(57)【要約】【課題】反応源供給層にクラックが発生することを抑制しつつ、低い駆動電圧を有する半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】シリコン系基板１上には、ガリウムとインジウムとシリコンとを構成元素に含む金属化合物からなる金属化合物領域２が形成されている。金属化合物領域２上には、窒化アルミニウムからなるＡｌＮ層３が形成されている。ＡｌＮ層３上には、ガリウムとインジウムとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層４が形成されている。領域Ｂにおける金属化合物領域２は、領域Ａにおける金属化合物領域２よりも厚く形成され、領域ＢにおけるＡｌＮ層３は、領域ＡにおけるＡｌＮ層３よりも薄く形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の領域と第２の領域とを有する半導体発光素子であって、
シリコンを構成元素に含むシリコン系基板と、
前記シリコン系基板上に形成され、ガリウムとインジウムとシリコンとを構成元素に含む金属化合物からなる金属化合物領域と、
前記金属化合物領域上に形成され、窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム層と、
前記窒化アルミニウム層上に形成され、ガリウムとインジウムとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層と、
前記反応源供給層上に形成され、窒化物系化合物半導体を含み、発光機能を有する発光機能層と、
を有し、前記第２の領域における前記金属化合物領域が、前記第１の領域における前記金属化合物領域よりも厚く形成され、前記第２の領域における前記窒化アルミニウム層が、前記第１の領域における前記窒化アルミニウム層よりも薄く形成されている
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成された主面には、凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第２の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成された主面には、シリサイドが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の領域における前記発光機能層上に形成された第１の電極と、
前記第２の領域における前記発光機能層上に絶縁膜を介して形成され、前記第１の電極と電気的に接続された第２の電極と、
をさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記発光機能層は活性層を含んでおり、前記第２の領域における前記発光機能層には、前記発光機能層の表面から前記活性層の底面よりも深く掘り下げられた溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１の領域における前記発光機能層上に形成された第１の電極と、
前記第２の領域における前記発光機能層に形成された前記溝の側面及び底面に絶縁膜を介して形成され、前記第１の電極と電気的に接続された第２の電極と、
をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記絶縁膜を貫通する孔によって露出した前記発光機能層の部分とショットキー接触し、前記第２の電極と電気的に接続されたショットキー金属層をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
第１の領域と第２の領域とを有する半導体発光素子の製造方法であって、
シリコンを構成元素に含むシリコン系基板上に、窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム層を形成する工程と、
前記窒化アルミニウム層上に、ガリウムとインジウムとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層を形成し、前記シリコン系基板と前記窒化アルミニウム層との間に、ガリウムとインジウムとシリコンとを構成元素に含む金属化合物からなる金属化合物領域を形成する工程と、
前記反応源供給層上に、窒化物系化合物半導体を含み、発光機能を有する発光機能層を形成する工程と、
を有し、前記第２の領域における前記金属化合物領域が、前記第１の領域における前記金属化合物領域よりも厚く形成され、前記第２の領域における前記窒化アルミニウム層が、前記第１の領域における前記窒化アルミニウム層よりも薄く形成される
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成される主面に凹凸を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成される主面にシリサイドを形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の領域における前記発光機能層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の領域における前記発光機能層上に第１の電極を形成し、前記第２の領域における前記絶縁膜上に、前記第１の電極と電気的に接続された第２の電極を形成する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記発光機能層は活性層を含んでおり、前記第２の領域における前記発光機能層を表面から掘り下げ、前記活性層の底面よりも深い溝を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の領域における前記発光機能層に形成された前記溝の側面及び底面に絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の領域における前記発光機能層上に第１の電極を形成し、前記第２の領域における前記絶縁膜上に、前記第１の電極と電気的に接続された第２の電極を形成する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記絶縁膜を貫通する孔を形成する工程と、
前記孔によって露出した発光機能層の部分とショットキー接触し、前記第２の電極と電気的に接続されたショットキー金属層を、前記孔によって露出した前記発光機能層の部分に形成する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１３に記載の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、発光機能を有する発光機能層が形成された半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン系基板（シリコン（Ｓｉ）基板やシリコンカーバイド基板（ＳｉＣ）基板等）は安価で放熱性が良い。そこで、発光機能層を有する半導体発光素子を形成する場合には、シリコン系基板の上面に発光機能層をエピタキシャル成長させることが望ましい。このとき、発光機能層を構成する化合物半導体とシリコン系基板との間の格子定数差を解消して、発光機能層を良好に結晶成長させるため、発光機能層とシリコン系基板との間にバッファ層を設ける必要がある。例えば、シリコン系基板とＧａＮ（窒化ガリウム）層との間に、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）若しくはＡｌＧａＮ／ＡｌＮ層を７５０℃程度で成長させることにより形成したバッファ層を挟む構造が知られている。
