膜を用いないシリコンからなる基板上に結晶成長した量子井戸活性層におけるＰＬ測定結果も同時に示す。ここで、比較例に係る量子井戸層の成長条件は、本発明に係る試料と同一としている。図９から分かるように、本発明に係る試料は、比較例と比べてＰＬ発光強度が数倍向上している。これは、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５の上側部分においては、転位が著しく減少しており、転位を介したキャリアのリークが大幅に減少しているためと考えられる。また、量子井戸構造の活性層１０７はインジウム組成が大きいことから、井戸層におけるキャリアの閉じ込め効果が有効に作用しているためと考えられる。ＣＬ測定の結果でも述べたように、本発明に係る試料のＰＬ発光ピーク波長は、比較例と比べて４３０ｎｍ付近に大幅にシフトしている。これは前述の通り、炭素の取り込みによる格子定数の増大とｎ型ＧａＮ層１０６の表面の微傾斜とによると思われる。ＣＬ測定では、活性層１０７におけるマスク膜１０２の開口部１０２ａ上の領域も３９０ｎｍ付近の波長で発光していたが、発光強度が微弱であるため、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５上の領域の発光ピークに埋もれてしまっており、これを分離することは不可能である。また、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５上の禁制帯幅は、シード層１０４上の禁制帯幅よりも狭いため、キャリアがＬＥＧ層１０５の上側に移流して発光に寄与していることも考えられる。【００７１】
このように、第１の実施形態に係る窒化物半導体層の成長技術を検証した結果、本願発明者らは以下の４点の知見を得ている。
（１）ＬＥＧ成長を導入することにより、活性層を無転位で形成することが可能。
（２）ＬＥＧ成長部へ意図的に炭素を取り込ませ、且つＬＥＧ成長部上のＧａＮ層に微傾斜を与えることにより、活性層のインジウム組成を増大させることが可能。
（３）マスク膜上にＡｌＮを堆積することにより、マスク膜にクラックを意図的に入れることができ、活性層の歪み緩和とクラックの抑制とを図ることが可能。
（４）マスク膜の複数の開口部の上にそれぞれ形成された複数の窒化物半導体層は互いに分離されている方が厚膜化が容易であり、クラックに対する耐性は飛躍的に向上すること（詳細は後述。）。【００７２】
以上説明したように、図２（ｄ）に示す優れた発光効率及びクラックフリーのエピタキシャル構造に対して、プロセスを順次進行することにより、所望の窒化物発光ダイオード素子を得る。【００７３】
具体的には、図３（ａ）に示すように、真空蒸着法又はスパッタ法により、ｐ型ＧａＮ層１０８の上に、厚さが１０ｎｍ以下のＮｉ／Ａｕからなる半透明電極１０９を形成する。【００７４】
次に、図３（ｂ）に示すように、塩素（Ｃｌ２）をエッチングガスとする誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）エッチング装置を用いて、レジストパターン（図示せず）をマスクとして、シード層１０４の上側部分の半透明電極１０９、ｐ型ＧａＮ層１０８及び活性層１０７を順次エッチングしてｎ型ＧａＮ層１０６を露出する凹部を形成する。その後、塩素によるエッチング損傷を回復するため、窒素（Ｎ２）雰囲気でアニール処理を施す。【００７５】
次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト塗布、光露光及び現像により、半透明電極１０９上における凹部に対して外側の領域と凹部の底面とを露出する開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成する。その後、真空蒸着法又はスパッタ法により、レジスト膜の上にＴｉ／Ａｕからなる積層膜を形成し、レジスト膜を除去するリフトオフ法により、半透明電極１０９の上にはｐ側電極１１１を形成し、ｎ型ＧａＮ層１０６の上における凹部からの露出部分には、ｎ側電極１１０を形成する。【００７６】
以上のプロセスを経て、高輝度且つ信頼性が高い窒化物発光ダイオード素子を実現できる。【００７７】
なお、第１の実施形態においては、活性層１０７とシード層１０４及びＬＥＧ層１０５との間に単層のｎ型ＧａＮ層１０６を形成しているが、該単層のｎ型ＧａＮ層１０６に代えて短周期超格子構造を有する窒化物半導体層を形成してもよい。【００７８】
また、ｐ型ＧａＮ層１０８に対しても、短周期超格子構造を有する窒化物半導体層としてもよい。このようにすると、窒化物半導体層に生じるクラックをさらに抑制することが可能となり、さらなる厚膜の成長が可能となる。その上、ｐ型ＧａＮ層１０８に短周期超格子構造を用いると、アクセプタの活性化率を向上する効果も奏する。【００７９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。【００８０】
図１０は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置であって、窒化物発光ダイオード素子の断面構成を示している。図１０において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。【００８１】
図１０に示す窒化物発光ダイオード素子は、六方晶ＧａＮ系半導体を用いた、発光波長が４５０ｎｍの青色窒化物発光ダイオード素子である。【００８２】
図１０に示すように、主面の面方位が（１１１）面であるｎ型シリコン（Ｓｉ）からなる基板２０１の主面上には、開口部２０５ａを有し、第１の絶縁膜２０２、導電膜２０３及び第２の絶縁膜２０４からなるマスク膜２０５が形成されている。このように、第２の実施形態に係るマスク膜２０５は、第１の絶縁膜２０２及び第２の絶縁膜２０４の間に、導電膜２０３を挟んでなる積層構造としている。ここでは、例えば第１の絶縁膜２０２は膜厚が１００ｎｍのＳｉＯ２からなり、導電膜２０３は膜厚が１００ｎｍのｎ型ポリシリコンからなり、第２の絶縁膜２０４は膜厚が３００ｎｍのＳｉＯ２からなる。【００８３】
図１０に示すように、第２の実施形態に係る窒化物発光ダイオード素子は、マスク膜２０５の内部に導電膜２０３を形成している。従って、半透明電極１０９の端部をマスク膜２０５の導電膜２０３と電気的に接続することにより、ｐ側電極１１１をマスク膜２０５の上に形成することができる。このため、ｐ型ＧａＮ層１０８の上にｐ側電極１１１を設ける必要がなくなるので、ｐ型ＧａＮ層１０８における発光光の透過面積を犠牲にすることなく、電極パッドの形成位置に対して高い自由度を得られるようになる。【００８４】
さらに、第２の実施形態においては、ｎ側電極１１０においても、シード層１０４及びバッファ層１０３におけるマスク膜２０５の開口部２０５ａを貫通して、基板２０１と電気的に接続されている。なお、ここでは、ｎ側電極１１０における基板２０１との接合部分にはチタンシリサイド層２０１ａが形成され、ｐ側電極１１１における導電膜２０３との接合部分にはニッケルシリサイド層２０３ａが形成されている。【００８５】
以下、前記のように構成された窒化物発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。【００８６】
図１１（ａ）〜図１１（ｄ）及び図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。【００８７】
まず、図１１（ａ）に示すように、主面の面方位が（１１１）面のｎ型シリコンからなる基板２０１の主面に、熱酸化法により、厚さが１００ｎｍのＳｉＯ２膜からなる第１の絶縁膜２０２を形成する。続いて、シランガスを用いた化学的気相成長法により、第１の絶縁膜２０２の上に、ｎ型不純物としてリン（Ｐ）を添加したｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３を形成する。続いて、プラズマ気相成長（ｐ−ＣＶＤ）法により、導電膜２０３の上に、厚さが１００ｎｍのＳｉＯ２膜からなる第２の絶縁膜２０４を形成する。【００８８】
次に、図示はしていないが、第２の絶縁膜２０４の上にレジストの塗布、光露光及び現像を行ってレジストパターンを形成し、形成したレジストパターンを用いて、第２の絶縁膜２０４、導電膜２０３及び第１の絶縁膜２０２に、図１１（ｂ）に示すような、開口部２０５ａを有するマスク膜２０５を形成する。具体的には、まず、ＣＦ４系ガス（ＣＦ４を主成分とするエッチングガス）を用いた反応性イオンエッチング法により、第２の絶縁膜２０４に開口パターンを転写し、続いて、塩素系ガスを用いたドライエッチング法により、導電膜２０３にも開口パターンを転写する。続いて、王水を用いて導電膜２０３における開口部２０５ａの側壁からの露出部分に、幅（奥行き）が４０ｎｍ以上となるアンダーカットを形成する。これは、導電膜２０３の開口部２０５ａからの露出面である（１１１）面から、後工程においてバッファ層１０３を構成する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が異常成長して、基板２０１から成長したバッファ層１０３に悪影響を与えないためである。続いて、再度、ＣＦ４系反応性イオンエッチング法により、第１の絶縁膜２０２に開口パターンを転写した後、レジストパターンを有機溶媒により除去する。このように、ドライエッチング法及びウェットエッチング法を用いて、再現性に優れた開口部２０５ａを有するマスク膜２０５を形成できる。図１２（ｄ）は図１１（ｂ）における導電膜２０３の平面構成を示し、該図１１（ｂ）は図１２（ｄ）のＸＩｂ−ＸＩｂ線における断面に相当する。図１２（ｄ）に示すように、それぞれ平面長方形状の領域が下地層である基板２０１の露出部分であり、図面の右側には、第２の絶縁膜２０４を仮想的に剥離して、アンダーカットを入れた導電膜２０３を図示している。図１２（ｄ）に示すように、平面長方形状として露出している基板２０１と導電膜２０３との間はアンダーカットによって導電膜２０３が除去されて、第１の絶縁膜２０２及び第２の絶縁膜２０４のみとなる。なお、図１２（ｄ）から分かるように、導電膜２０３は、基板２０１上の全面にわたって連続して形成されている。これは後で述べるように、この導電膜２０３を用いて配線等として電気伝導させるためである。【００８９】
次に、図１１（ｃ）に示すように、第１の実施形態と同様に、ＭＯＣＶＤ法により、開口部２０５ａを含むマスク膜２０５の上に、ＡｌＮからなるバッファ層１０３、ｎ型ＧａＮからなるシード層１０４、ＤＭＨｙによるＬＥＧ層１０５、ｎ型ＧａＮ層１０６、ＩｎＧａＮからなる活性層１０７及びｐ型ＧａＮ層１０８を順次結晶成長により形成する。なお、第２の実施形態においては、シード層１０４は、後工程で形成するｎ側電極１１０を考慮して、シリコンをドーピングしており、電気伝導特性はｎ型となっている。また、ＬＥＧ層１０５においても、第１の実施形態と同様に、該ＬＥＧ層１０５のに成長した活性層１０７には転位がほとんど発生せず、且つ窒化物半導体からなる各結晶成長層はその全面においてクラックが存在していない。【００９０】
次に、図１１（ｄ）に示すように、レジスト塗布、光露光及び現像により、バッファ層１０３の上におけるｐ型ＧａＮ層１０８の両側方部分に開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成する。続いて、形成したレジスト膜をマスクとして、ＩＣＰドライエッチング法により、バッファ層１０３及び第２の絶縁膜２０４を掘り込んで、その下の導電膜２０３を露出する。【００９１】
次に、図１２（ａ）に示すように、レジスト膜を除去した後、Ｎｉ／Ａｕからなる半透明電極１０９を蒸着して形成し、所定のアニール処理を施す。これにより、ｐ型ＧａＮ１０８と半透明電極１０９との電気抵抗を低減させると共に、マスク膜２０５を構成する導電膜２０３と半透明電極６１１との間においてニッケルシリサイド層２０３ａが形成される。その結果、導電膜２０３と半透明電極６１１との接合部における電気抵抗をも低減させることができる。【００９２】
次に、図１２（ｂ）に示すように、レジスト塗布、光露光及び現像により、半透明電極１０９の上におけるシード層１０４の上側部分に開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成する。続いて、レジスト膜をマスクとして、ＩＣＰドライエッチング法により、ｐ型ＧａＮ層１０８及び活性層１０７における、転位により発光効率が低いシード層１０４の上側部分をエッチングする。さらに、ｎ型ＧａＮ層１０６及びシード層１０４を基板２０１が露出するまでエッチングする。【００９３】
次に、図１２（ｃ）に示すように、リフトオフ法により、それぞれがＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極１１０及びｐ側電１１１を形成する。ここでも、第１の実施形態と同様に、ｐ側電極１１１をｎ側電極１１０と同一の材料としても、半透明電極１０９とｐ側電極１１１との間の抵抗を小さくすることが可能となるため、プロセスの簡便性から材料を同一としている。その後、形成されたｎ側電極１１０及びｐ側電１１１をアニールして、ｎ側電極１１０と基板２０１との接合部をチタンシリサイド２０１ａとすることにより、基板２０１をｎ側電極１１０の電極パッドとして用いている。【００９４】
このように、第２の実施形態においては、ｐ側電極１１１が、活性層１０７の上側に位置するｐ型ＧａＮ層１０８の上に形成されない。その結果、ｐ側電極１１１がｐ型ＧａＮ層１０８の上に形成されている場合と比べて、活性層１０７からの発光光の発光可能な面積を増やすことができる。【００９５】
また、ｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３をマスク膜２０５の内部の全体に設けていることから、ｐ型電極１１１の配置位置に関する自由度を高く設定することができる。従って、ｐ側電極１１１により発光可能な面積を犠牲にすることなく、ｐ側電極パッドの形成位置に対して高い自由度を得ることができる。これにより、高輝度且つ高信頼性を有する窒化物発光ダイオード素子を実現することができる。【００９６】
なお、第２の実施形態においては、マスク膜２０５に組み込むｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３を気相成長法により形成しているが、ＳＯＩ（silicon on insulator）基板を用いても、本発明の効果が損なわれることはない。【００９７】
また、ｎ側電極１１０はｎ型シリコンからなる基板２０１と接続しているが、第１の実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ層１０６の表面から取り出しても、本発明の効果は十分に発揮される。【００９８】
（第２の実施形態の一変形例）
以下、本発明の第２の実施形態の一変形例について図面を参照しながら説明する。【００９９】
図１３は本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体発光装置であって、窒化物発光ダイオード素子の断面構成を示している。図１３において、図１０に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。【０１００】
図１３に示すように、マスク膜２０５において、ｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３とＳｉＯ２からなる第２の絶縁膜２０４との間に、厚さが５０ｎｍのロジウム（Ｒｈ）からなる反射膜３０１を設けていることを特徴とする。【０１０１】
ロジウムは、青色光に対して約７５％の反射率を有しており、シリコンの反射率の４６％と比べて約６割程度も高い。また、ロジウムは融点が２０００℃以上であり、シリコンとも反応しないことから、最適の金属材料である。ここで、ｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３は、熱処理における反射膜３０１の変形を抑制すると共に、第１の絶縁膜２０２との密着性を改善するために導入している。【０１０２】
また、ｐ側電極１１１のパッド領域は、ｐ型ＧａＮ層１０８の外側の領域において、Ｔｉ／Ａｕからなる半透明電極１０９とＲｈからなる反射膜３０１とが接して形成される。従って、第１変形例においては、パッド領域にシリサイド層は形成されない。【０１０３】
以下、前記のように構成された窒化物発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。【０１０４】
図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。【０１０５】
まず、図１４（ａ）に示すように、主面の面方位が（１１１）面のｎ型シリコンからなる基板２０１の主面に、熱酸化法により、厚さが１００ｎｍのＳｉＯ２膜からなる第１の絶縁膜２０２を形成し、続いて、第１の絶縁膜２０２の上にｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３を形成する。【０１０６】
