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WO2006038665A1 - 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

窒化物半導体発光素子およびその製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2006038665A1
WO2006038665A1 PCT/JP2005/018489 JP2005018489W WO2006038665A1 WO 2006038665 A1 WO2006038665 A1 WO 2006038665A1 JP 2005018489 W JP2005018489 W JP 2005018489W WO 2006038665 A1 WO2006038665 A1 WO 2006038665A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
nitride semiconductor
type
light emitting
electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/018489
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hiroaki Okagawa
Shin Hiraoka
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries, Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Cable Industries, Ltd. filed Critical Mitsubishi Cable Industries, Ltd.
Priority to JP2006539325A priority Critical patent/JPWO2006038665A1/ja
Priority to US11/664,386 priority patent/US20080135868A1/en
Publication of WO2006038665A1 publication Critical patent/WO2006038665A1/ja

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    • H10H20/8312—Electrodes characterised by their shape extending at least partially through the bodies

Definitions

  • Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
  • the present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device having a p-type nitride semiconductor layer and a P-side electrode which is an electrode for injecting holes into the layer, and a method for manufacturing the same.
  • LEDs light emitting diodes
  • LDs laser diodes
  • a nitride semiconductor is a compound semiconductor represented by the general formula A 1 a I n b G a ⁇ ab N (0 ⁇ a ⁇ 1 N 0 ⁇ b ⁇ 1, 0 ⁇ a + b ⁇ 1). , Binary G aN, A 1 N, I n N, ternary A 1 G a N, In G a NI nA IN, quaternary A 1 I nGa N, etc. Is exemplified.
  • group 3 element is replaced with B (boron), T 1 (thallium), etc., or a part of N (nitrogen) is replaced with P (phosphorus), A s (arsenic), S b ( Those substituted with antimony), Bi (bismuth), etc. are also included in the nitride semiconductor.
  • Nitride semiconductors are n-type defects where nitrogen vacancies contained as defects act as electron donors, so even if they are undoped, they become n-type semiconductors, but also Si (Ce), G e (Germanium), Doping with elements such as S e (selenium), Te (tellurium), and C (carbon) improves n-type conductivity. That is, these elements act as n-type impurities for nitride semiconductors.
  • Nitride semiconductors should be doped with elements such as Mg (magnesium), Zn (zinc), Be (beryllium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), etc. Thus, a p-type semiconductor can be obtained. In other words, these elements act as p-type impurities for nitride semiconductors.
  • FIG 9 is a schematic diagram of a conventional nitride LED.
  • the LED in the figure is a nitride semiconductor It has a double hetero pn junction type LED structure, which is a typical structure of LEDs using LEDs (hereinafter referred to as “nitride LEDs”).
  • the nitride LED is formed on a substrate 1 for crystal growth by an organic metal compound vapor phase growth (MOVPE) method, an n-type contact layer 2 made of a nitride semiconductor, an n-type cladding layer 3, an active layer 4 Then, the p-type cladding layer 5 and the p-type contact layer 6 are grown sequentially, and then the n-side electrode P 1 is formed on the surface of the n-type contact layer 2 exposed by dry etching, and p is formed on the surface of the p-type contact layer 6 It is manufactured by forming the side electrode P2.
  • MOVPE organic metal compound vapor phase growth
  • N-type represents a layer made of an n-type conductive nitride semiconductor
  • p-type represents a layer made of a p-type conductive nitride semiconductor
  • the p-side electrode P 2 is an electrode for injecting holes into the p-type contact layer 6 and the p-type cladding layer 5 which are p-type nitride semiconductor layers.
  • the p-side electrode P2 is a metal that forms good ohmic contact with the p-type nitride semiconductor, Ni (nickel) Pt (platinum), Pd (palladium), Rh (rhodium) or the like.
  • the p-type contact layer 6 is doped with a large amount of type impurities.
  • Mg as the p-type impurity, it is said that it is preferable to dope the Mg in a high concentration of l X 1 0 20 cm one 3 or more.
  • the p-type cladding layer 5 and the p-type contact layer 6 are! ) Growing while doping with type impurities.
  • the substrate is cooled to room temperature while flowing ammonia into the growth furnace.
  • the p-type cladding layer 5 and the ⁇ -type contact layer 6 are not p-type conductive, but are insulating (i-type). This phenomenon is called hydrogen passivation and is caused by the inactivation of p-type impurities by forming bonds with hydrogen atoms.
  • This hydrogen Atoms are said to be derived from hydrogen gas supplied as a carrier gas during crystal growth, ammonia supplied as a Group 5 source gas, or from ammonia supplied during cooling.
  • cooling is performed while flowing ammonia into the growth furnace because the nitride semiconductor has a relatively high equilibrium vapor pressure.
  • the decomposition of crystals occurs at 600 ° C or higher at normal pressure. This occurs because the surface deteriorates, but when ammonia is cooled while flowing into the growth furnace, this deterioration is suppressed.
  • the one-step formation method is a preferable method in terms of production efficiency, and is being studied.
  • the cooling atmosphere after growth is an atmosphere containing ammonia at a ratio of 0.1 to 30 V o 1% (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-0103-0 0 3 9 3 0 Etc.) have been proposed.
  • the present invention has the following features.
  • a nitride semiconductor light emitting device having a laminate composed of nitride semiconductor layers, the laminate having a laminate structure in which an active layer is sandwiched between a first n-type layer and a p-type layer. And a second n-type layer located outside the light-emitting part and located on the p-type layer side,
  • the second n-type layer has a surface exposed by dry etching, and injects holes into the p-type layer of the light emitting portion on the surface exposed by dry etching.
  • P-side electrode is formed,
  • the nitride semiconductor light emitting device The nitride semiconductor light emitting device.
  • the laminate is formed by sequentially growing a nitride semiconductor layer on a substrate
  • the light emitting part is included in the laminate so that the first n-type layer is on the lower side and the p-type layer is on the upper side, and
  • the stacked body includes a dedicated n-type contact layer below the n-type layer of the light emitting part, or the substrate is a substrate made of an n-type nitride semiconductor, The nitride semiconductor light emitting device according to (2) above, wherein the substrate also serves as an n-type contact layer.
  • the upper surface of the second n-type layer is a surface subjected to dry etching over the entire surface, and the p-side electrode is formed on the surface subjected to the dry etching.
  • Nitride semiconductor light emitting device Nitride semiconductor light emitting device.
  • nitride semiconductor light-emitting element wherein the p-side electrode is a transparent electrode, an opening electrode, or a reflective electrode made of A 1 or A 1 alloy.
  • a nitride semiconductor layer is formed on the surface of the second n-type layer on the side subjected to dry etching so as to overlap with the second n- type layer.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a mode in which a p-side electrode is formed on the surface of an n-type nitride semiconductor exposed by dry etching in the present invention.
  • the side contact layer can also have a multilayer structure in which nitride semiconductor crystal layers having different compositions are laminated, or a structure in which the crystal composition is inclined in the thickness direction.
  • the inert gas referred to in the present invention is nitrogen gas, and so-called noble gases such as argon, neon, and helium.
  • the inert gas used in the present invention is preferably an inexpensive nitrogen gas in order to reduce manufacturing costs. Yes.
  • the growth temperature T CON of the p-side contact layer 16 is higher than 700 ° C
  • ammonia is introduced into the growth furnace after the substrate heating is stopped until the substrate temperature reaches 700 ° C. Cooling while flowing, stop ammonia at 700 ° C, then cool down to 400 ° C over 1 minute with only inert gas flowing into the growth furnace, and then room temperature The method of cooling to is mentioned.
  • ammonia When ammonia is allowed to flow into the growth furnace in the substrate cooling step, it is preferable to supply a mixed gas in which ammonia is mixed with an inert gas into the growth furnace in order to suppress generation of hydrogen passivation as much as possible.
  • the flow ratio of ammonia in the mixed gas is preferably less than 2.5%, more preferably less than 1%, and particularly preferably less than 0.5%. If the flow rate ratio of ammonia is within this range, hydrogen passivation is effectively suppressed and the p-type cladding layer 15 is likely to be p-type conductive. In addition, even if the flow rate ratio of ammonia is about 0.1%, the surface deterioration of the p-side contact layer 16 can be suppressed.
  • the mixed gas here may be a mixed gas in which an inert gas and an ammonia are mixed in advance outside the MO VPE device, or a separate inert gas source and an ammonia source from the MO source.
  • the inert gas and ammonia supplied to the VPE equipment may be mixed gas mixed in the equipment piping, the gas introduction section upstream of the growth furnace, the growth furnace, etc. It is not necessary to be a mixed gas in which ammonia and ammonia are uniformly mixed at the molecular level.
  • the method of leaving the temperature drop to natural cooling is also “cooling”. Handle as an operation.
  • examples of artificial temperature control operations include forced cooling with a cooling circuit on the susceptor holding the substrate, heater heating, For example, wave heating can be used to mitigate the rate of temperature drop by operating the susceptor heating means specified in the device.
  • the substrate may be cooled while performing such an artificial temperature adjustment operation.
  • the temperature profile during cooling may be set arbitrarily, the rate of temperature decrease may be changed in the middle, and not only the temperature decreases monotonously with time, but there is also a time to hold it at a constant temperature. Although it is practical, it is possible to provide time for heating.
  • gases that can suppress the surface degradation of the p-side contact layer 16 by mixing in a small amount with the atmospheric gas include hydrazine, organic amines, and other compounds that can be used as Group 5 materials in the MOVPE method, in addition to ammonia.
  • the p-side electrode P 1 2 of LED 10 in Fig. 1 is an A 1 / P du laminated electrode.
  • the side electrode P 1 2 is in contact with the p-side contact layer 16 in the A 1 layer.
  • the reason why this electrode shows a low contact resistance to the p-side contact layer 16 is thought to be related to the fact that A 1 is a metal that forms good ohmic contact with the n-type nitride semiconductor.
  • metal materials include Ti, W (tungsten), Cr (chromium), etc. Can also be used.
  • a conventionally known method may be appropriately referred to, and vapor phase methods such as vapor deposition, sputtering, and CVD are preferably exemplified.
  • vapor phase methods such as vapor deposition, sputtering, and CVD are preferably exemplified.
  • a 1 has good reflectivity from the visible wavelength (green) to the near-ultraviolet wavelength, which is a typical emission wavelength of a nitride LED. Therefore, at least on the p-side contact layer 16 of the p-side electrode P 1 2 If the contacted part is formed with an A 1 layer (or A 1 alloy layer) formed to a light-reflective film thickness, light absorption by the electrode P 12 is reduced, and the luminous efficiency of the LED is improved. Therefore, the thickness of the A 1 layer or the A 1 alloy layer is preferably 10 nm or more, and more preferably 20 nm or more. Also, The surface of A1 is easily oxidized, but with such a film thickness, electrode characteristics are less likely to deteriorate or become unstable due to surface oxidation.
  • the Au layer is a chemical protective layer for the entire electrode because of its excellent corrosion resistance.
  • a brazing material Au, Au_Sn eutectic, etc.
  • the Pd layer is a Paria layer for suppressing that the Au of the Au layer diffuses into the A1 layer and forms an alloy, thereby degrading the electrical characteristics and optical characteristics of the A1 layer. Another purpose is to prevent A 1 from the A 1 layer from diffusing into the Au layer and depositing on the surface of the Au layer to form an oxide film.
  • the barrier layer is not limited to the Pd film, but a metal having a higher melting point than Au can be used. Ti, W, Pd, Nb, Mo (molybdenum), Pt, Rh, Ir (iridium), Z A single layer film or a multilayer film made of a simple substance or an alloy such as r (dinoleconium), H f (hafnium), or Ni can be used. A preferred alloy is, for example, a W—Ti alloy.
  • the barrier layer may be an alternate laminated film of these metal layers and an Au layer, and an alternate laminated film of a Pt layer and an Au layer is one of the preferred barrier layers.
  • a 1 layer Barrier layer Z p-side electrode consisting of 3 layers of PAu P 1 2
  • the preferred thickness of the A 1 layer is 10 nm to 7 O nm
  • the preferred thickness of the barrier layer is 10 nm to 300 nm
  • Au The preferred thickness of the layer is 50 nm to 2000 nm.
  • the p-side electrode P I 2 is an aperture electrode in order to extract light generated in the active layer 14 to the outside of the device through the p-side electrode P 1 2.
  • the ⁇ -side electrode ⁇ 1 2 is a transparent conductive film made of ITO, it is not necessary to use an aperture electrode because the electrode material has optical transparency.
  • the light generated in the active layer 14 can be extracted from the sapphire substrate side 11 to the outside of the device.
  • the p-side electrode P 1 2 is preferably a reflective metal electrode, It is better not to.
  • the reflective metal electrode at least a portion in contact with the p-side contact layer 16 is preferably formed of an A 1 layer or an A 1 alloy layer having good reflectivity.
  • the step of exposing the surface of the n- type contact layer 12 by dry etching and forming the n-side electrode PI 1 on the exposed surface is not particularly limited and can be performed with reference to a conventionally known method. This step may be performed after completion of the substrate cooling step, and may be performed before or after the electrode formation step.
  • the exposed surface may be formed first, and then the n-side electrode P 11 and the p-side electrode P 12 may be formed sequentially.
  • the formation of the n-side electrode P 11 or the formation of the p-side electrode P 12 may be performed first.
  • These electrodes can also be formed simultaneously using the same material.
