JP2003174237A

JP2003174237A - 窒化物系半導体発光素子の製造方法および窒化物系半導体発光素子

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Publication number: JP2003174237A
Application number: JP2001374299A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamaguchi; 勤山口; Yasuhiko Nomura; 康彦野村; Tadao Toda; 忠夫戸田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP3948949B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低温の熱処理によっても窒化物半導体層中の不
純物を十分に活性化することが可能な窒化物系半導体発
光素子の製造方法を提供する。【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子の製造方法
は、ＭＱＷ発光層６上に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７
およびｐ型ＧａＮコンタクト層８を形成する工程と、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト
層８上にＰｄ電極層９を形成する工程と、その後、約３
００℃で熱処理することによって、上記ｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８中の不純
物を活性化する工程とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物系半導体
発光素子の製造方法および窒化物系半導体発光素子に関
し、特に、窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体発光
素子の製造方法および窒化物系半導体発光素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化物系半導体発光素子は、次世
代の大容量ディスク用光源としての利用が期待され、そ
の開発が盛んに行われている。

【０００３】図３２は、従来の窒化物系半導体発光素子
（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図である。

【０００４】まず、図３２を参照して、従来の窒化物系
半導体レーザ素子の構造について説明する。この従来の
窒化物系半導体レーザ素子では、図３２に示すように、
サファイア基板１０１上に、約１５ｎｍの厚みを有する
ＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２が形成されている。こ
のＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２上には、約３μｍの
厚みを有するアンドープＧａＮ層１０３、約５μｍの厚
みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、約１μｍの
厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、約５０
ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭ
ＱＷ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ）
発光層１０６、および、約３００ｎｍの厚みを有すると
ともに、凸部を含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７が
この順序で形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層１０７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有するｐ
型ＧａＮコンタクト層１０８が形成されている。ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層１０７の凸部と、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層１０８とによってストライプ状のリッジ部が構成
されている。

【０００５】また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の上
面以外の領域を覆うとともに、ｎ型コンタクト層１０４
の上面上に開口部を有するＴｉＯ₂層１０９が形成され
ている。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の上面に
接触するように、ｐ側電極１１０が形成されている。さ
らに、このｐ側電極１１０の上面と接触するように、ｐ
側パッド電極１１１が形成されている。

【０００６】また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７か
らｎ型ＧａＮコンタクト層１０４までの一部領域が除去
されている。そして、ＴｉＯ₂層１０９の開口部によっ
て露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面に接
触するように、ｎ側電極１１２が形成されている。さら
に、このｎ側電極１１２に接触するように、ｎ側パッド
電極１１３が形成されている。

【０００７】図３３〜図３８は、図３２に示した従来の
窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するた
めの断面図である。次に、図３２〜図３８を参照して、
従来の窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについ
て説明する。

【０００８】まず、図３３に示すように、ＭＯＣＶＤ法
を用いて、サファイア基板１０１上に、格子不整合を緩
和するため約６００℃の温度条件下で、ＡｌＧａＮ低温
バッファ層１０２を約１５ｎｍの厚みで低温成長させ
る。さらに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バ
ッファ層１０２上に、約３μｍの厚みを有するアンドー
プＧａＮ層１０３を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ法を
用いて、アンドープＧａＮ層１０３上に、約５μｍ厚み
を有するｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、約１μｍの厚
みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、約５０ｎ
ｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱ
Ｗ発光層１０６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層１０７、および、約７０ｎｍの厚みを
有するｐ型ＧａＮコンタクト層１０８を順次形成する。
その後、約８００℃の窒素雰囲気中で３０分間の熱処理
を行うことによって、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７
およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８内のＭｇなどのｐ
型不純物を活性化（導電化）する。

【０００９】次に、図３４に示すように、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１０８からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の
一部領域を異方性ドライエッチングを用いて除去するこ
とによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面を露
出させる。この後、酸および有機溶媒による基板洗浄を
行う。

【００１０】その後、図３５に示すように、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層１０８上のリッジ部に対応する領域に、約
２μｍの幅を有するストライプ状のシリコン酸化膜（Ｓ
ｉＯ ₂膜）１１４を形成する。このシリコン酸化膜１１
４をエッチングマスクにして、Ｃｌ₂ガスを用いた異方
性ドライエッチングにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層１
０８をエッチングするとともに、ｐ側ＡｌＧａＮクラッ
ド層１０７を約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングす
る。これにより、図３６に示すようなリッジ部が形成さ
れる。

【００１１】次に、図３７に示すように、ＥＢ（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＢｅａｍ）蒸着法を用いて、全面にＴｉＯ
₂層１０９を形成した後、希釈フッ酸を用いて、シリコ
ン酸化膜１１４をその上のＴｉＯ₂層１０９とともに除
去する。それによりｐ型ＧａＮコンタクト層１０８上に
開口部を形成する。

【００１２】次に、図３８に示すように、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１０８の上面を覆うように、ｐ側電極１１０
を形成する。

【００１３】最後に、図３２に示したように、ｐ側電極
１１０と接触するように、ｐ側パッド電極１１１を形成
する。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面のＴ
ｉＯ ₂層１０９の一部を除去した後、露出されたｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層１０４の上面に接触するように、ｎ側
電極１１２を形成する。さらに、ｎ側電極１１２の上面
に接触するように、ｎ側パッド電極１１３を形成する。
このようにして、従来の窒化物系半導体レーザ素子が形
成される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の窒化物系半導体
レーザ素子では、上記のように、７００℃以上の熱処理
を行うことによって、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７
およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８内のＭｇなどのｐ
型不純物を活性化していた。このように７００℃以上の
高温の熱処理を行うのは、エピタキシャル成長中に取り
込まれた活性化を阻害する水素を半導体中から除去する
ためである。しかし、７００℃以上の高温の熱処理を行
った場合は、窒化物半導体層の構成要素である窒素原子
が解離しやすくなるため、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１
０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の結晶性が劣
化しやすいという不都合が生じる。このため、ｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層１０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層
１０８中のキャリア濃度（窒化物半導体中の活性化され
たｐ型不純物の濃度）が減少するので、十分なキャリア
濃度を得ることが困難である。このように、キャリア濃
度が減少すると、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７およ
びｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の抵抗率やｐ側電極１
１０とのコンタクト抵抗が高くなる。その結果、素子の
動作電圧が高くなるので、消費電力が増加するという問
題点があった。また、消費電力の増加によって発熱量が
大きくなり、その結果、素子寿命が低下するという問題
点もあった。