次に、図１４（ｂ）に示すように、レジスト塗布、光露光及び現像により、導電膜２０３の上に、開口部２０５ａを覆うマスクパターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成する。続いて、真空蒸着法により、レジスト膜を含め導電膜２０３の上に全面にわたって、厚さが５０ｎｍのロジウム膜を蒸着し、その後、レジスト膜を除去するリフトオフ法により、ロジウム膜から開口パターンを有する反射膜３０１を形成する。続いて、プラズマ気相成長法により、開口パターンを有する反射膜３０１の上に、厚さが１００ｎｍのＳｉＯ２膜からなる第２の絶縁膜２０４を形成する。【０１０７】
次に、図１４（ｃ）に示すように、第２の実施形態と同様に、反応性イオンエッチング法及びウェットエッチング法を用いて、反射膜３０１の開口パターンの中央部分に開口部２０５ａを有するマスク膜２０５を形成する。【０１０８】
次に、図１４（ｄ）に示すように、第２の実施形態と同様に、ＭＯＣＶＤ法により、開口部２０５ａを含むマスク膜２０５の上に、ＡｌＮからなるバッファ層１０３、ｎ型ＧａＮからなるシード層１０４、ＤＭＨｙによるＬＥＧ層１０５、ｎ型ＧａＮ層１０６、ＩｎＧａＮからなる活性層１０７及びｐ型ＧａＮ層１０８を順次結晶成長により形成する。このとき、反射膜３０１を構成するロジウムは化学的に非常に安定であるため、結晶の成長中においても、アンモニア等により冒されることはない。【０１０９】
続いて、ｐ側電極１１１をｐ型ＧａＮ層１０８の外側部分で半透明電極１０９及び反射膜３０１と接続されるように形成する。その後、マスク膜２０５の開口部２０５ａの上側に位置するｐ型ＧａＮ層１０８からバッファ層１０３を貫通して基板２０１を露出し、ｎ型ＧａＮ層１０６と基板２０１との露出部分を電気的に接続するようにｎ側電極１１０を形成する。【０１１０】
以上説明したように、本変形例においては、マスク膜２０５に、高い反射率を有するロジウムからなる反射膜３０１を設けているため、活性層１０７において基板２０１方向に発光した光は、反射膜３０１によって基板２０１の上方に反射される。反射膜３０１に金属を用いる利点は、いくつか挙げられる。まず、ロジウム（Ｒｈ）のような貴金属の場合は、経年劣化しないことが挙げられる。また、導電性を有しているため、ｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３に代えて電流を流すことができることも挙げられる。金属はポリシリコンと比べて導電率が高いため、駆動電圧を低減できると共に、熱の発生をも抑制することができる。【０１１１】
また、マスク膜２０５を複数の誘電体膜を積層してなる誘電体多層反射膜として構成する場合には、光の入射方向が誘電体多層反射膜の設計角度からずれていると、設計通りの反射率を示すことができない。このため、光の入射方向に対する反射率を全て平均化すると、あまり高い反射率を得ることができなくるのが現実である。これに対し、反射膜３０１を金属で構成する場合には反射率に対する入射角度の依存性は存在せず、例えばロジウムの場合は全方位に対して約７５％の反射率を得ることができる。さらに、この場合は、全入射方向に対する平均値を取ってもやはり反射率は約７５％となり、誘電体多層反射膜と比べて総合的に高い反射率を実現することができる。【０１１２】
このように、マスク膜２０５の内部に金属からなる反射膜３０１を形成することにより、光取り出し効率を向上することが可能となるため、高輝度且つ高信頼性を有する窒化物発光ダイオード素子を得ることができる。【０１１３】
なお、本変形例においては、反射膜３０１を開口部２０５ａを除いて全面的に設けているが、反射膜３０１は必ずしもマスク膜２０５に全面的に設ける必要はない、すなわち、活性層１０７の少なくとも下側の領域に設けてあれば、本発明の効果は発揮される。また、全面的に設けないようにすると、反射膜３０１を構成する金属による熱ストレスを低減することができるという効果もある。【０１１４】
また、本変形例においては、反射膜３０１にロジウム（Ｒｈ）を用いているが、ロジウムに代えて、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）合金を用いることも効果的である。銀単体は青色光に対して９０％以上の高い反射率を有しているが、その融点が低いことが問題である。これに対し、パラジウムを５０％程度含む合金とすると、融点を１３００℃程度にまで向上することが可能となり、窒化物半導体の結晶成長に耐えられる反射材料となる。なお、パラジウムの青色光に対する反射率は約６４％であるため、合金の反射率は銀単体の反射率と比べると低下し、７０％程度となる。この反射率の値はロジウムの反射率とほぼ同等となる。また、銀パラジウム合金は王水等によりエッチングが可能であるため、開口パターンを形成する形成方法においても、リフトオフ法に加え、ウェットエッチング法等の選択肢が増えることも利点である。【０１１５】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。【０１１６】
まず、シリコン（Ｓｉ）からなる基板と該基板の上に成長する窒化物半導体層に生じるクラックとの関係について、本願発明者らが行った実験結果に基づいて説明する。【０１１７】
シリコン基板の上に窒化物半導体を結晶成長した場合に、比較的に厚く成長するとクラックが入ることは前述した通りである。特に厚さが０．５μｍ程度がしきい値であり、それを超えると急激にクラックが発生する。本願発明者ら、シリコン基板の上に厚さが１．２μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長した試料の表面に発生したクラックについて詳細に調べた。【０１１８】
成長した試料の表面にクラックが発生すると、試料の表面は多数の小片に分割される。小片はクラックにより、平面形状が正三角形、平行四辺形又は台形等の形状を取る。また、窒化物半導体は面方位の（０００１）面において６回対称性を有しているため、各頂点がなす角度は６０°又は１２０°に近い値となる。ここでは、各小片のうち最も長い辺の長さａと、それに隣接する辺の長さｂとを測定した。従って、ａ＝ｂの場合は正三角形を意味し、ａ＞ｂの場合は平行四辺形又は台形を意味する。平行四辺形については、面積及び外周の長さが等しい台形と等価であるとして集計した。【０１１９】
図１５は、辺ａ及び辺ｂに対する小片の分布である。図１５においては、分かりやすいように、ａとｂとを入れ替えた場合（直線ａ＝ｂに対して鏡像）の分布も同時に記している。図１５から、ａ＝ｂである正三角形が非常に多く、その近辺のサイズに多数が分布していることが分かる。一方、長辺が非常に長い小片も存在しており、数百μｍに及ぶ小片も存在することが分かる。【０１２０】
ここで、図１５の挿し絵に記されているように、台形の周囲からマージンｄだけを切り取った際の、内側の面積Ａを求めると、単純な幾何学的な計算の結果、面積Ａはａ、ｂ及びｄを用いて以下の式［数１］で表される。【０１２１】
【数１】
2009118979.tif 000003
ここで、面積Ａとマージンｄとをパラメータと見なすと、上式はａとｂとの関係式と見なすことができる。図１５で得られた分布に対し、［数１］のＡとｄとの値を振って分布の最大値がカバーされるように、ａとｂとの関係を求めたものが、図１５中で破線で示される曲線である。このときのＡ及びｄは、それぞれ８０００μｍ２及び６．５μｍであった。このように、小片の分布の最大値は、［数１］で与えられる幾何学的な関係によって求めることができる。また、一方の辺の長さが１３μｍ以下である場合は、面積Ａは負値となる。この場合は、クラックが発生しないことを意味している。特に図１５において、非常に細長い小片が散見されるのは、そのためであると考えられる。【０１２２】
これの物理的な解釈は、下記のように与えられる。【０１２３】
まず、マージンｄは、クラックと隣接している領域である。このため、シリコンと窒化物半導体との間にある残留歪みはクラックによってほとんど解放されていると考えられる。すなわち、マージンｄはクラックによって残留歪みがなくなった領域に相当する。一方、マージンｄの領域を差し引いた面積Ａの部分は辺の内側であるため、残留歪みは維持されている。また、残りの面積Ａの領域によって小片の最大サイズが規制されているという事実は、小片が存在するための残留歪みエネルギーの限界値が存在することを意味している。また、成長膜厚が大きくなるほど、面積Ａの値はほぼ反比例して小さくなっていく傾向があるため、結果的に小面積の小片が増えることになる。一方、マージンｄについては、成長膜厚が増大してもあまり変化しないようである。【０１２４】
以上のように、成長膜厚に対して小片が存在するための限界値があることが分かる。また、シリコン基板上に窒化物半導体をアイランド状に成長させ、アイランド状に成長した窒化物半導体に発光デバイスを作製する場合は、面積Ａを超えないようなサイズとする必要がある。ところで、通常の発光デバイスのチップサイズは、ハンドリング作業の容易さから、最小値が２００μｍ×２００μｍ程度である。この場合のチップ面積は４００００μｍ２であり、クラックフリーであるための膜厚は数百ｎｍまでしか許されない。もし青紫色レーザ素子をシリコン基板上に作製する場合は、ビーム形状の安定性及び下地基板による干渉を回避するために、もっと厚い膜厚が必要となる。これは、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）でも同様であり、活性層の下に位置するｎ型ＧａＮ層にまで掘り込んでｎ側電極を形成することを考えると、ある程度の厚さは必要である。しかしながら、前述のように、面積Ａによって小片の最大サイズが規制されてしまうため、１つのチップの上に複数の発光素子が形成されたデバイス構造を採る必要がある。【０１２５】
以上のクラックに関する実験結果及び考察を踏まえた上で、本発明に係る窒化物半導体発光装置である発光ダイオード素子を例に図面を参照しながら説明する。【０１２６】
特に、本実施形態においては、第２の実施形態と同様に基板上に形成されるマスク膜への機能付加に加え、複数の発光素子を効率良く接続する方法についてＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて説明する。【０１２７】
図１６に示す窒化物発光ダイオード素子は、六方晶ＧａＮ系半導体を用いた、発光波長が４５０ｎｍの青色窒化物発光ダイオード素子であり、例えば素子Ａと素子Ｂとを１対とする素子が２対分含まれている。【０１２８】
第３の実施形態に係る発光ダイオード素子は、下地層のＳｉ基板４０１と、絶縁層４０２と、高ドープのｎ型シリコンからなり面方位が（１１１）面のＳｉ薄膜層４０３とにより構成されたＳＯＩ基板４００を用いている。【０１２９】
ここでは、Ｓｉ薄膜層４０３は、後述するように、ＧａＮからなるシード層４０６の種結晶となる第１パターンと、ｐ側電極４１１と接続される第２パターンと、絶縁膜４１２を介在させてｎ側電極４１３と接続される第３パターンとにパターニングされている。【０１３０】
素子Ａを例に採ると、Ｓｉ薄膜層４０３の上には、Ｓｉ薄膜層４０３の第１パターンを露出する開口部を有するＳｉＯ２からなるマスク膜４０４が形成されており、該開口部を含むマスク膜４０４の上には、ＡｌＮからなるバッファ層４０５、ＧａＮからなるシード層４０６、該シード層４０６の側面のＬＥＧ層４０７、並びにシード層４０６及びＬＥＧ層４０７の上のｎ型ＧａＮ層４０８、活性層４０９及びｐ型ＧａＮ層４１０が順次結晶成長により形成されている。【０１３１】
ｐ型ＧａＮ層４１０の上面における絶縁膜４１２を除く部分には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極４１１がｐ型ＧａＮ層４１０の外側の領域でＳｉ薄膜層４０３の第２パターンと電気的に接続されるように形成されている。また、ｎ側電極４１３は、絶縁膜４１２、ｐ型ＧａＮ層４１０及び活性層４０９を貫通して、該活性層４０９の下側のｎ型ＧａＮ層４０８と電気的に接続される共に、１対の素子Ａ及びＢ同士で共有されている。【０１３２】
以下、前記のように構成された窒化物発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。【０１３３】
図１７（ａ）〜図１７（ｃ）及び図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物発光ダイオード素子の製造方法の工程順の構成を示している。【０１３４】
まず、図１７（ａ）に示すように、光露光法及びＣＦ４を用いたドライエッチング法により、Ｓｉ基板４０１、ＳｉＯ２からなる絶縁層４０２及びＳｉ薄膜層４０３からなるＳＯＩ基板４００におけるＳｉ薄膜層４０３をパターニングする。ここでは、ＧａＮからなるシード層の種結晶となる第１パターン４０３ａと、ｐ側電極と接続される第２パターン４０３ｂと、ｎ側電極と接続される第３パターン４０３ｃとにパターニングする。【０１３５】
まず、図１７（ｂ）に示すように、プラズマ気相成長法により、パターニングしたＳｉ薄膜層４０３の上に、ＳｉＯ２からなるマスク膜４０４を堆積する。続いて、光露光法及びＣＦ４によるドライエッチング法により、マスク膜４０４にＳｉ薄膜層４０３の各第１パターン４０３ａを露出する開口部４０４ａをそれぞれ形成する。【０１３６】
次に、図１７（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、開口部４０４ａを含むマスク膜４０４の上に、ＡｌＮからなるバッファ層４０５、ＧａＮからなるシード層４０６、ＤＭＨｙによるＬＥＧ層４０７、ｎ型ＧａＮ層４０８、活性層４０９及びｐ型ＧａＮ層４１０を順次結晶成長する。ここでも、シード層４０６はバッファ層４０５における開口部４０４ａの上側部分のみから成長し、ＬＥＧ層４０７はシード層４０６の各側面から横方向にのみ成長する。また、このとき、素子Ａ及びＢを構成する、マスク膜４０４の各開口部４０４ａからそれぞれ結晶成長した窒化物半導体層は、互いに間隔をおいた状態で形成される。【０１３７】
次に、図１８（ａ）に示すように、光露光法及びエッチング法により、バッファ層４０５における素子Ａと素子Ｂとの対向領域であって、Ｓｉ薄膜層４０３における第３パターン４０３ｃの上側部分をエッチングして、第３パターン４０３ｃを選択的に露出する。また、同時に、バッファ層４０５における各素子Ａ、Ｂの外側の領域であって、Ｓｉ薄膜層４０３における第２パターン４０３ｂの上側部分をエッチングして、第２パターン４０３ｂを選択的に露出する。さらに、各素子Ａ、Ｂにおける第３パターン４０３ｃの露出部分を挟む領域に、ｐ型ＧａＮ層４１０及び活性層４０９を貫通してその下側のｎ型ＧａＮ層４０８を選択的に露出する。ここでは、各窒化物半導体層のエッチングには塩素系ガスを用いたドライエッチングを行い、ＳｉＯ２からなるマスク膜４０４のエッチングにはフッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチングを行っている。【０１３８】
次に、図１８（ｂ）に示すように、熱気相成長法により、ＳＯＩ基板４００上の全面に、ＳｉＯ２からなる絶縁膜４１２を堆積する。このように絶縁膜４１２により、各窒化物半導体層の全面を覆うことにより、電極同士の間のリーク電流の低減を図ることができる。【０１３９】
次に、図１８（ｃ）に示すように、堆積した絶縁膜４１２に対して選択的にエッチングを行って、絶縁膜４１２における素子Ａと素子Ｂとの対向領域の反対側の領域を除去してｐ型ＧａＮ層４１０を露出する。このとき、ｎ型ＧａＮ層４０８の露出領域並びにＳｉ薄膜層４０３の第２パターン４０３ｂ及び第３パターン４０３ｃを再度露出させる。なお、ここでも、マスク膜４０４に対して行うエッチングには、プラズマによるダメージを避けるため、フッ酸系のウェットエッチングを用いている。【０１４０】
次に、真空蒸着法及びリフトオフ法により、露出したｐ型ＧａＮ層４１０の上からＳｉ薄膜層４０３の第２パターン４０３ｂの露出領域に跨るように、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極４１１を形成し、また、露出したｎ型ＧａＮ層４０８の上からＳｉ薄膜層４０３の第３パターン４０３ｃの露出領域に跨るように、Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極４１３を形成する。第３の実施形態においては、ｐ側電極４１１を通して出射光を取り出すため、ｐ側電極４１１を形成するＮｉ及びＡｕはそれぞれ数ｎｍと極めて薄く蒸着している。これにより、図１６に示す窒化物発光ダイオード素子を得る。【０１４１】
第３の実施形態の特徴は、蒸着により形成されたｐ側電極４１１同士は素子Ａ同士で共有され、ｎ側電極４１３同士は素子Ａ及びＢで共有されていることにある。すなわち、ｐ側電極４１１は、Ｓｉ薄膜層４０３の第２パターン４０３ｂの開口領域からの露出部分とｐ型ＧａＮ層４１０とを比較的に大きい面積で接続している。これに対し、ｎ側電極４１３は、Ｓｉ薄膜層４０３の第３パターン４０３ｃの開口領域からの露出部分とｎ型ＧａＮ層４０８における絶縁膜４１２からの露出部分とを接続している。【０１４２】
