JP4978009B2 - ＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法に関する。
錐状あるいは帯状に延びる立体形状を有するＧａＮ系半導体発光素子が、例えば、特開平１１−３１２８４０、特開２００２−３３５０１６、特開２００３−２１８３９５から周知である。これらの特許公開公報に開示されたＧａＮ系半導体発光素子は、
・基体上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る基層、
・基層の頂面上に形成され、基層の頂面の一部が露出した開口部あるいは開口領域（以下、開口部等と呼ぶ）が設けられたマスク層、
・ＧａＮ系化合物半導体から成り、開口部等に露出した基層の頂面から、開口部等の近傍のマスク層の部分の上に亙り形成された、立体形状を有する下地層、
・下地層上に順次形成された、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、
・第１ＧａＮ系化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
・第２ＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第２電極、
を具備している。
ここで、いずれの特許公開公報に開示されたＧａＮ系半導体発光素子にあっても、基層の頂面は、具体的には、Ｃ面である。そして、下地層を構成する少なくとも１つの面はＳ面から構成されているが、下地層の係る面のマスク層に対する傾斜角は、基層の頂面がＣ面であるが故に、６１．９度である。
特開平１１−３１２８４０ 特開２００２−３３５０１６ 特開２００３−２１８３９５
ところで、下地層を構成する面（Ｓ面である）の傾斜角が上述したように６１．９度と大きいので、その上方に形成される第２ＧａＮ系化合物半導体層の傾斜角も大きくなる。その結果、リフトオフ法等のフォトリソグラフィ工程に基づく第２ＧａＮ系化合物半導体層上への第２電極の形成が、非常に困難であるといった問題を有する。
従って、本発明の目的は、錐状あるいは帯状に延びる立体形状を有し、面の傾斜角が緩く、電極の形成が容易である構成、構造を有するＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）基体上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る島状のシード領域、
（Ｂ）ＧａＮ系化合物半導体から成り、少なくともシード領域上に形成された、立体形状を有する下地層、
（Ｃ）下地層上に順次形成された、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
（Ｅ）第２ＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第２電極、
を具備したＧａＮ系半導体発光素子であって、
シード領域の頂面はＡ面であり、
下地層の少なくとも１つの側面はＳ面から構成されていることを特徴とする。
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、
（ａ）基体上に、ＧａＮ系化合物半導体から成る島状のシード領域を形成した後、
（ｂ）少なくともシード領域上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、立体形状を有する下地層を形成し、次いで、
（ｃ）下地層上に、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層を順次形成した後、
（ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層に電気的に接続された第１電極を形成し、第２ＧａＮ系化合物半導体層上に第２電極を形成する、
各工程を具備したＧａＮ系半導体発光素子の製造方法であって、
シード領域の頂面はＡ面であり、
下地層の少なくとも１つの側面はＳ面から構成されていることを特徴とする。
本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法においては、
基体上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る基層、及び、
基層の頂面上に形成され、基層の頂面の一部が露出した開口部が設けられたマスク層、
を備えており、
開口部に露出した基層の頂面の部分がシード領域に相当し、
下地層は、開口部に露出した基層の頂面から、開口部近傍のマスク層の部分の上に亙り形成されている構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、本発明の第１Ａの構成と呼ぶ場合がある。そして、この場合、マスク層に設けられた開口部の平面形状は、本質的には任意であり、円形、楕円形、三角形、矩形、五角形、六角形等の多角形を挙げることができるが、中でも、三角形であることが好ましい。
あるいは又、本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法においては、下地層はシード領域上から基体上に亙り形成されている構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、本発明の第１Ｂの構成と呼ぶ場合がある。そして、この場合、シード領域の平面形状は、本質的には任意であり、円形、楕円形、三角形、矩形、五角形、六角形等の多角形を挙げることができるが、中でも、三角形であることが好ましい。
以上の好ましい構成を含む本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法においては、Ｓ面から構成された下地層の側面の基体表面に対する傾斜角θS1は、
４０．２度±５度 （１−１）
の範囲内にあることが好ましい。そして、この場合、
下地層は、底面が二等辺三角形の三角錐から成り、
Ｓ面から構成された下地層の２つの側面は、底面を構成する長さの等しい２つの辺のそれぞれを底辺としており、残りの１つの側面は、底面を構成する他の一辺を底辺とし、且つ、Ｃ面から構成されており、
Ｃ面から構成された下地層の側面の基体表面に対する傾斜角θC1は、
９０度±５度 （１−２）
の範囲内にある形態とすることができ、あるいは又、
下地層は、底面が二等辺三角形の切頭三角錐から成り、
Ｓ面から構成された下地層の２つの側面は、底面を構成する長さの等しい２つの辺のそれぞれを底辺としており、残りの１つの側面は、底面を構成する他の一辺を底辺とし、且つ、Ｃ面から構成されており、下地層の頂面はＡ面から構成されており、
Ｃ面から構成された下地層の側面の基体表面に対する傾斜角θC1は、
９０度±５度 （１−２）
の範囲内にある形態とすることができる。尚、下地層が、三角錐から成るか、切頭三角錐から成るかは、下地層の結晶成長条件に依る。
ここで、傾斜角θS1とは、下地層の底辺に対して直角に交わり、しかも、基体表面に対して垂直である仮想平面で、下地層を切断したと想定したときの、側面と基体表面との成す角度である。
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）基体上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る帯状のシード領域、
（Ｂ）ＧａＮ系化合物半導体から成り、少なくともシード領域上に形成された、立体形状を有する下地層、
（Ｃ）下地層上に順次形成された、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
（Ｅ）第２ＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第２電極、
を具備したＧａＮ系半導体発光素子であって、
シード領域の頂面はＡ面であり、
帯状のシード領域が延びる方向は、シード領域の＜１−１００＞方向であり、
下地層の１つの斜面はＳ面から構成されていることを特徴とする。
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、
（ａ）基体上に、ＧａＮ系化合物半導体から成る帯状のシード領域を形成した後、
（ｂ）少なくともシード領域上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、立体形状を有する下地層を形成し、次いで、
（ｃ）下地層上に、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層を順次形成した後、
（ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層に電気的に接続された第１電極を形成し、第２ＧａＮ系化合物半導体層上に第２電極を形成する、
各工程を具備したＧａＮ系半導体発光素子の製造方法であって、
シード領域の頂面はＡ面であり、
帯状のシード領域が延びる方向は、シード領域の＜１−１００＞方向であり、
下地層の１つの斜面はＳ面から構成されていることを特徴とする。
本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法においては、
基体上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る基層、及び、
基層の頂面上に形成され、基層の頂面の一部が露出した帯状の開口領域が設けられたマスク層、
を備えており、
帯状の開口領域に露出した基層の頂面の部分がシード領域に相当し、
下地層は、開口領域に露出した基層の頂面から、開口領域近傍のマスク層の部分の上に亙り形成されている構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、本発明の第２Ａの構成と呼ぶ場合がある。
あるいは又、本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法においては、下地層はシード領域上から基体上に亙り形成されている構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、本発明の第２Ｂの構成と呼ぶ場合がある。
以上の好ましい構成を含む本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法においては、
シード領域の＜０００１＞方向に沿って下地層を切断したときの下地層の断面形状は、三角形であり、
