JP2013131697A - 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの上昇を抑えて、駆動電圧が低く、発光効率が高い窒化物半導体発光素子を作製することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ型窒化物半導体層の周縁部は、ｎ型窒化物半導体層の主面および側面を含む階段状構造を有しており、ｎ型窒化物半導体層の主面および側面を直接覆うようにｎ側電極が配置されている窒化物半導体発光素子である。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。

従来、窒化物半導体は、バンド構造および化学的安定性から、発光素子およびパワーデバイス用の半導体材料として期待されており、その応用が試みられてきた。

特に近年では、照明装置およびディスプレイ装置などの光源として、紫外光から可視光までの光を発する窒化物半導体発光素子、とりわけ窒化物半導体を用いた窒化物ＬＥＤ（Light Emitting Diode）の開発が盛んになっている。

窒化物ＬＥＤは、基板の上に、ｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体層からなる活性層、およびｐ型窒化物半導体層がこの順に積層され、ｎ型窒化物半導体層上にｎ側電極が形成され、ｐ型窒化物半導体層上にｐ側電極が形成された構造を有している。

そして、窒化物ＬＥＤにおいては、上記の電極から電流を注入することによって、活性層から光が発光する。活性層から発生した光は、主として上方、すなわち基板とは反対方向に、ｐ型窒化物半導体層を通して、外部へ取り出される。

このような窒化物ＬＥＤに要求される性能向上の一つとして、発光効率の向上が挙げられ、そのために様々なアプローチが行なわれてきている。

たとえば特許文献１には、ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層の順に積層した後に、その厚さ方向に、ｐ型窒化物半導体層からｎ型窒化物半導体層の一部までをエッチングしてメサを形成し、ｎ側電極をメサの周縁部のｎ型窒化物半導体層に接触させて形成された窒化物半導体発光素子が開示されている（たとえば特許文献１の図３、図４および図６等）。

特許文献１に記載の窒化物半導体発光素子は、上記の構造を有していることにより、駆動電圧の上昇および発光ムラの発生を抑止して、発光効率を向上させている。

特開２００４−２２８２９０号公報

しかしながら、特許文献１においては、窒化物半導体発光素子のメサの周縁部にｎ側電極が形成されているものの、ｎ側電極とｎ型窒化物半導体層との接触面積を大きくして駆動電圧を低減させることは行なわれていない。

窒化物半導体発光素子の発光面積を変えることなく、ｎ側電極とｎ型窒化物半導体層との接触面積を大きくするためには、窒化物半導体発光素子自体の面積を大きくする方法がある。しかしながら、この方法においては、元となるウエハから取り出せる窒化物半導体発光素子の個数が減少してしまうため、窒化物半導体発光素子１個当たりの製造コストが上昇する。

また、窒化物半導体発光素子自体の面積を変えることなく、ｎ側電極とｎ型窒化物半導体層との接触面積を大きくする場合には、窒化物半導体発光素子の発光面積を小さくする方法しかないため、駆動電圧を低減できても、発光量が減ってしまうため、発光効率を向上させることはできない。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑えて、駆動電圧が低く、発光効率が高い窒化物半導体発光素子を作製することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。

本発明は、主面を有する基板と、基板の主面上に積層されたｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上に積層された窒化物半導体層からなる活性層と、活性層上に積層されたｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層に接するｎ側電極と、を備え、ｐ型窒化物半導体層と、活性層と、ｎ型窒化物半導体層の一部とからなるメサを有し、ｎ型窒化物半導体層の周縁部は、ｎ型窒化物半導体層の主面および側面を含む階段状構造を有しており、ｎ型窒化物半導体層の主面および側面を直接覆うようにｎ側電極が配置されている窒化物半導体発光素子である。

ここで、本発明の窒化物半導体発光素子において、階段状構造およびｎ側電極がメサを取り囲むように配置されていることが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体発光素子において、ｎ側電極が、窒化物半導体発光素子の中央部に向かって延伸していることが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体発光素子は、ｎ側電極の一部を覆うように配置されている絶縁膜をさらに備えていることが好ましい。

さらに、本発明は、上記のいずれかの窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、基板の主面上にｎ型窒化物半導体層を積層する工程と、ｎ型窒化物半導体層上に活性層を積層する工程と、活性層上にｐ型窒化物半導体層を積層する工程と、ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層のそれぞれの一部をエッチングすることによってメサを形成する工程と、ｎ型窒化物半導体層の周縁部となる箇所をエッチングすることによって周縁溝を形成する工程と、メサを形成する工程および周縁溝を形成する工程により露出したｎ型窒化物半導体層の表面に接するようにｎ側電極を形成する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法である。

