(57)【要約】  【課題】  指向性を広げることが可能な発光素子を提供する。  【解決手段】  本発明の発光素子は、上面側に、それぞれの突起上面が同じ平面上に位置する突起を複数有した単結晶基板と、該単結晶基板の前記突起上に形成された光半導体層とを有しており、前記突起は、前記突起上面から下方に向かうにつれて前記突起上面と平行な断面積が前記突起上面の面積よりも小さくなる漸小部を有し、前記光半導体層は、前記突起上面に成長した半導体層を含み、該半導体層は、下端が前記突起上面に位置するとともに上端が前記半導体層の上面に位置し、前記下端から前記上端にかけて延在した転位を有しているとともに、上面側からみたとき、前記転位の前記上端が前記突起と重ならないように位置している。そのため、突起の側面からも光を出射されやすくすることができ、発光素子の指向性を広げることができる。【選択図】  図２
2012074598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面側に、それぞれの突起上面が同じ平面上に位置する突起を複数有した単結晶基板と、
該単結晶基板の前記突起上に形成された光半導体層とを有しており、
前記突起は、前記突起上面から下方に向かうにつれて前記突起上面と平行な断面積が前記突起上面の面積よりも小さくなる漸小部を有し、
前記光半導体層は、前記突起上面に成長した半導体層を含み、
該半導体層は、下端が前記突起上面に位置するとともに上端が前記半導体層の上面に位置し、前記下端から前記上端にかけて延在した転位を有しているとともに、上面側からみたとき、前記転位の前記上端が前記突起と重ならないように位置している
発光素子。
【請求項２】
前記突起の前記断面積の最小部が、前記突起の下端に位置している請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
隣接する２つの前記突起の間に位置する前記単結晶基板の表面に凹凸が設けられている請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
隣接する２つの前記突起同士の間に、屈折率が前記半導体層の屈折率よりも大きく、かつ前記単結晶基板の屈折率よりも小さい散乱層がさらに設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
隣接する２つの前記突起同士の間に、空隙を有している請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体層を基板上に積層させる方法が種々提案されている。特に、発光素子や受光素子に用いられる半導体層を基板上に結晶成長させる場合には、半導体層の結晶品質を向上させる必要があった。
【０００３】
そこで、基板上に半導体層を結晶成長させる技術として、例えば、基板上に突起を設けることによって、基板上に成長させる半導体層の結晶性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2002−164296号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された半導体層を成長させる技術によれば、突起の側面が半導体層の積層方向に対して平行となっているため、例えば、半導体層で発光した光が突起の側面で反射され、半導体層の積層方向と垂直な方向に光を散乱させることが難しかった。そのため、発光素子で発光された光の指向性を広げることが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光した光の指向性を広げることが可能な発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態にかかる発光素子は、上面側に、それぞれの突起上面が同じ平面上に位置する突起を複数有した単結晶基板と、該単結晶基板の前記突起上に形成された光半導体層とを有しており、前記突起は、前記突起上面から下方に向かうにつれて前記突起上面と平行な断面積が前記突起上面の面積よりも小さくなる漸小部を有し、前記光半導体層は、前記突起上面に成長した半導体層を含み、該半導体層は、下端が前記突起上面に位置するとともに上端が前記半導体層の上面に位置し、前記下端から前記上端にかけて延在した転位を有しているとともに、上面側からみたとき、前記転位の前記上端が前記突起と重ならないように位置している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態にかかる発光素子によれば、上述のように、突起が、突起上面から下方に向かうにつれて断面積が突起上面の面積よりも小さくなる漸小部を有することによって突起の側面が突起上面に対して傾斜するようになり、光半導体層で発光した光を突起の側面から取り出しやすくすることができる。