側面発光半導体素子及び側面発光半導体素子の製造方法
【課題】歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る側面発光半導体素子は、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジと、ＡｌＧａＮ層が露出するリッジ以外の積層構造の上面に形成されるショットキーバリアとを備える。
【解決手段】本発明に係る側面発光半導体素子は、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジと、ＡｌＧａＮ層が露出するリッジ以外の積層構造の上面に形成されるショットキーバリアとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、側面発光半導体素子及び側面発光半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像を表示するディスプレイ装置等に用いられる半導体発光素子として、ドットマトリックス・ディスプレイ装置に用いられる半導体発光素子、携帯電話の液晶ディスプレイ装置用のバックライトに用いられる半導体発光素子、テレビの液晶ディスプレイ装置用のバックライトに用いられる半導体発光素子等が、代表に挙げられる。
【０００３】
例えば、ドットマトリックス・ディスプレイ装置は、赤色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、緑色ＬＥＤ、及び、青色ＬＥＤの半導体発光素子を並べて配置する。
【０００４】
また、携帯電話の液晶ディスプレイ装置は、青色ＬＥＤ及び黄色ＬＥＤの半導体発行素子を、バックライトとして配置する。携帯電話の液晶ディスプレイ装置は、青色ＬＥＤ及び黄色ＬＥＤの半導体発行素子により白色光を形成することができる。
【０００５】
また、テレビの液晶ディスプレイ装置は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び、青色ＬＥＤの半導体発光素子を、バックライトとして並べて配置する。テレビの液晶ディスプレイ装置は、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤと比べて、緑色ＬＥＤを多く用いる。
【０００６】
ここで、かかるディスプレイ装置等において、エネルギー効率を高めるために、局所的な領域から光を放出する半導体発光素子が、求められている。
【０００７】
かかる半導体発光素子として、活性層を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジを備えた側面発光半導体素子が、一般的に、知られている。
【０００８】
具体的には、図８に示すように、側面発光半導体素子は、ｎ型窒化物半導体層（ｎ型コンタクト層５０２乃至ｎ型光ガイド層５０４）と、ＭＱＷ活性層５０６と、ｐ型窒化物半導体層（ｐ型第１光ガイド層５０７乃至ｐ型コンタクト層５１０）とを備え、ｐ型窒化物半導体層に、ストライプ状のリッジが形成されている。
【０００９】
側面発光半導体素子は、ｐ電極５１３と電気的に接続しているｐ型コンタクト層５１０の上面を除いて、該リッジの露出面を絶縁膜５１５で覆う構造を備える（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
かかる側面発光半導体素子の製造方法は、第１に、ｐ型窒化物半導体層にストライプ状のリッジを形成し、続けて、該リッジ上に絶縁膜を形成する。
【００１１】
第２に、該リッジの上部のｐ型コンタクト層５１０上に形成された絶縁膜５１５を除去し、少なくとも露出したｐ型コンタクト層５１０上にｐ電極５１３を形成することにより、側面発光半導体素子を製造することができる。
【００１２】
かかる側面発光半導体素子によれば、ｐ電極５１３と、ｎ電極５１４との間に電流を流した際に、ｐ電極５１３から流れる正孔は、リッジに集中し、更にリッジの下方に相当するＭＱＷ活性層５０６の領域に集中する。その結果、かかるリッジの下方に相当するＭＱＷ活性層５０６の領域において、正孔と電子とが再結合することにより、光を放出することができる。すなわち、側面発光半導体素子は、局所的な領域から光を放出することができる。
【００１３】
かかる側面発光半導体素子は、高い電流狭窄効果、電流閉じ込め効果、光閉じ込め効果を実現することができ、一般的に、エネルギー効率の高い構造として評価されている。
【特許文献１】特開２００１-１５８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述のような従来の側面発光半導体素子の製造方法において、リッジの上部のｐ型コンタクト層５１０上に形成された絶縁膜５１５のみを取り除くのが困難であるため、歩留まりが向上しないという問題点があった。
【００１５】
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子及び側面発光半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る側面発光半導体素子の第１の特徴は、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジと、ＡｌＧａＮ層が露出する前記リッジ以外の積層構造の上面に形成されるショットキーバリアとを備えることを要旨とする。
【００１７】
かかる特徴によれば、ＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジと、ＡｌＧａＮ層が露出するリッジ以外の積層構造の上面に形成されるショットキーバリアとを備えるため、該リッジにおいて、ｐ電極とオーミック接触すべき部分の絶縁膜のみを取り除く必要が無くなり、歩留まりが向上する。
【００１８】
また、バンドギャップエネルギーの高いＡｌＧａＮに対して、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層を備えることにより、ＡｌＧａＮ層の正孔（ホール）濃度は、小さくなるため、正孔が、ショットキーバリアからＡｌＧａＮ層へ流れにくくなり、ショットキーバリアとＡｌＧａＮ層との間の抵抗は、高くなる。これにより、かかる側面発光半導体素子は、リッジにのみ正孔を流しやすくなり、該リッジで容易に電流狭窄効果、電流閉じ込め効果、光閉じ込め効果を実現し、活性層の狭い領域から光を放出することができる。
【００１９】
従って、歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子を得ることができる。
【００２０】
本発明の第１の特徴において、リッジの上部は、Ｍｇの濃度が、１×１０19ｃｍ-3以上にドープされたＧａＮ層であってもよい。
【００２１】
かかる特徴によれば、リッジの上部は、Ｍｇの濃度が、１×１０19ｃｍ-3以上にドープされたＧａＮ層であるため、リッジの上部の正孔濃度は、高くなり、リッジの電流狭窄効果を更に向上することができる。
【００２２】
本発明の第１の特徴において、ショットキーバリア上の少なくとも一部とリッジ上とに、Ｐｄ又はＮｉからなる金属層を更に備えてもよい。
【００２３】
かかる特徴によれば、ショットキーバリア上の少なくとも一部とリッジ上とに、Ｐｄ又はＮｉからなる金属層を備えることにより、ＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層に対して、オーミック特性を取り易い電極を得ることができるため、リッジの上部に更に、正孔を流れやすくするため、該リッジの電流狭窄効果を更に向上することができる。
【００２４】
本発明の第２の特徴は、側面発光半導体素子の製造方法であって、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによりストライプ状のリッジを形成する工程と、ＡｌＧａＮ層が露出するリッジ以外の積層構造の上面に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによりショットキーバリアを形成する工程とを有することを要旨とする。
