(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面に凹部が形成された基板と、
前記基板の主表面上に、発光層を有するとともに前記凹部の一方の内側面を起点として形成される（０００−１）面からなる第１側面と、前記第１側面と対向する領域に、前記凹部の他方の内側面を起点として形成される第２側面とを含む窒化物系半導体層とを備える、窒化物系半導体発光ダイオード。
【請求項２】
前記凹部の一方の内側面は、（０００−１）面を含んでいる、請求項１に記載の窒化物系半導体発光ダイオード。
【請求項３】
前記第１側面および前記第２側面は、前記窒化物系半導体層の結晶成長面からなる、請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光ダイオード。
【請求項４】
前記第２側面は、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面（ここでＡ≧０およびＢ≧０であり、かつ、ＡおよびＢの少なくともいずれか一方が０ではない整数）からなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光ダイオード。
【請求項５】
前記基板は、窒化物系半導体からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光ダイオード。
【請求項６】
少なくとも前記第１側面または前記第２側面のいずれか一方は、前記窒化物系半導体層の主表面に対して鈍角をなすように形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光ダイオード。
【請求項７】
前記基板は、下地基板と、前記下地基板上に形成され、ＡｌＧａＮからなる下地層とを含み、
前記下地基板および前記下地層の格子定数を、それぞれ、ｃ１およびｃ２とした場合、ｃ１＞ｃ２の関係を有し、
前記第１側面および前記第２側面は、それぞれ、前記下地層の（０００１）面と前記基板の主表面とに実質的に平行に延びるように形成されたクラックの内側面を起点として形成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光ダイオード。
【請求項８】
基板の主表面に凹部を形成する工程と、
前記基板の主表面上に、発光層を有するとともに前記凹部の一方の内側面を起点とした（０００−１）面からなる第１側面と、前記第１側面と対向する領域に前記凹部の他方の内側面を起点とした第２側面とを含むことにより窒化物系半導体層を形成する工程とを備える、窒化物系半導体発光ダイオードの製造方法。
【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ダイオードおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化ガリウムなどの窒化物系材料からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）が実用化されている。そして、近年、ＧａＮ基板の極性面（（０００１）面）上に形成した発光素子では、大きなピエゾ電界の影響により発光効率が低下することを考慮して、ＧａＮ基板の非極性面（ｍ面（１−１００）面やａ面（１１−２０）面など）上などに発光素子層を形成したＬＥＤおよびその製造方法が提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、サファイア基板上に窒化物系化合物半導体層からなる発光部を有する半導体発光素子（ＬＥＤ）およびその製造方法が開示されている。この特許文献１に記載の半導体発光素子では、窒化物系化合物半導体層内に、エッチングによりサファイア基板の主表面に対して垂直な側面（（０００１）結晶面）を形成することによって、窒化物系化合物半導体層の側面からも発光部内部を横方向に伝播する光を取り出すことが可能に構成されている。
【０００４】
また、上記特許文献２には、サファイア基板上に窒化物系化合物半導体層からなる発光層を有する窒化物系化合物半導体発光素子（ＬＥＤ）およびその製造方法が開示されている。この特許文献２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子では、窒化物系化合物半導体層内に、エッチングにより複数の凹部を形成することによって、窒化物系化合物半導体層の凹部の側面からも発光素子内部を横方向に伝播する光を取り出すことが可能に構成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−６４９１２号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１および２に開示された半導体発光素子（ＬＥＤ）およびその製造方法では、製造プロセス上、基板上の窒化物系化合物半導体層に対してエッチング加工により側面または複数の凹部を形成する工程を必要とするため、製造プロセスが複雑になるという問題点がある。また、光取り出し用の側面（特許文献１）または複数の凹部（特許文献２）を形成する工程においてドライエッチングを用いる必要があるため、発光部（発光層）などに損傷が生じやすいと考えられる。この場合、発光層からの光の取り出し効率が低下してしまうという問題点もある。
【０００７】
また、上記特許文献１および２に開示された半導体発光素子およびその製造方法では、製造プロセス上、窒化物系化合物半導体層をサファイア基板の平坦な主表面上に結晶成長させて形成するために、結晶成長の過程において、半導体層の上面（主表面）は、ある程度の平坦性が確保される。しかしながら、上記特許文献１および２に開示された半導体発光素子の製造プロセスでは、半導体層の平坦性をより向上させるのは困難であるという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、製造プロセスが複雑になるのを抑制するとともに発光層からの光の取り出し効率を向上させることが可能で、かつ、半導体層の平坦性をより向上させることが可能な窒化物系半導体発光ダイオードおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による窒化物系半導体発光ダイオードは、主表面に凹部が形成された基板と、基板の主表面上に、発光層を有するとともに凹部の一方の内側面を起点として形成される（０００−１）面からなる第１側面と、第１側面と対向する領域に、凹部の他方の内側面を起点として形成される第２側面とを含む窒化物系半導体層とを備える。
【００１０】
この発明の第１の局面による窒化物系半導体発光ダイオードでは、上記のように、主表面に凹部が形成された基板と、基板の主表面上に凹部の一方の内側面を起点として形成される（０００−１）面からなる第１側面と、凹部の他方の内側面を起点として形成される第２側面とを含む窒化物系半導体層とを備えることによって、窒化物系半導体層には、基板に予め形成された凹部の内側面を起点とした第１側面および第２側面が形成される。すなわち、製造プロセス上、凹部などが無い平坦な基板上に積層された窒化物系半導体層に対してエッチング加工により上記のような第１側面または第２側面を形成する場合と異なり、エッチング加工を必要としないので、窒化物系半導体発光ダイオードの製造プロセスが複雑になるのを抑制することができる。また、窒化物系半導体層の第１側面および第２側面は、ドライエッチングなどにより形成されないので、製造プロセス上、発光層などに損傷が生じにくい。これにより、発光層からの光の取り出し効率を向上させることができる。
【００１１】
また、主表面に凹部が形成された基板と、基板の主表面上に凹部の一方の内側面を起点として形成される（０００−１）面からなる第１側面と、凹部の他方の内側面を起点として形成される第２側面とを含む窒化物系半導体層とを備えることによって、窒化物系半導体層が基板上に結晶成長する際に、成長層の上面（窒化物系半導体層の主表面）が成長する成長速度よりも、凹部の一方の内側面を起点とした第１側面および凹部の他方の内側面を起点とした第２側面がそれぞれ形成される成長速度が遅いので、成長層の上面（主表面）が平坦性を保ちながら成長する。これにより、上記第１側面および第２側面からなる端面を形成しない場合の窒化物系半導体層の成長層表面と比較して、発光層を有する半導体層の表面の平坦性をより向上させることができる。
