(57)【要約】【課題】結晶欠陥密度が低く、しかも、ピエゾ自発分極が生じ難いＧａＮ系化合物半導体層の形成方法を提供する。【解決手段】ＧａＮ系化合物半導体層の形成方法は、（Ａ）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を複数形成した後、（Ｂ）頂面が、Ａ面であり、且つ、サファイア基板１０のＲ面に対して略平行な状態にあるＧａＮ系化合物半導体層１２，１４を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させ、次いで、（Ｃ）ＧａＮ系化合物半導体層１２，１４の頂面１４Ａを研磨して、サファイア基板１０のＲ面に対して傾斜した状態とする工程を具備する。【選択図】  図２
2006347832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（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面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して略平行な状態にある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）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態とする、
工程を具備することを特徴とするＧａＮ系化合物半導体層の形成方法。
【請求項２】
前記工程（Ｃ）において得られたＧａＮ系化合物半導体層における頂面のサファイア基板のＲ面に対する傾斜角を０．２度乃至４度とすることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法。
【請求項３】
ＧａＮ系化合物半導体層は、第１のＧａＮ系化合物半導体層と、その上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層から成り、
前記工程（Ｂ）は、頂面がＡ面である第１の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、シード層の上方に位置する第１の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、第１の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面である第２のＧａＮ系化合物半導体層を第１の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る工程から成り、
前記工程（Ｃ）においては、第２のＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態とすることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法。
【請求項４】
（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面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態にある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）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面と略平行とする、
工程を具備することを特徴とするＧａＮ系化合物半導体層の形成方法。
【請求項５】
前記工程（Ｂ）において得られたＧａＮ系化合物半導体層における頂面のサファイア基板のＲ面に対する傾斜角を０．２度乃至４度とすることを特徴とする請求項４に記載のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法。
【請求項６】
ＧａＮ系化合物半導体層は、第１のＧａＮ系化合物半導体層と、その上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層から成り、
前記工程（Ｂ）は、頂面がＡ面である第１の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、シード層の上方に位置する第１の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、第１の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面である第２のＧａＮ系化合物半導体層を第１の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る工程から成り、
前記工程（Ｃ）においては、第２のＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面と略平行とすることを特徴とする請求項４に記載のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法。
【請求項７】
（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面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して略平行な状態にある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）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態とし、その後、
（Ｄ）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を、順次、形成する、
工程を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８】
前記工程（Ｃ）において得られたＧａＮ系化合物半導体層における頂面のサファイア基板のＲ面に対する傾斜角を０．２度乃至４度とす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】
ＧａＮ系化合物半導体層は、第１のＧａＮ系化合物半導体層と、その上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層から成り、
前記工程（Ｂ）は、頂面がＡ面である第１の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、シード層の上方に位置する第１の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、第１の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面である第２のＧａＮ系化合物半導体層を第１の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る工程から成り、
前記工程（Ｃ）においては、第２のＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態とす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１０】
（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面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態にある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）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面と略平行とし、その後、
（Ｄ）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を、順次、形成する、
工程を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１１】
前記工程（Ｂ）において得られたＧａＮ系化合物半導体層における頂面のサファイア基板のＲ面に対する傾斜角を０．２度乃至４度とす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】
ＧａＮ系化合物半導体層は、第１のＧａＮ系化合物半導体層と、その上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層から成り、
前記工程（Ｂ）は、頂面がＡ面である第１の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、シード層の上方に位置する第１の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、第１の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面である第２のＧａＮ系化合物半導体層を第１の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る工程から成り、
前記工程（Ｃ）においては、第２のＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面と略平行とす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１３】
Ａ面に対して所定の傾斜角を有する頂面を備えたＧａＮから成る基体の該頂面上に、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を、順次、形成する工程を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】
所定の傾斜角を０．２度乃至４度と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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
このようなＥＬＯＧ成長法の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。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１００５７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、サファイア基板上におけるＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、サファイア基板のＣ面が用いられる。そして、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
2006347832.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、
2006347832.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、
2006347832.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。
【０００６】
