JP2009054864A - 窒化ガリウム系半導体面発光素子、および窒化ガリウム系半導体面発光素子を作製する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な電気的な特性を有する窒化ガリウム系半導体面発光素子を作製する方法を提供する。
【解決手段】Ｇａ面からなる主面４５ａの半導体構造物４５を含む基板生産物Ｗ２が準備され、Ｎ面からなる主面１９ａの半導体構造物１９を含む基板生産物Ｗ１が準備される。半導体構造物１９はサファイア基板の窒化した表面上に窒化ガリウム系半導体をＭＢＥ法で成長して作製される。基板生産物Ｗ２の主面（Ｇａ面）４５ａと基板生産物Ｗ２の主面１９ａ（Ｎ面）とを対面させる。処理装置４９内に、主面（Ｇａ面）４５ａと主面１９ａ（Ｎ面）とを互いに接触させて熱処理して半導体構造物１９と半導体構造物４５とを融着する。この結果、半導体構造物１９、４が一体化されて、接合Ｊが形成される。接合Ｊでは半導体構造物１９の接合面（Ｎ面）と半導体構造物４５の接合面（Ｇａ面）とが接合される。
【選択図】図４

Description

本発明は、窒化ガリウム系半導体面発光素子、および窒化ガリウム系半導体面発光素子を作製する方法に関する。

特許文献１には、窒化物半導体からなる発光素子が記載されている。この発光素子は、単一モード安定性を高めることができる。第一の窒化物半導体層と第二の窒化物半導体層とが接合されてなる界面領域に、筒状の空洞からなる複数の空隙が、回折格子を構成するように周期的に設けられている。この構造からなる回折格子により、単一モード安定性の高いＤＦＢレーザ素子が提供される。
特開２０００−３４０８８２号公報

フォトニック結晶面発光レーザ開発においては、二次元周期構造を持つフォトニック層を作成する技術が重要である。特許文献１では、結晶成長法により第一のウエハを作製すると共に、同様に結晶成長法により第二のウエハを作製した後に、第一のウエハに周期的な溝を形成している。この後に、第一のウエハと第二のウエハを加圧加熱により接着している。

これまでの半導体デバイスのための窒化ガリウム系半導体では、下地のＧａ面上に結晶成長された半導体を利用してきた。これ故に、成長された結晶体の最表面もＧａ面からなり、同じＧａ面を有する第一のウエハと第二のウエハを加圧加熱により接着していた。しかしながら、発明者の実験によれば、ＧａＡｓのようなエピタキシャル成長方向に対して極性を持たない結晶と異なり、窒化ガリウムといった六方晶系の結晶同士では所望の接合が形成されず、電気的特性に問題などが出る。つまり、物理的な接合が形成されても、接合面に現れる結晶面の極性が同一になることに起因する問題を含むことになる。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、良好な電気的な特性を有する窒化ガリウム系半導体面発光素子を提供することを目的と、またこの窒化ガリウム系半導体面発光素子を作製する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る窒化ガリウム系半導体面発光素子は、（ａ）一又は複数の窒化ガリウム系半導体層からなり接合面を有する第１の半導体構造物と、（ｂ）一又は複数の窒化ガリウム系半導体層からなり接合面を有する第２の半導体構造物とを備え、前記第１および第２の半導体構造物の前記接合面の一方はＧａ面からなり、前記第１および第２の半導体構造物の前記接合面の他方はＮ面からなり、前記第２の半導体構造物の前記接合面には、フォトニック結晶のための周期構造が設けられており、前記第１の半導体構造物の前記接合面と前記第２の半導体構造物の前記接合面とは互いに融着されており、前記第２の半導体構造物は活性層を含む。

この発明によれば、第１および第２の半導体構造物の融着の際に、互いに異なる極性の接合面を融着するので、融着により提供されたフォトニック結晶構造を有しており、六方晶系の窒化ガリウム系半導体に固有の極性に係る問題に関係ない面発光素子が提供される。

