JP2002270893A - 半導体発光素子、表示装置、半導体発光素子の製造方法及び半導体レーザーの製造方法 - Google Patents

半導体発光素子、表示装置、半導体発光素子の製造方法及び半導体レーザーの製造方法

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Hiroyuki Okuyama
浩之 奥山
Masato Doi
正人 土居
Tsuyoshi Biwa
剛志 琵琶
Toyoji Ohata
豊治 大畑
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光特性を素子のばらつきによらない構造と
し、製造上の再現性に優れた半導体発光素子を提供す
る。 【解決手段】 半導体発光素子を、基体１１にストライ
プ状に開口した開口部１３を有する選択マスク１２を設
け、その開口部１３からの選択成長により開口部１３の
長辺に平行な稜線１７を有するように形成された半導体
層と該半導体層上に形成される第１導電型クラッド層、
活性層、及び第２導電型クラッド層とを有する構成とす
る。結晶性が向上して、素子のばらつきを抑えることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基体上に化合物半導
体層などの半導体層を選択成長して形成する半導体発光
素子、表示装置、半導体発光素子の製造方法、及び半導
体レーザーの製造方法に関し、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選択成長によって形
成する半導体発光素子、表示装置、半導体発光素子の製
造方法、及び半導体レーザーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体発光素子の製造方法として、サフ
ァイア基板上に選択マスクを形成し、その選択マスクに
形成された開口部から窒化ガリウムなどの窒化物半導体
層を成長させる選択成長によって、半導体レーザー素子
や発光ダイオードを構成する技術が知られている。一般
に、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（EL
O: epitaxiallateral overgrowth）を組合わせている。
更に、窒化ガリウム系の半導体レーザーを形成する方法
として、選択成長によって傾斜面を伴う積層構造体を形
成する技術も知られており、このような技術は例えば特
開平１１−３１２８４０号公報に記載される。
【０００３】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１ｘ１０２０ｃｍ３以下の不純物の混入を
含む場合もある。
【０００４】
【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。
【０００５】また、上述の特開平１１−３１２８４０号
公報に記載される窒化ガリウム系の半導体レーザーとそ
の製造方法においては、絶縁性選択マスクの開口部の略
中心部に導電性選択マスクが形成され、選択成長によっ
て成長する断面三角形状の積層構造体が得られる。とこ
ろが、断面三角形状の積層構造体は主に中心部の活性層
に電流を集中させるための高抵抗領域として利用されて
いるに過ぎず、傾斜面にはＳ面（１−１０１面）が現れ
て、Ｓ面自体はその製造の再現性に優れているが、逆に
活性層となる領域が断面三角形状の積層構造体に挟まれ
た中央の導電性選択マスク近傍に限定され、肝心な活性
層の膜質の制御などが難しくなり、素子全体としての再
現性が劣化してしまうと言った問題が発生する。
【０００６】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、且つ製造上の再現性に優れた
半導体発光素子、表示装置、半導体発光素子の製造方
法、および半導体レーザーの製造方法を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、基体と、該基体上に形成されストライプ状に開口し
た開口部を有する選択マスクと、前記開口部からの選択
成長により前記開口部の長辺に略平行な稜線を有するよ
うに形成された半導体層と、前記半導体層上に形成され
る第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラ
ッド層とを有することを特徴とする。
【０００８】上述の半導体発光素子によれば、ストライ
プ状に開口した開口部を有する選択マスクを形成し、そ
の開口部から選択成長によって稜線を伴う半導体層が成
長される。その結果、該稜線部から選択マスクまでは傾
斜した結晶面が形成され、この傾斜した結晶面を利用し
て第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラ
ッド層からなる発光構造を形成することができる。稜線
を伴う半導体層では稜線の延長方向に沿って比較的結晶
性が安定することから、発光素子の特性のばらつきを抑
えることができる。また、第２導電型クラッド層上には
電極が形成されるが、電極の位置を結晶性が良好な領域
に限定することもでき、素子毎のばらつきを抑えること
ができる。
【０００９】本発明の他の半導体発光素子は、［１１−
２０］方向若しくは［１−１００］方向を長手方向とす
るストライプ状に開口した開口部を有する選択マスク、
または、［１１−２０］方向若しくは［１−１００］方
向のいずれかより０．２度以上で２０度以下の角度だけ
傾いた方向を長手方向とするストライプ状に開口した開
口部を有する選択マスクを基体上に有し、前記開口部か
らの選択成長により前記開口部の前記長手方向に平行な
稜線を有するように形成された半導体層と、前記半導体
層に形成される第１導電型クラッド層、活性層、及び第
２導電型クラッド層とを有してなることを特徴とする。
また、本発明の半導体発光素子を複数個配列することで
表示装置を構成することができ、へき開などを利用して
半導体レーザー素子を製造することもできる。
【００１０】上述の半導体発光素子によれば、選択成長
マスクのストライプ状の開口部の長手方向が［１１−２
０］方向若しくは［１−１００］方向とされ、半導体層
を開口部の長手方向に略平行な稜線を有するように容易
に形成することができる。また、［１１−２０］方向若
しくは［１−１００］方向のいずれかより０．２度以上
で２０度以下の角度だけ傾いた方向を長手方向とするス
トライプ状に開口した開口部を選択成長の際に用いて
も、同様に、半導体層を開口部の長手方向に略平行な稜
線を有するように容易に形成することができる。このよ
うに所要角度分だけ方向が傾いた場合では、結晶のステ
ップが或る結晶面の全面に亘って揃う傾向にあり、結晶
のステップが揃っている部分に電極を形成することで素
子ごとのばらつきを大幅に低減できることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の半導体発光素子は、基体
上に形成されストライプ状に開口した開口部を有する選
択マスクを用い、選択成長によりストライプ状の開口部
の長辺に平行な稜線を有するように半導体層を形成し、
その半導体層上に第１導電型クラッド層、活性層、及び
第２導電型クラッド層を形成することを特徴とする。
【００１２】先ず、本発明にかかる半導体発光素子の構
成に用いられる基体としては、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、基体として用いること
ができるのは、サファイア（Ａｌ２Ｏ３、Ａ面、Ｒ面、
Ｃ面を含む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含
む。）、ＧａＮ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｌｉ
ＭｇＯ、ＬｉＧａＯ２、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、Ｉ
ｎＡｌＧａＮなどからなる基板などであり、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、
サファイア基板を用いる場合では、窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）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ア基板を用いるこ
