(57)【要約】【課題】寿命特性の良好な発光波長が４１０ｎｍ以下の半導体発光素子を実現する。【解決手段】  半導体発光素子の製造方法は、下地基板の上層に中間層を介してＧａＮ膜が形成されてなる成長基板を準備する工程（ａ）と、成長基板の直上面に、Ａｌを含む窒化物半導体からなる第一半導体層を形成する工程（ｂ）と、第一半導体層の上層に、窒化物半導体からなる活性層を形成する工程（ｃ）と、活性層の上層に、Ａｌを含む窒化物半導体からなる第二導電型の第二半導体層を形成する工程（ｄ）とを有する。そして、活性層は、発光波長が４１０ｎｍ以下となる材料で構成されている。【選択図】        図１Ｂ
2017076676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子の製造方法であって、
下地基板の上層に中間層を介してＧａＮ膜が形成されてなる成長基板を準備する工程（ａ）と、
前記成長基板の直上面に、Ａｌを含む窒化物半導体からなる第一導電型の第一半導体層を形成する工程（ｂ）と、
前記第一半導体層の上層に、窒化物半導体からなる活性層を形成する工程（ｃ）と、
前記活性層の上層に、Ａｌを含む窒化物半導体からなり、前記第一半導体層とは導電型の異なる第二導電型の第二半導体層を形成する工程（ｄ）とを有し、
前記活性層は、発光波長が４１０ｎｍ以下となる材料で構成されていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記成長基板に形成されている前記ＧａＮ膜の膜厚は３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記下地基板はムライトからなり、
前記中間層はＳｉＯ２を含む層からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
半導体発光素子であって、
下地基板の上層に中間層を介してＧａＮ膜が形成されてなる成長基板と、
前記成長基板の直上面に形成された、Ａｌを含む窒化物半導体からなる第一導電型の第一半導体層と、
前記第一半導体層の上層に形成された、窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上層に形成され、Ａｌを含む窒化物半導体からなり、前記第一半導体層とは導電型の異なる第二導電型の第二半導体層とを有し、
前記活性層は、発光波長が４１０ｎｍ以下となる材料で構成され、
前記成長基板に形成されている前記ＧａＮ膜の膜厚は３００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
前記下地基板はムライトからなり、
前記中間層はＳｉＯ２を含む層からなることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サファイアからなる結晶基板の上面に、ＧａＮからなるバッファ層をエピタキシャル成長させた後、種々の窒化物半導体層を形成して半導体発光素子を製造する方法が知られている。ただし、サファイアはＧａＮとの間で格子定数に差があるため、結晶欠陥や転位を有した状態で半導体層が形成されることが余儀なくされる。このような欠陥等の密度が高いと、半導体発光素子の発光効率が低下したり、寿命特性が低下してしまう。
【０００３】
他方、結晶品質の高いＧａＮからなる自立ＧａＮ基板の上面に半導体層を成長させることで、高品質な半導体層が実現できるが、自立ＧａＮ基板は極めて高価であるため、市場に流通させる目的で製造されるＬＥＤ用の成長基板として用いるには障害が大きい。
【０００４】
特許文献１には、自立ＧａＮ基板に代わる成長基板として、サファイア基板の上面に結晶品質の高いＧａＮ層が形成されてなる基板を用い、この基板の上面に半導体層を再成長させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４４１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、鋭意研究により、発光波長が４１０ｎｍ以下の半導体発光素子を製造するに際し、高品質なＧａＮ層を含む成長基板上に半導体層を成長させると、膜質の良好な半導体層を成長させることができず、良好な寿命特性が得られない場合があることを見出した。かかる課題に鑑み、本発明は、寿命特性の良好な発光波長が４１０ｎｍ以下の半導体発光素子を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、
下地基板の上層に中間層を介してＧａＮ膜が形成されてなる成長基板を準備する工程（ａ）と、
前記成長基板の直上面に、Ａｌを含む窒化物半導体からなる第一導電型の第一半導体層を形成する工程（ｂ）と、
前記第一半導体層の上層に、窒化物半導体からなる活性層を形成する工程（ｃ）と、