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面であるｎ型ＧａＮ層と、頂面がＣ面であるＩｎＧａＮから成る活性層と、頂面がＣ面である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結果、活性層の厚さ方向にピエゾ自発分極が生じる。その結果、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、発光効率の低下、動作電圧の上昇、輝度飽和といった現象が発生する。
【０００７】
上述した特開２００２−１００５７９には、このような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。
【０００８】
従って、本発明の目的は、結晶欠陥密度が低く、しかも、ピエゾ自発分極が生じ難いＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法を適用した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】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法は、
（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面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して略平行な状態にある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）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態とする、
工程を具備することを特徴とする。
【００１０】
上記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面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して略平行な状態にある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）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態とし、その後、
（Ｄ）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を、順次、形成する、
工程を具備することを特徴とする。
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法は、
（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面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態にある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）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面と略平行とする、
工程を具備することを特徴とする。
【００１２】
上記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）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面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態にある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）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面と略平行とし、その後、
（Ｄ）ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を、順次、形成する、
工程を具備することを特徴とする。
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、Ａ面に対して所定の傾斜角を有する頂面を備えたＧａＮから成る基体の該頂面上に、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を、順次、形成する工程を具備することを特徴とする。
【００１４】
尚、本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法における基体として、ＧａＮ基板、支持体上に形成されたＧａＮ層を例示することができる。また、Ａ面に対して所定の傾斜角を有する頂面を備えたＧａＮから成る基体は、頂面がＡ面であるＧａＮから成る基体の頂面を、例えば、所謂、化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）に基づき研磨することで得ることができるし、あるいは又、ＧａＮ基板をダイサーで切断することで得ることもできる。
【００１５】
本発明の第１の態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法あるいは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、本発明の第１の態様に係る方法と呼ぶ場合がある）にあっては、前記工程（Ｃ）において得られたＧａＮ系化合物半導体層における頂面のサファイア基板のＲ面に対する傾斜角（θ）を、０．２度乃至４度、好ましくは０．５度乃至２．０度とすることが望ましい。尚、本発明の第１の態様に係る方法にあっては、前記工程（Ｂ）において、頂面が、Ａ面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して「略平行」な状態にある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るが、ここで、「略平行」とは、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面とサファイア基板のＲ面との成す角度（θ’）が、０（度）±０．２（度）であることを意味する。前記工程（Ｃ）において、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨してサファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態としたとき、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面の法線と、ＧａＮ系化合物半導体層のａ軸との成す角度は、概ね傾斜角（θ）に等しい。
【００１６】
本発明の第２の態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法あるいは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、本発明の第２の態様に係る方法と呼ぶ場合がある）にあっては、前記工程（Ｂ）において得られたＧａＮ系化合物半導体層における頂面のサファイア基板のＲ面に対する傾斜角（θ）を、０．２度乃至４度、好ましくは０．５度乃至２．０度とすることが望ましい。尚、本発明の第２の態様に係る方法にあっては、前記工程（Ｃ）において、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面と「略平行」とするが、ここで、「略平行」とは、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面とサファイア基板のＲ面との成す角度（θ’）が、０（度）±０．２（度）であることを意味する。前記工程（Ｃ）において、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨してサファイア基板のＲ面と略平行とした状態にあっては、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面の法線と、ＧａＮ系化合物半導体層のａ軸との成す角度は、概ね傾斜角（θ）に等しい。
【００１７】
本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法（以下、本発明の第３の態様に係る方法と略称する場合がある）にあっては、所定の傾斜角（θ）を、０．２度乃至４度、好ましくは０．５度乃至２．０度とすることが望ましい。即ち、この状態にあっては、基体の頂面の法線と、ＧａＮから成る基体のａ軸との成す角度は、傾斜角（θ）に等しい。
【００１８】
ここで、本発明の第１の態様あるいは本発明の第２の態様に係る方法にあっては、傾斜角（θ）は、シード層が延びる方向をＸ方向、シード層の幅方向をＹ方向、サファイア基板のＲ面に対する法線の方向をＺ方向としたとき、ＧａＮ系化合物半導体層をＹＺ平面で切断したと仮定したときの、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面に該当する線分と、サファイア基板のＲ面との成す角度である。
【００１９】
また、本発明の第１の態様に係る方法にあっては、ＧａＮ系化合物半導体層をＹＺ平面で切断したと仮定したとき、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面の傾斜は、
［ケース１１］各シード層に対応したＧａＮ系化合物半導体層の領域毎に付されていてもよいし（即ち、シード層の全数をＮとしたとき、Ｎ個のＧａＮ系化合物半導体層の領域のそれぞれに付されていてもよいし）、
［ケース１２］複数のシード層に対応したＧａＮ系化合物半導体層の領域毎に付されていてもよいし（即ち、シード層の全数をＮとしたとき、Ｍ個（＜Ｎ）のＧａＮ系化合物半導体層の領域のそれぞれに付されていてもよいし）、
あるいは又、
［ケース１３］ＧａＮ系化合物半導体層の全体に１つの傾斜が付されていてもよい。
【００２０】
即ち、［ケース１１］あるいは［ケース１２］の形態にあっては、ＧａＮ系化合物半導体層をＹＺ平面で切断したと仮定したとき、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面の形状は鋸状である。一方、［ケース１３］の形態にあっては、ＧａＮ系化合物半導体層をＹＺ平面で切断したと仮定したとき、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面の形状は直線状である。［ケース１１］あるいは［ケース１２］の形態は、例えば、適切な切削治具を用いた切削法によって達成することができるし、［ケース１３］の形態も、例えばＣＭＰ法によって達成することができる。
【００２１】
一方、本発明の第２の態様に係る方法にあっては、前記（Ｂ）において、頂面が、Ａ面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態にある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るが、横方向エピタキシャル成長によって得られたＧａＮ系化合物半導体層をＹＺ平面で切断したと仮定したとき、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面は、シード層の上方に位置する部分を底部とし、シード層から離れるに従い高くなる形状を有し、通常、１つのシード層に対応したＧａＮ系化合物半導体層の領域には２つの傾斜面が形成される。
