半導体発光素子の製造方法
【課題】凹凸部の凹凸の均一化を図り、半導体発光素子間での発光出力のばらつきを抑える。
【解決手段】半導体基板の上に、第１半導体層及び第２半導体層を１つのペアとする複数のペア層３３を積層して光反射部３０を形成する工程と、光反射部３０の上に、第１クラッド層と、活性層と、第２クラッド層と、をこの順に積層して発光部４０を形成する工程と、発光部４０の上に、電流分散層を形成する工程と、電流分散層の表面に凹凸部６１を形成する工程と、を有し、凹凸部６１を形成する工程の前に、電流分散層の表面をＯ２プラズマに曝す工程を行う。
【解決手段】半導体基板の上に、第１半導体層及び第２半導体層を１つのペアとする複数のペア層３３を積層して光反射部３０を形成する工程と、光反射部３０の上に、第１クラッド層と、活性層と、第２クラッド層と、をこの順に積層して発光部４０を形成する工程と、発光部４０の上に、電流分散層を形成する工程と、電流分散層の表面に凹凸部６１を形成する工程と、を有し、凹凸部６１を形成する工程の前に、電流分散層の表面をＯ２プラズマに曝す工程を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の製造工程においては、ＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系等の高品質結晶を有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法で成長させる技術の発達によって、青色、緑色、橙色、黄色、赤
色等の高輝度ＬＥＤが製作できるようになってきた。
【０００３】
上記のような高品質の結晶が成長可能となってから、半導体発光素子の内部効率は理論限界値に近づきつつある。しかし半導体発光素子からの光取り出し効率はまだまだ低く、光取り出し効率を向上させることが重要となっている。そこで、複数のエピタキシャル層を積層して発光機能を持たせた発光部の下層に、例えば屈折率の異なる２種類の半導体層を１つのペアとする複数のペア層を積層して光反射部を形成し、発光部から半導体基板側へと向かう光を、光干渉によって半導体発光素子上面の光取り出し面側へと反射させる手法が採られている。例えば特許文献１には、ｎ型ＡｌＡｓ半導体とｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ半導体との単位半導体層（ペア層）の層厚を連続的に変化させて反射波長幅を広げることができるようにしたチャープ状の光反射層について開示がされている。
【０００４】
また、半導体発光素子の上面の光取り出し面に凹凸部を形成し、光取り出し面での光の全反射を抑制し、光取り出し効率を向上させる手法が採られる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−０３７０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光取り出し面となる半導体層の表面に凹凸部を形成した場合、光取り出し効率が向上して個々の半導体発光素子の発光出力は向上するものの、半導体発光素子間での発光出力にばらつきが生じてしまう場合があった。これにより、半導体発光素子の歩留まりが低下して製造コストが増大してしまうことがあった。
【０００７】
本発明の目的は、凹凸部の凹凸の均一化を図り、半導体発光素子間での発光出力のばらつきを抑えることが可能な半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、半導体基板の上に、屈折率のそれぞれ異なる第１半導体層及び第２半導体層を１つのペアとする複数のペア層を積層して光反射部を形成する工程と、前記半導体基板に形成された前記光反射部の上に、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層と、をこの順に積層して発光部を形成する工程と、前記発光部の上に、電流分散層を形成する工程と、前記電流分散層の表面に凹凸部を形成する工程と、を有し、前記凹凸部を形成する工程の前に、前記電流分散層の表面をＯ２プラズマに曝す工程を行う半導体発光素子の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、前記Ｏ２プラズマに曝す工程の後であって、前記凹凸部
を形成する工程の前に、前記電流分散層の前記Ｏ２プラズマに曝した表面に紫外線を照射する工程を行う第１の態様に記載の半導体発光素子の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、前記凹凸部を形成する工程は、エッチング液を用いた浸漬法により行い、前記エッチング液の主成分のエッチャントは酢酸である第１又は第２の態様に記載の半導体発光素子の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、前記光反射部を形成する工程では、前記第１クラッド層から、前記第１クラッド層に接する前記第２半導体層へ、の前記活性層が発する光の入射角をθとした場合、５０°以上の入射角が少なくとも１つ含まれる３つ以上の入射角θのそれぞれについて、次式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡの前記第１半導体層と、次式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢの前記第２半導体層と、を各ペアとする前記ペア層を前記各入射角θにつき１ペア以上積層する第１から第３の態様に記載の半導体発光素子の製造方法が提供される。
【数１】
（ここで、式（１）及び式（２）中、λＰは前記活性層が発する光のピーク波長であり、ｎｉｎは前記第１クラッド層の屈折率であり、ｎＡは前記第１半導体層の屈折率であり、ｎＢは前記第２半導体層の屈折率である。）
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、前記電流分散層の表面上の一部に電極を形成する工程を有し、前記電極を形成する工程の後に、前記Ｏ２プラズマに曝す工程と前記凹凸部を形成する工程とを行う第１から第４の態様に記載の半導体発光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、凹凸部の凹凸の均一化を図り、半導体発光素子間での発光出力のばらつきを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す図であって、（ａ）は半導体発光素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施例および比較例に係る半導体発光素子の発光出力の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００１６】
（１）半導体発光素子の製造方法
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子は、例えば半導体基板の上に、屈折率のそれぞれ異なる２種類の半導体層を１つのペアとする複数のペア層を積層して形成される光反射部と、光反射部の上に、第１クラッド層と、活性層と、第２クラッド層とを積層して形成される発光部と、発光部の上に形成され、表面に凹凸部が形成された電流分散層と、を備えている。半導体基板上に積層される各層は、例えばＭＯＶＰＥ法により形成される。
【００１７】
以下、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について、図１〜図３までを用いて説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造工程を示す断面図である。図３（ａ）は半導体発光素子１の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
（ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの製造）
まずは、図１（ａ）に示すように、例えば所定のオフ角を有する半導体基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、バッファ層としてのｎ型ＧａＡｓ層２０を形成する。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ層２０上に、光反射部３０を形成する。光反射部３０は、図１（ｂ’）に示すように、例えば屈折率のそれぞれ異なる第１半導体層としてのｎ型ＡｌＡｓ層３１と、第２半導体層としてのｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２と、を１つのペアとする複数のペア層３３を積層して形成される。光反射部３０の詳細については後述する。
【００２０】
