JP2003124510A

JP2003124510A - 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2003124510A
Application number: JP2001311031A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Biwa; 剛志琵琶; Hiroyuki Okuyama; 浩之奥山; Masato Doi; 正人土居; Toyoji Ohata; 豊治大畑
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2003-04-25
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: JP3985488B2

Abstract

(57)【要約】【課題】選択成長により活性層が傾斜結晶面に平行な
面内に形成される半導体発光素子及び半導体発光素子の
製造方法において、傾斜結晶面に形成される活性層を挟
む導電型層からの不純物の拡散を防ぎ、活性層の劣化を
防止することができ、さらに発光効率が良い半導体発光
素子及び半導体発光素子の製造方法を提供することを目
的とする【解決手段】選択成長により傾斜結晶面に平行な面内
に形成される活性層及び導電型層において、活性層に近
接して形成されるアンドープ結晶層により導電型層から
活性層へ拡散する不純物を遮断することができ、導電型
層に多くの不純物をドープして発光効率を高めることが
できる。また、活性層と導電型層との界面において発生
するリーク電流を防止することができ、活性層の劣化す
るのを回避することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子及び
半導体発光素子の製造方法に関し、特に、窒化物系化合
物半導体を用いた半導体発光素子及び半導体発光素子の
製造方法において、基板主面に対して傾斜した傾斜結晶
面を有する結晶層に第一導電型層、活性層、及び第二導
電型層が傾斜結晶面に平行な面内に延在して形成される
半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、窒化物系化合物半導体を用いた半
導体発光素子は、サファイア基板上に低温バッファ層を
形成し、この上に例えば、シリコンドープのＧａＮから
なるｎ側コンタクト層を形成し、シリコンドープのＧａ
Ｎからなるｎ側クラッド層、シリコンドープのＩｎＧａ
Ｎからなる活性層、マグネシウムドープのＡｌＧａＮか
らなるｐ側クラッド層、マグネシウムドープのＧａＮか
らなるｐ側コンタクト層などを積層して形成される。

【０００３】このような構造を有する半導体発光素子
は、４５０ｎｍから５３０ｎｍを含む青色、緑色用発光
ダイオードとして製品化されて量産されており、大型デ
ィスプレイなどの種々の応用装置に用いられている。そ
して、個々の半導体発光素子の発光出力を高め応用装置
の輝度を向上させるために、半導体発光素子のクラッド
層にドープする不純物濃度を高め応用装置の輝度を向上
させている。

【０００４】サファイア基板上に窒化物系半導体を結晶
成長させる場合、通常はＣ面を主面とするサファイア基
板が使用される。窒化物系半導体層は基板主面と平行な
面内に延在して形成されるため、基板主面上に形成され
る活性層やそれを挟むクラッド層などの窒化物系半導体
層の表面もＣ面を有する。

【０００５】サファイア基板のＣ面上に選択成長させた
場合には、（１−１０１）面すなわちＳ面で囲まれた先
端の尖った形状の結晶層が形成される（例えば、特許公
報第２８３０８１４号の明細書段落０００９参照）が、
電極形成に必要な平坦面が得られていないものとされ、
積極的に電子デバイスや発光デバイスとして利用されて
いる例はなく、さらなる選択成長から結晶構造の下地層
として利用されているに過ぎない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体発光素
子の発光出力を向上させるためにクラッド層にドープす
る不純物の量を多くしすぎると、不純物が活性層に拡散
し易くなり、活性層の結晶品位を低下させ、活性層の劣
化を招く。

【０００７】さらに、選択成長を用いて傾斜結晶面に平
行な面内に延在して結晶層が形成される半導体発光素子
の場合、クラッド層が傾斜結晶面を有する結晶層に形成
されるため、プレーナ型の半導体発光素子に比べてよ
り、より一層不純物が活性層に拡散し易くなる。

【０００８】そこで本発明は、選択成長を用いて活性層
が傾斜結晶面を有する結晶層に傾斜結晶面に平行な面内
に延在して形成される半導体発光素子及び半導体発光素
子の製造方法において、クラッド層から活性層へ不純物
が拡散するのを防ぎ、活性層の劣化を防止することがで
きる半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における半導体発
光素子は、基板上に該基板の主面に対して傾斜した傾斜
結晶面を有する結晶層を形成し、前記傾斜結晶面に平行
な面内に延在する第一導電型層、活性層、及び第二導電
型層を前記結晶層に形成し、前記傾斜結晶面に平行な面
内に延在するアンドープ結晶層を前記活性層に近接して
前記結晶層に形成してなることを特徴とする。

【００１０】基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有
する結晶層に傾斜結晶面に平行な面内に延在して形成さ
れる活性層に近接してアンドープ結晶層を形成すること
により、結晶面の傾斜によって不純物が導電型層から活
性層へ拡散するのをアンドープ結晶層により防ぐことが
できる。特に、結晶層の最外層である第二導電型層から
活性層へ不純物が拡散するのを防ぐことができる。さら
に、導電型層から活性層へ拡散する不純物をアンドープ
結晶層により防止することができるため、活性層の結晶
品位を低下させず、活性層が不純物により劣化されない
半導体発光素子を形成することができる。

【００１１】基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有
する結晶層に傾斜結晶面に平行な面内に延在して活性層
が形成される半導体発光素子において、導電型層から活
性層への不純物の拡散が防止することができるため、導
電型層の不純物濃度を高めることができ、発光効率の高
い半導体発光素子を形成することができる。

【００１２】本発明における半導体発光素子の製造方法
は、基板上に開口部を有するマスク層若しくは結晶種層
を形成する工程と、前記マスク層の開口部若しくは前記
結晶種層から前記基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶
面を有する結晶層を選択的に形成する工程と、前記傾斜
結晶面に平行な面内に延在する第一導電型層、活性層、
及び第二導電型層を前記結晶層に形成する工程と、前記
傾斜結晶面に平行な面内に延在するアンドープ結晶層を
前記活性層に近接して前記結晶層に形成する工程とを有
することを特徴とする。

【００１３】基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有
する結晶層に傾斜結晶面に平行な面内に延在して形成さ
れる活性層に近接してアンドープ結晶層を形成すること
により、結晶層の傾斜によって不純物が導電型層から活
性層へ拡散するのをアンドープ結晶層により防ぐことが
できる。特に、結晶層の最外層である第二導電型層から
活性層へ不純物が拡散するのを防ぐことができる。さら
に、導電型層から活性層へ拡散する不純物をアンドープ
結晶層により防止することができるため、活性層の結晶
品位を低下させず、活性層が不純物により劣化を防ぐこ
とができる。

