JP2007027164A - 半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
本発明では、p型半導体層に対するリフトオフの歩留まりを高くすることが可能で、且つ耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することが可能な半導体発光装置の製造方法を提供することを目的とする。また、この半導体発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、III族窒化物系化合物半導体基板上に、2層のマスク層を前記p型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成するマスク層形成工程と、マスク層エッチング工程と、半導体層エッチング工程と、前記2層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層の側面を選択的にエッチングして前記p型半導体層の一部を露出させた溝部を形成するサイドエッチング工程と、露出した前記p型半導体層を覆うように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、マスク層除去工程と、電極層形成工程と、を有する。
【選択図】図2
本発明では、p型半導体層に対するリフトオフの歩留まりを高くすることが可能で、且つ耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することが可能な半導体発光装置の製造方法を提供することを目的とする。また、この半導体発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、III族窒化物系化合物半導体基板上に、2層のマスク層を前記p型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成するマスク層形成工程と、マスク層エッチング工程と、半導体層エッチング工程と、前記2層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層の側面を選択的にエッチングして前記p型半導体層の一部を露出させた溝部を形成するサイドエッチング工程と、露出した前記p型半導体層を覆うように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、マスク層除去工程と、電極層形成工程と、を有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、半導体発光素子を備える半導体発光装置の製造方法及びその半導体発光装置に関する。
従来、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置を製造する場合、以下のようにして行っていた。ここで、従来の半導体発光装置を製造する手順について、図7及び図8を参照して説明する。
図7及び図8は、従来のAlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置を製造する工程の一部を示した概略図である。図7及び図8において、(a)から(d)は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。また、図9は、従来の製造方法により得られた半導体発光装置の概略構成図を示す。なお、図7及び図8では、半導体発光装置の製造方法の説明に必要な、半導体発光装置の一部分のみを記載している。
従来の半導体発光装置の製造では、まず、図7(a)に示すように、基板(不図示)上にn−GaNコンタクト層(不図示)、n−AlGaNクラッド層(不図示)、n−GaNガイド層43、InGaN/GaN活性層44、p−AlGaN電子ブロック層55、p−GaNガイド層56、p−AlGaNクラッド層45及びp−GaNコンタクト層46が順に配置された半導体基板のp−GaNコンタクト層46の上面にSiO2膜50を形成する。その後、図7(b)に示すように、SiO2膜50上にストライプ状のレジストパターン51を形成する。
次に、図7(b)で形成したレジストパターン51をマスクにして、図7(c)に示すようにSiO2膜50をエッチングする。その後、レジストパターン51を剥離させる。そして、レジストパターン51の剥離により露出したSiO2膜50のレジストパターンをマスクにして、図7(d)に示すようにp−GaNコンタクト層46及びp−AlGaNクラッド層45、並びにp−GaNガイド層56の途中までエッチングする。
次に、後のn型電極層の形成のため、図8(a)に示すように、ドライエッチングによりn−GaNコンタクト層41を露出させるまで掘り込む。そして、図8(b)に示すように、SiO2膜50のレジストパターンと共にp−AlGaNクラッド層45及びp−GaNコンタクト層46を含む半導体層の表面を覆うようにして絶縁膜47を形成する。
その後、フッ酸処理により絶縁膜47と共にSiO2膜50をリフトオフする(図8(c))。また、後にn型電極層を蒸着する部分の絶縁膜47をドライエッチングにより除去してn−GaNコンタクト層41を露出させる。
そして、上記リフトオフにより露出したp−GaNコンタクト層46の上面52及び絶縁膜47を図8(d)に示すように覆うようにp型電極層48を形成する。また、n−GaNコンタクト層41の露出した上面にn型電極層49を形成し、基板40ごと劈開して図9に示す半導体発光装置500(例えば、特許文献1、2を参照。)を得る。
特開2000−312051号公報。
特開2003−142769号公報。
しかし、図7及び図8に示す従来の半導体発光装置の製造方法では、図8(b)に示す絶縁膜47を形成する際に、図8(b)に示すように絶縁膜47がSiO2膜50を完全に覆ってしまうため、SiO2膜50へのエッチング液のしみ込みが阻害される。そのため、p型半導体層であるp−GaNコンタクト層46に対するリフトオフの歩留まりが著しく低い。
また、従来の半導体発光装置の製造方法により製造された半導体発光装置では、絶縁膜47が図7(d)に示す工程で形成されたメサ部53の側面のみに形成されているため、図9に示すp型電極層48がメサ部53の上面52の全体と接触することとなる。そのため、半導体発光装置500を駆動する際に、矢印が示すようにp型電極層48からの電流がメサ部53の側面付近に流れ易くなり、メサ部53のへり部分54に電界が集中する。そして、メサ部53のへり部分54への電界集中が半導体発光装置500を破壊する原因となる。
そこで、本発明では、p型半導体層に対するリフトオフの歩留まりを高くすることが可能で、且つp型電極層からの電流によるp型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中を抑制して耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することが可能な半導体発光装置の製造方法を提供することを目的とする。また、この半導体発光装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、発明者らは、p型半導体層上に、2層のマスク層をp型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成する工程を設けることによって、絶縁膜の切れ目を形成することを可能とした。
具体的には、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基板上に順に配置されたn型半導体層、活性層及びp型半導体層がAlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体の前記p型半導体層上に、2層のマスク層を前記p型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成するマスク層形成工程と、前記マスク層形成工程により形成した前記2層のマスク層上に所定のレジストパターンを形成し、形成した前記レジストパターンをマスクとして前記2層のマスク層を2層ともエッチングし、その後前記レジストパターンを前記2層のマスク層から剥離させるマスク層エッチング工程と、前記マスク層エッチング工程により形成された前記2層のマスク層によるレジストパターンをマスクとして前記p型半導体層をエッチングする半導体層エッチング工程と、前記半導体層エッチング工程の後、前記2層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層の側面を選択的にエッチングして前記p型半導体層の一部を露出させた溝部を形成するサイドエッチング工程と、前記サイドエッチング工程により形成した前記溝部の露出した前記p型半導体層を覆うように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜形成工程の後、残存した前記2層のマスク層を前記p型半導体層から除去するマスク層除去工程と、前記マスク層除去工程により露出した前記p型半導体層の全面を覆うように電極層を形成する電極層形成工程と、を有することを特徴とする。
