JP2018085431A - 発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ｐ層上に反射電極を有した発光素子の光取り出し効率の向上を図ること。【解決手段】ｐ層１３上であって後に反射電極１４を形成する領域に透明電極１８を形成する。次に、ｐ層１３表面の一部をドライエッチングし、ｎ層１１を露出させる。次に、ｐ層１３上および前工程で露出させたｎ層１１上に、フォトリソグラフィによって開口２１Ａを有したレジスト層２１を形成する。開口２１Ａは、透明電極１８の中央部が露出し、端部はレジスト層２１に覆われるようなパターンとする。次に、透明電極１８をウェットエッチングする。次に、ｐ層１３上およびレジスト層２１上に反射膜２２を形成し、レジスト層２１を除去する。これにより、ｐ層１３上の反射膜２２のみを残存させて反射電極１４とする。次に、反射電極１４上、および透明電極１８上に連続してカバーメタル層１９を形成する。【選択図】図３
Description
本発明は、ｐ層上に反射電極を有したIII 族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法に関するものである。
フリップチップ型のIII 族窒化物半導体からなる発光素子では、ｐ層上に反射膜を兼ねる電極（反射電極）を設け、これにより基板裏面側へと光を反射させて光取り出し効率の向上を図っている。反射電極の材料には、ＡｇまたはＡｇ合金が多く用いられている。
Ａｇはマイグレーションの発生しやすい材料である。そこで、反射電極をカバーメタルにより覆い、反射電極が水分などに接しないようにすることでマイグレーションの抑制を図ることが知られている。
たとえば、特許文献１には、ｐ層上にＡｇからなる第１金属膜と、ｐ層上であって第１金属膜から離間して設けられた誘電体膜と、第１金属膜上、誘電体膜上、および第１金属膜と誘電体膜間に露出するｐ層上とを被覆し、Ａｇを含まない金属からなる第２金属膜を有した発光素子が記載されている。第１金属膜を第２金属膜で覆うことにより第１金属膜を外気等から隔離してマイグレーションが発生しないようにしている。
しかし、カバーメタルが反射電極を覆うように形成しているため、反射電極の端部近傍でカバーメタルがｐ層に接する構造となる。この端部でカバーメタルによる光の吸収が生じ、光の取り出し効率が悪化してしまう問題がある。
そこで本発明の目的は、ｐ層上に反射電極を有した発光素子の光取り出し効率向上を図ることである。
本発明は、ｐ層上に反射電極を有したIII 族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、ｐ層上であって後に反射電極を形成する領域に、ｐ層とは異なる屈折率の透明材料からなる光透過膜を形成する光透過膜形成工程と、ｐ層上および光透過膜上に、開口を有したレジスト層を形成し、開口は底面に光透過膜表面を露出させるレジスト層形成工程と、光透過膜の中央部をウェットエッチングして除去し、光透過膜の端部は残す光透過膜除去工程と、ｐ層上、およびレジスト層上に、ＡｇまたはＡｇ合金を含む反射膜を形成する反射膜形成工程と、レジスト層を除去するとともにレジスト層上の反射膜を除去し、これによりｐ層上の反射膜を残存させて反射電極を形成する反射電極形成工程と、反射電極上、および光透過膜上にカバーメタル層を形成するカバーメタル層形成工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。
光透過膜は、ｐ層とは異なる屈折率の透明材料であれば任意の材料でよく、透明電極や絶縁膜を用いることができる。透明電極を用いれば、ｐ層とのコンタクト抵抗をより低減することができ、駆動電圧の低減を図ることができる。また、絶縁膜を用いれば、ｐ層との屈折率差を大きく取ることができ、ｐ層と絶縁膜の界面でより多くの光を反射させることができるため、カバーメタル層による光吸収をより低減することができる。
光透過膜を透明電極とする場合、透明電極と反射電極を隙間なく接触させてもよい。カバーメタル層がｐ層に接触がなくなり、カバーメタル層による光吸収をより低減することができる。
光透過膜を絶縁膜とする場合、絶縁膜と反射電極との間に隙間を設けてもよい。反射電極の剥離を防止することができる。
ｎ電極を形成するためのｎ層を露出させるドライエッチングは、光透過膜形成工程後、レジスト層形成工程前に行うとよい。ドライエッチングの際に用いるレジストマスクについて、レジスト剥離液の種類や、レジスト除去後の熱処理、アッシングなどの後処理の方法に制約が生じることがないためである。
