JP5086928B2

JP5086928B2 - 窒化物半導体発光素子およびその製造方法

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Publication number: JP5086928B2
Application number: JP2008191292A
Authority: JP
Inventors: 隆好高野; 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: JP2010028057A

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関するものである。

従来から、窒化ガリウム系の窒化物半導体を利用した発光ダイオードやレーザダイオードなどの窒化物半導体発光素子が各所で研究開発され（例えば、特許文献１）、青色の波長域の光を発光する青色発光ダイオードに限らず、５００〜５６０ｎｍ程度の緑色の波長域の光を発光する緑色発光ダイオードや、３８０ｎｍ以下の紫外線の波長域の光を発光する紫外発光ダイオードなどが実用化され、６８０ｎｍ以上の赤外線の波長域の光を発光する赤外発光ダイオードについても研究開発が活発に行われている。

ところで、窒化物半導体発光素子としては、エピタキシャル成長用の単結晶基板として絶縁性基板であるサファイア基板を用いたものが一般的であり、上記特許文献１には、図３に示すように、サファイア基板からなる単結晶基板１の主表面側にバッファ層２を介して形成されたｎ形窒化物半導体層３と、ｎ形窒化物半導体層３の表面側に形成された発光層４と、発光層４の表面側に形成されたｐ形窒化物半導体層５と、ｐ形窒化物半導体層５の表面側に形成されたアノード電極（ｐ電極）１０と、ｎ形窒化物半導体層３における単結晶基板１側とは反対の表面側に形成されたカソード電極（ｎ電極）１１とを備えた窒化物半導体発光素子（発光ダイオード）が記載されている。なお、上記特許文献１には、上述の窒化物半導体発光素子の実施例として、バッファ層２が、ＡｌＮ層により構成され、ｎ形窒化物半導体層３が、Ｓｉのドーピング濃度を７×１０^１８ｃｍ^−３としたｎ形ＧａＮ層からなるコンタクト層とＳｉのドーピング濃度を５×１０^１８ｃｍ^−３としたｎ形ＧａＮ層からなる下部クラッド層とで構成され、発光層４が、Ｉｎ_0.95Ｇａ_0.05Ｎ層からなる井戸層を有する単一量子井戸構造により構成され、ｐ形窒化物半導体層５が、Ｍｇのドーピング濃度を１×１０^１８ｃｍ^−３としたｐ形Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層からなる上部クラッド層とＭｇのドーピング濃度を５×１０^１９ｃｍ^−３としたｐ形ＧａＮ層からなるコンタクト層とで構成されたものが例示されている。

ここにおいて、アノード電極１０は、ｐ形窒化物半導体層５上に形成されたＩＴＯなどの導電性酸化物からなる透光性電極９上に形成され、カソード電極１１は、ｎ形窒化物半導体層３における発光層４側の露出した表面上に形成されている。さらに説明すれば、上述の窒化物半導体発光素子は、単結晶基板１の上記一表面側へｎ形窒化物半導体層３、発光層４、ｐ形窒化物半導体層５をＭＯＣＶＤ法などにより順次成長させた後で、フォトリソグラフィ技術を利用してｎ形窒化物半導体層３と発光層４とｐ形窒化物半導体層５との積層構造部における所望の発光領域上にレジスト層（以下、第１のレジスト層と称する）を形成し、当該第１のレジスト層をマスクとして反応性イオンエッチングによりｐ形窒化物半導体層５の表面側からｎ形窒化物半導体層３の途中までエッチングすることによりｎ形窒化物半導体層３の表面を露出させ、第１のレジスト層を除去してから、ｐ形窒化物半導体層５上に透光性電極９の基礎となるＩＴＯ膜をスパッタ法などにより形成してから、当該ＩＴＯ膜をパターニングすることにより透光性電極９を形成し、その後、単結晶基板１の主表面側におけるアノード電極１０およびカソード電極１１の形成予定領域のみが露出するようにパターニングされた第２のレジスト層を形成してから、アノード電極１０およびカソード電極１１をスパッタ法などにより同時に形成し、リフトオフを行うことにより第２のレジスト層および当該第２のレジスト層上の不要膜を除去している。
特開２００８−４１８６６号公報

