発光素子の製造方法および発光素子
【課題】 結晶性を向上させることが可能な発光素子の製造方法および発光素子を提供する。
【解決手段】 本発明の発光素子１の製造方法は、窒化アルミニウムからなる多結晶基板２（２ａ）を酸素雰囲気中で加熱して多結晶基板２（２ａ）の表面を酸化させることによって、多結晶基板２（２ａ）の表面に酸窒化アルミニウムからなる酸化領域を形成する工程と、多結晶基板２（２ａ）を窒化アルミニウムの融点よりも低い温度であって酸窒化アルミニウムの融点よりも高い温度で加熱して酸化領域を溶解した後、多結晶基板２（２ａ）を酸窒化アルミ二ウムの融点よりも低い温度に冷却することによって、溶解した酸化領域を固化して緩衝層３を形成する工程と、緩衝層３上に窒化アルミニウムを含む光半導体層４を成長させる工程とを有している。これにより、緩衝層３上に成長させる光半導体層４の結晶性を向上させることができる。
【解決手段】 本発明の発光素子１の製造方法は、窒化アルミニウムからなる多結晶基板２（２ａ）を酸素雰囲気中で加熱して多結晶基板２（２ａ）の表面を酸化させることによって、多結晶基板２（２ａ）の表面に酸窒化アルミニウムからなる酸化領域を形成する工程と、多結晶基板２（２ａ）を窒化アルミニウムの融点よりも低い温度であって酸窒化アルミニウムの融点よりも高い温度で加熱して酸化領域を溶解した後、多結晶基板２（２ａ）を酸窒化アルミ二ウムの融点よりも低い温度に冷却することによって、溶解した酸化領域を固化して緩衝層３を形成する工程と、緩衝層３上に窒化アルミニウムを含む光半導体層４を成長させる工程とを有している。これにより、緩衝層３上に成長させる光半導体層４の結晶性を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の製造方法および発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を始めとする発光素子またはフォトダイオードを始めとする受光素子について、その層構成あるいはその層のうちの半導体層を基板上に積層させる方法が種々提案されている。特に、発光素子または受光素子に用いられる、窒化アルミニウムを用いた半導体層を、基板上に結晶成長させる場合には半導体層の結晶品質を向上させる必要があった。
【０００３】
そこで、基板上に窒化アルミニウムからなる半導体層を結晶成長させる技術として、例えば、サファイアの単結晶基板上に窒化アルミニウムからなる半導体層を成長させる技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004−281553号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された半導体層成長の技術によれば、サファイアからなる単結晶基板上に窒化アルミニウムからなる半導体層を成長させることから、窒化アルミニウムとサファイアの熱膨張係数が異なるため、窒化アルミニウムからなる半導体層の結晶性を向上させることが困難だった。
【０００６】
一方、基板として窒化アルミニウムの単結晶を用いた場合は、例えば直径１ｃｍ以上２ｃｍ以下程度と小径であり、１つの基板から取ることができる発光素子が少なく、生産性が低いという問題があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体層を成長させる際にクラックの発生を抑制することが可能な発光素子の製造方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、光半導体層で発光した光を平面方向に拡散させることが可能な発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法は、窒化アルミニウムからなる多結晶基板を酸素雰囲気中で加熱して該多結晶基板の表面を酸化させることによって、前記多結晶基板の前記表面に酸窒化アルミニウムからなる酸化領域を形成する工程と、前記多結晶基板を前記窒化アルミニウムの融点よりも低い温度であって前記酸窒化アルミニウムの融点よりも高い温度で加熱して前記酸化領域を溶解した後、前記多結晶基板を前記酸窒化アルミ二ウムの融点よりも低い温度に冷却することによって、溶解した前記酸化領域を固化して緩衝層を形成する工程と、前記緩衝層上に窒化アルミニウムを含む光半導体層を成長させる工程とを有する。
【０００９】
また、本発明の一実施形態にかかる発光素子は、窒化アルミニウムからなる多結晶基板と、該多結晶基板上に設けられた、前記窒化アルミニウムよりも低い屈折率を持つ酸窒化アルミニウムからなる緩衝層と、該緩衝層上に設けられた光半導体層とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法によれば、窒化アルミニウムの多結晶基板の表面を酸化させて溶解し、その後固化させることにより緩衝層を形成して、緩衝層上に窒化アルミニウムを含む光半導体層を成長させることから、多結晶基板上に発生する光半導体層のクラックを抑制した状態で形成することができる。
【００１１】
また、本発明の一実施形態にかかる発光素子によれば、窒化アルミニウムからなる多結晶基板および光半導体層の間に、窒化アルミニウムよりも低い屈折率を持つ酸窒化アルミニウムからなる緩衝層が設けられていることから、光半導体層で発光した光を、厚み方向と垂直な平面方向に拡散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法によって製造された発光素子の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる発光素子を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図３】本発明の変形例にかかる発光素子を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法に用いる多結晶基板を示す図である。
【図５】本発明の発光素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図６】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【図７】本発明の変形例にかかる発光素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図８】本発明の変形例にかかる発光素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図９】本発明の変形例にかかる発光素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態の例について図を参照しながら説明する。
【００１４】
本発明は以下の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を施すことができる。
