JP2002185040A

JP2002185040A - 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2002185040A
Application number: JP2000381249A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Okuyama; 浩之奥山; Masato Doi; 正人土居; Tsuyoshi Biwa; 剛志琵琶; Toyoji Ohata; 豊治大畑
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-28
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: US7030421B2; US20050045894A1; US6828591B2; JP4595198B2; US20020145148A1

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】基板１０の主面上にウルツ鉱型の化合物
半導体層１１をその表面に段差１４を有するように形成
し、段差１４を含んだ化合物半導体層１１の表面に結晶
成長によって基板１０の主面に対して傾斜した傾斜面１
６を有するファセット構造を有する結晶成長層１５を形
成してから、傾斜面１６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
層を形成する。

Description

【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Ga
N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I
nGaN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53
0nm を含む青色、緑色発光ダイオード（LightEmitting
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Ｉ
ＩＩ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１ｘ１０^２０ｃｍ^３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、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。

【００１１】また、本発明の他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、前記結晶成長層の前記傾斜面を含む２
つ以上の結晶面にそれぞれ第１導電型クラッド層、活性
層、および第２導電型クラッド層をそれぞれ発光領域と
して形成し、前記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を形成して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、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する工程と、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積層する工程とを有
することを特徴とする。

【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、本発明の他の半導体発光素子では、
結晶成長層の前記傾斜面を含む２つ以上の結晶面にそれ
ぞれ第１導電型クラッド層、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、前記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（Ａｌ_２Ｏ_３、Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含
む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む。）、Ｇａ
Ｎ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＭｇＯ、Ｌｉ
ＧａＯ_２、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ _２Ｏ_４、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（Ｉ
ｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（Ｉｎ
ＧａＮ）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Ａ
ｌ、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、Ａ
ｌ、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１ｘ１０^２０ｃ
ｍ^３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、Ｉ
ｎＡｌＧａＮ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（Ｍ
ＯＣＶＤ（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１００Ｔ
ｏｒｒ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、１μ
ｍ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Ｉ
ｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造や片側だけにＡｌ
ＧａＮ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、Ｂ
ａ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ＳｉＯ _２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１
２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（ＭＯＣＶ
Ｄ）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Ｍ
ｇドープのＧａＮ層１８を形成する。ＳｉドープのＧａ
Ｎ層は第１導電型のクラッド層として機能し、ＩｎＧａ
Ｎ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１
９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３ｎ
ｍ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/A
l/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Ｇ
ａＮ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Ｇ
ａＮ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Ｇ
ａＮ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ＳｉＯ _２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３
３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ＡｌＧａ
Ｎ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Ｇ
ａＮ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、Ｉ
ｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧａＮ層を形成し、２つのＧ
ａＮ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３
８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Ｇａ
Ｎ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Ｇ
ａＮ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｛１
１−２２｝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Ｇ
ａＮ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７
７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Ｇａ
Ｎ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｛１
１−２２｝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Ｇ
ａＮ層、図中、線で示すＩｎＧａＮ層、ＭｇドープのＧ
ａＮ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、ＩｎＧａ
Ｎ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、Ｒ
ＩＥ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１
１７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１１
７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１
２１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１２