さらに、全ての素子Ａ及びＢは、同様の構成によってＳｉ薄膜層４０３と接続されている。このため、ＳＯＩ基板４００に複数の発光素子が形成されていても、配線は発光素子のごく一部を覆うだけであり、全ての配線を窒化物半導体層の下側に位置するＳｉ薄膜層４０３の第２パターン４０３ｂ及び第３パターン４０３ｃによってそれぞれ引き回すことができるため、発光光の発光効率を高く維持したまま、配線部材を外部に引き出すことが可能となる。【０１４３】
また、各素子Ａ及びＢはＳＯＩ基板４００から上方に凸構造となるように形成されているため、全面が平坦な膜構造と比べて光取り出し効率が自ずと高くなり、より高効率で発光することが可能となる。【０１４４】
また、第３の実施形態においては、ｐ側電極４１１及びｎ側電極４１３は、複数の開口部を介して接続されているため、断線等に対する耐性が高いことも利点である。【０１４５】
また、第３の実施形態においてはＳＯＩ基板４００を用いているが、第１及び第２の実施形態で示した、通常のシリコン基板にＳＩＯ２層及びｎ型ポリシリコン層を堆積した構造であっても本発明の効力は発揮される。この場合は、種結晶は下地のシリコン基板の表面部分である必要がある。【０１４６】
また、ＳＯＩ基板４００の最上部はＳｉ薄膜層４０３により構成したが、Ｓｉ薄膜層４０３を炭化して、その表面のみを炭化シリコン（ＳｉＣ）とした場合でも、同様の効果を得ることができる。ＳｉＣ化した場合は、ＳｉＣはＳｉと比べてIII族元素と合金化しにくいため、結晶成長はより簡便となる。【０１４７】
また、ＳＯＩ基板４００における下地のＳｉ基板４０１が導電性を有している場合は、Ｓｉ基板４０１と、第２パターン４０３ｂ及び第３パターン４０３ｃのいずれか一方とが電気的に接続されていてもよい。このようにすると、Ｓｉ基板４０１の裏面から接続されたいずれか一方の電極を取り出せるため、発光ダイオード素子の実装が容易となる。【０１４８】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。【０１４９】
図１９は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体発光装置であって、青紫色半導体レーザ素子の断面構成を示している。【０１５０】
図１９に示す半導体レーザ素子は、六方晶ＧａＮ系半導体を用いた、発光波長が４０５ｎｍの青紫色窒化物半導体レーザ素子である。【０１５１】
図１９に示すように、主面の面方位が（１１１）面であるｎ型Ｓｉからなる基板５０１の主面上には、開口部５０２ａを有し、例えば厚さが５０ｎｍのＳｉＯ２からなるマスク膜５０２が形成されている。マスク膜５０２の上には、開口部５０２ａを含む全面にわたって、例えば膜厚が４０ｎｍのＡｌＮからなるバッファ層５０３が形成されている。バッファ層５０３における開口部５０２ａの底面上からは、膜厚が１００ｎｍのｎ型ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層としてのシード層５０４が結晶成長により選択的に形成されている。【０１５２】
マスク膜５０２の上には、シード層５０４の各側面から横方向（基板面に平行な方向）に選択成長してなる、第２の窒化物半導体層としてのＬＥＧ層５０５が形成されている。【０１５３】
シード層５０４を含めＬＥＧ層５０５の上には、第３の窒化物半導体層としての、ｎ型ＧａＮ層５０６、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層（発光層）５０７及びｐ型ＧａＮ層５０８が順次結晶成長により形成されている。【０１５４】
ｐ型ＧａＮ層５０８及び活性層５０７は、シード層５０４の両側面上に形成された２つのＬＥＧ層５０５のうちの一方の上にのみ形成されており、さらに、ｐ型ＧａＮ層５０８は、結晶軸の＜１−１００＞方向に延びるストライプ状のリッジ部が形成されている。【０１５５】
ｐ型ＧａＮ層５０８におけるリッジ部の上面には、例えば、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ等からなるｐ側電極５１０が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ層５０６における活性層５０７が除去された領域と基板５０１におけるマスク膜５０２からの露出部分とを跨ぐように、Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極５０９が形成されている。ここで、基板５０１におけるマスク膜５０２からの露出部分（パッド領域）には、チタンシリサイド層５０１ａが形成されている。【０１５６】
以下、前記のように構成された窒化物半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。【０１５７】
図２０（ａ）〜図２０（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。【０１５８】
まず、図２０（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、主面の面方位が（１１１）面のｎ型Ｓｉからなる基板５０１の主面上に、開口部５０２ａを有するＳｉＯ２からなるマスク膜５０２を形成し、続いて、ＭＯＣＶＤ法により、開口部５０２ａを含むマスク膜５０２の上に、ＡｌＮからなるバッファ層５０３、ｎ型ＧａＮからなるシード層５０４、ＤＭＨｙによるＬＥＧ層５０５、ｎ型ＧａＮ層５０６、活性層５０７及びｐ型ＧａＮ層５０８を順次結晶成長する。ここでも、シード層５０４はバッファ層５０３における開口部５０２ａの上側部分のみから成長し、ＬＥＧ層５０５はシード層５０４の各側面から横方向にのみ成長する。【０１５９】
次に、図２０（ｂ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング法により、ｐ型ＧａＮ層５０８における一方のＬＥＧ層５０５の上にストライプ状のリッジ部を形成する。さらに、リッジ部の側方部分であって、ｐ型ＧａＮ層５０８、活性層５０７及びｎ型ＧａＮ層５０６におけるシード層５０４と他方のＬＥＧ層５０５との上側部分をエッチングして、ｎ型ＧａＮ層５０６を露出する。このとき、バッファ層４０５及びマスク膜５０２における他方のＬＥＧ層５０５の外側部分に電極パッド形成用の開口部を形成する。【０１６０】
次に、ｎ側電極５０９及びｐ側電極５１０をリフトオフ法により形成する。続いて、アニール処理を施すことにより、基板５０１のマスク膜５０２からの露出部分とｎ側電極５０９との接合面にチタンシリサイド層５０１ａを形成する。その後、基板５０１の裏面にもオーミック接合が取れる電極を蒸着等により形成することにより、ｎ側電極５０９への電流注入を基板５０１の裏面から取れるようにする。【０１６１】
次に、図２０（ｃ）に示すように、ウェハ状態にある基板５０１をチップ状に劈開することにより、レーザ端面を形成する。ここでは、ｎ型シリコンからなる基板５０１の上に形成された窒化物半導体からなる結晶成長層の劈開面と基板５０１の劈開面とは互いに平行となるように形成されている。すなわち、シリコンの｛１−１０｝面と窒化物半導体の｛１−１００｝面とは一致するため、基板５０１の劈開を行うことにより、その上に成長した窒化物半導体層も劈開される。その結果、レーザ構造を実現することができる。【０１６２】
なお、第４の実施形態においては、ｎ型ＧａＮ層５０６及びｐ型ＧａＮ層５０８は共に単層としたが、その内部に短周期超格子構造等のヘテロ構造としても、本発明の効果が損なわれることはない。特に、ｎ型ＧａＮ層５０６を短周期超格子構造とした場合は、結晶成長層の厚膜化が可能となる。従って、活性層５０７から出射されたレーザ光は基板５０１による反射の影響を受けにくくなるため、放射角をさらに安定化させることが可能である。【０１６３】
また、第４の実施形態においては、チタンシリサイド層５０１ａを形成しているが、ｎ側電極５０９への電流注入を基板５０１の表面側から行う場合は必ずしも必要ではない。基板５０１の表面側から電流を注入する場合は、基板５０１の裏面への金属の蒸着をも省略できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１６４】
本発明に係る窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体の成長用基板にシリコンを用いた場合であっても、欠陥が少なくクラックフリーで、高輝度且つ高信頼性を有する窒化物半導体発光装置を実現することができ、白色照明の光源及び液晶バックライト、さらには屋外ディスプレイ装置等に有用であり、また、半導体レーザ素子に適用することにより、チップ単価を大幅に下げることが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図９】
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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１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図４】
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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１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月4日(2010.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】窒化物半導体発光装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体からなり、発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子等からなる窒化物半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード素子は、低消費電力、長寿命及び小型であるため、数多くの電子機器の表示部に利用されている。最近では、携帯電話のボタン照明等の身の回りの機器にも多く採用されている。発光ダイオード素子は、当初発光強度が微弱であったり、発光波長が緑色よりも長波長であったりと用途に制限があった。近年、窒化物半導体を用いた発光ダイオード素子が実用化され、また、輝度が高い種々の発光ダイオード素子が量産化されるようになったことから、屋外ディスプレイ装置、自動車のヘッドランプ及び屋内照明の光源等に応用されている。
【０００３】
窒化物半導体は、窒化ガリウム（ＧａＮ）をベースとする材料系であり、特にＧａＮにインジウム（Ｉｎ）を添加することにより、発光波長を制御することができることから、高輝度青色発光ダイオード素子の実用化の一翼を担っている。このような窒化物発光ダイオード素子は、通常、窒化物半導体の成長用基板として、サファイア（単結晶Ａｌ2Ｏ3）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等が用いられる。前者は窒化物半導体の結晶成長において最も一般的に用いられる基板である。サファイアは発光光に対して透明であることから、素子の裏面からも発光光を取り出すことができるという利点がある。しかしながら、サファイアは絶縁体であるため、電極は必ず上面（窒化物半導体側）に設ける必要があること、また、サファイアは非常に硬いため、加工が困難であることという問題がある。一方、ＳｉＣはＧａＮと格子定数が近いことから、高品質な窒化物半導体を結晶成長することができることは利点である。しかしながら、ＳｉＣ基板は高価であることから、チップ単価は必然的に高価となってしまう。
【０００４】
また、近年では、窒化物半導体の成長用基板として、転位密度が十分に低い窒化ガリウム（ＧａＮ）自立基板が実用化され始めている。これを用いると、サファイア基板及びＳｉＣ基板のヘテロエピタキシャル成長ではなく、ホモエピタキシャル成長が実現できるため、低転位な結晶成長が可能となる。このため、次世代光ディスク装置の光源として用いられる青紫色窒化物半導体レーザ素子に多く使用されている。一方、ＧａＮ自立基板を用いた窒化物発光ダイオード素子の量産化も進められているが、ＧａＮ自立基板が非常に高額であるため、チップ単価はＳｉＣ基板と比べても高額となってしまう。
【０００５】
近年、さらに、窒化物半導体の成長用基板にシリコン（Ｓｉ）を用いる試みがなされている（例えば、非特許文献１を参照）。Ｓｉ基板は径が約３０．５ｃｍ（＝１２インチ）までの大口径ウェハを安価で入手できることから、チップ単価をかなり安価に抑えることができる。また、シリコン基板上に半導体レーザ素子が実現できた場合は、チップ単価を現在に比べて１桁以上も抑えることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許得文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３５１００号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T. Egawa et al. "Improved Characteristics of Blue and Green InGaN-Based Light-Emitting Diodes on Si Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition", Jpn. J. Appl. Physics Vol.41 (2002) pp. L663-L664
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、シリコン（Ｓｉ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）との格子定数は２０％も異なっていることから、Ｓｉ基板上に成長した窒化物半導体層は転位密度が非常に高く、サファイア基板、ＳｉＣ基板又はＧａＮ自立基板を用いた場合と比べて、活性層における発光効率が低いことが問題である。これを解決するために、選択成長法による低欠陥化等が試みられているが、窒素源にアンモニア（ＮＨ3）のみを用いる選択成長法では、成長した窒化物半導体層の膜厚が大きくなることから、該窒化物半導体層の表面にクラックが発生するという問題がある。これは、ＳｉとＧａＮとの熱膨張係数の差が大きいため、結晶成長後の降温過程における窒化物半導体層への引っ張り歪みの増大が原因である。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題を解決し、窒化物半導体の成長用基板にシリコンを用いたとしても、欠陥が少なくクラックフリーで、高輝度且つ高信頼性を有する窒化物半導体発光装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明は、窒化物半導体発光装置を、結晶成長用基板から選択的に成長させた第１の窒化物半導体層（シード層）の側面から、さらに第２の窒化物半導体（ＬＥＧ：Lateral Epitaxial Growth）層を選択的に成長させ、選択成長した第２の窒化物半導体層の上に発光層（活性層）を含む第３の窒化物半導体層を成長させる構成とする。
【００１１】
本願発明者らは、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）等の有機窒素原料を用いることにより、シード層の側面のみから窒化物半導体層（ＬＥＧ層）を結晶成長することができることを見出した。さらに、ＬＥＧ層の上に結晶成長した、活性層を含む窒化物半導体層は無転位で且つクラックフリーとなって、活性層の発光効率が大幅に増大することを実験的に見出した。これは、ＬＥＧ層において、転位等を効率的に横方向（基板の主面に平行な方向）に向けることができると共に、窒化物半導体層の総膜厚を小さくすることができるためである。
【００１２】
本発明は前記の知見に基づいてなされ、具体的には以下の構成を採る。
【００１３】