【０００３】
しかし、シリコン系基板の上にＡｌＮ層を形成すると、ＡｌＮ層が、シリコン系基板と、発光機能を有する化合物半導体層との電位障壁となり、半導体発光素子の駆動電圧（順方向電圧）が高くなるという問題がある。そこで、特許文献１のように、シリコン系基板とＡｌＮ層との間に金属化合物領域を形成することによって、シリコン系基板とＡｌＮ層との電位障壁を容易に乗り越えることを可能とすると共に、シリコン系基板とＡｌＮ層との電気的接続を良好にすることを可能とし、半導体発光素子の駆動電圧を下げる構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２０８７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術によれば、金属化合物領域を厚く形成するほど、半導体発光素子の駆動電圧をより低減することができる。しかし、金属化合物領域を厚く形成しようとすると、その構成材料の供給源である反応源供給層を厚くする必要があり、反応源供給層を厚く形成すると、反応源供給層と、その下に存在するシリコン系基板との線膨張係数差に起因する応力によって、反応源供給層にクラックが発生するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、反応源供給層にクラックが発生することを抑制しつつ、低い駆動電圧を有する半導体発光素子及びその製造方法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】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、第１の領域と第２の領域とを有する半導体発光素子であって、シリコンを構成元素に含むシリコン系基板と、前記シリコン系基板上に形成され、ガリウムとインジウムとシリコンとを構成元素に含む金属化合物からなる金属化合物領域と、前記金属化合物領域上に形成され、窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム層と、前記窒化アルミニウム層上に形成され、ガリウムとインジウムとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層と、前記反応源供給層上に形成され、窒化物系化合物半導体を含み、発光機能を有する発光機能層と、を有し、前記第２の領域における前記金属化合物領域が、前記第１の領域における前記金属化合物領域よりも厚く形成され、前記第２の領域における前記窒化アルミニウム層が、前記第１の領域における前記窒化アルミニウム層よりも薄く形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
【０００７】
また、本発明の半導体発光素子において、前記第２の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成された主面には、凹凸が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の半導体発光素子において、前記第２の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成された主面には、シリサイドが形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の半導体発光素子は、前記第１の領域における前記発光機能層上に形成された第１の電極と、前記第２の領域における前記発光機能層上に絶縁膜を介して形成され、前記第１の電極と電気的に接続された第２の電極とをさらに有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の半導体発光素子において、前記発光機能層は活性層を含んでおり、前記第２の領域における前記発光機能層には、前記発光機能層の表面から前記活性層の底面よりも深く掘り下げられた溝が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の半導体発光素子は、前記第１の領域における前記発光機能層上に形成された第１の電極と、前記第２の領域における前記発光機能層に形成された前記溝の側面及び底面に絶縁膜を介して形成され、前記第１の電極と電気的に接続された第２の電極とをさらに有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の半導体発光素子は、前記絶縁膜を貫通する孔によって露出した前記発光機能層の部分とショットキー接触し、前記第２の電極と電気的に接続されたショットキー金属層をさらに有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、第１の領域と第２の領域とを有する半導体発光素子の製造方法であって、シリコンを構成元素に含むシリコン系基板上に、窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム層を形成する工程と、前記窒化アルミニウム層上に、ガリウムとインジウムとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層を形成し、前記シリコン系基板と前記窒化アルミニウム層との間に、ガリウムとインジウムとシリコンとを構成元素に含む金属化合物からなる金属化合物領域を形成する工程と、前記反応源供給層上に、窒化物系化合物半導体を含み、発光機能を有する発光機能層を形成する工程と、を有し、前記第２の領域における前記金属化合物領域が、前記第１の領域における前記金属化合物領域よりも厚く形成され、前記第２の領域における前記窒化アルミニウム層が、前記第１の領域における前記窒化アルミニウム層よりも薄く形成されることを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００１４】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記第２の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成される主面に凹凸を形成する工程をさらに有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記第２の領域における前記シリコン系基板の、前記金属化合物領域が形成される主面にシリサイドを形成する工程をさらに有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記第２の領域における前記発光機能層上に絶縁膜を形成する工程と、前記第１の領域における前記発光機能層上に第１の電極を形成し、前記第２の領域における前記絶縁膜上に、前記第１の電極と電気的に接続された第２の電極を形成する工程とをさらに有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法において、前記発光機能層は活性層を含んでおり、前記第２の領域における前記発光機能層を表面から掘り下げ、前記活性層の底面よりも深い溝を形成する工程をさらに有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記第２の領域における前記発光機能層に形成された前記溝の側面及び底面に絶縁膜を形成する工程と、前記第１の領域における前記発光機能層上に第１の電極を形成し、前記第２の領域における前記絶縁膜上に、前記第１の電極と電気的に接続された第２の電極を形成する工程とをさらに有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記絶縁膜を貫通する孔を形成する工程と、前記孔によって露出した発光機能層の部分とショットキー接触し、前記第２の電極と電気的に接続されたショットキー金属層を、前記孔によって露出した前記発光機能層の部分に形成する工程とをさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、半導体発光素子は第１の領域と第２の領域とを有し、第１の領域は、第２の領域よりもＡｌＮ層が厚く、第２の領域よりも反応源供給層が薄くなるように形成されているので、反応源供給層にクラックが発生することを抑制し、反応源供給層上に形成される発光機能層の結晶性が劣化することを抑制することができる。