JP2017069282A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも光取り出し効率の向上した半導体発光素子を提供する。【解決手段】 半導体発光素子は、基板と、基板上に形成された第一半導体層、第一半導体層の上層に形成された活性層、及び活性層の上層に形成され第一半導体層とは導電型の異なる第二半導体層を含む半導体層と、第一半導体層の面のうち、活性層とは反対側の面に接触して形成された、活性層からの放射光を反射させる材料からなる第一電極と、第二半導体層の面のうち、活性層とは反対側の面に接触して形成された第二電極とを備える。第一半導体層は、基板の面に直交する方向に関して第二電極と対向する少なくとも一部の領域に変質部を有する。【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。

近年、窒化物半導体を用いた発光素子の開発が進められている。この発光素子は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、これらｎ型半導体層及びｐ型半導体層に挟まれるように形成された活性層とを含んで構成される。ｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に電位差が設けられることで両者間に電流が流れ、活性層内で電子と正孔が再結合して発光する。活性層内で生成されたこの光を有効に利用すべく、種々の研究開発が進められている。

例えば、下記特許文献１には、いわゆる「縦型構造」を有する発光素子が開示されている。縦型構造の発光素子とは、ｎ型半導体層側の電極とｐ型半導体層側の電極とが、基板の面に直交する方向に関して、活性層を挟んで対向して配置された素子を指す。

図４は、特許文献１に開示された発光素子の断面図を模式的に示したものである。従来の発光素子９０は、基板９１上に導電層９２、反射膜９３、絶縁層９４、反射電極９５、半導体層９９、及びｎ側電極１００を備えて構成される。半導体層９９は、ｐ型半導体層９６、活性層９７、及びｎ型半導体層９８が基板９１側から順に積層されて構成される。

絶縁層９４の下層には金属材料からなる反射膜９３が形成されているが、この反射膜９３はオーミック性を有さず電極としての機能を奏さない。一方、反射電極９５は金属材料からなり、ｐ型半導体層９６の間でオーミック接触が実現されることで電極（ｐ側電極）として機能している。

反射電極９５は、活性層９７で生成された光のうち、基板９１に向かう方向（図面下向き）に放射された光を反射させてｎ側半導体層９８側（図面上向き）に取り出すことで、光の取り出し効率を高める目的を兼ねている。反射膜９３も同様の目的で形成されており、反射電極９５が形成されていない箇所を通過して下向きに進行した光を反射させてｎ側半導体層９８側に進行方向を変えることで、光の取り出し効率が高められる。

特許第４２０７７８１号公報

しかし、活性層９７から下向きに放射された光が反射膜９３によって反射されて上向きに取り出されるに際し、この光は、反射膜９３で反射される前と反射した後の２回にわたって、絶縁層９４内を通過することになる。絶縁層９４は透明膜として構成されるものの、この絶縁層９４内を光が通過する際に数％の光が絶縁層９４によって吸収されてしまう。より詳細には、活性層９７から絶縁層９４を通過して反射膜９３に達するまでに３−４％程度の光が吸収され、更に反射膜９３で反射された光が絶縁層９４を通過してｎ型半導体層９８側の外部に取り出されるまでに更に３−４％の光が吸収される。

つまり、従来の構成では、活性層９７から放射された光のうち、下向きに放射された光を反射させて光取り出し効率を高めてはいるものの、一部の光が絶縁層９４内に吸収されてしまっているため、光取り出し効率を十分に高められているとはいえない。

本発明は、上記の課題に鑑み、従来よりも光取り出し効率の向上した半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体発光素子は、
基板と、
前記基板上に形成された、ｎ型又はｐ型の第一半導体層、前記第一半導体層の上層に形成された活性層、及び前記活性層の上層に形成され前記第一半導体層とは導電型の異なる第二半導体層を含む半導体層と、
前記第一半導体層の面のうち、前記活性層とは反対側の面に接触して形成された、前記活性層からの放射光を反射させる材料からなる第一電極と、
前記第二半導体層の面のうち、前記活性層とは反対側の面に接触して形成された第二電極とを備え、
前記第一半導体層は、前記基板の面に直交する方向に関して前記第二電極と対向する少なくとも一部の領域に変質部を有することを特徴とする。

上記構成によれば、第一半導体層のうち、基板の面に直交する方向に関して第二電極に直交する一部の領域には変質部が形成されているため、第一電極と第二電極の間を基板の面に直交する方向に電流が流れにくくなる。この結果、半導体層内に流れる電流を、基板の面に平行な方向に拡げる効果が得られる。従って、活性層内の広い範囲に発光領域を設けることができ、発光効率が高められる。また、図４に示す半導体発光素子９０のように、電流を拡げる目的で絶縁層を設ける必要がないため、絶縁層内で光が吸収されるという事態が生じない。この結果、従来の発光素子９０よりも光取り出し効率が高められる。