その結果、光半導体層で発光した光を、散乱させることができ、発光素子の指向性を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる発光素子を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる発光素子の一例を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図３】本発明の一実施形態にかかる発光素子の断面図であり、突起、第１半導体層およびその周辺を拡大した拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる発光素子の変形例の断面図であり、突起、第１半導体層およびその周辺を拡大した拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる発光素子の変形例の断面図であり、突起、第１半導体層およびその周辺を拡大した拡大図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる発光素子の変形例を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図７】本発明の一実施形態にかかる発光素子の変形例を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図８】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図９】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態の例について図を参照しながら説明する。
【００１１】
本発明は以下の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を施すことができる。
【００１２】
＜発光素子＞
図１は本発明の実施の形態の一例の発光素子１の斜視図、図２は図１に示す発光素子１の断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【００１３】
発光素子１は、図１および図２に示すように、単結晶基板２と、単結晶基板２の上に成長させた光半導体層３とを有する。
【００１４】
単結晶基板２は、光半導体層３を結晶成長させることが可能な材料から構成されている。単結晶基板２としては、例えばサファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリコンカーバイド、シリコンまたは二ホウ化ジルコニウムなどを用いることができる。単結晶基板２の厚みとしては、例えば１μｍ以上1500μｍ以下程度である。なお、単結晶基板２の厚みは、単結晶基板２の第２主面２Ｂから突起上面４Ａまでの厚みを指す。
【００１５】
光半導体層３で発光した光を光半導体層３の単結晶基板２側から取り出す場合には、単結晶基板２として光半導体層３で発光した光を透過しやすい透光性の基材が用いられる。透光性の基材としては、光半導体層３で発光した光の波長に対して、例えば60％以上の透過率を有するものを用いればよい。
【００１６】
単結晶基板２として用いられる透光性の基材としては、後述する発光層３ｂの構成を用いた場合、例えばサファイア、窒化ガリウム、酸化亜鉛または二ホウ化ジルコニウムなど
を単結晶基板２として用いることができる。
【００１７】
本例において、単結晶基板２は光半導体層３で発光した光を透過しやすい透光性の材料であるサファイアにより形成されている。単結晶基板２としてサファイアを用いた場合には、結晶を成長させる結晶成長面として、例えばＡ面、Ｃ面またはＲ面などを用いることができる。
【００１８】