また、第２の領域は、絶縁性を有するＡｌＮ層が第１の領域よりも薄く、シリコン系基板と反応源供給層との間の低抵抗化に寄与する金属化合物領域が第１の領域よりも厚くなるように形成されているので、半導体発光素子は低い駆動電圧を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による半導体発光素子の断面構造を示している。対向する主面１ａおよび１ｂを有するシリコン系基板１は、シリコンを構成元素に含む基板であり、シリコン（Ｓｉ）基板、シリコンガリウム（ＳｉＧａ）基板、若しくはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板等で構成され、導電性を有する。このシリコン系基板１は、発光機能層５をシリコン系基板１の上にエピタキシャル成長させるための土台としての機能と、半導体発光素子の電流通路としての機能と、発光機能層５を保持する機能とを有する。
【００２３】
安価で且つシリコン系基板１の抵抗率を下げるため、例えばボロン（Ｂ）等の３族元素を含み、Ｐ型不純物濃度が５×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３程度あり、抵抗率が０．０００１〜０．０１［Ω・ｃｍ］である基板をシリコン系基板１として用いることができる。勿論、導電型決定不純物として、ボロン（Ｂ）等の３族元素ではなく、リン（Ｐ）等の５族元素を含むＮ型のシリコン基板やＰ型若しくはＮ型のシリコンカーバイド基板やシリコンガリウム基板を使用してもよい。シリコン系基板１の厚さは、例えば２００〜５００μｍである。
【００２４】
シリコン系基板１の主面１ａの構造は、本発明の第１の領域に対応した領域Ａと、本発明の第２の領域に対応した領域Ｂとで異なっている。領域Ａにおける主面１ａが平坦化されている一方、領域Ｂにおける主面１ａは粗面化されており、凹凸１０が形成されている。シリコンの格子定数は５オングストローム程度なので、領域Ａにおける主面１ａの凹凸の高さの差は１０オングストローム（２原子）以下であることが望ましい。また、領域Ｂにおいて、凹凸１０を構成する凹部１０ａと凸部１０ｂの頂点同士の横方向の幅は例えば１０ｎｍ〜１００μｍであり、凹部１０ａと凸部１０ｂの頂点同士の高さの差は例えば１０ｎｍ〜１０μｍである。
【００２５】
金属化合物領域２は、シリコン系基板１の主面１ａを含む領域に形成されている。金属化合物領域２は、後述する反応源供給層４から拡散されたガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）と、後述するＡｌＮ層３（窒化アルミニウム層）を構成するアルミニウム（Ａｌ）及び窒素（Ｎ）と、シリコン系基板１を構成するシリコン（Ｓｉ）とが反応して形成されたものであり、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉを少なくとも構成元素に含んでいる。また、シリコン系基板１の主面１ａに形成された凹部１０ａ、凸部１０ｂに対応する金属化合物領域２の部分はシリコン系基板１の主面１ａを引き継ぎ、金属化合物領域２の上面及び下面は領域Ｂにおいて凹凸を有している。さらに、後述する製造方法によって形成された金属化合物領域２は、領域Ｂでは領域Ａよりも厚く（言い換えると、領域Ａでは領域Ｂよりも薄く）形成されている（図２においてｄ１＞ｄ２）。なお、領域Ｂにおける金属化合物領域２及びＡｌＮ層３の厚さとは、図２に示すように凹部における厚さ（ｄ１〜ｄ４）をいう。
【００２６】
金属化合物領域２上には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるＡｌＮ層３が形成されている。このＡｌＮ層３は、シリコン系基板１と異なる結晶格子を有する反応源供給層４と発光機能層５をシリコン系基板１の上に形成するためのバッファ層（緩衝層）として機能する。ただし、領域Ｂにおいては、後述するようにＡｌＮ層３の結晶性が劣化しているため、領域Ａよりもこの機能が悪化している。シリコン系基板１の上に、シリコン系基板１とは面方位の異なる窒化物系化合物半導体層を直接形成することは困難であるが、格子定数がシリコン系基板１の格子定数に近いＡｌＮ層３を設けることによって、ＡｌＮ層３がシリコン系基板１の面方位を引き継ぐので、結晶性の比較的良好な窒化物系化合物半導体層をシリコン系基板１の上に形成することができる。ただし、領域Ｂにおいては、シリコン系基板１の主面１ａに形成された凹部１０ａ、凸部１０ｂをＡｌＮ層３が引き継ぎ、それに対応するＡｌＮ層３の上面には凹部と凸部が形成され、領域Ａよりも窒化物系化合物半導体層の結晶性が劣化している。
【００２７】
後述する製造方法により形成されたＡｌＮ層３は、領域Ｂでは領域Ａよりも薄く（言い換えると、領域Ａでは領域Ｂよりも厚く）なっている（図２においてｄ３＜ｄ４）。なお、領域Ｂにおいて、ＡｌＮ層３は凸部に比べて凹部で薄くなっているが、領域ＢにおけるＡｌＮ層３の厚さとは、凹部の厚さをいうものとする。これにより、領域Ａにおいて、ＡｌＮ層３は、反応源供給層４からシリコン系基板１に拡散されるＧａ及びＩｎの拡散開始時期を領域Ｂに比べて遅延させる機能を有している。拡散開始時期を遅延させるとは、反応源供給層４を形成する初期段階において、反応源供給層４から供給されるＧａ及びＩｎがシリコン系基板１に拡散してＡｌＮ層３とシリコン系基板１との間に金属化合物領域３が形成されることを抑制することをいう。
【００２８】
ＡｌＮ層３上には、ＧａとＩｎとを構成元素に含む窒化物系化合物半導体からなる反応源供給層４が形成されている。より詳細には、反応源供給層４はＩｎＸＡｌ１−Ｘ−ＹＧａＹＮ（０＜Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１、０＜Ｘ＋Ｙ≦１）から構成されており、本実施形態では、反応源供給層４はＮ型のＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｎから構成されている。反応源供給層４の厚さは、領域Ａで例えば３０ｎｍである。反応源供給層４は、領域Ａでは結晶性の比較的良好な半導体層となっているが、領域Ｂでは領域Ａよりも結晶性の劣化した半導体層となっている。なお、領域Ｂにおいて、反応源供給層４の上面には凹凸が形成されているが、その凹部と凸部の差が、対応するＡｌＮ層３の凹部と凸部の差よりも小さくなるように反応源供給層４が形成されていてもよい。
【００２９】