  • an n-type nitride semiconductor layer 2 16 is grown on the p-type cladding layer 2 15, After the substrate cooling process is completed, as shown in FIG. 2B, the surface side is removed by dry etching, leaving a part of the n-type nitride semiconductor layer 2 16, and the remaining
  • the p-side contact layer is used as a part and a p-side electrode P 2 1 2 is formed on the surface thereof as shown in FIG.
  • an n-type nitride semiconductor layer 3 1 6 1 is formed on the p-type cladding layer 3 15, and an arbitrary nitride semiconductor is further formed thereon.
  • Layer 3 1 6 2 is grown, and then the n-type nitride semiconductor layer 3 1 6 1 is left as shown in FIG.
  • the remaining part of the n-type nitride semiconductor layer 3 1 6 1 is used as the p-side contact layer.
  • Side electrodes P 3 1 2 may be formed on the surface.
  • the surface damaged by being exposed to the atmosphere in the substrate cooling process is removed by dry etching, and the p-side electrode is formed on the surface of the newly exposed n-type nitride semiconductor.
  • Dry etching also has the effect of removing the natural oxide film formed on the surface of the nitride semiconductor and the effect of removing contamination. Therefore, it is exposed by dry etching
  • the contact resistance of the electrode can be lowered, and the adhesion between the electrode and the semiconductor can be improved.
  • Forming an electrode made of TO or the like is performed on the n-side electrode of a conventional nitride LED, and it is known that good electrical contact and adhesion can be obtained.
  • the surface of the nitride semiconductor layer becomes concavo-convex, and the light extraction efficiency of the LED can be improved.
  • an n-type nitride semiconductor layer 416 is grown on the p-type cladding layer 4 15 to a specific thickness. deep.
  • the specific thickness is a thickness at which the depth of the recess formed by dry etching can be set to one quarter or more of the emission wavelength of the LED (wavelength in the nitride semiconductor).
  • the cross-sectional shape of the unevenness may be a rectangular shape (including a square, a rectangular shape, a trapezoid whose top is narrower than the base, or an inverted trapezoid), a triangular shape, a sine wave shape, and the like.
  • This nitride LED improves the light extraction efficiency by the light scattering effect due to the unevenness and the light being easily emitted outside from the convex portion A protruding toward the light extraction side.
  • a nitride LED that extracts light from the substrate side is obtained. In this case, the light extraction efficiency is improved by the light scattering effect by the concave and convex.
  • the p-side electrode can be provided at a location that does not cause a major obstacle for removal from the) -side contact layer (for example, the edge or corner of the chip).
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of another nitride LED according to the embodiment of the present invention.
  • This LED 20 has a conductive support substrate 28, and has a three-layer structure (A 1 / P d) that contacts the p-side contact layer 26 with a conductive adhesive layer 27 and an A 1 layer on the support substrate 28.
  • p-side electrode P 22 p-type contact layer (second n-type layer) 26 made of n-type nitride semiconductor, p-type cladding layer 25 made of p-type nitride semiconductor, made of nitride semiconductor
  • An active layer 24, an n-type cladding layer (first n-type layer) 23 made of an n-type nitride semiconductor, and an n-type contact layer 22 made of an n-type nitride semiconductor are sequentially stacked.
  • an n-side electrode P 21 (A 1 / P d / Au) that is in ohmic contact with the n-type nitride semiconductor in the A 1 layer is formed.
  • a buffer layer (not shown) and a nitride from the n-type contact layer 22 to the p-side contact layer 26 are formed on the growth substrate 21.
  • a semiconductor growth process is performed in which the semiconductor layer is grown by the MOVPE method.
  • a substrate cooling process is performed in which the P-type cladding layer 25 is cooled to room temperature so as to have p-type conductivity.
  • An electrode forming step for forming the P-side electrode P22 on the surface is performed.
  • the support substrate 28 is attached to the surface of the p-side electrode P 22 using the conductive adhesive layer 27 (FIG. 7 (c)), and the growth substrate 21 is removed (FIG. 7 (d)).
  • an n-side electrode P 21 is formed on the surface of the n-type contact layer 22 exposed (FIG. 7 (e)).
  • the present invention includes a semiconductor growth process for growing a nitride semiconductor on a substrate, it is essential that the substrate used in the semiconductor growth process is included in the nitride semiconductor element that is the final target. is not.
  • the support substrate 28 is bonded to the p-side electrode 22.
  • the n-type contact is used so that the support substrate 28 is replaced with the growth substrate 21. It can also be bonded to layer 22.
  • a substrate is placed in a growth furnace of a MOVPE apparatus, and a p-doped layer, which is a nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity, and an n-type impurity stacked on the substrate are stacked on the substrate.
  • a semiconductor growth step of growing a laminate of nitride semiconductor layers by a MOVPE method so that the n-doped layer becomes the uppermost layer of the laminate.
  • a substrate cooling step of cooling the substrate on which the stacked body has been grown from the growth temperature of the n-doped layer to room temperature so that the p-doped layer becomes p-type conductivity after the semiconductor growth step,
  • the electron concentration of the n-doped layer is 1 X 10 18 cm ⁇ 3 ⁇ : LX 10 2 .
  • the electrode described in (la) or (2a) above contains A 1 and / or T i The manufacturing method described.
  • the Group 5 material used in the MOVPE method is ammonia, and in the semiconductor growth step, the nitride semiconductor is not grown between the growth of the p-doped layer and the growth of the n-doped layer.
  • the nitride semiconductor device is a light-emitting diode, and the electrode has at least a portion in contact with the surface of the n-doped layer made of a light-reflective A 1 layer or an A 1 alloy layer.
  • step (B) Cooling the substrate on which the laminate is grown from the growth temperature of the uppermost layer of the laminate to room temperature so as to achieve type conductivity; and (C) after the step (B), A step of dry etching from the surface side to a depth at which a part of the second nitride semiconductor layer remains on the surface of the first nitride semiconductor layer, and (D) the step (C) And a step of forming an electrode for injecting holes into the first nitride semiconductor layer on the surface of the second nitride semiconductor layer exposed by the dry etching.
  • a method for manufacturing a conductor element A method for manufacturing a conductor element.
  • step (22a) The manufacturing method according to any one of (16a) to (21a), wherein in the step (C), the dry etching is partially performed on the stacked body.
  • a substrate (23a) a substrate, a p-type nitride semiconductor layer formed on the substrate, an n-type nitride semiconductor layer formed directly on the p-type nitride semiconductor layer and having a surface exposed by dry etching, In contact with the surface exposed by the dry etching A nitride semiconductor device having an electrode for injecting holes into the P-type nitride semiconductor layer.
  • the p-type cladding layer can be made p-type conductive by reducing the ambient concentration in the atmosphere during cooling after the growth of the semiconductor layer. is there.
  • the ammonia concentration is too low, surface degradation will occur, and the hole concentration will decrease due to the action of the nitrogen vacancies that are generated. An increase in resistance occurs.
  • a small amount of ammonia is added to the cooling atmosphere to suppress this, hydrogen passivation is generated and the hole concentration is lowered, and the contact resistance of the p-side electrode is also increased. In other words, there is a limit in suppressing the contact resistance of the p-side electrode in the nitride LED of the conventional structure using the p-type contact layer.
  • a nitride semiconductor layer doped with an n-type impurity is grown immediately above the nitride semiconductor layer.
  • the contact resistance of the P-side electrode can be adjusted regardless of whether the ammonia concentration in the cooling atmosphere is too high or too low. The problem of the prior art, which is an increase, is solved. This is because a nitride semiconductor doped with an n-type impurity is considered not to cause a decrease in carrier (electron) concentration due to hydrogen passivation nor a decrease in carrier (electron) concentration due to surface degradation.
  • a P-type nitride semiconductor layer A nitride semiconductor element having a low contact resistance of the P-side electrode can be manufactured while using a one-step formation method for forming a nitride semiconductor element, and thus a nitride semiconductor element having a low operating voltage can be manufactured.
  • a 2-inch diameter C-plane sapphire substrate was mounted on the susceptor installed in the growth reactor of the MO VP E system, and the substrate temperature was raised to 110 ° C in a hydrogen atmosphere to perform thermal cleaning of the surface. . After that, the substrate temperature was lowered to 330 ° C, and an A 1 GaN low temperature buffer layer with a thickness of 20 nm was grown using TMG and TMA as Group 3 materials and ammonia as Group 5 materials. After the growth of the AlGaN low-temperature buffer layer, nitrogen gas is supplied into the growth furnace as a subflow gas during the growth of the nitride semiconductor layer, and hydrogen gas is used as the carrier gas for the Group 3 source and Group 5 source. It was.
  • the substrate temperature was raised to 1 000 ° C.
  • TMG and ammonia were supplied as raw materials
  • an undoped G a N layer was grown by 2 Aim
  • silane was further supplied
  • An im n-type cladding layer (also used as an n-type contact layer) was grown.
  • the substrate temperature is lowered to 800 ° C, and the active of the multi-quantum well structure in which a G a N barrier layer and 10 In n G a N well layers (emission wavelength: 405 nm) are alternately stacked. A sex layer was formed. Trimethylindium was used as the In raw material for the well layer growth.
  • the substrate temperature was raised to 1000 ° C, Mg raw material bis (ethylcyclopentadienyl) magnesium (E t C p 2 Mg), TMG, TMA, and ammonia were supplied, and Mg was doped.
  • the first p-type cladding layer made of A 1 G a N is grown by 50 nm, then the supply of TMA is stopped, and the second p-type cladding layer made of Mg-doped G a N is grown by 50 nm. It was.
  • the Mg concentration of the second mold cladding layer was 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the substrate heating was stopped, the supply of raw materials was also stopped, and the mixture was allowed to cool naturally to room temperature while flowing only nitrogen into the growth furnace.
  • RIE is further applied to the local region on the upper surface of the p-side contact layer and dug down from the upper surface to the lower layer side.
  • the clad layer and the active layer were sequentially removed to expose the n-type clad layer locally.
  • a three-layer electrode in which a d layer and a 100 nm thick Au layer were stacked in this order was formed simultaneously.
  • the p-side electrode provided on the surface of the p-side contact layer was formed in a lattice pattern using a photolithography technique.
  • This grid pattern is a square opening with a side of 6 xm (the part where the surface of the p-side contact layer is exposed).
  • the pattern is arranged in a square matrix at intervals of 2 ⁇ in both vertical and horizontal directions, that is, in two orthogonal directions.
  • An orthogonal mesh pattern in which an electrode portion having a width of 2 ⁇ and an opening portion having a width of 6 tm are alternately repeated is formed.
  • a thickness of 30 is formed on the p-side electrode and the n-side electrode by an electron beam evaporation method.
  • a pad electrode for wire bonding was formed by laminating a Ti layer of nm and an Au layer of thickness 300 nm in this order. Thereafter, this wafer was heat-treated at 500 ° C. for 5 minutes using an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus. Finally, the back surface of the sapphire substrate was polished to a thickness of 90 m, and element separation was performed by ordinary scribing and breaking to obtain a 35 Omm square LED chip. After the LED chip fabricated in the above procedure was die-bonded to the stem base, it was put into a state where it could be energized by wire bonding and the device characteristics were evaluated. The output was 5.6 mW (when 2 OmA was energized) and the forward voltage was 3.2. V (2 OmA energized).
  • the thickness of the growth layer when the p-side contact layer was grown by the MOVP E method was changed to 50 nm, and the surface layer of the p-side contact layer was not removed by RIE.
  • An LED chip was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that it was formed on the surface of the as-grown p-side contact layer.
  • the output was the same as in Example 1, but the forward voltage was 3.6 V (when 20 mA was applied).
  • a 2-inch diameter C-plane sapphire substrate was attached to the susceptor installed in the growth reactor of the MOVP E system, and the substrate temperature was raised to 1 100 ° C in a hydrogen atmosphere to perform thermal cleaning of the surface. After that, the substrate temperature was lowered to 330 ° C, and an A 1 GaN low temperature buffer layer with a thickness of 20 nm was grown using TMG and TMA as Group 3 materials and ammonia as Group 5 materials. Since the growth of the Al GaN low-temperature buffer layer, nitrogen gas was supplied into the growth furnace as a subflow gas during the growth of the nitride semiconductor layer, and hydrogen gas was used as the carrier gas for the Group 3 and Group 5 materials. .
  • the substrate temperature was raised to 1000 ° C.
  • TMG and ammonia were supplied as raw materials
  • an undoped G a N layer was grown at 2 / zm
  • silane was further supplied
  • the thickness of Si-doped G aN 3 A ⁇ n-type cladding layer (also used as an n-type contact layer) was grown.
  • the substrate temperature was raised to 1000 ° C, and Mg raw material bis (ethyl pentapentenyl) magnesium (E t Cp 2 Mg), TMG, TMA, and ammonia were supplied, and Mg doped A 1 G
  • Mg raw material bis (ethyl pentapentenyl) magnesium (E t Cp 2 Mg), TMG, TMA, and ammonia were supplied, and Mg doped A 1 G
  • the first p-type cladding layer made of aN was grown by 50 nm, and then the supply of TMA was stopped, and the second P-type cladding layer made of Mg-doped GaN was grown by 200 nm.
  • the substrate heating was stopped, the supply of raw materials was stopped, and the mixture was allowed to cool naturally to room temperature while flowing only nitrogen into the growth furnace.
  • the surface of the heel-side contact layer and the surface of the ⁇ -type cladding layer exposed by RI ⁇ An electron beam evaporation method was used to simultaneously form an electrode with a three-layer structure in which an A layer with a thickness of 20 nm, a Pd layer with a thickness of 50 nm, and an Au layer with a thickness of 100 nm were stacked in this order.
