JP2005047718A

JP2005047718A - 半導体素子用単結晶サファイア基板とその製造方法及び半導体発光素子

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Publication number: JP2005047718A
Application number: JP2003202737A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Watanabe; 健一渡辺
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-28
Also published as: JP4593890B2

Abstract

【課題】サファイア基板の主面に効率良く量産に適した方法で凹凸を作製した半導体発光素子用サファイア基板およびその製造方法を提供し、また、同時にこの方法で作成されたサファイア基板を用いて作製された半導体発光素子を提供する。
【解決手段】熱リン酸等でウェットエッチングことによりエッチピット付きの単結晶サファイア基板を作製する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子用単結晶サファイア基板とその製造方法及び半導体発光素子に関する物であり、特にその半導体発光素子が青色ＬＥＤ、紫外ＬＥＤ、白色ＬＥＤ等のＬＥＤ素子を含むＧａＮ系半導体結晶からなるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤにおいては、発光層で生じた光をどれだけ効率良く外界に取り出せるか（所謂、光取り出し効率）は重要な問題である。そのために従来は、発光層から上方に向かった光については、外界へ障害物とならないよう、上部電極を透明電極としたり、発光層から下方に向かった光については、反射層を設けて上方に返すなど、種々の工夫が施されている。
【０００３】
発光層から上下の方向に発せられた光については、上記のように電極の透明化や反射層を設けることによって、外界への光取り出し効率を向上させることが可能であるが、発光層から横方向に向かって生じた光の内、屈折率差で規定される全反射角以内で側壁に達する光は外部に放射され得るが、その他の多くの光は、例えば側壁で反射を繰り返すなどして、素子内で吸収され減衰し消滅するのみである。このような横方向の光は、上下のクラッド層あるいは基板（サファイア基板）と上側のクラッド層、あるいは基板と上部電極（更には素子外部のコーティング物質など）によって閉じ込められ、横方向に伝播する光である。該横方向に伝播する光は、発光層で生じる全光量のうちの多くを占めており、全体の６０％に達する場合もある。
【０００４】
この様な横方向に伝搬する光を効率良く外界に取り出す手段として、半導体層を成長させるための第一の結晶層表面に凹凸が加工され、その上に、前記結晶層とは異なる屈折率を有する半導体材料からなる第二の結晶層が、バッファ層を介してまたは直接的に、該凹凸を埋め込んで成長しており、その上に、発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造とする半導体発光素子が提案されている
（特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００５】
同様の目的のために、発光領域層から基板に入射する光を散乱させる光散乱層を設け、発光領域層から基板に入射する光が全反射する割合を減少させる半導体発光素子も提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
また、上記の方法で横方向に伝搬し、発光素子の側面から出た光を有効に利用して、高効率の白色ＬＥＤを作成する方法として半導体発光素子を囲んでリフレクター部を透明樹脂で作製し、そのリフレクター部には半導体発光素子からの発光によって励起されて発光する蛍光物質を分散する方法が提案されている（特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８０６１１
【０００８】
【特許文献２】
特開２００３−６０２２７
【０００９】
【特許文献３】
特開２００３−１４２７３７
【００１０】
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス２００３年３月３１日号ｐ１２８〜Ｐ１３３
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記凹凸の形成方法はサファイア基板の主面にフォトレジストを形成し、フォトリソグラフィによってフォトレジストに開口を形成し、フォトレジストをマスクとしてその下側のサファイア基板本体を選択的にエッチングして凹凸を形成した後、フォトレジストを除去する方法であり、このエッチングはイオンビームエッチングあるいは、反応性イオンエッチングのようなドライエッチングによる方法が主であった。
