(57)【要約】  本開示の一実施の形態の窒化物半導体素子は、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基板と、主面を結晶成長面として形成された超格子層とを備えている。超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものである。Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たす。
2017221519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基板と、
前記主面を結晶成長面として形成された超格子層と
を備え、
前記超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものであり、
前記Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層および前記Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たす
窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層と前記Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層との格子不整合度は、０．０００４８以上となっている
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記主面は、（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面である
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記超格子層の表面を結晶成長面として形成された接合構造層をさらに備え、
前記接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を前記超格子層側からこの順に含んで構成されている
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記超格子層の表面を結晶成長面として形成された接合構造層をさらに備え、
前記接合構造層は、活性層および上部クラッド層を前記超格子層側からこの順に含んで構成されており、
前記超格子層は、下部クラッド層を兼ねている
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材と、
前記主面を結晶成長面として形成された超格子層と
を備え、
前記超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものであり、
前記Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層および前記Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たす
窒化物半導体基板。
【請求項７】
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材に対して、前記主面を結晶成長面として超格子層を形成するステップを
含み、
前記超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものであり、
前記Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層および前記Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たす
窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体層と、
前記主面を結晶成長面として形成された接合構造層と
を備え、
前記接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を前記窒化物半導体層側からこの順に含んで構成されている
窒化物半導体素子。
【請求項９】
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材に対して、前記主面を結晶成長面として超格子層を形成するステップと、
前記超格子層の表面を結晶成長面としてバルク層を形成するステップと、
前記バルク層の表面を結晶成長面として接合構造層を形成するステップと、
前記窒化物半導体基材および前記超格子層を除去するステップと
を含み、
前記超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものであり、
前記Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層および前記Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たし、
前記接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を前記窒化物半導体基材側からこの順に含んで構成されている
窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基板に対して、前記主面を結晶成長面として接合構造層を形成するステップを含み、
前記接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を前記窒化物半導体基板側からこの順に含んで構成されている
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】
本開示は、窒化物半導体素子、窒化物半導体基板、窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光源用途として、窒化物半導体を用いた青色〜緑色の発光ダイオードやレーザダイオードの開発が盛んになっている。その中でも、半極性もしくは非極性の窒化物半導体は、ピエゾ電界の影響を小さくできるため、発光波長を長波長化するための手段として効果的な材料である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−００３６６１号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、ｃ面からａ軸方向に２０°以上傾斜した半極性面もしくは非極性面を結晶成長の主面とする窒化物半導体基板上に結晶成長を行った場合、基板のミスフィット転位を起点とするピットが発生し、ピットに起因する電流リークや非発光が生じていた。従って、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することの可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体基板、窒化物半導体素子の製造方法、および窒化物半導体基板の製造方法を提供することが望ましい。
