JP5360822B2 - 窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、電極の形状の安定性に優れた窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法に関する。

窒化物系化合物半導体は、青色発光の発光ダイオードやレーザダイオードに実用化されるなど、幅広いバンドギャップをもつ発光素子材料として期待されている。このような窒化物系化合物半導体を用いた発光素子は、一般的に、基板上に窒化物系化合物半導体からなる積層体が形成され、該積層体上に電極が形成された構造を有する。

窒化物系化合物半導体からなる積層体上に電極を形成する方法の１つとして、いわゆるリフトオフ法がある。リフトオフ法では、まず、積層体上にフォトレジストが形成され、該フォトレジストの厚み方向に開口部が形成されることにより積層体の表面の一部が露出する。次いで、開口部を有するフォトレジストが形成された積層体に対して金属膜を蒸着させることにより、フォトレジストの上面および開口部内で露出する積層体の表面に、金属膜が形成される。そして、金属膜が表面に形成されたフォトレジストを積層体から除去することにより、所望の位置に電極としての金属膜が形成された積層体を得ることができる。

このようなリフトオフ法において、フォトレジストの開口部の形状が、たとえば、下部から上部に向けて断面積が段階的に大きくなる、いわゆる逆テーパ形状であった場合、開口部内に露出する積層体上に形成された金属膜と、開口部の表面に形成された金属膜とが繋がってしまう場合がある。この場合、積層体からのフォトレジストの除去が困難になる。さらに、積層体上からフォトレジストを除去する際に、積層体上の金属膜が引きちぎられ、結果として電極にバリが発生してしまうという問題がある。

また、例えば、電極を備えた積層体にさらなる処理を行う場合が考えられるが、バリが発生した電極を備える積層体上に対して、さらなる処理をすべくフォトレジストを形成する際、電極のバリの部分がフォトレジストを突き破ってしまい、フォトレジストを所望の形状に形成できない場合がある。

このため、リフトオフ法では、積層体からのフォトレジストの除去を容易とし、積層体上に形成される電極にバリが発生するのを防止するために、たとえば、下部が上部よりも断面積の大きいアンダーカット形状、または、下部から上部に向けて断面積が段階的に小さくなる順テーパ形状の開口部を形成する方法が採用される。例えば、引用文献１には、アンダーカット形状の開口部の形成方法が、引用文献２には、順テーパ形状の開口部の形成方法が開示されている。

図２１（ａ）〜（ｃ）は、引用文献１に開示される従来のフォトレジストの形成方法を説明するための図である。この形成方法では、まず、図２１（ａ）に示されるように、基板３００上に現像液に耐性のある下層レジスト３０１が形成され、さらに、下層レジスト３０１上に酸素プラズマに耐性のある上層レジスト３０２が形成される。次に、露光・現像処理により、図２１（ｂ）に示されるように、上層レジスト３０１にのみ開口部３０３が形成される。次に、酸素プラズマ処理により、露出した下層レジスト３０１をアッシングすることによって図２１（ｃ）に示されるようなアンダーカット形状の開口部が形成される。

図２２（ａ）〜（ｃ）は、引用文献２に開示される従来のフォトレジストの形成方法を説明するための図である。このフォトレジストの形成方法では、いわゆるイメージリバース法を採用している。具体的には、図２２（ａ）に示されるように、半導体層４００上に樹脂４０１が形成され、樹脂４０１上に寸法ＤのマスクＭＫ₂が載置された後、波長λ_１の紫外光が図中矢印方向に照射される。このとき、紫外光は、樹脂４０１の深さｅ₁まで照射する強度に調整される。次に、図２２（ｂ）に示されるように、波長λ_２（λ_２≧λ_１）の紫外光が図中矢印方向に照射された後、樹脂４０１の硬化していない箇所が除去されることにより、図２２（ｃ）に示されるような順テーパ形状の開口部が形成される。換言すれば、開口部を構成するフォトレジストの形状が逆テーパ形状になる。

特開２００４−２００２０９号公報 特開平７−９４５２３号公報

しかしながら、引用文献１に開示されるフォトレジストの形成方法では、上層レジスト３０２を形成する前に、下層レジスト３０１をプリベークする必要がある。このため、プリベーク後の下層レジスト３０１上に塗布される上層レジスト３０２の均一性が低くなり、所望のフォトレジストを得ることができず、結果的に電極を所望の形状に形成できないという問題がある。また、引用文献１に開示されるフォトレジストの形成方法では、複数のフォトレジストの材料が必要であるため、製造工程数が多く、製造コストが高くなるという問題もある。

また、引用文献２に開示されるフォトレジストの形成方法、すなわちイメージリバース法に関しても、フォトレジスト材料の設計コストが高いために、製造コストが高くなるという問題がある。

さらに、一般的なリフトオフ法、引用文献１、２に開示されるフォトレジストの形成方法では、フォトレジストに形成される開口部付近からクラックが発生する場合がある。この場合、フォトレジストの開口部の形状が変化してしまい、結果的に、電極の形状を安定的に形成することができないという問題もある。

そこで、本発明の目的は、低コストで、電極の形状の安定性に優れた窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。

本発明は、基板上に、少なくとも第１導電型半導体層と活性層と第２導電型半導体層とをこの順に含む窒化物系化合物半導体の積層体を形成する工程と、積層体上にフォトレジストを塗布する工程と、フォトレジストが塗布された積層体をステージ上に載置して、ステージの上方からフォトレジストに向けて光を照射することによってフォトレジストを上方から露光するとともに、該照射された光をステージから反射させることによってフォトレジストを下方から露光する工程と、露光されたフォトレジストを現像することによってフォトレジストに開口部を形成する工程と、開口部が形成されたフォトレジスト上および開口部が形成されることによって露出した積層体上に金属膜を形成する工程と、金属膜が形成されたフォトレジストを除去する工程と、を有する窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法である。

