(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上にｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層を順に有する半導体層と、
前記半導体層内において、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層で周囲を覆われた空洞部と、
前記ｐ型窒化物半導体層側から見て前記空洞部に対応する領域を開口部とし、前記ｐ型半導体層上で前記開口部の周囲に設けられたｐ電極と、を有し、
前記発光層からの光は、前記空洞部により前記ｐ型窒化物半導体層側に反射され、前記開口部を通って外部に取り出されることが可能であることを特徴とする面発光型発光素子。
【請求項２】
前記基板は、前記半導体層よりも屈折率が小さい物質からなることを特徴とする請求項１に記載された面発光型発光素子。
【請求項３】
前記面発光型発光素子は、さらに、不透光膜を有し、
前記不透光膜は、前記ｐ型窒化物半導体層側から見て前記空洞部に対応する領域を開口して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光型発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる半導体層を有する面発光型発光素子に関し、特に微小光源として利用可能な窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、発光出力が高い青色および緑色の窒化物半導体発光ダイオードを大型ディスプレイなどの光源として実用化している。たとえば、特開平９−１５３６４２号公報には、サファイア基板上に、ＧａＮからなるバッファ層、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層、アンドープのＩｎＧａＮからなる発光層、Ｍｇドープのｐ型ＡｌＧａＮ層、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮ層からなる発光ダイオードが記載されている。
【０００３】
しかしながら、このような大型ディスプレイなどに用いられている発光ダイオードでは、たとえば光ファイバ通信用あるいは電子写真用の光源あるいはバーチャル・リアリティーなどの微少光源として用いる場合、光の広がりが大きく十分満足できるものでない。
【０００４】
そこで、実用可能な微小光源として、端面発光型の発光ダイオードが挙げられる。一般的な窒化物半導体からなる半導体層を有する端面発光型発光素子は、基本素子構造は半導体レーザと同じであり、発光層をワイドバンドギャップのｐ型およびｎ型半導体層で挟んだダブルヘテロ構造が用いられており、窒化物半導体端面発光型発光ダイオードでは、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＩｎＧａＮ分離閉じ込め型ヘテロ構造（ＳＣＨ）が用いられている。さらに発光層はストライプ状に形成されており、端面に露出された発光層から光を放出させる構造となっているため、上記のような大型ディスプレイ用の発光ダイオードよりも集光したスポットサイズの小さい発光を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に述べたような端面発光型発光ダイオードは、スポットサイズの小さい光は得られるものの、発光層の端面だけでなく、発光層よりも基板側に積層されたｎ型半導体層の端面からも光が放出されるため、多モードの発光となり、ニァフィールドパターンが十分良好な単一スポットとして得られにくいという問題があった。このため、従来の端面発光型発光ダイオードでは、微小光源として十分満足させることができなかった。また、出射端面から離れた奥方向での発光を十分に取り出すことが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、光ファイバ通信用あるいは電子写真用の光源あるいはバーチャル・リアリティーなどに用いられる微少光源として、端面からではなく半導体積層側からスポットサイズの小さい光を取り出す面発光型発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一実施形態に係る面発光型発光素子は、基板と、基板上にｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層を順に有する半導体層と、半導体層内においてｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層で周囲を覆われた空洞部と、ｐ型窒化物半導体層側から見て空洞部に対応する領域を開口部とし、ｐ型半導体層上で開口部の周囲に設けられたｐ電極と、を有し、発光層からの光は空洞部によりｐ型窒化物半導体層側に反射され開口部を通って外部に取り出されることが可能であることを特徴とする。