単結晶基板２は、第１主面２Ａに複数の突起４を有している。図３に、単結晶基板２、突起４およびその周辺を拡大した断面図を示す。複数の突起４は、それぞれの突起上面４Ａが同じ平面上に位置するように設けられている。複数の突起４のうちそれぞれの突起上面４Ａを、同じ平面とするためには、例えば突起上面４Ａを研磨する方法などを用いることができる。なお、単結晶基板２の第１主面２Ａは、単結晶基板２の突起４が設けられていない主面の領域を指す。
【００１９】
突起４は、例えば単結晶基板２を加工することにより、単結晶基板２と一体的に設けられている。突起４の突起上面４Ａは、単結晶基板２の第１主面２Ａからの距離が最も遠い位置にある面を指す。突起４は、単結晶基板２の第１主面２Ａから突起上面４Ａまでの高さが、例えば0.2μｍ以上５μｍ以下に設定されている。突起４の幅は、例えば0.5μｍ以上50μｍ以下に設定されている。
【００２０】
突起４の突起上面４Ａは、単結晶基板２の結晶成長面となるように設定されている。突起４の突起上面４Ａの平坦性は、表面粗さが例えば10ｎｍ以下に設定されている。なお、突起４の突起上面４Ａの表面粗さとしては、ＪＩＳ  Ｂ0601−2001に準拠した最大高さ粗さＲｚを用いればよい。突起４の突起上面４Ａは、単結晶基板２の第１主面２Ａから傾斜していてもよく、突起４の突起上面４Ａの傾斜角は単結晶基板２の第１主面２Ａに対して、単結晶基板２のオフ角である例えば０°以上２°以下の角度に設定される。
【００２１】
突起４としては、突起上面４Ａを有する形状であればよく、例えば、四角柱状または六角柱状などの多角柱状または円柱状などのものを用いることができる。本例において突起４は、円柱状となるように設けられている。
【００２２】
突起４は、突起上面４Ａから下方に向かうにつれて、突起上面４Ａと平行な断面積が突起上面４Ａの面積よりも小さくなる漸小部４’を有している。突起４は、漸小部４’を、突起４の上端から下端までの途中に有していればよい。漸小部４’のそれぞれの断面における断面積は、単結晶基板２の上方から平面透視して、突起上面４Ａの面積に対して、例えば0.3倍よりも大きく１倍よりも小さく設定されている。
【００２３】
漸小部４’は、突起上面４Ａと平行な断面積が、突起上面４Ａの面積から漸次小さくなるように設定されていても、突起上面４Ａの面積から段階的に小さくなるように設定されていてもよい。突起４の漸小部４’は、突起上面４Ａと平行な断面積が最小となる最小部４”が、突起４の高さ方向の中間に位置するように配置されている。具体的には、漸小部４’の最小部４”は、突起４の下端から、例えば0.15μｍ以上３μｍ以下に設定されている。
【００２４】
このように突起４が漸小部４’を有することにより、突起４の側面の一部である、突起４の漸小部４’に位置する突起側面４Ｂが、単結晶基板２の第１主面２Ａに対して傾斜するようになる。すなわち、突起４の突起側面４Ｂの一部を延長した第１仮想平面と単結晶基板２の第１主面２Ａを含む第２仮想平面とがなす内角が鋭角となるようになる。ここで第１仮想平面と第２仮想平面とがなす内角は、第１仮想平面と突起上面４Ａとが突起４側になす角と錯角となる位置に配置される内角である。
【００２５】
本例において、漸小部４’は、突起４の突起上面４Ａから下方に向かうにつれて、突起上面４Ａと平行な断面積が小さくなっている。また、漸小部４’の最小部４”は、突起４の高さの半分となる位置に配置されている。このように突起４に漸小部４’が設けられていることにより、突起４の突起上面４Ａと突起４の突起側面４Ｂとがなす内角が鋭角となっている。
【００２６】
単結晶基板２上には、図２に示すように、光半導体層３が設けられている。光半導体層３は、複数の突起４の突起上面４Ａに成長させた半導体層を含んでいる。また、光半導体層３は、第１半導体層３ａ、発光層３ｂおよび第２半導体層３ｃを順次積層することによって構成されている。光半導体層３は、全体の厚みを例えば0.1μｍ以上10μｍ以下として形成することができる。
【００２７】
光半導体層３としては、例えばIII−Ｖ族半導体を用いることができる。III−Ｖ族半導体としては、III族窒化物半導体、ガリウム燐またはガリウムヒ素などを例示することができる。III族窒化物半導体としては、ボロン、アルミニウム、ガリウムまたはインジウムのうち少なくとも１つの窒化物からなる混晶を用いることができ、例えば窒化ガリウムを用いることができる。
【００２８】