また、基板は露光時の光を透過可能な透明基板であることが好ましい。
また、露光時の露光量は、適正露光量の３〜４倍であることが好ましい。

また、開口部は、下部から上部に向けて断面積が段階的に小さくなる順テーパ形状、または下部が上部よりも断面積の大きいアンダーカット形状であることが好ましい。

フォトレジストは、耐熱温度が１３０℃以上である感光性材料からなることが好ましく、感光性材料は、感光性ポリイミド、感光性エポキシ含有樹脂の少なくとも１つを含むことがさらに好ましい。

本発明は、基板上に、少なくとも第１導電型半導体層と活性層と第２導電型半導体層とをこの順に含む窒化物系化合物半導体の積層体を形成する工程と、積層体上にフォトレジストを塗布する工程と、フォトレジストに第１の露光をする工程と、フォトレジストに、第１の露光時の露光量よりも低い露光量で第２の露光をする工程と、第１の露光および第２の露光後のフォトレジストを現像することによってフォトレジストに開口部および凹部を形成する工程と、開口部および凹部が形成されたフォトレジスト上および開口部が形成されることによって露出した積層体上に金属膜を形成する工程と、金属膜が形成されたフォトレジストを除去する工程と、を有する窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法である。

開口部は、第１の露光によって露光された領域に形成され、凹部は、第２の露光によって露光された領域に形成されることが好ましい。

また、凹部をフォトレジストの表面に複数形成することが好ましい。
また、フォトレジストの表面の基板からの距離が、フォトレジストのうち、開口部を構成する開口部外周部以外の部分が開口部外周部よりも短くなるように、凹部を形成することが好ましい。

本発明は、電極を備える窒化物系化合物半導体発光素子であって、該窒化物系化合物半導体発光素子の上方から見たときの電極の周辺端部分に、凹状に窪んだ形状の凹欠部が形成された窒化物系化合物半導体発光素子である。

また、電極は、下部から上部に向けて断面積が段階的に小さくなる順テーパ形状であることが好ましい。

本明細書において第１導電型および第２導電型とは、それぞれｐ型およびｎ型のいずれをも含む。また、本明細書において、適正露光量とは、パターニングの為の必要最低限の露光量に対し、１００〜２００％の露光量をいう。

本発明によれば、低コストで、電極の形状の安定性に優れた窒化物系化合物半導体発光素子を製造することができる。

第１の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。 第１の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の製造工程を示すフローチャートである。 積層体を形成する工程を説明するための図である。 積層体上にフォトレジストを形成する工程を説明するための図である。 （ａ）および（ｂ）は、フォトレジストを露光する工程を説明するための図である。 フォトレジストに開口部を形成する工程を説明するための図である。 金属膜を形成する工程を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子に保護膜を形成した構成を概略的に示す断面図である。 第２の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。 第２の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の製造工程を示すフローチャートである。 フォトレジストに第１の露光をする工程を説明するための図である。 フォトレジストに第２の露光をする工程を説明するための図である。 フォトレジストに開口部および凹部を形成する工程を説明するための図である。 フォトレジストの表面に形成される凹部の位置の一例を示した図である。 金属膜を形成する工程を説明するための図である。 図１４のフォトレジストを用いた場合に形成される電極を上方から見た場合の形状を示す図である。 （ａ）は、フォトレジストの表面に形成される凹部の位置の他の一例であり、（ｂ）は、（ａ）のフォトレジストを用いた場合に形成される電極の形状を示す図である。 フォトレジストの表面に形成される凹部の他の一例を示す、窒化物系化合物半導体発光素子の断面図である。 図１８のフォトレジストを上から見た図である。 実施例１により形成されたフォトレジストの開口部の断面形状を示す概略的な断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、引用文献１に開示される従来のフォトレジストの形成方法を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）は、引用文献２に開示される従来のフォトレジストの形成方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものとする。

＜第１の実施の形態＞
まず、図１を用いて、第１の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の構成を説明する。図１は、第１の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。

図１において、窒化物系化合物半導体発光素子１００（以下、単に「発光素子１００」という。）は、基板１、積層体８、電極としての金属膜７Ａ，７Ｂとを備える。基板１は、後述する露光時の光を透過可能な透明基板が好ましく、たとえば、サファイア、ＧａＮなどからなる基板を用いることが好ましい。基板１の厚さは制限されないが、大口径ウエハを考慮し、２００μｍ以上２ｍｍ以下の厚さの基板を用いることが好ましい。

基板１上には、基板１側からバッファ層２、第１導電型半導体層としての第１導電型窒化物系化合物半導体層３、窒化物系化合物半導体からなる活性層４、第２導電型半導体層としての第２導電型窒化物系化合物半導体層５、およびＩＴＯ膜６とが順に形成された積層体８が形成されている。積層体８の厚さは、たとえば、数μｍとすることができる。

