JP2005064113A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化物化合物半導体結晶のようにウエットエッチングが有効でない物質系において、簡便な手段によって素子表面に微細な凹凸を形成し、光の取出し効率を高めて発光素子の発光効率を改善することを可能とする。
【解決手段】発光素子の結晶成長後のエピタキシャルウェハ表面の窒化物系化合物半導体層１に金属膜６または金属窒化膜６ａを形成し、この金属膜６または金属窒化膜６ａを形成したウェハに、エッチングガスの雰囲気中で熱処理を加えて、ウェハ表面の窒化物系化合物半導体層１に多数の微細な凹凸１０を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に係り、特に窒化物系化合物半導体発光素子において、素子表面に多数の凹凸を形成して粗面化し、光の取出し効率を高めて発光効率を改善させるのに有効な製造技術に関するものである。

半導体結晶を用いた発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）等が知られている。

ＧａＮ系発光素子は、青色や紫外の光源として重要である。また、蛍光体と組合せて作られる白色ダイオードは、白熱電球や蛍光灯にかわる新しい光源として期待されている。その普及のためには、発光効率が高いことが重要であり、結晶性の向上やＬＥＤ構造の工夫によって改善の努力が続けられている。

しかし、発光効率は現状４０ｌｍ／Ｗ程度に留まっており、白熱電球の１０ｌｍ／Ｗは超えているものの、１００ｌｍ／Ｗ以上である蛍光灯レベルには及んでいない。

発光素子の発光効率は、内部量子効率と光の取出しの積（外部量子効率）に比例する。内部量子効率は、ＬＥＤ構造や結晶性の向上によって７０％にまで達しており、既に飽和傾向である。一方、取出し効率は通常２０％以下に留まっている。つまり、発光効率が低いのは、取出し効率が低いことが主な原因である。

ＧａＡｓ系の発光素子においては、その発光表面に凹凸を付ける技術が提案されている。この提案によれば、発光表面に凹凸を付けることで、ミクロに見ると光の取り出し面にさまざまな角度を有する凹凸が形成され、これにより、有効立体角度が大きくなり、光の取出し効率が向上する。この表面凹凸化には、硝酸系のエッチング液や、弗化水素酸や、アンモニア−過酸化水素系のエッチング液が使用される。

ところが、半導体層をＭＯＣＶＤ法にて成膜した場合、膜が薄いため、上記エッチング液による表面凹凸化手法を適用することがむずかしい。そこで、下記（１）〜（４）の工程を経ることで、発光面を粗面化処理する半導体発光素子の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

（１）半導体基板上にガリウム砒素系の一導電型半導体層と逆導電型半導体層とを順次積層する。

（２）逆導電型半導体層上にＺｎ含有層を形成する。

（３）少なくとも逆導電型半導体層とＺｎ含有層との双方に対し加熱し逆導電型半導体層にＺｎを拡散する。

（４）エッチング処理によりＺｎ含有層を除去するとともに、逆導電型半導体層の表面を粗面化する。
特開平２００３−０４６１１７号公報

上述したように発光素子の発光効率が低いのは、光の取出し効率が低いことが主な原因であり、光取出し効率を高めるには、素子表面に多数の凹凸を形成することが有効であることが知られている。

しかしながら、窒化物化合物半導体結晶の場合には、特にそのＧａ極性面は化学的に非常に安定であり、通常のウエットエッチングのような簡便な方法によって、そのような凹凸を作りこむことは困難である。

上述した特許文献１の技術も、ウエットエッチングにより表面に凹凸を形成するものである。すなわち、特許文献１は、ＧａＡｓ系ＬＥＤの表面をウエットエッチングにより荒らして光取出し効率を向上させる技術である。(1) まず、ＬＥＤ表面にＺｎＯ又はＺｎＡｓ層を形成する。(2) 次に熱処理を行い、ＬＥＤ表面層にＺｎを拡散させる。この時点では、まだ凹凸はできていない。(3) 熱処理後、ＨＦ系エッチャントでウエットエッチングを行うと、ＺｎＯ層とともに、ＬＥＤ表面層の、Ｚｎが拡散した部分が除去されて、表面に凹凸が形成される。

