JP4107868B2 - 窒化物系半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は青色領域から紫外光領域で発光可能な窒化物系半導体発光素子の製造方法に関し、特にエッチング量の制御を可能とし、光出力が大きく信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、安価な窒化物系半導体発光素子を提供するために、基板にＳｉ（シリコン）を用いた種々の窒化物系半導体発光素子がされている。図１１に基板にＳｉを用いた従来の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図を示す。
【０００３】
図１１の窒化物系半導体発光素子は、Ｓｉ基板５００上に少なくともバッファ層４００、下部クラッド層３００、発光層２００、上部クラッド層１００が順次積層され、上部クラッド層１００上にｐ型パッド電極６００およびＳｉ基板５００の裏面にｎ型電極７００が形成されている。
【０００４】
上述した従来の窒化物系半導体発光素子には以下の問題点があった。すなわち、発光層２００から発生した光は、発光素子の上面、側面およびＳｉ基板５００側に放射され、Ｓｉ基板５００側に放射された光はＳｉ基板５００に入射する。しかし、Ｓｉ基板５００は発光層２００からの光（ここでは短波長の光）を多く吸収するため、従来の窒化物系半導体発光素子では大きな光出力は期待することができなかった。
【０００５】
そこで、光を反射し、かつ電極としても用いることができる金属板をＳｉ基板の代わりに用いるという方法が提案されている。しかし、金属板上に窒化物系半導体層を成長させることは困難であるという問題があった。また、導電性接着剤を用いて金属板と窒化物系半導体層とを接着させる方法では、導電性接着剤の放熱性が優れていないことから発光素子が早期に劣化してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、Ｓｉ基板上にバッファ層、窒化物系半導体層を順次積層し窒化物系半導体層上に金属板を形成した後、Ｓｉ基板およびバッファ層を除去して露出した窒化物系半導体層に電極を設ける方法が考えられる。特にバッファ層が高抵抗性または非導電性である場合にはバッファ層を除去する必要がある。しかし、Ｓｉ基板はウエットエッチング法により選択的に除去することができるが、バッファ層については選択的に除去することが困難であった。
【０００７】
すなわち、バッファ層はウエットエッチング法ではほとんどエッチングされないため、ドライエッチング法が通常用いられているが、このドライエッチング法はウエットエッチング法のような選択性が見られないことから、エッチング量を制御することが困難である。一般的にはエッチング時間によりエッチング量を制御しているが、そのエッチング量の制御はいまだ困難となっている。
【０００８】
したがって、バッファ層のエッチング量が大きくなりすぎると、窒化物系半導体層までエッチングされ、この層の膜厚が薄くなることからこの層中で電流が十分に拡がらなくなり、発光素子の発光領域が狭くなって光出力の大きい発光素子が得られないという問題が生じていた。一方、エッチング量が小さすぎると、バッファ層が窒化物系半導体層上に残ることとなり、バッファ層が高抵抗性または非導電性である場合には発光素子に電流の注入が困難となり動作電圧が高くなるため発光素子の信頼性が低下するという問題が生じていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑みて、本発明は、エッチング量の制御を可能とし、光出力の大きい窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、発光素子の製造過程において、基板上に高抵抗性または非導電性のバッファ層を積層した場合にも信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、基板上にバッファ層、Ｉｎを含むエッチングマーカー層、第一導電型窒化物系半導体層、発光層、第二導電型窒化物系半導体層および保持用金属板を順次形成する工程と、基板およびバッファ層の少なくとも一部をエッチングして除去する際に少なくともＩｎの信号を検出するまでエッチングを行なう工程とを含む窒化物系半導体発光素子の製造方法に関する。
【００１５】
ここで、上記製造方法においては、Ｉｎの信号を検出しなくなった後もエッチングを続行して、第一導電型窒化物系半導体層を露出させることが好ましい。
【００１６】
また、バッファ層が高抵抗性または非導電性であることが好ましく、バッファ層の材質がＡｌＮまたはＡｌＧａＮであることが好ましい。
【００１７】
さらに、基板がＳｉからなることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
（基板）
本発明に用いられる基板の材質としては、従来から公知のもの、たとえばＳｉ、ＧａＡｓまたはＧａＰ等が用いられる。好適にはＳｉが用いられる。基板にＳｉを用いた場合には基板上にバッファ層を設置することによりバッファ層上に積層される窒化物系半導体層の結晶性を向上させることができる。また、大面積の基板が安価に入手できることから、大規模に発光素子を製造することができるため発光素子の製造コストが低減する。また、基板の加工も容易である。
【００２０】
（バッファ層）
本発明に用いられるバッファ層は基板上に積層される。バッファ層の材質としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来から公知の窒化物系半導体材料が用いられ得る。好適にはＡｌＮまたはＡｌＧａＮが用いられる。バッファ層にＡｌＮまたはＡｌＧａＮを用いた場合には、バッファ層にはＩｎが含まれていないことから、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎを含むエッチングマーカー層との区別を明確にすることができ、Ｉｎを含むエッチングマーカー層のエッチングマーカー層としての機能を十分に発揮することができる。また、バッファ層は導電性、高抵抗性または非導電性のいずれであってもよいが、バッファ層が高抵抗性または非導電性である場合には、Ｉｎを含むエッチングマーカー層の重要性が増す。
【００２１】
（Ｉｎを含むエッチングマーカー層）
本発明に用いられるＩｎを含むエッチングマーカー層は、バッファ層上に積層される。Ｉｎを含むエッチングマーカー層の材質としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来から公知の窒化物系半導体材料が用いられ得る。好適にはＩｎＮ、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮのいずれかであることが好ましい。また、Ｉｎの含有量はバッファ層および第一導電型窒化物系半導体層に比べて多い方がより好ましい。Ｉｎの含有量が多い場合には、エッチングマーカー層としての機能をより発揮することができる。
【００２２】