マスク層形成工程において、2層のマスク層をp型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成することにより、サイドエッチング工程においてエッチングレートの高いマスク層の側面を選択的にエッチングして当該側面に溝部を形成することが可能となる。そして、絶縁膜形成工程では、溝部が絶縁膜に対して影となり、絶縁膜が溝部に入り込むように形成される。そのため、絶縁膜がマスク層の全面を覆うことを避けて絶縁膜に切れ目を入れることが可能となる。そのため、後の工程で2層のマスク層をp型半導体層から除去する際に、上記切れ目で2層のマスク層をリフトオフすることが可能となる。従って、p型半導体層に対するリフトオフの歩留まりを高くすることができる。また、溝部に絶縁膜が入り込むことにより、半導体層エッチング工程において形成されたp型半導体層上のメサ部のへり部分を絶縁膜で覆って当該へり部分への電界集中を抑制して耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することができる。
上記半導体発光装置の製造方法の前記マスク層形成工程において、前記2層のマスク層の互いのエッチングレートの比を5以上とすることが望ましい。また、前記2層のマスク層の互いのエッチングレートの比を10以上とすることがより望ましい。
2層のマスク層のエッチングレートの比を5以上とすることにより、サイドエッチング工程において、エッチングレートの低いマスク層のエッチング量を極僅かにでき、溝部の深さの調整が可能となる。そのため、絶縁膜形成工程において、絶縁膜の溝部への入り込み量を十分なものとしてp型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果を高くすることができる。
また、上記半導体発光装置の製造方法の前記マスク層形成工程において、前記2層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層を、回転塗布により、回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化することにより、又はレーザアブレーションにより形成する酸化物又は窒化物とし、前記2層のマスク層のうちエッチングレートの低いマスク層を、スパッタリング又はプラズマ化学気相成長法により形成する酸化物又は窒化物とすることが望ましい。
2層のマスク層を上記のいずれかのものとすることにより、互いのエッチングレートの差を十分なものとして、サイドエッチング工程におけるエッチングレートの低いマスク層のエッチング量を極僅かにすることができる。そのため、サイドエッチング工程において、溝部の深さの調整が可能となる。そのため、絶縁膜形成工程において、絶縁膜の溝部への入り込み量を十分なものとして、p型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果を高くすることができる。
また、上記半導体発光装置の製造方法の前記マスク層形成工程において、前記エッチングレートの高いマスク層の層厚を10nm以上500nm以下とすることを含む。
マスク層形成工程において、エッチングレートの高いマスク層の層厚を10nm以上500nm以下とすることにより、絶縁膜のメサ部の上面に沿った内側の壁面を上方に向かって広がるように傾斜したものとすることができる。そのため、絶縁膜とメサ部上面との間で起こる応力集中を抑制した半導体発光装置を製造することが可能となる。また、エッチングレートの低いマスク層をスパッタリングやプラズマ化学気相成長法により形成する場合には、エッチングレートの高いマスク層にp型半導体層に対するプラズマダメージを軽減させる効果を持たせることもできる。
また、上記半導体発光装置の製造方法の前記絶縁膜形成工程において、前記絶縁膜を金属又は半金属の酸化物又は窒化物とすることが望ましい。
金属酸化物、金属窒化物、半金属酸化物及び半金属窒化物は、いずれも絶縁性がよいため、p型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果が高い。ここで、半金属窒化物とは、半金属に窒素原子が結合したものを意味する。また、半金属とは、フェルミエネルギーが価電子帯の最上部と伝導帯の最下部を横切っている状態、言い換えれば価電子帯の最上部と伝導帯の最下部が重なっている状態の物質を意味するものとする(以下、本明細書において同じ。)。半金属として、B、C、Si、Ge、Sn、P、As、Sb、Bi、Se、Te、Po、Atが例示できる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置であって、基板と、該基板上に配置されたn型半導体層と、該n型半導体層上に配置された活性層と、該活性層上に配置され、前記活性層上方に突起したメサ部が形成されたp型半導体層と、前記メサ部の上面を露出させるように該上面のへりに沿った内側から前記メサ部の側面にかけて前記メサ部を覆った絶縁膜と、該絶縁膜上から前記メサ部を覆い前記p型半導体層と電気的に接続する電極層と、を有することを特徴とする。
絶縁膜がメサ部の上面を露出させるように該上面のへりに沿った内側からメサ部の側面にかけてメサ部を覆うことにより、電極層からの電流によるp型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中を抑制することができ、耐圧が向上する。そのため、本発明に係る半導体発光装置は、高出力とすることができる。
また、上記半導体発光装置において、前記絶縁膜の前記メサ部の上面に沿った内側の壁面が前記メサ部の上方に向かって広がるように傾斜していることが望ましい。
絶縁膜のメサ部の上面に沿った内側の壁面がメサ部の上方に向かって広がるように傾斜することで、メサ部の上面から壁面にかけて滑らかな曲線となり、絶縁膜とメサ部上面との間で熱膨張率の違いによる応力集中が起こることがない。従って、本発明に係る半導体発光装置は、長寿命である。
また、上記半導体発光装置において、前記壁面が2段の階段形状となっていることが望ましい。
絶縁膜のメサ部の上面に沿った内側の壁面を2段の階段形状とすることで、メサ部のへり部分と電極層との間の絶縁膜の厚さを厚くすることができる。そのため、絶縁膜による電極層とメサ部のへり部分との絶縁性を十分なものとしてp型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果を高くすることができる。
また、上記半導体発光装置において、前記絶縁膜と前記メサ部の上面との接触部分の前記メサ部の上面のへりからの幅が0を超えて、0.5μm以下であることが望ましい。
絶縁膜とメサ部の上面との接触部分のメサ部の上面のへりからの幅を0を超えて、0.5μm以下とすることで、p型電極層からp型半導体層への電流を十分な量確保しつつp型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果を高くすることができる。
また、上記半導体発光装置において、前記絶縁膜を金属又は半金属の酸化物又は窒化物とすることが望ましい。
金属酸化物、金属窒化物、半金属酸化物及び半金属窒化物は、いずれも絶縁性がよいため、p型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果が高い。
本発明では、p型半導体層に対するリフトオフの歩留まりを高くすることが可能で、且つp型電極層からの電流によるp型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中を抑制して耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することが可能な半導体発光装置の製造方法を提供することが可能である。また、p型電極層からのへの電流による電界集中を抑制し、耐圧を向上させた半導体発光装置を提供することが可能である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
