窒化物系半導体発光素子及びその製造方法
【課題】 金属−半導体界面に１μｍ以下の凹凸を高密度に形成することにより、駆動電圧を低下させることができ、それによって発熱量の低下に基づく長寿命化及び高発光効率を期待できる窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 本発明の窒化物系半導体発光素子は、以下の（１）〜（３）の工程を含むことを特徴とする。
（１）窒化物化合物半導体素子の表面に段差が大きい凹凸を形成する工程、
（２）前記段差が大きい凹凸の表面に段差が小さい凹凸を形成して段差の大きさが異なる２段階の凹凸を形成する工程、
（３）前記段差の大きさが異なる２段階の凹凸の表面に電極を形成する工程。
【解決手段】 本発明の窒化物系半導体発光素子は、以下の（１）〜（３）の工程を含むことを特徴とする。
（１）窒化物化合物半導体素子の表面に段差が大きい凹凸を形成する工程、
（２）前記段差が大きい凹凸の表面に段差が小さい凹凸を形成して段差の大きさが異なる２段階の凹凸を形成する工程、
（３）前記段差の大きさが異なる２段階の凹凸の表面に電極を形成する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウムＧａＮ系の化合物半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）、化合物半導体レーザ素子等の窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に金属−半導体間のコンタクト抵抗の低減を計って低駆動電圧化を達成できる窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色ＬＥＤや青紫色半導体レーザには、窒化物系半導体が主として用いられている。この窒化物系半導体は、通常、サファイア基板、ＳｉＣ基板またはＧａＮなどの窒化物系半導体基板上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシャル成長）法、または、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法などの結晶成長法を用いて成長させる。
【０００３】
従来の窒化物系半導体レーザ素子の一具体例を図６に示す。なお、図６は、従来の窒化物系半導体レーザ素子５０の模式的な断面図である。この窒化物系半導体レーザ素子５０は、サファイア基板５１上にバッファ層５２、アンドープＧａＮ層５３、ｎ−ＧａＮコンタクト層５４、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層５５、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５６、活性層５７、ｐ−ＧａＮ光ガイド層５８が順に形成されてなる。ｐ−ＧａＮ光ガイド層５８の所定幅の領域上にリッジ状にｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５９が形成されており、このリッジ状のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５９の側面に電流狭窄層６０が形成されている。更に、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５９の上面および電流狭窄層６０上にｐ−ＧａＮコンタクト層６１が形成されている。ｐ−ＧａＮコンタクト層６１からｎ−ＧａＮコンタクト層５４までの一部領域が除去されてｎ−ＧａＮコンタクト層５４が露出し、メサ形状が形成されている。露出したｎ−ＧａＮコンタクト層５４の所定領域上にｎ側電極６２が形成され、ｐ−ＧａＮコンタクト層６１の所定領域上にｐ側電極６３が形成されている。
【０００４】
このような窒化物系半導体レーザ素子ないしは発光ダイオード素子（以下、これらを合わせて「窒化物系半導体発光素子」という。）においては、駆動電圧が上昇すると、内部電力損失が大きくなるために発熱量が増大する。この発熱量の増大は、窒化物系半導体発光素子の寿命ないし発光効率に悪影響を及ぼすために、駆動電圧の低減のために多様な方面から注力がなされている。
【０００５】
この駆動電圧の低減策の一つとして、窒化物系半導体発光素子の金属−半導体間のコンタクト抵抗の低減がある。これは一般的にコンタクト電極材料となる金属の最適化を行うことの他に、金属−半導体の接触界面の面積を半導体表面に凹凸を形成することによって増大させることにより対応されている。このような金属−半導体界面に凹凸を形成した場合、コンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効な凹凸の大きさは１μｍ以下のミクロな凹凸である。
【０００６】
このような金属−半導体界面に凹凸を形成することによりコンタクト抵抗を低減するようにした窒化物系半導体発光素子は、既に下記特許文献１及び２にも開示されているように、周知のものであるが、このうち、下記特許文献２に開示されている金属−半導体の接触界面の面積を半導体表面に凹凸を形成することによって増大させた窒化物系半導体レーザ素子を、模式的な断面図である図７を用いて説明する。
【０００７】
この下記特許文献２に開示されている窒化物系半導体レーザ素子７０は、サファイア基板７１の上に、ｎ型コンタクト層７２、ｎ型クラッド層７３、活性層７４、ｐ型クラッド層７５、ｐ型コンタクト層７６が順に積層されたダブルヘテロ構造を示している。この窒化物半導体レーザ素子ではｐ型コンタクト層７６の表面にはストライプ状のｐ側電極７７が形成され、更に、ｎ型コンタクト層７２の表面には凹凸面７８が設けられ、その凹凸面７８にｐ側電極と平行な方向にストライプ状のｎ側電極７９が形成されている。なお、ｐ側電極７７とｎ側電極７９との間にある窒化物半導体層表面には、短絡防止のためにＳｉＯ2よりなる絶縁膜８０が設けられている。
【０００８】
また、この窒化物系半導体レーザ素子７０は、ｐ側電極７７のストライプ幅が数μｍ以下と非常に狭いので、ｐ側電極７７に直接ワイヤーボンディングすることが困難であるため、パッド電極８１を設けることによりｐ側電極７７を外部電源と接続することを容易にしている。
【０００９】
このように、窒化物系半導体レーザ素子７０のｎ型コンタクト層７２の表面に凹凸面７８を設けることにより、ｎ側電極７９とｎ型コンタクト層７２との接触面積が大きくなるため、ｎ側電極とｎ型コンタクト層との間に好ましいオーミック接触が得られ、窒化物系半導体レーザ素子７０全体の消費電力に対するｎ側電極−ｎ型コンタクト層７２間のコンタクト抵抗に基づく消費電力が小さくなるので、窒化物系半導体レーザ素子７０の駆動電圧を低下させることができるというものである。
【００１０】
このようなｎ型コンタクト層７２の表面に凹凸面７８を設けるには、所定の形状のマスクを電極を形成すべきｎ型コンタクト層７２の表面に形成した後、エッチングする方法が採用されている。このエッチング方法としては、エッチング後のｎ型コンタクト層の表面を荒らさないようにするため、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、イオンミリング、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）等の乾式エッチング装置を使用する方法が採用され、凹凸面７８の凹凸段差は、例えば０．０１μｍ以上の凹凸差で形成することが望ましく、０．０１μｍよりも小さいと駆動電圧の低下が顕著に現れない傾向にあるとされている。
【特許文献１】特開平１０−０６５２１３号公報（特許請求の範囲、段落［０００９］〜［００１２］、図１、図２）
【特許文献２】特開昭６０−１７５４６８号公報（特許請求の範囲、２頁右上欄１９行〜同頁右下欄８行、図２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、近年に至り発光波長が短い青紫色や更に短波長領域の光を発し、高性能で長寿命な窒化物系半導体発光素子が要望され、そのために転位密度が非常に低い窒化物化合物半導体基板が使用されるようになってきている。このような窒化物系半導体材料は、ＬＥＤとして利用するには転位密度が１０8個／ｃｍ2〜１０10個／ｃｍ2程度のものが使用できるが、レーザダイオードとして利用するには転位密度を１０6個／ｃｍ2オーダーにする必要がある。特に、短波長領域の光を発する窒化物系半導体レーザダイオード用には、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下である窒化物系半導体基板が使用される。
