(57)【要約】　【課題】　発光効率が大幅に向上した半導体発光素子を実現する。　【解決手段】　サファイア基板１１上にｎ型ＧａＮ層１２を成長させ、その上にＳｉＯ2 膜などにより成長マスクを形成する。成長マスクの開口部におけるｎ型ＧａＮ層１２上に六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５を選択成長させる。成長マスクをエッチング除去した後、ｎ型ＧａＮ層１５を覆うように基板全面に活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７を順次成長させ、発光素子構造を形成する。この後、ｎ側電極１９およびｐ側電極２０を形成する。【選択図】　　　　図７
2004119964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　基板上に第１導電型の第１の半導体層を成長させる工程と、
　上記第１の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
　上記成長マスクの上記開口部における上記第１の半導体層上に第１導電型の第２の半導体層を選択成長させる工程と、
　上記成長マスクを除去する工程と、
　上記第２の半導体層上に、少なくとも活性層および第２導電型の第３の半導体層を順次成長させる工程とを有する
　ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
　上記成長マスクは酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜またはそれらの積層膜からなる
　ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
　上記第２の半導体層は上記基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層である
　ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
　上記結晶層はウルツ鉱型の結晶構造を有する
　ことを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
　上記結晶層は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
　ことを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
　上記第１の半導体層、上記第２の半導体層、上記活性層および上記第３の半導体層は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
　ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
　上記傾斜結晶面はＳ面である
　ことを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
　上記活性層および上記第３の半導体層を含む成長層の厚さの少なくとも９０％以上を１０μｍ／ｈ以上の成長速度で成長させる
　ことを特徴とする請求項７記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
　上記結晶層はＳ面を上記傾斜結晶面とする六角錐状の形状を有する
　ことを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
　上記第２の半導体層上の上記第３の半導体層の主としてＳ面上に第２導電型側の電極を形成する工程を有する
　ことを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
　上記結晶層はＳ面を上記傾斜結晶面とし、上面をＣ面とする六角錐台状の形状を有する
　ことを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
　上記第２の半導体層上の上記第３の半導体層のＣ面上に第２導電型側の電極を形成する工程を有する
　ことを特徴とする請求項１１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
　上記基板の主面はＣ面である
　ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
　上記第２の半導体層を上記成長マスクの上記開口部よりも横方向に広がるように選択成長させる
　ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
　上記成長マスクを除去した後、上記活性層を成長させる前に、上記第２の半導体層上に、第１導電型の第４の半導体層を成長させる
　ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
　一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第１導電型の半導体層と、
　少なくとも上記結晶部の上記傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第２導電型の半導体層と、
　上記第１導電型の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
　上記結晶部上の上記第２導電型の半導体層上に設けられ、上記第２導電型の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する半導体発光素子であって、
　上記第２の電極の大きさが、上記活性層および上記第２導電型の半導体層が積層された上記結晶部の大きさの５０％以下である
　ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１７】
　上記結晶部はウルツ鉱型の結晶構造を有する
　ことを特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
　上記結晶部は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
　ことを特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
　上記第１導電型の半導体層、上記活性層および上記第２導電型の半導体層は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
　ことを特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
　上記傾斜結晶面はＳ面である
　ことを特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
　上記結晶部はＳ面を上記傾斜結晶面とする六角錐状の形状を有する
　ことを特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項２２】
　上記結晶部はＳ面を上記傾斜結晶面とし、上面をＣ面とする六角錐台状の形状を有する
　ことを特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項２３】
　基板上に第１導電型の第１の半導体層を成長させる工程と、
　上記第１の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
　上記成長マスクの上記開口部における上記第１の半導体層上に第１導電型の第２の半導体層を選択成長させる工程と、
　上記成長マスクを除去する工程と、
　上記第２の半導体層上に、少なくとも活性層および第２導電型の第３の半導体層を順次成長させる工程とを有する
　ことを特徴とする集積型半導体発光装置の製造方法。
【請求項２４】
　一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第１導電型の半導体層と、
　少なくとも上記結晶部の上記傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第２導電型の半導体層と、
　上記第１導電型の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
　上記結晶部上の上記第２導電型の半導体層上に設けられ、上記第２導電型の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する複数の半導体発光素子が集積された集積型半導体発光装置であって、
　上記第２の電極の大きさが、上記活性層および上記第２導電型の半導体層が積層された上記結晶部の大きさの５０％以下である
　ことを特徴とする集積型半導体発光装置。