変質部は、一例として、第一半導体層の他の領域と比較して結晶性の低い領域で構成されることができる。また、別の一例として、変質部は、酸化物等の他の物質が介在することで、第一半導体層の他の領域と比較して物性が異なる領域で構成されることができる。いずれの場合においても、第一半導体層のうち、変質部が形成されている領域は、変質部が形成されていない領域よりも高抵抗となる。なお、ここで酸化物等の他の物質が介在する場合には、当該介在する層は、第一半導体層よりも極めて薄膜であるものとしても構わない。

前記変質部は、前記第一半導体層のうち、前記基板の面に直交する方向に関して前記第二電極と対向する領域であって、且つ、前記第一電極に接触する領域に形成されているものとしても構わない。

前記第一電極は、前記第一半導体層の側の面の全面が、前記第一半導体層に接触して形成されているものとしても構わない。

この構成によれば、第一電極を形成するにあたって、前記第一半導体層の上面にのみ第一電極を構成する金属材料を成膜すればよい。つまり、図４に示した従来構成のように、部分的に絶縁層を成膜した状態で金属材料を成膜する必要がない。この結果、製造プロセスの簡素化が実現できる。

前記第一半導体層はｐ型窒化物半導体で構成され、前記第二半導体層はｎ型窒化物半導体で構成されているものとしても構わない。

窒化物半導体は、結晶性が低下する等で欠陥が生じると、ｎ型化する傾向を示す。このため、第一半導体層をｐ型窒化物半導体で構成すると、当該第一半導体層の特定の領域に対して例えばエネルギーを照射して結晶性を低下させることで当該領域がｎ型化し、ｐ型のキャリア濃度が低下する。この結果、当該領域を高抵抗化しやすくなる。

前記第一電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｔｉ、又はＰｔを含む金属材料で構成されているものとしても構わない。これにより、活性層から放射された光を第一電極で反射させることができ、光取り出し効率が高められる。反射率を高める観点から、第一電極はＡｇ又はＡｌを含む金属材料で構成されるのがより好ましい。

また、本発明は、上記構成を有する半導体発光素子の製造方法であって、
成長基板を準備し、前記成長基板の上層に前記第二半導体層、前記活性層、及び前記第一半導体層の順に前記半導体層を形成する工程（ａ）と、
前記第一半導体層の一部の領域である特定領域に対して選択的にエネルギー供給を行って、当該領域の結晶状態又は物性を変化させて前記変質部を形成する工程（ｂ）と、
前記第一半導体層の上面に、金属材料を成膜して前記第一電極を形成する工程（ｃ）と、
前記第一電極の上層に前記基板を貼り合わせると共に、前記成長基板を除去して前記第二半導体層を露出させる工程（ｄ）と、
露出された前記第二半導体層の面のうち、前記基板の面に直交する方向に関して前記変質部と対向する位置に第二電極を形成する工程（ｅ）とを有することを特徴とする。

前記工程（ｂ）は、
前記第一半導体層の上面のうち、前記特定領域以外の領域にマスクを形成する工程と、
前記マスクで覆われていない前記第一半導体層の露出面に対してプラズマを照射する工程とを含むものとしても構わない。

上記の方法によれば、第一半導体層の面のうち、前記特定領域に対して選択的にプラズマが照射される。これにより、この特定領域内に形成されていた第一半導体層の結晶にダメージが加えられることで結晶性が低下し、高抵抗化される。

前記工程（ｂ）は、
前記第一半導体層の上面のうち、前記特定領域以外の領域にマスクを形成する工程と、
前記マスクで覆われていない前記第一半導体層の露出面に対して水素を含むガスを流しながら、アニール処理を行う工程とを含むものとしても構わない。

上記の方法によれば、第一半導体層の面のうち、前記特定領域に対して、結晶内に水素が取り込まれる。この結果、当該領域が高抵抗化される。

本発明によれば、動作電圧の上昇を招くことなく、従来よりも光取り出し効率の高い半導体発光素子が実現される。

半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。 半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。 比較例の発光素子の構成を模式的に示す図面である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。 従来の半導体発光素子の構成を模式的に示す図面である。

本発明の半導体発光素子につき、図面を参照して説明する。なお、各図において、図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。また、以下において、「ＡｌＧａＮ」という記述は、Ａｌ_mＧａ_1-mＮ（０＜ｍ＜１）という記述と同義であり、ＡｌとＧａの組成比の記述を単に省略して記載したものであって、ＡｌとＧａの組成比が１：１である場合に限定する趣旨ではない。「ＩｎＧａＮ」という記述についても同様である。

［構成］
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。図１Ｂは光取り出し方向から見たときの平面図に対応し、図１Ａは図１Ｂ内におけるＸ−Ｘ線で切断したときの断面図に対応する。半導体発光素子１は、基板３、半導体層５、第一電極１３、及び第二電極１５を含んで構成される。以下では、半導体発光素子１を単に「発光素子１」と適宜略記する。

（基板３）
基板３は、例えばＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性基板、又はＳｉなどの半導体基板で構成される。