第１半導体層３ａは、単結晶基板２上に設けられている。第１半導体層３ａは、厚みが１μｍ以上10μｍ以下に設定されている。第１半導体層３ａは、単結晶基板２上に有する突起４の突起上面４Ａに設けられている。本例において、突起上面４Ａ上に成長させた半導体層は、第１半導体層３ａである。
【００２９】
発光層３ｂは、第１半導体層３ａ上に設けられている。発光層３ｂは、禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層からなる量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された多層量子井戸構造（ＭＱＷ）を用いることができる。障壁層および井戸層としては、インジウムとガリウムとの窒化物からなる混晶においてインジウムとガリウムとの組成比を調整したものを用いることができる。このように構成された発光層３ｂは、例えば350ｎｍ以上600ｎｍ以下の波長の光を発光することができる。
【００３０】
このように本例の発光素子20で発光した光の波長が、例えば350ｎｍ以上600ｎｍ以下である場合、光半導体層３の屈折率が約1.75以上2.35以下で、サファイアの屈折率が約1.65以上1.80以下になる。
【００３１】
第２半導体層３ｃは、発光層３ｂ上に設けられている。第２半導体層３ｃは、電子または正孔のどちらかを多数キャリアとすることにより、第１半導体層３ａとは逆導電型を示すように設定されている。半導体層に導電型を付与する方法としては、例えばマグネシウムまたはシリコンを不純物として添加する方法を用いることができる。
【００３２】
光半導体層３は、単結晶基板２上に結晶成長させることによって設けられている。そのため、光半導体層３は、単結晶基板２から厚み方向に延在する転位５を有している。本例においては、光半導体層３として窒化ガリウムを用いている。光半導体層３の各層の屈折率は、窒化ガリウムを用いた場合には、例えば1.8以上2.7以下に設定される。
【００３３】
転位５は、成長させる半導体層の結晶面に、意図しない結晶面または原子ステップが発生することによって生じやすくなり、例えば刃状転位またはらせん状転位などの種類がある。このような転位５は、第１半導体層３ａの格子定数と単結晶基板２の格子定数とが異なるため、単結晶基板２と第１半導体層３ａとの界面で発生しやすくなっている。
【００３４】
本例においては、突起４の突起上面４Ａ上に光半導体層３を結晶成長させることから、突起４の突起上面４Ａから厚み方向に転位５が存在しやすくなっている。具体的に、転位５は、下端が突起上面４Ａに位置するとともに上端が第１半導体層３ａの上面３Ａに位置しており、単結晶基板２の第１主面２Ａ側からみたとき、転位５の上端が突起４と重ならないように配置される。
【００３５】
第１電極層６は第１半導体層３ａ上に、第２電極層７は第２半導体層３ｃ上に、それぞれ設けられている。第１電極層６および第２電極層７によって、光半導体層３に電圧が印加される。
【００３６】
第１電極層６および第２電極層７の材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、クロム、インジウム、錫、モリブデン、銀、金、タンタルまたは白金などの金属、あるいは酸化錫、酸化インジウムまたは酸化インジウム錫などの酸化物、あるいは銀−アルミニウム合金、金−亜鉛合金または金−ベリリウム合金などの合金膜を用いることができる。
【００３７】
第１電極層６および第２電極層７は、例えばスパッタリング法または蒸着法などの積層方法などを用いて形成することができる。また、第１電極層６および第２電極層７として、それぞれ上記材質の中から選択した層を複数回積層して設けてもよい。
【００３８】
本例においては、光半導体層３で発光した光を単結晶基板２側から取り出すことから、第２電極層７として反射性電極材料を用いてもよい。第２電極層７として反射性電極材料を用いた場合には、光半導体層３で発光した光を単結晶基板２側に反射しやすくすることができ、光取出し効率を向上させることができる。
【００３９】
本例においては、突起４が漸小部４’を有していることにより、突起４の漸小部４’に位置する突起４の突起側面４Ｂが、単結晶基板２の第１主面２Ａに対して傾斜するようになる。突起４の突起側面４Ｂが、図３に示すように、単結晶基板２の第１主面２Ａに対して傾斜することにより、光半導体層３で発光して単結晶基板２に入った光線８が、突起４の突起側面４Ｂと第１半導体層３ｃとの界面において、突起４の突起側面４Ｂに臨界角よりも大きい角度で入射しやすくすることができる。