【００２２】
本発明の第３の態様に係る方法にあっては、傾斜角を付与されたＧａＮから成る基体の頂面に、通常、２次元マトリックス状に（即ち、Ｘ方向及びＹ方向に配列された）複数のＧａＮ系半導体発光素子が形成される。そして、本発明の第３の態様に係る方法にあっては、傾斜角（θ）は、基体のＡ面をＺ方向としたとき、基体をＹＺ平面で切断したと仮定したときの傾斜角である。また、基体をＹＺ平面で切断したと仮定したとき、研磨して傾斜角を付与された基体の頂面の傾斜は、
［ケース３１］Ｘ方向に配列されたＧａＮ系半導体発光素子列のそれぞれに対応した基体の領域毎に付されていてもよいし（即ち、Ｘ方向に配列されたＧａＮ系半導体発光素子列の数をＮとしたとき、Ｎ個の基体の領域のそれぞれに付されていてもよいし）、
［ケース３２］Ｘ方向に配列されたＧａＮ系半導体発光素子列の複数に対応した基体の領域毎に付されていてもよいし（即ち、Ｘ方向に配列されたＧａＮ系半導体発光素子列の数をＮとしたとき、Ｍ個（＜Ｎ）の基体の領域のそれぞれに付されていてもよいし）、
あるいは又、
［ケース３３］基体の頂面の全体に１つの傾斜が付されていてもよい。
【００２３】
即ち、［ケース３１］あるいは［ケース３２］の形態にあっては、基体をＹＺ平面で切断したと仮定したとき、基体の頂面の形状は鋸状である。一方、［ケース３３］の形態にあっては、基体をＹＺ平面で切断したと仮定したとき、基体の頂面の形状は直線状である。［ケース３１］あるいは［ケース３２］の形態は、例えば、適切な切削治具を用いた切削法によって達成することができるし、［ケース３３］の形態も、例えばＣＭＰ法によって達成することができるし、あるいは又、ＧａＮ基板を切断することで得ることもできる。
【００２４】
以上の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様あるいは本発明の第２の態様に係る方法にあっては、
ＧａＮ系化合物半導体層は、第１のＧａＮ系化合物半導体層と、その上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層から成り、
前記工程（Ｂ）は、頂面がＡ面である第１の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、（必要に応じて、シード層の上方に位置する第１の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）、第１のＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に（また、マスク層を形成した場合には、更に、マスク層上に）、頂面がＡ面である第２のＧａＮ系化合物半導体層を第１の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る工程から成り、
前記工程（Ｃ）においては、第２のＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態とする構成（本発明の第１の態様に係る方法）とすることができ、あるいは又、第２のＧａＮ系化合物半導体層の頂面を研磨して、サファイア基板のＲ面と略平行とする構成（本発明の第２の態様に係る方法）とすることができる。
【００２５】
尚、このような形態であってマスク層を形成しない場合を、便宜上、本発明の第１Ａの態様に係る方法、本発明の第１Ａの態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、本発明の第１Ａの態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法、本発明の第２Ａの態様に係る方法、本発明の第２Ａの態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、あるいは、本発明の第２Ａの態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法と呼ぶ場合がある。また、このような形態であってマスク層を形成する場合を、便宜上、本発明の第１Ｂの態様に係る方法、本発明の第１Ｂの態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、本発明の第１Ｂの態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法、本発明の第２Ｂの態様に係る方法、本発明の第２Ｂの態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、あるいは、本発明の第２Ｂの態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法と呼ぶ場合がある。
【００２６】
本発明の第１Ａの態様、第１Ｂの態様、本発明の第２Ａの態様、あるいは、第２Ｂの態様に係る方法における前記工程（Ｂ）にあっては、より具体的には、第１の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、第２の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ＧａＮ系化合物半導体層の対向する側面から第３の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形態とす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。
【００２７】
本発明の第１の態様に係る方法にあっては、前記工程（Ｂ）において、頂面が、Ａ面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して略平行な状態にある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る。一方、本発明の第２の態様に係る方法にあっては、前記（Ｂ）において、頂面が、Ａ面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態にある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る。このような本発明の第１の態様に係る方法と本発明の第２の態様に係る方法との相違点であるところのサファイア基板のＲ面に対するＧａＮ系化合物半導体層の頂面の傾斜状態は、シード層とシード層との間の距離、及び、ＧａＮ系化合物半導体層の横方向エピタキシャル成長条件の最適化によって達成することができる。即ち、種々の試験を行い、サファイア基板のＲ面に対するＧａＮ系化合物半導体層の頂面の傾斜状態と、シード層とシード層との間の距離、及び、ＧａＮ系化合物半導体層の横方向エピタキシャル成長条件との関係を求めればよい。
【００２８】
上記の各種の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る方法にあっては、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。ここで、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面であれば「Ａ面成長」と呼び、頂面がＣ面であれば「Ｃ面成長」と呼ぶ。尚、六方晶系におけるＡ面及びＣ面、Ｒ面、並びに、Ｓ面を、それぞれ、図９の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す。
【００２９】
そして、この場合、本発明の第１Ａの態様、第１Ｂの態様、第２Ａの態様、あるいは、第２Ｂの態様に係る方法にあっては、第１のＧａＮ系化合物半導体層の横方向エピタキシャル成長を、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、窒素源ガスを含む全体圧力を、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、窒素源ガスを含む全体圧力を上述の範囲とすることによって、第１の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、窒素源ガスを含む全体圧力とは、ＭＯＣＶＤ装置内における圧力（窒素ガスのみならず、水素ガス、アンモニアガス等の圧力を含んだ圧力）を指す。以下においても、「窒素源ガスを含む全体圧力」を同様の意味で用いる。
【００３０】
あるいは又、この場合、本発明の第１Ａの態様、第１Ｂの態様、第２Ａの態様、あるいは、第２Ｂの態様に係る方法にあっては、第２のＧａＮ系化合物半導体層（及び第３のＧａＮ系化合物半導体層）の横方向エピタキシャル成長を、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ＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の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ＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の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、窒素源ガスを含む全体圧力を、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、窒素源ガスを含む全体圧力を上述の範囲とすることによって、第２のＧａＮ系化合物半導体層及び第３の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。
【００３１】
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第１の態様あるいは第２の態様に係る方法にあっては、シード層の平面形状は帯状であることが望ましい。ここで、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。
【００３２】
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面上に、ＧａＮ系化合物半導体層（例えば、頂面がＡ面である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面上に、ＧａＮ系化合物半導体層（例えば、頂面がＡ面である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。
【００３３】
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第１Ｂの態様あるいは第２Ｂの態様に係る方法において、マスク層の平面形状は帯状であることが望ましい。そして、この場合、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。また、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。
【００３４】
