特許 6067401 半導体発光素子、及び、その製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6067401

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】半導体発光素子、及び、その製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/14 20100101AFI20170116BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/14

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-25361(P2013-25361)

(22)【出願日】2013年2月13日

(65)【公開番号】特開2014-154808(P2014-154808A)

(43)【公開日】2014年8月25日

【審査請求日】2016年1月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】599002043

【氏名又は名称】学校法人 名城大学

(74)【代理人】

【識別番号】100096703

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 俊之

(72)【発明者】

【氏名】竹内 哲也

(72)【発明者】

【氏名】桑野 侑香

(72)【発明者】

【氏名】岩谷 素顕

(72)【発明者】

【氏名】赤▲崎▼ 勇

【審査官】 吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１４２４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３４０５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７５００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２３５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１０１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７３６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１５２５８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−０６８７４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アクセプタ不純物を含むｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層の上に形成されたドナー不純物添加又はアンドープの導電層と、を備える半導体発光素子において、
前記導電層側から該導電層を貫通して前記ｐ型半導体層の一部が露出する孔が形成され、
前記導電層に沿った面内方向において、前記孔の周縁領域の発光が該周縁領域から外側の領域の発光よりも強くされた、半導体発光素子。

【請求項2】

半導体発光素子において、
アクセプタ不純物を含むｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層の上に形成されたドナー不純物添加又はアンドープの導電層と、を備え、
前記導電層側から前記ｐ型半導体層の一部が露出する孔が形成され、
前記孔の周縁領域の発光が該周縁領域から外側の領域の発光よりも強くされ、
前記ｐ型半導体層に設けられたｐ型半導体トンネル接合層、及び、該ｐ型半導体トンネル接合層に隣接したｎ型半導体トンネル接合層を含むトンネル接合を備えた、半導体発光素子。

【請求項3】

ｎ型半導体層の上に発光層が形成され、
該発光層の上に前記ｐ型半導体層が形成され、
該ｐ型半導体層の上にドナー不純物添加の前記導電層が形成され、
前記ｐ型半導体層と前記導電層との間に前記トンネル接合が設けられた、請求項２に記載の半導体発光素子。

【請求項4】

半導体発光素子において、
アクセプタ不純物を含むｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層の上に形成されたドナー不純物添加又はアンドープの導電層と、を備え、
前記導電層側から前記ｐ型半導体層の一部が露出する孔が形成され、
前記孔の周縁領域の発光が該周縁領域から外側の領域の発光よりも強くされ、
前記ｐ型半導体層の厚さが前記孔の深さの０．１〜０．３倍である、半導体発光素子。

【請求項5】

前記ｐ型半導体層、及び、前記導電層が窒化物半導体により形成され、
前記ｐ型半導体層にアルミニウムが含まれた、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。

【請求項6】

基板の上に発光部を形成する工程を有する半導体発光素子の製造方法において、
アクセプタ不純物及び水素を含むｐ型半導体層の上にドナー不純物添加又はアンドープの導電層を形成する工程と、
前記導電層側から前記ｐ型半導体層の一部が露出する孔を形成する穿孔工程と、
該穿孔工程後の基板をアニールして前記孔の周縁領域の発光を該周縁領域から外側の領域の発光よりも強くする工程と、を備えた、半導体発光素子の製造方法。

【請求項7】

前記導電層を形成する工程では、アルミニウムを含む前記ｐ型半導体層の上に前記導電層を形成し、
前記穿孔工程では、酸素とフッ素の少なくとも一方を含むエッチングにより前記導電層側から前記孔を形成して該孔により露出した部分の前記ｐ型半導体層に酸化アルミニウムとフッ化アルミニウムの少なくとも一方を生成する、請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。

【請求項8】

前記ｐ型半導体層の厚さを前記孔の深さの０．１〜０．３倍にした、請求項６又は請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、窒化物半導体発光素子といった半導体発光素子、及び、その製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体発光素子として、窒化物半導体発光素子が広く使用されている。窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶基板やサファイア基板といった基板の上にマグネシウム（Ｍｇ）をアクセプタ不純物として含むｐ型ＧａＮ半導体層を有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で成長させるとき、アンモニアといった水素を含む原料ガスを用いる。この原料ガスが成長時に分解し、生じる水素がＭｇアクセプタを不活性化し、ｐ型ＧａＮ半導体層を高抵抗化してしまう。ｐ型ＧａＮ半導体層から水素を除去してｐ型ＧａＮ半導体層を低抵抗化するため、ｎ型ＧａＮ半導体層上に発光層を介してｐ型ＧａＮ半導体層を成長させた後、基板を熱アニールしている。熱アニール後には、エッチングによりｎ型ＧａＮ半導体層の一部を露出させ、ｐ−電極及びｎ−電極を蒸着している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−１２９９３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

熱アニール後でも、ｐ型ＧａＮ半導体層の電気抵抗はｎ型ＧａＮ半導体層の電気抵抗よりも遙かに大きい。このため、ｐ型ＧａＮ半導体層を流れる電流は、面内方向に流れにくく、ｐ−電極の直下へ流れやすい。ｐ−電極の直下からの光は、ｐ−電極に遮られてしまう。このことは、光取り出し効率の低下に繋がる。

【0005】

また、面発光レーザ実現のためには、面内方向に電流が流れやすい領域（低抵抗領域）と流れにくい領域（高抵抗領域）を有する電流狭窄構造が必要である。例えば、半導体発光素子に設けた金属電極に電流を流すと、電流の大部分が電極直下に流れ、電流によって生じた光の大部分は電極に遮られてしまい、光を素子外に有効に取り出すことができない。このため、例えば、電極の形状をリング状に変更し、かつ半導体素子内部でリング電極の内側だけに電流が流れるような特別な構造が必要になる。この場合、リング内側に相当する中央部分に低抵抗領域を設け、リング電極やその外側に相当する周囲部分に高抵抗領域を設ける必要がある。

【0006】

しかしながら、半導体素子内部の面内方向において、低抵抗領域と高抵抗領域を形成するのは容易ではない。面内方向に抵抗分布を形成するためには、結晶成長や素子加工を複数回繰り返す必要が生じ、素子の歩留りを著しく低下させる。特に、窒化物半導体では、簡便に電流狭窄を形成する手法が存在しない。

【0007】

なお、特許文献１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層上に、Ｍｇといったｐ型ドーパントをドープしたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成している。上側のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上には、アニーリング処理によりｐ型電極が電気的に接続されている。このアニーリング処理では、上側にあるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち、ｐ型電極で覆われた部分から水素が除去されにくい一方、ｐ型電極で覆われていない部分から水素が除去されやすい。このため、ｐ型電極の位置に対応する発光部の発光が弱くなり、ｐ型電極の位置に対応する発光部の発光が強くなる。
従って、発光部の発光の強弱は、ｐ型電極の位置に依存してしまう。このことは、発光素子の設計自由度の低下に繋がる。