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。半導体
装置の製造に広く使用されているシリコン基板などを利
用することも可能である。。
【００１３】選択成長をさせる選択マスクの下層として
の基体は、前記基板自体であっても良いが、選択時に良
好な結晶性を得るためにはバッファ層などの下地成長層
を含めることができる。この下地成長層としては、化合
物半導体層を選択することができ、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を
選ぶことが好ましい。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、ＢｅＭｇＺ
ｎＣｄＳ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。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（ＩｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウ
ムガリウム（ＩｎＧａＮ）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。一例としては、サファイア基板上にア
ンドープのＧａＮ層を形成し、その後でＳｉドープのＧ
ａＮ層を形成しても良い。なお、本発明において、Ｉｎ
ＧａＮ、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Ａｌ、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、Ａｌ、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１ｘ１０２０ｃｍ３以下の不純物の混入を含む場
合もある。
【００１４】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。
【００１５】本発明の半導体発光素子においては、その
結晶成長の下地成長層となる化合物半導体層の表面には
ストライプ状に開口した開口部を有する選択マスクが形
成され、そのストライプ状に開口した開口部の長辺に平
行な稜線を有するように半導体層が選択成長によって形
成される。マスクは基体主面上に直接若しくは基体上に
形成されたバッファ層その他の層上に形成される成長阻
害膜であり、例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜な
どの絶縁膜からなるマスク材料が使用される。このマス
クの形状は、ストライプ状とされるが、その短辺側の端
部の形状は、直線状、円弧状、三角形状、五角形状又は
六角形状などの多角形形状であっても良い。
【００１６】このような選択成長のマスク等を形成した
ところで、選択的な結晶成長によってストライプ状に開
口した開口部の長辺に平行な稜線を有するように半導体
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（ＭＯＣＶ
Ｄ（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（Ｈ
ＶＰＥ法）を用いることができる。
【００１７】本発明にかかる半導体発光素子において
は、選択成長によって開口部の長辺に平行な稜線を有す
るように半導体層が形成される。この稜線を挟む半導体
層の一対の結晶面は、好ましくは｛１−１０１｝面若し
くは｛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であることが望ましい。この
一対の結晶面は稜線を挟んでそれぞれ傾斜する面であ
り、例えば基体若しくは基板の主面をC＋面とすること
で、Ｓ面またはＳ面に実質的に等価な面、若しくは｛１
１−２２｝面または｛１１−２２｝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。選択成長を行っ
た場合では、基体主面に対して傾斜した傾斜面としてＳ
面及び｛１１−２２｝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。
【００１８】このＳ面ついては、窒化ガリウム系化合物
半導体を用いて結晶層を構成した場合には、Ｓ面上、Ｇ
ａ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。
【００１９】選択成長マスクのストライプ状の開口部の
長手方向が［１１−２０］方向若しくは［１−１００］
方向である場合、半導体層を開口部の長手方向に平行な
稜線を有するように容易に形成することができる。ま
た、［１１−２０］方向若しくは［１−１００］方向の
いずれかより０．２度以上で２０度以下の角度だけ傾い
た方向を長手方向とするストライプ状に開口した開口部
を選択成長の際に用いることもできる。このように所要
角度分だけ方向が傾いた場合では、結晶のステップが或
る結晶面の全面に亘って揃う傾向にあり、結晶のステッ
プが揃っている部分に電極を形成することで素子ごとの
ばらつきを大幅に低減できることになる。開口部の長手
方向が［１１−２０］方向若しくは［１−１００］方向
のいずれかより、ずれている方向が０．２度未満の角度
では、殆ど方向のずれがない［１１−２０］方向若しく
は［１−１００］方向そのものと同じ結晶性の傾向を示
すに過ぎない。また、２０度を越える角度分傾いた方向
を長手方向とする開口部を用いた場合では、他の結晶の
ステップの影響が逆に結晶面に露呈し得る。
【００２０】このような半導体層には、稜線の両側に形
成される傾斜面上に第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。本発明者らが
窒化物半導体について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℃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、１μｍ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。
【００２１】傾斜面上に積層される第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Ｉ
ｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ
層で挟む構造や片側だけにＡｌＧａＮ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Ｉｎ
ＧａＮ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、Ｇ
ｅ、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Ｍ
ｇ、Ｚｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ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。
【００２２】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。
【００２３】活性層を挟む第１導電型クラッド層及び第
２導電型クラッド層には電極が直接或いは間接的に接続
される。各電極はそれぞれの素子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、所要のコンタクト
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、素子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。
【００２４】また特に、本発明の半導体発光素子では、
結晶構造の良好な部分にのみ選択的に電極を形成する構
造とすることもできる。例えば、結晶面に結晶のステッ
プが揃っていない領域がある場合、そのステップが揃っ
ていない領域上を外して電極を形成することができる。
このような結晶のステップが揃っていない領域の存在
は、ＡＦＭを用いた観察や、経験則などで把握すること
