(57)【要約】【課題】活性層の厚さ方向におけるピエゾ自発分極の発生を抑制することができ、しかも、発光ダイオードの駆動電圧の低電圧化を図り得るＧａＮ系半導体発光素子を提供する。【解決手段】ＧａＮ系半導体発光素子は、頂面がＡ面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層２１、頂面がＡ面と平行である活性層２２、頂面がＡ面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層２３、ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＡ面と平行であるコンタクト層２４が、順次、積層されて成り、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１上に形成された第１電極２５、及び、コンタクト層２４上に形成された第２電極２６を具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法であって、
（ａ）サファイア基板のＲ面上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層を複数形成した後、
（ｂ）頂面がＡ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を、各シード層から横方向エピタキシャル成長させ、次いで、
（ｃ）シード層の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面の部分に、マスク層を形成した後、
（ｄ）第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上及びマスク層上に、頂面がＡ面に平行である第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面から横方向エピタキシャル成長させ、その後、
（ｅ）第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層上に、
（１）頂面がＡ面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（２）頂面がＡ面と平行である活性層、
（３）頂面がＡ面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（４）ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＡ面と平行であるコンタクト層、
を、順次、形成する、
各工程を少なくとも具備することを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）において、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を、各シード層から横方向エピタキシャル成長させ、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の対向する側面が相互に接触する前に、横方向エピタキシャル成長を中止し、
前記工程（ｄ）において、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層を横方向エピタキシャル成長させると共に、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の対向する側面から第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層を横方向エピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
コンタクト層を形成した後、コンタクト層上に第２電極を形成することを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
第２電極を、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に形成された第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層の部分の上方に形成することを特徴とする請求項３に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
第２電極の射影像は、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に形成された第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層の部分の射影像に含まれることを特徴とする請求項４に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
シード層の平面形状を幅ＷSの帯状とし、マスク層の平面形状を幅ＷMの帯状とし、複数のシード層の形成ピッチをＰS、第２電極の幅をＷE2としたとき、
ＷM／ＷS＞１
ＷE2／（ＰS−ＷM）＜１
を満足することを特徴とする請求項５に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
第２のＧａＮ系化合物半導体層を形成した後、シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層をサファイア基板のＲ面から剥離することを特徴とする請求項２に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層をサファイア基板のＲ面から剥離した後、シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層、第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層、及び、マスク層を除去し、第１のＧａＮ系化合物半導体層を露出させることを特徴とする請求項７に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
露出した第１のＧａＮ系化合物半導体層上に第１電極を形成することを特徴とする請求項８に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
シード層及びマスク層の平面形状は帯状であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
シード層の射影像は、マスク層の射影像に含まれることを特徴とする請求項１０に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
シード層の幅をＷS、マスク層の幅をＷMとしたとき、
ＷM／ＷS＞１
を満足することを特徴とする請求項１１に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法であって、
（ａ）ＬｉＡｌＯ2基板上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層を複数形成した後、
（ｂ）頂面がＭ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を、各シード層から横方向エピタキシャル成長させ、次いで、
（ｃ）シード層の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面の部分に、マスク層を形成した後、
（ｄ）第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上及びマスク層上に、頂面がＭ面に平行である第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面から横方向エピタキシャル成長させ、その後、
（ｅ）第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層上に、
（１）頂面がＭ面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（２）頂面がＭ面と平行である活性層、
（３）頂面がＭ面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（４）ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＭ面と平行であるコンタクト層、
を、順次、形成する、
各工程を少なくとも具備することを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ｂ）において、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を、各シード層から横方向エピタキシャル成長させ、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の対向する側面が相互に接触する前に、横方向エピタキシャル成長を中止し、
前記工程（ｄ）において、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層を横方向エピタキシャル成長させると共に、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の対向する側面から第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層を横方向エピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１３に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
コンタクト層を形成した後、コンタクト層上に第２電極を形成することを特徴とする請求項１３に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
第２電極を、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に形成された第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層の部分の上方に形成することを特徴とする請求項１５に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
第２電極の射影像は、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に形成された第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層の部分の射影像に含まれることを特徴とする請求項１６に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
シード層の平面形状を幅ＷSの帯状とし、マスク層の平面形状を幅ＷMの帯状とし、複数のシード層の形成ピッチをＰS、第２電極の幅をＷE2としたとき、
ＷM／ＷS＞１
ＷE2／（ＰS−ＷM）＜１
を満足することを特徴とする請求項１７に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
第２のＧａＮ系化合物半導体層を形成した後、シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層をＬｉＡｌＯ2基板から剥離することを特徴とする請求項１４に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層をＬｉＡｌＯ2基板から剥離した後、シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層、第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層、及び、マスク層を除去し、第１のＧａＮ系化合物半導体層を露出させることを特徴とする請求項１９に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
露出した第１のＧａＮ系化合物半導体層上に第１電極を形成することを特徴とする請求項２０に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
（Ａ）頂面がＡ面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｂ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成され、頂面がＡ面と平行である活性層、
（Ｃ）活性層上に形成され、頂面がＡ面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｄ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第１電極、及び、
（Ｅ）第２電極、
を具備し、更に、
