(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
｛０００１｝面、Ｃ面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる基板主面上に形成され、その表面に段差を有するウルツ鉱型の化合物半導体層と、
前記段差を含む前記ウルツ鉱型半導体層の表面に形成され、Ｓ面、｛１１−２２｝面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる傾斜面を有するファセット構造を備えた結晶成長層と、
前記結晶成長層の前記傾斜面を含む２つ以上の結晶面上に、それぞれ前記結晶面に略平行に形成され、第１導電型クラッド層、ＩｎＧａＮ活性層、および第２導電型クラッド層を含む発光領域と、
前記２つ以上の結晶面に対応して、前記発光領域上にそれぞれ独立して形成された電極と、
を含み、前記２つ以上の結晶面上に形成された前記発光領域では、前記活性層中の材料の組成及び厚みの少なくとも一方が異なることによって、前記結晶面に応じて発光波長が異なる半導体発光素子。
【請求項２】
素子構造が２色以上の発光色を同時に出すことが可能な発光ダイオード構造である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
素子構造が２色以上の発光色を同時に出すことが可能な半導体レーザー構造である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記結晶成長層は前記段差の形状を反映して成長され、前記基板主面の面方位をＣ面とした場合に該段差の端部の延在方向は（１−１００）方向に略垂直、または（１１−２０）方向に略垂直である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記結晶成長層は隣接した前記結晶成長層同士が互いの傾斜面を対峙させて断面略Ｖ字状の谷部を形成するように配設されている請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記断面略Ｖ字状の谷部に少なくとも一方の前記電極が形成されている請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記結晶成長層はＧａＮ系半導体からなる請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記結晶成長層の成長温度が約１１００℃以下である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記結晶成長層の成長時の圧力が約１００Ｔｏｒｒ以上である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
｛０００１｝面、Ｃ面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる基板主面上に、ウルツ鉱型の化合物半導体層をその表面に段差を有するように形成する工程と、
前記段差を含んだ前記化合物半導体層の表面に、Ｓ面、｛１１−２２｝面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる傾斜面を有するファセット構造を備えた結晶成長層を形成する工程と、
前記結晶成長層の前記傾斜面を含む２つ以上の結晶面上に、第１導電型クラッド層と、材料の組成及び厚みの少なくとも一方が異なることによって、前記結晶面に応じて発光波長が異なるＩｎＧａＮ活性層と、第２導電型クラッド層と、を前記結晶面に略平行して積層し、発光領域を形成する工程と、
前記２つ以上の結晶面に対応して、前記発光領域上にそれぞれ独立した電極を形成する工程と、
を含む
半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１導電型クラッド層、前記活性層、および前記第２導電型クラッド層を積層した後に、第１マスク材料層を形成し、該第１マスク材料層を開口した第１窓領域に第１電極層を形成し、次いで第２マスク材料層を形成し、該第２マスク材料層を前記第１窓領域とは異なる位置で開口した第２窓領域に第２電極層を形成して、前記第１電極層及び前記第２電極層を用いて特性の異なる半導体発光素子をそれぞれ形成する請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
各半導体発光素子毎に素子分離を行って電気的に独立した複数の半導体発光素子を形成する請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記複数の半導体発光素子の発光波長を所望の波長にするための電流量を調整する請求項１２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１導電型クラッド層、前記活性層、および前記第２導電型クラッド層を積層した後、前記基板主面及び前記傾斜面にそれぞれ略平行な各面に同時に同一のマスク材料層の窓部を用いて電極層を形成する請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１導電型クラッド層、前記活性層、および前記第２導電型クラッド層を積層した後、レジスト層を形成してリフトオフ法を用いて電極層を所要のパターンに形成する請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記結晶成長層の成長温度が約１１００℃以下である請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記結晶成長層の成長時の圧力が約１００Ｔｏｒｒ以上である請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板主面上に化合物半導体層を積層して形成される半導体発光素子とその製造方法に関し、特にGaN系半導体層の如きウルツ鉱型の化合物半導体層を形成する半導体発光素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子として、これまでサファイア基板上に全面に低温バッファ層、SiをドープしたGaNからなるｎ側コンタクト層を形成し、その上にSiをドープしたGaNからなるｎ側クラッド層, SiをドープしたInGaNからなる活性層、 MgをドープしたAlGaNからなるｐ側クラッド層と、MgをドープしたGaNよりなるｐ側コンタクト層などを積層した素子が知られている。このような構造を有し市販されている製品として、450nm から530nm を含む青色、緑色発光ダイオード（Light Emitting Diode）や半導体レーザーが量産されている。
【０００３】
また、窒化ガリウムを成長させようとする場合、サファイヤ基板が使用されることが多く行われている。ところが、サファイヤ基板と成長させる窒化ガリウムの間の格子不整合から、結晶内に高密度の転位が内在することがある。このため基板上に低温バッファ層を形成する技術は、成長させる結晶に発生する欠陥を抑制するための１つの手段であり、また、結晶欠陥を低減する目的で特開平10-312971 号公報では、横方向への選択結晶成長（ELO: epitaxial lateral overgrowth）を組合わせている。
【０００４】
さらに、特開平10-312971号公報に記載される半導体発光素子の製造方法では、基板の主面に垂直に伸びる貫通転位が、製造途中で成長領域に形成されるファセット構造によって横方向に曲げられ、そのまま伸びることができなくなって結晶欠陥を減少させることが可能であることが記載されている。
【０００５】
また、青色、緑色、赤色の各色の発光ダイオードや半導体レーザーを組み合わせて各画素を構成し、各画素をマトリクス状に配列させて独立して駆動することで画像表示装置を構成することができ、また、青色、緑色、赤色の各色の発光素子を同時に発光させることで白色発光装置若しくは照明装置としても利用できる。特に窒化物半導体を用いた発光素子は、バンドギャップエネルギーが約１．９ｅＶから約６．２ｅＶまであり、１つの材料でフルカラーディスプレイが可能となるため、多色発光素子の研究が進められている。なお、本明細書中、窒化物とはＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＴａをＩＩＩ族とし、Ｖ族にＮを含む化合物を指し、全体の１％以内若しくは１ｘ１０２０ｃｍ３以下の不純物の混入を含む場合もある。
【０００６】
従来、同一の基板上に多色発光素子を形成する技術としては、発光波長の違いに応じてバンドギャップエネルギーの異なる複数の活性層を積層し、基板側の電極を共通としながら、他方の電極を色毎に別個に形成した素子が知られており、電極取り出しのために階段状に形成された基板表面の各段が各色に対応する構造の素子が知られている。ところが、このようにｐｎ接合を複数積層した素子は、同一素子内において発光素子がサイリスタのように動作する可能性があり、サイリスタ動作を防止するために例えば特開平９−１６２４４４号公報に開示されるように階段状の部分毎に溝を形成して各色毎の分離をした素子も知られている。
また、特開平９−９２８８１号公報に開示されている発光素子は、多色発光のために、アルミナ基板上にＡｌＮバッファ層を介してＩｎＧａＮ層を形成し、そのＩｎＧａＮ層の一部にはＡｌをドープとして青を発光させ、他の一部にはＰをドープして赤を発色させ、ＩｎＧａＮ層のノンドープの領域を緑の発光領域として多色化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
まず、基板からの貫通転位を低減するために、横方向の選択結晶成長をする技術や成長領域にファセット構造を形成する結晶成長方法においては、基板からの貫通転位をファセット構造部分などによって横方向に曲げることが可能であり、結晶欠陥を大幅に減らすことも可能となる。しかし、その後に活性層などの発光領域を形成するためには、横方向の選択結晶成長を十分に行ったり、或いはファセット構造を埋めこむことが行われていて、その工程数が増大し製造のための時間が長くなってしまうと言う問題が生ずることになる。
