(57)【要約】【課題】偏光比の高い光を取り出すことができる窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】非極性面または半極性面（たとえばｍ面）を主面とするＧａＮ単結晶基板１上にIII族窒化物半導体層２が形成されている。III族窒化物半導体層２は、ＧａＮ単結晶基板１側から順に積層されたｎ型コンタクト層２１、多重量子井戸層２２、ＧａＮファイナルバリア層２５、ｐ型電子阻止層２３、およびｐ型コンタクト層２４を有している。ｐ型コンタクト層２４層の表面には、透明電極としてのアノード電極３が形成されている。アノード電極３を覆うように濾波層８が形成されている。濾波層８は、波長域に応じて透過率が異なる。【選択図】図１
2008235803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非極性面または半極性面を結晶成長の主面としたIII族窒化物半導体からなり、発光可能な活性層を含む窒化物半導体積層構造と、
前記活性層よりも光取り出し方向側に配置され、波長域に応じて透過率の異なる濾波層とを含む、窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記濾波層が、誘電体薄膜の多層膜からなる、請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、III族窒化物半導体を用いた発光素子（発光ダイオード、レーザダイオード等）に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体とは、III-Ｖ族半導体においてＶ族元素として窒素を用いた半導体である。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）が代表例である。一般には、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わすことができる。
ｃ面を主面とする窒化ガリウム（ＧａＮ）基板上にIII族窒化物半導体を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって成長させる窒化物半導体の製造方法が知られている。この方法を適用することにより、ｎ型層およびｐ型層を有するIII族窒化物半導体積層構造を形成することができ、この積層構造を利用した発光デバイスを作製できる。このような発光デバイスは、たとえば、液晶パネル用バックライトの光源として利用可能である。
【０００３】
ｃ面を主面とするＧａＮ基板上に再成長されたＧａＮ半導体の主面はｃ面である。このｃ面から取り出される光は、ランダム偏光（無偏光）状態となっている。そのため、液晶パネルに入射する際に、入射側偏光板に対応した特定偏光以外は遮蔽され、出射側への輝度に寄与しない。そのため、高輝度な表示を実現し難い（効率は最大でも５０％）という問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、ｃ面以外、すなわち、ａ面、ｍ面等の非極性（ノンポーラ）面、または半極性（セミポーラ）面を主面とするＧａＮ半導体を成長させて、発光デバイスを作製することが検討されている。非極性面または半極性面を主面とするＧａＮ半導体層によってｐ型層およびｎ型層を有する発光デバイスを作製すると、強い偏光状態の発光が可能である。そこで、このような発光デバイスの偏光の方向と、液晶パネルの入射側偏光板の通過偏光の方向とを一致させておくことにより、入射側偏光板での損失を少なくすることができる。その結果、かつ、高輝度な表示を実現できる。
【非特許文献１】T. Takeuchi et al., Jap. J. Appl. Phys. 39, 413-416, 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、非極性面または半極性面を主面とするIII族窒化物半導体を発光させると、発生する光は、複数のピーク波長を持ち、波長によって異なる偏光方位を持つ。これは、異なるバンド準位からの発光がそれぞれ異なる偏光方位を持つからである。
たとえば、ｍ面を成長主面とするＧａＮ半導体を用い、ＩｎＧａＮで量子井戸を形成した多重量子井戸層によって活性層（発光層）を形成する場合には、発光に寄与する正孔(hole)には、エネルギー準位の高いものから順に、heavy hole、light holeおよびsprit-orbital crystal field hole (SCH)がある。これらの正孔と電子との再結合によって生じる光の偏光方位は、heavy holeについてはｃ軸に垂直（ａ軸に平行）、light holeについてはｃ軸に平行、sprit-orbital crystal field hole (SCH)についてはｍ軸に平行となる。そのうちエネルギー準位の高いheavy holeに対応する偏光成分が最も強くなるので、ａ軸に平行（ｃ軸に垂直）な偏光成分の強度が最も強くなる。
