JP5143977B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般式ＩｎX ＡｌY Ｇａ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体を具備する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、及び該製造方法を用いて製造される窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＧａＮ，ＧａＡｌＮ，ＩｎＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子が多数開発されている。特に近年では、発光素子の生産性の向上、及び発光効率の向上を図るべく研究がなされている。例えば、発光効率を向上させる技術が特許第２７４８８１８号公報に開示されている。
【０００３】
以下に、特許第２７４８８１８号公報に開示された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法について説明する。図８乃至図１０は、従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を示す説明図である。まず、サファイア等の基板Ｂ上にｎ型窒化ガリウム化合物半導体層（以下、ｎ型窒化ガリウム層という）Ｎ、活性層１０１、及びｐ型窒化ガリウム化合物半導体層（以下、ｐ型窒化ガリウム層という）Ｐがこの順に積層されたウェハーを用意し、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ上に所定の形状のマスクＭを形成する（図８（ａ））。そして、Ｎｉ／Ａｕからなる金属薄膜１０２をおよそ３００オングストロームの厚さで蒸着する（図８（ｂ））。なお、金属薄膜１０２を蒸着後、図示しないアニーリング装置にてｐ型窒化ガリウム層Ｐ上の金属薄膜１０２を透光性にする。
【０００４】
さらに金属薄膜１０２を覆うようにマスクＭを形成し（図８（ｃ））、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ及び活性層１０１をエッチングする（図８（ｄ））。さらに所定の形状のマスクＭを形成し（図９（ｅ））、保護膜１０３を蒸着する（図９（ｆ））。しかる後、ボンディング用の電極台座を形成するために電極台座形成部位を除いてマスクＭを形成し（図９（ｇ））、保護膜１０３をエッチングする（図９（ｈ））。さらに電極を形成するために所定形状のマスクＭを形成し（図１０（ｉ））、ボンディング用のｐ電極ＰＴ及びｎ電極ＮＴを１μｍの厚さで形成する（図１０（ｊ））。
【０００５】
そして、基板Ｂをカットする際にｎ型窒化ガリウム層Ｎが存在すれば、カットが困難となるので所定の範囲基板Ｂを露出させるべくｎ型窒化ガリウム層Ｎをエッチングする。そのため、まず基板を露出させる部位を除きマスクＭを形成し（図１０（ｋ））、ｎ型窒化ガリウム層Ｎをエッチングする（図１０（ｌ））。この後、露出した基板をカットして発光チップとする。さらに、金線（図示せず）をワイヤーボンディングしその後に、エポキシ樹脂（図示せず）で全体をモールドすることにより窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が完成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の製造方法は製造工程が多岐にわたり生産効率が非常に悪いという問題があった。また、上述した製造工程の複雑さに起因して発光部面積の低下も招来するという問題もあった。すなわち金属薄膜１０２の蒸着，ｐ型窒化ガリウム層Ｐ及び活性層１０１のエッチング、ｎ型窒化ガリウム層Ｎ並びに保護膜１０３の形成等の度にフォトリソグラフィーを行うが、フォトリソグラフィーを行うにはマスクアライメントのためのマージンを見込む必要があるため、フォトリソグラフィーの回数が増加するにつれ発光部に割り当てられる面積が減少し発光効率が低下するという問題が発生する。
【０００７】
また、エッチングの際に供給するエッチングガスの供給方法も効率が悪く、エッチングに要する時間が長く、生産性を低下させる要因となっていた。また、長期の使用に耐えうる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の開発も必要とされていた。従来は特許第２７４８８１８号公報に開示されているようにｐ電極とｎ電極とを対向する隅部に配置するなどして、発光部分を拡大させるなどして発光効率を高める取り組みがなされているが、十分な発光効率が得られているとはいえず、より発光効率が高く、またより生産性及び信頼性が高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の開発が切望されていた。
【０００８】
さらに、電極側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子だけでなく、基板側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子においても、同様に生産性の効率及び発光効率の向上を図る必要があった。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは製造工程数の低減により生産性の向上を図り、またフォトリソグラフィーの回数を少なくしてマスクアライメントのためのマージンを低減することにより発光効率を大幅に高めることが可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、発光部を覆うことにより発光面積の縮小要因となるｐ電極の形成領域を低減することにより発光効率をさらに向上させ、またｐ電極を堅固に設置することにより、さらに信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、電流拡散層としてＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 ＋ＳｎＯ2 ）を設けることにより、光の外部への取り出し効率が高く、また機械的強度に優れ、高温多湿度環境下でも劣化しにくい信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、エッチングガスとして塩素原子を含むガス、または臭素原子を含むガスを用いることにより、ＩＴＯ膜をより効率よくエッチングすることが可能な生産性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、各層のエッチングに適したエッチングガスを適宜のタイミングで供給することにより、飛躍的に生産性を向上させることが可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１４】
さらに、本発明の他の目的は、電極側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子と同様に、生産性の効率及び発光効率の向上を図ることが可能な、基板側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、基板よりも上側に積層され、該基板の一部が露出するように設けられたｎ型窒化ガリウム化合物半導体層と、該ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の外縁と整合するように該ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の上側に積層され、ｎ電極形成用の孔または切欠部が形成されたｐ型窒化ガリウム化合物半導体層と、該ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層の外縁と整合するように該ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層の上側に積層され、前記ｎ電極形成用の孔または切欠部が形成された電流拡散層と、前記ｎ電極形成用の孔または切欠部の内部であって、前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の上側に形成されたｎ電極と、前記電流拡散層の上側に形成されたｐ電極と、前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び前記電流拡散層の側面に当接し、一端が前記基板に固着され他端が前記電流拡散層に固着される絶縁部材とを備え、前記ｐ電極は、前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層の側面と接触しないよう前記絶縁部材を介在させて前記基板上に設けられており、さらに前記電流拡散層上に延設されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、前記電流拡散層は、ＩＴＯからなることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、基板上にｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