【００１２】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光ダイオードにおいて、好ましくは、凹部の一方の内側面は、（０００−１）面を含んでいる。このように構成すれば、基板の主表面上に（０００−１）面からなる第１側面を有する窒化物系半導体層を形成する際に、（０００−１）面からなる凹部の一方の内側面を引き継ぐようにして窒化物系半導体層の（０００−１）面が形成されるので、（０００−１）面からなる第１側面を基板上に容易に形成することができる。
【００１３】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光ダイオードにおいて、好ましくは、第１側面および第２側面は、窒化物系半導体層の結晶成長面からなる。このように構成すれば、上記第１側面および第２側面の２種類の成長面（端面）を、それぞれ、窒化物系半導体層の結晶成長と同時に形成することができる。
【００１４】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光ダイオードにおいて、好ましくは、第２側面は、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面（ここでＡ≧０およびＢ≧０であり、かつ、ＡおよびＢの少なくともいずれか一方が０ではない整数）からなる。このように構成すれば、基板上に{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面に該当しない側面（端面）を形成する場合の窒化物系半導体層の成長層の表面（主表面）と比較して、基板上に{Ａ＋Ｂ、Ａ−Ｂ、−２Ａ、２Ａ＋Ｂ}面からなる第２側面を形成する場合の成長層の表面（上面）が確実に平坦性を有するように形成することができる。また、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面は、窒化物系半導体層の主表面よりも成長速度が遅いので、結晶成長によって、容易に第２側面を形成することができる。
【００１５】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光ダイオードにおいて、好ましくは、基板は、窒化物系半導体からなる。このように構成すれば、窒化物系半導体からなる基板上に窒化物系半導体層の結晶成長を利用して、（０００−１）面からなる第１側面および{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面からなる第２側面を有する窒化物系半導体層を、容易に形成することができる。
【００１６】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光ダイオードにおいて、好ましくは、少なくとも第１側面または第２側面のいずれか一方は、窒化物系半導体層の主表面に対して鈍角をなすように形成される。このように構成すれば、窒化物系半導体層の第１側面と第２側面とが対向する領域（基板の凹部の上部領域）が、基板から窒化物系半導体層の上面に向かって広がるように形成されるので、発光層からの光を窒化物系半導体層の上面のみならず、基板の主表面に対して傾斜した第１側面または第２側面を通して容易に取り出すことができる。これにより、窒化物系半導体発光ダイオードの発光効率をより向上させることができる。
【００１７】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光ダイオードにおいて、好ましくは、基板は、下地基板と、下地基板上に形成され、ＡｌＧａＮからなる下地層とを含み、下地基板および下地層の格子定数を、それぞれ、ｃ１およびｃ２とした場合、ｃ１＞ｃ２の関係を有し、第１側面および第２側面は、それぞれ、下地層の（０００１）面と基板の主表面とに実質的に平行に延びるように形成されたクラックの内側面を起点として形成される。このように構成すれば、下地基板上にＡｌＧａＮからなる下地層を形成する際に、下地層の格子定数ｃ２が下地基板の格子定数ｃ１よりも小さい（ｃ１＞ｃ２）ので、下地基板側の格子定数ｃ１に合わせようとして下地層の内部に引張応力が生じる。この結果、下地層の厚みが所定の厚み以上の場合にはこの引張応力に耐え切れずに下地層にはクラックが形成される。これにより、下地層上に窒化物系半導体層の第１側面（（０００−１）面）を形成するための基準となる（０００−１）面からなる内側面（凹部一方の内側面）を、容易に下地層に形成することができる。
【００１８】
この発明の第２の局面による窒化物系半導体発光ダイオードの製造方法は、基板の主表面に凹部を形成する工程と、基板の主表面上に、発光層を有するとともに凹部の一方の内側面を起点とした（０００−１）面からなる第１側面と、第１側面と対向する領域に凹部の他方の内側面を起点とした第２側面とを含むことにより窒化物系半導体層を形成する工程とを備える。
【００１９】
この発明の第２の局面による窒化物系半導体発光ダイオードの製造方法では、上記のように、基板の主表面に凹部を形成する工程と、基板の主表面上に凹部の一方の内側面を起点とした（０００−１）面からなる第１側面と、凹部の他方の内側面を起点とした第２側面とを含むことにより窒化物系半導体層を形成する工程とを備えることによって、窒化物系半導体層には、基板に予め形成された凹部の内側面を起点とした第１側面および第２側面が形成される。すなわち、製造プロセス上、凹部などが無い平坦な基板上に積層された窒化物半導体層に対してエッチング加工により上記のような第１側面または第２側面を形成する場合と異なり、エッチング加工を必要としないので、窒化物系半導体発光ダイオードの製造プロセスが複雑になるのを抑制することができる。また、窒化物系半導体層の第１側面および第２側面は、ドライエッチングなどにより形成されないので、製造プロセス上、発光層などに損傷が生じにくい。これにより、発光層からの光の取り出し効率を向上させることができる。
【００２０】
また、基板の主表面に凹部を形成する工程と、基板の主表面上に凹部の一方の内側面を起点とした（０００−１）面からなる第１側面と、凹部の他方の内側面を起点とした第２側面とを含むことにより窒化物系半導体層を形成する工程とを備えることによって、窒化物系半導体層が基板上に結晶成長する際に、成長層の上面（窒化物系半導体層の主表面）が成長する成長速度よりも、凹部の一方の内側面を起点とした第１側面および凹部の他方の内側面を起点とした第２側面がそれぞれ形成される成長速度が遅いので、成長層の上面（主表面）が平坦性を保ちながら成長する。これにより、上記第１側面および第２側面からなる端面を形成しない場合の窒化物系半導体層の成長層表面と比較して、発光層を有する半導体層の表面の平坦性をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明による発光ダイオードチップの概略的な構成を説明するための断面図である。図１を参照して、本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本発明による発光ダイオードチップの概略的な構成について、発光ダイオードチップ１０を例として説明する。
【００２３】
発光ダイオードチップ１０は、図１に示すように、第１半導体１上に、発光層２が形成されている。発光層２上には、第２半導体３が形成されている。また、第１半導体１の下面上には、第１電極４が形成されているとともに、第２半導体３上には、第２電極５が形成されている。なお、第１半導体１は、本発明の「基板」および「窒化物系半導体層」の一例であり、発光層２および第２半導体３は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００２４】
ここで、一般的に、第１半導体１および第２半導体３の間に、第１半導体１および第２半導体３のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する発光層２を形成して二重ヘテロ構造を形成することによって、発光層２にキャリアを閉じ込めやすくすることができるとともに、発光ダイオードチップ１０の発光効率を向上させることが可能である。また、発光層２を単一量子井戸構造や多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とすることにより、さらに発光効率を向上させることが可能である。この量子井戸構造の場合、井戸層の厚みが小さいので、井戸層が歪みを有する場合においても、井戸層の結晶性が悪化するのを抑制することができる。なお、井戸層は、発光層２の主表面２ａの面内方向に圧縮歪みを有する場合であっても、面内方向に引っ張り歪みを有する場合であっても、結晶性が悪化するのが抑制される。また、発光層２は、アンドープでもよく、ドーピングされていてもよい。
