(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃ面を主面とし、前記主面に平面視で長尺形状の凸部が複数設けられたサファイア基板と、
前記サファイア基板の前記主面上に設けられた窒化物半導体層と、を備え、
前記凸部は、短手方向における断面の上部が尖っている形状であり、平面視で、その長尺形状の長手方向の外縁が前記サファイア基板のａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向に伸びる窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記凸部は、長手方向の長さが短手方向の長さの２倍以上である請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記凸部は、長手方向の先端が平面視で半円形である請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記凸部は、前記長尺形状の長手方向を行方向とし、前記長尺形状の短手方向を列方向として、それぞれ所定間隔で行方向および列方向に配列され、前記列方向において互いに隣り合う行の凸部の位置をそれぞれ行方向にずらして配列されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記凸部は、前記長尺形状の長手方向を行方向とし、前記長尺形状の短手方向を列方向として、それぞれ所定間隔で行方向および列方向に配列され、前記列方向において互いに隣り合う行の凸部の位置をそれぞれ行方向に揃えて配列されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記サファイア基板は、
それぞれの前記長尺形状の長手方向の外縁が前記サファイア基板の第１ａ軸を法線とするａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向に伸びる複数の第１凸部を含む第１凸部群と、
それぞれの前記長尺形状の長手方向の外縁が前記サファイア基板の前記第１ａ軸とは異なる第２ａ軸を法線とするａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向に伸びる複数の第２凸部を含む第２凸部群と、
を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第１凸部群を構成する前記第１凸部の長手方向の延長線上に、前記第２凸部群を構成する前記第２凸部が配置され、
前記第２凸部群を構成する前記第２凸部の長手方向の延長線上に、前記第１凸部群を構成する前記第１凸部が配置されている請求項６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記サファイア基板は、
それぞれの前記長尺形状の長手方向の外縁が前記サファイア基板の第１ａ軸を法線とするａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向に伸びる複数の第１凸部を含む第１凸部群と、
それぞれの前記長尺形状の長手方向の外縁が前記サファイア基板の前記第１ａ軸とは異なる第２ａ軸を法線とするａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向に伸びる複数の第２凸部を含む第２凸部群と、
それぞれの前記長尺形状の長手方向の外縁が前記サファイア基板の前記第１ａ軸および第２ａ軸とは異なる第３ａ軸を法線とするａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向に伸びる複数の第３凸部を含む第３凸部群と、
を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記第１凸部群を構成する前記第１凸部の長手方向の延長線上に、前記第２凸部群を構成する前記第２凸部が配置され、
前記第２凸部群を構成する前記第２凸部の長手方向の延長線上に、前記第３凸部群を構成する前記第３凸部が配置され、
前記第３凸部群を構成する前記第３凸部の長手方向の延長線上に、前記第１凸部群を構成する前記第１凸部が配置されている請求項８に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
サファイア基板のｃ面側の表面にマスクを設けてドライエッチングすることで、短手方向における断面の上部が尖っている形状であり、且つ平面視で長尺形状であり、その長尺形状の長手方向の外縁が前記サファイア基板のａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内である凸部を複数形成するエッチング工程と、
前記サファイア基板の前記凸部が形成された側の面上に窒化物半導体層を成長させる半導体層成長工程と、
を含む窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板からの結晶成長により形成される窒化物半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）は通常、サファイア基板上にｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順に積層することにより構成される。従来、発光ダイオードの光取り出し効率を向上させるために、サファイア基板上に予め長尺状の凹部構造または長尺状の凹部と凸部の複合構造を設ける技術が提案されている（特開２００８−５３３８５号公報、特開２００８−９１９４２号公報および特開２０１２−１１４２０４号公報参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記したような長尺状の溝を有するサファイア基板の場合、一定の転位密度低減効果はあるが、溝の底面と溝が形成されていないサファイア基板の上面との間で結晶成長のタイミングが異なると、結晶性が悪化してしまう。
【０００４】
本発明に係る実施形態は、前記の点に鑑みてなされたものであり、一定の転位密度低減効果を有しながら、温度特性を向上させることができる窒化物半導体素子およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子は、ｃ面を主面とし、前記主面に平面視で長尺形状の凸部が複数設けられたサファイア基板と、前記サファイア基板の前記主面上に設けられた窒化物半導体層と、を備え、前記凸部が、平面視で、その長尺形状の長手方向の外縁が前記サファイア基板のａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向に伸びる構成を備える。
【０００６】