【０００５】
本開示の一実施形態に係る第１の窒化物半導体素子は、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基板と、主面を結晶成長面として形成された超格子層とを備えている。超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものである。Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たす。
【０００６】
本開示の一実施形態に係る窒化物半導体基板は、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材と、主面を結晶成長面として形成された超格子層とを備えている。超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものである。Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たす。
【０００７】
本開示の一実施形態に係る第１の窒化物半導体素子および窒化物半導体基板では、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材の主面に対して、上記超格子層が形成されている。これにより、ピットの発生を抑制することができる。
【０００８】
本開示の一実施形態に係る第１の窒化物半導体基板の製造方法は、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材に対して、前記主面を結晶成長面として超格子層を形成するステップを含んでいる。超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものである。Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たす。
【０００９】
本開示の一実施形態に係る第１の窒化物半導体基板の製造方法では、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材の主面に対して、上記超格子層が形成される。これにより、基板のミスフィット転位を起点とするピットの発生を抑制することができる。
【００１０】
本開示の一実施形態に係る第２の窒化物半導体素子は、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体層と、上記主面を結晶成長面として形成された接合構造層とを備えている。接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を窒化物半導体層側からこの順に含んで構成されている。
【００１１】
本開示の一実施形態に係る第２の窒化物半導体素子では、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体層の主面に対して、上記接合構造層が形成されている。これにより、ピットの発生を抑制することができる。
【００１２】
本開示の一実施形態に係る第１の窒化物半導体素子の製造方法は、以下の４つのステップを含む。
（Ａ１）ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材に対して、上記主面を結晶成長面として超格子層を形成するステップ
（Ａ２）超格子層の表面を結晶成長面としてバルク層を形成するステップ
（Ａ３）バルク層の表面を結晶成長面として接合構造層を形成するステップ
（Ａ４）窒化物半導体基材および超格子層を除去するステップ
ここで、超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものである。また、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たしている。さらに、接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を窒化物半導体基材側からこの順に含んで構成されている。
【００１３】
本開示の一実施形態に係る第１の窒化物半導体素子の製造方法では、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体層の主面に対して、上記超格子層が形成され、上記超格子層上に、バルク層を介して上記接合構造層が形成される。これにより、基板のミスフィット転位を起点とするピットの発生を抑制することができる。
【００１４】
本開示の一実施形態に係る第２の窒化物半導体素子の製造方法は、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基板に対して、上記主面を結晶成長面として接合構造層を形成するステップを含む。ここで、接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を窒化物半導体基板側からこの順に含んで構成されている。
【００１５】
本開示の一実施形態に係る第２の窒化物半導体素子の製造方法では、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基板の主面に対して、上記接合構造層が形成される。これにより、基板のミスフィット転位を起点とするピットの発生を抑制することができる。
【００１６】
本開示の一実施形態に係る第１の窒化物半導体素子、窒化物半導体基板、および第１の窒化物半導体基板の製造方法によれば、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材の主面に対して、上記超格子層を形成するようにしたので、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。なお、本開示の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【００１７】
本開示の一実施形態に係る第２の窒化物半導体素子によれば、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体層の主面に対して、上記接合構造層を形成するようにしたので、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。なお、本開示の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【００１８】
本開示の一実施形態に係る第１の窒化物半導体素子の製造方法によれば、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体層の主面に対して、上記超格子層を形成し、上記超格子層上に、バルク層を介して上記接合構造層を形成するようにしたので、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。なお、本開示の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【００１９】
