(57)【要約】【課題】  従来、サファイア基板を用いてＧａＮを成長させる以上、転位の発生は避けられない。マスク層を用いれば転位が横方向に流れるとはいえ、隣接する領域から横方向に成長してきた半導体層とがぶつかるため、転位を完全になくすことはできない。そのため、より転位が少なく形成された半導体層による優れた特性の窒化化合物系の半導体発光素子が望まれていた。  一方、この活性層は半導体層の表面全面に形成されるため、その面積は半導体層の表面面積よりも大きくすることができず、発光面積が限定されてしまう。そのため、より活性層の面積を大きくした半導体発光素子が望まれていた。【解決手段】  上記課題を解決するために、本願発明は、二段の半導体層で選択横方向成長させることにより転位の少ない半導体層を得る。また、このような半導体層を利用して発光面積の拡大を図る。【選択図】  図１
2006005044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、
基板上に半導体層の形成を行うためのバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、前記バッファ層の表面の一部を覆う第一のマスク部と表面の一部を露出させる第一の露出部とを含む第一のマスク層を形成する工程と、
前記第一のマスク層上にエピタキシャル成長により第一の半導体層を形成する工程と、
前記第一の半導体層の表面のうち前記第一のマスク部の中央上部に形成された領域及び前記第一の露出部の中央上部に形成された領域を覆う第二のマスク部と、前記第一の半導体層の表面の一部を露出させる第二の露出部とを含む第二のマスク層を前記第一の半導体層上に形成する工程と、
前記第二のマスク層上にエピタキシャル成長により第二の半導体層を形成する工程と、
前記第二の半導体層の表面に凹凸を設ける工程と、
前記第二の半導体層上に活性層を形成する工程と、を順に含む窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第二の半導体層の表面に凹凸を設ける工程が、前記第二の半導体層が横方向への成長を継続している間に前記エピタキシャル成長を止める工程である、請求項１記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第二の半導体層の表面に凹凸を設ける工程が、ハーフエッチングによって表面に凹部を設ける工程である、請求項１記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、
基板上に半導体層の形成を行うためのバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、前記バッファ層の表面の一部を覆う第一のマスク部及び表面の一部を露出させる第一の露出部を含む第一のマスク層を形成する工程と、
前記第一のマスク層上にエピタキシャル成長により第一の半導体層を形成する工程と、
前記第一の半導体層の表面のうち前記第一のマスク部の中央上部に形成された領域及び前記第一の露出部の中央上部に形成された領域を覆う第二のマスク部と、前記第一の半導体層の表面の一部を露出させる第二の露出部とを含む第二のマスク層を前記第一の半導体層上に形成する工程と、
前記第二のマスク層上にエピタキシャル成長により第二の半導体層を形成する工程と、を順に含む窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項５】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、
基板上に半導体層の形成を行うためのバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、前記バッファ層の表面の一部を覆うマスク部と表面の一部を露出させる露出部とを含むマスク層を形成する工程と、
前記マスク層上にエピタキシャル成長により半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の表面に凹凸を設ける工程と、
前記半導体層上に活性層を形成する工程と、を順に含む窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記半導体層の表面に凹凸を設ける工程が、前記半導体層が横方向への成長を継続している間に前記エピタキシャル成長を止める工程である、請求項５記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記半導体層の表面に凹凸を設ける工程が、ハーフエッチングによって表面に凹部を設ける工程である、請求項５記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０であって、
基板上に半導体層の形成を行うために形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に、前記バッファ層の表面の一部を覆う第一のマスク部と表面の一部を露出させる第一の露出部とを含む第一のマスク層と、
前記第一のマスク層上にエピタキシャル成長により形成された第一の半導体層と、
前記第一の半導体層の表面のうち前記第一のマスク部の中央上部に形成された領域及び前記第一の露出部の中央上部に形成された領域を覆う第二のマスク部と、前記第一の半導体層の表面の一部を露出させる第二の露出部とを含む第二のマスク層と、
前記第二のマスク層上にエピタキシャル成長により形成された、表面に凹凸が設けられた第二の半導体層と、
前記第二の半導体層上に形成された活性層と、を含む窒化物系半導体発光素子。
【請求項９】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子（１０）であって、