【００２５】
また、本発明において、第１半導体１は、基板または半導体層により構成されていてもよいし、基板と半導体層との両方により構成されていてもよい。また、第１半導体１が基板と半導体層との両方により構成される場合、基板は、第１半導体１の第２半導体３が形成される側とは反対側（第１半導体１の下面側）に形成される。また、基板は、成長用基板であってもよいし、半導体層を成長させた後に半導体層の成長面（主表面）に半導体層を支持するための支持基板として用いてもよい。
【００２６】
また、基板は、ＧａＮ基板やα−ＳｉＣ基板を用いることができる。ＧａＮ基板およびα−ＳｉＣ基板上には、基板と同じ主表面を有する窒化物系半導体層が形成される。たとえば、α−ＳｉＣ基板のａ面およびｍ面上には、それぞれ、ａ面およびｍ面を主表面とする窒化物系半導体層が形成される。また、ａ面を主表面とする窒化物系半導体が形成されたｒ面サファイア基板を基板として用いてもよい。また、ａ面およびｍ面を主表面とする窒化物系半導体層が形成されたＬｉＡｌＯ２基板またはＬｉＧａＯ２基板を基板として用いることができる。
【００２７】
また、ｐｎ接合型の発光ダイオードチップ１０では、第１半導体１と第２半導体３とは互いに異なる導電性を有する。第１半導体１がｐ型であり第２半導体３がｎ型であってもよいし、第１半導体１がｎ型であり第２半導体３がｐ型であってもよい。
【００２８】
また、第１半導体１および第２半導体３は、発光層２よりもバンドギャップの大きいクラッド層（図示せず）などを含んでいてもよい。また、第１半導体１および第２半導体３は、それぞれ、発光層２側から近い順に、クラッド層とコンタクト層（図示せず）とを含んでいてもよい。この場合、コンタクト層は、クラッド層よりもバンドギャップが小さいことが好ましい。
【００２９】
また、量子井戸の発光層２としては、井戸層としてＧａＩｎＮ、障壁層として井戸層よりもバンドギャップの大きいＡｌＧａＮ、ＧａＮおよびＧａＩｎＮを用いることができる。また、クラッド層およびコンタクト層としては、ＧａＮおよびＡｌＧａＮを用いることができる。
【００３０】
また、第２電極５は、第２半導体３上の一部の領域に形成してもよい。また、発光ダイオードチップ１０が発光ダイオードである場合、光の出射側（上面側）に形成されている電極（この場合、第２電極５）は、透光性を有するのが好ましい。
【００３１】
図２は、窒化物系半導体の結晶方位と、本発明における製造プロセスを用いて半導体発光素子を形成する場合の基板の主表面の法線方向の範囲を示した図である。次に、図２を参照して、本発明の窒化物系半導体層の形成方法を用いて半導体発光素子を形成する場合の基板の面方位について説明する。
【００３２】
図２に示すように、基板６の主表面６ａの法線方向は、それぞれ、［１１−２０］方向と略［１０−１０］方向とを結ぶ線３００（［Ｃ＋Ｄ、Ｃ、−２Ｃ−Ｄ、０］方向（Ｃ≧０およびＤ≧０であり、かつ、ＣおよびＤの少なくともいずれか一方が０ではない整数））、および、［１１−２０］方向と略［１１−２−５］方向とを結ぶ線４００（［１、１、−２、−Ｅ］方向（０≦Ｅ≦５））、および、［１０−１０］方向と略［１０−１−４］方向とを結ぶ線５００（［１、−１、０、−Ｆ］方向（０≦Ｆ≦４））、および、略［１１−２−５］方向と略［１０−１−４］方向とを結ぶ線６００（［Ｇ＋Ｈ、Ｇ、−２Ｇ−Ｈ、−５Ｇ−４Ｈ］方向（Ｇ≧０およびＨ≧０であり、かつ、ＧおよびＨの少なくともいずれか一方が０ではない整数））によって囲まれる範囲（斜線でハッチングされた領域）にある。
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
（第１実施形態）
図３は、本発明の第１実施形態による発光ダイオードチップの構造を示した断面図である。図３を参照して、第１実施形態による発光ダイオードチップ３０の構造について説明する。
【００３５】
この第１実施形態による発光ダイオードチップ３０は、ａ面（（１１−２０）面）を主表面とするウルツ鉱構造の窒化物半導体からなる。また、発光ダイオードチップ３０の形状は、平面的に見て（発光ダイオードチップ３０の上面側から見て）、正方形状、長方形状、菱形または平行四辺形などの形状を有する。
【００３６】
また、発光ダイオードチップ３０は、図３に示すように、約１００μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ基板１１上に、発光素子層１２が形成されている。また、発光素子層１２には、約０．５μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層１３と、約２ｎｍの厚みを有するＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｎからなる井戸層（図示せず）と、Ｇａ０．９Ｉｎ０．１Ｎからなる障壁層（図示せず）とを積層したＭＱＷ構造からなる発光層１４とが形成されている。また、発光層１４上には、約０．２μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層を兼ねるｐ型クラッド層１５が形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１１は、本発明の「基板」の一例であり、発光素子層１２、ｎ型クラッド層１３、発光層１４およびｐ型クラッド層１５は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００３７】
ここで、第１実施形態ではｎ型クラッド層１３からｐ型クラッド層１５にかけて、発光素子層１２の（０００−１）面からなる結晶成長面１２ａと、（１１−２２）面からなる結晶成長面１２ｂとによって凹部２０が形成されている。なお、結晶成長面１２ａおよび結晶成長面１２ｂは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例である。また、結晶成長面１２ａは、後述する製造プロセス時にｎ型ＧａＮ基板１１の主表面に予め形成された溝部２１の（０００−１）面からなる内側面２１ａを引き継ぐように、ｎ型ＧａＮ基板１１の主表面に対して略垂直な方向（［１１−２０］方向）に伸びるように形成されている。また、結晶成長面１２ｂは、溝部２１の内側面２１ｂを起点とした傾斜面からなり、発光素子層１２の上面（主表面）に対して鈍角をなすように形成されている。なお、溝部２１および内側面２１ａは、それぞれ、本発明の「凹部」および「凹部の一方の内側面」の一例である。なお、図３では、図示の関係上、内側面２１ａおよび内側面２１ｂの符号を図中の一部の溝部２１にのみ記載している。
【００３８】
また、ｎ型ＧａＮ基板１１の下面上には、ｎ側電極１６が形成されている。また、凹部２０には、発光波長に対して透明なＳｉＯ２などの絶縁膜２２が形成され、絶縁膜２２とｐ型クラッド層１５とを覆うように、透光性を有するｐ側電極１７が形成されている。
【００３９】
図４〜図６は、それぞれ、図３に示した第１実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための平面図および断面図である。次に、図３〜図６を参照して、第１実施形態による発光ダイオードチップ３０の製造プロセスについて説明する。
【００４０】
まず、図４に示すように、エッチング技術を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１１のａ面（（１１−２０）面）からなる主表面に、［０００１］方向（Ａ方向）に約５μｍの幅Ｗ１を有するとともに、約２μｍの深さを有し、［１−１００］方向（Ｂ方向）に延びる複数の溝部２１を形成する。なお、図４では、太い斜線部分が溝部２１としてエッチングされた領域である。また、溝部２１は、Ａ方向に、約５０μｍ（＝Ｗ１＋Ｌ１（Ｌ１＝約４５μｍ））周期でストライプ状に形成される。
【００４１】
ここで、第１実施形態の製造プロセスでは、図５に示すように、溝部２１には、ｎ型ＧａＮ基板１１の（１１−２０）面に対して略垂直な（０００−１）面からなる内側面２１ａと、ｎ型ＧａＮ基板１１の（１１−２０）面に対して略垂直な（０００１）面からなる内側面２１ｂとが形成される。なお、内側面２１ｂは、本発明の「凹部の他方の内側面」の一例である。
