JP2015082612A - 窒化物発光素子および窒化物発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率と耐湿性の双方が優れた窒化物発光素子および窒化物発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体基板１０と、窒化物半導体基板１０上で、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方を含む第一導電型の窒化物半導体層２１と、ＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層２２と、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方を含む第二導電型の窒化物半導体層２３とがこの順で積層されたメサ型の半導体積層構造部２０と、メサ型の半導体積層構造部２０の頂面２０ａ、側面２０ｂおよび底面２０ｃを覆う第一の保護膜３１と、第一の保護膜３１を覆う第二の保護膜３２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物発光素子及び窒化物発光素子の製造方法に関する。

近年、窒化物半導体を用いた、青色光の発光が可能な発光素子が開発され、種々の用途に使用されている。窒化物半導体を用いた発光波長の短い発光素子では、用いる基板の導電性が極めて低いため発光波長の長い発光素子で汎用の縦型構造を用いることができない。そのため、横型の構造が広く使用されている。
縦型構造では、２つの導電層のうち１つの導電型の半導体層しか基板表面に露出していないため、もう一方の導電型の半導体層を露出させるために、基板表面にメサ型を作成する。一般的に、縦型構造の発光素子の最表面は酸化シリコン等の保護膜で覆われ、周囲の環境から保護されている。

メサ型構造を有する発光素子の保護膜としては、酸化シリコンまたは窒化シリコンを単層で用いることが一般的に知られている（特許文献１、２参照）。これらの保護膜は、空気中の水や酸素、汚染、傷から化学的物理的に保護し、さらに絶縁耐圧性も有する。従来の窒化物発光素子において、保護膜は、スパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置等を用いて形成され、開口部分は、保護膜をエッチングにより除去することにより形成される。

特開平１１−１５０３０１号公報 特開平１０−１８９５６２号公報

上述の通り、窒化物発光素子の保護膜としては、酸化シリコン、窒化シリコン等の材料を単層で用いる技術が知られていた。特に、横型構造の発光素子の場合、メサ型を作成して露出した半導体層の表面は非常に不安定で、特に空気中の水や酸素と反応しやすく、酸化膜の形成や素子特性の信頼性の低下を引き起こしやすい。このため、横型構造を有する発光素子では、縦型構造のものより保護膜の保護機能はより効果を求められる。

しかし、いずれの場合においても十分な耐湿性と発光素子としての発光効率を十分に満足した窒化物発光素子は知られていないのが実情である。例えば酸化シリコンを絶縁保護膜として使用した場合は、他の材質の保護膜を使用した場合と比較して耐湿性が低いという課題がある。また、窒化シリコンを絶縁保護膜として使用した場合は、他の材質の保護膜を使用した場合と比較して発光効率が低減するという課題がある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、発光効率と耐湿性の双方が優れた窒化物発光素子および窒化物発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下に示す各態様により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明の一態様に係る窒化物発光素子によれば、窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上で、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方を含む第一導電型の窒化物半導体層と、ＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層と、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方を含む第二導電型の窒化物半導体層とがこの順で積層されたメサ型の半導体積層構造部と、前記メサ型の半導体積層構造部の表面及び側面を覆う第一の保護膜と、前記第一の保護膜を覆う第二の保護膜と、を備えることを特徴とする。

また、上記の窒化物半導体素子において、前記第一の保護膜は酸化シリコンであり、前記第二の保護膜は窒化シリコンであることを特徴としてもよい。
また、上記の窒化物半導体素子において、前記第一の保護膜の膜厚は、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴としてもよい。
また、上記の窒化物半導体素子において、前記第二の保護膜の膜厚は、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴としてもよい。

また、上記の窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体基板はＡｌＮ単結晶であることを特徴としてもよい。
また、上記の窒化物半導体素子において、前記メサ型の半導体積層構造部のうちの前記第一の保護膜に覆われていない領域に形成された電極部、をさらに備えることを特徴としてもよい。

本発明の一態様に係る窒化物発光素子の製造方法は、窒化物半導体基板上に、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方を含む第一導電型の窒化物半導体層と、ＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層と、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方を含む第二導電型の窒化物半導体層とがこの順で積層されたメサ型の半導体積層構造部を形成する工程と、前記メサ型の半導体積層構造部の表面および側面に第一の保護膜を形成する工程と、前記第一の保護膜上に第二の保護膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