（Ｆ）第２のＧａＮ系化合物半導体層と第２電極との間に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＡ面と平行であるコンタクト層、
を具備することを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子。
【請求項２３】
（Ａ）頂面がＭ面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｂ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成され、頂面がＭ面と平行である活性層、
（Ｃ）活性層上に形成され、頂面がＭ面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｄ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第１電極、及び、
（Ｅ）第２電極、
を具備し、更に、
（Ｆ）第２のＧａＮ系化合物半導体層と第２電極との間に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＭ面と平行であるコンタクト層、
を具備することを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子。
【請求項２４】
（Ａ）頂面が無極性面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｂ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成され、頂面が無極性面と平行である活性層、
（Ｃ）活性層上に形成され、頂面が無極性面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｄ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第１電極、及び、
（Ｅ）第２電極、
を具備し、更に、
（Ｆ）第２のＧａＮ系化合物半導体層と第２電極との間に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面が無極性面と平行であるコンタクト層、
を具備することを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ｎ型ＧａＮ層と、ＩｎＧａＮから成る活性層と、ｐ型ＧａＮ層とが積層された青色あるいは緑色を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）を想定した場合、ＩｎＧａＮ結晶の格子定数は、ＧａＮ結晶の格子定数よりも少し大きい。従って、頂面がＣ面に平行であるｎ型ＧａＮ層と、頂面がＣ面に平行であるＩｎＧａＮから成る活性層と、頂面がＣ面に平行であるｐ型ＧａＮ層とが積層された場合、活性層に圧縮圧力が加わる。その結果、活性層の厚さ方向にピエゾ自発分極が生じ、このような発光ダイオードからの発光波長にシフトが生じたり、動作電圧の上昇、発光効率の低下、輝度飽和といった現象が発生する。
【０００３】
このような活性層の厚さ方向にピエゾ自発分極が生じる現象を抑制するための技術が、特開２００３−１５８２９４に開示されている。この特許公開公報に開示された技術によれば、活性層の頂面が、例えば、Ａ面と平行であり、あるいは又、Ｍ面と平行であり、あるいは又、｛２−１−１４｝面と平行である場合、ピエゾ自発分極が活性層の厚さ方向と垂直な方向に生じるとされている。
【０００４】
一方、近年、結晶欠陥密度の低いＧａＮ系化合物半導体層を形成するために、ＧａＮ系化合物半導体層をサファイア基板の上に横方向に成長させる方法［以下、横方向エピタキシャル成長、あるいは、ＥＬＯＧ成長法（Epitaxial Lateral OverGrowh 法）と呼ぶ］が、種々検討されている。一般に、サファイア基板上に、ＧａＮ系化合物半導体から成る、離間したシード層を複数形成すると、このシード層からＧａＮ系化合物半導体層が横方向に成長する。そして、ＧａＮ系化合物半導体層が横方向に成長する領域において、転位は、ＧａＮ系化合物半導体層の成長と共に横方向にのみ進行し、ＧａＮ系化合物半導体層の縦方向（厚さ方向）には貫通しないが故に、結晶欠陥密度の低いＧａＮ系化合物半導体層を得ることができる。
【０００５】
このようなＥＬＯＧ法の１つが、例えば、特開２００２−１００５７９に開示されている。この特開２００２−１００５７９に開示された技術にあっては、窒化物半導体と異なる異種基板の上に、窒化物半導体から成る成長核を、周期的なストライプ状、島状又は格子状に形成する工程と、成長核から、成長核同士の略中央部において互いに接合して基板全面を覆うように、窒化物半導体層を成長させる成長工程とを備えており、この成長工程において、窒化物半導体層の成長を途中まで成長させた後に、成長核の上方に保護膜を形成し、更に、窒化物半導体層を成長させる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５８２９４
【特許文献２】特開２００２−１００５７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
サファイア基板のＣ面上にＥＬＯＧ成長法に基づき形成されたＧａＮ系化合物半導体層は、その頂面がＣ面となり、側面がＡ面となる。即ち、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面は、ＧａＮ系化合物半導体結晶の｛０００１｝面と平行となり、ＧａＮ系化合物半導体層の側面は、ＧａＮ系化合物半導体結晶の
2006196490.tif 000003
と平行となる。尚、このような結晶面を、便宜上、以下、｛１１−２０｝面と表記する。また、六方晶系における例えば以下に例示する結晶面の表記、
2006196490.tif 000004
を、便宜上、本明細書においては、｛ｈｋ−ｉｌ｝面、｛ｈ−ｋｉｌ｝面と表記し、以下に例示する方向の表記、
2006196490.tif 000005
を、便宜上、本明細書においては、＜ｈｋ−ｉｌ＞方向、＜ｈ−ｋｉｌ＞方向と表記する。
【０００８】
上述した特開２００３−１５８２９４にあっては、活性層の厚さ方向におけるピエゾ自発分極の発生を抑制することができるものの、活性層の上に形成されたｐ型層２４に、直接、ｐコンタクト２６が接続されているので、発光ダイオードの駆動電圧を所望の値まで低減することが困難であるといった問題を有する。
【０００９】
また、上述した特開２００２−１００５７９には、ＧａＮ系化合物半導体層がピエゾ自発分極を示した場合の問題点やその解決手段について、何ら言及されていない。
【００１０】
従って、本発明の第１の目的は、活性層の厚さ方向におけるピエゾ自発分極の発生を抑制することができ、しかも、発光ダイオードの駆動電圧の低電圧化を図り得るＧａＮ系半導体発光素子を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、第１の目的に加えて、結晶欠陥密度が低いＧａＮ系化合物半導体層を形成し得るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の第１の目的を達成するための本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）頂面がＡ面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｂ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成され、頂面がＡ面と平行である活性層、
（Ｃ）活性層上に形成され、頂面がＡ面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｄ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第１電極、及び、
（Ｅ）第２電極、
を具備し、更に、
（Ｆ）第２のＧａＮ系化合物半導体層と第２電極との間に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＡ面と平行であるコンタクト層、
を具備することを特徴とする。
【００１２】
また、上記の第１の目的を達成するための本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）頂面がＭ面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｂ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成され、頂面がＭ面と平行である活性層、
（Ｃ）活性層上に形成され、頂面がＭ面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｄ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第１電極、及び、
（Ｅ）第２電極、
を具備し、更に、
（Ｆ）第２のＧａＮ系化合物半導体層と第２電極との間に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＭ面と平行であるコンタクト層、
を具備することを特徴とする。
【００１３】
更には、上記の第１の目的を達成するための本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）頂面が無極性面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｂ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成され、頂面が無極性面と平行である活性層、
（Ｃ）活性層上に形成され、頂面が無極性面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｄ）第１のＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第１電極、及び、
（Ｅ）第２電極、
を具備し、更に、
（Ｆ）第２のＧａＮ系化合物半導体層と第２電極との間に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面が無極性面と平行であるコンタクト層、
を具備することを特徴とする。
【００１４】
化合物半導体はカチオン（例えばＧａ）とアニオン（例えばＮ）から成るが、Ｇａは＋３価であり、Ｎは＋５価あるいは−３価であると云える。そして、Ｇａ原子及びＮ原子が多く出現する部分、少なく出現する部分が存在する面を極性のある面と云う。例えば、Ｃ＋面では、Ｇａ面とＮ面が交互に現れて成長するが、この際、＋価のカチオンと−価のアニオンの間で面に垂直に方向性が現れる。これが極性である。これに対して、例えばＡ面では、Ｇａ原子とＮ原子の原子の配列の様子に対象性があり、片方の原子の偏りや、方向性が無いため無極性と云われ、このような面を無極性面と呼ぶ。そして、無極性面では、Ａ面等のように、カチオン、アニオンでの面に垂直な対称性が無い。
【００１５】
より具体的には、本明細書における無極性面として、｛１１−２０｝面であるＡ面、｛１−１００｝面であるＭ面、及び、｛１１−２ｎ｝面を挙げることができる。但し 、｛１１−２ｎ｝面とは、ほぼＣ面に対して４０度を成す無極性面を意味する。ここで、活性層の頂面を無極性面と平行とすることで、活性層にたとえピエゾ自発分極が生じた場合であっても、活性層の厚さ方向にピエゾ自発分極が生じることは無く、活性層の厚さ方向とは略直角（例えば、９０度あるいは、９０度±５度）の方向にピエゾ自発分極が生じるのみである。
【００１６】
上記の第２の目的を達成するための本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、
（ａ）サファイア基板のＲ面上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層を複数形成した後、
（ｂ）頂面がＡ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を、各シード層から横方向エピタキシャル成長させ、次いで、
（ｃ）シード層の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面の部分に、マスク層を形成した後、
（ｄ）第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上及びマスク層上に、頂面がＡ面に平行である第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面から横方向エピタキシャル成長させ、その後、
（ｅ）第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層上に、
