JP2004172189A

JP2004172189A - 窒化物系半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004172189A
Application number: JP2002333403A
Authority: JP
Inventors: Yobai Ri; 溶培李; Shiro Sakai; 士郎酒井
Original assignee: Nitride Semiconductors Co Ltd
Current assignee: Nitride Semiconductors Co Ltd
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】窒化物系半導体装置において、所望の領域に絶縁領域を形成する。
【解決手段】窒化物系ＬＥＤは、基板１０上に順次ｎ型窒化物層１２，１４，発光層１６，ｐ型窒化物層１８，ｐ型透明電極２２，ｐ型パッド２４，ｎ型電極２６を形成することで構成される。ｐ型窒化物層１８の表面のうち、ｐ型パッド２４直下の領域をプラズマ処理することで抵抗領域２０を形成する。ｐ型パッド２４から注入された電流は抵抗領域２０を迂回するようにｐｎ接合領域に流れ、発光層１６から放出された光はｐ型パッド２４に遮蔽されることなく透明電極２２を介して外部に放出される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物系半導体装置及びその製造方法、特に窒化物系半導体層表面の特性改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物を用いた半導体装置が開発されており、短波長ＬＥＤ等として実用化が進められている。
【０００３】
図７には、従来の窒化物系半導体装置の一例としてＬＥＤの構成が示されている。サファイア等の基板１０上に順次、ｎ型窒化物層１２、ｎ型窒化物層１４、発光層（活性層）１６、ｐ型窒化物層１８を積層した構造であり、発光層１６をｎ型窒化物層１４とｐ型窒化物層１８とで挟んだ構成である。ｐ型窒化物層１８上には透明電極２２が形成され、透明電極２２上にはさらにワイヤボンディングのためのｐ型パッド２４が形成される。一方、ｎ型窒化物層１４，発光層１６，ｐ型窒化物層１８をエッチング除去してｎ型窒化物層１２の一部を表面に露出させ、露出したｎ型窒化物層１２の表面にｎ型電極２６が形成される。ｎ型電極２６にも図示していないがワイヤボンディング用のパッドが形成される。ｐ型透明電極２２及びｎ型電極２６に順方向バイアス電圧を印加するとｎ型窒化物層１４及びｐ型窒化物層１８からキャリアが注入され、発光層１６から所定波長の光が放出される。放出された光はｐ型窒化物層１８及びｐ型透明電極２２を透過して半導体装置の外に射出される。
【０００４】
ここで、ｐ型窒化物層１８上に形成されたｐ型透明電極２２は、光を効率良く透過させるため非常に薄く形成されており、このためｐ型透明電極２２の導電率は大きくない。従って、ｐ型パッド２４から流れ込んだ電流の多くは、図中矢印で示されるようにｐ型パッド２４の直下のｐｎ接合領域を流れ、発光層１６のうちこの通過領域に存在する部分においてキャリアが結合し発光する。ｐ型パッド２４の直下で放出された光は、その一部はｐ型透明電極２２を透過して外部に放出されるものの、他は非透明なｐ型パッド２４に遮られて外に放出されないため、全体の発光効率が低下してしまう。
【０００５】
そこで、従来より、このような発光効率の低下を抑制すべく、ｐ型パッド２４の直下にＳｉＯ_２などの絶縁体を介在させる構成が提案されている。
【０００６】
図８には、絶縁体を介在させた窒化物系ＬＥＤの構成が示されている。図７に示された構成と略同一であるが、ｐ型パッド２４の直下に絶縁体１９が形成されている点が異なる。絶縁体１９は、真空蒸着やスパッッタリング等により形成される。すなわち、ｎ型窒化物層１４や発光層１６、ｐ型窒化物層１８等はＭＯＣＶＤ装置内でＭＯＣＶＤ法により形成され、ｎ型窒化物層１２の表面はＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置内でエッチング処理されるが、これらとは別個の装置内で絶縁体１９を形成し介在させる。ＳｉＯ_２などの絶縁体１９を介在させることで、ｐ型パッド２４から注入された電流は絶縁体１９を迂回するようにｐ型パッド２４の直下でないｐｎ接合領域を流れ（図中矢印）、この領域において発光層１６から発光する。発光層１６から放出された光は、ｐ型パッド２４に遮られることなくｐ型透明電極２２を透過して外部に放出されるため、ＬＥＤの発光効率が向上する。
