JP2007049027A - 半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ｐ型半導体層に対するリフトオフの歩留まりを高くすることが可能で、且つ耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することが可能な半導体発光装置の製造方法を提供する。また、この半導体発光装置を提供する。
【解決手段】III族窒化物系化合物半導体基板上に、２層のマスク層を前記ｐ型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成するマスク層形成工程と、マスク層エッチング工程と、半導体層エッチング工程と、前記２層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層の側面を選択的にエッチングして前記ｐ型半導体層の一部を露出させた溝部を形成するサイドエッチング工程と、露出した前記ｐ型半導体層を覆うようにＺｒＯ２膜を形成するＺｒＯ２膜形成工程と、前記ＺｒＯ２膜を覆うようにＡｌ２Ｏ３膜を形成するＡｌ２Ｏ３膜形成工程と、マスク層除去工程と、電極層形成工程と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体発光素子を備える半導体発光装置の製造方法及びその半導体発光装置に関する。
従来、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置を製造する場合、以下のようにして行っていた。ここで、従来の半導体発光装置を製造する手順について、図７及び図８を参照して説明する。
図７及び図８は、従来のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置を製造する工程の一部を示した概略図である。図７及び図８において、（ａ）から（ｄ）は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。また、図９に、従来の製造方法により得られた半導体発光装置の概略構成図を示す。なお、図７及び図８では、半導体発光装置の製造方法の説明に必要な一部分のみを記載している。
従来の半導体発光装置を製造する工程では、まず、図７（ａ）に示すように、基板（不図示）上にｎ−ＧａＮコンタクト層（不図示）、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層（不図示）、ｎ−ＧａＮガイド層４３、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層４４、ｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層５５、ｐ−ＧａＮガイド層５６、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４５及びｐ−ＧａＮコンタクト層４６が順に配置された半導体基板のｐ−ＧａＮコンタクト層４６の上面にＳｉＯ２膜５０を形成する。その後、図７（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜５０上にストライプ状のレジストパターン５１を形成する。
次に、図７（ｂ）で形成したレジストパターン５１をマスクにして、図７（ｃ）に示すようにＳｉＯ２膜５０をエッチングする。その後、レジストパターン５１を剥離させる。そして、レジストパターン５１の剥離により露出したＳｉＯ２膜５０のレジストパターンをマスクにして、図７（ｄ）に示すようにｐ−ＧａＮコンタクト層４６及びｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４５、並びにｐ−ＧａＮガイド層５６の途中までエッチングする。
次に、後のｎ型電極層の形成のため、図８（ａ）に示すように、ドライエッチングによりｎ−ＧａＮコンタクト層４１を露出させるまで掘り込む。そして、図８（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜５０のレジストパターンと共にｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４５及びｐ−ＧａＮコンタクト層４６を含む半導体層の表面を覆うようにして絶縁膜４７を形成する。ここで、絶縁膜４７としては、ＺｒＯ２膜又はＡｌ２Ｏ３膜のいずれかを適用する。
その後、フッ酸処理により絶縁膜４７と共にＳｉＯ２膜５０をリフトオフする（図８（ｃ））。また、後にｎ型電極層を蒸着する部分の絶縁膜４７をドライエッチングにより除去してｎ−ＧａＮコンタクト層４１を露出させる。
そして、上記リフトオフにより露出したｐ−ＧａＮコンタクト層４６の上面５２及び絶縁膜４７を図８（ｄ）に示すように覆うようにｐ型電極層４８を形成する。また、ｎ−ＧａＮコンタクト層４１の露出した上面にｎ型電極層４９を形成し、基板４０ごと劈開して図９に示す半導体発光装置５００（例えば、特許文献１、２を参照。）を得る。
このようにして得られた従来の半導体発光装置５００は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置において、基板４０と、基板４０上に配置されたｎ型半導体層としてのｎ−ＧａＮコンタクト層４１、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４２及びｎ−ＧａＮガイド層４３と、ｎ−ＧａＮガイド層４３上に配置された活性層としてのＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層４４と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層４４上に配置され、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層４４上方に突起したメサ部５３が形成されたｐ型半導体層としてのｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層５５、ｐ−ＧａＮガイド層５６、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４５及びｐ−ＧａＮコンタクト層４６と、メサ部５３の上面５２を露出させるようにメサ部５３を覆った絶縁膜４７と、絶縁膜４７上からメサ部５３を覆いｐ−ＧａＮコンタクト層４６と電気的に接続する電極層としてのｐ型電極層４８と、ｎ−ＧａＮコンタクト層４１と電気的に接続するｎ型電極層４９と、を有する。
特開２０００−３１２０５１号公報。 特開２００３−１４２７６９号公報。
しかし、絶縁膜４７としてＺｒＯ２膜を適用すると、ＺｒＯ２膜は、ｐ型電極層となるＰｄ／Ａｕとの密着性が悪くはがれ易い。一方で、絶縁膜４７としてＡｌ２Ｏ３膜を適用すると、Ａｌ２Ｏ３膜は、ｐ型電極層となるＰｄ／Ａｕとの密着性は良いものの、Ａｌ２Ｏ３膜の屈折率（屈折率：１．８）とｐ−ＧａＮコンタクト層４６の屈折率（屈折率：２．５）との差が大きいため、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層４４で発光した光の閉じ込め効果が大きくなり過ぎてしまう。
このように光の閉じ込め効果が大きくなると、メサ部５３の中心付近に光が集中する。そうすると、さらに中心付近の屈折率が高くなり、望ましくない横モードが発生しキンクレベルが不安定になってしまう。即ち、メサ部５３の幅だけを最適設計することによる単一横モード発振をさせることが困難となる。
一方、Ａｌ２Ｏ３膜を発光波長より十分に薄くする方法もあるが、Ａｌ２Ｏ３膜が薄すぎると膜の均一性を保てずＰｄ／Ａｕとの密着を維持できない。
さらに、図７及び図８に示す従来の半導体発光装置の製造方法では、図８（ｂ）に示す絶縁膜４７を形成する際に、図８（ｂ）に示すように絶縁膜４７がＳｉＯ２膜５０を完全に覆ってしまうため、ＳｉＯ２膜５０へのエッチング液のしみ込みが阻害される。そのため、ｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮコンタクト層４６に対するリフトオフの歩留まりが著しく低い。
また、従来の半導体発光装置の製造方法により製造された半導体発光装置では、絶縁膜４７が図７（ｄ）に示す工程で形成されたメサ部５３の側面のみに形成されているため、図９に示すｐ型電極層４８がメサ部５３の上面５２の全体と接触することとなる。そのため、半導体発光装置５００を駆動する際に、矢印が示すようにｐ型電極層４８からの電流がメサ部５３の側面付近に流れ易くなり、メサ部５３のへり部分５４に電界が集中する。そして、メサ部５３のへり部分５４への電界集中が半導体発光装置５００を破壊する原因となる。
