(57)【要約】【課題】  異種基板上に形成される窒化ガリウム系半導体層からなる窒化物半導体発光素子において、発光効率を向上させること。【解決手段】  基板１００にバッファ層１０１を介して形成されるｎ型層１０２は、断面視が凹凸部を有している。その凹部を挟む少なくとも２つの凸部側面には活性層１０３が形成される。また、凹部内にはｐ型層１０４ａを形成する。３０１〜３０３は絶縁層、２０２はｐ電極である。本発明は、前記窒化ガリウム系半導体層の凹部内に形成されるｐ型層からみて、対向して活性層とｎ型層が形成されており、また、ｎ型層の凹部側面からみて、その間に活性層とｐ型層が形成されている構成としている。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、凹凸部を有するｎ型層と、凹部を挟む少なくとも２つの凸部側面と、凹部内に形成されたｐ型層とを有すると共に、
前記凸部側面と、その側面に各々対向するｐ型層側面と、の間に、活性層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
基板と、基板上に積層した凸部を有するｎ型層と、ｐ型層とを設け、前記ｐ型層は、少なくとも対向する１対の側面に活性層を有し、さらに活性層の外側に前記ｎ型層の凸部側面が接合されていることを特徴とする、窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記ｎ型層は凹凸部を有し、凹部内にはｐ型層が形成されており、ｎ型層からみて、凹部側面間に活性層とｐ型層が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記凹部底面には、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする、請求項１または請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記ｐ型層底面には、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする、請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記ｐ型層底面には、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする、請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記凸部側面は、窒化ガリウム系半導体層のＣ面に垂直な面であることを特徴とする、請求項５に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記Ｃ面に垂直な面は、Ｍ面もしくはＡ面であることを特徴とする、請求項７に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記ｐ型層側面は、窒化ガリウム系半導体層のＭ面もしくはＡ面であることを特徴とする、請求項８に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
連続した複数のＭ面もしくはＡ面を有する前記活性層は、複数存在することを特徴とする、請求項９に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記窒化物半導体素子において、活性層とｎ型層および活性層とｐ型層との接合界面は、ピエゾ電界がほぼ０であることを特徴とする、請求項１０に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記活性層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる単一もしくは複数の層で形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１３】
前記窒化物半導体素子は、サファイア基板のＣ面上に接してｎ型層が形成されてなることを特徴とする、請求項１２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１４】
前記ｎ型層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる単一もしくは複数の層で形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１５】
前記ｐ型層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる単一もしくは複数の層で形成されることを特徴とする、請求項１４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１６】
前記窒化物半導体素子は、最上面の全面にｐ型コンタクト層が形成されてなることを特徴とする、請求項１５に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１７】
前記Ｍ面もしくはＡ面に、更にｎ型の窒化ガリウム系半導体層を形成することを特徴とする、請求項１６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１８】
前記活性層は、凹凸部を有するｎ型層の上面から見て、面と面のなす角が３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、２１０°、２４０°、２７０°、３００°または３３０°の連続した複数のＭ面もしくはＡ面を有することを特徴とする、請求項７ないし請求項１７のいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
【請求項１９】
前記活性層は、Ｍ面もしくはＡ面を有し、凹凸部を有するｎ型層の上面から見て、ストライプ状に形成されていることを特徴とする、請求項７ないし請求項１７のいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
【請求項２０】
次の（１）〜（４）の工程
（１）成長基板にｎ型層を形成する工程、
（２）前記ｎ型層に凹凸部を形成する工程、
（３）前記凸部側面に活性層を形成する工程、
（４）前記活性層に挟まれた凹部内にｐ型層を形成する工程、
からなることを特徴とする、窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記（１）の工程は、成長基板としてＣ面を主面とするサファイア基板を使用し、前記Ｃ面に垂直に窒化ガリウム系半導体層のＭ面を露出させることを特徴とする、請求項２０に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記（２）の凹凸部は、窒化ガリウム系半導体層のＣ面に垂直な面を露出させて形成することを特徴とする、請求項２１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記Ｃ面に垂直な面は、窒化ガリウム系半導体層のＭ面またはＡ面であることを特徴とする、請求項２２に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記（３）の活性層は、窒化ガリウム系半導体のＭ面またはＡ面を露出させて形成することを特徴とする、請求項２３に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２５】
