(57)【要約】【課題】長波長の発光を容易にすると共に容易な製造を可能にする構造を有するIII族窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】窒化ガリウム支持基体１３の主面１３ａにおいて第３の面１３ｅは第１の面１３ｃと第２の面１３ｄとの間に設けられる。第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄは第３の面１３ｅに対して裏面１３ｂの方向に傾斜する。第３の面１３ｅは窒化ガリウム支持基体１３の＜０００−１＞軸の方向に向く。第１及び第２の電極１７、１９は、それぞれ、半導体領域１５におけるIII族窒化物半導体積層１５ｃ、１５ｄ上に位置し、III族窒化物積層１５ｃ、１５ｄは、それぞれ、第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄ上に形成される。半導体領域１５は、第１導電型半導体層２３、活性層２５及び第２導電型半導体層２７を含む。角度ＡＬＰＨＡ１、ＡＬＰＨＡ２は＋５６度以上＋８０度未満の範囲にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体発光素子であって、
第１〜第３の面を含む主面、及び裏面を有する六方晶系の窒化ガリウム支持基体と、
前記窒化ガリウム支持基体の前記第１及び第２の面上にそれぞれ設けられた第１及び第２のIII族窒化物積層を含む半導体領域と、
前記第１及び第２のIII族窒化物半導体積層上にそれぞれ設けられた第１及び第２の電極と、
前記窒化ガリウム支持基体の裏面上に設けられた裏面電極と
を備え、
前記半導体領域は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層及び活性層を含み、
前記半導体領域の前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層は、前記第１及び第２の面上に順に配置されており、
前記活性層は、インジウムを含むIII族窒化物半導体層を含み、
前記第３の面は、前記窒化ガリウム支持基体の＜０００−１＞軸の方向に向いており、
前記第１及び第２の面は、前記窒化ガリウム支持基体の前記裏面の方向に前記第３の面に対して傾斜しており、
前記第１の面の第１法線ベクトルと前記＜０００−１＞軸の方向を示すベクトルＣＶ−との成す第１の角度は、＋５６度以上＋８０度未満の範囲にあり、
前記第２の面の第２法線ベクトルと前記ベクトルＣＶ−との成す第２の角度は、＋５６度以上＋８０度未満の範囲にあり、
前記窒化ガリウム支持基体は、所定の軸の方向に延在する一対の端面を有し、
前記第１及び第２の面は、それぞれ、前記一対の端面に沿って延在し、
前記主面において前記第３の面は前記第１の面と前記第２の面との間に設けられ、
前記所定の軸は、前記第３の面の第３法線ベクトルに交差すると共に前記第３の面に沿って延びる、ことを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記活性層の前記半導体層はＩｎＧａＮ層を含む、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１の面の前記第１法線ベクトルは、前記第３法線ベクトルに対して前記窒化ガリウム支持基体のａ軸及びｍ軸のいずれかの方向に傾斜する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の面は｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかの面から−５度以上＋５度以下の範囲内にある、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１の面は｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１及び第２の面は、前記窒化ガリウム支持基体のａ軸及びｍ軸のいずれかの方向に延在する、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１及び第２のIII族窒化物半導体積層にそれぞれ設けられた第１及び第２の開口を有すると共に前記第３の面を覆う絶縁膜を更に備え、
前記第１及び第２の電極は、それぞれ前記第１及び第２の開口を介して前記第１及び第２のIII族窒化物半導体積層に接続される、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方に接続されると共に前記第３の面上の設けられたパッド電極を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
III族窒化物半導体発光素子を作製する方法であって、
主面及び裏面を有する窒化ガリウム基板を準備する工程と、
所定の軸の方向に延在する複数の開口を有するマスクを前記窒化ガリウム基板の前記主面に形成する工程と、
前記マスクを用いて前記窒化ガリウム基板をウエットエッチングして、前記所定の軸の方向に交差する別の方向に配列された複数の窪みを形成する工程と、
前記マスクを用いて、各窪みの第１及び第２の面上に半導体領域を成長する工程と、
前記マスクを除去して、エピタキシャル基板を作製する工程と、
前記第１及び第２の面上にそれぞれ第１及び第２の電極を形成すると共に前記エピタキシャル基板に裏面電極を形成して、基板生産物を作製する工程と、
前記窪みの位置で前記所定の軸の方向に規定された第１の切断線と前記別の方向に規定された第２の切断線とで前記基板生産物を分離して、III族窒化物半導体発光素子を形成する工程と
を備え、
前記第１の切断線は前記窪みに位置し、
前記マスクは、前記第１の面と前記第２の面との間に設けられた第３の面上に位置し、
前記第３の面は、前記窒化ガリウム基板の＜０００−１＞軸の方向に向いており、
前記半導体領域は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層及び活性層を含み、
前記半導体領域の前記第１導電型半導体層、前記活性層及び第２導電型半導体層は、前記第１の面の第１法線ベクトルの方向に順に配置されており、
前記半導体領域の前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層は、前記第２の面の第２法線ベクトルの方向に順に配置されており、
前記活性層は、インジウムを含むIII族窒化物半導体層を含み、
前記ウエットエッチングは、アルカリ系エッチャントを用いて行われる、ことを特徴とする、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項１０】
前記第１の面の前記第１法線ベクトルと前記＜０００−１＞軸との成す第１の角度は、＋５６度以上＋８０度未満の範囲にあり、
前記第２の面の前記第２法線ベクトルと前記＜０００−１＞軸との成す第２の角度は、＋５６度以上＋８０度未満の範囲にある、ことを特徴とする請求項９に記載された、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項１１】
前記活性層の前記III族窒化物半導体層はＩｎＧａＮ層を含む、ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載された、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項１２】