【００２５】
かかる発明によれば、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部にリッジを形成し、ＡｌＧａＮ層が露出するリッジ以外の積層構造の上面に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによる適度なダメージが与えられることにより、正孔が流れにくくなるｎ型反転層（すなわち、ショットキーバリア）が形成される。ショットキーバリアとＡｌＧａＮ層との間の抵抗が高くなり、リッジにのみ正孔を流れやすくするため、該リッジで容易に電流狭窄効果、電流閉じ込め効果、光閉じ込め効果を実現し、活性層の狭い領域から光を放出することができる。
【００２６】
従って、歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子及び側面発光半導体素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意するべきである。
【００２９】
したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００３０】
（本発明の実施形態に係る側面発光半導体素子の構成）
図１を参照して、本発明の実施形態に係る側面発光半導体素子の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る側面発光半導体素子の断面構造を示す。本実施形態に係る側面発光半導体素子の一例として、青色に発光する側面発光型のＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)について説明する。
【００３１】
本実施形態に係る側面発光半導体素子は、図１に示すように、ｎ型コンタクト層１０２と、ｎ型クラッド層１０３と、ｎ型光ガイド層１０４と、ｎ型超格子層１０５と、ＭＱＷ活性層１０６と、ｐ型第１光ガイド層１０７と、ｐ型第２光ガイド層１０８と、ｐ型クラッド層１０９と、ｐ型コンタクト層１１０とからなる積層構造を備えている。上述の積層構造の上部（すなわち、ｐ型クラッド層１０９の一部及びｐ型コンタクト層１１０には、ストライプ状のリッジが形成されている。
【００３２】
ｎ電極１１４は、ｎ型コンタクト層１０２の主面に、Ａｌ/Ｔｉ/Ａｕの多層金属膜によって形成されている。また、ｎ電極１１４は、Ａｌ/Ｎｉ/Ａｕの多層金属膜や、Ａｌ/Ｐｄ/Ａｕの多層金属膜によって形成されていてもよい。
【００３３】
ｐ電極１１３は、ショットキーバリア１０９１上の少なくとも一部とリッジ上とにＰｄ層、Ａｕ層の順に積層され、ｐ型コンタクト層１１０とオーミック接触している。なお、ｐ電極１１３は、Ｐｄ層の代わりにＮｉ層を積層し、Ｎｉ層、Ａｕ層によって形成されてもよい。
【００３４】
ｎ型コンタクト層１０２は、ＳｉがドープされたＧａＮによって形成されている。
【００３５】
ｎ型クラッド層１０３は、ＳｉがドープされたＡｌ0.05ＧａＮによって形成されている。
【００３６】
ｎ型光ガイド層１０４は、アンドープＧａＮによって形成されている。
【００３７】
ｎ型超格子層１０５は、ＩｎＧａＮ層及びＧａＮ層を交互に積層した超格子構造であり、ＩｎＧａＮ層及びＧａＮ層は、１層あたりの厚みが３０ｎｍ以下である。
【００３８】
ＭＱＷ活性層１０６は、Ｉｎを含む窒化物半導体によって形成されている多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）である。
【００３９】
具体的には、ＭＱＷ活性層１０６は、厚みが３ｎｍのＩｎ０.17ＧａＮによって形成されている井戸層と、厚みが１０ｎｍのアンドープＧａＮによって形成されているバリア層とを交互にそれぞれ８回積層したＭＱＷ構造である。
【００４０】
ｐ型第１光ガイド層１０７は、アンドープＧａＮ又は、１％程度のＩｎを含むＩｎ０.01ＧａＮによって形成されている。
【００４１】
ｐ型第２光ガイド層１０８は、アンドープＧａＮによって形成されている。
【００４２】
ｐ型クラッド層１０９は、Mgの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜０．５）によって形成されている。なお、ｐ型クラッド層１０９のMgの濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上であることがより好ましい。ｐ型クラッド層１０９のMgの濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上であることにより、ｐ型クラッド層１０９は、ｐ型コンタクト層１１０からの正孔を更に流すことができる。
【００４３】
ｐ型コンタクト層１１０は、Ｍｇの濃度が、１×１０19ｃｍ-3以上にドープされたＧａＮによって形成されている。なお、ｐ型コンタクト層１１０のMgの濃度は、５×１０19ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ-3以下であることがより好ましい。ｐ型コンタクト層１１０のMgの濃度が、５×１０20ｃｍ-3よりも高い場合、ドープされたＭｇが、ＧａＮ結晶を破壊する場合がある。
【００４４】
また、ｐ型クラッド層１０９の上面において、ｐ型コンタクト層１１０が形成されていない部分には、ショットキーバリア１０９１が形成されている。したがって、ｐ型クラッド層１０９の上面でｐ型コンタクト層１１０が形成されていない部分は、ｐ電極１１３とショットキー接触している。
【００４５】
ｐ型コンタクト層１１０は、ｐ型クラッド層１０９の一部と共に、ストライプ状のリッジを構成しており、ｐ型コンタクト層１１０の上面は、ｐ電極１１３とオーミック接触している。
【００４６】
（本発明の実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法）
以下、図２乃至図７を参照して、本実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法において行われる工程（プロセス）について説明する。
【００４７】
図２及び図３に示すように、ステップＳ１０１において、サファイアからなる基板（以下、基板１００と示す。）上に、順次、ｎ型バッファ層１０１、ｎ型コンタクト層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光ガイド層１０４、ｎ型超格子層１０５、ＭＱＷ活性層１０６、ｐ型第１光ガイド層１０７、ｐ型第２光ガイド層１０８、ｐ型クラッド層１０９、ｐ型コンタクト層１１０を、結晶成長（エピタキシャル成長）させる積層工程が行われる。
【００４８】
具体的には、本実施形態においては、第１に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に基板１００を入れて、水素ガスを流しながら１０５０℃程度まで温度を上げることにより、基板１００をサーマルクリーニングする。
【００４９】
第２に、６００℃程度までＭＯＣＶＤ装置内の温度を下げて、基板１００上に、ＧａＮからなるｎ型バッファ層１０１をエピタキシャル成長することにより結晶成長（以下、単に結晶成長と示す）させる。
【００５０】
第３に、１０００℃程度までＭＯＣＶＤ装置内の温度を再び上げて、ｎ型バッファ層１０１上に、順次、ｎ型コンタクト層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光ガイド層１０４、ｎ型超格子層１０５、ＭＱＷ活性層１０６、ｐ型第１光ガイド層１０７、ｐ型第２光ガイド層１０８、ｐ型クラッド層１０９、ｐ型コンタクト層１１０を結晶成長させる。
【００５１】
図３に、かかる積層工程が行われた後の側面発光半導体素子の断面図を示す。
【００５２】
ステップＳ１０２において、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ）によってストライプパターンを形成するストライプパターン形成工程が行われる。
