半导体面发光元件以及其制造方法.pdf

本发明所涉及的半导体面发光元件其特征在于具备：光子晶体层（6），周期性地将多个孔（H）形成于由闪锌矿型结构的第1化合物半导体构成的基本层（6A）内，并且使由闪锌矿型结构的第2化合物半导体构成的埋入层（6B）在孔（H）内生长；活性层（4），对光子晶体层（6）提供光；基本层（6A）的主表面为（001）面，孔（H）的侧面具有至少不同的3个{100}面。

权利要求书一种半导体面发光元件，其特征在于：具备：光子晶体层，周期性地将多个孔形成于由闪锌矿型结构的第1化合物半导体构成的基本层内，并且使由闪锌矿型结构的第2化合物半导体构成的埋入层在所述孔内生长而成；和活性层，对所述光子晶体层提供光，所述基本层的主表面为（001）面，所述孔的侧面包含至少不同的3个{100}面或者围绕所述主表面的法线以小于±35度的旋转角度使这些面旋转的面。如权利要求1所述的半导体面发光元件，其特征在于：所述孔的侧面包含：4个不同的{100}面，或者围绕所述主表面的法线以小于±35度的旋转角度使这些面旋转的面。如权利要求1或者2所述的半导体面发光元件，其特征在于：所述旋转角度被设定为±25度以下。如权利要求1或者2所述的半导体面发光元件，其特征在于：所述旋转角度被设定为±20度以下。如权利要求1~4中任意一项所述的半导体面发光元件，其特征在于：所述第1化合物半导体为GaAs，所述第2化合物半导体为AlGaAs。一种半导体面发光元件的制造方法，其特征在于：是制造权利要求1~5中任意一项所述的半导体面发光元件的半导体面发光元件制造方法，包括：形成所述孔的工序；和进行所述埋入层的生长的工序。如权利要求6所述的半导体面发光元件的制造方法，其特征在于：在进行所述生长的工序之前具备由蚀刻将定位标记形成于已形成有所述基本层的半导体基板的工序，所述定位标记包含{110}面或者围绕于所述主表面的法线以±10度以内的旋转角度使{110}面旋转的面。

说明书半导体面发光元件以及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体面发光元件以及其制造方法。
背景技术
光子晶体（photonic crystal）是一种折射率作周期变化的纳米结构体，且能够控制通过该光子晶体的光的波长。作为下一代的半导体面发光元件有方案提出使用二维光子晶体（以下称之为2DPC）的光子晶体面发光激光器（photonic crystal surface emitting laser）（以下称之为PCSEL）。PCSEL其光学特性取决于细微结构的尺寸·形状，持有所谓不依赖于材料的特性，并具有所谓大面积·单一模式、二维性的偏振光控制以及出射角度控制等的在现有的半导体发光元件单体上难以实现的新特性，因而具有有可能开拓高输出半导体激光器的潜力。
在2DPC实际制作过程中运用的是晶片贴合技术，但是存在着以下所述问题（1）~（3）。（1）制作大面积的2DPC是困难的。即，在被贴合的晶片有翘曲、在异物存在于晶片之间、以及大的凹凸存在于晶片表面等情况下不能够娴熟地贴合这些晶片。（2）在2DPC层上含有空洞并且耦合系数k大，因而这对大面积化是不适合的。其理由是因为为了使光均匀地分布于2DPC层而最好是相对于电极长L将面内方向的标准化耦合系数kL控制在1~2左右，但是空洞被包含于2DPC层的情况下k值成为1000cm‑1以上且L的值被限制于数十μm。（3）因为在被贴合的晶片之间的界面上形成有缺陷，所以在寿命·可靠性方面存有缺点。
作为为了解决上述问题的2DPC制作手段而具有利用结晶再生长的再生长型PCSEL，该再生长型PCSEL具有以下所述优点。（1）容易制作大面积的2DPC。即，在使用再生长的情况没有必要贴合结晶。（2）在完全埋入2DPC层的情况下因为其耦合系数k变小到贴合晶片的情况下的耦合系数的1/10左右，所以容易大面积化。（3）因为是用外延层来埋入2DPC层界面所以缺陷少且还能够改善可靠性。（4）因为在2DPC层上不含有空洞，所以在放热性方面表现优异且适合于大输出化。
综观上述优点，经以高输出PCSEL的实用化为目标，再生长型PCSEL优于贴合型的PCSEL。
专利文献1有方案提出作为在结晶的再生长过程中不生成空洞的光子晶体而将六边形的凸部买入到半导体层内。在此况下，相对于凸部的主表面（0001）面而将侧面作为（1‑100）面。
在专利文献2中有方案提出在使用具有极性面的（111）基板或者具有半极性面的（n11）基板（最好是2≤n≤6）的闪锌矿（型）结构（zinc blende structure）的结晶生长过程中进行再生长埋入，并且作为其操作手段而使用横向（lateral）生长。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2009‑206157号公报