前記（３）の活性層として、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長させて形成することを特徴とする、請求項２４に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２６】
前記（３）の活性層は、多重量子井戸として成長させたことを特徴とする、請求項２５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２７】
前記（１）のｎ型層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長させて形成することを特徴とする、請求項２６に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２８】
前記（４）のｐ型層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長させて形成することを特徴とする、請求項２７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２９】
前記（２）の凹凸部は、非エッチング面に絶縁膜を形成しておき、ｎ型層をエッチングして形成することを特徴とする、請求項２８に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３０】
前記（２）の凹凸部形成の際に、ｎ型層をエッチングして露出後、凸部上部および凹部底部に前記絶縁膜を形成することを特徴とする、請求項２９に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３１】
前記（２）のｎ型層の形成の際に、ｎ電極とオーミック接触するｎ型コンタクト層を形成することを特徴とする、請求項３０に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３２】
前記（１）〜（４）の工程に加えて、
（５）前記凹部に形成されたｐ型層のｐ電極とオーミック接触するｐ型コンタクト層を形成する工程からなることを特徴とする、請求項３１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３３】
前記成長基板に、窒化物半導体からなるバッファ層を形成してから前記（１）のｎ型層を形成することを特徴とする、請求項３２に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３４】
前記（３）の活性層を形成する前に、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長させてｎ型層を形成することを特徴とする、請求項２０ないし請求項３３のいずれか１つに記載の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】
本発明は、窒化ガリウム系半導体層からなる窒化物半導体素子およびその製造方法に関し、特に異種基板上に形成される窒化ガリウム系半導体層からなる窒化物半導体発光素子において、発光効率の向上を目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化ガリウム系半導体層からなる窒化物半導体発光素子は、青色、緑色、白色、紫外光など、様々な色や波長で発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）として、多岐に亘り実用化され、日常生活の至る所に用いられるようになっている。特に白色ＬＥＤは、蛍光灯に変わる次世代の照明装置として期待も非常に大きい。
【０００３】
しかしながら、高効率や高輝度の特性を有する窒化物半導体素子を実現するためには、まだまだ改良の余地がある。
【０００４】
また、従来広く用いられている窒化ガリウム系半導体層からなる窒化物半導体素子は、サファイア基板のＣ面上にｎ型窒化ガリウム系半導体層、活性層、ｐ型窒化ガリウム系半導体層を積層させている。このような窒化物半導体素子が広く用いられている理由としては、サファイアＣ面上には比較的窒化ガリウムが成長しやすく、結晶性のよい窒化ガリウムが得られるからである。このような窒化ガリウム系半導体層からなる窒化物半導体素子を実用化するためには、窒化ガリウムの結晶性が良好であることが重要である。この際に用いられる窒化ガリウムはウルツ鉱型の結晶構造であり、窒化ガリウムの成長面はＣ面である。
【０００５】
一般にサファイア基板上に作製した窒化物半導体量子井戸は、Ｃ軸方向に成長するため成長面内に垂直に大きなピエゾ電界が生じる。このため、無電界時と比較して発光エネルギー準位が低エネルギー側にシフト（量子閉じこめシュタルク効果）したり，電子と正孔が空間的に引き離されるため発光確率が低下して発光効率が低下する等の問題があった。
【０００６】
この問題に対して、例えば窒化ガリウムにおいてシュタルク効果を低減させた素子構造として、Ｃ面（０００１）でなく、Ａ面（２−１−１０）、Ｍ面（０−１１０）、Ｒ面（２−１−１４）で量子井戸を形成するＬＥＤが開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
また、ＬｉＡｌＯ２（１００）基板上に形成したＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造は、Ｍ軸方向に成長するので無電界のヘテロ界面を形成できること、しかもこのことによって、Ｃ軸上の試料と比較して、発光ピークエネルギーが高エネルギー化し発光遷移確率が増大していることが報告されている（非特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１１２０２９号公報（第２−５頁、第９図）、
【非特許文献１】P.Waltereit、外７名、「Nitride semiconductors free of electrostatic fields for efficient white light-emitting diodes」、”letters to nature”、ＮＡＴＵＲＥ、2000年8月24日、vol.406、p.865-868。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、高品質なＬｉＡｌＯ２（１００）基板を作製することは困難であるため，サファイア基板上にＭ面活性層を形成するための技術開発は大変重要である。しかもＭ面またはＡ面を任意に形成することができれば，高密度のＭ面活性層、Ａ面活性層またはＭ面とＡ面の２つの組み合わせからなる活性層を設けることが可能であり、発光素子の高効率化・高出力化等で重要な役割を果たすものと期待される。
【００１０】
