專(zhuān)利名稱(chēng)：：半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件(以下簡(jiǎn)稱(chēng)"發(fā)光元件")，特別是涉io及其發(fā)光層由GaN系列半導(dǎo)體晶體(GaN系列晶體)構(gòu)成的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
：發(fā)光二極管(LED)的基本的元件結(jié)構(gòu)呈這樣的結(jié)構(gòu)在晶體襯底15上依次生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層(包括DH結(jié)構(gòu)、MQW結(jié)構(gòu)、SQW結(jié)構(gòu))、p型半導(dǎo)體層，在n型層或?qū)щ娦跃w襯底(SiC襯底、DaN襯底等)及p型層各層上形成外部引出電極。例如，圖8是表示將GaN系列半導(dǎo)體作為發(fā)光層的材料的元件(GaN系列LED)的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖，在晶體襯底101上通過(guò)依次進(jìn)20行晶體生長(zhǎng)而層疊GaN系列晶體層(n型GsN接觸層(也是覆蓋層)102、GaN半導(dǎo)體發(fā)光層103、p型GaN接觸層(也是覆蓋層)104)，在它上面設(shè)置下部電極(通常為n型電極)105、上部電極(通常為p型電極)106。這里，作為將晶體襯底安裝在下側(cè)、光向上方射出后傳播的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。25在LED中，以怎樣的效率充分地將發(fā)光層上發(fā)生的光取出到外界(所謂光取出效率)是重要的問(wèn)題。因此，迄今關(guān)于從發(fā)光層朝向上方的光，將不致成為其朝向外界的障礙物的圖8所示的上部電極106作成透明電極的形態(tài)，以及關(guān)于從發(fā)光層朝向下方的光，設(shè)置反射層，使其返回上方的形態(tài)等，在種種方面下工夫。30關(guān)于從發(fā)光層向上下方向發(fā)射的光，如上所述，通過(guò)使電極透明化4和設(shè)置反射層，能提高向外界取出光的效率，可是，朝向發(fā)光層擴(kuò)展方向(在圖8中，在發(fā)光層103內(nèi)用粗箭頭表示的方向，以下也稱(chēng)"橫向")發(fā)生的光內(nèi)，雖然在用折射率差規(guī)定的全反射角以?xún)?nèi)到達(dá)側(cè)壁的光能發(fā)射到外部，但除此以外的很多光例如在側(cè)壁上反復(fù)反射等，只在元件內(nèi)、一5特別是被發(fā)光層本身吸收而衰減、消失。這樣的橫向的光被上下的覆蓋—層、或襯底(藍(lán)寶石襯底)—和上側(cè)的覆蓋層、或襯底和上部電極(進(jìn)而元件外部的被覆物質(zhì)等)封閉在里面，成為橫向傳播的光。該橫向傳播的光在發(fā)光層上發(fā)生的全部光量中占有大部分，有吋達(dá)到總體的60%。另外，在將襯底作為上側(cè)安裝的倒裝片型的LED中(光通過(guò)襯底10射出到外界)，已知這樣一種形態(tài)為了使這樣的橫向光能朝向襯底的方向反射，而在作為元件結(jié)構(gòu)的層疊體的側(cè)壁上設(shè)有角度，使該側(cè)壁成為朝向襯底一側(cè)的反射面?？墒?，使微小的芯片的四面帶有角度進(jìn)行切割的加工是困難的，在成本上也成問(wèn)題。另外，在朝向上下方向的光中也有問(wèn)題，即在GaN系列半導(dǎo)體層/15藍(lán)寶石襯底的界面和GaN系列半導(dǎo)體層/p型電極(或封裝材料)的界面之間，形成反復(fù)反射的駐波等，妨礙光取出效率。本發(fā)明的第一課題是解決上述問(wèn)題，提供一種使在發(fā)光層上發(fā)生的橫向光朝向外界，另外能抑制上述駐波的發(fā)生的賦予了新的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。20除了上述這樣的朝向外界的光取出效率的問(wèn)題以外，在發(fā)光層的材料采用InGaN、而且發(fā)生紫外線(xiàn)的情況下，存在以下這樣的輸出低的問(wèn)題。在發(fā)光層中使用InGaN的發(fā)光元件中，一般說(shuō)來(lái)能獲得高效率的發(fā)光。這是因?yàn)橛蒊n成分起伏造成的載流子的定域化，使得被注入發(fā)25光層的載流子內(nèi)被捕獲到非發(fā)光中心的載流子的比例變少，所以其結(jié)果，說(shuō)明了能獲得高效率的發(fā)光。在GaN系列發(fā)光二極管(LED)或GaN系列半導(dǎo)體激光器(LD)中，在發(fā)生420nm以下的青紫光紫外線(xiàn)的情況下，一般說(shuō)來(lái)發(fā)光層的材料能使用InGaN(In成分為0.15以下)，有關(guān)發(fā)光的結(jié)構(gòu)，呈單一30量子阱結(jié)構(gòu)(由于活性層薄，所以其中包括所謂DH結(jié)構(gòu))、多重量子阱結(jié)構(gòu)。一般說(shuō)來(lái)，紫外線(xiàn)的波長(zhǎng)的上限比可見(jiàn)光的短波長(zhǎng)端(380nm~400nm)短，下限為lnm左右(0.2nrn~2nm)，但在本說(shuō)明書(shū)中，包括由上述的In成分為0.15以下的InGaN發(fā)生的420nm以下的青紫光，5稱(chēng)為紫外線(xiàn)，將發(fā)生這樣的紫外線(xiàn)的半導(dǎo)體發(fā)光元件稱(chēng)為紫外線(xiàn)發(fā)光元件。由GaN所能發(fā)生的紫外線(xiàn)的波長(zhǎng)為365nm。因此，在InGaN必須包含In成分、而且不包含A1成分的三元系列的情況下，能發(fā)生的紫外線(xiàn)波長(zhǎng)的下限是比上述365nm長(zhǎng)的波長(zhǎng)。io可是，與具有In成分高的發(fā)光層的青綠色發(fā)光元件相比，紫外線(xiàn)發(fā)光元件所發(fā)生的光的波長(zhǎng)短，所以有必要降低發(fā)光層的In成分。因此，上述的由In成分起伏造成的定域化的效果低，被被捕獲到非發(fā)光中心的比例增加，其結(jié)果，不能獲得高輸出。在這樣的情況下，盛行降低成為非發(fā)光再結(jié)合中心的原因的錯(cuò)位密度。15作為降低錯(cuò)位密度的方法，能舉出ELO法(橫向生長(zhǎng)法)，通過(guò)謀求降低錯(cuò)位密度，來(lái)達(dá)到高輸出化'長(zhǎng)壽命化(參照文獻(xiàn)(Jpn.j.Appl.Phys.39(2000)pp.L647)等)。在GaN系列發(fā)光元件中，作成用禁帶比其大的材料構(gòu)成的覆蓋層(阻擋層)夾持發(fā)光層(阱層)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)文獻(xiàn)(米津宏雄著，工學(xué)20圖書(shū)株式會(huì)社刊，"光通信元件工學(xué)"第72頁(yè))，一般情況下得出使禁帶差為"0.3eV"以上的指導(dǎo)方針。根據(jù)上述背景，在發(fā)光層(阱層)中使用能發(fā)生紫外線(xiàn)的成分的InGaN的情況下，如果考慮到載流子被封閉，則在夾持發(fā)光層的覆蓋層(在單一量子阱結(jié)構(gòu)中不僅覆蓋層，還包括阻擋層)中能使用禁帶大的25AlGaN。另外，在構(gòu)成量子阱結(jié)構(gòu)的情況下，阻擋層有必要達(dá)到產(chǎn)生隧道效應(yīng)的程度的厚度，一般說(shuō)來(lái)為36nm左右。例如圖9是表示將In。.Q5GaQ.95N作為發(fā)光層的材料的現(xiàn)有的發(fā)光二極管之一例的圖，在晶體襯底S10上，通過(guò)隔離層201,采用晶體生長(zhǎng)30法依次層疊n型GaN接觸層202、n型Al。jGao.9N覆蓋層203、Ino.05Gao.95N阱層(發(fā)光層)204、p型Alo.2Gao.8N覆蓋層205、p型GaN接觸層206，在它上面設(shè)置下部電極(通常為n型電極)PIO、上部電極(通常為p型電極)P20，成為上述這樣一種元件結(jié)構(gòu)?？墒?，用ELO法使成為基底的GaN層生長(zhǎng)，需要掩蔽層的形成、5再生長(zhǎng)這樣的方法，需要多次生長(zhǎng)，有工序非常多的問(wèn)題。另外，由于存在再生長(zhǎng)界面，所以有降低錯(cuò)位密度所派生的怎么也提高不了輸出的問(wèn)題。另外，為了使發(fā)光層的材料為InGaN而且使紫外線(xiàn)輸出得更多，本發(fā)明者等研究了現(xiàn)有的元件結(jié)構(gòu)時(shí)，明白了AlGaN層成為使InGaNio發(fā)光層受到由晶格常數(shù)差引起的變形的根源。另外，明白了在量子阱結(jié)構(gòu)中，如果將阻擋層的厚度減薄，則Mg就會(huì)從設(shè)置在它上面的p型層擴(kuò)散到發(fā)光層中，形成非發(fā)光中心，所以有不能獲得輸出大的紫外發(fā)光元件的問(wèn)題。本發(fā)明的第二課題是在本發(fā)明的發(fā)光元件的發(fā)光層的材料中使用15InGaN、而且發(fā)生紫外線(xiàn)的情況下，通過(guò)使元件的結(jié)構(gòu)最佳化，達(dá)到高輸出化，且達(dá)到長(zhǎng)壽命化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明有以下特征。20(1)—種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于有在第一晶體層的整個(gè)表面上加工凹凸，由具有與上述晶體層不同的折射率的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二晶體層在該凹凸上通過(guò)隔離層或直接地將該凹凸埋入并生長(zhǎng)，在第二晶體層上層疊包括發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層的元件結(jié)構(gòu)；或者在第一晶體層的表面上加工凹凸且該凹凸中凹部的深度為0.25ym，由具有25與上述晶體層不同的折射率的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二晶體層在該凹凸上通過(guò)隔離層或直接地將該凹凸埋入并生長(zhǎng)，在第二晶體層上層疊包括發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層的元件結(jié)構(gòu)。