反応源供給層４上には、窒化物系化合物半導体を含み、発光機能を有する発光機能層５が形成されている。発光機能層５は、Ｎ型ＧａＮからなる第１クラッド層６と、Ｐ型ＩｎＧａＮからなる活性層７と、Ｐ型ＧａＮからなる第２クラッド層８とが順次積層された構造を有している。第１クラッド層６の厚さは、領域Ａで例えば２μｍであり、不純物濃度は例えば３×１０１８ｃｍ−３であり、シリコン系基板１の不純物濃度よりも十分に低い。活性層７の厚さは、領域Ａで例えば３０ｎｍであり、不純物濃度は例えば３×１０１７ｃｍ−３である。第２クラッド層８の厚さは例えば５００ｎｍであり、不純物濃度は例えば３×１０１８ｃｍ−３である。なお、活性層７はＮ型ＩｎＧａＮとしてもよい。また、図１の領域Ｂにおいて、第１クラッド層６の上面は、シリコン系基板１の主面１ａに形成された凹部１０ａ、凸部１０ｂを引き継ぎ、それに対応するように第１クラッド層６の上面に凹凸が形成されているが、第１クラッド層６の領域Ｂにおける上面はほぼ平坦化されていてもよい。
【００３０】
発光機能層５上には、発光機能層５と電気的に接続された表面電極９が形成されている。発光機能層５から発せられる光の取り出しを可能とするため、表面電極９は、光透過性を有する材料で形成されている。また、発光機能層５と表面電極９の界面では低抵抗接触（オーミック接触）が得られている。表面電極９は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、即ち酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）に少量（数％程度）の酸化スズ（ＳｎＯ２）を混合したものからなり、その厚みは、例えば１００ｎｍである。
【００３１】
第２クラッド層８がＰ型半導体の場合、ニッケル（Ｎｉ），白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），金（Ａｕ）から選択された１種類の金属、若しくはこれらのうちいずれか１つを含む合金で表面電極９を構成してもよい。また、第２クラッド層８がＮ型半導体の場合、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等から選択された１種類の金属、若しくはこれらのうちいずれか１つを含む合金で表面電極９を構成してもよい。
【００３２】
表面電極９の上面のほぼ中央（領域Ａ）には、半導体発光素子の外部接続用のパッド電極１１が形成されている。パッド電極１１はＡｕ若しくはＡｌからなる。パッド電極１１は、外部接続ワイヤを接続するボンディング工程に耐えることができる厚みを有している必要があり、例えば１００ｎｍ〜１００μｍの厚みを有する。
【００３３】
シリコン系基板１の主面１ｂ上には、裏面電極１２が形成されている。シリコン系基板１と低抵抗接触が可能なＡｕ、又はＡｕとＧｅ、又はＡｕとＧｅとＮｉ、又はＴｉとＴｉＮ（窒化チタン）、又はＴｉとＡｌ等の金属を真空蒸着することによって裏面電極１２が形成される。裏面電極１２はシリコン系基板１と電気的にも機械的にも接続されている。
【００３４】
次に、図３及び図４を参照し、本実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明する。シリコン系基板１の主面１ａ’に対して、ＨＦ（フッ酸）とＨＮＯ３（硝酸）とＨ２Ｏ（水）を用いたエッチングによる粗面化処理を施し、半導体発光素子の中心部から見て側方の領域Ｂに凹凸１０を形成する。又は、フォトリソグラフィーによって、マイクロメートルオーダ間隔の開口窓を有するエッチングマスクを主面１ａ’上に形成し、エッチングによって主面１ａ’を粗面化してもよい。例えば、主面１ａ’が鏡面加工されたシリコン系基板１を用い、領域Ａに対応した主面１ａ’の領域を保護した上で上記の処理を行うことによって、領域Ａが平坦化され、領域Ｂが粗面化されたシリコン系基板１が形成される（図３（ａ））。
【００３５】
続いて、周知のＯＭＶＰＥ（Organometallic Vapor Phase Epitaxy）即ち有機金属気相成長を行う装置の反応室にシリコン系基板１を投入し、１１５０℃まで昇温する。１１５０℃で１０分間のサーマルクリーニングを行って、シリコン系基板１の表面の酸化膜を取り除いた後、１１００℃まで温度を下げて安定させる。その後、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を所定量、例えば６３μｍｏｌ（２０ｃｃ）／ｍｉｎ、シラン（ＳｉＨ４）を所定量、例えば２０ｎｍｏｌ（２００ｃｃ）／ｍｉｎ、アンモニアを所定量、例えば０．１４ｍｏｌ（３リットル）／ｍｉｎ流してシリコン系基板１の主面１ａ’上にＡｌＮ層３をエピタキシャル成長させる（図３（ｂ）。
【００３６】
このとき、領域ＡにおけるＡｌＮ層３の厚さが、反応源供給層４から拡散されるＧａ及びＩｎの拡散開始時期を遅らせる厚さ、即ち２〜６０ｎｍとなるようにＡｌＮ層３を形成することが望ましい。領域Ｂにおいては、シリコン系基板１の主面１ａ’に凹凸１０が形成されているため、領域Ａに比べてＡｌＮ層３の結晶性が悪くなり、ＡｌＮ層３は薄く形成される。より詳細には、領域Ｂにおいて、シリコン系基板１の主面１ａに形成された凹部１０ａを引き継いで形成される部分は薄く、凸部１０ｂを引き継いで形成される部分は比較的厚く形成される。また、ＡｌＮの横方向成長を抑制した場合には、凸部１０ｂの頂点（角）の近傍のみにＡｌＮ層３が形成されることもある。
【００３７】
続いて、ＴＭＡガスの供給を停止し、シリコン系基板１の温度を７００℃まで下げる。シリコン系基板１の温度が７００℃まで下がったら、反応室内にトリメチルインジウムガス（ＴＭＩガス）を所定量、例えば５９μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルガリウムガス（ＴＭＧガス）を所定量、例えば６．２μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアガスを所定量、例えば０．２３ｍｏｌ／ｍｉｎ、シランガスを所定量、例えば２０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＡｌＮ層３の上面に、領域Ａの厚さが約３０ｎｍのＮ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｎからなる反応源供給層４を形成する。なお、シランガスを供給するのは、Ｎ型不純物としてのシリコンを反応源供給層４中に導入するためである。
【００３８】
領域Ａにおいて、ＡｌＮ層３が、反応源供給層４から供給されるＧａ及びＩｎの拡散開始時期を遅延可能な厚さに形成されているので、反応源供給層４を形成する初期段階では、反応源供給層４から供給されるＧａ及びＩｎがシリコン系基板１に拡散しなくなる。従って、領域Ａでは、形成される反応源供給層４の結晶性が劣化しにくい。また、反応源供給層４を形成する初期段階以降では、既に形成された反応源供給層４からシリコン系基板１にＧａ及びＩｎが拡散される。そして、シリコン系基板１とＡｌＮ層３との界面（シリコン系基板１の表面を含む領域）に、反応源供給層４から拡散したＧａ、Ｉｎと、ＡｌＮ層３を構成する元素であるＡｌ、Ｎと、シリコン系基板１を構成する元素の１つであるＳｉとが反応した金属化合物領域２が形成され、シリコン系基板１の上面が主面１ａとなる。このように、反応源供給層４が形成されると共に、金属化合物領域２が形成される（図３（ｃ））。
【００３９】
シリコン系基板１とＡｌＮ層３との間に形成された金属化合物領域２の存在により、シリコン系基板１とＡｌＮ層３との間の電位障壁を乗り越えやすくすることができるため、シリコン系基板１とＡｌＮ層３との間の電気的接続が良好になる。さらに、シリコン系基板１と反応源供給層４との間に、バッファ層として機能するＡｌＮ層３が形成されているので、シリコン系基板１上に、結晶性の良好な反応源供給層４及び発光機能層５を形成することができる。
【００４０】
一方、領域ＢのＡｌＮ層３が領域ＡのＡｌＮ層３よりも薄いため、反応源供給層４から供給されるＧａ及びＩｎの拡散開始時期は、領域Ｂの方が領域Ａに比べて早く、反応源供給層４を形成する初期段階では、反応源供給層４から供給されるＧａ及びＩｎがシリコン系基板１に領域Ａでは拡散していないが、領域Ｂでは拡散している状態となる。さらに、領域Ｂでは、ＡｌＮ層３が領域Ａよりも薄い。