そこで、本発明では、ｐ型電極層からの電流によるｐ型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中を抑制して耐圧を向上させると共に、絶縁膜とｐ型電極層との密着性がよく且つキンクレベルの安定化する半導体発光装置を提供することを目的とする。さらに、この半導体発光装置の製造方法でｐ型半導体層に対するリフトオフの歩留まりを高くすることが可能な半導体発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、発明者は、ｐ型半導体層上に、２層のマスク層をｐ型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成する工程を設けることによって、絶縁膜の切れ目を形成することを可能とした。さらに、ＺｒＯ２膜を形成する工程及びＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程を設けて、２層の絶縁膜を形成することとした。
具体的には、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基板上に順に配置されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体の前記ｐ型半導体層上に、２層のマスク層を前記ｐ型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成するマスク層形成工程と、前記マスク層形成工程により形成した前記２層のマスク層上に所定のレジストパターンを形成し、形成した前記レジストパターンをマスクとして前記２層のマスク層を２層ともエッチングし、その後前記レジストパターンを前記２層のマスク層から剥離させるマスク層エッチング工程と、前記マスク層エッチング工程により形成された前記２層のマスク層によるレジストパターンをマスクとして前記ｐ型半導体層をエッチングする半導体層エッチング工程と、前記半導体層エッチング工程の後、前記２層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層の側面を選択的にエッチングして前記ｐ型半導体層の一部を露出させた溝部を形成するサイドエッチング工程と、前記サイドエッチング工程により形成した前記溝部の露出した前記ｐ型半導体層を覆うようにＺｒＯ２膜を形成するＺｒＯ２膜形成工程と、前記ＺｒＯ２膜形成工程により形成した前記ＺｒＯ２膜を覆うようにＡｌ２Ｏ３膜を形成するＡｌ２Ｏ３膜形成工程と、前記Ａｌ２Ｏ３膜形成工程の後、残存した前記２層のマスク層を前記ｐ型半導体層から除去するマスク層除去工程と、前記マスク層除去工程により露出した前記ｐ型半導体層の全面を覆うように電極層を形成する電極層形成工程と、を有することを特徴とする。
マスク層形成工程において、２層のマスク層をｐ型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成することにより、サイドエッチング工程においてエッチングレートの高いマスク層の側面を選択的にエッチングして当該側面に溝部を形成することが可能となる。そして、ＺｒＯ２膜形成工程及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程では、溝部がＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜に対して影となり、ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜が溝部に入り込むように形成される。そのため、絶縁膜であるＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜がマスク層の全面を覆うことを避けて絶縁膜に切れ目を入れることが可能となる。そのため、後の工程で２層のマスク層をｐ型半導体層から除去する際に、上記切れ目で２層のマスク層をリフトオフすることが可能となる。従って、ｐ型半導体層に対するリフトオフの歩留まりを高くすることができる。また、溝部にＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜が入り込むことにより、半導体層エッチング工程において形成されたｐ型半導体層上のメサ部のへり部分をＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜で覆って当該へり部分への電界集中を抑制して耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することができる。さらに、ＺｒＯ２膜形成工程及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程により、下層がＺｒＯ２膜及び上層がＡｌ２Ｏ３膜の２層の絶縁膜を形成することで、上層のＡｌ２Ｏ３膜によりｐ型電極層と絶縁膜との密着性を向上させ、下層のＺｒＯ２膜によりＺｒＯ２膜の屈折率とｐ型半導体層の屈折率とを整合させることで光の閉じ込め効果を緩和させることができる。そのため、キンクレベルの安定化する半導体発光装置を製造することができる。
上記半導体発光装置の製造方法の前記マスク層形成工程において、前記２層のマスク層の互いのエッチングレートの比を５以上とすることが望ましい。また、前記２層のマスク層の互いのエッチングレートの比を１０以上とすることがより望ましい。
２層のマスク層のエッチングレートの比を５以上とすることにより、サイドエッチング工程において、エッチングレートの低いマスク層のエッチング量を極僅かにでき、溝部の深さの調整が可能となる。そのため、ＺｒＯ２膜形成工程及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程形成工程において、ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜の溝部への入り込み量を十分なものとしてｐ型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果を高くすることができる。
また、上記半導体発光装置の製造方法の前記マスク層形成工程において、前記２層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層を、回転塗布により、回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化することにより、又はレーザアブレーションにより形成する酸化物又は窒化物とし、前記２層のマスク層のうちエッチングレートの低いマスク層を、スパッタリング又はプラズマ化学気相成長法により形成する酸化物又は窒化物とすることが望ましい。
２層のマスク層を上記のいずれかのものとすることにより、互いのエッチングレートの差を十分なものとして、サイドエッチング工程におけるエッチングレートの低いマスク層のエッチング量を極僅かにすることができる。そのため、サイドエッチング工程において、溝部の深さの調整が可能となる。そのため、ＺｒＯ２膜形成工程及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程において、ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜の溝部への入り込み量を十分なものとして、ｐ型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果を高くすることができる。
また、上記半導体発光装置の製造方法の前記マスク層形成工程において、前記エッチングレートの高いマスク層の層厚を１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることを含む。
マスク層形成工程において、エッチングレートの高いマスク層の層厚を１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることにより、ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜のメサ部の上面に沿った内側の壁面を上方に向かって広がるように傾斜したものとすることができる。そのため、ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜とメサ部上面との間で起こる応力集中を抑制した半導体発光装置を製造することが可能となる。また、エッチングレートの低いマスク層をスパッタリングやプラズマ化学気相成長法により形成する場合には、エッチングレートの高いマスク層にｐ型半導体層に対するプラズマダメージを軽減させる効果を持たせることもできる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置であって、基板と、該基板上に配置されたｎ型半導体層と、該ｎ型半導体層上に配置された活性層と、該活性層上に配置され、前記活性層上方に突起したメサ部が形成されたｐ型半導体層と、前記メサ部の上面を露出させるように該上面のへりに沿った内側から前記メサ部の側面にかけて前記メサ部を覆ったＺｒＯ２膜と、前記メサ部の上面を露出させるように前記ＺｒＯ２膜を覆ったＡｌ２Ｏ３膜と、前記ＺｒＯ２膜及び前記Ａｌ２Ｏ３膜上から前記メサ部を覆い前記ｐ型半導体層と電気的に接続する電極層と、を有することを特徴とする。
ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜がメサ部の上面を露出させるように該上面のへりに沿った内側からメサ部の側面にかけてメサ部を覆うことにより、電極層からの電流によるｐ型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中を抑制することができ、耐圧が向上する。そのため、本発明に係る半導体発光装置は、高出力とすることができる。さらに、下層をＺｒＯ２膜、上層をＡｌ２Ｏ３膜の２層の絶縁膜とすることで、本発明に係る半導体発光装置は、上層のＡｌ２Ｏ３膜によりｐ型電極層と絶縁膜との密着性を向上させ、下層のＺｒＯ２膜によりＺｒＯ２膜の屈折率とｐ型半導体層の屈折率とを整合させることで光の閉じ込め効果を緩和させることができる。そのため、本発明に係る半導体発光装置は、キンクレベルが安定化する。
また、上記半導体発光装置において、前記ＺｒＯ２膜及び前記Ａｌ２Ｏ３膜の前記メサ部の上面に沿った内側の壁面が前記メサ部の上方に向かって広がるように傾斜していることが望ましい。
ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜のメサ部の上面に沿った内側の壁面がメサ部の上方に向かって広がるように傾斜することで、メサ部の上面から壁面にかけて滑らかな曲線となり、ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜とメサ部上面との間で熱膨張率の違いによる応力集中が起こることがない。従って、本発明に係る半導体発光装置は、長寿命である。
また、上記半導体発光装置において、前記壁面が２段の階段形状となっていることが望ましい。
ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜のメサ部の上面に沿った内側の壁面を２段の階段形状とすることで、メサ部のへり部分と電極層との間のＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜の厚さを厚くすることができる。そのため、ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜による電極層とメサ部のへり部分との絶縁性を十分なものとしてｐ型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果を高くすることができる。
また、上記半導体発光装置において、前記ＺｒＯ２膜及び前記Ａｌ２Ｏ３膜と前記メサ部の上面との接触部分の前記メサ部の上面のへりからの幅が０を超えて、０．５μｍ以下であることが望ましい。
ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜とメサ部の上面との接触部分のメサ部の上面のへりからの幅を０を超えて、０．５μｍ以下とすることで、ｐ型電極層からｐ型半導体層への電流を十分な量確保しつつｐ型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果を高くすることができる。
本発明では、ｐ型電極層からの電流によるｐ型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中を抑制して耐圧を向上させると共に、絶縁膜とｐ型電極層との密着性がよく且つキンクレベルの安定化する半導体発光装置を提供することができる。さらに、ｐ型電極層からの電流によるｐ型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中を抑制して耐圧を向上させると共に、絶縁膜とｐ型電極層との密着性がよく且つキンクレベルの安定化する半導体発光装置の製造方法でｐ型半導体層に対するリフトオフの歩留まりを高くすることが可能な半導体発光装置の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
（第１実施形態）
まず、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体のウェハにｐ型電極層及びｎ型電極層を形成するまでの工程を示した概略図である。図１及び図２において、（ａ）から（ｄ）は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。なお、各図において、半導体発光装置の製造方法の説明に必要な一部分のみを記載している。
（マスク層形成工程）
本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体の半導体発光装置を製造する。まず、図１（ａ）に示すように、基板１０上に順に配置されたｎ型半導体層（ｎ−ＧａＮコンタクト層１１、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１２及びｎ−ＧａＮガイド層１３）、活性層（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層１４）及びｐ型半導体層（ｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層２４、ｐ−ＧａＮガイド層２５、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１５及びｐ−ＧａＮコンタクト層１６）のｐ−ＧａＮコンタクト層１６上に、２層のマスク層（第１マスク層２０、第２マスク層２１）をｐ−ＧａＮコンタクト層１６に近い側からエッチングレートの高い順に形成する。ここで、基板１０としては、例えばサファイア基板やＧａＮ基板を適用することができる。
このように、２層のマスク層をｐ−ＧａＮコンタクト層１６に近い側からエッチングレートの高い第１マスク層２０、第２マスク層２１の順に形成することにより、後に説明するサイドエッチング工程においてエッチングレートの高い第１マスク層２０の側面を選択的にエッチングして当該側面に溝部を形成することが可能となる。
ここで、エッチングレートの高い第１マスク層２０とエッチングレートの低い第２マスク層２１のエッチングレートの比を５以上とすることが望ましい。さらに望ましくは、エッチングレートの比を１０以上とすることである。エッチングレートの比を５以上とすることにより、後に説明するサイドエッチング工程において、エッチングレートの低い第２マスク層２１のエッチング量を極僅かにでき、溝部の深さの調整が可能となる。そのため、後に説明するＺｒＯ２膜形成工程及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程において、ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜の溝部への入り込み量を十分なものとしてｐ型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果が高い半導体発光装置の製造が可能となる。
また、２層のマスク層のうちエッチングレートの高い第１マスク層２０を、回転塗布により、回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化することにより、又はレーザアブレーションにより形成する酸化物又は窒化物とし、２層のマスク層のうちエッチングレートの低い第２マスク層２１を、スパッタリング又はプラズマ化学気相成長法により形成する酸化物又は窒化物とすることもできる。第１マスク層２０と第２マスク層２１は、例えば、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層とスパッタリングにより形成するＳｉＯ２層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層とプラズマ化学気相成長法により形成するＳｉＯ２層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層とスパッタリングにより形成するＳｉＮ層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層とプラズマ化学気相成長法により形成するＳｉＮ層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層とスパッタリングにより形成するＺｒＯ２層、レーザアブレーションにより形成するＺｎＯ層とスパッタリングにより形成するＳｉＯ２層、レーザアブレーションにより形成するＺｎＯ層とプラズマ化学気相成長法により形成するＳｉＯ２層、レーザアブレーションにより形成するＺｎＯ層とスパッタリングにより形成するＳｉＮ層、レーザアブレーションにより形成するＺｎＯ層とプラズマ化学気相成長法により形成するＳｉＮ層、又はレーザアブレーションにより形成するＺｎＯ層とスパッタリングにより形成するＺｒＯ２層のいずれかの組合せとすることができる。
第１マスク層２０及び第２マスク層２１の組合せを上記のいずれかのものとすることにより、互いのエッチングレートの差を十分なものとし、後に説明するサイドエッチング工程におけるエッチングレートの低い第２マスク層２１のエッチング量を極僅かにすることができる。そのため、サイドエッチング工程において、溝部の深さの調整が可能となる。そのため、後に説明するＺｒＯ２膜形成工程及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程において、ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜の溝部への入り込み量を十分なものとして、ｐ型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果が高い半導体発光装置の製造が可能となる。