【００１２】
しかし、イオンビームエッチングあるいは、反応性イオンエッチングは加工速度が非常に遅く、さらに一度に処理できる枚数にも限りがあるという問題があり量産には適さなかった。また、マスクを使ってドライエッチングを行うため、エッチング中にマスク自体もエッチングされるため、マスクの端部が不規則に波打ち、ドライエツチングによって形成された凹凸の端部も波打つ結果となり、その後の窒化物半導体のエピ成長に悪影響を与えるという問題が有った。
【００１３】
本発明の課題は、上記問題を解決するため、サファイア基板の主面に効率良く量産に適した方法で凹凸を作製した半導体発光素子用サファイア基板およびその製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、ＥＦＧ法で作成した単結晶サファイア基板を熱リン酸等でウェットエッチングすることにより、基板の主面上に複数のエッチピットを作成して半導体素子用単結晶サファイア基板を構成したものである。このようにウェットエッチングにより結晶本来の性質によって出来るエッチピットを利用することにより、端面が波打つという不具合の無い凹凸を形成することができ、この基板を用いてＬＥＤ等の半導体発光素子を作製することにより、エッチピットによって基板側に向かう光を散乱させ、光取り出し効率の良い半導体発光素子を作製することができる。
【００１５】
また、前記エッチピットの一辺の長さは３００μｍ以下であり、その形状は角錐状であることが好ましい。また、エッチピットの密度は１０^３個／ｃｍ^２以上、１０^１０個／ｃｍ^２以下であることが好ましい。さらに、前記エッチピットを主面に垂直な方向から見た時の底辺の少なくとも一辺がＡ軸に平行であるかまたはＡ軸に垂直あるいは、少なくとも一辺がＭ軸に平行であるかまたはＭ軸に垂直であることが好ましい。
【００１６】
前記主面はＣ面±２°以内、Ａ面±２°以内、Ｒ面±２°以内、Ｍ面±２°以内またはＭ面から３０°±２°以内のいずれかを満たすことが好ましい。
【００１７】
前記エッチピットは、熱リン酸または熱リン酸と熱硫酸の混酸または熱溶融水酸化カリウムを用いて形成することが好ましい。このように、熱リン酸等によるウェットエッチングを行うことでまとめて処理することが可能であり、量産にも適している。
【００１８】
また本発明は、以上のようにして作製されたエッチピットを有する単結晶サファイア基板の主面上に、単結晶サファイア基板とは異なる屈折率を有する半導体材料からなる第二の結晶層が成長しており、その中に発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造を有する半導体発光素子であることを特徴とする。上記の第二の結晶層が、ＧａＮのバッファ層と、その上のＧａＮ系半導体結晶層で形成するか、あるいはＡｌＮのバッファ層と、その上のＧａＮ系半導体結晶層で形成しても良い。
【００１９】
さらに、上記サファイア基板のエッチピットを有する主面から、第二の結晶層が実質的にファセット構造を形成しながら成長したものであり、半導体発光素子の発光層から発せられる光の波長における、単結晶サファイア基板の屈折率と第二の結晶層の屈折率との差が、０．０５以上であることが好ましい。
【００２０】
また、上記単結晶サファイア基板の主面上に、第一のＧａＮ系半導体結晶がエッチピットを覆って凹凸をなすように成長しており、該凹凸の少なくとも一部を覆って、第一のＧａＮ系半導体結晶とは異なる屈折率を有する第二のＧａＮ系半導体結晶が成長しており、さらに、第三のＧａＮ系半導体結晶が前記凹凸を平坦化するまで成長しており、その上に、発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造を有する半導体発光素子としても良い。
【００２１】
さらに、上記単結晶サファイア基板の主面上に、第一のＧａＮ系半導体結晶がエッチピットを覆って凹凸をなすように成長しており、該凹凸の少なくとも凸部を膜状に覆って第二のＧａＮ系半導体結晶が成長しており、さらに、これを覆って第三のＧａＮ系半導体結晶が前記凹凸を平坦化するまで成長しており、その上に、発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造を有し、第二のＧａＮ系半導体結晶が多層膜構造を有するもので有っても良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、ＧａＮ系材料を用いたＬＥＤ（ＧａＮ系ＬＥＤ）を例として挙げ、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１に示すように本発明の単結晶サファイア基板１は主面１ａ上に、角錐状のエッチピット１ｂを複数形成したものである。この様な単結晶サファイア基板１は、初めにＥＦＧ法によって面方位、軸方位の定まったサファイア素材を引き上げ、次に、この素材を適宜切断、研削加工、研磨加工、洗浄を施し、窒化物半導体を成膜するための基板を作製し、引き続き、当該基板を熱リン酸中等でウェットエッチング処理を行うと、条件により上記エッチピット１ｂを形成できる。このエッチング処理は、適切な治具を用いることにより、一度に多数枚を処理できるため、非常に生産性が高く、量産に適している。