【００４１】
これらのことから、領域Ｂにおいて、反応源供給層４から供給されるＧａ及びＩｎが領域Ａに比べてシリコン系基板１に容易に拡散し、さらに長時間反応する。従って、領域Ｂの金属化合物領域２は領域Ａの金属化合物領域２よりも厚く形成される。また、領域Ｂの金属化合物領域２より少し遅れて、領域Ａにも金属化合物領域２が形成される。これによって、領域Ａにおける反応源供給層４の結晶性を比較的良好とすることができる。
【００４２】
反応源供給層４及び金属化合物領域２の形成に続いて、反応源供給層４上に発光機能層５を形成する。まず、シリコン系基板１の温度を１０４０℃まで上げる。シリコン系基板１の温度が１０４０℃まで上がったら、反応室内にトリメチルガリウムガス（ＴＭＧガス）を所定量、例えば４．３μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアガスを所定量、例えば５３．６ｍｍｏｌ／ｍｉｎ、シランガスを所定量、例えば１．５ｎｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、領域Ａ及び領域Ｂの双方の反応源供給層４上に、Ｎ型ＧａＮからなる厚さ約２μｍの第１クラッド層６を形成する。
【００４３】
上述したように、領域Ａの反応源供給層４の結晶性が良好であり、領域Ｂの反応源供給層４の結晶性が劣化しているため、領域Ａの第１クラッド層６の結晶性は良好であるが、領域Ｂの第１クラッド層６の結晶性は劣化している。領域Ｂの第１クラッド層６の結晶性が劣化していると、領域Ａの第１クラッド層６にもその劣化が伝播し、影響を与える可能性がある。そこで、反応源供給層４と第１クラッド層６との間に、周知の低温バッファ層としてＧａＮ層を挟むことによって、第１クラッド層６全体の結晶性の劣化を抑制してもよい。
【００４４】
続いて、シリコン系基板１の温度を８００℃まで下げる。シリコン系基板１の温度が８００℃まで下がったら、反応室内にトリメチルガリウムガス（ＴＭＧガス）を所定量、例えば１．１μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアガスを所定量、例えば６７ｍｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルインジウムガス（ＴＭＩガス）を所定量、例えば４．５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ビスシクロペンタジェニルマグネシウムガス（Ｃｐ２Ｍｇガス）を所定量、例えば１２ｎｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、第１クラッド層６上に、領域Ａでの厚さが約３０ｎｍとなるＰ型ＩｎＧａＮからなる活性層７を形成する。ビスシクロペンタジェニルマグネシウムガスを供給するのは、Ｐ型不純物としてのＭｇを活性層７中に導入するためである。
【００４５】
続いて、シリコン系基板１の温度を１０４０℃まで上げる。シリコン系基板１の温度が１０４０℃まで上がったら、反応室内にトリメチルガリウムガス（ＴＭＧガス）を所定量、例えば４．３μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアガスを所定量、例えば５３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ビスシクロペンタジェニルマグネシウムガス（Ｃｐ２Ｍｇガス）を所定量、例えば０．１２μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、活性層７上に、厚さが約５００ｎｍとなるＰ型ＧａＮからなる第２クラッド層８を形成する（図４（ａ））。
【００４６】
続いて、第２クラッド層８のほぼ全面上に、第２クラッド層８と低抵抗接触するＩＴＯを、真空蒸着法、スパッタリング法、又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により堆積して表面電極９を形成する。また、表面電極９上にＡｕを堆積し、パッド電極１１を形成する。さらに、真空蒸着法等により、シリコン系基板１の主面１ｂ上にＡｕを堆積し、裏面電極１２を形成する。続いて、アニール処理を行い、各電極と、それに接触している半導体との密着性を向上させると共に、表面電極９の透明性を向上させる（図４（ｂ））。以上の工程により、図１に示す構造が完成する。
【００４７】
以上のようにして形成された発光機能層５は、領域Ａにおいては、結晶性の良好な反応源供給層４上に形成（反応源供給層４を核として成長）されている。このため、結晶性の良好で、発光輝度の高い発光機能層５を形成することができる。一方、領域Ｂにおいては、発光機能層５は、結晶性の劣化した反応源供給層４上に形成されているため、結晶性が劣化し、良好に光を発することができない。従って、より高い光取り出し効率を実現するためには、領域Ａにおいて、領域Ｂからできるだけ離れた場所にパッド電極１１が形成されていることが望ましい。
【００４８】
上述した製造方法において、ＡｌＮ層３や反応源供給層４を形成する際に、シリコン系基板１に対して縦方向（厚み方向）だけでなく横方向（幅方向）にも結晶が成長する。本実施形態では、領域ＢのＡｌＮ層３を、領域Ａに比べて結晶性が悪く、厚さが不均一で凹部１０ａで薄くなるように形成したいのだが、ＡｌＮ層３の横方向の成長が増加すると、領域ＢのＡｌＮ層３は比較的良好な結晶性を有する厚い膜になってしまい、本発明の効果が得られなくなってしまう。そこで、ＡｌＮ層３を形成する際に、製造条件を調整し横方向成長を抑制することによって、領域ＢのＡｌＮ層３を、領域Ａに比べて結晶性が悪く、厚さが薄くなるように形成することができる。
【００４９】
特に、凹凸１０の凹部１０ａでは、反応ガスが凹部の中まで入りにくいので、結晶が成長しにくく、ＡｌＮ層３が薄くなる。逆に、凸部１０ｂ付近では反応ガスが凸部１０ｂに当たって、結晶性の劣化した（異常成長した）ＡｌＮ層３が成長しやすい。従って、領域Ｂでは、反応源供給層４からシリコン系基板１にＧａ及びＩｎが拡散しやすくなり、金属化合物領域２は凸部１０ｂでは凹部１０ａに比べて厚く形成される。
【００５０】
本実施形態では、シリコン系基板１の主面１ａの領域Ｂに凹凸１０を形成しているが、これに代えて、シリコン系基板１の主面１ａの領域Ｂにアモルファスシリコンやポリシリコン等の多結晶膜を、スパッタ法若しくはＣＶＤ法により１ｎｍ〜１μｍ程度の厚さに形成してもよい。あるいは、シリコン系基板１の主面１ａの領域Ｂ上に金属膜を形成し、金属とシリコンを合金化させることによりシリサイド層をシリコン系基板１の主面１ａの領域Ｂに形成してもよいし、シリコン系基板１の主面１ａの領域Ｂにシリサイドを直接付着させることによってシリサイド層をシリコン系基板１の主面１ａの領域Ｂに形成してもよい。
【００５１】
図５は、凹凸に代えてシリサイド層をシリコン系基板１の主面１ａの領域Ｂに形成した半導体発光素子（本実施形態の変形例）の断面構造を示している。図５に示す構造は以下のようにして形成される。シリコン系基板１の主面１ａにシリサイド層２１を形成した後、主面１ａ’上のほぼ全面にＡｌＮ層３を形成する。領域Ｂに設けられたシリサイド層２１上には、結晶性の劣化したＡｌＮが多結晶化してまばらに成膜されている。従って、領域ＢのＡｌＮ層３では部分的に（まばらに）薄い所と、それに比べて厚い所とができる（図６（ａ））。ちなみに、領域Ａにおいて、ＡｌＮ層３の上面は領域Ｂに比べて平坦化しており、領域ＡにおけるＡｌＮ層３は領域Ｂに比べて結晶性が良好である。
