JP3645994B2

JP3645994B2 - GaN-based semiconductor light emitting device

Info

Publication number: JP3645994B2
Application number: JP32790797A
Authority: JP
Inventors: 広明岡川; 洋一郎大内; 啓二宮下; 浩一谷口; 一行只友
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: JPH11163402A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ系半導体発光素子に関するものであり、特に、発光素子の積層体内にマスク層を設けることによって該積層体内に低転位の領域を形成し、これにさらにブラッグ反射層を組み合わせた構造を有する発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ系半導体発光素子（以下、「ＧａＮ系発光素子」とも呼んで説明する）は、ＧａＮ系結晶材料を用いた半導体発光素子であって、近年高輝度のダイオード（ＬＥＤ）が実現されたのを機会に研究が活発に行われており、半導体レーザの室温連続発振の報告も聞かれる様になっている。
これらＧａＮ系発光素子を作製する一般的な方法は、基板としてサファイアの単結晶を用い、その上に低温でバッファー層を成長し、その後ＧａＮ系結晶からなる発光部を形成するといった手順が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
結晶基板上にＧａＮ系結晶層を成長させる場合、他の半導体の場合と同様、基板とＧａＮ系結晶との格子定数が整合しない（格子不整合）状態では転位などの欠陥が発生する。また、転位は、不純物の混入や多層膜界面での歪み等の要因によっても発生する。これら発生した転位は、結晶層が成長するにつれて層の厚みが増しても上層側へ継承され、転位線（貫通転位）と呼ばれる連続した欠陥部分となる。
【０００４】
ＧａＮ系発光素子、特にサファイア結晶を基板として用いたものにおいては、基板とＧａＮ系層との間に大きな格子不整合が存在するため転位密度が１０¹⁰ｃｍ^-2以上にもなることが知られている。これら高密度に発生する転位が、ＧａＮ系発光素子の積層構造を形成する場合にも、転位線となって上層へ伝搬する。転位は結晶欠陥であるため、発光層では非発光再結合中心として働いたり、そこが電流のパスとして働き漏れ電流の原因になるなど、発光特性や寿命特性を低下させる原因となり問題となる。
【０００５】
一方、ＧａＮ系発光素子の外部量子効率を向上させるための方法の一つとしてブラッグ反射層を設ける方法がある。この方法は、発光素子を構成する積層体のうち下層側、上層側のいずれか一方の側から光を取り出すとして、内部の発光層から発せられた光のうち、光を取り出す側とは反対側に向かう光を、ブラッグ反射層によって光を取り出す側へ反射させ、より損失を少なくしようとする方法である。
【０００６】
ところが、一般的な構造として、ベース基板上に先にブラッグ反射層を形成し、その上層側に発光層を含む積層体を成長させる場合、上層側の各層を成長させるための熱や、上層側の各層からの不純物の拡散によって、ブラッグ反射層はダメージを受け、所望の反射率が得られないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、ＧａＮ系発光素子にブラッグ反射層を設け、転位線による発光素子の特性劣化を改善すると同時にブラッグ反射層を保護し得る構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のＧａＮ系発光素子は、次の特徴を有するものである。
（１）ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚み方向として成長可能なベース基板を最下層とし、その上に、ＧａＮ系結晶からなり発光層を含む複数の層が順次成長し積み重なって積層体が形成され、これにｐ型電極、ｎ型電極が設けられた構成を有する半導体発光素子であって、
積層体中において発光層よりも下側には、マスク領域と非マスク領域とを形成するようにマスク層が設けられ、マスク層の材料はそれ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料であり、
マスク層を覆う層は、非マスク領域を成長の出発面とし、マスク層上面を覆うまで結晶成長してなる層であり、この層を転位線制御層と呼ぶとし、
転位線制御層の下層側には、ブラッグ反射層が設けられており、該ブラッグ反射層の上面に前記マスク層が設けられていることを特徴とする、
ＧａＮ系半導体発光素子。
（２）転位線制御層が、Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直な方向への成長速度との比を制御されながら形成された層であって、前記２つの成長速度の比の制御が、マスク層の形成パターン、結晶成長法、結晶成長時の雰囲気ガスの組合わせを選択することによってなされたものである上記（１）記載のＧａＮ系半導体発光素子。
（３）マスク層の形成パターンが、帯状のマスク層を縞状に配置してなるストライプ状のマスクパターンであり、該ストライプの長手方向はベース基板上に形成されるＧａＮ系結晶に対して〈１１−２０〉方向に伸びており、非マスク領域を通った転位線が転位線制御層で曲げられ、非マスク領域の上方部分が低転位化されている上記（１）または（２）記載のＧａＮ系半導体発光素子。
（４）マスク層の形成パターンが、帯状のマスク層を縞状に配置してなるストライプ状のマスクパターンであり、該ストライプの長手方向はベース基板上に形成されるＧａＮ系結晶に対して〈１−１００〉方向に伸びており、非マスク領域を通った転位線が転位線制御層で曲げられることなく、マスク領域の上方部分が低転位化されている上記（１）または（２）記載のＧａＮ系半導体発光素子。
（５）発光層よりも上層側にブラッグ反射層がさらに設けられ、このブラッグ反射層と、発光層よりも下層側に設けられるブラッグ反射層とが、発光層から発せられた光を共振させる共振器を構成している上記（１）記載のＧａＮ系半導体発光素子。
（６）発光層の上層側には、さらに第二のマスク層とそれを覆う層が設けられており、第二のマスク層は、電流狭窄の役割を果しており、第二のマスク層により電流狭窄された部分に対応する発光層の部位が、発光層よりも下側のブラッグ反射層の上面に設けられた上記マスク層により低転位化されている上記（１）記載のＧａＮ系半導体発光素子。
（７）ｐ型、ｎ型の両電極のうち発光層よりも上層側に設けられる上部電極が、発光層から垂直上層方向に発せられ外界に出る光を遮らない領域に設けられている上記（１）〜（６）のいずれかに記載のＧａＮ系半導体発光素子。
【００１５】
【作用】
本明細書では、ＧａＮ系結晶やサファイア基板などの六方格子結晶の格子面を４つのミラー指数（ｈｋｉｌ）によって指定する場合があれば、記載の便宜上、指数が負のときには、その指数の前にマイナス記号を付けて表記するものとし、この負の指数に関する表記方法以外は、一般的なミラー指数の表記方法に準じる。従って、ＧａＮ系結晶の場合では、Ｃ軸に平行なプリズム面（特異面）は６面あるが、例えば、その１つの面は（１−１００）と表記し、６面を等価な面としてまとめる場合には｛１−１００｝と表記する。また、前記｛１−１００｝面に垂直でかつＣ軸に平行な面を等価的にまとめて｛１１−２０｝と表記する。また、（１−１００）面に垂直な方向は〔１−１００〕、それと等価な方向の集合を〈１−１００〉とし、（１１−２０）面に垂直な方向は〔１１−２０〕、それと等価な方向の集合を〈１１−２０〉と表記する。但し、図面にミラー指数を記入する場合があれば、指数が負のときには、その指数の上にマイナス記号を付けて表記し、ミラー指数の一般的な表記方法に全て準じる。本発明でいう結晶方位は、全て、ベース基板上に成長したＧａＮ系結晶を基準とする方位である。
【００１６】
「マスク領域」と「非マスク領域」は、共にマスク層が形成される面内の領域である。マスク層の上面の領域は、マスク領域に等しいものとみなし、同義として説明に用いる。
また、マスク領域の上方、下方とは、マスク領域の面に対して垂直に上方、下方のことである。非マスク領域の上方、下方も同様である。
【００１７】
また、当該ＧａＮ系半導体発光素子に設けられるｐ型電極・ｎ型電極のうち、発光層よりも上層側に設けられる方の電極を上部電極と呼ぶ。これに対して、他方の電極を下部電極と呼ぶ。上部電極は、積層体中の１つの層の上面全体に対して部分的に設けられるが、この層の上面全体を上部電極形成面と呼ぶ。
【００１８】
本発明者等は、先にＧａＮ系結晶とサファイア結晶基板との格子定数及び熱膨張係数の違いに起因するＧａＮ系結晶層のクラック対策として、図６（ａ）に示すように、ベース基板１上に、格子状にパターニングしたマスク層Ｍを設け、基板面が露出している非マスク領域１１だけにＧａＮ系結晶層３０を成長させ、ベース基板面全体に対してチップサイズのＧａＮ系結晶層３０を点在させることによって、クラックを防止することを提案している（特開平７−２７３３６７号公報）。
【００１９】
その後本発明者らがさらに研究を重ねた結果、点在的に成長させたＧａＮ系結晶層３０をさらに成長させると、図６（ｂ）に示すように、厚さ方向（Ｃ軸方向）だけでなく、各ＧａＮ系結晶層３０からマスク層Ｍ上へ向けての横方向（Ｃ軸に垂直な方向）へも成長が行われることが確認された。しかも、横方向への成長速度は、結晶方位によっては厚さ方向と同程度の高速な成長が可能な場合もあり、結晶方位依存性が判明した。
【００２０】
このマスク層よりも上方への成長をさらに進めると、厚み方向、横方向への成長がさらに継続され、図６（ｃ）に示す如く、ＧａＮ系結晶は、マスク領域１２を完全に覆ってマスク層を埋め込み、非常に転位などの欠陥の少ない平坦でクラックの無い大型且つ厚膜のＧａＮ系結晶層３０が得られる事を見いだした。