本開示の一実施形態に係る第２の窒化物半導体素子の製造方法によれば、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基板の主面に対して、上記接合構造層を形成するようにしたので、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。なお、本開示の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の断面構成例を表す図である。
【図２】図１の超格子層の断面構成例を表す図である。
【図３Ａ】図１の半導体発光素子の製造過程の一例を表す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに続く製造過程の一例を表す図である。
【図４】本開示の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の断面構成例を表す図である。
【図５】本開示の第３の実施の形態に係る半導体基板の断面構成例を表す図である。
【図６Ａ】図５の半導体基板の製造過程の一例を表す図である。
【図６Ｂ】図６Ａに続く製造過程の一例を表す図である。
【図７】変形例に係る半導体発光素子の断面構成例を表す図である。
【図８】変形例に係る半導体発光素子の断面構成例を表す図である。
【図９】図８の半導体基板の断面構成例を表す図である。
【図１０】図８の半導体発光素子の製造過程の一例を表す図である。
【図１１】図８の半導体発光素子の製造過程の一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比などについても、それらに限定されるものではない。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（半導体発光素子）
２．第２の実施の形態（半導体発光素子）
３．第３の実施の形態の変形例（半導体基板）
【００２２】
＜１．第１の実施の形態＞
[構成]
本開示の第１の実施の形態に係る半導体発光素子１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子１の断面構成例を表したものである。
【００２３】
半導体発光素子１は、青色〜緑色の光源として好適に適用可能なものである。半導体発光素子１は、例えば、基板１０、超格子層２０および接合構造層３０を備えている。超格子層２０は、基板１０の主面を結晶成長面として形成されたものである。接合構造層３０は、超格子層２０の表面を結晶成長面として形成されたものである。超格子層２０および接合構造層３０は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長）法などのエピタキシャル結晶成長法により形成されたものである。
【００２４】
基板１０は、窒化物半導体基板であり、例えば、ｎ型ＧａＮにより構成されている。基板１０に用いられる窒化物半導体基板は、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有している。この主面の結晶面は、例えば、（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面である。基板１０には、例えばケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物がドープされている。なお、本明細書において、「基板１０の主面」とは、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した結晶面を指すものとする。
【００２５】
接合構造層３０は、例えば、ダブルヘテロ接合構造を有している。ダブルヘテロ接合構造とは、同一材料のｐｎ半導体（後述の下部クラッド層３２および上部クラッド層３６）の間に、バンドギャップの狭い異種の半導体（後述の活性層３４）を挟んだ構造を指している。接合構造層３０は、例えば、下地層３１、下部クラッド層３２、下部ガイド層３３、活性層３４、上部ガイド層３５、上部クラッド層３６およびコンタクト層３７を備えている。接合構造層３０は、下地層３１、下部クラッド層３２、下部ガイド層３３、活性層３４、上部ガイド層３５、上部クラッド層３６およびコンタクト層３７を、超格子層２０側からこの順に含んで構成されている。
【００２６】
下地層３１は、例えば、ｎ型ＧａＮにより構成されている。下部クラッド層３２は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮにより構成されている。下部ガイド層３３、例えば、ｎ型ＩｎＧａＮにより構成されている。下地層３１、下部クラッド層３２および下部ガイド層３３には、例えばケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物がドープされている。活性層３４は、例えば、ＩｎＧａＮからなる井戸層とＡｌＧａＮからなる障壁層とを交互に繰り返し積層して構成された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple-Quantum Well）構造を有している。活性層３４は、単層で構成されていてもよい。上部ガイド層３５は、例えば、アンドープのＩｎＧａＮにより構成されている。上部クラッド層３６は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮにより構成されている。コンタクト層３７は、例えば、ｐ型ＧａＮにより構成されている。上部クラッド層３６およびコンタクト層３７には、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物がドープされている。
【００２７】
半導体発光素子１は、さらに、基板１０または下部クラッド層３２と接しており、かつ、下部クラッド層３２と電気的に接続された下部電極を備えていてもよい。半導体発光素子１は、さらに、コンタクト層３７と接しており、かつ上部クラッド層３６と電気的に接続された上部電極を備えていてもよい。接合構造層３０は、上記以外の層を有していてもよい。また、接合構造層３０において、下部ガイド層３３および上部ガイド層３５が省略されていてもよく、また、下地層３１が省略されていてもよい。また、接合構造層３０に対して、ストライプ状のリッジ部、または、柱状のメサ部が設けられていてもよい。
【００２８】
