(57)【要約】【課題】  サファイア基板と窒化ガリウムは、格子定数ばかりでなく熱膨張係数も異なるなど、物性が異なるため、転位と呼ばれる結晶欠陥が大量に発生する。半導体層として成長させる過程で半導体層にある程度の厚みがあれば転位は横方向へと流れるため、より低転位の半導体層が形成されることになる。しかし、このように半導体層の転位を減ずるべく改良を加えて発光素子を構成しても、活性層から発光される光量以上に明るく発光させることはできない。【解決手段】  上記課題を解決するために、本発明は、基板と、前記基板上に形成された半導体層であって、第一の半導体層と、第一の半導体層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第二の半導体層とを含み、上面から基板垂直方向に少なくとも活性層を分断する凹部を備えた半導体層と、半導体層の凹部に形成された透明な絶縁体とを含む窒化物系半導体発光素子である。【選択図】  図２
2005302980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子であって、
基板と、
前記基板上に形成された半導体層であって、第一の半導体層と、前記第一の半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第二の半導体層とを含み、
上面から基板垂直方向に少なくとも前記活性層を分断する凹部を備えた半導体層と、
前記半導体層の前記凹部に形成された透明な絶縁体と、を含む窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板と前記第一の半導体層との間に、
前記基板に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたマスク層であって、前記バッファ層の表面の一部と前記第一の半導体層とを接触させる接触部と前記バッファ層と前記第一の半導体層との接触を防ぐマスク部とを含むマスク層と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記マスク層の前記接触部が前記基板に対して垂直となる方向から見て略六角形の形状であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記半導体層上に透明な電極層を備えることを特徴とする請求項１から請求項３記載のいずれかの窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、
基板上に部分的に第一の半導体層を形成するための処理を行う基板処理工程と、
前記処理を行った基板に第一の半導体層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記第一の半導体層の上面に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第二の半導体層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記第一の半導体層、前記活性層及び第二の半導体層が形成されていない部分に透明な絶縁体を形成する工程と、を順に含む窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記基板処理工程が、
前記基板と前記第一の半導体層との間に、前記基板に形成されたバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、前記バッファ層の表面の一部と前記第一の半導体層とを接触させる接触部と、前記バッファ層と前記第一の半導体層との接触を防ぐマスク部とを含むマスク層を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記バッファ層の前記接触部が前記基板に対して垂直となる方向から見て略六角形の形状であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記基板処理工程が、
前記基板にマスクパターニングを行う工程と、
前記基板をハーフエッチングする工程と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記基板処理工程が、
前記基板上に前記第一の半導体層の形成を行うためのバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上の一部に凸部を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記活性層上に第二の半導体層をエピタキシャル成長により形成する工程と、前記半導体層の凹部に透明な絶縁体を形成する工程との間に、成長後の前記第二の半導体層をエッチングにより上部を平坦化する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記透明な絶縁体を形成する工程の後に、成長後の前記第二の半導体層及び前記絶縁体をエッチングにより上部を平坦化する