ここで、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、ｎ側電極を形成する工程において、ｎ側電極をスパッタ法により形成することが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、ｎ側電極を形成する工程の後に、ｎ側電極を熱処理する工程をさらに含むことが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、ｎ側電極を形成する工程の後に、ｎ側電極の一部を覆うように絶縁膜を形成する工程をさらに含むことが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法においては、絶縁膜を形成する工程において、絶縁膜をスパッタ法もしくはプラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、ｎ側電極を形成する工程の後に、周縁溝の位置にて窒化物半導体発光素子に分割する工程をさらに含むことが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、分割する工程の前に、周縁溝の下方の基板の内部または裏面にスクライブラインを形成する工程をさらに含むことが好ましい。

本発明によれば、製造コストの上昇を抑えて、駆動電圧が低く、発光効率が高い窒化物半導体発光素子を作製することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。

（ａ）は実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の上面の模式的な平面図である。 実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。 （ａ）は実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）を上面から見たときの模式的な平面図である。 （ａ）は実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）を上面から見たときの模式的な平面図である。 （ａ）は実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）を上面から見たときの模式的な平面図である。 （ａ）は実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）を上面から見たときの模式的な平面図である。 （ａ）は実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）を上面から見たときの模式的な平面図である。 実施の形態２の窒化物半導体発光ダイオード素子の上面の模式的な平面図である。 （ａ）はスクライブラインの形状の変形例の模式的な平面図であり、（ｂ）はスクライブラインの形状の他の変形例の模式的な平面図であり、（ｃ）は周縁溝の形状の変形例の模式的な平面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

［実施の形態１］
＜構造＞
図１（ａ）に、本発明の窒化物半導体発光素子の一例である実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図を示し、図１（ｂ）に、図１（ａ）に示す窒化物半導体発光ダイオード素子の上面の模式的な平面図を示す。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＸ−Ｙに沿った断面を示している。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子１００は、主面１０１ａを有する基板１０１と、基板１０１の主面１０１ａ上に、バッファ層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、ｎ型ＳＬＳ層１０４、窒化物半導体層からなる活性層１０５、ｐ型キャリアブロック層１０６およびｐ型コンタクト層１０７がこの順序で積層された構造を有している。

また、ｐ型コンタクト層１０７と、ｐ型キャリアブロック層１０６と、活性層１０５と、ｎ型ＳＬＳ層１０４と、ｎ型コンタクト層１０３の一部とから、メサ１１０が構成されている。

ｎ型コンタクト層１０３の周縁部は、ｎ型コンタクト層１０３の主面１０３ａおよび側面１０３ｂを含む階段状構造を有している。ここで、階段状構造は、ｎ型コンタクト層１０３の最下段の主面１０３ａと、最下段の主面１０３ａに連なる中段の側面１０３ｂと、中段の側面１０３ｂに連なる中段の主面１０３ｃと、から構成されている。

メサ１１０の上部においては、ｐ型コンタクト層１０７上にｐ側電極１０８が設けられており、ｐ側電極１０８上にはｐ側パッド電極１２２が設けられている。また、メサ１１０の底部においては、ｎ型コンタクト層１０３に接触するようにｎ側電極１２１が設けられている。

また、絶縁膜１２３が、ｎ側電極１２１およびｐ側パッド電極１２２の一部を除き、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の上面の全体を覆っている。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の周縁には周縁溝１２０が形成されており、周縁溝１２０の箇所で分割して形成されている。すなわち、１つ１つの窒化物半導体発光ダイオード素子１００は、周縁溝１２０およびスクライブライン１２４にて分割されて形成されている。基板１０１の側面には、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の分割に用いられたスクライブライン１２４の一部が形成されている。

ｎ側電極１２１は、メサ１１０の底部を構成するｎ型コンタクト層１０３の中段の主面１０３ｃ（基板１０１の主面と同等の面）と、周縁溝１２０の側壁を構成するｎ型コンタクト層１０３の中段の側面１０３ｂと、周縁溝１２０の底面を構成するｎ型コンタクト層１０３の最下段の主面１０３ａと、にそれぞれ接触するようにして設けられている。

なお、本明細書において、「メサ」とは、窒化物半導体層の積層構造の一部が除去されて形成された凸状構造を意味するものとする。また、本明細書において、「メサの上面」とは、凸状構造の凸状の突起部の上面を意味し、「メサの側面」とは、凸状構造の凸状の突起部の側面を意味し、「メサの底部」とは、メサの上部およびメサの側面を除く領域を意味するものとする。

窒化物半導体発光ダイオード素子１００において、ｎ側電極１２１は、ｎ型コンタクト層１０３の最下段の主面１０３ａ、中段の側面１０３ｂおよび中段の主面１０３ｃを直接覆うように設けられている。

したがって、窒化物半導体発光ダイオード素子１００においては、ｎ側電極１２１は、メサ１１０の底部を構成するｎ型コンタクト層１０３の中段の主面１０３ｃと接触するだけでなく、ｎ型コンタクト層１０３の最下段の主面１０３ａおよび中段の側面１０３ｂにも接触することになるため、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の発光面積および窒化物半導体発光ダイオード素子１００自体の面積を変えることなく、ｎ側電極１２１とｎ型コンタクト層１０３との接触面積を増大させることができる。