【００５２】
続いて、ＡｌＮ層３上に反応源供給層４を形成すると、前述したように反応源供給層４からシリコン系基板１にＧａ及びＩｎが拡散され、シリコン系基板１とＡｌＮ層３との界面に金属化合物領域２が形成される。なお、領域Ｂでは、シリコン系基板１の上面にシリサイド層２１が形成されているため、金属化合物領域２はシリサイド層２１とＡｌＮ層３との界面に形成される。このとき、領域ＢのＡｌＮ層３が薄い部分では、金属化合物領域２が領域Ａの金属化合物領域２に比べて厚く形成され、金属化合物領域２の下面は凹凸を有している（図６（ｂ））。これ以降、図４（ｂ）を参照して説明した工程と同様の工程を経て、発光機能層５、表面電極９、及び裏面電極１２を形成する。
【００５３】
上述したように、本発明の第１の実施形態によれば、半導体発光素子は領域Ａ（第１の領域）と領域Ｂ（第２の領域）とを有し、領域Ａは、領域ＢよりもＡｌＮ層３が厚く、領域Ｂよりも反応源供給層４が薄くなるように形成されているので、領域Ａの反応源供給層４にクラックが発生することを抑制し、反応源供給層４上に形成される発光機能層５の結晶性が劣化することを抑制することができる。言い換えると、領域Ａにおいて比較的良好な発光を得ることができる。また、領域Ｂは、絶縁性を有するＡｌＮ層３が領域Ａよりも薄く、シリコン系基板１と反応源供給層４との間の低抵抗化に寄与する金属化合物領域２が領域Ａよりも厚くなるように形成されているので、半導体発光素子は低い駆動電圧を実現することができる。
【００５４】
図７は、本実施形態による半導体発光素子を流れる電流の経路を模式的に示している。表面電極９から流れる電流は、主に領域Ａ及び領域Ｂの第２クラッド層８、活性層７、第１クラッド層６を経由する。領域Ａよりも領域Ｂの方が、シリコン系基板１と反応源供給層４との間の抵抗値が低いので、領域Ａの第１クラッド層６に到達した電流の大半は領域Ｂの第１クラッド層６、反応源供給層４、ＡｌＮ層３、金属化合物領域２のいずれかで領域Ｂに集まり、領域Ｂのシリコン系基板１を経由し、裏面電極１２に流れる。このような経路で電流が流れることによって、低い駆動電圧を実現することができる。
【００５５】
また、領域Ｂにおけるシリコン系基板１の主面１ａに凹凸１０又はシリサイド層２１等を形成することによって、ＡｌＮ層３を薄く形成し、且つ金属化合物領域２を厚く形成することが可能となり、上述した本実施形態の効果を得ることができる。さらに、凹凸１０を形成することによって、シリコン系基板１と金属化合物領域２の接触面積を大きくすることができ、半導体発光素子の駆動電圧をより低減することができる。また、前述した第１の実施形態の変形例に示したようにシリコン系基板１と金属化合物領域２の両方に対する密着性が良好なシリサイド層２１を形成することによって、シリコン系基板１と金属化合物領域２との間の抵抗値をより低減することができる。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図８は、本実施形態による半導体発光素子の断面構造を示している。本実施形態では、領域Ｂの第２クラッド層８上に絶縁膜１３が形成されている。表面電極９は、領域Ａの第２クラッド層８上に形成された第１の電極１４と、絶縁膜１３上に形成され、第１の電極１４と電気的に接続された第２の電極１５とから構成されている。第２の電極１５上にはパッド電極１１が形成されている。
【００５７】
以下、図９を参照し、本実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明する。第２クラッド層８を形成するまでの工程は、領域Ａと領域Ｂの位置が異なる点を除いて第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。第２クラッド層８を形成した後、領域Ｂの第２クラッド層８上に絶縁膜１３を形成する（図９（ａ））。続いて、露出した第２クラッド層８及び絶縁膜１３上に表面電極９、表面電極９上にパッド電極１１、シリコン系基板１の主面１ｂ上に裏面電極１２を順番に形成した後、アニール処理を行う（図９（ｂ））。以上の工程により、図８に示す構造が完成する。
【００５８】
図１０は、本実施形態による半導体発光素子を流れる電流の経路を模式的に示している。パッド電極１１から第２の電極１５に流れた電流は、パッド電極１１直下（領域Ｂ）の発光機能層５へと流れようとする。しかし、表面電極９と第２クラッド層８との間に絶縁膜１３が設けられているので、電流は第１の電極１４に向かって、すなわち半導体発光素子の側方へ向かって流れる。そして、電流は、主に領域Ａの第２クラッド層８、活性層７、第１クラッド層６を経由する。領域Ａよりも領域Ｂの方が、シリコン系基板１と反応源供給層４との間の抵抗値が低いので、領域Ａの第１クラッド層６に到達した電流の大半は第１クラッド層６、反応源供給層４、ＡｌＮ層３、金属化合物領域２のいずれかで領域Ｂに集まり、領域Ｂのシリコン系基板１を経由し、裏面電極１２に流れる。このような経路で電流が流れることによって、低い駆動電圧を実現することができる。
【００５９】
また、表面電極９を上記のような構造とすることによって、領域Ａの第２クラッド層８の表面から電流を流入させ、領域Ｂの活性層７よりも領域Ａの活性層７により多くの電流を流すことができる。従って、結晶性の劣化している領域Ｂの活性層７に電流が流れることを抑制し、良好な発光を得ることができる。さらに、良好な発光を得にくい領域Ｂの上方にパッド電極１１を設けることによって、領域Ａの活性層７から発せられた光がパッド電極１１によって遮られることを抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。なお、図８において、絶縁膜１３は領域Ｂに形成されているが、パッド電極１１が設けられた領域Ｂ直下のみに絶縁膜１３が形成されていてもよいし、絶縁膜１３の一部が領域Ｂから領域Ａにはみ出していてもよい。また、絶縁膜１３は第２クラッド層８上に形成されていなくてもよく、活性層７と表面電極９の間に形成されていればよい。
【００６０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図１１は、本実施形態による半導体発光素子の断面構造を示している。本実施形態では、領域Ｂにおける発光機能層５に、発光機能層５の表面（上面）から掘り下げられた溝１６が形成されている。溝１６の底面１６ａは第１クラッド層６まで到達しており、領域Ｂの活性層７の少なくとも一部（図１１では領域Ｂの活性層７の全部）が除去されている。また、領域Ａの第２クラッド層８上に表面電極９及びパッド電極１１が形成されている。
【００６１】
以下、図１２を参照し、本実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明する。第２クラッド層８を形成するまでの工程は、領域Ａと領域Ｂが形成される位置を除いて第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。第２クラッド層８を形成した後、領域Ｂにおいて、第２クラッド層８の上面からエッチングを行い、活性層７の底面よりも深く、第１クラッド層６の底面よりも浅い溝１６を形成する（図１２（ａ））。続いて、領域Ａの第２クラッド層８上に表面電極９、パッド電極１１、シリコン系基板１の主面１ｂ上に裏面電極１２を順番に形成した後、アニール処理を行う（図１２（ｂ））。以上の工程により、図１１に示す構造が完成する。なお、上記とは工程の順番を逆にして、第２クラッド層８を形成した後、第２クラッド層８の上面のほぼ全体に表面電極９、表面電極９上にパッド電極１１、シリコン系基板１ｂの主面１ｂ上に裏面電極１２を形成し、続いて溝１６を形成してもよい。