前記活性層の上層に、Ａｌを含む窒化物半導体からなり、前記第一半導体層とは導電型の異なる第二導電型の第二半導体層を形成する工程（ｄ）とを有し、
前記活性層は、発光波長が４１０ｎｍ以下となる材料で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
サファイア基板を成長基板とし、このサファイア基板の上面にＧａＮバッファ層を成長させてから窒化物半導体層を成長させる場合、格子定数差に起因した欠陥が発現することが避けられないことは上述した通りである。これに対し、予め最上面に高品質なＧａＮ膜が形成されている基板（「ＧａＮテンプレート基板」とも呼ばれる。）を成長基板とし、この成長基板の上面に半導体層を成長させた場合、ＧａＮ層とその上に成長される窒化物半導体層との間の格子定数差は小さいため、欠陥の発現頻度が抑制され、高品質な半導体層を形成することができる。
【０００９】
ここで、本明細書では、「ＧａＮテンプレート基板」という用語は、任意の下地基板の上面に高品質なＧａＮ膜が形成された状態で、基板として流通しているものを一般的に指す意図で用いられる。つまり、工程（ａ）にいう「成長基板」は、このようなＧａＮテンプレート基板の一種であるとしてよい。
【００１０】
ＧａＮテンプレート基板の上面に半導体層を成長させることで半導体発光素子を製造する方法は、従来知られている。ここで、ＧａＮテンプレート基板の最上面に形成されているＧａＮ膜の表面が汚染されることを防止し、且つ、エピタキシャル成長の過程における昇温時にＧａＮ膜がエッチングされることを防止する目的で、ＧａＮテンプレート基板の上面にＧａＮ層をエピタキシャル成長させるのが一般的である。
【００１１】
そこで、本発明者は、発光波長が４１０ｎｍ以下となるような半導体発光素子を製造すべく、工程（ａ）を実行後、成長基板の上面に、上記の目的でＧａＮ層を成長させた後、工程（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）を実行した。すると、半導体層の表面荒れや多くの欠陥が発現していることが確認された。ここで、発光波長が４１０ｎｍ以下である半導体発光素子を実現するに際し、光吸収をなるべく抑制する目的で、第一半導体層及び第二半導体層を、ＧａＮではなくＡｌＧａＮ等のＡｌを含む窒化物半導体で形成している。
【００１２】
次に、本発明者は、工程（ａ）を実行後、ＧａＮ層を成長させることなく、成長基板の上面にＡｌを含む窒化物半導体からなる第一導電型の第一半導体層を形成した（工程（ｂ））。その後、工程（ｃ）及び（ｄ）を実行した。すると、ＧａＮ層を成長させてから工程（ｂ）を実行した場合と比較して表面モフォロジーが向上したことが確認された。
【００１３】
すなわち、上記の方法によれば、従来よりも膜質の向上した半導体層を形成することができるため、欠陥等の密度が低下し、寿命特性が向上した半導体発光素子が実現できる。詳細は「発明を実施するための形態」の項で後述される。
【００１４】
前記成長基板に形成されている前記ＧａＮ膜の膜厚は、３００ｎｍ以下であるものとしても構わない。
【００１５】
発光波長が４１０ｎｍ以下である発光素子においては、ＧａＮ層において一部の光が吸収される。このため、上記のように、成長基板に形成されているＧａＮ膜の膜厚を３００ｎｍ以下の薄膜としておくことで、成長基板を剥離しないまま形成される発光素子においては、当該ＧａＮ膜での光吸収を最小限に抑制することができる。このような効果は、発光波長が３８０ｎｍ以下である場合に顕著に得られ、発光波長が３７０ｎｍ以下である場合には更に顕著に得られる。一般的に、サファイア基板の上面にＧａＮからなるバッファ層を形成した後に窒化物半導体層を成長させる場合、窒化物半導体層を安定的に成長させるためにバッファ層は１〜数μｍの膜厚で形成される。このため、上記の構成によれば、サファイア基板上に半導体層を成長させる場合に比べて、ＧａＮの厚みを大幅に低減させることができるため、光の取り出し量が高められる。
【００１６】
前記下地基板はムライトからなり、
前記中間層はＳｉＯ２を含む層からなるものとしても構わない。
【００１７】
本発明に係る半導体発光素子は、
下地基板の上層に中間層を介してＧａＮ膜が形成されてなる成長基板と、
前記成長基板の直上面に形成された、Ａｌを含む窒化物半導体からなる第一導電型の第一半導体層と、
前記第一半導体層の上層に形成された、窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上層に形成され、Ａｌを含む窒化物半導体からなり、前記第一半導体層とは導電型の異なる第二導電型の第二半導体層とを有し、
前記活性層は、発光波長が４１０ｎｍ以下となる材料で構成され、