しかしながら、図３に示した構成の窒化物半導体発光素子では、製造時に、上述のようにサファイア基板からなる単結晶基板１の主表面側にｎ形窒化物半導体層３と発光層４とｐ形窒化物半導体層５との積層構造部をＭＯＣＶＤ法などにより形成した後で、フォトリソグラフィ技術を利用して上記積層構造部における発光領域上に第１のレジスト層を形成し、第１のレジスト層をマスクとして上記積層構造部における発光領域以外の領域をｎ形窒化物半導体層３が露出するまでエッチングし、第１のレジスト層を除去する必要があるので、製造工程が複雑になり、生産性が低下してコストが高くなるという問題があった。なお、窒化物半導体発光素子の製造にあたっては、窒化物半導体発光素子を１枚のウェハに複数形成してから、ダイサと呼ばれる切削装置を用いて個々の窒化物半導体発光素子に分離するようにしているのが一般的である。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、製造工程の簡略化を図れ生産性の向上が可能な窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、単結晶基板と、当該単結晶基板の一表面側に形成されたｎ形窒化物半導体層と、ｎ形窒化物半導体層の表面側に形成され発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造を有する発光領域と、ｎ形窒化物半導体層の前記表面側において発光領域の側方に発光領域から離間して形成されたｎ形コンタクト領域と、ｎ形窒化物半導体層の前記表面側において発光領域とｎ形コンタクト領域との間に形成された分離溝部と、発光領域のｐ形窒化物半導体層における発光層側とは反対側に形成されたアノード電極と、ｎ形コンタクト領域におけるｎ形窒化物半導体層側とは反対側に形成されたカソード電極とを備え、ｎ形コンタクト領域は、ｎ形窒化物半導体層の前記表面側の全体に形成した発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造部における当該ｎ形コンタクト領域の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域の導電形をｎ形へ変えることにより形成され、分離溝部は、前記積層構造部における当該分離溝部の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより形成され、発光領域は、前記積層構造部のうちｎ形コンタクト領域および分離溝部が形成された領域の残りの部分により構成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、ｎ形窒化物半導体層の表面側に形成され発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造を有する発光領域と、ｎ形窒化物半導体層の前記表面側において発光領域の側方に発光領域から離間して形成されたｎ形コンタクト領域と、ｎ形窒化物半導体層の前記表面側において発光領域とｎ形コンタクト領域との間に形成された分離溝部と、発光領域のｐ形窒化物半導体層における発光層側とは反対側に形成されたアノード電極と、ｎ形コンタクト領域におけるｎ形窒化物半導体層側とは反対側に形成されたカソード電極とを備え、ｎ形コンタクト領域は、ｎ形窒化物半導体層の前記表面側の全体に形成した発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造部における当該ｎ形コンタクト領域の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域の導電形をｎ形へ変えることにより形成され、分離溝部は、前記積層構造部における当該分離溝部の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより形成され、発光領域は、前記積層構造部のうちｎ形コンタクト領域および分離溝部が形成された領域の残りの部分により構成されているので、従来のようなフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してｎ形窒化物半導体層の表面を露出させる工程が不要であり、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れ、低コスト化が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法であって、ｎ形コンタクト領域および分離溝部の形成にあたって、ｎ形窒化物半導体層の表面側の全体に形成した発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造部におけるｎ形コンタクト領域および分離溝部それぞれの形成予定領域にパルスレーザ光としてそれぞれパルス幅が１０ｐｓ未満および１ｐｓ未満のパルスレーザ光を照射してｎ形コンタクト領域および分離溝部を形成することを特徴とする。

この発明によれば、ｎ形窒化物半導体層の表面側の全体に形成した発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造部におけるｎ形コンタクト領域および分離溝部それぞれの形成予定領域にパルスレーザ光としてそれぞれパルス幅が１０ｐｓ未満および１ｐｓ未満のパルスレーザ光を照射してｎ形コンタクト領域および分離溝部を形成するので、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れ、低コストの窒化物半導体発光素子を提供することができ、しかも、パルスレーザ光の照射部分周辺に熱損傷が生じるのを抑制することができるから、ｎ形コンタクト領域および分離溝部を精度良く形成することができる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、窒化物半導体発光素子を１枚のウェハに複数形成してから、個々の窒化物半導体発光素子に分離するようにし、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたっては、パルス幅が１ｐｓ未満のパルスレーザ光を照射して個々の窒化物半導体発光素子に分離することを特徴とする。