【請求項２５】
　基板上に第１導電型の第１の半導体層を成長させる工程と、
　上記第１の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
　上記成長マスクの上記開口部における上記第１の半導体層上に第１導電型の第２の半導体層を選択成長させる工程と、
　上記成長マスクを除去する工程と、
　上記第２の半導体層上に、少なくとも活性層および第２導電型の第３の半導体層を順次成長させる工程とを有する
　ことを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【請求項２６】
　一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第１導電型の半導体層と、
　少なくとも上記結晶部の上記傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第２導電型の半導体層と、
　上記第１導電型の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
　上記結晶部上の上記第２導電型の半導体層上に設けられ、上記第２導電型の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する画像表示装置であって、
　上記第２の電極の大きさが、上記活性層および上記第２導電型の半導体層が積層された上記結晶部の大きさの５０％以下である
　ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２７】
　基板上に第１導電型の第１の半導体層を成長させる工程と、
　上記第１の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
　上記成長マスクの上記開口部における上記第１の半導体層上に第１導電型の第２の半導体層を選択成長させる工程と、
　上記成長マスクを除去する工程と、
　上記第２の半導体層上に、少なくとも活性層および第２導電型の第３の半導体層を順次成長させる工程とを有する
　ことを特徴とする照明装置の製造方法。
【請求項２８】
　一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第１導電型の半導体層と、
　少なくとも上記結晶部の上記傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第２導電型の半導体層と、
　上記第１導電型の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
　上記結晶部上の上記第２導電型の半導体層上に設けられ、上記第２導電型の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する照明装置であって、
　上記第２の電極の大きさが、上記活性層および上記第２導電型の半導体層が積層された上記結晶部の大きさの５０％以下である
　ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　この発明は、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子、集積型半導体発光装置の製造方法、集積型半導体発光装置、画像表示装置の製造方法、画像表示装置、照明装置の製造方法および照明装置に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオードに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
　従来、半導体発光素子として、サファイア基板上にｎ型ＧａＮ層を成長させ、その上に所定の開口部を有する成長マスクを形成し、この成長マスクの開口部におけるｎ型ＧａＮ層上に基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する六角錐形状のｎ型ＧａＮ層を選択成長し、その傾斜結晶面上に活性層やｐ型ＧａＮ層などを成長させた発光ダイオードが、本出願人により提案されている（例えば、特許文献１参照）。この発光ダイオードによれば、素子構造を形成する層への基板側からの貫通転位の伝播を抑制することができ、それらの層の結晶性を良好にすることができることにより、高い発光効率を得ることができる。
【０００３】
【特許文献１】国際公開第０２／０７２３１号パンフレット（第４７−５０頁、第３図〜　　　　　第９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　しかしながら、本発明者の知見によれば、上述の選択成長用の成長マスクの材料としては通常、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）や窒化シリコン（ＳｉＮ）が用いられるところ、ｎ型ＧａＮ層の選択成長やその後のｐ型ＧａＮ層の成長は１０００℃前後の高温で行われるため、この成長時に成長マスクの表面からシリコン（Ｓｉ）や酸素（Ｏ）が脱離し、これがその付近の成長層に取り込まれるという現象が起こる。この現象が及ぼす影響はｐ型ＧａＮ層の成長時に特に顕著であり、ＧａＮに対してｎ型不純物として働くＳｉが、ｐ型ＧａＮ層の成長時に成長層に取り込まれると、ｐ型になりにくく、ｐ型になったとしても、正孔濃度、移動度ともに激減することが明らかとなり、これが発光ダイオードの発光効率の向上を阻害する原因であることが判明した。
【０００５】
　更に、この成長マスクの開口部を形成する際にはフォトリソグラフィー工程を必要とするが、その際にはレジストをマスク面に密着させて部分的に除去する工程が必要である。ところが、この除去時には、レジストが成長マスクの微小な間隙に残りやすく、その除去は極めて難しい。このため、後の高温成長時に、この残存レジストが不純物源となってｐ型ＧａＮ層などの特性を悪化させることもある。
【０００６】
　したがって、この発明が解決しようとする課題は、発光効率が大幅に向上した半導体発光素子を容易に製造することができる半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
　この発明が解決しようとする他の課題は、発光効率が大幅に向上した半導体発光素子を提供することにある。
　この発明が解決しようとする他の課題は、発光効率が大幅に向上した画像表示装置を容易に製造することができる画像表示装置の製造方法および発光効率が大幅に向上した画像表示装置を提供することにある。
　この発明が解決しようとする更に他の課題は、発光効率が大幅に向上した照明装置を容易に製造することができる照明装置の製造方法および発光効率が大幅に向上した照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
　基板上に第１導電型の第１の半導体層を成長させる工程と、
　第１の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
　成長マスクの開口部における第１の半導体層上に第１導電型の第２の半導体層を選択成長させる工程と、
　成長マスクを除去する工程と、
　第２の半導体層上に、少なくとも活性層および第２導電型の第３の半導体層を順次成長させる工程とを有する
　ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【０００８】
　ここで、成長マスクは、第２の半導体層の成長時に、この成長マスク上の核生成が第１の半導体層上の核生成に比べて十分に少なく、選択成長が可能である限り、基本的にはどのような材料で形成してもよいが、典型的には、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ（特に、Ｓｉ3 Ｎ4 ））膜、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜またはそれらの積層膜からなる。成長マスクとしては、このほかに、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜やタングステン（Ｗ）膜や上記の膜との積層膜などを用いてもよい。
【０００９】
　基板は、第１の半導体層、第２の半導体層、活性層、第３の半導体層などを良好な結晶性で成長させることが可能である限り、基本的にはどのような材料のものを用いてもよい。具体的には、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面を含む）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＮなど）、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 などからなる基板を用いることができ、好適には、これらの材料からなる六方晶基板または立方晶基板、より好適には六方晶基板を用いる。例えば、第１の半導体層、第２の半導体層、活性層、第３の半導体層が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる場合には、Ｃ面を主面としたサファイア基板を用いることができる。ただし、ここで言うＣ面には、これに対して５〜６°程度まで傾いていて実質的にＣ面とみなすことができる結晶面も含むものとする。