【0008】

なお、上述した問題は、ＧａＮ半導体発光素子以外の半導体発光素子にも存在する。

【0009】

本発明は、上述した課題を解決する新規な半導体発光素子、及び、その製造方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、アクセプタ不純物を含むｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層の上に形成されたドナー不純物添加又はアンドープの導電層と、を備える半導体発光素子において、
前記導電層側から該導電層を貫通して前記ｐ型半導体層の一部が露出する孔が形成され、
前記導電層に沿った面内方向において、前記孔の周縁領域の発光が該周縁領域から外側の領域の発光よりも強くされた、態様を有する。

【0011】

上記半導体発光素子は、従来とは異なり、ｐ型半導体層の上にドナー不純物添加又はアンドープの導電層が形成されている。この導電層側からは、下側にあるｐ型半導体層の一部が露出する孔が導電層を貫通して形成されている。導電層に沿った面内方向において、前記孔の周縁部分にあるｐ型半導体層の電気抵抗は、該周縁領域から外側の部分にあるｐ型半導体層の電気抵抗よりも小さい。このため、上記半導体発光素子は、ｐ型半導体層のうち前記孔の周縁領域に電流が狭窄され、前記孔の周縁領域が強く発光する。発光の強弱は、電極の位置に依存しない。
以上より、本態様は、内側の発光を外側の発光よりも強くした新規な半導体発光素子を提供することができる。

【0012】

ここで、上記半導体発光素子は、窒化物半導体発光素子を含む。前記ｐ型半導体層、及び、前記導電層が窒化物半導体により形成される態様は、内側の発光を外側の発光よりも強くした新規な窒化物半導体発光素子を提供することができる。

【0013】

また、本発明は、半導体発光素子において、
アクセプタ不純物を含むｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層の上に形成されたドナー不純物添加又はアンドープの導電層と、を備え、
前記導電層側から前記ｐ型半導体層の一部が露出する孔が形成され、
前記孔の周縁領域の発光が該周縁領域から外側の領域の発光よりも強くされ、
前記ｐ型半導体層に設けられたｐ型半導体トンネル接合層、及び、該ｐ型半導体トンネル接合層に隣接したｎ型半導体トンネル接合層を含むトンネル接合を備える態様を有する。この態様は、内側の発光を外側の発光よりも強くした好適な半導体発光素子を提供することができる。このトンネル接合は、ｐ型半導体層の上部に設けられても良いし、ｐ型半導体層の下部に設けられても良い。
さらに、本発明は、半導体発光素子において、
アクセプタ不純物を含むｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層の上に形成されたドナー不純物添加又はアンドープの導電層と、を備え、
前記導電層側から前記ｐ型半導体層の一部が露出する孔が形成され、
前記孔の周縁領域の発光が該周縁領域から外側の領域の発光よりも強くされ、
前記ｐ型半導体層の厚さが前記孔の深さの０．１〜０．３倍である、態様を有する。この態様も、内側の発光を外側の発光よりも強くした新規な半導体発光素子を提供することができる。

【0014】

上述した半導体発光素子の製造方法として、本発明は、基板の上に発光部を形成する工程を有する半導体発光素子の製造方法において、
アクセプタ不純物及び水素を含むｐ型半導体層の上にドナー不純物添加又はアンドープの導電層を形成する工程と、
前記導電層側から前記ｐ型半導体層の一部が露出する孔を形成する穿孔工程と、
該穿孔工程後の基板をアニールして前記孔の周縁領域の発光を該周縁領域から外側の領域の発光よりも強くする工程と、を備えた、態様を有する。

【0015】

製造される半導体発光素子は、従来とは異なり、ｐ型半導体層の上にドナー不純物添加又はアンドープの導電層が形成される。この導電層側からは、下側にあるｐ型半導体層の一部が露出する孔が形成される。アニール工程では、ｐ型半導体層のうち前記孔の周縁領域の電気抵抗が該周縁領域から外側の領域の電気抵抗よりも小さくされる。このため、製造される半導体発光素子は、ｐ型半導体層のうち前記孔の周縁領域に電流が狭窄され、前記孔の周縁領域が強く発光する。発光の強弱は、電極の位置に依存しない。
以上より、本態様は、内側の発光を外側の発光よりも強くする新規な半導体発光素子の製造方法を提供することができる。

【0016】

ここで、前記導電層を形成する工程では、アルミニウムを含む前記ｐ型半導体層の上に前記導電層を形成しても良い。前記穿孔工程では、酸素とフッ素の少なくとも一方を含むエッチングにより前記導電層側から前記孔を形成して該孔により露出した部分の前記ｐ型半導体層に酸化アルミニウムとフッ化アルミニウムの少なくとも一方を生成しても良い。生成される酸化アルミニウムやフッ化アルミニウムは、エッチングをｐ型半導体層で止める機能を有する。従って、本態様は、内側の発光を外側の発光よりも強くする半導体発光素子の好適な製造方法を提供することができる。

【0017】

前記ｐ型半導体層の厚さを前記孔の深さの０．１〜０．３倍にすると、導電層側からの前記孔の形成がｐ型半導体層で止まりやすい。従って、本態様も、内側の発光を外側の発光よりも強くする半導体発光素子の好適な製造方法を提供することができる。

【0018】

なお、ｐ型半導体層と導電層とは、接していても良いし、これらの層とは別の層を介して配置されても良い。上記発光部として発光層が設けられる場合、この発光層は、ｐ型半導体層の下に設けられても良いし、ｐ型半導体層と導電層との間に設けられても良い。むろん、発光層とｐ型半導体層は、接していても良いし、これらの層とは別の層を介して配置されても良い。発光層と導電層も、接していても良いし、これらの層とは別の層を介して配置されても良い。ｐ型半導体層とｐ型半導体トンネル接合層も、接していても良いし、これらの層とは別の層を介して配置されても良い。
上述した各層は、単層のみならず、複数の層とされても良い。
上記アンドープの導電層は、不純物を添加していない導電層を意味し、不純物が元々含まれる導電層を含む。
上記孔の深さは、ｐ型半導体層の表面が露出する程度の深さでも良いし、ｐ型半導体層を貫通する程度の深さでも良い。上記発光部として発光層が設けられる場合、上記孔は、発光層を貫通しても良い。また、上記孔は、トンネル接合を貫通しても良い。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】窒化物半導体発光素子１の構造を模式的に例示する図である。

【図2】窒化物半導体発光素子１の製造方法の例を説明するための図である。

【図3】（ａ）は本技術の窒化物半導体発光素子１の製造方法を例示する図、（ｂ）は比較例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を例示する図、である。

【図4】別の窒化物半導体発光素子１Ａの構造を模式的に例示する図である。

【図5】比較例に係る窒化物半導体発光素子９０１の構造を模式的に示す図である。

【図6】比較例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を示す図である。

【図7】別の比較例に係る窒化物半導体発光素子９０２の構造を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

まず、実施形態に内在する種々の発明に想到した背景を説明する。
上述したように、半導体素子内部の面内方向において、低抵抗領域と高抵抗領域を形成するのは容易ではない。ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）とよく一緒に用いられるヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）では、側壁を設けて、高温水蒸気雰囲気下にてその側壁から横方向にＡｌＯxへと変質させ、高抵抗化させることが可能である。しかしながら、窒化物半導体では、このような変質がほとんど起こらないため、簡便に電流狭窄を形成する手法が無かった。