专利文献2：日本专利申请公开2010‑114384号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，本发明人在对闪锌矿型结构的半导体层进行开孔并在孔内进行结晶的再生长的情况下，发现被形成于其上面的化合物半导体层的表面形态（morphology）不够充分且在结晶内部会发生大转位（错位）。即，因为被形成的半导体层的结晶性不够充分，所以半导体面发光元件的特性就不够充分。
本发明就是借鉴于上述那样的技术问题而展开的悉心研究之结果，其目的在于提供一种能够改善特性的半导体面发光元件以及其制造方法。
解决技术问题的手段
为了解决上述技术问题，本发明的一个方式所涉及的半导体面发光元件其特征在于具备：光子晶体层，周期性地将多个孔形成于由闪锌矿型结构的第1化合物半导体构成的基本层内，并且使由闪锌矿型结构的第2化合物半导体构成的埋入层在所述孔内生长；活性层，对所述光子晶体层提供光；所述基本层的主表面为（001）面，所述孔的侧面包含至少不同的3个{100}面或者围绕于所述主表面的法线以小于±35度的旋转角度使这些面旋转的面。
在孔的侧面是由4个不同的{110}面形成的情况下，则会了解到在（110）以及（‑1‑10）的侧面垂直地进行生长的埋入层上出现（110）以及（‑1‑10）小平面（Facet），在这些小平面由中央部进行接触的时候，在结晶中发生混乱且最终结晶性发生劣化。即，被形成于光子晶体层上的半导体层的表面形态粗糙并在内部发生多个转位（错位）。另外，在将（110）、（‑1‑10）包含于孔的侧面的情况下，在显现于再生长埋入过程的初期的小平面[作为一个例子是（113）、（‑1‑13）即（113）A面]上发生多个小平面的竞争，因而部分性地发生不均匀再生成。该区域也存在着所谓成为转位（错位）形成的核的结构。
另外，孔的侧面形状如果是本发明的一种形态的话，则被形成于光子晶体层上的半导体层的表面形态（morphology）会非常良好，并可了解到平坦性高且相对性地在内部所发生的转位（错位）量减少。根据以上所述形式改善半导体层的结晶性，则因为针对于温度或热的耐性增高所以能够延长寿命，并且因为漏电流或者内部电阻变低所以能够改善发光效率。即，通过将孔的形状作为本发明的形状，就能够改善半导体面发光元件的特性。
另外，所述孔的侧面的特征在于：包含至少4个不同的{100}面，或者围绕于所述主表面的法线以小于±35度的旋转角度使这些面旋转的面。
本发明的一种形态的情况下，被形成于光子晶体层上的半导体层的表面形态（morphology）会非常良好，平坦性高且与以上所述相同能够改善半导体面发光元件的特性。
另外，所述旋转角度其特征在于被设定为±25度以下。如果在旋转角度为±25度以下的情况下，则较35度的情况更加显著地改善表面形态并且改善半导体层的结晶性。
所述旋转角度其特征在于被设定为±20度以下。如果在旋转角度为±20度以下的情况下则较25度的情况更加改善表面形态并且改善半导体层的结晶性。
另外，所述第1化合物半导体为GaAs，所述第2化合物半导体为AlGaAs。在使用这些闪锌矿（型）结构的化合物半导体的情况下，因为非常熟识材料特性所以其形成是容易的。
还有，制造上述半导体面发光元件的制造方法其特征在于具备形成所述孔的工序、进行所述埋入层的生长的工序。还有，在进行所述生长的工序之前也可以包括由蚀刻将定位标记形成于已形成有所述基本层的半导体基板的工序，所述定位标记包含{110}面或者围绕于所述主表面的法线以±10度以内的旋转角度使{110}旋转的面。根据该方法，在形成上述元件的情况下通过转位（错位）被形成于所述定位标记的再生长层从而再生长表面变得粗糙，从而能够作为光学曝光的基准位置来进行使用。
发明效果
根据本发明的一种形态所涉及的半导体面发光元件以及其制造方法，因为能够改善构成这个半导体面发光元件的半导体层的结晶性，所以能够改善发光输出和寿命等特性。
附图说明
图1是对半导体面发光元件进行一部分剖视的半导体面发光元件的立体图。
图2是被形成于晶片上的基本层6A的平面图。
图3是晶片的正面图。
图4是表示形成有孔的基本层6A的电子显微镜照片。
图5是表示位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面的光学显微镜照片。
图6是表示孔形状详细结构的示意图。
图7是半导体面发光元件的截面图。
图8是基本层6A的平行于定向平面（orientation flat）的方向的截面图。
图9是基本层6A的垂直于定向平面（orientation flat）的方向的截面图。