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第二の半導体層及び前記透明な絶縁体上に透明な電極層を備える工程を含むことを特徴とする請求項５から請求項１０に記載のいずれかの窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記上部を平坦化する工程の後に、前記第二の半導体層及び前記透明な絶縁体上に透明な電極層を備える工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物系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、窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に、発光層からの光の反射を利用して発光効率を高めた窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物系化合物は、安定相がウルツ鉱構造の直接遷移型半導体であり、その禁制帯幅がＡｌＮの６．２ｅＶからＩｎＮの１．９ｅＶまで変化させられることから可視短波長域から近紫外域での発光デバイス用材料として注目されており、III族窒化物系化合物を用いた半導体発光素子が開発されつつある。
【０００３】
このようなIII族窒化物系化合物のうち、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるＡｌＧａＩｎＮ系化合物は、その混晶比に応じて発光波長が紫外線から赤色まで変化させられることから、可視光用の発光・受光デバイス用材料として開発が進められている。特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物を用いた青・緑色の高輝度発光ダイオードが実現されたのを機会にさらなる研究が活発に行われている。また、上記一般式において、ｘ＋ｙ＝１としたＡｌＧａＮ系化合物は、５００℃以上の高温でも安定な半導体なので、高温環境下あるいは冷却不要のデバイス用材料としても開発が進められている。
【０００４】
ここで、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで表されるIII族窒化物系化合物を用いて半導体発光素子を製造する一般的な方法は、結晶基板にサファイアの単結晶を用い、その上にバッファ層を介して種々のＧａＮ系結晶層をエピタキシャル成長により成長させ、所望のＧａＮ系結晶層を発光部として用いるというものである。一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表される化合物のうち、ＧａＮは、バルク結晶の合成がきわめて難しいためである。
しかし、サファイア基板とＧａＮとの格子定数の差は約１６パーセントと大きく、成長層中の欠陥密度は１０６〜１０９ｃｍ−２にも達する。このような方法によって成長させたＧａＮ系結晶層内には、結晶基板との格子不整合等に起因する転位が高密度に存在する。
【０００５】
つまり、サファイア基板と窒化ガリウムは、格子定数ばかりでなく熱膨張係数も異なるなど、物性が異なるため、転位と呼ばれる結晶欠陥が大量に発生する。転位は、ＧａＮ系結晶が成長して厚みが増しても上方に継承され、転位線（貫通転位）と呼ばれる連続した欠陥部分となって青紫色レーザの寿命を低下させるなど、素子の特性を損なうことになる。
【０００６】
このような高い欠陥密度においてもデバイスが動作するのは、欠陥密度が高くても発光効率が大幅には低下しないというIII族窒化物系化合物による半導体特有の性質があるものの、高品質、高信頼性のデバイスを得るためには欠陥密度の低減が不可欠である。これを避けるため、マスク層を用いて低転位なＧａＮ系結晶を得る方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
これによれば、半導体層として成長させる過程で半導体層にある程度の厚みがあれば転位は横方向へと流れるため、より低転位の半導体層が形成されることになる。一方、半導体層を成長させた後には半導体発光素子として機能させるべく活性層を設けることが必要であり、この活性層の表面が発光領域となる（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−９１２５３号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、このように半導体層の転位を減ずるべく改良を加えて発光素子を構成しても、活性層から発光される光量以上に明るく発光させることはできない。そのため、より転位が少なく形成された半導体層による優れた光の出射効率を有する窒化物系半導体発光素子及びその製造方法が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る第一の窒化物系半導体発光素子は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子であって、基板と、前記基板上に形成された半導体層であって、第一の半導体層と、前記第一の半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第二の半導体層とを含み、上面から基板垂直方向に少なくとも前記活性層を分断する凹部を備えた半導体層と、前記半導体層の前記凹部に形成された透明な絶縁体と、を含む。