これにより、窒化物半導体発光ダイオード素子１００においては、発光面積および元となるウエハから取り出せる素子の個数の犠牲を抑えることができるため製造コストの上昇を抑えることができるだけでなく、駆動電圧が低く、発光効率が高い素子とすることができる。

また、ｎ型コンタクト層１０３の階段状構造およびｎ側電極１２１は、それぞれ、メサ１１０を取り囲むように配置されていることが好ましい。この場合には、ｐ側パッド電極１２２を通してメサ１１０の上面から注入された電流を、メサ１００を取り囲むように配置されたｎ側電極１２１に向けて拡がるように流れるため、活性層１０５の面内により均一に注入することができる。これにより、発光ムラの少ない窒化物半導体発光ダイオード素子１００を得ることができる。

また、ｎ側電極１２１は、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の中央部に向かって延伸していることが好ましい。この場合には、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の周縁部だけでなく中央部近辺にもｎ側電極１２１が存在することになるため、実質的な電流パス長を短くすることができるとともに、活性層１０５の面内により均一に電流を注入することができる。これにより、駆動電圧をより低減して、発光効率をより向上させることができるとともに、発光ムラの少ない窒化物半導体発光ダイオード素子１００を得ることができる。

また、絶縁膜１２３は、ｎ側電極１２１の一部を覆うように配置されていることが好ましい。メサ１１０の近傍に位置するｎ側電極１２１の形成面積が広くなるため、ｎ側電極１２１形成後のプロセス等で、ほんの少しのｎ側電極１２１の変形や異物の存在により、メサ１１０の側面（特に、ｐ型キャリアブロック層１０６、ｐ型コンタクト層１０７およびｐ側電極１０８）とｎ側電極１２１との間に短絡が生じる可能性が高く、これによりリーク電流が生じる事態を回避する必要がある。そのため、絶縁膜１２３がｎ側電極１２１の一部を覆うように配置されることによって、上記の短絡の発生を抑制することができ、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造歩留りが向上するため、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造コストをより低減することができる。

＜製造方法＞
以下、実施の形態１の窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造方法の一例について説明する。

（窒化物半導体層の積層）
まず、図２の模式的断面図に示すように、基板１０１の主面１０１ａ上に、バッファ層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、ｎ型ＳＬＳ層１０４、窒化物半導体層からなる活性層１０５、ｐ型キャリアブロック層１０６およびｐ型コンタクト層１０７をこの順序でたとえばＭＯＣＶＤ法などにより積層する。

基板１０１としては、たとえばサファイア基板などを用いることができ、バッファ層１０２としてはたとえばＡｌＮ層などを積層することができる。

ｎ型コンタクト層１０３としては、たとえばｎ型ＧａＮ層などを積層することができ、ｎ型ＳＬＳ層１０４としては、たとえばｎ型のＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層などを積層することができる。

活性層１０５としては、たとえばＩｎＧａＮ量子井戸層とＩｎＧａＮ障壁層との交互積層体からなる多重量子井戸構造を有する活性層などを積層することができる。

ｐ型キャリアブロック層１０６としては、たとえばｐ型ＡｌＧａＮ層などを積層することができ、ｐ型コンタクト層１０７としては、たとえばｐ型ＧａＮ層などを積層することができる。

ここで、ｎ型窒化物半導体層を積層する際にはｎ型ドーパントとしてたとえばＳｉを、ｐ型窒化物半導体層を積層する際にはｐ型ドーパントとしてたとえばＭｇを、それぞれ不純物として、窒化物半導体結晶中に取り込ませることができる。

次に、ｐ型コンタクト層１０７の積層後のウエハを熱処理する。これにより、ｐ型窒化物半導体層（ｐ型キャリアブロック層１０６およびｐ型コンタクト層１０７）中のｐ型ドーパントを活性化させて、ｐ型の半導体としての機能を発現させる。熱処理は、たとえば、窒素雰囲気で、８００℃で１０分間、ｐ型コンタクト層１０７の積層後のウエハを加熱することにより行なうことができる。

（ｐ側電極の形成）
次に、ｐ型コンタクト層１０７の表面を酸処理した後に、ｐ型コンタクト層１０７の表面にｐ側電極１０８を形成する。ここで、ｐ側電極１０８としては、たとえば厚さ１８０ｎｍのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を形成することができるが、これに限定されるものではない。ｐ側電極１０８としては、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、ＡＺＯまたはＺｎＯなどの透光性導電膜であればよく、これらの酸化膜に限定されず、金属膜であってもよい。また、酸処理は、たとえば、ｐ型コンタクト層１０７の表面をフッ酸に３分間浸漬した後、水洗し、乾燥することにより行なうことができる。

