(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III 族窒化物半導体とは異なる材料の基板の表面である主面に凹凸加工を施し、凸部の上面、凹部の底面から、III 族窒化物半導体を前記III 族窒化物半導体のｃ軸方向に成長させるIII 族窒化物半導体の製造方法において、
前記凸部又は前記凹部の側面である加工側面は、
成長する前記III 族窒化物半導体の低指数面のうち、前記加工側面に最も平行な面は、ｍ面（１−１００）となり、
前記加工側面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルを側面ベクトルとするとき、この側面ベクトルと、成長する前記III 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下となるように
形成されていることを特徴とするIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記基板は六方晶系結晶の基板であり、前記主面は六方晶系結晶のｃ面（０００１）であり、前記側面ベクトルと六方晶系結晶のａ面（１１−２０）の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下であることを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記基板は六方晶系結晶の基板であり、前記主面は六方晶系結晶のａ面（１１−２０）であり、前記側面ベクトルと六方晶系結晶のｃ面（０００１）の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下であることを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項４】
基板の表面である主面に凹凸加工を施し、凸部の上面、凹部の底面から、III 族窒化物半導体を前記III 族窒化物半導体のｃ軸方向に成長させるIII 族窒化物半導体の製造方法において、
前記凸部又は前記凹部の側面である加工側面は、
成長する前記III 族窒化物半導体の低指数面のうち、前記加工側面に最も平行な面は、ｍ面（１−１００）となり、
前記加工側面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルを側面ベクトルとするとき、この側面ベクトルと、成長する前記III 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下となるように形成されており、
前記基板の主面における少なくとも前記凹凸加工が施される部分は、III 族窒化物半導体から成る基板であり、前記主面は、前記基板側の前記III 族窒化物半導体のｃ面（０００１）であり、前記側面ベクトルと前記基板側の前記III 族窒化物半導体のｍ面（１−１００）の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下であり、
前記凸部の上面及び前記凹部の底面から前記III 族窒化物半導体をファセット成長させて、前記凸部の上面から成長したファセットと前記凹部の底面から成長したファセット間を埋めて成長させる
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記凸部又は前記凹部は、前記主面上において、第１方向に伸びたストライプの前記第１方向に垂直な第２方向に繰り返される周期構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項７】
前記凹部又は前記凸部は、正三角柱、菱形柱、正六角柱、正三角錘台、菱形錘台、又は、正六角錘台であり、複数の前記凹部又は前記凸部が所定の間隔でハニカム状に配列されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項８】
前記角は、１°以上、５°以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項９】
前記角は、１°以上、２．５°以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項１０】
前記凹凸加工の施された前記基板上にバッファ層を形成し、バッファ層の形成の後に、 前記III 族窒化物半導体を成長させることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項１１】
前記バッファ層は、スパッタ法により形成することを特徴とする請求項１０に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項１２】
III 族窒化物半導体とは異なる材料から成り、表面である主面に凹凸加工が施された基板を有し、凸部の上面、凹部の底面から、III 族窒化物半導体を前記III 族窒化物半導体のｃ軸方向に成長させたIII 族窒化物半導体において、
前記凸部又は前記凹部の側面である加工側面は、
成長させた前記III 族窒化物半導体の低指数面のうち、前記加工側面に最も平行な面は、ｍ面（１−１００）となり、
前記加工側面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルを側面ベクトルとするとき、この側面ベクトルと、成長させた前記III 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下となるように
形成されていることを特徴とするIII 族窒化物半導体。
【請求項１３】
前記基板は六方晶系結晶の基板であり、前記主面は六方晶系結晶のｃ面（０００１）であり、前記側面ベクトルと六方晶系結晶のａ面（１１−２０）の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下であることを特徴とする請求項１２に記載のIII 族窒化物半導体。
【請求項１４】
前記基板は六方晶系結晶の基板であり、前記主面は六方晶系結晶のａ面（１１−２０）であり、前記側面ベクトルと六方晶系結晶のｃ面（０００１）の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下であることを特徴とする請求項１２に記載のIII 族窒化物半導体。
【請求項１５】
表面である主面に凹凸加工が施された基板を有し、凸部の上面、凹部の底面から、III 族窒化物半導体を前記III 族窒化物半導体のｃ軸方向に成長させたIII 族窒化物半導体において、
前記凸部又は前記凹部の側面である加工側面は、
成長させた前記III 族窒化物半導体の低指数面のうち、前記加工側面に最も平行な面は、ｍ面（１−１００）となり、