本発明によれば、光透過膜を設けることで反射電極の端部近傍でカバーメタル層がｐ層に接触しないようにすることができる。また、ｐ層と光透過膜の界面で光を反射させることができる。その結果、カバーメタル層によって光が吸収される割合を低減し、光取り出し効率を向上させることができる。
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
図１は、実施例１の発光素子の構成を示した図である。図１のように、実施例１の発光素子は、基板１０と、基板１０上にバッファ層（図示しない）を介して順に積層されたｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３と、ｐ層１３上に設けられた反射電極１４と、同じくｐ層１３上に設けられ、反射電極１４を囲うようにして設けられた透明電極１８（本発明の光透過膜に相当）と、反射電極１４および透明電極１８上に設けられたカバーメタル層１９と、ｎ電極１５と、保護膜１６と、接合電極１７Ａ、Ｂと、によって構成されている。実施例１の発光素子は、基板１０裏面（ｎ層１１と接する側の表面とは反対側の面）側から光を取り出すフリップチップ型の素子である。
基板１０は、その主面上にIII 族窒化物半導体を形成するための成長基板である。基板１０のｎ層１１側の表面には凹凸加工が施されており、光取り出し効率の向上が図られている。基板１０の材料はサファイア以外を用いてもよく、Ｓｉ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯなどを用いてもよい。
ｎ層１１、発光層１２、およびｐ層１３の構成は、発光素子の構成として従来採用されている任意の構成でよい。たとえば、ｎ層１１は、ｎ−ＧａＮからなるｎコンタクト層、アンドープＧａＮとｎ−ＧａＮを順に積層させた静電耐圧層、ｎ−ＧａＮとＩｎＧａＮを交互に繰り返し積層させたｎ超格子層を順に積層させた構造である。また、発光層１２は、ＩｎＧａＮからなる井戸層、ＧａＮまたはＡｌＧａＮからなるキャップ層、ＡｌＧａＮからなる障壁層を順に積層させた構造を１単位として、これを複数回繰り返し積層させたＭＱＷ構造である。また、ｐ層１３は、ｐ−ＡｌＧａＮとｐ−ＩｎＧａＮを交互に繰り返し積層させたｐクラッド層、ｐ−ＧａＮからなるｐコンタクト層を順に積層させた構造である。
ｐ層１３表面の一部領域には、ｎ層１１に達する深さの溝が設けられている。この溝は、ｎ電極１５を設けるためにｎ層１１表面を露出させるものである。
反射電極１４は、ｐ層１３上であって端部を除いた領域に形成されている。反射電極１４はＡｇ合金／Ａｌの積層である。Ａｇ合金は、Ａｇを主たる構成元素とする合金である。また、記号「／」は、積層を意味し、Ａ／ＢはＡを成膜した後Ｂを成膜した積層構造であることを意味する。以下においても材料の説明において「／」を同様の意味で用いる。反射電極１４の各層の厚さは、積層順に、１００ｎｍ、１ｎｍである。
反射電極１４の構造、材料は上記に限るものではなく、Ａｇを含む任意の材料、構造を採用することができる。たとえば、実施例１の反射電極１４は積層膜としているが、単層であってもよく、ＡｇあるいはＡｇ合金の単層としてもよい。実施例１では、Ａｇ合金の種類に制約がないため、ウェットエッチングが困難なＡｇ合金も用いることができ、たとええばＡｕを含むＡｇ合金も用いることができる。
また、反射電極１４を積層膜とする場合、最下層（ｐ層１３と接する層）をＮｉ膜とした構造を用いることができる。これにより、ｐ層１３とのコンタクト抵抗のさらなる低減を図ることができる。
透明電極１８は、ｐ層１３上に設けられており、中央部に大きな開口を有し、端部のみが残存している。その開口にはｐ層１３表面が露出しており、その開口のｐ層１３上に、透明電極１８と間隔を空けて反射電極１４が位置している。つまり、ｐ層上に反射電極１４をその外周に沿って囲うようにして透明電極１８が設けられている。
また、透明電極１８は、ＩＴＯ（スズドープの酸化インジウム）からなり、厚さは１００ｎｍである。ＩＴＯ以外にも、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）、ＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）、ＺｎＯ、などの透明導電性酸化物、その他の透明でｐ層１３とは異なる屈折率の導電性材料を用いることができる。ここで透明とは、発光波長に対して透明であることを意味する。また、ｐ層１３が複数の層で構成されている場合、透明電極１８が接する層とは屈折率が異なればよい。