本発明の第１Ｂの態様あるいは第２Ｂの態様に係る方法にあっては、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ＧａＮ系化合物半導体層は、第１の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。
【００３５】
以上の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様〜第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法においては、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を形成した後、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層上に第２電極を形成することが好ましい。
【００３６】
そして、この場合、本発明の第１Ａの態様、第１Ｂの態様、本発明の第２Ａの態様、あるいは、第２Ｂの態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法においては、第２電極を、第１のＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層の部分の上方に形成することが好ましい。更には、本発明の第１Ｂの態様あるいは第２Ｂの態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法においては、第２電極の射影像は、第１のＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層の部分の射影像に含まれることが一層好ましく、この場合、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。１＜ＷM／ＷSを満足させることによって、得られた第２の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し、ＷE2／（ＰS−ＷM）＜１を満足させることによって、一層結晶欠陥密度の少ない第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層上に第２電極を設けることができる。
【００３７】
あるいは又、以上の好ましい形態、構成を含む本発明の第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において、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を形成した後、シード層及びＧａＮ系化合物半導体層［あるいは、第１のＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の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が好ましく、更には、シード層及びＧａＮ系化合物半導体層［あるいは、第１のＧａＮ系化合物半導体層（及び第３の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、シード層及びＧａＮ系化合物半導体層［あるいは、第１のＧａＮ系化合物半導体層、（第３のＧａＮ系化合物半導体層、）第２のＧａＮ系化合物半導体層（及び、マスク層）］を除去し、第１導電型を有する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導電型を有する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。ここで、シード層及びＧａＮ系化合物半導体層のサファイア基板のＲ面からの剥離方法として、サファイア基板を介して、サファイア基板とシード層及び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、シード層及びＧａＮ系化合物半導体層を除去する方法として、シード層及びＧａＮ系化合物半導体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合せた方法を挙げることができる。
【００３８】
各種の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様〜第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法において、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）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、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く、あるいは又、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料を用いることもできるが、中でも、光を高い効率で反射させることができる銀（Ａｇ）を用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）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、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、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて形成することができる。
【００３９】
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第１の態様あるいは第２の態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、本発明の第１の態様〜第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法（以下、これらを総称して、単に、本発明の方法と呼ぶ場合がある）において、ＧａＮ系化合物半導体層（第１のＧａＮ系化合物半導体層、第２のＧａＮ系化合物半導体層及び第３のＧａＮ系化合物半導体層）として、また、第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層、活性層、第２導電型を有する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。尚、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層は、１層のＧａＮ系化合物半導体層から構成されていてもよいし、単一量子井戸構造（ＱＷ構造）あるいは多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有していてもよい。
【００４０】
各種の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様〜第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法において、第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層、活性層、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体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。
【００４１】
ＭＯＣＶＤ法における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、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やメチルシクロペンタジエニルマグネシウムを用いればよい。尚、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。
【００４２】
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】
【００４３】
通常、ＧａＮから成る基体の表面やＧａＮ系化合物半導体層の表面には、ステップと呼ばれる原子レベルの段差が発生し、あるいは又、形成される。ここで、ステップの高さを「ｓ」、ステップ間の平均距離を「ｄ」とし、傾斜角をθ、ａ軸方向（＜１１−２０＞）の格子定数を「ａ」としたとき、
ｔａｎ（θ）＝ｓ／ｄ＝（ａ／２ｄ）    （１）
となる。ここで、上記の式（１）を変形すると、以下の式（２）のとおりとなる。
ｄ＝［ａ／２ｔａｎ（θ）］    （２）
そして、一般に、ステップ間の平均距離ｄが大きくなると、そのような基体の表面やＧａＮ系化合物半導体層の表面の上に形成される（成長する）ＧａＮ系化合物半導体に異常成長が生じ易くなる。
【００４４】
また、一般に、ＧａＮ系化合物半導体層のＡ面成長はサファイア基板のＲ面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。
【００４５】
本発明の第１の態様に係る方法にあっては、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面（Ａ面である）をサファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態とするので、また、本発明の第２の態様に係る方法にあっては、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面をＧａＮ系化合物半導体層のＡ面に対して傾斜した状態とするので、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面がサファイア基板のＲ面に対して傾斜していない状態（傾斜角θの値が限りなく０度に近い状態）、あるいは、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面がＧａＮ系化合物半導体層のＡ面に対して傾斜していない状態（傾斜角θの値が限りなく０度に近い状態）と比較して、ステップ間の平均距離ｄの値を小さくすることができる。その結果、係るＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に更に別のＧａＮ系化合物半導体層（第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層）を形成したとき、この別のＧａＮ系化合物半導体層における異常成長を抑制することができ、結晶欠陥密度が低いＧａＮ系化合物半導体層の成長が可能となり、高品質のＧａＮ系化合物半導体層を得ることができる。また、通常のＡ面成長では、直径２ｎｍ〜１００ｎｍ、高さ２ｎｍ〜１０ｎｍ程度の突起がＧａＮ系化合物半導体層の成長中に生成することが屡々観察されるが、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面をサファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態とし、また、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面をＧａＮ系化合物半導体層のＡ面に対して傾斜した状態とすることで、このような突起の生成を防ぐことができる。
【００４６】