ができ、一例として稜線上の部分や、端部に近い領域な
どを外した構造の電極を形成することができる。
【００２５】本発明にかかる半導体発光素子では、選択
成長によって半導体層の稜線の両側に形成された傾斜面
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、ＩＩＩ族窒化物系半導体を用い、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。
【００２６】本発明にかかる半導体発光素子の一例にお
いては、選択成長によって形成される傾斜面で少なくと
も周囲が囲まれた素子構造を有し、その傾斜面を成長さ
せた面に一方の導電層が自己整合的に形成される。すな
わち、傾斜面によって素子の周囲が囲まれることから、
基体主面に対して傾斜した形状で導電層が形成されるこ
とになるが、選択成長に用いたマスクのところで導電層
の端部は終端し、個々の素子毎の導電層が傾斜面の部分
だけに整合的に形成されることになる。例えば、基体側
から順に第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電
型クラッド層を形成する素子構造においては、第２導電
型クラッド層が自己整合的に形成される一方の導電層を
構成する。このため一方の導電層は、素子毎にエッチン
グなどで分離する必要もなく、従って高密度に素子を配
置することができる。
【００２７】本発明の半導体発光素子としては、発光ダ
イオードが挙げられるが、共振器を形成して半導体レー
ザー素子を形成しても良い。よく知られているように、
共振器は結晶のへき開によって形成することができ、一
例としてはストライプ状の開口部の長手方向に実質的に
垂直な面に共振面をへき開などによって形成することが
できる。
【００２８】また、本発明の半導体発光素子を複数個配
列させるように形成することで、表示装置を構成するこ
とができる。このような半導体発光素子を複数個配列さ
せた表示装置においては、高密度に発光素子を配置する
ことができ、電極の共通化による製造の容易性も向上す
る。また、単色の発光による表示装置に限らず、多色の
発光による表示装置を構成することも可能である。
【００２９】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。
【００３０】［第１の実施形態］図１及び図２を参照し
ながら、本実施形態の半導体発光素子について説明す
る。図１は選択成長前後の素子の状態を示す平面図
（ａ）と断面図（ｂ）であり、図１の破断線の左側が選
択成長前の開口部の状態を示す図であり、図１の破断線
の右側が選択成長前の開口部の状態を示す図である。
【００３１】先ず、図１の破断線の左側に示すように、
選択成長前においては、サファイア基板と下地成長層と
の積層体である基体１１上に、シリコン酸化膜からなる
選択マスク１２が形成される。基体１１は、具体的には
その主面をＣ面とするサファイア基板上に、例えばアン
ドープＧａＮ層及びシリコンドープのＧａＮ層を積層し
た構造体である。選択マスク１２にはストライプ状に開
口した開口部１３がレジストマスクの形成後フッ酸系の
エッチングにより形成される。本実施形態においては、
開口部１３の長手方向すなわち長辺は図中ｑ方向であ
り、このｑ方向は稜線１７を備えた結晶成長を図るため
に［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向とさ
れる。
【００３２】このように細長い帯状の開口部１３が形成
されたところで、図１の破断線の右側に示すように、選
択成長によりシリコンドープのＧａＮ層１４が形成さ
れ、その上に活性層となるＩｎＧａＮ層１５が形成さ
れ、そのＩｎＧａＮ層１５の上には第2導電型クラッド
層として用いられるマグネシウムドープのＧａＮ層１６
が形成される。シリコンドープのＧａＮ層１４は、第１
導電型クラッド層として機能する半導体層であり、選択
成長時にはその稜線１７を開口部１３の長手方向すなわ
ち図中ｑ方向に延長するように成長する。この稜線１７
の両側には傾斜面がそれぞれ形成され、この傾斜面はＳ
面（｛１−１０１｝面）若しくは｛１１−２２｝面であ
り、選択成長時には安定して形成される面である。開口
部１３の短辺側では、六角錐型ピラミッド構造の半分ず
つが各端部で形成される形状に結晶成長が生ずる。
【００３３】図２は稜線１７の両側に形成された傾斜面
１８の一方を示しており、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡：At
omic Force Microscope)によって得られた観察結果の
一例である。このＡＦＭ観測の傾斜面１８には、大きな
結晶のステップの揃った領域１８ａが形成されている。
小さな領域１８ｂ、１８ｃが比較的端部に近い側に形成
されているが、結晶のステップの揃った領域１８ａが占
める面積が大きいことから、小さな領域１８ｂ、１８ｃ
は電極を形成した場合に電流注入時のキャリアの主たる
通過領域とならない。従って、本実施形態においては、
例えば六角錐型ピラミッド構造の結晶成長を図る場合に
比べて、十分に結晶のステップの揃った特性の安定した
面を活用できることになる。
【００３４】なお、傾斜面１８は主にシリコンドープの
ＧａＮ層１４の面を指すが、その上に形成されるＩｎＧ
ａＮ層１５やマグネシウムドープのＧａＮ層１６はシリ
コンドープのＧａＮ層１４の結晶面の結晶性が直接反映
されるため、傾斜面１８について言及する場合は、Ｉｎ
ＧａＮ層１５やマグネシウムドープのＧａＮ層１６の結
晶面として考えることもできる。このような稜線１７の
両側に形成された傾斜面１８を有する素子の上には、続
く工程で電極が形成され、発光ダイオードとして用いら
れる。
【００３５】［第２の実施形態］図３及び図４を参照し
ながら、本実施形態の半導体発光素子について説明す
る。図３は選択成長前後の素子の状態を示す平面図
（ａ）と断面図（ｂ）であり、図３の破断線の左側が選
択成長前の開口部の状態を示す図であり、図３の破断線
の右側が選択成長前の開口部の状態を示す図である。
【００３６】先ず、図３の破断線の左側に示すように、
選択成長前においては、サファイア基板と下地成長層と
の積層体である基体２１上に、シリコン酸化膜からなる
選択マスク２２が形成される。基体２１は、具体的には
その主面をＣ面とするサファイア基板上に、例えばアン
ドープＧａＮ層及びシリコンドープのＧａＮ層を積層し
た構造体である。選択マスク２２にはストライプ状に開
口した開口部２３がレジストマスクの形成後フッ酸系の
エッチングにより形成される。本実施形態においては、
開口部２３の長手方向すなわち長辺は図中ｔ方向であ
り、このｔ方向は稜線２７を備えた結晶成長を図るため
に［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向のい
ずれかより０．２度以上で２０度以下の角度だけ傾いた
方向とされる。
【００３７】このように細長い帯状の開口部１３が形成
されたところで、第１の実施形態と同様に、図３の破断
線の右側に示すように、選択成長によりシリコンドープ
のＧａＮ層２４が形成され、その上に活性層となるＩｎ
ＧａＮ層２５が形成され、そのＩｎＧａＮ層２５の上に
は第2導電型クラッド層として用いられるマグネシウム
ドープのＧａＮ層２６が形成される。シリコンドープの
ＧａＮ層２４は、第１導電型クラッド層として機能する
半導体層であり、選択成長時にはその稜線２７を開口部
２３の長手方向すなわち図中ｔ方向に延長するように成
長する。すなわち、稜線２７も［１−１００］方向若し
くは［１１−２０］方向のいずれかより０．２度以上で
２０度以下の角度だけ傾いた方向に延長される。図示の
例では［１１−２０］方向から約５度ずれた例を示して
いる。この稜線２７の両側には傾斜面がそれぞれ形成さ
れ、この傾斜面は選択成長時には安定して形成されるＳ
面（｛１−１０１｝面）若しくは｛１１−２２｝面であ
るが、開口部２３の短辺側では、ピラミッド構造の略半
分ずつが各端部でｔ方向から斜めにずれるような短い稜
線２９を有して形成される。
【００３８】図４は稜線２７の両側に形成された傾斜面
２８の一方を示しており、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡：At
omic Force Microscope)によって得られた観察結果の