バッファ層２としては、たとえばＡｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ（０＜ｘ１≦１）の式で表わされる窒化物系化合物半導体からなる窒化物系化合物半導体層を用いることができる。第１導電型窒化物系化合物半導体層３、第２導電型窒化物系化合物半導体層５としては、たとえばＡｌ_x２Ｇａ_y２Ｉｎ_z２Ｎの式で表わされる窒化物系化合物半導体からなる窒化物系化合物半導体層（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）にｎ型不純物またはｐ型不純物をドーピングした層などを積層することができる。ｎ型不純物としては、たとえばシリコン、ゲルマニウムなどを、ｐ型不純物としては、たとえばマグネシウム、亜鉛などを用いることができる。

また、活性層４は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ；multi quantum well）を有する。たとえば、互いに組成の異なる、Ａｌ_x３Ｇａ_y３Ｉｎ_z３Ｎの式で表わされる窒化物系化合物半導体からなる窒化物系化合物半導体層（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）と、Ａｌ_x４Ｇａ_y４Ｉｎ_z４Ｎの式で表わされる窒化物系化合物半導体からなる窒化物系化合物半導体層（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、ｘ４＋ｙ４＋ｚ４≠０）とを１層ずつ交互に積層した層などを積層することができる。

積層体８のうち、上方に露出している第１導電型窒化物系化合物半導体層３上には第１導電側電極としての金属膜７Ａが形成され、ＩＴＯ膜６上には第２導電側電極としての金属膜７Ｂが形成される。各金属膜７Ａ，７Ｂは、下部から上部に向けて断面積が段階的に小さくなるような、いわゆる順テーパ形状を有する。

次に、上記発光素子１００の製造方法を説明する。図２は、第１の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の製造工程を示すフローチャートである。

図２に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法は、積層体を形成する工程（ステップＳ２１）と、フォトレジストを形成する工程（ステップＳ２２）と、フォトレジストを露光する工程（ステップＳ２３）と、開口部を形成する工程（ステップＳ２４）と、金属膜を形成する工程（ステップＳ２５）と、フォトレジストを除去する工程（ステップＳ２６）と、を有する。以下に、図３〜図７を用いて、各工程について詳細に説明する。

≪積層体を形成する工程≫
図３は、積層体を形成する工程を説明するための図であり、本工程で形成される積層体の概略的な断面図である。

本工程では、まず、図３（ａ）に示されるように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を用いて、基板１上に、バッファ層２、第１導電型窒化物系化合物半導体層３、活性層４、第２導電型窒化物系化合物半導体層５を順に形成する。ｎ型不純物としては、たとえばシリコン、ゲルマニウムなどを、ｐ型不純物としては、たとえばマグネシウム、亜鉛などを用いることができる。

次に、図３（ｂ）に示されるように、第２導電型窒化物系化合物半導体層５上に、ＩＴＯ膜６を堆積する。ＩＴＯ膜６の堆積には、たとえば、スパッタ法、蒸着法などを用いることができる。次に、フォトエッチングによってＩＴＯ膜６のパターンを形成する。なお、ＩＴＯ膜６は、ウエットエッチングによって好ましく加工され得る。

次に、図３（ｃ）に示されるように、ドライエッチングによって、第２導電型窒化物系化合物半導体層５、活性層４および第１導電型窒化物系化合物半導体層３を部分的に除去する。これにより、第１導電型窒化物系化合物半導体層３が部分的に露出した積層体８が形成される。

≪フォトレジストを形成する工程≫
図４は、積層体上にフォトレジストを形成する工程を説明するための図である。

本工程では、図４に示されるように、積層体８上にフォトレジスト９を塗布する。フォトレジスト９の塗布には、スピンコート法を用いることができる。塗布されたフォトレジスト９をプリベークすることによってフォトレジスト９中の溶剤が除去され、フォトレジスト９を固化することができる。また、他の公知のフォトレジストの形成方法を用いることができる。

フォトレジスト９としては、一般的なポジ型のレジストだけでなく、ノボラック系樹脂、感光性ポリイミド、感光性エポキシ系樹脂などの少なくとも１種を用いることができる。感光性ポリイミドおよび感光性エポキシ系樹脂は、一般的なポジ型レジストと同様に、積層体８上にスピンコート法によって塗布されて、プリベーク、露光処理および現像処理を順にを経ることで、パターニングできる材料である。

≪フォトレジストを露光する工程≫
図５（ａ）および（ｂ）は、フォトレジストを露光する工程を説明するための図である。

本工程では、まず図５（ａ）に示されるように、フォトレジスト９上にマスク１０を載置する。マスク１０は、電極が形成されるべき位置に対応する位置が開口したレジストパターンを有する。

次いで、図５（ｂ）に示されるように、フォトレジスト９を露光する。露光に用いる露光機としては、たとえば、露光ステージ２０を備える露光機を用いることができる。露光ステージ２０に載置された、積層体８およびフォトレジスト９が形成された基板１に対して、図５（ｂ）中の上方の矢印のように、露光ステージ２０の上方から下方に向けて（フォトレジスト９側から基板１側に向けて）光線を照射する。この上方から照射された光線によってフォトレジスト９が露光される。

また、上方からフォトレジスト９に向けて照射された光線は、図５（ｂ）中の中央の矢印のように、フォトレジスト９、積層体８を通過した後に基板１の裏面１ａおよび／または基板１の裏面と接する露光ステージ２０によって反射される。この反射された光線によって、フォトレジスト９が下方から露光される。

基板１の裏面１ａおよび／またはステージ２０で反射されて再度フォトレジスト９に到達する光線は、フォトレジスト９と基板１との間の距離を往復することにより、上方からフォトレジスト９に入射したときよりも図中横方向に拡がった状態で下方からフォトレジスト９に入射する。このような下方からの拡がりを伴った光線による露光と、上方からの光線による露光によって、フォトレジスト９のうちのアンダーカット形状の領域９Ａ，９Ｂが露光される。