Ｓ面から構成された下地層の斜面の基体表面に対する傾斜角θS2は、
４０．２度±５度 （２−１）
の範囲内にあることが好ましい。そして、この場合、
下地層の他の斜面は、Ｃ面から構成されており、
Ｃ面から構成された下地層の他の斜面の基体表面に対する傾斜角θC2は、
９０度±５度 （２−２）
の範囲内にある形態とすることができる。
ここで、傾斜角θS2とは、斜面の底辺に対して直角に交わり、しかも、基体表面に対して垂直である仮想平面で、下地層を切断したと想定したときの、斜面と基体表面との成す角度である。
上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）基体上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る帯状のシード領域、
（Ｂ）ＧａＮ系化合物半導体から成り、少なくともシード領域上に形成された、立体形状を有する下地層、
（Ｃ）下地層上に順次形成された、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
（Ｅ）第２ＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第２電極、
を具備したＧａＮ系半導体発光素子であって、
シード領域の頂面はＡ面であり、
帯状のシード領域が延びる方向は、シード領域の＜０００１＞方向であり、
下地層の少なくとも１つの面はＭ面から構成されていることを特徴とする。
上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、
（ａ）基体上に、ＧａＮ系化合物半導体から成る帯状のシード領域を形成した後、
（ｂ）少なくともシード領域上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、立体形状を有する下地層を形成し、次いで、
（ｃ）下地層上に、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層を順次形成した後、
（ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層に電気的に接続された第１電極を形成し、第２ＧａＮ系化合物半導体層上に第２電極を形成する、
各工程を具備したＧａＮ系半導体発光素子の製造方法であって、
シード領域の頂面はＡ面であり、
帯状のシード領域が延びる方向は、シード領域の＜０００１＞方向であり、
下地層の少なくとも１つの面はＭ面から構成されていることを特徴とする。
本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法においては、
基体上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る基層、及び、
基層の頂面上に形成され、基層の頂面の一部が露出した帯状の開口領域が設けられたマスク層、
を備えており、
帯状の開口領域に露出した基層の頂面の部分がシード領域に相当し、
下地層は、開口領域に露出した基層の頂面に形成されている構成とすることができる。
また、上記の好ましい構成を含む本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法において、
シード領域の＜１−１００＞方向に沿って下地層を切断したときの下地層の断面形状は、少なくとも、基体表面に対して略垂直に上方に延びる２つの側面と、側面の上端部から延びて相互に交わる２つの頂面とから成り、
下地層の２つの側面及び２つの頂面は、Ｍ面から構成されており、
Ｍ面から構成された下地層の頂面の基体表面に対する傾斜角θMは、
３０度±５度 （３）
の範囲内にあることが好ましい。下地層の結晶成長条件に依存して、シード領域の＜１−１００＞方向に沿って下地層を切断したときの下地層の断面形状は、基体表面に対して略垂直に上方に延びる２つの側面と、側面の上端部から延びて相互に交わる２つの頂面の４面から成る場合もあるし、基体表面に対して略垂直に上方に延びる２つの側面と、側面の上端部から延びて相互に交わる２つの頂面と、側面の下端部からシード領域まで延びる傾斜した２つの底面（Ｍ面から構成される）の６面から成る場合もある。シード領域の＜０００１＞方向における下地層の終端面は垂直面である構成とすることができる。
ここで、傾斜角θMとは、Ｍ面から構成された下地層の頂面の仮想延長面が基体表面と交わる交線に対して直角に交わり、しかも、基体表面に対して垂直である仮想平面で、下地層を切断したと想定したときの、頂面と基体表面との成す角度である。
本発明の第１の態様〜第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法において、基体はサファイヤ基板のＲ面、即ち｛１−１０２｝面、である構成とすることができるし、あるいは又、基体はＧａＮ基板のＡ面である構成とすることができる。ここで、ＧａＮ基板のＡ面を得るための方法として、例えば、ＧａＮ基板を、所謂、化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）に基づき研磨する方法を挙げることができるし、あるいは又、ＧａＮ基板をダイサーで切断する方法を挙げることもできる。尚、サファイヤ基板のＲ面、ＧａＮ基板のＡ面には、オフ角±５（度）以内の面が含まれる。場合によっては、基体と基層（頂面はＡ面である）との間に、例えばＧａＮ系化合物半導体（より具体的には、例えば、ＧａＮ）から成るバッファ層が形成されていてもよい。
一般に、以下に例示する方向（方位）の表記、
Figure 0004978009
を、便宜上、本明細書、あるいは、特許請求の範囲においては、＜ｈｋ−ｉｌ＞方向、＜ｈ−ｋｉｌ＞方向と表記する。また、例えば、
Figure 0004978009
で表される結晶面を、便宜上、以下、｛１１−２０｝面と表記し、更には、六方晶系における例えば以下に例示する結晶面の表記、
Figure 0004978009
を、便宜上、本明細書においては、｛ｈｋ−ｉｌ｝面、｛ｈ−ｋｉｌ｝面と表記する。尚、Ａ面、Ｓ面、Ｍ面とは、以下のとおりであり、模式的に、図１５に示す。
Ａ面：｛１１−２０｝
Ｓ面：｛１−１０１｝
Ｍ面：｛１−１００｝
Ｃ面：｛０００１｝
本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法において、Ｓ面、Ｃ面と実質的に等価な面が含まれるが故に、式（１−１）、式（１−２）、式（２−１）、式（２−２）の表現を採用した。即ち、オフ角±５（度）以内の面が含まれる。また、本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法において、Ｍ面と実質的に等価な面が含まれるが故に、式（３）の表現を採用した。即ち、オフ角±５（度）以内の面が含まれる。
本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法にあっては、第２電極は、主に、Ｓ面から構成された下地層の側面あるいは斜面の上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層の部分の上に形成されていることが望ましい。また、本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法にあっては、Ｍ面から構成された下地層の頂面の上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層の部分の上に形成されていることが望ましい。
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様〜第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法（以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある）において、場合によっては、下地層が、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層を兼ねている構造とすることもできる。また、基層は、第１導電型を有することが望ましい。尚、ＧａＮ系化合物半導体とＧａＮ系化合物半導体層とを総称して、ＧａＮ系化合物半導体（層）と表記する場合がある。
本発明において、ＧａＮ系化合物半導体（層）として、ＧａＮ（層）、ＡｌＧａＮ（層）、ＩｎＧａＮ（層）、ＡｌＩｎＧａＮ（層）、これらの化合物半導体（層）にホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子が含まれたＧａＮ系化合物半導体（層）を挙げることができる。ＧａＮ系化合物半導体（層）の形成方法として、ＭＯＣＶＤ法や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を例示することができる。
有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスやトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、第１導電型と第２導電型の組合せとして、ｎ型とｐ型の組合せ、若しくは、ｐ型とｎ型の組合せを挙げることができる。ここで、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体（層）の形成においては、例えば、ｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）を添加すればよいし、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体（層）の形成においては、例えば、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加すればよい。また、ＧａＮ系化合物半導体（層）の構成原子としてアルミニウム（Ａｌ）あるいはインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いればよいし、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用いればよい。更には、Ｓｉ源としてモノシランガス（ＳｉＨ4ガス）を用いればよいし、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスを用いればよい。尚、ｎ型不純物として、Ｓｉ以外に、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｉを挙げることができるし、ｐ型不純物として、Ｍｇ以外に、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｏを挙げることができる。
ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層は、１層のＧａＮ系化合物半導体層（例えば、ＩｎxＧａ(1-x)Ｎ層）から構成されていてもよいし、単一量子井戸構造（ＱＷ構造）あるいは多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有していてもよい。
第２導電型をｐ型とする場合、第２電極は、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ロジウム（Ｒｈ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成（例えば、第２ＧａＮ系化合物半導体層側から、Ｎｉ／Ａｇの積層構造、Ｎｉ／Ａｇ／Ａｕの積層構造、Ａｇ／Ａｕの積層構造）を有していることが好ましい。一方、第１導電型をｎ型とする場合、第１電極は、金（Ａｕ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを例示することができる。第１電極や第２電極は、真空蒸着法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）にて形成することができる。
本発明において、サファイヤ基板のＲ面から成る基体表面上、あるいは、マスク層上ではＧａＮ系化合物半導体層の結晶成長は開始しない。下地層は、シード領域（Ａ面から構成されている）上で結晶成長し始め、そして、サファイヤ基板のＲ面から成る基体表面上、あるいは、マスク層上を延びていく。
マスク層の具体的な構成として、酸化シリコン層（ＳｉＯx層）、窒化シリコン層（ＳｉＮy層）、Ｔａ2Ｏ5層、ＺｒＯ2層、ＡｌＮ層、Ａｌ2Ｏ3層、これらの層の積層構造（例えば、下から、酸化シリコン層、窒化シリコン層の積層構造）、Ｎｉ層やタングステン層といった高融点金属材料層を挙げることができ、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、あるいは、例えば真空蒸着法やスパッタリング法といったＰＶＤ法にて形成することができる。開口部あるいは開口領域の形成方法として、エッチング法やリフトオフ法を挙げることができる。
サファイヤ基板のＲ面あるいはＧａＮ基板のＡ面から成る基体上にシード領域を形成する方法として、サファイヤ基板のＲ面あるいはＧａＮ基板のＡ面から成る基体上に、頂面がＡ面であるＧａＮ系化合物半導体から成る基層を形成した後、係る基層の頂面上にマスク層を形成し、次いで、基層の頂面の一部が露出した島状あるいは帯状の開口領域をマスク層に設ける方法を挙げることができる。あるいは又、ＧａＮ基板のＡ面が露出したマスク層を、ＧａＮ基板のＡ面上に形成すればよい。また、サファイヤ基板のＲ面から成る基体上にシード領域を形成する方法として、サファイヤ基板のＲ面から成る基体上に、頂面がＡ面であるＧａＮ系化合物半導体から成るシード層を形成した後、係るシード層を選択的にエッチングすることによってシード層から成るシード領域を基体上に残す方法を挙げることができる。
本発明におけるＧａＮ系半導体発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）を例示することができる。ＧａＮ系化合物半導体層の積層構造が発光ダイオード構造あるいはレーザ構造を有する限り、ＧａＮ系化合物半導体の種類、組成に特に制約は無いし、ＧａＮ系化合物半導体層の構造、構成にも特に制約は無い。
本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法においては、シード領域の頂面はＡ面であり、下地層の少なくとも１つの側面はＳ面から構成されているので、側面の傾斜角が緩く、第２電極の形成が容易である。また、本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法においては、シード領域の頂面はＡ面であり、帯状のシード領域が延びる方向はシード領域の＜１−１００＞方向であり、下地層の１つの斜面はＳ面から構成されているので、斜面の傾斜角が緩く、第２電極の形成が容易である。更には、本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子あるいはその製造方法においては、シード領域の頂面はＡ面であり、帯状のシード領域が延びる方向はシード領域の＜０００１＞方向であり、下地層の少なくとも１つの面はＭ面から構成されているので、頂面の傾斜角が緩く、第２電極の形成が容易である。従って、高い信頼性を有する第２電極を確実に形成することができるので、ＧａＮ系半導体発光素子の信頼性向上を達成することができる。
また、下地層の少なくとも１つの側面をＳ面から構成し、あるいは又、下地層の１つの斜面をＳ面から構成することで、例えばＩｎxＧａ(1-x)Ｎから成る活性層を結晶成長させる場合、結晶性の向上を図ることができる。即ち、例えば、Ｃ面から構成された第１ＧａＮ系化合物半導体層上にＩｎxＧａ(1-x)Ｎから成る活性層を結晶成長させた場合、脱離し易い傾向を有する窒素原子はガリウム原子と１本の結合手で結合するのに対して、傾いたＳ面から構成された第１ＧａＮ系化合物半導体層上にＩｎxＧａ(1-x)Ｎから成る活性層を結晶成長させた場合、窒素原子はガリウム原子と２本以上の結合手で結合するが故に、実効的にＶ／ＩＩＩ比が増加し、結晶性の向上を図ることができる。また、シード領域を構成する結晶の方位と異なる方位に結晶成長するので、シード領域から上方に延びた転位が曲がることもあり、欠陥の低減に有利である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
実施例１は、本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法に関し、より具体的には、第１Ａの構成に関する。実施例１のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図を図１の（Ａ）に示し、下地層を真上から眺めた図を図１の（Ｂ）に示し、下地層が形成された状態の模式的な斜視図を図１の（Ｃ）に模式的に示す。尚、図１の（Ａ）は、図１の（Ｂ）あるいは（Ｃ）における矢印Ａ−Ａに沿った模式的な一部断面図である。
実施例１のＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）基体１０上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る島状のシード領域、
（Ｂ）ＧａＮ系化合物半導体から成り、少なくともシード領域上に形成され、立体形状を有する下地層２０、
（Ｃ）下地層２０上に順次形成された、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層３１、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層３２、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層３３、
（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層３１に電気的に接続された第１電極４１、並びに、
（Ｅ）第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に形成された第２電極４２、
を具備している。
尚、実施例１、あるいは、後述する実施例２〜実施例６にあっては、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とする。また、活性層３２は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ＝２．５ｎｍ／１５ｎｍの１０層構成の多重量子井戸構造を有する。また、基層１２を設ける場合には、基層１２は、第１導電型（ｎ型）を有するＧａＮ系化合物半導体（具体的にはＧａＮ）から成る。また、マスク層１３，１１３，２１３を設ける場合には、マスク層１３，１１３，２１３は、厚さ２００ｎｍの酸化シリコン層／厚さ１０ｎｍの窒化シリコン層の積層構造（酸化シリコン層が下層であり、窒化シリコン層が上層）を有する。尚、図面においては、マスク層を１層で示す。更には、下地層２０，１２０，２２０は、第１導電型（ｎ型）を有するＧａＮ系化合物半導体（具体的にはＧａＮ）から成る。マスク層１３，１１３，２１３は、酸化シリコン層／窒化シリコン層の積層構造（酸化シリコン層が下層であり、窒化シリコン層が上層）を有する。更には、Ａｌ（アルミニウム）から成る第１電極４１は、第１ＧａＮ系化合物半導体層３１に電気的に接続されているが、特に断りの無い限り、第１電極４１は、マスク層１３，１１３，２１３に設けられた孔部、基層１２、及び、下地層２０，１２０，２２０を介して、第１ＧａＮ系化合物半導体層３１に電気的に接続されている。第２電極４２は、Ｎｉ／Ａｇ／Ａｕの積層構造を有する。
実施例１にあっては、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０上に形成され、第１導電型（ｎ型）を有するＧａＮ系化合物半導体（具体的には、ＧａＮ）から成る基層１２、及び、基層１２の頂面上に形成され、基層１２の頂面の一部が露出した開口部１４が設けられたマスク層１３を備えている。そして、開口部１４に露出した基層１２の頂面の部分がシード領域に相当し、下地層２０は、開口部１４に露出した基層１２の頂面から、開口部１４の近傍のマスク層１３の部分の上に亙り形成されている。また、第２電極４２は、第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に、より具体的には、Ｓ面から構成された下地層２０の側面２１Ｓ，２３Ｓ（後述する）の上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の上に形成されている。
そして、シード領域（基層１２）の頂面はＡ面である。更には、下地層２０の少なくとも１つの側面はＳ面から構成されている。ここで、Ｓ面から構成された下地層２０の側面２１Ｓ，２３Ｓの基体表面に対する傾斜角θS1は、