【００１５】
＜発光素子＞
図１は本発明の実施の形態の一例の発光素子１の斜視図であり、図２は図１に示す発光素子１の断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。発光素子１は、図１および図２に示すように、多結晶基板２、緩衝層３および光半導体層４を有する。本例において、発光素子１の外部は、屈折率が、例えば１の空気に設定されている。
【００１６】
多結晶基板２は、窒化アルミニウムの多結晶体によって構成されている。多結晶体は、窒化アルミニウムの単結晶を複数有するように構成される。窒化アルミニウムの単結晶は、直径が、例えば0.1μｍ以上10μｍ以下となるように設定することができる。また、窒
化アルミニウムの単結晶同士の間には小さな空間である結晶粒界を有している。多結晶基板２は、平面視形状が例えば四角形状などの多角形状または円形状などに設定することができる。多結晶基板２は、厚みが、例えば１μｍ以上1500μｍ以下に設定される。
【００１７】
多結晶基板２の主面２Ａ上には、緩衝層３が設けられている。緩衝層３は、窒化アルミニウムよりも低い屈折率を持つ酸窒化アルミニウムから構成されている。ここで、窒化アルミニウムの屈折率が例えば2.05以上2.15以下となるように設定されることから、酸窒化
アルミニウムの屈折率は、例えば1.74以上1.85以下となるように設定されている。緩衝層３は、厚みが例えば0.01μｍ以上２μｍ以下となるように設定されている。
【００１８】
緩衝層３上には、窒化アルミニウムを含む光半導体層４が設けられている。本例では、複数の半導体層として、第１半導体層４ａ、発光層４ｂおよび第２半導体層４ｃを用いた場合について説明する。
【００１９】
第１半導体層４ａは、厚みが0.3μｍ以上８μｍ以下に設定されている。第１半導体層
４ａには、導電型を付与するために、例えばシリコンなどが添加されている。このようにシリコンを添加することにより、第１半導体層４ａ内において電子を多数キャリアとすることができる。
【００２０】
発光層４ｂは、第１半導体層４ａ上に設けられている。発光層４ｂは、禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層とからなる量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された、多層量子井戸構造（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）を用いることができる。障
壁層および井戸層としては、アルミニウム、インジウムおよびガリウムのうち少なくとも一方を含む窒化物からなる混晶においてインジウムとガリウムとの組成比を調整したものを用いることができる。このように構成された発光層４ｂは、例えば250ｎｍ以上400ｎｍ以下の波長の光を発光することができる。
【００２１】
第２半導体層４ｃは、発光層４ｂ上に設けられている。第１半導体層４ａとは逆導電型を示すように設定されている。第２半導体層４ｃに第１半導体層４ａとは逆導電型を付与する方法としては、例えばマグネシウムを不純物として添加する方法を用いることができる。このように第２半導体層４ｃにはマグネシウムを添加することにより、正孔を多数キャリアとすることができる。
【００２２】
光半導体層４には、一対の電極５が配置されている。一対の電極５は、第１半導体層４と電気的に接続される第１電極５ａ、および第２半導体層４ｃと電気的に接続される第２電極５ｂを有している。このように光半導体層４に設けられた一対の電極５によって、光半導体層４に電圧が印加され、発光するようになる。
【００２３】
本例の発光素子１は、上述した通り、多結晶基板２と光半導体層４との間に、光半導体層４よりも屈折率が低い緩衝層３が設けられている。そのため、光半導体層４内で発生した光を、光半導体層４と緩衝層３との境界面において、入射角よりも屈折角が大きくなるようにすることができることから、厚み方向とは垂直な平面方向に拡散させることができる。その結果、発光素子１で発光した光の強度分布について、光半導体層４の平面方向におけるばらつきを小さくすることができる。
【００２４】
（発光素子の変形例１）
多結晶基板２と緩衝層３との間に結晶粒界による凹部２’を有していてもよい。具体的には、図３に示すように、多結晶基板２と緩衝層３との間に凹部２’を有するとともに、当該凹部２’内に緩衝層３の一部が埋設されている。これにより、多結晶基板２光半導体層４で発光した光が、緩衝層３を経由して、多結晶基板２に入射する際に、凹部２’を有することから、緩衝層３と多結晶基板２との間で反射されにくくすることができる。その結果、発光素子１の光取出し効率を向上させることができる。
【００２５】
（発光素子の変形例２）
緩衝層３は、酸窒化アルミニウムの微粒子などを含むように構成されていてもよい。このような微粒子は、酸窒化アルミニウムの結晶体または非晶質体によって構成される。ここで、微粒子とは、直径が、例えば１ｎｍ以上１μｍ以下程度のものを指す。
【００２６】
このように、緩衝層３が微粒子によって構成されていることにより、緩衝層３に入射した光が緩衝層３によって乱拡散されやすくなり、厚み方向と垂直な平面方向により多く拡散させることができる。その結果、発光素子１で発光した光の強度分布について、光半導体層４の平面方向におけるばらつきをさらに小さくすることができる。
【００２７】
＜発光素子の製造方法＞
図４−図７は、それぞれ発光素子１の製造工程を示す断面図であり、いずれも図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。上述した発光素子１と重複する部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
続いて、本発明の実施の形態の発光素子１の製造方法を説明する。本発明の実施の形態の発光素子１に係る製造方法は、単結晶基板を準備する工程、光半導体層を成長させる工程を有している。
【００２９】
（多結晶基板の表面に酸化領域を形成する工程）
多結晶基板２の表面２Ａに酸化領域を形成する工程について、図４および図５を参照しつつ説明する。
【００３０】
多結晶基板２は、図４に示すように、窒化アルミニウムの複数の単結晶７からなる多結晶によって構成されている。図４は多結晶基板２を示す図であり、（ａ）は多結晶基板２を主面２Ａ側から平面視した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ’線で切断したときの断面図に相当する。
【００３１】
窒化アルミニウムの単結晶７同士の間には小さな空間である結晶粒界を有している。このような結晶粒界によって多結晶基板２の主面２Ａには凹部２’を有している。多結晶基板２は、平面視形状を例えば四角形状などの多角形状または円形状などに設定することができる。多結晶基板２は、厚みが例えば１μｍ以上1500μｍ以下に設定される。また、多結晶基板２は、主面２Ａを有している。なお、図４（ｂ）において、主面は２Ａは、点線で示しており、略同一平面上にある面を指す。なお、略同一平面とは、ある特定の位置から厚み方向に１μｍ以内の範囲に収まる面を含むものである。
