窒化物半導体素子、窒化物半導体装置、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法
【課題】窒化物半導体層に加わるダメージを抑制しながら、窒化物半導体層と電極との間でオーミック接触を得ることが可能な窒化物半導体素子を提供する。
【解決手段】この発光素子（窒化物半導体素子）１は、主面１０ａを有する基板１０と、ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂおよびｐ型層２０ｄを含む半導体層２０と、を備える。主面１０ａはｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有する。半導体層２０は、傾斜領域２１と非傾斜領域２２とを含む。傾斜領域２１において、ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域上にｎ電極４０が形成されている。
【解決手段】この発光素子（窒化物半導体素子）１は、主面１０ａを有する基板１０と、ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂおよびｐ型層２０ｄを含む半導体層２０と、を備える。主面１０ａはｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有する。半導体層２０は、傾斜領域２１と非傾斜領域２２とを含む。傾斜領域２１において、ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域上にｎ電極４０が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化物半導体素子、窒化物半導体装置、および窒化物半導体ウェハに関する。また窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に窒化物半導体層が形成された窒化物半導体発光素子（窒化物半導体素子）が知られている。窒化物半導体層は基板側から順にｎ型層と、発光部である活性層と、ｐ型層とを含む。アノード電極はｐ型層上に形成される。カソード電極は、ｎ型層上に形成される場合と、基板の裏面上に形成される場合とがある。
【０００３】
カソード電極をｎ型層上に形成する場合、ｎ型層の所定領域上のｐ型層および活性層をエッチングしてｎ型層を露出させ、その部分にカソード電極を形成する。この構成では、基板には通電しないため、導電性の乏しいサファイア基板などが用いられる。このような構成は、窒化物半導体発光ダイオードによく用いられ、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
一方、カソード電極を基板の裏面上に形成する場合、基板の裏面を研磨した後に基板の裏面上にカソード電極を形成する。この構成では、基板に通電するため、主に窒化物半導体基板が用いられる。このような構成は、窒化物半導体レーザ素子によく用いられ、例えば特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５２５４２号公報
【特許文献２】特開２００７−２５８３６４号公報
【特許文献３】特開２００４−３５６４５４号公報
【特許文献４】特開２０１１−３５１２５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、カソード電極をｎ型層上に形成する方法では、ｐ型層および活性層をｎ型層が露出するまで深くエッチングする必要があり、エッチングに時間がかかる。このため、長時間にわたってエッチングすること起因して、窒化物半導体層に大きなダメージが加わるという問題点がある。
【０００７】
一方、カソード電極を窒化物半導体基板の裏面上に形成する方法では、カソード電極と窒化物半導体基板との間で良好なオーミック接触を得るために、窒化物半導体基板のｎ型キャリア密度を高くする必要がある。しかしながら、ｎ型キャリア密度が高い窒化物半導体基板は一般的に硬化して割れやすいので、その取り扱いが難しくなるという問題点がある。すなわち、カソード電極を窒化物半導体基板の裏面上に形成する方法では、カソード電極を形成する前に基板の裏面を研磨して基板を薄くしている。その上、ｎ型キャリア密度を高くすることにより窒化物半導体基板が硬化して割れやすくなるので、その取り扱いが難しくなる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制しながら、窒化物半導体層と電極との間でオーミック接触を得ることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体装置、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体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】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の窒化物半導体素子は、主面を有する窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の主面上に順に積層された第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を含む窒化物半導体層と、を備え、主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含み、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有し、非傾斜領域において、第２半導体層上に第１電極が形成されており、傾斜領域において、第１半導体層の所定領域上の第２半導体層が除去されており、第１半導体層の所定領域上に第２電極が形成されている。
【００１０】
この窒化物半導体素子では、上記のように、窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域を含み、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有する。これにより、傾斜領域において、第２半導体層を除去して第１半導体層を露出させるまでのエッチング量（エッチング深さ）を少なくすることができるので、エッチング時間を短縮することができる。このため、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制することができる。
【００１１】
また、上記のように、第２半導体層上に第１電極が形成されており、第１半導体層上に第２電極が形成されている。これにより、窒化物半導体層と電極（第１電極および第２電極）との間でオーミック接触を容易に得ることができる。また、窒化物半導体基板に通電する必要がないので、窒化物半導体基板のキャリア密度を高くする必要がない。このため、窒化物半導体基板が硬化して割れやすくなることがないので、窒化物半導体基板の取り扱いが難しくなるのを抑制することができる。
【００１２】
上記窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体基板は、主面に凹凸が形成された凹凸領域と、主面に凹凸が形成されていない非凹凸領域とを含む。このように構成すれば、非凹凸領域上において、窒化物半導体層に、傾斜領域および非傾斜領域を容易に設けることができる。
【００１３】
なお、本明細書および特許請求の範囲において、凹凸とは、凹部、凸部またはその両方を意味する。また、凹凸領域とは、凹部、凸部またはその両方が形成された領域を意味し、非凹凸領域とは、凹部および凸部のいずれも形成されていない領域を意味する。
【００１４】
上記窒化物半導体基板が凹凸領域と非凹凸領域とを含む窒化物半導体素子において、好ましくは、主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上２５度以下のオフ角度を有する。このように構成すれば、例えば窒化物半導体発光素子によく見られるように窒化物半導体層の厚みを２μｍ程度とした場合、オフ角度が０．５度では傾斜領域の幅は約３００μｍになり、オフ角度が２５度では傾斜領域の幅は約１０μｍになる。このため、オフ角度を０．５度以上にすることによって、傾斜領域が広くなりすぎるのを抑制することができる。これにより、非傾斜領域を確保することができるので、非傾斜領域において窒化物半導体層に機能部（例えば発光部）を設けることができる。また、オフ角度を２５度以下にすることによって、傾斜領域を確保することができるので、第１半導体層と第２電極との接触面積を確保することができる。
【００１５】
この場合、好ましくは、主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上５度以下のオフ角度を有する。ａ軸方向のオフ角度が小さすぎたり大きすぎると、非傾斜領域上の窒化物半導体層の結晶性が低下する。このため、主面のｍ面に対するａ軸方向のオフ角度を０．５度以上５度以下にすることによって、窒化物半導体層の結晶性が低下するのを抑制することができ、素子特性が劣化するのを抑制することができる。
【００１６】
上記窒化物半導体基板が凹凸領域と非凹凸領域とを含む窒化物半導体素子において、好ましくは、主面はｍ面に対してｃ軸方向に−３０度以上３０度以下のオフ角度を有する。主面のｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を−３０度よりも小さくまたは３０度よりも大きくした場合、窒化物半導体層の成長時の原子のマイグレーション状態が変化して、傾斜領域の形状を制御しにくくなる。これにより、非傾斜領域において窒化物半導体層の機能部（例えば発光部）を確保できなくなる場合がある。このため、主面のｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を−３０度以上３０度以下にすることによって、傾斜領域を容易に所望の形状に形成することができ、非傾斜領域において窒化物半導体層の機能部（例えば発光部）を確保することができる。
【００１７】
上記窒化物半導体素子において、好ましくは、第１半導体層は、１×１０19ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下の第１導電型キャリア密度を有する１つ以上の高キャリア密度層を含む。このように、第１半導体層が１×１０19ｃｍ-3以上の第１導電型キャリア密度を有する高キャリア密度層を含むことによって、第１半導体層と第２電極との間で良好なオーミック接触を容易に得ることができる。また、高キャリア密度層の第１導電型キャリア密度を１×１０21ｃｍ-3以下にすることによって、高キャリア密度層が硬質化して素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００１８】
この場合、好ましくは、高キャリア密度層の厚みの合計は、０．１μｍ以上１μｍ以下である。高キャリア密度層は厚みが大きくなるほど、傾斜した面に露出する面積が広くなる。このため、高キャリア密度層の厚みの合計を０．１μｍ以上にすることによって、第２半導体層を除去した際の高キャリア密度層の露出面積を広げることができる。これにより、高キャリア密度層と第２電極との接触面積を確保することができる。また、高キャリア密度層の厚みの合計を１μｍ以下にすることによって、高キャリア密度層が硬質化した場合であっても、歪を抑制することができるので、高キャリア密度層にクラックが入るなどして素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００１９】
上記窒化物半導体基板が凹凸領域と非凹凸領域とを含む窒化物半導体素子において、好ましくは、凹凸領域は、窒化物半導体基板の主面に凹部が形成された領域である。このように構成すれば、窒化物半導体基板の主面に容易に凹凸領域を形成することができる。
【００２０】
上記窒化物半導体基板が凹凸領域と非凹凸領域とを含む窒化物半導体素子において、好ましくは、凹凸は略ｃ軸方向に延びる領域に形成されている。このように構成すれば、凹凸の略ａ軸方向の幅が大きくなるのを抑制することができるので、傾斜領域および非傾斜領域が狭くなるのを抑制することができる。
【００２１】
上記窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は略ｃ軸方向に延びる光導波領域を含む。
【００２２】
この発明の窒化物半導体装置は、上記の構成の窒化物半導体素子を備える。このように構成すれば、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制しながら、窒化物半導体層と電極との間でオーミック接触を得ることが可能な窒化物半導体装置を得ることができる。
【００２３】
この発明の窒化物半導体ウェハは、主面を有する窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の主面上に順に積層された第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を含む窒化物半導体層と、を備え、主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含み、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有し、非傾斜領域において、第２半導体層上に第１電極が形成されており、傾斜領域において、第１半導体層の所定領域上の第２半導体層が除去されており、第１半導体層の所定領域上に第２電極が形成されている。
【００２４】
この窒化物半導体ウェハでは、上記のように、窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域を含み、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有する。これにより、傾斜領域において、第２半導体層を除去して第１半導体層を露出させるまでのエッチング量（エッチング深さ）を少なくすることができるので、エッチング時間を短縮することができる。このため、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制することができる。
【００２５】
また、上記のように、第２半導体層上に第１電極が形成されており、第１半導体層上に第２電極が形成されている。これにより、窒化物半導体層と電極（第１電極および第２電極）との間で良好なオーミック接触を容易に得ることができる。また、窒化物半導体基板に通電する必要がないので、窒化物半導体基板のキャリア密度を高くする必要がない。このため、窒化物半導体基板が硬化して割れやすくなることがないので、窒化物半導体基板の取り扱いが難しくなるのを抑制することができる。
【００２６】
この発明の窒化物半導体素子の製造方法は、主面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の主面上に順に第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を積層することにより窒化物半導体層を形成する工程と、第２半導体層上に第１電極を形成する工程と、第１半導体層の所定領域上に第２電極を形成する工程と、を備え、主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、窒化物半導体層を形成する工程は、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含む窒化物半導体層を設ける工程を含み、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有し、第１電極を形成する工程は、非傾斜領域において、第２半導体層上に第１電極を形成する工程を含み、第２電極を形成する工程は、傾斜領域において、第１半導体層の所定領域上の第２半導体層を除去する工程と、第１半導体層の所定領域上に第２電極を形成する工程とを含む。
【００２７】
この窒化物半導体素子の製造方法は、上記のように、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域を含む窒化物半導体層を設ける工程を備え、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有する。これにより、傾斜領域において、第２半導体層を除去して第１半導体層を露出させるまでのエッチング量（エッチング深さ）を少なくすることができるので、エッチング時間を短縮することができる。このため、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制することができる。
【００２８】
また、上記のように、第２半導体層上に第１電極を形成する工程と、第１半導体層上に第２電極を形成する工程とを備える。これにより、窒化物半導体層と電極（第１電極および第２電極）との間でオーミック接触を容易に得ることができる。また、窒化物半導体基板に通電する必要がないので、窒化物半導体基板のキャリア密度を高くする必要がない。このため、窒化物半導体基板が硬化して割れやすくなることがないので、窒化物半導体基板の取り扱いが難しくなるのを抑制することができる。
【００２９】
上記窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、窒化物半導体層を形成する工程に先立って、窒化物半導体基板の主面の一部に凹凸を形成することにより、主面に凹凸が形成された凹凸領域と、主面に凹凸が形成されていない非凹凸領域とを設ける工程を備える。このように構成すれば、非凹凸領域上において、窒化物半導体層に、傾斜領域および非傾斜領域を容易に設けることができる。
【００３０】
上記窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、第１半導体層の所定領域上の第２半導体層を除去する工程は、非傾斜領域において、窒化物半導体層を部分的に除去することにより、窒化物半導体層にリッジ部を形成する工程を含む。すなわち、第２半導体層の除去と同時に、窒化物半導体層にリッジ部を形成する。これにより、窒化物半導体素子の製造時間を短縮することができる。
【００３１】
上記窒化物半導体基板に凹凸領域と非凹凸領域とを設ける工程を備える窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上２５度以下のオフ角度を有する。このように構成すれば、例えば窒化物半導体発光素子によく見られるように窒化物半導体層の厚みを２μｍ程度とした場合、オフ角度が０．５度では傾斜領域の幅は約３００μｍになり、オフ角度が２５度では傾斜領域の幅は約１０μｍになる。このため、オフ角度を０．５度以上にすることによって、傾斜領域が広くなりすぎるのを抑制することができる。これにより、非傾斜領域を確保することができるので、非傾斜領域において窒化物半導体層に機能部（例えば発光部）を設けることができる。また、オフ角度を２５度以下にすることによって、傾斜領域を確保することができるので、第１半導体層と第２電極との接触面積を確保することができる。
【００３２】
この場合、好ましくは、主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上５度以下のオフ角度を有する。ａ軸方向のオフ角度が小さすぎたり大きすぎると、非傾斜領域上の窒化物半導体層の結晶性が低下する。このため、主面のｍ面に対するａ軸方向のオフ角度を０．５度以上５度以下にすることによって、窒化物半導体層の結晶性が低下するのを抑制することができ、素子特性が劣化するのを抑制することができる。
【００３３】
上記窒化物半導体基板に凹凸領域と非凹凸領域とを設ける工程を備える窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、主面はｍ面に対してｃ軸方向に−３０度以上３０度以下のオフ角度を有する。主面のｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を−３０度よりも小さくまたは３０度よりも大きくした場合、窒化物半導体層の成長時の原子のマイグレーション状態が変化して、傾斜領域の形状を制御しにくくなる。これにより、非傾斜領域において窒化物半導体層の機能部（例えば発光部）を確保できなくなる場合がある。このため、主面のｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を−３０度以上３０度以下にすることによって、傾斜領域を容易に所望の形状に形成することができ、非傾斜領域において窒化物半導体層の機能部（例えば発光部）を確保することができる。
【００３４】
上記窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、第１半導体層は、１×１０19ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下の第１導電型キャリア密度を有する１つ以上の高キャリア密度層を含む。このように、第１半導体層が１×１０19ｃｍ-3以上の第１導電型キャリア密度を有する高キャリア密度層を含むことによって、第１半導体層と第２電極との間で良好なオーミック接触を容易に得ることができる。また、高キャリア密度層の第１導電型キャリア密度を１×１０21ｃｍ-3以下にすることによって、高キャリア密度層が硬質化して素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００３５】