【００１５】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の１つの目的は、
低温の熱処理によっても窒化物半導体層内の不純物を十
分に活性化することが可能な窒化物系半導体発光素子の
製造方法を提供することである。

【００１６】この発明のもう１つの目的は、低温の熱処
理によっても窒化物半導体層内の不純物を十分に活性化
することが可能な窒化物系半導体発光素子を提供するこ
とである。

【００１７】この発明のさらにもう１つの目的は、上記
の窒化物系半導体発光素子において、電流に対する発光
効率を向上させることである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の局面に
よる窒化物系半導体発光素子の製造方法は、活性層上
に、第１導電型の不純物を含む窒化物系半導体層を形成
する工程と、窒化物系半導体層上に、第１電極層を形成
する工程と、その後、６００℃以下で熱処理することに
よって、窒化物系半導体層内の第１導電型の不純物を活
性化する工程とを備えている。

【００１９】この第１の局面による窒化物系半導体発光
素子の製造方法では、上記のように、窒化物系半導体層
上に第１電極層を形成した後、６００℃以下で熱処理す
ることによって窒化物系半導体層内の第１導電型の不純
物を活性化することにより、第１電極層によって窒化物
系半導体層の表面の水素脱離エネルギが低減されるの
で、不純物の活性化を阻害する水素を低温で効率よく除
去することができる。また、６００℃以下の低温で熱処
理することができるので、窒化物系半導体層の構成原子
である窒素の解離を防止することができる。これによ
り、窒化物系半導体層の結晶性が悪化するのを防止する
ことができるので、不純物の活性化を良好に行うことが
でき、その結果、キャリア濃度を高くすることができ
る。これにより、窒化物半導体層の抵抗率や第１電極層
とのコンタクト抵抗を低減することができるので、素子
の動作電圧を低減することができる。このため、素子の
消費電力を低減することができるので、発熱量を低減で
き、その結果、素子寿命を向上することができる。さら
に、第１電極層をそのまま窒化物系半導体発光素子の電
極として用いることにより、熱処理後の窒化物系半導体
層の表面の汚染や窒化物系半導体層の表面の不純物の減
少を防止することができるので、電極のコンタクト抵抗
をより低減することができる。また、不純物活性化のた
めの熱処理によって、第１電極層と窒化物系半導体層と
のコンタクト抵抗を低減するための熱処理を兼ねること
ができるので、製造プロセスを簡略化することができ
る。

【００２０】上記第１の局面による窒化物系半導体発光
素子の製造方法において、好ましくは、第１電極層は、
５０ｎｍ以下の膜厚を有する。このように構成すれば、
５０ｎｍ以下の小さい膜厚を有する第１電極層によって
窒化物系半導体層の表面の水素脱離エネルギを容易に低
減することができる。

【００２１】上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法
において、好ましくは、第１電極層は、Ｐｄ層、Ｎｉ層
およびＰｔ層の少なくとも１つを含む。このような金属
材料により第１電極層を形成すれば、容易に、窒化物系
半導体層の表面の水素脱離エネルギを低減することがで
きるので、不純物の活性化を阻害する水素を低温で効率
よく除去することができる。これにより、容易に、低温
で不純物の活性化を行うことができる。

【００２２】上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法
において、好ましくは、窒化物系半導体層を形成する工
程は、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層を形成
する工程を含む。このように構成すれば、凹凸形状の表
面により窒化物系半導体層の表面積を増加することがで
きるので、窒化物系半導体層と第１電極層との接触面積
を増加することができる。これにより、水素が脱離する
面積が増加するので、熱処理時間をより短くすることが
でき、その結果、プロセス時間を短縮することができ
る。また、凹凸形状の表面により窒化物系半導体層の表
面積を増加することができるので、接触抵抗を低減する
ことができるとともに、窒化物系半導体層と第１電極層
との付着性を向上することができる。

【００２３】上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法
において、好ましくは、熱処理する工程に先立って、第
１電極層上に絶縁膜を形成する工程をさらに備える。こ
のように構成すれば、窒化物系半導体を構成するＧａな
どの半導体元素が絶縁膜に向かって外部拡散されるの
で、空乏化したＧａサイトに不純物が入りやすくなる。
これにより、キャリア濃度をさらに高めることができ
る。

【００２４】この発明の第２の局面による窒化物系半導
体発光素子は、活性層上に形成された窒化物系半導体層
と、窒化物系半導体層上の一部に形成された第１電極層
と、窒化物系半導体層の、第１電極層の下方の領域に位
置する部分に、活性層に達するように形成された第１導
電型領域とを備えている。

【００２５】この発明の第２の局面による窒化物系半導
体発光素子では、第１電極層の下方の領域にのみ電流が
流れるので、不要部分に電流が流れることに起因する、
弱発光またはリークによる電流損失が発生するのを抑制
することができる。これにより、電流に対する発光効率
を向上させることができる。また、第１電極層の下方の
領域に位置する部分の不純物を活性化する際に、第１電
極層を形成した後、熱処理するようにすれば、第１電極
層によって窒化物系半導体層の表面の水素脱離エネルギ
が低減されるので、不純物の活性化を阻害する水素を低
温で効率よく除去することができる。これにより、低温
の熱処理により不純物の活性化を行うことができるの
で、キャリア濃度を高くすることができる。これによ
り、窒化物半導体層の抵抗率や第１電極層とのコンタク
ト抵抗を低減することができるので、素子の動作電圧を
低減することができる。このため、素子の消費電力を低
減することができるので、発熱量を低減でき、その結
果、素子寿命を向上することができる。

【００２６】なお、上記第１の局面による窒化物系半導
体発光素子の製造方法において、熱処理の後、第１電極
層上の所定領域に、第２電極層を形成する工程をさらに
備えるようにしてもよい。このように構成すれば、第１
電極層と第２電極層とからなる電極を容易に形成するこ
とができる。この場合、第２電極層をマスクとして、第
１電極層をエッチングする工程をさらに備えるようにし
てもよい。このように構成すれば、容易に第１電極層を
第２電極層と同一形状にパターニングすることができ
る。

【００２７】また、上記の窒化物系半導体発光素子の製
造方法において、第２電極層をマスクとして、窒化物系
半導体層をエッチングすることによって、リッジ部を形
成する工程をさらに備えるようにしてもよい。このよう
に構成すれば、別途エッチングマスクを設けることな
く、リッジ部を形成することができる。