【００６２】
図１３の電流経路Ｉ５が示すように、表面電極９から領域Ａの第２クラッド層８に流入した電流は、領域Ａの第２クラッド層８、活性層７、第１クラッド層６を経由する。領域Ａよりも領域Ｂの方が、シリコン系基板１と反応源供給層４との間の抵抗値が低いので、領域Ａの第１クラッド層６に到達した電流の大半は第１クラッド層６、反応源供給層４、ＡｌＮ層３、金属化合物領域２のいずれかで領域Ｂに集まり、領域Ｂのシリコン系基板１を経由し、裏面電極１２に流れる。このような経路で電流が流れることによって、低い駆動電圧を実現することができる。
【００６３】
シリコン系基板１の主面１ａの領域Ｂに凹凸等を設けた場合、横方向成長を生じさせて、前述した低温バッファ層を形成したり、第１クラッド層６を厚く形成したりしたとしても、領域Ｂの活性層７には少なからず結晶欠陥が生じる。そこで、溝１６を形成し、結晶性の劣化した領域Ｂの活性層７を除去することによって、結晶性の良好な活性層７のみに電流を流し、良好な発光を得ることができるようになる。
【００６４】
なお、溝１６の底面１６ａの位置は第１クラッド層６の底面の位置よりも浅くなくてもよい。ＡｌＮ層３よりも上方の層でも領域Ａと領域Ｂが電気的に接続されてさえいれば、溝１６の底面１６ａの位置は反応源供給層４の底面よりも浅い位置となっていればよい。また、より高い光取り出し効率を実現するためには、領域Ａにおいて、領域Ｂからできるだけ離れた場所にパッド電極１１が形成されていることが望ましい。
【００６５】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。図１４は、本実施形態による半導体発光素子の断面構造を示している。本実施形態でも第３の実施形態と同様に、領域Ｂにおける発光機能層５に、発光機能層５の表面から掘り下げられた溝１６が形成されている。領域Ｂの活性層７の結晶性が比較的劣化しているので、溝１６の底面１６ａが第１クラッド層６まで到達しており、領域Ｂの活性層７の少なくとも一部が除去されている。溝１６の底面１６ａ及び側面１６ｂには絶縁膜１７が形成されている。表面電極９は、領域Ａの第２クラッド層８上に形成された第１の電極１８と、絶縁膜１７上に形成され、第１の電極１８と電気的に接続された第２の電極１９とから構成されている。第２の電極１９上にはパッド電極１１が形成されている。なお、パッド電極１１は、溝１６を埋めるように形成されていることが望ましい。
【００６６】
以下、図１５を参照し、本実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明する。第２クラッド層８を形成するまでの工程は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。第２クラッド層８を形成した後、領域Ｂにおいて、第２クラッド層８の上面からエッチングを行い、活性層７の底面よりも深く、第１クラッド層６の底面よりも浅い溝１６を形成する。続いて、溝の底面１６ａ及び側面１６ｂに絶縁膜１７を形成する（図１５（ａ））。続いて、第２クラッド層８の上面の露出部及び絶縁膜１７上に表面電極９、表面電極９上にパッド電極１１、シリコン系基板１の主面１ｂ上に裏面電極１２を順番に形成した後、アニール処理を行う（図１５（ｂ））。以上の工程により、図１４に示す構造が完成する。
【００６７】
パッド電極１１から第２の電極１９に流れた電流は、第１の電極１８に向かって、すなわち半導体発光素子の側方へ向かって流れる。そして、図１６の電流経路Ｉ６及びＩ７が示すように、電流は、主に領域Ａの第２クラッド層８、活性層７、第１クラッド層６を経由する。領域Ａよりも領域Ｂの方が、シリコン系基板１と反応源供給層４との間の抵抗値が低いので、領域Ａの第１クラッド層６に到達した電流の大半は第１クラッド層６、反応源供給層４、ＡｌＮ層３、金属化合物領域２のいずれかで領域Ｂに集まり、領域Ｂのシリコン系基板１を経由し、裏面電極１２に流れる。このような経路で電流が流れることによって、低い駆動電圧を実現することができる。
【００６８】
また、溝１６を形成したことによって、結晶性の劣化した領域Ｂの活性層７が除去されているので、結晶性の良好な活性層７に主な電流を流し、良好な発光を得ることができる。さらに、良好な発光を得にくい領域Ｂにパッド電極１１を設けることによって、領域Ａの活性層７から発せられた光がパッド電極１１によって遮られることを抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
【００６９】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。図１７は、本実施形態による半導体発光素子の断面構造を示している。本実施形態でも第４の実施形態と同様に、領域Ｂにおける発光機能層５に溝１６が形成されており、溝１６の底面１６ａ及び側面１６ｂには絶縁膜１７が形成されている。表面電極９は第１の電極１８と第２の電極１９とから構成されており、第２の電極１９上にはパッド電極１１が形成されている。ここで、パッド電極１１は、溝１６を形成されていることが望ましい。また、領域Ｂにおいて、絶縁膜１７を貫通する孔（後述する図１９の孔１７ａ）が形成されている。その孔によって露出した発光機能層５とショットキー接触し（発光機能層５とショットキー接合を形成し）、第２の電極１９と電気的に接続されたショットキー金属膜２０が形成されている。このショットキー金属膜２０は例えば、第２クラッド層８がＮ型半導体の場合、ニッケル（Ｎｉ），白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），金（Ａｕ）から選択された１種類の金属、若しくはこれらのうちいずれか１つを含む合金で形成される。また、第２クラッド層８がＰ型半導体の場合、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等から選択された１種類の金属、若しくはこれらのうちいずれか１つを含む合金で形成される。
【００７０】
化合物系半導体を発光層に使用した発光素子は、静電破壊耐量が比較的小さいため、例えば１００Ｖよりも高いサージ電圧が印加されると、破壊に至ることがある。そこで、半導体発光素子の静電保護のため、発光素子と共にダイオードやコンデンサ等の保護素子を同一パッケージ内に搭載することが考えられる。従って、本実施形態による半導体発光素子は、図１８に示す発光素子としての発光ダイオード６１と、保護素子としてのショットキーバリアダイオード６２との逆並列接続回路として機能するように形成されている。
【００７１】
ショットキーバリアダイオード６２は、発光ダイオード６１に所定値以上の逆方向の過電圧（例えばサージ電圧）が印加されたときに導通する。これにより、発光ダイオード６１の電圧はショットキーバリアダイオード６２の順方向電圧に制限され、発光ダイオード６１が、静電気等に基づく逆方向の過電圧から保護される。
【００７２】
ショットキーバリアダイオード６２の順方向の導通開始電圧は発光ダイオード６１の許容最大逆方向電圧以下に設定される。即ち、ショットキーバリアダイオード６２の順方向の導通開始電圧は、発光ダイオード６１が破壊される恐れのある電圧よりも低い値に設定される。なお、ショットキーバリアダイオード６２の順方向の導通開始電圧は、正常時に発光ダイオード６１に印加される逆方向の電圧（発光ダイオード６１がオンする電圧）よりも高く、且つ発光ダイオード６１が破壊される恐れのある逆方向の電圧よりも低いことが望ましい。
【００７３】