このＧａＡｓ系半導体の場合と異なり、ＧａＮ系半導体では、特にそのＧａ極性面はウエットエッチングがほとんど効かないので、ウエットエッチングで凹凸形成するのは困難である。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、窒化物化合物半導体結晶のようにウエットエッチングが有効でない物質系において、簡便な手段によって素子表面に微細な凹凸を形成し、光の取出し効率を高めて発光素子の発光効率を改善することができる半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。

請求項１の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、結晶成長後のエピタキシャルウェハ表面の化合物半導体層に金属膜または金属窒化膜を形成する工程と、前記金属膜または金属窒化膜を形成したウェハに、エッチングガスの雰囲気中で熱処理を加えて、ウェハ表面の化合物半導体層に多数の微細な凹凸を形成する工程とを含むことを特徴とする。

これには、例えば、凹凸の形成後、網目状の金属または金属窒化膜を除去せずに残し、その上にもう一度ＧａＮ等の化合物半導体層を成長し、以てその表面に新たな凹凸が多数形成されて残り、且つ網目構造がその下に閉じ込められ保護された形とする形態が含まれる。

請求項２の発明は、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法において、前記金属膜または金属窒化膜として、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、マンガン、銅、白金または金のいずれかから成る金属膜又はこれらのいずれかを含む金属窒化膜を形成することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体発光素子の製造方法において、前記金属膜または金属窒化膜の厚さを１μｍ以下とすることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、前記熱処理を水素とアンモニアとを含む混合気中で行うことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、前記熱処理を７００℃以上１２００℃以下の温度で行うことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、前記金属膜または金属窒化膜の形成に際して、前記ウェハ表面の化合物半導体層の面領域中、電極を形成する部分領域をマスクし、これにより前記金属膜または金属窒化膜を形成すべき領域を選択的に定めることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、前記熱処理の後、前記金属膜または金属窒化膜を除去することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、前記凹凸を形成する最表面の化合物半導体層が窒化物系化合物半導体層であり、この窒化物系化合物半導体層の下に、該窒化物系化合物半導体層よりもエッチングされにくい層を挿入したウェハを用いることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングされにくい層として、Ａｌ組成が１％以上で、且つ厚さが３nm以上、好ましくは５nm以上の窒化物半導体層を挿入することを特徴とする。

請求項１０の発明に係る半導体発光素子は、活性層を含む発光層と、この発光層の上に形成された窒化物半導体から成るコンタクト層と、前記コンタクト層の上に形成された光取出し側電極とを備えた窒化物系化合物半導体発光素子において、前記コンタクト層の表面の光取出し面に多数の微細な凹凸を形成して、光散乱用の粗面としたことを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項１０記載の半導体発光素子において、前記発光層が、シングルヘテロ接合、ダブルヘテロ接合もしくはホモ接合のいずれかを備えていることを特徴とする。

＜発明の要点＞
本発明においては、素子表面に金属または金属窒化膜を形成し、それにエッチングガスの雰囲気中で熱処理を加えることによって、表面の化合物半導体層、例えば窒化物系化合物半導体層に微細な凹凸を形成する。このとき熱処理を、水素とアンモニアを含む気流中で行うことによって、好適に凹凸が形成される。これは、表面に形成した金属または金属窒化物の触媒的な作用によって、窒化物系化合物半導体層の水素ガスによるエッチングが促進されるためと考えられる。

従って、素子表面に形成する金属膜または金属窒化膜としては、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、マンガン、銅、白金または金のいずれかから成る金属膜又はこれらのいずれかを含む金属窒化膜のいずれでもよい。

上記熱処理の際に形成される凹凸の大きさや高さは、熱処理の条件や、形成する金属膜または金属窒化膜の厚さによって制御することができる。

ＬＥＤの表面に形成する金属膜または金属窒化膜の厚さは、１μｍ以下であることが望ましい。なぜなら、この層が厚いほどウェハ表面の窒化物系化合物半導体層（例えばＧａＮコンタクト層）のエッチングが促進されるため、厚すぎるとＧａＮコンタクト層が全て無くなってしまうからである。１μｍ以下であれば、適度な凹凸を形成することができる。