窒化ガリウム系の発光ダイオード（ＬＥＤ）においては高輝度化が、また、半導体レーザダイオード（ＬＤ）においては高出力化が望まれている。このため、量子閉じ込めシュタルク効果による発光効率の低下の問題は見逃せなくなっており、この効果を低減、あるいは消滅させることが課題となっている。発光効率の高い、そして従来のＬＥＤ、ＬＤに変わりうる新規な素子構造の実現が望まれている。本発明の目的は、前記シュタルク効果に起因する発光効率の低下を低減させ、あるいは消滅させ、発光効率の高い新規な素子構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の窒化物半導体素子は、Ｍ面もしくはＡ面で、好ましくはＭ面で量子井戸を形成しており、次のような構成からなる。また、本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、窒化物半導体素子がＭ面もしくはＡ面、好ましくはＭ面で量子井戸を形成しており、次のような工程からなる。
【００１２】
[１]  基板と、凹凸部を有するｎ型層と、凹部を挟む少なくとも２つの凸部側面と、凹部内に形成されたｐ型層とを有すると共に、
前記凸部側面と、その側面に各々対向するｐ型層側面と、の間に、活性層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
[２]  基板と、基板上に積層した凸部を有するｎ型層と、ｐ型層とを設け、
前記ｐ型層は、少なくとも対向する１対の側面に活性層を有し、さらに活性層の外側に前記ｎ型層の凸部側面が接合されていることを特徴とする、窒化物半導体素子。
[３]  前記ｎ型層は凹凸部を有し、凹部内にはｐ型層が形成されており、ｎ型層からみて、凹部側面間に活性層とｐ型層が形成されていることを特徴とする、前記[２]に記載の窒化物半導体素子。
[４]  前記凹部底面には、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする、前記[１]または[３]に記載の窒化物半導体素子。
[５]  前記ｐ型層底面には、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする、前記[２]に記載の窒化物半導体素子。
[６]  前記ｐ型層底面には、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする、前記[３]に記載の窒化物半導体素子。
[７]  前記凸部側面は、窒化ガリウム系半導体層のＣ面に垂直な面であることを特徴とする、前記[５]に記載の窒化物半導体素子。
[８]  前記Ｃ面に垂直な面は、Ｍ面もしくはＡ面であることを特徴とする、前記[７]に記載の窒化物半導体素子。
[９]  前記ｐ型層側面は、窒化ガリウム系半導体層のＭ面もしくはＡ面であることを特徴とする、前記[８]に記載の窒化物半導体素子。
[１０]  連続した複数のＭ面もしくはＡ面を有する前記活性層は、複数存在することを特徴とする、前記[９]に記載の窒化物半導体素子。
[１１]  前記窒化物半導体素子において、活性層とｎ型層および活性層とｐ型層との接合界面は、ピエゾ電界がほぼ０であることを特徴とする、前記[１０]に記載の窒化物半導体素子。
[１２]  前記活性層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる単一もしくは複数の層で形成されることを特徴とする、前記[１１]に記載の窒化物半導体素子。
[１３]  前記窒化物半導体素子は、サファイア基板のＣ面上に接してｎ型層が形成されてなることを特徴とする、前記[１２]に記載の窒化物半導体素子。
[１４]  前記ｎ型層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる単一もしくは複数の層で形成されることを特徴とする、前記[１３]に記載の窒化物半導体素子。
[１５]  前記ｐ型層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる単一もしくは複数の層で形成されることを特徴とする、前記[１４]に記載の窒化物半導体素子。
[１６]  前記窒化物半導体素子は、最上面の全面にｐ型コンタクト層が形成されてなることを特徴とする、前記[１５]に記載の窒化物半導体素子。
[１７]  前記Ｍ面もしくはＡ面に、更にｎ型の窒化ガリウム系半導体層を形成することを特徴とする、前記[１６]に記載の窒化物半導体素子。
[１８]  前記活性層は、凹凸部を有するｎ型層の上面から見て、面と面のなす角が３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、２１０°、２４０°、２７０°、３００°または３３０°の連続した複数のＭ面もしくはＡ面を有することを特徴とする、前記[７]ないし[１７]のいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
[１９]  前記活性層は、Ｍ面もしくはＡ面を有し、凹凸部を有するｎ型層の上面から見て、ストライプ状に形成されていることを特徴とする、前記[７]ないし[１７]のいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
[２０]  次の（１）〜（４）の工程
（１）成長基板にｎ型層を形成する工程、
（２）前記ｎ型層に凹凸部を形成する工程、
（３）前記凸部側面に活性層を形成する工程、
（４）前記活性層に挟まれた凹部内にｐ型層を形成する工程、
からなることを特徴とする、窒化物半導体素子の製造方法。
[２１]  前記（１）の工程は、成長基板としてＣ面を主面とするサファイア基板を使用し、前記Ｃ面に垂直に窒化ガリウム系半導体層のＭ面を露出させることを特徴とする、前記[２０]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[２２]  前記（２）の凹凸部は、窒化ガリウム系半導体層のＣ面に垂直な面を露出させて形成することを特徴とする、前記[２１]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[２３]  前記Ｃ面に垂直な面は、窒化ガリウム系半導体層のＭ面またはＡ面であることを特徴とする、前記[２２]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[２４]  前記（３）の活性層は、窒化ガリウム系半導体のＭ面またはＡ面を露出させて形成することを特徴とする、前記[２３]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[２５]  前記（３）の活性層として、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長させて形成することを特徴とする、前記[２４]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[２６]  前記（３）の活性層は、多重量子井戸として成長させたことを特徴とする、前記[２５]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[２７]  