【００１２】
しかしながら、このような転位密度が低い窒化物系半導体基板を用いて窒化物系半導体発光素子を製造する場合、窒化物系半導体基板に凹凸を形成しようとしても、化学的エッチング法によっては段差が１μｍ以下の凹凸は低密度にしか形成されない。金属−半導体界面に凹凸を形成した場合、コンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効な凹凸の大きさは１μｍ以下（０．０１μｍ以上。上記特許文献１参照）のミクロな凹凸である。しかし、この１μｍ以下の凹凸の形成を乾式エッチング処理によって行なった場合、高密度に凹凸を形成することは困難である。
【００１３】
本願の発明者は、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下である窒化物系半導体基板を用いた際にも１μｍ以下の凹凸を形成し得る方法につき種々検討を重ねた結果、物理的研削法と乾式エッチング法を組み合わせると解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１４】
すなわち、本発明は、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下である窒化物系半導体基板を使用した窒化物系半導体発光素子においても、金属−半導体界面に１μｍ以下の凹凸を高密度に形成することにより、駆動電圧を低下させることができ、それによって発熱量の低下に基づく長寿命化及び高発光効率を期待できる窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の上記第１の目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、請求項１に係る窒化物系半導体発光素子の発明は、窒化物系半導体基板を備える窒化物系半導体発光素子において、前記窒化物系半導体基板と電極との界面に、段差が大きい凹凸の表面に前記凹凸よりも段差が小さい凹凸が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子において、前記段差が大きい凹凸は段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸であり、前記段差が小さい凹凸は段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸であることを特徴とする。段差が大きい凹凸の上限値は、あまり大きくしてもそれに対応して基板を厚くする必要が生じるため、９μｍ程度に止めるべきである。
【００１７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子において、前記ミクロな凹凸間の距離は１μｍ以下であることを特徴とする。このミクロな凹凸間の距離の下限は０、すなわち、隣り合うミクロな凹凸が重なる場合があってもよい。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れかに記載の化物系半導体発光素子において、前記窒化物系半導体基板の転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であることを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明の上記第２の目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、請求項５に係る窒化物系半導体発光素子の製造方法発明は、以下の（１）〜（３）の工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
（１）窒化物系半導体基板の表面に段差が大きい凹凸を形成する工程、
（２）前記段差が大きい凹凸の表面に前記凹凸よりも段差が小さい凹凸を形成して段差の大きさが異なる２段階の凹凸を形成する工程、
（３）前記段差の大きさが異なる２段階の凹凸の表面に電極を形成する工程。
【００２１】
また、請求項６に係る発明は、請求項５記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記段差が大きい凹凸は段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸であり、前記段差が小さな凹凸は段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項７に係る発明は、請求項６記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記マクロな凹凸を物理的研磨法によって形成したことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項８に係る発明は、請求項７記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記物理的研磨法は、粒径３μｍ以上９μｍ以下の所定の粒径の研磨材を用いた研磨法であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項９に係る発明は、請求項６記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記ミクロな凹凸を化学的処理方法によって形成したことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１０に係る発明は、請求項９記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記化学的処理方法は、ＲＩＥ法であることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１１に係る発明は、請求項５〜１０のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記ミクロな凹凸間の距離が１μｍ以下であることを特徴とする。このミクロな凹凸間の距離の下限は０、すなわち、隣り合うミクロな凹凸が重なる場合があってもよい。
【００２７】
また、請求項１２に係る発明は、請求項５〜１１のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記窒化物系半導体基板は転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は上記の構成を備えることにより以下に述べるような優れた効果を奏する。すなわち、請求項１に係る発明によれば、窒化物系半導体基板と電極との界面に、段差が大きい凹凸の表面に前記凹凸よりも段差が小さな凹凸が形成されており、段差が大きい凹凸により窒化物系半導体基板と電極との間の接触面積が大きくなるとともに、段差が小さい凹凸によって実質的に窒化物系半導体基板と電極との間のコンタクト抵抗を低下させるとともに、密着性を向上させることができるので、窒化物系半導体発光素子の駆動電圧が低く、それによって発熱量の低下に基づく長寿命化及び高発光効率を期待できる窒化物系半導体発光素子が得られる。
【００２９】
また、請求項２に係る発明によれば、段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸の表面に段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸が多数形成されており、このうち段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸は特に窒化物系半導体基板と電極との間のコンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効であるため、請求項１に係る発明の効果が顕著に奏される窒化物系半導体発光素子が得られる。