  • the p-side electrode provided on the surface of the p-side contact layer was formed in a lattice pattern using photolithography technology.
  • This grid pattern is a square opening with a side of 6 / m (the part where the surface of the p-side contact layer is exposed).
  • the pattern is arranged in a square matrix at both vertical and horizontal intervals, that is, in two orthogonal directions.
  • An orthogonal mesh pattern in which an electrode portion having a width of 2 ⁇ and an opening portion having a width of 6 / im are alternately operated is formed.
  • the thickness is formed on the p-side electrode and the n-side electrode by an electron beam evaporation method.
  • a pad electrode for wire bonding was formed by laminating a 30 nm Ti layer and a 300 nm thick Au layer in this order. Thereafter, this wafer was heat-treated at 500 ° C. for 5 minutes using an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus.
  • the back surface of the sapphire substrate was polished to a thickness of 90 ⁇ , and element separation was performed by ordinary scribing and baking to obtain a 35 Omm square LED chip.
  • the LED chip fabricated in the above procedure was die-pounded on the stem base, it was made energizable by wire bonding and the device characteristics were evaluated. The output was 5.4 mW (when 2 OmA was energized) and the forward voltage was 3.6. V (2 OmA energized).
  • the p-side contact layer was grown at the same temperature without changing the substrate temperature.
  • LED chip by the same method as in Reference Experiment Example 1 except that the supply of the raw material is stopped and the ammonia and nitrogen gas are allowed to naturally cool to room temperature while flowing into the growth furnace so that the ammonia flow rate ratio is 2%.
  • the output was 5.3 mW (when 2 OmA was applied) and the forward voltage was 3.9 V (when 2 QmA was applied).
  • the Mg concentration is 5 ⁇ 10 2 instead of the 10 nm thick p-side contact layer made of n-type GaN.
  • a p-type contact layer made of cm- 3 p-type GaN and having a thickness of 10 nm is formed, and the p-side electrode is formed of a Ni layer with a thickness of 20 nm and an Au layer with a thickness of 150 nm in this order.
  • An LED chip was fabricated by the same method as in Reference Experiment 1 except that a stacked two-layer structure was used, and the device characteristics were evaluated.
  • the output was 5.0 mW (when 20 mA current was applied) and the forward voltage was 4.5 V (when 20 mA current was applied).

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Abstract

窒化物半導体発光素子の素子構造において、窒化物半導体層からなる積層体に、第一のｎ型層１３とｐ型クラッド層１５とによって活性層１４を挟んだ積層構造を有してなる発光部と、該発光部の外側にあって前記ｐ型クラッド層の側に位置する第二のｎ型層１６とが含まれる構造とする。積層体を基板１１上に成長させる場合には、発光部はｐ型クラッド層１５を上側とし、第二のｎ型層１６は発光部よりもさらに上側に位置させる。該第二のｎ型層１６に、ドライエッチングが施されて露出した面を形成する。このドライエッチングを施されて露出した面に電極Ｐ１２を形成することで、該電極Ｐ１２は、ｎ型層１６に形成された電極でありながら、前記発光部のｐ型クラッド層１５へ正孔を注入するための低接触抵抗のｐ側電極となる。

Description

明細書
窒化物半導体発光素子およびその製造方法
技術分野
本発明は、 p型窒化物半導体層と、 該層に正孔を注入するための電極である P 側電極とを有する窒化物半導体発光素子、 およびその製造方法に関する。
背景技術
近年、 窒化物半導体を主要部に用いた半導体素子の開発が精力的に行われてお り、 中でも、 可視 （緑色） 〜近紫外領域の光を発生させることが可能な発光ダイ オード （LED) やレーザダイオード （LD) などの発光素子は、 実用化される に至っている。
窒化物半導体は、 一般式 A 1 a I nbG a卜 a bN (0≤ a≤ 1N 0≤ b≤ 1 、 0≤ a + b≤ 1) で表される化合物半導体であって、 例えば、 二元系の G aN 、 A 1 N、 I n N、 三元系の A 1 G a N、 I n G a N I nA I N、 四元系の A 1 I nGa Nなど、 任意の組成のものが例示される。 ここで、 3族元素の一部を 、 B (ホウ素） 、 T 1 (タリウム） 等で置換したものや、 N (窒素） の一部を P (リン） 、 A s (ヒ素） 、 S b (アンチモン） 、 B i (ビスマス） 等で置換した ものも、 窒化物半導体に含まれる。
窒化物半導体は、 欠陥として含まれる窒素空孔が電子のドナーとして働く n型 欠陥であるために、 アンドープでも n型半導体となるが、 更に、 S i (ケィ素） 、 G e (ゲルマニウム） 、 S e (セレン） 、 Te (テルル） 、 C (炭素） 等の元 素をドープすることによって n型導電性が向上する。 すなわち、 これらの元素は 窒化物半導体に対して n型不純物として働く。
また、 窒化物半導体は、 Mg (マグネシウム） 、 Z n (亜鉛） 、 B e (ベリリ ゥム） 、 C a (カルシウム） 、 S r (ストロンチウム） 、 B a (バリウム） 等の 元素をドープすることにより、 p型半導体とすることができる。 すなわち、 これ らの元素は窒化物半導体に対して p型不純物として働く。
図 9は、 従来の窒化物 LEDの模式図である。 同図の LEDは、 窒化物半導体 を用いた LED (以下、 「窒化物 LED」 という。 ） の典型的な構造であるダブ ルヘテロ p n接合型の LED構造を有する。 この窒化物 LEDは、 結晶成長用の 基板 1の上に、 有機金属化合物気相成長 （MOVPE) 法によって、 窒化物半導 体からなる n型コンタクト層 2、 n型クラッド層 3、 活性層 4、 p型クラッド層 5、 p型コンタクト層 6が順次成長され、 その後、 ドライエッチングにより露出 した n型コンタクト層 2の表面に n側電極 P 1が形成され、 p型コンタクト層 6 の表面に p側電極 P 2が形成されることによって、 作製される。
なお、 「n型」 は、 n型伝導性の窒化物半導体からなる層であることを表し、 「p型」 は、 p型伝導性の窒化物半導体からなる層であることを表している。 こ こで、 p側電極 P 2は、 p型窒化物半導体層である p型コンタクト層 6および p 型クラッド層 5に正孔を注入する電極である。
従来の窒化物 LEDにおいて、 p側電極 P 2は、 p型窒化物半導体と良好なォ 一ミック接触を形成する金属である N i (ニッケル） P t (白金） 、 P d (パ ラジウム） 、 Rh (ロジウム） 等で形成される。
p側電極 P 2の接触抵抗を低下させるためには、 p側電極 P 2をこれらの金属 で形成するとともに、 p型コンタク ト層 6の正孔濃度を高くすることが必要であ るとされ、 そのために、 p型コンタクト層 6には多量の； 型不純物がドープされ る。
p型不純物として Mgを用いる場合であれば、 Mgを l X 1 020 c m一3以上 という高濃度にドープすることが好ましいといわれている。
図 9に示す窒化物 LEDの製造にあたり、 p型クラッド層 5および p型コンタ クト層 6は！)型不純物をドープしつつ成長される。 ここで、 MOVPE法により 900°C〜 1 200°C程度の成長温度で； 型クラッド層 5および p型コンタクト 層 6を成長した後、 成長炉内にアンモニアを流しながら基板を室温まで冷却する と、 p型クラッド層 5や ρ型コンタクト層 6は p型伝導性とはならずに、 絶縁性 ( i型） となる。 この現象は水素パッシベーシヨンと呼ばれており、 p型不純物 が水素原子と結合を形成して不活性化されることが原因とされている。 この水素 原子は、 結晶成長時にキャリアガスとして供給される水素ガスや、 5族原料ガス として供給されるアンモニアに由来するとも、 あるいは、 冷却時に供給されるァ ンモユアに由来するともいわれている。
ここで、 成長炉内にアンモニアを流しながら冷却を行うのは、 窒化物半導体は 平衡蒸気圧が比較的高く、 例えば G a Nの場合、 常圧では 6 0 0 °C以上で結晶の 分解が起こり、 表面が劣化するのに対し、 アンモニアを成長炉内に流しながら冷 却すると、 この劣化が抑制されるからである。
このように、 MO V P E法によって p型窒化物半導体を作製すると、 気相成長 終了後の冷却時にアンモニアを流せば水素パッシベーションが起こり、 流さなけ れば表面が劣化するという問題がある。 そのため、 一段階形成法 （即ち、 MO V P E法で成長を行った後、 電子線照射処理やアニーリングといった別の後処理工 程を行うことなく、 冷却を行うだけで！)型窒化物半導体を形成する方法） を実現 することは困難であると考えられている。
それでも、 一段階形成法は、 製造効率上好ましい方法であることから、 それに ついての検討が行われており、 例えば、 水素パッシベーシヨンを抑えると同時に 、 表面の劣化による n型の欠陥 （窒素空孔） の生成を抑制するために、 成長後の 冷却雰囲気を、 アンモニアを 0 . 1 ~ 3 0 V o 1 %の割合で含む雰囲気とする方 法 （特開 2 0 0 4— 1 0 3 9 3 0号公報） などが提案されている。
一段階形成法のひとつとして、 MO V P E法により p型不純物をドープした窒 化物半導体を成長した後の冷却過程において、 基板へのアンモニア供給方法や、 雰囲気中のアンモニアの濃度を制御することによって、 水素パッシベーションと 表面劣化のバランスを取り、 該窒化物半導体の p型伝導性を発現させようとする 方法がある。 しかし、 これを従来構造の窒化物 L E Dの作製に適用すると、 冷却 雰囲気中のアンモニア濃度をかなり低く抑えた場合であっても、 p側電極 P 2の 接触抵抗が十分に低下しないという問題があることが判明した。
発明の開示
本発明の目的は、 新たな P側電極の構造を有する窒化物半導体発光素子と、 そ の製造方法を提供することにある。
本発明者等は、 発光部を構成する P型層に隣接して成長させた n型層をエッチ ングし、 そのエッチング面に電極を形成すれば、 その電極から p型層へ好ましく 正孔を注入し得ることを見出し、 本発明を完成させた。
本発明は、 次の特徴を有する。
( 1 ) 窒化物半導体層からなる積層体を有する窒化物半導体発光素子であって、 該積層体には、 第一の n型層と p型層とによって活性層を挟んだ積層構造を有 してなる発光部と、 該発光部の外側にあつて前記 p型層の側に位置する第二の n 型層とが含まれており、
