JP2003204079A - 付活剤を含有した基板を用いた窒化物半導体素子、及び成長方法 - Google Patents
付活剤を含有した基板を用いた窒化物半導体素子、及び成長方法Info
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- JP2003204079A JP2003204079A JP2002315629A JP2002315629A JP2003204079A JP 2003204079 A JP2003204079 A JP 2003204079A JP 2002315629 A JP2002315629 A JP 2002315629A JP 2002315629 A JP2002315629 A JP 2002315629A JP 2003204079 A JP2003204079 A JP 2003204079A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】任意の色の発光が可能な発光素子であって、色
ムラを抑制した均一光源を得ることを目的とする。ま
た、均一光の取り出し効率の向上も課題とする。 【解決手段】付活剤を含有した基板に凹凸を形成し、こ
の基板上に発光層を有するＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙ
Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成
る窒化物半導体素子を成長させる。この時、基板は（１
１１）面を主面とするＹ３Ａｌ５Ｏ１２基板、ＬＳＡＴ
基板、又は（０００１）面を主面とするサファイア基板
等である。付活剤としてＣｅ、Ｔｂ、Ｅｕ等がある。前
記基板の凹凸形成はテーパー角をつける。
ムラを抑制した均一光源を得ることを目的とする。ま
た、均一光の取り出し効率の向上も課題とする。 【解決手段】付活剤を含有した基板に凹凸を形成し、こ
の基板上に発光層を有するＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙ
Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成
る窒化物半導体素子を成長させる。この時、基板は（１
１１）面を主面とするＹ３Ａｌ５Ｏ１２基板、ＬＳＡＴ
基板、又は（０００１）面を主面とするサファイア基板
等である。付活剤としてＣｅ、Ｔｂ、Ｅｕ等がある。前
記基板の凹凸形成はテーパー角をつける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体素子に
関するものであり、特に付活剤を含有した基板上に窒化
物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）を有する窒化物半導体素
子、及びその成長方法に関する。
関するものであり、特に付活剤を含有した基板上に窒化
物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）を有する窒化物半導体素
子、及びその成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】白色光を発する発光素子は、液晶や照
明、表示装置等に有用である。現在、白色発光素子は青
色ＬＥＤチップをＹ３Ａｌ５Ｏ１２（以下、ＹＡＧと示
す）系蛍光粉末を混合した樹脂でモールドすることによ
り形成されている。これはＬＥＤチップから放射された
光の一部がＹＡＧ系蛍光粉末の粒子に当たり、発光した
黄色光をＬＥＤチップからの青色光と混ざり合わせて白
色光とするものである。
明、表示装置等に有用である。現在、白色発光素子は青
色ＬＥＤチップをＹ３Ａｌ５Ｏ１２（以下、ＹＡＧと示
す）系蛍光粉末を混合した樹脂でモールドすることによ
り形成されている。これはＬＥＤチップから放射された
光の一部がＹＡＧ系蛍光粉末の粒子に当たり、発光した
黄色光をＬＥＤチップからの青色光と混ざり合わせて白
色光とするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示す方法で白色光の均一性を得るのは非常に困難であ
る。その理由としては、樹脂に混入させるＹＡＧ系蛍光
粉末の粒径を均一にすることが難しいからである。さら
には粉末が沈降することが考えられる。これは粉末の重
さによるものであり、粒径が不均一であるため粒径の大
きい粉末は早く沈降する。そのため、粉末の空間的分布
が存在することとなり、白色光の不均一が生じる。その
他には、蛍光体粉末表面での反射散乱が起こるため光の
取り出し効率の低下が考えられる。
示す方法で白色光の均一性を得るのは非常に困難であ
る。その理由としては、樹脂に混入させるＹＡＧ系蛍光
粉末の粒径を均一にすることが難しいからである。さら
には粉末が沈降することが考えられる。これは粉末の重
さによるものであり、粒径が不均一であるため粒径の大
きい粉末は早く沈降する。そのため、粉末の空間的分布
が存在することとなり、白色光の不均一が生じる。その
他には、蛍光体粉末表面での反射散乱が起こるため光の
取り出し効率の低下が考えられる。
【０００４】そこで、本発明は上記の課題に鑑み任意の
色を均一光とするＬＥＤ等の発光素子であって、発光効
率を向上させた発光素子を提供することである。
色を均一光とするＬＥＤ等の発光素子であって、発光効
率を向上させた発光素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の目的は、
以下に示す本発明の構成によって達成することができ
る。本発明における窒化物半導体素子は、Ｃｅ、Ｔｂ、
Ｅｕ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｔｉから選ばれる少なくとも一種を付活剤として含
有する基板であって、該基板には凹凸を有し、凹凸面上
には窒化物半導体を備えたことを特徴とする。
以下に示す本発明の構成によって達成することができ
る。本発明における窒化物半導体素子は、Ｃｅ、Ｔｂ、
Ｅｕ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｔｉから選ばれる少なくとも一種を付活剤として含
有する基板であって、該基板には凹凸を有し、凹凸面上
には窒化物半導体を備えたことを特徴とする。
【０００６】本発明における前記基板は、（１１１）面
を主面とするＹ３Ａｌ５Ｏ１２であり、Ｙの一部をＬ
ｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍのいずれかにより置換及び
／又はＡｌの一部をＩｎ、Ｂ、Ｔｌ、Ｇａのいずれかに
より置換したものであることを特徴とする。
を主面とするＹ３Ａｌ５Ｏ１２であり、Ｙの一部をＬ
ｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍのいずれかにより置換及び
／又はＡｌの一部をＩｎ、Ｂ、Ｔｌ、Ｇａのいずれかに
より置換したものであることを特徴とする。
【０００７】本発明における前記基板は、（１１１）面
を主面とする（ＬａｘＳｒ１−ｘ）（ＡｌｙＴ
ａ１−ｙ）Ｏ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であること
を特徴とする。
を主面とする（ＬａｘＳｒ１−ｘ）（ＡｌｙＴ
ａ１−ｙ）Ｏ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であること
を特徴とする。
【０００８】本発明における前記基板は、（０００１）
面、又は（１１−２０）面を主面とするサファイアであ
ることを特徴とする。
面、又は（１１−２０）面を主面とするサファイアであ
ることを特徴とする。
【０００９】本発明における前記基板の平面形状は、ス
トライプ状、格子状、又は島状であることを特徴とす
る。
トライプ状、格子状、又は島状であることを特徴とす
る。
【００１０】本発明における前記基板の凹部と窒化物半
導体との間には空洞を有することを特徴とする。
導体との間には空洞を有することを特徴とする。
【００１１】本発明における窒化物半導体素子は、前記
基板と窒化物半導体との間にＩｎを含有するバッファ層
を有することを特徴とする。
基板と窒化物半導体との間にＩｎを含有するバッファ層
を有することを特徴とする。
【００１２】本発明における窒化物半導体素子の成長方
法は、付活剤を含有する基板の表面に凹凸段差を形成す
る第１の工程と、その後、前記基板の表面である凹凸面
上にバッファ層を形成する第２の工程と、その後、前記
バッファ層上にＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ
≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る窒化物半
導体を少なくとも一層を形成する第３の工程とを備えた
ことを特徴とする。
法は、付活剤を含有する基板の表面に凹凸段差を形成す
る第１の工程と、その後、前記基板の表面である凹凸面
上にバッファ層を形成する第２の工程と、その後、前記
バッファ層上にＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ
≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る窒化物半
導体を少なくとも一層を形成する第３の工程とを備えた
ことを特徴とする。
【００１３】本発明における窒化物半導体素子の成長方
法は、前記窒化物半導体を形成した後、基板の裏面に第
２の凹凸面を形成する第４の工程を備えたことを特徴と
する。
法は、前記窒化物半導体を形成した後、基板の裏面に第
２の凹凸面を形成する第４の工程を備えたことを特徴と
する。
【００１４】上記に示すように本発明における基板は、
付活剤を含有するものであり、このような付活剤は発光
効果を有する。その中でもＣｅはＣｅ３＋とすることで
黄色発光を示す。またＴｂ２＋、Ｔｂ３＋については緑
色発光、Ｅｕ２＋、Ｅｕ３ ＋については赤色を示す。そ
のため窒化物半導体の青色発光との組み合わせで例えば
白色光のように任意の色を発光させることができる。
付活剤を含有するものであり、このような付活剤は発光
効果を有する。その中でもＣｅはＣｅ３＋とすることで
黄色発光を示す。またＴｂ２＋、Ｔｂ３＋については緑