前記ウエットエッチングは水酸化カリウムを含む、ことを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれか一項に記載された、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項１３】
前記第１の面の前記第１法線ベクトルは、前記窒化ガリウム支持基体のａ軸及びｍ軸のいずれかの方向に傾斜する、ことを特徴とする請求項９〜請求項１２のいずれか一項に記載された、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項１４】
前記第１の面は｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかの面から−５度以上＋５度以下の範囲内にある、ことを特徴とする請求項９〜請求項１３のいずれか一項に記載された、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項１５】
前記第１の面は｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかを含む、ことを特徴とする請求項９〜請求項１４のいずれか一項に記載された、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２の面は、前記窒化ガリウム支持基体のａ軸及びｍ軸のいずれかの方向に延在する、ことを特徴とする請求項９〜請求項１５のいずれか一項に記載された、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項１７】
前記マスクの前記開口の幅は１００μｍ以上２００μｍ以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項９〜請求項１５のいずれか一項に記載された、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項１８】
主面及び裏面を有する窒化ガリウム単結晶基板であって、
前記窒化ガリウム単結晶基板の前記主面には、第１及び第２の面を有する窪みと第３の面とが交互に配列されており、
前記第３の面は、前記窒化ガリウム支持基体の＜０００−１＞軸の方向に向いており、
前記主面において前記第３の面は前記窪みのうちの一窪みの前記第１の面と当該一窪みの隣の窪みの前記第２の面との間に設けられ、
前記第１及び第２の面は前記第３の面に対して傾斜しており、
前記第１の面の第１法線ベクトルと前記＜０００−１＞軸との成す第１の角度は、＋５６度以上＋８０度未満の範囲にあり、
前記第２の面の第２法線ベクトルと前記＜０００−１＞軸との成す第２の角度は、＋５６度以上＋８０度未満の範囲にある、ことを特徴とする窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項１９】
前記第１の面は｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかの面から−５度以上＋５度以下の範囲内にある、ことを特徴とする請求項１８に記載された窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項２０】
前記第１及び第２の面は、前記窒化ガリウム支持基体のａ軸及びｍ軸のいずれかの方向に延在する、ことを特徴とする請求項１８〜請求項１９のいずれか一項に記載された窒化ガリウム単結晶基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体発光素子、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法、及び窒化ガリウム単結晶基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体発光素子及びその製造方法が記載されている。この方法は、開口部を有するマスクを基板の平坦部上に形成した後に、このマスクの開口部から該基板の主面に対して傾斜した一対の傾斜結晶面を有する結晶層を選択成長により形成した後に、マスクを除去する。結晶層は、第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を含む。これらの層は、一対の傾斜結晶面のうちの一方の傾斜結晶面から他方に連続した一体膜を成す。一対の傾斜結晶面上には、単一の電極が形成されている。また、基板の平坦面上において結晶層の隣に別の電極が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１８３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の先行技術では、窒化ガリウムのｃ面に対して傾斜した発光層を得るために、三角形断面のリッジ形状のｎ型ＧａＮ層を成長し、その後、このｎ型ＧａＮ層の一対の傾斜面上に発光層を成長する。リッジ形状のｎ型ＧａＮ層の傾斜面は、（１−１０１）面及び（−１１０１）面からなる。この断面三角形状のｎ型ＧａＮ層を再現性よく成長することは容易ではなく、これ故に、製造歩留まりの低下になり、結果的に、発光素子の製造コストの上昇になる。
【０００５】
また、発光素子の発光波長について、青色の発光が商用的に実現されているけれども、より長波長の発光も望まれている。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、長波長の発光を容易に提供可能にする構造を有するIII族窒化物半導体発光素子を提供することを目的とし、またこのIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法を提供することを目的とし、さらに、このIII族窒化物半導体発光素子のための窒化ガリウム単結晶基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面は、III族窒化物半導体発光素子に係る。このIII族窒化物半導体発光素子は、（ａ）第１〜第３の面を含む主面、及び裏面を有する六方晶系の窒化ガリウム支持基体と、（ｂ）前記窒化ガリウム支持基体の前記第１及び第２の面上にそれぞれ設けられた第１及び第２のIII族窒化物積層を含む半導体領域と、（ｃ）前記第１及び第２のIII族窒化物半導体積層上にそれぞれ設けられた第１及び第２の電極と、（ｄ）前記窒化ガリウム支持基体の裏面上に設けられた裏面電極とを備える。前記半導体領域は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層及び活性層を含み、前記半導体領域の前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層は、前記第１及び第２の面上に順に配置されており、前記活性層は、インジウムを含むIII族窒化物半導体層を含み、前記第３の面は、前記窒化ガリウム支持基体の＜０００−１＞軸の方向に向いており、前記第１及び第２の面は、前記窒化ガリウム支持基体の前記裏面の方向に前記第３の面に対して傾斜しており、前記第１の面の第１法線ベクトルと前記＜０００−１＞軸の方向を示すベクトルＣＶ−との成す第１の角度は、＋５６度以上＋８０度未満の範囲にあり、前記第２の面の第２法線ベクトルと前記ベクトルＣＶ−との成す第２の角度は、＋５６度以上＋８０度未満の範囲にあり、前記窒化ガリウム支持基体は、所定の軸の方向に延在する一対の端面を有し、前記第１及び第２の面は、それぞれ、前記一対の端面に沿って延在し、前記主面において前記第３の面は前記第１の面と前記第２の面との間に設けられ、前記所定の軸は、前記第３の面の第３法線ベクトルに交差すると共に前記第３の面に沿って延びる。