（半導体層５）
本実施形態では、半導体層５は、基板３に近い側からｐ型半導体層１１、活性層９及びｎ型半導体層７が順に積層されて形成されている。本実施形態では、ｐ型半導体層１１が「第一半導体層」に対応し、ｎ型半導体層７が「第二半導体層」に対応する。

ｐ型半導体層１１は、例えばＭｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、又はＣなどのｐ型不純物がドープされた窒化物半導体層で構成される。窒化物半導体層としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等を利用することができる。

図１Ａに示すように、ｐ型半導体層１１は、一部の領域において変質部３３を有する。この変質部３３は、ｐ型半導体層１１の他の領域と比較して結晶状態が低下しているか、又は物性が異なっている。前者の例としては、変質部３３の箇所においてｐ型半導体層１１がアモルファス状で形成されている。また、後者の例としては、変質部３３の箇所において、ｐ型半導体層１１を構成する少なくとも一部を含む元素の酸化物が形成されている。この結果、変質部３３は、ｐ型半導体層１１の他の領域と比較して抵抗率が高い。変質部３３は、基板３の面に直交する方向に関して第二電極１５と対向する位置に形成されている。

活性層９は、例えばＩｎＧａＮで構成される発光層及びｎ型ＡｌＧａＮで構成される障壁層が周期的に繰り返されてなる半導体層で形成される。これらの層はアンドープでもｐ型又はｎ型にドープされていても構わない。活性層９は、少なくともエネルギーバンドギャップの異なる２種類の材料からなる層が積層されて構成されていればよい。活性層９の構成材料は、生成したい光の波長に応じて適宜選択される。

ｎ型半導体層７は、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ、又はＴｅなどのｎ型不純物がドープされた窒化物半導体層で構成される。この窒化物半導体層としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等を利用することができる。なお、ｎ型半導体層７は、ｐ型半導体層１１と異なる組成の材料で構成されているものとしても構わない。また、図１Ａに示す構造においては、ｎ型半導体層７の上面に微細な凹凸が形成されている。

（第一電極１３）
第一電極１３は、ｐ型半導体層１１に接触して形成されている。本実施形態では、第一電極１３は、ｐ型半導体層１１側の面の全面が、ｐ型半導体層１１に接触して形成されている。第一電極１３は、ｐ型半導体層１１のうち、変質部３３が形成されていない箇所との間でオーミック接触が形成されている。本実施形態では、第一電極１３はｐ側電極を構成する。

第一電極１３は、活性層９から射出される光に対して高い反射率（例えば８０％以上であり、より好ましくは９０％以上）を示す導電性の材料で構成されるのが好ましい。これにより、光取り出し効率が向上する。具体的には、第一電極１３は、例えばＡｇ、Ａｌ、又はＲｈを含む金属材料で構成される。また、第一電極１３は、Ｎｉ、Ｔｉ、又はＰｔを含む金属材料で構成されるものとしても構わない。

（第二電極１５）
第二電極１５は、ｎ型半導体層７の上面に形成されており、例えばＣｕ−Ａｕで構成される。本実施形態では、第二電極１５はｎ側電極を構成する。

図１Ｂに示すように、本実施形態の発光素子１では、基板３とは反対側から、すなわち光取り出し方向から見たときに、第二電極１５がｎ型半導体層７の周囲を取り囲むように形成されている。より詳細には、第二電極１５は、離間した３箇所において、所定の方向に延伸するように構成されている。ただし、この第二電極１５の延伸する本数については、３本に限られるものではなく４本以上であっても構わない。

なお、図１Ｂに示す例では、第二電極１５が、一部の箇所において光取り出し方向から見て幅広な領域１５ａを有している。この領域１５ａは、例えばＡｕ、Ｃｕなどで構成されるワイヤ（不図示）が連絡されることで、パッド電極を構成するものとしても構わない。このとき、ワイヤの他端はパッケージ基板の給電パターンなどに接続されるものとして構わない。

上述したように、図１Ａ及び図１Ｂに示す発光素子１においては、ｎ型半導体層７が光取り出し面を構成する。第一電極１３と第二電極１５の間に電圧を印加することで、活性層９内を電流が流れ、活性層９が発光する。発光素子１は、活性層９から放射された光をｎ型半導体層７側に取り出すことが想定されている。第一電極１３は、活性層９から基板３側に向けて放射された光をｎ型半導体層７側に向けて反射させることで、光取り出し効率を高める機能を果たしている。

（導電層２０）
導電層２０は、基板３の上層に形成されている。本実施形態では、導電層２０は、保護層１７、接合層１９、接合層２１及び保護層２３の多層構造で構成されている。

接合層１９及び接合層２１は、例えばＡｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｐｄ−Ｓｎ、Ｓｎなどで構成される。後述するように、これらの接合層１９と接合層２１は、基板３上に形成された接合層２１と、別の基板（後述する成長基板２５）上に形成された接合層１９を対向させた後に、両者を貼り合わせることで形成されたものである。これらの接合層１９及び接合層２１は、単一の層として一体化されているものとしても構わない。