【００３０】
また、請求項３に係る発明によれば、実質的に窒化物系半導体基板と電極との間のコンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効であるミクロな凹凸間の間隔が小さく、高密度に生成されているから、請求項１又は２に係る発明の効果が顕著に奏される窒化物系半導体発光素子が得られる。
【００３１】
また、請求項４に係る発明によれば、特に短波長領域の光を発する窒化物系半導体発光素子でありながら、請求項１〜３の何れかに係る発明の効果が奏される窒化物系半導体発光素子が得られる。
【００３２】
更に、請求項５に係る発明によれば、容易に請求項１に係る発明の窒化物系半導体発光素子を製造することができる。
【００３３】
また、請求項６に係る発明によれば、容易に請求項２に係る発明の窒化物系半導体発光素子を製造することができる。
【００３４】
また、請求項７に係る発明によれば、段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸は、化学的処理方法では形成困難であるが、物理的研磨法を採用すると簡単に形成することができる。
【００３５】
また、請求項８に係る発明によれば、用いた研磨材の粒径により容易に３μｍ以上９μｍ以下の所定の段差の凹凸を形成することができる。
【００３６】
また、請求項９及び１０に係る発明によれば、ＲＩＥ法による化学的処理方法ではマクロな凹凸の底部にも容易にミクロな凹凸を多数形成することができる。
【００３７】
また、請求項１１に係る発明によれば、容易に請求項３に係る発明の窒化物系半導体発光素子を製造することができる。
【００３８】
また、請求項１２に係る発明によれば、通常、窒化物系半導体基板の転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であると、コンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効である段差の小さい凹凸を高密度に形成することは困難であるが、請求項５〜１１に係る発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法を採用すると窒化物系半導体基板の転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下のものであっても多数の段差の小さい凹凸を高密度に形成することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例、比較例及び図面を用いて詳細に説明するが、以下に述べた実施例は、本発明の技術思想を具体化するための窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を例示するものであって、本発明をこの実施例に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
【００４０】
なお、図１は実施例及び比較例に共通するＧａＮ青紫色レーザダイオード素子のｎ側電極形成前の断面図である。また、図２（ａ）は実施例に相当するｎ側電極形成前の半導体基板にマクロな凹凸を形成した状態の模式的な断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のマクロな凹凸を形成した後にミクロな凹凸を形成した状態を示す模式的な断面図であり、図３（ａ）は図２（ａ）の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、図３（ｂ）は図２（ｂ）の表面のＳＥＭ写真である。さらに、図４（ａ）は比較例に相当するｎ側電極形成前の半導体基板に微細な凹凸を形成した状態の模式的な断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の微細な凹凸を形成した後にミクロな凹凸を形成した状態を示す模式的な断面図であり、図５（ａ）は図４（ａ）の表面のＳＥＭ写真であり、図５（ｂ）は図４（ｂ）の表面のＳＥＭ写真である。
［ｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子の製造］
最初に実施例及び比較例に共通するｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子１０を以下の製造方法により製造した。まず、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であるアンドープＧａＮ基板１１を用意し、このアンドープＧａＮ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）法によりｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２を１．０μｍ成長させた。その後、３周期構造ＭＱＷ活性層１３のうちＩｎＧａＮ井戸層を０．００３μｍ成長させ、次に３周期構造ＭＱＷ活性層１３のうちＧａＮ障壁層を０．０２μｍ成長させ、さらに、ＩｎＧａＮ光ガイド層１４を０．１μｍ成長させた。
【００４１】
その後、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１５を０．０２μｍ成長させ、次に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６を０．５μｍ成長させた。そして、最後に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７を０．００５μｍ成長させ、Ｐｔ／Ｐｄからなるｐ側電極層１８を形成し、その後、ドライエッチングにより、電流狭窄部分であるｐ型ＧａＮコンタクト層１７とｐ側電極層１８からなるリッジを形成し、次いで、ＣＶＤ装置を用いてリッジ両側にＳｉＯ2膜２０を形成した。次に、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕからなるパッド電極１９を形成し、アンドープＧａＮ基板１１の裏側を研磨してウエハを１１０μｍ程度の厚さにして、ｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子１０を作製した。
【実施例】
【００４２】
上述のようにして作製されたｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子１０を各種のエピタキシャル成長面（まとめて符号２１で表す）を下にして、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏側を粒径３μｍのスラリーを使用して研削装置により研磨することにより段差が３μｍのマクロな凹凸２２を形成した。この時の模式的な断面図を図２（ａ）に、また、研磨面の１５００倍ＳＥＭ写真を図３（ａ）に示す。
【００４３】
次に、このマクロな凹凸２２を形成した表面に誘導結合プラズマイオン化（ＩＣＰ）−反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法による乾式エッチング装置を用いて３分間化学的な処理を行い、マクロな凹凸２２の表面にミクロな凹凸２３を形成した。このときの模式的な断面図を図２（ｂ）に、また、化学的処理面の１００００倍ＳＥＭ写真を図３（ｂ）に示す。
［比較例］
上述のようにして作製されたｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子１０を各種のエピタキシャル成長面２１を下にして、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏側を粒径１μｍのスラリーを使用して研削装置により研磨することにより段差が１μｍの微細な凹凸２４を形成した。このときの模式的な断面図を図４（ａ）に、また、研磨面の１５００倍ＳＥＭ写真を図５（ａ）に示す。
【００４４】
