JP2003218393A - 選択成長方法、半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
選択成長方法、半導体発光素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 活性層の成長速度の変動による特性の劣化を
解消する。 【解決手段】 基板上に活性層を選択的に成長するに際
し、活性層の非成長領域に予め結晶を成長しておき、そ
の後、活性層を成長する。これにより、成長の初期から
非成長領域の原料がデポジションに取り込まれ、選択成
長領域への原料供給量は活性層が成長する間、ほぼ一定
に保たれる。特に、選択成長されたクラッド層、ガイド
層及び活性層を有し、活性層が多重量子井戸とされた半
導体発光素子の製造において有効である。
解消する。 【解決手段】 基板上に活性層を選択的に成長するに際
し、活性層の非成長領域に予め結晶を成長しておき、そ
の後、活性層を成長する。これにより、成長の初期から
非成長領域の原料がデポジションに取り込まれ、選択成
長領域への原料供給量は活性層が成長する間、ほぼ一定
に保たれる。特に、選択成長されたクラッド層、ガイド
層及び活性層を有し、活性層が多重量子井戸とされた半
導体発光素子の製造において有効である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、選択成長方法に関
するものであり、さらには、これを応用した半導体発光
素子及びその製造方法に関するものである。
するものであり、さらには、これを応用した半導体発光
素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系化合物半導体は、半導体発光素
子用の半導体材料として注目を集めており、様々な観点
からデバイス設計、試作が進められている。ＧａＮ系半
導体発光素子の発光波長は、青、緑などの短波長領域で
あり、例えば赤色に発光するＧａＡｓ系半導体発光素子
と組み合わせることにより、カラー画像表示が可能な画
像表示装置の構築が可能となる。
子用の半導体材料として注目を集めており、様々な観点
からデバイス設計、試作が進められている。ＧａＮ系半
導体発光素子の発光波長は、青、緑などの短波長領域で
あり、例えば赤色に発光するＧａＡｓ系半導体発光素子
と組み合わせることにより、カラー画像表示が可能な画
像表示装置の構築が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記ＧａＮ系半導体発
光素子は、例えば、開口部を有するマスクをサファイア
基板上に配し、前記開口部に選択的に窒化物を成長させ
て、その傾斜成長面上にクラッド層やガイド層、活性層
を順次選択成長させることにより作製することができ、
これにより発光効率に優れた発光素子を得ることができ
る。
光素子は、例えば、開口部を有するマスクをサファイア
基板上に配し、前記開口部に選択的に窒化物を成長させ
て、その傾斜成長面上にクラッド層やガイド層、活性層
を順次選択成長させることにより作製することができ、
これにより発光効率に優れた発光素子を得ることができ
る。
【０００４】ところで、上記活性層の選択成長に際して
は、活性層を低温成長させる必要があるが、膜厚の増加
に伴って成長速度が下がり、再現性も悪くなるという問
題がある。例えば、活性層を多層構造とし多重量子井戸
とする場合、次第に活性層の成長速度が低下し、量子井
戸の厚さが次第に薄くなるという現象が見られる。多重
量子井戸においては、各量子井戸の厚さは同じであるこ
とが好ましく、これによってはじめて良好な発光特性が
得られる。上記のように量子井戸の厚さが次第に薄くな
ると、例えば発光波長ピークにおいて半値幅が大きくな
る等、特性の劣化は避けられず、再現性も低下する。
は、活性層を低温成長させる必要があるが、膜厚の増加
に伴って成長速度が下がり、再現性も悪くなるという問
題がある。例えば、活性層を多層構造とし多重量子井戸
とする場合、次第に活性層の成長速度が低下し、量子井
戸の厚さが次第に薄くなるという現象が見られる。多重
量子井戸においては、各量子井戸の厚さは同じであるこ
とが好ましく、これによってはじめて良好な発光特性が
得られる。上記のように量子井戸の厚さが次第に薄くな
ると、例えば発光波長ピークにおいて半値幅が大きくな
る等、特性の劣化は避けられず、再現性も低下する。
【０００５】本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案
されたものである。すなわち、本発明は、活性層の成長
速度の変動による特性の劣化を解消し得る選択成長方法
を提供することを目的とする。また、本発明は、例えば
発光波長ピークにおける半値幅を減少する等、特性の向
上を実現し得る半導体発光素子及びその製造方法を提供
することを目的とする。
されたものである。すなわち、本発明は、活性層の成長
速度の変動による特性の劣化を解消し得る選択成長方法
を提供することを目的とする。また、本発明は、例えば
発光波長ピークにおける半値幅を減少する等、特性の向
上を実現し得る半導体発光素子及びその製造方法を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の目
的を達成するべく様々な検討を重ねてきた。その結果、
次のような事実を知見するに至った。
的を達成するべく様々な検討を重ねてきた。その結果、
次のような事実を知見するに至った。
【０００７】選択成長において、低温成長で活性層を成
長させる場合、低温層である活性層の膜厚を増加させる
に伴って、活性層の非成長領域であるマスク上へのデポ
ジションが増加する。このマスク上へのデポジションが
増加するに伴って、デバイス成長領域（すなわち活性層
の選択成長領域）への原料供給量が減少する。したがっ
て、マスク上に全くデポジションの無い状態で活性層の
成長をはじめると次第に成長速度が下がり、その結果、
量子井戸の厚さは次第に薄くなる。また、再現性も低く
なる。
長させる場合、低温層である活性層の膜厚を増加させる
に伴って、活性層の非成長領域であるマスク上へのデポ
ジションが増加する。このマスク上へのデポジションが
増加するに伴って、デバイス成長領域（すなわち活性層
の選択成長領域）への原料供給量が減少する。したがっ
て、マスク上に全くデポジションの無い状態で活性層の
成長をはじめると次第に成長速度が下がり、その結果、
量子井戸の厚さは次第に薄くなる。また、再現性も低く
なる。
【０００８】本発明は、このような知見を基に案出され
たものである。すなわち、本発明の選択成長方法は、基
板上に活性層を選択的に成長する選択成長方法におい
て、上記活性層の非成長領域に予め結晶を形成してお
き、その後、活性層を成長することを特徴とするもので
ある。
たものである。すなわち、本発明の選択成長方法は、基
板上に活性層を選択的に成長する選択成長方法におい
て、上記活性層の非成長領域に予め結晶を形成してお
き、その後、活性層を成長することを特徴とするもので
ある。
【０００９】上記の通り、非成長領域上（マスク上）に
デポジション（結晶）が存在すると、この領域に供給さ
れた原料が結晶に取り込まれ、活性層の選択成長領域へ
の原料供給量が減少する。したがって、非成長領域にデ
ポジションが無い状態で活性層の成長をはじめると、初
期にはほとんど全ての原料が活性層の選択成長領域に供
給されるために原料供給量が多く、時間の経過と共に非
成長領域にデポジションが形成されて原料が取り込ま
れ、選択成長領域への原料供給量が減少する。これに対
して、はじめから非成長領域上にデポジションを形成し
ておけば、成長の初期から非成長領域の原料がデポジシ
ョンに取り込まれ、上記選択成長領域への原料供給量は
ほぼ一定に保たれる。その結果、活性層の成長速度が一
定に保たれ、活性層の膜厚変動が解消される。
デポジション（結晶）が存在すると、この領域に供給さ
れた原料が結晶に取り込まれ、活性層の選択成長領域へ
の原料供給量が減少する。したがって、非成長領域にデ
ポジションが無い状態で活性層の成長をはじめると、初
期にはほとんど全ての原料が活性層の選択成長領域に供
給されるために原料供給量が多く、時間の経過と共に非
成長領域にデポジションが形成されて原料が取り込ま
れ、選択成長領域への原料供給量が減少する。これに対
して、はじめから非成長領域上にデポジションを形成し
ておけば、成長の初期から非成長領域の原料がデポジシ
ョンに取り込まれ、上記選択成長領域への原料供給量は
ほぼ一定に保たれる。その結果、活性層の成長速度が一
定に保たれ、活性層の膜厚変動が解消される。
【００１０】また、本発明の半導体発光素子は、少なく
とも選択成長されたクラッド層、ガイド層及び活性層を
有するとともに、活性層が多重量子井戸からなり、上記
多重量子井戸を構成する各量子井戸の厚さがほぼ等しい
ことを特徴とするものである。さらに、本発明の半導体
発光素子の製造方法は、少なくともクラッド層、ガイド