更には、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る方法にあっては、シード層から、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ＧａＮ系化合物半導体層を得ることができる。その結果、活性層の成長条件の安定化を図ることができ、高効率の活性層発光を得ることができる。
【００４７】
しかも、こうして最終的に得られたＧａＮ系化合物半導体層の頂面はＡ面から若干傾いた面であり、側面はＣ面等である。従って、ＧａＮ系化合物半導体層の上に順次形成される、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層にあっては、これらの頂面はＡ面であり、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、活性層の厚さ方向とは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、ＱＣＳＥ効果（量子閉じ込めシュタルク効果）による発光効率の低下、動作電圧の上昇、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。
【００４８】
また、本発明の第１Ｂの態様あるいは第２Ｂの態様に係る方法を採用すれば、シード層上に成長した第１のＧａＮ系化合物半導体層の部分における結晶欠陥密度が高くとも、シード層上に成長した第１の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ＧａＮ系化合物半導体層の頂面上に第２のＧａＮ系化合物半導体層を形成するので、得られた第２の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。更には、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、ＧａＮ系化合物半導体層がサファイア基板から剥離する虞がある。それ故、第１の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から剥離することを、確実に防止することができる。
【００４９】
本発明の第３の態様に係る方法にあっては、Ａ面に対して所定の傾斜角を有する頂面を備えたＧａＮから成る基体を用いるので、ステップ間の平均距離ｄの値を小さくすることができる。そして、この頂面を一種の下地として、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を、順次、形成するので、これらの第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の異常成長を抑制することができ、結晶欠陥密度の低いＧａＮ系化合物半導体層の成長が可能となり、高品質のＧａＮ系化合物半導体層を得ることができる。その結果、活性層の成長条件の安定化を図ることができ、高効率の活性層発光を得ることができる。しかも、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層にあっては、これらの頂面はＡ面であり、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、活性層の厚さ方向とは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、ＱＣＳＥ効果による発光効率の低下、動作電圧の上昇、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。また、通常のＡ面成長では、直径２ｎｍ〜１００ｎｍ、高さ２ｎｍ〜１０ｎｍ程度の突起がＧａＮ系化合物半導体層の成長中に生成することが屡々観察されるが、ＧａＮから成る基体の頂面をＡ面に対して傾斜した状態とすることで、このような突起の生成を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
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】
【００５１】
実施例１は、本発明の第１の態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法に関し、より具体的には、本発明の第１Ｂの態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、第１Ｂ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１にあっては、ＧａＮ系化合物半導体層は、第１のＧａＮ系化合物半導体層と、その上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層から成る。以下、サファイア基板等の模式的な一部端面図である図１の（Ａ）〜（Ｃ）及び図２の（Ａ）〜（Ｂ）を参照して、実施例１のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、更には、ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。
【００５２】
尚、以下の各種の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、各種の実施例において、等価面積Ｓを６０ｃｍ2とした。
【００５３】
［工程−１００］
先ず、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１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、図面の紙面垂直方向に延び、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＝  ５μｍ
ＰS＝１５μｍ
である。
【００５４】
［工程−１１０］
次いで、頂面が、Ａ面であり、且つ、サファイア基板１０のＲ面に対して略平行な状態にあるＧａＮ系化合物半導体層１２，１４を、各シード層１１から横方向エピタキシャル成長させる。
【００５５】
具体的には、頂面１２ＡがＡ面であり、側面１２ＢがＣ面である第１の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１の（Ｂ）参照）。実施例１にあっては、各第１の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面であり、側面１２ＢがＣ面である第１の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。第１のＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａは、サファイア基板１０のＲ面に対して略平行となる。
【００５６】
［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
窒素源ガスを含む全体圧力  ：１×１０4Ｐａ
【００５７】
尚、窒素源ガスを含む全体圧力を９×１０4Ｐａとしたところ、第１のＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面は、Ｓ面，｛１−１０１｝面となった。
【００５８】
［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１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８μｍ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。
【００５９】
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。
【００６０】
また、シード層１１の上に位置する第１の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ＧａＮ系化合物半導体層１２を更に成膜すると、第１の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。
【００６１】
［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
窒素源ガスを含む全体圧力：９×１０4Ｐａ
【００６２】
［工程−１３０］
その後、第１の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面であり、側面１４ＢがＣ面である第２のＧａＮ系化合物半導体層１４を第１の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（Ａ）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面であり、側面１４ＢがＣ面である第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の成膜を、第１のＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａから開始させ、第２の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。第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の頂面１４Ａは、サファイア基板１０のＲ面に対して略平行となる。
【００６３】
こうして、頂面が、Ａ面であり、且つ、サファイア基板１０のＲ面に対して略平行な状態にあるＧａＮ系化合物半導体層１２，１４を得ることができる。
【００６４】
［工程−１４０］
その後、ＭＯＣＶＤ装置からサファイア基板１０を搬出し、ＣＭＰ法に基づき、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面（より具体的には、実施例１にあっては、第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の頂面１４Ａ）を研磨して、サファイア基板１０のＲ面に対して傾斜した状態とする（図２の（Ｂ）参照）。ここで、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面（より具体的には、第２のＧａＮ系化合物半導体層１４における頂面１４Ａ）のサファイア基板１０のＲ面に対する傾斜角（θ）を２．０度とした。尚、傾斜角（θ）とは、シード層１１が延びる方向をＸ方向（図２の紙面垂直方向）、シード層１１の幅方向をＹ方向、サファイア基板１０のＲ面に対する法線の方向をＺ方向としたとき、ＧａＮ系化合物半導体層１２，１４をＹＺ平面で切断したと仮定したときの傾斜角であり、ＧａＮ系化合物半導体層１２，１４のａ軸（図２の（Ｂ）に矢印で示す）とＧａＮ系化合物半導体層１２，１４の法線の成す角度である。また、ＧａＮ系化合物半導体層１２，１４をＹＺ平面で切断したと仮定したとき、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面（より具体的には、第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の頂面１４Ａ）の傾斜は、複数のシード層１１に対応したＧａＮ系化合物半導体層の領域毎に付されている。より具体的には、シード層の全数をＮ（例えば、Ｎ＝１０００）としたとき、Ｍ個（＝Ｎ／ｍ、ここで、ｍ＝２）のＧａＮ系化合物半導体層の領域のそれぞれに付されている［ケース１２］。即ち、ＧａＮ系化合物半導体層１２，１４をＹＺ平面で切断したと仮定したとき、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面（より具体的には、第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の頂面１４Ａ）の形状は鋸状であり、このような頂面の形状は、具体的には、ダイヤモンドスラリー、ＫＯＨ、更には、強い紫外線等の光を照射することを利用したＣＭＰ法によって得ることができる。