基板上に半導体層の形成を行うために形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成され、前記バッファ層の表面の一部を覆う第一のマスク部と表面の一部を露出させる第一の露出部とを含む第一のマスク層と、
前記第一のマスク層上にエピタキシャル成長により形成された第一の半導体層と、
前記第一の半導体層の表面のうち前記第一のマスク部の中央上部に形成された領域及び前記第一の露出部の中央上部に形成された領域を覆う第二のマスク部と、前記第一の半導体層の表面の一部を露出させる第二の露出部とを含む第二のマスク層と、
前記第二のマスク層上にエピタキシャル成長により形成された第二の半導体層と、を含む窒化物系半導体素子。
【請求項１０】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子であって、
基板上に半導体層の形成を行うために形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成され、前記バッファ層の表面の一部を覆うマスク部と表面の一部を露出させる露出部とを含むマスク層と、
前記マスク層上に形成され、表面に凹凸が設けられた半導体層と、
前記半導体層上に形成された活性層と、を含む窒化物系半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に、転位の少ない良質な半導体層を有し、又は、活性層の面積を大きくした、窒化物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】
III族窒化物系化合物は、安定相がウルツ鉱構造の直接遷移型半導体であり、その禁制帯幅がＡｌＮの６．２ｅＶからＩｎＮの１．９ｅＶまで変化させられることから可視短波長域から近紫外域での発光デバイス用材料として注目されており、III族窒化物系化合物を用いた半導体発光素子が開発されつつある。
【０００３】
このようなIII族窒化物系化合物のうち、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるＡｌＧａＩｎＮ系化合物は、その混晶比に応じて発光波長が紫外線から赤色まで変化させられることから、可視光用の発光・受光デバイス用材料として開発が進められている。特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物を用いた青・緑色の高輝度発光ダイオードが実現されたのを機会にさらなる研究が活発に行われている。また、上記一般式において、ｘ＋ｙ＝１としたＡｌＧａＮ系化合物は、５００℃以上の高温でも安定な半導体なので、高温環境下あるいは冷却不要のデバイス用材料としても開発が進められている。
【０００４】
ここで、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで表されるIII族窒化物系化合物を用いて半導体発光素子を製造する一般的な方法は、結晶基板にサファイアの単結晶を用い、その上にバッファ層を介して種々のＧａＮ系結晶層をエピタキシャル成長により成長させ、所望のＧａＮ系結晶層を発光部として用いるというものである。一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表される化合物のうち、ＧａＮは、バルク結晶の合成がきわめて難しいためである。
【０００５】
しかし、サファイア基板とＧａＮ系結晶との格子定数の差は約１６パーセントと大きく、成長層中の欠陥密度は１０６〜１０９ｃｍ−２にも達する。このような方法によって成長させたＧａＮ系結晶層内には、結晶基板との格子不整合等に起因する転位が高密度に存在する。
【０００６】
つまり、サファイア基板と窒化ガリウム結晶とは、格子定数ばかりでなく熱膨張係数も異なるなど、物性が異なるため、転位と呼ばれる結晶欠陥が大量に発生する。転位は、ＧａＮ系結晶が成長して厚みが増しても上方に継承され、転位線（貫通転位）と呼ばれる連続した欠陥部分となって青紫色レーザの寿命を低下させるなど、素子の特性を損なうことになる。
【０００７】
このような高い欠陥密度においてもデバイスが動作するのは、欠陥密度が高くても発光効率が大幅には低下しないというIII族窒化物系化合物による半導体特有の性質があるものの、高品質、高信頼性のデバイスを得るためには欠陥密度の低減が不可欠である。これを避けるため、マスク層を用いて低転位なＧａＮ系結晶を得る方法がある（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
これによれば、半導体層として成長させる過程で半導体層にある程度の厚みがあれば転位は横方向へと流れるため、より低転位の半導体層が形成されることになる。
【０００９】
一方、半導体層を成長させた後には半導体発光素子として機能させるべく活性層を設けることが必要であり、この活性層の表面が発光領域となる（例えば特許文献２参照）
【特許文献１】特開２０００−９１２５３号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、サファイア基板を用いてＧａＮを成長させる以上、転位の発生は避けられない。マスク層を用いれば転位が横方向に流れるとはいえ、隣接する領域から横方向に成長してきた半導体層とがぶつかるため、転位を完全になくすことはできない。
【００１１】
そこで、より転位が少なく形成された半導体層による優れた特性の窒化化合物系の半導体発光素子が望まれていた。
【００１２】