【００１０】
また、本発明に係る第二の窒化物系半導体発光素子は、前記基板と前記第一の半導体層との間に、前記基板に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成されたマスク層であって、前記バッファ層の表面の一部と前記第一の半導体層とを接触させる接触部と前記バッファ層と前記第一の半導体層との接触を防ぐマスク部とを含むマスク層と、を含む。
【００１１】
この場合、前記マスク層の前記接触部が前記基板に対して垂直となる方向から見て略六角形の形状であってもよい。また、前記半導体層上に透明な電極層を備えた素子であってもよい。
【００１２】
本発明に係る第一の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、基板上に部分的に第一の半導体層を形成するための処理を行う基板処理工程と、前記処理を行った基板に第一の半導体層をエピタキシャル成長により形成する工程と、前記第一の半導体層の上面に活性層を形成する工程と、前記活性層上に第二の半導体層をエピタキシャル成長により形成する工程と、前記第一の半導体層、前記活性層及び第二の半導体層が形成されていない部分に透明な絶縁体を形成する工程と、を順に含む。
【００１３】
前記基板処理工程は、前記基板と前記第一の半導体層との間に、前記基板に形成されたバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に、前記バッファ層の表面の一部と前記第一の半導体層とを接触させる接触部と、前記バッファ層と前記第一の半導体層との接触を防ぐマスク部とを含むマスク層を形成する工程とを含んでもよい。
【００１４】
この場合、前記バッファ層の前記接触部が前記基板に対して垂直となる方向から見て略六角形の形状であってもよい。
【００１５】
また、前記基板処理工程が、前記基板にマスクパターニングを行う工程と、前記基板をハーフエッチングする工程と、を含んでもよい。
【００１６】
また、前記基板処理工程が、前記基板上に前記第一の半導体層の形成を行うためのバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上の一部に凸部を形成する工程と、を含んでもよい。
【００１７】
また、前記活性層上に第二の半導体層をエピタキシャル成長により形成する工程と、前記半導体層の凹部に透明な絶縁体を形成する工程との間に、成長後の前記第二の半導体層をエッチングにより上部を平坦化する工程を、さらに含んでもよい。
【００１８】
さらに、前記第二の半導体層及び前記透明な絶縁体上に透明な電極層を備える工程を含んでもよい。
【００１９】
一方、前記透明な絶縁体を形成する工程の後に、成長後の前記第二の半導体層及び前記絶縁体をエッチングにより上部を平坦化する工程を含んでもよく、この場合には、前記上部を平坦化する工程の後に、前記第二の半導体層及び前記透明な絶縁体上に透明な電極層を備える工程を含んでもよい。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば転位の少ない半導体層を有しつつ光の出射効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施の形態１）
以下、本願に係る発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０を示す図である。図１には、半導体層の凹部に形成された透明な絶縁体２２を含んだ窒化物系半導体発光素子１０が図示されている。
【００２２】
図１において、基板１２と、基板上に形成された半導体層２０であって、第一の半導体層１４と、第一の半導体層上に形成された活性層１６と、活性層上に形成された第二の半導体層１８とを含み、上面から基板垂直方向に少なくとも活性層１６を分断する凹部を備えた半導体層２０と、半導体層２０の凹部に形成された透明な絶縁体２２を含んだ窒化物系半導体発光素子１０が図示されている。
【００２３】
図１において、基板１２には例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）が用いられる。窒素の解離圧が高いためにＧａＮによるバルク結晶成長が難しいことからＧａＮ基板を用いることが困難であることに鑑みて用いられる、ＧａＮとは異なる物質からなる基板であればサファイアに限定されるものでなく、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓなどを用いることができるがもちろんこれに限定されるわけではない。
【００２４】