【０００７】
【非特許文献１】
高浪他、「光取り出し効率の改善による紫外ＬＥＤの高出力化」、第６３回応用物理学会学術講演会講演予稿集、２００２年９月、Ｎｏ１、ｐ．３４６
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにｐ型パッド２４の直下に絶縁体１９を介在させる構成では、真空蒸着やスパッタリングなどの方法でＳｉＯ_２などを別途形成する必要があるため手間がかかり、再現性が悪い問題があった。すなわち、ｎ型窒化物層１２の一部を露出させるために発光層１６やｐ型窒化物層１８等はＲＩＥ装置を用いてエッチング除去するが、絶縁体１９を形成するために半導体装置を一旦ＲＩＥ装置から取り出して真空蒸着装置やスパッタリング装置に搬入して絶縁体１９を形成しなければならず、この過程で半導体装置表面が不純物で汚染されて特性が劣化する恐れがあり、歩留まり低下による最終製品の価格増大を招く問題があった。
【０００９】
また、ｐ型パッド２４をＳｉＯ_２等の上に形成する必要があるため、ｐ型パッド２４とＳｉＯ_２の密着性が低く、ｐ型パッド２４が剥がれ易い問題もあった。
【００１０】
本発明の目的は、ＳｉＯ_２等の絶縁体を窒化物層とパッドとの間に別途形成することなく、発光効率等の特性を向上させることができる窒化物系半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に窒化物系半導体層及び電極を形成してなる窒化物系半導体装置であって、前記窒化物系半導体層の前記電極と接する面に、プラズマ曝露により形成された抵抗領域を有することを特徴とする。従来のように、ＳｉＯ_２等の絶縁材料から構成される絶縁層を別途形成して窒化物層と電極との間に介在させるのではなく、窒化物系半導体層の電極と接する面をプラズマに晒すことで窒化物系化合物層の表面に物理的ダメージを与え、窒化物系半導体層の表面近傍領域の抵抗値を増大させる。かかる抵抗領域（窒化物系半導体層の他の領域に比べて抵抗値が十分に高い領域）は実質的に絶縁体を介在させた構成と同様の作用効果を奏し、電極から注入された電流を迂回させて電流経路を広げる。
【００１２】
前記抵抗領域は、プラズマに晒すことで実質的に絶縁領域とすることが好適である。プラズマが窒化物系半導体層に与える物理的ダメージはプラズマの強度や曝露時間により左右され、これらの条件を調整することで窒化物系半導体層に十分なダメージを与えることで結晶構造を変化させ、抵抗値を著しく増大させて絶縁化できる。
【００１３】
前記抵抗領域は、前記窒化物系半導体層の表面に存在する自然酸化膜よりも深い領域まで形成されることが好適である。プラズマが窒化物系半導体層に与える物理的ダメージはプラズマの強度や曝露時間により左右され、プラズマの強度が弱く、あるいはプラズマ曝露時間が短いと、窒化物系半導体層表面に形成されている自然酸化膜を除去する程度のダメージを与えるに留まり、この場合には窒化物系半導体層の導電性が逆に向上してしまうことになる。本発明では、プラズマに晒すことで窒化物系半導体層の電極と接する領域の抵抗値を増大させ、より望ましくは絶縁領域とすることが目的であるため、自然酸化膜よりも深い領域まで形成されること、すなわち自然酸化膜を除去する以上のダメージを窒化物系半導体層に与えることが望ましい。なお、プラズマ曝露により形成される抵抗領域の下限は以上の通りであるが、上限は窒化物系半導体層の本来の機能を損なわない程度のものとなる。例えば、窒化物系半導体層が発光層に隣接する場合、キャリアを注入する窒化物系半導体層の機能を損なわない、あるいは隣接する発光層にダメージを与えないことが抵抗領域の上限を規定する。
【００１４】
また、本発明は、基板と、前記基板上に形成された第１導電型窒化物系半導体層と、前記第１導電型窒化物系半導体層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２導電型窒化物系半導体層と、前記第１導電型窒化物系半導体層に接する第１導電型電極と、前記第２導電型窒化物系半導体層に接する第２導電型電極とを有する窒化物系半導体装置であって、前記第２導電型窒化物系半導体層の前記第２導電型電極と接する面に、プラズマ曝露により形成された抵抗領域を有することを特徴とする。第２窒化物系半導体層の電極と接する面に抵抗領域が形成されているため、従来のようにＳｉＯ_２等の絶縁体を介在させた構成と同様に、電極から注入された電流は電極直下ではない領域に流れ込み、この部分で発光層から発光する。なお、第１導電型窒化物系半導体層、発光層、第２導電型窒化物系半導体層はそれぞれ単層でもよく、あるいは複数の半導体層を積層した多層構造でもよい。第１導電型はｐ型あるいはｎ型のいずれかであり、第２導電型はｐ型あるいはｎ型のうち第１導電型ではないものを意味する。