また、Ｉｎを含んでいることからこの層は軟質な層となる傾向があり、上記エッチングの際に発光層に及ぼすダメージを低減する。さらに、パッド電極にワイヤボンディングする際の発光層への機械的なダメージを低減する。したがって、この層を設置することにより発光層へのダメージの吸収層として機能するため発光素子の信頼性を向上させることができる。
【００２３】
なお、エッチングマーカー層とは、エッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出させる機能を有する層のことをいう。
【００２４】
（第一導電型窒化物系半導体層）
本発明に用いられる第一導電型窒化物系半導体層は、Ｉｎを含むエッチングマーカー層上に積層される。第一導電型窒化物系半導体層の材質としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来から公知の窒化物系半導体材料が用いられ得る。
【００２５】
ここで、第一導電型窒化物系半導体層は１層だけでなく、２層以上の窒化物系半導体層から構成されていてもよい。この場合には上記Ｉｎを含むエッチングマーカー層と接する層がＡｌを含んでいることが好ましい。エッチングがＩｎを含むエッチングマーカー層からＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層に差し掛かったときにエッチングレートが急激に低減するため、エッチングの終了時点を明確に判断することができ、再現性よくＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層を露出させることができる。
【００２６】
また、この層にはｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントのいずれかがドーピングされる。
【００２７】
（発光層）
本発明に用いられる発光層は、第一導電型窒化物系半導体層と第二導電型窒化物系半導体層との間に積層される。発光層としてはＭＱＷ（多重量子井戸）発光層、ＳＱＷ（単一量子井戸）発光層のいずれを問わず用いられ得る。
【００２８】
（第二導電型窒化物系半導体層）
本発明に用いられる第二導電型窒化物系半導体層としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来から公知の窒化物系半導体材料が用いられ得る。
【００２９】
また、第二導電型窒化物系半導体層も１層だけでなく、２層以上の窒化物系半導体層から構成することもできる。
【００３０】
また、この層にはｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントのいずれかがドーピングされるが、第一導電型窒化物系半導体層と異なる型のドーパントがドーピングされる。
【００３１】
（窒化物系半導体コンタクト層）
第二導電型窒化物系半導体層上に窒化物系半導体コンタクト層を積層することができる。窒化物系半導体コンタクト層に用いられる材質としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来から公知の窒化物系半導体材料が用いられ得る。
【００３２】
また、この層にはｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントのいずれかがドーピングされるが、第二導電型窒化物系半導体層と同型のドーパントがドーピングされる。
【００３３】
また、上述したそれぞれの層の積層方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえばＶＰＥ法（気相エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）またはこれらの方法を組み合わせた方法等を用いることができる。
【００３４】
また、上述のｎ型ドーパントには従来から公知の材料を用いることができ、たとえばＳｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）、Ｃｌ（塩素）、Ｓ（硫黄）、Ｃ（炭素）またはＧｅ（ゲルマニウム）等が用いられ得る。
【００３５】
また、上述のｐ型ドーパントにも従来から公知の材料を用いることができ、たとえばＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｄ（カドミウム）またはＢｅ（ベリリウム）等が用いられ得る。
【００３６】
（下地層）
窒化物系半導体コンタクト層上に下地層を形成することができる。下地層の形成方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえば、蒸着法、ＣＶＤ法（化学堆積法）、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なうことができる。
【００３７】
（保持用金属板）
本発明に用いられる保持用金属板は、電極として用いられ、下地層上に形成される。保持用金属板の材質としては、従来から公知の金属を用いることができるが、Ｎｉ（ニッケル）またはＡｕ（金）を主成分とする金属を用いることが好ましい。放熱性および導電性がともに良好となり、早期に劣化することがない信頼性の高い発光素子を作製することができる。
【００３８】
また、保持用金属板の形成方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえば、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ法、電解メッキ、無電解メッキ法のいずれかまたは複数を用いて行なうことができる。好適には電解メッキ法である。電解メッキ法を用いた場合には、短時間で容易に厚膜の保持用金属板を作製することができ、また電解メッキ法により作製された保持用金属板は、下地層との密着力が向上し剥がれが生じないことから、発光素子の信頼性の向上につながる傾向にある。
【００３９】
また、保持用金属板の厚さは１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。保持用金属板の厚さが１０μｍ以上であれば、上記基板を除去した場合でも発光素子の取り扱いが容易となり、２ｍｍより厚いと保持用金属板を分割、切断することが困難となる傾向にある。また、発光素子が大きくなりすぎる傾向にある。
【００４０】
（エッチング）
基板のエッチング方法としては、従来から公知の方法、たとえばウエットエッチング法、ドライエッチング法またはこれらを組み合わせた方法等が用いられる。好適にはウエットエッチング法である。この場合には、バッファ層がエッチングストップ層として機能し、製造プロセスが容易となり製造コストを低減できる。また、基板がＳｉからなる場合に、エッチング液としてフッ化水素酸と硝酸と酢酸との混合液を用いると、Ｓｉからなる基板を選択的にエッチングすることができる。
【００４１】