色発光、Ｅｕ２＋、Ｅｕ３ ＋については赤色を示す。そ
のため窒化物半導体の青色発光との組み合わせで例えば
白色光のように任意の色を発光させることができる。
【００１５】凹凸を形成したＹＡＧやサファイア基板上
にエアーギャップを形成せずに窒化物半導体を成長させ
れば該基板への入射効率が向上する。凸部ａと凹部ｂを
形成した基板上に窒化物半導体素子を形成し（図７−
１）、前記基板に凹凸を形成したディンプル角度αが０
°（垂直）〜９０°（平坦な基板）の範囲での取り出し
効率を図７−２に示す。上記ディンプル角度が０°〜７
５°であれば、ＹＡＧ基板であれば基板入射効率は５０
％以上を示し、サファイア基板は４５％以上を示す。Ｙ
ＡＧ：Ｃｅ基板を用いた場合、テーパー角を傾けること
で基板への入射光が増大するため蛍光色が強くなり、黄
色が強くなる。つまり、前記テーパー角の角度を調整す
ることで発光色を変化させることができる。また、テー
パー角が１０°〜３０°であれば容易にエアーギャップ
を有さずに窒化物半導体を形成することができる。
にエアーギャップを形成せずに窒化物半導体を成長させ
れば該基板への入射効率が向上する。凸部ａと凹部ｂを
形成した基板上に窒化物半導体素子を形成し（図７−
１）、前記基板に凹凸を形成したディンプル角度αが０
°（垂直）〜９０°（平坦な基板）の範囲での取り出し
効率を図７−２に示す。上記ディンプル角度が０°〜７
５°であれば、ＹＡＧ基板であれば基板入射効率は５０
％以上を示し、サファイア基板は４５％以上を示す。Ｙ
ＡＧ：Ｃｅ基板を用いた場合、テーパー角を傾けること
で基板への入射光が増大するため蛍光色が強くなり、黄
色が強くなる。つまり、前記テーパー角の角度を調整す
ることで発光色を変化させることができる。また、テー
パー角が１０°〜３０°であれば容易にエアーギャップ
を有さずに窒化物半導体を形成することができる。
【００１６】また、前記基板には窒化物半導体の成長面
に凹凸段差を形成して窒化物半導体を形成後、基板凹部
にはエアーギャップが形成されるものがある（図８−
１）。前記基板の凹凸段差面上の窒化物半導体は横方向
成長で形成されるため、横方向成長した部分の結晶性が
よく発光素子の寿命特性が向上する。この凹凸はエッチ
ングにより形成されるものであり、断面形状はテーパ形
状やメサ形状であってもよい。このような形状であれ
ば、基板上に形成する窒化物半導体の横方向成長を促進
させ、容易に平坦化させた結晶性の良い結晶を成長させ
ることができる。また、前記基板上に成長させたＧａＮ
に角度βをつけることで基板への光の入射効率を向上さ
せる（図８−２）。さらには、断面形状をテーパ形状や
メサ形状にすることで空洞の高さや幅を調整することが
可能となり、光取り出し効率の最適化が容易になる。横
方向成長を促進させることで基板と窒化物半導体とのト
ータル膜厚を薄膜化させることもできる。エッチングに
より形成された基板凹凸の平面形状は、ストライプ状、
格子状、島状や、その他に凸部形状が多角形状、また凹
部形状が多角形状に抜き取られたもの等がある。
に凹凸段差を形成して窒化物半導体を形成後、基板凹部
にはエアーギャップが形成されるものがある（図８−
１）。前記基板の凹凸段差面上の窒化物半導体は横方向
成長で形成されるため、横方向成長した部分の結晶性が
よく発光素子の寿命特性が向上する。この凹凸はエッチ
ングにより形成されるものであり、断面形状はテーパ形
状やメサ形状であってもよい。このような形状であれ
ば、基板上に形成する窒化物半導体の横方向成長を促進
させ、容易に平坦化させた結晶性の良い結晶を成長させ
ることができる。また、前記基板上に成長させたＧａＮ
に角度βをつけることで基板への光の入射効率を向上さ
せる（図８−２）。さらには、断面形状をテーパ形状や
メサ形状にすることで空洞の高さや幅を調整することが
可能となり、光取り出し効率の最適化が容易になる。横
方向成長を促進させることで基板と窒化物半導体とのト
ータル膜厚を薄膜化させることもできる。エッチングに
より形成された基板凹凸の平面形状は、ストライプ状、
格子状、島状や、その他に凸部形状が多角形状、また凹
部形状が多角形状に抜き取られたもの等がある。
【００１７】
以上より、（１１１）面を主面とするＹＡＧは他の基板
（サファイア、ＺｎＯ等）に比べて格子定数が大きい。
そのため、この基板上に窒化物半導体層を成長させるこ
とは困難であった。そのため、窒化物半導体層にＩｎを
混晶することで格子定数を大きくし、格子不整合を緩和
させることとした。ＹＡＧは立方晶系に属するため、
（１１１）方位からの投影面を考えた場合に六角形がと
れる。よって、ＧａＮの六方晶系と一致させることがで
きる。
（サファイア、ＺｎＯ等）に比べて格子定数が大きい。
そのため、この基板上に窒化物半導体層を成長させるこ
とは困難であった。そのため、窒化物半導体層にＩｎを
混晶することで格子定数を大きくし、格子不整合を緩和
させることとした。ＹＡＧは立方晶系に属するため、
（１１１）方位からの投影面を考えた場合に六角形がと
れる。よって、ＧａＮの六方晶系と一致させることがで
きる。
【００１８】また、（１１１）面を主面とするＬＳＡＴ
を基板とすれば、Ｌａサイトに付活剤が任意の割合で置
換できる。例えば、Ｃｅを付活剤とすれば、ＹＡＧ：Ｃ
ｅ基板と同様に黄色発光を示す。
を基板とすれば、Ｌａサイトに付活剤が任意の割合で置
換できる。例えば、Ｃｅを付活剤とすれば、ＹＡＧ：Ｃ
ｅ基板と同様に黄色発光を示す。
【００１９】（０００１）面、（１１−２０）面を主面
とするサファイア基板は、Ｃｅ等の付活剤を含有するこ
とでＹＡＧ基板と同様の発光を示す。
とするサファイア基板は、Ｃｅ等の付活剤を含有するこ
とでＹＡＧ基板と同様の発光を示す。
【００２０】また窒化物半導体の発光層はＭＱＷやＳＱ
Ｗ等の量子井戸構造をとりＩｎを含有する。そのためバ
ッファ層にＩｎを混晶すれば安定な発光層とすることが
できる。これは、Ｉｎに歪み緩和作用があるためであ
る。特にＹＡＧ基板はＩｎを含有した窒化物半導体と格
子定数が近く、またＩｎには歪み緩和作用もあるためＩ
ｎを含有した窒化物半導体をＹＡＧ基板上に成長すれば
結晶性を向上させることができる。また、バッファ層、
さらにバッファ層上に形成するｎ型窒化物半導体層にＩ
ｎを含有することで歪み緩和を実現でき、臨界膜厚を改
善することができる。つまり、厚膜成長による過度の歪
みから発生していた発光効率の低下、及び発光層におい
てはより長波長（Ｉｎ高混晶）での信頼性の低下を改善
することができる。
Ｗ等の量子井戸構造をとりＩｎを含有する。そのためバ
ッファ層にＩｎを混晶すれば安定な発光層とすることが
できる。これは、Ｉｎに歪み緩和作用があるためであ
る。特にＹＡＧ基板はＩｎを含有した窒化物半導体と格
子定数が近く、またＩｎには歪み緩和作用もあるためＩ
ｎを含有した窒化物半導体をＹＡＧ基板上に成長すれば
結晶性を向上させることができる。また、バッファ層、
さらにバッファ層上に形成するｎ型窒化物半導体層にＩ
ｎを含有することで歪み緩和を実現でき、臨界膜厚を改
善することができる。つまり、厚膜成長による過度の歪
みから発生していた発光効率の低下、及び発光層におい
てはより長波長（Ｉｎ高混晶）での信頼性の低下を改善
することができる。
【００２１】前記バッファ層は基板の凹凸面上に形成さ
れるが、バッファ層を核として成長する窒化物半導体は
凹部側面を核とする場合に比べて凸部上面、凹部底面を
核として成長させる方が成長レートが高い。また、凸部
上面と凹部底面には高低差があるため、同じ成長レート
であっても基板の凸部上面からの成長が縦方向だけでな
く横方向にも延びることで隣接する凸部上面から成長し
た窒化物半導体同士が接合して平坦化する。平坦化後も
凹部には空洞が残るため、基板の反り緩和や光取りだし
効率の向上を実現できる。前記基板は窒化物半導体を成
長させる主面に傾斜を形成してもよい。好ましくは、こ
の基板の表面傾斜は主面となす角が１０°以内である。
例えば、ＹＡＧ基板やＬＳＡＴ基板であれば、主面であ
る（１１１）面とのなす角が１０°以内であるものとす
る。このような表面傾斜を形成することで、この基板上
に成長させる窒化物半導体のステップ成長が促進され
る。そのため、モフォロジーの良好な窒化物半導体とす
ることができる。
れるが、バッファ層を核として成長する窒化物半導体は
凹部側面を核とする場合に比べて凸部上面、凹部底面を
核として成長させる方が成長レートが高い。また、凸部
上面と凹部底面には高低差があるため、同じ成長レート
であっても基板の凸部上面からの成長が縦方向だけでな
く横方向にも延びることで隣接する凸部上面から成長し
た窒化物半導体同士が接合して平坦化する。平坦化後も
凹部には空洞が残るため、基板の反り緩和や光取りだし
効率の向上を実現できる。前記基板は窒化物半導体を成
長させる主面に傾斜を形成してもよい。好ましくは、こ
の基板の表面傾斜は主面となす角が１０°以内である。
例えば、ＹＡＧ基板やＬＳＡＴ基板であれば、主面であ
る（１１１）面とのなす角が１０°以内であるものとす
る。このような表面傾斜を形成することで、この基板上
に成長させる窒化物半導体のステップ成長が促進され
る。そのため、モフォロジーの良好な窒化物半導体とす
ることができる。
【００２２】以上に示すように、基板には凹凸段差を有
することで基板上に成長させた窒化物半導体と基板凹部
との間には空洞が形成され、これにより光の発光効率を
上げることができる。さらに、ＬＳＡＴ基板は窒化物半
導体と格子定数を一致させたＬＥＤ素子を作製すること
が可能であるため、格子不整合である基板に比べて寿命
特性の向上等が期待できる。また、本発明は粒径不一致
の蛍光体を樹脂でモールドするのではなく、基板を用い
るものであり、例えば窒化物半導体の発光層からの青色
発光（波長４０５〜４７０ｎｍ）とＹＡＧ基板の黄色発
光から均一な白色発光を発光効率よく提供することがで
きる。この発光色は付活剤により任意の色にすることが
できる。
することで基板上に成長させた窒化物半導体と基板凹部
との間には空洞が形成され、これにより光の発光効率を
上げることができる。さらに、ＬＳＡＴ基板は窒化物半
導体と格子定数を一致させたＬＥＤ素子を作製すること
が可能であるため、格子不整合である基板に比べて寿命
特性の向上等が期待できる。また、本発明は粒径不一致
の蛍光体を樹脂でモールドするのではなく、基板を用い
るものであり、例えば窒化物半導体の発光層からの青色
発光（波長４０５〜４７０ｎｍ）とＹＡＧ基板の黄色発