一例である。このＡＦＭ観測の傾斜面２８には、大きな
結晶のステップの揃った領域２８ａが形成されている。
この領域２８ａとは結晶のステップの状態の異なる小さ
な領域２８ｂも比較的端部に近い側に形成されている
が、第１の実施形態の領域１８ｂ、１８ｃと比べると更
に小さな領域２８ｂに過ぎず、本実施形態においては、
結晶のステップの揃った特性の安定した面をさらに活用
できることになる。
【００３９】なお、傾斜面２８は主にシリコンドープの
ＧａＮ層２４の面を指すが、その上に形成されるＩｎＧ
ａＮ層２５やマグネシウムドープのＧａＮ層２６はシリ
コンドープのＧａＮ層２４の結晶面の結晶性が直接反映
されるため、傾斜面２８について言及する場合は、Ｉｎ
ＧａＮ層２５やマグネシウムドープのＧａＮ層２６の結
晶面としても考えることもできる。このような稜線２７
の両側に形成された傾斜面２８を有する素子の上には、
続く工程で電極が形成され、発光ダイオードとして用い
られる。
【００４０】［第３の実施形態］図５及び図６を参照し
ながら、本実施形態の半導体発光素子について説明す
る。図５は選択成長により形成された発光ダイオードを
示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。また、図６は
傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面図である。
【００４１】図５に示すように、サファイア基板と下地
成長層との積層体である基体３１上に、シリコン酸化膜
からなる選択マスク３２が形成される。基体３１は、具
体的にはその主面をＣ面とするサファイア基板上に、例
えばアンドープＧａＮ層及びシリコンドープのＧａＮ層
を積層した構造体である。選択マスク３２には図中ｑ方
向を長手方向とするストライプ状に開口した開口部３３
が形成される。このｑ方向は稜線４１を備えた結晶成長
を図るために［１−１００］方向若しくは［１１−２
０］方向である。
【００４２】このように細長い帯状の開口部３３を用い
た選択成長により第１導電型クラッド層として機能する
シリコンドープのＧａＮ層３４が形成され、その上に活
性層となるＩｎＧａＮ層３５が形成され、そのＩｎＧａ
Ｎ層３５の上には第2導電型クラッド層として用いられ
るマグネシウムドープのＧａＮ層３６が形成される。選
択成長により、シリコンドープのＧａＮ層３４には稜線
４１が図中ｑ方向に延長するように形成される。この稜
線４１の両側には傾斜面がそれぞれ形成され、この傾斜
面はＳ面（｛１−１０１｝面）若しくは｛１１−２２｝
面であり、選択成長時には安定して形成される。
【００４３】第２導電型クラッド層であるマグネシウム
ドープのＧａＮ層３６の上にはｐ電極３７が形成され
る。このｐ電極３７は例えばＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮ
ｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕの積層構造からなる電極層であ
る。本実施形態において、特にｐ電極３７は結晶のステ
ップの揃った領域４０を主に被覆するように略矩形状の
パターンに形成されており、図６に示すように、比較的
端部に近い側に形成された結晶のステップが不整合とな
る小さな領域４０ｂ、４０ｃの一部や、端部側の稜線４
２などはｐ電極３７に被覆されない。結晶のステップの
揃った領域４０が占める面積が大きいことから、結晶の
ステップが不整合となる小さな領域４０ｂ、４０ｃはｐ
電極３７を形成することで電流注入時のキャリアの主た
る通過領域とならず、結晶のステップの揃って特性の安
定した領域を十分に活用できることになる。
【００４４】このように結晶のステップの揃った領域に
限ってｐ電極３７を形成することで、電流を結晶のステ
ップの揃って特性の安定した領域に限って注入でき、発
光特性を素子のばらつきによらない構造とすることがで
きる。また、ｐ電極３７をマグネシウムドープのＧａＮ
層３６の急峻な角錐状の端部に形成しないために、フォ
トリソグラフィーによるパターンニングは容易なものと
なる。ｐ電極３７の位置はＡＦＭによって得られた観察
結果を以って設定することもでき、経験則などによって
結晶のステップの不整合な部分を回避するように形成し
ても良い。
【００４５】一方、ｎ電極３９も選択マスク３２を開口
した矩形状の開口部３８に形成される。このｎ電極３９
は例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極構造であり、第１
導電型クラッド層であるシリコンドープのＧａＮ層３４
に基体３１を介して電気的に接続される。
【００４６】本実施形態の半導体発光素子によれば、
［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向に延長
される稜線の両側に形成される傾斜面の結晶のステップ
の揃った領域４０に限ってｐ電極３７が形成される。こ
のため電流を結晶のステップの揃って特性の安定した領
域に限って注入でき、発光特性を素子のばらつきの悪影
響を受けないものとすることができる。また、ｐ電極３
７をマグネシウムドープのＧａＮ層３６の急峻な角錐状
の端部に形成しないために、フォトリソグラフィーによ
るパターンニングは容易なものとなる。
【００４７】［第４の実施形態］図７及び図８を参照し
ながら、本実施形態の半導体発光素子について説明す
る。図７は選択成長により形成された発光ダイオードを
示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。また、図８は
傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面図である。
【００４８】図７に示すように、サファイア基板と下地
成長層との積層体である基体５１上に、シリコン酸化膜
からなる選択マスク５２が形成される。基体５１は、具
体的にはその主面をＣ面とするサファイア基板上に、例
えばアンドープＧａＮ層及びシリコンドープのＧａＮ層
を積層した構造体である。選択マスク５２には図中ｔ方
向を長手方向とするストライプ状に開口した開口部５３
が形成される。このｔ方向は稜線６１を備えた結晶成長
を図るため、［１−１００］方向若しくは［１１−２
０］方向のいずれかより０．２度以上で２０度以下の角
度だけ傾いた方向とされる。なお、図示の例ではｔ方向
は［１１−２０］方向から約５度ずれた例を示してい
る。
【００４９】このように細長い帯状の開口部５３を用い
た選択成長により第１導電型クラッド層として機能する
シリコンドープのＧａＮ層５４が形成され、その上に活
性層となるＩｎＧａＮ層５５が形成され、そのＩｎＧａ
Ｎ層５５の上には第2導電型クラッド層として用いられ
るマグネシウムドープのＧａＮ層５６が形成される。選
択成長により、シリコンドープのＧａＮ層５４には稜線
６１が図中ｔ方向に延長するように形成される。この稜
線６１の両側には傾斜面がそれぞれ形成され、この傾斜
面はＳ面（｛１−１０１｝面）若しくは｛１１−２２｝
面であり、選択成長時には安定して形成される。特に、
前述の第２の実施形態と同様に、［１−１００］方向若
しくは［１１−２０］方向からずれた方向を選択マスク
５２の開口部５３の長手方向としていることから、結晶
のステップが不整合な領域は更に小さな領域に過ぎな
い。
【００５０】第２導電型クラッド層であるマグネシウム
ドープのＧａＮ層５６の上にはｐ電極５７が形成され
る。このｐ電極５７は例えばＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮ
ｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕの積層構造からなる電極層であ
る。本実施形態において、特にｐ電極５７は結晶のステ
ップの揃った領域６０を主に被覆するように略矩形状の
パターンに形成されており、図８に示すように、比較的
端部に近い側に形成された結晶のステップが不整合とな
る小さな領域の一部や、端部側の稜線６２などはｐ電極
５７に被覆されない。結晶のステップの不整合な領域が
占める面積が極めて小さいことから、ｐ電極５７を形成
することで電流注入時のキャリアの主たる通過領域は結
晶のステップの揃った領域である。従って、例えば、発
光特性などの素子特性を安定化させることができる。