本発明に係る窒化物半導体発光装置は、基板と、基板の主面上に形成され、少なくとも１つの開口部を有するマスク膜と、基板における開口部の上に選択的に形成された第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層における、前記基板の主面に平行な面を除く側面に形成された第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層の上に形成され、発光層を含む第３の窒化物半導体層とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の窒化物半導体発光装置によると、シード層となる第１の窒化物半導体層はマスク膜の開口部から選択的に形成され、形成された第１の窒化物半導体層の側面には第２の窒化物半導体層が形成されている。ここで、第２の窒化物半導体層が窒素源に有機窒素原料を用いた結晶成長により形成されている場合には、該第２の窒化物半導体層は第１の窒化物半導体層の側面から基板面にほぼ平行に成長し、このとき転位等も基板面に平行に進行する。従って、第２の窒化物半導体層の上に形成された発光層を含む第３の窒化物半導体層には、転位等の発生が極めて少なくなり、且つ第１の窒化物半導体層から第３の窒化物半導体層までの総膜厚を小さくすることができる。その結果、輝度及び信頼性が高い窒化物半導体発光装置を実現することができる。
【００１５】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層と比べて水素濃度が低いか又は炭素濃度が高いことが好ましい。
【００１６】
このように、第２の窒化物半導体層の水素濃度が第３の窒化物半導体層と比べて低いため、第２の窒化物半導体層から第３の窒化物半導体層の発光層への水素の拡散を効率良く抑制することができるので、安定した動作電圧にて発光動作を行えるようになる。また、第２の窒化物半導体層には炭素を意図的に混入させることにより、格子定数を大きくすることができる。すなわち、第２の窒化物半導体層の上に形成される第３の窒化物半導体層の格子定数をも大きくすることができる。これにより、発光層にインジウム（Ｉｎ）を添加する場合には、そのインジウム組成を大きくすることが可能となる。すなわち、通常ＧａＮ層よりも成長温度が低いＩｎＧａｎ層の成長温度を下げることなく、発光波長を長波長化することができるため、輝度及び信頼性が高い窒化物半導体発光装置を得ることができる。
【００１７】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第１の窒化物半導体層の側面は、その上部が下部に対して開口部の内側に傾斜していることが好ましい。
【００１８】
基板の上に形成されたマスク膜の開口部から選択的に成長して形成された第１の窒化物半導体層は六方晶系に属することから、その側面は上部が下部に対して開口部の内側に傾斜する。従って、第１の窒化物半導体層がマスク膜の開口部から選択成長されたことになる。
【００１９】
本発明の窒化物半導体発光装置は、マスク膜の上に開口部を覆うように形成され、アルミニウムを主成分とする第４の窒化物半導体層をさらに備え、第１の窒化物半導体層は、開口部において第４の窒化物半導体層の上に形成されていることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、アルミニウムを主成分とする窒化物半導体は高い強度を有するため、第４の窒化物半導体層の上に形成される各半導体層に生じるクラックを効率良く抑制することができる。
【００２１】
本発明の窒化物半導体発光装置において、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及び第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層との界面の少なくとも１つは、酸素を含まないことが好ましい。
【００２２】
このようにすると、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層又は第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層は連続して（成長炉から取り出すことなく）結晶成長により形成されたことになり、すなわち、各半導体層同士の界面が理想的な状態で形成されていることになる。その上、不純物による欠陥の発生又は意図しない拡散を防止することができる。
【００２３】
本発明の窒化物半導体発光装置において、マスク膜は、発光層が発する光に対して５０％以上の反射率を有していることが好ましい。
【００２４】
このようにすると、発光層から基板側に放射される発光光を第３の窒化物半導体層側へ反射できるため、発光光を外部に効率良く取り出すことができる。
【００２５】
本発明の窒化物半導体発光装置において、マスク膜は導電性を有しており、且つ第３の窒化物半導体層と電気的に接続されていることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、通常は第３の窒化物半導体層の上に形成される電極及び配線を第３の窒化物半導体層の下側に位置するマスク膜に埋め込むことができるため、電極及び配線が発光光の影となることがなくなるので、高輝度化を図ることができる。
【００２７】
本発明の窒化物半導体発光装置において、マスク膜には、開口部が複数形成されており、互いに隣接する一の開口部に形成された一方の第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層と、互いに隣接する他の開口部に形成された他方の第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層とは、互いに間隔をおいて形成されていることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、開口部ごとに形成される一の第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層がそれと隣接する他の第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層から、例えば結晶成長後の降温時の熱応力等の影響を受けなくすることができる。このため、各第２の窒化物半導体層及び各第３の窒化物半導体層に生じるクラックをさらに抑制することができる。
【００２９】
本発明の窒化物半導体発光装置において、マスク膜には空隙部が形成されていることが好ましい。
【００３０】
このように、マスク膜にクラック等の空隙部が形成されていると、基板と第１から第３の各窒化物半導体層との接続部は実質的にマスク膜の開口部分のみとなる。これにより、基板から各窒化物半導体層に印加される応力がより一層小さくなるため、各窒化物半導体層に生じるクラックをさらに抑制することができる。
【００３１】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第３の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層の上にも形成されており、発光層における第２の窒化物半導体層の上側部分からの発光波長は、発光層における第１の窒化物半導体層の上側部分からの発光波長よりも長いことが好ましい。
【００３２】
この構成において、発光層における第２の窒化物半導体層の上側部分の方が、発光層における第１の窒化物半導体層の上側部分と比べて禁制帯幅（バンドギャップエネルギー）が小さいことを意味する。従って、第３の窒化物半導体層にキャリアを注入した場合に、キャリアは転位密度が低い第２の窒化物半導体層の上側部分に位置する発光層により多く流れるため、輝度及び信頼性の向上を図ることができる。
【００３３】
本発明の窒化物半導体発光装置において、発光層はその組成にインジウムを含み、発光層における第２の窒化物半導体層の上側部分におけるインジウム組成は、発光層における第１の窒化物半導体層の上側部分におけるインジウム組成よりも大きいことが好ましい。
【００３４】
この構成も、発光層における第２の窒化物半導体層の上側部分の方が、発光層における第１の窒化物半導体層の上側部分と比べて禁制帯幅が小さいことを意味する。従って、第３の窒化物半導体層にキャリアを注入した場合に、キャリアは転位密度が低い第２の窒化物半導体層の上側部分に位置する発光層により多く流れるため、輝度及び信頼性の向上を図ることができる。
【００３５】
本発明の窒化物半導体発光装置において、基板はシリコンからなることが好ましい。
【００３６】
このように、第１の窒化物半導体層の成長用基板にシリコン（Ｓｉ）を用いると、高輝度及び高信頼性の窒化物半導体発光装置を低コストで得ることができる。
【００３７】
本発明の窒化物半導体発光装置において、基板はマスク膜と接する上部が少なくとも５０％のシリコンを含むことが好ましい。
【００３８】
このようにすると、バルク状のシリコン基板のみならず、少なくとも上部が炭化された炭化シリコン（ＳｉＣ）基板をも用いることができる。
【００３９】
また、本発明の窒化物半導体発光装置において、マスク膜の上部は第１の窒化物半導体層が成長しない組成であることが好ましい。
【００４０】
このようにすると、第１の窒化物半導体層をマスク膜の開口部のみから確実に形成することができる。
【００４１】
この場合に、マスク膜の上部は酸化シリコンからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００４２】
本発明に係る窒化物半導体発光装置によると、窒化物半導体の成長用基板にシリコンを用いた場合であっても、欠陥が少なくクラックフリーで、高輝度且つ高信頼性を有する窒化物半導体発光装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第１の半導体層（シード層）を結晶成長した後のＸ線回折結果を示すグラフである。図４（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第２の半導体層（ＬＥＧ層）を結晶成長した後のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図５】図５は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第３の半導体層（活性層）を結晶成長した後の透過型電子顕微鏡像である。
【図６】図６は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第３の半導体層（活性層）を結晶成長した後のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図７】図７は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第３の半導体層（活性層）を結晶成長した後の広域のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第３の半導体層（活性層）を結晶成長した後の観察結果を示し、図８（ａ）は査走査型電子顕微鏡像であり、図８（ｂ）は全波長域のカソードルミネッセンス像であり、図８（ｃ）は波長マッピング像である。
【図９】図９は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置における第３の半導体層（活性層）を結晶成長した後のフォトルミネッセンス測定の結果を比較例と共に示すグラフである。
【図１０】図１０は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１３】図１３は本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１５】図１５は本発明の第３の実施形態であって、シリコン基板上に成長する窒化物半導体に生じるクラックにより分割された小片のサイズと分布との関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す斜視図である。
【図１７】図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の斜視図である。
【図１８】図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の斜視図である。
【図１９】図１９は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図２０】図２０（ａ）〜図２０（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置であって、窒化物発光ダイオード素子の断面構成を示している。
【００４６】
図１に示す発光ダイオード素子は、六方晶ＧａＮ系半導体を用いた、発光波長が４５０ｎｍの青色窒化物発光ダイオード素子である。図１において、主面の面方位が（１１１）面であるシリコン（Ｓｉ）からなる基板１０１の主面上には、開口部１０２ａを有し、例えば厚さが５０ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなるマスク膜１０２が形成されている。ここで、開口部１０２ａの平面形状は後述するように、図面の前後方向に長い長方形状である。また、立方晶系に属するＳｉからなる基板１０１の断面に対して（図面に対して）垂直な方向の面方位が｛１−１０｝面であり、また、断面に対して平行な方向の面方位が｛１１−２｝面である。なお、面方位のミラー指数に付した負符号は該負符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。
【００４７】
マスク膜１０２の上には開口部１０２ａを含む全面にわたって、例えば膜厚が４０ｎｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１０３が形成されている。バッファ層１０３における開口部１０２ａの底面上からは、膜厚が１００ｎｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層としてのシード層１０４が結晶成長により選択的に形成されている。ここで、バッファ層１０３及びシード層１０４の面方位は、基板１０１の主面に平行な方向の面方位が（０００１）面に対応しており、基板１０１の断面に対して（図面に対して）垂直な方向の面方位が｛１−１００｝面と対応し、また、断面に対して平行な方向の面方位が｛１１−２０｝面と対応する。なお、シード層１０４における各側面は、基板１０１の主面の法線に対して上方が開口部１０２ａの内側に傾く斜面であり、その面方位は｛１１−２２｝面である。以上説明したＳｉ及びＧａＮ系半導体の各面方位は、以下の実施形態においても同様である。
【００４８】
マスク膜１０２の上には、シード層１０４の各側面から横方向（基板面に平行な方向）に選択成長してなる、第２の窒化物半導体層としてのＬＥＧ層１０５が形成されている。
【００４９】
シード層１０４を含めＬＥＧ層１０５の上には、第３の窒化物半導体層としての、厚さが２００ｎｍのｎ型ＧａＮ層１０６、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層（発光層）１０７及び厚さが２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層１０８が順次結晶成長により形成されている。
【００５０】
シード層１０４の上側におけるｐ型ＧａＮ層１０８及び活性層１０７には、ｎ型ＧａＮ層１０６を露出する凹部が設けられており、該凹部の底面上には、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるｎ側電極１１０が形成されている。また、凹部を除くｐ型ＧａＮ層１０８の上には、総膜厚が１０ｎｍ以下のニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなる半透明電極１０９が形成されており、半透明電極１０９上における凹部に対して外側の領域には、ｎ側電極１１０と構成が同一のｐ側電極１１１が形成されている。なお、ｎ側電極１１０は、Ｔｉ／Ａｕの積層膜に限られず、ｎ型ＧａＮ層１０６とオーミック接合が可能な金属を用いることができる。また、ｐ側電極１１１は、Ｎｉ／Ａｕからなる半透明電極１０９の上に形成されるため、ｎ側電極１１０と同一組成の金属を用いることができる。
【００５１】
以下、前記のように構成された窒化物発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００５２】
図２（ａ）〜図２（ｄ）及び図３（ａ）〜図３（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００５３】
まず、図２（ａ）に示すように、主面の面方位が（１１１）面のＳｉからなる基板１０１の主面上に、厚さが５０ｎｍのマスク膜１０２を形成する。ここで、マスク膜１０２は例えば、酸素雰囲気での熱酸化法により得られる熱酸化膜としている。なお、図中の基板１０１におけるＳｉの面方位及び後述する各窒化物半導体層の面方位は図１と同等である。続いて、マスク膜１０２の上にレジスト（図示せず）を塗布し、その後、光露光（リソグラフィ）法によりパターニングした後、緩衝フッ酸水溶液に浸してエッチングすることにより、マスク膜１０２に開口部１０２ａを形成する。その後、有機溶媒によりレジストを除去することにより、図２（ａ）に示す下地基板を得る。
【００５４】