【０００６】
しかし、他の正孔から発光する別の方位の偏光成分も同時に発生するため、これらの偏光成分が、偏光比の向上を阻害している。
そこで、この発明の目的は、偏光比の高い光を取り出すことができる窒化物半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、非極性面または半極性面を結晶成長の主面としたIII族窒化物半導体からなり、発光可能な活性層を含む窒化物半導体積層構造と、前記活性層よりも光取り出し方向側に配置され、波長域に応じて透過率の異なる濾波層とを含む、窒化物半導体発光素子である。
この構成によれば、III族窒化物半導体層の主面が非極性面または半極性面であるので、偏光を有する光が発生する。そして、活性層から複数のピーク波長を持つ光が発生し、それらの光の偏光方向が異なる場合でも、濾波層によって、特定波長域の光を多く透過させて取り出すことができる。これにより、当該特定波長の偏光比の高い光を取り出すことができる。
【０００８】
請求項２に記載されているように、前記濾波層は、誘電体薄膜の多層膜からなっていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を説明するための図解的な断面図である。この発光ダイオードは、ＧａＮ（窒化ガリウム）単結晶基板１上にIII族窒化物半導体積層構造を形成するIII族窒化物半導体層２を再成長させて構成されている。III族窒化物半導体層２は、ＧａＮ単結晶基板１側から順に、ｎ型コンタクト層２１、活性層（発光層）としての多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple-Quantum Well）層２２、ＧａＮファイナルバリア層２５、ｐ型電子阻止層２３、およびｐ型コンタクト層２４を積層した積層構造を有している。ｐ型コンタクト層２４層の表面には、透明電極としてのアノード電極３が形成されており、さらに、このアノード電極３の一部には、配線接続のための接続部４が接合されている。また、ｎ型コンタクト層２１には、カソード電極５が接合されている。こうして、発光ダイオード構造が形成されている。
【００１０】
さらに、アノード電極３を覆うように、誘電体薄膜の多層膜からなる濾波層８が形成されている。
ＧａＮ単結晶基板１は、支持基板（配線基板）１０に接合されている。支持基板１０の表面には、配線１１，１２が形成されている。そして、接続部４と配線１１とがボンディングワイヤ１３で接続されており、カソード電極５と配線１２とがボンディングワイヤ１４で接続されている。さらに、図示は省略するが、前記発光ダイオード構造と、ボンディングワイヤ１３，１４とが、エポキシ樹脂等の透明樹脂によって封止されることにより、窒化物半導体発光素子としての発光ダイオード素子が構成されている。
【００１１】
ｎ型コンタクト層２１は、シリコンをｎ型ドーパントとして添加したｎ型ＧａＮ層からなる。層厚は３μｍ以上とすることが好ましい。シリコンのドーピング濃度は、たとえば、１０18cm-3とされる。
多重量子井戸層２２は、シリコンをドープしたＩｎＧａＮ層（量子井戸層。たとえば３ｎｍ厚）とＧａＮ層（障壁層。たとえば９ｎｍ厚）とを交互に所定周期（たとえば５周期）積層したものである。この多重量子井戸層２２と、ｐ型電子阻止層２３との間に、ＧａＮファイナルバリア層２５（たとえば４０ｎｍ厚）が積層されている。
【００１２】
ｐ型電子阻止層２３は、ｐ型ドーパントとしてのマグネシウムを添加したＡｌＧａＮ層からなる。層厚は、たとえば、２８ｎｍである。マグネシウムのドーピング濃度は、たとえば、３×１０19cm-3とされる。
ｐ型コンタクト層２４は、ｐ型ドーパントとしてのマグネシウムを高濃度に添加したＧａＮ層からなる。層厚は、たとえば、７０ｎｍである。マグネシウムのドーピング濃度は、たとえば、１０20cm-3とされる。ｐ型コンタクト層２４の表面はIII族窒化物半導体層２の表面２ａをなし、この表面２ａは鏡面となっている。より具体的には、表面２ａの凹凸は、１００ｎｍ以下である。ＧａＮの屈折率をｎ2（ｎ2≒２．５）とし、発光波長をλとすると、表面２ａの凹凸がλ／ｎ2以下であれば、この凹凸は光に対して実質的に影響を与えることのない鏡面であるといえる。この表面２ａは、多重量子井戸層２２で発生した光が取り出される光取り出し側表面である。
【００１３】