本発明の窒化ガリウム系半導体面発光素子では、前記フォトニック結晶のための周期構造は、前記第２の半導体構造物の前記接合面に周期的に配列された複数の空隙からなることができる。

この窒化ガリウム系半導体面発光素子によれば、好適な電気的特性を提供できる接合面の融着により、第２の半導体構造物の接合面に周期的に配列された複数の開口が第１の半導体構造物により塞がれて成るフォトニック結晶構造が提供される。

本発明の窒化ガリウム系半導体面発光素子では、前記フォトニック結晶のための周期構造は、前記第２の半導体構造物の窒化ガリウム系半導体内に周期的に配列された複数の絶縁部材からなることができる。

この窒化ガリウム系半導体面発光素子。好適な電気的特性を提供できる接合面の融着により、窒化ガリウム系半導体内に周期的に配列された複数の絶縁部材からなるフォトニック結晶構造が提供される。

本発明の窒化ガリウム系半導体面発光素子では、前記第１の半導体構造物の前記主面は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびこれらの混晶のいずれか一つから形成され、前記第２の半導体構造物の前記主面は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびこれらの混晶のいずれか一つから形成されることができる。

本発明の別の側面は、フォトニック結晶を含む窒化ガリウム系半導体面発光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）一又は複数の窒化ガリウム系半導体層からなる第１の半導体構造物を第１の基板上にエピタキシャル成長する工程と、（ｂ）一又は複数の窒化ガリウム系半導体層からなる第２の半導体構造物を第２の基板上にエピタキシャル成長する工程と、（ｃ）前記第１および第２の半導体構造物のいずれか一方にフォトニック結晶のための周期構造を形成する工程と、（ｄ）前記周期構造を形成した後に、前記第１の半導体構造物の主面と前記第２の半導体構造物の主面を対面させて融着する工程と、（ｅ）該融着の後に、前記第１および第２の基板のいずれか一方を除去する工程とを備え、前記第１の半導体構造物の前記主面はＧａ面またはＮ面を有しており、前記第２の半導体構造物の前記主面はＧａ面またはＮ面を有しており、前記第２の半導体構造物は活性層を含む。

この方法によれば、第１の半導体構造物のＮ面の主面と第２の半導体構造物のＧａ面の主面を対面させて融着するので、これらの接合面は、互いに反対極性の結晶面を有する。これ故に、同一極性の結晶面の接合に起因する電気的特性上の不具合が生じない。

本発明に係る方法では、前記第１の半導体構造物の前記窒化ガリウム系半導体層は分子線エピタキシ法を用いて作製されることが好ましい。分子線エピタキシ法により、Ｎ面を有する窒化ガリウム系半導体を成長することが容易になる。また、本発明に係る方法では、前記第２の半導体構造物の前記窒化ガリウム系半導体層は有機金属気相成長法を用いて作製されることが好ましい。有機金属気相成長法は、窒化ガリウム系半導体層を含む多層膜を形成することに好適である。

本発明に係る方法では、前記フォトニック結晶のための周期構造は、前記第２の半導体構造物の前記主面に周期的に配列された複数の開口からなることができる。複数の開口は、例えばリソグラフィとエッチングにより窒化ガリウム系半導体層にパターン形成することによって形成される。或いは、本発明に係る方法では、前記フォトニック結晶のための周期構造は、前記第２の半導体構造物の窒化ガリウム系半導体内に周期的に配列された複数の絶縁部材からなることができる。複数の絶縁部材は、絶縁物の堆積、フォトリソグラフィおよびエッチングにより絶縁膜から周期的に配列された複数の絶縁部材を形成すると共に、これら絶縁部材を窒化ガリウム系半導体で埋め込むことによって形成される。

本発明に係る方法では、前記第１の半導体構造物の前記主面は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびこれらの混晶のいずれか一つから形成される。また、本発明に係る方法では、前記第２の半導体構造物の前記主面は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびこれらの混晶のいずれか一つから形成される。