前記成長基板に形成されている前記ＧａＮ膜の膜厚は３００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、半導体層の膜質が向上するため、寿命特性が良好な、発光波長が４１０ｎｍ以下の半導体発光素子が実現できる。また、成長基板に形成されている前記ＧａＮ膜の膜厚は３００ｎｍ以下と薄膜であるため、ＧａＮ膜における光の吸収が抑制され、高い光出力が実現される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、寿命特性の良好な発光波長が４１０ｎｍ以下の半導体発光素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【図２】半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】比較例１の半導体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】実施例と比較例１の各素子における半導体層の表面写真である。
【図５】比較例２の半導体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】実施例と比較例２の各素子の光出力を対比したグラフである。
【図７Ａ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【図７Ｂ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【図７Ｃ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【図７Ｄ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【図７Ｅ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【図７Ｆ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【図７Ｇ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【図７Ｈ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【図７Ｉ】半導体発光素子の製造方法における一工程を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の半導体発光素子の製造方法につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。また、以下で説明する製造条件や膜厚等の寸法はあくまで一例であって、これらの数値に限定されるものではない。
【００２２】
［製造方法］
（ステップＳ１）
まず、図１Ａに示すように、成長基板１０を準備する。この成長基板１０は、下地基板１１の上面に中間層１２を介して、良質な薄膜のＧａＮ膜１３が形成されてなる基板である。
【００２３】
下地基板１１は、例えばＡｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の多結晶体からなるムライトで構成されている。なお、更にイットリア安定化ジルコニアを含む構成（ＹＳＺムライト）としてもよい。
【００２４】
中間層１２は、例えばＳｉＯ２で構成されている。なお、中間層１２としては、ＳｉＯ２の他、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２などの無機酸化物で構成されていても構わない。
【００２５】
ＧａＮ膜１３は、１５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の薄膜で構成されている。なお、ＧａＮ膜１３は３００ｎｍ以下の膜厚で構成されていればよい。
【００２６】
このＧａＮ膜１３は、自立ＧａＮ基板を、中間層１２を介して下地基板１１に貼り合わせた後、薄膜を残して自立ＧａＮ基板を剥離することで形成されたものとして構わない。このような構成とすることで、ＧａＮ膜１３は、自立ＧａＮ基板の良好な膜質を有した状態で形成される。
【００２７】
このステップＳ１が工程（ａ）に対応する。
【００２８】
（ステップＳ２）
図１Ｂに示すように、成長基板１０の直上面、より詳細にはＧａＮ膜１３の直上面に、ｎ型の第一半導体層２１を形成する。第一半導体層２１の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
【００２９】
成長基板１０をМОＣＶＤ装置の処理炉内に設置し、炉内温度を所定の温度（例えば１１５０℃）に昇温する。そして、МОＣＶＤ装置の処理炉内に、窒素ガス及び水素ガスを含むキャリアガスを所定の流量で流しながら、原料ガスを所定の流量で供給する。原料ガスとしては、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア、及びｎ型ドーパントの原料となるテトラエチルシランが含まれる。この原料ガスを所定時間供給することで、例えばＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎの組成を有し、厚みが１．７μｍの第一半導体層２１が成長基板１０の直上面に形成される。