バッファ層のエッチング方法としては、反応性イオンエッチング法、プラズマエッチング法等のドライエッチング法が用いられる。好適には反応性イオンエッチング法である。Ｉｎを含むエッチングマーカー層にエッチングが及んだ場合には、終点検出装置においてＩｎが検出されることから、エッチングがＩｎを含むエッチングマーカー層に及んでいることを容易に判断することができ、エッチング量を容易に制御することができる。
【００４２】
したがって、エッチング量が大きくなりすぎて第一導電型窒化物系半導体層の膜厚が薄くなり、第一導電型窒化物系半導体層に電流が拡がらず発光素子の発光領域が小さくなるという問題、およびバッファ層が高抵抗性または非導電性である場合にエッチング量が小さくなりすぎてバッファ層が残り、発光素子が発光しないという問題が生じない。
【００４３】
また、Ｉｎを含むエッチングマーカー層についても、エッチングをすることができる。ここで、エッチング方法としては、バッファ層と同様のエッチング方法であることが好ましい。
【００４４】
さらに、上記エッチング時に、エッチングされるウエハとほぼ同じ材質、膜厚で積層したダミーウエハを同時にエッチングすることにより、より精度の高いエッチング量の制御が可能となる。
【００４５】
また、ドライエッチング装置としては、終点検出装置を含む従来から公知の装置を用いることができる。ここで、終点検出装置の検出方法としては、発光分光分析法、反射光分析法、ガス分析法、レーザ干渉法、インピーダンス測定法、圧力測定法等が用いられる。好適には発光分光分析法である。発光分光分析法を用いた場合には、エッチングにより反応している系から直接高感度を得ることができる傾向にある。
【００４６】
（電極）
本発明に用いられる電極は、Ｉｎを含むエッチングマーカー層上または第一導電型窒化物系半導体層上に形成される。
【００４７】
（パッド電極）
電極上にパッド電極を形成することができる。パッド電極の材質としては、Ａｕ（金）が好適に用いられる。また、パッド電極上にＡｕ等からなるワイヤをボンディングすることができる。
【００４８】
上記電極およびパッド電極の形成方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえば、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なうことができる。
【００４９】
【実施例】
以下、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。
【００５０】
（実施例１）
図１に本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図を示す。本実施例の窒化物系半導体発光素子は、保持用金属板９上に順次設置された下地層８、窒化物系半導体コンタクト層７、第二導電型窒化物系半導体層６、ＭＱＷ発光層５、第一導電型窒化物系半導体層４、Ｉｎを含むエッチングマーカー層３、電極１０、パッド電極１１およびＡｕワイヤ１２により構成されている。
【００５１】
以下、本実施例の窒化物系半導体発光素子の作製工程を図２から図６を用いて説明する。
【００５２】
まず、成長装置内にＳｉからなる基板１をセットし、ＭＯＣＶＤ成長法を用いて、図２に示すように、基板１上にＡｌＮからなるバッファ層２を厚さ２００ｎｍ、ｎ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.8ＮからなるＩｎを含むエッチングマーカー層３を厚さ１００ｎｍ、ｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層４を厚さ４００ｎｍ、ＭＱＷ発光層５を厚さ５０ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第二導電型窒化物系半導体層６を厚さ１０ｎｍ、ｐ型ＧａＮからなる窒化物系半導体コンタクト層７を厚さ２００ｎｍに順次積層したウエハを形成する。
【００５３】
次に、成長装置からウエハを取り出し、蒸着法を用いて、図３に示すように、窒化物系半導体コンタクト層７上に下地層８としてＰｄを厚さ５０ｎｍ、Ａｕを厚さ１００ｎｍに形成し、その上に保持用金属板９として電解メッキ法によりＮｉを厚さ８０μｍに形成する。
【００５４】
次に、図４に示すように、フッ酸系エッチング液を用いたウエットエッチング法により基板１を除去し、バッファ層２を露出させる。
【００５５】
次に、図５に示すように、塩素ガスを用いたドライエッチング法、ここでは反応性イオンエッチング法によりバッファ層２を除去し、Ｉｎを含むエッチングマーカー層３を露出させる。ここで、完全にＩｎを含むエッチングマーカー層３を露出させるために、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出してから２０秒間エッチングを持続する。Ｉｎを含むエッチングマーカー層３が完全に露出された状態でドライエッチングを完了する。なお、終点検出方法としては発光分光分析法を用いた。
【００５６】
次に、図６に示すように、蒸着法を用いて、発光面となるＩｎを含むエッチングマーカー層３上に電極１０として、一辺が１５０μｍ角の略四角形状にＴｉを厚さ５ｎｍに、Ａｌを厚さ５ｎｍに形成し、その上にパッド電極１１としてＡｕを厚さ０．５μｍ形成する。
【００５７】
その後、ウエハを一辺が３５０μｍ角の略四角形状に分割し、保持用金属板９側をリードフレームのカップ底部にマウントし、パッド電極１１上にＡｕワイヤ１２をボンディングする。
【００５８】
上述のようにして得られた本実施例の窒化物系半導体発光素子は、ＡｌＮからなるバッファ層２とｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層４との間にＩｎを含むエッチングマーカー層３を形成することにより、終点検出装置にてＩｎを明確に検出することができるため、非導電性であるバッファ層２のエッチング量を容易に制御することができる。
【００５９】
したがって、本実施例では光出力が大きく信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【００６０】
（実施例２）
図７に本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図を示す。本実施例の窒化物系半導体発光素子は、保持用金属板２９上に順次設置された下地層２８、窒化物系半導体コンタクト層２７、第二導電型窒化物系半導体層２６、ＭＱＷ発光層２５、第一導電型窒化物系半導体層２４、Ｉｎを含むエッチングマーカー層２３、電極２１０、パッド電極２１１およびＡｕワイヤ２１２により構成されている。
【００６１】
ここで、本実施例においてはＩｎを含むエッチングマーカー層２３がＧａを含まないＩｎＮにより構成されていることにより、エッチングマーカー層としての機能がより発揮されることを特徴としている。
【００６２】