層及び活性層を順次選択成長する半導体発光素子の製造
方法において、上記活性層の非成長領域に予め結晶を形
成しておき、その後、活性層を成長することを特徴とす
るものである。
とも選択成長されたクラッド層、ガイド層及び活性層を
有するとともに、活性層が多重量子井戸からなり、上記
多重量子井戸を構成する各量子井戸の厚さがほぼ等しい
ことを特徴とするものである。さらに、本発明の半導体
発光素子の製造方法は、少なくともクラッド層、ガイド
層及び活性層を順次選択成長する半導体発光素子の製造
方法において、上記活性層の非成長領域に予め結晶を形
成しておき、その後、活性層を成長することを特徴とす
るものである。
【００１１】本発明の半導体発光素子は、選択成長され
た活性層が多重量子井戸からなり、多重量子井戸を構成
する各量子井戸の厚さがほぼ等しいことから、優れた発
光特性、例えば発光波長ピークの半値幅の減少等が実現
される。また、本発明の半導体発光素子の製造方法によ
れば、前記のような発光特性に優れた半導体発光素子が
製造される。
た活性層が多重量子井戸からなり、多重量子井戸を構成
する各量子井戸の厚さがほぼ等しいことから、優れた発
光特性、例えば発光波長ピークの半値幅の減少等が実現
される。また、本発明の半導体発光素子の製造方法によ
れば、前記のような発光特性に優れた半導体発光素子が
製造される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した選択成長
方法、半導体発光素子及びその製造方法について、図面
を参照しながら詳細に説明する。
方法、半導体発光素子及びその製造方法について、図面
を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】活性層を選択成長する例としては、例えば
図１に示すような構造の半導体発光素子の製造プロセス
を挙げることができる。図１は本製造プロセスが適用さ
れる素子の一例としての半導体発光素子の構造を示すも
のであり、図１の（ａ）が素子断面図であり、図１の
（ｂ）が平面図である。この発光素子はＧａＮ系の発光
ダイオードであり、たとえばサファイア基板上に結晶成
長される素子である。このようなＧａＮ系の発光ダイオ
ードでは、基板を透過するレーザ照射によってレーザア
ブレーションが生じ、ＧａＮの窒素が気化する現象にと
もなってサファイア基板とＧａＮ系の成長層の間の界面
で膜剥がれが生じ、素子分離を容易なものにできる特徴
を有している。
図１に示すような構造の半導体発光素子の製造プロセス
を挙げることができる。図１は本製造プロセスが適用さ
れる素子の一例としての半導体発光素子の構造を示すも
のであり、図１の（ａ）が素子断面図であり、図１の
（ｂ）が平面図である。この発光素子はＧａＮ系の発光
ダイオードであり、たとえばサファイア基板上に結晶成
長される素子である。このようなＧａＮ系の発光ダイオ
ードでは、基板を透過するレーザ照射によってレーザア
ブレーションが生じ、ＧａＮの窒素が気化する現象にと
もなってサファイア基板とＧａＮ系の成長層の間の界面
で膜剥がれが生じ、素子分離を容易なものにできる特徴
を有している。
【００１４】先ず、その構造については、ＧａＮ系半導
体層からなる下地成長層１上に選択成長された六角錐形
状のＧａＮ層２が形成されている。なお、下地成長層１
上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ
層２は当該絶縁膜をマスクとしてその開口した部分にＭ
ＯＣＶＤ法等によって形成される。このＧａＮ層２は、
成長時に使用されるサファイア基板の主面をＣ面とした
場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の
成長層であり、シリコンをドープさせた領域である。こ
のＧａＮ層２の傾斜したＳ面の部分はダブルへテロ構造
のクラッドとして機能する。ＧａＮ層２の傾斜したＳ面
を覆うようにＩｎＧａＮからなる活性層３が形成されて
いる。この活性層３は、単層であってもよいし、多重量
子井戸（ＭＱＷ）構造とすることも可能であるが、後者
である場合に本製造プロセスを適用することの意義が大
きい。多重量子井戸構造とする場合には、活性層３は、
例えばＩｎＧａＮ層を量子井戸とし、Ｉｎを含まないＧ
ａＮ層をバリアとし、これらを繰り返し積層することに
より構成することができる。このときの各量子井戸、バ
リアの厚さは任意（通常は数ｎｍ程度）であり、繰り返
し数も任意である。
体層からなる下地成長層１上に選択成長された六角錐形
状のＧａＮ層２が形成されている。なお、下地成長層１
上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ
層２は当該絶縁膜をマスクとしてその開口した部分にＭ
ＯＣＶＤ法等によって形成される。このＧａＮ層２は、
成長時に使用されるサファイア基板の主面をＣ面とした
場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の
成長層であり、シリコンをドープさせた領域である。こ
のＧａＮ層２の傾斜したＳ面の部分はダブルへテロ構造
のクラッドとして機能する。ＧａＮ層２の傾斜したＳ面
を覆うようにＩｎＧａＮからなる活性層３が形成されて
いる。この活性層３は、単層であってもよいし、多重量
子井戸（ＭＱＷ）構造とすることも可能であるが、後者
である場合に本製造プロセスを適用することの意義が大
きい。多重量子井戸構造とする場合には、活性層３は、
例えばＩｎＧａＮ層を量子井戸とし、Ｉｎを含まないＧ
ａＮ層をバリアとし、これらを繰り返し積層することに
より構成することができる。このときの各量子井戸、バ
リアの厚さは任意（通常は数ｎｍ程度）であり、繰り返
し数も任意である。
【００１５】さらに、その外側にマグネシウムドープの
ＧａＮ層４が形成される。このマグネシウムドープのＧ
ａＮ層４もクラッドとして機能する。
ＧａＮ層４が形成される。このマグネシウムドープのＧ
ａＮ層４もクラッドとして機能する。
【００１６】このような発光ダイオードには、ｐ電極５
とｎ電極６が形成されている。ｐ電極５はマグネシウム
ドープのＧａＮ層４上にＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ
（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕ等の金属材料を蒸着して形成され
る。ｎ電極６は前述の図示しない絶縁膜を開口した部分
でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属材料を蒸着して形成
される。なお、下地成長層１の裏面側からｎ電極取り出
しを行う場合は、ｎ電極６の形成は下地成長層１の表面
側には不要となる。
とｎ電極６が形成されている。ｐ電極５はマグネシウム
ドープのＧａＮ層４上にＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ
（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕ等の金属材料を蒸着して形成され
る。ｎ電極６は前述の図示しない絶縁膜を開口した部分
でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属材料を蒸着して形成
される。なお、下地成長層１の裏面側からｎ電極取り出
しを行う場合は、ｎ電極６の形成は下地成長層１の表面
側には不要となる。
【００１７】上記の半導体発光素子を作製するには、図
２（ａ）に示すように、サファイヤ基板などの成長基板
１０上に、ｎ型ＧａＮ層１１を下地成長層として例えば
ＭＯＣＶＤ法などにより形成する。このとき、ｎ型Ｇａ
Ｎ層１１は最初からｎ型である必要はなく、最上面がｎ
型であれば良い。一例として、シリコンをドープするこ
とでｎ型のＧａＮ層１１を形成することができる。
２（ａ）に示すように、サファイヤ基板などの成長基板
１０上に、ｎ型ＧａＮ層１１を下地成長層として例えば
ＭＯＣＶＤ法などにより形成する。このとき、ｎ型Ｇａ
Ｎ層１１は最初からｎ型である必要はなく、最上面がｎ
型であれば良い。一例として、シリコンをドープするこ
とでｎ型のＧａＮ層１１を形成することができる。
【００１８】次に図２（ｂ）に示すように、ＣＶＤなど
によりシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいはタン
グステン膜などからなる成長阻害膜としてのマスク層１
２をｎ型のＧａＮ層１１上の全面に形成し、さらに素子
を形成する領域に対応してマスク層１２を除去して六角
形状の窓領域１３を複数形成する。
によりシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいはタン
グステン膜などからなる成長阻害膜としてのマスク層１
２をｎ型のＧａＮ層１１上の全面に形成し、さらに素子