【００３０】
本ステップＳ２が工程（ｂ）に対応する。
【００３１】
本実施形態では、第一半導体層２１がＡｌＧａＮで構成される場合について説明したが、微量のＩｎを含有するＡｌＩｎＧａＮであっても構わない。なお、本明細書において、「ＡｌＧａＮ」という表記は、ＡｌmＧａ1-mＮ（０＜ｍ＜１）という記述と同義であり、ＡｌとＧａの組成比の記述を単に省略して記載したものであって、ＡｌとＧａの組成比が１：１である場合に限定する趣旨ではない。「ＩｎＧａＮ」、「ＡｌＩｎＧａＮ」という表記についても同様である。
【００３２】
また、上記の方法では、第一半導体層２１に含まれるｎ型不純物をＳｉとする場合について説明したが、ｎ型不純物は、Ｓｉ以外にＧｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ又はＴｅを用いることもできる。ドーパントの種類に応じて原料ガスを適宜選択すればよい。
【００３３】
（ステップＳ３）
図１Ｂに示すように、第一半導体層２１の上層に活性層２３を形成する。活性層２３の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
【００３４】
ＭＯＣＶＤ装置の炉内温度を所定の温度（例えば８３０℃）とする。そして、ＭＯＣＶＤ装置の処理炉内に、窒素ガス及び水素ガスを含むキャリアガスを所定の流量で流しながら、原料ガスを供給する。より具体的には、ＴＭＧ、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、及びアンモニアを含む原料ガスを、所定の流量で所定の時間供給するステップと、ＴＭＧ、ＴＭＡ、テトラエチルシラン及びアンモニアを含む原料ガスを、所定の流量で所定の時間供給するステップを繰り返す。これにより、例えば、厚みが２ｎｍのＩｎＧａＮよりなる発光層、及び厚みが７ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層が複数周期積層されてなる活性層２３が、第一半導体層２１の上層に形成される。
【００３５】
本ステップＳ３が工程（ｃ）に対応する。なお、この活性層２３は、発光波長が４１０ｎｍ以下となるよう、材料が適宜選択されるものとして構わない。
【００３６】
（ステップＳ４）
図１Ｂに示すように、活性層２３の上層に第二半導体層２５を形成する。第二半導体層２５の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。
【００３７】
ＭＯＣＶＤ装置の処理炉内に、窒素ガス及び水素ガスを含むキャリアガスを所定の流量で流しながら、炉内温度を所定温度（例えば１０２５℃）に昇温する。その後、引き続きキャリアガスを流しながら、原料ガスを所定の流量で供給する。原料ガスとしては、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、及びｐ型ドーパントの原料となるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）が含まれる。この原料ガスを所定時間供給することで、例えば厚みが２０ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの組成を有するｐ型半導体層が形成される。その後、例えばＴＭＡの流量を減らして引き続き原料ガスを所定時間供給することで、厚みが１２０ｎｍのＡｌ0.13Ｇａ0.87Ｎの組成を有するｐ型半導体層を形成する。これらのｐ型半導体層により第二半導体層２５が形成される。
【００３８】
なお、ここでは、第二半導体層２５が、Ａｌ0.3Ｇａ0.7ＮとＡｌ0.13Ｇａ0.87Ｎからなる二層のｐ型半導体層で構成される場合について言及しているが、一層でも構わないし、三層以上であっても構わない。なお、第一半導体層２１についても、二層以上で構成されていても構わない。
【００３９】
本ステップＳ４が工程（ｄ）に対応する。
【００４０】
（その後の工程）
図２に示すように、第一半導体層２１の一部上面が露出するまで、一部の領域内の第二半導体層２５及び活性層２３を、例えばＩＣＰ装置を用いたドライエッチングによって除去する。このとき、第一半導体層２１についても一部エッチング除去しても構わない。その後、第一半導体層２１の上面に第一電極３１を形成し、第二半導体層２５の上面に第二電極３３を形成する。これにより、図２に示す半導体発光素子１が製造される。
【００４１】
［検証］