前記加工側面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルを側面ベクトルとするとき、この側面ベクトルと、成長させた前記III 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下となるように形成されており、
前記基板の主面における少なくとも前記凹凸加工が施された部分は、III 族窒化物半導体から成る基板であり、前記主面は、前記基板側の前記III 族窒化物半導体のｃ面（０００１）であり、前記側面ベクトルと前記基板側の前記III 族窒化物半導体のｍ面（１−１００）の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下であり、
前記III 族窒化物半導体は、前記凸部の上面からファセット成長した半導体部と、前記凹部の底面からファセット成長した半導体部と、前記凸部の上面から成長したファセットと前記凹部の底面から成長したファセット間を埋めた半導体部とを有する
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体。
【請求項１６】
前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のIII 族窒化物半導体。
【請求項１７】
前記凸部又は前記凹部は、前記主面上において、第１方向に伸びたストライプの前記第１方向に垂直な第２方向に繰り返される周期構造であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１６の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体。
【請求項１８】
前記凹部又は前記凸部は、正三角柱、菱形柱、正六角柱、正三角錘台、菱形錘台、又は、正六角錘台であり、複数の前記凹部又は前記凸部が所定の間隔でハニカム状に配列されている、ことを特徴とする請求項１２乃至請求項１６の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体。
【請求項１９】
前記角は、１°以上、５°以下であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１８の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体。
【請求項２０】
前記角は、１°以上、２．５°以下であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１８の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体。
【請求項２１】
請求項１２乃至請求項２０の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体を有することを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹凸加工が施された基板上に、III 族窒化物半導体を結晶成長させる方法及びIII 族窒化物半導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基板上にIII 族窒化物半導体を結晶成長させてIII 族窒化物半導体発光素子を作製する場合、光取り出し効率を向上させるために、サファイア基板のIII 族窒化物半導体の成長面に凹凸加工を施す技術が開発されている（たとえば特許文献１、２）。
【０００３】
特許文献３においては、サファイア基板にストライプの凹凸加工を施し、凸部の上部からＧａＮを縦方向に成長させ、さらに、横方向に成長させて、貫通転位密度の低いＧａＮ半導体を得ることが開示されている。
【０００４】
しかし、これらの方法により、凹凸加工が施されたサファイア基板の面上に、III 族窒化物半導体を成長させた場合、凹部又は凸部の側面付近にボイドが生じるなどしてIII 族窒化物半導体の結晶性、平坦性が悪化してしまうという問題がある。そこで、特許文献４では、凹凸形状における凹部又は凸部の平面視における構成辺が、サファイア基板のａ面に対して交差するようにしている。このように凹部又は凸部を形成すると、サファイア基板の凸部上面と、凹部底面からＧａＮが成長し、凹部又は凸部の側面からはＧａＮが成長しにくくなる。そして成長が進んで結晶同士が合体し始め、ボイドのない結晶性に優れ、平坦性の高いＧａＮが得られる。一方、構成辺をサファイア基板のａ面と平行にすると、凹部又は凸部からの成長したＧａＮの横方向の成長が遅いため、凹部又は凸部の側面付近が埋まりにくく、ＧａＮの表面平坦性が悪化してしまう。
【０００５】
また、特許文献５では、ａ面又はｃ面を主面とするサファイア基板において、凸部の全ての側面がIII 族窒化物半導体の結晶成長を阻害する面とすることが開示されている。また、凸部を六角柱とした時に、平面上の六角形の各辺をｍ軸方向に対して１５°傾斜させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２００５２３
【特許文献２】特開２００５−１０１５６６
【特許文献３】特表２００３−５２６９０７
【特許文献４】特開２００３−３１８４４１
【特許文献５】特開２０１１−７７２６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
凸部上面と凹部底面から主面に垂直な方向にIII 族窒化物半導体を成長させた場合には、ファセット成長により貫通転位が横方向に曲げられるので、成長した半導体の最上面では、貫通転位密度が低下するという利点がある。しかしながら、横方向に曲げられた貫通転位が、凹部と凸部との境界付近に集中するため、成長した半導体層の最上面において、貫通転位密度が不均一となるという欠点がある。
【０００８】
また、凹凸加工された基板を用いて、凸部上面と凹部底面から、縦方向にIII 族窒化物半導体を成長させる場合には、横方向成長させて、段差を埋める必要がある。すなわち、一旦、基板の主面に垂直な方向の成長が支配的となるような成長条件で、III 族窒化物半導体を成長させた後に、横方向が支配的となるような成長条件に切り換えて、III 族窒化物半導体を成長させる必要がある。このため、製法が複雑になるという問題がある。
【０００９】