を形成する領域に対応してマスク層１２を除去して六角
形状の窓領域１３を複数形成する。
【００１９】続いて、図２（ｃ）に示すように、選択成
長を行い、窓領域１３から結晶成長により結晶成長層で
あるｎ型ＧａＮ層１４を形成する。このｎ型ＧａＮ層１
４はクラッド層としても機能し、略六角錐形状を呈して
いる。傾斜した側面はＳ面である。
長を行い、窓領域１３から結晶成長により結晶成長層で
あるｎ型ＧａＮ層１４を形成する。このｎ型ＧａＮ層１
４はクラッド層としても機能し、略六角錐形状を呈して
いる。傾斜した側面はＳ面である。
【００２０】この傾斜した側面に対してさらに活性層
（ＩｎＧａＮ層）とｐ型ＧａＮ層を積層形成するが、本
製造プロセスでは、活性層の成膜に先立って、図２
（ｄ）に示すように、ｎ型ＧａＮ層１４が結晶成長され
ていないマスク層１２の表面に予め多結晶状の結晶１５
を結晶成長しておく。
（ＩｎＧａＮ層）とｐ型ＧａＮ層を積層形成するが、本
製造プロセスでは、活性層の成膜に先立って、図２
（ｄ）に示すように、ｎ型ＧａＮ層１４が結晶成長され
ていないマスク層１２の表面に予め多結晶状の結晶１５
を結晶成長しておく。
【００２１】上記結晶１５の成長は、例えば先のＧａＮ
層１４と同様の原料ガスを用い、マスク層１２上に結晶
成長するような条件に変更して行えばよい。マスク層１
２上に結晶成長するような条件としては、例えば、Ｇａ
ＮをＭＯＣＶＤ法により成長させる際にキャリアガスを
窒素ガスに変更する方法、ＭＯＣＶＤ法の際の成長温度
を下げる方法等を挙げることができる。
層１４と同様の原料ガスを用い、マスク層１２上に結晶
成長するような条件に変更して行えばよい。マスク層１
２上に結晶成長するような条件としては、例えば、Ｇａ
ＮをＭＯＣＶＤ法により成長させる際にキャリアガスを
窒素ガスに変更する方法、ＭＯＣＶＤ法の際の成長温度
を下げる方法等を挙げることができる。
【００２２】この結晶１５のマスク層１２上への結晶成
長の後、図２（ｅ）に示すように、活性層１６やｐ型Ｇ
ａＮ層１７をｎ型ＧａＮ層１４のＳ面上に結晶成長す
る。その結果、活性層（ＩｎＧａＮ層）１６は結晶成長
層であるＧａＮ層１４のＳ面に沿って成長基板１０の主
面に平行でなく傾斜して延在され、その活性層１６の面
積Ｓは、窓領域１３の面積や結晶成長層の写像面積より
は大きくなり、十分な広がりを以って形成される。
長の後、図２（ｅ）に示すように、活性層１６やｐ型Ｇ
ａＮ層１７をｎ型ＧａＮ層１４のＳ面上に結晶成長す
る。その結果、活性層（ＩｎＧａＮ層）１６は結晶成長
層であるＧａＮ層１４のＳ面に沿って成長基板１０の主
面に平行でなく傾斜して延在され、その活性層１６の面
積Ｓは、窓領域１３の面積や結晶成長層の写像面積より
は大きくなり、十分な広がりを以って形成される。
【００２３】上記の製造プロセスにおいては、活性層１
６の結晶成長に先立って予めマスク層１２上に結晶１５
を成長しておくことが重要であり、これによって結晶成
長の初期と後期の膜厚差を解消することができる。図３
は、結晶１５の有無によってどのように原料ガスの供給
の様子が相違するかを模式的に示したものである。
６の結晶成長に先立って予めマスク層１２上に結晶１５
を成長しておくことが重要であり、これによって結晶成
長の初期と後期の膜厚差を解消することができる。図３
は、結晶１５の有無によってどのように原料ガスの供給
の様子が相違するかを模式的に示したものである。
【００２４】結晶１５を形成しない場合、活性層１６の
結晶成長の初期には、図３（ａ）に示すように、非成長
領域であるマスク層１２上に供給された原料ガスは、矢
印方向にそのまま流れ、Ｓ面上の活性層１６の結晶成長
に寄与する。したがって、活性層１６の結晶成長の初期
には、活性層１６の結晶成長に寄与する原料ガスの量が
多い。一方、活性層１６の結晶成長が進行すると、マス
ク層１２上にも結晶１５が成長する。その結果、非成長
領域であるマスク層１２上に供給された顔料ガスは、図
３（ｂ）に示すように、この結晶１５の結晶成長に寄与
したり、あるいは結晶１５に吸着され、Ｓ面上には供給
されなくなる。したがって、活性層１６の結晶成長の後
期には、活性層１６の結晶成長に寄与する原料ガスの量
は少なくなる。この結晶成長初期と後期の原料ガスの供
給量の相違が、活性層１６の膜厚差につながる。
結晶成長の初期には、図３（ａ）に示すように、非成長
領域であるマスク層１２上に供給された原料ガスは、矢
印方向にそのまま流れ、Ｓ面上の活性層１６の結晶成長
に寄与する。したがって、活性層１６の結晶成長の初期
には、活性層１６の結晶成長に寄与する原料ガスの量が
多い。一方、活性層１６の結晶成長が進行すると、マス
ク層１２上にも結晶１５が成長する。その結果、非成長
領域であるマスク層１２上に供給された顔料ガスは、図
３（ｂ）に示すように、この結晶１５の結晶成長に寄与
したり、あるいは結晶１５に吸着され、Ｓ面上には供給
されなくなる。したがって、活性層１６の結晶成長の後
期には、活性層１６の結晶成長に寄与する原料ガスの量
は少なくなる。この結晶成長初期と後期の原料ガスの供
給量の相違が、活性層１６の膜厚差につながる。
【００２５】これに対して、本製造プロセスのように、
活性層１６の結晶成長に先立って結晶１５を結晶成長し
ておけば、結晶成長の初期から後期まで図３（ｂ）に示
す状態となり、Ｓ面上への原料ガスの供給量は、ほぼ一
定に保たれる。したがって、活性層１６の膜厚差が解消
される。
活性層１６の結晶成長に先立って結晶１５を結晶成長し
ておけば、結晶成長の初期から後期まで図３（ｂ）に示
す状態となり、Ｓ面上への原料ガスの供給量は、ほぼ一
定に保たれる。したがって、活性層１６の膜厚差が解消
される。
【００２６】本発明者らは、上記の効果を実験により確
認している。確認実験においては、活性層１６を多重量
子井戸構造（ＭＱＷ）とし、ＩｎＧａＮからなる各量子
井戸（ＱＷ）やバリア（ＧａＮ）の膜厚分布を測定し
た。なお、上記多重量子井戸構造は、量子井戸５層及び
バリア５層を交互に積層することにより形成することと
した。
認している。確認実験においては、活性層１６を多重量
子井戸構造（ＭＱＷ）とし、ＩｎＧａＮからなる各量子
井戸（ＱＷ）やバリア（ＧａＮ）の膜厚分布を測定し
た。なお、上記多重量子井戸構造は、量子井戸５層及び
バリア５層を交互に積層することにより形成することと
した。
【００２７】先ず、下記の表１は、マスク層１２上に予
め結晶１５を結晶成長させずに活性層１６を構成する各
量子井戸、バリアを成膜した場合（従来例に相当す
る。）の膜厚分布を示すデータである。このときの原料
ガス［トリメチルＧａ（ＴＭＧａ）及びトリメチルＩｎ
（ＴＭＩｎ）］は、図４に示すようなタイミングで供給
し、各量子井戸ＱＷは、７５０℃で結晶成長させた。こ
の場合には、量子井戸やバリアの膜厚が次第に減少して
おり、１番目の量子井戸と５番目の量子井戸とでは、
０．５ｎｍもの膜厚差が生じてしまっている。
め結晶１５を結晶成長させずに活性層１６を構成する各
量子井戸、バリアを成膜した場合（従来例に相当す
る。）の膜厚分布を示すデータである。このときの原料
ガス［トリメチルＧａ（ＴＭＧａ）及びトリメチルＩｎ
（ＴＭＩｎ）］は、図４に示すようなタイミングで供給
し、各量子井戸ＱＷは、７５０℃で結晶成長させた。こ
の場合には、量子井戸やバリアの膜厚が次第に減少して
おり、１番目の量子井戸と５番目の量子井戸とでは、
０．５ｎｍもの膜厚差が生じてしまっている。
【００２８】
【表１】
一方、下記の表２は、マスク層１２上に予め結晶１５を
結晶成長させて活性層１６を構成する各量子井戸、バリ
アを成膜した場合（従来例に相当する。）の膜厚分布を
示すデータである。このときの原料ガス［トリメチルＧ
ａ（ＴＭＧａ）及びトリメチルＩｎ（ＴＭＩｎ）］は、
図５に示すようなタイミングで供給し、最初の４００秒
間でマスク層１２上に結晶１５を成長させた。なお、各
量子井戸ＱＷは、先の例と同様、７５０℃で結晶成長さ
せた。この場合には、量子井戸やバリアの膜厚の減少は
ほとんど見られず、膜厚の減少が確実に抑制されたこと
がわかる。
結晶成長させて活性層１６を構成する各量子井戸、バリ
アを成膜した場合（従来例に相当する。）の膜厚分布を
示すデータである。このときの原料ガス［トリメチルＧ
ａ（ＴＭＧａ）及びトリメチルＩｎ（ＴＭＩｎ）］は、
図５に示すようなタイミングで供給し、最初の４００秒
間でマスク層１２上に結晶１５を成長させた。なお、各
量子井戸ＱＷは、先の例と同様、７５０℃で結晶成長さ
せた。この場合には、量子井戸やバリアの膜厚の減少は
ほとんど見られず、膜厚の減少が確実に抑制されたこと
がわかる。
【００２９】
【表２】
次に、本発明を適用することが可能な半導体発光素子の
例について説明する。これらの半導体発光素子の活性層
の結晶成長の際に、本発明の選択成長方法を適用するこ
とが可能である。勿論、本発明を適用することが可能な
半導体発光素子が、これらの例に限定されるものでない
ことは言うまでもない。
例について説明する。これらの半導体発光素子の活性層