また、本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法は、サファイア基板のｃ面側の表面にマスクを設けてドライエッチングすることで、平面視で長尺形状であり、その長尺形状の長手方向の外縁が前記サファイア基板のａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内である凸部を複数形成するエッチング工程と、前記サファイア基板の前記凸部が形成された側の面上に窒化物半導体層を成長させる半導体層成長工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子によれば、長尺形状の凸部を備えるサファイア基板から成長した、転位密度が低い窒化物半導体層を備えているため、温度特性が向上する。また、本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法によれば、長尺形状の凸部を備えるサファイア基板を用いることで、窒化物半導体層の転位密度を低減させることができる。また、これにより窒化物半導体素子の温度特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の全体構成を模式的に示す断面図である。
【図２】サファイア基板におけるサファイア結晶の面方位を模式的に示す図であって、図２（ａ）は、ユニットセル図、図２（ｂ）は、サファイア結晶構造の平面図、である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子用基板を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子用基板に形成された凸部を模式的に示す図であって、図４（ａ）は、凸部の斜視図、図４（ｂ）は、凸部の平面図、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＸ１−Ｘ１断面図、図４（ｄ）は、図４（ｂ）のＸ２−Ｘ２断面図、図４（ｅ）は、図４（ｂ）のＸ３−Ｘ３断面図、である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、窒化物半導体の結晶成長の方向と転位の収束の様子を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）は、長手方向の外縁が第１方向に伸びている凸部におけるファセットの集合部を示す図であり、図６（ｂ）は、長手方向の外縁が第１方向に直交する方向に伸びている凸部におけるファセットの集合部を示す図である。
【図７】長尺状の凸部を設けたサファイア基板上にＧａＮを成長させた状態を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を元に作成した模式図であり、図７（ａ）および図７（ｂ）は、凸部の長手方向の外縁がサファイア基板のａ面方向に伸びる例を示す図であり、図７（ｃ）および図７（ｄ）は、凸部の長手方向の外縁がサファイア基板のｃ面方向に伸びる例を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子用基板の製造方法を模式的に示す図であって、図８（ａ）は、マスク形成工程を側面から観察した断面図であり、図８（ｂ）は、マスク形成工程を正面から観察した断面図であり、図８（ｃ）は、エッチング工程における途中経過を側面から観察した断面図であり、図８（ｄ）は、エッチング工程における途中経過を正面から観察した断面図であり、図８（ｅ）は、エッチング工程においてドライエッチングが終了した状態を側面から観察した断面図であり、図８（ｆ）は、エッチング工程においてドライエッチングが終了した状態を正面から観察した断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を模式的に示す図であって、図９（ａ）は、バッファ層形成工程を側面から観察した断面図であり、図９（ｂ）は、半導体成長工程における途中経過を正面から観察した断面図であり、図９（ｃ）は、半導体成長工程における途中経過を正面から観察した断面図であり、図９（ｄ）は、半導体層成長工程を側面から観察した断面図であり、図９（ｅ）は、半導体層成長工程の後に電極を形成した窒化物半導体素子の一例を示す平面図であり、図９（ｆ）は、半導体層成長工程の後に電極を形成した窒化物半導体素子の一例を示す断面図であって、図９（ｅ）のＸ４−Ｘ４断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る窒化物半導体素子用基板を模式的に示す平面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る窒化物半導体素子用基板を模式的に示す平面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る窒化物半導体素子用基板を模式的に示す平面図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る窒化物半導体素子用基板に形成された凸部を模式的に示す図であって、図１３（ａ）は、凸部の斜視図であり、図１３（ｂ）は、凸部の平面図であり、図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）のＸ５−Ｘ５断面図であり、図１３（ｄ）は、図１３（ｂ）のＸ６−Ｘ６断面図であり、図１３（ｅ）は、図１３（ｂ）のＸ７−Ｘ７断面図であり、図１３（ｆ）は、図１３（ｂ）のＸ８−Ｘ８断面図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る窒化物半導体素子用基板を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、本発明の実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係等が誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称および符号については原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略することとする。
【００１０】
＜第１実施形態＞
［窒化物半導体素子の構成］
本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の構成について、図１〜図４を参照しながら説明する。窒化物半導体素子１は、図１に示すように、窒化物半導体素子用基板であるサファイア基板１０と、バッファ層２０と、窒化物半導体層３０とが積層された構造を備えている。
【００１１】
サファイア基板（窒化物半導体素子用基板）１０は、窒化物半導体層３０を支持するとともに窒化物半導体（例えばＧａＮ）を成長させるためのものである。サファイア基板１０は、図１および図３に示すように平板状に形成され、その上面に平面視で長尺形状の凸部１１が複数形成されている。また、サファイア基板１０は、前記した凸部１１を含めて、全体として例えば５０μｍ〜３００μｍの範囲の厚さに形成されている。
なお、「平面視で長尺形状」とは、平面視において、その形状の長さが最大となる方向（長手方向）の長さが、その形状の長さが最小となる方向（短手方向）の長さより長い形状を意味し、好ましくは、後述するように、長手方向の長さは短手方向の長さの２倍以上である。
【００１２】