ここで図１１を参照する。図１１において、５１はサファイア、５２はバッファ層、５３はＧａＮ層である。図１１は、一般に「基板」と称されるものを例示した図である。一般に、「基板」という場合には、複数の意味を有する場合も考えられるため、本明細書における「基板」の意味をここで明確にしておくことにする。図１１（ａ）は、本明細書で意味するところの「基板」を図示したものである。図１１には、基板として上記の例示のうち、サファイア５１を例として図示されている。図１１（ｂ）は、バッファ層５２を設けたサファイア基板を図示したものである。一般には、この２層構造全体を全体として「基板」と称することもある。また、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）のさらに上面に薄いＧａＮ層５３を設けた基板を図示したものである。これもまた、一般には、この三層構造を全体として「基板」と称することもある。
【００２５】
このように、一般に、単に「基板」というときは、図１１（ｂ）又は（ｃ）に図示した２層構造や３層構造のものを全体として「基板」と称することがあるが、本明細書にいう「基板」は、図１１（ａ）で例示されている基板のみ、すなわち、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）で示したような、サファイア基板５１上にバッファ層５２やＧａＮ層５３までもが形成された構造のものについては、「基板」の概念に含まないものとする。
【００２６】
従って、すでに述べたように、「前記基板１２に形成されたバッファ層２４」という表現は、図１１でいえば図１１（ｂ）の状態を意味するものである。
【００２７】
ここで、サファイア基板に対しては、通常、ＧａＮのバルク結晶をそのまま形成することもできなくはないが、困難な場合には、第一の半導体層１４を形成するために、基板に半導体層を形成するための処理を行う必要がある。
【００２８】
基板に半導体層を形成するための処理としては、例えば、サファイアよりなる基板の表面上に低温成長にて数μｍの膜厚のＧａＮ層を形成したり、数十ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａＮ層を形成した後に低温成長にて数μｍの膜厚のＧａＮ層を形成することにより実現される。すなわち、基板を図１１（ｂ）又は図１１（ｃ）のような状態にすると、半導体層を形成することがより容易となる。
【００２９】
本明細書では、図１１（ｂ）又は図１１（ｃ）に図示したような状態のものは、全体として「基板」の単体を意味するのではなく、半導体層を形成するための処理を行った基板として把握される。
【００３０】
なお、このバッファ層に関しては、本明細書でいう「基板」と、後述するマスク層や半導体層との間に位置する層が存在すれば、その層についてはすべてバッファ層として把握することができ、かかるバッファ層がＧａＮにより形成されていてもよいことはすでに述べた通りである。
【００３１】
ただし、本明細書においては、基板に直接半導体層が形成される状態を示しているとしても、基板に半導体層を形成するための処理が行われていることを排除するものではないのはもちろんである。
【００３２】
図１には、基板１２上に形成された第一の半導体層１４と活性層と１６と第二の半導体層１８とを含む半導体層２０とを含んでいる旨が図示されている。図１で図示されている第一の半導体層１４の形成に際してはエピタキシャル成長を用いることができる。
【００３３】
エピタキシャル成長とは、半導体層を、土台となる結晶基板上に、基板と同じ結晶構造、同じ結晶方位を有する薄膜結晶として成長させることをいう。単結晶作製には融液からバルク結晶成長をさせる方法があるが、ＧａＮは融点が極めて高く、また窒素の平衡蒸気圧が極めて高いことから、この方法での成長が困難であり、このためＧａＮの結晶成長にはエピタキシャル成長を利用することが必要となる。
【００３４】
半導体混晶の結晶成長法を大きく分類すると、液相エピタキシャル成長、気相エピタキシャル成長、分子線エピタキシャル成長がある。液相エピタキシャル成長は、固相と液相間の平衡状態をほぼ保ちながら過飽和溶液からの結晶の析出という形で成長を進める結晶成長方法である。気相エピタキシャル成長は、原料ガスを流しながら数Ｔｏｒｒから大気圧の圧力下で結晶成長を行う結晶成長方法である。分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）は、成長結晶の構成元素の分子あるいは原子が超高真空中を飛来して基板に供給され、これらの分子あるいは原子がほとんど衝突することなく分子ビームとなって基板に到達することで結晶成長を進める結晶成長方法である。
【００３５】
これらエピタキシャル成長の中には、特にハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、など優れたものもあり、本発明の実施の形態として用いられるエピタキシャル成長は、上記種々の結晶成長方法のうち、いずれのものであってもよい。
【００３６】
第一の半導体層１４は、ＧａＮよりなる層が上記のとおりエピタキシャル成長されることにより形成される。ただし、ＧａＮに限られず、III族窒化物系化合物であって、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表される窒化物系化合物であれば任意組成比からなる化合物を用いてよい。