保護層１７は、例えばＮｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｒｈ等を含む金属材料又は合金が、一周期又は多周期にわたって積層される構成を採用することができる。接合層（１９，２１）を構成する材料が第一電極１３側に拡散すると、第一電極１３の反射率が低下してしまい、光取り出し効率が低下する。これに対し、保護層１７を上記の材料で構成することで、接合層（１９，２１）を構成する材料が第一電極１３側に拡散するのを抑制できる。

保護層２３は、例えば保護層１７と同一の材料で構成され、接合層（１９，２１）を構成する材料が基板３側に拡散するのを抑制する目的で設けられている。ただし、保護層２３は必ずしも備えられていなくても構わない。

（絶縁層２４）
本実施形態において、発光素子１は、半導体層５の端部領域において、ｐ型半導体層１１の一部と接触して形成された絶縁層２４を備えている。絶縁層２４は、例えばＳｉＯ_2、ＳｉＮ、Ｚｒ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃などで構成される。この絶縁層２４は、製造方法の項で後述するように、素子分離時におけるエッチングストッパとして機能させる目的で設けられている。

なお、図１Ａでは図示していないが、半導体層５の側面に保護膜としての絶縁層を形成しても構わない。

［作用］
図１に示す発光素子１によれば、ｐ型半導体層１１は、基板３の面に直交する方向（以下、一例として「鉛直方向」と記載する。）に関して、第二電極１５と対向する位置に、周囲の領域よりも抵抗率の高い変質部３３が形成されている。

仮に、図１に示す発光素子１において、ｐ型半導体層１１が、鉛直方向に関して第二電極１５と対向する位置に変質部３３を備えていない場合、第一電極１３と第二電極１５の間に電圧を印加すると、鉛直方向に関して第二電極１５と対向する領域内に大部分の電流が流れてしまう。この結果、活性層９の特定の領域のみが発光してしまい、発光効率が低下する。

変質部３３は、活性層９を流れる電流を基板３の面に平行な方向に拡げることで、活性層９の発光効率を高める機能を有している。そして、この変質部３３によって電流を拡げる効果が実現できるため、図４に示す発光素子９０のように、電流を拡げる目的で絶縁層９４を設ける必要がない。この結果、活性層９から基板３に向けて放射された光を、絶縁層内を透過させることなく光取り出し面（ｎ型半導体層７）に向けて反射させることができる。この結果、従来よりも光取り出し効率が向上する。

（実施例）
図１Ａに示す発光素子１を実施例とした。また、図２に示す発光素子５０を比較例とした。比較例の発光素子５０は、図１Ａに示す発光素子１と比較して、基板３の面に直交する方向に関して第二電極１５に対向する位置には絶縁層５１が形成されている点が異なる。なお、ｐ型半導体層１１の端部と接触する箇所においては、絶縁層５１は、本実施形態における発光素子１が備えるエッチングストッパとしての絶縁層２４を兼ねている。

実施例の発光素子と比較例の発光素子のそれぞれに対し、各々５００ｍＡの電流を印加して光出力を測定した。実施例の発光素子１では４２０ｍＷの出力が確認され、比較例の発光素子５０では４００ｍＷの出力が確認された。つまり、実施例の発光素子１の方が、比較例の発光素子５０よりも高い光出力が得られている。

この結果からも、絶縁層５１を設ける必要のない発光素子１の構成によれば、絶縁層５１内における光吸収が生じない結果、従来の構造よりも光出力が高められていることが確認できる。

［製造方法］
次に、発光素子１の製造方法の一例につき、図３Ａ〜図３Ｋに模式的に示す工程断面図を参照して説明する。なお、以下で説明する製造条件や膜厚等の寸法はあくまで一例である。

（ステップＳ１）
図３Ａに示すように、成長基板２５を準備する。成長基板２５としては、一例としてＣ面を有するサファイア基板を用いることができる。

準備工程として、成長基板２５のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的な一例としては、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着）装置の処理炉内に成長基板２５を配置し、処理炉内に水素ガスを流しながら、炉内温度を昇温することにより行われる。

（ステップＳ２）
図３Ｂに示すように、成長基板２５の上層に、アンドープ層２７、ｎ型半導体層７、活性層９、及びｐ型半導体層１１を順に形成する。このステップＳ２は、例えば以下の手順で行われる。

まず、成長基板２５の上面に、ＧａＮよりなる低温バッファ層を形成し、その上層にＧａＮよりなる下地層を形成する。これらの低温バッファ層及び下地層がアンドープ層２７に対応する。具体的なアンドープ層２７の形成方法は、例えば以下の通りである

まず、МОＣＶＤ装置の炉内圧力、及び炉内温度を所定の条件とし、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、所定の流量でトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びアンモニアを処理炉内に供給する。これにより、成長基板２５の表面に、ＧａＮよりなる低温バッファ層を形成する。