この場合、好ましくは、高キャリア密度層の厚みの合計は、０．１μｍ以上１μｍ以下である。高キャリア密度層は厚みが大きくなるほど、傾斜した面に露出する面積が広くなる。このため、高キャリア密度層の厚みの合計を０．１μｍ以上にすることによって、第２半導体層を除去した際の高キャリア密度層の露出面積を広げることができる。これにより、高キャリア密度層と第２電極との接触面積を確保することができる。また、高キャリア密度層の厚みの合計を１μｍ以下にすることによって、高キャリア密度層が硬質化した場合であっても、歪を抑制することができるので、高キャリア密度層にクラックが入るなどして素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００３６】
上記窒化物半導体基板に凹凸領域と非凹凸領域とを設ける工程を備える窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、凹凸領域は、窒化物半導体基板の主面に凹部が形成された領域である。このように構成すれば、窒化物半導体基板の主面に容易に凹凸領域を形成することができる。
【００３７】
上記窒化物半導体基板に凹凸領域と非凹凸領域とを設ける工程を備える窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、凹凸は略ｃ軸方向に延びる領域に形成される。このように構成すれば、凹凸の略ａ軸方向の幅が大きくなるのを抑制することができるので、傾斜領域および非傾斜領域が狭くなるのを抑制することができる。
【００３８】
上記窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、窒化物半導体層は略ｃ軸方向に延びる光導波領域を含む。
【００３９】
上記窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、第１半導体層の所定領域上に第２電極を形成する工程は、第１半導体層の所定領域上に第２電極を配置する工程と、第２電極を４００度以上６００度以下の温度で熱処理する工程とを含み、第２電極を熱処理した後に、第２半導体層上に第１電極を形成する。このように構成すれば、第２電極を熱処理する際に第１電極は熱処理されないので、第２半導体層と第１電極との間のオーミック性が劣化するのを防止することができる。なお、第２電極（例えばカソード電極）を窒化物半導体基板の裏面上に形成する方法では、窒化物半導体基板の裏面を研磨する前に第２半導体層上に第１電極（例えばアノード電極）を形成する必要がある。このため、窒化物半導体基板の裏面上に第２電極を設けた後に熱処理を行うと、第１電極も熱処理され、第２半導体層と第１電極との間のオーミック性が劣化する場合がある。
【発明の効果】
【００４０】
以上のように、本発明によれば、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制しながら、窒化物半導体層と電極との間でオーミック接触を得ることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体装置、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態の窒化物半導体発光素子が形成された窒化物半導体ウェハの構造を示した断面図である。
【図２】窒化物半導体の結晶構造を説明するための図である。
【図３】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の主面のオフ角度を説明するための図である。
【図４】図１に示した本発明の実施形態の凹部が形成された窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した断面図である。
【図５】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の構造を示した断面図である。
【図６】本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の構造を示した断面図である。
【図７】本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凸部（凹凸）の構造を示した断面図である。
【図８】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹凸の構造を示した平面図である。
【図９】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹凸の構造を示した平面図である。
【図１０】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹凸の構造を示した平面図である。
【図１１】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凸部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凸部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１８】本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凸部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１９】本発明の実施形態の凸部が形成された窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した断面図である。
【図２０】本発明の実施形態の凸部が形成された窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した断面図である。
【図２１】図８に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した平面図である。
【図２２】図８に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した平面図である。
【図２３】図９に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した平面図である。
【図２４】図１０に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した平面図である。
【図２５】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部周辺の窒化物半導体層の構造を示した断面図である。
【図２６】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の主面のａ軸方向のオフ角度と係数Ｚとの関係を示した図である。
【図２７】本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図２８】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２９】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３０】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３１】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３２】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３３】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３４】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３５】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３６】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子を備えた窒化物半導体装置の構造を示した図である。
【図３７】本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図３８】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の窒化物半導体積層構造の一例を示した断面図である。
【図３９】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４０】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４１】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４２】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４３】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４４】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４５】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４６】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子を備えた窒化物半導体装置の構造を示した図である。
【図４７】本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図４８】図４７に示した本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４９】図４７に示した本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５０】図４７に示した本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５１】図４７に示した本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５２】図４７に示した本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解を容易にするために、断面図であってもハッチングを施さない場合や、断面図でなくてもハッチングを施す場合がある。また、図面中において、長さ、幅、厚み、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
【００４３】
（実施形態）
図１〜図２６を参照して、本発明の実施形態による窒化物半導体発光素子１（以下、単に発光素子１と称する）が多数形成された窒化物半導体ウェハ１００（以下、単にウェハ１００と称する）の構造について説明する。なお、発光素子１は、本発明の「窒化物半導体素子」の一例である。
【００４４】
本発明の実施形態によるウェハ１００には図１に示すように、例えば窒化物半導体発光ダイオードまたは窒化物半導体レーザ素子などからなる多数の発光素子１がマトリクス状に形成されている。個々の発光素子１はウェハ１００を分割することにより得られる。
【００４５】
ウェハ１００はｎ型の窒化物半導体基板１０（以下、単に基板１０と称する）と、基板１０の主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０（以下、単に半導体層２０と称する）と、アノード電極であるｐ電極３０およびカソード電極であるｎ電極４０とを含んでいる。ｐ電極３０は、本発明の「第１電極」の一例であり、ｎ電極４０は、本発明の「第２電極」の一例である。ｎ型は、本発明の「第１導電型」の一例であり、ｐ型は、本発明の「第２導電型」の一例である。
【００４６】
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「窒化物半導体」とは、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体を意味する。ただし、窒化物半導体の六方晶系が維持されることを前提として、窒化物半導体の窒素元素の約１０％以下がＡｓ、Ｐ、またはＳｂの元素で置換されてもよい。また、窒化物半導体中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇまたはＢｅがドーピングされてもよい。ｎ型不純物としては、これらのドーピング材料のうちでも、Ｓｉ、ＯおよびＣｌが特に好ましい。
【００４７】
窒化物半導体は図２に示すように、六方晶系の結晶構造を有している。この結晶構造において、六角柱とみなせる六方晶のｃ軸［０００１］を法線とする面（六角柱の上面）をｃ面（０００１）と呼び、六角柱の側壁面の各々をｍ面｛１−１００｝と呼ぶ。窒化物半導体では、ｃ軸方向に対称面が存在しないため、分極方向がｃ軸方向に沿っている。このため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示す。すなわち、＋ｃ面（（０００１）面）と−ｃ面（（０００−１）面）とは等価な面ではなく、化学的な性質も異なる。一方、ｍ面はｃ面に対して垂直な結晶面であるため、ｍ面の法線は分極方向に対して直交している。このため、ｍ面は極性のない無極性面である。なお、上述のように、六角柱の側壁面の各々がｍ面となるため、ｍ面は６種類の面方位（（１−１００）、（１０−１０）、（０１−１０）、（−１１００）、（−１０１０）、（０−１１０））で示されるが、これらの面方位は結晶幾何学的に等価な面方位であるため、これらを総称して｛１−１００｝と示す。また、ｃ面およびｍ面に対して垂直な面をａ面｛１１−２０｝と呼ぶ。ａ面はｍ面と同様に極性のない無極性面であり、規定される面方位を総称して｛１１−２０｝と示す。
【００４８】
なお、結晶の面や方位を示す指数が負の場合、数字の上にバーを付して表記するのが結晶学の決まりであるが、本明細書および図面では、数字の前に負号「−」を付して負の指数を表している。
【００４９】
基板１０の主面１０ａは、ｍ面に対してａ軸方向（［１１−２０］方向）にオフ角度を有する。ここで、図３に示すように主面１０ａがｍ面に対して［１１−２０］方向に正のオフ角度θを有する場合、図４に示すように半導体層２０の後述する傾斜領域２１は基板１０の凹凸領域１１の右側（［１１−２０］方向）に形成される。オフ角度θが負の場合は逆になる。オフ角度θが正の場合と負の場合とで、結晶学的にみて左右は対称構造であるので、このオフ角度θは絶対値で議論してもよい。なお、主面１０ａはｍ面に対してオフ角度を有しているので、ａ軸方向（［１１−２０］方向）は主面１０ａと平行にはならないが、本明細書では理解を容易にするために、例えば図１および図４に示したように［１１−２０］方向を主面１０ａと平行に描く場合がある。同様に、［１−１００］方向を主面１０ａに対して垂直に描く場合がある。
【００５０】
主面１０ａは、ｍ面に対してａ軸方向に約０．５度以上約２５度以下のオフ角度を有することが好ましく、約０．５度以上約５度以下のオフ角度を有することがさらに好ましい。また、主面１０ａは、ｍ面に対してｃ軸方向（［０００１］方向）にもオフ角度を有していてもよい。この場合、主面１０ａは、ｍ面に対してｃ軸方向に約−３０度以上約３０度以下のオフ角度を有することが好ましい。
【００５１】
基板１０は図５〜図７に示すように、主面１０ａに凹部１０ｃや凸部１０ｄからなる凹凸１０ｂが形成された凹凸領域１１と、主面１０ａに凹凸１０ｂが形成されていない非凹凸領域１２とを含んでいる。凹凸１０ｂは、略ａ軸方向に数百μｍ（例えば４００μｍ）の周期で形成されている。凹部１０ｃは基板１０の主面１０ａを例えばエッチングすることにより形成される。凸部１０ｄは基板１０と同じまたは異なる材料を主面１０ａ上に配置することにより形成される。なお、図１および図４では、凹凸１０ｂが凹部１０ｃにより形成されている場合を示している。
【００５２】
凹凸１０ｂは、断面形状が必ずしも矩形状である必要はなく、例えば三角形状や台形状でもよい。すなわち、凹凸１０ｂは基板１０の主面１０ａに段差を生じさせるものであればよい。
【００５３】
凹凸１０ｂは図８〜図１０に示すように、主面１０ａの略ｃ軸方向に延びる領域に形成されている。なお、図８〜図１０のハッチング領域は凹凸１０ｂを示している。凹凸１０ｂは、図８に示すように略ｃ軸方向に延びるように形成されていてもよいし、図９および図１０に示すように略ｃ軸方向に互いに所定の間隔を隔てて形成されていてもよい。また、凹凸１０ｂは、平面的に見て必ずしも矩形状である必要はなく、例えば円形状やその他の形状に形成されていてもよい。また、凹部１０ｃと凸部１０ｄとが交互に配置される千鳥状に配置されていてもよい。また、１枚の基板１０上において、複数の凹凸１０ｂが、互いに異なる形状、異なる深さ、異なる幅に形成されていてもよい。また、１枚の基板１０上において、凹凸１０ｂの略ａ軸方向の周期（ピッチ）が異なっていてもよい。
【００５４】
なお、凹凸１０ｂを略ａ軸方向に所定の周期で形成した場合、基板１０上の半導体層２０にクラックが発生して発光素子１の歩留まりが低下するのを、抑制することが可能である。具体的に説明すると、窒化物半導体積層構造においてＡｌを含有する窒化物半導体層が含まれていると、そのＡｌの組成比や層厚に応じて例えば略ａ軸方向にクラックが発生する。特に窒化物半導体レーザ素子においては、発生した光を光導波領域に閉じ込めるためのクラッド層は、Ａｌの組成比が高く、かつ、厚みが大きいので、大きな歪が生じやすくクラックが発生しやすい。このため、本願出願人は過去の出願（特開２００４−３５６４５４号公報（特許文献３）および特開２０１１−３５１２５号公報（特許文献４））において開示されているように、凹部を略ａ軸方向に所定の周期で形成することによって、窒化物半導体層の成長に周期的に不連続性を持たせている。これにより、窒化物半導体層に発生する歪を緩和し、クラックが発生するのを抑制している。基板１０に凹凸１０ｂを設けることにより半導体層２０の成長に不連続性が生じる理由については、後で詳細に説明する。また、凹凸１０ｂを図８に示すように略ｃ軸方向に延びるように形成した場合に、クラックの発生を最も抑制することが可能である。
【００５５】
ここで、凹部１０ｃおよび凸部１０ｄの製造方法を簡単に説明する。基板１０の主面１０ａに凹部１０ｃを形成する場合は図１１に示すように、主面１０ａ全面上に例えばスパッタ法によりＳｉＯ2層７０を形成する。なお、ＳｉＯ2層７０は、スパッタ法以外に、例えばＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）蒸着法、プラズマＣＶＤ法などにより形成してもよい。そして、図１２に示すように、ＳｉＯ2層７０上に一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、開口部を有するレジスト層７１を形成する。その後、図１３に示すように、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などにより、レジスト層７１をマスクとして、ＳｉＯ2層７０をエッチングする。そして、図１４に示すように、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）法またはＲＩＥ法により、レジスト層７１およびＳｉＯ2層７０をマスクとして、基板１０の主面１０ａをエッチングする。その後、レジスト層７１およびＳｉＯ2層７０を除去することにより、図１５に示すように、主面１０ａに凹部１０ｃが形成された基板１０が得られる。
【００５６】
一方、基板１０の主面１０ａに凸部１０ｄを形成する場合は図１６に示すように、主面１０ａ上に一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、開口部を有するレジスト層８０を形成する。そして、図１７に示すように、主面１０ａおよびレジスト層８０の全面上に例えばスパッタ法により、基板１０と同じまたは異なる材料からなる層８１を形成する。その後、レジスト層８０を除去することにより、図１８に示すように、主面１０ａに層８１からなる凸部１０ｄが形成された基板１０が得られる。なお、基板１０と異なる材料からなる層８１としては、例えばＳｉＯ2層やＡｌＮ層が挙げられる。
【００５７】
非凹凸領域１２上において半導体層２０は例えば図４に示すように、厚みが変化することにより表面（上面）が主面１０ａに対して傾斜する傾斜領域２１と、一定の厚みを有する（傾斜領域２１に比べて厚みの変化が非常に小さい）非傾斜領域２２とを含んでいる。傾斜領域２１は非傾斜領域２２よりも小さい厚みを有しており、凹凸１０ｂに近づくにしたがって厚みが減少している。傾斜領域２１は凹凸１０ｂの片側（例えばａ軸方向側）の領域に形成されている。
【００５８】
なお、凹凸１０ｂが凹部１０ｃにより形成されている場合、半導体層２０は図４に示すように形成される。凹凸１０ｂが基板１０と同じ材料からなる場合、半導体層２０は図１９に示すように形成される。凹凸１０ｂが基板１０と異なる材料からなる場合、半導体層２０は図２０に示すように形成される。また、凹凸１０ｂが図８に示すように形成されている場合、半導体層２０は図２１および図２２に示すように形成される。凹凸１０ｂが図９および図１０に示すように形成されている場合、半導体層２０はそれぞれ図２３および図２４に示すように形成される。なお、図２１、図２３および図２４のハッチング領域は凹凸１０ｂおよび傾斜領域２１を示している。
【００５９】