一方、この活性層は半導体層の表面全面に形成されるため、その面積は半導体層の表面面積よりも大きくすることができず、発光面の面積が限定されてしまう。そのため、より発光強度の強い、またより活性層の面積を大きくした高出力な半導体発光素子が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法は、基板上に半導体層の形成を行うためのバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に、前記バッファ層の表面の一部を覆う第一のマスク部と表面の一部を露出させる第一の露出部とを含む第一のマスク層を形成する工程と、前記第一のマスク層上にエピタキシャル成長により第一の半導体層を形成する工程と、前記第一の半導体層の表面のうち前記第一のマスク部の中央上部に形成された領域及び前記第一の露出部の中央上部に形成された領域を覆う第二のマスク部と、前記第一の半導体層の表面の一部を露出させる第二の露出部とを含む第二のマスク層を前記第一の半導体層上に形成する工程と、前記第二のマスク層上にエピタキシャル成長により第二の半導体層を形成する工程と、前記第二の半導体層の表面に凹凸を設ける工程と、前記第二の半導体層上に活性層を形成する工程と、を順に含む。
【００１４】
この第二の半導体層の表面に凹凸を設ける工程は、第二の半導体層が横方向への成長を継続している間にエピタキシャル成長を止める工程であってもよい。
【００１５】
また、第二の半導体層の表面に凹凸を設ける工程は、ハーフエッチングによって表面に凹部を設ける工程であってもよい。
【００１６】
本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体素子の製造方法は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、基板上に半導体層の形成を行うためのバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に、前記バッファ層の表面の一部を覆う第一のマスク部及び表面の一部を露出させる第一の露出部を含む第一のマスク層を形成する工程と、前記第一のマスク層上にエピタキシャル成長により第一の半導体層を形成する工程と、前記第一の半導体層の表面のうち前記第一のマスク部の中央上部に形成された領域及び前記第一の露出部の中央上部に形成された領域を覆う第二のマスク部と、前記第一の半導体層の表面の一部を露出させる第二の露出部とを含む第二のマスク層を前記第一の半導体層上に形成する工程と、前記第二のマスク層上にエピタキシャル成長により第二の半導体層を形成する工程と、を順に含む。
【００１７】
また、本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法は、基板上に半導体層の形成を行うためのバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に、前記バッファ層の表面の一部を覆うマスク部と表面の一部を露出させる露出部とを含むマスク層を形成する工程と、前記マスク層上にエピタキシャル成長により半導体層を形成する工程と、前記半導体層の表面に凹凸を設ける工程と、前記半導体層上に活性層を形成する工程と、を順に含む。
【００１８】
なお、半導体層の表面に凹凸を設ける工程は、半導体層が横方向への成長を継続している間にエピタキシャル成長を止める工程であってもよい。
【００１９】
さらに、半導体層の表面に凹凸を設ける工程は、ハーフエッチングによって表面に凹部を設ける工程であってもよい。
【００２０】
また、本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子は、基板上に半導体層の形成を行うために形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に、前記バッファ層の表面の一部を覆う第一のマスク部と表面の一部を露出させる第一の露出部とを含む第一のマスク層と、前記第一のマスク層上にエピタキシャル成長により形成された第一の半導体層と、前記第一の半導体層の表面のうち前記第一のマスク部の中央上部に形成された領域及び前記第一の露出部の中央上部に形成された領域を覆う第二のマスク部と、前記第一の半導体層の表面の一部を露出させる第二の露出部とを含む第二のマスク層と、前記第二のマスク層上にエピタキシャル成長により形成された、表面に凹凸が設けられた第二の半導体層と、前記第二の半導体層上に形成された活性層と、を含む。
【００２１】
また、本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体素子は、基板上に半導体層の形成を行うために形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成され、前記バッファ層の表面の一部を覆う第一のマスク部と表面の一部を露出させる第一の露出部とを含む第一のマスク層と、前記第一のマスク層上にエピタキシャル成長により形成された第一の半導体層と、前記第一の半導体層の表面のうち前記第一のマスク部の中央上部に形成された領域及び前記第一の露出部の中央上部に形成された領域を覆う第二のマスク部と、前記第一の半導体層の表面の一部を露出させる第二の露出部とを含む第二のマスク層と、前記第二のマスク層上にエピタキシャル成長により形成された第二の半導体層と、を含む。
【００２２】
本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子は、基板上に半導体層の形成を行うために形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成され、前記バッファ層の表面の一部を覆うマスク部と表面の一部を露出させる露出部とを含むマスク層と、前記マスク層上に形成され、表面に凹凸が設けられた半導体層と、前記半導体層上に形成された活性層と、を含む。
【００２３】