(第1実施形態)
まず、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。図1及び図2は、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体のウェハにp型電極層及びn型電極層を形成するまでの工程を示した概略図である。図1及び図2において、(a)から(d)は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。なお、各図において、半導体発光装置の製造方法の説明に必要な一部分のみを記載している。
まず、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。図1及び図2は、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体のウェハにp型電極層及びn型電極層を形成するまでの工程を示した概略図である。図1及び図2において、(a)から(d)は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。なお、各図において、半導体発光装置の製造方法の説明に必要な一部分のみを記載している。
(マスク層形成工程)
本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体の半導体発光装置を製造する。まず、図1(a)に示すように、基板10上に順に配置されたn型半導体層(n−GaNコンタクト層11、n−AlGaNクラッド層12及びn−GaNガイド層13)、活性層(InGaN/GaN活性層14)及びp型半導体層(p−AlGaN電子ブロック層24、p−GaNガイド層25、p−AlGaNクラッド層15及びp−GaNコンタクト層16)のp−GaNコンタクト層16上に、2層のマスク層(第1マスク層20、第2マスク層21)をp−GaNコンタクト層16に近い側からエッチングレートの高い順に形成する。ここで、基板10としては、例えばサファイア基板やGaN基板を適用することができる。
本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体の半導体発光装置を製造する。まず、図1(a)に示すように、基板10上に順に配置されたn型半導体層(n−GaNコンタクト層11、n−AlGaNクラッド層12及びn−GaNガイド層13)、活性層(InGaN/GaN活性層14)及びp型半導体層(p−AlGaN電子ブロック層24、p−GaNガイド層25、p−AlGaNクラッド層15及びp−GaNコンタクト層16)のp−GaNコンタクト層16上に、2層のマスク層(第1マスク層20、第2マスク層21)をp−GaNコンタクト層16に近い側からエッチングレートの高い順に形成する。ここで、基板10としては、例えばサファイア基板やGaN基板を適用することができる。
このように、2層のマスク層をp−GaNコンタクト層16に近い側からエッチングレートの高い第1マスク層20、第2マスク層21の順に形成することにより、後に説明するサイドエッチング工程においてエッチングレートの高い第1マスク層20の側面を選択的にエッチングして当該側面に溝部を形成することが可能となる。
ここで、エッチングレートの高い第1マスク層20とエッチングレートの低い第2マスク層21のエッチングレートの比を5以上とすることが望ましい。さらに望ましくは、エッチングレートの比を10以上とすることである。エッチングレートの比を5以上とすることにより、後に説明するサイドエッチング工程において、エッチングレートの低い第2マスク層21のエッチング量を極僅かにでき、溝部の深さの調整が可能となる。そのため、後に説明する絶縁膜形成工程において、絶縁膜の溝部への入り込み量を十分なものとしてp型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果が高い半導体発光装置の製造が可能となる。
また、2層のマスク層のうちエッチングレートの高い第1マスク層20を、回転塗布により、回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化することにより、又はレーザアブレーションにより形成する酸化物又は窒化物とし、2層のマスク層のうちエッチングレートの低い第2マスク層21を、スパッタリング又はプラズマ化学気相成長法により形成する酸化物又は窒化物とすることもできる。第1マスク層20と第2マスク層21は、例えば、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するSiO2層とスパッタリングにより形成するSiO2層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するSiO2層とプラズマ化学気相成長法により形成するSiO2層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するSiO2層とスパッタリングにより形成するSiN層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するSiO2層とプラズマ化学気相成長法により形成するSiN層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するSiO2層とスパッタリングにより形成するZrO2層、レーザアブレーションにより形成するZnO層とスパッタリングにより形成するSiO2層、レーザアブレーションにより形成するZnO層とプラズマ化学気相成長法により形成するSiO2層、レーザアブレーションにより形成するZnO層とスパッタリングにより形成するSiN層、レーザアブレーションにより形成するZnO層とプラズマ化学気相成長法により形成するSiN層、又はレーザアブレーションにより形成するZnO層とスパッタリングにより形成するZrO2層のいずれかの組み合わせとすることができる。
第1マスク層20及び第2マスク層21の組合せを上記のいずれかのものとすることにより、互いのエッチングレートの差を十分なものとし、後に説明するサイドエッチング工程におけるエッチングレートの低い第2マスク層21のエッチング量を極僅かにすることができる。そのため、サイドエッチング工程において、溝部の深さの調整が可能となる。そのため、後に説明する絶縁膜形成工程において、絶縁膜の溝部への入り込み量を十分なものとして、p型半導体層上のメサ部のへり部分への電界集中の抑制効果が高い半導体発光装置の製造が可能となる。
ここで、「回転塗布」とは、所定の溶液を基板上に塗布した後、基板を回転させて基板全体に当該溶液を分散させる塗布方法を意味する。回転塗布により形成するSiO2層は、所定の溶液としてシラノール化合物の溶液を適用する。そして、回転塗布後、常温下で放置して自然乾燥させるか、或いは加熱処理することにより形成する。また、「スパッタリング」とは、真空中に不活性ガス(主にアルゴンガス)を導入しながら基板とターゲットとの間に直流高電圧を印加し、イオン化したアルゴンをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を基板上に堆積させて成膜させる方法を意味する。また、「プラズマ化学気相成長法」とは気相の原料ガスを流し、プラズマ放電中の化学反応を利用して生成物を基板上に堆積させて成膜させる方法を意味する。また、「レーザアブレーション」とは、紫外域に発振波長を持つエキシマレーザのレーザ光をターゲットに照射し、その蒸発粒子を基板上に堆積させて成膜させる方法を意味する。
本実施形態では、第1マスク層20として、SiO2層をゾルゲル法により形成し、第2マスク層21として、SiO2層をスパッタリングにより形成した。ここで、ゾルゲル法とは、金属アルコキシドからなるゾルの流動性を加水分解・重縮合反応により失わせたゲルを加熱して酸化物を得る方法である。ゾルゲル法は、スパッタリングに比較して原子同士の結合が疎になるため第1マスク層20及び第2マスク層21のエッチングレートの比を十分とることができる。
また、エッチングレートの高い第1マスク層20は、層厚H1を10nm以上500nm以下とすることがよい。第1マスク層20の層厚H1を10nm以上500nm以下とすることにより、後述する絶縁膜形成工程においてメサ部上に形成される絶縁膜の内側の壁面を上方に向かって広がるように傾斜したものとすることができる。そのため、絶縁膜とメサ部上面との間で起こる応力集中を抑制した半導体発光装置を製造することが可能となる。また、本実施形態のように第2マスク層21をスパッタリングやプラズマ化学気相成長法により形成する場合には、p−GaNコンタクト層16に対するプラズマダメージを軽減させる効果を第1マスク層20に持たせることもできる。
