(57)【要約】【課題】発光領域における暗点の形成が抑制された、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法。【解決手段】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、（０００１）面を上面とし、所定の方向に延設された凸部１０１ａを有する第１導電型の（０００１）半導体基板１０１と、凸部１０１ａを覆うように形成された第１導電型の半導体層１０３と、第１導電型の半導体層１０３上に形成された活性層１０５と、凸部１０１ａ上面上に形成された電流狭窄構造１０７と、活性層１０５上に形成された第２導電型の半導体層１０９とを備える。活性層が、凸部１０１ａ上面上に形成された（０００１）面と、凸部１０１ａの側壁に沿って当該（０００１）面から連続して形成され、（０００１）面に対する勾配が９０°未満である一対の第１の側面と、各当該第１の側面に隣接し、（０００１）面に対して垂直な第２の側面とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（０００１）面を上面とし、所定の方向に延設された凸部を有する第１導電型の（０００１）半導体基板と、
前記凸部を覆うように形成された第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層上に形成された活性層と、
前記凸部上面上に形成された電流狭窄構造と、
前記活性層上に形成された第２導電型の半導体層とを備えるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子であって、
前記活性層が、
前記凸部上面上に形成された（０００１）面と、
前記凸部の側壁に沿って当該（０００１）面から連続して形成され、（０００１）面に対する勾配が９０°未満である一対の第１の側面と、
各当該第１の側面に隣接し、（０００１）面に対して垂直な第２の側面とを備えるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記凸部が延設された所定の方向が＜１−１００＞方向であり、
前記第１の側面が｛１１−２２｝面であり、
前記第２の側面が｛１１−２０｝面であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記凸部が延設された所定の方向が＜１１−２０＞方向であり、
前記第１の側面が｛１−１０１｝面であり、
前記第２の側面が｛１−１００｝面であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記凸部の高さが５μｍ以上、幅が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
（０００１）面を底面とし、所定の方向に延設された凹部を有する第１導電型の（０００１）半導体基板と、
前記凹部を覆うように形成された第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層上に形成された活性層と、
前記凹部底面上に形成された電流狭窄構造と、
前記活性層上に形成された第２導電型の半導体層とを備えるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子であって、
前記活性層が、
前記凹部底面上に形成された（０００１）面と、
前記凹部の側壁に沿って当該（０００１）面から連続して形成され、（０００１）面に対する勾配が９０°未満である一対の第１の側面と、
各当該第１の側面に隣接し、（０００１）面に対して垂直な第２の側面とを備えるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記凹部が延設された所定の方向が＜１−１００＞方向であり、
前記第１の側面が｛１１−２２｝面であり、
前記第２の側面が｛１１−２０｝面であることを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記凹部が延設された所定の方向が＜１１−２０＞方向であり、
前記第１の側面が｛１−１０１｝面であり、
前記第２の側面が｛１−１００｝面であることを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記凹部の深さが５μｍ以上、幅が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記活性層がＩｎＧａＮ層を備え、当該ＩｎＧａＮ層中のＩｎ濃度がＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎよりも高濃度であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
（０００１）面を上面とし、所定の方向に延設された凸部を有する第１導電型の（０００１）半導体基板上に、前記凸部を覆うように第１導電型の半導体層を形成し、
前記第１導電型の半導体層上に活性層を形成し、
前記凸部上面上に電流狭窄構造を形成し、
前記活性層上に第２導電型の半導体層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記活性層が、
前記凸部上面上に形成された（０００１）面と、
前記凸部の側壁に沿って当該（０００１）面から連続して形成され、（０００１）面に対する勾配が９０°未満である一対の第１の側面と、
各当該第１の側面に隣接し、（０００１）面に対して垂直な第２の側面とを備えるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記凸部が延設された所定の方向が＜１−１００＞方向であり、
前記第１の側面が｛１１−２２｝面であり、