透明電極１８の厚さは、１００ｎｍに限るものではないが、効率的に光を反射させるため、およびｐ層１３に良好なコンタクトをとるために、５０ｎｍ以上とすることが望ましい。また、素子作製の容易さなどのため１０００ｎｍ以下とすることが望ましい。また、より効率的に光を反射させるため、透明電極１８の厚さをλ／（４ｎ）の奇数倍としてもよい。ここで、λは発光素子の発光波長であり、ｎは透明電極１８の屈折率である。たとえば、発光波長を４００ｎｍとする場合、ＩＴＯの屈折率は２．０であるから、透明電極１８の厚さは５０ｎｍの奇数倍とすればよい。
透明電極１８の開口のパターンは任意でよいが、反射電極１４の面積をなるべく広く取るため、透明電極１８の幅Ｄ１が６μｍ以下となるようなパターンとすることが望ましい。また幅Ｄ１が狭いと、カバーメタル層１９が外側にはみ出してｐ層１３に接触する可能性があるため、幅Ｄ１は２μｍ以上とすることが望ましい。より望ましくは３〜５μｍであり、さらに望ましくは３〜４μｍである。
カバーメタル層１９は、反射電極１４上、透明電極１８上、およびｐ層１３上であって反射電極１４と透明電極１８との間の領域に連続して設けられている。また、カバーメタル層１９は、Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ／Ａｌからなる。各層の厚さは、積層順に、１００ｎｍ、１００ｎｍ、１５００ｎｍ、１０ｎｍである。このカバーメタル層１９によって反射電極１４を覆うことにより、反射電極１４が水分などと接触するのを防止し、それにより反射電極１４にマイグレーションが発生するのを抑制している。カバーメタル層１９の材料や厚さはこれに限らず、マイグレーションが発生しづらい材料であれば任意でよい。
実施例１では、反射電極１４と透明電極１８との間に隙間を設けているが、隙間を設けずに反射電極１４と透明電極１８とを接触させてもよい。この場合、隙間を介してｐ層１３とカバーメタル層１９が接触することがなくなり、カバーメタル層１９による光の吸収をより低減することができる。隙間を設ける場合には、その隙間の幅Ｄ２は２μｍ以下とすることが望ましい。
また、図５のように、反射電極１４がｐ層１３上から透明電極１８の側面、さらには透明電極１８上へと連続的に形成されていてもよい。この場合、反射電極１４と透明電極１８とが接触して隙間を生じないようにでき、カバーメタル層１９がその隙間を介してｐ層１３に接触しないため、カバーメタル層１９による光の吸収をより低減することができる。また、反射電極１４の面積をより広く取ることができ、光を反射させる面積をより広くすることができる。また、図５のように透明電極１８の側面を傾斜させることで、反射電極１４と透明電極１８との接触をより容易とすることができる。
ｎ電極１５は、溝の底面に露出するｎ層１１上に設けられている。ｎ電極１５はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ／Ａｌからなり、各層の厚さは、積層順に、１ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍ、１５００ｎｍ、１０ｎｍ、である。
保護膜１６は、反射電極１４、ｎ層１１、およびｎ電極１５に連続して素子上部全体を覆うように設けられている。保護膜１６は、ＳｉＯ2 からなり、厚さ３００ｎｍである。
接合電極１７Ａ、Ｂは、保護膜１６上にそれぞれ離間して設けられている。保護膜１６にはその保護膜１６を貫通する孔が設けられており、その孔を介して接合電極１７Ａと反射電極１４、接合電極１７Ｂとｎ電極１５が接続されている。接合電極１７Ａ、Ｂは、Ｔｉ／ＡｕＳｎ／Ａｕからなり、各層の厚さは、積層順に、１００ｎｍ、３０００ｎｍ、５０ｎｍである。
次に、実施例１の発光素子の製造工程について、図２〜４を参照に説明する。
（半導体層形成工程）
まず、基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層（図示しない）、ｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３を順に積層する（図２（ａ）参照）。 ＭＯＣＶＤ法において、窒素源は、アンモニア、Ｇａ源は、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ：ＴＭＧ）、Ｉｎ源は、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ：ＴＭＩ）、Ａｌ源は、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ：ＴＭＡ）である。また、ｎ型ドーパントガスは、シラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型ドーパントガスは、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ：ＣＰ2 Ｍｇ）である。キャリアガスは水素や窒素である。