凸部１１は、窒化物半導体素子１の光取り出し効率を向上させるとともに、サファイア基板１０上に窒化物半導体を結晶成長させる際に、転位密度を低減させることができるものである。ここで、サファイア基板１０は、図２（ａ）に示すように、六方晶の結晶構造を有するサファイア結晶ＳＣで構成されており、ｃ面（（０００１）面）を主面としている。なお、本明細書におけるｃ面とは、ｃ面に対してやや傾斜したオフ角が付されたものであってもよい。オフ角の角度は例えば３°以下程度である。前記した凸部１１は、この主面であるｃ面側の表面に形成されている。また、サファイア結晶ＳＣは、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ｃ面の他にも、ユニットセル図における六角柱の側面である６つのｍ面と、ａ１軸、ａ２軸、ａ３軸の１つにそれぞれ直交する３つのａ面を有している。ｍ面に直交する方向がｍ軸方向であり、ｍ軸方向は、ａ１軸、ａ２軸、ａ３軸の１つとそれぞれ３０度異なる方向に伸びる３つの方向がある。
【００１３】
凸部１１は、図１および図３に示すように、それぞれ同一形状で多数（複数）が配列するように形成されてよい。また、凸部１１は、図３に示すように平面視すると、サファイア基板１０のｃ面（主面）側（図１および図３では上面側）の表面において、当該凸部１１の長手方向（図３では左右方向）および短手方向（図３では上下方向）にそれぞれ所定間隔で配列されてよい。
【００１４】
凸部１１は、具体的には図３に示すように、長尺形状の長手方向を行方向とし、長尺形状の短手方向を列方向として、それぞれ所定間隔で行方向および列方向に配列され、当該列方向において互いに隣り合う行の凸部１１の位置をそれぞれ行方向にずらして配列されてよい。言い換えると、列方向において次行の凸部１１の位置と前行の凸部１１の位置とを行方向にずらして配列されてよい。すなわち、凸部１１は、平面視でそれぞれの中心が三角形格子の頂点に位置するように配置されてよい。なお、前記した凸部１１の中心とは、当該凸部１１の長手方向の中心線と短手方向の中心線とが交わる点のことを意味している。
【００１５】
凸部１１間の間隔（最短距離）は、例えば長手方向および短手方向ともに０．３μｍ〜２μｍの範囲内とすることが好ましい。また、凸部１１の長手方向の長さおよび短手方向の長さは、例えばそれぞれ１μｍ〜１５μｍおよび１μｍ〜５μｍの範囲内とすることが好ましく、凸部１１の高さは、例えば０．５μｍ〜２．５μｍの範囲内とすることが好ましい。なお、凸部１１の個数は、サファイア基板１０の面積に応じて、前記した凸部１１間の間隔および長さを考慮して決定される。例えば、凸部１１は、サファイア基板１０の全面にわたって均等に配置されている。凸部１１の長さは、長手方向の長さが短手方向の長さの２倍以上であることが好ましい。
【００１６】
凸部１１は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、平面視で長尺形状に形成されている。また、凸部１１は、図４Ａおよび図４（ｂ）に示すように、長手方向の両端のそれぞれが略同一形状に形成されてよく、平面視でそれぞれ半円形状に形成されてよい。そして、凸部１１は、図４（ｄ）および図４（ｅ）に示すように、短手方向における断面（短手方向に平行な断面）の上部が平面ではなく尖っている形状を呈してよい（「尖っている形状」として、図４（ｄ）および図４（ｅ）のように、曲率の変化が不連続となる部分（角部）を有する形状を例示できる。）。つまり、凸部１１は、短手方向の断面形状において、高さの所定位置から頂部に向かって鋭角な三角形頂部となるように形成してよい。
【００１７】
ここで、凸部１１の断面形状が台形状等の上平面のある形状である場合、その上平面（ｃ面）からも窒化物半導体が成長することになる。そして、この上面から成長する窒化物半導体は横方向にほとんど成長しないため、成長方向に発生した複数の転位が収束せず、窒化物半導体表面の転位密度が増大することになる。一方、前記したように凸部１１の断面形状に上平面が存在しない場合、凸部１１の上部からの成長が抑制されて窒化物半導体が横方向に成長する。そのため、この凸部１１は、成長方向に発生した複数の転位が収束し、転位密度が低減されることになる。
【００１８】
また、結晶成長においては比較的安定な結晶面がファセット面として現れる傾向があり、六方晶の窒化物半導体（例えばＧａＮ）は、窒化物半導体のａ面からやや傾斜した面をファセット面として結晶成長する。よって、凸部１１の長手方向の先端が平面視で半円形状であれば、各ファセット面をほぼ均等な幅で成長させることができ、窒化物半導体を当該半円の中心付近に向かって接合させることができる。また、凸部１１の長手方向の長さは短手方向の長さの２倍以上であることが好ましく、これにより、後述するようにサファイア基板１０のｃ面領域（凸部１１が形成されていない平坦な領域）から発生した転位を横方向に進行させることができ、窒化物半導体の表面に現れる貫通転位の数を減少させることができる。また、凸部１１の両側から成長する窒化物半導体が凸部１１上で接合しやすいように、凸部１１の長手方向の長さは長すぎないことが好ましい。具体的には、凸部１１の長手方向の長さは短手方向の長さの２０倍以下であることが好ましく、１０倍以下であることがさらに好ましい。別の観点からは、凸部１１の長手方向の長さは、少なくともサファイア基板１０の一方の端から他方の端まで届かない程度の長さであることが好ましく、さらには、窒化物半導体素子の一方の端から他方の端まで届かない程度の長さであることが好ましい。
【００１９】
凸部１１は、図３に示すように、平面視でその長尺形状の長手方向の外縁（外縁の長手方向に略平行な部分）が第１方向に伸びてよい。この第１方向は、前記したサファイア基板１０のａ面（図２参照）に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向を意味している。なお、ここでのａ面は、ａ１軸、ａ２軸、ａ３軸のうちのいずれに直交するａ面であっても構わない。
【００２０】
このように、サファイア基板１０上に凸部１１を形成することで、図５（ａ）の破線矢印に示すように、窒化物半導体の結晶成長の際に、窒化物半導体がサファイア基板１０のｃ面（凸部１１が形成されていない平坦面）から主に成長するため、凸部１１上で合わさる（サファイア基板の異なる部分から成長した窒化物半導体同士が凸部１１上で接合する）ように横方向にも成長させることができる。
【００２１】
図１に戻って窒化物半導体素子１の構成について説明を続ける。バッファ層２０は、サファイア基板１０と当該サファイア基板１０上に成長させる窒化物半導体との格子定数差を緩衝させるためのものである。バッファ層２０は、サファイア基板１０と窒化物半導体層３０との間に形成されている。このバッファ層２０は例えばＡｌＮで構成される。バッファ層２０は、後記するように、窒化物半導体素子用基板の製造方法のバッファ層形成工程において、例えば所定条件下でスパッタリングを行うことで形成することができる。バッファ層２０は、例えば図１に示すようなサファイア基板１０を被覆する層状であるが、一部でサファイア基板１０が露出していてもよい。
【００２２】