次に、この段差が１μｍの微細な凹凸２４を形成した表面に、実施例の場合と同様にして、表面誘導結合プラズマイオン化（ＩＣＰ）−反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法による乾式エッチング装置を用いて３分間化学的な処理を行い、ミクロな凹凸２５形成した。このときの模式的な断面図を図４（ｂ）に、また、化学的処理面の１００００倍ＳＥＭ写真を図５（ｂ）に示す。
【００４５】
上述の実施例及び比較例の結果から次のことが分かる。すなわち、段差が３μｍのマクロな凹凸を形成した後に乾式エッチング装置を用いて化学的な処理を行った実施例の場合は、図３（ｂ）に示すように、段差が１μ以下の円錐状の突起が多数、高密度に形成されている。これに対し、段差が１μｍの微細な凹凸を形成した後に乾式エッチング装置を用いて化学的な処理を行った比較例の場合は、図５（ｂ）に示すように、段差が１μｍ以下の円錐状の突起が生じてはいるが、その数は少なく、また、まばらにしか生じていない。
【００４６】
したがって、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下である窒化物系半導体基板に対して化学的エッチング法を適用しても段差が１μｍ以下の凹凸は低密度にしか形成されないことが知られていることも考慮すると、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下での窒化物系半導体基板を用いた場合、窒化物系半導体基板に段差が１μｍ以下のミクロな凹凸を多数かつ高密度に形成するには、乾式エッチング装置を用いて化学的な処理を行う前に、予め段差が３μｍ以上のマクロな凹凸を形成しておく必要があることがわかる。
【００４７】
なお、上述のようにしてｎ型ＧａＮ基板１１の裏側にマクロな凹凸とミクロな凹凸とを形成した後に、例えばＡｌ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極を形成することによりＧａＮ青紫色レーザダイオード素子を作製することができる。このようにして得られたＧａＮ青紫色レーザダイオード素子は、電極を構成する金属と半導体基板の界面に、両者間のコンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効である１μｍ以下の凹凸が高密度に多数設けられているため、駆動電圧を低下させることができ、それによって発熱量の低下に基づく長寿命化及び高発光効率を期待できるようになる。
【００４８】
なお、上記実施例においては転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下の窒化物半導体基板を用いた例を示したが、化学的エッチング法によってミクロ間凹凸を形成しやすい転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダーを超える高転位密度の窒化物半導体基板に対しても有効に適用し得る。本発明を適用する窒化物半導体基板の転位密度は、ＬＥＤ用であれば１０9個／ｃｍ2オーダー以下、より好ましくは１０8個／ｃｍ2オーダー以下が好ましく、レーザダイオード用であれば１０6個／ｃｍ2オーダー以下、より好ましくは１０5個／ｃｍ2オーダー以下である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例及び比較例に共通するＧａＮ青紫色レーザダイオード素子のｎ側電極形成前の断面図である。
【図２】図２（ａ）は実施例に相当するｎ側電極形成前の半導体基板にマクロな凹凸を形成した状態の模式的な断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のマクロな凹凸を形成した後にミクロな凹凸を形成した状態を示す模式的な断面図である。
【図３】図３（ａ）は図２（ａ）の表面のＳＥＭ写真であり、図３（ｂ）は図２（ｂ）の表面のＳＥＭ写真である。
【図４】図４（ａ）は比較例に相当するｎ側電極形成前の半導体基板に微細な凹凸を形成した状態の模式的な断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の微細な凹凸を形成した後にミクロな凹凸を形成した状態を示す模式的な断面図である。
【図５】図５（ａ）は図４（ａ）の表面のＳＥＭ写真であり、図５（ｂ）は図４（ｂ）の表面のＳＥＭ写真である。
【図６】従来の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図７】別の従来の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である
【符号の説明】
【００５０】
１０ ｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子
１１ アンドープＧａＮ基板
１２ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１３ ３周期構造ＭＱＷ活性層
１４ ＩｎＧａＮ光ガイド層
１５ ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層
１６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１８ ｐ側電極層
１９ パッド電極
２０ ＳｉＯ2膜
２１ エピタキシャル成長面
２２ マクロな凹凸
２３、２５ ミクロな凹凸
２４ 段差が１μｍの微細な凹凸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウムＧａＮ系の化合物半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）、化合物半導体レーザ素子等の窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に金属−半導体間のコンタクト抵抗の低減を計って低駆動電圧化を達成できる窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色ＬＥＤや青紫色半導体レーザには、窒化物系半導体が主として用いられている。この窒化物系半導体は、通常、サファイア基板、ＳｉＣ基板またはＧａＮなどの窒化物系半導体基板上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシャル成長）法、または、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法などの結晶成長法を用いて成長させる。
【０００３】
従来の窒化物系半導体レーザ素子の一具体例を図６に示す。なお、図６は、従来の窒化物系半導体レーザ素子５０の模式的な断面図である。この窒化物系半導体レーザ素子５０は、サファイア基板５１上にバッファ層５２、アンドープＧａＮ層５３、ｎ−ＧａＮコンタクト層５４、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層５５、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５６、活性層５７、ｐ−ＧａＮ光ガイド層５８が順に形成されてなる。ｐ−ＧａＮ光ガイド層５８の所定幅の領域上にリッジ状にｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５９が形成されており、このリッジ状のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５９の側面に電流狭窄層６０が形成されている。更に、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５９の上面および電流狭窄層６０上にｐ−ＧａＮコンタクト層６１が形成されている。ｐ−ＧａＮコンタクト層６１からｎ−ＧａＮコンタクト層５４までの一部領域が除去されてｎ−ＧａＮコンタクト層５４が露出し、メサ形状が形成されている。露出したｎ−ＧａＮコンタクト層５４の所定領域上にｎ側電極６２が形成され、ｐ−ＧａＮコンタクト層６１の所定領域上にｐ側電極６３が形成されている。
【０００４】
このような窒化物系半導体レーザ素子ないしは発光ダイオード素子（以下、これらを合わせて「窒化物系半導体発光素子」という。）においては、駆動電圧が上昇すると、内部電力損失が大きくなるために発熱量が増大する。この発熱量の増大は、窒化物系半導体発光素子の寿命ないし発光効率に悪影響を及ぼすために、駆動電圧の低減のために多様な方面から注力がなされている。