の結晶成長の際に、本発明の選択成長方法を適用するこ
とが可能である。勿論、本発明を適用することが可能な
半導体発光素子が、これらの例に限定されるものでない
ことは言うまでもない。
【００３０】本発明を適用することが可能な半導体発光
素子の代表例としては、基板上に該基板の主面に対して
傾斜した傾斜結晶面（例えばＳ面）を有する結晶層を形
成し、前記傾斜結晶面に平行な面内に延在する第１導電
型層、活性層、及び第２導電型層を前記結晶層に形成し
てなる半導体発光素子を挙げることができる。
素子の代表例としては、基板上に該基板の主面に対して
傾斜した傾斜結晶面（例えばＳ面）を有する結晶層を形
成し、前記傾斜結晶面に平行な面内に延在する第１導電
型層、活性層、及び第２導電型層を前記結晶層に形成し
てなる半導体発光素子を挙げることができる。
【００３１】ここで、用いられる基板は、基板の主面に
対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層を形成し得る
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（Ａｌ２Ｏ３、Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含む。）
ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む。）ＧａＮ、Ｓｉ、Ｚ
ｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、ＭｇＡ
ｌ２Ｏ４、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。基板自体は製品としての発光素子には含まれない構
造も可能であり、製造の途中で素子部分を保持させるた
めに使用され、完成前に取り外しされる構造であっても
良い。
対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層を形成し得る
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（Ａｌ２Ｏ３、Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含む。）
ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む。）ＧａＮ、Ｓｉ、Ｚ
ｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、ＭｇＡ
ｌ２Ｏ４、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。基板自体は製品としての発光素子には含まれない構
造も可能であり、製造の途中で素子部分を保持させるた
めに使用され、完成前に取り外しされる構造であっても
良い。
【００３２】この基板上に形成される結晶層は基板の主
面に対して傾斜した傾斜結晶面を有している。この結晶
層は後述の基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面に平
行な面に第１導電型層、活性層、及び第２導電型層から
なる発光領域を形成可能な材料層であれば良く、特に限
定されるものではないが、その中でもウルツ鉱型の結晶
構造を有することが好ましい。このような結晶層として
は、例えばＩＩＩ族系化合物半導体やＢｅＭｇＺｎＣｄ
Ｓ系化合物半導体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＯ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
化合物半導体などの窒化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、ＩｎＧ
ａＮ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面や（１１−２２）面に実質的に
等価な面とは、Ｓ面や（１１−２２）面に対してそれぞ
れ５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。
面に対して傾斜した傾斜結晶面を有している。この結晶
層は後述の基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面に平
行な面に第１導電型層、活性層、及び第２導電型層から
なる発光領域を形成可能な材料層であれば良く、特に限
定されるものではないが、その中でもウルツ鉱型の結晶
構造を有することが好ましい。このような結晶層として
は、例えばＩＩＩ族系化合物半導体やＢｅＭｇＺｎＣｄ
Ｓ系化合物半導体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＯ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
化合物半導体などの窒化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、ＩｎＧ
ａＮ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面や（１１−２２）面に実質的に
等価な面とは、Ｓ面や（１１−２２）面に対してそれぞ
れ５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。
【００３３】この結晶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）などを用いることができ
る。その中でもＭＯＣＶＤ法によると、迅速に結晶性の
良いものが得られる。ＭＯＣＶＤ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。一般的なＭＯＶＰ
Ｅ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、ＩｎＡｌＧａＮ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。
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）などを用いることができ
る。その中でもＭＯＣＶＤ法によると、迅速に結晶性の
良いものが得られる。ＭＯＣＶＤ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。一般的なＭＯＶＰ
Ｅ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、ＩｎＡｌＧａＮ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。
【００３４】結晶層を形成する前に、下地成長層を基板
上に形成することが好ましい。この下地成長層は例えば
窒化ガリウム層や窒化アルミニウム層からなり、下地成
長層は低温バッファ層と高温バッファ層との組合せ或い
はバッファ層と結晶種として機能する結晶種層との組合
せからなる構造であっても良い。この下地成長層も結晶
層と同様に、種々の気相成長法で形成することができ、
例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）や分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハイドライド気相成
長法（ＨＶＰＥ法）などの気相成長法を用いることがで
きる。結晶層の成長を低温バッファ層から始めるとマス
ク上にポリ結晶が析出しやすくなって、それが問題とな
る。そこで、結晶種層を含んでからその上に基板と異な
る面を成長することで、さらに結晶性のよい結晶が成長
できる。また、選択成長を用いて結晶成長を行うには結
晶種層がないとバッファ層から形成する必要があるが、
もしバッファ層から選択成長を行うと成長の阻害された
成長しなくても良い部分に成長が起こりやすくなる。従
って、結晶種層を用いることで、成長が必要な領域に選
択性良く結晶を成長させることができることになる。バ
ッファ層は基板と窒化物半導体の格子不整合を緩和する
という目的もある。したがって、窒化物半導体と格子定
数の近い基板、格子定数が一致した基板を用いる場合に
はバッファ層が形成されない場合もある。たとえば、Ｓ
ｉＣ上にはＡｌＮを低温にしないでバッファ層をつける
こともあり、Ｓｉ基板上にはＡｌＮ、ＧａＮをやはり低
温にしないでバッファ層として成長することもあり、そ
れでも良質のＧａＮを形成できる。また、バッファ層を
特に設けない構造であっても良く、ＧａＮ基板を使用し
ても良い。
上に形成することが好ましい。この下地成長層は例えば
窒化ガリウム層や窒化アルミニウム層からなり、下地成
長層は低温バッファ層と高温バッファ層との組合せ或い
はバッファ層と結晶種として機能する結晶種層との組合
せからなる構造であっても良い。この下地成長層も結晶