【0021】

従来の窒化物半導体発光素子の構造では、図５に例示されるように、最表面にｐ型ＧａＮが存在する。この最表面にｎ型ＧａＮが存在する構造を従来と同じ素子作製工程で形成すると、駆動電圧が６Ｖ以上と高く、かつ、点状にしか発光しない素子になってしまうことが判明した。この原因を鋭意検討した結果、素子作製工程におけるｐ型ＧａＮ層の活性化に原因があることを突き止めた。

【0022】

通常、ｐ型半導体では、そのアクセプタが水素と結合することにより、電気的に不活性化して高抵抗化するが、後の熱アニールなどにより水素の結合が切れ、アクセプタが電気的に活性化し低抵抗化する。ｐ型ＧａＮでも、水素やアンモニアを含む条件で結晶成長により素子層構造を基板上に形成した時点では、層中のアクセプタ不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）は水素と結合しており、これによりＭｇは電気的に不活性な状態である。この層構造ウエハを水素が存在しない雰囲気下で熱アニールを行うと、水素の結合が切れてＭｇが活性化し、ｐ型ＧａＮが低抵抗化する。

【0023】

発明者らは、ｐ層上にｎ層又はアンドープ層がある場合には、従来と大きく異なり、熱アニールを行ってもｐ層が活性化されないことを新たに見出した。さらに、同じウエハにおいて、エッチングなどにより一部ｐ層が露出した部分では、そこから熱アニールの程度に従って、その部分の周囲がある程度活性化され、さらにその周囲では活性化されない、というより詳細な知見も見出した。

【0024】

発明者らは、ｐ型ＧａＮ層上にｎ層又はアンドープ層がある場合、表面から活性化が適切に行われていない可能性があると考え、ｐ型ＧａＮの側壁が露出するようにエッチングを行った後に様々な条件でアニールを行った。その結果、温度が低い、若しくは時間が短い条件では、図７に例示するように側壁の周辺部にのみ電流が流れて発光することと、高い温度及び長い時間アニールすると、その周辺部から素子中央へ発光領域が拡大し、最終的には素子の全領域が発光することを新たに見出した。すなわち、この結果は、ｐ型ＧａＮが露出している部分から活性化が進み、その活性化がより内部へ広がっていくと理解できる。

【0025】

しかし、内側の発光よりも外側の発光が強くなる電流狭窄構造では、電極に遮られる光が生じる。このことは、光取り出し効率の低下に繋がる。このような問題を解決することが課題である。

【0026】

以上の背景の下、本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態に内在する技術は、発光効率低下の可能性が考えられる、素子中央部で発光層近くまで孔を形成するという技術常識を覆す点で極めて高い新規性を有する。むろん、以下の実施形態は本発明を例示するものに過ぎず、実施形態に示す特徴の全てが発明の解決手段に必須になるとは限らない。
なお、化学式で表される組成比は化学量論比を示し、化学式で表される物質には化学量論比から外れたものも含まれる。

【0027】

（１）半導体発光素子の構造：
図１は、半導体発光素子の第一の例である窒化物半導体発光素子１の構造を模式的に示している。図１の上段には半導体発光素子１の上面を示し、図１の下段には半導体発光素子１の垂直断面を示している。この半導体発光素子１は、発光層（発光部）１１と、アクセプタ不純物を含むｐ型半導体層１２と、このｐ型半導体層１２の上に形成されたドナー不純物添加の上部ｎ型半導体層（導電層）１３とを備えている。ｎ型半導体層１３側からは、ｐ型半導体層１２の一部（露出部１２ｅ）が露出する孔２０が形成されている。この孔２０直下の孔領域２１、およびその周縁領域２２の発光は、該周縁領域２２から外側の領域２３の発光よりも強くされている。

【0028】

図１に示す半導体発光素子１は、孔２０とともに、ｎ型半導体層１３，１５が上下に分かれて存在し、各ｎ型半導体層１３，１５上にｎ−電極１７，１８が形成されているという、特徴を有する。上記発光層１１は、下部ｎ型半導体層１５上に形成されている。上記ｐ型半導体層１２は、発光層１１上に形成されている。ｐ型半導体層１２と上部ｎ型半導体層１３との間には、トンネル接合１４が設けられている。また、下部ｎ型半導体層１５上から側壁部（外側領域２３の外側）を経て上部ｎ型半導体層１３の縁部に絶縁膜１６が形成され、下部ｎ型半導体層１５上に下部ｎ−電極１７が形成され、絶縁膜１６及び上部ｎ型半導体層１３上に上部ｎ−電極１８が形成されている。

【0029】

図１に示すｎ型半導体層１３，１５には、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）といったIII族窒化物半導体Ａｌ_aＧａ_bＩｎ_cＮ_d（化学量論比で０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、ｄ＝１）等を用いることができる。ｎ型伝導を示すように半導体に添加するドナー不純物は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの中から選ばれる一種以上の元素等を用いることができる。ドナー不純物の添加濃度は、ｎ＋＋層（ｎ型半導体トンネル接合層）を除いて、例えば、５×１０¹⁸ｃｍ^-3程度といった５×１０¹⁷ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3程度とすることができる。

【0030】

下部ｎ型半導体層１５は、発光層１１の下側を被覆するｎ型クラッド層であり、電子を発光層１１へ供給するように発光層１１よりバンドギャップが大きければ良い。下部ｎ型半導体層の厚さは、例えば、２〜３μｍ程度とすることができる。
上部ｎ型半導体層１３は、発光した光の吸収が少ない材料が好ましい。上部ｎ型半導体層の厚さは、例えば、５０〜１０００ｎｍ程度とすることができる。

【0031】

図１に示す発光層１１は、例えば、複数の井戸層に障壁層が挿入された、すなわち、井戸層同士が障壁層を介して積層された量子井戸構造を有する窒化物半導体により形成される。発光層は、電流注入、すなわち、電子と正孔を注入して再結合させることで光を発生させる活性層である。井戸層は、例えば、III族窒化物半導体により形成される量子井戸の層であり、窒化ガリウムインジウムＧａ_xＩｎ_yＮ_z（化学量論比で０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１、ｚ＝１）等を用いることができる。Ｉｎの組成比ｙを変化させると、発光層の中心波長を変えることができる。井戸層の厚さは、例えば、２〜５ｎｍ程度とすることができる。障壁層には、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）といったIII族窒化物半導体を用いることができる。障壁層の厚さは、例えば、６〜１５ｎｍ程度とすることができる。
むろん、発光層は、量子ドット構造を有する窒化物半導体等により形成されても良い。

【0032】

図１に示すｐ型半導体層１２は、発光層１１の上側を被覆するｐ型クラッド層である。ｐ型半導体層には、例えば、ＧａＮやＡｌＧａＮといったIII族窒化物半導体Ａｌ_aＧａ_bＩｎ_cＮ_d（化学量論比で０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、ｄ＝１）等を用いることができる。ｐ型伝導を示すように半導体に添加するアクセプタ不純物は、ｐ＋＋層（ｐ型半導体トンネル接合層）を除いて、例えば、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、及び、Ｂａ（バリウム）の中から選ばれる一種以上の元素等を用いることができる。アクセプタ不純物の添加濃度は、例えば、２×１０¹⁹ｃｍ^-3程度といった１×１０¹⁹ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3程度とすることができる。ｐ型半導体層１２は、発光した光の吸収が少なく、正孔を発光層１１へ供給するように、発光層１１よりバンドギャップが大きければ良い。