本発明は、成長条件を変更することなく、段差を埋めた結晶性の良好なIII 族窒化物半導体を製造する方法を確立することである。また、成長した半導体層の上面における貫通転位密度を均一一様にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、III 族窒化物半導体とは異なる材料の基板の表面である主面に凹凸加工を施し、凸部の上面、凹部の底面から、III 族窒化物半導体をIII 族窒化物半導体のｃ軸方向に成長させるIII 族窒化物半導体の製造方法において、凸部又は凹部の側面である加工側面は、成長するIII 族窒化物半導体の低指数面のうち、加工側面に最も平行な面は、ｍ面（１−１００）となり、加工側面の法線ベクトルを主面へ正射影した射影ベクトルを側面ベクトルとするとき、この側面ベクトルと、成長するIII 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルを主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下となるように形成されていることを特徴とするIII 族窒化物半導体の製造方法である。
【００１１】
上記の角度は、２つのベクトルが交差してできる角度のうち小さい方の角度を示している。基板の材料は、凸部の上面、凹部の底面からIII 族窒化物半導体がIII 族窒化物半導体のｃ軸方向に成長するものであれば、任意の結晶構造の材料を用いることができる。例えば、基板には、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮなどのIII 族窒化物半導体基板、ＡｌＮ基板やその他の基板上にＧａＮなどのIII 族窒化物半導体のエピタキシャル成長層が形成されたテンプレート基板などを用いることができる。テンプレート基板を用いる場合には、凹凸加工は、エピタキシャル成長層だけに形成されていても、エピタキシャル成長層から基板に及んでも良い。凸部又は凹部の加工側面は、基板の主面に垂直でも良いが、エッチング加工により生じる傾斜や、意図的な傾斜が存在していても良い。また、一つの加工側面は、法線ベクトルの異なる複数の平面が高さ方向に配設された屈曲平面で構成されていても良い。また、加工側面は、高さ方向に平行な断面の外形が円弧、楕円、放物線、その他の任意曲線である曲面で構成されていても良い。さらに、一つの平面と見做しうる加工側面は、基板の主面に平行な方向に沿って、必ずしも直線である必要はない。一つの平面状の加工側面に対して、曲線であっても、屈折直線であっても良い。
【００１２】
本件発明では、凸部の加工側面が主面に対して垂直でない場合を考慮して、加工側面の法線ベクトルの主面への正射影である射影ベクトルを側面ベクトルとして定義している。すなわち、加工側面の主面に垂直な面からの傾斜角は、本願発明の角度には含まれない。また、凸部の上面と凹部の底面から主面に垂直方向に成長するIII 族窒化物半導体のｃ軸は、主面に垂直であることを基本としているが、多少傾斜していても良い。成長するIII 族窒化物半導体の側面には、ｍ面をテラス、ａ面をステップとする面が表れる。III 族窒化物半導体のｍ面（１−１００）とａ面（１１−２０）とは垂直であり、ｍ軸方向の成長は遅く、ａ軸方向の成長は速い。また、一つの平面状の加工側面が単一平面でない場合には、一つの加工側面における法線ベクトルは、法線ベクトルの平均とする。すなわち、法線ベクトルの面積積分の平均を、一つの側面における法線ベクトルと定義する。
【００１３】
本発明は、加工側面の法線ベクトルの主面へ正射影である側面ベクトルと、成長するIII 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルの主面への射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下の範囲となるように加工側面の方位を決定することが特徴である。凸部の上面及び凹部の底面から基板の主面に垂直にｃ軸成長するIII 族窒化物半導体の側面がｍ面である時には、III 族窒化物半導体は断面が三角形のファセット成長をする。ファセット成長により貫通転位が横方向に曲げられて、成長した半導体層の上面に表れる貫通転位は低減する。しかしながら、主面に平行な方向にも成長しないと、ファセット間の空隙をIII 族窒化物半導体で埋めることができない。
【００１４】
本発明では、成長するIII 族窒化物半導体における加工側面の側面ベクトルに垂直な面（主面に垂直な面）は、ｍ面から基板に垂直な軸の回りに、０．５°以上、６°以下の範囲で回転している。III 族窒化物半導体の側面（主面に垂直として）は、ｃ軸が主面に完全に垂直であれば、ｍ面をｃ軸の回りに、０．５°以上、６°以下の範囲で回転させた面となる。ただし、回転方向は、何れの方向であっても等価である。したがって、成長するIII 族窒化物半導体のａ面（ｍ面に垂直且つｃ軸に平行））の法線ベクトルの主面への射影ベクトルは、側面ベクトル方向の成分を有することになる。この結果、成長するIII 族窒化物半導体は、加工側面に垂直であって主面に平行な方向にも成長することになる。したがって、ｃ軸方向の縦方向成長に、主面に平行な横方向成長が加わり、凹凸加工による段差を埋めることが、縦方向の成長条件を変更することなく可能となる。このような成長方法によると、凸部と凹部の境界付近に貫通転位が高密度で集中することが抑制されて、成長する半導体層の最上面における貫通転位密度を均一一様にすることができる。本発明は、このような思想に基づくものである。
【００１５】
上記発明において、基板を六方晶系結晶の基板とした場合には、次の具体例が考えられる。基板の主面は六方晶系結晶のｃ面であり、加工側面の側面ベクトルと六方晶系結晶のａ面（１１−２０）の法線ベクトルを主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下とすることができる。この場合には、六方晶系結晶のａ面と、成長するIII 族窒化物半導体のｍ面とが平行となるので、加工側面の側面ベクトルと、成長するIII 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルの主面への射影ベクトルとの成す角を０．５°以上、６°以下とすることができる。すなわち、III 族窒化物半導体における加工側面の側面ベクトルに垂直な面は、III 族窒化物半導体のｍ面をｃ軸の回りに、０．５°以上、６°以下の範囲で回転させた面となる。ただし、回転方向は、何れの方向であっても等価である。基板の結晶方位と成長するIII 族窒化物半導体の結晶方位との間のこのような関係は、III 族窒化物半導体と格子定数が異なる六方晶系結晶の基板において成立する。このような六方晶系結晶の基板の典型例は、サファイア基板である。また、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板もこの関係を満たす。
【００１６】