【０００８】
また、前述のような多色化を図った半導体発光素子では、その製造工程が複雑化して、精度良く発光素子を形成することができず、さらに結晶性も劣化することから、良好な発光特性を得ることもできない。すなわち、各色毎の階段状の部分毎に溝を形成して各色毎に分離した素子においては、各活性層の領域を隔離するために複数回の異方性エッチングが必要となるが、一般に、ドライエッチングによっては基板や半導体層の結晶性が劣化することがあり、結晶性を良質に保つことが困難である。また、複数回のエッチングを施す場合には、それだけマスク合わせやエッチングなどの工程数も増加することになる。また、基板上に形成された単一の活性層に選択的に不純物をドープする発光素子においては、マスク層の開口部の形成マージンなどが必要なため、予め誤差を見込んだ場合では、異なる発光色の領域の間では距離を十分にとる必要があり、微小な発光素子を形成するのが困難であり且つ選択的なドーピングによって工程数が増加する。
【０００９】
そこで、本発明は前述の技術的な課題に鑑み、その製造のための工程数も増加させずに貫通転位などの結晶欠陥を低減できる半導体発光素子とその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の第２の目的は、従来の工程に比較して少ない工程数で精度良く形成でき且つ結晶性にも優れた構造の異なる発光波長の発光領域を有する半導体発光素子とその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光素子は、０００１｝面、Ｃ面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる基板主面上に形成され、その表面に段差を有するウルツ鉱型の化合物半導体層を含む。
また、この段差を含むウルツ鉱型半導体層の表面に形成され、Ｓ面、｛１１−２２｝面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる傾斜面を有するファセット構造を備えた結晶成長層も含む。
また、結晶成長層の傾斜面を含む２つ以上の結晶面上に、それぞれ結晶面に略平行に形成され、第１導電型クラッド層、ＩｎＧａＮ活性層、および第２導電型クラッド層を含む発光領域も含む。
また、２つ以上の結晶面に対応して、発光領域上にそれぞれ独立して形成された電極も含む。
そして、２つ以上の結晶面上に形成された発光領域では、活性層中の材料の組成及び厚みの少なくとも一方が異なることによって、結晶面に応じて発光波長が異なることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の半導体発光素子の製造方法は、｛０００１｝面、Ｃ面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる基板主面上に、ウルツ鉱型の化合物半導体層をその表面に段差を有するように形成する工程と、この段差を含んだ化合物半導体層の表面に、Ｓ面、｛１１−２２｝面及びこれら各面に実質的に等価な面の中から選ばれる傾斜面を有するファセット構造を備えた結晶成長層を形成する工程と、を含む。
また、結晶成長層の傾斜面を含む２つ以上の結晶面上に、第１導電型クラッド層、材料の組成及び厚みの少なくとも一方が異なることによって、結晶面に応じて発光波長が異なるＩｎＧａＮ活性層、および第２導電型クラッド層を結晶面に略平行して積層し、発光領域を形成する工程と、２つ以上の結晶面に対応して、発光領域上にそれぞれ独立した電極を形成する工程も含む。
【００１３】
本発明の半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法では、基板主面上にウルツ鉱型の化合物半導体層がその表面に段差を有するように形成されることから、その段差部分での面方位に依存した成長速度の違いを利用して、ファセット構造を有する結晶成長層を形成することができる。このファセット構造においては、基板主面に対して傾斜した傾斜面が形成されることになり、貫通転位などの結晶欠陥は当該傾斜面で十分に低減される。第１導電型クラッド層、活性層、および第２導電型クラッド層の積層構造は、この部分に電流を注入することで発光領域として機能するが、特に本発明においては基板主面に対して傾斜した傾斜面がそのまま埋めこまれることなく利用され、転位の低減と共に埋めこみのための工程も不要であるため、その製造が簡便なものとなる。
【００１４】
また、本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法では、結晶成長層の傾斜面を含む２つ以上の結晶面にそれぞれ第１導電型クラッド層、ＩｎＧａＮ活性層、および第２導電型クラッド層がそれぞれ発光領域として形成され、２つ以上の結晶面に対応した各発光領域にそれぞれ独立の電極が形成される。独立した電極を形成することで、別個の信号を与えて駆動することができ、１つの素子で2箇所から独立して発光させることができ、更には異なる波長での発光も可能なことから多色化も実現可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法について詳細に説明する。
【００１６】
本発明の半導体発光素子は、基板主面上にウルツ鉱型の化合物半導体層をその表面に段差を有するように形成し、前記段差を含んだ前記化合物半導体層の表面に結晶成長によって前記基板主面に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造を有する結晶成長層を形成し、前記傾斜面に平行に延在される領域に第１導電型クラッド層、活性層、および第２導電型クラッド層を形成してなることを特徴とする。
【００１７】
本発明の半導体発光素子に用いられる基板としては、次にウルツ鉱型の化合物半導体層を形成し得るものであれば特に限定されず、種々のものを使用できる。例示すると、基板として用いることができるのは、サファイア（Ａｌ２Ｏ３、Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む。）、ＧａＮ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＭｇＯ、ＬｉＧａＯ２、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＩｎＡｌＧａＮなどからなる基板であり、好ましくはこれらの材料からなる六方晶系基板または立方晶系基板であり、より好ましくは六方晶系基板である。例えば、サファイヤ基板を用いる場合では、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としたサファイヤ基板を用いることができる。この場合の基板主面としてのＣ面は、５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。
【００１８】
この基板主面上に形成される化合物半導体層としては、後の工程でファセット構造を形成することからウルツ鉱型の化合物半導体であることが好ましい。さらに化合物半導体層としてはウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化物半導体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＳ系化合物半導体、およびＢｅＭｇＺｎＣｄＯ系化合物半導体などが好ましい。
【００１９】
窒化物半導体からなる結晶層としては、例えばＩＩＩ族系化合物半導体を用いることができ、更には窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系化合物半導体、窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体を好ましくは形成することができ、特に窒化ガリウム系化合物半導体が好ましい。なお、本発明において、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなどは必ずしも、３元混晶のみ、２元混晶のみの窒化物半導体を指すのではなく、例えばＩｎＧａＮでは、ＩｎＧａＮの作用を変化させない範囲での微量のＡｌ、その他の不純物を含んでいても本発明の範囲であることはいうまでもない。また、Ｓ面に実質的に等価な面とは、Ｓ面に対して５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。ここで本明細書中、窒化物とはＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＴａをＩＩＩ族とし、Ｖ族にＮを含む化合物を指し、全体の１％以内若しくは１ｘ１０２０ｃｍ３以下の不純物の混入を含む場合もある。
【００２０】
この化合物半導体層の成長方法としては、種々の気相成長法を挙げることができ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いることができる。その中でもＭＯＶＰＥ法によると、迅速に結晶性の良いものが得られる。ＭＯＶＰＥ法では、ＧａソースとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＡｌソースとしてはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）、Ｉｎソースとしては、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＩ（トリエチルインジウム）などのアルキル金属化合物が多く使用され、窒素源としてはアンモニア、ヒドラジンなどのガスが使用される。また、不純物ソースとしてはＳｉであればシランガス、Ｇｅであればゲルマンガス、ＭｇであればＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）、ＺｎであればＤＥＺ（ジエチルジンク）などのガスが使用される。ＭＯＶＰＥ法では、これらのガスを例えば６００°Ｃ以上に加熱された基板の表面に供給して、ガスを分解することにより、ＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体をエピタキシャル成長させることができる。