以下、本実施例の窒化物系半導体発光素子の作製工程を説明する。まず、図８に示すように、Ｓｉからなる基板２１上にＡｌＮからなるバッファ層２２を厚さ１５０ｎｍ、ｎ型ＩｎＮからなるＩｎを含むエッチングマーカー層２３を厚さ５０ｎｍ、ｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層２４を厚さ５００ｎｍ、ＭＱＷ発光層２５を厚さ４０ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第二導電型窒化物系半導体層２６を厚さ５ｎｍ、ｐ型ＧａＮからなる窒化物系半導体コンタクト層２７を厚さ１５０ｎｍに順次積層したウエハを形成する。
【００６３】
次に、蒸着法により窒化物系半導体コンタクト層２７上に下地層２８としてＰｄを厚さ３０ｎｍに形成し、その上に保持用金属板２９として電解メッキ法によりＡｕを厚さ１００μｍに形成する。
【００６４】
次に、通常のフォト工程を用いて、フッ酸系エッチング液により基板２１を除去し、バッファ層２２を露出させる。
【００６５】
次に、塩素ガスを用いたドライエッチング法、ここでは反応性イオンエッチング法によりバッファ層２２を除去し、Ｉｎを含むエッチングマーカー層２３を露出させる。ここで、完全にＩｎを含むエッチングマーカー層２３を露出させるために、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出してから２０秒間エッチングを持続する。Ｉｎを含むエッチングマーカー層２３が完全に露出された状態でエッチングを完了する。
【００６６】
次に、蒸着法を用いて、発光面となるＩｎを含むエッチングマーカー層２３上に電極２１０として、一辺が９０μｍ角の略四角形状にＴｉを厚さ５ｎｍに形成し、その上にパッド電極２１１としてＡｕを厚さ０．５μｍ形成する。
【００６７】
その後、ウエハを一辺が３５０μｍ角の略四角形状に分割し、保持用金属板２９側をリードフレームのカップ底部にマウントし、パッド電極２１１上にＡｕワイヤ２１２をボンディングする。
【００６８】
上述のようにして得られた本実施例の窒化物系半導体発光素子は、ＡｌＮからなるバッファ層２２とｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層２４との間にＧａを含まないＩｎＮからなるＩｎを含むエッチングマーカー層２３を形成することにより、終点検出装置にてＩｎを明確に検出することができるため、実施例１よりもさらに容易に、非導電性であるバッファ層２２のエッチング量を制御することができる。
【００６９】
したがって、本実施例では、実施例１よりも信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【００７０】
（実施例３）
図９に本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図を示す。本実施例の窒化物系半導体発光素子は、保持用金属板３９上に設置された下地層３８、窒化物系半導体コンタクト層３７、第二導電型窒化物系半導体層３６、ＭＱＷ発光層３５、第一導電型窒化物系半導体層３４、Ａｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１、Ｉｎを含むエッチングマーカー層３３、バッファ層３２、電極３１０、パッド電極３１１およびＡｕワイヤ３１２により構成されている。
【００７１】
ここで、本実施例においてはバッファ層３２およびＩｎを含むエッチングマーカー層３３の一部がエッチングされており、それによって露出したＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１上に電極３１０が形成されることを特徴としている。
【００７２】
以下、本実施例の窒化物系半導体発光素子の作製工程を説明する。まず、Ｓｉからなる基板（図示せず）上にＡｌＮからなるバッファ層３２を厚さ２００ｎｍ、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7ＮからなるＩｎを含むエッチングマーカー層３３を厚さ１００ｎｍ、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9ＮからなるＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１を厚さ１００ｎｍ、ｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層３４を厚さ４００ｎｍ、ＭＱＷ発光層３５を厚さ４０ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる第二導電型窒化物系半導体層３６を厚さ５ｎｍ、ｐ型ＧａＮからなる窒化物系半導体コンタクト層３７を厚さ１５０ｎｍに順次積層したウエハを形成する。
【００７３】
次に、蒸着法を用いて、窒化物系半導体コンタクト層３７上に下地層３８としてＰｄを厚さ３０ｎｍ形成し、その上に電解メッキ法により保持用金属板３９としてＮｉを厚さ８０μｍに形成する。
【００７４】
次に、通常のフォト工程を用いて、上記基板（図示せず）を全面にわたりフッ酸系エッチング液を用いて除去し、バッファ層３２を露出させる。
【００７５】
次に、主たる発光面のほぼ中心に電極３８を形成するために、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチング法によりバッファ層３２およびＩｎを含むエッチングマーカー層３３をエッチングする。ここで、完全にＩｎを含むエッチングマーカー層３３を露出させるために、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出してから２０秒間エッチングを持続する。次にＩｎを含むエッチングマーカー層３３が完全に露出してもさらにエッチングを継続し、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出してから完全にＩｎの信号がなくなるまでエッチングを行ない、Ａｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１を露出させる。
【００７６】
次に、蒸着法を用いて、Ａｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１の露出面上に電極３１０としてＴｉを厚さ５ｎｍに、Ａｌを厚さ５ｎｍに形成し、その上にパッド電極３１１としてＡｕを厚さ０．６μｍ形成する。
【００７７】
その後、ウエハを一辺が３００μｍ角の略四角形状に分割し、保持用金属板３９側をリードフレームのカップ底部にマウントし、パッド電極３１１上にＡｕワイヤ３１２をボンディングする。
【００７８】
上述のようにして得られた本実施例の窒化物系半導体発光素子は、ＡｌＮからなるバッファ層３２とｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9ＮからなるＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１との間にＩｎを含むエッチングマーカー層３３を形成することにより、終点検出装置にてＩｎを明確に検出することができるため、再現性よくＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１を露出させることができる。