次に、ｐ側電極１０８を熱処理する。窒化物半導体発光ダイオード素子１００は、活性層１０５から発した光を主にｐ側電極１０８側から取り出す構造となっている。ｐ側電極１０８の熱処理を行なった場合には、ｐ側電極１０８での発光波長域での光吸収を抑えることができる傾向にある。たとえば、活性層１０５から発光する光の波長の分布が、たとえば４５０ｎｍ程度が中心である場合には、ｐ側電極１０８の熱処理により、４５０ｎｍ付近の波長の光の透過率を高くすることができる。また、ｐ側電極１０８の熱処理は、ｐ型コンタクト層１０７とｐ側電極１０８とのコンタクト抵抗を低減し、ｐ側電極１０８自体のシート抵抗を低減するといった効果も有する。

ｐ側電極１０８の熱処理は、たとえば、窒素と酸素との混合雰囲気で、５００℃で、１０分間、ｐ側電極１０８を加熱した後に、さらに窒素雰囲気で、８００℃で１０分間、加熱することにより行なうことができる。

（メサの形成）
次に、図３（ａ）の模式的断面図および図３（ｂ）の模式的平面図に示すように、ｐ側電極１０８、ｐ型コンタクト層１０７、ｐ型キャリアブロック層１０６、活性層１０５、ｎ型ＳＬＳ層１０４およびｎ型コンタクト層１０３のそれぞれの一部をエッチングすることによってメサ１１０を形成する。なお、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＸ−Ｙに沿った断面を示している。

ここで、メサ１１０の形成は、たとえば、以下のようにして行なうことができる。まず、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ｐ側電極１０８の一部を取り除いて、ｐ側電極１０８をパターニングする。ここで、ｐ側電極１０８のエッチングには、たとえば塩酸系水溶液を用いることができる。

次に、再びフォトリソグラフィ技術を用いて、メサ１１０を形成するウエハの領域をフォトマスク（図示せず）にて覆う。そして、そのフォトマスクを用いて、公知のドライエッチング技術にて、ｐ型コンタクト層１０７、ｐ型キャリアブロック層１０６、活性層１０５、ｎ型ＳＬＳ層１０４およびｎ型コンタクト層１０３のそれぞれの一部をドライエッチングする。これにより、ｐ型コンタクト層１０７と、ｐ型キャリアブロック層１０６と、活性層１０５と、ｎ型ＳＬＳ層１０４と、ｎ型コンタクト層１０３の一部とからなるメサ１１０が形成される。

ここで、ドライエッチングは、たとえば、ＩＣＰエッチング装置を用いて、塩素系ガス（塩素、四塩化塩素、またはその混合ガスなど）をプロセスガスとして行なうことができる。なお、エッチング深さは、たとえば０．５μｍ程度とすることができるが、特に限定されず、ｎ型コンタクト層１０３に達する深さがあれば十分である。

（周縁溝の形成）
次に、図４（ａ）の模式的断面図および図４（ｂ）の模式的平面図に示すように、ｎ型コンタクト層１０３の周縁部となる箇所をエッチングすることによって周縁溝１２０を形成する。なお、図４（ａ）は、図４（ｂ）のＸ−Ｙに沿った断面を示している。

ここで、周縁溝１２０の形成は、たとえば以下のようにして行なうことができる。まず、メサ１１０の形成後の素子間に相当する部分以外のウエハの領域が露出するように、フォトリソグラフィ技術を用いて、上記のフォトマスク（図示せず）をパターニングする。

次に、公知のドライエッチング技術（たとえばＩＣＰエッチング装置）により、周縁溝１２０を形成する。ここで、周縁溝１２０の深さは、たとえば２μｍ程度とすることができる。

（ｎ側電極およびｐ側パッド電極の形成）
その後、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、メサ１１０の形成および周縁溝１２０の形成により露出したｎ型コンタクト層１０３の表面に接するようにｎ側電極１２１を形成する。また、ｐ側パッド電極１２２をｐ側電極１０８上に形成する。ｎ側電極１２１およびｐ側パッド電極１２２は、たとえば以下のようにして作製することができる。

まず、ｐ側電極１０８の表面の一部と、ｎ型コンタクト層１０３の表面の一部とを覆うように、フォトマスク（図示せず）を、フォトリソグラフィ技術により作製する。次に、スパッタ法にて、ｎ側電極１２１およびｐ側パッド電極１２２のそれぞれの電極材料からなる膜を製膜し、リフトオフを行なう。これにより、ｎ側電極１２１およびｐ側パッド電極１２２を行なう。実施の形態１においては、ｎ側電極１２１とｐ側パッド電極１２２とは、同一層構造にて同時に製膜されている。ｎ側電極１２１とｐ側パッド電極１２２の構造は、たとえば、Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層体とすることができる。