(2)是上述(1)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，第二晶體層及它上面的半導(dǎo)體晶體虔是由GaN系列半導(dǎo)體晶體構(gòu)成的層。30(3)是上述(2)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，第一晶體層是晶體襯底，第二晶體層從在晶體襯底的表面上加工的凹凸面開(kāi)始、實(shí)際上一邊形成晶面結(jié)構(gòu)一邊生長(zhǎng)。(4)是上述(3)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，在晶體襯底的表面上加工的凹凸是呈條紋圖形的凹凸，該條紋的縱向是將它埋入并生長(zhǎng)的GaN5系列半導(dǎo)體的(11—20)方向、或(I一IOO)方向。(5)是上述(1)或(4)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，凹凸的斷面形狀呈矩形波狀、三角波狀、正弦曲線(xiàn)狀。(6)是上述(1)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，從發(fā)光層發(fā)生的光的波長(zhǎng)在第一晶體層中的折射率和在第二晶體層中的折射率的差為0.05以io上。(7)是上述(1)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，發(fā)光層由能發(fā)生紫外線(xiàn)的成分即InGaN晶體構(gòu)成。(8)是上述(1)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，發(fā)光層是一種由InGaN構(gòu)成的阱層和由GaN構(gòu)成的阻擋層所構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)。15(9)是上述(1)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，第一晶體層是晶體襯底，在該晶體襯底的表面上加工的凹凸上，第二晶體層通過(guò)低溫隔離層將該凹凸埋入并生長(zhǎng)，發(fā)光層是一種由InGaN構(gòu)成的阱層和由GaN構(gòu)成的阻擋層所構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)，量子阱結(jié)構(gòu)和低溫隔離層之間的層全部由GaN晶體構(gòu)成。20(10)是上述(8)或(8)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，阻擋層的厚度為6nm~30腦。(11)一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于有如下所述的元件結(jié)構(gòu)，即第一GaN系列半導(dǎo)體晶體在成為晶體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體層表面上呈凹凸?fàn)畹厣L(zhǎng)，具有與第一GaN系列半導(dǎo)體晶體不同的折射率的第二25GaN系列半導(dǎo)體晶體覆蓋著該凹凸的至少一部分生長(zhǎng)，另外，第三GaN系列半導(dǎo)體晶體一直生長(zhǎng)到使上述凹凸平坦為止，在它上面層疊包括發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層。(12)是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，在成為晶體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體層表面上，呈一種對(duì)晶體生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行尺寸性限制的結(jié)構(gòu)或?qū)?0施表面處理，通過(guò)該限制，第一GaN系列半導(dǎo)體晶體一邊形成實(shí)際的8晶面結(jié)構(gòu)或模擬的晶面結(jié)構(gòu)，一邊呈凹凸?fàn)畹厣L(zhǎng)。是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，(13)是上述(12)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，對(duì)晶體生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行尺寸性限制的結(jié)構(gòu)或表面處理是在成為晶體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體層表面5上加工的凹凸、或附加在成為晶體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體層表面上的能橫向生長(zhǎng)的掩蔽圖形、或在成為晶體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體層表面的特定區(qū)域上實(shí)施的能抑制GaN系列晶體生長(zhǎng)的表面處理。(14)是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，第二GaN系列半導(dǎo)體晶體呈膜狀地至少覆蓋著由第一GaN系列半導(dǎo)體晶體形成的凹凸中io的凸部而生長(zhǎng)，另外，第三GaN系列半導(dǎo)體晶體覆蓋著它一直生長(zhǎng)到使上述凹凸平坦為止，在它上面有層疊了包括發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層的元件結(jié)構(gòu)。第二GaN系列半導(dǎo)體晶體有多層膜結(jié)構(gòu)。(15)是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，發(fā)光層由能發(fā)生紫外線(xiàn)的成分即InGaN晶體構(gòu)成。5(16)是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，發(fā)光層是一種由InGaN構(gòu)成的阱層和由GaN構(gòu)成的阻擋層所構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)。(17)是上述(16)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，阻擋層的厚度為6nm~30nm。(18)是上述(11)記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件，上述凹凸是呈條紋圖20形的凹凸，該條紋的縱向是第一GaN系列半導(dǎo)體晶體的(11—20)方向、或(I一IOO)方向。以下，將上述(1)的形態(tài)稱(chēng)為"形態(tài)(I)"，將上述(11)的形態(tài)稱(chēng)為"形態(tài)(II)"進(jìn)行說(shuō)明。2圖1是表示本發(fā)明的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)例的模式圖。以表示區(qū)域的邊界為目的在一部分上劃有影線(xiàn)(以下的圖也同樣)。圖2是表示在本發(fā)明的形態(tài)(I)中形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑嬗玫木w生長(zhǎng)法的一例的模式圖。30圖3是表示在本發(fā)明的形態(tài)(I)中將晶體襯底加工成有斜面的凹9凸的方法的模式圖。圖4是表示在本發(fā)明的形態(tài)(II)中形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑嬗玫木w生長(zhǎng)法的一例的模式圖。圖5是表示在本發(fā)明的形態(tài)(n)中形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑嬗玫?晶體生長(zhǎng)法的另一例的模式圖。圖6是表示圖4、5所示的晶體生長(zhǎng)法的變化的模式圖。圖7是表示在本發(fā)明的形態(tài)(II)中形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑嬗玫木w生長(zhǎng)法的另一例的模式圖。圖8是表示現(xiàn)有的GaN系列發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的模式圖。io圖9是表示將Ino.05Gao.95N作為發(fā)光層的材料的現(xiàn)有的發(fā)光二極管的一例的模式圖。具體實(shí)施例方式就發(fā)光元件來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的課題具有最重要的意義，根據(jù)這一點(diǎn)，15本發(fā)明的發(fā)光元件的最好的形態(tài)是LED。另外，雖然不限定材料系列，但如后面所述，舉出使用本發(fā)明的有用性特別顯著的GaN系列材料的LED(GaN系列LED)為例，說(shuō)明該發(fā)光元件。該發(fā)光元件的任意一種形態(tài)，都在發(fā)光層的下方設(shè)置凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，根?jù)其作用及效果，提高光取出效率。從如何形成該凹凸?fàn)畹?0折射率界面這一點(diǎn)出發(fā)，該發(fā)光元件能再分成上述形態(tài)(I)、形態(tài)(II)。在上述形態(tài)(I)中，在晶體襯底上加工凹凸，通過(guò)用半導(dǎo)體晶體(特別是GaN系列晶體)將該凹凸埋入，構(gòu)成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑妗Ｔ谏鲜鲂螒B(tài)(II)中，在凹凸上使GaN系列晶體生長(zhǎng)，通過(guò)用另一GaN系列晶體將它埋入，構(gòu)成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑妗?5首先，說(shuō)明上述形態(tài)(I)。