続いて、図１（ｃ）に示すように、光反射部３０上に、第１導電型の第１クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１と、活性層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３と、をこの順に積層して発光部４０を形成する。
【００２１】
次に、発光部４０上に、介在層としてのｐ型ＧａＩｎＰ層５０を形成し、ｐ型ＧａＩｎＰ層５０上に、電流分散層としてのｐ型ＧａＰ層６０を形成する。
【００２２】
以上により、所定の発光ピーク波長を有するＬＥＤ用エピタキシャルウエハが製造される。
【００２３】
なお、上記各層のＭＯＶＰＥ法による形成は、ＭＯＶＰＥ装置内にｎ型ＧａＡｓ基板１０を搬入し、成長圧力、成長温度を所定値に保った状態で、所定の原料ガスを所定流量供給して行う。原料ガスには、例えばガリウム（Ｇａ）源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属ガスを使用する。また、例えばアルミニウム（Ａｌ）源にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等、インジウム（Ｉｎ）源にはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属ガスをそれぞれ使用する。また、ヒ素（Ａｓ）源としてアルシン（ＡｓＨ３）等、リン（Ｐ）源としてホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスをそれぞれ使用する。このとき、ＴＭＧａやＴＭＡｌ等のIII族原料
ガスのモル数を分母とし、ＡｓＨ３やＰＨ３等のＶ族原料ガスのモル数を分子とする比率（商）、すなわち、Ｖ／III比を、所定値とする。
【００２４】
また、各層の導電型の制御に用いる導電型決定不純物の添加は、例えば所定の添加物原料ガス（添加ガス）を原料ガスに添加することにより行う。ｎ型の導電型決定不純物とし
ては、例えばセレン（Ｓｅ）を用いる。Ｓｅを添加するには、例えばセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）等の添加ガスを用いる。また、ｐ型の導電型決定不純物としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を用いる。Ｍｇを添加するには、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）等の添加ガスを用いる。
【００２５】
（光反射部の詳細説明）
上述したように、光反射部３０は、例えば屈折率のそれぞれ異なる２種類の半導体層を備える。これにより、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２で発生した所定波長の光の一部が光反射部３０へと入射してきた際、上記２種類の半導体層間で光干渉を起こさせることで、入射してきた光を反射させる。つまり、複数のペア層３３は、所定波長の光に対する分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）として機能する。反射
させる光の波長は、各半導体層の屈折率及び厚さを制御することで選択できる。
【００２６】
光反射部３０を構成する、上述のｎ型ＡｌＡｓ層３１及びｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２の屈折率は、例えば各層の組成比等をそれぞれ調整することで制御される。
【００２７】
また、所定角度で入射する所定波長の光を反射させるｎ型ＡｌＡｓ層３１の厚さＴＡ及びｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２の厚さＴＢは、次式（１）、（２）によりそれぞれ算出することができる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
ここで、式（１）及び式（２）中、λＰは、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２が発する光のピーク波長である。また、ｎｉｎは、光反射部３０直上のｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１の屈折率である。また、ｎＡはｎ型ＡｌＡｓ層３１の屈折率であり、ｎＢはｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２の屈折率である。また、θは、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１から、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１に接するｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２へ、の上記光の入射角である。ここで、入射角は、入射面の法線に対する角度である。
【００３０】
上記の特許文献１（特開平０５−０３７０１７号公報）では、広い反射波長幅と高い反射率とが得られるよう、ｎ型ＡｌＡｓ半導体とｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ半導体との単位半導体層（ペア層）の変厚割合、積層数、及び混晶比を相互に規定し、ペア層の層厚を連続的に変化させたチャープ状の光反射層（光反射部）としている。しかしながら、この構造では、光反射部の厚さや層数を増大させずに半導体発光素子の発光出力を向上させることが困難であり、エピタキシャル成長に要する原料ガスの消費量や成長時間が増大して製
造コストがかかってしまう。
【００３１】
また、上述したように、特許文献１の構成をはじめ、従来の半導体発光素子が光反射部として備える半導体多層反射層は、垂直方向から入射する光に対して高い反射率が得られるよう設計されていた。しかしながら、例えば斜め方向から入射する光に対しては、設計上の考慮がほとんどなされていないため、光反射部に入射する光の全光量に対する反射量はそれほど高まらず、半導体発光素子の発光出力を大幅に向上させることは困難であった。
【００３２】
本実施形態では、入射角θを含む上記の式（１）及び（２）に基づき、ｎ型ＡｌＡｓ層３１の厚さＴＡ及びｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２の厚さＴＢを求めることとしたので、複数の入射角θにそれぞれ対応するペア層３３を複数積層することで、光反射部に入射する光の全光量に対する反射量を高め、半導体発光素子の発光出力を大幅に向上させることができる。また、入射角θの値を細かく取ったり大きく取ったりすることで、或いは、入射角θにどの値を含めるかを適宜選択することで、対応するペア層３３の構成を最適化することができる。したがって、入射角θの値や個数を調整して、ペア層３３の厚さや層数を必要最小限に近づけることができる。
【００３３】
上記の点から、本実施形態に係る半導体発光素子１においては、３つ以上の入射角θのそれぞれについて、ｎ型ＡｌＡｓ層３１の厚さＴＡ及びｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２の厚さＴＢを求め、それぞれの厚さＴＡ及びＴＢを備えるｎ型ＡｌＡｓ層３１とｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２とを各ペアとするペア層３３を、各入射角θにつき１ペア以上積層して光反射部３０を形成することが好ましい。このとき、３つ以上の入射角θの中に、５０°以上の入射角が少なくとも１つ含まれることが好ましい。
【００３４】
（電極の形成）
以上のように各層が形成されたＬＥＤ用エピタキシャルウエハを、ＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの上下面（表裏面）に電極形成を行う。すなわち、例えばマスクアライナ等を用いたフォトリソグラフィプロセスにて、ｐ型ＧａＰ層６０上に、フォトレジスト等のパターンを形成する。続いて、真空蒸着法により、例えば金・ベリリウム（ＡｕＢｅ）合金、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）をこの順に、それぞれ４００ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの厚さで蒸着する。蒸着後、リフトオフ法によりフォトレジスト等のパターンを除去することで、例えばワイヤボンディング部分が直径１００μｍの略円形の表面電極７１を素子ごとに形成する。よって、ウエハ上では、それぞれの表面電極７１は、ｐ型ＧａＰ層６０上に例えばマトリクス状に配置される。なお、図２（ａ）及びこれ以降に示す図においては、マトリクス状に配置された複数の表面電極７１のうち１つを示す。
【００３５】