前記（１）のｎ型層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長させて形成することをことを特徴とする、前記[２５]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[２８]  前記（４）のｐ型層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長させて形成することを特徴とする、前記[２７]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[２９]  前記（２）の凹凸部は、非エッチング面に絶縁膜を形成しておき、ｎ型層をエッチングして形成することを特徴とする、前記[２７]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[３０]  前記（２）の凹凸部形成の際に、ｎ型層をエッチングして露出後、凸部上部および凹部底部に前記絶縁膜を形成することを特徴とする、前記[２９]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[３１]  前記（２）のｎ型層の形成の際に、ｎ電極とオーミック接触するｎ型コンタクト層を形成することを特徴とする、前記[２９]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[３２]  前記（１）〜（４）の工程に加えて、
（５）前記凹部に形成されたｐ型層のｐ電極とオーミック接触するｐ型コンタクト層を形成する行程からなることを特徴とする、前記[３０]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[３３]  前記成長基板に、窒化ガリウム系半導体からなるバッファ層を形成してから
前記（１）のｎ型層を形成することを特徴とする、前記[３２]に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
[３４]  前記（３）の活性層を形成する前に、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長させてｎ型層を形成することを特徴とする、前記[２０]ないし[３３]のいずれか１つに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の窒化ガリウム系半導体層からなる窒化物半導体素子によると、特に異種基板上に形成される窒化ガリウム系半導体層からなる窒化物半導体発光素子において、発光効率の高い素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の窒化物半導体素子の一実施の形態を示す模式図である。図２〜図４は本発明の窒化物半導体素子を図１の垂直な面で切り取ったときの断面を示す模式図である。図２〜図４は、後述するようにそれぞれ異なる実施形態に対応した模式図である。図５は、本発明の窒化物半導体素子を、図１の水平な面（Ａ−Ａ’）で切り取ったときの断面の一部を平面視で示す模式図である。また、他の実施の形態を示す図６、図７および図８も、図５と同じく図１の水平な面（Ａ−Ａ’）で切り取ったときの断面の一部を平面視で示す模式図である。図９、図１０は、従来例および本発明の窒化物半導体素子の発光面積を示す平面図である。
【００１５】
図１、図２〜図４に示すように、成長基板１００上に、窒化ガリウム系半導体層からなるバッファ層１０１を介して、凹凸部を有するｎ型の窒化ガリウム系半導体層（第１のｎ型層）１０２が形成される。また、ｎ型の窒化ガリウム系半導体層１０２の凹部側面には、活性層１０３と第１のｐ型の窒化ガリウム系半導体層（第１のｐ型層）１０４ａが順に形成されている。前記ｐ型の窒化ガリウム系半導体層１０４ａは、少なくとも対向する１対の側面に活性層１０３が形成されている。３０１〜３０３は絶縁層、１０４ｂは第２のｐ型の窒化ガリウム系半導体層（第２のｐ型層）、２０１はｎ電極、２０２はｐ電極である。また、図４の例では、ｎ型の窒化ガリウム系半導体層１０２の側面に第２のｎ型窒化物半導体層（第２のｎ型層）１０５が形成されている。
【００１６】
この窒化物半導体素子は、活性層１０３において、ｎ型層１０２、または、ｐ型層１０４ａと接する。すなわち、ヘテロ接合をしている二つの主面とは異なる端面を複数有し、その端面が素子上面に向いた構造となり、活性層の端面発光を積極的に利用した窒化ガリウム系半導体素子を構成している。さらにｎ型層１０２の凸部側面は、窒化ガリウム系半導体層のＭ面もしくはＡ面とし、またｐ型層１０４ａの側面は、窒化ガリウム系半導体層のＭ面もしくはＡ面とする。サファイアなどの異種基板上に窒化ガリウムを成長する際、Ｍ面またはＡ面を主面とする窒化ガリウム系半導体層は成長できないか、もしくは成長できても非常に結晶性が悪い。そこでＣ面を主面とするサファイア基板を用い、窒化ガリウムを成長させる。このとき、サファイアのＣ面上に形成された窒化ガリウムはＣ軸方向に成長していき、主面はＣ面となる。
【００１７】
このような、Ｃ面を主面とする窒化ガリウム系半導体層は非常に結晶性が良好になる。前記Ｃ面を主面とする窒化ガリウム系半導体層を形成後、この窒化ガリウム系半導体層を垂直な面（好ましくは窒化ガリウム系半導体層のＭ面もしくはＡ面）が露出するようにエッチングして凹凸部を形成し、凹部側面（凸部側面）に活性層を成長させる。この際に形成される窒化ガリウム系半導体層と活性層との接合面は、Ｍ面またはＡ面となる。このようにして、活性層を形成すると、ｎ型の窒化ガリウム系半導体層と活性層との接合面は窒化ガリウム系半導体層のＭ面もしくはＡ面となり、ピエゾ電界がほぼ０となる。すなわち、ほぼ無電界の接合界面が形成できる。
【００１８】
凹部側面（凸部側面）に活性層を成長後、さらにｐ型の窒化ガリウム系半導体層を成長させると、活性層とｎ型層との接合面がＭ面の場合は、ｐ型の窒化ガリウム系半導体層と活性層との接合面も窒化ガリウム系半導体層のＭ面となる。また、活性層とｎ型層との接合面がＡ面の場合は、ｐ型の窒化ガリウム系半導体層と活性層との接合面も窒化ガリウム系半導体層のＡ面となる。すなわち、ｐ型の窒化ガリウム系半導体層と活性層との接合面は、窒化ガリウム系半導体層のＭ面もしくはＡ面となる。まとめると、活性層と活性層を挟むｎ型層および活性層と活性層を挟むｐ型層のいずれの界面も、Ｍ面もしくはＡ面となる。
【００１９】
また本発明は次のような効果も奏する。従来の窒化ガリウム系半導体素子は、サファイアなどの異種基板上に基板と垂直な方向に活性層も含めた窒化ガリウム系半導体層が形成される。例えば、サファイア基板のＣ面上には窒化ガリウム系半導体のＣ軸方向にのみ窒化ガリウム系半導体が形成されている。このときの窒化ガリウム系半導体素子の問題として、異種基板と窒化ガリウム系半導体との熱膨張係数の差により、それぞれの層の接合面において、圧縮歪みや引張り歪みがかかった状態となる。とくに、この歪みが活性層に与える影響は大きく、歪みによって活性層のバンドギャップが複雑となったり、活性層に結晶欠陥が多数発生し、発光効率をさらに悪くしている。