【００２１】
このとき、ＧａＮ系結晶層３０中に存在する転位線は、ベース基板を含む下地から継承するか、成長界面で発生し、図６（ｃ）に示す如く、単に非マスク領域から上方へ伝搬していくものと考えられていた。
【００２２】
ところが、その後の本発明者等の研究によって、上記のようにマスク層を形成し該マスク層を埋め込むまで結晶成長を行なう場合、マスク層の形成パターン、結晶成長法、結晶成長時の雰囲気ガスの組合わせを選択することによって、その層において、転位線の上方への伝搬方向を制御できることを見い出したのである。この制御方法によって、非マスク領域からそれに隣接するマスク領域の上方へ、あるいは非マスク領域からそのまま上方へ、いずれの領域の上方へも転位線の継承方向を意図的に変化させることができるようになった。
【００２３】
上記のようにマスク層を埋め込むまで成長させてなるＧａＮ系結晶層を発光素子の積層体内に設けることによって、マスク層よりも上層側の層を低転位化できる。特に、上記のように、マスク層を用いて積極的に転位線の上方への伝搬方向を制御することによって、光が発生する部分や上部電極形成面など、マスク層よりも上層側の重要箇所を自在に低転位化し、光度、出力、素子寿命を向上させることができる。また好ましい態様として、電流狭窄構造を構成し発光層に部分的に電流を集中させて発光層を部分的に強く発光させるときに、その強く発光させる部分を、転位線の制御によって低転位化することで、光度をより向上させることができる。また、低転位化された発光層とブラッグ反射層との組合せが重要であり、転位線制御層が発光層とブラッグ反射層との間に位置するのが最も好ましい態様である。
【００２４】
本発明では、発光素子の積層体内にブラッグ反射層を設け、外界へより多くの光を放出させる構造としているが、このとき、ブラッグ反射層の上層側にマスク層を設ける、という上下関係の限定を行なっている。これによって該マスク層を、上層側の低転位化のための層、電流狭窄のための層として機能させると同時に、新たに、下層側のブラッグ反射層の劣化防止のための保護層としても利用することができる。
【００２５】
ブラッグ反射層を下層側として、その上にマスク層を形成することによって、マスク層よりも上層側から下層に向かう不純物の拡散に対して、マスク層は保護層となり、ブラッグ反射層のダメージが軽減される。例えば、不純物としてＭｇなどがブラッグ反射層にまで拡散すると、ブラッグ反射層を構成する元素の配列が乱され、界面急峻性が低下し、反射率が低下する。
また、マスク層は、エピタキシャル成長法のような高温を用いずに形成し得るため、マスク層の形成自体がブラッグ反射層に熱的ダメージを与えることがない。形成されたマスク層は、上層を形成する際の熱に対して保護層となり、ブラッグ反射層の熱的ダメージが軽減される。
【００２６】
ブラッグ反射層のうち、マスク層によってダメージが軽減される部分は、マスク領域の下方の部分が直接的であり、さらにマスク層がブラッグ反射層に近接しているほうがより保護を受ける度合いが顕著となるが、非マスク領域の下方であっても、斜め上方マスク層の影響によって保護されることになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明による発光素子を製造方法と共に説明する。
本発明の発光素子は、図１に簡単な構造の一例を示すように、ベース基板１を最下層とし、該ベース基板上に、ＧａＮ系結晶からなる層を順次結晶成長させて積み重ね、ｐｎ接合による発光層Ｓ３を含む積層体Ｓを形成し、これに上部電極Ｘと下部電極Ｙを設けて形成したものである。図１の例では、発光層Ｓ３は、ダブルヘテロ接合構造によって２つのクラッド層Ｓ２、Ｓ４によって挟まれた活性層である。また、図１の例では、ベース基板１は、サファイア結晶基板のような基礎となる結晶基板１ａ上に、格子整合性を改善するためのバッファー層１ｂ、さらにＧａＮ系結晶薄膜層１ｃが順次形成されたものを用いている。
【００２８】
図１の例におけるｐ／ｎ型の上下位置関係は、ｐ型、ｎ型の導電型を形成するための加工上の理由から、ベース基板側をｎ型とし上層側をｐ型とする一般的なものとなっている。また、ベース基板には絶縁体（サファイア結晶基板）を用いており、ｎ型ＧａＮ層Ｓ１の上面を露出させ、その面に下部電極Ｙを設けるという、一般的な電極の配置となっている。また、光が外界に出ていく面は積層体の最上層の上面としており、下層側にブラッグ反射層を位置させている。以下、本発明の発光素子の他の態様を説明する場合にも、ｐ／ｎ型の上下関係、ブラッグ反射層の位置、電極配置については、これと同様の例を挙げて説明する。しかし、ｐ／ｎ型の上下が逆の態様や、導電性を有するベース基板の場合には、ベース基板に下部電極を設ける態様なども自由に選択してよい。
【００２９】
積層体Ｓの最上面とベース基板１の上面とを除く、いずれかの層の上面には、マスク領域１２と非マスク領域１１とを形成するようにマスク層Ｍが設けられる。さらに、非マスク領域１１を成長の出発面とし、マスク層上面を覆うまでＧａＮ系結晶を成長しており、転位線制御層Ｓ１が形成されている。
【００３０】
本発明では、この積層体Ｓ内にブラッグ反射層Ｂ１が設けられ、該ブラッグ反射層Ｂ１が、発光層Ｓ３および転位線制御層Ｓ１よりも下層側に設けられる。図１の例では、ベース基板１を最下層として、上層側へ順にブラッグ反射層Ｂ１、マスク層Ｍを含む転位線制御層（ｎ型ＧａＮ層）Ｓ１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層Ｓ２、ＩｎＧａＮ発光層Ｓ３、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層Ｓ４、ｐ型ＧａＮコンタクト層Ｓ５の積層構造である。
【００３１】
ベース基板は、ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚さ方向として成長可能なものであればよく、例えば、従来からＧａＮ系結晶を成長させる際に汎用されている、サファイア、水晶、ＳｉＣ等を用いてもよい。なかでも、サファイアのＣ面、Ａ面、６Ｈ−ＳｉＣ基板、特にＣ面サファイア基板が好ましい。またこれら材料の表面に、ＧａＮ系結晶との格子定数や熱膨張係数の違いを緩和するためのＺｎＯ、ＭｇＯやＡｌＮ等のバッファー層を設けたものであっても良く、さらにはＧａＮ系結晶の薄膜を表層に有するものでもよい。
【００３２】
ベース基板は、成長させるＧａＮ系結晶となるべく格子定数が近く且つ熱膨張係数ができるだけ近いものを選択することが、転位などの欠陥を本来的に少なくする点及びクラック等をより生じにくくする点で望ましい。また、後述するマスク層の薄膜形成の際における高熱やエッチングに対する耐性に優れることが好ましい。このような点から、ベース基板は、少なくともその表層がＩｎ_XＧａ_YＡｌ_ZＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなるものが好ましい。具体的には、サファイア基板上に、ＭＯＶＰＥ法によりＺｎＯやＡｌＮ等のバッファー層、次いでＧａＮ又はＧａＡｌＮの薄層を順次成膜したものが好適に用い得る。このようなベース基板であれば、該ベース基板上に成長させるＧａＮ系結晶内に新たに発生する転位の密度を低く抑える事が出来、良好な結晶性を得ることができる。
【００３３】
積層体の材料に用いられるＧａＮ系結晶は、式Ｉｎ_XＧａ_YＡｌ_ZＮ（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｚ≦１，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で決定される化合物半導体である。特に、ＧａＮ系発光素子として有用なものとしてはＧａＮ、ＩｎＧａＮなどが挙げられる。
【００３４】
積層体の層数は限定されない。積層体中における、発光のメカニズムに直接関係する層だけを挙げるならば、単純なｐｎ接合構造による２層、ダブルヘテロ接合構造による３層など公知の構造が挙げられる他、発光層の形態として、超格子構造を有するＳＱＷ (Single Quantum well)、ＭＱＷ (Multi Quantum well) 、量子ドットなどでもよい。
上記発光に関係する層に加えて、図１に示すようにダブルヘテロ接合構造の上層としてコンタクト層Ｓ５、下層（＝転位線制御層）Ｓ１を加えた積層構造などが挙げられ、さらに、図２に示すように、発光層の上層側で電流狭窄を行なうためのマスク層を含む層や、図３に示すように上部にもブラッグ反射層を加えて共振器を構成するなど、種々の機能層を加えてもよい。
【００３５】
ブラッグ反射層は、発光層よりも下層側に位置し、発光層から下層側に発せられた光を反射して、少しでもロス無きように光を外界に放出させる。これに対して、転位線制御層は、ブラッグ反射層の上層側であるならば、積層体のなかのどの層とするかは自由である。転位線制御層が発光層よりも上層側であるならば、上部電極を形成する部分を低転位化でき、また、発光層よりも下層側であるならば、発光層の部分的な低転位化も可能となる。しかし、マスク層によってブラッグ反射層を保護するという観点からは、マスク層はブラッグ反射層に近い方が保護層としての効果は高い。図１に示すように、ベース基板から順にブラッグ反射層、転位線制御層、発光層とする構成は、発光層を部分的に低転位化しながら、ブラッグ反射層を好ましく保護する点で好ましい一例である。
【００３６】
ブラッグ反射層は公知の反射層であって、屈折率の異なる材料同士の界面が多重に形成されるように、それらの材料からなる層が多層に積層された構造を有するものである。なかでも、ＧａＮ系結晶からなる多層構造が好ましいものとして挙げられる。特に、超格子を構成する２層のＧａＮ系結晶層を１ペアとして、これを所望のペア数だけ積層したものが、高い反射率を有するので好ましい。