【００４０】
そのため、光半導体層３で発光して単結晶基板２に入った光が、突起４の突起側面４Ｂと第１半導体層３との界面において反射されにくくなり、突起４の突起側面４Ｂから出射されやすくすることができる。その結果、光半導体層３で発光した光を光半導体層３の積層方向と垂直な方向に散乱させることができるため、発光素子１から出射される光の指向性を広げることができる。
【００４１】
突起４は、図４に示すように、単結晶基板２の第１主面２Ａと平行な平面で切断したときの断面積が最小となる最小部４”が突起４の下端に位置していてもよい。このように突起４の最小部４”が、突起４の下端に配置されていることにより、突起４の突起側面４Ｂ全体を漸小部４’とすることができ、突起４の側面全体が単結晶基板２の第１主面２Ａに対して傾斜するようになる。その結果、光半導体層３で発光して単結晶基板２に入った光を、突起４の突起側面４Ｂ全体で反射されにくくすることができるため、突起４の側面から出射される光を増やすことができ、発光素子１から出射される光の指向性をさらに広げることができる。
【００４２】
突起４は、図５に示すように、隣接する２つの突起４の間に位置する単結晶基板２の表面に、さらに凹凸９が設けられていてもよい。凹凸９は、頂部が突起４の突起上面４Ａよりも低い高さ位置となるように配置されていればよい。具体的に、凹凸９の高さは、例え
ば0.01μｍ以上１μｍ以下に設定することができる。なお、凹凸９の高さと突起上面４Ａの高さとの比較は、例えば単結晶基板２の第２主面に対して行なえばよい。
【００４３】
このように隣接する２つの突起４の間に位置する単結晶基板２の表面に凹凸９を有することにより、突起４の突起側面４Ｂから出射されてきた光が、第１半導体層３ａを通過して単結晶基板２に入射される際に、第１半導体層３ａと単結晶基板２との界面において反射されにくくするとともに、単結晶基板２に入射されやすくすることができる。その結果、発光素子１の光取出し効率を向上させることができる。
【００４４】
さらに、凹凸９の上下方向に対して垂直な方向の断面積を発光層３ｂで発光された光の波長以下とすることにより、第１半導体層３ａと単結晶基板２との界面において、さらに反射されにくくすることができる。
【００４５】
突起４は、図６に示すように、隣接する２つの突起４同士の間に、屈折率が第１半導体層３ａの屈折率よりも大きく、かつ単結晶基板２の屈折率よりも小さい散乱層10をさらに有いてもよい。これにより、光半導体層３で発光して突起４に入った光が、突起４の突起側面４Ｂから出射される際に、散乱層10と突起側面４Ｂとの界面において、入射角よりも大きな反射角で出射されるため、発光素子１の指向性をさらに広げることができる。なお、本例において、単結晶基板２として用いているサファイアは、屈折率が、例えば1.68以上1.80以下に設定される。
【００４６】
突起４は、図７に示すように、隣接する２つの突起４同士の間に空隙11を有していてもよい。隣接する２つの突起４同士の間に空隙11を有していることから、かかる空隙11が第１半導体層３ａによって埋設されている場合と比較して、第１半導体層３ａと突起側面４Ｂとの界面において、入射角よりも大きな反射角で出射されるため、発光素子１の指向性をさらに広げることができる。なお、空隙11は、屈折率が、例えば0.95以上1.05以下に設定される。
【００４７】
また、隣接する２つの突起４同士の間に空隙11を有していることにより、単結晶基板２上に光半導体層３を成長させる際に、空隙11が存在する位置には第１半導体層３ａが成長しにくくなり、隣接する２つの突起４同士の間から延びる転位５を少なくすることができる。
【００４８】
＜発光素子の製造方法＞
図８−図12は、それぞれ発光素子１の製造工程を示す断面図であり、いずれも図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。上述した発光素子１と重複する部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
続いて、本発明の実施の形態の発光素子１の製造方法を説明する。