８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１
３３Ｂ、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、ＩｎＧ
ａＮ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１
４１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１４
４、１４５、１４６を共通に駆動するための共通電極１
４７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、ＩｎＧ
ａＮ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１
４１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１４
７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１
５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Ｇ
ａＮ層１５８を形成し、２つのＧａＮ層で挟まれたＩｎ
ＧａＮ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１
７０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１７
０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、１
２４、１２７、１４４、１４５、１４６ｐ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者琵琶剛志東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者大畑豊治東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA04 CA23 CA40 CA65 CA66 CA75 5F045 AA03 AA04 AB14 AB17 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AE25 AF02 AF04 AF09 AF13 CA10 CA12 DA53 DB02 DB04 5F073 CA07 CB05 CB19 CB22 DA04 DA05 DA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウルツ鉱型化合物半導体層の表面に段差
を形成し、結晶成長によって前記表面上に傾斜面を有す
る結晶成長層を形成し、前記傾斜面に略平行に第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半導体発光素子。
【請求項２】前記ウルツ鉱型化合物半導体層は基板主
面上に形成され、前記結晶成長層は前記傾斜面が前記基
板主面に対して傾斜してなるファセット構造を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】前記傾斜面は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面を
有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素
子。
【請求項４】前記段差の形状はストライプ状、矩形
状、丸形状、三角形状、若しくは六角形状又はこれらの
組み合わせの形状であることを特徴とする請求項１記載
の半導体発光素子。
【請求項５】前記結晶成長層の形状はストライプ状、
矩形状、丸形状、三角形状、若しくは六角形状又はこれ
らの組み合わせの形状であることを特徴とする請求項１
記載の半導体発光素子。
【請求項６】前記結晶成長層は前記傾斜面に加えて基
板主面に略平行な結晶面を有することを特徴とする請求
項１記載の半導体発光素子。
【請求項７】素子構造が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８】素子構造が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９】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ことを特
徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１０】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ことを特徴とする請
求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１１】前記断面略Ｖ字状の谷部に電極が形成
されていることを特徴とする請求項１０記載の半導体発
光素子。
【請求項１２】前記結晶成長層は基板主面に略平行な
面内で周期的に形成に配列されていることを特徴とする
請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１３】前記結晶成長層はＧａＮ系半導体から
なることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１４】前記結晶成長層の成長温度が約１１００
℃以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発
光素子。
【請求項１５】前記結晶成長層の成長時の圧力が約１０
０Ｔｏｒｒ以上であることを特徴とする請求項１記載の
半導体発光素子。
【請求項１６】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、前記結晶成長層の
前記傾斜面を含む２つ以上の結晶面にそれぞれ第１導電
型クラッド層、活性層、および第２導電型クラッド層を
発光領域として形成し、前記２つ以上の結晶面に対応し
て形成された各発光領域にそれぞれ独立の電極を形成し
てなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１７】前記傾斜面は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面
を有することを特徴とする請求項１６記載の半導体発光
素子。
【請求項１８】前記基板主面は｛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面
を有することを特徴とする請求項１６記載の半導体発光
素子。
【請求項１９】前記２つ以上の結晶面に対応した各発
光領域では発光波長が異なることを特徴とする請求項１
６記載の半導体発光素子。
【請求項２０】前記２つ以上の結晶面に対応した各発
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発光波長が異なることを
特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項２１】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１６
記載の半導体発光素子。
【請求項２２】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１６
記載の半導体発光素子。
【請求項２３】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ことを
特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項２４】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ことを特徴とする請
求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項２５】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ことを特徴とする請求
項２４記載の半導体発光素子。
【請求項２６】前記結晶成長層はＧａＮ系半導体から
なることを特徴とする請求項１６記載の半導体発光素
子。
【請求項２７】前記結晶成長層の成長温度が約１１００
℃以下であることを特徴とする請求項１６記載の半導体
発光素子。
【請求項２８】前記結晶成長層の成長時の圧力が約１０
０Ｔｏｒｒ以上であることを特徴とする請求項１６記載
の半導体発光素子。
【請求項２９】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する工程と、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積層する
工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造
方法。
【請求項３０】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ことを
特徴とする請求項２９記載の半導体発光素子の製造方
法。
【請求項３１】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こと
を特徴とする請求項２９記載の半導体発光素子の製造方
法。
【請求項３２】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ことを特徴と
する請求項３１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３３】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
ることを特徴とする請求項２９記載の半導体発光素子の
製造方法。
【請求項３４】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ことを特徴とする請求項２９記載
の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３５】前記結晶成長層の成長温度が約１１００
℃以下であることを特徴とする請求項２９記載の半導体
発光素子の製造方法。
【請求項３６】前記結晶成長層の成長時の圧力が約１０
０Ｔｏｒｒ以上であることを特徴とする請求項２９記載
の半導体発光素子の製造方法。