また他の実施形態に係る面発光型発光素子は、少なくともｎ型窒化物半導体層、発光層およびｐ型窒化物半導体層からなる半導体層を有する面発光型発光素子であって、前記半導体層は少なくとも前記発光層からｎ型窒化物半導体層にかけて貫通された空洞部を有し、且つ前記空洞部の外壁は逆テーパー形状である。
【０００８】
このように、半導体層中に該半導体層と前記空洞部内にあたる空気層とによる屈折率差を設けること、及びこれらの界面である空洞部の外壁を逆テーパー形状とすることにより、各半導体層からの光を効率よく前記界面に集光させ、集光された光を単一モードで上方に取り出すことができる。光のスポット形状は空洞部の底面に対応するので、前記空洞部の底面を調整することで今まで難しかった真円形状のスポットを簡単に得ることができる。
また、本発明は係る面発光型発光素子は、上記空洞部周囲の発光層で発光した光が前記ｐ型窒化物半導体層の厚さ方向に伝播して外部に取り出されるので、端面発光素子に比較して光の導波経路を極めて短くでき、高出力で単一モードの発光が可能となる。
【０００９】
また、前記ｐ型窒化物半導体層は、最上面に前記空洞部の上方に位置する発光面を開口部として前記開口部の周囲に正電極を有することを特徴とする。
このように発光面の周りを囲むように正電極を形成すると前記発光面に電流を集中させることができ均一な発光が得られる。また正電極の面積を調整することで出力の向上が簡単に行える。
【００１０】
また、前記ｐ型窒化物半導体層上面及び前記半導体層側面に、少なくとも前記発光面を開口部として不透光膜を有することにより、前記発光面以外からの光を遮断し空洞部の形状に対応した光のみを上面方向から高輝度に取り出すことができる。
【００１１】
また、前記ｐ型窒化物半導体層側から一部エッチングにより露出されたｎ型窒化物半導体層上に負電極を有し、少なくとも前記正電極と負電極との間にエッチング面に接して連続した絶縁膜を有することを特徴とする。これによって電極間のショートを抑制することができる
【００１２】
また、本発明の面発光型発光素子の製造方法は、少なくともｎ型窒化物半導体層、発光層およびｐ型窒化物半導体層を有する半導体層からなる面発光型発光素子の製造方法であって、基板上の一部にマスク層を設ける第１の工程と、前記第１の工程後、前記基板上に前記半導体層を順に積層する第２の工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
このように製造することにより、半導体層中に前記マスク層を底面とした空洞部が形成され、前記マスク層の形状に対応したスポットの微小点光源を得ることができる。上面が円形であるマスク層を設けると、ほぼ真円のスポットが得られ好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態の面発光型発光素子について説明する。図１は本実施の形態である面発光型発光素子の模式的平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ′線における模式的断面図である。
本実施の形態の面発光型発光素子は、図２に示すように、基板上に、マスク層と前記マスク層よりも厚い膜厚を有するｎ型窒化物半導体層とが互いに分離して設けられ、前記ｎ型窒化物半導体層上に、発光層、およびｐ型窒化物半導体層が順に積層されている。前記マスク層上は、半導体層が積層されていない空洞部となっている。このように積層された半導体層を前記ｐ型窒化物半導体層側から一部エッチングにより露出されたｎ型窒化物半導体層表面に負電極が設けられ、前記空洞部の上方に位置するｐ型窒化物半導体層表面を開口部として周囲に正電極が設けられている。
【００１５】
以下、本実施例の形態である面発光型発光素子の詳細な構成及び製造方法について説明する。
【００１６】
［第１の工程］
まず、基板１上の一部にマスク層２を設ける。
（基板１）
基板１は基板上に積層される半導体層よりも屈折率が０．２以上小さい物質から構成されることが好ましい。これによって、基板上に形成される半導体層から光が基板内に入射する量を低減できるからである。基板としては、サファイアＣ面、Ｒ面またはＡ面を主面とするサファイア、その他、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることができる。サファイアはその上に形成される窒化物半導体層の結晶性を良好にできることから特に基板として好ましい。また、異種基板を用いる場合には、窒化物半導体基板を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に異種基板を除去してもよい。
【００１７】
（マスク層２）