【００３２】
多結晶基板２としては、窒化アルミニウム質焼結体などを用いることができる。また、このように多結晶基板２として焼結体を用いた場合には、多結晶基板２を構成する窒化アルミニウム単結晶の粒径などを調整することができる。このように多結晶基板２の構成を変化させる方法としては、例えば、窒化アルミニウムを焼結する際に用いる焼結助剤、焼結方法、焼結条件、添加剤または結晶の配向性等を変化させる方法などを用いることができる。
【００３３】
また、このように窒化アルミニウムの焼結条件を変化させる方法を用いることにより、窒化アルミニウム単結晶の粒径を、例えば0.1μｍ以上10μｍ以下となるように調整する
ことができる。このように窒化アルミニウム単結晶の粒径を調整することにより、結晶粒界の大きさを制御することができる。結晶粒界の大きさは、直径または間隔が、例えば0.01μｍ以上２μｍ以下となるように設定することができる。
【００３４】
本例の多結晶基板２は主面２Ａに結晶粒界を有することにより、多結晶基板２の主面２Ａが露出するとともに、結晶粒界によって露出した多結晶基板２の凹部２’が露出している。そのため、多結晶基板２の主面２Ａ側は、凹部２’によって凸凹な状態になっている。多結晶基板２の凹部２’は、底部から頂部までの高さが、例えば１ｎｍ以上１μｍ以下となるように設定されている。以後の説明において、多結晶基板２の主面２Ａおよび凹部
２’を、総じて多結晶基板２の表面２Ａ’と称することがある。
【００３５】
このような多結晶基板２を、酸素雰囲気中で加熱することにより、多結晶基板２の一部を酸化させる。具体的には、図５に示すように、多結晶基板２の表面２Ａ’を全体に渡って酸化することにより、多結晶基板２の表面２Ａ’を酸化領域６とする。多結晶基板２を加熱する第１温度は、例えば400℃以上1800℃以下となるように設定することができる。
ここで、酸素雰囲気とは、一酸化炭素（ＣＯ）などを含む雰囲気でも良く、さらに窒素（Ｎ２）またはアンモニア（ＮＨ３）等が含まれていてもよい。
【００３６】
本例においては、多結晶基板２の主面２Ａに結晶粒界による凹部２’を有していることから、多結晶基板２内に酸素が侵入しやすくなっており、多結晶基板２の表面２Ａ’が酸化されやすくすることができる。
【００３７】
多結晶基板２を加熱する際の第１温度としては、多結晶基板２の基板温度を用いればよい。多結晶基板２の基板温度は、例えば、多結晶基板２の基板温度を制御するヒーター温度、および多結晶基板２の基板温度を測定するサセプター温度について、多結晶基板２にレーザを照射して、反射した光を測定することによって基板温度を測定する照射温度計の温度を用いることができる。なお、サセプターは、多結晶基板２の表面２Ａ’以外の面と接するように配置すればよい。
【００３８】
一方、第１温度として、光半導体層４を結晶成長させるための密封された成長装置内の温度を用いてもよい。成長装置内における温度を測定する方法としては、例えば、成長装置内に熱電対を配置して測定する方法または成長容器外から放射温度計で測定する方法などを用いることができる。
【００３９】
（緩衝層を形成する工程）
次に、緩衝層３を形成する工程について説明する。
【００４０】
酸化領域６を形成した多結晶基板２を、第２温度で加熱することによって酸化領域６を溶解する。第２温度は、窒化アルミニウムの融点よりも低い温度であって、酸窒化アルミニウムの融点よりも高い温度となるように設定すればよく、例えば1850℃以上2150℃以下となるように設定されている。
【００４１】
このように酸化領域６を第２温度で加熱することにより、多結晶基板２の酸化領域６以外の窒化アルミニウムからなる領域は溶解しにくくした状態で、酸化領域６の多結晶基板２を溶解することができる。このように酸化領域６の多結晶基板２を溶解することにより、酸窒化アルミニウムを含む中間体を形成することができる。なお、中間体には、酸化アルミニウムを一部含んでいてもよい。ここで、溶解とは、例えば多結晶基板２が溶ける場合、多結晶基板２が酸化されることにより再構成される場合を含むものである。
【００４２】
さらに、中間体が形成された付近の多結晶基板２にも、多結晶基板２の酸化・溶解が進行するようになる。そのため、酸化領域６を形成した多結晶基板２を加熱する加熱時間を長くすることにより、多結晶基板２の溶解が進行して、中間体を大きくすることができる。
【００４３】
その後、中間体を形成した多結晶基板２を、第３温度に冷却することにより、多結晶基板２が溶解した中間体を固化させて緩衝層３を形成することができる。第３温度は、酸窒化アルミニウムの融点よりも低い温度に設定すればよく、例えば15℃以上1500℃に設定することができる。なお、以下の説明において、多結晶基板２の緩衝層３以外の部分を、多結晶基板２の残余部分２ａと称することがある。
【００４４】
（光半導体層を成長させる工程）
次に、緩衝層３上に光半導体層を成長させる工程について、図６に示す。光半導体層４としては、窒化アルミニウムを含む材料を用いることができる。光半導体層４は、第１半導体層４ａ、発光層４ｂおよび第２半導体層４ｃを有している。なお、第１半導体層４ａは、凹部２’を埋めるように成長されている。
【００４５】
緩衝層３の上面３Ａに第１半導体層３を成長させる方法としては、分子線エピタキシャル法、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長法またはパルスレーザデポジション法などを用いることができる。光半導体層４の成長時における温度は、窒化アルミニウムの融点および酸窒化アルミニウムの融点よりも低い温度である第４温度であればよく、例えば800℃以上1800℃以下となるように設定することができる。
【００４６】
本例の発光素子１の製造方法は、多結晶基板２に、緩衝層３を形成した後、当該緩衝層３上に光半導体層４を成長させる。そのため、緩衝層３上に光半導体層３を成長させる際に、光半導体層４と多結晶基板２の残余部分２ａとの間で発生する熱応力を緩衝層３で緩和することができる。その結果、光半導体層４内に発生する転位またはクラック等を抑制することができるため、光半導体層４の結晶性が向上することにより、発光素子１の発光効率を向上させることができる。
【００４７】
また、本例の多結晶基板２は、結晶粒界を有していることから、多結晶基板２の主面２Ａだけでなく結晶粒界によって多結晶基板２の一部が露出した凹部２’を有している。そのため、多結晶基板２の主面２Ａからだけでなく、凹部２’からも酸化領域６を形成しやすくすることができ、多結晶基板２の表面２Ａ’の反応が進行しやすくすることができる。その結果、多結晶基板２の主面２Ａ側に、平坦な緩衝層３を形成しやすくすることができる。
【００４８】