４０．２度±５度 （１−１）
の範囲内にある。
実施例１にあっては、下地層２０は、底面が二等辺三角形の三角錐から成る。そして、Ｓ面から構成された下地層２０の２つの側面２１Ｓ，２３Ｓは、底面を構成する長さの等しい２つの辺２２，２４のそれぞれを底辺としており、残りの１つの側面２５Ｃは、底面を構成する他の一辺２６を底辺とし、且つ、Ｃ面（具体的には、Ｃマイナス面）から構成されている。Ｃ面から構成された下地層２０の側面２５Ｃの基体表面に対する傾斜角θC1は、
９０度±５度 （１−２）
の範囲内にある。また、マスク層１３に設けられた開口部１４の平面形状は三角形である。ここで、辺２２，２４の長さを３．８μｍとし、辺２６の長さは５．５μｍとした。
以下、基体等の模式的な一部断面図である図２の（Ａ）、（Ｂ）及び図３の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。
先ず、基体１０上に、ＧａＮ系化合物半導体から成る島状のシード領域を形成する。具体的には、基体１０上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＡ面である基層１２を形成し、次いで、基層１２上に、基層１２の頂面の一部が露出した島状の開口部１４が設けられたマスク層１３を形成する。
［工程−１００］
即ち、Ｒ面を主面とするサファイヤ基板を基体１０として使用し、基体１０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、水素から成るキャリアガス中、基体温度１０５０゜Ｃで１０分間の基板クリーニングを行った後、基体温度を５００゜Ｃまで低下させる。ここで、サファイヤ基板のＲ面とは、｛１−１０２｝面である。そして、ＭＯＣＶＤ法に基づき、窒素原料であるアンモニアガスを供給しながら、ガリウム原料であるトリメチルガリウム（Trimethygallium, ＴＭＧ）ガスの供給を行い、低温ＧａＮから成る厚さ３０ｎｍのバッファ層１１を基体１０の上に結晶成長させた後、ＴＭＧガスの供給を中断する。
［工程−１１０］
次いで、基体温度を１０２０゜Ｃまで上昇させた後、再び、ＴＭＧガス、及び、シリコン原料であるモノシラン（ＳｉＨ4）ガスの供給を開始することで、ＳｉドープのＧａＮ（ＧａＮ：Ｓｉ）から成り、ｎ型の導電型を有する厚さ３μｍの基層１２を、バッファ層１１上に形成する（結晶成長させる）。尚、ドーピング濃度を、約５×１０18／ｃｍ3とした。また、基層１２の頂面はＡ面である。
［工程−１２０］
その後、基層１２の頂面上に、基層１２の頂面の一部が露出した開口部１４が設けられたマスク層１３を形成する。具体的には、基体１０をＭＯＣＶＤ装置から搬出し、基層１２上に、開口部１４を有するマスク層１３を形成する（図２の（Ａ）の模式的な一部断面図を参照）。開口部１４を有するマスク層１３は、下から、厚さ２００ｎｍの酸化シリコン層、厚さ１０ｎｍの窒化シリコン層の積層構造を有し、プラズマＣＶＤ法、リソグラフィ技術、及び、フッ酸系エッチャントを使用したウエットエッチング技術、あるいはドライエッチング技術に基づき形成することができる。開口部１４の平面形状を三角形とした。また、開口部１４のピッチ（開口部１４の中心間の距離）を４０μｍ、平面が二等辺三角形の開口部１４の各辺の長さを、５．５μｍ、３．５μｍ、３．５μｍとした。
［工程−１３０］
次に、少なくともシード領域上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、立体形状を有する下地層２０を形成する。
即ち、具体的には、開口部１４に露出した基層１２の頂面から開口部１４の近傍のマスク層１３の部分の上に亙り、第１導電型（ｎ型）を有するＧａＮ系化合物半導体から成る下地層２０を形成する（結晶成長させる）。より具体的には、基体１０をＭＯＣＶＤ装置に再び搬入し、基体温度を１０２０゜Ｃまで上昇させた後、ＴＭＧガス及びモノシランガスの供給を開始することで、ＳｉドープのＧａＮ（ＧａＮ：Ｓｉ）から成り、ｎ型の導電型を有する下地層２０を、開口部１４に露出した基層１２上に結晶成長させる。尚、ドーピング濃度を、約５×１０18／ｃｍ3とした。この工程にあっては、開口部１４に露出した基層１２上において、下地層２０の結晶成長が開始され、結晶成長しつつある下地層２０はマスク層１３上を延びていく。即ち、下地層２０は選択成長する。こうして、図２の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示し、真上から眺めた図を図１の（Ｂ）に模式的に示し、模式的な斜視図を図１の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。下地層２０の結晶成長は、開口部１４に対して横方向にも生じるので、基層１２から伝播してきた転位及び積層欠陥の密度を大幅に低減することが可能となる。下地層２０のＭＯＣＶＤ法による結晶成長条件を、以下の表１に例示する。
［表１］
Ｖ／ＩＩＩ比 ：約４０００
有機ガリウム源ガスの供給量：７０×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1
窒素源ガスの供給量 ：６ＳＬＭ
正味の成長速度 ：４μｍ／ｈｒ
窒素源ガスの圧力 ：９×１０4Ｐａ
［工程−１４０］
その後、下地層２０上に、第１導電型（ｎ型）を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層３１、ＧａＮ系化合物半導体から成り、多重量子井戸構造を有する活性層３２、及び、第２導電型（ｐ型）を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層３３を順次形成する（結晶成長させる）。具体的には、基体温度を１０２０゜Ｃとした状態で、ＧａＮ：Ｓｉから成る第１ＧａＮ系化合物半導体層３１を形成した後、一旦、ＴＭＧガスとＳｉＨ4ガスの供給を中断し、キャリアガスを水素ガスから窒素ガスに切り替えると共に、基体温度を６００゜Ｃ乃至８００゜Ｃまで低下させる。そして、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（Triethylgallium, ＴＥＧ）ガス、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（Trimethylindium, ＴＭＩ）ガスを使用し、バルブ切り替えによりこれらのガスの供給を行うことで、先ず最初に、アンドープＧａＮ層（図示せず）を結晶成長させ、引き続き、厚さ２．５ｎｍのＩｎＧａＮから成る井戸層、及び、厚さ１５ｎｍのＧａＮから成る障壁層から構成された多重量子井戸構造を有する活性層３２を形成する。尚、井戸層におけるＩｎ組成割合は、例えば０．２３であり、発光波長λ５１５ｎｍに相当する。井戸層におけるＩｎ組成割合は、所望とする発光波長に基づき決定すればよい。多重量子井戸構造の形成完了後、キャリアガスを窒素から水素に切り替え、８５０゜Ｃまで基体温度を上昇させ、ＴＭＧガスとビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Biscyclopentadienyl Magnesium, Ｃｐ2Ｍｇ）ガスの供給を開始することで、厚さ１００ｎｍのＭｇドープのＧａＮ（ＧａＮ：Ｍｇ）から成り、ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層３３を活性層３２の上に結晶成長させる。尚、ドーピング濃度を、約１×１０20／ｃｍ3とした。その後、厚さ数ｎｍのＭｇドープのＩｎＧａＮから成るコンタクト層を、第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に形成してもよい。こうして結晶成長を完了した後、窒素ガス雰囲気中で８００゜Ｃ、１０分間のアニール処理を行って、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）の活性化を行う。こうして、図３の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
［工程−１５０］
次に、第１ＧａＮ系化合物半導体層３１に電気的に接続された第１電極４１を形成し、第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に第２電極４２を形成する。具体的には、全面にレジスト層５０を形成し、第２電極を形成すべき部分のレジスト層５０をフォトリソグラフィ技術によって除去し（図３の（Ｂ）参照）、次いで、Ｎｉ層、Ａｇ層、Ａｕ層を順次、スパッタリング法にて全面に成膜した後、レジスト層５０、及び、その上のＮｉ層、Ａｇ層、Ａｕ層を除去するといったリフトオフ法に基づき、積層構造を有する第２電極４２（図面においては１層で示す）を、第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に、より具体的には、Ｓ面から構成された下地層２０の側面２１Ｓ，２３Ｓの上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の上に形成する。その後、マスク層１３の一部分をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術にて除去して、基層１２を露出させ、フォトリソグラフィ技術、スパッタリング法及びリフトオフ法に基づき、第１電極４１を露出した基層１２上に形成することができる。
実施例１にあっては、Ｓ面から構成された下地層２０の側面２１Ｓ，２３Ｓの基体表面に対する傾斜角θS1は、
４０．２度±５度 （１−１）
の範囲内にあるが故に、Ｓ面から構成された下地層２０の側面２１Ｓ，２３Ｓの上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の傾斜角も概ね上記の値となり、このような緩やかな傾斜を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の上に、確実に、高い信頼性をもって第２電極４２を形成することができる。
その後、ダイシングによりチップ化を行い、更に、樹脂モールド、パッケージ化を行うことで、砲弾型や面実装型といった種々の発光ダイオードを作製することができる。
ここで、活性層３２の成長後の基体温度ＴMAXに関しては、発光波長をλｎｍとしたとき、ＴMAX＜１３５０−０．７５λ（゜Ｃ）、好ましくは、ＴMAX＜１２５０−０．７５λ（゜Ｃ）を満足している。このような活性層３２の成長後の基体温度ＴMAXを採用することで、特開２００２−３１９７０２でも述べられているように、活性層３２の熱的な劣化を抑制することができる。