【００５３】
図４に、かかるストライプパターン形成工程における側面発光半導体素子の断面図を示す。以下、図４を参照して、ストライプパターン形成工程について具体的に説明する。
【００５４】
具体的には、ストライプパターン形成工程では、第１に、ｐ型コンタクト層１１０上にＳＯＧ材料を塗布する。ここで、ＳＯＧ材料は、ケイ酸化合物を有機溶剤に溶解した溶液である。
【００５５】
第２に、塗布したＳＯＧ材料を約４５０℃で焼成することで、ケイ酸ガラス（ＳｉＯ２）を主成分としたＳＯＧ層１１１を形成する。
【００５６】
第３に、ＳＯＧ層１１１上にレジスト膜を塗布し、ホトリソグラフィによってレジストパターン１１２を形成する。
【００５７】
第４に、かかるレジストパターン１１２をマスクとして、ＳＯＧ層１１１をエッチングする。かかるエッチングは、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングであってもよいし、Ｆ系ガス（ＣＦ４、ＳＦ６等）を用いたドライエッチングであってもよい。ただし、レジストパターン１１２を細かく切ることができるドライエッチングを用いることが好ましい。
【００５８】
第５に、Ｏ２アッシャー（Ｏプラズマ）やアルカリ溶液等を用いて、レジストパターン１１２を除去することによって、残されたＳＯＧ層１１１からなるストライプパターンを形成する。
【００５９】
ステップＳ１０３において、誘導結合型（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）エッチャーを用いて、ｐ型コンタクト層１１０からなるリッジを形成するリッジ構造形成工程が行われる。
【００６０】
図５に、かかるリッジ構造形成工程における側面発光半導体素子の断面図を示す。以下、図５を参照して、リッジ構造形成工程について具体的に説明する。
【００６１】
具体的には、第１に、ＩＣＰエッチャーを用いて、ＳＯＧ層１１１からなるストライプパターンをマスクとして、ｐ型コンタクト層１１０及びｐ型クラッド層１０９の一部及び、ｐ型コンタクト層１１０乃至ｎ型コンタクト層１０２の一部をエッチングする。
【００６２】
かかるエッチングに用いられるＩＣＰエッチャーの具体例について、図６に示す。図６に示すように、ＩＣＰエッチャーは、チャンバー２０１と、下部電極２０２と、排気口２０３と、石英板２０４と、高周波電源２０５と、ＩＣＰコイル２０６と、ＩＣＰ高周波電源２０７と、ガス導入口２０８とを具備している。
【００６３】
かかるＩＣＰエッチャーは、反応性ガスをプラズマ化するためにＩＣＰ高周波電源２０７によってＩＣＰコイル２０６に印加する高周波電力（ＰＩＣＰ）と、プラズマ化した反応種をエッチング対象部材２０９に引き込むために高周波電源２０５に印加する高周波電力（ＰＢｉａｓ）とによって生じる活性種（ラジカルやイオン等）を利用して、エッチング対象部材２０９にダメージを与えることによって、エッチングを可能とするものである。
【００６４】
具体的には、リッジ構造形成工程では、ＩＣＰエッチャーに、エッチング対象部材２０９（本実施形態では、ステップ１０２が行われた後の側面発光半導体素子（積層構造））を配置して、第１の高周波電力（ＰＩＣＰ及びＰＢｉａｓ）を印加する。
【００６５】
ここで、主に高周波電源２０５に印加される高周波電力によって、ＩＣＰエッチャーのチャンバー２０１内の下部電極２０２上に配置されたエッチング対象部材２０９（積層構造）上に、ＤＣバイアス電圧（Ｖ_ＤＣ）が生じる。かかるＶ_ＤＣによって、ｐ型コンタクト層１１０乃至ｎ型コンタクト層１０２に生じるダメージの程度を定義することができる。例えば、Ｖ_ＤＣ≧２０Ｖ、好ましくは、Ｖ_ＤＣ≧４０Ｖで、ｐ型コンタクト層１１０又はｐ型クラッド層１０９にダメージが生じ、所望の効果を得ることができる。
【００６６】
本実施形態に係るリッジ構造形成工程では、第１の高周波電力として、ＰＩＣＰ＝３００Ｗ、ＰＢｉａｓ＝２５Ｗを印加することによって、ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１０をエッチングする。この際に、エッチング対象部材２０９上に生じるＶ_ＤＣは、非常に小さく、例えば、１０Ｖ程度である。
【００６７】
また、本実施形態に係るリッジ構造形成工程では、第１の高周波電力として、ＰＩＣＰ＝３００Ｗ、ＰＢｉａｓ＝２５Ｗを印加することによって、ｐ型コンタクト層１１０乃至ｎ型コンタクト層１０２をエッチングする。
【００６８】
ステップＳ１０４において、ＩＣＰエッチャーを用いて、イオン衝撃を利用して、リッジ構造以外の積層構造の上面（すなわち、ｐ型クラッド層１０９の上面でｐ型コンタクト層１１０がエッチングされている部分）に、ショットキーバリア１０９１を生成するショットキーバリア生成工程が行われる。
【００６９】
具体的には、ショットキーバリア生成工程では、ＩＣＰエッチャーに、エッチング対象部材２０９（本実施形態では、ステップ１０３が行われた後の側面発光半導体素子（積層構造））を配置して、第１の高周波電力（ＰＩＣＰ及びＰＢｉａｓ）よりも高電力である第１の高周波電力（ＰＩＣＰ及びＰＢｉａｓ）を印加する。
【００７０】
本実施形態に係るショットキーバリア生成工程では、第２の高周波電力として、ＰＩＣＰ＝３００Ｗ、ＰＢｉａｓ＝１２０Ｗを印加することによって、ｐ型クラッド層１０９をエッチングする。この際に、エッチング対象部材２０９上に生じるＶ_ＤＣが、５０Ｖ程度と大きくなるため、ＩＣＰ高周波電源２７の電力で生じたイオンがＶ_ＤＣで加速されてエッチング対象部材２０９上に衝突してダメージを与えることができる。
【００７１】
ここで、ステップＳ１０４及びＳ１０５において、エッチング残し厚は、レーザーを利用した干渉計で測定することができる。かかる干渉計は、上面における界面からの反射波と、下面における界面からの反射波との干渉により生じる干渉縞の間隔からエッチング深さを知ることができる。ここで、使用するレーザーの波長をλとすると、λ/ｎ（ｎ＝エッチング対象部材の屈折率）が干渉の一周期となる。
【００７２】
ステップＳ１０５において、ｎ電極１１４及びｐ電極１１３を形成する電極形成工程が行われる。
【００７３】
具体的には、第１に、ステップＳ１０３で形成されたｎ型コンタクト層１０２の露出面を塩酸により洗浄し、かかる露出面に、Ａｌ層、Ｔｉ層、Ａｕ層の順に積層することにより、ｎ電極１１４を形成する。ｎ電極１１４は、Ｔｉ層の代わりに、Ｎｉ層、Ｐｄ層を用いることで、Ａｌ/Ｎｉ/Ａｕの多層金属膜や、Ａｌ/Ｐｄ/Ａｕの多層金属膜によって形成されていてもよい。
【００７４】
また、ショットキーバリア１０９１上の少なくとも一部とリッジ上とを塩酸により洗浄し、Ｐｄ層、Ａｕ層の順に積層することにより、ｐ電極１１３を形成する。ｐ電極１１３は、Ｐｄ層の代わりにＮｉ層を積層し、Ｎｉ層、Ａｕ層によって形成されてもよい。
【００７５】
図７に、ｎ電極１１４及びｐ電極１１３を形成した後の側面発光半導体素子の断面図を示す。
【００７６】
第２に、基板１００及びｎ型バッファ層１０１を研削し、ｎ型コンタクト層１０２の裏面を研磨する。
【００７７】
第３に、側面発光半導体素子の幅にへき開することにより、図１に示す側面発光半導体素子を得る。かかるへき開は、半導体レーザー素子を得るための鏡面を形成するわけではなく、側面発光型のＬＥＤのためのへき開であるため、高い精度を必要とせず、多少失敗しても十分である。
【００７８】
（本発明の実施形態に係る側面発光半導体素子の作用・効果）
本実施形態に係る側面発光半導体素子によれば、ｐ型クラッド層１０９及びＭＱＷ活性層１０６を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジと、ｐ型クラッド層１０９が露出するリッジ以外の積層構造の上面に形成されるショットキーバリア１０９１とを備えるため、該リッジにおいて、ｐ電極１１３とオーミック接触すべき部分の絶縁膜のみを取り除く必要が無くなり、歩留まりが向上する。
【００７９】