【００４２】
次に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、溝部２１を有するｎ型ＧａＮ基板１１上に、ｎ型クラッド層１３、発光層１４およびｐ型クラッド層１５などを順次積層することにより、発光素子層１２を形成する。
【００４３】
この際、第１実施形態では、図６に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１１上に発光素子層１２を成長させた場合、［１−１００］方向に延びる溝部２１の（０００−１）面からなる内側面２１ａにおいて、発光素子層１２は、溝部２１の（０００−１）面を引き継ぐように［１１−２０］方向（Ｃ２方向）に延びる（０００−１）面からなる結晶成長面１２ａを形成しながら結晶成長する。また、溝部２１の（０００−１）面に対向する（０００１）面（内側面２１ｂ）側では、発光素子層１２は、［１１−２０］方向（Ｃ２方向）に対して所定の角度傾斜した方向に延びる（１１−２２）面からなる結晶成長面（ファセット）１２ｂを形成しながら結晶成長する。これにより、結晶成長面１２ｂは発光素子層１２の上面（主表面）に対して鈍角をなすように形成される。
【００４４】
その後、図３に示すように、発光素子層１２の結晶成長面１２ａ（（０００−１）面）および結晶成長面１２ｂ（（１１−２２）面）に挟まれた凹部２０（溝部２１を含む溝部２１の上部の領域）を埋めるように絶縁膜２２を形成する。そして、絶縁膜２２および発光素子層１２の上面上にｐ側電極１７を形成するとともに、ｎ型ＧａＮ基板１１の下面上にｎ側電極１６を形成する。このようにして、図３に示した第１実施形態による発光ダイオードチップ３０が形成される。
【００４５】
第１実施形態では、上記のように、主表面に溝部２１が形成されたｎ型ＧａＮ基板１１と、ｎ型ＧａＮ基板１１の主表面上に溝部２１の内側面２１ａを起点として形成される（０００−１）面からなる結晶成長面１２ａと、溝部２１の内側面２１ｂを起点として形成される結晶成長面１２ｂとを含む発光素子層１２とを備えることによって、発光素子層１２には、ｎ型ＧａＮ基板１１に予め形成された溝部２１の内側面２１ａおよび２１ｂをそれぞれ起点とした結晶成長面１２ａおよび結晶成長面１２ｂが形成される。すなわち、製造プロセス上、凹部などが無い平坦な基板上に積層された窒化物系半導体層に対してエッチング加工により上記のような結晶成長面１２ａまたは結晶成長面１２ｂを形成する場合と異なり、エッチング加工を必要としないので、発光ダイオードチップ３０の製造プロセスが複雑になるのを抑制することができる。また、発光素子層１２の結晶成長面１２ａおよび結晶成長面１２ｂは、ドライエッチングなどにより形成されないので、製造プロセス上、発光層１４などに損傷が生じにくい。これにより、発光層１４からの光の取り出し効率を向上させることができる。
【００４６】
また、第１実施形態では、主表面に溝部２１が形成されたｎ型ＧａＮ基板１１と、ｎ型ＧａＮ基板１１の主表面上に溝部２１の内側面２１ａを起点として形成される（０００−１）面からなる結晶成長面１２ａと、溝部２１の内側面２１ｂを起点として形成される結晶成長面１２ｂとを含む発光素子層１２とを備えることによって、発光素子層１２がｎ型ＧａＮ基板１１上に結晶成長する際に、成長層の上面（発光素子層１２の主表面）が成長する成長速度よりも、溝部２１の内側面２１ａを起点とした結晶成長面１２ａおよび溝部２１の内側面２１ｂを起点とした結晶成長面１２ｂがそれぞれ形成される成長速度が遅いので、成長層の上面（主表面）が平坦性を保ちながら成長する。これにより、上記結晶成長面１２ａおよび結晶成長面１２ｂからなる端面を形成しない場合の発光素子層の成長層表面と比較して、発光層１４を有する発光素子層１２の表面（上面）の平坦性をより向上させることができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、溝部２１の内側面２１ａが、（０００−１）面からなるように構成することによって、ｎ型ＧａＮ基板１１の主表面上に（０００−１）面からなる結晶成長面１２ａを有する発光素子層１２を形成する際、溝部２１の内側面２１ａの（０００−１）面を引き継ぐようにして発光素子層１２の（０００−１）面が形成されるので、（０００−１）面からなる結晶成長面１２ａをｎ型ＧａＮ基板１１上に容易に形成することができる。
【００４８】
また、第１実施形態では、発光素子層１２の結晶成長面１２ａおよび結晶成長面１２ｂを、発光素子層１２の結晶成長面からなるように構成することによって、上記結晶成長面１２ａおよび結晶成長面１２ｂの２種類の結晶成長面（端面）を、それぞれ、発光素子層１２の結晶成長と同時に形成することができる。
【００４９】
また、第１実施形態では、結晶成長面１２ｂを（１１−２２）面からなるように構成することによって、ｎ型ＧａＮ基板１１上に（１１−２２）面のようなファセットに該当しない側面（端面）を形成する場合の発光素子層１２の成長層の表面（主表面）と比較して、ｎ型ＧａＮ基板１１上に（１１−２２）面からなるファセット（結晶成長面１２ｂ）を形成する場合の成長層の表面（上面）が確実に平坦性を有するように形成することができる。また、結晶成長面１２ｂは、発光素子層１２の主表面よりも成長速度が遅いので、結晶成長によって、容易に結晶成長面１２ｂを形成することができる。
【００５０】
また、第１実施形態では、基板を、ＧａＮなどの窒化物系半導体からなるｎ型ＧａＮ基板１１であるように構成することによって、窒化物系半導体からなるｎ型ＧａＮ基板１１上に発光素子層１２の結晶成長を利用して、（０００−１）面からなる結晶成長面１２ａおよび（１１−２２）面からなる結晶成長面１２ｂを有する発光素子層１２を、容易に形成することができる。
【００５１】
また、第１実施形態では、発光素子層１２の結晶成長面１２ｂを、発光素子層１２の主表面（（１１−２０）面））に対して鈍角をなすように形成することによって、発光素子層１２の結晶成長面１２ａと結晶成長面１２ｂとが対向する複数の凹部２０（ｎ型ＧａＮ基板１１の溝部２１を含む溝部２１の上部領域）が、ｎ型ＧａＮ基板１１から発光素子層１２の上面に向かって広がるように形成されるので、発光層１４からの光を発光素子層１２の上面のみならず、ｎ型ＧａＮ基板１１の主表面に対して傾斜した結晶成長面１２ｂを通して容易に取り出すことができる。これにより、発光ダイオードチップ３０の発光効率をより向上させることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態による発光ダイオードチップの構造を示した断面図である。図８〜図１０は、それぞれ、図７に示した第２実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための断面図および平面図である。図７〜図１０を参照して、この第２実施形態による発光ダイオードチップ４０の製造プロセスでは、上記第１実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板４１上にＡｌＧａＮからなる下地層５０を形成した後、発光素子層４２を形成する場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板４１は、本発明の「下地基板」の一例である。
【００５３】
この第２実施形態による発光ダイオードチップ４０は、（１１−２−２）面を主表面とするウルツ鉱構造の窒化物半導体からなる。また、発光ダイオードチップ４０の形状は、平面的に見て（発光ダイオードチップ４０の上面側から見て）、正方形状、長方形状、菱形または平行四辺形などの形状を有する。
【００５４】
ここで、第２実施形態における発光ダイオードチップ４０の製造プロセスでは、図８に示すように、約１００μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ基板４１上に、約３μｍ〜約４μｍの厚みを有するＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる下地層５０を成長させる。なお、下地層５０が結晶成長する際、ｎ型ＧａＮ基板４１の格子定数ｃ１よりも下地層５０の格子定数ｃ２が小さい（ｃ１＞ｃ２）ので、所定の厚みに達した下地層５０は、ｎ型ＧａＮ基板４１の格子定数ｃ１に合わせようとして下地層５０の内部に引張応力Ｒ（図８参照）が発生する。この結果、下地層５０が局所的にＡ方向に縮むのに伴って、下地層５０には、図８に示すようなクラック５１が形成される。ここで、ＧａＮとＡｌＧａＮとのｃ軸の格子定数の差の方が、ＧａＮとＡｌＧａＮとのａ軸の格子定数の差よりも大きいので、クラック５１は、下地層５０の（０００１）面とｎ型ＧａＮ基板４１の主表面の（１１−２−２）面とに平行な［１−１００］方向（Ｂ方向）に形成されやすい。なお、図８では、下地層５０に自発的にクラック５１が形成される様子を模式的に示している。