アノード電極３は、Ｎｉ（屈折率１．８）とＡｕ（屈折率は１．６）とから構成される透明な薄い金属層（たとえば、２００Å以下）で構成される。III族窒化物半導体層２の表面２ａが鏡面であるので、この表面２ａに接して形成されるアノード電極３の表面３ａ（光取り出し側表面）も鏡面となる。すなわち、この表面３ａの凹凸は、たとえば１００ｎｍ以下である。アノード電極３の屈折率をｎ1（ｎ1は１．６〜１．８）とし、発光波長をλとすると、表面３ａの凹凸がλ／ｎ1以下であれば、この凹凸は光に対して実質的に影響を与えることのない鏡面であるといえる。このように、III族窒化物半導体層２の光取り出し側表面２ａおよびアノード電極３の光取り出し側表面３ａがいずれも鏡面であるので、多重量子井戸層２２から発生した光は、その偏光状態にほとんど影響を与えることなく、アノード電極３側へと取り出されることになる。
【００１４】
カソード電極５は、ＴｉとＡｌ層とから構成される膜である。
濾波層８は、波長域に応じて透過率の異なるものであり、特定波長域の光を減衰（反射または吸収）させる一方で、別の特定波長域の光を選択的に透過させる働きを有するものである。たとえば、図２に図解的に示すように、屈折率が互いに異なる第１誘電体膜８１および第２誘電体膜８２を交互に複数回（図２の例では５回）繰り返し積層した多重反射膜で濾波層８を構成することができる。この多重反射膜は、減衰させようとする光の波長をλdとすると、膜厚λd／４ｎ81（ただしｎ81は第１誘電体膜８１の屈折率）の第１誘電体膜８１と、膜厚λd／４ｎ82（ただしｎ82は第２誘電体膜８２の屈折率）の第２誘電体膜８２膜とを交互に積層した構造となっている。たとえば、第１誘電体膜８１としてＳｉＯ2膜を用い、第２誘電体膜８２としてＺｒＯ2膜を用いることができる。
【００１５】
ＧａＮ単結晶基板１は、ｃ面以外の主面を有するＧａＮ単結晶からなる基板である。より具体的には、非極性面または半極性面を主面とするものである。さらに具体的には、ＧａＮ単結晶基板１の主面は、非極性面の面方位から±１°以内のオフ角を有する面であるか、または半極性面の面方位から±１°以内のオフ角を有する面である。
図３は、III族窒化物半導体の結晶構造のユニットセルを表した図解図である。III族窒化物半導体の結晶構造は、六方晶系で近似することができ、一つのIII族原子に対して４つの窒素原子が結合している。４つの窒素原子は、III族原子を中央に配置した正四面体の４つの頂点に位置している。これらの４つの窒素原子は、一つの窒素原子がIII族原子に対して＋ｃ軸方向に位置し、他の三つの窒素原子がIII族原子に対して−ｃ軸側に位置している。このような構造のために、III族窒化物半導体では、分極方向がｃ軸に沿っている。
【００１６】
ｃ軸は六角柱の軸方向に沿い、このｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）がｃ面（０００１）である。ｃ面に平行な２つの面でIII族窒化物半導体の結晶を劈開すると、＋ｃ軸側の面（＋ｃ面）はIII族原子が並んだ結晶面となり、−ｃ軸側の面（−ｃ面）は窒素原子が並んだ結晶面となる。そのため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示すので、極性面(Polar Plane)と呼ばれる。
【００１７】
一方、六角柱の側面がそれぞれｍ面（１０-１０）であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がａ面（１１-２０）である。これらは、ｃ面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、非極性面(Nonpolar Plane)である。さらに、ｃ面に対して傾斜している（平行でもなく直角でもない）結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているため、若干の極性のある平面、すなわち、半極性面(Semipolar Plane)である。半極性面の具体例は、（１０-１-１）面、（１０-１-３）面、（１１-２２）面などの面である。
【００１８】
非特許文献１に、ｃ面に対する結晶面の偏角と当該結晶面の法線方向の分極との関係が示されている。この非特許文献１から、（１１-２４）面、（１０-１２）面なども分極の少ない結晶面であり、大きな偏光状態の光を取り出すために採用される可能性のある有力な結晶面であると言える。
たとえば、ｍ面を主面とするＧａＮ単結晶基板は、ｃ面を主面としたＧａＮ単結晶から切り出して作製することができる。切り出された基板のｍ面は、たとえば、化学的機械的研磨処理によって研磨され、（０００１）方向および（１１−２０）方向の両方に関する方位誤差が、±１°以内（好ましくは±０．３°以内）とされる。こうして、ｍ面を主面とし、かつ、転位や積層欠陥といった結晶欠陥のないＧａＮ単結晶基板が得られる。このようなＧａＮ単結晶基板の表面には、原子レベルの段差が生じているにすぎない。
【００１９】