【００３７】
図１にはさらに、第一の半導体層１４上に形成された活性層１６が図示されている。活性層１６は、例えばＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物を種々組み合わせてできるがこれに限定されない。
【００３８】
図１には、活性層１６上に第二の半導体層１８が図示されている。かかる第二の半導体層１８は、第一の半導体層１４が伝導させるキャリアと逆極性のキャリアを伝導する半導体層であって、両半導体層によって活性層１６を挟んだサンドイッチ構造となっている。
【００３９】
図１には、半導体層１０が凹部を備えていることが示されている。この凹部は上面から基板垂直下方向に向かって形成されており、活性層１６を分断する。この凹部は、第二の半導体層１８上に凹部となるべき箇所以外にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチング法等を用いて形成することができる。
【００４０】
図１には、凹部を備えた半導体層１０に形成された透明な絶縁体２２が示されている。この絶縁体２２には、例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどの透明な絶縁体を用いる。絶縁体２２の形成に際しては、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）法を用いることができる。ここで、ＳＯＧ法によれば、例えば液体ガラスのような透明絶縁体を回転の遠心力で塗布し、例えば、ＳＯＧ材料であるケイ酸化合物を有機溶剤に溶解した溶液を塗布した後焼成することにより、ＳｉＯ２を主成分とした絶縁体を凹部に形成することができる。
【００４１】
図１には、さらに半導体層２０上に例えばＡｌやＺｎＯ等の金属が用いられ、透明電極が形成されている。金属の蒸着に際してはコンタクト層（図示せず）を設けることも任意である。
【００４２】
図２は、本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０を示す図である。なお、図１と同じ符号は同じ意味である。また、第一の半導体層１４、活性層１６、第二の半導体層１８、絶縁体２２によって半導体層２０が構成されることも図１と同様である。
【００４３】
図２には、基板１２と第一の半導体層１４との間に、基板１２に形成されたバッファ層２４と、バッファ層２４上に形成されたマスク層２６であって、バッファ層２４の表面の一部と前記第一の半導体層１４とを接触させる接触部２８とバッファ層と第一の半導体層１４との接触を防ぐマスク部３２とからなるマスク層２６とを含んだIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０が図示されている。
【００４４】
基板１２に形成されたバッファ層２４は、バッファ層２４上であって第一の半導体層１４との間に形成されており、バッファ層２４の表面の一部と第一の半導体層とを接触させる接触部２８と前記バッファ層と前記第一の半導体層との接触を防ぐマスク部３２を含んでいる。
【００４５】
バッファ層２４が形成された基板１２は、上述した図１１（ｂ）で図示された状態を意味する。よって、このバッファ層２４を形成するために基板１２に何らかの処理がされている状態をも含むことはもちろんである。例えば、バッファ層２４は、サファイアよりなる基板１２の表面上に数十ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａＮ層（図示せず）を形成した後に低温成長にて数μｍの膜厚にてＧａＮ層を形成することにより実現するものであってもよい。さらに、バッファ層２４上に何らかの処理がされている状態を含むことはもちろんである。
【００４６】
さて、接触部２８は、バッファ層２４の表面の一部と前記第一の半導体層１４とを接触させる。また、マスク部３２は、バッファ層２４と第一の半導体層１４との接触を防ぐ。
【００４７】
マスク層２６は例えばＳｉＯ２やＳｉＮを用いることができる。まず、バッファ層２４の表面にＳｉＯ２やＳｉＮを塗布し、さらにレジスト膜を塗布し、例えば、フォトリソグラフィー法とウエットエッチング法を用いて第一の半導体層１４の成長領域を制限するマスク部３２をパターニングにより形成することでマスク層２６を形成する。ここでマスク層２６の膜厚は、０．１μｍから１０μｍが好ましいがこれに限定されない。このパターニングに際し、マスク層２６におけるマスク部３２と接触部２８とで構成されるパターンを形成する。このパターンは任意であるが、例えば接触部２８を円形の凹部となるように構成したり、接触部２８を六角形状上の凹部となるように構成してもよい。
【００４８】