(マスク層エッチング工程)
次に、マスク層形成工程により形成した第1マスク層20及び第2マスク層21上に、図1(b)に示すように所定のレジストパターン22を形成する。本実施形態では、半導体発光装置を量産するため、ストライプ状のレジストパターンを形成することとした。また、ストライプの幅を1μm〜2μmとした。そして、形成したレジストパターン22をマスクとして、図1(c)に示すように、第1マスク層20及び第2マスク層21の2層ともエッチングする。その後、レジストパターン22を2層の第1マスク層20及び第2マスク層21から剥離させる。
次に、マスク層形成工程により形成した第1マスク層20及び第2マスク層21上に、図1(b)に示すように所定のレジストパターン22を形成する。本実施形態では、半導体発光装置を量産するため、ストライプ状のレジストパターンを形成することとした。また、ストライプの幅を1μm〜2μmとした。そして、形成したレジストパターン22をマスクとして、図1(c)に示すように、第1マスク層20及び第2マスク層21の2層ともエッチングする。その後、レジストパターン22を2層の第1マスク層20及び第2マスク層21から剥離させる。
(半導体層エッチング工程)
次に、上記マスク層エッチング工程により形成された2層の第1マスク層20及び第2マスク層21によるレジストパターンをマスクとして図1(d)に示すようにp−GaNコンタクト層16及びp−AlGaNクラッド層15、並びにp−GaNガイド層25の途中までドライエッチングする。この工程によりp−GaNコンタクト層16上に、後に形成するp型電極層と電気的に接続するメサ部31が形成される。ここで、第2マスク層21の層厚が薄いと、ドライエッチング時に第2マスク層21が完全に除去されてしまうため、第2マスク層21の層厚は、前述のマスク層形成工程において所定値以上で形成する。なお、ドライエッチングとは、プラズマ化したエッチングガスとエッチング対象との化学反応によりエッチング対象を離脱させる方法である。
次に、上記マスク層エッチング工程により形成された2層の第1マスク層20及び第2マスク層21によるレジストパターンをマスクとして図1(d)に示すようにp−GaNコンタクト層16及びp−AlGaNクラッド層15、並びにp−GaNガイド層25の途中までドライエッチングする。この工程によりp−GaNコンタクト層16上に、後に形成するp型電極層と電気的に接続するメサ部31が形成される。ここで、第2マスク層21の層厚が薄いと、ドライエッチング時に第2マスク層21が完全に除去されてしまうため、第2マスク層21の層厚は、前述のマスク層形成工程において所定値以上で形成する。なお、ドライエッチングとは、プラズマ化したエッチングガスとエッチング対象との化学反応によりエッチング対象を離脱させる方法である。
(サイドエッチング工程)
次に、図2(a)に示すように、2層のマスク層のうち第1マスク層20の側面を選択的にエッチングしてp−GaNコンタクト層16の一部を露出させた溝部37を形成する。ここで、本実施形態では、1−水素2−フッ化アンモニウム溶液であるバッファドフッ酸をエッチング液とし、このエッチング液に図1(d)に示すメサ部31を所定の時間浸してウェットエッチングして溝部37(図2(a))を形成した。この溝部37の深さL1は、後に説明する絶縁膜形成工程において形成する絶縁膜の入り込み量に応じて決定する。なお、第1マスク層20として、レーザアブレーションにより形成したZnO層を適用した場合には、溝部37を形成するエッチング液として塩酸を適用する。
次に、図2(a)に示すように、2層のマスク層のうち第1マスク層20の側面を選択的にエッチングしてp−GaNコンタクト層16の一部を露出させた溝部37を形成する。ここで、本実施形態では、1−水素2−フッ化アンモニウム溶液であるバッファドフッ酸をエッチング液とし、このエッチング液に図1(d)に示すメサ部31を所定の時間浸してウェットエッチングして溝部37(図2(a))を形成した。この溝部37の深さL1は、後に説明する絶縁膜形成工程において形成する絶縁膜の入り込み量に応じて決定する。なお、第1マスク層20として、レーザアブレーションにより形成したZnO層を適用した場合には、溝部37を形成するエッチング液として塩酸を適用する。
(絶縁膜形成工程)
次に、上記サイドエッチング工程により形成した溝部37の露出したp−GaNコンタクト層16を覆うように絶縁膜17を形成する。本実施形態では、絶縁膜17は、前述のスパッタリング、プラズマ化学気相成長法又はレーザアブレーションにより成膜する。これらの方法を適用すると、降り注ぐように堆積する絶縁膜の原料に対して溝部37の上側の面23が影となるため、図2(b)に示すように溝部37に入り込むように絶縁膜17が形成される。そのため、絶縁膜17が第1マスク層20及び第2マスク層21の全面を覆うことを避けて絶縁膜17に切れ目を入れることが可能となる。つまり、溝部37の露出したp−GaNコンタクト層16を覆う絶縁膜17と、第2マスク層21を覆う絶縁膜17との間に切れ目が入る。そのため、後述するマスク層除去工程において第1マスク層20及び第2マスク層21をp−GaNコンタクト層16から除去する際に、上記切れ目で第1マスク層20及び第2マスク層21をリフトオフすることが可能となる。従って、p−GaNコンタクト層16に対するリフトオフの歩留まりを高くすることができる。また、溝部に絶縁膜が入り込むことにより、前述の半導体層エッチング工程において形成されたメサ部31のへり部分32を絶縁膜17で覆ってへり部分32への電界集中を抑制して耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することができる。なお、「へり」とは、メサ部の上面の外周を意味し、「へり部分」とは、「へり」を含む上面の縁部分をいう。以下本明細書において同じとする。
次に、上記サイドエッチング工程により形成した溝部37の露出したp−GaNコンタクト層16を覆うように絶縁膜17を形成する。本実施形態では、絶縁膜17は、前述のスパッタリング、プラズマ化学気相成長法又はレーザアブレーションにより成膜する。これらの方法を適用すると、降り注ぐように堆積する絶縁膜の原料に対して溝部37の上側の面23が影となるため、図2(b)に示すように溝部37に入り込むように絶縁膜17が形成される。そのため、絶縁膜17が第1マスク層20及び第2マスク層21の全面を覆うことを避けて絶縁膜17に切れ目を入れることが可能となる。つまり、溝部37の露出したp−GaNコンタクト層16を覆う絶縁膜17と、第2マスク層21を覆う絶縁膜17との間に切れ目が入る。そのため、後述するマスク層除去工程において第1マスク層20及び第2マスク層21をp−GaNコンタクト層16から除去する際に、上記切れ目で第1マスク層20及び第2マスク層21をリフトオフすることが可能となる。従って、p−GaNコンタクト層16に対するリフトオフの歩留まりを高くすることができる。また、溝部に絶縁膜が入り込むことにより、前述の半導体層エッチング工程において形成されたメサ部31のへり部分32を絶縁膜17で覆ってへり部分32への電界集中を抑制して耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することができる。なお、「へり」とは、メサ部の上面の外周を意味し、「へり部分」とは、「へり」を含む上面の縁部分をいう。以下本明細書において同じとする。
なお、へり部分32を絶縁膜17で覆うことのみであれば、従来の製造方法において、例えば、図8(a)においてSiO2膜50の側面を予めエッチングしておくことで可能となると考えられる。本実施形態では、へり部分32を絶縁膜17で覆うこととp型半導体層であるp−GaNコンタクト層16に対するリフトオフの歩留まりを向上させることを同時に満たすことができる点で、従来技術に対して顕著な効果を有している。
ここで、絶縁膜17は、金属酸化物又は半金属窒化物とすることが望ましい。例えば、絶縁膜17としてZrO2やAl2O3を適用することができる。金属酸化物及び半金属窒素化物は、絶縁性がよいため、メサ部31のへり部分32への電界集中の抑制効果が高い。
(マスク層除去工程)
次に、残存した第1マスク層20及び第2マスク層21を図2(c)に示すようにp−GaNコンタクト層16から除去する。本実施形態では、上記のバッファドフッ酸に図2(b)に示すメサ部31を浸して第1マスク層20及び第2マスク層21をリフトオフした。