また、基体をＧａＮ基板のＡ面から構成することもでき、この場合には、場合によっては、バッファ層１１の形成は不要である。以下の実施例２、実施例４、実施例６においても、同様である。この場合には、ＧａＮ基板のＡ面が露出したマスク層を、ＧａＮ基板のＡ面上に形成すればよい。あるいは又、ＧａＮ基板のＡ面から成る基体上に、頂面がＡ面であるＧａＮ系化合物半導体から成る基層を形成した後、係る基層の頂面上にマスク層を形成し、次いで、基層の頂面の一部が露出した島状あるいは帯状の開口領域をマスク層に設ければよい。
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２にあっては、下地層２０の立体形状が実施例１の下地層２０の立体形状と相違している。実施例２のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図を図４の（Ａ）に示し、下地層を真上から眺めた図を図４の（Ｂ）に示し、下地層が形成された状態の模式的な斜視図を図４の（Ｃ）に模式的に示す。尚、図４の（Ａ）は、図４の（Ｂ）あるいは（Ｃ）における矢印Ａ−Ａに沿った模式的な一部断面図である。
具体的には、実施例２にあっては、下地層２０は、底面が二等辺三角形の切頭三角錐から成る。そして、Ｓ面から構成された下地層２０の２つの側面２１Ｓ，２３Ｓは、底面を構成する長さの等しい２つの辺２２，２４のそれぞれを底辺としており、残りの１つの側面２５Ｃは、底面を構成する他の一辺を底辺２６とし、且つ、Ｃ面（より具体的には、Ｃマイナス面）から構成されており、下地層２０の頂面２７ＡはＡ面から構成されている。Ｃ面から構成された下地層２０の側面２５Ｃの基体表面に対する傾斜角θC1は、
９０度±５度 （１−２）
の範囲内にある。
実施例２のＧａＮ系半導体発光素子は、実施例１において説明したＧａＮ系半導体発光素子の製造方法と同じ工程に基づき製造することができる。但し、実施例１の［工程−１３０］における下地層２０のＭＯＣＶＤ法による結晶成長条件を、以下の表２に例示する条件とする。この結晶成長条件は、表１に示した実施例１の［工程−１３０］における下地層２０の結晶成長条件と、幾分成長温度が高い点、及び、Ｖ／ＩＩＩ比が小さい点、並びに、成長圧力が低い点で相違する。そして、これによって、下地層２０の立体形状は、切頭三角錐となる。
［表２］
Ｖ／ＩＩＩ比 ：約５００
有機ガリウム源ガスの供給量：７０×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1
窒素源ガスの供給量 ：２ＳＬＭ
正味の成長速度 ：４μｍ／ｈｒ
窒素源ガスの圧力 ：１×１０4Ｐａ
実施例３も、実施例１の変形であり、第１Ｂの構成に関する。実施例３が実施例１と相違する点は、図５に模式的な一部断面図を示すように、ＧａＮ系化合物半導体（具体的には、ＧａＮ）から成り、頂面がＡ面であるシード層６０から構成されたシード領域が、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０上に島状に形成されており、下地層２０は、シード層６０上から基体１０上に亙り形成されている点にある。尚、島状のシード層６０の平面形状は三角形である。この三角形の大きさは、実施例１における開口部１４の大きさと同じである。以上に説明した点を除き、実施例３のＧａＮ系半導体発光素子は、実施例１にて説明したＧａＮ系半導体発光素子と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。尚、第１電極６１は、第１ＧａＮ系化合物半導体層３１に直接、接続されている。
実施例３のＧａＮ系半導体発光素子は、Ｒ面を主面とするサファイヤ基板を基体１０として使用し、基体１０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、水素から成るキャリアガス中、基体温度１０５０゜Ｃで１０分間の基板クリーニングを行い、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程を実行して、基層１２と同様のシード層を形成した後、シード層上にエッチング用マスクを形成する。尚、このエッチング用マスクによってシード層６０を形成すべきシード層の部分は覆われている。次いで、エッチング用マスクによって覆われていないシード層の部分をエッチングして除去し、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０を露出させた後、エッチング用マスクを除去する。こうして、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０上に、島状に形成されたシード層６０を得ることができる。その後、実施例１の［工程−１３０］以降の工程を実行することで、実施例３のＧａＮ系半導体発光素子を製造することができる。
尚、実施例３のＧａＮ系半導体発光素子の構成、構造を、実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子に適用することができる。
実施例４は、本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法に関し、より具体的には、第２Ａの構成に関する。実施例４のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図を図６の（Ａ）に示し、下地層を真上から眺めた図を図６の（Ｂ）に示し、下地層が形成された状態の模式的な斜視図を図６の（Ｃ）に模式的に示す。尚、図６の（Ａ）は、図６の（Ｂ）あるいは（Ｃ）における矢印Ａ−Ａに沿った模式的な一部断面図である。
実施例４のＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）基体１０上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る帯状のシード領域、
（Ｂ）ＧａＮ系化合物半導体から成り、少なくともシード領域上に形成された、立体形状を有する下地層１２０、
（Ｃ）下地層１２０上に順次形成された、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層３１、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層３２、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層３３、
（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層３１に電気的に接続された第１電極４１、並びに、
（Ｅ）第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に形成された第２電極４２、
、
を具備している。
ここで、実施例４にあっては、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体（具体的には、ＧａＮ）から成る基層１２、及び、基層１２の頂面上に形成され、基層１２の頂面の一部が露出した帯状の開口領域１１４が設けられたマスク層１１３を備えている。そして、帯状の開口領域１１４に露出した基層１２の頂面の部分がシード領域に相当し、下地層１２０は、開口領域１１４に露出した基層１２の頂面から、開口領域１１４の近傍のマスク層１１３の部分の上に亙り形成されている。第２電極４２は、第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に、より具体的には、実施例４にあっては、Ｓ面から構成された下地層１２０の斜面１２１Ｓ（後述する）の上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の上に形成されている。
そして、シード領域（基層１２）の頂面はＡ面である。更には、帯状のシード領域（マスク層１１３に設けられた開口領域１１４に露出した基層１２の部分）が延びる方向（方位）は、シード領域（基層１２）の＜１−１００＞方向であり、その結果、帯状のシード領域上に結晶成長する下地層１２０にあっては、下地層１２０の１つの斜面１２１ＳはＳ面から構成される。ここで、シード領域（基層１２）の＜０００１＞方向に沿って下地層１２０を切断したときの下地層１２０の断面形状は三角形であり、Ｓ面から構成された下地層１２０の斜面１２１Ｓの基体表面に対する傾斜角θS2は、
４０．２度±５度 （２−１）
の範囲内にある。更には、下地層１２０の他の斜面１２３ＣはＣ面（より具体的には、Ｃマイナス面）から構成されており、Ｃ面から構成された下地層１２０の他の斜面１２３Ｃの基体表面に対する傾斜角θC2は、
９０度±５度 （２−２）
の範囲内にある。基層１２の＜０００１＞方向に沿った開口領域１１４の幅（Ｗ）を１０μｍとした。更には、基層１２の＜０００１＞方向に沿った下地層１２０の一方の斜面１２１Ｓの長さを２０μｍとし、基層１２の＜０００１＞方向に沿った下地層１２０の他方の斜面１２３Ｃの長さを１０μｍとした。尚、参照番号１２２及び参照番号１２４は、斜面１２１Ｓ及び斜面１２３Ｃの底辺を指す。
以下、基体等の模式的な一部断面図である図７の（Ａ）、（Ｂ）及び図８の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施例４のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。
先ず、基体１０上に、ＧａＮ系化合物半導体から成る帯状のシード領域を形成する。具体的には、基体１０上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＡ面である基層１２を形成し、次いで、基層１２上に、基層１２の頂面の一部が露出した帯状の開口領域１１４が設けられたマスク層１１３を形成する。
［工程−４００］
即ち、実施例１の［工程−１００］と同様にして、Ｒ面を主面とするサファイヤ基板を基体１０として使用し、基体１０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、水素から成るキャリアガス中、基体温度１０５０゜Ｃで１０分間の基板クリーニングを行った後、低温ＧａＮから成る厚さ３０ｎｍのバッファ層１１を基体１０の上に結晶成長させる。
［工程−４１０］