【００１０】
　選択成長される第２の半導体層は、典型的には、基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層である。第１の半導体層、第２の半導体層あるいは結晶層、活性層および第３の半導体層の材料としては、基本的には、どのような半導体を用いてもよいが、典型的には、ウルツ鉱型の結晶構造を有する。このようなウルツ鉱型の結晶構造を有する半導体としては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のほか、ＢｅＭｇＺｎＣｄＳ系化合物半導体やＢｅＭｇＺｎＣｄＯ系化合物半導体などのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などが挙げられる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、最も一般的にはＡｌX Ｂy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ａｓu Ｎ1-u-v Ｐv （ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０≦ｕ＋ｖ＜１）からなり、より具体的にはＡｌX Ｂy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１）からなり、典型的にはＡｌX Ｇａ1-x-z Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｚ≦１）からなる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。この場合、傾斜結晶面は、典型的にはＳ面（特にＳ＋面）である。ただし、ここで言うＳ面には、これに対して５〜６°程度まで傾いていて実質的にＳ面とみなすことができる結晶面も含むものとする。
【００１１】
　第２の半導体層である結晶層は、典型的には、Ｓ面を傾斜結晶面とする六角錐状の形状、あるいは、Ｓ面を傾斜結晶面とし、上面をＣ面とする六角錐台状の形状を有する。第２の半導体層上には第２導電型側の電極が形成されるが、前者の場合には、典型的には、第２の半導体層上の第３の半導体層の主としてＳ面（傾斜結晶面）上にこの電極を形成し、後者の場合には、典型的には、第２の半導体層上の第３の半導体層のＣ面（六角錐台の上面）上にこの電極を形成し、好適には、一般に結晶性が劣る、六角錐台の上面の外周の角部を避けて形成する。
　第２の半導体層である結晶層は、例えば、一方向に延在するストライプ形状であってもよい。
【００１２】
　窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長においては、成長面に比較的Ｓ面、Ｃ面が出やすいが、Ｓ面が出ているときには、その成長層の厚さの大部分、例えば９０％以上の成長速度（ここで言う成長速度は原料供給量を指す。すなわち、成長する単位面積あたりの正味の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長速度である。したがって、Ｃ面に成長する場合はその成長速度が等しいが、Ｓ面のような傾斜した面に成長する場合には注意を要する。）を１０μｍ／ｈとすれば、Ｓ面上にも成長する。しかしながら、成長速度を１０μｍ／ｈよりも小さく、例えば４μｍ／ｈとすると、Ｓ面上の成長速度よりもＣ面上の成長速度が極めて速くなり、Ｓ面上に必要な厚さの層を成長させることが難しくなる。そこで、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層および第３の半導体層を含む成長層を成長させる場合には、好適には、その厚さの少なくとも９０％以上を１０μｍ／ｈ以上の成長速度で成長させる。一方、Ｃ面上の成長の際には、成長速度を１０μｍ／ｈ以上にすると、逆にピットが大量に出現することになり、好ましくない。したがって、Ｃ面上の成長の際には、好適には、成長速度を１０μｍ／ｈより遅くする。
【００１３】
　第２の半導体層は、典型的には、成長マスクの開口部よりも横方向に広がるように選択成長させるが、必ずしもそのようにする必要はなく、開口部に収まるようにしてもよい。
【００１４】
　成長マスクを除去した後、活性層を成長させる前に、好適には活性層を成長させる直前に、第２の半導体層上に、第１導電型の第４の半導体層を成長させるようにしてもよい。このようにすることにより、次のような利点を得ることができる。第１に、成長マスクを除去した後に第２の半導体層上に活性層を直接成長させると、第２の半導体層と活性層との界面に酸化膜などが存在するために活性層の発光特性などに悪影響が生じるが、まず第４の半導体層を成長させてからその上に活性層を成長させると、酸化膜などが存在しない清浄な面上に活性層を成長させることができ、この問題を防止することができる。第２に、成長マスクを除去するために基板を大気に晒した場合、第２の半導体層の表面が酸化されて酸化膜が不均一に形成されるところ、活性層の成長時にはこの酸化膜の多い部分では成長が起きにくく、酸化膜の少ない部分から先に成長する結果、活性層の表面に凹凸ができやすいが、上述のように第４の半導体層上に活性層を成長させると、酸化膜などが存在しない清浄な面上に活性層を成長させることができることにより、活性層の表面の平坦性の向上を図ることができる。第３に、第２の半導体層の選択成長時にはその成長速度が一般に遅いことから、第２の半導体層の表面（特に、Ｃ面層）は比較的荒れた平坦性の悪い状態となりやすいが、第２の半導体層上に第４の半導体層を十分に速い成長速度で成長させると、この第２の半導体層の荒れた表面の凹凸を埋めて平坦化することができる。例えば、第１の半導体層、第２の半導体層、活性層、第３の半導体層が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる場合、第４の半導体層の材料としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いることができる。
【００１５】
　第１の半導体層、第２の半導体層、活性層および第３の半導体層の成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長またはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）などを用いることができる。
【００１６】
　この発明の第２の発明は、
　一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第１導電型の半導体層と、
　少なくとも結晶部の傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第２導電型の半導体層と、
　第１導電型の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
　結晶部上の第２導電型の半導体層上に設けられ、第２導電型の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する半導体発光素子であって、
　第２の電極の大きさが、活性層および第２導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの５０％以下である
　ことを特徴とするものである。
　ここで、第２の電極の大きさは、好適には、活性層および第２導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの約３３％以下に選ばれる。
【００１７】
　この発明の第３の発明は、
　基板上に第１導電型の第１の半導体層を成長させる工程と、
　第１の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
　成長マスクの開口部における第１の半導体層上に第１導電型の第２の半導体層を選択成長させる工程と、
　成長マスクを除去する工程と、
　第２の半導体層上に、少なくとも活性層および第２導電型の第３の半導体層を順次成長させる工程とを有する
　ことを特徴とする集積型半導体発光装置の製造方法である。
　ここで、集積型半導体発光装置はその用途を問わないが、典型的な用途を挙げると、画像表示装置や照明装置などである。