【００１５】
前記第２導電型電極は透明電極であり、前記第２導電型電極上に金属パッドが形成され、前記抵抗領域は、前記第２導電型窒化物系半導体層の前記第２導電型電極と接する界面のうち、前記金属パッドの直下領域近傍に形成されることが好適である。発光層からの光は金属パッドで遮蔽されることなく透明電極を透過して外部に射出されるため、発光効率が向上する。
【００１６】
また、前記第２導電型電極は透明電極及び金属パッドであり、前記抵抗領域は、前記第２導電型窒化物系半導体層の前記第２導電型電極と接する界面のうち、前記金属パッドの直下領域近傍に形成されるものとすることもできる。
【００１７】
前記第１導電型窒化物系半導体層、発光層、第２導電型窒化物系半導体層は、例えばＧａＮ系半導体層とすることができる。
【００１８】
また、本発明は、窒化物系半導体装置の製造方法であって、基板上に窒化物系半導体層を形成するステップと、前記窒化物系半導体層表面をプラズマに曝露させて前記窒化物系半導体層の一部の領域の抵抗値を増大させるステップと、前記窒化物系半導体層上に電極を形成するステップとを有することを特徴とする。プラズマ曝露により抵抗領域を形成するので、ＳｉＯ_２等の絶縁材料を蒸着その他で形成する方法に比べ、簡易に、かつ再現性よく窒化物系半導体装置を製造できる。
【００１９】
前記プラズマの曝露は、前記プラズマにより前記窒化物系半導体層表面の自然酸化膜を除去できる程度を越えるものとすることが好適である。自然酸化膜を除去する程度のプラズマ曝露では、実質的に窒化物系半導体層にダメージを与えず、その抵抗値を増大させることができないからである。
【００２０】
また、本発明は、窒化物系半導体装置の製造方法であって、（ａ）基板上に第１導電型窒化物系半導体層を形成するステップと、（ｂ）前記第１導電型窒化物系半導体層上に発光層を形成するステップと、（ｃ）前記発光層上に第２導電型窒化物系半導体層を形成するステップと、（ｄ）前記第２導電型窒化物系半導体層の表面をプラズマに曝露させて前記第２導電型窒化物系半導体層の一部の領域の抵抗値を増大させるステップと、（ｅ）前記第２導電型窒化物系半導体層上に第２導電型電極を形成するステップとを有することを特徴とする。
【００２１】
前記（ｃ）ステップと（ｄ）ステップとの間に、（ｆ）前記第１導電型窒化物系半導体層の一部を露出するように前記発光層及び前記第２導電型窒化物系半導体層をエッチングするステップを有し、前記（ｆ）ステップと前記（ｄ）ステップは、同一装置内で行われることが好適である。同一装置内で処理を行うことで、窒化物系半導体装置表面の汚染を抑制できる。
【００２２】
前記第２導電型電極は透明電極であり、前記（ｅ）ステップの後に、（ｇ）前記第２導電型電極上に金属パッドを形成するステップを有し、前記（ｄ）ステップにおける前記一部の領域は、前記金属パッドの形成領域に対応する領域とすることが好適である。
【００２３】
また、前記第２導電型電極は透明電極及び金属パッドであり、前記（ｅ）ステップでは、前記第２導電型電極上に前記金属パッドを形成するとともに、前記金属パッドに接するように前記第２導電型電極上に前記透明電極を形成し、前記（ｄ）ステップにおける前記一部の領域は、前記金属パッドの形成領域に対応する領域とすることもできる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の窒化物系半導体装置及びその製造方法について、窒化物系ＬＥＤを例にとり説明する。
【００２５】
図１には、本実施形態における窒化物系ＬＥＤの構成が示されている。基板１０上にｎ型窒化物層１２、ｎ型窒化物層１４、発光層１６、ｐ型窒化物層１８が順次形成される。また、図７あるいは図８に示された従来装置と同様に、ｐ型窒化物層１８上にｐ型透明電極２２及びワイヤボンディング用のｐ型パッド２４が形成され、エッチングにより表面が露出されたｎ型窒化物層１２上にｎ型電極２６が形成される。ｎ型電極２６上にも図示していないがワイヤボンディング用の金属パッドが形成される。
【００２６】