（１）頂面がＡ面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（２）頂面がＡ面と平行である活性層、
（３）頂面がＡ面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（４）ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＡ面と平行であるコンタクト層、
を、順次、形成する、
各工程を少なくとも具備することを特徴とする。
【００１７】
また、上記の第２の目的を達成するための本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、
（ａ）ＬｉＡｌＯ2基板上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層を複数形成した後、
（ｂ）頂面がＭ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を、各シード層から横方向エピタキシャル成長させ、次いで、
（ｃ）シード層の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面の部分に、マスク層を形成した後、
（ｄ）第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上及びマスク層上に、頂面がＭ面に平行である第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面から横方向エピタキシャル成長させ、その後、
（ｅ）第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層上に、
（１）頂面がＭ面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（２）頂面がＭ面と平行である活性層、
（３）頂面がＭ面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（４）ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＭ面と平行であるコンタクト層、
を、順次、形成する、
各工程を少なくとも具備することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法（以下、これらを総称して、単に、本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法と呼ぶ）にあっては、
前記工程（ｂ）において、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を、各シード層から横方向エピタキシャル成長させ、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の対向する側面が相互に接触する前に、横方向エピタキシャル成長を中止し、
前記工程（ｄ）において、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層を横方向エピタキシャル成長させると共に、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の対向する側面から第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層を横方向エピタキシャル成長させることが好ましいが、これに限定するものではない。ここで、限定するものではないが、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の対向する側面の間の距離をＬ、複数のシード層の形成ピッチをＰSとしたとき、０．５≦Ｌ／ＰS≦０．９９、好ましくは、０．６≦Ｌ／ＰS≦０．８を満足することが、欠陥を減らすといった観点、あるいは、サファイア基板やＬｉＡｌＯ2基板からのＧａＮ系化合物半導体層の剥離を防止するといった観点から望ましい。
【００１９】
上記の各種の好ましい形態を含む本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法にあっては、コンタクト層を形成した後、コンタクト層上に第２電極を形成することが好ましく、この場合、第２電極を、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に形成された第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層の部分の上方に形成することが一層好ましい。そして、更には、第２電極の射影像は、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に形成された第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層の部分の射影像に含まれることがより一層好ましく、この場合には、シード層の平面形状を幅ＷSの帯状とし、マスク層の平面形状を幅ＷMの帯状とし、複数のシード層の形成ピッチをＰS、第２電極の幅をＷE2としたとき、１＜ＷM／ＷS、好ましくは、１＜ＷM／ＷS≦２を満足し、且つ、ＷE2／（ＰS−ＷM）＜１、好ましくは、ＷE2／（ＰS−ＷM）＜０．５を満足することが更に一層好ましい。
【００２０】
あるいは又、上記の各種の好ましい形態を含む本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法にあっては、第２のＧａＮ系化合物半導体層を形成した後、シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層）をサファイア基板のＲ面あるいはＬｉＡｌＯ2基板から剥離することが好ましく、更には、シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層）をサファイア基板のＲ面あるいはＬｉＡｌＯ2基板から剥離した後、シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層、（第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層）、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層、及び、マスク層を除去し、第１のＧａＮ系化合物半導体層を露出させることが好ましく、更には、露出した第１のＧａＮ系化合物半導体層上に第１電極を形成することが一層好ましい。
【００２１】
また、上記の各種の好ましい形態、構成を含む本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法にあっては、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の横方向エピタキシャル成長を、有機ガリウム源ガスと窒素源ガスとを用いた有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって行うことが好ましい。そして、この場合、窒素源ガスの有機ガリウム源ガスに対する供給モル比であるＶ／ＩＩＩ比を、１×１０乃至３×１０3、望ましくは、１×１０2乃至１×１０3とする構成とすることが好ましく、あるいは又、この場合、有機金属化学的気相成長法に基づく第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の横方向エピタキシャル成長において、サファイア基板あるいはＬｉＡｌＯ2基板１ｃｍ2当たり、１分当たりの有機ガリウム源ガスの供給モル数を、０．５×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1乃至５×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1、望ましくは、０．５×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1乃至２×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1とすることが好ましく、あるいは又、この場合、有機金属化学的気相成長法に基づく第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の横方向エピタキシャル成長において、窒素源ガスの圧力を、１×１０3Ｐａ乃至３×１０4Ｐａ、望ましくは、１×１０3Ｐａ乃至１×１０4Ｐａとすることが好ましい。Ｖ／ＩＩＩ比、有機ガリウム源ガスの供給モル数、窒素源ガスの圧力を上述の範囲とすることによって、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の横方向エピタキシャル成長を、確実に、安定して行うことができる。尚、窒素源ガスの圧力とは、ＭＯＣＶＤ装置におけるＧａＮ系化合物半導体層を成膜するための成膜チャンバ内のＧａＮ系化合物半導体層を形成する領域における圧力を指す。以下においても、「窒素源ガスの圧力」を同様の意味で用いる。
【００２２】
あるいは又、上記の各種の好ましい形態、構成を含む本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法にあっては、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層）の横方向エピタキシャル成長を、有機ガリウム源ガスと窒素源ガスとを用いた有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって行うことが好ましい。そして、この場合、窒素源ガスの有機ガリウム源ガスに対する供給モル比であるＶ／ＩＩＩ比を、１×１０乃至３×１０3、望ましくは、１×１０2乃至１×１０3とすることが好ましく、あるいは又、この場合、有機金属化学的気相成長法に基づく第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層）の横方向エピタキシャル成長において、サファイア基板あるいはＬｉＡｌＯ2基板１ｃｍ2当たり、１分当たりの有機ガリウム源ガスの供給モル数を、０．５×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1乃至５×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1、望ましくは、０．５×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1乃至２×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1とすることが好ましく、あるいは又、この場合、有機金属化学的気相成長法に基づく第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層）の横方向エピタキシャル成長において、窒素源ガスの圧力を、１×１０3Ｐａ乃至３×１０4Ｐａ、望ましくは、１×１０3Ｐａ乃至１×１０4Ｐａとすることが好ましい。Ｖ／ＩＩＩ比、有機ガリウム源ガスの供給モル数、窒素源ガスの圧力を上述の範囲とすることによって、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層の横方向エピタキシャル成長を、確実に、安定して行うことができる。
【００２３】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法にあっては、シード層及びマスク層の平面形状は帯状であることが望ましい。尚、シード層の射影像とマスク層の射影像とは平行であることが望ましい。更には、シード層の射影像は、マスク層の射影像に含まれることが望ましく、更には、シード層の幅をＷS、マスク層の幅をＷMとしたとき、１＜ＷM／ＷS、好ましくは、１＜M／ＷS≦２を満足することが一層望ましい。また、複数のシード層の形成ピッチをＰSとしたとき、０．０１≦ＷS／ＰS≦０．５、好ましくは、０．１≦ＷS／ＰS≦０．３を満足することが望ましい。１＜ＷM／ＷSを満足させることによって、得られた第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層における結晶欠陥密度を確実に低減させることができる。第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層の頂面をＡ面に平行とする場合、帯状のシード層の延びる方向を＜１−１００＞方向とすることが好ましい。
【００２４】