【００５５】
また、クラック５１が形成されたｎ型ＧａＮ基板４１を平面的に見た場合、図９に示すように、クラック５１は、ｎ型ＧａＮ基板４１のＡ方向と略直交する［１−１００］方向（Ｂ方向）に沿ってストライプ状に延びるように形成される。なお、クラック５１は、本発明の「凹部」の一例である。
【００５６】
その後、図１０に示すように、上記第１実施形態と同様の製造プロセスにより、下地層５０上に、約０．５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮからなるｎ型クラッド層４３と、約２ｎｍの厚みを有するＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｎからなる井戸層（図示せず）と、Ｇａ０．９Ｉｎ０．１Ｎからなる障壁層（図示せず）とを積層したＭＱＷからなる発光層４４と、約０．２μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層を兼ねるｐ型クラッド層４５とを順次積層することにより、発光素子層４２を形成する。なお、発光素子層４２、ｎ型クラッド層４３、発光層４４およびｐ型クラッド層４５は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００５７】
この際、第２実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板４１上に発光素子層４２を成長させた場合、［１−１００］方向にストライプ状に延びるクラック５１の内側面５１ａにおいて、発光素子層１２は、ｎ型ＧａＮ基板４１の［１１−２−２］方向（Ｃ２方向）に対して所定の角度傾斜した方向に延びる（０００−１）面からなる結晶成長面（ファセット）４２ａを形成しながら結晶成長する。また、クラック５１の内側面５１ａに対向する内側面５１ｂ側では、発光素子層４２は、ｎ型ＧａＮ基板４１の［１１−２−２］方向（Ｃ２方向）に対して所定の角度傾斜した方向に延びる（１１−２２）面からなる結晶成長面（ファセット）４２ｂを形成しながら結晶成長する。なお、内側面５１ａおよび内側面５１ｂは、それぞれ、本発明の「凹部の一方の内側面」および「凹部の他方の内側面」の一例であり、結晶成長面４２ａおよび結晶成長面４２ｂは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例である。これにより、結晶成長面４２ａおよび４２ｂは、発光素子層１２の上面（主表面）に対してそれぞれ鈍角をなすように形成される。
【００５８】
その後、図７に示すように、発光素子層４２の（０００−１）面からなる結晶成長面４２ａおよび（１１−２２）面からなる結晶成長面４２ｂに挟まれた凹部５２（クラック５１の上部の領域）を埋めるように発光波長に対して透明なＳｉＯ２などの絶縁膜２２を形成する。そして、絶縁膜２２および発光素子層４２の上面上にｐ側電極４７を形成するとともに、ｎ型ＧａＮ基板４１の下面上に、ｎ側電極４６を形成する。このようにして、図７に示した第２実施形態による発光ダイオードチップ４０が形成される。
【００５９】
第２実施形態では、上記のように、下地層５０にクラック５１が形成されたｎ型ＧａＮ基板４１と、ｎ型ＧａＮ基板４１の主表面上にクラック５１の内側面５１ａを起点として形成される（０００−１）面からなる結晶成長面４２ａと、クラック５１の内側面５１ｂを起点として形成される結晶成長面４２ｂとを含む発光素子層４２とを備えることによって、発光素子層４２には、ｎ型ＧａＮ基板４１上に予め形成された下地層５０のクラック５１の内側面５１ａおよび５１ｂをそれぞれ起点とした結晶成長面４２ａおよび結晶成長面４２ｂが形成される。すなわち、製造プロセス上、凹部などが無い平坦な基板上に積層された窒化物系半導体層に対してエッチング加工により上記のような結晶成長面４２ａまたは結晶成長面４２ｂを形成する場合と異なり、エッチング加工を必要としないので、発光ダイオードチップ４０の製造プロセスが複雑になるのを抑制することができる。また、発光素子層４２の結晶成長面４２ａおよび結晶成長面４２ｂは、ドライエッチングなどにより形成されないので、製造プロセス上、発光層４４などに損傷が生じにくい。これにより、発光層４４からの光の取り出し効率を向上させることができる。
【００６０】
また、第２実施形態では、下地層５０にクラック５１が形成されたｎ型ＧａＮ基板４１と、ｎ型ＧａＮ基板４１の主表面上にクラック５１の内側面５１ａを起点として形成される（０００−１）面からなる結晶成長面４２ａと、クラック５１の内側面５１ｂを起点として形成される結晶成長面４２ｂとを含む発光素子層４２とを備えることによって、発光素子層４２がｎ型ＧａＮ基板４１上に結晶成長する際に、成長層の上面（発光素子層４２の主表面）が成長する成長速度よりも、クラック５１の内側面５１ａを起点とした結晶成長面４２ａおよびクラック５１の内側面５１ｂを起点とした結晶成長面４２ｂがそれぞれ形成される成長速度が遅いので、成長層の上面（主表面）が平坦性を保ちながら成長する。これにより、上記結晶成長面４２ａおよび結晶成長面４２ｂからなる端面を形成しない場合の発光素子層の成長層表面と比較して、発光層４４を有する発光素子層４２の表面（上面）の平坦性をより向上させることができる。
【００６１】
また、第２実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板４１上にＡｌＧａＮからなる下地層５０が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ基板４１の格子定数ｃ１と、下地層５０の格子定数ｃ２とが、ｃ１＞ｃ２の関係を有するように構成されており、発光素子層４２の結晶成長面４２ａおよび結晶成長面４２ｂを、それぞれ、クラック５１の内側面５１ａおよび５１ｂをそれぞれ起点として形成することによって、ｎ型ＧａＮ基板４１上にＡｌＧａＮからなる下地層５０を形成する際に、下地層５０の格子定数ｃ２がｎ型ＧａＮ基板４１の格子定数ｃ１よりも小さい（ｃ１＞ｃ２）ので、ｎ型ＧａＮ基板４１側の格子定数ｃ１に合わせようとして下地層５０の内部に引張応力Ｒが生じる。この結果、下地層５０の厚みが所定の厚み以上の場合にはこの引張応力Ｒに耐え切れずに下地層５０にはクラック５１が形成される。これにより、下地層５０上に発光素子層４２の結晶成長面４２ａ（（０００−１）面）および結晶成長面４２ｂ（（１１−２２）面）をそれぞれ結晶成長させるための基準となる内側面５１ａおよび５１ｂを、容易に下地層５０に形成することができる。
【００６２】
また、第２実施形態では、発光素子層４２の結晶成長面４２ａ（（０００−１）面）および結晶成長面４２ｂ（（１１−２２）面）を、発光素子層４２の結晶成長面からなるように構成することによって、上記結晶成長面４２ａおよび結晶成長面４２ｂの２種類の平坦な結晶成長面（端面）を、それぞれ、発光素子層４２の結晶成長と同時に容易に形成することができる。
【００６３】
また、第２実施形態では、発光素子層４２の結晶成長面４２ａおよび４２ｂを、発光素子層４２の主表面（（１１−２−２）面））に対して鈍角をなすように形成することによって、発光素子層４２の結晶成長面４２ａと結晶成長面４２ｂとが対向する複数の凹部５２（ｎ型ＧａＮ基板４１上のクラック５１を含むクラック５１の上部領域）が、ｎ型ＧａＮ基板４１から発光素子層４２の上面に向かって広がるように形成されるので、発光層４４からの光を発光素子層４２の上面のみならず、ｎ型ＧａＮ基板４１の主表面に対して傾斜した結晶成長面４２ａおよび４２ｂを通して容易に取り出すことができる。これにより、発光ダイオードチップ４０の発光効率をより向上させることができる。
【００６４】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
（第３実施形態）