【００２０】
しかし、本発明によると、活性層１０３は成長基板１００に対して垂直に形成されており、活性層には大きな歪みがかからない構造となっている。活性層に大きな歪みがかからない構造となっている理由は、成長基板に対して垂直に形成されているからだけではない。他の理由として次のことが挙げられる。従来の活性層の接合面は、成長基板の主面と平行な窒化ガリウム系半導体のＣ面と直接接合されているのに対して、本発明の活性層は、窒化ガリウム系半導体のＣ面と直接接合されていない。窒化ガリウム系半導体のＣ面とは、絶縁膜を介して活性層が形成されている。これにより、従来よりも熱膨張係数に起因する歪みが低減された窒化物半導体素子を得る事ができる。よって、従来の素子では困難であった、素子の大面積化が可能となる。
【００２１】
本発明において、ｎ型層の凸部側面または凹部側面、つまり活性層とｎ型層との接合界面は、好ましくはＭ面もしくはＡ面である。しかしながら、オフ角として±５°〜８°の範囲であればその接合界面はＭ面が支配的となり、ピエゾ電界がほぼ０に近くなる。すなわち、接合界面が真性のＭ面もしくはＡ面である場合より少し劣るがピエゾ電界が減少して同様の効果を示す。また、ｎ型層の側面または凹部側面の８０パーセント以上がＭ面もしくはＡ面であれば、その面が接合界面として支配的となり、同じく少し特性は劣るがピエゾ電界の減少について同様の効果を示す。ｐ型層と活性層との接合界面についても同様である。
【００２２】
また、活性層とｎ型層、およびｐ型層と活性層との接合面が、Ｍ面とＡ面とでは、次の点で異なると考えられる。前記接合面がＭ面である場合、窒化ガリウム系半導体層において、Ｍ面は非常に安定な面とされている。このため、結晶成長を制御しやすく、平坦性が高い面を得ることができ、結晶性のよい活性層を得ることができる点で好ましい。また前記接合面がＡ面である場合、窒化ガリウム系半導体層において、Ｍ面と比べて成長速度が速いので短時間で活性層を得ることができ、生産性の点において、優れている。
【００２３】
本発明の目的において、最も好ましくは、活性層とｎ型層、およびｐ型層と活性層との接合面は、いずれも結晶性のよい活性層が得られるＭ面である。その場合、活性層は、凹凸部を有するｎ型層の上面から見て、面と面のなす角が６０°、１２０°、２４０°または３００°の連続した複数のＭ面からなる。もしくは、活性層は、Ｍ面を有し、凹凸部を有するｎ型層の上面から見て、ストライプ状に形成されているものとする。
【００２４】
次に、本発明の具体的な構成を詳細に述べる。
【００２５】
（ｉ）成長基板１００
窒化ガリウムを成長させる基となる成長基板１００としては、サファイアが好ましい。特にＣ面を主面とするサファイアを用いることで、結晶性のよい窒化ガリウム系半導体層が形成できる。さらにサファイア基板のＣ面上に窒化ガリウムを成長させると、エッチングにより露出させる窒化ガリウムのＭ面もしくはＡ面は、サファイアと垂直な面となることから、製造上比較的容易にその面を露出させることができる。
【００２６】
さらに製造上において、窒化ガリウムのＭ面のみ、もしくは少なくともＭ面を露出させる場合は、Ｃ面を主面とし、オリエンテーションフラット（オリフラ）面をＡ面とするサファイアを用いることが好ましい。これは、オリフラ面のＡ面を基準とすれば、オリフラ面に平行でかつ、Ｃ面に垂直な面が窒化ガリウムのＭ面となり、容易に窒化ガリウムのＭ面を露出することができるからである。同じように、窒化ガリウムのＡ面のみ、もしくは少なくともＡ面を露出させる場合は、Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＭ面とするサファイアを用いることで、同様に、容易に窒化ガリウムのＡ面を露出することができる。
【００２７】
また成長基板１００にサファイアを用いる場合、オフアングルされたＣ面を主面として用いるとさらに結晶性が良くなり好ましい。
【００２８】
本発明において、好ましい成長基板１００として、サファイアのＣ面を主面とする基板について説明した。しかしながら、必ずしもこれに限るものではなく、窒化ガリウム系半導体層において、成長基板との接合面がＣ面となるような成長基板なら他の基板でもよい。サファイア基板を用いる場合よりは特性が劣るが、他の成長基板１００として炭化シリコンなどが考えられる。
【００２９】
本発明において、成長基板１００が絶縁性である場合、窒化ガリウム系半導体層の一部、または全てを形成後、レーザ照射などで成長基板を剥離、研磨などで成長基板を除去して、基板を窒化ガリウム基板としてもよい。この窒化ガリウム基板は、主面がＣ面であることを特徴とする。基板として窒化ガリウムを用いる場合は、少なくとも８０μｍ以上の単層のアンドープもしくはＳｉドープの窒化ガリウムが必要である。成長基板を取り除き窒化ガリウム基板とすることで、一方の電極が窒化ガリウム基板に形成される。このため、ｎ電極とｐ電極が反対方向に位置する窒化ガリウム系半導体素子を得ることができ、素子中に均一に電流が流れやすくなる。また素子の小型化が可能となる。
【００３０】
（ｉｉ）凹凸部を有するｎ型層１０２
ｎ型層１０２としては、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる単一もしくは複数の層を形成する。このｎ型層１０２は、凹部側面（凸部側面）が窒化ガリウム系半導体層のＭ面もしくはＡ面であれば良く、さらに好ましくは、凹部の底面および凸部の上面は、窒化ガリウム系半導体のＣ面とする。
【００３１】
本発明において、ｎ型層は少なくとも活性層にキャリアを供給し、活性層内にキャリアを閉じ込めるクラッド層を有している。このクラッド層は、活性層のバンドギャップよりも大きく、活性層との間に十分なオフセットが得られる材料を適宜選択する。ＩｎＧａＮからなる活性層を形成する場合、ｎ型層はＧａＮもしくはＡｌＧａＮを用いることで、クラッド層として好ましく機能する。
【００３２】
またｎ型層１０２は、その他、ｎ電極と良好なオーミック接触するｎ型コンタクト層を有してもよい。ｎ型コンタクト層は、電極に接する層として、低抵抗であることが好ましく、窒化ガリウム系半導体では、ｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮが好ましい。
【００３３】
また凹凸部を有するｎ型層１０２は、基板上にＣ軸方向に窒化ガリウム系半導体層を積層し、積層後、窒化ガリウム系半導体層のＭ面もしくはＡ面が露出するようにエッチングして、凹凸部を有するｎ型層としている。また、凹凸部を有するｎ型層を第１のｎ型層とし、この凹凸部を形成後、その露出面のＭ面もしくはＡ面にさらに第２のｎ型層として、ｎ型の窒化ガリウム系半導体層を形成してもよい。第２のｎ型層を設ける場合、この層は発光ダイオ−ド（ＬＥＤ）では、クラッド層として機能させることができ、半導体レーザダイオード（ＬＤ）では、光ガイド層として機能させることができる。また、Ｍ面もしくはＡ面に成長する第２のｎ型層は、活性層を形成する前の結晶回復層としても機能し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のドライエッチングによって荒れた面にこの層を形成することで、活性層を結晶性よく形成することができる。前記ｎ型の窒化ガリウム系半導体層のドライエッチングの手段として、ＣＡＩＢＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）を用いることもできる。