【００２１】
本発明においては、基板主面に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造を結晶成長によって形成するために、その結晶成長の下層となる化合物半導体層の表面には段差が形成される。この段差は、その段差部分で基板上に現れる結晶面例えば基板主面に垂直な結晶面が、他の基板主面に平行な結晶面とは異なる成長速度で結晶を成長させ、その結果としてファセット構造を形成する機能を有している。段差は、全面に化合物半導体層を形成した後、フォトリソグラフィーと異方性エッチングによって形成でき、酸化シリコン層や窒化シリコン層などのマスク材料を活用しても良い。この段差の形状としては、基板主面に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造にし得る形状であれば特に限定されるものではなく、一例としてストライプ状、矩形状、丸形状、三角形状、又は六角形状などの多角形形状とされる。ここで挙げた段差の形状とは、高低差のある部分の平面形状を指し、たとえば三角形状という場合には、三角柱状に突出する場合と三角柱状に凹部を形成する場合の両方があるが、本明細書ではその両方を含むものとする。段差が形成される領域は化合物半導体層の全表面でも良く、一部だけでも良い。また、異なる形状の段差を組み合わせて形成するようにしても良い。
【００２２】
このような段差を形成したところで、結晶成長によって傾斜面を有するファセット構造を有する結晶成長層を形成する。結晶成長は、前述の化合物半導体層の形成のための方法と同じ方法で行うことができる。具体的には、成長方法としては、種々の気相成長法を挙げることができ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いることができる。また、段差上に形成される結晶成長層の材料は、一例として、その下の化合物半導体層を同じ材料を選ぶことができるが、段差を反映して結晶成長によってファセット構造を形成する材料であれば他の化合物半導体材料を選ぶことも可能である。
【００２３】
本発明の半導体発光素子およびその製造方法においては、結晶成長によりファセット構造を有する結晶成長層を形成した場合には、基板主面に対して傾斜した傾斜面としてＳ面及び｛１１−２２｝面またはこれらの各面に実質的に等価な面の中から選ばれる面を有することが望ましい。例えば、基板主面をＣ面とした場合では、Ｓ面またはＳ面に実質的に等価な面を容易に形成することが可能である。Ｓ面はＣ＋面の上に選択成長した際に見られる安定面であり、比較的得やすい面であって六方晶系の面指数では（１−１０１）である。Ｃ面にＣ＋面とＣ−面が存在するのと同様に、Ｓ面についてはＳ＋面とＳ−面が存在するが、本明細書においては、特に断らない場合は、Ｃ＋面ＧａＮ上にＳ＋面を成長しており、これをＳ面として説明している。なお、Ｓ面についてはＳ＋面が安定面である。またＣ＋面の面指数は（０００１）である。
【００２４】
このＳ面ついては、窒化ガリウム系化合物半導体で結晶層を構成した場合には、Ｓ面上、ＧａからＮへのボンド数が２または３とＣ−面の次に多くなる。ここでＣ−面はＣ＋面の上には事実上得ることができないので、Ｓ面でのボンド数は最も多いものとなる。例えば、Ｃ＋面を主面に有するサファイア基板に窒化物を成長した場合、一般にウルツ鉱型の窒化物の表面はＣ＋面になるが、選択成長を利用することでＳ面を安定して形成することができ、Ｃ＋面に平行な面では脱離しやすい傾向をもつＮのボンドがＧａから一本のボンドで結合しているのに対し、傾いたＳ面では少なくとも一本以上のポンドで結合することになる。従って、実効的にV/III 比が上昇することになり、積層構造の結晶性の向上に有利である。また、基板と異なる方位に成長すると基板から上に伸びた転位が曲がることもあり、欠陥の低減にも有利となる。
【００２５】
結晶成長層がどのような傾斜面を有するファセット構造を持つかは、結晶成長時の成長条件や段差部或いはマスク部の形状によって制御できるものである。例えばストライプ状に延在される段差部が窒化ガリウム系半導体層の表面に形成されているものとすると、そのストライプの長手方向が（１１−２０）方向であれば、Ｓ面を傾斜面とするファセット構造がストライプの長手方向に垂直な面の断面が逆Ｖ字状となるように形成される。ここで段差の形状はストライプ状とは限らないため、結晶成長層の逆Ｖ字状の断面は種々の形状で現れる。結晶成長層の形状は、例えばストライプ状、矩形状、丸形状、三角形状、又は六角形状である。結晶成長層は段差の形状を反映して成長され、該段差の端部の延在方向は（１−１００）方向に略垂直、または（１１−２０）方向に略垂直に設定することで、横方向の成長と垂直方向の成長の速度差が得られてファセット構造が得られることになる。結晶成長層の成長温度は約１１００℃以下とするのが好ましい。もし結晶成長層の成長温度が１１００℃より高いと結晶の特性（特に光学的特性）が悪化するという不都合が発生するからである。また、結晶成長層の成長時の圧力は約１００Ｔｏｒｒ以上とするのが好ましい。結晶成長層の成長時の圧力が１００Ｔｏｒｒ未満であるなら成長条件が変わってしまい、形成される面が異なったり、導電性が失われやすいという不都合が発生するからである。
【００２６】
このようなファセット構造を有する結晶成長層には、傾斜面に平行に延在される領域に第１導電型クラッド層、活性層、および第２導電型クラッド層が積層される。本発明者らの行った実験において、カソードルミネッセンスを用い、成長したファセット構造を観測してみると、傾斜面であるＳ面の結晶は良質でありＣ＋面に比較して発光効率が高くなっていることが示されている。特にＩｎＧａＮ活性層の成長温度は例えば７００〜８００°Ｃとする。この温度ではアンモニアの分解効率が低く、よりＮ種が必要とされる。またＡＦＭで表面を見たところステップが揃ってＩｎＧａＮ取り込みに適した面が観測された。さらにその上、Ｍｇドープ層の成長表面は一般にＡＦＭレベルでの表面状態が悪いが、Ｓ面の成長によりこのＭｇドープ層も良い表面状態で成長し、しかもドーピング条件がかなり異なることがわかっている。また、顕微フォトルミネッセンスマッピングを行うと、０. ５- １μｍ程度の分解能で測定することができるが、Ｃ+ 面の上に成長した通常の方法では、１μｍピッチ程度のむらが存在し、選択成長でＳ面を得た試料については均一な結果が得られた。また、ＳＥＭで見た斜面の平坦性もＣ+ 面より滑らかに成っている。
【００２７】
傾斜面に平行に延在される領域に積層される第１導電型クラッド層、活性層、および第２導電型クラッド層において、第１導電型はｐ型又はｎ型であり、第２導電型はその反対の導電型である。例えばＳ面を構成する結晶層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成した場合では、ｎ型クラッド層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成し、その上にＩｎＧａＮ層を活性層として形成し、さらにその上にｐ型クラッド層としてマグネシウムドープの窒化ガリウム系化合物半導体層を形成してダブルヘテロ構造を形成することができる。活性層であるＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造や片側だけにＡｌＧａＮ層を形成する構造とすることも可能である。また、活性層は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。活性層をＩｎＧａＮ層とした場合には、特に製造工程上も製造し易い構造となり、素子の発光特性を良くすることができる。さらにこのＩｎＧａＮ層は、窒素原子の脱離しにくい構造であるＳ面の上での成長では特に結晶化しやすくしかも結晶性も良くなり、発光効率を上げることが出来る。なお、窒化物半導体はノンドープでも結晶中にできる窒素空孔のためにｎ型となる性質があるが、通常Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅなどのドナー不純物を結晶成長中にドープすることで、キャリア濃度の好ましいｎ型とすることができる。また、窒化物半導体をｐ型とするには、結晶中にＭｇ、Ｚｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａなどのアクセプター不純物をドープすることによって得られるが、高キャリア濃度のｐ層を得るためには、アクセプター不純物のドープ後、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気で４００℃以上でアニーリングを行うことが好ましく、電子線照射などにより活性化する方法もあり、マイクロ波照射、光照射などで活性化する方法もある。このような活性層は一回の成長によって形成された半導体結晶層から構成されることが望ましい。一回の成長とは単一または連続した一連の膜形成処理を以って成長されることを指し、活性層自体を複数回形成する工程を含まない。
【００２８】
これら第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層は、傾斜面に平行な面内に延在されるが、このような傾斜面に平行な面内への形成は、傾斜面が形成されているところで続けて結晶成長させれば容易に行うことができる。第１導電型クラッド層はＳ面を構成する結晶層と同じ材料で同じ導電型とすることができ、Ｓ面を構成する結晶層を形成した後、連続的に濃度を調整しながら形成することもでき、また他の例として、Ｓ面の構成する結晶層の一部が第１導電型クラッド層として機能する構造であっても良い。