次に、図２（ｂ）に示すように、例えば有機金属気相成長（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、用意した下地基板の上に、すなわちマスク膜１０２の上にその開口部１０２ａを含む全面にわたって、膜厚が４０ｎｍのＡｌＮからなるバッファ層１０３を成長する。続いて、膜厚が１００ｎｍのＧａＮからなるシード層１０４をバッファ層１０３における開口部１０２ａの上側部分に選択的に成長する。ここでの結晶成長には、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）及び窒素（Ｎ）の各原料として、それぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びアンモニア（ＮＨ3）を用いており、その成長温度は約１０００℃である。このように、ＡｌＮからなるバッファ層１０３は、下地基板の全面を被覆する。これは、ＡｌＮのマイグレーション距離が短いためであり、バッファ層１０３は開口部１０２ａの有無を問わず下地基板の全面に対して成長する。一方、バッファ層１０３の上のシード層１０４は下地基板の開口部１０２ａにのみ成長する。
【００５５】
これは、以下のように説明される。ＡｌＮからなるバッファ層１０３は、下地基板を全面的に被覆しているものの、バッファ層１０３における開口部１０２ａの上側部分のみが基板１０１におけるＳｉの結晶性を踏襲している。これに対し、バッファ層１０３におけるマスク膜１０２の上側部分においてはＡｌＮの結晶性が劣る。ＧａＮは成長時におけるマイグレーション距離がＡｌＮと比べてはるかに大きく、ガリウム原料がバッファ層１０３の表面に到達した後、すぐには固着せず、運動エネルギーを失うまでの間に表面を走り回る。その後、結晶性が良好な開口部１０２ａの上のバッファ層１０３上において最終的に落ち着くことになる。このような機構により、ＧａＮからなるシード層１０４は、バッファ層１０３の主に開口部１０２ａの上側に形成された領域に成長することになる。ここで、シード層１０４の側面はその面方位が｛１１−２２｝面の斜面となって露出する。これに対し、バッファ層１０３及びシード層１０４は、基板１０１のＳｉの結晶情報及び転位方向を保ちながら、基板１０１の主面に対してほぼ垂直な方向に結晶成長するため、バッファ層１０３及びシード層１０４における転位は主に基板１０１の主面に対して垂直な方向となる。
【００５６】
次に、図２（ｃ）に示すように、シード層１０４の成長に続き、窒素原料をアンモニア（ＮＨ3）からジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）に代えて、ＧａＮからなるＬＥＧ層１０５をシード層１０４の各側面から選択的に結晶成長する。このときの結晶成長温度は約８００℃であり、アンモニアの供給は停止している。具体的には、ＤＭＨｙによるＧａＮの成長はアンモニアを用いる場合と比べて特殊な成長モードを実現することができ、シード層１０４の側面のみからＧａＮが横方向にのみ新たに成長する。この横方向にのみ成長する半導体層を横方向エピタキシャル成長（ＬＥＧ）層１０５と呼んでおり、ここでは、ＤＭＨｙの流量を多く設定することにより、約１０μｍ／ｈの高速な結晶成長速度であるにも拘わらず、高品質な結晶性が維持されている。ＬＥＧ層１０５の結晶面方位はシード層１０４と同一となっている。このように、ＬＥＧ層１０５は横方向にのみ成長するため、シード層１０４との界面における転位は全て横方向（基板面に平行な方向）に曲げられる。
【００５７】
また、上述したように、ＧａＮからなるＬＥＧ層１０５の成長条件として、ＤＭＨｙの流量を多く設定することにより、ＤＭＨｙに含まれる炭素（Ｃ）がＬＥＧ層１０５に意図的に（積極的に）取り込まれるようにしている。ＬＥＧ層１０５に積極的に取り込まれた炭素は、該ＬＥＧ層１０５の格子定数を大きくする働きを担っており、さらには、後工程で形成される活性層１０７のインジウム組成を増大させる働きをも有している。ここでは、ＬＥＧ層１０５における炭素濃度は、例えば１×１０19ｃｍ-3から５×１０20ｃｍ-3程度である。
【００５８】
さらに、ＬＥＧ層１０５の窒素原料にＤＭＨｙを用いることにより、ＬＥＧ層１０５における水素（Ｈ）濃度を低下することが可能である。これは、ＤＭＨｙの熱分解過程において不安定なメチル（ＣＨ3）基が遊離することに起因するためであり、これがメタン（ＣＨ4）として安定化するために表面にある水素と効率良く結合するためである。その結果、ＬＥＧ層１０５における水素濃度は、ｎ型ＧａＮ層１０６等の他の窒化物半導体層と比べてさらに低下する。これにより、活性層１０７への水素の拡散が効率良く抑制され、ひいては本発光ダイオード素子の動作電圧の安定化に寄与する。
【００５９】
ここで、本願発明者らが得た詳細な実験結果について説明する。
【００６０】
図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれＤＭＨｙによるＬＥＧ層１０５の成長前後におけるＸ線回折結果を示している。回折ピークはシード層１０４を構成するＧａＮ（０００２）としている。横軸は２θ−ω軸であり、格子定数の逆数に対応している。一方、縦軸はω軸であり、中心からの結晶の傾きを表している。図４（ａ）からは、単峰性のＧａＮ（０００２）ピークを確認することができる。一方、図４（ｂ）に示すＤＭＨｙを用いたＬＥＧ層１０５の成長後のＸ線回折結果からは、ＧａＮ（０００２）ピークよりも低角側に２つの鋭いピークが存在していることが分かる。これら２つのピークはＬＥＧ層１０５の結晶情報であり、半値幅の鋭さから結晶性は良好であることが分かる。また、２θ−ω軸において低角側であることから、格子定数が大きくなっていることが分かる。これは前述した炭素（Ｃ）の意図的な取り込み効果による。また、ω軸に対しても±０．３度程度のずれを有していることから、各ＬＥＧ層１０５の上面における法線は基板１０１における開口部１０２ａ上の法線に対しそれぞれ外側に傾斜していることを意味する。
【００６１】
次に、図２（ｄ）に示すように、図２（ｃ）に示したエピタキシャル構造の上に、連続して結晶成長を行う。結晶成長を開始する前に、ＤＭＨｙの供給を停止すると同時にアンモニアの供給を開始する。結晶成長温度をｎ型ＧａＮ層１０６以降のエピタキシャル層を成長するのに最適な温度である約１０００℃にまで上昇し、その後、ＭＯＣＶＤ成長を行う。ここでの成長には、活性層１０７に添加するインジウム（Ｉｎ）原料にトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いる。また、ｎ型のドーピング原料及びｐ型のドーピング原料には、それぞれシラン（ＳｉＨ4）ガス及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いる。他の原料はＬＥＧ層１０５までのエピタキシャル層に用いた原料と同一である。
【００６２】
具体的には、シード層１０４及びＬＥＧ層１０５の上に、厚さが２００ｎｍのｎ型ＧａＮ層１０６を上面が平坦となるように成長する。続いて、ｎ型ＧａＮ層１０６の上にＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造（３ＱＷ）を有する活性層１０７を成長する。ここでは、活性層１０７における井戸層は発光波長が４５０ｎｍとなるように、その層厚及びインジウム組成が厳密に制御されている。続いて、活性層１０７の上に、厚さが２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層１０８を成長する。その後、アンモニアを流しつつ温度を下げていき、一連の結晶成長作業を終了する。このとき、図２（ａ）に示す下地基板から一貫して結晶成長を行うため、各結晶成長層の界面には酸素等の汚染物質は存在しない。このため、各結晶成長層の界面において不要な欠陥や転位が発生することはない。また、常温にまで降温することなく一貫して結晶成長を行うため、各結晶成長層に不要な熱ストレスを与えることもなく、良好な結晶性を保つことができる。第１の実施形態においては、ＡｌＮからなるバッファ層１０３におけるマスク膜１０２の上側部分には、ＬＥＧ層１０５及びｎ型ＧａＮ層１０６等の結晶成長層が独立して成長していない。各結晶成長層は、シード層１０４のみから成長している。これは前述した通り、マスク膜１０２の上側部分におけるＡｌＮの結晶性が低いためである。
【００６３】
このように一連の結晶成長を行ったエピタキシャル層の透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）写真を図５に示す。ここでは、活性層１０７および下地構造の評価を行うため、ｐ型ＧａＮ層１０８の成長をせず、活性層１０７で成長を停止した試料を評価に用いている。また、総成長膜厚は約１．５μｍとしている。図５において、黒い筋状部分は転位である。また、分かりやすいように、図５には白い破線で各部の境界を示しており、それぞれ、シリコンからなる基板、ＳｉＯ2からなるマスク膜、アンモニアによる第１の成長部（ｓｅｅｄ−ＧａＮ）、ＤＭＨｙによる第２の成長部（ＬＥＧ−ＧａＮ）及びアンモニアによる第３の成長部３ＱＷ／ＧａＮを表している。
【００６４】
図５からは、ｓｅｅｄ−ＧａＮは下地基板のシリコンから成長しているため、転位が基板面に対して垂直な方向に延びていることが分かる。第２の成長部ＬＥＧ−ＧａＮは、ＤＭＨｙによるＬＥＧ構造であるため、転位はｓｅｅｄ−ＧａＮとの界面を起点として、横方向にのみ延びていることが分かる。また、第３の成長部３ＱＷ／ＧａＮは、ｓｅｅｄ−ＧａＮの直上では転位が連続的に上方に成長していることが分かる。これに対し、第３の成長部３ＱＷ／ＧａＮは、第２の成長部ＬＥＧ−ＧａＮの上では転位がほとんど見られない。これは、ＬＥＧ−ＧａＮがＤＭＨｙによる側面からの選択成長であるため、転位が上下方向には存在せず、その結果、ＬＥＧ−ＧａＮの上に成長した３ＱＷ／ＧａＮは無転位になったものと考えられる。このため、ＬＥＧ−ＧａＮの上に成長した活性層には転位がほとんどなく、高い発光効率を実現することができる。一方、ｓｅｅｄ−ＧａＮの上に成長した活性層は貫通転位が多く、発光効率も低いことが予想される。
【００６５】
図５の右端部に注目すると、ＳｉＯ2からなるマスク膜には、右端部に斜め上方に延びる白い筋（空隙部）が見られる。これは、結晶成長後の降温時における各結晶成長層における熱収縮量が、下地基板のシリコンと比べて大きいことが原因であり、例えばＬＥＧ−ＧａＮに引きずられて最も強度的に弱いマスク膜にクラックが入ったためである。これは選択成長であるにも拘わらず、図２（ｃ）に示したマスク膜１Ｏ２上のバッファ層１０３とその上のＬＥＧ層１０５との密着性が非常に高いことに起因する。もし、バッファ層１０３がマスク膜１０２とＬＥＧ層１０５との間に存在せず、マスク膜１０２とＬＥＧ層１０５とが直接に接している場合は、基板１０１から不均一な力が各結晶成長層に印加されるため、各結晶成長層にクラックを引き起こす要因となり得る。すなわち、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮからなるバッファ層１０３がマスク膜１０２の上に形成されていることにより、マスク膜１０２に意図的にクラックを導入することができ、これにより、各結晶成長層に生じるクラックを抑制することに成功している。また、各結晶成長層の残留歪みを小さくすることができるため、活性層１０７における量子井戸層内の分極によるキャリア分離を軽減することができる。従って、発光効率をさらに増大させることが可能となる。
【００６６】
図６に、図５における第３の成長部３ＱＷ／ＧａＮまで成長した後のＸ線回折結果を示す。ここでは、ＧａＮ（０００２）ピークの近傍について拡大して示している。縦軸及び横軸は図４（ａ）及び図４（ｂ）と同様である。図６には、図４（ｂ）において見えていた２つの小さなピークは消失している。代わりに、縦方向に長い楕円状の単峰性ピークとして一体化していることが分かる。これは、第３の成長部により、ＤＭＨｙによるＬＥＧ層１０５が引っ張られるためである。また、引っ張る力が非常に強いため、マスク膜１０２にクラックが入ることによって結晶成長層の全体の残留歪みを低減させていることが分かる。しかしながら、前述の通り、ＬＥＧ層１０５には炭素を意図的に多く含ませていることから、ＧａＮピークと比べて格子定数が若干大きくなっている。このため、ピークは縦軸方向に長い弓形となっている。さらに、ピークのω軸方向に対する半値幅がかなり広くなっていることから、ｎ型ＧａＮ層１０６の表面はＬＥＧ層１０５の上では微傾斜していることが分かる。
【００６７】
図７に、第３の成長部３ＱＷ／ＧａＮまで成長した試料の広域Ｘ線回折結果を示す。図７において、最大ピークがＧａＮ（０００２）に対応しており、該最大ピークから縦軸方向に延びている理由は前述した通りである。図７には、ＧａＮに起因する強いピークの左右にいくつかのピークがある。特に２θ−ω軸の原点位置において、ＧａＮ（０００２）ピークよりも０．５度だけ低角側にピークが見られるが、これはＩｎＧａＮからなる量子井戸層の０次回折ピークに対応しており、ここからインジウム組成が約８％であることを求めることができる。一方、ω軸が原点からずれるに従って、量子井戸層の０次回折ピークが低角側にシフトしているのが分かる。例えば、±０．５°におけるＧａＮ（０００２）ピークからのシフト量は約−０．７度になっており、これはインジウム組成約１０％に相当する。これは前述した通り、ＬＥＧ層１０５の上のｎ型ＧａＮ層１０６の表面は微傾斜していることから、インジウムの取り込み効率が増すためと考えられる。すなわち、ｎ型ＧａＮ層１０６と同一の成長温度であるにも拘わらず、インジウム組成が高い量子井戸構造を実現できることを意味している。また、インジウムの取り込み効率は、成長温度が上昇するに従い減少する傾向があることを考えると、比較的に高温下においても高インジウム組成のＩｎＧａＮ量子井戸構造を作製することが可能となり、より高い結晶性を有する活性層１０７を結晶成長することができる。
【００６８】
図８（ａ）に作製した試料の走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）による上面観察像を示す。用いた試料はＴＥＭ観察に用いた試料と同一である。図８（ａ）において、濃い灰色部分がマスク膜１０２であり、比較的薄い灰色部分が再成長した活性層１０７である。図８（ａ）からは、ＳＥＭ観察レベルでは、活性層１０７の表面が完全に平坦であることが分かる。また、各結晶成長層の接合部においても段差等は一切見られない。通常、マスクを用いずにシリコンからなる基板の上に窒化物半導体を結晶成長すると、約０．５μｍの厚さでクラックが発生し始める。本発明においては、総膜厚が約１．５μｍであるにも拘わらず、結晶成長層の表面にはクラックが一切見られない。これは、シリコンからなる基板１０１とはマスク膜１０２の開口部１０２ａのみで支持されているため、クラックに対する耐性が向上したことによる。また、ＴＥＭ観察においても見られた通り、マスク膜１０２に優先的にクラックが入ることにも起因する。
【００６９】
次に、図８（ｂ）に、図８（ａ）の試料における同一の領域をカソードルミネッセンス（Cathode Luminescence：ＣＬ）法により測定した結果を示す。図８（ｂ）からは、活性層１０７におけるシード層１０４の上側部分と比べて、ＬＥＧ層１０５の上側部分が全面発光していることが分かる。また、シード層１０４の上側部分には多数の暗点が確認できる。これは図５のＴＥＭ観察の結果からも確認できる通り、試料の表面に延びる貫通転位によると考えられる。一方、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５の上側部分には貫通転位が存在しないため、ＣＬ法による観察結果においても暗点も見られず、全面発光していると考えられる。
【００７０】
次に、活性層１０７へのインジウム（Ｉｎ）の取り込み効率を調べるために、図８（ｃ）にＣＬ発光ピーク波長のマッピング結果を示す。試料の測定領域は図８（ａ）及び図８（ｂ）と同一である。図８（ｃ）からは、活性層１０７におけるシード層１０４の上側部分のＣＬピーク波長は約３９０ｎｍであることが分かる。これに対し、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５の上側部分のＣＬピーク波長はシード層１０４の上側部分と比べて２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度だけ長波長となっている。これは前述した通り、炭素の取り込みによる格子定数の増大と、ｎ型ＧａＮ層１０６の表面の微傾斜により、インジウムの取り込みが増大したためである。インジウム組成が２％だけ増大したとすると、発光波長は約２０ｎｍ程度だけ長波長側にシフトし、Ｘ線回折の結果とＣＬ結果とが整合することが分かる。また、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５の上側部分のＣＬピーク波長は、シード層１０４から離れるに従い、長波長側にさらにシフトしている。これは、ｎ型ＧａＮ層１０６の外側部分が、より歪みが緩和され且つ格子定数がより大きくなっているためと、内側と比べて表面がよりインジウムの取り込みが容易な傾斜面となっているためと思われる。