【００３４】
前記凹凸部の形状は、図５〜図８の例で説明するが、必ずしも直線を用いた形状、または直線状に形成することには限定されない。例えば、窒化ガリウム系半導体層に凸部、または凹部を円柱状に切り抜くようにしてエッチングしても良い。窒化ガリウム系半導体層に対して、円柱状に凸部をエッチングしてその側面に活性層を成長させる場合には、窒化ガリウム系半導体の性質上Ａ面またはＭ面が優先されて成長される。優先される面は、窒化ガリウムをエピタキシャル成長させる成長装置、成長温度やＩＩＩ−Ｖ比、成長時の圧力などの成長条件を適宜選択することにより決定される。
【００３５】
本発明においては、窒化ガリウム系半導体層の前記凹凸部の側面に、Ｃ面に垂直な面を露出させることを特徴としている。この垂直な面のうち、窒化ガリウム系半導体のＡ面とＭ面以外の面では、表面エネルギーが大きく安定していないので、前記活性層は実質的には形成されにくい。したがって、凹凸部の側面は、Ｃ面に垂直な面であればどのような面でも良いが、Ｃ面に垂直な面に成長させる窒化ガリウム系半導体は、Ａ面もしくはＭ面が成長しやすい。
【００３６】
なお、窒化ガリウム系半導体層のＣ面と垂直な面にエピタキシャル成長層を成長させることは従来試みられている。しかしながら、本発明は、前記窒化ガリウム系半導体層の凹部内に形成されるｐ型のＧａＮからみて、対向して活性層とｎ型層が形成されており、また、ｎ型層の凹部側面からみて、その間に活性層とｐ型のＧａＮが形成されている構成としていることを特徴としている。      
【００３７】
窒化物半導体素子を発光ダイオードとして用いる場合、必要があれば、この層をクラッド層として機能させることができる。また、レーザダイオードとして用いる場合、この層を光ガイド層として機能させることもできる。複数の層を形成することで、クラッド層と光ガイド層のそれぞれの機能を持たせることも可能である。光ガイド層としては、活性層内に光を十分に閉じ込められるように材料を適宜選択する。
【００３８】
本発明における凹凸部の形状としては、凹部側面（凸部側面）に形成される活性層との接合面がＭ面もしくはＡ面となるように、素子上面から見て、図５〜図８に示すような、形状とする。図５〜図８はいずれもｎ型層１０２と活性層１０３との接合面、すなわち凹凸部の段差部と、活性層１０３とｐ型層１０４との接合面とを示している。図５は平面視の形状が正六角形状、図６は正六角形の変形パターン、図７はストライプ状、図８は連続する側面と側面のなす角を１２０°と２４０°として繰り返して形成される波状としている。
【００３９】
図５、図６および図８は、面と面のなす角が１２０°または２４０°の連続した複数のＭ面を有する活性層が形成されており、その活性層が半導体素子において複数存在するものである。また平面視の形状を正三角形とし、活性層が半導体素子において複数存在するものでもよい。さらに図７はストライプ状に活性層が形成されており、この場合も複数のＭ面を有する活性層が形成されている。いずれの接合面も窒化ガリウム系半導体のＭ面に該当する。
【００４０】
本発明のように、ｎ型層に凹凸部を形成し、当該凹凸部の凸部側面に活性層を形成する窒化物半導体素子では、従来構成のものよりも発光光量を増加させることができる。図９、図１０は、その理由を示す平面図である。図９は、従来のような平面発光の窒化物半導体素子を示している。簡単のため、斜線で示された発光面はＡＢ（＝ＣＤ）、ＡＣ（＝ＢＤ）の各辺の長さＬが等しい矩形ＡＢＤＣであるものとする。この場合の発光面の面積は、ＬＸＬ＝Ｌ２、となる。
【００４１】
図１０は、本発明の活性層の一例を示すものであり、前記凹凸部の凸部側面に形成される活性層の形状は正六角形であるものとする。この六角形ｐｑｒｓｔｕは、前記矩形ＡＢＤＣ内に配置されるものとする。ｐｑ＝ｑｒ＝（１/２）Ｌ、とすると、正六角形ｐｑｒｓｔｕの全周の長さＬｘは、Ｌｘ＝６Ｘ（１/２）Ｌ＝３Ｌとなる。
【００４２】
ここで、凹部の深さをｄとすると、図８の形状の窒化物半導体素子の活性層の発光面積として、ｄＸ３Ｌ＝３ｄＬが得られる。今仮に、Ｌ＝１μｍ、ｄ＝１μｍとすると、図１０においては、発光面積が図９の３倍となることがわかる。すなわち、本発明の一例では、平面の表面積を同一とした場合に窒化物半導体素子の発光光量は従来例の３倍となる。
【００４３】
図５〜図８に示した凹凸部の平面視の形状は一例であって、他の形状とすることもできる。以下は図示していないが、全ての凹部側面（凸部側面）がＡ面となる形状、例えば連続する側面と側面のなす角が１２０°と２４０°とが繰り返された波状、連続する側面と側面のなす角が６０°の正三角形としても良い。また、全ての凹部側面（凸部側面）がＭ面もしくはＡ面からなる形状、例えば連続する側面と側面のなす角が、３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、２１０°、２４０°、２７０°、３００°または３３０°のうち、いずれかの角度で繰り返された波状としてもよい。
【００４４】
すなわち、全ての凹部側面（凸部側面）がＭ面もしくはＡ面となる形状であれば、これらに限るものではない。特に図５などでは変形例として、正六角形でなくても、連続する側面と側面のなす角は１２０°であれば、全ての凹部側面（凸部側面）がＭ面、または全ての凹部側面（凸部側面）がＡ面となるので、本発明を適用することができる。
【００４５】
さらに本発明の凹凸部を有するｎ型層は、活性層との接合面を窒化ガリウム系半導体のＭ面とするために、凹凸部を形成後、凹部底面および、凸部上面に絶縁膜３０２を形成する。これによりｎ型層と活性層は、窒化ガリウム系半導体のＭ面でのみ接合した素子を得ることができる。本発明において、絶縁膜とは絶縁性を有する膜である。このような絶縁膜の材料成分として、ＳｉＯ２やＺｒＯ２などが挙げられるが、ＳｉＯ２が好ましく用いられる。ＳｉＯ２は、窒化ガリウム系の半導体をＲＩＥなどでエッチングする際の好ましい保護膜として用いられる。
【００４６】
（ｉｉｉ）活性層１０３
活性層としては、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる単一もしくは複数の層を形成する。さらにＧａの一部をＢ、Ｎの一部をＰ、Ａｓ等で置換した層としてもよい。活性層は、シングルへテロ接合、ダブルヘテロ接合のいずれを形成してもよい。さらに量子井戸構造として、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造のいずれを形成してもよい。高効率や高輝度、高出力の特性を有するＬＥＤやＬＤを得るためには、井戸層と障壁層を繰り返し積層する多重量子井戸構造とすることが好ましい。
【００４７】
（ｉｖ）ｐ型層１０４