图10是第1比较例所涉及的被形成于晶片上的基本层6A的平面图。
图11是表示第1比较例所涉及的形成有孔的基本层6A的电子显微镜照片。
图12是表示位于第1比较例所涉及的半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面的光学显微镜照片。
图13是表示结晶性劣化的概念的示意图。
图14是表示第2比较例所涉及的形成有孔的基本层6A的电子显微镜照片。
图15是表示位于第2比较例所涉及的半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面的光学显微镜照片。
图16是就孔的朝向的旋转进行说明的示意图。
图17是表示使孔的（100）侧面旋转的基本层表面（左侧）的电子显微镜照片和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面（右侧）的光学显微镜照片。
图18是表示使孔的（110）侧面旋转的基本层表面（左侧）的电子显微镜照片和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面（右侧）的光学显微镜照片。
图19是表示使孔的（110）侧面旋转的基本层表面（左侧）的电子显微镜照片和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面（右侧）的光学显微镜照片。
图20是表示角的一部分被切开的孔形状的示意图。
图21是被形成于晶片上的基本层6A的平面图。
图22是表示孔形状的示意图。
图23是表示具有直角梯形孔的基本层表面（左侧）的电子显微镜照片和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面（右侧）的光学显微镜照片。
图24是表示具有直角梯形孔的基本层表面（左侧）的电子显微镜照片和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面（右侧）的光学显微镜照片。
图25是表示具有直角梯形孔的基本层表面（左侧）的电子显微镜照片和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面（右侧）的光学显微镜照片。
图26是表示孔形状详细结构的示意图。
图27是就孔的朝向的旋转进行说明的图。
图28是表示各种各样的孔形状的示意图。
图29是为了就光子晶体层的第1制造方法进行说明的示意图。
图30是为了就光子晶体层的第2制造方法进行说明的示意图。
具体实施方式
以下就实施方式所涉及的半导体面发光元件以及其制造方法进行说明。还有，在各个附图中将相同符号标注于相同要素，从而省略重复的说明。
图1是对半导体面发光元件进行一部分剖视的半导体面发光元件的立体图。
半导体面发光元件具备按顺序被形成于半导体基板1上的下部覆盖层（clad layer）2、下部光引导层3、活性层4、上部光引导层5、光子晶体层6、上部覆盖层7、接触层8。在半导体基板1的背面侧，在整个面上设置有电极E1，在接触层8的中央部设置有电极E2。
这些化合物半导体层的材料/厚度如以下所述。还有，没有记载导电型的物质为杂质浓度1015/cm3以下的本征半导体。还有，杂质被添加的情况下的浓度为1017~1020/cm3。另外，以下所述为本实施方式的一个例子，如果是包含活性层4以及光子晶体层6的结构，则对于材料类、膜厚、层的结构来说具有自由度。还有，括弧内的数值是在后述的实验中所使用的数值，由MOCVD法的AlGaAs的生长温度为500℃~850℃，在实验中所采用550~700℃，作为在生长时的Al原料是使用TMA（三甲基铝）；作为镓原料是使用TMG（三甲基镓）以及TEG（三乙基镓）；作为As原料是使用AsH3（砷化氢）；作为N型杂质用的原料是使用Si2H6（乙硅烷）、作为P型杂质用的原料是使用DEZn（二乙基锌）。
·接触层8：
P型的GaAs/50~500nm（200nm）
·上部覆盖层7：
P型的AlGaAs（Al0.4Ga0.6As）/1.0~3.0μm（2.0μm）
·光子晶体层6：
基本层6A：GaAs/50~200nm（100nm）
埋入层6B：AlGaAs（Al0.4Ga0.6As）/50~200nm（100nm）
·上部光引导层5：
上层：GaAs/10~200nm（50nm）
下层：P型或者本征AlGaAs/10~100nm（50nm）
·活性层4[多量子阱（multiple quantum well）结构]：
AlGaAs/InGaAs MQW/10~100nm（30nm）
·下部光引导层3：