【0033】

ｐ型半導体層１２の厚さＴ₁は、例えば、５０〜１０００ｎｍ程度とすることができる。孔２０の深さＤ₁に対するｐ型半導体層の厚さＴ₁の比Ｔ₁／Ｄ₁は、０．１〜０．３が好ましい。孔２０を形成すると深さに誤差が生じるが、比Ｔ₁／Ｄ₁を０．１以上にすると上部ｎ型半導体層１３側からの孔２０の形成がｐ型半導体層１２で止まりやすいためである。一方、比Ｔ₁／Ｄ₁を０．３以下にすると、ｐ型半導体層を適度な厚さ以下にすることができる。
また、ｐ型半導体層１２には孔２０による露出部１２ｅが形成され、ｐ型半導体層１２のうち孔２０の周縁領域２２の電気抵抗が該周縁領域２２から外側の領域２３の電気抵抗よりも小さくされている。

【0034】

さらに、図１に示すｐ型半導体層１２は、発光層１１上に形成されたＡｌ含有層１２ａと、このＡｌ含有層１２ａ上に形成されたＡｌ非添加層１２ｂとを有する。すなわち、Ａｌ含有層１２ａにはＡｌ_aＧａ_bＩｎ_cＮ_d等が用いられ、Ａｌ非添加層１２ｂにはＧａ_bＩｎ_cＮ_d等が用いられる。むろん、Ａｌ非添加層１２ｂに元々Ａｌが不純物として含まれても良いし、Ａｌ含有層１２ａのＡｌ組成比ａよりも低いＡｌ組成比のＡｌ低含有層をＡｌ非添加層１２ｂの代わりにしても良い。Ａｌ含有層１２ａのＡｌ組成比ａは、孔２０のドライエッチングをｐ型半導体層１２で止める観点から、０．０５（５％）以上が好ましい。

【0035】

図１に示すトンネル接合１４は、Ａｌ非添加層１２ｂ上に形成されたｐ＋＋（ｐ型半導体トンネル接合層）１２ｔと、このｐ＋＋層１２ｔ上に形成されたｎ＋＋（ｎ型半導体トンネル接合層）１３ｔとを有する。本半導体発光素子１において、ｐ型半導体層１２はｐ＋＋層１２ｔを含み、上部ｎ型半導体層１３はｎ＋＋層１３ｔを含む。すなわち、トンネル接合１４は、ｐ型半導体層１２の上部に設けられたｐ＋＋層１２ｔと、このｐ＋＋層１２ｔに隣接したｎ＋＋層１３ｔとを含む。ｐ型半導体層１２と上部ｎ型半導体層１３との間にトンネル接合１４があることにより、電流を上部ｎ型半導体層１３からｐ型半導体層１２へ流すことができる。

【0036】

ｐ＋＋層１２ｔは、窒化ガリウムインジウムＧａ_xＩｎ_yＮ_z（化学量論比で０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１、ｚ＝１）といったIII族窒化物半導体等により形成される。Ｉｎの組成比ｙは、０〜０．３程度とすることができ、好ましくは０．１〜０．２５程度、より好ましくは０．２程度とすることができる。ｐ型伝導を示すように半導体に添加するアクセプタ不純物は、ｐ型半導体層１２に使用可能なアクセプタ不純物を使用することができる。Ｍｇといったアクセプタ不純物の添加濃度は、ｐ＋＋層を除いたｐ型半導体層への添加濃度よりも高濃度とされ、例えば、５×１０¹⁹cm^-3〜１×１０^２１cm^-3程度、より好ましくは１×１０²⁰cm^-3〜３×１０^２０cm^-3程度とすることができる。ｐ＋＋層の厚さは、２〜１０ｎｍ程度とすることができ、Ｉｎ組成に依存して高いＩｎ組成ほど薄くするのが好ましい。

【0037】

ｎ＋＋層１３ｔも、窒化ガリウムインジウムＧａ_xＩｎ_yＮ_z（化学量論比で０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１、ｚ＝１）といったIII族窒化物半導体等により形成される。Ｉｎの組成比ｙは、０〜０．２程度とすることができ、０でも良い。ｎ型伝導を示すように半導体に添加するドナー不純物は、ｎ型半導体層１３，１５に使用可能なドナー不純物を使用することができる。Ｓｉといったドナー不純物の添加濃度は、ｎ＋＋層を除いたｎ型半導体層への添加濃度よりも高濃度とされ、例えば、１×１０²⁰cm^-3〜１×１０^２１cm^-3程度、より好ましくは３×１０²⁰cm^-3〜６×１０^２０cm^-3程度とすることができる。ｎ＋＋層の厚さは、５〜３０ｎｍ程度とすることができ、Ｉｎ組成に依存して高いＩｎ組成ほど薄くするのが好ましい。

【0038】

なお、図１に示す絶縁膜１６には、例えば、酸化アルミニウムや酸化シリコンといった酸化物、窒化シリコンといった窒化物、等を用いることができる。図１に示すｎ−電極１７，１８には、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）などを組み合わせた一種以上の導電体等を用いることができる。電極１７，１８は、単層のみならず、複数の層とされても良い。

【0039】

上述した半導体発光素子１の中央部には、ｎ型半導体層１３からトンネル接合１４を経てｐ型半導体層１２に至る孔２０が形成されている。この半導体発光素子１において、孔２０の位置に対応する孔領域を符号２１で示し、ｐ型半導体層１２のアクセプタ不純物が活性化された孔２０の周縁領域を符号２２で示し、この周縁領域２２から外側の領域を符号２３で示している。図１に破線で囲ったように、ｐ型半導体層１２のうち孔領域２１及び周縁領域２２は、アクセプタ不純物の活性化領域Ａ１とされ、電気抵抗が外側領域２３の電気抵抗よりも小さくされている。このため、半導体発光素子１は、孔領域２１を含めて周縁領域２２の発光が外側領域２３の発光よりも強くされている。

【0040】

孔２０の深さＤ₁は、ｐ型半導体層１２の一部が露出する深さであれば良く、ｎ＋＋層１３ｔを含む上部ｎ型半導体層１３の厚さ以上、より好ましくはｐ＋＋層１２ｔを貫通するようなｎ型半導体層１３とｐ＋＋層１２ｔを合わせた厚さ以上とすることができる。また、孔の深さＤ₁は、発光層１１に到達するようなｎ型半導体層１３とｐ型半導体層１２を合わせた厚さ以上でも良く、孔領域２１を良好に発光させる観点からｎ型半導体層１３とｐ型半導体層１２を合わせた厚さ未満が好ましい。
孔２０の径ｄ₁は、半導体発光素子１の径未満の範囲内で、例えば、１〜５０μｍ、より好ましくは２〜２０μｍとすることができる。