半導体層２０に傾斜領域２１が形成されるのは、以下の理由によるものと考えられる。基板１０の主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有するので、半導体層２０を形成する際に、原料原子の流れる方向が略ａ軸方向に変化するとともに、この原料原子の流れが凹凸１０ｂによって分断される。このため、凹凸１０ｂの片側の近傍領域において、原料原子の供給が少なくなり、半導体層２０に傾斜領域２１が形成される。すなわち、ａ軸方向にオフ角度を有する主面１０ａ上に半導体層２０を形成する場合、凹凸１０ｂにより半導体層２０の面内での成長に不連続性が生じる。これにより、不連続点付近での原子のマイグレーション状態が変化するので、傾斜領域２１が形成される。このため、図４、図１９および図２０に示すように、凹凸領域１１が凹部１０ｃであっても基板１０と同じまたは異なる材料からなる凸部１０ｄであっても、傾斜領域２１が形成される。
【００６０】
なお、半導体層２０は凹部１０ｃ内には形成されにくいので、凹部１０ｃの内部に形成される半導体層２０は図２５に示すように、非傾斜領域２２に形成される半導体層２０に比べて薄くなる。また、凹凸１０ｂがＳｉＯ2やＡｌＮのような窒化物半導体の成長を抑制する材料の凸部１０ｄにより形成されている場合、図２０に示すように、凸部１０ｄ上には半導体層２０がほとんど形成されない。凹凸１０ｂが凹部１０ｃまたは基板１０と異なる材料からなる凸部１０ｄにより形成されている場合は、凹凸１０ｂが基板１０と同じ材料の凸部１０ｄにより形成されている場合に比べて、傾斜領域２１の幅（略ａ軸方向の長さ）が大きくなる。また、ｃ面を主面とする窒化物半導体基板を用いた場合には、上記と同様の凹凸が形成されていたとしても、上記のような傾斜領域は形成されない。
【００６１】
傾斜領域２１の幅（略ａ軸方向の長さ）および傾斜領域２１の傾斜角度（傾斜領域２１の表面（上面）と基板１０の主面１０ａとのなす角度）は、主面１０ａのａ軸方向のオフ角度によって制御される。具体的には、傾斜領域２１の幅は、「係数Ｚ×半導体層２０の厚み」で算出される。この係数Ｚは図２６に示すように、主面１０ａのａ軸方向のオフ角度が小さくなるにしたがって大きくなる。すなわち、主面１０ａのａ軸方向のオフ角度が小さくなるにしたがって、傾斜領域２１の傾斜角度が小さくなり、幅が大きくなる。また、主面１０ａのａ軸方向のオフ角度が小さすぎると、傾斜領域２１の幅が大きくなり過ぎる。
【００６２】
ここで、一般的な窒化物半導体発光素子によく見られるように、半導体層２０の厚みを２μｍ程度にした場合、オフ角度が約０．５度では傾斜領域２１の幅は約３００μｍになる。また、オフ角度が約２５度では傾斜領域２１の幅は約１０μｍになる。窒化物半導体発光ダイオードのように発光部を比較的自由に配置できる場合は、オフ角度の制限はあまりない。その一方、窒化物半導体レーザ素子のように非傾斜領域２２にリッジ部や光導波領域などを形成する必要がある場合は、非傾斜領域２２を確保するために、オフ角度を約０．５度以上にすることが好ましい。
【００６３】
半導体層２０は、図１に示すように、基板１０の主面１０ａ上に順に積層されたｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、発光部である活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄを含んでいる。これらｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄは、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのエピタキシャル成長法によって形成されている。なお、ｎ型層２０ａは、本発明の「第１半導体層」の一例であり、ｎ型コンタクト層２０ｂは、本発明の「第１半導体層」および「高キャリア密度層」の一例である。また、ｐ型層２０ｄは、本発明の「第２半導体層」の一例である。
【００６４】
傾斜領域２１のｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄは、それぞれ、凹凸１０ｂに近づくにしたがって厚みが減少している。傾斜領域２１の半導体層２０（ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄ）は１点（収束点）に向かって収束している。また、傾斜領域２１のｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄは、それぞれ、非傾斜領域２２のｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄよりも小さい厚みを有する。
【００６５】
ｎ型コンタクト層２０ｂは、ｎ電極４０との間でオーミック接触が得られやすくなるように、ｎ型層２０ａよりも高いｎ型キャリア密度（第１導電型キャリア密度）を有している。具体的には、ｎ型コンタクト層２０ｂは約１×１０19ｃｍ-3以上約１×１０21ｃｍ-3以下のｎ型キャリア密度を有する。すなわち、高いｎ型キャリア密度を有するｎ型コンタクト層２０ｂは、半導体層２０のｎ型の層（ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂ）のうちの最上層に形成されている。
【００６６】
また、ｎ型コンタクト層２０ｂは約０．１μｍ以上約１μｍ以下の厚みを有する。本実施形態では、約１×１０19ｃｍ-3以上の高いｎ型キャリア密度を有する高キャリア密度層はｎ型コンタクト層２０ｂだけであり、高キャリア密度層の厚みの合計は約０．１μｍ以上約１μｍ以下である。
【００６７】
ｐ電極３０は、非傾斜領域２２において、ｐ型層２０ｄ上に形成されている。
【００６８】
傾斜領域２１において、ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域（例えば上記収束点に近い領域）上の活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄが除去されている。すなわち、傾斜領域２１において半導体層２０は、ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域上に、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄの除去部を有する。そして、この部分（ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域上）にｎ電極４０が形成されており、ｎ電極４０はｎ型コンタクト層２０ｂに接続されている。ｎ電極４０はｎ型層２０ａや基板１０にも接続されていてもよい。
【００６９】
なお、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄの除去の際に凹部１０ｃの内部の半導体層２０の全てまたは一部が除去されてもよい。そして、ｎ電極４０が凹部１０ｃの内部においても、ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａや基板１０に接続されていてもよい。このように構成すれば、ｎ電極４０とｎ型の層（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａおよび基板１０）との接触面積をより広げることが可能となる。これにより、ｎ電極４０とｎ型の層（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａおよび基板１０）との間の抵抗をさらに低減させることが可能となる。
【００７０】
本実施形態では、上記のように、半導体層２０は、厚みが変化することにより表面（上面）が主面１０ａに対して傾斜する傾斜領域２１を含み、傾斜領域２１のｐ型層２０ｄは、非傾斜領域２２のｐ型層２０ｄよりも小さい厚みを有する。これにより、傾斜領域２１において、ｐ型層２０ｄを除去してｎ型コンタクト層２０ｂを露出させるまでのエッチング量（エッチング深さ）を少なくすることができるので、エッチング時間を短縮することができる。このため、半導体層２０に加わるダメージを抑制することができるので、素子特性を向上させることができる。また、従来の構造では、ｎ型コンタクト層上にｎ電極を形成する場合、エッチング深さに注意してエッチングする必要があるが、本発明では、エッチング深さを厳密に制御しなくても、傾斜した面にｎ型コンタクト層２０ｂを容易に露出させることができる。
【００７１】
また、上記のように、ｐ型層２０ｄ上にｐ電極３０が形成されており、ｎ型コンタクト層２０ｂ上にｎ電極４０が形成されている。これにより、半導体層２０と電極（ｐ電極３０およびｎ電極４０）との間で良好なオーミック接触を容易に得ることができる。また、基板１０に通電する必要がないので、基板１０のｎ型キャリア密度を高くする必要がない。このため、基板１０が硬化して割れやすくなることがないので、基板１０の取り扱いが難しくなるのを抑制することができる。
【００７２】
また、上記のように、基板１０の無極性面（ｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有する主面１０ａ）上に半導体層２０を設ける。これにより、発光波長のブルーシフト（波長が短くなること）を抑制することができる。このような発光素子１は、例えば約４４５ｎｍ以上の発光波長を有する窒化物半導体発光素子に適している。
【００７３】
また、上記のように、高いｎ型キャリア密度を有するｎ型コンタクト層２０ｂは、半導体層２０のｎ型の層（ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂ）のうちの最上層に形成されている。これにより、高いｎ型キャリア密度を有する層（ｎ型コンタクト層２０ｂ）を露出させるまでのエッチング量を少なくすることができるので、エッチング時間をより短縮することができる。
【００７４】
また、上記のように、基板１０は、主面１０ａに凹凸１０ｂが形成された凹凸領域１１と、主面１０ａに凹凸１０ｂが形成されていない非凹凸領域１２とを含む。これにより、非凹凸領域１２上において、半導体層２０に、傾斜領域２１および非傾斜領域２２を容易に設けることができる。
【００７５】
また、上記のように、主面１０ａはｍ面に対してａ軸方向に約０．５度以上約２５度以下のオフ角度を有する。これにより、例えば半導体層２０の厚みを２μｍ程度とした場合、オフ角度が０．５度では傾斜領域２１の幅は約３００μｍになり、オフ角度が２５度では傾斜領域２１の幅は約１０μｍになる。このため、オフ角度を約０．５度以上にすることによって、傾斜領域２１が広くなりすぎるのを抑制することができる。これにより、非傾斜領域２２を確保することができるので、非傾斜領域２２において半導体層２０に機能部（発光部）を設けることができる。また、オフ角度を約２５度以下にすることによって、傾斜領域２１を確保することができるので、ｎ型コンタクト層２０ｂとｎ電極４０との接触面積を確保することができる。
【００７６】
また、主面１０ａのｍ面に対するａ軸方向のオフ角度が小さすぎたり大きすぎると、非傾斜領域２２上の半導体層２０の活性層２０ｃなどの結晶性が低下する。このため、オフ角度を約０．５度以上約５度以下にすれば、半導体層２０の結晶性が低下するのを抑制することができ、素子特性が劣化するのを抑制することができる。なお、オフ角度を約０．５度以上約５度以下にすることは、発光素子１が約４４５ｎｍ以上の発光波長を有する場合に特に効果的である。
【００７７】
また、主面１０ａのｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を約−３０度よりも小さくまたは約３０度よりも大きくした場合、半導体層２０の成長時の原子のマイグレーション状態が変化して、傾斜領域２１の形状を制御しにくくなる。これにより、非傾斜領域２２において半導体層２０の機能部（発光部）を確保できなくなる場合がある。このため、主面１０ａのｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を約−３０度以上約３０度以下にすることによって、傾斜領域２１を容易に所望の形状に形成することができ、非傾斜領域２２において半導体層２０の機能部（発光部）を確保することができる。
【００７８】
また、上記のように、ｎ型コンタクト層２０ｂは、約１×１０19ｃｍ-3以上約１×１０21ｃｍ-3以下のｎ型キャリア密度を有するｎ型コンタクト層２０ｂを含む。このように、ｎ型コンタクト層２０ｂが約１×１０19ｃｍ-3以上のｎ型キャリア密度を有することによって、ｎ型コンタクト層２０ｂとｎ電極４０との間で良好なオーミック接触を容易に得ることができる。また、ｎ型コンタクト層２０ｂが約１×１０21ｃｍ-3以下のｎ型キャリア密度を有することによって、ｎ型コンタクト層２０ｂが硬質化して素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００７９】
また、上記のように、ｎ型コンタクト層２０ｂの厚みは、約０．１μｍ以上約１μｍ以下である。ｎ型コンタクト層２０ｂは厚みが大きくなるほど、傾斜した面に露出する面積が広くなる。このため、ｎ型コンタクト層２０ｂの厚みを約０．１μｍ以上にすることによって、ｐ型層２０ｄを除去した際のｎ型コンタクト層２０ｂの露出面積を広げることができる。これにより、ｎ型コンタクト層２０ｂとｎ電極４０との接触面積を確保することができる。また、ｎ型コンタクト層２０ｂの厚みを約１μｍ以下にすることによって、ｎ型コンタクト層２０ｂが硬質化した場合であっても、歪を抑制することができるので、ｎ型コンタクト層２０ｂにクラックが入るなどして素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００８０】
また、上記のように、凹凸１０ｂは略ｃ軸方向に延びる領域に形成されている。これにより、凹凸１０ｂの略ａ軸方向の幅が大きくなるのを抑制することができるので、傾斜領域２１および非傾斜領域２２が狭くなるのを抑制することができる。
【００８１】
（第１実施例）
この本発明の第１実施例では図２７〜図３６を参照して、窒化物半導体発光素子１０１（以下、単に発光素子１０１と称する）が窒化物半導体発光ダイオードからなる場合について説明する。発光素子１０１は、本発明の「窒化物半導体素子」の一例である。なお、図面簡略化のため、凹部１０ｃ内の半導体層２０を省略している。また、製造プロセスはウェハ状態で行われるが、図面簡略化のため、１つの発光素子１０１だけを描いている。
【００８２】
本発明の第１実施例の発光素子１０１は図２７に示すように、基板１０と、半導体層２０と、ｐ電極３０と、ｎ電極４０と、ＳｉＯ2などの誘電体からなる保護層５０とを含んでいる。基板１０の主面１０ａには例えば凹部１０ｃが形成されている。
【００８３】
傾斜領域２１（図２９参照）において、半導体層２０の一部が除去されており、ｎ電極４０がｎ型コンタクト層２０ｂおよびｎ型層２０ａに接続されている。ｎ電極４０は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｐｔなどにより形成されている。
【００８４】
ｐ電極３０は、ｐ型層２０ｄに接触する電極層３１と、電極層３１上に形成されたパッド電極層３２とを含んでいる。電極層３１は、例えばＰｄ、ＭｏおよびＡｕなどにより形成されている。電極層３１はＩＴＯなどからなる透明電極層により形成されていてもよい。パッド電極層３２は、例えばｎ電極４０と同じ材料により形成されている。パッド電極層３２はｎ電極４０と異なる材料により形成されていてもよい。
【００８５】
保護層５０はパッド電極層３２の上面およびｎ電極４０の上面以外を覆うように形成されている。
【００８６】
第１実施例のその他の構造は、上記実施形態と同様である。
【００８７】
次に、発光素子１０１の製造方法について説明する。まず、ステップＳ１０１（図２８参照）において、主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する基板１０を準備する。ステップＳ１０２において、図１１〜図１５に示したように基板１０の主面１０ａの一部に凹部１０ｃ（凹凸１０ｂ）を形成する。これにより、凹凸領域１１および非凹凸領域１２が形成される。
【００８８】
そして、ステップＳ１０３において、図２９に示すように、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、基板１０上に半導体層２０（ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄ）を形成する。このとき、半導体層２０に傾斜領域２１および非傾斜領域２２が形成される。その後、例えば窒素雰囲気において約８００度の温度で約３分間熱処理することにより、ｐ型層２０ｄを活性化させる。
【００８９】
その後、図３０に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域（電極層３１を形成する予定の領域）に開口部を有するレジスト層１７０を形成する。そして、ステップＳ１０４において、電極材料（Ｐｄ、Ｍｏ、ＡｕやＩＴＯなど）を蒸着した後、レジスト層１７０を除去することによって、図３１に示すように電極層３１を形成する。
【００９０】
その後、図３２に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域（ｎ電極４０を形成する予定の領域よりも少し広い領域）に開口部を有するレジスト層１７１を形成する。そして、ステップＳ１０５において、ＩＣＰ法などを用いて半導体層２０をエッチングしてｎ型コンタクト層２０ｂを露出させた後、レジスト層１７１を除去することによって、図３３に示す構造になる。このとき、ｎ型層２０ａや基板１０の表面も露出してもよい。また、半導体層２０のエッチング量は、非傾斜領域２２におけるｐ型層２０ｄの厚みよりも少ない。
【００９１】
その後、図３４に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域（パッド電極層３２およびｎ電極４０を形成する予定の領域）に開口部を有するレジスト層１７２を形成する。そして、ステップＳ１０６において、電極材料（Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｐｔなど）を蒸着した後、レジスト層１７２を除去することによって、図３５に示すようにパッド電極層３２およびｎ電極４０を同時に形成する。パッド電極層３２をｎ電極４０とは異なる電極材料を用いて形成してもよいが、この場合、製造プロセスが増える。
【００９２】
その後、ステップＳ１０７において、図２７に示すように、パッド電極層３２の上面およびｎ電極４０の上面が露出するように、ＳｉＯ2などからなる保護層５０を形成する。そして、ステップＳ１０８において、基板１０の裏面を研磨した後、分割することによって、個々に分割された発光素子１０１が得られる。
【００９３】
なお、図２７および図３５では、ｎ電極４０は基板１０の凹部１０ｃ（凹凸１０ｂ）まで形成されていないが、ｎ電極４０を凹部１０ｃ（凹凸１０ｂ）まで形成してもよい。この場合、ｎ電極４０とｎ型の層（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａおよび基板１０）との接触面積を広げることが可能である。さらに、レジスト層１７２の開口部を大きく形成することが可能となるので、製造プロセスが容易になる。
【００９４】
また、図３６に示すように、発光素子１０１をステム１９１に実装しレンズ１９２で覆うことによって、窒化物半導体装置１９０が得られる。
【００９５】
第１実施例のその他の製造方法および効果は、上記実施形態と同様である。
【００９６】
（第２実施例）
この本発明の第２実施例では図２９、図３７〜図４６を参照して、窒化物半導体発光素子２０１（以下、単に発光素子２０１と称する）が窒化物半導体レーザ素子からなる場合について説明する。なお、発光素子２０１は、本発明の「窒化物半導体素子」の一例である。
【００９７】
本発明の第２実施例の発光素子２０１は図３７に示すように、基板１０と、半導体層２０と、ｐ電極３０と、ｎ電極４０と、ＳｉＯ2などの誘電体からなる保護層５１とを含んでいる。
【００９８】
傾斜領域２１（図２９参照）において、半導体層２０の一部が除去されており、ｎ電極４０がｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａおよび基板１０に接続されている。
【００９９】
非傾斜領域２２（図２９参照）において、ｐ型層２０ｄの所定の領域が除去されることによりリッジ部２０ｅが形成されている。このリッジ部２０ｅは略ｃ軸方向に延びるように形成されている。リッジ部２０ｅ近傍の活性層２０ｃを含む領域は、発生した光を導波する光導波領域となっている。この光導波領域もリッジ部２０ｅと同様、略ｃ軸方向に延びるように形成されている。
【０１００】
保護層５１は半導体層２０の所定領域を覆うように形成されている。
【０１０１】
ここで、基板１０および半導体層２０の窒化物半導体積層構造の一例を示す。図３８に示すように、基板１０はｎ型ＧａＮ基板により形成されている。基板１０の主面１０ａ上に、ｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２２１、ｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層２２２、ノンドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるガイド層２２３、活性層２２４、ノンドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるガイド層２２５、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなるキャリアブロック層２２６、ｐ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｐ型クラッド層２２７およびｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２２８が順次形成されている。