次に、ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの裏面、すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板１０のエピタキシャル層形成面とは反対側の面の全面に、真空蒸着法により、例えば金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金、Ｎｉ、Ａｕをこの順に、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの厚さで蒸着し、裏面電極７２を形成する。その後、アロイ工程にて、上記電極７１，７２が形成されたＬＥＤ用エピタキシャルウエハを、例えば窒素（Ｎ２）ガス雰囲気中で５分間、４００℃に加熱し、電極７１，７２を合金化する。
【００３６】
（Ｏ２プラズマ処理）
次に、半導体発光素子１の光取り出し面となるｐ型ＧａＰ層６０の表面への凹凸部６１（図３（ｂ）参照）の形成に先駆けて、ｐ型ＧａＰ層６０の表面をＯ２プラズマに曝す。
【００３７】
従来、例えば浸漬法等により、半導体発光素子の光取り出し面に凹凸部を形成すると、
光取り出し効率は向上するものの、半導体発光素子間で発光出力にばらつきが生じてしまう場合があった。本発明者等によれば、これは凹凸部の凹凸のばらつきにより起こることがわかった。
【００３８】
このような凹凸部のばらつきを低減するには、例えばフォトレジスト等で凹凸部に対応するパターンを形成した後に、浸漬処理等で凹凸部を形成する方法も考えられる。しかしながら、このようなマスクパターンを用いた方法では、工程数が増え、また、製造コストも増大してしまう。これまで、浸漬法等の簡便な方法で、マスクパターンを用いずに凹凸部の凹凸形状を制御し、半導体発光素子１間での発光出力のばらつきを低減することは困難であった。
【００３９】
そこで、本発明者等は、凹凸部の凹凸（粗度）の均一化を図り、発光出力のばらつきを抑える手法について鋭意研究を行った。その結果、以下の手法により、製造コストの増大を招くことなく、凹凸部の凹凸形状を安定して形成でき、凹凸のばらつきが低減できることを見いだした。
【００４０】
本実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法においては、ｐ型ＧａＰ層６０の表面に図３（ａ）及び（ｂ）に示す凹凸部６１を形成する前に、図２（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＰ層６０の表面を酸素（Ｏ２）プラズマに曝す。
【００４１】
Ｏ２プラズマによるｐ型ＧａＰ層６０の表面の処理は、例えばバレル型アッシング装置等を用いたバッチ処理にて行う。このとき、Ｏ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下とし、装置が備える圧力調整用バルブの開度を調整して、処理圧力を例えば５０Ｐａ以上１２０Ｐａ以下とする。印加電力は例えば２００Ｗ以上８００Ｗ以下とし、処理時間は例えば１分以上１０分以下、好ましくは３分以上５分以下とする。なお、上記処理中、ランプヒータ等を用いてウエハ温度が１００℃以上２５０℃以下となるよう加熱してもよい。ランプ加熱時のウエハ温度は、例えばサーモラベル等を用いて予め測定した結果を基に上記所定値に制御する。
【００４２】
（凹凸部の形成）
続いて、Ｏ２プラズマによって処理されたｐ型ＧａＰ層６０の表面に、凹凸部６１（図３（ｂ）参照）を形成する。
【００４３】
ｐ型ＧａＰ層６０の表面への凹凸部６１の形成は、例えば酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）系エッチング液を用いた浸漬法により行う。この場合、エッチング液の主成分のエッチャントは、例えば酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）である。処理時間は、例えば１５秒以上９０秒以下とする。エッチング液を用いた浸漬処理により、表面電極７１の形成されていない部分の露出したｐ型ＧａＰ層６０の表面が粗化されて、凹凸部６１が形成される。
【００４４】
次に、凹凸部６１が形成された上記ウエハに対し、複数形成した表面電極７１のそれぞれが中央部に位置するよう、例えば２７５μｍ角のチップ状にダイシングを行って、図３（ａ）及び（ｂ）に示す半導体発光素子１を複数個得る。以上により、本実施形態に係る半導体発光素子１が製造される。
【００４５】
（半導体発光素子の実装）
その後、半導体発光素子１の実装を行う。すなわち、ダイシングにより複数切り出された個々の半導体発光素子１を、例えばＴＯ−１８ステム上にマウントしてダイボンディングを行い、さらにワイヤボンディングを施す。
【００４６】
（２）本発明の一実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示すひとつ又は複数の効果が得られる。
【００４７】
（ａ）本実施形態によれば、凹凸部６１を形成する工程の前に、ｐ型ＧａＰ層６０の表面をＯ２プラズマに曝す工程を行う。これにより、凹凸部６１の凹凸の均一化を図り、半導体発光素子１間での発光出力のばらつきを抑えることが可能となる。よって、半導体発光素子１の歩留まりを向上させ、製造コストを低減することができる。
【００４８】
（ｂ）また、本実施形態によれば、ｐ型ＧａＰ層６０の表面への凹凸部６１の形成は、酢酸系エッチング液を用いた浸漬法により行い、ばらつきの少ない凹凸部６１を形成する。よって、浸漬法による簡便な方法であっても、マスクパターン等を用いずにばらつきを抑えて凹凸部６１を形成することができ、工程数や製造コストを低減することができる。
【００４９】
（ｃ）また、本実施形態によれば、５０°以上の入射角が少なくとも１つ含まれる３つ以上の入射角θのそれぞれについて、上記の式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡのｎ型ＡｌＡｓ層３１と、上記の式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢのｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２と、を各ペアとするペア層３３を各入射角θにつき１ペア以上積層する。これにより、複数の入射角θにそれぞれ対応するペア層３３を複数積層することができ、光反射部に入射する光の全光量に対する反射量を高め、半導体発光素子の発光出力を大幅に向上させることができる。
【００５０】
（ｄ）また、本実施形態によれば、上記の式（１）及び（２）に任意の入射角θを代入して所定のペア層３３の構成を選定する。これにより、採択すべき入射角θの値及び個数を調整することができ、ペア層３３の厚さや層数を必要最小限に近づけることができる。よって、光反射部３０の厚さを低減することができる。
【００５１】
（ｅ）また、本実施形態によれば、Ｏ２プラズマによる処理をバッチ処理としている。これにより、多数枚のウエハの処理を短時間で一括して行うことができ、製造コストの増大を抑えることができる。
【００５２】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００５３】
例えば、上述の実施形態においては、Ｏ２プラズマ処理をした後に、ｐ型ＧａＰ層６０の表面をエッチングして凹凸部６１を形成することとしたが、Ｏ２プラズマに曝す工程の後であって、凹凸部を形成する工程の前に、ｐ型ＧａＰ層６０のＯ２プラズマに曝した表面に、さらに紫外線を照射し、紫外線の改質作用によりウエハ表面の有機物を分解除去するなどのクリーニングの工程を行ってもよい。
【００５４】
また、上述の実施形態においては、ｐ型ＧａＰ層６０の表面の凹凸部６１は浸漬法により形成することとしたが、凹凸部の形成手法はこれに限られない。例えば、サンドブラストやプラズマ処理等で表面を粗化して凹凸部を形成してもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態においては、マスクパターン等を用いずに凹凸部６１を形成することとしたが、フォトレジスト等によりパターンを形成したうえで、凹凸部を形成してもよい。マスクパターン等を用いた上記手法では、比較的高精度に形状を制御することが可能である。係る手法に本発明を適用することで、より一層、凹凸部の凹凸形状の制御性が増し、半導体発光素子間での発光出力のばらつきを低減することができる。
【００５６】
また、上述の実施形態においては、凹凸部６１を形成する光取り出し面は、ｐ型ＧａＰ