【0041】

周縁領域２２の径ｄ₂は、孔の径よりも大きく半導体発光素子１の径未満の範囲内で、例えば、２〜１００μｍ、より好ましくは５〜５０μｍとすることができる。熱アニールにより周縁領域のアクセプタ不純物を活性化する場合、周縁領域の径ｄ₂は、アニールの雰囲気ガスや温度や時間によって制御可能である。径ｄ₂を大きくするためには、酸素など活性化されやすい雰囲気ガスを使用したり、温度を高くしたり、時間を長くしたりすればよい。逆に、径ｄ₂を小さくするためには、窒素など活性化されにくい雰囲気ガスを使用したり、温度を低くしたり、時間を短くしたりすればよい。

【0042】

外側領域２３の幅Ｔ₃は、孔２０の径ｄ₁、周縁領域２２の径ｄ₂、及び、半導体発光素子１の大きさにより決まり、例えば、５μｍ以上で３０μｍ以下とすることができる。

【0043】

図２は、製造に好適な窒化物半導体発光素子１の構造例を模式的に示している。この半導体発光素子１は、基板４１上に低温堆積緩衝層４２、アンドープ半導体層４３、下部ｎ型半導体層１５、発光層１１、ｐ型半導体層１２、及び、上部ｎ型半導体層１３が順に積層され、絶縁膜１６及び電極１７，１８が形成されている。基板４１には、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶基板、サファイア単結晶基板、等を用いることができる。低温堆積緩衝層４２には、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）といったIII族窒化物半導体等を用いることができる。アンドープ半導体層４３には、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）といったIII族窒化物半導体等を用いることができる。

【0044】

（２）半導体発光素子の製造方法：
次に、図２及び図３（ａ）を参照して、窒化物半導体素子の製造方法の例を説明する。
基板４１上の各層は、例えば、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）といった原料ガスを用いる気相成長法により成長させることができる。原料ガスには、アンモニア（ＮＨ₃）、といった水素を含むガスが用いられる。

【0045】

まず、基板４１上に、低温堆積緩衝層４２、アンドープ半導体層４３、下部ｎ型半導体層１５、発光層（発光部）１１、ｐ型半導体層１２、及び、上部ｎ型半導体層１３を順に設定厚さまで気相成長法により結晶成長させる（層形成工程Ｓ１）。ｐ型半導体層１２の結晶成長には、Ａｌ含有層１２ａ、Ａｌ非添加層１２ｂ、及び、ｐ＋＋層１２ｔの結晶成長が含まれる。上部ｎ型半導体層１３の結晶成長には、ｎ＋＋層１３ｔ、及び、このｎ＋＋層１３を除いたｎ型半導体層の結晶成長が含まれる。発光層１１が量子井戸構造である場合、下部ｎ型半導体層１５上に井戸層及び障壁層を交互に設定厚さまで気相成長法により成長させる。ｎ型半導体層１５，１３を成長させる際にはドナー不純物を窒化物半導体に添加し、ｐ型半導体層１２を成長させる際にはアクセプタ不純物を窒化物半導体に添加する。なお、各層の厚みは、成長時間等を変えることにより調整することができる。
各層成長時、原料ガスが分解する。このため、層形成工程Ｓ１で形成されるｐ型半導体層１２には、Ｍｇといったアクセプタ不純物、及び、分解した原料ガスから生じる水素が含まれる。すなわち、層形成工程Ｓ１は、アクセプタ不純物及び水素を含むｐ型半導体層１２の上にｎ型半導体層１３を形成する工程である。含まれる水素は、ｐ型半導体層１２のアクセプタ不純物を不活性化し、この時点でｐ型半導体層１２は全体が高抵抗化する。

【0046】

次に、上部ｎ型半導体層１３側からｐ型半導体層１２の一部が露出する孔２０を形成する（穿孔工程Ｓ２）。孔２０を形成するためのエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）といったドライエッチング等を採用することができる。ＲＩＥには、誘導結合方式（ＩＣＰ；Inductive Coupling Plasma）等のＲＩＥが含まれる。孔２０の深さＤ₁は、エッチングの時間等により制御することができる。例えば、エッチングの時間を長くすると孔を深くすることができ、エッチングの時間を短くすると孔を浅くすることができる。

【0047】

ＲＩＥで孔２０を形成するには、例えば、以下の手順に従えば良い。
まず、上部ｎ型半導体層１３上にエッチングマスクを形成し、孔領域２１のマスクを除去する。次に、このマスクで覆われていない孔領域２１の上部ｎ型半導体層１３、及び、ｐ型半導体層１２の一部をＲＩＥによりエッチングして、ｐ型半導体層１２の一部を露出させる。その後、エッチングマスクを除去すればよい。

【0048】

ｐ型半導体層１２にＡｌが含まれる場合、酸素とフッ素の少なくとも一方を含むドライエッチング等により上部ｎ型半導体層１３側から孔２０を形成して該孔２０により露出した部分のｐ型半導体層１２に酸化アルミニウムとフッ化アルミニウムの少なくとも一方を生成するようにしてもよい。なお、好ましいＡｌ組成比は、上述した５％以上である。生成される酸化アルミニウム（ＡｌＯ_x）やフッ化アルミニウム（ＡｌＦ_y）は、エッチングをｐ型半導体層１２で止める機能を有する。Ａｌ非添加層１２ｂ及びｐ＋＋層１２ｔにＡｌが添加されていない場合、エッチングがＡｌ含有層１２ａで止まる。

【0049】

また、ｐ型半導体層１２にＡｌが添加されていなくても、ｐ型半導体層１２の厚さＴ₁を孔２０の深さＤ₁の０．１〜０．３倍にすると、上部ｎ型半導体層１３側からの孔２０の形成が適度な厚さのｐ型半導体層１２で止まりやすくなる。エッチングによる深さの誤差が最大プラスマイナス５％あると仮定すると、孔２０の実際の深さは目標の深さＤ_tに対して−０．０５×Ｄ_t〜＋０．０５×Ｄ_tの変動を生じる。比Ｔ₁／Ｄ₁を０．１以上に設定することにより、より確実に孔２０の形成をｐ型半導体層１２で止めることができる。

【0050】

上記穿孔工程Ｓ２の後、上部ｎ型半導体層１３まで形成した基板４１をアニールし、ｐ型半導体層１２のうち孔領域２１及び周縁領域２２の電気抵抗を外側領域２３の電気抵抗よりも小さくする（アニール工程Ｓ３）。孔領域２１及び周縁領域２２では、Ｍｇといったアクセプタ不純物と水素の結合が切れ、アクセプタ不純物が活性化して電気抵抗が小さくなると考えられる。図１，２に示すように、露出部１２ｅからｐ型半導体層１２の活性化が進行し、破線で囲まれたような活性化領域Ａ１が形成される。活性化アニールの雰囲気ガスには、例えば、酸素、窒素、アルゴン、これらの組合せ、等を用いることができる。活性化アニールの温度は、例えば、５００〜８００℃程度とすることができる。活性化アニールの時間は、例えば、１〜１２０分程度とすることができる。上述したように、周縁領域の径ｄ₂は、アニールの雰囲気ガスや温度や時間によって制御可能である。７２５℃などのより高い温度であれば、例えば数分程度の短い時間で済むし、１時間程度の長い時間アニールするのであれば、例えば５２５℃などの低い温度で良い。また、酸素に比べて活性化されにくい雰囲気ガス、例えば窒素などの場合は、より高い温度若しくは長い時間の活性化アニールをすれば良い。

