窒化物半導体発光素子の製造方法および窒化物半導体発光素子
【課題】反射率の高いＡｌ層をｎ側電極に使用してｎ型導電層とのコンタクト層に使用した場合でも、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化を抑制して、電圧低下を抑制することができる窒化物半導体発光素子の製造方法および窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体材料により形成されたｎ型導電性基板と、ｎ型導電性基板に、ｎ型導電層、発光層、ｐ型導電層、ｐ型半導体層上に設けられたｐ側電極と、ｐ型導電層とは反対側のｎ型導電性基板上に設けられたｎ側電極とを備えている。ｎ側電極をｎ型導電性基板上に設けるときには、まず、ｎ型導電性基板にＳｉを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射してｎ型導電性基板にイオン照射層を形成する（照射工程、ステップＳ５２）。次に、イオン照射層上に、Ａｌ電極とボンディング電極とを含む電極を形成してｎ側電極とする（電極形成工程、ステップＳ６０）。
【解決手段】窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体材料により形成されたｎ型導電性基板と、ｎ型導電性基板に、ｎ型導電層、発光層、ｐ型導電層、ｐ型半導体層上に設けられたｐ側電極と、ｐ型導電層とは反対側のｎ型導電性基板上に設けられたｎ側電極とを備えている。ｎ側電極をｎ型導電性基板上に設けるときには、まず、ｎ型導電性基板にＳｉを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射してｎ型導電性基板にイオン照射層を形成する（照射工程、ステップＳ５２）。次に、イオン照射層上に、Ａｌ電極とボンディング電極とを含む電極を形成してｎ側電極とする（電極形成工程、ステップＳ６０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体材料により形成された、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層と、ｐ型導電層上に設けられたｐ側電極と、ｐ型半導体層とは反対側のｎ型半導体層上に設けられたｎ側電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法および窒化物半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体発光素子として特許文献１，２に記載されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、ｎ型クラッド層をウェットエッチングして、−ｃ面を露出させ、更に、光の取出し効率を向上させるため、ＲＩＥによりエッチングして表面に凹凸面からなるディンブルを形成し、次に、Ｓｉによるｎ型不純物と、そのｎ型不純物とＷ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｗ−Ｓｉによる合金を形成する金属を含む多層膜を形成し、アニールしてｎ電極を形成し、ダイシングにより素子をチップ状に分離する窒化物半導体素子の製造方法が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ＧａＮ基板の研磨面に生成された変質層をエッチングガスに塩素と酸素との混合ガスを用いて、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のドライエッチングや、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、電子サイクロン共鳴（ＥＣＲ）エッチング等により除去し、エッチング後のエッチング面に、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ等によるｎ型電極を形成する窒化物半導体装置の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８１８６３号公報
【特許文献２】特開２００５−３４７５３４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、特許文献１に記載の窒化物半導体素子の製造方法では、Ｓｉ層を含む金属をコンタクト電極とすることで、通常の金属形成する場合よりもコンタクト抵抗が高くなったり、吸収率が高くなったりする可能性がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の窒化物半導体装置の製造方法では、ウェットエッチングによる粗面に直接電極を形成する場合に比べて、コンタクト抵抗が高くなる。
【０００８】
ところで、窒化物半導体素子をリードフレームや実装基板に搭載するために加熱すると電流電圧特性が大きく悪化する現象が発生する。
【０００９】
例えば、窒化物半導体発光素子として、図９に示すように、導電性を有するウェハ状態のｎ型導電性基板２に、積層体３としてｎ型導電層３１、発光層３２、ｐ型導電層３３とを積層した後に反射電極４を設け、更に陰極となるｎ側電極５と、陽極となるｐ側電極６とを設ける。このｎ側電極５をｎ型導電性基板２に設ける際に、図１０（Ａ）に示すように、ＫＯＨ薬液によるウェットエッチングを行って粗面にした後に、図１０（Ｂ）に示すようにｎ側電極５が形成される領域を除いてレジストマスクを形成し、粗面加工の際の酸化物を除去するためにＨＦによるウェットエッチングを行った後に、図１０（Ｃ）に示すようにＡｌ層５１、Ｔｉ層５２、Ａｕ層５３からなるｎ側電極５を蒸着により形成した。Ａｌ層５１は、発光層３２からの光を反射させてｎ側電極により遮光される光を有効活用するためのものである。
【００１０】
そして、熱を加える前と、２８５℃の熱を１分間加えた後とで、図９に示すように、ｎ側電極５間での電流および電圧の特性を測定した。この結果を図１１に示す。
【００１１】
図１１のグラフからもわかるように、熱処理前では順方向電流が２０ｍＡであるときには電圧が０．０５Ｖであったが、熱処理後では電圧が０．２５Ｖとなってしまっており、同じ電流値でも電圧値が大きく低下して性能が著しく低下した。これは、加熱することでｎ側電極５のＡｌ層５１とｎ型導電性基板２とが過剰に反応したために、コンタクト性が低下して高抵抗化したため電圧が大きく変動したものと推定できる。
【００１２】
そこで本発明は、反射率の高いＡｌ層をｎ側電極に使用してｎ型導電層とのコンタクト層に使用した場合でも、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化を抑制して、電圧低下を抑制することができる窒化物半導体発光素子の製造方法および窒化物半導体発光素子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】
【００１３】
本発明は、窒化物半導体材料により形成されたｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に設けられたｐ側電極と、前記ｐ型半導体層とは反対側の前記ｎ型半導体層上に設けられたｎ側電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記ｎ型半導体層をＳｉまたはＢを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射して、前記ｎ型半導体層にイオン照射層を形成する照射工程と、前記イオン照射層上に、Ａｌ電極とボンディング電極とを含む電極を形成して前記ｎ側電極とする電極形成工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、イオン照射層が加熱によりコンタクト性が低下してしまうＡｌ層を含むｎ側電極であっても、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化を抑制することができるので、電圧低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を示す断面図
【図２】（Ａ）図１に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の各工程を示すフローチャート、（Ｂ）ステップ５０の各工程を示すフローチャート
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）図１に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の各工程を示す図
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）図１に示す窒化物半導体発光素子のｎ側電極を形成する方法を説明するための図