【００３７】
マスク層は、それ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料を用いる。このような材料としては、例えば非晶質体が例示され、さらにこの非晶質体としてＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ等の窒化物や酸化物、即ち、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_X、ＳｉＯ_1-XＮ_X、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂等が例示される。特に、耐熱性に優れると共に成膜及びエッチング除去が比較的容易なＳｉＮ_Xや、ＳｉＯ_1-XＮ_X膜が好適に使用できる。
また、図２に示すように、マスク層Ｍの上層にさらに第２のマスク層を設けて電流狭窄を行い、かつ転位線の伝搬を止める場合、該マスク層の材料は、転位線の伝搬を止め得るものであればよい。
マスク層は、ブラッグ反射層を保護するために用いられるので、発光層から発せられる光に対して透明であることが好ましい。
【００３８】
マスク層は、例えば真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の方法により基板全表面を覆うように形成した後、通常のフォトリソグラフィー技術によって光感光性レジストのパターニングを行い、エッチングによって基板の一部を露出させる等の手段で形成される。なお、厚さは限定されないが、通常５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度とされる。
【００３９】
マスク層を設けることによって、下層側から伝搬してきた転位線のうち、少なくともマスク領域に到達しているものについては、マスク層自体で伝搬を止めることができる。一方、下層側から伝搬してきた転位線のうち、非マスク領域に到達したものは、さらに上層側へ伝搬する。この上層側に伝搬する転位線の伝搬方向を、転位線制御層によって積極的に制御する方法について次に説明する。
【００４０】
転位線制御層となるＧａＮ系結晶層は、マスク層が設けられた面の非マスク領域から結晶成長を開始する。このとき、ＧａＮ系結晶を成長させるに際し、該ＧａＮ系結晶の、Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直な方向への成長速度との比を制御することによって、結晶がマスク層よりも高く成長する時の結晶表面の形態を、大きく分ければ、次の（１）、（２）のように変化させることができる。
【００４１】
（１）Ｃ軸方向への成長速度の比をより大きくとれば、結晶表面の形態は、図４（ａ）に示すように、先ずピラミッド状となる。このように成長させることによって、転位線Ｌの伝搬を、非マスク領域上方から、隣接するマスク領域の上方に屈曲させることができる。さらに結晶成長を続けると、図４（ｂ）に示すように、隣合ったマスク領域からの結晶同士が合流し、平坦な上面の状態へと向かう。このとき転位線は、結晶同士の合流面に沿って上方に向かい、非マスク領域の上方を低転位化することができる。
【００４２】
（２）Ｃ軸に垂直な方向への成長速度の比をより大きくとれば、結晶成長時の表面の形態は、図５（ａ）に示すように、最初から上面が平坦な台形のように成長する。このように成長させることによって、転位線Ｌを同図のように、上方に向かって伝搬させることができる。この場合さらに結晶成長を続けると、図５（ｂ）に示すように、隣合ったマスク領域からの結晶同士が合流し、平坦な上面の状態は維持され、結晶層の厚みが増す。このとき転位線はそのまま継続して上方へ向かい、マスク領域の上方を低転位化することができる。
【００４３】
上記Ｃ軸方向（厚み方向）への成長速度と、Ｃ軸に垂直な方向（横方向）への成長速度との比を制御するための要素は、マスク層の形成パターン、結晶成長法、結晶成長時の雰囲気ガスであり、これらをいかに組合せるかが重要である。その選択によって、転位線制御層は上記（１）、（２）のように結晶成長し、転位線の伝搬方向（逆に言えば上方の低転位化部分）が選択できるのである。
【００４４】
転位線の伝搬方向を制御するためのマスクの形成パターンは、マスク領域の外形線の方向、即ちマスク領域と非マスク領域との境界線の方向が重要である。
マスク領域と非マスク領域との境界線を〈１１−２０〉方向の直線とする場合、ファセット面である｛１−１００｝面がこの境界線を越えて横方向に成長する面として確保され、横方向への成長速度は遅くなる。横方向成長速度に対しＣ軸方向の成長速度が速いため、｛１−１０１｝面などの斜めファセットが形成され易い。よって上記（１）のようにピラミッド状の形状が先ず形成されてから平坦化する。このため平坦に埋め込むにはある程度の厚みが必要となる。
【００４５】
逆に、マスク領域と非マスク領域との境界線を〈１−１００〉方向に伸びる直線とする場合、ＧａＮ系結晶の｛１１−２０｝面が、この境界線を越え、マスク層の上面に沿って横方向に成長する面として確保される。｛１１−２０｝面はオフファセット面であるため、ファセット面である｛１−１００｝面に比べて、ＧａＮ系結晶は上記（２）のように横方向に高速に成長する。横方向成長速度が速くなると、｛１−１０１｝面などの斜めファセットが形成され難い。その結果平坦に埋め込むのが〈１１−２０〉に比べ薄くて済む。
【００４６】
上記マスクパターンの効果を最も顕著に現すパターンの一例として、ストライプ状のマスクパターンが挙げられる。ストライプ状のマスクパターンは、帯状のマスク層を縞状に配置したパターンである。従って、帯状のマスク領域と帯状の非マスク領域とが交互に並ぶ。このストライプ（即ち、各帯）の長手方向が、上記したマスク領域と非マスク領域との境界線の方向である。図２の例は、マスク層をストライプ状のマスクパターンとして形成し、ストライプの長手方向を〈１−１００〉方向とした例である。マスクパターンは、ストライプ状だけに限定されず、境界線を考慮して任意のパターンとしてもよい。
【００４７】
結晶成長法としては、ＨＶＰＥ、ＭＯＣＶＤが挙げられる。特に、厚膜を作製する場合は成長速度の速いＨＶＰＥが好ましく、また、薄膜の場合はＭＯＣＶＤが好ましい。
【００４８】
雰囲気ガスはＨ₂、Ｎ₂、Ａｒ、Ｈｅ等が挙げられるが、成長速度を制御するにはＨ₂、Ｎ₂が好ましく用いられる。
Ｈ₂リッチな雰囲気ガス中で成長を行った場合、Ｃ軸方向の成長速度が速くなる。特に、マスク領域と非マスク領域との境界線の方向を〈１１−２０〉方向の直線とする場合（横方向に遅い場合）の組合せでは、上記（１）のように、顕著にピラミッド状の形状が先ず形成されてから平坦化する。このため平坦に埋め込むにはある程度の厚みが必要となる。
【００４９】
一方、Ｎ₂リッチな雰囲気ガス中で成長を行った場合、Ｈ₂リッチな雰囲気の場合に比べ、Ｃ軸方向の成長速度が遅くなるため、相対的に横方向成長速度が速くなる。マスクパターンとの組合せによって横方向への成長をより高速にした場合、上記（２）の態様となり、転位線をそのまま上方に伝搬させ得る。
【００５０】
ＭＯＣＶＤによる結晶成長は、主にＨ₂リッチ雰囲気下で行われる場合が多い。例えば、 III族ガスとして、キャリアガス水素１０（Ｌ）＋有機金属バブリング用水素１００（ｃｃ）。Ｖ族ガスとして、キャリアガス水素５（Ｌ）＋アンモニア５（Ｌ）。この場合、水素濃度は７５％であり、これがＨ₂リッチの一例である。この場合、窒素濃度は０％である。
【００５１】
ＭＯＣＶＤによる結晶成長でいうと、上記の III族キャリアガスを窒素に変えた場合の窒素濃度は約５０％である。また、Ｖ族キャリアガスのみを窒素に変えた場合の窒素濃度は約２５％である。よって、本発明では、ＭＯＣＶＤによる結晶成長において、窒素濃度が２５％程度以上をＮ₂リッチとする。
【００５２】
本発明によるＧａＮ系発光素子の他の構成例を図２、図３に示す。
図２の例は、ベース基板１からダブルヘテロ接合構造（Ｓ２〜Ｓ４）までは図１と同様であるが、その上層側の構造が異なる。即ち、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層Ｓ４の上面には、第２のマスク層Ｍ２が形成され、ｐ型ＧａＮコンタクト層Ｓ５がそのマスク層Ｍ２を覆う層となっている。第２のマスク層Ｍ２は、電流狭窄構造を構成している。上部電極Ｘは、電流狭窄がなされる部分の上方を避け、電流狭窄によって発光の中心とされた部分Ｓ３１から発せられる光が外界へ出ていくのを妨害しない位置に設けられている。
【００５３】
また、発光層において電流狭窄に対応する部分Ｓ３１は、下層側のマスク層Ｍによって低転位化され、発光効率が改善されている。さらに、第２のマスク層Ｍ２は、転位線Ｌを止める層としても機能しており、これによって上部電極Ｘが形成される領域は低転位化されており、電極材料が転位線に入り込むことによる素子寿命の低下が抑制されている。
【００５４】
図３は、発光層よりも上層側に第２のブラッグ反射層を設け、下層側のブラッグ反射層と共に共振器を構成し、面発光型の半導体レーザとした例である。
図３（ａ）の例は、共振器を構成するためにブラッグ反射層Ｂ１、Ｂ２間の層厚を考慮する必要があるが、ベース基板１からマスク層Ｍ２を覆う層Ｓ５までの積層構造は、基本的に図２のＬＥＤと同様である。図３（ａ）の例では、層Ｓ５上に第２のブラッグ反射層Ｂ２が設けられ、その上に上部電極Ｘが設けられている。上部電極Ｘは、電流狭窄によって発光の中心とされた部分Ｓ３１から発せられる光が共振し、レーザ光となって外界へ出ていくのを妨害しない位置に設けられている。共振器を構成するブラッグ反射層Ｂ１、Ｂ２の例としては、例えば、ＧａＮ層／ＡｌＮ層の２層を１ペアとし、各々、共振・放出に必要なペア数だけ積層したものが例示される。