マスク層２の材料としては、高温において分解されず、且つ表面に半導体層が形成されないものであれば特に限定されない。具体的にはＳｉＯ2、ＳｉＮ、及びＷ等が好適に挙げられる。このようなマスク層を設けた後に半導体層を積層させることにより、マスク層の上面に空気層である空洞部を形成することができる。このような構成にすることにより、空気層と半導体層との屈折率差を利用してこれらの界面で光をほぼ全反射させ上方に取り出すことができる。
【００１８】
また、マスク層は円柱形状で設けられることが好ましい。これによって端面発光では不可能であった真円形状のスポットの光を得ることができる。前記マスク層底面の径は発光される光のスポット径に対応し、第１工程においてマスク層の径を調整することにより容易に要求されるスポット径の光を発光させることができる。良好な単一モードの光を得るためには、マスク層の径は０．５μｍ〜２０μｍ、より好ましくは１μｍ〜１０μｍである。
またマスク層の膜厚は、後に積層されるｎ型窒化物半導体層の膜厚の２．５％〜１２．５％で積層されることが好ましい。このような厚みでマスク層を設けた後に半導体層を順に積層させることにより、またｎ型窒化物半導体層からｐ型窒化物半導体層まで貫通された空洞部を容易に形成することができ前記界面の光反射面を大きくすることができる。
【００１９】
［第２の工程］
マスク層を有する基板上に半導体層を順に積層する。
（半導体層３，４，５）
本発明の面発光型発光素子は、少なくともｎ型窒化物半導体層３、発光層４、及びｐ型窒化物半導体層５が順次積層されている。たとえば、基板上にＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層、ＩｎＧａＮからなる発光層、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層およびＭｇがドープされたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層が順に積層されたダブルヘテロ構造のものが挙げられる。ｐ型クラッド層は省略可能である。また、ｐ型およびｎ型のＡｌＧａＮからなるクラッド層を５０ｎｍ以下、より好ましくは４０ｎｍ以下で形成してもよい。発光層１０３は、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造として構成することもできる。
【００２０】
（空洞部１３）
本発明において、マスク層を有する基板上に半導体層が積層されることにより、半導体層は少なくとも発光層からｎ型窒化物半導体層にかけて貫通された空洞部を有し、且つ前記空洞部の外壁は逆テーパー形状である。このように半導体層中に空気層である空洞部を設けることにより前記空洞部の外壁に高電流密度により発光された光を効率よく集光及び全反射させ所望のスポットサイズの光を高出力でもって上方に出射させることができる。このような空洞部は、基板上にマスク層を設ける他に、形成したい空洞部の底面に対応する基板上を荒した後に半導体層を積層する方法でも形成することができる。
【００２１】
半導体層中の空洞部の占める位置は特に限定されないが、空洞部は全半導体層に渡って設けられていることが好ましい。これにより、各半導体層から出射された光を全て空洞部の外壁に集光させることができ好ましい。また、外壁は空洞部の中心に向かって傾斜された逆テーパー形状とすることが好ましい。これにより、外壁に集光された光を効率よく全反射させ上方に取り出すことができる。さらに、空洞部を半導体積層方面に垂直に切断した断面図において、各左右の外壁の先端が一点に交わり一つの角をなした、つまり、空洞部底面及び外壁によりほぼ三角形となるような空洞部を形成すると、色ムラを生じることなく空洞部底面形状のスポットの光を高輝度に発光することができる。
【００２２】
（電極６，７）
また本発明において、正電極６および負電極７は、各下地層とオーミック接触可能な材料であれば特に限定されず種々のものを用いることができ、公知の電極材料等から適宜選択して用いる。電極としての具体例は、後述の実施例に記載されているものが挙げられる。また正電極は、ｐ型コンタクト層上の空洞部の上方の発光面を開口部とし前記発光面の周囲を囲むように形成され、負電極は前記正電極の周囲を囲むように、エッチングにより露出されたｎ型コンタクト層のほぼ全面に形成されることが好ましい。これによって発光面に集中して電流を注入することができ、高電流密度による発光を光導波孔内に効率よく集光させることができるので、素子の発光出力を高くすることができる。また負電極を露出されたｎ型コンタクト層のほぼ全面に設けることにより光のコントラストが良好となる。
【００２３】
また、本発明において、窒化物半導体層をエッチングする手段としては、好ましくはドライエッチングにより行われ、たとえばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の方法が挙げられる。
【００２４】
（絶縁膜８）
