JP2007200932A - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 歩留まりがよく、光取出し効率を向上した窒化物半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る窒化物半導体素子の製造方法は、基板上に、ＩｎＧａＮを含む光溶解層を形成する工程と、光溶解層上にＩｎＧａＮを含む層を少なくとも１層以上積層し、窒化物半導体層を形成する工程と、少なくともＩｎＧａＮを含む層が露出する側面に、絶縁膜を形成する工程と、電解液中で少なくとも一部が露出した光溶解層に、ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギーよりもエネルギーの大きい光を照射する工程とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、窒化物半導体素子の製造方法に関する。

従来、窒化物半導体素子は、照明、バックライト等用の光源として用いられる青色ＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)、白色照明用の光源として用いられる青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤに利用されている。なお、白色照明は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤにより白色を形成する。

図９に示すように、窒化物半導体素子は、基板３０１上に窒化物半導体層が積層されている。基板３０１を介して、窒化物半導体層へ電流を流す経路を確保するために、基板３０１として、導電性を備える基板が望まれているが、導電性のある基板の価格は、導電性のない基板の価格と比べて高くなってしまうため、導電性のない基板に添加物がドープされることにより、基板に導電性を備えさせる試みが検討されている。

しかし、添加物がドープされる基板３０１が用いられる場合、基板３０１による光の吸収量が大きくなり、窒化物半導体素子の特性に影響を及ぼしてしまうため、一般的に、導電性がなく、添加物がドープされていない基板（例えば、サファイア基板等）が、基板３０１として用いられている。

導電性がなく、添加物がドープされていない基板が、基板３０１として用いられる場合、窒化物半導体素子は、基板３０１の一方の面側で、電流を流す経路を確保する必要がある。

具体的には、図９に示すように、基板３０１上に窒化物半導体層（ｎ型バッファ層３０２乃至ｐ型コンタクト層３１１）が積層した後、ｐ型コンタクト層３１１側からｎ型コンタクト層３０５が露出するまで窒化物半導体層の一部をエッチングする。次に、露出したｎ型コンタクト層３０５上に、ｎ電極３１３を形成する。また、ｐ型コンタクト層３１１上に、ｐ電極３１２を形成する。これにより、窒化物半導体発光素子は、基板３０１を介さずに、ｎ電極３１３とｐ電極３１２との間に電流を流す経路を確保することができる。

しかしながら、図９に示すように、従来用いられている窒化物半導体素子は、抵抗値が同じであれば短い距離を流れようとする電流の性質により、ｎ電極３１３とｐ電極３１２との間に電流を流した際に、ｐ電極３１２からｎ電極３１３に向かう直線Ｌ上に該当する部位に電流が集中し、窒化物半導体層の各層において、均等に電流が行き渡らないという問題点があった。

これにより、かかる窒化物半導体素子のＭＱＷ活性層３０８は、ＭＱＷ活性層３０８から均等に発光させることが難しくなるという問題点があった。

また、かかる窒化物半導体素子は、電流と同様に、ｐ電極３１２からｎ電極３１３に向かう直線Ｌ上に該当する部位に電圧が集中するため、該部位で静電破壊が起こりやすくなるという問題点があった。

また、かかる窒化物半導体素子は、基板３０１の一方の面側に、ｐ電極３１２とｎ電極３１３とが形成されているため、基板の一方の面側にｎ電極が形成され、他方の面側にｐ電極が形成されている窒化物半導体素子と比べてチップ面積が大きくなり、生産性が低下するという問題点があった。

そこで、かかる問題点を解決するために、基板上に窒化物半導体層を積層し、窒化物半導体層の一方の面上にｐ電極を形成した後、かかる窒化物半導体層を基板から分離し、窒化物半導体層のｐ電極が形成された面と反対側の面上にｎ電極を形成する対向電極型の窒化物半導体素子の製造方法が提案されている。

具体的には、サファイアからなる基板と、ＧａＮ系半導体からなる窒化物半導体層とを用いる対向電極型の窒化物半導体素子の場合、基板上に窒化物半導体層を積層し、窒化物半導体層の上面に、ｐ電極を形成する。