【0051】

上記アニール工程Ｓ３の後、下部ｎ層露出を行い、電極形成する（工程Ｓ４〜Ｓ５）。
まず、素子分離のため、下部ｎ型半導体層１５の一部を露出させ、側壁部（外側領域２３の外側）を形成する（ｎ層露出工程Ｓ４）。図１には、孔２０を中心とした円形のメサがエッチングにより形成されていることが示されている。周縁領域２２よりも外側にあり、メサよりも内側にある活性化されていない領域が、高抵抗である外側領域２３となる。

【0052】

下部ｎ型半導体層１５を露出させるためのエッチングにも、例えば、ＲＩＥといったドライエッチング等を採用することができる。ＲＩＥで孔２０を形成するには、例えば、以下の手順に従えば良い。
まず、上部ｎ型半導体層１３上にエッチングマスクを形成し、外側領域２３から外側にある領域のマスクを除去する。次に、マスクで覆われていない部分の上部ｎ型半導体層１３、ｐ型半導体層１２、及び、発光層１１をＲＩＥによりエッチングして、下部ｎ型半導体層１５の一部を露出させる。その後、エッチングマスクを除去すれば良い。

【0053】

上記ｎ層露出工程Ｓ４の後、下部ｎ型半導体層１５上から側壁部を経て上部ｎ型半導体層１３の縁部に絶縁膜１６を形成し、下部ｎ型半導体層１５上に下部ｎ−電極１７を形成し、絶縁膜１６及び上部ｎ型半導体層１３上に上部ｎ−電極１８を形成する（電極形成工程Ｓ５）。
絶縁膜の形成には、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、等を使用することができる。絶縁膜のエッチングには、ＲＩＥといったドライエッチングや、ふっ酸によるウェットエッチング等を採用することができる。

【0054】

ｎ−電極１７，１８を形成するには、例えば、以下の手順に従えば良い。
まず、ウエハの表面にフォトレジストを一様に塗布し、フォトリソグラフィにより、電極１７，１８の形成部分のフォトレジストを除去する。次いで、露出したｎ型半導体層１５，１３の表面に真空蒸着法で設定厚さの電極１７，１８を形成する。その後、フォトレジストを除去することで電極１７，１８の形成が完了する。本形成法は、二つ同時にｎ−電極を形成することが可能である。

【0055】

以上により、電流狭窄により発光領域が孔領域２１及び周縁領域２２に制限された窒化物半導体発光素子１が完成する。この発光素子１は、孔２０の周縁領域２２の発光が外側領域２３の発光よりも強くなる。

【0056】

（３）半導体発光素子、及び、その製造方法の作用、及び、効果：
以下、半導体発光素子、及び、その製造方法の作用、及び、効果を説明する。
まず、図５を参照して、ｐ型半導体層１２の上にｎ型半導体層を被覆していない比較例の窒化物半導体発光素子９０１を説明する。この半導体発光素子９０１は、基板４１上に低温堆積緩衝層４２、アンドープ半導体層４３、ｎ型半導体層１５、発光層１１、及び、ｐ型半導体層１２が順に積層され、絶縁膜１６及び電極１７，１９が形成されている。ｎ−電極１７は、ｐ型半導体層１２の下にしかないｎ型半導体層１５の上に形成されている。ｐ−電極１９は、ｐ型半導体層１２の上に形成されている。

【0057】

上記半導体発光素子９０１は、図３（ｂ）に示すように、各層を結晶成長させ（層形成工程Ｓ１）、活性化アニールを行い（アニール工程Ｓ３）、ｎ型半導体層１５の一部をエッチングにより露出させ（ｎ層露出工程Ｓ４）、電極１７，１９を形成する（電極形成工程Ｓ５）ことにより形成される。

【0058】

ｐ−電極１９を正極として電極１９，１７間に電圧を印加すると、ｐ−電極１９から注入された電流は、ｐ型半導体層１２、発光層１１、及び、ｎ型半導体層１５を経てｎ−電極１７へ流れる。図５には、電流の流れにＣ９１を付している。上述したように、熱アニール後でも、ｐ型半導体層１２の電気抵抗はｎ型半導体層１５の電気抵抗よりも遙かに大きい。このため、ｐ型半導体層１２を流れる電流は、面内方向ＩＰＤに流れにくく、ｐ−電極１９の直下へ流れやすい。ｐ−電極１９直下のｐ型半導体層１２へ流れる電流は、発光層１１からｎ型半導体層１５にさらに直下へと流れ、その後、ｎ型半導体層１５を面内方向に流れる。発光層１１は、ｐ−電極１９直下を流れる電流により発光する。しかし、ｐ−電極１９の直下からの光は、ｐ−電極１９に遮られてしまう。このことは、光取り出し効率の低下に繋がる。

【0059】

一方、本技術の製造方法の場合、図３（ａ）に示すように、穿孔工程Ｓ２が増えている。このため、後のアニール工程Ｓ３により、孔２０の周縁領域２２の電気抵抗が外側領域２３の電気抵抗よりも小さくなる。図２に示す半導体発光素子１に対して上部ｎ−電極１８を正極として電極１８，１７間に電圧を印加すると、上部ｎ−電極１８から注入された電流は、上部ｎ型半導体層１３へ流れ、トンネル接合１４を介してｐ型半導体層１２へ流れ、発光層１１及び下部ｎ型半導体層１５を経て下部ｎ−電極１７へ流れる。図２には、電流の流れにＣ１を付している。ここで、外側領域２３の電気抵抗が周縁領域２２の電気抵抗よりも高いため、上部ｎ型半導体層１３では電流が面内方向ＩＰＤに流れて周縁領域２２に到達した時点で下方向に流れ始める。この電流は、低抵抗の周縁領域２２及び孔領域２１に狭窄されてｐ型半導体層１２から発光層１１を経て下部ｎ型半導体層１５へと流れ、その後、下部ｎ型半導体層１５を面内方向に流れる。発光層１１は、周縁領域２２及び孔領域２１を流れる電流により発光する。発光の強弱は、上部ｎ−電極１８の位置に依存しない。そこで、発光の弱い外側領域２３に上部ｎ−電極１８を形成すれば、光取り出し効率が向上する。

【0060】

以上より、本技術は、ｐ型半導体層の面内方向内側に電流が狭窄され、内側の発光を外側の発光よりも強くした新規かつ有用な半導体発光素子１を提供することができる。
また、図示していないが、下部ｎ型半導体層１５下部と上部ｎ型半導体層１３上部に誘電体などによる多層膜反射鏡を設けて共振器を形成しても良い。この場合、電流狭窄により集中した発光領域のみでレーザ動作が起こる面発光レーザを実現することが可能になる。この狭窄構造がないと、電極直下に多くの電流が流れてしまい、レーザ動作に必要なキャリアと光の相互作用が十分得られず、レーザ発振しない可能性がある。