【００２４】
従来のエッチング方法では、マスクを使ってドライエッチングを行うため、生産性が悪いだけでなく、エッチング中にマスク自体もエッチングされるため、マスクの端部が不規則に波打ち、ドライエツチングによって形成された凹凸の端部も波打つ結果となり、その後の窒化物半導体のエピ成長に悪影響を与えるという問題が有った。これに対して、本発明のエッチピット１ｂは、ウェットエッチングにより結晶本来の性質によって出来る凹部であり、このエッチピット１ｂを利用することで、ドライエッチングに依る場合のように端面が波打つという不具合が無い。
【００２５】
この時に出来るエッチピット１ｂの形状は、角錐状であることが特徴であり、条件によって変わるが、通常は三角錐である。この角錐状の形状は、この単結晶サファイア基板１を利用して作製するＬＥＤ等の発光素子の光取り出し効率を高めるために有効である。
【００２６】
このエッチピット１ｂの大きさは一辺が３００μｍ以下となるように温度と時間の条件を調整することが好ましい。これは、ＬＥＤ素子の大きさが通常３００μｍ×３００μｍ程度であり、横方向の光を効率よく取り出すためにはエッチピットの大きさが少なくともこのサイズ以下に成るようにコントロールする必要が有るためである。ここでエッチピットの深さの好ましい範囲は、幾何学的な考察から２５０μｍ以下が好ましく、また、ＬＥＤの製造工程で、一般的にダイシング工程の前に基板をバックグラインドを行い、厚みを薄くすることからもエッチピットの深さは２５０μｍ以下が好ましい。
【００２７】
また、エッチピット１ｂの数も同様に横方向の光を効率よく取り出すために、１０^３個／ｃｍ^２以上、１０^１０個／ｃｍ^２以下であることが好ましい。なお、エッチピットの数をコントロールするために、単結晶サファイア基板１に熱や圧力を加えて故意に結晶欠陥を導入した後、エッチング処理を行っても良い。例えば、１２００℃〜１４００℃で２０気圧を加えた後、更に熱処理を行う等の処理を行っても良い。
【００２８】
また、エッチピット１ｂを主面１ａに垂直な方向から見た時の底辺の少なくとも１辺がサファイアのＡ軸に平行または垂直であるか、もしくはＭ軸に平行または垂直であることにより、当該基板の上に成長させるＧａＮなどの欠陥の低減に有効である。これはサファイア基板１を適切な条件でエッチングを行うことにより達成できる。
【００２９】
エッチピット１ｂの数と大きさは熱リン酸等の温度と処理時間に依って決まる。また、エッチピット１ｂの向きは単結晶サファイア基板１の結晶方位と軸方位とによって決まる。このエッチピット１ｂの向きと形状を一定にするために前記主面１ａはＣ面±２°以内、Ａ面±２°以内、Ｒ面±２°以内、Ｍ面±２°以内またはＭ面から３０°±２°以内のいずれかを満たす必要がある。
【００３０】
また、以上の説明ではウェットエッチングに熱リン酸を用いたが、エッチング液はこれに限定されず、熱リン酸と熱硫酸の混酸でも良く、また、熱溶融水酸化カリウムなどその他の薬品を用いても良い。
【００３１】
なお、熱リン酸によるサファイアのエッチングレートは各温度で図３のようになった。本発明に於いて、熱リン酸または熱リン酸と熱硫酸の混酸または熱溶融水酸化カリウムを用いるのは、例えば図３の様にエッチングレートが温度によって正確にコントロールできるため、エッチピット１ｂの作製に最も適しているためである。
【００３２】
また、本発明にＥＦＧ法によって作製したサファイア基板１を用いるのは、ＥＦＧ法はサファイアの製造方法の内、最も成長スピードを速くすることが出来るため、エッチピットを有効に利用するのに適した条件を作り出すことが可能であるためである。
【００３３】
以上のように本発明の製造方法によれば、サファイア基板に特別なマスクの形成を必要とせず、２００℃〜４００℃の熱リン酸等でウェットエッチングを行うという比較的簡単な工程でエッチピット１ｂを備えたサファイア基板１を比較的安価に量産することが出来る。即ち、適切な治具を用いることにより、一度に多数枚を処理できるため、従来の反応性イオンエッチングによる方法に比べて非常に生産性が高く、量産に適している。
【００３４】
次に本発明のエッチピット１ｂを備えたサファイア基板１を用いた半導体発光素子について説明する。
【００３５】