また、酸窒化アルミニウムを含む緩衝層３上に光半導体層４を成長させることから、光半導体層４と緩衝層３との熱膨張係数の差を小さくすることができるため、緩衝層３と光半導体層４との間で発生する熱応力を小さくすることができる。さらに、緩衝層３として酸窒化アルミニウムを含む材料を用いることから、緩衝層３と多結晶基板２の残余部分２ａとの熱膨張係数の差を小さくすることができ、緩衝層３と多結晶基板２の残余部分２ａとの間で発生する熱応力を小さくすることができる。
【００４９】
そのため、このような緩衝層３上に光半導体層３を形成した場合は、平坦な緩衝層３上に半導体層を成長させることから、クラックまたは転位の発生を抑制することができ、光半導体層４の結晶性を向上させることができる。
【００５０】
さらに、多結晶基板２の表面２Ａ’には、窒化アルミニウムを溶解・固化することによって緩衝層３が設けられているため、配向性を考慮せずに光半導体層４を緩衝層３上に成長させた場合でも、当該緩衝層３によって多結晶基板２の残余部分２ａと光半導体層４との間に発生する応力を緩和することができる。
【００５１】
一方、仮に、多結晶基板の表面上に、緩衝層を設けずに光半導体層を成長させた場合には、多結晶基板の上面には結晶粒界の一部が露出していることから、光半導体層内にクラック、転位または凹部等が発生しやすくなり、光半導体層の結晶性を向上させることが困難であった。さらに、多結晶基板上に光半導体層を成長させる場合には、多結晶基板を構成する単結晶の結晶配向が一定方向ではないことから、多結晶基板上に光半導体層を成長させることが困難であった。
【００５２】
（発光素子の製造方法の変形例１）
緩衝層３を形成する工程において、緩衝層３の上面３Ａを平坦化してもよい。具体的には、酸化領域６をさらに加熱する際に、図７に示すように、酸化領域６付近の多結晶基板２の残余部分２ａに酸化反応を促進させて、中間体を大きくすることにより、凹部２’を中間体によって埋設すればよい。この後、中間体を冷却させることにより、図８に示すように、緩衝層３の上面３Ａを平坦化することができる。なお、多結晶基板２の残余部分２ａにおける酸化反応を促進させることにより、中間体を溶解した場合、かかる中間体を冷却して固化させることにより緩衝層３を平坦化してもよい。
【００５３】
このように平坦化された緩衝層３の上面３Ａに、光半導体層４を成長させることにより、緩衝層３の上面３Ａからの不要な転位が延びることを抑制することができるため、光半導体層４の結晶性を向上させることができる。
【００５４】
（発光素子の製造方法の変形例２）
緩衝層３を形成する工程において、図９に示すように、酸化領域６を形成した多結晶基板２を保持体８に配置し、保持体８によって多結晶基板２を一定方向Ｃに回転させた状態で加熱してもよい。このように多結晶基板２を回転させながら加熱して酸化領域６を溶解させた場合には、中間体の平面方向における平坦性を向上させることができる。多結晶基板２を回転させる際の回転速度は、例えば10ｒｐｍ以上3500ｒｐｍ以下に設定すればよい。
【００５５】
緩衝層３を形成する工程において、中間体を冷却させる場合に、多結晶基板２を回転させながら冷却してもよい。多結晶基板２を回転させながら冷却することにより、中間体の平坦性を維持しつつ固化させることができる。これにより、緩衝層３の平坦性を向上させることができる。
【００５６】
このように緩衝層３の平坦性を向上させることにより、緩衝層３上に形成する光半導体層４の結晶性を向上させることができるため、光半導体層４で発光する光の発光効率を向上させることができる。
【００５７】
さらに、緩衝層３を形成する工程において、工程全体に渡って多結晶基板２を回転させ続けてもよい。このように工程全体に渡って多結晶基板２を回転させ続けることにより、緩衝層３の平坦性をさらに向上させることができる。
【００５８】
（発光素子の製造方法の変形例３）
緩衝層３を形成する工程において、酸素または一酸化炭素を供給しながら多結晶基板２を加熱してもよい。酸素を供給しながら多結晶基板２を加熱することにより、多結晶基板２の酸化領域６を溶解させた後も、多結晶基板２を酸化・溶解しやすくすることができる。これにより、緩衝層３の厚みをさらに厚くすることができる。そのため、多結晶基板２の加熱時間または酸素濃度を調整することにより、緩衝層３の厚みを調整することができる。
【００５９】
（発光素子の製造方法の変形例４）
緩衝層３を形成する工程を、酸化領域６を形成する工程における酸素雰囲気の第１圧力よりも高い第２圧力の雰囲気中で行なってもよい。第２圧力は、例えば第１圧力の1.1倍
以上1.6倍以下の圧力に設定することができる。このように緩衝層３を形成する工程の第
２圧力を第１圧力よりも高くすることにより、多結晶基板２に酸素が侵入しやすくなり、多結晶基板２を酸化させやすくすることができる。
【００６０】
（発光素子の製造方法の変形例５）
緩衝層３を形成する工程の後、緩衝層３の上面３Ａを研磨してもよい。緩衝層３の上面３Ａを研磨する方法としては、機械的・化学的研磨法などを用いることができる。このように緩衝層３を平坦化することにより、緩衝層３の上面３Ａに成長させる光半導体層４の結晶性を向上させることができる。
【００６１】
（発光素子の製造方法の変形例６）
光半導体層を成長させる工程は、緩衝層３に凹部２’を有する場合には、光半導体層を成長させる際に、凹部２’を利用してファセットを形成することによって横方向成長させてもよい。このように光半導体層４を横方向成長させた場合には、光半導体層４の厚み方向に延びる転位を少なくすることができるため、光半導体層４の発光効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 発光素子
２ 多結晶基板
２Ａ 主面
２Ａ’ 表面
２ａ 残余部分
２’ 凹部
３ 緩衝層
３Ａ 上面
４ 光半導体層
４ａ 第１半導体層
４ｂ 発光層
４ｃ 第２半導体層
５ 一対の電極
５ａ 第１電極
５ｂ 第２電極
６ 酸化領域
７ 単結晶
８ 保持体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の製造方法および発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を始めとする発光素子またはフォトダイオードを始めとする受光素子について、その層構成あるいはその層のうちの半導体層を基板上に積層させる方法が種々提案されている。特に、発光素子または受光素子に用いられる、窒化アルミニウムを用いた半導体層を、基板上に結晶成長させる場合には半導体層の結晶品質を向上させる必要があった。
【０００３】
そこで、基板上に窒化アルミニウムからなる半導体層を結晶成長させる技術として、例えば、サファイアの単結晶基板上に窒化アルミニウムからなる半導体層を成長させる技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004−281553号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された半導体層成長の技術によれば、サファイアからなる単結晶基板上に窒化アルミニウムからなる半導体層を成長させることから、窒化アルミニウムとサファイアの熱膨張係数が異なるため、窒化アルミニウムからなる半導体層の結晶性を向上させることが困難だった。