圖l(a)是作為形態(tài)(I)的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)例，示出了GaN系列LED的圖，在第一晶體層(以下也稱(chēng)"第一層")1的表面上加工凹凸la，由具有與上述晶體層不同折射率的材料構(gòu)成的第二晶體層(以下也稱(chēng)"第二層")2在該凹凸la上通過(guò)隔離層或直接地將該凹凸埋入并生長(zhǎng)。因此，不同的折射率界面呈凹凸?fàn)睢?0再在它上面通過(guò)晶體生長(zhǎng)，層疊半導(dǎo)體晶體層(n型接觸層3、發(fā)光層A、p型接觸層4)，形成電極P1、P2后呈元件結(jié)構(gòu)。該圖中的元件結(jié)構(gòu)是簡(jiǎn)單的DH結(jié)構(gòu)，但設(shè)有專(zhuān)用的接觸層、專(zhuān)用的覆蓋層等，另外，也可以將發(fā)光層作成SQW結(jié)構(gòu)、MQW結(jié)構(gòu)，有一切作為發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。5利用上述結(jié)構(gòu)，在發(fā)光層A中產(chǎn)生的沿橫向傳播的光受凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑鎙a的影響，產(chǎn)生一種模式變換(由于漫反射，使光的傳播方向變成面發(fā)光方向)，變成朝向橫向以外的方向。其結(jié)果，朝向取出面的光量增加，元件內(nèi)部的光吸收層減少，其結(jié)果，光取出效率提高。如在現(xiàn)有技術(shù)的說(shuō)明中所述，迄今，與沿著光的取出口以外的方向io(例如，向下或橫向)傳播的光不同，單純地通過(guò)只在端面上反射，使光朝向取出口。與此不同，在本發(fā)明中，將在襯底上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成的GaN系列半導(dǎo)體層區(qū)域看作[使光沿橫向傳播的波導(dǎo)]，通過(guò)在沿著該波導(dǎo)能對(duì)沿橫向傳播的光產(chǎn)生影響的位置上形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，發(fā)生一種15模式變換(或發(fā)生漫反射)，使光朝向其他方向。在本發(fā)明中，著眼于沿橫向傳播的光以發(fā)光層為中心，使電場(chǎng)作為擴(kuò)大到其上下層的電磁波，沿橫向傳播的情況。在通常的DH結(jié)構(gòu)的活性層中，發(fā)光層的厚度為10nrn100nm左右。橫向光不只在這樣薄的活性層內(nèi)傳播，而且作為到達(dá)晶體襯底的分布幅度大的波動(dòng)沿橫向傳20播。因此，如圖l(a)所示，如果在橫向光的分布范圍內(nèi)形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑鎙a，則橫向光的波動(dòng)受影響，利用一種模式變換(或發(fā)生漫反射)，能使若干光量朝向其他方向，進(jìn)而射出到外界的光量也增大。另外，該凹凸也具有作為將從發(fā)光層朝向該凹凸本身發(fā)射的光漫反射到上方的反射面的功能。25另外該凹凸還具有使GaN系列半導(dǎo)體層/藍(lán)寶石襯底的界面的垂直方向的反射率下降的功能，抑制上下方向的駐波的發(fā)生，使很多光進(jìn)入藍(lán)寶石襯底，來(lái)自藍(lán)寶石襯底的光的取出量增大，特別是從襯底一側(cè)取出光時(shí)還能提高光取出效率。在形態(tài)(I)中，所謂在第一層的表面上加工的凹凸，是第一層的30表面本身構(gòu)成的凹凸。這與采用迄今眾所周知的橫向生長(zhǎng)法的由Si02等構(gòu)成的掩蔽層被加在覆蓋的表面上形成的凹凸不同。另外，利用上述的結(jié)構(gòu)，能使在晶體襯底上生長(zhǎng)的GaN系列晶體有效地降低錯(cuò)位密度。在該結(jié)構(gòu)中，不用ELO用的掩蔽層。一次生長(zhǎng)就能完成錯(cuò)位密度的降低。5即，在使用掩模的ELO法中，使GaN膜在基底上生長(zhǎng)后，暫時(shí)從生長(zhǎng)裝置中取出到外部，形成掩模，再返回生長(zhǎng)裝置中，再進(jìn)行生長(zhǎng)。與此不同，在晶體襯底上形成凹凸進(jìn)行的生長(zhǎng)法中，將加工了凹凸的晶體襯底置于生長(zhǎng)裝置內(nèi)之后，不需要阻止生長(zhǎng)，因此不存在再生長(zhǎng)界面，能制作結(jié)晶性良好的結(jié)構(gòu)。io另外，在本發(fā)明的上述的結(jié)構(gòu)中，由于不使用掩模而使GaN系列晶體層生長(zhǎng)，所以沒(méi)有由掩模的分解產(chǎn)生的不純物污染、晶體品質(zhì)下降的問(wèn)題。利用這些作用和效果，能制作錯(cuò)位少結(jié)晶好的結(jié)構(gòu)，結(jié)果，光輸出特別高。另外，成為劣化的原因的錯(cuò)位密度降低的結(jié)果，能謀求長(zhǎng)壽命15化。作為凹凸的總體的配置圖形，能不使橫向光的波動(dòng)受影響即可，可以是在第一層的表面(基準(zhǔn)平面)上配置了點(diǎn)狀的凹部(或凸部)的圖形，也可以是以一定的間隔排列了直線(xiàn)狀的或曲線(xiàn)狀的凹槽(或凸山脊)條紋狀的凹凸圖形。凸山脊呈柵格狀的圖形也可以說(shuō)是排列了角形凹部20的圖形。它們中能對(duì)橫向光產(chǎn)生強(qiáng)大影響的是條紋狀的凹凸圖形。凹凸的斷面形狀能舉出如圖2(a)所示，呈矩形(包括梯形)波狀；如圖3(C)所示，呈三角波狀或正弦曲線(xiàn)狀；以及呈它們合成的波狀等。凹凸的細(xì)部的規(guī)格可以參照后面所述的為了降低GaN系列晶體的錯(cuò)位密度而形成的晶體生長(zhǎng)用的凹凸結(jié)構(gòu)。25另外，由于凹凸對(duì)橫向光有影響，所以該凹凸最好位于從發(fā)光層算起的特定距離以?xún)?nèi)。該距離在圖l(a)中如k所示，為5.5微米至20微米左右，特別是最好為1微米至10微米的值，該范圍內(nèi)包含通常的LED的襯底上表面和發(fā)光層下表面的距離。因此，如果將元件的晶體襯底作為第一層，在它上表面上形成凹凸，將它埋入并使第二層生長(zhǎng)，構(gòu)成元30件結(jié)構(gòu)，則該凹凸對(duì)橫向光充分地產(chǎn)生影響。該發(fā)光元件的材料系列可以是GaAs系列、InP系列、GaN系列等迄今眾所周知的材料，但在晶體的錯(cuò)位密度的降低成為大問(wèn)題的GaN發(fā)光元件(至少發(fā)光層的材料是GaN系列半導(dǎo)體的發(fā)光元件)中，本發(fā)明的有用性最顯著。在GaN系列發(fā)光元件中，謀求降低GaN系列晶5體的錯(cuò)位密度是元件形成時(shí)所必要的大前提。在本發(fā)明中，.如下所述提供一種采用了對(duì)于謀求降低GaN系列晶體的錯(cuò)位密度有用的凹凸結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)法，由于能將該凹凸結(jié)構(gòu)兼作上述折射率界面上的凹凸用，所以與只以折射率界面為目的形成凹凸的情況相比，凹凸的有用性提高了。以下，說(shuō)明使用該凹凸結(jié)構(gòu)的GaN系列晶體生長(zhǎng)法。10使用凹凸結(jié)構(gòu)的GaN系列晶體生長(zhǎng)法是這樣一種方法如圖2(a)所示，在晶體襯底(第一層〉l的表面上加工凹凸la，如圖2(b)所示，從其凹部及凸部開(kāi)始，實(shí)際上使GaN系列晶體21、22—邊形成晶面結(jié)構(gòu)一邊生長(zhǎng)，如圖2(c)所示，使凹部不致成為空洞，實(shí)際上用GaN系列晶體填充，將該凹凸埋入并生長(zhǎng)。所謂實(shí)際上一邊形成晶面結(jié)構(gòu)的生15長(zhǎng)，意味著包括類(lèi)似于后面所述的晶面結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的生長(zhǎng)(例如，沿厚度方向一邊生成凹凸一邊生長(zhǎng)等)。以下，將填充使用該凹凸的凹部的生長(zhǎng)法稱(chēng)為"該晶面生長(zhǎng)法"。在本發(fā)明中利用的該晶面生長(zhǎng)法中，有這樣的特征通過(guò)在連隔離層都不形成的狀態(tài)的晶體襯底的表面上加工凹凸，預(yù)先提供從晶體生長(zhǎng)20當(dāng)初就能形成晶面的毛面。通過(guò)將凹凸設(shè)在晶體襯底上，在該面上進(jìn)行GaN系列晶體的氣相生長(zhǎng)時(shí)，將用相互之間的臺(tái)階劃分的凹面和凸面作為晶面結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)生成的單位基準(zhǔn)面。通過(guò)將凹面和凸面兩者作為晶面結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)可能的面，如圖2(b)所示，生長(zhǎng)初期從凹面凸面兩者開(kāi)始發(fā)生呈凸面的晶體生長(zhǎng)。25其結(jié)果，從晶體襯底沿C軸方向延伸的錯(cuò)位線(xiàn)在晶面(圖2(b)所示的晶體21、22的斜面)上沿橫向彎曲，不向上方傳播。然后如圖2(c)所示，繼續(xù)生長(zhǎng)，使生長(zhǎng)面平坦后，該表面附近成為來(lái)自襯底的錯(cuò)位的傳播降低了的低錯(cuò)位密度區(qū)域。在使GaN系列晶體生長(zhǎng)的一般方法中，采用MOVPE法等在藍(lán)寶30石C面襯底上，通過(guò)AIN等低溫隔離層，使高溫GaN膜生長(zhǎng)。如果在低溫隔離層上使高溫GaN生長(zhǎng)，則將形成了結(jié)晶的一部分隔離層作為生長(zhǎng)核，高溫GaN晶體開(kāi)始呈島狀生長(zhǎng)，但生長(zhǎng)速度快的晶體將生長(zhǎng)速度慢的晶體覆蓋而成一體，促進(jìn)橫向生長(zhǎng)，不久便形成平坦的GaN晶體。這時(shí)，在藍(lán)寶石襯底上不加工凹凸時(shí)，進(jìn)行生長(zhǎng)，以便出現(xiàn)生長(zhǎng)5速度慢而穩(wěn)定的C面，從而被平坦化。這是因?yàn)闄M向的生長(zhǎng)速度比穩(wěn)定的C面的生長(zhǎng)速度快。