【0061】

なお、図６に示す比較例の製造方法により、図７に示すようにｐ型半導体層１２の上に上部ｎ型半導体層１３を被覆した比較例の窒化物半導体発光素子９０２を形成することができる。この半導体発光素子９０２は、下部ｎ型半導体層１５上に、発光層１１、ｐ型半導体層１２、及び、上部ｎ型半導体層１３が順に積層され、絶縁膜１６及び電極１７，１８が形成されている。しかし、製造方法に穿孔工程が無く、ｐ型半導体層１２の一部が露出する孔は形成されていない。

【0062】

上記半導体発光素子９０２は、各層を結晶成長させ（層形成工程Ｓ１）、下部ｎ型半導体層１５の一部をエッチングにより露出させ（ｎ層露出工程Ｓ４）、活性化アニールを行い（アニール工程Ｓ３）、電極１７，１８を形成する（電極形成工程Ｓ５）ことにより形成される。この製造方法は、素子分離のためのエッチングにより側壁部を形成した後にアニールを行うので、図７に示すように、側壁の周辺部に活性化領域Ａ９が形成される。このため、活性化領域Ａ９の電気抵抗が該活性化領域Ａ９から内側の領域９２１の電気抵抗よりも小さくなり、活性化領域Ａ９に電流が狭窄される。図７には、電流の流れにＣ９２を付している。発光層１１は、側壁の周辺部を流れる電流により発光する。下部ｎ型半導体層１５の上から側壁部を経て上部ｎ型半導体層１３の縁部の上に上部ｎ−電極１８を形成する場合、発光層１１からの光の一部は上部ｎ−電極１８に遮られてしまう。このことは、光取り出し効率の低下に繋がる。
従って、本技術の半導体発光素子１は、比較例の半導体発光素子９０２と比べても有用である。

【0063】

（４）第二の例：
図４は、半導体発光素子の第二の例である窒化物半導体発光素子１Ａの構造を模式的に示している。図１，２に示す半導体発光素子１との主な違いは、積層順序である。各層の組成は、半導体発光素子１の場合と同様であるので、説明を省略する。また、半導体発光素子１Ａの製造方法も、積層順序を除いて半導体発光素子１の製造方法と同様である。図４に示す半導体発光素子１Ａは、トンネル接合１４を先に形成し、その後に発光層（発光部）３１を積層する構造となっている。具体的には、下部ｎ型半導体層１５上に、ｐ型半導体層１２、発光層３１、及び、上部ｎ型半導体層１３が順に積層され、絶縁膜１６及び電極１７，１８が形成されている。従って、ｐ型半導体層１２の上に形成される発光層３１に含まれるアンドープ層は、アンドープの導電層となる。また、ｐ型半導体層１２の上に形成される上部ｎ型半導体層１３は、ドナー不純物添加の導電層となる。

【0064】

ｐ型半導体層１２は、ｐ＋＋（ｐ型半導体トンネル接合層）１２ｔ上に形成されたＡｌ非添加層１２ｂと、このＡｌ非添加層１２ｂ上に形成されたＡｌ含有層１２ａとを有する。トンネル接合１４は、下部ｎ型半導体層１５の上部に設けられたｎ＋＋（ｎ型半導体トンネル接合層）１５ｔと、このｎ＋＋層１５ｔ上に形成されたｐ＋＋層１２ｔとを有する。本半導体発光素子１Ａにおいて、ｐ型半導体層１２はｐ＋＋層１２ｔを含み、下部ｎ型半導体層１５はｎ＋＋層１５ｔを含む。すなわち、トンネル接合１４は、ｐ型半導体層１２の下部に設けられたｐ＋＋層１２ｔと、このｐ＋＋層１２ｔに隣接したｎ＋＋層１５ｔとを含む。下部ｎ型半導体層１５とｐ型半導体層１２との間にトンネル接合１４があることにより、電流を下部ｎ型半導体層１５からｐ型半導体層１２へ流すことができる。

【0065】

半導体発光素子１Ａの中央部には、ｎ型半導体層１３から発光層３１を経てｐ型半導体層１２に至る孔２０が形成されている。この半導体発光素子１Ａにおいて、孔２０の位置に対応する孔領域を符号２１で示し、ｐ型半導体層１２のアクセプタ不純物が活性化された孔２０の周縁領域を符号２２で示し、この周縁領域２２から外側の領域を符号２３で示している。図１に破線で囲ったように、ｐ型半導体層１２のうち孔領域２１及び周縁領域２２は、アクセプタ不純物の活性化領域Ａ１とされ、電気抵抗が外側領域２３の電気抵抗よりも小さくされている。一方、孔領域２１に発光層３１が存在しないため、孔領域２１からは発光しない。このため、半導体発光素子１Ａは、周縁領域２２の発光が外側領域２３の発光よりも強くされている。

【0066】

孔２０の深さＤ₁は、ｐ型半導体層１２の一部が露出する深さであれば良く、上部ｎ型半導体層１３と発光層３１を合わせた厚さ以上とすることができる。図４の下段に示すように、活性化したいｐ型半導体層の一部でも露出していれば、その直下に存在するＡｌ非添加層１２ｂやｐ＋＋層１２ｔまでも活性化される。また、孔の深さＤ₁は、下部ｎ型半導体層１５に到達するような上部ｎ型半導体層１３と発光層３１とｐ型半導体層１２を合わせた厚さ以上でも良いが、この厚さ未満が好ましい。
孔２０の径ｄ₁、周縁領域２２の径ｄ₂、及び、外側領域２３の幅Ｔ₃は、半導体発光素子１の場合と同様である。

【0067】

本半導体発光素子１Ａも、穿孔工程Ｓ２の後のアニール工程Ｓ３により、孔２０の周縁領域２２の電気抵抗が外側領域２３の電気抵抗よりも小さくなる。図４に示す半導体発光素子１Ａに対して下部ｎ−電極１７を正極として電極１７，１８間に電圧を印加すると、下部ｎ−電極１７から注入された電流は、下部ｎ型半導体層１５へ流れ、トンネル接合１４を介してｐ型半導体層１２へ流れ、発光層３１及び上部ｎ型半導体層１３を経て上部ｎ−電極１８へ流れる。ここで、外側領域２３の電気抵抗が周縁領域２２の電気抵抗よりも高いため、下部ｎ型半導体層１５では電流が面内方向ＩＰＤに流れて周縁領域２２に到達した時点で上方向に流れ始める。この電流は、低抵抗の周縁領域２２及び孔領域２１に狭窄されてｐ型半導体層１２から発光層３１を経て上部ｎ型半導体層１３へと流れ、その後、上部ｎ型半導体層１３を面内方向に流れる。発光層３１は、周縁領域２２を流れる電流により発光する。発光の強弱は、上部ｎ−電極１８の位置に依存しない。