ここで、ｎ側電極１２１は、スパッタ法により形成されることが好ましい。ｎ型コンタクト層１０３の階段状構造の側面、すなわち周縁溝１２０の側壁の内面部分は、ｎ側電極１２１で覆われることによって、ｎ側電極１２１との接触面積の増大に寄与している。したがって、周縁溝１２０の深さが深いほど、周縁溝１２０の側壁の内面部分とｎ側電極１２１との接触面積は増大することになる。ｎ側電極１２１をスパッタ法により形成した場合には、周縁溝１２０の深さが深い場合でも、ｎ側電極１２１の周縁溝１２０に対するステップカバレッジ（段差に対する被覆度合）を向上させることができ、ｎ側電極１２１の段切れおよび薄膜化を抑制することができるため、ｎ型コンタクト層１０３との接触面積を増大させ、接触抵抗を低減させたｎ側電極１２１を効率良く形成することができる。これにより、高い歩留まりで、駆動電圧が低減し、発光効率の高い窒化物半導体発光ダイオード素子１００を作製することができるため、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造コストの上昇を抑えることができる。

ｎ側電極１２１の形成に用いられるスパッタ法としては、たとえば、平行平板スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、またはＥＣＲスパッタ法などのいずれの方法を用いてもよく、製膜する電極材料によって適宜選択すればよい。

その後、ｎ側電極１２１およびｐ側パッド電極１２２の熱処理を行なう。ここで、ｎ側電極１２１およびｐ側パッド電極１２２の熱処理は、たとえば、窒素雰囲気で、４００℃で５分間、ｎ側電極１２１およびｐ側パッド電極１２２を加熱することにより行なうことができる。

また、ｎ側電極１２１の形成後には、ｎ側電極１２１を熱処理することが好ましい。個々の窒化物半導体発光ダイオード素子１００に分割する場合には、周縁溝１２０の位置でｎ側電極１２１も同時に分割されるため、ｎ側電極１２１が剥がれることがある。しかしながら、ｎ側電極１２１の形成後にｎ側電極１２１を熱処理した場合には、ｎ型コンタクト層１０３とｎ側電極１２１との間の密着性が増すため、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の分割時に剥がれにくいｎ側電極１２１を形成することができる。これにより、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造歩留まりが向上するため、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造コストの上昇を抑えることができる。また、ｎ側電極１２１の熱処理によって、ｎ型コンタクト層１０３とｎ側電極１２１との間の接触抵抗も低減することができるため、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の駆動電圧を低くすることができるとともに、発光効率も向上させることができる。

ｎ側電極１２１の熱処理の条件は上述のようにすることができるが、ｎ型コンタクト層１０３とｎ側電極１２１との間の密着性の向上および接触抵抗の低減が実現できるような条件であればよく、ｎ型コンタクト層１０３やｎ側電極１２１の各々の材料が異なる場合には、ｎ型コンタクト層１０３とｎ側電極１２１との間の密着性の向上および接触抵抗の低減が可能な熱処理条件は変化するため、適宜変更は可能である。

（絶縁膜の形成）
次に、図５（ａ）の模式的断面図および図５（ｂ）の模式的平面図に示すように、ｎ側電極１２１の一部を覆うように絶縁膜１２３を形成する。ここで、絶縁膜１２３は、たとえば、ウエハの全面にプラズマＣＶＤ法により厚さ２２０ｎｍのＳｉＯ₂膜を製膜し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、ｎ側電極１２１およびｐ側パッド電極１２２の一部の上方のＳｉＯ₂膜のみを除去して開口させることにより形成することができる。なお、絶縁膜１２３の開口部分は、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の実装時に外部から電気を供給するために接続する金属ワイヤ等（図示せず）をボンディングする箇所となる。なお、図５（ａ）は、図５（ｂ）のＸ−Ｙに沿った断面を示している。

ここで、絶縁膜１２３は、ｎ側電極１２１を形成した後に、ｎ側電極１２１の一部を覆うように形成することが好ましい。個々の窒化物半導体発光ダイオード素子１００に分割する場合には、周縁溝１２０の位置でｎ側電極１２１も同時に分割されるため、ｎ側電極１２１が剥がれることがある。しかしながら、ｎ側電極１２１の形成後に、ｎ側電極１２１２１の一部を覆うように絶縁膜１２３を形成した場合には、絶縁膜１２３がｎ側電極１２１を上から覆っているため、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の分割時に、ｎ側電極１２１を剥がれにくくすることができる。これにより、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造歩留まりが向上するため、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造コストの上昇を抑えることができる。

また、絶縁膜１２３を、スパッタ法もしくはプラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。絶縁膜１２３は、ｎ側電極１２１と同様に、周縁溝１２０の側壁の内面部分にも形成されることになるが、絶縁膜１２３をスパッタ法もしくはプラズマＣＶＤ法により形成した場合には、周縁溝１２０の側壁の内面部分に対する絶縁膜１２３のステップカバレッジを増大させることができ、絶縁膜１２３の段切れおよび薄膜化を抑制することができるため、ｎ側電極１２１を保護するように、絶縁膜１２３を効率良く形成することができる。窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造歩留まりが向上するため、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の製造コストの上昇を抑えることができる。