熱処理温度は７００℃以上１２００℃以下であることが望ましい。また、その際の雰囲気ガスとしては、上記したようにＨ₂（水素）とＮＨ₃（アンモニア）の混合気を用いることが望ましい。Ｈ₂を用いるのは、ＬＥＤ表面層をエッチングするためである。ＮＨ₃を混合するのは、エッチングの起こる温度を制御するためである。Ｈ₂のみで熱処理を行った場合、エッチングは低温で起こるため、エッチングによって生じるＧａ等の生成速度が蒸発速度を上回るため、表面にドロップレットが残ってしまう。ＮＨ₃を適度に混合すれば、エッチングの起こる温度が高温側にシフトするため、Ｇａの蒸発速度は生成速度を上回り、表面は清浄となる。このような制御は、７００℃以上１２００℃以下の温度領域で好適に行うことができる。

また、凹凸を形成すべき表面層の中間にＡｌＧａＮ等のエッチングされにくい層を設ければ、その層でエッチングの進行が停止するため、凹凸の大きさと高さをより確実に制御することができる。このエッチングの深さを制限するための層は、Ａｌ組成１％以上、且つ厚さ３nm以上（より好ましくは５nm以上）であることが望ましい。Ａｌ組成が小さすぎるときや、膜厚が薄すぎる場合には、エッチングを阻む能力が得られにくくなるためである。

凹凸を形成する部分は、マスク等を利用して、金属または金属窒化膜の形成領域を制限することによって、選択的に定めることができる。すなわち、金属膜または金属窒化膜の形成に際しては、ウェハ表面の化合物半導体層（例えば窒化物系化合物半導体層）の面領域中、電極を形成する部分領域をマスクすることにより金属膜または金属窒化膜を形成すべき領域を選択的に定めることができる。これにより、例えば、電極を形成する部分領域には凹凸を形成しないことが可能である。

熱処理によって凹凸を形成した後は、表面の金属または金属窒化膜はエッチング等によって簡単に除去することができる。金属または金属窒化膜は、その膜厚が薄い場合、例えば５０nm以下のＴｉの場合には、熱処理によって、多数の微細な孔の形成された、網目状の組織を持ったＴｉＮに変化する。この場合、ＴｉＮが導電性であることから、除去せずにそのまま網目状の電極として使用することも可能である。

上記したように本発明の要点は、発光素子構造の結晶をエピタキシャル成長した素子表面に金属膜または金属窒化膜を形成し、エッチングガスの雰囲気中で熱処理を加えることで、表面の化合物半導体層（例えば窒化物系化合物半導体層）に微細な凹凸を簡便に形成することにある。

本発明が優れている点は、ウエットエッチング無しで、熱処理のみで凹凸が形成される点である。既に述べたように、ＧａＡｓ系と異なり、ＧａＮ系半導体では、特にそのＧａ極性面はウエットエッチングがほとんど効かないので、ウエットエッチングで凹凸形成するのは困難である。そのような物質系において、簡便に素子表面に微細な凹凸を形成できるところに、本発明の意義がある。

なお、ＬＥＤについて光の取出し効率を考える上では発光層の層構造は本質ではなく、ダブルヘテロ構造やシングルヘテロ接合構造やホモ接合構造でも同様に考えることができる。

以上説明したように本発明によれば、金属膜または金属窒化膜を蒸着等により素子表面に形成し、エッチングガスの雰囲気中で熱処理を加えるという操作だけで、表面の化合物半導体層に微細な凹凸を簡便に形成することができる。蒸着と熱処理だけの操作であり、簡単であるので、量産向きである。

本発明が特に優れている点は、ウエットエッチング無しで、熱処理のみで凹凸が形成される点である。既に述べたように、ＧａＡｓ系と異なり、ＧａＮ系半導体では、特にそのＧａ極性面はウエットエッチングがほとんど効かないので、ウエットエッチングで凹凸形成するのは困難である。そのような物質系において、簡便に素子表面に微細な凹凸を形成できるところに、本発明の意義がある。

すなわち、本発明によれば、窒化物化合物半導体結晶のようにウエットエッチングが有効でない物質系において、簡便な手段によって素子表面に微細な凹凸を形成し、光の取出し効率を高めて発光素子の発光効率を改善することができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態における窒化物半導体発光素子の構成を示す模式的断面図である。

図１に示す窒化物半導体発光素子においては、サファイア基板５上に、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により膜厚４μｍのｎ型ＧａＮコンタクト層４、ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層（発光層）３、膜厚４０nmのｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層２および膜厚２００〜５００nmのｐ型ＧａＮコンタクト層１が順にエピタキシャル成長されている。なお、この場合のｎ型ドーパントとしては例えばＳｉが用いられており、ｐ型ドーパントとしては例えばＭｇが用いられている。ＭＱＷ活性層３は、膜厚１０nmのアンドープＧａＮ障壁層と、膜厚３nmのアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなる井戸層とが交互に６積層されてなる多重量子井戸構造を有する。