【０１０２】
すなわち、ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂおよび活性層２０ｃはそれぞれ、ｎ型クラッド層２２１、ｎ型コンタクト層２２２および活性層２２４により形成されている。ｐ型層２０ｄは、キャリアブロック層２２６、ｐ型クラッド層２２７およびｐ型コンタクト層２２８により形成されている。ｎ型の層（ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂ）と活性層２０ｃとの間にはガイド層２２３が設けられており、活性層２０ｃとｐ型層２０ｄとの間にはガイド層２２５が設けられている。
【０１０３】
また、非傾斜領域２２において、ｎ型クラッド層２２１、ｎ型コンタクト層２２２、ガイド層２２３、ガイド層２２５、キャリアブロック層２２６、ｐ型クラッド層２２７およびｐ型コンタクト層２２８は、それぞれ、約１．５μｍ、約０．５μｍ、約０．１μｍ、約０．１μｍ、約１０ｎｍ、約０．５μｍおよび約０．１μｍの厚みに形成されている。
【０１０４】
また、ｎ型の層（基板１０、ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂ）には、ｎ型不純物として、例えばＳｉがドープされており、ｐ型層２０ｄには、ｐ型不純物として、例えばＭｇがドープされている。
【０１０５】
第２実施例のその他の構造は、上記実施形態および第１実施例と同様である。
【０１０６】
次に、発光素子２０１の製造方法について説明する。まず、ステップＳ２０１（図３９参照）において、主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する基板１０を準備する。ステップＳ２０２において、基板１０の主面１０ａの一部に凹部１０ｃを形成する。
【０１０７】
そして、ステップＳ２０３において、図２９に示したように、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、基板１０上に半導体層２０（ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄ）を形成する。その後、例えば窒素雰囲気において約８００度の温度で約３分間熱処理することにより、ｐ型層２０ｄを活性化させる。
【０１０８】
その後、図４０に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域（電極層３１を形成する予定の領域）に略ｃ軸方向に延びる開口部を有するレジスト層２７０を形成する。そして、ステップＳ２０４において、電極材料（Ｐｄ、Ｍｏ、ＡｕやＩＴＯなど）を蒸着した後、レジスト層２７０を除去することによって、図４１に示すように略ｃ軸方向に延びる電極層３１を形成する。
【０１０９】
その後、ステップＳ２０５において、ＩＣＰ法などを用いて非傾斜領域２２のｐ型層２０ｄの途中の深さまでエッチングすることによって、図４２に示すようにｐ型層２０ｄにリッジ部２０ｅを形成する。このとき、傾斜領域２１も同時にエッチングされ、傾斜領域２１においてｎ型コンタクト層２０ｂの一部が露出される。すなわち、ｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域上の活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄがエッチングされ、傾斜領域２１においてｎ型コンタクト層２０ｂの一部が露出される。なお、ｎ型層２０ａおよび基板１０も露出されてもよい。
【０１１０】
その後、ステップＳ２０６において、図４３に示すように、半導体層２０および電極層３１等を覆うように保護層５１を形成する。そして、図４４に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、保護層５１の所定の領域（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａ、基板１０の露出された領域、および、電極層３１上の領域）を除去する。
【０１１１】
その後、図４５に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域（パッド電極層３２およびｎ電極４０を形成する予定の領域）に開口部を有するレジスト層２７１を形成する。そして、ステップＳ２０７において、電極材料を蒸着した後、レジスト層２７１を除去することによって、図３７に示すようにパッド電極層３２およびｎ電極４０を形成する。
【０１１２】
その後、ステップＳ２０８において、基板１０の裏面を研磨した後、分割することによって、個々に分割された発光素子２０１が得られる。
【０１１３】
また、図４６に示すように、発光素子２０１をステム２９１に実装し、開口部（図示せず）を有するキャップ２９２を被せることによって、窒化物半導体装置２９０が得られる。
【０１１４】
第２実施例のその他の製造方法は、上記第１実施例と同様である。
【０１１５】
本実施例では、上記のように、傾斜領域２１のｐ型層２０ｄおよび活性層２０ｃの除去と同時に、半導体層２０にリッジ部２０ｅを形成する。これにより、発光素子２０１の製造時間を短縮することができる。
【０１１６】
第２実施例のその他の効果は、上記実施形態と同様である。
【０１１７】
（第３実施例）
この本発明の第３実施例では図４７〜図５２を参照して、上記第２実施例とは異なり、電極層３１やパッド電極層３２を形成する前にｎ電極４０を形成して熱処理する場合について説明する。
【０１１８】
本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子３０１（以下、単に発光素子３０１と称する）は図４７に示すように、基板１０と、半導体層２０と、ｐ電極３０と、ｎ電極４０と、ＳｉＯ2などの誘電体からなる保護層５２とを含んでいる。なお、発光素子３０１は、本発明の「窒化物半導体素子」の一例である。
【０１１９】
保護層５２は半導体層２０の所定領域を覆うように形成されている。また、保護層５２はｎ電極４０と半導体層２０との間には設けられておらず、ｎ電極４０の側面を覆うように形成されている。
【０１２０】
第３実施例のその他の構造は、上記第２実施例と同様である。
【０１２１】
次に、発光素子３０１の製造方法について説明する。まず、ステップＳ３０１（図４８参照）において、主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する基板１０を準備する。ステップＳ３０２において、基板１０の主面１０ａの一部に凹部１０ｃを形成する。そして、ステップＳ３０３において、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、基板１０上に半導体層２０（ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄ）を形成する。
【０１２２】
その後、図４９に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域上（リッジ部２０ｅを形成する予定の領域上）にレジスト層３７０を形成する。そして、ステップＳ３０４において、ＩＣＰ法などを用いて非傾斜領域２２のｐ型層２０ｄの途中の深さまでエッチングすることによって、図５０に示すようにｐ型層２０ｄにリッジ部２０ｅを形成する。このとき、傾斜領域２１も同時にエッチングされ、傾斜領域２１においてｎ型コンタクト層２０ｂの一部が露出される。なお、ｎ型層２０ａおよび基板１０も露出されてもよい。
【０１２３】
その後、レジスト層３７０を除去し、半導体層２０等を覆うようにレジスト層３７１（図５１参照）を形成する。そして、図５１に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、レジスト層３７１の所定の領域（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａ、基板１０の露出された領域）に開口部を形成する。
【０１２４】
その後、ステップＳ３０５において、電極材料を蒸着した後、レジスト層３７１を除去することによって、図５２に示すように所定領域にｎ電極４０を配置する。そして、例えば窒素雰囲気において約４００度以上約６００度以下の温度で熱処理することにより、ｎ電極４０とｎ型の層（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａおよび基板１０）との間のオーミック性をさらに向上させる。なお、約４００度よりも低い温度ではオーミック性の向上に対して不十分な場合があり、約６００度よりも高い温度ではオーミック性が劣化する場合がある。
【０１２５】
その後、ステップＳ３０６において、レジストプロセスを用いてリッジ部２０ｅ上に電極層３１を形成する。ステップＳ３０７において、半導体層２０、ｎ電極４０および電極層３１等を覆うように保護層５２（図４７参照）を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、保護層５２の所定の領域（ｎ電極４０および電極層３１上の領域）を除去する。その後、ステップＳ３０８において、図４７に示すように、レジストプロセスを用いてパッド電極層３２を形成する。
【０１２６】
そして、ステップＳ３０９において、基板１０の裏面を研磨した後、分割することによって、個々に分割された発光素子３０１が得られる。
【０１２７】
また、上記第２実施例と同様、発光素子３０１をステム２９１に実装しキャップ２９２を被せることによって、窒化物半導体装置が得られる。
【０１２８】
第３実施例のその他の製造方法は、上記第２実施例と同様である。
【０１２９】
本実施例では、上記のように、ｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域上にｎ電極４０を配置して熱処理した後に、ｐ型層２０ｄ上に電極層３１（ｐ電極３０）を形成する。これにより、ｎ電極４０を熱処理する際に電極層３１（ｐ電極３０）は熱処理されないので、ｐ型層２０ｄと電極層３１（ｐ電極３０）との間のオーミック性が劣化するのを防止することができる。なお、ｎ電極（カソード電極）を窒化物半導体基板の裏面上に形成する方法では、窒化物半導体基板の裏面を研磨する前にｐ型層上にｐ電極（アノード電極）を形成する必要がある。このため、窒化物半導体基板の裏面上にｎ電極を設けた後に熱処理を行うと、ｐ電極も熱処理され、ｐ型層とｐ電極との間のオーミック性が劣化する場合がある。
【０１３０】
第３実施例のその他の効果は、上記第２実施例と同様である。
【０１３１】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１３２】
例えば、上記実施形態および実施例では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とした例について示したが、本発明はこれに限らず、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としてもよい。
【０１３３】
また、上記実施形態および実施例では、窒化物半導体素子として窒化物半導体層に活性層が設けられた窒化物半導体発光素子について説明したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体層に活性層が設けられていなくてもよい。このような窒化物半導体素子としては、例えば窒化物ヘテロ構造を有する電子デバイスなどがある。
【０１３４】
また、上記実施形態および実施例では、高キャリア密度層としてｎ型コンタクト層を１層だけ設けた例について説明したが、本発明はこれに限らず、高キャリア密度層を２層以上設けてもよい。この場合、２層以上の高キャリア密度層の厚みの合計は、約０．１μｍ以上約１μｍ以下であることが好ましい。
【０１３５】
また、上記実施形態および実施例では、高キャリア密度層（ｎ型コンタクト層）を、窒化物半導体層のｎ型の層（ｎ型層およびｎ型コンタクト層）のうちの最上層に形成した例について示したが、本発明はこれに限らない。高キャリア密度層（ｎ型コンタクト層）の上面上にさらにｎ型の層が形成されていてもよい。
【０１３６】
また、上記第１〜第３実施例では、凹凸が凹部により形成されている例について示したが、凹凸が凸部により形成されていてもよいことは言うまでもない。
【０１３７】
また、上述した実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせて得られる構成についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３８】
１、１０１、２０１、３０１ 窒化物半導体発光素子（窒化物半導体素子）
１０ 窒化物半導体基板
１０ａ 主面
１０ｂ 凹凸
１０ｃ 凹部
１１ 凹凸領域
１２ 非凹凸領域
２０ 窒化物半導体層
２０ａ ｎ型層（第１半導体層）
２０ｂ ｎ型コンタクト層（第１半導体層、高キャリア密度層）
２０ｄ ｐ型層（第２半導体層）
２１ 傾斜領域
２２ 非傾斜領域
３０ ｐ電極（第１電極）
４０ ｎ電極（第２電極）
１００ 窒化物半導体ウェハ
１９０、２９０ 窒化物半導体装置
２２１ ｎ型クラッド層（第１半導体層）
２２２ ｎ型コンタクト層（第１半導体層、高キャリア密度層）
２２６ キャリアブロック層（第２半導体層）
２２７ ｐ型クラッド層（第２半導体層）
２２８ ｐ型コンタクト層（第２半導体層）
θ オフ角度
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化物半導体素子、窒化物半導体装置、および窒化物半導体ウェハに関する。また窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に窒化物半導体層が形成された窒化物半導体発光素子（窒化物半導体素子）が知られている。窒化物半導体層は基板側から順にｎ型層と、発光部である活性層と、ｐ型層とを含む。アノード電極はｐ型層上に形成される。カソード電極は、ｎ型層上に形成される場合と、基板の裏面上に形成される場合とがある。
【０００３】
カソード電極をｎ型層上に形成する場合、ｎ型層の所定領域上のｐ型層および活性層をエッチングしてｎ型層を露出させ、その部分にカソード電極を形成する。この構成では、基板には通電しないため、導電性の乏しいサファイア基板などが用いられる。このような構成は、窒化物半導体発光ダイオードによく用いられ、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
一方、カソード電極を基板の裏面上に形成する場合、基板の裏面を研磨した後に基板の裏面上にカソード電極を形成する。この構成では、基板に通電するため、主に窒化物半導体基板が用いられる。このような構成は、窒化物半導体レーザ素子によく用いられ、例えば特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５２５４２号公報
【特許文献２】特開２００７−２５８３６４号公報
【特許文献３】特開２００４−３５６４５４号公報
【特許文献４】特開２０１１−３５１２５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、カソード電極をｎ型層上に形成する方法では、ｐ型層および活性層をｎ型層が露出するまで深くエッチングする必要があり、エッチングに時間がかかる。このため、長時間にわたってエッチングすること起因して、窒化物半導体層に大きなダメージが加わるという問題点がある。
【０００７】
一方、カソード電極を窒化物半導体基板の裏面上に形成する方法では、カソード電極と窒化物半導体基板との間で良好なオーミック接触を得るために、窒化物半導体基板のｎ型キャリア密度を高くする必要がある。しかしながら、ｎ型キャリア密度が高い窒化物半導体基板は一般的に硬化して割れやすいので、その取り扱いが難しくなるという問題点がある。すなわち、カソード電極を窒化物半導体基板の裏面上に形成する方法では、カソード電極を形成する前に基板の裏面を研磨して基板を薄くしている。その上、ｎ型キャリア密度を高くすることにより窒化物半導体基板が硬化して割れやすくなるので、その取り扱いが難しくなる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制しながら、窒化物半導体層と電極との間でオーミック接触を得ることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体装置、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体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】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の窒化物半導体素子は、主面を有する窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の主面上に順に積層された第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を含む窒化物半導体層と、を備え、主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含み、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有し、非傾斜領域において、第２半導体層上に第１電極が形成されており、傾斜領域において、第１半導体層の所定領域上の第２半導体層が除去されており、第１半導体層の所定領域上に第２電極が形成されている。
【００１０】
この窒化物半導体素子では、上記のように、窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域を含み、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有する。これにより、傾斜領域において、第２半導体層を除去して第１半導体層を露出させるまでのエッチング量（エッチング深さ）を少なくすることができるので、エッチング時間を短縮することができる。このため、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制することができる。
【００１１】
また、上記のように、第２半導体層上に第１電極が形成されており、第１半導体層上に第２電極が形成されている。これにより、窒化物半導体層と電極（第１電極および第２電極）との間でオーミック接触を容易に得ることができる。また、窒化物半導体基板に通電する必要がないので、窒化物半導体基板のキャリア密度を高くする必要がない。このため、窒化物半導体基板が硬化して割れやすくなることがないので、窒化物半導体基板の取り扱いが難しくなるのを抑制することができる。
【００１２】
上記窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体基板は、主面に凹凸が形成された凹凸領域と、主面に凹凸が形成されていない非凹凸領域とを含む。このように構成すれば、非凹凸領域上において、窒化物半導体層に、傾斜領域および非傾斜領域を容易に設けることができる。
【００１３】
なお、本明細書および特許請求の範囲において、凹凸とは、凹部、凸部またはその両方を意味する。また、凹凸領域とは、凹部、凸部またはその両方が形成された領域を意味し、非凹凸領域とは、凹部および凸部のいずれも形成されていない領域を意味する。
【００１４】
上記窒化物半導体基板が凹凸領域と非凹凸領域とを含む窒化物半導体素子において、好ましくは、主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上２５度以下のオフ角度を有する。このように構成すれば、例えば窒化物半導体発光素子によく見られるように窒化物半導体層の厚みを２μｍ程度とした場合、オフ角度が０．５度では傾斜領域の幅は約３００μｍになり、オフ角度が２５度では傾斜領域の幅は約１０μｍになる。このため、オフ角度を０．５度以上にすることによって、傾斜領域が広くなりすぎるのを抑制することができる。これにより、非傾斜領域を確保することができるので、非傾斜領域において窒化物半導体層に機能部（例えば発光部）を設けることができる。また、オフ角度を２５度以下にすることによって、傾斜領域を確保することができるので、第１半導体層と第２電極との接触面積を確保することができる。
【００１５】
この場合、好ましくは、主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上５度以下のオフ角度を有する。ａ軸方向のオフ角度が小さすぎたり大きすぎると、非傾斜領域上の窒化物半導体層の結晶性が低下する。このため、主面のｍ面に対するａ軸方向のオフ角度を０．５度以上５度以下にすることによって、窒化物半導体層の結晶性が低下するのを抑制することができ、素子特性が劣化するのを抑制することができる。
【００１６】
上記窒化物半導体基板が凹凸領域と非凹凸領域とを含む窒化物半導体素子において、好ましくは、主面はｍ面に対してｃ軸方向に−３０度以上３０度以下のオフ角度を有する。主面のｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を−３０度よりも小さくまたは３０度よりも大きくした場合、窒化物半導体層の成長時の原子のマイグレーション状態が変化して、傾斜領域の形状を制御しにくくなる。これにより、非傾斜領域において窒化物半導体層の機能部（例えば発光部）を確保できなくなる場合がある。このため、主面のｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を−３０度以上３０度以下にすることによって、傾斜領域を容易に所望の形状に形成することができ、非傾斜領域において窒化物半導体層の機能部（例えば発光部）を確保することができる。