図１１は、本発明の第３実施形態による発光ダイオードチップの構造を説明するための断面図である。図１２および図１３は、図１１に示した第３実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための平面図である。図８および図１１〜図１３を参照して、この第３実施形態による発光ダイオードチップ６０の製造プロセスでは、上記第２実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板６１上の下地層５０に破線状のスクライブ傷７０を形成することによってクラックの発生位置が制御されたクラック７１を形成する場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板６１は、本発明の「下地基板」の一例であり、クラック７１は、本発明の「凹部」の一例である。
【００６６】
この第３実施形態による発光ダイオードチップ６０は、（１−１０−２）面を主表面とするウルツ鉱構造の窒化物半導体からなる。また、発光ダイオードチップ６０の形状は、平面的に見て（発光ダイオードチップ６０の上面側から見て）、正方形状、長方形状、菱形または平行四辺形などの形状を有する。
【００６７】
ここで、第３実施形態における発光ダイオードチップ６０の製造プロセスでは、図８に示した場合と同様に、ｎ型ＧａＮ基板６１（図１１参照）上に、上記した第２実施形態の厚み（約３μｍ〜約４μｍ）よりも薄い臨界膜厚程度の厚みを有するＡｌＧａＮからなる下地層５０を成長させる。この際、下地層５０には、第２実施形態と同様の作用によって内部に引張応力Ｒ（図８参照）が発生する。ここで、臨界膜厚とは、互いに異なる格子定数を有する半導体層を積層した際に、格子定数差に起因したクラックが半導体層に発生しない場合の半導体層の最小の厚みを意味する。
【００６８】
この後、図１２に示すように、レーザ光またはダイヤモンドポイントなどにより、下地層５０にＡ方向と略直交する［１１−２０］方向（Ｂ方向）に、約５０μｍの間隔で破線状のスクライブ傷７０を形成する。また、スクライブ傷７０は、Ａ方向に、間隔Ｌ２のピッチで複数形成される。これにより、図１３に示すように、下地層５０には、破線状のスクライブ傷７０を起点として、スクライブ傷７０が形成されていない下地層５０の領域にクラックが進行する。この結果、下地層５０をＢ方向に分断する略直線状のクラック７１（図１３参照）が形成される。
【００６９】
また、その際、スクライブ傷７０も、深さ方向（図１３の紙面に垂直な方向）に分割が進む。これにより、クラック７１には、下地層５０とｎ型ＧａＮ基板６１の界面近傍まで達する内側面７１ａ（破線で示す）が形成される。なお、内側面７１ａは、本発明の「凹部の一方の内側面」の一例である。
【００７０】
その後、上記第２実施形態と同様の製造プロセスにより、下地層５０上に、ｎ型クラッド層４３と、約２ｎｍの厚みを有するＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｎからなる井戸層（図示せず）と、Ｇａ０．９Ｉｎ０．１Ｎからなる障壁層（図示せず）とを積層したＭＱＷからなる発光層４４と、ｐ型クラッド層４５とを順次積層することにより、発光素子層４２を形成する。
【００７１】
この際、ｎ型ＧａＮ基板６１上の発光素子層４２には、ｎ型ＧａＮ基板６１の［１−１０−２］方向（Ｃ２方向）に対して所定の角度傾斜した方向に延びる（０００−１）面からなる結晶成長面４２ｃと、ｎ型ＧａＮ基板６１の［１−１０−２］方向（Ｃ２方向）に対して所定の角度傾斜した方向に延びる（１−１０１）面からなる結晶成長面４２ｄとが形成される。なお、結晶成長面４２ｃおよび結晶成長面４２ｄは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例である。
【００７２】
なお、第３実施形態によるその他の製造プロセスは、上記第２実施形態と同様である。このようにして、図１１に示した第３実施形態による発光ダイオードチップ６０が形成される。
【００７３】
第３実施形態の製造プロセスでは、上記のように、クラック７１の形成の際に、ｎ型ＧａＮ基板６１上に下地層５０を臨界膜厚程度の厚みに形成した後、下地層５０に対して、［１１−２０］方向（Ｂ方向）に延びる複数の破線状（約５０μｍ間隔）のスクライブ傷７０をＡ方向に間隔Ｌ２のピッチで形成する工程を備えることによって、下地層５０には、破線状のスクライブ傷７０を起点としてＢ方向に平行に、かつ、Ａ方向に沿って等間隔のクラック７１が形成される。すなわち、上記第２実施形態のように、自発的に形成されたクラックを利用して半導体層を積層させる場合と比較して、より容易に、発光面積が揃った発光ダイオードチップ６０（図１１参照）を形成することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。
【００７４】
（第４実施形態）
図１４は、本発明の第４実施形態による発光ダイオードチップの構造を示した断面図である。図１５は、図１４に示した第４実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための断面図である。図１４および図１５を参照して、この第４実施形態による発光ダイオードチップ８０の製造プロセスでは、上記第１実施形態と異なり、ｍ面（（１−１００）面）からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板８１上に、ＡｌＧａＮからなる下地層５０を形成した後、発光素子層１２を形成する場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板８１は、本発明の「下地基板」の一例である。
【００７５】
この第４実施形態による発光ダイオードチップ８０は、ｍ面（（１−１００）面）を主表面とするウルツ鉱構造の窒化物半導体からなる。また、発光ダイオードチップ８０の形状は、平面的に見て（発光ダイオードチップ８０の上面側から見て）、正方形状、長方形状、菱形または平行四辺形などの形状を有する。
【００７６】
ここで、第４実施形態における発光ダイオードチップ８０の製造プロセスでは、図１５に示すように、約１００μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ基板８１上に、約３μｍ〜約４μｍの厚みを有するＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる下地層５０を成長させる。その際、上記第２実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ基板８１と下地層５０との格子定数差によるクラック５１が下地層５０に形成される。
【００７７】
その後、上記第１実施形態と同様の製造プロセスにより、下地層５０上に、約０．５μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層１３と、約２ｎｍの厚みを有するＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｎからなる井戸層（図示せず）と、Ｇａ０．９Ｉｎ０．１Ｎからなる障壁層（図示せず）とを積層したＭＱＷ構造からなる発光層１４と、約０．２μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層を兼ねるｐ型クラッド層１５とを順次積層することにより、発光素子層１２を形成する。
【００７８】
この際、第４実施形態では、図１５に示すように、ｎ型ＧａＮ基板８１上に発光素子層１２を成長させた場合、［１１−２０］方向（Ｂ方向）に延びるクラック５１の（０００−１）面からなる内側面５１ａにおいて、発光素子層１２は、クラック５１の（０００−１）面を引き継ぐように［１−１００］方向（Ｃ２方向）に延びる（０００−１）面からなる結晶成長面１２ｃを形成しながら結晶成長する。また、クラック５１の（０００−１）面に対向する（０００１）面（内側面５１ｂ）側では、発光素子層１２は、［１−１００］方向（Ｃ２方向）に対して所定の角度傾斜した方向に延びる（１−１０１）面からなる結晶成長面（ファセット）１２ｄを形成しながら結晶成長する。これにより、結晶成長面１２ｄは発光素子層１２の上面（主表面）に対して鈍角をなすように形成される。なお、結晶成長面１２ｃおよび結晶成長面１２ｄは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例である。
【００７９】