另一方面，為了在襯底面上加工凹凸來(lái)對(duì)橫向生長(zhǎng)施加晶體生長(zhǎng)區(qū)域的尺寸限制，例如如果凹凸的縱向呈平行于(11—20)方向的條紋形狀，則由于對(duì)(I一IOO)方向的生長(zhǎng)加以限制，所以C軸方向的生長(zhǎng)速io度上升，能形成晶體生長(zhǎng)速度慢而穩(wěn)定的{1一101}等斜晶面。本發(fā)明中通過(guò)在襯底的生長(zhǎng)面上進(jìn)行凹凸加工，施加上述橫向生長(zhǎng)的生長(zhǎng)區(qū)域的尺寸限制。在本說(shuō)明書(shū)中，所標(biāo)記的晶面、晶體方位全部是在晶體襯底上生長(zhǎng)的GaN晶體的晶面、方位。15所謂第二層實(shí)際上填充凹部，不僅呈全部填充狀態(tài)，而且填充得構(gòu)成能達(dá)到本發(fā)明的目的的有效的凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑婕纯?。例如，雖然有時(shí)在從凹部開(kāi)始的生長(zhǎng)晶體和從凸部開(kāi)始的生長(zhǎng)晶體成為一體的部分產(chǎn)生空隙，但能獲得折射率的變化這一點(diǎn)是好的。另外，在凹部上即使產(chǎn)生空隙，但在凹部上生長(zhǎng)的第二層的下部面以能達(dá)到本發(fā)明的目的20的程度進(jìn)入凹部?jī)?nèi)，構(gòu)成有效的凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑婕纯伞Ｅc該晶面生長(zhǎng)法不同，例如，在特開(kāi)2000-106455號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了將凹凸設(shè)在晶體襯底上，將凹部作為空洞留下來(lái)，使氮化鎵系列半導(dǎo)體生長(zhǎng)的方法?？墒?，在這樣的生長(zhǎng)法中，由于不填充凹部而作為空洞部留下來(lái)，所以從第二層看時(shí)折射率界面(即，第二層的下表面)未構(gòu)25成充分的凹凸，對(duì)橫向光進(jìn)行的模式調(diào)制的作用和效果不大?？墒牵斩床康拇嬖诓焕谑拱l(fā)光層上產(chǎn)生的熱向襯底一側(cè)逃逸。另外，由于不能積極地控制錯(cuò)位的傳播，所以錯(cuò)位會(huì)傳播到凸部的上方，錯(cuò)位密度的降低效果也不充分。該晶面生長(zhǎng)法中使用的晶體襯底是使各種半導(dǎo)體晶體層生長(zhǎng)用的30構(gòu)成基底的襯底，也可以說(shuō)是晶格調(diào)整用的隔離層等還未形成的狀態(tài)的14襯底。作為優(yōu)選的晶體襯底，能使用藍(lán)寶石(C面、A面、R面)、SiC(6H、4H、3H)、GaN、A1N、Si、尖晶石、ZnO、GaAs、NGO等，但如果適應(yīng)于本發(fā)明的目的，也可以使用除此以外的材料。另外，襯底的面方位不特別限定，也可以是更恰當(dāng)?shù)囊r底，還可以是帶有偏角的襯5底。所謂GaN系列半導(dǎo)體，是用InXGaYAlZN(0《X《1，0《Y《1，0《Z《1，X+Y+Z=l)表示的化合物半導(dǎo)體，晶體混合比是任意的，例女口，能舉出A1N、GaN、AlGaN、InGaN等作為重要的化合物。如上所述，該晶面生長(zhǎng)法中用的凹凸是從凹面、凸面兩者進(jìn)行晶面io結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)所能生成的凹凸形狀，而且，最好是能對(duì)發(fā)光層中產(chǎn)生的橫向光起作用的凹凸形狀。以下說(shuō)明該凹凸描繪的優(yōu)選圖形、該凹凸的優(yōu)選規(guī)格。概略地說(shuō)，該晶面生長(zhǎng)法中用的凹凸的配置圖形可以參照能對(duì)上述的橫向光的波動(dòng)產(chǎn)生影響的凹凸，能舉出排列了點(diǎn)狀的凹部(或凸部)15的圖形、以一定的間隔排列了直線(xiàn)狀或曲線(xiàn)狀的凹槽(或山脊)的條紋狀的凹凸圖形。另外，凹凸的斷面形狀能舉出矩形(包括梯形)波狀、三角波狀、正弦曲線(xiàn)狀等，間距也如上所述，沒(méi)有必要是一定的。在這些各種形態(tài)中，直線(xiàn)狀或曲線(xiàn)狀的凹槽(或山脊)以一定間隔排列的條紋狀的凹凸圖形，能簡(jiǎn)化其制作工序，同時(shí)圖形的制作也容易，20如上所述，對(duì)橫向光的影響大，這一點(diǎn)是好的。在使凹凸圖形呈條紋狀的情況下，該條紋的縱向可以是任意的，但拿將其埋入并生長(zhǎng)的GaN系列晶體來(lái)說(shuō)，在<11一20>方向的情況下，對(duì)橫向生長(zhǎng)施加了尺寸限制時(shí)容易形成U—101}面等傾斜晶面。其結(jié)果，從襯底一側(cè)沿C軸方向傳播的錯(cuò)位在該晶面上沿橫向彎曲，難以向25上傳播，能形成低錯(cuò)位密度區(qū)，這一點(diǎn)特別好。另一方面，即使在使條紋的縱向?yàn)?lt;1一100>方向的情況下，通過(guò)選擇容易形成模擬的晶面的生長(zhǎng)條件，能獲得與上述同樣的效果。其次以圖2(a)所示的斷面呈矩形波狀的凹凸為例，舉出該晶面生長(zhǎng)法、以及能有效地影響橫向光的方向的凹凸的優(yōu)選尺寸。30凹槽的寬度Wl為0.5微米~20微米，特別是最好為1微米~1015微米。凸部的寬度W2為0.5微米20微米，特別是最好為1微米10微米。凹凸的振幅(凹槽的深度)d為0.05微米5微米，特別是最好為50.2微米3微米。這些尺寸和根據(jù)它計(jì)算的間距等在其他斷面形狀的凹凸中也一樣。利用凹部的寬度和凸部的寬度的組合，雖然在所生長(zhǎng)的GaN系列晶體上怎樣形成晶面能進(jìn)行各種變化，但該晶面呈能使錯(cuò)位的傳播彎曲的程度的面即可，優(yōu)選形態(tài)如圖2(b)所示，從各個(gè)單位基準(zhǔn)面生長(zhǎng)的晶io體單位21、22在各自的頂部上完全沒(méi)有平坦部，兩晶面在頂部上呈交叉的山形(三角錐或長(zhǎng)長(zhǎng)地連接成山脈狀的山脊形)的形態(tài)。如果是這樣的晶面，則能使從上述基底面承接的錯(cuò)位線(xiàn)大致完全彎曲，能進(jìn)一步降低其正上方的錯(cuò)位密度。另外，不僅凹凸寬度的組合，而且改變凹部的深度(凸部的高度)15d，也能進(jìn)行晶面形成區(qū)的控制。作為凹凸的加工方法，例如，舉例示出采用通常的光刻技術(shù)，對(duì)應(yīng)于作為目的的凹凸的形態(tài)形成圖形，采用RIE技術(shù)等進(jìn)行刻蝕加工，獲得作為目的的凹凸的方法等。在襯底上進(jìn)行半導(dǎo)體晶體層的生長(zhǎng)的方法可以是HVPE、MOVPE、20MBE法等。在制作厚膜的情況下，HVPE法好，但在形成薄膜的情況下，MOVPE法或MBE法好。進(jìn)行晶體生長(zhǎng)時(shí)根據(jù)生長(zhǎng)條件(氣體種類(lèi)、生長(zhǎng)壓力、生長(zhǎng)溫度等)，能控制晶面的形成。減壓生長(zhǎng)時(shí)在NH3分壓低的情況下容易出現(xiàn)(l一101}面的晶面，常壓生長(zhǎng)時(shí)與減壓相比容易出現(xiàn)晶面。25另外如果提高生長(zhǎng)溫度，則雖然能促進(jìn)橫向生長(zhǎng)，但如果低溫生長(zhǎng)，則C軸方向的生長(zhǎng)比橫向生長(zhǎng)快，容易形成晶面。雖然示出了根據(jù)以上生長(zhǎng)條件能進(jìn)行晶面形成的控制，但如果在能產(chǎn)生本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)，也可以根據(jù)目的靈活使用。在該晶面生長(zhǎng)法中，在從晶體襯底上形成的凹凸使GaN系列晶體30生長(zhǎng)時(shí)，也可以在晶體襯底上直接生長(zhǎng)，還可以通過(guò)GaN、A1N等眾所周知的低溫隔離層、其他眾所周知的隔離層。以上，示出了用該晶面生長(zhǎng)法進(jìn)行的凹凸的埋入方法，但通過(guò)選擇凹凸的尺寸和晶體生長(zhǎng)條件，也可以不以晶面結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)為主，利用一般的生長(zhǎng)(例如，橫向生長(zhǎng)大的生長(zhǎng))將凹凸埋入。5其次，舉例示出將凹凸的斷面作成三角波狀的形態(tài)。在將GaN晶體襯底作為第一層用的情況下，該形態(tài)特別有用。作為將晶體襯底的表面加工成有這樣的斜面的凹凸的方法，例如，如圖3(a)所示，利用條紋狀、柵格狀等作為目的的圖形，在GaN襯底l的表面上形成其斷面形狀呈兩邊緣薄的凸拱狀的抗蝕劑R，對(duì)此能舉出io實(shí)施有關(guān)氣體刻蝕的方法。作為抗蝕劑的材料，最好使用能承受該氣體刻蝕的材料。通過(guò)對(duì)帶有這樣的抗蝕劑R的GaN襯底進(jìn)行該氣體刻蝕，露出了GaN襯底的區(qū)域從最初被刻蝕，另一方面，抗蝕劑薄的肩部與進(jìn)行刻蝕的同時(shí)進(jìn)行消耗，GaN晶體的刻蝕開(kāi)始變慢。這樣由于刻蝕開(kāi)始的時(shí)間被錯(cuò)開(kāi)進(jìn)行刻蝕，所以最后如圖3(b)所示，作為總體其斷面呈15近似于三角波的凹凸。抗蝕劑最薄的部分雖然能通過(guò)該氣體刻蝕而被除去，但也可以留下來(lái)，在此情況下，也可以使用不會(huì)損傷GaN晶體的抗蝕劑專(zhuān)用的除去劑將其除去。另外，如果最后進(jìn)行凸部的刻蝕處理，則效果更好。其次舉出圖3(b)所示的有斜面的凹凸的優(yōu)選尺寸。20凹凸的間距為2微米40微米，特別是最好為2微米~20微米。凹凸的振幅為0.05微米5微米，特別是最好為0.2微米~3微米。有斜面的凹凸的配置圖形與上面說(shuō)明的該晶面生長(zhǎng)法相同，能舉出排列了點(diǎn)狀的凹部(或凸部)的圖形、以一定的間隔排列了直線(xiàn)狀或曲線(xiàn)狀的凹槽(或山脊)的條紋狀的凹凸圖形，特別是條紋狀的凹凸圖形25最好。其次，如圖3(c)所示，使第二層2的生長(zhǎng)從凹凸的全部表面開(kāi)始，一直生長(zhǎng)到凹凸完全被埋入為止。這時(shí)凹槽的側(cè)壁變成了模擬的晶面，所以使GaN系列晶體生長(zhǎng)時(shí)，將該晶面作為界面錯(cuò)位線(xiàn)彎曲，能獲得在上層上形成低錯(cuò)位密度部分的作用和效果?？墒牵@樣的凹凸不僅對(duì)30橫向光起作用，而且作為反射面也有很強(qiáng)的作用，是一種好的形態(tài)。