【００２８】また、上記の凹凸形状の表面を有する窒化
物系半導体層を形成する工程を含む窒化物系半導体発光
素子の製造方法において、凹凸形状の表面を有する窒化
物系半導体層は、３％以上のＩｎ組成を有していてもよ
い。このように構成すれば、容易に、窒化物系半導体層
の表面を凹凸形状にすることができる。また、この場
合、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層を形成す
る工程は、窒化物系半導体層の表面をエッチングするこ
とによって、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層
を形成する工程を含んでいてもよい。このように構成し
ても、容易に、窒化物系半導体層の表面を凹凸形状にす
ることができる。

【００２９】また、上記の窒化物系半導体発光素子の製
造方法において、熱処理することによって第１導電型の
不純物を活性化する工程は、Ｎ₂、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ₂Ｏ、
Ｏ₂および真空のいずれか１つの雰囲気中で熱処理を行
う工程を含んでいてもよい。このように構成すれば、雰
囲気中に水素を含まないので、不純物の活性化を阻害す
る水素を低温で効率よく除去することができる。

【００３０】また、上記の窒化物系半導体発光素子の製
造方法において、第１電極層を形成する工程は、窒化物
系半導体層上の一部に、第１電極層を形成する工程を含
み、熱処理することによって第１導電型の不純物を活性
化する工程は、熱処理によって第１電極層の下方の領域
に位置する第１導電型の不純物のみを活性化する工程を
含むようにしてもよい。このように構成すれば、第１電
極層の下方の領域にのみ電流が流れるので、不要部分に
電流が流れることに起因する、弱発光またはリークによ
る電流損失が発生するのを抑制することができる。これ
により、電流に対する発光効率を向上させることができ
る。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００３２】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体
レーザ素子）を示した断面図である。

【００３３】まず、図１を参照して、第１実施形態の窒
化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。この
第１実施形態では、図１に示すように、サファイア基板
１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッ
ファ層２が形成されている。このＡｌＧａＮ低温バッフ
ァ層２上には、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａ
Ｎ層３が形成されている。そのアンドープＧａＮ層３上
には、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層
４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ
からなるＭＱＷ発光層６、および、約３００ｎｍの厚み
を有するとともに、凸部を含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層７がこの順序で形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有する
ｐ型ＧａＮコンタクト層８が形成されている。ｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層７の凸部と、ｐ型ＧａＮコンタクト層
８とによってリッジ部が構成されている。

【００３４】ここで、第１実施形態では、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層８上に、約２ｎｍの厚みを有するＰｄ電極層
９が形成されている。また、Ｐｄ電極層９上に、約１０
ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１００ｎｍの厚みを有
するＡｕ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＮｉ層との
積層膜からなる金属膜１０が形成されている。このＰｄ
電極層９と、金属膜１０とからｐ側電極が構成されてい
る。なお、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層８は、本発明の「第１導電型の不純物を
含む窒化物系半導体層」の一例である。また、Ｐｄ電極
層９は、本発明「第１電極層」の一例である。

【００３５】また、金属膜１０の上面以外の領域を覆う
とともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上に開口部
を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）１１が形成され
ている。また、金属膜１０の上面に接触するように、ｐ
側パッド電極１２が形成されている。そして、シリコン
酸化膜１１の開口部によって露出されたｎ型ＧａＮコン
タクト層４の上面に接触するように、ｎ側電極１３が形
成されている。さらに、ｎ側電極１３の上面に接触する
ように、ｎ側パッド電極１４が形成されている。

【００３６】図２〜図７は、図１に示した第１実施形態
による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ
素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
次に、図１〜図７を参照して、第１実施形態による窒化
物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明す
る。

【００３７】まず、図２に示すように、ＭＯＣＶＤ法を
用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和する
ため約６００℃の温度条件下で、ＡｌＧａＮ低温バッフ
ァ層２を約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。さらに、
ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上
に、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３を形
成する。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧ
ａＮ層３上に、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコン
タクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／Ｉ
ｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚み
を有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０
ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８を順次形
成する。

【００３８】次に、図３に示すように、ｐ型ＧａＮコン
タクト層８からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を
異方性ドライエッチングを用いて除去することによっ
て、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させ
る。この後、酸および有機溶媒による基板洗浄を行う。

【００３９】次に、この第１実施形態では、図４に示す
ように、ＥＢ蒸着法を用いて、全面に約２ｎｍの厚みを
有するＰｄ層９ａを形成する。そして、約３００℃の窒
素雰囲気中で１０分間の熱処理を行うことによって、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト
層８内に含まれるＭｇなどのｐ型不純物を活性化する。

【００４０】次に、図５に示すように、リフトオフ法を
用いて、Ｐｄ層９ａ上のリッジ部に対応する領域に、約
１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１００ｎｍの厚み
を有するＡｕ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＮｉ層
との積層膜からなる約２μｍの幅を有するストライプ状
の金属膜１０を形成する。そして、この金属膜１０の最
上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、ＣＦ₄ガスを
用いた異方性ドライエッチングにより、Ｐｄ層９ａと、
ｐ型ＧａＮコンタクト層８とをエッチングするととも
に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７を約１５０ｎｍの厚み
分だけエッチングする。これにより、図６に示されるよ
うなリッジ部が形成される。このようにして金属膜１０
と、Ｐｄ電極層９とからなるｐ側電極が形成される。

【００４１】次に、図７に示すように、プラズマＣＶＤ
法を用いて、全面にシリコン酸化膜１１を形成した後、
ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部上に開口部を形成す
る。その後、シリコン酸化膜１１の開口部内に、ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ側電極
１３を形成する。

【００４２】最後に、図１に示したように、金属膜１０
の上面のシリコン酸化膜１１を除去した後、金属膜１０
の上面に接触するように、ｐ側パッド電極１２を形成す
る。また、ｎ側電極１３に接触するように、ｎ側パッド
電極１４を形成する。このようにして、第１実施形態の
窒化物系半導体レーザ素子が形成される。

【００４３】第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
の製造プロセスでは、上記のように、窒化物半導体層
（ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタ
クト層８）の表面に、約２ｎｍの厚みを有するＰｄ層９
ａを形成した後、６００℃以下の低温（約３００℃）の
熱処理により、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型
ＧａＮコンタクト層８内のＭｇなどのｐ型不純物を活性
化することによって、Ｐｄ層９ａによって、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８の表
面の水素脱離エネルギが低減されるので、ｐ型不純物の
活性化を阻害する水素を低温で効率よく除去することが
できる。

