JP2004128107A - 光半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な発光効率を有し、かつ大きな光出力を低コストで容易に得ることのできる光半導体素子を提供する。
【解決手段】結晶面方位が（１００）面のＳｉ基板１にエッチング処理を施し、（１１１）面を表面露出させて凹陥部１ａを形成し、該凹陥部１ａ上にＩＩＩ族窒化物半導体を積層する。すなわち、Ｓｉ等のｎ型不純物がドープされたＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ｍｇ等のｐ型不純物がドープされたＧａＮを凹陥部１ａ上に順次エピタキシャル成長させ、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５を形成し、高効率かつ高出力な発光領域２ａを得る。
【選択図】 図１
【解決手段】結晶面方位が（１００）面のＳｉ基板１にエッチング処理を施し、（１１１）面を表面露出させて凹陥部１ａを形成し、該凹陥部１ａ上にＩＩＩ族窒化物半導体を積層する。すなわち、Ｓｉ等のｎ型不純物がドープされたＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ｍｇ等のｐ型不純物がドープされたＧａＮを凹陥部１ａ上に順次エピタキシャル成長させ、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５を形成し、高効率かつ高出力な発光領域２ａを得る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光半導体素子に関し、特に、Ｓｉ基板の表面に発光層が形成された半導体発光素子（以下、単に、「発光素子」という）等の光半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＩｎＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体は、バンドギャップが広く、緑、青、紫外域で発光することが可能なことから、発光素子としての応用が期待されており、今日、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層をＳｉ基板上に成膜する技術が、盛んに研究されている。
【０００３】
ところで、発光層の結晶構造に欠陥が生じるのを回避して良好な発光特性を得るためには、Ｓｉ基板の結晶面方位に対して特定の方位に結晶成長するエピタキシャル膜（以下、「エピ膜」という）をＳｉ基板上に形成する必要があり、通常は、Ｓｉ基板の結晶面方位のうち、ＩＩＩ族窒化物半導体と結晶構造が類似する（１１１）面を使用し、Ｓｉ（１１１）基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を成膜することが行われている。
【０００４】
すなわち、従来より、例えば、有機金属気相エピタキシー（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＯＶＰＥ）法により、Ｓｉ基板の（１１１）面上にｎ型ＧａＡｌＮ層、ＧａＮ層、ｐ型ＧａＡｌＮ層を順次積層した技術が既に提案されている（特許文献１）。
【０００５】
該特許文献１では、不純物無添加のＧａＮからなる発光層（活性層）を、Ｍｇを添加したｐ型ＧａＡｌＮ層とＳｉを添加したｎ型ＧａＡｌＮ層とで挟持した構造とすることにより、青色、紫外領域或いは紫外光領域で発光する発光素子を得ている。
【０００６】
また、同様の従来技術としては、ＲＦプラズマ源を用いたＭＢＥ法により、Ｓｉ（１１１）基板上にＩＩＩ族窒化物薄膜を成膜した技術も提案されている（特許文献２）。
【０００７】
該特許文献２では、Ｓｉ（１１１）基板とＩＩＩ族窒化物薄膜との間に窒化防止層を介装し、Ｓｉ基板が窒化するのを防止している。
【０００８】
そして、これら従来技術は、いずれも原理的には、図１２に示すように、Ｓｉ基板１０１の（１１１）面上にＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、及びｐ型クラッド層１０４を順次積層し、これらｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、及びｐ型クラッド層１０４で発光層（発光部）１０５を形成している。そして、ｐ型クラッド層１０４の表面に透明電極１０６が形成されると共に、該透明電極１０６の表面適所にｐ側電極１０７が形成され、さらにＳｉ基板１０１の裏面にはｎ側電極１０８が形成されている。
【０００９】
このように従来の発光素子は、結晶面方位が（１１１）面の断面矩形形状のＳｉ基板１０１を使用し、該Ｓｉ基板１０１上に発光層１０５を形成することにより、発光層１０５から発光した光が、透明電極１０６を介して上方に出射するように構成されている。
【００１０】
一方、発光素子では、電流密度と放熱特性により光出力特性が規定される。そして、発光素子のチップサイズを、例えば、約０．４ｍｍ□から１．０ｍｍ□に大きくして電流密度を低下させ、かつ発光層からの放熱を改善することにより、高出力の発光素子が得られることが報告されている（非特許文献１）。
【００１１】
該非特許文献１は、発光効率自体は上記特許文献１及び２と原理的に変わらないが、発光素子のチップサイズを大きくすることにより電流密度を低下させており、したがって電流密度の低下分だけ、多くの電流を流すことにより、光出力の最大値を大きくすることが可能となる。
【００１２】
【特許文献１】
特許第３１６０９１４号明細書（〔００４４〕〜〔００４６〕、図２）
【特許文献２】
特開平１１−４６０４５号公報（〔０００８〕〜〔００２９〕）
【非特許文献１】
渡辺 智、「ＧａＮ系ＬＥＤの発光特性と高出力素子」、電子情報通信学会技術研究報告、２００２年６月、第１０２巻、第１１９号、電子デバイス研究会２００２−１０５、レーザ・量子エレクトロニクス研究会２００２−８０
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１及び２は、発光素子の発光面が平面形状に形成されているため、発光層１０５の上方に向かう光は容易に外部に取り出すことができるが、側面方向からは光を外部に取り出すことが困難であり、このため発光素子を側面方向から目視した場合、光が暗く、所望の表示性能を得ることができないという問題点があった。
【００１４】
また、非特許文献１では、発光素子のチップサイズを大きくすることにより従来よりも電流密度の低下させることができ、したがって電流密度の低下分だけ多くの電流を流すことにより光出力を増加させることができるが、発光素子のチップサイズが大きくなるため、同一サイズのウエハから取得することのできるチップ数が少なくなり、このため生産性を考慮した場合にコスト高を招来するという問題点があった。
【００１５】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、良好な発光効率を有し、かつ大きな光出力を低コストで容易に得ることのできる光半導体素子を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る光半導体素子は、Ｓｉ基板に斜面部が形成されると共に、光を発光する発光部が前記斜面部の表面に形成されていることを特徴としている。
【００１７】