本発明において絶縁膜８は、正電極及び負電極形成後に、各電極のボンディング部分及び空洞部の上方に位置する発光面を開口部として、少なくとも各電極間の半導体層を覆うように設けられていれば良い。本実施の形態においては、前記発光面、正電極、及び負電極のパッド電極形成部を除いて、素子表面及びエッチングにより露出された端面に連続して絶縁膜が形成されている。これによって各電極間の短絡を防止することができ、さらに反射性を有する膜を用いると上面及び側面からの光のもれを抑制することができ好ましい。また、絶縁膜は各電極の上面に少しかかるように設けられることが好ましく、このように構成されることで各電極と下地層との剥がれを抑制することができる。ここで絶縁膜は、電気絶縁材料であれば特に限定されず、例えばＺｒＯ2、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＨｆＯ2、ＴｉＯ2など種々の材料を用いて形成することができ、その膜厚は好ましくは５０Å〜５０００Åの範囲に設定される。
【００２５】
（パッド電極９，１０）
また、ｐ型窒化物半導体層上の正電極を覆うよう一面に連続してｐパッド電極９が形成されると、ボンディングが良好に行え、更には素子の放熱性が向上され好ましい。また、負電極上の一部にｎパッド電極１０が形成されてもよい。これらパッド電極は、ワイヤー及び下地層である各電極との接着性が良いものであれば特に限定されないが、次に材料から選択された第１層／第３層の２層構造、又は第１層／第２層／第３層の３層の積層構造とすると好ましい。
第１層目：Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｒｕから選択される少なくとも一種、
第２層目：Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｍｏから選択される少なくとも一種、
第３層目：Ａｕ。
より好ましくは、Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｕ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕとし、その膜厚は１０００Åから３μｍに設定される。更に前記ｐバッド電極を覆うようにｐ型窒化物半導体層上面のほぼ全面にメタライズ層１１が形成される。
【００２６】
（不透光膜１２）
このようにして得られた素子の、ｐ型窒化物半導体層上面及び半導体層側面に、少なくとも空洞部の上方である発光面を開口部として不透光膜を設けると発光ムラを抑制することでき、前記発光面のみから単一モードで微小点光源を得ることができる。不透光膜は光を透過しないような膜であれば使用可能であるが、好ましくは、Ｒｈ、ＲｈＯ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＲｕＯ、Ｃｕなどの金属やそれらの金属酸化物を用いて構成することができる。半導体層とショットキーバリア接触する金属であれば、半導体層に直接形成してもよいし、また、絶縁膜を介して形成すればいずれの金属でもよい。さらに、誘電体多層膜を形成し、さらにその上に金属薄膜を形成することが特に好ましい。本発明において、正電極上を覆うようにｐ型窒化物半導体層上及びエッチング面に連続して設けられる不透光膜には、ボンディング性を良好とするためＮｉ／Ａｕ等の多層膜を用いると好ましい。不透光膜の形成方法としては、スパッタリング、蒸着等が挙げられる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例について説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
（マスク層２）
サファイア（Ｃ面）よりなる基板１上に、ＳｉＯ2よりなる径４μｍで高さ  ０．５μｍの円柱形状であるマスク層を形成し、反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行う。
【００２８】
（バッファ層）
続いて、基板温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガスとアンモニアガスを用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層を約２００オングストロームの膜厚で成長させる（図示しない）。
【００２９】
（ｎ型窒化物半導体層３）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧガスとアンモニアガスを用い、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ4）を用い、Ｓｉを４．５×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの膜厚で成長させる。
【００３０】
（発光層４）