光から均一な白色発光を発光効率よく提供することがで
きる。この発光色は付活剤により任意の色にすることが
できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る窒化物半
導体素子は、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐ
ｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選ばれる少なく
とも一種を付活剤として含有する基板であって、該基板
には凹凸を有し、凹凸面上には窒化物半導体を備えたも
のである。前記基板は、（１１１）面を主面とするＹＡ
ＧやＬＳＡＴ、又は（０００１）面、（１１−２０）面
を主面とするサファイアである。前記基板の平面形状
は、ストライプ状、格子状、又は島状である。前記基板
の凹部と窒化物半導体との間には空洞を有することが好
ましい。前記基板と窒化物半導体との間にはＩｎを含有
するバッファ層を介するものとする。
導体素子は、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐ
ｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選ばれる少なく
とも一種を付活剤として含有する基板であって、該基板
には凹凸を有し、凹凸面上には窒化物半導体を備えたも
のである。前記基板は、（１１１）面を主面とするＹＡ
ＧやＬＳＡＴ、又は（０００１）面、（１１−２０）面
を主面とするサファイアである。前記基板の平面形状
は、ストライプ状、格子状、又は島状である。前記基板
の凹部と窒化物半導体との間には空洞を有することが好
ましい。前記基板と窒化物半導体との間にはＩｎを含有
するバッファ層を介するものとする。
【００２４】本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子
の成長方法は、付活剤を含有する基板の表面に凹凸段差
を形成する第１の工程と、その後、前記基板の表面であ
る凹凸面上にバッファ層を形成する第２の工程と、その
後、前記バッファ層上にＩｎ ｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る
窒化物半導体を少なくとも一層を形成する第３の工程と
を備えるものである。さらには、前記基板の裏面に凹凸
加工をすることで第２の凹凸面を第４の工程として備え
る。
の成長方法は、付活剤を含有する基板の表面に凹凸段差
を形成する第１の工程と、その後、前記基板の表面であ
る凹凸面上にバッファ層を形成する第２の工程と、その
後、前記バッファ層上にＩｎ ｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る
窒化物半導体を少なくとも一層を形成する第３の工程と
を備えるものである。さらには、前記基板の裏面に凹凸
加工をすることで第２の凹凸面を第４の工程として備え
る。
【００２５】上記本発明の作用効果としては、蛍光体を
粉末にした蛍光粉末を含有する樹脂で封止したＬＥＤチ
ップから発光される光と比べてより均一な光（例えば、
白色光）となることである。蛍光粉末を含有する樹脂で
封止したＬＥＤチップから発光される白色光は、蛍光粉
末の粒径を均一にすることが困難であり、さらには蛍光
粉末の沈殿等による色ムラが課題とされていた。しかし
ながら、本発明ではこのような課題を粒径不一致の蛍光
粉末を用いることなく、スライスされた基板を用いるこ
とで解決するものである。また、製造工程も容易にな
り、生産性の向上が期待できる。
粉末にした蛍光粉末を含有する樹脂で封止したＬＥＤチ
ップから発光される光と比べてより均一な光（例えば、
白色光）となることである。蛍光粉末を含有する樹脂で
封止したＬＥＤチップから発光される白色光は、蛍光粉
末の粒径を均一にすることが困難であり、さらには蛍光
粉末の沈殿等による色ムラが課題とされていた。しかし
ながら、本発明ではこのような課題を粒径不一致の蛍光
粉末を用いることなく、スライスされた基板を用いるこ
とで解決するものである。また、製造工程も容易にな
り、生産性の向上が期待できる。
【００２６】以下、本実施形態における発明を更に詳細
に説明する。 （基板１）ＹＡＧ基板は、（１１１）面を主面とするＹ
３Ａｌ５Ｏ１２であり、Ｙの一部をＬｕ、Ｓｃ、Ｌａ、
Ｇｄ、Ｓｍのいずれかにより置換及び／又はＡｌの一部
をＩｎ、Ｂ、Ｔｌ、Ｇａのいずれかにより置換したもの
である。
に説明する。 （基板１）ＹＡＧ基板は、（１１１）面を主面とするＹ
３Ａｌ５Ｏ１２であり、Ｙの一部をＬｕ、Ｓｃ、Ｌａ、
Ｇｄ、Ｓｍのいずれかにより置換及び／又はＡｌの一部
をＩｎ、Ｂ、Ｔｌ、Ｇａのいずれかにより置換したもの
である。
【００２７】ＹＡＧ基板はＥＦＧ法、ヘム法、キプロス
法等の方法で結晶を育成することができる。その中でも
ＣＺ法は組成均一であり、添加物の偏積がないため基板
の成長法には好ましい。更には任意の角度で引き上げた
基板を切り出せることから窒化物半導体の成長面である
（１１１）面を容易に形成することができる。
法等の方法で結晶を育成することができる。その中でも
ＣＺ法は組成均一であり、添加物の偏積がないため基板
の成長法には好ましい。更には任意の角度で引き上げた
基板を切り出せることから窒化物半導体の成長面である
（１１１）面を容易に形成することができる。
【００２８】ＣＺ法では原料融液に種結晶を基に結晶方
位の揃った単結晶を育成する。回転させた種結晶を原料
融液に接触させ、先端が溶けるほどの温度に保持した
後、種結晶を上昇させて融液との間に温度勾配を作り冷
却していく。その後、結晶育成は大きく３つの工程に分
けられる。結晶の直径を太くする型作り工程、一定径の
結晶を得る直胴部育成工程、融液から結晶を切り離す工
程からなる。原料は所望の組成比の割合で秤量して混合
すればよい。Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ
２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３等を混合して用意す
る。秤量、混合された原料はルツボ中に充填される。Ｙ
３Ａｌ５Ｏ１２は融点が２０００℃近くの高温であるこ
とからルツボ材にはＩｒ製のものが用いられる。結晶育
成炉は、炉内に耐火材で構成された高温部の中に原料を
充填Ｉｒルツボを配置する。ここで付活剤は共沈させる
ことにより添加することができる。この付活剤は引き上
げられたＹＡＧ内では均等に配置されている。その後、
ワイヤーソーでカッティングをし、ラッピング、ポリッ
シングによりＹＡＧ基板とする。
位の揃った単結晶を育成する。回転させた種結晶を原料
融液に接触させ、先端が溶けるほどの温度に保持した
後、種結晶を上昇させて融液との間に温度勾配を作り冷
却していく。その後、結晶育成は大きく３つの工程に分
けられる。結晶の直径を太くする型作り工程、一定径の
結晶を得る直胴部育成工程、融液から結晶を切り離す工
程からなる。原料は所望の組成比の割合で秤量して混合
すればよい。Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ
２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３等を混合して用意す
る。秤量、混合された原料はルツボ中に充填される。Ｙ
３Ａｌ５Ｏ１２は融点が２０００℃近くの高温であるこ
とからルツボ材にはＩｒ製のものが用いられる。結晶育
成炉は、炉内に耐火材で構成された高温部の中に原料を
充填Ｉｒルツボを配置する。ここで付活剤は共沈させる
ことにより添加することができる。この付活剤は引き上
げられたＹＡＧ内では均等に配置されている。その後、
ワイヤーソーでカッティングをし、ラッピング、ポリッ
シングによりＹＡＧ基板とする。
【００２９】ＹＡＧ：Ｃｅ基板を形成する場合に、まず
Ｙ２Ｏ３を３３８ｇとＡｌ２Ｏ３を２５６ｇとし、Ｃｅ
２Ｏ３を４．１ｇをＩｒ坩堝に入れる。Ａｒ雰囲気中で
温度を１９００℃以上、１９５０℃程度に昇温して原料
を溶かす。（１１１）面に切り出したＹＡＧのシードを
結晶液面に漬けて、０．１〜１．０ｍｍ／ｓｅｃ、好ま
しくは０．３〜０．８ｍｍ／ｓｅｃ、より好ましくは
０．５ｍｍ／ｓｅｃで結晶を引き上げる。引き上がった
ＹＡＧ：Ｃｅ結晶をＨ２雰囲気で１０００℃以上、好ま
しくは１４００℃程度でアニールを行う。次に、ウェハ
ー状にカッティングを行う。以上より得られる基板は黄
色である。
Ｙ２Ｏ３を３３８ｇとＡｌ２Ｏ３を２５６ｇとし、Ｃｅ
２Ｏ３を４．１ｇをＩｒ坩堝に入れる。Ａｒ雰囲気中で
温度を１９００℃以上、１９５０℃程度に昇温して原料
を溶かす。（１１１）面に切り出したＹＡＧのシードを
結晶液面に漬けて、０．１〜１．０ｍｍ／ｓｅｃ、好ま
しくは０．３〜０．８ｍｍ／ｓｅｃ、より好ましくは
０．５ｍｍ／ｓｅｃで結晶を引き上げる。引き上がった
ＹＡＧ：Ｃｅ結晶をＨ２雰囲気で１０００℃以上、好ま
しくは１４００℃程度でアニールを行う。次に、ウェハ
ー状にカッティングを行う。以上より得られる基板は黄
色である。
【００３０】ＹＡＧ基板はＹＡＧ本来の蛍光機能を害す
ることなく、その他の元素及び付活剤を添加することが
できる。このＹＡＧ基板の上に窒化物半導体をエピタキ
シャル成長させるには基板上にＩｎを含んだバッファ層
を形成することでＬＥＤ構造やＬＤ構造を形成すること
ができる。本発明におけるバッファ層はＩｎｘＡｌｙＧ
ａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ
≦１）である。好ましくはＡｌの組成比が０．５以下で
ある。Ａｌをバッファ層に含有すれば、後工程において
窒化物半導体の成長時に容易に平坦化することができ
る。さらに好ましくはＡｌの組成比を０．２以下とした
ＩｎＧａＮバッファ層を形成するものである。これはＡ
ｌの組成比を抑えて結晶性を向上させるものである。そ
のため、Ａｌの組成比は特にＹＡＧ基板であればゼロで
もよく、このバッファ層上に結晶性のよい窒化物半導体
を成長させることができる。
ることなく、その他の元素及び付活剤を添加することが
できる。このＹＡＧ基板の上に窒化物半導体をエピタキ
シャル成長させるには基板上にＩｎを含んだバッファ層
を形成することでＬＥＤ構造やＬＤ構造を形成すること
ができる。本発明におけるバッファ層はＩｎｘＡｌｙＧ
ａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ
≦１）である。好ましくはＡｌの組成比が０．５以下で
ある。Ａｌをバッファ層に含有すれば、後工程において
窒化物半導体の成長時に容易に平坦化することができ
る。さらに好ましくはＡｌの組成比を０．２以下とした
ＩｎＧａＮバッファ層を形成するものである。これはＡ
ｌの組成比を抑えて結晶性を向上させるものである。そ
のため、Ａｌの組成比は特にＹＡＧ基板であればゼロで
もよく、このバッファ層上に結晶性のよい窒化物半導体
を成長させることができる。
【００３１】ＬＳＡＴ基板の製造方法は、Ｌａ２Ｏ３、
ＳｒＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ ３を任意の組成比に
なるように所定量を計量しする。その後、原料をＩｒル
ツボに充填した後、アルゴン雰囲気中で１５００℃以
上、好ましくは２０００℃程度で引き上げる。例えば、
組成がＬａ０．２９４Ｓｒ０．７０６Ａｌ０．６４７Ｔ
ａ０．３５３Ｏ３となる。その後、ワイヤーソーでカッ
ティングをし、ラッピング、ポリッシングによりＬＳＡ
Ｔ基板とする。
ＳｒＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ ３を任意の組成比に
なるように所定量を計量しする。その後、原料をＩｒル
ツボに充填した後、アルゴン雰囲気中で１５００℃以
上、好ましくは２０００℃程度で引き上げる。例えば、
組成がＬａ０．２９４Ｓｒ０．７０６Ａｌ０．６４７Ｔ
ａ０．３５３Ｏ３となる。その後、ワイヤーソーでカッ
ティングをし、ラッピング、ポリッシングによりＬＳＡ
Ｔ基板とする。
【００３２】サファイア基板の製造方法としては、Ｉｒ
ルツボにアルミナ、付活剤に用いる原料の酸化物等を所
定量を投入し、高周波炉においてアルゴン雰囲気中で１
５００℃以上、好ましくは２０７０℃程度まで昇温し、
アルミナ種結晶からＣＺ法により引き上げる。その後、
ワイヤーソーでカッティングをし、ラッピング、ポリッ
シングによりサファイア基板とする。
ルツボにアルミナ、付活剤に用いる原料の酸化物等を所
定量を投入し、高周波炉においてアルゴン雰囲気中で１
５００℃以上、好ましくは２０７０℃程度まで昇温し、
アルミナ種結晶からＣＺ法により引き上げる。その後、
ワイヤーソーでカッティングをし、ラッピング、ポリッ
シングによりサファイア基板とする。
【００３３】本実施形態においては、基板の膜厚は光を
透過することができる膜厚であれば、特に限定されない
が、好ましくは３ｍｍ以下とする。基板の膜厚は３０μ
ｍあれば加工することは可能ではあるが、より好ましく
は、５０μｍ以上２ｍｍ以下とする。これは基板のスラ
イス加工、ステップ加工が可能な膜厚である。本発明に
示す基板はスライス加工が可能な面は窒化物半導体の成
長面とすることができる。
透過することができる膜厚であれば、特に限定されない
が、好ましくは３ｍｍ以下とする。基板の膜厚は３０μ
ｍあれば加工することは可能ではあるが、より好ましく
は、５０μｍ以上２ｍｍ以下とする。これは基板のスラ
イス加工、ステップ加工が可能な膜厚である。本発明に
示す基板はスライス加工が可能な面は窒化物半導体の成
長面とすることができる。
【００３４】次に、前記基板上に段差を形成する方法と
しては、基板上に開口部を有する保護膜を形成する。そ
の後、エッチングにより保護膜の開口部から露出してい
る基板表面を除去する。これにより、基板に凹凸段差が
形成される。その後、保護膜を除去することで凹凸段差
を有する基板となる。
しては、基板上に開口部を有する保護膜を形成する。そ
の後、エッチングにより保護膜の開口部から露出してい
る基板表面を除去する。これにより、基板に凹凸段差が
形成される。その後、保護膜を除去することで凹凸段差
を有する基板となる。
【００３５】基板表面上に部分的に形成される保護膜と
しては、基板とのエッチング選択性を有するものであれ
ばよい。具体例としては、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒
化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯｘＮ
ｙ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化ジルコニウム（Ｚ
ｒＯｘ）等の酸化物、窒化物、またはこれらの多層膜や
１２００℃以上の融点を有する金属等である。この保護
膜の成膜方法としては、例えば、ＣＶＤ、スパッタリン
グ及び、蒸着法等を用いて成膜させ、パターン状の保護
膜を形成する。
しては、基板とのエッチング選択性を有するものであれ
ばよい。具体例としては、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒
化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯｘＮ
ｙ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化ジルコニウム（Ｚ
ｒＯｘ）等の酸化物、窒化物、またはこれらの多層膜や
１２００℃以上の融点を有する金属等である。この保護
膜の成膜方法としては、例えば、ＣＶＤ、スパッタリン
グ及び、蒸着法等を用いて成膜させ、パターン状の保護
膜を形成する。
【００３６】前記保護膜の形状としては、例えば、スト
ライプ形状や格子状、又は島状、円形、又は多角形の開
口部を有するものがある。多角形の開口部を有する具体
的なパターン形状としては六角抜き型やその逆パターン
の六角柱型が挙げられる。ストライプ形状であれば、窒
化物半導体の横方向成長領域はストライプ状に低欠陥領
域となるため、レーザーダイオードに用いることができ
る。また、円形や多角形の開口部を形成すれば窒化物半
導体はこれらの開口部の中央部一点で接合するため基板
全体にかかる応力を均等にでき、窒化物半導体基板の反
りを抑制する。さらに円形や多角形のパターンは配列を
六回対称や三回対称とすれば平坦化しやすくなる。
ライプ形状や格子状、又は島状、円形、又は多角形の開
口部を有するものがある。多角形の開口部を有する具体
的なパターン形状としては六角抜き型やその逆パターン
の六角柱型が挙げられる。ストライプ形状であれば、窒
化物半導体の横方向成長領域はストライプ状に低欠陥領
域となるため、レーザーダイオードに用いることができ
る。また、円形や多角形の開口部を形成すれば窒化物半
導体はこれらの開口部の中央部一点で接合するため基板
全体にかかる応力を均等にでき、窒化物半導体基板の反
りを抑制する。さらに円形や多角形のパターンは配列を
六回対称や三回対称とすれば平坦化しやすくなる。
【００３７】保護膜３の開口部の幅は、基板１の凹部抜
き取り幅に等しい。保護膜のストライプ幅及び、格子幅
としては、特に限定されないが、ストライプで形成した
場合、保護膜のストライプ幅は好ましくは１〜５０μ
ｍ、より好ましくは５〜２０μｍとする。ここで、基板
凹部の深さは、０．１μｍ以上であり、窒化物半導体を
成長した後の凹部内に空洞を有するものは、凹部の深さ
は０．２μｍ以上とするのが好ましい。
き取り幅に等しい。保護膜のストライプ幅及び、格子幅
としては、特に限定されないが、ストライプで形成した
場合、保護膜のストライプ幅は好ましくは１〜５０μ
ｍ、より好ましくは５〜２０μｍとする。ここで、基板
凹部の深さは、０．１μｍ以上であり、窒化物半導体を
成長した後の凹部内に空洞を有するものは、凹部の深さ
は０．２μｍ以上とするのが好ましい。
【００３８】基板に凹凸を形成するエッチング方法とし
ては、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法
があるが、好ましくは異方性エッチングであり、ドライ
エッチングを用いる。ドライエッチングには、例えば反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビーム
エッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチン
グ（ＥＣＲ）、ＩＣＰプラズマエッチング等の装置があ
り、いずれもエッチングガスを適宜選択することで窒化
物半導体をエッチングする。
ては、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法
があるが、好ましくは異方性エッチングであり、ドライ
エッチングを用いる。ドライエッチングには、例えば反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビーム
エッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチン
グ（ＥＣＲ）、ＩＣＰプラズマエッチング等の装置があ
り、いずれもエッチングガスを適宜選択することで窒化
物半導体をエッチングする。
【００３９】ここで、前記基板１はウェハー状で窒化物
半導体を成長させるが、ウェハーを０．１〜２０ｍｍ角
の格子（立方）形状とした後、ダイヤモンド砥石でラッ
ピングし、球状とした後、後工程で窒化物半導体を形成
することができる。基板１は球状であれば、ＧａＮとの
格子定数が一致する箇所で選択的に成長させることがで
きる。
半導体を成長させるが、ウェハーを０．１〜２０ｍｍ角
の格子（立方）形状とした後、ダイヤモンド砥石でラッ
ピングし、球状とした後、後工程で窒化物半導体を形成
することができる。基板１は球状であれば、ＧａＮとの
格子定数が一致する箇所で選択的に成長させることがで
きる。
【００４０】前記基板１上にはＳｉＣ等を介して窒化物
半導体を形成することもできる。この時、前記ＳｉＣは
レーザーアブレイションを行ったものが好ましい。これ
により、成長させる窒化物半導体が多結晶ではなく、単
結晶となるからである。
半導体を形成することもできる。この時、前記ＳｉＣは
レーザーアブレイションを行ったものが好ましい。これ
により、成長させる窒化物半導体が多結晶ではなく、単
結晶となるからである。
【００４１】（バッファ層）次に、前記基板１の凹凸面
上にバッファ層（図示されていない。）を形成する。こ
のバッファ層としては、Ｉｎを含むものであり、一般式
はＩｎｘＡｌｙＧａ １−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ
＜１）で表される。好ましくはＡｌの組成比が０．５以
下である。Ａｌの組成比が高ければ結晶性を低下させる
が上記範囲でＡｌをバッファ層に含有すれば、後工程に
おいて窒化物半導体の成長時に容易に平坦化することが
できる。さらに好ましくはＡｌの組成比を０．２以下と
したＩｎＧａＮバッファ層を形成するものである。また
Ａｌの組成比はゼロであってもよい。Ａｌの組成比をゼ
ロとした場合において、好ましくはＩｎｂＧａ１−ｂＮ
（０．２≦ｂ≦０．９）となる。Ｉｎを含むことによっ
て歪み緩和効果を有する。また、ＩｎＮは不安定である
からＧａを含むことが好ましい。そのため、ＩＩＩ族元
素の組成はＧａを少なくとも０．１とする。バッファ層
の成長温度は３００℃以上１０００℃以下、好ましくは
４００℃以上９００℃以下の範囲に調整する。バッファ
層が良好な多結晶として形成すると、この多結晶を種結
晶としてバッファ層の上に結晶性の良好な窒化物半導体
を形成することができる。バッファ層の膜厚は１０オン
グストローム以上０．５μｍ以下で成長される。この範
囲に調整すれば基板と窒化物半導体との格子定数不整を
緩和することができるため、結晶欠陥を低減させる点で
好ましい。バッファ層には基板と窒化物半導体との格子
定数不整を緩和する効果があり、転位欠陥を単位面積あ
たり１×１０９個／ｃｍ２程度まで低減させる点で好ま
しい。
上にバッファ層（図示されていない。）を形成する。こ
のバッファ層としては、Ｉｎを含むものであり、一般式
はＩｎｘＡｌｙＧａ １−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ
＜１）で表される。好ましくはＡｌの組成比が０．５以
下である。Ａｌの組成比が高ければ結晶性を低下させる
が上記範囲でＡｌをバッファ層に含有すれば、後工程に
おいて窒化物半導体の成長時に容易に平坦化することが
できる。さらに好ましくはＡｌの組成比を０．２以下と
したＩｎＧａＮバッファ層を形成するものである。また
Ａｌの組成比はゼロであってもよい。Ａｌの組成比をゼ
ロとした場合において、好ましくはＩｎｂＧａ１−ｂＮ
（０．２≦ｂ≦０．９）となる。Ｉｎを含むことによっ
て歪み緩和効果を有する。また、ＩｎＮは不安定である
からＧａを含むことが好ましい。そのため、ＩＩＩ族元
素の組成はＧａを少なくとも０．１とする。バッファ層
の成長温度は３００℃以上１０００℃以下、好ましくは
４００℃以上９００℃以下の範囲に調整する。バッファ
層が良好な多結晶として形成すると、この多結晶を種結
晶としてバッファ層の上に結晶性の良好な窒化物半導体
を形成することができる。バッファ層の膜厚は１０オン
グストローム以上０．５μｍ以下で成長される。この範
囲に調整すれば基板と窒化物半導体との格子定数不整を
緩和することができるため、結晶欠陥を低減させる点で
好ましい。バッファ層には基板と窒化物半導体との格子
定数不整を緩和する効果があり、転位欠陥を単位面積あ
たり１×１０９個／ｃｍ２程度まで低減させる点で好ま
しい。
【００４２】また、バッファ層上には横方向成長を利用
した窒化物半導体を形成してもよい。この横方向成長層
を有することにより転位欠陥を低減させることができ
る。横方向成長層としては以下に示す方法等がある。
した窒化物半導体を形成してもよい。この横方向成長層
を有することにより転位欠陥を低減させることができ
る。横方向成長層としては以下に示す方法等がある。
【００４３】第１の方法としては、バッファ層上に窒化
物半導体ａを介して開口部を有する保護膜を形成した
後、保護膜の開口部より窒化物半導体ｂを成長させるも
のである。この窒化物半導体は保護膜の開口部から成長
を始め、保護膜上を横方向に成長し、さらに成長を続け
ることで保護膜上で隣接する窒化物半導体同士が接合し
平坦化するものである。この横方向成長層を図４に示
す。このような成長法は、保護膜を形成し意図的に窒化
物半導体を横方向に成長させることにより、転位が窒化
物半導体の成長と共に進行すると、転位は保護膜を有し
ない部分上にのみ発生するため、保護膜上には転位欠陥
の少ない窒化物半導体を形成することができる。また、
窒化物半導体ａは省略可能であり、バッファ層上に保護
膜を形成してもよい。
物半導体ａを介して開口部を有する保護膜を形成した
後、保護膜の開口部より窒化物半導体ｂを成長させるも
のである。この窒化物半導体は保護膜の開口部から成長
を始め、保護膜上を横方向に成長し、さらに成長を続け
ることで保護膜上で隣接する窒化物半導体同士が接合し
平坦化するものである。この横方向成長層を図４に示
す。このような成長法は、保護膜を形成し意図的に窒化
物半導体を横方向に成長させることにより、転位が窒化
物半導体の成長と共に進行すると、転位は保護膜を有し
ない部分上にのみ発生するため、保護膜上には転位欠陥
の少ない窒化物半導体を形成することができる。また、
窒化物半導体ａは省略可能であり、バッファ層上に保護
膜を形成してもよい。
【００４４】第２の方法としては、バッファ層上に窒化
物半導体ｃを成長した後、部分的に窒化物半導体ｃに開
口部を形成し、その後、窒化物半導体ｃの開口部の上
面、側面より更に窒化物半導体ｄを成長させるものであ
る。この側面より横方向成長した窒化物半導体ｄ同士は
開口部の中央で接合するため平坦化する。また、窒化物
半導体ｃの開口部を深く形成することで、平坦化した窒
化物半導体内には空洞を有するため、発光効率を向上さ
せることができる。また、横方向成長した窒化物半導体
ｄは転位欠陥を低減したものであり、寿命特性を向上す
ることができる。この横方向成長層を図５に示す。
物半導体ｃを成長した後、部分的に窒化物半導体ｃに開
口部を形成し、その後、窒化物半導体ｃの開口部の上
面、側面より更に窒化物半導体ｄを成長させるものであ
る。この側面より横方向成長した窒化物半導体ｄ同士は
開口部の中央で接合するため平坦化する。また、窒化物
半導体ｃの開口部を深く形成することで、平坦化した窒
化物半導体内には空洞を有するため、発光効率を向上さ
せることができる。また、横方向成長した窒化物半導体
ｄは転位欠陥を低減したものであり、寿命特性を向上す
ることができる。この横方向成長層を図５に示す。
【００４５】第３の方法としては、まずバッファ層上に
窒化物半導体ｅを介して開口部を有する保護膜を形成す
る。次に、保護膜の開口部より窒化物半導体ｆを成長さ
せ、保護膜上に横方向成長させる。次に、横方向に成長
した窒化物半導体ｆ同士が接合する前に成長を止める。
そこで保護膜を除去させた後、窒化物半導体ｇを再成長
させることで隣接する窒化物半導体ｇ同士を接合させ、
窒化物半導体の表面を平坦化させる。この横方向成長層
の成長工程を図６に示す。保護膜を除去した領域には空
洞が形成され、光の散乱や発光効率を向上させることが
できる。また、上記方法と同様に横方向成長した窒化物
半導体は転位欠陥を低減したものであるため、寿命特性
を向上することができる。また、窒化物半導体ｅは省略
してもよい。
窒化物半導体ｅを介して開口部を有する保護膜を形成す
る。次に、保護膜の開口部より窒化物半導体ｆを成長さ
せ、保護膜上に横方向成長させる。次に、横方向に成長
した窒化物半導体ｆ同士が接合する前に成長を止める。
そこで保護膜を除去させた後、窒化物半導体ｇを再成長
させることで隣接する窒化物半導体ｇ同士を接合させ、
窒化物半導体の表面を平坦化させる。この横方向成長層
の成長工程を図６に示す。保護膜を除去した領域には空
洞が形成され、光の散乱や発光効率を向上させることが
できる。また、上記方法と同様に横方向成長した窒化物
半導体は転位欠陥を低減したものであるため、寿命特性
を向上することができる。また、窒化物半導体ｅは省略
してもよい。
【００４６】以上に示した横方向成長層は図１〜図３に
おいて、基板１とｎ側窒化物半導体層２との間に介され
るものである。図２−１は基板に凹凸加工しており、空
洞を有する。これに対して図２−２は基板に凹凸加工
し、空洞を有さずにｎ側窒化物半導体層２を形成してい
る。図３には基板１の光取り出し面にも凹凸加工がされ
ている。この基板上にＬＥＤ素子を形成する実施形態を
以下に示すが、本発明はこれに限定されず、面発光レー
ザ等の半導体発光デバイスへの利用が可能である。
おいて、基板１とｎ側窒化物半導体層２との間に介され
るものである。図２−１は基板に凹凸加工しており、空
洞を有する。これに対して図２−２は基板に凹凸加工
し、空洞を有さずにｎ側窒化物半導体層２を形成してい
る。図３には基板１の光取り出し面にも凹凸加工がされ
ている。この基板上にＬＥＤ素子を形成する実施形態を
以下に示すが、本発明はこれに限定されず、面発光レー
ザ等の半導体発光デバイスへの利用が可能である。
【００４７】ＬＥＤ素子
（ｎ側窒化物半導体層２）上記バッファ層、又は横方向
成長層を形成した基板上にｎ側窒化物半導体層２を成長
させる。このｎ側窒化物半導体層２はアンドープ窒化物
半導体層、ｎ型コンタクト層、ｎ側第１多層膜層、ｎ側
第２多層膜層から成る。アンドープ窒化物半導体層を成
長させることで、この上に形成するｎ側コンタクト層の
結晶性を良好にすることができる。アンドープ窒化物半
導体層は、一般式がＩｎＡｌＧａＮであって、膜厚は特
に限定されず、省略することもできる。
成長層を形成した基板上にｎ側窒化物半導体層２を成長
させる。このｎ側窒化物半導体層２はアンドープ窒化物
半導体層、ｎ型コンタクト層、ｎ側第１多層膜層、ｎ側
第２多層膜層から成る。アンドープ窒化物半導体層を成
長させることで、この上に形成するｎ側コンタクト層の
結晶性を良好にすることができる。アンドープ窒化物半
導体層は、一般式がＩｎＡｌＧａＮであって、膜厚は特
に限定されず、省略することもできる。
【００４８】次に、ｎ型不純物を含むｎ型コンタクト層
は、ｎ型不純物を１×１０１７／ｃｍ３以上、好ましく
は３×１０１８／ｃｍ３以上の濃度で含有する。このよ
うにｎ型不純物を多くドープすることで、ＬＥＤ素子を
形成する場合にはＶｆ（順方向電圧）を低下させること
ができ、ＬＤ素子を形成する場合には閾値を低下させる
ことができる。ｎ型コンタクト層としての機能を保持し
うる限界としては５×１０２１／ｃｍ３以下とすること
が望ましい。本発明における不純物濃度の測定は二次イ
オン質量分析（ＳＩＭＳ；Secondary Ion Mass Spectro
metry）によるものである。ｎ型コンタクト層は、Ｉｎ
ＡｌＧａＮで表され、結晶欠陥を少なくするためにはＩ
ｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．２）とする。また、ｎ
型コンタクト層はｎ電極を形成するための層であり、抵
抗値を低くし発光素子のＶｆを低くするために、ｎ型コ
ンタクト層の膜厚は１〜１０μｍとする。
は、ｎ型不純物を１×１０１７／ｃｍ３以上、好ましく
は３×１０１８／ｃｍ３以上の濃度で含有する。このよ
うにｎ型不純物を多くドープすることで、ＬＥＤ素子を
形成する場合にはＶｆ（順方向電圧）を低下させること
ができ、ＬＤ素子を形成する場合には閾値を低下させる
ことができる。ｎ型コンタクト層としての機能を保持し
うる限界としては５×１０２１／ｃｍ３以下とすること
が望ましい。本発明における不純物濃度の測定は二次イ
オン質量分析（ＳＩＭＳ；Secondary Ion Mass Spectro
metry）によるものである。ｎ型コンタクト層は、Ｉｎ
ＡｌＧａＮで表され、結晶欠陥を少なくするためにはＩ
ｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．２）とする。また、ｎ
型コンタクト層はｎ電極を形成するための層であり、抵
抗値を低くし発光素子のＶｆを低くするために、ｎ型コ
ンタクト層の膜厚は１〜１０μｍとする。
【００４９】次に、ｎ型コンタクト層上にはｎ側第１多
層膜層を成長させる。アンドープの下層、ｎ型不純物ド
ープの中間層、アンドープの上層の３層から成るｎ側第
１多層膜層を形成すると、発光出力と共に静電耐圧を向
上させることができる。これらの３層を構成する窒化物
半導体としては、ＩｎＡｌＧａＮで表される種々の組成
の窒化物半導体を用いることができる。この組成は互い
に同一でも異なっていてもよい。ｎ側第１多層膜の膜厚
は、Ｖｆを最適化し静電耐圧を向上させるために、１７
５〜１２０００Åとする。好ましくは２０００〜６００
０Åとする。第１多層膜の膜厚は、各膜厚を適宜調整す
ることにより、総膜厚を上記の範囲とする。これによ
り、発光出力及び静電耐圧を著しく向上させることがで
きる。アンドープの下層の膜厚は、１００〜１００００
Åとする。アンドープの下層は、膜厚を厚くすれば静電
耐圧が上昇していくが、１０００Å付近でＶｆが急上昇
し、一方膜厚を薄くしていくと、Ｖｆは低下していく
が、静電耐圧の低下が大きくなり、１００Å未満では静
電耐圧の低下に伴い歩留まりの低下が大きくなる傾向が
見られる。また、アンドープの下層は、ｎ型不純物を含
むｎ型コンタクト層の結晶性の低下による影響を改善す
る機能を有しているため、結晶性を改善する機能を効果
的に発揮させる観点からは、５００〜８０００Å程度の
膜厚で成長させるのが好ましい。ｎ型不純物ドープの中
間層の膜厚はｎ型コンタクト層の膜厚よりも小さいこと
が好ましく、５０〜１０００Åとする。このｎ型不純物
がドープされた中間層は、キャリア濃度を十分高くして
発光出力を比較的大きくする機能を有する層であり、こ
の層を有する発光素子は、形成しない発光素子に比べて
発光出力が低下する。また、膜厚が１０００Åを超える
と逆に発光出力が低下する。一方、静電耐圧のみを考慮
すると、中間層の膜厚は５０Åより厚いと静電耐圧は良
好にできるが、これよりも薄ければ静電耐圧を低下させ
てしまう。アンドープの上層の膜厚はアンドープの下層
の膜厚よりも小さいことが好ましく、２５〜１０００Å
とする。このアンドープの上層は、第１多層膜の中で活
性層に接して、あるいは最も接近して形成され、リーク
電流の防止に大きく関与する層であるが、上層の膜厚が
２５Å未満ではリーク電流の増加を効果的に防止するこ
とができない。また、上層の膜厚が１０００Åを超える
とＶｆが上昇し静電耐圧も低下する。上記の範囲で下層
〜上層の各層の膜厚を形成することにより、素子特性の
バランスが良好であり、特に発光出力及び静電耐圧が良
好とすることができる。
層膜層を成長させる。アンドープの下層、ｎ型不純物ド
ープの中間層、アンドープの上層の３層から成るｎ側第
１多層膜層を形成すると、発光出力と共に静電耐圧を向
上させることができる。これらの３層を構成する窒化物
半導体としては、ＩｎＡｌＧａＮで表される種々の組成
の窒化物半導体を用いることができる。この組成は互い
に同一でも異なっていてもよい。ｎ側第１多層膜の膜厚
は、Ｖｆを最適化し静電耐圧を向上させるために、１７
５〜１２０００Åとする。好ましくは２０００〜６００
０Åとする。第１多層膜の膜厚は、各膜厚を適宜調整す
ることにより、総膜厚を上記の範囲とする。これによ
り、発光出力及び静電耐圧を著しく向上させることがで
きる。アンドープの下層の膜厚は、１００〜１００００
Åとする。アンドープの下層は、膜厚を厚くすれば静電
耐圧が上昇していくが、１０００Å付近でＶｆが急上昇
し、一方膜厚を薄くしていくと、Ｖｆは低下していく
が、静電耐圧の低下が大きくなり、１００Å未満では静
電耐圧の低下に伴い歩留まりの低下が大きくなる傾向が
見られる。また、アンドープの下層は、ｎ型不純物を含
むｎ型コンタクト層の結晶性の低下による影響を改善す
る機能を有しているため、結晶性を改善する機能を効果
的に発揮させる観点からは、５００〜８０００Å程度の
膜厚で成長させるのが好ましい。ｎ型不純物ドープの中
間層の膜厚はｎ型コンタクト層の膜厚よりも小さいこと
が好ましく、５０〜１０００Åとする。このｎ型不純物
がドープされた中間層は、キャリア濃度を十分高くして
発光出力を比較的大きくする機能を有する層であり、こ
の層を有する発光素子は、形成しない発光素子に比べて
発光出力が低下する。また、膜厚が１０００Åを超える
と逆に発光出力が低下する。一方、静電耐圧のみを考慮
すると、中間層の膜厚は５０Åより厚いと静電耐圧は良
好にできるが、これよりも薄ければ静電耐圧を低下させ
てしまう。アンドープの上層の膜厚はアンドープの下層
の膜厚よりも小さいことが好ましく、２５〜１０００Å
とする。このアンドープの上層は、第１多層膜の中で活
性層に接して、あるいは最も接近して形成され、リーク
電流の防止に大きく関与する層であるが、上層の膜厚が
２５Å未満ではリーク電流の増加を効果的に防止するこ
とができない。また、上層の膜厚が１０００Åを超える
とＶｆが上昇し静電耐圧も低下する。上記の範囲で下層
〜上層の各層の膜厚を形成することにより、素子特性の
バランスが良好であり、特に発光出力及び静電耐圧が良
好とすることができる。
【００５０】第１の多層膜層を構成する各層の組成は、
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜
１）で表され、各層の組成は同一でも異なっていても構
わない。また、第１の多層膜層における ｎ型不純物の
ドープ量は、好ましくは、３×１０１８／ｃｍ３以上の
濃度とする。上限は、５×１０２１／ｃｍ３以下が望ま
しい。ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等
の周期律表第ＩＶＢ族、第ＶＩＢ族元素を選択する。第
１多層膜の上に活性層を形成する場合において、その第
１の多層膜層のうちの活性層と接する上層５ｃを、例え
ば、ＧａＮを用いて形成することにより、活性層におけ
る障壁層として機能させることができる。第１多層膜層
は上記組成式で示される３層内のいずれか２層のみ、又
は単一のアンドープ層としてもよい。
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜
１）で表され、各層の組成は同一でも異なっていても構
わない。また、第１の多層膜層における ｎ型不純物の
ドープ量は、好ましくは、３×１０１８／ｃｍ３以上の
濃度とする。上限は、５×１０２１／ｃｍ３以下が望ま
しい。ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等
の周期律表第ＩＶＢ族、第ＶＩＢ族元素を選択する。第
１多層膜の上に活性層を形成する場合において、その第
１の多層膜層のうちの活性層と接する上層５ｃを、例え
ば、ＧａＮを用いて形成することにより、活性層におけ
る障壁層として機能させることができる。第１多層膜層
は上記組成式で示される３層内のいずれか２層のみ、又
は単一のアンドープ層としてもよい。
【００５１】次に、第１の多層膜層上にｎ側第２多層膜
層を形成する。この層は、Ｉｎを含む第１の窒化物半導
体層と、その第１の窒化物半導体層と異なる組成を有す
る第２の窒化物半導体層とを積層することにより構成す
る。このｎ側第２多層膜層において、第１の窒化物半導
体層、第２の窒化物半導体層はそれぞれ少なくとも一層
以上形成し、好ましくはそれぞれ少なくとも２層以上積
層し合計で４層以上積層することが望ましい。このｎ側
第２多層膜層の膜厚は、少なくとも一方の膜厚を１００
Å以下とし、好ましくは両方の膜厚を１００Å以下とす
る。少なくとも一方の膜厚が１００Å以下であれば、そ
の一方の薄膜層が弾性臨界膜厚以下となって結晶性を良
くすることができ、多層膜層全体の結晶性を良くするこ
とができる。両方の膜厚を１００Å以下とすれば、ｎ側
第２多層膜層が超格子構造となり、ｎ側第２多層膜層は
バッファ層の作用効果を有するため、その多層膜層の結
晶性が良くなり、出力をより向上させることができる。
ｎ側第２多層膜層において、第１の窒化物半導体層はＩ
ｎを含む窒化物半導体とし、好ましくは３元混晶のＩｎ
ｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）とし、好ましくはｘ値を
０．５以下とする。第２の窒化物半導体層は第１の窒化
物半導体層と組成が異なる窒化物半導体であればよく、
２元混晶や３元混晶のＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜
１）とする。また、ｎ側第２多層膜層はアンドープ、い
ずれか一方に不純物がドープされてもよい。この不純物
はｎ型不純物であり、変調ドープとすることが好まし
い。変調ドープとすれば、出力を高くすることができ
る。ｎ型不純物のドープ量は、好ましくは、３×１０
１８／ｃｍ３以上の濃度とする。上限は、５×１０２１
／ｃｍ３以下が望ましい。ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第ＩＶＢ族、第ＶＩＢ族
元素を選択する。
層を形成する。この層は、Ｉｎを含む第１の窒化物半導
体層と、その第１の窒化物半導体層と異なる組成を有す
る第２の窒化物半導体層とを積層することにより構成す