なお、バッファ層は、基板と後述するマスク層や半導体層との間に位置する層が存在すれば、その層はバッファ層として把握することができる。バッファ層がＧａＮにより形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によればより転位の少ない良質の結晶構造の半導体層を有することで発光出力を増やすか又は凹凸を備えた活性層を有することで発光面積を増やすことができる。また、基板に対して斜め方向にも発光した光を取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施の形態１）
以下、本願に係る発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０の製造方法を示す図である。
【００２６】
図１には、基板上１２に半導体層２４の形成を行うためのバッファ層１４を形成する工程と、このバッファ層１４上に、バッファ層１４の表面の一部を覆うマスク部１６と表面の一部を露出させる露出部１８とを含むマスク層２２を形成する工程と、マスク層２２上にエピタキシャル成長により半導体層２４を形成する工程と、半導体層２４の表面に凹凸を設ける工程と、半導体層２４上に活性層４２を形成する工程とを順に含む、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０の製造方法が図示されている。
【００２７】
図１（ａ）には、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）よりなる基板１２上に半導体層２４の形成を行うためのバッファ層１４を形成する工程が示されている。基板１２は例えばサファイアが用いられるため、サファイアを例として説明する。ただし、基板１２には、ＳｉＣ、Ｓｉ又はＧａＡｓなどを用いてもよい。すなわち、窒素の解離圧が高いためにＧａＮによるバルク結晶成長が難しいことからＧａＮ基板を用いることが困難であることに鑑みて用いられる、ＧａＮとは異なる物質からなる基板であればサファイアに限定されるものではない。
【００２８】
また、バッファ層１４は、例えば、サファイアよりなる基板１２の表面上に低温成長にて数μｍの膜厚にてＧａＮ層を形成したり、数十ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａＮ層（図示せず）を形成した後に、低温成長にて数μｍの膜厚のＧａＮ層を形成することにより実現するものであってもよい。
【００２９】
図１（ｂ）には、このバッファ層１４上に、バッファ層１４の表面の一部を覆うマスク部１６と表面の一部を露出させる露出部１８とを含むマスク層２２を形成する工程が開示されている。
【００３０】
マスク層２２は例えばＳｉＯ２やＳｉＮを用いることができる。まず、バッファ層１４の表面にＳｉＯ２やＳｉＮをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成し、さらにレジスト膜を塗布し、例えば、フォトリソグラフィー法とウエットエッチング法を用いて半導体層２４の成長領域を制限するマスク部１６をパターニングにより形成することでマスク層２２を形成する。
【００３１】
ここでマスク層２２の膜厚は、１００ｎｍから１μｍが好ましいがこれに限定されない。このパターニングに際し、マスク層２２におけるマスク部１６と露出部１８とで構成されるパターンをストライプ状（細長状）としてもよい。マスク層２２におけるマスク部１６と露出部１８とで構成されるパターンをストライプ状の形状とした場合、マスク層２２のパターンがストライプ状であり、露出部１８が細長い形状となる場合には、圧力、温度、ガス成分の比率を調整すると、図１（ｂ）の点線で示したような、断面を三角形とする三角柱状に半導体層２４が形成されることになる。
【００３２】
また、図１（ｃ）において点線で示したように、三角錐、円錐のように断面が略三角形状となる形状で半導体層２４が形成されていくのであれば複数の露出部１８はストライブ状のパターンに限られず、任意の形状でよい。例えば、格子状でもよいし、円形等の所定の形状を露出部として有するマスク層であってもよい。
【００３３】
図１（ｃ）には、マスク層２２上にエピタキシャル成長により半導体層２４を形成する工程が示されている。エピタキシャル成長とは、土台となる結晶基板上に、基板と同じ結晶構造、同じ結晶方位を有する薄膜結晶として成長させることをいう。単結晶作製には融液からバルク結晶成長をさせる方法があるが、ＧａＮは融点が極めて高く、また窒素の平衡蒸気圧が極めて高いことから、この方法での成長が困難である。このためＧａＮの結晶成長にはエピタキシャル成長を利用することが必要となる。
【００３４】
半導体混晶の結晶成長法を大きく分類すると、液相エピタキシャル成長、気相エピタキシャル成長、分子線エピタキシャル成長がある。液相エピタキシャル成長は、固相と液相間の平衡状態をほぼ保ちながら過飽和溶液からの結晶の析出という形で成長を進めるエピタキシャル成長の方法である。気相エピタキシャル成長は、原料ガスを流しながら数Ｔｏｒｒから大気圧の圧力下で結晶成長を行うエピタキシャル成長の方法である。分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）は、成長結晶の構成元素の分子あるいは原子が超高真空中を飛来して基板に供給され、これらの分子あるいは原子はほとんど衝突することなく分子ビームとなって基板に到達することで結晶成長を進めるエピタキシャル成長の方法である。
【００３５】