ｐ型層１０４としては、ｐ型不純物としてＭｇをドープしたＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる単一もしくは複数の層を形成する。このｐ型層は、ｎ型層と活性層によって形成された凹部を完全に埋め込んで形成する。すなわちｐ型層の最上面は、少なくともｎ型層および活性層の最上面と同じに、もしくはそれよりも上に位置するように形成する。好ましくはｐ型層の最上面はｎ型層および活性層の最上面と同じ位置にする。
【００４８】
本発明におけるｐ型層１０４は、凹凸部を有するｎ型層の凹部底面と凸部上面に絶縁膜３０２が形成されているので、ｎ型層とは活性層を介して接続されている。
【００４９】
本発明において、ｐ型層１０４は、凹部を埋め込んだ層を第１のｐ型層１０４ａとして、さらに、素子の最上面の全面に、第２のｐ型層１０４ｂを形成してもよい。そして第２のｐ型層１０４ｂとして、少なくともｐ電極２０２と良好なオーミック接触するｐ型コンタクト層が形成されていてもよい。この第２のｐ型層１０４ｂは、ｐ型不純物としてＭｇをドープしたＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる単一もしくは複数の層からなり、窒化ガリウム系半導体素子の上面の全面に形成するため、ｐ電極が形成しやすい。従来の窒化ガリウム系半導体素子と外観が同じとなり、従来の素子からの変更が容易となるなどの効果を奏する。
【００５０】
この第２のｐ型層は膜厚を小さくすることで、活性層端面から放出される光を窒化ガリウム系半導体素子での吸収を抑え、光取り出し効率の高い素子が得られる点で好ましい。また、これとは逆に膜厚を大きくすることで、窒化ガリウム系半導体素子の表面が平坦になりｐ電極との密着性が良くなるなどの点で好ましい。この第２のｐ型層は第１のｐ型層のＣ面に成長されることで、結晶性のよい窒化ガリウムを成長することができ、ｐ電極との間で良好なオーミック特性を得ることができる。第２のｐ型層を形成しない場合は、第１のｐ型層を形成後、窒化ガリウム系半導体素子の上面の全面にｐ電極を形成してもよい。
【００５１】
（ｖ）その他の層
その他、ｎ型層およびｐ型層は複数の層で構成されていてもよく、またｎ型層、活性層、ｐ型層およびｐ型コンタクト層のそれぞれの層の間に、別の機能を有する層、例えば結晶性回復層を設けてもよい。図４の例では、後述するように図示番号１０５で示した第２のｎ型層は結晶性回復層として機能し、第１のｎ型層側面と活性層との間に形成することで、第１のｎ型層１０２に凹凸部を形成するためにエッチング処理を行なった際に生じた側面の表面荒れや、結晶の加工損傷による劣化を修復する。また、本発明の窒化物半導体を発光ダイオード（ＬＥＤ）に適用する場合には、前記別の機能を有する層として、キャリア閉じ込め層、光閉じ込め層、下地の結晶層を保護するための結晶性保護層などが考えられる。
【００５２】
また本発明において、ｎ型層にはｎ電極が、ｐ型層にはｐ電極が形成されており、これらの電極は、接触する窒化ガリウム系半導体層と良好なオーミック接触が得られるように材料、膜厚が選択される。とくにｐ電極については、接触する窒化ガリウム系半導体層と良好なオーミック接触が得られていれば、どのような形状で形成してもよい。
【００５３】
また本発明の窒化物半導体素子は、用途としては様々なものがあり、窒化ガリウム系半導体素子の表面に、活性層のＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からの光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質が含有されたコーティング層を形成することで、様々な波長の光を発光することができる。特にＹＡＧを含有させることで、白色光を発光することができ、照明用光源などに用いることができる。照明用光源として用いる場合、大面積で発光させる必要があり、活性層にかかる歪みの小さい本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、非常に有効である。
【００５４】
（ｖｉ）製造方法
次に本発明の窒化ガリウム系半導体素子について、製造方法の観点から説明する。なお、この製造方法は、主として図３の模式図に対応するものである。
【００５５】
（１）サファイア基板１００にｎ型層１０２を形成する。ｎ型層を形成する際、まずサファイア基板に８００℃以下の低温で窒化ガリウム系半導体からなるバッファ層１０１を形成する。バッファ層１０１を形成後、ｎ型層として、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長させることで、結晶性のよい窒化ガリウム層を得ることができる。
【００５６】
（２）次にｎ型層１０２を形成後、窒化ガリウム系半導体のＭ面が露出されるようなマスクを用い、非エッチング面に保護膜として例えばＳｉＯ２よりなる第１の絶縁膜３０１を形成する。続いて、ＲＩＥによりｎ型層１０２をエッチングし、凹凸部を形成する。エッチング深さは、凸部側面の面積が、ｐｎ接合の接合面積に相当するので、少なくとも第２の絶縁膜の成長膜厚以上、好ましくは良好な発光領域が得られる範囲として、１０ｎｍ以上とするのがよい。
【００５７】
第１の絶縁膜にかかわらず、本発明において、絶縁膜は、信頼性の高い絶縁性の膜を生産性よく得るために、数ｎｍ〜１０ｎｍ程度必要である。またマスクの形状としては、図５〜図８に示すような、上面から見てストライプ状、正六角形状、正六角形の変形パターンがある。また、側面と側面のなす角が３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、２１０°、２４０°、２７０°、３００°または３３０°のうち、いずれかの角度で形成される波状などがある。
【００５８】
（３）ｎ型層１０２に凹凸部を形成後、凸部上面の第１の絶縁膜３０１を被覆したままで、少なくとも凹部底面に第２の絶縁膜３０２を形成する。もしくは、凸部上面の第１の絶縁膜３０１を被覆したままで、前記凹部底面と凸部上面にＳｉＯ２よりなる第２の絶縁膜３０２を形成する。次に、活性層１０３としてＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長させる。活性層１０３の成長前に、さらに結晶性回復層、もしくはクラッド層や光ガイド層として、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなるｎ型層を形成してもよい。
【００５９】
（４）活性層１０３は、好ましくは障壁層と井戸層を繰り返し積層した多重量子井戸として成長させることが望ましい。
【００６０】
（５）活性層１０３を成長後、ｐ型層１０４を形成するが、このｐ型層が活性層の端面に形成されてはＭ面またはＡ面での良好なｐｎ接合が得られない。そこで活性層において、窒化ガリウム系半導体のＭ面のみが露出されるようなマスクを用い、非エッチング面に第３の絶縁膜３０３として例えばＳｉＯ２を形成する。
【００６１】
（６）第３の絶縁膜３０３としてＳｉＯ２形成後、ｐ型不純物としてＭｇをドープしたＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）を成長する。このｐ型層は、少なくともｎ型層１０２の凹部が全て埋まるように形成する。前記ｎ型層１０２の凹部底面に形成された第２の絶縁膜３０２は、図２、図４の例ではｐ型層１０４ａの底面に位置している。