本発明の第１の態様〜第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子（以下、これらを総称して、本発明のＧａＮ系半導体発光素子と呼ぶ場合がある）にあっては、また、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法（更には、以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある）にあっては、コンタクト層を構成するＧａＮ系化合物半導体は、ＩｎXＧａ(1-X)Ｎ（Ａｌを含んでいてもよい）であることが好ましい。ここで、Ｘの値は、例えば、０．０１≦Ｘ≦０．３を満足することが望ましい。コンタクト層には、不純物としての原子がドーピングされていてもよいし、何もドーピングされていなくともよいが、前者の場合、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としたとき、コンタクト層におけるＭｇ原子濃度は、１×１０19／ｃｍ3乃至１×１０21／ｃｍ3であることが好ましい。
【００２５】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明にあっては、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としたとき、第２のＧａＮ系化合物半導体層におけるＭｇ原子濃度は、１×１０19／ｃｍ3乃至１×１０21／ｃｍ3、望ましくは、５×１０19／ｃｍ3乃至２×１０20／ｃｍ3であることが好ましい。また、活性層は、ＩｎYＧａＮ(1-Y)層／ＧａＮ層の単一量子井戸構造（ＱＷ構造）、あるいは、２層乃至５層のＩｎYＧａＮ(1-Y)層／ＧａＮ層の多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有することが、発光効率の向上といった観点から、望ましい。ここで、Ｙの値は、例えば、発光波長が４４０ｎｍ乃至４７０ｎｍの場合には０．１３≦Ｙ≦０．２０を満足し、発光波長が５００ｎｍ乃至５３０ｎｍの場合には０．２０≦Ｙ≦０．３０を満足することが望ましい。
【００２６】
横方向エピタキシャル成長とは、ＥＬＯＧ成長法（Epitaxial Lateral OverGrowh 法）を意味する。また、以下、便宜上、頂面がＡ面に平行であれば「Ａ面成長」と呼び、頂面がＭ面に平行であれば「Ｍ面成長」と呼び、頂面がＣ面に平行であれば「Ｃ面成長」と呼ぶ。尚、六方晶系におけるＡ面、Ｍ面、｛１１−２ｎ｝面及びＣ面、Ｒ面、並びに、Ｓ面を、それぞれ、図６の（Ａ）〜（Ｄ）に示す。また、本明細書においては、サファイア基板のＲ面、及び、Ａ面、Ｍ面、無極性面等に平行であるＧａＮ系化合物半導体層の頂面には、オフ角±５（度）以内の面が含まれる。
【００２７】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明において、第１のＧａＮ系化合物半導体層、活性層、第２のＧａＮ系化合物半導体層として、また、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層として、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、これらの化合物半導体層にホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子が含まれたＧａＮ系化合物半導体層を挙げることができる。
【００２８】
ＧａＮ系化合物半導体から成るシード層は、サファイア基板のＲ面あるいはＬｉＡｌＯ2基板上に、ＧａＮ系化合物半導体層（例えば、頂面がＡ面に平行であるＧａＮ層や頂面がＭ面に平行であるＧａＮ層）を形成した後、リソグラフィ技術及びエッチング技術によってこのＧａＮ系化合物半導体層をパターニングすることで、得ることができる。あるいは又、ＧａＮ系化合物半導体から成るシード層は、サファイア基板のＲ面あるいはＬｉＡｌＯ2基板上に、ＧａＮ系化合物半導体層（例えば、頂面がＡ面に平行であるＧａＮ層や頂面がＭ面に平行であるＧａＮ層）を形成し、更に、その上に、非成長層（ＧａＮ系化合物半導体層がその上では成長しない層）を形成した後、リソグラフィ技術及びエッチング技術によってこの非成長層をパターニングし、ＧａＮ系化合物半導体層を露出させることで、得ることができる。尚、非成長層を構成する材料は、後述するマスク層を構成する材料から適宜、選択すればよい。また、シード層を構成するＧａＮ系化合物半導体層の形成方法として、ＭＯＣＶＤ法や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を例示することができる。
【００２９】
本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法において、マスク層上ではＧａＮ系化合物半導体層の形成は生じない。第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層は、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上で形成され始め、そして、マスク層上を延びていく。マスク層の具体的な構成として、酸化シリコン層（ＳｉＯx層）、窒化シリコン層（ＳｉＮy層）、Ｔａ2Ｏ5層、ＺｒＯ2層、ＡｌＮ層、Ａｌ2Ｏ3層、これらの層の積層構造（例えば、下から、酸化シリコン層、窒化シリコン層の積層構造）、Ｎｉ層やタングステン層といった高融点金属材料層を挙げることができ、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、あるいは、例えば真空蒸着法やスパッタリング法といった物理的気相成長法（ＰＶＤ法）にて形成することができる。
【００３０】
各種の好ましい形態、構成を含む本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法において、第１のＧａＮ系化合物半導体層、活性層、第２のＧａＮ系化合物半導体層、コンタクト層の形成方法として、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることができる。
【００３１】
有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスやトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、一般的には、第１導電型と第２導電型の組合せとして、ｎ型とｐ型の組合せ、若しくは、ｐ型とｎ型の組合せを挙げることができる。ここで、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）を添加すればよいし、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加すればよい。また、ＧａＮ系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム（Ａｌ）あるいはインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いればよいし、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用いればよい。更には、Ｓｉ源としてモノシランガス（ＳｉＨ4ガス）を用いればよいし、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスを用いればよい。尚、一般的に、ｎ型不純物として、Ｓｉ以外に、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｉを挙げることができるし、ｐ型不純物として、Ｍｇ以外に、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｏを挙げることができる。
【００３２】
各種の好ましい形態、構成を含む本発明において、第２導電型をｐ型とする場合、第２電極は、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有していることが好ましい。一方、第１導電型をｎ型とする場合、第１電極は、金（Ａｕ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを例示することができる。第１電極や第２電極は、真空蒸着法等のＰＶＤ法にて形成することができる。
【００３３】
各種の好ましい形態、構成を含む本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法において、シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層）のサファイア基板のＲ面あるいはＬｉＡｌＯ2基板からの剥離方法として、サファイア基板あるいはＬｉＡｌＯ2基板を介して、サファイア基板あるいはＬｉＡｌＯ2基板とシード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層）との界面にレーザ光（例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光）を照射する方法を挙げることができる。また、シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層、（第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層、）第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層、及び、マスク層を除去する方法として、シード層、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層、（第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層、）第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層、及び、マスク層をエッチングする方法、研磨する方法、エッチング法及び研磨を組み合せた方法を挙げることができる。
【００３４】
本発明のＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法に基づき得られる発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）を例示することができる。ＧａＮ系化合物半導体層の積層構造が発光ダイオード構造あるいはレーザ構造を有する限り、ＧａＮ系化合物半導体の種類、組成に特に制約は無いし、ＧａＮ系化合物半導体層の構造、構成にも特に制約は無い。
【発明の効果】
【００３５】
本発明にあっては、ＧａＮ系半導体発光素子を構成する各ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を、Ａ面あるいはＭ面あるいは無極性面と平行とするので、活性層にたとえピエゾ自発分極が生じた場合であっても、活性層の厚さ方向にピエゾ自発分極が生じることは無く、活性層の厚さ方向とは略直角の方向にピエゾ自発分極が生じるので、発光ダイオードからの発光波長にシフトが生じたり、動作電圧の上昇、発光効率の低下、輝度飽和といった現象が発生することを抑制することができる。しかも、活性層上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層と第２電極との間にコンタクト層が形成されているが故に、駆動電圧の低下を確実に図ることができる。
【００３６】
また、一般に、例えば、ＧａＮ系化合物半導体層のＡ面成長やＭ面成長はサファイア基板のＲ面やＬｉＡｌＯ2基板上で行うことができるが、得られたＧａＮ系化合物半導体層は結晶欠陥を極めて多く含んでおり、表面には凹凸が存在する。それ故、そのまま、このＧａＮ系化合物半導体層上にＧａＮ系化合物半導体層から成る活性層等を形成すると、凹凸が更に拡大し、得られたＧａＮ系半導体発光素子の発光も極めて弱くなる虞がある。
【００３７】
本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法においては、先ず、シード層から、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を横方向エピタキシャル成長させるので、基本的には、結晶欠陥密度の極めて低い第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を得ることができる。但し、シード層上に成長した第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の部分における結晶欠陥密度は高い。それ故、本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法においては、シード層上に成長した第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の結晶欠陥密度の高い部分の頂面をマスク層で覆った状態で、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層を形成する。その結果、得られた第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層における結晶欠陥密度は、全体として、極めて低くなる。
