JP2012212848A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＡｇまたはＡｇまたはＡｇ合金からなる反射膜を、反射率を低下させず、均一な膜厚でパターニングすること。
【解決手段】スパッタや蒸着などによって、第１絶縁膜１６ａの全面に反射膜１９を形成し、リフトオフ法によって反射膜１９上に所定のパターンのバリアメタル膜２３を形成する。次に、銀エッチング液を用いて、反射膜１９をウェットエッチングする。ここで、バリアメタル膜２３は銀エッチング液によってウェットエッチングされないため、マスクとして機能し、上部にバリアメタル膜２３が形成された領域の反射膜１９はウェットエッチングされずに残る。これにより、第１絶縁膜１６ａ上に所望のパターンの反射膜１９を均一な厚さで形成することができる。
【選択図】図４
【解決手段】スパッタや蒸着などによって、第１絶縁膜１６ａの全面に反射膜１９を形成し、リフトオフ法によって反射膜１９上に所定のパターンのバリアメタル膜２３を形成する。次に、銀エッチング液を用いて、反射膜１９をウェットエッチングする。ここで、バリアメタル膜２３は銀エッチング液によってウェットエッチングされないため、マスクとして機能し、上部にバリアメタル膜２３が形成された領域の反射膜１９はウェットエッチングされずに残る。これにより、第１絶縁膜１６ａ上に所望のパターンの反射膜１９を均一な厚さで形成することができる。
【選択図】図４
Description
本発明は、絶縁膜中にＡｇまたはＡｇ合金からなる反射膜を有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
従来、絶縁膜中にＡｇからなる反射膜を設けたIII 族窒化物半導体発光素子や、ｐ電極としてＡｇからなる反射電極を設けたフリップチップ型のIII 族窒化物半導体発光素子が知られている。たとえば特許文献１には、ｐ電極、ｎ電極を同一面側に設け、ｐ電極からｎ電極にかけて絶縁膜で覆い、その絶縁膜中に反射膜を設けた構造のIII 族窒化物半導体発光素子が示されている。また、特許文献２には、ｐ型層上に反射電極を形成し、反射電極上に絶縁膜を形成したIII 族窒化物半導体発光素子が示されている。これら反射膜や反射電極の形成は、所定の領域にパターニングすることが必要となる。
しかし、反射膜や反射電極のパターニングにリフトオフ法を用いると、レジスト膜が逆テーパー状となるために、レジスト膜の影となる部分の反射膜または反射電極がテーパー状となって薄くなり、均一な厚さとすることができない。これは、反射膜や反射電極を多層とするときに特に問題となる。また、ウェットエッチングによりパターニングする方法では、パターニング後のレジスト除去に洗浄力の強い剥離液を用いると反射膜もエッチングされてしまい、アッシングによるレジスト除去では酸化によってＡｇが凝集して反射率が低下してしまう。そのため、レジスト除去に洗浄力の弱い剥離液を用いざるを得ないが、レジストの残渣が多くなり、後に反射膜上に形成する絶縁膜との密着性に問題が生じる。
そこで本発明の目的は、ＡｇまたはＡｇ合金からなる反射膜を有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、反射率を落とさずに均一な膜厚で反射膜のパターニングをすることである。
第１の発明は、ＡｇまたはＡｇ合金からなる反射膜を有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、反射膜を形成する第１の工程と、反射膜上に、ウェットエッチングに対して耐性を有した材料からなるバリアメタル膜をパターニングする第２の工程と、バリアメタル膜をマスクとして、反射膜をウェットエッチングする第３の工程と、バリアメタル膜上に絶縁膜を形成する第４の工程と、を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