また、バンドギャップエネルギーの高いＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜０．５）に対して、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたｐ型クラッド層１０９を備えることにより、ｐ型クラッド層１０９の正孔（ホール）濃度は、小さくなる。つまり、正孔が、ショットキーバリア１０９１からｐ型クラッド層１０９へ流れにくくなるため、ショットキーバリア１０９１とｐ型クラッド層１０９との間の抵抗は、高くなる。
【００８０】
これにより、かかる側面発光半導体素子は、リッジにのみ正孔を流れやすくするため、該リッジで容易に電流狭窄効果、電流閉じ込め効果、光閉じ込め効果を実現し、活性層の狭い領域から光を放出することができる。
【００８１】
従って、簡素な構造で、歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子を得ることができる。
【００８２】
また、リッジの上部は、Ｍｇの濃度が、１×１０19ｃｍ-3以上にドープされたＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１０であることにより、リッジの上部の電子濃度が高くなり、リッジの電流狭窄効果を更に向上することができる。
【００８３】
また、ショットキーバリア１０９１上の少なくとも一部とリッジ上とに、Ｐｄ又はＮｉからなるｐ電極１１３を備えることにより、ｐ型クラッド層１０９層及びｐ型コンタクト層１１０に対して、オーミック特性を取り易い電極を得ることができるため、リッジの上部に更に、正孔を流れやすくなるため、該リッジの電流狭窄効果を更に向上することができる。
【００８４】
また、本実施形態にかかる製造方法によれば、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０９及びＭＱＷ活性層１０６を含む積層構造の上部にリッジを形成し、ｐ型クラッド層１０９が露出するリッジ以外の積層構造の上面に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによる適度なダメージが与えられることにより、正孔が流れにくくなるｎ型反転層（すなわち、ショットキーバリア１０９１）が形成される。
【００８５】
ショットキーバリア１０９１とｐ型クラッド層１０９との間の抵抗が高くなり、リッジにのみ正孔を流れやすくするため、該リッジで容易に電流狭窄効果を得ることができる。
【００８６】
従って、歩留りがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子を製造することができる。
【００８７】
本実施形態に係る側面発光型のＬＥＤは、例えば、ヘッドマウント型のディスプレイ装置に用いられることが可能である。ヘッドマウント型のディスプレイ装置は、ゴーグル又はヘルメットのような形状をしたディスプレイ装置である。ヘッドマウント型のディスプレイ装置は、頭部に装着されると、左右の目の前にディスプレイ装置の表示部を１つずつ配置する。
【００８８】
かかるヘッドマウント型のディスプレイ装置において、赤色に発光する半導体発光素子、緑色に発光する半導体発光素子、及び、青色に発光する半導体発光素子が、狭いスペクトラムを有する光源として配置される。ヘッドマウント型のディスプレイ装置は、光ファイバを介して、半導体発光素子から放出される光を人間の網膜に伝送し、該網膜上で画像を形成する。
【００８９】
かかるヘッドマウント型のディスプレイ装置では、光ファイバと半導体発光素子とのカップリング効率を高くする必要がある。本実施形態に係る側面発光型のＬＥＤによれば、局所的な領域から光を放出することができるため、光ファイバとのカップリング効率を向上することができる。
【００９０】
また、かかる側面発光型のＬＥＤは、複雑な構造を有さず、歩留りもよいため、安価な半導体発光素子として提供される。
【００９１】
かかる側面発光型のＬＥＤから放出された光は、自然放出光であり、半導体レーザー素子で増幅を繰り返して放出される光と比べて、網膜への影響を低減できる。従って、かかる側面発光型のＬＥＤは、ヘッドマウントディスプレイ装置に用いられる半導体発光素子として、適している。
【００９２】
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００９３】
例えば、本発明の実施形態では、側面発光型のＬＥＤについて例示したが、本発明
はこれに限らず、側面発光型の半導体レーザー素子にも利用可能である。
【００９４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論であ
る。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の断面構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法の積層工程が行われた後の側面発光半導体素子の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法のストライプパターン形成工程における側面発光半導体素子の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法のリッジ形成工程における側面発光半導体素子の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法におけるリッジ形成工程及びショットキーバリア生成工程で用いられるＩＣＰエッチャーの断面構造図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法の電極形成工程が行われた後の側面発光半導体素子の断面図である。
【図８】従来技術に係る半導体発光素子の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１００…基板、１０１…ｎ型バッファ層、１０２、５０２…ｎ型コンタクト層、
１０３、５０３…ｎ型クラッド層、１０４、５０４…ｎ型光ガイド層、１０５…ｎ型超格子層、
１０6、５０６…ＭＱＷ活性層、１０７、５０７…ｐ型第１光ガイド層、
１０８、５０８…ｐ型第２光ガイド層、１０９、５０９…ｐ型クラッド層、
１０９１…ショットキーバリア、１１０、５１０…ｐ型コンタクト層、
１１１…ＳＯＧ層、１１２…レジスト、１１３、５１３…ｎ電極、１１４、５１４…ｎ電極、
２０１…チャンバー、２０２…下部電極、２０３…排気口、２０４…石英板、
２０５…高周波電源、２０６…ＩＣＰコイル、２０７…ＩＣＰ高周波電源、２０８…ガス導入口、
２０９…エッチング対象部材、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、側面発光半導体素子及び側面発光半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像を表示するディスプレイ装置等に用いられる半導体発光素子として、ドットマトリックス・ディスプレイ装置に用いられる半導体発光素子、携帯電話の液晶ディスプレイ装置用のバックライトに用いられる半導体発光素子、テレビの液晶ディスプレイ装置用のバックライトに用いられる半導体発光素子等が、代表に挙げられる。
【０００３】
例えば、ドットマトリックス・ディスプレイ装置は、赤色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、緑色ＬＥＤ、及び、青色ＬＥＤの半導体発光素子を並べて配置する。
【０００４】
また、携帯電話の液晶ディスプレイ装置は、青色ＬＥＤ及び黄色ＬＥＤの半導体発行素子を、バックライトとして配置する。携帯電話の液晶ディスプレイ装置は、青色ＬＥＤ及び黄色ＬＥＤの半導体発行素子により白色光を形成することができる。
【０００５】