【００４４】また、第１実施形態では、６００℃以下の
低温（約３００℃）で熱処理することができるので、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト
層８の構成要素である窒素の解離を防止することができ
る。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ
型ＧａＮコンタクト層８の結晶性が悪化するのを防止す
ることができるので、Ｍｇなどのｐ型不純物の活性化を
良好に行うことができる。その結果、ｐ型不純物のキャ
リア濃度（活性化率）を高くすることができる。これに
より、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコ
ンタクト層８の抵抗率やＰｄ電極層９とのコンタクト抵
抗を低減することができるので、素子の動作電圧を低減
することができる。このため、素子の消費電力を低減す
ることができるので、発熱量を低減でき、その結果、素
子寿命を向上することができる。

【００４５】なお、本願発明者らが実験により確認した
ところ、従来の製造プロセスを用いて作製された窒化物
系半導体レーザ素子の動作電圧は、約７Ｖであったのに
対し、第１実施形態に示した製造プロセスを用いて作製
された窒化物系半導体レーザ素子では、動作電圧を約
４．５Ｖにまで低減することができた。

【００４６】ところで、上記したＰｄ膜が有する水素脱
離効果自体は、既に知られており、たとえば、第６２回
応用物理学会学術講演会講演予稿集（２００１．９．愛
知工業大学）Ｐ２５７の１１ｐ−Ｑ―３などに開示され
ている。本願発明者らは、このＰｄ膜の水素脱離効果に
着目して、鋭意検討した結果、上記のように、Ｐｄ膜を
窒化物系半導体レーザ素子のｐ側電極の一部として用い
ることを見い出した。すなわち、ｐ型ＧａＮコンタクト
層８の表面に、ｐ側電極の一部となるＰｄ層９ａを形成
した後、約３００℃で熱処理することによって、ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８
のｐ型不純物の活性化を行う製造プロセスを見い出し
た。このように、Ｐｄ層９ａを、熱処理終了後もそのま
まｐ側電極の一部として用いることによって、その後の
製造プロセスにおいて、Ｐｄ層９ａによりｐ型ＧａＮコ
ンタクト層８の表面が保護されるので、熱処理後のｐ型
ＧａＮコンタクト層８の表面汚染およびｐ型ＧａＮコン
タクト層８の表面でのキャリアの減少を防止することが
できる。その結果、ｐ側電極のコンタクト抵抗を低減す
ることが可能となる。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８の活性化のための熱
処理と、ｐ側電極のコンタクト抵抗を低減するための熱
処理とを兼ねることができるので、製造プロセスを簡略
化することが可能となる。

【００４７】さらに、本願発明者らは、Ｐｄ膜の膜厚に
よって活性化の程度が変化することを見い出した。この
点を確認するため、以下の実験を行った。窒化物半導体
層上にＰｄ膜を形成した後、約４００℃の熱処理によ
り、窒化物半導体層内のｐ型不純物の活性化を行った。
そして、この場合におけるＰｄ膜の膜厚と、熱処理後の
窒化物半導体層の抵抗率との関係を測定した。その結果
が図８に示されている。

【００４８】図８に示すように、窒化物半導体層上のＰ
ｄ膜の膜厚を約５０ｎｍ以上にした場合は、約４００℃
の熱処理では、抵抗率が高く、窒化物半導体層を活性化
（導電化）することは困難であることがわかる。これに
対して、Ｐｄ膜の膜厚を約５０ｎｍ以下にした場合は、
約４００℃の熱処理を行うことによって、抵抗率を低減
することができることがわかる。このことから、Ｐｄ膜
の膜厚を約５０ｎｍ以下にした場合には、窒化物半導体
層を約４００℃で活性化することが可能であることが判
明した。

【００４９】（第２実施形態）図９は、本発明の第２実
施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体
レーザ素子）を示した断面図である。また、図１０は、
図９に示した第２実施形態の窒化物系半導体発光素子
（窒化物系半導体レーザ素子）のｐ側電極周辺部の拡大
断面図である。この第２実施形態では、第１実施形態と
異なり、第１電極層の下に、凹凸形状の表面を有する窒
化物半導体層を形成した場合の例について説明する。第
２実施形態のその他の構造は、第１実施形態と同様であ
る。

【００５０】まず、図９および図１０を参照して、第２
実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造について説
明する。この第２実施形態の構造では、第１実施形態と
同様、図９に示すように、サファイア基板１上に、約１
５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２が形
成されている。このＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に
は、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３が形
成されている。そのアンドープＧａＮ層３上には、約５
μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μ
ｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０
ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭ
ＱＷ発光層６、および、約３００ｎｍの厚みを有すると
ともに、凸部を含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７がこの
順序で形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮ
コンタクト層８が形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層７の凸部と、ｐ型ＧａＮコンタクト層８とによっ
てリッジ部が構成されている。

【００５１】ここで、第２実施形態では、図９および図
１０に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、約
１５％のＩｎ組成を有するとともに、凹凸形状の表面を
有するｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１が約３ｎｍの厚
みで形成されている。また、このｐ型ＩｎＧａＮコンタ
クト層２１上に、下層の約１ｎｍの厚みを有するＰｔ層
２９ａと、上層の約１ｎｍの厚みを有するＰｄ層２９ｂ
とからなるＰｔ／Ｐｄ電極層２９が形成されている。ま
た、Ｐｔ／Ｐｄ電極層２９上に、約１０ｎｍの厚みを有
するＰｄ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＡｕ層と、
約２００ｎｍの厚みを有するＮｉ層との積層膜からなる
金属膜２０が形成されている。このＰｔ／Ｐｄ電極層２
９と、金属膜２０とからｐ側電極が構成されている。な
お、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１は、本発明の「凹
凸形状の表面を有する窒化物半導体層」の一例であり、
Ｐｔ／Ｐｄ電極層２９は、本発明の「第１電極層」の一
例である。

【００５２】また、金属膜２０の上面以外の領域を覆う
とともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上に開口部
を有するシリコン酸化膜１１が形成されている。また、
金属膜２０の上面に接触するように、ｐ側パッド電極１
２が形成されている。そして、シリコン酸化膜１１の開
口部によって露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層４の上
面に接触するように、ｎ側電極１３が形成されている。
さらに、ｎ側電極１３の上面に接触するように、ｎ側パ
ッド電極１４が形成されている。