一方、本実施形態における窒化物系ＬＥＤにおいては、ｐ型窒化物層１８のｐ型透明電極２２と接する界面、より詳しくは、ｐ型窒化物層１８のｐ型透明電極２２と接する界面のうちｐ型パッド２４直下の領域に抵抗領域２０が形成される。この抵抗領域２０は、ｐ型窒化物層１８の他の領域よりも抵抗値が十分に高い領域であり、実質的に絶縁領域として機能する領域である。この抵抗領域２０は、従来のようにＳｉＯ_２などの絶縁性材料で構成されるのではなく、ｐ型窒化物層１８を変化させて構成される。すなわち、抵抗領域２０は、ｐ型窒化物層１８の一部の構造を変えることにより高抵抗化したものである。このような抵抗領域２０は、後述するように、ｐ型窒化物層１８の表面の一部をプラズマに晒すことにより形成される。なお、プラズマ曝露時に不純物が混入し、この不純物の混入により抵抗率が増大することもある。不純物を意図的に混入させて抵抗率を増大させることも可能である。
【００２７】
ｐ型パッド２４の直下に他の領域に比べて相対的に抵抗値の高い抵抗領域２０を形成することで、図８に示された構成と同様にｐ型パッド２４から注入された電流は抵抗領域２０を迂回するようにｐｎ接合領域を流れ、発光層１６のうちこの領域において光が放出される。発光層１６から放出された光はｐ型パッド２４に遮られることなくｐ型透明電極２２を透過し外部に放出される。
【００２８】
図２には、図１に示された窒化物系ＬＥＤの製造処理フローチャートが示されている。サファイア等の基板１０をＭＯＣＶＤ装置内のサセプタ上に配置し、原料ガスを反応管内に導入してｎ型窒化物層１２、さらにｎ型窒化物層１４を順次形成する（Ｓ１０１）。ｎ型窒化物層１２とｎ型窒化物層１４は互いに化学的組成が異なる層である。機能的には、ｎ型窒化物層１２はコンタクト層、ｎ型窒化物層１４はキャリア注入層としてそれぞれ機能する。窒化物層を形成する際の原料ガスとしては、トリメチルガリウムやトリメチルアルミニウム、アンモニア等が用いられる。窒化物層の代表的なものはＧａＮ及びこれを含む層である。ｎ型窒化物層１４は単層である必要はなく、必要に応じて多層構造としてもよい。
【００２９】
次に、原料ガスを再び導入してｎ型窒化物層１４上に窒化物発光層（活性層）１６を形成する（Ｓ１０２）。発光層１６も単層である必要はなく、多層構造、特にＭＱＷ（多層量子井戸）構造としてもよい。発光層１６を形成した後、ｐ型窒化物層１８を形成する（Ｓ１０３）。ｐ型窒化物層１８もキャリア注入層として機能する。なお、窒化物層をｎ型あるいはｐ型とするためには、それぞれドナー、アクセプタを添加すればよく、ドナーとしてＳｉ等、アクセプタとしてＭｇ等を用いることができる。ｐ型窒化物層１８を形成した後、半導体装置をＭＯＶＣＤ装置から取り出し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置内に搬入してｎ型窒化物層１２の一部が表面に露出するまでｎ型窒化物層１４、発光層１６、ｐ型窒化物層１８をエッチングする（Ｓ１０４）。エッチングした後、同一ＲＩＥ装置内で連続してｐ型窒化物層１８の表面の一部、すなわちその後の工程でｐ型パッド２４が形成されるであろう領域（ｐ型パッド形成予定領域）に対応する領域のみをＲＩＥ装置内で発生させたプラズマに晒してｐ型窒化物層１８の表面の一部に抵抗領域２０を形成する（Ｓ１０５）。なお、本実施形態においては、抵抗領域２０を適宜絶縁領域と称する。絶縁領域は、抵抗領域２０の抵抗値が他の領域に比べて非常に高く、実質的に絶縁領域として機能し得ることを考慮したものである。
【００３０】
同一ＲＩＥ装置内でエッチング処理を行い、引き続いてプラズマ曝露処理を施した後、ｐ型窒化物層１８上にｐ型透明電極２２を形成する（Ｓ１０６）。そして、ｎ型窒化物層１２の露出領域にｎ型電極２６を形成し（Ｓ１０７）、ｐ型窒化物層１８の表面に形成された抵抗領域２０（絶縁領域）に対応する（すなわちｐ型透明電極２２のうち抵抗領域２０の直上に位置する）領域にｐ型パッド２４を形成する（Ｓ１０８）。なお、図示していないが、その後ｎ型電極２６上にもｎ型パッドを形成する。
【００３１】
図３には、図２におけるＳ１０５の処理、すなわち抵抗領域２０（絶縁領域）を形成する様子が模式的に示されている。ｎ型窒化物層１４、窒化物発光層１６、ｐ型窒化物層１８をエッチングしてｎ型窒化物層１２の一部を露出させた後、半導体装置表面にフォトレジスト２１を形成し、後工程においてｐ型パッド２４が形成されるであろう領域に開口部を形成する。フォトレジスト２１に開口部を形成した後、ＲＩＥ装置内にてプラズマ１００を発生させ、ｐ型窒化物層１８の表面の一部、すなわちフォトレジスト２１の開口部から露出した表面をプラズマ１００に晒す。プラズマ１００の原料ガスとしては、ｐ型窒化物層１８の材料と化学的に反応しないガス、例えば窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。ｐ型窒化物層１８の表面をプラズマ１００に晒すことで、ｐ型窒化物層１８の結晶構造に物理的ダメージを与え、その抵抗値を増大させる。