【００３８】
しかも、こうして得られた第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面はＡ面あるいはＭ面あるいは無極性面に平行であり、側面はＣ面等である。従って、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層の上に順次形成される、第１のＧａＮ系化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層、第２のＧａＮ系化合物半導体層、コンタクト層にあっても、これらの頂面はＡ面あるいはＭ面あるいは無極性面に平行であり、側面（例えばＣ面）は界面に垂直な状態となる。従って、活性層にたとえピエゾ自発分極が生じた場合であっても、活性層の厚さ方向にピエゾ自発分極が生じることは無く、活性層の厚さ方向とは略直角の方向にピエゾ自発分極が生じるので、発光波長にシフトが生じたり、動作電圧の上昇、発光効率の低下、輝度飽和といった現象が発生することを抑制することができる。
【００３９】
ＧａＮ系化合物半導体結晶におけるｃ軸方向の熱膨張係数は、サファイア基板等の熱膨張係数よりも極めて小さい。従って、温度の大きな変化に起因して、ＧａＮ系化合物半導体層がサファイア基板等から剥離する虞がある。それ故、工程（ｂ）において、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を、各シード層から横方向エピタキシャル成長させ、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の対向する側面が相互に接触する前に、横方向エピタキシャル成長を中止する形態を採用すれば、例えば、マスク層を形成するためにサファイア基板等を降温したときに熱膨張係数の相違によってＧａＮ系化合物半導体層がサファイア基板等から剥離することを、確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００４１】
実施例１は、本発明の第１の態様及び第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子、並びに、本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法に関する。図１に実施例１のＧａＮ系半導体発光素子、より具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）の模式的な断面図を示す。
【００４２】
実施例１のＧａＮ系半導体発光素子は、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１、活性層２２、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３、コンタクト層２４が、積層された構造を有する。ここで、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１は、その頂面がＡ面あるいは無極性面と平行であり、第１導電型（具体的には、ｎ型）を有する。また、活性層２２は、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１上に形成され、その頂面がＡ面あるいは無極性面と平行であり、実施例１にあっては、ＩｎYＧａＮ(1-Y)層／ＧａＮ層（Ｙ＝０．２０）の多重量子井戸構造（但し、井戸数＝５）を有する。更には、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３は、活性層２２上に形成され、その頂面がＡ面あるいは無極性面と平行であり、第２導電型（具体的には、ｐ型）を有する。より具体的には、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３におけるＭｇ原子濃度は、８×１０19／ｃｍ3である。
【００４３】
厚さ１０ｎｍのコンタクト層２４は、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体（より具体的には、ＩｎXＧａ(1-X)Ｎ、但し、Ｘ＝０．１５）から成り、その頂面がＡ面あるいは無極性面と平行である。尚、コンタクト層２４におけるＭｇ原子濃度は、５×１０19／ｃｍ3である。
【００４４】
実施例１にあっては、第１電極２５が第１のＧａＮ系化合物半導体層２１上に形成されており、第２電極２６がコンタクト層２４上に形成されている。
【００４５】
以下、サファイア基板等の模式的な一部端面図である図２の（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。尚、以下の各実施例の説明においてガス流量（単位：ＳＬＭ）にて基づき説明を行うが、このガス流量に係数を乗ずることで、ガスの供給モル数（単位：１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1）を得ることができる。ここで、ガス流量１ＳＬＭは４．５×１０-2モル・ｍｉｎ-1であり、係数は、更に、この値を等価面積Ｓで除することで得ることができる、実施例１において、等価面積Ｓを６０ｃｍ2とした。
【００４６】
［工程−１００］
先ず、サファイア基板１０（図面では基板１０で示す）のＲ面上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層１１を複数形成する（図２の（Ａ）参照）。ここで、サファイア基板１０のＲ面とは、｛１−１０２｝面である。具体的には、サファイア基板１０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、有機ガリウム源ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを使用し、窒素源ガスとしてアンモニアガスを使用したＭＯＣＶＤ法に基づき、窒素源ガスの有機ガリウム源ガスに対する供給モル比であるＶ／ＩＩＩ比を適切に選択することでピット等が出来る限り発生しないように鏡面に成長する条件で、厚さ約２μｍの平坦なＧａＮ系化合物半導体層をサファイア基板１０のＲ面上に成膜する。具体的には、頂面がＡ面に平行であるＧａＮ層をサファイア基板１０のＲ面上に成膜する。但し、このＧａＮ系化合物半導体層には、積層欠陥等の高密度の欠陥が存在している。次いで、サファイア基板１０をＭＯＣＶＤ装置から搬出し、リソグラフィ技術及びＲＩＥ技術に基づき、このＧａＮ系化合物半導体層を、平面形状が帯状となるようにパターニングすることで、離間したシード層１１を複数形成することができる。ここで、シード層１１は＜１−１００＞方向に延び、シード層１１の平面形状を幅ＷSの帯状とし、複数のシード層の形成ピッチをＰSとしたとき、
ＷS＝１０μｍ
ＰS＝４０μｍ
である。
【００４７】
［工程−１１０］
次いで、頂面１２ＡがＡ面に平行であり、側面１２ＢがＣ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させる（図２の（Ｂ）参照）。実施例１にあっては、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触した時点で、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の横方向エピタキシャル成長を中止する。具体的には、サファイア基板１０を、再び、ＭＯＣＶＤ装置に搬入し、有機ガリウム源ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを使用し、窒素源ガスとしてアンモニアガスを使用したＭＯＣＶＤ法に基づき、頂面１２ＡがＡ面に平行であり、側面１２ＢがＣ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させる。成膜条件を、以下の表１に例示する。
【００４８】
［表１］
Ｖ／ＩＩＩ比              ：約５００
有機ガリウム源ガスの供給量：４．５×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1
窒素源ガスの供給量        ：１ＳＬＭ
正味の成長速度            ：１２μｍ／ｈｒ
窒素源ガスの圧力          ：１×１０4Ｐａ
【００４９】
尚、窒素源ガスの圧力を９×１０4Ｐａとしたところ、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面は、Ｓ面，｛１−１０１｝面となった。
【００５０】
［工程−１２０］
次いで、サファイア基板１０をＭＯＣＶＤ装置から搬出し、シード層１１の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａの部分に、マスク層１３を形成する（図２の（Ｃ）参照）。マスク層１３は、下から、酸化シリコン層、窒化シリコン層の積層構造を有し、プラズマＣＶＤ法、リソグラフィ技術、及び、ウエットエッチング技術に基づき形成することができる。平面形状が帯状のマスク層１３の幅ＷMを１６μｍとする。即ち、シード層１１の射影像は、マスク層１３の射影像に含まれ、ＷM／ＷS＝１．６である。
【００５１】
尚、シード層１１の射影像とマスク層１３の射影像とは平行である。シード層１１の中心線の真上にマスク層１３の中心線が位置していてもよいし、シード層１１の中心線の真上以外の位置にマスク層１３の中心線が位置していてもよい。即ち、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の成長条件によっては、シード層１１の上に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の部分における結晶欠陥が、シード層１１の中心線よりも第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の＜０００１＞方向に多く発生する場合があり、あるいは又、＜０００−１＞方向に多く発生する場合があり、このような場合には、シード層１１の中心線の真上以外の位置にマスク層１３の中心線を位置させて、シード層１１の上に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の部分における結晶欠陥を出来る限り覆うようにマスク層１３の位置を調整して、マスク層１３を形成する。
【００５２】
また、シード層１１の上に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の部分における結晶欠陥を識別し難い場合、以下の表２に例示する成膜条件にて、例えば、厚さ１μｍ程度の第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を更に成膜すると、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の結晶欠陥部分にピットが発生し易くなり、結晶欠陥を容易に識別することが可能となる。
【００５３】
［表２］
Ｖ／ＩＩＩ比      ：約８０００
窒素源ガスの供給量：６ＳＬＭ
横方向成長速度    ：４μｍ／ｈｒ
窒素源ガスの圧力  ：９×１０4Ｐａ
【００５４】
［工程−１３０］
その後、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａ上及びマスク層１３上に、頂面１４ＡがＡ面に平行であり、側面１４ＢがＣ面に平行である第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａ上から横方向エピタキシャル成長させる（図２の（Ｄ）参照）。具体的には、サファイア基板１０を、再び、ＭＯＣＶＤ装置に搬入し、有機ガリウム源ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを使用し、窒素源ガスとしてアンモニアガスを使用したＭＯＣＶＤ法に基づき、頂面１４ＡがＡ面に平行であり、側面１４ＢがＣ面に平行である第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４の成膜を、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａから開始させ、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を横方向に成長させる。成膜条件は表１と同様とすればよい。
【００５５】
こうして、ＧａＮ系化合物半導体層を形成することができる。
【００５６】
［工程−１４０］