また、第４実施形態においても、発光素子層１２の結晶成長面１２ｃ（（０００−１）面）と結晶成長面１２ｂ（（１−１０１）面）とによって挟まれた凹部２０（クラック５１を含むクラック５１の上部の領域）を埋めるように発光波長に対して透明なＳｉＯ２などの絶縁膜２２を形成する。
【００８０】
なお、第４実施形態によるその他の製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。このようにして、図１４に示した第４実施形態による発光ダイオードチップ８０が形成される。
【００８１】
なお、第４実施形態による発光ダイオードチップ８０の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【００８２】
［実施例］
図１６および図１７は、図１４に示した第４実施形態の製造プロセスにおけるｎ型ＧａＮ基板上の窒化物系半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。図９、図１６および図１７を参照して、上記第４実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
【００８３】
この確認実験では、まず、上記した第４実施形態の製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて、ｍ面（（１−１００）面）からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて３μｍ〜４μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなる下地層を形成した。この際、ｎ型ＧａＮ基板と下地層との格子定数差に起因して、下地層に図１６および図１７に示すようなクラックが形成された。この際、クラックは、図１７に示すように、ｎ型ＧａＮ基板の主表面に対して垂直な方向に延びる（０００−１）面を形成しているのが確認された。また、クラックは、図９に示したように、ｎ型ＧａＮ基板の［０００１］方向（Ａ方向）と直交する［１１−２０］方向（Ｂ方向）に沿ってストライプ状に形成されたのが確認された。
【００８４】
次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮからなる半導体層を下地層上にエピタキシャル成長させた。この結果、図１７に示すように、クラックの（０００−１）面からなる内側面において、半導体層がこの面方位を引き継ぐように垂直方向に延びるＧａＮの（０００−１）面を形成しながら［１−１００］（Ｃ２方向）方向に結晶成長するのが確認された。また、図１７に示すように、クラックの（０００−１）面と反対側の内側面上には、ＧａＮの（１−１０１）面からなる傾斜面（ファセット）が形成されるのが確認された。また、この傾斜面は半導体層の上面（主表面）に対して鈍角をなすように形成されているのが確認された。これにより、下地層に設けられたクラックの２つの内側面がそれぞれ結晶成長の起点となって、下地層上に半導体層を形成することが可能であることが確認された。また、下地層の形成時にｎ型ＧａＮ基板まで達していたクラックは、半導体層の積層に伴って、空隙の一部を埋められているのが確認された。
【００８５】
上記の確認実験の結果から、本発明による窒化物系半導体層の形成方法では、結晶成長による半導体層の形成と同時に、エッチング加工などを用いることなく半導体層（発光層）に（０００−１）面および（１−１０１）面からなる端面（半導体層の垂直な側面および傾斜面）を形成することが可能であるのが確認された。また、半導体層が結晶成長する過程で、上記（０００−１）面および（１−１０１）面が形成される部分の成長速度と、半導体層の上面（主表面）が矢印Ｃ２方向（図１６参照）へ成長する成長速度との差から、上記（０００−１）面および（１−１０１）面の平坦性のみならず、半導体層の上面（主表面）の平坦性についても向上させることができるのが確認された。
【００８６】
（第５実施形態）
図１８は、本発明の第５実施形態による発光ダイオードチップの構造を示した断面図である。図１８を参照して、この第５実施形態による発光ダイオードチップ９０では、上記第１実施形態と異なり、ｍ面（（１−１００）面）からなる主表面を有するｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板９１上に、発光素子層９２を形成する場合について説明する。なお、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板９１および発光素子層９２は、それぞれ、本発明の「基板」および「窒化物系半導体層」の一例である。
【００８７】
この第５実施形態による発光ダイオードチップ９０は、ｍ面（（１−１００）面）を主表面とするウルツ鉱構造の窒化物半導体からなる。また、発光ダイオードチップ９０の形状は、平面的に見て（発光ダイオードチップ９０の上面側から見て）、正方形状、長方形状、菱形または平行四辺形などの形状を有する。
【００８８】
また、発光ダイオードチップ９０は、図１８に示すように、約１００μｍの厚みを有するｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板９１上に、発光素子層９２が形成されている。また、発光素子層９２には、約０．５μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層９３と、約２ｎｍの厚みを有するＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｎからなる井戸層（図示せず）と、Ｇａ０．９Ｉｎ０．１Ｎからなる障壁層（図示せず）とを積層したＭＱＷ構造からなる発光層９４とが形成されている。また、発光層９４上には、約０．２μｍの厚みを有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層を兼ねるｐ型クラッド層９５が形成されている。なお、ｎ型クラッド層９３、発光層９４およびｐ型クラッド層９５は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００８９】
ここで、第５実施形態ではｎ型クラッド層９３からｐ型クラッド層９５にかけて、発光素子層９２の（０００−１）面からなる結晶成長面９２ａと、（１−１０１）面からなる結晶成長面９２ｂとによって凹部２０が形成されている。なお、結晶成長面９２ａおよび結晶成長面９２ｂは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例である。また、結晶成長面９２ａは、製造プロセス時にｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板９１の主表面に予め形成された溝部９６の（０００−１）面からなる内側面９６ａを引き継ぐように、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板９１の主表面に対して略垂直な方向（［１−１００］方向）に伸びるように形成されている。また、結晶成長面９２ｂは、溝部９６の内側面９６ｂを起点とした傾斜面からなり、発光素子層９２の上面（主表面）に対して鈍角をなすように形成されている。なお、溝部９６、内側面９６ａおよび９６ｂは、それぞれ、本発明の「凹部」、「凹部の一方の内側面」および「凹部の他方の内側面」の一例である。なお、図１８では、図示の関係上、内側面９６ａおよび内側面９６ｂの符号を図中の一部の溝部９６にのみ記載している。
【００９０】
また、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板９１の下面上には、ｎ側電極１６が形成されている。また、凹部２０には、絶縁膜２２が形成され、発光波長に対して透明なＳｉＯ２などの絶縁膜２２とｐ型クラッド層１５とを覆うように、透光性を有するｐ側電極１７が形成されている。
【００９１】
なお、第５実施形態による発光ダイオードチップ９０の製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。また、第５実施形態の効果についても、上記第１実施形態と同様である。
【００９２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９３】