る。このｎ側第２多層膜層において、第１の窒化物半導
体層、第２の窒化物半導体層はそれぞれ少なくとも一層
以上形成し、好ましくはそれぞれ少なくとも２層以上積
層し合計で４層以上積層することが望ましい。このｎ側
第２多層膜層の膜厚は、少なくとも一方の膜厚を１００
Å以下とし、好ましくは両方の膜厚を１００Å以下とす
る。少なくとも一方の膜厚が１００Å以下であれば、そ
の一方の薄膜層が弾性臨界膜厚以下となって結晶性を良
くすることができ、多層膜層全体の結晶性を良くするこ
とができる。両方の膜厚を１００Å以下とすれば、ｎ側
第２多層膜層が超格子構造となり、ｎ側第２多層膜層は
バッファ層の作用効果を有するため、その多層膜層の結
晶性が良くなり、出力をより向上させることができる。
ｎ側第２多層膜層において、第１の窒化物半導体層はＩ
ｎを含む窒化物半導体とし、好ましくは３元混晶のＩｎ
ｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）とし、好ましくはｘ値を
０．５以下とする。第２の窒化物半導体層は第１の窒化
物半導体層と組成が異なる窒化物半導体であればよく、
２元混晶や３元混晶のＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜
１）とする。また、ｎ側第２多層膜層はアンドープ、い
ずれか一方に不純物がドープされてもよい。この不純物
はｎ型不純物であり、変調ドープとすることが好まし
い。変調ドープとすれば、出力を高くすることができ
る。ｎ型不純物のドープ量は、好ましくは、３×１０
１８／ｃｍ３以上の濃度とする。上限は、５×１０２１
／ｃｍ３以下が望ましい。ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第ＩＶＢ族、第ＶＩＢ族
元素を選択する。
【００５２】（発光層３）次に量子井戸構造の発光層を
形成する。発光層（活性層）はアンドープの他に、ｎ型
不純物とｐ型不純物のいずれか一方をドープしたもの
や、双方をドープしたものとする。発光層にｎ型不純物
をドープするとアンドープのものに比べてバンド間発光
強度を強くすることができる。発光層にｐ型不純物をド
ープすればバンド間発光のピーク波長よりも約０．５ｅ
Ｖ低いエネルギー側にピーク波長をシフトさせることが
できるが、半値幅は広くなる。結晶性のよい発光層を成
長させるには、アンドープが最も好ましい。また単一量
子井戸構造としてもよいが、多重量子井戸構造とすれば
発光出力が高い、静電耐圧の良好な特性が得られる。障
壁層と井戸層との積層順は、井戸層から積層して井戸層
で終わる、井戸層から積層して障壁層で終わる、障壁層
から積層して障壁層で終わる、また障壁層から積層して
井戸層で終わってもよい。このペア数は１〜１５ペア程
度であればよい。この範囲の膜厚とすれば出力を向上さ
せることができる。発光層に接している層は発光層にお
ける最初の層（井戸層、若しくは障壁層）として機能す
る場合もある。
形成する。発光層（活性層）はアンドープの他に、ｎ型
不純物とｐ型不純物のいずれか一方をドープしたもの
や、双方をドープしたものとする。発光層にｎ型不純物
をドープするとアンドープのものに比べてバンド間発光
強度を強くすることができる。発光層にｐ型不純物をド
ープすればバンド間発光のピーク波長よりも約０．５ｅ
Ｖ低いエネルギー側にピーク波長をシフトさせることが
できるが、半値幅は広くなる。結晶性のよい発光層を成
長させるには、アンドープが最も好ましい。また単一量
子井戸構造としてもよいが、多重量子井戸構造とすれば
発光出力が高い、静電耐圧の良好な特性が得られる。障
壁層と井戸層との積層順は、井戸層から積層して井戸層
で終わる、井戸層から積層して障壁層で終わる、障壁層
から積層して障壁層で終わる、また障壁層から積層して
井戸層で終わってもよい。このペア数は１〜１５ペア程
度であればよい。この範囲の膜厚とすれば出力を向上さ
せることができる。発光層に接している層は発光層にお
ける最初の層（井戸層、若しくは障壁層）として機能す
る場合もある。
【００５３】井戸層の膜厚としては１００Å以下とし、
膜厚の下限は、１原子層以上、好ましくは１０Å以上と
する。なお、複数の井戸層を有する場合には、最もｎ側
第２多層膜層に近い井戸層をｎ型不純物のドープ層から
形成し、他の井戸層をアンドープとすればＶｆを低下さ
せることができる。このｎ型不純物はＳｉが好ましく、
５×１０２１／ｃｍ３以下に調整する。一方、障壁層の
膜厚は２０００Å以下、好ましくは５００Å以下とし、
膜厚の下限は、１原子層以上、好ましくは１０Å以上に
調整する。
膜厚の下限は、１原子層以上、好ましくは１０Å以上と
する。なお、複数の井戸層を有する場合には、最もｎ側
第２多層膜層に近い井戸層をｎ型不純物のドープ層から
形成し、他の井戸層をアンドープとすればＶｆを低下さ
せることができる。このｎ型不純物はＳｉが好ましく、
５×１０２１／ｃｍ３以下に調整する。一方、障壁層の
膜厚は２０００Å以下、好ましくは５００Å以下とし、
膜厚の下限は、１原子層以上、好ましくは１０Å以上に
調整する。
【００５４】（ｐ側窒化物半導体層４）発光層上にはｐ
側窒化物半導体層４を成長させる。このｐ側窒化物半導
体層４はｐ型クラッド層、ｐ型低濃度ドープ層、ｐ型コ
ンタクト層から成る。ｐ型クラッド層はｐ型不純物をド
ープした、多層膜構造（超格子構造）または単一膜構造
からなる。ｐ型クラッド層を構成する多層膜としては、
少なくとも一方にｐ型不純物を含有したものが挙げられ
る。一般式はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）と、Ｉ
ｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示される。ｐ型多層膜層のＡｌ
やＩｎの組成比は本発明における他の多層膜と同様に平
均値を示すものとする。またｐ型クラッド層を超格子構
造とすると、結晶性が良く、抵抗率を低くできるので、
Ｖｆを低くすることができる。ｐ型クラッド層にドープ
されるｐ型不純物としては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等
の周期律表第ＩＩＡ族、ＩＩＢ族元素を選択する。次
に、ｐ型クラッド層を単一層とする場合は、ｐ型不純物
を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）とする。
Ａｌを含有することで発光出力が向上し、また静電耐圧
についてもＧａＮと同等に良好である。
側窒化物半導体層４を成長させる。このｐ側窒化物半導
体層４はｐ型クラッド層、ｐ型低濃度ドープ層、ｐ型コ
ンタクト層から成る。ｐ型クラッド層はｐ型不純物をド
ープした、多層膜構造（超格子構造）または単一膜構造
からなる。ｐ型クラッド層を構成する多層膜としては、
少なくとも一方にｐ型不純物を含有したものが挙げられ
る。一般式はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）と、Ｉ
ｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示される。ｐ型多層膜層のＡｌ
やＩｎの組成比は本発明における他の多層膜と同様に平
均値を示すものとする。またｐ型クラッド層を超格子構
造とすると、結晶性が良く、抵抗率を低くできるので、
Ｖｆを低くすることができる。ｐ型クラッド層にドープ
されるｐ型不純物としては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等
の周期律表第ＩＩＡ族、ＩＩＢ族元素を選択する。次
に、ｐ型クラッド層を単一層とする場合は、ｐ型不純物
を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）とする。
Ａｌを含有することで発光出力が向上し、また静電耐圧
についてもＧａＮと同等に良好である。
【００５５】ｐ型クラッド層を形成後、ｐ型低濃度ドー
プ層を形成することができる。このｐ型低濃度ドープ層
はｐ型クラッド層よりもｐ型不純物濃度を低くすればよ
く、多層膜としてもよい。効果としては、発光出力の向
上と共に、静電耐圧を良好にすることができる。また、
ｐ型低濃度ドープ層はｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト
層内のｐ型不純物濃度によっては省略することができ
る。
プ層を形成することができる。このｐ型低濃度ドープ層
はｐ型クラッド層よりもｐ型不純物濃度を低くすればよ
く、多層膜としてもよい。効果としては、発光出力の向
上と共に、静電耐圧を良好にすることができる。また、
ｐ型低濃度ドープ層はｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト
層内のｐ型不純物濃度によっては省略することができ
る。
【００５６】次にｐ型クラッド層、又はｐ型低濃度ドー
プ層上に一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１ −ｘ−ｙＮ（０≦ｘ
＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）で表され、Ｍｇ等
のｐ型不純物をドープしたｐ型コンタクト層を形成す
る。Ｉｎ、Ａｌを含まないＧａＮからなる窒化物半導体
とすることで、ｐ電極とのオーミック接触をより良好に
でき、発光効率を向上させることができる。ｐ型コンタ
クト層の膜厚は、特に限定されないが１０００Å程度で
ある。以上より図２に示す窒化物半導体素子を得ること
ができる。基板に加工をしない窒化物半導体素子を図１
に示す。この場合、任意の均一光を得ることはできるも
のの、光取り出し効率は基板に凹凸加工をしたものに比
べて低下する。
プ層上に一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１ −ｘ−ｙＮ（０≦ｘ
＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）で表され、Ｍｇ等
のｐ型不純物をドープしたｐ型コンタクト層を形成す
る。Ｉｎ、Ａｌを含まないＧａＮからなる窒化物半導体
とすることで、ｐ電極とのオーミック接触をより良好に
でき、発光効率を向上させることができる。ｐ型コンタ
クト層の膜厚は、特に限定されないが１０００Å程度で
ある。以上より図２に示す窒化物半導体素子を得ること
