JP2009239075A

JP2009239075A - 発光素子

Info

Publication number: JP2009239075A
Application number: JP2008084062A
Authority: JP
Inventors: Hironori Tsujimura; 裕紀辻村; Takeshi Nakahara; 健中原
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】活性層で発生した偏光を偏光比の低下を抑制して出力できる発光素子を提供する。
【解決手段】基板１０と、非極性面又は半極性面を主面とし、第１導電型の第１半導体層３１、活性層３２及び第２導電型の第２半導体層３３を有し、活性層３２が発生する偏光を第２半導体層３３から出力する発光部３０と、基板１０と活性層３２間に配置された反射膜２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子に係り、特に化合物半導体を含む発光素子に関する。

半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）等に、ＩＩＩ族窒化物半導体等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光素子や、ＩＩ族酸化物半導体若しくはＩＩ族硫化物半導体等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる発光素子が開発されている。窒化物半導体の例としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等がある。また、酸化物半導体の例としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇＺｎＯ）等がある。硫化物半導体の例としては、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等がある。

これらの化合物半導体は六方晶の結晶構造を有する。例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）は、窒素を含む六方晶化合物半導体の中でもよく知られた窒化物半導体である。ＧａＮを用いた発光素子は、一般にＧａＮ基板上に、ｎ型ＧａＮ層、活性層（発光層）及びｐ型ＧａＮ層を積層した構造を有し、活性層で発生した光を外部に出力する。

六方晶構造の非極性面や半極性面を結晶成長表面として成長させた化合物半導体からなる活性層は、強い偏光状態である偏光比の高い光（偏光）を出力可能である。例えば、偏光を出力する半導体レーザダイオードを液晶バックライトやプロジェクタ光源として使用すれば、偏光板等の偏光子でカットされる光の成分が少なくなり、液晶バックライトやプロジェクタ光源の効率が向上する。また、発光素子の基板裏面に反射層を形成することによって、活性層で生成された偏光が反射層で反射され、基板裏面に対向する発光素子の上面から偏光を乱さずに取り出すことができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−２５３７２４号公報

しかしながら、発光素子の基板の側面は、ウェハ状態からチップ化する際に荒れて粗面となる。このため、基板裏面に反射層を形成した発光素子では、基板側面から出力される偏光の偏光状態が散乱によって乱れる。その結果、チップ化後の発光素子から出力される偏光全体での偏光比が低下するという問題があった。

上記問題点を鑑み、本発明は、活性層で発生した偏光を偏光比の低下を抑制して出力できる発光素子を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（イ）基板と、（ロ）非極性面又は半極性面を主面とし、第１導電型の第１半導体層、活性層及び第２導電型の第２半導体層を有し、活性層が発生する偏光を第２半導体層から出力する発光部と、（ハ）基板と活性層間に配置された反射膜とを備える発光素子が提供される。

本発明によれば、活性層で発生した偏光を偏光比の低下を抑制して出力できる発光素子を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す第１及び第２の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る発光素子は、図１に示すように、基板１０と、非極性面又は半極性面を主面とし、第１導電型の第１半導体層３１、活性層３２及び第２導電型の第２半導体層３３を有し、活性層３２が発生する偏光を第２半導体層３３から出力する発光部３０と、基板１０と活性層３２間に配置された反射膜２０とを備える。ここでは、「偏光」は電場の振動方向が互いに垂直の直線偏光を指しているが、１００％の直線偏光でなくてもよい。最も直線偏光成分の大きい方向を偏光の偏光方向とする。例えば、電場強度の比が１：２以上であれば偏光であるとする。

第１半導体層３１、活性層３２及び第２半導体層３３には、六方晶構造の半導体膜を採用可能である。通常、六方晶の極性面であるｃ面を結晶成長表面とする活性層から取り出される光は、ランダム偏光（無偏光）状態である。一方、既に述べたように、ｃ面以外のａ面、ｍ面等の非極性面又は半極性面を結晶成長表面とする活性層３２は、偏光比の高い光を発生する。例えば、ｍ面を主面として活性層３２を成長させた場合、活性層３２はｍ面に平行な偏光成分、より具体的にはａ軸方向の偏光成分を多く含む偏光状態の強い光を発生する。