次に、同じＭＯＣＶＤ装置内で、サファイア基板１０を低い温度に降温することなく、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４上に、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１（具体的には、例えば、Ｓｉをドーピングした厚さ約１μｍのＧａＮ層）、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層２２（具体的には、例えば、厚さ２〜３ｎｍのＩｎYＧａＮ(1-Y)層／厚さ７〜２０ｎｍのＧａＮ層が積層された多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］）、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３（具体的には、例えば、Ｍｇをドーピングした厚さ５〜２０ｎｍのＡｌＧａＮ層と、Ｍｇをドーピングした厚さ１００ｎｍのＧａＮ層）、コンタクト層２４（具体的には、例えば、Ｍｇをドーピングした厚さ１０ｎｍのＩｎXＧａ(1-X)Ｎ層）を、順次、周知のＭＯＣＶＤ法にて形成する。尚、第１のＧａＮ系化合物半導体層は、結晶欠陥の少なくなる以下の表３に示す成長条件で成膜することが望ましい。
【００５７】
［表３］
Ｖ／ＩＩＩ比    ：１０００以上
窒素源ガスの圧力：５×１０4Ｐａ以上
【００５８】
［工程−１５０］
その後、コンタクト層２４上に第２電極２６を形成する。第２電極２６は、Ｎｉ層／Ａｇ層／Ａｕ層の積層構造を有し、真空蒸着法にて形成することができる。尚、第２電極２６を、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａ上に形成された第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４の部分の上方に形成する。第２電極２６の射影像は、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａ上に形成された第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４の部分の射影像に含まれる。第２電極２６の平面形状は、帯状、円形、楕円形等とすることができ、第２電極２６の幅ＷE2（マスク層１３の幅と同じ方向の幅である）を、１４μｍとする。尚、第２電極２６は、マスク層１３の上方に位置する第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４の部分に形成しないことが好ましく、更には、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４と第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４との接合部を跨がないように形成することが一層好ましい。
【００５９】
［工程−１６０］
次いで、全面に支持層を形成し、あるいは、全面に支持体を接着した後、シード層１１、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２をサファイア基板１０のＲ面から剥離する。具体的には、サファイア基板１０を介して、サファイア基板１０とシード層１１、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２との界面にレーザ光（例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光）を照射すればよい。その後、シード層１１、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２、マスク層１３、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を、エッチング法及び研磨法を組み合せた方法によって除去し、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１を露出させる。次に、露出した第１のＧａＮ系化合物半導体層２１上に第１電極２５を形成する。第１電極２５は、Ｔｉ層／Ａｕ層の積層構造を有する。更に、第１電極２５に接続されたＩＴＯから成る透明電極（図示せず）を形成する。
【００６０】
［工程−１７０］
その後、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層２２、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３、コンタクト層２４から成る積層構造を劈開、切断してＬＥＤチップとし、透明電極が上になるようにマウントし、配線を行い、樹脂モールドを行うことで、砲弾型のＬＥＤデバイスから成るＧａＮ系半導体発光素子を得ることができる。
【００６１】
尚、活性層２２を構成するＩｎYＧａ(1-Y)Ｎ層におけるＩｎ組成（Ｙの値）を調整することによって、ＬＥＤデバイスにおける発光波長を４５０ｎｍから５３０ｎｍの範囲で制御することができる。
【００６２】
一方、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１をＡｌＧａＮ層とし、活性層２２をＧａＮ層あるいはＩｎＧａＮ層あるいはＡｌＩｎＧａＮ層とし、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３をＡｌＧａＮ層とすることで、ＬＥＤデバイスにおける発光波長を３６０ｎｍから４００ｎｍの範囲で制御することができる。
【実施例２】
【００６３】
実施例２は、実施例１の変形である。
【００６４】
実施例１にあっては、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触した時点で、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の横方向エピタキシャル成長を中止する。ところで、ＧａＮ系化合物半導体結晶におけるｃ軸方向の熱膨張係数は、サファイア基板の熱膨張係数よりも極めて小さい。従って、温度の大きな変化に起因して、シード層１１や第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２がサファイア基板１０から剥離する虞がある。
【００６５】
実施例２にあっては、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程において、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させ、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触する前に、横方向エピタキシャル成長を中止する。また、実施例１の［工程−１３０］と同様の工程において、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を横方向エピタキシャル成長させると共に、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂから第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層１５を横方向エピタキシャル成長させる。これによって、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程において、マスク層１３を形成するためにサファイア基板１０を降温したときに熱膨張係数の相違によって第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２やシード層１１がサファイア基板１０から剥離することを、確実に防止することができる。
【００６６】
以下、サファイア基板等の模式的な一部端面図である図３の（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、実施例２のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。
【００６７】
［工程−２００］
先ず、実施例１の［工程−１００］と同様にして、サファイア基板１０のＲ面上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層１１を複数形成する（図３の（Ａ）参照）。
【００６８】
［工程−２１０］
次いで、頂面１２ＡがＡ面に平行であり、側面１２ＢがＣ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させる（図３の（Ｂ）参照）。実施例２にあっては、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させ、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触する前に、横方向エピタキシャル成長を中止する。具体的には、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程を実行する。但し、成膜時間を、実施例１よりも短くする。
【００６９】
［工程−２２０］
次いで、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、シード層１１の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａの部分に、マスク層１３を形成する（図３の（Ｃ）参照）。
【００７０】
［工程−２３０］
その後、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａから横方向エピタキシャル成長させると共に、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂから第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層１５を横方向エピタキシャル成長させる（図３の（Ｄ）参照）。
【００７１】
こうして、ＧａＮ系化合物半導体層を形成することができる。
【００７２】
［工程−２４０］
その後、実施例１の［工程−１４０］〜［工程−１７０］と同様の工程を実行することで、ＧａＮ系半導体発光素子を得ることができる。
【００７３】
実施例２において、活性層を構成する量子井戸数と、駆動電圧の関係を調べた結果を、図４に示す。尚、活性層２２を構成する量子井戸を、具体的には、厚さ２．５ｎｍのＩｎYＧａＮ(1-Y)層（Ｙ＝０．２０）と、厚さ７．５ｎｍのＧａＮ層から構成した。図４からも明らかなように、量子井戸数が増加するに従い、５層まででは３ボルト以下で、それ以上の層数ではやや増加することが判る。
【００７４】
また、コンタクト層２４の形成を省略したＧａＮ系半導体発光素子を試作し、比較例２とした。実施例２及び比較例２にて得られたＧａＮ系半導体発光素子（活性層２２を構成する量子井戸の仕様は上記のとおりであり、量子井戸数を３とした）の駆動電圧を、約５０Ａ／ｃｍ2の電流密度において測定した結果、以下の表４のとおりとなった。
【００７５】
［表４］
実施例２    ２．８ボルト
比較例２    ３．８ボルト
【実施例３】
【００７６】
実施例３は実施例２の変形である。実施例３が実施例２と相違する主たる点は、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させるときの成膜条件、特に、窒素源ガスの供給量を増加させた点にある。
【００７７】
［工程−３００］
先ず、実施例１の［工程−１００］と同様にして、サファイア基板１０のＲ面上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層１１を複数形成する。尚、実施例３においては、
ＷS＝  ６μｍ
ＰS＝２４μｍ
とする。
【００７８】
［工程−３１０］
次いで、頂面１２ＡがＡ面に平行であり、側面１２ＢがＣ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、実施例２の［工程−２１０］と同様にして、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させる。実施例３にあっても、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させ、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触する前に、横方向エピタキシャル成長を中止する。具体的には、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程を実行する。但し、成膜時間を、実施例１よりも短くする。また、表１の成膜条件では、場合によっては、得られた第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２に点欠陥が多く存在し、また、有機ガリウム源ガス中の炭素が第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２に多く含まれ、黄色の発光が増えてしまう場合がある。それ故、実施例３にあっては、表１における窒素源ガスの供給量を１ＳＬＭから２ＳＬＭへと変更した。尚、実施例１に示した第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の成長条件では、横方向成長速度が速く、窒素源ガス流量が少ないこともあり、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２が褐色に着色する場合があるが、実施例３の第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の成長条件では、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２が着色せず、透明となる。しかも、窒素源ガス流量を２ＳＬＭとすることで、横方向成長速度が相対的に遅くなり、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触し難くなる傾向にある。