次に、波長が３００ｎｍ以下程度のエキシマレーザ光を数１００ｍＪ/ｃｍ^２の照射エネルギーで基板側から窒化物半導体層側に向けて照射し、基板と窒化物半導体層との界面付近の窒化物半導体層を熱分解させて、窒化物半導体層を基板から分離し、露出した窒化物半導体層の下面にｎ電極を形成する。

これにより、対向電極型の窒化物半導体素子を得る窒化物半導体素子の製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる製造方法は、導電性のある基板を用いた場合と同様に、窒化物半導体層の一方の面上にｐ電極と、他方の面上にｎ電極とが形成されている対向電極型の窒化物半導体素子を得ることができ、光取り出し効率を向上した窒化物半導体素子を製造することができる。
特開２００３−１６８８２０号公報

ところで、上述した窒化物半導体素子の製造方法は、基板と窒化物半導体層との界面付近の窒化物半導体層を熱分解させるエネルギーを有するレーザ光を、かかる界面付近に照射する必要がある。

これにより、基板と窒化物半導体層との界面付近の窒化物半導体層を熱分解させて、窒化物半導体層を基板から分離することができる。

例えば、ＧａＮ化合物からなる窒化物半導体層を用いる場合、ＧａＮを熱分解するエネルギーを有するレーザ光をかかる界面付近に照射することにより、基板と窒化物半導体層との界面付近の窒化物半導体層をＧａとＮ_２ガスとに熱分解することができる。

しかしながら、かかる窒化物半導体素子の製造方法は、レーザ光を照射した際に、窒化物半導体層を熱分解させることにより、Ｎ_２ガスが発生し、基板と窒化物半導体層との界面付近に発生したＮ_２ガスの圧力により、窒化物半導体層に応力が加わり、クラックが生じるという問題点があった。

更に、基板と窒化物半導体層との界面付近の窒化物半導体層のみならず、該界面付近の上に積層された窒化物半導体層にクラックが伝播し、窒化物半導体層が破壊されてしまうという問題点があった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、歩留まりがよく、光取り出し効率を向上した窒化物半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る窒化物半導体素子の製造方法の第１の特徴は、基板上に、ＩｎＧａＮを含む光溶解層を形成する工程と、該光溶解層上にＩｎＧａＮを含む層を少なくとも１層以上積層し、窒化物半導体層を積層する工程と、少なくともＩｎＧａＮを含む層が露出する側面に、絶縁膜を形成する工程と、電解液中で少なくとも一部が露出した光溶解層に、ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギーよりもエネルギーの大きい光を照射する工程とを含むことを要旨とする。

かかる特徴によれば、該光溶解層上にＩｎＧａＮを含む層を少なくとも１層以上積層し、少なくともＩｎＧａＮを含む層が露出する側面に、絶縁膜を形成し、光溶解層に、ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギーよりもエネルギーの大きい光を照射することにより、窒化物半導体層のＩｎＧａＮを含む層を保護しつつ、光溶解層を溶解することができるため、窒化物半導体層に応力を加えることなく、窒化物半導体層を基板から分離することができる。

これにより、窒化物半導体層を基板から分離する際のクラックの発生を低減した対向電極型の窒化物半導体素子を得ることができ、歩留まりがよく、光取り出し効率を向上した窒化物半導体素子を製造することができる。

本発明の第１の特徴において、電解液中で、露出した窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、光溶解層に照射される光のエネルギーよりも大きくてもよい。

かかる特徴によれば、照射される光により、露出した窒化物半導体層が溶解することはなく、光溶解層のみを選択的に溶解することができるため、基板から窒化物半導体層を分離する際の窒化物半導体層に対する応力や光照射によるダメージを更に低減することができる。

本発明の第１の特徴において、電解液は、ＫＯＨ溶液又はＮａＯＨ溶液であり、光の光源は、Ｘｅランプ又は水銀ランプであってもよい。

かかる特徴によれば、ＫＯＨ溶液又はＮａＯＨ溶液中でＩｎＧａＮを含む光溶解層にＸｅランプ又は水銀ランプを照射することにより、光溶解層のみを選択的に溶解することができるため、窒化物半導体層を基板から分離する際の窒化物半導体層に対する応力や光照射によるダメージを更に低減することができる。