また、基板の主面は六方晶系結晶のａ面であり、側面ベクトルと六方晶系結晶のｃ面（０００１）の法線ベクトルを主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下とすることができる。この場合には、六方晶系結晶のｍ面とIII 族窒化物半導体のａ面とが平行となるので、六方晶系結晶のｃ面とIII 族窒化物半導体のｍ面とが平行となる。したがって、加工側面の側面ベクトルと、成長するIII 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルの主面への射影ベクトルとの成す角を０．５°以上、６°以下とすることができる。すなわち、III 族窒化物半導体における側面ベクトルに垂直な面は、III 族窒化物半導体のｍ面をｃ軸の回りに、０．５°以上、６°以下の範囲で回転させた面とすることができる。ただし、回転方向は、何れの方向であっても等価である。基板の結晶方位と成長するIII 族窒化物半導体の結晶方位との間のこのような関係は、III 族窒化物半導体と格子定数が異なる六方晶系結晶の基板において成立する。このような六方晶系結晶の基板の典型例は、サファイア基板である。また、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板もこの関係を満たす。
【００１７】
また、基板の主面における少なくとも前記凹凸加工が施される部分を、III 族窒化物半導体とした基板を用いることも可能である。すなわち、III 族窒化物半導体から成る基板の表面に凹凸加工を施した場合や、基板上にIII 族窒化物半導体層が形成されたテンプレート基板において、III 族窒化物半導体層に凹凸加工を施す場合には、次のようになる。基板の主面をIII 族窒化物半導体のc 面とした場合に、凸部の上面、凹部の底面から、III 族窒化物半導体がｃ軸方向に成長する。そして、基板のIII 族窒化物半導体のｍ面と、成長するIII 族窒化物半導体ｍ面とは、平行である（一致する）。したがって、加工側面の側面ベクトルと、基板のIII 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルを主面に正射影した射影ベクトルとの成す角を０．５°以上、６°以下としても良い。
【００１８】
また、上記発明において、凸部又は凹部は、主面上において、第１方向に伸びたストライプの第１方向に垂直な第２方向に繰り返される周期構造とすることが望ましい。また、基板を六方晶系結晶を用い、主面をｃ面とした場合には、凹部又は凸部は、隣接する側面が６０°で交差する関係にある正三角柱、菱形柱、正六角柱、正三角錘台、菱形錘台、又は、正六角錘台を用いることができる。また、複数の凹部又は凸部が所定の間隔でハニカム状に配列されていても良い。すなわち、ストライプのように複数の加工側面が平行であることには、限定されるない。要するに、それぞれの平面状の加工側面の方位に関して、上記の条件を満たしていれば、主面に平行な面における凸部又は凹部の形状は任意である。また、必ずしも、周期性を持たせる必要はないが、周期性を持たせることで、結晶性を均一化することができる。
【００１９】
また、側面ベクトルと、成長するIII 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトル、サファイア基板などの六方晶系結晶のｃ面基板を用いた場合に、ａ面の法線ベクトルの主面への射影ベクトル、又は、ａ面基板を用いた場合にｃ面の法線ベクトルの主面への射影ベクトル、少なくとも凹凸加工が施される部分をIII 族窒化物半導体とした基板を用いた場合に、III 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルの主面への射影ベクトルとの成す角は、１°以上、５°以下であることが望ましく、さらに、望ましくは、１°以上、２．５°以下である。
【００２０】
また、上記発明において、凹凸加工の施された基板上にバッファ層を形成し、バッファ層の形成の後に、 III 族窒化物半導体を成長させることをが望ましい。また、バッファ層は、スパッタ法により形成することが望ましい。その他、バッファ層は、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＰＬＤ（パルスレーザ堆積法、レーザアブレーション法）を用いて形成しても良い。
【００２１】
第２の発明は、III 族窒化物半導体とは異なる材料から成り、表面である主面に凹凸加工が施された基板を有し、凸部の上面、凹部の底面から、III 族窒化物半導体を前記III 族窒化物半導体のｃ軸方向に成長させたIII 族窒化物半導体において、凸部又は凹部の側面である加工側面は、成長させたIII 族窒化物半導体の低指数面のうち、加工側面に最も平行な面は、ｍ面（１−１００）となり、加工側面の法線ベクトルを主面へ正射影した射影ベクトルを側面ベクトルとするとき、この側面ベクトルと、成長させたIII 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルを主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下となるように形成されていることを特徴とするIII 族窒化物半導体である。
【００２２】
本発明は、凹凸加工が施された基板上に成長させたIII 族窒化物半導体に関し、凸部又は凹部の側面である加工側面の結晶方位及び成長したIII 族窒化物半導体の結晶方位に特徴を有するものである。本発明においても、基板の主面は六方晶系結晶（例えば、サファイア）のｃ面であり、側面ベクトルと六方晶系結晶のａ面（１１−２０）の法線ベクトルを主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下とすることができる。この場合には、六方晶系結晶のａ面と、成長するIII 族窒化物半導体のｍ面とが平行となるので、加工側面の側面ベクトルと、成長するIII 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルの主面への射影ベクトルとの成す角を０．５°以上、６°以下とすることができる。
【００２３】
また、基板の主面は六方晶系結晶（例えば、サファイア）のａ面であり、側面ベクトルと六方晶系結晶のｃ面（０００１）の法線ベクトルを主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下とすることができる。この場合には、六方晶系結晶のｃ面と、成長するIII 族窒化物半導体のｍ面とが平行となるので、加工側面の側面ベクトルと、成長するIII 族窒化物半導体のｍ面の法線ベクトルの主面への射影ベクトルとの成す角を０．５°以上、６°以下とすることができる。