上記ステップＳ１〜Ｓ４を順次行って製造された素子を実施例の素子とする。また、成長基板１０の上面にＧａＮ層を形成した後、ステップＳ２〜Ｓ４を順次行って製造された素子を比較例１の素子とする。図３は、比較例１の素子の模式的構造を示す図であり、図１Ｂにならって図示されたものである。図３に示すように、比較例の素子は、成長基板１０と第一半導体層２１の間にＧａＮ層４１を有している点が、実施例の素子と異なっている。
【００４２】
上述したように、成長基板１０は、自立ＧａＮ基板から切り出されたＧａＮ膜１３を有した基板である。このため、ＧａＮ膜１３は、サファイア基板の上面にＧａＮからなるバッファ層をエピタキシャル成長させた場合よりは、良好な膜質を有している。
【００４３】
しかし、このような成長基板１０をＭＯＣＶＤ装置の処理炉内に設置して昇温することで、ＧａＮ膜１３がエッチングされることが予想される。また、処理炉内に設置する前の段階において、ＧａＮ膜１３の表面が汚染されることも予想される。そこで、これらのエッチングや汚染の影響をなるべく抑制する目的で、ＧａＮ膜１３の表面にいったんＧａＮ層４１を成長させておき、その後に第一半導体層２１を成長させることが考えられる。特に、ＧａＮテンプレート基板の上面に窒化物半導体層を成長させる場合においては、いったんＧａＮ層を成長させることが一般的に行われており、これは上記の目的によるものである。図３に示す比較例の素子は、このような観点で成長基板１０の上面にＧａＮ層４１が形成されている。
【００４４】
図４は、実施例と比較例１の各素子の最表面を撮影した写真である。図４（ａ）が比較例１の写真であり、図４（ｂ）が実施例の写真である。図４（ａ）に示すように、比較例１の素子においては、半導体層の表面にスクラッチ痕６１や、表面モフォロジーが悪化した領域６２が確認されるが、実施例の素子にはスクラッチ痕６１が確認されず、良好な表面モフォロジーが得られている。
【００４５】
この理由については定かではないが、成長基板１０の上面にＧａＮ層４１を成長させることで、ステップバンチングと呼ばれる現象が生じた結果、半導体層の表面荒れが生じたものと推察される。ステップバンチングとは、ステップ端における成長速度の違いから、ステップ同士が結合して巨大化する現象である。特に、ＧａＮは拡散長が長いため、成長しやすい場所と成長しにくい場所が現れ、この結果、表面荒れ６２が形成されたものと考えられる。
【００４６】
また、上述したように、成長基板１０は、自立ＧａＮ基板を貼り合わせた後に薄く剥離することでＧａＮ膜１３が上面に形成されているのが通常である。このため、この剥離工程において、ＧａＮ膜１３の表面には微小な凹凸が形成される場合がある。そこで、この凹凸をなくして平坦化する目的で、ＧａＮ膜１３の表面を研磨する工程が行われる場合がある。半導体層の表面に現れたスクラッチ痕６１は、この研磨工程で形成された微細な凹部が、エピタキシャル成長によって引き継がれたことで形成されたものと考えられる。
【００４７】
これに対し、実施例の素子によれば、表面状態が良好であり、スクラッチ痕も確認されていない。この理由としては、成長基板１０の直上面に形成されている第一半導体層２１が、ＡｌＧａＮ等のＡｌを含む窒化物半導体で構成されていることに基づくものと考えられる。すなわち、ＡｌＧａＮは、ＧａＮと比較して拡散長が短く、二次元的な成長モードになりやすい。この結果、比較例のようなステップバンチングの発生が抑制され、且つ、ＧａＮ膜１３に形成されていたスクラッチ痕をＡｌＧａＮで覆いながら成長することができる。これにより、表面モフォロジーを良好にすることができると考えられる。
【００４８】
半導体層の膜質が悪い場合、例えば高い電流を流したり、長時間にわたって電流を流し続けると、膜質の悪い領域の近傍に電流が集中する。この結果、当該領域が加熱してリーク電流を引き起こし、発光しなくなるという現象が生じ得る。半導体発光素子１によれば、比較例の発光素子と比べて、半導体層（２１，２３，２５）の膜質を良好にすることができる。このため、発光素子に投入する電流量を同一とした場合において、従来よりも長寿命の発光素子が実現できる。また、発光素子に投入する電流量を増加させても、従来と同等又は同等以上の寿命特性を示す素子が実現できる。
【００４９】
また、図２に示す半導体発光素子１（実施例）においては、成長基板１０に含まれるＧａＮ膜１３の厚みが３００ｎｍ以下である。これに対し、図５に示すように、サファイア基板９１の上面にＧａＮからなるバッファ層９２を成長させた後、窒化物半導体層（２１，２３，２５）を成長させる場合（比較例２）においては、窒化物半導体層（２１，２３，２５）を安定的に成長させるために、ＧａＮからなるバッファ層９２は１〜数μｍの膜厚が必要となる。
【００５０】