ここで、「回転塗布」とは、所定の溶液を基板上に塗布した後、基板を回転させて基板全体に当該溶液を分散させる塗布方法を意味する。回転塗布により形成するＳｉＯ２層は、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）層であり、所定の溶液としてシラノール化合物の溶液を適用する。そして、回転塗布後、常温下で放置して自然乾燥させるか、或いは加熱処理することにより形成する。また、「スパッタリング」とは、真空中に不活性ガス（主にアルゴンガス）を導入しながら基板とターゲットとの間に直流高電圧を印加し、イオン化したアルゴンをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を基板上に堆積させて成膜させる方法を意味する。また、「プラズマ化学気相成長法」とは気相の原料ガスを流し、プラズマ放電中の化学反応を利用して生成物を基板上に堆積させて成膜させる方法を意味する。また、「レーザアブレーション」とは、紫外域に発振波長を持つエキシマレーザのレーザ光をターゲットに照射し、その蒸発粒子を基板上に堆積させて成膜させる方法を意味する。
本実施形態では、第１マスク層２０として、ＳｉＯ２層をゾルゲル法により形成し、第２マスク層２１として、ＳｉＯ２層をスパッタリングにより形成した。ここで、ゾルゲル法とは、金属アルコキシドからなるゾルの流動性を加水分解・重縮合反応により失わせたゲルを加熱して酸化物を得る方法である。ゾルゲル法は、スパッタリングに比較して原子同士の結合が疎になるため第１マスク層２０及び第２マスク層２１のエッチングレートの比を十分とることができる。
また、エッチングレートの高い第１マスク層２０は、層厚Ｈ１を１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることがよい。第１マスク層２０の層厚Ｈ１を１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることにより、後述するＺｒＯ２膜形成工程及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程においてメサ部上に形成される絶縁膜であるＡｌ２Ｏ３膜の内側の壁面を上方に向かって広がるように傾斜したものとすることができる。そのため、ＺｒＯ２膜形成とメサ部上面との間で起こる応力集中を抑制した半導体発光装置を製造することが可能となる。また、本実施形態のように第２マスク層２１をスパッタリングやプラズマ化学気相成長法により形成する場合には、ｐ−ＧａＮコンタクト層１６に対するプラズマダメージを軽減させる効果を第１マスク層２０に持たせることもできる。
（マスク層エッチング工程）
次に、マスク層形成工程により形成した第１マスク層２０及び第２マスク層２１上に、図１（ｂ）に示すように所定のレジストパターン２２を形成する。本実施形態では、半導体発光装置を量産するため、ストライプ状のレジストパターンを形成することとした。また、ストライプの幅を１μｍから２μｍとした。そして、形成したレジストパターン２２をマスクとして、図１（ｃ）に示すように、第１マスク層２０及び第２マスク層２１の２層ともエッチングする。その後、レジストパターン２２を２層の第１マスク層２０及び第２マスク層２１から剥離させる。
（半導体層エッチング工程）
次に、上記マスク層エッチング工程により形成された２層の第１マスク層２０及び第２マスク層２１によるレジストパターンをマスクとして図１（ｄ）に示すようにｐ−ＧａＮコンタクト層１６及びｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１５、並びにｐ−ＧａＮガイド層２５の途中までドライエッチングする。この工程によりｐ−ＧａＮコンタクト層１６上に、後に形成するｐ型電極層と電気的に接続するメサ部３１が形成される。ここで、第２マスク層２１の層厚が薄いと、ドライエッチング時に第２マスク層２１が完全に除去されてしまうため、第２マスク層２１の層厚は、前述のマスク層形成工程において所定値以上で形成する。なお、ドライエッチングとは、プラズマ化したエッチングガスとエッチング対象との化学反応によりエッチング対象を離脱させる方法である。
（サイドエッチング工程）
次に、図２（ａ）に示すように、２層のマスク層のうち第１マスク層２０の側面を選択的にエッチングしてｐ−ＧａＮコンタクト層１６の一部を露出させた溝部３７を形成する。ここで、本実施形態では、１−水素２−フッ化アンモニウム溶液であるバッファドフッ酸をエッチング液とし、このエッチング液に図１（ｄ）に示すメサ部３１を所定の時間浸してウェットエッチングして溝部３７（図２（ａ））を形成した。この溝部３７の深さＬ１は、後に説明するＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程において形成する絶縁膜の入り込み量に応じて決定する。なお、第１マスク層２０として、レーザアブレーションにより形成したＺｎＯ層を適用した場合には、溝部３７を形成するエッチング液として塩酸を適用する。
（ＺｒＯ２膜形成工程及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程）
次に、図２（ｂ）に示すように、上記サイドエッチング工程により形成した溝部３７の露出したｐ−ＧａＮコンタクト層１６を覆うようにＺｒＯ２膜２６を形成する（ＺｒＯ２膜形成工程）。その後、ＺｒＯ２膜２６を覆うようにＡｌ２Ｏ３膜２７を形成する（Ａｌ２Ｏ３膜形成工程）。本実施形態では、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７は、前述のスパッタリング、プラズマ化学気相成長法又はレーザアブレーションにより成膜する。これらの方法を適用すると、降り注ぐように堆積する絶縁膜であるＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７の原料に対して溝部３７の上側の面２３が影となるため、図２（ｂ）に示すように溝部３７に入り込むようにＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７が形成される。そのため、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７が第１マスク層２０及び第２マスク層２１の全面を覆うことを避けてＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７に切れ目を入れることが可能となる。つまり、溝部３７の露出したｐ−ＧａＮコンタクト層１６を覆うＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７と、第２マスク層２１を覆うＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７との間に切れ目が入る。そのため、後述するマスク層除去工程において第１マスク層２０及び第２マスク層２１をｐ−ＧａＮコンタクト層１６から除去する際に、上記切れ目で第１マスク層２０及び第２マスク層２１をリフトオフすることが可能となる。従って、ｐ−ＧａＮコンタクト層１６に対するリフトオフの歩留まりを高くすることができる。
また、溝部３７に絶縁膜であるＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７が入り込むことにより、前述の半導体層エッチング工程において形成されたメサ部３１のへり部分３２をＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７で覆ってへり部分３２への電界集中を抑制して耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することができる。さらに、ＺｒＯ２膜形成工程及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程により、下層をＺｒＯ２膜２６、上層をＡｌ２Ｏ３膜２７の２層の絶縁膜とすることで、上層のＡｌ２Ｏ３膜２７により、後に形成するｐ型電極層と絶縁膜との密着性を向上させ、下層のＺｒＯ２膜２６によりＺｒＯ２膜２６の屈折率（屈折率：２．２）とｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮコンタクト層１６の屈折率（屈折率：２．５）とを整合させることで光の閉じ込め効果を緩和させることができる。そのため、キンクレベルの安定化する半導体発光装置を製造することができる。また、これにより、メサ部３１の幅のみの設計でキンクレベルを制御することが可能となる。
ＺｒＯ２膜２６は、１０ｎｍから４００ｎｍの厚さで成膜することが望ましく、Ａｌ２Ｏ３膜２７は、１０ｎｍから１００ｎｍの厚さで成膜することが望ましい。絶縁膜であるＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７の総膜厚を５００ｎｍ以上で成膜すると、絶縁膜が溝部３７を覆ってしまい、絶縁膜の切れ目を入れることができないからである。