【図５】ｎ側電極形成工程にて使用されるプラズマ発生装置を示す図
【図６】図１に示す窒化物半導体発光素子を基体に実装した状態を示す図
【図７】本発明の実施の形態に係る製造方法により製造された窒化物半導体発光素子の電流と電圧との関係を示すグラフ
【図８】洗浄工程を省略した場合の窒化物半導体発光素子の電流と電圧との関係を示すグラフ
【図９】ｎ型導電性基板がウェハ状態の従来の窒化物半導体発光素子と、そのｎ側電極間の電流電圧の測定方法とを説明するための断面図
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）図９に示す従来の窒化物半導体発光素子のｎ側電極を形成する方法を説明するための図
【図１１】図１０に示す製造方法により製造された窒化物半導体発光素子の電流と電圧との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本願の第１の発明は、窒化物半導体材料により形成されたｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層と、ｐ型半導体層上に設けられたｐ側電極と、ｐ型半導体層とは反対側のｎ型半導体層上に設けられたｎ側電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、ｎ型半導体層をＳｉまたはＢを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射して、ｎ型半導体層にイオン照射層を形成する照射工程と、イオン照射層上に、Ａｌ電極とボンディング電極とを含む電極を形成してｎ側電極とする電極形成工程とを含むことを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１７】
第１の発明によれば、ｎ側電極を形成する前に、ｎ型半導体層をＳｉまたはＢを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射することで、イオン照射層が形成されるため、このイオン照射層が加熱によりコンタクト性が低下してしまうＡｌ層を含むｎ側電極であっても、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化を抑制することができる。
【００１８】
本願の第２の発明は、第１の発明において、照射工程は、１００ｎｍ以下のエッチング量によりイオン照射層を形成することを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１９】
第２の発明によれば、１００ｎｍ以下のエッチング量によりイオン照射層を形成することで、光取り出し向上のパターン形成をしている場合において状態が維持できるため、輝度のロスを防ぐことができる。また、過剰なエッチングによるコンタクト抵抗の悪化が抑制できる。
【００２０】
本願の第３の発明は、第１または第２の発明において、照射工程の後に、ｎ型半導体層をウェットエッチングにより付着物を除去する洗浄工程を含むことを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００２１】
第３の発明によれば、照射工程の後に、洗浄工程を行うことにより、ｎ側電極が形成される電極形成領域に照射工程で付着したデポ物を除去することができる。
【００２２】
本願の第４の発明は、第３の発明において、洗浄工程は、ウェットエッチングとしてＨＦ薬液により処理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である。
【００２３】
第４の発明によれば、ＨＦによるウェットエッチングを行うことで、ｎ側電極が形成される電極形成領域に付着したデポ物を効果的に除去することができる。
【００２４】
本願の第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、照射工程をする前に、ｎ側電極を形成するｎ型半導体層の表面をウェットエッチングにより粗面加工する粗面加工工程を含むことを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００２５】
第５の発明によれば、照射工程をする前に、粗面加工工程を行うことにより、ｎ型半導体層の表面が粗面となるので光取り出し効率を向上させることができる。
【００２６】
本願の第６の発明は、第５の発明において、粗面加工工程は、ウェットエッチングとしてＫＯＨ薬液により処理することを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００２７】
第６の発明によれば、ＫＯＨ薬液によるウェットエッチングを行うことで、ｎ型半導体層の表面を効果的に凹凸面とすることができる。
【００２８】
本願の第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、電極形成工程の後に、イオン照射層の中にｎ側電極のＡｌを拡散させる加熱工程を備えることを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００２９】
第７の発明によれば、基体に実装する前に加熱したり、基体実装時に加熱したりすることで、イオン照射層の中にｎ側電極のＡｌが拡散して、ｎ型半導体層とｎ側電極との接合面を低抵抗化した状態とすることができるので、コンタクト性が向上した窒化物半導体発光素子とすることができる。
【００３０】
本願の第８の発明は、第１から７のいずれかの発明に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法により製造されたことを特徴とした窒化物半導体発光素子である。
【００３１】
第８の発明によれば、加熱によりコンタクト性が低下してしまうＡｌ層を含むｎ側電極であっても、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化が抑制できることで電圧の低下を抑制できる窒化物半導体発光素子とすることができる。
【００３２】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子について、図面に基づいて説明する。
【００３３】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１は、導電性を有するｎ型半導体層であるｎ型導電性基板２に、積層体３と反射電極４が設けられ、陰極となるｎ側電極５と、陽極となるｐ側電極６とが設けられたものである。
【００３４】
ｎ型導電性基板２は、窒化物半導体材料の窒化系ガリウム半導体であるｎ型ＧａＮで形成されている。ｎ型導電性基板２のｎ側電極５が設けられている領域には、詳細は後述するが、変性させた変質層であるイオン照射層が設けられている。
【００３５】
積層体３は、ｎ型導電性基板２の積層面側に、ｎ型半導体層であるｎ型導電層３１、発光層３２、ｐ型半導体層であるｐ型導電層３３を順に積層したものである。ｎ型導電性基板２とｎ型導電層３１との間に、バッファ層を設けてもよい。ｎ型導電層３１へのｎ型ドーパントとして、ＳｉまたはＧｅ等が好適に用いられる。このｎ型導電層３１は、膜厚２μｍで形成されている。
【００３６】
発光層３２は、少なくともＧａとＮとを含み、必要に応じて適量のＩｎを含ませることで、所望の発光波長を得ることができる。また、発光層３２としては、１層構造とすることもできるが、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を交互に少なくとも一対積層した多量子井戸構造とすることも可能である。発光層３２を多量子井戸構造とすることで、更に輝度を向上させることができる。
【００３７】
ｐ型導電層３３は、発光層３２の上に直接あるいは少なくともＧａとＮを含んだ半導体層を介して積層されたものである。また、ｐ型導電層３３へのｐ型ドーパントとしては、Ｍｇ等が好適に用いられる。このｐ型導電層３３は膜厚０．１μｍで形成されている。
【００３８】
反射電極４は、高い反射率を有するＡｇ層により形成されている。この反射電極層の膜厚は、２００ｎｍである。反射電極４の周囲には、ＳｉＯ2などの絶縁膜により形成された保護膜７が設けられている。
【００３９】
ｎ側電極５は、ｎ型導電性基板２の積層体の積層面とは反対側となる面に設けられている。ｎ側電極５は、三層構造を有しており、ｎ型導電性基板２側から、ｎコンタクト電極として機能するＡｌ層５１、金属拡散バリア電極として機能するＴｉ層５２と、ボンディング電極として機能するＡｕ層５３とにより形成されている。Ａｌ層５１は、ｎ型導電性基板２との良好なコンタクト性を向上させるだけでなく、４５０ｎｍの発光波長で、約８６％の高い反射率を有するＡｌから形成されていることで、反射電極としても機能する。