次いで、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、ＳｉドープのＧａＮ（ＧａＮ：Ｓｉ）から成り、ｎ型の導電型を有する厚さ３μｍの基層１２を、バッファ層１１上に形成する（結晶成長させる）。
［工程−４２０］
その後、基層１２の頂面上に、基層１２の頂面の一部が露出した帯状の開口領域１１４が設けられたマスク層１１３を形成する。具体的には、基体１０をＭＯＣＶＤ装置から搬出し、基層１２上に、開口領域１１４を有するマスク層１１３を形成する（図７の（Ａ）の模式的な一部断面図を参照）。開口領域１１４を有するマスク層１１３は、実施例１のマスク層１３と同じ構成、構造を有し、形成方法も実施例１の［工程−１２０］と実質的に同様とすることができる。開口領域１１４のピッチ（開口領域１１４の中心間の距離）を３０μｍとした。開口領域１１４は、シード領域（基層１２）の＜１−１００＞方向に延びている。即ち、帯状のシード領域が延びる方向は、シード領域の＜１−１００＞方向である。
［工程−４３０］
次に、少なくともシード領域上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、立体形状を有する下地層１２０を形成する。
即ち、具体的には、開口領域１１４に露出した基層１２の頂面から開口領域１１４の近傍のマスク層１１３の部分の上に亙り、第１導電型（ｎ型）を有するＧａＮ系化合物半導体から成る下地層１２０を形成する（結晶成長させる）。より具体的には、基体１０をＭＯＣＶＤ装置に再び搬入し、基体温度を１０２０゜Ｃまで上昇させた後、ＴＭＧガス及びモノシランガスの供給を開始することで、ＳｉドープのＧａＮ（ＧａＮ：Ｓｉ）から成り、ｎ型の導電型を有する下地層１２０を、開口領域１１４に露出した基層１２上に結晶成長させる。尚、ドーピング濃度を、約５×１０18／ｃｍ3とした。この工程にあっては、開口領域１１４に露出した基層１２上において、下地層１２０の結晶成長が開始され、結晶成長しつつある下地層１２０はマスク層１１３上を延びていく。即ち、下地層１２０は選択成長する。こうして、図７の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示し、真上から眺めた図を図６の（Ｂ）に模式的に示し、模式的な斜視図を図６の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。下地層１２０の結晶成長は、開口領域１１４に対して横方向（基層１２の＜０００１＞方向）にも生じるので、基層１２から伝播してきた転位及び積層欠陥の密度を大幅に低減することが可能となる。下地層１２０のＭＯＣＶＤ法による結晶成長条件を、以下の表３に例示する。
［表３］
Ｖ／ＩＩＩ比 ：約４０００
有機ガリウム源ガスの供給量：７０×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1
窒素源ガスの供給量 ：６ＳＬＭ
正味の成長速度 ：４μｍ／ｈｒ
窒素源ガスの圧力 ：９×１０4Ｐａ
［工程−４４０］
その後、実施例１の［工程−１４０］と同様にして、下地層１２０上に、第１導電型（ｎ型）を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層３１、ＧａＮ系化合物半導体から成り、多重量子井戸構造を有する活性層３２、及び、第２導電型（ｐ型）を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層３３を順次形成する（結晶成長させる）。こうして、図８の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
［工程−４５０］
次に、第１ＧａＮ系化合物半導体層３１に電気的に接続された第１電極４１を形成し、第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に第２電極４２を形成する。具体的には、全面にレジスト層１５０を形成し、第２電極を形成すべき部分のレジスト層１５０をフォトリソグラフィ技術によって除去し（図８の（Ｂ）参照）、次いで、Ｎｉ層、Ａｇ層、Ａｕ層を順次、スパッタリング法にて全面に成膜した後、レジスト層１５０、及び、その上のＮｉ層、Ａｇ層、Ａｕ層を除去するといったリフトオフ法に基づき、積層構造を有する第２電極４２（図面においては１層で示す）を、第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に、より具体的には、Ｓ面から構成された下地層１２０の斜面１２１Ｓの上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の上に形成する。その後、マスク層１１３の一部分をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術にて除去して、基層１２を露出させ、フォトリソグラフィ技術、スパッタリング法及びリフトオフ法に基づき、第１電極４１を露出した基層１２上に形成することができる。
実施例４にあっては、Ｓ面から構成された下地層１２０の斜面１２１Ｓの基体表面に対する傾斜角θS2は、
４０．２度±５度 （２−１）
の範囲内にあるが故に、Ｓ面から構成された下地層１２０の斜面１２１Ｓの上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の傾斜角も概ね上記の値となり、このような緩やかな傾斜を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の上に、確実に、高い信頼性をもって第２電極４２を形成することができる。
その後、ダイシングによりチップ化を行い、更に、樹脂モールド、パッケージ化を行うことで、砲弾型や面実装型といった種々の発光ダイオードを作製することができる。
実施例５は、実施例４の変形であり、第２Ｂの構成に関する。実施例５が実施例４と相違する点は、図９に模式的な一部断面図を示すように、ＧａＮ系化合物半導体（具体的には、ＧａＮ）から成り、頂面がＡ面であるシード層１６０から構成されたシード領域が、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０上に帯状に形成されており、下地層１２０は、シード層１６０上から基体１０上に亙り形成されている点にある。以上に説明した点を除き、実施例５のＧａＮ系半導体発光素子は、実施例４にて説明したＧａＮ系半導体発光素子と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。尚、第１電極６１は、第１ＧａＮ系化合物半導体層３１に直接、接続されている。ここで、シード層１６０は、＜１−１００＞方向に延びている。
実施例５のＧａＮ系半導体発光素子は、Ｒ面を主面とするサファイヤ基板を基体１０として使用し、基体１０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、水素から成るキャリアガス中、基体温度１０５０゜Ｃで１０分間の基板クリーニングを行い、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程を実行して、基層１２と同様のシード層を形成した後、シード層上にエッチング用マスクを形成する。尚、このエッチング用マスクによってシード層１６０を形成すべきシード層の部分は覆われている。次いで、エッチング用マスクによって覆われていないシード層の部分をエッチングして除去し、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０を露出させた後、エッチング用マスクを除去する。こうして、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０上に、帯状であり、＜１−１００＞方向に延びるシード層１６０を得ることができる。その後、実施例４の［工程−４３０］以降の工程を実行することで、実施例５のＧａＮ系半導体発光素子を製造することができる。
実施例６は、本発明の第３の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法に関する。実施例６のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図を図１０の（Ａ）に示し、下地層を真上から眺めた図を図１０の（Ｂ）に示し、下地層が形成された状態の模式的な斜視図を図１０の（Ｃ）に模式的に示す。尚、図１０の（Ａ）は、図１０の（Ｂ）あるいは（Ｃ）における矢印Ａ−Ａに沿った模式的な一部断面図である。
実施例６のＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）基体１０上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る帯状のシード領域、
（Ｂ）ＧａＮ系化合物半導体から成り、少なくともシード領域上に形成された、立体形状を有する下地層２２０、
（Ｃ）下地層２２０上に順次形成された、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層３１、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層３２、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層３３、
（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層３１に電気的に接続された第１電極４１、並びに、
（Ｅ）第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に形成された第２電極４２、
を具備している。
ここで、実施例６にあっては、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体（具体的には、ＧａＮ）から成る基層１２、及び、基層１２の頂面上に形成され、基層１２の頂面の一部が露出した帯状の開口領域２１４が設けられたマスク層２１３を備えている。そして、帯状の開口領域２１４に露出した基層１２の頂面の部分がシード領域に相当し、下地層２２０は、開口領域２１４に露出した基層１２の頂面に形成されている。第２電極４２は、第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に、より具体的には、実施例６にあっては、Ｍ面から構成された下地層２２０の頂面２２２Ｍ（後述する）の上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の上に形成されている。