たとえば、上記第１〜第５実施形態による発光ダイオードチップでは、発光素子層（発光素子層１２など）を、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどの窒化物系半導体層により形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、発光素子層を、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮおよびこれらの混晶からなるウルツ構造の窒化物系半導体層により形成してもよい。
【００９４】
また、上記第１実施形態による発光ダイオードチップでは、ｎ型ＧａＮ基板のａ面（（１１−２０）面）からなる主表面に溝部２１を形成した上で発光素子層１２を結晶成長させた例について示したが、本発明はこれに限らず、たとえばｍ面（（１−１００）面）などのｎ型ＧａＮ基板の（０００±１）面に垂直な主表面に溝部（凹部）を形成した上で発光素子層を形成してもよい。
【００９５】
また、上記第４実施形態による発光ダイオードチップでは、ｎ型ＧａＮ基板８１と下地層５０との格子定数差を利用して下地層５０に自発的にクラック５１が形成されるのを利用した例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第３実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ基板上の下地層に破線状のスクライブ傷を形成することによってクラックの発生位置が制御されたクラックを形成するようにしてもよい。
【００９６】
また、上記第１〜第４実施形態による発光ダイオードチップでは、基板としてＧａＮ基板を使用した例について示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、ａ面（（１１−２０）面）を主表面とする窒化物系半導体を予め成長させたｒ面（（１１０２）面）サファイア基板や、ａ面（（１１−２０）面）またはｍ面（（１−１００）面）を主表面とする窒化物系半導体を予め成長させたａ面ＳｉＣ基板またはｍ面ＳｉＣ基板などを使用してもよい。また、上記の非極性窒化物系半導体を予め成長させたＬｉＡｌＯ２・ＬｉＧａＯ２基板などを用いてもよい。
【００９７】
また、上記第２〜第４実施形態による発光ダイオードチップでは、下地基板としてｎ型ＧａＮ基板を用いるとともに、ｎ型ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮからなる下地層を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地基板としてＩｎＧａＮ基板を用いるとともに、ＩｎＧａＮ基板上にＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる下地層を形成してもよい。
【００９８】
また、上記第２および第４実施形態による発光ダイオードチップでは、ｎ型ＧａＮ基板と下地層との格子定数差を利用して下地層に自発的にクラックが形成されるのを利用した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地層５０（図９参照）のＢ方向（図９参照）の両端部（ｎ型ＧａＮ基板４１のＢ方向の端部に対応する領域）にのみスクライブ傷を形成してもよい。このように構成しても、両端部のスクライブ傷を起点としてＢ方向に延びるクラックを導入することができる。
【００９９】
また、上記第３実施形態による発光ダイオードチップでは、下地層５０にクラック導入用のスクライブ傷７０を破線状（約５０μｍ間隔）に形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地層５０のＢ方向（図１２参照）の両端部（ｎ型ＧａＮ基板６１の端部に対応する領域）にスクライブ傷を形成してもよい。このように構成しても、両端部のスクライブ傷を起点としてＢ方向に延びるクラックを導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明による発光ダイオードチップの概略的な構成を説明するための断面図である。
【図２】窒化物系半導体の結晶方位と、本発明における製造プロセスを用いて半導体発光素子を形成する場合の基板の主表面の法線方向の範囲を示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態による発光ダイオードチップの構造を示した断面図である。
【図４】図３に示した第１実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための平面図である。
【図５】図３に示した第１実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図３に示した第１実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による発光ダイオードチップの構造を示した断面図である。
【図８】図７に示した第２実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための拡大断面図である。
【図９】図７に示した第２実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための拡大平面図である。
【図１０】図７に示した第２実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による発光ダイオードチップの構造を説明するための断面図である。
【図１２】図１１に示した第３実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための平面図である。
【図１３】図１１に示した第３実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための平面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態による発光ダイオードチップの構造を示した断面図である。
【図１５】図１４に示した第４実施形態による発光ダイオードチップの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１６】図１４に示した第４実施形態の製造プロセスにおけるｎ型ＧａＮ基板上の窒化物系半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。
【図１７】図１４に示した第４実施形態の製造プロセスにおけるｎ型ＧａＮ基板上の窒化物系半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。
【図１８】本発明の第５実施形態による発光ダイオードチップの構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  第１半導体（基板、窒化物系半導体層）
２  発光層（窒化物系半導体層）
３  第２半導体（窒化物系半導体層）
１１、４１  ｎ型ＧａＮ基板（基板）
１２、４２、９２  発光素子層（窒化物系半導体層）
１２ａ、４２ａ、９２ａ  結晶成長面（第１側面）
１２ｂ、４２ｂ、９２ｂ  結晶成長面（第２側面）
１３、４３、９３  ｎ型クラッド層（窒化物系半導体層）
１４、４４、９４  発光層（窒化物系半導体層）
１５、４５、９５  ｐ型クラッド層（窒化物系半導体層）
２１、９６  溝部（凹部）
２１ａ、９６ａ  内側面（凹部の一方の内側面）
２１ｂ、９６ｂ  内側面（凹部の他方の内側面）
５０  下地層
５１、７１  クラック（凹部）
５１ａ、７１ａ  内側面（凹部の一方の内側面）
５１ｂ、７１ｂ  内側面（凹部の他方の内側面）
６１、８１  ｎ型ＧａＮ基板（下地基板）
９１  ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板（基板）
【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１８】
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【図１６】
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【図１７】
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