上記構成によれば、発光部が斜面部上に形成されているので、発光部を平面部上に形成した場合に比べ、該発光部の表面積を大きくすることができ、電流密度を低下させることができる。したがって、電流密度の低下分だけ電流を多く流すことにより、光出力を増大させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明の光半導体素子は、前記斜面部の結晶面方位が（１１１）面とされ、かつ前記発光部はＩＩＩ族窒化物半導体で形成されていることを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、斜面部上には（１１１）面と結晶構造が類似した窒化物半導体材料からなる発光部をエピタキシャル成長させて成膜することが可能となり、結晶欠陥の少ない高品質結晶膜の発光部を得ることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の光半導体素子は、前記斜面部が、エッチング処理されて形成されていることを特徴としている。
【００２１】
上記構成によれば、（１１１）面以外の結晶面方位を有するＳｉ基板、例えば、（１００）面や（１１０）面を結晶面方位とするＳｉ基板にエッチング処理を施すことにより、（１１１）面が斜面部として表面露出したＳｉ基板を得ることができる。
【００２２】
また、本発明の光半導体素子は、前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により形成された逆角錐形状の凹陥部を有し、前記発光部が前記凹陥部の内表面に形成されていることを特徴している。
【００２３】
上記構成によれば、発光部が凹陥部に形成されるので、発光部を平面部に形成した場合に比べ、該発光部の表面積を大きくすることができ、電流密度を低下させることが可能となる。したがって、電流密度の低下分だけ多くの電流を流すことにより、光出力を増大させることが可能となる。
【００２４】
また、本発明の光半導体素子は、前記凹陥部が複数個形成されていることを特徴としている。
【００２５】
上記構成によれば、凹陥部が複数個形成することにより、凹陥部を形成するためのエッチング時間を短くすることができ、またエッチング深さも浅くすることが可能となる。
【００２６】
また、本発明の光半導体素子は、前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により角錐台形状に形成されていることを特徴としている。
【００２７】
上記構成によれば、前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により角錐台形状に形成されているので、側面方向の放射強度が低下するのを極力回避することができ、発光した光を側面方向からも外部に取り出すことが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を詳説する。
【００２９】
図１は本発明に係る光半導体素子としての発光素子の一実施の形態（第１の実施の形態）を示す断面図であり、図２はその平面図である。
【００３０】
同図において、１は低抵抗なｎ型Ｓｉ基板（以下、単に「Ｓｉ基板」という）であって、該Ｓｉ基板１は、逆四角錐形状に形成された凹陥部１ａと、該凹陥部１ａの周囲に形成された平面部１ｂとを有し、前記凹陥部１ａのＳｉ結晶面方位は（１１１）面とされ、前記平面部１ｂのＳｉ結晶面方位は（１００）面とされている。
【００３１】
そして、Ｓｉ基板１の表面には発光層２が積層されている。
【００３２】
発光層２は、具体的には、ＩｎＧａＮからなる活性層４が、Ｓｉ等のｎ型不純物がドープされたＧａＮからなるｎ型クラッド層３と、Ｍｇ等のｐ型不純物がドープされたＧａＮからなるｐ型クラッド層５とに挟持されており、凹陥部１ａ上に発光領域（発光部）２ａが形成され、平面部１ｂ上に非発光領域２ｂが形成されている。
【００３３】
そして、発光層２の非発光領域２ｂはＳｉＯ２からなる絶縁層６で被覆されると共に、該絶縁層６及び前記発光領域２ａ上には透明電極７が形成されている。
【００３４】
また、透明電極７の平面部適所にはｐ側電極８が形成されると共に、Ｓｉ基板１の裏面にはｎ側電極９が形成されている。
【００３５】
次に、上記発光素子の製造方法を詳述する。
【００３６】
図３及び図４は上記発光素子の製造過程を示す製造工程図である。
【００３７】
まず、結晶面方位が（１００）面の断面矩形形状のＳｉ基板１に対し、酸素を含んだ雰囲気中で熱酸化処理を施し、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１の表裏両面に第１及び第２のＳｉＯ２膜１０、１１を形成する。
【００３８】
次に、周知のフォトリソグラフィ技術を利用し、図３（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ２膜１０の一部を除去する。すなわち、第１のＳｉＯ２膜１０の表面にフォトレジストを塗布、プリベークをした後、所定パターンのフォトマスクを介して紫外線を上方から照射してフォトレジストを感光させ、現像、ポストベークして前記所定パターンをフォトレジストに転写し、レジスト膜をパターン化する。次いで、ＨＦなどの溶液でエッチング処理を施し、レジスト膜で被覆されていない部分を除去し、その後レジスト膜を除去することにより、図３（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ２膜１０の一部を除去する。
【００３９】
次いで、前記Ｓｉ基板１を所定温度（例えば、８５℃）の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液に浸漬し、エッチング処理を施す。すなわち、エッチング速度の面方位依存性（結晶異方性）により、（１１１）面が表面露出するようにエッチングされ、これにより図３（ｃ）に示すように、平面部１ｂに対して傾斜角度αが５４．７°とされた逆四角錐状の凹陥部１ａが形成される。
【００４０】
そしてこの後、第１及び第２のＳｉＯ２膜１０、１１を除去し、図３（ｄ）に示すように、凹陥部１ａが形成されたＳｉ基板１を得る。
【００４１】
次に、図４（ａ）に示すように、ＲＦプラズマ−分子線エピタキシー法（以下、「ＲＦ−ＭＢＥ法」という）によりｎ型クラッド層３、活性層４、及びｐ型クラッド層５を順次積層する。
【００４２】
すなわち、ＩＩＩ族元素であるＧａ、Ｉｎ、及び導電型やキャリア濃度を制御するドーパント（例えば、Ｍｇ、Ｓｉ等）が内有されたクヌーセンセル（蒸発源セル）をそれぞれ用意し、該クヌーセンセルを超高真空（例えば、１．３３×１０−８Ｐａ）のＭＢＥ装置内の所定位置に配設し、さらにＳｉ基板１を該ＭＢＥ装置内に搬入する。そしてこの後、１３．５６ＭＨｚの高周波放電により活性化されたＲＦプラズマ窒素を窒素源として使用し、成膜処理を行う。すなわち、Ｓｉ基板１をヒータで所定温度（例えば、７００℃）に加熱し、所定電力（例えば、２３０Ｗ）を負荷して活性化されたＲＦプラズマ窒素をＳｉ基板１上に供給する一方、所定温度（例えば、Ｇａに対して９５０℃）に加熱された各種クヌーセンセルから順次ビーム状の分子線をＳｉ基板１に照射し、所定の成長速度（例えば、０．１５μｍ／Ｈｒ）で成膜する。具体的には、まず、ｎ型不純物（例えば、Ｓｉ）がドープされたＧａＮをＳｉ基板１上に成膜してｎ型クラッド層３を形成し、次いで、ＩｎＧａＮを成膜して活性層４を形成し、さらにｐ型不純物（例えば、Ｍｇ）がドープされたＧａＮを成膜してｐ型クラッド層５を形成し、これにより発光層２を得る。
【００４３】
この場合、Ｓｉ基板１の平面部１ｂは、結晶面方位が（１００）面であるため、結晶軸のｃ軸方向にのみ配向した多結晶膜が形成される。一方、凹陥部１ａ上は、ｃ軸方向の結晶構造がＧａＮと類似する（１１１）面が表面露出しているため、エピ膜が形成され、高品質な窒化物半導体結晶膜が得られる。
【００４４】
次に、真空蒸着法を使用し、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２からなる絶縁層６を積層し、次いで再び上記フォトリソグラフィ技術を使用し、図４（ｃ）に示すように、絶縁層６の一部を除去して該絶縁層６を所定形状に形成する。
【００４５】