【００２９】
本発明の半導体発光素子では、結晶成長によって形成された傾斜面の結晶性の良さを利用して、発光効率を高めることができる。特に、結晶性が良いＳ面にのみ電流を注入すると、Ｓ面はＩｎの取り込みもよく結晶性も良いので発光効率を高くすることができる。更にＩｎＧａＮ活性層を用いて多色化するためには、十分にＩｎが結晶として取り込まれる必要があり、Ｓ面の良好な結晶性を利用することで発光効率を高めることができ、かつ多色発光に望ましい構造となる。すなわち、Ｃ+ 面上に成長する限りでは脱離し易いと思われるＮのボンドがＧａから一本しか出ておらず、分解効率が低いアンモニアを用いて成長する限りでは実効的なＶ／ＩＩＩ比が大きく出来ないことになり、良質の結晶成長を行うためには多くの工夫を必要とする。しかし、Ｓ 面での成長ではＮのボンドはＧａに対して2 本又は3 本でつながっているため、Ｎは脱離しにくい傾向になることになり、実効的なＶ／ＩＩＩ 比が高くなると考えられる。これはＳ面成長のみに限らずＣ＋面以外の成長ではすべてＮへのＧａからのボンドの数は増える傾向にあるためにＣ＋面を用いないで成長することはすべて高品質化につながる言える。そして結晶へのＩｎ取り込み量は事実上大きくなる。このようにＩｎの取り込み量が多くなった場合には、Ｉｎの取り込み量でバンドギャップエネルギーが支配されるため、多色化に好適となる。
【００３０】
本発明の半導体発光素子の一例においては、発光波長が互いに異なる２つの発光領域が形成される。また、同一の素子から３種類の発光波長を有するように互いに異なる３つの発光領域を形成するようにすることもできる。各発光領域は結晶成長層の傾斜面を含む２つ以上の結晶面にそれぞれ形成される。例えば基板主面がＣ面であり且つ傾斜面としてＳ面が形成されている場合では、発光領域の１つはＳ面に平行な領域であり、異なる発光波長の他の発光領域はＣ面の結晶面に対応した領域に形成することができる。発光波長を異ならせる方法として、発光領域の間では活性層の組成及び厚さの少なくとも一方が異なるように設定される。すなわち、活性層の組成だけが異なっていても良く、活性層の厚さだけが異なっていても良く、活性層の組成及び厚さの両方が異なっていても良い。
【００３１】
組成の変化としては、活性層を構成する３元混晶や２元混晶の混晶比を同じ活性層内で変化させることでも可能であり、例えば活性層をＩｎＧａＮ活性層によって構成した場合では、活性層に含有されるＩｎの量を多くすることで、より長波長の半導体発光素子を構成することができる。ＩｎＧａＮ層の結晶成長において、ＩｎＧａＮ の特にＩｎのマイグレーション長は、Ｉｎ組成の比較的大きいＩｎＧａＮ層の結晶成長でほぼ最適となる７００°Ｃ程度で約１から２μm程度 と見積もられる。これはマスク上に析出するＩｎＧａＮ が選択成長した部分から約１から２μm程度しか成長しないからである。このことから、Ｉｎのマイグレーション長はその程度と考えられ、このようにマスク部分から成長部分にかけてＩｎＧａＮ でのＩｎなどのマイグレーション長は比較的短いため、その面の中でＩｎの組成や、ＩｎＧａＮ の厚さが異なることがある。
【００３２】
このように活性層から取り出される光の波長は、面内でまたは基板上で比較的場所により変わりやすい性質があるが、それはＩｎのマイグレーション距離がＩｎＧａＮ の成長に適した７００°Ｃ程度では短くなることが原因と考えられる。本発明の半導体発光素子は、このように同一の活性層内で領域に応じて発光波長が変化することを積極的に活用し、ほぼ同じ発光波長の領域を一領域として、発光波長の異なる第１発光領域及び第２発光領域にそれぞれ電流を注入可能とする。それぞれ独立して電流を注入するため、第１発光領域及び第２発光領域には独立した電極が形成されるが、一方の側の電極は共通化することもできる。このような波長の異なる領域を同一活性層に２または３箇所以上形成し、独立して電流を注入することで多色半導体発光素子を構成することができ、さらには同時に多色の素子を発光させるように制御することで混色や白色発光の半導体発光素子を構成することができる。
【００３３】
傾斜面を伴うファセット構造上に形成される結晶層においては、場所、面方位などの複雑な作用で実効的Ｖ／ＩＩＩ 比は決まってくるものと思われる。また成長温度が異なっても成長条件は変わりファセットの成長に影響する。或る実験データによれば、選択成長されたダブルへテロ構造のカソードルミネッセンスを調べた結果、下部から上部にかけて１００ｎｍも長波長シフトしているサンプルが得られている。この実験データからそれぞれの波長領域でそのダブルへテロ構造に異なる電極を設けることで、一回の成長で異なる波長発光色の第１発光領域、第２発光領域、更には第３発光領域を設けることもでき、多色や白色の発光が可能な半導体発光素子を製造できる。
【００３４】
一例としてストライプ状の段差を形成した後、結晶成長によってＳ面からなる傾斜面とＣ面とを有するファセット構造を形成した場合では、傾斜面に形成される発光領域が長波長とされ、Ｃ面に形成される発光領域を短波長とすることができる。成長条件によっては、逆もありうる。また、同じＣ面であっても基板からの距離に応じてＩｎの取り込みなどを異ならせ、その結果として発光波長を異ならせることも可能であり、第１、第２発光領域に加えて更に発光波長の異なる第３発光領域を設けることもできる。
【００３５】
このような発光波長の異なる、独立して電流を注入可能とするための電極が形成される。この電極形成は、それぞれの領域ごとに形成されるものであるが、ｐ電極またはｎ電極の一方は共通化することもできる。接触抵抗を下げるために、コンタクト層を形成し、その後で電極をコンタクト層上に形成しても良い。一般的に各電極は多層の金属膜を蒸着などによって被着して形成されるが、領域ごとに区分するためにフォトリソグラフィーを用いてリフトオフなどにより微細加工することができる。各電極は選択結晶成長層や基板の一方の面に形成することもでき、両側に電極を形成してより高密度で電極を配線するようにすることもできる。また、独立して駆動される電極はそれぞれ同じ材料を微細加工して形成したものであっても良いが、領域ごとに異なる材料の電極材料を使用することも可能である。レジスト層は厚みを１μｍ以上とするのが好ましい。レジスト層を厚み１μｍ未満となるように形成してリフトオフしたのでは、リフトオフしにくくなり、金属の抜けが悪くなるという不都合が発生するからである。
【００３６】
各波長領域に注入される電流は独立して与えられるものであっても良く、その場合には本発明の半導体発光素子がＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）、ＣＹＭ（シアン、イエロー、マゼンタ）などの３原色を発光する構造を有するものとすることで、フルカラーディスプレーなどのカラー画像表示装置を製造できる。また、本発明の３原色や２色以上の発光色を有する半導体発光素子を複数個配列した上で、同じ電流を各発光領域に注入することで、白色や混色の照明装置としても利用できる。
【００３７】
以下、本発明を各実施形態を参照しながら更に詳細に説明する。なお、本発明の半導体発光素子は、その要旨を逸脱しない範囲で変形、変更などが可能であり、本発明は以下の各実施形態に限定されるものではない。
【００３８】
［第１の実施形態］
本実施形態は、サファイヤ基板上にストライプ状の段差を複数形成して、そのストライプ状の段差を利用して傾斜面を有するファセット構造の結晶成長層が形成されて半導体発光素子が製造される例である。図１の（a）から（ｄ）までおよび図２の（e）から（ｇ）までを参照しながら、製造方法と共に素子構造についても説明する。
【００３９】
先ず、図１の（a）に示すように、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板１０の上に、１０００℃でアンドープのＧａＮ層を形成する。その際、サファイヤ基板とＧａＮ層の間に、５００℃の低温でＡｌＮ又はＧａＮのいずれかの図示しない低温バッファ層を形成することが多い。以下、製造プロセスは７４０Torrのほぼ常圧（或いは２００Torr以上の範囲であれば良い。）で層の成長が進められる。
【００４０】
次に、図１の（ｂ）に示すように、シリコンドープのＧａＮ層１１上にＳｉＯ２またはＳｉＮからなるマスク層１２を全面に厚み１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で形成する。このマスク層１２をフォトレジスト層を用いたフォトリソグラフィとエッチングによってパターンニングする。ここでマスク層１２に形成される開口部１３のパターンは、ストライプ状であり所定の間隔で平行に並ぶ形状とされる。このストライプの延長方向は一例として（１１−２０）方向または（１−１００）方向であり、この開口部１３の幅は通常０．１μｍから１０μｍ程度である。マスク層１２に複数の平行な開口部１３を形成した後、レジスト層を除去し、マスク層１２に形成された開口部１３の底部にＧａＮ層１１を臨ませる。
【００４１】
次にマスク層１２をマスクとして、ＧａＮ層１１の表面をエッチングする。このとき開口部１３のストライプ形状を反映してＧａＮ層１１の表面が削られ、マスク層１２の直下の部分とは高低差が生じた段差１４が形成される。この段差１４の平面パターンは開口部１３の形状を反映したものとなる。段差１４の形成後、マスク層１２がフッ酸などによって除去され、図１の（ｃ）に示す状態となる。
【００４２】