【０００５】
この駆動電圧の低減策の一つとして、窒化物系半導体発光素子の金属−半導体間のコンタクト抵抗の低減がある。これは一般的にコンタクト電極材料となる金属の最適化を行うことの他に、金属−半導体の接触界面の面積を半導体表面に凹凸を形成することによって増大させることにより対応されている。このような金属−半導体界面に凹凸を形成した場合、コンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効な凹凸の大きさは１μｍ以下のミクロな凹凸である。
【０００６】
このような金属−半導体界面に凹凸を形成することによりコンタクト抵抗を低減するようにした窒化物系半導体発光素子は、既に下記特許文献１及び２にも開示されているように、周知のものであるが、このうち、下記特許文献２に開示されている金属−半導体の接触界面の面積を半導体表面に凹凸を形成することによって増大させた窒化物系半導体レーザ素子を、模式的な断面図である図７を用いて説明する。
【０００７】
この下記特許文献２に開示されている窒化物系半導体レーザ素子７０は、サファイア基板７１の上に、ｎ型コンタクト層７２、ｎ型クラッド層７３、活性層７４、ｐ型クラッド層７５、ｐ型コンタクト層７６が順に積層されたダブルヘテロ構造を示している。この窒化物半導体レーザ素子ではｐ型コンタクト層７６の表面にはストライプ状のｐ側電極７７が形成され、更に、ｎ型コンタクト層７２の表面には凹凸面７８が設けられ、その凹凸面７８にｐ側電極と平行な方向にストライプ状のｎ側電極７９が形成されている。なお、ｐ側電極７７とｎ側電極７９との間にある窒化物半導体層表面には、短絡防止のためにＳｉＯ2よりなる絶縁膜８０が設けられている。
【０００８】
また、この窒化物系半導体レーザ素子７０は、ｐ側電極７７のストライプ幅が数μｍ以下と非常に狭いので、ｐ側電極７７に直接ワイヤーボンディングすることが困難であるため、パッド電極８１を設けることによりｐ側電極７７を外部電源と接続することを容易にしている。
【０００９】
このように、窒化物系半導体レーザ素子７０のｎ型コンタクト層７２の表面に凹凸面７８を設けることにより、ｎ側電極７９とｎ型コンタクト層７２との接触面積が大きくなるため、ｎ側電極とｎ型コンタクト層との間に好ましいオーミック接触が得られ、窒化物系半導体レーザ素子７０全体の消費電力に対するｎ側電極−ｎ型コンタクト層７２間のコンタクト抵抗に基づく消費電力が小さくなるので、窒化物系半導体レーザ素子７０の駆動電圧を低下させることができるというものである。
【００１０】
このようなｎ型コンタクト層７２の表面に凹凸面７８を設けるには、所定の形状のマスクを電極を形成すべきｎ型コンタクト層７２の表面に形成した後、エッチングする方法が採用されている。このエッチング方法としては、エッチング後のｎ型コンタクト層の表面を荒らさないようにするため、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、イオンミリング、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）等の乾式エッチング装置を使用する方法が採用され、凹凸面７８の凹凸段差は、例えば０．０１μｍ以上の凹凸差で形成することが望ましく、０．０１μｍよりも小さいと駆動電圧の低下が顕著に現れない傾向にあるとされている。
【特許文献１】特開平１０−０６５２１３号公報（特許請求の範囲、段落［０００９］〜［００１２］、図１、図２）
【特許文献２】特開昭６０−１７５４６８号公報（特許請求の範囲、２頁右上欄１９行〜同頁右下欄８行、図２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、近年に至り発光波長が短い青紫色や更に短波長領域の光を発し、高性能で長寿命な窒化物系半導体発光素子が要望され、そのために転位密度が非常に低い窒化物化合物半導体基板が使用されるようになってきている。このような窒化物系半導体材料は、ＬＥＤとして利用するには転位密度が１０8個／ｃｍ2〜１０10個／ｃｍ2程度のものが使用できるが、レーザダイオードとして利用するには転位密度を１０6個／ｃｍ2オーダーにする必要がある。特に、短波長領域の光を発する窒化物系半導体レーザダイオード用には、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下である窒化物系半導体基板が使用される。
【００１２】
しかしながら、このような転位密度が低い窒化物系半導体基板を用いて窒化物系半導体発光素子を製造する場合、窒化物系半導体基板に凹凸を形成しようとしても、化学的エッチング法によっては段差が１μｍ以下の凹凸は低密度にしか形成されない。金属−半導体界面に凹凸を形成した場合、コンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効な凹凸の大きさは１μｍ以下（０．０１μｍ以上。上記特許文献１参照）のミクロな凹凸である。しかし、この１μｍ以下の凹凸の形成を乾式エッチング処理によって行なった場合、高密度に凹凸を形成することは困難である。
【００１３】
本願の発明者は、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下である窒化物系半導体基板を用いた際にも１μｍ以下の凹凸を形成し得る方法につき種々検討を重ねた結果、物理的研削法と乾式エッチング法を組み合わせると解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１４】
すなわち、本発明は、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下である窒化物系半導体基板を使用した窒化物系半導体発光素子においても、金属−半導体界面に１μｍ以下の凹凸を高密度に形成することにより、駆動電圧を低下させることができ、それによって発熱量の低下に基づく長寿命化及び高発光効率を期待できる窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の上記第１の目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、請求項１に係る窒化物系半導体発光素子の発明は、窒化物系半導体基板を備える窒化物系半導体発光素子において、前記窒化物系半導体基板と電極との界面に、段差が大きい凹凸の表面に前記凹凸よりも段差が小さい凹凸が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子において、前記段差が大きい凹凸は段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸であり、前記段差が小さい凹凸は段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸であることを特徴とする。段差が大きい凹凸の上限値は、あまり大きくしてもそれに対応して基板を厚くする必要が生じるため、９μｍ程度に止めるべきである。
【００１７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子において、前記ミクロな凹凸間の距離は１μｍ以下であることを特徴とする。このミクロな凹凸間の距離の下限は０、すなわち、隣り合うミクロな凹凸が重なる場合があってもよい。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れかに記載の化物系半導体発光素子において、前記窒化物系半導体基板の転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であることを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明の上記第２の目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、請求項５に係る窒化物系半導体発光素子の製造方法発明は、以下の（１）〜（３）の工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