【００５５】
このような構成によって、ブラッグ反射層のうちマスク層直下において直接保護された部分を共振に利用でき、ブラッグ反射層におけるロスが軽減される。また、図２の例における効果と同様、下層側のマスク層Ｍによって発光の中心部分Ｓ３１が低転位化されて発光効率が改善され、第２のマスク層Ｍ２によって上部電極Ｘが形成される領域が低転位化されて素子寿命の低下が抑制されている。
【００５６】
図３（ｂ）の例は、下層側のマスク層Ｍの配置、転位線制御層を形成する際の成長条件が異なる以外は、図３（ａ）の例と同様の半導体レーザである。図３（ａ）の例では、下層側のマスク層Ｍを共振の光軸からはずし、ブラッグ反射層Ｂ１のうち非マスク領域下方の部分を反射に用いる構成としている。転位線制御層を形成するに際しては、図４で説明したように、厚み方向の成長速度の比を大きくする成長条件のもと、転位線がマスク領域の上方側へ曲がるように形成されており、非マスク領域の上方が低転位化されている。
【００５７】
【実施例】
実施例１
本実施例では、図１に示す態様のＧａＮ系ＬＥＤを実際に製作した。
〔ベース基板の形成〕
最も基礎の結晶基板１ａとしてはサファイアＣ面基板を用いた。まずこのサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に配置し、水素雰囲気下で１１００℃まで昇温し、サーマルエッチングを行った。その後温度を５００℃まで下げＡｌ原料としてトリメチルアルミニウム（以下ＴＭＡ）、Ｎ原料としてアンモニアを流し、ＡｌＮ低温バッファー層１ｂを３０ｎｍ成長させ、さらに、温度を１０００℃に昇温しＧａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を、Ｎ原料としてアンモニアを流しＧａＮ層１ｃを３μｍ成長させ、ベース基板１を得た。
【００５８】
〔ブラッグ反射層の形成〕
ＧａＮ層／ＡｌＮ層の２層を１ペアとし、かつ各々の層の厚みを発光波長の１／４として、これを２０ペア積層してブラッグ反射層Ｂ１を形成した。各層の形成はＭＯＣＶＤ法を用いた。
【００５９】
〔マスク層の形成〕
この試料をＭＯＣＶＤ装置から取出し、スパッタリング装置にて厚さ１００ｎｍのストライプ状のＳｉＯ₂マスク層Ｍを形成した。マスク層Ｍの長手方向は、ブラッグ反射層の結晶方位に対し〈１−１００〉方向になるように形成した。
【００６０】
〔転位線制御層の形成〕
この試料をＭＯＣＶＤ装置内に配置し、水素雰囲気下で、１０００℃まで昇温し、ＴＭＧ、アンモニア及びドーパント原料としてシランを流し、ｎ型ＧａＮ結晶をマスク層の上面を覆うよう５μｍ成長させ、転位線制御層（ｎ型ＧａＮ層）Ｓ１とした。
【００６１】
〔ダブルヘテロ接合構造の形成〕
ＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニアおよびドーパント原料としてシランを流し、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層Ｓ２を０．８μｍ成長させた。次に、成長雰囲気ガスを水素から窒素に変えアンモニアを流した条件下で７００℃まで成長温度を下げた。７００℃に安定した後、Ｉｎ原料としてのトリメチルインジュウム（ＴＭＩ）、ＴＭＧ、アンモニアを流しＩｎＧａＮ活性層Ｓ３を３ｎｍ成長させた。なおこのときのＴＭＧ、ＴＭＩのバブリングは窒素で行った。その後１０００℃まで昇温し、成長雰囲気ガスを窒素から水素に変え、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、およびドーパント原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を流し、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層Ｓ４を０．１μｍ成長させ、ダブルヘテロ接合構造を得た。
【００６２】
〔コンタクト層の形成〕
次に、ＴＭＧ、アンモニア、およびドーパント原料としてＣｐ２Ｍｇを流し、ｐ型ＧａＮコンタクト層Ｓ５を０．５μｍ成長させた。成長後、雰囲気を窒素に変えて室温までゆっくり冷却した。
【００６３】
〔電極の形成〕
上記のようにして得られたサンプルをドライエッチングにより、積層体の上面からｐ型層とダブルヘテロ接合構造の一部をエッチング除去し、転位線制御層（ｎ型ＧａＮ層）Ｓ１の上面を露出させ、ｎ型電極（下部電極）Ｙを形成し、積層体の最上面にはｐ型電極（上部電極）Ｘを形成し、ＬＥＤとした。
【００６４】
実施例１の態様に対する比較例として、マスク層Ｍを設けず、ブラッグ反射層Ｂ１を保護しない構造のものを製作した。即ち、図１における転位線制御層Ｓ１内にマスク層Ｍを設けることなく、単に層厚０．５μｍのｎ型ＧａＮ結晶層を形成したこと以外は、実施例１とまったく同様にＬＥＤを形成した。
両ＬＥＤを、Ｔｏ−１８ステム台にマウントし、２０ｍＡでの出力の測定を行ったところ、実施例１のサンプルは８ｍＷ、寿命５０００ｈｒ、比較例のサンプルは２ｍＷ、寿命５００ｈｒであり、本発明による発光素子が、出力、寿命ともに優れた特性を有していることがわかった。
【００６５】
実施例２
本実施例では、図２に示す態様のＧａＮ系発光素子を製作した。積層体の構造は、次の点以外は実施例１と全く同様である。
▲１▼ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層Ｓ４の上面にマスク層Ｍ２を形成し、発光層に対して電流狭窄を行った。また、その電流狭窄によって発光の中心となる部分は、下層側のマスク層Ｍのマスク領域上方に対応させ、その部分を低転位とした。ｐ型ＧａＮコンタクト層Ｓ５は、転位線制御層の形成と同様、マスク層Ｍ２を覆う層とした。
▲２▼光の外界への放出を遮らないよう、上部電極を、発光層の発光の中心となる部分の上方を避けて形成した。
【００６６】
本実施例によって得られたＬＥＤを、実施例１と全く同様に出力を測定したところ、１５ｍＷ、寿命５０００ｈｒであり、実施例１と比較して、より高い出力であり、さらに好ましい態様であることがわかった。
【００６７】
【発明の効果】
本発明のＧａＮ系発光素子では、転位線制御層によって発光層における発光の中心となる部分や、上部電極が形成される領域などを低転位化し、発光素子の特性劣化を改善すると同時に、転位線制御層におけるマスク層によってブラッグ反射層を保護することもできる。従って、より発光効率の改善されたＧａＮ系発光素子とすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の一例として、ＬＥＤの構造を示す断面図である。図１、図２では説明のために、各層の厚み・幅の比などを誇張して示しており、実際の比率とは異なる。また、他の層と区別するために、電極、発光層、マスク層にハッチングを施している。ブラッグ反射層は、多層の構造であることを表現している。
【図２】本発明の発光素子（ＬＥＤ）の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の発光素子の一例として、半導体レーザの構造を示す断面図である。
【図４】転位線制御層の成長に際し、Ｃ軸方向への成長速度の比をより大きくとった場合の、ＧａＮ系結晶の成長状態、転位線の伝搬方向を示す模式図である。
【図５】転位線制御層の成長に際し、Ｃ軸に垂直な方向への成長速度の比をより大きくとった場合の、ＧａＮ系結晶の成長状態、転位線の伝搬方向を示す模式図である。
【図６】マスク層上へのＧａＮ系結晶の成長を示す模式図である。
【符号の説明】
１ベース基板
１１非マスク領域
１２マスク領域
Ｂ１ブラッグ反射層
Ｍマスク層
Ｓ積層体
Ｓ１ｎ型ＧａＮ層（＝転位線制御層）
Ｓ２ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
Ｓ３ＩｎＧａＮ活性層
Ｓ４ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
Ｓ５ｐ型ＧａＮコンタクト層
Ｘ上部電極
Ｙ下部電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a GaN-based semiconductor light-emitting device, and in particular, a structure in which a low-dislocation region is formed in a stacked body by providing a mask layer in the stacked body of the light-emitting device, and a Bragg reflective layer is further combined with this. The present invention relates to a light-emitting element having:
[0002]
[Prior art]
A GaN-based semiconductor light-emitting element (hereinafter also referred to as “GaN-based light-emitting element”) is a semiconductor light-emitting element using a GaN-based crystal material, and a high-luminance diode (LED) has recently been realized. Research is actively conducted on the occasion, and reports of room temperature continuous oscillation of semiconductor lasers are heard.