次に、ＭＯＣＶＤ装置の炉内温度及び炉内に供給するガスの流量を変更することで、低温バッファ層の表面にＧａＮよりなる下地層を形成する。

次に、アンドープ層２７の上層にｎ型半導体層７を形成する。ｎ型半導体層７の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

МОＣＶＤ装置の炉内圧力、及び炉内温度を所定の条件とし、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、所定の流量でＴＭＧ、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア、及びｎ型不純物をドープするためのテトラエチルシランを供給する。これにより、例えばＡｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎの組成を示すｎ型半導体層７がアンドープ層２７の上層に形成される。

なお、この後、ＴＭＡの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを所定時間供給することにより、ｎ型ＡｌＧａＮ層の上層に、薄膜（例えば厚みが５ｎｍ程度）のｎ型ＧａＮよりなる保護層を有してなるｎ型半導体層７を実現してもよい。なお、ｎ型半導体層７を構成する窒化物半導体の組成は適宜設定されるものとして構わない。

上記の説明では、ｎ型半導体層７に含まれるｎ型不純物をＳｉとする場合について説明したが、ｎ型不純物としては、Ｓｉ以外にＧｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ又はＴｅ等を用いることができる。

次に、ｎ型半導体層７の上層に活性層９を形成する。活性層９の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

МОＣＶＤ装置の炉内圧力、及び炉内温度を所定の条件とし、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、所定の流量でＴＭＧ、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニアを供給するステップと、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、及びテトラエチルシランを供給するステップとを繰り返し行う。これにより、ＩｎＧａＮよりなる発光層、及びｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層が複数周期積層されてなる活性層９が、ｎ型半導体層７の上層に形成される。なお、活性層９を構成する窒化物半導体の組成は適宜設定されるものとして構わない。

次に、活性層９の上層にｐ型半導体層１１を形成する。ｐ型半導体層１１の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

МОＣＶＤ装置の炉内圧力、及び炉内温度を所定の条件とし、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、所定の流量でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア及びｐ型不純物をドープするためのビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を供給する。これにより、活性層９の表面に、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、ＴＭＡの流量を変更して原料ガスを供給することにより、Ａｌ_0.13Ｇａ_0.87Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層によりｐ型半導体層１１が形成される。

なお、この工程の後、ＴＭＡの供給を停止すると共に、ＣＰ₂Ｍｇの流量を変更して原料ガスを供給することにより、ｐ型不純物濃度が１×１０²⁰／ｃｍ³程度のｐ型ＧａＮ層を有してなるｐ型半導体層１１を実現してもよい。なお、活性層９を構成する窒化物半導体の組成は適宜設定されるものとして構わない。

このステップＳ２が工程（ａ）に対応する。

（ステップＳ３）
ステップＳ２で得られたウェハに対して活性化処理を行う。具体的な一例としては、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal：急速加熱）装置を用いて、窒素雰囲気下中６５０℃で１５分間の活性化処理を行う。

（ステップＳ４）
図３Ｃに示すように、ｐ型半導体層１１の上面の所定の領域にマスク１４を形成する。このマスク１４は、図３Ｃに示す領域３０以外の領域に形成される。図３Ｃに示す領域３０は、その後にｐ型半導体層１１内に変質部３３を形成する予定の領域に対応する（図３Ｄ参照）。マスク１４としては、レジストマスクやＳｉＯ₂マスクを利用することができる。その後、図３Ｄに示すように、マスク１４で覆われていないｐ型半導体層１１の露出面に対して選択的にプラズマ３２を照射する。これにより、プラズマ３２が照射された領域内のｐ型半導体層１１の結晶状態が低下し、周囲のｐ型半導体層１１よりも抵抗率の高い変質部３３が形成される。ｐ型半導体層１１の領域のうち、本ステップＳ４においてプラズマ３２が照射される対象となる領域が「特定領域」に対応する。

このステップＳ４を実行後、ｐ型半導体層１１の面を例えばTEM（Transmission Electron Microscope：透過型電子顕微鏡）で確認すると、変質部３３が形成されていない領域では平坦な表面が確認される反面、変質部３３が形成されている領域には荒れた表面が確認される。

プラズマ３２としては、Ａｒ、Ｏ₂、Ｎ₂等のプラズマを用いることができる。例えば、このプラズマ３２を照射する方法としては、本ステップまでで得られたウェハをスパッタリング装置又はプラズマ照射装置内に設置した状態で、逆スパッタ法を行うことにより実現される。

なお、本ステップＳ４において、プラズマ３２を照射するに際しては、プラズマ３２の照射によって生成される変質部３３が活性層９にまでは達しないような条件下で、照射エネルギー及び照射時間が適宜設定されるものとして構わない。一例として、プラズマ３２の照射エネルギーを１０Ｗ程度とし、照射時間を５分〜３０分とすることができる。