次に、残存した第1マスク層20及び第2マスク層21を図2(c)に示すようにp−GaNコンタクト層16から除去する。本実施形態では、上記のバッファドフッ酸に図2(b)に示すメサ部31を浸して第1マスク層20及び第2マスク層21をリフトオフした。
(電極層形成工程)
次に、上記マスク層除去工程により露出したp−GaNコンタクト層16の上面30の全面を図2(d)に示すように覆うようにp型電極層18を形成する。ここで、p型電極層18は、絶縁膜17上でp型電極層の形成部分を除いた部分に予めレジストパターンによりマスクをした上で、メサ部31の上面30及び側面にのみ蒸着させることにより形成する。また、絶縁膜17と共にドライエッチングにより除去してn−GaNコンタクト層11を露出させる。そして、上記リフトオフにより露出したn−GaNコンタクト層11の上面にn型電極層19を形成する。そして、n−GaNコンタクト層11を露出させるまで掘り込み、n−GaNコンタクト層11の露出した上面にn型電極層19を形成する。その後、基板10ごと劈開して半導体発光装置を得る。上記劈開は、予め基板10をラッピングにより薄くすることで実現することができる。
次に、上記マスク層除去工程により露出したp−GaNコンタクト層16の上面30の全面を図2(d)に示すように覆うようにp型電極層18を形成する。ここで、p型電極層18は、絶縁膜17上でp型電極層の形成部分を除いた部分に予めレジストパターンによりマスクをした上で、メサ部31の上面30及び側面にのみ蒸着させることにより形成する。また、絶縁膜17と共にドライエッチングにより除去してn−GaNコンタクト層11を露出させる。そして、上記リフトオフにより露出したn−GaNコンタクト層11の上面にn型電極層19を形成する。そして、n−GaNコンタクト層11を露出させるまで掘り込み、n−GaNコンタクト層11の露出した上面にn型電極層19を形成する。その後、基板10ごと劈開して半導体発光装置を得る。上記劈開は、予め基板10をラッピングにより薄くすることで実現することができる。
なお、本実施形態では、電極層形成工程においてn型電極層19の配置部分を形成したが、前述のサイドエッチング工程と前後して、図2(a)においてドライエッチングによりn−GaNコンタクト層11を露出させるまで掘り込むことによってn型電極層19の配置部分を形成することとしてもよい。
ここで、本実施形態に係る半導体発光装置について説明する。本実施形態に係る半導体発光装置は前述の製造方法により製造することができる。
図3に本実施形態に係る半導体発光装置の概略構成図を示す。また、図4に、別の形態の半導体発光装置の概略構成図を示す。
本実施形態に係る半導体発光装置100は、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置であって、基板10と、基板10上に配置されたn型半導体層としてのn−GaNコンタクト層11、n−AlGaNクラッド層12及びn−GaNガイド層13と、n−GaNガイド層13上に配置された活性層としてのInGaN/GaN活性層14と、InGaN/GaN活性層14上に配置され、InGaN/GaN活性層14上方に突起したメサ部31が形成されたp型半導体層としてのp−AlGaN電子ブロック層24、p−GaNガイド層25、p−AlGaNクラッド層15及びp−GaNコンタクト層16と、メサ部31の上面30を露出させるように上面30のへり部分32に沿った内側からメサ部31の側面35にかけてメサ部31を覆った絶縁膜17と、絶縁膜17上からメサ部31を覆いp−GaNコンタクト層16と電気的に接続する電極層としてのp型電極層18と、n−GaNコンタクト層11と電気的に接続するn型電極層19と、を有する。
絶縁膜17がメサ部31の上面30を露出させるように上面30のへり部分32に沿った内側からメサ部31の側面35にかけてメサ部31を覆うことにより、メサ部31の上面30の中央部分がp型電極層18とp−GaNコンタクト層16との接触部分となる。そのため、p型電極層18からの電流を図3(b)の矢印が示すようにメサ部31の上面30中央からp−GaNコンタクト層16に向けて流すことが可能となる。そのため、p型電極層18からの電流によるメサ部31のへり部分32への電界集中を抑制することができ、耐圧が向上する。従って、本実施形態に係る半導体発光装置100は、高出力とすることができる。
本実施形態では、絶縁膜17は、図3(a)に示すように、メサ部31のへり部分32に沿ってメサ部31の上面30の外周を覆うように配置し、メサ部31の上面30をカルデラ形状に露出させている。絶縁膜17の配置は、前述のマスク層エッチング工程におけるレジストパターン22(図1(b))の形状によって変わりうるが、図3(a)のように、メサ部31の上面30の外周を絶縁膜17で覆うように配置すると電界集中の抑制効果が高い。また、絶縁膜17は、図4(a)に示す別形態の半導体発光装置101のように、メサ部33の両方のへり部分34a、34bに沿って互いに平行にして配置してもよい。III族窒化物系化合物半導体では、半導体層が基板10としてのサファイア基板上に形成されることが多い。この場合、n型電極層19とp型電極層18とが同じ向きに配置されるため、メサ部33のp型電極層18及びn型電極層19の配列に平行な側のへり部分36においてはp型電極層18から流れる電流による電界集中は生じにくい。そのため、絶縁膜17をp型電極層18及びn型電極層19の配列に垂直な側のへり部分34a、34bを覆うと電界集中抑制効果を十分に得ることができる。この場合、前述のマスク層エッチング工程において、レジストパターン22(図1(b))をストライプ形状にすることでよい。
ここで、絶縁膜17のメサ部31の上面30に沿った内側の壁面38の形状について詳説する。図5及び図6に、本実施形態に係る半導体発光装置のメサ部の拡大概略切断面図を示す。
絶縁膜17のメサ部31の上面30に沿った内側の壁面38は、図5に示すように、メサ部31の上方に向かって広がるように傾斜することが望ましい。壁面38がメサ部31の上方に向かって広がるように傾斜することで、メサ部31の上面30から壁面38にかけて滑らかな曲線となるため、絶縁膜17とメサ部31の上面30との間で熱膨張率の違いによる応力集中が起こることがない。そのため、半導体発光装置100を長寿命とすることができる。
また、壁面38は、応力集中の抑制効果を得るために、絶縁膜17のへり部分32の幅L2に対する絶縁膜17の高さH2の比(即ち、H2/L2の値)を3以下とすることがよい。壁面38の傾斜角度は、前述のマスク層形成工程において形成する第1マスク層20の層厚H1(図1(a)、図2(a))とサイドエッチング工程において形成する溝部37の深さL1(図2(a))とにより調節して所定のものとすることができる。なお、マスク層形成工程における第1マスク層20の層厚H1(図1(a)、図2(a))は、10nm以上500nm以下とする。また、サイドエッチング工程における溝部37の深さL1(図2(a))は、第1マスク層20の層厚H1に合わせて第1マスク層20の層厚H1に対する溝部37の深さL1の比が3以下となるようにエッチング時間を調節して決定する。ここで、第1マスク層20の層厚を100nm、第2マスク層21の層厚を200nmとし、エッチング液である10%濃度のバッファドフッ酸にメサ部31を約60秒間浸してウェットエッチングすると、深さ0.2μmの溝部37を形成することができる。
また、壁面38は、図6に示す別形態のように、2段の階段形状とすることも望ましい。壁面38を2段の階段形状とすることで、メサ部31のへり部分32とp型電極層18との間の絶縁膜17の厚さH3を厚くすることができる。そのため、絶縁膜17によるp型電極層18とメサ部31のへり部分との絶縁性を十分なものとしてメサ部31のへり部分32への電界集中の抑制効果を高くすることができる。2段の階段形状の壁面38は、前述のマスク層形成工程において形成する第1マスク層の層厚H1(図1(a)、図2(a))とサイドエッチング工程において形成する溝部の深さL1(図2(a))とにより調節して所定のものとすることができる。なお、2段の階段形状の壁面38を得る場合、マスク層形成工程における第1マスク層20の層厚H1(図1(a)、図2(a))は、100nmより大きい値とすることが望ましい。