また、テレビの液晶ディスプレイ装置は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び、青色ＬＥＤの半導体発光素子を、バックライトとして並べて配置する。テレビの液晶ディスプレイ装置は、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤと比べて、緑色ＬＥＤを多く用いる。
【０００６】
ここで、かかるディスプレイ装置等において、エネルギー効率を高めるために、局所的な領域から光を放出する半導体発光素子が、求められている。
【０００７】
かかる半導体発光素子として、活性層を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジを備えた側面発光半導体素子が、一般的に、知られている。
【０００８】
具体的には、図８に示すように、側面発光半導体素子は、ｎ型窒化物半導体層（ｎ型コンタクト層５０２乃至ｎ型光ガイド層５０４）と、ＭＱＷ活性層５０６と、ｐ型窒化物半導体層（ｐ型第１光ガイド層５０７乃至ｐ型コンタクト層５１０）とを備え、ｐ型窒化物半導体層に、ストライプ状のリッジが形成されている。
【０００９】
側面発光半導体素子は、ｐ電極５１３と電気的に接続しているｐ型コンタクト層５１０の上面を除いて、該リッジの露出面を絶縁膜５１５で覆う構造を備える（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
かかる側面発光半導体素子の製造方法は、第１に、ｐ型窒化物半導体層にストライプ状のリッジを形成し、続けて、該リッジ上に絶縁膜を形成する。
【００１１】
第２に、該リッジの上部のｐ型コンタクト層５１０上に形成された絶縁膜５１５を除去し、少なくとも露出したｐ型コンタクト層５１０上にｐ電極５１３を形成することにより、側面発光半導体素子を製造することができる。
【００１２】
かかる側面発光半導体素子によれば、ｐ電極５１３と、ｎ電極５１４との間に電流を流した際に、ｐ電極５１３から流れる正孔は、リッジに集中し、更にリッジの下方に相当するＭＱＷ活性層５０６の領域に集中する。その結果、かかるリッジの下方に相当するＭＱＷ活性層５０６の領域において、正孔と電子とが再結合することにより、光を放出することができる。すなわち、側面発光半導体素子は、局所的な領域から光を放出することができる。
【００１３】
かかる側面発光半導体素子は、高い電流狭窄効果、電流閉じ込め効果、光閉じ込め効果を実現することができ、一般的に、エネルギー効率の高い構造として評価されている。
【特許文献１】特開２００１-１５８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述のような従来の側面発光半導体素子の製造方法において、リッジの上部のｐ型コンタクト層５１０上に形成された絶縁膜５１５のみを取り除くのが困難であるため、歩留まりが向上しないという問題点があった。
【００１５】
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子及び側面発光半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る側面発光半導体素子の第１の特徴は、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジと、ＡｌＧａＮ層が露出する前記リッジ以外の積層構造の上面に形成されるショットキーバリアとを備えることを要旨とする。
【００１７】
かかる特徴によれば、ＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジと、ＡｌＧａＮ層が露出するリッジ以外の積層構造の上面に形成されるショットキーバリアとを備えるため、該リッジにおいて、ｐ電極とオーミック接触すべき部分の絶縁膜のみを取り除く必要が無くなり、歩留まりが向上する。
【００１８】
また、バンドギャップエネルギーの高いＡｌＧａＮに対して、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層を備えることにより、ＡｌＧａＮ層の正孔（ホール）濃度は、小さくなるため、正孔が、ショットキーバリアからＡｌＧａＮ層へ流れにくくなり、ショットキーバリアとＡｌＧａＮ層との間の抵抗は、高くなる。これにより、かかる側面発光半導体素子は、リッジにのみ正孔を流しやすくなり、該リッジで容易に電流狭窄効果、電流閉じ込め効果、光閉じ込め効果を実現し、活性層の狭い領域から光を放出することができる。
【００１９】
従って、歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子を得ることができる。
【００２０】
本発明の第１の特徴において、リッジの上部は、Ｍｇの濃度が、１×１０19ｃｍ-3以上にドープされたＧａＮ層であってもよい。
【００２１】
かかる特徴によれば、リッジの上部は、Ｍｇの濃度が、１×１０19ｃｍ-3以上にドープされたＧａＮ層であるため、リッジの上部の正孔濃度は、高くなり、リッジの電流狭窄効果を更に向上することができる。
【００２２】
本発明の第１の特徴において、ショットキーバリア上の少なくとも一部とリッジ上とに、Ｐｄ又はＮｉからなる金属層を更に備えてもよい。
【００２３】
かかる特徴によれば、ショットキーバリア上の少なくとも一部とリッジ上とに、Ｐｄ又はＮｉからなる金属層を備えることにより、ＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層に対して、オーミック特性を取り易い電極を得ることができるため、リッジの上部に更に、正孔を流れやすくするため、該リッジの電流狭窄効果を更に向上することができる。
【００２４】
本発明の第２の特徴は、側面発光半導体素子の製造方法であって、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによりストライプ状のリッジを形成する工程と、ＡｌＧａＮ層が露出するリッジ以外の積層構造の上面に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによりショットキーバリアを形成する工程とを有することを要旨とする。
【００２５】
かかる発明によれば、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部にリッジを形成し、ＡｌＧａＮ層が露出するリッジ以外の積層構造の上面に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによる適度なダメージが与えられることにより、正孔が流れにくくなるｎ型反転層（すなわち、ショットキーバリア）が形成される。ショットキーバリアとＡｌＧａＮ層との間の抵抗が高くなり、リッジにのみ正孔を流れやすくするため、該リッジで容易に電流狭窄効果、電流閉じ込め効果、光閉じ込め効果を実現し、活性層の狭い領域から光を放出することができる。
【００２６】
従って、歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子及び側面発光半導体素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意するべきである。
【００２９】
したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００３０】
（本発明の実施形態に係る側面発光半導体素子の構成）
図１を参照して、本発明の実施形態に係る側面発光半導体素子の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る側面発光半導体素子の断面構造を示す。本実施形態に係る側面発光半導体素子の一例として、青色に発光する側面発光型のＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)について説明する。
【００３１】