以下に、図２を参照して、窒化物半導体を例にして六方晶の非極性面及び半極性面について説明する。図２は、窒化物半導体の結晶構造のユニットセルを示す模式図である。六方晶構造のｃ軸は六角柱の軸方向に沿い、このｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）がｃ面｛０００１｝である。ｃ面に平行な２つの面で窒化物半導体の結晶を劈開すると、＋ｃ軸側の面（＋ｃ面）はＩＩＩ族原子が並んだ結晶面となり、−ｃ軸側の面（−ｃ面）は窒素原子が並んだ結晶面となる。そのため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示すので、極性面(Polar Plane)と呼ばれる。

図２（ｂ）に示すように、一つのＩＩＩ族原子に対して４つの窒素原子が結合している。４つの窒素原子は、ＩＩＩ族原子を中央に配置した正四面体の４つの頂点に位置している。これらの４つの窒素原子は、一つの窒素原子がＩＩＩ族原子に対して＋ｃ軸方向に位置し、他の三つの窒素原子がＩＩＩ族原子に対して−ｃ軸側に位置している。このような構造のために、窒化物半導体では、分極方向がｃ軸に沿っている。

六方晶構造においては、六角柱の側面がそれぞれｍ面｛１−１００｝であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がａ面｛１１−２０｝である。これらは、ｃ面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、非極性面(Nonpolar Plane)である。更に、図２（ｃ）に示すような、ｃ面に対して傾斜している（ｃ面に平行でもなく直角でもない）結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているため、若干の極性のある平面、すなわち、半極性面(Semipolar Plane)である。半極性面の具体例は、｛１０−１−１｝面、｛１０−１−３｝面、｛１１−２２｝面等である。

また、図１に示す発光素子は、基板１０の主面１１上に配置された第１導電型の半導体からなるコンタクト層１５を有する。コンタクト層１５の上面に、第１電極５０と発光部３０が互いに離間して配置される。第１電極５０はコンタクト層１５にオーミック接続される。

また、活性層３２が配置された面と対向する第２半導体層３３の上面に、第２電極６０が配置される。第２電極６０は第２半導体層３３にオーミック接続される。第２半導体層３３の上面の第２電極６０が配置された残余の領域が出力面３３１である。活性層３２で発生した偏光は、主に出力面３３１から発光素子の外部に出力光Ｌとして出力される。

図１に示す発光素子において、反射膜２０は分布ブラック反射鏡（ＤＢＲ）として機能する。即ち、活性層３２で発生して出力面３３１方向に進行する偏光がそのまま出力面３３１から出力される一方で、活性層３２で発生して基板１０方向に進行する偏光は反射膜２０で反射された後、出力面３３１から出力される。活性層３２で発生した偏光は、反射膜２０の表面に偏光方向が平行な状態で反射膜２０に入射するので、Ｓ波、Ｐ波の位相差が生じない。これにより反射膜２０で反射された偏光は偏光状態が保たれる。このため、偏光比の低下が抑制された偏光が出力面３３１から出力される。反射膜２０は、互いに屈折率の異なる複数の膜の積層構造として構成可能である。

例えば、反射膜２０は、互いに屈折率の異なる複数のＩＩＩ族窒化物半導体を交互に積層した構造、又は、互いに屈折率の異なる複数のＩＩ族酸化物半導体を交互に積層した構造、若しくは互いに屈折率の異なる複数のＩＩ族硫化物半導体を交互に積層した構造が採用可能である。

反射膜２０を複数のＩＩＩ族窒化物半導体を交互に積層した構造にする場合は、互いに組成比の異なる２種類のＩｎ_x1Ａｌ_y1Ｇａ_1-x1-y1Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）とＩｎ_x2Ａｌ_y2Ｇａ_1-x2-y2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１、ｘ１≠ｘ２、ｙ１≠ｙ２）との積層体を積層ペアとし、この積層ペアを複数積層して反射膜２０を形成する。例えば、反射膜２０には、ＡｌＧａＮ膜とＧａＮ膜とを交互に複数積層した構造、或いはＩｎＧａＮ膜とＡｌＧａＮ膜とを交互に複数積層した構造が採用可能である。