17刻蝕法雖然沒(méi)有限定，但如果是由使用了包含氯的刻蝕氣體的RIE(ReactiveIonEtching)等進(jìn)行的氣體刻蝕，則在第一層是GaN晶體襯底的情況下，在晶體表面上不會(huì)留下?lián)p傷，所以好。在以上的說(shuō)明中，在GaN系列發(fā)光元件中，雖然示出了將該晶面5生長(zhǎng)法的凹凸結(jié)構(gòu)作為橫向光用的凹凸兼用的例，但不一定必須兼用，也可以是另外設(shè)置只供橫向光用的凹凸的形態(tài)。其次，說(shuō)明上述形態(tài)(II)。圖l(b)是作為上述形態(tài)(II)的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)例表示GaN系列LED的圖，在成為晶體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體層(該圖中為晶體襯底)S的表面上，使第一GaN系列晶體(以下也稱(chēng)o"第一晶體")10生長(zhǎng)，且一邊形成晶面結(jié)構(gòu)，一邊作成凹凸，將該凹凸中的至少凸部(在圖4的例中，就是第一晶體10本身)覆蓋起來(lái)使具有與第一GaN系列晶體不同的折射率的第二GaN系列晶體(以下也稱(chēng)"第二晶體")20生長(zhǎng)，因此，構(gòu)成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，能獲得與上述形態(tài)(I)同樣的作用和效果。15在該形態(tài)(II)中，在第一晶體生長(zhǎng)而作成凹凸的時(shí)刻，在其他GaN系列晶體中使成分變化，改變折射率，即，只要第一晶體達(dá)到了平坦化就不再生長(zhǎng)是重要的。折射率的變化(成分的變化)可以是臺(tái)階狀的變化，也可以是在折射率分布波導(dǎo)中看到的連續(xù)的變化。使第一晶體生長(zhǎng)成凹凸的方法不限定，但通過(guò)一邊實(shí)際上形成晶面20結(jié)構(gòu)、或者一邊形成模擬的晶面結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)，能使適合達(dá)到本發(fā)明的目的的凹凸生長(zhǎng)。這里所說(shuō)的凹凸，不僅是凸部連續(xù)相鄰的波狀的凹凸，而且也可以如圖5(a)(c)所示，凸?fàn)畹牡谝痪w10離散地配置，另一物質(zhì)作為凹部存在于它們之間。25由第一晶體的晶面生長(zhǎng)形成的凹凸的形狀不限定，例如，可以是凸部的頂部有平坦部的梯形形狀，但為了充分地獲得凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娴淖饔煤托Ч?，與上述形態(tài)(I)中說(shuō)明的相同，最好從各個(gè)單位基準(zhǔn)面生長(zhǎng)的晶體單位在各自的頂部上完全沒(méi)有平坦部，兩晶面在頂部上呈交叉的山形(三角錐或長(zhǎng)長(zhǎng)地連接成山脈狀的山脊形)的形態(tài)。30在形態(tài)(II)中，如果是能使第一晶體呈凹凸?fàn)畹姆椒?，則什么樣的方法都可以釆用，在第一晶體呈凹凸的時(shí)刻，使第二晶體覆蓋著它生長(zhǎng)，構(gòu)成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑婕纯?。作為使GaN系列晶體生長(zhǎng)成凹凸的方法，特別是最好使晶面生長(zhǎng)(或者類(lèi)似于它的方法)。為此，能舉出在成為晶體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體5層表面上對(duì)晶體生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行尺寸限制的方法。例如，能舉出①如上面詳細(xì)說(shuō)明的該晶面生長(zhǎng)法所示，在成為晶體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體層表面上加工凹凸的方法(圖l(b)、圖4、圖5(a)、圖6、圖7);②在成為晶體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體層表面的特定區(qū)域上設(shè)置GaN系列晶體不能生長(zhǎng)的掩蔽圖形的方法(圖5(b));③對(duì)成為晶io體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體層表面的特定區(qū)域進(jìn)行能抑制GaN系列晶體生長(zhǎng)的表面處理的方法(圖5(c))等。利用這些方法，第一晶體生長(zhǎng)并作成凹凸。作為上述方法①，也可以不僅是根據(jù)圖4所示的該晶面生長(zhǎng)法，用GaN系列晶體10、20實(shí)際上填充凹凸的凹部的形態(tài)，而且如圖5(a)所15示，只從全部凸部的上面使第一晶體IO進(jìn)行晶面生長(zhǎng)后，切換成第二晶體20，在凹部上進(jìn)行晶面生長(zhǎng)，將凹部作為空洞保留的形態(tài)。另外，在上述形態(tài)(I)中，也可以利用具有以圖3為例說(shuō)明的斜面的凹凸。如圖7所示，這是在晶體襯底S上的有斜面的凹凸上，使第一晶體IO生長(zhǎng)，使模擬的晶面生長(zhǎng)后，切換成第二晶體20的形態(tài)。20作為上述方法②，如圖5(b)所示，使用迄今眾所周知的掩模的各種橫向生長(zhǎng)法全部都能適用。作為掩模m的材料，可以使用Si、Ti、Ta、Zr等的氮化物或氧化物，即Si02、SiNX、Ti02、Zr02等，也可以眾所周知的掩模材料。作為掩模的圖形，可以參照眾所周知的圖形，但重要的是以條紋狀的圖形、25柵格狀的圖形等為主，掩蔽區(qū)和非掩蔽區(qū)的邊界線(xiàn)的方向特別重要。在作成沿著使掩蔽區(qū)和非掩蔽區(qū)的邊界線(xiàn)生長(zhǎng)的GaN系列晶體的<1_100>方向延伸的直線(xiàn)的情況下，橫向生長(zhǎng)速度快。反之，如果使掩蔽區(qū)和非掩蔽區(qū)的邊界線(xiàn)為<11一20>方向的直線(xiàn)，則容易形成{1一101}面等的斜晶面，就本發(fā)明來(lái)說(shuō)，能獲得好的晶面生長(zhǎng)。30關(guān)于實(shí)施使用掩模的橫向生長(zhǎng)法時(shí)的掩模的詳細(xì)尺寸、氣氛氣體(H2、N2、Ar、He等)、以及晶體生長(zhǎng)法(HVPE、MOVPE)等，可以參照眾所周知的技術(shù)，例如，在文獻(xiàn)(A.Sakai等，Appl.Phys.Lett.71(1997)2259.)中有詳細(xì)的記載。作為上述方法③，例如，能舉出特開(kāi)2000-277435公報(bào)中記載的在5掩模中使用Si02的殘?jiān)姆椒āＲ虼?，能呈現(xiàn)與上述掩模同樣的作用和效果，從不進(jìn)行處理的區(qū)域使GaN系列晶體呈凸?fàn)畹剡M(jìn)行晶面生長(zhǎng)是可能的。在上述形態(tài)(II)中，作為呈凸?fàn)钌L(zhǎng)的第一晶體及覆蓋它的第二晶體的組合(第一晶體/第二晶體)，舉例給出了(AlGaN/GaN)、io(AlInGaN/GaN)等。由于AlGaN作為第一晶體存在于GaN的下側(cè)，所以作為第二晶體的GaN相當(dāng)于稱(chēng)為光波導(dǎo)的折射率高的心子，作為第一晶體的AlGaN相當(dāng)于折射率比它低的覆蓋層，本發(fā)明的作用和效果更高，另外，即使作為反射層也有效。將凹凸埋入的GaN系列晶體(例如，GaN)既可以不摻雜，也可以是n型的。15以上①③雖然是使GaN系列晶體進(jìn)行晶面生長(zhǎng)用的各種方法，但在任何一種方法中，使凹凸平坦化用的第三GaN系列晶體既可以是第二晶體(呈第二晶體照樣繼續(xù)生長(zhǎng)直至平坦化為止的形態(tài))，也可以是與第二晶體不同的晶體(包括第一晶體)。另外，第三GaN系列晶體還可以是呈多層變化的晶體。20通過(guò)選擇第三GaN系列晶體的形態(tài)，在晶面結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)過(guò)程中或生長(zhǎng)后，存在使GaN系列晶體的成分呈多層狀變化的共同變化。以下，以上述①中的用該晶面生長(zhǎng)法進(jìn)行的凹凸形成為例，說(shuō)明該變化。在圖4(a)的例中，覆蓋第一晶體10的第二晶體20雖然照樣生長(zhǎng)，直至使凹凸平坦為止，但在該變化中，如圖4(b)所示，使覆蓋第一晶體25(例如GaN)IO的第二晶體(例如AlGaN)20呈膜狀，另外折射率不同的另一GaN系列晶體(例如GaN)20a—直生長(zhǎng)到平坦化為止。在圖4(c)的例中，第二晶體20呈膜狀地覆蓋著第一晶體10而生長(zhǎng)，另外第一晶體20a、第二晶體20b依次覆蓋著第二晶體20，折射率互不相同的GaN系列晶體膜形成多層膜結(jié)構(gòu)。30如果采用由這樣的折射率互不相同的GaN系列晶體膜構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)的形態(tài)，則更能提高反射性。例如，對(duì)應(yīng)于發(fā)光波長(zhǎng)，最適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)膜的厚度，也可以形成布雷格反射層作為由AlGaN/GaN等雙層構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)。在作成多層膜結(jié)構(gòu)的情況下，不限定膜的層數(shù)，可以是從圖4(b)5所示的夾著一層膜的結(jié)構(gòu)，變化到圖4(c)所示的多層(5對(duì)至100對(duì))。不限定在哪一時(shí)刻將在凹凸上生長(zhǎng)(最好是晶面生長(zhǎng))的第一晶體切換成第二晶體，例如，圖6中模式地示出了由GaN系列晶體構(gòu)成的多層凹凸的生長(zhǎng)狀態(tài)，在襯底S上形成的凹凸面上生長(zhǎng)時(shí)也可以從初期的生長(zhǎng)階段改變成分。在該圖中，為了區(qū)別折射率不同的GaN系列晶io體呈多層狀生長(zhǎng)而構(gòu)成凹凸?fàn)?，劃了影線(xiàn)。在形態(tài)(II)中，在能理想地達(dá)到本發(fā)明的目的方面，凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娴耐共扛叨茸詈脼?.05微米~10微米，特別是0.1微米5微米就更好。