【０００８】
このIII族窒化物半導体発光素子によれば、窒化ガリウム支持基体の主面は第１及び第２の面を有し、該第１及び第２の面は窒化ガリウム支持基体の裏面の方向に第３の面に対して傾斜している。また、第１及び第２の面上には、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層が配置されている。これ故に、支持基体の傾斜面上に活性層が設けられる。この構造によれば、結晶成長に対する負担が少ない。
【０００９】
また、第３の面は第１の面と第２の面との間に設けられ、第３の面は窒化ガリウム支持基体の＜０００−１＞軸の方向に向いている。この構造によれば、傾斜面を支持基体に形成することに対する負担が少ない。
【００１０】
さらに、第１の面の第１法線ベクトルと＜０００−１＞軸との成す第１の角度が上記の角度範囲にあり、また第２の面の第２法線ベクトルと＜０００−１＞軸との成す第２の角度が上記の角度範囲にある。これらの第１及び第２の面上に成長される活性層は、インジウムを含むIII族窒化物半導体層を含む。これ故に、この活性層に、高Ｉｎ組成の半導体層を提供できる。
【００１１】
本発明に係る別の側面は、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）主面及び裏面を有する窒化ガリウム基板を準備する工程と、（ｂ）所定の軸の方向に延在する複数の開口を有するマスクを前記窒化ガリウム基板の前記主面に形成する工程と、（ｃ）前記マスクを用いて前記窒化ガリウム基板をウエットエッチングして、前記所定の軸の方向に交差する別の方向に配列された複数の窪みを形成する工程と、（ｄ）前記マスクを用いて、各窪みの第１及び第２の面上に半導体領域を成長する工程と、（ｅ）前記マスクを除去して、エピタキシャル基板を作製する工程と、（ｆ）前記第１及び第２の面上にそれぞれ第１及び第２の電極を形成すると共に前記エピタキシャル基板に裏面電極を形成して、基板生産物を作製する工程と、（ｇ）前記窪みの位置で前記所定の軸の方向と前記別の方向とに前記基板生産物を分離して、III族窒化物半導体発光素子を形成する工程とを備える。前記第１の切断線は前記窪みに位置し、前記マスクは、前記第１の面と前記第２の面との間に設けられた第３の面上に位置し、前記第３の面は、前記窒化ガリウム基板の＜０００−１＞軸の方向に向いており、前記半導体領域は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層及び活性層を含み、前記半導体領域の前記第１導電型半導体層、前記活性層及び第２導電型半導体層は、前記第１の面の第１法線ベクトルの方向に順に配置されており、前記半導体領域の前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層は、前記第２の面の第２法線ベクトルの方向に順に配置されており、前記活性層は、インジウムを含むIII族窒化物半導体層を含み、前記ウエットエッチングは、アルカリ系エッチャントを用いて行われる。
【００１２】
この方法によれば、マスクを用いて窒化ガリウム基板をウエットエッチングして複数の窪みを形成した後に、該マスクを用いて各窪みの第１及び第２の面上に半導体領域を成長する。この半導体領域内の第１導電型半導体層、第２導電型半導体層及び活性層は、窪みの傾斜面上に成長される。この方法によれば、結晶成長に対する負担が少ない。
【００１３】
また、第３の面は窒化ガリウム支持基体の＜０００−１＞軸の方向に向いている。マスクを用いて窒化ガリウム基板をウエットエッチングして複数の窪みを形成する。この方法によれば、第１の面と第２の面とを有する窪みを窒化ガリウム基板に形成することに対する負担が少ない。
【００１４】
さらに、第１及び第２の面上に成長される活性層は、インジウムを含むIII族窒化物半導体層を含む。窪みを形成するウエットエッチングは、アルカリ系エッチャントを用いて行われる。これ故に、第１及び第２の面に、高Ｉｎ組成の半導体層を成長するために好適な傾斜角を提供できる。そして、活性層に、高Ｉｎ組成の半導体層を提供できる。
【００１５】
本発明の別の側面に係る方法では、前記ウエットエッチングは水酸化カリウムを含むことができる。この方法によれば、窒化ガリウム基板に窪みを形成することが容易になる。この窪みは、所望の傾斜角を有する第１及び第２の面を含む。
【００１６】
本発明における上記の側面では、前記活性層の前記半導体層はＩｎＧａＮ層を含むことができる。この形態によれば、上記の角度範囲では結晶品質の良好なＩｎＧａＮを成長できる。
【００１７】
本発明における上記の側面では、前記第１の面の前記第１法線ベクトルは、前記第３法線ベクトルに対して前記窒化ガリウム支持基体のａ軸及びｍ軸のいずれかの方向に傾斜することが好適である。この形態によれば、エッチングにより第１及び第２の面を形成するときに、傾斜角の制御が容易である。
【００１８】
本発明における上記の側面では、前記第１の面は｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかを含むことが好適である。この形態によれば、これらは、例えば水酸化カリウムを含むエッチャントを用いるときに現れる典型的な面方位である。
【００１９】
本発明における上記の側面では、前記第１の面は｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかの面から−５度以上＋５度以下の範囲内にあることが好適である。この範囲によれば、活性層の成長において、上記の個々の面方位と同様の結晶品質及びＩｎ組成を提供できる。
【００２０】
本発明における上記の側面では、前記第１及び第２の面は、前記窒化ガリウム支持基体のａ軸及びｍ軸のいずれかの方向に延在する、この形態によれば、エッチングにより第１及び第２の面を形成するときに、傾斜角の制御が容易である。
【００２１】
本発明における上記の側面では、前記第１及び第２のIII族窒化物半導体積層にそれぞれ設けられた第１及び第２の開口を有すると共に前記第３の面を覆う絶縁膜を更に備えることができる。前記第１及び第２の電極は、それぞれ前記第１及び第２の開口を介して前記第１及び第２のIII族窒化物半導体積層に接続される。この形態によれば、絶縁膜が第３の面を覆うので、意図しない電気的接続により第１及び第２のIII族窒化物半導体積層が互いに接続されることを避けることができる。また、絶縁膜が第１及び第２の開口を有するので、第１及び第２のIII族窒化物半導体積層に個別に電極を形成できる。第３の面が第１の面と第２の面との間に位置するので、第１のIII族窒化物半導体積層上の電極を第２のIII族窒化物半導体積層上の電極から隔置できる。
【００２２】
本発明における上記の側面は、前記第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方に接続されると共に前記第３の面上の設けられたパッド電極を更に備えることができる。この形態によれば、パッド電極は、第１の面及び／又は第２の面である傾斜面ではなく、裏面に対して実質的な平行な第３の面上に形成される。