具体例としては、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ膜とＧａＮ膜とを交互に積層して反射膜２０を構成した場合、波長λ＝５００ｎｍの偏光に対して、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ膜の屈折率２．１５、ＧａＮ膜の屈折率２．４０となり、屈折率差が反射膜２０内に生じる。ＡｌＧａＮ膜では、アルミニウム（Ａｌ）の組成比が増加するほど屈折率が小さくなる。

或いはＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ膜とＧａＮ膜とを交互に積層して反射膜２０を構成した場合、波長λ＝５００ｎｍの偏光に対して、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ膜の屈折率２．８０、ＧａＮ膜の屈折率２．４０となり、屈折率差が反射膜２０内に生じる。ＩｎＧａＮ膜では、インジウム（Ｉｎ）の組成比が増加するほど屈折率が大きくなる。

また、反射膜２０を複数のＩＩ族酸化物半導体が交互に積層された構造にする場合は、例えば、互いに組成比の異なる２種類のＭｇ_a1Ｚｎ_1-a1Ｏ（０≦ａ１≦１）とＭｇ_a2Ｚｎ_1-a2Ｏ（０≦ａ２≦１）とを交互に複数積層した構造とする。例えば、反射膜２０には、ＺｎＯ膜とＭｇＺｎＯ膜とを交互に複数積層した構造が採用可能である。

一般に、積層する回数、即ち積層ペア数を増やすほど反射膜２０の反射率は増大するが、成膜時間が長くなる。そのため、所望の反射率（例えば９９％以上）と成膜プロセスに許容される時間等を考慮して、積層ペア数は設定される。

また、活性層３２で発生する偏光の波長に応じて、反射膜２０を構成する層の材料組成や膜厚は選択され、例えば上記のＩＩＩ族窒化物半導体を適宜組み合わせた積層体が反射膜２０に採用される。積層体を構成する層間の偏光の波長λにおける屈折率差が大きいほど、少ない積層ペア数で高い反射率を実現できる。また、高い反射率を維持できる波長帯（ストップバンド）も広くなる。

基板１０は、六方晶の非極性面（ノンポーラ）又は半極性面（セミポーラ）を結晶成長表面である主面１１とする基板が採用可能であり、例えばＧａＮ単結晶基板或いはＺｎＯ単結晶基板、ｒ面を主面とするサファイア基板、ｍ面を主面とするシリコンカーバイト（ｍ−ＳｉＣ）基板等が採用可能である。基板１０の材料は、発光部３０の材料等に応じて選択される。

コンタクト層１５、反射膜２０及び発光部３０は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等により基板１０上に形成可能である。発光部３０は、六方晶の非極性面又は半極性面を結晶成長表面として、第１導電型の第１半導体層３１、活性層３２及び第２導電型の第２半導体層３３をこの順に、結晶成長表面の法線方向に積層して形成される。例えば、結晶成長によって主面１１上にコンタクト層１５、反射膜２０及び発光部３０を同一の成長炉で連続的に形成できる。基板１０の主面１１をｍ面にした場合は、発光部３０はｍ面を結晶成長主面とする化合物半導体となり、出力面３３１はｍ面になる。

図１に示す発光素子では、第１電極５０からコンタクト層１５、反射膜２０及び第１半導体層３１を介して、活性層３２に第１導電型のキャリアが供給される。このため、反射膜２０は第１導電型であることが好ましい。また、第２電極６０から第２半導体層３３を介して、活性層３２に第２導電型のキャリアが供給される。例えば、第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型である場合は、第１半導体層３１から供給される電子と第２半導体層３３から供給される正孔が活性層３２において再結合し、活性層３２で偏光が発生する。

活性層３２は、例えば、井戸層（ウェル層）を井戸層よりもバンドギャップの大きなバリア層（層障壁層）でサンドイッチ状に挟んだ量子井戸(quantum well)構造を採用可能である。なお、この量子井戸構造は、井戸層が１つではなく多重化した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造でもよい。