層と同様に、種々の気相成長法で形成することができ、
例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）や分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハイドライド気相成
長法（ＨＶＰＥ法）などの気相成長法を用いることがで
きる。結晶層の成長を低温バッファ層から始めるとマス
ク上にポリ結晶が析出しやすくなって、それが問題とな
る。そこで、結晶種層を含んでからその上に基板と異な
る面を成長することで、さらに結晶性のよい結晶が成長
できる。また、選択成長を用いて結晶成長を行うには結
晶種層がないとバッファ層から形成する必要があるが、
もしバッファ層から選択成長を行うと成長の阻害された
成長しなくても良い部分に成長が起こりやすくなる。従
って、結晶種層を用いることで、成長が必要な領域に選
択性良く結晶を成長させることができることになる。バ
ッファ層は基板と窒化物半導体の格子不整合を緩和する
という目的もある。したがって、窒化物半導体と格子定
数の近い基板、格子定数が一致した基板を用いる場合に
はバッファ層が形成されない場合もある。たとえば、Ｓ
ｉＣ上にはＡｌＮを低温にしないでバッファ層をつける
こともあり、Ｓｉ基板上にはＡｌＮ、ＧａＮをやはり低
温にしないでバッファ層として成長することもあり、そ
れでも良質のＧａＮを形成できる。また、バッファ層を
特に設けない構造であっても良く、ＧａＮ基板を使用し
ても良い。
【００３５】そして、本例の半導体発光素子において
は、基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を形成する
ために、選択成長法を用いることができる。基板の主面
に対して傾斜した傾斜結晶面は、その基板主面の選択に
も依存するが、ウルツ鉱型の（０００１）面[Ｃ面]を基
板主面とした場合では、（１−１００）面[Ｍ面]、（１
−１０１）面[Ｓ面]、（１１−２０）面[Ａ面]、（１−
１０２）面[Ｒ面]、（１−１２３）面[Ｎ面]、（１１−
２２）面およびこれらに等価な結晶面のうちから選ばれ
た傾斜結晶面を挙げることができ、特にＳ面や（１１−
２２）面およびでこれらに等価な結晶面で用いることが
好ましい。これらに等価な結晶面とは前述のように、５
乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。特に
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。この
Ｓ面については、前述のように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。
は、基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を形成する
ために、選択成長法を用いることができる。基板の主面
に対して傾斜した傾斜結晶面は、その基板主面の選択に
も依存するが、ウルツ鉱型の（０００１）面[Ｃ面]を基
板主面とした場合では、（１−１００）面[Ｍ面]、（１
−１０１）面[Ｓ面]、（１１−２０）面[Ａ面]、（１−
１０２）面[Ｒ面]、（１−１２３）面[Ｎ面]、（１１−
２２）面およびこれらに等価な結晶面のうちから選ばれ
た傾斜結晶面を挙げることができ、特にＳ面や（１１−
２２）面およびでこれらに等価な結晶面で用いることが
好ましい。これらに等価な結晶面とは前述のように、５
乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。特に
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。この
Ｓ面については、前述のように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。
【００３６】上記半導体発光素子においては、結晶層は
基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する構造を
有しているが、特に、結晶層はＳ面または該Ｓ面に実質
的に等価な面が略六角錐形状の斜面をそれぞれ構成する
構造であっても良く、或いは、Ｓ面または該Ｓ面に実質
的に等価な面が略六角錐台形状の斜面をそれぞれ構成す
る共にＣ面または該Ｃ面に実質的に等価な面が前記略六
角錐台形状の上平面部を構成する構造、所謂略六角錐台
形状であっても良い。これら略六角錐形状や略六角錐台
形状は、正確に六角錐であることを必要とせず、その中
の幾つかの面が消失したようなものも含む。好適な一例
においては傾斜結晶面は六面でほぼ対称となるように配
設される。ほぼ対称とは、完全に対称形状になっている
場合の他、多少対称形状よりずれている場合も含む。ま
た、結晶層の結晶面間の稜線は必ずしも直線でなくとも
良い。また、略六角錐形状や略六角錐台形状は直線状に
延在された形状であっても良い。
基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する構造を
有しているが、特に、結晶層はＳ面または該Ｓ面に実質
的に等価な面が略六角錐形状の斜面をそれぞれ構成する
構造であっても良く、或いは、Ｓ面または該Ｓ面に実質
的に等価な面が略六角錐台形状の斜面をそれぞれ構成す
る共にＣ面または該Ｃ面に実質的に等価な面が前記略六
角錐台形状の上平面部を構成する構造、所謂略六角錐台
形状であっても良い。これら略六角錐形状や略六角錐台
形状は、正確に六角錐であることを必要とせず、その中
の幾つかの面が消失したようなものも含む。好適な一例
においては傾斜結晶面は六面でほぼ対称となるように配
設される。ほぼ対称とは、完全に対称形状になっている
場合の他、多少対称形状よりずれている場合も含む。ま
た、結晶層の結晶面間の稜線は必ずしも直線でなくとも
良い。また、略六角錐形状や略六角錐台形状は直線状に
延在された形状であっても良い。
【００３７】具体的な選択成長法としては、そのような
選択成長は下地成長層の一部を選択的に除去することを
利用して行われたり、あるいは、選択的に前記下地成長
層上にまたは前記下地成長層形成前に形成されたマスク
層の開口された部分を利用して行われる。例えば、前記
下地成長層がバッファ層と結晶種層とからなる場合、バ
ッファ層上の結晶種層を点在する１０μｍ径程度の小領
域に細分化し、それぞれの部分からの結晶成長によって
Ｓ面等を有する結晶層を形成することが可能である。例
えば、細分化された結晶種層は、発光素子として分離す
るためのマージンを見込んで離間するように配列するこ
とができ、個々の小領域としては、帯状、格子状、円形
状、正方形状、六角形状、三角形状、矩形状、菱形およ
びこれらの変形形状などの形状にすることができる。下
地成長層の上にマスク層を形成し、そのマスク層を選択
的に開口して窓領域を形成することでも、選択成長が可
能である。マスク層は例えば酸化シリコン層或いは窒化
シリコン層によって構成することができる。前述のよう
な略六角錐台形状や略六角錐形状が直線状に延在された
形状である場合、一方向を長手方向とするような角錐台
や角錐形状はマスク層の窓領域を帯状にしたり、結晶種
層を帯状にすることで可能である。
選択成長は下地成長層の一部を選択的に除去することを
利用して行われたり、あるいは、選択的に前記下地成長
層上にまたは前記下地成長層形成前に形成されたマスク
層の開口された部分を利用して行われる。例えば、前記
下地成長層がバッファ層と結晶種層とからなる場合、バ
ッファ層上の結晶種層を点在する１０μｍ径程度の小領
域に細分化し、それぞれの部分からの結晶成長によって
Ｓ面等を有する結晶層を形成することが可能である。例
えば、細分化された結晶種層は、発光素子として分離す
るためのマージンを見込んで離間するように配列するこ
とができ、個々の小領域としては、帯状、格子状、円形
状、正方形状、六角形状、三角形状、矩形状、菱形およ
びこれらの変形形状などの形状にすることができる。下
地成長層の上にマスク層を形成し、そのマスク層を選択
的に開口して窓領域を形成することでも、選択成長が可
能である。マスク層は例えば酸化シリコン層或いは窒化
シリコン層によって構成することができる。前述のよう
な略六角錐台形状や略六角錐形状が直線状に延在された
形状である場合、一方向を長手方向とするような角錐台
や角錐形状はマスク層の窓領域を帯状にしたり、結晶種
層を帯状にすることで可能である。
【００３８】選択成長を用いマスク層の窓領域を１０μ
ｍ程度の円形（或いは辺が１−１００方向の六角形、ま
たは辺が１１−２０方向の六角形など）にすることでそ
の約２倍程度の選択成長領域まで簡単に作製できる。ま
たＳ面が基板と異なる方向であれば転位を曲げる効果、
および転位を遮蔽する効果があるために、転位密度の低
減にも役立つ。
ｍ程度の円形（或いは辺が１−１００方向の六角形、ま
たは辺が１１−２０方向の六角形など）にすることでそ