【００５０】
（単結晶基板を準備する工程）
単結晶基板２の第１主面２Ａに、突起４を形成する方法を、図８を参考にしつつ説明する。
【００５１】
単結晶基板２としては、半導体を成長させることが可能な材料を用いられる。単結晶基板２は、例えばサファイア、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化シリコン、窒化インジウムまたはシリコンカーバイドなどを用いることができる。本例において、単結晶基板２は、サファイアを用いている。
【００５２】
単結晶基板２は、平面視形状が例えば四角形状などの多角形状または円形状などに設定
されている。単結晶基板２は、厚みが例えば１μｍ以上2000μｍ以下に設定されている。単結晶基板２として、単結晶基板２の上面２Ａ’が平坦なものを用いることができる。単結晶基板２の上面２Ａ’の平坦性は、表面粗さが例えば10ｎｍ以下に設定されている。なお、単結晶基板２としては、単結晶基板２の上面２Ａ’を研磨したものを用いてもよく、単結晶基板２の上面２Ａ’の表面粗さとしては、ＪＩＳ  Ｂ0601−2001に準拠した最大高さ粗さＲｚを用いればよい。
【００５３】
単結晶基板２の上面２Ａ’としては、例えば単結晶基板２の結晶面が揃っているものを用いることができる。単結晶基板２がサファイアの場合であれば、単結晶基板２の結晶面としては、例えばサファイアのＡ面、Ｃ面またはＲ面などを用いることができる。
【００５４】
単結晶基板２の上面２Ａ’上に、図８に示すように、単結晶基板２の上面２Ａ’の一部が露出する露出領域11を有するマスクパターン12を形成する。マスクパターン12の露出領域11は、平面視形状が例えば単結晶基板２の第１主面２Ａ上に形成する突起４の底面形状となるように設定される。そのため、露出領域11の幅は、突起４の底面の寸法に設定すればよく、例えば0.5μｍ以上50μｍ以下に設定される。
【００５５】
マスクパターン12としては、後に容易に除去することができる材料を選択することができ、例えば酸化シリコンなどの酸化物またはチタンなどの金属を用いることができる。マスクパターン12の膜厚は、エッチングによって単結晶基板２の一部を除去する場合であれば、単結晶基板２のエッチングレートとマスクパターン12のエッチングレートとの選択比によって適宜選択することができ、例えば200ｎｍ以上3500ｎｍ以下に設定することができる。
【００５６】
マスクパターン12は、マスク材料をスパッタリング法または蒸着法などの真空積層法を用いることによって単結晶基板２上に積層膜を積層し、露出領域11を有するようにパターニングすることによって形成することができる。この際、単結晶基板２としてサファイアを用いてドライエッチングを行なう場合、サファイアと反応しやすい塩素系ガスを反応ガスとして用いることができるが、この場合、マスク材料としては、チタン、ニッケルまたはクロムなどの金属や酸化シリコンなどの耐塩素性の無機材料を用いることが望ましい。
【００５７】
次に、図９に示すように、単結晶基板２の上面２Ａ’を、エッチングされる方向から傾斜させるとともに回転させた状態で、単結晶基板２の上面２Ａ’の一部を露出させた露出領域11からエッチング法などで、単結晶基板２の一部を厚み方向へ除去する。なお、図９において、矢印Ａはエッチングを行なうエッチング方向を、矢印Ｂは回転保持体14の回転方向を、それぞれ示している。
【００５８】
マスクパターン12が形成された単結晶基板２を、エッチングを行なうエッチング方向から傾斜させた回転保持体14に搭載し、回転保持体14を傾斜させた状態で回転させる。このように回転保持体14に載置された単結晶基板２を、上面２Ａ’から深さ方向にエッチングする。
【００５９】
このように、単結晶基板２のエッチングをエッチング方向から傾斜させた状態で行なうため、単結晶基板２の上方から平面透視して、マスクパターン12と重ならない領域である露出領域11に位置する単結晶基板２を深さ方向に除去するとともに、マスクパターン12と重なる領域に位置する単結晶基板２を除去することができる。
【００６０】
具体的には、傾斜した単結晶基板２の露出領域11から直線的にエッチングを行なうため、平面透視して、マスクパターン12と重なる領域の単結晶基板２が除去された面と、突起４の突起上面４Ａとなる単結晶基板２の上面２Ａ’とのなす角を鋭角にすることができる