層６０の表面としたが、光取り出し面となる電流分散層は、ＧａＰ以外の材質よりなる層であってもよい。具体的には、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等の材質も用いることができる。また、上下の各クラッド層と電流分散層の導電型（ｎ型、ｐ型）を逆にして、光取り出し面側をｎ型としてもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態においては、ＭＯＶＰＥ法による各層の形成にあたり、ｎ型の添加ガスとしてＨ２Ｓｅを用いることとしたが、ｎ型添加物原料ガス（ｎ型添加ガス）としては、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）や、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）等を用いることもできる。また、ｐ型の添加ガスとしてＣｐ２Ｍｇを用いることとしたが、ｐ型添加物原料ガス（ｐ型添加ガス）としては、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）やジエチルジンク（ＤＥＺｎ）等を用いることもできる。
【００５８】
また、上述の実施形態においては、略円形の表面電極７１を形成することとしたが、この他、四角形、菱形、多角形等、表面電極は種々の形状とすることができる。
【実施例】
【００５９】
次に、本発明に係る実施例について比較例とともに説明する。
【００６０】
（ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの製作）
まずは、上述の実施形態と同様の手法で、上述の実施形態に係るＬＥＤ用エピタキシャルウエハと同様の構成を備えたＬＥＤ用エピタキシャルウエハを製作した。具体的には、オフ角が１５°のｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＶＰＥ法により各層を積層してＬＥＤ用エピタキシャルウエハを製作した。各層の形成時の際の、各層の組成比、層厚、成長条件等を以下に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
また、表１において、ｎ型ＡｌＡｓ層及びｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層を１つのペアとするペア層は、複数の入射角θに応じて複数形成されている。具体的には、バッファ層としてのｎ型ＧａＡｓ層上に、入射角θを７０°として、上記の式（１）及び（２）により求めた厚さＴＡ及びＴＢの各半導体層を備えるペア層（７０°ＤＢＲ層と呼ぶ）を２ペア（２層）形成し、以降、次第に小さくなる入射角θに対応するペア層を順次積層した。詳細の構成を、以下の表２に示す。各ペア層は、表２の下から上へと積層した。つまり、表中、最下段の７０°ＤＢＲ層がｎ型ＧａＡｓ層直上に形成されたペア層であり、最上段の０°ＤＢＲ層がｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層と接す
るペア層である。
【００６３】
【表２】
【００６４】
以上のように製作したＬＥＤ用エピタキシャルウエハが備えるアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層は、６３１ｎｍ付近の発光ピーク波長を有する。したがって、上記の式（１）及び（２）において、λＰは６３１ｎｍとした。また、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層の屈折率ｎｉｎは３．１２７であり、ｎ型ＡｌＡｓ層の屈折率ｎＡは３．１１４、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の屈折率ｎＢは３．０５７である。
【００６５】
以上により、６３１ｎｍ付近の発光ピーク波長を有する赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを得た。
【００６６】
（電極の形成）
次に、上述の実施形態と同様の手法で、表面電極および裏面電極を形成した。
【００６７】
（Ｏ２プラズマ処理・凹凸部の形成）
続いて、表面電極および裏面電極を形成した上記ウエハを劈開して２分割し、１／２サイズとなったウエハそれぞれに対して凹凸部を形成した。このとき、一方のウエハにはＯ２プラズマ処理を施したうえで凹凸部を形成し、もう一方のウエハにはＯ２プラズマ処理を施さずに凹凸部を形成した。Ｏ２プラズマ処理の条件は、Ｏ２ガスの流量を３００ｓｃｃｍとし、処理圧力を８０Ｐａとした。また、印加電力を４００Ｗ、処理時間を５分とした。また、酢酸系エッチング液による処理時間は、３０秒とした。
【００６８】
続いて、上述の実施形態と同様の手法で、上記のそれぞれのウエハのダイシングを行い、Ｏ２プラズマ処理を施した実施例に係る半導体発光素子と、Ｏ２プラズマ処理を施さない比較例に係る半導体発光素子と、をそれぞれ複数個製作した。実施例及び比較例のそれぞれの半導体発光素子は、６３１ｎｍ付近の発光ピーク波長を有する赤色ＬＥＤとして構成されている。
【００６９】
（半導体発光素子の実装）
その後、上述の実施形態と同様の手法で、上記それぞれの半導体発光素子の実装を行った。
【００７０】
（半導体発光素子の測定）
上記のように製作された、実施例および比較例に係る半導体発光素子について、発光出力、発光波長、順方向電圧等の初期特性の測定を行った。測定時の評価電流は２０ｍＡと
した。
【００７１】
図４に、実施例および比較例に係る半導体発光素子の発光出力の分布を示す。図４の横軸は、発光出力（ｍＷ）であり、縦軸は、測定した半導体発光素子のうち、各々の発光出力値を示した素子数（個）である。また、図中、実施例に係る半導体発光素子の測定値を実線で示し、比較例に係る半導体発光素子の測定値を一点鎖線で示す。
【００７２】
個々の半導体発光素子の上記測定値から求めた平均発光出力は、実施例が２．７２ｍＷ、比較例が２．７１ｍＷであり、実施例と比較例とで差は生じていなかった。しかし、実施例における発光出力のばらつきは±０．２５ｍＷであり、図４からも読み取ることができるように、比較例に対して半分程度のばらつきであった。その他、発光波長、順方向電圧については、実施例と比較例とで差は生じていなかった。
【００７３】
以上により、凹凸部を形成する際にＯ２プラズマ処理を施すと、発光出力のばらつきが大幅に改善されることがわかった。
【符号の説明】
【００７４】
１ 半導体発光素子
１０ ｎ型ＧａＡｓ基板（半導体基板）
３０ 光反射部
３１ ｎ型ＡｌＡｓ層（第１半導体層）
３２ ｎ型ＡｌＧａＡｓ層（第２半導体層）
３３ ペア層
４０ 発光部
４１ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第１クラッド層）
４２ アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層（活性層）
４３ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第２クラッド層）
６０ ｐ型ＧａＰ層（電流分散層）
６１ 凹凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の製造工程においては、ＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系等の高品質結晶を有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法で成長させる技術の発達によって、青色、緑色、橙色、黄色、赤
色等の高輝度ＬＥＤが製作できるようになってきた。
【０００３】
上記のような高品質の結晶が成長可能となってから、半導体発光素子の内部効率は理論限界値に近づきつつある。しかし半導体発光素子からの光取り出し効率はまだまだ低く、光取り出し効率を向上させることが重要となっている。そこで、複数のエピタキシャル層を積層して発光機能を持たせた発光部の下層に、例えば屈折率の異なる２種類の半導体層を１つのペアとする複数のペア層を積層して光反射部を形成し、発光部から半導体基板側へと向かう光を、光干渉によって半導体発光素子上面の光取り出し面側へと反射させる手法が採られている。例えば特許文献１には、ｎ型ＡｌＡｓ半導体とｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ半導体との単位半導体層（ペア層）の層厚を連続的に変化させて反射波長幅を広げることができるようにしたチャープ状の光反射層について開示がされている。
【０００４】
また、半導体発光素子の上面の光取り出し面に凹凸部を形成し、光取り出し面での光の全反射を抑制し、光取り出し効率を向上させる手法が採られる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−０３７０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光取り出し面となる半導体層の表面に凹凸部を形成した場合、光取り出し効率が向上して個々の半導体発光素子の発光出力は向上するものの、半導体発光素子間での発光出力にばらつきが生じてしまう場合があった。これにより、半導体発光素子の歩留まりが低下して製造コストが増大してしまうことがあった。
【０００７】