【００１８】
　この発明の第４の発明は、
　一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第１導電型の半導体層と、
　少なくとも結晶部の傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第２導電型の半導体層と、
　第１導電型の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
　結晶部上の第２導電型の半導体層上に設けられ、第２導電型の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する複数の半導体発光素子が集積された集積型半導体発光装置であって、
　第２の電極の大きさが、活性層および第２導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの５０％以下である
　ことを特徴とするものである。
　ここで、第２の電極の大きさは、好適には、活性層および第２導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの約３３％以下に選ばれる。
【００１９】
　この発明の第５の発明は、
　基板上に第１導電型の第１の半導体層を成長させる工程と、
　第１の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
　成長マスクの開口部における第１の半導体層上に第１導電型の第２の半導体層を選択成長させる工程と、
　成長マスクを除去する工程と、
　第２の半導体層上に、少なくとも活性層および第２導電型の第３の半導体層を順次成長させる工程とを有する
　ことを特徴とする画像表示装置の製造方法である。
【００２０】
　この発明の第６の発明は、
　一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第１導電型の半導体層と、
　少なくとも結晶部の傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第２導電型の半導体層と、
　第１導電型の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
　結晶部上の第２導電型の半導体層上に設けられ、第２導電型の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する画像表示装置であって、
　第２の電極の大きさが、活性層および第２導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの５０％以下である
　ことを特徴とするものである。
　ここで、第２の電極の大きさは、好適には、活性層および第２導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの約３３％以下に選ばれる。
【００２１】
　この発明の第７の発明は、
　基板上に第１導電型の第１の半導体層を成長させる工程と、
　第１の半導体層上に、所定部分に開口部を有する成長マスクを形成する工程と、
　成長マスクの開口部における第１の半導体層上に第１導電型の第２の半導体層を選択成長させる工程と、
　成長マスクを除去する工程と、
　第２の半導体層上に、少なくとも活性層および第２導電型の第３の半導体層を順次成長させる工程とを有する
　ことを特徴とする照明装置の製造方法である。
【００２２】
　この発明の第８の発明は、
　一主面にこの主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する凸形状の結晶部を有する第１導電型の半導体層と、
　少なくとも結晶部の傾斜結晶面上に順次積層された、少なくとも活性層および第２導電型の半導体層と、
　第１導電型の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
　結晶部上の第２導電型の半導体層上に設けられ、第２導電型の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する照明装置であって、
　第２の電極の大きさが、活性層および第２導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの５０％以下である
　ことを特徴とするものである。
【００２３】
　ここで、第２の電極の大きさは、好適には、活性層および第２導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの約３３％以下に選ばれる。
　この発明の第２〜第８の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２４】
　上述のように構成されたこの発明の第１、第３、第５および第７の発明によれば、成長マスクを除去してから活性層および第２導電型の第３の半導体層を成長させることにより、成長マスクとして酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を用いたときに、成長マスクから脱離するシリコンが第３の半導体層に取り込まれる問題が本質的に存在しない。更に、レジストなどによる汚染の問題も存在しない。
【００２５】
　また、上述のように構成されたこの発明の第２、第４、第６および第８の発明によれば、第２の電極の大きさが、活性層および第２導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの５０％以下であることにより、第２導電型の半導体層に形成される傾斜結晶面の下部に異常成長部が発生しても、第２の電極がこの部分にかからないようにすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
　この発明によれば、成長マスクを除去してから活性層および第２導電型の第３の半導体層を成長させることにより、発光効率が大幅に向上した半導体発光素子、集積型半導体発光装置、画像表示装置および照明装置を容易に製造することができる。
【００２７】
　また、上述のように構成されたこの発明によれば、第２の電極の大きさが、活性層および第２導電型の半導体層が積層された結晶部の大きさの５０％以下であることにより、発光効率が大幅に向上した半導体発光素子、集積型半導体発光装置、画像表示装置および照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
　以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
　図１〜図６はこの発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を工程順に示し、各図のＡは斜視図、Ｂは断面図である。また、図７はこのＧａＮ系発光ダイオードの完成状態を示す断面図である。
【００２９】
　この第１の実施形態においては、図１に示すように、まず、例えば主面がＣ＋面であるサファイア基板１１を用意し、サーマルクリーニングなどによりその表面を清浄化した後、このサファイア基板１１上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層１２を成長させる。このｎ型ＧａＮ層１２は、可能な限り結晶欠陥、特に貫通転位が少ないものが望ましく、その厚さは例えば２μｍ程度以上あれば通常は足りる。低欠陥のｎ型ＧａＮ層１２の形成方法としては種々の方法があるが、一般的な方法として、サファイア基板１１上に、まず例えば５００℃程度の低温でＧａＮバッファ層やＡｌＮバッファ層（図示せず）を成長させ、その後１０００℃程度まで昇温して結晶化してから、その上にｎ型ＧａＮ層１２を成長させる方法がある。
【００３０】
　次に、ｎ型ＧａＮ層１２の全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより、例えば厚さが１００ｎｍ程度のＳｉＯ2 膜を形成した後、その上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、パターニングして、素子形成位置に所定の開口部１３を有する成長マスク１４を形成する。この開口部１３の形状は、円形またはその一辺が〈１１−２０〉方向に平行な六角形とするのが好ましいが、ここでは一例として円形とする。この開口部１３の直径は必要に応じて決められるが、例えば１０μｍ程度である。
【００３１】