本工程で設定される露光量は、適正露光量の２００〜５００％であることが好ましい。このように露光量を設定することにより、容易にアンダーカット形状の領域を露光することができる。さらには、露光量を、適正露光量の３００〜４００％、すなわち適正露光量の３〜４倍に設定することが好ましい。このように露光量を設定することにより、適切に基板１の面１ａからの光線の反射および露光ステージからの光線の反射を利用することができ、確実にアンダーカット形状の開口部を形成することができる。

また、図５（ｂ）において、厚さ全長がｄ１のフォトレジスト９の部分において、上部よりも断面積の大きい切り込み形状の下部の横方向の幅ｄ２および高さｄ３は、露光量によって制御される。したがって、露光時の露光量を調整することにより、たとえば、順テーパ形状の開口部を形成することができる。換言すれば、開口部を構成するフォトレジストの形状が部分が逆テーパ形状になる。

≪開口部を形成する工程≫
図６は、フォトレジストに開口部を形成する工程を説明するための図である。

図６に示されるように、フォトレジスト９を現像することにより、フォトレジスト９のうちの露光された領域９Ａ，９Ｂの部分が溶解して、溶解した領域に対応したアンダーカット形状の開口部１１Ａ，１１Ｂが形成される。現像には、公知の現像方法を用いることができるが、たとえば、基板１、積層体８、およびフォトレジスト９からなる構造体全体を現像液に浸漬してもよい。

≪金属膜を形成する工程≫
図７は、金属膜を形成する工程を説明するための図である。

本工程では、金属蒸着処理によって、フォトレジスト９の開口部１１Ａ，１１Ｂ内に露出する積層体８上に、電極としての金属膜７Ａ，７Ｂを形成する。この処理により、フォトレジスト９の表面にも金属膜７が形成される。なお、本工程の前処理として、現像処理後、フォトレジスト９をポストベークしておき、フォトレジスト９の積層体８に対する密着性を向上させておくことが好ましい。フォトレジスト９の耐熱性が必要となる場合には、フォトレジスト９へのＵＶ照射を行っても良い。

電極７Ａ，７Ｂを構成する金属材料としては、公知の材料を用いることができ、たとえば、積層体８側から順にＴｉ、Ａｕを積層した構成を用いることができる。開口部１１Ａ，１１Ｂは、アンダーカット形状となっているため、電極７Ａ，７Ｂは容易に順テーパ形状に形成される。

≪フォトレジストを除去する工程≫
本工程は、金属膜形成後に積層体８上からフォトレジスト９を除去する工程であり、有機溶剤またはフォトレジスト剥離剤を用いることにより、積層体８から、表面に金属膜７が形成されたフォトレジスト９を除去する。フォトレジスト９を除去することにより、図１に示す発光素子１００が作製される。

ここで、フォトレジスト９の開口部１１Ａ，１１Ｂは、アンダーカット形状であるため、金属膜７Ａ，７Ｂとフォトレジスト９上の金属膜７との間に段切れが生じる。すなわち、金属膜７Ａ，７Ｂがフォトレジスト９上に堆積した金属膜７と繋がることがないため、容易にフォトレジスト９を除去することができるとともに、金属膜７Ａ，７Ｂにバリが発生するのを抑制することができる。したがって、電極としての金属膜７Ａ，７Ｂの形状を安定的に形成することができる。

以上詳述したように、本実施の形態によれば、複数の性質の異なるフォトレジストを用いることなく、また、イメージリバース法を用いることなく、少ない工程数で、逆アンダーカット形状の開口部を有するフォトレジスト９を形成することができる。したがって、低コストで、順テーパ形状の金属膜７Ａ，７Ｂを形成することができ、フォトレジスト９を容易に除去することができるとともに、金属膜７Ａ，７Ｂのバリの発生を抑制することができる。これにより、低コストで、電極の形状の安定性に優れた窒化物系化合物半導体発光素子を製造することができる。

電極にバリが発生している場合、窒化物系化合物半導体発光素子の必要な領域への保護膜の形成が困難となる。しかし、本実施の形態に係る発光素子１００によれば、金属膜７Ａ，７Ｂが順テーパ形状を有し、バリも発生していないため、図８に示されるような保護膜１２を、必要な領域のみに容易に形成することができる。

また、本発明によれば、一般的なポジ型のレジスト、ノボラック系樹脂、感光性ポリイミド、感光性エポキシ系樹脂などを用いることができる。特に、感光性ポリイミド、感光性エポキシ系樹脂は、１３０℃以上の温度に対する耐熱性を有しているものがあり、たとえば、高融点の金属を電極として用いる場合にも、電極の形状の安定性に優れた窒化物系化合物半導体発光素子を製造することができる。

＜第２の実施の形態＞
以下に、第２の実施の形態として、金属膜の応力が、フォトレジストの開口部付近に集中するのを抑制することにより、フォトレジストのクラックの発生およびフォトレジストの形状の変化を抑制することが可能な、窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法について説明する。

図９は、本発明の第２の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。

図９において、窒化物系化合物半導体発光素子２００（以下、単に「発光素子２００」という。）は、図１の発光素子１００と比較して、金属膜７Ｃ，７Ｄの形状が金属膜７Ａ，７Ｂと異なるのみで、他の構成は発光素子１００と同じであるので、窒化物系化合物半導体発光素子の構成の説明は繰り返さない。なお、金属膜７Ｃ，７Ｄの形状については後述する。