【００５３】第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
では、上記のように、Ｐｔ／Ｐｄ電極層２９の下に、凹
凸形状の表面を有するｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１
を形成することによって、凹凸形状の表面によりｐ型Ｉ
ｎＧａＮコンタクト層２１とＰｔ／Ｐｄ電極層２９との
接触面積を増加することができる。これにより、後述す
る製造プロセスにおける熱処理時に、窒化物半導体層内
の水素が外部に脱離することのできる面積が増加するの
で、活性化のための熱処理時間を短くすることができ
る。これにより、プロセス時間をより短縮することがで
きる。また、凹凸形状の表面によりｐ型ＩｎＧａＮコン
タクト層２１の表面積を増加することができるので、コ
ンタクト抵抗を低減することができるとともに、Ｐｔ／
Ｐｄ電極層２９との付着性を向上することができる。

【００５４】また、第２実施形態の窒化物系半導体レー
ザ素子では、窒化物半導体に対して強い付着性を有する
Ｐｔ層２９ａを、Ｐｄ層２９ｂとｐ型ＩｎＧａＮコンタ
クト層２１との間に形成することによって、ｐ型ＩｎＧ
ａＮコンタクト層２１と、Ｐｔ／Ｐｄ電極層２９との付
着性をさらに向上することができる。

【００５５】図１１〜図１６は、図９および図１０に示
した第２実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化
物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するため
の断面図である。次に、図９〜図１６を参照して、第２
実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセ
スについて説明する。

【００５６】まず、図１１に示すように、ＭＯＣＶＤ法
を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和す
るため約６００℃の温度条件下で、ＡｌＧａＮ低温バッ
ファ層２を約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。さら
に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層
２上に、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３
を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドー
プＧａＮ層３上に、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ
コンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ
／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの
厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約
７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８を順
次形成する。

【００５７】ここで、第２実施形態では、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層８上に、１５％のＩｎ組成を有するｐ型Ｉｎ
ＧａＮコンタクト層２１を形成する。このｐ型ＩｎＧａ
Ｎコンタクト層２１は、図１０に示すように、Ｉｎを１
５％程度含むことによって、表面が凹凸形状に形成され
る。

【００５８】次に、図１２に示すように、ｐ型ＩｎＧａ
Ｎコンタクト層２１からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一
部領域を異方性ドライエッチングを用いて除去すること
によって、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出
させる。この後、酸および有機溶媒による基板洗浄を行
う。

【００５９】次に、第２実施形態では、図１３に示すよ
うに、ＥＢ蒸着法を用いて、全面に、下層の約１ｎｍの
厚みを有するＰｔ層２９ａと、上層の約１ｎｍの厚みを
有するＰｄ層２９ｂとの積層膜からなるＰｔ／Ｐｄ層９
ｃを形成する。そして、約３００℃の窒素雰囲気中で１
０分間の熱処理を行うことによって、ｐ型ＩｎＧａＮコ
ンタクト層２１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ
型ＧａＮコンタクト層８内のＭｇなどのｐ型不純物を活
性化する。

【００６０】次に、図１４に示すように、リフトオフ法
を用いて、Ｐｔ／Ｐｄ層２９ｃ上のリッジ部に対応する
領域に、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１００
ｎｍの厚みを有するＡｕ層と、約２００ｎｍの厚みを有
するＮｉ層との積層膜からなる約２μｍの幅を有するス
トライプ状の金属膜２０を形成する。そして、この金属
膜２０の最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、Ｃ
Ｆ₄ガスを用いた異方性ドライエッチングにより、Ｐｔ
／Ｐｄ層２９ｃと、ｐ型ＧａＮコンタクト層８と、ｐ型
ＩｎＧａＮコンタクト層２１とをエッチングするととも
に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７を約１５０ｎｍの厚み
分だけエッチングする。これにより、図１５に示される
ようなリッジ部が形成される。このようにして、金属膜
２０とＰｔ／Ｐｄ電極層２９とからなるｐ側電極が構成
される。

【００６１】次に、図１６に示すように、プラズマＣＶ
Ｄ法を用いて、全面にシリコン酸化膜１１を形成した
後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部上に開口部を形成
する。その後、シリコン酸化膜１１の開口部内に、ｎ型
ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ側電
極１３を形成する。

【００６２】最後に、図９に示したように、金属膜２０
の上面のシリコン酸化膜１１を除去した後、金属膜２０
の上面に接触するように、ｐ側パッド電極１２を形成す
る。また、ｎ側電極１３に接触するように、ｎ側パッド
電極１４を形成する。このようにして、第２実施形態の
窒化物系半導体レーザ素子が形成される。

【００６３】なお、実験により確認したところ、従来の
製造プロセスを用いて作製された窒化物系半導体レーザ
素子の動作電圧は、約７Ｖであったのに対し、第２実施
形態に示した製造プロセスを用いて作製された窒化物系
半導体発光素子では、動作電圧を約４Ｖにまで低減する
ことできた。

【００６４】第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

【００６５】（第３実施形態）図１７は、本発明の第３
実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導
体レーザ素子）を示した断面図である。また、図１８
は、図１７に示した第３実施形態の窒化物系半導体発光
素子（窒化物系半導体レーザ素子）の窒化物半導体層に
おけるｐ型不純物が活性化（導電化）された領域を示す
拡大断面図である。この第３実施形態では、第１実施形
態と異なり、第１電極層の下の領域の窒化物半導体層内
の不純物のみを活性化した場合の例について説明する。

【００６６】まず、図１７および図１８を参照して、第
３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造について
説明する。この第３実施形態では、図１７に示すよう
に、第１実施形態と同様、サファイア基板１上に、約１
５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２が形
成されている。このＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に
は、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３が形
成されている。そのアンドープＧａＮ層３上には、約５
μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μ
ｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０
ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ超格子層か
らなるＭＱＷ発光層６、および、約３００ｎｍの厚みを
有するとともに、凸部を含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
３７がこの順序で形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層３７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有す
るｐ型ＧａＮコンタクト層３８が形成されている。ｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層３７の凸部と、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層３８とによってリッジ部が構成されている。

【００６７】ここで、第３実施形態では、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層３８上に、約１ｎｍの厚みを有するＰｄ電極
層３９が形成されている。また、第３実施形態では、図
１８に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７およ
びｐ型ＧａＮコンタクト層３８のうち、Ｐｄ電極層３９
の下方に位置するｐ型活性化領域３２のｐ型不純物のみ
が選択的に活性化（導電化）されている。なお、ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層３７およびｐ型ＧａＮコンタクト層
３８は、本発明の「第１導電型の不純物を含む窒化物系
半導体層」の一例である。また、Ｐｄ電極層３９は、本
発明の「第１電極層」の一例である。