そして、シード領域（基層１２）の頂面はＡ面である。更には、帯状のシード領域（マスク層２１３に設けられた開口領域２１４に露出した基層１２の部分）が延びる方向（方位）は、シード領域（基層１２）の＜０００１＞方向であり、その結果、帯状のシード領域上に結晶成長する下地層２２０にあっては、下地層２２０の少なくとも１つの面はＭ面から構成される。具体的には、シード領域（基層１２）の＜１−１００＞方向に沿って下地層２２０を切断したときの下地層２２０の断面形状は、実施例６にあっては、基体表面に対して略垂直に上方に延びる２つの側面２２１Ｍと、側面２２１Ｍの上端部から延びて相互に交わる２つの頂面２２２Ｍとから成り、下地層２２０の２つの側面２２１Ｍ及び２つの頂面２２２Ｍは、Ｍ面から構成されている。Ｍ面から構成された下地層２２０の頂面２２２Ｍの基体表面に対する傾斜角θMは、
３０度±５度 （３）
の範囲内にある。基層１２の＜１−１００＞方向に沿った開口領域２１４の幅（Ｗ）を１０μｍとした。また、シード領域（基層１２）の＜０００１＞方向における下地層２２０の終端面２２４は垂直面である。
尚、シード領域（基層１２）の＜０００１＞方向における下地層２２０の終端面２２４を光射出面とすれば、係る終端面２２４から光を射出する半導体レーザ（ＬＤ）を得ることができる。
以下、基体等の模式的な一部断面図である図１１の（Ａ）、（Ｂ）及び図１２の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施例６のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明する。
先ず、基体１０上に、ＧａＮ系化合物半導体から成る帯状のシード領域を形成する。具体的には、基体１０上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、頂面がＡ面である基層１２を形成し、次いで、基層１２上に、基層１２の頂面の一部が露出した帯状の開口領域２１４が設けられたマスク層２１３を形成する。
［工程−６００］
即ち、実施例１の［工程−１００］と同様にして、Ｒ面を主面とするサファイヤ基板を基体１０として使用し、基体１０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、水素から成るキャリアガス中、基体温度１０５０゜Ｃで１０分間の基板クリーニングを行った後、低温ＧａＮから成る厚さ３０ｎｍのバッファ層１１を基体１０の上に結晶成長させる。
［工程−６１０］
次いで、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、ＳｉドープのＧａＮ（ＧａＮ：Ｓｉ）から成り、ｎ型の導電型を有する厚さ３μｍの基層１２を、バッファ層１１上に形成する（結晶成長させる）。
［工程−６２０］
その後、基層１２の頂面上に、基層１２の頂面の一部が露出した帯状の開口領域２１４が設けられたマスク層２１３を形成する。具体的には、基体１０をＭＯＣＶＤ装置から搬出し、基層１２上に、開口領域２１４を有するマスク層２１３を形成する（図１１の（Ａ）の模式的な一部断面図を参照）。開口領域２１４を有するマスク層２１３は、実施例１のマスク層１３と同じ構成、構造を有し、形成方法も実施例１の［工程−１２０］と実質的に同様とすることができる。開口領域２１４のピッチ（開口領域２１４の中心間の距離）を３０μｍとした。開口領域２１４は、シード領域（基層１２）の＜０００１＞方向に延びている。即ち、帯状のシード領域が延びる方向は、シード領域の＜０００１＞方向である。
［工程−６３０］
次に、少なくともシード領域上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、立体形状を有する下地層２２０を形成する。
即ち、具体的には、開口領域２１４に露出した基層１２の頂面から開口領域２１４の近傍のマスク層２１３の部分の上に亙り、第１導電型（ｎ型）を有するＧａＮ系化合物半導体から成る下地層２２０を形成する（結晶成長させる）。より具体的には、基体１０をＭＯＣＶＤ装置に再び搬入し、基体温度を１０２０゜Ｃまで上昇させた後、ＴＭＧガス及びモノシランガスの供給を開始することで、ＳｉドープのＧａＮ（ＧａＮ：Ｓｉ）から成り、ｎ型の導電型を有する下地層２２０を、開口領域２１４に露出した基層１２上に結晶成長させる。尚、ドーピング濃度を、約５×１０18／ｃｍ3とした。この工程にあっては、開口領域２１４に露出した基層１２上において、下地層２２０の結晶成長が開始され、結晶成長しつつある下地層２２０はマスク層２１３上を延びていく。即ち、下地層２２０は選択成長する。こうして、図１１の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示し、真上から眺めた図を図１０の（Ｂ）に模式的に示し、模式的な斜視図を図１０の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。下地層２２０の結晶成長は、開口領域２１４に対して横方向（基層１２の＜１−１００＞方向）にも生じるので、基層１２から伝播してきた転位及び積層欠陥の密度を大幅に低減することが可能となる。下地層２２０のＭＯＣＶＤ法による結晶成長条件を、以下の表４に例示する。
［表４］
Ｖ／ＩＩＩ比 ：約４０００
有機ガリウム源ガスの供給量：７０×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1
窒素源ガスの供給量 ：６ＳＬＭ
正味の成長速度 ：４μｍ／ｈｒ
窒素源ガスの圧力 ：１×１０4Ｐａ
［工程−６４０］
その後、実施例１の［工程−１４０］と同様にして、下地層２２０上に、第１導電型（ｎ型）を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層３１、ＧａＮ系化合物半導体から成り、多重量子井戸構造を有する活性層３２、及び、第２導電型（ｐ型）を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層３３を順次形成する（結晶成長させる）。こうして、図１２の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
［工程−６５０］
次に、第１ＧａＮ系化合物半導体層３１に電気的に接続された第１電極４１を形成し、第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に第２電極４２を形成する。具体的には、全面にレジスト層２５０を形成し、第２電極を形成すべき部分のレジスト層２５０をフォトリソグラフィ技術によって除去し（図１２の（Ｂ）参照）、次いで、Ｎｉ層、Ａｇ層、Ａｕ層を順次、スパッタリング法にて全面に成膜した後、レジスト層２５０、及び、その上のＮｉ層、Ａｇ層、Ａｕ層を除去するといったリフトオフ法に基づき、積層構造を有する第２電極４２（図面においては１層で示す）を、第２ＧａＮ系化合物半導体層３３上に、より具体的には、Ｍ面から構成された下地層２２０の頂面２２２Ｍの上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の上に形成する。その後、マスク層２１３の一部分をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術にて除去して、基層１２を露出させ、フォトリソグラフィ技術、スパッタリング法及びリフトオフ法に基づき、第１電極４１を露出した基層１２上に形成することができる。
実施例６にあっては、Ｍ面から構成された下地層２２０の頂面２２２Ｍの基体表面に対する傾斜角θMは、
３０度±５度 （３）
の範囲内にあるが故に、Ｍ面から構成された下地層２２０の頂面２２２Ｍの上方に形成された第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の傾斜角も概ね上記の値となり、このような緩やかな傾斜を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層３３の部分の上に、確実に、高い信頼性をもって第２電極４２を形成することができる。

その後、ダイシングによりチップ化を行い、更に、樹脂モールド、パッケージ化を行うことで、砲弾型や面実装型といった種々の発光ダイオードを作製することができる。
尚、下地層２２０の結晶成長条件に依存して、図１３に模式的な一部断面図を示すように、シード領域の＜１−１００＞方向に沿って下地層を切断したときの下地層の断面形状が、基体表面に対して略垂直に上方に延びる２つの側面２２１Ｍと、側面２２１Ｍの上端部から延びて相互に交わる２つの頂面２２２Ｍと、側面２２１Ｍの下端部からシード領域まで延びる傾斜した２つの底面２２３Ｍ（Ｍ面から構成される）の６面から成る場合もある。シード領域の＜０００１＞方向における下地層の終端面は垂直面である。尚、下地層２２０のＭＯＣＶＤ法による結晶成長条件を、以下の表５に例示する。
［表５］
Ｖ／ＩＩＩ比 ：約４０００
有機ガリウム源ガスの供給量：７０×１０-6モル・ｃｍ-2・ｍｉｎ-1
窒素源ガスの供給量 ：６ＳＬＭ
正味の成長速度 ：４μｍ／ｈｒ
窒素源ガスの圧力 ：１×１０4Ｐａ
実施例７は、実施例６の変形である。実施例７のＧａＮ系半導体発光素子が、例えば図１３に示した実施例６のＧａＮ系半導体発光素子と相違する点は、図１４に模式的な一部断面図を示すように、ＧａＮ系化合物半導体（具体的には、ＧａＮ）から成り、頂面がＡ面であるシード層２６０から構成されたシード領域が、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０上に帯状に形成されており、下地層２２０は、シード層２６０上に亙り形成されている点にある。以上に説明した点を除き、実施例７のＧａＮ系半導体発光素子は、実施例６にて説明したＧａＮ系半導体発光素子と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。尚、第１電極の図示は省略している。ここで、シード層２６０は、＜１−１００＞方向に延びている。