次に、図１９及び図２０を参照し、本実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明する。第２クラッド層８を形成するまでの工程は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。第２クラッド層８を形成した後、領域Ｂにおいて、第２クラッド層８の上面からエッチングを行い、活性層７の底面よりも深く、第１クラッド層６の底面よりも浅い溝１６を形成する。続いて、溝の底面１６ａ及び側面１６ｂに絶縁膜１７を形成する（図１９（ａ））。
【００７４】
続いて、溝１６の底面１６ａ上の絶縁膜１７の一部を除去することによって孔１７ａを形成し、底面１６ａを露出させる（図１９（ｂ））。この孔１７ａの形成によって露出した底面１６ａに、第２クラッド層８とショットキー接触する金属を付着させ、ショットキー金属膜２０を形成する（図２０（ａ））。さらに、表面電極９、パッド電極１１、裏面電極１２を形成した後、アニール処理を行う（図２０（ｂ））。以上の工程により、図１７に示す構造が完成する。
【００７５】
パッド電極１１から第２の電極１９に流れた電流は、第１の電極１８に向かって、すなわち半導体発光素子の側方へ向かって流れる。そして、図２１の電流経路Ｉ８及びＩ９が示すように、電流は、主に領域Ａの第２クラッド層８、活性層７、第１クラッド層６を経由する。領域Ａよりも領域Ｂの方が、シリコン系基板１と反応源供給層４との間の抵抗値が低いので、領域Ａの第１クラッド層６に到達した電流の大半は第１クラッド層６、反応源供給層４、ＡｌＮ層３、金属化合物領域２のいずれかで領域Ｂに集まり、領域Ｂのシリコン系基板１を経由し、裏面電極１２に流れる。このような経路で電流が流れることによって、低い駆動電圧を実現することができる。
【００７６】
また、溝１６を形成したことによって、結晶性の劣化した領域Ｂの活性層７が除去されているので、結晶性の良好な活性層７のみに電流を流し、良好な発光を得ることができる。さらに、良好な発光を得にくい領域Ｂにパッド電極１１を設けることによって、領域Ａの活性層７から発せられた光がパッド電極１１によって遮られることを抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
【００７７】
また、領域Ｂに形成された保護素子が、平面的に見てパッド電極１１の下に配置されているので、半導体発光素子の光取り出し面積の低減を抑制して保護素子を形成することができ、保護素子内蔵の半導体発光素子の小型化を図ることができる。さらに、パッド電極１１及び第２の電極１９は、発光ダイオード６１とショットキーバリアダイオード６２との相互接続部分として機能していると共に、外部接続導体として機能しているので、半導体発光素子の構成が単純化され、小型化及び低コスト化を達成できる。
【００７８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、第２〜第５の実施形態では、シリコン系基板１の主面１ａに凹凸を設けた半導体発光素子を説明したが、第１の実施形態の変形例として説明したように、アモルファスシリコンやポリシリコン等の多結晶膜若しくはシリサイド膜を凹凸の代わりに形成してもよい。また、貼り合せ金属を用いた半導体発光素子に本発明を適用してもよい。また、第５の実施形態では、ショットキー金属膜２０の代わりに、孔１７ａによって露出した第１の半導体層と導電型の異なる第２の半導体層を第１の半導体層の表面に形成し、第１の半導体層と第２の半導体層との界面がＰＮ接合となるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体発光素子の断面構造を示す模式断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による半導体発光素子の一部の断面構造を示す模式断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための模式断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための模式断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の変形例による半導体発光素子の断面構造を示す模式断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例による半導体発光素子の製造方法を説明するための模式断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による半導体発光素子を流れる電流の経路を説明するための模式断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による半導体発光素子の断面構造を示す模式断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための模式断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による半導体発光素子を流れる電流の経路を説明するための模式断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による半導体発光素子の断面構造を示す模式断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための模式断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態による半導体発光素子を流れる電流の経路を説明するための模式断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態による半導体発光素子の断面構造を示す模式断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための模式断面図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態による半導体発光素子を流れる電流の経路を説明するための模式断面図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態による半導体発光素子の断面構造を示す模式断面図である。
【図１８】本発明の第５の実施形態による半導体発光素子の等価回路を示す回路図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための模式断面図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態による半導体発光素子の製造方法を説明するための模式断面図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態による半導体発光素子を流れる電流の経路を説明するための模式断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１・・・シリコン系基板、２・・・金属化合物領域、３・・・ＡｌＮ層、４・・・反応源供給層、５・・・発光機能層、６・・・第１クラッド層、７・・・活性層、８・・・第２クラッド層、９・・・表面電極、１０・・・凹凸、１１・・・パッド電極、１２・・・裏面電極、１３，１７・・・絶縁膜、１４，１８・・・第１の電極、１５，１９・・・第２の電極、２０・・・ショットキー金属膜、２１・・・シリサイド層
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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