さらに絶縁膜17は、絶縁膜17とメサ部31の上面30との接触部分であり、メサ部31の上面30のへり部分32の幅L2(図3から図6)を0を超えて、0.5μm以下とすることが望ましい。絶縁膜17のへり部分32の幅を0を超えて、0.5μm以下とすることで、p型電極層18からp型半導体層であるp−GaNコンタクト層16への電流を十分な量確保しつつp−GaNコンタクト層16上のメサ部31のへり部分32への電界集中の抑制効果を高くすることができる。
また、絶縁膜17は、金属酸化物又は半金属窒化物とすることが望ましい。例えば、絶縁膜17としてZrO2やAl2O3を適用することができる。金属酸化物及び半金属窒素化物は、絶縁性がよいため、メサ部31のへり部分32への電界集中の抑制効果が高い。
以上説明したように、本実施形態に係る半導体発光装置100の製造方法では、製造工程において溝部を形成し、当該溝部に入り込むように絶縁膜17を形成することにより、絶縁膜17に切れ目を入れることが可能となったため、p−GaNコンタクト層16に対するリフトオフの歩留まりを高くすることが可能である。また、p−GaNコンタクト層16上のメサ部31のへり部分32を絶縁膜17で覆った半導体発光装置を製造することができる。さらに、マスク層形成工程における第1マスク層20の層厚H1(図1(a))によっては、絶縁膜17のメサ部31の上面30に沿った内側の壁面38をメサ部31の上方に向かって広がるように傾斜したものとすることもできる。
一方、p−GaNコンタクト層16上のメサ部31のへり部分32を絶縁膜17で覆った半導体発光装置100は、p型電極層18からのメサ部31のへり部分32への電流による電界集中が抑制されるため、耐圧が向上する。そのため、高出力とすることができる。さらに、絶縁膜17のメサ部31の上面30に沿った内側の壁面38をメサ部31の上方に向かって広がるように傾斜させると、絶縁膜17とメサ部31の上面30との間で熱膨張率の違いによる応力集中が起こることがないため、半導体発光装置100を長寿命とすることができる。
(第2実施形態)
次に、半導体発光装置の製造方法の別形態について説明する。図10から図13は、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体のウェハに、p型電極層及びn型電極層を形成して半導体発光装置を完成させるまでの工程を示した概略図である。また、図14に他の形態に係る半導体発光装置の製造工程の概略図を示す。図10から図13において、(a)から(d)は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。また、図14において、(a)及び(b)は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。なお、図10から図14では、単体の半導体発光装置のみを記載しているが、第1実施形態のように同時に複数の半導体発光装置を製造する方法にも拡張して適用することができる。
次に、半導体発光装置の製造方法の別形態について説明する。図10から図13は、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法において、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体のウェハに、p型電極層及びn型電極層を形成して半導体発光装置を完成させるまでの工程を示した概略図である。また、図14に他の形態に係る半導体発光装置の製造工程の概略図を示す。図10から図13において、(a)から(d)は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。また、図14において、(a)及び(b)は、各工程における半導体発光装置の概略切断面を示している。なお、図10から図14では、単体の半導体発光装置のみを記載しているが、第1実施形態のように同時に複数の半導体発光装置を製造する方法にも拡張して適用することができる。
(ウェハ形成工程)
本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体の半導体発光装置を製造する。まず、図10(a)に示すように、基板としてのGaN基板60上に順に配置されたn型半導体層(n−GaNバッファ層61、n−AlGaNクラッド層62、n−GaNガイド層63)、活性層(InGaN超格子発光層64、InGaN多重量子井戸層65)及びp型半導体層(p−AlGaN電子ブロック層66、p−GaNガイド層67、p−AlGaNクラッド層68、p−GaNコンタクト層69)を形成してウェハ200を得る。
本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体の半導体発光装置を製造する。まず、図10(a)に示すように、基板としてのGaN基板60上に順に配置されたn型半導体層(n−GaNバッファ層61、n−AlGaNクラッド層62、n−GaNガイド層63)、活性層(InGaN超格子発光層64、InGaN多重量子井戸層65)及びp型半導体層(p−AlGaN電子ブロック層66、p−GaNガイド層67、p−AlGaNクラッド層68、p−GaNコンタクト層69)を形成してウェハ200を得る。
ここで、図10(a)に示すIII族窒化物系化合物半導体のウェハ200の各層の伝導型、組成式、組成率及び層厚について説明する。なお、ここでの説明は、ウェハ200の構成の1例である。
本実施形態では、n−GaNバッファ層61及びn−GaNガイド層63は、組成式GaNで表される層とし、それぞれの層厚を4000nm及び100nmとした。また、n−AlGaNクラッド層62は、組成式AlxGa1−xN(x:8%)で表される層厚1200nmの層とした。
また、活性層の一部であるInGaN超格子発光層64は、n型の組成式InxGa1−xN/GaN(x:2/0%)で表される層厚1/2nmの層とした。また、InGaN多重量子井戸層65は、n型の組成式GaNで表される層厚9nmの層と真性の組成式InxGa1−xN(x:7%)で表される層厚3nmの層とをそれぞれGaN基板60の側から交互に重ねた。そして、各層の数の合計をそれぞれ4層及び3層とした。
また、p−AlGaN電子ブロック層66は、真性の組成式AlxGa1−xN(x:23%)で表される層厚10nmの層とp型の組成式AlxGa1−xN(x:23%)で表される層厚15nmの層とを重ねたものとした。
また、p−GaNガイド層67は、組成式GaNで表される層厚100nmの層とした。なお、この層は、真性としてもよい。
また、p−AlGaNクラッド層68は、組成式AlxGa1−xN(x:8%)で表される層厚400nmの層とし、p−GaNコンタクト層69は、組成式GaNで表される層厚100nmの層とした。
(マスク層形成工程)
次に、図10(a)に示すウェハ200上に、図10(b)に示すように2層のマスク層(第1マスク層70、第2マスク層71)をp−GaNコンタクト層69に近い側からエッチングレートの高い順に形成する。
次に、図10(a)に示すウェハ200上に、図10(b)に示すように2層のマスク層(第1マスク層70、第2マスク層71)をp−GaNコンタクト層69に近い側からエッチングレートの高い順に形成する。
このように、2層のマスク層をp−GaNコンタクト層69に近い側からエッチングレートの高い第1マスク層70、第2マスク層71の順に形成することにより、後に説明するサイドエッチング工程においてエッチングレートの高い第1マスク層70の側面を選択的にエッチングして当該側面に溝部を形成することが可能となる。
ここで、第1実施形態で説明したように、エッチングレートの高い第1マスク層70とエッチングレートの低い第2マスク層71のエッチングレートの比を5以上とすることが望ましい。さらに望ましくは、エッチングレートの比を10以上とすることである。
また、第1実施形態で説明したように、第1マスク層70と第2マスク層71を、例えば、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するSiO2層とスパッタリングにより形成するSiO2層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するSiO2層とプラズマ化学気相成長法により形成するSiO2層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するSiO2層とスパッタリングにより形成するSiN層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するSiO2層とプラズマ化学気相成長法により形成するSiN層、回転塗布により、又は回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するSiO2層とスパッタリングにより形成するZrO2層、レーザアブレーションにより形成するZnO層とスパッタリングにより形成するSiO2層、レーザアブレーションにより形成するZnO層とプラズマ化学気相成長法により形成するSiO2層、レーザアブレーションにより形成するZnO層とスパッタリングにより形成するSiN層、レーザアブレーションにより形成するZnO層とプラズマ化学気相成長法により形成するSiN層、又はレーザアブレーションにより形成するZnO層とスパッタリングにより形成するZrO2層のいずれかの組み合わせとすることもできる。