本発明によれば、歩留まりがよく、光取り出し効率を向上した窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意するべきである。

したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の構成）
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の断面構造を示す。

本実施形態に係る窒化物半導体素子は、ｎ型バッファＢ層１０４と、ｎ型コンタクト層１０５と、ｎ型超格子層１０６と、ＭＱＷ活性層１０８と、ｐ型クラッド層１１０と、ｐ型コンタクト層１１１とが積層された窒化物半導体層を備えている。

また、かかる窒化物半導体素子は、窒化物半導体層の側面に、ＳｉＮなどによって形成された絶縁膜１１３を備えている。

また、かかる窒化物半導体素子は、ｎ型バッファＢ層１０４の下面に、Ｔｉ層、Ａｌ層の順に積層され、ｎ型バッファＢ層１０４の下面とオーミック接触するｎ型オーミック電極１１８を備えている。なお、ｎ型オーミック電極１１８は、Ａｌ層のみによって形成されてもよい。

また、かかる窒化物半導体素子は、ｐ型コンタクト層１１１の上面に、ＺｎＯからなるｐ型オーミック電極１１２を備えている。

ｎ型バッファＢ層１０４は、ＧａＮによって形成されている。

ｎ型コンタクト層１０５は、ＳｉがドープされたＧａＮによって形成されている。

ｎ型超格子層１０６は、ＳｉがドープされたＩｎＧａＮによって形成されているＩｎＧａＮ層と、ＳｉがドープされたＧａＮによって形成されているＧａＮ層とを交互にそれぞれ積層した超格子構造を有する。

ＭＱＷ活性層１０８は、Ｉｎを含む窒化物半導体によって形成されている多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）を有する。

具体的には、ＭＱＷ活性層１０８は、厚みが、３０ÅのＩｎ_０.17ＧａＮによって形成されている井戸層と、厚みが、１００ÅのアンドープＧａＮによって形成されているバリア層とを交互にそれぞれ８回積層したＭＱＷ構造を有する。

ｐ型クラッド層１１０は、アンドープＧａＮ、又は、１％程度のＩｎを含むＩｎ_０.01ＧａＮによって形成されている。

ｐ型コンタクト層１１１は、ＭｇがドープされたＧａＮによって形成されている。なお、ｐ型コンタクト層１１１の上面は、ｐ型オーミック電極１１２とオーミック接触している。

（本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法）
以下、図２乃至図８を参照して、本実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法において行われる工程について説明する。

図２に示すように、ステップＳ１０１において、サファイア基板１０１上に、ＩｎＧａＮを含む光溶解層（以下、ＩｎＧａＮ層１０３と示す）を形成する光溶解層積層工程を行う。

具体的には、光溶解層積層工程において、第１に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置にサファイア基板１０１を入れて、水素ガスを流しながら１０５０℃程度まで温度を上げて、サファイア基板１０１をサーマルクリーニングする。

第２に、６００℃程度までＭＯＣＶＤ装置内の温度を下げて、サファイア基板１０１上に、ＧａＮからなるｎ型バッファＡ層１０２をエピタキシャル成長することにより結晶成長（以下、単に結晶成長と示す）する。

第３に、ｎ型バッファＡ層１０２上に、ＩｎＧａＮ層１０３を結晶成長する。

図３に、かかる光溶解層積層工程を行った後の、窒化物半導体素子の断面図を示す。図３に示すように、ＩｎＧａＮ層１０３は、サファイア基板１０１上で、ｎ型バッファＡ層１０２乃至ｎ型バッファＢ層１０４の間に積層されていることが好ましい。

これによれば、ＩｎＧａＮ層１０３が溶解された際に、ＩｎＧａＮ層１０３との界面付近のｎ型バッファＡ層１０２及びｎ型バッファＢ層１０４が溶解されてもＩｎＧａＮ層１０３上に形成されている窒化物半導体素子に、何ら影響を受けずに、窒化物半導体層をサファイア基板１０１から分離することができる。