AlGaAs/0~300nm（150nm）
·下部覆盖层2：
N型的AlGaAs/1.0~3.0μm（2.0μm）
·半导体基板1：
N型的GaAs/80~350μm（200μm）
如果让电流流动于上下电极E1,E2之间，则电流将流过电极E2的正下方区域R，该区域发光从而激光LB朝着垂直于基板的方向输出。
图2是被形成于晶圆上的基本层6A的平面图。还有，在平面图中便于明确地加以理解而较实际的尺寸作了相当程度的放大，并且记载了多个孔H，另外，孔的数量比实际的少。另外，图3是晶圆的正面图。
晶片（基板）的主表面为（001）面，在同图中表示了基板层6A的主表面（001）露出于表面的状态。还有，闪锌矿型结构的结晶的a轴、b轴、c轴分别作为X轴、Y轴、Z轴来表示于图面。X轴、Y轴、Z轴的方向分别为[100]、[010]、[001]。
在晶片的一端形成有定向平面（orientation flat）OF，定向平面OF垂直于[110]方向。定向平面OF具有（‑1‑10）面。在基本层6A上形成有多个孔H（H1~H10），各个孔H在半导体基板的厚度方向上有深度。
孔H的平面形状上的轮廓为长方形，长方形的各边相对于定向平面OF的延伸方向[1‑10]倾斜45度。即，孔H的4个侧面各自具有（100）面、（0‑10）面、（‑100）面、（010）面。还有，这些面在结晶学上作为等价的面能够作为{100}面来进行表示。
在平面内的孔H的重心位置沿着[1‑10]方向等间隔地进行排列，另外，沿着[110]方向也按等间隔进行排列。在同图中表示了前者的间隔（例如H1与H2之间）为短于后者的间隔（例如H1与H6之间）的情况，但是本发明并不限定于此。另外，成为如下配置：其他孔H4位于沿着前者间隔（例如H1与H2之间）中心位置的[110]方向的延长线上。
还有，本实施方式中的孔H的重心的[1‑10]方向的间隔为330nm，[110]方向的间隔为570nm。另外，孔的形状为长方形，各边的长度分别为165nm，面积为2.7×104nm2。还有，连接孔H的重心位置的线群能够构成正方形格子、长方形格子、三角形格子，也可以是随机的配置。
图1所表示的埋入层6B因为是被埋入到基本层6A的孔H的内部，所以其侧面接触于孔H的侧面，并且该面方向与孔H的侧面的面方向相一致。
这样，上述的半导体面发光元件具备：光子晶体层6，将多个孔H周期性地形成于由闪锌矿型结构的第1化合物半导体（GaAs）构成的基本层6A内，并且使由闪锌矿型结构的第2化合物半导体（AlGaAs）构成的埋入层6B在孔H内生长而成。当然，为了构成光子晶体，第1化合物半导体与第2化合物半导体的折射率有所不同。还有，在说明中所说的电子显微镜是使用扫描型电子显微镜（SEM）。截面SEM图像是使用氨水和过氧化氢来对截面进行染色蚀刻（stain etch）从而进行摄影。
图4是表示形成有孔的基本层6A的电子显微镜照片。
图4（A）是表示孔H的平面照片并且是表示正方形的孔H。图4（B）是表示沿着定向平面平行方向进行切割的基本层（埋入层形成前）的截面图像，图4（C）是表示沿着定向平面垂直方向进行切割的基本层（埋入层形成前）的截面图像。图4（D）是表示沿着定向平面平行方向进行切割的基本层（埋入层形成后）的截面图像，图4（E）是表示沿着定向平面垂直方向进行切割的基本层（埋入层形成后）的截面图像。
埋入工序一直持续到形成上部覆盖层为止，之后形成接触层。在这些埋入层以及上部覆盖层上没有观察到大的转位（错位），因而认为具有良好的结晶性。
图5是表示在图4的情况下位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层（接触层）表面的光学显微镜照片。接触层的表面平坦且在形态（morphology）方面表现优异，基本上没有观察到凹凸。这就间接地显示出在内部结晶性优异。
图6是表示孔形状详细结构的示意图。
在XY平面内将外接于孔H轮廓部的长方形的各边的尺寸作为L1,L2。假定相似的长方形并使1个角部内接于该长方形。所内接的长方形与进行外接的长方形共有重心G，并XY平面内的旋转位置也相同。在此情况下，将各自对应边的分开距离作为ΔL11、ΔL12、ΔL21、ΔL22。
在（ΔL11+ΔL12）/L1为小于29%而（ΔL21+ΔL22）/L2为小于29%的情况下，并且在XY平面内的孔的面积的最大值（最表面的面积）为外接于其的长方形面积的50%以上的情况下，将孔形状认定为长方形并认定孔H的侧面包含4个{100}面。
图7是半导体面发光元件的截面图。本例是表示平行于定向平面的截面。