ここで図３を参照する。図３には、マスク層２６の接触部２８が基板１２に対して垂直となる方向から見て略六角形の形状である窒化物系半導体発光素子１０が図示されている。図３において、図２と同符号は同じ意味であるのでその説明を省略する。図３（ａ）には、マスク層２６から上記述べたエッチング等の手法を用いて六角形状の凹部を接触部２８として形成した状態が図示されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）の平面図が示されており、また、図３（ｃ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ’の断面図が示されている。六角形状とすることにより、第一の半導体層１４を形成する際には、III族窒化物系化合物の安定相が六角柱の形状であるウルツ鉱構造の直接遷移型半導体であることから、成長を早くさせることが可能となる。
【００４９】
図４は、本発明に係る窒化物系半導体発光素子１０をＬＥＤとして構成した図である。図１又は図２と同じ符号は同じ意味を表し、さらに、半導体層１４には、ｎ−電極６６が形成されている。
【００５０】
図４には、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０が示されている。図４（１）には、基板１２上に、第一の半導体層１４、活性層１６及び第二の半導体層１８が形成されており、第一の半導体層１４、活性層１６及び第二の半導体層１８を含む半導体層２０が含まれていることは図１（２）に示したのと同様である。また、図４（２）に示したように、基板１２は、半導体層２０の形成を行うためのバッファ層が形成され、バッファ層上に、接触部とマスク部とを含むマスク層２６が形成されている基板であってもよい。
【００５１】
図４（１）、図４（２）において、例えば、第一の半導体層１４はＧａＮにより構成されたｎ型半導体（ｎ−ＧａＮ）であり、また、第二の半導体層１８はＧａＮにより構成されたｐ型半導体（ｐ-ＧａＮ）である。第一の半導体層１４と第二の半導体層１８はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなり、単層でも多層でもよい。また、活性層１６は、例えばＧａＩｎＮからなる化合物からなるがこれに限定されない。
【００５２】
これら第一の半導体層１４又は第二の半導体層１８を形成する際には、例えばＳｉ、Ｍｇ、Ｚｎをドーパントとして用いることができる。第一の半導体層１４は、サファイアよりなる基板１２上に低温成長されたＧａＮをバッファ層２４として、ＳｉＯ２やＳｉＮをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成し、レジスト塗布、リソグラフィ、マスクエッチングによって接触部２８を含むマスク層２６を形成した後にエピタキシャル成長により形成される。ｎ−ＧａＮからなる半導体層１４にはｎ−電極６６が、ｐ−ＧａＮからなる半導体層１８にはｐ−電極３４がそれぞれ形成されている。
【００５３】
図５を参照する。図５は図１（１）及び図２で示した本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子を図４（１）及び図４（２）のように発光ダイオード（ＬＥＤ）として用いた場合の発光の状態を示す図である。半導体層２０は図１（２）で示したとおり、第一の半導体層１４と、活性層１６と、第二の半導体層１８とを含む。
【００５４】
図５では、活性層１６から発光された光を矢印で示している。ＧａＮの屈折率は３．５であり、透明な絶縁体２２の屈折率よりも小さい。従って、光の透過方向は図面上部  （Ａの符号を付した方向）に向かうことになる。また、透明な絶縁体２２は、基板１２を鏡面として反射する光を透過させることができる。
【００５５】
この結果、輝度を高めることができ、発光効率のよいＬＥＤを得ることが可能となる。
また図４（２）に示したＬＥＤにおいてはマスク層２６を設けたことでより転位の少ない良質な半導体層２０を備えた、発光効率のよいＬＥＤを得ることができる。
【００５６】
（実施の形態２）
図６及び図７は、本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０の製造方法を示す図である。
【００５７】
図６及び図７には、基板１２上に部分的に第一の半導体層１４を形成するための処理を行う基板処理工程と、この処理を行った基板１２に第一の半導体層１４をエピタキシャル成長により形成する工程と、第一の半導体層の上面に活性層１６を形成する工程と、活性層１６上に第二の半導体層１８をエピタキシャル成長により形成する工程と、第一の半導体層１４及び第二の半導体層１８が形成されていない部分に透明な絶縁体２２を形成する工程とが図示されている。
【００５８】
図６（１）には、基板１２上に部分的に第一の半導体層１４を形成するための処理を行う基板処理工程として、基板１２と半導体層２０との間であって、基板１２上にバッファ層２４を形成する工程が図示されている。
【００５９】
さらに、図６（２）には、バッファ層２４上に、バッファ層２４の表面の一部と第一の半導体層１４とを接触させる接触部２８と、バッファ層２４と第一の半導体層１４との接触を防ぐマスク部３２とを含むマスク層２６を形成する工程が図示されている。
【００６０】