本実施形態に係る側面発光半導体素子は、図１に示すように、ｎ型コンタクト層１０２と、ｎ型クラッド層１０３と、ｎ型光ガイド層１０４と、ｎ型超格子層１０５と、ＭＱＷ活性層１０６と、ｐ型第１光ガイド層１０７と、ｐ型第２光ガイド層１０８と、ｐ型クラッド層１０９と、ｐ型コンタクト層１１０とからなる積層構造を備えている。上述の積層構造の上部（すなわち、ｐ型クラッド層１０９の一部及びｐ型コンタクト層１１０には、ストライプ状のリッジが形成されている。
【００３２】
ｎ電極１１４は、ｎ型コンタクト層１０２の主面に、Ａｌ/Ｔｉ/Ａｕの多層金属膜によって形成されている。また、ｎ電極１１４は、Ａｌ/Ｎｉ/Ａｕの多層金属膜や、Ａｌ/Ｐｄ/Ａｕの多層金属膜によって形成されていてもよい。
【００３３】
ｐ電極１１３は、ショットキーバリア１０９１上の少なくとも一部とリッジ上とにＰｄ層、Ａｕ層の順に積層され、ｐ型コンタクト層１１０とオーミック接触している。なお、ｐ電極１１３は、Ｐｄ層の代わりにＮｉ層を積層し、Ｎｉ層、Ａｕ層によって形成されてもよい。
【００３４】
ｎ型コンタクト層１０２は、ＳｉがドープされたＧａＮによって形成されている。
【００３５】
ｎ型クラッド層１０３は、ＳｉがドープされたＡｌ0.05ＧａＮによって形成されている。
【００３６】
ｎ型光ガイド層１０４は、アンドープＧａＮによって形成されている。
【００３７】
ｎ型超格子層１０５は、ＩｎＧａＮ層及びＧａＮ層を交互に積層した超格子構造であり、ＩｎＧａＮ層及びＧａＮ層は、１層あたりの厚みが３０ｎｍ以下である。
【００３８】
ＭＱＷ活性層１０６は、Ｉｎを含む窒化物半導体によって形成されている多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）である。
【００３９】
具体的には、ＭＱＷ活性層１０６は、厚みが３ｎｍのＩｎ０.17ＧａＮによって形成されている井戸層と、厚みが１０ｎｍのアンドープＧａＮによって形成されているバリア層とを交互にそれぞれ８回積層したＭＱＷ構造である。
【００４０】
ｐ型第１光ガイド層１０７は、アンドープＧａＮ又は、１％程度のＩｎを含むＩｎ０.01ＧａＮによって形成されている。
【００４１】
ｐ型第２光ガイド層１０８は、アンドープＧａＮによって形成されている。
【００４２】
ｐ型クラッド層１０９は、Mgの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜０．５）によって形成されている。なお、ｐ型クラッド層１０９のMgの濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上であることがより好ましい。ｐ型クラッド層１０９のMgの濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上であることにより、ｐ型クラッド層１０９は、ｐ型コンタクト層１１０からの正孔を更に流すことができる。
【００４３】
ｐ型コンタクト層１１０は、Ｍｇの濃度が、１×１０19ｃｍ-3以上にドープされたＧａＮによって形成されている。なお、ｐ型コンタクト層１１０のMgの濃度は、５×１０19ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ-3以下であることがより好ましい。ｐ型コンタクト層１１０のMgの濃度が、５×１０20ｃｍ-3よりも高い場合、ドープされたＭｇが、ＧａＮ結晶を破壊する場合がある。
【００４４】
また、ｐ型クラッド層１０９の上面において、ｐ型コンタクト層１１０が形成されていない部分には、ショットキーバリア１０９１が形成されている。したがって、ｐ型クラッド層１０９の上面でｐ型コンタクト層１１０が形成されていない部分は、ｐ電極１１３とショットキー接触している。
【００４５】
ｐ型コンタクト層１１０は、ｐ型クラッド層１０９の一部と共に、ストライプ状のリッジを構成しており、ｐ型コンタクト層１１０の上面は、ｐ電極１１３とオーミック接触している。
【００４６】
（本発明の実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法）
以下、図２乃至図７を参照して、本実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法において行われる工程（プロセス）について説明する。
【００４７】
図２及び図３に示すように、ステップＳ１０１において、サファイアからなる基板（以下、基板１００と示す。）上に、順次、ｎ型バッファ層１０１、ｎ型コンタクト層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光ガイド層１０４、ｎ型超格子層１０５、ＭＱＷ活性層１０６、ｐ型第１光ガイド層１０７、ｐ型第２光ガイド層１０８、ｐ型クラッド層１０９、ｐ型コンタクト層１１０を、結晶成長（エピタキシャル成長）させる積層工程が行われる。
【００４８】
具体的には、本実施形態においては、第１に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に基板１００を入れて、水素ガスを流しながら１０５０℃程度まで温度を上げることにより、基板１００をサーマルクリーニングする。
【００４９】
第２に、６００℃程度までＭＯＣＶＤ装置内の温度を下げて、基板１００上に、ＧａＮからなるｎ型バッファ層１０１をエピタキシャル成長することにより結晶成長（以下、単に結晶成長と示す）させる。
【００５０】
第３に、１０００℃程度までＭＯＣＶＤ装置内の温度を再び上げて、ｎ型バッファ層１０１上に、順次、ｎ型コンタクト層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光ガイド層１０４、ｎ型超格子層１０５、ＭＱＷ活性層１０６、ｐ型第１光ガイド層１０７、ｐ型第２光ガイド層１０８、ｐ型クラッド層１０９、ｐ型コンタクト層１１０を結晶成長させる。
【００５１】
図３に、かかる積層工程が行われた後の側面発光半導体素子の断面図を示す。
【００５２】
ステップＳ１０２において、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ）によってストライプパターンを形成するストライプパターン形成工程が行われる。
【００５３】
図４に、かかるストライプパターン形成工程における側面発光半導体素子の断面図を示す。以下、図４を参照して、ストライプパターン形成工程について具体的に説明する。
【００５４】
具体的には、ストライプパターン形成工程では、第１に、ｐ型コンタクト層１１０上にＳＯＧ材料を塗布する。ここで、ＳＯＧ材料は、ケイ酸化合物を有機溶剤に溶解した溶液である。
【００５５】
第２に、塗布したＳＯＧ材料を約４５０℃で焼成することで、ケイ酸ガラス（ＳｉＯ２）を主成分としたＳＯＧ層１１１を形成する。
【００５６】
第３に、ＳＯＧ層１１１上にレジスト膜を塗布し、ホトリソグラフィによってレジストパターン１１２を形成する。
【００５７】
第４に、かかるレジストパターン１１２をマスクとして、ＳＯＧ層１１１をエッチングする。かかるエッチングは、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングであってもよいし、Ｆ系ガス（ＣＦ４、ＳＦ６等）を用いたドライエッチングであってもよい。ただし、レジストパターン１１２を細かく切ることができるドライエッチングを用いることが好ましい。
【００５８】
第５に、Ｏ２アッシャー（Ｏプラズマ）やアルカリ溶液等を用いて、レジストパターン１１２を除去することによって、残されたＳＯＧ層１１１からなるストライプパターンを形成する。
【００５９】
ステップＳ１０３において、誘導結合型（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）エッチャーを用いて、ｐ型コンタクト層１１０からなるリッジを形成するリッジ構造形成工程が行われる。
【００６０】
図５に、かかるリッジ構造形成工程における側面発光半導体素子の断面図を示す。以下、図５を参照して、リッジ構造形成工程について具体的に説明する。
【００６１】