次に、発光素子２００の製造方法を説明する。図１０は、第２の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の製造工程を示すフローチャートである。

図１０に示すように、本実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法は、積層体を形成する工程（ステップＳ３１）と、フォトレジストを形成する工程（ステップＳ３２）と、第１の露光をする工程（ステップＳ３３）と、第２の露光をする工程（ステップＳ３４）と、開口部および凹部を形成する工程（ステップＳ３５）と、金属膜を形成する工程（ステップＳ３６）と、フォトレジストを除去する工程（ステップＳ３７）と、を有する。以下に、図１１〜１６を用いて、各工程について詳細に説明する。なお、積層体を形成する工程、およびフォトレジストを形成する工程は、第１の実施の形態と同様であるので、説明は繰り返さない。

≪第１の露光をする工程≫
図１１は、フォトレジストに第１の露光をする工程を説明するための図である。なお、図１１および後述する図１２、１３において、各領域９Ｅの大きさおよび各凹部３２の図中における横幅は、作図上、領域９Ｃ，９Ｄおよび開口部１１Ｃ，１１Ｄのそれぞれの１／２程度の大きさとなっているが、各領域９Ｅの大きさおよび各凹部３２の大きさは、領域９Ｃ，９Ｄおよび開口部１１Ｃ，１１Ｄのそれぞれよりも充分に小さい。

図１１に示されるように、本工程では、まず、フォトレジスト９上にマスク１０を載置する。マスク１０は、電極が形成されるべき位置に対応する位置が開口したレジストパターンを有する。そして、フォトレジスト９に第１の露光を行う。露光に用いる露光機としては、たとえば、露光ステージを備える露光機を用いることができる。積層体８およびフォトレジスト９が形成された基板１に対して、図１１上方から下方に向けて（フォトレジスト９側から基板１側に向けて）光線を照射する。これにより、フォトレジスト９のうちの領域９Ｃ，９Ｄが露光される。

第１の露光では、領域９Ｃ，９Ｄがアンダーカット形状となるように露光することが好ましく、例えば、上述の第１の実施の形態に係る露光処理を採用することができる。また、通常の露光処理によってアンダーカット形状に形成されるように設計されたフォトレジストを用いることもできる。

≪第２の露光をする工程≫
図１２は、フォトレジストに第２の露光をする工程を説明するための図である。

図１２に示されるように、本工程では、マスク１０の代わりにマスク２１をフォトレジスト９上に載置し、第２の露光を行う。マスク２１は、複数の円形状の孔が開口したレジストパターンを有する。第２の露光では、フォトレジスト９の厚み方向全長を露光するのではなく、該フォトレジスト９の表面から所定の深さまでを露光する。したがって、第２の露光時は、第１の露光時の露光量よりも低い露光量で行われる。この第２の露光により、各領域９Ｅが露光される。所定の深さとは、領域９Ｃ，９Ｄのうちの断面積の大きい下部のそれぞれと領域９Ｅが重ならないような深さであればよい。なお、図１２の一点鎖線は、第１の露光処理で露光された領域９Ｃ，９Ｄを示している。

≪開口部および凹部を形成する工程≫
図１３は、フォトレジストに開口部および凹部を形成する工程を説明するための図である。

図１３に示されるように、本工程では、フォトレジスト９を現像することにより、フォトレジスト９のうち、第１の露光で露光された領域９Ｃ，９Ｄの部分が溶解して、溶解した領域に対応したアンダーカット形状の開口部１１Ｃ，１１Ｄが形成され、第２の露光で露光された各領域９Ｅの部分が溶解して、溶解した領域に対応した各凹部３２が形成される。現像には、公知の現像方法を用いることができるが、たとえば、基板１、積層体８、およびフォトレジスト９からなる構造体全体を現像液に浸漬してもよい。

図１４は、フォトレジストの表面に形成される凹部の位置の一例を示した図であり、図１３の開口部１１Ｃ付近を上方から見た場合の概略図である。

凹部３２の形成位置は限定されないが、例えば、図１４に示されるように、フォトレジスト９の表面に一様に形成することができる。このように形成することにより、後述する応力を分散することができる。さらには、開口部１１Ｃを構成するフォトレジスト９の開口部外周部３３に、折れ曲がった屈曲部分３３ａがある場合には、屈曲部分３３ａと凹部３２が重なるように、第１の露光および／または第２の露光で露光する各露光位置を調整することが好ましい。このように形成することにより、応力を効果的に分散することができる。

≪金属膜を形成する工程≫
図１５は、金属膜を形成する工程を説明するための図である。

本工程では、金属蒸着処理によって、フォトレジストの開口部１１Ｃ，１１Ｄ内に露出する積層体８上に、金属膜７Ｃ，７Ｄを形成する。この処理により、フォトレジスト９表面にも金属膜７が形成される。なお、本工程の前処理として、現像処理後、フォトレジスト９をプリベークしておき、フォトレジスト９の積層体８に対する密着性を向上させておくことが好ましい。フォトレジスト９の耐熱性が必要となる場合には、フォトレジスト９へのＵＶ照射を行っても良い。

金属膜７Ｃ，７Ｄを構成する金属材料としては、公知の材料を用いることができ、たとえば、積層体８側から順にＴｉ、Ｍｏ、Ａｕを積層した構成を用いることができる。開口部１１Ｃ，１１Ｄの形状をアンダーカット形状または順テーパ形状とすることによって、金属膜７Ｃ，７Ｄは容易に順テーパ形状に形成される。