ができる。基板に加工をしない窒化物半導体素子を図１
に示す。この場合、任意の均一光を得ることはできるも
のの、光取り出し効率は基板に凹凸加工をしたものに比
べて低下する。
【００５７】また、ｎ電極はｎ型コンタクト層上に、ｐ
電極はｐ型コンタクト層上に、それぞれ形成される。例
えばｎ電極にはＷ／Ａｌ、ｐ電極としてはＮｉ／Ａｕな
どを用いることができる。その後、チップ化することで
ＬＥＤチップとする。
電極はｐ型コンタクト層上に、それぞれ形成される。例
えばｎ電極にはＷ／Ａｌ、ｐ電極としてはＮｉ／Ａｕな
どを用いることができる。その後、チップ化することで
ＬＥＤチップとする。
【００５８】さらに、ＬＥＤ素子を形成後、基板の裏面
に第２の凹凸面を形成してもよい。ここで得られる窒化
物半導体素子を図３に示す。凹凸形成条件は前記に示す
凹凸の形成条件と同様である。また、凹凸の幅及び深さ
は０．１〜２００μｍの範囲であれば光取り出し効率や
集光性を調整することができる。
に第２の凹凸面を形成してもよい。ここで得られる窒化
物半導体素子を図３に示す。凹凸形成条件は前記に示す
凹凸の形成条件と同様である。また、凹凸の幅及び深さ
は０．１〜２００μｍの範囲であれば光取り出し効率や
集光性を調整することができる。
【００５９】本発明の実施形態において、窒化物半導体
は、アンドープの窒化物半導体、およびＳｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｎ、Ｓ等のｎ型不純物をドープした窒化物半導体、また
はＭｇ、Ｚｎ等のｐ型不純物をドープした窒化物半導
体、さらにはｎ型不純物とｐ型不純物を同時ドープさせ
た窒化物半導体を用いることができる。また、窒化物半
導体を成長させる方法としては、特に限定されないが、
ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライ
ド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、Ｍ
ＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等の方法を適用で
きる。
は、アンドープの窒化物半導体、およびＳｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｎ、Ｓ等のｎ型不純物をドープした窒化物半導体、また
はＭｇ、Ｚｎ等のｐ型不純物をドープした窒化物半導
体、さらにはｎ型不純物とｐ型不純物を同時ドープさせ
た窒化物半導体を用いることができる。また、窒化物半
導体を成長させる方法としては、特に限定されないが、
ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライ
ド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、Ｍ
ＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等の方法を適用で
きる。
【００６０】
【発明の効果】本発明は、基板上に直接ＬＥＤ素子等の
発光素子を形成するため、均一光となり、かつ任意光の
発光効率を向上させた窒化物半導体素子を提供すること
ができる。また、転位欠陥が少ない窒化物半導体を有す
ることで寿命特性もよい。
発光素子を形成するため、均一光となり、かつ任意光の
発光効率を向上させた窒化物半導体素子を提供すること
ができる。また、転位欠陥が少ない窒化物半導体を有す
ることで寿命特性もよい。
【図１】本発明の窒化物半導体素子を示す模式的断面図
である。
である。
【図２】本発明の窒化物半導体素子を示す模式的断面図
である。
である。
【図３】本発明の窒化物半導体素子を示す模式的断面図
である。
である。
【図４】基板上に形成する横方向成長層を示す模式的断
面図である。
面図である。
【図５】基板上に形成する横方向成長層を示す模式的断
面図である。
面図である。
【図６】基板上に形成する横方向成長層を示す模式的断
面図である。
面図である。
【図７】本発明の窒化物半導体素子を示す模式的断面
図、及びその基板を用いた基板入射効率のデータであ
る。
図、及びその基板を用いた基板入射効率のデータであ
る。
【図８】本発明の窒化物半導体素子を示す模式的断面
図、及びその基板を用いた基板入射効率のデータであ
る。
図、及びその基板を用いた基板入射効率のデータであ
る。
１・・・基板
２・・・ｎ側窒化物半導体層
３・・・発光層
４・・・ｐ側窒化物半導体層
─────────────────────────────────────────────────────
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(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ０９Ｋ 11/80 ＣＰＢ Ｃ０９Ｋ 11/80 ＣＰＢ
(72)発明者 森脇 敏昭
徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化
学工業株式会社内
Ｆターム(参考） 4H001 CA05 XA05 XA07 XA08 XA13
XA21 XA31 XA38 XA39 XA49
XA57 XA62 XA64 XA71 XA73
XA81 YA12 YA14 YA20 YA22
YA24 YA26 YA27 YA28 YA29
YA30 YA38 YA47 YA56 YA58
YA59 YA60 YA63 YA65 YA66
YA79
5F041 AA03 AA05 AA11 CA03 CA13
CA33 CA46 CA50 CA57 CA63
CA74 CA77 FF01 FF11
Claims (14)
- 【請求項１】 Ｃｅ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ、
Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐ
ｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選ばれる少なく
とも一種を付活剤として含有する基板であって、該基板
には凹凸を有し、凹凸面上には窒化物半導体を備えたこ
とを特徴とする窒化物半導体素子。 - 【請求項２】 前記基板は、（１１１）面を主面とする
Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２であり、Ｙの一部をＬｕ、Ｓｃ、Ｌ
ａ、Ｇｄ、Ｓｍのいずれかにより置換及び／又はＡｌの
一部をＩｎ、Ｂ、Ｔｌ、Ｇａのいずれかにより置換した
ものであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半
導体素子。 - 【請求項３】 前記基板は、（１１１）面を主面とする
（ＬａｘＳｒ１−ｘ）（ＡｌｙＴａ１−ｙ）Ｏ３（０＜
ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であることを特徴とする請求項１
に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項４】 前記基板は、（０００１）面、又は（１
１−２０）面を主面とするサファイアであることを特徴
とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項５】 前記基板の平面形状は、ストライプ状、
格子状、又は島状であることを特徴とする請求項１乃至
４に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項６】 前記基板の凹部と窒化物半導体との間に
空洞を有することを特徴とする請求項１乃至５に記載の
窒化物半導体素子。 - 【請求項７】 前記基板と窒化物半導体との間にＩｎを
含有するバッファ層を有することを特徴とする請求項１
乃至６に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項８】 付活剤を含有する基板の表面に凹凸段差
を形成する第１の工程と、その後、前記基板の表面であ
る凹凸面上にバッファ層を形成する第２の工程と、その
後、前記バッファ層上にＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る
窒化物半導体を少なくとも一層を形成する第３の工程と
を備えたことを特徴とする窒化物半導体素子の成長方
法。 - 【請求項９】 前記窒化物半導体を形成した後、基板の
裏面に第２の凹凸面を形成する第４の工程を備えたこと
を特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体素子の成長
方法。 - 【請求項１０】 前記付活剤は、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ
から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請
求項８に記載の窒化物半導体素子の成長方法。 - 【請求項１１】 前記基板は、（１１１）面を主面とす
るＹ３Ａｌ５Ｏ１２であり、Ｙの一部をＬｕ、Ｓｃ、Ｌ
ａ、Ｇｄ、Ｓｍのいずれかにより置換及び／又はＡｌの
一部をＩｎ、Ｂ、Ｔｌ、Ｇａのいずれかにより置換した
ものであることを特徴とする請求項８に記載の窒化物半
導体素子の成長方法。 - 【請求項１２】 前記基板は、（１１１）面を主面とす
る（ＬａｘＳｒ１−ｘ）（ＡｌｙＴａ１−ｙ）Ｏ３（０
＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であることを特徴とする特徴と
する請求項８に記載の窒化物半導体素子の成長方法。 - 【請求項１３】 前記基板は、（０００１）面、又は
（１１−２０）面を主面とするサファイアであることを
特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体素子の成長方
法。 - 【請求項１４】 前記バッファ層は、Ｉｎを含有するこ
とを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体素子の成
長方法。
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