このような段差１４が形成された状態で、ＧａＮ：Ｓｉのエピタキシャル成長を行い、傾斜面を有するファセット構造１７をもった結晶成長層を形成する。このエピタキシャル成長は、基板の昇温後に、気相成長（ＶＰＥ）法や有機金属化合物気相成長（ＭＯＣＶＤ）を用いることができる。この結晶成長時には、段差１４における結晶成長速度の違いから時間の経過と共に傾斜面のファセットが出現する。図１の（ｄ）において、傾斜面１６は例えばＳ面即ち｛１−１０１｝面であり、或いは｛１１−２２｝面であっても良い。この傾斜面１６が段差１４の低い部分を谷とするように形成され、ストライプ状の段差１４の形状を反映して一対の傾斜面１６同士が対峙する。即ち、ファセット構造１７では、断面逆Ｖ字状の突条部がストライプの長手方向に亘って延在される。
【００４３】
傾斜面１６を伴うファセット構造１７を形成した後、さらにＳｉドープのＧａＮ層を形成し、その後成長温度を低減してＩｎＧａＮ層を形成し、さらにＭｇドープのＧａＮ層１８を形成する。ＳｉドープのＧａＮ層は第１導電型のクラッド層として機能し、ＩｎＧａＮ層は活性層として機能し、ＭｇドープのＧａＮ層１８は第２導電型のクラッド層として機能する。なお、図２の（ｅ）ではＭｇドープのＧａＮ層１８の下層に、線１９として描かれたＳｉドープのＧａＮ層とＩｎＧａＮ層が存在する。これらの発光領域を形成する各層は傾斜面１６を伴うファセット構造１７の上に形成されているため、傾斜面１６に平行に延在した構造をそれぞれ有している。その際のＩｎＧａＮ 層の厚さは０．５ｎｍ から１０ｎｍ程度であり、さらに望ましくは１ｎｍから３ｎｍ程度である。さらに（Ａｌ）ＧａＮ/ＩｎＧａＮ構造の量子井戸構造や多重量子井戸構造などにすることもあり、ガイド層ＧａＮ またはＩｎＧａＮ を用いて多重構造としても良い。その際、ＩｎＧａＮ のすぐ上の層にはＡｌＧａＮ 層を成長することもできる。本実施形態では、活性層およびクラッド層が傾斜面１６を伴うファセット構造１７上に直接形成されるため、傾斜面を埋めこむ工程が不要である。さらに、傾斜面がＳ面などによる場合では、結合のためのガリウムから窒素へのボンド数も他の面に比較して多くなることから、結晶が高品質化することになる。
【００４４】
その後、ＧａＮ層１１などを一部除去して開口部２０を形成する。さらにその一部除去した開口部２０の領域内にTi/Al/Pt/Au 電極を蒸着する。このTi/Al/Pt/Au 電極が図２の（ｆ）に示すようにｎ電極２１となる。
【００４５】
ｎ電極２１を形成した後、ＭｇドープのＧａＮ層１８の最表層にNi/Pt/Au電極またはNi（Pd）/Pt/Au電極を蒸着する。この電極層の蒸着により図２の（ｇ）に示すようなｐ電極２２が形成される。なお、ｐ電極として、透明電極を形成した場合には上面から光を取り出すことができ、膜厚の厚い電極を形成することで下面から光を取り出すことができる。
【００４６】
このような製造工程で製造された半導体発光素子は、図２の（ｇ）に示す構造を有する。その主な構成は、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板１０上に、シリコンドープのＧａＮ層１１が積層され、そのＧａＮ層１１の表面に形成された段差１４を利用してＣ＋面に対して傾斜した傾斜面１６を有するファセット構造１７が形成される。続いて、この傾斜面１６に平行な面に延在される構造のＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層１８を形成し、２つのＧａＮ層で挟まれたＩｎＧａＮ層が活性層として光を発生させる。ｎ電極２１はＳｉドープのＧａＮ層１１に接続され、ｐ電極２２がＭｇドープのＧａＮ層１８上に形成され、これらｐ電極２２とｎ電極２１の間にある活性層に電流を供給して、素子を発光させる。
【００４７】
この構造の半導体発光素子では、先ず、傾斜面１６を伴うファセット構造１７が活性層が形成される前に形成されているため、基板からの貫通転位がある場合でも、その傾斜面１６で貫通転位が曲げられることになり、結晶欠陥を抑制することができる。また、本実施形態では、傾斜面１６を伴うファセット構造１７がＧａＮ層によって埋めこまれることがなく、工程数が増大することもなく比較的に短時間での製造が可能である。また、クラッド層及び活性層は基板主面に対して傾斜した傾斜面１６を利用して形成されるため、傾斜面１６における増大したボンド数を利用し、良質な結晶部分を発光領域とすることができる。
【００４８】
本実施形態にかかる半導体発光素子は発光ダイオードとして使用することが可能であるが、素子の端部に共振器端面を形成することで半導体レーザーとして使用することもできる。また、後述するような波長の異なる２以上の発光領域にそれぞれ電極を形成することで、多色の発光ダイオードや半導体レーザーとすることもできる。
【００４９】
［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態と同様に、ストライプ状の段差を形成して半導体発光素子を製造する方法であるが、そのファセット構造が異なる形状となっている。図３の（a）から（ｄ）までおよび図４の（e）から（ｇ）までを参照しながら、製造方法と共に素子構造とについて説明する。
【００５０】
先ず、図３の（a）に示すように、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板１０の上に、１０００℃でアンドープのＧａＮ層を形成する。その際、サファイヤ基板とＧａＮ層の間に、５００℃の低温でＡｌＮ又はＧａＮのいずれかの図示しない低温バッファ層を形成することが多い。なお、本製造プロセスでは７４０Torrのほぼ常圧で層の成長が進められる。
【００５１】
次に、図３の（ｂ）に示すように、シリコンドープのＧａＮ層３１上にＳｉＯ２またはＳｉＮからなるマスク層３２を全面に厚み１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で形成する。このマスク層３２をフォトレジスト層を用いたフォトリソグラフィとエッチングによってパターンニングする。ここでマスク層３２に形成される開口部３３のパターンは、ストライプ状であり所定の間隔で平行に並ぶ形状とされる。このストライプの延長方向は一例として（１１−２０）方向または（１−１００）方向であり、この開口部３３の幅は通常０．１μｍから１０μｍ程度である。マスク層３２に複数の平行な開口部３３を形成した後、前述の第１の実施形態と同様にレジスト層を除去し、マスク層３２に形成された開口部３３の底部にＧａＮ層３１を臨ませる。
【００５２】
次にマスク層３２をマスクとして、ＧａＮ層３１の表面をエッチングする。このとき開口部３３のストライプ形状を反映してＧａＮ層３１の表面が削られ、マスク層３２の直下の部分とは高低差が生じた段差３４が形成される。この段差３４の平面パターンは開口部３３の形状を反映したものとなる。段差３４の形成後、マスク層３２がフッ酸などによって除去され、図３の（ｃ）に示す状態となる。
【００５３】
このような段差３４が形成された状態で、エピタキシャル成長を行い、傾斜面を有するファセット構造をもった結晶成長層を形成する。このエピタキシャル成長は、基板の昇温後に、気相成長（ＶＰＥ）法や有機金属化合物気相成長（ＭＯＣＶＤ）を用いることができる。この結晶成長時には段差３４における結晶成長速度の違いから時間の経過と共に傾斜面のファセットが出現する。図３の（ｄ）において、傾斜面３５は例えば｛１１−２２｝面であり、或いはＳ面であっても良い。この傾斜面３５が段差３４の低い部分を谷とするように形成され、ストライプ状の段差３４の形状を反映して一対の傾斜面３５同士が対峙する。この例では、一対の傾斜面３５同士の間に平坦なＣ面からなるファセット底面部３７が形成され、段差３４の高い部分はＣ面が保たれ結晶成長によってファセット上面部３６となる。
【００５４】
傾斜面３５、ファセット底面部３７、及びファセット上面部３６を伴うファセット構造３８を形成した後、さらにＳｉドープのＧａＮ層を形成し、その後成長温度を低減してＩｎＧａＮ層を形成し、図４の（e）に示すように、さらにＭｇドープのＧａＮ層３９を形成する。ＳｉドープのＧａＮ層は第１導電型のクラッド層として機能し、ＩｎＧａＮ層は活性層として機能し、ＭｇドープのＧａＮ層３９は第２導電型のクラッド層として機能する。なお、ＭｇドープのＧａＮ層３９の下層に、線４０として描かれたＩｎＧａＮ層とＳｉドープのＧａＮ層とが存在する。これらの発光領域を形成する各層は傾斜面３５を伴うファセット構造３８の上に形成されているため、傾斜面３５に平行に延在し、且つＣ面を示すファセット底面部３７及びＣ面を示すファセット上面部３６にもそれぞれ平行に延在される。その際のＩｎＧａＮ 層の厚さは０．５ｎｍ から６ｎｍ程度である。さらに（Ａｌ）ＧａＮ/ＩｎＧａＮ構造の量子井戸構造や多重量子井戸構造などにすることもあり、ガイド層ＧａＮ またはＩｎＧａＮ を用いて多重構造としても良い。その際、ＩｎＧａＮ のすぐ上の層にはＡｌＧａＮ 層を成長することもできる。本実施形態では、活性層およびクラッド層が傾斜面３５を伴うファセット構造３８上に直接形成されるため、傾斜面を埋めこむ工程が不要である。
【００５５】
その後、第１の実施形態と同様に、ＧａＮ層３１などを一部除去して開口部４２を形成する。さらにその一部除去した開口部４２の領域内にTi/Al/Pt/Au 電極を蒸着する。このTi/Al/Pt/Au 電極が図４の（ｆ）に示すようにｎ電極４１となる。
【００５６】
ｎ電極２１を形成した後、第１の実施形態と同様に、ＭｇドープのＧａＮ層３９の最表層にNi/Pt/Au電極またはNi（Pd）/Pt/Au電極を蒸着する。この電極層の蒸着により図４の（ｇ）に示すようなｐ電極４３が形成される。
【００５７】
このような製造工程で製造された半導体発光素子は、図４の（ｇ）に示す構造を有する。その主な構成は、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板３０上に、シリコンドープのＧａＮ層３１が積層され、そのＧａＮ層３１の表面に形成された段差３４を利用してＣ＋面に対して傾斜した傾斜面３５を有するファセット構造３８が形成される。続いて、この傾斜面３５及びＣ面に平行な面に延在される構造のＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層を形成し、２つのＧａＮ層で挟まれたＩｎＧａＮ層が活性層として光を発生させる。ｎ電極４１はＳｉドープのＧａＮ層３１に接続され、ｐ電極４３がＭｇドープのＧａＮ層３９上に形成され、これらｐ電極４３とｎ電極４１の間にある活性層に電流を供給して、素子を発光させる。