【００４０】
ｐ側電極６は、反射電極４上に形成され、カバー電極として機能するバリア電極６１、バリア電極６１上に形成されたボンディング電極として機能する金と錫との合金のめっき接合電極６２とを備えている。バリア電極６１は、反射電極４の拡散を抑制するために、電極材料としてＩｎ，Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含む合金、または導電性膜より形成することができる。バリア電極６１の膜厚は、１００ｎｍから３００ｎｍとすることができる。また、接合電極６２の膜厚は、１μｍから５μｍとすることができる。
【００４１】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法について、図２から図６に基づいて説明する。
【００４２】
図３（Ａ）に示すように、ウェハ状態のｎ型導電性基板２に、積層体３であるｎ型導電層３１と発光層３２とｐ型導電層３３とを順次積層する（図２（Ａ）参照、積層体形成工程、ステップＳ１０）。
【００４３】
図３（Ｂ）に示すように、積層工程が終了すると、積層体３の積層面側から溝１２を形成する（図２（Ａ）参照、溝形成工程、ステップＳ２０）。溝１２を形成するときには、ｐ型導電層３３から少なくともｎ型導電層３１に達するまでの深さで、最終的に個片にするときの境界となる位置に形成する。溝１２は、レーザ装置によるレーザ光の照射で形成することができる。溝１２をレーザ光により照射や、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）などにより形成する。
【００４４】
図３（Ｃ）に示すように、溝１２を形成した後に、反射電極４が形成される領域以外の領域に保護膜７を形成する（図２（Ａ）参照、保護膜形成工程、ステップＳ３０）。この保護膜７は、例えばＳｉＯ2などの酸化膜で形成することができる。
【００４５】
図３（Ｄ）に示すように、保護膜７から露出したｐ型導電層３３上に反射電極４を形成する。そして、図３（Ｅ）に示すように、反射電極４上にバリア電極６１と接合電極６２を積層してｐ側電極６を形成する（図２（Ａ）参照、ｐ側電極形成工程、ステップＳ４０）。
【００４６】
次に、ｎ側電極５をｎ型導電性基板２上の電極形成領域Ｊに形成するが、その前に前処理（図２（Ａ）参照、電極形成前工程、ステップＳ５０）を行う。この電極形成前工程について、図４と図２（Ｂ）に基づいて詳細に説明する。
【００４７】
まず、図４（Ａ）に示すように、ｎ型導電性基板２からの光取り出し効率を向上させるために、ｎ型導電性基板２をウェットエッチングにより０．５〜５μｍのエッチング量で粗面加工する（図２（Ｂ）参照、粗面加工工程、ステップＳ５１）。この粗面加工をＫＯＨ薬液によりウェットエッチングとすることで、凹凸面となると共に、ｎ型導電性基板２の表面にはＧａＯＨやＮＯＨXなどの酸化物が生成され付着する。
【００４８】
次に、図４（Ｂ）に示すように、粗面となったｎ型導電基板２の電極形成面に電極形成用のレジストマスク１３を形成する。このレジストマスク１３は、ｎ側電極５が形成される電極形成領域Ｊを除いて形成されている。このレジストマスク１３から露出したｎ型導電性基板２の表面、つまり、ｎ側電極５を形成するための電極形成領域Ｊに、イオン照射層を形成する（図２（Ｂ）参照、照射工程、ステップＳ５２）。このイオン照射層は、例えばプラズマ発生装置でＲＩＥを行うことにより形成することができる。
【００４９】
ここで、プラズマ発生装置で行われる照射工程を、図５に基づいて詳細に説明する。図５は、ｎ側電極形成工程にて使用されるプラズマ発生装置を示す図である。
【００５０】
図５に示すように、プラズマ発生装置１００は、真空チャンバ１０１内に、電極１０２と、電極１０２に電圧を印加する電源部１０３と、真空チャンバ１０１内の空気を排気する排気バルブ１０４を有する排気装置１０５と、ガスを真空チャンバ１０１内に導入するガス導入装置１０６とを備えている。また、真空チャンバ１０１内に、積層体３にｐ側電極６が形成されたウェハ状態のｎ型導電性基板２を載置する載置台１０７が設けられている。この真空チャンバ１０１は、グランドレベルとする接地部１０８によりアースされている。
【００５１】
電極１０２は、電源部１０３からの高周波電圧により真空チャンバ１０１内で放電し、プラズマを発生させる。排気装置１０５は、排気バルブ１０４を開放し、真空チャンバ１０１内の空気を排気して、圧力を１．０×１０-3Ｐａ以下とする機能を有する。ガス導入装置１０６は、ＳｉまたはＢを含む塩素系化合物ガスなどを貯留したタンク１０６ａから真空チャンバ１０１に導入させる。本実施の形態では、ＳｉＣｌ4ガスを使用している。
【００５２】
以上のようなプラズマ発生装置１００を用いてｎ型導電性基板２の電極形成領域ＪをＲＩＥして、粗面加工工程により付着した塩素系残留物やＳｉ系の沈殿物（デポ物）を除去すると共に、表面を変質させてイオン照射層を形成する方法について説明する。
【００５３】
（１）ｐ側電極６が積層体３上に形成されたウェハ状態のｎ型導電性基板２を載置台１０７に配置する。
【００５４】
（２）排気バルブ１０４を開放して排気装置１０５から真空チャンバ１０１内の空気を排気し、圧力を１．０×１０-3Ｐａ以下とする。
【００５５】
（３）ガス導入装置１０６からＳｉＣｌ4ガスを真空チャンバ１０１内へ導入する。
【００５６】
（４）電源部１０３により電極１０２に高周波電圧を印加する。
【００５７】
高周波電圧が印加されたことにより、電極１０２と載置台１０７の間の空間Ｓ１にプラズマが発生しＳｉＣｌ4ガスが分解される。
【００５８】
この分解されたＳｉＣｌ4ガスの雰囲気に電極形成領域Ｊを曝すことで、エッチングされて、塩素系残留物やＳｉ系の沈殿物（デポ物）が除去される。また、電極形成領域Ｊの表面が変質してイオン照射層２ａとなる（図４（Ｂ）参照）。
【００５９】
このときのエッチング量は１００ｎｍ以下とすることができる。１００ｎｍ以下のエッチング量によりイオン照射層２ａを形成することで、５０μｍ〜１５０μｍのエッチング量で粗面加工された凹凸面のパターンをほぼ維持することができる。従って、表面をイオン照射により変質させつつ、光取り出し効率の向上を図るための粗面の状態を残すことができるので、輝度のロスを防止することができる。また、過剰なエッチングによるコンタクト抵抗の悪化が抑制できる。
【００６０】
次に、照射工程によりイオン照射した後に、図４（Ｃ）に示すように、ｎ型導電性基板２の電極形成領域Ｊをウェットエッチングにより洗浄する（図２（Ｂ）参照、洗浄工程、ステップＳ５３）。このウェットエッチングは、ＨＦ薬液により行うことで、粗面加工工程でのＫＯＨの付着物や照射工程でのデポ物Ｙを除去する。このウェットエッチングをＨＦ薬液により行うことで、ｎ型導電性基板２とｎ側電極５の電極界面における不純物が除去できるので、処理しない場合に比べて、ｎ型導電性基板２とｎ側電極５の間は、約１／２低いコンタクト抵抗が得られる。
【００６１】
このようにして電極形成前工程（図２（Ａ）参照、ステップＳ５０）が終わると、図４（Ｄ）に示すように、洗浄工程により洗浄した電極形成領域Ｊに蒸着によりＡｌ層５１、Ｔｉ層５２、Ａｕ層５３を積層してｎ側電極５を形成する（図２（Ａ）参照、電極形成工程、ステップＳ６０）。
【００６２】
そして、ダイシングラインに沿ってダイサーまたはレーザースクライブにより切断して個片とすることで、図１に示す窒化物半導体発光素子を得ることができる（図２（Ａ）参照、個片化工程、ステップＳ７０）。
【００６３】
このようにして製造された窒化物半導体発光素子１は、図６に示すように、リードフレームや実装基板などの基体Ｆにｐ側電極６を向かい合わせて３００℃の高温で加熱して共晶接合させる。
【００６４】
しかし、窒化物半導体発光素子１は、ｎ側電極５をｎ型導電性基板２に設ける際に、Ｓｉを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射しているため、ｎ型導電性基板２が変質してイオン照射層２ａ（図４（Ｂ）参照）が生成される。このイオン照射層２ａ上にｎ側電極５が設けられているので、Ａｌ層５１はＴｉと比較してコンタクト性が劣るが、ｎ型導電性基板２とｎ側電極５とのコンタクト性を向上させることができる。また、ｎ側電極５に、反射電極として機能するＡｌ層５１を設けたことで、発光層３２からの光を反射させることができるので、Ｔｉ層５２やＡｕ層５３によって吸収されてしまう光を効果的に反射させて外部へ出射させることができる。
【００６５】
従って、反射率の高いＡｌ層５１をｎ側電極５に使用してｎ型導電性基板２とのコンタクト層に使用した場合でも、加熱によるｎ側電極５のコンタクト性の悪化を抑制して、電圧低下を抑制することができる。
【００６６】