【００６８】また、Ｐｄ電極層３９の上面以外の領域を
覆うとともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上に開
口部を有するシリコン酸化膜１１が形成されている。そ
して、シリコン酸化膜１１の開口部によって露出された
ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ
側電極１３が形成されている。さらに、ｎ側電極１３の
上面に接触するように、ｎ側パッド電極１４が形成され
ている。

【００６９】第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
では、上記したように、Ｐｄ電極層３９の下方のｐ型活
性化領域３２のｐ型不純物のみを選択的に活性化するこ
とによって、素子に電流が印加された場合に、素子のリ
ッジ部以外の領域（非発光領域）に電流が流れ込むこと
に起因して発生する、弱発光またはリークによる電流損
失を抑制することができる。これにより、素子に印加し
た電流に対する窒化物系半導体レーザ素子の発光効率を
向上させることが可能となる。

【００７０】なお、通常、窒化物系半導体レーザ素子で
は、非発光領域で発生する、弱発光またはリークによる
電流損失を抑制するため、素子の非発光領域に隣接する
窒化物半導体層の膜厚を厳密に制御（エッチング加工）
することによって、素子の非発光領域に流れ込む電流
（漏れ電流）を抑制している。そのため、良好な特性を
有する窒化物系半導体レーザ素子を作製するには、極め
て厳密なエッチング加工技術が要求される。これに対し
て、上記した第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
では、素子の発光領域に隣接する窒化物半導体層のみを
選択的に活性化（導電化）することによって、漏れ電流
を抑制することができる。その結果、素子の非発光領域
に隣接する窒化物半導体層の膜厚を厳密に制御（エッチ
ング加工）することなく、非発光領域で発生する弱発光
またはリークによる電流損失を抑制することが可能とな
る。

【００７１】図１９〜図２３は、図１７および図１８に
示した第３実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒
化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するた
めの断面図である。次に、図１７〜図２３を参照して、
第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プ
ロセスについて説明する。

【００７２】まず、図１９に示すように、ＭＯＣＶＤ法
を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和す
るため、約６００℃の温度条件下で、ＡｌＧａＮ低温バ
ッファ層２を約約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。さ
らに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ
層２上に、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層
３を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンド
ープＧａＮ層３上に、約５μｍの厚みを有するｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａ
Ｎ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍ
の厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７、およ
び、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層
３８を順次形成する。

【００７３】次に、図２０に示すように、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層３８からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領
域を異方性ドライエッチングを用いて除去することによ
って、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させ
る。この後、酸および有機溶媒による基板洗浄を行う。

【００７４】次に、第３実施形態では、図２１に示すよ
うに、ＥＢ蒸着法を用いて、全面に約１ｎｍの厚みを有
するＰｄ層３９ａを形成する。そして、Ｐｄ層３９ａ上
のリッジ部に対応する領域に、約２μｍの幅を有するス
トライプ状の絶縁膜３１を形成する。

【００７５】次に、図２２に示すように、絶縁膜３１を
エッチングマスクとして、硝酸を用いたウェットエッチ
ングにより、Ｐｄ層３９ａをエッチングすることによっ
て、Ｐｄ電極層３９を形成する。さらに、絶縁膜３１を
エッチングマスクとして、ＢＣｌ₃ガスを用いたＲＩＥ
（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によ
り、ｐ型ＧａＮコンタクト層３８をエッチングするとと
もに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７を約１５０ｎｍの
厚み分だけエッチングする。

【００７６】ここで、第３実施形態では、約３００℃の
窒素雰囲気中で１０分間の熱処理を行うことによって、
図２３に示すように、エッチングによりパターニングさ
れたＰｄ電極層３９の下方に位置するｐ型活性化領域３
２内のｐ型不純物のみを選択的に活性化する。

【００７７】この後、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面
にシリコン酸化膜１１を形成した後、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層４の一部上に開口部を形成する。その後、シリコ
ン酸化膜１１の開口部内に、ｎ型ＧａＮコンタクト層４
の上面に接触するように、ｎ側電極１３を形成する。さ
らに、ｎ側電極１３に接触するように、ｎ側パッド電極
１４を形成する。

【００７８】最後に、図１７に示したように、Ｐｄ電極
層３９の上面のシリコン酸化膜１１を除去した後、Ｐｄ
電極層３９の上面に接触するように、ｐ側パッド電極１
２を形成する。このようにして、第３実施形態の窒化物
系半導体レーザ素子が形成される。

【００７９】第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

【００８０】（第４実施形態）図２４は、本発明の第４
実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導
体ＬＥＤ素子）を示した断面図である。また、図２５
は、図２４に示した第４実施形態の窒化物系半導体発光
素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）の窒化物半導体層に
おけるｐ型不純物が活性化（導電化）された領域を示す
拡大断面図である。この第４実施形態では、第１〜第３
実施形態と異なり、本発明を窒化物系半導体ＬＥＤ素子
に適用した例を示すとともに、第３実施形態と同様、第
１電極層の下の領域の窒化物半導体層内のｐ型不純物の
みを活性化した場合の例について説明する。

【００８１】まず、図２４および図２５を参照して、第
４実施形態の窒化物系半導体ＬＥＤ素子の構造について
説明する。この第４実施形態では、図２４に示すよう
に、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有する
ＡｌＧａＮ低温バッファ層２が形成されている。このＡ
ｌＧａＮ低温バッファ層２上には、約３μｍの厚みを有
するアンドープＧａＮ層３が形成されている。そのアン
ドープＧａＮ層３上には、約５μｍの厚みを有するｎ型
ＧａＮコンタクト層４、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌ
ＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、約１００
ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７、お
よび、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト
層４８がこの順序で形成されている。なお、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８
は、本発明の「第１導電型の不純物を含む窒化物系半導
体層」の一例である。

【００８２】また、ｐ型ＧａＮコンタクト層４８の上面
の一部以外の領域を覆うとともに、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層４の上面上に開口部を有するシリコン酸化膜１１が
形成されている。

【００８３】ここで、第４実施形態では、シリコン酸化
膜１１の開口部によって露出されたｐ型ＧａＮコンタク
ト層４８の上面に接触するように、約１ｎｍの厚みを有
するＰｄ電極層４９が形成されている。また、第４実施
形態では、図２５に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層４７およびＰｄ電極層４８のうち、Ｐｄ電極層４９
の下に位置するｐ型活性化領域４２のｐ型不純物のみが
選択的に活性化されている。

【００８４】また、Ｐｄ電極層４９の上面に接触するよ
うに、ｐ側パッド電極５１が形成されている。また、シ
リコン酸化膜１１の開口部によって露出されたｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ側電極１
３が形成されている。さらに、ｎ側電極１３の上面に接
触するように、ｎ側パッド電極１４が形成されている。
なお、Ｐｄ電極層４９は、本発明の「第１電極層」の一
例である。