ステップＳ１０２において、ＩｎＧａＮ層１０３上にＩｎＧａＮを含む層を少なくとも１層以上積層し、窒化物半導体層を積層する窒化物半導体積層工程を行う。

具体的には、窒化物半導体層積層工程において、第１に、１０００℃程度までＭＯＣＶＤ装置内の温度を上げながら、ＩｎＧａＮ層１０３上に、ＧａＮからなるｎ型バッファＢ層１０４、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型コンタクト層１０５を順に結晶成長する。

第２に、ｎ型コンタクト層１０５上に、ＳｉをドープしたＩｎＧａＮからなるＩｎＧａＮ層と、ＳｉをドープしたＧａＮからなるＧａＮ層とを交互に積層して、超格子構造を有するｎ型超格子層１０６を結晶成長する。

第３に、ｎ型超格子層１０６上に、厚みが、３０ÅのＩｎ_０.17ＧａＮからなる井戸層と、厚みが、１００ÅのアンドープＧａＮからなるバリア層とをそれぞれ８回積層してＭＱＷ構造を有するＭＱＷ活性層１０８を結晶成長する。

第４に、ＭＱＷ活性層１０８上に、アンドープＧａＮ層、又は、１％程度のＩｎ組成のＩｎＧａＮ層からなるｐ型クラッド層１１０を結晶成長する。

第５に、ＭＯＣＶＤ装置内の温度を更に上げながら、ｐ型クラッド層１１０上に、ＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１１を結晶成長する。

第６に、ｐ型コンタクト層１１１上に、分視線エピタキシー法を用いて、約２×１０^−４Ωｃｍ程度の低抵抗率を有するＧａドープのＺｎＯからなるｐ型オーミック電極１１２を形成する。

図４に、かかる窒化物半導体層積層工程が行われた後の窒化物半導体素子の断面図を示す。

ステップＳ１０３において、ＳｉＯ₂等からなる誘電体膜、又は、レジストによるマスクをｐ型オーミック電極１１２上に形成し、ｐ型オーミック電極１１２からｎ型バッファＢ層１０４が露出するまで、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式によってエッチングする第１エッチング工程を行う。

図５に、かかるエッチング工程が行われた後の窒化物半導体素子の断面図を示す。

ステップＳ１０４において、少なくともＩｎＧａＮを含む層が露出する側面に、絶縁膜１１３を形成する絶縁膜形成工程を行う。

具体的には、絶縁膜形成工程において、第１に、Ｐ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスパッタリング等で、ｐ型オーミック電極１１２及び窒化物半導体層の側面などの露出する面上にＳｉＮ等からなる絶縁膜１１３を形成する。

第２に、絶縁膜１１３にＣＦ_４系のガスを用いて、ｐ型オーミック電極１１２上に形成された絶縁膜１１３をドライエッチングすることにより、コンタクトホール１１４を形成する。

なお、かかるドライエッチングは、ＺｎＯからなるｐ型オーミック電極１１２のエッチングレートが遅いため、ｐ型オーミック電極１１２のみをエッチングすることができる。これにより、他の層を保護することができる。

第３に、蒸着法を用いて、コンタクトホール１１４から露出するｐ型オーミック電極１１２上及び絶縁膜１１３上に、Ａｌ層、Ｔｉ層、Ａｕ層を順に積層して、反射ミラー膜１１５を形成する。

なお、Ａｌ層の代わりにＡｇ層等の銀白系の他の金属層を用いてもよい。また、Ａｕ層の代わりに、Ａｕ及びＳｎの合金層を用いてもよい。また、Ｔｉ層は、用いずにＡｌ層に続いてＡｕ層を積層してもよい。

図６に、かかる絶縁膜形成工程を行った後の窒化物半導体素子の断面図を示す。

ステップＳ１０５において、ステップＳ１０３のエッチングと同様に、ＩＣＰ方式を用いて露出したｎ型バッファＢ層１０４からＩｎＧａＮ層１０３の少なくとも一部が露出するまでエッチングする第２エッチング工程を行う。