の約２倍程度の選択成長領域まで簡単に作製できる。ま
たＳ面が基板と異なる方向であれば転位を曲げる効果、
および転位を遮蔽する効果があるために、転位密度の低
減にも役立つ。
【００３９】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て成長した六角錐台形状を観測
してみると、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Ｉ
ｎＧａＮ活性層の成長温度は７００〜８００°Ｃである
ため、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。
ドルミネッセンスを用いて成長した六角錐台形状を観測
してみると、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Ｉ
ｎＧａＮ活性層の成長温度は７００〜８００°Ｃである
ため、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。
【００４０】また、選択成長マスクを用いて選択成長す
る場合であって、選択マスク開口部の上だけに成長する
際には横方向成長が存在しないため、マイクロチャネル
エピタキシーを用いて横方向成長させ窓領域より拡大し
た形状にすることが可能である。このようなマイクロチ
ャネルエピタキシーを用いて横方向成長をした方が貫通
転位を避けやすくなり、転位が減ることがわかってい
る。またこのような横方向成長により発光領域も増大
し、さらに電流の均一化、電流集中の回避、および電流
密度の低減を図ることができる。
る場合であって、選択マスク開口部の上だけに成長する
際には横方向成長が存在しないため、マイクロチャネル
エピタキシーを用いて横方向成長させ窓領域より拡大し
た形状にすることが可能である。このようなマイクロチ
ャネルエピタキシーを用いて横方向成長をした方が貫通
転位を避けやすくなり、転位が減ることがわかってい
る。またこのような横方向成長により発光領域も増大
し、さらに電流の均一化、電流集中の回避、および電流
密度の低減を図ることができる。
【００４１】本例の半導体発光素子においては、基板の
主面に対して傾斜した傾斜結晶面に平行な面内に延在す
る第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を結晶層に
形成する。第１導電型はｐ型又はｎ型のクラッド層であ
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
ブルヘテロ構造をとることができる。活性層であるＩｎ
ＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む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、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。
主面に対して傾斜した傾斜結晶面に平行な面内に延在す
る第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を結晶層に
形成する。第１導電型はｐ型又はｎ型のクラッド層であ
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
ブルヘテロ構造をとることができる。活性層であるＩｎ
ＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む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、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。
【００４２】これら第１導電型層、活性層、及び第２導
電型層は基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面に平行
な面内に延在されるが、このような面内への延在は傾斜
結晶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。結晶層が略六角錐形状や略
六角錐台形状となり、各傾斜結晶面がＳ面等とされる場
合では、第１導電型層、活性層、及び第２導電型層から
なる発光領域を全部又は一部のＳ面上に形成することが
できる。略六角錐台形状の場合には、基板主面に平行な
上面上にも第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を
形成できる。傾斜したＳ面を利用して発光させること
で、平行平板では多重反射により光が減衰していくが、
傾いた面があると光は多重反射の影響を免れて半導体の
外にでることができるという利点がある。第１導電型層
すなわちクラッド層は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導電型層として機能する構造であっても良
い。また、基板に対して面が垂直でない方が光取出しが
改善されることになる。
電型層は基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面に平行
な面内に延在されるが、このような面内への延在は傾斜
結晶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。結晶層が略六角錐形状や略
六角錐台形状となり、各傾斜結晶面がＳ面等とされる場
合では、第１導電型層、活性層、及び第２導電型層から
なる発光領域を全部又は一部のＳ面上に形成することが
できる。略六角錐台形状の場合には、基板主面に平行な
上面上にも第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を
形成できる。傾斜したＳ面を利用して発光させること
で、平行平板では多重反射により光が減衰していくが、
傾いた面があると光は多重反射の影響を免れて半導体の
外にでることができるという利点がある。第１導電型層
すなわちクラッド層は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導電型層として機能する構造であっても良
い。また、基板に対して面が垂直でない方が光取出しが
改善されることになる。
【００４３】本例の半導体発光素子では、傾斜した傾斜
結晶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。また、活性層の実質
的なＳ面に平行な面内に延在する面積は該活性層を基板
又は前記下地成長層の主面に投影した場合の面積より大
きいものとすることができる。このように活性層の面積
を大きなものとすることで、素子の発光する面積が大き
くなり、それだけで電流密度を低減することが出来る。
また、活性層の面積を大きくとることで、輝度飽和の低
減に役立ち、これにより発光効率を上げることが出来
る。
結晶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。また、活性層の実質
的なＳ面に平行な面内に延在する面積は該活性層を基板
又は前記下地成長層の主面に投影した場合の面積より大
きいものとすることができる。このように活性層の面積
を大きなものとすることで、素子の発光する面積が大き
くなり、それだけで電流密度を低減することが出来る。
また、活性層の面積を大きくとることで、輝度飽和の低
減に役立ち、これにより発光効率を上げることが出来
る。
【００４４】六角錐形状の結晶層を考えた場合、Ｓ面の
特に頂点近く部分がステップの状態が悪くなり、頂点部
は発光効率が低くなっている。これは六角錐形状の素子
では、それぞれの面のほぼ中心部分を中心に頂点側、側
辺左側、側辺右側、底面側に4 箇所に区分され、特に頂
点側部分は最もステップの状態が波打っていて、頂上付
近になると異常成長が起こりやすくなっているためであ
る。これに対して、側辺側の二箇所はどちらもステップ
がほぼ直線状でしかもステップが密集しており極めて良
好な成長状態になっており、また、底面に近い部分はや
や波打つステップであるが、頂点側ほどの異常成長は起
こっていない。そこで本発明の半導体発光素子では、活
性層への電流注入は頂点近傍側で周囲側よりも低密度と
なるように制御することが可能である。このような頂点
近傍側で低密度の電流を流すためには、電極を斜面の側
部には形成するが、頂点部分では電極を形成しないよう
な構造としたり、或いは頂点部分に電極形成前に電流ブ
ロック領域を形成する構造とすることができる。
特に頂点近く部分がステップの状態が悪くなり、頂点部
は発光効率が低くなっている。これは六角錐形状の素子
では、それぞれの面のほぼ中心部分を中心に頂点側、側
辺左側、側辺右側、底面側に4 箇所に区分され、特に頂
点側部分は最もステップの状態が波打っていて、頂上付
近になると異常成長が起こりやすくなっているためであ