該第二の n型層は、 ドライエッチングが施されて露出した面を有し、 このドラ ィエッチングを施されて露出した面には、 前記発光部の p型層へ正孔を注入する ための p側電極が形成されていることを特徴とする、
前記窒化物半導体発光素子。
( 2 ) 上記積層体が、 基板上に窒化物半導体層を順次成長させることによって形 成されたものであって、
基板が下側にあるとして、 発光部は、 第一の n型層が下側、 p型層が上側とな るように積層体中に含まれており、 かつ、
第二の n型層が、 発光部よりも上側に位置している、 上記 （1 ) 記載の窒化物 半導体発光素子。
( 3 ) 発光部の第一の n型層が、 n型コンタクト層を兼用している、 上記 （2 ) 記載の窒化物半導体発光素子。
( 4 ) 上記積層体に、 発光部の n型層よりも下側に専用の n型コンタクト層が含 まれているか、 または、 上記基板が n型の窒化物半導体からなる基板であって、 該基板が n型コンタクト層を兼用している、 上記 （2 ) 記載の窒化物半導体発光 素子。
( 5 ) n型コンタクト層が、 ドライエッチングによって露出した表面を有し、 該 表面に n側電極が形成されている、 上記 （3 ) または （4 ) 記載の窒化物半導体 発光素子。
(6) 上記第二の n型層の上面が、 全面にわたってドライエッチングを施された 面であり、 このドライエッチングを施された面に上記 p側電極が形成されている 、 上記 （1) 記載の窒化物半導体発光素子。
(7) 上記 p側電極が、 上記ドライエッチングを施された面の略全面に形成され ている、 上記 （6) 記載の窒化物半導体発光素子。
(8) 上記 p側電極が、 透明電極、 開口電極または、 A 1または A 1合金からな る反射性を有する電極である、 上記 （7) 記載の窒化物半導体発光素子。
(9) 上記第二の n型層のドライエッチングを施された側の面が、 該ドライエツ チングによって凹凸面とされた面である、 上記 （1) 記載の窒化物半導体発光素 子。
(10) 上記第二の n型層のドライエッチングを施された側の面には、 ドライエ ツチングに先立って、 該面に重ねて窒化物半導体層が形成されており、 該第二の n型層へのドライエッチングは、 前記の重ねて形成された窒化物半導体層の表面 から施され第二の n型層に達したものである、 上記 （9) 記載の窒化物半導体発 光素子。
(1 1) p側電極が、 凹凸面の略全面を覆って形成されている、 上記 （9) また は （10) 記載の窒化物半導体発光素子。
(1 2) 上記 p側電極が、 透明電極または、 A 1または A 1合金からなる反射性 を有する電極である、 上記 （1 1) 記載の窒化物半導体発光素子。
(1 3) p側電極が、 凹凸面の凹部内のみに形成されており、 凸部の上方には、 該 p側電極が形成されていない、 上記 （9) または （10) 記載の窒化物半導体 発光素子。
(14) 基板上に窒化物半導体層からなる積層体を成長させた素子構造を有する 窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
第一の n型層、 活性層、 p型層、 第二の n型層を、 この順に該基板上に成長さ せる工程と、 前記第二の n型層の上面にドライエッチングを施す工程と、
前記工程によって、 第二の n型層のドライエッチングが施されて露出した面に 、 発光部の p型層へ正孔を注入するための p側電極を形成する工程とを少なくと も有する、 窒化物半導体発光素子の製造方法。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明による窒化物 LEDの構造の一例を示す説明図である。 ハッチ ングは、 領域を区別する目的で、 適宜施している （他の図も同様である） 。
図 2は、 本発明において、 ドライエッチングにより露出した n型窒化物半導体 の表面に p側電極を形成する態様を説明する図である。
図 3は、 本発明において、 ドライエッチングにより露出した n型窒化物半導体 の表面に p側電極を形成する態様を説明する図である。
図 4は、 本発明において、 部分的なドライエッチングにより露出した n型窒化 物半導体の表面に p側電極を形成する態様を説明する図である。
図 5は、 本発明において、 部分的なドライエッチングにより露出した n型窒化 物半導体の表面に p側電極を形成する態様において、 ドライエッチングにより形 成される凹部のパターンを例示する説明図である。 斜線で示した部分が凹部に対 応している。
図 6は、 本発明による窒化物 LEDの構造の一例を示す説明図である。
図 7は、 図 6に示す構造の窒化物 LEDの製造工程を説明する図である。 図 7 (b) 〜 （d) では、 主として、 新しく加えられた層だけに符号を記入しており 、 同じ層への重複した符号の付与は省略している。 図 7 (a) と （e) では、 分 力 りやすいように、 全ての層に符号を記入している。
図 8は、 本発明による窒化物 LEDの構造の一例を示す説明図である。
図 9は、 従来の窒化物 LEDの構造を示す図である。
図における各符号が示すものはそれぞれ次のとおりである。 1 1 ;サファイア 基板、 1 2 ; n型コンタクト層、 1 3 ; n型クラッド層、 14 ；活性層、 1 5 ; P型クラッド層、 1 6 ； p側コンタクト層、 P 1 1 ； n側電極、 P 1 2 ； p側電 極。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態を、 図を参照して説明する。
図 1は本発明の一実施形態に係る窒化物 LEDの構造を模式的に示す断面図で ある。 この LED 1 0は、 サファイア基板 1 1を有しており、 そのサファイア基 板 1 1上に G a Nバッファ層 （図示せず） 、 S i ドープ G a Nからなる厚さ約 2 μπιの n型コンタクト層 1 2、 S i ドープ A 1 G a Nからなる厚さ約 2 111の11 型クラッド層 （=第一の n型層） 1 3、 厚さ 6！！！！！の。 a N障壁層と厚さ 2 nm の I nG a N井戸層とが交互に 10層ずつ積層された多重量子井戸構造の活性層 14、 Mg ドープ A 1 G a Nからなる厚さ 1 00 nmの p型クラッド層 1 5、 S i ドープ G a Nからなる厚さ 10 nmの p側コンタクト層 （=第二の n型層） 1 6が、 順に成長された積層体を有している。
該積層体は、 その一部が、 第二の n型層である p側コンタクト層 1 6の表面か ら、 n型コンタクト層 1 2に達する深さまで、 ドライエッチングによって除去さ れ、 これにより露出した n型コンタクト層 1 2の表面には、 n側電極 P 1 1とし て A 1 /T i積層電極が形成されている。 また、 残された p側コンタクト層 1 6 の表面には、 ρ側電極 P 1 2として、 厚さ 50 nmの A 1層の上に厚さ 50 nm の P d層と厚さ 100 nmの A u層が順に積層された A 1 /P d/Au積層電極 力 p側コンタクト層 1 6の表面をほぼ全面的に覆うように形成されている。 こ の: p側電極 P 1 2は、 上面から見ると p側コンタクト層 1 6が露出した開口部を 有するパターンに形成された、 開口電極である。 なお、 ワイヤボンディング用の パッド電極の図示は省略している。
以下に、 半導体成長工程、 基板冷却工程、 電極形成工程を詳細に説明すること によって、 本発明の製造方法と、 本発明の素子構造とを同時に説明する。
[半導体成長工程]
半導体成長工程では、 サファイア基板 1 1の上に、 図示しないバッファ層と、 n型コンタクト層 1 2、 発光部 （第一 n型層 1 3、 活性層 14、 p型クラッド層 1 5 ) 、 第二 n型層 （p側コンタクト層） 1 6までの窒化物半導体層を、 MO V P E法により成長する。
基板としては、 サファイア基板の他にも、 S i C基板、 G a N基板、 A 1 N基 板、 S i基板、 スピネル基板、 Z n O基板、 G a A s基板、 N G O基板等、 窒化 物半導体結晶のェピタキシャル成長に使用可能な従来公知の基板を適宜用いるこ とができる。
基板上に形成される積層体は、 窒化物半導体結晶層からなるものであるが、 目 的に応じて、 窒化物半導体以外の材料からなる構造物を含んでいてもよい。 発光部は、 キヤリァ注入によって光を発生する発光ダイォード構造が構成され るように、 第一 n型層と p型クラッド層とによって活性層を挟んだ積層構造を有 するものであればよい。 好ましくは、 活性層を、 それよりもバンドギャップの大 きな第一 n型層と p型クラッド層とで挟んだダブルへテ口構造とする。 活性層は 、 単一量子井戸 （S QW) 構造や、 多重量子井戸 （M QW) 構造とすることが好 ましい。
図 1のように、 発光部の第一 n型層を基板側とする場合、 第一 n型層は、 専用 の n型クラッド層であってもよいし （その場合、 専用の n型コンタクト層が、 別 途設けられる） 、 n型コンタクト層と n型クラッド層とを兼用する層であっても よい。 前者の場合、 基板として、 n型 G a N基板などの、 n型窒化物半導体から なる基板を用いる場合には、 基板を専用の n型コンタクト層として用いることも できる。 これら積層体の層の構成は、 公知の窒化物半導体発光素子の構成を参照 してよい。
MO V P E法により各窒化物半導体層を成長する方法は公知であり、 MO V P E装置や、 窒化物半導体の原料、 成長条件等に限定はなく、 制御系、 配管系、 成 長炉、 有機金属原料、 ガス原料、 キャリアガス、 サブフローガス、 基板の加熱方 法、 原料 'ガスの供給条件、 成長温度条件、 その他について、 従来公知の方法を 適宜参照することができる。
第二 n型層である p側コンタクト層 1 6を除く各窒化物半導体層の結晶組成、 ドーパントとその濃度、 厚さ等の設計についても、 公知技術を参照することがで きる。 これらは図 1に例示する構成に限定されず、 公知技術を参考にして種々の 変形を行い得る。 一例として、 各層は、 半導体組成や不純物濃度が層内で均一で ある必要はなく、 例えば、 p型クラッド層 1 5が、 その中に、 半導体組成および Zまたは不純物濃度の異なる複数の層を含んでいてもよい。 また、 n型伝導層を 拡散する電子と p型伝導層を拡散する正孔が、 活性層で再結合して発光するとい う発光の仕組みを変更させない限りで、 図 1の構造に省略を行ったり、 あるいは 、 付加的な構造を追加することができる。
M g ドープ A 1 G a Nからなる p型クラッド層 1 5の成長には、 3族原料とし てトリメチルガリウム （T MG) およびトリメチルアルミニウム （T MA) 、 5 族原料としてアンモニア、 p型不純物原料としてビスシクロペンタジェ二ルマグ ネシゥム （C p 2 M g ) を使用することができる。 これらの原料は、 水素ガスを キヤリァガスとして成長炉に供給する。 基板付近のガスの流れを整えるために、 サブフローガスとして窒素ガス等を成長炉内に流してもよい。 基板温度は 9 0 0 °C〜1 2 0 0 °Cとすることが好ましい。
p型クラッド層 1 5が所定の厚さに成長されたら、 T MAおよび C p 2M gの 供給を停止し、 代わりに n型不純物原料としてシラン （S ί Η 4 ) を成長炉内に 供給して、 S i ドープ G a Nからなる！)側コンタク ト層 1 6を成長する。
p側コンタクト層 1 6の成長は、 p型クラッド層 1 5の成長と同じ温度で行つ てもよいし、 異なる温度で行ってもよい。 ' p型クラッド層 1 5の成長と p側コンタクト層 1 6の成長との間に、 窒化物半 導体の成長を行わずに、 成長炉内の雰囲気中のアンモニアの濃度を、 p型クラッ ド層 1 5の成長時よりも低くする、 成長中断時間を設けることもできる。
該成長中断時間では、 P型クラッド層 1 5の表面がまだ p側コンタクト層 1 6 で覆われておらず、 かつ雰囲気中のアンモニアの濃度を！)型クラッド 1 5の成長 時よりも低くするので、 p型クラッド層 1 5の成長時に p型クラッド層 1 5内部 に取り込まれた水素が、 効果的に p型クラッド層 1 5の表面から外部に追い出さ れる。 そのため、 水素パッシベーシヨンが抑制され、 最終的に得られる p型クラ ッド層 1 5の p型伝導性が向上する。
上述の成長中断時間において、 成長炉内の雰囲気中のアンモニア濃度を] 型ク ラッド 1 5の成長時よりも低くする方法に限定はないが、 成長炉に供給するガス 中に占めるアンモニアの比率を下げる方法が最も簡便で好ましい。 ここで、 アン モユアの比率をゼロとしてもよいが、 その場合には、 p型クラッド層 1 5の表面 が劣化して荒れたり、 特に、 基板温度が高い場合にはエッチングが起こって p型 クラッド層 1 5の膜厚が減少する。 従って、 アンモニアの比率は、 ゼロとしない で、 少量のアンモニアを含むガスを供給する方が好ましく、 具体的には、 不活性 ガスにアンモニアが混合された混合ガスを流すことが好ましい。 ここで、 不活性 ガスとは窒素ガス、 ならびに、 アルゴン、 ネオン、 ヘリゥム等のいわゆる希ガス である。
上記成長中断時間に成長炉内に供給する混合ガスの流量に占めるアンモニアの 流量比は、 2 . 5 %未満とすることが好ましい。 アンモニアの流量比を 2 . 5 % 未満とすると、 p型クラッド層 1 5からの水素の追い出しが特に効果的となるか らである。
なお、 ここでいう混合ガスは、 予め MO V P E装置外で不活性ガスとアンモニ ァとが混合された混合ガスでもよく、 また、 分離された不活性ガス源とアンモニ ァ源からそれぞれ MO V P E装置に供給された不活性ガスとアンモニアとが、 該 装置の配管中や、 成長炉の上流側のガス導入部、 成長炉内等で混合されたもので あってもよい。 ここでいう混合ガスは、 不活性ガスとアンモニアとが分子レベル で均一に混合された混合ガスであることを要しない。