また、上記の窒化物発光素子の製造方法において、前記第一の保護膜は酸化シリコンであり、前記第二の保護膜は窒化シリコンであることを特徴としてもよい。
また、上記の窒化物発光素子の製造方法において、前記窒化物半導体基板はＡｌＮ単結晶であることを特徴としてもよい。

本発明の一態様によれば、発光効率と耐湿性の双方が優れた窒化物発光素子を提供することが可能になる。

本実施形態に係る窒化物発光素子の構成例を示す断面模式図である。

以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）について説明する。
＜本実施形態＞
（１．全体構成）
本実施形態に係る窒化物発光素子は、窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上で、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方（即ち、Ａｌおよび／またはＧａ）を含む第一導電型の窒化物半導体層と、ＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層と、Ａｌおよび／またはＧａを含む第二導電型の窒化物半導体層とがこの順で積層されたメサ型の半導体積層構造部と、前記メサ型の半導体積層構造部の表面及び側面を覆う第一の保護膜と、前記第一の保護膜を覆う第二の保護膜と、を備える。本実施形態は、上記の構成を有することにより、発光効率の低減防止と高耐湿性を兼ね備えた窒化物発光素子を実現できる。半導体発光層に簡易に電力を供給できる観点から、第一導電型の窒化物半導体層と第二導電型の窒化物半導体層のそれぞれに電極が形成されていることが好ましい。

（２．窒化物半導体基板）
本実施形態に係る窒化物発光素子において、窒化物半導体基板は、その表面にメサ型の半導体積層構造部を形成できるものであれば特に制限されない。本実施形態に係る窒化物発光素子においては、半導体積層構造部として、Ａｌおよび／またはＧａを含む第一導電型の窒化物半導体層、ＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層、Ａｌおよび／またはＧａを含む第二導電型の窒化物半導体層、を形成するため、窒化物半導体基板は例えばＧａＮ単結晶またはＡｌＮ単結晶からなる基板であることが好ましい。特に窒化物発光層としてＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層を低欠陥密度で形成する観点から、窒化物半導体基板はＡｌＮ単結晶からなる基板であることがより好ましい。なお、窒化物半導体基板としては、サファイア等のベース上にＧａＮ層やＡｌＮ層等の窒化物半導体が形成された窒化物半導体基板も含まれる
また、窒化物半導体基板は、光取り出し向上の観点から、半導体積層構造部が形成される面に対向する面側が加工されたものであってもよいし、光学調整層を更に備えていてもよい。

（３．メサ型の半導体積層構造部）
本実施形態に係る窒化物発光素子において、メサ型の半導体積層構造部はＡｌおよび／またはＧａを含む第一導電型の窒化物半導体層、ＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層、Ａｌおよび／またはＧａを含む第二導電型の窒化物半導体層、を有するものであれば特に制限されない。すなわち、上記層の他にバッファ層やバリア層、コンタクト層等の他の機能を発現させるための層をさらに備えていてもよい。

本実施形態に係る窒化物発光素子において、「第一導電型」「第二導電型」とは、一方がｎ型導電型の場合は他方がｐ型導電型であることを意味する。すなわち、第一導電型の窒化物半導体層がｎ型の場合は、第二導電型の窒化物半導体層がｐ型となる。生産性と発光効率の観点から、第一導電型の窒化物半導体層がｎ型であることが好ましい。
「メサ型」とは、基板平面に対して凸部となる部位を有することを意味する。すなわち、該凸部は、凸部の頂部表面（即ち、頂面）と、凸部の側面とで囲まれる構造となる。凸部の側面の基板平面に対する傾斜角は特に制限されないが、該側面における保護膜の被覆率の観点から順テーパーであることが好ましい。

メサ型の半導体積層構造部を形成する方法は特に制限されないが、例えば、以下の方法による。まず、窒化物半導体基板上にＭＢＥやＭＯＣＶＤ等の公知の製膜装置を用いて、Ａｌおよび／またはＧａを含む第一導電型の窒化物半導体層と、ＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層と、Ａｌおよび／またはＧａを含む第二導電型の窒化物半導体層とをこの順で積層して（さらに、これら各層の層間や層上にバッファ層やバリア層、コンタクト層等の他の機能を発現させるための層を形成してもよい）半導体積層構造膜を形成する。次に、半導体積層構造膜上にフォトリソグラフィー法でマスクパターンを形成する。そして、半導体積層構造膜のうち、マスクパターンから露出している領域（即ち、所望の領域）をドライエッチングやウェットエッチングすることにより、メサ型の半導体積層構造部を形成することが可能である。