A general method for manufacturing these GaN-based light emitting devices uses a procedure in which a sapphire single crystal is used as a substrate, a buffer layer is grown on the sapphire at a low temperature, and then a light-emitting portion made of a GaN-based crystal is formed. ing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When a GaN-based crystal layer is grown on a crystal substrate, as in the case of other semiconductors, defects such as dislocations occur when the lattice constant between the substrate and the GaN-based crystal is not matched (lattice mismatch). Dislocations also occur due to factors such as impurity contamination and strain at the multilayer film interface. These generated dislocations are inherited to the upper layer side even when the thickness of the layer increases as the crystal layer grows, and become continuous defect portions called dislocation lines (threading dislocations).
[0004]
In a GaN-based light emitting device, particularly one using a sapphire crystal as a substrate, there is a large lattice mismatch between the substrate and the GaN-based layer, so that the dislocation density is 10^Tencm^-2It is known that this is also the case. These dislocations that occur at high density also propagate to the upper layer as dislocation lines when forming a laminated structure of GaN-based light emitting elements. Since dislocations are crystal defects, they act as non-radiative recombination centers in the light-emitting layer, or they act as a current path and cause leakage current, causing problems such as deterioration in light emission characteristics and lifetime characteristics.
[0005]
On the other hand, there is a method of providing a Bragg reflection layer as one method for improving the external quantum efficiency of the GaN-based light emitting device. In this method, light is extracted from either the lower layer side or the upper layer side of the laminate constituting the light emitting element, and the light emitted from the internal light emitting layer is opposite to the light extracting side. This is a method in which the light traveling toward is reflected by the Bragg reflection layer toward the light extraction side to reduce the loss.
[0006]
However, as a general structure, when a Bragg reflective layer is first formed on a base substrate and a laminate including a light emitting layer is grown on the upper layer side, the heat for growing each layer on the upper layer side or the upper layer side Due to the diffusion of impurities from each of the layers, the Bragg reflection layer is damaged, and a desired reflectance cannot be obtained.
[0007]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a structure in which a Bragg reflection layer is provided in a GaN-based light emitting element, and the deterioration of the characteristics of the light emitting element due to dislocation lines can be improved while the Bragg reflection layer can be protected.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The GaN-based light emitting device of the present invention has the following characteristics.
(1) A base substrate on which a GaN-based crystal can be grown with the C-axis as the thickness direction is the bottom layer, and a plurality of layers including a light-emitting layer made of GaN-based crystals are sequentially grown and stacked to form a laminate. A semiconductor light emitting device having a configuration in which a p-type electrode and an n-type electrode are provided,
  In the laminate, below the light emitting layer,A mask layer is provided so as to form a mask region and a non-mask region, and the material of the mask layer is a material from which a GaN-based crystal cannot substantially grow from its own surface,
  The layer covering the mask layer is a layer formed by crystal growth until the non-mask region is a growth start surface and the upper surface of the mask layer is covered, and this layer is called a dislocation line control layer,
  Dislocation line control layerOn the lower layer side, there is a Bragg reflective layerAnd the mask layer is provided on the upper surface of the Bragg reflective layer.It is characterized by,
GaN-based semiconductor light emitting device.
(2) The dislocation line control layer is a layer formed while controlling the ratio of the growth rate in the C-axis direction and the growth rate in the direction perpendicular to the C-axis, and the ratio of the two growth rates is The GaN-based semiconductor light-emitting element according to (1), wherein the control is performed by selecting a combination of a mask layer formation pattern, a crystal growth method, and an atmosphere gas during crystal growth.
(3) The formation pattern of the mask layer is a striped mask pattern in which strip-shaped mask layers are arranged in stripes, and the longitudinal direction of the stripes is smaller than that of a GaN-based crystal formed on the base substrate. 11-20>, the dislocation line passing through the non-mask region is bent by the dislocation line control layer, and the upper portion of the non-mask region is lowered in dislocation. GaN-based semiconductor light emitting device.
(4) The formation pattern of the mask layer is a striped mask pattern in which strip-shaped mask layers are arranged in a striped pattern, and the longitudinal direction of the stripe is smaller than that of a GaN-based crystal formed on the base substrate. (1) or (2) above, wherein the dislocation lines extending in the 1-100> direction and passing through the non-mask region are not bent by the dislocation line control layer, and the upper portion of the mask region is reduced in dislocation. GaN-based semiconductor light emitting device.
(5) A Bragg reflection layer is further provided on the upper layer side of the light emitting layer, and the Bragg reflection layer and the Bragg reflection layer provided on the lower layer side of the light emitting layer resonate light emitted from the light emitting layer. The GaN-based semiconductor light-emitting device according to the above (1) constituting a vessel.
(6) A second mask layer and a layer covering the second mask layer are further provided on the upper side of the light emitting layer. The second mask layer plays a role of current confinement. The GaN-based semiconductor light-emitting device according to (1), wherein a portion of the light-emitting layer corresponding to the constricted portion is reduced in dislocation by the mask layer provided on the upper surface of the Bragg reflection layer below the light-emitting layer. .
(7) The upper electrode provided on the upper side of the light emitting layer of both the p-type and n-type electrodes is provided in a region that does not block light emitted from the light emitting layer in the vertical upper layer direction and exiting to the outside ( The GaN-based semiconductor light-emitting device according to any one of 1) to (6).
[0015]
[Action]
In this specification, if a lattice plane of a hexagonal lattice crystal such as a GaN-based crystal or a sapphire substrate is designated by four Miller indices (hkil), when the index is negative for convenience of description, It shall be expressed with a minus sign, and other than the notation related to the negative index, it follows the general Miller index notation. Therefore, in the case of a GaN-based crystal, there are six prism surfaces (singular surfaces) parallel to the C axis. For example, one surface is represented as (1-100), and the six surfaces are grouped as equivalent surfaces. In this case, {1-100} is used. A plane perpendicular to the {1-100} plane and parallel to the C-axis is collectively expressed as {11-20}. The direction perpendicular to the (1-100) plane is [1-100], the set of equivalent directions is <1-100>, and the direction perpendicular to the (11-20) plane is [11-20]. A set in the equivalent direction is denoted as <11-20>. However, if there is a case where the Miller index is written in the drawing, when the index is negative, a minus sign is added on the index and expressed in accordance with the general notation method of the Miller index. The crystal orientations referred to in the present invention are all orientations based on GaN-based crystals grown on the base substrate.
[0016]
The “mask region” and “non-mask region” are both in-plane regions where the mask layer is formed. The region on the upper surface of the mask layer is regarded as being equal to the mask region, and is used as an explanation in the description.
Further, “above and below the mask region” means “up and down” perpendicular to the surface of the mask region. The same applies to the upper and lower portions of the non-mask region.
[0017]
Of the p-type electrode and n-type electrode provided in the GaN-based semiconductor light-emitting element, the electrode provided on the upper layer side of the light-emitting layer is referred to as an upper electrode. On the other hand, the other electrode is called a lower electrode. The upper electrode is partially provided with respect to the entire upper surface of one layer in the laminate, and the entire upper surface of this layer is referred to as an upper electrode formation surface.
[0018]
As a countermeasure against cracks in the GaN-based crystal layer due to the difference in the lattice constant and the thermal expansion coefficient between the GaN-based crystal and the sapphire crystal substrate, the present inventors, as shown in FIG. A mask layer M patterned in a lattice shape is provided thereon, a GaN-based crystal layer 30 is grown only in the non-mask region 11 where the substrate surface is exposed, and a chip-sized GaN-based crystal layer is formed over the entire base substrate surface. It is proposed to prevent cracking by interspersing 30 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-273367).
[0019]
Thereafter, as a result of further studies by the inventors, when the GaN-based crystal layer 30 grown in a scattered manner is further grown, only the thickness direction (C-axis direction) is obtained as shown in FIG. In addition, it was confirmed that the growth was performed in the lateral direction (direction perpendicular to the C axis) from each GaN-based crystal layer 30 toward the mask layer M. In addition, depending on the crystal orientation, the growth rate in the lateral direction may be as high as that in the thickness direction, and the crystal orientation dependency has been found.
[0020]
When the growth further upward than the mask layer is further promoted, the growth in the thickness direction and the lateral direction is further continued, and the GaN-based crystal completely covers the mask region 12 as shown in FIG. It has been found that a large and thick GaN-based crystal layer 30 can be obtained which is embedded in the layer and has very few defects such as dislocations and has no cracks.
[0021]
At this time, dislocation lines existing in the GaN-based crystal layer 30 are inherited from the base including the base substrate or are generated at the growth interface, and simply propagate upward from the non-mask region as shown in FIG. It was thought to be going.
[0022]
However, when the crystal growth is performed until the mask layer is formed and the mask layer is embedded as described above by the research of the present inventors and the like after that, the formation pattern of the mask layer, the crystal growth method, the atmosphere gas during the crystal growth, It has been found that by selecting the combination, the propagation direction upward of the dislocation line can be controlled in the layer. By this control method, the inheritance direction of the dislocation line can be intentionally changed from the non-mask area to the upper side of the mask area adjacent to it or from the non-mask area to the upper side as it is. became.