【００８５】第４実施形態の窒化物系半導体ＬＥＤ素子
では、Ｐｄ電極層４９の下のｐ型活性化領域４２のｐ型
不純物のみを選択的に活性化することによって、素子に
電流が印加された場合に、素子の非発光領域に電流が流
れ込むことに起因して発生する、弱発光またはリークに
よる電流損失を抑制することができる。これにより、素
子に印加した電流に対する窒化物系半導体ＬＥＤ素子の
発光効率を向上させることが可能となる。

【００８６】図２６〜図３０は、図２４および図２５に
示した第４実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒
化物系半導体ＬＥＤ素子）の製造プロセスを説明するた
めの断面図である。次に、図２４〜図３０を参照して、
第４実施形態による窒化物系半導体ＬＥＤ素子の製造プ
ロセスについて説明する。

【００８７】まず、図２６に示すように、ＭＯＣＶＤ法
を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和す
るため約６００℃の温度条件下で、ＡｌＧａＮ低温バッ
ファ層２を約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。さら
に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層
２上に、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３
を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドー
プＧａＮ層３上に、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ
コンタクト層４、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ
／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、約１００ｎｍの
厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７、および、
約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層４８
を順次形成する。

【００８８】次に、図２７に示すように、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層４８からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領
域を異方性ドライエッチングを用いて除去することによ
って、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させ
る。その後、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面に約２０
０ｎｍの厚みを有するシリコン酸化膜１１を形成した
後、ｐ型ＧａＮコンタクト層４８の一部上に開口部を形
成する。この後、酸および有機溶媒による基板洗浄を行
う。

【００８９】次に、図２８に示すように、ＥＢ蒸着法を
用いて、全面に、約１ｎｍの厚みを有するＰｄ層４９ａ
を形成する。ここで、第４実施形態では、約３００℃の
窒素雰囲気中で１０分間の熱処理を行うことによって、
シリコン酸化膜１１の開口部内で、Ｐｄ層４９ａの下方
に位置するｐ型活性化領域４２内のｐ型不純物のみを選
択的に活性化する。

【００９０】次に、図２９に示すように、リフトオフ法
を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層４８上のシリコン酸
化膜１１の開口部上に、Ｐｄ層４９ａに接触するよう
に、下層の約１ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、上層の約
３ｎｍの厚みを有するＡｕ層との積層膜からなるｐ側パ
ッド電極５１を形成する。次に、このｐ側パッド電極５
１の上層のＡｕ層をエッチングマスクにして、硝酸を用
いたウェットエッチングにより、Ｐｄ層４９ａをエッチ
ングすることによって、Ｐｄ電極４９が形成される。

【００９１】次に、図３０に示すように、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層４の上面のシリコン酸化膜１１の一部を除去
した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するよ
うにｎ側電極１３を形成する。

【００９２】最後に、図２４に示したように、ｎ側電極
１３に接触するように、ｎ側パッド電極１４を形成す
る。このようにして、第４実施形態の窒化物系半導体Ｌ
ＥＤ素子が形成される。

【００９３】第４実施形態の窒化物系半導体ＬＥＤ素子
の製造プロセスでは、第１〜第３実施形態と同様、以下
のような効果を得ることができる。

【００９４】すなわち、第４実施形態の窒化物系半導体
ＬＥＤ素子の製造プロセスでは、上記のように、窒化物
半導体層（ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層４８）の表面に、約１ｎｍの厚みを有
するＰｄ層４９ａを形成した後、６００℃以下の低温
（約３００℃）の熱処理により、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８内のＭｇな
どのｐ型不純物を活性化することによって、Ｐｄ層４９
ａによって、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型
ＧａＮコンタクト層４８の表面の水素脱離エネルギーが
低減されるので、ｐ型不純物の活性化を阻害する水素を
効率よく除去することができる。

【００９５】また、第４実施形態の窒化物系半導体ＬＥ
Ｄ素子の製造プロセスでは、上記のように、６００℃以
下の低温（約３００℃）で熱処理することができるの
で、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型ＧａＮコ
ンタクト層４８の構成要素である窒素の解離を防止する
ことができる。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８の結晶性が悪化
するのを防止することができるので、Ｍｇなどのｐ型不
純物の活性化を良好に行うことができる。その結果、ｐ
型不純物のキャリア濃度（活性化率）を高くすることが
できる。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７お
よびｐ型ＧａＮコンタクト層４８の抵抗率やＰｄ電極層
４９とのコンタクト抵抗を低減することができるので、
素子の動作電圧を低減することができる。このため、素
子の消費電力を低減することができるので、発熱量を低
減でき、その結果、素子寿命を向上することができる。

【００９６】また、第４実施形態の窒化物系半導体ＬＥ
Ｄ素子の製造プロセスでは、上記のように、熱処理前に
ｐ型ＧａＮコンタクト層４８の表面に形成したＰｄ層９
ａを、熱処理終了後もそのままｐ側電極の一部として用
いることによって、その後の製造プロセスにおいて、Ｐ
ｄ層９ａによりｐ型ＧａＮコンタクト層４８の表面が保
護されるので、熱処理後のｐ型ＧａＮコンタクト層４８
の表面汚染およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８の表面で
のキャリアの減少を防止することができる。その結果、
ｐ側電極のコンタクト抵抗を低減することが可能とな
る。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層４８の活性化のための熱処理と、ｐ側
電極のコンタクト抵抗を低減するための熱処理とを兼ね
ることができるので、製造プロセスを簡略化することが
できる。

【００９７】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって、制限的なものではないと考えられ
るべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説
明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許
請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が
含まれる。

【００９８】たとえば、上記実施形態では、ｐ型コンタ
クト層上の第１電極層としてＰｄ電極層またはＰｔ／Ｐ
ｄ積層膜からなるＰｔ／Ｐｄ電極層を用いたが、本発明
はこれに限らず、Ｐｄ層、Ｎｉ層またはＰｔ層のいずれ
か１つを用いてもよい。また、これらの少なくとも１つ
を含む合金または積層膜を用いても同様の効果を得るこ
とができる。