これらエピタキシャル成長の中には、特に塩化物を用いる化学気相成長法として知られるハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、活性窒素を用いる分子線エピタキシー法(ＭＢＥ法)、有機化合物を用いる化学気相成長法（ＯＭＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法）、など優れたものもあり、本発明の実施の形態として用いられるエピタキシャル成長は、上記した種々のエピタキシャル成長の方法のうち、いずれのものであってもよい。
【００３６】
図１（ｃ）の半導体層２４は、ＧａＮよりなる層が上記のとおりエピタキシャル成長されることにより形成される。ただし、半導体層２４はＧａＮに限られず、III族窒化物系化合物であって、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表される窒化物系化合物であれば任意組成比からなる化合物を用いてよい。
【００３７】
このエピタキシャル成長には、選択横方向成長（以下、ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）になる条件を選定しているため、バッファ層１２の露出部１８から半導体層２４が垂直に成長するだけでなく、やがて図面左右方向である横方向にも成長することでマスク層２２のマスク上にも半導体層２４が形成されることになる。
【００３８】
ここで、図２を参照する。図２はＥＬＯ法による選択横方向成長を示す図である。ここで図１と同じ符号を付した要素は図1と同じ意味なのでその説明を省略する。
【００３９】
図２（ａ）では、バッファ層１４上に形成されたマスク層２２が示されており、その上に半導体層２４をエピタキシャル成長させている。
【００４０】
図２（ｂ）では、エピタキシャル成長が進み、マスク層２２におけるマスク部１６上にも半導体層が成長することが示されている。このとき、図中左右横方向に矢印を付したように横方向にもエピタキシャル成長がされる。図２（ｃ）にあるように、横方向の成長によってマスク部１６上部にも半導体層が形成されていき、半導体層２４の表面は平面となる。
【００４１】
図１に戻る。図１（ｄ）には、半導体層２４の表面に凹凸を設ける工程と半導体層２４上に活性層４２を形成する工程とが示されている。半導体層２４は図２で説明したように、ＥＬＯ法による成長がなされるため、略三角形状の頂上部が残るように横方向への成長が継続している途中でエピタキシャル成長を止める。また、図２（ｃ）で示したような平坦な表面を有する半導体層２４の状態までＥＬＯ法による成長を行った後にハーフエッチングを行い表面に凹部を設けるようにしてもよい。この凹部の形状は図に示したように三角形状が好ましいがこれに限定されない。
【００４２】
ここで、ハーフエッチングには、反応性ガスを使用するドライエッチングがある。半導体層２４の表面に凹凸が表れるようなエッチング技術であればいかなるエッチング技術をも用いることが可能である。例えば、ダウンフローエッチング、プラズマエッチング、反応性イオンビームエッチング、スパッタエッチング等種々のエッチング技術があるが、いずれのエッチング技術によるかは任意である。
【００４３】
以上のように、本発明によれば、活性層４２が凹凸の状態となっているので、活性層の面積を増やすことができる。
【００４４】
次に、この発明の応用例を示す。図６は、本発明に係る半導体発光素子の応用例である。図６では、半導体層２４、６４を挟んで活性層４２が設けられた半導体発光素子１０が示されている。ここで例えば、半導体層２４はＧａＮにより構成されたｎ型半導体（ｎ−ＧａＮ）であり、また、半導体層３２はＧａＮにより構成されたｐ型半導体（ｐ-ＧａＮ）である。半導体層２４と半導体層３２は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなり、単層でも多層でもよい。
【００４５】
ここでは、ＧａＮを例として説明しているが、青紫半導体レーザでは、ＡｌＧａＮ／ＧａＮを用いた分離閉じ込め型レーザや、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮを用いたＩｎＧａＮレーザを実現することもできる。
【００４６】
これら半導体層２４、６４を形成する際には、例えばＳｉ、Ｍｇ、Ｚｎをドーパントとして用いることができる。
【００４７】
半導体層２４は、サファイアよりなる基板１２上に低温成長されたＧａＮをバッファ層１２として、ＳｉＯ２やＳｉＮをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成し、レジスト塗布、リソグラフィ、マスクエッチングによって露出部１８及びマスク部１６を含むマスク層２２を形成した後にエピタキシャル成長により形成される。ｎ−ＧａＮからなる半導体層２４にはｎ−電極６６が、ｐ−ＧａＮからなる半導体層６４にはｐ−電極６２がそれぞれ形成されている。電極は例えばＡｌ等の金属が用いられ、金属の蒸着に際してはコンタクト層（図示せず）を設けることも任意である。
【００４８】
なお、半導体層として例えばＡｌＧａＮを用い、活性層４２に例えば三元混晶ＧａＩｎＮを用いれば、バンドギャップが小さいため、より大きなエネルギー障壁ができる他、発光波長を可視全域から近紫外に至るまで変化させることができる。ただし、活性層４２の材料がＧａＩｎＮに限定されるわけではない。
【００４９】
このようにバンドギャップの小さい材料をバンドギャップの大きい材料で挟んだダブルへテロ構造とすることも任意である。また、活性層４２を薄く形成し、電子のドブロイ波長程度の厚さにした単一量子井戸構造とすることも任意である。さらに、多重量子井戸構造にすることもできる。
【００５０】