例えばＩｎＧａＮ層を含む多重量子井戸構造が活性層３２に採用可能であり、膜厚が数ｎｍ程度のＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とを交互に複数周期繰り返し積層して活性層３２が構成される。この場合に、ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比を例えば５％以上にすることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、井戸層となる。一方、ＧａＮ層は、バンドギャップが比較的大きなバリア層（障壁層）として機能する。

活性層３２で生成される光の波長は、量子井戸層（ＩｎＧａＮ層）におけるＩｎの組成比を調整すること等によって設定できる。あるいは、活性層３２が量子井戸構造でなく、ダブルヘテロ構造であってもよい。なお、活性層３２から出力される偏光の偏光比は、活性層３２に使用する材料（例えばＩｎの組成比）等に依存する。

ここで第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とすると、コンタクト層１５及び第１半導体層３１には、シリコン（Ｓｉ）等のｎ型不純物がドープされたｎ型ＧａＮ膜等が採用可能である。また、第２半導体層３３には、マグネシウム（Ｍｇ）等のｐ型不純物がドープされたｐ型ＧａＮ膜等が採用可能である。なお、活性層３２と反射膜２０の間隔を広くすると駆動電圧が高くなるため、活性層３２と反射膜２０の間隔は、発光素子の駆動電圧に影響を及ぼさない範囲に、例えば０．１〜３μｍ程度に設定することが好ましい。

また、活性層３２にＺｎＯ膜又はＺｎＯ膜とＭｇＯ膜との積層体を採用することができる。この場合、ｐ型半導体層（例えば、第２半導体層３３）にＺｎＯ膜、ＭｇＯ膜、ＭｇＺｎＯ膜を用いれば、活性層３２とｐ型半導体層が同様の結晶構造を有することになるため、活性層３２とｐ型半導体層を確実に接合することができる。同様の理由により、活性層３２にＺｎＯ膜又はＺｎＯ膜とＭｇＺｎＯ膜との積層体を用いる場合には、ｎ型半導体層（例えば、第１半導体層３１）にＭｇＺｎＯ膜を用いることにより、活性層３２とｎ型半導体層を確実に接合することができる。

第１電極５０には、例えばＡｌやＡｌ−チタン（Ｔｉ）−金（Ａｕ）の積層体等が採用可能である。第２電極６０には、例えばパラジウム（Ｐｄ）−Ａｕ合金等が採用可能である。なお、第２半導体層３３上に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）やインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明電極を配置し、第２電極６０をボンディング用電極として透明電極上に配置してもよい。

ここで、透明電極をＺｎＯ系の膜として、ＭｇＺｎＯ／ＺｎＯの積層構造にすると、横方向の電流拡がりが大きくなり、好ましい。このとき、無反射（ＡＲ）コーティングとなるようにＭｇＺｎＯ／ＺｎＯの膜厚を選択することにより、出力面３３１方向に進む偏光が出力面３３１で反射することなく高効率で発光素子の外部に出力される。また、図３に示すように、例えばＭｇＺｎＯ／ＺｎＯの積層体からなる反射膜３４を第２半導体層３３上に形成してもよい。この場合、反射膜２０と反射膜３４との間で活性層３２で発生した偏光の多重反射が起こり、偏光度が高まる。なお、反射膜３４を透過して偏光を出力面３３１から出力するために、反射膜３４の反射率は反射膜２０より低くする。

以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子では、偏光が発生する活性層３２と基板１０との間に反射膜２０を配置される。このため、活性層３２で発生した偏光は反射膜２０で反射されて発光部３０に戻る。つまり、活性層３２で発生した偏光が基板１０を通過しないため、チップ化でのブレイクによって基板１０の側面が荒れた状態になっても、偏光状態が乱されること無く活性層３２で発生した偏光が発光素子の外部に出力される。その結果、図１に示した発光素子によれば、偏光比の低下が抑制された偏光を出力できる。

以下に、図１に示した発光素子の製造方法を説明する。なお、以下に述べる発光素子の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。