なお、へり部分３２をＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７で覆うことのみであれば、従来の製造方法において、例えば、図８（ａ）においてＳｉＯ２膜５０の側面を予めエッチングしておくことで可能となると考えられる。本実施形態では、へり部分３２をＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７で覆うこととｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮコンタクト層１６に対するリフトオフの歩留まりを向上させることを同時に満たすことができる点で、従来技術に対して顕著な効果を有している。
（マスク層除去工程）
次に、残存した第１マスク層２０及び第２マスク層２１を図２（ｃ）に示すようにｐ−ＧａＮコンタクト層１６から除去する。本実施形態では、上記のバッファドフッ酸に図２（ｂ）に示すメサ部３１を浸して第１マスク層２０及び第２マスク層２１をリフトオフした。
（電極層形成工程）
次に、上記マスク層除去工程により露出したｐ−ＧａＮコンタクト層１６の上面３０の全面を図２（ｄ）に示すように覆うようにｐ型電極層１８を形成する。ここで、ｐ型電極層１８は、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７上でｐ型電極層の形成部分を除いた部分に予めレジストパターンによりマスクをした上で、メサ部３１の上面３０及び側面にのみ蒸着させることにより形成する。また、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７と共にドライエッチングにより除去してｎ−ＧａＮコンタクト層１１を露出させる。そして、上記リフトオフにより露出したｎ−ＧａＮコンタクト層１１の上面にｎ型電極層１９を形成する。そして、ｎ−ＧａＮコンタクト層１１を露出させるまで掘り込み、ｎ−ＧａＮコンタクト層１１の露出した上面にｎ型電極層１９を形成する。その後、基板１０ごと劈開して半導体発光装置を得る。上記劈開は、予め基板１０をラッピングにより薄くすることで実現することができる。
なお、本実施形態では、電極層形成工程においてｎ型電極層１９の配置部分を形成したが、前述のサイドエッチング工程と前後して、図２（ａ）においてドライエッチングによりｎ−ＧａＮコンタクト層１１を露出させるまで掘り込むことによってｎ型電極層１９の配置部分を形成することとしてもよい。
ここで、本実施形態に係る半導体発光装置について説明する。本実施形態に係る半導体発光装置は、前述の製造方法及び後述する他の形態の製造方法により製造することができる。
図３に本実施形態に係る半導体発光装置の概略構成図を示す。また、図４に、別の形態の半導体発光装置の概略構成図を示す。
本実施形態に係る半導体発光装置１００は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置であって、基板１０と、基板１０上に配置されたｎ型半導体層としてのｎ−ＧａＮコンタクト層１１、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１２及びｎ−ＧａＮガイド層１３と、ｎ−ＧａＮガイド層１３上に配置された活性層としてのＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層１４と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層１４上に配置され、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層１４上方に突起したメサ部３１が形成されたｐ型半導体層としてのｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層２４、ｐ−ＧａＮガイド層２５、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１５及びｐ−ＧａＮコンタクト層１６と、メサ部３１の上面３０を露出させるように上面３０のへり部分３２に沿った内側からメサ部３１の側面３５にかけてメサ部３１を覆ったＺｒＯ２膜２６と、メサ部３１の上面３０を露出させるようにＺｒＯ２膜２６を覆ったＡｌ２Ｏ３膜２７と、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７上からメサ部３１を覆いｐ−ＧａＮコンタクト層１６と電気的に接続する電極層としてのｐ型電極層１８と、ｎ−ＧａＮコンタクト層１１と電気的に接続するｎ型電極層１９と、を有する。
ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７がメサ部３１の上面３０を露出させるように上面３０のへり部分３２に沿った内側からメサ部３１の側面３５にかけてメサ部３１を覆うことにより、メサ部３１の上面３０の中央部分がｐ型電極層１８とｐ−ＧａＮコンタクト層１６との接触部分となる。そのため、ｐ型電極層１８からの電流を図３（ｂ）の矢印が示すようにメサ部３１の上面３０中央からｐ−ＧａＮコンタクト層１６に向けて流すことが可能となる。そのため、ｐ型電極層１８からの電流によるメサ部３１のへり部分３２への電界集中を抑制することができ、耐圧が向上する。従って、本実施形態に係る半導体発光装置１００は、高出力とすることができる。さらに、下層をＺｒＯ２膜２６、上層をＡｌ２Ｏ３膜２７の２層の絶縁膜とすることで、上層のＡｌ２Ｏ３膜２７によりｐ型電極層１８と絶縁膜との密着性を向上させ、下層のＺｒＯ２膜２６によりＺｒＯ２膜２６の屈折率（屈折率：２．２）とｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮコンタクト層１６の屈折率（屈折率：２．５）とを整合させることで光の閉じ込め効果を緩和させることができる。そのため、半導体発光装置１００のキンクレベルを安定化させることができる。
本実施形態では、絶縁膜１７は、図３（ａ）に示すように、メサ部３１のへり部分３２に沿ってメサ部３１の上面３０の外周を覆うように配置し、メサ部３１の上面３０をカルデラ形状に露出させている。ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７の配置は、前述のマスク層エッチング工程におけるレジストパターン２２（図１（ｂ））の形状によって変わりうるが、図３（ａ）のように、メサ部３１の上面３０の外周をＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７で覆うように配置すると電界集中の抑制効果が高い。また、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７は、図４（ａ）に示す別形態の半導体発光装置１０１のように、メサ部３３の両方のへり部分３４ａ、３４ｂに沿って互いに平行にして配置してもよい。III族窒化物系化合物半導体では、半導体層が基板１０としてのサファイア基板上に形成されることが多い。この場合、ｎ型電極層１９とｐ型電極層１８とが同じ向きに配置されるため、メサ部３３のｐ型電極層１８及びｎ型電極層１９の配列に平行な側のへり部分３６においてはｐ型電極層１８から流れる電流による電界集中は生じにくい。そのため、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７をｐ型電極層１８及びｎ型電極層１９の配列に垂直な側のへり部分３４ａ、３４ｂを覆うと電界集中抑制効果を十分に得ることができる。この場合、前述のマスク層エッチング工程において、レジストパターン２２（図１（ｂ））をストライプ形状にすることでよい。
ここで、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７のメサ部３１の上面３０に沿った内側の壁面３８の形状について詳説する。図５及び図６に、本実施形態に係る半導体発光装置のメサ部の拡大概略切断面図を示す。
ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７のメサ部３１の上面３０に沿った内側の壁面３８は、図５に示すように、メサ部３１の上方に向かって広がるように傾斜することが望ましい。壁面３８がメサ部３１の上方に向かって広がるように傾斜することで、メサ部３１の上面３０から壁面３８にかけて滑らかな曲線となるため、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７とメサ部３１の上面３０との間で熱膨張率の違いによる応力集中が起こることがない。そのため、半導体発光装置１００を長寿命とすることができる。