ＧａＮは吸収端がＡｌＧａＮに比べて長波長側に存在する。このため、発光波長が４１０ｎｍ以下の発光素子を実現するに際し、発光素子にＧａＮ層が含まれていると、当該ＧａＮ層において一部の光が吸収される。この結果、光取り出し効率が低下する。特に、ＧａＮ層の厚みが厚いほど、光の吸収量が増加してしまう。実施例の素子によれば、比較例２の素子に比べて、ＧａＮ層の厚みを薄くできるため、発光波長が４１０ｎｍ以下である場合の光出力を高めることができる。この効果は、このような効果は、発光波長が３８０ｎｍ以下である場合に顕著に得られ、発光波長が３７０ｎｍ以下である場合には更に顕著に得られる。図６に、実施例の素子と比較例２の素子の光出力を対比したグラフを示す。図６において、横軸は電流量を表しており、縦軸が光出力を表している。図６によれば、実施例の素子は、比較例２の素子よりも光出力が高いことが確認される。
【００５１】
［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。
【００５２】
〈１〉  図２に示す半導体発光素子１は、第一電極３１及び第二電極３３の双方が、基板（ここでは成長基板１０）の面に直交する方向に関して、第一半導体層２１に対して同じ側に配置されている構造（いわゆる「横型構造」）である。しかし、本発明は、この構成に限られるものではない。すなわち、第一電極３１及び第二電極３３の双方が、基板（ここでは成長基板１０）の面に直交する方向に関して、第一半導体層２１を挟んで対向する方向に配置されている構造（いわゆる「縦型構造」）を有する素子を製造するに際しても、適用可能である。以下、縦型構造を有する素子の製造方法の一例につき、説明する。
【００５３】
（ステップＳ５）
上述したステップＳ４の後、図７Ａに示すように、第二半導体層２５の上層の所定箇所に、絶縁層５１及び第二電極３３を形成する。ここで、絶縁層５１は、後のステップＳ１３で第一電極３１が形成される予定の領域に対して、基板の面に直交する方向に対向する領域に形成される。また、第二電極３３は、絶縁層５１が形成されていない領域に形成される。
【００５４】
より具体的には、例えばＡｌ2Ｏ3をスパッタリング法によって所定の膜厚で成膜することで、絶縁層５１が形成される。また、Ａｇ又はＡｇ合金からなる材料膜をスパッタリング法によって所定の膜厚で成膜した後、ＲＴＡ装置等を用いてアニール処理を行うことで、第二電極３３が形成される。第二電極３３は、活性層２３から放射される光に対する反射率が高い材料で構成されるのが好ましい。
【００５５】
（ステップＳ６）
図７Ｂに示すように、絶縁層５１及び第二電極３３の上面を覆うように、全面に保護層５５を形成する。その後、保護層５５の上面に接合層５７を形成する。
【００５６】
より具体的には、例えば電子線蒸着装置（ＥＢ装置）を用いて、膜厚１００ｎｍのＴｉと膜厚２００ｎｍのＰｔを３周期成膜することで保護層５５を形成する。なお、保護層５５の最上面に膜厚１００ｎｍ程度のＮｉを成膜するものとしても構わない。そして、保護層５５の上面に、膜厚１０ｎｍのＴｉを蒸着させた後、Ａｕ８０％Ｓｎ２０％で構成されるＡｕ−Ｓｎハンダを膜厚３μｍ蒸着させることで接合層５７を形成する。
【００５７】
なお、この保護層５５は、接合層５７を構成する材料が第二電極３３に向けて拡散することを防止する目的で設けられているが、必ずしも保護層５５を設けなくても構わない。
【００５８】
（ステップＳ７）
成長基板１０とは別に準備された支持基板３の上面に、ステップＳ６と同様の方法で、保護層７１及び接合層７３を形成する（図７Ｃ参照）。基板３としては、ＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏ等の導電性基板、又はＳｉ等の半導体基板を利用することができる。なお、保護層７１については形成しないものとしても構わない。
【００５９】
（ステップＳ８）
図７Ｄに示すように、成長基板１０の上層に形成された接合層５７と、支持基板３の上層に形成された接合層７３とを貼り合わせることで、成長基板１０と支持基板３の貼り合わせを行う。具体的な一例としては、２８０℃の温度、０．２ＭＰａの圧力下で、貼り合わせ処理が行われる。
【００６０】
この工程により、接合層５７及び接合層７３が溶融して接合されることで、支持基板３と成長基板１０が表裏面に貼り合わされた構造が形成される。つまり、接合層５７と接合層７３は、本ステップ以後においては一体化されているものとして構わない。そして、本ステップＳ８の実行前の段階で保護層５５及び保護層７１が形成されていることで、接合層（５７，７３）の構成材料の拡散が抑制されている。
【００６１】
（ステップＳ９）
図７Ｅに示すように、成長基板１０側から下地基板１１を研磨して、下地基板１１の厚みを薄くする。具体的には、例えばダイヤモンドスラリーを用いた機械研磨によって、厚みが１００μｍ以下となるように下地基板１１を研磨する。なお、本ステップＳ９は、次のステップＳ１０において短時間で下地基板１１を剥離しやすくする目的で行われるものであり、本発明において本ステップＳ９を行うか否かは任意である。
【００６２】
（ステップＳ１０）