前記第２の側面が｛１１−２０｝面であることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記凸部が延設された所定の方向が＜１１−２０＞方向であり、
前記第１の側面が｛１−１０１｝面であり、
前記第２の側面が｛１−１００｝面であることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記凸部の高さが５μｍ以上、幅が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
（０００１）面を底面とし、所定の方向に延設された凹部を有する第１導電型の（０００１）半導体基板上に、前記凹部を覆うように第１導電型の半導体層を形成し、
前記第１導電型の半導体層上に活性層を形成し、
前記凹部底面上に電流狭窄構造を形成し、
前記活性層上に第２導電型の半導体層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記活性層が、
前記凹部底面上に形成された（０００１）面と、
前記凹部の側壁に沿って当該（０００１）面から連続して形成され、（０００１）面に対する勾配が９０°未満である一対の第１の側面と、
各当該第１の側面に隣接し、（０００１）面に対して垂直な第２の側面とを備えるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記凹部が延設された所定の方向が＜１−１００＞方向であり、
前記第１の側面が｛１１−２２｝面であり、
前記第２の側面が｛１１−２０｝面であることを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記凹部が延設された所定の方向が＜１１−２０＞方向であり、
前記第１の側面が｛１−１０１｝面であり、
前記第２の側面が｛１−１００｝面であることを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記凹部の深さが５μｍ以上、幅が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記活性層がＩｎＧａＮ層を備え、当該ＩｎＧａＮ層中のＩｎ濃度がＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎよりも高濃度であることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、特に青〜緑色帯で発光する窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体材料は、禁制帯幅が充分大きく、バンド間遷移も直接遷移型であるため、短波長発光素子への適用が盛んに検討されている。特に、１９９０年代半ば頃から、照明や各種ディスプレイ用途に、本材料を用いた紫外から青、緑色の波長領域の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）の性能が急激に向上した。その結果、本材料を用いたＬＥＤの適用範囲は格段に広がり非常に大きな市場を形成している。
【０００３】
また、本材料は次世代の高密度光ディスク用光源としても重要である。そのため、発振波長４０５ｎｍの半導体レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）の研究開発が精力的に進められ、既に製品化も始まっている。
【０００４】
さらに、本材料を用いたＬＤは投射型ディスプレイ等の光源としても検討されている。ディスプレイ用光源には、光の三原色である青（波長：約４５０ｎｍ）、緑（波長：約５３０ｎｍ）、赤（波長：約６８０ｎｍ）のＬＤが必要である。赤については、すでにＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いたＬＤが製品化されている。青と緑については、よりワイドギャップな材料が必要であり、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いたＬＤが検討されている。
【０００５】
しかしながら、波長約４５０ｎｍ以上の青色から緑色で発光するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子では、活性層にＩｎＧａＮ層中のＩｎ濃度がＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎよりも高濃度のＩｎＧａＮを用いる必要がある。Ｉｎ濃度がＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの場合、ＧａＮ基板とＩｎＧａＮ活性層との間の格子不整合歪が１．６％程度となり、これよりもＩｎ濃度が高濃度になると、結晶成長中やデバイスプロセス中に欠陥が導入され発光効率が著しく低下する問題があった。この欠陥は、光学顕微鏡レベルでも、比較的面積の大きな暗点として観測される（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
図３（ａ）には平坦形状のＬＤの断面図、図３（ｂ）には図３（ａ）の上面図を示す。図３にはＬＤの構成要素のうち、ｎ型ＧａＮ基板１、ｎ側バッファ層２、ｎ型クラッド層３、ｎ型光閉じ込め層４、量子井戸層５が示されている。図３（ｂ）に示すように、暗点６が量子井戸層５のレーザストライプ形成領域内に存在すると、ＬＤの閾値が著しく上昇する。さらには、ＬＤが発振できなくなる。また、発光波長を長波長化するためにＩｎＧａＮ活性層のＩｎ濃度を増やすと、上記暗点の密度や面積が急速に増加し、ＬＤ特性が悪化する。そのため、波長４８０ｎｍ程度以上の発振を得るのは困難であった。