また、壁面３８は、応力集中の抑制効果を得るために、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７のへり部分３２からの幅Ｌ２に対するＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７の高さＨ２の比（即ち、Ｈ２／Ｌ２の値）を３以下とすることがよい。壁面３８の傾斜角度は、前述のマスク層形成工程において形成する第１マスク層２０の層厚Ｈ１（図１（ａ）、図２（ａ））とサイドエッチング工程において形成する溝部３７の深さＬ１（図２（ａ））とにより調節して所定のものとすることができる。なお、マスク層形成工程における第１マスク層２０の層厚Ｈ１（図１（ａ）、図２（ａ））は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。また、サイドエッチング工程における溝部３７の深さＬ１（図２（ａ））は、第１マスク層２０の層厚Ｈ１に合わせて第１マスク層２０の層厚Ｈ１に対する溝部３７の深さＬ１の比が３以下となるようにエッチング時間を調節して決定する。ここで、第１マスク層２０の層厚を１００ｎｍ、第２マスク層２１の層厚を２００ｎｍとし、エッチング液である１０％濃度のバッファドフッ酸にメサ部３１を約６０秒間浸してウェットエッチングすると、深さ０．２μｍの溝部３７を形成することができる。
また、壁面３８は、図６に示す別形態のように、２段の階段形状とすることも望ましい。壁面３８を２段の階段形状とすることで、メサ部３１のへり部分３２とｐ型電極層１８との間のＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７の厚さＨ３を厚くすることができる。そのため、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７によるｐ型電極層１８とメサ部３１のへり部分との絶縁性を十分なものとしてメサ部３１のへり部分３２への電界集中の抑制効果を高くすることができる。２段の階段形状の壁面３８は、前述のマスク層形成工程において形成する第１マスク層の層厚Ｈ１（図１（ａ）、図２（ａ））とサイドエッチング工程において形成する溝部の深さＬ１（図２（ａ））とにより調節して所定のものとすることができる。なお、２段の階段形状の壁面３８を得る場合、マスク層形成工程における第１マスク層２０の層厚Ｈ１（図１（ａ）、図２（ａ））は、１００ｎｍより大きい値とすることが望ましい。
さらにＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７は、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７とメサ部３１の上面３０との接触部分のへり部分３２からの幅Ｌ２（図３から図６）を０を超えて、０．５μｍ以下とすることが望ましい。ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７のへり部分３２からの幅を０を超えて、０．５μｍ以下とすることで、ｐ型電極層１８からｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮコンタクト層１６への電流を十分な量確保しつつｐ−ＧａＮコンタクト層１６上のメサ部３１のへり部分３２への電界集中の抑制効果を高くすることができる。
以上説明したように、本実施形態に係る半導体発光装置１００の製造方法では、製造工程において溝部を形成し、当該溝部に入り込むようにＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７を形成することにより、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７に切れ目を入れることが可能となったため、ｐ−ＧａＮコンタクト層１６に対するリフトオフの歩留まりを高くすることが可能である。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層１６上のメサ部３１のへり部分３２を絶縁膜１７で覆った半導体発光装置を製造することができる。さらに、マスク層形成工程における第１マスク層２０の層厚Ｈ１（図１（ａ））によっては、絶縁膜１７のメサ部３１の上面３０に沿った内側の壁面３８をメサ部３１の上方に向かって広がるように傾斜したものとすることもできる。
一方、ｐ−ＧａＮコンタクト層１６上のメサ部３１のへり部分３２をＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７で覆った半導体発光装置１００は、ｐ型電極層１８からのメサ部３１のへり部分３２への電流による電界集中が抑制されるため、耐圧が向上する。そのため、高出力とすることができる。さらに、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７のメサ部３１の上面３０に沿った内側の壁面３８をメサ部３１の上方に向かって広がるように傾斜させると、ＺｒＯ２膜２６及びＡｌ２Ｏ３膜２７とメサ部３１の上面３０との間で熱膨張率の違いによる応力集中が起こることがないため、半導体発光装置１００を長寿命とすることができる。
（第２実施形態）
次に、半導体発光装置の製造方法の別形態について説明する。図１０から図１３は、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体のウェハに、ｐ型電極層及びｎ型電極層を形成して半導体発光装置を完成させるまでの工程を示した概略図である。また、図１４に他の形態に係る半導体発光装置の製造工程の概略図を示す。図１０から図１３において、（ａ）から（ｄ）は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。また、図１４において、（ａ）及び（ｂ）は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。なお、図１０から図１４では、単体の半導体発光装置のみを記載しているが、第１実施形態のように同時に複数の半導体発光装置を製造する方法にも拡張して適用することができる。
（ウェハ形成工程）
本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体の半導体発光装置を製造する。まず、図１０（ａ）に示すように、基板としてのＧａＮ基板６０上に順に配置されたｎ型半導体層（ｎ−ＧａＮバッファ層６１、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６２、ｎ−ＧａＮガイド層６３）、活性層（ＩｎＧａＮ超格子層６４、ＩｎＧａＮ多重量子井戸発光層６５）及びｐ型半導体層（ｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層６６、ｐ−ＧａＮガイド層６７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層６８、ｐ−ＧａＮコンタクト層６９）を形成してウェハ２００を得る。
ここで、図１０（ａ）に示すIII族窒化物系化合物半導体のウェハ２００の各層の伝導型、組成式、組成率及び層厚について説明する。なお、ここでの説明は、ウェハ２００の構成の１例である。
本実施形態では、ｎ−ＧａＮバッファ層６１及びｎ−ＧａＮガイド層６３は、組成式ＧａＮで表される層とし、それぞれの層厚を４０００ｎｍ及び１００ｎｍとした。また、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６２は、組成式ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ：８％）で表される層厚１２００ｎｍの層とした。
また、活性層の一部であるＩｎＧａＮ超格子層６４は、ｎ型の組成式ＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＧａＮ（ｘ：２／０％）で表される層厚１／２ｎｍの層とした。また、ＩｎＧａＮ多重量子井戸発光層６５は、ｎ型の組成式ＧａＮで表される層厚９ｎｍの層と真性の組成式ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ：７％）で表される層厚３ｎｍの層とをそれぞれＧａＮ基板６０の側から交互に重ねた。そして、各層の数の合計をそれぞれ４層及び３層とした。
また、ｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層６６は、真性の組成式ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ：２３％）で表される層厚１０ｎｍの層とｐ型の組成式ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ：２３％）で表される層厚１５ｎｍの層とを重ねたものとした。
また、ｐ−ＧａＮガイド層６７は、組成式ＧａＮで表される層厚１００ｎｍの層とした。なお、この層は、真性としてもよい。
また、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層６８は、組成式ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ：８％）で表される層厚４００ｎｍの層とし、ｐ−ＧａＮコンタクト層６９は、組成式ＧａＮで表される層厚１００ｎｍの層とした。
（マスク層形成工程）
次に、図１０（ａ）に示すウェハ２００上に、図１０（ｂ）に示すように２層のマスク層（第１マスク層７０、第２マスク層７１）をｐ−ＧａＮコンタクト層６９に近い側からエッチングレートの高い順に形成する。