また、第1実施形態で説明したように、エッチングレートの高い第1マスク層70は、層厚を10nm以上500nm以下とすることがよい。
(マスク層エッチング工程)
次に、マスク層形成工程により形成した第1マスク層70及び第2マスク層71上に、図10(c)に示すように所定のレジストパターン72を形成する。そして、形成したレジストパターン72をマスクとして、図10(d)に示すように、第1マスク層70及び第2マスク層71の2層ともエッチングする。その後、レジストパターン72を2層の第1マスク層70及び第2マスク層71から剥離させる(図11(a))。
次に、マスク層形成工程により形成した第1マスク層70及び第2マスク層71上に、図10(c)に示すように所定のレジストパターン72を形成する。そして、形成したレジストパターン72をマスクとして、図10(d)に示すように、第1マスク層70及び第2マスク層71の2層ともエッチングする。その後、レジストパターン72を2層の第1マスク層70及び第2マスク層71から剥離させる(図11(a))。
(半導体層エッチング工程)
次に、上記マスク層エッチング工程により形成された2層の第1マスク層70及び第2マスク層71によるレジストパターンをマスクとして図11(b)に示すようにp−GaNコンタクト層69及びp−AlGaNクラッド層68、並びにp−GaNガイド層67の途中までドライエッチングする。ここで、第2マスク層71の層厚が薄いと、ドライエッチング時に第2マスク層71が完全に除去されてしまうため、第2マスク層71の層厚は、前述のマスク層形成工程において所定値以上で形成する。この工程により、後に形成するp型電極層と電気的に接続するメサ部80をp−GaNコンタクト層69上に形成する。
次に、上記マスク層エッチング工程により形成された2層の第1マスク層70及び第2マスク層71によるレジストパターンをマスクとして図11(b)に示すようにp−GaNコンタクト層69及びp−AlGaNクラッド層68、並びにp−GaNガイド層67の途中までドライエッチングする。ここで、第2マスク層71の層厚が薄いと、ドライエッチング時に第2マスク層71が完全に除去されてしまうため、第2マスク層71の層厚は、前述のマスク層形成工程において所定値以上で形成する。この工程により、後に形成するp型電極層と電気的に接続するメサ部80をp−GaNコンタクト層69上に形成する。
(サイドエッチング工程)
次に、図11(c)に示すように、2層のマスク層のうち第1マスク層70の側面を選択的にエッチングしてp−GaNコンタクト層69の一部を露出させた溝部81を形成する。ここで、本実施形態では、バッファドフッ酸をエッチング液とし、このエッチング液に図11(c)に示すメサ部80を所定の時間浸してウェットエッチングして溝部81を形成した。溝部81の深さは、第1実施形態で説明したように、後に説明する絶縁膜形成工程において形成する絶縁膜の入り込み量に応じて決定する。
次に、図11(c)に示すように、2層のマスク層のうち第1マスク層70の側面を選択的にエッチングしてp−GaNコンタクト層69の一部を露出させた溝部81を形成する。ここで、本実施形態では、バッファドフッ酸をエッチング液とし、このエッチング液に図11(c)に示すメサ部80を所定の時間浸してウェットエッチングして溝部81を形成した。溝部81の深さは、第1実施形態で説明したように、後に説明する絶縁膜形成工程において形成する絶縁膜の入り込み量に応じて決定する。
(絶縁膜形成工程)
次に、上記サイドエッチング工程により形成した溝部81の露出したp−GaNコンタクト層69を覆うように絶縁膜73を形成する(図11(d))。本実施形態では、絶縁膜73は、前述のスパッタリング、プラズマ化学気相成長法又はレーザアブレーションにより成膜する。これらの方法により、図11(d)に示すように溝部81に入り込むように絶縁膜73が形成される。そのため、絶縁膜73が第1マスク層70及び第2マスク層71の全面を覆うことを避けて絶縁膜73に切れ目を入れることが可能となる。つまり、溝部81の露出したp−GaNコンタクト層69を覆う絶縁膜73と、第2マスク層71を覆う絶縁膜73との間に切れ目が入る。そのため、後述するマスク層除去工程において第1マスク層70及び第2マスク層71をp−GaNコンタクト層69から除去する際に、上記切れ目で第1マスク層70及び第2マスク層71をリフトオフすることが可能となる。従って、p−GaNコンタクト層69に対するリフトオフの歩留まりを高くすることができる。また、溝部81に絶縁膜73が入り込むことにより、前述の半導体層エッチング工程において形成されたメサ部80のへり部分82を絶縁膜73で覆ってへり部分82への電界集中を抑制して耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することができる。ここで、第1実施形態で説明したように、絶縁膜73は、絶縁性がよい金属酸化物又は半金属窒化物とすることが望ましい。
次に、上記サイドエッチング工程により形成した溝部81の露出したp−GaNコンタクト層69を覆うように絶縁膜73を形成する(図11(d))。本実施形態では、絶縁膜73は、前述のスパッタリング、プラズマ化学気相成長法又はレーザアブレーションにより成膜する。これらの方法により、図11(d)に示すように溝部81に入り込むように絶縁膜73が形成される。そのため、絶縁膜73が第1マスク層70及び第2マスク層71の全面を覆うことを避けて絶縁膜73に切れ目を入れることが可能となる。つまり、溝部81の露出したp−GaNコンタクト層69を覆う絶縁膜73と、第2マスク層71を覆う絶縁膜73との間に切れ目が入る。そのため、後述するマスク層除去工程において第1マスク層70及び第2マスク層71をp−GaNコンタクト層69から除去する際に、上記切れ目で第1マスク層70及び第2マスク層71をリフトオフすることが可能となる。従って、p−GaNコンタクト層69に対するリフトオフの歩留まりを高くすることができる。また、溝部81に絶縁膜73が入り込むことにより、前述の半導体層エッチング工程において形成されたメサ部80のへり部分82を絶縁膜73で覆ってへり部分82への電界集中を抑制して耐圧を向上させた半導体発光装置を製造することができる。ここで、第1実施形態で説明したように、絶縁膜73は、絶縁性がよい金属酸化物又は半金属窒化物とすることが望ましい。
(マスク層除去工程)
次に、第1実施形態で説明したように、例えばバッファドフッ酸に図11(d)に示すメサ部80を浸すことにより、残存した第1マスク層70及び第2マスク層71を、p−GaNコンタクト層69からリフトオフする。
次に、第1実施形態で説明したように、例えばバッファドフッ酸に図11(d)に示すメサ部80を浸すことにより、残存した第1マスク層70及び第2マスク層71を、p−GaNコンタクト層69からリフトオフする。
(電極層形成工程)
次に、上記マスク層除去工程により露出したp−GaNコンタクト層69の全面を図12(a)に示すように覆うようにp型電極層74を形成する。
次に、上記マスク層除去工程により露出したp−GaNコンタクト層69の全面を図12(a)に示すように覆うようにp型電極層74を形成する。
次に、図12(b)に示すようにメサ部80上のp型電極層74を覆うようにフォトレジスト75を形成し、フォトレジスト75をマスクとしてp型電極層74及び絶縁膜73と共に半導体層をn−GaNバッファ層61までドライエッチングする。そして、フォトレジスト75をp型電極層74から剥離させる(図12(d))。
次に、後にn型電極層を形成する部分を除いて、n−GaNバッファ層61及びn−AlGaNクラッド層62からp型電極層74までを覆うようにフォトレジスト76を形成する(図13(a))。そして、フォトレジスト76をマスクとしてn−GaNバッファ層61をドライエッチングする(図13(b))。その後、n−GaNバッファ層61のエッチング部分にn型電極層77を形成し(図13(c))、フォトレジスト76を剥離させて図13(d)に示す半導体発光装置102を得る。