反射膜は電極であってもよいし、絶縁膜に挟まれていてもよい。また、反射膜は単層であってもよいし多層であってもよい。また、絶縁膜との密着性を向上させるために、絶縁膜と反射膜との間にＴｉなどの膜を設けてもよい。また、反射膜は、フリップチップ型の素子において、電極側へと放射される光を成長基板側へ反射させるためのものであってもよいし、フェイスアップ型の素子において、電極下部に向かって放射される光を反射して電極に光が吸収されてしまうのを防止するものであってもよい。
バリアメタル膜上に絶縁膜を形成する前に、光励起アッシング、酸素プラズマアッシングなどのドライアッシングを行うことが望ましい。不純物が除去され、バリアメタル膜と絶縁膜との密着性を向上させることができる。なお、反射膜上にバリアメタル膜が形成されているため、ドライアッシングを行っても反射膜の反射率が低下してしまうことは抑制されている。
第２の工程におけるバリアメタル膜のパターニングには、リフトオフ法や、ドライエッチングなどのエッチング法を用いることができる。バリアメタル膜の材料にはＴｉ、Ｃｒ、導電性酸化物などを用いることができる。バリアメタル膜は単層であってもよいし多層であってもよい。多層とする場合、のちに絶縁膜が形成される最上層にＴｉまたはＣｒを形成することが好ましい。バリアメタル膜の厚さは５０〜１０００ｎｍとすることが望ましい。１０００ｎｍより厚いとバリアメタル膜を絶縁膜で覆うことが難しくなるため望ましくなく、５０ｎｍよりも薄いと、バリアメタル膜が膜状とならず、ドライアッシングで使用する酸素やオゾンが透過してしまうため望ましくない。より望ましくは４００〜１０００ｎｍである。
絶縁膜は、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、などのIII 族窒化物半導体発光素子の発光波長に対して透光性を有した絶縁材料であればよい。
また、反射膜の領域の端面（つまり、平面視において反射膜の領域の外周となる面）が、バリアメタル膜の領域の端面（つまり、平面視においてバリアメタル膜の領域の外周となる面）と同じ位置（平面視において、反射膜の領域の外周とバリアメタル膜の領域の外周とが一致）となるか、もしくはバリアメタル膜の端面よりも内側となる（平面視において、反射膜の領域の外周がバリアメタル膜の領域の外周に含まれる）ように、上記ウェットエッチングを行うことが望ましい。反射膜を均一に形成することができるためである。
第２の発明は、第１の発明において、第３の工程後、第４の工程前に、ドライアッシングを行う工程を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第３の発明は、第２の発明において、ドライアッシングは、光励起アッシングであることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、第２の工程におけるバリアメタル膜のパターニングは、リフトオフ法により行う、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、バリアメタル膜は、Ｔｉ、Ｃｒ、または導電性酸化物であることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、バリアメタル膜は多層構造であり、ＴｉまたはＣｒが最上層であることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第７の発明は、第１の発明から第４の発明において、バリアメタル膜は多層構造であり、Ａｌまたは導電性酸化物からなる層を含むことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第８の発明は、第１の発明から第７の発明において、第１の工程は、反射膜を他の絶縁膜上に形成する工程であることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。他の絶縁膜は、絶縁膜と同様にＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、などのIII 族窒化物半導体発光素子の発光波長に対して透光性を有した絶縁材料であればよい。また、絶縁膜と他の絶縁膜とは同一材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