その後、真空蒸着法により膜厚数ｎｍで略透明とされたＮｉ／Ａｕを積層し、図４（ｄ）に示すように、透明電極７を形成し、次いで、真空蒸着法により、図４（ｅ）に示すように、Ｓｉ基板１の裏面にＡｌからなるｎ側電極９を形成し、さらに、リフトオフ法により透明電極７の平面部にＴｉ膜及びＡｕ膜を積層してｐ側電極８を形成し、アニール処理を行った後、ダイシング処理を施して所定寸法に切断し、これにより図１及び図２に示す発光素子が得られる。
【００４６】
このように本第１の実施の形態では、（１００）面である平面部１ｂ上にはｃ軸方向にのみ配向した多結晶膜が形成されるが、（１１１）面である凹陥部１ａ上にはエピ膜が形成され、多結晶膜に比べて結晶欠陥が少なく結晶性が良好で、発光特性に優れた発光領域２ａを得ることができる。
【００４７】
しかも、発光領域２ａは凹陥部１ａ上に形成されているため、従来のように平面上に形成した場合に比べ、発光領域２ａの表面積が広くなる。したがって、従来に比べて電流密度を低下させることが可能となり、その結果、電流密度の低下分だけ電流を多く流すことにより、光出力を増大させることができる。
【００４８】
図５は発光素子の第２の実施の形態を示す断面図であり、図６はその平面図である。
【００４９】
本第２の実施の形態では、複数の凹陥部２１ａが設けられており、それぞれの凹陥部２１ａ上に発光領域２２ａが形成されている。
【００５０】
そして、本第２の実施の形態も、第１の実施の形態と同様、Ｓｉ基板２１の表面に発光層２２（ｎ型クラッド層２３、活性層２４及びｐ型クラッド層２５）が積層され、さらに発光層２２の非発光領域２２ｂは絶縁層２６で被覆され、該絶縁層２６及び前記発光領域２２ａ上には透明電極２７が形成されている。そして、透明電極２７の平面部にはｐ側電極２８が形成されると共に、Ｓｉ基板２１の裏面にはｎ側電極２９が形成されている。
【００５１】
図７は、本第２の実施の形態の製造過程を示す要部製造工程図である。
【００５２】
まず、結晶面方位が（１００）面のＳｉ基板２１に対し、酸素を含んだ雰囲気中で熱酸化処理を施し、図７（ａ）に示すように、Ｓｉ基板２１の表裏両面に第１及び第２のＳｉＯ２膜３０、３１を形成する。
【００５３】
次に、第１の実施の形態と同様、上記フォトリソグラフィ技術を利用し、図７（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ２膜３０の一部を除去する。
【００５４】
次いで、ＴＭＡＨ溶液を使用してＳｉ基板２１にエッチング処理を施し、図７（ｃ）に示すように、逆四角錐状の複数の凹陥部２１ａを形成する。
【００５５】
そしてこの後、第１及び第２のＳｉＯ２膜３０、３１を除去し、図７（ｄ）に示すように、複数の凹陥部２１ａが形成されたＳｉ基板２１を得る。
【００５６】
しかる後、第１の実施の形態と同様の成膜技術を使用し、順次発光層２２、絶縁層２６、透明電極２７、ｎ側電極２９、及びｐ側電極２８を形成し、アニ−ル処理を行った後、ダイシング処理を施して所定寸法に切断し、これにより図５及び図６に示す発光素子が得られる。
【００５７】
このように本第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、（１００）面である平面部２１ｂ上ではｃ軸方向にのみ配向した多結晶膜が形成されるが、（１１１）面である凹陥部２１ａではエピ膜が形成され、多結晶膜に比べて結晶欠陥が少なく結晶性が良好となり、発光性に優れた発光領域２２ａを得ることができる。
【００５８】
また、発光領域２２ａは凹陥部２１ａ上に形成されているため、従来のような平面上に形成した場合に比べ、発光領域２２ａの表面積が広くなり、電流密度が低下する。したがって、電流密度の低下分だけ多くの電流を流すことにより、光出力を増大させることができる。
【００５９】
しかも、第１のＳｉＯ２膜３０の除去部の形状の幅が狭いため、凹陥部２１ａを形成するためのエッチング時間が短く、またエッチング深さも浅くて済み、工程時間の短縮やウエハの板厚の薄型化が可能となる。
【００６０】
図８は発光素子の第３の実施の形態を示す断面図であり、図９はその平面図である。
【００６１】
本第３の実施の形態では、Ｓｉ基板４１が四角錐台形状とされ、斜面部４１ａ上に形成された発光層４２が発光領域４２ａとされている。
【００６２】
そして、本第３の実施の形態も、第１及び第２の実施の形態と同様、Ｓｉ基板４１の表面に発光層４２（ｎ型クラッド層４３、活性層４４及びｐ型クラッド層４５）が積層され、さらに発光層４２の非発光領域４２ｂは絶縁層４６で被覆され、該絶縁層４６及び前記発光領域４２ａ上には透明電極４７が形成されている。そして、透明電極４７の平面部にはｐ側電極４８が形成されると共に、Ｓｉ基板４１の裏面にはｎ側電極４９が形成されている。
【００６３】
図１０は、本第２の実施の形態の製造過程を示す要部製造工程図である。
【００６４】
まず、結晶面方位が（１００）面のＳｉ基板４１に対し、酸素を含んだ雰囲気中で熱酸化処理を施し、図１０（ａ）に示すように、Ｓｉ基板４１の表裏両面に第１及び第２のＳｉＯ２膜５０、５１を形成する。
【００６５】
次に、第１の実施の形態と同様、上記フォトリソグラフィ技術を利用し、図１０（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ２膜５０の一部を除去する。
【００６６】
次いで、ＴＭＡＨ溶液を使用してＳｉ基板４１にエッチング処理を施す。第１のＳｉＯ２膜５０の四角形のエッジ部分にパターンを形成し、エッジ部分が過度にエッチングされないように工夫することにより、Ｓｉ基板４１は、図１０（ｃ）に示すように、斜面部４１ａを有する四角錐台形状に加工される。
【００６７】
そしてこの後、第１及び第２のＳｉＯ２膜５０、５１を除去し、図１０（ｄ）に示すように、平面部４１ｂの両側に斜面部４１ａが形成された四角錐台形状のＳｉ基板４１を得る。
【００６８】
しかる後、第１及び第２の実施の形態と同様の成膜技術を使用し、順次発光層４２、絶縁層４６、透明電極４７、ｎ側電極４９、及びｐ側電極４８を形成し、アニ−ル処理を行った後、ダイシング処理を施して所定寸法に切断し、これにより図８及び図９に示す発光素子が得られる。
【００６９】
図１１は理論計算により求めた本第３の実施の形態における放射角度θ（平面部４１ｂの法線方向と出射方向との成す角度）と放射強度との関係を示している。
【００７０】
図中、横軸が放射角度θ（°）を示し、縦軸は規格化された放射強度を示している。
【００７１】
この図１１から明らかなように、従来例（図１２）では放射強度が理論的にｃｏｓθで表されるため、放射角度θが９０°のときは破線で示すように放射強度は０（＝ｃｏｓ９０°）となり、発光素子の側面方向からは外部に光を取り出すことが困難であるのに対し、本第３の実施の形態では放射角度θが９０°でも放射強度は規格化値で約０．７であり、放射角度θが０°の場合に比べ放射強度が３０％程度減少するのみであり、発光素子の側面方向からでも光を十分に外部に取り出すことができる。
【００７２】
このように本第３の実施の形態では、発光素子の側面方向からの光も外部に取り出すことができ、表示・照明等、広範囲な用途で使用することのできる発光素子を得ることができる。
【００７３】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記各実施の形態では、活性層４、２４、４４はＩｎＧａＮ層からなる単一量子井戸構造としたが、バリア層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘは、０≦ｘ＜１で、例えば０．１）、ウエル層がＩｎｙＧａ１−ｙＮ（ｙは、０＜ｙ＜１で、例えば０．３）で形成された多重量子井戸構造としてもよい。
【００７４】
また、ｎ型クラッド層３、２３、４３及びｐ型クラッド層５、２５、４５をＧａＮ層で形成したがＡｌＧａＮ層で形成してもよい。
【００７５】
さらにｐ型クラッド層５、２５、４５と透明電極７、２７、４７との間にＧａＮやＩｎＧａＮで形成されたコンタクト層を介装してもよく、またｎ型クラッド層３、２３、４３とＳｉ基板１、２１、４１との間にＡｌＮやＺｎＯからなる中間層を介装したり、ＡｌＮとＧａＮとを交互に積層した多層膜反射鏡を介装するのも好ましい。