次に、超格子層２０について説明する。図２は、超格子層２０の断面構成例を表したものである。超格子層２０は、上述したように、基板１０の主面を結晶成長面として形成されたものである。従って、基板１０の主面と、超格子層２０との間には、下地層などの何らかの層が設けられていない。超格子層２０は、例えば、図２に示したように、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０Ａ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものである。Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０ＡおよびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂの組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たしている。
【００２９】
Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０ＡとＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂとの格子不整合度は、０．０００４８以上となっている。例えば、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０Ａを、膜厚２．０ｎｍのＡｌ0.08Ｇａ0.02Ｎで構成するとともに、Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂを、膜厚２．０ｎｍのＧａＮで構成することにより、上述した範囲内の格子不整合度を実現することができる。
【００３０】
また、上述した範囲内の格子不整合度とするためには、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０ＡおよびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂの膜厚は、それぞれ、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下となっていることが好ましい。また、上述した範囲内の格子不整合度とするためには、超格子層２０における積層数は、１０ペア以上となっていることが好ましく、１００ペア以上となっていることがより好ましい。
【００３１】
[製造方法]
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１の製造方法について説明する。図３Ａは、半導体発光素子１の製造過程の一例を表したものである。図３Ｂは、図３Ａに続く製造過程の一例を表したものである。
【００３２】
半導体発光素子１を製造するためには、例えばＧａＮからなる基板１０上に、窒化物半導体を、例えばＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル結晶成長法により一括に形成する。この際、化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ3）などを用い、ドナー不純物の原料としては、例えばモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2
Ｍｇ）を用いる。
【００３３】
まず、例えば、図３Ａに示したように、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する基板１０を用意する。次に、例えば、図３Ｂに示したように、基板１０上に、基板１０の主面を結晶成長面として、超格子層２０を形成する。次に、超格子層２０の表面を結晶成長面として、接合構造層３０を形成する。その後、必要に応じて、上部電極や下部電極を形成する。このようにして、半導体発光素子１が製造される。
【００３４】
[動作]
このような構成の半導体発光素子１では、上部電極と下部電極との間に所定の電圧が印加されると、活性層３４に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。例えば、接合構造層３０に対してストライプ状のリッジ部が形成され、リッジ部の延在方向の両端面に共振器ミラー（多層膜）が設けられている場合には、活性層３４で生じた光は、一対の共振器ミラーにより反射され、所定の発振波長λでレーザ発振が生じる。そして、反射率の相対的に低い方の端面から発振波長λのレーザ光が外部に出射される。また、例えば、接合構造層３０に対して柱状のメサ部が形成され、下部クラッド層３２および上部クラッド層３６がＤＢＲで構成されている場合には、活性層３４で生じた光は、下部クラッド層３２および上部クラッド層３６により反射され、所定の発振波長λでレーザ発振が生じる。そして、接合構造層３０の上面から発振波長λのレーザ光が外部に出射される。また、例えば、接合構造層３０が共振器構造を有しておらず、自然放出光を出力する場合には、活性層３４で生じた発光波長λの光は、接合構造層３０の上面から外部に出射される。
【００３５】
[効果] 
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１の効果について説明する。
【００３６】
近年、光源用途として、窒化物半導体を用いた青色〜緑色の発光ダイオードやレーザダイオードの開発が盛んになっている。その中でも、半極性もしくは非極性の窒化物半導体は、ピエゾ電界の影響を小さくできるため、発光波長を長波長化するための手段として効果的な材料である。しかしながら、ｃ面からａ軸方向に２０°以上傾斜した半極性面もしくは非極性面を結晶成長の主面とする窒化物半導体基板上に結晶成長を行った場合、基板のミスフィット転位を起点とするピットが発生し、ピットに起因する電流リークや非発光が生じていた。
【００３７】
一方、本実施の形態では、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する基板１０の主面に対して、超格子層２０が形成されている。これにより、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０ＡとＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂとによって歪み応力が発生するので、この歪み応力によって、超格子層２０に、基板のミスフィット転位を起点とするピットが発生するのを抑制することができる。その結果、超格子層２０上に形成される接合構造層３０に対しても、ピットが発生するのを抑制することができる。従って、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。
【００３８】