本実施の形態において、フォトレジスト９の表面には複数の凹部３２が形成されているため、フォトレジスト９のうち、開口部１１Ｃ，１１Ｄと隣接するフォトレジスト９の部分、たとえば開口部外周部３３に集中する金属膜７の応力を分散することができる。また、応力は、開口部外周部３３の屈曲部分３３ａに集中する傾向があるが、上述の開口部および凹部を形成する工程において、図１４に示されるように、凹部３２を屈曲部分３３ａと重なるように形成することにより、屈曲部分３３ａへの応力の集中を効果的に分散することができる。

したがって、フォトレジストの特定の位置に金属膜による応力が集中することによるクラックの発生、フォトレジストの形状変化を抑制することができ、結果的に、電極の形状を安定的に形成することができる。また、凹部３２は、ディンプル形状であることが好ましい。凹部３２がディンプル形状である場合、より効果的に応力を分散することができる。なお、ディンプル形状とは、半球形状に窪んだ形状をいう。

≪フォトレジストを除去する工程≫
本工程は、金属膜形成後に積層体８上からフォトレジスト９を除去する工程であり、有機溶剤またはフォトレジスト剥離剤を用いることにより、積層体８から金属膜７が形成されたフォトレジスト９を除去する。フォトレジスト９を除去することにより、図８に示す発光素子２００が作製される。

例えば、図１４に示すフォトレジスト９を用いて金属膜７Ｃを形成した場合には、図１６に示すように、上方から見たときの電極の上面の周辺端部分に、凹状に窪んだ形状の凹欠部３４ａを有する電極としての金属膜７Ｃを作成することができる。なお、図１６は、図１４のフォトレジストを用いた場合に形成される電極を上方から見た場合の形状を示している。

ここで、フォトレジスト９の開口部１１Ｃ，１１Ｄがアンダーカット形状または逆テーパ形状を有することにより、金属膜７Ａ，７Ｂとフォトレジスト９上の金属膜７との間に段切れが生じる。すなわち、金属膜７Ｃ，７Ｄがフォトレジスト９上に堆積した金属膜７と繋がることがないため、容易にフォトレジスト９を除去することができるとともに、金属膜７Ｃ，７Ｄにバリが発生するのを抑制することができる。したがって、金属膜７Ｃ，７Ｄの形状を安定的に形成することができる。

以上詳述したように、本実施の形態によれば、フォトレジスト９の表面に凹部３２を形成することにより、金属膜７がフォトレジスト９の表面に蒸着した際に、フォトレジスト９の開口部１１Ｃ，１１Ｄを構成する開口部外周部３３に集中する応力を分散させることができる。これにより、フォトレジスト９のクラックの発生、フォトレジスト９の形状の変化を抑制することができるため、低コストで、電極の形状の安定性に優れた窒化物系化合物半導体発光素子を製造することができる。

電極にバリが発生している場合、窒化物系化合物半導体発光素子の必要な領域への保護膜の形成が困難となる。しかし、本実施の形態に係る発光素子２００によれば、金属膜７Ｃ，７Ｄのバリの発生が抑制されるため、図８に示されるような保護膜１２を、必要な領域のみに容易に形成することができる。

また、凹部３２は、フォトレジストの表面のうち、少なくとも開口部外周部３３のうちの屈曲部分３３ａに重なるように配置されることが好ましい。屈曲部分３３ａには、応力が特に集中する傾向にあるが、屈曲部分３３ａに凹部３２を形成することにより、応力をより効果的に分散することができる。凹部３２がディンプル形状である場合には、応力のさらに効果的な分散が可能となる。

また、例えば、図１７（ａ）に示すように、開口部外周部３３の屈曲部分３３ａのみならず、開口部外周部３３全体に凹部３２が重なるように、第１の露光および／または第２の露光で露光する各露光位置を調整しても良い。図１７（ａ）のフォトレジスト９は、例えば、第１の露光処理および現像処理によって開口する開口部１１Ｃ’の外周を鋸歯形状とし、第２の露光処理および現像処理によって形成される凹部を、開口部外周部３３の屈曲部分３３ａのみならず、開口部外周部３３全体の鋸歯部分と重なるように形成することによって、形成することができる。フォトレジスト９をこのように形成することにより、開口部外周部３３に集中する膜応力を効果的に分散することができる。なお、このようなフォトレジスト９を用いて電極を形成した場合には、図１７（ｂ）に示されるような、凹欠部３４ａ，３４ｂを有する金属膜７Ｃ’が形成される。

また、図１８に示されるように、フォトレジストに開口部および凹部を形成する工程において、開口部外周部３３以外の部分のフォトレジスト９の表面と基板との距離が、開口部外周部３３の部分のフォトレジスト９の表面と基板との距離よりも短くなるように、凹部３２を形成しても良い。

この場合にも、図１９に示されるように、開口部外周部３３の屈曲部分３３ａに凹部３２が重なるように、第１の露光および／または第２の露光で露光する各露光位置を調整することが好ましい。なお、このようなフォトレジストを用いて電極を形成した場合には、図１６に示されるような、凹欠部３４ａを有する金属膜７Ｃが形成される。

また、本発明によれば、一般的なポジ型のレジスト、ノボラック系樹脂、感光性ポリイミド、感光性エポキシ系樹脂などを用いることができる。特に、感光性ポリイミド、感光性エポキシ系樹脂は、１３０℃以上の温度に対する耐熱性を有しているため、たとえば、高融点の金属を金属膜として用いる場合にも、電極の形状の安定性に優れた窒化物系化合物半導体発光素子を製造することができる。