窒化物半導体層３０は、窒化物半導体素子１がＬＥＤチップ等の発光素子である場合には、発光部を構成するものである。この場合、窒化物半導体層３０は、図１に示すように、サファイア基板１０のｃ面（主面）上にバッファ層２０を介して形成されており、ｎ型半導体層３１、活性層３２およびｐ型半導体層３３が下からこの順に積層された構造を有してよい。活性層３２は、例えば井戸層（発光層）と障壁層とを有する量子井戸構造である。
【００２３】
窒化物半導体層３０は、ＧａＮ，ＡｌＮもしくはＩｎＮ，またはこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１））から構成される。ＩＩＩ族元素は、一部または全部にＢを用いてもよく、Ｖ族元素は、Ｎの一部をＰ，Ａｓ，Ｓｂで置換した混晶であってもよい。
【００２４】
ここで、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して、結晶成長と転位についての説明をする。凸部１１が形成されていない平坦なサファイア基板１０を用いる場合は窒化物半導体が横方向に成長することができないが、前記したようにサファイア基板１０上に凸部１１が形成されている場合、窒化物半導体の成長時において、窒化物半導体が横方向にも成長することができる。基本的に転位は結晶の成長方向に進行するため、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、窒化物半導体が凸部１１上に向かって横方向に成長することで、窒化物半導体中の転位も凸部１１上に向かって横方向に進行する。そして、凸部１１上において窒化物半導体が接合されることで転位も凸部１１上に収束され、最終的な窒化物半導体の表面の転位が減少する。このように、窒化物半導体がファセット面を露出した状態を維持しながら徐々に接合されていくことで、凸部１１上での新たな転位の発生も抑制でき、最終的に窒化物半導体層３０の転位密度が低くなる。このとき、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、窒化物半導体がファセット面を露出した状態の時間が長い（ファセット面を露出した状態で成長した膜厚が厚い）方が、転位が収束されやすく、転位の数を減少させやすい。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）では、横方向成長中の転位の進行方向が一方向であるが、転位の進行方向は途中で変化することがある。例えば、初期は上方向に進行し、途中から横方向または斜め上方向に進行することがある。
【００２５】
凸部１１を、その長手方向の外縁がサファイア基板１０のａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向に伸びる形状とすることで、窒化物半導体が凸部１１上で合わさるまでの時間を長くすることができる。これについて、以下、窒化物半導体の代表的な１つであるＧａＮを例にして説明する。
【００２６】
六方晶系のＧａＮは、上方向をｃ軸方向として結晶成長する。そして、横方向においてはａ軸方向よりもｍ軸方向のほうが成長しにくいため、平面視でＧａＮのａ面（サファイア基板１０のｃ面と垂直に交わる面）に等価な面とサファイア基板１０のｃ面の交線を底辺とするファセット面を維持して成長する傾向がある。このとき、ＧａＮのａ面はサファイア基板１０のｍ面と同一平面に位置している。つまり、ＧａＮは、平面視でサファイア基板１０のｍ面と一致する線を底辺とするファセット面を維持して成長する傾向にある。そこで、サファイア基板１０の表面に、サファイア基板１０のｍ面と異なる面（典型的にはａ面）に沿って長手方向の外縁が伸びる長尺形状の凸部１１を配置する。これにより、凸部１１の長手方向の外縁がＧａＮのａ面と一致しなくなり、ファセット面の底辺が凸部１１の長手方向の外縁と非平行になる。
【００２７】
その結果、凸部１１の長手方向の外縁がＧａＮのａ面と一致する場合、つまりファセット面の底辺が凸部１１の長手方向の外縁と平行である場合と比べて、凸部１１の短手方向におけるＧａＮの成長速度が遅くなる。従って、凸部１１上において横方向成長をする時間が長くなり、転位が収束しやすいので、転位密度を低減することができる。また、窒化物半導体が成長しやすい方向（ａ軸方向）が凸部１１の短手方向と一致していると、凸部１１の両側から成長した窒化物半導体が正面から接合するため、接合する際に新たな刃状転位が発生するおそれがある。そこで、凸部１１の短手方向を窒化物半導体が成長しやすいａ軸方向からずらして配置することにより、ａ軸方向に成長する窒化物半導体が正面から接合せず、凸部１１でＧａＮの結晶が接合する際に、新たな刃状転位の発生を抑制することができると考えられる。
【００２８】
また、窒化物半導体素子１は、前記したように窒化物半導体の成長面が凸部１１の長手方向の外縁と一致しないので、先端部付近から徐々に窒化物半導体が接合し、凸部１１の中心付近に収束する。そのため、図６（ａ）の太線で示すように、平面視で転位が残る範囲が小さく（狭く）、転位密度も小さい傾向にある。一方、例えば図６（ｂ）に示すように、凸部１１１の長手方向の外縁がサファイア基板１０のａ面に対して−１０°〜＋１０°の範囲内となる方向に伸びていない場合（例えば第１方向と直交する方向に伸びている場合）、凸部１１１の長手方向の外縁が窒化物半導体の成長面とほぼ一致するので、凸部１１１の長手方向の中心線付近でほぼ同時に窒化物半導体が合わさり、それ以上は横方向に成長することができない。そのため、図６（ｂ）の太線で示すように、平面視で転位が残る範囲が大きく（広く）、転位密度も大きくなる傾向にある。
【００２９】
次に、長尺形状の凸部を設けたサファイア基板上にＧａＮを成長させた例を図７（ａ）〜図７（ｄ）に示す。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、サファイア基板上にバッファ層を形成し、ＧａＮを成長させた状態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を元に作成した模式図である。凸部１１および凸部１１１はそれぞれ、長手方向の長さが約１０μｍであり、短手方向の長さが約２．６μｍであり、高さが約１．４μｍである。図７（ａ）および図７（ｂ）は、凸部１１の長手方向の外縁がサファイア基板のａ面方向に伸びる例であり、ＧａＮの膜厚は、図７（ａ）が約０．５μｍ、図７（ｂ）が約１．５μｍである。太線で囲まれた、図中の横方向に伸びる領域が凸部１１であり、それ以外の領域がＧａＮである。図７（ｂ）に示すように、この例では凸部１１の長手方向の外縁がＧａＮの成長面と一致しないため、凸部１１の先端部ではＧａＮが合わさり始めているが、凸部１１の中心付近ではＧａＮのファセット間の距離はまだ大きく、ＧａＮのファセット間の距離が一定ではない。このようなＧａＮをさらに成長させれば、ＧａＮは凸部１１の先端付近から徐々に合わさり、凸部１１の中心付近に収束する。
【００３０】
一方、図７（ｃ）および図７（ｄ）は、凸部１１１の長手方向の外縁がサファイア基板のｍ面方向に伸びる例であり、ＧａＮの膜厚は、図７（ｃ）が約０．５μｍ、図７（ｄ）が約１．５μｍである。図７（ｄ）に示すように、この例では凸部１１１の長手方向の外縁がＧａＮの成長面と一致するため、凸部１１１の長手方向の両側からＧａＮがほぼ平行に成長しており、ＧａＮのファセット間の距離はほぼ一定である。このようなＧａＮをさらに成長させれば、両側から成長したＧａＮが凸部１１１の長手方向の中心線付近でほぼ同時に合わさる。