層をこの順に積層し、これら各層と同一面側にあるｐ電極及びｎ電極に通電することにより、電極側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法において、前記電流拡散層上の一部にマスクを作成する第１マスク工程と、エッチングガスを供給して前記電流拡散層、前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層をエッチングし前記基板を露出させる第１エッチング工程と、ｎ電極を形成する部分を除いてマスクする第２マスク工程と、エッチングガスを供給して前記電流拡散層、及び前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層をエッチングして前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層を露出させる第２エッチング工程と、該第２エッチング工程により露出した前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層上にｎ電極を形成する工程と、前記電流拡散層上にｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、前記第１エッチング工程において残された電流拡散層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及びｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の側面に絶縁部材を固着し、前記絶縁部材の一端を前記基板に固着し他端を前記電流拡散層に固着する絶縁部材固着工程とを備え、前記ｐ電極形成工程は、前記ｐ電極を前記第１エッチング工程により露出した基板上に、前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層の側面と接触しないよう前記絶縁部材を介在させて設けると共に、前記電流拡散層上に延設することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、前記電流拡散膜は、ＩＴＯであり、前記エッチングガスは、塩素原子を含むガスまたは臭素原子を含むガスであることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、前記電流拡散膜は、ＩＴＯであり、前記エッチングガスは、前記電流拡散層をエッチングする場合は臭素原子を含むガスを用い、前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層及び前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層をエッチングする場合は塩素原子を含むガスを用いることを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、前記臭素原子を含むガスは、臭化水素または臭素であることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、前記塩素原子を含むガスは、塩化水素または塩素であることを特徴とする。
【００２６】
本発明にあっては、まず、基板上にｎ型窒化ガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層、及び電流拡散層がこの順に積層されたウェハーを用意する。そして、基板をカットする際に妨げとなる各層を除去すべく、カットする領域を除いてマスクを形成する。そしてエッチングガスを供給して、基板が露出するまで電流拡散層、ｐ型窒化ガリウム層、及びｎ型窒化ガリウム層を一度にエッチングする。次いで、ボンディング用のｎ電極を形成する部分を除いて再度マスクを形成し、再度エッチングガスを供給して、ｎ型窒化ガリウム層が露出するまで電流拡散層、及びｐ型窒化ガリウム層をエッチングする。それから、このｎ型窒化ガリウム層が露出した部位にｎ電極を、ｐ型窒化ガリウム層上にｐ電極を形成するようにしたので、従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程と比較して大幅にその工程数を減少することができ、生産性の向上を大幅に高めることが可能となる。また、工程数の減少によりマスク形成のためのフォトリソグラフィー回数が減少するため、マスクアライメントのマージン領域を少なくすることができる結果、発光面積の減少防止、ひいては発光効率の向上を図ることが可能となる。
【００２７】
本発明にあっては、絶縁部材の側面部とｎ型窒化ガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層、及び電流拡散層の側面とを当接させるよう、絶縁部材をエッチングにより露出した基板上に設ける。そして、ｐ電極を絶縁部材と同じくエッチングにより露出した基板上にｐ電極とｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層の側面とが接触しないよう前記絶縁部材を介在させて設ける。さらに、絶縁部材の一端を跨ぐように電流拡散層上にｐ電極を延設したので、ｐ電極が基板上に確実に堅持され耐久性の向上を図ることが可能となる。また、ｐ電極の一部を基板上に設けて電流拡散層上に形成されるｐ電極を最小限としたので、発光面積を向上、すなわち発光効率を高めることが可能となる。さらに、絶縁部材をｐ電極とｎ型窒化ガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層、及び電流拡散層の側面部との間に介在させたので、ｐ電極とｎ型窒化ガリウム層等が接触する事態が防止することができ、より信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００２８】
本発明にあっては、電流拡散層として透過率の高いＩＴＯを用いることとしたので、発光効率の向上を図ることが可能となる。またＩＴＯは機械的強度に優れ、高温多湿度環境下においても使用が可能であることから、より信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００２９】
本発明にあっては、エッチングガスとして塩素原子を含むガス、または臭素ガスを含むガスを用いることとしたので、これらいずれかのガスを用いることにより、ＩＴＯからなる電流拡散膜、ｐ型窒化ガリウム層、及びｎ型窒化ガリウム層を一度にエッチングして基板を露出させることができ製造工程を減少させることが可能となる。すなわち従前においては、電流拡散膜、ｐ型窒化ガリウム層、及びｎ型窒化ガリウム層のそれぞれを別々にエッチングしていたため製造工程が多く、またフォトリソグラフィーの回数増加に伴う発光面積の低減をも招来していたが、本発明においては各層を一度にエッチングするようにしたので製造工程の減少による生産性の向上、及び発光効率の向上を図ることが可能となる。
【００３０】
また、本願出願人は、臭素原子を含むガスと塩素原子を含むガスとでは各層に対するエッチング速度が異なることを知見し、供給ガスを変えてエッチング速度を計測した。その結果、臭素原子を含むガスを供給した場合、ＩＴＯのエッチング速度は１００ｎｍ／分、窒化ガリウム層のエッチング速度は５０ｎｍ／分であった。一方、塩素原子を含むガスを供給した場合、ＩＴＯのエッチング速度は３０ｎｍ／分、窒化ガリウム層のエッチング速度は３５０ｎｍ／分であった。すなわち、ＩＴＯのエッチングには臭素原子を含むガスが、窒化ガリウム層のエッチングには塩素原子を含むガスが適していることが確認された。従って、第８発明にあっては、ＩＴＯからなる電流拡散層をエッチングする場合、臭素原子を含むガスを供給し、一方ｐ型窒化ガリウム層及びｎ型窒化ガリウム層をエッチングする場合は、塩素原子を含むガスを供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【００３１】
本発明にあっては、ＩＴＯのエッチングにより適した臭化水素または臭素をエッチングガスとして供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【００３２】
本発明にあっては、窒化ガリウム層のエッチングにより適した塩化水素または塩素をエッチングガスとして供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１乃至図３は本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。図４は本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面図である。なお、図１乃至図３において説明する説明図は図４のＩ−Ｉ線による断面を示したものである。まず減圧ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置内にサファイア等の基板Ｂを設置し、水素を供給しながら１０５０℃に加熱してサーマルクリーニングを施す。次に基板Ｂの温度を５１０℃まで低下させ、窒素、水素をキャリアガスとしてアンモニア、トリメチルアルミニウムを供給して基板Ｂ上に図示しない低温ＡｌＮバッファ層を形成する。なお、このＡｌＮバッファ層は約２０ｎｍである。