【００２４】
また、基板の主面における少なくとも凹凸加工が施された部分は、III 族窒化物半導体から成る基板であり、主面は、基板側のIII 族窒化物半導体のｃ面（０００１）であり、側面ベクトルと基板側のIII 族窒化物半導体のｍ面（１−１００）の法線ベクトルを主面へ正射影した射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下とすることができる。
【００２５】
また、本発明においても、第１の発明と同様に、凹凸加工は、複数の平行なストライプに構成しても良いし、正三角柱、菱形柱、正六角柱、正三角錘台、菱形錘台、又は、正六角錘台の島状に形成しても良い。また、これらの形状の島を、所定の間隔でハニカム状に配列しても良い。角は、１°以上、５°以下が望ましく、さらには、１°以上、２．５°以下が望ましい。
【００２６】
また、第３の発明は、第２の発明に係るIII 族窒化物半導体を有する発光素子である。貫通転位が成長した半導体層の上面において、均一一様に形成されるために、発光素子の特性が均一化される。また、製造の歩留りが向上する。
【００２７】
上記の全発明において、III 族窒化物半導体とは、一般式Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１）で表される半導体であり、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの一部を他の第１３族元素（第３Ｂ族元素）であるＢやＴｌで置換したもの、Ｎの一部を他の第１５族元素（第５Ｂ族元素）であるＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉで置換したものをも含むものとする。より一般的には、Ｇａを少なくとも含むＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮを示す。ｎ型不純物としてはＳｉ、ｐ型不純物としてはＭｇが通常用いられる。
【発明の効果】
【００２８】
第１の発明によれば、主面に凹凸加工が施された基板上の凸部の上面、凹部の底面から、III 族窒化物半導体をｃ軸方向に縦方向成長させる時に、成長するIII 族窒化物半導体のａ面の法線ベクトルは、加工側面に垂直で且つ主面に平行な成分を有するようになる。したがって、ｍ軸方向よりはａ軸方向の方が結晶成長速度が速いために、III 族窒化物半導体は、基板の主面に平行な方向にも成長することになる。この結果、縦方向の成長条件だけで、III 族窒化物半導体を主面に垂直な方向にファセット成長させた場合においても、横方向にも成長するので、ファセット面間を埋めることができる。この結果、ファセット成長により貫通転位が曲げられて、成長した半導体層の上面における貫通転位密度を低減できる。また、凸部又は凹部の境界付近において、貫通転位が高密度で集中することもなく、半導体の面上において均一一様な貫通転位密度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１におけるｃ面サファイア基板の主面上において、ストライプの方向を順次連続して変更した凸部と凹部を形成してＧａＮを成長させる方法において、加工側面とストライプの方向との関係を示す説明図。
【図２】実施例２におけるａ面サファイア基板の主面上において、ストライプの方向を順次連続して変更した凸部と凹部を形成してＧａＮを成長させる方法において、加工側面とストライプの方向との関係を示す説明図。
【図３．Ａ】実施例１におけるストライプの方向と試料との関係を示した説明図。
【図３．Ｂ】実施例２におけるストライプの方向と試料との関係を示した説明図。
【図４】実施例１、２の製造方法によるＧａＮの成長初期における断面のＳＥＭ像。
【図５】実施例１、２の製造方法によるＧａＮの厚膜形成時における断面のＳＥＭ像。
【図６】実施例１の製造方法による成長原理を示した説明図。
【図７】実施例１の製造方法により成長させたＧａＮの表面のＳＥＭ像。
【図８】実施例１の製造方法により成長させたＧａＮの貫通転位密度と凸部のストライプの方向との関係を示した測定図。
【図９】実施例１の製造方法により成長させたＧａＮの表面の陰極線ルミネセンス画像。
【図１０】加工側面の法線ベクトルの主面への正射影である側面ベクトルと、サファイアのａ面の法線ベクトルを主面へ正射影した射影ベクトルとの関係を示した説明図。
【図１１】実施例３におけるｃ面サファイア基板の主面に形成された凸部の側面と結晶方位との関係を示した説明図。
【図１２】実施例３における凸部の配置を示したサファイア基板の主面の平面図。
【図１３】実施例４におけるａ面サファイア基板の凸部の側面と結晶方位との関係を示した説明図。
【図１４】実施例５における発光素子の構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】
厚さ５００μｍ、主面をｃ面とするサファイア基板を用いて、加工側面の結晶方位を各種の方位にして、ＧａＮの結晶成長を行った。図１において、１はサファイアの結晶構造、１０は成長するＧａＮの結晶構造を示している。図１に示すように、サファイア基板の主面において、放射状にストライプの凸部２と凹部３を形成した。ドライエッチングにより凹部３を形成することで、凸部２と凹部３を形成した。隣接する凸部２間の間隔は、０．０１°である。凹部３の深さは、０．７μｍである。凹部３の幅は、２．０μｍ、凸部２の幅は２．０μｍである。加工基板をＭＯＣＶＤ成長装置内に設けて、水素ガスでクリーニングを行った後、ＡｌＮから成る低温バッファ層を形成した。その後、縦方向に成長させる成長条件でＧａＮを成長させた。
【００３２】
図１において、サファイア基板の基準線を０°とするとき、１５°の方向に凸部２のストライプが形成されている場合には、凸部２の側面４は、サファイアのａ面であり、ストライプの方向はサファイアのｍ軸である。なお、凸部２の側面４は、正確には、基板の主面には垂直ではないので、側面４は正確にはａ面ではない。しかし、側面４の法線ベクトルの主面への正射影で定義される側面ベクトルは、サファイアのａ面の法線ベクトルである。本発明では、この側面ベクトルの方位が特徴であって、側面４の主面に垂直な面に対して傾斜していることは、問題ではない。したがって、以下、説明を簡単にするために、側面４は主面に垂直とする。
【００３３】