（３−１．第一導電型の窒化物半導体層）
Ａｌおよび／またはＧａを含む第一導電型の窒化物半導体層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮなどが挙げられる。紫外領域の発光素子では、発光層であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）のＡｌ組成を変えることで発光波長を調整できる。この際、発光効率の観点から第一導電型の窒化物半導体層としては、発光層よりも高いＡｌ組成を有するＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）であることが好ましい。ｎ型ドーパントとしてはＳｉやＧｅ等が挙げられるがこの限りではない。

第一導電型の窒化物半導体層の膜厚は特に制限されないが、膜厚が小さすぎると発光素子の抵抗が大きくなり発熱量が大きくなるという課題がある。一方、膜厚が大きすぎると、用いる基板と第一導電型の窒化物半導体層との格子定数差に起因した転位と呼ばれる欠陥が発生し、発光効率が低下する。以上、素子の発熱と発光効率の観点から、第一導電型の窒化物半導体層の膜厚は０．２μｍ以上２μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．３μｍ以上１μｍ以下である。

（３−２．窒化物発光層）
ＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層としては、ＡｌＧａＮが挙げられる。窒化物発光層は一層からなっても複数の発光層からなっても構わないが、発光効率の観点から、複数の発光層からなることが好ましい。窒化物発光層が複数の発光層からなる場合は、発光層間にはバリア層と呼ばれる層を挿入することが好ましい。窒化物発光層のＡｌとＧａの比率は発光波長に応じて任意に選択できる。また、バリア層のＡｌ組成比は、発光層のＡｌ組成比より高いことが好ましい。さらに発光層、バリア層はＳｉ、Ｇｅ、Ｍｇなどの元素がドープされていても構わない。

窒化物発光層の膜厚は特に制限されないが、特に複数の発光層を用いる場合には、膜厚が小さすぎると発光層からキャリアがしみ出し、発光効率が低下する。一方、厚みが大きすぎると発光層でのキャリア濃度が低下して発光効率が低下する。さらに、極性を持つ基板を用いた場合には、ピエゾ効果により発光効率が低下するという課題がある。以上、発光効率の観点から、窒化物発光層の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以上８ｎｍ以下であることがより好ましい。バリア層の膜厚についても特に限定されないが、小さすぎるとキャリアのしみ出し、大きすぎるとピエゾ効果による発光効率低下が低下してしまう。発光効率の観点から、バリア層の膜厚は２ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが好ましく、４ｎｍ以上１０ｎｍ以下がより好ましい。

（３−３．第二導電型の窒化物半導体層）
Ａｌおよび／またはＧａを含む第二導電型の窒化物半導体層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮなどが挙げられる。ｐ型ドープの容易性の観点から、第二導電型の窒化物半導体層はＧａＮであることが好ましい。また、発光した光の取り出し効率の観点からは、第二導電型の窒化物半導体層は、発光層のＡｌ組成より高いＡｌ組成を有するＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０ ＜ ｚ ≦ １）であることが好ましい。ｐ型ドーパントとしてはＭｇ，Ｃｄ，Ｚｎ、Ｂｅ等が挙げられる。
第二導電型の窒化物半導体層の膜厚は特に制限されないが、光取り出し効率及び発光層へのホール注入量の観点から５ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることがより好ましい。

（４．第一の保護膜）
本実施形態に係る窒化物発光素子において、第一の保護膜は、メサ型の半導体積層構造部の側面の少なくとも一部および頂面の一部を覆うものであればよい。耐湿性の向上の観点から、第一の保護膜は酸化シリコンであることが好ましい。第一の保護膜を形成する方法は特に制限されないが、例えばプラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置、真空蒸着装置等により形成することが可能である。第一の保護膜の膜厚は、生産性やデバイスへの応力の観点から１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることがより好ましい。