このように、２層のマスク層をｐ−ＧａＮコンタクト層６９に近い側からエッチングレートの高い第１マスク層７０、第２マスク層７１の順に形成することにより、後に説明するサイドエッチング工程においてエッチングレートの高い第１マスク層７０の側面を選択的にエッチングして当該側面に溝部を形成することが可能となる。
ここで、第１実施形態で説明したように、エッチングレートの高い第１マスク層７０とエッチングレートの低い第２マスク層７１のエッチングレートの比を５以上とすることが望ましい。さらに望ましくは、エッチングレートの比を１０以上とすることである。
また、第１実施形態で説明したように、第１マスク層７０と第２マスク層７１を、例えば、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層とスパッタリングにより形成するＳｉＯ２層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層とプラズマ化学気相成長法により形成するＳｉＯ２層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層とスパッタリングにより形成するＳｉＮ層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層とプラズマ化学気相成長法により形成するＳｉＮ層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層とスパッタリングにより形成するＺｒＯ２層、レーザアブレーションにより形成するＺｎＯ層とスパッタリングにより形成するＳｉＯ２層、レーザアブレーションにより形成するＺｎＯ層とプラズマ化学気相成長法により形成するＳｉＯ２層、レーザアブレーションにより形成するＺｎＯ層とスパッタリングにより形成するＳｉＮ層、レーザアブレーションにより形成するＺｎＯ層とプラズマ化学気相成長法により形成するＳｉＮ層、又はレーザアブレーションにより形成するＺｎＯ層とスパッタリングにより形成するＺｒＯ２層のいずれかの組合せとすることもできる。
また、第１実施形態で説明したように、エッチングレートの高い第１マスク層７０は、層厚を１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることがよい。
（マスク層エッチング工程）
次に、マスク層形成工程により形成した第１マスク層７０及び第２マスク層７１上に、図１０（ｃ）に示すように所定のレジストパターン７２を形成する。そして、形成したレジストパターン７２をマスクとして、図１０（ｄ）に示すように、第１マスク層７０及び第２マスク層７１の２層ともエッチングする。その後、レジストパターン７２を２層の第１マスク層７０及び第２マスク層７１から剥離させる（図１１（ａ））。
（半導体層エッチング工程）
次に、上記マスク層エッチング工程により形成された２層の第１マスク層７０及び第２マスク層７１によるレジストパターンをマスクとして図１１（ｂ）に示すようにｐ−ＧａＮコンタクト層６９及びｐ−ＡｌＧａＮクラッド層６８、並びにｐ−ＧａＮガイド層６７の途中までドライエッチングする。ここで、第２マスク層７１の層厚が薄いと、ドライエッチング時に第２マスク層７１が完全に除去されてしまうため、第２マスク層７１の層厚は、前述のマスク層形成工程において所定値以上で形成する。この工程により、後に形成するｐ型電極層と電気的に接続するメサ部８０をｐ−ＧａＮコンタクト層６９上に形成する。
（サイドエッチング工程）
次に、図１１（ｃ）に示すように、２層のマスク層のうち第１マスク層７０の側面を選択的にエッチングしてｐ−ＧａＮコンタクト層６９の一部を露出させた溝部８１を形成する。ここで、本実施形態では、バッファドフッ酸をエッチング液とし、このエッチング液に図１０（ｃ）に示すメサ部８０を所定の時間浸してウェットエッチングして溝部８１を形成した。溝部８１の深さは、第１実施形態で説明したように、後に説明する絶縁膜形成工程において形成する絶縁膜の入り込み量に応じて決定する。
（ＺｒＯ２膜及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程）
次に、上記サイドエッチング工程により形成した溝部８１の露出したｐ−ＧａＮコンタクト層６９を覆うようにＺｒＯ２膜８３を形成する（図１１（ｄ））。その後、ＺｒＯ２膜８３を覆うようにＡｌ２Ｏ３膜８４を形成する（図１１（ｄ））。本実施形態では、ＺｒＯ２膜８３及びＡｌ２Ｏ３膜８４は、前述のスパッタリング、プラズマ化学気相成長法又はレーザアブレーションにより成膜する。これらの方法により、図１１（ｄ）に示すように図１１（ｃ）の溝部８１に入り込むようにＺｒＯ２膜８３及びＡｌ２Ｏ３膜８４が形成される。そのため、ＺｒＯ２膜８３及びＡｌ２Ｏ３膜８４が第１マスク層７０及び第２マスク層７１の全面を覆うことを避けてＺｒＯ２膜８３及びＡｌ２Ｏ３膜８４に切れ目を入れることが可能となる。つまり、溝部８１の露出したｐ−ＧａＮコンタクト層６９を覆うＺｒＯ２膜８３及びＡｌ２Ｏ３膜８４と、第２マスク層７１を覆うＺｒＯ２膜８３及びＡｌ２Ｏ３膜８４との間に切れ目が入る。そのため、後述するマスク層除去工程において第１マスク層７０及び第２マスク層７１をｐ−ＧａＮコンタクト層６９から除去する際に、上記切れ目で第１マスク層７０及び第２マスク層７１をリフトオフすることが可能となる。従って、ｐ−ＧａＮコンタクト層６９に対するリフトオフの歩留まりを高くすることができる。また、溝部８１にＺｒＯ２膜８３及びＡｌ２Ｏ３膜８４が入り込むことにより、前述の半導体層エッチング工程において形成されたメサ部８０のへり部分８２をＺｒＯ２膜８３及びＡｌ２Ｏ３膜８４で覆ってへり部分８２への電界集中を抑制して耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することができる。さらに、ＺｒＯ２膜形成工程及びＡｌ２Ｏ３膜形成工程により、下層をＺｒＯ２膜８３、上層をＡｌ２Ｏ３膜８４の２層の絶縁膜とすることで、上層のＡｌ２Ｏ３膜８４により、後に形成するｐ型半導体層と絶縁膜との密着性を向上させ、下層のＺｒＯ２膜８３によりＺｒＯ２膜８３の屈折率（屈折率：２．２）とｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮコンタクト層６９の屈折率（屈折率：２．５）とを整合させることで光の閉じ込め効果を緩和させることができる。そのため、キンクレベルの安定化する半導体発光装置を製造することができる。
ＺｒＯ２膜８３は、１０ｎｍから４００ｎｍの厚さで成膜することが望ましく。Ａｌ２Ｏ３膜８４は、１０ｎｍから１００ｎｍの厚さで成膜することが望ましい。絶縁膜であるＺｒＯ２膜８３及びＡｌ２Ｏ３膜８４の総膜厚を５００ｎｍ以上で成膜すると、絶縁膜が溝部３７を覆ってしまい、絶縁膜の切れ目を入れることができないからである。
（マスク層除去工程）
次に、第１実施形態で説明したように、例えばバッファドフッ酸に図１１（ｄ）に示すメサ部８０を浸すことにより、残存した第１マスク層７０及び第２マスク層７１を、ｐ−ＧａＮコンタクト層６９からリフトオフする。
（電極層形成工程）
次に、上記マスク層除去工程により露出したｐ−ＧａＮコンタクト層６９の全面を図１２（ａ）に示すように覆うようにｐ型電極層７４を形成する。
次に、図１２（ｂ）に示すようにメサ部８０上のｐ型電極層７４を覆うようにフォトレジスト７５を形成し、フォトレジスト７５をマスクとしてｐ型電極層７４及びＺｒＯ２膜８３及びＡｌ２Ｏ３膜８４と共に半導体層をｎ−ＧａＮバッファ層６１までドライエッチングする。そして、フォトレジスト７５をｐ型電極層７４から剥離させる（図１２（ｄ））。
次に、後にｎ型電極層を形成する部分を除いて、ｎ−ＧａＮバッファ層６１及びｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６２からｐ型電極層７４までを覆うようにフォトレジスト７６を形成する（図１３（ａ））。そして、フォトレジスト７６をマスクとしてｎ−ＧａＮバッファ層６１をドライエッチングする（図１３（ｂ））。その後、ｎ−ＧａＮバッファ層６１のエッチング部分にｎ型電極層７７を形成し（図１３（ｃ））、フォトレジスト７６を剥離させて図１３（ｄ）に示す半導体発光装置１０２を得る。
また、図１２（ａ）に示すようにｐ型電極層７４を形成した後、図１４（ａ）に示すように、ＧａＮ基板６０をラッピングにより薄化し、同図（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板６０の裏面にｎ型電極層７８を形成して、半導体発光装置１０３を得ることとしてもよい。なお、この場合、図１４（ａ）に示すように、メサ部８０を半導体発光装置の略中央に配置するため、図１０（ｃ）において、レジストパターン７２をウェハ２００の略中央に形成することとする。
ここで、図１５に、図１３（ｄ）に示す半導体発光装置１０２の各層のポテンシャルを示す。図１５に示すポテンシャルでは、各層の相対的なポテンシャルを示している。
本発明の半導体発光装置は、照明、通信、センサー、表示デバイスその他の物に搭載されるレーザダイオードとして利用することができる。