【００２３】
本発明における上記の側面では、前記マスクの前記開口の幅は１００μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあることができる。発光素子のための結晶成長に対する負担が少なく、また発光素子のために好適な活性層を提供できる。
【００２４】
本発明における上記の側面では、前記第３の面の幅は１００μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあることができる。第１及び第２の面に好適な活性層を提供できる。
【００２５】
上記の側面の形態によれば、前記III族窒化物半導体発光素子は発光ダイオードを含むことができる。或いは、上記の側面の形態によれば、前記III族窒化物半導体発光素子はレーザダイオードを含むことができる。
【００２６】
本発明に係る更なる別の側面は、主面及び裏面を有する窒化ガリウム単結晶基板に係る。前記窒化ガリウム単結晶基板の前記主面には、第１及び第２の面を有する窪みと第３の面とが交互に配列されており、前記第３の面は、前記窒化ガリウム支持基体の＜０００−１＞軸の方向に向いており、前記主面において前記第３の面は前記窪みのうちの一窪みの前記第１の面と当該一窪みの隣の窪みの前記第２の面との間に設けられ、前記第１及び第２の面は前記第３の面に対して傾斜しており、前記第１の面の第１法線ベクトルと前記＜０００−１＞軸との成す第１の角度は＋５６度以上＋８０度未満の範囲にあり、前記第２の面の第２法線ベクトルと前記＜０００−１＞軸との成す第２の角度は＋５６度以上＋８０度未満の範囲にある。
【００２７】
この窒化ガリウム単結晶基板は、所望の傾斜角で傾斜した第１及び第２の面を有する窪みを有するので、長波長の発光を容易にすると共に容易な製造を可能にする構造を有するIII族窒化物半導体発光素子のための窒化ガリウム単結晶基板を提供できる。
【００２８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、長波長の発光を容易に提供可能にする構造を有するIII族窒化物半導体発光素子が提供される。また、本発明の別の側面によれば、このIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法が提供される。さらに、本発明に係る更なる別の側面によれば、このIII族窒化物半導体発光素子のための窒化ガリウム単結晶基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３２】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の構造を概略的に示す図面である。図１を参照すると、直交座標系Ｓが示されている。直交座標系ＳのＺ軸は、窒化ガリウム支持基体１３の＜０００−１＞軸の方向に向いている。このIII族窒化物半導体発光素子１１は、六方晶系の窒化ガリウム支持基体１３と、半導体領域１５と、第１の電極１７と、第２の電極１９と、裏面電極２１とを備える。窒化ガリウム支持基体１３は導電性を有する。窒化ガリウム支持基体１３は、主面１３ａ及び裏面１３ｂを有する。主面１３ａは、第１〜第３の面１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを含む。主面１３ａにおいて第３の面１３ｅは第１の面１３ｃと第２の面１３ｄとの間に設けられる。第１〜第３の面１３ｃ、１３ｄ、１３ｅにおける法線の方向は、それぞれ、法線ベクトルＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３により示される。第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄは、窒化ガリウム支持基体１３の裏面１３ｂの方向に第３の面１３ｅに対して傾斜している。窒化ガリウム支持基体１３は、Ｘ軸の方向に延在する軸に交差すると共にＸ−Ｚ面の延在方向に延在する一対の端面１４ａ、１４ｂを有する。窒化ガリウム支持基体１３は、Ｘ軸の方向に延在する一対の端面１４ｃ、１４ｄを有する。第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄは、それぞれ、一対の端面１４ｃ、１４ｄのエッジに沿って延在する。端面１４ｃ、１４ｄは第３の面１３ｅの延在方向に延びており、この延在方向は第３の面１３ｅの法線ベクトルＮＶ３に交差する。端面１４ｃ、１４ｄは端面１４ａ、１４ｂに接続している。
【００３３】
第３の面１３ｅは、窒化ガリウム支持基体１３の＜０００−１＞軸の方向に向いており、図１においては＜０００−１＞軸の方向はベクトル（ＣＶ−）で示される。本実施例では、裏面１３ｂは、窒化ガリウム支持基体１３の＜０００１＞軸の方向に向いており、図１においては＜０００１＞軸の方向はベクトル（ＣＶ＋）で示される。
【００３４】
第１の面１３ｃの第１法線ベクトルＮＶ１とベクトルＣＶ−との成す第１の角度ＡＬＰＨＡ１は、＋５６度以上＋８０度未満の範囲にある。第２の面１３ｄの第２法線ベクトルＮＶ１とベクトルＣＶ−との成す第２の角度ＡＬＰＨＡ２は＋５６度以上＋８０度未満の範囲にある。この角度範囲では、第１の面１３ｃ、１３ｄは例えば｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかを含むことが好適である。また、第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄは例えば｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかの面から−５度以上＋５度以下の範囲内にあることが好適である。
【００３５】
半導体領域１５は第１及び第２のIII族窒化物積層１５ｃ、１５ｄを含み、第１及び第２のIII族窒化物積層１５ｃ、１５ｄは、それぞれ、窒化ガリウム支持基体１３の第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄ上に設けられている。第１及び第２の電極１７、１９は、それぞれ、第１及び第２のIII族窒化物半導体積層１５ｃ、１５ｄ上に設けられている。裏面電極２１は、窒化ガリウム支持基体１３の裏面１３ｂ上に設けられている。半導体領域１５は、第１導電型半導体層２３、活性層２５及び第２導電型半導体層２７を含む。第１導電型半導体層２３は窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｎ型ＧａＮ、ｎ型ＡｌａＧａＮ、ｎ型ＩｎＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＮ等からなることができる。第２導電型半導体層２７は、窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｐ型ＧａＮ、ｐ型ＡｌａＧａＮ、ｐ型ＩｎＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＮ等からなることができる。半導体領域１５では、第１導電型半導体層２３、活性層２５及び第２導電型半導体層２７は第１及び第２の面上１３ｃ、１３ｄに順に配置されている。
【００３６】