なお、半導体レーザの場合等にはＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＩｎＧａＮ分離閉じ込め型ヘテロ構造（ＳＣＨ）として、活性層にはＩｎＧａＮ井戸を複数重ねた多重量子井戸構造（ＭＱＷ）としてもよい。また、長距離大容量伝送で使用されるＤＦＢレーザや加入者系を中心に使用されるファブリペロー型半導体レーザでは、活性層に多層膜を形成させた多重量子井戸構造（ＭＱＷ）によるＢＨ（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造としてもよく、さらに電流狭窄効果が高いＦＢＨ（Ｆｌａｔ−ｓｕｒｆａｃｅ  Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造としてもよい。
【００５１】
図７は、本発明に係る半導体発光素子１０の発光ダイオードへの応用例である。図７において、本発明に係る半導体発光素子１０を発光ダイオードのチップとしてその上部及び左右部を透明樹脂７２で封止した状態を示している。本発明の活性層４２についての凹凸を図の左右方向の直線に対して例えば４５度や、３０度から６０度、１５度から７５度等の範囲で斜面を持つような凹凸とすることで、発光面積を広くすることができ、また、図面上方に向けての発光だけでなく、発光ダイオードのチップ側面からも出射させることができるため、発光した光を図７（ａ）及び図７（ｂ）の波線で示した矢印の方向にも取り出すことができる。
【００５２】
ここで、透明樹脂７２には燐光材料や蛍光材料を混入させて、青紫系の発光した光から、白色光を含む波長の長い光を取り出すことができる。すなわち光波長変換である。これら燐光材料や蛍光材料としては、（Ｙ、Ｇｄ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体を用いることもできるし、Ｇｄ、Ｙ、Ｃｅ、Ｎｄベースの燐光体を含むガーネット蛍光物質であってもよい。
【００５３】
半導体発光素子１０からなる半導体チップは、活性層４２に用いられた材料特有の波長を持つ光を発する。これらの光は、透明樹脂７２に混入させた燐光材料や蛍光材料を励起する。この励起するためのエネルギーとして用いられた光と励起するのに用いられなかった本来の特有の波長を持つ光が混合されて発光出力となる。
【００５４】
このように混合出力が発光出力となるため、例えば本発明に係る半導体発光素子１０が本来であれば青色の発光をなす素子であっても、本応用例によれば例えば白色光を発することができる。
【００５５】
一方で、これらの燐光材料や蛍光材料は一般にエポキシ樹脂などの透明樹脂よりも密度が大きく重いので下に沈んでしまい、これらの材料はチップの上方向よりも左右方向に密度が大きくなるように分布してしまう。
【００５６】
図７（ａ）に記載したように、本発明を用いて、活性層４２を斜面状に構成することで、斜め方向から光を取り出すことができるので、蛍光材料や燐光材料が均一に分布されなくても、所望の波長の光を取り出すことができる。さらに図７（ｂ）に示すように樹脂そのものを薄く構成することができる。なお、半導体発光素子１０からなるチップを封止する透明樹脂７２としては、例えば、ドーム状レンズ、エポキシ、レンチキュラーレンズ、シート状ガラス、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートがある。
【００５７】
（実施の形態２）
図３は、本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体素子の他の製造方法を示す図である。
【００５８】
図３には、基板１２上に半導体層の形成を行うためのバッファ層１４を形成する工程と、バッファ層１４上に、バッファ層１４の表面の一部を覆う第一のマスク部１６と表面の一部を露出させる第一の露出部１８とを含む第一のマスク層２２を形成する工程と、第一のマスク層２２上にエピタキシャル成長により第一の半導体層２４を形成する工程と、第一の半導体層２４の表面のうち第一のマスク部の中央上部に形成された領域３２及び第一の露出部１８の中央上部に形成された領域３４を覆う第二のマスク部２６と、第一の半導体層２４の表面の一部を露出させる第二の露出部２８とを含む第二のマスク層３６を第一の半導体層上に形成する工程とを順に含む、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体素子１０の製造方法が示されている。
【００５９】
図３（ａ）には、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）よりなる基板１２上に半導体層２４の形成を行うためのバッファ層１４を形成する工程が示されている。
【００６０】
基板１２は例えばサファイアが用いられるため、サファイアを例として説明する。ただし、基板１２には、ＳｉＣ、Ｓｉ又はＧａＡｓなどを用いてもよい。すなわち、窒素の解離圧が高いためにＧａＮによるバルク結晶成長が難しいことからＧａＮ基板を用いることが困難であることに鑑みて用いられる、ＧａＮとは異なる物質からなる基板であればサファイアに限定されるものではない。
【００６１】
また、バッファ層１４は、例えば、サファイアよりなる基板１２の表面上に低温成長にて数μｍの膜厚でＧａＮ層を形成したり、数十ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａＮ層（図示せず）を形成した後に低温成長にて数μｍの膜厚でＧａＮ層を形成することにより実現するものであってもよい。
【００６２】
図３（ｂ）には、このバッファ層１４上に、バッファ層１４の表面の一部を覆う第一のマスク部１６と表面の一部を露出させる第一の露出部１８とを含むマスク層２２を形成する工程が開示されている。第一のマスク部１６には例えばＳｉＯ２やＳｉＮを用いることができる。
【００６３】