【００３２】
プラズマ１００の強度は、一般的には強い方が望ましいが、あまりに強いとダメージ層がｐ型窒化物層１８の表面から深く進入して窒化物発光層１６まで達してしまう可能性がある。発光層１６にダメージを与えることは発光効率の観点から望ましくない。したがって、プラズマ１００の強さとしては、ｐ型窒化物層１８に十分なダメージを与えることができ、しかも発光層（活性層）１６に影響を与えない程度に弱い範囲とすることが必要である。ｐ型窒化物層１８の表面をプラズマに晒す時間についても同様である。一方、プラズマ１００の強度が弱く、あるいは曝露時間が短く、ｐ型窒化物層１８表面に存在する自然酸化膜を除去するのみでｐ型窒化物層１８に対して実質的にダメージを与えないような条件では、むしろｐ型窒化物層１８の導電性が向上するという報告もある（例えば、橋詰他、「ＧａＮおよびＡｌＧａＮの表面組成と表面電子状態の関連性」、信学技法、ＥＤ２００２−２０９、２００２年１０月）。従って、プラズマの強度あるいは曝露時間としては、ｐ型窒化物層１８表面の自然酸化膜を除去する以上の強度あるいは時間とすることが必要であり、抵抗領域２０の厚さあるいは深さから云えば、ｐ型窒化物層１８の表面に形成された自然酸化膜の厚さ以上に形成され、ｐ型窒化物層１８の内部にまで浸透する必要がある。
【００３３】
以下、本実施形態のＬＥＤについて、より具体的に説明する。
【００３４】
＜実施例＞
抵抗領域２０の効果を実証すべく、波長３７０ｎｍで発光するＬＥＤ装置を製造した。このＬＥＤ装置の作製手順は以下の通りである。すなわち、常圧ＭＯＣＶＤ装置にて、サファイアｃ面基板を１１００℃で水素雰囲気中において１０分間熱処理し、その後、温度を５００℃まで下げた。モノメチルシランガスとアンモニアガスを１００秒間流すことで不連続な（島状の）ＳｉＮ膜を基板上に形成した。次に、同一温度で厚さ２５ｎｍのＧａＮをトリメチルガリウム及びアンモニアガスを供給して不連続ＳｉＮ膜上に堆積させた。このＧａＮはいわゆる低温バッファ層として機能するものである。
【００３５】
温度を１０７５℃まで上げ、再びトリメチルガリウム及びアンモニアガスを供給して厚さ２μｍのアンドープＧａＮを成長させ、さらにモノメチルシランガスを加えたＳｉドープのｎ−ＧａＮ１．０μｍを順次成長させた。前者はバッファ層、後者は図１におけるｎ型窒化物層１２として機能するものである。ｎ−ＧａＮ層中のキャリア密度はおよそ５×１０^１８ｃｍ^−３である。
【００３６】
次に、同一温度でＳｉドープのｎ−Ａｌ_０．１ＧａＮ_０．９Ｎ（２ｎｍ）／Ｓｉドープのｎ−ＧａＮ（２ｎｍ）を５０ペア成長させた。Ａｌの原料としてトリメチルアルミニウムを用いた。このｎ型ＳＬＳ（歪み超格子）は図１におけるｎ型窒化物層１４として機能するものであり、ＳＬＳ構造中の平均電子密度は５×１０^１８ｃｍ^−３である。
【００３７】
その後、温度を８３０℃程度まで下げて３０ｎｍ厚のアンドープＧａＮ、そしてアンドープＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ（１．５ｎｍ）／アンドープＡｌ_０．１Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８８Ｎ（９．５ｎｍ）を７ペア成長させてＭＱＷ（多層量子井戸）発光層を成長させた。この発光層は図１における発光層１６として機能するものである。そして、温度を９７５℃まで上げてＭｇドープのｐ−ＡｌＧａＮ（１．５ｎｍ）／Ｍｇドープのｐ−ＡｌＧａＮ（０．８ｎｍ）を５０周期成長させてＳＬＳ構造を形成し、さらに１５ｎｍ厚のｐ−ＧａＮを成長させてＬＥＤウエハを作製した。
【００３８】
ｐ−ＳＬＳ構造及びｐ−ＧａＮ層は図１におけるｐ型窒化物層１８として機能する。ｐ−ＳＬＳ構造、ｐ−ＧａＮ層中の正孔濃度は、それぞれ５×１０^１７ｃｍ^−３、３×１０^１８ｃｍ^−３である。
【００３９】
ＬＥＤウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、表面全面にフォトレジストを塗布し、ｎ型電極形成のためのエッチングをフォトレジストをマスクとして行った。エッチングにはＲＩＥ装置を用いた。続いて、再び表面全面にフォトレジストを塗布し、ｐ型パッドが形成されるであろう領域だけに開口部を形成した。エッチングを行ったのと同一のＲＩＥ装置を用いて１８０Ｗの窒素プラズマに４０秒間ＬＥＤウエハを晒した後、フォトレジストを除去した。この曝露プロセスによりｐ−ＧａＮ層のフォトレジスト開口部領域に抵抗領域が形成された。
【００４０】
次に、フォトレジストプロセスによりｐ層（ｐ−ＧａＮ層）の表面全面にＮｉ１０ｎｍ、Ａｕ１０ｎｍを順次真空蒸着した。フォトレジストを除去した後、５％の酸素を含む窒素ガス雰囲気中において５２０℃で熱処理することにより金属膜はｐ型透明電極となった。次に、エッチングにより露出したｎ−ＧａＮ層上にＴｉ３０ｎｍ、Ａｌ３００ｎｍを形成し、窒素ガス雰囲気中において４５０℃で３０分間熱処理しｎ型電極を形成した。その後、ｐ電極、ｎ電極のパッド部にワイヤボンディング用の厚さ５００ｎｍの金パッドを形成した。基板裏面を１００μｍまで研磨してスクライブによりチップを切り出し、マウントすることでＬＥＤデバイス（第１ＬＥＤデバイスと称する）を作製した。
【００４１】
一方、比較のため、ｐ型パッド直下のｐ−ＧａＮ層表面を窒素プラズマに晒さないＬＥＤデバイス（第２ＬＥＤデバイスと称する）、及びｐ型パッド直下のｐ−ＧａＮ層を窒素プラズマに晒さず、かつｐ型パッドも形成しないＬＥＤデバイス（第３ＬＥＤデバイスと称する）を作製した。
【００４２】
完成したＬＥＤデバイスに電流を注入してデバイスから放出された光の出力を測定した。発光波長は、２インチ直径のウエハ面内で多少のばらつきはあるものの３７２ｎｍ±５ｎｍの範囲内であった。
【００４３】
図４には、作製した３種類のＬＥＤデバイスにおける注入電流と光出力の関係が示されている。図において、ａは従来、すなわちｐ型パッド直下のｐ−ＧａＮ層を窒素プラズマに晒さない第２ＬＥＤデバイスであり、ｂはｐ型パッド直下のｐ−ＧａＮ層を窒素プラズマに晒さず、しかもｐ型パッドも形成しない第３ＬＥＤデバイスであり、ｃは実施形態、すなわちｐ型パッド直下のｐ−ＧａＮ層を窒素プラズマに晒してｐ型パッドを形成した第１ＬＥＤデバイスである。
【００４４】
図から分かるように、ｃで示される実施例の第１ＬＥＤデバイスは、ａで示される従来の第２ＬＥＤデバイス、あるいはｂで示されるｐ型パッド無しの第３ＬＥＤデバイスに比べて光出力が増大しており、注入電流が５０ｍＡの時には第１ＬＥＤデバイスは従来の第２ＬＥＤデバイスに比べて約１．５倍に増大している。
【００４５】
注入電流５０ｍＡにおいて、本実施形態の第１ＬＥＤデバイスはｐ型パッド無しの第３ＬＥＤデバイスとほぼ同程度の向上が見られることから、本実施形態のデバイスでは実質的にｐ型パッドが存在せず、発光層からの光がｐ型パッドの存在により妨げられていないことを示している。これは、本実施形態の第１ＬＥＤデバイスでは、ｐ型パッドの直下以外の発光層領域で主に発光していることを示唆するものである。
【００４６】
また、注入電流１００ｍＡ以上では、本実施形態の第１ＬＥＤデバイスがｐ型パッド無しの第３ＬＥＤデバイスよりも光出力が増大しているのは、電流の広がりが向上されているため、及び厚いｐ型パッドにより熱拡散が向上しているためと考えられる。前者は窒素プラズマに晒すことにより抵抗領域（絶縁領域）が形成されたことによるものである。
【００４７】
このように、ｐ型パッド直下の領域にプラズマ曝露による抵抗領域を形成することで発光効率が向上するが、ｐ型パッド直下に抵抗領域を形成しているため、動作電圧の上昇が懸念される。そこで、本実施形態の第１ＬＥＤデバイスと従来の第２ＬＥＤデバイスの電流電圧特性を測定した。
【００４８】
図５にはその測定結果が示されている。図において、ａは従来の第２ＬＥＤデバイスの電流電圧特性であり、ｃは本実施形態の第１ＬＥＤデバイスの電流電圧特性である。両者の間にはほとんど有意な差が見られない。このことから、本実施形態の第１ＬＥＤデバイスは、動作電圧の上昇もほとんどないことがわかる。この理由は、ｐ型パッドとｐ型透明電極が接触しているためと考えられる。
【００４９】
次に、プラズマ曝露により窒化物系半導体の表面に抵抗領域（絶縁領域）が形成されていることを確認すべく、ｐ型透明電極を形成せずｐ−ＧａＮ層上に直接ｐ型パッドを形成したデバイス（第４ＬＥＤデバイスと称する）を作製した。すなわち、第１ＬＥＤデバイスからｐ型透明電極を除去したものが第４ＬＥＤデバイスである。プラズマ曝露時間を変化させて作製した第４ＬＥＤデバイスの電流電圧特性を測定した。
【００５０】