　次に、図２に示すように、この成長マスク１４を用い、その開口部１３におけるｎ型ＧａＮ層１２上にｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層１５を選択成長させる。この選択成長により、六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５が得られる。この六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５の６面は、サファイア基板１１の主面に対して傾斜したＳ面からなる。この六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５の大きさは、必要に応じて決められるが、この場合には、開口部１３の直径より少し大きく選ばれる。
【００３２】
　次に、図３に示すように、成長マスク１４を例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりエッチング除去する。このようにして、ｎ型ＧａＮ層１２上に六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５が形成されたＧａＮ加工基板が得られる。
【００３３】
　次に、このＧａＮ加工基板をＭＯＣＶＤ装置の反応管に入れ、この反応管内において例えば１〜２分間サーマルクリーニングを行って表面の清浄化を行い、引き続いて、図４に示すように、このＧａＮ加工基板上に、例えばＩｎＧａＮ系の活性層１６およびｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ層１７を、好適には１０μｍ／ｈ以上の成長速度で順次成長させる。これによって、六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５とその傾斜結晶面に成長した活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７とにより、ダブルヘテロ構造の発光ダイオード構造が形成される。活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７の厚さは必要に応じて決められるが、活性層１６の厚さは例えば３ｎｍ、ｐ型ＧａＮ層１７の厚さは例えば０．２μｍである。これらのＧａＮ系半導体層の成長温度は、例えば、活性層１６は６５０〜８００℃、ｐ型ＧａＮ層１７は９００〜１０５０℃とする。活性層１６は、例えば、単一のＩｎＧａＮ層からなるものであっても、例えばＩｎ組成が互いに異なる二つのＩｎＧａＮ層を交互に積層した多重量子井戸構造であってもよく、それらのＩｎ組成は、発光波長をどの波長に設定するかに応じて決められる。また、ｐ型ＧａＮ層１７においては、好適には、その最上層のＭｇ濃度を、後述のｐ側電極と良好なオーミック接触を取ることができるように上昇させる。ただし、ｐ型ＧａＮ層１７上に、オーミック接触をより取り易い、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＩｎＧａＮ層をｐ型コンタクト層として成長させ、その上にｐ側電極を形成してもよい。また、必要に応じて、活性層１６を成長させる直前に、ＧａＮ加工基板上にまず薄く、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層を成長させ、引き続いてその上に活性層１６を成長させるようにしてもよい。このようにすれば、活性層１６をｎ型ＧａＮ層の清浄な面上に成長させることができるので、結晶性の良好な活性層１６を確実に得ることができる。この場合、このｎ型ＧａＮ層の成長に際しては、まず８５０℃程度の成長温度から成長を始め、その後徐々に成長温度を上昇させて９５０℃程度に設定することが良いことが、経験的に見出されている。また、上記のサーマルクリーニング時の熱処理効果で六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５の頂点が少し丸みを帯びることにより、その上に成長する活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７の頂点も丸みを帯び、したがってｐ型ＧａＮ層１７上に形成されるｐ側電極はこの丸みを帯びた頂点を含む領域のｐ型ＧａＮ層１７上に形成されることになるため、鋭い頂点を含む領域のｐ型ＧａＮ層１７上にｐ側電極を形成する場合に比べて、発光ダイオードの動作時に発生するこの頂点近傍の電界集中などに起因するｐ側電極の経時劣化の問題をより緩和することができる。
【００３４】
　ここで重要なことは、活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７の成長時には、成長マスク１４が存在しないことである。このため、成長マスク１４としてＳｉＯ2 膜やＳｉＮ膜が用いられても、ｐ型ＧａＮ層１７の成長時に、そのＳｉが脱離して成長層に取り込まれる問題が本質的に存在しない。また、レジストによる汚染の問題も存在しない。
　なお、上記のＧａＮ系半導体層の成長を１０００℃程度の成長温度で行うときは、一般に、Ｇａの原料の供給量を大幅に増やす（例えば、１００μｍｏｌ／ｍｉｎ以上）必要がある。
【００３５】
　上記のＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはＮＨ3 を用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。
【００３６】
　また、上記のＧａＮ系半導体層の成長時のキャリアガス雰囲気としては、ｎ型ＧａＮ層１２およびｎ型ＧａＮ層１５はＮ2 とＨ2 との混合ガス、活性層１６はＮ2 ガス雰囲気、ｐ型ＧａＮ層１７はＮ2 とＨ2 との混合ガスを用いる。この場合、活性層１６の成長ではキャリアガス雰囲気をＮ2 雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2 が含まれないので、Ｉｎが脱離するのを抑えることができ、活性層１６の劣化を防止することができる。また、ｐ型ＧａＮ層１７の成長時にはキャリアガス雰囲気をＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気としているので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
【００３７】
　次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたサファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
　次に、リソグラフィーにより、六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５と別の部位のｎ側電極形成領域を除いた領域のｐ型ＧａＮ層１７の表面を覆うレジストパターン（図示せず）を形成する。
　次に、このレジストパターンをマスクとして例えばＲＩＥ法によりｐ型ＧａＮ層１７および活性層１６をエッチングして開口部１８を形成し、この開口部１８にｎ型ＧａＮ層１２を露出させる。この後、レジストパターンを除去する。
【００３８】
　次に、基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、その上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしてＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜をエッチングする。これによって、ｐ型ＧａＮ層１７および活性層１６の開口１８を通じてｎ型ＧａＮ層１２にコンタクトしたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｎ側電極１９が形成される。
【００３９】
　次に、同様なプロセスで、六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５の上に成長した活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７の頂点を含む領域に、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極２０を形成する。
【００４０】
　この後、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板をＲＩＥによるエッチングやダイサーなどによりチップ化する。チップ化されたＧａＮ系発光ダイオードを図６に示す。図７に完成状態のＧａＮ系発光ダイオードの断面図を示す。
【００４１】
　このようにして製造されたＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極２０とｎ側電極１９との間に電流を流して駆動したところ、活性層１６のＩｎ組成に応じて発光波長３８０〜６２０ｎｍの範囲で、サファイア基板１１を通した発光を確認することができた。