本実施の形態では、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０ＡとＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂとの格子不整合度は、０．０００４８以上となっている。これにより、製造過程において、基板１０の主面上に超格子層２０を形成したときに、超格子層２０で生じた歪み応力によって、超格子層２０にピットが発生するのを効果的に抑制することができる。その結果、超格子層２０上に形成される接合構造層３０に対しても、ピットが発生するのを抑制することができる。従って、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。なお、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０ＡとＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂとの格子不整合度が０．０００４８未満となっている場合には、超格子層２０に生じる歪み応力が小さく、基板１０の主面と超格子層２０との間にピットの起点が発生するのを抑制することが困難であるので、超格子層２０を成長させている間にピットが形成されてしまう可能性が高い。
【００３９】
ところで、（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面を結晶成長面として接合構造層３０を形成した場合には、劈開面にｍ面（１−１００）を用いることができるなどのメリットがある。しかし、基板１０の（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面に、直接、接合構造層３０を形成した場合には、接合構造層３０にピットが発生しやすい。一方、本実施の形成において、基板１０の（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面に超格子層２０を形成した上で、接合構造層３０を形成した場合には、接合構造層３０にピットが発生するのを抑制することができる。その結果、例えば、ｍ面（１−１００）を劈開面とする発光素子を実用化することができる。
【００４０】
本実施の形態では、下部クラッド層３２、活性層３４および上部クラッド層３６をこの順に含んで構成された接合構造層３０が、超格子層２０を介して基板１０の主面上に形成されている。その結果、例えば、ｍ面（１−１００）を劈開面とする発光素子を実用化することができる。
【００４１】
＜２．第２の実施の形態＞
[構成]
次に、本開示の第２の実施の形態に係る半導体発光素子２の構成について説明する。図４は、本実施の形態に係る半導体発光素子２の断面構成例を表したものである。
【００４２】
半導体発光素子２は、青色〜緑色の光源として好適に適用可能なものである。半導体発光素子２は、例えば、基板１０、超格子層２０および接合構造層４０を備えている。超格子層２０は、基板１０の主面を結晶成長面として形成されたものである。接合構造層４０は、超格子層２０の表面を結晶成長面として形成されたものである。超格子層２０および接合構造層４０は、例えばＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル結晶成長法により形成されたものである。
【００４３】
接合構造層４０は、例えば、ダブルヘテロ接合における一方のヘテロ接合構造を有している。接合構造層４０は、上記実施の形態の接合構造層３０において、下地層３１および下部クラッド層３２が省略された構成となっている。超格子層２０は、上記実施の形態の下部クラッド層３２を兼ねている。従って、超格子層２０および接合構造層４０によって、ダブルヘテロ接合が構成されている。本実施の形態において、超格子層２０は、上記第１の実施の形態に記載の方法と同様の方法で形成されている。
【００４４】
[効果] 
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子２の効果について説明する。
【００４５】
本実施の形態では、上記実施の形態と同様、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する基板１０の主面に対して、超格子層２０が形成されている。これにより、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０ＡとＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂとによって歪み応力が発生するので、この歪み応力によって、超格子層２０に、基板のミスフィット転位を起点とするピットが発生するのを抑制することができる。その結果、超格子層２０上に形成される接合構造層４０に対しても、ピットが発生するのを抑制することができる。従って、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。
【００４６】
本実施の形態では、上記実施の形態と同様、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０ＡとＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂとの格子不整合度は、０．０００４８以上となっている。これにより、製造過程において、基板１０の主面上に超格子層２０を形成したときに、超格子層２０で生じた歪み応力によって、超格子層２０にピットが発生するのを効果的に抑制することができる。その結果、超格子層２０上に形成される接合構造層４０に対しても、ピットが発生するのを抑制することができる。従って、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。
【００４７】
ところで、（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面を結晶成長面として、上記実施の形態の接合構造層３０を形成した場合には、劈開面にｍ面（１−１００）を用いることができるなどのメリットがある。しかし、（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面に、直接、接合構造層３０を形成した場合には、接合構造層３０にピットが発生しやすい。一方、本実施の形成において、（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面に超格子層２０を形成した上で、接合構造層４０を形成し、かつ超格子層２０に、上記実施の形態の下部クラッド層３２を兼ねさせた場合には、超格子層２０および接合構造層４０にピットが発生するのを抑制することができる。その結果、例えば、ｍ面（１−１００）を劈開面とする発光素子を実用化することができる。
【００４８】
＜３．第３の実施の形態＞
[構成]
次に、本開示の第３の実施の形態に係る半導体基板３の構成について説明する。図５は、本実施の形態に係る半導体基板３の断面構成例を表したものである。
【００４９】