【００９９】また、上記第１実施形態では、図４に示し
た工程において、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上にＰｄ層
９ａを形成した状態で熱処理することにより、ｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８内
のｐ型不純物を活性化したが、本発明はこれに限らず、
図３１に示すように、Ｐｄ層９ａ上にさらにシリコン酸
化膜からなる絶縁膜６０を形成した状態で熱処理するこ
とにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層８内のｐ型不純物を活性化するようにし
てもよい。このように構成すれば、熱処理時に、絶縁膜
６０によって、窒化物半導体層（ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８）を構成するＧ
ａなどの半導体元素が外部拡散されるので、Ｇａが脱離
することにより空乏化したＧａサイトに不純物が入りや
すくなる。その結果、窒化物系半導体層（ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８）中の
不純物のキャリア濃度（活性化率）をさらに高めること
が可能となる。

【０１００】また、上記実施形態では、窒素（Ｎ₂）雰
囲気中で窒化物半導体層内の不純物を活性化するための
熱処理を行ったが、本発明はこれに限らず、ＡｒやＨｅ
などの不活性ガス、Ｎ₂Ｏ、Ｏ₂および真空のいずれかの
雰囲気中で熱処理を行ってもよい。このように構成すれ
ば、熱処理時の雰囲気中に水素を含まないので、窒化物
半導体層内の不純物の活性化を阻害する働きを有する水
素原子を効率よく除去することができる。

【０１０１】また、第２実施形態では、窒化物半導体層
のＩｎ組成を１５％にすることによって、窒化物半導体
層の表面を自然に凹凸形状に形成する例を示したが、窒
化物半導体層のＩｎ組成を３％以上に構成すれば、同様
に、窒化物半導体層の表面を凹凸形状に形成することが
できる。また、窒化物半導体層の表面をエッチングする
ことによって、凹凸形状の表面を有する窒化物半導体層
を形成してもよい。

【０１０２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、低温の
熱処理によっても窒化物系半導体層内の不純物を十分に
活性化することが可能な窒化物系半導体素子の製造方法
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体発
光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図で
ある。

【図２】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセ
スを説明するための断面図である。

【図３】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセ
スを説明するための断面図である。

【図４】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセ
スを説明するための断面図である。

【図５】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセ
スを説明するための断面図である。

【図６】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセ
スを説明するための断面図である。

【図７】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセ
スを説明するための断面図である。

【図８】Ｐｄ膜の膜厚と、窒化物系半導体層の抵抗率と
の関係を示した相関図である。

【図９】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体発
光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図で
ある。

【図１０】図９に示した第２実施形態の窒化物半導体発
光素子（窒化物系半導体レーザ素子）のｐ側電極周辺部
の拡大断面図である。

【図１１】図９および図１０に示した第２実施形態によ
る窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図１２】図９および図１０に示した第２実施形態によ
る窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図１３】図９および図１０に示した第２実施形態によ
る窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図１４】図９および図１０に示した第２実施形態によ
る窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図１５】図９および図１０に示した第２実施形態によ
る窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図１６】図９および図１０に示した第２実施形態によ
る窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図１７】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体
発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図
である。

【図１８】図１７に示した第３実施形態の窒化物系半導
体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の窒化物半導
体層におけるｐ型不純物が活性化（導電化）された領域
を示す拡大断面図である。

【図１９】図１７および図１８に示した第３実施形態に
よる窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図２０】図１７および図１８に示した第３実施形態に
よる窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図２１】図１７および図１８に示した第３実施形態に
よる窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図２２】図１７および図１８に示した第３実施形態に
よる窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図２３】図１７および図１８に示した第３実施形態に
よる窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図２４】本発明の第４実施形態による窒化物半導体層
を含む窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ
素子）を示した断面図である。

【図２５】図２４に示した第４実施形態の窒化物系半導
体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）の窒化物半導
体層におけるｐ型不純物が活性化（導電化）された領域
を示す拡大断面図である。

【図２６】図２４および図２５に示した第４実施形態に
よる窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図２７】図２４および図２５に示した第４実施形態に
よる窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図２８】図２４および図２５に示した第４実施形態に
よる窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図２９】図２４および図２５に示した第４実施形態に
よる窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図３０】図２４および図２５に示した第４実施形態に
よる窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素
子）の製造プロセスを説明するための断面図である。

【図３１】第１実施形態の変形例による窒化物系半導体
発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセス
を説明するための断面図である。

【図３２】従来の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半
導体レーザ素子）を示した断面図である。

【図３３】図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素
子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明
するための断面図である。

【図３４】図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素
子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明
するための断面図である。

【図３５】図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素
子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明
するための断面図である。

【図３６】図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素
子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明
するための断面図である。

【図３７】図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素
子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明
するための断面図である。

【図３８】図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素
子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明
するための断面図である。

【符号の説明】

６ＭＱＷ発光層（活性層）７、３７、４７ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（窒化物系
半導体層）８、３８、４８ｐ型ＧａＮコンタクト層（窒化物系半
導体層）９、３９、４９Ｐｄ電極層（第１電極層）２９Ｐｔ／Ｐｄ電極層（第１電極層）２１ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層（窒化物系半導体
層）３２、４２ｐ型活性化領域（第１導電型領域）１０金属膜４１ｐ型パッド電極１５シリコン酸化膜（絶縁膜）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸田忠夫大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 4M104 AA04 BB06 BB07 CC01 DD24 DD35 DD64 DD66 DD68 DD71 DD78 FF13 GG04 HH08 HH15 5F073 AA11 AA13 AA74 AA89 BA06 CA07 CB05 CB22 DA05 DA16 DA30 EA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層上に、第１導電型の不純物を含む
窒化物系半導体層を形成する工程と、前記窒化物系半導体層上に、第１電極層を形成する工程
と、その後、６００℃以下で熱処理することによって、前記
窒化物系半導体層内の前記第１導電型の不純物を活性化
する工程とを備えた、窒化物系半導体発光素子の製造方
法。
【請求項２】前記第１電極層は、５０ｎｍ以下の膜厚
を有する、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子の
製造方法。
【請求項３】前記第１電極層は、Ｐｄ層、Ｎｉ層およ
びＰｔ層の少なくとも１つを含む、請求項１または２に
記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】前記窒化物系半導体層を形成する工程
は、凹凸形状の表面を有する前記窒化物系半導体層を形
成する工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載
の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】前記熱処理する工程に先立って、前記第
１電極層上に絶縁膜を形成する工程をさらに備える、請
求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光
素子の製造方法。
【請求項６】活性層上に形成された窒化物系半導体層
と、前記窒化物系半導体層上の一部に形成された第１電極層
と、前記窒化物系半導体層の、前記第１電極層の下方の領域
に位置する部分に、前記活性層に達するように形成され
た第１導電型領域とを備えた、窒化物系半導体発光素
子。