【００５１】このように結晶のステップの揃った領域に
限ってｐ電極５７を形成することで、電流を結晶のステ
ップの揃って特性の安定した領域に限って注入でき、発
光特性を素子のばらつきによらない構造とすることがで
きる。また、ｐ電極５７をマグネシウムドープのＧａＮ
層５６の急峻な角錐状の端部に形成しないために、フォ
トリソグラフィーによるパターンニングは容易なものと
なる。ｐ電極５７の位置はＡＦＭによって得られた観察
結果を以って設定することもでき、経験則などによって
結晶のステップの不整合な部分を回避するように形成し
ても良い。
【００５２】一方、ｎ電極５９も選択マスク５２を開口
した矩形状の開口部５８に形成される。このｎ電極５９
は例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極構造であり、第１
導電型クラッド層であるシリコンドープのＧａＮ層５４
に基体５１を介して電気的に接続される。
【００５３】本実施形態の半導体発光素子によれば、
［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向から
０．２度以上で２０度以下の角度の範囲でずれた方向を
選択マスク５２の開口部５３の長手方向としていること
から、結晶のステップの不整合な部分は極めて小さな領
域に抑えることができ、稜線６１の両側に形成される傾
斜面６０の結晶のステップの揃った領域に限ってｐ電極
５７を形成できる。このため電流を結晶のステップの揃
って特性の安定した領域に限って注入でき、発光特性を
素子のばらつきによらない構造とすることができる。ま
た、ｐ電極５７をマグネシウムドープのＧａＮ層５６の
急峻な角錐状の端部に形成しないために、フォトリソグ
ラフィーによるパターンニングは容易なものとなる。
【００５４】［第５の実施形態］本実施形態は、結晶の
ステップの不整合な部分を回避するようにｐ電極７１を
形成した例であり、簡単のため、図９に示すようにｐ電
極７１の形成パターンとＧａＮ層の傾斜面７０の各領域
７０ｂ、７０ｃを示している。
【００５５】ｐ電極７１はＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を積層し
た電極層であり、特に本実施形態においては、ｐ電極７
１は、結晶のステップの揃っていない領域７０ｂ、７０
ｃを避けるパターンとなるように形成されている。ｐ電
極７１は、前述の各実施形態の電極よりも小さなパター
ンとなるが、結晶のステップの揃っていない領域７０
ｂ、７０ｃを避けることができるため、素子のばらつき
を抑えることができる。
【００５６】［第６の実施形態］図１０及び図１１を参
照しながら、本実施形態の半導体発光素子について説明
する。図１０は選択成長により形成された発光ダイオー
ド素子を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。ま
た、図１１は傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面
図である。
【００５７】図１０に示すように、サファイア基板と下
地成長層との積層体である基体８１上に、シリコン酸化
膜からなる選択マスク８２が形成される。基体８１は、
具体的にはその主面をＣ面とするサファイア基板上に、
例えばアンドープＧａＮ層及びシリコンドープのＧａＮ
層を積層した構造体である。選択マスク８２には図中ｑ
方向を長手方向とするストライプ状に開口した開口部８
３が形成される。このｑ方向は、第３の実施形態と同様
に、稜線９１を備えた結晶成長を図るために［１−１０
０］方向若しくは［１１−２０］方向である。
【００５８】このように細長い帯状の開口部８３を用い
た選択成長により第１導電型クラッド層として機能する
シリコンドープのＧａＮ層８４が形成され、その上に活
性層となるＩｎＧａＮ層８５が形成され、そのＩｎＧａ
Ｎ層８５の上には第2導電型クラッド層として用いられ
るマグネシウムドープのＧａＮ層８６が形成される。選
択成長により、シリコンドープのＧａＮ層８４には稜線
９１が図中ｑ方向に延長するように形成される。この稜
線９１の両側には傾斜面がそれぞれ形成され、この傾斜
面はＳ面（｛１−１０１｝面）若しくは｛１１−２２｝
面であり、選択成長時には安定して形成される。
【００５９】第２導電型クラッド層であるマグネシウム
ドープのＧａＮ層８６の上にはｐ電極８７、８８が形成
される。このｐ電極８７、８８は例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕの積層構造からなる
電極層である。本実施形態において、特にｐ電極８７、
８８は結晶のステップの揃った領域９２を主に被覆する
ように略矩形状のパターンに形成されており、図１１に
示すように、断面で三角形状の頂点部分に該当する稜線
９１近傍の結晶状態が不安定な領域や、端部側の稜線の
近傍などでは、ｐ電極８７、８８が形成されないパター
ンにされている。ｐ電極８７、８８を形成することで結
晶性の良くない稜線９１近傍や、結晶性の良くない端部
側の稜線の近傍などを電流注入の経路から外すことがで
き、特性の安定した動作が実現されることになる。
【００６０】このように結晶のステップの揃った領域に
限ってｐ電極８７、８８を形成することで、電流を特性
の安定した領域に限って注入でき、発光特性を素子のば
らつきによらない構造とすることができる。また、ｐ電
極８７、８８をマグネシウムドープのＧａＮ層８６の急
峻な角錐状の端部に形成しないために、フォトリソグラ
フィーによるパターンニングは容易なものとなる。ｐ電
極８７、８８の位置はＡＦＭによって得られた観察結果
を以って設定することもでき、経験則などによって結晶
のステップの不整合な部分を回避するように形成しても
良い。
【００６１】一方、ｎ電極８９も選択マスク８２を開口
した矩形状の開口部９０に形成される。このｎ電極８９
は例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極構造であり、第１
導電型クラッド層であるシリコンドープのＧａＮ層８４
に基体８１を介して電気的に接続される。
【００６２】本実施形態の半導体発光素子によれば、
［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向に延長
される稜線９１の両側に形成される傾斜面の結晶のステ
ップの揃った領域９２に限ってｐ電極８７、８８が稜線
９１を避けるように形成される。このため素子特性の安
定化が容易に達成され、発光特性を素子のばらつきによ
らないものにできる。また、ｐ電極８７、８８をマグネ
シウムドープのＧａＮ層８６の急峻な角錐状の端部に形
成しないために、フォトリソグラフィーによるパターン
ニングは容易なものとなる。
【００６３】［第７の実施形態］図１２及び図１３を参
照しながら、本実施形態の半導体発光素子について説明
する。図１２は選択成長により形成された発光ダイオー
ド素子を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。ま
た、図１３は傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面
図である。
【００６４】図１２に示すように、サファイア基板と下
地成長層との積層体である基体１０１上に、シリコン酸
化膜からなる選択マスク１０２が形成される。基体１０
１は、具体的にはその主面をＣ面とするサファイア基板
上に、例えばアンドープＧａＮ層及びシリコンドープの
ＧａＮ層を積層した構造体である。選択マスク１０２に
は図中ｔ方向を長手方向とするストライプ状に開口した
開口部１０３が形成される。このｔ方向は稜線１１１を
備えた結晶成長を図るため、［１−１００］方向若しく
は［１１−２０］方向のいずれかより０．２度以上で２
０度以下の角度だけ傾いた方向とされる。なお、図示の
例ではｔ方向は［１１−２０］方向から約５度ずれた例
を示している。
【００６５】このように細長い帯状の開口部１０３を用
いた選択成長により第１導電型クラッド層として機能す
るシリコンドープのＧａＮ層１０４が形成され、その上
に活性層となるＩｎＧａＮ層１０５が形成され、そのＩ
ｎＧａＮ層１０５の上には第2導電型クラッド層として
用いられるマグネシウムドープのＧａＮ層１０６が形成
される。選択成長により、シリコンドープのＧａＮ層１