このようにして得られるＧａＮ単結晶基板上に、ＭＯＣＶＤ法によって、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造が成長させられる。
ｍ面を主面とするＧａＮ単結晶基板１上にｍ面を成長主面とするIII族窒化物半導体層２を成長させてａ面に沿う断面を電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：走査透過電子顕微鏡）で観察すると、III族窒化物半導体層２には、転位の存在を表す条線が見られない。そして、表面状態を光学顕微鏡で観察すると、ｃ軸方向への平坦性（最後部と最低部との高さの差）は１０Å以下であることが分かる。このことは、多重量子井戸層２２、とくに量子井戸層のｃ軸方向への平坦性が１０Å以下であることを意味する。これにより、発光スペクトルの半値幅を小さくできる。
【００２０】
このように、無転位でかつ積層界面が平坦なｍ面III族窒化物半導体を成長させることができる。ただし、ＧａＮ単結晶基板１の主面のオフ角は±１°以内（好ましくは±０．３°以内）とすることが好ましく、たとえば、オフ角を２°としたｍ面ＧａＮ単結晶基板上にIII族窒化物半導体層を成長させると、III族窒化物半導体結晶がテラス状に成長し、オフ角を±１°以内とした場合のような平坦な表面状態とすることができないおそれがある。
【００２１】
ｍ面を主面としたＧａＮ単結晶基板上に結晶成長させられるIII族窒化物半導体は、ｍ面を成長主面として成長する。ｃ面を主面として結晶成長した場合には、ｃ軸方向の分極の影響で、量子井戸層での発光効率が悪くなるおそれがある。これに対して、ｍ面を結晶成長主面とすれば、量子井戸層での分極が抑制され、発光効率が増加する。また、分極が少ないため、発光波長の電流依存性が抑制され、安定した発光波長を実現できる。
【００２２】
また、非極性面を結晶成長の主面とすることによって、III族窒化物半導体の結晶成長を極めて安定に行うことができるので、ｃ面を結晶成長の主面とする場合に比較して、III族窒化物半導体層２の結晶性を向上することができる。これにより、高効率での発光が可能になる。とくに、ｍ面を結晶成長主面とすることにより、ａ面を結晶成長主面とする場合よりもIII族窒化物半導体層２の結晶性を向上できる。
【００２３】
また、この実施形態では、基板１としてＧａＮ単結晶基板を用いているので、III族窒化物半導体層２は、欠陥の少ない高い結晶品質を有することができる。その結果、高性能の発光素子を実現できる。
さらにまた、実質的に転位のないＧａＮ単結晶基板上にIII族窒化物半導体層２を成長させることにより、このIII族窒化物半導体層２は基板１の再成長面（ｍ面）からの積層欠陥や貫通転位が生じていない良好な結晶とすることができる。これにより、欠陥に起因する発光効率低下などの特性劣化を抑制することができる。
【００２４】
前述のとおり、ＩｎＧａＮで量子井戸を形成した多重量子井戸層２２によって活性層（発光層）を形成する場合、発光に寄与する正孔(hole)には、エネルギー準位の高いものから順に、heavy hole、light holeおよびsprit-orbital crystal field hole (SCH)がある。これらの正孔と電子との再結合によって生じる光の偏光方位は、heavy holeについてはｃ軸に垂直（ａ軸に平行）、light holeについてはｃ軸に平行、sprit-orbital crystal field hole (SCH)についてはｍ軸に平行となる。そのうちエネルギー準位の高いheavy holeに対応する偏光成分が最も強くなるので、ａ軸に平行（ｃ軸に垂直）な偏光成分の強度が最も強くなる。
【００２５】
図４は、多重量子井戸層２２からの発光スペクトルの一例を示す特性図である。曲線Ｌ１は、ａ軸に平行な偏光成分（電界Ｅがｃ軸に垂直な偏光成分）の波長スペクトルを示し、曲線Ｌ２は、ｃ軸に平行な偏光成分（電界Ｅがｃ軸に平行な偏光成分）の波長スペクトルを示す。ａ軸平行（ｃ軸垂直）の偏光成分は、この例では、波長４５０ｎｍにピークを持ち、ｃ軸平行の偏光成分は、この例では波長４４０ｎｍにピークを持つ。この場合、濾波層８を構成する多重反射膜は、たとえば、４４０ｎｍ以下の波長の光を遮断するように設計される。これにより、ｃ軸平行の偏光成分が濾波層８で減衰させられ、ａ軸平行の偏光成分は濾波層８を通過する。その結果、ａ軸平行の偏光成分の偏光比を高めることができ、偏光比の高い偏光を取り出すことができる。
【００２６】
図５は、III族窒化物半導体層２を構成する各層を成長させるための処理装置の構成を説明するための図解図である。処理室３０内に、ヒータ３１を内蔵したサセプタ３２が配置されている。サセプタ３２は、回転軸３３に結合されており、この回転軸３３は、処理室３０外に配置された回転駆動機構３４によって回転されるようになっている。これにより、サセプタ３２に処理対象のウエハ３５を保持させることにより、処理室３０内でウエハ３５を所定温度に昇温することができ、かつ、回転させることができる。ウエハ３５は、前述のＧａＮ単結晶基板１を構成するＧａＮ単結晶ウエハである。