。
【００６１】
さらに、単結晶基板２を回転させることから、単結晶基板２の上方から平面透視して、露出領域11の周囲に位置するマスクパターン12と重なる領域に位置する単結晶基板２を除去する。その結果、図10に示すように、突起上面４Ａから下方に向かうにつれて突起上面４Ａと平行な断面積が突起上面４Ａの面積よりも小さくなる漸小部４’を形成することができる。
【００６２】
単結晶基板２としてサファイアを用いた場合に、ドライエッチングによって単結晶基板２の一部を除去する際には、サファイアと反応しやすい塩素系ガス雰囲気中でドライエッチングを行なってもよい。このようにドライエッチングを行なうことによって、生産性を向上させることができる。
【００６３】
その後、図11に示すように、マスクパターン12を単結晶基板２から剥離することによって、単結晶基板２の第１主面２Ａに複数の突起４を単結晶基板２と一体的に設けることができる。ここで、単結晶基板２の上面２Ａ’に、結晶が揃った平坦な結晶面を用いた場合、突起４の突起上面４Ａがマスクパターン12で覆われていることから、単結晶基板２の一部を除去する工程の際に、平坦性を維持することができる。
【００６４】
（光半導体層を成長させる工程）
次に、図12に示すように、単結晶基板２上に光半導体層３を成長させる。
【００６５】
光半導体層３としては、例えばIII−Ｖ族半導体を用いることができる。本例においては、光半導体層３は窒化ガリウムが用いられている。単結晶基板２の上面２Ａに光半導体層３を成長させる方法としては、分子線エピタキシャル法、有機金属エピタキシャル法、ハイドライド気相成長法またはパルスレーザデポジション法などを用いることができる。
【００６６】
光半導体層３を成長させる方法としては、例えば、第１主面２Ａに対して垂直である垂直方向よりも第１主面２Ａと平行な平面方向に結晶成長しやすくした横方向成長を用いることができる。具体的には、光半導体層３のそれぞれの層において組成比、成長温度および成長圧力などの成長条件を調整することにより、光半導体層３を横方向成長させることができる。
【００６７】
単結晶基板２上に光半導体層３として窒化ガリウムをエピタキシャル成長させるには、窒化ガリウムの組成比、成長温度および成長圧力などの成長条件を調整すればよい。成長温度としては、例えば350℃以上1500℃以下に設定することができる。単結晶基板２上に窒化ガリウムからなる第１半導体層３ａの低温バッファ層を設ける場合には、成長温度として例えば350℃以上800℃以下に設定すればよい。
【００６８】
光半導体層３を横方向成長によって結晶成長させる場合は、突起４の突起上面４Ａに第１半導体層３ａの結晶体を結晶成長させた後、第１半導体層３ａ、発光層３ｂおよび第２半導体層３ｃを順に横方向成長させる。結晶体は、例えば三角錐形状または六角錐形状などの多角錐形状、三角錐台形状または六角錐台形状などの多角錐台形状、円錐形状、または円錐台形状などを用いることができる。本例において、結晶体は、円錐形状で形成されている。
【００６９】
突起４の突起上面４Ａに形成させる結晶体は、特定の結晶面が結晶体の側面となるように成長させる。その後、隣接する２つの突起４の突起上面４Ａの結晶体同士を、それぞれ横方向に成長させて、それぞれの突起上面４Ａから延びる転位を、平面透視して、隣接する２つの突起４の間で結合させる。以下、具体的に説明する。
【００７０】
光半導体層３として窒化ガリウムを用いた場合、結晶体の頂部から突起４の突起上面４Ａに対して傾斜した結晶面を有する結晶体を形成する方法としては、例えば20ｋＰａ以上90ｋＰａ以下の圧力および700℃以上1150℃以下の温度で結晶成長させればよい。このような条件で結晶成長させることにより、単結晶基板２の突起４の突起上面４Ａに結晶体を成長させることができる。このような結晶体の結晶面は、サファイアからなる単結晶基板３の突起４の突起上面４Ａがｃ面である場合、例えば｛1−101｝面とすることができる。
【００７１】
その後、結晶体形成時の温度以上に設定した高温状態および結晶体形成時の圧力以下に設定した低圧力状態にして結晶成長させることにより、光半導体層３を横方向成長させることができる。
【００７２】