另外，在迄今眾所周知的橫向生長(zhǎng)法中，凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娴拈g距大約為1微米10微米，特別是1微米5微米左右是好15的值。關(guān)于利用該晶面生長(zhǎng)法獲得的凹凸的間距，與上述形態(tài)(I)相同。以上，不管是上述形態(tài)(I)還是形態(tài)(II)，第一層(第一晶體)的折射率和第二層(第二晶體)的折射率的差異，在從發(fā)光層發(fā)射的光的波長(zhǎng)中，最好為0.01以上，特別是在0.05以上就更好。20另外，兩者的折射率的大小關(guān)系，最好為第一層(第一晶體)<第二層(第二晶體)，因此，第二層(第二晶體)相當(dāng)于光波導(dǎo)中的折射率高的心子，第一層(第一晶體)相當(dāng)于折射率比它低的覆蓋層，本發(fā)明的作用和效果更大。其次，給出將InGaN用作發(fā)光層的材料、輸出紫外線(xiàn)(波長(zhǎng)為420nm25以下)的情況的優(yōu)選形態(tài)。這時(shí)的InGaN，其In成分為0.15以下。不管是上述形態(tài)(I)還是形態(tài)(II)，都能利用凹凸獲得錯(cuò)位少的良好的晶體，結(jié)果，光輸出特別高。另外，降低成為劣化的原因的錯(cuò)位密度的結(jié)果，能謀求長(zhǎng)壽命化。作為輸出紫外線(xiàn)情況下的優(yōu)選形態(tài)，在上述形態(tài)(I)中，將在襯30底的凹凸上形成的GaN系列晶體層的材料限定為GaN晶體。在該GaN21晶體層上，構(gòu)成將能發(fā)生紫外線(xiàn)的成分的InGaN晶體層作為阱層的MQW結(jié)構(gòu)，作為發(fā)光層。附帶說(shuō)一下，n型覆蓋層由GaN構(gòu)成，成為在發(fā)光層和低溫隔離層之間不存在AlGaN層的結(jié)構(gòu)。在該形態(tài)中，雖然將能發(fā)生紫外線(xiàn)的成分InGaN用作發(fā)光層，可5是作為n型覆蓋層材料，不使用以往所必須的AlGaN，而使用GaN。在本發(fā)明中，對(duì)紫外線(xiàn)發(fā)光層來(lái)說(shuō)，即使n型覆蓋層是GaN，也看得出能充分地達(dá)到空穴的封閉。這可以認(rèn)為由于從P型層注入的空穴的有效質(zhì)量重，所以擴(kuò)散長(zhǎng)度短，不能充分地到達(dá)n型覆蓋層。因此，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，作為InGaN發(fā)光層的下層存在的n型GaN層，嚴(yán)格地說(shuō)，o不相當(dāng)于以往的覆蓋層。排除了在晶體襯底和發(fā)光層之間作為覆蓋層存在的AlGaN，由于是GaN層，所以能降低InGaN發(fā)光層的變形。在發(fā)光層(阱層)發(fā)生變形的情況下，由變形產(chǎn)生的壓電電場(chǎng)的發(fā)生，致使井結(jié)構(gòu)傾斜，電子和空穴的波動(dòng)函數(shù)的重疊減少。其結(jié)果，電子和空穴的再結(jié)合概率減少，光輸出減弱。為了避免該情況的發(fā)生，通15過(guò)將Si摻入MQW結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行了消除壓電電場(chǎng)的嘗試，但由于引起由摻雜造成的結(jié)晶性的下降，所以沒(méi)有好方法。如上所述，通過(guò)排除n型AlGaN層也就沒(méi)有這樣的危險(xiǎn)了，能獲得高輸出。以上說(shuō)明的使用襯底上的凹凸來(lái)降低錯(cuò)位密度、以及排除了AlGaN的上述作用和效果相輔相成，InGaN發(fā)光層能降低錯(cuò)位密度，同時(shí)降低20形變，充分地提高了光輸出和元件壽命。另外，在輸出紫外線(xiàn)的情況下的另一優(yōu)選形態(tài)中，將發(fā)光層的量子阱結(jié)構(gòu)的阻擋層的材料限定于GaN。因此，從阱層和低溫隔離層之間排除了AlGaN層，能抑制阱層的形變，能達(dá)到高輸出化、長(zhǎng)壽命化。在現(xiàn)有的量子阱結(jié)構(gòu)中，考慮到載流子被封閉在阱層內(nèi)，AlGaN能用于阻25擋層和覆蓋層?？墒侨绻撬鼈兊慕M合，則由于晶體生長(zhǎng)條件的最佳值在AlGaN和InGaN的情況下有很大的不同，存在以下問(wèn)題。A1N比GaN熔點(diǎn)高，GaN比A1N熔點(diǎn)低。因此，最佳生長(zhǎng)溫度應(yīng)這樣確定假設(shè)GaN為1000。C，則InGaN為100(TC以下，最好為600~80(TC左右，AlGaN在GaN30以上。在將AlGaN用于阻擋層的情況下，如果不改變AlGaN阻擋層和InGaN阱層的生長(zhǎng)溫度，則達(dá)不到各自的最佳晶體生長(zhǎng)條件，有晶體品質(zhì)下降的問(wèn)題。另一方面，改變生長(zhǎng)溫度，變成設(shè)定生長(zhǎng)中斷，在作為3nm左右的薄膜的阱層的情況下，在該生長(zhǎng)中斷的過(guò)程中，由于刻蝕作用致使厚度變化，發(fā)生表面上出現(xiàn)晶體缺陷等問(wèn)題。由于有這些折中關(guān)5系，所以用AlGaN阻擋層、InGaN阱層的組合來(lái)獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品是困難的。另夕卜，由于將阻擋層作成AlGaN，所以還有使阱層變形的問(wèn)題，妨礙高輸出化。因此，在本發(fā)明中，用GaN作為阻擋層的材料，進(jìn)行.了減少上述折中的問(wèn)題的嘗試，改善了晶體品質(zhì)。另外，為了減少變形，用GaN作為n型覆蓋層時(shí)，由于變形的減少，高輸出化成為可能。如io果將GaN作成覆蓋層，則載流子被封閉，擔(dān)心對(duì)能發(fā)生紫外線(xiàn)的成分InGaN來(lái)說(shuō)變得不充分，判明了載流子(特別是空穴)會(huì)被封閉。另外，在輸出紫外線(xiàn)的情況下的該另一優(yōu)選形態(tài)中，將MQW結(jié)構(gòu)中的阻擋層的厚度限定為6nm~30nm，以8nm~30nm為好，最好為9nm15nm。以往的MQW結(jié)構(gòu)中的阻擋層的厚度3nm7nm。15如果將阻擋層作成這樣的厚度，則不會(huì)有波動(dòng)函數(shù)的重疊，與其呈MQW結(jié)構(gòu)，不如成為將SQW結(jié)構(gòu)重疊多層的狀態(tài)，能充分地達(dá)到高輸出化。阻擋層如果超過(guò)30nm，則從p型層注入的空穴到達(dá)阱層之前，被陷在阻擋層中存在的成為非發(fā)光中心的錯(cuò)位缺陷等中，發(fā)光效率下降，所以不好。20另外，通過(guò)將阻擋層加厚，阱層不容易受到使其上面的層生長(zhǎng)時(shí)由熱或氣體引起的損傷，所以能減少損傷，另外，能降低來(lái)自p型層的摻雜材料(Mg等)向阱層擴(kuò)散，另外還能獲得降低加在阱層上的形變的作用和效果。實(shí)施例25以下，給出實(shí)際制作有按照上述形態(tài)(0、(II)形成的凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娴腉aN系列LED的例。實(shí)施例1在本實(shí)施例中，如圖l(a)所示，按照上述形態(tài)(I)，采用該晶面生長(zhǎng)法將藍(lán)寶石襯底上的凹凸埋入，作成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，?shí)際制30作了GaN系列LED。在C面藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行由光敏抗蝕劑形成的條紋狀的構(gòu)圖(寬2微米，周期4微米，條紋方位條紋的縱向由在襯底上生長(zhǎng)的GaN系列晶體決定，為方向<11一20>)，用RIE裝置進(jìn)行深度達(dá)2微米、斷面呈方形的刻蝕，如圖2(a)所示，獲得了表面呈條紋狀圖形的凹凸的襯5底。這時(shí)的條紋槽斷面的縱橫比為1。將光敏抗蝕劑除去后，將襯底安裝在MOVPE裝置中，在以氮?dú)鉃橹饕煞值臍夥罩?，使溫度上升到IIO(TC，進(jìn)行了熱清理。使溫度下降到500。C，作為III族原料使三甲基鎵(以下稱(chēng)TMG)流過(guò)，作為N原料使氨流過(guò)，使厚度為30nm的GaN低溫隔離層生長(zhǎng)。io接著使溫度上升到IOO(TC，作為原料使TMG、氨流過(guò)，作為摻雜劑使硅垸流過(guò)，使n型GaN層(接觸層)生長(zhǎng)。如圖2(b)所示，這時(shí)的GaN層的生長(zhǎng)從凸部的上表面、凹部的底面開(kāi)始，作為斷面呈山形包含晶面的山脊?fàn)畹木w發(fā)生后，在凹部?jī)?nèi)不會(huì)形成空洞，是將總體埋入的生長(zhǎng)。15在晶面結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)過(guò)程中，在GaN晶體的C面完全消失、頂部呈尖銳的凸?fàn)畹臅r(shí)刻，將生長(zhǎng)條件切換成橫向生長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)的條件(使生長(zhǎng)溫度上升等)，使GaN晶體從藍(lán)寶石襯底的上表面生長(zhǎng)到厚度為5微米為止。為了獲得上表面呈平坦的埋入層，厚度有必要生長(zhǎng)到5微米。接著，依次形成n型AlGaN覆蓋層、InGaN發(fā)光層(MQW結(jié)構(gòu))、20p型AlGaN覆蓋層、p型GaN接觸層，作為發(fā)光波長(zhǎng)為370nm的紫外線(xiàn)LED用外延襯底，另外，進(jìn)行使n型接觸層露出用的刻蝕加工、電極形成、元件分離，作成了LED元件。測(cè)定了在晶片總體上采取的LED芯片(裸芯片狀態(tài)、波長(zhǎng)370nm、通電20mA時(shí))的各輸出。25另外，作為比較例l，除了在藍(lán)寶石襯底上不形成條紋狀的凹凸以夕卜，在與上述相同的條件下，形成紫外線(xiàn)LED芯片(即，在平的藍(lán)寶石襯底上通過(guò)低溫隔離層形成元件結(jié)構(gòu))，測(cè)定了其輸出。這些測(cè)定結(jié)果如后面所述。比較例230在本比較例中，采用迄今眾所周知的使用掩模的橫向生長(zhǎng)法，謀求降低上述比較例1中的GaN系列晶體層的錯(cuò)位密度。