この発明によれば、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたって、前記ｎ形コンタクト領域および前記分離溝部を形成する際に用いるパルスレーザを流用することができるので、ダイサが不要であり、低コスト化が可能となるとともに、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離する際に損傷が発生するのを防止することが可能となる。

請求項１の発明では、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れるという効果がある。

請求項２の発明では、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れ、低コストの窒化物半導体発光素子を提供することができるという効果がある。

本実施形態の窒化物半導体発光素子は、可視光発光ダイオードであって、図１に示すように、矩形状（例えば、正方形状）に形成されたエピタキシャル成長用の単結晶基板１と、単結晶基板１の一表面側にバッファ層２を介して形成されたｎ形窒化物半導体層３と、ｎ形窒化物半導体層３の表面側に形成され発光層４とｐ形窒化物半導体層５との積層構造を有する発光領域６と、ｎ形窒化物半導体層３の上記表面側において発光領域６の側方に発光領域６から離間して形成されたｎ形コンタクト領域７と、ｎ形窒化物半導体層３の上記表面側において発光領域６とｎ形コンタクト領域７との間に形成されたｐｎ分離用の分離溝部８と、発光領域６のｐ形窒化物半導体層５における発光層４側とは反対側に形成された矩形状（ここでは、正方形状）のパッドであるアノード電極（ｐ電極）１０と、ｎ形コンタクト領域７におけるｎ形窒化物半導体層３側とは反対側に形成された矩形状（ここでは、正方形状）のパッドであるカソード電極（ｎ電極）１１とを備えている。

上述のｎ形コンタクト領域７は、後述のようにｎ形窒化物半導体層３の上記表面側の全体に形成した発光層４とｐ形窒化物半導体層５との積層構造部（図２（ａ）参照）における当該ｎ形コンタクト領域７の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域の導電形をｎ形へ変えることにより形成され（ここでは、当該ｎ形コンタクト領域７の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域を非晶質化することで導電形をｎ形へ変えている）、分離溝部８は、上記積層構造部における当該分離溝部８の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより形成され、発光領域６は、上記積層構造部のうちｎ形コンタクト領域７および分離溝部８が形成された領域の残りの部分により構成されている。

ここにおいて、分離溝部８は平面視Ｌ字状に形成されており、平面視において分離溝部８により区画された矩形状の区画にｎ形コンタクト領域７が形成され、Ｌ字状の区画に発光領域６が形成されている。ここで、本実施形態の窒化物半導体発光素子では、平面視において発光領域６の面積がｎ形コンタクト領域７の面積の略３倍になるように分離溝部８の形成位置を設定してある。また、アノード電極１０は、発光領域６のｐ形窒化物半導体層５上でｐ形窒化物半導体層５の平面視形状と相似形状であってｐ形窒化物半導体層５よりも小さなサイズに形成された透光性電極９上に形成されている。また、カソード電極１１は、ｎ形コンタクト領域７の上でｎ形コンタクト領域７の平面視形状と相似形状であってｎ形コンタクト領域７よりも小さな平面サイズに形成されている。

以下、上述の窒化物半導体発光素子について更に詳細に説明する。

上述の単結晶基板１としては、上記一表面が（０００１）面、つまり、ｃ面のサファイア基板を用いている。

バッファ層２は、ｎ形窒化物半導体層３の貫通転位を低減するとともにｎ形窒化物半導体層３の残留歪みを低減するために設けたものであり、膜厚が２５ｎｍのＡｌＮ層により構成してある。なお、バッファ層２の膜厚は２５ｎｍに限定するものではない。また、バッファ層２の材料はＡｌＮに限らず、例えば、ＧａＮやＡｌＧａＮでもよい。

バッファ層２の形成にあたっては、サファイア基板からなる単結晶基板１をＭＯＣＶＤ装置（有機金属気相成長装置）の反応炉内に導入した後、反応炉内の圧力を所定の成長圧力（例えば、１０ｋＰａ≒７６Ｔｏｒｒ）に保ちながら基板温度を所定温度（例えば、１２５０℃）まで上昇させてから所定時間（例えば、１０分間）の加熱を行うことにより単結晶基板１の上記一表面を清浄化し、その後、基板温度を所定の成長温度（例えば、５００℃）に保持した状態で、アルミニウムの原料であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）の流量を標準状態で０．０２Ｌ／ｍｉｎ（２０ＳＣＣＭ）に設定し、且つ、窒素の原料であるアンモニア（ＮＨ_３）の流量を標準状態で２Ｌ／ｍｉｎ（２ＳＬＭ）に設定してから、ＴＭＡｌとＮＨ_３とを同時に反応炉内へ供給開始してアモルファスのＡｌＮ層を堆積させ、その後、基板温度を所定のアニール温度（例えば、１１００℃）まで上昇させて基板温度基板温度を上記アニール温度に所定のアニール時間（例えば、５分間）保持するアニールを行うことにより、多結晶化されたＡｌＮ層からなるバッファ層２を得る。なお、バッファ層２としては、ＡｌＮ層に限らず、ＧａＮ層やＡｌＧａＮ層を採用してもよい。