本実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法により製造される窒化物系化合物半導体発光素子が備える電極は、例えば、図１６、図１７（ｂ）に示されるように、窒化物系化合物半導体発光素子を上方から見たときの電極の上面の周辺端部に凹欠部３４ａまたは凹欠部３４ｂを有する。

このように、電極の上面の周辺端部に凹欠部が形成されることにより、金属膜形成時のフォトレジストへの応力が分散されるため、結果的に、安定した電極形状を有するという効果を奏することができる。

＜実施例１：第１の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法＞
実施例１では、まず、有機金属気相成長法を用いて、サファイアからなる基板１上に、バッファ層２、ｎ型の第１導電型窒化物系化合物半導体層３、活性層４、ｐ型の第２導電型窒化物系化合物半導体層５を順に積層して、基板１上に積層体８を形成した。このときの基板１の厚さは４００μｍであり、積層体８の厚さは５μｍであった。また、ｎ型不純物としてＳｉ等を、ｐ型不純物としてＭｇ等を用いた。

次に、金属蒸着法を用いて、第２導電型窒化物系化合物半導体層５上にＩＴＯ膜６を堆積した。次に、フォトエッチングによってＩＴＯ膜６のパターンを形成した後、他のフォトエッチングによって、第２導電型窒化物系化合物半導体層５、活性層４および第１導電型窒化物系化合物半導体層３を部分的に除去した。

次に、スピンコート法により、積層体８上にフォトレジスト９を塗布した。フォトレジスト９の材料には、ノボラック系レジストの「ＰＦＩ−５５Ｂ２」（住友化学株式会社製）を用いた。そして、塗布したフォトレジスト９をプリベークすることにより、フォトレジスト９を固化させた。

次に、フォトレジスト９上にマスク１０を載置し、基板１をコンタクトアライナーの露光ステージ２０に載置して露光した。このフォトレジスト９を、ステージ２０から光線を反射させることなく、通常の露光を行うのに必要な適正露光量が１５０ｍＪであったため、露光時の露光量を４００ｍＪとした。

次に、基板１、積層体８、およびフォトレジスト９からなる構造体全体を、ＴＭＡＨ２．３８％の現像液に９０秒間浸漬することにより、現像処理を行った。これにより、フォトレジスト９において、アンダーカット形状の開口部１１Ａ，１１Ｂが形成された。

図２０は本発明における実施例１により形成されたフォトレジストの開口部の形状を示す概略的な断面図である。

図２０において、フォトレジスト９の開口部１１Ａ近傍における厚さｄ１は２μｍであり、開口部１１Ａの下部の切り込み部１１ａの横方向の幅ｄ２が０．６μｍ、切り込み部１１ａの高さｄ３が０．６μｍであった。なお、ｄ１〜ｄ３は、フォトレジスト９の断面が露出するように基板１を分割したサンプルを、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いることにより測定した。

次に、開口部１１Ａ，１１Ｂが形成されたフォトレジスト９をプリベークし、その後、開口部１１Ａ，１１Ｂ内に露出する積層体８上に、金属蒸着法を用いてｎ側電極としての金属膜７Ａおよびｐ側電極としての金属膜７Ｂを形成した。このとき、フォトレジスト９上にも金属膜７が形成された。各金属膜７Ａ，７Ｂの構造は、積層体８側からＴｉを５ｎｍ、Ａｕを３００ｎｍ積層した構造とした。そして、フォトレジスト剥離剤としてのリムーバーを用いて金属膜７が形成されたフォトレジスト９を除去し、窒化物系化合物半導体発光素子を作製した。さらに、窒化物系化合物半導体発光素子の積層体８上に、Ｐ−ＣＶＤ（Plasma−Chemical Vapor Deposition）による酸化膜１２を形成した。

本実施例１で製造された窒化物系化合物半導体発光素子の金属膜７Ｃ，７Ｄにはバリが発生していなかった。これは、電極形成のためのフォトレジスト９の開口部１１Ａ，１１Ｂの形状がアンダーカット形状であるため、電極７Ａ，７Ｂを、バリを発生させることなく、順テーパ形状に形成することができたもの考えられる。また、電極７Ａ，７Ｂにバリが発生していないことにより、窒化物系化合物半導体発光素子の表面を的確に酸化膜１２により覆うことができた。

＜実施例２：第２の実施に形態に係る窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法＞
実施例２では、まず、有機金属気相成長法を用いて、サファイアからなる基板１上に、バッファ層２、ｎ型の第１導電型窒化物系化合物半導体層３、活性層４、ｐ型の第２導電型窒化物系化合物半導体層５を順に積層して、基板１上に積層体８を形成した。このときの基板１の厚さは４００μｍであり、積層体８の厚さは５μｍであった。また、ｎ型不純物としてＳｉ等を、ｐ型不純物としてＭｇ等を用いた。

次に、金属蒸着法を用いて、第２導電型窒化物系化合物半導体層５上にＩＴＯ膜６を堆積した。次に、フォトエッチングによってＩＴＯ膜６のパターンを形成した後、他のフォトエッチングによって、第２導電型窒化物系化合物半導体層５、活性層４および第１導電型窒化物系化合物半導体層３を部分的に除去した。

次に、スピンコート法により、積層体８上にフォトレジスト９を塗布した。このフォトレジストの材料は、通常の露光処理および浸漬処理により、半導体表面まで露光された部分がアンダーカット形状に開口するように設計されたフォトレジストである。そして、塗布したフォトレジスト９をプリベークすることにより、フォトレジスト９を固化させた。固化後のフォトレジスト９の膜厚は３μｍであった。