本発明に係る方法では、前記第１の基板はサファイア基板であることが好ましい。第１の半導体堆積物の主面はＮ面を有しており、当該方法は、前記第１の半導体構造物を前記第１の基板上に成長する前に、前記サファイア基板の表面を窒化する工程を更に備えることができる。窒化された表面を有するサファイア基板上には、Ｎ面を有する窒化ガリウム系半導体が形成される。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、良好な電気的な特性を有する窒化ガリウム系半導体面発光素子が提供され、またこの窒化ガリウム系半導体面発光素子を作製する方法が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化ガリウム系半導体面発光素子、および窒化ガリウム系半導体面発光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体面発光素子のための第１の半導体構造物を作製する方法における主要な工程を示す模式図である。以下の説明において、まず、基板上への第１の半導体構造物の作製を説明した後に、別の基板上への第２の半導体構造物の作製を説明する。第１および第２の半導体構造物を融着して一体の構造物を形成した後に、この構造物から一方の基板を除去する。

図１を参照しながら、第１の半導体構造物の作製方法を説明する。分子線エピタキシ（ＭＢＥ）装置１１内に基板１３を配置して後に、図１（ａ）に示されるように、基板１３の熱処理を行う。この熱処理により、例えば基板表面のサーマルクリーニングが行われる。

基板１３が、例えばサファイア基板であることが好ましい。このサファイア基板の表面を窒化する。窒化された表面を有するサファイア基板上には、Ｎ面を有する窒化ガリウム系半導体が形成される。引き続く説明では、基板１３としてサファイア基板を用いる。

図１（ｂ）に示されるように、所定の導電型のドーパントを供給しながら、窒化ガリウム系半導体層１５を基板１３の主面１３ａ上にＭＢＥ装置１１でエピタキシャル成長する。窒化ガリウム系半導体層１５は、例えばｐ^＋型ＧａＮからなることができ、また面発光素子のコンタクト層として利用される。ｐ^＋型ＧａＮの成長のために、ＭｇのＫセルから高Ｍｇフラックス、ＧａのＫセルからＧａフラックス、およびＮラジカルガンからＮフラックスを供給する。窒化ガリウム系半導体層１５の主面１５ａはＮ面を有する。

次いで、図１（ｃ）に示されるように、上記ドーパントと同じ導電型のドーパントを供給しながら、窒化ガリウム系半導体層１７を窒化ガリウム系半導体層１５の主面１５ａ上にＭＢＥ装置１１でエピタキシャル成長する。窒化ガリウム系半導体層１７は、例えばｐ型ＧａＮからなることができ、また面発光素子のｐ型クラッド層として使用させる。ｐ型ＧａＮの成長のために、ＭｇのＫセルからＭｇフラックス、ＧａのＫセルからＧａフラックス、およびＮラジカルガンからＮフラックスを供給する。窒化ガリウム系半導体層１７の主面１７ａはＮ面を有する。

これらの工程により、基板１３上に第１の半導体構造物１９が形成された。第１の半導体構造物１９は、上記の実施例では、窒化ガリウム系半導体層１４、１５、１７を含む。第１の半導体構造物１９の主面１９ａ（主面１７ａ）はＮ面を有しており、また後ほど説明されるように接合面として使用される。この接合面は、上記の具体例に限定されることなく、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびこれらの混晶からなることができる。本実施例では、第２の半導体堆積物はｐ型コンタクト層およびｐ型クラッド層を含むけれども、ｐ型に替えてｎ型を用いることができる。

図２は、本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体面発光素子のための第２の半導体構造物を作製する方法における主要な工程を示す模式図である。有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）装置２１内に基板２３を配置して後に、図２（ａ）に示されるように、基板２３の熱処理を行う。この熱処理により、例えば基板表面のサーマルクリーニングが行われる。基板２３としては、例えばＧａＮ基板、サファイア基板等を用いることができる。例えば、低転位密度のＧａ面を有するｃ面ＧａＮ基板が入手可能であるので、基板１３として、ＧａＮ基板を用いることが好ましい。ＧａＮ基板上には、良好な結晶品質を有する活性層等の半導体積層を形成できる。引き続く説明では、基板１３としてＧａＮ基板を使用する。