【００１７】
上記窒化物半導体素子において、好ましくは、第１半導体層は、１×１０19ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下の第１導電型キャリア密度を有する１つ以上の高キャリア密度層を含む。このように、第１半導体層が１×１０19ｃｍ-3以上の第１導電型キャリア密度を有する高キャリア密度層を含むことによって、第１半導体層と第２電極との間で良好なオーミック接触を容易に得ることができる。また、高キャリア密度層の第１導電型キャリア密度を１×１０21ｃｍ-3以下にすることによって、高キャリア密度層が硬質化して素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００１８】
この場合、好ましくは、高キャリア密度層の厚みの合計は、０．１μｍ以上１μｍ以下である。高キャリア密度層は厚みが大きくなるほど、傾斜した面に露出する面積が広くなる。このため、高キャリア密度層の厚みの合計を０．１μｍ以上にすることによって、第２半導体層を除去した際の高キャリア密度層の露出面積を広げることができる。これにより、高キャリア密度層と第２電極との接触面積を確保することができる。また、高キャリア密度層の厚みの合計を１μｍ以下にすることによって、高キャリア密度層が硬質化した場合であっても、歪を抑制することができるので、高キャリア密度層にクラックが入るなどして素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００１９】
上記窒化物半導体基板が凹凸領域と非凹凸領域とを含む窒化物半導体素子において、好ましくは、凹凸領域は、窒化物半導体基板の主面に凹部が形成された領域である。このように構成すれば、窒化物半導体基板の主面に容易に凹凸領域を形成することができる。
【００２０】
上記窒化物半導体基板が凹凸領域と非凹凸領域とを含む窒化物半導体素子において、好ましくは、凹凸は略ｃ軸方向に延びる領域に形成されている。このように構成すれば、凹凸の略ａ軸方向の幅が大きくなるのを抑制することができるので、傾斜領域および非傾斜領域が狭くなるのを抑制することができる。
【００２１】
上記窒化物半導体素子において、好ましくは、窒化物半導体層は略ｃ軸方向に延びる光導波領域を含む。
【００２２】
この発明の窒化物半導体装置は、上記の構成の窒化物半導体素子を備える。このように構成すれば、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制しながら、窒化物半導体層と電極との間でオーミック接触を得ることが可能な窒化物半導体装置を得ることができる。
【００２３】
この発明の窒化物半導体ウェハは、主面を有する窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の主面上に順に積層された第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を含む窒化物半導体層と、を備え、主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含み、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有し、非傾斜領域において、第２半導体層上に第１電極が形成されており、傾斜領域において、第１半導体層の所定領域上の第２半導体層が除去されており、第１半導体層の所定領域上に第２電極が形成されている。
【００２４】
この窒化物半導体ウェハでは、上記のように、窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域を含み、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有する。これにより、傾斜領域において、第２半導体層を除去して第１半導体層を露出させるまでのエッチング量（エッチング深さ）を少なくすることができるので、エッチング時間を短縮することができる。このため、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制することができる。
【００２５】
また、上記のように、第２半導体層上に第１電極が形成されており、第１半導体層上に第２電極が形成されている。これにより、窒化物半導体層と電極（第１電極および第２電極）との間で良好なオーミック接触を容易に得ることができる。また、窒化物半導体基板に通電する必要がないので、窒化物半導体基板のキャリア密度を高くする必要がない。このため、窒化物半導体基板が硬化して割れやすくなることがないので、窒化物半導体基板の取り扱いが難しくなるのを抑制することができる。
【００２６】
この発明の窒化物半導体素子の製造方法は、主面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の主面上に順に第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を積層することにより窒化物半導体層を形成する工程と、第２半導体層上に第１電極を形成する工程と、第１半導体層の所定領域上に第２電極を形成する工程と、を備え、主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、窒化物半導体層を形成する工程は、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含む窒化物半導体層を設ける工程を含み、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有し、第１電極を形成する工程は、非傾斜領域において、第２半導体層上に第１電極を形成する工程を含み、第２電極を形成する工程は、傾斜領域において、第１半導体層の所定領域上の第２半導体層を除去する工程と、第１半導体層の所定領域上に第２電極を形成する工程とを含む。
【００２７】
この窒化物半導体素子の製造方法は、上記のように、厚みが変化することにより表面が主面に対して傾斜する傾斜領域を含む窒化物半導体層を設ける工程を備え、傾斜領域の第２半導体層は、非傾斜領域の第２半導体層よりも小さい厚みを有する。これにより、傾斜領域において、第２半導体層を除去して第１半導体層を露出させるまでのエッチング量（エッチング深さ）を少なくすることができるので、エッチング時間を短縮することができる。このため、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制することができる。
【００２８】
また、上記のように、第２半導体層上に第１電極を形成する工程と、第１半導体層上に第２電極を形成する工程とを備える。これにより、窒化物半導体層と電極（第１電極および第２電極）との間でオーミック接触を容易に得ることができる。また、窒化物半導体基板に通電する必要がないので、窒化物半導体基板のキャリア密度を高くする必要がない。このため、窒化物半導体基板が硬化して割れやすくなることがないので、窒化物半導体基板の取り扱いが難しくなるのを抑制することができる。
【００２９】
上記窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、窒化物半導体層を形成する工程に先立って、窒化物半導体基板の主面の一部に凹凸を形成することにより、主面に凹凸が形成された凹凸領域と、主面に凹凸が形成されていない非凹凸領域とを設ける工程を備える。このように構成すれば、非凹凸領域上において、窒化物半導体層に、傾斜領域および非傾斜領域を容易に設けることができる。
【００３０】
上記窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、第１半導体層の所定領域上の第２半導体層を除去する工程は、非傾斜領域において、窒化物半導体層を部分的に除去することにより、窒化物半導体層にリッジ部を形成する工程を含む。すなわち、第２半導体層の除去と同時に、窒化物半導体層にリッジ部を形成する。これにより、窒化物半導体素子の製造時間を短縮することができる。
【００３１】
上記窒化物半導体基板に凹凸領域と非凹凸領域とを設ける工程を備える窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上２５度以下のオフ角度を有する。このように構成すれば、例えば窒化物半導体発光素子によく見られるように窒化物半導体層の厚みを２μｍ程度とした場合、オフ角度が０．５度では傾斜領域の幅は約３００μｍになり、オフ角度が２５度では傾斜領域の幅は約１０μｍになる。このため、オフ角度を０．５度以上にすることによって、傾斜領域が広くなりすぎるのを抑制することができる。これにより、非傾斜領域を確保することができるので、非傾斜領域において窒化物半導体層に機能部（例えば発光部）を設けることができる。また、オフ角度を２５度以下にすることによって、傾斜領域を確保することができるので、第１半導体層と第２電極との接触面積を確保することができる。
【００３２】
この場合、好ましくは、主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上５度以下のオフ角度を有する。ａ軸方向のオフ角度が小さすぎたり大きすぎると、非傾斜領域上の窒化物半導体層の結晶性が低下する。このため、主面のｍ面に対するａ軸方向のオフ角度を０．５度以上５度以下にすることによって、窒化物半導体層の結晶性が低下するのを抑制することができ、素子特性が劣化するのを抑制することができる。
【００３３】
上記窒化物半導体基板に凹凸領域と非凹凸領域とを設ける工程を備える窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、主面はｍ面に対してｃ軸方向に−３０度以上３０度以下のオフ角度を有する。主面のｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を−３０度よりも小さくまたは３０度よりも大きくした場合、窒化物半導体層の成長時の原子のマイグレーション状態が変化して、傾斜領域の形状を制御しにくくなる。これにより、非傾斜領域において窒化物半導体層の機能部（例えば発光部）を確保できなくなる場合がある。このため、主面のｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を−３０度以上３０度以下にすることによって、傾斜領域を容易に所望の形状に形成することができ、非傾斜領域において窒化物半導体層の機能部（例えば発光部）を確保することができる。
【００３４】
上記窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、第１半導体層は、１×１０19ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下の第１導電型キャリア密度を有する１つ以上の高キャリア密度層を含む。このように、第１半導体層が１×１０19ｃｍ-3以上の第１導電型キャリア密度を有する高キャリア密度層を含むことによって、第１半導体層と第２電極との間で良好なオーミック接触を容易に得ることができる。また、高キャリア密度層の第１導電型キャリア密度を１×１０21ｃｍ-3以下にすることによって、高キャリア密度層が硬質化して素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００３５】
この場合、好ましくは、高キャリア密度層の厚みの合計は、０．１μｍ以上１μｍ以下である。高キャリア密度層は厚みが大きくなるほど、傾斜した面に露出する面積が広くなる。このため、高キャリア密度層の厚みの合計を０．１μｍ以上にすることによって、第２半導体層を除去した際の高キャリア密度層の露出面積を広げることができる。これにより、高キャリア密度層と第２電極との接触面積を確保することができる。また、高キャリア密度層の厚みの合計を１μｍ以下にすることによって、高キャリア密度層が硬質化した場合であっても、歪を抑制することができるので、高キャリア密度層にクラックが入るなどして素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００３６】
上記窒化物半導体基板に凹凸領域と非凹凸領域とを設ける工程を備える窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、凹凸領域は、窒化物半導体基板の主面に凹部が形成された領域である。このように構成すれば、窒化物半導体基板の主面に容易に凹凸領域を形成することができる。
【００３７】
上記窒化物半導体基板に凹凸領域と非凹凸領域とを設ける工程を備える窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、凹凸は略ｃ軸方向に延びる領域に形成される。このように構成すれば、凹凸の略ａ軸方向の幅が大きくなるのを抑制することができるので、傾斜領域および非傾斜領域が狭くなるのを抑制することができる。
【００３８】
上記窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、窒化物半導体層は略ｃ軸方向に延びる光導波領域を含む。
【００３９】
上記窒化物半導体素子の製造方法において、好ましくは、第１半導体層の所定領域上に第２電極を形成する工程は、第１半導体層の所定領域上に第２電極を配置する工程と、第２電極を４００度以上６００度以下の温度で熱処理する工程とを含み、第２電極を熱処理した後に、第２半導体層上に第１電極を形成する。このように構成すれば、第２電極を熱処理する際に第１電極は熱処理されないので、第２半導体層と第１電極との間のオーミック性が劣化するのを防止することができる。なお、第２電極（例えばカソード電極）を窒化物半導体基板の裏面上に形成する方法では、窒化物半導体基板の裏面を研磨する前に第２半導体層上に第１電極（例えばアノード電極）を形成する必要がある。このため、窒化物半導体基板の裏面上に第２電極を設けた後に熱処理を行うと、第１電極も熱処理され、第２半導体層と第１電極との間のオーミック性が劣化する場合がある。
【発明の効果】
【００４０】
以上のように、本発明によれば、窒化物半導体層に加わるダメージを抑制しながら、窒化物半導体層と電極との間でオーミック接触を得ることが可能な窒化物半導体素子、窒化物半導体装置、窒化物半導体ウェハおよび窒化物半導体素子の製造方法を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態の窒化物半導体発光素子が形成された窒化物半導体ウェハの構造を示した断面図である。
【図２】窒化物半導体の結晶構造を説明するための図である。
【図３】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の主面のオフ角度を説明するための図である。
【図４】図１に示した本発明の実施形態の凹部が形成された窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した断面図である。
【図５】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の構造を示した断面図である。
【図６】本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の構造を示した断面図である。
【図７】本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凸部（凹凸）の構造を示した断面図である。
【図８】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹凸の構造を示した平面図である。
【図９】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹凸の構造を示した平面図である。
【図１０】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹凸の構造を示した平面図である。
【図１１】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凸部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凸部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１８】本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凸部（凹凸）の製造方法を説明するための断面図である。
【図１９】本発明の実施形態の凸部が形成された窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した断面図である。
【図２０】本発明の実施形態の凸部が形成された窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した断面図である。
【図２１】図８に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した平面図である。
【図２２】図８に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した平面図である。
【図２３】図９に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した平面図である。
【図２４】図１０に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を設けた状態を示した平面図である。
【図２５】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の凹部周辺の窒化物半導体層の構造を示した断面図である。
【図２６】図１に示した本発明の実施形態の窒化物半導体基板の主面のａ軸方向のオフ角度と係数Ｚとの関係を示した図である。
【図２７】本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図２８】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２９】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３０】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３１】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３２】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３３】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３４】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３５】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３６】図２７に示した本発明の第１実施例の窒化物半導体発光素子を備えた窒化物半導体装置の構造を示した図である。
【図３７】本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図３８】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の窒化物半導体積層構造の一例を示した断面図である。
【図３９】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４０】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４１】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４２】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４３】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４４】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４５】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４６】図３７に示した本発明の第２実施例の窒化物半導体発光素子を備えた窒化物半導体装置の構造を示した図である。
【図４７】本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図４８】図４７に示した本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４９】図４７に示した本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５０】図４７に示した本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５１】図４７に示した本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５２】図４７に示した本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解を容易にするために、断面図であってもハッチングを施さない場合や、断面図でなくてもハッチングを施す場合がある。また、図面中において、長さ、幅、厚み、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