【０００６】
一方、基板として窒化アルミニウムの単結晶を用いた場合は、例えば直径１ｃｍ以上２ｃｍ以下程度と小径であり、１つの基板から取ることができる発光素子が少なく、生産性が低いという問題があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体層を成長させる際にクラックの発生を抑制することが可能な発光素子の製造方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、光半導体層で発光した光を平面方向に拡散させることが可能な発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法は、窒化アルミニウムからなる多結晶基板を酸素雰囲気中で加熱して該多結晶基板の表面を酸化させることによって、前記多結晶基板の前記表面に酸窒化アルミニウムからなる酸化領域を形成する工程と、前記多結晶基板を前記窒化アルミニウムの融点よりも低い温度であって前記酸窒化アルミニウムの融点よりも高い温度で加熱して前記酸化領域を溶解した後、前記多結晶基板を前記酸窒化アルミ二ウムの融点よりも低い温度に冷却することによって、溶解した前記酸化領域を固化して緩衝層を形成する工程と、前記緩衝層上に窒化アルミニウムを含む光半導体層を成長させる工程とを有する。
【０００９】
また、本発明の一実施形態にかかる発光素子は、窒化アルミニウムからなる多結晶基板と、該多結晶基板上に設けられた、前記窒化アルミニウムよりも低い屈折率を持つ酸窒化アルミニウムからなる緩衝層と、該緩衝層上に設けられた光半導体層とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法によれば、窒化アルミニウムの多結晶基板の表面を酸化させて溶解し、その後固化させることにより緩衝層を形成して、緩衝層上に窒化アルミニウムを含む光半導体層を成長させることから、多結晶基板上に発生する光半導体層のクラックを抑制した状態で形成することができる。
【００１１】
また、本発明の一実施形態にかかる発光素子によれば、窒化アルミニウムからなる多結晶基板および光半導体層の間に、窒化アルミニウムよりも低い屈折率を持つ酸窒化アルミニウムからなる緩衝層が設けられていることから、光半導体層で発光した光を、厚み方向と垂直な平面方向に拡散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法によって製造された発光素子の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる発光素子を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図３】本発明の変形例にかかる発光素子を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法に用いる多結晶基板を示す図である。
【図５】本発明の発光素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図６】本発明の一実施形態にかかる発光素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【図７】本発明の変形例にかかる発光素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図８】本発明の変形例にかかる発光素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図９】本発明の変形例にかかる発光素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態の例について図を参照しながら説明する。
【００１４】
本発明は以下の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を施すことができる。
【００１５】
＜発光素子＞
図１は本発明の実施の形態の一例の発光素子１の斜視図であり、図２は図１に示す発光素子１の断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。発光素子１は、図１および図２に示すように、多結晶基板２、緩衝層３および光半導体層４を有する。本例において、発光素子１の外部は、屈折率が、例えば１の空気に設定されている。
【００１６】
多結晶基板２は、窒化アルミニウムの多結晶体によって構成されている。多結晶体は、窒化アルミニウムの単結晶を複数有するように構成される。窒化アルミニウムの単結晶は、直径が、例えば0.1μｍ以上10μｍ以下となるように設定することができる。また、窒
化アルミニウムの単結晶同士の間には小さな空間である結晶粒界を有している。多結晶基板２は、平面視形状が例えば四角形状などの多角形状または円形状などに設定することができる。多結晶基板２は、厚みが、例えば１μｍ以上1500μｍ以下に設定される。
【００１７】
多結晶基板２の主面２Ａ上には、緩衝層３が設けられている。緩衝層３は、窒化アルミニウムよりも低い屈折率を持つ酸窒化アルミニウムから構成されている。ここで、窒化アルミニウムの屈折率が例えば2.05以上2.15以下となるように設定されることから、酸窒化
アルミニウムの屈折率は、例えば1.74以上1.85以下となるように設定されている。緩衝層３は、厚みが例えば0.01μｍ以上２μｍ以下となるように設定されている。
【００１８】
緩衝層３上には、窒化アルミニウムを含む光半導体層４が設けられている。本例では、複数の半導体層として、第１半導体層４ａ、発光層４ｂおよび第２半導体層４ｃを用いた場合について説明する。
【００１９】
第１半導体層４ａは、厚みが0.3μｍ以上８μｍ以下に設定されている。第１半導体層
４ａには、導電型を付与するために、例えばシリコンなどが添加されている。このようにシリコンを添加することにより、第１半導体層４ａ内において電子を多数キャリアとすることができる。
【００２０】
発光層４ｂは、第１半導体層４ａ上に設けられている。発光層４ｂは、禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層とからなる量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された、多層量子井戸構造（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）を用いることができる。障