この時、成長するＧａＮの側面、すなわち、サファイアの凸部２の側面４の側面ベクトルに垂直な面は、ＧａＮのｍ面となる。また、４５°の方向に凸部２のストライプが形成されているとき、凸部２の側面４は、サファイアのｍ面であり、ストライプの方向はサファイアのａ軸である。この時、成長するＧａＮの側面、すなわち、サファイアの凸部２の側面ベクトルに垂直な面は、ＧａＮのａ面となる。３０°の方向に凸部２のストライプが形成されているときは、凸部２の側面４は、サファイアのａ面とｍ面との中間の面となり、ストライプの方向はサファイアのｍ軸とａ軸との中間の方位となる。また、凸部２の側面ベクトルに垂直な面は、ＧａＮのｍ面とａ面との中間の面となる。
【００３４】
図３．Ａに示す、凸部のストライプがサファイア基板の基準線に対して４５°の方位であるNo.1、３０°の方位であるNo.2、１５°の方位であるNo.3の場合のＧａＮの成長初期における厚さ５０００Åでのストライプに垂直な断面におけるＳＥＭ像を図４に示す。また、ＧａＮを厚さ５μｍまで、成長させた時のストライプに垂直な断面におけるＳＥＭ像を図５に示す。図４のNo.1、No.2に示す場合には、凸部の側面からの成長は見られない。No.3に示す場合、すなわち、ストライプの方位がサファイアのｍ軸であり、凸部の側面がａ面であり、その側面ベクトルに垂直な面がＧａＮのｍ面である場合には、凸部の側面からの成長が見られる。また、成長するＧａＮは、凸部の上面と、凹部の底面からファセット成長していることが分かる。また、図５から明らかなように、No.1の場合、すなわち、ストライプの方向がサファイアのａ軸、凸部の側面がｍ面であり、側面ベクトルに垂直な面がＧａＮのａ面である場合には、ＧａＮは、ファセット成長しておらず、縦方向に主面上において一様な厚さで成長している。したがって、縦方向の貫通転位密度が高いことが分かる。一方、No.3に示す場合には、ＧａＮは、ストライプに垂直な断面が三角形状にファセット成長し、ファセット面間はＧａＮで埋められていないことが分かる。また、No.2の場合には、ＧａＮのファセット成長は見られず、縦方向に伸びた貫通転位密度が高いことが分かる。
【００３５】
次に、凸部のストライプの方位が、図１における１５°の方位から０．２°づつ回転した１５．０°、１５．２°、１５．４°、１５．６°の場合について、ＧａＮを成長させた。この場合に１μｍの厚さに成長させたＧａＮの表面のＳＥＭ像を図７（ａ）に示す。  ここで、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、凸部２の側面４の法線ベクトルｎの基板２０の主面２１への正射影である側面ベクトルｔと、サファイアのａ面（１１−２０）の法線ベクトルの主面２１への正射影である射影ベクトルｋとの成す角をθと定義する。凸部２のストライプのｍ軸に対する主面上の方位θをｍ軸からｃ軸の回りに０．２°づつ回転するにつれて、成長するＧａＮの側面は、ｍ面がｃ軸方向に傾斜したＳ面（１０−１１）面のテラスと、ａ面がｃ軸方向に傾斜した面のステップが表れていることが分かる。模式的に表現すると、図７の（ｂ）に示すようになる。
なお、凸部２のストライプ方向の回転は、凸部の側面ベクトルｔに垂直な面を、サファイアのａ面から、ｃ軸の回りに０．２°づつ回転することと等価である。
【００３６】
次に、ＧａＮが横方向にも成長する原理について、図６を参照して説明する。図６は、凸部のストライプの方向と、成長するＧａＮの結晶方位との関係を示している。１５．０°の方位、すなわち、凸部のストライプの方位がサファイアのｍ軸（凸部の側面ベクトルに垂直な面がサファイアのａ面）の場合には、凸部の側面とＧａＮのｍ面とが平行となり、ＧａＮのａ軸ベクトルは、凸部の側面に垂直な成分を有さない。凸部のストライプの方位が、１５．０°の方位からｃ軸の回りに０．２°づつ回転するに連れて、凸部の側面とＧａＮのｍ面とは平行ではなくなる。したがって、ＧａＮのａ軸ベクトルは、凸部の側面に垂直な方向の成分を有し、その成分は次第に大きくなる。ＧａＮは、ｍ軸方向への成長速度よりは、ａ軸方向への成長速度が速いために、上記のθが大きくなるにつれて、側面ベクトル方向の横方向成長速度が大きくなる。しかし、θが大きくなり過ぎると、ＧａＮは、ファセット成長しなくなる。
【００３７】
次に、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、凸部２の側面４の法線ベクトルｎの基板２０の主面２１への正射影である側面ベクトルｔと、サファイアのａ面（１１−２０）の法線ベクトルの主面２１への正射影である射影ベクトルｋとの成す角θを変化させた場合に、角θと、５μｍ厚さに成長させたＧａＮの陰極線ルミネセンス画像の暗点密度との関係を図８に示す。なお、サファイアのａ面が主面２１に完全に垂直である場合には、ａ面の法線ベクトルと、主面への射影ベクトルｋとは完全に一致する。また、θは、凸部２のストライプのサファイア基板の基準線に対する方位が図１の１５°の場合に、零である。θ＝０のとき、ストライプの方位は、サファイアのｍ軸であるが、θは、凸部２のストライプの方向とｍ軸との成す角でもある。図９に、陰極線ルミネセンス画像を示す。暗点密度が高いことは、貫通転位密度が高いことを意味する。
【００３８】
図８に示されているように、θが０°の場合、すなわち、凸部２の側面４がサファイアのａ面（側面ベクトルがａ軸）の場合には、ＧａＮはファセット成長のままであるので、表面の滑らかさに大きく欠ける。θが６°から１５°の範囲では、ＧａＮの表面は滑らかであるが、貫通転位密度は高い。θが１５°の場合は、凸部の側面はサファイアのｍ面とａ面との間にある中間の面（側面ベクトルがｍ軸とａ軸との中間の方向）である。θが６°の場合には、貫通転位密度は、４×１０8 ／ｃｍ2 であり、θが６°以下に低下すると、貫通転位密度は、４×１０8 ／ｃｍ2 以下になることが分かる。θが０．５°において、貫通転位密度は４．５×１０7 ／ｃｍ2 に低下していることが分かる。したがって、ファセット間を埋める成長が可能で、貫通転位密度が低い範囲は、θは０．５°以上、６°以下が望ましい。θが６°を越えるとファセット成長は困難となる。
【００３９】
また、貫通転位密度は、θが５°の場合には、３．５×１０8 ／ｃｍ2 、θが３°の場合には、１．７×１０8 ／ｃｍ2 、θが２．５°の場合には、６．５×１０7 ／ｃｍ2 、θが１．５°の場合には、７．５×１０7 ／ｃｍ2 、θが１°の場合には、６×１０7 ／ｃｍ2 である。また、図９からも明らかなように、θが１．５°、３°、７°の場合には、表面が滑らかであるが、θが大きくなるに連れて、貫通転位密度が増加することが分かる。したがって、表面が滑らかで、貫通転位密度が低いＧａＮを得るには、θは、０．５°以上、６°以下が望ましく、さらには、１°以上、５°以下が望ましく、さらには、１°以上、２．５°以下が望ましいことが理解される。
【００４０】