成長中断時間の後、 p側コンタクト層 1 6を成長する時には、 雰囲気中のアン モユア濃度を再ぴ増加させてもよい。
p側コンタクト層 1 6の成長温度 T C O Nを p型クラッド 1 5の成長温度 T C Lよ りも低くし、 上記成長中断時間で基板温度を T C Lから T C O Nに下げるようにする と、 露出した！)型クラッド層 1 5の表面が成長中断時間に劣化することが抑制さ れる。
この場合、 TCLより低く設定される TCONは 700°C〜900°Cとすることが 好ましく、 700°C以下とすると p側コンタクト層 1 6の結晶品質が低下する傾 向があり、 900°C以上とすると TCLと TCONを変えることの効果が小さくなる α
ρ側コンタクト層 （第二 η型層） 1 6を厚さ 1 0 nmに成長する場合、 厚さが 10 nmに達したところで原料ガスの供給を停止して成長を止めるようにすれば よいが、 厚さが 1 O nmを超えるように成長した後、 原料ガスの供給を停止し、 エッチング効果を有するガスを供給して、 厚さが 1 0 nmとなるまで表面をエツ チングしてもよい。 ここで、 エッチング効果を有するガスとしては、 水素ガスが 例示される。
p型クラッド層 1 5と p側コンタクト層 1 6との界面は、 伝導型の異なる半導 体の接合部となるにもかかわらず、 p側電極 P 1 2の接触抵抗が実用可能な程度 に低くなることから見て、 p型クラッド層 1 5への正孔の注入には、 上記接合部 でのキャリアのトンネリングが関与していると考えられる。 このトンネリングは 、 p側コンタクト層 16の電子濃度を高くする程、 障壁の厚さが薄くなつて、 容 易に生じるようになる。
従って、 p側コンタク ト層 1 6の好ましい電子濃度は 1 X 1018 cm-3以上 であり、 3 X 1 018 cm一3以上とするとより好ましく、 5 X 1018 cm一3以上 とすると更に好ましい。 ； 側コンタクト層 1 6の電子濃度に上限はないが、 電子 濃度が 1 X 102° cm一3を超える程の高濃度に不純物をドープすると、 窒化物 半導体の結晶品質が低下し、 導電率の制御が難しくなる他、 n型不純物が S iの 場合には、 窒化物半導体が 3次元的に成長する傾向が強くなり、 平坦な膜を成長 させることが難しくなる。 電子濃度が 2 X 1019 cm一3以下となる n型不純物 濃度では、 制御性よく、 結晶性の良好な n型窒化物半導体を成長させることがで さる。
そこで、 p側コンタクト層の厚さを 10 nmよりも厚くする場合には、 p型ク ラッド層 1 5と接する部分に、 電子濃度が 2 X 1 0 1 9 c m一3以上となるように n型不純物を添加した、 膜厚 1 0 n m以上の高電子濃度層を成長させ、 その後、 成長面が平坦化するように、 n型不純物濃度をこれよりも低くした層を成長させ てもよい。
また、 p側コンタクト層の電子濃度は、 p側電極と p側コンタクト層との接触 抵抗を低くするうえでも、 好ましくは 1 X 1 0 1 8 c m_ 3以上であり、 3 X 1 0 1 8 c m一3以上とするとより好ましく、 5 X 1 0 1 8 c m一3以上とすると更に好ま しい。
p側コンタクト層は、 p型クラッド層と接する部分や、 p側電極と接する部分 に、 他の部分よりも高濃度に n型不純物を添加した構成としてもよい。
p型クラッド層と P側コンタクト層との接合部におけるトンネリング障壁を薄 くするうえでは、 該接合部近傍における P型クラッド層の; p型キヤリァ濃度を高 くすることも好ましい。 そのために、 p型クラッド層には、 少なくとも p側コン タク ト層と接する部分に、 M g等の p型不純物を 1 X 1 0 1 9 c m— 3以上の濃度 で添加することが好ましく、 1 X 1 0 2 ° c m一3以上の濃度で添加することが、 より好ましい。
S iを p側コンタクト層 1 6にドープすることに加え、 p型クラッド層 1 5と p側コンタク ト層 1 6の界面に、 薄い S i層を設けることも、 p側電極 P 1 2の 接触抵抗を低下させるうえで好ましい。
それには、 p型クラッド層 1 5の成長が完了した時点で原料供給をー且停止し 、 p型クラッド層 1 5の露出した表面にテトラエチルシラン、 ジシラン、 シラン 等のシラン系化合物を、 水素ガスをキャリアガスとして気相で供給することによ り、 該表面に S iを吸着させた後、 引き続き、 S iをドープした！)側コンタクト 層 1 6を MO V P E法で成長すればよい。 このように形成される S i層の厚さは 単原子層以下〜数原子層の範囲と見積もられる。
このような S i層は、 p型クラッド層 1 5と p側コンタクト層 1 6とを電気的 にショートさせる働きを有しており、 詳しいメカニズムは不明であるが、 キヤリ ァが p型クラッド層 1 5と p側コンタクト層 1 6との界面を容易に通過し得るよ うにする効果を有している。
p側コンタクト層 1 6に用いる窒化物半導体の組成に限定はないが、 活性層 1 4で発生される光が！)側コンタクト層 1 6で吸収されないように、 活性層 1 4で 発生される光のエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する組成とすること が好ましい。 活性層 1 4に I n G a Nを用いると高い発光効率が得られるが、 そ の場合には、 p側コンタクト層 1 6を 2元結晶の G a Nとすると、 良好な結晶性 が得られ、 好ましい。
また、 A 1を含む組成とすると、 A 1は G aや I nよりも Nとの結合力が強い ために、 次の基板冷却工程における p側コンタクト層 1 6の表面劣化を抑制する 効果が期待できる。
また、 ； 側コンタクト層は、 組成の異なる窒化物半導体結晶層を積層した多層 構造や、 厚さ方向に結晶組成が傾斜した構造とすることもできる。
[基板冷却工程]
基板冷却工程では、 p側コンタク ト層 1 6までの窒化物半導体層の成長が完了 したサファイア基板 1 1の温度を室温まで冷却するが、 この冷却の間に、 p型ク ラッド層 1 5が水素パッシベーションによって絶縁性 （ i型） とならないように 、 すなわち、 冷却が完了した時点で p型クラッド層 1 5が p型伝導性となるよう に、 冷却を行う。
—例として、 p側コンタクト層 1 6の成長が完了したら、 有機金属原料の T M G、 C p 2 M g、 キャリアガス等として供給していた水素ガスの供給を停止する とともに、 基板の加熱を停止し、 成長炉内に少量のアンモニアと、 不活性ガスと を供給しながら、 自然放冷によって基板温度を室温まで降下させる方法が挙げら れる。
本発明にいう不活性ガスとは、 前述のように、 窒素ガス、 ならびに、 アルゴン 、 ネオン、 ヘリウム等のいわゆる希ガスである。 この工程に限らず、 本発明で用 いる不活性ガスは安価な窒素ガスとすることが、 製造コスト低下のために好まし い。
また、 p側コンタクト層 1 6の成長温度 T C O Nが 7 0 0 °Cより高い温度であれ ば、 基板加熱の停止後、 基板温度が 7 0 0 °Cとなるまではアンモニアを成長炉内 に流しながら冷却を行い、 7 0 0 °Cでアンモニアを停止して、 その後は成長炉内 に不活性ガスのみを流しながら、 4 0 0 °Cまで 1分間以上かけて冷却を行い、 更 に室温まで冷却する方法が挙げられる。
また、 窒化物半導体の成長完了時に基板加熱を停止するとともに、 アンモニア も停止して、 冷却工程では不活性ガスのみを成長炉内に流すようにすることもで さる。
後者はより高温でアンモニアの供給を停止するために、 p側コンタクト層 1 6 の表面の劣化が大きくなるが、 p側コンタク ト層 1 6は n型伝導性であるために 、 劣化により生じる窒素空孔が電気特性に及ぼす影響は、 p型窒化物半導体の場 合と比べて小さい。
基板冷却工程における基板冷却の方法や、 冷却条件は上記の例に限定されるも のではない。
MO V P E法によって p型不純物をドープしながら成長した窒化物半導体結晶 は、 水素パッシベーシヨンの原因となる水素を実質的に含まない雰囲気中で、 約 1分間以上、 4 0 0 °C以上の温度 （好ましくは 7 0 0 °C以上の温度） に保持され ると、 p型半導体となることが知られているので、 本発明における基板冷却工程 でも、 この条件が満たされるように、 冷却方法や冷却条件を決定すればよい。 ここで、 「水素パッシベーシヨンの原因となる水素」 とは、 水素ガス、 アンモ 二了、 ヒドラジン等に含まれる H— H結合や N— H結合に係る水素である。 この ような水素を実質的に含まない雰囲気とは、 実用上問題となる程の水素パッシベ ーシヨンが発生するような濃度 は含まない雰囲気ということであり、 全く含ま ないことまでを意味するものではない。
「水素パッシベーションの原因となる水素」 を実質的に含まない雰囲気ガスの 主成分として用いるガスに限定はないが、 実際的には、 不活性ガスが好ましく用 いられる。
基板冷却工程において成長炉内にアンモニアを流す場合には、 水素パッシベー ションの発生をできるだけ抑えるため、 不活性ガスにアンモニアが混合された混 合ガスを成長炉内に供給することが好ましい。 この混合ガスに占めるアンモニア の流量比は、 好ましくは 2. 5%未満、 より好ましくは 1%未満、 特に好ましく は 0. 5%未満である。 アンモニアの流量比がこの範囲であれば、 水素パッシベ ーションが効果的に抑制されて、 p型クラッド層 15が p型伝導性となり易くな る。 また、 アンモニアの流量比が 0. 1%程度でも、 p側コンタク ト層 16の表 面劣化を抑制する効果がある。
なお、 ここでいう混合ガスも、 予め MO VP E装置外で不活性ガスとアンモニ ァとが混合された混合ガスであってもよいし、 分離された不活性ガス源とアンモ ユア源からそれぞれ MO V P E装置に供給された不活性ガスとアンモニアとが、 装置の配管中や、 成長炉の上流側のガス導入部、 成長炉内等で混合された混合ガ スであってもよく、 不活性ガスとアンモニアとが分子レベルで均一に混合された 混合ガスであることを要しない。
基板冷却工程において成長炉内に流すアンモニアは、 上記混合ガスを用いる場 合も含めて、 基板温度が 400°C以下に下がる前に停止すると、 水素パッシベー シヨンの抑制のうえで好ましい。 一方、 TCONが 900°C以上の場合には、 少な くとも基板温度が 900°Cに下がるまでは、 アンモニアを成長炉内に供給するこ とが、 p側コンタクト層 16の表面劣化を抑制するうえで好ましい。
なお、 アンモニアを含む雰囲気中で冷却する方法としては、 特開 2004— 1 03930号広報や、 特開 2003— 297841号公報を参照することもでき る。
自然放冷では、 基板加熱の停止により基板温度が降下していく際に、 人為的な 温度調節操作を行わないが、 本発明では、 基板温度の降下を自然放冷に任せる方 法も 「冷却」 操作として取り扱う。 一方、 人為的な温度調節操作の例としては、 基板を保持するサセプタに冷却回路を設けて行う強制冷却や、 ヒータ加熱、 高周 波加熱等、 装置所定のサセプタ加熱手段を動作させることによる降温速度の緩和 などが挙げられる。 本発明の製造方法では、 このような、 人為的な温度調節操作 を行レ、ながら基板を冷却してもよ 、。
また、 冷却時の温度プロファイルも任意に設定してよく、 降温速度を途中で変 化させてもよいし、 時間とともに温度を単調降下させるだけでなく、 一定温度に 保持する時間を設けたり、 部分的にではあるが、 昇温を行う時間を設けることも できる。
雰囲気ガスに少量混合することにより p側コンタクト層 16の表面劣化を抑制 できるガスとして、 アンモニア以外に、 ヒ ドラジン、 有機アミン等、 MOVPE 法において 5族原料となり得る化合物が挙げられる。
その他、 基板冷却工程は、 基板を MO VP E装置の成長炉から他の場所に移し て行うことも妨げられない。
冷却時の雰囲気ガスは、 酸素を含むガスとしてもよい。 酸素を含むガスを用い る場合、 特開 2003— 297842号公報、 特開平 10— 209493号公報 等を参照してもよい。 酸素を含むガスは、 基板温度が 700°C以下となつてから 成長炉に導入することもできる。 上記成長中断時間に成長炉に流すガスを、 酸素 を含むガスとすることもできる。
[電極形成工程]
図 1の LED 10の p側電極 P 1 2は A 1 /P d u積層電極であるが、 こ の！)側電極 P 1 2は、 A 1層で p側コンタク ト層 16に接している。 この電極が p側コンタクト層 1 6に対して低い接触抵抗を示すのは、 A 1が n型窒化物半導 体と良好なォーミック接触を形成する金属であることが関係していると考えられ る。
p側電極 P 1 2は、 単層の A 1膜とすることもできる。 また、 材料は純 A 1に 限定されず、 接触抵抗が著しく大きくならない範囲で、 A 1以外の元素が添加さ れた A 1合金を使用することもできる。
また、 他の金属材料として、 T i、 W (タングステン） 、 C r (クロム） など を用いることもできる。
また、 金属材料ではないが、 インジウム錫酸化物 （I T O) からなる透明導電 膜も P側電極 P 1 2として用いることができる。
P側電極 P 1 2に A 1を用いる場合、 A 1 と窒化物半導体とは熱膨張係数差が 比較的大きいために、 素子の製造工程で、 あるいは素子の使用中にヒートサイク ルを受けると、 p側電極 P 2と p側コンタク ト層 1 6との間でストレスが発生し 、 A 1膜の変形が生じる恐れがある。
この問題を抑制するために、 A 1の耐熱性を高める元素が添加された A 1合金 を用いることが好ましい。 そのような元素としては、 T i、 S i、 N d、 C u等 が例示され、 特に、 A 1に T iが添加された合金は、 T iも n型窒化物半導体と のォーミック接触性が良好であることから、 好ましい合金である。