【００１４】基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有
する結晶層に傾斜結晶面に平行な面内に延在して活性層
が形成される半導体発光素子において、導電型層から活
性層への不純物の拡散が防止することができるため、半
導体発光素子の導電型層の不純物濃度を高め、発光効率
を高めることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明における半導体発光素子
は、基板上に基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を
有する結晶層を形成し、傾斜結晶面に平行な面内に延在
する第一導電型層、活性層、及び第二導電型層を結晶層
に形成し、傾斜結晶面に平行な面内に延在するアンドー
プ結晶層を活性層に近接して結晶層に形成してなること
を特徴とする。

【００１６】本発明において用いられる基板は、ウルツ
鉱型の化合物半導体層を形成し得るものであれば特に限
定されず、種々のものを使用できる。例示すると、サフ
ァイア（Ａｌ_２Ｏ_３、Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含む。）、Ｓ
ｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む。）、ＧａＮ、Ｓｉ、Ｚ
ｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＭｇＯ、ＬｉＧａＯ_２、Ｇ
ａＡｓ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＩｎＡｌＧａＮなどからなる
基板であり、好ましくはこれらの材料からなる六方晶系
基板または立方晶系基板であり、より好ましくは六方晶
系基板である。例えば、サファイア基板を用いる場合で
は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成
長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としたサ
ファイア基板を用いることができる。この場合の基板主
面としてのＣ面は、５乃至６度の範囲で傾いた面方位を
含むＳ面に実質的に等価な面である。半導体装置の製造
に広く使用されているシリコン基板などを利用すること
も可能である。

【００１７】基板上に形成される結晶層は基板の主面に
対して傾斜した傾斜結晶面を有し、後述する基板の主面
に対して傾斜した傾斜結晶面に平行な面内に延在して第
一導電型層、活性層、及び第二導電型層を形成すること
ができる材料層であれば良く、特に限定されるものでは
ない。このような材料層は、後述の工程においてファセ
ット構造を形成することからウルツ鉱型の化合物半導体
層を選ぶことが好ましい。化合物半導体層としてはウル
ツ鉱型の結晶構造を有する窒化物系化合物半導体、Ｂｅ
ＭｇＺｎＣｄＳ系化合物半導体、およびＢｅＭｇＺｎＣ
ｄＯ系化合物半導体などが好ましい。窒化物系化合物半
導体からなる結晶層としては、例えばＩＩＩ族系化合物
半導体を用いることができ、更には窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）系化合物半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系化
合物半導体、窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導
体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半
導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合
物半導体が好ましく、特に窒化ガリウム系化合物半導体
が好ましい。一例としては、サファイア基板上にアンド
ープのＧａＮ層を形成し、その後でＳｉドープのＧａＮ
層を形成しても良い。なお、本発明において、ＩｎＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなどは必ずしも、３元混晶の
み、２元混晶のみの窒化物系化合物半導体を指すのでは
なく、例えばＩｎＧａＮでは、ＩｎＧａＮの作用を変化
させない範囲での微量のＡｌ、その他の不純物を含んで
いても本発明の範囲であることはいうまでもない。また
本明細書中、窒化物とはＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔａを
ＩＩＩ族とし、Ｖ族にＮを含む化合物を指し、全体の１
％以内若しくは１×１０^２０ｃｍ^３以下の不純物の混入
を含む場合もある。

【００１８】結晶層の成長方法としては、種々の気相成
長法を挙げることができ、例えば有機金属化合物気相成
長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキ
シー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド
気相成長法（ＨＶＰＥ法）などがある。その中でもＭＯ
ＣＶＤ法によると、迅速に結晶性の良いものが得られ
る。ＭＯＣＶＤ法では、ＧａソースとしてＴＭＧ（トリ
メチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、Ａ
ｌソースとしてはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、
ＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）、Ｉｎソースとして
は、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＩ（トリエ
チルインジウム）などのアルキル金属化合物が多く使用
され、窒素源としてはアンモニア、ヒドラジンなどのガ
スが使用される。また、不純物ソースとしてはＳｉであ
ればシランガス、Ｇｅであればゲルマンガス、Ｍｇであ
ればＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）、ＺｎであればＤＥＺ（ジエチルジンク）などのガ
スが使用される。一般にＭＯＶＰＥ法では、これらのガ
スを加熱された基板の表面に供給して分解することによ
り、ＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体をエピタキシャル成
長させることができる。

【００１９】結晶層を形成する前に下地成長層を基板上
に形成することが好ましく、この下地成長層は窒化ガリ
ウム層や窒化アルミニウム層などからなる。下地成長層
は低温バッファ層と高温バッファ層とを組み合わせて形
成しても良いし、バッファ層と結晶種として機能する結
晶種層とを組み合わせても良い。この下地成長層も結晶
層と同様に、種々の気相成長法で形成することができ、
例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）や分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法
（ＨＶＰＥ法）などの気相成長法を用いることができ
る。

【００２０】結晶層の成長を低温バッファ層から始める
とマスク上にポリ結晶が析出し易いため、結晶種層を含
んでからその上に基板と異なる面を成長することで、さ
らに結晶性のよい結晶が成長できる。また、選択成長を
用いて結晶成長を行うには結晶種層がないとバッファ層
から形成するのであるが、バッファ層から選択成長を行
うと成長の阻害された成長しなくても良い部分に成長が
起こり易くなる。従って、結晶種層を用いることで、成
長が必要な領域に選択性良く結晶を成長させることがで
きることになる。

【００２１】バッファ層を形成することにより基板と窒
化物系化合物半導体の格子不整合を緩和することができ
るが、窒化物系化合物半導体と格子定数の近い基板や格
子定数が一致する基板を用いる場合にはバッファ層を形
成せずに窒化物系化合物半導体を成長させることもあ
る。例えば、ＳｉＣ上にはＡｌＮを低温でないバッファ
層をつけることもあり、Ｓｉ基板上にはＡｌＮ、ＧａＮ
を低温にせずにバッファ層として成長することもある。
このように低温でないバッファ層を形成しても良質のＧ
ａＮを形成することができる。また、ＧａＮ基板を使用
する場合のように、バッファ層を特に設けないこともあ
る。