絶縁膜１２３の形成に用いられるスパッタ法としては、たとえば、平行平板スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、またはＥＣＲスパッタ法などのいずれの方法を用いてもよく、製膜する電極材料によって適宜選択すればよい。

絶縁膜１２３は、上述のｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との短絡を抑制できる材料であればよく、たとえば、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化チタン若しくは酸化タンタルなどの酸化膜、窒化シリコン、窒化チタン若しくは窒化タングステンなどの窒化膜、またはこれらの中から選ばれる複数膜の積層構造体とすることができる。

実施の形態１においては、絶縁膜１２３としてＳｉＯ₂膜を形成し、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の実装時に外部から電気を供給するために接続する金属ワイヤ等をボンディングする箇所を除いた素子の表面上を覆っている。この場合には、上記効果に加えて、活性層１０５から発生される光を外部に取り出す際に、窒化物半導体層と外部（空気）との間の、この光の波長における屈折率差を少なくすることができる。また、ｐ側コンタクト電極１０８をＩＴＯで形成している場合には、このｐ側コンタクト電極１０８と外部（空気）との間の、この光の波長における屈折率差を少なくすることができる。よって、より効率的に活性層１０５から発生された光を取り出すことができることから、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の発光効率を向上させることができる。

（基板の薄型化）
次に、図６（ａ）の模式的断面図および図６（ｂ）の模式的平面図に示すように、基板１０１の裏面側、すなわち基板１０１の各窒化物半導体層が積層されている側の面とは反対側の面を研削して、基板１０１の厚さを薄くし、さらに研磨することによって、基板１０１の裏面を鏡面化する。ここで、基板１０１は、たとえば９０μｍ程度の厚さにまで薄くされる。なお、図６（ａ）は、図６（ｂ）のＸ−Ｙに沿った断面を示している。

（スクライブラインの形成）
次に、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、周縁溝１２０の下方の基板１０１の領域にスクライブライン１２４を形成する。スクライブライン１２４の形成は、たとえば、レーザスクライブ装置により、基板１０１の裏面側からレーザ光を照射することにより行なうことができる。ここで、レーザ光の焦点が基板１０１の内部になるように設定すると、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、周縁溝１２０の下方かつ基板１０１の内部の領域だけが溶融し、スクライブライン１２４を形成することができる。このように、レーザ光の照射により、スクライブライン１２４を形成した場合には、周縁溝１２０等の構造が破壊されにくくなる点で有用である。

スクライブライン１２４は、たとえば、基板１０１の裏面側から２０μｍ程度の深さの位置から基板１０１の表面側に向かって２５μｍ程度の溶融部分からなるライン状に形成される。

後述する窒化物半導体発光ダイオード素子１００の分割前に、周縁溝１２０の下方の基板１０１の領域にスクライブライン１２４を形成することが好ましい。通常、窒化物半導体発光ダイオード素子１００に分割する前には、素子間にダイヤモンドスクライバーなどによるスクライブラインをケガキ入れて、そのスクライブラインに沿ってブレイク装置等を用いて素子の分割を行なっている。しかしながら、この構成によれば、基板１０１の表面に周縁溝１２０とともにｎ側電極１２１が形成されているため、スクライブライン１２４を基板１０１の表面以外の箇所、すなわち基板１０１の内部もしくは基板１０１の裏面にケガキ入れることにより、分割箇所以外のｎ側電極１２１の構造を破壊することなく、素子の分割を行なうことができる。したがって、高い歩留りで窒化物半導体発光ダイオード素子１００を作製し、その製造コストを低減することができる。

（ウエハの分割）
次に、図７（ａ）の模式的断面図および図７（ｂ）の模式的平面図に示すように、スクライブライン１２４の形成後のウエハを分割して、個々の窒化物半導体発光ダイオード素子１００を作製する。ここで、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の分割は、たとえば、ブレーク装置を用い、ブレーク刃をスクライブライン１２４に沿うように基板１０１の裏面側から当てて押し込むことにより行なうことができる。これにより、スクライブライン１２４および周縁溝１２０の箇所で基板１０１が割れて、窒化物半導体発光ダイオード素子１００に分割される。なお、図７（ａ）は、図７（ｂ）のＸ−Ｙに沿った断面を示している。