マスク層２６は第一の半導体層１４の成長領域を制限するために設けられる。このマスク層２６は例えばＳｉＯ２やＳｉＮを用いることができる。マスク層２６は、まず、バッファ層２４の表面にＳｉＯ２やＳｉＮをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成し、さらにレジスト膜を塗布し、例えば、フォトリソグラフィー法とウエットエッチング法を用いてパターニングすることで形成する。このパターニングに際し、マスク層２６のパターンは、任意の形状にできるが、図３（ｂ）に示すように略六角形状としてもよい。
【００６１】
マスク層１４のパターンが略六角形状であり、バッファ層２４の接触部２８が基板１２に対して垂直となる方向から見て略六角形の形状である場合には、図６（３）の点線で示したような、断面を三角形とする角推状又は円錐状に第一の半導体層１４が形成されることになる。また、図６（３）で点線で示したように、角錐、円錐のように断面が略三角形状となる形状で第一の半導体層１４が形成されていくのであれば接触部２８は任意の形状でよい。例えば、格子状でもよいし、六角形の凹部を形成するような形状を接触部２８として有するマスク層であってもよい。
【００６２】
図６（３）には、接触部２８上に第一の半導体層１４をエピタキシャル成長により形成する工程が示されている。ここで、エピタキシャル成長については、（実施の形態1）で説明したとおりである。すでに説明した種々の結晶成長方法のうち、いずれのものであってもよい。
【００６３】
図６（３）の第一の半導体層１４は、ＧａＮよりなる層が上記のとおりエピタキシャル成長されることにより形成される。ただし、ＧａＮに限られず、III族窒化物系化合物であって、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表される窒化物系化合物であれば任意組成比からなる化合物を用いてよい。
【００６４】
なお、このエピタキシャル成長は、選択横方向成長（ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）であり、マスク層２６の接触部２８から第一の半導体層１４が垂直に成長するだけでなく、やがて図面左右方向である横方向にも成長する。この結果、図６（４）に示すように、第一の半導体層１４の頂上部は平坦化することになる。もちろん、第一の半導体層１４の頂上が平坦になっていない状態おいてエッチング等により平坦化してもよい。また、第一の半導体層１４をさらに成長させ続けることでマスク層２６のマスク部３２上にも第一の半導体層１４が及び、第一の半導体層１４がマスク部３２上にも形成される場合があるがそのような状態は何ら排除されない。
【００６５】
なお、選択横方向成長について図１２を参照する。図１２はＥＬＯ法による選択横方向成長を示す図である。ここで図２と同じ符号は図２と同じ意味なのでその説明を省略する。図１２（１）でバッファ層２４に形成されたマスク層２６が示されており、その上に第一の半導体層１４をエピタキシャル成長させている。図１２（２）ではエピタキシャル成長が進み、マスク層２６のマスク部３２上にも第一の半導体層１４が成長する。このとき、図中左右横方向に矢印を付したように横方向にもエピタキシャル成長する。このＥＬＯ法によれば、成長した半導体層１４の転位は横方向に成長するため、頂点付近の転位が少なくなる。
【００６６】
そして、図６（３）に示すように第一の半導体層１４の上部をエッチングや研磨により平坦化を行い(図６（４）)、  図７（１）に示すように、第一の半導体層１４の上面に活性層１６を形成する。さらに、図７（２）に示すように、活性層１６上に第二の半導体層１８をエピタキシャル成長により形成する。このエピタキシャル成長も第一の半導体層１４を形成するのと同様である。ここで、第二の半導体層１８の頂上部をエッチングや研磨により平坦化し、さらに、図７（３）に示すように、第一の半導体層１４及び第二の半導体層１８が形成されていない部分に透明な絶縁体２２を形成する。この透明な絶縁体２２の形成については、例えばスピンコート法を用いることができる。最後に、第二の半導体層１８及び透明な絶縁体２２の上部に透明な電極３４を形成する（図７（４））。この電極としては、例えばＡｌ等の金属が用いられ、金属の蒸着に際してはコンタクト層（図示せず）を設けることも任意である。
【００６７】
図１０は、本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０の他の製造方法を示す図である。図１０において、図７と同符号は同じ意味であるのでその説明を省略する。
【００６８】
図１０には、透明な絶縁体２２を形成する工程の後に、成長後の第二の半導体層１８及び前記絶縁体２２をエッチングや研磨により上部を平坦化する工程が示されている。図１０において、活性層１６を形成した後（図１０（１））、第二の半導体層１８を積層し、さらに、透明な絶縁体２２を形成する（図１０（２））。図７で説明したように、透明な絶縁体２２の形成については、例えば、スピンコート法を用いることができる。そして、第二の半導体層１８及び透明な絶縁体２２の上面を平坦化する（図１０（３））。その後に図７（４）で示したように透明電極層３４を形成する。
【００６９】