【００２２】本発明においては、基板の主面に対して傾
斜した傾斜結晶面を形成するために、選択成長法を用い
ることができる。基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶
面には、その基板主面の選択に依存するが、ウルツ鉱型
の（０００１）面（Ｃ面）を基板主面とした場合、（１
−１００）面（Ｍ面）、（１−１０１）面（Ｓ面）、
（１１−２０）面（Ａ面）、（１−１０２）面（Ｒ
面）、（１−１２３）面（Ｎ面）、（１１−２２）面、
及びこれらに等価な結晶面のうちから選ばれた傾斜結晶
面などがある。特に、Ｓ面や（１１−２２）面、及び５
乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むこれらに等価な結
晶面で用いることが好ましい。選択成長により選択結晶
成長層を形成する場合、Ｓ面またはＳ面に実質的に等価
な面を容易に形成することができる。Ｓ面はＣ＋面（Ｃ
＋面の面指数は（０００１）である）の上に選択成長し
た際に見られる安定面であり、比較的得やすい面であっ
て六方晶系の面指数では（１−１０１）である。また、
Ｃ面にＣ＋面とＣ−面が存在するのと同様に、Ｓ面につ
いてはＳ＋面とＳ−面が存在するが、本明細書において
は、特に断らない場合は、Ｃ＋面ＧａＮ上にＳ面につい
て安定面であるＳ＋面を成長しており、これをＳ面とし
ている。

【００２３】Ｓ面ついては、前述のように窒化ガリウム
系化合物半導体で結晶層を構成した場合には、Ｓ面上、
ＧａからＮへのボンド数が２または３とＣ−面の次に多
くなる。ここでＣ−面はＣ＋面の上には事実上得ること
ができないので、Ｓ面でのボンド数は最も多いものとな
る。例えば、Ｃ＋面を主面に有するサファイア基板に窒
化物を成長した場合、一般にウルツ鉱型の窒化物の表面
はＣ＋面になるが、選択成長を利用することでＳ面を安
定して形成することができ、Ｃ＋面に平行な面では脱離
しやすい傾向をもつＮのボンドがＧａから一本のボンド
で結合しているのに対し、傾いたＳ面では少なくとも一
本以上のボンドで結合することになる。従って、実効的
にＶ／ＩＩＩ比が上昇することになり、積層構造の結晶
性の向上に有利である。また、基板と異なる方位に成長
すると基板から上に伸びた転位が曲がることもあり、欠
陥の低減にも有利となる。

【００２４】本発明の半導体発光素子においては、結晶
層は基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する構
造を有するが、特に、結晶層はＳ面またはＳ面に実質的
に等価な面が略六角錐形状の斜面をそれぞれ構成する構
造であっても良く、あるいは、Ｓ面またはＳ面に実質的
に等価な面が略六角錐台形状の斜面をそれぞれ構成する
共にＣ面またはＣ面に実質的に等価な面が前記略六角錐
台形状の上平面部を構成する構造、すなわち略六角錐台
形状であっても良い。これら略六角錐形状や略六角錐台
形状は、正確に六角錐であることを必要とせず、その中
の幾つかの面が消失したようなものも含む。好適な一例
においては傾斜結晶面が六面でほぼ対称となるように配
設される。ほぼ対称とは、完全に対称形状になっている
場合の他、多少対称形状よりずれている場合も含む。ま
た、結晶層の結晶面間の稜線は必ずしも直線でなくても
良く、また略六角錐形状や略六角錐台形状は直線状に延
在された形状であっても良い。

【００２５】具体的な選択的成長の方法としては、選択
的に下地成長層上にまたは下地成長層形成前に形成され
たマスク層の開口された部分を利用して行われたり、あ
るいは下地成長層の一部を選択的に除去することを利用
して行われたりする。下地成長層の上に形成したマスク
層を選択的に開口して窓領域を形成し、選択成長させる
場合、マスク層は例えば酸化シリコン層あるいは窒化シ
リコン層によって構成することができ、厚みは例示的に
１００〜５００ｎｍの範囲である。下地結晶層上のマス
ク層には、選択結晶成長層を成長させるための開口部が
フォトリソグラフィー技術と所要のエッチャントが使用
して形成される。この開口部の大きさは、作成する半導
体発光素子の特性に応じて設定されるものであるが、一
例としては１０μｍ程度のサイズとされ、その形状とし
ては矩形状、正方形状、円形状、六角形状、三角形状、
菱形形状、楕円形状などの種々の形状とすることができ
る。前述のような略六角錐台形状や略六角錐形状が直線
状に延在された形状である場合、一方向を長手方向とす
るような角錐台や角錐形状はマスク層の窓領域を帯状に
したり、結晶種層を帯状にしたりすることで可能であ
る。下地成長層がバッファ層と結晶種層とからなる場
合、例えば、バッファ層上の結晶種層を点在する１０μ
ｍ径程度の小領域に細分化し、それぞれの部分からの結
晶成長によってＳ面等を有する結晶層を形成することが
可能である。例えば、細分化された結晶種層は、半導体
発光素子として分離するためのマージンを見込んで離間
するように配列することができ、個々の小領域として
は、円形状、正方形状、六角形状、三角形状、矩形状、
菱形およびこれらの変形形状などの形状にすることがで
きる。結晶種部からの結晶成長は、選択マスクを作製し
てマスクのある部分を残し、他の部分をエッチングする
ことで種結晶部を得て、種結晶部から選択成長させたも
ので、この際マスクの汚染の影響が少ない。

【００２６】選択成長を用いマスク層の窓領域を１０μ
ｍ程度の円形（あるいは辺が１−１００方向の六角形、
または辺が１１−２０方向の六角形など）にすることで
その約２倍程度の選択成長領域まで簡単に作製できる。
またＳ面が基板と異なる方向であれば転位を曲げる効
果、および転位を遮蔽する効果があるために、転位密度
の低減にも役立つ。また、略六角錐台形状や略六角錐形
状が直線状に延在された形状である場合、一方向を長手
方向とするような角錐台や角錐形状はマクス層の窓領域
を帯状にしたり、結晶種層を帯状にしたりすることで可
能である。

【００２７】本発明者らの行った実験において、カソー
ドルミネッセンスを用いて成長した六角錐台形状を観測
してみると、Ｓ面の結晶は良質でありＣ＋面に比較して
発光効率が高くなっていることが示されている。特にＩ
ｎＧａＮ活性層の成長温度は７００〜８００°Ｃである
ため、アンモニアの分解効率が低く、よりＮ種が必要と
される。またＡＦＭで表面を見たところステップが揃っ
てＩｎＧａＮ取り込みに適した面が観測された。さらに
その上、Ｍｇドープ層の成長表面は一般にＡＦＭレベル
での表面状態が悪いが、Ｓ面の成長によりこのＭｇドー
プ層も良い表面状態で成長し、しかもドーピング条件が
かなり異なることがわかっている。また、顕微フォトル
ミネッセンスマッピングを行うと、０.５〜１μｍ程度
の分解能で測定することができるが、Ｃ＋面の上に成長
した通常の方法では、１μｍピッチ程度のむらが存在
し、選択成長でＳ面を得た試料については均一な結果が
得られた。また、ＳＥＭで見た斜面の平坦性もＣ＋面よ
り滑らかに成っている。