本発明の目的は、凹凸部の凹凸の均一化を図り、半導体発光素子間での発光出力のばらつきを抑えることが可能な半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、半導体基板の上に、屈折率のそれぞれ異なる第１半導体層及び第２半導体層を１つのペアとする複数のペア層を積層して光反射部を形成する工程と、前記半導体基板に形成された前記光反射部の上に、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層と、をこの順に積層して発光部を形成する工程と、前記発光部の上に、電流分散層を形成する工程と、前記電流分散層の表面に凹凸部を形成する工程と、を有し、前記凹凸部を形成する工程の前に、前記電流分散層の表面をＯ２プラズマに曝す工程を行う半導体発光素子の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、前記Ｏ２プラズマに曝す工程の後であって、前記凹凸部
を形成する工程の前に、前記電流分散層の前記Ｏ２プラズマに曝した表面に紫外線を照射する工程を行う第１の態様に記載の半導体発光素子の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、前記凹凸部を形成する工程は、エッチング液を用いた浸漬法により行い、前記エッチング液の主成分のエッチャントは酢酸である第１又は第２の態様に記載の半導体発光素子の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、前記光反射部を形成する工程では、前記第１クラッド層から、前記第１クラッド層に接する前記第２半導体層へ、の前記活性層が発する光の入射角をθとした場合、５０°以上の入射角が少なくとも１つ含まれる３つ以上の入射角θのそれぞれについて、次式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡの前記第１半導体層と、次式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢの前記第２半導体層と、を各ペアとする前記ペア層を前記各入射角θにつき１ペア以上積層する第１から第３の態様に記載の半導体発光素子の製造方法が提供される。
【数１】
（ここで、式（１）及び式（２）中、λＰは前記活性層が発する光のピーク波長であり、ｎｉｎは前記第１クラッド層の屈折率であり、ｎＡは前記第１半導体層の屈折率であり、ｎＢは前記第２半導体層の屈折率である。）
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、前記電流分散層の表面上の一部に電極を形成する工程を有し、前記電極を形成する工程の後に、前記Ｏ２プラズマに曝す工程と前記凹凸部を形成する工程とを行う第１から第４の態様に記載の半導体発光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、凹凸部の凹凸の均一化を図り、半導体発光素子間での発光出力のばらつきを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す図であって、（ａ）は半導体発光素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施例および比較例に係る半導体発光素子の発光出力の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００１６】
（１）半導体発光素子の製造方法
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子は、例えば半導体基板の上に、屈折率のそれぞれ異なる２種類の半導体層を１つのペアとする複数のペア層を積層して形成される光反射部と、光反射部の上に、第１クラッド層と、活性層と、第２クラッド層とを積層して形成される発光部と、発光部の上に形成され、表面に凹凸部が形成された電流分散層と、を備えている。半導体基板上に積層される各層は、例えばＭＯＶＰＥ法により形成される。
【００１７】
以下、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について、図１〜図３までを用いて説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造工程を示す断面図である。図３（ａ）は半導体発光素子１の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
（ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの製造）
まずは、図１（ａ）に示すように、例えば所定のオフ角を有する半導体基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、バッファ層としてのｎ型ＧａＡｓ層２０を形成する。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ層２０上に、光反射部３０を形成する。光反射部３０は、図１（ｂ’）に示すように、例えば屈折率のそれぞれ異なる第１半導体層としてのｎ型ＡｌＡｓ層３１と、第２半導体層としてのｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２と、を１つのペアとする複数のペア層３３を積層して形成される。光反射部３０の詳細については後述する。
【００２０】
続いて、図１（ｃ）に示すように、光反射部３０上に、第１導電型の第１クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１と、活性層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３と、をこの順に積層して発光部４０を形成する。
【００２１】
次に、発光部４０上に、介在層としてのｐ型ＧａＩｎＰ層５０を形成し、ｐ型ＧａＩｎＰ層５０上に、電流分散層としてのｐ型ＧａＰ層６０を形成する。
【００２２】
以上により、所定の発光ピーク波長を有するＬＥＤ用エピタキシャルウエハが製造される。
【００２３】
なお、上記各層のＭＯＶＰＥ法による形成は、ＭＯＶＰＥ装置内にｎ型ＧａＡｓ基板１０を搬入し、成長圧力、成長温度を所定値に保った状態で、所定の原料ガスを所定流量供給して行う。原料ガスには、例えばガリウム（Ｇａ）源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属ガスを使用する。また、例えばアルミニウム（Ａｌ）源にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等、インジウム（Ｉｎ）源にはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属ガスをそれぞれ使用する。また、ヒ素（Ａｓ）源としてアルシン（ＡｓＨ３）等、リン（Ｐ）源としてホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスをそれぞれ使用する。このとき、ＴＭＧａやＴＭＡｌ等のIII族原料
ガスのモル数を分母とし、ＡｓＨ３やＰＨ３等のＶ族原料ガスのモル数を分子とする比率（商）、すなわち、Ｖ／III比を、所定値とする。
【００２４】
また、各層の導電型の制御に用いる導電型決定不純物の添加は、例えば所定の添加物原料ガス（添加ガス）を原料ガスに添加することにより行う。ｎ型の導電型決定不純物とし
ては、例えばセレン（Ｓｅ）を用いる。Ｓｅを添加するには、例えばセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）等の添加ガスを用いる。また、ｐ型の導電型決定不純物としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を用いる。Ｍｇを添加するには、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）等の添加ガスを用いる。
【００２５】
（光反射部の詳細説明）
上述したように、光反射部３０は、例えば屈折率のそれぞれ異なる２種類の半導体層を備える。これにより、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２で発生した所定波長の光の一部が光反射部３０へと入射してきた際、上記２種類の半導体層間で光干渉を起こさせることで、入射してきた光を反射させる。つまり、複数のペア層３３は、所定波長の光に対する分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）として機能する。反射
させる光の波長は、各半導体層の屈折率及び厚さを制御することで選択できる。
【００２６】
光反射部３０を構成する、上述のｎ型ＡｌＡｓ層３１及びｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２の屈折率は、例えば各層の組成比等をそれぞれ調整することで制御される。