【００３６】
次に基板Ｂの温度を１０００℃に上昇させて前記キャリアガスを用いてアンモニア、トリメチルガリウムを流す。このとき同時にｎ型不純物としてのシリコンを用いてｎ型窒化ガリウムであるＳｉドープ窒化ガリウム層（以下、ｎ型窒化ガリウム層Ｎという）を約１．２μｍ成長させる。なお、本発明におけるｎ型窒化ガリウム層Ｎとは、Ｓｉドープ窒化ガリウム層に限らず活性層１と基板Ｂとの間に形成される他のｎ型の層を含むことはもちろんである。
【００３７】
次に基板の温度を７５０℃とし、トリメチルインジウムを断続的に流しつつ、ＧａＮとＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）と構成される活性層１をｎ型窒化ガリウム層Ｎの上に約４０ｎｍに成長させる。
【００３８】
さらに、基板Ｂの温度を９５０℃としてＭｇドープＡｌＧａＮから成るキャップ層（図示せず）を活性層１上に成長させる。このキャップ層の厚さは約３０ｎｍである。そして、さらにキャップ層の上側にＭｇドープ窒化ガリウム層（図示せず）を約０．２μｍ成長させる。次に、基板Ｂの温度を８００℃にし、ＭｇドープＩｎＧａＮ層を約３０ｎｍ成長させる。その後、減圧ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を約７ｋＰａとする。これと同時に、アンモニア等の水素原子を含む混合ガスの雰囲気から、速やかに減圧ＭＯＣＶＤ装置内の雰囲気を不活性ガスである窒素ガスに切り替える。
【００３９】
そして、キャリアガスとして窒素ガスを用い、トリメチルジンクを流して、薄膜が数十ＡのＺｎ膜（図示せず）を形成する。そしてこのままの状態、すなわち窒素雰囲気下で基板Ｂの温度を１００℃以下にまで低下させる。なお、本実施の形態では活性層１上に積層されたＭｇドープＡｌＧａＮから成るキャップ層、Ｍｇドープ窒化ガリウム層、及びＺｎ膜をｐ型窒化ガリウム層Ｐとして説明する（図１（ａ））。また、本発明におけるｐ型窒化ガリウム層Ｐとは、ＡｌＧａＮから成るキャップ層、Ｍｇドープ窒化ガリウム層、及びＺｎ膜に限らず活性層１と後述する電流拡散層Ｄとの間に形成される他のｐ型の層を含むことはもちろんである。
【００４０】
次に、真空蒸着装置に基板Ｂを入れ、ＳｎＯ2 が２％〜２０％、より好ましくは１０％のＩＴＯを電子銃で加熱、蒸着させて薄膜が約０．５μｍのＩＴＯ膜を形成すると共に、スパッタリング装置にてＩＴＯを５００ｎｍ程度成膜した（以下０．５μｍのＩＴＯ膜と５００ｎｍのＩＴＯを、電流拡散層Ｄという）をｐ型窒化ガリウム層Ｐ上に形成する（図１（ｂ））。この際の基板Ｂの温度は２００℃にした。なお、本実施の形態では生産性の効率化、及び発光効率の向上を図るために電流拡散層Ｄをｐ型窒化ガリウム層Ｐ上のほぼ前面に形成してあるが、多少生産性、及び発光効率が低下するが図８（ａ）及び（ｂ）に示す如くマスクＭを形成し電流拡散層Ｄをｐ型窒化ガリウム層Ｐの表層よりもやや狭い領域に形成するようにしても良い。
また、ＺｎはＭｇドープＧａＮ層等を活性化（Ｐ型化）させる機能を有するため、ＭｇドープＧａＮ層等が活性化した後は、塩酸等でＺｎ膜を除去し、しかる後ＩＴＯ膜を形成するようにしてもよい。
【００４１】
そして、基板Ｂをカットする領域を形成すべくｐ型窒化ガリウム層Ｐ上にマスクＭを形成する（図１（ｃ））。続いてエッチングガスを供給し基板Ｂが露出するまで電流拡散層Ｄ、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、活性層１、及びｎ型窒化ガリウム層Ｎを一度にドライエッチングする（図１（ｄ））。供給するガスは塩素原子を含むガス、または臭素原子を含むガスであり、より好ましくは塩化水素、塩素、臭化水素、または臭素である。
【００４２】
供給するガスは塩素原子を含むガス、または臭素原子を含むガスのいずれかでよいが、これらを適宜のタイミングで切り替えて供給するようにしても良い。エッチングガスの供給開始時は臭素原子を含むガスを供給し、ＩＴＯである電流拡散膜Ｄのエッチングを終えた時点で塩素原子を含むガスに切り替える。
【００４３】
電流拡散層Ｄの厚さを５００ｎｍ、ｎ型窒化ガリウム層Ｎ、活性層１、及びｐ型窒化ガリウム層Ｐから構成される窒化ガリウム化合物半導体層の厚さを２μｍとして、供給するエッチングガスを変えこれら各層をエッチングし終えるのに要する時間を計測した。結果は表１に示すとおりである。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１から明らかなように塩素のみ、または臭化水素のみをエッチングガスとして供給するよりもＩＴＯである電流拡散層Ｄについてエッチングする際は臭化水素を、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、活性層１、及びｎ型窒化ガリウム層Ｎから構成される窒化ガリウム層をエッチングする際は、塩素というように、供給するエッチングガスを切り替えることによって、エッチングに要する時間を大幅に短縮することが実証された。なお、塩素に変えて塩化水素を、臭化水素に変えて臭素を供給ガスとして供給した場合も、表１とほぼ同様の結果を得ることができた。
【００４６】
続いて、ｎ電極ＮＴを形成するため、ｎ電極形成用の孔Ｈまたは切欠部Ｈ（以下ｎ電極形成部Ｈという）を除きマスク処理を行う（図２（ｅ））。なお、本実施の形態では、ｎ電極形成部Ｈを電流拡散層Ｄの略中心部に設定しているが、必ずしもこれに限らず端部など適宜の位置に切欠部Ｈとして形成するようにしても良い。そして、エッチングガスを供給し電流拡散層Ｄ、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、及び活性層１をエッチングしてｎ型窒化ガリウム層Ｎを露出させて、ｎ電極形成部Ｈを形成する（図２（ｆ））。なお、エッチングガスを供給する順序は上述したとおりである。
【００４７】
そして、ポリイミド等からなる絶縁部材２の一端を基板Ｂに固着せしめ、その側面がｎ型窒化ガリウム層Ｎ、活性層１、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、及び電流拡散層Ｄの各側面に当接するよう絶縁部材２を設ける。そして電流拡散層Ｄと同じ層位に達した時点で、電流拡散層Ｄの積層方向へ絶縁部材２を逆Ｌ字型に形成し、その他端を電流拡散層Ｄ上に固着する（図２（ｇ））。なお、絶縁部材２は電流拡散層Ｄの表層に設ける必要は必ずしもない。
【００４８】
そしてＴｉ／Ａｕからなるｎ電極ＮＴ及びｐ電極ＰＴを形成するためのマスクを形成し（図２（ｈ））、ｎ電極ＮＴ、及びｐ電極ＰＴをそれぞれ形成する（図３（ｉ））。なお、ＩＴＯは、ほぼすべての金属とオーミックコンタクトを取ることができるので、Ｔｉ／Ａｕにかえて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等を用いても良い。
特に、塩素ガスまたは臭素ガスを用いた化学性の強いドライエッチングではｎ型窒化ガリウム層Ｎにダメージを与えることがほとんどないため、ｎ電極ＮＴとしてはＴｉがｎ型窒化ガリウム層Ｎに接している場合、実用上十分なオーミックコンタクトを取ることができる。しかもアニール処理等の追加処理も不要となる。
ｎ電極ＮＴはｎ電極形成部Ｈ内であって、ｎ型窒化ガリウム層Ｎ上に形成される。一方、ｐ電極ＰＴは、ｎ型窒化ガリウム層Ｎ、活性層１、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、及び電流拡散層Ｄの側面と接触しないよう絶縁部材２を介在させて基板Ｂ上に設ける。さらにｐ電極ＰＴは、絶縁部材２の一端を跨ぐように電流拡散層Ｄ上に延設する。以上のように絶縁部材２をｐ電極ＰＴとｎ型窒化ガリウム層Ｎ等の各層との間に介在させることにより、ｐ電極ＰＴがｎ型窒化ガリウム層Ｎ等と接触することが回避され、信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を供給することができる。
【００４９】
また、電流拡散層Ｄ上の形成されるｐ電極ＰＴを最小限とするようにしたので、ｐ電極ＰＴによって発光が妨げられることが無く発光効率の向上を図ることが可能となる。なお、本実施の形態においてはｐ電極ＰＴを、絶縁部材２を介して設けることとしたが、絶縁部材２を設けることなくｐ電極ＰＴを単に電流拡散層Ｄ上のみに形成するようにしても良い。この場合、さらに製造工程数を減少でき生産性が向上する。
【００５０】
実施の形態２
実施の形態２はｐ電極ＰＴの反射によって基板Ｂ側から発光させる所謂「フリップチップ型」の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【００５１】
図５及び図６は、実施の形態２に係る本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。図７は本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面図である。なお、図５及び図６において説明する説明図は図７のＶ−Ｖ線による断面を示したものである。
【００５２】