p側コンタクト層 1 6の表面に; p側電極 P 1. 2を形成するための方法は、 従来 公知の方法を適宜参照すればよく、 蒸着、 スパッタリング、 C V D等の気相法が 好ましく例示される。 p側電極 P 1 2を形成した後は、 電極膜と p側コンタクト 層 1 6との接触抵抗を低下させるために、 3 0 0 °C〜5 0 0 °Cの熱処理を行うこ とが好ましい。
また、 合金膜の形成方法についても従来公知の方法を参照することができ、 合 金スパッタリングゃ多元蒸着の他、 各成分金属の単体からなる薄膜を積層した後 、 熱処理を行う方法が、 例示される。 例えば、 A l— T i合金膜は、 蒸着によつ て A 1膜と T i膜の積層膜を形成した後、 4 0 0 °C以上で熱処理することによつ て得ることができる。
A 1は窒化物 L E Dの典型的な発光波長である可視波長 （緑色） 〜近紫外波長 において良好な反射性を有することから、 p側電極 P 1 2の、 少なくとも p側コ ンタクト層 1 6に接する部分を、 光反射性となる膜厚に形成された A 1層 （また は A 1合金層） で形成すると、 電極 P 1 2による光吸収が小さくなり、 L E Dの 発光効率が向上する。 そのために、 この A 1層または A 1合金層の厚さを 1 0 n m以上とすることが好ましく、 2 0 n m以上とすることがより好ましい。 また、 A 1は表面が酸化され易いが、 このような膜厚とすれば、 表面の酸化による電極 特性の劣化や不安定化が生じ難くなる。
A 1 ZP d/Auの 3層構造からなる p側電極 P 1 2において、 Au層は、 耐 食性に優れるために、 電極全体の化学的な保護層となる。 また、 表面に酸化膜が 形成され難いために、 フリップチップボンディング等で用いられるろう材 （Au 、 Au_S n共晶等） との濡れ性を高める効果もある。
P d層は、 A u層の A uが A 1層に拡散して合金化し、 A 1層の電気特性や光 学特性を悪化させることを抑制するためのパリア層である。 A 1層の A 1が Au 層に拡散し、 A u層の表面に析出して酸化膜を形成することを防ぐ目的もある。 バリア層は、 P d膜に限定されず、 Auよりも高融点の金属が使用でき、 T i 、 W、 P d、 Nb、 Mo (モリブデン） 、 P t、 Rh、 I r (イリジウム） 、 Z r (ジノレコニゥム） 、 H f (ハフニウム） 、 N i等の単体または合金からなる単 層膜または多層膜とすることができる。 好ましい合金は、 例えば、 W— T i合金 である。 バリア層は、 これらの金属からなる層と Au層との交互積層膜であって もよく、 P t層と Au層との交互積層膜は好ましいバリア層のひとつである。
A 1層 バリア層 ZAu層の 3層からなる p側電極 P 1 2において、 A 1層の 好ましい厚さは 10 nm〜7 O nm、 バリア層の好ましい厚さは 10 nm〜30 0 nm、 Au層の好ましい厚さは 50 nm〜2000 nmである。
p側電極 P I 2は、 活性層 14で発生する光を p側電極 P 1 2を通して素子外 部に取り出すために、 開口電極とする。 ρ側電極 Ρ 1 2を I TOからなる透明導 電膜とする場合には、 電極材料が光透過性を有するので、 開口電極とする必要は ない。
活性層 14で発生する光をサファイア基板側 1 1から素子外部に取り出す構成 とすることもでき、 その場合は、 p側電極 P 1 2を反射性の金属電極とすること が好ましく、 開口電極としない方がよい。 反射性の金属電極は、 少なくとも p側 コンタクト層 1 6と接する部分を、 反射性の良好な A 1層または A 1合金層で形 成することが好ましい。 ドライエッチングによって n型コンタクト層 1 2の表面を露出させ、 該露出面 に n側電極 P I 1を形成する工程については、 特に限定はなく、 従来公知の方法 を参照して行うことができる。 この工程は、 上記基板冷却工程の終了後であれば よく、 上記電極形成工程の前に行ってもよいし、 後に行ってもよい。
上記露出面の形成を最初に行い、 その後、 n側電極 P 1 1の形成、 p側電極 P 1 2の形成を順次行つてもよい。 ここで、 n側電極 P 1 1の形成と、 p側電極 P 1 2の形成は、 いずれを先に行ってもよい。 また、 これらの電極を、 同じ材料を 用いて同時に形成することもできる。
[好ましい態様 1 ]
上記説明した実施形態の好ましい態様として、 上記半導体成長工程において、 図 2 ( a ) に示すように、 p型クラッド層 2 1 5の上に、 n型窒化物半導体層 2 1 6を成長し、 上記基板冷却工程が終了した後で、 図 2 ( b ) に示すように、 こ の n型窒化物半導体層 2 1 6の一部を残して表面側をドライエッチングにより除 去し、 その残った部分を p側コンタクト層として、 その表面に図 2 ( c ) に示す ように p側電極 P 2 1 2を形成する態様が挙げられる。
またさらに、 半導体成長工程において、 図 3 ( a ) に示すように p型クラッド 層 3 1 5の上に n型窒化物半導体層 3 1 6 1と、 その上に、 更に任意の窒化物半 導体層 3 1 6 2を成長し、 その後、 図 3 ( b ) に示すように、 n型窒化物半導体 層 3 1 6 1の一部を残して、 それより表面側の部分を、 上記任意の窒化物半導体 層 3 1 6 2を含めて、 ドライエッチングで除去し、 図 3 ( c ) に示すように、 n 型窒化物半導体層 3 1 6 1の残された部分を p側コンタクト層として、 その表面 に； 側電極 P 3 1 2を形成してもよい。
これらの態様では、 基板冷却工程で雰囲気中に露出されることによりダメージ を受けた表面をドライエッチングにより除去し、 新たに露出した n型窒化物半導 体の表面に、 p側電極を形成することができる。 ドライエッチングには、 また、 窒化物半導体の表面に形成された自然酸化膜を除去する作用や、 汚染 （コンタミ ネーシヨン） を除去する作用もある。 従って、 ドライエッチングが施されて露出 した面に電極を形成することにより、 電極の接触抵抗を低くしたり、 電極と半導 体との密着性を向上させることができる。
ドライエッチングにより露出した n型窒化物半導体の表面に、 A l、 T i、 I
TO等からなる電極を形成することは、 従来の窒化物 LEDの n側電極で行われ ていることであり、 良好な電気的接触と密着性が得られることが知られている。
ドライエッチングにより露出した n型窒化物半導体の表面に p側電極を形成す る本発明の製造方法は、 p型不純物の活性化を従来法であるアニーリングにより 行う場合においても有用である。 このアニーリング処理は、 アンモニア等の 5族 原料の濃度が低い雰囲気中で加熱を行うことから、 最上層として形成された窒化 物半導体層の表面がダメージを受け易いが、 ダメージを受けた表面層を、 ドライ エッチングにより除去できるからである。 また、 自然酸化膜を除去する作用や、 汚染を除去する作用も、 当然に期待できる。
なお、 従来技術では、 このように、 p側電極をドライエッチング面に形成する ことは困難であった。 従来の窒化物半導体素子においては、 p側電極が p型コン タクト層上に設けられていたが、 p型コンタクト層にドライエッチングを行うと n型欠陥である窒素空孔が形成されて正孔濃度が低下するために、 ドライエッチ ングされた p型コンタクト層の表面には接触抵抗の低い p側電極を形成すること ができなかったからである。
これに対して、 本発明の製造方法では、 A l、 T i、 I TO等からなる p側電 極を、 n型窒化物半導体層の表面に形成するので、 このような問題が生じない。 この態様で用いる窒化物半導体のドライエッチング方法については、 従来公知 の技術を参照することができ、 CF4、 CC 12F2、 CC 14、 BC 13、 S i C 14、 C 12等のハロゲン化合物またはハロゲンガスを反応ガスに用いた、 プラ ズマエッチング （反応性プラズマエッチング、 反応性イオンエッチング） が好ま しい方法として例示される。
図 2に示した例では、 p型クラッド層 21 5の上に成長された n型窒化物半導 体層 21 6の表面が一様にドライエッチングされ、 全体的に厚さが薄くされてい るが、 このドライエッチングを n型窒化物半導体層に対して部分的に行ってもよ い。
例えば、 p側コンタクト層の表面全体に広がる凹凸パターンが形成されるよう にドライエッチングを行うと、 窒化物半導体層の表面が凹凸状となり、 LEDの 光取り出し効率を向上させることができる。
その場合、 図 4 (a) に示すように、 まず、 半導体成長工程において、 p型ク ラッド層 4 1 5の上に、 n型窒化物半導体層 41 6を、 特定の厚さに成長させて おく。 ここで、 特定の厚さとは、 ドライエッチングにより形成される凹部の深さ を、 LEDの発光波長 （窒化物半導体中の波長） の 4分の 1以上とし得る厚さで ある。
基板冷却工程を行った後、 上記 n型窒化物半導体層 41 6の表面に部分的にド ライエッチングを行うことにより、 図 4 (b) に断面図を示すように、 n型窒化 物半導体層 41 6の表面に凹部 Bを形成する。 ここで、 基板の上方から見た該凹 部 Bの形成パターンは、 図 5 (a；) 〜 （c) に示すような網目状、 図 5 (d) に 示すような分岐状、 図 5 (e) に示すようなミアンダ状、 図 5 (f ) に示すよう な渦巻き状等のパターンとすることができる。
この凹部の深さを、 LEDの発光波長 （窒化物半導体中の波長） の 4分の 1以 上とすると、 LEDからの発光を散乱する効果が生じる。
凹凸の断面形状は、 矩形 （正方形、 長方形の他に、 凸の上部が基部よりも狭い 台形や、 逆台形などをも含む） 波形状、 三角波形状、 サイン波形状などであって よい。
電極形成工程において、 図 4 ( c ) に示すように、 反射性の p側電極 P 4 1 2 を n型窒化物半導体層 41 6の凹部 Bのみに形成すれば、 活性層 14で発生する 光を、 P側電極 P41 2側から取り出し可能な窒化物 LEDとなる。
この窒化物 LEDは、 凹凸による光散乱効果と、 光取り出し側に向かって突出 した凸部 Aから光が外部に出射され易くなることによって、 光取り出し効率が向 上する。 また、 図 4 (d) に示すように、 反射性の p側電極 P 41 2を凹凸面全体を覆 つて形成すると、 基板側から光を取り出す窒化物 LEDとなる。 この場合は、 凹 凸による光散乱効果により光取り出し効率が向上する。
また、 電極を透明導電膜で形成すると、 この透明導電膜を通して光を取り出す 窒化物 LEDとなるが、 透明導電膜からなる電極は図 4 (c) 、 図.4 (d) のい ずれの形に形成した場合も、 屈折率の異なる p側コンタクト層 41 6と透明導電 膜との境界に平坦ではない界面が形成されるので、 光散乱効果によって光取り出 し効率が向上する。
p側電極 P 4 1 2を図 4 (c) のように形成するには、 図 4 (a) の n型窒化 物半導体層 4 1 6の表面に、 凹部 Bのパターンを有する開口部が形成されたエツ チングマスクを形成し、 ドライエッチングを行って凹部 Bを形成した後、 凸部 A にエッチングマスクを残した状態で電極 P 41 2を気相法で形成する。 最後にェ ツチングマスクを除去すると、 部 Bのみに電極 P 4 1 2を残すことができる。 この態様において、 凹部 Bの深さを 0. 5 xm以上とすると、 光散乱効果が特 に高くなるので、 半導体成長工程において、 n型窒化物半導体層 41 6を厚さ 0 . 5 μπι以上に成長し、 ドライエッチングの深さを 0. 5 /zm以上とすることが 好ましい。
また、 この態様において、 p型クラッド層 41 5上に成長した n型窒化物半導 体層 41 6の上に、 更に任意の窒化物半導体層を積層し、 この任意の窒化物半導 体層の表面から、 n型窒化物半導体層 41 6に達する凹部を、 部分的なドライエ ッチングによつて形成することもできる。
p側コンタクト層の厚さと導電性が十分であって、 かつ、 p側コンタクト層の 内部で電流が層の面内方向 （厚さ方向と直交する方向） に十分に拡散し得る場合 には、 電極を形成しても、 活性層で生じた光を！)側コンタクト層の側から取り出 すうえで大きな障害とならない箇所 （例えば、 チップの縁や隅の部分など） に、 p側電極を設けることができる。
図 8は、 このように p側電極を形成した発光素子の断面構造の一例を示してお り、 P側コンタクト層のうち、 チップの縁にあたる箇所に部分的にドライエッチ ングを施して、 基板冷却工程でダメージを受けた表層を除去し、 該表層を除去し た後の露出面に p側電極を設けている。 なお、 この図 8に示す素子では、 p側電 極を形成しょうとする箇所だけでなく、 ： p側コンタクト層の表面の他の領域にも ドライエッチングを施し、 該表面を凹凸面としている。
図 8に示す素子は、 活性層で発生する光を基板側から取り出す態様として使用 してもよいが、 その場合には、 p側コンタクト層の表面の、 p側電極が形成され ていない領域に、 更に反射層を設けることが好ましい。
[好ましい態様 2]
図 6は、 本発明の実施に係る他の窒化物 LEDの断面構造を示す模式図である 。 この LED 20は、 導電性の支持基板 28を有しており、 その支持基板 28の 上に導電性接着層 27、 A 1層で p側コンタクト層 26と接する 3層構造 （A 1 /P d/Au) の p側電極 P 22、 n型窒化物半導体からなる p側コンタク ト層 (第二 n型層） 26、 p型窒化物半導体からなる p型クラッド層 25、 窒化物半 導体からなる活性層 24、 n型窒化物半導体からなる n型クラッド層 （第一 n型 層） 23、 n型窒化物半導体からなる n型コンタクト層 22が順に積層されてい る。 n型コンタクト層 22の表面には、 A 1層で n型窒化物半導体とォーミック 接触する n側電極 P 2 1 (A 1 /P d/Au) が形成されている。