なお、この種の発光素子において、発光に直接寄与する部分は、活性層３とこの活性層を挟むクラッド層２及びコンタクト層４であるので、ここでは、これらの層をまとめて発光層と定義する。光の取出し効率を考える上では発光層の層構造は本質ではなく、従って、この発光層は活性層を含む形であれば良く、発光層でのｐｎ接合がダブルヘテロ接合やシングルヘテロ接合やホモ接合など、いずれの構造の場合でも発光に直接寄与する部分は発光層と称する。

上記の如くＬＥＤ構造の半導体層がエピタキシャル成長されたウェハには、ウェハ最表面である窒化物系化合物半導体層（ｐ型ＧａＮコンタクト層１）の面領域に、正確には、そのうちの光取出し側電極７ａを設けるための部分領域（電極用領域）を除いた領域（光取出し面）に、多数の微細な凹凸１０が形成されており、これにより光散乱用の粗面が形成されている。

上記半導体層のエピタキシャル成長後に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりｎ型ＧａＮコンタクト層４を表面に露出せしめ、そのｎ型ＧａＮコンタクト層４上に電極７ｂが、またｐ型ＧａＮコンタクト層１上の電極用領域に光取出し側電極７ａが、それぞれ蒸着により形成されている。これらの電極は、通常ボンディングによって外部配線と接続される。

上記ｐ型ＧａＮコンタクト層１の表面領域のうちの光取出し面に微細な凹凸１０を形成し粗面化する方法は、次の（１）〜（４）の工程による。
（１）ＬＥＤ構造のエピタキシャル層部分（ｎ型ＧａＮコンタクト層４〜ｐ型ＧａＮコンタクト層１）を成長する。
（２）ｐ型ＧａＮコンタクト層（２００〜５００nm厚）表面にＴｉの金属膜を蒸着する。Ｔｉ膜は、荒らしたい表面部分（光取出し面）にのみ、マスク等を使用して選択的につける。金属膜はＴｉに限らず、別の金属でもよい。
（３）水素・アンモニア雰囲気で熱処理を行う。この熱処理によりＬＥＤ表面（つまりｐ型ＧａＮコンタクト層１の表面）に多数の凹凸１０が形成される。またこの熱処理により表面のＴｉはＴｉＮとなる。ここで形成される凹凸１０の大きさ、高さは、熱処理条件で制御できる。凹凸１０を形成する最表面のｐ型ＧａＮコンタクト層１の下に、該ｐ型ＧａＮコンタクト層１よりもエッチングされにくい層（ＶＳＬ）を挿入するという技術で制御してもよい。
（４）表面のＴｉＮ膜を薬液で除去する。しかし、このＴｉＮ膜は残しておいて、網目状電極として用いてもよい。

このようにＧａＮ系ＬＥＤの表面を荒らして粗面化することで、ＬＥＤの表面の光取出し効率が向上する。またその粗面化手段は、Ｔｉの金属膜の存在下で、水素・アンモニア雰囲気で熱処理を行うだけである。従って、簡便な手段によって素子表面に微細な凹凸を形成し、光の取出し効率を高めて発光素子の発光効率を改善することができる。

本発明に関わる実施例について説明する。

［実施例１］
第一の実施例を図２を用いて説明する。これは図１の構造の窒化物半導体発光素子を製造する例である。

はじめに、サファイア基板５上にｎ型ＧａＮコンタクト層４（厚さ４μｍ）と、Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ／ＧａＮ−３−ＭＱＷ活性層３（ｗｅｌｌ層３nm、ｂａｒｒｉｅｒ層１０nm）と、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層２（厚さ４０nm）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１（厚さ５００nm）をＭＯＶＰＥ法を用いて順次成長して積層し、図２（ａ）に示すようなＬＥＤ構造を作製した。