まず、実施の形態１と同様に、減圧ＭＯＣＶＤ装置にてｎ型窒化ガリウム層Ｎ、活性層１、及びｐ型窒化ガリウム層Ｐをそれぞれ成膜する。次いで基板Ｂをカットのため露出させるべく、ｐ型窒化ガリウム層Ｐの外周に上部から見てロの字型のマスクを形成する（図５（ａ））。そしてＴｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ電極ＰＴを形成する（図５（ｂ））。そしてこの形成したｐ電極ＰＴをマスクとしてエッチングガスを供給し、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、活性層１、ｎ型窒化ガリウム層Ｎをそれぞれエッチングして基板Ｂを露出させる（図５（ｃ））。なお、供給するエッチングガスについては実施の形態１で述べたとおりである。
【００５３】
ついでｎ電極ＮＴを形成するために、そのｎ電極形成部Ｈを除いてマスクを再度形成する（図２（ｄ））。そして、ウェットエッチングによりｐ電極ＰＴの一部をエッチングしてｐ型窒化ガリウム層Ｐを露出させる（図２（ｅ））。そして、さらにｐ電極ＰＴをマスクとして、エッチングガスを供給し、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ及び活性層１をエッチングしてｎ型窒化ガリウム層Ｎを露出させる（図２（ｆ））。そしてその露出したｎ型窒化ガリウム層Ｎ上にｎ電極ＮＴを形成することにより実施の形態２に係る本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が完成する。
【００５４】
本実施の形態２は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明にあっては、従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程と比較して大幅にその工程数を減少することができ、生産性の向上を大幅高めることが可能となる。また、工程数の減少によりマスク形成のためのフォトリソグラフィー回数が減少するため、マスクアライメントのマージン領域を少なくすることができる結果、発光面積の減少防止、ひいては発光効率の向上を図ることが可能となる。
【００５６】
本発明にあっては、絶縁部材を介在させて設け、さらに絶縁部材の一端を跨ぐように電流拡散層上にｐ電極を延設したので、ｐ電極が基板上に確実に堅持され耐久性の向上を図ることが可能となる。また、ｐ電極の一部を基板上に設けて電流拡散層上に形成されるｐ電極を最小限としたので、発光面積を向上、すなわち発光効率を高めることが可能となる。さらに、絶縁部材をｐ電極とｎ型窒化ガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層、及び電流拡散層の側面部との間に介在させたので、ｐ電極とｎ型窒化ガリウム層等が接触する事態を防止することができ、より信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００５７】
本発明にあっては、電流拡散層として透過率の高いＩＴＯを用いることとしたので、発光効率の向上を図ることが可能となる。またＩＴＯは機械的強度に優れ、高温多湿度環境下においても使用が可能であることから、より信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００５８】
本発明にあっては、エッチングガスとして塩素原子を含むガス、または臭素ガスを含むガスを用いることとしたので、これらいずれかのガスを用いることにより、ＩＴＯからなる電流拡散膜、ｐ型窒化ガリウム層、及びｎ型窒化ガリウム層を一度にエッチングして基板を露出させることができ製造工程を減少させることが可能となる。すなわち従前においては、電流拡散膜、ｐ型窒化ガリウム層、及びｎ型窒化ガリウム層のそれぞれを別々にエッチングしていたため製造工程が多く、またフォトリソグラフィーの回数増加に伴う発光面積の低減をも招来していたが、本発明においては各層を一度にエッチングするようにしたので製造工程の減少による生産性の向上、及び発光効率の向上を図ることが可能となる。
【００５９】
本発明にあっては、ＩＴＯからなる電流拡散層をエッチングする場合、臭素原子を含むガスを供給し、一方ｐ型窒化ガリウム層及びｎ型窒化ガリウム層をエッチングする場合は、塩素原子を含むガスを供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【００６０】
本発明にあっては、ＩＴＯのエッチングにより適した臭化水素または臭素をエッチングガスとして供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【００６１】
本発明にあっては、窒化ガリウム層のエッチングにより適した塩化水素または塩素をエッチングガスとして供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。
【図２】本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。
【図３】本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。
【図４】本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面図である。
【図５】実施の形態２に係る本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。
【図６】実施の形態２に係る本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。
【図７】実施の形態２に係る本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面図である。
【図８】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を示す説明図である。
【図９】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を示す説明図である。
【図１０】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 活性層
２ 絶縁部材
Ｂ 基板
Ｎ ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層（ｎ型窒化ガリウム層）
Ｐ ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層（ｐ型窒化ガリウム層）
Ｄ 電流拡散層
Ｍ マスク
ＮＴ ｎ電極
ＰＴ ｐ電極
Ｈ ｎ電極形成用の孔または切欠部（ｎ電極形成部）
【発明の属する技術分野】
本発明は一般式ＩｎX ＡｌY Ｇａ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体を具備する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、及び該製造方法を用いて製造される窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＧａＮ，ＧａＡｌＮ，ＩｎＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子が多数開発されている。特に近年では、発光素子の生産性の向上、及び発光効率の向上を図るべく研究がなされている。例えば、発光効率を向上させる技術が特許第２７４８８１８号公報に開示されている。
【０００３】
以下に、特許第２７４８８１８号公報に開示された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法について説明する。図８乃至図１０は、従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を示す説明図である。まず、サファイア等の基板Ｂ上にｎ型窒化ガリウム化合物半導体層（以下、ｎ型窒化ガリウム層という）Ｎ、活性層１０１、及びｐ型窒化ガリウム化合物半導体層（以下、ｐ型窒化ガリウム層という）Ｐがこの順に積層されたウェハーを用意し、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ上に所定の形状のマスクＭを形成する（図８（ａ））。そして、Ｎｉ／Ａｕからなる金属薄膜１０２をおよそ３００オングストロームの厚さで蒸着する（図８（ｂ））。なお、金属薄膜１０２を蒸着後、図示しないアニーリング装置にてｐ型窒化ガリウム層Ｐ上の金属薄膜１０２を透光性にする。
【０００４】
さらに金属薄膜１０２を覆うようにマスクＭを形成し（図８（ｃ））、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ及び活性層１０１をエッチングする（図８（ｄ））。さらに所定の形状のマスクＭを形成し（図９（ｅ））、保護膜１０３を蒸着する（図９（ｆ））。しかる後、ボンディング用の電極台座を形成するために電極台座形成部位を除いてマスクＭを形成し（図９（ｇ））、保護膜１０３をエッチングする（図９（ｈ））。さらに電極を形成するために所定形状のマスクＭを形成し（図１０（ｉ））、ボンディング用のｐ電極ＰＴ及びｎ電極ＮＴを１μｍの厚さで形成する（図１０（ｊ））。
【０００５】