【非特許文献１】Nagahama他３名、「Wavelength dependence of InGaN Laser Diode Characteristics」、Jpn. J. Appl. Phys.、２０００年、Ｖｏｌ．４０、ｐｐ．３０７５−３０８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、発光領域における暗点の形成が抑制された、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、
（０００１）面を上面とし、所定の方向に延設された凸部を有する第１導電型の（０００１）半導体基板と、
前記凸部を覆うように形成された第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層上に形成された活性層と、
前記凸部上面上に形成された電流狭窄構造と、
前記活性層上に形成された第２導電型の半導体層とを備えるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子であって、
前記活性層が、
前記凸部上面上に形成された（０００１）面と、
前記凸部の側壁に沿って当該（０００１）面から連続して形成され、（０００１）面に対する勾配が９０°未満である一対の第１の側面と、
各当該第１の側面に隣接し、（０００１）面に対して垂直な第２の側面とを備えるものである。
【０００９】
本発明に係る他のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、
（０００１）面を底面とし、所定の方向に延設された凹部を有する第１導電型の（０００１）半導体基板と、
前記凹部を覆うように形成された第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層上に形成された活性層と、
前記凹部底面上に形成された電流狭窄構造と、
前記活性層上に形成された第２導電型の半導体層とを備えるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子であって、
前記活性層が、
前記凹部底面上に形成された（０００１）面と、
前記凹部の側壁に沿って当該（０００１）面から連続して形成され、（０００１）面に対する勾配が９０°未満である一対の第１の側面と、
各当該第１の側面に隣接し、（０００１）面に対して垂直な第２の側面とを備えるものである。
【００１０】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法は、
（０００１）面を上面とし、所定の方向に延設された凸部を有する第１導電型の（０００１）半導体基板上に、前記凸部を覆うように第１導電型の半導体層を形成し、
前記第１導電型の半導体層上に活性層を形成し、
前記凸部上面上に電流狭窄構造を形成し、
前記活性層上に第２導電型の半導体層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記活性層が、
前記凸部上面上に形成された（０００１）面と、
前記凸部の側壁に沿って当該（０００１）面から連続して形成され、（０００１）面に対する勾配が９０°未満である一対の第１の側面と、
各当該第１の側面に隣接し、（０００１）面に対して垂直な第２の側面とを備えるものである。
【００１１】
本発明に係る他のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法は、
（０００１）面を底面とし、所定の方向に延設された凹部を有する第１導電型の（０００１）半導体基板上に、前記凹部を覆うように第１導電型の半導体層を形成し、
前記第１導電型の半導体層上に活性層を形成し、
前記凹部底面上に電流狭窄構造を形成し、
前記活性層上に第２導電型の半導体層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記活性層が、
前記凹部底面上に形成された（０００１）面と、
前記凹部の側壁に沿って当該（０００１）面から連続して形成され、（０００１）面に対する勾配が９０°未満である一対の第１の側面と、
各当該第１の側面に隣接し、（０００１）面に対して垂直な第２の側面とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発光領域における暗点の形成が抑制された、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１４】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係るＬＤの構成について図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るＬＤの断面図である。このＬＤは、ｎ型ＧａＮ基板１０１、ｎ側バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光閉じ込め層１０４、量子井戸層１０５、ｐ型光閉じ込め層１０６、電流狭窄層１０７、ｐ型クラッド層１０９、ｐ側コンタクト層１１０、ｐ型電極１１１、ｎ型電極１１２を有する。
【００１５】
図１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０１には、断面矩形状（幅５μｍ、高さ７μｍ）のリッジ１０１ａが形成されている。このリッジ１０１ａの上面は（０００１）面、両側の壁面は（０００１）面に垂直な｛１１−２０｝面である。また、このリッジ１０１ａは、平面的には、＜１−１００＞方向にストライプ状に形成されている。ここで、｛ｈｋｌｍ｝面は（ｈｋｌｍ）面と等価な全ての面を表す。
【００１６】