具体的には、第２エッチング工程において、第１に、ｎ型バッファＢ層１０４からＩｎＧａＮ層１０３にかけてエッチングすることにより、エッチング領域１１９を形成して、ＩｎＧａＮ層１０３の一部を露出させる。

第２に、Ａｕ及びＳｎの合金層、又は、Ａｕ層のみからなる接着層１１７の一部を熱により溶かし、ＣｕやＡｌＮ等の高熱伝導材料からなる支持基板１１６と、窒化物半導体層上に形成された反射ミラー膜１１５とを圧着する。

図７に、かかる第２エッチング工程を行った後の窒化物半導体素子の断面図を示す。

ステップＳ１０６において、電解液中で少なくとも一部が露出した光溶解層に、ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギーよりも大きい光を照射する光電気化学エッチング工程を行う。

具体的には、光電気化学エッチング工程において、電解溶液中で、サファイア基板１０１、ＩｎＧａＮ層１０３、及び、窒化物半導体層を浸し、光照射させて、ＩｎＧａＮ層１０３を溶解する。

かかる電解液中において、露出した窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、ＩｎＧａＮ層１０３に照射される光のエネルギーよりも大きいことが好ましい。

かかる電解溶液は、ｐＨ値が１２以上の強アルカリ性溶液であればよく、例えばＫＯＨ溶液、ＮａＯＨ溶液等が用いられる。

かかる光の光源は、ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギーよりもエネルギーの大きい光を照射するものであればよく、例えばＸｅランプ、水銀ランプ等が用いられる。

例えば、電解液としてＫＯＨ溶液、又は、ＮａＯＨ溶液が用いられる場合、光源としてＸｅランプ、又は、水銀ランプが用いられることが好ましい。

ステップＳ１０７において、露出したｎ型バッファＢ層１０４の下面を酸、アルカリ等を用いてエッチングし、かかる下面に、Ｔｉ層、Ａｌ層の順に積層して、オーミック接触するｎ型オーミック電極１１８を形成する電極形成工程を行う。なお、ｎ型オーミック電極１１８は、Ｔｉ層を用いずにＡｌ層のみによって積層されてもよい。

図１の窒化物半導体素子は、かかる光電気化学エッチング工程が行われ、ｎ型オーミック電極１１８を形成させた後の窒化物半導体素子の断面図を示す。

（本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の作用・効果）
本実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法によれば、ＩｎＧａＮ層１０３上にＩｎＧａＮを含む層を少なくとも１層以上積層し、少なくともＩｎＧａＮを含む層が露出する側面に、絶縁膜１１３を形成し、ＩｎＧａＮ層１０３に、ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギーよりもエネルギーの大きい光を照射することにより、窒化物半導体層のＩｎＧａＮを含む層を保護しつつ、ＩｎＧａＮ層１０３を溶解することができるため、窒化物半導体層に応力を加えることなく窒化物半導体層をサファイア基板１０１から分離することができる。

これにより、窒化物半導体層をサファイア基板１０１から分離する際のクラックの発生を低減した対向電極型の窒化物半導体素子を得ることができ、歩留まりがよく、光取り出し効率を向上した窒化物半導体素子を製造することができる。

更に、ＩｎＧａＮ層１０３以外のＩｎＧａＮを含む層が露出する面に絶縁膜を形成することにより、ＩｎＧａＮ層１０３上にＩｎＧａＮと結晶性のよい窒化物半導体層を形成し、且つ、ＩｎＧａＮ層１０３以外のＩｎＧａＮを含む層を保護することができる。

かかる電解液中において、露出した窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、ＩｎＧａＮ層１０３に照射される光のエネルギーよりも大きいことが好ましい。

これによれば、ＩｎＧａＮ層１０３に照射される光により、露出した窒化物半導体層が溶解することはなく、ＩｎＧａＮ層１０３のみを選択的に溶解することができるため、窒化物半導体層をサファイア基板１０１から分離する際の窒化物半導体層に対する応力及び光照射によるダメージを更に低減することができる。