【００２７】
処理室３０には、排気配管３６が接続されている。排気配管３６はロータリポンプ等の排気設備に接続されている。これにより、処理室３０内の圧力は、１／１０気圧〜常圧（好ましくは１／５気圧程度）とされ、処理室３０内の雰囲気は常時排気されている。
一方、処理室３０には、サセプタ３２に保持されたウエハ３５の表面に向けて原料ガスを供給するための原料ガス供給路４０が導入されている。この原料ガス供給路４０には、窒素原料ガスとしてのアンモニアを供給する窒素原料配管４１と、ガリウム原料ガスとしてのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を供給するガリウム原料配管４２と、アルミニウム原料ガスとしてのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を供給するアルミニウム原料配管４３と、インジウム原料ガスとしてのトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を供給するインジウム原料配管４４と、マグネシウム原料ガスとしてのエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ2Ｍｇ）を供給するマグネシウム原料配管４５と、シリコンの原料ガスとしてのシラン（ＳｉＨ4）を供給するシリコン原料配管４６とが接続されている。これらの原料配管４１〜４６には、それぞれバルブ５１〜５６が介装されている。各原料ガスは、いずれも水素もしくは窒素またはこれらの両方からなるキャリヤガスとともに供給されるようになっている。
【００２８】
たとえば、ｍ面を主面とするＧａＮ単結晶ウエハをウエハ３５としてサセプタ３２に保持させる。この状態で、バルブ５２〜５６は閉じておき、窒素原料バルブ５１を開いて、処理室３０内に、キャリヤガスおよびアンモニアガス（窒素原料ガス）が供給される。さらに、ヒータ３１への通電が行われ、ウエハ温度が１０００℃〜１１００℃（たとえば、１０５０℃）まで昇温される。これにより、表面の荒れを生じさせることなくＧａＮ半導体を成長させることができるようになる。
【００２９】
ウエハ温度が１０００℃〜１１００℃に達するまで待機した後、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２およびシリコン原料バルブ５６が開かれる。これにより、原料ガス供給路４０から、キャリヤガスとともに、アンモニア、トリメチルガリウムおよびシランが供給される。その結果、ウエハ３５の表面に、シリコンがドープされたＧａＮ層からなるｎ型コンタクト層２１が成長する。
【００３０】
次に、シリコン原料バルブ５６が閉じられ、多重量子井戸層２２の成長が行われる。多重量子井戸層２２の成長は、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２およびインジウム原料バルブ５４を開いてアンモニア、トリメチルガリウムおよびトリメチルインジウムをウエハ３５へと供給することによりＩｎＧａＮ層を成長させる工程と、インジウム原料バルブ５４を閉じ、窒素原料バルブ５１およびガリウム原料バルブ５２を開いてアンモニアおよびトリメチルガリウムをウエハ３５へと供給することにより、無添加のＧａＮ層を成長させる工程とを交互に実行することによって行える。たとえば、ＧａＮ層を始めに形成し、その上にＩｎＧａＮ層を形成する。これを５回に渡って繰り返し行った後、最後に、ＩｎＧａＮ層上にＧａＮファイナルバリア層２５が形成される。多重量子井戸層２２およびＧａＮファイナルバリア層２５の形成時には、ウエハ３５の温度は、たとえば、７００℃〜８００℃（たとえば７３０℃）とされることが好ましい。
【００３１】
次いで、ｐ型電子阻止層２３が形成される。すなわち、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２、アルミニウム原料バルブ５３およびマグネシウム原料バルブ５５が開かれ、他のバルブ５４，５６が閉じられる。これにより、ウエハ３５に向けて、アンモニア、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムおよびエチルシクロペンタジエニルマグネシウムが供給され、マグネシウムがドープされたＡｌＧａＮ層からなるｐ型電子阻止層２３が形成されることになる。このｐ型電子阻止層２３の形成時には、ウエハ３５の温度は、１０００℃〜１１００℃（たとえば１０００℃）とされることが好ましい。
【００３２】