まず、基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層（図示しない）、ｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３を順に積層する（図２（ａ）参照）。 ＭＯＣＶＤ法において、窒素源は、アンモニア、Ｇａ源は、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ：ＴＭＧ）、Ｉｎ源は、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ：ＴＭＩ）、Ａｌ源は、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ：ＴＭＡ）である。また、ｎ型ドーパントガスは、シラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型ドーパントガスは、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ：ＣＰ2 Ｍｇ）である。キャリアガスは水素や窒素である。
（透明電極形成工程）
次に、ｐ層１３上であって後に反射電極１４を形成する領域に、スパッタ法を用いてＩＴＯからなる厚さ１００ｎｍの透明電極１８を形成する（図２（ｂ）参照）。透明電極１８のパターニングは、フォトリソグラフィによるレジストマスクの形成と、塩化第２鉄（ＦｅＣｌ3 ）によるウェットエッチングにより行う。この透明電極１８は、ｐ層１３表面のうち反射電極１４が形成される領域に、レジストが接触しないように保護するための層であり、また反射電極１４の端部においてカバーメタル層１９がｐ層１３に接触しないようにするための層である。スパッタ法以外に蒸着法などを用いて透明電極１８を形成してもよい。また、透明電極１８のパターニングはリフトオフ法を用いてもよいが、実施例１のようにウェットエッチングが好ましい。リフトオフ法を用いると、ｐ層１３表面のうち反射電極１４を形成する領域にレジストが接触し、レジストの残渣が生じる場合があり、反射電極１４とｐ層１３とのコンタクト抵抗の上昇を引き起こしてしまうためである。
次に、ｐ層１３上であって後に反射電極１４を形成する領域に、スパッタ法を用いてＩＴＯからなる厚さ１００ｎｍの透明電極１８を形成する（図２（ｂ）参照）。透明電極１８のパターニングは、フォトリソグラフィによるレジストマスクの形成と、塩化第２鉄（ＦｅＣｌ3 ）によるウェットエッチングにより行う。この透明電極１８は、ｐ層１３表面のうち反射電極１４が形成される領域に、レジストが接触しないように保護するための層であり、また反射電極１４の端部においてカバーメタル層１９がｐ層１３に接触しないようにするための層である。スパッタ法以外に蒸着法などを用いて透明電極１８を形成してもよい。また、透明電極１８のパターニングはリフトオフ法を用いてもよいが、実施例１のようにウェットエッチングが好ましい。リフトオフ法を用いると、ｐ層１３表面のうち反射電極１４を形成する領域にレジストが接触し、レジストの残渣が生じる場合があり、反射電極１４とｐ層１３とのコンタクト抵抗の上昇を引き起こしてしまうためである。
（ｎ層露出工程）
次に、ｐ層１３表面の一部をドライエッチングし、ｎ層１１を露出させる（図２（ｃ）参照）。このドライエッチングでは、フォトリソグラフィにより形成したレジストをマスクとして用いるが、ｐ層１３上の所定領域には透明電極１８が設けられている。そのため、透明電極１８下のｐ層１３表面はレジストに接触せず、清浄な表面を保つことができる。
次に、ｐ層１３表面の一部をドライエッチングし、ｎ層１１を露出させる（図２（ｃ）参照）。このドライエッチングでは、フォトリソグラフィにより形成したレジストをマスクとして用いるが、ｐ層１３上の所定領域には透明電極１８が設けられている。そのため、透明電極１８下のｐ層１３表面はレジストに接触せず、清浄な表面を保つことができる。
（レジスト層形成工程）
次に、ｐ層１３上および前工程で露出させたｎ層１１上に、フォトリソグラフィによって開口２１Ａを有したレジスト層２１を形成する（図３（ａ）参照）。この際も、透明電極１８下のｐ層１３表面はレジストに接触せず、清浄な表面を保つことができる。開口２１Ａは、透明電極１８表面の中央部が露出し、端部はレジスト層２１に覆われるようなパターンとする。