また、ＧａＮと、他の一般式ＡｌＧａＩｎＮで表される４元、３元、２元のIII 族窒化物半導体は、ＧａＮと結晶構造は同一であるので、基板の凸部の側面の結晶面の方位が重要である本件発明のθの範囲は、一般のIII 族窒化物半導体にも適用できる。
【実施例２】
【００４１】
次に、主面をａ面とするサファイア基板を用いた場合について説明する。本実施例の場合も、説明を簡単にするために加工側面は基板の主面に垂直なものとして説明する。図２に示すように、サファイアの主面上に、放射線状に凸部２と凹部３とを０．０１°間隔で形成した。図２において、凸部２のストライプのサファイア基板の基準線に対する方位が０°である場合に、凸部２の側面４はサファイアのｍ面（側面ベクトルがｍ軸）となる。凸部２のストライプの方位が９０°である場合に、凸部２の側面４はサファイアのｃ面（側面ベクトルがｃ軸）となる。ストライプの方位が０°と９０°の中間において、３０°である場合には、凸部２の側面４は、サファイアのｒ面（−１０１２）（側面ベクトルがｒ軸）に近い面であるが、その他の方位では、側面ベクトルに垂直な面は、ｍ面をａ軸の回りに回転させた面となる。
【００４２】
図３．Ｂに示す、凸部のストライプの方位が、No.4( 凸部側面がｃ面) 〜No.10(凸部側面がｍ面) の場合に、結晶成長初期におけるＧａＮの、ストライプに垂直な断面におけるＳＥＭ像を図４に示す。また、５μｍの厚さまで成長させた時のＧａＮの、ストライプに垂直な断面におけるＳＥＭ像を図５に示す。
【００４３】
No.4の場合、すなわち、凸部２の側面４がサファイアのｃ面（側面ベクトルがｃ軸）の場合には、側面４から横方向への成長があり、凸部２の上面と凹部３の底面からＧａＮは断面が三角形状にサファセット成長していることが分かる。凸部２のストライプの方向が３０°の場合、すなわち、凸部２の側面４がｒ面（−１０１２）（側面ベクトルがｒ軸）に近い面の時には、ＧａＮは、凸部２の上面からはファセット成長するが、凹部３の底面からは平坦に縦方向に成長していることが分かる。その他の方位では、ＧａＮは、凸部２の側面４からの支配的な横方向成長はなく、ファセット成長も見られない。
【００４４】
また、図５から明らかなように、No.4に示す場合、すなわち、凸部２の側面４がサファイアのｃ面（側面ベクトルがｃ軸）の場合には、ＧａＮは、断面が三角形状にファセット成長し、ファセット面間はＧａＮが埋められていないことが分かる。また、No.5〜No.10 の場合には、ＧａＮのファセット成長は見られず、縦方向に伸びた貫通転位密度が高いことが分かる。ただし、ＧａＮの表面は平坦である。
【００４５】
以上のことから、ａ面を主面とするサファイア基板を用いて凸部２と凹部３を設けた場合には、凸部２の側面４がサファイアのｃ面（側面ベクトルがｃ軸）である場合に、成長するＧａＮにおける、側面ベクトルに垂直な面は、ＧａＮのｍ面となり、凸部上部、及び凹部底部からＧａＮはファセット成長し、ファセット間はＧａＮにより埋められることはない。この状態は、ｃ面サファイア基板を用いて、凸部の側面をサファイアのａ面とした場合と同一である。したがって、実施例１と同様に、加工側面の法線ベクトルの主面へ正射影である側面ベクトルと、サファイアのｃ面（０００１）の法線ベクトルの主面へ正射影である射影ベクトルとの成す角が０．５°以上、６°以下の範囲において、貫通転位密度を低減させ、且つ、成長させたＧａＮの表面の粗さを滑らかとすることができる。成す角θを０．５°以上、６°以下とすることは、凸部の側面が主面に完全に垂直な場合には、ｃ面をａ軸の回りに、０．５°以上、６°以下の範囲で回転させた面を、凸部の側面とすることと等価である。また、ａ面を主面とするサファイア基板の場合も実施例１と同様に、本発明を一般のIII 族窒化物半導体にも適用することができる。
【実施例３】
【００４６】
本実施例は、凸部を島状に形成した場合である。図１１に示すように、ｃ面を主面とするサファイア基板の表面上に、複数の正六角柱の凸部３１をハニカム状に配列したパターンの凹凸形状をドライエッチングにより形成した。サファイア基板には厚さ５００μｍのものを用い、エッチング深さ（言い換えれば凸部３１の高さである）は、０．７μｍとした。図１２は、凹凸形状を上部から見た図である。凸部３１の上面（図１２の正六角形部分）は、エッチングされずに残されたサファイア基板の表面（主面）であり、各凸部３１間はエッチングによって露出したサファイア基板表面に平行な平坦面である。この平坦面が凹部３２の底面を構成している。凸部３１の上面と凹部３２の底面は、いずれもサファイアのｃ面である。また、凸部３１の対向する２つの側面３１ａの間隔Ｌ１は３μｍ、隣接する凸部３１間の間隔Ｌ２は２μｍとした。ここで、各正六角柱の凸部３１の側面３１ａは、サファイアのｃ面に垂直な面であって、サファイアのａ面（側面ベクトルがａ軸である面）をｃ軸３１ｂの回りに０．５°以上、６°以下の範囲で回転させた面とした。図１１において紙面奥から手前に向かって垂直な方向が＋ｃ軸方向である。
【００４７】
次に、マグネトロンスパッタ装置を用い、高純度のアルミニウムと窒素を原材料として、基板温度５００℃にてスパッタを行い、凹凸形状が形成された側のｃ面サファイア基板上にＡｌＮからなるバッファ層を１０〜３０ｎｍの厚さで形成した。
【００４８】
次に、凹凸形状が形成された側のサファイア基板上に、バッファ層を介してＭＯＣＶＤ法によってｃ面を主面とするＧａＮ層を凸部３１上面及び凹部３２の底面から５μｍの厚さに成長させた。このＭＯＣＶＤ法において、原料ガスにはＴＭＧ（トリメチルガリウム）とアンモニアを用い、キャリアガスには水素と窒素を用いた。
【００４９】
この場合において、成長するＧａＮのｍ面はサファイアのａ面と平行となる。加工側面の側面ベクトルは、ａ軸と成す角θが０．５°〜６°であるので、凸部３１の側面３１ａと平行な面（側面ベクトルに垂直な面）は、成長するＧａＮのｍ面をｃ軸の回りに０．５°〜６°回転させた面となる。この結果、ＧａＮのａ面の法線ベクトルは、凸部３１の側面ベクトル方向の成分を有することになる。この結果、成長するＧａＮは、ファセット成長に加えて主面に平行な方向にも成長するので、ファセット間を埋めるように成長する。この結果、ＧａＮの表面において貫通転位密度が低減された平滑なＧａＮを得ることができる。
【実施例４】
【００５０】