（１）窒化物系半導体基板の表面に段差が大きい凹凸を形成する工程、
（２）前記段差が大きい凹凸の表面に前記凹凸よりも段差が小さい凹凸を形成して段差の大きさが異なる２段階の凹凸を形成する工程、
（３）前記段差の大きさが異なる２段階の凹凸の表面に電極を形成する工程。
【００２１】
また、請求項６に係る発明は、請求項５記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記段差が大きい凹凸は段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸であり、前記段差が小さな凹凸は段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項７に係る発明は、請求項６記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記マクロな凹凸を物理的研磨法によって形成したことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項８に係る発明は、請求項７記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記物理的研磨法は、粒径３μｍ以上９μｍ以下の所定の粒径の研磨材を用いた研磨法であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項９に係る発明は、請求項６記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記ミクロな凹凸を化学的処理方法によって形成したことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１０に係る発明は、請求項９記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記化学的処理方法は、ＲＩＥ法であることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１１に係る発明は、請求項５〜１０のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記ミクロな凹凸間の距離が１μｍ以下であることを特徴とする。このミクロな凹凸間の距離の下限は０、すなわち、隣り合うミクロな凹凸が重なる場合があってもよい。
【００２７】
また、請求項１２に係る発明は、請求項５〜１１のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、前記窒化物系半導体基板は転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は上記の構成を備えることにより以下に述べるような優れた効果を奏する。すなわち、請求項１に係る発明によれば、窒化物系半導体基板と電極との界面に、段差が大きい凹凸の表面に前記凹凸よりも段差が小さな凹凸が形成されており、段差が大きい凹凸により窒化物系半導体基板と電極との間の接触面積が大きくなるとともに、段差が小さい凹凸によって実質的に窒化物系半導体基板と電極との間のコンタクト抵抗を低下させるとともに、密着性を向上させることができるので、窒化物系半導体発光素子の駆動電圧が低く、それによって発熱量の低下に基づく長寿命化及び高発光効率を期待できる窒化物系半導体発光素子が得られる。
【００２９】
また、請求項２に係る発明によれば、段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸の表面に段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸が多数形成されており、このうち段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸は特に窒化物系半導体基板と電極との間のコンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効であるため、請求項１に係る発明の効果が顕著に奏される窒化物系半導体発光素子が得られる。
【００３０】
また、請求項３に係る発明によれば、実質的に窒化物系半導体基板と電極との間のコンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効であるミクロな凹凸間の間隔が小さく、高密度に生成されているから、請求項１又は２に係る発明の効果が顕著に奏される窒化物系半導体発光素子が得られる。
【００３１】
また、請求項４に係る発明によれば、特に短波長領域の光を発する窒化物系半導体発光素子でありながら、請求項１〜３の何れかに係る発明の効果が奏される窒化物系半導体発光素子が得られる。
【００３２】
更に、請求項５に係る発明によれば、容易に請求項１に係る発明の窒化物系半導体発光素子を製造することができる。
【００３３】
また、請求項６に係る発明によれば、容易に請求項２に係る発明の窒化物系半導体発光素子を製造することができる。
【００３４】
また、請求項７に係る発明によれば、段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸は、化学的処理方法では形成困難であるが、物理的研磨法を採用すると簡単に形成することができる。
【００３５】
また、請求項８に係る発明によれば、用いた研磨材の粒径により容易に３μｍ以上９μｍ以下の所定の段差の凹凸を形成することができる。
【００３６】
また、請求項９及び１０に係る発明によれば、ＲＩＥ法による化学的処理方法ではマクロな凹凸の底部にも容易にミクロな凹凸を多数形成することができる。
【００３７】
また、請求項１１に係る発明によれば、容易に請求項３に係る発明の窒化物系半導体発光素子を製造することができる。
【００３８】
また、請求項１２に係る発明によれば、通常、窒化物系半導体基板の転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であると、コンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効である段差の小さい凹凸を高密度に形成することは困難であるが、請求項５〜１１に係る発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法を採用すると窒化物系半導体基板の転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下のものであっても多数の段差の小さい凹凸を高密度に形成することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例、比較例及び図面を用いて詳細に説明するが、以下に述べた実施例は、本発明の技術思想を具体化するための窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を例示するものであって、本発明をこの実施例に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
【００４０】
なお、図１は実施例及び比較例に共通するＧａＮ青紫色レーザダイオード素子のｎ側電極形成前の断面図である。また、図２（ａ）は実施例に相当するｎ側電極形成前の半導体基板にマクロな凹凸を形成した状態の模式的な断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のマクロな凹凸を形成した後にミクロな凹凸を形成した状態を示す模式的な断面図であり、図３（ａ）は図２（ａ）の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、図３（ｂ）は図２（ｂ）の表面のＳＥＭ写真である。さらに、図４（ａ）は比較例に相当するｎ側電極形成前の半導体基板に微細な凹凸を形成した状態の模式的な断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の微細な凹凸を形成した後にミクロな凹凸を形成した状態を示す模式的な断面図であり、図５（ａ）は図４（ａ）の表面のＳＥＭ写真であり、図５（ｂ）は図４（ｂ）の表面のＳＥＭ写真である。
［ｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子の製造］
最初に実施例及び比較例に共通するｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子１０を以下の製造方法により製造した。まず、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であるアンドープＧａＮ基板１１を用意し、このアンドープＧａＮ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）法によりｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２を１．０μｍ成長させた。その後、３周期構造ＭＱＷ活性層１３のうちＩｎＧａＮ井戸層を０．００３μｍ成長させ、次に３周期構造ＭＱＷ活性層１３のうちＧａＮ障壁層を０．０２μｍ成長させ、さらに、ＩｎＧａＮ光ガイド層１４を０．１μｍ成長させた。
【００４１】
その後、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１５を０．０２μｍ成長させ、次に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６を０．５μｍ成長させた。そして、最後に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７を０．００５μｍ成長させ、Ｐｔ／Ｐｄからなるｐ側電極層１８を形成し、その後、ドライエッチングにより、電流狭窄部分であるｐ型ＧａＮコンタクト層１７とｐ側電極層１８からなるリッジを形成し、次いで、ＣＶＤ装置を用いてリッジ両側にＳｉＯ2膜２０を形成した。次に、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕからなるパッド電極１９を形成し、アンドープＧａＮ基板１１の裏側を研磨してウエハを１１０μｍ程度の厚さにして、ｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子１０を作製した。
【実施例】
【００４２】
上述のようにして作製されたｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子１０を各種のエピタキシャル成長面（まとめて符号２１で表す）を下にして、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏側を粒径３μｍのスラリーを使用して研削装置により研磨することにより段差が３μｍのマクロな凹凸２２を形成した。この時の模式的な断面図を図２（ａ）に、また、研磨面の１５００倍ＳＥＭ写真を図３（ａ）に示す。
【００４３】
次に、このマクロな凹凸２２を形成した表面に誘導結合プラズマイオン化（ＩＣＰ）−反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法による乾式エッチング装置を用いて３分間化学的な処理を行い、マクロな凹凸２２の表面にミクロな凹凸２３を形成した。このときの模式的な断面図を図２（ｂ）に、また、化学的処理面の１００００倍ＳＥＭ写真を図３（ｂ）に示す。
［比較例］
上述のようにして作製されたｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子１０を各種のエピタキシャル成長面２１を下にして、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏側を粒径１μｍのスラリーを使用して研削装置により研磨することにより段差が１μｍの微細な凹凸２４を形成した。このときの模式的な断面図を図４（ａ）に、また、研磨面の１５００倍ＳＥＭ写真を図５（ａ）に示す。
【００４４】
次に、この段差が１μｍの微細な凹凸２４を形成した表面に、実施例の場合と同様にして、表面誘導結合プラズマイオン化（ＩＣＰ）−反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法による乾式エッチング装置を用いて３分間化学的な処理を行い、ミクロな凹凸２５形成した。このときの模式的な断面図を図４（ｂ）に、また、化学的処理面の１００００倍ＳＥＭ写真を図５（ｂ）に示す。
【００４５】
上述の実施例及び比較例の結果から次のことが分かる。すなわち、段差が３μｍのマクロな凹凸を形成した後に乾式エッチング装置を用いて化学的な処理を行った実施例の場合は、図３（ｂ）に示すように、段差が１μ以下の円錐状の突起が多数、高密度に形成されている。これに対し、段差が１μｍの微細な凹凸を形成した後に乾式エッチング装置を用いて化学的な処理を行った比較例の場合は、図５（ｂ）に示すように、段差が１μｍ以下の円錐状の突起が生じてはいるが、その数は少なく、また、まばらにしか生じていない。
【００４６】
したがって、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下である窒化物系半導体基板に対して化学的エッチング法を適用しても段差が１μｍ以下の凹凸は低密度にしか形成されないことが知られていることも考慮すると、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下での窒化物系半導体基板を用いた場合、窒化物系半導体基板に段差が１μｍ以下のミクロな凹凸を多数かつ高密度に形成するには、乾式エッチング装置を用いて化学的な処理を行う前に、予め段差が３μｍ以上のマクロな凹凸を形成しておく必要があることがわかる。
【００４７】
なお、上述のようにしてｎ型ＧａＮ基板１１の裏側にマクロな凹凸とミクロな凹凸とを形成した後に、例えばＡｌ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極を形成することによりＧａＮ青紫色レーザダイオード素子を作製することができる。このようにして得られたＧａＮ青紫色レーザダイオード素子は、電極を構成する金属と半導体基板の界面に、両者間のコンタクト抵抗を低下させ、密着性を向上させるのに有効である１μｍ以下の凹凸が高密度に多数設けられているため、駆動電圧を低下させることができ、それによって発熱量の低下に基づく長寿命化及び高発光効率を期待できるようになる。
【００４８】
なお、上記実施例においては転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下の窒化物半導体基板を用いた例を示したが、化学的エッチング法によってミクロ間凹凸を形成しやすい転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダーを超える高転位密度の窒化物半導体基板に対しても有効に適用し得る。本発明を適用する窒化物半導体基板の転位密度は、ＬＥＤ用であれば１０9個／ｃｍ2オーダー以下、より好ましくは１０8個／ｃｍ2オーダー以下が好ましく、レーザダイオード用であれば１０6個／ｃｍ2オーダー以下、より好ましくは１０5個／ｃｍ2オーダー以下である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例及び比較例に共通するＧａＮ青紫色レーザダイオード素子のｎ側電極形成前の断面図である。
【図２】図２（ａ）は実施例に相当するｎ側電極形成前の半導体基板にマクロな凹凸を形成した状態の模式的な断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のマクロな凹凸を形成した後にミクロな凹凸を形成した状態を示す模式的な断面図である。
【図３】図３（ａ）は図２（ａ）の表面のＳＥＭ写真であり、図３（ｂ）は図２（ｂ）の表面のＳＥＭ写真である。
【図４】図４（ａ）は比較例に相当するｎ側電極形成前の半導体基板に微細な凹凸を形成した状態の模式的な断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の微細な凹凸を形成した後にミクロな凹凸を形成した状態を示す模式的な断面図である。