【００２７】
また、所定角度で入射する所定波長の光を反射させるｎ型ＡｌＡｓ層３１の厚さＴＡ及びｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２の厚さＴＢは、次式（１）、（２）によりそれぞれ算出することができる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
ここで、式（１）及び式（２）中、λＰは、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４２が発する光のピーク波長である。また、ｎｉｎは、光反射部３０直上のｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１の屈折率である。また、ｎＡはｎ型ＡｌＡｓ層３１の屈折率であり、ｎＢはｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２の屈折率である。また、θは、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１から、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１に接するｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２へ、の上記光の入射角である。ここで、入射角は、入射面の法線に対する角度である。
【００３０】
上記の特許文献１（特開平０５−０３７０１７号公報）では、広い反射波長幅と高い反射率とが得られるよう、ｎ型ＡｌＡｓ半導体とｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ半導体との単位半導体層（ペア層）の変厚割合、積層数、及び混晶比を相互に規定し、ペア層の層厚を連続的に変化させたチャープ状の光反射層（光反射部）としている。しかしながら、この構造では、光反射部の厚さや層数を増大させずに半導体発光素子の発光出力を向上させることが困難であり、エピタキシャル成長に要する原料ガスの消費量や成長時間が増大して製
造コストがかかってしまう。
【００３１】
また、上述したように、特許文献１の構成をはじめ、従来の半導体発光素子が光反射部として備える半導体多層反射層は、垂直方向から入射する光に対して高い反射率が得られるよう設計されていた。しかしながら、例えば斜め方向から入射する光に対しては、設計上の考慮がほとんどなされていないため、光反射部に入射する光の全光量に対する反射量はそれほど高まらず、半導体発光素子の発光出力を大幅に向上させることは困難であった。
【００３２】
本実施形態では、入射角θを含む上記の式（１）及び（２）に基づき、ｎ型ＡｌＡｓ層３１の厚さＴＡ及びｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２の厚さＴＢを求めることとしたので、複数の入射角θにそれぞれ対応するペア層３３を複数積層することで、光反射部に入射する光の全光量に対する反射量を高め、半導体発光素子の発光出力を大幅に向上させることができる。また、入射角θの値を細かく取ったり大きく取ったりすることで、或いは、入射角θにどの値を含めるかを適宜選択することで、対応するペア層３３の構成を最適化することができる。したがって、入射角θの値や個数を調整して、ペア層３３の厚さや層数を必要最小限に近づけることができる。
【００３３】
上記の点から、本実施形態に係る半導体発光素子１においては、３つ以上の入射角θのそれぞれについて、ｎ型ＡｌＡｓ層３１の厚さＴＡ及びｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２の厚さＴＢを求め、それぞれの厚さＴＡ及びＴＢを備えるｎ型ＡｌＡｓ層３１とｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２とを各ペアとするペア層３３を、各入射角θにつき１ペア以上積層して光反射部３０を形成することが好ましい。このとき、３つ以上の入射角θの中に、５０°以上の入射角が少なくとも１つ含まれることが好ましい。
【００３４】
（電極の形成）
以上のように各層が形成されたＬＥＤ用エピタキシャルウエハを、ＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの上下面（表裏面）に電極形成を行う。すなわち、例えばマスクアライナ等を用いたフォトリソグラフィプロセスにて、ｐ型ＧａＰ層６０上に、フォトレジスト等のパターンを形成する。続いて、真空蒸着法により、例えば金・ベリリウム（ＡｕＢｅ）合金、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）をこの順に、それぞれ４００ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの厚さで蒸着する。蒸着後、リフトオフ法によりフォトレジスト等のパターンを除去することで、例えばワイヤボンディング部分が直径１００μｍの略円形の表面電極７１を素子ごとに形成する。よって、ウエハ上では、それぞれの表面電極７１は、ｐ型ＧａＰ層６０上に例えばマトリクス状に配置される。なお、図２（ａ）及びこれ以降に示す図においては、マトリクス状に配置された複数の表面電極７１のうち１つを示す。
【００３５】
次に、ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの裏面、すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板１０のエピタキシャル層形成面とは反対側の面の全面に、真空蒸着法により、例えば金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金、Ｎｉ、Ａｕをこの順に、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの厚さで蒸着し、裏面電極７２を形成する。その後、アロイ工程にて、上記電極７１，７２が形成されたＬＥＤ用エピタキシャルウエハを、例えば窒素（Ｎ２）ガス雰囲気中で５分間、４００℃に加熱し、電極７１，７２を合金化する。
【００３６】
（Ｏ２プラズマ処理）
次に、半導体発光素子１の光取り出し面となるｐ型ＧａＰ層６０の表面への凹凸部６１（図３（ｂ）参照）の形成に先駆けて、ｐ型ＧａＰ層６０の表面をＯ２プラズマに曝す。
【００３７】
従来、例えば浸漬法等により、半導体発光素子の光取り出し面に凹凸部を形成すると、
光取り出し効率は向上するものの、半導体発光素子間で発光出力にばらつきが生じてしまう場合があった。本発明者等によれば、これは凹凸部の凹凸のばらつきにより起こることがわかった。
【００３８】
このような凹凸部のばらつきを低減するには、例えばフォトレジスト等で凹凸部に対応するパターンを形成した後に、浸漬処理等で凹凸部を形成する方法も考えられる。しかしながら、このようなマスクパターンを用いた方法では、工程数が増え、また、製造コストも増大してしまう。これまで、浸漬法等の簡便な方法で、マスクパターンを用いずに凹凸部の凹凸形状を制御し、半導体発光素子１間での発光出力のばらつきを低減することは困難であった。
【００３９】
そこで、本発明者等は、凹凸部の凹凸（粗度）の均一化を図り、発光出力のばらつきを抑える手法について鋭意研究を行った。その結果、以下の手法により、製造コストの増大を招くことなく、凹凸部の凹凸形状を安定して形成でき、凹凸のばらつきが低減できることを見いだした。
【００４０】
本実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法においては、ｐ型ＧａＰ層６０の表面に図３（ａ）及び（ｂ）に示す凹凸部６１を形成する前に、図２（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＰ層６０の表面を酸素（Ｏ２）プラズマに曝す。
【００４１】
Ｏ２プラズマによるｐ型ＧａＰ層６０の表面の処理は、例えばバレル型アッシング装置等を用いたバッチ処理にて行う。このとき、Ｏ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下とし、装置が備える圧力調整用バルブの開度を調整して、処理圧力を例えば５０Ｐａ以上１２０Ｐａ以下とする。印加電力は例えば２００Ｗ以上８００Ｗ以下とし、処理時間は例えば１分以上１０分以下、好ましくは３分以上５分以下とする。なお、上記処理中、ランプヒータ等を用いてウエハ温度が１００℃以上２５０℃以下となるよう加熱してもよい。ランプ加熱時のウエハ温度は、例えばサーモラベル等を用いて予め測定した結果を基に上記所定値に制御する。
【００４２】
（凹凸部の形成）
続いて、Ｏ２プラズマによって処理されたｐ型ＧａＰ層６０の表面に、凹凸部６１（図３（ｂ）参照）を形成する。
【００４３】