（５．第二の保護膜）
本実施形態に係る窒化物発光素子において、第二の保護膜は、第一の保護膜を覆うものであればよい。発光効率低減抑制の観点から、第二の保護膜は窒化シリコンであることが好ましい。第二の保護膜を形成する方法は特に制限されないが、例えばプラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置、真空蒸着装置により形成することが可能である。
第二の保護膜の膜厚は、エッチング時のレジストとの選択比やデバイスへの応力の観点から１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることがより好ましい。

（６．電極部）
本実施形態に係る窒化物発光素子は、第一導電型の窒化物半導体層および第二導電型の窒化物半導体層に電気的に接続される電極部を備えていてもよい。発光効率を向上させる観点から、メサ型の半導体積層構造部のうち第１の保護膜に覆われていない領域に電極部が形成されていることが好ましい。電極部が該領域に形成されていることにより、第二の保護膜を形成する際に加わり得る半導体積層構造部へのダメージがより低減され、発光効率が向上するものと推察される。

電極部は単層でもよいが、多層であってもよい。電極部が多層の場合、窒化物半導体層との良好なオーミック接合を取るための第一の電極部と、配線のための第二の電極部からなっていることが好ましい。また、第一導電型の窒化物半導体層上に形成される第一の電極部の材料と、第二導電型の窒化物半導体層上に形成される第一の電極部の材料とが同一であってもよいし、異なっていてもよい。以下、図面を参酌しながら本実施形態の具体例を説明する。

＜本実施形態の具体例＞
（構成例）
図１は本実施形態に係る窒化物発光素子の構成例を示す断面模式図である。
図１に示すように、この窒化物半導体素子は、窒化物半導体基板１０と、窒化物半導体基板１０上に形成された半導体積層構造部２０と、半導体積層構造部２０の表面および側面を覆う第一の保護膜３１および第二の保護膜３２と、半導体積層構造部２０に電気的に接続する第一の電極層４１および第二の電極層４２とを備える。
また、半導体積層構造部２０は、例えば、第一導電型の窒化物半導体層２１と、第一導電型の窒化物半導体層２１上に形成された窒化物発光層２２と、窒化物発光層２２上に形成された第二導電型の窒化物半導体層２３とを有する。第一導電型の窒化物半導体層２１はＡｌおよび／またはＧａを含む。窒化物発光層２２はＡｌおよびＧａを含む。第二導電型の窒化物半導体層２３はＡｌおよび／またはＧａを含む。

図１に示すように、メサ型の半導体積層構造部２０は、窒化物半導体基板１０の表面（即ち、基板平面）に対して凸部となるように形成されている。この凸部の頂部表面（即ち、頂面）２０ａと、凸部の底部表面（即ち、底面）２０ｃとの間に、凸部の側面２０ｂが位置する。この側面２０ｂは基板平面に対して順テーパーの傾きを有する。また、頂面２０ａの一部と、側面２０ｂの全ておよび底面２０ｃの一部が、第一の保護膜３１で覆われている。また、第一の保護膜３１は第二の保護膜３２で覆われている。メサ型の半導体積層構造部２０の頂部で第一の保護膜３１で覆われていない領域には第一の電極層４１および第二の電極層４２が形成されている。

（製造方法）
次に、図１に示した窒化物発光素子を例に、本実施形態に係る窒化物発光素子の製造方法の一例について説明する。
まず、窒化物半導体基板１０上に、ＭＢＥやＭＯＣＶＤ等の公知の製膜装置を用いて第一導電型の窒化物半導体層２１、窒化物発光層２２、第二導電型の窒化物半導体層２３を積層して、半導体積層構造膜を形成する。次に、フォトリソグラフィー法でマスクパターンを半導体積層構造膜上に形成する。そして、該半導体積層構造膜をドライエッチングやウェットエッチング等でエッチングする。これにより、第二導電型の窒化物半導体層２３、窒化物発光層２２、窒化物半導体層２１を有する、メサ型の半導体積層構造部２０を形成する。

次に、プラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置、真空蒸着装置等の製膜装置により、窒化物半導体基板１０の全面を覆うように第一の保護膜材料を形成する。そして、フォトリソグラフィー法でマスクパターンを第一の保護膜材料上に形成し、メサ型の半導体積層構造部の頂部および底部に形成された第一の保護膜材料をドライエッチングやウェットエッチング等でエッチングして開口部を形成する。これにより、第一の保護膜３１を形成する。さらに、第一の電極層材料を窒化物半導体基板１０の全面に蒸着し、マスクパターンをリフトオフする。これにより、メサ型の半導体積層構造部２０の頂部および底部にのみ第一の電極層４１を形成する。