【００４２】
　また、このＧａＮ系発光ダイオードの電流−光特性を図８に示す。図８には、比較のために、六角錐形状のｎ型ＧａＮ層を形成しないでＧａＮ系半導体層を成長させることにより素子構造を形成する従来の通常のＧａＮ系発光ダイオードの電流−光特性も併せて示す。図８から明らかなように、この第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードは、従来のＧａＮ系発光ダイオードと比べて、発光効率が約２〜３倍に増加している。これは、素子構造を六角錐形状にしたことにより活性層１６からの発光を外部に効率よく取り出すことができることに加えて、成長マスク１４からのＳｉの脱離によりｐ型化が阻害される問題がないことにより、ｐ型ＧａＮ層１７の低比抵抗化を図ることができたことによるものと考えられる。
【００４３】
　図９、図１０および図１１は、六角錐形状に成長したｐ型ＧａＮ層１７の大きさを約１２μｍとし、ｐ側電極２０の大きさを２〜１２μｍの範囲で２μｍ刻みに変えたＧａＮ系発光ダイオードの発光特性を調べた結果を示す。ここで、図９は電流−電圧特性、図１０は電流−光出力特性、図１１は電極サイズと発光効率との関係を示す。図９〜図１１より、発光特性の観点からの、ｐ側電極２０の最適なサイズは６μｍ程度以下、言い換えると六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５のサイズの５０％以下であることが分かる。したがって、この実験データより、ｐ側電極２０のサイズを六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７のサイズの５０％以下、面積比で２５％以下にすれば、発光効率が極大になる。更に、図１１より、ｐ側電極２０のサイズを六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７のサイズの約３３％以下、面積比で約１１％以下にすれば、発光効率をより高くすることができる。
【００４４】
　このようにｐ側電極２０のサイズを六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７のサイズの５０％以下にすることにより発光効率が高くなる理由は、次のように考えることができる。すなわち、図１２Ａはｐ型ＧａＮ層１７の成長直後の様子を示すが、この図から分かるように、六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７の下部にピット２１が存在し、その近傍に異常成長部２２が形成されている。この異常成長部２２の上にｐ側電極２０が形成されると、その接触特性が悪くなり、ひいては発光効率の低下をもたらす。そこで、図１２Ｂに示すように、ｐ側電極２０のサイズを六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７のサイズの５０％以下にすると、ｐ側電極２０がこの異常成長部２２にかからないようにすることができる。
【００４５】
　以上のように、この第１の実施形態によれば、ＳｉＯ2 からなる成長マスク１４の開口部１３におけるｎ型ＧａＮ層１２上に六角錐形状のｎ型ＧａＮ層１５を選択成長させてから成長マスク１４をエッチング除去し、その後に活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７を成長させるようにしていることにより、ｐ型ＧａＮ層１７の成長時に成長マスク１４からＳｉが脱離して成長層に取り込まれる問題が存在しない。このため、十分にＭｇがドープされた低比抵抗のｐ型ＧａＮ層１７を得ることができ、ひいてはＧａＮ系発光ダイオードの発光効率の向上を図ることができる。また、ｐ側電極２０のサイズを六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７のサイズの５０％以下にすることにより、ＧａＮ系発光ダイオードの発光効率を極大化することができ、発光効率の大幅な向上を図ることができる。
【００４６】
　更に、ｎ側電極１９の形成のためにｐ型ＧａＮ層１７および活性層１６にＲＩＥのようなドライエッチングにより開口部１８を形成したり、集積型半導体発光装置を製造する場合に素子間を分離するためにｐ型ＧａＮ層１７および活性層１６をＲＩＥのようなドライエッチングによりエッチングしたりすると、その部分の活性層１６に損傷が発生するのを避けることが難しいが、この損傷が発生する部分は実際に発光が起きる部分（ｐ側電極２０とその近傍の２〜５μｍの範囲）から十分に離れているため、発光特性に何ら悪影響を及ぼさない。
【００４７】
　次に、この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードについて説明する。
　この第２の実施形態においては、図１３に示すように、ｐ側電極２０を、六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７の頂点の近傍には形成せず、その中腹部にのみ形成する。より具体的には、ｐ側電極２０のサイズを六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７のサイズの５０％以下にし、かつ頂点近傍にはｐ側電極２０が形成されないようにする。これは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による観測結果によれば、六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７の頂点の近傍の部分の結晶性は他の部分に比べて悪いことから、この結晶性の悪い頂点の近傍を避けてｐ側電極２０を形成するとともに、第１の実施形態で述べたようにｐ側電極２０のサイズを六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７のサイズの５０％以下にすることにより、異常成長部２２にｐ側電極２０がかからないようにすることができるからである。
【００４８】
　この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、ｐ側電極２０のサイズを六角錐形状のｐ型ＧａＮ層１７のサイズの５０％以下にし、かつ頂点近傍にはｐ側電極２０が形成されないようにしていることにより、ＧａＮ系発光ダイオードの発光効率のより一層の向上を図ることができる。
【００４９】
　次に、この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードについて説明する。
　この第３の実施形態においては、第１の実施形態と同様に工程を進めてｐ型ＧａＮ層１７まで成長させた後、ｐ型ＧａＮ層１７上にｐ側電極２０を形成する。次に、サファイア基板１１の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射することにより、サファイア基板１１から、ｎ型ＧａＮ層１２から上の部分を剥離する。次に、このようにして剥離されたｎ型ＧａＮ層１２の裏面をエッチングなどにより平坦化した後、図１４に示すように、ｎ型ＧａＮ層１２の裏面にｎ側電極１９を形成する。このｎ側電極１９は例えばＩＴＯなどからなる透明電極としてもよく、この場合は六角錐形状の部分に対応する部分を含むｎ型ＧａＮ層１２の裏面の広い面積にわたってｎ側電極１９を形成することができる。また、このｎ側電極１９をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の金属積層膜により形成する場合には、ｎ型ＧａＮ層１２を通して外部に光が放射されるようにするため、図１５に示すように、六角錐形状の部分に対応する部分におけるｎ側電極１９に開口部１９ａを設ける。
　この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５０】
　次に、この発明の第４の実施形態による画像表示装置について説明する。この画像表示装置を図１６に示す。
　図１６に示すように、この画像表示装置においては、サファイア基板１１の面内の互いに直交するｘ方向およびｙ方向にＧａＮ系発光ダイオードが規則的に配列され、ＧａＮ系発光ダイオードの二次元アレイが形成されている。各ＧａＮ系発光ダイオードの構造は、例えば第１の実施形態と同様である。
【００５１】