【００３１】
以上のような構成を備える第１実施形態に係る窒化物半導体素子１は、長尺形状の凸部１１を備えるサファイア基板１０から成長した、転位密度が低い窒化物半導体層３０を備えているため、温度特性が向上する。ここでいう温度特性の向上とは、雰囲気温度を上昇させたときの出力の変化度合が小さいことを指す。例えば常温雰囲気（例えば２５℃）で駆動させたときの窒化物半導体素子１の出力を１とすると、高温雰囲気（例えば１００℃）で駆動させたときの窒化物半導体素子１の出力は１よりも低くなるが、その低下度合が小さいことを指す。このような温度特性の向上は、転位密度の低減により、転位に起因する電子のトラップが減少したことによると推測される。より詳細に言えば、窒化物半導体層３０のうち特に活性層３２の転位密度が低いことで温度特性が向上すると考えられる。活性層３２の転位密度は、その下地となるｎ型半導体層３１の表面に現れる転位の密度で決定することができるため、特にｎ型半導体層３１の表面の転位密度を小さくすることが好ましい。
【００３２】
［窒化物半導体素子の製造方法］
以下、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子１の製造方法について、図８（ａ）〜図８（ｆ）および図９（ａ）〜図９（ｆ）を参照しながら説明する。なお、以下では、窒化物半導体素子１がＬＥＤチップである場合の製造方法を説明する。
【００３３】
まず窒化物半導体素子用基板の製造方法について説明する。窒化物半導体素子用基板の製造方法は、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すマスク形成工程と、図８（ｃ）〜図８（ｆ）に示すエッチング工程と、をこの順で行う。なお、図８（ａ）と図８（ｂ）、図８（ｃ）と図８（ｄ）、図８（ｅ）と図８（ｆ）は、それぞれ同じ工程について視点を変えて示した図である。図８（ａ）、図８（ｃ）、図８（ｅ）は側面から観察した断面図であり、図８（ｂ）、図８（ｄ）、図８（ｆ）は正面から観察した断面図である。なお、側面から観察した断面図とは凸部１１の長手方向の側面（長手方向に平行な側面）から観察した断面図であり、正面から観察した断面図とはそれと直交する方向から観察した断面図である。
【００３４】
マスク形成工程は、サファイア基板１０上にマスクを設ける工程である。マスク形成工程では、具体的には図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、平板状のサファイア基板１０のｃ面側の表面に例えばＳｉＯ２を成膜し、パターニングすることで、凸部１１を形成する領域を被覆する複数の長尺形状のマスクＭを形成する。
【００３５】
エッチング工程は、サファイア基板１０をエッチングする工程である。エッチング工程では、具体的には図８（ｃ）〜図８（ｆ）に示すように、マスクＭが配置されたサファイア基板１０をドライエッチングすることで、当該サファイア基板１０のｃ面側の表面に、平面視で長尺形状であり、その長尺形状の長手方向の外縁がサファイア基板１０のａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内である凸部１１を複数形成することができる。なお、マスクの材料としてエッチングされない材料を用いてエッチングを行う場合には、長尺形状のマスクを使用してエッチングを行うと、凸部１１の上部が正面視（つまり、図８（ｂ）、図８（ｄ）、図８（ｆ）と同様の方向から観察した場合）で平面状となる。しかし、本実施形態ではマスクＭとしてエッチングされる材料を用いることで、この第１エッチング工程において、サファイア基板１０上のマスクＭもエッチングされ、マスクＭが上面だけでなく側面からも徐々にエッチングされ、マスクＭの径が小さくなるため、サファイア基板１０上に凸部１１の上部が正面視で上端が尖った半球状等のドーム状にエッチングされる。凸部１１が平坦な上面（ｃ面）のある形状であると、上面から窒化物半導体が成長してしまうため、半球状等の平坦な上面のない形状であることが好ましい。
【００３６】
ドライエッチングの具体的な手法としては、例えば気相エッチング、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング等を用いることができ、その際のエッチングガスとしては、例えばＣｌ２，ＳｉＣｌ４，ＢＣｌ３，ＨＢｒ，ＳＦ６，ＣＨ４，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３，Ｃ４Ｆ８，ＣＦ４、不活性ガスのＡｒ等が挙げられる。
【００３７】
次に窒化物半導体素子１の製造方法について説明する。窒化物半導体素子１の製造方法は、前記した窒化物半導体素子用基板の製造方法（図８（ａ）〜図８（ｆ）参照）の後に、さらに、図９（ａ）に示すバッファ層形成工程と、図９（ｂ）に示す半導体層成長工程と、をこの順で行う。なお、図９（ａ）、図９（ｄ）および図９（ｅ）と、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、それぞれ視点を変えて示した図であり、図９（ａ）、図９（ｄ）および図９（ｅ）は側面から観察した断面図であり、図９（ｂ）および図９（ｃ）は正面から観察した断面図である。
【００３８】
また、窒化物半導体素子１は、前記した窒化物半導体素子用基板の製造方法（図８参照）とは異なる方法により、例えば図８（ｅ）および図８（ｆ）に示すような複数の長尺形状の凸部１１が形成されたサファイア基板１０を予め準備して基板準備工程とし、その基板準備工程の後に、図９（ａ）に示すバッファ層形成工程と、図９（ｂ）〜図９（ｄ）に示す半導体層成長工程と、をこの順で行っても構わない。
【００３９】
バッファ層形成工程は、サファイア基板１０上にバッファ層２０を形成する工程である。バッファ層形成工程では、具体的には図９（ａ）に示すように、凸部１１が形成されたサファイア基板１０上に、例えばスパッタリングによってバッファ層２０を形成する。バッファ層形成工程は省略することもできるが、行うことが好ましい。バッファ層２０は、例えば図９（ａ）に示すようにサファイア基板１０を被覆する層状であるが、一部でサファイア基板１０が露出していてもよい。
【００４０】
半導体層成長工程は、サファイア基板１０の凸部１１が形成された側の面上に窒化物半導体層３０を成長させ、発光素子構造を形成する工程である。半導体層成長工程では、具体的には図９（ｂ）〜図９（ｄ）に示すように、凸部１１が形成されたサファイア基板１０のｃ面側の表面に、バッファ層２０を介してｎ型半導体層３１を結晶成長させる。その際、ｎ型半導体層３１は、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、各凸部１１の間の領域から上方向および横方向に成長し、凸部１１を覆うように成長する。凸部１１を完全に覆うまでは、ｎ型半導体層３１を構成する窒化物半導体はサファイア基板１０の表面に対して斜めの成長面（ファセット面）を維持しながら成長する。続いて、ｎ型半導体層３１の上に活性層３２を成長させ、さらにｐ型半導体層３３を成長させ、活性層３２を含む発光素子構造を形成する。なお、凸部１１上で接合するまでは意図的に不純物を添加しないアンドープの窒化物半導体層を成長させ、その後、ｎ型不純物を添加してｎ型の窒化物半導体層を成長させてもよい。また、少なくとも凸部１１上で接合するまでは、ＧａＮからなる窒化物半導体を成長させることがさらに好ましい。また、発光素子構造に代えて、電界効果トランジスタ等の他の素子構造を形成することもできる。