【００５８】
先ず、この構造の半導体発光素子では活性層が形成される前に傾斜面３５を伴うファセット構造３８が形成されているため、基板からの貫通転位がある場合でも、その傾斜面３５で貫通転位が曲げられることになり、結晶欠陥を抑制することができる。また、本実施形態では、傾斜面３５を伴うファセット構造３８がＧａＮ層によって埋めこまれることがなく、工程数が増大することもなく比較的に短時間での製造が可能である。また、クラッド層及び活性層は基板主面に対して傾斜した傾斜面３５を利用して形成されるため、傾斜面３５における増大したボンド数を利用し、良質な結晶部分を発光領域とすることができる。
【００５９】
本実施形態にかかる半導体発光素子は発光ダイオードとして使用することが可能であるが、素子の端部に共振器端面を形成することで半導体レーザーとして使用することもできる。また、後述するような波長の異なる２以上の発光領域にそれぞれ電極を形成することで、多色の発光ダイオードや半導体レーザーとすることもできる。
【００６０】
［第３の実施形態］
本実施形態は、基板主面の全面に逆六角錐状のパターンを配列した結晶成長層を利用する半導体発光素子とその製造方法の例である。図５は、半導体発光素子に用いられる結晶成長層を斜視図で示したものである。結晶成長層は、第１及び第２の実施形態と同様に、サファイヤ基板５０の上にシリコンドープのＧａＮ層５１を形成した構造を有し、シリコンドープのＧａＮ層５１上に図示しない段差を一旦形成した後で、図５に示すような逆六角錐状のパターンにシリコンドープのＧａＮ層５１を成長させた構造を有する。
【００６１】
ここで段差について図６を参照しながら説明すると、例えば、図６の（ａ）に示すような正六角形６１の凹部が平面上に複数配列されるように形成される。この正六角形６１の凹部の並べ方は、例えばハニカム型のように凹部の辺同士が所定間隔空けて隣接するようなパターンとすることができる。また、その間隔を無くすようにすることもできる。図６の（ｂ）に示すような逆六角錐形状６３の結晶を成長させる目的で、正六角形６１の凹部すなわち段差の端部の方向として、例えば（１−１００）方向に垂直な端部６２や、或いは（１１−２０）方向に垂直な端部を選択できる。結晶成長の条件によって、逆六角錐形状６３の最も低い部分６４の角度は約６０度にでき、ちょうど正六角錐が逆さになった形状も可能である。また、底面がＣ面であるような六角錐台形が逆になった形状も可能である。
【００６２】
図５に示すような逆六角錐状のパターンにシリコンドープのＧａＮ層５１を成長させたところで、ＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層を順次積層し形成する。逆六角錐状のパターンはファセット構造の傾斜面であり、これらの層を積層することで、傾斜面に平行に延在される各層が形成される。２つのＧａＮ層で挟まれたＩｎＧａＮ層が活性層として光を発生させる。
【００６３】
なお、本実施形態にかかる半導体発光素子も、第１及び第２の実施形態と同様に、発光ダイオードとして使用することが可能であるが、素子の端部に共振器端面を形成することで半導体レーザーとして使用することもできる。また、後述するような波長の異なる２以上の発光領域にそれぞれ電極を形成することで、多色の発光ダイオードや半導体レーザーとすることもできる。なお、本製造プロセスでは約７４０Torrのほぼ常圧で層の成長が進められる。
【００６４】
［第４の実施形態］
本実施形態はストライプ状の段差によって略Ｖ字状の発光領域を形成し、その発光領域に対する電極を形成する方法についての実施形態である。図７の（ａ）〜（ｃ）及び図８の（ｄ）〜（ｆ）を参照しながらその工程について説明する。
【００６５】
初めに、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板７０を用意し、そのサファイヤ基板７０上にシリコンドープのＧａＮ層７１を積層する。このシリコンドープのＧａＮ層７１の積層前に低温バッファ層を形成しても良い。シリコンドープのＧａＮ層７１には、第２の実施形態の如きストライプ状の段差が形成され、その段差を利用して更に結晶成長が行われ、図７の（ａ）に示すような略Ｖ字状の谷部７２を有したＧａＮ層７１に成長させる。略Ｖ字状の谷部７２は傾斜面が所定の角度を持って対峙したものであり、たとえばＳ面同士又は｛１１−２２｝面同士またはこれらに実質的に同等な傾斜面同士によって構成される。略Ｖ字状の谷部７２は所要の角度を有するものでも良いが、底部にＣ面に平行な面が出ていても良い。
【００６６】
次いで、ＧａＮ層７１上にＳｉドープのＧａＮ層、図中、線で示すＩｎＧａＮ層７５、ＭｇドープのＧａＮ層７３を順次積層し形成する。これらＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層７５、ＭｇドープのＧａＮ層７３によって、発光領域が形成される。略Ｖ字状の谷部７２にも、発光領域がこれらＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層７５、ＭｇドープのＧａＮ層７３の積層構造によって形成される。続いて、全面に酸化シリコン層７４を形成する。この酸化シリコン層７４は前記略Ｖ字状の谷部７２の内側も覆うように形成される。なお、本製造プロセスでは約７４０Torrのほぼ常圧で層の成長が進められる。
【００６７】
酸化シリコン層７４を全面に形成した後、、全面にレジスト層７６が塗布され、図７の（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術から電極を形成すべき略Ｖ字状の谷部７２に対応した領域に開口部７７を形成する。この開口部７７の底部では酸化シリコン層７４の表面が臨むことになる。開口部７７は略Ｖ字状の谷部７２の広がり幅よりは短い幅となり、開口部７７の底部には谷部内の傾斜面だけが臨むことになる。
【００６８】
このような開口部７７が形成されたところで、そのレジスト層７６をマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）やフッ酸系のウェットエッチングによって略Ｖ字状の谷部７２に対応した領域に存在する酸化シリコン層７４を除去する。この谷部７２における酸化シリコン層７４の部分的な除去により、その下部のＭｇドープのＧａＮ層７３の表面が露出する。ＭｇドープのＧａＮ層７３の表面が現れたところで、リフトオフによって電極を形成するためのレジスト層７８を形成する。このレジスト層７８はＧａＮ層７３の表面が臨む部分で窓部７９を有し、図７の（ｃ）に示すように、その窓部７９内では酸化シリコン層７４の一部とＭｇドープのＧａＮ層７３の表面が臨む。
【００６９】
このようにレジスト層７８と酸化シリコン層７４の２重のマスク材を形成したところで、図８の（ｄ）に示すように、蒸着によってｐ電極材料を形成する。この蒸着によって形成されるｐ電極材料層８０は、例えばNi/Pt/AuまたはNi（Pd）/Pt/Auの電極層から構成される。レジスト層７８と酸化シリコン層７４の各膜厚に応じた段差からｐ電極材料層８０は窓部７９の段差部分で膜切れ若しくは薄膜化する。その結果として、谷部７２には断面略Ｖ字状のｐ電極８１が形成される。
【００７０】
谷部７２には断面略Ｖ字状のｐ電極８１を形成した後、図８の（e）に示すように、酸化シリコン層７４上のレジスト層７８をアセトンなどの溶剤を用いて除去（リフトオフ）し、谷部７２に延在される断面略Ｖ字状のｐ電極８１のみを残して他のｐ電極材料層８０を除去する。最後に開口部８２をシリコンドープのＧａＮ層７１に到達するように形成し、図８の（ｆ）に示すように、ｎ電極８３を形成する。
【００７１】
上述のような製造工程によって、ストライプ状の段差によって略Ｖ字状の発光領域を形成した場合であっても、谷部７２には断面略Ｖ字状のｐ電極８１を形成することができ、発光領域に電流を注入できる。
【００７２】
［第５の実施形態］
本実施形態はストライプ状の段差によって略Ｖ字状の谷部が形成され、その谷部の間に位置するＣ面に平行な平坦部分に発光領域を形成し、その発光領域に対する電極を形成する方法についての実施形態である。図９の（ａ）〜（ｄ）を参照しながらその工程について説明する。
【００７３】
初めに、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板９０を用意し、そのサファイヤ基板９０上にシリコンドープのＧａＮ層９１を積層する。このシリコンドープのＧａＮ層９１の積層前に低温バッファ層を形成しても良い。シリコンドープのＧａＮ層９１には、第２の実施形態の如きストライプ状の段差が形成され、その段差を利用して更に結晶成長が行われ、図９の（ａ）に示すような略Ｖ字状の谷部９２を有したＧａＮ層９１に成長させる。略Ｖ字状の谷部９２は傾斜面が所定の角度を持って対峙したものであり、たとえばＳ面同士又は｛１１−２２｝面同士またはこれらに実質的に同等な傾斜面同士によって構成される。略Ｖ字状の谷部９２は所要の角度を有するものでも良いが、底部にＣ面に平行な面が出ていても良い。
【００７４】
次いで、ＧａＮ層９１上にＳｉドープのＧａＮ層、図中、線で示すＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層９３を順次積層し形成する。これらＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層９３によって、発光領域が形成される。略Ｖ字状の谷部９２にも、発光領域がこれらＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層９３の積層構造によって形成される。続いて、全面に酸化シリコン層９４を形成する。なお、本製造プロセスでは約７４０Torrのほぼ常圧で層の成長が進められる。