図２（ａ）に示されるように、第１の半導体堆積物のドーパントと逆導電型のドーパントを供給しながら、窒化ガリウム系半導体層２５を基板２３の主面２３ａ上にＯＭＶＰＥ装置２１でエピタキシャル成長する。窒化ガリウム系半導体層２５は、例えばｎ型ＡｌＧａＮからなることができ、また面発光素子のクラッド層として利用させる。ｎ型ＡｌＧａＮの成長のために、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびアンモニア（ＮＨ_３）の原料を供給する。窒化ガリウム系半導体層２５の主面２５ａはＧａ面を有する。必要な場合には、クラッド層の形成に先立って、バッファ層を堆積することができ、またクラッド層の単一のＡｌＧａＮ半導体層だけでなく、複数のＡｌＧａＮ層を含むことができる。

次いで、図２（ｃ）に示されるように、ドーパントを供給することなく、窒化ガリウム系半導体層２７、２９、３１を窒化ガリウム系半導体層２５の主面２５ａ上にＯＭＶＰＥ装置２１でエピタキシャル成長する。窒化ガリウム系半導体層２７は、例えばアンドープ型ＧａＮからなることができ、また面発光素子の光ガイド層として使用される。窒化ガリウム系半導体層２９は、例えばアンドープ型窒化ガリウム系半導体積層からなることができ、また面発光素子の量子井戸構造の活性層として使用される。活性層は、交互に配置された井戸層および障壁層を含んでおり、井戸層は例えばＩｎＧａＮからなり、障壁層は例えばＩｎＧａＮまたはＧａＮからなる。窒化ガリウム系半導体層３１は、例えばアンドープ型ＧａＮからなることができ、また面発光素子の光ガイド層として使用される。窒化ガリウム系半導体層２７、２９、３１のエピタキシャル成長において、ｃ軸の方向、つまりＧａ面が維持される。例えば、窒化ガリウム系半導体層３１の主面３１ａはＧａ面を有する。ＩｎＧａＮの成長のために、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびアンモニア（ＮＨ_３）を供給する。

次いで、第１の半導体構造物と同じ導電型のドーパントを供給しながら、窒化ガリウム系半導体層３３を窒化ガリウム系半導体層３１の主面３１ａ上にＯＭＶＰＥ装置２１でエピタキシャル成長する。窒化ガリウム系半導体層３３は、例えばｐ型ＡｌＧａＮからなることができ、また面発光素子の電子ブロック層として使用される。窒化ガリウム系半導体層３３の主面３３ａはＧａ面を有する。

これらの工程により、基板２３上に半導体積層３５が形成された。半導体積層３５は、上記の実施例では、窒化ガリウム系半導体層２５、２７、２９、３１、３３を含む。半導体積層３５の主面３５ａ（主面３３ａ）はＧａ面を有する。本実施例では、窒化ガリウム系半導体層２５がｎ型であり窒化ガリウム系半導体層３３はｐ型であるが、窒化ガリウム系半導体層２５がｐ型であり窒化ガリウム系半導体層３３はｎ型であってもよい。

図３は、フォトニック結晶構造を作製するための主要な工程を示す模式図である。図３（ａ）に示されるように、半導体積層３５上に絶縁膜３７を形成する。絶縁膜３７は、例えばＳｉＯ_２といったシリコン酸化物等からなることができる。シリコン酸化物は、例えばＣＶＤ装置といった成膜装置４１を用いて形成される。

次いで、図３（ｂ）に示されるように、フォトニック結晶構造のための二次元回折格子を形成するマスク３９を絶縁膜３７上に形成する。このマスクは、例えば電子ビームリソグラフィ等により形成される。マスク３９は、例えば二次元格子のためのパターンを有しており、また二次元格子としては、例えば三角格子、正方格子等が知られている。マスク３９を用いて絶縁膜３７をエッチングして、複数の絶縁物３７ａを形成する。複数の絶縁物３７ａは、窒化ガリウム系半導体層３３の主面３３ａ上において二次元に周期的に配置されている。エッチングの後に、マスク３９を除去する。二次元格子の周期はレーザ発振波長と関連している。