【００７１】
次に、図９に活性層１０７からの発光強度について、フォトルミネッセンス（Photo Luminescence：ＰＬ）測定による測定結果を示す。比較例として、マスク膜を用いないシリコンからなる基板上に結晶成長した量子井戸活性層におけるＰＬ測定結果も同時に示す。ここで、比較例に係る量子井戸層の成長条件は、本発明に係る試料と同一としている。図９から分かるように、本発明に係る試料は、比較例と比べてＰＬ発光強度が数倍向上している。これは、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５の上側部分においては、転位が著しく減少しており、転位を介したキャリアのリークが大幅に減少しているためと考えられる。また、量子井戸構造の活性層１０７はインジウム組成が大きいことから、井戸層におけるキャリアの閉じ込め効果が有効に作用しているためと考えられる。ＣＬ測定の結果でも述べたように、本発明に係る試料のＰＬ発光ピーク波長は、比較例と比べて４３０ｎｍ付近に大幅にシフトしている。これは前述の通り、炭素の取り込みによる格子定数の増大とｎ型ＧａＮ層１０６の表面の微傾斜とによると思われる。ＣＬ測定では、活性層１０７におけるマスク膜１０２の開口部１０２ａ上の領域も３９０ｎｍ付近の波長で発光していたが、発光強度が微弱であるため、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５上の領域の発光ピークに埋もれてしまっており、これを分離することは不可能である。また、活性層１０７におけるＬＥＧ層１０５上の禁制帯幅は、シード層１０４上の禁制帯幅よりも狭いため、キャリアがＬＥＧ層１０５の上側に移流して発光に寄与していることも考えられる。
【００７２】
このように、第１の実施形態に係る窒化物半導体層の成長技術を検証した結果、本願発明者らは以下の４点の知見を得ている。
（１）ＬＥＧ成長を導入することにより、活性層を無転位で形成することが可能。
（２）ＬＥＧ成長部へ意図的に炭素を取り込ませ、且つＬＥＧ成長部上のＧａＮ層に微傾斜を与えることにより、活性層のインジウム組成を増大させることが可能。
（３）マスク膜上にＡｌＮを堆積することにより、マスク膜にクラックを意図的に入れることができ、活性層の歪み緩和とクラックの抑制とを図ることが可能。
（４）マスク膜の複数の開口部の上にそれぞれ形成された複数の窒化物半導体層は互いに分離されている方が厚膜化が容易であり、クラックに対する耐性は飛躍的に向上すること（詳細は後述。）。
【００７３】
以上説明したように、図２（ｄ）に示す優れた発光効率及びクラックフリーのエピタキシャル構造に対して、プロセスを順次進行することにより、所望の窒化物発光ダイオード素子を得る。
【００７４】
具体的には、図３（ａ）に示すように、真空蒸着法又はスパッタ法により、ｐ型ＧａＮ層１０８の上に、厚さが１０ｎｍ以下のＮｉ／Ａｕからなる半透明電極１０９を形成する。
【００７５】
次に、図３（ｂ）に示すように、塩素（Ｃｌ2）をエッチングガスとする誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）エッチング装置を用いて、レジストパターン（図示せず）をマスクとして、シード層１０４の上側部分の半透明電極１０９、ｐ型ＧａＮ層１０８及び活性層１０７を順次エッチングしてｎ型ＧａＮ層１０６を露出する凹部を形成する。その後、塩素によるエッチング損傷を回復するため、窒素（Ｎ2）雰囲気でアニール処理を施す。
【００７６】
次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト塗布、光露光及び現像により、半透明電極１０９上における凹部に対して外側の領域と凹部の底面とを露出する開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成する。その後、真空蒸着法又はスパッタ法により、レジスト膜の上にＴｉ／Ａｕからなる積層膜を形成し、レジスト膜を除去するリフトオフ法により、半透明電極１０９の上にはｐ側電極１１１を形成し、ｎ型ＧａＮ層１０６の上における凹部からの露出部分には、ｎ側電極１１０を形成する。
【００７７】
以上のプロセスを経て、高輝度且つ信頼性が高い窒化物発光ダイオード素子を実現できる。
【００７８】
なお、第１の実施形態においては、活性層１０７とシード層１０４及びＬＥＧ層１０５との間に単層のｎ型ＧａＮ層１０６を形成しているが、該単層のｎ型ＧａＮ層１０６に代えて短周期超格子構造を有する窒化物半導体層を形成してもよい。
【００７９】
また、ｐ型ＧａＮ層１０８に対しても、短周期超格子構造を有する窒化物半導体層としてもよい。このようにすると、窒化物半導体層に生じるクラックをさらに抑制することが可能となり、さらなる厚膜の成長が可能となる。その上、ｐ型ＧａＮ層１０８に短周期超格子構造を用いると、アクセプタの活性化率を向上する効果も奏する。
【００８０】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８１】
図１０は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置であって、窒化物発光ダイオード素子の断面構成を示している。図１０において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８２】
図１０に示す窒化物発光ダイオード素子は、六方晶ＧａＮ系半導体を用いた、発光波長が４５０ｎｍの青色窒化物発光ダイオード素子である。
【００８３】
図１０に示すように、主面の面方位が（１１１）面であるｎ型シリコン（Ｓｉ）からなる基板２０１の主面上には、開口部２０５ａを有し、第１の絶縁膜２０２、導電膜２０３及び第２の絶縁膜２０４からなるマスク膜２０５が形成されている。このように、第２の実施形態に係るマスク膜２０５は、第１の絶縁膜２０２及び第２の絶縁膜２０４の間に、導電膜２０３を挟んでなる積層構造としている。ここでは、例えば第１の絶縁膜２０２は膜厚が１００ｎｍのＳｉＯ2からなり、導電膜２０３は膜厚が１００ｎｍのｎ型ポリシリコンからなり、第２の絶縁膜２０４は膜厚が３００ｎｍのＳｉＯ2からなる。
【００８４】
図１０に示すように、第２の実施形態に係る窒化物発光ダイオード素子は、マスク膜２０５の内部に導電膜２０３を形成している。従って、半透明電極１０９の端部をマスク膜２０５の導電膜２０３と電気的に接続することにより、ｐ側電極１１１をマスク膜２０５の上に形成することができる。このため、ｐ型ＧａＮ層１０８の上にｐ側電極１１１を設ける必要がなくなるので、ｐ型ＧａＮ層１０８における発光光の透過面積を犠牲にすることなく、電極パッドの形成位置に対して高い自由度を得られるようになる。
【００８５】
さらに、第２の実施形態においては、ｎ側電極１１０においても、シード層１０４及びバッファ層１０３におけるマスク膜２０５の開口部２０５ａを貫通して、基板２０１と電気的に接続されている。なお、ここでは、ｎ側電極１１０における基板２０１との接合部分にはチタンシリサイド層２０１ａが形成され、ｐ側電極１１１における導電膜２０３との接合部分にはニッケルシリサイド層２０３ａが形成されている。
【００８６】
以下、前記のように構成された窒化物発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００８７】
図１１（ａ）〜図１１（ｄ）及び図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る窒化物発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００８８】
まず、図１１（ａ）に示すように、主面の面方位が（１１１）面のｎ型シリコンからなる基板２０１の主面に、熱酸化法により、厚さが１００ｎｍのＳｉＯ2膜からなる第１の絶縁膜２０２を形成する。続いて、シランガスを用いた化学的気相成長法により、第１の絶縁膜２０２の上に、ｎ型不純物としてリン（Ｐ）を添加したｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３を形成する。続いて、プラズマ気相成長（ｐ−ＣＶＤ）法により、導電膜２０３の上に、厚さが１００ｎｍのＳｉＯ2膜からなる第２の絶縁膜２０４を形成する。
【００８９】
次に、図示はしていないが、第２の絶縁膜２０４の上にレジストの塗布、光露光及び現像を行ってレジストパターンを形成し、形成したレジストパターンを用いて、第２の絶縁膜２０４、導電膜２０３及び第１の絶縁膜２０２に、図１１（ｂ）に示すような、開口部２０５ａを有するマスク膜２０５を形成する。具体的には、まず、ＣＦ4系ガス（ＣＦ4を主成分とするエッチングガス）を用いた反応性イオンエッチング法により、第２の絶縁膜２０４に開口パターンを転写し、続いて、塩素系ガスを用いたドライエッチング法により、導電膜２０３にも開口パターンを転写する。続いて、王水を用いて導電膜２０３における開口部２０５ａの側壁からの露出部分に、幅（奥行き）が４０ｎｍ以上となるアンダーカットを形成する。これは、導電膜２０３の開口部２０５ａからの露出面である（１１１）面から、後工程においてバッファ層１０３を構成する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が異常成長して、基板２０１から成長したバッファ層１０３に悪影響を与えないためである。続いて、再度、ＣＦ4系反応性イオンエッチング法により、第１の絶縁膜２０２に開口パターンを転写した後、レジストパターンを有機溶媒により除去する。このように、ドライエッチング法及びウェットエッチング法を用いて、再現性に優れた開口部２０５ａを有するマスク膜２０５を形成できる。図１２（ｄ）は図１１（ｂ）における導電膜２０３の平面構成を示し、該図１１（ｂ）は図１２（ｄ）のＸＩｂ−ＸＩｂ線における断面に相当する。図１２（ｄ）に示すように、それぞれ平面長方形状の領域が下地層である基板２０１の露出部分であり、図面の右側には、第２の絶縁膜２０４を仮想的に剥離して、アンダーカットを入れた導電膜２０３を図示している。図１２（ｄ）に示すように、平面長方形状として露出している基板２０１と導電膜２０３との間はアンダーカットによって導電膜２０３が除去されて、第１の絶縁膜２０２及び第２の絶縁膜２０４のみとなる。なお、図１２（ｄ）から分かるように、導電膜２０３は、基板２０１上の全面にわたって連続して形成されている。これは後で述べるように、この導電膜２０３を用いて配線等として電気伝導させるためである。
【００９０】
次に、図１１（ｃ）に示すように、第１の実施形態と同様に、ＭＯＣＶＤ法により、開口部２０５ａを含むマスク膜２０５の上に、ＡｌＮからなるバッファ層１０３、ｎ型ＧａＮからなるシード層１０４、ＤＭＨｙによるＬＥＧ層１０５、ｎ型ＧａＮ層１０６、ＩｎＧａＮからなる活性層１０７及びｐ型ＧａＮ層１０８を順次結晶成長により形成する。なお、第２の実施形態においては、シード層１０４は、後工程で形成するｎ側電極１１０を考慮して、シリコンをドーピングしており、電気伝導特性はｎ型となっている。また、ＬＥＧ層１０５においても、第１の実施形態と同様に、該ＬＥＧ層１０５のに成長した活性層１０７には転位がほとんど発生せず、且つ窒化物半導体からなる各結晶成長層はその全面においてクラックが存在していない。
【００９１】
次に、図１１（ｄ）に示すように、レジスト塗布、光露光及び現像により、バッファ層１０３の上におけるｐ型ＧａＮ層１０８の両側方部分に開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成する。続いて、形成したレジスト膜をマスクとして、ＩＣＰドライエッチング法により、バッファ層１０３及び第２の絶縁膜２０４を掘り込んで、その下の導電膜２０３を露出する。
【００９２】
次に、図１２（ａ）に示すように、レジスト膜を除去した後、Ｎｉ／Ａｕからなる半透明電極１０９を蒸着して形成し、所定のアニール処理を施す。これにより、ｐ型ＧａＮ１０８と半透明電極１０９との電気抵抗を低減させると共に、マスク膜２０５を構成する導電膜２０３と半透明電極６１１との間においてニッケルシリサイド層２０３ａが形成される。その結果、導電膜２０３と半透明電極６１１との接合部における電気抵抗をも低減させることができる。
【００９３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、レジスト塗布、光露光及び現像により、半透明電極１０９の上におけるシード層１０４の上側部分に開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成する。続いて、レジスト膜をマスクとして、ＩＣＰドライエッチング法により、ｐ型ＧａＮ層１０８及び活性層１０７における、転位により発光効率が低いシード層１０４の上側部分をエッチングする。さらに、ｎ型ＧａＮ層１０６及びシード層１０４を基板２０１が露出するまでエッチングする。
【００９４】
次に、図１２（ｃ）に示すように、リフトオフ法により、それぞれがＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極１１０及びｐ側電１１１を形成する。ここでも、第１の実施形態と同様に、ｐ側電極１１１をｎ側電極１１０と同一の材料としても、半透明電極１０９とｐ側電極１１１との間の抵抗を小さくすることが可能となるため、プロセスの簡便性から材料を同一としている。その後、形成されたｎ側電極１１０及びｐ側電１１１をアニールして、ｎ側電極１１０と基板２０１との接合部をチタンシリサイド２０１ａとすることにより、基板２０１をｎ側電極１１０の電極パッドとして用いている。
【００９５】
このように、第２の実施形態においては、ｐ側電極１１１が、活性層１０７の上側に位置するｐ型ＧａＮ層１０８の上に形成されない。その結果、ｐ側電極１１１がｐ型ＧａＮ層１０８の上に形成されている場合と比べて、活性層１０７からの発光光の発光可能な面積を増やすことができる。
【００９６】
また、ｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３をマスク膜２０５の内部の全体に設けていることから、ｐ型電極１１１の配置位置に関する自由度を高く設定することができる。従って、ｐ側電極１１１により発光可能な面積を犠牲にすることなく、ｐ側電極パッドの形成位置に対して高い自由度を得ることができる。これにより、高輝度且つ高信頼性を有する窒化物発光ダイオード素子を実現することができる。
【００９７】
なお、第２の実施形態においては、マスク膜２０５に組み込むｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３を気相成長法により形成しているが、ＳＯＩ（silicon on insulator）基板を用いても、本発明の効果が損なわれることはない。
【００９８】
また、ｎ側電極１１０はｎ型シリコンからなる基板２０１と接続しているが、第１の実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ層１０６の表面から取り出しても、本発明の効果は十分に発揮される。
【００９９】
（第２の実施形態の一変形例）
以下、本発明の第２の実施形態の一変形例について図面を参照しながら説明する。
【０１００】
図１３は本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体発光装置であって、窒化物発光ダイオード素子の断面構成を示している。図１３において、図１０に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１０１】
図１３に示すように、マスク膜２０５において、ｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３とＳｉＯ2からなる第２の絶縁膜２０４との間に、厚さが５０ｎｍのロジウム（Ｒｈ）からなる反射膜３０１を設けていることを特徴とする。
【０１０２】
ロジウムは、青色光に対して約７５％の反射率を有しており、シリコンの反射率の４６％と比べて約６割程度も高い。また、ロジウムは融点が２０００℃以上であり、シリコンとも反応しないことから、最適の金属材料である。ここで、ｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３は、熱処理における反射膜３０１の変形を抑制すると共に、第１の絶縁膜２０２との密着性を改善するために導入している。
【０１０３】
また、ｐ側電極１１１のパッド領域は、ｐ型ＧａＮ層１０８の外側の領域において、Ｔｉ／Ａｕからなる半透明電極１０９とＲｈからなる反射膜３０１とが接して形成される。従って、第１変形例においては、パッド領域にシリサイド層は形成されない。
【０１０４】
以下、前記のように構成された窒化物発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１０５】