壁層および井戸層としては、アルミニウム、インジウムおよびガリウムのうち少なくとも一方を含む窒化物からなる混晶においてインジウムとガリウムとの組成比を調整したものを用いることができる。このように構成された発光層４ｂは、例えば250ｎｍ以上400ｎｍ以下の波長の光を発光することができる。
【００２１】
第２半導体層４ｃは、発光層４ｂ上に設けられている。第１半導体層４ａとは逆導電型を示すように設定されている。第２半導体層４ｃに第１半導体層４ａとは逆導電型を付与する方法としては、例えばマグネシウムを不純物として添加する方法を用いることができる。このように第２半導体層４ｃにはマグネシウムを添加することにより、正孔を多数キャリアとすることができる。
【００２２】
光半導体層４には、一対の電極５が配置されている。一対の電極５は、第１半導体層４と電気的に接続される第１電極５ａ、および第２半導体層４ｃと電気的に接続される第２電極５ｂを有している。このように光半導体層４に設けられた一対の電極５によって、光半導体層４に電圧が印加され、発光するようになる。
【００２３】
本例の発光素子１は、上述した通り、多結晶基板２と光半導体層４との間に、光半導体層４よりも屈折率が低い緩衝層３が設けられている。そのため、光半導体層４内で発生した光を、光半導体層４と緩衝層３との境界面において、入射角よりも屈折角が大きくなるようにすることができることから、厚み方向とは垂直な平面方向に拡散させることができる。その結果、発光素子１で発光した光の強度分布について、光半導体層４の平面方向におけるばらつきを小さくすることができる。
【００２４】
（発光素子の変形例１）
多結晶基板２と緩衝層３との間に結晶粒界による凹部２’を有していてもよい。具体的には、図３に示すように、多結晶基板２と緩衝層３との間に凹部２’を有するとともに、当該凹部２’内に緩衝層３の一部が埋設されている。これにより、多結晶基板２光半導体層４で発光した光が、緩衝層３を経由して、多結晶基板２に入射する際に、凹部２’を有することから、緩衝層３と多結晶基板２との間で反射されにくくすることができる。その結果、発光素子１の光取出し効率を向上させることができる。
【００２５】
（発光素子の変形例２）
緩衝層３は、酸窒化アルミニウムの微粒子などを含むように構成されていてもよい。このような微粒子は、酸窒化アルミニウムの結晶体または非晶質体によって構成される。ここで、微粒子とは、直径が、例えば１ｎｍ以上１μｍ以下程度のものを指す。
【００２６】
このように、緩衝層３が微粒子によって構成されていることにより、緩衝層３に入射した光が緩衝層３によって乱拡散されやすくなり、厚み方向と垂直な平面方向により多く拡散させることができる。その結果、発光素子１で発光した光の強度分布について、光半導体層４の平面方向におけるばらつきをさらに小さくすることができる。
【００２７】
＜発光素子の製造方法＞
図４−図７は、それぞれ発光素子１の製造工程を示す断面図であり、いずれも図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。上述した発光素子１と重複する部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
続いて、本発明の実施の形態の発光素子１の製造方法を説明する。本発明の実施の形態の発光素子１に係る製造方法は、単結晶基板を準備する工程、光半導体層を成長させる工程を有している。
【００２９】
（多結晶基板の表面に酸化領域を形成する工程）
多結晶基板２の表面２Ａに酸化領域を形成する工程について、図４および図５を参照しつつ説明する。
【００３０】
多結晶基板２は、図４に示すように、窒化アルミニウムの複数の単結晶７からなる多結晶によって構成されている。図４は多結晶基板２を示す図であり、（ａ）は多結晶基板２を主面２Ａ側から平面視した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ’線で切断したときの断面図に相当する。
【００３１】
窒化アルミニウムの単結晶７同士の間には小さな空間である結晶粒界を有している。このような結晶粒界によって多結晶基板２の主面２Ａには凹部２’を有している。多結晶基板２は、平面視形状を例えば四角形状などの多角形状または円形状などに設定することができる。多結晶基板２は、厚みが例えば１μｍ以上1500μｍ以下に設定される。また、多結晶基板２は、主面２Ａを有している。なお、図４（ｂ）において、主面は２Ａは、点線で示しており、略同一平面上にある面を指す。なお、略同一平面とは、ある特定の位置から厚み方向に１μｍ以内の範囲に収まる面を含むものである。
【００３２】
多結晶基板２としては、窒化アルミニウム質焼結体などを用いることができる。また、このように多結晶基板２として焼結体を用いた場合には、多結晶基板２を構成する窒化アルミニウム単結晶の粒径などを調整することができる。このように多結晶基板２の構成を変化させる方法としては、例えば、窒化アルミニウムを焼結する際に用いる焼結助剤、焼結方法、焼結条件、添加剤または結晶の配向性等を変化させる方法などを用いることができる。
【００３３】
また、このように窒化アルミニウムの焼結条件を変化させる方法を用いることにより、窒化アルミニウム単結晶の粒径を、例えば0.1μｍ以上10μｍ以下となるように調整する
ことができる。このように窒化アルミニウム単結晶の粒径を調整することにより、結晶粒界の大きさを制御することができる。結晶粒界の大きさは、直径または間隔が、例えば0.01μｍ以上２μｍ以下となるように設定することができる。
【００３４】
本例の多結晶基板２は主面２Ａに結晶粒界を有することにより、多結晶基板２の主面２Ａが露出するとともに、結晶粒界によって露出した多結晶基板２の凹部２’が露出している。そのため、多結晶基板２の主面２Ａ側は、凹部２’によって凸凹な状態になっている。多結晶基板２の凹部２’は、底部から頂部までの高さが、例えば１ｎｍ以上１μｍ以下となるように設定されている。以後の説明において、多結晶基板２の主面２Ａおよび凹部
２’を、総じて多結晶基板２の表面２Ａ’と称することがある。
【００３５】
このような多結晶基板２を、酸素雰囲気中で加熱することにより、多結晶基板２の一部を酸化させる。具体的には、図５に示すように、多結晶基板２の表面２Ａ’を全体に渡って酸化することにより、多結晶基板２の表面２Ａ’を酸化領域６とする。多結晶基板２を加熱する第１温度は、例えば400℃以上1800℃以下となるように設定することができる。
ここで、酸素雰囲気とは、一酸化炭素（ＣＯ）などを含む雰囲気でも良く、さらに窒素（Ｎ２）またはアンモニア（ＮＨ３）等が含まれていてもよい。
【００３６】
本例においては、多結晶基板２の主面２Ａに結晶粒界による凹部２’を有していることから、多結晶基板２内に酸素が侵入しやすくなっており、多結晶基板２の表面２Ａ’が酸化されやすくすることができる。
【００３７】