次に、ｐ型コンタクト層２４が形成される。すなわち、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２およびマグネシウム原料バルブ５５が開かれ、他のバルブ５３，５４，５６が閉じられる。これにより、ウエハ３５に向けて、アンモニア、トリメチルガリウムおよびエチルシクロペンタジエニルマグネシウムが供給され、マグネシウムがドープされたＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層２４が形成されることになる。ｐ型コンタクト層２４の形成時には、ウエハ３５の温度は、１０００℃〜１１００℃（たとえば１０００℃）とされることが好ましい。
【００３３】
こうして、ウエハ３５上にIII族窒化物半導体層２が成長させられると、このウエハ３５は、エッチング装置に移され、たとえばプラズマエッチングによって、図１に示すように、ｎ型コンタクト層２１を露出させるための凹部７が形成される。凹部７は、多重量子井戸層２２、ｐ型電子阻止層２３およびｐ型コンタクト層２４を島状に取り囲むように形成されてもよく、これにより、多重量子井戸層２２、ｐ型電子阻止層２３およびｐ型コンタクト層２４をメサ形に整形するものであってもよい。
【００３４】
さらに、抵抗加熱または電子線ビームによる金属蒸着装置によって、アノード電極３、接続部４、カソード電極５が形成される。
その後、平行平板間でのプラズマによるマグネトロンスパッタ法や、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタ法によって、アノード電極３上に濾波層８が形成される。これにより、図１に示す発光ダイオード構造を得ることができる。
【００３５】
このようなウエハプロセスの後に、ウエハ３５の劈開によって個別素子が切り出され、この個別素子は、ダイボンディングおよびワイヤボンディングによってリード電極に接続された後、エポキシ樹脂等の透明樹脂中に封止される。こうして、窒化物半導体発光素子が作製される。
ウエハ３５（ＧａＮ単結晶基板１）上にIII族窒化物半導体層２の構成層２１〜２４の成長に際しては、いずれの層の成長の際も、処理室３０内のウエハ３５に供給されるガリウム原料（トリメチルガリウム）のモル分率に対する窒素原料（アンモニア）のモル分率の比であるＶ／III比は、３０００以上の高い値に維持される。このような高いＶ／III比を用い、かつ、ＧａＮ単結晶基板１とIII族窒化物半導体層２との間にバッファ層を介在することなく、ｍ面等を主面とするIII族窒化物半導体層２が、無転位の状態で、かつ、平坦に成長する。
【００３６】
図６は、この発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を説明するための図解図である。この図６において、前述の図１に示された各部に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。この実施形態では、ＧａＮ単結晶基板１上にIII族窒化物半導体層２が成長させられた後、ＧａＮ単結晶基板１が研削処理等によって除去される。これにより、ｎ型コンタクト層２１が露出している。このｎ型コンタクト層２１の表面２１ａに対して、化学的機械的研磨等の研磨処理（鏡面処理）が施され、これにより、この表面２１ａが鏡面とされる。すなわち、この表面２１ａは、その凹凸が１００ｎｍ以下とされる。ＧａＮの屈折率をｎ2（ｎ2≒２．５）とし、発光波長をλとすると、表面２１ａの凹凸がλ／ｎ2以下であれば、この凹凸は光に対して実質的に影響を与えることのない鏡面であるといえる。この表面２１ａは、支持基板１０とは反対側に向けられ、光取り出し面となる。そしてこの表面２１ａを覆うように濾波層８が形成されている。
【００３７】
ｐ型コンタクト層２４の表面に形成されたアノード電極３は、支持基板１０上の配線１１に接合（ダイボンディング）されている。これにより、発光ダイオード構造は、図１の場合とは反転した姿勢で支持基板１０に固定されている。この場合、アノード電極３は、透明電極である必要はない。
一方、III族窒化物半導体層２は、支持基板１０側からｎ型コンタクト層２１が露出するまでエッチング（たとえばプラズマエッチング）されていて、凹部１７が形成されている。この凹部１７に、ｎ型コンタクト層２１に接するカソード電極５が形成されている。このカソード電極５と、支持基板１０上の配線１２とが、導電材料１８によって接続されている。
【００３８】
