JP2012253123A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＧａＮ結晶基板上にモフォロジーが良好で均一な物性を有するＩＩＩ族窒化物半導体層が成長された高特性のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、ＧａＮ結晶基板１００と、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上に配置された少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２００と、を含み、ＧａＮ結晶基板１００は、マトリックス結晶領域１００ｓとｃ軸反転結晶領域１００ｔとを含み、主面１００ｍと｛０００１｝面１００ｃとの間のオフ角θについて、＜１０−１０＞方向および＜１−２１０＞方向のうちいずれか一方の方向を第１方向とし他方の方向を第２方向とするとき、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．０３°以上１．１°以下、かつ、第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．７５×｜θ1｜以下である。
【選択図】図１
【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、ＧａＮ結晶基板１００と、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上に配置された少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２００と、を含み、ＧａＮ結晶基板１００は、マトリックス結晶領域１００ｓとｃ軸反転結晶領域１００ｔとを含み、主面１００ｍと｛０００１｝面１００ｃとの間のオフ角θについて、＜１０−１０＞方向および＜１−２１０＞方向のうちいずれか一方の方向を第１方向とし他方の方向を第２方向とするとき、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．０３°以上１．１°以下、かつ、第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．７５×｜θ1｜以下である。
【選択図】図１
Description
本発明は、マトリックス結晶領域とｃ軸反転結晶領域とを含むＧａＮ結晶基板を含む高特性のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に関する。
ＧａＮ結晶基板は、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）などの半導体発光素子用基板として広く用いられている。半導体発光素子の特性向上を図るため、転位密度の低いＧａＮ結晶基板の開発が進められている。
転位密度の低いＧａＮ結晶基板の製造方法として、たとえば特開２００３−１６５７９９号公報（特許文献１）および特開２００３−１８３１００号公報（特許文献２）は、マスク層を設けた下地基板上にＧａＮ結晶を成長させることにより、ＧａＮ結晶の成長の際に所定の位置にファセットを形成することにより、所定の場所に結晶の転位を集中させ、符号の異なる転位間の結合により転位を低減させるファセット成長方法を提案する。
特開２００３−１６５７９９号公報（特許文献１）および特開２００３−１８３１００号公報（特許文献２）などで提案されるファセット成長方法によれば、転位密度の小さなＧａＮ結晶基板を得ることができるが、かかるＧａＮ結晶基板上にＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させると、ＩＩＩ族窒化物半導体層の結晶成長面に六角形台錐状の凸部が形成される場合、三日月形状の凹部が形成される場合などがあり、モフォロジーが良好で均一な物性を有するＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させることが困難で、この結果、高特性のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作製することが困難であるという問題点があった。
本発明は、上記の問題点を解決して、ＧａＮ結晶基板上にモフォロジーが良好で均一な物性を有するＩＩＩ族窒化物半導体層が成長された高特性のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
本発明は、ＧａＮ結晶基板と、ＧａＮ結晶基板の主面上に配置された少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層と、を含み、ＧａＮ結晶基板は、マトリックス結晶領域とｃ軸反転結晶領域とを含み、ｃ軸反転結晶領域の結晶はマトリックス結晶領域の結晶に対して＜１−２１０＞方向が同じであり＜０００１＞方向が反転しており、上記主面と｛０００１｝面との間のオフ角θについて、＜１０−１０＞方向および＜１−２１０＞方向のうちいずれか一方の方向を第１方向とし他方の方向を第２方向とするとき、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．０３°以上１．１°以下、かつ、第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．７５×｜θ1｜以下であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子である。
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、ＩＩＩ族窒化物半導体層は、第１導電型層と活性層と第２導電型層とを含むレーザダイオード構造を有することができる。また、ＩＩＩ族窒化物半導体層は、第１導電型層と活性層と第２導電型層とを含む発光ダイオード構造を有することができる。
本発明によれば、ＧａＮ結晶基板上にモフォロジーが良好で均一な物性を有するＩＩＩ族窒化物半導体層が成長された高特性のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供できる。
［ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子］
図１〜３、６および７を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０は、ＧａＮ結晶基板１００と、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上に配置された少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２００と、を含む。ここで、ＧａＮ結晶基板１００は、マトリックス結晶領域１００ｓとｃ軸反転結晶領域１００ｔとを含み、ｃ軸反転結晶領域１００ｔの結晶はマトリックス結晶領域１００ｓの結晶に対して＜１−２１０＞方向が同じであり＜０００１＞方向が反転しており、主面１００ｍと｛０００１｝面との間のオフ角θについて、＜１０−１０＞方向および＜１−２１０＞方向のうちいずれか一方の方向を第１方向とし他方の方向を第２方向とするとき、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．０３°以上１．１°以下、かつ、第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．７５×｜θ1｜以下である。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０内にｃ軸反転結晶領域１００ｔを含んでいても含んでいなくても良い。
図１〜３、６および７を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０は、ＧａＮ結晶基板１００と、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上に配置された少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２００と、を含む。ここで、ＧａＮ結晶基板１００は、マトリックス結晶領域１００ｓとｃ軸反転結晶領域１００ｔとを含み、ｃ軸反転結晶領域１００ｔの結晶はマトリックス結晶領域１００ｓの結晶に対して＜１−２１０＞方向が同じであり＜０００１＞方向が反転しており、主面１００ｍと｛０００１｝面との間のオフ角θについて、＜１０−１０＞方向および＜１−２１０＞方向のうちいずれか一方の方向を第１方向とし他方の方向を第２方向とするとき、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．０３°以上１．１°以下、かつ、第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．７５×｜θ1｜以下である。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０内にｃ軸反転結晶領域１００ｔを含んでいても含んでいなくても良い。
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０は、ＧａＮ結晶基板１００が、マトリックス結晶領域１００ｓとｃ軸反転結晶領域１００ｔを含み、主面１００ｍと｛０００１｝面との間のオフ角θについて、＜１０−１０＞方向および＜１−２１０＞方向のうちいずれか一方の方向を第１方向とし他方の方向を第２方向とするとき、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．０３°以上１．１°以下、かつ、第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．７５×｜θ1｜以下であることから、ＧａＮ結晶基板１００上にモフォロジーが良好で均一な物性を有するＩＩＩ族窒化物半導体層２００が成長し、高特性のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０となる。
（ＧａＮ結晶基板）
図８〜１０を参照して、ＩＩＩ族窒化物発光素子に含まれるＧａＮ結晶基板１００は、マトリックス結晶領域１００ｓとｃ軸反転結晶領域１００ｔとを含む。マトリックス結晶領域１００ｓとは、ＧａＮ結晶基板１００を構成する主たる結晶領域であり、ｃ軸反転結晶領域１００ｔに比べて転位密度が低い結晶領域である。ｃ軸反転結晶領域１００ｔとは、その領域の結晶がマトリックス結晶領域１００ｓの結晶に対して＜１−２１０＞方向が同じであり＜０００１＞方向が反転している結晶領域である。ここで、ＧａＮ結晶基板１００中のマトリックス結晶領域１００ｓおよびｃ軸反転結晶領域１００ｔは、蛍光顕微鏡により観察でき、それらの結晶領域の結晶の結晶方位は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いた収束電子回折法により測定できる。
図８〜１０を参照して、ＩＩＩ族窒化物発光素子に含まれるＧａＮ結晶基板１００は、マトリックス結晶領域１００ｓとｃ軸反転結晶領域１００ｔとを含む。マトリックス結晶領域１００ｓとは、ＧａＮ結晶基板１００を構成する主たる結晶領域であり、ｃ軸反転結晶領域１００ｔに比べて転位密度が低い結晶領域である。ｃ軸反転結晶領域１００ｔとは、その領域の結晶がマトリックス結晶領域１００ｓの結晶に対して＜１−２１０＞方向が同じであり＜０００１＞方向が反転している結晶領域である。ここで、ＧａＮ結晶基板１００中のマトリックス結晶領域１００ｓおよびｃ軸反転結晶領域１００ｔは、蛍光顕微鏡により観察でき、それらの結晶領域の結晶の結晶方位は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いた収束電子回折法により測定できる。
ここで、＜１−２１０＞方向が同じとは、ｃ軸反転結晶領域１００ｔの結晶の＜１−２１０＞方向とマトリックス結晶領域１００ｓの結晶の＜１−２１０＞方向とが実質的に同じ向きの方向ベクトルを有し、両結晶領域間の＜１−２１０＞方向のずれ角が３０°未満であることをいう。