【００７９】
［工程−３２０］
次いで、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、シード層１１の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａの部分に、マスク層１３を形成する。尚、平面形状が帯状のマスク層１３の幅ＷMを９μｍとする。即ち、シード層１１の射影像は、マスク層１３の射影像に含まれ、ＷM／ＷS＝１．５である。
【００８０】
［工程−３３０］
その後、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａから横方向エピタキシャル成長させると共に、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂから第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層１５を横方向エピタキシャル成長させる。
【００８１】
こうして、ＧａＮ系化合物半導体層を形成することができる。
【００８２】
［工程−３４０］
その後、実施例１の［工程−１４０］〜［工程−１７０］と同様の工程を実行することで、ＧａＮ系半導体発光素子を得ることができる。
【実施例４】
【００８３】
実施例４は、本発明の第２の態様及び第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子、並びに、本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法に関する。尚、実施例４のＧａＮ系半導体発光素子、より具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）の模式的な断面図は、図１に示したと同様である。
【００８４】
実施例４のＧａＮ系半導体発光素子は、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１、活性層２２、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３、コンタクト層２４が、積層された構造を有する。ここで、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１は、その頂面がＭ面あるいは無極性面と平行であり、第１導電型（具体的には、ｎ型）を有する。また、活性層２２は、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１上に形成され、その頂面がＭ面あるいは無極性面と平行であり、実施例４にあっては、実施例１と同様の多重量子井戸構造を有する。更には、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３は、活性層２２上に形成され、その頂面がＭ面あるいは無極性面と平行であり、第２導電型（具体的には、ｐ型）を有する。第２のＧａＮ系化合物半導体層２３におけるＭｇ原子濃度は、実施例１と同様である。
【００８５】
厚さ１０ｎｍのコンタクト層２４は、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体（より具体的には、ＩｎXＧａ(1-X)Ｎ、但し、Ｘ＝０．１）から成り、その頂面がＭ面あるいは無極性面と平行である。尚、コンタクト層２４におけるＭｇ原子濃度は、実施例１と同様である。
【００８６】
実施例４にあっても、第１電極２５が第１のＧａＮ系化合物半導体層２１上に形成されており、第２電極２６がコンタクト層２４上に形成されている。
【００８７】
以下、ＬｉＡｌＯ2基板等の模式的な一部端面図である図２の（Ａ）〜（Ｄ）を再び参照して、実施例４のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。
【００８８】
［工程−４００］
先ず、ＬｉＡｌＯ2基板１０（図面では基板１０で示す）のγ（ガンマ）面上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層１１を複数形成する（図２の（Ａ）参照）。具体的には、ＬｉＡｌＯ2基板１０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、実施例１の［工程−１００］と同様にして、厚さ約２μｍの平坦なＧａＮ系化合物半導体層（より具体的には、頂面がＭ面に平行であるＧａＮ層）をＬｉＡｌＯ2基板１０上に成膜する。次いで、ＬｉＡｌＯ2基板１０をＭＯＣＶＤ装置から搬出し、リソグラフィ技術及びＲＩＥ技術に基づき、このＧａＮ系化合物半導体層を、平面形状が帯状となるようにパターニングすることで、離間したシード層１１を複数形成することができる。
【００８９】
［工程−４１０］
次いで、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、頂面１２ＡがＭ面に平行であり、側面１２ＢがＣ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させる（図２の（Ｂ）参照）。実施例４にあっても、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触した時点で、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の横方向エピタキシャル成長を中止する。成膜条件は表１に例示したと同様とすればよい。
【００９０】
［工程−４２０］
次いで、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、ＬｉＡｌＯ2基板１０をＭＯＣＶＤ装置から搬出し、シード層１１の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａの部分に、マスク層１３を形成する（図２の（Ｃ）参照）。平面形状が帯状のマスク層１３の幅ＷMを１６μｍとする。即ち、シード層１１の射影像は、マスク層１３の射影像に含まれ、ＷM／ＷS＝１．６である。尚、シード層１１の上に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の部分における結晶欠陥を識別し難い場合、表２に例示した成膜条件にて、例えば、厚さ１μｍ程度の第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を更に成膜すればよい。
【００９１】
［工程−４３０］
その後、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａ上及びマスク層１３上に、頂面１４ＡがＭ面に平行であり、側面１４ＢがＣ面に平行である第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａ上から横方向エピタキシャル成長させる（図２の（Ｄ）参照）。成膜条件は表１と同様とすればよい。
【００９２】
こうして、ＧａＮ系化合物半導体層を形成することができる。
【００９３】
［工程−４４０］
次に、実施例１の［工程−１４０］と同様にして、同じＭＯＣＶＤ装置内で、サファイア基板１０を低い温度に降温することなく、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４上に、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１（具体的には、例えば、Ｓｉをドーピングした厚さ約１μｍのＧａＮ層）、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層２２（具体的には、例えば、厚さ２〜３ｎｍのＩｎYＧａＮ(1-Y)層／厚さ７〜２０ｎｍのＧａＮ層が積層された多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］）、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３（具体的には、例えば、Ｍｇをドーピングした厚さ５〜２０ｎｍのＡｌＧａＮ層と、Ｍｇをドーピングした厚さ１００ｎｍのＧａＮ層）、コンタクト層２４（具体的には、例えば、Ｍｇをドーピングした厚さ１０ｎｍのＩｎXＧａ(1-X)Ｎ層）を、順次、周知のＭＯＣＶＤ法にて形成する。
【００９４】
［工程−４５０］
その後、実施例１の［工程−１５０］と同様にして、コンタクト層２４上に第２電極２６を形成する。
【００９５】
［工程−４６０］
次いで、実施例１の［工程−１６０］と同様にして、全面に支持層を形成し、あるいは、全面に支持体を接着した後、シード層１１、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２をＬｉＡｌＯ2基板１０から剥離する。具体的には、ＬｉＡｌＯ2基板１０を介して、ＬｉＡｌＯ2基板１０とシード層１１、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２との界面にレーザ光（例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光）を照射すればよい。その後、シード層１１、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２、マスク層１３、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を、エッチング法及び研磨法を組み合せた方法によって除去し、第１のＧａＮ系化合物半導体層１２を露出させる。次に、露出した第１のＧａＮ系化合物半導体層２１上に第１電極２５を形成する。更に、第１電極２５に接続されたＩＴＯから成る透明電極（図示せず）を形成する。
【００９６】
［工程−４７０］
その後、実施例１の［工程−１７０］と同様にして、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層２２、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３、コンタクト層２４から成る積層構造を劈開、切断してＬＥＤチップとし、透明電極が上になるようにマウントし、配線を行い、樹脂モールドを行うことで、砲弾型のＬＥＤデバイスから成るＧａＮ系半導体発光素子を得ることができる。
【００９７】
実施例４にあっても、活性層２２を構成するＩｎYＧａ(1-Y)Ｎ層におけるＩｎ組成（Ｙの値）を調整することによって、ＬＥＤデバイスにおける発光波長を４５０ｎｍから５３０ｎｍの範囲で制御することができる。
【００９８】
一方、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１をＡｌＧａＮ層とし、活性層２２をＧａＮ層あるいはＩｎＧａＮ層あるいはＡｌＩｎＧａＮ層とし、第２のＧａＮ系化合物半導体層２３をＡｌＧａＮ層とすることで、ＬＥＤデバイスにおける発光波長を３６０ｎｍから４００ｎｍの範囲で制御することができる。
【実施例５】
【００９９】
実施例５は、実施例４の変形である。実施例５にあっては、実施例４の［工程−４１０］と同様の工程において、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させ、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触する前に、横方向エピタキシャル成長を中止する。また、実施例４の［工程−４３０］と同様の工程において、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を横方向エピタキシャル成長させると共に、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂから第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層１５を横方向エピタキシャル成長させる。
【０１００】
以下、ＬｉＡｌＯ2基板等の模式的な一部端面図である図３の（Ａ）〜（Ｄ）を再び参照して、実施例５のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。