第９の発明は、第１の発明から第８の発明において、反射膜は、ｐ型層上に形成されるｐ電極であることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第１０の発明は、第１の発明から第９の発明において、反射膜の端面は、バリアメタル膜の端面と同位置もしくは内側であることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
本発明によると、反射率を損なうことなく、膜厚も均一に、ＡｇまたはＡｇ合金からなる反射膜をパターニングすることができる。また、バリアメタル膜を形成したことにより、ドライアッシングを行っても反射膜の反射率が低下しないため、ドライアッシングを行って不純物を除去することができ、絶縁膜との密着性をより向上させることができる。
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
図２は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の平面図であり、図１はその平面図におけるＡ−Ａでの断面図である。
図１のように、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に順に形成されたｎ型層１１、発光層１２、ｐ型層１３を有している。ｎ型層１１は、たとえばサファイア基板１１側から順に、ｎコンタクト層、ＥＳＤ層、ｎクラッド層で構成される。発光層１２は、たとえばＭＱＷ構造であり、ＩｎＧａＮからなる井戸層とＧａＮからなる障壁層とが繰り返し積層された構造である。ｐ型層１３は、たとえば発光層１２側から順に、ｐクラッド層、ｐコンタクト層で構成される。ｐ型層１３表面の中央部には、そのｐ型層１３表面からｎ型層１１に達する深さの孔１４（ｎ型層１１が積層構造である場合にはｎコンタクト層に達する深さ、以下において同様）が直線状に複数設けられている。また、ｐ型層１３表面の孔１４が設けられた領域以外のほぼ全面に、ＩＴＯ電極１５が設けられている。さらに、ＩＴＯ電極１５の表面、孔１４の側面および底面、ｐ型層１３表面のうちＩＴＯ電極１５が形成されていない領域、に連続してＳｉＯ2 からなる絶縁膜１６が設けられている。絶縁膜１６の材料には、ＳｉＯ2 以外にも、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、などのIII 族窒化物半導体発光素子の発光波長に対して透光性を有した絶縁材料を用いることができる。
絶縁膜１６上にはｎ電極１７とｐ電極１８が形成されている。ｎ電極１７は、図２に示すように、ボンディングワイヤが接続されるパッド部１７ａと、パッド部１７ａに連続する配線状のワイヤ部１７ｂにより構成されている。また、ｐ電極１８も同様に、パッド部１８ａと、パッド部１８ａに連続する配線状のワイヤ部１８ｂにより構成されている。絶縁膜１６には孔１４の底面であるｎ型層１１を露出させる孔２０、およびＩＴＯ電極１５を露出させる孔２１が設けられ、孔２０を通してｎ電極１７のワイヤ部１７ｂとｎ型層１１とが接触し、孔２１を通してｐ電極１８のワイヤ部１８ｂとＩＴＯ電極１５とが接触している。
絶縁膜１６中であって、平面視でｎ電極１７およびｐ電極１８と対向する領域には、反射膜１９が埋め込まれている。反射膜１９は、ｐ型層１３に近い側（下側）から順にＡｌ／Ａｇ／Ａｌ（記号「／」は積層であることを意味し、Ａ／ＢはＡを成膜したのちＢを成膜した積層構造であることを意味する。以下において同じ）の３層構造であり、Ａｌの厚さは１〜３０Åである。Ａｇの単層ではなく、Ａｇ層をＡｌ層で挟んだ構造としたのは、Ａｇよりもイオン化傾向が大きなＡｌでＡｇを挟むことによりＡｇのマイグレーションを防止するためである。反射膜１９の材料は、Ａｌ／Ａｇ／Ａｌ以外でもよく、ＡｇまたはＡｇ合金からなる単層や、ＡｇまたはＡｇ合金からなる層を含む複層であればよい。また、反射膜１９上には、その反射膜１９に接してバリアメタル膜２３が形成されている。
バリアメタル膜２３の材料は、反射膜１９のウェットエッチングに耐性があり、絶縁膜１６との密着性のよい金属であり、たとえばＴｉ、Ｃｒである。