多結晶基板２を加熱する際の第１温度としては、多結晶基板２の基板温度を用いればよい。多結晶基板２の基板温度は、例えば、多結晶基板２の基板温度を制御するヒーター温度、および多結晶基板２の基板温度を測定するサセプター温度について、多結晶基板２にレーザを照射して、反射した光を測定することによって基板温度を測定する照射温度計の温度を用いることができる。なお、サセプターは、多結晶基板２の表面２Ａ’以外の面と接するように配置すればよい。
【００３８】
一方、第１温度として、光半導体層４を結晶成長させるための密封された成長装置内の温度を用いてもよい。成長装置内における温度を測定する方法としては、例えば、成長装置内に熱電対を配置して測定する方法または成長容器外から放射温度計で測定する方法などを用いることができる。
【００３９】
（緩衝層を形成する工程）
次に、緩衝層３を形成する工程について説明する。
【００４０】
酸化領域６を形成した多結晶基板２を、第２温度で加熱することによって酸化領域６を溶解する。第２温度は、窒化アルミニウムの融点よりも低い温度であって、酸窒化アルミニウムの融点よりも高い温度となるように設定すればよく、例えば1850℃以上2150℃以下となるように設定されている。
【００４１】
このように酸化領域６を第２温度で加熱することにより、多結晶基板２の酸化領域６以外の窒化アルミニウムからなる領域は溶解しにくくした状態で、酸化領域６の多結晶基板２を溶解することができる。このように酸化領域６の多結晶基板２を溶解することにより、酸窒化アルミニウムを含む中間体を形成することができる。なお、中間体には、酸化アルミニウムを一部含んでいてもよい。ここで、溶解とは、例えば多結晶基板２が溶ける場合、多結晶基板２が酸化されることにより再構成される場合を含むものである。
【００４２】
さらに、中間体が形成された付近の多結晶基板２にも、多結晶基板２の酸化・溶解が進行するようになる。そのため、酸化領域６を形成した多結晶基板２を加熱する加熱時間を長くすることにより、多結晶基板２の溶解が進行して、中間体を大きくすることができる。
【００４３】
その後、中間体を形成した多結晶基板２を、第３温度に冷却することにより、多結晶基板２が溶解した中間体を固化させて緩衝層３を形成することができる。第３温度は、酸窒化アルミニウムの融点よりも低い温度に設定すればよく、例えば15℃以上1500℃に設定することができる。なお、以下の説明において、多結晶基板２の緩衝層３以外の部分を、多結晶基板２の残余部分２ａと称することがある。
【００４４】
（光半導体層を成長させる工程）
次に、緩衝層３上に光半導体層を成長させる工程について、図６に示す。光半導体層４としては、窒化アルミニウムを含む材料を用いることができる。光半導体層４は、第１半導体層４ａ、発光層４ｂおよび第２半導体層４ｃを有している。なお、第１半導体層４ａは、凹部２’を埋めるように成長されている。
【００４５】
緩衝層３の上面３Ａに第１半導体層３を成長させる方法としては、分子線エピタキシャル法、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長法またはパルスレーザデポジション法などを用いることができる。光半導体層４の成長時における温度は、窒化アルミニウムの融点および酸窒化アルミニウムの融点よりも低い温度である第４温度であればよく、例えば800℃以上1800℃以下となるように設定することができる。
【００４６】
本例の発光素子１の製造方法は、多結晶基板２に、緩衝層３を形成した後、当該緩衝層３上に光半導体層４を成長させる。そのため、緩衝層３上に光半導体層３を成長させる際に、光半導体層４と多結晶基板２の残余部分２ａとの間で発生する熱応力を緩衝層３で緩和することができる。その結果、光半導体層４内に発生する転位またはクラック等を抑制することができるため、光半導体層４の結晶性が向上することにより、発光素子１の発光効率を向上させることができる。
【００４７】
また、本例の多結晶基板２は、結晶粒界を有していることから、多結晶基板２の主面２Ａだけでなく結晶粒界によって多結晶基板２の一部が露出した凹部２’を有している。そのため、多結晶基板２の主面２Ａからだけでなく、凹部２’からも酸化領域６を形成しやすくすることができ、多結晶基板２の表面２Ａ’の反応が進行しやすくすることができる。その結果、多結晶基板２の主面２Ａ側に、平坦な緩衝層３を形成しやすくすることができる。
【００４８】
また、酸窒化アルミニウムを含む緩衝層３上に光半導体層４を成長させることから、光半導体層４と緩衝層３との熱膨張係数の差を小さくすることができるため、緩衝層３と光半導体層４との間で発生する熱応力を小さくすることができる。さらに、緩衝層３として酸窒化アルミニウムを含む材料を用いることから、緩衝層３と多結晶基板２の残余部分２ａとの熱膨張係数の差を小さくすることができ、緩衝層３と多結晶基板２の残余部分２ａとの間で発生する熱応力を小さくすることができる。
【００４９】
そのため、このような緩衝層３上に光半導体層３を形成した場合は、平坦な緩衝層３上に半導体層を成長させることから、クラックまたは転位の発生を抑制することができ、光半導体層４の結晶性を向上させることができる。
【００５０】
さらに、多結晶基板２の表面２Ａ’には、窒化アルミニウムを溶解・固化することによって緩衝層３が設けられているため、配向性を考慮せずに光半導体層４を緩衝層３上に成長させた場合でも、当該緩衝層３によって多結晶基板２の残余部分２ａと光半導体層４との間に発生する応力を緩和することができる。
【００５１】
一方、仮に、多結晶基板の表面上に、緩衝層を設けずに光半導体層を成長させた場合には、多結晶基板の上面には結晶粒界の一部が露出していることから、光半導体層内にクラック、転位または凹部等が発生しやすくなり、光半導体層の結晶性を向上させることが困難であった。さらに、多結晶基板上に光半導体層を成長させる場合には、多結晶基板を構成する単結晶の結晶配向が一定方向ではないことから、多結晶基板上に光半導体層を成長させることが困難であった。
【００５２】
（発光素子の製造方法の変形例１）
緩衝層３を形成する工程において、緩衝層３の上面３Ａを平坦化してもよい。具体的には、酸化領域６をさらに加熱する際に、図７に示すように、酸化領域６付近の多結晶基板２の残余部分２ａに酸化反応を促進させて、中間体を大きくすることにより、凹部２’を中間体によって埋設すればよい。この後、中間体を冷却させることにより、図８に示すように、緩衝層３の上面３Ａを平坦化することができる。なお、多結晶基板２の残余部分２ａにおける酸化反応を促進させることにより、中間体を溶解した場合、かかる中間体を冷却して固化させることにより緩衝層３を平坦化してもよい。
【００５３】
このように平坦化された緩衝層３の上面３Ａに、光半導体層４を成長させることにより、緩衝層３の上面３Ａからの不要な転位が延びることを抑制することができるため、光半導体層４の結晶性を向上させることができる。
【００５４】
（発光素子の製造方法の変形例２）