０４には稜線６１が図中ｔ方向に延長するように形成さ
れる。この稜線１１１の両側には傾斜面１１３がそれぞ
れ形成され、この傾斜面はＳ面（｛１−１０１｝面）若
しくは｛１１−２２｝面であり、選択成長時には安定し
て形成される。特に、前述の第２、第４の実施形態と同
様に、［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向
からずれた方向を選択マスク１０２の開口部１０３の長
手方向としていることから、結晶のステップが不整合な
領域は微小な領域に過ぎない。
【００６６】第２導電型クラッド層であるマグネシウム
ドープのＧａＮ層１０６の上にはｐ電極１０７、１０８
が形成される。このｐ電極１０７、１０８は例えばＮｉ
／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕの積層構
造からなる電極層である。本実施形態において、特にｐ
電極１０７、１０８は結晶のステップの揃った領域１１
３を主に被覆するように略矩形状のパターンに形成され
ており、図１３に示すように、断面で三角形状の頂点部
分に該当する稜線１１１近傍の結晶状態が不安定な領域
や、端部側の稜線の近傍などでは、ｐ電極１０７、１０
８が形成されないパターンにされている。ｐ電極１０
７、１０８を結晶性の良くない稜線１１１の近傍や、結
晶性の良くない端部側の稜線の近傍などを避けて形成す
ることで、素子特性が安定し、確実な動作が実現される
ことになる。
【００６７】このように結晶のステップの揃った領域に
限ってｐ電極１０７、１０８を形成することで、電流を
特性の安定した領域に限って注入でき、発光特性を素子
のばらつきによらない構造とすることができる。また、
ｐ電極１０７、１０８をマグネシウムドープのＧａＮ層
８６の急峻な角錐状の端部に形成しないために、フォト
リソグラフィーによるパターンニングは容易なものとな
る。ｐ電極１０７、１０８の位置はＡＦＭによって得ら
れた観察結果を以って設定することもでき、経験則など
によって結晶のステップの不整合な部分を回避するよう
に形成しても良い。
【００６８】一方、ｎ電極１０９も選択マスク１０２を
開口した矩形状の開口部１１０に形成される。このｎ電
極１０９は例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極構造であ
り、第１導電型クラッド層であるシリコンドープのＧａ
Ｎ層１０４に基体１０１を介して電気的に接続される。
【００６９】本実施形態の半導体発光素子によれば、
［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向から
０．２度以上で２０度以下の角度の範囲でずれた方向を
選択マスク１０２の開口部１０３の長手方向としている
ことから、結晶のステップの不整合な部分は極めて小さ
な領域に抑えることができ、稜線１１１の両側に形成さ
れる傾斜面１１３の結晶のステップの揃った領域に限っ
てｐ電極１０７、１０８を形成できる。このため電流を
結晶のステップの揃って特性の安定した領域に限って注
入でき、発光特性を素子のばらつきによらない構造とす
ることができる。また、ｐ電極１０７、１０８をマグネ
シウムドープのＧａＮ層１０６の急峻な角錐状の端部に
形成しないために、フォトリソグラフィーによるパター
ンニングは容易なものとなる。
【００７０】［第８の実施形態］本実施形態は、結晶の
ステップの不整合な部分を回避するようにｐ電極１２２
を形成した例であり、簡単のため、図１４に示すように
ｐ電極１１２の形成パターンとＧａＮ層の傾斜面１２１
の各領域１２１ｂ、１２１ｃを示している。
【００７１】ｐ電極１２２はＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を積層
した電極層であり、特に本実施形態においては、ｐ電極
１２２は、結晶のステップの揃っていない領域１２１
ｂ、１２１ｃを避けると共に稜線１２３の近傍も避ける
パターンとなるように形成されている。ｐ電極１２２
は、前述の各実施形態の電極よりも小さなパターンとな
るが、結晶のステップの揃っていない領域１２１ｂ、１
２１ｃ及び稜線１２３の近傍を避けることができるた
め、素子のばらつきを抑えることができる。
【００７２】［第９の実施形態］本実施形態は、第８の
実施形態の構造の発光ダイオードの半導体層の稜線部分
に沿って金属電極を形成した例であり、その構造を図１
５に示す。
【００７３】図１５に示すように、前述の実施形態と同
様に、サファイア基板と下地成長層との積層体である基
体１３１上に、シリコン酸化膜からなる選択マスク１３
２が形成される。選択マスク１３２に［１−１００］方
向若しくは［１１−２０］方向を長手方向とするストラ
イプ状に開口した開口部１３３が形成され、この開口部
１３３を用いた選択成長により第１導電型クラッド層と
して機能するシリコンドープのＧａＮ層１３４が形成さ
れ、その上に活性層となるＩｎＧａＮ層１３５が形成さ
れ、そのＩｎＧａＮ層１３５の上には第2導電型クラッ
ド層として用いられるマグネシウムドープのＧａＮ層１
３６が形成される。選択成長により、シリコンドープの
ＧａＮ層１３４には稜線が［１−１００］方向若しくは
［１１−２０方向に延長するように形成される。この稜
線の両側には傾斜面がそれぞれ形成され、この傾斜面は
Ｓ面（｛１−１０１｝面）若しくは｛１１−２２｝面で
あって選択成長時には安定して形成される。
【００７４】第２導電型クラッド層であるマグネシウム
ドープのＧａＮ層１３６の上にはｐ電極１３７、１３８
が形成される。このｐ電極１３７、１３８は例えばＮｉ
／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕの積層構
造からなる電極層である。本実施形態において、特にｐ
電極１３７、１３８は結晶のステップの揃った領域を主
に被覆するように略矩形状のパターンに形成されてお
り、図１５に示すように、断面で三角形状の頂点部分に
該当する稜線近傍の結晶状態が不安定な領域や、端部側
の稜線の近傍などでは、ｐ電極１３７、１３８が形成さ
れない。ｐ電極１３７、１３８を結晶性の良くない稜線
の近傍や、結晶性の良くない端部側の稜線の近傍などを
避けて形成することで、特性の安定した動作が実現され
ることにない、発光特性を素子のばらつきによらない構
造とすることができる。
【００７５】さらに本実施形態においては、稜線の近傍
にｐ電極１３７、１３８が形成されない代わりとして、
素子部分全体を覆うように例えば銀などからなる金属反
射膜１３９が形成される。このような反射金属膜１３９
を形成することで、活性層で発生した光を金属反射膜１
３９の表面で反射させて発光効率を高めることができ
る。またｎ電極１４０も選択マスク１３２を開口した矩
形状の開口部１４１に形成される。このｎ電極１４０は
例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極構造であり、第１導
電型クラッド層であるシリコンドープのＧａＮ層１３４
に基体１３１を介して電気的に接続される。
【００７６】本実施形態の半導体発光素子によれば、
［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向に延長
される稜線の両側にｐ電極１３７、１３８が稜線の近傍
を避けるように形成される。このため素子特性の安定化
が容易に達成され、発光特性を素子のばらつきによらな
いものにできる。また、ｐ電極１３７、１３８をマグネ
シウムドープのＧａＮ層１３６の急峻な角錐状の端部に
形成しないために、フォトリソグラフィーによるパター
ンニングは容易なものとなる。さらに、素子部分全体を
覆うように金属反射膜１３９が形成されることから、活
性層で発生した光を金属反射膜１３９の表面で反射させ
て発光効率を高めることができる。
【００７７】［第１０の実施形態］本実施形態は半導体
レーザー素子の製造方法であり、図１６乃至図１９を参
照しながら説明する。なお、図１６はｐ電極、ｎ電極形
成時の素子の状態を示す図であり、図１６の（ａ）は平
面図であり、（ｂ）はその断面図である。図１７は傾斜
面を有する半導体層と電極の要部側面図である。図１８
はへき開後の素子の状態を示す図であり、図１８の
（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその断面図である。図