活性層２５は、例えば量子井戸構造（ＳＱＷ、ＭＱＷ）２６を有することができる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなり、またインジウムを含むIII族窒化物からなる半導体層２５ａを含む。半導体層２５ａは例えば井戸層であることができ、半導体層２５ｂは例えば障壁層であることができ、障壁層は例えばＧａＮ又はＩｎＧａＮ等からなることができる。半導体層２５ａはＩｎＧａＮ層を含むことができる。この形態によれば、上記の角度範囲では結晶品質の良好なＩｎＧａＮを成長できる。半導体層２５ａのＩｎ組成は、０．０５以上であることができ、０．４以下であることができる。波長範囲は、４４０ｎｍ以上であることができ、６００ｎｍ以下であることができる。
【００３７】
このIII族窒化物半導体発光素子１１によれば、窒化ガリウム支持基体１３の主面１３ａは第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄを有し、第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄは窒化ガリウム支持基体１３の裏面１３ｂの方向に第３の面１３ｅに対して傾斜している。また、第１導電型半導体層２３、活性層２５及び第２導電型半導体層２７が第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄ上に配置されている。これ故に、支持基体１３の傾斜面（１３ｃ、１３ｄ）上に活性層２５が設けられる。この構造によれば、結晶成長に対する負担が少ない。
【００３８】
また、第３の面１３ｅは第１の面１３ｃと第２の面１３ｄとの間に設けられ、この第３の面１３ｅは窒化ガリウム支持基体１３の＜０００−１＞軸の方向に向いている。この構造によれば、傾斜面（１３ｃ、１３ｄ）を支持基体１３に形成することに対する負担が少ない。
【００３９】
さらに、第１の面１３ｃの第１法線ベクトルＮＶ１と＜０００−１＞軸を示すベクトルＣＶ−との成す第１の角度ＡＬＰＨＡ１が上記の角度範囲にあり、第２の面１３ｄの第２法線ベクトルＮＶ２とベクトルＣＶ−との成す第２の角度ＡＬＰＨＡ２が上記の角度範囲にある。これらの第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄ上に成長される活性層２５は、インジウムを含むIII族窒化物半導体層を含む。これ故に、この活性層に、長波長の発光に好適な高Ｉｎ組成を活性層２５に提供できる。
【００４０】
加えて、第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄは、それぞれ、所定の軸は第３の面１３ｅの第３法線ベクトルＮＶ３に交差すると共に第３の面１３ｅに沿って延びる軸（Ｘ軸）の方向に、窒化ガリウム支持基体１３の一対の端面１４ｃ、１４ｄに沿って延在する。これ故に、第３の面１３ｅをＣ−面とすることによって、第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄを非極性面とすることが出来、かつ、光の出射面が左右対称となる。
【００４１】
III族窒化物半導体発光素子１１は発光ダイオードを含むことができる。このとき、第１には、第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄを非極性面とすることによってピエゾ効果を低減することが出来、強い長波長の発光が可能となる。第２には、光出射面が、左右対称となることにより、光取り出し効率が向上する。或いは、III族窒化物半導体発光素子１１はレーザダイオードを含むことができる。このとき、一対の端面１４ａ、１４ｂを反射面として、活性層を非極性面とする低しきい値の高輝度レーザダイオードを作ることが出来る。
【００４２】
第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄは、窒化ガリウム支持基体１３のａ軸及びｍ軸のいずれかの方向に延在することができる。この形態によれば、エッチングにより第１及び第２の面を形成するときに、傾斜角の制御が容易である。
【００４３】
第１の面１３ｃ（第２の面１３ｄ）の第１法線ベクトルＮＶ１（第２法線ベクトルＮＶ２）は、第３法線ベクトルＮＶ３に対して窒化ガリウム支持基体１３のａ軸の方向に傾斜することが好適である。この形態によれば、エッチングにより第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄを形成するときに、傾斜角の制御が容易である。或いは、第１の面１３ｃ（第２の面１３ｄ）の第１法線ベクトルＮＶ１（第２法線ベクトルＮＶ２）は、第３法線ベクトルＮＶ３に対して窒化ガリウム支持基体１３のｍ軸の方向に傾斜することが好適である。この形態によれば、エッチングにより第１及び第２の面１３ｃ、１３ｄを形成するときに、傾斜角の制御が容易である。
【００４４】
第１の面１３ｃは、窒化ガリウム支持基体１３のａ軸の方向に延在するとき、第１の面１３ｃがｍ軸方向に傾いた非極性面となり、より強い偏向光を上面に出射することが可能となる。このとき、第１の角度ＡＬＰＨＡ１は５６度以上８０度以下の範囲にあり、第２の角度ＡＬＰＨＡ２は５６度以上８０度以下の範囲にある。或いは、第１の面１３ｃは、窒化ガリウム支持基体１３のｍ軸の方向に延在するとき、第１の面１３ｃがａ軸方向に傾いた非極性面となり、より強い発光が期待出来るとともに、一対の端面１４ａ、１４ｂをｍ面として劈開面とすることが出来る。このとき、第１の角度ＡＬＰＨＡ１は５６度以上８０度以下の範囲にあり、第２の角度ＡＬＰＨＡ２は５６度以上８０度以下の範囲にある。
【００４５】
第３の面１３ｅの一方のエッジと端面１４ｃとの間隔は例えば５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあることができる。また、第３の面１３ｅの他方のエッジと端面１４ｄとの間隔は例えば５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあることができる。発光素子のための活性層を形成するために適切なエリアを提供できる。発光素子のための結晶成長に対する負担が少なく、また発光素子のために好適な活性層を提供できる。
【００４６】
第３の面の幅は１００μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあることができる。選択成長に際して、第１及び第２の面に好適な活性層を提供できる。
【００４７】
発光素子１１は、絶縁膜３１を更に備えることができる。絶縁膜３１は第１〜第３の面１３ｃ〜１３ｅを覆う。絶縁膜３１が第３の面を覆うので、意図しない電気的接続により第１及び第２のIII族窒化物半導体積層１５ｃ、１５ｄが互いに接続されることを避けることができる。絶縁膜３１は、第１のIII族窒化物半導体積層１５ｃ上に開口３１ａを有する。絶縁膜３１は、第２のIII族窒化物半導体積層１５ｄ上に別の開口を有する。第１及び第２の電極１７、１９は、それぞれ開口３１ａ及び別の開口を介して第１及び第２のIII族窒化物半導体積層１５ｃ、１５ｄに接続される。また、絶縁膜３１が開口３１ａ及び別の開口を有するので、第１及び第２のIII族窒化物半導体積層１５ｃ、１５ｄに個別に電極１７、１９を形成できる。第３の面１３ｅが第１の面１３ｃと第２の面１３ｄとの間に位置するので、第１のIII族窒化物半導体積層１５ｃ上の電極１７を第２のIII族窒化物半導体積層１５ｄ上の電極１９から隔置できる。
【００４８】