また、ｎ型導電性基板２は粗面に形成されていることで、発光層３２からの光が全反射して内部への戻り光となることを抑制することができるので、更に、光取り出し効率を向上させることができる。
【００６７】
なお、実施の形態では３００℃で共晶接合を行うことによりｎ側電極５のコンタクト性を向上させているが、下限として１５０℃以上で１分以上の加熱による熱履歴が加わっていればＡｌ層５１とｎ型導電性基板２に含まれるＧａは、３ｎｍ程度拡散が進むので、イオン照射層２ａの中にＡｌが拡散することによるコンタクト性を向上させる効果が得られる。
【００６８】
例えば、コンタクト性の向上が得られない程度の低温度によりリードフレームや実装基板などの基体に実装する場合には、個片化する前の状態の窒化物半導体発光素子１に、１５０℃以上での熱履歴を加える、または望ましくは２５０℃で１分以上の熱履歴を加えることにより、ｎ型導電性基板２とｎ側電極５との接合面を予め低抵抗化した状態とすることができる。従って、コンタクト性を向上させた窒化物半導体発光素子１を工場から出荷することができる。
【００６９】
なお、この加熱（加熱工程）は、基体に実装する前に行うだけでなく、基体に実装する際に行うことも可能である。そうすることで、窒化物半導体発光素子１を基体に実装し、樹脂により封止した発光装置として需要先に提供するときに、低電圧で高輝度化な発光装置を提供することができる。
【実施例】
【００７０】
本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を発明品Ａとして製作した。発明品Ａは、まず、ｎ型導電性基板２上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ｎ型導電層３１、発光層３２、p型導電層３３を順次成長させる。
【００７１】
ｎ型導電層３１は、ＧａＮ層を成長温度１０００℃でＴＭＧ（トリメチガリウム）、ＮＨ3(アンモニア)、キャリアとして水素ガスを用いて成長させた。そして、ｎ型導電性を得るためにドーパントとしてＳｉ(シラン)を５×１０18ｃｍ-3得られるようにドープしながら３μｍの膜厚に成長させた。
【００７２】
発光層３２は、成長温度７００℃でＴＭＧ，ＴＭＩそしてアンモニアを用いて、ＧａＮ／ＧａＩｎＮの多重量子井戸層を総膜厚が３２ｎｍとなるように成長させた。
【００７３】
ｐ型導電層３３は、ＧａＮ層を成長温度１０００℃でＴＭＧ、ＮＨ3、を用いて成長させた。ｐ型導電性を得るためにドーパントとしてＭｇ：ＣＰ2Ｍｇ(シクロペンタジエニルマグネシウム)を１×１０20ｃｍ-3得られるようドープしながら１２ｎｍの膜厚に成長させた。
【００７４】
次に、反射電極４と、ｐ側電極６のバリア電極６１とを順次形成した。反射電極４は、Ｐｔ／Ａｇ＝０．０５／２００ｎｍの膜厚に形成した。バリア電極６１は、Ｔｉ／Ａｕ＝２００/１５００ｎｍの膜厚に形成した。
【００７５】
次に、ｐ側電極６の接合電極６２を形成した。接合電極６２は、ＡｕＳｎを３μｍの膜厚に形成した。
【００７６】
次に、ｎ型導電性基板２を１００μｍまで研磨した後に、ｎ型導電性基板２の研磨した面をＫＯＨ薬液でエッチングして、ｎ型導電性基板２の表面を六角錐状の集合体となる凹凸形状の粗面にした。
【００７７】
次に、プラズマ発生装置１００によりＳｉＣｌ4の雰囲気に電極形成領域Ｊを５０秒間曝すことで、約４０ｎｍがエッチングされて、塩素系残留物やＳｉ系の沈殿物（デポ物）が除去した。そして、ＨＦ薬液によるウェットエッチングにより表面処理を行った。
【００７８】
次に、ｎ側電極５を形成する。ｎ側電極５は、Ａｌ層５１／Ｔｉ層５２／Ａｕ層５３＝２００／３００／３０００ｎｍとなるよう形成した。
【００７９】
最後に、レーザースクライブによりチップ分離を行って個片とすることで図１に示す窒化物半導体発光素子１を得た。
【００８０】
この発明品Ａに対して、熱を加える前と、２８５℃の熱を１分間加えた後とで、図９に示す接続によりｎ側電極５間での電流および電圧の特性を測定した。この結果を図７に示す。
【００８１】
図７に示すグラフからもわかるように、熱処理前では順方向電流が２０ｍＡであるときの電圧が０．１Ｖであったが、熱処理後では電圧が０．０５Ｖとなり、熱処理後の方が電圧が低下し、電圧特性が改善した。これは、熱処理によりｎ型導電性基板２とｎ側電極５との接合面がイオン照射層２ａを介して低抵抗化したためと推定できる。
【００８２】
次に、発明品Ｂとして、図２にて説明した洗浄工程（ステップＳ５３）を省略した以外は、同じ工程、同じ条件で、窒化物半導体発光素子を作製し、発明品Ａと同様にｎ側電極５間での電流および電圧の特性を測定した。この結果を図８に示す。
【００８３】
図８に示すグラフからもわかるように、熱処理前では順方向電流が２０ｍＡであるときの電圧が０．１Ｖであったが、熱処理後では電圧が０．２２Ｖとなっていた。発明品Ｂは、発明品Ａよりは電圧の特性が悪化したものの、図１１に示す従来の窒化物半導体発光素子では順方向電流が２０ｍＡであるときに加熱後には０．２５Ｖとなってしまっていたため、従来品より電圧の低下が抑えられている。従って、プラズマ処理によるイオン照射層２ａの生成が、ｎ側電極５とのコンタクト性の向上に効果的であることがわかる。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、照射工程をＳｉを含む塩素系化合物ガスであるＳｉＣｌ4ガスの雰囲気中で行っているが、Ｂを含む塩素系化合物ガスとしてもよい。
【００８５】
また、窒化物半導体発光素子１は、ｎ側電極５がｎ型導電性基板２に形成されているが、ｎ型導電性基板２上に積層体３を積層した後に積層体３からｎ型導電性基板２を剥離させ、ｎ側電極５をｎ型半導体層であるｎ型導電層３１に形成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、反射率の高いＡｌ層をｎ側電極に使用してｎ型導電層とのコンタクト層に使用した場合でも、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化を抑制して、電圧低下を抑制することができるので、窒化物半導体材料により形成された、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層と、ｐ型半導体層上に設けられたｐ側電極と、ｐ型半導体層とは反対側のｎ型半導体層上に設けられたｎ側電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法および窒化物半導体発光素子に好適である。
【符号の説明】
【００８７】
１ 窒化物半導体発光素子
２ ｎ型導電性基板
２ａ イオン照射層
３ 積層体
４ 反射電極
５ ｎ側電極
６ ｐ側電極
７ 保護膜
３１ ｎ型導電層
３２ 発光層
３３ ｐ型導電層
５１ Ａｌ層
５２ Ｔｉ層
５３ Ａｕ層
６１ バリア電極
６２ 接合電極
１２ 溝
１３ レジストマスク
１００ プラズマ発生装置
１０１ 真空チャンバ
１０２ 電極
１０３ 電源部
１０４ 排気バルブ
１０５ 排気装置
１０６ ガス導入装置
１０７ 載置台
１０８ 接地部
Ｊ 電極形成領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体材料により形成された、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層と、ｐ型導電層上に設けられたｐ側電極と、ｐ型半導体層とは反対側のｎ型半導体層上に設けられたｎ側電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法および窒化物半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体発光素子として特許文献１，２に記載されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、ｎ型クラッド層をウェットエッチングして、−ｃ面を露出させ、更に、光の取出し効率を向上させるため、ＲＩＥによりエッチングして表面に凹凸面からなるディンブルを形成し、次に、Ｓｉによるｎ型不純物と、そのｎ型不純物とＷ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｗ−Ｓｉによる合金を形成する金属を含む多層膜を形成し、アニールしてｎ電極を形成し、ダイシングにより素子をチップ状に分離する窒化物半導体素子の製造方法が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ＧａＮ基板の研磨面に生成された変質層をエッチングガスに塩素と酸素との混合ガスを用いて、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のドライエッチングや、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、電子サイクロン共鳴（ＥＣＲ）エッチング等により除去し、エッチング後のエッチング面に、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ等によるｎ型電極を形成する窒化物半導体装置の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８１８６３号公報