なお、上記ではバリアメタル膜２３として単層のＴｉまたはＣｒを用いるとしたが、バリアメタル膜２３は単層に限らず多層であってもよい。また、バリアメタル膜２３の材料としてＴｉ、Ｃｒ以外にもＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）などの導電性酸化物を用いてもよい。バリアメタル膜２３として導電性酸化物を用いる場合、バリアメタル膜２３のパターニングはドライエッチングまたはウェットエッチングによって行うことができる。多層のバリアメタル膜２３としては、たとえば、Ａｌ／Ｔｉ／（Ａｕ、Ｐｔ、またはＷ）／（ＴｉまたはＣｒ）の積層構造を用いることができる。この場合、バリアメタル膜２３のパターニングはリフトオフによって行うことができる。また、（ＩＴＯ、ＩＣＯまたはＩＺＯ）／Ｔｉ／（Ａｕ、Ｐｔ、またはＷ）／（ＴｉまたはＣｒ）の積層構造を用いることもできる。この場合、バリアメタル膜２３は、以下のようにして形成することができる。まず、（ＩＴＯ、ＩＣＯまたはＩＺＯ）をドライエッチングまたはウェットエッチングすることでパターニングする。次に、（ＩＴＯ、ＩＣＯまたはＩＺＯ）上にＴｉ／（Ａｕ、Ｐｔ、またはＷ）／（ＴｉまたはＣｒ）までの構造をリフトオフを用いてパターニングする。すなわち、（ＩＴＯ、ＩＣＯまたはＩＺＯ）の形成領域以外の領域にレジスト膜をパターニングし、（ＩＴＯ、ＩＣＯまたはＩＺＯ）上、およびレジスト膜上の全面にＴｉ／（Ａｕ、Ｐｔ、またはＷ）／（ＴｉまたはＣｒ）の積層構造を蒸着やスパッタにより形成し、その後レジスト膜およびレジスト膜上のＴｉ／（Ａｕ、Ｐｔ、またはＷ）／（ＴｉまたはＣｒ）の積層構造を除去する。以上によって、（ＩＴＯ、ＩＣＯまたはＩＺＯ）／Ｔｉ／（Ａｕ、Ｐｔ、またはＷ）／（ＴｉまたはＣｒ）の積層構造を形成することができる。
また、バリアメタル膜２３の厚さは５０〜１０００ｎｍとすることが望ましい。１０００ｎｍより厚いとバリアメタル膜２３を絶縁膜１６で覆うことが難しくなるため望ましくなく、５０ｎｍよりも薄いと、バリアメタル膜２３が膜状とならず、ドライアッシングで使用する酸素やオゾンが透過してしまうため望ましくない。より望ましくは４００〜１０００ｎｍである。
実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、ｎ電極１７、ｐ電極１８側から光を取り出すフェイスアップ型の素子である。ここで、ｎ電極１７およびｐ電極１８の下部には絶縁膜１６に埋め込まれた反射膜１９が位置している。そのため、発光層１２から放射される光のうち、ｎ電極１７およびｐ電極１８に向かう光は、反射膜１９によって反射されて素子内部に戻り、ｎ電極１７およびｐ電極１８によって光が吸収されてしまうことが防止されている。その結果、光取り出し効率が反射膜１９を設けていない場合よりも向上されている。
次に、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程について、図３、４を参照に説明する。
まず、サファイア基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型層１１、発光層１２、ｐ型層１３を順に形成する。原料ガスには、Ｇａ源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ｉｎ源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ａｌ源としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、窒素源としてアンモニア、ｎ型ドーピングガスとして、シラン、ｐ型ドーピングガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム、キャリアガスには水素または窒素を用いる。そして、ｐ型層１３上の一部領域に、蒸着によってＩＴＯ電極１５を形成する（図３（ａ））。
次に、フォトリソグラフィとドライエッチングによってｐ型層１３表面からｎ型層１１に達する深さの孔１４を形成する（図３（ｂ））。
なお、先に孔１４を形成した後にＩＴＯ電極１５を形成してもよい。