【００７６】
また、透明電極７、２７、４７は、光を透過し、かつｐ型ＧａＮ層と電気的に接続可能であれば特に限定されるものではなく、Ｎｉ／Ａｕ以外の材料、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等の材料を使用することもできる。また、ｐ側電極８、２８、４８も透明電極７、２７、４７と電気的に接続可能なものであればよく、ＴｉやＡｕ以外の材料を使用してもよい。
【００７７】
また、上記各実施の形態では、結晶面方位が（１００）面のＳｉ基板１、２１、４１にエッチング処理を施し、（１１１）面が表面露出した凹陥部１ａ、２１ａや斜面部４１ａを形成しているが、結晶面方位が（１１０）面のＳｉ基板を使用しても良く、オフ角を有する傾斜基板を使用してもよい。
【００７８】
さらに、（１１１）面の形状は、少なくとも斜面部を有しておればよく、第１及び第２の実施の形態のような逆四角錐形状や第３の実施の形態のような四角錐台形状に限定されるものではなく、種々の形状をとることが可能である。
【００７９】
また、上記各実施の形態では、発光層２、２２、４２をＲＦ−ＭＢＥ法で形成したが、ＥＣＲプラズマ−分子線エピタキシ法で形成してもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る光半導体素子は、Ｓｉ基板に斜面部が形成されると共に、光を発光する発光部が前記斜面部の表面に形成されているので、発光領域の表面積を大きくすることができ、電流密度を低下させることができる。したがって、電流密度の低下分だけ多くの電流を流すことにより、光出力の増大化を図ることができる。
【００８１】
また、本発明は、前記斜面部の結晶面方位は（１１１）面とされ、かつ前記発光部はＩＩＩ族窒化物半導体で形成されているので、斜面部上にはエピタキシャル成長した発光部が形成されて高品質結晶膜を得ることができ、高効率かつ高出力な光半導体素子を得ることができる。
【００８２】
また、本発明は、前記斜面部は、エッチング処理されて形成されているので、（１１１）面以外の結晶面方位を有するＳｉ基板、例えば、（１００）面や（１１０）面を結晶面方位とするＳｉ基板にエッチング処理を施すことにより、ＩＩＩ族窒化物半導体と類似の結晶構造を有する（１１１）面を斜面部とするＳｉ基板を得ることができる。
【００８３】
また、本発明は、前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により形成された逆角錐形状の凹陥部を有し、前記発光層が前記凹陥部の内表面に形成されているので、従来のように平面部に発光領域を形成した場合に比べ、発光領域の表面積を大きくすることができる。すなわち、発光領域の表面積を大きくしているので、電流密度を低下させることが可能となり、したがって、電流密度の低下分だけ多くの電流を流すことにより、光出力の増大化を図ることができる。
【００８４】
また、本発明は、前記凹陥部が複数個形成されているので、凹陥部を形成するためのエッチング時間が短くて済み、また、エッチング深さも浅くて済むので、工程時間の短縮やウエハの板厚の薄型化が可能となる。
【００８５】
また、本発明は、前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により角錐台形状に形成されているので、発光素子の側面方向へも光が放射され、その結果側面方向からの光も外部に容易に取り出すことができ、表示・照明等、広範囲な用途に使用することができる光半導体素子を得ることができる。
【００８６】
このように本発明によれば、複雑な製造工程を要することなく、簡単な手法で高効率かつ高出力な光半導体素子を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光半導体素子としての発光素子の一実施の形態（第１の実施の形態）を示す断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】第１の実施の形態の発光素子の製造過程を示す製造工程図（１／２）である。
【図４】第１の実施の形態の発光素子の製造過程を示す製造工程図（２／２）である。
【図５】発光素子の第２の実施の形態を示す図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】第２の実施の形態の発光素子の製造過程の要部製造工程図である。
【図８】発光素子の第３の実施の形態を示す図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】第３の実施の形態の発光素子の製造過程の要部製造工程図である。
【図１１】第３の実施の形態における放射角度と放射強度との関係を示す特性図である。
【図１２】発光素子の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板
１ａ 凹陥部
２ａ 発光部（発光領域）
２１ Ｓｉ基板
２１ａ 凹陥部
２２ａ 発光部（発光領域）
４１ Ｓｉ基板
４１ａ 斜面部
４２ａ 発光部（発光領域）
【発明の属する技術分野】
本発明は光半導体素子に関し、特に、Ｓｉ基板の表面に発光層が形成された半導体発光素子（以下、単に、「発光素子」という）等の光半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＩｎＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体は、バンドギャップが広く、緑、青、紫外域で発光することが可能なことから、発光素子としての応用が期待されており、今日、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層をＳｉ基板上に成膜する技術が、盛んに研究されている。
【０００３】
ところで、発光層の結晶構造に欠陥が生じるのを回避して良好な発光特性を得るためには、Ｓｉ基板の結晶面方位に対して特定の方位に結晶成長するエピタキシャル膜（以下、「エピ膜」という）をＳｉ基板上に形成する必要があり、通常は、Ｓｉ基板の結晶面方位のうち、ＩＩＩ族窒化物半導体と結晶構造が類似する（１１１）面を使用し、Ｓｉ（１１１）基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を成膜することが行われている。
【０００４】
すなわち、従来より、例えば、有機金属気相エピタキシー（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＯＶＰＥ）法により、Ｓｉ基板の（１１１）面上にｎ型ＧａＡｌＮ層、ＧａＮ層、ｐ型ＧａＡｌＮ層を順次積層した技術が既に提案されている（特許文献１）。
【０００５】
該特許文献１では、不純物無添加のＧａＮからなる発光層（活性層）を、Ｍｇを添加したｐ型ＧａＡｌＮ層とＳｉを添加したｎ型ＧａＡｌＮ層とで挟持した構造とすることにより、青色、紫外領域或いは紫外光領域で発光する発光素子を得ている。
【０００６】
また、同様の従来技術としては、ＲＦプラズマ源を用いたＭＢＥ法により、Ｓｉ（１１１）基板上にＩＩＩ族窒化物薄膜を成膜した技術も提案されている（特許文献２）。
【０００７】
該特許文献２では、Ｓｉ（１１１）基板とＩＩＩ族窒化物薄膜との間に窒化防止層を介装し、Ｓｉ基板が窒化するのを防止している。
【０００８】
そして、これら従来技術は、いずれも原理的には、図１２に示すように、Ｓｉ基板１０１の（１１１）面上にＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、及びｐ型クラッド層１０４を順次積層し、これらｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、及びｐ型クラッド層１０４で発光層（発光部）１０５を形成している。そして、ｐ型クラッド層１０４の表面に透明電極１０６が形成されると共に、該透明電極１０６の表面適所にｐ側電極１０７が形成され、さらにＳｉ基板１０１の裏面にはｎ側電極１０８が形成されている。