ここで、リッジ１０１ａを有する（０００１）ｎ型ＧａＮ基板１０１の製造方法を説明する。まず、平坦な基板表面にＳｉＯ２などの誘電体マスクをフォトリソグラフィー等により形成する。ドライエッチング等により、側面が｛１１−２０｝面からなる高さ５μｍ以上のストライプ状のリッジ１０１ａを形成する。ここで、ｎ型ＧａＮ基板１０１としてＧａＮテンプレートを使用する場合、ドライエッチング後、リッジ１０１ａ以外の表面もＧａＮである必要がある。
【００１７】
ｎ型ＧａＮ基板１０１のリッジ１０１ａを覆うように、（０００１）面、｛１１−２０｝面、｛１１−２２｝面で囲まれたｎ側バッファ層１０２が形成されている。ｎ側バッファ層１０２は、例えば、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍ＝１０００ｎｍ）からなる。ここで、｛１１−２２｝面は（０００１）面に隣接した２つの結晶面である。この２つの｛１１−２２｝面同士は互いに平行でない。また、｛１１−２０｝面は上記２つ｛１１−２２｝面の各々に隣接した２つの結晶面である。この２つの｛１１−２０｝面同士は互いに平行であり、（０００１）面に垂直である。
【００１８】
Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層１０２を覆うように、（０００１）面、｛１１−２０｝面、｛１１−２２｝面で囲まれたｎ型クラッド層１０３が形成されている。ｎ型クラッド層１０３は、例えば、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ＝２０００ｎｍ）からなる。
【００１９】
ｎ型クラッド層１０３を覆うように、（０００１）面、｛１１−２０｝面、｛１１−２２｝面で囲まれたｎ型光閉じ込め層１０４が形成されている。ｎ型光閉じ込め層１０４は、例えば、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１００ｎｍ）からなる。また、ｎ型光閉じ込め層１０４の｛１１−２０｝面の高さ（＜０００１＞方向への幅）は５μｍである。
【００２０】
ｎ型光閉じ込め層１０４を覆うように、（０００１）面、｛１１−２０｝面、｛１１−２２｝面で囲まれた量子井戸層１０５が形成されている。量子井戸層１０５は、例えば、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層とアンドープＧａＮ（厚さ１０ｎｍ）バリア層からなる２周期多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）層である。
【００２１】
量子井戸層１０５を覆うように、（０００１）面、｛１１−２０｝面、｛１１−２２｝面で囲まれたキャップ層（不図示）及びｐ型光閉じ込め層１０６が形成されている。キャップ層は、例えば、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる。また、ｐ型光閉じ込め層１０６は、例えば、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ１００ｎｍ）からなる。
【００２２】
そして、ｐ型光閉じ込め層１０６を覆うように、（０００１）面、｛１１−２０｝面、｛１１−２２｝面で囲まれた電流狭窄層１０７が形成されている。電流狭窄層１０７は、例えば、ＡｌＮからなる。また、電流狭窄層１０７には、開口部１０８が形成されている。
【００２３】
ここで、電流狭窄層１０７は、以下の工程により形成することができる。まず、低温堆積により非結晶層を形成する。その後、エッチングにより、リッジ１０１ａ上の（０００１）面上にストライプ状の開口部１０８を設ける。開口部１０８は、光露光又は電子線露光などのリソグラフィーと、例えば、特開２００３−７８２１５に開示されている燐酸系含有液等を用いた選択エッチングとにより形成することができる。その後、非結晶層形成温度よりも高い温度でｐ型クラッド層１０９及びこれより上層を形成する。これにより、電流狭窄層１０７を非結晶層から結晶層へ変換することができる。
【００２４】
電流狭窄層１０７を覆うようにｐ型クラッド層１０９が形成されている。ｐ型クラッド層１０９は、例えば、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ（Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ５００ｎｍ）からなる。
【００２５】
ｐ型クラッド層１０９を覆うようにｐ側コンタクト層１１０が形成されている。ｐ側コンタクト層１１０は、例えば、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０２０ｃｍ−３以下、厚さ２０ｎｍ）からなる。そして、ｐ側コンタクト層１１０の上部には、ｐ型電極１１１が設けられている。また、ｎ型ＧａＮ基板１０１の下部には、ｎ型電極１１２が設けられている。なお、上記において例示した各層の不純物濃度と層厚は全て（０００１）面上での値である。
【００２６】
上述したように、本発明では、＜１−１００＞方向に延設されたストライプ状のリッジ１０１ａ（凸部）を有するｎ型ＧａＮ基板１０１に発光素子構造を積層する。そして、リッジ１０１ａの上面に発光領域を形成する。この場合、リッジ１０１ａの上面とｎ型ＧａＮ基板１０１の表面は、｛１１−２２｝及び｛１１−２０｝のファセット面により分離されている。また、ファセット面上のＩｎＧａＮ活性層は成長速度が遅く、かつ、Ｉｎ濃度も低くなる。したがって、リッジ１０１ａの上面である（０００１）面上の活性層は、ｎ型ＧａＮ基板１０１表面上の活性層で発生した暗点の影響を受けにくい。そのため、高濃度Ｉｎ組成ＩｎＧａＮ活性層の発光効率低下が抑制できる。
【００２７】