該比較例2是一種在晶面結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)時(shí)不改變成分，用同一成分自始至終地將掩模埋入的眾所周知的結(jié)構(gòu)，不具有由晶面結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)形成的凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?，這一點(diǎn)與本發(fā)明的形態(tài)(II)(特別是圖5(b))有很大不同。5將與實(shí)施例1規(guī)格相同的C面藍(lán)寶石襯底安裝在MOVPE裝置中，在以氮?dú)鉃橹饕煞值臍夥罩?，使溫度上升?10(TC，進(jìn)行了熱清理。使溫度下降到50(TC，作為III族原料使TMG流過(guò)，作為N原料使氨流過(guò)，使厚度為30nm的GaN低溫隔離層生長(zhǎng)。接著使溫度上升到100(TC，作為原料使TMG、氨流過(guò)，作為摻雜io劑使硅烷流過(guò)，使n型GaN層生長(zhǎng)了約2微米。從MOVPE裝置中取出襯底，進(jìn)行由光敏抗蝕劑形成的條紋狀的構(gòu)圖(寬2微米，周期4微米，條紋方位條紋的縱向由GaN系列晶體決定，為方向<11一20>)，在電子束蒸鍍裝置中蒸鍍了厚度為100nm的Si02。用稱(chēng)為剝離的方法，將光敏抗蝕劑除去，獲得了條紋狀的Si0215掩模。再裝填到MOVPE裝置中，使n型GaN晶體接觸層生長(zhǎng)。生長(zhǎng)條件與實(shí)施例l大致相同，從GaN晶體的露出部分(非掩模區(qū)域)的生長(zhǎng)，作為斷面呈山形包含晶面的山脊?fàn)畹木w發(fā)生后，使生長(zhǎng)一直進(jìn)行到直接將總體埋入而達(dá)到平坦為止。埋入時(shí)有必要沿C軸方向生長(zhǎng)厚度20約5微米的GaN晶體。接著，依次形成n型AlGaN覆蓋層、InGaN發(fā)光層(MQW結(jié)構(gòu))、p型AlGaN覆蓋層、p型GaN接觸層，作為發(fā)光波長(zhǎng)為370nm的紫外線(xiàn)LED用外延襯底，另外，進(jìn)行使n型接觸層露出用的刻蝕加工、電極形成、元件分離，作成了LED元件。25測(cè)定了在晶片總體上釆取的LED芯片(裸芯片狀態(tài)、波長(zhǎng)370nm、通電20mA時(shí))的各輸出。測(cè)定結(jié)果如后面所述。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，如圖l(b)所示，按照上述形態(tài)(II)，采用該晶面生長(zhǎng)法形成由AlGaN構(gòu)成的凹凸?fàn)畹木娼Y(jié)構(gòu)，用GaN將其埋入，作30成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑妫瑢?shí)際制作了GaN系列LED。25與實(shí)施例1完全相同，在c面藍(lán)寶石襯底上形成呈條紋狀圖形的凹凸，將它安裝在MOVPE裝置中，在以氮?dú)鉃橹饕煞值臍夥罩?，使溫度上升?10(TC，進(jìn)行了熱清理。使溫度下降到50(TC，作為m族原料使TMG流過(guò)，作為N原料使氨流過(guò)，使厚度為30nm的GaN低溫隔5離層生長(zhǎng)。接著使溫度上升到IOOO'C，作為原料使TMG、氨流過(guò)，使GaN層生長(zhǎng)約100nm后，將三甲基鋁(TMA)加入III族原料中，使AlGaN生長(zhǎng)。如圖2(b)所示，AlGaN/GaN層的生長(zhǎng)從凸部的上表面、凹部的底面開(kāi)始，作為斷面呈山形包含晶面的山脊?fàn)畹木w發(fā)生后，在凹部io內(nèi)不形成空洞地進(jìn)行生長(zhǎng)。在晶面結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)過(guò)程中，在AlGaN晶體的C面完全消失、頂部呈尖銳的凸?fàn)畹臅r(shí)刻，將生長(zhǎng)條件切換成n型GaN生長(zhǎng)、而且橫向生長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)的條件，使n—GaN晶體(接觸層)從藍(lán)寶石襯底的上表面生長(zhǎng)到厚度為5微米為止。15與上述實(shí)施例1完全相同，在上述n型GaN接觸層上依次形成n型AlGaN覆蓋層、InGaN發(fā)光層(MQW結(jié)構(gòu))、p型AlGaN覆蓋層、p型GaN接觸層，作為發(fā)光波長(zhǎng)為370nm的紫外線(xiàn)LED用外延襯底，另外，進(jìn)行使n型接觸層露出用的刻蝕加工、電極形成、元件分離，作成了LED元件。20測(cè)定了在晶片總體上采取的LED芯片(裸芯片狀態(tài)、波長(zhǎng)370nm、通電20mA時(shí))的各輸出的結(jié)果，如后面所述。實(shí)施例3在本實(shí)施例中，如圖4(c)所示，按照上述形態(tài)(III)，采用該晶面生長(zhǎng)法形成由AlGaN構(gòu)成的凹凸?fàn)畹木娼Y(jié)構(gòu)，用由AlGaN/GaN超柵25格結(jié)構(gòu)構(gòu)成的50對(duì)的布雷格反射層將其覆蓋，作成凹凸?fàn)畹亩鄬诱凵渎式缑?，?shí)際制作了GaN系列LED。與實(shí)施例1完全相同，在C面藍(lán)寶石襯底上形成呈條紋狀圖形的凹凸，將它安裝在MOVPE裝置中，在以氮?dú)鉃橹饕煞值臍夥罩?，使溫度上升?10(TC，進(jìn)行了熱清理。使溫度下降到50(TC，作為III族原30料使TMG流過(guò)，作為N原料使氨流過(guò)，使厚度為30nm的GaN低溫隔離層生長(zhǎng)。接著使溫度上升到IOO(TC，作為原料使TMG、氨流過(guò)，如圖4(c)所示，使GaN層從凸部的上表面、凹部的底面開(kāi)始，作為斷面呈山形包含晶面的山脊?fàn)畹木w生長(zhǎng)。5在晶面結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)過(guò)程中，在GaN晶體的C面完全消失、頂部呈尖銳的凸?fàn)畹臅r(shí)刻，使A10.2Ga0.8N(沿C軸方向37nm)/GaN(沿C軸方向34nm)生長(zhǎng)50對(duì)，此后將生長(zhǎng)條件切換成n型GaN生長(zhǎng)、而且橫向生長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)的條件，使n—GaN晶體(接觸層)從藍(lán)寶石襯底的上表面生長(zhǎng)到厚度為5微米為止。io與上述實(shí)施例1完全相同，在上述n型GaN接觸層上依次形成n型AlGaN覆蓋層、InGaN發(fā)光層(MQW結(jié)構(gòu))、p型AlGaN覆蓋層、p型GaN接觸層，作為發(fā)光波長(zhǎng)為370nm的紫外LED用外延襯底，另夕卜，進(jìn)行使n型接觸層露出用的刻蝕加工、電極形成、元件分離，作成了LED元件。15測(cè)定了在晶片總體上采取的LED芯片(裸芯片狀態(tài)、波長(zhǎng)370nm、通電20mA時(shí))的各輸出。上述實(shí)施例l-3、比較例l、2各自的測(cè)定結(jié)果(平均值)如下。實(shí)施例h14mW。實(shí)施例2:14.5mW。20實(shí)施例3:15mW。比較例1:6mW。比較例2:7mW。從上述的比較可知，通過(guò)將凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娓郊釉诎l(fā)光層的下方，能將在元件內(nèi)部消滅了橫向光的一部分取出到外界，提高發(fā)光元件25的輸出。實(shí)施例4在本實(shí)施例中，制作有量子阱結(jié)構(gòu)的GaN系列LED，將發(fā)光層和晶體襯底之間的層作成只由GaN構(gòu)成的形態(tài)。在C面藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行由光敏抗蝕劑形成的條紋狀的構(gòu)圖(寬230微米，周期4微米，條紋方位條紋的縱向由在襯底上生長(zhǎng)的GaN系27向<11一20>)，用RIE裝置進(jìn)行深度達(dá)2微米、斷面呈方形的刻蝕，獲得了由表面呈條紋狀圖形的凹凸構(gòu)成的襯底。這時(shí)的條紋槽斷面的縱橫比為1。將光敏抗蝕劑除去后，將襯底安裝在MOVPE裝置中，在以氫氣氣5氛中，使溫度上升到IIO(TC,進(jìn)行了熱刻蝕。使溫度下降到50(TC，作為m族原料使三甲基鎵(以下稱(chēng)TMG)流過(guò)，作為N原料使氨流過(guò)，使厚度為30nm的GaN低溫隔離層生長(zhǎng)。只在凸部的上表面、凹部的底面上形成了該GaN低溫隔離層。接著使溫度上升到100(TC，作為原料使TMG、氨流過(guò)，使不摻雜io的GaN層在平坦的襯底上生長(zhǎng)相當(dāng)于2微米的時(shí)間后，使生長(zhǎng)溫度上升到1050°C，在平坦的襯底上生長(zhǎng)了相當(dāng)于4微米的時(shí)間。在該條件下進(jìn)行了生長(zhǎng)的情況下，如圖2(b)所示，這時(shí)的GaN層的生長(zhǎng)從凸部的上表面、凹部的底面開(kāi)始，生長(zhǎng)成斷面呈山形包含晶面的山脊?fàn)睢４撕笸ㄟ^(guò)變更生長(zhǎng)溫度，促進(jìn)二維生長(zhǎng)，進(jìn)行平坦化。15接著，依次形成n型GaN接觸層(覆蓋層)、厚度為3nm的InGaN阱層(發(fā)光波長(zhǎng)380nm、In成分接近于零，難以測(cè)定)、厚度為6nm的由GaN阻擋層構(gòu)成的3周期的多層量子阱層、厚度為30nm的p型AlGaN覆蓋層、厚度為50nm的p型GaN接觸層，作為發(fā)光波長(zhǎng)為380nm的紫外線(xiàn)LED晶片，另外，進(jìn)行電極形成、元件分離，作成了LED元20件。測(cè)定了在晶片總體上采取的LED元件(裸芯片狀態(tài)、波長(zhǎng)380nm、通電20mA時(shí))的各輸出。為了進(jìn)行比較，在未進(jìn)行凹凸加工的藍(lán)寶石襯底上，在與上述相同的條件下，形成紫外線(xiàn)LED芯片(比較例l)，測(cè)定了其輸出。25另外，在通常的ELO用基體材料(在平坦的藍(lán)寶石襯底上暫時(shí)形成了GaN層后，形成了掩蔽層的基體材料)上，在與上述相同的條件下，形成紫外線(xiàn)LED芯片(比較例2)，測(cè)定了其輸出。