ｎ側電極１２１を形成する工程の後に、周縁溝１２０の位置にて個々の窒化物半導体発光ダイオード素子１００に分割することが好ましい。この場合には、窒化物半導体発光ダイオード素子１００への分割時にｎ側電極１２１も分割されるため、窒化物半導体発光ダイオード素子１００のｎ型コンタクト層１０３の端までｎ側電極１２１が接している構造を作製することができる。そのため、ｎ型コンタクト層１０３の表面をできる限り有効活用してｎ側電極１２１との接触面積を大きくすることができる。これにより、ｎ型コンタクト層１０３とｎ側電極１２１との接触面積を大きくすることができるため、駆動電圧が低く、発光効率の高い窒化物半導体発光ダイオード素子１００を製造することができる。

（その他）
なお、実施の形態１においては、周縁溝１２０がメサ１１０の周縁部のすべてに形成されて、メサ１１０の周縁部をより有効に活用する場合について説明しているが、たとえばメサ１１０の周縁部の四辺のすべてに周縁溝１２０が形成される必要はなく、メサ１１０の周縁部の一辺のみ、二辺のみ、三辺のみといった四辺すべてに形成される以外の形態であってもよい。

また、実施の形態１においては、ｎ側電極１２１とｐ側パッド電極１２２とを同時に同一の材料および同一の層構造で形成しているが、これに限定されない。すなわち、ｎ側電極１２１とｐ側パッド電極１２２とを別の材料および／または別の層構造で形成してもよく、同一の材料および同一の層構造であっても、ｎ側電極１２１とｐ側パッド電極１２２とを別々に形成してもよい。

また、実施の形態１においては、スクライブライン１２４の形状を直線状としているが、任意にその形状を変更することができる。たとえば図９（ａ）の模式的平面図に示すように、スクライブライン１２４の形状を破線状としてもよい。たとえば図９（ｂ）の模式的平面図に示すように、スクライブライン１２４の形状をドットが直線状に並んだ点線状としてもよい。

また、実施の形態１においては、周縁溝１２０の形状を直線状としているが、任意にその形状を変更することができる。たとえば図９（ｃ）の模式的平面図に示すように、周縁溝１２０の形状をジグザグ状としてもよい。周縁溝１２０の形状をジグザグ状とした場合には、周縁溝１２０の形状を直線状とした場合に比べ、窒化物半導体発光ダイオード素子１００の駆動電圧を低減することができることがある。

また、実施の形態１においては、メサ１１０および周縁溝１２０は、たとえばＩＣＰエッチング装置を用いたドライエッチングにより形成する場合について説明したいるが、ＲＩＥ装置を用いたドライエッチングにより形成してもよい。周縁溝１２０は、その深さ方向や幅方向をより微細に制御することができれば、レーザスクライブ装置を用いて形成することも可能である。レーザスクライブ装置を用いて周縁溝１２０を形成する場合には、レジスト膜等でウエハの表面全体を予め覆っておくことで、レーザスクライブ加工で発生する異物（デブリ）が付着するのを防ぐことができる。

また、実施の形態１においては、メサ１１０を形成した後に周縁溝１２０を形成しているが、周縁溝１２０を形成した後にメサ１１０を形成してもよい。

また、実施の形態１においては、発光波長の分布の中心が４５０ｎｍ付近となるような活性層１０５を用いる場合を例示したが、発光波長が紫外領域〜可視領域の範囲内であれば、活性層１０５をはじめ各窒化物半導体層の組成、各電極材料および各製造工程を適宜調整し、所望の発光波長となる構造を有する窒化物半導体発光素子に変更することができる。たとえば、紫外領域の発光を得るためには、Ａｌ組成比の高い（たとえば６０原子％程度の）ＡｌＧａＮ系からなる窒化物半導体層で構成される活性層１０５にすればよい。また、たとえば、緑色など可視光の中でも長い波長の領域の発光を得るためには、Ｉｎ組成比の高い（たとえば４０原子％程度の）ＩｎＧａＮ系からなる窒化物半導体層で構成される活性層１０５にすればよい。

また、実施の形態１においては、ｐ型とｎ型との導電型を反転してもよい。
［実施の形態２］
図８に、本発明の窒化物半導体発光素子の他の一例である実施の形態２の窒化物半導体発光ダイオード素子２００の上面の模式的な平面図を示す。

実施の形態２の窒化物半導体発光ダイオード素子２００においては、ｐ側パッド電極１２２、メサ１１０、ｎ側電極１２１のそれぞれの形状が異なっている点に特徴がある。すなわち実施の形態２においては、メサ１１０の側面のうち、ｎ側電極１２１が内部に入り込んでいる側面から、さらにメサ１１０の内部に向けて、メサ１１０の底部が細く入り込んでいる形状となっている。また、その形状に沿うように、ｐ側コンタクト電極１０８も同じように内側に入り込んでいる。

さらに、ｎ型コンタクト層１０３の主面上に接触形成されているｎ側電極１２１が、上記のメサ１１０の入り込んでいる溝型形状に沿って、窒化物半導体発光ダイオード素子２００の中央部に向けて延伸している一本枝状構造を有している。その一方で、ｐ側パッド電極１２２は、ｎ側電極１２１の一本枝状構造を挟むような二本枝構造を有している。