次に、ｐ層１３上および前工程で露出させたｎ層１１上に、フォトリソグラフィによって開口２１Ａを有したレジスト層２１を形成する（図３（ａ）参照）。この際も、透明電極１８下のｐ層１３表面はレジストに接触せず、清浄な表面を保つことができる。開口２１Ａは、透明電極１８表面の中央部が露出し、端部はレジスト層２１に覆われるようなパターンとする。
レジスト材料は、たとえば、ＡＺ５２１４（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）やＡＺ５２００ＮＪ（同上）などのポジ反転型レジストを用いる。もちろん、レジストの材料はこれらに限るものではなく、次工程の透明電極１８のウェットエッチング液に対して耐性を有した材料であれば任意の材料でよい。
なお、レジスト層２１のパターニング後、透明電極１８上に薄くレジストが残る場合がある。そこで、レジスト層２１のパターニング後に光励起アッシングを行い、透明電極１８上のレジストを除去しておくとよい。次工程における透明電極１８のウェットエッチングにおいてばらつぎがなくなり、精度よく透明電極１８を除去することができる。
（透明電極除去工程）
次に、透明電極１８を塩化第２鉄を用いてウェットエッチングする。ここで、透明電極１８のうち上部にレジスト層２１が形成されている領域はサイドエッチングせずに残存させる（図３（ｂ）参照）。エッチング液は、塩化第２鉄に限らず、レジスト層２１をエッチングせず、透明電極１８のみをエッチングすることができるものであれば任意である。たとえば酸系のエッチング液であればよい。このウェットエッチングによって、透明電極１８の中央部が開口して除去され、端部のみが残された形状とする。透明電極１８の開口には、ｐ層１３表面が露出し、その表面はレジストが接触したことのない清浄な面である。
次に、透明電極１８を塩化第２鉄を用いてウェットエッチングする。ここで、透明電極１８のうち上部にレジスト層２１が形成されている領域はサイドエッチングせずに残存させる（図３（ｂ）参照）。エッチング液は、塩化第２鉄に限らず、レジスト層２１をエッチングせず、透明電極１８のみをエッチングすることができるものであれば任意である。たとえば酸系のエッチング液であればよい。このウェットエッチングによって、透明電極１８の中央部が開口して除去され、端部のみが残された形状とする。透明電極１８の開口には、ｐ層１３表面が露出し、その表面はレジストが接触したことのない清浄な面である。
なお、透明電極１８の端部が残存する程度であれば、図６のように、レジスト層２１下の透明電極１８がサイドエッチングされてもよい。ただし、サイドエッチングされる幅Ｗが広すぎると、反射電極１４と透明電極１８との隙間が広くなり、その隙間の領域でｐ層１３と接触するカバーメタル層１９の面積も広くなる。そのため、サイドエッチングの幅Ｗは０〜２μｍとすることが望ましい。
また、図５のように、反射電極１４をｐ層１３上から透明電極１８側面、あるいは透明電極１８上へと連続的に形成するためには、透明電極１８の側面が順テーパーとなる形状にウェットエッチングし、次の反射膜２２の形成において反射膜２２が透明電極１８上部に回り込むように形成すればよい。回り込む幅は１〜４μｍ程度であるため、この範囲の幅であれば透明電極１８はサイドエッチングされていてもよい。
（反射膜形成工程）
次に、ｐ層１３上およびレジスト層２１上に、スパッタ法を用いて反射膜２２を形成する（図３（ｃ）参照）。スパッタ法以外にも蒸着法などを用いてもよい。ここで、露出するｐ層１３表面は透明電極１８の形成されていた領域であり、レジストが接触したことのない清浄な面である。したがって、反射膜２２が接するｐ層１３表面は、清浄な面である。
次に、ｐ層１３上およびレジスト層２１上に、スパッタ法を用いて反射膜２２を形成する（図３（ｃ）参照）。スパッタ法以外にも蒸着法などを用いてもよい。ここで、露出するｐ層１３表面は透明電極１８の形成されていた領域であり、レジストが接触したことのない清浄な面である。したがって、反射膜２２が接するｐ層１３表面は、清浄な面である。
（反射電極形成工程）
次に、レジスト剥離液を用いてレジスト層２１を除去する。これにより、レジスト層２１上の反射膜２２を除去し、ｐ層１３上の反射膜２２のみを残存させて反射電極１４とする（図３（ｄ）参照）。以上によって、レジストが接触したことのない清浄なｐ層１３上に反射電極１４を形成することができる。その後、必要に応じて、コンタクト抵抗低減のための熱処理を行ってもよい。