【００４３】
（実施形態）
図１〜図２６を参照して、本発明の実施形態による窒化物半導体発光素子１（以下、単に発光素子１と称する）が多数形成された窒化物半導体ウェハ１００（以下、単にウェハ１００と称する）の構造について説明する。なお、発光素子１は、本発明の「窒化物半導体素子」の一例である。
【００４４】
本発明の実施形態によるウェハ１００には図１に示すように、例えば窒化物半導体発光ダイオードまたは窒化物半導体レーザ素子などからなる多数の発光素子１がマトリクス状に形成されている。個々の発光素子１はウェハ１００を分割することにより得られる。
【００４５】
ウェハ１００はｎ型の窒化物半導体基板１０（以下、単に基板１０と称する）と、基板１０の主面１０ａ上に形成された窒化物半導体層２０（以下、単に半導体層２０と称する）と、アノード電極であるｐ電極３０およびカソード電極であるｎ電極４０とを含んでいる。ｐ電極３０は、本発明の「第１電極」の一例であり、ｎ電極４０は、本発明の「第２電極」の一例である。ｎ型は、本発明の「第１導電型」の一例であり、ｐ型は、本発明の「第２導電型」の一例である。
【００４６】
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「窒化物半導体」とは、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体を意味する。ただし、窒化物半導体の六方晶系が維持されることを前提として、窒化物半導体の窒素元素の約１０％以下がＡｓ、Ｐ、またはＳｂの元素で置換されてもよい。また、窒化物半導体中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇまたはＢｅがドーピングされてもよい。ｎ型不純物としては、これらのドーピング材料のうちでも、Ｓｉ、ＯおよびＣｌが特に好ましい。
【００４７】
窒化物半導体は図２に示すように、六方晶系の結晶構造を有している。この結晶構造において、六角柱とみなせる六方晶のｃ軸［０００１］を法線とする面（六角柱の上面）をｃ面（０００１）と呼び、六角柱の側壁面の各々をｍ面｛１−１００｝と呼ぶ。窒化物半導体では、ｃ軸方向に対称面が存在しないため、分極方向がｃ軸方向に沿っている。このため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示す。すなわち、＋ｃ面（（０００１）面）と−ｃ面（（０００−１）面）とは等価な面ではなく、化学的な性質も異なる。一方、ｍ面はｃ面に対して垂直な結晶面であるため、ｍ面の法線は分極方向に対して直交している。このため、ｍ面は極性のない無極性面である。なお、上述のように、六角柱の側壁面の各々がｍ面となるため、ｍ面は６種類の面方位（（１−１００）、（１０−１０）、（０１−１０）、（−１１００）、（−１０１０）、（０−１１０））で示されるが、これらの面方位は結晶幾何学的に等価な面方位であるため、これらを総称して｛１−１００｝と示す。また、ｃ面およびｍ面に対して垂直な面をａ面｛１１−２０｝と呼ぶ。ａ面はｍ面と同様に極性のない無極性面であり、規定される面方位を総称して｛１１−２０｝と示す。
【００４８】
なお、結晶の面や方位を示す指数が負の場合、数字の上にバーを付して表記するのが結晶学の決まりであるが、本明細書および図面では、数字の前に負号「−」を付して負の指数を表している。
【００４９】
基板１０の主面１０ａは、ｍ面に対してａ軸方向（［１１−２０］方向）にオフ角度を有する。ここで、図３に示すように主面１０ａがｍ面に対して［１１−２０］方向に正のオフ角度θを有する場合、図４に示すように半導体層２０の後述する傾斜領域２１は基板１０の凹凸領域１１の右側（［１１−２０］方向）に形成される。オフ角度θが負の場合は逆になる。オフ角度θが正の場合と負の場合とで、結晶学的にみて左右は対称構造であるので、このオフ角度θは絶対値で議論してもよい。なお、主面１０ａはｍ面に対してオフ角度を有しているので、ａ軸方向（［１１−２０］方向）は主面１０ａと平行にはならないが、本明細書では理解を容易にするために、例えば図１および図４に示したように［１１−２０］方向を主面１０ａと平行に描く場合がある。同様に、［１−１００］方向を主面１０ａに対して垂直に描く場合がある。
【００５０】
主面１０ａは、ｍ面に対してａ軸方向に約０．５度以上約２５度以下のオフ角度を有することが好ましく、約０．５度以上約５度以下のオフ角度を有することがさらに好ましい。また、主面１０ａは、ｍ面に対してｃ軸方向（［０００１］方向）にもオフ角度を有していてもよい。この場合、主面１０ａは、ｍ面に対してｃ軸方向に約−３０度以上約３０度以下のオフ角度を有することが好ましい。
【００５１】
基板１０は図５〜図７に示すように、主面１０ａに凹部１０ｃや凸部１０ｄからなる凹凸１０ｂが形成された凹凸領域１１と、主面１０ａに凹凸１０ｂが形成されていない非凹凸領域１２とを含んでいる。凹凸１０ｂは、略ａ軸方向に数百μｍ（例えば４００μｍ）の周期で形成されている。凹部１０ｃは基板１０の主面１０ａを例えばエッチングすることにより形成される。凸部１０ｄは基板１０と同じまたは異なる材料を主面１０ａ上に配置することにより形成される。なお、図１および図４では、凹凸１０ｂが凹部１０ｃにより形成されている場合を示している。
【００５２】
凹凸１０ｂは、断面形状が必ずしも矩形状である必要はなく、例えば三角形状や台形状でもよい。すなわち、凹凸１０ｂは基板１０の主面１０ａに段差を生じさせるものであればよい。
【００５３】
凹凸１０ｂは図８〜図１０に示すように、主面１０ａの略ｃ軸方向に延びる領域に形成されている。なお、図８〜図１０のハッチング領域は凹凸１０ｂを示している。凹凸１０ｂは、図８に示すように略ｃ軸方向に延びるように形成されていてもよいし、図９および図１０に示すように略ｃ軸方向に互いに所定の間隔を隔てて形成されていてもよい。また、凹凸１０ｂは、平面的に見て必ずしも矩形状である必要はなく、例えば円形状やその他の形状に形成されていてもよい。また、凹部１０ｃと凸部１０ｄとが交互に配置される千鳥状に配置されていてもよい。また、１枚の基板１０上において、複数の凹凸１０ｂが、互いに異なる形状、異なる深さ、異なる幅に形成されていてもよい。また、１枚の基板１０上において、凹凸１０ｂの略ａ軸方向の周期（ピッチ）が異なっていてもよい。
【００５４】
なお、凹凸１０ｂを略ａ軸方向に所定の周期で形成した場合、基板１０上の半導体層２０にクラックが発生して発光素子１の歩留まりが低下するのを、抑制することが可能である。具体的に説明すると、窒化物半導体積層構造においてＡｌを含有する窒化物半導体層が含まれていると、そのＡｌの組成比や層厚に応じて例えば略ａ軸方向にクラックが発生する。特に窒化物半導体レーザ素子においては、発生した光を光導波領域に閉じ込めるためのクラッド層は、Ａｌの組成比が高く、かつ、厚みが大きいので、大きな歪が生じやすくクラックが発生しやすい。このため、本願出願人は過去の出願（特開２００４−３５６４５４号公報（特許文献３）および特開２０１１−３５１２５号公報（特許文献４））において開示されているように、凹部を略ａ軸方向に所定の周期で形成することによって、窒化物半導体層の成長に周期的に不連続性を持たせている。これにより、窒化物半導体層に発生する歪を緩和し、クラックが発生するのを抑制している。基板１０に凹凸１０ｂを設けることにより半導体層２０の成長に不連続性が生じる理由については、後で詳細に説明する。また、凹凸１０ｂを図８に示すように略ｃ軸方向に延びるように形成した場合に、クラックの発生を最も抑制することが可能である。
【００５５】
ここで、凹部１０ｃおよび凸部１０ｄの製造方法を簡単に説明する。基板１０の主面１０ａに凹部１０ｃを形成する場合は図１１に示すように、主面１０ａ全面上に例えばスパッタ法によりＳｉＯ2層７０を形成する。なお、ＳｉＯ2層７０は、スパッタ法以外に、例えばＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）蒸着法、プラズマＣＶＤ法などにより形成してもよい。そして、図１２に示すように、ＳｉＯ2層７０上に一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、開口部を有するレジスト層７１を形成する。その後、図１３に示すように、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などにより、レジスト層７１をマスクとして、ＳｉＯ2層７０をエッチングする。そして、図１４に示すように、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）法またはＲＩＥ法により、レジスト層７１およびＳｉＯ2層７０をマスクとして、基板１０の主面１０ａをエッチングする。その後、レジスト層７１およびＳｉＯ2層７０を除去することにより、図１５に示すように、主面１０ａに凹部１０ｃが形成された基板１０が得られる。
【００５６】
一方、基板１０の主面１０ａに凸部１０ｄを形成する場合は図１６に示すように、主面１０ａ上に一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、開口部を有するレジスト層８０を形成する。そして、図１７に示すように、主面１０ａおよびレジスト層８０の全面上に例えばスパッタ法により、基板１０と同じまたは異なる材料からなる層８１を形成する。その後、レジスト層８０を除去することにより、図１８に示すように、主面１０ａに層８１からなる凸部１０ｄが形成された基板１０が得られる。なお、基板１０と異なる材料からなる層８１としては、例えばＳｉＯ2層やＡｌＮ層が挙げられる。
【００５７】
非凹凸領域１２上において半導体層２０は例えば図４に示すように、厚みが変化することにより表面（上面）が主面１０ａに対して傾斜する傾斜領域２１と、一定の厚みを有する（傾斜領域２１に比べて厚みの変化が非常に小さい）非傾斜領域２２とを含んでいる。傾斜領域２１は非傾斜領域２２よりも小さい厚みを有しており、凹凸１０ｂに近づくにしたがって厚みが減少している。傾斜領域２１は凹凸１０ｂの片側（例えばａ軸方向側）の領域に形成されている。
【００５８】
なお、凹凸１０ｂが凹部１０ｃにより形成されている場合、半導体層２０は図４に示すように形成される。凹凸１０ｂが基板１０と同じ材料からなる場合、半導体層２０は図１９に示すように形成される。凹凸１０ｂが基板１０と異なる材料からなる場合、半導体層２０は図２０に示すように形成される。また、凹凸１０ｂが図８に示すように形成されている場合、半導体層２０は図２１および図２２に示すように形成される。凹凸１０ｂが図９および図１０に示すように形成されている場合、半導体層２０はそれぞれ図２３および図２４に示すように形成される。なお、図２１、図２３および図２４のハッチング領域は凹凸１０ｂおよび傾斜領域２１を示している。
【００５９】
半導体層２０に傾斜領域２１が形成されるのは、以下の理由によるものと考えられる。基板１０の主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有するので、半導体層２０を形成する際に、原料原子の流れる方向が略ａ軸方向に変化するとともに、この原料原子の流れが凹凸１０ｂによって分断される。このため、凹凸１０ｂの片側の近傍領域において、原料原子の供給が少なくなり、半導体層２０に傾斜領域２１が形成される。すなわち、ａ軸方向にオフ角度を有する主面１０ａ上に半導体層２０を形成する場合、凹凸１０ｂにより半導体層２０の面内での成長に不連続性が生じる。これにより、不連続点付近での原子のマイグレーション状態が変化するので、傾斜領域２１が形成される。このため、図４、図１９および図２０に示すように、凹凸領域１１が凹部１０ｃであっても基板１０と同じまたは異なる材料からなる凸部１０ｄであっても、傾斜領域２１が形成される。
【００６０】
なお、半導体層２０は凹部１０ｃ内には形成されにくいので、凹部１０ｃの内部に形成される半導体層２０は図２５に示すように、非傾斜領域２２に形成される半導体層２０に比べて薄くなる。また、凹凸１０ｂがＳｉＯ2やＡｌＮのような窒化物半導体の成長を抑制する材料の凸部１０ｄにより形成されている場合、図２０に示すように、凸部１０ｄ上には半導体層２０がほとんど形成されない。凹凸１０ｂが凹部１０ｃまたは基板１０と異なる材料からなる凸部１０ｄにより形成されている場合は、凹凸１０ｂが基板１０と同じ材料の凸部１０ｄにより形成されている場合に比べて、傾斜領域２１の幅（略ａ軸方向の長さ）が大きくなる。また、ｃ面を主面とする窒化物半導体基板を用いた場合には、上記と同様の凹凸が形成されていたとしても、上記のような傾斜領域は形成されない。
【００６１】
傾斜領域２１の幅（略ａ軸方向の長さ）および傾斜領域２１の傾斜角度（傾斜領域２１の表面（上面）と基板１０の主面１０ａとのなす角度）は、主面１０ａのａ軸方向のオフ角度によって制御される。具体的には、傾斜領域２１の幅は、「係数Ｚ×半導体層２０の厚み」で算出される。この係数Ｚは図２６に示すように、主面１０ａのａ軸方向のオフ角度が小さくなるにしたがって大きくなる。すなわち、主面１０ａのａ軸方向のオフ角度が小さくなるにしたがって、傾斜領域２１の傾斜角度が小さくなり、幅が大きくなる。また、主面１０ａのａ軸方向のオフ角度が小さすぎると、傾斜領域２１の幅が大きくなり過ぎる。
【００６２】
ここで、一般的な窒化物半導体発光素子によく見られるように、半導体層２０の厚みを２μｍ程度にした場合、オフ角度が約０．５度では傾斜領域２１の幅は約３００μｍになる。また、オフ角度が約２５度では傾斜領域２１の幅は約１０μｍになる。窒化物半導体発光ダイオードのように発光部を比較的自由に配置できる場合は、オフ角度の制限はあまりない。その一方、窒化物半導体レーザ素子のように非傾斜領域２２にリッジ部や光導波領域などを形成する必要がある場合は、非傾斜領域２２を確保するために、オフ角度を約０．５度以上にすることが好ましい。
【００６３】
半導体層２０は、図１に示すように、基板１０の主面１０ａ上に順に積層されたｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、発光部である活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄを含んでいる。これらｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄは、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのエピタキシャル成長法によって形成されている。なお、ｎ型層２０ａは、本発明の「第１半導体層」の一例であり、ｎ型コンタクト層２０ｂは、本発明の「第１半導体層」および「高キャリア密度層」の一例である。また、ｐ型層２０ｄは、本発明の「第２半導体層」の一例である。
【００６４】
傾斜領域２１のｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄは、それぞれ、凹凸１０ｂに近づくにしたがって厚みが減少している。傾斜領域２１の半導体層２０（ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄ）は１点（収束点）に向かって収束している。また、傾斜領域２１のｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄは、それぞれ、非傾斜領域２２のｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄよりも小さい厚みを有する。
【００６５】
ｎ型コンタクト層２０ｂは、ｎ電極４０との間でオーミック接触が得られやすくなるように、ｎ型層２０ａよりも高いｎ型キャリア密度（第１導電型キャリア密度）を有している。具体的には、ｎ型コンタクト層２０ｂは約１×１０19ｃｍ-3以上約１×１０21ｃｍ-3以下のｎ型キャリア密度を有する。すなわち、高いｎ型キャリア密度を有するｎ型コンタクト層２０ｂは、半導体層２０のｎ型の層（ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂ）のうちの最上層に形成されている。
【００６６】
また、ｎ型コンタクト層２０ｂは約０．１μｍ以上約１μｍ以下の厚みを有する。本実施形態では、約１×１０19ｃｍ-3以上の高いｎ型キャリア密度を有する高キャリア密度層はｎ型コンタクト層２０ｂだけであり、高キャリア密度層の厚みの合計は約０．１μｍ以上約１μｍ以下である。
【００６７】
ｐ電極３０は、非傾斜領域２２において、ｐ型層２０ｄ上に形成されている。
【００６８】
傾斜領域２１において、ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域（例えば上記収束点に近い領域）上の活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄが除去されている。すなわち、傾斜領域２１において半導体層２０は、ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域上に、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄの除去部を有する。そして、この部分（ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域上）にｎ電極４０が形成されており、ｎ電極４０はｎ型コンタクト層２０ｂに接続されている。ｎ電極４０はｎ型層２０ａや基板１０にも接続されていてもよい。
【００６９】
なお、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄの除去の際に凹部１０ｃの内部の半導体層２０の全てまたは一部が除去されてもよい。そして、ｎ電極４０が凹部１０ｃの内部においても、ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａや基板１０に接続されていてもよい。このように構成すれば、ｎ電極４０とｎ型の層（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａおよび基板１０）との接触面積をより広げることが可能となる。これにより、ｎ電極４０とｎ型の層（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａおよび基板１０）との間の抵抗をさらに低減させることが可能となる。
【００７０】
本実施形態では、上記のように、半導体層２０は、厚みが変化することにより表面（上面）が主面１０ａに対して傾斜する傾斜領域２１を含み、傾斜領域２１のｐ型層２０ｄは、非傾斜領域２２のｐ型層２０ｄよりも小さい厚みを有する。これにより、傾斜領域２１において、ｐ型層２０ｄを除去してｎ型コンタクト層２０ｂを露出させるまでのエッチング量（エッチング深さ）を少なくすることができるので、エッチング時間を短縮することができる。このため、半導体層２０に加わるダメージを抑制することができるので、素子特性を向上させることができる。また、従来の構造では、ｎ型コンタクト層上にｎ電極を形成する場合、エッチング深さに注意してエッチングする必要があるが、本発明では、エッチング深さを厳密に制御しなくても、傾斜した面にｎ型コンタクト層２０ｂを容易に露出させることができる。
【００７１】
また、上記のように、ｐ型層２０ｄ上にｐ電極３０が形成されており、ｎ型コンタクト層２０ｂ上にｎ電極４０が形成されている。これにより、半導体層２０と電極（ｐ電極３０およびｎ電極４０）との間で良好なオーミック接触を容易に得ることができる。また、基板１０に通電する必要がないので、基板１０のｎ型キャリア密度を高くする必要がない。このため、基板１０が硬化して割れやすくなることがないので、基板１０の取り扱いが難しくなるのを抑制することができる。
【００７２】
また、上記のように、基板１０の無極性面（ｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有する主面１０ａ）上に半導体層２０を設ける。これにより、発光波長のブルーシフト（波長が短くなること）を抑制することができる。このような発光素子１は、例えば約４４５ｎｍ以上の発光波長を有する窒化物半導体発光素子に適している。
【００７３】
また、上記のように、高いｎ型キャリア密度を有するｎ型コンタクト層２０ｂは、半導体層２０のｎ型の層（ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂ）のうちの最上層に形成されている。これにより、高いｎ型キャリア密度を有する層（ｎ型コンタクト層２０ｂ）を露出させるまでのエッチング量を少なくすることができるので、エッチング時間をより短縮することができる。
【００７４】
また、上記のように、基板１０は、主面１０ａに凹凸１０ｂが形成された凹凸領域１１と、主面１０ａに凹凸１０ｂが形成されていない非凹凸領域１２とを含む。これにより、非凹凸領域１２上において、半導体層２０に、傾斜領域２１および非傾斜領域２２を容易に設けることができる。
【００７５】
また、上記のように、主面１０ａはｍ面に対してａ軸方向に約０．５度以上約２５度以下のオフ角度を有する。これにより、例えば半導体層２０の厚みを２μｍ程度とした場合、オフ角度が０．５度では傾斜領域２１の幅は約３００μｍになり、オフ角度が２５度では傾斜領域２１の幅は約１０μｍになる。このため、オフ角度を約０．５度以上にすることによって、傾斜領域２１が広くなりすぎるのを抑制することができる。これにより、非傾斜領域２２を確保することができるので、非傾斜領域２２において半導体層２０に機能部（発光部）を設けることができる。また、オフ角度を約２５度以下にすることによって、傾斜領域２１を確保することができるので、ｎ型コンタクト層２０ｂとｎ電極４０との接触面積を確保することができる。