【特許文献２】特開２００５−３４７５３４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、特許文献１に記載の窒化物半導体素子の製造方法では、Ｓｉ層を含む金属をコンタクト電極とすることで、通常の金属形成する場合よりもコンタクト抵抗が高くなったり、吸収率が高くなったりする可能性がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の窒化物半導体装置の製造方法では、ウェットエッチングによる粗面に直接電極を形成する場合に比べて、コンタクト抵抗が高くなる。
【０００８】
ところで、窒化物半導体素子をリードフレームや実装基板に搭載するために加熱すると電流電圧特性が大きく悪化する現象が発生する。
【０００９】
例えば、窒化物半導体発光素子として、図９に示すように、導電性を有するウェハ状態のｎ型導電性基板２に、積層体３としてｎ型導電層３１、発光層３２、ｐ型導電層３３とを積層した後に反射電極４を設け、更に陰極となるｎ側電極５と、陽極となるｐ側電極６とを設ける。このｎ側電極５をｎ型導電性基板２に設ける際に、図１０（Ａ）に示すように、ＫＯＨ薬液によるウェットエッチングを行って粗面にした後に、図１０（Ｂ）に示すようにｎ側電極５が形成される領域を除いてレジストマスクを形成し、粗面加工の際の酸化物を除去するためにＨＦによるウェットエッチングを行った後に、図１０（Ｃ）に示すようにＡｌ層５１、Ｔｉ層５２、Ａｕ層５３からなるｎ側電極５を蒸着により形成した。Ａｌ層５１は、発光層３２からの光を反射させてｎ側電極により遮光される光を有効活用するためのものである。
【００１０】
そして、熱を加える前と、２８５℃の熱を１分間加えた後とで、図９に示すように、ｎ側電極５間での電流および電圧の特性を測定した。この結果を図１１に示す。
【００１１】
図１１のグラフからもわかるように、熱処理前では順方向電流が２０ｍＡであるときには電圧が０．０５Ｖであったが、熱処理後では電圧が０．２５Ｖとなってしまっており、同じ電流値でも電圧値が大きく低下して性能が著しく低下した。これは、加熱することでｎ側電極５のＡｌ層５１とｎ型導電性基板２とが過剰に反応したために、コンタクト性が低下して高抵抗化したため電圧が大きく変動したものと推定できる。
【００１２】
そこで本発明は、反射率の高いＡｌ層をｎ側電極に使用してｎ型導電層とのコンタクト層に使用した場合でも、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化を抑制して、電圧低下を抑制することができる窒化物半導体発光素子の製造方法および窒化物半導体発光素子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】
【００１３】
本発明は、窒化物半導体材料により形成されたｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に設けられたｐ側電極と、前記ｐ型半導体層とは反対側の前記ｎ型半導体層上に設けられたｎ側電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記ｎ型半導体層をＳｉまたはＢを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射して、前記ｎ型半導体層にイオン照射層を形成する照射工程と、前記イオン照射層上に、Ａｌ電極とボンディング電極とを含む電極を形成して前記ｎ側電極とする電極形成工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、イオン照射層が加熱によりコンタクト性が低下してしまうＡｌ層を含むｎ側電極であっても、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化を抑制することができるので、電圧低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を示す断面図
【図２】（Ａ）図１に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の各工程を示すフローチャート、（Ｂ）ステップ５０の各工程を示すフローチャート
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）図１に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の各工程を示す図
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）図１に示す窒化物半導体発光素子のｎ側電極を形成する方法を説明するための図
【図５】ｎ側電極形成工程にて使用されるプラズマ発生装置を示す図
【図６】図１に示す窒化物半導体発光素子を基体に実装した状態を示す図
【図７】本発明の実施の形態に係る製造方法により製造された窒化物半導体発光素子の電流と電圧との関係を示すグラフ
【図８】洗浄工程を省略した場合の窒化物半導体発光素子の電流と電圧との関係を示すグラフ
【図９】ｎ型導電性基板がウェハ状態の従来の窒化物半導体発光素子と、そのｎ側電極間の電流電圧の測定方法とを説明するための断面図
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）図９に示す従来の窒化物半導体発光素子のｎ側電極を形成する方法を説明するための図
【図１１】図１０に示す製造方法により製造された窒化物半導体発光素子の電流と電圧との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本願の第１の発明は、窒化物半導体材料により形成されたｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層と、ｐ型半導体層上に設けられたｐ側電極と、ｐ型半導体層とは反対側のｎ型半導体層上に設けられたｎ側電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、ｎ型半導体層をＳｉまたはＢを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射して、ｎ型半導体層にイオン照射層を形成する照射工程と、イオン照射層上に、Ａｌ電極とボンディング電極とを含む電極を形成してｎ側電極とする電極形成工程とを含むことを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１７】
第１の発明によれば、ｎ側電極を形成する前に、ｎ型半導体層をＳｉまたはＢを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射することで、イオン照射層が形成されるため、このイオン照射層が加熱によりコンタクト性が低下してしまうＡｌ層を含むｎ側電極であっても、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化を抑制することができる。
【００１８】
本願の第２の発明は、第１の発明において、照射工程は、１００ｎｍ以下のエッチング量によりイオン照射層を形成することを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１９】
第２の発明によれば、１００ｎｍ以下のエッチング量によりイオン照射層を形成することで、光取り出し向上のパターン形成をしている場合において状態が維持できるため、輝度のロスを防ぐことができる。また、過剰なエッチングによるコンタクト抵抗の悪化が抑制できる。
【００２０】
本願の第３の発明は、第１または第２の発明において、照射工程の後に、ｎ型半導体層をウェットエッチングにより付着物を除去する洗浄工程を含むことを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００２１】
第３の発明によれば、照射工程の後に、洗浄工程を行うことにより、ｎ側電極が形成される電極形成領域に照射工程で付着したデポ物を除去することができる。
【００２２】
本願の第４の発明は、第３の発明において、洗浄工程は、ウェットエッチングとしてＨＦ薬液により処理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である。