そして、基板Ｂをカットする際にｎ型窒化ガリウム層Ｎが存在すれば、カットが困難となるので所定の範囲基板Ｂを露出させるべくｎ型窒化ガリウム層Ｎをエッチングする。そのため、まず基板を露出させる部位を除きマスクＭを形成し（図１０（ｋ））、ｎ型窒化ガリウム層Ｎをエッチングする（図１０（ｌ））。この後、露出した基板をカットして発光チップとする。さらに、金線（図示せず）をワイヤーボンディングしその後に、エポキシ樹脂（図示せず）で全体をモールドすることにより窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が完成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の製造方法は製造工程が多岐にわたり生産効率が非常に悪いという問題があった。また、上述した製造工程の複雑さに起因して発光部面積の低下も招来するという問題もあった。すなわち金属薄膜１０２の蒸着，ｐ型窒化ガリウム層Ｐ及び活性層１０１のエッチング、ｎ型窒化ガリウム層Ｎ並びに保護膜１０３の形成等の度にフォトリソグラフィーを行うが、フォトリソグラフィーを行うにはマスクアライメントのためのマージンを見込む必要があるため、フォトリソグラフィーの回数が増加するにつれ発光部に割り当てられる面積が減少し発光効率が低下するという問題が発生する。
【０００７】
また、エッチングの際に供給するエッチングガスの供給方法も効率が悪く、エッチングに要する時間が長く、生産性を低下させる要因となっていた。また、長期の使用に耐えうる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の開発も必要とされていた。従来は特許第２７４８８１８号公報に開示されているようにｐ電極とｎ電極とを対向する隅部に配置するなどして、発光部分を拡大させるなどして発光効率を高める取り組みがなされているが、十分な発光効率が得られているとはいえず、より発光効率が高く、またより生産性及び信頼性が高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の開発が切望されていた。
【０００８】
さらに、電極側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子だけでなく、基板側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子においても、同様に生産性の効率及び発光効率の向上を図る必要があった。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは製造工程数の低減により生産性の向上を図り、またフォトリソグラフィーの回数を少なくしてマスクアライメントのためのマージンを低減することにより発光効率を大幅に高めることが可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、発光部を覆うことにより発光面積の縮小要因となるｐ電極の形成領域を低減することにより発光効率をさらに向上させ、またｐ電極を堅固に設置することにより、さらに信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、電流拡散層としてＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 ＋ＳｎＯ2 ）を設けることにより、光の外部への取り出し効率が高く、また機械的強度に優れ、高温多湿度環境下でも劣化しにくい信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、エッチングガスとして塩素原子を含むガス、または臭素原子を含むガスを用いることにより、ＩＴＯ膜をより効率よくエッチングすることが可能な生産性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、各層のエッチングに適したエッチングガスを適宜のタイミングで供給することにより、飛躍的に生産性を向上させることが可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１４】
さらに、本発明の他の目的は、電極側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子と同様に、生産性の効率及び発光効率の向上を図ることが可能な、基板側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、基板よりも上側に積層され、該基板の一部が露出するように設けられたｎ型窒化ガリウム化合物半導体層と、該ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の外縁と整合するように該ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の上側に積層され、ｎ電極形成用の孔または切欠部が形成されたｐ型窒化ガリウム化合物半導体層と、該ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層の外縁と整合するように該ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層の上側に積層され、前記ｎ電極形成用の孔または切欠部が形成された電流拡散層と、前記ｎ電極形成用の孔または切欠部の内部であって、前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の上側に形成されたｎ電極と、前記電流拡散層の上側に形成されたｐ電極と、前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び前記電流拡散層の側面に当接し、一端が前記基板に固着され他端が前記電流拡散層に固着される絶縁部材とを備え、前記ｐ電極は、前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層の側面と接触しないよう前記絶縁部材を介在させて前記基板上に設けられており、さらに前記電流拡散層上に延設されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、前記電流拡散層は、ＩＴＯからなることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、基板上にｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層をこの順に積層し、これら各層と同一面側にあるｐ電極及びｎ電極に通電することにより、電極側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法において、前記電流拡散層上の一部にマスクを作成する第１マスク工程と、エッチングガスを供給して前記電流拡散層、前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層をエッチングし前記基板を露出させる第１エッチング工程と、ｎ電極を形成する部分を除いてマスクする第２マスク工程と、エッチングガスを供給して前記電流拡散層、及び前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層をエッチングして前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層を露出させる第２エッチング工程と、該第２エッチング工程により露出した前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層上にｎ電極を形成する工程と、前記電流拡散層上にｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、前記第１エッチング工程において残された電流拡散層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及びｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の側面に絶縁部材を固着し、前記絶縁部材の一端を前記基板に固着し他端を前記電流拡散層に固着する絶縁部材固着工程とを備え、前記ｐ電極形成工程は、前記ｐ電極を前記第１エッチング工程により露出した基板上に、前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層の側面と接触しないよう前記絶縁部材を介在させて設けると共に、前記電流拡散層上に延設することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、前記電流拡散膜は、ＩＴＯであり、前記エッチングガスは、塩素原子を含むガスまたは臭素原子を含むガスであることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、前記電流拡散膜は、ＩＴＯであり、前記エッチングガスは、前記電流拡散層をエッチングする場合は臭素原子を含むガスを用い、前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層及び前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層をエッチングする場合は塩素原子を含むガスを用いることを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、前記臭素原子を含むガスは、臭化水素または臭素であることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、前記塩素原子を含むガスは、塩化水素または塩素であることを特徴とする。