次に、上面全面、すなわち、ＩＴＯ電極１５表面、孔１４の底面および側面、ｐ型層１３表面であってＩＴＯ電極１５の形成されていない領域に連続して、ＣＶＤ法によって、ＳｉＯ2 からなる第１絶縁膜１６ａ（請求項８における「他の絶縁膜」に相当する）を形成する。そして、第１絶縁膜１６ａ上であって、後に形成されるｎ電極１７、ｐ電極１８と平面視において対向する領域に、Ａｌ膜、Ａｇ膜、Ａｌ膜を順に積層してＡｌ／Ａｇ／Ａｌからなる反射膜１９を形成する（図３（ｃ））。Ａｌ膜は１〜３０Å、Ａｇ膜は５００〜５０００Åである。
ここで、反射膜１９の形成工程について、図４を用いてさらに詳細に説明する。
まず、スパッタや蒸着などによって、第１絶縁膜１６ａの全面に反射膜１９を形成する（図４（ａ））。
次に、フォトリソグラフィによって、反射膜１９上の所定の領域にレジスト膜２４を形成する（図４（ｂ））。
次に、スパッタや蒸着などによって、反射膜１９上、およびレジスト膜２４上に連続してバリアメタル膜２３を形成する（図４（ｃ））。
次に、レジスト剥離液を用いてレジスト膜２４を除去するとともに、レジスト膜２４上に形成されたバリアメタル膜２３も除去し、所定の領域にバリアメタル膜２３を残す（図４（ｄ））。
なお、上記図４（ｂ）から図４（ｄ）の工程によりバリアメタル膜のパターニングにリフトオフ法を用いたが、ドライエッチングまたはウェットエッチングなどによってバリアメタル膜２３をパターニングしてもよい。
次に、銀エッチング液を用いて、反射膜１９をウェットエッチングする。ここで、バリアメタル膜２３は銀エッチング液によってウェットエッチングされないため、マスクとして機能し、上部にバリアメタル膜２３が形成された領域の反射膜１９はウェットエッチングされずに残る（図４（ｅ））。これにより、第１絶縁膜１６ａ上に所望のパターンの反射膜１９を均一な厚さで形成することができる。
ここで、反射膜１９の領域の端面（つまり、平面視において反射膜１９の領域の外周となる面）が、バリアメタル膜２３の領域の端面（つまり、平面視においてバリアメタル膜２３の領域の外周となる面）と同じ位置（平面視において、反射膜の領域の外周とバリアメタル膜２３の領域の外周とが一致）となるか、もしくはバリアメタル膜２３の領域の端面よりも内側となる（平面視において、反射膜の領域の外周がバリアメタル膜２３の領域の外周に含まれる）ように、上記ウェットエッチングを行うことが望ましい。反射膜１９を均一に形成することができるためである。
次に、光励起アッシングを行い、バリアメタル膜２３表面に残留したレジストなどの有機不純物を灰化して除去した。ここで、反射膜１９上にはバリアメタル膜２３が形成されているため、光励起アッシングを行っても反射膜１９の反射率の低下は抑制されている。
図５は、光励起アッシング前と光励起アッシング後における反射膜１９の反射率を示したグラフである。この反射率の測定に用いた試料は、サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法によってＧａＮを形成し、ＧａＮ上に蒸着によってＩＴＯを形成し、ＩＴＯ上にＣＶＤ法によってＳｉＯ2 を形成し、ＳｉＯ2 上にスパッタによってＡｌ／Ａｇ／Ａｌからなる反射膜１９を形成し、反射膜１９上に蒸着によってＴｉからなるバリアメタル膜２３を形成したものを用い、サファイア基板裏面（ＧａＮ形成側とは反対側の面）から垂直に波長４５０ｎｍの光を照射して反射率を測定した。また、比較のため、バリアメタル膜２３を形成しない試料についても反射率を測定した。なお、試料の各膜厚は、サファイア基板が５００μｍ、ＧａＮが７μｍ、ＩＴＯが２００ｎｍ、ＳｉＯ2 が３００ｎｍ、反射膜１９のＡｌが２ｎｍ、Ａｇが１００ｎｍ、バリアメタル膜２３が５０ｎｍである。
図５のように、バリアメタル膜２３を形成せずに光励起アッシングを行うと、反射率が６９．０％から１８．７％に大きく低下したのに対し、バリアメタル膜２３を形成して光励起アッシングを行った場合には、反射率は６９．２％から６８．９％の変化であり、ほとんど反射率は変化しなかった。このように、バリアメタル膜２３を設けたことにより光励起アッシングによる反射率の低下を抑制することができるようになり、光励起アッシングによって不純物を除去することができるので、次工程で形成する第２絶縁膜１６ｂとの密着性をより高めることができる。