次に、レジスト剥離液を用いてレジスト層２１を除去する。これにより、レジスト層２１上の反射膜２２を除去し、ｐ層１３上の反射膜２２のみを残存させて反射電極１４とする（図３（ｄ）参照）。以上によって、レジストが接触したことのない清浄なｐ層１３上に反射電極１４を形成することができる。その後、必要に応じて、コンタクト抵抗低減のための熱処理を行ってもよい。
（カバーメタル層形成工程）
次に、反射電極１４上、および透明電極１８上に連続して蒸着法によりカバーメタル層１９を形成する（図３（ｅ））。パターニングにはリフトオフ法を用いる。これにより、反射電極１４はカバーメタル層１９により覆われ、外部から遮断されるため、反射電極１４のマイグレーションが抑制される。また、反射電極１４の端部近傍に透明電極１８が位置している。そのため、反射電極１４と透明電極１８との隙間の領域を除いて、カバーメタル層１９はｐ層１３に接触せず、カバーメタル層１９とｐ層１３との間に透明電極１８が存在することになる。
次に、反射電極１４上、および透明電極１８上に連続して蒸着法によりカバーメタル層１９を形成する（図３（ｅ））。パターニングにはリフトオフ法を用いる。これにより、反射電極１４はカバーメタル層１９により覆われ、外部から遮断されるため、反射電極１４のマイグレーションが抑制される。また、反射電極１４の端部近傍に透明電極１８が位置している。そのため、反射電極１４と透明電極１８との隙間の領域を除いて、カバーメタル層１９はｐ層１３に接触せず、カバーメタル層１９とｐ層１３との間に透明電極１８が存在することになる。
（ｎ電極形成工程）
次に、エッチングによる溝の底面に露出したｎ層１１上に、スパッタによってｎ電極１５を形成する（図４（ａ）参照）。ｎ電極１５のパターニングにはリフトオフ法を用いる。
次に、エッチングによる溝の底面に露出したｎ層１１上に、スパッタによってｎ電極１５を形成する（図４（ａ）参照）。ｎ電極１５のパターニングにはリフトオフ法を用いる。
（保護膜形成工程）
次に、発光素子上部全体にＣＶＤ法によって厚さ３００ｎｍの保護膜１６を形成する。すなわち、カバーメタル層１９上、透明電極１８上、ｐ層１３上、ｎ層１１上、およびｎ電極１５上にわたって連続的に保護膜１６を形成する。そして、保護膜１６の一部領域に孔を設けて、孔の底面にカバーメタル層１９の一部領域、およびｎ電極１５の一部領域を露出させる（図４（ｂ）参照）。孔の形成は、フォトリソグラフィによるレジストマスクの形成とバッファードフッ酸を用いたウェットエッチングによって行う。
次に、発光素子上部全体にＣＶＤ法によって厚さ３００ｎｍの保護膜１６を形成する。すなわち、カバーメタル層１９上、透明電極１８上、ｐ層１３上、ｎ層１１上、およびｎ電極１５上にわたって連続的に保護膜１６を形成する。そして、保護膜１６の一部領域に孔を設けて、孔の底面にカバーメタル層１９の一部領域、およびｎ電極１５の一部領域を露出させる（図４（ｂ）参照）。孔の形成は、フォトリソグラフィによるレジストマスクの形成とバッファードフッ酸を用いたウェットエッチングによって行う。
（接合電極形成工程）
次に、孔の底面に露出するカバーメタル層１９上および保護膜１６上に接合電極１７Ａを、孔の底面に露出するｎ電極１５上および保護膜１６上に接合電極１７Ｂを、それぞれ離間して形成する（図４（ｃ）参照）。成膜は蒸着法により行い、パターニングはリフトオフ法を用いる。以上によって実施例１の発光素子が製造される。
次に、孔の底面に露出するカバーメタル層１９上および保護膜１６上に接合電極１７Ａを、孔の底面に露出するｎ電極１５上および保護膜１６上に接合電極１７Ｂを、それぞれ離間して形成する（図４（ｃ）参照）。成膜は蒸着法により行い、パターニングはリフトオフ法を用いる。以上によって実施例１の発光素子が製造される。
以上、実施例１の発光素子では、反射電極１４の端部近傍に透明電極１８を設けることで、反射電極１４の端部近傍におけるカバーメタル層１９のｐ層１３への接触面積を小さくすることができ、透明電極１８とｐ層１３の界面で光を反射させることができる。これにより、カバーメタル層１９に達する光が減少し、カバーメタル層１９による光吸収を低減することができ、光取り出し効率を向上させることができる。また、透明電極１８はカバーメタル層１９よりもｐ層１３に対するコンタクト抵抗が低いため、全体としてコンタクト抵抗が低減されており、駆動電圧の低減を図ることができる。
また、実施例１の発光素子の製造方法では、ｐ層１３表面のうち反射電極１４が形成される領域にレジストを接触させることなく、ｐ層１３上に反射電極１４を形成することができる。そのため、ｐ層１３表面にレジストの残渣を生じさせることがなく、ｐ層１３と反射電極１４との間のコンタクト抵抗上昇を抑制することができる。