【００２６】
本発明にあっては、まず、基板上にｎ型窒化ガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層、及び電流拡散層がこの順に積層されたウェハーを用意する。そして、基板をカットする際に妨げとなる各層を除去すべく、カットする領域を除いてマスクを形成する。そしてエッチングガスを供給して、基板が露出するまで電流拡散層、ｐ型窒化ガリウム層、及びｎ型窒化ガリウム層を一度にエッチングする。次いで、ボンディング用のｎ電極を形成する部分を除いて再度マスクを形成し、再度エッチングガスを供給して、ｎ型窒化ガリウム層が露出するまで電流拡散層、及びｐ型窒化ガリウム層をエッチングする。それから、このｎ型窒化ガリウム層が露出した部位にｎ電極を、ｐ型窒化ガリウム層上にｐ電極を形成するようにしたので、従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程と比較して大幅にその工程数を減少することができ、生産性の向上を大幅に高めることが可能となる。また、工程数の減少によりマスク形成のためのフォトリソグラフィー回数が減少するため、マスクアライメントのマージン領域を少なくすることができる結果、発光面積の減少防止、ひいては発光効率の向上を図ることが可能となる。
【００２７】
本発明にあっては、絶縁部材の側面部とｎ型窒化ガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層、及び電流拡散層の側面とを当接させるよう、絶縁部材をエッチングにより露出した基板上に設ける。そして、ｐ電極を絶縁部材と同じくエッチングにより露出した基板上にｐ電極とｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層の側面とが接触しないよう前記絶縁部材を介在させて設ける。さらに、絶縁部材の一端を跨ぐように電流拡散層上にｐ電極を延設したので、ｐ電極が基板上に確実に堅持され耐久性の向上を図ることが可能となる。また、ｐ電極の一部を基板上に設けて電流拡散層上に形成されるｐ電極を最小限としたので、発光面積を向上、すなわち発光効率を高めることが可能となる。さらに、絶縁部材をｐ電極とｎ型窒化ガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層、及び電流拡散層の側面部との間に介在させたので、ｐ電極とｎ型窒化ガリウム層等が接触する事態が防止することができ、より信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００２８】
本発明にあっては、電流拡散層として透過率の高いＩＴＯを用いることとしたので、発光効率の向上を図ることが可能となる。またＩＴＯは機械的強度に優れ、高温多湿度環境下においても使用が可能であることから、より信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００２９】
本発明にあっては、エッチングガスとして塩素原子を含むガス、または臭素ガスを含むガスを用いることとしたので、これらいずれかのガスを用いることにより、ＩＴＯからなる電流拡散膜、ｐ型窒化ガリウム層、及びｎ型窒化ガリウム層を一度にエッチングして基板を露出させることができ製造工程を減少させることが可能となる。すなわち従前においては、電流拡散膜、ｐ型窒化ガリウム層、及びｎ型窒化ガリウム層のそれぞれを別々にエッチングしていたため製造工程が多く、またフォトリソグラフィーの回数増加に伴う発光面積の低減をも招来していたが、本発明においては各層を一度にエッチングするようにしたので製造工程の減少による生産性の向上、及び発光効率の向上を図ることが可能となる。
【００３０】
また、本願出願人は、臭素原子を含むガスと塩素原子を含むガスとでは各層に対するエッチング速度が異なることを知見し、供給ガスを変えてエッチング速度を計測した。その結果、臭素原子を含むガスを供給した場合、ＩＴＯのエッチング速度は１００ｎｍ／分、窒化ガリウム層のエッチング速度は５０ｎｍ／分であった。一方、塩素原子を含むガスを供給した場合、ＩＴＯのエッチング速度は３０ｎｍ／分、窒化ガリウム層のエッチング速度は３５０ｎｍ／分であった。すなわち、ＩＴＯのエッチングには臭素原子を含むガスが、窒化ガリウム層のエッチングには塩素原子を含むガスが適していることが確認された。従って、第８発明にあっては、ＩＴＯからなる電流拡散層をエッチングする場合、臭素原子を含むガスを供給し、一方ｐ型窒化ガリウム層及びｎ型窒化ガリウム層をエッチングする場合は、塩素原子を含むガスを供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【００３１】
本発明にあっては、ＩＴＯのエッチングにより適した臭化水素または臭素をエッチングガスとして供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【００３２】
本発明にあっては、窒化ガリウム層のエッチングにより適した塩化水素または塩素をエッチングガスとして供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１乃至図３は本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。図４は本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面図である。なお、図１乃至図３において説明する説明図は図４のＩ−Ｉ線による断面を示したものである。まず減圧ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置内にサファイア等の基板Ｂを設置し、水素を供給しながら１０５０℃に加熱してサーマルクリーニングを施す。次に基板Ｂの温度を５１０℃まで低下させ、窒素、水素をキャリアガスとしてアンモニア、トリメチルアルミニウムを供給して基板Ｂ上に図示しない低温ＡｌＮバッファ層を形成する。なお、このＡｌＮバッファ層は約２０ｎｍである。
【００３６】
次に基板Ｂの温度を１０００℃に上昇させて前記キャリアガスを用いてアンモニア、トリメチルガリウムを流す。このとき同時にｎ型不純物としてのシリコンを用いてｎ型窒化ガリウムであるＳｉドープ窒化ガリウム層（以下、ｎ型窒化ガリウム層Ｎという）を約１．２μｍ成長させる。なお、本発明におけるｎ型窒化ガリウム層Ｎとは、Ｓｉドープ窒化ガリウム層に限らず活性層１と基板Ｂとの間に形成される他のｎ型の層を含むことはもちろんである。
【００３７】
次に基板の温度を７５０℃とし、トリメチルインジウムを断続的に流しつつ、ＧａＮとＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）と構成される活性層１をｎ型窒化ガリウム層Ｎの上に約４０ｎｍに成長させる。
【００３８】
さらに、基板Ｂの温度を９５０℃としてＭｇドープＡｌＧａＮから成るキャップ層（図示せず）を活性層１上に成長させる。このキャップ層の厚さは約３０ｎｍである。そして、さらにキャップ層の上側にＭｇドープ窒化ガリウム層（図示せず）を約０．２μｍ成長させる。次に、基板Ｂの温度を８００℃にし、ＭｇドープＩｎＧａＮ層を約３０ｎｍ成長させる。その後、減圧ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を約７ｋＰａとする。これと同時に、アンモニア等の水素原子を含む混合ガスの雰囲気から、速やかに減圧ＭＯＣＶＤ装置内の雰囲気を不活性ガスである窒素ガスに切り替える。
【００３９】
そして、キャリアガスとして窒素ガスを用い、トリメチルジンクを流して、薄膜が数十ＡのＺｎ膜（図示せず）を形成する。そしてこのままの状態、すなわち窒素雰囲気下で基板Ｂの温度を１００℃以下にまで低下させる。なお、本実施の形態では活性層１上に積層されたＭｇドープＡｌＧａＮから成るキャップ層、Ｍｇドープ窒化ガリウム層、及びＺｎ膜をｐ型窒化ガリウム層Ｐとして説明する（図１（ａ））。また、本発明におけるｐ型窒化ガリウム層Ｐとは、ＡｌＧａＮから成るキャップ層、Ｍｇドープ窒化ガリウム層、及びＺｎ膜に限らず活性層１と後述する電流拡散層Ｄとの間に形成される他のｐ型の層を含むことはもちろんである。
【００４０】
次に、真空蒸着装置に基板Ｂを入れ、ＳｎＯ2 が２％〜２０％、より好ましくは１０％のＩＴＯを電子銃で加熱、蒸着させて薄膜が約０．５μｍのＩＴＯ膜を形成すると共に、スパッタリング装置にてＩＴＯを５００ｎｍ程度成膜した（以下０．５μｍのＩＴＯ膜と５００ｎｍのＩＴＯを、電流拡散層Ｄという）をｐ型窒化ガリウム層Ｐ上に形成する（図１（ｂ））。この際の基板Ｂの温度は２００℃にした。なお、本実施の形態では生産性の効率化、及び発光効率の向上を図るために電流拡散層Ｄをｐ型窒化ガリウム層Ｐ上のほぼ前面に形成してあるが、多少生産性、及び発光効率が低下するが図８（ａ）及び（ｂ）に示す如くマスクＭを形成し電流拡散層Ｄをｐ型窒化ガリウム層Ｐの表層よりもやや狭い領域に形成するようにしても良い。