【００７９】
なお、本実施例の窒化物系半導体発光素子においては、電極３１０がＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１上にコンタクトしているので、Ｉｎを含むエッチングマーカー層３３はｎ型の導電性を有している必要はなく、高抵抗性、非導電性またはｐ型の導電性を有していてもよい。
【００８０】
（実施例４）
図１０に本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図を示す。本実施例の窒化物系半導体発光素子は、保持用金属板４９上に設置された下地層４８、窒化物系半導体コンタクト層４７、第二導電型窒化物系半導体層４６、ＭＱＷ発光層４５、第一導電型窒化物系半導体層４４、Ａｌを含む第一導電型窒化物系半導体層４４１、Ｉｎを含むエッチングマーカー層４３、バッファ層４２、電極４１０、パッド電極４１１およびＡｕワイヤ４１２により構成されている。
【００８１】
ここで、本実施例においてはバッファ層４２およびＩｎを含むエッチングマーカー層４３の一部がエッチングされており、そのエッチングがＩｎを含むエッチングマーカー層４３の途中で終了されており、そのエッチング終了後に、Ｉｎを含むエッチングマーカー層４３上に電極４１０が形成されることを特徴としている。
【００８２】
以下、本実施例の窒化物系半導体発光素子の作製工程を説明する。まず、Ｓｉからなる基板（図示せず）上にＡｌＮからなるバッファ層４２を厚さ２００ｎｍ、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7ＮからなるＩｎを含むエッチングマーカー層４３を厚さ１００ｎｍ、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＮからなるＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層４４１を厚さ１００ｎｍ、ｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層４４を厚さ３００ｎｍ、ＭＱＷ発光層４５を厚さ４０ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる第二導電型窒化物系半導体層４６を厚さ５ｎｍ、ｐ型ＧａＮからなる窒化物系半導体コンタクト層４７を厚さ１５０ｎｍに順次積層したウエハを形成する。
【００８３】
次に、蒸着法を用いて、窒化物系半導体コンタクト層４７上に下地層４８としてＰｄを厚さ３０ｎｍ、Ａｕを厚さ２００ｎｍに形成し、その上に電解メッキ法により保持用金属板４９としてＮｉを厚さ８０μｍに形成する。
【００８４】
次に、通常のフォト工程を用いて、上記基板（図示せず）を全面にわたりフッ酸系エッチング液を用いて除去し、バッファ層４２を露出させる。
【００８５】
次に、主たる発光面のほぼ中心に電極４１０を形成するために、塩素ガスを用いたドライエッチング法、ここでは反応性イオンエッチング法によりバッファ層４２およびＩｎを含むエッチングマーカー層４３を一部除去する。ここで、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出し、Ｉｎを含むエッチングマーカー層４３を露出させた状態でエッチングを終了する。
【００８６】
次に、図１０に示すように、主たる発光面のほぼ中心に露出されたＩｎを含むエッチングマーカー層４３上に、蒸着法を用いて、電極４１０としてＨｆを厚さ３ｎｍに、Ａｌを厚さ２００ｎｍ、Ｔｉを厚さ５０ｎｍに形成し、その上にパッド電極４１１としてＡｕを厚さ０．６μｍ形成する。
【００８７】
その後、ウエハを一辺が３００μｍ角の略四角形状に分割し、保持用金属板４９側をリードフレームのカップ底部にマウントし、パッド電極４１１上にＡｕワイヤ４１２をボンディングする。
【００８８】
上述のようにして得られた本実施例の窒化物系半導体発光素子は、Ｉｎを含むエッチングマーカー層４３のエッチングを途中で終了させる。したがって、軟質な層であるＩｎを含むエッチングマーカー層４３によって、上記エッチングの際に生じるＭＱＷ発光層４５へのダメージを低減することができるだけでなく、Ｉｎを含むエッチングマーカー層４３上に良好なオーミック性を持つ電極４１０を形成する際の歪等から生じるＭＱＷ発光層４５への機械的なダメージを低減することができる。
【００８９】
したがって、本実施例においても、発光する信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【００９０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００９１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、エッチング量を容易に制御することができるため、発光領域が広く光出力が大きい信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することができる。また、基板上に高抵抗性または非導電性のバッファ層を積層した場合にも信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２】 製造途中の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な概念図である。
【図３】 製造途中の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な概念図である。
【図４】 製造途中の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な概念図である。
【図５】 製造途中の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な概念図である。
【図６】 製造途中の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な概念図である。
【図７】 実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図８】 基板を除去する前の実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図９】 実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１０】 実施例４の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１１】 基板にＳｉを用いた従来の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