【００２８】また、選択成長マスクを用いて選択成長す
る場合であって、選択マスク開口部の上だけに成長する
際には横方向成長が存在しないため、マイクロチャネル
エピタキシーを用いて横方向成長させ窓領域より拡大し
た形状にすることが可能である。このようなマイクロチ
ャネルエピタキシーを用いて横方向成長をした方が貫通
転位を避けやすくなり、転位が減ることがわかってい
る。またこのような横方向成長により発光領域も増大
し、さらに電流の均一化、電流集中の回避、および電流
密度の低減を図ることができる。

【００２９】本発明の半導体発光素子は、基板の主面に
対して傾斜した傾斜結晶面に平行な面内に延在する第一
導電型層、活性層、及び第二導電型層を結晶層に形成
し、活性層に近接してアンドープ結晶層が形成される。
このとき、アンドープ結晶層は活性層に近接して形成さ
れるが、活性層を挟むようにして形成しても良いし、第
一導電型層側または第二導電型層側のどちらか一方にの
み形成しても良い。どちらか一方のみに形成する場合、
特に第二導電型層側からの活性層への不純物の拡散が激
しいため、第二導電型層側に形成するのが好ましい。活
性層に近接して形成されるアンドープ結晶層の膜厚は、
１０Åより小さな場合、キャリアの注入効率は上がるが
アンドープ結晶層の上に形成される結晶層の結晶性が低
下して発光効率が低下し、また１００ｎｍより大きな場
合、アンドープ結晶層の上に形成される結晶層の結晶性
は上がるがキャリアの注入効率が低下して発光効率が低
下するため、１０Å以上１００ｎｍ以下が好ましい。第
一導電型はｐ型又はｎ型のクラッド層であり、第二導電
型はその反対の導電型である。例えば、Ｓ面を構成する
結晶層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体
層によって構成した場合、ｎ型クラッド層はシリコンド
ープの窒化ガリウム系化合物半導体層により構成され、
その上にＩｎＧａＮ層が活性層として形成され、さらに
その上にｐ型クラッド層がマグネシウムドープの窒化ガ
リウム系化合物半導体層を用いて形成されるダブルヘテ
ロ構造をとることができる。そして、活性層であるＩｎ
ＧａＮ層に近接して、アンドープ結晶層であるアンドー
プのＧａＮ層が形成される。また、活性層の両側にＧａ
ＮやＩｎＧａＮ層などのガイド層を形成して多重構造と
することも可能であり、ｐ側に形成されるマグネシウム
ドープのＧａＮ層などのガイド層と活性層との間にはマ
グネシウムドープのＡｌＧａＮ層を形成するのが好まし
い。このように活性層をガイド層により挟んだり、マグ
ネシウムドープのＡｌＧａＮ層を形成したりする場合、
活性層とガイド層などの間に形成され、アンドープ結晶
層は活性層に近接するように形成され、導電型層から活
性層へと不純物が拡散するのを防ぐ。また、活性層は単
一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一
量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構
造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を
形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に
応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。こ
のような量子井戸構造を形成する場合も同様に、アンド
ープ結晶層は活性層に近接して形成され、導電型層から
活性層へと不純物が拡散するのを防ぐ。

【００３０】例えば活性層をＩｎＧａＮ層とした場合に
は、特に製造工程上も製造し易い構造となり、素子の発
光特性を良くすることができる。さらに、ＩｎＧａＮ層
は、窒素原子の脱離しにくい構造であるＳ面の上での成
長では特に結晶化し易く結晶性も良く、発光効率を上げ
ることができる。本発明における半導体発光素子では、
活性層に近接してアンドープのＧａＮ層などのアンドー
プ結晶層が形成され、アンドープ結晶層により導電型層
の不純物が活性層に拡散するのを防ぐことができる。そ
のため、導電型層にドープする不純物の濃度を高め、さ
らに発光効率を上げることができる。なお、窒化物系化
合物半導体はアンドープでも結晶中にできる窒素空孔の
ためにｎ型となる性質があるが、通常Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ
などのドナー不純物を結晶成長中にドープすることで、
キャリア濃度の好ましいｎ型とすることができる。アン
ドープ結晶層においても同様の性質を有するが、アンド
ープ結晶層のキャリア濃度は活性層に不純物が拡散して
劣化しない程度であればドープしても良い。また、窒化
物系化合物半導体をｐ型とするには、結晶中にＭｇ、Ｚ
ｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａなどのアクセプター不純物を
ドープすることによって得られる。高キャリア濃度のｐ
型層を形成するためは、アクセプター不純物のドープ
後、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気により４０
０℃以上でアニーリングを行うことが好ましく、電子線
照射、マイクロ波照射、光照射などで活性化する方法も
ある。

【００３１】第一導電型層、活性層、第二導電型層、及
びアンドープ結晶層は基板の主面に対して傾斜した傾斜
結晶面に平行な面内に延在して形成されるが、傾斜結晶
面内への延在は傾斜結晶面が形成されているところで続
けて結晶成長させれば容易に行うことができる。例え
ば、結晶層が略六角錐形状や略三角柱形状となり、各傾
斜結晶面がＳ面等とされる場合では、第一導電型層、活
性層、第二導電型層、及びアンドープ結晶層を全部また
は一部のＳ面上に形成することができる。傾斜したＳ面
を利用して発光させることで、平行平板では多重反射に
より光が減衰していくが、傾いた面があると光は多重反
射の影響を免れて半導体の外に出ることができるという
利点がある。また、基板に対して面が垂直でない方が光
取出しを改善することができる。第一導電型層すなわち
クラッド層はＳ面を構成する結晶層と同じ材料で同じ導
電型とすることができ、Ｓ面を構成する結晶層を形成し
た後、連続的に濃度を調整しながら形成することができ
る。他の例として、Ｓ面の構成する結晶層の一部が第一
導電型層として機能する構造であっても良い。活性層を
形成する場合も同様に各ソースを切り替えたりして連続
的に濃度を調節して形成することができるが、各ソース
を急峻に切り替える必要がある。しかし、活性層に近接
してアンドープ結晶層を形成すると、アンドープ結晶層
は活性層に不純物が拡散しない程度に不純物を含んでも
良いので、第一導電型層から連続的に濃度を調整しなが
ら、急峻に濃度を調整する必要がない。

【００３２】本発明の半導体発光素子は、基板主面に対
して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層に第一導電型
層、活性層、及び第二導電型層が傾斜結晶面に平行な面
内に延在して形成され、活性層に近接してアンドープ結
晶層が形成される半導体発光素子である。そのため、導
電型層から活性層に拡散する不純物をアンドープ結晶層
により遮断することができ、活性層の結晶品位を低下さ
せることなく活性層の劣化を防ぐことができる。導電型
層から活性層に拡散する不純物をアンドープ結晶層によ
り遮断することができるため、導電型層により多くの不
純物をドープして半導体発光素子の発光効率を高めるこ
とができる。また、導電型層から活性層へと不純物が拡
散するに伴い設計外の拡散電流が発生し、リーク電流が
生じるが、活性層に近接してアンドープ結晶層を形成す
ることにより、導電型層の不純物が活性層に拡散するの
を防ぐことができ、リーク電流である拡散電流を防止す
ることができる。