図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１０６】
まず、図１４（ａ）に示すように、主面の面方位が（１１１）面のｎ型シリコンからなる基板２０１の主面に、熱酸化法により、厚さが１００ｎｍのＳｉＯ2膜からなる第１の絶縁膜２０２を形成し、続いて、第１の絶縁膜２０２の上にｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３を形成する。
【０１０７】
次に、図１４（ｂ）に示すように、レジスト塗布、光露光及び現像により、導電膜２０３の上に、開口部２０５ａを覆うマスクパターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成する。続いて、真空蒸着法により、レジスト膜を含め導電膜２０３の上に全面にわたって、厚さが５０ｎｍのロジウム膜を蒸着し、その後、レジスト膜を除去するリフトオフ法により、ロジウム膜から開口パターンを有する反射膜３０１を形成する。続いて、プラズマ気相成長法により、開口パターンを有する反射膜３０１の上に、厚さが１００ｎｍのＳｉＯ2膜からなる第２の絶縁膜２０４を形成する。
【０１０８】
次に、図１４（ｃ）に示すように、第２の実施形態と同様に、反応性イオンエッチング法及びウェットエッチング法を用いて、反射膜３０１の開口パターンの中央部分に開口部２０５ａを有するマスク膜２０５を形成する。
【０１０９】
次に、図１４（ｄ）に示すように、第２の実施形態と同様に、ＭＯＣＶＤ法により、開口部２０５ａを含むマスク膜２０５の上に、ＡｌＮからなるバッファ層１０３、ｎ型ＧａＮからなるシード層１０４、ＤＭＨｙによるＬＥＧ層１０５、ｎ型ＧａＮ層１０６、ＩｎＧａＮからなる活性層１０７及びｐ型ＧａＮ層１０８を順次結晶成長により形成する。このとき、反射膜３０１を構成するロジウムは化学的に非常に安定であるため、結晶の成長中においても、アンモニア等により冒されることはない。
【０１１０】
続いて、ｐ側電極１１１をｐ型ＧａＮ層１０８の外側部分で半透明電極１０９及び反射膜３０１と接続されるように形成する。その後、マスク膜２０５の開口部２０５ａの上側に位置するｐ型ＧａＮ層１０８からバッファ層１０３を貫通して基板２０１を露出し、ｎ型ＧａＮ層１０６と基板２０１との露出部分を電気的に接続するようにｎ側電極１１０を形成する。
【０１１１】
以上説明したように、本変形例においては、マスク膜２０５に、高い反射率を有するロジウムからなる反射膜３０１を設けているため、活性層１０７において基板２０１方向に発光した光は、反射膜３０１によって基板２０１の上方に反射される。反射膜３０１に金属を用いる利点は、いくつか挙げられる。まず、ロジウム（Ｒｈ）のような貴金属の場合は、経年劣化しないことが挙げられる。また、導電性を有しているため、ｎ型ポリシリコンからなる導電膜２０３に代えて電流を流すことができることも挙げられる。金属はポリシリコンと比べて導電率が高いため、駆動電圧を低減できると共に、熱の発生をも抑制することができる。
【０１１２】
また、マスク膜２０５を複数の誘電体膜を積層してなる誘電体多層反射膜として構成する場合には、光の入射方向が誘電体多層反射膜の設計角度からずれていると、設計通りの反射率を示すことができない。このため、光の入射方向に対する反射率を全て平均化すると、あまり高い反射率を得ることができなくるのが現実である。これに対し、反射膜３０１を金属で構成する場合には反射率に対する入射角度の依存性は存在せず、例えばロジウムの場合は全方位に対して約７５％の反射率を得ることができる。さらに、この場合は、全入射方向に対する平均値を取ってもやはり反射率は約７５％となり、誘電体多層反射膜と比べて総合的に高い反射率を実現することができる。
【０１１３】
このように、マスク膜２０５の内部に金属からなる反射膜３０１を形成することにより、光取り出し効率を向上することが可能となるため、高輝度且つ高信頼性を有する窒化物発光ダイオード素子を得ることができる。
【０１１４】
なお、本変形例においては、反射膜３０１を開口部２０５ａを除いて全面的に設けているが、反射膜３０１は必ずしもマスク膜２０５に全面的に設ける必要はない、すなわち、活性層１０７の少なくとも下側の領域に設けてあれば、本発明の効果は発揮される。また、全面的に設けないようにすると、反射膜３０１を構成する金属による熱ストレスを低減することができるという効果もある。
【０１１５】
また、本変形例においては、反射膜３０１にロジウム（Ｒｈ）を用いているが、ロジウムに代えて、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）合金を用いることも効果的である。銀単体は青色光に対して９０％以上の高い反射率を有しているが、その融点が低いことが問題である。これに対し、パラジウムを５０％程度含む合金とすると、融点を１３００℃程度にまで向上することが可能となり、窒化物半導体の結晶成長に耐えられる反射材料となる。なお、パラジウムの青色光に対する反射率は約６４％であるため、合金の反射率は銀単体の反射率と比べると低下し、７０％程度となる。この反射率の値はロジウムの反射率とほぼ同等となる。また、銀パラジウム合金は王水等によりエッチングが可能であるため、開口パターンを形成する形成方法においても、リフトオフ法に加え、ウェットエッチング法等の選択肢が増えることも利点である。
【０１１６】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。
【０１１７】
まず、シリコン（Ｓｉ）からなる基板と該基板の上に成長する窒化物半導体層に生じるクラックとの関係について、本願発明者らが行った実験結果に基づいて説明する。
【０１１８】
シリコン基板の上に窒化物半導体を結晶成長した場合に、比較的に厚く成長するとクラックが入ることは前述した通りである。特に厚さが０．５μｍ程度がしきい値であり、それを超えると急激にクラックが発生する。本願発明者ら、シリコン基板の上に厚さが１．２μｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長した試料の表面に発生したクラックについて詳細に調べた。
【０１１９】
成長した試料の表面にクラックが発生すると、試料の表面は多数の小片に分割される。小片はクラックにより、平面形状が正三角形、平行四辺形又は台形等の形状を取る。また、窒化物半導体は面方位の（０００１）面において６回対称性を有しているため、各頂点がなす角度は６０°又は１２０°に近い値となる。ここでは、各小片のうち最も長い辺の長さａと、それに隣接する辺の長さｂとを測定した。従って、ａ＝ｂの場合は正三角形を意味し、ａ＞ｂの場合は平行四辺形又は台形を意味する。平行四辺形については、面積及び外周の長さが等しい台形と等価であるとして集計した。
【０１２０】
図１５は、辺ａ及び辺ｂに対する小片の分布である。図１５においては、分かりやすいように、ａとｂとを入れ替えた場合（直線ａ＝ｂに対して鏡像）の分布も同時に記している。図１５から、ａ＝ｂである正三角形が非常に多く、その近辺のサイズに多数が分布していることが分かる。一方、長辺が非常に長い小片も存在しており、数百μｍに及ぶ小片も存在することが分かる。
【０１２１】
ここで、図１５の挿し絵に記されているように、台形の周囲からマージンｄだけを切り取った際の、内側の面積Ａを求めると、単純な幾何学的な計算の結果、面積Ａはａ、ｂ及びｄを用いて以下の式［数１］で表される。
【０１２２】
【数１】
2009118979.tif 000024
【０１２３】
ここで、面積Ａとマージンｄとをパラメータと見なすと、上式はａとｂとの関係式と見なすことができる。図１５で得られた分布に対し、［数１］のＡとｄとの値を振って分布の最大値がカバーされるように、ａとｂとの関係を求めたものが、図１５中で破線で示される曲線である。このときのＡ及びｄは、それぞれ８０００μｍ2及び６．５μｍであった。このように、小片の分布の最大値は、［数１］で与えられる幾何学的な関係によって求めることができる。また、一方の辺の長さが１３μｍ以下である場合は、面積Ａは負値となる。この場合は、クラックが発生しないことを意味している。特に図１５において、非常に細長い小片が散見されるのは、そのためであると考えられる。
【０１２４】
これの物理的な解釈は、下記のように与えられる。
【０１２５】
まず、マージンｄは、クラックと隣接している領域である。このため、シリコンと窒化物半導体との間にある残留歪みはクラックによってほとんど解放されていると考えられる。すなわち、マージンｄはクラックによって残留歪みがなくなった領域に相当する。一方、マージンｄの領域を差し引いた面積Ａの部分は辺の内側であるため、残留歪みは維持されている。また、残りの面積Ａの領域によって小片の最大サイズが規制されているという事実は、小片が存在するための残留歪みエネルギーの限界値が存在することを意味している。また、成長膜厚が大きくなるほど、面積Ａの値はほぼ反比例して小さくなっていく傾向があるため、結果的に小面積の小片が増えることになる。一方、マージンｄについては、成長膜厚が増大してもあまり変化しないようである。
【０１２６】
以上のように、成長膜厚に対して小片が存在するための限界値があることが分かる。また、シリコン基板上に窒化物半導体をアイランド状に成長させ、アイランド状に成長した窒化物半導体に発光デバイスを作製する場合は、面積Ａを超えないようなサイズとする必要がある。ところで、通常の発光デバイスのチップサイズは、ハンドリング作業の容易さから、最小値が２００μｍ×２００μｍ程度である。この場合のチップ面積は４００００μｍ2であり、クラックフリーであるための膜厚は数百ｎｍまでしか許されない。もし青紫色レーザ素子をシリコン基板上に作製する場合は、ビーム形状の安定性及び下地基板による干渉を回避するために、もっと厚い膜厚が必要となる。これは、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）でも同様であり、活性層の下に位置するｎ型ＧａＮ層にまで掘り込んでｎ側電極を形成することを考えると、ある程度の厚さは必要である。しかしながら、前述のように、面積Ａによって小片の最大サイズが規制されてしまうため、１つのチップの上に複数の発光素子が形成されたデバイス構造を採る必要がある。
【０１２７】
以上のクラックに関する実験結果及び考察を踏まえた上で、本発明に係る窒化物半導体発光装置である発光ダイオード素子を例に図面を参照しながら説明する。
【０１２８】
特に、本実施形態においては、第２の実施形態と同様に基板上に形成されるマスク膜への機能付加に加え、複数の発光素子を効率良く接続する方法についてＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて説明する。
【０１２９】
図１６に示す窒化物発光ダイオード素子は、六方晶ＧａＮ系半導体を用いた、発光波長が４５０ｎｍの青色窒化物発光ダイオード素子であり、例えば素子Ａと素子Ｂとを１対とする素子が２対分含まれている。
【０１３０】
第３の実施形態に係る発光ダイオード素子は、下地層のＳｉ基板４０１と、絶縁層４０２と、高ドープのｎ型シリコンからなり面方位が（１１１）面のＳｉ薄膜層４０３とにより構成されたＳＯＩ基板４００を用いている。
【０１３１】
ここでは、Ｓｉ薄膜層４０３は、後述するように、ＧａＮからなるシード層４０６の種結晶となる第１パターンと、ｐ側電極４１１と接続される第２パターンと、絶縁膜４１２を介在させてｎ側電極４１３と接続される第３パターンとにパターニングされている。
【０１３２】
素子Ａを例に採ると、Ｓｉ薄膜層４０３の上には、Ｓｉ薄膜層４０３の第１パターンを露出する開口部を有するＳｉＯ2からなるマスク膜４０４が形成されており、該開口部を含むマスク膜４０４の上には、ＡｌＮからなるバッファ層４０５、ＧａＮからなるシード層４０６、該シード層４０６の側面のＬＥＧ層４０７、並びにシード層４０６及びＬＥＧ層４０７の上のｎ型ＧａＮ層４０８、活性層４０９及びｐ型ＧａＮ層４１０が順次結晶成長により形成されている。
【０１３３】
ｐ型ＧａＮ層４１０の上面における絶縁膜４１２を除く部分には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極４１１がｐ型ＧａＮ層４１０の外側の領域でＳｉ薄膜層４０３の第２パターンと電気的に接続されるように形成されている。また、ｎ側電極４１３は、絶縁膜４１２、ｐ型ＧａＮ層４１０及び活性層４０９を貫通して、該活性層４０９の下側のｎ型ＧａＮ層４０８と電気的に接続される共に、１対の素子Ａ及びＢ同士で共有されている。
【０１３４】
以下、前記のように構成された窒化物発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１３５】
図１７（ａ）〜図１７（ｃ）及び図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物発光ダイオード素子の製造方法の工程順の構成を示している。
【０１３６】
まず、図１７（ａ）に示すように、光露光法及びＣＦ4を用いたドライエッチング法により、Ｓｉ基板４０１、ＳｉＯ2からなる絶縁層４０２及びＳｉ薄膜層４０３からなるＳＯＩ基板４００におけるＳｉ薄膜層４０３をパターニングする。ここでは、ＧａＮからなるシード層の種結晶となる第１パターン４０３ａと、ｐ側電極と接続される第２パターン４０３ｂと、ｎ側電極と接続される第３パターン４０３ｃとにパターニングする。
【０１３７】
まず、図１７（ｂ）に示すように、プラズマ気相成長法により、パターニングしたＳｉ薄膜層４０３の上に、ＳｉＯ2からなるマスク膜４０４を堆積する。続いて、光露光法及びＣＦ4によるドライエッチング法により、マスク膜４０４にＳｉ薄膜層４０３の各第１パターン４０３ａを露出する開口部４０４ａをそれぞれ形成する。
【０１３８】
次に、図１７（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、開口部４０４ａを含むマスク膜４０４の上に、ＡｌＮからなるバッファ層４０５、ＧａＮからなるシード層４０６、ＤＭＨｙによるＬＥＧ層４０７、ｎ型ＧａＮ層４０８、活性層４０９及びｐ型ＧａＮ層４１０を順次結晶成長する。ここでも、シード層４０６はバッファ層４０５における開口部４０４ａの上側部分のみから成長し、ＬＥＧ層４０７はシード層４０６の各側面から横方向にのみ成長する。また、このとき、素子Ａ及びＢを構成する、マスク膜４０４の各開口部４０４ａからそれぞれ結晶成長した窒化物半導体層は、互いに間隔をおいた状態で形成される。
【０１３９】
次に、図１８（ａ）に示すように、光露光法及びエッチング法により、バッファ層４０５における素子Ａと素子Ｂとの対向領域であって、Ｓｉ薄膜層４０３における第３パターン４０３ｃの上側部分をエッチングして、第３パターン４０３ｃを選択的に露出する。また、同時に、バッファ層４０５における各素子Ａ、Ｂの外側の領域であって、Ｓｉ薄膜層４０３における第２パターン４０３ｂの上側部分をエッチングして、第２パターン４０３ｂを選択的に露出する。さらに、各素子Ａ、Ｂにおける第３パターン４０３ｃの露出部分を挟む領域に、ｐ型ＧａＮ層４１０及び活性層４０９を貫通してその下側のｎ型ＧａＮ層４０８を選択的に露出する。ここでは、各窒化物半導体層のエッチングには塩素系ガスを用いたドライエッチングを行い、ＳｉＯ2からなるマスク膜４０４のエッチングにはフッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチングを行っている。
【０１４０】
次に、図１８（ｂ）に示すように、熱気相成長法により、ＳＯＩ基板４００上の全面に、ＳｉＯ2からなる絶縁膜４１２を堆積する。このように絶縁膜４１２により、各窒化物半導体層の全面を覆うことにより、電極同士の間のリーク電流の低減を図ることができる。
【０１４１】
次に、図１８（ｃ）に示すように、堆積した絶縁膜４１２に対して選択的にエッチングを行って、絶縁膜４１２における素子Ａと素子Ｂとの対向領域の反対側の領域を除去してｐ型ＧａＮ層４１０を露出する。このとき、ｎ型ＧａＮ層４０８の露出領域並びにＳｉ薄膜層４０３の第２パターン４０３ｂ及び第３パターン４０３ｃを再度露出させる。なお、ここでも、マスク膜４０４に対して行うエッチングには、プラズマによるダメージを避けるため、フッ酸系のウェットエッチングを用いている。
【０１４２】
次に、真空蒸着法及びリフトオフ法により、露出したｐ型ＧａＮ層４１０の上からＳｉ薄膜層４０３の第２パターン４０３ｂの露出領域に跨るように、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極４１１を形成し、また、露出したｎ型ＧａＮ層４０８の上からＳｉ薄膜層４０３の第３パターン４０３ｃの露出領域に跨るように、Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極４１３を形成する。第３の実施形態においては、ｐ側電極４１１を通して出射光を取り出すため、ｐ側電極４１１を形成するＮｉ及びＡｕはそれぞれ数ｎｍと極めて薄く蒸着している。これにより、図１６に示す窒化物発光ダイオード素子を得る。