窒化物半導体発光ダイオード素子２００においては、ｎ側電極１２１が、素子周縁部だけでなく中央部にもつながっていることから、窒化物半導体発光ダイオード素子２００の発光ムラをより好適に抑えることができる。さらに、ｎ型コンタクト層１０３との接触面積もより広がっていることから、窒化物半導体発光ダイオード素子２００の駆動電圧をより好適に低減することが可能となる。

また、窒化物半導体発光ダイオード素子２００においては、ｐ側電極１０８に対して、二本枝状構造を有しているｐ側パッド電極１２２から動作電流が注入されることになる。ｐ側コンタクト電極１０８がＩＴＯのような透光性導電膜からなる場合には、金属膜と比べると、水平方向への電流が拡散しにくいが、ｐ側パッド電極１２２を実施の形態２のような枝状構造とすることによって、ｐ側パッド電極１２２から注入される電流をｐ側電極１０８により均一に拡散することができるため、窒化物半導体発光ダイオード素子２００の発光ムラを抑えることができる。

なお、実施の形態２における上記以外の説明は、実施の形態１と同様であるため、その説明については省略する。

今回開示された実施の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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の窒化物半導体発光素子は、一般照明装置や液晶ディスプレイのバックライト、プロジェクタ装置、ヘッドライト、スポットライトなどの様々な光源装置に使用される窒化物半導体発光素子に利用することができる。

１００，２００ 窒化物半導体発光ダイオード素子、１０１ 基板、１０１ａ 主面、１０２ バッファ層、１０３ ｎ型コンタクト層、１０３ａ 最下段の主面、１０３ｂ 中段の側面、１０３ｃ 中段の主面、１０４ ｎ型ＳＬＳ層、１０５ 活性層、１０６ ｐ型キャリアブロック層、１０７ ｐ型コンタクト層、１０８ ｐ側電極、１１０ メサ、１２０ 周縁溝、１２１ ｎ側電極、１２２ ｐ側パッド電極、１２３ 絶縁膜、１２４ スクライブライン。

Claims (11)

1. 主面を有する基板と、
   前記基板の前記主面上に積層されたｎ型窒化物半導体層と、
   前記ｎ型窒化物半導体層上に積層された窒化物半導体層からなる活性層と、
   前記活性層上に積層されたｐ型窒化物半導体層と、
   前記ｎ型窒化物半導体層に接するｎ側電極と、を備え、
   前記ｐ型窒化物半導体層と、前記活性層と、前記ｎ型窒化物半導体層の一部とからなるメサを有し、
   前記ｎ型窒化物半導体層の周縁部は、前記ｎ型窒化物半導体層の主面および側面を含む階段状構造を有しており、
   前記ｎ型窒化物半導体層の前記主面および前記側面を直接覆うように前記ｎ側電極が配置されている、窒化物半導体発光素子。
2. 前記階段状構造および前記ｎ側電極が、前記メサを取り囲むように配置されている、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 前記ｎ側電極が、前記窒化物半導体発光素子の中央部に向かって延伸している、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 前記ｎ側電極の一部を覆うように配置されている絶縁膜をさらに備えた、請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、
   前記基板の前記主面上に前記ｎ型窒化物半導体層を積層する工程と、
   前記ｎ型窒化物半導体層上に前記活性層を積層する工程と、
   前記活性層上に前記ｐ型窒化物半導体層を積層する工程と、
   前記ｎ型窒化物半導体層、前記活性層および前記ｐ型窒化物半導体層のそれぞれの一部をエッチングすることによって前記メサを形成する工程と、
   前記ｎ型窒化物半導体層の前記周縁部となる箇所をエッチングすることによって周縁溝を形成する工程と、
   前記メサを形成する工程および前記周縁溝を形成する工程により露出した前記ｎ型窒化物半導体層の表面に接するようにｎ側電極を形成する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法。
6. 前記ｎ側電極を形成する工程において、前記ｎ側電極をスパッタ法により形成する、請求項５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
7. 前記ｎ側電極を形成する工程の後に、前記ｎ側電極を熱処理する工程をさらに含む、請求項５または６に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
8. 前記ｎ側電極を形成する工程の後に、前記ｎ側電極の一部を覆うように絶縁膜を形成する工程をさらに含む、請求項５から７のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
9. 前記絶縁膜を形成する工程において、前記絶縁膜をスパッタ法もしくはプラズマＣＶＤ法により形成する、請求項８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
10. 前記ｎ側電極を形成する工程の後に、前記周縁溝の位置にて前記窒化物半導体発光素子に分割する工程をさらに含む、請求項５から９のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
11. 前記分割する工程の前に、前記周縁溝の下方の前記基板の内部または裏面にスクライブラインを形成する工程をさらに含む、請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

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