上記サファイア基板１の主面１ａに窒化物半導体をエピタキシャル成長させると、窒化物半導体の縦方向の成長と横方向の成長が合体して平坦な表面を有する窒化物半導体膜が形成される。この窒化物半導体を成膜した基板を用いて発光素子を作製する。この時、角錐状のエッチピット１ｂは窒化物半導体で完全に埋まっていても良く、あるいはエッチピットと窒化物半導体の間に空洞が有っても構わないが、好ましくは完全に埋まっている方が良い。
【００３６】
このようにして作製されたＬＥＤの例を図２に示す。
【００３７】
単結晶サファイア基板１のエッチピット１ｂを形成した主面１ａ上に、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２を介してｎ型ＧａＮコンタクト層３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ＧａＮ系半導体発光層（ＭＱＷ構造）５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｐ型ＧａＮコンタクト層７を形成し、この上に上部電極（通常はｐ型電極）８を、上記ｎ型ＧａＮコンタクト層３上に下部電極（通常はｎ型電極）９を形成したものである。
【００３８】
上記エッチピット１ｂを有する主面１ａは光散乱層を成し、これにより、ＧａＮ系半導体発光層５から出た光の内、下方に向かう光は主面１ａの光散乱層で散乱され、図２の矢印で示す横方向に光を取り出すことが出来る。これにより、ＧａＮ系半導体発光層５から出た光はＧａＮ層内で反射を繰り返して減衰することが無く、ＬＥＤ全体の光取り出し効率の改善が出来る。
【００３９】
なお、前記単結晶サファイア基板１の主面１ｂから、第二の結晶層であるＡｌＧａＮ低温バッファ層２等が実質的にファセット構造を形成しながら成長していることが好ましい。
【００４０】
また、前記ＧａＮ系半導体発光層５から発せられる光の波長における、単結晶サファイア基板１の屈折率と第二の結晶層であるＡｌＧａＮ低温バッファ層２等の屈折率との差が０．０５以上であることが好ましい。
【００４１】
なお、上記バッファ層としてはＧａＮ系またはＡｌＮ系のいずれを用いてもよく、その上に形成する半導体結晶層としてはＧａＮ系を用いる。
【００４２】
さらに他の実施形態として、図示していないが、前記単結晶サファイア基板１の主面１ａ上に、第一のＧａＮ系半導体結晶がエッチピット１ｂを覆って凹凸をなすように成長し、該凹凸の少なくとも一部を覆って、第一のＧａＮ系半導体結晶とは異なる屈折率を有する第二のＧａＮ系半導体結晶が成長し、さらに第三のＧａＮ系半導体結晶が前記凹凸を平坦化するまで成長し、その上に発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造とすることもできる。
【００４３】
あるいは、単結晶サファイア基板１の主面１ａ上に、第一のＧａＮ系半導体結晶がエッチピット１ｂを覆って凹凸をなすように成長し、該凹凸の少なくとも凸部を膜状に覆って第二のＧａＮ系半導体結晶が成長し、さらにこれを覆って第三のＧａＮ系半導体結晶が前記凹凸を平坦化するまで成長し、その上に発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造を有し、前記第二のＧａＮ系半導体結晶が多層膜構造を有するようにしても良い。
【００４４】
なお、通常はこの半導体発光素子は上記エッチピット１ｂを有するサファイア基板１上に作製され、サファイア基板１と共にダイシングなどの切断を行い、パッケージングを行い半導体発光素子としての機能を果たす。しかし、場合によっては半導体発光素子部分をサファイア基板１から剥離してさらに高効率のＬＥＤとする方法も提案されている。その様な場合にも当該エッチピット１ｂを有するサファイア基板１は、エッチピット１ｂと窒化物半導体膜との間に空洞を有する構造とすることにより、半導体発光素子をサファイア基板から剥離することが容易であるという効果を有する。
【００４５】
さらに、本発明のエッチピット１ｂを有するサファイア基板１は、半導体発光素子の製造以外の用途として、当該エッチピット１ｂを有するサファイア基板１上に低転転位の窒化物半導体層を形成した後、サファイア基板から低転位の窒化物半導体を剥離して独立した窒化物半導体基板を作製する場合にも剥離が容易であるという効果も有する。
【００４６】
さらに、本発明のエッチピット１ｂを有するサファイア基板１は、半導体発光素子用の基板としてだけでなく、窒化物半導体を用いた電子デバイス用の基板として用いることも出来る。
【００４７】
【実施例】
実施例１
本実施例では半導体素子用のエッチピットを有するサファイア基板の製造方法を説明する。
【００４８】
初めにＥＦＧ法によって面方位、軸方位の定まったサファイア素材を引き上げた。本実施例では特にサファイア基板１の主面１ａがＣ面となるようにしたが、主面１ａの面方位はＣ面だけでなく、Ａ面、Ｍ面、Ｒ面、Ｍ面から３０度回転した面などにも適応できる。また、これらの面から±２°以内でオフアングルしていても良い。なお、引き上げ方法は様々な方法を用いことが出来るが、特にＥＦＧ法で引き上げたサファイア基板は本発明に適している。