【００４１】
以上の工程を経ることで、図９（ｄ）に示すような窒化物半導体素子１を製造することができる。次に、窒化物半導体素子１が半導体発光素子（ＬＥＤチップ）である場合の具体例を、図９（ｅ）および図９（ｆ）に示す。図９（ｅ）および図９（ｆ）に示す窒化物半導体素子２は、凸部１１を有するサファイア基板１０と、その上に設けられたｎ型半導体層３１、活性層３２、ｐ型半導体層３３を有しており、部分的にｎ型半導体層３１が露出されてｎ電極４０が設けられ、ｐ型半導体層３３の表面に全面電極５０およびｐ電極６０が設けられている。前記した半導体層成長工程の後に電極形成工程を行うことで、これらの電極を備えた窒化物半導体素子を製造することもできる。すなわち、図９（ｅ）および図９（ｆ）に示すように、まずドライエッチング等によってｐ型半導体層３３および活性層３２の一部領域を除去してｎ型半導体層３１の一部を露出させる。次に、露出させたｎ型半導体層３１上にｎ電極４０を形成し、ｐ型半導体層３３上に全面電極５０を形成し、全面電極５０上にｐ電極６０を形成することで、図９（ｅ）および図９（ｆ）に示すような窒化物半導体素子２を製造することができる。なお、前記した半導体層成長工程の後に、前記した発光素子構造およびサファイア基板１０を分割し、素子に個片化する個片化工程を含んでよい。このとき、電極形成工程は、半導体層成長工程の後であって個片化工程の前に行なってよい。
【００４２】
このように、窒化物半導体素子１の製造方法は、サファイア基板１０上に形成された凸１１の長手方向の外縁が、当該サファイア基板１０のａ面に対して−１０°〜＋１０°の範囲内となるように伸びているため、窒化物半導体の結晶成長の際に窒化物半導体が横方向に成長する時間が長くなる。これにより、窒化物半導体の結晶成長時に発生した転位が狭い範囲に収束しやすくなり、窒化物半導体層３０の転位密度が低くなる。従って、窒化物半導体素子１の温度特性を向上させることができる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子およびその製造方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨（本発明の技術的範囲）はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨（本発明の技術的範囲）に含まれることはいうまでもない。
【００４４】
例えば、前記した窒化物半導体素子１のサファイア基板１０は、長尺形状の凸部１１が図３に示すように配列されていたが、配列方法はこれに限定されない。以下、窒化物半導体素子における凸部１１配置のその他の形態について説明する。なお、以下で説明するその他の形態に係る窒化物半導体素子は、サファイア基板１０以外の構成（図１参照）、凸部１１の具体的構成（図４参照）、および製造方法（図８参照）については、第１実施形態に係る窒化物半導体素子１と同様であるため、それらの説明は省略する。
【００４５】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る窒化物半導体素子の凸部１１は、図１０に示すように平面視すると、サファイア基板１０Ａのｃ面側の表面において、当該凸部１１の長手方向（図１０では左右方向）および短手方向（図１０では上下方向）にそれぞれ所定間隔で配列されている。また、凸部１１は、具体的には図１０に示すように、長尺形状の長手方向を行方向とし、長尺形状の短手方向を列方向として、それぞれ所定間隔で行方向および列方向に配列され、当該列方向において互いに隣り合う行の凸部１１の位置が同じになるように配列され、且つ、行方向において互いに隣り合う列の凸部１１の位置をそれぞれ列方向にずらして配列されてよい。言い換えると、列方向において次行の凸部１１の位置を前行の凸部１１の位置に揃えて配列されてよく、且つ、凸部１１は、行方向において、次列の凸部１１の位置と前列の凸部１１の位置とがずらして配置されてよい。すなわち、凸部１１は、平面視でそれぞれの中心が三角格子の頂点に位置するように配置されている。
【００４６】
ここで、凸部１１は、図１０に示すように、平面視でその長尺形状の長手方向の外縁が第１方向に伸びてよい。この第１方向は、前記したサファイア基板１０Ａのａ面に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向を意味している。
【００４７】
以上のような構成を備える第２実施形態に係る窒化物半導体素子は、サファイア基板１０Ａ上に配置された凸部１１の長手方向の外縁が、サファイア基板１０Ａのａ面に対して−１０°〜＋１０°の範囲内となるように伸びている場合、窒化物半導体の結晶成長の際に窒化物半導体が横方向に成長する時間が長くなる。これにより、窒化物半導体の結晶成長時に発生した転位が狭い範囲に収束しやすくなり、窒化物半導体層３０の転位密度が低くなる。従って、第２実施形態に係る窒化物半導体素子は、転位密度が低い窒化物半導体層３０を備えているため、温度特性が向上する。
【００４８】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る窒化物半導体素子は、図１１に示すように平面視すると、サファイア基板１０Ｂのｃ面側の表面において、複数の凸部１１が長手方向の外縁を対向させて、角度の異なる方向にそれぞれ所定間隔で配列されている。この凸部１１は、具体的にはその長尺形状の長手方向の外縁が第１方向に伸びる第１凸部群（第１群）１１Ａと、その長尺形状の長手方向の外縁が第２方向または第３方向に伸びる第２凸部群（第２群）１１Ｂと、から構成される（第３実施形態に係る窒化物半導体素子は第１凸部群１１Ａと第２凸部群１１Ｂとを含んでよい。）。
【００４９】
ここで、第１方向、第２方向および第３方向とは、以下の方向を意味している。第１方向とは、前記したサファイア基板１０Ｂのａ１軸、ａ２軸またはａ３軸のいずれか一方向である第１ａ軸（例えばａ１軸）を法線とするａ面（図２（ａ）および図２（ｂ）参照）に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向である。第２方向とは、前記したサファイア基板１０Ｂのａ１軸、ａ２軸またはａ３軸のいずれか一方向であって第１ａ軸と異なる第２ａ軸（例えばａ２軸）を法線とするａ面（図２（ａ）および図２（ｂ）参照）に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向である。第３方向とは、前記したサファイア基板１０Ｂのａ１軸、ａ２軸またはａ３軸のいずれか一方向であって第１ａ軸および第２ａ軸と異なる第３ａ軸（例えばａ３軸）を法線とするａ面（図２（ａ）および図２（ｂ）参照）に対して−１０°〜＋１０°の角度の範囲内となる方向である。