なお、光励起アッシング以外のドライアッシングを用いてもよい。たとえば、酸素プラズマアッシングなどを用いてもよい。
以上、図４に示した工程により、後に形成されるｎ電極１７、ｐ電極１８と平面視において対向する領域（ｎ電極１７、ｐ電極１８の正射影の領域）にのみ、均一な厚さの反射膜１９を反射率を低下させることなく形成することができる。
次に、第１絶縁膜１６ａ表面、バリアメタル膜２３表面に連続して、ＣＶＤ法によって、ＳｉＯ2 からなる第２絶縁膜１６ｂ（請求項１における「絶縁膜」に相当する）を形成する。これにより、第１絶縁膜１６ａと第２絶縁膜１６ｂとで一体の絶縁膜１６を形成し、絶縁膜１６中であって、後に形成されるｎ電極１７、ｐ電極１８と平面視において対向する領域に、反射膜１９、バリアメタル膜２３が埋め込まれるように形成される。ここで、第２絶縁膜１６ｂの形成前に光励起アッシングによって不純物を除去しているため、絶縁膜１６と反射膜１９、バリアメタル膜２３との密着性が向上されている。その後、絶縁膜１６の所定の領域に、ｎ型層１１を露出させる孔２０、およびＩＴＯ電極１５を露出させる孔２１を形成する（図３（ｄ））。なお、実施例１では、第１絶縁膜１６ａと第２絶縁膜１６ｂとで同じＳｉＯ2 を用い、一体の絶縁膜１６としているが、第１絶縁膜１６ａと第２絶縁膜１６ｂとで異なる材料を用いてもよい。第１絶縁膜１６ａおよび第２絶縁膜１６ｂには、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、などのIII 族窒化物半導体発光素子の発光波長に対して透光性を有した絶縁材料を用いることができる。
次に、蒸着によって、絶縁膜１６上にＮｉ／Ａｕ／Ａｌからなるｎ電極１７、ｐ電極１８を形成する。ｎ電極１７とｐ電極１８はそれぞれ別に形成してもよいし、同一材料を用いることで同時に形成してもよい。ｎ電極１７は、パッド部１７ａと配線状のワイヤ部１７ｂとを有する形状に形成し、ワイヤ部１７ｂの一部が孔２０を埋めて、ワイヤ部１７ｂとｎ型層１１とが接触するよう形成する。また、ｐ電極１８は、パッド部１８ａと配線状のワイヤ部１８ｂとを有する形状に形成し、ワイヤ部１８ｂの一部が孔２１を埋めて、ワイヤ部１８ｂとＩＴＯ電極１５とが接触するよう形成する（図３（ｅ））。
次に、３００〜７００℃で３分間の熱処理を行う。これは、ｎ電極１７がｎ型層１１にオーミックコンタクトをとるために、また、ｐ電極１８がＩＴＯ電極１５に、ＩＴＯ電極１５がｐ型層１３にオーミックコンタクトをとるために行うものである。その後、ｎ電極１７のパッド部１７ａ、およびｐ電極１８のパッド部１８ａを除く全面に絶縁膜２２を形成することで、図１、２に示す実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子が製造される。絶縁膜２２には、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、などのIII 族窒化物半導体発光素子の発光波長に対して透光性を有した絶縁材料を用いることができる。
図６は、実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図である。実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子は、フリップチップ型の素子であり、サファイア基板１００上にバッファ層（図示しない）を介してｎ型層１０１、発光層１０２、ｐ型層１０３が順に積層されている。発光層１０２、ｐ型層１０３の一部領域はエッチングされて溝が形成されていて、その溝の底面にはｎ型層１０１が露出している。その溝底面に露出したｎ型層１０１上にはｎ電極１０４が形成されている。また、ｐ型層１０３表面のほぼ全面にＡｇからなる反射電極１０５が形成されている。反射電極１０５上にはバリアメタル膜１０６が形成されている。また、表面が露出した部分は、反射電極１０５表面の一部、ｎ電極１０４表面の一部を除いて、絶縁膜１０７に覆われている。