１９はへき開後の半導体レーザー素子の半導体層と電極
の要部側面図である。
【００７８】先ず、図１６の（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、サファイア基板と下地成長層との積層体である基体
１５１上に、シリコン酸化膜からなる選択マスク１５２
が形成される。選択マスク１５２に図１６の（ａ）にｑ
方向で示す［１−１００］方向若しくは［１１−２０］
方向を長手方向とするストライプ状に開口した開口部１
５３が形成され、この開口部１５３を用いた選択成長に
より第１導電型クラッド層として機能するシリコンドー
プのＧａＮ層１５４が形成され、その上に活性層となる
ＩｎＧａＮ層１５５が形成され、そのＩｎＧａＮ層１５
５の上には第2導電型クラッド層として用いられるマグ
ネシウムドープのＧａＮ層１５６が形成される。選択成
長により、シリコンドープのＧａＮ層１５４には稜線が
［１−１００］方向若しくは［１１−２０方向に延長す
るように形成される。この稜線の両側には傾斜面がそれ
ぞれ形成され、この傾斜面１６１はＳ面（｛１−１０
１｝面）若しくは｛１１−２２｝面であって選択成長時
には安定して形成される。
【００７９】第２導電型クラッド層であるマグネシウム
ドープのＧａＮ層１５６の上にはｐ電極１５７が形成さ
れる。このｐ電極１５７は例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕまた
はＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕの積層構造からなる電極層
である。またｎ電極１５８も選択マスク１５２を開口し
たＡｕ電極構造であり、第１導電型クラッド層であるシ
リコンドープのＧａＮ層１５４に基体１５１を介して電
気的に接続される。この時、稜線と垂直に延長されるｐ
電極１５７の端部は、ｑ方向に垂直な方向とすることが
でき、略直線状とすることでへき開を行うのに好適であ
る。
【００８０】このようにｐ電極１５７、ｎ電極１５８を
形成したところで、図１８及び図１９に示すように、へ
き開を行って半導体レーザー素子のｑ方向に垂直な方向
の面のへき開面１７０、１７０を形成する。これら一対
のへき開面１７０、１７０が共振面として機能して、半
導体レーザー素子が形成される。
【００８１】［第１１の実施形態］本実施形態は本発明
の半導体発光素子を複数個配列させた表示装置の例であ
る。図２０に示すように、本実施形態の表示装置は、基
板２００上に複数個の半導体層２０４が選択成長によっ
て形成された構造となっており、各半導体層２０４の構
造は、前述の各実施形態のごとく、［１−１００］方向
若しくは［１１−２０］方向を長手方向とするストライ
プ状に開口した開口部からの選択成長により第１導電型
クラッド層として機能するシリコンドープのＧａＮ層
と、活性層となるＩｎＧａＮ層と、第2導電型クラッド
層として用いられるマグネシウムドープのＧａＮ層とが
積層された構造を有する。複数の各半導体層２０４に共
通に例えばＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ
／Ａｕの積層構造からなるｐ電極２０５が水平方向に延
在される帯状のパターンで形成され、基板２００上の選
択マスクの開口部２０１にはｎ電極２０２が形成されて
いる。
【００８２】このような表示装置においては、それぞれ
の半導体層２０４からの発光によって画像を表示した
り、或いは照明装置として使用される。複数の各半導体
層２０４は独立に駆動される形式であっても良く、単
色、多色のいずれでも良い。
【００８３】このような構造の本実施形態の表示装置に
おいては、まず、［１−１００］方向若しくは［１１−
２０］方向に延長される開口部を利用することから、素
子特性の安定化が容易に達成され、発光特性を素子のば
らつきによらないものにできる。また、ｐ電極２０５及
びｎ電極２０２の共通化も可能であり、フォトリソグラ
フィーが容易となることから製造工程の簡略化を図るこ
とができる。
【００８４】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、［１
−１００］方向若しくは［１１−２０］方向またはこれ
らの方向から０．２度以上で２０度以下の角度の範囲で
ずれた方向を選択マスクの開口部の長手方向としている
ことから、結晶のステップの不整合な部分は極めて小さ
な領域に抑えることができ、傾斜面６０の結晶のステッ
プの揃った領域にｐ電極を形成できる。このため電流を
結晶のステップが揃っていて且つ特性の安定した領域に
限って注入でき、発光特性を素子のばらつきによらない
構造とすることができ、製造上の再現性に優れた半導体
発光素子を提供できる。また、ｐ電極を結晶成長の急峻
な端部に形成しないために、フォトリソグラフィーによ
るパターンニングは容易なものとなる。
【００８５】また、本発明の半導体発光素子によれば、
結晶性の良くない領域を外して電極を形成することもで
き、［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向を
へき開工程にも利用して半導体レーザー素子の製造にも
好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体発光素子にか
かる、［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向
に選択マスクの開口部を形成した場合の選択成長前後の
素子の状態を示す図であって、（ａ）は平面図であり、
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の半導体発光素子にか
かる傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面図であ
る。
【図３】本発明の第２の実施形態の半導体発光素子にか
かる、［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向
から少しずれた角度の方向を長手方向とする選択マスク
の開口部を形成した場合の選択成長前後の素子の状態を
示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の半導体発光素子にか
かる傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面図であ
る。
【図５】本発明の第３の実施形態の半導体発光素子にか
かる、［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向
に選択マスクの開口部を形成した場合の半導体発光素子
の状態を示す図であって、（ａ）は平面図であり、
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の半導体発光素子にか
かる傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面図であ
る。
【図７】本発明の第４の実施形態の半導体発光素子にか
かる、［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方向
から少しずれた角度の方向を長手方向とする選択マスク
の開口部を形成した場合の半導体発光素子の状態を示す
図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の
ｂ−ｂ線断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の半導体発光素子にか
かる傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面図であ
る。
【図９】本発明の第５の実施形態の半導体発光素子にか
かる傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面図であ
る。
【図１０】本発明の第６の実施形態の半導体発光素子に
かかる、［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方
向を長手方向とする選択マスクの開口部を形成した場合
の半導体発光素子の状態を示す図であって、（ａ）は平
面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態の半導体発光素子に