【０００９】
このように従来の発光素子は、結晶面方位が（１１１）面の断面矩形形状のＳｉ基板１０１を使用し、該Ｓｉ基板１０１上に発光層１０５を形成することにより、発光層１０５から発光した光が、透明電極１０６を介して上方に出射するように構成されている。
【００１０】
一方、発光素子では、電流密度と放熱特性により光出力特性が規定される。そして、発光素子のチップサイズを、例えば、約０．４ｍｍ□から１．０ｍｍ□に大きくして電流密度を低下させ、かつ発光層からの放熱を改善することにより、高出力の発光素子が得られることが報告されている（非特許文献１）。
【００１１】
該非特許文献１は、発光効率自体は上記特許文献１及び２と原理的に変わらないが、発光素子のチップサイズを大きくすることにより電流密度を低下させており、したがって電流密度の低下分だけ、多くの電流を流すことにより、光出力の最大値を大きくすることが可能となる。
【００１２】
【特許文献１】
特許第３１６０９１４号明細書（〔００４４〕〜〔００４６〕、図２）
【特許文献２】
特開平１１−４６０４５号公報（〔０００８〕〜〔００２９〕）
【非特許文献１】
渡辺 智、「ＧａＮ系ＬＥＤの発光特性と高出力素子」、電子情報通信学会技術研究報告、２００２年６月、第１０２巻、第１１９号、電子デバイス研究会２００２−１０５、レーザ・量子エレクトロニクス研究会２００２−８０
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１及び２は、発光素子の発光面が平面形状に形成されているため、発光層１０５の上方に向かう光は容易に外部に取り出すことができるが、側面方向からは光を外部に取り出すことが困難であり、このため発光素子を側面方向から目視した場合、光が暗く、所望の表示性能を得ることができないという問題点があった。
【００１４】
また、非特許文献１では、発光素子のチップサイズを大きくすることにより従来よりも電流密度の低下させることができ、したがって電流密度の低下分だけ多くの電流を流すことにより光出力を増加させることができるが、発光素子のチップサイズが大きくなるため、同一サイズのウエハから取得することのできるチップ数が少なくなり、このため生産性を考慮した場合にコスト高を招来するという問題点があった。
【００１５】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、良好な発光効率を有し、かつ大きな光出力を低コストで容易に得ることのできる光半導体素子を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る光半導体素子は、Ｓｉ基板に斜面部が形成されると共に、光を発光する発光部が前記斜面部の表面に形成されていることを特徴としている。
【００１７】
上記構成によれば、発光部が斜面部上に形成されているので、発光部を平面部上に形成した場合に比べ、該発光部の表面積を大きくすることができ、電流密度を低下させることができる。したがって、電流密度の低下分だけ電流を多く流すことにより、光出力を増大させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明の光半導体素子は、前記斜面部の結晶面方位が（１１１）面とされ、かつ前記発光部はＩＩＩ族窒化物半導体で形成されていることを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、斜面部上には（１１１）面と結晶構造が類似した窒化物半導体材料からなる発光部をエピタキシャル成長させて成膜することが可能となり、結晶欠陥の少ない高品質結晶膜の発光部を得ることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の光半導体素子は、前記斜面部が、エッチング処理されて形成されていることを特徴としている。
【００２１】
上記構成によれば、（１１１）面以外の結晶面方位を有するＳｉ基板、例えば、（１００）面や（１１０）面を結晶面方位とするＳｉ基板にエッチング処理を施すことにより、（１１１）面が斜面部として表面露出したＳｉ基板を得ることができる。
【００２２】
また、本発明の光半導体素子は、前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により形成された逆角錐形状の凹陥部を有し、前記発光部が前記凹陥部の内表面に形成されていることを特徴している。
【００２３】
上記構成によれば、発光部が凹陥部に形成されるので、発光部を平面部に形成した場合に比べ、該発光部の表面積を大きくすることができ、電流密度を低下させることが可能となる。したがって、電流密度の低下分だけ多くの電流を流すことにより、光出力を増大させることが可能となる。
【００２４】
また、本発明の光半導体素子は、前記凹陥部が複数個形成されていることを特徴としている。
【００２５】
上記構成によれば、凹陥部が複数個形成することにより、凹陥部を形成するためのエッチング時間を短くすることができ、またエッチング深さも浅くすることが可能となる。
【００２６】
また、本発明の光半導体素子は、前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により角錐台形状に形成されていることを特徴としている。
【００２７】
上記構成によれば、前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により角錐台形状に形成されているので、側面方向の放射強度が低下するのを極力回避することができ、発光した光を側面方向からも外部に取り出すことが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を詳説する。
【００２９】
図１は本発明に係る光半導体素子としての発光素子の一実施の形態（第１の実施の形態）を示す断面図であり、図２はその平面図である。
【００３０】
同図において、１は低抵抗なｎ型Ｓｉ基板（以下、単に「Ｓｉ基板」という）であって、該Ｓｉ基板１は、逆四角錐形状に形成された凹陥部１ａと、該凹陥部１ａの周囲に形成された平面部１ｂとを有し、前記凹陥部１ａのＳｉ結晶面方位は（１１１）面とされ、前記平面部１ｂのＳｉ結晶面方位は（１００）面とされている。
【００３１】
そして、Ｓｉ基板１の表面には発光層２が積層されている。
【００３２】
発光層２は、具体的には、ＩｎＧａＮからなる活性層４が、Ｓｉ等のｎ型不純物がドープされたＧａＮからなるｎ型クラッド層３と、Ｍｇ等のｐ型不純物がドープされたＧａＮからなるｐ型クラッド層５とに挟持されており、凹陥部１ａ上に発光領域（発光部）２ａが形成され、平面部１ｂ上に非発光領域２ｂが形成されている。
【００３３】
そして、発光層２の非発光領域２ｂはＳｉＯ２からなる絶縁層６で被覆されると共に、該絶縁層６及び前記発光領域２ａ上には透明電極７が形成されている。
【００３４】
また、透明電極７の平面部適所にはｐ側電極８が形成されると共に、Ｓｉ基板１の裏面にはｎ側電極９が形成されている。
【００３５】
次に、上記発光素子の製造方法を詳述する。
【００３６】
図３及び図４は上記発光素子の製造過程を示す製造工程図である。
【００３７】
まず、結晶面方位が（１００）面の断面矩形形状のＳｉ基板１に対し、酸素を含んだ雰囲気中で熱酸化処理を施し、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１の表裏両面に第１及び第２のＳｉＯ２膜１０、１１を形成する。
【００３８】