【００６５】
［工程−１５０］
次に、同じＭＯＣＶＤ装置にサファイア基板１０を搬入し、第２のＧａＮ系化合物半導体層１４上に、第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層（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（具体的には、例えば、厚さ２〜３ｎｍのＩｎＧａＮ層／厚さ７〜２０ｎｍのＧａＮ層が積層された単一量子井戸構造［ＱＷ構造］あるいは多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］）、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層（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）を、順次、周知のＭＯＣＶＤ法にて形成する。尚、第１導電型を有する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。
【００６６】
［表３］
Ｖ／ＩＩＩ比            ：約５０００
窒素源ガスを含む全体圧力：１×１０4Ｐａ以上
成長温度                ：１０２０゜Ｃ
【００６７】
［工程−１６０］
その後、第２導電型（具体的には、ｐ型）を有するＧａＮ系化合物半導体層上に第２電極を形成する。第２電極は、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電極を、第１のＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａ上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の部分の上方に形成する。第２電極の射影像は、第１のＧａＮ系化合物半導体層１２の頂面１２Ａ上に形成された第２の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電極の幅ＷE2（マスク層１３の幅と同じ方向の幅である）を、６μｍとする。尚、第２電極は、マスク層１３の上方に位置する第２の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ＧａＮ系化合物半導体層１４と第２の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。
【００６８】
［工程−１７０］
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ＧａＮ系化合物半導体層１２、マスク層１３、第２のＧａＮ系化合物半導体層１４を、エッチング法及び研磨法を組合せた方法によって除去し、第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を露出させる。次に、露出した第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層上に第１電極を形成する。第１電極は、Ｔｉ層／Ａｕ層の積層構造を有する。更に、第１電極に接続されたＩＴＯから成る透明電極を形成する。
【００６９】
［工程−１８０］
その後、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層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。
【００７０】
活性層を構成するＩｎＧａＮ層におけるＩｎ組成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３７０ｎｍから５３０ｎｍの範囲で制御することができる。そして、その動作電圧は、５０Ａ／ｃｍ2程度の電流密度にて２．８ボルトと極めて低い値であった。
【００７１】
また、第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層をＡｌＧａＮ層とし、活性層をＧａＮ層あるいはＩｎＧａＮ層あるいはＡｌＩｎＧａＮ層とし、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を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。
【００７２】
尚、実施例１の変形例として、マスク層１３を形成しない、本発明の第１Ａの態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、第１Ａの態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を採用することもできる。この場合には、上述した［工程−１１０］の後、［工程−１２０］を実行することなく、直ちに、［工程−１３０］以降を実行すればよい。この場合にあっては、シード層１１の上方に位置する第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の部分に結晶欠陥が生じる場合があるので、係る第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の部分の上方に相当する第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の部分の上に、例えば、ＳｉＯ2から成る被覆層を設け、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の係る部分の上には第２電極を形成しない構造とし、係る第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の部分の上方に位置する、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層のそれぞれの部分に電流を流さない構成とすることが望ましい。
【００７３】
実施例１の［工程−１００］〜［工程−１５０］にて得られた試料（実施例１の試料と呼ぶ）、及び、実施例１の［工程−１００］〜［工程−１３０］及び［工程−１５０］にて得られた試料（比較例の試料と呼ぶ）の発光効率を測定した。尚、比較例の試料にあっては、第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の頂面１４Ａは、サファイア基板１０のＲ面に対して傾斜していない状態にある。発光効率は、活性層を構成するＩｎＧａＮ層をＫｒレーザによって直接励起したときの発光強度（フォトルミネッセンス強度）を、Ｋｒレーザの励起強度を変えて測定することで評価した。Ｋｒレーザの励起強度と発光強度の測定結果を図３に示す。図３中、「Ａ」にて示すグラフは、実施例１の試料の測定結果であり、「Ｂ」にて示すグラフは、比較例の試料の測定結果である。図３から、第２のＧａＮ系化合物半導体層１４の頂面１４Ａを傾斜させることで、発光強度が増加していることが判る。
【実施例２】
【００７４】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例１にあっては、各第１の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。
【００７５】
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ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂから第３の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。
【００７６】
以下、サファイア基板等の模式的な一部端面図である図４の（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、実施例２のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、更には、ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。
【００７７】
［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４の（Ａ）参照）。
【００７８】
［工程−２１０］
次いで、頂面１２ＡがＡ面であり、側面１２ＢがＣ面である第１の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４の（Ｂ）参照）。実施例２にあっては、第１の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よりは短くする。
【００７９】
［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４の（Ｃ）参照）。
【００８０】
［工程−２３０］
その後、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、第２のＧａＮ系化合物半導体層１４を第１の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ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂから第３の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４の（Ｄ）参照）。
【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−２４０］
その後、実施例１の［工程−１４０］〜［工程−１８０］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。
【００８３】
尚、実施例２の変形例として、マスク層１３を形成しない、本発明の第１Ａの態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、第１Ａの態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を採用することもできる。この場合には、上述した［工程−２１０］の後、［工程−２２０］を実行することなく、直ちに、［工程−２３０］以降を実行すればよい。
【実施例３】
【００８４】
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。
【００８５】
［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。
【００８６】
［工程−３１０］