【００３３】さらに、本発明の半導体発光素子において
は、傾斜した傾斜結晶面の結晶性の良さを利用して、発
光効率を高めることができる。特に、結晶性が良いＳ面
にのみ電流を注入すると、Ｓ面はＩｎの取り込みもよく
結晶性も良いので発光効率を高くすることができる。ま
た、活性層の実質的なＳ面に平行な面内に延在する面積
は活性層を基板または下地成長層の主面に投影した場合
の面積より大きいものとすることができる。活性層の面
積を大きくすることにより、素子の発光する面積が大き
くなり、電流密度を低減することができ、輝度飽和の低
減に役立ち、これにより発光効率を上げることができ
る。それ故に、活性層に近接してアンドープ結晶層を形
成する場合、より一層発光効率を向上させることができ
る。

【００３４】傾斜した傾斜結晶面に平行な面内に第一導
電型層、活性層、及び第二導電型層を形成する際、導電
型層にドープする不純物の濃度を均一に形成することは
困難であるため、ドープする不純物濃度を精密に制御し
て導電型層に均一にドープすることとなる。しかし、不
純物濃度を精密に制御するとしても、その三次元的構造
から限界があり、一般には不純物濃度は不均一となるた
め、濃度勾配が生じ、濃度勾配に伴い導電型層と活性層
との界面においてリーク電流が発生する。そこで、活性
層に近接してアンドープ結晶層を形成することにより、
活性層側の界面においてリーク電流が発生するのを回避
することができ、不純物濃度の制御性を低減することが
できる。また、傾斜した傾斜結晶面の面内に膜厚を均一
にしつつ結晶層を形成することが困難であるため、活性
層や導電型層は均一な膜厚に形成することが困難であ
り、設計通りの発光特性を示さずに輝度にむらが生じ易
い。活性層に近接してアンドープ結晶層を形成すると、
このような膜厚の不均一を緩和することができ、輝度の
むらを低減することができる。

【００３５】このように本発明の半導体発光素子におい
ては、基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面に平行な面
内に第一導電型層、活性層、及び第二導電型層を形成す
る半導体発光素子の活性層に近接してアンドープ結晶層
を形成することにより、導電型層から活性層への不純物
の拡散を遮断して活性層の劣化を防ぐことができ、不純
物の拡散や不純物濃度の不均一によるリーク電流の発生
を回避することができ、膜厚の不均一による輝度のむら
を低減することができる。さらに、半導体発光素子の構
造から傾斜結晶面に平行な面内に形成される活性層の結
晶性が良く有効面積が大きいことから、アンドープ結晶
層により導電型層から活性層へ不純物が拡散することな
く、導電型層に多くの不純物をドープして、より発光効
率の高い半導体発光素子を形成することができる。

【００３６】［第一の実施の形態］選択成長を用いて形
成され、基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面として
Ｓ面を有する断面略三角形状の六角錘の結晶層からなる
半導体発光素子について、図１乃至図６を参照しなが
ら、その製造工程とともに説明する。

【００３７】まず、基板１０上に下地成長層１１を形成
し、下地成長層１１上にマスク層１２を形成する。一例
として、Ｃ面を主面とするサファイア基板上に、アンド
ープのＧａＮ層及びシリコンドープのＧａＮ層を形成
し、シリコン酸化膜からなるマスク層１２をスパッタ法
などにより形成する。

【００３８】このように基板１０上に下地成長層１１及
びマスク層１２を形成した後に、マスク層１２の一部を
除去して開口部１３を形成する（図１）。開口部１３
は、例えば、フォトリソグラフィーとフッ酸系エッチャ
ントを用いて形成することができる。図１において、開
口部１３の形状は六角形状であるが、円形状などの六角
錘形状の結晶層を形成することができる形状であれば良
い。また、開口部１３の大きさは半導体発光素子の特性
により変えることができる。

【００３９】図２に示すように、選択成長を用いて六角
形状の開口部１３より第一導電型層１４を成長させるの
であるが、まず開口部１３より下地成長層１１が成長
し、しばらく成長を続けると周囲がＳ面（{１−１０
１}）からなる六角錐形状の下地成長層１１が露出す
る。生長時間が足りないなどの成長条件が異なると六角
錘台形状になるが、成長時間を制御することによりＳ面
で覆われる六角錐が開口部１３の枠内ほぼいっぱいに形
成され、断面略三角形状の六角錘の第一導電型層１４が
形成される。

【００４０】図３に示すように、第一導電型層１４上に
下側アンドープ結晶層１５が形成され、その上に順に活
性層１６、上側アンドープ結晶層１７、及び第二導電型
層１８が形成される。第一導電型層１４上に形成された
結晶層は断面略三角形状の六角錘状の結晶層であり、六
角錘形状の結晶層の側面である傾斜面はＳ面（{１−１
０１}面）若しくは｛１１-２２｝面であり、選択成長時
には安定して形成される。

【００４１】第一導電型層１４及び第二導電型層１８は
クラッド層として機能し、活性層１６は半導体発光素子
の光を生成する層として機能する。下側アンドープ結晶
層１５は第一導電型層１４にドープされるの不純物が活
性層１６に拡散するのを防ぎ、上側アンドープ結晶層１
７は第二導電型層１８にドープされるの不純物が活性層
１６に拡散するのを防ぐ。特に、六角錐という三次元的
構造を有する素子においては、第二導電型層１８から活
性層１６への不純物の拡散が激しいため、上側アンドー
プ結晶層１７を形成することにより不純物が活性層１６
に拡散するのを防止することができる。このように、下
側アンドープ結晶層１５及び上側アンドープ結晶層１７
を形成することにより、活性層１６に不純物が拡散する
ことなく、活性層１６の結晶品位を低下させることなく
活性層１６の劣化を防ぐことができる。