図７は、この発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を説明するための図解図である。この図７において、前述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。この実施形態では、前述の第１の実施形態における濾波層８の代わりに、ｐ型電子阻止層２３とｐ型コンタクト層２４との間に、濾波層８Ａが積層されている。この濾波層８Ａは、たとえば、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを交互に複数周期（たとえば１０周期）繰り返し積層した超格子層で構成されている。この場合に、減衰させようとする光の波長をλdとすると、ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚をλd／４ｎAlGaN（ただしｎAlGaNはｐ型ＡｌＧａＮの屈折率）とし、ｐ型ＧａＮ層の膜厚をλd／４ｎGaN（ただしｎGaNはｐ型ＧａＮの屈折率）とすればよい。
【００３９】
この構成においても、多重量子井戸層２２よりも光取り出し方向側に濾波層８Ａが配置されているので、所望の偏光方位を持つ波長成分を選択して取り出すことができ、偏光比を高めることができる。
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の第３の実施形態の構成を図６に示された実施形態に対して適用することもできる。すなわち、この場合には、濾波層８を設ける代わりに、たとえば、図６に二点鎖線で示すように、ｎ型コンタクト層２１と多重量子井戸層２２との間（すなわち、多重量子井戸層２２よりも光取り出し方向側）に濾波層８Ａを積層しておけばよい。この場合、濾波層８Ａを構成する超格子層は、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層とで構成すればよい。
【００４０】
また、前述の実施形態では、透明電極としてのアノード電極３をＮｉ／Ａｕ膜で構成した例について説明したが、ＺｎＯやＩＴＯのような金属酸化物膜からなる透明電極をアノード電極３に適用してもよい。
さらに、前述の実施形態では、III族窒化物半導体としてＧａＮ半導体を用いた例を説明したが、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮで表されるIII族窒化物半導体を用いた発光素子に対して、この発明を同様に適用することができる。
【００４１】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を説明するための図解的な断面図である。
【図２】濾波層の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図３】III族窒化物半導体の結晶構造のユニットセルを表した図解図である。
【図４】多重量子井戸層からの発光スペクトルの一例を示す特性図である。
【図５】III族窒化物半導体層を構成する各層を成長させるための処理装置の構成を説明するための図解図である。
【図６】この発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を説明するための図解図である。
【図７】この発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を説明するための図解図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    ＧａＮ単結晶基板
２    III族窒化物半導体層
２ａ  III族窒化物半導体層の表面（鏡面）
３    アノード電極（透明電極）
３ａ  アノード電極の表面（鏡面）
４    接続部
５    カソード電極
７    凹部
８，８Ｂ    濾波層
８１，８２    誘電体膜
１０    支持基板
１１，１２    配線
１３，１４    ボンディングワイヤ
１８    導電材料
２１    ｎ型コンタクト層
２１ａ  ｎ型コンタクト層の表面（III族窒化物半導体層の表面：鏡面）
２２    多重量子井戸層
２３    ｐ型電子阻止層
２４    ｐ型コンタクト層
２５    ファイナルバリア層
３０    処理室
３１    ヒータ
３２    サセプタ
３３    回転軸
３４    回転駆動機構
３５    ウエハ
３６    排気配管
４０    原料ガス供給路
４１    窒素原料配管
４２    ガリウム原料配管
４３    アルミニウム原料配管
４４    インジウム原料配管
４５    マグネシウム原料配管
４６    シリコン原料配管
５１    窒素原料バルブ
５２    ガリウム原料バルブ
５３    アルミニウム原料バルブ
５４    インジウム原料バルブ
５５    マグネシウム原料バルブ
５６    シリコン原料バルブ
【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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