（イ）ＭＯＣＶＤ法等を用いて、例えばＧａＮ基板或いはＺｎＯ基板である基板１０の主面１１上に、コンタクト層１５、反射膜２０、第１半導体層３１、活性層３２、及び第２半導体層３３を順次エピタキシャル成長させる。

（ロ）発光部３０及び反射膜２０をメサエッチングして露出させたコンタクト層１５の上面に、第１電極５０を配置する。また、第２半導体層３３上に第２電極６０を配置する。このとき、第２電極６０用の導電膜を第２半導体層３３上に形成し、リフトオフ法等を用いてこの導電膜の一部を除去して第２電極６０を形成すると同時に、露出させた第２半導体層３３の一部として出力面３３１を形成する。

（ハ）ウェハを劈開或いはダイシングによりチップ化して、図１に示す構造の発光素子が得られる。

上記のような製造方法によれば、偏光比の低下が抑制された偏光を出力できる発光素子を製造できる。更に、コンタクト層１５、反射膜２０、及び発光部３０を同一の成長炉で連続して形成できるため、プロセス時間を短縮できる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る発光素子は、主面１１の面法線方向と非極性面方位とのなすオフ角θが５°以下である図４に示す基板１０上に、図１に示した発光素子を形成した構成である。図４に示すように、主面１１の面法線方向は、基板１０の基板結晶軸の−ｃ軸方向に傾いている。−ｃ軸方向とは、図５に例示したように、六方晶構造の頂面のうち負の分極方向である−ｃ面方向の結晶軸方向である。その他の構成については、図１に示す第１の実施の形態と同様である。主面１１の面法線方向が、非極性面方位とのなす角が５°以下で−ｃ軸方向に傾斜している場合、図４に示すように、基板１０の表面には、ステップ状の段差が生じる。

第２の実施の形態に係る発光素子では、基板１０の主面１１が基板結晶軸のｍ軸方向若しくはａ軸方向に傾斜させた面となるように研磨される。そして、この主面１１上に、コンタクト層１５、反射膜２０及び発光部３０が積層される。基板１０には、ＧａＮ基板、ＺｎＯ基板等が採用可能である。

主面１１の面法線方向と非極性面方位とのなすオフ角θが５°以下に設定される理由について、ｍ面を主面にする場合を例に、以下に説明する。

図６（ａ）に示されるのは、主面１１の面法線が基板結晶軸のｍ軸に対して傾斜していない基板１０の模式図である。つまり、図６（ａ）に示した基板１０の主面１１の面法線方向がｍ軸方向と一致する。しかし、バルク結晶は、その結晶がもつ劈開面を使用しないかぎり、図６（ａ）のように主面１１の面法線方向がｍ軸方向と完全に一致することがなく、主面１１がｍ面ジャストの基板にこだわると生産性も悪くなる。現実には、主面１１の面法線方向はｍ軸方向から傾き、オフ角θが存在する。

主面１１の面法線方向が基板結晶軸のｍ軸から−ｃ軸方向にオフ角θで傾斜している図６（ｂ）の場合における、基板１０の表面の拡大図を図６（ｃ）に示す。図６（ｃ）に示すように、基板１０の表面には、平坦な面であるテラス面１１ａと、面法線を−ｃ軸に傾斜させることにより生じる段差部分に等間隔で規則性のあるステップ面１１ｂとが生じる。例えば、基板１０がＧａＮ基板である場合、ステップ面１１ｂはＧａ極性面になる。

主面１１上のステップ面１１ｂによって発生する段差部分に飛来した原子は、テラス面１１ａとステップ面１１ｂの２面との結合になるので、テラス面１１ａにのみ飛来した場合よりも原子は主面１１に強く結合する。このため、面法線方向がｍ軸方向から−ｃ軸方向にオフ角θで傾斜している主面１１では、飛来原子が安定的にトラップされる。つまり、表面拡散過程で飛来原子がテラス面１１ａ内を拡散するが、結合力の強い段差部分や、この段差部分で形成されるキンク位置にトラップされて飛来原子が結晶に組み込まれることによって結晶成長が進む沿面成長により、主面１１上で安定的な成膜が行われる。