如以上所述半导体面发光元件具备按顺序被形成于半导体基板1上的下部覆盖层2、下部光引导层3、活性层4、上部光引导层5、光子晶体层6、上部覆盖层7、接触层8。在此，活性层4是一种对光子晶体层6提供光的活性层，并具有上下半导体层4A,4C以及被夹持于这两个半导体层的中央半导体层4B。这些能量带隙（energy band gap）的关系与通常的激光相同，并是以成为用4A,4C的引导层来夹持4B的QW（量子阱）层的多量子阱（multiple quantum well）结构的形式来设定的。光子晶体层6是为了由光的共振来生成激光而被使用的。即，该半导体面发光元件是一种光子晶体面发光激光器，但是如果不发生激光振荡，则该结构能够作为发光二极管来进行使用。
图8是基本层6A的平行于定向平面的方向的在再生长埋入初期的截面形状的一个例子，图9是基本层6A的垂直于定向平面的方向的在再生长埋入初期的截面形状的一个例子。如这两图所示，各个孔H具有相对于{100}侧面发生倾斜的倾斜面（F1~F8）。各个倾斜面F1~F8的面方向分别是（1‑11）、（‑111）、（1‑13）、（‑113）、（‑1‑13）、（113）、（‑1‑10）、（110）。
图10是第1比较例所涉及的被形成于晶圆上的基本层6A的平面图。如果将在图1~图9中所表示的半导体面发光元件作为实施例，则第1比较例的元件只是孔H的形状与实施例不同。即，孔H的侧面分别是由{110}面所构成。如果加以详细说明的话则各个侧面是（110）、（1‑10）、（‑1‑10）、（‑110）。
图11是表示第1比较例所涉及的形成有孔的基本层6A的电子显微镜照片。
图11（A）是表示孔H的平面照片，且是表示正方形的孔H。图11（B）是表示沿着定向平面平行方向进行切割的基本层（埋入层形成前）的截面图像，图11（C）是表示沿着定向平面垂直方向进行切割的基本层（埋入层形成前）的截面图像。图11（D）是表示沿着与定向平面平行方向进行切割的基本层（埋入层形成后）的截面图像，图11（E）是表示沿着定向平面垂直方向进行切割的基本层（埋入层形成后）的截面图像。
埋入工序一直持续到形成上部覆盖层为止，之后形成接触层。在这些埋入层以及上部覆盖层上观察到大的转位（错位）[参照图11（D）以及图11（E）]，因而显示出结晶性为非良好。
图12是表示位于第1比较例所涉及的半导体面发光元件的最表面侧的半导体层（接触层）表面的光学显微镜照片。
接触层的表面粗糙，形态（morphology）低下且被观察到多个凹凸。这就间接地显示出在内部结晶性低劣。
这样，孔的侧面由4个不同的{110}面进行形成的情况下明确结晶性低下。关于该原理作了如下考察。
图13是表示结晶性劣化的概念的示意图。
在第1比较例中，在垂直于（110）以及（‑1‑10）的侧面进行生长的埋入层上出现（110）以及（‑1‑10）小平面（Facet）（A）；伴随于结晶生长的进行，并在这些小平面与中央部进行接触的时候在结晶上产生混乱（B）；由此而明确最终的结晶性发生劣化。即，被形成于光子晶体层上的半导体层的表面形态（morphology）粗糙，并在内部发生多个转位（错位）。另外，在（110）、（‑1‑10）包含于孔的侧面的情况下，在显现于再生长埋入的初期的小平面[作为一个例子是（113）、（‑1‑13）即（113）A面]上发生多个小平面的竞争，从而进行部分性的不均匀再生长。这个区域也存在有所谓成为转位（错位）形成的核的结构。
另外，在本发明中基本层6A的主表面为（001）面，孔H的侧面被{100}面包围。因此，因为抑制了如以上所述那样的起因于（110）、（‑1‑10）的转位（错位）形成的结构，所以认为结晶性变得良好。
另外，对于在将孔H的形状制作成圆形的情况下也进行如下所述的实验。
图14是表示第2比较例所涉及的形成有孔的基本层6A的电子显微镜照片。与第1比较例相比较只是孔H的形状有所不同，在其他部分上两者相同。孔H的开口直径为120nm。
图14（A）是表示孔H的平面照片，并且是表示圆形孔H。图14（B）是表示沿着定向平面平行方向进行切割的基本层（埋入层形成前）的截面图像，图14（C）是表示沿着定向平面垂直方向进行切割的基本层（埋入层形成前）的截面图像。图14（D）是表示沿着定向平面平行方向进行切割的基本层（埋入层形成后）的截面图像，图14（E）是表示沿着定向平面垂直方向进行切割的基本层（埋入层形成后）的截面图像。
埋入工序一直持续到形成上部覆盖层为止，之后形成接触层。在这些埋入层以及上部覆盖层上没有观察到大的转位（错位）[参照图14（D）以及图14（E）]。
但是，表面形态（morphology）发生劣化。