この後に、図３（ｃ）に示されるように、例えば柱状の絶縁部材の配列を窒化ガリウム系半導体で埋め込む。この埋込成長は、例えばＯＭＶＰＥ装置２１を用いて行われる。埋込のために、窒化ガリウム系半導体層４３を成長する。窒化ガリウム系半導体層４３は、窒化ガリウム系半導体層３３の主面３３ａ上に選択的にエピタキシャル成長され、この結果、絶縁物柱の配列は埋め込まれる。窒化ガリウム系半導体層４３の主面４３ａはＧａ面を有する。窒化ガリウム系半導体層４３は、例えばｐ型である。窒化ガリウム系半導体層４３は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびこれらの混晶からなることができる。窒化ガリウム系半導体に埋め込まれた絶縁部材の周期的な配列により、二次元の周期的な屈折率変化が提供される。

これらの工程により、基板２３上に第２の半導体構造物４５が形成された。第２の半導体構造物４５は、上記の実施例では、窒化ガリウム系半導体層２５、２７、２９、３１、３３、４３および絶縁物柱の配列４７を含む。第２の半導体構造物４５の主面４５ａ（主面４３ａ）はＧａ面を有しており、また後ほど説明されるように接合面として使用される。

図４は、第１の半導体構造物と第２の半導体構造物を融着するための主要な工程を示す模式図である。図４（ａ）に示されるように、融着のために、Ｇａ面からなる主面４５ａを有する第２の半導体構造物４５を含む基板生産物Ｗ２が準備され、またＮ面からなる主面１９ａを有する第１の半導体構造物１９を含む基板生産物Ｗ１が準備される。基板生産物Ｗ２の主面（Ｇａ面）４５ａと基板生産物Ｗ２の主面１９ａ（Ｎ面）とを互いに対面させる。

図４（ｂ）に示されるように、主面（Ｇａ面）４５ａと主面１９ａ（Ｎ面）とを互いに接触させるように、第１の半導体構造物１９と第２の半導体構造物４５とを処理装置４９内において配置する。熱処理条件としては、例えば熱処理温度は摂氏５００度であり、熱処理雰囲気は窒素中であり、熱処理時間は１時間である。融着に際して、加圧Ｆを行う。この処理により、接合Ｊが形成されて、第１および第２の半導体構造物１９、４５を一体化して基板生産物Ｗ３が形成される。接合Ｊにおいては、第１の半導体構造物１９のＮ面からなる接合面と第２の半導体構造物４５のＧａからなる接合面とが接合されて、融着部が形成される。

図５は、基板生産物からの基板の除去、および電極形成のための主要な工程を示す模式図である。図５（ａ）に示されるように、基板生産物Ｗ３から基板（例えば基板１３）を除去する。この除去は、例えばレーザリフトオフにより行われる。サファイア基板１３を通して犠牲層１４にレーザを照射して犠牲層１４を溶融させ、基板生産物Ｗ３から基板１３を分離する。基板の除去は、例示されたレーザリフトオフに限定されることなく、エッチング、研磨等を用いることができる。基板生産物Ｗ３から基板１３を除去した後に、電極を形成するために溶融面の処理、例えば研磨を行って、基板生産物Ｗ４を作製する。

次いで、図５（ｂ）に示されるように、基板生産物Ｗ４のアノード面５１ａに電極５３ａを形成すると共に、基板生産物Ｗ４のカソード面５１ｂに電極５３ｂを形成する。これらの工程により、窒化ガリウム系半導体面発光素子５５が形成された。窒化ガリウム系半導体面発光素子５５は、屈折率の周期的な変化する構造を含む二次元回折格子層５４によりレーザ共振したレーザ光Ｌを発光面５５ａ（本実施例では、アノード面）を介して出射する。