図７Ｆに示すように、ステップＳ９が完了したウェハを、所定の溶液５０に浸漬させる。本実施形態において、この溶液５０は、下地基板１１及び中間層１２に含まれるＳｉＯ２を溶解することのできる材料であればよく、例えばフッ酸を用いることができる。
【００６３】
本ステップＳ１０によって、溶液５０が中間層１２及び下地基板１１内に浸透して一部を溶解することで、下地基板１１が支持基板３側から分離される。
【００６４】
（ステップＳ１１）
図７Ｇに示すように、残存しているＧａＮ膜１３を、例えばＩＣＰ装置を用いたドライエッチングによって除去する。これにより、第一半導体層２１が露出される。
【００６５】
（ステップＳ１２）
図７Ｈに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、例えば隣接素子との境界領域に対し、ＩＣＰ装置を用いて絶縁層５１の上面が露出するまで半導体層（２１，２３，２５）をエッチングする。このとき、絶縁層５１はエッチングストッパーとして機能する。
【００６６】
なお、図７Ｈでは、半導体層（２１，２３，２５）の側面が鉛直方向に対して傾斜を有するように図示しているが、これは一例であって、このような形状に限定する趣旨ではない。
【００６７】
（ステップＳ１３）
図７Ｉに示すように、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いて第一半導体層２１の上面をウェットエッチングし、微細な凹凸を形成する。その後、第一半導体層２１の上面の所定の領域、より詳細には、第一半導体層２１の上面のうち、第二電極３３に対して支持基板３の面に直交する方向に対向しない領域の一部に第一電極３１を形成する。すなわち、第一電極３１は、絶縁層５１に対して、支持基板３の面に直交する方向に対向する位置に形成される。
【００６８】
具体的な方法の一例としては、第一半導体層２１の上面のうち、第一電極３１を形成する予定の領域以外をレジスト等でマスクした状態で、第一半導体層２１の上面に膜厚１００ｎｍのＣｒと膜厚３μｍのＡｕを蒸着する。その後、マスクを剥離してアニール処理を行う。
【００６９】
以上の工程を経て、図７Ｉに示すような縦型構造の半導体発光素子１が実現される。この構成においても、各半導体層（２１，２３，２５）は良好な膜質で形成されているため、従来の素子と比較して寿命特性が良好になる。
【００７０】
なお、ステップＳ１３において、第一半導体層２１の上面に凹凸を形成したが、これは光取り出し効率を高める目的で行ったものであり、本発明においては必須の工程ではない。また、図７Ｉに示す発光素子１において、支持基板３の面に直交する方向に関し、第一電極３１と対向する位置に形成されている絶縁層５１のうち、端部に位置し上面が露出するように形成されている絶縁層５１以外の絶縁層５１については、必ずしも設けなくても構わない。例えば、図７Ｉに示す発光素子１において、端部以外に形成されている絶縁層５１に代えて、第二半導体層２５との間でショットキー接触する金属層が形成されるものとしても構わない。
【００７１】
〈２〉  上記の実施形態では、第一半導体層２１をｎ型半導体層とし、第二半導体層２５をｐ型半導体層としたが、これらの導電型を反転させても構わない。
【００７２】
〈３〉  上記の実施形態では、成長基板１０が、ムライトからなる下地基板１１の上面に、ＳｉＯ２からなる中間層１２を介してＧａＮ膜１３が形成されているものとして説明した。しかし、本発明は、下地基板１１及び中間層１２の材料に拘らず、一般に、自立ＧａＮ基板から切り出された良好な膜質のＧａＮ膜１３が最表面に形成された基板（ＧａＮテンプレート基板）の上面に半導体層を成長させることで、発光波長が４１０ｎｍ以下となる半導体発光素子を製造する内容を包含する。
【符号の説明】
【００７３】
３      ：    支持基板
１０      ：    成長基板
１１      ：    下地基板
１２      ：    中間層
１３      ：    ＧａＮ膜
２１      ：    第一半導体層
２３      ：    活性層
２５      ：    第二半導体層
３１      ：    第一電極
３３      ：    第二電極
４１      ：    ＧａＮ層
５０      ：    溶液
５１      ：    絶縁層
５５      ：    保護層
５７      ：    接合層
６１      ：    スクラッチ痕
６２      ：    表面モフォロジーが悪化した領域
７１      ：    保護層
７３      ：    接合層
９１      ：    サファイア基板
９２      ：    ＧａＮバッファ層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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