【００７６】
また、主面１０ａのｍ面に対するａ軸方向のオフ角度が小さすぎたり大きすぎると、非傾斜領域２２上の半導体層２０の活性層２０ｃなどの結晶性が低下する。このため、オフ角度を約０．５度以上約５度以下にすれば、半導体層２０の結晶性が低下するのを抑制することができ、素子特性が劣化するのを抑制することができる。なお、オフ角度を約０．５度以上約５度以下にすることは、発光素子１が約４４５ｎｍ以上の発光波長を有する場合に特に効果的である。
【００７７】
また、主面１０ａのｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を約−３０度よりも小さくまたは約３０度よりも大きくした場合、半導体層２０の成長時の原子のマイグレーション状態が変化して、傾斜領域２１の形状を制御しにくくなる。これにより、非傾斜領域２２において半導体層２０の機能部（発光部）を確保できなくなる場合がある。このため、主面１０ａのｍ面に対するｃ軸方向のオフ角度を約−３０度以上約３０度以下にすることによって、傾斜領域２１を容易に所望の形状に形成することができ、非傾斜領域２２において半導体層２０の機能部（発光部）を確保することができる。
【００７８】
また、上記のように、ｎ型コンタクト層２０ｂは、約１×１０19ｃｍ-3以上約１×１０21ｃｍ-3以下のｎ型キャリア密度を有するｎ型コンタクト層２０ｂを含む。このように、ｎ型コンタクト層２０ｂが約１×１０19ｃｍ-3以上のｎ型キャリア密度を有することによって、ｎ型コンタクト層２０ｂとｎ電極４０との間で良好なオーミック接触を容易に得ることができる。また、ｎ型コンタクト層２０ｂが約１×１０21ｃｍ-3以下のｎ型キャリア密度を有することによって、ｎ型コンタクト層２０ｂが硬質化して素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００７９】
また、上記のように、ｎ型コンタクト層２０ｂの厚みは、約０．１μｍ以上約１μｍ以下である。ｎ型コンタクト層２０ｂは厚みが大きくなるほど、傾斜した面に露出する面積が広くなる。このため、ｎ型コンタクト層２０ｂの厚みを約０．１μｍ以上にすることによって、ｐ型層２０ｄを除去した際のｎ型コンタクト層２０ｂの露出面積を広げることができる。これにより、ｎ型コンタクト層２０ｂとｎ電極４０との接触面積を確保することができる。また、ｎ型コンタクト層２０ｂの厚みを約１μｍ以下にすることによって、ｎ型コンタクト層２０ｂが硬質化した場合であっても、歪を抑制することができるので、ｎ型コンタクト層２０ｂにクラックが入るなどして素子特性が悪化するのを抑制することができる。
【００８０】
また、上記のように、凹凸１０ｂは略ｃ軸方向に延びる領域に形成されている。これにより、凹凸１０ｂの略ａ軸方向の幅が大きくなるのを抑制することができるので、傾斜領域２１および非傾斜領域２２が狭くなるのを抑制することができる。
【００８１】
（第１実施例）
この本発明の第１実施例では図２７〜図３６を参照して、窒化物半導体発光素子１０１（以下、単に発光素子１０１と称する）が窒化物半導体発光ダイオードからなる場合について説明する。発光素子１０１は、本発明の「窒化物半導体素子」の一例である。なお、図面簡略化のため、凹部１０ｃ内の半導体層２０を省略している。また、製造プロセスはウェハ状態で行われるが、図面簡略化のため、１つの発光素子１０１だけを描いている。
【００８２】
本発明の第１実施例の発光素子１０１は図２７に示すように、基板１０と、半導体層２０と、ｐ電極３０と、ｎ電極４０と、ＳｉＯ2などの誘電体からなる保護層５０とを含んでいる。基板１０の主面１０ａには例えば凹部１０ｃが形成されている。
【００８３】
傾斜領域２１（図２９参照）において、半導体層２０の一部が除去されており、ｎ電極４０がｎ型コンタクト層２０ｂおよびｎ型層２０ａに接続されている。ｎ電極４０は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｐｔなどにより形成されている。
【００８４】
ｐ電極３０は、ｐ型層２０ｄに接触する電極層３１と、電極層３１上に形成されたパッド電極層３２とを含んでいる。電極層３１は、例えばＰｄ、ＭｏおよびＡｕなどにより形成されている。電極層３１はＩＴＯなどからなる透明電極層により形成されていてもよい。パッド電極層３２は、例えばｎ電極４０と同じ材料により形成されている。パッド電極層３２はｎ電極４０と異なる材料により形成されていてもよい。
【００８５】
保護層５０はパッド電極層３２の上面およびｎ電極４０の上面以外を覆うように形成されている。
【００８６】
第１実施例のその他の構造は、上記実施形態と同様である。
【００８７】
次に、発光素子１０１の製造方法について説明する。まず、ステップＳ１０１（図２８参照）において、主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する基板１０を準備する。ステップＳ１０２において、図１１〜図１５に示したように基板１０の主面１０ａの一部に凹部１０ｃ（凹凸１０ｂ）を形成する。これにより、凹凸領域１１および非凹凸領域１２が形成される。
【００８８】
そして、ステップＳ１０３において、図２９に示すように、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、基板１０上に半導体層２０（ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄ）を形成する。このとき、半導体層２０に傾斜領域２１および非傾斜領域２２が形成される。その後、例えば窒素雰囲気において約８００度の温度で約３分間熱処理することにより、ｐ型層２０ｄを活性化させる。
【００８９】
その後、図３０に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域（電極層３１を形成する予定の領域）に開口部を有するレジスト層１７０を形成する。そして、ステップＳ１０４において、電極材料（Ｐｄ、Ｍｏ、ＡｕやＩＴＯなど）を蒸着した後、レジスト層１７０を除去することによって、図３１に示すように電極層３１を形成する。
【００９０】
その後、図３２に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域（ｎ電極４０を形成する予定の領域よりも少し広い領域）に開口部を有するレジスト層１７１を形成する。そして、ステップＳ１０５において、ＩＣＰ法などを用いて半導体層２０をエッチングしてｎ型コンタクト層２０ｂを露出させた後、レジスト層１７１を除去することによって、図３３に示す構造になる。このとき、ｎ型層２０ａや基板１０の表面も露出してもよい。また、半導体層２０のエッチング量は、非傾斜領域２２におけるｐ型層２０ｄの厚みよりも少ない。
【００９１】
その後、図３４に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域（パッド電極層３２およびｎ電極４０を形成する予定の領域）に開口部を有するレジスト層１７２を形成する。そして、ステップＳ１０６において、電極材料（Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｐｔなど）を蒸着した後、レジスト層１７２を除去することによって、図３５に示すようにパッド電極層３２およびｎ電極４０を同時に形成する。パッド電極層３２をｎ電極４０とは異なる電極材料を用いて形成してもよいが、この場合、製造プロセスが増える。
【００９２】
その後、ステップＳ１０７において、図２７に示すように、パッド電極層３２の上面およびｎ電極４０の上面が露出するように、ＳｉＯ2などからなる保護層５０を形成する。そして、ステップＳ１０８において、基板１０の裏面を研磨した後、分割することによって、個々に分割された発光素子１０１が得られる。
【００９３】
なお、図２７および図３５では、ｎ電極４０は基板１０の凹部１０ｃ（凹凸１０ｂ）まで形成されていないが、ｎ電極４０を凹部１０ｃ（凹凸１０ｂ）まで形成してもよい。この場合、ｎ電極４０とｎ型の層（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａおよび基板１０）との接触面積を広げることが可能である。さらに、レジスト層１７２の開口部を大きく形成することが可能となるので、製造プロセスが容易になる。
【００９４】
また、図３６に示すように、発光素子１０１をステム１９１に実装しレンズ１９２で覆うことによって、窒化物半導体装置１９０が得られる。
【００９５】
第１実施例のその他の製造方法および効果は、上記実施形態と同様である。
【００９６】
（第２実施例）
この本発明の第２実施例では図２９、図３７〜図４６を参照して、窒化物半導体発光素子２０１（以下、単に発光素子２０１と称する）が窒化物半導体レーザ素子からなる場合について説明する。なお、発光素子２０１は、本発明の「窒化物半導体素子」の一例である。
【００９７】
本発明の第２実施例の発光素子２０１は図３７に示すように、基板１０と、半導体層２０と、ｐ電極３０と、ｎ電極４０と、ＳｉＯ2などの誘電体からなる保護層５１とを含んでいる。
【００９８】
傾斜領域２１（図２９参照）において、半導体層２０の一部が除去されており、ｎ電極４０がｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａおよび基板１０に接続されている。
【００９９】
非傾斜領域２２（図２９参照）において、ｐ型層２０ｄの所定の領域が除去されることによりリッジ部２０ｅが形成されている。このリッジ部２０ｅは略ｃ軸方向に延びるように形成されている。リッジ部２０ｅ近傍の活性層２０ｃを含む領域は、発生した光を導波する光導波領域となっている。この光導波領域もリッジ部２０ｅと同様、略ｃ軸方向に延びるように形成されている。
【０１００】
保護層５１は半導体層２０の所定領域を覆うように形成されている。
【０１０１】
ここで、基板１０および半導体層２０の窒化物半導体積層構造の一例を示す。図３８に示すように、基板１０はｎ型ＧａＮ基板により形成されている。基板１０の主面１０ａ上に、ｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層２２１、ｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層２２２、ノンドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるガイド層２２３、活性層２２４、ノンドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるガイド層２２５、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなるキャリアブロック層２２６、ｐ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｐ型クラッド層２２７およびｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２２８が順次形成されている。
【０１０２】
すなわち、ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂおよび活性層２０ｃはそれぞれ、ｎ型クラッド層２２１、ｎ型コンタクト層２２２および活性層２２４により形成されている。ｐ型層２０ｄは、キャリアブロック層２２６、ｐ型クラッド層２２７およびｐ型コンタクト層２２８により形成されている。ｎ型の層（ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂ）と活性層２０ｃとの間にはガイド層２２３が設けられており、活性層２０ｃとｐ型層２０ｄとの間にはガイド層２２５が設けられている。
【０１０３】
また、非傾斜領域２２において、ｎ型クラッド層２２１、ｎ型コンタクト層２２２、ガイド層２２３、ガイド層２２５、キャリアブロック層２２６、ｐ型クラッド層２２７およびｐ型コンタクト層２２８は、それぞれ、約１．５μｍ、約０．５μｍ、約０．１μｍ、約０．１μｍ、約１０ｎｍ、約０．５μｍおよび約０．１μｍの厚みに形成されている。
【０１０４】
また、ｎ型の層（基板１０、ｎ型層２０ａおよびｎ型コンタクト層２０ｂ）には、ｎ型不純物として、例えばＳｉがドープされており、ｐ型層２０ｄには、ｐ型不純物として、例えばＭｇがドープされている。
【０１０５】
第２実施例のその他の構造は、上記実施形態および第１実施例と同様である。
【０１０６】
次に、発光素子２０１の製造方法について説明する。まず、ステップＳ２０１（図３９参照）において、主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する基板１０を準備する。ステップＳ２０２において、基板１０の主面１０ａの一部に凹部１０ｃを形成する。
【０１０７】
そして、ステップＳ２０３において、図２９に示したように、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、基板１０上に半導体層２０（ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄ）を形成する。その後、例えば窒素雰囲気において約８００度の温度で約３分間熱処理することにより、ｐ型層２０ｄを活性化させる。
【０１０８】
その後、図４０に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域（電極層３１を形成する予定の領域）に略ｃ軸方向に延びる開口部を有するレジスト層２７０を形成する。そして、ステップＳ２０４において、電極材料（Ｐｄ、Ｍｏ、ＡｕやＩＴＯなど）を蒸着した後、レジスト層２７０を除去することによって、図４１に示すように略ｃ軸方向に延びる電極層３１を形成する。
【０１０９】
その後、ステップＳ２０５において、ＩＣＰ法などを用いて非傾斜領域２２のｐ型層２０ｄの途中の深さまでエッチングすることによって、図４２に示すようにｐ型層２０ｄにリッジ部２０ｅを形成する。このとき、傾斜領域２１も同時にエッチングされ、傾斜領域２１においてｎ型コンタクト層２０ｂの一部が露出される。すなわち、ｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域上の活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄがエッチングされ、傾斜領域２１においてｎ型コンタクト層２０ｂの一部が露出される。なお、ｎ型層２０ａおよび基板１０も露出されてもよい。
【０１１０】
その後、ステップＳ２０６において、図４３に示すように、半導体層２０および電極層３１等を覆うように保護層５１を形成する。そして、図４４に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、保護層５１の所定の領域（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａ、基板１０の露出された領域、および、電極層３１上の領域）を除去する。
【０１１１】
その後、図４５に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域（パッド電極層３２およびｎ電極４０を形成する予定の領域）に開口部を有するレジスト層２７１を形成する。そして、ステップＳ２０７において、電極材料を蒸着した後、レジスト層２７１を除去することによって、図３７に示すようにパッド電極層３２およびｎ電極４０を形成する。
【０１１２】
その後、ステップＳ２０８において、基板１０の裏面を研磨した後、分割することによって、個々に分割された発光素子２０１が得られる。
【０１１３】
また、図４６に示すように、発光素子２０１をステム２９１に実装し、開口部（図示せず）を有するキャップ２９２を被せることによって、窒化物半導体装置２９０が得られる。
【０１１４】
第２実施例のその他の製造方法は、上記第１実施例と同様である。
【０１１５】
本実施例では、上記のように、傾斜領域２１のｐ型層２０ｄおよび活性層２０ｃの除去と同時に、半導体層２０にリッジ部２０ｅを形成する。これにより、発光素子２０１の製造時間を短縮することができる。
【０１１６】
第２実施例のその他の効果は、上記実施形態と同様である。
【０１１７】
（第３実施例）
この本発明の第３実施例では図４７〜図５２を参照して、上記第２実施例とは異なり、電極層３１やパッド電極層３２を形成する前にｎ電極４０を形成して熱処理する場合について説明する。
【０１１８】
本発明の第３実施例の窒化物半導体発光素子３０１（以下、単に発光素子３０１と称する）は図４７に示すように、基板１０と、半導体層２０と、ｐ電極３０と、ｎ電極４０と、ＳｉＯ2などの誘電体からなる保護層５２とを含んでいる。なお、発光素子３０１は、本発明の「窒化物半導体素子」の一例である。
【０１１９】
保護層５２は半導体層２０の所定領域を覆うように形成されている。また、保護層５２はｎ電極４０と半導体層２０との間には設けられておらず、ｎ電極４０の側面を覆うように形成されている。
【０１２０】
第３実施例のその他の構造は、上記第２実施例と同様である。
【０１２１】
次に、発光素子３０１の製造方法について説明する。まず、ステップＳ３０１（図４８参照）において、主面１０ａがｍ面に対してａ軸方向にオフ角度を有する基板１０を準備する。ステップＳ３０２において、基板１０の主面１０ａの一部に凹部１０ｃを形成する。そして、ステップＳ３０３において、ＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法を用いて、基板１０上に半導体層２０（ｎ型層２０ａ、ｎ型コンタクト層２０ｂ、活性層２０ｃおよびｐ型層２０ｄ）を形成する。
【０１２２】
その後、図４９に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の領域上（リッジ部２０ｅを形成する予定の領域上）にレジスト層３７０を形成する。そして、ステップＳ３０４において、ＩＣＰ法などを用いて非傾斜領域２２のｐ型層２０ｄの途中の深さまでエッチングすることによって、図５０に示すようにｐ型層２０ｄにリッジ部２０ｅを形成する。このとき、傾斜領域２１も同時にエッチングされ、傾斜領域２１においてｎ型コンタクト層２０ｂの一部が露出される。なお、ｎ型層２０ａおよび基板１０も露出されてもよい。
【０１２３】
その後、レジスト層３７０を除去し、半導体層２０等を覆うようにレジスト層３７１（図５１参照）を形成する。そして、図５１に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、レジスト層３７１の所定の領域（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａ、基板１０の露出された領域）に開口部を形成する。
【０１２４】
その後、ステップＳ３０５において、電極材料を蒸着した後、レジスト層３７１を除去することによって、図５２に示すように所定領域にｎ電極４０を配置する。そして、例えば窒素雰囲気において約４００度以上約６００度以下の温度で熱処理することにより、ｎ電極４０とｎ型の層（ｎ型コンタクト層２０ｂ、ｎ型層２０ａおよび基板１０）との間のオーミック性をさらに向上させる。なお、約４００度よりも低い温度ではオーミック性の向上に対して不十分な場合があり、約６００度よりも高い温度ではオーミック性が劣化する場合がある。
【０１２５】
その後、ステップＳ３０６において、レジストプロセスを用いてリッジ部２０ｅ上に電極層３１を形成する。ステップＳ３０７において、半導体層２０、ｎ電極４０および電極層３１等を覆うように保護層５２（図４７参照）を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、保護層５２の所定の領域（ｎ電極４０および電極層３１上の領域）を除去する。その後、ステップＳ３０８において、図４７に示すように、レジストプロセスを用いてパッド電極層３２を形成する。
【０１２６】
そして、ステップＳ３０９において、基板１０の裏面を研磨した後、分割することによって、個々に分割された発光素子３０１が得られる。
【０１２７】
また、上記第２実施例と同様、発光素子３０１をステム２９１に実装しキャップ２９２を被せることによって、窒化物半導体装置が得られる。
【０１２８】
第３実施例のその他の製造方法は、上記第２実施例と同様である。
【０１２９】
本実施例では、上記のように、ｎ型コンタクト層２０ｂの所定領域上にｎ電極４０を配置して熱処理した後に、ｐ型層２０ｄ上に電極層３１（ｐ電極３０）を形成する。これにより、ｎ電極４０を熱処理する際に電極層３１（ｐ電極３０）は熱処理されないので、ｐ型層２０ｄと電極層３１（ｐ電極３０）との間のオーミック性が劣化するのを防止することができる。なお、ｎ電極（カソード電極）を窒化物半導体基板の裏面上に形成する方法では、窒化物半導体基板の裏面を研磨する前にｐ型層上にｐ電極（アノード電極）を形成する必要がある。このため、窒化物半導体基板の裏面上にｎ電極を設けた後に熱処理を行うと、ｐ電極も熱処理され、ｐ型層とｐ電極との間のオーミック性が劣化する場合がある。
【０１３０】
第３実施例のその他の効果は、上記第２実施例と同様である。
【０１３１】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１３２】
例えば、上記実施形態および実施例では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とした例について示したが、本発明はこれに限らず、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としてもよい。