L E D 20は、 n側電極 P 21と : p側電極 P 22とが、 活性層 24を含む窒化 物半導体の積層体を挟んで向かい合う対向電極構造を有している。 p側電極 P 2 2への給電は、 導電性の支持基板 28および導電性接着層 27を介して行われる 力 支持基板 28に設けられる電極の図示は省略している。
この LED 20を製造する場合、 まず、 図 7 (a) に示すように、 成長用基板 21の上に、 図示しないバッファ層と、 n型コンタクト層 22から p側コンタク ト層 26までの窒化物半導体層を MO VP E法により成長する半導体成長工程を 行う。 次に、 P型クラッド層 25が p型伝導性となるように室温まで冷却する基 板冷却工程を行う。 次に、 図 7 (b) に示すように、 P側コンタクト層 26の表 面に P側電極 P 22を形成する電極形成工程を行う。 その後は、 順次、 p側電極 P 22の表面に導電性接着層 27を用いて支持基板 28を貼り付け （図 7 (c) ) 、 成長用基板 21を除去し （図 7 (d) ) 、 それによつて露出した n型コンタ タト層 22の表面に、 n側電極 P 21を形成する （図 7 (e) ) 。
本発明では、 基板の上に窒化物半導体を成長する半導体成長工程を含むが、 半 導体成長工程で使用する該基板が、 最終的な目的物である窒化物半導体素子に含 まれることは必須ではない。
なお、 図 6の LEDでは、 支持基板 28が p側電極 22に接合されているが、 成長用基板 21を除去した後、 支持基板 28を、 成長用基板 2 1と入れ替えるよ うに、 n型コンタクト層 22に接合することもできる。
また、 本発明には、 次の特徴を有する製造方法、 窒化物半導体素子、 発光ダイ ォードが含まれている。
(la) MO VPE装置の成長炉内に基板を設置し、 該基板の上に、 p型不純物が ドープされた窒化物半導体層である p ドープ層と、 その直上に積層される、 n型 不純物がドープされた窒化物半導体層である nドープ層とを含む、 窒化物半導体 層の積層体を、 上記 nドープ層が上記積層体の最上層となるように、 MOVPE 法により成長する半導体成長工程と、 上記半導体成長工程の後、 上記 p ドープ層 が p型伝導性となるように、 上記積層体が成長された基板を上記 nドープ層の成 長温度から室温まで冷却する基板冷却工程と、
上記基板冷却工程の後、 上記 nドープ層の表面に、 上記 p ドープ層に正孔を注入 するための電極を形成する電極形成工程と、 を含む窒化物半導体素子の製造方法
(2a) 上記 nドープ層の電子濃度が 1 X 1 018 cm—3〜： L X 102。 cm 3であ る、 上記 （la) に記載の製造方法。
(3a) 上記電極が n型窒化物半導体とォーミック接触する金属を含む、 上記 （la ) または （2a) 記載の製造方法。
(4a) 上記電極が A 1および または T iを含む、 上記 （la) または （2a) に記 載の製造方法。
(5a) 上記電極がインジウム錫酸化物からなる透明導電膜である、 上記 （la) ま たは （2a) に記載の製造方法。
(6a) 上記 M O V P E法で用いる 5族原料がアンモニアであり、 上記半導体成長 工程において、 上記 p ドープ層の成長と上記 nドープ層の成長との間に、 窒化物 半導体の成長を行わずに上記成長炉内の雰囲気中のアンモニア濃度を上記 p ドー プ層の成長時よりも低くする成長中断時間を設ける、 上記 （la) 〜 （5a) のいず れかに記載の製造方法。
. (7a) 上記成長中断時間には、 アンモニアと不活性ガスとを含む混合ガスが上記 成長炉内に供給され、 該混合ガスに含まれるアンモニアの流量比が 2 . 5 %未満 である、 上記 （6a) に記載の製造方法。
(8a) 上記 nドープ層を成長するときの基板温度 T g nが、 上記 p ドープ層を成 長するときの基板温度 T g pよりも低く、 基板温度の T g pから T g nへの降下 が上記成長中断時間に行われる、 上記 （6a) または （7a) に記載の製造方法。 (9a) 上記 T g nが 7 0 0 °C〜9 0 0 °Cである、 上記 （8a) に記載の製造方法。 ( 10a) 上記基板冷却工程では、 アンモニアと不活性ガスとを含む混合ガスが上 記成長炉内に供給される、 上記 （la) 〜 （9a) のいずれかに記載の製造方法。
(11a) 上記混合ガスに含まれるアンモニアの流量比が 2 . 5 %未満である、 上 記 （10a) に記載の製造方法。
( 12a) 上記混合ガスの供給が、 基板温度が 4 0 0 °C以下に下がる前に停止され る、 上記 （10a) または （11a) に記載の製造方法。
( 13a) 上記窒化物半導体素子が発光素子である、 上記 （la) 〜 （12) のいずれ かに記載の製造方法。
(14a) 上記発光素子が発光ダイオードである、 上記 （13a) に記載の製造方法。 ( 15a) 上記窒化物半導体素子が発光ダイオードであり、 上記電極は、 少なくと も上記 nドープ層の表面と接する部分が、 光反射性の A 1層または A 1合金層か らなる、 上記 （4a) に記載の製造方法。 (16a) (A) MOV P E装置の成長炉内に基板を設置し、 該基板の上に、 p型 不純物がドープされた窒化物半導体からなる第 1の窒化物半導体層と、 その直上 に積層される、 n型不純物がドープされた窒化物半導体からなる第 2の窒化物半 導体層とを含む、 窒化物半導体の積層体を、 MOVP E法により成長する工程と 、 (B) 上記 （A) の工程の後、 上記第 1の窒化物半導体層が！)型伝導性となる ように、 上記積層体が成長された基板を上記積層体の最上層の成長温度から室温 まで冷却する工程と、 （C) 上記 （B) の工程の後、 上記積層体の表面側から、 上記第 2の窒化物半導体層の一部が上記第 1の窒化物半導体層の表面上に残る深 さに、 ドライエッチングを行う工程と、 (D) 上記 (C) の工程の後、 上記ドラ ィエッチングにより露出した上記第 2の窒化物半導体層の表面に、 上記第 1の窒 化物半導体層に正孔を注入するための電極を形成する工程と、 を含む窒化物半導 体素子の製造方法。
(17a) 上記積層体の最上層が上記第 2の窒化物半導体層である、 上記 （16a) に 記載の製造方法。
(18a) 上記第 2の窒化物半導体層の電子濃度が l X 1 018 c m— 3〜1 X 1 02 ° c m— 3である、 上記 （16a) または （17a) に記載の製造方法。
(19a) 上記電極が、 n型窒化物半導体とォーミック接触する金属を含む、 上記 (16a) 〜 （18a) のいずれかに記載の製造方法。
(20a) 上記電極が A 1および Zまたは T iを含む、 上記 （16a) 〜 （18a) のい ずれかに記載の製造方法。
(21a) 上記電極がインジウム錫酸化物からなる透明導電膜である、 上記 （16a) 〜 （18a) のいずれかに記載の製造方法。
(22a) 上記 （C) の工程において、 上記ドライエッチングが上記積層体に対し て部分的に行われる、 上記 （16a) 〜 （21a) のいずれかに記載の製造方法。
(23a) 基板と、 上記基板の上に形成された p型窒化物半導体層と、 上記 p型窒 化物半導体層の直上に形成され、 ドライエッチングにより露出した表面を有する n型窒化物半導体層と、 上記ドライエッチングにより露出した表面に接するよう に形成された、 上記 P型窒化物半導体層に正孔を注入するための電極とを有する 窒化物半導体素子。
(24a) 基板と、 上記基板の上に形成された p型窒化物半導体層と、 上記 p型窒 化物半導体層の直上に形成され、 少なくとも上記 p型窒化物半導体層と接する部 分に n型窒化物半導体を含むとともに、 上記 p型窒化物半導体層と接する側と反 対側の表面から上記 n型窒化物半導体に達する凹部がドライエッチングにより加 ェされた窒化物半導体層と、 上記囬部に露出した n型窒化物半導体の表面に形成 された、 上記 p型窒化物半導体層に正孔を注入するための電極とを有する発光ダ ィォード。
従来構造の窒化物 L E Dにおいても、 半導体層成長後の冷却時に雰囲気中のァ ンモユア濃度を低くすれば、 p型クラッド層ゃ p型コンタクト層の内部を p型伝 導性にすることが可能である。 しかし、 p型コンタクト層の表面近傍では、 アン モニァ濃度が低すぎると表面劣化が発生し、 それに伴って生成する窒素空孔の働 きで正孔濃度が低下するために、 p側電極の接触抵抗の上昇が起こる。 一方、 こ れを抑制するために、 冷却雰囲気に少量のアンモニアを加えると、 水素パッシベ ーシヨンが発生して正孔濃度が低下し、 やはり、 p側電極の接触抵抗が上昇する 。 つまり、 p型コンタクト層を使用する従来構造の窒化物 L E Dでは、 p側電極 の接触抵抗を抑えることには限界がある。
これに対して、 本発明の窒化物半導体素子の製造方法では、 p型不純物をドー プした窒化物半導体層を成長後、 更に、 その直上に n型不純物をドープした窒化 物半導体層を成長したうえで冷却を行い、 p側電極を、 この n型不純物をドープ した窒化物半導体の表面に形成するために、 冷却雰囲気中のアンモニア濃度が高 すぎても低すぎても P側電極の接触抵抗が上昇するという、 従来技術の問題が解 消される。 なぜなら、 n型不純物をドープした窒化物半導体では、 水素パッシベ ーシヨンによるキャリア （電子） 濃度の減少も、 表面劣化に起因するキャリア （ 電子） 濃度の減少も生じないと考えられるためである。
従って、 本発明の窒化物半導体素子の製造方法によれば、 P型窒化物半導体層 の形成に一段階形成法を用いながら、 P側電極の接触抵抗の低い窒化物半導体素 子を製造することができ、 ひいては動作電圧の低い窒化物半導体素子を製造する ことができる。
実施例
[実施例 1 ]
直径 2インチの C面サファイア基板を MO VP E装置の成長炉內に設けられた サセプタに装着し、 水素雰囲気下で基板温度を 1 1 00°Cまで上昇させて、 表面 のサーマルクリーニングを行った。 その後、 基板温度を 330°Cまで下げ、 3族 原料として TMGおよび TMA、 5族原料としてアンモニアを用いて、 厚さ 20 nmの A 1 G a N低温バッファ層を成長させた。 なお、 この A l Ga N低温バッ ファ層の成長以降、 窒化物半導体層の成長時にはサブフローガスとして成長炉内 に窒素ガスを供給し、 3族原料および 5族原料のキヤリァガスには水素ガスを用 いた。
続いて基板温度を 1 000°Cに上げ、 原料として TMG、 アンモニアを供給し 、 アンドープ G a N層を 2 Aim成長させた後、 更にシランを供給し、 S i ドープ G aNからなる厚さ 3 imの n型クラッド層 （n型コンタクト層を兼用） を成長 させた。
続いて、 基板温度を 800°Cに低下させて、 G a N障壁層と、 I n G a N井戸 層 （発光波長 405 nm) を各 10層交互に積層してなる多重量子井戸構造の活 性層を形成した。 井戸層成長時の I n原料にはトリメチルインジウムを用いた。 次に、 基板温度を 1000°Cに上げ、 Mg原料のビス （ェチルシクロペンタジ ェニル） マグネシウム （E t C p2Mg) と、 TMG、 TMA、 アンモニアを供 給し、 Mgがドープされた A 1 G a Nからなる第一の p型クラッド層を 50 nm 成長させ、 続けて、 TMAの供給を停止して、 Mg ドープ G a Nからなる第二の p型クラッド層を 50 nm成長させた。 この第二の; 型クラッド層の M g濃度は 2 X 1020 c m— 3とした。
次に、 E t Cp 2Mg、 TMG, TMAと水素ガス （キャリアガス） の供給を 停止し、 アンモニアの流量比が 0. 5%となるように、 アンモニアと窒素ガスを 成長炉内に供給しながら、 基温度を 800°Cまで低下させ、 基板温度が 800°C なったところで降温を停止し、 再びアンモニアの流量を元に戻すとともに、 TM Gおよびシランを供給して、 S i濃度が 1 X 1019 cm— 3の n型 G a Nからな る厚さ 100 nmの p側コンタクト層を成長させた。
p側コンタクト層の成長後は、 基板加熱を停止し、 原料の供給も停止して、 窒 素のみを成長炉内に流しながらで室温まで自然放冷した。
このようにして発光波長 405 nmの近紫外 LED構造が形成されたウェハを 得た。
次に、 C 1 2ガスを用いた R I E (リアクティブイオンエッチング) により、 ウェハ全面にわたって p側コンタクト層の表層部分を除去し、 p側コンタク ト層 の膜厚を 50 nmとした。
次に、 p側コンタクト層の上面の局所的な領域に対してさらに R I Eを施し、 該上面から下層側へと掘り下げ、 p側コンタク ト層、 第二の p型クラッド層、 第 一の p型クラッド層、 活性層を順次除去し、 n型クラッド層を局所的に露出させ た。
次に、 前記 R I Eによって露出した！)側コンタクト層の表面と n型クラッド層 の表面のそれぞれに、 電子ビーム蒸着法によって、 厚さ 20 nmの A 1層、 厚さ 5011111の？ d層、 厚さ 100 nmの A u層をこの順に積層した 3層構造の電極 を、 同時に形成した。