【００５０】
なお、第２凸部群１１Ｂは、その長尺形状の長手方向の外縁が第２方向または第３方向のどちらに伸びていても構わないが、ここでは一例として第２方向に伸びている例を図示している。
【００５１】
第３実施形態に係る窒化物半導体素子は、図１１に示すように、第１凸部群１１Ａを構成する凸部（第１凸部）１１の長手方向の延長線上に、第２凸部群１１Ｂを構成する凸部（第２凸部）１１が角度を変えて配置され、第２凸部群１１Ｂを構成する凸部（第２凸部）１１の長手方向の延長線上に、第１凸部群１１Ａを構成する凸部（第１凸部）１１が角度を変えて配置されている。ここで、第１実施形態および第２実施形態に係る窒化物半導体素子のように凸部１１が全て同じ方向に揃えて配置されている場合、発光時に凸部１１が伸びる方向に沿って光が横から漏れて斜め方向の発光が強いバットウイング形状の配光特性になる場合がある。一方、前記したように凸部１１の長手方向の延長線上に別の凸部１１（長手方向が異なる別の凸部１１）を配置することで、このような光の横漏れを抑制し、ランバーシアンに近い配光特性を得ることができる。
【００５２】
以上のような構成を備える第３実施形態に係る窒化物半導体素子は、サファイア基板１０Ｂ上に配置された各凸部群を構成する凸部１１の長手方向の外縁が、サファイア基板１０Ｂのａ１軸〜ａ３軸のうちの１つを法線とするａ面のいずれかの１つに対して−１０°〜＋１０°の範囲内となるように伸びているため（第１凸部群１１Ａおよび第２凸部群１１Ｂ全体では、３つのａ面のうちの２つそれぞれに−１０°〜＋１０°の範囲内となるように伸びている凸部１１が存在している。）、窒化物半導体の結晶成長の際に窒化物半導体が横方向に成長する時間が長くなる。これにより、窒化物半導体の結晶成長時に発生した転位が狭い範囲に収束しやすくなり、窒化物半導体層３０の転位密度が低くなる。従って、第３実施形態に係る窒化物半導体素子は、転位密度が低い窒化物半導体層３０を備えているため、温度特性が向上する。
【００５３】
＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る窒化物半導体素子の凸部１１は、図１２に示すように平面視すると、サファイア基板１０Ｃのｃ面側の表面において、異なる３つの方向にそれぞれ所定間隔で配列されている。凸部１１は、具体的にはその長尺形状の長手方向の外縁が第１方向に伸びる第１凸部群１１Ａと、その長尺形状の長手方向の外縁が第２方向に伸びる第２凸部群１１Ｂと、その長尺形状の長手方向の外縁が第３方向に伸びる第３凸部群１１Ｃと、から構成される（第４実施形態に係る窒化物半導体素子は第１凸部群１１Ａと第２凸部群１１Ｂと第３凸部群１１Ｃとを含んでよい。）。ここで、第１方向、第２方向および第３方向の意味は、前記した第３実施形態と同じである。
【００５４】
第４実施形態に係る窒化物半導体素子用基板は、図１２に示すように、第１凸部群１１Ａを構成する凸部（第１凸部）１１の長手方向の延長線上に、第２凸部群１１Ｂを構成する凸部（第２凸部）１１が角度を変えて配置され、第２凸部群１１Ｂを構成する凸部（第２凸部）１１の長手方向の延長線上に、第３凸部群１１Ｃを構成する凸部（第３凸部）１１が角度を変えて配置され、第３凸部群１１Ｃを構成する凸部（第３凸部）１１の長手方向の延長線上に、第１凸部群１１Ａを構成する凸部（第１凸部）１１が角度を変えて配置されている。このように、凸部１１の長手方向の延長線上に、角度を変えて別の凸部１１を配置することで、さらに光の横漏れを抑制することができ、よりランバーシアンに近い配光特性を得ることができる。
【００５５】
第１凸部群１１Ａ、第２凸部群１１Ｂおよび第３凸部群１１Ｃは、例えば、図１２に示すように、各凸部群１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの凸部１１を同数ずつ平行に配置し、これをサファイア基板１０Ｃの所定の点の周囲に、当該点を回転中心とする回転対称性をもつように配置することができる。また、凸部１１（例えば第１凸部群１１Ａを構成する凸部１１）の長手方向の延長線上に別の凸部群の凸部１１（例えば第２凸部群１１Ｂを構成する凸部１１）が配置されているとは、必ずしもこれらの凸部１１が隣接していなくてもよい。例えば、第１凸部群１１Ａを構成する凸部１１の長手方向の延長線上にまずは第１凸部群１１Ａを構成する凸部１１を配置し、当該凸部１１の長手方向の延長線上に第２凸部群１１Ｂを構成する凸部１１を配置することもできる。同じ凸部群の凸部１１が連続する数は、１０以下が好ましく、５以下がさらに好ましい。
【００５６】
以上のような構成を備える第４実施形態に係る窒化物半導体素子は、サファイア基板１０Ｃ上に配置された各凸部群を構成する凸部１１の長手方向の外縁が、サファイア基板１０Ｃのａ１軸〜ａ３軸のいずれか１つを法線とする３つのａ面のうちの１つに対してそれぞれ、−１０°〜＋１０°の範囲内となるように伸びているため（第１凸部群１１Ａ、第２凸部群１１Ｂおよび第３凸部群１１Ｃ全体では、３つのａ面のそれぞれと−１０°〜＋１０°の範囲内となるように伸びている凸部１１が存在している。）、窒化物半導体の結晶成長の際に窒化物半導体が横方向に成長する時間が長くなる。これにより、窒化物半導体の結晶成長時に発生した転位が狭い範囲に収束しやすくなり、窒化物半導体層３０の転位密度が低くなる。従って、第４実施形態に係る窒化物半導体素子は、転位密度が低い窒化物半導体層３０を備えているため、温度特性が向上する。
【００５７】
なお、前記した第１実施形態〜第４実施形態に係る窒化物半導体素子のサファイア基板１０〜１０Ｃは、長尺形状の凸部１１の両端が半円形で略同一形状に形成されているが、凸部１１の形状はこれに限定されない。以下、窒化物半導体素子における凸部１１形状のその他の形態について説明する。なお、以下で説明するその他の形態に係る窒化物半導体素子は、サファイア基板１０以外の構成（図１参照）については、第１実施形態に係る窒化物半導体素子と同様であるため、それらの説明は省略する。
【００５８】
＜第５実施形態＞
［窒化物半導体素子の構成］
第５実施形態に係る窒化物半導体素子の凸部１２は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、平面視で長尺形状に形成されている。また、凸部１２は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、直線と曲線とを併せ持つ底面の外形形状を有しており、当該底面から上方向に突出して、高さ方向の所定位置から稜線に対して鋭角となるように尖って形成されている。これにより、前記した凸部１１と同様に、窒化物半導体の結晶成長の際に凸部１２の上部からの成長が抑制されて窒化物半導体が横方向に成長するため、成長方向に発生した複数の転位が収束し、転位の数が減少することになる。
【００５９】