また、電解液として、ＫＯＨ溶液又はＮａＯＨ溶液を用い、光源としてＸｅランプ又は水銀ランプを用いることが好ましい。

これにより、ＩｎＧａＮ層１０３のみを選択的に溶解することができるため、窒化物半導体層をサファイア基板１０１から分離する際の窒化物半導体層に対する応力及び光照射によるダメージを更に低減し、窒化物半導体層をサファイア基板１０１から分離することができる。

（本発明の第２実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法）
以下、本発明の第２実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法の各ステップについて図２を参照しながら更に説明する。

なお、以下においては、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。

具体的には、第１実施形態では、ステップＳ１０４において、絶縁膜１１３を形成後、コンタクトホール１１４から露出するｐ型オーミック電極１１２上と、絶縁膜１１３上とに蒸着法を用いて、Ａｌ層、Ｔｉ層、Ａｕ層を順に積層して、反射ミラー膜１１５を形成する。

これに対して、第２実施形態では、ステップＳ１０４において、絶縁膜１１３を形成後、コンタクトホール１１４から露出するｐ型オーミック電極１１２上と、絶縁膜１１３上とに蒸着法を用いて、Ａｌ_２Ｏ_３からなる膜を形成する点で、第１実施形態と異なる。

Ａｌ_２Ｏ_３からなる膜を形成後、蒸着法を用いて、Ａｌ_２Ｏ_３からなる膜の上に、Ａｌ層、Ｔｉ層、Ａｕ層を順に積層させて、反射ミラー膜１１５を形成する。

なお、Ａｌ層の代わりにＡｇ層等の銀白系の他の金属層を用いてもよい。また、Ａｕ層の代わりに、Ａｕ及びＳｎの合金層を用いてもよい。また、Ｔｉ層は、用いずにＡｌ層上に続いてＡｕ層を積層してもよい。

これによれば、ＳｉＮからなる絶縁膜１１３と、反射ミラー膜１１５の該絶縁膜１１３側の層であるＡｌ層との間にＡｌ_２Ｏ_３からなる膜を形成することにより、絶縁膜１１３と、Ａｌ層との格子定数の差を緩和して、絶縁膜１１３と、反射ミラー膜１１５の該絶縁膜１１３側の層との結合力をより向上し、反射ミラー膜１１５の剥離を低減できる。

従って、窒化物半導体層からの反射ミラー膜１１５の剥離を低減できるため、更に光取り出し効率を向上した窒化物半導体素子を得ることができる。

（本発明の第３実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法）
以下、本発明の第３実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法の各ステップについて図２を参照しながら更に説明する。

なお、以下においては、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。

具体的には、第１実施形態では、ステップＳ１０３における第１エッチング工程を行った後に、ステップＳ１０４において、Ｐ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスパッタリングで、ｐ型オーミック電極１１２や窒化物半導体層の側面などの露出する面にＳｉＮなどの絶縁膜１１３を形成して、絶縁膜形成工程を行う。

これに対して、第３実施形態では、ステップＳ１０３における第１エッチング工程を行った後に、窒化物半導体層の側面に光電気化学エッチングを行う点で、第１実施形態と異なる。かかる光電気化学エッチングの後に、ステップＳ１０４において、絶縁膜形成工程を行う。

具体的には、ステップＳ１０３における第１エッチング工程を行った後に、ＫＯＨ溶液、又は、ＮａＯＨ溶液等からなる電解溶液に、窒化物半導体層を浸し、窒化物半導体層にＸｅランプ、又は、水銀ランプを光源とするレーザを照射する。

これによれば、ステップＳ１０３における第１エッチング工程により、結晶構造が破壊されて、窒化物半導体の側面に形成された残留部（以下、ダメージ層と示す）を除去することができる。

ダメージ層は、様々なエネルギー準位が発生するため、かかるダメージ層を備える窒化物半導体素子に電流を流した場合、ダメージ層に電流が流れてしまう可能性がある。

かかるダメージ層を除去することにより、リーク電流を低減した窒化物半導体素子を製造することができ、更に光取り出し効率を向上した窒化物半導体素子を得ることができる。

（本発明の第４実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法）
以下、本発明の第４実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法の各ステップについて図２を参照しながら更に説明する。