また、図12(a)に示すようにp型電極層74を形成した後、図14(a)に示すように、GaN基板60をラッピングにより薄化し、同図(b)に示すように、GaN基板60の裏面にn型電極層78を形成して、半導体発光装置103を得ることとしてもよい。なお、この場合、図14(a)に示すように、メサ部80を半導体発光装置の略中央に配置するため、図10(c)において、レジストパターン72をウェハ200(図12(a))の略中央に形成することとする。
ここで、図15に、図13(d)に示す半導体発光装置102の各層のポテンシャルを示す。図15に示すポテンシャルでは、各層の相対的なポテンシャルを示している。
本発明の半導体発光装置は、照明、通信、センサー、表示デバイスその他の物に搭載されるレーザダイオードとして利用することができる。
10:基板
11:n−GaNコンタクト層
12:n−AlGaNクラッド層
13:n−GaNガイド層
14:InGaN/GaN活性層
15:p−AlGaNクラッド層
16:p−GaNコンタクト層
17:絶縁膜
18:p型電極層
19:n型電極層
20:第1マスク層
21:第2マスク層
22:レジストパターン
23:上側の面
24:p−AlGaN電子ブロック層
25:p−GaNガイド層
30:上面
31、33:メサ部
32、34a、34b、36:へり部分
35:側面
37:溝部
38:壁面
40:基板
41:n−GaNコンタクト層
42:n−AlGaNクラッド層
43:n−GaNガイド層
44:InGaN/GaN活性層
45:p−AlGaNクラッド層
46:p−GaNコンタクト層
47:絶縁膜
48:p型電極層
49:n型電極層
50:SiO2膜
51:レジストパターン
52:上面
53:メサ部
54:へり部分
55:p−AlGaN電子ブロック層
56:p−GaNガイド層
60:GaN基板
61:n−GaNバッファ層
62:n−AlGaNクラッド層
63:n−GaNガイド層
64:InGaN超格子発光層
65:InGaN多重量子井戸層
66:p−AlGaN電子ブロック層
67:p−GaNガイド層
68:p−AlGaNクラッド層
69:p−GaNコンタクト層
70:第1マスク層
71:第2マスク層
72:レジストパターン
73:絶縁膜
74:p型電極層
75:フォトレジスト
76:フォトレジスト
77:n型電極層
78:n型電極層
80:メサ部
81:溝部
82:へり部分
100、101、102、103:半導体発光装置
200:ウェハ
500:従来の半導体発光装置
11:n−GaNコンタクト層
12:n−AlGaNクラッド層
13:n−GaNガイド層
14:InGaN/GaN活性層
15:p−AlGaNクラッド層
16:p−GaNコンタクト層
17:絶縁膜
18:p型電極層
19:n型電極層
20:第1マスク層
21:第2マスク層
22:レジストパターン
23:上側の面
24:p−AlGaN電子ブロック層
25:p−GaNガイド層
30:上面
31、33:メサ部
32、34a、34b、36:へり部分
35:側面
37:溝部
38:壁面
40:基板
41:n−GaNコンタクト層
42:n−AlGaNクラッド層
43:n−GaNガイド層
44:InGaN/GaN活性層
45:p−AlGaNクラッド層
46:p−GaNコンタクト層
47:絶縁膜
48:p型電極層
49:n型電極層
50:SiO2膜
51:レジストパターン
52:上面
53:メサ部
54:へり部分
55:p−AlGaN電子ブロック層
56:p−GaNガイド層
60:GaN基板
61:n−GaNバッファ層
62:n−AlGaNクラッド層
63:n−GaNガイド層
64:InGaN超格子発光層
65:InGaN多重量子井戸層
66:p−AlGaN電子ブロック層
67:p−GaNガイド層
68:p−AlGaNクラッド層
69:p−GaNコンタクト層
70:第1マスク層
71:第2マスク層
72:レジストパターン
73:絶縁膜
74:p型電極層
75:フォトレジスト
76:フォトレジスト
77:n型電極層
78:n型電極層
80:メサ部
81:溝部
82:へり部分
100、101、102、103:半導体発光装置
200:ウェハ
500:従来の半導体発光装置
Claims (10)
- 基板上に順に配置されたn型半導体層、活性層及びp型半導体層がAlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体の前記p型半導体層上に、2層のマスク層を前記p型半導体層に近い側からエッチングレートの高い順に形成するマスク層形成工程と、
前記マスク層形成工程により形成した前記2層のマスク層上に所定のレジストパターンを形成し、形成した前記レジストパターンをマスクとして前記2層のマスク層を2層ともエッチングし、その後前記レジストパターンを前記2層のマスク層から剥離させるマスク層エッチング工程と、
前記マスク層エッチング工程により形成された前記2層のマスク層によるレジストパターンをマスクとして前記p型半導体層をエッチングする半導体層エッチング工程と、
前記半導体層エッチング工程の後、前記2層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層の側面を選択的にエッチングして前記p型半導体層の一部を露出させた溝部を形成するサイドエッチング工程と、
前記サイドエッチング工程により形成した前記溝部の露出した前記p型半導体層を覆うように絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜形成工程の後、残存した前記2層のマスク層を前記p型半導体層から除去するマスク層除去工程と、
前記マスク層除去工程により露出した前記p型半導体層の全面を覆うように電極層を形成する電極層形成工程と、
を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記マスク層形成工程において、前記2層のマスク層の互いのエッチングレートの比を5以上としたことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記2層のマスク層のうちエッチングレートの高いマスク層を、回転塗布により、回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化することにより、又はレーザアブレーションにより形成する酸化物又は窒化物とし、前記2層のマスク層のうちエッチングレートの低いマスク層を、スパッタリング又はプラズマ化学気相成長法により形成する酸化物又は窒化物としたことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記マスク層形成工程において、前記エッチングレートの高いマスク層の層厚を10nm以上500nm以下としたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記絶縁膜形成工程において、前記絶縁膜を金属又は半金属の酸化物又は窒化物としたことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
- AlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光装置であって、
基板と、該基板上に配置されたn型半導体層と、該n型半導体層上に配置された活性層と、該活性層上に配置され、前記活性層上方に突起したメサ部が形成されたp型半導体層と、前記メサ部の上面を露出させるように該上面のへりに沿った内側から前記メサ部の側面にかけて前記メサ部を覆った絶縁膜と、該絶縁膜上から前記メサ部を覆い前記p型半導体層と電気的に接続する電極層と、を有することを特徴とする半導体発光装置。 - 前記絶縁膜の前記メサ部の上面に沿った内側の壁面が前記メサ部の上方に向かって広がるように傾斜していることを特徴とする請求項6に記載の半導体発光装置。
- 前記壁面が2段の階段形状となっていることを特徴とする請求項7に記載の半導体発光装置。
- 前記絶縁膜と前記メサ部の上面との接触部分の前記メサ部の上面のへりからの幅が0を超えて、0.5μm以下であることを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の半導体発光装置。
- 前記絶縁膜を金属又は半金属の酸化物又は窒化物としたことを特徴とする請求項6から9のいずれかに記載の半導体発光装置。
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