次にキャリアガスを窒素に切り替え、アンドープよりなるＩｎＡｌＧａＮよりなる障壁層を２５０Åの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃まで下げ、原料ガスにＴＥＧガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガスおよびアンモニアガスを用い、アンドープＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）よりなる井戸層を３０Åの膜厚で成長させる。そして障壁層＋井戸層＋障壁層＋井戸層＋…＋障壁層の順で障壁層を６層、井戸層を５層交互に積層して、層膜厚１６５０Åの多重量子井戸構造よりなる発光層を成長させる。
【００３１】
（ｐ型窒化物半導体層５）
次に、原料ガスを止め、温度を１０５０℃まで上昇させた後、原料ガスとしてＴＥＧガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスおよびアンモニアガス、キャリアガスとして水素ガス、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ型層を３００Åの膜厚で成長させる。
【００３２】
続いて同様の温度で、アンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度でＭｇを５×１０18／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長さる。これらの層を交互に８０層積層した総膜厚４０００Åの超格子構造であるｐ型クラッド層を形成させる。この層はキャリア閉じ込め層として作用し、超格子構造とすることによりｐ型窒化物半導体層側の抵抗率を低下させることができる。
【００３３】
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層上に、原料ガスとしてＴＭＧガスとアンモニアガス、キャリアガスとして水素ガス、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。このようにしてｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層が積層されたｐ型窒化物半導体層を形成する。
【００３４】
反応終了後、窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型窒化物半導体層をさらに低抵抗化する。
【００３５】
次に、ｐｎ積層部を残し、前記発光面を囲むように周囲をエッチングしｎ型コンタクト層を露出させる。
【００３６】
（正電極６）
次にｐコンタクト層上に、空洞部の上方にある発光面を開口部とし、該開口部を囲むようにＮｉ（１００Å）／Ａｕ（１４００Å）よりなる正電極を形成する。
【００３７】
（負電極７）
前記発光面及び前記正電極を囲むように露出された前記ｎ型コンタクト層上のほぼ一面にＴｉ（１００Å）／Ａｌ（５０００Å）からなる負電極を形成する。
【００３８】
（絶縁膜８）
次に正電極及び負電極のパッド電極形成面を開口部として素子の上面にＳｉＯ2よりなる連続した絶縁膜を２０００Åの膜厚にて形成する。
【００３９】
（パッド電極９，１０）
次に、次に図１に示すように、正電極の内側である発光面を開口部としてｐ型窒化物半導体層上面のほぼ全面にｐパッド電極を形成し、負電極上の一部にｎパッド電極を形成する。
ここで、ｐパッド電極及びｎパッド電極は、Ｎｉ（１０００Å）／Ｔｉ（１０００Å）／Ａｕ（８０００Å）の３層構造とする。
【００４０】
（第１不透光膜１１）
更に、前記ｐパッド電極上から半導体層端面にかけてＮｉ（１０００Å）／Ａｕ（１３００Å）よりなる不透光膜を設ける。
【００４１】
ウェーハのサファイア基板の裏面を研磨して１００μｍ程度の厚さにした後、サファイア基板のＭ面でウェーハを劈開する。
【００４２】
（第２不透光膜１２）
最後に、素子の外周にあたる半導体層側面、及び基板の下面にＡｌよりなる金属薄膜をスパッタリング法により３０００Åの厚さで形成する。
【００４３】
以上のようにして形成された実施例１の発光ダイオードは、スポット径４μｍで、ニァフィールドパターンがほぼ真円の単一モードからなる微小点光源が得られる。
【００４４】
［比較例］
次に、比較例として、半導体層中に空洞部がなく、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＩｎＧａＮ分離閉じ込め型ヘテロ構造（ＳＣＨ）のリッジ構造である端面発光素子について説明する。基板上にバッファ層の形成までは実施例１と同様に形成される。
【００４５】
サファイア（Ｃ面）よりなる基板１上を、反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行い、実施例１と同様に、続いて、基板温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガスとアンモニアガスを用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００４６】