また、＜０００１＞方向が反転しているとは、ｃ軸反転結晶領域１００ｔの結晶の＜０００１＞方向とマトリックス結晶領域１００ｓの結晶の＜０００１＞方向とが実質的に反対の向きの方向ベクトルを有し、両結晶領域間の＜０００１＞方向のずれ角が３０°未満であることをいう。
ＧａＮ結晶基板１００は、ファセット成長方法により成長させ加工することにより作製されたものであり、結晶基板全体の転位がｃ軸反転結晶領域１００ｔに集められて反対符号の転位が結合されることにより、マトリックス結晶領域１００ｓの転位密度が低減されている。ＧａＮ結晶基板１００の転位密度は、特に制限はないが、主面１００ｍ上に成長させるＩＩＩ族窒化物半導体層２００の転位密度を低減する観点から、低いほど好ましく、たとえば、マトリックス結晶領域１００ｓでは２×１０7ｃｍ-2以下が好ましく１×１０6ｃｍ-2以下がより好ましい。ここで、ＧａＮ結晶基板１００の転位密度は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いたＣＬ（カソードルミネッセンス）法により測定できる。
ＧａＮ結晶基板１００において、マトリックス結晶領域１００ｓおよびｃ軸反転結晶領域１００ｔの配置は、特に制限はないが、そのＧａＮ結晶基板の転位密度を低減しそのＧａＮ結晶基板の主面上に転位密度の低いＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる観点から、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍから見てマトリックス結晶領域１００ｓに対してｃ軸反転結晶領域１００ｔが四角格子点または三角格子点上にドット状に配置していることが好ましい。ｃ軸反転結晶領域１００ｔの各ドットは、製品歩留まりの観点から、直径が１５μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、ピッチが１００μｍ以上２０００μｍ以下が好ましい。また、マトリックス結晶領域１００ｓおよびｃ軸反転結晶領域１００ｔは、ＧａＮ結晶基板１００の一方の主面１００ｍから他方の主面１００ｎまで貫通して形成されていることが好ましい。
図１〜５を参照して、ＧａＮ結晶基板１００の少なくとも主面１００ｍ上にマトリックス結晶領域１００ｓおよびｃ軸反転結晶領域１００ｔが現れるＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上に、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２００を成長させると、ＧａＮ結晶基板１００のマトリックス結晶領域１００ｓ上にはそれと同じ結晶方位を有するＩＩＩ族窒化物半導体層２００のマトリックス結晶領域２００ｓが形成され、ＧａＮ結晶基板１００のｃ軸反転結晶領域１００ｔ上にはそれと同じ結晶方位を有するＩＩＩ族窒化物半導体層２００のｃ軸反転結晶領域２００ｔが形成される。これは、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００は、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍのそれぞれの領域の結晶物性を引き継いで成長するためである。
ここで、図４および５を参照して、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜（すなわち、＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値および＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値）が０．０３°よりも小さい、すなわち、｛０００１｝面に実質的に平行な主面１００ｍを有するＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上にＩＩＩ族窒化物半導体層２００を成長させると、成長したＩＩＩ族窒化物半導体層２００の主面２００ｍにおけるマトリックス結晶領域２００ｓの少なくとも一部に頂角が大きな鈍角の六角錐状の凸部２００ｈが形成され、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００は、その主面２００ｍのモフォロジーが不良となり、物性が不均一となる。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００の主面２００ｍにおける凸部２００ｈは、微分干渉顕微鏡により観察できる。
また、図１〜３を参照して、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜（すなわち、＜１０−１０＞方向および＜１−２１０＞方向のいずれかの方向のオフ角成分の絶対値）が０．０３°以上になると、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００の主面２００ｍ上には、上記の六角錐状の凸部２００ｈは形成されないが、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００の主面２００ｍにおけるｃ軸反転結晶領域２００ｔに対して主面２００ｍから｛０００１｝面が最も大きくオフしている方向に隣接するマトリックス結晶領域２００ｓの一部に凹部２００ｒ（図１に示すように、この凹部２００ｒは、たとえば三日月状の形状をしている場合が多い。）が形成され、上記の第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が大きくなる程、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍに現われるｃ軸反転結晶領域１００ｔの面積Ｓｔに対するＩＩＩ族窒化物半導体層２００の主面２００ｍに現れる凹部２００ｒの面積Ｓｒの比率（以下、凹部面積比率という）が大きくなり、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００は、その主面２００ｍのモフォロジーが不良となり、物性が不均一となる。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００の主面２００ｍにおける凹部２００ｒおよびその面積Ｓｒは、それぞれ微分干渉顕微鏡を用いて観察および測定できる。また、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍにおけるｃ軸反転結晶領域１００ｔおよびその面積Ｓｔは、蛍光顕微鏡を用いて観察および測定できる。
また、第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜（すなわち、第１方向が＜１０−１０＞方向の場合は＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値、第１方向が＜１−２１０＞方向の場合は＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値）が０．７５×｜θ1｜より大きい場合は、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００の主面が波状になり、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００の組成が不均一になることにより、得られるＩＩＩ族窒化物半導体層２００の物性が不均一となる。
したがって、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上にモフォロジーが良好で物性が均一なＩＩＩ族窒化物半導体層２００を成長させて高特性のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を得る観点から、ＧａＮ結晶基板１００は、主面１００ｍと｛０００１｝面との間のオフ角θについて、＜１０−１０＞方向および＜１−２１０＞方向のうちいずれか一方の方向を第１方向とし他方の方向を第２方向とするとき、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．０３°以上１．１°以下かつ第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．７５×｜θ1｜以下の範囲（以下、範囲Ｚ１という）が必要であり、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．０５°以上０．８６°以下かつ第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．５×｜θ1｜以下の範囲（以下、範囲Ｚ２という）が好ましく、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．１１°以上０．７６°以下かつ第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．３７５×｜θ1｜以下の範囲（以下、範囲Ｚ３という）がより好ましく、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．２°以上０．６°以下かつ第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．２５×｜θ1｜以下の範囲（以下、範囲Ｚ４という）がさらに好ましく、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．３°以上０．５°以下かつ第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．１２５×｜θ1｜以下の範囲（以下、範囲Ｚ５）が特に好ましい。
ここで、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍと｛０００１｝面との間のオフ角θについて、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜は、（０００２）面を回折面としてω角をスキャンさせるＸ線回折により測定できる。
また、ＧａＮ結晶基板１００は、主面１００ｍ（表主面）上におけるＩＩＩ族窒化物半導体成長の際の原料ガスの流れをスムーズにすることにより均一なＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させる観点から、その上に結晶成長させる主面１００ｍ（表主面）の反りが−２０μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。
また、ＧａＮ結晶基板１００は、結晶成長させる主面と反対側の主面１００ｎ（裏主面）と基板ホルダとの接触性を均一化して均一な温度制御により均一なＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させる観点から、主面１００ｎ（裏主面）の反りが−２０μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。
ここで、主面１００ｍ（表主面）および主面１００ｎ（裏主面）の反りは、所定の大きさ（たとえば、直径２インチ（５．０８ｃｍ））のＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ（表主面）および主面１００ｎ（裏主面）における最高点と最低点との高低差を、レーザフォーカス方式のレーザ変位計（キーエンス社製ＬＴ−９０１０（レーザ出力部）およびＬＴ−９５００（レーザ制御部））、ＸＹポジションコントローラ（コムス社製ＣＰ−５００）および高速アナログ電圧データ収集装置（コムス社製ＣＡ−８００）を用いて測定できる。このレーザ変位計には、レーザ波長６７０ｎｍの赤色半導体レーザを用いることができる。
また、反りのプラス（＋）、マイナス（−）の符号は、測定される面が上となるようにＧａＮ結晶基板１００を配置したとき、上に突出している場合をプラス（＋）、下に凹んでいる場合をマイナス（−）とする。