次に、周知のフォトリソグラフィ技術を利用し、図３（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ２膜１０の一部を除去する。すなわち、第１のＳｉＯ２膜１０の表面にフォトレジストを塗布、プリベークをした後、所定パターンのフォトマスクを介して紫外線を上方から照射してフォトレジストを感光させ、現像、ポストベークして前記所定パターンをフォトレジストに転写し、レジスト膜をパターン化する。次いで、ＨＦなどの溶液でエッチング処理を施し、レジスト膜で被覆されていない部分を除去し、その後レジスト膜を除去することにより、図３（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ２膜１０の一部を除去する。
【００３９】
次いで、前記Ｓｉ基板１を所定温度（例えば、８５℃）の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液に浸漬し、エッチング処理を施す。すなわち、エッチング速度の面方位依存性（結晶異方性）により、（１１１）面が表面露出するようにエッチングされ、これにより図３（ｃ）に示すように、平面部１ｂに対して傾斜角度αが５４．７°とされた逆四角錐状の凹陥部１ａが形成される。
【００４０】
そしてこの後、第１及び第２のＳｉＯ２膜１０、１１を除去し、図３（ｄ）に示すように、凹陥部１ａが形成されたＳｉ基板１を得る。
【００４１】
次に、図４（ａ）に示すように、ＲＦプラズマ−分子線エピタキシー法（以下、「ＲＦ−ＭＢＥ法」という）によりｎ型クラッド層３、活性層４、及びｐ型クラッド層５を順次積層する。
【００４２】
すなわち、ＩＩＩ族元素であるＧａ、Ｉｎ、及び導電型やキャリア濃度を制御するドーパント（例えば、Ｍｇ、Ｓｉ等）が内有されたクヌーセンセル（蒸発源セル）をそれぞれ用意し、該クヌーセンセルを超高真空（例えば、１．３３×１０−８Ｐａ）のＭＢＥ装置内の所定位置に配設し、さらにＳｉ基板１を該ＭＢＥ装置内に搬入する。そしてこの後、１３．５６ＭＨｚの高周波放電により活性化されたＲＦプラズマ窒素を窒素源として使用し、成膜処理を行う。すなわち、Ｓｉ基板１をヒータで所定温度（例えば、７００℃）に加熱し、所定電力（例えば、２３０Ｗ）を負荷して活性化されたＲＦプラズマ窒素をＳｉ基板１上に供給する一方、所定温度（例えば、Ｇａに対して９５０℃）に加熱された各種クヌーセンセルから順次ビーム状の分子線をＳｉ基板１に照射し、所定の成長速度（例えば、０．１５μｍ／Ｈｒ）で成膜する。具体的には、まず、ｎ型不純物（例えば、Ｓｉ）がドープされたＧａＮをＳｉ基板１上に成膜してｎ型クラッド層３を形成し、次いで、ＩｎＧａＮを成膜して活性層４を形成し、さらにｐ型不純物（例えば、Ｍｇ）がドープされたＧａＮを成膜してｐ型クラッド層５を形成し、これにより発光層２を得る。
【００４３】
この場合、Ｓｉ基板１の平面部１ｂは、結晶面方位が（１００）面であるため、結晶軸のｃ軸方向にのみ配向した多結晶膜が形成される。一方、凹陥部１ａ上は、ｃ軸方向の結晶構造がＧａＮと類似する（１１１）面が表面露出しているため、エピ膜が形成され、高品質な窒化物半導体結晶膜が得られる。
【００４４】
次に、真空蒸着法を使用し、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２からなる絶縁層６を積層し、次いで再び上記フォトリソグラフィ技術を使用し、図４（ｃ）に示すように、絶縁層６の一部を除去して該絶縁層６を所定形状に形成する。
【００４５】
その後、真空蒸着法により膜厚数ｎｍで略透明とされたＮｉ／Ａｕを積層し、図４（ｄ）に示すように、透明電極７を形成し、次いで、真空蒸着法により、図４（ｅ）に示すように、Ｓｉ基板１の裏面にＡｌからなるｎ側電極９を形成し、さらに、リフトオフ法により透明電極７の平面部にＴｉ膜及びＡｕ膜を積層してｐ側電極８を形成し、アニール処理を行った後、ダイシング処理を施して所定寸法に切断し、これにより図１及び図２に示す発光素子が得られる。
【００４６】
このように本第１の実施の形態では、（１００）面である平面部１ｂ上にはｃ軸方向にのみ配向した多結晶膜が形成されるが、（１１１）面である凹陥部１ａ上にはエピ膜が形成され、多結晶膜に比べて結晶欠陥が少なく結晶性が良好で、発光特性に優れた発光領域２ａを得ることができる。
【００４７】
しかも、発光領域２ａは凹陥部１ａ上に形成されているため、従来のように平面上に形成した場合に比べ、発光領域２ａの表面積が広くなる。したがって、従来に比べて電流密度を低下させることが可能となり、その結果、電流密度の低下分だけ電流を多く流すことにより、光出力を増大させることができる。
【００４８】
図５は発光素子の第２の実施の形態を示す断面図であり、図６はその平面図である。
【００４９】
本第２の実施の形態では、複数の凹陥部２１ａが設けられており、それぞれの凹陥部２１ａ上に発光領域２２ａが形成されている。
【００５０】
そして、本第２の実施の形態も、第１の実施の形態と同様、Ｓｉ基板２１の表面に発光層２２（ｎ型クラッド層２３、活性層２４及びｐ型クラッド層２５）が積層され、さらに発光層２２の非発光領域２２ｂは絶縁層２６で被覆され、該絶縁層２６及び前記発光領域２２ａ上には透明電極２７が形成されている。そして、透明電極２７の平面部にはｐ側電極２８が形成されると共に、Ｓｉ基板２１の裏面にはｎ側電極２９が形成されている。
【００５１】
図７は、本第２の実施の形態の製造過程を示す要部製造工程図である。
【００５２】
まず、結晶面方位が（１００）面のＳｉ基板２１に対し、酸素を含んだ雰囲気中で熱酸化処理を施し、図７（ａ）に示すように、Ｓｉ基板２１の表裏両面に第１及び第２のＳｉＯ２膜３０、３１を形成する。
【００５３】
次に、第１の実施の形態と同様、上記フォトリソグラフィ技術を利用し、図７（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ２膜３０の一部を除去する。
【００５４】
次いで、ＴＭＡＨ溶液を使用してＳｉ基板２１にエッチング処理を施し、図７（ｃ）に示すように、逆四角錐状の複数の凹陥部２１ａを形成する。
【００５５】
そしてこの後、第１及び第２のＳｉＯ２膜３０、３１を除去し、図７（ｄ）に示すように、複数の凹陥部２１ａが形成されたＳｉ基板２１を得る。
【００５６】
しかる後、第１の実施の形態と同様の成膜技術を使用し、順次発光層２２、絶縁層２６、透明電極２７、ｎ側電極２９、及びｐ側電極２８を形成し、アニ−ル処理を行った後、ダイシング処理を施して所定寸法に切断し、これにより図５及び図６に示す発光素子が得られる。
【００５７】
このように本第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、（１００）面である平面部２１ｂ上ではｃ軸方向にのみ配向した多結晶膜が形成されるが、（１１１）面である凹陥部２１ａではエピ膜が形成され、多結晶膜に比べて結晶欠陥が少なく結晶性が良好となり、発光性に優れた発光領域２２ａを得ることができる。
【００５８】
また、発光領域２２ａは凹陥部２１ａ上に形成されているため、従来のような平面上に形成した場合に比べ、発光領域２２ａの表面積が広くなり、電流密度が低下する。したがって、電流密度の低下分だけ多くの電流を流すことにより、光出力を増大させることができる。
【００５９】
しかも、第１のＳｉＯ２膜３０の除去部の形状の幅が狭いため、凹陥部２１ａを形成するためのエッチング時間が短く、またエッチング深さも浅くて済み、工程時間の短縮やウエハの板厚の薄型化が可能となる。
【００６０】
図８は発光素子の第３の実施の形態を示す断面図であり、図９はその平面図である。
【００６１】
本第３の実施の形態では、Ｓｉ基板４１が四角錐台形状とされ、斜面部４１ａ上に形成された発光層４２が発光領域４２ａとされている。
【００６２】
そして、本第３の実施の形態も、第１及び第２の実施の形態と同様、Ｓｉ基板４１の表面に発光層４２（ｎ型クラッド層４３、活性層４４及びｐ型クラッド層４５）が積層され、さらに発光層４２の非発光領域４２ｂは絶縁層４６で被覆され、該絶縁層４６及び前記発光領域４２ａ上には透明電極４７が形成されている。そして、透明電極４７の平面部にはｐ側電極４８が形成されると共に、Ｓｉ基板４１の裏面にはｎ側電極４９が形成されている。