【００２３】
第４の発明によれば、ＨＦによるウェットエッチングを行うことで、ｎ側電極が形成される電極形成領域に付着したデポ物を効果的に除去することができる。
【００２４】
本願の第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、照射工程をする前に、ｎ側電極を形成するｎ型半導体層の表面をウェットエッチングにより粗面加工する粗面加工工程を含むことを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００２５】
第５の発明によれば、照射工程をする前に、粗面加工工程を行うことにより、ｎ型半導体層の表面が粗面となるので光取り出し効率を向上させることができる。
【００２６】
本願の第６の発明は、第５の発明において、粗面加工工程は、ウェットエッチングとしてＫＯＨ薬液により処理することを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００２７】
第６の発明によれば、ＫＯＨ薬液によるウェットエッチングを行うことで、ｎ型半導体層の表面を効果的に凹凸面とすることができる。
【００２８】
本願の第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、電極形成工程の後に、イオン照射層の中にｎ側電極のＡｌを拡散させる加熱工程を備えることを特徴とした窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００２９】
第７の発明によれば、基体に実装する前に加熱したり、基体実装時に加熱したりすることで、イオン照射層の中にｎ側電極のＡｌが拡散して、ｎ型半導体層とｎ側電極との接合面を低抵抗化した状態とすることができるので、コンタクト性が向上した窒化物半導体発光素子とすることができる。
【００３０】
本願の第８の発明は、第１から７のいずれかの発明に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法により製造されたことを特徴とした窒化物半導体発光素子である。
【００３１】
第８の発明によれば、加熱によりコンタクト性が低下してしまうＡｌ層を含むｎ側電極であっても、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化が抑制できることで電圧の低下を抑制できる窒化物半導体発光素子とすることができる。
【００３２】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子について、図面に基づいて説明する。
【００３３】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１は、導電性を有するｎ型半導体層であるｎ型導電性基板２に、積層体３と反射電極４が設けられ、陰極となるｎ側電極５と、陽極となるｐ側電極６とが設けられたものである。
【００３４】
ｎ型導電性基板２は、窒化物半導体材料の窒化系ガリウム半導体であるｎ型ＧａＮで形成されている。ｎ型導電性基板２のｎ側電極５が設けられている領域には、詳細は後述するが、変性させた変質層であるイオン照射層が設けられている。
【００３５】
積層体３は、ｎ型導電性基板２の積層面側に、ｎ型半導体層であるｎ型導電層３１、発光層３２、ｐ型半導体層であるｐ型導電層３３を順に積層したものである。ｎ型導電性基板２とｎ型導電層３１との間に、バッファ層を設けてもよい。ｎ型導電層３１へのｎ型ドーパントとして、ＳｉまたはＧｅ等が好適に用いられる。このｎ型導電層３１は、膜厚２μｍで形成されている。
【００３６】
発光層３２は、少なくともＧａとＮとを含み、必要に応じて適量のＩｎを含ませることで、所望の発光波長を得ることができる。また、発光層３２としては、１層構造とすることもできるが、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を交互に少なくとも一対積層した多量子井戸構造とすることも可能である。発光層３２を多量子井戸構造とすることで、更に輝度を向上させることができる。
【００３７】
ｐ型導電層３３は、発光層３２の上に直接あるいは少なくともＧａとＮを含んだ半導体層を介して積層されたものである。また、ｐ型導電層３３へのｐ型ドーパントとしては、Ｍｇ等が好適に用いられる。このｐ型導電層３３は膜厚０．１μｍで形成されている。
【００３８】
反射電極４は、高い反射率を有するＡｇ層により形成されている。この反射電極層の膜厚は、２００ｎｍである。反射電極４の周囲には、ＳｉＯ2などの絶縁膜により形成された保護膜７が設けられている。
【００３９】
ｎ側電極５は、ｎ型導電性基板２の積層体の積層面とは反対側となる面に設けられている。ｎ側電極５は、三層構造を有しており、ｎ型導電性基板２側から、ｎコンタクト電極として機能するＡｌ層５１、金属拡散バリア電極として機能するＴｉ層５２と、ボンディング電極として機能するＡｕ層５３とにより形成されている。Ａｌ層５１は、ｎ型導電性基板２との良好なコンタクト性を向上させるだけでなく、４５０ｎｍの発光波長で、約８６％の高い反射率を有するＡｌから形成されていることで、反射電極としても機能する。
【００４０】
ｐ側電極６は、反射電極４上に形成され、カバー電極として機能するバリア電極６１、バリア電極６１上に形成されたボンディング電極として機能する金と錫との合金のめっき接合電極６２とを備えている。バリア電極６１は、反射電極４の拡散を抑制するために、電極材料としてＩｎ，Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含む合金、または導電性膜より形成することができる。バリア電極６１の膜厚は、１００ｎｍから３００ｎｍとすることができる。また、接合電極６２の膜厚は、１μｍから５μｍとすることができる。
【００４１】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法について、図２から図６に基づいて説明する。
【００４２】
図３（Ａ）に示すように、ウェハ状態のｎ型導電性基板２に、積層体３であるｎ型導電層３１と発光層３２とｐ型導電層３３とを順次積層する（図２（Ａ）参照、積層体形成工程、ステップＳ１０）。
【００４３】
図３（Ｂ）に示すように、積層工程が終了すると、積層体３の積層面側から溝１２を形成する（図２（Ａ）参照、溝形成工程、ステップＳ２０）。溝１２を形成するときには、ｐ型導電層３３から少なくともｎ型導電層３１に達するまでの深さで、最終的に個片にするときの境界となる位置に形成する。溝１２は、レーザ装置によるレーザ光の照射で形成することができる。溝１２をレーザ光により照射や、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）などにより形成する。
【００４４】
図３（Ｃ）に示すように、溝１２を形成した後に、反射電極４が形成される領域以外の領域に保護膜７を形成する（図２（Ａ）参照、保護膜形成工程、ステップＳ３０）。この保護膜７は、例えばＳｉＯ2などの酸化膜で形成することができる。
【００４５】
図３（Ｄ）に示すように、保護膜７から露出したｐ型導電層３３上に反射電極４を形成する。そして、図３（Ｅ）に示すように、反射電極４上にバリア電極６１と接合電極６２を積層してｐ側電極６を形成する（図２（Ａ）参照、ｐ側電極形成工程、ステップＳ４０）。
【００４６】
次に、ｎ側電極５をｎ型導電性基板２上の電極形成領域Ｊに形成するが、その前に前処理（図２（Ａ）参照、電極形成前工程、ステップＳ５０）を行う。この電極形成前工程について、図４と図２（Ｂ）に基づいて詳細に説明する。
【００４７】
まず、図４（Ａ）に示すように、ｎ型導電性基板２からの光取り出し効率を向上させるために、ｎ型導電性基板２をウェットエッチングにより０．５〜５μｍのエッチング量で粗面加工する（図２（Ｂ）参照、粗面加工工程、ステップＳ５１）。この粗面加工をＫＯＨ薬液によりウェットエッチングとすることで、凹凸面となると共に、ｎ型導電性基板２の表面にはＧａＯＨやＮＯＨXなどの酸化物が生成され付着する。
【００４８】
次に、図４（Ｂ）に示すように、粗面となったｎ型導電基板２の電極形成面に電極形成用のレジストマスク１３を形成する。このレジストマスク１３は、ｎ側電極５が形成される電極形成領域Ｊを除いて形成されている。このレジストマスク１３から露出したｎ型導電性基板２の表面、つまり、ｎ側電極５を形成するための電極形成領域Ｊに、イオン照射層を形成する（図２（Ｂ）参照、照射工程、ステップＳ５２）。このイオン照射層は、例えばプラズマ発生装置でＲＩＥを行うことにより形成することができる。
【００４９】
ここで、プラズマ発生装置で行われる照射工程を、図５に基づいて詳細に説明する。図５は、ｎ側電極形成工程にて使用されるプラズマ発生装置を示す図である。