（実施例）
窒化ガリウム系フォトニック結晶レーザを作製した。まず、多重量子井戸構造の活性層を含むＧａ極性のエピタキシャル基板をＯＭＶＰＥ法でｎ型ＧａＮ基板を用いて作製した。このエピタキシャル基板上に、フォトニック結晶層のためのＳｉＯ_２薄膜を蒸着した。この後に、フォトニック結晶層のためのマスクを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いてエッチングを行った。これにより、規則正しく整列されたＳｉＯ_２微細柱を形成した。ＯＭＶＰＥ法でＳｉＯ_２微細柱をＧａＮにより埋め込んで基板生産物を作製した。

次に、Ｎ極性のエピタキシャル基板をＭＢＥ法でｃ面サファイア基板を用いて作製した。サファイア基板は、ＭＢＥ装置のモリブデン製のホルダーに貼り付けられ、ホルダーは、マニピュレータと呼ばれる基板加熱装置に保持される。エピタキシャル成長のために、マニピュレータを摂氏７００度程度に昇温して基板を加熱する。ＭＢＥ装置にはＧａ、Ｍｇ等を供給するためのＫセルが導入されている。Ｋセルを抵抗加熱し原料を高温に昇温して、各原料蒸気をサファイア基板上へ供給した。窒素源は、高周波磁場を印加するＲＦラジカルガンを用いて、活性化（プラズマ化）窒素を供給する。成長中のエピタキシャル表面はＲＨＥＥＤが観測のために設けられている。

Ｇａセルを目的温度に向けて昇温させて、１．０×１０^−６Ｔｏｒｒ程度のＧａフラックスを生成した。Ｍｇセルを目的温度（例えば摂氏３１５度）に向けて昇温した。サファイア基板をＭＢＥ成長室に導入した後に、サファイア基板の昇温を開始した。摂氏８００度の基板温度、窒素雰囲気下で、サファイア基板の表面窒化を行った。この窒化は、Ｎ極性成長のために行われた。

ＭｇドープＧａＮコンタクト層およびＭｇドープＧａＮクラッド層を順に成長した。これらのｐ型ＧａＮの成長中に、ＲＨＥＥＤにより回折パターンを行って、成長の状態を観測した。２時間程度の時間をかけて、１μｍ程度のＧａＮ層を成長してエピタキシャル基板を作製した後に、全てのセルシャッタを閉じて成長を終了した。基板温度を降温すると共に、さらに窒素のプラズマ化も停止し、成長室への窒素ガス供給を停止した。基板温度が十分に低下したところで基板を載せたホルダーを成長室外へ取り出した。

ＯＭＶＰＥ法で作製された基板生産物のＧａ面とＭＢＥチャンバに配置法で作製されたエピタキシャル基板のＮ面を加重を掛けて融着した。融着条件としては、例えば温度は摂氏５００度であり、処理雰囲気は窒素中であり、処理時間は１時間である。

融着の後に、ＫｒＦエキシマレーザを用いてサファイア基板を分離した。サファイア基板の裏面に照射されたレーザ光は、サファイア基板を通ってＧａＮといった窒化ガリウム系半導体に到達する。レーザ光がＧａＮに吸収されると、界面においてＧａＮが分解して金属ガリウムが界面に残る。レーザ照射の後に、金属ガリウムの融点よりも高い温度にエピタキシャル基板を加熱してサファイア基板を剥離する。
する。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体面発光素子のための第１の半導体構造物を作製する方法における主要な工程を示す模式図である。 図２は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体面発光素子のための第２の半導体構造物を作製する方法における主要な工程を示す模式図である。 図３は、フォトニック結晶構造を作製するための主要な工程を示す模式図である。 図４は、第１の半導体構造物と第２の半導体構造物を融着するための主要な工程を示す模式図である。 図５は、基板生産物からの基板の除去、および電極形成のための主要な工程を示す模式図である。

符号の説明

１１…分子線エピタキシ（ＭＢＥ）装置、１３…基板、１５、１７、２５、２７、２９、３１、３３、４３…窒化ガリウム系半導体層、１９…第１の半導体構造物、２１…有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）装置、２３…基板、３５…半導体積層、３７…絶縁膜、３９…マスク、４１…成膜装置、３７ａ…複数の絶縁物、４５…第２の半導体構造物、４９…処理装置、アノード面５１ａ…、５１ｂ…カソード面、５３ａ…電極、５３ｂ…電極、５４…二次元回折格子層、５５…窒化ガリウム系半導体面発光素子、５５ａ…発光面、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４…基板生産物