【図５】図５（ａ）は図４（ａ）の表面のＳＥＭ写真であり、図５（ｂ）は図４（ｂ）の表面のＳＥＭ写真である。
【図６】従来の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図７】別の従来の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である
【符号の説明】
【００５０】
１０ ｎ側電極形成前のＧａＮ青紫色レーザダイオード素子
１１ アンドープＧａＮ基板
１２ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１３ ３周期構造ＭＱＷ活性層
１４ ＩｎＧａＮ光ガイド層
１５ ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層
１６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１８ ｐ側電極層
１９ パッド電極
２０ ＳｉＯ2膜
２１ エピタキシャル成長面
２２ マクロな凹凸
２３、２５ ミクロな凹凸
２４ 段差が１μｍの微細な凹凸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系半導体基板を備える窒化物系半導体発光素子において、前記窒化物系半導体基板と電極との界面に、段差が大きい凹凸の表面に前記凹凸よりも段差が小さい凹凸が形成されていることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記段差が大きい凹凸は段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸であり、前記段差が小さい凹凸は段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記ミクロな凹凸間の距離は１μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記窒化物系半導体基板は、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
以下の（１）〜（３）の工程を含むことを特徴とする窒化物系半導体基板を用いた窒化物系半導体発光素子を製造する方法。
（１）窒化物系半導体基板の表面に段差が大きい凹凸を形成する工程、
（２）前記段差が大きい凹凸の表面に前記凹凸よりも段差が小さい凹凸を形成して段差の大きさが異なる２段階の凹凸を形成する工程、
（３）前記段差の大きさが異なる２段階の凹凸の表面に電極を形成する工程。
【請求項６】
前記段差が大きい凹凸は段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸であり、前記段差が小さな凹凸は段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸であることを特徴とする請求項５記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記マクロな凹凸を物理的研磨法によって形成したことを特徴とする請求項６記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記物理的研磨法は、粒径３μｍ以上９μｍ以下の所定の粒径の研磨材を用いた研磨法であることを特徴とする請求項７記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記ミクロな凹凸を化学的処理方法によって形成したことを特徴とする請求項６記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記化学的処理方法は、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法であることを特徴とする請求項９記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記ミクロな凹凸間の距離は１μｍ以下であることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記窒化物系半導体基板は、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であることを特徴とする請求項５〜１１のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
窒化物系半導体基板を備える窒化物系半導体発光素子において、前記窒化物系半導体基板と電極との界面に、段差が大きい凹凸の表面に前記凹凸よりも段差が小さい凹凸が形成されていることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記段差が大きい凹凸は段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸であり、前記段差が小さい凹凸は段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記ミクロな凹凸間の距離は１μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記窒化物系半導体基板は、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
以下の（１）〜（３）の工程を含むことを特徴とする窒化物系半導体基板を用いた窒化物系半導体発光素子を製造する方法。
（１）窒化物系半導体基板の表面に段差が大きい凹凸を形成する工程、
（２）前記段差が大きい凹凸の表面に前記凹凸よりも段差が小さい凹凸を形成して段差の大きさが異なる２段階の凹凸を形成する工程、
（３）前記段差の大きさが異なる２段階の凹凸の表面に電極を形成する工程。
【請求項６】
前記段差が大きい凹凸は段差が３μｍ以上９μｍ以下のマクロな凹凸であり、前記段差が小さな凹凸は段差が１μｍ以下０．０１μ以上のミクロな凹凸であることを特徴とする請求項５記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記マクロな凹凸を物理的研磨法によって形成したことを特徴とする請求項６記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記物理的研磨法は、粒径３μｍ以上９μｍ以下の所定の粒径の研磨材を用いた研磨法であることを特徴とする請求項７記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記ミクロな凹凸を化学的処理方法によって形成したことを特徴とする請求項６記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記化学的処理方法は、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法であることを特徴とする請求項９記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記ミクロな凹凸間の距離は１μｍ以下であることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記窒化物系半導体基板は、転位密度が１０6個／ｃｍ2オーダー以下であることを特徴とする請求項５〜１１のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−６７２０９（Ｐ２００７−６７２０９Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５２０３８（Ｐ２００５−２５２０３８）
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（０００２１４８９２）鳥取三洋電機株式会社 (1,582)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（０００２１４８９２）鳥取三洋電機株式会社 (1,582)
【Ｆターム（参考）】
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