本ステップＳ４が工程（ｂ）に対応する。

（ステップＳ５）
ｐ型半導体層１１の上面の端部に絶縁層２４を形成する（図３Ｅ参照）。

より具体的には、隣接する素子との境界となる領域内におけるｐ型半導体層１１の上面に、例えばＡｌ₂Ｏ₃をスパッタリング法によって１２０ｎｍ程度の膜厚で成膜することで絶縁層２４を形成する。なお、成膜する材料は絶縁性材料であればよく、Ａｌ₂Ｏ₃の他、ＳｉＮやＳｉＯ₂でも構わない。

（ステップＳ６）
ｐ型半導体層１１の上面のうち、絶縁層２４が形成されていない領域に第一電極１３を形成する（図３Ｅ参照）。第一電極１３の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

ｐ型半導体層１１の上面の所定領域に、導電性材料で構成された材料膜を成膜する。一例としては、スパッタリング法によってｐ型半導体層１１の上面の所定の領域に、膜厚１２０ｎｍ程度のＡｇを成膜する。

ここで、材料膜に含まれるＡｇは、発光素子１が備える活性層９から射出される光に対して高い反射率（９０％以上）を示す材料の例である。第一電極１３を構成する材料としては、活性層９から射出される光に対して高い反射率を示す材料であれば、Ａｇ以外の材料（例えばＡｌ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔなど）が含まれるものとしても構わない。また、第一電極１３を構成する材料として、これらの高反射率を示す材料を含む合金で構成されていても構わない。

上記の材料膜を成膜した後に、ＲＴＡ装置等を用いてドライエア又は不活性ガス雰囲気中でコンタクトアニール処理を行う。これにより、ｐ型半導体層１１との間でオーミック接触が形成された、第一電極１３が形成される。なお、ステップＳ４の時点で形成された変質部３３と第一電極１３との間の抵抗は、変質部３３が形成されていない領域内のＰ型半導体層１１と第一電極１３との間の抵抗よりも高い。

ステップＳ６は、工程（ｃ）に対応する。このステップＳ６を、ステップＳ５の前に行っても構わない。

（ステップＳ７）
次に、図３Ｆに示すように、ｐ型半導体層１１が露出している領域の上面、並びに第一電極１３及び絶縁層２４の上面に保護層１７を形成する。その後、保護層１７の上面に接合層１９を形成する。

より具体的には、例えば電子線蒸着装置（ＥＢ装置）を用いて、Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔの多層膜を成膜する。その他、本ステップで成膜する金属材料としては、Ｔｉ，Ｐｔ，Ｎｉの他、Ｃｒ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｗなどを用いることもできる。これにより、第一電極１３及び絶縁層２４の上面に保護層１７が形成される。

その後、保護層１７の上面に、例えば膜厚１０ｎｍのＴｉを蒸着させた後、Ａｕ８０％Ｓｎ２０％で構成されるＡｕ−Ｓｎハンダを膜厚３μｍ蒸着させる。これにより接合層１９が形成される。

（ステップＳ８）
図３Ｇに示すように、成長基板２５とは別に準備された基板３の上面に、保護層２３及び接合層２１を形成する。基板３としては、上述したようにＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏ等の導電性基板、又はＳｉ等の半導体基板を利用することができる。

保護層２３は、例えばＰｔ層、Ｔｉ／Ｐｔの多層構造などを採用することができ、保護層２３は保護層１７と同じ材料で構成してもよい。なお、保護層２３については形成しないものとしても構わない。接合層２１は、ステップＳ７で形成された接合層１９と同一の材料で実現することができる。

（ステップＳ９）
図３Ｈに示すように、成長基板２５の上層に形成された接合層１９と、基板３の上層に形成された接合層２１を貼り合わせることで、成長基板２５と基板３の貼り合わせを行う。具体的な一例としては、２８０℃の温度、０．２ＭＰａの圧力下で、貼り合わせ処理が行われる。

この工程により、接合層１９及び接合層２１が溶融して接合されることで、基板３と成長基板２５が表裏面に貼り合わされた構造が形成される。つまり、接合層１９と接合層２１は、本ステップ以後においては一体化されているものとして構わない。本ステップＳ９の実行前の段階で保護層２３及び保護層１７が形成されていることで、接合層（１９，２１）の構成材料の拡散が抑制されている。

（ステップＳ１０）
次に、成長基板２５を剥離する（図３Ｉ参照）。より具体的には、成長基板２５を上に向け、基板３を下に向けた状態で、成長基板２５側からレーザ光を照射する。ここで、照射するレーザ光を、成長基板２５の構成材料（本実施形態ではサファイア）を透過し、アンドープ層２７の構成材料（本実施形態ではＧａＮ）によって吸収されるような波長の光とする。これにより、アンドープ層２７でレーザ光が吸収されるため、成長基板２５とアンドープ層２７の界面が高温化してＧａＮが分解され、成長基板２５が剥離される。