ｎ形窒化物半導体層３は、バッファ層２上に形成されたｎ形ＧａＮ層で構成してある。ここで、ｎ形窒化物半導体層３の膜厚は４μｍに設定してあるが、特に限定するものではない。また、ｎ形窒化物半導体層３は、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、バッファ層２上のｎ形Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層と、当該ｎ形Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層上のｎ形ＧａＮ層とで構成してもよい。

ｎ形窒化物半導体層３の成長条件としては、成長温度を１１００℃、成長圧力を上記所定の成長圧力（ここでは、１０ｋＰａ）とし、ガリウムの原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、窒素の原料としてＮＨ_３、ｎ形導電性を付与する不純物であるシリコン（Ｓｉ）の原料としてテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を用い、各原料を輸送するためのキャリアガスとしてはＨ_２ガスとＮ_２ガスとを用いている。ここで、ＴＥＳｉの流量は標準状態で０．０００９Ｌ／ｍｉｎ（０．９ＳＣＣＭ）としている。なお、各原料は特に限定するものではなく、例えば、ガリウムの原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、窒素の原料としてヒドラジン誘導体、シリコンの原料としてモノシラン（ＳｉＨ_４）を用いてもよい。

発光層４は、障壁層を膜厚が１０ｎｍのＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ層により構成し、井戸層を膜厚が２ｎｍのＩｎ_0.20Ｇａ_0.80Ｎ層により構成してある。ここで、発光層４は、上記井戸層の数が３つとなるように上記障壁層と上記井戸層とを交互に積層した多重量子井戸構造となっている。なお、上記井戸層および上記障壁層の各組成は限定するものではなく、所望の発光波長に応じて適宜設定すればよい。また、上記井戸層の数は特に限定するものではなく、例えば上記井戸層を１つとした単一量子井戸構造を採用してもよい。また、上記障壁層および上記井戸層の各膜厚も特に限定するものではない。

ここにおいて、発光層４の成長条件としては、成長温度を７５０℃、成長圧力を上記所定の成長圧力（ここでは、１０ｋＰａ）とし、インジウムの原料としてＴＭＩｎ、ガリウムの原料としてＴＭＧａ、窒素の原料としてＮＨ_３を用い、各原料を輸送するためのキャリアガスとしてはＮ_２ガスを用いている。なお、発光層４は、上記障壁層の成長時と上記井戸層の成長時とでIII族原料のモル比（流量比）を適宜変化させる。

ｐ形窒化物半導体層５は、発光層４上に形成されたｐ形Ａｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎ層からなる第１のｐ形半導体層と、第１のｐ形半導体層上に形成されたｐ形ＧａＮ層からなる第２のｐ形半導体層とで構成してある。ここで、第１のｐ形半導体層および第２のｐ形半導体層の各組成は、第１のｐ形半導体層のバンドギャップエネルギが第２のｐ形半導体層のバンドギャップエネルギよりも大きくなるように設定してある。また、ｐ形窒化物半導体層５は、第１のｐ形半導体層の膜厚を２０ｎｍ、第２のｐ形半導体層の膜厚を５０ｎｍに設定してあるが、これらの膜厚は特に限定するものではない。

ここにおいて、ｐ形窒化物半導体層５の第１のｐ形半導体層の成長条件としては、成長温度を１１００℃、成長圧力を上記所定の成長圧力（ここでは、１０ｋＰａ）とし、アルミニウムの原料としてＴＭＡｌ、ガリウムの原料としてＴＭＧａ、窒素の原料としてＮＨ_３、ｐ形導電性を付与する不純物であるマグネシウムの原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を用い、各原料を輸送するためのキャリアガスとしてはＨ_２ガスを用いている。また、第２のｐ形半導体層の成長条件は、基本的に第１のｐ形半導体層の成長条件と同じであり、ＴＭＡｌの供給を停止している点が相違する。なお、各ｐ形半導体層いずれの成長時もＣｐ₂Ｍｇの流量は標準状態で０．０２Ｌ／ｍｉｎ（２０ＳＣＣＭ）としている。