图15是表示位于第2比较例所涉及的半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面的光学显微镜照片。接触层的表面粗糙，形态（morphology）发生劣化且被观察到多个凹凸。在图14的观察范围虽然没有看到转位（错位），但是如果在更加宽广区域进行检查，则会发现有转位（错位）被形成，从而招致表面形态（morphology）发生劣化。
接着，使实施方式所涉及的孔H围绕着通过重心G的Z轴进行旋转从而检查其旋转角的公差。
图16是就孔的朝向的旋转进行说明的示意图。
从孔H的平面内的重心G在其一边朝着（010）面划一根垂线，将该垂线VR与[0‑10]所成的角度作为旋转角度φ。即，作为孔H的形状假定是长方形并在该长方形的一边划一根垂线。在对于孔H的形状来说有稍许偏差的情况下，则将外接于其的长方形作为孔H的形状。
图17是表示使实施例所涉及的孔的（100）侧面（facet）旋转的基本层的表面的电子显微镜照片（左侧）和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面的光学显微镜照片（右侧）。正方形孔的各边长度为140nm，孔H的重心的[1‑10]方向的间隔为335nm，[110]方向的间隔为580nm。在旋转角度φ为35度的情况下表面形态（morphology）发生劣化，在φ比这更小的情况下表面形态（morphology）良好。
图18是表示使第1比较例所涉及的孔的（110）侧面（facet）旋转的基本层的表面的电子显微镜照片（左侧）和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面的光学显微镜照片（右侧）。长方形孔的各边长度分别为100nm、200nm，孔H的重心[1‑10]方向的间隔为335nm，短边平行于[1‑10]方向。[110]方向的间隔为580nm。表面形态（morphology）从旋转角度φ为20度（实施例的旋转角度为25度）起被改善，在φ比这更小的情况下表面形态（morphology）发生劣化。
图19是表示使第1比较例的孔的（110）侧面（小平面，facet）旋转的基本层表面的电子显微镜照片（左侧）和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面的光学显微镜照片（右侧）。与图18的情况相比较，长边平行于[1‑10]方向。表面形态（morphology）自旋转角度φ为20度以上（实施例的旋转角度φ为25度以下）起被改善，在φ比这更小的情况下表面形态（morphology）发生劣化。
图20是表示4个角部C1~C4中几个角部C2,C2的一部分被切去的孔H形状的示意图。因为抑制了起因于（110）、（‑1‑10）的转位（错位）形成的结构，所以认为能够获得与上述相同的结晶性以及表面形态（morphology）的改善效果。
还有，在上述实施方式中是将孔H的形状作为长方形，但是也可以是直角梯形。
图21是被形成于晶圆上的基本层6A的平面图。
该实施方式的半导体面发光元件只是其孔H的形状被变更成直角梯形。其他的结构均与以上所述的相同。包含直角梯形各边的面为（010）、（0‑10）、（100）、（hk0）。即，3个侧面属于{100}面。
图22是表示孔H形状的示意图。
在此，将（010）面与（hk0）面所成的角度（锐角）作为θ。在图22中，（hk0）面的面方向被设定为h1=‑sinθ,k1=cosθ，从而成为平行于矢量V[h1,k1,0]的面方向。还有，在以下的说明中FF是表示填充因子（Filling Factor）。填充因子是以测量光子晶体大小的指标，光子晶体形状所占的面积（孔H的面）相对于二维结构单位周期面积的比例。在以下所述例子中二维结构的每单位周期的长度a（晶格常数）为335nm。
图23是表示具有直角梯形孔的基本层6A表面（左侧）的电子显微镜照片和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层（接触层）表面（右侧）的光学显微镜照片。
将θ设为60度且将FF变更至11%~33%，但是在表面形态（morphology）上没有看到大的变化，因而各种情况均为良好。
图24以及图25是表示具有直角梯形孔的基本层表面（左侧）的电子显微镜照片和位于半导体面发光元件最表面侧的半导体层表面（右侧）的光学显微镜照片。
将FF设定为15%（设计值）并将θ变更至30~80度，但是在表面形态（morphology）上没有看到大的变化，因而各种情况均为良好。
图26是表示孔形状详细结构的示意图。
在XY平面内对于外接于孔H轮廓的直角梯形来说，将上底或者下底中大的一方的尺寸作为L1，将所相对的平行边的距离作为L2。假定与该直角梯形相似的直角梯形，并使1个角部内接。所内接的直角梯形与进行外接的直角梯形共有重心G，并且XY平面内的旋转位置也相同。在此情况下，将平行于各自对应边的梯形上底的方向的分开距离作为ΔL11,ΔL12，将梯形高度方向的分开距离作为ΔL21,ΔL22。