【０１０１】
［工程−５００］
先ず、実施例４の［工程−４００］と同様にして、ＬｉＡｌＯ2基板１０上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層１１を複数形成する（図３の（Ａ）参照）。
【０１０２】
［工程−５１０］
次いで、実施例２の［工程−２１０］と同様にして、頂面１２ＡがＭ面に平行であり、側面１２ＢがＣ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させる（図３の（Ｂ）参照）。実施例５にあっては、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させ、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触する前に、横方向エピタキシャル成長を中止する。具体的には、実施例４の［工程−４１０］と同様の工程を実行する。但し、成膜時間を、実施例４よりも短くする。
【０１０３】
［工程−５２０］
次いで、実施例４の［工程−４２０］と同様にして、シード層１１の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａの部分に、マスク層１３を形成する（図３の（Ｃ）参照）。
【０１０４】
［工程−５３０］
その後、実施例４の［工程−４３０］と同様にして、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａから横方向エピタキシャル成長させると共に、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂから第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層１５を横方向エピタキシャル成長させる（図３の（Ｄ）参照）。
【０１０５】
こうして、ＧａＮ系化合物半導体層を形成することができる。
【０１０６】
［工程−５４０］
その後、実施例４の［工程−４４０］〜［工程−４７０］と同様の工程を実行することで、ＧａＮ系半導体発光素子を得ることができる。
【実施例６】
【０１０７】
実施例６は実施例５の変形である。実施例６が実施例５と相違する主たる点は、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させるときの成膜条件、特に、窒素源ガスの供給量を増加させた点にある。
【０１０８】
［工程−６００］
先ず、実施例４の［工程−４００］と同様にして、ＬｉＡｌＯ2基板１０上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層１１を複数形成する。尚、実施例６においては、
ＷS＝  ６μｍ
ＰS＝２４μｍ
とする。
【０１０９】
［工程−６１０］
次いで、頂面１２ＡがＭ面に平行であり、側面１２ＢがＣ面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、実施例５の［工程−５１０］と同様にして、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させる。実施例６にあっても、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させ、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触する前に、横方向エピタキシャル成長を中止する。具体的には、実施例４の［工程−４１０］と同様の工程を実行する。但し、成膜時間を、実施例４よりも短くする。また、表１の成膜条件では、場合によっては、得られた第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２に点欠陥が多く存在し、また、有機ガリウム源ガス中の炭素が第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２に多く含まれ、黄色の発光が増えてしまう場合がある。それ故、実施例６にあっては、表１における窒素源ガスの供給量を１ＳＬＭから２ＳＬＭへと変更した。尚、実施例４に示した第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の成長条件では、横方向成長速度が速く、窒素源ガス流量が少ないこともあり、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２が褐色に着色する場合があるが、実施例６の第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の成長条件では、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２が着色せず、透明となる。しかも、窒素源ガス流量を２ＳＬＭとすることで、横方向成長速度が相対的に遅くなり、各第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂが相互に接触し難くなる傾向にある。
【０１１０】
［工程−６２０］
次いで、実施例４の［工程−４２０］と同様にして、シード層１１の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａの部分に、マスク層１３を形成する。尚、平面形状が帯状のマスク層１３の幅ＷMを９μｍとする。即ち、シード層１１の射影像は、マスク層１３の射影像に含まれ、ＷM／ＷS＝１．５である。
【０１１１】
［工程−６３０］
その後、実施例４の［工程−４３０］と同様にして、第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層１４を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａから横方向エピタキシャル成長させると共に、第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂから第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層１５を横方向エピタキシャル成長させる。
【０１１２】
こうして、ＧａＮ系化合物半導体層を形成することができる。
【０１１３】
［工程−６４０］
その後、実施例４の［工程−４４０］〜［工程−４７０］と同様の工程を実行することで、ＧａＮ系半導体発光素子を得ることができる。
【０１１４】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例で説明した基板、ＧａＮ系化合物半導体層の種類、組成、膜厚、構成、構造等は例示であり、適宜変更することができる。また、実施例において説明した条件や各種数値、使用した材料等は例示であり、適宜変更することができる。
【０１１５】
無極性面として｛１１−２ｎ｝面（ほぼＣ面に対して４０度を成す無極性面）を用いる場合、実施例１〜実施例３と同様の工程にあっては、バルクのＧａＮ基板の｛１１−２ｎ｝面をファッセットとして、このファッセット上に各種のＧａＮ系化合物半導体層を成長させればよい。
【０１１６】
又、実施例１の［工程−１４０］や、実施例４の［工程−４４０］において、第１のＧａＮ系化合物半導体層２１を形成した後、活性層２２を形成する前に、ピエゾ自発分極の発生抑制のために、厚さ１００ｎｍ〜３００ｎｍのＩｎzＧａ(1-z)Ｎ層（ｚ＝０．０１〜０２）を形成してもよい。
【０１１７】
実施例にあっては、ＧａＮ系化合物半導体から成るシード層１１の形成方法を、基板１０の上にＧａＮ系化合物半導体層を形成した後、リソグラフィ技術及びエッチング技術によってこのＧａＮ系化合物半導体層をパターニングする方法としたが、シード層１１の形成方法はこのような方法に限定するものではない。図５に基板１０等の模式的な一部端面図を示すように、ＧａＮ系化合物半導体から成るシード層１１１は、基板１０の上に、ＧａＮ系化合物半導体層１１１Ａ（例えば、頂面がＡ面あるいはＭ面に平行であるＧａＮ層）を形成し、更に、その上に、非成長層（ＧａＮ系化合物半導体層がその上では成長しない層）１１１Ｂを形成した後、リソグラフィ技術及びエッチング技術によってこの非成長層１１Ｂをパターニングし、ＧａＮ系化合物半導体層１１１Ａを露出させることで、得ることもできる。
【０１１８】
また、場合によっては、実施例１あるいは実施例４において説明した構成、構造を有するＧａＮ系半導体発光素子を、従来の方法、即ち、ＭＯＣＶＤ法に基づき、基板上にバッファ層を形成し、その上に、第１のＧａＮ系化合物半導体層、活性層、第２のＧａＮ系化合物半導体層、コンタクト層を、順次、形成することで得ることもできる。
【０１１９】
更には、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、以下のように表現することもできる。即ち、
（ａ）基板の所定の面上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、離間したシード層を複数形成した後、
（ｂ）頂面が無極性面に平行である第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層を、各シード層から横方向エピタキシャル成長させ、次いで、
（ｃ）シード層の上方に位置する第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面の部分に、マスク層を形成した後、
（ｄ）第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上及びマスク層上に、頂面が無極性面に平行である第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層を第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層の頂面から横方向エピタキシャル成長させ、その後、
（ｅ）第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層上に、
（１）頂面が無極性面と平行であり、第１導電型を有する第１のＧａＮ系化合物半導体層、
（２）頂面が無極性面と平行である活性層、
（３）頂面が無極性面と平行であり、第２導電型を有する第２のＧａＮ系化合物半導体層、
（４）ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面が無極性面と平行であるコンタクト層、
を、順次、形成する、
各工程を少なくとも具備する。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】図１は、実施例１あるいは実施例４のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図である。
【図２】図２の（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例１あるいは実施例４のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明するためのサファイア基板等の模式的な一部端面図である。
【図３】図３の（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例２あるいは実施例５のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明するためのサファイア基板等の模式的な一部端面図である。
【図４】図４は、実施例２において、活性層を構成する量子井戸における量子井戸数と、ＧａＮ系半導体発光素子の駆動電圧の関係を調べた結果を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例１〜実施例６のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法におけるシード層の形成方法の変形を説明するためのサファイア基板等の模式的な一部端面図である。
【図６】図６の（Ａ）〜（Ｄ）は、六方晶系の結晶における各面を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１０・・・基板（サファイア基板あるいはＬｉＡｌＯ2基板）、１１・・・シード層、１２・・・第１の下地ＧａＮ系化合物半導体層、１３・・・マスク層、１４・・・第２の下地ＧａＮ系化合物半導体層、１５・・・第３の下地ＧａＮ系化合物半導体層、１１１・・・シード層、１１１Ａ・・・ＧａＮ系化合物半導体層、１１１Ｂ・・・非成長層、２１・・・第１のＧａＮ系化合物半導体層、２２・・・活性層、２３・・・第２のＧａＮ系化合物半導体層、２４・・・コンタクト層、２５・・・第１電極、２６・・・第２電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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