ところで、本実施形態の窒化物半導体発光素子の製造にあたっては、単結晶基板１の上記一表面側の全面にバッファ層２、ｎ形窒化物半導体層３、発光層４、ｐ形窒化物半導体層５をＭＯＣＶＤ装置により順次成長させる結晶成長をウェハのレベルで行うことにより、図２（ａ）に示す構造を得る（ただし、図２（ａ）はチップのレベルで図示してある）。

ＭＯＣＶＤ装置による結晶成長が終了した後、ウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ｐ形窒化物半導体層５を活性化するためのアニール（以下、活性化アニールと称する）を行う。ここにおいて、活性化アニールはランプアニール装置を用いて行う。具体的には、上述のウェハをランプアニール装置の試料台に設置した後、アニール室内の雰囲気をＮ_２ガスにより置換し、その後、Ｎ_２ガスの流量を標準状態で５Ｌ／ｍｉｎ（５ＳＬＭ）とし、試料台を７５０℃に加熱し、所定時間（例えば、５分間）の活性化アニールを行う。

上述のようにｐ形窒化物半導体層５に対して活性化アニールを行った後、ｎ形窒化物半導体層３の上記表面側の全体に形成してある発光層４とｐ形窒化物半導体層５との積層構造部におけるｎ形コンタクト領域７および分離溝部８それぞれの形成予定領域にパルスレーザ光を照射してｎ形コンタクト領域７および分離溝部８を形成するレーザ加工をウェハレベルで行うことにより、図２（ｂ）に示す構造を得る（ただし、図２（ｂ）はチップのレベルで図示してある）。ここにおいて、上記積層構造部のうちｎ形コンタクト領域７および分離溝部８が形成された領域の残りの部分により発光領域６が構成される。

上述のレーザ加工では、パルスレーザを備えたレーザ照射装置を用いるが、ｎ形コンタクト領域７を形成する際のパルスレーザとしては、パルスレーザ光が１０ｐｓ未満のパルスレーザが適しており、分離溝部８を形成する際のパルスレーザとしては、パルスレーザ光のパルス幅が１ｐｓ未満の超高強度パルスレーザ（所謂フェムト秒レーザ）が適しており、超高強度パルスレーザとして、レーザ光の波長が８００ｎｍのモードロックＴｉ：サファイアレーザを用いている。

ここで、上述のｎ形コンタクト領域７の形成にあたっては、上記レーザ照射装置の試料台に上述のウェハを設置した後、真空チャックによりウェハを試料台に固定し、上記積層構造部における当該ｎ形コンタクト領域７の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して非晶質化することによりｎ形コンタクト領域７を形成している。ここで、ｎ形コンタクト領域７の形成においては、モードロックＴｉ：サファイアレーザのエネルギ密度を１８０ｍＪ／ｃｍ^２、パルス幅を１００ｆｓ、繰り返し周波数を１ｋＨｚとして、可動ミラーを用いて上記積層構造部におけるｎ形コンタクト領域７の形成予定領域にパルスレーザ光を走査させる。当該走査により、上記積層構造部のｐ形窒化物半導体層５および発光層４のうちｎ形コンタクト領域７の形成予定領域が非晶質化して多数の欠陥が形成され、ｎ形伝導性を有するようになる（すなわち、導電形がｎ形へ変わる）。なお、本実施形態では、ｎ形窒化物半導体層３の一部も非晶質化しているが、少なくともｐ形窒化物半導体層５と発光層４のうちｎ形コンタクト領域７の形成予定領域がｎ形窒化物半導体層３に達する深さまで非晶質化すればよい。また、第１の所定深さ（ｐ形窒化物半導体層５の表面からｎ形窒化物半導体層３の表面に達する深さ以上）まで非晶質化するために、同じ箇所にパルスレーザ光を数回照射してもよい。