また、ＺｎはＭｇドープＧａＮ層等を活性化（Ｐ型化）させる機能を有するため、ＭｇドープＧａＮ層等が活性化した後は、塩酸等でＺｎ膜を除去し、しかる後ＩＴＯ膜を形成するようにしてもよい。
【００４１】
そして、基板Ｂをカットする領域を形成すべくｐ型窒化ガリウム層Ｐ上にマスクＭを形成する（図１（ｃ））。続いてエッチングガスを供給し基板Ｂが露出するまで電流拡散層Ｄ、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、活性層１、及びｎ型窒化ガリウム層Ｎを一度にドライエッチングする（図１（ｄ））。供給するガスは塩素原子を含むガス、または臭素原子を含むガスであり、より好ましくは塩化水素、塩素、臭化水素、または臭素である。
【００４２】
供給するガスは塩素原子を含むガス、または臭素原子を含むガスのいずれかでよいが、これらを適宜のタイミングで切り替えて供給するようにしても良い。エッチングガスの供給開始時は臭素原子を含むガスを供給し、ＩＴＯである電流拡散膜Ｄのエッチングを終えた時点で塩素原子を含むガスに切り替える。
【００４３】
電流拡散層Ｄの厚さを５００ｎｍ、ｎ型窒化ガリウム層Ｎ、活性層１、及びｐ型窒化ガリウム層Ｐから構成される窒化ガリウム化合物半導体層の厚さを２μｍとして、供給するエッチングガスを変えこれら各層をエッチングし終えるのに要する時間を計測した。結果は表１に示すとおりである。
【００４４】
【表１】
表１から明らかなように塩素のみ、または臭化水素のみをエッチングガスとして供給するよりもＩＴＯである電流拡散層Ｄについてエッチングする際は臭化水素を、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、活性層１、及びｎ型窒化ガリウム層Ｎから構成される窒化ガリウム層をエッチングする際は、塩素というように、供給するエッチングガスを切り替えることによって、エッチングに要する時間を大幅に短縮することが実証された。なお、塩素に変えて塩化水素を、臭化水素に変えて臭素を供給ガスとして供給した場合も、表１とほぼ同様の結果を得ることができた。
【００４６】
続いて、ｎ電極ＮＴを形成するため、ｎ電極形成用の孔Ｈまたは切欠部Ｈ（以下ｎ電極形成部Ｈという）を除きマスク処理を行う（図２（ｅ））。なお、本実施の形態では、ｎ電極形成部Ｈを電流拡散層Ｄの略中心部に設定しているが、必ずしもこれに限らず端部など適宜の位置に切欠部Ｈとして形成するようにしても良い。そして、エッチングガスを供給し電流拡散層Ｄ、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、及び活性層１をエッチングしてｎ型窒化ガリウム層Ｎを露出させて、ｎ電極形成部Ｈを形成する（図２（ｆ））。なお、エッチングガスを供給する順序は上述したとおりである。
【００４７】
そして、ポリイミド等からなる絶縁部材２の一端を基板Ｂに固着せしめ、その側面がｎ型窒化ガリウム層Ｎ、活性層１、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、及び電流拡散層Ｄの各側面に当接するよう絶縁部材２を設ける。そして電流拡散層Ｄと同じ層位に達した時点で、電流拡散層Ｄの積層方向へ絶縁部材２を逆Ｌ字型に形成し、その他端を電流拡散層Ｄ上に固着する（図２（ｇ））。なお、絶縁部材２は電流拡散層Ｄの表層に設ける必要は必ずしもない。
【００４８】
そしてＴｉ／Ａｕからなるｎ電極ＮＴ及びｐ電極ＰＴを形成するためのマスクを形成し（図２（ｈ））、ｎ電極ＮＴ、及びｐ電極ＰＴをそれぞれ形成する（図３（ｉ））。なお、ＩＴＯは、ほぼすべての金属とオーミックコンタクトを取ることができるので、Ｔｉ／Ａｕにかえて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等を用いても良い。
特に、塩素ガスまたは臭素ガスを用いた化学性の強いドライエッチングではｎ型窒化ガリウム層Ｎにダメージを与えることがほとんどないため、ｎ電極ＮＴとしてはＴｉがｎ型窒化ガリウム層Ｎに接している場合、実用上十分なオーミックコンタクトを取ることができる。しかもアニール処理等の追加処理も不要となる。
ｎ電極ＮＴはｎ電極形成部Ｈ内であって、ｎ型窒化ガリウム層Ｎ上に形成される。一方、ｐ電極ＰＴは、ｎ型窒化ガリウム層Ｎ、活性層１、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、及び電流拡散層Ｄの側面と接触しないよう絶縁部材２を介在させて基板Ｂ上に設ける。さらにｐ電極ＰＴは、絶縁部材２の一端を跨ぐように電流拡散層Ｄ上に延設する。以上のように絶縁部材２をｐ電極ＰＴとｎ型窒化ガリウム層Ｎ等の各層との間に介在させることにより、ｐ電極ＰＴがｎ型窒化ガリウム層Ｎ等と接触することが回避され、信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を供給することができる。
【００４９】
また、電流拡散層Ｄ上の形成されるｐ電極ＰＴを最小限とするようにしたので、ｐ電極ＰＴによって発光が妨げられることが無く発光効率の向上を図ることが可能となる。なお、本実施の形態においてはｐ電極ＰＴを、絶縁部材２を介して設けることとしたが、絶縁部材２を設けることなくｐ電極ＰＴを単に電流拡散層Ｄ上のみに形成するようにしても良い。この場合、さらに製造工程数を減少でき生産性が向上する。
【００５０】
実施の形態２
実施の形態２はｐ電極ＰＴの反射によって基板Ｂ側から発光させる所謂「フリップチップ型」の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【００５１】
図５及び図６は、実施の形態２に係る本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。図７は本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面図である。なお、図５及び図６において説明する説明図は図７のＶ−Ｖ線による断面を示したものである。
【００５２】
まず、実施の形態１と同様に、減圧ＭＯＣＶＤ装置にてｎ型窒化ガリウム層Ｎ、活性層１、及びｐ型窒化ガリウム層Ｐをそれぞれ成膜する。次いで基板Ｂをカットのため露出させるべく、ｐ型窒化ガリウム層Ｐの外周に上部から見てロの字型のマスクを形成する（図５（ａ））。そしてＴｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ電極ＰＴを形成する（図５（ｂ））。そしてこの形成したｐ電極ＰＴをマスクとしてエッチングガスを供給し、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ、活性層１、ｎ型窒化ガリウム層Ｎをそれぞれエッチングして基板Ｂを露出させる（図５（ｃ））。なお、供給するエッチングガスについては実施の形態１で述べたとおりである。
【００５３】
ついでｎ電極ＮＴを形成するために、そのｎ電極形成部Ｈを除いてマスクを再度形成する（図２（ｄ））。そして、ウェットエッチングによりｐ電極ＰＴの一部をエッチングしてｐ型窒化ガリウム層Ｐを露出させる（図２（ｅ））。そして、さらにｐ電極ＰＴをマスクとして、エッチングガスを供給し、ｐ型窒化ガリウム層Ｐ及び活性層１をエッチングしてｎ型窒化ガリウム層Ｎを露出させる（図２（ｆ））。そしてその露出したｎ型窒化ガリウム層Ｎ上にｎ電極ＮＴを形成することにより実施の形態２に係る本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が完成する。
【００５４】
本実施の形態２は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明にあっては、従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程と比較して大幅にその工程数を減少することができ、生産性の向上を大幅高めることが可能となる。また、工程数の減少によりマスク形成のためのフォトリソグラフィー回数が減少するため、マスクアライメントのマージン領域を少なくすることができる結果、発光面積の減少防止、ひいては発光効率の向上を図ることが可能となる。
【００５６】
本発明にあっては、絶縁部材を介在させて設け、さらに絶縁部材の一端を跨ぐように電流拡散層上にｐ電極を延設したので、ｐ電極が基板上に確実に堅持され耐久性の向上を図ることが可能となる。また、ｐ電極の一部を基板上に設けて電流拡散層上に形成されるｐ電極を最小限としたので、発光面積を向上、すなわち発光効率を高めることが可能となる。さらに、絶縁部材をｐ電極とｎ型窒化ガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層、及び電流拡散層の側面部との間に介在させたので、ｐ電極とｎ型窒化ガリウム層等が接触する事態を防止することができ、より信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００５７】