発光素子１１は、パッド電極３３、３５を更に備えることができる。パッド電極３３、３５は例えば第３の面１３ｅ上に設けられる。パッド電極３３、３５は、それぞれ、第１及び第２の電極１７、１９に接続される。この形態によれば、第１の面１３ｃ及び／又は第２の面１３ｄである傾斜面ではなく、パッド電極は、裏面１３ｂに対して実質的な平行な第３の面１３ｅ上に形成される。なお、パッド電極３３、３５に替えて、単一のパッド電極を設けることができ、このパッド電極は、第１及び第２の電極１７、１９の両方に接続される。
【００４９】
図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。図２を参照すると、工程Ｓ１０１では、窒化ガリウム基板４１を準備する。窒化ガリウム基板４１は導電性を有する。図３（ａ）に示されるように、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板４１は、主面４１ａ及び裏面４１ｂを有する。この窒化ガリウム基板４１の主面４１ａは、当該窒化ガリウム基板４１の＜０００−１＞軸の方向（ベクトルＣＶ−）に向いている。主面４１ａは、Ｎ面と呼ばれる面であるけれども、Ｎ面からわずかに傾斜した面であることができ、例えば主面４１ａはＮ面から−５度〜＋５度程度の範囲でオフしていてもよい。このようなＧａＮ基板４１は、ｃ軸方向に成長したインゴットから大口径のウエハとして作製される。
【００５０】
工程Ｓ１０２では、図３（ｂ）に示されるように、マスクのための絶縁膜４３を主面４１ａ上に成長する。絶縁膜４３は主面４１ａを覆う。絶縁膜４３はシリコン系無機絶縁膜であることができ、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物等からなることができる。また、マスクのための絶縁膜４４が裏面４１ｂ上に成長されて、裏面４１ｂの全面を覆う。
【００５１】
工程Ｓ１０３では、図４（ａ）に示されるように、絶縁膜４３の加工から絶縁膜マスク４５を形成する。図４（ａ）には、結晶方位を規定する結晶座標系ＣＲが示されており、結晶座標系ＣＲは互いに直交するｃ軸、ａ軸及びｍ軸を有する。絶縁膜マスク４５は、例えばフォトリソグラフィ及びエッチングにより絶縁膜４３から形成されることができる。絶縁膜マスク４５は、例えばａ軸及びｍ軸のいずれか一方の方向（本実施例では例えばａ軸）に延在する複数のストライプ４５ａを含む。また、絶縁膜マスク４５は、例えばａ軸及びｍ軸のいずれか一方の方向（本実施例では例えばａ軸）に延在する複数のストライプ状の開口４５ｂを含む。ストライプ４５ａは、例えばａ軸及びｍ軸のいずれか他方の方向（本実施例では例えばｍ軸）に配列される。また、開口４５ｂは、例えばａ軸及びｍ軸のいずれか他方の方向（本実施例では例えばｍ軸）に配列される。さらに、ストライプ４５ａ及び開口４５ｂは、例えばａ軸及びｍ軸のいずれか他方の方向に交互に配列される。本実施例では、複数の開口４５ｂを有するマスク４５が窒化ガリウム基板４１の主面４１ａに形成される。
【００５２】
開口４５ｂの幅Ｗ１は例えば１００μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあることができる。発光素子のための結晶成長に対する負担が少なく、また発光素子のために好適な活性層を提供できる。また、ストライプ４５ａの幅Ｗ２は１００μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあることができる。選択成長の際に、第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄに好適な活性層を提供できる。
【００５３】
工程Ｓ１０４では、図４（ｂ）に示されるように、マスク４５を用いて窒化ガリウム基板４１をエッチングして、複数の窪み４７を窒化ガリウム基板４１に形成する。エッチングは、例えばウエットエッチングによることができる。ウエットエッチングは、例えばアルカリ系エッチャントを用いて行われる。ウエットエッチングは水酸化カリウムを含むことができる。この方法によれば、窒化ガリウム基板に窪み４７を形成することが容易になる。この窪み４７は、所望の傾斜角を有する第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄを含む。
【００５４】
第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄは、窒化ガリウム基板４１の裏面４１ｂの方向に第３の面４１ｅに対して傾斜している。第１の面４１ｃの第１法線ベクトルＮＶ１と＜０００−１＞軸との成す第１の角度ＡＬＰＨＡ１は＋５６度以上＋８０度未満の範囲にあり、第２の面４１ｄの第２法線ベクトルＮＶ２と＜０００−１＞軸との成す第２の角度ＡＬＰＨＡ２は＋５６度以上＋８０度未満の範囲にあることができる。
【００５５】
第１の面４１ｃは｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかを含むことが好適である。第２の面４１ｄは｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかを含むことが好適である。この形態によれば、これらは、例えば水酸化カリウムを含むエッチャントを用いるときに現れる典型的な面方位である。傾斜面４１ｃ、４１ｄは｛１１−２−２｝面及び｛１−１０−１｝面のいずれかの面から−５度以上＋５度以下の範囲内にあることが好適である。この範囲によれば、活性層の成長において、上記の個々の面方位と同様の結晶品質及びＩｎ組成を提供できる。
【００５６】
窪み４７の平面形状は、マスク４５の開口４５ｂにより規定される。窪み４７は、例えばａ軸及びｍ軸のいずれか一方の方向（本実施例では例えばａ軸）に延在する。また、窪み４７は、例えばａ軸及びｍ軸のいずれか他方の方向（本実施例では例えばｍ軸）に配列される。窪み４７は、第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄを含んでおり、例えば一方向に延在するＶ溝であることができる。窒化ガリウム基板４１がＶ溝を有するとき、このＶ溝は、第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄからなる一対の傾斜面からなる。マスク４７のストライプ４７ａは、第１の面４１ｃと第２の面４１ｄとの間に設けられた第３の面４１ｅ上に位置する。この第３の面４１ｅは、窒化ガリウム基板４１の＜０００−１＞軸の方向に向いている。窒化ガリウム基板４１の裏面４１ｂの反対側の面には、第１の面４１ｃ、第３の面４１ｅ及び第２の面４１ｄからなるユニットが、一方向に配列されている。
【００５７】
工程Ｓ１０５では、図５（ａ）に示されるように、マスク４５を用いて、各窪み４７上に半導体領域４９を成長する。半導体領域４９は、第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄ上に、第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄの一方から他方に亘って選択的に成長される。半導体領域４９は、第１導電型半導体層５３、活性層５５及び第２導電型半導体層５７を含む。半導体領域４９の第１導電型半導体層５３、活性層５５及び第２導電型半導体層５７は、第１の面４１ｃの第１法線ベクトルＮＶ１の方向に順に成長されており、半導体領域４９の第１導電型半導体層５３、活性層５５及び第２導電型半導体層５７は、第２の面４１ｄの第２法線ベクトルＮＶ２の方向に順に成長されている。活性層５５は、例えば窒化ガリウム系半導体からなる。この窒化ガリウム系半導体は、III族構成元素としてインジウムを含む。