（ＩＩＩ族窒化物半導体層）
図１〜３、６および７を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０に含まれる少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２００は、特に制限はなく、目的とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の種類に応じた構造を有することができる。
図１〜３、６および７を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０に含まれる少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２００は、特に制限はなく、目的とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の種類に応じた構造を有することができる。
たとえば、図６を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０がＬＤ（レーザダイオード）の場合、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００は第１導電型層２００ｖと活性層２００ａと第２導電型層２００ｗとを含むＬＤ構造を有することができる。また、図７を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０がＬＥＤ（発光ダイオード）の場合、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００は、第１導電型層２００ｖと活性層２００ａと第２導電型層２００ｗとを含むＬＥＤ構造を有することができる。
なお、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０において、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００のそれぞれの層およびＧａＮ結晶基板１００は、それぞれ対応するマトリックス結晶領域およびｃ軸反転結晶領域を有したり、有しなかったりするが、図６および７においてはマトリックス結晶領域とｃ軸反転結晶領域との区別までは記載していない。
図６を参照して、ＬＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０は、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ（表主面）上に、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００として、第１導電型層２００ｖであるｎ型ＧａＮ層２０１、ｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎクラッド層２０２およびｎ型ＧａＮ光導波層２０３、ＭＱＷ（多重量子井戸構造）の活性層２００ａ、第２導電型層２００ｗであるｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎキャップ層２０５、ｐ型ＧａＮ光導波層２０６、ｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ｎクラッド層２０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層２０８がこの順に配置されている。ここで、元素記号の右下の添え字ｘ１、ｘ２およびｘ３は、それぞれ０より大きく１より小さい実数を示す。
ｐ型ＧａＮコンタクト層２０８の一部およびｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ｎクラッド層２０７の一部をエッチングにより除去して、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０８の一部およびｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ｎクラッド層２０７の一部で構成されるリッジ部２０９が形成されている。上記エッチングにより露出されたｐ型ＧａＮコンタクト層２０８およびｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ｎクラッド層２０７の表面上に絶縁層３００であるＳｉＯ2層が配置されている。リッジ部２０９のｐ型ＧａＮコンタクト層２０８上に第２電極４００ｗが配置され、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｎ（裏主面）上に第１電極４００ｖが配置されている。
図７を参照して、ＬＥＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０は、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ（表主面）上に、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００として、第１導電型層２００ｖであるｎ型ＧａＮ層２１１、ＭＱＷ（多重量子井戸構造）の活性層２００ａ、第２導電型層２００ｗであるｐ型Ａｌx4Ｇａ1-x4Ｎブロック層２１７およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１８がこの順に配置されている。ここで、元素記号の右下の添え字ｘ４は、０より大きく１より小さい実数を示す。ｐ型ＧａＮコンタクト層２１８上に第２電極４００ｗが配置され、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｎ（裏主面）上に第１電極４００ｖが配置されている。
［ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法］
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法は、図１１を参照して、ＧａＮ結晶基板１００を準備する工程Ｓ１と、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上に１層以上のＩＩＩ族窒化物半導体層２００を成長させる工程Ｓ２とを含む。
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法は、図１１を参照して、ＧａＮ結晶基板１００を準備する工程Ｓ１と、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上に１層以上のＩＩＩ族窒化物半導体層２００を成長させる工程Ｓ２とを含む。
（ＧａＮ結晶基板の準備工程）
図１１〜１３を参照して、ＧａＮ結晶基板１００を準備する工程Ｓ１は、下地基板８０上にマスク９０を形成するサブ工程（図１２）と、マスク９０が形成された下地基板８０上にＧａＮ結晶を成長させて加工することによりＧａＮ結晶基板を形成するサブ工程（図１３）とを含む。
図１１〜１３を参照して、ＧａＮ結晶基板１００を準備する工程Ｓ１は、下地基板８０上にマスク９０を形成するサブ工程（図１２）と、マスク９０が形成された下地基板８０上にＧａＮ結晶を成長させて加工することによりＧａＮ結晶基板を形成するサブ工程（図１３）とを含む。
図１２を参照して、下地基板８０上にマスク９０を形成するサブ工程において、下地基板８０は、その主面上にＧａＮ結晶を成長させることができるものであれば特に制限はないが、成長させるＧａＮ結晶の結晶性を高くする観点から、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、またはこれらの基板上にＧａＮ結晶層を形成したテンプレート基板が好適に用いられる。マスク９０は、その主面上にＧａＮ結晶のｃ軸反転結晶領域を形成するためにＧａＮ結晶の成長を抑制するものであれば特に制限はなく、ＳｉＯ2層、Ｓｉ3Ｎ4層などが好適に用いられる。また、マスク９０の形成方法は、特に制限はなく、スパッタ法、ＣＶＤ（化学気相堆積）法などが好適に用いられる。
また、下地基板８０上におけるマスク９０の配置は、特に制限はないが、成長させるＧａＮ結晶の転位密度を効果的に低減する観点から、下地基板８０の主面上の四角格子点または三角格子点上にドット状に配置していることが好ましい。マスク９０の各ドットは、製品歩留まりの観点から、直径が１５μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、ピッチが１００μｍ以上２０００μｍ以下が好ましい。
図１３を参照して、マスク９０が形成された下地基板８０上にＧａＮ結晶１００Ｔを成長させて加工することによりＧａＮ結晶基板１００を形成するサブ工程において、ＧａＮ結晶１００Ｔを成長させる方法には、特に制限はなく、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、昇華法などの気相法、フラックス法などの液相法などが用いられる。結晶成長速度が高い観点から、ＨＶＰＥ法が好ましい。
上記の方法により、マスク９０が形成された下地基板８０上にＧａＮ結晶１００Ｔを成長させると、マスク９０が形成されていない下地基板８０上にはマトリックス結晶領域１００ｓが形成され、マスク９０上にはｃ軸反転結晶領域１００ｔが形成され、ＧａＮ結晶１００Ｔの結晶成長面１００ｇには、｛０００１｝面１００ｇｃ以外の面方位を有するファセット１００ｇｆが形成される。かかるファセット１００ｇｆを維持しながらＧａＮ結晶１００Ｔを成長させるファセット成長方法を用いて、ＧａＮ結晶１００Ｔ全体の転位がｃ軸反転結晶領域１００ｔに集められて反対符号の転位を結合されることにより、マトリックス結晶領域１００ｓの転位密度が低減される。
上記のようにして成長されたＧａＮ結晶１００Ｔを、その｛０００１｝面に対して所定のオフ角θ（第１方向のオフ角成分θ1および第２方向のオフ角成分θ2）を有する面でスライスして加工することにより、｛０００１｝面に対して所定のオフ角θ（第１方向のオフ角成分θ1および第２方向のオフ角成分θ2）を有する主面１００ｍ，１００ｎを有するＧａＮ結晶基板が形成される。なお、上記のオフ角θを形成する方法以外に、研削あるいは研磨でオフ角θを形成する方法、あるいは、オフ角θを有する下地基板８０上にＧａＮ結晶を成長させて、下地基板の主面と平行にスライスして加工する方法がある。
（ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長工程）
図６、７および１１を参照して、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上に１層以上のＩＩＩ族窒化物半導体層２００を成長させる工程Ｓ２において、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００を成長させる方法には、特に制限はなく、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法、昇華法などの気相法、フラックス法などの液相法などが用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体層２００の化学組成および厚さの調整の精度が高い観点から、ＭＯＣＶＤ法が好ましい。
図６、７および１１を参照して、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ上に１層以上のＩＩＩ族窒化物半導体層２００を成長させる工程Ｓ２において、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００を成長させる方法には、特に制限はなく、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法、昇華法などの気相法、フラックス法などの液相法などが用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体層２００の化学組成および厚さの調整の精度が高い観点から、ＭＯＣＶＤ法が好ましい。
（ＬＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造）
上記のＩＩＩ族窒化物半導体層２００の成長工程において、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００として、第１導電型層２００ｖと、活性層２００ａと、第２導電型層２００ｗとを含むＬＤ（レーザダイオード）構造を形成することにより、ＬＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０が製造される。
上記のＩＩＩ族窒化物半導体層２００の成長工程において、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００として、第１導電型層２００ｖと、活性層２００ａと、第２導電型層２００ｗとを含むＬＤ（レーザダイオード）構造を形成することにより、ＬＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０が製造される。
ＬＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０の製造方法は、特に制限はないが、図６を参照して、たとえば、以下のようにして行なうことができる。
１．ＧａＮ結晶基板の準備
｛０００１｝面に対して所定のオフ角θを有する主面１００ｍ，１００ｎを有するＧａＮ結晶基板１００を準備する。
｛０００１｝面に対して所定のオフ角θを有する主面１００ｍ，１００ｎを有するＧａＮ結晶基板１００を準備する。
２．ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長
次に、上記のＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ（表主面）上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００として、第１導電型層２００ｖであるＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層２０１、Ｓｉがドープされたｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎクラッド層２０２およびＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ光導波層２０３、アンドープのＩｎy1Ｇａ1-y1Ｎ層およびアンドープのＩｎy2Ｇａ1-y2Ｎ層で構成されるＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層２００ａ、第２導電型層２００ｗであるＭｇがドープされたｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎキャップ層２０５、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮ光導波層２０６、Ｍｇがドープされたｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ｎクラッド層２０７およびＭｇがドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層２０８を、を順次エピタキシャル成長させる。ここで、元素記号の右下の添え字ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｙ１およびｙ２は、それぞれ０より大きく１より小さい実数を示す。
次に、上記のＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ（表主面）上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００として、第１導電型層２００ｖであるＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層２０１、Ｓｉがドープされたｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎクラッド層２０２およびＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ光導波層２０３、アンドープのＩｎy1Ｇａ1-y1Ｎ層およびアンドープのＩｎy2Ｇａ1-y2Ｎ層で構成されるＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層２００ａ、第２導電型層２００ｗであるＭｇがドープされたｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎキャップ層２０５、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮ光導波層２０６、Ｍｇがドープされたｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ｎクラッド層２０７およびＭｇがドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層２０８を、を順次エピタキシャル成長させる。ここで、元素記号の右下の添え字ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｙ１およびｙ２は、それぞれ０より大きく１より小さい実数を示す。
３．素子化
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０８の主面全面に、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ2膜を形成した後、このＳｉＯ2膜上にリソグラフィーによりリッジ部２０９の形状に対応した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、たとえばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチングにより、ＳｉＯ2膜をエッチングし、リッジ部２０９に対応する形状とする。なお、かかるＳｉＯ2膜の形成は、真空蒸着法、スパッタリング法などを用いてもよく、ＳｉＯ2膜のエッチングには、フッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法でもよい。
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０８の主面全面に、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ2膜を形成した後、このＳｉＯ2膜上にリソグラフィーによりリッジ部２０９の形状に対応した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、たとえばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチングにより、ＳｉＯ2膜をエッチングし、リッジ部２０９に対応する形状とする。なお、かかるＳｉＯ2膜の形成は、真空蒸着法、スパッタリング法などを用いてもよく、ＳｉＯ2膜のエッチングには、フッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法でもよい。
次に、このＳｉＯ2膜をマスクとして、ＲＩＥ法により、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０８の表面からｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ｎクラッド層２０７の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行なうことにより、＜１０−１０＞方向に延在するリッジ部２０９を形成する。このリッジ部２０９の幅は２μｍである。このＲＩＥのエッチングガスとしては塩素系ガスを用いた。
次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2膜をエッチング除去した後、主面全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタ法などにより、たとえばＳｉＯ2層のような絶縁層３００を形成する。この絶縁層３００は電気絶縁および表面保護のためのものである。
次に、リソグラフィーにより第２電極形成領域を除いた領域の絶縁層３００の表面を覆うレジストパターン（図示せず）を形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして絶縁層３００をエッチングすることにより、開口部を形成する。
次に、レジストパターンを残したままの状態で、主面全面に、たとえば、真空蒸着法により、たとえばＰｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、レジストパターンをその上に形成されたＰｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、絶縁層３００の開口部を通じてｐ型ＧａＮコンタクト層２０８にコンタクトした第２電極４００ｗが形成される。
次に、チップに分割しやすくするため、第２電極４００ｗが形成された側の主面を研磨用ホルダにはり付けて、ＧａＮ結晶基板１００を研磨により薄くする。
次に、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｎ（裏主面）に、たとえば真空蒸着法により、たとえばＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成し、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の第１電極４００ｖを形成する。
次に、上述のようにしてレーザ構造のＩＩＩ族窒化物半導体層２００が形成されたＧａＮ結晶基板１００のスクライビングを劈開により行なってレーザバーに加工して両共振器端面を形成する。次に、これらの共振器端面に端面コーティングを施した後、再びこのレーザバーのスクライビングを劈開などにより行なってチップ化する。このようにして、ＬＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０が製造される。
（ＬＥＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造）
上記のＩＩＩ族窒化物半導体層２００の成長工程において、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００として、第１導電型層２００ｖと、活性層２００ａと、第２導電型層２００ｗとを含むＬＥＤ（発光ダイオード）構造を形成することにより、ＬＥＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０が製造される。
上記のＩＩＩ族窒化物半導体層２００の成長工程において、ＩＩＩ族窒化物半導体層２００として、第１導電型層２００ｖと、活性層２００ａと、第２導電型層２００ｗとを含むＬＥＤ（発光ダイオード）構造を形成することにより、ＬＥＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０が製造される。
ＬＥＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０の製造方法は、特に制限はないが、図７を参照して、たとえば、以下のようにして行なうことができる。
１．ＧａＮ結晶基板の準備
｛０００１｝面に対して所定のオフ角θを有する主面１００ｍ，１００ｎを有するＧａＮ結晶基板１００を準備する。
｛０００１｝面に対して所定のオフ角θを有する主面１００ｍ，１００ｎを有するＧａＮ結晶基板１００を準備する。