凸部１２は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、底面形状は第１実施形態〜第４実施形態と同じであるが、頂部付近の形状が異なる。凸部１２の頂部付近の形状は、図１３（ｃ）〜図１３（ｅ）に示すように、短手方向における断面の上部が平面ではなく尖っている形状を呈している。また、凸部１２は、図１３（ｄ）〜図１３（ｆ）に示すように、短手方向の断面における上部が三角形状に形成され、下部が丸みを帯びて形成されている。この凸部１２は、後記するように、窒化物半導体素子用基板の製造方法の第１エッチング工程において、所定条件下でサファイア基板１０Ｄをドライエッチングし、第２エッチング工程において、所定条件下でサファイア基板１０Ｄをウェットエッチングすることで形成できる。
【００６０】
凸部１２は、図１３（ｂ）〜図１３（ｆ）に示すように、長尺形状の長手方向の一端側に、頂部に向かって傾斜するように第１傾斜面１２１ａおよび第２傾斜面１２１ｂが形成され、長尺形状の長手方向の他端側に、頂部に向かって傾斜するように第３傾斜面１２１ｃが形成されている。また、凸部１２は、図１３（ｂ）〜図１３（ｆ）に示すように、長尺形状の短手方向の一端側の上部に、頂部に向かって傾斜するように第４傾斜面１２１ｄが形成され、長尺形状の短手方向の他端側の上部に、頂部に向かって傾斜するように第５傾斜面１２１ｅが形成されている。これらの傾斜面１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅのサファイア基板１０Ｄのｃ面に対する角度は、例えば２０°〜５０°の範囲内とすることが好ましく、３０°〜４０°の範囲内とすることがより好ましい。
【００６１】
以上のような構成を備える凸部１２は、例えば、第１〜第３実施形態と同様に配置でき、また、図１４に示すように、サファイア基板１０Ｄ上に前記した第４実施形態（図１２参照）と同様に配置することができる。すなわち、第５実施形態に係る窒化物半導体素子の凸部１２は、図１４に示すように平面視すると、サファイア基板１０Ｄのｃ面側の表面において、異なる３つの方向にそれぞれ所定間隔で配列されている。凸部１２は、具体的にはその長尺形状の長手方向が第１方向に伸びる第１凸部群１２Ａと、その長尺形状の長手方向が第２方向に伸びる第２凸部群１２Ｂと、その長尺形状の長手方向が第３方向に伸びる第３凸部群１２Ｃと、からなる。
【００６２】
以上のような構成を備える第５実施形態に係る窒化物半導体素子は、サファイア基板１０Ｄ上に配置された各凸部群を構成する凸部１２の長手方向の外縁が、サファイア基板１０Ｄのａ１軸〜ａ３軸の１つを法線とする３つのａ面に対してそれぞれ、−１０°〜＋１０°の範囲内となるように伸びていると共に、凸部１２上に窒化物半導体が成長し難い第１傾斜面１２１ａ〜第５傾斜面１２１ｅを備えている。そのため、窒化物半導体素子は、窒化物半導体の結晶成長の際に凸部１２上からの不要な結晶成長が抑制され、窒化物半導体が横方向に成長する時間が長くなる。これにより、窒化物半導体の結晶成長時に発生した転位が狭い範囲に収束しやすくなり、窒化物半導体層３０の転位密度が低くなる。従って、第５実施形態に係る窒化物半導体素子は、転位密度が低い窒化物半導体層３０を備えているため、温度特性が向上する。
【００６３】
［窒化物半導体素子の製造方法］
以下、本発明の第５実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法について説明する。まず窒化物半導体素子用基板の製造方法について説明する。窒化物半導体素子用基板の製造方法は、マスク形成工程と、第１エッチング工程と、第２エッチング工程と、をこの順で行ってよい。マスク形成工程は第１実施形態で述べたマスク形成工程と同様であり、第１エッチング工程は第１実施形態で述べたエッチング工程と同様である。
【００６４】
第２エッチング工程は、第１エッチング工程の後にサファイア基板１０Ｄをさらにエッチングする工程である。第２エッチング工程では、具体的には、第１エッチング工程によって平面視で半円形状の両端を有する凸部１２が形成されたサファイア基板１０Ｄをウェットエッチングすることで、凸部１２の長手方向の一端側に頂部に向かって傾斜する第１傾斜面１２１ａおよび第２傾斜面１２１ｂを形成するとともに、凸部１２の長手方向の他端側に頂部に向かって傾斜する第３傾斜面１２１ｃを形成する。また、第２エッチング工程では、ウェットエッチングの過程で、正面視で半円形状を有する凸部１２の両端の先端部からエッチングが進み、頂部となる稜線に向かって三角形状に尖るようにエッチングされる。
【００６５】
ウェットエッチングのエッチング溶液としては、例えばリン酸もしくはピロリン酸、またはそれらに硫酸を加えた混酸、あるいは水酸化カリウムを用いることができる。また、ウェットエッチングの条件としては、例えばエッチング液の温度を１５０°〜３００°、浸漬時間を１分〜６０分とすることが好ましい。つまり、第２エッチング工程では、ウェットエッチングにより、傾斜面１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅが所望の範囲で形成されるようにしている。
【００６６】
凸部１２の底面形状は、平面視で半円形状の両端を有することが好ましい。ウェットエッチングでは凸部１２の頂部から除去される傾向にあるため、第１傾斜面１２１ａ、第２傾斜面１２１ｂおよび第３傾斜面１２１ｃは、ウェットエッチングの進行に従い頂部から底面側に向かって伸びていく。従って、凸部１２の両端の底面形状を半円形状のまま維持するには、第１傾斜面１２１ａ〜第３傾斜面１２１ｃが凸部１２の底面に到達する前にエッチングを止めればよい。なお、第１傾斜面１２１ａ〜第３傾斜面１２１ｃが凸部１２の底面に到達するまでエッチングを進めれば、長尺形状の長手方向の一端が当該長手方向に向かって尖って形成されているとともに、長手方向の他端が四角形状に形成されている形状とすることができる。また、同様の形状は、マスク形成工程の後、第１エッチング工程および第２エッチング工程に替えて、ウェットエッチングのみを行うことによっても得ることができる。
【００６７】
また、前記した第１実施形態に係る窒化物半導体素子１の製造方法において、サファイア基板１０に代えて、前記サファイア基板１０Ｄを用いることで、窒化物半導体素子を製造することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１，２  窒化物半導体素子
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ  サファイア基板（窒化物半導体素子用基板）
１１，１２，１１１  凸部
１１Ａ，１２Ａ  第１凸部群
１１Ｂ，１２Ｂ  第２凸部群
１１Ｃ，１２Ｃ  第３凸部群
１２１ａ  第１傾斜面
１２１ｂ  第２傾斜面
１２１ｃ  第３傾斜面
１２１ｄ  第４傾斜面
１２１ｅ  第５傾斜面
２０  バッファ層
３０  窒化物半導体層
３１  ｎ型半導体層
３２  活性層
３３  ｐ型半導体層
４０  ｎ電極
５０  全面電極
６０  ｐ電極
Ｍ  マスク
ＳＣ  サファイア結晶
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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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