この実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の反射電極１０５は、実施例１の反射膜１９と同様にして形成する。まず、ｐ型層１０３上の全面にスパッタや蒸着によって反射電極１０５を形成する（図７（ａ））。次に、リフトオフ法を用いて反射電極１０５上の所定の領域にバリアメタル膜１０６をパターニングする（図７（ｂ））。次に、銀エッチング液を用いて、反射電極１０５をウェットエッチングする。ここで、バリアメタル膜１０６はレジスト剥離液によってウェットエッチングされないため、マスクとして機能し、上部にバリアメタル膜１０６が形成された領域の反射電極１０５はウェットエッチングされずに残る（図７（ｃ））。これにより、ｐ型層１０３上に、所定のパターンの反射電極１０５を均一な厚さに形成することができる。次に、光励起アッシングを行って不純物を除去することで、後に形成する絶縁膜１０７の密着性を向上させる。
以上のように、実施例２の反射電極１０５の形成方法もまた、実施例１の反射膜１９の形成方法と同様の効果をえることができる。すなわち、反射率を損なうことなく、膜厚も均一に、反射電極１０５をパターニングすることができる。また、バリアメタル膜１０６を形成したことにより、光励起アッシングを行っても反射電極１０５の反射率が低下しないため、光励起アッシングを行って不純物を除去することができ、絶縁膜１０７との密着性をより向上させることができる。
実施例１の図４に示したＡｌ／Ａｇ／Ａｌからなる反射膜１９の形成工程では、図４（ｂ）のフォトリソグラフィによるレジスト膜２４の形成において、反射膜１９の最表面であるＡｌ膜が現像液によりエッチングされてしまい、Ａｌ膜によってＡｇのマイグレーションを抑制する効果を損なってしまう可能性がある。
そこで実施例３は、図４に示した実施例１の反射膜１９形成工程において、図４（ａ）の工程と図４（ｂ）の工程の間に以下に説明する工程を加える。
図４（ａ）の工程によりＡｌ／Ａｇ／Ａｌ（第１絶縁膜１６ａ側から順にＡｌ膜１９ａ、Ａｇ膜１９ｂ、Ａｌ膜１９ｃを積層した構造）からなる反射膜１９を形成後、酸素雰囲気中で熱処理を行う。この熱処理によってＡｌ膜１９ｃの表面（Ａｇ膜１９ｂ側とは反対側の面）を酸化して酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）からなる酸化被膜１９ｄを形成する（図８参照）。
図９は、１０ｎｍのＡｌ膜を酸素雰囲気中で熱処理した場合における、熱処理後のＡｌ膜の透過率を示した図である。透過率は、光の波長が４４０〜４７０ｎｍである場合の平均値である。また、熱処理温度は１５０℃、２５０℃、３５０℃とし、熱処理時間は１０分とした。熱処理を行わない場合、Ａｌ膜の透過率は約２７％であった。また、熱処理後のＡｌ膜の透過率は、熱処理温度１５０℃で約２９％、２５０℃で約３１％、３５０℃で約３４％であった。熱処理後のＡｌ膜の透過率は、いずれも熱処理を行わないＡｌ膜よりも高いことがわかる。このことから、酸素雰囲気中でＡｌ膜を熱処理することで、Ａｌ膜の表面に酸化アルミニウムからなる酸化被膜が生じていることがわかる。また、熱処理温度が高いほど透過率が高いことから、温度が高いほどＡｌ膜の酸化が進み、酸化被膜が厚くなっているものと考えられる。
このように、図９の結果から、酸素雰囲気中で熱処理を行うことで、Ａｌ膜１９ｃの表面に酸化アルミニウムからなる酸化被膜１９ｄを形成できることがわかる。
図８の工程後、図４（ｂ）のように、フォトリソグラフィによって反射膜１９上の所定の領域にレジスト膜２４を形成する。このとき、反射膜１９の最上面はＡｌ膜１９ｃではなく、酸化アルミニウムからなる酸化被膜１９ｄである。酸化アルミニウムはフォトリソグラフィ時の現像液に侵されないため、Ａｌ膜１９ｃのエッチングが防止される。
以上のように、実施例３の反射膜１９形成工程によると、Ａｌ／Ａｇ／Ａｌからなる反射膜上にフォトリソグラフィによってレジスト膜２４を形成する際に、最上面のＡｌ膜が現像液によってエッチングされてしまうのを防止することができ、Ａｌ膜によるＡｇのマイグレーション抑制効果を保持することができる。