ここで、 p側コンタク ト層表面に設けた p側電極は、 フォトリソグラフィ技術 を用いて格子状パターンに形成した。 この格子状パターンは、 一辺 6 xmの正方 形の開口部 （p側コンタクト層の表面が露出した部分） 力 縦横とも間隔 2 μπι で正方行列状に配列したパターン、 即ち、 直交する 2方向について、 幅 2 μπιの 電極部と、 幅 6 tmの開口部が交互に繰り返される、 直交網目状パターンとした 続いて、 p側電極および n側電極の上に、 電子ビーム蒸着法により、 厚さ 30 nmの T i層、 厚さ 300 nmの A u層をこの順に積層した、 ワイヤボンディン グ用のパッド電極を形成した。 その後、 RTA (ラビッドサ一マルアニール） 装 置を用いて、 このウェハに 500°CX 5分間の熱処理を施した。 最後に、 サファ ィァ基板の裏面を厚さ 90 mとなるまで研磨し、 通常のスクライビングおょぴ ブレーキングによって素子分離を行い、 35 Omm角の L EDチップを得た。 上記手順で作製した L E Dチップをステム台にダイボンドした後、 ワイヤボン デイングにより通電可能な状態とし、 素子特性を評価したところ、 出力 5. 6 m W (2 OmA通電時） 、 順方向電圧 3. 2 V (2 OmA通電時） であった。
[実施例 2 ]
本実施例では、 p側コンタクト層を MOVP E法により成長させる際の成長膜 厚を 50 nmに変更したこと、 および、 p側コンタクト層の表層部分を R I Eに より除去しないで、 p側電極を、 成長されたままの p側コンタクト層の表面に形 成したこと以外は、 実施例 1と同様にして LEDチップを作製し、 その評価を行 つた。
その結果、 出力は実施例 1と同等であつたが、 順方向電圧は 3. 6 V (20m A通電時） であった。
[参考実験例 1 ]
本発明による発光素子の性能を評価するために行なった実験の結果を以下に示 す。
直径 2インチの C面サファイア基板を MOVP E装置の成長炉内に設けられた サセプタに装着し、 水素雰囲気下で基板温度を 1 100°Cまで上昇させて、 表面 のサーマルクリーニングを行った。 その後、 基板温度を 330°Cまで下げ、 3族 原料として TMGおよび TMA、 5族原料としてアンモニアを用いて、 厚さ 20 nmの A 1 G a N低温バッファ層を成長させた。 なお、 この A l GaN低温バッ ファ層の成長以降、 窒化物半導体層の成長時にはサブフローガスとして成長炉内 に窒素ガスを供給し、 3族原料および 5族原料のキャリァガスには水素ガスを用 いた。 続いて基板温度を 1000°Cに上げ、 原料として TMG、 アンモニアを供給し 、 アンドープ G a N層を 2 /zm成長させた後、 更にシランを供給し、 S i ドープ G aNからなる厚さ 3 μηιの n型クラッド層 （ n型コンタクト層を兼用） を成長 させた。
続いて、 基板温度を 800°Cに低下させて、 G a N障壁層と、 I n G a N井戸 層 （発光波長 405 nm) を各 10層交互に積層してなる多重量子井戸構造の活 性層を形成した。 井戸層成長時の I n原料にはトリメチルインジウムを用いた。 次に、 基板温度を 1000°Cに上げ、 Mg原料のビス (ェチルシク口ペンタジ ェニル） マグネシウム （E t Cp2Mg) と、 TMG、 TMA、 アンモニアを供 給し、 Mgがドープされた A 1 G a Nからなる第一の p型クラッド層を 50 nm 成長させ、 続けて、 TMAの供給を停止して、 Mg ドープ G a Nからなる第二の P型クラッド層を 200 nm成長させた。
次に、 E t C p 2Mg、 TMG、 TMAと水素ガス （キャリアガス） の供給を 停止し、 アンモニアの流量比が 0. 5%となるように、 アンモニアと窒素ガスを 成長炉内に供給しながら、 基板温度を 800°Cまで低下させ、 基板温度が 800 ' °Cとなったところで降温を停止し、 再びアンモニアの流量を元に戻すとともに、 TMGおよびシランを供給して、 S i濃度が 1 X 1 019 cm— 3の n型 G a Nか らなる厚さ 10 nmの！)側コンタクト層を成長させた。
p側コンタク ト層の成長後は、 基板加熱を停止し、 原料の供給も停止して、 窒 素のみを成長炉内に流しながらで室温まで自然放冷した。
' このようにして発光波長 405 nmの近紫外 LED構造が形成されたウェハを 得た。
次に、 ウェハ上に成長した窒化物半導体層の上面の局所的な領域に対して、 C 12ガスを用いた R I Eを施し、 該上面から下層側へと掘り下げ、 p側コンタク ト層、 第二の p型クラッド層、 第一の p型クラッド層、 活性層を順次除去し、 n 型クラッド層を局所的に露出させた。
次に、 ϋ側コンタクト層表面と、 R I Εで露出させた η型クラッド層の表面に 、 電子ビーム蒸着法によって、 厚さ 20 nmの A 1層、 厚さ 50 nmの P d層、 厚さ 1 00 nmの A u層をこの順に積層した 3層構造の電極を、 同時に形成した ここで、 p側コンタクト層表面に設けた p側電極は、 フォトリソグラフィ技術 を用いて格子状パターンに形成した。 この格子状パターンは、 一辺 6 / mの正方 形の開口部 （p側コンタク ト層の表面が露出した部分） 力 縦横とも間隔 で正方行列状に配列したパターン、 即ち、 直交する 2方向について、 幅 2 μπιの 電極部と、 幅 6 /i mの開口部が交互に操り返される、 直交網目状パターンとした 続いて、 p側電極および n側電極の上に、 電子ビーム蒸着法により、 厚さ 30 nmの T i層、 厚さ 300 nmの Au層をこの順に積層した、 ワイヤボンディン グ用のパッド電極を形成した。 その後、 RTA (ラビッドサ一マルアニール） 装 置を用いて、 このウェハに 500°CX 5分間の熱処理を施した。 最後に、 サファ ィァ基板の裏面を厚さ 90 μπιとなるまで研磨し、 通常のスクライビングおよび プレーキングによって素子分離を行い、 3 5 Omm角の L EDチップを得た。 上記手順で作製した LEDチップをステム台にダイポンドした後、 ワイヤボン デイングにより通電可能な状態とし、 素子特性を評価したところ、 出力 5. 4 m W (2 OmA通電時） 、 順方向電圧 3. 6 V (2 OmA通電時） であった。
[参考実験例 2 ]
参考実験例 1において、 第二の p型クラッド層の成長後、 基板温度を変化させ ることなく、 同じ温度で p側コンタクト層を成長し、 その後、 基板加熱を停止す ると同時に、 3族原料の供給を停止し、 アンモニアの流量比が 2%となるように 、 アンモニアと窒素ガスを成長炉内に流しながら室温まで自然放冷する以外は、 参考実験例 1と同様の方法により LEDチップを作製し、 素子特性を評価したと ころ、 出力 5. 3mW (2 OmA通電時） 、 順方向電圧 3. 9 V (2 QmA通電 時） であった。
[参考実験例 3 ] 上記参考実験例 2において、 p側コンタクト層の成長終了後、 窒素のみを成長 炉内に流しながら室温まで自然放冷したこと以外は、 参考実験例 2と同様の方法 により LEDチップを作製し、 素子特性を評価したところ、 出力 5. 2mW (2 OmA通電時） 、 順方向電圧 4. 0 V (2 OmA通電時） であった。
[参考実験例 4]
参考実験例 1において、 p側電極および n側電極を、 厚さ 20 nmの T i層、 厚さ 200 nmの A 1層をこの順に積層した 2層構造としたこと以外、 参考実験 例 1と同様の方法により LEDチップを作製し、 素子特性を評価したところ、 出 力 5. OmW (2 OmA通電時） 、 順方向電圧 3. 6 V (2 OmA通電時） であ つた。
[参考実験例 5]
参考実験例 1において、 n型 G a Nからなる厚さ 10 nmの p側コンタクト層 に代えて、 Mg濃度が 5 X 102。 c m— 3の p型 G a Nからなる厚さ 1 0 nmの p型コンタクト層を形成するとともに、 p側電極を厚さ 20 nmの N i層、 厚さ 1 50 nmの Au層をこの順に積層した 2層構造としたこと以外、 参考実験例 1 と同様の方法により LEDチップを作製し、 素子特性を評価した。
評価の結果、 出力 5. 0 mW ( 20 m A通電時） 、 順方向電圧 4. 5 V (20 mA通電時） であった。
[参考実験例 6]
参考実験例 2において、 n型 G a Nからなる厚さ 10 nmの p側コンタクト層 に代えて、 Mg濃度が 5 X 102。 c m— 3の p型 G a Nからなる厚さ 1 0 nmの p型コンタクト層を形成するとともに、 p側電極を厚さ 20 rlmのN i層、 厚さ 1 50 nmの A u層をこの順に積層した 2層構造としたこと以外、 参考実験例 2 と同様の方法により LEDチップを作製し、 素子特性を評価した。
評価の結果、 出力 5. OmW (2 OmA通電時） 、 順方向電圧 5. 5 V (20 mA通電時） であった。
[参考実験例 7] 参考実験例 3において、 n型 G a Nからなる厚さ 10 nmの p側コンタク ト層 に代えて、 Mg濃度が 5 X 1 02° c m— 3の； 型 G a Nからなる厚さ 10 nmの p型コンタク ト層を形成するとともに、 p側電極を厚さ 20 nmの N i層、 厚さ 1 50 nmの A u層をこの順に積層した 2層構造としたこと以外、 参考実験例 3 と同様の方法により LEDチップを作製し、 素子特性を評価した。
評価の結果、 出力 4. OmW (2 OmA通電時） 、 順方向電圧 3. 5 V (20 mA通電時） であった。
この参考実験例 7では順方向電圧が比較的低い値となったが、 逆耐圧 (V r) の大幅な低下と、 リーク電流の増加が同時に観察されたことから、 リーク電流パ スを通して電流が流れ易くなつたために素子の抵抗が低下し、 見かけ上、 動作電 圧が低下したかのような結果となったものと考えられる。
産業上の利用分野
本発明の実施に係る LEDの構造については、 図 1、 図 6の構造に限定される ものではなく、 公知技術を参考に、 種々の変形を加えることができる。
本発明は、 LEDだけでなく、 p型窒化物半導体層と、 該層に正孔を注入する ための電極を備える全ての窒化物半導体素子 （LED以外の発光素子、 受光素子 、 電子デバイス等） の製造方法として有用である。 その場合、 素子の構造や、 そ の製造のために必要となる技術については、 公知の技術を適宜参照してよい。 本出願は、 日本で出願された特願 2004-28 9466を基礎としておりそ れらの内容は本明細書に全て包含される。

Claims

請求の範囲
1 . 窒化物半導体層からなる積層体を有する窒化物半導体発光素子であって、 該積層体には、 第一の n型層と p型層とによつて活性層を挟んだ積層構造を有 してなる発光部と、 該発光部の外側にあって前記 p型層の側に位置する第二の n 型層とが含まれており、
該第二の n型層は、 ドライエッチングが施されて露出した面を有し、 このドラ ィエッチングを施されて露出した面には、 前記発光部の p型層へ正孔を注入する ための 側電極が形成されていることを特徴とする、
前記窒化物半導体発光素子。
2 . 上記積層体が、 基板上に窒化物半導体層を順次成長させることによって形成 されたものであって、
基板が下側にあるとして、 発光部は、 第一の n型層が下側、 p型層が上側とな るように積層体中に含まれており、 かつ、
第二の n型層が、 発光部よりも上側に位置している、 請求の範囲 1記載の窒化 物半導体発光素子。
3 . 発光部の第一の n型層が、 n型コンタク ト層を兼用している、 請求の範囲 2 記載の窒化物半導体発光素子。
4 . 上記積層体に、 発光部の n型層よりも下側に専用の n型コンタクト層が含ま れているか、 または、
上記基板が n型の窒化物半導体からなる基板であって、 該基板が n型コンタク ト層を兼用している、
請求の範囲 2記載の窒化物半導体発光素子。
5 . n型コンタクト層が、 ドライエッチングによって露出した表面を有し、 該表 面に n側電極が形成されている、 請求の範囲 3または 4記載の窒化物半導体発光 素子。
6 . 上記第二の n型層の上面が、 全面にわたってドライエッチングを施された面 であり、 このドライエッチングを施された面に上記 p側電極が形成されている、 請求の範囲 1記載の窒化物半導体発光素子。
7 . 上記 p側電極が、 上記ドライエッチングを施された面の略全面に形成されて いる、 請求の範囲 6記載の窒化物半導体発光素子。
8 . 上記！)側電極が、 透明電極、 '開口電極または、 A 1または A 1合金からなる 反射性を有する電極である、 請求の範囲 7記載の窒化物半導体発光素子。
9 . 上記第二の n型層のドライエッチングを施された側の面が、 該ドライエッチ ングによって凹凸面とされた面である、 請求の範囲 1記載の窒化物半導体発光素 子。
1 0 . 上記第二の n型層のドライエッチングを施された側の面には、 ドライエツ チングに先立って、 該面に重ねて窒化物半導体層が形成されており、 該第二の n 型層へのドライエッチングは、 前記の重ねて形成された窒化物半導体層の表面か ら施され第二の n型層に達したものである、 請求の範囲 9に記載の窒化物半導体 発光素子。
1 1 . p側電極が、 凹凸面の略全面を覆って形成されている、 請求の範囲 9また は 1 0記載の窒化物半導体発光素子。
1 2 . 上記 p側電極が、 透明電極または、 A 1または A 1合金からなる反射性を 有する電極である、 請求の範囲 1 1記載の窒化物半導体発光素子。
1 3 . p側電極が、 凹凸面の凹部内のみに形成されており、 凸部の上方には、 該 p側電極が形成されていない、 請求の範囲 9または 1 0記載の窒化物半導体発光 素子。
1 4 . 基板上に窒化物半導体層からなる積層体を成長させた素子構造を有する窒 化物半導体発光素子の製造方法であって、
第一の n型層、 活性層、 p型層、 第二の n型層を、 この順に該基板上に成長さ せる工程と、
前記第二の n型層の上面にドライエッチングを施す工程と、
前記工程によって、 第二の n型層のドライエッチングが施されて露出した面に 、 発光部の p型層へ正孔を注入するための p側電極を形成する工程とを少なくと も有する、 窒化物半導体発光素子の製造方法。
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