【０１３３】
また、上記実施形態および実施例では、窒化物半導体素子として窒化物半導体層に活性層が設けられた窒化物半導体発光素子について説明したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体層に活性層が設けられていなくてもよい。このような窒化物半導体素子としては、例えば窒化物ヘテロ構造を有する電子デバイスなどがある。
【０１３４】
また、上記実施形態および実施例では、高キャリア密度層としてｎ型コンタクト層を１層だけ設けた例について説明したが、本発明はこれに限らず、高キャリア密度層を２層以上設けてもよい。この場合、２層以上の高キャリア密度層の厚みの合計は、約０．１μｍ以上約１μｍ以下であることが好ましい。
【０１３５】
また、上記実施形態および実施例では、高キャリア密度層（ｎ型コンタクト層）を、窒化物半導体層のｎ型の層（ｎ型層およびｎ型コンタクト層）のうちの最上層に形成した例について示したが、本発明はこれに限らない。高キャリア密度層（ｎ型コンタクト層）の上面上にさらにｎ型の層が形成されていてもよい。
【０１３６】
また、上記第１〜第３実施例では、凹凸が凹部により形成されている例について示したが、凹凸が凸部により形成されていてもよいことは言うまでもない。
【０１３７】
また、上述した実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせて得られる構成についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３８】
１、１０１、２０１、３０１ 窒化物半導体発光素子（窒化物半導体素子）
１０ 窒化物半導体基板
１０ａ 主面
１０ｂ 凹凸
１０ｃ 凹部
１１ 凹凸領域
１２ 非凹凸領域
２０ 窒化物半導体層
２０ａ ｎ型層（第１半導体層）
２０ｂ ｎ型コンタクト層（第１半導体層、高キャリア密度層）
２０ｄ ｐ型層（第２半導体層）
２１ 傾斜領域
２２ 非傾斜領域
３０ ｐ電極（第１電極）
４０ ｎ電極（第２電極）
１００ 窒化物半導体ウェハ
１９０、２９０ 窒化物半導体装置
２２１ ｎ型クラッド層（第１半導体層）
２２２ ｎ型コンタクト層（第１半導体層、高キャリア密度層）
２２６ キャリアブロック層（第２半導体層）
２２７ ｐ型クラッド層（第２半導体層）
２２８ ｐ型コンタクト層（第２半導体層）
θ オフ角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の主面上に順に積層された第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を含む窒化物半導体層と、
を備え、
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、
前記窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が前記主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含み、
前記傾斜領域の前記第２半導体層は、前記非傾斜領域の前記第２半導体層よりも小さい厚みを有し、
前記非傾斜領域において、前記第２半導体層上に第１電極が形成されており、
前記傾斜領域において、前記第１半導体層の所定領域上の前記第２半導体層が除去されており、前記第１半導体層の前記所定領域上に第２電極が形成されていることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記窒化物半導体基板は、前記主面に凹凸が形成された凹凸領域と、前記主面に凹凸が形成されていない非凹凸領域とを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上２５度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上５度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記主面はｍ面に対してｃ軸方向に−３０度以上３０度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第１半導体層は、１×１０19ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下の第１導電型キャリア密度を有する１つ以上の高キャリア密度層を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記高キャリア密度層の厚みの合計は、０．１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記凹凸領域は、前記窒化物半導体基板の主面に凹部が形成された領域であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記凹凸は略ｃ軸方向に延びる領域に形成されていることを特徴とする請求項２〜５および８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記窒化物半導体層は略ｃ軸方向に延びる光導波領域を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子を備えることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１２】
主面を有する窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の主面上に順に積層された第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を含む窒化物半導体層と、
を備え、
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、
前記窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が前記主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含み、
前記傾斜領域の前記第２半導体層は、前記非傾斜領域の前記第２半導体層よりも小さい厚みを有し、
前記非傾斜領域において、前記第２半導体層上に第１電極が形成されており、
前記傾斜領域において、前記第１半導体層の所定領域上の前記第２半導体層が除去されており、前記第１半導体層の前記所定領域上に第２電極が形成されていることを特徴とする窒化物半導体ウェハ。
【請求項１３】
主面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記窒化物半導体基板の主面上に順に第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を積層することにより窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層上に第１電極を形成する工程と、
前記第１半導体層の所定領域上に第２電極を形成する工程と、
を備え、
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、厚みが変化することにより表面が前記主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含む前記窒化物半導体層を設ける工程を含み、
前記傾斜領域の前記第２半導体層は、前記非傾斜領域の前記第２半導体層よりも小さい厚みを有し、
前記第１電極を形成する工程は、前記非傾斜領域において、前記第２半導体層上に前記第１電極を形成する工程を含み、
前記第２電極を形成する工程は、前記傾斜領域において、前記第１半導体層の所定領域上の前記第２半導体層を除去する工程と、前記第１半導体層の前記所定領域上に前記第２電極を形成する工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記窒化物半導体層を形成する工程に先立って、前記窒化物半導体基板の主面の一部に凹凸を形成することにより、前記主面に凹凸が形成された凹凸領域と、前記主面に凹凸が形成されていない非凹凸領域とを設ける工程を備えることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１半導体層の所定領域上の前記第２半導体層を除去する工程は、前記非傾斜領域において、前記窒化物半導体層を部分的に除去することにより、前記窒化物半導体層にリッジ部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上２５度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項１４に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上５度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項１６に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記主面はｍ面に対してｃ軸方向に−３０度以上３０度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項１４、１６および１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１半導体層は、１×１０19ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下の第１導電型キャリア密度を有する１つ以上の高キャリア密度層を含むことを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記高キャリア密度層の厚みの合計は、０．１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記凹凸領域は、前記窒化物半導体基板の主面に凹部が形成された領域であることを特徴とする請求項１４および１６〜１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記凹凸は略ｃ軸方向に延びる領域に形成されることを特徴とする請求項１４、１６〜１８および２１のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記窒化物半導体層は略ｃ軸方向に延びる光導波領域を含むことを特徴とする請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第１半導体層の前記所定領域上に前記第２電極を形成する工程は、前記第１半導体層の所定領域上に第２電極を配置する工程と、前記第２電極を４００度以上６００度以下の温度で熱処理する工程とを含み、
前記第２電極を熱処理した後に、前記第２半導体層上に前記第１電極を形成することを特徴とする請求項１３〜２３のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１】
主面を有する窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の主面上に順に積層された第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を含む窒化物半導体層と、
を備え、
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、
前記窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が前記主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含み、
前記傾斜領域の前記第２半導体層は、前記非傾斜領域の前記第２半導体層よりも小さい厚みを有し、
前記非傾斜領域において、前記第２半導体層上に第１電極が形成されており、
前記傾斜領域において、前記第１半導体層の所定領域上の前記第２半導体層が除去されており、前記第１半導体層の前記所定領域上に第２電極が形成されていることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記窒化物半導体基板は、前記主面に凹凸が形成された凹凸領域と、前記主面に凹凸が形成されていない非凹凸領域とを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上２５度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上５度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記主面はｍ面に対してｃ軸方向に−３０度以上３０度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第１半導体層は、１×１０19ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下の第１導電型キャリア密度を有する１つ以上の高キャリア密度層を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記高キャリア密度層の厚みの合計は、０．１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記凹凸領域は、前記窒化物半導体基板の主面に凹部が形成された領域であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記凹凸は略ｃ軸方向に延びる領域に形成されていることを特徴とする請求項２〜５および８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記窒化物半導体層は略ｃ軸方向に延びる光導波領域を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子を備えることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１２】
主面を有する窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の主面上に順に積層された第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を含む窒化物半導体層と、
を備え、
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、
前記窒化物半導体層は、厚みが変化することにより表面が前記主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含み、
前記傾斜領域の前記第２半導体層は、前記非傾斜領域の前記第２半導体層よりも小さい厚みを有し、
前記非傾斜領域において、前記第２半導体層上に第１電極が形成されており、
前記傾斜領域において、前記第１半導体層の所定領域上の前記第２半導体層が除去されており、前記第１半導体層の前記所定領域上に第２電極が形成されていることを特徴とする窒化物半導体ウェハ。
【請求項１３】
主面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記窒化物半導体基板の主面上に順に第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を積層することにより窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層上に第１電極を形成する工程と、
前記第１半導体層の所定領域上に第２電極を形成する工程と、
を備え、
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に所定のオフ角度を有し、
前記窒化物半導体層を形成する工程は、厚みが変化することにより表面が前記主面に対して傾斜する傾斜領域と、一定の厚みを有する非傾斜領域とを含む前記窒化物半導体層を設ける工程を含み、
前記傾斜領域の前記第２半導体層は、前記非傾斜領域の前記第２半導体層よりも小さい厚みを有し、
前記第１電極を形成する工程は、前記非傾斜領域において、前記第２半導体層上に前記第１電極を形成する工程を含み、
前記第２電極を形成する工程は、前記傾斜領域において、前記第１半導体層の所定領域上の前記第２半導体層を除去する工程と、前記第１半導体層の前記所定領域上に前記第２電極を形成する工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記窒化物半導体層を形成する工程に先立って、前記窒化物半導体基板の主面の一部に凹凸を形成することにより、前記主面に凹凸が形成された凹凸領域と、前記主面に凹凸が形成されていない非凹凸領域とを設ける工程を備えることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１半導体層の所定領域上の前記第２半導体層を除去する工程は、前記非傾斜領域において、前記窒化物半導体層を部分的に除去することにより、前記窒化物半導体層にリッジ部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上２５度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項１４に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記主面はｍ面に対してａ軸方向に０．５度以上５度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項１６に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記主面はｍ面に対してｃ軸方向に−３０度以上３０度以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項１４、１６および１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１半導体層は、１×１０19ｃｍ-3以上１×１０21ｃｍ-3以下の第１導電型キャリア密度を有する１つ以上の高キャリア密度層を含むことを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記高キャリア密度層の厚みの合計は、０．１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記凹凸領域は、前記窒化物半導体基板の主面に凹部が形成された領域であることを特徴とする請求項１４および１６〜１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記凹凸は略ｃ軸方向に延びる領域に形成されることを特徴とする請求項１４、１６〜１８および２１のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記窒化物半導体層は略ｃ軸方向に延びる光導波領域を含むことを特徴とする請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第１半導体層の前記所定領域上に前記第２電極を形成する工程は、前記第１半導体層の所定領域上に第２電極を配置する工程と、前記第２電極を４００度以上６００度以下の温度で熱処理する工程とを含み、
前記第２電極を熱処理した後に、前記第２半導体層上に前記第１電極を形成することを特徴とする請求項１３〜２３のいずれか１項に記載の窒化物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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２３】
【図２４】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
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【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
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【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図２２】
【図２５】
【図２】
【図３】
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【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２４】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
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【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図２２】
【図２５】
【公開番号】特開２０１３−９８４７５（Ｐ２０１３−９８４７５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２３０１（Ｐ２０１１−２４２３０１）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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