[0023]
By disposing the GaN-based crystal layer grown until the mask layer is embedded in the stacked body of the light emitting element as described above, the layer above the mask layer can be lowered in dislocation. In particular, as described above, by using the mask layer to actively control the upward propagation direction of the dislocation lines, the important points on the upper layer side of the mask layer, such as the portion where light is generated and the upper electrode formation surface Can be freely reduced in dislocation, and the luminous intensity, output, and device life can be improved. Further, as a preferred embodiment, when a current confinement structure is configured and current is partially concentrated in the light emitting layer to cause the light emitting layer to emit light strongly, the dislocation is reduced by controlling dislocation lines. Thus, the luminous intensity can be further improved. In addition, the combination of the light emitting layer and the Bragg reflecting layer having a low dislocation is important, and the dislocation line control layer is most preferably located between the light emitting layer and the Bragg reflecting layer.
[0024]
In the present invention, a Bragg reflection layer is provided in the light emitting element stack, and more light is emitted to the outside. At this time, a mask layer is provided on the upper side of the Bragg reflection layer. Is doing. This makes the mask layer function as a layer for lowering dislocations on the upper layer side and a layer for current confinement, and at the same time, newly used as a protective layer for preventing deterioration of the Bragg reflection layer on the lower layer side can do.
[0025]
By forming a Bragg reflective layer on the lower layer side and forming a mask layer thereon, the mask layer becomes a protective layer against the diffusion of impurities from the upper layer side to the lower layer than the mask layer, reducing damage to the Bragg reflective layer Is done. For example, when Mg or the like is diffused as impurities into the Bragg reflection layer, the arrangement of elements constituting the Bragg reflection layer is disturbed, interface steepness is lowered, and reflectance is lowered.
Further, since the mask layer can be formed without using a high temperature as in the epitaxial growth method, the formation of the mask layer itself does not cause thermal damage to the Bragg reflection layer. The formed mask layer becomes a protective layer against the heat when forming the upper layer, and thermal damage of the Bragg reflection layer is reduced.
[0026]
Of the Bragg reflection layer, the portion where damage is reduced by the mask layer is that the portion below the mask region is direct, and the degree of protection is more remarkable when the mask layer is closer to the Bragg reflection layer. However, even under the non-mask region, it is protected by the influence of the oblique upper mask layer.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A light emitting device according to the present invention will be described together with a manufacturing method.
As shown in an example of a simple structure in FIG. 1, the light emitting device of the present invention has a base substrate 1 as a lowermost layer, and a layer made of a GaN-based crystal is sequentially grown and stacked on the base substrate to form a pn junction. A laminated body S including a light emitting layer S3 is formed, and an upper electrode X and a lower electrode Y are provided thereon. In the example of FIG. 1, the light emitting layer S3 is an active layer sandwiched between two cladding layers S2 and S4 by a double heterojunction structure. Further, in the example of FIG. 1, the base substrate 1 is formed by sequentially forming a buffer layer 1b for improving lattice matching and a GaN-based crystal thin film layer 1c on a basic crystal substrate 1a such as a sapphire crystal substrate. Is used.
[0028]
In the example of FIG. 1, the vertical positional relationship of the p / n type is generally such that the base substrate side is n-type and the upper layer side is p-type for reasons of processing to form p-type and n-type conductivity types. It has become a thing. In addition, an insulator (sapphire crystal substrate) is used for the base substrate, and the upper surface of the n-type GaN layer S1 is exposed, and a lower electrode Y is provided on the surface. Further, the surface from which light goes out to the outside is the upper surface of the uppermost layer of the laminate, and the Bragg reflection layer is located on the lower layer side. Hereinafter, also when describing other aspects of the light emitting device of the present invention, the p / n type vertical relationship, the position of the Bragg reflection layer, and the electrode arrangement will be described with reference to the same example. However, an aspect in which the p / n type is upside down, or in the case of a conductive base substrate, a mode in which a lower electrode is provided on the base substrate may be freely selected.
[0029]
A mask layer M is provided on the upper surface of any layer except the uppermost surface of the stacked body S and the upper surface of the base substrate 1 so as to form the mask region 12 and the non-mask region 11. Further, using the non-mask region 11 as a growth starting surface, a GaN-based crystal is grown until the upper surface of the mask layer is covered, and a dislocation line control layer S1 is formed.
[0030]
In the present invention, the Bragg reflection layer B1 is provided in the laminate S, and the Bragg reflection layer B1 is provided on the lower layer side than the light emitting layer S3 and the dislocation line control layer S1. In the example of FIG. 1, the base substrate 1 is the lowermost layer, and the dislocation line control layer (n-type GaN layer) S1 including the Bragg reflection layer B1 and the mask layer M, the n-type AlGaN cladding layer S2, and the InGaN light-emitting layer in this order. It is a laminated structure of S3, a p-type AlGaN cladding layer S4, and a p-type GaN contact layer S5.
[0031]
The base substrate may be any substrate as long as the GaN-based crystal can be grown with the C-axis as the thickness direction. For example, sapphire, quartz, SiC, etc. that have been widely used for growing GaN-based crystals from the past are used. Also good. Among them, sapphire C-plane, A-plane, 6H—SiC substrate, particularly C-plane sapphire substrate are preferable. Moreover, the surface of these materials may be provided with a buffer layer of ZnO, MgO, AlN or the like for relaxing the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient from the GaN-based crystal. You may have a thin film in a surface layer.
[0032]
The base substrate should be selected to have a lattice constant as close as possible to the GaN-based crystal to be grown and to have a thermal expansion coefficient as close as possible to reduce defects such as dislocations inherently and to make cracks less likely to occur. desirable. Moreover, it is preferable that it is excellent in the high heat | fever and the tolerance with respect to an etching in the case of thin film formation of the mask layer mentioned later. From this point, at least the surface layer of the base substrate is In._XGa_YAl_ZN (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z = 1) is preferable. Specifically, a structure in which a buffer layer such as ZnO or AlN and then a thin layer of GaN or GaAlN are sequentially formed on a sapphire substrate by the MOVPE method can be suitably used. With such a base substrate, the density of dislocations newly generated in the GaN-based crystal grown on the base substrate can be kept low, and good crystallinity can be obtained.
[0033]
The GaN-based crystal used for the material of the laminated body has the formula In_XGa_YAl_ZIt is a compound semiconductor determined by N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z = 1). In particular, GaN, InGaN, and the like are useful as GaN-based light emitting devices.
[0034]
The number of layers of the laminate is not limited. If only the layers directly related to the mechanism of light emission in the laminate are listed, there are known structures such as two layers with a simple pn junction structure and three layers with a double heterojunction structure. SQW (Single Quantum well), MQW (Multi Quantum well), a quantum dot, etc. which have a superlattice structure may be sufficient.
In addition to the layers related to light emission, a stacked structure in which a contact layer S5 and a lower layer (= dislocation line control layer) S1 are added as an upper layer of a double heterojunction structure as shown in FIG. As shown in FIG. 3, various functional layers such as a layer including a mask layer for performing current confinement on the upper side of the light emitting layer, and a resonator is formed by adding a Bragg reflection layer to the upper portion as shown in FIG. May be added.
[0035]
The Bragg reflection layer is located on the lower layer side than the light emitting layer, reflects light emitted from the light emitting layer to the lower layer side, and emits light to the outside without any loss. On the other hand, as long as the dislocation line control layer is on the upper layer side of the Bragg reflection layer, any layer in the laminate can be freely used. If the dislocation line control layer is on the upper layer side of the light emitting layer, the portion forming the upper electrode can be lowered, and if the dislocation line control layer is on the lower layer side of the light emitting layer, the dislocation line can be partially lowered. Is also possible. However, from the viewpoint of protecting the Bragg reflective layer by the mask layer, the mask layer is more effective as a protective layer when closer to the Bragg reflective layer. As shown in FIG. 1, the configuration including the Bragg reflection layer, the dislocation line control layer, and the light emitting layer in order from the base substrate is a preferable example in that the Bragg reflection layer is preferably protected while partially reducing the dislocation of the light emitting layer. is there.
[0036]
The Bragg reflection layer is a known reflection layer, and has a structure in which layers made of these materials are laminated in multiple layers so that multiple interfaces having different refractive indexes are formed. Among these, a multilayer structure composed of GaN-based crystals is preferable. In particular, it is preferable that two GaN-based crystal layers constituting a superlattice are paired and laminated by a desired number of pairs because of high reflectivity.
[0037]
The mask layer is made of a material that cannot substantially grow a GaN-based crystal from its own surface. As such a material, for example, an amorphous body is exemplified. Further, as this amorphous body, a nitride or oxide such as Si, Ti, Ta, Zr, etc., that is, SiO₂, SiN_X, SiO_1-XN_XTiO₂, ZrO₂Etc. are exemplified. In particular, SiN is excellent in heat resistance and relatively easy to form and etch._XAnd SiO_1-XN_XA membrane can be suitably used.
In addition, as shown in FIG. 2, when a second mask layer is further provided on the upper layer of the mask layer M to perform current confinement and stop propagation of dislocation lines, the material of the mask layer allows propagation of dislocation lines. Anything that can be stopped is acceptable.
Since the mask layer is used to protect the Bragg reflection layer, it is preferable that the mask layer be transparent to light emitted from the light emitting layer.
[0038]
The mask layer is formed so as to cover the entire surface of the substrate by, for example, vacuum deposition, sputtering, CVD, or the like, and then the photosensitive resist is patterned by a normal photolithography technique, and a part of the substrate is exposed by etching. Or the like. Although the thickness is not limited, it is usually about 50 nm to 500 nm.