る。これに対して、側辺側の二箇所はどちらもステップ
がほぼ直線状でしかもステップが密集しており極めて良
好な成長状態になっており、また、底面に近い部分はや
や波打つステップであるが、頂点側ほどの異常成長は起
こっていない。そこで本発明の半導体発光素子では、活
性層への電流注入は頂点近傍側で周囲側よりも低密度と
なるように制御することが可能である。このような頂点
近傍側で低密度の電流を流すためには、電極を斜面の側
部には形成するが、頂点部分では電極を形成しないよう
な構造としたり、或いは頂点部分に電極形成前に電流ブ
ロック領域を形成する構造とすることができる。
【００４５】結晶層と第２導電型層には、それぞれ電極
が形成される。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。これらの電極を蒸着法により形成する場合、ｐ電
極、ｎ電極が結晶層とマスクの下に形成された結晶種層
との双方に付着してしまうと短絡してしまうことがあ
り、それぞれ精度よく蒸着することが必要となる。
が形成される。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。これらの電極を蒸着法により形成する場合、ｐ電
極、ｎ電極が結晶層とマスクの下に形成された結晶種層
との双方に付着してしまうと短絡してしまうことがあ
り、それぞれ精度よく蒸着することが必要となる。
【００４６】上記半導体発光素子は、複数個を並べて画
像表示装置や照明装置を構成することが可能である。例
えば、各素子を３原色分揃え、走査可能に配列すること
で、Ｓ面を利用して電極面積を抑えることができるた
め、少ない面積でディスプレイとして利用できる。
像表示装置や照明装置を構成することが可能である。例
えば、各素子を３原色分揃え、走査可能に配列すること
で、Ｓ面を利用して電極面積を抑えることができるた
め、少ない面積でディスプレイとして利用できる。
【００４７】次に、上記半導体発光素子の代表的な形状
例について説明する。先ず、第１番目の例は、ストライ
プ状の結晶成長層２４を成長基板２０上に形成する例で
あり、図６に示すように、成長基板２０上形成された下
地成長層２１上のマスク層２２の窓領域からストライプ
状の結晶成長層２４が形成されている。ストライプ状の
結晶成長層２４はその側面２６がＳ面とされ、傾斜した
側面２６にも活性層２５が延在されていることから、活
性層２５の面積は結晶成長層２４の写像面積よりも大き
なサイズとなる。従って、有効に輝度飽和を緩和するこ
とができ、素子の信頼性を改善できる。
例について説明する。先ず、第１番目の例は、ストライ
プ状の結晶成長層２４を成長基板２０上に形成する例で
あり、図６に示すように、成長基板２０上形成された下
地成長層２１上のマスク層２２の窓領域からストライプ
状の結晶成長層２４が形成されている。ストライプ状の
結晶成長層２４はその側面２６がＳ面とされ、傾斜した
側面２６にも活性層２５が延在されていることから、活
性層２５の面積は結晶成長層２４の写像面積よりも大き
なサイズとなる。従って、有効に輝度飽和を緩和するこ
とができ、素子の信頼性を改善できる。
【００４８】２番目の例は、長方台形状の結晶成長層３
４を成長基板３０上に形成する例であり、図７に示すよ
うに、成長基板３０上形成された下地成長層３１上のマ
スク層３２の窓領域からストライプ状で且つ長方台形状
の結晶成長層３４が形成されている。長方台形状の結晶
成長層３４はその側面３３ＳがＳ面とされ、長手方向の
端部の面は（１１−２２）面とされる。結晶成長層３４
の上面３３Ｃは基板主面と同じＣ面とされる。活性層は
図示を省略しているが、傾斜した側面３３Ｓ、面３４、
上面３３Ｃにも延在され、活性層の面積は結晶成長層３
４の写像面積よりも大きなサイズとなる。従って、有効
に輝度飽和を緩和することができ、素子の信頼性を改善
できる。
４を成長基板３０上に形成する例であり、図７に示すよ
うに、成長基板３０上形成された下地成長層３１上のマ
スク層３２の窓領域からストライプ状で且つ長方台形状
の結晶成長層３４が形成されている。長方台形状の結晶
成長層３４はその側面３３ＳがＳ面とされ、長手方向の
端部の面は（１１−２２）面とされる。結晶成長層３４
の上面３３Ｃは基板主面と同じＣ面とされる。活性層は
図示を省略しているが、傾斜した側面３３Ｓ、面３４、
上面３３Ｃにも延在され、活性層の面積は結晶成長層３
４の写像面積よりも大きなサイズとなる。従って、有効
に輝度飽和を緩和することができ、素子の信頼性を改善
できる。
【００４９】３番目の例は、図８に示すように、四角台
形状の結晶成長層４４を成長基板４０上に形成する例で
あり、成長基板４０上形成された下地成長層４１上のマ
スク層４２の窓領域からマトリクス状に配列されたパタ
ーンで四角錐台形状の結晶成長層４３が形成されてい
る。四角錐台形状の結晶成長層４３はその傾斜した一側
面４３ＳがＳ面とされ、他の傾斜した一側面４４は（１
１−２２）面とされる。結晶成長層４３の上面４３Ｃは
基板主面と同じＣ面とされる。活性層は図示を省略して
いるが、傾斜した側面４３Ｓ、面４４、上面４３Ｃにも
延在され、活性層の面積は結晶成長層４３の写像面積よ
りも大きなサイズとなる。従って、有効に輝度飽和を緩
和することができ、素子の信頼性を改善できる。
形状の結晶成長層４４を成長基板４０上に形成する例で
あり、成長基板４０上形成された下地成長層４１上のマ
スク層４２の窓領域からマトリクス状に配列されたパタ
ーンで四角錐台形状の結晶成長層４３が形成されてい
る。四角錐台形状の結晶成長層４３はその傾斜した一側
面４３ＳがＳ面とされ、他の傾斜した一側面４４は（１
１−２２）面とされる。結晶成長層４３の上面４３Ｃは
基板主面と同じＣ面とされる。活性層は図示を省略して
いるが、傾斜した側面４３Ｓ、面４４、上面４３Ｃにも
延在され、活性層の面積は結晶成長層４３の写像面積よ
りも大きなサイズとなる。従って、有効に輝度飽和を緩
和することができ、素子の信頼性を改善できる。
【００５０】４番目の例は、図９に示すように、六角錐
形状の結晶成長層５３を成長基板５０上に形成する例で
あり、成長基板５０上形成された下地成長層５１上のマ
スク層５２の窓領域からマトリクス状に配列されたパタ
ーンで六角錐形状の結晶成長層５３が形成されている。
六角錐形状の結晶成長層５３はその傾斜した各側面がＳ
面とされ、活性層は図示を省略しているが、傾斜した各
Ｓ面に沿って延在され、活性層の面積は結晶成長層５３
の写像面積よりも大きなサイズとなる。従って、有効に
輝度飽和を緩和することができ、素子の信頼性を改善で
きる。
形状の結晶成長層５３を成長基板５０上に形成する例で
あり、成長基板５０上形成された下地成長層５１上のマ
スク層５２の窓領域からマトリクス状に配列されたパタ
ーンで六角錐形状の結晶成長層５３が形成されている。
六角錐形状の結晶成長層５３はその傾斜した各側面がＳ
面とされ、活性層は図示を省略しているが、傾斜した各
Ｓ面に沿って延在され、活性層の面積は結晶成長層５３
の写像面積よりも大きなサイズとなる。従って、有効に
輝度飽和を緩和することができ、素子の信頼性を改善で
きる。
【００５１】５番目の例は、図１０に示すように、六角
錐台形状の結晶成長層６３を成長基板６０上に形成する
例であり、成長基板６０上形成された下地成長層６１上
のマスク層６２の窓領域からマトリクス状に配列された
パターンで六角錐台形状の結晶成長層６３が形成されて
いる。六角錐形状の結晶成長層６３はその傾斜した各側
面６３ＳがＳ面とされ、上面６３Ｃが基板主面と同じＣ
面とされている。また、六角錐形状の結晶成長層６３の
底面側にはＭ面（１−１００）面も低い高さで形成され
る。活性層は図示を省略しているが、傾斜した各Ｓ面お
よびＣ面に沿って延在され、活性層の面積は結晶成長層
６３の写像面積よりも大きなサイズとなる。従って、有
効に輝度飽和を緩和することができ、素子の信頼性を改
善できる。
錐台形状の結晶成長層６３を成長基板６０上に形成する
例であり、成長基板６０上形成された下地成長層６１上
のマスク層６２の窓領域からマトリクス状に配列された
パターンで六角錐台形状の結晶成長層６３が形成されて
いる。六角錐形状の結晶成長層６３はその傾斜した各側
面６３ＳがＳ面とされ、上面６３Ｃが基板主面と同じＣ
面とされている。また、六角錐形状の結晶成長層６３の
底面側にはＭ面（１−１００）面も低い高さで形成され
る。活性層は図示を省略しているが、傾斜した各Ｓ面お
よびＣ面に沿って延在され、活性層の面積は結晶成長層
６３の写像面積よりも大きなサイズとなる。従って、有
効に輝度飽和を緩和することができ、素子の信頼性を改
善できる。
【００５２】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、活性層の成長速度をほぼ一定に保つことが
でき、活性層の膜厚変動を解消し特性の劣化を解消する
ことが可能である。また、本発明によれば、例えば多重
量子井戸を構成する各量子井戸の厚さがほぼ等しく、優