【００５０】
図５に示すように、プラズマ発生装置１００は、真空チャンバ１０１内に、電極１０２と、電極１０２に電圧を印加する電源部１０３と、真空チャンバ１０１内の空気を排気する排気バルブ１０４を有する排気装置１０５と、ガスを真空チャンバ１０１内に導入するガス導入装置１０６とを備えている。また、真空チャンバ１０１内に、積層体３にｐ側電極６が形成されたウェハ状態のｎ型導電性基板２を載置する載置台１０７が設けられている。この真空チャンバ１０１は、グランドレベルとする接地部１０８によりアースされている。
【００５１】
電極１０２は、電源部１０３からの高周波電圧により真空チャンバ１０１内で放電し、プラズマを発生させる。排気装置１０５は、排気バルブ１０４を開放し、真空チャンバ１０１内の空気を排気して、圧力を１．０×１０-3Ｐａ以下とする機能を有する。ガス導入装置１０６は、ＳｉまたはＢを含む塩素系化合物ガスなどを貯留したタンク１０６ａから真空チャンバ１０１に導入させる。本実施の形態では、ＳｉＣｌ4ガスを使用している。
【００５２】
以上のようなプラズマ発生装置１００を用いてｎ型導電性基板２の電極形成領域ＪをＲＩＥして、粗面加工工程により付着した塩素系残留物やＳｉ系の沈殿物（デポ物）を除去すると共に、表面を変質させてイオン照射層を形成する方法について説明する。
【００５３】
（１）ｐ側電極６が積層体３上に形成されたウェハ状態のｎ型導電性基板２を載置台１０７に配置する。
【００５４】
（２）排気バルブ１０４を開放して排気装置１０５から真空チャンバ１０１内の空気を排気し、圧力を１．０×１０-3Ｐａ以下とする。
【００５５】
（３）ガス導入装置１０６からＳｉＣｌ4ガスを真空チャンバ１０１内へ導入する。
【００５６】
（４）電源部１０３により電極１０２に高周波電圧を印加する。
【００５７】
高周波電圧が印加されたことにより、電極１０２と載置台１０７の間の空間Ｓ１にプラズマが発生しＳｉＣｌ4ガスが分解される。
【００５８】
この分解されたＳｉＣｌ4ガスの雰囲気に電極形成領域Ｊを曝すことで、エッチングされて、塩素系残留物やＳｉ系の沈殿物（デポ物）が除去される。また、電極形成領域Ｊの表面が変質してイオン照射層２ａとなる（図４（Ｂ）参照）。
【００５９】
このときのエッチング量は１００ｎｍ以下とすることができる。１００ｎｍ以下のエッチング量によりイオン照射層２ａを形成することで、５０μｍ〜１５０μｍのエッチング量で粗面加工された凹凸面のパターンをほぼ維持することができる。従って、表面をイオン照射により変質させつつ、光取り出し効率の向上を図るための粗面の状態を残すことができるので、輝度のロスを防止することができる。また、過剰なエッチングによるコンタクト抵抗の悪化が抑制できる。
【００６０】
次に、照射工程によりイオン照射した後に、図４（Ｃ）に示すように、ｎ型導電性基板２の電極形成領域Ｊをウェットエッチングにより洗浄する（図２（Ｂ）参照、洗浄工程、ステップＳ５３）。このウェットエッチングは、ＨＦ薬液により行うことで、粗面加工工程でのＫＯＨの付着物や照射工程でのデポ物Ｙを除去する。このウェットエッチングをＨＦ薬液により行うことで、ｎ型導電性基板２とｎ側電極５の電極界面における不純物が除去できるので、処理しない場合に比べて、ｎ型導電性基板２とｎ側電極５の間は、約１／２低いコンタクト抵抗が得られる。
【００６１】
このようにして電極形成前工程（図２（Ａ）参照、ステップＳ５０）が終わると、図４（Ｄ）に示すように、洗浄工程により洗浄した電極形成領域Ｊに蒸着によりＡｌ層５１、Ｔｉ層５２、Ａｕ層５３を積層してｎ側電極５を形成する（図２（Ａ）参照、電極形成工程、ステップＳ６０）。
【００６２】
そして、ダイシングラインに沿ってダイサーまたはレーザースクライブにより切断して個片とすることで、図１に示す窒化物半導体発光素子を得ることができる（図２（Ａ）参照、個片化工程、ステップＳ７０）。
【００６３】
このようにして製造された窒化物半導体発光素子１は、図６に示すように、リードフレームや実装基板などの基体Ｆにｐ側電極６を向かい合わせて３００℃の高温で加熱して共晶接合させる。
【００６４】
しかし、窒化物半導体発光素子１は、ｎ側電極５をｎ型導電性基板２に設ける際に、Ｓｉを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射しているため、ｎ型導電性基板２が変質してイオン照射層２ａ（図４（Ｂ）参照）が生成される。このイオン照射層２ａ上にｎ側電極５が設けられているので、Ａｌ層５１はＴｉと比較してコンタクト性が劣るが、ｎ型導電性基板２とｎ側電極５とのコンタクト性を向上させることができる。また、ｎ側電極５に、反射電極として機能するＡｌ層５１を設けたことで、発光層３２からの光を反射させることができるので、Ｔｉ層５２やＡｕ層５３によって吸収されてしまう光を効果的に反射させて外部へ出射させることができる。
【００６５】
従って、反射率の高いＡｌ層５１をｎ側電極５に使用してｎ型導電性基板２とのコンタクト層に使用した場合でも、加熱によるｎ側電極５のコンタクト性の悪化を抑制して、電圧低下を抑制することができる。
【００６６】
また、ｎ型導電性基板２は粗面に形成されていることで、発光層３２からの光が全反射して内部への戻り光となることを抑制することができるので、更に、光取り出し効率を向上させることができる。
【００６７】
なお、実施の形態では３００℃で共晶接合を行うことによりｎ側電極５のコンタクト性を向上させているが、下限として１５０℃以上で１分以上の加熱による熱履歴が加わっていればＡｌ層５１とｎ型導電性基板２に含まれるＧａは、３ｎｍ程度拡散が進むので、イオン照射層２ａの中にＡｌが拡散することによるコンタクト性を向上させる効果が得られる。
【００６８】
例えば、コンタクト性の向上が得られない程度の低温度によりリードフレームや実装基板などの基体に実装する場合には、個片化する前の状態の窒化物半導体発光素子１に、１５０℃以上での熱履歴を加える、または望ましくは２５０℃で１分以上の熱履歴を加えることにより、ｎ型導電性基板２とｎ側電極５との接合面を予め低抵抗化した状態とすることができる。従って、コンタクト性を向上させた窒化物半導体発光素子１を工場から出荷することができる。
【００６９】
なお、この加熱（加熱工程）は、基体に実装する前に行うだけでなく、基体に実装する際に行うことも可能である。そうすることで、窒化物半導体発光素子１を基体に実装し、樹脂により封止した発光装置として需要先に提供するときに、低電圧で高輝度化な発光装置を提供することができる。
【実施例】
【００７０】
本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を発明品Ａとして製作した。発明品Ａは、まず、ｎ型導電性基板２上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ｎ型導電層３１、発光層３２、p型導電層３３を順次成長させる。
【００７１】
ｎ型導電層３１は、ＧａＮ層を成長温度１０００℃でＴＭＧ（トリメチガリウム）、ＮＨ3(アンモニア)、キャリアとして水素ガスを用いて成長させた。そして、ｎ型導電性を得るためにドーパントとしてＳｉ(シラン)を５×１０18ｃｍ-3得られるようにドープしながら３μｍの膜厚に成長させた。
【００７２】
発光層３２は、成長温度７００℃でＴＭＧ，ＴＭＩそしてアンモニアを用いて、ＧａＮ／ＧａＩｎＮの多重量子井戸層を総膜厚が３２ｎｍとなるように成長させた。
【００７３】
ｐ型導電層３３は、ＧａＮ層を成長温度１０００℃でＴＭＧ、ＮＨ3、を用いて成長させた。ｐ型導電性を得るためにドーパントとしてＭｇ：ＣＰ2Ｍｇ(シクロペンタジエニルマグネシウム)を１×１０20ｃｍ-3得られるようドープしながら１２ｎｍの膜厚に成長させた。
【００７４】
次に、反射電極４と、ｐ側電極６のバリア電極６１とを順次形成した。反射電極４は、Ｐｔ／Ａｇ＝０．０５／２００ｎｍの膜厚に形成した。バリア電極６１は、Ｔｉ／Ａｕ＝２００/１５００ｎｍの膜厚に形成した。
【００７５】
次に、ｐ側電極６の接合電極６２を形成した。接合電極６２は、ＡｕＳｎを３μｍの膜厚に形成した。
【００７６】
次に、ｎ型導電性基板２を１００μｍまで研磨した後に、ｎ型導電性基板２の研磨した面をＫＯＨ薬液でエッチングして、ｎ型導電性基板２の表面を六角錐状の集合体となる凹凸形状の粗面にした。
【００７７】
次に、プラズマ発生装置１００によりＳｉＣｌ4の雰囲気に電極形成領域Ｊを５０秒間曝すことで、約４０ｎｍがエッチングされて、塩素系残留物やＳｉ系の沈殿物（デポ物）が除去した。そして、ＨＦ薬液によるウェットエッチングにより表面処理を行った。
【００７８】
次に、ｎ側電極５を形成する。ｎ側電極５は、Ａｌ層５１／Ｔｉ層５２／Ａｕ層５３＝２００／３００／３０００ｎｍとなるよう形成した。
【００７９】