【００４９】
次に、この素材を適宜切断、研削加工、研磨加工、洗浄を施し、窒化物半導体を成膜するための基板を作製した。引き続き、当該基板を熱リン酸中３００℃で３０分間エッチング処理を行ったところ、当該基板の主面１ａに多数のエッチピット１ｂが形成された。この時、サファイア基板１の主面１ａ上に形成されたエッチピット１ｂの形状は三角錐であった。
【００５０】
尚、この時エッチピットの大きさは一辺が３００μｍ以下となるように温度と時間の条件を調整した。これは、ＬＥＤ素子の大きさが通常３００μｍ×３００μｍ程度であり、横方向の光を効率よく取り出すためにはエッチピットの大きさが少なくともこのサイズ以下に成るようにコントロールする必要が有るためである。また、エッチピットの数も同様に横方向の光を効率よく取り出すために、１０^３個／ｃｍ^２以上、１０^１０個／ｃｍ^２以下とした。
【００５１】
なお、エッチピットの数をコントロールするために、サファイア基板に熱や圧力を加えて故意に結晶欠陥を導入した後、エッチング処理を行っても良い。例えば、１２００℃〜１４００℃で２０気圧を加えた後、更に熱処理を行う等の処理を行っても良い。
【００５２】
また、当該エッチピットを主面に垂直な方向から見た時の底辺の少なくとも１辺がＡ軸に平行または垂直とすることが、当該基板の上に成長させる窒化ガリウムの欠陥の低減に有効であるが、これはサファイア基板を適切な条件でエッチングを行うことにより達成できた。
【００５３】
この製造工程に於いて、サファイア基板に特別なマスクの形成を必要とせず、２００℃〜４００℃の熱リン酸でウェットエッチングを行うという比較的簡単な工程でエッチピット付きの基板を比較的安価に量産することが出来ることができた。即ち、適切な治具を用いることにより、一度に多数枚を処理できるため、従来の反応性イオンエッチングによる方法に比べて非常に生産性が高く、量産に適している。
【００５４】
実施例２
本実施例では、図２に示すように、ファセット成長法によってサファイア基板１のエッチピット１ｂを埋め込んで凹凸状の光散乱面とし、ＧａＮ系ＬＥＤを製作した。
【００５５】
先ず、実施例１の工程により、Ｃ面サファイア基板上にエッチピットを形成した。当該基板を洗浄後、ＭＯＶＰＥ装置に基板を装着し、窒素ガス主成分雰囲気下で１１００℃まで昇温し、サーマルクリーニングを行った。温度を５００℃まで下げ、周期率表第３族原料としてトリメチルガリウム（以下ＴＭＧ）を、Ｎ原料としてアンモニアを流し、厚さ３０ｎｍのＡｌＧａＮ低温バッファ層２を成長させた。
【００５６】
続いて温度を１０００℃に昇温し原料としてＴＭＧ、アンモニアを、ドーパントとしてシランを流しｎ型ＧａＮ層（コンタクト層）３を成長させた。このときのＧａＮ層の成長は、凸部の上面、凹部の底面から、断面山形でファセット面を含む尾根状の結晶として発生した後、凹部内に空洞を形成することなく、全体を埋め込む成長であった。
【００５７】
ファセット構造成長において、ＧａＮ結晶のＣ面が完全に消滅し頂部が尖った凸状となった時点で、成長条件を横方向成長が優勢になる条件（成長温度を上昇させるなど）に切り替え、サファイア基板の上面から厚さ５μｍまでＧａＮ結晶を成長させた。上面が平坦な埋め込み層を得るためには５μｍの厚膜成長が必要であった。
【００５８】
続いて、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ＩｎＧａＮ発光層（ＭＱＷ構造）５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｐ型ＧａＮコンタクト層７を順に形成し、発光波長３７０ｎｍの紫外線ＬＥＤ用エピ基板とし、さらに、ｎ型コンタクト層を表出させるためのエッチング加工、電極（８，９）形成、素子分離を行い、ＬＥＤ素子とした。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、サファイア基板の主面に効率良く量産に適した方法で凹凸を作製することが出来る。また、ウェットエッチングにより結晶本来の性質によって出来るエッチピットを利用することにより、端面が波打つという不具合の無い凹凸を形成することが出来る。さらに、この方法で作成されたサファイア基板を用いて作製されたＬＥＤは横方向に向かう光を効率よく取り出すことが出来るので、従来よりも外部量子効率の高いＬＥＤを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の単結晶サファイア基板の斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＡ部の拡大図、（ｃ）はＡ部の断面図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の構成を示す断面図である。