なお、以下においては、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。

具体的には、第１実施形態では、ステップＳ１０１における光溶解層積層工程において、ＭＯＣＶＤ装置に、サファイア基板１０１を入れて、水素ガスを流しながらサファイア基板１０１をサーマルクリーニングした後に、サファイア基板１０１上に、ＧａＮからなるｎ型バッファＡ層１０２を結晶成長する。

これに対して、第４実施形態では、ＭＯＣＶＤ装置に、サファイア基板１０１を入れる前に、サファイア基板１０１をクリーニングし、サファイア基板１０１上に緩衝層を結晶成長する点で、第１実施形態と異なる。

具体的には、ステップＳ１０１における光溶解層工程において、第１に、サファイア基板１０１をＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に入れて、ガス導入しないまま、６００〜８００℃でサファイア基板１０１をクリーニングする。

第２に、ＧａＮを対象とした波長のＫｒＦレーザを用いて、サファイア基板１０１上のＧａＮを融解し、除去する。

第３に、サファイア基板１０１上に、ＧａＮ単結晶からなる緩衝層を結晶成長する。

これによれば、光溶解層工程前に付着しているサファイア基板１０１上のＧａＮは、何らかの成分がドープされ、格子不整合の要因となりうるが、かかるＧａＮを融解して、ＧａＮ単結晶からなる緩衝層を成長することにより、サファイア基板１０１と、サファイア基板１０１上の層との格子定数を整合させることができる。従って、更に結晶性に優れた窒化物半導体素子を製造することができ、更に光取り出し効率を向上した窒化物半導体素子を得ることができる。

（本発明の第５実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法）
以下、本発明の第５実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法の各ステップについて図２を参照しながら更に説明する。

なお、以下においては、上述した第１実施形態との相違点を主として説明する。

具体的には、第１実施形態では、ステップＳ１０７における電極形成工程において、ｎ型バッファＢ層１０４に、ｎ型オーミック電極１１８を形成することにより、図１に示す窒化物半導体素子が得られる。

これに対して、第５実施形態では、ステップＳ１０７における電極形成工程において、ｎ型オーミック電極１１８を形成した後に、ＫＯＨ溶液又はＮａＯＨ溶液等からなる電解溶液にｎ型バッファＢ層１０４を浸し、Ｘｅランプ又は水銀ランプを光源とするレーザを照射する。

これによれば、ｎ型バッファＢ層１０４の露出した面の表面が粗くなり、ｎ型バッファＢ層１０４におけるＭＱＷ活性層１０８から放出される光の全反射が低減でき、更に光取り出し効率を向上した窒化物半導体素子を得ることができる。

（その他の変形例）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、第１実施形態では、主として、窒化物半導体層のＭＱＷ活性層１０８から放出される光を利用する発光ダイオードや半導体レーザの製造方法について例示したが、本発明はこれに限られず、これら発光素子からの放出光を励起光とする蛍光体とを組み合わせた発光素子の製造方法にも利用可能である。

また、第１実施形態では、図４に示すように、ステップＳ１０１において、サファイア基板１０１上にｎ型バッファＡ層１０２、ＩｎＧａＮ層１０３を形成し、続いてステップＳ１０２において、ｎ型バッファＢ層１０４、ｎ型コンタクト層１０５の順に形成しているが、本発明は、この構成に限られたものでなく、例えば、ステップＳ１０２において、ｎ型バッファＢ層１０４を形成せずに、ｎ型コンタクト層１０５を形成する構成であってもよい。サファイア基板１０１上にｎ型バッファ層、ＩｎＧａＮ層１０３の順に形成すれば、格子定数を整合することができる。

また、第１実施形態では、図６に示すように、ステップＳ１０４において、ｐ型オーミック電極１１２や窒化物半導体層の側面などの露出する面全体に絶縁膜１１３を形成させているが、本発明は、この構成に限られたものでなく、絶縁膜１１３は、ＩｎＧａＮ層１０３を除き、少なくともＩｎＧａＮを含む層が露出する面に形成されていればよい。