半導体基板３は、青色〜緑色の光源として機能し得る接合構造層３０などを結晶成長させる基板（いわゆる種基板）として好適に適用可能なものである。半導体基板３は、例えば、基材３８、超格子層２０およびバルク層３９を備えている。超格子層２０は、基材３８の主面を結晶成長面として形成されたものである。バルク層３９は、超格子層２０の表面を結晶成長面として形成されたものである。
【００５０】
基材３８は、窒化物半導体ウェハであり、例えば、ｎ型ＧａＮにより構成されている。基材３８に用いられる窒化物半導体ウェハは、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有している。この主面の結晶面は、例えば、（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面である。基材３８には、例えばケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物がドープされている。なお、本明細書において、「基材３８の主面」とは、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した結晶面を指すものとする。
【００５１】
バルク層３９は、窒化物半導体層であり、例えば、ｎ型ＧａＮにより構成されている。バルク層３９は、例えば、ミリオーダーの厚さを有している。バルク層３９は、基材３８と同様、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有している。バルク層３９は、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法などのエピタキシャル結晶成長法により形成されたものである。バルク層３９には、例えばケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物がドープされている。
【００５２】
[製造方法]
次に、本実施の形態に係る半導体基板３の製造方法について説明する。図６Ａは、半導体基板３の製造過程の一例を表したものである。図６Ｂは、図６Ａに続く製造過程の一例を表したものである。
【００５３】
半導体基板３を製造するためには、例えばＧａＮからなる基材３８上に、窒化物半導体を、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法などのエピタキシャル結晶成長法により一括に形成する。この際、化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ3）などを用い、ドナー不純物の原料としては、例えばモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いる。
【００５４】
まず、例えば、図６Ａに示したように、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する基材３８を用意する。次に、例えば、図６Ｂに示したように、基材３８上に、基材３８の主面を結晶成長面として、超格子層２０を形成する。次に、超格子層２０の表面を結晶成長面として、バルク層３９を形成する。このようにして、半導体基板３が製造される。
【００５５】
[効果]
次に、本実施の形態に係る半導体基板３の効果について説明する。
【００５６】
本実施の形態では、ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する基材３８の主面に対して、超格子層２０が形成されている。これにより、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０ＡとＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂとによって歪み応力が発生するので、この歪み応力によって、超格子層２０に、基板のミスフィット転位を起点とするピットが発生するのを抑制することができる。その結果、超格子層２０上に形成されるバルク層３９に対しても、ピットが発生するのを抑制することができる。従って、例えば、図７に示したように、半導体基板３（バルク層３９）上に接合構造層３０を形成した際に、接合構造層３０において、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。ここで、接合構造層３０は、バルク層３９の主面（ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した結晶面）を結晶成長面として形成されたものである。
【００５７】
本実施の形態では、上記第１の実施の形態と同様、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層２０ＡとＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層２０Ｂとの格子不整合度は、０．０００４８以上となっている。これにより、製造過程において、基材３８の主面上に超格子層２０を形成したときに、超格子層２０で生じた歪み応力によって、超格子層２０にピットが発生するのを効果的に抑制することができる。その結果、超格子層２０上に形成されるバルク層３９に対しても、ピットが発生するのを抑制することができる。従って、例えば、図７に示したように、半導体基板３（バルク層３９）上に接合構造層３０を形成した際に、接合構造層３０において、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。
【００５８】
ところで、（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面を結晶成長面として、上記実施の形態の接合構造層３０を形成した場合には、劈開面にｍ面（１−１００）を用いることができるなどのメリットがある。しかし、基材３８の（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面に、直接、接合構造層３０を形成した場合には、接合構造層３０にピットが発生しやすい。一方、例えば、図７に示したように、半導体基板３（バルク層３９）上に接合構造層３０を形成した場合には、接合構造層３０にピットが発生するのを抑制することができる。その結果、例えば、ｍ面（１−１００）を劈開面とする発光素子を実用化することができる。
【００５９】
ところで、図７に記載の半導体発光素子１において、半導体基板３の代わりに、例えば、図８、図９に示したように、バルク層３９からなる半導体基板４が用いられていてもよい。半導体基板４は、例えば、半導体基板３から基材３８および超格子層２０を除去することにより残ったバルク層３９からなる。
【００６０】