本発明にあっては、電流拡散層として透過率の高いＩＴＯを用いることとしたので、発光効率の向上を図ることが可能となる。またＩＴＯは機械的強度に優れ、高温多湿度環境下においても使用が可能であることから、より信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００５８】
本発明にあっては、エッチングガスとして塩素原子を含むガス、または臭素ガスを含むガスを用いることとしたので、これらいずれかのガスを用いることにより、ＩＴＯからなる電流拡散膜、ｐ型窒化ガリウム層、及びｎ型窒化ガリウム層を一度にエッチングして基板を露出させることができ製造工程を減少させることが可能となる。すなわち従前においては、電流拡散膜、ｐ型窒化ガリウム層、及びｎ型窒化ガリウム層のそれぞれを別々にエッチングしていたため製造工程が多く、またフォトリソグラフィーの回数増加に伴う発光面積の低減をも招来していたが、本発明においては各層を一度にエッチングするようにしたので製造工程の減少による生産性の向上、及び発光効率の向上を図ることが可能となる。
【００５９】
本発明にあっては、ＩＴＯからなる電流拡散層をエッチングする場合、臭素原子を含むガスを供給し、一方ｐ型窒化ガリウム層及びｎ型窒化ガリウム層をエッチングする場合は、塩素原子を含むガスを供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【００６０】
本発明にあっては、ＩＴＯのエッチングにより適した臭化水素または臭素をエッチングガスとして供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【００６１】
本発明にあっては、窒化ガリウム層のエッチングにより適した塩化水素または塩素をエッチングガスとして供給するようにしたので、より短時間でエッチング処理を行うことができ生産性をさらに向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。
【図２】本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。
【図３】本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。
【図４】本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面図である。
【図５】実施の形態２に係る本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。
【図６】実施の形態２に係る本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。
【図７】実施の形態２に係る本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面図である。
【図８】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を示す説明図である。
【図９】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を示す説明図である。
【図１０】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 活性層
２ 絶縁部材
Ｂ 基板
Ｎ ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層（ｎ型窒化ガリウム層）
Ｐ ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層（ｐ型窒化ガリウム層）
Ｄ 電流拡散層
Ｍ マスク
ＮＴ ｎ電極
ＰＴ ｐ電極
Ｈ ｎ電極形成用の孔または切欠部（ｎ電極形成部）
Claims (7)
- 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、
基板よりも上側に積層され、該基板の一部が露出するように設けられたｎ型窒化ガリウム化合物半導体層と、
該ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の外縁と整合するように該ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の上側に積層され、ｎ電極形成用の孔または切欠部が形成されたｐ型窒化ガリウム化合物半導体層と、
該ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層の外縁と整合するように該ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層の上側に積層され、前記ｎ電極形成用の孔または切欠部が形成された電流拡散層と、
前記ｎ電極形成用の孔または切欠部の内部であって、前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の上側に形成されたｎ電極と、
前記電流拡散層の上側に形成されたｐ電極と、
前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び前記電流拡散層の側面に当接し、一端が前記基板に固着され他端が前記電流拡散層に固着される絶縁部材とを備え、
前記ｐ電極は、
前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層の側面と接触しないよう前記絶縁部材を介在させて前記基板上に設けられており、さらに前記電流拡散層上に延設されている
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 前記電流拡散層は、
ＩＴＯからなることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 基板上にｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層をこの順に積層し、これら各層と同一面側にあるｐ電極及びｎ電極に通電することにより、電極側から発光させる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法において、
前記電流拡散層上の一部にマスクを作成する第１マスク工程と、
エッチングガスを供給して前記電流拡散層、前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層をエッチングし前記基板を露出させる第１エッチング工程と、
ｎ電極を形成する部分を除いてマスクする第２マスク工程と、
エッチングガスを供給して前記電流拡散層、及び前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層をエッチングして前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層を露出させる第２エッチング工程と、
該第２エッチング工程により露出した前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層上にｎ電極を形成する工程と、
前記電流拡散層上にｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
前記第１エッチング工程において残された電流拡散層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及びｎ型窒化ガリウム化合物半導体層の側面に絶縁部材を固着し、前記絶縁部材の一端を前記基板に固着し他端を前記電流拡散層に固着する絶縁部材固着工程とを備え、
前記ｐ電極形成工程は、
前記ｐ電極を前記第１エッチング工程により露出した基板上に、前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層、及び電流拡散層の側面と接触しないよう前記絶縁部材を介在させて設けると共に、前記電流拡散層上に延設する
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 前記電流拡散膜は、
ＩＴＯであり、
前記エッチングガスは、
塩素原子を含むガスまたは臭素原子を含むガスであることを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 前記電流拡散膜は、
ＩＴＯであり、
前記エッチングガスは、
前記電流拡散層をエッチングする場合は臭素原子を含むガスを用い、前記ｐ型窒化ガリウム化合物半導体層及び前記ｎ型窒化ガリウム化合物半導体層をエッチングする場合は塩素原子を含むガスを用いることを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 前記臭素原子を含むガスは、
臭化水素または臭素であることを特徴とする請求項４または５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 前記塩素原子を含むガスは、
塩化水素または塩素であることを特徴とする請求項４または５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
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