在（ΔL11+ΔL12）/L1小于29%而且（ΔL21+ΔL22）/L2小于29%的情况下，并且在XY平面内的孔面积的最大值（最表面的面积）为外接于其的直角梯形的面积的50%以上的情况下，将孔H的形状认定为直角梯形，并且认定孔H的侧面包含3个{100}面。
图27是就直角梯形的情况下的孔H的朝向的旋转进行说明的图。
与以上所述长方形的情况相同地，自孔H的平面内的重心G在其一边朝着（010）面划一根垂线，将该垂线VR与[0‑10]所成的角度作为旋转角度φ。即，作为孔H的形状假定是长方形并朝其的一边划一根垂线VR。在对于孔H的形状来说有稍许偏差的情况下，则将外接于其的长方形作为孔H的形状。在此情况下，能够获得良好结晶的旋转角度φ的公差与上述长方形的情况相同。因为如果旋转角度φ超过公差范围，则{100}小平面接近于（110）、（‑1‑10），所以上述转位（错位）发生的结构起作用，但是直角梯形与长方形相比较因为成为主要的3个{100}小平面是共通的，所以只要旋转角度φ在公差范围内，则能够抑制转位（错位）发生的结构。
图28是表示各种各样的孔形状的示意图。
图中的虚线是表示{100}面。图28（A）为上述实施方式的形状。图28（B）是表示（A）的一边的一部分缺损而埋入层的侧面具有凹部（凹面）。图28（C）是表示（A）的两边的一部分缺损而埋入层的侧面具有凹部（凹面）。图28（D）是表示（A）的三边的一部分缺损而埋入层的侧面具有凹部（凹面）。图28（E）是表示（A）的四边的一部分缺损而埋入层的侧面具有凹部（凹面）。还有，图28（B）~（E）所表示的凹部也可以是多个，另外，也可以将凹部置换成凸部。图28（F）是（A）的埋入层的中央的一部分缺损的情况，图28（F）的缺损区域也可以是多个。
即使是在这些情况下，也可认为由所谓抑制上述的起因于（110）、（‑1‑10）的转位（错位）发生的结构的理由，而取得以上所述的效果。
图28（G）是表示（A）的埋入层的侧面的斜边成为具有2个平面的凸部（凸面）形状。图28（H）是表示（A）的埋入层的侧面成为连续多个平面而形成的凸部（凸面）形状。图28（I）是表示（A）的埋入层的侧面成为其斜边具有2个凸部（凸面）的形状。图28（J）是表示（A）的埋入层的侧面成为其一边具有V字槽形的凹部（凹面）的形状。
即使是在这些情况下也可认为通过与抑制上述转位（错位）发生结构相同的理由，取得以上所述的结晶性以及表面形态的改善效果。
图28（K）是表示（A）的埋入层的侧面的斜边成为由曲线构成的凸部（凸面）形状。图28（L）是表示（A）的埋入层的侧面的斜边成为由曲线构成的凹部（凹面）形状。图28（M）是由一边的长度为5nm以上的{100}面的凹凸形状所构成，并且表示连接侧面凹部最深部的包络线的形状为长方形的形状例子。还有，形成{100}面的凹凸形状的包络线形状在图28（M）中是作为长方形，但是也可以是三角形（N）以及圆形（O）等任意形状。
即使是在这些情况下，也可认为由与抑制上述转位（错位）发生结构相同的理由，而取得以上所述的结晶性以及表面形态的改善效果。
如以上所说明的那样在上述实施方式中，孔H的侧面至少包含不同的3个{100}面或者围绕着所述主表面的法线以小于±35度的旋转角度使这些面旋转的面。在孔的侧面形状为像这样的情况下，可以了解到被形成于光子晶体层上的半导体层的表面形态非常良好，平坦性高且相对性地在内部所发生的转位（错位）量减少。如果以以上所述形式改善半导体层的结晶性，则因为针对于温度或热的耐性增高所以能够延长寿命，并且因为漏电流或者内部电阻变低，所以能够改善发光效率。即，通过将孔的形状制作成上述实施方式的形状，从而就能够改善半导体面发光元件的特性。
特别如图1~图9所表示的实施方式那样在孔的侧面包含4个不同的{100}面的情况下，或者如图16~图19所表示的实施方式那样在包含围绕着主表面的法线以小于±35度的旋转角度使这些面旋转的面的情况下，被形成于光子晶体层上的半导体层的表面形态非常良好，并且能够平坦性高地改善半导体面发光元件的特性。
另外，在该旋转角度φ为±25度以下的情况较35度的情况更加能够显著改善表面形态，并且也就改善了半导体层的结晶性。在旋转角度φ为±20度以下的情况较25度的情况更加能够改善表面形态，并且也就改善了半导体层的结晶性。
还有，上述第1化合物半导体为GaAs，所述第2化合物半导体为AlGaAs。在使用这些闪锌矿型结构的化合物半导体的情况下，因为对材料特性有一个很好的了解所以其形成是容易的。
图29是为了就光子晶体层的第1制造方法进行说明的示意图。