【００７５】
酸化シリコン層９４を全面に形成した後、全面にレジスト層が塗布され、図９の（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術から電極を形成すべきＣ面に平行な平坦部分に開口部が形成される。そして、ＲＩＥやフッ酸用いたウェットエッチングからその開口部の酸化シリコン層９４が除去され、その開口部の形状を反映した窓部９５を介してＭｇドープのＧａＮ層９３の表面が露出する。
【００７６】
次に、ＭｇドープのＧａＮ層７３の表面が現れたところで、フォトリソグラフィーによってｐ電極を形成するためのレジスト層９６を形成する。このレジスト層９６はＧａＮ層７３の表面が臨む部分でやや広めの窓部９６ｄを有し、その窓部９６ｄ内では酸化シリコン層９４の一部とＭｇドープのＧａＮ層９３の表面が臨む。
【００７７】
このようにレジスト層９６と酸化シリコン層９４の２重のマスク材を形成したところで、図９の（ｃ）に示すように、蒸着によってｐ電極材料を形成する。この蒸着によって形成されるｐ電極材料層９７は、例えばNi/Pt/AuまたはNi（Pd）/Pt/Auの電極層から構成される。レジスト層９６と酸化シリコン層９４の各膜厚に応じた段差からｐ電極材料層９７は窓部９６ｄの段差部分で膜切れ若しくは薄膜化する。その結果として、窓部９５には上面側がそれぞれ外側に突出した凹形断面のｐ電極９８が形成される。
【００７８】
このように上面側がそれぞれ外側に突出した凹形断面のｐ電極９８を形成した後、図９の（ｄ）に示すように、酸化シリコン層９４上のレジスト層９６をアセトンなどの溶剤を用いて除去し、上面側がそれぞれ外側に突出した凹形断面のｐ電極９８のみを残して他のｐ電極材料層９７を除去する。最後に開口部１００をシリコンドープのＧａＮ層９１に到達するように形成し、ｎ電極９９を形成する。
【００７９】
上述のような製造工程によって、ストライプ状の段差によって略Ｖ字状の発光領域を形成した場合であっても、凹形断面のｐ電極９８を形成することができ、発光領域に電流を注入できる。
【００８０】
［第６の実施形態］
本実施形態は多色化を図った半導体発光素子の例であり、図１０に示すように、２つの独立した電極が形成されて、長波長発光領域と短波長発光領域が形成される例である。
【００８１】
本実施形態の半導体発光素子は、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板１１０上にシリコンドープのＧａＮ層１１１が積層され、そのＧａＮ層１１１の表面に形成された段差を利用してＣ＋面に対して傾斜した傾斜面１１２を有するファセット構造が形成される。なお、本製造プロセスでも約７４０Torrのほぼ常圧で層の成長が進められる。続いて、この傾斜面１１２及びＣ面に平行な面に延在される構造のＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層１１５を形成する。２つのＧａＮ層で挟まれたＩｎＧａＮ層が活性層として光を発生させる。
【００８２】
特に本実施形態の半導体発光素子においては、ｎ電極１１６は開口部を介してＳｉドープのＧａＮ層１１１に接続されているが、ｐ電極は傾斜面１１２によって形成された略Ｖ字状の谷部に位置する長波長発光領域のｐ電極１１３と、略Ｖ字状の谷部の間の平坦部１１７に形成される短波長発光領域のｐ電極１１４とからなる。略Ｖ字状の谷部に形成されている活性層は、その組成や厚みから長波長例えば緑色又は赤色の発光をする構造とされており、略Ｖ字状の谷部にｐ電極１１３を配設することで、長波長例えば緑色又は赤色の発光が実現される。また、略Ｖ字状の谷部の間の平坦部１１７に形成される活性層についても、その組成や厚みから短波長例えば青色の発光をする構造とされており、平坦部１１７にｐ電極１１４を形成することで、平坦部１１７の活性層に電流が注入されて短波長の発光がなされる。
【００８３】
本実施形態の半導体発光素子では、基板からの貫通転位がある場合でも、その傾斜面１１２で貫通転位が曲げられることになり、結晶欠陥を抑制することができ、このファセット構造はＧａＮ層によって埋めこまれることがないために、工程数が増大することもなく比較的に短時間での製造が可能である。また、ファセット構造の結晶面ごとで異なる活性層の組成や厚みの違いを利用して、異なる波長の発光領域を同一素子に形成することができ、しかもｐ電極１１３、１１４は段差の上側と下側に分かれて配置されるために、たとえ微小な領域であっても短絡などの問題を解決して配設することができる。
【００８４】
［第７の実施形態］
本実施形態は第６の実施態様と同様に多色化を図った半導体発光素子の例であり、図１１に示すように、３つの独立した電極が形成されて、赤色発光領域、緑色発光領域、及び青色発光領域が形成される例である。
【００８５】
本実施形態の半導体発光素子は、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板１２０上にシリコンドープのＧａＮ層１２１が積層され、そのＧａＮ層１２１の表面に形成された段差を利用してＣ＋面に対して傾斜した傾斜面１２２を有するファセット構造が形成される。なお、本製造プロセスでは約７４０Torrのほぼ常圧で層の成長が進められる。続いて、この傾斜面１２２及びＣ面に平行な面に延在される構造のＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層１２５を形成する。２つのＧａＮ層で挟まれたＩｎＧａＮ層が活性層として光を発生させる。
【００８６】
本実施形態の半導体発光素子においては、ｎ電極１２６は開口部を介してＳｉドープのＧａＮ層１２１に接続されているが、ｐ電極は傾斜面１１２によって形成された略Ｖ字状の谷部に位置する赤色発光領域のｐ電極１２３と、略Ｖ字状の谷部の間の上側平坦部１２８に形成される青色発光領域のｐ電極１２４と、下側平坦部１２９に形成される緑色発光領域のｐ電極１２７とからなる。略Ｖ字状の谷部に形成されている活性層は、その組成や厚みから赤色の発光をする構造とされており、略Ｖ字状の谷部にｐ電極１２３を配設することで赤色の発光が実現される。また、略Ｖ字状の谷部の間の上側平坦部１２８に形成される活性層についても、その組成や厚みから青色の発光をする構造とされており、上側平坦部１２８にｐ電極１２４を形成することで、上側平坦部１２８の活性層に電流が注入されて青色の発光がなされる。また、緑色発光領域のｐ電極１２７は下側平坦部１２９の活性層に電流を注入することができ、その組成や厚みから緑色の発光を可能とさせる。
【００８７】
本実施形態の半導体発光素子では、基板からの貫通転位がある場合でも、その傾斜面１２２で貫通転位が曲げられることになり、結晶欠陥を抑制することができ、このファセット構造はＧａＮ層によって埋めこまれることがないために、工程数が増大することもなく比較的に短時間での製造が可能である。また、ファセット構造の結晶面ごとで異なる活性層の組成や厚みの違いを利用して、異なる波長の発光領域、特に本実施形態においては赤色、青色、緑色の３色を同一素子に形成することができ、しかも各ｐ電極１２３、１２４、１２７は段差の上側と下側などと空間的に分かれて配置されるために、たとえ微小な領域であっても短絡などの問題を解決して配設することができる。
【００８８】
図１２は本実施形態の半導体発光素子を発光させた場合の模式図であり、まず、本実施形態の半導体発光素子は発光ダイオードとして使用することが可能であって、その場合には光１３０が素子裏面側から放出される。この場合の光１３０は、単色でも良く、多色または混色であっても良い。発光する光１３０の色自体は、ｐ電極１２３、１２４、１２７の通電によって制御可能である。また、素子の端部に共振器端面を形成することで半導体レーザーとして使用することもできる。図１２では、赤色レーザー光１３３Ｒ、青色レーザー光１３３Ｂ、緑色レーザー光１３３Ｇがそれぞれ共振器端面から射出されている。端面形成はへき開などを用いることができる。
【００８９】
［第８の実施形態］
本実施形態は、白色発光が可能な半導体発光素子の例であり、図１３に示すように、３つの独立した電極が形成されたところを共通化したものである。
【００９０】
本実施形態の半導体発光素子は、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板１４０上にシリコンドープのＧａＮ層１４１が積層され、そのＧａＮ層１４１の表面に形成された段差を利用してＣ＋面に対して傾斜した傾斜面１４３を有するファセット構造が形成される。なお、この製造工程は、前述の第２の実施形態と工程と同様である。続いて、この傾斜面１４３及びＣ面に平行な面に延在される構造のＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層１４２を形成する。２つのＧａＮ層で挟まれたＩｎＧａＮ層が活性層として光を発生させる。
【００９１】
本実施形態の半導体発光素子においては、ｎ電極１４８は開口部を介してＳｉドープのＧａＮ層１４１に接続されているが、ｐ電極は、前述の第７の実施形態と同様に、傾斜面１４３によって形成された略Ｖ字状の谷部に位置する赤色発光領域のｐ電極１４４と、略Ｖ字状の谷部の間の上側平坦部に形成される青色発光領域のｐ電極１４５と、下側平坦部に形成される緑色発光領域のｐ電極１４６とからなり、更にこれらｐ電極１４４、１４５、１４６を共通に駆動するための共通電極１４７が形成されている。このような共通電極１４７を配設させることにより、一旦、多色発光素子として形成した部分や素子自体を白色発光にすることができる。
【００９２】