【００４２】下側アンドープ結晶層１５及び上側アンド
ープ結晶層１７は、それら双方を活性層１６に近接して
形成しても良いし、その一方を形成しても良い。一方を
形成する場合には、第二導電型層１８からの不純物の拡
散が激しいため、上側アンドープ結晶層１７を形成する
ほうが好ましい。一例として、第一導電型層１４はシリ
コンドープのＧａＮ層、第二導電型層１８はマグネシウ
ムドープのＧａＮ層、活性層１６はＩｎＧａＮ層、下側
アンドープ結晶層１５及び上側アンドープ結晶層１７は
アンドープのＧａＮ層とすることができる。活性層に近
接して形成される上側アンドープ結晶層１５及び下側ア
ンドープ結晶層１７の膜厚は、１０Å以上１００ｎｍ以
下が好ましい。これは、膜厚が１０Åより小さな場合に
はキャリアの注入効率は上がるがアンドープ結晶層の上
に形成される活性層１６や第二導電型層１８の結晶性が
低下して発光効率が低下し、膜厚が１００ｎｍより大き
な場合にはアンドープ結晶層の上に形成される活性層１
６や第二導電型層１８の結晶性は上がるがキャリアの注
入効率が低下して発光効率が低下するためである。ま
た、下側アンドープ結晶層１５及び上側アンドープ結晶
層１７は活性層１６に拡散して劣化させない程度に不純
物をドープしても良い。第二導電型層１８にドープする
不純物としては、亜鉛やベリリウムなどがある。

【００４３】活性層１６は単一のバルク活性層で構成す
ることも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、
二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良
い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のた
めに障壁層が併用される。また、活性層１６の両側にＧ
ａＮなどのガイド層を形成して多重構造とすることも可
能であるが、ｐ側に形成されるマグネシウムドープのＧ
ａＮ層やＩｎＧａＮ層などのガイド層と活性層１６との
間にはマグネシウムドープのＡｌＧａＮ層を形成するの
が好ましい。このように活性層１６をガイド層により挟
んだり、マグネシウムドープのＡｌＧａＮ層を形成した
りする場合、下側アンドープ結晶層１５及び上側アンド
ープ結晶層１７は活性層１６に近接するように形成さ
れ、不純物が活性層１６に拡散して活性層１６が劣化す
るのを防ぐ。

【００４４】基板１０上に基板１０主面に対して傾斜し
た傾斜結晶面に平行な面内に延在して第一導電型層１
４、活性層１６、及び第二導電型層１８を形成する場
合、その三次元的構造から、不純物の成長ガスの切替を
急峻に連続的に濃度を調整する必要であるが、活性層１
６に近接して下側アンドープ結晶層１５及び上側アンド
ープ結晶層１７を形成すると、下側アンドープ結晶層１
５及び上側アンドープ結晶層１７には活性層１６を劣化
しない程度の不純物をドープしても良いので、成長ガス
の切替を急峻にする必要がなくなる。

【００４５】図４に示すように、最表層である第二導電
型層１８にｐ側電極１９が形成される。ｐ側電極１９
は、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極構造またはＮｉ（Ｐ
ｄ）／Ｐｔ／Ａｕの電極構造からなる電極層であり、蒸
着法等により精度良く形成される。

【００４６】図５に示すように、ｐ電極１９を形成した
後、基板１０の主面まで反応性イオンエッチングまたは
ダイサーなどで分離して素子分離溝２０を形成して、基
板１０上で素子毎に分離をする。例えば、反応性イオン
エッチングにより素子分離溝を形成する場合、ドライエ
ッチングによる侵食を防ぐための保護膜となるシリコン
酸化膜などを結晶層全面にプラズマＣＶＤ法等により形
成した後に、反応性イオンエッチングによりエッチング
を施し、酸などにより保護膜を除去して素子分離溝２０
が形成される。

【００４７】次に、エキシマレーザやＹＡＧレーザなど
を用いて、基板１０から素子部分となる領域を剥離ので
あるが、基板１０裏面からレーザを照射すると、下地成
長層１１と基板１０との界面において、アブレーション
が生じて結晶層を基板１０から剥離することができる。
例えば、基板１０をサファイア基板、下地成長層１１を
ＧａＮとして、裏面からエキシマレーザを照射すると、
サファイア基板とＧａＮ層との界面においてＧａＮが金
属のガリウムと窒素とに分解され、容易にサファイア基
板からＧａＮ層を剥離することができる。

【００４８】素子側の裏面部分にＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａ
ｕ電極を精度よく蒸着する（図６）。この電極が素子裏
面に配設されたｎ側電極２１として機能する。素子裏面
に配設されるｎ側電極２１は裏面から発射される光を遮
らないようになるべく角部に配設することが好ましい。
また、下地成長層１１がアンドープの下地成長層とドー
プの下地成長層からなる場合、ｎ側電極２１を形成のた
めにアンドープの下地成長層はウェットエッチングによ
り除去された後に、電極が蒸着される。

【００４９】このように活性層１６に近接して下側アン
ドープ結晶層１５及び上側アンドープ結晶層１７が形成
された半導体発光素子では、第一導電型層１４及び第二
導電型層１８から活性層１６に不純物が拡散せず、活性
層１６の結晶品位を低下させることなく活性層１６の劣
化を防止することができる。さらに、活性層１６への不
純物の拡散を防ぐことができるため、より多くの不純物
を第一導電型層１４及び第二導電型層１８にドープする
ことにより半導体発光素子の発光効率を向上させること
ができる。

【００５０】［第二の実施の形態］選択成長を用いて形
成され、基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面として
Ｓ面を有する断面略三角形状の三角柱状の結晶層からな
る半導体発光素子について、図７乃至図１２を参照しな
がら、その製造工程とともに説明する。

【００５１】まず、基板３０上に下地成長層３１を形成
し、下地成長層３１上にマスク層３２を形成する。一例
として、Ｃ面を主面とするサファイア基板上に、アンド
ープのＧａＮ層及びシリコンドープのＧａＮ層を形成
し、シリコン酸化膜からなるマスク層をスパッタ法など
により形成する。

【００５２】このように基板３０上に下地成長層３１及
びマスク層３２を形成した後に、マスク層３２の一部を
除去して開口部３３を形成する（図７）。開口部３３
は、例えば、フォトリソグラフィーとフッ酸系エッチャ
ントを用いて形成することができる。開口部３３の形状
はストライプ形状であり、その長手方向を［１−１０
０］方向若しくは［１１−２０］方向とする。開口部３
３の形状をストライプ形状として［１−１００］方向若
しくは［１１−２０］方向に延長することにより、基板
３０主面に対して傾斜した傾斜結晶面としてＳ面を有
し、稜線３５が開口部３３の方向となる三角柱状の結晶
層を形成することができる。また、開口部３３の大きさ
は半導体発光素子の特性に長手より変えることができ
る。

【００５３】図８に示すように、選択成長を用いてスト
ライプ形状の開口部３３より第一導電型層３４は成長さ
れるのであるが、まず開口部３３より下地成長層３１
が、しばらく成長を続けると傾斜結晶面がＳ面で稜線３
５方向が［１−１００］方向若しくは［１１-２０］方
向で、その稜線３５の両側に形成される傾斜面がＳ面
（{１−１０１}面）若しくは｛１１-２２｝面である三
角柱形状の下地成長層３１が露出し、第一導電型層３４
が形成される。