使用MOCVD（有机金属气相生长）法，在N型（作为第1导电型）的半导体基板（GaAs）1上依次外延（epitaxial）生长：N型的覆盖层（AlGaAs）2、引导层（AlGaAs）3、多量子阱结构（InGaAs/AlGaAs）4、光引导层（GaAs/AlGaAs）或者隔离（spacer）层（AlGaAs）5、成为光子晶体层的基本层（GaAs）6A。
为了取得外延生长后的定位，由PCVD（等离子CVD）法将SiN层AG形成于基本层6A上‑图29（B）；接着，将抗蚀剂R形成于SiN层AG上‑图29（C）。进一步对抗蚀剂R实施曝光·显影‑图29（D）；将抗蚀剂R作为抗蚀掩膜并对SiN层AG进行蚀刻从而使SiN层AG留下一部分，由此而形成定位标记‑图29（E）。除去留下的抗蚀剂‑图29（F）。
接着，将抗蚀剂R2涂布于基本层6A，用电子束绘图装置将二维细微图形绘于抗蚀剂R2上，通过显影从而在抗蚀剂R2上形成二维细微图形‑图29（H）。之后，将抗蚀剂R2作为抗蚀掩膜，由干式蚀刻而将持有100nm左右深度的二维细微图形复制转移至基本层6A上（形成孔H）‑图29（I）；除去抗蚀剂‑图29（J）。孔H的深度为100nm。
之后，使用MOCVD法来进行再生长。
在再生长工序中，埋入层（AlGaAs）6B在孔H内生长，接着，P型覆盖层（AlGaAs）7和P型接触层（GaAs）8依次作外延生长‑图29（K）。接着，将持有正方形孔H的抗蚀剂R3形成于P型接触层8上‑图29（L）；对抗蚀剂R3进行图形化‑图29（M）；从抗蚀剂R3的上蒸镀电极E‑图29（N）；通过剥离（liftoff）只让电极（Cr/Au）E2留下从而除去电极材料‑图29（O）。然后，研磨N型半导体基板1的背面并形成N型电极（AuGe/Au）E1‑图29（P）。
图30是为了就光子晶体层的第2制造方法进行说明的示意图。
使用MOCVD（有机金属气相生长）法在N型（作为第1导电型）的半导体基板（GaAs）1上依次外延生长：N型的覆盖层（AlGaAs）2、引导层（AlGaAs）3、多量子阱结构（InGaAs/AlGaAs）4、光引导层（GaAs/AlGaAs）或者隔离层（AlGaAs）5、由光子晶体层构成的基本层（GaAs）6A。
接着，将抗蚀剂R2涂布于基本层6A上‑图30（B）；用电子束绘图装置绘出二维细微图形，通过显影从而在抗蚀剂上形成二维细微图形‑图30（C）。此时，以330nm间隔将由（110）小平面围起来的一边为120nm的正方形配置于所使用的光致掩膜的定位标记位置并将区域整体的面积制作成100μm×100μm。该图形是作为再生长后的光学曝光定位的基准来进行使用的，这将在下文作具体叙述。
之后，由干式蚀刻而将持有100nm左右深度的二维细微图形复制转移至基本层6A上‑图30（D）；除去抗蚀剂‑图30（E）。因为标记位置也被蚀刻，所以在该位置上形成图形（定位标记）。该图形具有由4个{110}面围起来的侧面，但是也可以使之作稍许旋转（±10度以内）。该图形因为即使由再生长也形成转位（错位），所以再生长表面粗糙。因此，能够将粗糙的表面作为再生长后的光学曝光过程中的定位的基准来进行利用。之后，使用MOCVD来进行再生长。这样在进行埋入层再生长的工序之前，通过由蚀刻将定位标记形成于已形成有基本层6A的半导体基板的适当的地方（发光元件形成的预定区域的外侧区域），该定位标记包含{110}面或者围绕着所述主表面（001）的法线以±10度以内的旋转角度使{110}旋转的面，从而就能够省略通常的定位标记形成工序。
在再生长工序中，埋入层（AlGaAs）6B在孔H内生长，接着，依次外延生长P型覆盖层（AlGaAs）7和P型接触层（GaAs）8‑图30（F）。接着，将持有正方形孔H的抗蚀剂R3形成于P型接触层8上‑图30（G）；由光学曝光而对抗蚀剂R3进行图形化‑图30（H）；从抗蚀剂R3的上蒸镀电极E‑图30（I）；通过剥离只让电极（Cr/Au）E2留下从而除去电极材料‑图30（J）。然后，研磨N型半导体基板1的背面并形成N型电极（AuGe/Au）E1‑图30（K）。
根据该方法则在形成上述元件的情况下，在再生长之前通过形成由{110}面围起来的图形，从而就能够将这作为再生长后的光学曝光定位的基准位置来进行利用。
还有，孔H的深度既可以浅于基本层6A，也可以稍许深于基本层6A。另外，（001）晶圆也可以是偏离角度基板（off‑substrate）。
还有，作为孔H的制作方法已在实施方式中对由电子束曝光法进行制作的方法作了说明，但是也可以使用所谓纳米压印、干涉曝光、FIB、缩小投影型露光装置（stepper）等光学曝光的其他细微加工技术。符号说明
6A．基板层
6B．埋入层
H．孔