図７は、実施例２の発光素子の構成を示した図である。実施例２の発光素子は、実施例１の発光素子における透明電極１８に替えて、絶縁膜２１８を用いたものである。他の構成は実施例１と同様である。
絶縁膜２１８は、ＳｉＯ2 からなり、厚さは、３００ｎｍである。ＳｉＯ2 以外にも、ＴｉＯ2 、ＨｆＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 、ＭｇＦ2 、ＬｉＦ、ＣａＦ2 、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ4 、などの透明でｐ層１３とは異なる屈折率の絶縁体材料を用いることができる。特に屈折率の小さな材料が望ましく、たとえば屈折率が１．８以下の材料が望ましい。
絶縁膜２１８の厚さは３００ｎｍに限らないが、効率的に光を反射させるために、５０ｎｍ以上とすることが望ましい。また、素子作製の容易さなどのため１０００ｎｍ以下とすることが望ましい。また、より効率的に光を反射させるため、絶縁膜２１８の厚さをλ／（４ｎ）の奇数倍としてもよい。また、絶縁膜２１８を屈折率が異なる絶縁体を交互に積層した誘電体多層膜とすることにより反射率を高めてもよい。
絶縁膜２１８のパターンは、実施例１の透明電極１８と同様とすることが望ましい。つまり、反射電極１４の面積をなるべく広く取るため、絶縁膜２１８の幅Ｄ１が６μｍ以下となるようなパターンとすることが望ましい。また幅Ｄ１が狭いと、カバーメタル層１９が外側にはみ出してｐ層１３に接触する可能性があるため、幅Ｄ１は２μｍ以上とすることが望ましい。より望ましくは３〜５μｍであり、さらに望ましくは３〜４μｍである。
実施例２では、実施例１の透明電極１８に替えて透明な絶縁膜２１８を用いている。そのため、ｐ層１３との間の屈折率差をより大きくすることが可能となり、ｐ層１３と絶縁膜２１８との界面でより多くの光を反射させることができる。
なお、実施例１のように透明電極１８を用いる場合は、透明電極１８と反射電極１４とを接触させてもよかったが、実施例２のように絶縁膜２１８を用いる場合は、絶縁膜２１８と反射電極１４とを接触させずに隙間を設けた方がよい。絶縁膜２１８は反射電極１４との密着性が弱く、熱処理などによって剥離する可能性があるためである。絶縁膜２１８と反射電極１４との隙間の幅Ｄ２は、０μｍより広く５μｍ以下とすることが望ましい。５μｍよりも広いと、カバーメタル層１９がｐ層１３と接触する面積が広くなり、カバーメタル層１９による光の吸収を十分に低減できない。より望ましくは３μｍ以下であり、さらに望ましくは１μｍ以下である。
次に、実施例２の発光素子の製造工程について説明する。実施例２の発光素子の製造工程は、実施例１の発光素子の製造工程において、透明電極１８の形成工程と除去工程を以下のような絶縁膜２１８の形成工程と除去工程に置き換えた以外は同一である。
絶縁膜２１８は、次のようにして形成する。実施例１と同様の半導体層形成工程（図２（ａ）の工程）後、ｐ層１３上にＣＶＤ法によって厚さ３００ｎｍの絶縁膜２１８を形成する。パターニングはフォトリソグラフィによるレジストマスクの形成と、バッファードフッ酸によるウェットエッチングにより行う。ＣＶＤ法以外にもスパッタや蒸着によって絶縁膜２１８を形成してもよい。
レジスト層形成工程（図３（ａ））後の絶縁膜２１８のウェットエッチングは、バッファードフッ酸を用いて行う。エッチング液は、バッファードフッ酸に限らず、レジスト層２１をエッチングせず、絶縁膜２１８のみをエッチングすることができるものであれば任意である。たとえば酸系のエッチング液であればよい。
以上、実施例２の発光素子は、反射電極１４の端部近傍に絶縁膜２１８を設けることで、反射電極１４の端部近傍におけるカバーメタル層１９のｐ層１３への接触面積を小さくすることができ、絶縁膜２１８とｐ層１３の界面で光を反射させることができる。これにより、カバーメタル層１９に達する光が減少し、カバーメタル層１９による光吸収を低減することができ、光取り出し効率を向上させることができる。
また、実施例２の発光素子の製造方法では、ｐ層１３表面のうち反射電極１４が形成される領域にレジストを接触させることなく、ｐ層１３上に反射電極１４を形成することができる。そのため、ｐ層１３表面にレジストの残渣を生じさせることがなく、ｐ層１３と反射電極１４との間のコンタクト抵抗上昇を抑制することができる。
（各種変形例）