【０１４３】
第３の実施形態の特徴は、蒸着により形成されたｐ側電極４１１同士は素子Ａ同士で共有され、ｎ側電極４１３同士は素子Ａ及びＢで共有されていることにある。すなわち、ｐ側電極４１１は、Ｓｉ薄膜層４０３の第２パターン４０３ｂの開口領域からの露出部分とｐ型ＧａＮ層４１０とを比較的に大きい面積で接続している。これに対し、ｎ側電極４１３は、Ｓｉ薄膜層４０３の第３パターン４０３ｃの開口領域からの露出部分とｎ型ＧａＮ層４０８における絶縁膜４１２からの露出部分とを接続している。
【０１４４】
さらに、全ての素子Ａ及びＢは、同様の構成によってＳｉ薄膜層４０３と接続されている。このため、ＳＯＩ基板４００に複数の発光素子が形成されていても、配線は発光素子のごく一部を覆うだけであり、全ての配線を窒化物半導体層の下側に位置するＳｉ薄膜層４０３の第２パターン４０３ｂ及び第３パターン４０３ｃによってそれぞれ引き回すことができるため、発光光の発光効率を高く維持したまま、配線部材を外部に引き出すことが可能となる。
【０１４５】
また、各素子Ａ及びＢはＳＯＩ基板４００から上方に凸構造となるように形成されているため、全面が平坦な膜構造と比べて光取り出し効率が自ずと高くなり、より高効率で発光することが可能となる。
【０１４６】
また、第３の実施形態においては、ｐ側電極４１１及びｎ側電極４１３は、複数の開口部を介して接続されているため、断線等に対する耐性が高いことも利点である。
【０１４７】
また、第３の実施形態においてはＳＯＩ基板４００を用いているが、第１及び第２の実施形態で示した、通常のシリコン基板にＳＩＯ2層及びｎ型ポリシリコン層を堆積した構造であっても本発明の効力は発揮される。この場合は、種結晶は下地のシリコン基板の表面部分である必要がある。
【０１４８】
また、ＳＯＩ基板４００の最上部はＳｉ薄膜層４０３により構成したが、Ｓｉ薄膜層４０３を炭化して、その表面のみを炭化シリコン（ＳｉＣ）とした場合でも、同様の効果を得ることができる。ＳｉＣ化した場合は、ＳｉＣはＳｉと比べてIII族元素と合金化しにくいため、結晶成長はより簡便となる。
【０１４９】
また、ＳＯＩ基板４００における下地のＳｉ基板４０１が導電性を有している場合は、Ｓｉ基板４０１と、第２パターン４０３ｂ及び第３パターン４０３ｃのいずれか一方とが電気的に接続されていてもよい。このようにすると、Ｓｉ基板４０１の裏面から接続されたいずれか一方の電極を取り出せるため、発光ダイオード素子の実装が容易となる。
【０１５０】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１５１】
図１９は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体発光装置であって、青紫色半導体レーザ素子の断面構成を示している。
【０１５２】
図１９に示す半導体レーザ素子は、六方晶ＧａＮ系半導体を用いた、発光波長が４０５ｎｍの青紫色窒化物半導体レーザ素子である。
【０１５３】
図１９に示すように、主面の面方位が（１１１）面であるｎ型Ｓｉからなる基板５０１の主面上には、開口部５０２ａを有し、例えば厚さが５０ｎｍのＳｉＯ2からなるマスク膜５０２が形成されている。マスク膜５０２の上には、開口部５０２ａを含む全面にわたって、例えば膜厚が４０ｎｍのＡｌＮからなるバッファ層５０３が形成されている。バッファ層５０３における開口部５０２ａの底面上からは、膜厚が１００ｎｍのｎ型ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層としてのシード層５０４が結晶成長により選択的に形成されている。
【０１５４】
マスク膜５０２の上には、シード層５０４の各側面から横方向（基板面に平行な方向）に選択成長してなる、第２の窒化物半導体層としてのＬＥＧ層５０５が形成されている。
【０１５５】
シード層５０４を含めＬＥＧ層５０５の上には、第３の窒化物半導体層としての、ｎ型ＧａＮ層５０６、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層（発光層）５０７及びｐ型ＧａＮ層５０８が順次結晶成長により形成されている。
【０１５６】
ｐ型ＧａＮ層５０８及び活性層５０７は、シード層５０４の両側面上に形成された２つのＬＥＧ層５０５のうちの一方の上にのみ形成されており、さらに、ｐ型ＧａＮ層５０８は、結晶軸の＜１−１００＞方向に延びるストライプ状のリッジ部が形成されている。
【０１５７】
ｐ型ＧａＮ層５０８におけるリッジ部の上面には、例えば、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ等からなるｐ側電極５１０が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ層５０６における活性層５０７が除去された領域と基板５０１におけるマスク膜５０２からの露出部分とを跨ぐように、Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極５０９が形成されている。ここで、基板５０１におけるマスク膜５０２からの露出部分（パッド領域）には、チタンシリサイド層５０１ａが形成されている。
【０１５８】
以下、前記のように構成された窒化物半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１５９】
図２０（ａ）〜図２０（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１６０】
まず、図２０（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、主面の面方位が（１１１）面のｎ型Ｓｉからなる基板５０１の主面上に、開口部５０２ａを有するＳｉＯ2からなるマスク膜５０２を形成し、続いて、ＭＯＣＶＤ法により、開口部５０２ａを含むマスク膜５０２の上に、ＡｌＮからなるバッファ層５０３、ｎ型ＧａＮからなるシード層５０４、ＤＭＨｙによるＬＥＧ層５０５、ｎ型ＧａＮ層５０６、活性層５０７及びｐ型ＧａＮ層５０８を順次結晶成長する。ここでも、シード層５０４はバッファ層５０３における開口部５０２ａの上側部分のみから成長し、ＬＥＧ層５０５はシード層５０４の各側面から横方向にのみ成長する。
【０１６１】
次に、図２０（ｂ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング法により、ｐ型ＧａＮ層５０８における一方のＬＥＧ層５０５の上にストライプ状のリッジ部を形成する。さらに、リッジ部の側方部分であって、ｐ型ＧａＮ層５０８、活性層５０７及びｎ型ＧａＮ層５０６におけるシード層５０４と他方のＬＥＧ層５０５との上側部分をエッチングして、ｎ型ＧａＮ層５０６を露出する。このとき、バッファ層４０５及びマスク膜５０２における他方のＬＥＧ層５０５の外側部分に電極パッド形成用の開口部を形成する。
【０１６２】
次に、ｎ側電極５０９及びｐ側電極５１０をリフトオフ法により形成する。続いて、アニール処理を施すことにより、基板５０１のマスク膜５０２からの露出部分とｎ側電極５０９との接合面にチタンシリサイド層５０１ａを形成する。その後、基板５０１の裏面にもオーミック接合が取れる電極を蒸着等により形成することにより、ｎ側電極５０９への電流注入を基板５０１の裏面から取れるようにする。
【０１６３】
次に、図２０（ｃ）に示すように、ウェハ状態にある基板５０１をチップ状に劈開することにより、レーザ端面を形成する。ここでは、ｎ型シリコンからなる基板５０１の上に形成された窒化物半導体からなる結晶成長層の劈開面と基板５０１の劈開面とは互いに平行となるように形成されている。すなわち、シリコンの｛１−１０｝面と窒化物半導体の｛１−１００｝面とは一致するため、基板５０１の劈開を行うことにより、その上に成長した窒化物半導体層も劈開される。その結果、レーザ構造を実現することができる。
【０１６４】
なお、第４の実施形態においては、ｎ型ＧａＮ層５０６及びｐ型ＧａＮ層５０８は共に単層としたが、その内部に短周期超格子構造等のヘテロ構造としても、本発明の効果が損なわれることはない。特に、ｎ型ＧａＮ層５０６を短周期超格子構造とした場合は、結晶成長層の厚膜化が可能となる。従って、活性層５０７から出射されたレーザ光は基板５０１による反射の影響を受けにくくなるため、放射角をさらに安定化させることが可能である。
【０１６５】
また、第４の実施形態においては、チタンシリサイド層５０１ａを形成しているが、ｎ側電極５０９への電流注入を基板５０１の表面側から行う場合は必ずしも必要ではない。基板５０１の表面側から電流を注入する場合は、基板５０１の裏面への金属の蒸着をも省略できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１６６】
本発明に係る窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体の成長用基板にシリコンを用いた場合であっても、欠陥が少なくクラックフリーで、高輝度且つ高信頼性を有する窒化物半導体発光装置を実現することができ、白色照明の光源及び液晶バックライト、さらには屋外ディスプレイ装置等に有用であり、また、半導体レーザ素子に適用することにより、チップ単価を大幅に下げることが可能となる。
【符号の説明】
【０１６７】
１０１    基板
１０２    マスク膜
１０２ａ  開口部
１０３    バッファ層
１０４    シード層
１０５    ＬＥＧ層
１０６    ｎ型ＧａＮ層
１０７    活性層
１０８    ｐ型ＧａＮ層
１０９    半透明電極
１１０    ｎ側電極
１１１    ｐ側電極
２０１    基板
２０１ａ  チタンシリサイド層
２０２    第１の絶縁膜
２０３    導電膜
２０４    第２の絶縁膜
２０５    マスク膜
２０５ａ  開口部
３０１    反射膜
Ａ        素子
Ｂ        素子
４００    ＳＯＩ基板
４０１    Ｓｉ基板
４０２    絶縁層
４０３    Ｓｉ薄膜層
４０３ａ  第１パターン
４０３ｂ  第２パターン
４０３ｃ  第３パターン
４０４    マスク膜
４０４ａ  開口部
４０５    バッファ層
４０６    シード層
４０７    ＬＥＧ層
４０８    ｎ型ＧａＮ層
４０９    活性層
４１０    ｐ型ＧａＮ層
４１１    ｐ側電極
４１２    絶縁膜
４１３    ｎ側電極
５０１    基板
５０２    マスク膜
５０２ａ  開口部
５０３    バッファ層
５０４    シード層
５０５    ＬＥＧ層
５０６    ｎ型ＧａＮ層
５０７    活性層
５０８    ｐ型ＧａＮ層
５０９    ｎ側電極
５１０    ｐ側電極
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の主面上に形成され、少なくとも１つの開口部を有するマスク膜と、
前記基板における前記開口部の上に選択的に形成された第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層における、前記基板の主面に平行な面を除く側面に形成された第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層の上に形成され、発光層を含む第３の窒化物半導体層とを備えている窒化物半導体発光装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層と比べて水素濃度が低いか又は炭素濃度が高い窒化物半導体発光装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１の窒化物半導体層の側面は、その上部が下部に対して前記開口部の内側に傾斜している窒化物半導体発光装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記マスク膜の上に前記開口部を覆うように形成され、アルミニウムを主成分とする第４の窒化物半導体層をさらに備え、
前記第１の窒化物半導体層は、前記開口部において前記第４の窒化物半導体層の上に形成されている窒化物半導体発光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
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及び前記第２の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の少なくとも１つは、酸素を含まない窒化物半導体発光装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記マスク膜は、前記発光層が発する光に対して５０％以上の反射率を有している窒化物半導体発光装置。
【請求項７】
請求項１又は６において、
前記マスク膜は導電性を有しており、且つ、前記第３の窒化物半導体層と電気的に接続されている窒化物半導体発光装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
前記マスク膜には、前記開口部が複数形成されており、
互いに隣接する一の開口部に形成された一方の前記第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層と、互いに隣接する他の開口部に形成された他方の前記第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層とは、互いに間隔をおいて形成されている窒化物半導体発光装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
前記マスク膜には、空隙部が形成されている窒化物半導体発光装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
前記第３の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層の上にも形成されており、
前記発光層における前記第２の窒化物半導体層の上側部分からの発光波長は、前記発光層における前記第１の窒化物半導体層の上側部分からの発光波長よりも長い窒化物半導体発光装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記発光層は、その組成にインジウムを含み、
前記発光層における前記第２の窒化物半導体層の上側部分におけるインジウム組成は、前記発光層における前記第１の窒化物半導体層の上側部分におけるインジウム組成よりも大きい窒化物半導体発光装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記基板は、シリコンからなる窒化物半導体発光装置。
【請求項１３】
請求項１において、
前記基板は、前記マスク膜と接する上部が少なくとも５０％のシリコンを含む窒化物半導体発光装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項において、
前記マスク膜の上部は、前記第１の窒化物半導体層が成長しない組成である窒化物半導体発光装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記マスク膜の上部は、酸化シリコンからなる窒化物半導体発光装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009118979.tif 000025
【図２】
2009118979.tif 000026
【図３】
2009118979.tif 000027
【図９】
2009118979.tif 000028
【図１０】
2009118979.tif 000029
【図１１】
2009118979.tif 000030
【図１２】
2009118979.tif 000031
【図１３】
2009118979.tif 000032
【図１４】
2009118979.tif 000033
【図１６】
2009118979.tif 000034
【図１７】
2009118979.tif 000035
【図１８】
2009118979.tif 000036
【図１９】
2009118979.tif 000037
【図２０】
2009118979.tif 000038
【図４】
2009118979.tif 000039
【図５】
2009118979.tif 000040
【図６】
2009118979.tif 000041
【図７】
2009118979.tif 000042
【図８】
2009118979.tif 000043
【図１５】
2009118979.tif 000044
【国際調査報告】
2009118979.tif 000045
2009118979.tif 000046
2009118979.tif 000047
2009118979.tif 000048