まず、バッファ層１４の表面にＳｉＯ２やＳｉＮをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成し、さらにレジスト膜を塗布し、例えば、フォトリソグラフィー法とウエットエッチング法を用いて半導体層２４の成長領域を制限する第一のマスク部１６をパターニングにより形成することでマスク層２２を形成する。ここでマスク層２２の膜厚は、０．１μｍから１０μｍが好ましいがこれに限定されない。このパターニングに際し、第一のマスク層２２における第一のマスク部１６と第一の露出部１８とで構成されるパターンをストライプ状（細長状）としてもよい。
【００６４】
第一のマスク層２２における第一のマスク部１６と第一の露出部１８とで構成されるパターンをストライプ状の形状とした場合、第一のマスク層２２のパターンがストライプ状であり、第一の露出部１８が細長い形状となる場合には、図３（ｃ）の点線で示したような、断面を三角形とする三角柱状に第一の半導体層２４が形成されることになる。
【００６５】
また、図３（ｃ）において点線で示したように、三角錐、円錐のように断面が略三角形状となる形状で半導体層２４が形成されていくのであれば第一の露出部１８はストライブ状のパターンに限られず、任意の形状でよい。例えば、格子状でもよいし、円形等の所定の形状を露出部として有するマスク層であってもよい。
【００６６】
図３（ｃ）には、第一のマスク層２２上にエピタキシャル成長により第一の半導体層２４を形成する工程が示されており、図３（ｃ）の第一の半導体層２４は、ＧａＮよりなる単層又は多層が上記のとおりエピタキシャル成長されることにより形成される。ただし、ＧａＮに限られず、III族窒化物系化合物であって、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表される窒化物系化合物であれば任意組成比からなる化合物を用いてよい。
【００６７】
このエピタキシャル成長は、ＥＬＯとなるように成長条件を設定すると、バッファ層１２の第一の露出部１８から第一の半導体層２４が垂直に成長するだけでなく、やがて図面左右方向である横方向にも成長することでやがて第一のマスク層２２のマスク上にも第一の半導体層２４が形成されることになる。
【００６８】
なお、エピタキシャル成長及びＥＬＯ法に関しては、（実施の形態１）で述べたことと同様であるため、ここでの記載は省略する。
【００６９】
図３（ｄ）には、第一の半導体層２４の表面に、第二のマスク部２６と、第一の半導体層２４の表面の一部を露出させる第二の露出部２８とを含む第二のマスク層３６を第一の半導体層上に形成する工程が開示されている。
【００７０】
ここで、図４を参照する。図４（ａ）には、第一の露出部１８と第一のマスク部１６のちょうど中心の位置に貫通転位４４，４６が発生している図が示されている。図２において説明したように、ＥＬＯ法によるエピタキシャル成長によれば、横方向に成長が進むことになる。
【００７１】
しかし、第一の露出部１８のちょうど中心付近にあっては、横方向へ成長がすすまず、上方への成長のみが生ずるために貫通転位４４は横方向へと進まずに上方に進むことになる。また、第一のマスク部１６の中心部上方は、マスク部両隣の第一の露出部１８からの横方向成長がぶつかる箇所になるため、ここでも格子不整合、すなわち貫通転位４６が生ずることになる。
【００７２】
そこで、図４（ｂ）では、これら貫通転位４４，４６が生じている第一の半導体層２４の表面に第二のマスク層３６を設けている。図４（ｂ）は、第二のマスク部２６が、第一の半導体層２４の表面のうち第一のマスク部１６の中央上部に形成された領域３２及び第一の露出部１８の中央上部に形成された領域３４を覆っており、かつ、第二の露出部２８が第一の半導体層２４の表面の一部を露出させていることを示す図である。
【００７３】
これにより、貫通転位が発生していても、第二のマスク層３６が第二のマスク部２６を含むことによって、第二の半導体層をさらに形成したときに貫通転位を大幅に減少させることができる。
【００７４】
第二のマスク層３６上に半導体層を形成するには、図２で説明したと同様のＥＬＯ法による選択横方向成長が適用できる。選択横方向成長によってマスク部２６上部にも半導体層が形成されていき、半導体層の表面は平面となる。半導体層はＥＬＯ法による成長がなされるため、横方向への成長が継続している途中でエピタキシャル成長を止めると略三角形上の頂上部が残る。
【００７５】
このような選択横方向成長で形成した第二の半導体層は、貫通転位を大幅に減少させることができるため、良質な半導体層となる。この半導体層を利用すると、発光特性の優れた半導体発光素子等の半導体素子を製造することができる。
【００７６】
（実施の形態３）
本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の他の製造方法を図３及び図５を参照して説明する。図３及び図５には、基板１２上に半導体層の形成を行うためのバッファ層１４を形成する工程と、バッファ層１４上に、バッファ層１４の表面の一部を覆う第一のマスク部１６と表面の一部を露出させる第一の露出部１８とを含む第一のマスク層２２を形成する工程と、第一のマスク層２２上にエピタキシャル成長により第一の半導体層２４を形成する工程と、第一の半導体層２４の表面のうち第一のマスク部１６の中央上部に形成された領域３２及び第一の露出部１８の中央上部に形成された領域３４を覆う第二のマスク部２６と、第一の半導体層２４の表面の一部を露出させる第二の露出部２８とを含む第二のマスク層３６を第一の半導体層２４上に形成する工程と、第二のマスク層３６上にエピタキシャル成長により第二の半導体層３８を形成する工程と、第二の半導体層の表面に凹凸を設ける工程と、第二の半導体層上に活性層４２を形成する工程とを順に含む、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０の製造方法が示されている。
【００７７】