実施例７のＧａＮ系半導体発光素子は、Ｒ面を主面とするサファイヤ基板を基体１０として使用し、基体１０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、水素から成るキャリアガス中、基体温度１０５０゜Ｃで１０分間の基板クリーニングを行い、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程を実行して、基層１２と同様のシード層を形成した後、シード層上にエッチング用マスクを形成する。尚、このエッチング用マスクによってシード層２６０を形成すべきシード層の部分は覆われている。次いで、エッチング用マスクによって覆われていないシード層の部分をエッチングして除去し、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０を露出させた後、エッチング用マスクを除去する。こうして、サファイヤ基板のＲ面から構成された基体１０上に、帯状であり、＜１−１００＞方向に延びるシード層２６０を得ることができる。その後、実施例６の［工程−６３０］以降の工程を実行することで、実施例７のＧａＮ系半導体発光素子を製造することができる。
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例で説明した基板、ＧａＮ系化合物半導体層の種類、組成、膜厚、構成、構造等は例示であり、適宜変更することができる。また、実施例において説明した条件や各種数値、使用した材料等は例示であり、適宜変更することができる。
図１の（Ａ）は実施例１のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図であり、図１の（Ｂ）は下地層を真上から眺めた模式図であり、図１の（Ｃ）は下地層が形成された状態の模式的な斜視図である。 図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明するための基体等の模式的な一部断面図である。 図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、図２の（Ｂ）に引き続き、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明するための基体等の模式的な一部断面図である。 図４の（Ａ）は実施例２のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図であり、図４の（Ｂ）は下地層を真上から眺めた模式図であり、図４の（Ｃ）は下地層が形成された状態の模式的な斜視図である。 図５は、実施例３のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図である。 図６の（Ａ）は実施例４のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図であり、図６の（Ｂ）は下地層を真上から眺めた模式図であり、図６の（Ｃ）は下地層が形成された状態の模式的な斜視図である。 図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明するための基体等の模式的な一部断面図である。 図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、図７の（Ｂ）に引き続き、実施例４のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明するための基体等の模式的な一部断面図である。 図９は、実施例５のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図である。 図１０の（Ａ）は実施例６のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図であり、図１０の（Ｂ）は下地層を真上から眺めた模式図であり、図１０の（Ｃ）は下地層が形成された状態の模式的な斜視図である。 図１１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明するための基体等の模式的な一部断面図である。 図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１１の（Ｂ）に引き続き、実施例６のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法を説明するための基体等の模式的な一部断面図である。 図１３は実施例６のＧａＮ系半導体発光素子の変形例の模式的な一部断面図である。 図１４は、実施例７のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な一部断面図である。 図１５の（Ａ）〜（Ｃ）は、六方晶系の結晶におけるＳ面、Ａ面、Ｍ面、Ｃ面、Ｒ面を説明するための図である。
符号の説明
１０・・・基体、１１・・・バッファ層、１２・・・基層、１３，１１３，２１３・・・マスク層、１４，１１４，２１４・・・開口部、２０，１２０，２２０・・・下地層、２１Ｓ，２３Ｓ，２５Ｃ・・・下地層の側面、２７Ａ・・・下地層の頂面、２２，２４，２６・・・下地層の側面の底辺、１２１Ｓ，１２３Ｃ・・・下地層の斜面、１２２，１２４・・・下地層の斜面の底辺、２２１Ｍ・・・下地層の側面、２２２Ｍ・・・下地層の頂面、２２３Ｍ・・・下地層の底面、２２４・・・終端面、３１・・・第１ＧａＮ系化合物半導体層、３２・・・活性層、３３・・・第２ＧａＮ系化合物半導体層、４１，６１・・・第１電極、４２・・・第２電極、５０，１５０，２５０・・・レジスト層、６０，１６０・・・シード層

Claims (8)

  1. （Ａ）基体上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る島状のシード領域、
    （Ｂ）ＧａＮ系化合物半導体から成り、少なくともシード領域上に形成された、立体形状を有する下地層、
    （Ｃ）下地層上に順次形成された、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、
    （Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
    （Ｅ）第２ＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第２電極、
    を具備したＧａＮ系半導体発光素子であって、
    シード領域の頂面はＡ面であり、
    下地層の少なくとも１つの側面はＳ面から構成されており、
    Ｓ面から構成された下地層の側面の基体表面に対する傾斜角θ S1 は、
    ４０．２度±５度 （１−１）
    の範囲内にあり、
    下地層は、底面が二等辺三角形の三角錐から成り、
    Ｓ面から構成された下地層の２つの側面は、底面を構成する長さの等しい２つの辺のそれぞれを底辺としており、残りの１つの側面は、底面を構成する他の一辺を底辺とし、且つ、Ｃ面から構成されており、
    Ｃ面から構成された下地層の側面の基体表面に対する傾斜角θ C1 は、
    ９０度±５度 （１−２）
    の範囲内にあることを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子。
  2. （Ａ）基体上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る島状のシード領域、
    （Ｂ）ＧａＮ系化合物半導体から成り、少なくともシード領域上に形成された、立体形状を有する下地層、
    （Ｃ）下地層上に順次形成された、第１導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層、及び、第２導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、
    （Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
    （Ｅ）第２ＧａＮ系化合物半導体層上に形成された第２電極、
    を具備したＧａＮ系半導体発光素子であって、
    シード領域の頂面はＡ面であり、
    下地層の少なくとも１つの側面はＳ面から構成されており、
    Ｓ面から構成された下地層の側面の基体表面に対する傾斜角θ S1 は、
    ４０．２度±５度 （１−１）
    の範囲内にあり、
    下地層は、底面が二等辺三角形の切頭三角錐から成り、
    Ｓ面から構成された下地層の２つの側面は、底面を構成する長さの等しい２つの辺のそれぞれを底辺としており、残りの１つの側面は、底面を構成する他の一辺を底辺とし、且つ、Ｃ面から構成されており、下地層の頂面はＡ面から構成されており、
    Ｃ面から構成された下地層の側面の基体表面に対する傾斜角θC1は、
    ９０度±５度 （１−２）
    の範囲内にあることを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子。
  3. 基体上に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成る基層、及び、
    基層の頂面上に形成され、基層の頂面の一部が露出した開口部が設けられたマスク層、
    を備えており、
    開口部に露出した基層の頂面の部分がシード領域に相当し、
    下地層は、開口部に露出した基層の頂面から、開口部近傍のマスク層の部分の上に亙り形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  4. マスク層に設けられた開口部の平面形状は三角形であることを特徴とする請求項３に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  5. 下地層は、シード領域上から基体上に亙り形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  6. シード領域の平面形状は三角形であることを特徴とする請求項５に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  7. 基体は、サファイヤ基板のＲ面であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  8. 基体は、ＧａＮ基板のＡ面であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
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