【００６３】
図１０は、本第２の実施の形態の製造過程を示す要部製造工程図である。
【００６４】
まず、結晶面方位が（１００）面のＳｉ基板４１に対し、酸素を含んだ雰囲気中で熱酸化処理を施し、図１０（ａ）に示すように、Ｓｉ基板４１の表裏両面に第１及び第２のＳｉＯ２膜５０、５１を形成する。
【００６５】
次に、第１の実施の形態と同様、上記フォトリソグラフィ技術を利用し、図１０（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ２膜５０の一部を除去する。
【００６６】
次いで、ＴＭＡＨ溶液を使用してＳｉ基板４１にエッチング処理を施す。第１のＳｉＯ２膜５０の四角形のエッジ部分にパターンを形成し、エッジ部分が過度にエッチングされないように工夫することにより、Ｓｉ基板４１は、図１０（ｃ）に示すように、斜面部４１ａを有する四角錐台形状に加工される。
【００６７】
そしてこの後、第１及び第２のＳｉＯ２膜５０、５１を除去し、図１０（ｄ）に示すように、平面部４１ｂの両側に斜面部４１ａが形成された四角錐台形状のＳｉ基板４１を得る。
【００６８】
しかる後、第１及び第２の実施の形態と同様の成膜技術を使用し、順次発光層４２、絶縁層４６、透明電極４７、ｎ側電極４９、及びｐ側電極４８を形成し、アニ−ル処理を行った後、ダイシング処理を施して所定寸法に切断し、これにより図８及び図９に示す発光素子が得られる。
【００６９】
図１１は理論計算により求めた本第３の実施の形態における放射角度θ（平面部４１ｂの法線方向と出射方向との成す角度）と放射強度との関係を示している。
【００７０】
図中、横軸が放射角度θ（°）を示し、縦軸は規格化された放射強度を示している。
【００７１】
この図１１から明らかなように、従来例（図１２）では放射強度が理論的にｃｏｓθで表されるため、放射角度θが９０°のときは破線で示すように放射強度は０（＝ｃｏｓ９０°）となり、発光素子の側面方向からは外部に光を取り出すことが困難であるのに対し、本第３の実施の形態では放射角度θが９０°でも放射強度は規格化値で約０．７であり、放射角度θが０°の場合に比べ放射強度が３０％程度減少するのみであり、発光素子の側面方向からでも光を十分に外部に取り出すことができる。
【００７２】
このように本第３の実施の形態では、発光素子の側面方向からの光も外部に取り出すことができ、表示・照明等、広範囲な用途で使用することのできる発光素子を得ることができる。
【００７３】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記各実施の形態では、活性層４、２４、４４はＩｎＧａＮ層からなる単一量子井戸構造としたが、バリア層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘは、０≦ｘ＜１で、例えば０．１）、ウエル層がＩｎｙＧａ１−ｙＮ（ｙは、０＜ｙ＜１で、例えば０．３）で形成された多重量子井戸構造としてもよい。
【００７４】
また、ｎ型クラッド層３、２３、４３及びｐ型クラッド層５、２５、４５をＧａＮ層で形成したがＡｌＧａＮ層で形成してもよい。
【００７５】
さらにｐ型クラッド層５、２５、４５と透明電極７、２７、４７との間にＧａＮやＩｎＧａＮで形成されたコンタクト層を介装してもよく、またｎ型クラッド層３、２３、４３とＳｉ基板１、２１、４１との間にＡｌＮやＺｎＯからなる中間層を介装したり、ＡｌＮとＧａＮとを交互に積層した多層膜反射鏡を介装するのも好ましい。
【００７６】
また、透明電極７、２７、４７は、光を透過し、かつｐ型ＧａＮ層と電気的に接続可能であれば特に限定されるものではなく、Ｎｉ／Ａｕ以外の材料、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等の材料を使用することもできる。また、ｐ側電極８、２８、４８も透明電極７、２７、４７と電気的に接続可能なものであればよく、ＴｉやＡｕ以外の材料を使用してもよい。
【００７７】
また、上記各実施の形態では、結晶面方位が（１００）面のＳｉ基板１、２１、４１にエッチング処理を施し、（１１１）面が表面露出した凹陥部１ａ、２１ａや斜面部４１ａを形成しているが、結晶面方位が（１１０）面のＳｉ基板を使用しても良く、オフ角を有する傾斜基板を使用してもよい。
【００７８】
さらに、（１１１）面の形状は、少なくとも斜面部を有しておればよく、第１及び第２の実施の形態のような逆四角錐形状や第３の実施の形態のような四角錐台形状に限定されるものではなく、種々の形状をとることが可能である。
【００７９】
また、上記各実施の形態では、発光層２、２２、４２をＲＦ−ＭＢＥ法で形成したが、ＥＣＲプラズマ−分子線エピタキシ法で形成してもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る光半導体素子は、Ｓｉ基板に斜面部が形成されると共に、光を発光する発光部が前記斜面部の表面に形成されているので、発光領域の表面積を大きくすることができ、電流密度を低下させることができる。したがって、電流密度の低下分だけ多くの電流を流すことにより、光出力の増大化を図ることができる。
【００８１】
また、本発明は、前記斜面部の結晶面方位は（１１１）面とされ、かつ前記発光部はＩＩＩ族窒化物半導体で形成されているので、斜面部上にはエピタキシャル成長した発光部が形成されて高品質結晶膜を得ることができ、高効率かつ高出力な光半導体素子を得ることができる。
【００８２】
また、本発明は、前記斜面部は、エッチング処理されて形成されているので、（１１１）面以外の結晶面方位を有するＳｉ基板、例えば、（１００）面や（１１０）面を結晶面方位とするＳｉ基板にエッチング処理を施すことにより、ＩＩＩ族窒化物半導体と類似の結晶構造を有する（１１１）面を斜面部とするＳｉ基板を得ることができる。
【００８３】
また、本発明は、前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により形成された逆角錐形状の凹陥部を有し、前記発光層が前記凹陥部の内表面に形成されているので、従来のように平面部に発光領域を形成した場合に比べ、発光領域の表面積を大きくすることができる。すなわち、発光領域の表面積を大きくしているので、電流密度を低下させることが可能となり、したがって、電流密度の低下分だけ多くの電流を流すことにより、光出力の増大化を図ることができる。
【００８４】
また、本発明は、前記凹陥部が複数個形成されているので、凹陥部を形成するためのエッチング時間が短くて済み、また、エッチング深さも浅くて済むので、工程時間の短縮やウエハの板厚の薄型化が可能となる。
【００８５】
また、本発明は、前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により角錐台形状に形成されているので、発光素子の側面方向へも光が放射され、その結果側面方向からの光も外部に容易に取り出すことができ、表示・照明等、広範囲な用途に使用することができる光半導体素子を得ることができる。
【００８６】
このように本発明によれば、複雑な製造工程を要することなく、簡単な手法で高効率かつ高出力な光半導体素子を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光半導体素子としての発光素子の一実施の形態（第１の実施の形態）を示す断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】第１の実施の形態の発光素子の製造過程を示す製造工程図（１／２）である。
【図４】第１の実施の形態の発光素子の製造過程を示す製造工程図（２／２）である。