２．ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長
次に、上記のＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ（表主面）上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２００として、第１導電型層２００ｖであるＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層２１１、アンドープのＩｎy3Ｇａ1-y3Ｎ層およびアンドープのＧａＮ層で構成されるＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層２００ａ、第２導電型層２００ｗであるＭｇがドープされたｐ型Ａｌx4Ｇａ1-x4Ｎブロック層２１７およびＭｇがドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層２１８を、を順次エピタキシャル成長させる。ここで、元素記号の右下の添え字ｘ４およびｙ３は、それぞれ０より大きく１より小さい実数を示す。
次に、上記のＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍ（表主面）上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２００として、第１導電型層２００ｖであるＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層２１１、アンドープのＩｎy3Ｇａ1-y3Ｎ層およびアンドープのＧａＮ層で構成されるＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層２００ａ、第２導電型層２００ｗであるＭｇがドープされたｐ型Ａｌx4Ｇａ1-x4Ｎブロック層２１７およびＭｇがドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層２１８を、を順次エピタキシャル成長させる。ここで、元素記号の右下の添え字ｘ４およびｙ３は、それぞれ０より大きく１より小さい実数を示す。
３．素子化
次に、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｎ（裏主面）の少なくとも一部に第１電極４００ｖを形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１８の主面の少なくとも一部に第２電極４００ｗを形成し、さらにチップ化する。このようにして、ＬＥＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０が製造される。
次に、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｎ（裏主面）の少なくとも一部に第１電極４００ｖを形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１８の主面の少なくとも一部に第２電極４００ｗを形成し、さらにチップ化する。このようにして、ＬＥＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１０が製造される。
［実施例Ａ］
１．ＧａＮ結晶基板の準備
マトリックス結晶領域とｃ軸反転結晶領域とを含み、表主面上においてｃ軸反転結晶領域が直径６０μｍのドット形状でピッチが１０００μｍの正方形格子点上に配置されたＧａＮ結晶基板であって、｛０００１｝面に対して表主面が所定のオフ角θを有し表主面および裏主面が所定の反りを有する１７種類の直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが４００μｍのＧａ結晶基板を準備した（例ＡＲ−１〜ＡＲ−３および例Ａ−１〜Ａ−１４）。実施例Ａにおいては、オフ角θの第１方向を＜１０−１０＞方向、オフ角θの第２方向を＜１−２１０＞方向とした。
１．ＧａＮ結晶基板の準備
マトリックス結晶領域とｃ軸反転結晶領域とを含み、表主面上においてｃ軸反転結晶領域が直径６０μｍのドット形状でピッチが１０００μｍの正方形格子点上に配置されたＧａＮ結晶基板であって、｛０００１｝面に対して表主面が所定のオフ角θを有し表主面および裏主面が所定の反りを有する１７種類の直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが４００μｍのＧａ結晶基板を準備した（例ＡＲ−１〜ＡＲ−３および例Ａ−１〜Ａ−１４）。実施例Ａにおいては、オフ角θの第１方向を＜１０−１０＞方向、オフ角θの第２方向を＜１−２１０＞方向とした。
ここで、ＧａＮ結晶基板１００の主面１００ｍと｛０００１｝面との間のオフ角θについて、第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜は、（０００２）面を回折面としてω角をスキャンさせるＸ線回折により測定した。また、表主面および裏主面のそれぞれの反りは、ＧａＮ結晶基板の表主面および裏主面のそれぞれにおける最高点と最低点との高低差を、レーザフォーカス方式のレーザ変位計（キーエンス社製ＬＴ−９０１０（レーザ出力部）およびＬＴ−９５００（レーザ制御部））、ＸＹポジションコントローラ（コムス社製ＣＰ−５００）および高速アナログ電圧データ収集装置（コムス社製ＣＡ−８００）を用いて測定した。このレーザ変位計には、レーザ波長６７０ｎｍの赤色半導体レーザを用いた。また、反りの符号は、測定される面が上となるようにＧａＮ結晶基板を配置したとき、上に突出している場合をプラス（＋）、下に凹んでいる場合をマイナス（−）とした。
１７種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれについて、＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜、＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜、表主面の反りおよび裏主面の反りは、以下のとおりであった。例ＡＲ−１のＧａＮ結晶基板については、１．００°、０．９０°、−１１．４μｍおよび−１２．５μｍであった。例ＡＲ−２のＧａＮ結晶基板については、０．６０°、０．６０°、−１０．５μｍおよび−１２．４μｍであった。例ＡＲ−３のＧａＮ結晶基板については、０．１０°、０．０９°、−１４．４μｍおよび−１０．５μｍであった。例Ａ−１のＧａＮ結晶基板については、１．１０°、０．８０°、−１８．２μｍおよび−１５．８μｍであった。例Ａ−２のＧａＮ結晶基板については、０．０３°、０．０２°、−１５．２μｍおよび−１６．７μｍであった。例Ａ−３のＧａＮ結晶基板については、０．８６°、０．４２°、５．６μｍおよび−８．５μｍであった。例Ａ−４のＧａＮ結晶基板については、０．０５°、０．０２°、５．６μｍおよび−５．８μｍであった。例Ａ−５のＧａＮ結晶基板については、０．７６°、０．２７°、−１２．４μｍおよび７．８μｍであった。例Ａ−６のＧａＮ結晶基板については、０．１１°、０．０４°、−１１．６μｍおよび１６．８μｍであった。例Ａ−７のＧａＮ結晶基板については、０．５９°、０．１４°、−１８．４μｍおよび１４．７μｍであった。例Ａ−８のＧａＮ結晶基板については、０．２０°、０．０４°、８．９μｍおよび１１．９μｍであった。例Ａ−９のＧａＮ結晶基板については、０．４８°、０．１１°、−９．６μｍおよび１７．８μｍであった。例Ａ−１０のＧａＮ結晶基板については、０．３１°、０．０７°、４．５μｍおよび−１８．６μｍであった。例Ａ−１１のＧａＮ結晶基板については、０．６０°、０．０４°、−６．２μｍおよび３．４μｍであった。例Ａ−１２のＧａＮ結晶基板については、０．２１°、０．０１°、９．５μｍおよび８．９μｍであった。例Ａ−１３のＧａＮ結晶基板については、０．４９°、０．０３°、−７．８μｍおよび−１１．２μｍであった。例Ａ−１４のＧａＮ結晶基板については、０．３０°、０．０２°、−８．２μｍおよび１０．３μｍであった。結果を表１にまとめた。
２．ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長
次に、上記の１７種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表主面上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体層として、Ｓｉがドープされた厚さが０．０５μｍのｎ型ＧａＮ層、Ｓｉがドープされた厚さが１．０μｍのｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層、Ｓｉがドープされた厚さが０．１μｍのｎ型ＧａＮ光導波層、アンドープの厚さが３ｎｍのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層および厚さが６ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層で構成される５周期のＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層２００ａ、Ｍｇがドープされた厚さが１０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャップ層、Ｍｇがドープされた厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮ光導波層、Ｍｇがドープされた厚みが０．３μｍのｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層およびＭｇがドープされた厚さが０．０５μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を順次エピタキシャル成長させた。
次に、上記の１７種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表主面上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体層として、Ｓｉがドープされた厚さが０．０５μｍのｎ型ＧａＮ層、Ｓｉがドープされた厚さが１．０μｍのｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層、Ｓｉがドープされた厚さが０．１μｍのｎ型ＧａＮ光導波層、アンドープの厚さが３ｎｍのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層および厚さが６ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層で構成される５周期のＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層２００ａ、Ｍｇがドープされた厚さが１０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャップ層、Ｍｇがドープされた厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮ光導波層、Ｍｇがドープされた厚みが０．３μｍのｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層およびＭｇがドープされた厚さが０．０５μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を順次エピタキシャル成長させた。
こうして得られた半導体積層ウエハの表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、ｃ軸反転結晶領域の近傍の＜１０−１＞方向ならびに＜１２−１０＞方向に向かってエピタキシャル成長させたＩＩＩ族窒化物半導体層エピタキシャル層が窪んでいることが観察できた。