【0068】

以上より、第二の例も、ｐ型半導体層の内側に電流が狭窄され、内側の発光を外側の発光よりも強くした新規かつ有用な半導体発光素子を提供することができる。

【0069】

（５）実施例：
以下、実施例を示して具体的に本発明を説明するが、本発明は以下の例により限定されるものではない。

【0070】

［実施例１］
図２で示したように、基板４１上に、低温堆積緩衝層４２、厚さ３μｍのアンドープＧａＮ層４３、Ｓｉを５×１０¹⁸ｃｍ^-3添加した厚さ２μｍのｎ−ＧａＮ層１５、Ｉｎ組成比０．１５の厚さ３ｎｍのＧａＩｎＮ／厚さ１５ｎｍのＧａＮの５周期からなる厚さ７５ｎｍのＧａＩｎＮ量子井戸活性層１１、Ｍｇを２×１０¹⁹ｃｍ^-3添加した厚さ２０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＮ層１２ａ、Ｍｇを２×１０¹⁹ｃｍ^-3添加した厚さ５０ｎｍのｐ−ＧａＮ層１２ｂ、Ｍｇを１×１０²⁰ｃｍ^-3添加した厚さ３ｎｍのｐ＋＋層１２ｔ、Ｓｉを３×１０²⁰ｃｍ^-3添加した厚さ３０ｎｍのｎ＋＋層１３ｔ、Ｓｉを５×１０¹⁸ｃｍ^-3添加した厚さ２００ｎｍのｎ−ＧａＮ層をＭＯＶＰＥ法にて順次結晶成長させた。ｐ−ＡｌＧａＮ層１２ａのＡｌ組成比は、０．２にした。ｐ＋＋層１２ｔは、Ｉｎ組成比０．２のＧａＩｎＮ層にした。ＭＯＶＰＥ法の原料ガスには、アンモニアを用いた。

【0071】

各層の成長終了後、図１，２で示したように最上部のｎ−ＧａＮ層側からｐ−ＧａＮ層１２ｂの表面の一部が露出するように径５μｍの孔２０を素子中央部にＲＩＥで形成した。次いで、酸素雰囲気中、６２５℃で２０分アニールを行い、活性化される径ｄ₂を面発光レーザに求められる程度の１０μｍに制御した。次いで、素子分離のために、孔領域２１を中心とした直径３０μｍの円形のメサをＲＩＥにより形成し、ｎ−ＧａＮ層１５の一部を露出させた。次いで、ｎ−ＧａＮ層１５上から側壁部を経て最上部のｎ−ＧａＮ層の縁部に絶縁膜１６を形成した。最後に、ｎ−ＧａＮ層１５上に下部ｎ−電極１７を形成し、絶縁膜１６及び最上部のｎ−ＧａＮ層上に上部ｎ−電極１８を形成した。

【0072】

得られた半導体発光素子サンプルに上部ｎ−電極１８から電流を注入したところ、外側領域２３が暗かった一方で、孔領域２１及び周縁領域２２が発光した。

【0073】

［実施例２］
図４で示したように、基板４１上に、低温堆積緩衝層４２、厚さ３μｍのアンドープＧａＮ層４３、Ｓｉを５×１０¹⁸ｃｍ^-3添加した厚さ２μｍのｎ−ＧａＮ層１５、Ｓｉを３×１０²⁰ｃｍ^-3添加した厚さ３０ｎｍのｎ＋＋層１５ｔ、Ｍｇを１×１０²⁰ｃｍ^-3添加した厚さ３ｎｍのｐ＋＋層１２ｔ、Ｍｇを２×１０¹⁹ｃｍ^-3添加した厚さ５０ｎｍのｐ−ＧａＮ層１２ｂ、Ｍｇを２×１０¹⁹ｃｍ^-3添加した厚さ２０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＮ層１２ａ、Ｉｎ組成比０．１５の厚さ３ｎｍのＧａＩｎＮ／厚さ１５ｎｍのＧａＮの５周期からなる厚さ７５ｎｍのＧａＩｎＮ量子井戸活性層１１、Ｓｉを５×１０¹⁸ｃｍ^-3添加した厚さ２００ｎｍのｎ−ＧａＮ層をＭＯＶＰＥ法にて順次結晶成長させた。ｐ−ＡｌＧａＮ層１２ａのＡｌ組成比は、０．２にした。ｐ＋＋層１２ｔは、Ｉｎ組成比０．２のＧａＩｎＮ層にした。ＭＯＶＰＥ法の原料ガスには、アンモニアを用いた。

【0074】

各層の成長終了後、図４で示したように最上部のｎ−ＧａＮ層側からｐ−ＡｌＧａＮ層１２ａの表面の一部が露出するように径５μｍの孔２０を素子中央部にＲＩＥで形成した。次いで、酸素雰囲気中、６２５℃で２０分アニールを行い、活性化される径ｄ₂を１０μｍに制御した。次いで、素子分離のために、孔領域２１を中心とした直径３０μｍの円形のメサをＲＩＥにより形成し、ｎ−ＧａＮ層１５の一部を露出させた。次いで、ｎ−ＧａＮ層１５上から側壁部を経て最上部のｎ−ＧａＮ層の縁部に絶縁膜１６を形成した。最後に、ｎ−ＧａＮ層１５上に下部ｎ−電極１７を形成し、絶縁膜１６及び最上部のｎ−ＧａＮ層上に上部ｎ−電極１８を形成した。

【0075】

得られた半導体発光素子サンプルに下部ｎ−電極１７から電流を注入したところ、外側領域２３が暗かった一方で、周縁領域２２が環状に発光した。

【0076】

以上より、得られたサンプルは、ｐ型半導体層の内側に電流が狭窄され、内側の発光を外側の発光よりも強くした新規な半導体発光素子であることが確認された。

【0077】

（６）結び：
本発明は、種々の変形例が考えられる。
例えば、ｐ型半導体層は、複数の層のみならず、単層でも良い。ｎ型半導体トンネル接合層を除いた各ｎ型半導体層は、単層のみならず、複数の層でも良い。
発光部は、発光層以外にも、ｐ型半導体層等に生じる発光部でも良い。
半導体発光素子は、窒化物半導体発光素子以外の素子、トンネル接合の無い素子、ｐ型半導体層にＡｌを添加していない素子、ｐ型半導体層の厚みが孔の深さの０．１〜０．３倍外の素子、等でも良い。

【0078】

以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、内側の発光を外側の発光よりも強くした新規な半導体発光素子、その製造方法、等の技術を提供することができる。むろん、従属請求項に係る構成要件を有しておらず独立請求項に係る構成要件のみからなる技術でも、上述した基本的な作用、効果が得られる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。

【符号の説明】

【0079】

１，１Ａ…半導体発光素子、１１…発光層（発光部）、
１２…ｐ型半導体層、１２ａ…Ａｌ含有層、１２ｂ…Ａｌ非添加層、１２ｅ…露出部、
１２ｔ…ｐ＋＋層（ｐ型半導体トンネル接合層）、
１３…ｎ型半導体層（導電層）、
１３ｔ，１５ｔ…ｎ＋＋層（ｎ型半導体トンネル接合層）、
１４…トンネル接合、１５…ｎ型半導体層、１６…絶縁膜、１７，１８…電極、
２０…孔、２１…孔領域、２２…周縁領域、２３…外側領域、
３１…発光層（発光部、導電層）、
４１…基板、４２…低温堆積緩衝層、４３…アンドープ半導体層、
Ａ１…活性化領域、Ｃ１…電流の流れ、ＩＰＤ…面内方向、
Ｓ１…層形成工程、Ｓ２…穿孔工程、Ｓ３…アニール工程、
Ｓ４…ｎ層露出工程、Ｓ５…電極形成工程。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】