その表面に、金属膜として図２（ｂ）に示すようにＴｉ膜６を２０nm真空蒸着した。その際、光取出し側電極を形成する部分はマスクして、Ｔｉがつかないようにした。

これにＨ₂：ＮＨ₃＝４：１の混合気流中、１０３０℃で３０分の熱処理を加えた。その結果、図２（ｃ）に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１はエッチングされ、多数の微細な凹凸１０が表面に形成されたｐ型ＧａＮ層１ａとなった。凹凸１０の形状は多角錐状であり、その高さと直径はそれぞれ約３００nmであった。また、Ｔｉ膜６は窒化されて数十nm程度の微細孔を多数有するＴｉＮ膜６ａに変化した。

このＴｉＮ膜６ａをＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：１の混合液を用いて除去した後に、電極７ａ、７ｂを設けて、図２（ｄ）に示すようなＬＥＤ素子構造を形成した。

このＬＥＤの発光効率は、同様の構造で、表面に凹凸を形成しなかったＬＥＤの場合の１５０％であった。このことから、凹凸の形成によってＬＥＤの発光効率が大きく改善されたといえる。

［実施例２］
第二の実施例を図３を用いて説明する。これは凹凸を形成する最表面のｐ型ＧａＮコンタクト層の下にエッチングされにくい層（ＶＳＬ）を挿入した例である。

はじめに、サファイア基板５上にｎ型ＧａＮコンタクト層４（厚さ４μｍ）と、Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ／ＧａＮ−３−ＭＱＷ活性層３（ｗｅｌｌ層３nm、ｂａｒｒｉｅｒ層１０nm）と、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層２（厚さ４０nm）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１（厚さ３００nm）と、ｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層８（厚さ２００nm）と、ｐ型ＧａＮコンタクト層１（厚さ３００nm）とをＭＯＶＰＥ法を用いて順次成長して積層し、図３（ａ）に示すようなＬＥＤ構造を作製した。

その表面に、金属膜として図３（ｂ）に示すようにＴｉ膜６を２０nm真空蒸着した。その際、光取出し側電極を形成する部分はマスクして、Ｔｉがつかないようにした。

これにＨ₂：ＮＨ₃＝４：１の混合気流中、１０３０℃で３０分の熱処理を加えた。その結果、図３（ｃ）に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１はエッチングされ、多数の微細な凹凸１０が表面に形成されたｐ型ＧａＮ層１ａとなった。凹凸１０の形状は多角錐状であった。エッチングはｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層８で停止しており、そのため、凹凸１０の高さと直径はそれぞれ約２００nmであった。また、Ｔｉ膜６は窒化されて数十ｍ程度の微細孔を多数有するＴｉＮ膜６ａに変化した。

このＴｉＮ層６ａをＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：１の混合液を用いて除去した後に、電極７ａ、７ｂを設けて、図３（ｄ）に示すようなＬＥＤ素子構造を形成した。

このＬＥＤの発光効率は、同様の構造で、表面に凹凸を形成しなかったＬＥＤの場合の１７０％であった。このことから、凹凸１０の形成によってＬＥＤの発光効率が大きく改善されたといえる。

［実施例３］
第三の実施例を図４を用いて説明する。これはＴｉＮ膜をそのまま残し、網目電極として利用する例である。

はじめに、サファイア基板５上にｎ型ＧａＮコンタクト層４（厚さ４μｍ）と、Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ／ＧａＮ−３−ＭＱＷ活性層３（ｗｅｌｌ層３nm、ｂａｒｒｉｅｒ層１０nm）と、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層２（厚さ４０nm）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１（厚さ５００nm）をＭＯＶＰＥ法を用いて順次成長して積層し、図４（ａ）に示すようなＬＥＤ構造を作製した。

その表面に、金属膜として図４（ｂ）に示すようにＴｉ膜６を２０nm真空蒸着した。その際、光取出し側電極７ａを形成する部分はマスクして、Ｔｉがつかないようにした。

これにＨ₂：ＮＨ₃＝４：１の混合気流中、１０３０℃で３０分の熱処理を加えた。その結果、図４（ｃ）に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１はエッチングされ、多数の微細な凹凸１０が表面に形成されたｐ型ＧａＮ層１ａとなった。凹凸１０の形状は多角錐状であり、その高さと直径はそれぞれ約３００nmであった。また、Ｔｉ膜６は窒化されて数十nm程度の微細孔を多数有するＴｉＮ膜６ａに変化した。