ｐ型ＧａＰ層６０の表面への凹凸部６１の形成は、例えば酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）系エッチング液を用いた浸漬法により行う。この場合、エッチング液の主成分のエッチャントは、例えば酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）である。処理時間は、例えば１５秒以上９０秒以下とする。エッチング液を用いた浸漬処理により、表面電極７１の形成されていない部分の露出したｐ型ＧａＰ層６０の表面が粗化されて、凹凸部６１が形成される。
【００４４】
次に、凹凸部６１が形成された上記ウエハに対し、複数形成した表面電極７１のそれぞれが中央部に位置するよう、例えば２７５μｍ角のチップ状にダイシングを行って、図３（ａ）及び（ｂ）に示す半導体発光素子１を複数個得る。以上により、本実施形態に係る半導体発光素子１が製造される。
【００４５】
（半導体発光素子の実装）
その後、半導体発光素子１の実装を行う。すなわち、ダイシングにより複数切り出された個々の半導体発光素子１を、例えばＴＯ−１８ステム上にマウントしてダイボンディングを行い、さらにワイヤボンディングを施す。
【００４６】
（２）本発明の一実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示すひとつ又は複数の効果が得られる。
【００４７】
（ａ）本実施形態によれば、凹凸部６１を形成する工程の前に、ｐ型ＧａＰ層６０の表面をＯ２プラズマに曝す工程を行う。これにより、凹凸部６１の凹凸の均一化を図り、半導体発光素子１間での発光出力のばらつきを抑えることが可能となる。よって、半導体発光素子１の歩留まりを向上させ、製造コストを低減することができる。
【００４８】
（ｂ）また、本実施形態によれば、ｐ型ＧａＰ層６０の表面への凹凸部６１の形成は、酢酸系エッチング液を用いた浸漬法により行い、ばらつきの少ない凹凸部６１を形成する。よって、浸漬法による簡便な方法であっても、マスクパターン等を用いずにばらつきを抑えて凹凸部６１を形成することができ、工程数や製造コストを低減することができる。
【００４９】
（ｃ）また、本実施形態によれば、５０°以上の入射角が少なくとも１つ含まれる３つ以上の入射角θのそれぞれについて、上記の式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡのｎ型ＡｌＡｓ層３１と、上記の式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢのｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２と、を各ペアとするペア層３３を各入射角θにつき１ペア以上積層する。これにより、複数の入射角θにそれぞれ対応するペア層３３を複数積層することができ、光反射部に入射する光の全光量に対する反射量を高め、半導体発光素子の発光出力を大幅に向上させることができる。
【００５０】
（ｄ）また、本実施形態によれば、上記の式（１）及び（２）に任意の入射角θを代入して所定のペア層３３の構成を選定する。これにより、採択すべき入射角θの値及び個数を調整することができ、ペア層３３の厚さや層数を必要最小限に近づけることができる。よって、光反射部３０の厚さを低減することができる。
【００５１】
（ｅ）また、本実施形態によれば、Ｏ２プラズマによる処理をバッチ処理としている。これにより、多数枚のウエハの処理を短時間で一括して行うことができ、製造コストの増大を抑えることができる。
【００５２】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００５３】
例えば、上述の実施形態においては、Ｏ２プラズマ処理をした後に、ｐ型ＧａＰ層６０の表面をエッチングして凹凸部６１を形成することとしたが、Ｏ２プラズマに曝す工程の後であって、凹凸部を形成する工程の前に、ｐ型ＧａＰ層６０のＯ２プラズマに曝した表面に、さらに紫外線を照射し、紫外線の改質作用によりウエハ表面の有機物を分解除去するなどのクリーニングの工程を行ってもよい。
【００５４】
また、上述の実施形態においては、ｐ型ＧａＰ層６０の表面の凹凸部６１は浸漬法により形成することとしたが、凹凸部の形成手法はこれに限られない。例えば、サンドブラストやプラズマ処理等で表面を粗化して凹凸部を形成してもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態においては、マスクパターン等を用いずに凹凸部６１を形成することとしたが、フォトレジスト等によりパターンを形成したうえで、凹凸部を形成してもよい。マスクパターン等を用いた上記手法では、比較的高精度に形状を制御することが可能である。係る手法に本発明を適用することで、より一層、凹凸部の凹凸形状の制御性が増し、半導体発光素子間での発光出力のばらつきを低減することができる。
【００５６】
また、上述の実施形態においては、凹凸部６１を形成する光取り出し面は、ｐ型ＧａＰ
層６０の表面としたが、光取り出し面となる電流分散層は、ＧａＰ以外の材質よりなる層であってもよい。具体的には、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等の材質も用いることができる。また、上下の各クラッド層と電流分散層の導電型（ｎ型、ｐ型）を逆にして、光取り出し面側をｎ型としてもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態においては、ＭＯＶＰＥ法による各層の形成にあたり、ｎ型の添加ガスとしてＨ２Ｓｅを用いることとしたが、ｎ型添加物原料ガス（ｎ型添加ガス）としては、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）や、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）等を用いることもできる。また、ｐ型の添加ガスとしてＣｐ２Ｍｇを用いることとしたが、ｐ型添加物原料ガス（ｐ型添加ガス）としては、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）やジエチルジンク（ＤＥＺｎ）等を用いることもできる。
【００５８】
また、上述の実施形態においては、略円形の表面電極７１を形成することとしたが、この他、四角形、菱形、多角形等、表面電極は種々の形状とすることができる。
【実施例】
【００５９】
次に、本発明に係る実施例について比較例とともに説明する。
【００６０】
（ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの製作）
まずは、上述の実施形態と同様の手法で、上述の実施形態に係るＬＥＤ用エピタキシャルウエハと同様の構成を備えたＬＥＤ用エピタキシャルウエハを製作した。具体的には、オフ角が１５°のｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＶＰＥ法により各層を積層してＬＥＤ用エピタキシャルウエハを製作した。各層の形成時の際の、各層の組成比、層厚、成長条件等を以下に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
また、表１において、ｎ型ＡｌＡｓ層及びｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層を１つのペアとするペア層は、複数の入射角θに応じて複数形成されている。具体的には、バッファ層としてのｎ型ＧａＡｓ層上に、入射角θを７０°として、上記の式（１）及び（２）により求めた厚さＴＡ及びＴＢの各半導体層を備えるペア層（７０°ＤＢＲ層と呼ぶ）を２ペア（２層）形成し、以降、次第に小さくなる入射角θに対応するペア層を順次積層した。詳細の構成を、以下の表２に示す。各ペア層は、表２の下から上へと積層した。つまり、表中、最下段の７０°ＤＢＲ層がｎ型ＧａＡｓ層直上に形成されたペア層であり、最上段の０°ＤＢＲ層がｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層と接す
るペア層である。
【００６３】
【表２】
【００６４】
以上のように製作したＬＥＤ用エピタキシャルウエハが備えるアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層は、６３１ｎｍ付近の発光ピーク波長を有する。したがって、上記の式（１）及び（２）において、λＰは６３１ｎｍとした。また、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層の屈折率ｎｉｎは３．１２７であり、ｎ型ＡｌＡｓ層の屈折率ｎＡは３．１１４、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の屈折率ｎＢは３．０５７である。
【００６５】