これによれば、ステップＳ１０６において、ＩｎＧａＮ層１０３のみを溶解することができるからである。なお、ＩｎＧａＮを含む層が露出する面のみに絶縁膜１１３が形成されている場合、ＩｎＧａＮ層１０３は、既に露出しているためステップＳ１０５を省略することができる。

また、第１実施形態では、ステップＳ１０５において、図７に示すように、ｎ型バッファＢ層１０４を結晶成長方向にエッチングすることにより、ＩｎＧａＮ層１０３の一部を露出させることができる。

しかし、本発明は、これに限られず、例えば、図８に示すように、ＩｎＧａＮ層２０３の側面に形成された絶縁膜２１３の一部をエッチングすることにより、ＩｎＧａＮ層２０３の一部を露出させてもよい。

第２エッチング工程は、ＩｎＧａＮ層１０３の少なくとも一部が露出すればよく、これによれば、電解液中で、ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギーよりもエネルギーの大きい光を照射することにより、ＩｎＧａＮ層１０３を溶解することができるためである。

また、第１実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化物半導体層を結晶成長する説明をしたが、本発明はこれに限られず、ＨＶＰＥ法やガスソースＭＢＥ法などを用いて、窒化物半導体層を結晶成長してもよい。また、窒化物半導体層の結晶構造として、ウルツ鉱型であっても閃亜鉛鉱型構造であってもよい。また、結晶成長の面方位は、[０００１]に限るものではなく、[１１−２０]や[１−１００]でもよい。

また、第１実施形態では、窒化物半導体層の基板として、サファイア基板１０１を用いているが、本発明はこれに限られず、窒化物半導体層の成長の可能な基板、例えば、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬＡＯ、スピネル、Ａｌ_XＧａ_1-XＮ(０＜Ｘ≦１)等が使用可能である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の断面構造を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法のフローを示すものである。 本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す。 本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す。 本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す。 本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す。 本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す。 本発明のその他の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す。 従来技術に係る窒化物半導体素子の断面構造を示す。 従来技術に係る窒化物半導体素子を示す。

符号の説明

１０１、２０１、…サファイア基板、１０２、２０２…ｎ型バッファＡ層、
１０３、２０３…ＩｎＧａＮ層、１０４、２０４…ｎ型バッファＢ層、
１０５、２０５、３０５…ｎ型コンタクト層、１０６、２０６…ｎ型超格子層、
１０８、２０８、３０８…ＭＱＷ活性層、１１０、２１０、３１０…ｐ型クラッド層、
１１１、２１１、３１１…ｐ型コンタクト層、１１２、２１２…ｐ型オーミック電極、
１１３、２１３…絶縁膜、１１４…コンタクトホール、１１５、２１５…反射ミラー膜、
１１６、２１６…支持基板、１１７、２１７…接着層、１１８…ｎ型オーミック電極、
１１９、２１９…エッチング領域、３０１…基板、３０２…ｎ型バッファ層、
３０６…ｎ型クラッド層、３０７…ｎ型光ガイド層、３０９…ｐ型光ガイド層、３１２…ｐ電極、
３１８…ｎ電極

Claims (3)

1. 基板上に、ＩｎＧａＮを含む光溶解層を形成する工程と、
   前記光溶解層上にＩｎＧａＮを含む層を少なくとも１層以上積層し、窒化物半導体層を積層する工程と、
   少なくとも前記ＩｎＧａＮを含む層が露出する側面に、絶縁膜を形成する工程と、
   電解液中で少なくとも一部が露出した前記光溶解層に、ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギーよりもエネルギーの大きい光を照射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。
2. 前記電解液中において、露出した前記窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記光溶解層に照射される光のエネルギーよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
3. 前記電解液は、ＫＯＨ溶液又はＮａＯＨ溶液であり、
   前記光の光源は、Ｘｅランプ又は水銀ランプであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導体素子の製造方法。

Images