１実施形態に係る半導体発光装置の製造方法においてｐ型電極層及びｎ型電極層を形成するまでの工程の一部を示した概略図である。 １実施形態に係る半導体発光装置の製造方法においてｐ型電極層及びｎ型電極層を形成するまでの工程の一部を示した概略図である。 １実施形態に係る半導体発光装置の概略構成図である。 別の形態に係る半導体発光装置の概略構成図である。 １実施形態に係る半導体発光装置のメサ部の拡大概略切断面図である。 別の形態に係る半導体発光装置のメサ部の拡大概略切断面図である。 従来のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置を製造する工程の一部を示した概略図である。 従来のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置を製造する工程の一部を示した概略図である。 従来の製造方法により得られた半導体発光装置の概略構成図である。 １実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において半導体発光装置を得るまでの工程の一部を示した概略図である。 １実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において半導体発光装置を得るまでの工程の一部を示した概略図である。 １実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において半導体発光装置を得るまでの工程の一部を示した概略図である。 １実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において半導体発光装置を得るまでの工程の一部を示した概略図である。 １実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において半導体発光装置を得るまでの工程の一部を示した概略図である。 １実施形態に係る半導体発光装置の各層のポテンシャルを示した図である。
符号の説明
１０：基板
１１：ｎ−ＧａＮコンタクト層
１２：ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
１３：ｎ−ＧａＮガイド層
１４：ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層
１５：ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
１６：ｐ−ＧａＮコンタクト層
１７：絶縁膜
１８：ｐ型電極層
１９：ｎ型電極層
２０：第１マスク層
２１：第２マスク層
２２：レジストパターン
２３：上側の面
２４：ｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層
２５：ｐ−ＧａＮガイド層
２６：ＺｒＯ２膜
２７：Ａｌ２Ｏ３膜
３０：上面
３１、３３：メサ部
３２、３４ａ、３４ｂ、３６：へり部分
３５：側面
３７：溝部
３８：壁面
４０：基板
４１：ｎ−ＧａＮコンタクト層
４２：ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
４３：ｎ−ＧａＮガイド層
４４：ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層
４５：ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
４６：ｐ−ＧａＮコンタクト層
４７：絶縁膜
４８：ｐ型電極層
４９：ｎ型電極層
５０：ＳｉＯ２膜
５１：レジストパターン
５２：上面
５３：メサ部
５４：へり部分
５５：ｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層
５６：ｐ−ＧａＮガイド層
６０：ＧａＮ基板
６１：ｎ−ＧａＮバッファ層
６２：ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
６３：ｎ−ＧａＮガイド層
６４：ＩｎＧａＮ超格子層
６５：ＩｎＧａＮ多重量子井戸発光層
６６：ｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層
６７：ｐ−ＧａＮガイド層
６８：ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
６９：ｐ−ＧａＮコンタクト層
７０：第１マスク層
７１：第２マスク層
７２：レジストパターン
７４：ｐ型電極層
７５：フォトレジスト
７６：フォトレジスト
７７：ｎ型電極層
７８：ｎ型電極層
８０：メサ部
８１：溝部
８２：へり部分
８３：ＺｒＯ２膜
８４：Ａｌ２Ｏ３膜
１００、１０１、１０２、１０３：半導体発光装置
２００：ウェハ
５００：従来の半導体発光装置

Claims (8)

  1. 基板上に順に配置されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体の前記ｐ型半導体層上に、２層のマスク層を前記ｐ型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成するマスク層形成工程と、
    前記マスク層形成工程により形成した前記２層のマスク層上に所定のレジストパターンを形成し、形成した前記レジストパターンをマスクとして前記２層のマスク層を２層ともエッチングし、その後前記レジストパターンを前記２層のマスク層から剥離させるマスク層エッチング工程と、
    前記マスク層エッチング工程により形成された前記２層のマスク層によるレジストパターンをマスクとして前記ｐ型半導体層をエッチングする半導体層エッチング工程と、
    前記半導体層エッチング工程の後、前記２層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層の側面を選択的にエッチングして前記ｐ型半導体層の一部を露出させた溝部を形成するサイドエッチング工程と、
    前記サイドエッチング工程により形成した前記溝部の露出した前記ｐ型半導体層を覆うようにＺｒＯ２膜を形成するＺｒＯ２膜形成工程と、
    前記ＺｒＯ２膜形成工程により形成した前記ＺｒＯ２膜を覆うようにＡｌ２Ｏ３膜を形成するＡｌ２Ｏ３膜形成工程と、
    前記Ａｌ２Ｏ３膜形成工程の後、残存した前記２層のマスク層を前記ｐ型半導体層から除去するマスク層除去工程と、
    前記マスク層除去工程により露出した前記ｐ型半導体層の全面を覆うように電極層を形成する電極層形成工程と、
    を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
  2. 前記マスク層形成工程において、前記２層のマスク層の互いのエッチングレートの比を５以上としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。
  3. 前記２層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層を、回転塗布により、回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化することにより、又はレーザアブレーションにより形成する酸化物又は窒化物とし、前記２層のマスク層のうちエッチングレートの低いマスク層を、スパッタリング又はプラズマ化学気相成長法により形成する酸化物又は窒化物としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。
  4. 前記マスク層形成工程において、前記エッチングレートの高いマスク層の層厚を１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
  5. ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置であって、
    基板と、該基板上に配置されたｎ型半導体層と、該ｎ型半導体層上に配置された活性層と、該活性層上に配置され、前記活性層上方に突起したメサ部が形成されたｐ型半導体層と、前記メサ部の上面を露出させるように該上面のへりに沿った内側から前記メサ部の側面にかけて前記メサ部を覆ったＺｒＯ２膜と、前記メサ部の上面を露出させるように前記ＺｒＯ２膜を覆ったＡｌ２Ｏ３膜と、前記ＺｒＯ２膜及び前記Ａｌ２Ｏ３膜上から前記メサ部を覆い前記ｐ型半導体層と電気的に接続する電極層と、を有することを特徴とする半導体発光装置。
  6. 前記ＺｒＯ２膜及び前記Ａｌ２Ｏ３膜の前記メサ部の上面に沿った内側の壁面が前記メサ部の上方に向かって広がるように傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
  7. 前記壁面が２段の階段形状となっていることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置。
  8. 前記ＺｒＯ２膜及び前記Ａｌ２Ｏ３膜と前記メサ部の上面との接触部分の前記メサ部の上面のへりからの幅が０を超えて、０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の半導体発光装置。
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