かかる傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面図であ
る。
【図１２】本発明の第７の実施形態の半導体発光素子に
かかる、［１−１００］方向若しくは［１１−２０］方
向から少しずれた角度の方向を長手方向とする選択マス
クの開口部を形成した場合の半導体発光素子の状態を示
す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）
のｂ−ｂ線断面図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態の半導体発光素子に
かかる傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面図であ
る。
【図１４】本発明の第８の実施形態の半導体発光素子に
かかる傾斜面を有する半導体層と電極の要部側面図であ
る。
【図１５】本発明の第９の実施形態の半導体発光素子に
かかる要部断面図である。
【図１６】本発明の第１０の実施形態の半導体レーザー
素子の製造方法にかかる素子の状態を示す工程図であっ
て、電極形成後における（ａ）は平面図であり、（ｂ）
は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図１７】本発明の第１０の実施形態の半導体レーザー
素子の製造方法にかかる要部側面図であって、図１６に
対応した図である。
【図１８】本発明の第１０の実施形態の半導体レーザー
素子の製造方法にかかる素子の状態を示す工程図であっ
て、へき開後における（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図１９】本発明の第１０の実施形態の半導体レーザー
素子の製造方法にかかる要部側面図であって、図１８に
対応した図である。
【図２０】本発明の第１１の実施形態の表示装置の部分
平面図である。
【符号の簡単な説明】
１１、２１、３１、５１、８１、１０１、１３１、１５
１ 基体 １２、２２、３２、５２、８２、１０２、１３２、１５
２ 選択マスク １３、２３、３３、５３、８３、１０３、１３３、１５
３ 開口部 １４、２４、３４、５４、８４、１０４、１３４、１５
４ シリコンドープのＧａＮ層 １５、２５、３５、５５、８５、１０５、１３５、１５
５ ＩｎＧａＮ層 １６、２６、３６、５６、８６、１０６、１３６、１５
６ マグネシウムドープのＧａＮ層 １７、２７、４１、６１、９１、１１１ 稜線
───────────────────────────────────────────────────── 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） 5C094 AA43 BA26 CA19 EB05 GB10 5F041 AA41 AA43 CA04 CA34 CA40 CA46 CA91 CB22 FF01 5F073 AA61 AA89 AB05 CA07 CB05 DA05

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体と、該基体上に形成されストライプ
    状に開口した開口部を有する選択マスクと、前記開口部
    からの選択成長により前記開口部の長辺に略平行な稜線
    を有するように形成された半導体層と、前記半導体層上
    に形成される第１導電型クラッド層、活性層、及び第２
    導電型クラッド層とを有することを特徴とする半導体発
    光素子。
  2. 【請求項２】 前記稜線を挟む一対の結晶面上に形成さ
    れた第２導電型クラッド層に対し、電極が前記一対の結
    晶面上の領域にかぎり形成されることを特徴とする請求
    項１の半導体発光素子。
  3. 【請求項３】 前記稜線を挟む一対の結晶面上に形成さ
    れた第２導電型クラッド層に対し、電極が前記稜線近傍
    を除いて形成されることを特徴とする請求項１の半導体
    発光素子。
  4. 【請求項４】 前記稜線を挟む一対の結晶面上に形成さ
    れた第２導電型クラッド層に対し、電極が前記一対の結
    晶面上の領域であって且つ結晶のステップが揃った領域
    にのみ形成されることを特徴とする請求項１の半導体発
    光素子。
  5. 【請求項５】 前記半導体層はウルツ鉱型の化合物半導
    体層であり、前記稜線を挟む一対の結晶面は｛１−１０
    １｝面若しくは｛１１−２２｝面であることを特徴とす
    る請求項１の半導体発光素子。
  6. 【請求項６】 前記ウルツ鉱型の化合物半導体層はGaN
    系化合物半導体層であることを特徴とする請求項５の半
    導体発光素子。
  7. 【請求項７】 前記半導体発光素子は半導体レーザー若
    しくは発光ダイオードであることを特徴とする請求項１
    の半導体発光素子。
  8. 【請求項８】 基体と、該基体上に形成され［１−１０
    ０］方向若しくは［１１−２０］方向を長手方向とする
    ストライプ状に開口した開口部を有する選択マスクと、
    前記開口部からの選択成長により前記開口部の前記長手
    方向に略平行な稜線を有するように形成された半導体層
    と、前記半導体層に形成される第１導電型クラッド層、
    活性層、及び第２導電型クラッド層とを有してなること
    を特徴とする半導体発光素子。
  9. 【請求項９】 基体と、該基体上に形成され［１−１０
    ０］方向若しくは［１１−２０］方向のいずれかより
    ０．２度以上で２０度以下の角度だけ傾いた方向を長手
    方向とするストライプ状に開口した開口部を有する選択
    マスクと、前記開口部からの選択成長により前記開口部
    の前記長手方向に平行な稜線を有するように形成された
    半導体層と、前記半導体層に形成される第１導電型クラ
    ッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層とを有して
    なることを特徴とする半導体発光素子。
  10. 【請求項１０】 基体と、該基体上に形成されストライ
    プ状に開口した開口部を有する選択マスクと、前記開口
    部からの選択成長により前記開口部の長辺に略平行な稜
    線を有するように形成された半導体層と、前記半導体層
    上に形成される第１導電型クラッド層、活性層、及び第
    ２導電型クラッド層とを有する構成の半導体発光素子を
    複数配列してなることを特徴とする表示装置。
  11. 【請求項１１】 基体上にストライプ状に開口した開口
    部を有する選択マスクを形成する工程と、前記開口部か
    らの選択成長によって前記開口部の長辺に略平行な稜線
    を有するように半導体層を成長させる工程と、第１導電
    型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層とを
    半導体層に対して形成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。
  12. 【請求項１２】 前記稜線を挟む一対の結晶面上に形成
    された前記第２導電型クラッド層に対して電極を前記一
    対の結晶面上の領域に限り形成する工程を有することを
    特徴とする請求項１１記載の半導体発光素子の製造方
    法。
  13. 【請求項１３】 基体上にストライプ状に開口した開口
    部を有する選択マスクを形成する工程と、前記開口部か
    らの選択成長によって前記開口部の長辺に略平行な稜線
    を有するように半導体層を成長させる工程と、第１導電
    型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層とを
    半導体層に対して形成する工程と、前記稜線を挟む一対
    の結晶面上に形成された前記第２導電型クラッド層に対
    して電極を前記一対の結晶面上の領域に形成する工程
    と、前記電極の端部に沿ってへき開により共振面を形成
    する工程を有することを特徴とする半導体レーザーの製
    造方法。
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