具体的には、第１に、ＩＣＰエッチャーを用いて、ＳＯＧ層１１１からなるストライプパターンをマスクとして、ｐ型コンタクト層１１０及びｐ型クラッド層１０９の一部及び、ｐ型コンタクト層１１０乃至ｎ型コンタクト層１０２の一部をエッチングする。
【００６２】
かかるエッチングに用いられるＩＣＰエッチャーの具体例について、図６に示す。図６に示すように、ＩＣＰエッチャーは、チャンバー２０１と、下部電極２０２と、排気口２０３と、石英板２０４と、高周波電源２０５と、ＩＣＰコイル２０６と、ＩＣＰ高周波電源２０７と、ガス導入口２０８とを具備している。
【００６３】
かかるＩＣＰエッチャーは、反応性ガスをプラズマ化するためにＩＣＰ高周波電源２０７によってＩＣＰコイル２０６に印加する高周波電力（ＰＩＣＰ）と、プラズマ化した反応種をエッチング対象部材２０９に引き込むために高周波電源２０５に印加する高周波電力（ＰＢｉａｓ）とによって生じる活性種（ラジカルやイオン等）を利用して、エッチング対象部材２０９にダメージを与えることによって、エッチングを可能とするものである。
【００６４】
具体的には、リッジ構造形成工程では、ＩＣＰエッチャーに、エッチング対象部材２０９（本実施形態では、ステップ１０２が行われた後の側面発光半導体素子（積層構造））を配置して、第１の高周波電力（ＰＩＣＰ及びＰＢｉａｓ）を印加する。
【００６５】
ここで、主に高周波電源２０５に印加される高周波電力によって、ＩＣＰエッチャーのチャンバー２０１内の下部電極２０２上に配置されたエッチング対象部材２０９（積層構造）上に、ＤＣバイアス電圧（Ｖ_ＤＣ）が生じる。かかるＶ_ＤＣによって、ｐ型コンタクト層１１０乃至ｎ型コンタクト層１０２に生じるダメージの程度を定義することができる。例えば、Ｖ_ＤＣ≧２０Ｖ、好ましくは、Ｖ_ＤＣ≧４０Ｖで、ｐ型コンタクト層１１０又はｐ型クラッド層１０９にダメージが生じ、所望の効果を得ることができる。
【００６６】
本実施形態に係るリッジ構造形成工程では、第１の高周波電力として、ＰＩＣＰ＝３００Ｗ、ＰＢｉａｓ＝２５Ｗを印加することによって、ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１０をエッチングする。この際に、エッチング対象部材２０９上に生じるＶ_ＤＣは、非常に小さく、例えば、１０Ｖ程度である。
【００６７】
また、本実施形態に係るリッジ構造形成工程では、第１の高周波電力として、ＰＩＣＰ＝３００Ｗ、ＰＢｉａｓ＝２５Ｗを印加することによって、ｐ型コンタクト層１１０乃至ｎ型コンタクト層１０２をエッチングする。
【００６８】
ステップＳ１０４において、ＩＣＰエッチャーを用いて、イオン衝撃を利用して、リッジ構造以外の積層構造の上面（すなわち、ｐ型クラッド層１０９の上面でｐ型コンタクト層１１０がエッチングされている部分）に、ショットキーバリア１０９１を生成するショットキーバリア生成工程が行われる。
【００６９】
具体的には、ショットキーバリア生成工程では、ＩＣＰエッチャーに、エッチング対象部材２０９（本実施形態では、ステップ１０３が行われた後の側面発光半導体素子（積層構造））を配置して、第１の高周波電力（ＰＩＣＰ及びＰＢｉａｓ）よりも高電力である第１の高周波電力（ＰＩＣＰ及びＰＢｉａｓ）を印加する。
【００７０】
本実施形態に係るショットキーバリア生成工程では、第２の高周波電力として、ＰＩＣＰ＝３００Ｗ、ＰＢｉａｓ＝１２０Ｗを印加することによって、ｐ型クラッド層１０９をエッチングする。この際に、エッチング対象部材２０９上に生じるＶ_ＤＣが、５０Ｖ程度と大きくなるため、ＩＣＰ高周波電源２７の電力で生じたイオンがＶ_ＤＣで加速されてエッチング対象部材２０９上に衝突してダメージを与えることができる。
【００７１】
ここで、ステップＳ１０４及びＳ１０５において、エッチング残し厚は、レーザーを利用した干渉計で測定することができる。かかる干渉計は、上面における界面からの反射波と、下面における界面からの反射波との干渉により生じる干渉縞の間隔からエッチング深さを知ることができる。ここで、使用するレーザーの波長をλとすると、λ/ｎ（ｎ＝エッチング対象部材の屈折率）が干渉の一周期となる。
【００７２】
ステップＳ１０５において、ｎ電極１１４及びｐ電極１１３を形成する電極形成工程が行われる。
【００７３】
具体的には、第１に、ステップＳ１０３で形成されたｎ型コンタクト層１０２の露出面を塩酸により洗浄し、かかる露出面に、Ａｌ層、Ｔｉ層、Ａｕ層の順に積層することにより、ｎ電極１１４を形成する。ｎ電極１１４は、Ｔｉ層の代わりに、Ｎｉ層、Ｐｄ層を用いることで、Ａｌ/Ｎｉ/Ａｕの多層金属膜や、Ａｌ/Ｐｄ/Ａｕの多層金属膜によって形成されていてもよい。
【００７４】
また、ショットキーバリア１０９１上の少なくとも一部とリッジ上とを塩酸により洗浄し、Ｐｄ層、Ａｕ層の順に積層することにより、ｐ電極１１３を形成する。ｐ電極１１３は、Ｐｄ層の代わりにＮｉ層を積層し、Ｎｉ層、Ａｕ層によって形成されてもよい。
【００７５】
図７に、ｎ電極１１４及びｐ電極１１３を形成した後の側面発光半導体素子の断面図を示す。
【００７６】
第２に、基板１００及びｎ型バッファ層１０１を研削し、ｎ型コンタクト層１０２の裏面を研磨する。
【００７７】
第３に、側面発光半導体素子の幅にへき開することにより、図１に示す側面発光半導体素子を得る。かかるへき開は、半導体レーザー素子を得るための鏡面を形成するわけではなく、側面発光型のＬＥＤのためのへき開であるため、高い精度を必要とせず、多少失敗しても十分である。
【００７８】
（本発明の実施形態に係る側面発光半導体素子の作用・効果）
本実施形態に係る側面発光半導体素子によれば、ｐ型クラッド層１０９及びＭＱＷ活性層１０６を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジと、ｐ型クラッド層１０９が露出するリッジ以外の積層構造の上面に形成されるショットキーバリア１０９１とを備えるため、該リッジにおいて、ｐ電極１１３とオーミック接触すべき部分の絶縁膜のみを取り除く必要が無くなり、歩留まりが向上する。
【００７９】
また、バンドギャップエネルギーの高いＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜０．５）に対して、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたｐ型クラッド層１０９を備えることにより、ｐ型クラッド層１０９の正孔（ホール）濃度は、小さくなる。つまり、正孔が、ショットキーバリア１０９１からｐ型クラッド層１０９へ流れにくくなるため、ショットキーバリア１０９１とｐ型クラッド層１０９との間の抵抗は、高くなる。
【００８０】
これにより、かかる側面発光半導体素子は、リッジにのみ正孔を流れやすくするため、該リッジで容易に電流狭窄効果、電流閉じ込め効果、光閉じ込め効果を実現し、活性層の狭い領域から光を放出することができる。
【００８１】
従って、簡素な構造で、歩留まりがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子を得ることができる。
【００８２】
また、リッジの上部は、Ｍｇの濃度が、１×１０19ｃｍ-3以上にドープされたＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１０であることにより、リッジの上部の電子濃度が高くなり、リッジの電流狭窄効果を更に向上することができる。
【００８３】
また、ショットキーバリア１０９１上の少なくとも一部とリッジ上とに、Ｐｄ又はＮｉからなるｐ電極１１３を備えることにより、ｐ型クラッド層１０９層及びｐ型コンタクト層１１０に対して、オーミック特性を取り易い電極を得ることができるため、リッジの上部に更に、正孔を流れやすくなるため、該リッジの電流狭窄効果を更に向上することができる。
【００８４】