図６には、その測定結果が示されている。図において、ａはプラズマ処理を施さないデバイス、ｂは１０秒間プラズマに晒したデバイス、ｃは４０秒間プラズマに晒したデバイス、ｄは９０秒間プラズマに晒したデバイス、ｅは２４０秒プラズマに晒したデバイスの電流電圧特性である。プラズマ処理をしないａデバイスでは約３Ｖの順方向電圧で電流が流れ始めるのに対し、１０秒以上プラズマに晒したデバイスでは７Ｖ以上の電圧を印加しないと電流は流れない。また、プラズマ処理したデバイスでは、電流が流れ始めた後はデバイスが劣化してしまい発光現象は見られなかった。これは、プラズマ処理で絶縁化したｐ−ＧａＮ層がブレークダウンしてその結晶が破壊されたものと考えられる。以上のことから、プラズマ処理により窒化物系半導体表面を高抵抗化（絶縁化）できることが確認された。すなわち、ｐ型パッドの直下をプラズマ処理したデバイスにｐ型パッドのみを形成した第４ＬＥＤデバイスでは抵抗領域（絶縁領域）が存在するため電流は流れず、ｐ型パッドとｐ型透明電極を形成した第１ＬＥＤデバイスではｐ型透明電極を介して抵抗領域（絶縁領域）を迂回するように電流が流れることが確認された。
【００５１】
なお、図６から分かるように、プラズマ曝露時間が４０秒のときにしきい電圧が最も高く、プラズマ曝露時間がこれよりも長くなるとしきい電圧は逆に低下しており、このことはプラズマ曝露時間に最適値ないし最適範囲が存在することを示唆するものである。プラズマ曝露時間は、プラズマ強度に応じて変化することは云うまでもない。プラズマ強度及びプラズマ曝露時間を調整して最適化することが望ましい。
【００５２】
このように、本実施形態においては窒化物系半導体層の透明電極と接する界面のうち、金属パッド直下の領域をＲＩＥ装置内においてプラズマ処理することで高抵抗化するものであり、蒸着やＣＶＤ、スパッタリングなどの方法により窒化物系半導体層と異なるＳｉＯ_２絶縁体を形成させるプロセスが不要となり、当該プロセスで導入されるおそれのある汚染を排除し、結果として高品質のＬＥＤデバイスを再現性良く製造することができる。
【００５３】
なお、本実施形態においては基板上にｎ型窒化物系半導体層、発光層、ｐ型窒化物系半導体層を順次形成する場合を示したが、基板上にｐ型窒化物系半導体層、発光層、ｎ型窒化物系半導体層を順次形成する場合にも同様に適用することができる。
【００５４】
また、本実施形態においては窒化物系半導体装置として窒化物系ＬＥＤを例にとり説明したが、本願発明はＬＥＤに限定されるものではなく、例えばレーザダイオードの電流狭窄用絶縁体、あるいはＦＥＴなどの電子素子の電流狭窄用絶縁体にも適用可能である。要は、絶縁体が必要な領域にＳｉＯ_２などの絶縁材料を形成するのではなく、その部分を窒素ガスやアルゴンガスのプラズマに晒して物理的ダメージを与え、その結晶構造を変えて抵抗値を所望量だけ増大させればよい。
【００５５】
また、本実施形態ではｐ型窒化物層１８上にｐ型透明電極２２を形成し、ｐ型透明電極２２の上であって抵抗領域２０に対応する領域（直上領域）にｐ型パッド２４を形成しているが、ｐ型窒化物層１８上にｐ型パッド２４とｐ型透明電極２２をともに形成することもできる。すなわち、ｐ型窒化物層１８に形成された抵抗領域２０の直上に金属パッド２４を形成し、ｐ型窒化物層１８上の他の領域にｐ型透明電極２２を金属パッド２４と接するように形成する。この場合も、図１に示された構成と同様に、金属パッド２４からの電流を抵抗領域２０及びｐ型透明電極２２で広げ、金属パッド２４の直下以外の領域で発光させることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればプラズマ処理により窒化物系半導体層の少なくとも一部に抵抗領域を形成することにより、再現性よく所望の特性を有する窒化物系半導体装置を得ることができる。そして、例えば窒化物系ＬＥＤに適用した場合、発光効率に優れたＬＥＤを再現性よく製造することができ、これにより最終製品のコスト増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る窒化物系ＬＥＤの構成図である。
【図２】図１に示された窒化物系ＬＥＤの製造フローチャートである。
【図３】実施形態におけるプラズマ処理を示す説明図である。
【図４】注入電流と光出力との関係を示すグラフ図である。
【図５】ＬＥＤデバイスの電流電圧特性を示すグラフ図である。
【図６】透明電極を形成しないＬＥＤデバイスの電流電圧特性を示すグラフ図である。
【図７】従来の窒化物系ＬＥＤの構成図である。