[0039]
By providing the mask layer, at least dislocation lines that have propagated from the lower layer side reach the mask region, and propagation can be stopped by the mask layer itself. On the other hand, dislocation lines that have propagated from the lower layer side reach the non-mask region and further propagate to the upper layer side. Next, a method for positively controlling the propagation direction of the dislocation lines propagating to the upper layer side by the dislocation line control layer will be described.
[0040]
The GaN-based crystal layer serving as the dislocation line control layer starts crystal growth from the non-mask region on the surface provided with the mask layer. At this time, when growing the GaN-based crystal, by controlling the ratio of the growth rate of the GaN-based crystal in the C-axis direction and the growth rate in the direction perpendicular to the C-axis, the crystal is larger than the mask layer. If the form of the crystal surface at the time of high growth is roughly divided, it can be changed as in the following (1) and (2).
[0041]
(1) If the ratio of the growth rate in the C-axis direction is made larger, the crystal surface will first have a pyramid shape as shown in FIG. By growing in this way, the propagation of the dislocation line L can be bent from above the non-mask region to above the adjacent mask region. When the crystal growth is further continued, as shown in FIG. 4B, crystals from adjacent mask regions merge to move toward a flat upper surface. At this time, the dislocation lines are directed upward along the merging surface of the crystals, and the dislocations can be lowered above the non-mask region.
[0042]
(2) If the ratio of the growth rate in the direction perpendicular to the C axis is made larger, the form of the surface during crystal growth is like a trapezoid with a flat top surface from the beginning, as shown in FIG. grow up. By growing in this way, the dislocation line L can be propagated upward as shown in FIG. In this case, if the crystal growth is further continued, as shown in FIG. 5B, crystals from adjacent mask regions join together, the flat upper surface state is maintained, and the thickness of the crystal layer increases. At this time, the dislocation lines continue to move upward, and the dislocations above the mask region can be lowered.
[0043]
Elements for controlling the ratio between the growth rate in the C-axis direction (thickness direction) and the growth rate in the direction perpendicular to the C-axis (lateral direction) are mask layer formation pattern, crystal growth method, crystal It is an atmospheric gas at the time of growth, and how to combine these is important. By the selection, the dislocation line control layer grows as shown in the above (1) and (2), and the propagation direction of the dislocation lines (in other words, the lower dislocation lowering portion) can be selected.
[0044]
In the mask formation pattern for controlling the propagation direction of the dislocation lines, the direction of the outline of the mask region, that is, the direction of the boundary line between the mask region and the non-mask region is important.
When the boundary line between the mask region and the non-mask region is a straight line in the <11-20> direction, the {1-100} surface that is a facet surface is secured as a surface that grows laterally beyond this boundary line, The lateral growth rate is slow. Since the growth rate in the C-axis direction is faster than the lateral growth rate, oblique facets such as {1-101} planes are easily formed. Therefore, as shown in the above (1), the pyramid shape is first formed and then flattened. For this reason, a certain amount of thickness is required to embed flatly.
[0045]
On the other hand, when the boundary line between the mask region and the non-mask region is a straight line extending in the <1-100> direction, the {11-20} plane of the GaN-based crystal exceeds this boundary line and is on the upper surface of the mask layer. It is secured as a plane that grows laterally along. Since the {11-20} plane is an off facet plane, the GaN-based crystal grows faster in the lateral direction as in (2) than the {1-100} plane that is the facet plane. When the lateral growth rate is increased, it is difficult to form an oblique facet such as a {1-101} plane. As a result, the flat embedding can be thinner than <11-20>.
[0046]
As an example of a pattern that exhibits the effect of the mask pattern most significantly, a striped mask pattern can be given. The stripe-shaped mask pattern is a pattern in which strip-shaped mask layers are arranged in a stripe pattern. Therefore, strip-shaped mask regions and strip-shaped non-mask regions are alternately arranged. The longitudinal direction of the stripe (that is, each band) is the direction of the boundary line between the mask region and the non-mask region. The example of FIG. 2 is an example in which the mask layer is formed as a striped mask pattern and the longitudinal direction of the stripe is the <1-100> direction. The mask pattern is not limited to a stripe shape, and may be an arbitrary pattern in consideration of the boundary line.
[0047]
Examples of the crystal growth method include HVPE and MOCVD. In particular, HVPE having a high growth rate is preferable when a thick film is formed, and MOCVD is preferable when a thin film is formed.
[0048]
Atmosphere gas is H₂, N₂, Ar, He, etc., but H can be used to control the growth rate.₂, N₂Is preferably used.
H₂When growth is performed in a rich atmosphere gas, the growth rate in the C-axis direction is increased. In particular, in the case where the direction of the boundary line between the mask region and the non-mask region is a straight line in the <11-20> direction (when it is slow in the lateral direction), as shown in the above (1), a notable pyramid shape The shape is first formed and then flattened. For this reason, a certain amount of thickness is required to embed flatly.
[0049]
On the other hand, N₂When growing in rich atmospheric gas, H₂Compared to a rich atmosphere, the growth rate in the C-axis direction is slow, so the lateral growth rate is relatively fast. When the growth in the lateral direction is made faster by the combination with the mask pattern, the mode (2) is obtained, and the dislocation lines can be propagated upward as they are.
[0050]
The crystal growth by MOCVD is mainly H₂Often performed in a rich atmosphere. For example, as a Group III gas, carrier gas hydrogen 10 (L) + organic metal bubbling hydrogen 100 (cc). As group V gas, carrier gas hydrogen 5 (L) + ammonia 5 (L). In this case, the hydrogen concentration is 75%, which is H₂It is an example of rich. In this case, the nitrogen concentration is 0%.
[0051]
In terms of crystal growth by MOCVD, the nitrogen concentration when the group III carrier gas is changed to nitrogen is about 50%. Further, when only the group V carrier gas is changed to nitrogen, the nitrogen concentration is about 25%. Therefore, in the present invention, in the crystal growth by MOCVD, the nitrogen concentration is about 25% or more.₂Rich.
[0052]
Other structural examples of the GaN-based light emitting device according to the present invention are shown in FIGS.
The example of FIG. 2 is the same as that of FIG. 1 from the base substrate 1 to the double heterojunction structure (S2 to S4), but the structure on the upper layer side thereof is different. That is, the second mask layer M2 is formed on the upper surface of the p-type AlGaN cladding layer S4, and the p-type GaN contact layer S5 is a layer covering the mask layer M2. The second mask layer M2 forms a current confinement structure. The upper electrode X is provided at a position that avoids the upper part of the portion where current confinement is made and does not hinder the light emitted from the portion S31 that is the center of light emission due to the current confinement from going out to the outside.
[0053]
In addition, the portion S31 corresponding to the current confinement in the light emitting layer is reduced in dislocation by the lower mask layer M, and the light emission efficiency is improved. Furthermore, the second mask layer M2 also functions as a layer for stopping the dislocation line L, whereby the region where the upper electrode X is formed is lowered in dislocation, and the electrode material enters the dislocation line. A reduction in device lifetime is suppressed.
[0054]
FIG. 3 shows an example in which a second Bragg reflection layer is provided on the upper layer side of the light emitting layer and a resonator is formed with the lower Bragg reflection layer to form a surface emitting semiconductor laser.
In the example of FIG. 3A, it is necessary to consider the layer thickness between the Bragg reflection layers B1 and B2 in order to configure the resonator, but the stacked structure from the base substrate 1 to the layer S5 covering the mask layer M2 is as follows. This is basically the same as the LED of FIG. In the example of FIG. 3A, the second Bragg reflection layer B2 is provided on the layer S5, and the upper electrode X is provided thereon. The upper electrode X is provided at a position where the light emitted from the portion S31 that is the center of light emission due to the current confinement resonates and does not interfere with laser light exiting to the outside. As an example of the Bragg reflection layers B1 and B2 constituting the resonator, for example, two pairs of GaN layer / AlN layer are paired, and each layer is stacked by the number of pairs necessary for resonance and emission.
[0055]
With such a configuration, a portion directly protected immediately below the mask layer in the Bragg reflection layer can be used for resonance, and loss in the Bragg reflection layer is reduced. Similarly to the effect in the example of FIG. 2, the light emission central portion S31 is lowered by the lower mask layer M to improve the light emission efficiency, and the upper electrode X is formed by the second mask layer M2. Therefore, the lowering of the device lifetime is suppressed.
[0056]
The example of FIG. 3B is a semiconductor laser similar to the example of FIG. 3A except that the arrangement of the mask layer M on the lower layer side and the growth conditions when forming the dislocation line control layer are different. In the example of FIG. 3A, the lower mask layer M is removed from the optical axis of resonance, and the portion below the non-mask region of the Bragg reflection layer B1 is used for reflection. When forming the dislocation line control layer, as described with reference to FIG. 4, the dislocation lines are formed to bend upward in the mask region under the growth conditions that increase the growth rate ratio in the thickness direction. The dislocation is reduced above the non-mask region.
[0057]
【Example】
Example 1
In this example, a GaN-based LED having the mode shown in FIG. 1 was actually manufactured.