【図３】サファイアのエッチングレートの温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１：サファイア基板
１ａ：主面
１ｂ：エッチピット
２：ＡｌＧａＮ低温バッファ層
３：ｎ型ＧａＮコンタクト層
４：ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５：ＧａＮ系半導体発光層（ＭＱＷ構造）
６：ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
７：ｐ型ＧａＮコンタクト層
８：上部電極
９：下部電極

Claims

主面上に複数のエッチピットを有することを特徴とする半導体素子用単結晶サファイア基板。
前記エッチピットの一辺の長さが３００μｍ以下であることを特徴とする半導体素子用単結晶サファイア基板。
前記エッチピットが角錐状であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子用単結晶サファイア基板。
前記エッチピットの密度が１０^３個／ｃｍ^２以上、１０^１０個／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体素子用単結晶サファイア基板。
前記エッチピットが角錐状であり主面に垂直な方向から見た時の底辺の少なくとも一辺が、サファイアのＡ軸に平行であるかまたはＡ軸に垂直であるか、もしくはサファイアのＭ軸に平行であるかまたはＭ軸に垂直であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子用単結晶サファイア基板。
前記主面は、サファイアのＣ面±２°以内、Ａ面±２°以内、Ｒ面±２°以内、Ｍ面±２°以内またはＭ面から３０°±２°以内のいずれかを満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体素子用単結晶サファイア基板。
前記エッチピットを、熱リン酸または熱リン酸と熱硫酸の混酸または熱溶融水酸化カリウムを用いたウェットエッチングにより形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体素子用単結晶サファイア基板の製造方法。
前記単結晶サファイア基板をＥＦＧ法で作製することを特徴とする請求項７記載の半導体素子用単結晶サファイア基板の製造方法。
請求項１〜８のいずれかに記載の単結晶サファイア基板のエッチピットを有する主面上に、単結晶サファイア基板とは異なる屈折率を有する半導体材料からなる第二の結晶層が成長しており、その中に発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造を有することを特徴とする半導体発光素子。
前記第二の結晶層がＧａＮのバッファ層と、その上のＧａＮの半導体結晶層からなることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子。
前記第二の結晶層がＡｌＮのバッファ層と、その上のＧａＮの半導体結晶層からなることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子。
前記単結晶サファイア基板のエッチピットを有する主面から、第二の結晶層が実質的にファセット構造を形成しながら成長していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の半導体発光素子。
前記発光層から発せられる光の波長における、単結晶サファイア基板の屈折率と第二の結晶層の屈折率との差が、０．０５以上であることを特徴とする請求項９〜１２に記載の半導体発光素子。
前記単結晶サファイア基板の主面上に、第一のＧａＮ系半導体結晶がエッチピットを覆って凹凸をなすように成長し、該凹凸の少なくとも一部を覆って、第一のＧａＮ系半導体結晶とは異なる屈折率を有する第二のＧａＮ系半導体結晶が成長し、さらに第三のＧａＮ系半導体結晶が前記凹凸を平坦化するまで成長し、その上に発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造を有することを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
前記単結晶サファイア基板の主面上に、第一のＧａＮ系半導体結晶がエッチピットを覆って凹凸をなすように成長し、該凹凸の少なくとも凸部を膜状に覆って第二のＧａＮ系半導体結晶が成長し、さらにこれを覆って第三のＧａＮ系半導体結晶が前記凹凸を平坦化するまで成長し、その上に発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造を有し、前記第二のＧａＮ系半導体結晶が多層膜構造を有することを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。