１,２１ 基板、２,２２,３２,４２ バッファ層、３,２３,３３,４３ Ｉｎを含むエッチングマーカー層、４,２４,３４,４４ 第一導電型窒化物系半導体層、５,２５,３５,４５ ＭＱＷ発光層、６,２６,３６,４６ 第二導電型窒化物系半導体層、７,２７,３７,４７ 窒化物系半導体コンタクト層、８,２８,３８,４８ 下地層、９,２９,３９,４９ 保持用金属板、１０,２１０,３１０,４１０電極、１１,２１１,３１１,４１１ パッド電極、１２,２１２,３１２,４１２Ａｕワイヤ、３４１,４４１ Ａｌを含む第一導電型窒化物系半導体層、１００ 上部クラッド層、２００ 発光層、３００ 下部クラッド層、４００ バッファ層、５００ Ｓｉ基板、６００ ｐ型パッド電極、７００ ｎ型電極。
【発明の属する技術分野】
本発明は青色領域から紫外光領域で発光可能な窒化物系半導体発光素子の製造方法に関し、特にエッチング量の制御を可能とし、光出力が大きく信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、安価な窒化物系半導体発光素子を提供するために、基板にＳｉ（シリコン）を用いた種々の窒化物系半導体発光素子がされている。図１１に基板にＳｉを用いた従来の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図を示す。
【０００３】
図１１の窒化物系半導体発光素子は、Ｓｉ基板５００上に少なくともバッファ層４００、下部クラッド層３００、発光層２００、上部クラッド層１００が順次積層され、上部クラッド層１００上にｐ型パッド電極６００およびＳｉ基板５００の裏面にｎ型電極７００が形成されている。
【０００４】
上述した従来の窒化物系半導体発光素子には以下の問題点があった。すなわち、発光層２００から発生した光は、発光素子の上面、側面およびＳｉ基板５００側に放射され、Ｓｉ基板５００側に放射された光はＳｉ基板５００に入射する。しかし、Ｓｉ基板５００は発光層２００からの光（ここでは短波長の光）を多く吸収するため、従来の窒化物系半導体発光素子では大きな光出力は期待することができなかった。
【０００５】
そこで、光を反射し、かつ電極としても用いることができる金属板をＳｉ基板の代わりに用いるという方法が提案されている。しかし、金属板上に窒化物系半導体層を成長させることは困難であるという問題があった。また、導電性接着剤を用いて金属板と窒化物系半導体層とを接着させる方法では、導電性接着剤の放熱性が優れていないことから発光素子が早期に劣化してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、Ｓｉ基板上にバッファ層、窒化物系半導体層を順次積層し窒化物系半導体層上に金属板を形成した後、Ｓｉ基板およびバッファ層を除去して露出した窒化物系半導体層に電極を設ける方法が考えられる。特にバッファ層が高抵抗性または非導電性である場合にはバッファ層を除去する必要がある。しかし、Ｓｉ基板はウエットエッチング法により選択的に除去することができるが、バッファ層については選択的に除去することが困難であった。
【０００７】
すなわち、バッファ層はウエットエッチング法ではほとんどエッチングされないため、ドライエッチング法が通常用いられているが、このドライエッチング法はウエットエッチング法のような選択性が見られないことから、エッチング量を制御することが困難である。一般的にはエッチング時間によりエッチング量を制御しているが、そのエッチング量の制御はいまだ困難となっている。
【０００８】
したがって、バッファ層のエッチング量が大きくなりすぎると、窒化物系半導体層までエッチングされ、この層の膜厚が薄くなることからこの層中で電流が十分に拡がらなくなり、発光素子の発光領域が狭くなって光出力の大きい発光素子が得られないという問題が生じていた。一方、エッチング量が小さすぎると、バッファ層が窒化物系半導体層上に残ることとなり、バッファ層が高抵抗性または非導電性である場合には発光素子に電流の注入が困難となり動作電圧が高くなるため発光素子の信頼性が低下するという問題が生じていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑みて、本発明は、エッチング量の制御を可能とし、光出力の大きい窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、発光素子の製造過程において、基板上に高抵抗性または非導電性のバッファ層を積層した場合にも信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、基板上にバッファ層、Ｉｎを含むエッチングマーカー層、第一導電型窒化物系半導体層、発光層、第二導電型窒化物系半導体層および保持用金属板を順次形成する工程と、基板およびバッファ層の少なくとも一部をエッチングして除去する際に少なくともＩｎの信号を検出するまでエッチングを行なう工程とを含む窒化物系半導体発光素子の製造方法に関する。
【００１５】
ここで、上記製造方法においては、Ｉｎの信号を検出しなくなった後もエッチングを続行して、第一導電型窒化物系半導体層を露出させることが好ましい。
【００１６】
また、バッファ層が高抵抗性または非導電性であることが好ましく、バッファ層の材質がＡｌＮまたはＡｌＧａＮであることが好ましい。
【００１７】
さらに、基板がＳｉからなることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
（基板）
本発明に用いられる基板の材質としては、従来から公知のもの、たとえばＳｉ、ＧａＡｓまたはＧａＰ等が用いられる。好適にはＳｉが用いられる。基板にＳｉを用いた場合には基板上にバッファ層を設置することによりバッファ層上に積層される窒化物系半導体層の結晶性を向上させることができる。また、大面積の基板が安価に入手できることから、大規模に発光素子を製造することができるため発光素子の製造コストが低減する。また、基板の加工も容易である。
【００２０】
（バッファ層）
本発明に用いられるバッファ層は基板上に積層される。バッファ層の材質としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来から公知の窒化物系半導体材料が用いられ得る。好適にはＡｌＮまたはＡｌＧａＮが用いられる。バッファ層にＡｌＮまたはＡｌＧａＮを用いた場合には、バッファ層にはＩｎが含まれていないことから、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎを含むエッチングマーカー層との区別を明確にすることができ、Ｉｎを含むエッチングマーカー層のエッチングマーカー層としての機能を十分に発揮することができる。また、バッファ層は導電性、高抵抗性または非導電性のいずれであってもよいが、バッファ層が高抵抗性または非導電性である場合には、Ｉｎを含むエッチングマーカー層の重要性が増す。
【００２１】
（Ｉｎを含むエッチングマーカー層）