また、上述の分離溝部８の形成にあたっては、上記積層構造部における当該分離溝部８の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより分離溝部８を形成している。ここで、分離溝部８の形成においては、モードロックＴｉ：サファイアレーザのエネルギ密度を５００ｍＪ／ｃｍ^２、パルス幅を１００ｆｓ、繰り返し周波数を１ｋＨｚとして、可動ミラーを用いて上記積層構造部における分離溝部８の形成予定領域にパルスレーザ光を走査させる。この時、分離溝部８がｎ形窒化物半導体層３の途中まで到達する第２の所定深さ（＞第１の所定深さ）になるまでパルスレーザ光を照射する。なお、第２の所定深さまで分離溝部８を形成するために、同じ箇所にパルスレーザ光を数回照射してもよい。

本実施形態では、ｎ形コンタクト領域７を形成した後に、分離溝部８を形成しているが、
ｎ形コンタクト領域７と分離溝部８との形成順序は特に限定するものではなく、例えば、パルスレーザ光の走査中にパルスレーザ光の照射条件を変化させることで、ｎ形コンタクト領域７と分離溝部８とを連続的に形成することも可能である。また、ｎ形コンタクト領域７および分離溝部８それぞれを形成する時のパルスレーザ光のエネルギ密度は、レーザ光の波長、ｐ形窒化物半導体５および発光層４の各材料などの種々の条件により適宜設定すればよく、パルスレーザ光のエネルギ密度および波長は特に限定するものではない。

上述のｎ形コンタクト領域７および分離溝部８を形成した後、透光性電極９、アノード電極１０、カソード電極１１を順次形成することにより、図２（ｃ）に示す構造の窒化物半導体発光素子が多数形成されたウェハを得る（ただし、図２（ｃ）はチップのレベルで図示してある）。

ここにおいて、透光性電極９は、膜厚が２ｎｍのＮｉ膜と膜厚が３ｎｍのＡｕ膜との積層膜により構成され、アノード電極１０は、膜厚が１５０ｎｍのＡｕ膜により構成され、カソード電極１１は、膜厚が２０ｎｍのＴｉ膜と膜厚が１５０ｎｍのＡｕ膜との積層膜により構成されているが、これらの膜厚は特に限定するものではない。

上述の透光性電極９の形成にあたっては、フォトリソグラフィ技術を利用して単結晶基板１の上記一表面側に透光性電極９の形成予定領域が開口されたレジスト層（以下、第１のレジスト層と称する）を形成してから、ウェハを蒸着装置のチャンバ内に導入し、当該チャンバ内が所定圧力（例えば、２６６×１０^−６Ｐａ）になってから、Ｎｉ膜を２Å／ｓの成膜速度で形成し、続いてＡｕ膜を５Å／ｓの成膜速度で形成し、その後、ウェハを蒸着装置のチャンバから取り出し、第１のレジスト層および当該第１のレジスト層上のＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜からなる不要膜を除去するリフトオフを行う。なお、Ｎｉ膜およびＡｕ膜それぞれの成膜速度は一例であって特に限定するものではない。

次に、アノード電極１０の形成にあたっては、フォトリソグラフィ技術を利用して単結晶基板１の上記一表面側にアノード電極１０の形成予定領域が開口されたレジスト層（以下、第２のレジスト層と称する）を形成してから、ウェハを蒸着装置のチャンバ内に導入し、当該チャンバ内が所定圧力（例えば、２６６×１０^−６Ｐａ）になってから、Ａｕ膜を５Å／ｓの成膜速度で形成し、その後、ウェハを蒸着装置のチャンバから取り出し、第２のレジスト層および当該第２のレジスト層上のＡｕ膜からなる不要膜を除去するリフトオフを行う。なお、Ａｕ膜の成膜速度は一例であって特に限定するものではない。

その後、アノード電極１０をランプアニール装置によりアニールする。具体的には、上述のウェハをランプアニール装置の試料台に設置した後、アニール室内の雰囲気をＮ_２ガスにより置換し、その後、Ｎ_２ガスの流量を標準状態で５Ｌ／ｍｉｎ（５ＳＬＭ）とし、試料台を５００℃に加熱し、所定時間（例えば、１０分間）のアニールを行う。なお、アノード電極１０のアニールに用いるアニール装置はランプアニール装置に限定するものではなく、他の周知のアニール装置を用いてもよい。また、アニールの条件も特に限定するものではない。