Claims (11)

1. 一又は複数の窒化ガリウム系半導体層からなり接合面を有する第１の半導体構造物と、
   一又は複数の窒化ガリウム系半導体層からなり接合面を有する第２の半導体構造物と
   を備え、
   前記第１および第２の半導体構造物の前記接合面の一方はＧａ面からなり、
   前記第１および第２の半導体構造物の前記接合面の他方はＮ面からなり、
   前記第２の半導体構造物の前記接合面には、フォトニック結晶のための周期構造が設けられており、
   前記第１の半導体構造物の前記接合面と前記第２の半導体構造物の前記接合面とは互いに融着されており、
   前記第２の半導体構造物は活性層を含む、ことを特徴とする窒化ガリウム系半導体面発光素子。
2. 前記フォトニック結晶のための周期構造は、前記第２の半導体構造物の前記接合面に周期的に配列された複数の空隙からなる、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化ガリウム系半導体面発光素子。
3. 前記フォトニック結晶のための周期構造は、前記第２の半導体構造物の窒化ガリウム系半導体内に周期的に配列された複数の絶縁部材からなる、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化ガリウム系半導体面発光素子。
4. 前記第１の半導体構造物の前記接合面は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびこれらの混晶のいずれか一つから形成され、
   前記第２の半導体構造物の前記接合面は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびこれらの混晶のいずれか一つから形成される、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体面発光素子。
5. フォトニック結晶を含む窒化ガリウム系半導体面発光素子を作製する方法であって、
   一又は複数の窒化ガリウム系半導体層からなる第１の半導体構造物を第１の基板上にエピタキシャル成長する工程と、
   一又は複数の窒化ガリウム系半導体層からなる第２の半導体構造物を第２の基板上にエピタキシャル成長する工程と、
   前記第１および第２の半導体構造物のいずれか一方にフォトニック結晶のための周期構造を形成する工程と、
   前記周期構造を形成した後に、前記第１の半導体構造物の主面と前記第２の半導体構造物の主面を対面させて融着する工程と、
   該融着の後に、前記第１および第２の基板のいずれか一方を除去する工程と
   を備え、
   前記第１の半導体構造物の前記主面はＧａ面およびＮ面のいずれか一方を有しており、
   前記第２の半導体構造物の前記主面はＧａ面およびＮ面のいずれか他方を有しており、
   前記第２の半導体構造物は活性層を含む、ことを特徴とする方法。
6. 前記第１の半導体構造物の主面はＮ面であり、
   前記第１の半導体構造物の前記窒化ガリウム系半導体層は分子線エピタキシ法を用いて作製される、ことを特徴とする請求項５に記載された方法。
7. 前記第２の半導体構造物は活性層を含み、
   前記第２の半導体構造物の前記窒化ガリウム系半導体層は有機金属気相成長法を用いて作製される、ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載された方法。
8. 前記フォトニック結晶のための周期構造は、前記第２の半導体構造物の前記主面に周期的に配列された複数の開口からなる、ことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載された方法。
9. 前記フォトニック結晶のための周期構造は、前記第２の半導体構造物の前記主面において窒化ガリウム系半導体内に周期的に配列された複数の絶縁部材からなる、ことを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか一項に記載された方法。
10. 前記第１の半導体構造物の前記主面は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびこれらの混晶のいずれか一つから形成され、
    前記第２の半導体構造物の前記主面は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびこれらの混晶のいずれか一つから形成される、ことを特徴とする請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載された方法。
11. 前記第１の基板はサファイア基板であり、
    前記第１の半導体構造物の主面はＮ面であり、
    当該方法は、前記第１の半導体構造物を前記第１の基板上に成長する前に、前記サファイア基板の表面を窒化する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項５〜請求項１０のいずれか一項に記載された方法。
    

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