　ｙ方向には、赤色（Ｒ）発光用のＧａＮ系発光ダイオード、緑色（Ｇ）発光用のＧａＮ系発光ダイオードおよび青色（Ｂ）発光用のＧａＮ系発光ダイオードが隣接して配列され、これらの３つのＧａＮ系発光ダイオードにより１画素が形成されている。ｘ方向に配列された赤色発光用のＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極２０同士は配線２３により互いに接続され、同様に、ｘ方向に配列された緑色発光用のＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極２０同士は配線２４により互いに接続され、ｘ方向に配列された青色発光用のＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極２０同士は配線２５により互いに接続されている。一方、ｎ側電極１９はｙ方向に延在しており、ｙ方向に配列されたＧａＮ系発光ダイオードの共通電極となっている。
【００５２】
　このように構成された単純マトリクス方式の画像表示装置においては、表示すべき画像の信号に応じて配線２３〜２５とｎ側電極１９とを選択し、選択された画素の選択されたＧａＮ系発光ダイオードに電流を流して駆動し、発光を起こさせることにより、画像を表示することができる。
【００５３】
　この第４の実施形態によれば、各ＧａＮ系発光ダイオードが第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードと同様な構成を有することにより発光効率が高いため、高輝度のフルカラー画像表示装置を実現することができる。
【００５４】
　次に、この発明の第５の実施形態による照明装置について説明する。この照明装置は図１６に示す画像表示装置と同様な構成を有する。
　この照明装置においては、照明光の色に応じて配線２３〜２５とｎ側電極１９とを選択し、選択された画素の選択されたＧａＮ系発光ダイオードに電流を流して駆動し、発光を起こさせることにより、照明光を発生させることができる。
【００５５】
　この第５の実施形態によれば、各ＧａＮ系発光ダイオードが第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードと同様な構成を有することにより発光効率が高いため、高輝度の照明装置を実現することができる。
【００５６】
　図１７〜図２２はこの発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を工程順に示し、各図のＡは斜視図、Ｂは断面図である。また、図２３はこのＧａＮ系発光ダイオードの完成状態を示す断面図である。
【００５７】
　この第６の実施形態においては、第１の実施形態と同様にして、図１７に示すように、開口部１３を有する成長マスク１４まで形成する。
　次に、図１８に示すように、第１の実施形態と同様に、開口部１３におけるｎ型ＧａＮ層１２上にｎ型ＧａＮ層１５を六角錐形状に成長させるが、この場合、この六角錐が閉じる前にｎ型ＧａＮ層１５の成長を止め、六角錐台形状とする。この六角錐台形状のｎ型ＧａＮ層１５においては、その６つの側面はＳ面からなり、上面はＣ面からなる。この六角錐台形状のｎ型ＧａＮ層１５の大きさは、必要に応じて決められるが、例えば１０μｍ程度であり、その高さは例えば５〜１０μｍ程度である。
【００５８】
　次に、図１９に示すように、第１の実施形態と同様にして、成長マスク１４をエッチング除去する。このようにして、ｎ型ＧａＮ層１２上に六角錐台形状のｎ型ＧａＮ層１５が形成されたＧａＮ加工基板が得られる。
【００５９】
　次に、このＧａＮ加工基板をＭＯＣＶＤ装置の反応管に入れ、第１の実施形態と同様に、表面の清浄化に続いて、図２０に示すように、このＧａＮ加工基板上に、例えばＩｎＧａＮ系の活性層１６およびｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ層１７を、好適には１０μｍ／ｈより遅い成長速度で順次成長させる。これによって、六角錐台形状のｎ型ＧａＮ層１５とその上面および傾斜結晶面に成長した活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７とにより、ダブルヘテロ構造の発光ダイオード構造が形成される。
【００６０】
　ここで重要なことは、第１の実施形態と同様に、活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７の成長時には、成長マスク１４が存在しないことである。このため、成長マスク１４としてＳｉＯ2 膜が用いられても、ｐ型ＧａＮ層１７の成長時に、そのＳｉが脱離して成長層に取り込まれる問題が本質的に存在しない。また、レジストによる汚染の問題が存在しないことも同様である。
【００６１】
　次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたサファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
　次に、図２１に示すように、第１の実施形態と同様にして、ｐ型ＧａＮ層１７および活性層１６に開口部１８を形成し、この開口部１８にｎ型ＧａＮ層１２を露出させ、この開口１８を通じてｎ型ＧａＮ層１２にコンタクトしたｎ側電極１９を形成する。
【００６２】
　次に、同様にして、六角錐台形状の上面のｎ型ＧａＮ層１５の上に成長した活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７の上面に、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極２０を形成する。ここで、このｐ側電極２０は、好適には、六角錐台の上面と側面との間の角部の上を避けるように形成する。これは、この角部の近傍の活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７の結晶性は他の部分に比べて悪いことが多いためである。
【００６３】
　この後、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板をＲＩＥによるエッチングやダイサーなどによりチップ化する。チップ化されたＧａＮ系発光ダイオードを図２２に示す。図２３に完成状態のＧａＮ系発光ダイオードの断面図を示す。
　上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
【００６４】
　活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７の成長直後のＧａＮ加工基板の表面を撮影した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図２４に示す。比較のため、図２５に、従来の製造方法によるＧａＮ加工基板の表面を撮影したＳＥＭ写真を示す。図２４より、成長マスクの除去後の成長では、ピットが埋められて平坦性が向上し、極めて良好な成長層が得られていることが分かる。
【００６５】
　このようにして製造されたＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極２０とｎ側電極１９との間に電流を流して駆動したところ、活性層１６のＩｎ組成に応じて発光波長３８０〜６２０ｎｍの範囲で、サファイア基板１１を通した発光を確認することができた。
【００６６】
　この第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ＳｉＯ2 からなる成長マスク１４の開口部１３におけるｎ型ＧａＮ層１２上に六角錐台形状のｎ型ＧａＮ層１５を選択成長させてから成長マスク１４をエッチング除去し、その後に活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７を成長させるようにしていることにより、ｐ型ＧａＮ層１７の成長時に成長マスク１４からＳｉが脱離して成長層に取り込まれる問題が根本的に解消される。このため、十分にＭｇがドープされた低比抵抗のｐ型ＧａＮ層１７を得ることができ、ひいてはＧａＮ系発光ダイオードの発光効率の向上を図ることができる。
【００６７】
　また、六角錐台形状のｎ型ＧａＮ層１５のＣ面からなる上面に成長する活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７の結晶性は非常に良好であることに加えて、このｐ型ＧａＮ層１７のＣ面からなる上面に周辺の角部から離してｐ側電極２０を形成しているので、結晶性が非常に良好な活性層１６からのみ発光を起こさせることができる。このため、高い発光効率を得ることができる。
【００６８】
　更に、ｎ側電極１９の形成のためにｐ型ＧａＮ層１７および活性層１６にＲＩＥのようなドライエッチングにより開口部１８を形成したり、集積型半導体発光装置を製造する場合に素子間を分離するためにｐ型ＧａＮ層１７および活性層１６をＲＩＥのようなドライエッチングによりエッチングしたりすると、その部分の活性層１６に損傷が発生するのを避けることが難しいが、この損傷が発生する部分は実際に発光が起きる部分（ｐ側電極２０とその近傍の２〜５μｍの範囲）から十分に離れているため、発光特性に何ら悪影響を及ぼさない。
【００６９】