【００５８】
工程Ｓ１０６では、図５（ｂ）に示されるように、マスク４９及び絶縁膜４４を除去して、エピタキシャル基板Ｅを作製する。マスク４９の除去により、第３の面４１ｅが露出される。半導体領域４７は、第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄ上にそれぞれ形成された第１及び第２のIII族窒化物半導体積層４９ｃ、４９ｄを含む。第１導電型半導体層５３、活性層５５及び第２導電型半導体層５７は、第１法線ベクトルＮＶ１の方向に順に配置されており、半導体領域４７の第１導電型半導体層５３、活性層５５及び第２導電型半導体層５７は、第２の面４１ｄの第２法線ベクトルＮＶ２の方向に順に配置されている。
【００５９】
必要な場合には、工程Ｓ１０７では、第１及び第２のIII族窒化物半導体積層４９ｃ、４９ｄの表面並びに第３の面４１ｅを覆うように、保護膜のための絶縁膜を成長する。絶縁膜はシリコン系無機絶縁膜からなることができ、例えばシリコン酸化膜及び／又はシリコン窒化膜からなることができる。工程Ｓ１０８では、この絶縁膜に開口を形成して保護膜を形成する。開口は第１及び第２のIII族窒化物半導体積層４９ｃ、４９ｄの各々上に位置する。
【００６０】
工程Ｓ１０９では、図６（ａ）に示されるように、第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄ上にそれぞれ第１及び第２の電極５９ａ、５９ｂを形成すると共に、窒化ガリウム基板４１の裏面４１ｂに裏面電極５９ｃを形成して、基板生産物ＳＰを作製する。第１及び第２の電極５９ａ、５９ｂは、第１及び第２のIII族窒化物半導体積層４９ｃ、４９ｄ上にそれぞれ形成される。必要な場合には、窒化ガリウム基板４１を研磨して所望の厚さを有する窒化ガリウム基板４１を作製した後に、第３の電極５９ｃを形成することができる。
【００６１】
工程Ｓ１１０では、基板生産物ＳＰを分離して、複数の半導体チップを形成する。窪み４７の底（本実施例ではＶ溝の頂点）の位置で基板生産物ＳＰを分離して、III族窒化物半導体発光素子を形成する。この形成は例えば以下のように行われる。基板生産物ＳＰの分離では、図６（ａ）に示される一次ブレイクＢＲ１の位置で基板生産物ＳＰを分離して、図６（ｂ）に示される半導体バーＬＢを形成する。一次ブレイクのための第１の切断線ＢＲ１は、窪み４７の延在方向に交差する方向に行われる。窪み４７の延在方向が例えばａ軸（ｍ軸）の方法であるとき、第１の切断線クＢＲ１の方向はｍ軸（ａ軸）の方向であることができる。次いで、半導体バーＬＢの分離では、図６（ｂ）に示される二次ブレイクのための第２の切断線ＢＲ２の位置で半導体バーＬＢを分離して、図６（ｃ）に示される半導体チップＤＥＶを形成する。窪み４７の延在方向が例えばａ軸（ｍ軸）の方法であるとき、第２の切断線ＢＲ２の方向はａ軸（ｍ軸）の方向であることができる。
【００６２】
半導体チップＤＥＶでは、第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄ上にそれぞれ第１及び第２の電極５９ａ、５９ｂが形成されている。窒化ガリウム基板４１の裏面４１ｂには裏面電極５９ｃが形成されている。第１及び第２の電極５９ａ、５９ｂは、第１及び第２のIII族窒化物半導体積層４９ｃ、４９ｄにそれぞれ接続される。窒化ガリウム基板４１の裏面には、第３の電極５９ｃが形成される。第１のIII族窒化物半導体積層４９ｃでは、第１導電型半導体層５３、活性層５５及び第２導電型半導体層５７は、第１の面４１ｃの第１法線ベクトルＮＶ１の方向に順に配列されており、第２のIII族窒化物半導体積層４９ｄでは、半導体領域４９の第１導電型半導体層５３、活性層５５及び第２導電型半導体層５７は、第２の面４１ｄの第２法線ベクトルＮＶ２の方向に順に配列されている。
【００６３】
この方法によれば、マスク４５を用いて窒化ガリウム基板４１をウエットエッチングして窪み４９の配列を形成した後に、該マスク４５を用いて各窪み４７の第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄ上に半導体領域４９を成長する。この半導体領域４９内の第１導電型半導体層５３、活性層５５及び第２導電型半導体層５７は、窪み４７の傾斜面４１ｃ、４１ｄ上に成長される。この方法によれば、結晶成長に対する負担が少ない。
【００６４】
また、第３の面４１ｅは窒化ガリウム基板４１の＜０００−１＞軸の方向に向いている。マスク４５を用いて窒化ガリウム基板４１をウエットエッチングして窪み４７を形成する。この方法によれば、第１の面４１ｃと第２の面４１ｄとを有する窪み４７を窒化ガリウム基板４１に形成することに関する負担が少ない。
【００６５】
さらに、第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄ上に成長される活性層５５は、インジウムを含む半導体層を含む。これらの第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄを有する窪み４７を形成するウエットエッチングは、アルカリ系エッチャントを用いて行われる。これ故に、第１及び第２の面４１ｃ、４１ｄに、高Ｉｎ組成の半導体層を成長するために好適な傾斜角を提供できる。活性層５５に、高Ｉｎ組成の半導体層を提供できる。
【００６６】
必要な場合には、工程Ｓ１０１〜Ｓ１０４により、窒化ガリウム単結晶基板ＳＵＢを提供できる。窒化ガリウム単結晶基板ＳＵＢには、絶縁膜マスクが残されていてもよく、絶縁膜マスクが除去されていてもよい。この窒化ガリウム単結晶基板ＳＵＢを用いて、半導体領域を窪み上に成長する。この窒化ガリウム単結晶基板ＳＵＢは、所望の傾斜角で傾斜した面を有する窪みを有するので、長波長の発光を容易にすると共に容易な製造を可能にする構造を有するIII族窒化物半導体発光素子のための窒化ガリウム単結晶基板を提供できる。
【００６７】
（実施例）
六方晶系ｎ型ＧａＮ基板を準備した。このＧａＮ基板では、一方の主面がＣ＋面（Ｇａ面）、他方の主面がＣ−面（Ｎ面）である。ＧａＮ基板の両面の各々に、ＳｉＯ２等のシリコン酸化膜を成長した。この後に、フォトリソグラフィとフッ酸系エッチャントより、Ｎ面上のシリコン酸化膜からのマスク層を形成した。マスク層は、帯状の窓領域の配列及び帯状のマスク領域の配列を有する。帯状の窓領域は幅１００〜２００μｍを有し、帯状のマスク領域は幅１００〜２００μｍを有する。また、帯状の窓領域及び帯状のマスク領域は＜１−１００＞方向に延在する。摂氏９０度程度のＫＯＨ水溶液（例えば約２規定）に浸して、窪みの配列を形成した。Ｎ面の利用により窪みの形成及び配列が容易になる。エッチング時間は例えば約５時間であった。窪みの各々はＶ字谷形状を有する。アルカリ系エッチャントにより、Ｃ−面（Ｎ面）側の窓領域には、（１１−２−２）面と（−１−１２−２）面の傾斜面が形成された。これら傾斜面はベクトルＣＶ−に対して５８度の角度を成す。マスク領域が＜１１００＞方向に延在するとき、窓領域には（１−１０−１）面及び（−１１０−１）面の傾斜面が形成され、これらの傾斜面はベクトルＣＶ−に対して６２度の角度を成す。