【００５４】図８に示すように、第一導電型層３４の上
に下側アンドープ結晶層３６が形成され、その上に活性
層３７、上側アンドープ結晶層３８、及び第二導電型層
３９が形成される。これらの層は断面略三角形状の三角
柱形状の結晶層であり、稜線３５が前述の［１−１０
０］方向若しくは［１１-２０］方向、その稜線３５の
両側に形成される傾斜面がＳ面（{１−１０１}面）若し
くは｛１１-２２｝面であり、選択成長時には安定して
形成される。

【００５５】第一導電型層３４及び第二導電型層３９は
クラッド層として機能し、活性層３７は半導体発光素子
の光を生成する層として機能する。下側アンドープ結晶
層３６は第一導電型層３４にドープされるの不純物が活
性層３７に拡散するのを防ぎ、上側アンドープ結晶層３
８は第二導電型層３９にドープされるの不純物が活性層
３７に拡散するのを防ぐ。特に、三角柱という三次元的
構造を有する素子においては、第二導電型層３９から活
性層３７への不純物の拡散が激しいため、上側アンドー
プ結晶層３８を形成することにより不純物が活性層３７
に拡散するのを防止することができる。このように、下
側アンドープ結晶層３６及び上側アンドープ結晶層３８
を形成することにより、活性層３７に不純物が拡散する
ことなく、活性層３７の結晶品位を低下させることなく
活性層３７の劣化を防ぐことができる。

【００５６】下側アンドープ結晶層３６及び上側アンド
ープ結晶層３８は、それら双方を活性層３７に近接して
形成しても良いし、その一方を形成しても良い。一方を
形成する場合には、第二導電型層３９からの不純物の拡
散が激しいため、上側アンドープ結晶層３８を形成する
ほうが好ましい。一例として、第一導電型層３４はシリ
コンドープのＧａＮ層、第二導電型層３９はマグネシウ
ムドープのＧａＮ層、活性層３７はＩｎＧａＮ層、下側
アンドープ結晶層３６及び上側アンドープ結晶層３８は
アンドープのＧａＮ層とすることができる。上側アンド
ープ結晶層３６及び下側アンドープ結晶層３８の膜厚
は、１０Å以上１００ｎｍ以下が好ましい。これは、膜
厚が１０Åより小さな場合にはキャリアの注入効率は上
がるがアンドープ結晶層の上に形成される活性層３７や
第二導電型層３９の結晶性が低下して発光効率が低下
し、膜厚が１００ｎｍより大きな場合にはアンドープ結
晶層の上に形成される活性層３７や第二導電型層３９の
結晶性は上がるがキャリアの注入効率が低下して発光効
率が低下するためである。また、下側アンドープ結晶層
３６及び上側アンドープ結晶層３８は活性層３７に拡散
して劣化させない程度に不純物をドープしても良い。第
二導電型層３９にドープする不純物としては、亜鉛やベ
リリウムなどがある。

【００５７】活性層３７は単一のバルク活性層で構成す
ることも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、
二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良
い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のた
めに障壁層が併用される。また、活性層３７の両側にＧ
ａＮなどのガイド層を形成して多重構造とすることも可
能であるが、ｐ側に形成されるマグネシウムドープのＧ
ａＮ層やＩｎＧａＮ層などのガイド層と活性層３７との
間にはマグネシウムドープのＡｌＧａＮ層を形成するの
が好ましい。このように活性層３７をガイド層により挟
んだり、マグネシウムドープのＡｌＧａＮ層を形成した
りする場合、下側アンドープ結晶層３６及び上側アンド
ープ結晶層３８は活性層３７に近接するように形成さ
れ、不純物が活性層３７に拡散して活性層３７が劣化す
るのを防ぐ。

【００５８】基板３０上に基板３０主面に対して傾斜し
た傾斜結晶面に平行な面内に延在して第一導電型層３
４、活性層３７、及び第二導電型層３９を形成する場
合、その三次元的構造から、不純物の成長ガスの切替を
急峻に連続的に濃度を調節する必要であるが、活性層３
７に近接して下側アンドープ結晶層３６及び上側アンド
ープ結晶層３８を形成すると、下側アンドープ結晶層３
６及び上側アンドープ結晶層３８には活性層を劣化しな
い程度の不純物をドープしても良いので、成長ガスの切
替を急峻にする必要がなくなる。

【００５９】図１０に示すように、最表層である第二導
電型層３９にｐ側電極４０が形成される。ｐ側電極４０
は、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕまたはレーザ／Ｐｔ／Ａｕ
の積層構造からなる電極層であり、蒸着法等により形成
される。

【００６０】図５に示すように、ｐ側電極４０を形成し
た後、基板３０の主面まで反応性イオンエッチングまた
はダイサーなどで分離して素子分離溝４１を形成して、
基板３０上で素子毎に分離をする。例えば、反応性イオ
ンエッチングにより素子分離溝を形成する場合、ドライ
エッチングによる侵食を防ぐための保護膜となるシリコ
ン酸化膜などを結晶層全面にプラズマＣＶＤ法等により
形成した後に、反応性イオンエッチングによりエッチン
グを施し、酸などにより保護膜を除去して素子分離溝４
１が形成される。

【００６１】次に、エキシマレーザやＹＡＧレーザなど
を用いて、基板３０から素子部分となる領域を剥離ので
あるが、基板３０裏面からレーザを照射すると、下地成
長層３１と基板３０との界面において、アブレーション
が生じて結晶層を基板３０から剥離することができる。
例えば、基板３０をサファイア基板、下地成長層３１を
ＧａＮとして、裏面からエキシマレーザを照射すると、
サファイア基板とＧａＮ層との界面においてＧａＮが金
属のガリウムと窒素とに分解され、容易にサファイア基
板からＧａＮ層を剥離することができる。

【００６２】素子側の裏面部分にＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａ
ｕ電極を精度よく蒸着する（図６）。この電極が素子裏
面に配設されたｎ側電極４２として機能する。素子裏面
に配設されるｎ側電極４２は裏面から発射される光を遮
らないようになるべく角部に配設することが好ましい。
また、下地成長層３１がアンドープの下地成長層とドー
プの下地成長層からなる場合、ｎ側電極４２を形成のた
めにアンドープの下地成長層はウェットエッチングによ
り除去された後に、電極が蒸着される。

【００６３】また、素子分離溝４１により素子毎に分離
された半導体発光素子は、ストライプ形状の稜線３５方
向に実質的に垂直にへき開することにより、半導体レー
ザ素子の共振面となるへき開面を形成することができ
る。