実施例１、２の発光素子の製造方法では、図２（ｂ）の透明電極１８の形成工程後、図３の反射電極１４の形成工程前に、図２（ｃ）のようにｎ層１１を露出させるドライエッチングを行っているが、図３の反射電極１４あるいはカバーメタル層１９の形成後に、ｎ層１１を露出させるドライエッチングを行ってもよい。ただし、この場合、ドライエッチングの際に用いるレジストマスクの処理、たとえばレジスト剥離液の種類や、レジスト除去後の熱処理、アッシングなどの後処理の方法について、反射電極１４やカバーメタル層１９に影響がないようにするなど制約が生じる場合がある。そこで実施例１、２のように、反射電極１４の形成前にｎ層１１を露出させるドライエッチングを行えば、このような制約は生じないため望ましい。
実施例１、２の発光素子の製造方法では、図２（ｂ）の透明電極１８の形成工程後、図３の反射電極１４の形成工程前に、図２（ｃ）のようにｎ層１１を露出させるドライエッチングを行っているが、図３の反射電極１４あるいはカバーメタル層１９の形成後に、ｎ層１１を露出させるドライエッチングを行ってもよい。ただし、この場合、ドライエッチングの際に用いるレジストマスクの処理、たとえばレジスト剥離液の種類や、レジスト除去後の熱処理、アッシングなどの後処理の方法について、反射電極１４やカバーメタル層１９に影響がないようにするなど制約が生じる場合がある。そこで実施例１、２のように、反射電極１４の形成前にｎ層１１を露出させるドライエッチングを行えば、このような制約は生じないため望ましい。
また、カバーメタル層１９が反射電極１４の端部近傍でｐ層１３に接触しないようにするために、実施例１では透明電極１８を用い、実施例２では絶縁膜２１８を用いているが、ｐ層１３とは異なる屈折率の透明材料からなる光透過膜であればよく、任意の材料を用いることができる。透明とは発光波長に対して透明であることを意味する。また、ｐ層１３が複数の層で構成される場合は、ｐ層１３のうち光透過膜と接する層が、光透過膜と異なる屈折率であればよい。光透過膜が複数の層で構成される場合も同様である。光透過膜はｐ層よりも屈折率の小さな材料が好ましい。光透過膜に対して斜めに入射する光の一部を全反射させることができるためである。光透過膜は、単層でもよいし、多層膜でもよい。多層膜とする場合、ＤＢＲ構造とすることで反射率の向上を図ってもよい。
本発明の発光素子は、照明装置や表示装置の光源として利用することができる。
１０：基板
１１：ｎ層
１２：発光層
１３：ｐ層
１４：反射電極
１５：ｎ電極
１６：保護膜
１７Ａ、Ｂ：接合電極
１８：透明電極
１９：カバーメタル層
２１：レジスト層
２２：反射膜
１１：ｎ層
１２：発光層
１３：ｐ層
１４：反射電極
１５：ｎ電極
１６：保護膜
１７Ａ、Ｂ：接合電極
１８：透明電極
１９：カバーメタル層
２１：レジスト層
２２：反射膜
Claims (6)
- ｐ層上に反射電極を有したIII 族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
前記ｐ層上であって後に前記反射電極を形成する領域に、前記ｐ層とは異なる屈折率の透明材料からなる光透過膜を形成する光透過膜形成工程と、
前記ｐ層上および前記光透過膜上に、開口を有したレジスト層を形成し、前記開口は底面に前記光透過膜表面を露出させるレジスト層形成工程と、
前記光透過膜の中央部をウェットエッチングして除去し、前記光透過膜の端部は残す光透過膜除去工程と、
前記ｐ層上、および前記レジスト層上に、ＡｇまたはＡｇ合金を含む反射膜を形成する反射膜形成工程と、
前記レジスト層を除去するとともに前記レジスト層上の反射膜を除去し、これにより前記ｐ層上の反射膜を残存させて反射電極を形成する反射電極形成工程と、
前記反射電極上、および前記光透過膜上にカバーメタル層を形成するカバーメタル層形成工程と、
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記光透過膜は、透明電極であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記透明電極と前記反射電極は隙間なく接触している、ことを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
- 前記光透過膜は、絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記絶縁膜と前記反射電極との間に隙間が設けられている、ことを特徴とする請求項４に記載の発光素子の製造方法。
- 前記光透過膜形成工程の後、前記レジスト層形成工程の前に、ｎ層を露出させるドライエッチングを行う、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
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