なお、ここでは頂部および底部に一度に第一の電極層４１を形成する方法を説明したが、良好なオーミック接続となる電極層を形成するためには、頂部と底部にそれぞれ別々に開口部を形成し、それぞれ異なる材料の第一の電極層材料を蒸着・リフトオフして第一の電極層４１を形成してもよい。プラズマＣＶＤ装置を用いる場合は、緻密性の高い膜を形成する観点から第一の保護膜３１は基板温度が２００℃以上３００℃以下の温度で形成されることが好ましい。

次に、プラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置、真空蒸着装置等の製膜装置を用いて、窒化物半導体基板１０の全面を覆うように第二の保護膜材料を形成する。そして、フォトリソグラフィー法でマスクパターンを第二の保護膜材料上に形成し、第一の電極層４１が形成された領域の第二の保護膜材料をドライエッチングやウェットエッチング等でエッチングして開口部を形成する。これにより、第二の保護膜３２を形成する。さらに、第二の電極層材料を窒化物半導体基板１０の全面に蒸着し、マスクパターンをリフトオフする。これにより、第一の電極層４１上に第二の電極層４２を形成して、図１に示した窒化物発光素子を得ることができる。ここでは、第二の保護膜３２を形成するためのマスクパターンを用いて第二の電極層４２を形成する方法を説明したが、生産効率の観点から、第二の保護膜３２を形成するためのマスクパターンを一度除去し、第二の電極層４２を形成するためのマスクパターンを別途形成して、第二の電極層４２を形成してもよい。プラズマＣＶＤ装置を用いる場合は、緻密性の高い膜を形成する観点から第二の保護膜３２は基板温度が２００℃以上３００℃以下の温度で形成されることが好ましい。

ここで、発光効率向上の観点から、第一の保護膜材料をエッチングする工程はウェットエッチングであることが好ましい。また、耐湿性向上の観点から、第二の保護膜材料は窒化シリコンであることが好ましい。窒化シリコンを第二の保護膜材料として用いる場合、エッチング容易性の観点からエッチング工程はドライエッチングであることが好ましい。ドライエッチングを用いると半導体積層構造部２０にダメージが加わり発光効率が低下する傾向にあるが、本実施形態の窒化物発光素子は、第二の保護膜材料をエッチングする際には、半導体積層構造部２０が第一の保護膜および第一の電極層４１でほぼ覆われている。このため、ドライエッチングを適用しても半導体積層構造部２０へのダメージが低減され、発光効率の低下が生じにくい為好適に使用できる。
本実施形態では、頂面２０ａ及び底面２０ｃが本発明の「メサ型の半導体積層構造部の表面」に対応し、側面２０ｂが本発明の「（メサ型の半導体積層構造部の）側面」に対応している。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態に係る窒化物発光素子よれば、後述する実施例で確認したように、発光効率と耐湿性の双方が優れた窒化物発光素子を提供することが可能である。また、本実施形態に係る窒化物発光素子の製造方法によれば、発光効率と耐湿性の双方が優れた窒化物発光素子を、高い生産性で製造することが可能である。

以下、本発明の窒化物発光素子を実施例に基づきながらより詳細に説明する。
（実施例１）
ＡｌＮから成る窒化物半導体基板１０上にＳｉがドープされたＡｌ組成比０．７のＡｌＧａＮから成るｎ型の窒化物半導体層２１を５００ｎｍ、ＡｌＧａＮから成る窒化物発光層２２を４０ｎｍ、ＭｇがドープされたＧａＮから成るｐ型の窒化物半導体層２３を２００ｎｍ、ＭＯＣＶＤ装置で順に積層して、半導体積層構造膜を形成した。次に、フォトリソグラフィー法でマスクパターンを形成し、ドライエッチングやウェットエッチングにより、半導体積層構造膜をエッチングして、図１に示したようなメサ型の半導体積層構造部２０を形成した。