【００６４】このように活性層３７に近接して下側アン
ドープ結晶層３６及び上側アンドープ結晶層３８が形成
された半導体発光素子では、第一の実施の形態と同様
に、第一導電型層３４及び第二導電型層３９から活性層
３７に不純物が拡散せず、活性層３７の結晶品位を低下
させることなく活性層３７の劣化を防止することができ
る。さらに、活性層３７への不純物の拡散を防ぐことが
できるため、より多くの不純物を第一導電型層３４及び
第二導電型層３９にドープすることにより半導体発光素
子の発光効率を向上させることができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明の半導体発光素子において、活性
層が傾斜結晶面に平行な面内に形成されて結晶性が良く
有効面積が大きいため発光効率が高いが、活性層に近接
して形成されるアンドープ結晶層により不純物が導電型
層から活性層へ拡散を防止するので、導電型層に不純物
をより多くドープしてより一層発光効率を向上させるこ
とができる。さらに、アンドープ結晶層を活性層に近接
して形成する場合、活性層と導電型層との界面における
不純物の拡散や不純物濃度の不均一により発生するリー
ク電流や膜厚の不均一による輝度のむらを回避すること
ができ、長寿命で発光特性の優れた半導体発光素子を形
成することができる。また、このようにリーク電流や輝
度のむらを回避することができるため、設計許容度が下
がり、長寿命で再現性が良い半導体発光素子を効率良く
形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工程
におけるマスク層及び開口部の形成を示す工程斜視図で
ある。

【図２】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工程
における第一導電型層の形成を示す工程斜視図である。

【図３】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工程
におけるアンドープ結晶層、活性層、及び第二導電型層
の形成を示す工程斜視図である。

【図４】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工程
におけるｐ側電極の形成を示す工程斜視図である。

【図５】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工程
における素子分離溝の形成を示す工程斜視図である。

【図６】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工程
におけるｎ側電極の形成を示す工程斜視図である。

【図７】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工程
におけるマスク層及び開口部の形成を示す工程斜視図で
ある。

【図８】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工程
における第一導電型層の形成を示す工程斜視図である。

【図９】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工程
におけるアンドープ結晶層、活性層、及び第二導電型層
の形成を示す工程斜視図である。

【図１０】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工
程におけるｐ側電極の形成を示す工程斜視図である。

【図１１】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工
程における素子分離溝の形成を示す工程斜視図である。

【図１２】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造工
程におけるｎ側電極の形成を示す工程斜視図である。

【符号の説明】

１０，３０基板１１，３１下地成長層１２，３２マスク層１３，３３開口部１４，３４第一導電型層１５，３６下側アンドープ結晶層１６，３７活性層１７．３８上側アンドープ結晶層１８，３９第二導電型層１９，４０ｐ側電極２０，４１素子分離溝２１，４２ｎ側電極３５稜線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土居正人東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者大畑豊治東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA44 CA05 CA40 CA46 CA65 CA74 CA75 CA76 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AF02 AF04 AF09 CA09 DA52 DA57 DA61 DB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に該基板の主面に対して傾斜した
傾斜結晶面を有する結晶層を形成し、前記傾斜結晶面に
平行な面内に延在する第一導電型層、活性層、及び第二
導電型層を前記結晶層に形成し、前記傾斜結晶面に平行
な面内に延在するアンドープ結晶層を前記活性層に近接
して前記結晶層に形成してなることを特徴とする半導体
発光素子。
【請求項２】前記結晶層はウルツ鉱型化合物半導体層
からなることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素
子。
【請求項３】前記ウルツ鉱型化合物半導体層は窒化物
系化合物半導体層であることを特徴とする請求項２記載
の半導体発光素子。
【請求項４】前記結晶層は下地成長層を介して前記基
板上に選択成長により形成されることを特徴とする請求
項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】前記選択成長は選択的に形成されたマス
ク層の開口部を利用して行われることを特徴とする請求
項４記載の半導体発光素子。
【請求項６】前記選択成長は前記結晶層が前記開口部
よりも横方向に広がって行われることを特徴とする請求
項４記載の半導体発光素子。
【請求項７】前記基板の主面はＣ面であることを特徴
とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項８】前記傾斜結晶面はＳ面及び（１１−２
２）面の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項
１記載の半導体発光素子。
【請求項９】前記結晶層は六角錘形状若しくは三角ス
トライプ形状であることを特徴とする請求項１記載の半
導体発光素子。
【請求項１０】前記三角ストライプ形状の稜線は［１
−１００］方向若しくは［１１−２０］方向であること
を特徴とする請求項９記載の半導体発光素子。
【請求項１１】前記第二導電型層はマグネシウム、亜
鉛、若しくはベリリウムがドープされることを特徴とす
る請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１２】前記アンドープ結晶層は１０Å以上１
００ｎｍ以下の厚みであることを特徴とする請求項１記
載の半導体発光素子。
【請求項１３】基板上に開口部を有するマスク層若し
くは結晶種層を形成する工程と、前記開口部若しくは前
記結晶種層から前記基板の主面に対して傾斜した傾斜結
晶面を有する結晶層を選択的に形成する工程と、前記傾
斜結晶面に平行な面内に延在する第一導電型層、活性
層、及び第二導電型層を前記結晶層に形成する工程と、
前記傾斜結晶面に平行な面内に延在するアンドープ結晶
層を前記活性層に近接して前記結晶層に形成する工程と
を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】前記結晶層はウルツ鉱型化合物半導体
層からなることを特徴とする請求項１３記載の半導体発
光素子の製造方法。
【請求項１５】前記ウルツ鉱型化合物半導体層は窒化
物系化合物半導体層であることを特徴とする請求項１４
記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】前記結晶層は下地成長層を介して前記
基板上に形成されることを特徴とする請求項１３記載の
半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】前記結晶層は前記開口部よりも横方向
に広がって成長したものであることを特徴とする請求項
１３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】前記基板の主面はＣ面であることを特
徴とする請求項１３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】前記傾斜結晶面はＳ面及び（１１−２
２）面の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項
１３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】前記結晶層は六角錘形状若しくは三角
ストライプ形状であることを特徴とする請求項１３記載
の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】前記三角ストライプ形状の稜線は［１
−１００］方向若しくは［１１−２０］方向であること
を特徴とする請求項２０記載の半導体発光素子の製造方
法。
【請求項２２】前記第二導電型層はマグネシウム、亜
鉛、若しくはベリリウムがドープされることを特徴とす
る請求項１３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】前記アンドープ結晶層は１０Å以上１
００ｎｍ以下の厚みであることを特徴とする請求項１３
記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】前記基板上に複数の半導体発光素子を
形成した後、各半導体発光素子毎に分離することを特徴
とする請求項１３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】分離した前記半導体発光素子の裏面に
一方の電極を形成することを特徴とする請求項２４記載
の半導体発光素子の製造方法。