本発明に用いられるＩｎを含むエッチングマーカー層は、バッファ層上に積層される。Ｉｎを含むエッチングマーカー層の材質としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来から公知の窒化物系半導体材料が用いられ得る。好適にはＩｎＮ、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮのいずれかであることが好ましい。また、Ｉｎの含有量はバッファ層および第一導電型窒化物系半導体層に比べて多い方がより好ましい。Ｉｎの含有量が多い場合には、エッチングマーカー層としての機能をより発揮することができる。
【００２２】
また、Ｉｎを含んでいることからこの層は軟質な層となる傾向があり、上記エッチングの際に発光層に及ぼすダメージを低減する。さらに、パッド電極にワイヤボンディングする際の発光層への機械的なダメージを低減する。したがって、この層を設置することにより発光層へのダメージの吸収層として機能するため発光素子の信頼性を向上させることができる。
【００２３】
なお、エッチングマーカー層とは、エッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出させる機能を有する層のことをいう。
【００２４】
（第一導電型窒化物系半導体層）
本発明に用いられる第一導電型窒化物系半導体層は、Ｉｎを含むエッチングマーカー層上に積層される。第一導電型窒化物系半導体層の材質としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来から公知の窒化物系半導体材料が用いられ得る。
【００２５】
ここで、第一導電型窒化物系半導体層は１層だけでなく、２層以上の窒化物系半導体層から構成されていてもよい。この場合には上記Ｉｎを含むエッチングマーカー層と接する層がＡｌを含んでいることが好ましい。エッチングがＩｎを含むエッチングマーカー層からＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層に差し掛かったときにエッチングレートが急激に低減するため、エッチングの終了時点を明確に判断することができ、再現性よくＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層を露出させることができる。
【００２６】
また、この層にはｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントのいずれかがドーピングされる。
【００２７】
（発光層）
本発明に用いられる発光層は、第一導電型窒化物系半導体層と第二導電型窒化物系半導体層との間に積層される。発光層としてはＭＱＷ（多重量子井戸）発光層、ＳＱＷ（単一量子井戸）発光層のいずれを問わず用いられ得る。
【００２８】
（第二導電型窒化物系半導体層）
本発明に用いられる第二導電型窒化物系半導体層としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来から公知の窒化物系半導体材料が用いられ得る。
【００２９】
また、第二導電型窒化物系半導体層も１層だけでなく、２層以上の窒化物系半導体層から構成することもできる。
【００３０】
また、この層にはｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントのいずれかがドーピングされるが、第一導電型窒化物系半導体層と異なる型のドーパントがドーピングされる。
【００３１】
（窒化物系半導体コンタクト層）
第二導電型窒化物系半導体層上に窒化物系半導体コンタクト層を積層することができる。窒化物系半導体コンタクト層に用いられる材質としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表わされる従来から公知の窒化物系半導体材料が用いられ得る。
【００３２】
また、この層にはｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントのいずれかがドーピングされるが、第二導電型窒化物系半導体層と同型のドーパントがドーピングされる。
【００３３】
また、上述したそれぞれの層の積層方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえばＶＰＥ法（気相エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）またはこれらの方法を組み合わせた方法等を用いることができる。
【００３４】
また、上述のｎ型ドーパントには従来から公知の材料を用いることができ、たとえばＳｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）、Ｃｌ（塩素）、Ｓ（硫黄）、Ｃ（炭素）またはＧｅ（ゲルマニウム）等が用いられ得る。
【００３５】
また、上述のｐ型ドーパントにも従来から公知の材料を用いることができ、たとえばＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｄ（カドミウム）またはＢｅ（ベリリウム）等が用いられ得る。
【００３６】
（下地層）
窒化物系半導体コンタクト層上に下地層を形成することができる。下地層の形成方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえば、蒸着法、ＣＶＤ法（化学堆積法）、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なうことができる。
【００３７】
（保持用金属板）
本発明に用いられる保持用金属板は、電極として用いられ、下地層上に形成される。保持用金属板の材質としては、従来から公知の金属を用いることができるが、Ｎｉ（ニッケル）またはＡｕ（金）を主成分とする金属を用いることが好ましい。放熱性および導電性がともに良好となり、早期に劣化することがない信頼性の高い発光素子を作製することができる。
【００３８】
また、保持用金属板の形成方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえば、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ法、電解メッキ、無電解メッキ法のいずれかまたは複数を用いて行なうことができる。好適には電解メッキ法である。電解メッキ法を用いた場合には、短時間で容易に厚膜の保持用金属板を作製することができ、また電解メッキ法により作製された保持用金属板は、下地層との密着力が向上し剥がれが生じないことから、発光素子の信頼性の向上につながる傾向にある。
【００３９】
また、保持用金属板の厚さは１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。保持用金属板の厚さが１０μｍ以上であれば、上記基板を除去した場合でも発光素子の取り扱いが容易となり、２ｍｍより厚いと保持用金属板を分割、切断することが困難となる傾向にある。また、発光素子が大きくなりすぎる傾向にある。
【００４０】
（エッチング）