次に、フォトレジスト９上に開口部形成用のマスク１０を載置し、基板１をコンタクトアライナーの露光ステージ２０に載置して第１の露光を行った。第１の露光時の露光量は１８０ｍＪであった。次に、マスク１０の代わりに凹部形成用のマスク２１を載置し、第２の露光を行った。第２の露光時の露光量は５０ｍＪであった。マスク２１は、直径５μｍの円形の孔が一定間隔で配置されたものを用い、第１の露光によって露光される領域と第２の露光によって露光される領域が図１１の位置関係となるようにマスク２１を載置した。

次に、基板１、積層体８、およびフォトレジスト９からなる構造体全体を、ＴＭＡＨ２．３８％の現像液に８０秒間浸漬することにより、現像処理を行った。これにより、フォトレジスト９において、アンダーカット形状の開口部１１Ｃ，１１Ｄおよび凹部３２が形成された。

次に、開口部１１Ｃ，１１Ｄおよび凹部３２が形成されたフォトレジスト９をプリベークし、その後、積層体８上に、金属蒸着法を用いてｎ側電極としての金属膜７Ｃおよびｐ側電極としての金属膜７Ｄを形成した。このとき、フォトレジスト９上にも金属膜７が形成された。各金属膜７Ｃ，７Ｄの構造は、下側からＴｉを５ｎｍ、Ｍｏを５０ｎｍ、Ａｕを３００ｎｍ積層した構造とした。そして、フォトレジスト剥離剤としてのリムーバーを用いて金属膜７が形成されたフォトレジスト９を除去し、窒化物系化合物半導体発光素子を作製した。さらに、窒化物系化合物半導体発光素子の積層体８上に、Ｐ−ＣＶＤによる酸化膜１２を形成した。

本実施例２で作成されたフォトレジストには、クラックが発生していなかった。これは、フォトレジストの表面に凹部を形成したこと、さらに、開口部を構成する開口部外周部３３の屈曲部分３３ａに凹部を形成したことが原因と考えられる。また、本実施例２で製造された窒化物系化合物半導体発光素子の電極にはバリが発生していなかった。これは、凹部の形成により、フォトレジストの形状が安定していたためと考えられる。さらに、電極形成のためのフォトレジスト９の開口部１１Ｃ，１１Ｄの形状がアンダーカット形状としたことにより、金属膜７Ｃ，７Ｄを順テーパ形状に形成することができたためと考えられる。また、金属膜７Ｃ，７Ｄにバリが発生していないことにより、窒化物系化合物半導体発光素子の表面を的確に酸化膜１２により覆うことができた。

本発明は、青色発光の発光ダイオードやレーザダイオードに用いられる発光素子の製造に適用することができる。

１，２００，３００ 基板、２ バッファ層、３ 第１導電型窒化物系化合物半導体層、４ 活性層、５ 第２導電型窒化物系化合物半導体層、６ ＩＴＯ膜、７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｃ’，７Ｄ 金属膜、８ 積層体、９，２０１，２０２，３００ フォトレジスト、１０，２１ マスク、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ， 開口部、１２ 保護膜、２０ 露光ステージ、３２ 凹部、３３ 開口部外周部、３３ａ 屈曲部分、３４ａ，３４ｂ 凹欠部。

Claims (9)

1. 基板上に、少なくとも第１導電型半導体層と活性層と第２導電型半導体層とをこの順に含む窒化物系化合物半導体の積層体を形成する工程と、
   前記積層体上にフォトレジストを塗布する工程と、
   前記フォトレジストが塗布された積層体をステージ上に載置して、前記ステージの上方から前記フォトレジストに向けて光を照射することによって前記フォトレジストを上方から露光するとともに、該照射された光を前記ステージから反射させることによって前記フォトレジストを下方から露光する、第１の露光をする工程と、
   前記フォトレジストに、前記第１の露光時の露光量よりも低い露光量で第２の露光をする工程と、
   前記第１の露光および第２の露光後の前記フォトレジストを現像することによって前記フォトレジストに開口部および凹部を形成する工程と、
   前記開口部および前記凹部が形成されたフォトレジスト上および前記開口部が形成されることによって露出した前記積層体上に金属膜を形成する工程と、
   前記金属膜が形成されたフォトレジストを除去する工程と、を有する窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
2. 前記基板は前記第１の露光時の光を透過可能な透明基板である請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
3. 前記第１の露光時の露光量は、適正露光量の３〜４倍である請求項１または２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
4. 前記開口部は、下部から上部に向けて断面積が段階的に小さくなる順テーパ形状、または下部が上部よりも断面積の大きいアンダーカット形状である請求項１から３のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
5. 前記フォトレジストは、耐熱温度が１３０℃以上である感光性材料からなる請求項１から４のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
6. 前記感光性材料は、感光性ポリイミド、感光性エポキシ含有樹脂の少なくとも１つを含む請求項５に記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
7. 前記開口部は、前記第１の露光によって露光された領域に形成され、前記凹部は、前記第２の露光によって露光された領域に形成される請求項１から６のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
8. 前記凹部を前記フォトレジストの表面に複数形成する請求項１から７のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
9. 前記フォトレジストの表面の前記基板からの距離が、前記フォトレジストのうち、前記開口部を構成する開口部外周部以外の部分が前記開口部外周部よりも短くなるように、前記凹部を形成する請求項１から８のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。

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