以上により、６３１ｎｍ付近の発光ピーク波長を有する赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを得た。
【００６６】
（電極の形成）
次に、上述の実施形態と同様の手法で、表面電極および裏面電極を形成した。
【００６７】
（Ｏ２プラズマ処理・凹凸部の形成）
続いて、表面電極および裏面電極を形成した上記ウエハを劈開して２分割し、１／２サイズとなったウエハそれぞれに対して凹凸部を形成した。このとき、一方のウエハにはＯ２プラズマ処理を施したうえで凹凸部を形成し、もう一方のウエハにはＯ２プラズマ処理を施さずに凹凸部を形成した。Ｏ２プラズマ処理の条件は、Ｏ２ガスの流量を３００ｓｃｃｍとし、処理圧力を８０Ｐａとした。また、印加電力を４００Ｗ、処理時間を５分とした。また、酢酸系エッチング液による処理時間は、３０秒とした。
【００６８】
続いて、上述の実施形態と同様の手法で、上記のそれぞれのウエハのダイシングを行い、Ｏ２プラズマ処理を施した実施例に係る半導体発光素子と、Ｏ２プラズマ処理を施さない比較例に係る半導体発光素子と、をそれぞれ複数個製作した。実施例及び比較例のそれぞれの半導体発光素子は、６３１ｎｍ付近の発光ピーク波長を有する赤色ＬＥＤとして構成されている。
【００６９】
（半導体発光素子の実装）
その後、上述の実施形態と同様の手法で、上記それぞれの半導体発光素子の実装を行った。
【００７０】
（半導体発光素子の測定）
上記のように製作された、実施例および比較例に係る半導体発光素子について、発光出力、発光波長、順方向電圧等の初期特性の測定を行った。測定時の評価電流は２０ｍＡと
した。
【００７１】
図４に、実施例および比較例に係る半導体発光素子の発光出力の分布を示す。図４の横軸は、発光出力（ｍＷ）であり、縦軸は、測定した半導体発光素子のうち、各々の発光出力値を示した素子数（個）である。また、図中、実施例に係る半導体発光素子の測定値を実線で示し、比較例に係る半導体発光素子の測定値を一点鎖線で示す。
【００７２】
個々の半導体発光素子の上記測定値から求めた平均発光出力は、実施例が２．７２ｍＷ、比較例が２．７１ｍＷであり、実施例と比較例とで差は生じていなかった。しかし、実施例における発光出力のばらつきは±０．２５ｍＷであり、図４からも読み取ることができるように、比較例に対して半分程度のばらつきであった。その他、発光波長、順方向電圧については、実施例と比較例とで差は生じていなかった。
【００７３】
以上により、凹凸部を形成する際にＯ２プラズマ処理を施すと、発光出力のばらつきが大幅に改善されることがわかった。
【符号の説明】
【００７４】
１ 半導体発光素子
１０ ｎ型ＧａＡｓ基板（半導体基板）
３０ 光反射部
３１ ｎ型ＡｌＡｓ層（第１半導体層）
３２ ｎ型ＡｌＧａＡｓ層（第２半導体層）
３３ ペア層
４０ 発光部
４１ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第１クラッド層）
４２ アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層（活性層）
４３ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第２クラッド層）
６０ ｐ型ＧａＰ層（電流分散層）
６１ 凹凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に、屈折率のそれぞれ異なる第１半導体層及び第２半導体層を１つのペアとする複数のペア層を積層して光反射部を形成する工程と、
前記半導体基板に形成された前記光反射部の上に、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層と、をこの順に積層して発光部を形成する工程と、
前記発光部の上に、電流分散層を形成する工程と、
前記電流分散層の表面に凹凸部を形成する工程と、を有し、
前記凹凸部を形成する工程の前に、前記電流分散層の表面をＯ２プラズマに曝す工程を行う
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記Ｏ２プラズマに曝す工程の後であって、前記凹凸部を形成する工程の前に、前記電流分散層の前記Ｏ２プラズマに曝した表面に紫外線を照射する工程を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記凹凸部を形成する工程は、エッチング液を用いた浸漬法により行い、
前記エッチング液の主成分のエッチャントは酢酸である
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の製造方法。
【請求項４】
前記光反射部を形成する工程では、
前記第１クラッド層から、前記第１クラッド層に接する前記第２半導体層へ、の前記活性層が発する光の入射角をθとした場合、５０°以上の入射角が少なくとも１つ含まれる３つ以上の入射角θのそれぞれについて、
次式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡの前記第１半導体層と、次式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢの前記第２半導体層と、を各ペアとする前記ペア層を前記各入射角θにつき１ペア以上積層する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【数１】
（ここで、式（１）及び式（２）中、λＰは前記活性層が発する光のピーク波長であり
、ｎｉｎは前記第１クラッド層の屈折率であり、ｎＡは前記第１半導体層の屈折率であり、ｎＢは前記第２半導体層の屈折率である。）
【請求項５】
前記電流分散層の表面上の一部に電極を形成する工程を有し、
前記電極を形成する工程の後に、前記Ｏ２プラズマに曝す工程と前記凹凸部を形成する工程とを行う
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
半導体基板の上に、屈折率のそれぞれ異なる第１半導体層及び第２半導体層を１つのペアとする複数のペア層を積層して光反射部を形成する工程と、
前記半導体基板に形成された前記光反射部の上に、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層と、をこの順に積層して発光部を形成する工程と、
前記発光部の上に、電流分散層を形成する工程と、
前記電流分散層の表面に凹凸部を形成する工程と、を有し、
前記凹凸部を形成する工程の前に、前記電流分散層の表面をＯ２プラズマに曝す工程を行う
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記Ｏ２プラズマに曝す工程の後であって、前記凹凸部を形成する工程の前に、前記電流分散層の前記Ｏ２プラズマに曝した表面に紫外線を照射する工程を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記凹凸部を形成する工程は、エッチング液を用いた浸漬法により行い、
前記エッチング液の主成分のエッチャントは酢酸である
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の製造方法。
【請求項４】
前記光反射部を形成する工程では、
前記第１クラッド層から、前記第１クラッド層に接する前記第２半導体層へ、の前記活性層が発する光の入射角をθとした場合、５０°以上の入射角が少なくとも１つ含まれる３つ以上の入射角θのそれぞれについて、
次式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡの前記第１半導体層と、次式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢの前記第２半導体層と、を各ペアとする前記ペア層を前記各入射角θにつき１ペア以上積層する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【数１】
（ここで、式（１）及び式（２）中、λＰは前記活性層が発する光のピーク波長であり
、ｎｉｎは前記第１クラッド層の屈折率であり、ｎＡは前記第１半導体層の屈折率であり、ｎＢは前記第２半導体層の屈折率である。）
【請求項５】
前記電流分散層の表面上の一部に電極を形成する工程を有し、
前記電極を形成する工程の後に、前記Ｏ２プラズマに曝す工程と前記凹凸部を形成する工程とを行う
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１９０９０５（Ｐ２０１２−１９０９０５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１５６６（Ｐ２０１１−５１５６６）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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