そして、プラズマＣＶＤ法により、基板温度２７５℃にて、窒化物半導体基板１０の全面（以下、基板全面）を覆うように厚さ２３０ｎｍの酸化シリコン（第一の保護膜３１）を形成した。次に、フォトリソグラフィー法で所望のマスクパターンを形成し、ｎ型窒化物半導体層（メサ型の半導体積層構造部２０の底部）上の酸化シリコンの一部をウェットエッチング処理により除去することでｎ型窒化物半導体層の一部に開口部を設けた。さらに、基板全面にｎ型電極材料としてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕを蒸着し、マスクパターンをリフトオフすることにより、ｎ型窒化物半導体層の開口部内にｎ型電極（第一の電極層４１）を形成した。

さらに、フォトリソグラフィー法で所望のマスクパターンを形成し、ｐ型窒化物半導体層（メサ型の半導体積層構造部２０の頂部、即ち、凸部の頂部）上の酸化シリコンの一部をウェットエッチング処理により除去することで、ｐ型窒化物半導体層の一部に開口部を設けた。さらに、ｐ型電極材料としてＮｉＡｕを蒸着し、マスクパターンをリフトオフすることにより、ｐ型窒化物半導体層の開口部内にｐ型電極（第一の電極層４１）を形成した。

次に、プラズマＣＶＤ法により、基板温度２４０℃にて、基板全面を覆うように厚さ２３０ｎｍの窒化シリコン（第二の保護膜３２）を形成し、フォトリソグラフィー法で所望のマスクパターンを形成した。そして、ｎ型電極とｐ型電極上の窒化シリコンをドライエッチング処理してｎ型電極とｐ型電極の一部が露出した開口部を設けた。さらに、フォトリソグラフィー法でｎ型電極とｐ型電極の一部が露出した開口部よりも少し大きな領域が開口部となるマスクパターンを形成し、第二の電極層材料としてＡｕを蒸着し、マスクパターンをリフトオフすることにより、ｎ型電極とｐ型電極上にＡｕからなる第二の電極層４２をそれぞれ形成した。

上述した素子構造において、第一の保護膜３１を酸化シリコン、第二の保護膜３２を窒化シリコンとした２層構造の保護膜を形成したことにより、窒化物発光素子全体の周囲は窒化シリコンで保護する構造となっている。
このようにして得られた窒化物発光素子の発光効率をオーシャンオプティックス社製の照度プローブ「ＣＣ−３」および分光器「ＵＳＢ２０００＋」を用い、印加電流を１００ｍＡで測定したところ、発光効率は０．７５％であった。また、耐湿性を評価するために、ＰＣＴ（プレッシャークッカー試験；１２１℃、２気圧、１００時間）を行い、ＰＣＴ前後の発光強度を測定した結果、ＰＣＴ試験前後でほぼ変化がなかった。

（比較例１）
実施例１における、窒化シリコン（第二の保護膜）を形成せずに、第二の電極層４２を形成した以外は実施例１と同様の方法で窒化物発光素子を得た。酸化シリコン膜の単層構造の保護膜を形成するため、素子全体の周囲は酸化シリコン膜で保護する構造となっている。このようにして得られた窒化物発光素子の発光効率を実施例１と同様の方法で測定したところ、発光効率は０．７５％であった。また、ＰＣＴ試験（１２１℃、２気圧、１００時間）を行い、ＰＣＴ試験前後の発光強度を測定した結果、ＰＣＴ試験後は発光が確認されなかった。

（比較例２）
第一の保護膜として窒化シリコンを用い、エッチング処理をドライエッチングを採用した以外は比較例１と同様の方法で窒化物発光素子を得た。窒化シリコン膜の単層構造の保護膜を形成するため、素子全体の周囲は窒化シリコン膜で保護する構造となっている。このようにして得られた窒化物発光素子の発光効率を実施例１と同様の方法で測定したところ、発光効率は０．５％であった。また、ＰＣＴ試験（１２１℃、２気圧、１００時間）を行い、ＰＣＴ試験前後の発光強度を測定した結果、ＰＣＴ試験前後でほぼ変化がなかった。

（比較）
表１に実施例１および比較例１，２の保護膜の構造と測定結果をまとめた。

保護膜が第一および第二の保護膜である実施例１の窒化物発光素子は、発光効率および耐湿性の両方が高いことが理解される。一方、保護膜が単層の比較例１、２の窒化物発光素子は、発光効率および耐湿性の一方のみしか十分ではないことが理解される。