次に、カソード電極１１の形成にあたっては、フォトリソグラフィ技術を利用して単結晶基板１の上記一表面側にカソード電極１１の形成予定領域が開口されたレジスト層（以下、第３のレジスト層と称する）を形成してから、ウェハを蒸着装置のチャンバ内に導入し、当該チャンバ内が所定圧力（例えば、２６６×１０^−６Ｐａ）になってから、Ｔｉ膜を２Å／ｓの成膜速度で形成し、続いてＡｕ膜を５Å／ｓの成膜速度で形成し、その後、ウェハを蒸着装置のチャンバから取り出し、第３のレジスト層および当該第３のレジスト層上のＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜からなる不要膜を除去するリフトオフを行う。なお、Ｔｉ膜およびＡｕ膜それぞれの成膜速度は一例であって特に限定するものではない。

その後、カソード電極１１をランプアニール装置によりアニールする。具体的には、上述のウェハをランプアニール装置の試料台に設置した後、アニール室内の雰囲気をＮ_２ガスにより置換し、その後、Ｎ_２ガスの流量を標準状態で５Ｌ／ｍｉｎ（５ＳＬＭ）とし、試料台を３５０℃に加熱し、所定時間（例えば、５分間）のアニールを行う。なお、アノード電極１０のアニールに用いるアニール装置はランプアニール装置に限定するものではなく、他の周知のアニール装置を用いてもよい。また、アニールの条件も特に限定するものではない。

本実施形態の窒化物半導体発光素子の製造にあたっては、上述のカソード電極１１のアニールが終了するまでの全工程をウェハのレベルで行うことで窒化物半導体発光素子を１枚のウェハに複数形成してから、個々の窒化物半導体発光素子に分離するようにしている。ここで、本実施形態では、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたって、パルス幅が１ｐｓ未満のパルスレーザ光を照射して個々の窒化物半導体発光素子に分離するようにしている。

更に説明すれば、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたっては、上述のレーザ照射装置の試料台にウェハを設置した後、真空チャックによりウェハを試料台に固定し、ウェハのストリートに沿ってパルスレーザ光を照射して個々の窒化物半導体発光素子に分離する。ここで、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離する際には、モードロックＴｉ：サファイアレーザのエネルギ密度を５００ｍＪ／ｃｍ^２、パルス幅を１００ｆｓ、繰り返し周波数を１ｋＨｚとして、可動ミラーを用いてストリートに沿ってパルスレーザ光を走査させる。

しかして、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたって、ｎ形コンタクト領域７および分離溝部８を形成する際に用いるパルスレーザを流用することができるので、ダイサが不要であり、低コスト化が可能となるとともに、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離する際に損傷が発生するのを防止することが可能となる。

以上説明した本実施形態の窒化物半導体発光素子によれば、ｎ形窒化物半導体層３の表面側に形成され発光層４とｐ形窒化物半導体層５との積層構造を有する発光領域６と、ｎ形窒化物半導体層３の上記表面側において発光領域６の側方に発光領域６から離間して形成されたｎ形コンタクト領域７と、ｎ形窒化物半導体層３の上記表面側において発光領域６とｎ形コンタクト領域７との間に形成された分離溝部８と、発光領域６のｐ形窒化物半導体層５における発光層４側とは反対側に形成されたアノード電極１０と、ｎ形コンタクト領域７におけるｎ形窒化物半導体層３側とは反対側に形成されたカソード電極１１とを備え、ｎ形コンタクト領域７は、ｎ形窒化物半導体層３の上記表面側の全体に形成した発光層４とｐ形窒化物半導体層５との積層構造部における当該ｎ形コンタクト領域７の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域の導電形をｎ形へ変えることにより形成され、分離溝部８は、上記積層構造部における当該分離溝部８の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより形成され、発光領域６は、上記積層構造部のうちｎ形コンタクト領域７および分離溝部８が形成された領域の残りの部分により構成されているので、従来のようなフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してｎ形窒化物半導体層３の表面を露出させる工程が不要であり、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れ、低コスト化が可能となる。

また、本実施形態の窒化物半導体発光素子では、発光領域６とｎ形コンタクト領域７とがｐｎ分離用の分離溝部８により空間的に分離されているので、発光層４にキャリアを効率良く注入することが可能となる。