れた発光特性（例えば発光波長ピークの半値幅の減少
等）を有する半導体発光素子を実現することが可能であ
る。
明によれば、活性層の成長速度をほぼ一定に保つことが
でき、活性層の膜厚変動を解消し特性の劣化を解消する
ことが可能である。また、本発明によれば、例えば多重
量子井戸を構成する各量子井戸の厚さがほぼ等しく、優
れた発光特性（例えば発光波長ピークの半値幅の減少
等）を有する半導体発光素子を実現することが可能であ
る。
【図１】半導体発光素子の一例を示す図面であり、
（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図２】半導体発光素子の製造プロセスの一例を示す図
面であり、（ａ）は下地成長層形成工程を示す概略断面
図、（ｂ）はマスク層形成工程を示す概略断面図、
（ｃ）は結晶成長層の選択成長工程を示す概略断面図、
（ｄ）はマスク層上への結晶成長工程を示す概略断面
図、（ｅ）は活性層及びｐ型ＧａＮ層の選択成長工程を
示す概略断面図である。
面であり、（ａ）は下地成長層形成工程を示す概略断面
図、（ｂ）はマスク層形成工程を示す概略断面図、
（ｃ）は結晶成長層の選択成長工程を示す概略断面図、
（ｄ）はマスク層上への結晶成長工程を示す概略断面
図、（ｅ）は活性層及びｐ型ＧａＮ層の選択成長工程を
示す概略断面図である。
【図３】活性層を選択成長する際の原料ガスの供給の様
子を模式的に示すものであり、（ａ）はマスク上に結晶
が成長されていない場合の原料ガス供給の様子を示す模
式図、（ｂ）はマスク上に結晶が成長されている場合の
原料ガス供給の様子を示す模式図である。
子を模式的に示すものであり、（ａ）はマスク上に結晶
が成長されていない場合の原料ガス供給の様子を示す模
式図、（ｂ）はマスク上に結晶が成長されている場合の
原料ガス供給の様子を示す模式図である。
【図４】比較例における原料ガス供給のタイミングチャ
ートである。
ートである。
【図５】実施例における原料ガス供給のタイミングチャ
ートである。
ートである。
【図６】半導体発光素子の一形状例を示す概略斜視図で
ある。
ある。
【図７】半導体発光素子の他の形状例を示す概略斜視図
である。
である。
【図８】半導体発光素子のさらに他の形状例を示す概略
斜視図である。
斜視図である。
【図９】半導体発光素子のさらに他の形状例を示す概略
斜視図である。
斜視図である。
【図１０】半導体発光素子のさらに他の形状例を示す概
略斜視図である。
略斜視図である。
１，１１ 下地成長層、２ ＧａＮ層、３，１６ 活性
層、１２ マスク層、１３ 窓領域、１５ 結晶
層、１２ マスク層、１３ 窓領域、１５ 結晶
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA05 CA23 CA34 CA40
CA46 CA65 CA67
5F045 AA04 AB14 AC08 AC09 AD10
BB01 BB07 CA09 DA55 DB00
DB01 DB06
Claims (20)
- 【請求項１】 基板上に活性層を選択的に成長する選択
成長方法において、 上記活性層の非成長領域に予め結晶を形成しておき、そ
の後、活性層を成長することを特徴とする選択成長方
法。 - 【請求項２】 上記活性層を多層構造とすることを特徴
とする請求項１記載の選択成長方法。 - 【請求項３】 上記活性層を多重量子井戸とすることを
特徴とする請求項２記載の選択成長方法。 - 【請求項４】 上記活性層は、ＭＯＣＶＤ法により成長
させることを特徴とする請求項１記載の選択成長方法。 - 【請求項５】 上記結晶は、上記ＭＯＣＶＤ法における
キャリアガスを窒素ガスにすることにより上記非成長領
域に成長させることを特徴とする請求項４記載の選択成
長方法。 - 【請求項６】 上記結晶は、上記ＭＯＣＶＤ法における
成長温度を下げることにより上記非成長領域に成長させ
ることを特徴とする請求項４記載の選択成長方法。 - 【請求項７】 上記基板上に開口部を有するマスクを配
し、当該マスクの開口部に対応して上記活性層を選択的
に成長させることを特徴とする請求項１記載の選択成長
方法。 - 【請求項８】 上記マスク上に上記結晶を成長しておく
ことを特徴とする請求項７記載の選択成長方法。 - 【請求項９】 上記結晶は、多結晶状の結晶であること
を特徴とする請求項１記載の選択成長方法。 - 【請求項１０】 上記結晶は、窒化ガリウム系化合物半
導体であることを特徴とする請求項１記載の選択成長方
法。 - 【請求項１１】 少なくとも選択成長されたクラッド
層、ガイド層及び活性層を有するとともに、活性層が多
重量子井戸からなり、 上記多重量子井戸を構成する各量子井戸の厚さがほぼ等
しいことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項１２】 上記活性層は、マスクの開口部に対応
して選択的に成長されていることを特徴とする請求項１
１記載の半導体発光素子。 - 【請求項１３】 上記活性層は、窒化ガリウム系化合物
半導体からなることを特徴とする請求項１１記載の半導
体発光素子。 - 【請求項１４】 少なくともクラッド層、ガイド層及び
活性層を順次選択成長する半導体発光素子の製造方法に
おいて、 上記活性層の非成長領域に予め結晶を形成しておき、そ
の後、活性層を成長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１５】 サファイア基板上に開口部を有するマ
スクを介して成長した窒化物の傾斜成長面上に上記クラ
ッド層、ガイド層及び活性層を順次成長させることを特
徴とする請求項１４記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１６】 上記活性層を多層構造とすることを特
徴とする請求項１４記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１７】 上記活性層を多重量子井戸とすること
を特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項１８】 上記活性層は、ＭＯＣＶＤ法により成
長させることを特徴とする請求項１４記載の半導体発光
素子の製造方法。 - 【請求項１９】 上記結晶は、上記ＭＯＣＶＤ法におけ
るキャリアガスを窒素ガスにすることにより上記非成長
領域に成長させることを特徴とする請求項１８記載の半
導体発光素子の製造方法。 - 【請求項２０】 上記結晶は、上記ＭＯＣＶＤ法におけ
る成長温度を下げることにより上記非成長領域に成長さ
せることを特徴とする請求項１８記載の半導体発光素子
の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002009285A JP3912117B2 (ja) | 2002-01-17 | 2002-01-17 | 結晶成長方法、半導体発光素子及びその製造方法 |
| US10/341,827 US6969670B2 (en) | 2002-01-17 | 2003-01-14 | Selective growth method, and semiconductor light emitting device and fabrication method thereof |
| US11/144,565 US7067339B2 (en) | 2002-01-17 | 2005-06-03 | Selective growth method, and semiconductor light emitting device and fabrication method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002009285A JP3912117B2 (ja) | 2002-01-17 | 2002-01-17 | 結晶成長方法、半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003218393A true JP2003218393A (ja) | 2003-07-31 |
| JP3912117B2 JP3912117B2 (ja) | 2007-05-09 |
Family
ID=19191503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002009285A Expired - Fee Related JP3912117B2 (ja) | 2002-01-17 | 2002-01-17 | 結晶成長方法、半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6969670B2 (ja) |
| JP (1) | JP3912117B2 (ja) |
Cited By (8)
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