図１３に示すように、本実施例は、ストライプ状の平行な複数の凸部を形成した場合である。ａ面を主面とするサファイア基板の表面に、複数のストライプ状の凸部４１を周期的に繰り返して配列したパターンの凹凸形状をドライエッチングにより形成した。サファイア基板には厚さ５００μｍのものを用い、エッチング深さ（言い換えれば凸部４１の高さである）は、０．７μｍとした。図１３は、凹凸形状を上部から見た図である。凸部４１の上面は、エッチングされずに残されたサファイア基板の表面であり、各凸部４１間はエッチングによって露出したサファイア基板表面に平行な平坦面である。この平坦面が凹部４２の底面を構成している。凸部４１の上面と凹部４２の底面は、いずれもサファイアのａ面である。また、凸部４１の対向する２つの側面４１ａの間隔Ｌ３（凸部４１の幅）は３μｍ、凹部４２の幅Ｌ４は２μｍとした。ここで、各ストライプ状の凸部４１の側面４１ａは、サファイアのａ面に垂直な面であって、サファイアのｃ面（側面ベクトルがｃ軸である面）をａ軸４１ｂの回りに０．５°以上、６°以下の範囲で回転させた面とした。
【００５１】
次に、実施例３と同様に、マグネトロンスパッタ装置を用い、高純度のアルミニウムと窒素を原材料として、基板温度５００℃にてスパッタを行い、凹凸形状が形成された側のａ面サファイア基板上にＡｌＮからなるバッファ層を１０〜３０ｎｍの厚さで形成した。
【００５２】
次に、凹凸形状が形成された側のサファイア基板上に、実施例３と同様に、バッファ層を介してＭＯＣＶＤ法によってｃ面を主面とするＧａＮ層を凸部４１上面及び凹部４２の底面から５μｍの厚さに成長させた。
【００５３】
この場合において、成長するＧａＮのｍ面はサファイアのｃ面と平行となる。加工側面の側面ベクトルは、ｃ軸と成す角θが０．５°〜６°であるので、凸部４１の側面４１ａと平行な面（側面ベクトルに垂直な面）は、成長するＧａＮのｍ面をＧａＮのｃ軸の回りに０．５°〜６°回転させた面となる。この結果、ＧａＮのａ面の法線ベクトルは、凸部４１の側面ベクトル方向の成分を有することになる。この結果、成長するＧａＮは、ファセット成長に加えて主面に平行な方向にも成長するので、ファセット間を埋めるように成長する。この結果、ＧａＮの表面において貫通転位密度が低減された平滑なＧａＮを得ることができる。
【実施例５】
【００５４】
実施例５は、実施例３、実施例４で形成された、ＧａＮの上に、順次、半導体層を形成してIII 族窒化物半導体からなる発光素子を形成した例である。実施例３、４のように凹凸形状が施されたサファイア基板１００上にバッファ層１０１を介してIII 族窒化物半導体からなるｎ型層１０２、発光層１０３、ｐ型層１０４をＭＯＣＶＤ法によって順に積層した。次に、ｐ型層１０４、発光層１０３の一部をドライエッチングによって除去してｎ型層１０２を露出させ、その露出したｎ型層１０２上にｎ電極１０５、ｐ型層１０４上にＩＴＯからなる透明電極１０６を形成し、透明電極１０６上にｐ電極１０７を形成することで、発光素子を作製した。
【００５５】
この発光素子の製造方法では、実施例３、４のＧａＮ層の製造方法と同様の製造方法によってｎ型層１０２、発光層１０３、ｐ型層１０４を形成しているため、ｎ型層１０２、発光層１０３、ｐ型層１０４の貫通転位密度を低減して、結晶性、平坦性を高くすることができ、内部量子効率を向上させることができる。また、サファイア基板１００に凹凸形状を形成するため、光取り出し効率も向上させることができる。したがって、発光素子の光出力を向上させることができる。
【実施例６】
【００５６】
本実施例は、実施例３、４において、サファイア基板に代えてIII 族窒化物半導体基板を用いた例である。この場合には、主面をｃ面とする。凹凸加工は、基板の加工側面の側面ベクトルと基板のｍ面の主面への射影ベクトルとの成す角θを０．５°以上、６°以下となるようにした。凸部は実施例３の六角形、実施例４のストライプとすることができる。この場合に、凸部の上面、凹部の底面からIII 族窒化物半導体基板はｃ軸方向に成長する。また、基板のｍ面と成長するIII 族窒化物半導体のｍ面とが平行となる。この場合にも、成長するIII 族窒化物半導体のａ面の法線ベクトルが側面ベクトル方向の成分を有することになり、III 族窒化物半導体は横方向にも成長する。したがって、縦方向成長条件にて、ファセット成長させつつファセット面間を埋めることができる。また、基板には、サファイア基板上に、ＧａＮ、その他のIII 族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させたテンプレート基板を用いて、III 族窒化物半導体層に同様な凹凸加工を施しても、本件発明を実施することができる。また、ＡｌＮ基板上に、ＧａＮ、その他のIII 族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させたテンプレート基板を用いても、本発明を実施できる。
【００５７】
なお、実施例３において、凹凸形状は正六角柱状の凸部がハニカム状に配列されたパターンとしたが、任意の凹凸形状でよい。たとえば、ｃ面を主面とするサファイア基板の場合には、正六角形、正三角形、正方形、などのドット状の凹部又は凸部が周期的に配列された形状、ストライプ状、格子状などの形状とすることかできる。特に凹部又は凸部が所定の間隔で周期的に複数配列された形状が望ましく、凹部又は凸部の形状は正六角柱や正六角錐台の形状が特に望ましい。発光素子の製造に本発明を適用した場合に、より光取り出し効率を向上させることができるからである。
【００５８】
また、実施例１〜６では、バッファ層をＡｌＮとしたが、これに限るものではなく、Ａｌx Ｇａy Ｎ（ｘ＋ｙ＝１、０≦ｘ、ｙ≦１）であればよい。また、バッファ層は単層でもよいが、複数の層で構成してもよい。実施例３〜５ではバッファ層をスパッタ法によって形成しているが、バッファ層をＭＯＣＶＤ法によって形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、III 族窒化物半導体発光素子の製造方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
２、１０、３１、４１：凸部
３、３２、４２：凹部
４：加工側面
３１ａ、４１ａ：側面
２１：主面  
２０、１００：サファイア基板
１０１：バッファ層
１０２：ｎ型層
１０３：発光層
１０４：ｐ型層
１０５：ｎ電極
１０６：透明電極
１０７：ｐ電極
【図２】
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【図３．Ａ】
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【図３．Ｂ】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１】
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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９】
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