　また、六角錐台形状のｎ型ＧａＮ層１５の段差の高さをある程度取ることにより、その上面の活性層１６から発生した光を六角錐台の側面で下方に反射させることができ、光の取り出し効率を高くすることができ、発光効率を高くすることができる。更に、ｐ側電極２０としてＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものを用いる代わりに、反射率の高い金属膜、例えば銀（Ａｇ）膜などを用いることにより、六角錐台形状のｐ型ＧａＮ層１７の上面での反射率を高くすることができ、光の取り出し効率を高くすることができ、発光効率を高くすることができる。
【００７０】
　次に、この発明の第７の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードについて説明する。
　この第７の実施形態においては、第６の実施形態と同様に工程を進めてｐ型ＧａＮ層１７まで成長させた後、ｐ型ＧａＮ層１７の上面にｐ側電極２０を形成する。次に、サファイア基板１１の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射することにより、サファイア基板１１から、ｎ型ＧａＮ層１２から上の部分を剥離して分離する。次に、このようにして剥離されたｎ型ＧａＮ層１２の裏面をエッチングなどにより平坦化した後、図２６に示すように、ｎ型ＧａＮ層１２の裏面にｎ側電極１９を形成する。このｎ側電極１９は例えばＩＴＯなどからなる透明電極としてもよく、この場合は六角錐形状の部分に対応する部分を含むｎ型ＧａＮ層１２の裏面の広い面積にわたってｎ側電極１９を形成することができる。また、このｎ側電極１９をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の金属積層膜により形成する場合には、ｎ型ＧａＮ層１２を通して外部に光が放射されるようにするため、図１５に示すように、六角錐形状の部分に対応する部分におけるｎ側電極１９に開口部１９ａを設ける。
　この第７の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７１】
　次に、この発明の第８の実施形態による画像表示装置について説明する。
　この画像表示装置においては、第４の実施形態による画像表示装置におけるＧａＮ系発光ダイオードの代わりに、第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを用いる。その他のことは第４の実施形態と同様である。
　この第８の実施形態によれば、第４の実施形態および第６の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７２】
　次に、この発明の第９の実施形態による照明装置について説明する。
　この照明装置においては、第５の実施形態による照明装置におけるＧａＮ系発光ダイオードの代わりに、第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを用いる。その他のことは第５の実施形態と同様である。
　この第９の実施形態によれば、第５の実施形態および第６の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７３】
　以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
　例えば、上述の第１〜第９の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【００７４】
　具体的には、例えば、上述の第１〜第９の実施形態において、活性層１６の特性を向上させるために、その近傍に光閉じ込め特性に優れたＡｌＧａＮ層を設けたり、Ｉｎ組成の小さいＩｎＧａＮ層などを設けてもよい。また、必要に応じて、いわゆるボウイング（bowing) によるバンドギャップの縮小効果を得るために、ＩｎＧａＮにＡｌを加えてＡｌＧａＩｎＮとしてもよい。更に、必要に応じて、活性層１６とｎ型ＧａＮ層１５との間や活性層１６とｐ型ＧａＮ層１７との間に光導波層を設けてもよい。
【００７５】
　また、上述の第１〜第９の実施形態においては、サファイア基板を用いているが、必要に応じて、すでに述べたＳｉＣ基板、Ｓｉ基板などの他の基板を用いてもよい。更に、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）やペンデオなどの横方向結晶成長技術を利用して得られる低転位密度のＧａＮ基板を用いてもよい。
【００７６】
　更に、上述の第１〜第９の実施形態において、ｐ側電極２０の材料として例えばＡｕやＡｇなどを用いるとともに、ｐ型ＧａＮ層１７とｐ側電極２０との間に活性層１６で発生した光の侵入長以下の厚さを有し、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｓｂなどからなるコンタクト金属層を形成してもよい。このようにすることにより、コンタクト金属層による反射増強効果で、ＧａＮ系発光ダイオードの発光効率のより一層の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図６】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの断面図である。
【図８】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの電流−光特性を示す略線図である。
【図９】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの電流−電圧特性をｐ側電極のサイズをパラメータにして示す略線図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの電流−光特性をｐ側電極のサイズをパラメータにして示す略線図である。
【図１１】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極のサイズと発光効率との関係を示す略線図である。
【図１２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードにおいてｐ側電極のサイズを小さくする理由を説明するための略線図である。
【図１３】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す断面図である。
【図１４】この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す断面図である。
【図１５】この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードをｎ側電極から見た斜視図である。
【図１６】この発明の第４の実施形態による画像表示装置を示す斜視図である。
【図１７】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図１８】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図１９】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図２０】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図２１】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図２２】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図２３】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの断面図である。
【図２４】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法において発光素子構造を形成した直後のＧａＮ加工基板の表面の状態を示す図面代用写真である。
【図２５】従来のＧａＮ系発光ダイオードの製造方法において発光素子構造を形成した直後のＧａＮ加工基板の表面の状態を示す図面代用写真である。
【図２６】この発明の第７の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
　１１…サファイア基板、１２…ｎ型ＧａＮ層、１３…開口部、１４…成長マスク、１５…ｎ型ＧａＮ層、１６…活性層、１７…ｐ型ＧａＮ層、１８…開口部、１９…ｎ側電極、２０…ｐ側電極、２３、２４、２５…配線
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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