次に、得られた半導体積層ウエハの発光波長の分布をＰＬ（フォトルミネッセンス）法により評価した。具体的には、直径２インチ（５．０８ｃｍ）の半導体積層ウエハのＩＩＩ族窒化物半導体層側の主面上の全面に渡って１ｍｍのピッチで、ＩＩＩ族窒化物半導体層のいずれの層の禁制帯幅より大きなエネルギーを有するレーザ光（ピーク波長が３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザ光）を照射し、励起された発光の波長分布（最大波長と最小波長との差）を測定した。
３．素子化
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層の主面全面にＣＶＤ法により、厚さが０．１μｍのＳｉＯ2膜を形成した後、このＳｉＯ2膜上にリソグラフィーによりリッジ部の形状に対応した所定形状のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、フッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチングによりＳｉＯ2膜をエッチングし、リッジ部に対応する形状とした。
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層の主面全面にＣＶＤ法により、厚さが０．１μｍのＳｉＯ2膜を形成した後、このＳｉＯ2膜上にリソグラフィーによりリッジ部の形状に対応した所定形状のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、フッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチングによりＳｉＯ2膜をエッチングし、リッジ部に対応する形状とした。
次に、このＳｉＯ2膜をマスクとして、ＲＩＥ法により。ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面からｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行なうことにより、＜１０−１０＞方向に延在するリッジ部を形成する。このリッジ部の幅は２μｍである。このＲＩＥのエッチングガスとしては塩素系ガスを用いた。
次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2膜をエッチング除去した後、主面全面に、ＣＶＤ法により、厚さが０．３μｍのＳｉＯ2層のような絶縁層を形成した。この絶縁層は電気絶縁および表面保護のためのものであった。
次に、リソグラフィーにより第２電極形成領域を除いた領域の絶縁層の表面を覆うレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして絶縁層をエッチングすることにより、開口部を形成する。
次に、レジストパターンを残したままの状態で、主面全面に、真空蒸着法により、Ｐｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、レジストパターンをその上に形成されたＰｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去した（リフトオフ）。これによって、絶縁層の開口部を通じてｐ型ＧａＮコンタクト層にコンタクトした第２電極が形成される。ここで、この第２電極を構成するＰｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは、それぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍおよび３００ｎｍとした。
次に。チップに分割しやすくするため、第２電極が形成された側の主面を研磨用ホルダにはり付けた後、平均粒径３０μｍのＳｉＣ砥粒を含むスラリーを使用してＧａＮ基板の厚さが４００μｍから１００μｍになるまで研磨を行なった。
次に、ＧａＮ結晶基板の裏主面に、真空蒸着法により、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成し、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の第１電極を形成した。ここで、この第１電極を構成するＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは、それぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍとした。
次に、上述のようにしてレーザ構造が形成されたＧａＮ基板のスクライビングを劈開により行なってレーザバーに加工して両共振器端面を形成した。次に、これらの共振器端面に端面コーティングを施した後、再びこのレーザバーのスクライビングを劈開などにより行なってチップ化した。このようにして、各種類の半導体積層ウエハから１００個のＬＤチップ、すなわち１７種類の半導体積層ウエハから全部で１７００個のＬＤチップ
が得られた。
が得られた。
それぞれの種類の１００個のＬＤチップについて、それぞれの光発振の有無を調べ、光発振があったＬＤチップを合格として、チップ合格率を算出した。
１７種類のＬＤのそれぞれについて、凹部面積比率、主面内発光波長分布およびチップ合格率は、以下のとおりであった。例ＡＲ−１のＬＤについては、１．７２、２２ｎｍおよび４３％であった。例ＡＲ−２のＬＤについては、１．４６、２２ｎｍおよび４４％であった。例ＡＲ−３のＬＤについては、１．４０、１８ｎｍおよび４９％であった。例Ａ−１のＬＤについては、０．７０、１２ｎｍおよび７８％であった。例Ａ−２のＬＤについては、０．６４、１２ｎｍおよび７８％であった。例Ａ−３のＬＤについては、０．５１、９ｎｍおよび８２％であった。例Ａ−４のＬＤについては、０．５２、９ｎｍおよび８１％であった。例Ａ−５のＬＤについては、０．３４、８ｎｍおよび８５％であった。例Ａ−６のＬＤについては、０．３８、８ｎｍおよび８３％であった。例Ａ−７のＬＤについては、０．１９、７ｎｍおよび９２％であった。例Ａ−８のＬＤについては、０．２０、７ｎｍおよび９０％であった。例Ａ−９のＬＤについては、０．１８、７ｎｍおよび９１％であった。例Ａ−１０のＬＤについては、０．１１、７ｎｍおよび９２％であった。例Ａ−１１のＬＤについては、０．２１、４ｎｍおよび９４％であった。例Ａ−１２のＬＤについては、０．１８、４ｎｍおよび９３％であった。例Ａ−１３のＬＤについては、０．０６、４ｎｍおよび９５％であった。例Ａ−１４のＬＤについては、０．０６、４ｎｍおよび９４％であった。結果を表１にまとめた。また、例ＡＲ−１〜ＡＲ−３および例Ａ−１〜Ａ−１４のそれぞれのＬＤにおけるＧａＮ結晶基板の主面について、第１方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜との関係を図１４のグラフに示した。
表１および図１４から明らかなように、ＬＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、ＧａＮ結晶基板の主面と｛０００１｝面との間のオフ角θについて、第１方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が、範囲Ｚ１（０．０３°≦｜θ1｜≦１．１°かつ｜θ2｜≦０．７５×｜θ1｜）内にあるとき、凹部面積比率が低くなり、主面内発光波長分布が少なく、チップ合格率が高くなった。また、かかる凹部面積比率の低下、主面内発光波長分布の減少およびチップ合格率の増大の効果は、上記の第１方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が、範囲Ｚ２（０．０５°≦｜θ1｜≦０．８６°かつ｜θ2｜≦０．５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ３（０．１１°≦｜θ1｜≦０．７６°かつ｜θ2｜≦０．３７５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ４（０．２°≦｜θ1｜≦０．６°かつ｜θ2｜≦０．２５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ５（０．３°≦｜θ1｜≦０．５°かつ｜θ2｜≦０．１２５×｜θ1｜）内にある程、大きくなった。
［実施例Ｂ］
１．ＧａＮ結晶基板の準備
オフ角θの第１方向を＜１−２１０＞方向、オフ角θの第２方向を＜１０−１０＞方向としたこと以外は、実施例Ａと同様にして、１７種類のＧａＮ結晶基板を準備した。
１．ＧａＮ結晶基板の準備
オフ角θの第１方向を＜１−２１０＞方向、オフ角θの第２方向を＜１０−１０＞方向としたこと以外は、実施例Ａと同様にして、１７種類のＧａＮ結晶基板を準備した。
１７種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれについて、＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜、＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜、表主面の反りおよび裏主面の反りは、以下のとおりであった。例ＢＲ−１のＧａＮ結晶基板については、０．９５°、０．９９°、１１．９μｍおよび１１．９μｍであった。例ＢＲ−２のＧａＮ結晶基板については、０．５９°、０．６６°、−９．６μｍおよび４．５μｍであった。例ＢＲ−３のＧａＮ結晶基板については、０．１０°、０．０９°、７．８μｍおよび４．５μｍであった。例Ｂ−１のＧａＮ結晶基板については、０．７８°、１．０８°、８．９μｍおよび７．８μｍであった。例Ｂ−２のＧａＮ結晶基板については、０．０２°、０．０３°、−１１．６μｍおよび１７．８μｍであった。例Ｂ−３のＧａＮ結晶基板については、０．４１°、０．８４°、４．５μｍおよび１４．７μｍであった。例Ｂ−４のＧａＮ結晶基板については、０．０２°、０．０５°、８．９μｍおよび１１．９μｍであった。例Ｂ−５のＧａＮ結晶基板については、０．２６°、０．７４°、９．５μｍおよび８．９μｍであった。例Ｂ−６のＧａＮ結晶基板については、０．０４°、０．１１°、４．５μｍおよび−１８．６μｍであった。例Ｂ−７のＧａＮ結晶基板については、０．１４°、０．５９°、−８．２μｍおよび３．４μｍであった。例Ｂ−８のＧａＮ結晶基板については、０．０４°、０．２０°、０．０μｍおよび８．９μｍであった。例Ｂ−９のＧａＮ結晶基板については、０．１１°、０．４７°、−７．８μｍおよび−１５．２μｍであった。例Ｂ−１０のＧａＮ結晶基板については、０．０７°、０．３０°、−１６．７μｍおよび１０．３μｍであった。例Ｂ−１１のＧａＮ結晶基板については、０．０４°、０．５８°、−８．５μｍおよび−１５．２μｍであった。例Ｂ−１２のＧａＮ結晶基板については、０．０１°、０．２１°、−５．８μｍおよび５．６μｍであった。例Ｂ−１３のＧａＮ結晶基板については、０．０３°、０．４８°、７．８μｍおよび−１６．７μｍであった。例Ｂ−１４のＧａＮ結晶基板については、０．０２°、０．３１°、−８．５μｍおよび−１２．４μｍであった。結果を表２にまとめた。
２．ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長
次に、上記の１７種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表主面上に、実施例Ａと同様にして、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させた。こうして得られた半導体積層ウエハの表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、ｃ軸反転結晶領域の近傍の＜１０−１＞方向ならびに＜１２−１０＞方向に向かってエピタキシャル成長させたＩＩＩ族窒化物半導体層エピタキシャル層が窪んでいることが観察できた。また、得られた半導体積層ウエハの発光波長の分布を実施例Ａと同様にして評価した。