このＴｉＮ膜６ａをそのまま電極として機能するように残し、さらに電極７ａ、７ｂを設けて、図に示すようなＬＥＤ素子構造を形成した。すなわち、この実施例ではｐ型ＧａＮ層１ａ側に設ける光取り出し側電極を、電極７ａとＴｉＮ膜６ａとで構成した。

このＬＥＤの発光効率は、ＴｉＮ膜を除去した実施例１のＬＥＤの場合の１２０％となった。導電性のＴｉＮの網目構造電極によって、電流の分散が改善されたためと考えられる。

＜他の実施例、変形例＞
（ａ）上記実施例ではＭＯＶＰＥ法を用いてＬＥＤ構造のエピタキシャル層を成長したが、成長方法はＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）や他の方法でも良い。
（ｂ）上記実施例ではＧａＮ系発光素子について述べたが、ＧａＮ系以外の発光素子にも同様に用いることが可能である。
（ｃ）上記実施例では凹凸の形成後、網目状の金属または金属窒化膜を除去するか又は除去せずに網目状電極として使用する例について述べたが、これ以外の形態のＬＥＤとして構成することもできる。例えば、凹凸１０の形成後、網目状の金属または金属窒化膜６ａを除去せずに、その上にもう一度ＧａＮの成長を行うと、表面に新たな凹凸が多数形成され、網目構造はその下に閉じ込められる。これにより、壊れやすい導電性の網目状膜を保護しつつ取出し効率を向上することも可能である。成長条件によって、凹凸の大きさや密度、形状を制御することも容易である。

本発明の実施形態にかかる窒化物半導体発光素子の断面構造を模式的に表した図である。 本発明の第一の実施例にかかる窒化物半導体発光素子の製造方法を模式的に表した図である。 本発明の第二の実施例にかかる窒化物半導体発光素子の製造方法を模式的に表した図である。 本発明の第三の実施例にかかる窒化物半導体発光素子の製造方法を模式的に表した図である。

符号の説明

１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１ａ ｐ型ＧａＮ層
２ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
３ ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層
４ ｎ型ＧａＮコンタクト層
５ サファイア基板
６ Ｔｉ膜
６ａ ＴｉＮ膜
７ａ、７ｂ 電極
８ ｐ型ＡｌＧａＮ層
１０ 凹凸

Claims (11)

1. 結晶成長後のエピタキシャルウェハ表面の化合物半導体層に金属膜または金属窒化膜を形成する工程と、
   前記金属膜または金属窒化膜を形成したウェハに、エッチングガスの雰囲気中で熱処理を加えて、ウェハ表面の化合物半導体層に多数の微細な凹凸を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体発光素子の製造方法において、
   前記金属膜または金属窒化膜として、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、マンガン、銅、白金または金のいずれかから成る金属膜又はこれらのいずれかを含む金属窒化膜を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の半導体発光素子の製造方法において、
   前記金属膜または金属窒化膜の厚さを１μｍ以下とすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、
   前記熱処理を水素とアンモニアとを含む混合気中で行うことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、
   前記熱処理を７００℃以上１２００℃以下の温度で行うことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、
   前記金属膜または金属窒化膜の形成に際して、前記ウェハ表面の化合物半導体層の面領域中、電極を形成する部分領域をマスクし、これにより前記金属膜または金属窒化膜を形成すべき領域を選択的に定めることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、
   前記熱処理の後、前記金属膜または金属窒化膜を除去することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法において、
   前記凹凸を形成する最表面の化合物半導体層が窒化物系化合物半導体層であり、この窒化物系化合物半導体層の下に、該窒化物系化合物半導体層よりもエッチングされにくい層を挿入したウェハを用いることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
9. 請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、
   前記エッチングされにくい層として、Ａｌ組成が１％以上で、且つ厚さが３nm以上、好ましくは５nm以上の窒化物半導体層を挿入することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
10. 活性層を含む発光層と、この発光層の上に形成された窒化物半導体から成るコンタクト層と、前記コンタクト層の上に形成された光取出し側電極とを備えた窒化物系化合物半導体発光素子において、
    前記コンタクト層の表面の光取出し面に多数の微細な凹凸を形成して、光散乱用の粗面としたことを特徴とする半導体発光素子。
11. 請求項１０記載の半導体発光素子において、
    前記発光層が、シングルヘテロ接合、ダブルヘテロ接合もしくはホモ接合のいずれかを備えていることを特徴とする半導体発光素子。

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