[Formation of base substrate]
A sapphire C-plane substrate was used as the most basic crystal substrate 1a. First, this sapphire substrate was placed in an MOCVD apparatus, heated to 1100 ° C. in a hydrogen atmosphere, and subjected to thermal etching. Thereafter, the temperature is lowered to 500 ° C., trimethylaluminum (hereinafter TMA) is flown as an Al raw material, ammonia is flowed as an N raw material, an AlN low-temperature buffer layer 1b is grown to 30 nm, and the temperature is raised to 1000 ° C. TMG) was used to flow ammonia as an N raw material to grow the GaN layer 1c by 3 μm, whereby a base substrate 1 was obtained.
[0058]
[Formation of Bragg reflection layer]
Two pairs of GaN layer / AlN layer were made into one pair, and the thickness of each layer was made into 1/4 of the light emission wavelength, and 20 pairs were laminated | stacked, and Bragg reflection layer B1 was formed. The MOCVD method was used for forming each layer.
[0059]
(Formation of mask layer)
This sample was taken out of the MOCVD apparatus and striped SiO2 having a thickness of 100 nm using a sputtering apparatus.₂A mask layer M was formed. The longitudinal direction of the mask layer M was formed so as to be in the <1-100> direction with respect to the crystal orientation of the Bragg reflection layer.
[0060]
[Formation of dislocation line control layer]
This sample was placed in a MOCVD apparatus, heated to 1000 ° C. in a hydrogen atmosphere, silane was flown as TMG, ammonia, and dopant raw material, and an n-type GaN crystal was grown to a thickness of 5 μm so as to cover the upper surface of the mask layer, and dislocation The line control layer (n-type GaN layer) S1 was used.
[0061]
[Formation of double heterojunction structure]
TMA, TMG, ammonia, and silane were used as dopant materials to grow an n-type AlGaN cladding layer S2 by 0.8 μm. Next, the growth temperature was lowered to 700 ° C. under conditions where the growth atmosphere gas was changed from hydrogen to nitrogen and ammonia was allowed to flow. After stabilizing at 700 ° C., trimethyl indium (TMI), TMG, and ammonia as In raw materials were passed to grow an InGaN active layer S3 by 3 nm. At this time, the bubbling of TMG and TMI was performed with nitrogen. Thereafter, the temperature is raised to 1000 ° C., the growth atmosphere gas is changed from nitrogen to hydrogen, TMG, TMA, ammonia, and biscyclopentadienylmagnesium (Cp2Mg) are flown as dopant materials, and the p-type AlGaN cladding layer S4 is 0.1 μm. A double heterojunction structure was obtained by growth.
[0062]
[Formation of contact layer]
Next, TMG, ammonia, and Cp2Mg were used as dopant materials to grow the p-type GaN contact layer S5 by 0.5 μm. After the growth, the atmosphere was changed to nitrogen and slowly cooled to room temperature.
[0063]
[Formation of electrodes]
The sample obtained as described above is dry-etched to remove a part of the p-type layer and the double heterojunction structure from the upper surface of the stacked body, thereby exposing the upper surface of the dislocation line control layer (n-type GaN layer) S1. Then, an n-type electrode (lower electrode) Y was formed, and a p-type electrode (upper electrode) X was formed on the uppermost surface of the laminate, thereby obtaining an LED.
[0064]
As a comparative example with respect to the aspect of Example 1, a structure in which the mask layer M was not provided and the Bragg reflection layer B1 was not protected was manufactured. That is, an LED was formed in the same manner as in Example 1 except that the mask layer M was not provided in the dislocation line control layer S1 in FIG. .
When both LEDs were mounted on a To-18 stem stand and the output was measured at 20 mA, the sample of Example 1 was 8 mW, the lifetime was 5000 hr, the sample of the comparative example was 2 mW, and the lifetime was 500 hr. It was found that the light emitting element has excellent characteristics in both output and life.
[0065]
Example 2
In this example, a GaN-based light emitting device having the mode shown in FIG. 2 was manufactured. The structure of the laminate is exactly the same as in Example 1 except for the following points.
(1) A mask layer M2 was formed on the upper surface of the p-type AlGaN cladding layer S4, and current confinement was performed on the light emitting layer. Further, the portion that becomes the center of light emission due to the current confinement is made to correspond to the upper portion of the mask region of the mask layer M on the lower layer side, and this portion is made low dislocation. The p-type GaN contact layer S5 is a layer that covers the mask layer M2, similarly to the formation of the dislocation line control layer.
{Circle around (2)} The upper electrode was formed so as to avoid the upper part of the light emitting layer, which is the center of light emission, so as not to block the emission of light to the outside.
[0066]
When the output of the LED obtained in this example was measured in exactly the same manner as in Example 1, it was 15 mW and the lifetime was 5000 hr, which was a higher output than Example 1 and was a more preferable embodiment. I understood.
[0067]
【The invention's effect】
In the GaN-based light emitting device of the present invention, the dislocation line control layer lowers the dislocation center part of the light emitting layer, the region where the upper electrode is formed, etc., thereby improving the deterioration of the characteristics of the light emitting device and at the same time dislocation lines. The Bragg reflective layer can also be protected by a mask layer in the control layer. Therefore, it is possible to obtain a GaN-based light emitting device with further improved luminous efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of an LED as an example of a light emitting device of the present invention. In FIG. 1 and FIG. 2, the ratio of the thickness and width of each layer is exaggerated for the purpose of explanation, and is different from the actual ratio. In order to distinguish from other layers, the electrode, the light emitting layer, and the mask layer are hatched. The Bragg reflection layer expresses a multilayer structure.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the light emitting device (LED) of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor laser as an example of the light emitting device of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the growth state of a GaN-based crystal and the propagation direction of dislocation lines when the growth rate ratio in the C-axis direction is further increased during the growth of the dislocation line control layer.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the growth state of a GaN-based crystal and the propagation direction of dislocation lines when the growth rate ratio in the direction perpendicular to the C-axis is increased during the growth of the dislocation line control layer. .
FIG. 6 is a schematic diagram showing the growth of a GaN-based crystal on a mask layer.
[Explanation of symbols]
1 Base board
11 Unmasked area
12 Mask area
B1 Bragg reflective layer
M mask layer
S laminate
S1 n-type GaN layer (= dislocation line control layer)
S2 n-type AlGaN cladding layer
S3 InGaN active layer
S4 p-type AlGaN cladding layer
S5 p-type GaN contact layer
X Upper electrode
Y Lower electrode

Claims

A base substrate on which the GaN-based crystal can be grown with the C axis as the thickness direction is the lowermost layer, and a plurality of layers including the light-emitting layer are sequentially grown and stacked thereon to form a stacked body. A semiconductor light emitting device having a configuration in which a p-type electrode and an n-type electrode are provided,
A mask layer is provided below the light-emitting layer in the stack so as to form a mask region and a non-mask region, and the material of the mask layer substantially grows GaN-based crystals from its own surface. Material that cannot be
The layer covering the mask layer is a layer formed by crystal growth until the upper surface of the mask layer is covered with the non-mask region as a growth starting surface, and this layer is called a dislocation line control layer.
A Bragg reflection layer is provided on the lower layer side of the dislocation line control layer , and the mask layer is provided on the upper surface of the Bragg reflection layer .
GaN-based semiconductor light emitting device.

The dislocation line control layer is a layer formed while controlling the ratio between the growth rate in the C-axis direction and the growth rate in the direction perpendicular to the C-axis, and the control of the ratio between the two growth rates is as follows: 2. The GaN-based semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the GaN-based semiconductor light-emitting element is formed by selecting a combination of a mask layer formation pattern, a crystal growth method, and an atmosphere gas during crystal growth.

The formation pattern of the mask layer is a stripe-like mask pattern in which strip-like mask layers are arranged in a stripe pattern, and the longitudinal direction of the stripe is <11-20 with respect to the GaN-based crystal formed on the base substrate. The GaN-based semiconductor light-emitting device according to claim 1 or 2, wherein the dislocation lines extending in the> direction and passing through the non-mask region are bent by the dislocation line control layer, and the upper portion of the non-mask region is lowered.

The formation pattern of the mask layer is a stripe-like mask pattern formed by arranging strip-like mask layers in a stripe pattern, and the longitudinal direction of the stripe is <1-100 with respect to the GaN-based crystal formed on the base substrate. The GaN-based semiconductor light-emitting device according to claim 1 or 2, wherein the dislocation lines extending in the> direction are not bent by the dislocation line control layer and the upper portion of the mask region is reduced in dislocation. .

A Bragg reflecting layer is further provided on the upper layer side of the light emitting layer, and this Bragg reflecting layer and the Bragg reflecting layer provided on the lower layer side of the light emitting layer constitute a resonator that resonates light emitted from the light emitting layer. The GaN-based semiconductor light-emitting device according to claim 1.

On the upper side of the light emitting layer, a second mask layer and a layer covering the second mask layer are further provided. The second mask layer plays a role of current confinement and is current confined by the second mask layer. The GaN-based semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein a portion of the light-emitting layer corresponding to the portion is reduced in dislocation by the mask layer provided on the upper surface of the Bragg reflection layer below the light-emitting layer.

p-type, an upper electrode provided on the upper layer side than the light emitting layer of n-type two electrodes, according to claim is provided in a region that does not block the light emitted to the outside emitted in a vertical upper direction from the light-emitting layer 1-6 The GaN-based semiconductor light-emitting device according to any one of the above.