【図５】発光素子の第２の実施の形態を示す図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】第２の実施の形態の発光素子の製造過程の要部製造工程図である。
【図８】発光素子の第３の実施の形態を示す図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】第３の実施の形態の発光素子の製造過程の要部製造工程図である。
【図１１】第３の実施の形態における放射角度と放射強度との関係を示す特性図である。
【図１２】発光素子の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板
１ａ 凹陥部
２ａ 発光部（発光領域）
２１ Ｓｉ基板
２１ａ 凹陥部
２２ａ 発光部（発光領域）
４１ Ｓｉ基板
４１ａ 斜面部
４２ａ 発光部（発光領域）
Claims (6)
- Ｓｉ基板に斜面部が形成されると共に、光を発光する発光部が前記斜面部の表面に形成されていることを特徴とする光半導体素子。
- 前記斜面部の結晶面方位が（１１１）面とされ、かつ前記発光部はＩＩＩ族窒化物半導体で形成されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子。
- 前記斜面部は、エッチング処理が施されて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光半導体素子。
- 前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により形成された逆角錐形状の凹陥部を有し、前記発光部が前記凹陥部の内表面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光半導体素子。
- 前記凹陥部が複数個形成されていることを特徴とする請求項４記載の光半導体素子。
- 前記Ｓｉ基板は複数の前記斜面部により角錐台形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光半導体素子。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009135192A (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-18 | Kyocera Corp | 発光素子 |
| CN101615646A (zh) * | 2008-06-24 | 2009-12-30 | 潘晓和 | 三维固体发光器件及其制造方法 |
| US7973326B2 (en) | 2007-06-29 | 2011-07-05 | Huga Optotech Inc. | Semiconductor structure combination for epitaxy of semiconductor optoelectronic device |
| WO2011091016A3 (en) * | 2010-01-25 | 2011-11-17 | Micron Technology, Inc. | Solid state lighting device and associated methods of manufacturing |
| CN101364628B (zh) * | 2007-08-06 | 2013-06-26 | 晶元光电股份有限公司 | 半导体发光装置及其制造方法 |
| KR101392366B1 (ko) * | 2012-08-14 | 2014-05-07 | 한국광기술원 | 질화물 발광 다이오드 제조방법 |
| KR20150108339A (ko) * | 2013-10-07 | 2015-09-25 | 염홍서 | 발광다이오드 |
-
2002
- 2002-10-01 JP JP2002288290A patent/JP2004128107A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7973326B2 (en) | 2007-06-29 | 2011-07-05 | Huga Optotech Inc. | Semiconductor structure combination for epitaxy of semiconductor optoelectronic device |
| CN101364628B (zh) * | 2007-08-06 | 2013-06-26 | 晶元光电股份有限公司 | 半导体发光装置及其制造方法 |
| JP2009135192A (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-18 | Kyocera Corp | 発光素子 |
| CN101615646A (zh) * | 2008-06-24 | 2009-12-30 | 潘晓和 | 三维固体发光器件及其制造方法 |
| US8476640B2 (en) | 2010-01-25 | 2013-07-02 | Micron Technology, Inc. | Solid state lighting devices and associated methods of manufacturing |
| CN102742036A (zh) * | 2010-01-25 | 2012-10-17 | 美光科技公司 | 固态照明装置及相关联制造方法 |
| JP2013518411A (ja) * | 2010-01-25 | 2013-05-20 | マイクロン テクノロジー， インク． | 固体照明デバイスおよび関連する製造方法。 |
| US8129205B2 (en) | 2010-01-25 | 2012-03-06 | Micron Technology, Inc. | Solid state lighting devices and associated methods of manufacturing |
| WO2011091016A3 (en) * | 2010-01-25 | 2011-11-17 | Micron Technology, Inc. | Solid state lighting device and associated methods of manufacturing |
| US8709846B2 (en) | 2010-01-25 | 2014-04-29 | Micron Technology, Inc. | Solid state lighting devices and associated methods of manufacturing |
| KR101420032B1 (ko) * | 2010-01-25 | 2014-07-15 | 마이크론 테크놀로지, 인크 | 고체 상태 점등 장치 및 이를 제조하는 방법 |
| TWI463558B (zh) * | 2010-01-25 | 2014-12-01 | Micron Technology Inc | 固態照明裝置及相關製造方法 |
| CN102742036B (zh) * | 2010-01-25 | 2016-04-20 | 美光科技公司 | 固态照明装置及相关联制造方法 |
| KR101392366B1 (ko) * | 2012-08-14 | 2014-05-07 | 한국광기술원 | 질화물 발광 다이오드 제조방법 |
| KR20150108339A (ko) * | 2013-10-07 | 2015-09-25 | 염홍서 | 발광다이오드 |
| CN105765740A (zh) * | 2013-10-07 | 2016-07-13 | 廉洪瑞 | 衬底和发光二极管 |
| KR102113361B1 (ko) | 2013-10-07 | 2020-05-20 | 염홍서 | 발광다이오드 |
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