【図８】絶縁体を介在させた他の従来の窒化物系ＬＥＤの構成図である。
【符号の説明】
１０基板、１２ｎ型窒化物層、１４ｎ型窒化物層、１６発光層（活性層）、１８ｐ型窒化物層、２０抵抗領域（絶縁領域）、２２ｐ型透明電極、２４ｐ型パッド（金属パッド）、２６ｎ型電極。

Claims

基板上に窒化物系半導体層及び電極を形成してなる窒化物系半導体装置であって、
前記窒化物系半導体層の前記電極と接する面に、プラズマ曝露により形成された抵抗領域を有することを特徴とする窒化物系半導体装置。
請求項１記載の装置において、
前記抵抗領域は絶縁領域であることを特徴とする窒化物系半導体装置。
請求項１記載の装置において、
前記抵抗領域は、前記窒化物系半導体層の表面に存在する自然酸化膜よりも深い領域まで形成されることを特徴とする窒化物系半導体装置。
基板と、
前記基板上に形成された第１導電型窒化物系半導体層と、
前記第１導電型窒化物系半導体層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第２導電型窒化物系半導体層と、
前記第１導電型窒化物系半導体層に接する第１導電型電極と、
前記第２導電型窒化物系半導体層に接する第２導電型電極と、
を有する窒化物系半導体装置であって、
前記第２導電型窒化物系半導体層の前記第２導電型電極と接する面に、プラズマ曝露により形成された抵抗領域を有することを特徴とする窒化物系半導体装置。
請求項４記載の装置において、
前記第２導電型電極は透明電極であり、
前記第２導電型電極上に金属パッドが形成され、
前記抵抗領域は、前記第２導電型窒化物系半導体層の前記第２導電型電極と接する界面のうち、前記金属パッドの直下領域近傍に形成されることを特徴とする窒化物系半導体装置。
請求項４記載の装置において、
前記第２導電型電極は透明電極及び金属パッドであり、
前記抵抗領域は、前記第２導電型窒化物系半導体層の前記第２導電型電極と接する界面のうち、前記金属パッドの直下領域近傍に形成されることを特徴とする窒化物系半導体装置。
請求項４記載の装置において、
前記第１導電型窒化物系半導体層、発光層、第２導電型窒化物系半導体層はＧａＮ系半導体層であることを特徴とする窒化物系半導体装置。
窒化物系半導体装置の製造方法であって、
基板上に窒化物系半導体層を形成するステップと、
前記窒化物系半導体層表面をプラズマに曝露させて前記窒化物系半導体層の一部の領域の抵抗値を増大させるステップと、
前記窒化物系半導体層上に電極を形成するステップと、
を有することを特徴とする窒化物系半導体装置の製造方法。
請求項８記載の方法において、
前記プラズマの曝露は、前記プラズマにより前記窒化物系半導体層表面の自然酸化膜を除去できる程度を越えるものであることを特徴とする窒化物系半導体装置の製造方法。
窒化物系半導体装置の製造方法であって、
（ａ）基板上に第１導電型窒化物系半導体層を形成するステップと、
（ｂ）前記第１導電型窒化物系半導体層上に発光層を形成するステップと、
（ｃ）前記発光層上に第２導電型窒化物系半導体層を形成するステップと、
（ｄ）前記第２導電型窒化物系半導体層の表面をプラズマに曝露させて前記第２導電型窒化物系半導体層の一部の領域の抵抗値を増大させるステップと、
（ｅ）前記第２導電型窒化物系半導体層上に第２導電型電極を形成するステップと、
を有することを特徴とする窒化物系半導体装置の製造方法。
請求項１０記載の方法において、
前記（ｃ）ステップと（ｄ）ステップとの間に、
（ｆ）前記第１導電型窒化物系半導体層の一部を露出するように前記発光層及び前記第２導電型窒化物系半導体層をエッチングするステップ
を有し、前記（ｆ）ステップと前記（ｄ）ステップは、同一装置内で行われることを特徴とする窒化物系半導体装置の製造方法。
請求項１０記載の方法において、
前記第２導電型電極は透明電極であり、
前記（ｅ）ステップの後に、
（ｇ）前記第２導電型電極上に金属パッドを形成するステップ
を有し、前記（ｄ）ステップにおける前記一部の領域は、前記金属パッドの形成領域に対応する領域であることを特徴とする窒化物系半導体装置の製造方法。
請求項１０記載の方法において、
前記第２導電型電極は透明電極及び金属パッドであり、
前記（ｅ）ステップでは、前記第２導電型電極上に前記金属パッドを形成するとともに、前記金属パッドに接するように前記第２導電型電極上に前記透明電極を形成し、前記（ｄ）ステップにおける前記一部の領域は、前記金属パッドの形成領域に対応する領域であることを特徴とする窒化物系半導体装置の製造方法。