緩衝層３を形成する工程において、図９に示すように、酸化領域６を形成した多結晶基板２を保持体８に配置し、保持体８によって多結晶基板２を一定方向Ｃに回転させた状態で加熱してもよい。このように多結晶基板２を回転させながら加熱して酸化領域６を溶解させた場合には、中間体の平面方向における平坦性を向上させることができる。多結晶基板２を回転させる際の回転速度は、例えば10ｒｐｍ以上3500ｒｐｍ以下に設定すればよい。
【００５５】
緩衝層３を形成する工程において、中間体を冷却させる場合に、多結晶基板２を回転させながら冷却してもよい。多結晶基板２を回転させながら冷却することにより、中間体の平坦性を維持しつつ固化させることができる。これにより、緩衝層３の平坦性を向上させることができる。
【００５６】
このように緩衝層３の平坦性を向上させることにより、緩衝層３上に形成する光半導体層４の結晶性を向上させることができるため、光半導体層４で発光する光の発光効率を向上させることができる。
【００５７】
さらに、緩衝層３を形成する工程において、工程全体に渡って多結晶基板２を回転させ続けてもよい。このように工程全体に渡って多結晶基板２を回転させ続けることにより、緩衝層３の平坦性をさらに向上させることができる。
【００５８】
（発光素子の製造方法の変形例３）
緩衝層３を形成する工程において、酸素または一酸化炭素を供給しながら多結晶基板２を加熱してもよい。酸素を供給しながら多結晶基板２を加熱することにより、多結晶基板２の酸化領域６を溶解させた後も、多結晶基板２を酸化・溶解しやすくすることができる。これにより、緩衝層３の厚みをさらに厚くすることができる。そのため、多結晶基板２の加熱時間または酸素濃度を調整することにより、緩衝層３の厚みを調整することができる。
【００５９】
（発光素子の製造方法の変形例４）
緩衝層３を形成する工程を、酸化領域６を形成する工程における酸素雰囲気の第１圧力よりも高い第２圧力の雰囲気中で行なってもよい。第２圧力は、例えば第１圧力の1.1倍
以上1.6倍以下の圧力に設定することができる。このように緩衝層３を形成する工程の第
２圧力を第１圧力よりも高くすることにより、多結晶基板２に酸素が侵入しやすくなり、多結晶基板２を酸化させやすくすることができる。
【００６０】
（発光素子の製造方法の変形例５）
緩衝層３を形成する工程の後、緩衝層３の上面３Ａを研磨してもよい。緩衝層３の上面３Ａを研磨する方法としては、機械的・化学的研磨法などを用いることができる。このように緩衝層３を平坦化することにより、緩衝層３の上面３Ａに成長させる光半導体層４の結晶性を向上させることができる。
【００６１】
（発光素子の製造方法の変形例６）
光半導体層を成長させる工程は、緩衝層３に凹部２’を有する場合には、光半導体層を成長させる際に、凹部２’を利用してファセットを形成することによって横方向成長させてもよい。このように光半導体層４を横方向成長させた場合には、光半導体層４の厚み方向に延びる転位を少なくすることができるため、光半導体層４の発光効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 発光素子
２ 多結晶基板
２Ａ 主面
２Ａ’ 表面
２ａ 残余部分
２’ 凹部
３ 緩衝層
３Ａ 上面
４ 光半導体層
４ａ 第１半導体層
４ｂ 発光層
４ｃ 第２半導体層
５ 一対の電極
５ａ 第１電極
５ｂ 第２電極
６ 酸化領域
７ 単結晶
８ 保持体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウムからなる多結晶基板を酸素雰囲気中で加熱して該多結晶基板の表面を酸化させることによって、前記多結晶基板の前記表面に酸窒化アルミニウムからなる酸化領域を形成する工程と、
前記多結晶基板を前記窒化アルミニウムの融点よりも低い温度であって前記酸窒化アルミニウムの融点よりも高い温度で加熱して前記酸化領域を溶解した後、前記多結晶基板を前記酸窒化アルミ二ウムの融点よりも低い温度に冷却することによって、溶解した前記酸化領域を固化して緩衝層を形成する工程と、
前記緩衝層上に窒化アルミニウムを含む光半導体層を成長させる工程と
を有する発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記緩衝層を形成する工程において、酸素を供給しながら前記多結晶基板を加熱する請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記緩衝層を形成する工程を、前記酸化領域を形成する工程における前記酸素雰囲気の圧力よりも高い圧力の雰囲気中で行なう請求項１または２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
窒化アルミニウムからなる多結晶基板と、
該多結晶基板上に設けられた、前記窒化アルミニウムよりも低い屈折率を持つ酸窒化アルミニウムからなる緩衝層と、
該緩衝層上に設けられた、窒化アルミニウムを含む光半導体層と
を有する発光素子。
【請求項１】
窒化アルミニウムからなる多結晶基板を酸素雰囲気中で加熱して該多結晶基板の表面を酸化させることによって、前記多結晶基板の前記表面に酸窒化アルミニウムからなる酸化領域を形成する工程と、
前記多結晶基板を前記窒化アルミニウムの融点よりも低い温度であって前記酸窒化アルミニウムの融点よりも高い温度で加熱して前記酸化領域を溶解した後、前記多結晶基板を前記酸窒化アルミ二ウムの融点よりも低い温度に冷却することによって、溶解した前記酸化領域を固化して緩衝層を形成する工程と、
前記緩衝層上に窒化アルミニウムを含む光半導体層を成長させる工程と
を有する発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記緩衝層を形成する工程において、酸素を供給しながら前記多結晶基板を加熱する請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記緩衝層を形成する工程を、前記酸化領域を形成する工程における前記酸素雰囲気の圧力よりも高い圧力の雰囲気中で行なう請求項１または２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
窒化アルミニウムからなる多結晶基板と、
該多結晶基板上に設けられた、前記窒化アルミニウムよりも低い屈折率を持つ酸窒化アルミニウムからなる緩衝層と、
該緩衝層上に設けられた、窒化アルミニウムを含む光半導体層と
を有する発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１６０５４０（Ｐ２０１２−１６０５４０Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４５０（Ｐ２０１１−１８４５０）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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