なお、酸化被膜１９ｄの厚さは、１分子層以上であればよいが、Ａｌ膜１９ｃが５Å以上残ることが望ましい。Ａｌ膜１９ｃの厚さが５Åよりも薄くなると、Ａｌ膜１９ｃによるＡｇのマイグレーション抑制効果が十分に発揮されないため望ましくない。
また、図８の工程における熱処理は、酸素のみを含む雰囲気中である必要はなく、Ａｌ膜１９ｃに酸化被膜１９ｄを形成できる程度に酸素を含む雰囲気であればよい。
また、実施例３では反射膜としてＡｌ／Ａｇ／Ａｌを用いているが、Ａｇ膜上面にＡｌ膜が形成された構造であれば任意でよく、たとえばＡｇ／Ａｌでもよい。また、Ａｌ以外にも、Ａｇよりもイオン化傾向が大きく、かつ、酸化物が現像液に対して耐性を有したものであれば任意の材料を用いることができる。たとえばＴｉ、Ｃｒなどを用いてもよい。
また、酸素雰囲気中での熱処理による酸化被膜１９ｄの形成に替えて、スパッタまたは蒸着によるＡｌ膜１９ｃの形成途中で酸素を添加することによりＡｌ膜１９ｃの最上面に酸化膜を形成してもよい。酸化膜の厚さは１分子層以上であればよく、望ましくは１分子層以上１００ｎｍ以下である。１００ｎｍを越えると、後工程での加工性が悪くなるため望ましくない。
本発明により製造されるIII 族窒化物半導体素子は、照明装置や表示装置の光源として利用することができる。
１０：サファイア基板
１１：ｎ型層
１２：発光層
１３：ｐ型層
１４、２０、２１：孔
１５：ＩＴＯ電極
１６、１２０：絶縁膜
１７：ｎ電極
１８：ｐ電極
１９：反射膜
２３：バリアメタル膜
２４：レジスト膜
１１：ｎ型層
１２：発光層
１３：ｐ型層
１４、２０、２１：孔
１５：ＩＴＯ電極
１６、１２０：絶縁膜
１７：ｎ電極
１８：ｐ電極
１９：反射膜
２３：バリアメタル膜
２４：レジスト膜
Claims (10)
- ＡｇまたはＡｇ合金からなる反射膜を有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記反射膜を形成する第１の工程と、
前記反射膜上に、前記反射膜のウェットエッチングに対して耐性を有した材料からなるバリアメタル膜をパターニングする第２の工程と、
前記バリアメタル膜をマスクとして、前記反射膜をウェットエッチングする第３の工程と、
前記バリアメタル膜上に絶縁膜を形成する第４の工程と、
を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 第３の工程後、第４の工程前に、ドライアッシングを行う工程を有することを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記ドライアッシングは、光励起アッシングであることを特徴とする請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 第２の工程におけるバリアメタル膜のパターニングは、リフトオフ法により行う、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記バリアメタル膜は、Ｔｉ、Ｃｒ、または導電性酸化物であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記バリアメタル膜は多層構造であり、ＴｉまたはＣｒが最上層であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記バリアメタル膜は多層構造であり、Ａｌまたは導電性酸化物からなる層を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記第１の工程は、前記反射膜を他の絶縁膜上に形成する工程であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記反射膜は、ｐ型層上に形成されるｐ電極であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記反射膜の端面は、前記バリアメタル膜の端面と同位置もしくは内側であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
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