（考察）
この結果について以下に考察する。
実施例１で得られた窒化物発光素子は、第一の保護膜が酸化シリコン、第二の保護膜が窒化シリコンの積層構造となっている。第一の保護膜および第一の電極層を形成する際にはエッチング工程が必須となるが、その際に第一の保護膜が酸化シリコンであることによりウェットエッチングを適用した。ウェットエッチングは半導体積層構造部に与えるダメージがドライエッチングと比較して格段に小さい為、この第一の保護膜を形成する工程においては半導体積層構造部には大きなダメージが加わっていないものと考えられる。そして、第二の保護膜が窒化シリコンであり、該第二の保護膜および第二の電極層が素子全体を覆う構造となるため、耐湿性が優れた窒化物発光素子が得られているものと考えられる。

なお、第二の保護膜を形成する際のエッチング工程には半導体積層構造部へのダメージの大きくなるドライエッチングを採用したが、第二の保護膜を形成する際には半導体積層構造部は第一の保護膜および第一の電極層で略覆われている（つまり、第二の電極層材料を除去する領域では、第二の電極層材料下に、第一の保護膜および第一の電極層の少なくとも一方が配置されている。）。このため、ドライエッチングによるエネルギーが半導体積層構造部には及ばず、発光効率の低減を抑制できたものと推察される。

一方、比較例１では保護膜が酸化シリコン単層であるため、エッチングによるダメージが少ないが故に発光効率の低減は生じていないものの、耐湿性が低くなっている。また、比較例２では保護膜が窒化シリコン単層であるため、耐湿性は優れているものの、ドライエッチングによるダメージが大きく、発光効率が低減している。なお、比較例２のように保護膜として窒化シリコンを採用し、エッチング工程をエッチングレートの高い高温燐酸によるウェットエッチングを試みたが、マスクパターンを構成するレジスト材料までをもエッチングしてしまい、窒化物発光素子を得ることができなかった。

本発明は、窒化物発光素子に適用するものであり、特に深紫外ＬＥＤに適用して極めて好適である。

１０ 窒化物半導体基板
２０ 半導体積層構造部
２０ａ 頂面
２０ｂ 側面
２０ｃ 底面
２１ 窒化物半導体層
２２ 窒化物発光層
２３ 窒化物半導体層
３１ 第一の保護膜
３２ 第二の保護膜
４１ 第一の電極層
４１ 保護膜
４１ 第一の電極層
４２ 第二の電極層

Claims (9)

1. 窒化物半導体基板と、
   前記窒化物半導体基板上で、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方を含む第一導電型の窒化物半導体層と、ＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層と、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方を含む第二導電型の窒化物半導体層とがこの順で積層されたメサ型の半導体積層構造部と、
   前記メサ型の半導体積層構造部の表面及び側面を覆う第一の保護膜と、
   前記第一の保護膜を覆う第二の保護膜と、を備えることを特徴とする窒化物発光素子。
2. 前記第一の保護膜は酸化シリコンであり、前記第二の保護膜は窒化シリコンであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物発光素子。
3. 前記第一の保護膜の膜厚は、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物発光素子。
4. 前記第二の保護膜の膜厚は、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の窒化物発光素子。
5. 前記窒化物半導体基板はＡｌＮ単結晶であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の窒化物発光素子。
6. 前記メサ型の半導体積層構造部のうちの前記第一の保護膜に覆われていない領域に形成された電極部、をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の窒化物発光素子。
7. 窒化物半導体基板上に、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方を含む第一導電型の窒化物半導体層と、ＡｌおよびＧａを含む窒化物発光層と、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方を含む第二導電型の窒化物半導体層とがこの順で積層されたメサ型の半導体積層構造部を形成する工程と、
   前記メサ型の半導体積層構造部の表面および側面に第一の保護膜を形成する工程と、
   前記第一の保護膜上に第二の保護膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする窒化物発光素子の製造方法。
8. 前記第一の保護膜は酸化シリコンであり、前記第二の保護膜は窒化シリコンであることを特徴とする請求項７に記載の窒化物発光素子の製造方法。
9. 前記窒化物半導体基板はＡｌＮ単結晶であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の窒化物発光素子の製造方法。

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