利用陰極發(fā)光測(cè)定了LED晶片中的錯(cuò)位密度的平均值，將測(cè)定的結(jié)果、輸出的平均值、以及用8(TC、20mA進(jìn)行的加速試驗(yàn)的壽命(下30降到初始輸出的80%的時(shí)間)示于表1中。28表1<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>從表1可知，在本實(shí)施例中能謀求降低錯(cuò)位密度、長(zhǎng)壽命化、高輸出化。從比較例2的結(jié)果可知，釆用作為錯(cuò)位密度降低法之一的ELO法，雖然同樣能謀求錯(cuò)位密度的降低，但輸出比本實(shí)施例低。這可以認(rèn)io為再生長(zhǎng)界面的存在引起的結(jié)晶性的不同。另外，由于在通常襯底上錯(cuò)位密度也大，所以與本實(shí)施例相比，輸出壽命都不好。實(shí)施例5在本實(shí)施例中，將n型AlojGao.9N覆蓋層設(shè)置在實(shí)施例4的n型GaN接觸層和InGaN阱層之間，除此以外，在與實(shí)施例4相同的條件15下，形成紫外線(xiàn)LED芯片，測(cè)定了其輸出。如上面的表1所示，實(shí)施例4的元件的輸出為10mW，與此不同，本實(shí)施例的元件的輸出為7mW。根據(jù)該結(jié)果可知，本實(shí)施例的元件與比較例1、2相比，雖然輸出提高了，但如實(shí)施例4所示，由于從InGaN阱層和晶體襯底之間將AlGaN層排除，所以輸出進(jìn)一步提高。20實(shí)施例6在本實(shí)施例中，進(jìn)行了調(diào)查關(guān)于MQW結(jié)構(gòu)的阻擋層厚度的限定的作用和效果的實(shí)驗(yàn)。使實(shí)施例4中的MQW結(jié)構(gòu)的各阻擋層的厚度分別為式樣1:3nm，式樣2:6nm，式樣3:10nm，式樣4:15nm，式樣5:30nm，此外與25上述實(shí)施例4同樣地制作了GaN系列LED。這些全部屬于本發(fā)明的發(fā)光元件。在與上述相同的條件下，測(cè)定了紫外LED芯片的輸出。這些測(cè)定結(jié)果的平均值如下。式樣1:2mW5式樣2:7mW式樣3:10mW式樣4:8mW式樣5:5mW另外，在低溫4K下對(duì)這些式樣進(jìn)行了光致發(fā)光測(cè)定的結(jié)果，在表io1中在3.2eV附近觀測(cè)到了從Mg發(fā)射的光。這可以認(rèn)為由于阻擋層薄，所以Mg能從p型層擴(kuò)散的結(jié)果。從上述的結(jié)果可知，阻擋層的厚度為6nm30nm時(shí)，更能改善高輸出化。工業(yè)上利用的可能性15如上所述，通過(guò)將凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娓郊釉诎l(fā)光層的下方，能對(duì)發(fā)光層中產(chǎn)生的橫向光的至少一部分改變其傳播方向，進(jìn)而能增加取出到外界光的量。另外，能提供一種抑制上下方向的駐波的發(fā)生，使光進(jìn)入藍(lán)寶石襯底，特別是從襯底一側(cè)取出光時(shí)，提高光取出效率的賦予了新的結(jié)構(gòu)的20發(fā)光元件。另外，通過(guò)在進(jìn)行了凹凸加工的襯底上制作晶體結(jié)構(gòu)，謀求降低錯(cuò)位，而且，通過(guò)使n型覆蓋層(在量子阱結(jié)構(gòu)中也是阻擋層)的材料為GaN，謀求減少形變，另外，作為MQW結(jié)構(gòu)中的優(yōu)選形態(tài)，限定阻擋層的厚度，能提高元件的光輸出，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化。25本申請(qǐng)以在日本申請(qǐng)的特愿2001-081447、以及特愿2001-080806為基礎(chǔ)，在本說(shuō)明書(shū)中完全包括了這些內(nèi)容。30權(quán)利要求1、一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，具有在藍(lán)寶石襯底的結(jié)晶生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)GaN系列晶體層的工序；所述藍(lán)寶石襯底的結(jié)晶生長(zhǎng)面形成為具有由臺(tái)階劃分的凹面和凸面的凹凸面；在所述生長(zhǎng)GaN系列晶體層的工序中，從所述凹凸面的凹面和凸面這兩面生長(zhǎng)具有相對(duì)于所述GaN系列晶體層的厚度方向傾斜的晶面并呈凸?fàn)畹慕Y(jié)晶，之后，按照讓生長(zhǎng)面平坦化的方式生長(zhǎng)結(jié)晶，通過(guò)這些生長(zhǎng)，讓所述GaN系列晶體層的沿厚度方向延伸的錯(cuò)位線(xiàn)向橫方向彎曲。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在15于，在所述具有傾斜的晶面并呈凸?fàn)畹慕Y(jié)晶中，該傾斜的晶面之間交叉。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，所述GaN系列晶體層是未摻雜GaN層。4、一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，具有在晶體襯底的結(jié)晶生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)GaN系列晶體層的工序；20所述晶體襯底的結(jié)晶生長(zhǎng)面形成為凹凸面；在所述生長(zhǎng)GaN系列晶體層的工序中，在所述凹凸面上生長(zhǎng)呈凸?fàn)畹慕Y(jié)晶，之后，通過(guò)生長(zhǎng)條件的控制，促進(jìn)結(jié)晶的生長(zhǎng)面的平坦化。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在25于，所述生長(zhǎng)條件的控制包含提高生長(zhǎng)溫度。6、一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有藍(lán)寶石襯底和在該藍(lán)寶石襯底的結(jié)晶生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)形成的GaN系列晶體層；所述藍(lán)寶石襯底的結(jié)晶生長(zhǎng)面形成為具有由臺(tái)階劃分的凹面和凸面的凹凸面；在所述GaN系列晶體層的內(nèi)部，在所述凹面的上方以及所述凸面的上方存在下述錯(cuò)位線(xiàn)A:即錯(cuò)位線(xiàn)A成為讓所述藍(lán)寶石襯底的結(jié)晶生長(zhǎng)面成為上述那樣的凹凸面的原因，該錯(cuò)位線(xiàn)A沿所述GaN系列晶體層的厚度方向延伸之后，向橫方向彎曲。57、根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述GaN系列晶體層是未摻雜GaN層。8、一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有藍(lán)寶石襯底和在該藍(lán)寶石襯底的結(jié)晶生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)形成的GaN系列晶體層；所述藍(lán)寶石襯底的結(jié)晶生長(zhǎng)面形成為具有由臺(tái)階劃分的凹面和凸面的凹凸面；所述GaN系列晶體層在所述藍(lán)寶石襯底的結(jié)晶生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)的過(guò)程中，從所述凹凸面的凹面和凸面這兩面形成具有相對(duì)于所述GaN系列晶體層的厚度方向傾斜的晶面并呈凸?fàn)畹慕Y(jié)晶，15所述GaN系列晶體層包含在該傾斜的晶面的位置彎曲的錯(cuò)位線(xiàn)。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述具有傾斜的晶面并呈凸?fàn)畹慕Y(jié)晶中，該傾斜的晶面之間交叉。10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述GaN系列晶體層是未慘雜GaN層。11、一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有以下元件結(jié)構(gòu)在藍(lán)寶石襯底的整個(gè)表面加工形成凹凸；_在所述藍(lán)寶石襯底的表面上，或者介入緩沖層或者直接生長(zhǎng)由未摻雜GaN構(gòu)成的晶體層，填埋該凹凸，該凹凸的凹部由結(jié)晶填充；在該未摻雜GaN構(gòu)成的晶體層上層疊由GaN系列半導(dǎo)體晶體所構(gòu)25成的包含發(fā)光層的半導(dǎo)體晶體層。全文摘要在第一層(1)的表面上加工凹凸(1a)，使具有與第一層不同的折射率的第二層(2)將該凹凸埋入并生長(zhǎng)(或者，在成為生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的晶體層(S)上使第一晶體(10)呈凹凸?fàn)畹厣L(zhǎng)，使具有與第一層不同的折射率的第二晶體(20)生長(zhǎng))。形成了這些凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑?1a、10a)后，在它上面形成層疊了包括發(fā)光層(A)的半導(dǎo)體晶體層的元件結(jié)構(gòu)。因此，在發(fā)光層中產(chǎn)生的橫向光由于凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑娴挠绊懚淖兎较?，朝向外界。另外，其中，在使發(fā)光層的材料為InGaN、發(fā)生紫外線(xiàn)的情況下，采用量子阱結(jié)構(gòu)，完全用GaN晶體形成該量子阱結(jié)構(gòu)和低溫隔離層之間的層，將AlGaN排除。該量子阱結(jié)構(gòu)最好由InGaN構(gòu)成的阱層和由GaN構(gòu)成的阻擋層構(gòu)成，阻擋層的厚度最好為6nm～30nm。文檔編號(hào)H01L21/205GK101504962SQ20091000965公開(kāi)日2009年8月12日申請(qǐng)日期2002年3月20日優(yōu)先權(quán)日2001年3月21日發(fā)明者岡川廣明,只友一行,大內(nèi)洋一郎,常川高志申請(qǐng)人:三菱化學(xué)株式會(huì)社