最後に、レーザースクライブによりチップ分離を行って個片とすることで図１に示す窒化物半導体発光素子１を得た。
【００８０】
この発明品Ａに対して、熱を加える前と、２８５℃の熱を１分間加えた後とで、図９に示す接続によりｎ側電極５間での電流および電圧の特性を測定した。この結果を図７に示す。
【００８１】
図７に示すグラフからもわかるように、熱処理前では順方向電流が２０ｍＡであるときの電圧が０．１Ｖであったが、熱処理後では電圧が０．０５Ｖとなり、熱処理後の方が電圧が低下し、電圧特性が改善した。これは、熱処理によりｎ型導電性基板２とｎ側電極５との接合面がイオン照射層２ａを介して低抵抗化したためと推定できる。
【００８２】
次に、発明品Ｂとして、図２にて説明した洗浄工程（ステップＳ５３）を省略した以外は、同じ工程、同じ条件で、窒化物半導体発光素子を作製し、発明品Ａと同様にｎ側電極５間での電流および電圧の特性を測定した。この結果を図８に示す。
【００８３】
図８に示すグラフからもわかるように、熱処理前では順方向電流が２０ｍＡであるときの電圧が０．１Ｖであったが、熱処理後では電圧が０．２２Ｖとなっていた。発明品Ｂは、発明品Ａよりは電圧の特性が悪化したものの、図１１に示す従来の窒化物半導体発光素子では順方向電流が２０ｍＡであるときに加熱後には０．２５Ｖとなってしまっていたため、従来品より電圧の低下が抑えられている。従って、プラズマ処理によるイオン照射層２ａの生成が、ｎ側電極５とのコンタクト性の向上に効果的であることがわかる。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、照射工程をＳｉを含む塩素系化合物ガスであるＳｉＣｌ4ガスの雰囲気中で行っているが、Ｂを含む塩素系化合物ガスとしてもよい。
【００８５】
また、窒化物半導体発光素子１は、ｎ側電極５がｎ型導電性基板２に形成されているが、ｎ型導電性基板２上に積層体３を積層した後に積層体３からｎ型導電性基板２を剥離させ、ｎ側電極５をｎ型半導体層であるｎ型導電層３１に形成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、反射率の高いＡｌ層をｎ側電極に使用してｎ型導電層とのコンタクト層に使用した場合でも、加熱によるｎ側電極のコンタクト性の悪化を抑制して、電圧低下を抑制することができるので、窒化物半導体材料により形成された、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層と、ｐ型半導体層上に設けられたｐ側電極と、ｐ型半導体層とは反対側のｎ型半導体層上に設けられたｎ側電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法および窒化物半導体発光素子に好適である。
【符号の説明】
【００８７】
１ 窒化物半導体発光素子
２ ｎ型導電性基板
２ａ イオン照射層
３ 積層体
４ 反射電極
５ ｎ側電極
６ ｐ側電極
７ 保護膜
３１ ｎ型導電層
３２ 発光層
３３ ｐ型導電層
５１ Ａｌ層
５２ Ｔｉ層
５３ Ａｕ層
６１ バリア電極
６２ 接合電極
１２ 溝
１３ レジストマスク
１００ プラズマ発生装置
１０１ 真空チャンバ
１０２ 電極
１０３ 電源部
１０４ 排気バルブ
１０５ 排気装置
１０６ ガス導入装置
１０７ 載置台
１０８ 接地部
Ｊ 電極形成領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体材料により形成されたｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に設けられたｐ側電極と、前記ｐ型半導体層とは反対側の前記ｎ型半導体層上に設けられたｎ側電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記ｎ型半導体層をＳｉまたはＢを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射して、前記ｎ型半導体層にイオン照射層を形成する照射工程と、
前記イオン照射層上に、Ａｌ電極とボンディング電極とを含む電極を形成して前記ｎ側電極とする電極形成工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記照射工程は、１００ｎｍ以下のエッチング量によりイオン照射層を形成する請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記照射工程の後に、前記ｎ型半導体層をウェットエッチングにより付着物を除去する洗浄工程を含む請求項１または２記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記洗浄工程は、ウェットエッチングとしてＨＦ薬液により処理する請求項３記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記照射工程をする前に、前記ｎ側電極を形成する前記ｎ型半導体層の表面をウェットエッチングにより粗面加工する粗面加工工程を含む請求項１から４のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記粗面加工工程は、ウェットエッチングとしてＫＯＨ薬液により処理する請求項５記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記電極形成工程の後に、前記イオン照射層の中に前記ｎ側電極のＡｌを拡散させる加熱工程を備える請求項１から６のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記請求項１から７のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法により製造されたことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項１】
窒化物半導体材料により形成されたｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に設けられたｐ側電極と、前記ｐ型半導体層とは反対側の前記ｎ型半導体層上に設けられたｎ側電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記ｎ型半導体層をＳｉまたはＢを含む塩素系化合物ガスの雰囲気中でプラズマ照射して、前記ｎ型半導体層にイオン照射層を形成する照射工程と、
前記イオン照射層上に、Ａｌ電極とボンディング電極とを含む電極を形成して前記ｎ側電極とする電極形成工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記照射工程は、１００ｎｍ以下のエッチング量によりイオン照射層を形成する請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記照射工程の後に、前記ｎ型半導体層をウェットエッチングにより付着物を除去する洗浄工程を含む請求項１または２記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記洗浄工程は、ウェットエッチングとしてＨＦ薬液により処理する請求項３記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記照射工程をする前に、前記ｎ側電極を形成する前記ｎ型半導体層の表面をウェットエッチングにより粗面加工する粗面加工工程を含む請求項１から４のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記粗面加工工程は、ウェットエッチングとしてＫＯＨ薬液により処理する請求項５記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記電極形成工程の後に、前記イオン照射層の中に前記ｎ側電極のＡｌを拡散させる加熱工程を備える請求項１から６のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記請求項１から７のいずれかの項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法により製造されたことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１３８４５２（Ｐ２０１２−１３８４５２Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８９３７７（Ｐ２０１０−２８９３７７）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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