（ｎ型窒化物半導体層）
続いて、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ4）を用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｎ型クラッド層を膜厚０．４μｍで形成する。
【００４７】
次に、アンドープのＧａＮからなる光ガイド層１０３Ｇをｎ型クラッド層上に０．１５μｍの膜厚で形成する。
【００４８】
（発光層）
次に温度を８００℃まで下げ、キャリアガスを窒素に切り替え、原料ガスにＴＭＧガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガスおよびアンモニアガスを用い、ＧａＮからなる障壁層を５０Åの膜厚で、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層を３０Åの膜厚で順に形成し、それらを３層繰り返し多重量子井戸構造からなる発光層を形成する。
【００４９】
（ｐ型窒化物半導体層）
次に、アンドープのＧａＮからなる光ガイド層を発光層上に０．１５μｍの膜厚で形成する。
【００５０】
次に、原料ガスを止め、温度を１０５０℃まで上昇させた後、原料ガスとしてＴＭＧガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスおよびアンモニアガス、キャリアガスとして水素ガス、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ（０＜ｘ≦１）よりなるｐ型クラッド層を０．４μｍの膜厚で成長させる。
【００５１】
続いて、ＴＭＡガスを止め、同様の温度でｐ型クラッド層上に、原料ガスとしてＴＭＧガスとアンモニアガス、キャリアガスとして水素ガス、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００５２】
次に、ｐ型コンタクト層からｐ型クラッド層にかけてエッチングによってリッジ構造とする。そのリッジストライプの片方に露出したｐ型クラッド層をエッチングしてｎ電極を形成するｎ型コンタクト層を露出させる。
【００５３】
（電極）
リッジ表面の全面にＮｉ／Ａｕよりなる正電極を形成する。次に正電極を除くｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜を形成し、この絶縁膜を介して正電極上にｐパッド電極を形成する。一方、先ほど露出させたｎ型コンタクト層上にＴｉとＡｌよりなる負電極を形成する。
【００５４】
このようにして得られた端面発光型発光素子は、縦方向のスポットサイズが６μｍで、ニァフィールドパターンが楕円形状の複数のピークからなる微小点光源が得られる。
【００５５】
このように、比較例においては、発光層及び光ガイド層から構成される光導波路、ｎ型クラッド層及びｎ型コンタクト層に発光強度のピークがそれぞれ観測されるのに対して、実施例１においては逆テーパー形状である空洞部外壁に光を集光させ上方へ全反射させることにより単一のスポット光を高出力で発光させることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る窒化物半導体発光素子では、半導体層中に少なくとも発光層からｎ型窒化物半導体層まで貫通され側面が逆テーパー形状である空洞部を有することにより、前記側面において各層から発光される光を集光させ上方に全反射させることができ、空洞部底面に対応したスポット径の単一モードの光を高出力でもって出射することができる。
また本発明の面発光型発光素子の製造方法は、基板上に設けるマスク層のサイズ及び形状を要求されるスポット径に対応させて設定することにより、容易にあらゆるスポット径及びスポット形状の単一モードの光を出力させることができる。
従って、本発明によれば、光ファイバ通信用あるいは電子写真用の光源あるいはバーチャル・リアリティーなどに用いられる微少光源として、スポットサイズが小さく、且つ均一な光が得られる面発光型発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明である面発光型発光素子の模式的平面図である。
【図２】  図２は、図１のＡ−Ａ′線における模式的断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・マスク層
３・・・ｎ型窒化物半導体層
４・・・発光層
５・・・ｐ型窒化物半導体層
６・・・正電極
７・・・負電極
８・・・絶縁膜
９・・・ｐパッド電極
１０・・・ｎパッド電極
１１・・・第１不透光膜
１２・・・第２不透光膜
１３・・・空洞部
【図１】
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【図２】
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