その後、ウェハ上に残存している金属Ｇａを塩酸等を用いて除去した後、ＧａＮ（アンドープ層２７）をＩＣＰ装置を用いたドライエッチングによって除去し、ｎ型半導体層７を露出させる。なお、本ステップＳ１０においてアンドープ層２７が除去されて、ｐ型半導体層１１、活性層９、及びｎ型半導体層７が、基板３側からこの順に積層されてなる半導体層５が残存する（図３Ｊ参照）。

ステップＳ９及びＳ１０が工程（ｄ）に対応する。

（ステップＳ１１）
次に、図３Ｋに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ＩＣＰ装置を用いて絶縁層２４の上面が露出するまで半導体層５をエッチングする。このとき、上述したように絶縁層２４はエッチングストッパーとして機能する。

なお、図３Ｋでは、半導体層５の側面が鉛直方向に対して傾斜を有するように図示しているが、これは一例であって、このような形状に限定する趣旨ではない。

（ステップＳ１２）
次に、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いてｎ型半導体層７の上面をウェットエッチングし、微細な凹凸を形成する（図１Ａ参照）。

（ステップＳ１３）
ｎ型半導体層７の上面の所定の領域、より詳細には、ｎ型半導体層７の上面のうち、ｐ型半導体層１１の変質部３３に対して鉛直方向に対向する領域の一部に、第二電極１５を形成する（図１Ａ参照）。具体的な方法の一例としては、ｎ型半導体層７の上面のうち、第二電極１５を形成する予定の領域以外をレジスト等でマスクした状態で、ｎ型半導体層７の上面に膜厚１００ｎｍのＣｒと膜厚３μｍのＡｕを蒸着する。その後、マスクを剥離して、窒素雰囲気中で２５０℃、１分間程度のアニール処理を行う。

なお、本ステップＳ１３では、第二電極１５の幅を変質部３３の幅よりも短くするのが好ましい。ここで、「幅」とは、基板３の面に平行な方向に係る長さを指す。一例として、第二電極１５の幅を２０μｍとし、変質部３３の幅を３０〜４０μｍとすることができる。

このステップＳ１３が工程（ｅ）に対応する。

（ステップＳ１４）
次に、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離し、基板３の裏面を例えばＡｇペーストにてパッケージと接合する。その後は、第二電極１５の一部領域に対してワイヤボンディングを行う。以上の工程を経て、図１Ａに示す発光素子１が製造される。

［別実施形態］
以下、別の実施形態について説明する。

〈１〉 上記実施形態では、ステップＳ４において、ｐ型半導体層１１の一部の特定領域に対してのみ選択的にプラズマ３２を照射し、当該領域のｐ型半導体層１１の結晶性を低下させることで変質部３３を形成した。しかし、ｐ型半導体層１１の特定領域に変質部３３を形成する方法は、この方法に限られない。

例えば、ステップＳ４の後、マスク１４で覆われていない領域に対してのみ選択的に水素を含むガスを照射した状態でアニールを行うことで変質部３３を形成するものとしても構わない。このときのアニール温度は例えば５００℃であり、ステップＳ３における活性化のためのアニール温度よりは低温である。この方法によれば、マスク１４で覆われていない領域、すなわち領域３０内のｐ型半導体層１１には水素原子が取り込まれ、領域３０内のｐ型半導体層１１に含まれるｐ型のキャリア濃度が低下する。この結果、領域３０内のｐ型半導体層１１が高抵抗化し、変質部３３が形成される。

つまり、変質部３３としては、ｐ型半導体層１１を構成する材料の組成やキャリア濃度が変化することで、その周りのｐ型半導体層１１よりも高抵抗化した領域で構成されるものとしても構わない。

〈２〉 上記の実施形態では、第一電極１３が、ｐ型半導体層１１の側の面の全面が、ｐ型半導体層１１に接触して形成されているものについて説明した（図１Ａ参照）。ただし、本発明は、第一電極１３の、ｐ型半導体層１１の側の面のうちの一部が、ｐ型半導体層１１以外の箇所に接触している構成を排除するものではない。ただし、この場合、第一電極１３とｐ型半導体層１１の間に別の層が介在することとなるが、当該層は、活性層９から放射される光の吸収率が極めて低いものとして構わない。例えば、この層が、活性層９から放射される光の反射率が第一電極１３と同等の値を示す材料で構成されるものとしても構わない。また、この層における光の吸収はおよそ無視できる程度に極めて膜厚が薄いものとしても構わない。

〈３〉 上記の実施形態では、変質部３３は、ｐ型半導体層１１のうち、基板３の面に直交する方向に関して第二電極１５と対向する領域であって、第一電極１３と接触する領域に形成されるものとした。ただし、変質部３３は、ｐ型半導体層１１のうち、少なくとも基板３の面に直交する方向に関して第二電極１５と対向する領域に形成されていればよい。例えば、プラズマ３２のエネルギー照射の条件を適宜設定することにより、ｐ型半導体層１１のうち、第一電極１３と接触しない領域であって、基板３の面に直交する方向に関して第二電極１５と対向する領域に変質部３３が形成されていても構わない。