このように光半導体層３の厚み方向に延びる転位５の数を少なくすることにより、光半導体層３の結晶品質を向上させることができ、光半導体層３の発光効率を向上させることができる。また、光半導体層３の第１半導体層３ａにおいて、転位５を結合させた場合には、発光層３ｂに延在する転位５を少なくすることができるため、発光層３ｂで発光する領域を広げることができる。
【００７３】
その後、第１半導体層３ａと電気的に接続される第１電極層６と、第２半導体層３ｂと電気的に接続される第２電極層７と、を光半導体層３に形成することによって、発光素子１を製造することができる。
【００７４】
隣接する２つの突起４同士の間に空隙11を有していてもよい。本例において、突起４が漸小部４’を有していることから、隣接する２つの突起４同士の間に光半導体層３を成長させるためのガスが回り込みにくくなっている。そのため、隣接する２つの突起４同士の間に光半導体層３が成長しにくくなっている。その結果、隣接する２つの突起４同士の間から延びる転位５を少なくすることができ、光半導体層３の結晶品質を向上させることができる。
【００７５】
隣接する２つの突起４同士の間に非晶質体15を設ける工程を有していてもよい。単結晶基板２を準備する工程の後、隣接する２つの突起４同士の間に非晶質体15を設ける工程を経て、光半導体層３を成長させることにより、隣接する２つの突起４同士の間に位置する単結晶基板４の表面から光半導体層３を成長しにくくすることができる。これにより、隣接する２つの突起４同士の間に位置する単結晶基板４の表面から延びる転位５を少なくすることができ、光半導体層２の結晶品質を向上させることができる。
【００７６】
隣接する２つの突起４同士の間に非晶質体15を設ける方法としては、図13（ａ）および図13（ｂ）に示すように、非晶質体15を単結晶基板２の上方からスパッタリング法などによって、非晶質体15を堆積させた被覆体15’を形成する。その後、図13（ｃ）に示すように、突起４の突起上面４Ａが露出するように被覆体15’のエッチングを行なう。そして、露出した突起４の突起上面４Ａに光半導体層３を結晶成長させる。非晶質体15を堆積させる方法として、蒸着法またはスピンコート法などを用いてもよい。
【００７７】
非晶質体15としては、例えばチタン、タンタル、アルミニウム、マグネシウム、シリコン、ジルコニウム、ハフニウム、イットリウム、トリウム、スカンジウム、ネオジウム、ニオブまたはナトリウムからなる酸化物もしくは弗化物もしくは窒化物の少なくとも１種類を含む材料から選択することができる。
【００７８】
本例においては、突起４の突起上面４Ａ’が平坦な単結晶基板２を用いた場合について説明したが、突起４を設けてマスクパターン12を剥離した後、突起４の突起上面４Ａを研
磨する工程を設けてもよい。このようにマスクパターン12を剥離した後に、突起４の突起上面４Ａを研磨することにより、突起４の突起上面４Ａに残留した、例えばマスクパターン12の一部または剥離剤などの付着物を除去するとともに、平坦化することができる。
【００７９】
さらに、マスクパターン12を剥離する工程に代えて、マスクパターン12の上方から突起４の突起上面４Ａまで研磨してもよい。この場合、マスクパターン12を除去する工程と突起４の突起上面４Ａを平坦化する工程とを続けて行なうことができ、生産性を向上することができる。
【００８０】
また、本例において、単結晶基板２の準備工程では、突起４を単結晶基板２に設ける際に回転保持体14を用いた場合について説明したが、単結晶基板２の結晶軸を調整してウェットエッチングを行なうことにより、突起４を形成してもよい。これは、単結晶基板２の結晶軸方向によって結晶格子を構成する原子が結合されている強度および原子の配置などが異なるため、結晶軸方向によってエッチングされる速度が異なるからである。
【符号の説明】
【００８１】
１  発光素子
２  単結晶基板
３  光半導体層
３ａ  第１半導体層
３ｂ  発光層
３ｃ  第２半導体層
４  突起
４Ａ  突起上面
４’  漸小部
４”  最小部
５  転位
６  第１電極層
７  第２電極層
８  光線
９  凹凸
10  散乱層
11  空隙
12  露出領域
13  マスクパターン
14  回転保持体
15  非晶質体
15’  被覆体
【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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