このように、基板１０の主面１１の面法線がｍ軸方向から−ｃ軸方向に傾斜した基板１０上に、ＧａＮ系半導体膜やＺｎＯ系半導体等を成膜すると、これらの半導体層はステップ面１１ｂを中心に結晶成長が起こり、平坦で膜質のよい半導体層を形成することができる。また、基板１０上に形成される各半導体層の結晶成長面がｍ軸方向から−ｃ軸方向に傾斜する平坦な膜になるため、半導体層にＡｌやＩｎ等の不純物をドープすることが容易になる。

ところで、ＺｎＯ基板の＋ｃ面を主面に用いた場合に、＋ｃ面からｍ面方向にわずかに主面を傾けると主面上に平坦な半導体層が成膜されるが、傾ける角度を大きくしすぎると、半導体層が平坦に結晶成長しなくなることが知られている（例えば、特開２００７−３２９３５３号公報参照。）。これは、＋ｃ面と主面とのオフ角が小さい場合、例えば５°以下である場合にはステップの幅が揃った状態で平坦に半導体層が形成されるが、オフ角が大きくなるにつれてステップ面の段差が大きくなりすぎ、平坦性が失われるためである。基板１０の主面１１の面法線方向をｍ面方位からわずかに傾ける場合も同様であり、図６（ｂ）に定義したオフ角θは、−ｃ軸方向に０°より大きく５°以下であることが好ましい。

なお、例えば基板１０がＧａＮ基板である場合に主面１１の面法線方向を＋ｃ軸方向に傾けると、ステップ面１１ｂはＮ極性面になる。この場合には、主面１１の面法線方向がｍ軸方向からわずかに傾いていることによる主面１１上での成膜やプロセス時の安定性の影響が、主面１１の面法線方向が−ｃ軸方向に傾いている場合と異なると考えられる。そのため、原子スケールでフラットな成膜面を有する半導体層を主面１１上に形成することが難しい。

上記のように、主面１１の面法線方向を半極性面方位から−ｃ面方向にのみ傾斜させ、そのオフ角θを、５°以下とすることにより、主面１１上に平坦な半導体層を成膜できる。

ところで、基板１０の主面１１の面法線方向と、基板結晶の非極性面方位、半極性面方位とのなすオフ角を設定することによっても、主面１１上に平坦で膜質のよい半導体層を成膜できる。現実的には、半極性面方位に対してのみ主面１１の面法線方向を傾斜させて基板１０をインゴットから切り出すことは困難であるという生産技術上の問題もある。

例えば基板１０の主面１１をｍ面とした場合に、基板結晶軸の−ｃ軸方向だけでなくａ軸方向への傾きも許容し、その許容度を設定することが好ましい。具体的には、図７（ａ）に示すように、主面１１の面法線方向が、−ｃ軸方向とのオフ角φｃ、ａ軸方向とのオフ角φａを有するようにしても良い。図７（ａ）で、主面１１の面法線方向とｍ軸方向とはオフ角φをなす。なお、図７（ａ）に示すように、基板１０の主面１１の面法線を−ｃ軸とａ軸とで定義されるｃ軸ａ軸平面に投影した投影軸の延伸する方向をＰ方向とする。

図７（ａ）に示した基板１０の表面の拡大図を図７（ｂ）に示す。平坦な面であるテラス面１１ｃと、主面１１をｍ面に対して傾斜させることにより基板１０の表面に生じる段差部分にステップ面１１ｄが生じる。ここで、テラス面１１ｃはｍ面となるが、テラス面１１ｃは、主面１１と平行ではなく、傾斜する面となっており、テラス面１１ｃと垂直なｍ軸は、主面１１の面法線方向からオフ角φだけ傾斜していることになる。

主面１１が、−ｃ軸方向だけでなくａ軸方向にも傾斜しているために、ステップ面１１ｄは斜めに形成され、図７（ｂ）に示すように、ステップ面１１ｄはＰ方向に並ぶことになる。ｃ面とａ面とで熱的安定性や化学的安定性が異なること等が起因して、−ｃ軸方向のオフ角φｃ及びａ軸方向のオフ角φａが大きすぎると、図７（ｂ）に示すように、ステップ面１１ｄに凹凸ができ、ステップエッジの配列に乱れが生じる。