【００６８】
マスク層を除くことなく、摂氏１０００度程度の成長温度で、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層をＶ字谷形状の窪みの傾斜面上に選択成長した。この後に、成長温度を低減し、ｎ型クラッド層上に、厚さ０．５〜３ｎｍのＩｎＧａＮ活性層を成長した。さらに、成長温度を再び摂氏１０００度に上昇した後に、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型クラッド層を活性層上に成長した。
【００６９】
エピタキシャル膜の成長が完了した後に、フッ酸系エッチャントにより、Ｇａ面及びＮ面上のシリコン酸化膜を除去する。
【００７０】
ｐ型電極として、ｐ型クラッド層の上面にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着した。ｎ型電極として、ＧａＮ基板のＣ＋面にＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着した。これらの工程により、基板生産物が完成した。
【００７１】
次いで、ダイサーかイオンエッチング(ＲＩＥ)といった装置を用いて、一次切断線に沿った切断により、基板生産物を分離した。この後に、二次切断線に沿ったへき開による切断により、発光素子を得た。
【００７２】
一方、特許文献１では、以下の手順により発光素子を成長している。一方の主面がＣ＋面、他方の主面がＣ−面のサファイア基板を準備する。このサファイア基板のＣ＋面上に、摂氏１０００度程度の成長温度で、Ｓｉ等ドープｎ型ＧａＮ層を成長した後に、厚さ１００〜５００ｎｍの範囲のＳｉＯ２またはＳｉＮからなるマスク層をＧａＮ層の全面に形成している。フォトリソグラフィとフッ酸系エッチャントを用いて＜１１００＞方向の帯状の窓領域をマスク層に形成する。
【００７３】
次に、摂氏１０００度の成長温度でｎ型ＧａＮの再度の結晶成長を行う。当初は窓領域から成長し、しばらく成長を続けるとｎ型ＧａＮ層は断面三角形状を成すように成長する。この結果、窓領域の両側に広がったｎ型ＧａＮ層のリッジが形成される。リッジ形状のｎ型ＧａＮ層の一対の傾斜面は、それぞれ、基板主面の法線に対して６２度傾斜しており、つまり（１−１０１）面及び（−１１０１）面からなる。
【００７４】
次いで、成長温度を低減した後に、リッジ形状のｎ型ＧａＮ層の一対の傾斜面上に、活性層となるＩｎＧａＮ層を成長する。その際のＩｎＧａＮ層の厚さは０．５ｎｍから３ｎｍ程度である。活性層の成長面も、基板主面より６２度傾斜した面となり、つまり（１−１０１）面及び（−１１０１）面となる。成長温度を再び上昇させ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層を成長する。
【００７５】
エピタキシャル成長が完了した後に、フッ酸系エッチャントにより、マスク層を除去する。ｐ型電極として、ｐ型ＧａＮ層の上面にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着する。ｎ型電極として、ｎ型ＧａＮ層上にＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着する。これらの工程により、Ｃ面に対して角度１０度〜９０度で傾斜した成長面上に発光層を成長した発光素子を製造できる。
【００７６】
この特許文献１では、Ｃ面より傾斜した成長面の発光層を得るために、まず、（１−１０１）面及び（−１１０１）面を有するリッジ形状のｎ型ＧａＮ層を選択成長した後に、ｎ型ＧａＮ層の一対の傾斜面上に発光層を成長している。このようなリッジ形状ｎ型ＧａＮ層を再現性よく成長することは、現在のエピタキシャル成長技術を用いるとき、上記の方法と比較して、容易でなく、その結果、本発光素子の製造コストが高くなる。
【００７７】
一方、本実施例では、Ｃ面に対して傾斜した成長面上に発光層を成長するために、先ず、ＧａＮ基板主面Ｃ−面（Ｎ面）に、例えば｛１１−２−２｝面又は｛１−１０−１｝面を傾斜面としたＶ字谷形状の窪みを、ウエットエッチングにより形成した。その後に、傾斜面上にｎ型ＧａＮ系半導体層、発光層及びｐ型ＧａＮ系半導体層を成長した。ウエットエッチングによるＶ字谷形状のくぼみ形成をＧａＮ基板主面Ｃ−面（Ｎ面）に形成することは、現在の製造技術により再現性良く行うことが可能であり、その結果、本発光素子の製造コストが低減される。
【００７８】
また、青色より長波長の発光、例えば緑色発光（波長５００ｎｍ〜５６０ｎｍ）の実現では、Ｉｎ組成比（Ｘ）が０．３程度であるＩｎＸＧａ１−ＸＮ発光層が求められる。しかしながら、Ｉｎ組成０．３程度のＩｎＸＧａ１−ＸＮ層の形成では、成長中にインジウムが抜けやすく、これまでの技術では、Ｉｎ組成０．１５程度までのＩｎＧａＮ発光層が安定して成長可能であった。これ故に、緑色発光素子の実現は容易ではなかった。
【００７９】
ところが、本実施の形態を用いると、組成０．３程度の高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ層を成長できる。これ故に、緑色発光の実現が容易になる。
【００８０】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態における一側面によれば、長波長の発光を容易にすると共に容易な製造を可能にする構造を有するIII族窒化物半導体発光素子が提供される。また、本実施の形態における別の側面によれば、このIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法が提供される。さらに、本実施の形態における更なる別の側面によれば、このIII族窒化物半導体発光素子のための窒化ガリウム単結晶基板が提供される。
【符号の説明】
【００８２】
１１…III族窒化物半導体発光素子、１３…窒化ガリウム支持基体、１３ａ…支持基体主面、１３ｂ…支持基体裏面、１３ｃ…第１の面、１３ｄ…第２の面、１３ｅ…第３の面、１５…半導体領域、１７…第１の電極、１９…第２の電極、２１…裏面電極、ＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３…法線ベクトル、１４ｃ、１４ｄ…端面、１４ａ、１４ｂ…端面、ＣＶ−…＜０００−１＞軸方向のベクトル、ＣＶ＋…＜０００１＞軸方向のベクトル、２３…第１導電型半導体層、２５…活性層、２５ａ…半導体層、２５ｂ…半導体層、２７…第２導電型半導体層、角度ＡＬＰＨＡ１、ＡＬＰＨＡ２…、３３、３５…パッド電極、４１…窒化ガリウム基板、４１ａ…窒化ガリウム基板主面、４１ｂ…窒化ガリウム基板裏面、４１ｃ…第１の面、４１ｄ…第２の面、４１ｅ…第３の面、４３、４４…絶縁膜、４５…絶縁膜マスク、４５ａ…ストライプ、４５ｂ…ストライプ状の開口、４７…窪み、４９…半導体領域、４９ｃ、４９ｄ…第１及び第２のIII族窒化物半導体積層、５３…第１導電型半導体層、５５…活性層、５７…第２導電型半導体層、５９ａ、５９ｂ…第１及び第２の電極、５９ｃ…裏面電極、ＳＰ基板生産物、Ｅ…エピタキシャル基板、ＢＲ１…第１の切断線、ＢＲ２…第２の切断線、ＤＥＶ…半導体チップ。
【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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