ここで、基板処理工程の例として図８及び図９を参照する。図８は本発明に係るＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０の製造方法における基板処理工程を示す図である。図８には、基板処理工程として、基板１２にマスクパターニングを行う工程（図８（１））と、基板をハーフエッチングする工程（図８（２））とが示されている。ここで、マスクパターニング用マスク４２は基板をハーフエッチングするために用いられる。
【００７０】
図９は本発明に係る、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）で表されるIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子１０の他の製造方法を示す図である。
【００７１】
図９には、基板処理工程として、基板上１２に第一の半導体層１４の形成を行うためのバッファ層エッチング用マスク４４を形成する工程（図９（１））と、バッファ層２４上の一部に凸部を形成する工程（図９（２）（３））が示されている。ここで、バッファ層エッチング用マスク４４は、バッファ層２４をハーフエッチングするために用いられ、バッファ層２４をハーフエッチングすることで凸部を形成する。
【００７２】
図８に戻る。図８においては、マスクパターニング用マスク４２によって、基板１２をハーフエッチングする（図８（２））。その後バッファ層２４を設け（図８（３））、第一の半導体層１４を形成するようにすれば（図８（４））、この基板処理工程により、部分的に第一の半導体層１４を形成することができる。
【００７３】
再び、図９を参照する。図４においては、バッファ層１２に対してマスク層１４が設けられ（図９（２））、バッファ層１２をハーフエッチングして（図９（３））、その後第一の半導体層１４を形成する。この半導体層１４の形成に際してはＥＬＯ法が用いられ、選択横方向成長が行われるため、凸部１３付近を中心に第一の半導体層１４が成長する。
【００７４】
従って、基板処理工程としては、マスク層２６を形成したり、バッファ層２４をエッチングしたり、基板１２をエッチングしたり、バッファ層２４に凸部を設けたりすることにより、結晶性のよい良質な半導体層２０を有する半導体素子１０を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の窒化物系半導体発光素子は、ＬＥＤやＬＤとして適用することができる。また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、ＬＥＤやＬＤの製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子を示す図である。
【図２】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる他の窒化物系半導体発光素子を示す図である。
【図３】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる他の窒化物系半導体発光素子を示す図である。
【図４】本発明に係る窒化物系半導体発光素子を発光ダイオード（ＬＥＤ）として構成した図である。
【図５】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子を発光ダイオード（ＬＥＤ）として用いた場合の発光の状態を示す図である。
【図６】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図７】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図８】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の他の製造方法における基板処理工程を示す図である。
【図９】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の他の製造方法における基板処理工程を示す図である。
【図１０】本発明に係るIII族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子の他の製造方法を示す図である。
【図１１】一般に「基板」と称されるものを示す図である。
【図１２】ＥＬＯ法による選択横方向成長を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  窒化物系半導体発光素子
１２  基板
１４  第一の半導体層
１６  活性層
１８  第二の半導体層
２０  半導体層
２２  絶縁体
２４  バッファ層
２６  マスク層
２８  接触部
３２  マスク部
３４  電極層
４２  マスクパターニング用マスク
４４  バッファ層エッチング用マスク
４６  バッファ層凸部
５１  サファイア
５２  バッファ層
５３  ＧａＮ層
６６  電極層
【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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