Ｐ方向にステップエッジが規則的に並んでいる状態が、主面１１上に平坦な半導体層を成長させる上で必要である。ステップエッジの間隔やステップエッジのラインが乱れると、前述した沿面成長が行われなくなるので、主面１１上に平坦な半導体層を形成できない。このため、主面１１の面法線方向と非極性面方位、半極性面方位とのなすオフ角は、０°より大きく５°以下であることが好ましい。

以上に説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子においては、ＧａＮ基板或いはＺｎＯ基板等の基板１０を採用し、主面１１の面法線方向と非極性面方位とのなすオフ角が−ｃ軸方向に０°より大きく５°以下である基板１０上に、反射膜２０や発光部３０等の半導体層が形成される。或いは、主面１１の面法線方向と非極性面方位、半極性面方位とのなすオフ角が０°より大きく５°以下である基板１０上に、反射膜２０や発光部３０等の半導体層が形成される。このため、反射膜２０や発光部３０を平坦に形成することができる。他は、第１の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

本発明の第２の実施の形態に係る発光素子によれば、発光素子を構成する各半導体層が平坦性よく形成され、かつ偏光比の低下が抑制された偏光を出力できる発光素子を提供できる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。既に述べた第１及び第２の実施の形態の説明においては、第１電極５０をコンタクト層１５の上面に配置したが、例えば、基板１０の裏面に第１電極５０を形成してもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の構成を示す模式的な断面図である。六方晶の結晶構造について説明するための模式図であり、図２（ａ）は窒化物半導体の結晶構造を示す模式図であり、図２（ｂ）はＩＩＩ族原子と窒素原子の結合を示す模式図であり、図２（ｃ）は半極性面を説明するための模式図である。本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の他の構成を示す模式的な断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の基板の構造を示す模式的な断面図である。極性面を説明するための模式図である。基板主面の面法線の結晶軸に対する傾斜を説明するための模式図であり、図６（ａ）は面法線が傾斜しない場合、図６（ｂ）は面法線が−ｃ軸方向にのみ傾斜する場合、図６（ｃ）は図６（ｂ）における基板表面の状態を示す。基板主面の面法線の結晶軸に対する傾斜を説明するための模式図であり、図７（ａ）は面法線が−ｃ軸方向及びａ軸方向に傾斜する場合、図７（ｂ）は図７（ａ）における基板表面の状態を示す。

符号の説明

１０…基板
１１…主面
１１ａ、１１ｃ…テラス面
１１ｂ、１１ｄ…ステップ面
１５…コンタクト層
２０…反射膜
３０…発光部
３１…第１半導体層
３２…活性層
３３…第２半導体層
３４…反射膜
５０…第１電極
６０…第２電極
３３１…出力面
Ｌ…出力光

Claims

基板と、
非極性面又は半極性面を主面とし、第１導電型の第１半導体層、活性層及び第２導電型の第２半導体層を有し、前記活性層が発生する偏光を前記第２半導体層から出力する発光部と、
前記基板と前記活性層間に配置された反射膜と
を備えることを特徴とする発光素子。
前記反射膜の少なくとも一部を介して前記発光部に第１導電型のキャリアが供給されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記反射膜が第１導電型の半導体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
前記反射膜が、互いに屈折率の異なる複数のＩＩＩ族窒化物半導体を交互に積層した構造、又は、互いに屈折率の異なる複数のＩＩ族酸化物半導体若しくはＩＩ族硫化物半導体を交互に積層した構造であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子。
前記反射膜が、非極性面又は半極性面を主面とすることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
前記活性層が、六方晶のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体又はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光素子。
前記偏光が出力される前記発光部の出力面が無反射コーティング面、或いは前記発光部に含まれる反射膜の主面であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光素子。
前記基板が六方晶構造を有し、前記基板の主面の面法線方向が、非極性面方位とのなす角が５°以下で−ｃ軸方向に傾斜していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光素子。
前記基板が六方晶構造を有し、前記基板の主面の面法線方向と、非極性面方位、半極性面方位とのなす角が５°以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光素子。