次いで、頂面１２ＡがＡ面であり、側面１２ＢがＣ面である第１の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よりは短くする。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ＧａＮ系化合物半導体層１２の成長条件では、第１の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。
【００８７】
［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。
【００８８】
［工程−３３０］
その後、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、第２のＧａＮ系化合物半導体層１４を第１の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ＧａＮ系化合物半導体層１２の対向する側面１２Ｂから第３の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。
【００８９】
こうして、ＧａＮ系化合物半導体層を形成することができる。
【００９０】
［工程−３４０］
その後、実施例１の［工程−１４０］〜［工程−１８０］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。
【００９１】
尚、実施例３の変形例として、マスク層１３を形成しない、本発明の第１Ａの態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、第１Ａの態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を採用することもできる。この場合には、上述した［工程−３１０］の後、［工程−３２０］を実行することなく、直ちに、［工程−３３０］以降を実行すればよい。
【実施例４】
【００９２】
実施例４は、本発明の第２の態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法に関し、より具体的には、本発明の第２Ｂの態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、第２Ｂ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にあっても、ＧａＮ系化合物半導体層は、第１のＧａＮ系化合物半導体層と、その上に形成された第２のＧａＮ系化合物半導体層から成る。
【００９３】
以下、サファイア基板等の模式的な一部端面図である図５の（Ａ）〜（Ｃ）及び図６の（Ａ）〜（Ｂ）を参照して、実施例４のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、更には、ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。
【００９４】
［工程−４００］
先ず、実施例１の［工程−１００］と同様にして、サファイア基板４０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４１を複数形成する（図５の（Ａ）参照）。尚、シード層４１は＜１−１００＞方向に延び、シード層４１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＝３０μｍ
である。
【００９５】
［工程−４１０］
次いで、頂面が、Ａ面であり、且つ、サファイア基板のＲ面に対して傾斜した状態にあるＧａＮ系化合物半導体層４２，４４を、各シード層４１から横方向エピタキシャル成長させる。
【００９６】
具体的には、頂面４２ＡがＡ面であり、側面４２ＢがＣ面である第１のＧａＮ系化合物半導体層４２を、各シード層４１から横方向エピタキシャル成長させる（図５の（Ｂ）参照）。ここで、各シード層４１から横方向エピタキシャル成長した第１のＧａＮ系化合物半導体層４２にあっては、その頂面４２Ａが、Ａ面であり、且つ、サファイア基板４０のＲ面に対して傾斜した状態となる。尚、横方向エピタキシャル成長によって得られた第１のＧａＮ系化合物半導体層４２をＹＺ平面で切断したと仮定したとき、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２の頂面４２Ａは、シード層４１の上方に位置する部分を底部とし、シード層４１から離れるに従い高くなる形状を有し、１つのシード層４１に対応した第１ＧａＮ系化合物半導体層４２の領域には２つの傾斜面が形成される。ここで、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２における頂面４２Ａのサファイア基板４０のＲ面に対する傾斜角（θ）の平均値は、２．０度であった。云い換えれば、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２のａ軸(図５の（Ｂ）に矢印で示す）と、サファイア基板４０のＲ面との成す角度は、（９０−θ）度である。尚、傾斜角（θ）とは、シード層４１が延びる方向をＸ方向（図５の紙面垂直方向）、シード層４１の幅方向をＹ方向、サファイア基板４０のＲ面に対する法線の方向をＺ方向としたとき、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２をＹＺ平面で切断したと仮定したときの傾斜角である。尚、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２における頂面４２Ａはサファイア基板４０のＲ面に対して傾斜しているが、このような状態は、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２の横方向成長速度をやや速めたり、あるいは又、サファイア基板４０のＲ面に傾斜を与える（例えば、Ｃ面方向に１度の傾斜を与える）ことで、達成することができる。
【００９７】
尚、実施例４にあっては、各第１のＧａＮ系化合物半導体層４２の対向する側面４２Ｂが相互に接触した時点で、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２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４０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４２ＡがＡ面であり、側面４２ＢがＣ面である第１のＧａＮ系化合物半導体層４２を、各シード層４１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４に例示する。
【００９８】
［表４］
Ｖ／ＩＩＩ比              ：約５００
有機ガリウム源ガスの供給量：３×１０-6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
窒素源ガスを含む全体圧力  ：１×１０4Ｐａ
【００９９】
尚、窒素源ガスを含む全体圧力を９×１０4Ｐａとしたところ、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２の頂面は、Ｓ面，｛１−１０１｝面となった。
【０１００】
［工程−４２０］
次いで、サファイア基板４０をＭＯＣＶＤ装置から搬出し、シード層４１の上方に位置する第１のＧａＮ系化合物半導体層４２の頂面４２Ａの部分に、マスク層４３を形成する（図５の（Ｃ）参照）。マスク層４３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４３の幅ＷMを１２μｍとする。即ち、シード層４１の射影像は、マスク層４３の射影像に含まれ、ＷM／ＷS＝１．２である。
【０１０１】
尚、シード層４１の射影像とマスク層４３の射影像とは平行である。シード層４１の中心線の真上にマスク層４３の中心線が位置していてもよいし、シード層４１の中心線の真上以外の位置にマスク層４３の中心線が位置していてもよい。即ち、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２の成長条件によっては、シード層４１の上に位置する第１のＧａＮ系化合物半導体層４２の部分における結晶欠陥が、シード層４１の中心線よりも第１のＧａＮ系化合物半導体層４２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４１の中心線の真上以外の位置にマスク層４３の中心線を位置させて、シード層４１の上に位置する第１のＧａＮ系化合物半導体層４２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４３の位置を調整して、マスク層４３を形成する。
【０１０２】
また、シード層４１の上に位置する第１のＧａＮ系化合物半導体層４２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ＧａＮ系化合物半導体層４２を更に成膜すると、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２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。
【０１０３】
［工程−４３０］
その後、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２の頂面４２Ａ上及びマスク層４３上に、頂面４４ＡがＡ面であり、側面４４ＢがＣ面である第２のＧａＮ系化合物半導体層４４を第１のＧａＮ系化合物半導体層４２の頂面４２Ａ上から横方向エピタキシャル成長させる（図６の（Ａ）参照）。具体的には、サファイア基板４０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４４ＡがＡ面であり、側面４４ＢがＣ面である第２のＧａＮ系化合物半導体層４４の成膜を、第１のＧａＮ系化合物半導体層４２の頂面４２Ａから開始させ、第２のＧａＮ系化合物半導体層４４を横方向に成長させる。成膜条件は表４と同様とすればよい。
【０１０４】
こうして、頂面が、Ａ面であり、且つ、サファイア基板４０のＲ面に対して傾斜した状態にあるＧａＮ系化合物半導体層４２，４４を得ることができる。
【０１０５】
［工程−４４０］
その後、ＭＯＣＶＤ装置からサファイア基板４０を搬出し、ＣＭＰ法に基づき、ＧａＮ系化合物半導体層の頂面（より具体的には、実施例４にあっては、第２のＧａＮ系化合物半導体層４４の頂面４４Ａ）をＣＭＰ法に基づき研磨して、サファイア基板４０のＲ面と略平行とする（図６の（Ｂ）参照）。尚、第２のＧａＮ系化合物半導体層４４の頂面を研磨して、サファイア基板４０のＲ面と略平行とした状態にあっては、第２のＧａＮ系化合物半導体層４４の頂面の法線は、第２のＧａＮ系化合物半導体層４４のａ軸(図６の（Ｂ）に矢印で示す）に対して概ね傾斜角（θ）だけ傾斜した状態となる。
【０１０６】
［工程−４５０］
その後、実施例１の［工程−１４０］〜［工程−１８０］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。
【０１０７】
活性層を構成するＩｎＧａＮ層におけるＩｎ組成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３７０ｎｍから５３０ｎｍの範囲で制御することができる。そして、その動作電圧は、５０Ａ／ｃｍ2程度の電流密度にて２．８ボルトと極めて低い値であった。