次に、上記の１７種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表主面上に、実施例Ａと同様にして、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させた。こうして得られた半導体積層ウエハの表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、ｃ軸反転結晶領域の近傍の＜１０−１＞方向ならびに＜１２−１０＞方向に向かってエピタキシャル成長させたＩＩＩ族窒化物半導体層エピタキシャル層が窪んでいることが観察できた。また、得られた半導体積層ウエハの発光波長の分布を実施例Ａと同様にして評価した。
３．素子化
次に、実施例Ａと同様にして、上記の各種類の半導体積層ウエハから１００個のＬＤチップ、すなわち１７種類の半導体積層ウエハから全部で１７００個のＬＤチップが得られた。
次に、実施例Ａと同様にして、上記の各種類の半導体積層ウエハから１００個のＬＤチップ、すなわち１７種類の半導体積層ウエハから全部で１７００個のＬＤチップが得られた。
それぞれの種類のＬＤチップについて、実施例Ａと同様にして、チップ合格率を算出した。
１７種類のＬＤのそれぞれについて、凹部面積比率、主面内発光波長分布およびチップ合格率は、以下のとおりであった。例ＢＲ−１のＬＤについては、２．０４、１９ｎｍおよび３８％であった。例ＢＲ−２のＬＤについては、１．７２、２１ｎｍおよび３４％であった。例ＢＲ−３のＬＤについては、１．７８、１７ｎｍおよび４８％であった。例Ｂ−１のＬＤについては、０．８９、１２ｎｍおよび７４％であった。例Ｂ−２のＬＤについては、０．８６、１２ｎｍおよび７３％であった。例Ｂ−３のＬＤについては、０．５１、９ｎｍおよび８１％であった。例Ｂ−４のＬＤについては、０．５２、９ｎｍおよび８０％であった。例Ｂ−５のＬＤについては、０．４４、８ｎｍおよび８３％であった。例Ｂ−６のＬＤについては、０．４５、８ｎｍおよび８３％であった。例Ｂ−７のＬＤについては、０．２６、７ｎｍおよび９０％であった。例Ｂ−８のＬＤについては、０．２５、７ｎｍおよび９１％であった。例Ｂ−９のＬＤについては、０．２７、７ｎｍおよび９０％であった。例Ｂ−１０のＬＤについては、０．２４、７ｎｍおよび８９％であった。例Ｂ−１１のＬＤについては、０．２４、６ｎｍおよび９２％であった。例Ｂ−１２のＬＤについては、０．２７、６ｎｍおよび９１％であった。例Ｂ−１３のＬＤについては、０．０７、３ｎｍおよび９７％であった。例Ｂ−１４のＬＤについては、０．０８、３ｎｍおよび９４％であった。結果を表２にまとめた。また、例ＢＲ−１〜ＢＲ−３および例Ｂ−１〜Ｂ−１４のそれぞれのＬＤにおけるＧａＮ結晶基板の主面について、第２方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜および第１方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜との関係を図１５のグラフに示した。
表２および図１５から明らかなように、ＬＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、ＧａＮ結晶基板の主面と｛０００１｝面との間のオフ角θについて、第２方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜および第１方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が、範囲Ｚ１（０．０３°≦｜θ1｜≦１．１°かつ｜θ2｜≦０．７５×｜θ1｜）内にあるとき、凹部面積比率が低くなり、主面内発光波長分布が少なく、チップ合格率が高くなった。また、かかる凹部面積比率の低下、主面内発光波長分布の減少およびチップ合格率の増大の効果は、上記の第１方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が、範囲Ｚ２（０．０５°≦｜θ1｜≦０．８６°かつ｜θ2｜≦０．５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ３（０．１１°≦｜θ1｜≦０．７６°かつ｜θ2｜≦０．３７５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ４（０．２°≦｜θ1｜≦０．６°かつ｜θ2｜≦０．２５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ５（０．３°≦｜θ1｜≦０．５°かつ｜θ2｜≦０．１２５×｜θ1｜）内にある程、大きくなった。
［実施例Ｃ］
１．ＧａＮ結晶基板の準備
実施例Ａと同様にして、１１種類のＧａＮ結晶基板を準備した。
１．ＧａＮ結晶基板の準備
実施例Ａと同様にして、１１種類のＧａＮ結晶基板を準備した。
１１種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれについて、＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜、＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜、表主面の反りおよび裏主面の反りは、以下のとおりであった。例ＣＲ−１のＧａＮ結晶基板については、１．０９°、０．９３°、８．９μｍおよび１２．０μｍであった。例ＣＲ−２のＧａＮ結晶基板については、０．６５°、０．６５°、−７．８μｍおよび−５．７μｍであった。例ＣＲ−３のＧａＮ結晶基板については、０．１０°、０．１１°、８．９μｍおよび−１１．２μｍであった。例Ｃ−１のＧａＮ結晶基板については、１．０６°、０．７７°、−１４．３μｍおよび１２．８μｍであった。例Ｃ−２のＧａＮ結晶基板については、０．０３°、０．０２°、４．５μｍおよび−１１．５μｍであった。例Ｃ−３のＧａＮ結晶基板については、０．５８°、０．１３°、−８．５μｍおよび−１５．２μｍであった。例Ｃ−４のＧａＮ結晶基板については、０．２０°、０．０４°、０．０μｍおよび５．６μｍであった。例Ｃ−５のＧａＮ結晶基板については、０．４６°、０．１１°、７．８μｍおよび−１１．６μｍであった。例Ｃ−６のＧａＮ結晶基板については、０．３０°、０．０７°、５．８μｍおよび１１．４μｍであった。例Ｃ−７のＧａＮ結晶基板については、０．５７°、０．０４°、５．９μｍおよび−８．０μｍであった。例Ｃ−８のＧａＮ結晶基板については、０．２０°、０．０１°、１１．９μｍおよび４．５μｍであった。結果を表３にまとめた。
２．ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長
次に、上記の１１種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表主面上に、ＭＯＶＰＥ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物結晶層として、Ｓｉがドープされた厚さが５μｍのｎ型ＧａＮ層、アンドープの厚さが３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層およびアンドープの厚さが１５ｎｍのＧａＮ層で構成される３周期のＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層、Ｍｇがドープされた厚さが６０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎブロック層、Ｍｇがドープされた厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を順次成長させて半導体積層ウエハを得た。こうして得られた半導体積層ウエハの表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、ｃ軸反転結晶領域の近傍の＜１０−１＞方向ならびに＜１２−１０＞方向に向かってエピタキシャル成長させたＩＩＩ族窒化物半導体層エピタキシャル層が窪んでいることが観察できた。また、得られた半導体積層ウエハの発光波長の分布を実施例Ａと同様にして評価した。
次に、上記の１１種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表主面上に、ＭＯＶＰＥ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物結晶層として、Ｓｉがドープされた厚さが５μｍのｎ型ＧａＮ層、アンドープの厚さが３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層およびアンドープの厚さが１５ｎｍのＧａＮ層で構成される３周期のＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層、Ｍｇがドープされた厚さが６０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎブロック層、Ｍｇがドープされた厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を順次成長させて半導体積層ウエハを得た。こうして得られた半導体積層ウエハの表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、ｃ軸反転結晶領域の近傍の＜１０−１＞方向ならびに＜１２−１０＞方向に向かってエピタキシャル成長させたＩＩＩ族窒化物半導体層エピタキシャル層が窪んでいることが観察できた。また、得られた半導体積層ウエハの発光波長の分布を実施例Ａと同様にして評価した。
３．素子化
次に、上記の半導体積層ウエハをチップに分割したときにＧａＮ結晶基板の裏主面の中央部になる位置に直径８０μｍ×厚さ１００ｎｍの第１電極を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層２４の主面の中央部になる位置に直径１５０μｍ×厚さ１００ｎｍの第２電極を形成して、半導体発光素子ウエハを得た。次に、各種類の半導体発光素子ウエハを１００個の４００μｍ×４００μｍのチップに分割した。すなわち、１１種類の半導体発光素子ウエハから全部で１１００個のＬＥＤチップが得られた。 それぞれの種類の１００個のＬＥＤチップについて、それぞれの発光強度を測定し、所定の規格値を超えたＬＥＤチップを合格として、チップ合格率を算出した。
次に、上記の半導体積層ウエハをチップに分割したときにＧａＮ結晶基板の裏主面の中央部になる位置に直径８０μｍ×厚さ１００ｎｍの第１電極を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層２４の主面の中央部になる位置に直径１５０μｍ×厚さ１００ｎｍの第２電極を形成して、半導体発光素子ウエハを得た。次に、各種類の半導体発光素子ウエハを１００個の４００μｍ×４００μｍのチップに分割した。すなわち、１１種類の半導体発光素子ウエハから全部で１１００個のＬＥＤチップが得られた。 それぞれの種類の１００個のＬＥＤチップについて、それぞれの発光強度を測定し、所定の規格値を超えたＬＥＤチップを合格として、チップ合格率を算出した。
１１種類のＬＥＤのそれぞれについて、凹部面積比率、主面内発光波長分布およびチップ合格率は、以下のとおりであった。例ＣＲ−１のＬＥＤについては、１．９７、１８ｎｍおよび４２％であった。例ＣＲ−２のＬＥＤについては、１．８５、１９ｎｍおよび４１％であった。例ＣＲ−３のＬＥＤについては、１．８５、１９ｎｍおよび３９％であった。例Ｃ−１のＬＥＤについては、０．７６、１０ｎｍおよび８２％であった。例Ｃ−２のＬＥＤについては、０．８５、１２ｎｍおよび８４％であった。例Ｃ−３のＬＥＤについては、０．２１、５ｎｍおよび９４％であった。例Ｃ−４のＬＥＤについては、０．２３、５ｎｍおよび９６％であった。例Ｃ−５のＬＥＤについては、０．２０、４ｎｍおよび９３％であった。例Ｃ−６のＬＥＤについては、０．２１、６ｎｍおよび９５％であった。例Ｃ−７のＬＥＤについては、０．２４、４ｎｍおよび９５％であった。例Ｃ−８のＬＥＤについては、０．２０、４ｎｍおよび９３％であった。結果を表３にまとめた。また、例ＣＲ−１〜ＣＲ−３および例Ｃ−１〜Ｃ−８のそれぞれのＬＥＤにおけるＧａＮ結晶基板の主面について、第１方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜との関係を図１６のグラフに示した。