図８に記載の半導体発光素子１は、バルク層３９からなる半導体基板４と、バルク層３９の主面（ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した結晶面）を結晶成長面として形成された接合構造層３０とを備えている。接合構造層３０は、下部クラッド層３２、下部ガイド層３３、活性層３４、上部ガイド層３５、上部クラッド層３６およびコンタクト層３７を半導体基板４側からこの順に含んで構成されている。図７に記載の半導体発光素子１は、例えば、図１０に示したように、半導体基板３上に接合構造層３０を形成した後、半導体基板３の底面を研磨して、基材３８および超格子層２０を除去することにより形成されている。なお、図７に記載の半導体発光素子１は、例えば、図１１に示したように、半導体基板４に対して、半導体基板４の主面を結晶成長面として接合構造層３０を形成することにより形成されたものであってもよい。いずれの方法で接合構造層３０を形成した場合であっても、上記実施の形態と同様、接合構造層３０において、ピットに起因する電流リークや非発光の発生を抑制することができる。
【００６１】
以上、複数の実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
【００６２】
また、例えば、本開示は以下のような構成を取ることができる。
（１）
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基板と、
前記主面を結晶成長面として形成された超格子層と
を備え、
前記超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものであり、
前記Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層および前記Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たす
窒化物半導体素子。
（２）
前記Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層と前記Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層との格子不整合度は、０．０００４８以上となっている
（１）に記載の窒化物半導体素子。
（３）
前記主面は、（１１−２０）面、（１１−２２）面または（１１−２４）面である
（１）または（２）に記載の窒化物半導体素子。
（４）
前記超格子層の表面を結晶成長面として形成された接合構造層をさらに備え、
前記接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を前記超格子層側からこの順に含んで構成されている
（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
（５）
前記超格子層の表面を結晶成長面として形成された接合構造層をさらに備え、
前記接合構造層は、活性層および上部クラッド層を前記超格子層側からこの順に含んで構成されており、
前記超格子層は、下部クラッド層を兼ねている
（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
（６）
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材と、
前記主面を結晶成長面として形成された超格子層と
を備え、
前記超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものであり、
前記Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層および前記Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たす
窒化物半導体基板。
（７）
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材に対して、前記主面を結晶成長面として超格子層を形成するステップを
含み、
前記超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものであり、
前記Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層および前記Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たす
窒化物半導体基板の製造方法。
（８）
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体層と、
前記主面を結晶成長面として形成された接合構造層と
を備え、
前記接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を前記窒化物半導体層側からこの順に含んで構成されている
窒化物半導体素子。
（９）
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基材に対して、前記主面を結晶成長面として超格子層を形成するステップと、
前記超格子層の表面を結晶成長面としてバルク層を形成するステップと、
前記バルク層の表面を結晶成長面として接合構造層を形成するステップと、
前記窒化物半導体基材および前記超格子層を除去するステップと
を含み、
前記超格子層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１）およびＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１）が交互に積層して構成されたものであり、
前記Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ層および前記Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ層の組成比は、ｘ１≠ｘ２およびｙ１≠ｙ２の少なくとも一方の式を満たし、
前記接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を前記窒化物半導体基材側からこの順に含んで構成されている
窒化物半導体素子の製造方法。
（１０）
ｃ面からａ軸方向にθ°以上（２０°≦θ≦９０°）傾斜した主面を有する窒化物半導体基板に対して、前記主面を結晶成長面として接合構造層を形成するステップを含み、
前記接合構造層は、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を前記窒化物半導体基板側からこの順に含んで構成されている
窒化物半導体素子の製造方法。
【００６３】
本出願は、日本国特許庁において２０１６年６月２０日に出願された日本特許出願番号第２０１６−１２１５２５号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
【００６４】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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