【０１０８】
また、第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層をＡｌＧａＮ層とし、活性層をＧａＮ層あるいはＩｎＧａＮ層あるいはＡｌＩｎＧａＮ層とし、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を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。
【０１０９】
尚、実施例４の変形例として、マスク層４３を形成しない、本発明の第２Ａの態様に係るＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、第２Ａの態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を採用することもできる。この場合には、上述した［工程−４１０］の後、［工程−４２０］を実行することなく、直ちに、［工程−４３０］以降を実行すればよい。この場合にあっては、シード層４１の上方に位置する第２のＧａＮ系化合物半導体層４４の部分に結晶欠陥が生じる場合があるので、係る第２のＧａＮ系化合物半導体層４４の部分の上方に相当する第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の部分の上に、例えば、ＳｉＯ2から成る被覆層を設け、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の係る部分の上には第２電極を形成しない構造とし、係る第２のＧａＮ系化合物半導体層４４の部分の上方に位置する、第１導電型を有する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導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層のそれぞれの部分に電流を流さない構成とすることが望ましい。
【０１１０】
また、実施例４に対して、実施例２あるいは実施例３において説明したＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を、適宜、成長条件等を変更して適用することもできる。
【実施例５】
【０１１１】
実施例５は、本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法に関する。以下、ＧａＮ基板等の模式的な一部端面図である図７の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、実施例５のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。
【０１１２】
［工程−６００］
先ず、ＧａＮ基板をダイサーで切断することで、頂面がＡ面であるバルク状のＧａＮ基板６０を準備する。そして、例えばＣＭＰ法に基づきＧａＮ基板６０の頂面を研磨することで、Ａ面に対して所定の傾斜角θ（例えば２．０度）を有する頂面６０Ａを備えたＧａＮから成る基体（より具体的には、実施例５にあっては、ＧａＮ基板６０）を得ることができる。尚、ＧａＮ基板をダイサーで切断することで、直接、Ａ面に対して所定の傾斜角θ（例えば２．０度）を有する頂面６０Ａを備えたＧａＮから成る基体（ＧａＮ基板６０）を得ることもできる。この状態を、図７の（Ａ）に示すが、点線は、ＧａＮ基板６０のＡ面を示す。また、図７の（Ａ）〜（Ｃ）において、矢印は、ａ軸を示す。尚、ＧａＮ基板の表面に極性が反転している領域などがあれば、その部分を避けてＧａＮ系半導体発光素子を製造することが望ましい。
【０１１３】
［工程−６１０］
そして、このＧａＮ基板６０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、Ａ面に対して所定の傾斜角θを有する頂面６０Ａを備えたＧａＮから成る基体（ＧａＮ基板６０）の頂面６０Ａ上に、第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層６６（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６７（具体的には、例えば、厚さ２〜３ｎｍのＩｎＧａＮ層／厚さ７〜２０ｎｍのＧａＮ層が積層された単一量子井戸構造［ＱＷ構造］あるいは多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］）、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層６８（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）を、順次、周知のＭＯＣＶＤ法にて形成する。尚、第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層は、結晶欠陥の少なくなる表３に示した成長条件で成膜することが望ましい。
【０１１４】
［工程−６２０］
その後、第２導電型（具体的には、ｐ型）を有するＧａＮ系化合物半導体層６８上に第２電極６９Ｂを形成する。第２電極６９Ｂ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。次に、ＧａＮ基板６０の裏面に、第１電極６９Ａを形成する。第１電極６９Ａは、Ｔｉ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。更に、第１電極６９Ａに接続されたＩＴＯから成る透明電極を形成する。その後、ＧａＮ基板６０を劈開することで、個々のＧａＮ系半導体発光素子に分離する。こうして、図７の（Ｃ）に示すＧａＮ系半導体発光素子（ＬＥＤ）を得ることができる。そして、得られたＬＥＤチップを、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。
【０１１５】
活性層を構成するＩｎＧａＮ層におけるＩｎ組成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３７０ｎｍから５３０ｎｍの範囲で制御することができる。そして、その動作電圧は、５０Ａ／ｃｍ2程度の電流密度にて２．８ボルトと極めて低い値であった。
【０１１６】
また、第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層をＡｌＧａＮ層とし、活性層をＧａＮ層あるいはＩｎＧａＮ層あるいはＡｌＩｎＧａＮ層とし、第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層を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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
実施例１〜実施例４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、サファイア基板１０のＲ面上に、頂面がＡ面である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８にサファイア基板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、サファイア基板１０のＲ面上に、ＧａＮ系化合物半導体層１１１Ａ（例えば、頂面がＡ面である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。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】図１の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、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２】図２の（Ａ）〜（Ｂ）は、図１の（Ｃ）に引き続き、実施例１のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、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は、実施例１の試料及び比較例の試料におけるＫｒレーザの励起強度と発光強度の測定結果を示すグラフである。
【図４】図４の（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例２のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、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５】図５の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例４のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、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６】図６の（Ａ）〜（Ｂ）は、図５の（Ｃ）に引き続き、実施例４のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、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７】図７の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例５のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法、及び、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８】図８は、実施例１〜実施例５のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法や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９】図９の（Ａ）〜（Ｃ）は、六方晶系の結晶におけるＡ面、Ｃ面、Ｒ面を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１０，４０・・・サファイア基板、１１，４１・・・シード層、１２，４２・・・第１のＧａＮ系化合物半導体層、１３，４３・・・マスク層、１４，４４・・・第２のＧａＮ系化合物半導体層、１５・・・第３のＧａＮ系化合物半導体層、６０・・・ＧａＮ基板、６０Ａ・・・ＧａＮ基板の頂面、６６・・・第１導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層、６７・・・活性層、６８・・・第２導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層、６９Ａ・・・第１電極、６９Ｂ・・・第２電極、１１１・・・シード層、１１１Ａ・・・ＧａＮ系化合物半導体層、１１１Ｂ・・・非成長層
【図１】
2006347832.tif 000006
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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