表３および図１６から明らかなように、ＬＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、ＧａＮ結晶基板の主面と｛０００１｝面との間のオフ角θについて、第１方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が、範囲Ｚ１（０．０３°≦｜θ1｜≦１．１°かつ｜θ2｜≦０．７５×｜θ1｜）内にあるとき、凹部面積比率が低くなり、主面内発光波長分布が少なく、チップ合格率が高くなった。また、かかる凹部面積比率の低下、主面内発光波長分布の減少およびチップ合格率の増大の効果は、上記の第１方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が、範囲Ｚ２（０．０５°≦｜θ1｜≦０．８６°かつ｜θ2｜≦０．５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ３（０．１１°≦｜θ1｜≦０．７６°かつ｜θ2｜≦０．３７５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ４（０．２°≦｜θ1｜≦０．６°かつ｜θ2｜≦０．２５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ５（０．３°≦｜θ1｜≦０．５°かつ｜θ2｜≦０．１２５×｜θ1｜）内にある程、大きくなった。
［実施例Ｄ］
１．ＧａＮ結晶基板の準備
実施例Ｂと同様にして、１１種類のＧａＮ結晶基板を準備した。
１．ＧａＮ結晶基板の準備
実施例Ｂと同様にして、１１種類のＧａＮ結晶基板を準備した。
１１種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれについて、＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜、＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜、表主面の反りおよび裏主面の反りは、以下のとおりであった。例ＤＲ−１のＧａＮ結晶基板については、０．９９°、１．００°、１２．８μｍおよび１２．０μｍであった。例ＤＲ−２のＧａＮ結晶基板については、０．６６°、０．７０°、４．５μｍおよび−５．７μｍであった。例ＤＲ−３のＧａＮ結晶基板については、０．１０°、０．１０°、−５．７μｍおよび−１１．２μｍであった。例Ｄ−１のＧａＮ結晶基板については、０．７６°、１．１０°、−１４．３μｍおよび１２．８μｍであった。例Ｄ−２のＧａＮ結晶基板については、０．０２°、０．０３°、８．９μｍおよび−１１．５μｍであった。例Ｄ−３のＧａＮ結晶基板については、０．１４°、０．５９°、５．９μｍおよび５．６μｍであった。例Ｄ−４のＧａＮ結晶基板については、０．０４°、０．２０°、１１．９μｍおよび−１１．６μｍであった。例Ｄ−５のＧａＮ結晶基板については、０．１１°、０．４８°、５．８μｍおよび０．０μｍであった。例Ｄ−６のＧａＮ結晶基板については、０．０７°、０．３１°、５．８μｍおよび１１．４μｍであった。例Ｄ−７のＧａＮ結晶基板については、０．０４°、０．６０°、５．９μｍおよび−８．０μｍであった。例Ｄ−８のＧａＮ結晶基板については、０．０１°、０．２１°、１２．０μｍおよび３．２μｍであった。結果を表３にまとめた。
２．ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長
上記の１１種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表主面上に、実施例Ｃと同様にして、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させた。こうして得られた半導体積層ウエハの表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、ｃ軸反転結晶領域の近傍の＜１０−１＞方向ならびに＜１２−１０＞方向に向かってエピタキシャル成長させたＩＩＩ族窒化物半導体層エピタキシャル層が窪んでいることが観察できた。また、得られた半導体積層ウエハの発光波長の分布を実施例Ａと同様にして評価した。
上記の１１種類のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表主面上に、実施例Ｃと同様にして、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させた。こうして得られた半導体積層ウエハの表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、ｃ軸反転結晶領域の近傍の＜１０−１＞方向ならびに＜１２−１０＞方向に向かってエピタキシャル成長させたＩＩＩ族窒化物半導体層エピタキシャル層が窪んでいることが観察できた。また、得られた半導体積層ウエハの発光波長の分布を実施例Ａと同様にして評価した。
３．素子化
次に、実施例Ｃと同様にして、上記の各種類の半導体積層ウエハから対応する各種類の半導体発光素子ウエハを形成し、各種類の半導体発光素子ウエハから１００個のＬＥＤチップ、すなわち１１種類の半導体発光素子ウエハから全部で１１００個のＬＥＤチップが得られた。
次に、実施例Ｃと同様にして、上記の各種類の半導体積層ウエハから対応する各種類の半導体発光素子ウエハを形成し、各種類の半導体発光素子ウエハから１００個のＬＥＤチップ、すなわち１１種類の半導体発光素子ウエハから全部で１１００個のＬＥＤチップが得られた。
それぞれの種類のＬＥＤチップについて、実施例Ｃと同様にして、チップ合格率を算出した。
１１種類のＬＥＤのそれぞれについて、凹部面積比率、主面内発光波長分布およびチップ合格率は、以下のとおりであった。例ＤＲ−１のＬＥＤについては、２．０４、１９ｎｍおよび３８％であった。例ＤＲ−２のＬＥＤについては、１．７２、２１ｎｍおよび３４％であった。例ＤＲ−３のＬＥＤについては、１．７８、１７ｎｍおよび４８％であった。例Ｄ−１のＬＥＤについては、０．８９、１２ｎｍおよび７４％であった。例Ｄ−２のＬＥＤについては、０．８６、１２ｎｍおよび７３％であった。例Ｄ−３のＬＥＤについては、０．２６、７ｎｍおよび９０％であった。例Ｄ−４のＬＥＤについては、０．２５、７ｎｍおよび９１％であった。例Ｄ−５のＬＥＤについては、０．２７、７ｎｍおよび９０％であった。例Ｄ−６のＬＥＤについては、０．２４、７ｎｍおよび８９％であった。例Ｄ−７のＬＥＤについては、０．２４、６ｎｍおよび９２％であった。例Ｄ−８のＬＥＤについては、０．２７、６ｎｍおよび９１％であった。結果を表４にまとめた。また、例ＤＲ−１〜ＤＲ−３および例Ｄ−１〜Ｄ−８のそれぞれのＬＥＤにおけるＧａＮ結晶基板の主面について、第２方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜および第１方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜との関係を図１７のグラフに示した。
表４および図１７から明らかなように、ＬＤであるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、ＧａＮ結晶基板の主面と｛０００１｝面との間のオフ角θについて、第２方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜および第１方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が、範囲Ｚ１（０．０３°≦｜θ1｜≦１．１°かつ｜θ2｜≦０．７５×｜θ1｜）内にあるとき、凹部面積比率が低くなり、主面内発光波長分布が少なく、チップ合格率が高くなった。また、かかる凹部面積比率の低下、主面内発光波長分布の減少およびチップ合格率の増大の効果は、上記の第１方向である＜１０−１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜および第２方向である＜１−２１０＞方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が、範囲Ｚ２（０．０５°≦｜θ1｜≦０．８６°かつ｜θ2｜≦０．５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ３（０．１１°≦｜θ1｜≦０．７６°かつ｜θ2｜≦０．３７５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ４（０．２°≦｜θ1｜≦０．６°かつ｜θ2｜≦０．２５×｜θ1｜）内、範囲Ｚ５（０．３°≦｜θ1｜≦０．５°かつ｜θ2｜≦０．１２５×｜θ1｜）内にある程、大きくなった。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
１０ ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、８０ 下地基板、９０ マスク、１００ ＧａＮ結晶基板、１００ｃ，１００ｇｃ ｛０００１｝面、１００ｇ 結晶成長面、１００ｇｆ ファセット、１００ｍ，１００ｎ，２００ｍ 主面、１００ｓ，２００ｓ マトリックス結晶領域、１００ｔ，２００ｔ ｃ軸反転結晶領域、１００Ｔ ＧａＮ結晶、２００ ＩＩＩ族窒化物半導体層、２００ａ 活性層、２００ｈ 凸部、２００ｒ 凹部、２００ｖ 第１導電型層、２００ｗ 第２導電型層、２０１，２１１ ｎ型ＧａＮ層、２０２ ｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎクラッド層、２０３ ｎ型ＧａＮ光導波層、２０５ ｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎキャップ層、２０６ ｐ型ＧａＮ光導波層、２０７ ｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ｎクラッド層、２０８，２１８ ｐ型ＧａＮコンタクト層、２０９ リッジ部、２１７ ｐ型Ａｌx4Ｇａ1-x4Ｎブロック層、３００ 絶縁層、４００ｖ 第１電極、４００ｗ 第２電極。
Claims (3)
- ＧａＮ結晶基板と、前記ＧａＮ結晶基板の主面上に配置された少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層と、を含み、
前記ＧａＮ結晶基板は、マトリックス結晶領域とｃ軸反転結晶領域とを含み、前記ｃ軸反転結晶領域の結晶は前記マトリックス結晶領域の結晶に対して＜１−２１０＞方向が同じであり＜０００１＞方向が反転しており、前記主面と｛０００１｝面との間のオフ角θについて、＜１０−１０＞方向および＜１−２１０＞方向のうちいずれか一方の方向を第１方向とし他方の方向を第２方向とするとき、前記第１方向のオフ角成分の絶対値｜θ1｜が０．０３°以上１．１°以下、かつ、前記第２方向のオフ角成分の絶対値｜θ2｜が０．７５×｜θ1｜以下であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 - 前記ＩＩＩ族窒化物半導体層は、第１導電型層と活性層と第２導電型層とを含むレーザダイオード構造を有する請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
- 前記ＩＩＩ族窒化物半導体層は、第１導電型層と活性層と第２導電型層とを含む発光ダイオード構造を有する請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
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