また、本実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、ｎ形コンタクト領域７および分離溝部８の形成にあたって、ｎ形窒化物半導体層３の上記表面側の全体に形成した発光層４とｐ形窒化物半導体層５との積層構造部におけるｎ形コンタクト領域７および分離溝部８それぞれの形成予定領域にパルスレーザ光としてそれぞれパルス幅が１０ｐｓ未満および１ｐｓ未満のパルスレーザ光を照射してｎ形コンタクト領域７および分離溝部８を形成するので、製造工程の簡略化を図れて生産性の向上を図れ、低コストの窒化物半導体発光素子を提供することができ、しかも、パルスレーザ光の照射部分周辺に熱損傷が生じるのを抑制することができるから、ｎ形コンタクト領域７および分離溝部８を精度良く且つ再現性良く形成することができる。

ところで、上記実施形態では、窒化物半導体発光素子をＭＯＣＶＤ法を利用して製造する方法について例示したが、結晶成長方法は、ＭＯＣＶＤ法に限定するものではなく、例えば、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などを採用してもよい。

また、上記実施形態では、窒化物半導体発光素子における単結晶基板１としてサファイア基板を用いているが、単結晶基板１はサファイア基板に限定するものではなく、例えば、スピネル基板、シリコン基板、炭化シリコン基板、酸化亜鉛基板、リン化ガリウム基板、砒化ガリウム基板、酸化マグネシウム基板、硼化ジルコニウム基板、III族窒化物系半導体結晶基板などを用いてもよい。

また、上記実施形態では、窒化物半導体発光素子として、可視光発光ダイオードを例示したが、可視光発光ダイオードに限らず、紫外発光ダイオードや赤外発光ダイオードでもよい。

また、上記実施形態では、パルス幅が１ｐｓ未満のレーザとして、モードロックＴｉ：サファイアレーザを用いているが、モードロックＴｉ：サファイアレーザに限らず、例えば、ＹＡＧレーザ、あるいは、これらのレーザ光を波長変換したレーザ（ＳＨＧ−Ｔｉ：サファイアレーザ、ＴＨＧ−Ｔｉ：サファイアレーザ、ＦＨＧ−Ｔｉ：サファイアレーザ、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＦＨＧ−ＹＡＧレーザなど）、エキシマレーザなどを用いてもよい。

実施形態の窒化物半導体発光素子の概略斜視図である。同上の窒化物半導体発光素子の製造方法の説明図である。従来例を示す窒化物半導体発光素子の概略断面図である。

符号の説明

１単結晶基板
３ｎ形窒化物半導体層
４発光層
５ｐ形窒化物半導体層
６発光領域
７ｎ形コンタクト領域
８分離溝部
１０アノード電極
１１カソード電極

Claims

単結晶基板と、当該単結晶基板の一表面側に形成されたｎ形窒化物半導体層と、ｎ形窒化物半導体層の表面側に形成され発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造を有する発光領域と、ｎ形窒化物半導体層の前記表面側において発光領域の側方に発光領域から離間して形成されたｎ形コンタクト領域と、ｎ形窒化物半導体層の前記表面側において発光領域とｎ形コンタクト領域との間に形成された分離溝部と、発光領域のｐ形窒化物半導体層における発光層側とは反対側に形成されたアノード電極と、ｎ形コンタクト領域におけるｎ形窒化物半導体層側とは反対側に形成されたカソード電極とを備え、ｎ形コンタクト領域は、ｎ形窒化物半導体層の前記表面側の全体に形成した発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造部における当該ｎ形コンタクト領域の形成予定領域にパルスレーザ光を照射して当該形成予定領域の導電形をｎ形へ変えることにより形成され、分離溝部は、前記積層構造部における当該分離溝部の形成予定領域にパルスレーザ光を照射してエッチングすることにより形成され、発光領域は、前記積層構造部のうちｎ形コンタクト領域および分離溝部が形成された領域の残りの部分により構成されてなることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法であって、ｎ形コンタクト領域および分離溝部の形成にあたって、ｎ形窒化物半導体層の表面側の全体に形成した発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造部におけるｎ形コンタクト領域および分離溝部それぞれの形成予定領域にパルスレーザ光としてそれぞれパルス幅が１０ｐｓ未満および１ｐｓ未満のパルスレーザ光を照射してｎ形コンタクト領域および分離溝部を形成することを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
窒化物半導体発光素子を１枚のウェハに複数形成してから、個々の窒化物半導体発光素子に分離するようにし、ウェハから個々の窒化物半導体発光素子に分離するにあたっては、パルス幅が１ｐｓ未満のパルスレーザ光を照射して個々の窒化物半導体発光素子に分離することを特徴とする請求項２記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。