本実施形態の半導体発光素子においても、仮に基板からの貫通転位がある場合であっても、その傾斜面１４３で貫通転位が曲げられることになり、結晶欠陥を抑制することができる。また、このファセット構造はＧａＮ層によって埋めこまれることがないために、工程数が増大することもなく比較的に短時間での製造が可能である。また、ファセット構造の結晶面ごとで異なる活性層の組成や厚みの違いを利用して、白色の発光ができ、照明装置やその他の発光装置として利用可能である。
【００９３】
［第９の実施形態］
本実施形態は、白色発光が可能な半導体発光素子の例であり、図１４に示すように、３つの独立した電極が形成されたところを共通化したものである。
【００９４】
本実施形態の半導体発光素子は、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板１４０上にシリコンドープのＧａＮ層１４１が積層され、そのＧａＮ層１４１の表面に形成された段差を利用してＣ＋面に対して傾斜した傾斜面１４３を有するファセット構造が形成される。なお、この製造工程は、前述の第２の実施形態と工程と同様である。続いて、この傾斜面１４３及びＣ面に平行な面に延在される構造のＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層１４２を形成する。２つのＧａＮ層で挟まれたＩｎＧａＮ層が活性層として光を発生させる。
【００９５】
本実施形態の半導体発光素子においては、ｎ電極１４８は開口部を介してＳｉドープのＧａＮ層１４１に接続されているが、ｐ電極は、前述の第７の実施形態と同様に、傾斜面１４３によって形成された略Ｖ字状の谷部に位置する赤色発光領域のｐ電極１４４と、略Ｖ字状の谷部の間の上側平坦部に形成される青色発光領域のｐ電極１４５と、傾斜面１４３上に形成される緑色発光領域のｐ電極１４６aとからなり、更にこれらｐ電極１４４、１４５、１４６を共通に駆動するための共通電極１４７が形成されている。このような共通電極１４７を配設させることにより、一旦、多色発光素子として形成した部分や素子自体を白色発光にすることができる。
【００９６】
本実施形態の半導体発光素子においても、仮に基板からの貫通転位がある場合であっても、その傾斜面１４３で貫通転位が曲げられることになり、結晶欠陥を抑制することができる。また、このファセット構造はＧａＮ層によって埋めこまれることがないために、工程数が増大することもなく比較的に短時間での製造が可能である。また、ファセット構造の結晶面ごとで異なる活性層の組成や厚みの違いを利用して、白色の発光ができ、照明装置やその他の発光装置として利用可能である。
【００９７】
［第１０の実施形態］
本実施形態は、図１５に示す構造を有する。その主な構成は、Ｃ＋面を基板主面とするサファイヤ基板１５０上に、シリコンドープのＧａＮ層１５１が積層され、そのＧａＮ層１５１の表面に形成された段差１５４を利用してＣ＋面に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造が形成される。続いて、この傾斜面に平行な面に延在される構造のＳｉドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層１５９、ＭｇドープのＧａＮ層１５８を形成し、２つのＧａＮ層で挟まれたＩｎＧａＮ層１５９が活性層として光を発生させる。ｎ電極１６１はＳｉドープのＧａＮ層１５１に接続され、ｐ電極１６２がＭｇドープのＧａＮ層１５８上に形成され、これらｐ電極１６２とｎ電極１６１の間にある活性層に電流を供給して、素子を発光させる。
【００９８】
ｐ電極１６２とｎ電極１６１には電流量調整回路１７０が接続されており、この電流量調整回路１７０が半導体発光素子の発光波長を所望の波長にするための電流量を調整する。すなわち、電流量調整回路１７０は、一例として、短いパルス幅で高いピーク値の周期を持った波形(ａ)の信号と、比較的に長いパルス幅でピーク値も高くない波形(ｂ)の信号とを出力することができる。電流量調整回路１７０からｐ電極１６２及びｎ電極１６１に信号を供給する場合に、波形(ａ)の信号で短波長の発光をさせることができ、波形(ｂ)の信号で長波長の発光をさせることができる。このように発光素子に供給する電流量や信号波形などを制御することで発光波長を所望のものとすることができる。
【００９９】
【発明の効果】
上述のように、本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法によれば、傾斜面を伴うファセット構造が形成されているため、基板からの貫通転位がある場合でも、その傾斜面で貫通転位が曲げられることになり、結晶欠陥を抑制することができる。また、本発明の半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法によれば、傾斜面を伴うファセット構造がＧａＮ層などによって埋めこまれることがないため、工程数が増大することもなく比較的に短時間での製造が可能である。
【０１００】
また、クラッド層及び活性層は基板主面に対して傾斜した傾斜面を利用して形成されるため、傾斜面における増大したボンド数を利用し、良質な結晶部分を発光領域とすることができる。
【０１０１】
さらに、本発明の多色化された半導体発光素子及びその製造方法によれば、ファセット構造の結晶面ごとで異なる活性層の組成や厚みの違いを利用して、異なる波長の発光領域、例えば赤色、青色、緑色の３色を同一素子に形成することができる。さらに、各電極例えばｐ電極は段差の上側と下側などと空間的に分かれて配置されるために、たとえ微小な領域であっても短絡などの問題を解決しながら配設することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の半導体発光素子の製造工程を示す図であって、（ａ）はＳｉドープのＧａＮ層の形成工程についての工程断面図であり、（ｂ）はマスク層の形成工程についての工程断面図であり、（ｃ）は段差の形成工程についての工程断面図であり、（ｄ）は傾斜面を有するファセット構造の形成工程についての工程断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の半導体発光素子の製造工程を示す図であって、（ｅ）はＭｇドープのＧａＮ層の形成工程についての工程断面図であり、（ｆ）はｎ電極の形成工程についての工程断面図であり、（ｇ）はｐ電極の形成工程についての工程断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の半導体発光素子の製造工程を示す図であって、（ａ）はＳｉドープのＧａＮ層の形成工程についての工程断面図であり、（ｂ）はマスク層の形成工程についての工程断面図であり、（ｃ）は段差の形成工程についての工程断面図であり、（ｄ）は傾斜面を有するファセット構造の形成工程についての工程断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の半導体発光素子の製造工程を示す図であって、（ｅ）はＭｇドープのＧａＮ層の形成工程についての工程断面図であり、（ｆ）はｎ電極の形成工程についての工程断面図であり、（ｇ）はｐ電極の形成工程についての工程断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造工程の一部を示す図であって、ハニカム型の逆六角形状に展開されるファセット構造を示す一部断面斜視図である。
【図６】本発明の第３実施形態の半導体発光素子における段差形状およびファセット形状を示す図であって、段差の平面形状（ａ）とファセットの断面形状（ｂ）をそれぞれ示す。
【図７】本発明の第４実施形態の半導体発光素子の製造工程を示す図であって、（ａ）は酸化シリコン層の形成工程についての工程断面図であり、（ｂ）はレジスト層の開口工程についての工程断面図であり、（ｃ）は酸化シリコン層の窓空け工程についての工程断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態の半導体発光素子の製造工程を示す図であって、（ｄ）は電極のリフトオフ工程についての工程断面図であり、（ｅ）はレジスト層の除去工程についての工程断面図であり、（ｆ）はｎ電極の形成工程についての工程断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態の半導体発光素子の製造工程を示す図であって、（ａ）は酸化シリコン層の形成工程についての工程断面図であり、（ｂ）はレジスト層の開口工程についての工程断面図であり、（ｃ）は電極のリフトオフ工程についての工程断面図であり、（ｄ）はｎ電極の形成工程についての工程断面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態の半導体発光素子を示す断面斜視図である。
【図１１】本発明の第７実施形態の半導体発光素子を示す断面斜視図である。
【図１２】本発明の第７実施形態の半導体発光素子の光照射状態の一例を示す断面斜視図である。
【図１３】本発明の第８実施形態の半導体発光素子を示す断面斜視図である。
【図１４】本発明の第９実施形態の半導体発光素子を示す断面斜視図である。
【図１５】本発明の第１０実施形態の電流量調整回路に接続される半導体発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１０、３０、５０、７０、９０、１１０、１２０    サファイヤ基板
１１、３１、５４、７１、９１、１１１、１２１  シリコンドープのＧａＮ層
１６、３５、５３  傾斜面
１８、３９、５６、７３、９３    マグネシウムドープのＧａＮ層
２１、４１、８３、９９、１１６、１２６、１４８    ｎ電極
２２、４３、８１、９８、１１３、１１４、１２３、１２４、１２７、１４４、１４５、１４６  ｐ電極
【図１】
0004595198.tif 000002
【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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