また、｛１１−２２｝及び｛１１−２０｝のファセット面が原子レベルで平坦であれば、発光領域以外で発生した暗点の増殖をファセット面で完全に停止することができる。これにより、高濃度Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ活性層の発光効率低下を大幅に抑制できる。本発明者らは、平坦性の良い｛｛１１−２２｝面を得るには、隣接して｛１１−２０｝面がファセット面として形成されている必要があることを見出した。
【００２８】
また、ストライプ状のリッジ１０１ａの幅ｗを１００μｍ以下とすることで同一平面内に発生する暗点の数が抑制され、高Ｉｎ組成ＩｎＧａＮ活性層の発光効率低下を抑制できる。さらに、＜１−１００＞方向のストライプ状のリッジ１０１ａが複数形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０１が周期的な凹凸構造を有する場合、発光領域と同一面内で暗点が発生しても凹凸構造によって暗点の伝播が抑制される。そして、動作中の暗点の増殖が抑制され、高性能かつ信頼性に優れる発光素子を実現できる。
【００２９】
実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２に係るＬＤの構成について図２を参照して説明する。図１と同一の構成要素は、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。実施の形態１との違いは、発光領域（電流狭窄構造）がｎ型ＧａＮ基板１０１の凹部１０１ｂに形成されている点である。図１に示した実施の形態１の凸部１０１ａと同様に、図２に示した凹部１０１ｂは＜１−１００＞方向に延設されている。また、凹部１０１ｂの底面は（０００１）面である。凹部１０１ｂの深さを５μｍ以上、幅を１００μｍ以下とすることにより、｛１１−２２｝及び｛１１−２０｝のファセット面が形成され、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００３０】
以下に、図１を参照して、本発明に係る具体的な実施例について説明する。１０１には、ｎ型キャリアＳｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＧａＮ（０００１）基板を用いた。ｎ型ＧａＮ基板１０１の表面のリッジ１０１ａストライプ形成には、ドライエッチング装置を用いた。エッチングガスには塩素（Ｃｌ２）を用いた。
【００３１】
有機金属気相化学堆積（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法を用いて、４００ｈＰａの減圧下で、ｎ型ＧａＮ基板１０１上へ素子構造を形成した。キャリアガスには水素と窒素の混合ガスを用いた。Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎの供給源としては、各々トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いた。ｎ型ドーパントＳｉの供給源としてはシラン（ＳｉＨ４）、ｐ型ドーパントＭｇの供給源としてはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。
【００３２】
まず、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に、高さ７μｍのストライプ状のリッジ１０１ａを形成した。以下、この工程を「リッジストライプ形成工程」と呼ぶ。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１０１上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＳｉＯ２膜を形成した。その後、リソグラフィー工程により、幅２μｍのＳｉＯ２ストライプを、ＧａＮ基板面内の＜１−１００＞方向に形成した。次に、これをマスクとして、ドライエッチング装置により、＜１−１００＞方向に高さ７μｍ、幅５μｍのリッジストライプを形成した。
【００３３】
次に、活性層、ｎ型クラッド層１０３、ｐ型クラッド層１０９及び電流狭窄層１０７のための非結晶ＡｌＮの結晶成長を行う。以下、この工程を「活性層成長工程」と呼ぶ。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１０１を結晶成長装置に投入後、ＮＨ３を供給しながらｎ型ＧａＮ基板１０１を昇温した。そして、結晶成長温度まで達した時点で成長を開始した。Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍ）からなるｎ側バッファ層１０２、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９５Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層１０３、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層１０４、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層（厚さ３ｎｍ）とアンドープＧａＮバリア層（厚さ１０ｎｍ）とからなる２周期多重量子井戸層１０５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるキャップ層（不図示）、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｐ型光閉じ込め層１０６を順次堆積した。
【００３４】
ここで、ＧａＮ成長は、基板温度１０８０℃、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて行った。ＡｌＧａＮ成長は、基板温度１０８０℃、ＴＭＡ供給量４９μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて行った。ＩｎＧａＮのＭＱＷ成長は、基板温度８００℃、ＴＭＧ供給量８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて行った。ここで、ＴＭＩ供給量は、井戸層で４８μｍｏｌ／ｍｉｎ、バリア層で３μｍｏｌ／ｍｉｎとした。