【００６２】
（７）ここで、図２の他の実施形態に示すように、第３の絶縁膜３０３を形成しないで、ｐ型層１０４ａを形成することもできる。この場合には、ｐ型層１０４ａは活性層１０３のＭ面もしくはＡ面だけでなく、活性層１０３の端面にも形成される。活性層１０３の端面に絶縁膜３０３を形成せずにｐ型層１０４ａを成長させても、活性層１０３がｐ型層１０４ａと接触する面積として、端面の面積の占める割合はかなり小さい。このことから、たとえ端面を通じて電流が流れたとしてもその電流量は全体から見て、さほど大きいものではない。よって、第３の絶縁膜３０３を設けなくても、本発明の効果を得ることができる。
【００６３】
また、図４の模式図には、更に他の実施形態を示している。図４の構成においては、第１のｎ型層１０２を形成した後に、第１のｎ型層１０２の凸部側面に、第２のｎ型層１０５を形成する。そして、第２のｎ型層１０５の端面を被覆するように第３の絶縁膜３０３を形成する。このような第２のｎ型層１０５は、本発明の窒化物半導体素子を発光ダイオード（ＬＥＤ）として用いた場合には、クラッド層として機能させることや、半導体レーザダイオード（ＬＤ）として用いた場合には、光ガイド層として機能させることができる。第２のｎ型層１０５を形成する場合には、第２のｎ型層１０５を形成後に活性層１０３を形成する。また、図４の例でも図２の例と同様に、ｐ型層１０４ａは活性層１０３のＭ面もしくはＡ面だけでなく、活性層１０３の端面にも形成される。
【００６４】
（８）さらにｎ型層１０２の凹部が全て埋まった窒化ガリウム系半導体素子において、凹部のｐ型層を第１のｐ型層１０４ａとし、窒化物半導体素子の上面に第２のｐ型層１０４ｂを形成してもよい。第２のｐ型層１０４ｂとして最上面には、ｐ電極２０２と良好なオーミック接触の得られるためのｐ型コンタクト層を形成することが好ましい。ｐ型コンタクト層としては、ＭｇドープのＧａＮが、低抵抗でかつ結晶性良く成長できるので好ましい。
【００６５】
（９）これらｐ型層は、層を成長後、６００℃以上でアニーリングすることで、良好なｐ型を得ることができる。本発明で用いるｐ電極２０２およびｎ電極２０１とは、少なくとも半導体層に接して設けられる電極であり、接する半導体層と良好なオーミック特性を示す材料が適宜選択されるものである。
【実施例１】
【００６６】
Ｃ面を主面としオリフラ面をＡ面とするサファイア基板上に、８００℃以下の低温でＡｌＧａＮからなるバッファ層を形成する。バッファ層を形成後、ｎ型層として、ＧａＮを成長させることで、結晶性のよい窒化ガリウム層を得ることができる。
【００６７】
次に、窒化ガリウム系半導体のＭ面が露出されるようなマスクを用い、非エッチング面に絶縁膜としてＳｉＯ２を形成し、ＲＩＥによりｎ型層をエッチングし、凹凸部を形成する。この凹凸部は、ｎ型層に図３のような凹凸の形状が連続して繰り返し形成されるようにする。
【００６８】
ｎ型層に凹凸部を形成後、凸部上部の絶縁膜を被着した状態で、少なくとも凹部底面、もしくは凹部底面と凸部上面にさらに保護膜としてＳｉＯ２よりなる第２の絶縁膜を形成する。第２の絶縁膜形成後、ＡｌＧａＮからなるクラッド層を形成し、さらに続けて井戸層と障壁層がＩｎＧａＮとＧａＮの組み合わせからなる多重量子井戸の活性層を形成する。この活性層は最外層が障壁であっても井戸であってもよい。
【００６９】
次に活性層を成長後、窒化ガリウム系半導体のＭ面のみが露出されるようにＳｉＯ２からなる第３の絶縁膜を形成し、活性層とｐ型層との接合界面が窒化ガリウム系半導体のＭ面のみとなるようにする。この第３の絶縁膜は省略することも可能である。
【００７０】
第３の絶縁膜としてＳｉＯ２形成後、ｐ型不純物としてＭｇをドープしたＡｌＧａＮを成長する。この層は、少なくともｎ型層の凹部が全て埋まるように形成する。
【００７１】
さらに凹部が全て埋まった窒化ガリウム系半導体素子において、凹部のｐ型層を形成後、窒化物半導体素子の上面に第２のｐ型層としてＭｇドープのＧａＮを形成する。第２のｐ型層を形成後、６００℃以上の温度でアニーリングし、低抵抗のｐ型層を得る。次に第２のｐ型層の上に、透光性を有するｐ電極を全面に形成し、ｎ型層にｎ電極を形成する。ｎ電極は、ｎ型層をエッチングし凹凸部を形成する際に、一部凹凸を形成しないで、その部分をｐ型層まで形成後、エッチングすることでｎ側オーミック電極を形成することができる。これにより、発光効率の高い窒化ガリウム系半導体の発光素子を得る。
【実施例２】
【００７２】
実施例１と同様にして、ｎ電極およびｐ電極まで形成した窒化ガリウム系半導体の発光素子を得る。この発光素子の表面にＹＡＧを含んだ蛍光体を樹脂と混合させて形成することで、発光効率の高い白色の発光素子を得る。また、適当な蛍光体を選択することで、種々の発光波長を持った発光効率の高い発光素子を得ることができる。いずれも発光素子のチップサイズを大きくすることができ、蛍光灯などの照明に代替することも可能である。本発明は実施例１、実施例２に限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上説明したように、本発明によれば、発光効率が改善された窒化ガリウム系半導体層からなる窒化物半導体素子およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の窒化物半導体素子の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】本発明の窒化物半導体素子を垂直な面で切り取ったときの断面を示す模式図である。
【図３】本発明の窒化物半導体素子を垂直な面で切り取ったときの断面を示す他の例の模式図である。
【図４】本発明の窒化物半導体素子を垂直な面で切り取ったときの断面を示す他の例の模式図である。
【図５】本発明の窒化物半導体素子を水平な面で切り取ったときの断面を示す模式図である。
【図６】本発明の他の実施の形態において、窒化物半導体素子を水平な面で切り取ったときの断面を示す模式図である。
【図７】本発明の他の実施の形態において、窒化物半導体素子を水平な面で切り取ったときの断面を示す模式図である。
【図８】本発明の他の実施の形態において、窒化物半導体素子を水平な面で切り取ったときの断面を示す模式図である。
【図９】従来の窒化物半導体素子の発光面を示す平面図である。
【図１０】本発明の窒化物半導体素子の発光面を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００・・・成長基板
１０１・・・バッファ層
１０２・・・ｎ型層（第１のｎ型窒化物半導体層）
１０３・・・活性層
１０４・・・ｐ型層
１０４ａ・・・第１のｐ型層
１０４ｂ・・・第２のｐ型層
１０５・・・第２のｎ型窒化物半導体層
２０１・・・ｎ電極
２０２・・・ｐ電極
３０１・・・第１の絶縁膜
３０２・・・第２の絶縁膜
３０３・・・第３の絶縁膜
【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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