〈４〉 図１Ａに示した半導体発光素子１は、ｎ型半導体層７の面、すなわち光取り出し面に凹凸面を有していた。これは、活性層９からｎ型半導体層７の表面に対して臨界角以上の角度で入射される光の量を低減させることで、光取り出し効率を向上させる狙いがある。しかし、ｎ型半導体層７の表面には必ずしもかかる凹凸が形成されていなくても構わない。この場合、製造に際して、上記ステップＳ１２が不要となる。

〈５〉 上記の実施形態では、半導体層５を構成する層のうち、基板３に近い側をｐ型半導体層１１、基板３から遠い側をｎ型半導体層７として説明したが、これらの導電型を反転させても構わない。

ただし、半導体層５が窒化物半導体で構成される場合において、上記実施形態のように、特にステップＳ４でプラズマ３２を照射して半導体の結晶状態を低下させることにより高抵抗の変質部３３を形成する場合には、基板３に近い側の半導体層、すなわちプラズマ３２の照射対象となる半導体層をｐ型半導体層とするのが好ましい。プラズマ３２が照射されて、ｐ型半導体層の結晶状態が低下し、欠陥が生じると、ｎ型のキャリアが増加する。この結果、ｐ型半導体内のｐ型のキャリア濃度が低下するため、抵抗率が向上する。

１ ： 半導体発光素子
３ ： 基板
５ ： 半導体層
７ ： ｎ型半導体層
９ ： 活性層
１１ ： ｐ型半導体層
１３ ： 第一電極
１４ ： マスク
１５ ： 第二電極
１５ａ ： 第二電極の幅広領域
１７ ： 保護層
１９ ： 接合層
２０ ： 導電層
２１ ： 接合層
２３ ： 保護層
２４ ： 絶縁層
２５ ： 成長基板
２７ ： アンドープ層
３０ ： マスク非形成領域
３２ ： プラズマ
３３ ： 変質部
５０ ： 比較例の発光素子
５１ ： 絶縁層
９０ ： 従来の発光素子
９１ ： 基板
９２ ： 導電層
９３ ： 反射膜
９４ ： 絶縁層
９５ ： 反射電極
９６ ： ｐ型半導体層
９７ ： 活性層
９８ ： ｎ型半導体層
９９ ： 半導体層
１００ ： ｎ側電極

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された、ｎ型又はｐ型の第一半導体層、前記第一半導体層の上層に形成された活性層、及び前記活性層の上層に形成され前記第一半導体層とは導電型の異なる第二半導体層を含む半導体層と、
   前記第一半導体層の面のうち、前記活性層とは反対側の面に接触して形成された、前記活性層からの放射光を反射させる材料からなる第一電極と、
   前記第二半導体層の面のうち、前記活性層とは反対側の面に接触して形成された第二電極とを備え、
   前記第一半導体層は、前記基板の面に直交する方向に関して前記第二電極と対向する少なくとも一部の領域に変質部を有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記変質部は、前記第一半導体層のうち、前記基板の面に直交する方向に関して前記第二電極と対向する領域であって、且つ、前記第一電極に接触する領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記第一電極は、前記第一半導体層の側の面の全面が、前記第一半導体層に接触して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
4. 前記第一半導体層はｐ型窒化物半導体で構成され、前記第二半導体層はｎ型窒化物半導体で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
5. 前記第一電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｔｉ、又はＰｔを含む金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
6. 請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法であって、
   成長基板を準備し、前記成長基板の上層に前記第二半導体層、前記活性層、及び前記第一半導体層の順に前記半導体層を形成する工程（ａ）と、
   前記第一半導体層の一部の領域である特定領域に対して選択的にエネルギー供給を行って、当該領域の結晶状態又は物性を変化させて前記変質部を形成する工程（ｂ）と、
   前記第一半導体層の上面に、金属材料を成膜して前記第一電極を形成する工程（ｃ）と、
   前記第一電極の上層に前記基板を貼り合わせると共に、前記成長基板を除去して前記第二半導体層を露出させる工程（ｄ）と、
   露出された前記第二半導体層の面のうち、前記基板の面に直交する方向に関して前記変質部と対向する位置に第二電極を形成する工程（ｅ）とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
7. 前記工程（ｂ）は、
   前記第一半導体層の上面のうち、前記特定領域以外の領域にマスクを形成する工程と、
   前記マスクで覆われていない前記第一半導体層の露出面に対してプラズマを照射する工程とを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
8. 前記工程（ｂ）は、
   前記第一半導体層の上面のうち、前記特定領域以外の領域にマスクを形成する工程と、
   前記マスクで覆われていない前記第一半導体層の露出面に対して水素を含むガスを流しながら、アニール処理を行う工程とを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
9. 前記第一半導体層はｐ型窒化物半導体で構成され、前記第二半導体層はｎ型窒化物半導体で構成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
10. 前記工程（ｃ）で成膜される金属材料が、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｔｉ、又はＰｔを含む金属材料で構成されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
    

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