【００３５】
その後、基板温度を４００℃程度まで降温し、非結晶ＡｌＮ層の堆積を行った。この非結晶ＡｌＮ層は、後工程において結晶化され、電流狭窄層１０７となる。非結晶ＡｌＮ層堆積時のＴＭＡ及びＮＨ３供給量はそれぞれ３６μｍｏｌ／ｍｉｎ、０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎとした。また、堆積膜厚は０．１μｍとした。ここで、上記各層の不純物濃度、厚さは全て（０００１）面上での値である。
【００３６】
次に、リッジ１０１ａ上の（０００１）面上において、非結晶ＡｌＮ層にストライプ状の開口部１０８を形成した。以下、この工程を「開口部形成工程」という。具体的には、まず、非結晶ＡｌＮ層上にＳｉＯ２を１００ｎｍ堆積し、レジストを塗布した。その後、フォトリソグラフィーにより、幅１．５μｍのストライプ状のレジストを除去した。次に、バッファードフッ酸により、レジストをマスクとして、ＳｉＯ２をエッチングした。その後、レジストを有機溶媒により除去し、水洗を行った。ここで、非結晶ＡｌＮ層がＳｉＯ２エッチング工程において損傷を受けることはない。次に、ＳｉＯ２をマスクとして、非結晶ＡｌＮ層のエッチングを行った。エッチング液には、リン酸と硫酸とを体積比１：１の割合で混合した溶液を用いた。ＳｉＯ２でマスクされていない領域の非結晶ＡｌＮ層は、９０℃の上記エッチング液中に８．５分間保持することにより除去された。これにより、リッジ１０１ａ上の（０００１）面上にストライプ状の開口部１０８が得られた。その後、バッファードフッ酸により、ＳｉＯ２マスクをエッチング除去した。
【００３７】
次に、開口部１０８を有する非結晶ＡｌＮ層上に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の埋め込み再成長を行った。以下、この工程を「ｐ型クラッド層再成長工程」という。具体的には、まず、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて、結晶成長温度である１１００℃まで昇温した。１１００℃に達した後、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９５Ｎ（Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．５μｍ）からなるｐ型クラッド層１０９を堆積した。その後、基板温度を１０８０℃に下げてからＭｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ０．０２μｍ）からなるｐ型コンタクト層１１０を堆積した。ＡｌＧａＮ、ＧａＮの堆積条件はドーパントの違いを除き、上述の活性層成長工程と同様とした。
【００３８】
以上により得られたＬＤウエハの上部にｐ型電極１１１と、下部にｎ型電極１１２を真空蒸着法により形成した。この工程を「電極形成工程」という。電極形成後、ストライプに対し垂直な方向に、ＬＤウエハを劈開し、ＬＤ素子を得た。典型的な素子長は５００μｍとした。
【００３９】
アンコートのまま、上記ＬＤ素子をヒートシンクに融着し、発光特性を調べた。その結果、波長４５０ｎｍ、電流密度４．０ｋＡ／ｃｍ２、電圧５．０Ｖでレーザ発振した。また５００ｍＷ出力時の平均寿命は１００００時間以上であった。
【００４０】
一方、ＧａＮ基板上に形成したリッジストライプの高さが３μｍ程度であると、ｎ型クラッド層１０３成長後の｛１１−２０｝面の高さ（＜０００１＞方向への幅）が２μｍとなる。この場合、（０００１）面からの角度が連続的に変化し、かつ、ストライプ方向に大きなうねりを有する斜面が出現し、平坦性の良い｛１１−２２｝面は得られない。そのため、発光領域であるリッジ１０１ａ上面の（０００１）ストライプ内には大量の暗点が見られた。このＬＤ素子に電流を注入したが、ＬＤ発振しなかった。上述の通り、リッジストライプの高さが５μｍ以上であることが好ましい。
【００４１】
本発明の実施方法は上記した各種形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形が可能である。上記凸部１０１ａ及び凹部１０１ｂは、＜１−１００＞方向に代えて＜１１−２０＞方向に形成してもよい。この場合、凸部１０１ａ及び凹部１０１ｂを囲む原子面は、｛１１−２０｝面に代えて｛１−１００｝面、｛１１−２２｝面に代えて｛１−１０１｝面となる。これにより、上記と同様の効果を得ることができる。また、発光素子の波長、材料、組成についても実施の形態に挙げたもの以外を選ぶことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態１に係る半導体発光素子の断面図である。
【図２】実施の形態２に係る半導体発光素子の断面図である。
【図３】関連する半導体発光素子の断面図及び平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０１  ｎ型ＧａＮ基板
１０１ａ  リッジ（凸部）
１０１ｂ  凹部
１０２  ｎ側バッファ層
１０３  ｎ型クラッド層
１０４  ｎ型光閉じ込め層
１０５  量子井戸層
１０６  ｐ型光閉じ込め層
１０７  電流狭窄層
１０８  開口部
１０９  ｐ型クラッド層
１１０  ｐ側コンタクト層
１１１  ｐ型電極
１１２  ｎ型電極
【図１】
2009158893.tif 000003
【図２】
2009158893.tif 000004
【図３】
2009158893.tif 000005