このうち、図３には、（実施の形態２）で説明したように、基板１２上に半導体層の形成を行うためのバッファ層１４を形成する工程と、バッファ層１４上に、バッファ層１４の表面の一部を覆う第一のマスク部１６と表面の一部を露出させる第一の露出部１８とを含む第一のマスク層２２を形成する工程と、第一のマスク層２２上にエピタキシャル成長により第一の半導体層２４を形成する工程と、第一の半導体層２４の表面のうち第一のマスク部１６の中央上部に形成された領域３２及び第一の露出部１８の中央上部に形成された領域３４を覆う第二のマスク部２６と、第一の半導体層２４の表面の一部を露出させる第二の露出部２８とを含む第二のマスク層３６を第一の半導体層２４上に形成する工程までが示されている。
【００７８】
また、図５には、図３で示された工程の次の段階からの工程が示されている。すなわち、図５には、第二のマスク層３６上にエピタキシャル成長により第二の半導体層３８を形成する工程と、第二の半導体層の表面に凹凸を設ける工程と、第二の半導体層上に活性層４２を形成する工程が示されている。
【００７９】
なお、図５中、図３と同符号の要素は図３と同じ意味であるためその記載を省略する。さらに、図３に示された工程は（実施の形態２）で説明したので、同符号の要素及びその工程の説明を省略する。
【００８０】
以下、図５について、図３に示された工程の次の段階の工程から最終段階の工程までを説明する。図５（ａ）においては、第二のマスク層３６上にエピタキシャル成長により第二の半導体層３８を形成する工程が示されている。このエピタキシャル成長については、図２で説明したとおりＥＬＯ法が用いられ、また、図４で説明したとおり、第二のマスク層３６は第一の半導体層２４の貫通転位４４、４６を低減するために用いられる。
【００８１】
図５（ｂ）には、第二の半導体層３８の表面に凹凸を設ける工程が示されている。また、図５（ｃ）には、第二の半導体層３８上に活性層４２を形成する工程が示されている。半導体層３６は図２で説明したのと同様に、ＥＬＯ法による成長がなされるため、横方向への成長が継続している途中でエピタキシャル成長を止めると略三角形上の頂上部が残る形態となる。
【００８２】
また、図２（ｃ）で示したような平坦な表面を有する状態までＥＬＯ法により半導体層３８の成長を行った後にハーフエッチングを行い表面に凹部を設けるようにしてもよい。ここで、エッチングには、反応性ガスを使用するドライエッチングがある。半導体層２４の表面に凹凸が表れるようなエッチング技術であればいかなるエッチング技術をも用いることが可能である。例えば、ドライエッチングであれば、ダウンフローエッチング、プラズマエッチング、反応性イオンビームエッチング、スパッタエッチング等種々のエッチング技術があるが、いずれのエッチング技術によるかは任意である。
【００８３】
このような半導体発光素子は、良質な半導体層の上に活性層が形成されるため、発光効率に優れる。また、凹凸を付した活性層とすることによって、発光面積を広く、かつ、基板に対して斜め方向に出射させることができる。
【００８４】
凹凸を付した活性層４２を有する半導体発光素子の応用例については、（実施の形態１）で発光のしくみや光波長変換について説明した図６及び図７の説明と同様である。図６においては第二のマスク層３６については図示されていないが、凹凸を付した活性層４２を有する半導体発光素子の応用例としては共通である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本願発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物で良好な特性の窒化物系半導体発光素子の製造方法として利用することができる。また、本願発明の窒化物系半導体発光素子は、高出力の半導体発光素子として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図２】ＥＬＯ法による選択横方向成長を示す図である。
【図３】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体素子の製造方法を示す図である。
【図４】第二のマスク層の配置を示す図である。
【図５】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の他の製造方法を示す図である。
【図６】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の応用例を示す図である。
【図７】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の応用例を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０：窒化物系半導体発光素子
１２：基板
１４：バッファ層
１６：マスク部
１８：露出部
２２：（第一の）マスク層
２４：（第一の）半導体層
２６：マスク部
２８：露出部
３２：マスク部中央上部の領域
３４：露出部中央上部の領域
３６：（第二の）マスク層
３８：（第二の）半導体層
４２：活性層
４４：貫通転位
４６：貫通転位
５２：サファイア
５４：バッファ層
５６：ＧａＮ層
６２：ｐ−電極
６４：半導体層
６６：ｎ−電極
７２：樹脂
【図１】
2006005044.tif 000003
【図２】
2006005044.tif 000004
【図３】
2006005044.tif 000005
【図４】
2006005044.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006005044.tif 000008
【図７】
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