また、本実施形態にかかる製造方法によれば、Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０９及びＭＱＷ活性層１０６を含む積層構造の上部にリッジを形成し、ｐ型クラッド層１０９が露出するリッジ以外の積層構造の上面に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによる適度なダメージが与えられることにより、正孔が流れにくくなるｎ型反転層（すなわち、ショットキーバリア１０９１）が形成される。
【００８５】
ショットキーバリア１０９１とｐ型クラッド層１０９との間の抵抗が高くなり、リッジにのみ正孔を流れやすくするため、該リッジで容易に電流狭窄効果を得ることができる。
【００８６】
従って、歩留りがよく、局所的な領域から光を放出する側面発光半導体素子を製造することができる。
【００８７】
本実施形態に係る側面発光型のＬＥＤは、例えば、ヘッドマウント型のディスプレイ装置に用いられることが可能である。ヘッドマウント型のディスプレイ装置は、ゴーグル又はヘルメットのような形状をしたディスプレイ装置である。ヘッドマウント型のディスプレイ装置は、頭部に装着されると、左右の目の前にディスプレイ装置の表示部を１つずつ配置する。
【００８８】
かかるヘッドマウント型のディスプレイ装置において、赤色に発光する半導体発光素子、緑色に発光する半導体発光素子、及び、青色に発光する半導体発光素子が、狭いスペクトラムを有する光源として配置される。ヘッドマウント型のディスプレイ装置は、光ファイバを介して、半導体発光素子から放出される光を人間の網膜に伝送し、該網膜上で画像を形成する。
【００８９】
かかるヘッドマウント型のディスプレイ装置では、光ファイバと半導体発光素子とのカップリング効率を高くする必要がある。本実施形態に係る側面発光型のＬＥＤによれば、局所的な領域から光を放出することができるため、光ファイバとのカップリング効率を向上することができる。
【００９０】
また、かかる側面発光型のＬＥＤは、複雑な構造を有さず、歩留りもよいため、安価な半導体発光素子として提供される。
【００９１】
かかる側面発光型のＬＥＤから放出された光は、自然放出光であり、半導体レーザー素子で増幅を繰り返して放出される光と比べて、網膜への影響を低減できる。従って、かかる側面発光型のＬＥＤは、ヘッドマウントディスプレイ装置に用いられる半導体発光素子として、適している。
【００９２】
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００９３】
例えば、本発明の実施形態では、側面発光型のＬＥＤについて例示したが、本発明
はこれに限らず、側面発光型の半導体レーザー素子にも利用可能である。
【００９４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論であ
る。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の断面構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法の積層工程が行われた後の側面発光半導体素子の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法のストライプパターン形成工程における側面発光半導体素子の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法のリッジ形成工程における側面発光半導体素子の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法におけるリッジ形成工程及びショットキーバリア生成工程で用いられるＩＣＰエッチャーの断面構造図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る側面発光半導体素子の製造方法の電極形成工程が行われた後の側面発光半導体素子の断面図である。
【図８】従来技術に係る半導体発光素子の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１００…基板、１０１…ｎ型バッファ層、１０２、５０２…ｎ型コンタクト層、
１０３、５０３…ｎ型クラッド層、１０４、５０４…ｎ型光ガイド層、１０５…ｎ型超格子層、
１０6、５０６…ＭＱＷ活性層、１０７、５０７…ｐ型第１光ガイド層、
１０８、５０８…ｐ型第２光ガイド層、１０９、５０９…ｐ型クラッド層、
１０９１…ショットキーバリア、１１０、５１０…ｐ型コンタクト層、
１１１…ＳＯＧ層、１１２…レジスト、１１３、５１３…ｎ電極、１１４、５１４…ｎ電極、
２０１…チャンバー、２０２…下部電極、２０３…排気口、２０４…石英板、
２０５…高周波電源、２０６…ＩＣＰコイル、２０７…ＩＣＰ高周波電源、２０８…ガス導入口、
２０９…エッチング対象部材、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層と、
前記ＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジと、
前記ＡｌＧａＮ層が露出する前記リッジ以外の前記積層構造の上面に形成されるショットキーバリアとを備えることを特徴とする側面発光半導体素子。
【請求項２】
前記リッジの上部は、Ｍｇの濃度が、１×１０19ｃｍ-3以上にドープされたＧａＮ層であることを特徴とする請求項１に記載の側面発光半導体素子。
【請求項３】
前記ショットキーバリア上の少なくとも一部と前記リッジ上とに、前記Ｐｄ又はＮｉからなる金属層を更に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の側面発光半導体素子。
【請求項４】
Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによりストライプ状のリッジを形成する工程と、
前記ＡｌＧａＮ層が露出する前記リッジ以外の前記積層構造の上面に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによりショットキーバリアを形成する工程とを有することを特徴とする側面発光半導体素子の製造方法。
【請求項１】
Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層と、
前記ＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に形成されるストライプ状のリッジと、
前記ＡｌＧａＮ層が露出する前記リッジ以外の前記積層構造の上面に形成されるショットキーバリアとを備えることを特徴とする側面発光半導体素子。
【請求項２】
前記リッジの上部は、Ｍｇの濃度が、１×１０19ｃｍ-3以上にドープされたＧａＮ層であることを特徴とする請求項１に記載の側面発光半導体素子。
【請求項３】
前記ショットキーバリア上の少なくとも一部と前記リッジ上とに、前記Ｐｄ又はＮｉからなる金属層を更に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の側面発光半導体素子。
【請求項４】
Ｍｇの濃度が、５×１０19ｃｍ-3以下にドープされたＡｌＧａＮ層及び活性層を含む積層構造の上部に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによりストライプ状のリッジを形成する工程と、
前記ＡｌＧａＮ層が露出する前記リッジ以外の前記積層構造の上面に、イオン衝撃を利用するドライエッチングによりショットキーバリアを形成する工程とを有することを特徴とする側面発光半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２５０７８８（Ｐ２００７−２５０７８８Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７１４８１（Ｐ２００６−７１４８１）
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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