基板のエッチング方法としては、従来から公知の方法、たとえばウエットエッチング法、ドライエッチング法またはこれらを組み合わせた方法等が用いられる。好適にはウエットエッチング法である。この場合には、バッファ層がエッチングストップ層として機能し、製造プロセスが容易となり製造コストを低減できる。また、基板がＳｉからなる場合に、エッチング液としてフッ化水素酸と硝酸と酢酸との混合液を用いると、Ｓｉからなる基板を選択的にエッチングすることができる。
【００４１】
バッファ層のエッチング方法としては、反応性イオンエッチング法、プラズマエッチング法等のドライエッチング法が用いられる。好適には反応性イオンエッチング法である。Ｉｎを含むエッチングマーカー層にエッチングが及んだ場合には、終点検出装置においてＩｎが検出されることから、エッチングがＩｎを含むエッチングマーカー層に及んでいることを容易に判断することができ、エッチング量を容易に制御することができる。
【００４２】
したがって、エッチング量が大きくなりすぎて第一導電型窒化物系半導体層の膜厚が薄くなり、第一導電型窒化物系半導体層に電流が拡がらず発光素子の発光領域が小さくなるという問題、およびバッファ層が高抵抗性または非導電性である場合にエッチング量が小さくなりすぎてバッファ層が残り、発光素子が発光しないという問題が生じない。
【００４３】
また、Ｉｎを含むエッチングマーカー層についても、エッチングをすることができる。ここで、エッチング方法としては、バッファ層と同様のエッチング方法であることが好ましい。
【００４４】
さらに、上記エッチング時に、エッチングされるウエハとほぼ同じ材質、膜厚で積層したダミーウエハを同時にエッチングすることにより、より精度の高いエッチング量の制御が可能となる。
【００４５】
また、ドライエッチング装置としては、終点検出装置を含む従来から公知の装置を用いることができる。ここで、終点検出装置の検出方法としては、発光分光分析法、反射光分析法、ガス分析法、レーザ干渉法、インピーダンス測定法、圧力測定法等が用いられる。好適には発光分光分析法である。発光分光分析法を用いた場合には、エッチングにより反応している系から直接高感度を得ることができる傾向にある。
【００４６】
（電極）
本発明に用いられる電極は、Ｉｎを含むエッチングマーカー層上または第一導電型窒化物系半導体層上に形成される。
【００４７】
（パッド電極）
電極上にパッド電極を形成することができる。パッド電極の材質としては、Ａｕ（金）が好適に用いられる。また、パッド電極上にＡｕ等からなるワイヤをボンディングすることができる。
【００４８】
上記電極およびパッド電極の形成方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえば、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ法のいずれかまたは複数を用いて行なうことができる。
【００４９】
【実施例】
以下、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。
【００５０】
（実施例１）
図１に本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図を示す。本実施例の窒化物系半導体発光素子は、保持用金属板９上に順次設置された下地層８、窒化物系半導体コンタクト層７、第二導電型窒化物系半導体層６、ＭＱＷ発光層５、第一導電型窒化物系半導体層４、Ｉｎを含むエッチングマーカー層３、電極１０、パッド電極１１およびＡｕワイヤ１２により構成されている。
【００５１】
以下、本実施例の窒化物系半導体発光素子の作製工程を図２から図６を用いて説明する。
【００５２】
まず、成長装置内にＳｉからなる基板１をセットし、ＭＯＣＶＤ成長法を用いて、図２に示すように、基板１上にＡｌＮからなるバッファ層２を厚さ２００ｎｍ、ｎ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.8ＮからなるＩｎを含むエッチングマーカー層３を厚さ１００ｎｍ、ｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層４を厚さ４００ｎｍ、ＭＱＷ発光層５を厚さ５０ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第二導電型窒化物系半導体層６を厚さ１０ｎｍ、ｐ型ＧａＮからなる窒化物系半導体コンタクト層７を厚さ２００ｎｍに順次積層したウエハを形成する。
【００５３】
次に、成長装置からウエハを取り出し、蒸着法を用いて、図３に示すように、窒化物系半導体コンタクト層７上に下地層８としてＰｄを厚さ５０ｎｍ、Ａｕを厚さ１００ｎｍに形成し、その上に保持用金属板９として電解メッキ法によりＮｉを厚さ８０μｍに形成する。
【００５４】
次に、図４に示すように、フッ酸系エッチング液を用いたウエットエッチング法により基板１を除去し、バッファ層２を露出させる。
【００５５】
次に、図５に示すように、塩素ガスを用いたドライエッチング法、ここでは反応性イオンエッチング法によりバッファ層２を除去し、Ｉｎを含むエッチングマーカー層３を露出させる。ここで、完全にＩｎを含むエッチングマーカー層３を露出させるために、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出してから２０秒間エッチングを持続する。Ｉｎを含むエッチングマーカー層３が完全に露出された状態でドライエッチングを完了する。なお、終点検出方法としては発光分光分析法を用いた。
【００５６】
次に、図６に示すように、蒸着法を用いて、発光面となるＩｎを含むエッチングマーカー層３上に電極１０として、一辺が１５０μｍ角の略四角形状にＴｉを厚さ５ｎｍに、Ａｌを厚さ５ｎｍに形成し、その上にパッド電極１１としてＡｕを厚さ０．５μｍ形成する。
【００５７】
その後、ウエハを一辺が３５０μｍ角の略四角形状に分割し、保持用金属板９側をリードフレームのカップ底部にマウントし、パッド電極１１上にＡｕワイヤ１２をボンディングする。
【００５８】
上述のようにして得られた本実施例の窒化物系半導体発光素子は、ＡｌＮからなるバッファ層２とｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層４との間にＩｎを含むエッチングマーカー層３を形成することにより、終点検出装置にてＩｎを明確に検出することができるため、非導電性であるバッファ層２のエッチング量を容易に制御することができる。
【００５９】
したがって、本実施例では光出力が大きく信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【００６０】
（実施例２）
図７に本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図を示す。本実施例の窒化物系半導体発光素子は、保持用金属板２９上に順次設置された下地層２８、窒化物系半導体コンタクト層２７、第二導電型窒化物系半導体層２６、ＭＱＷ発光層２５、第一導電型窒化物系半導体層２４、Ｉｎを含むエッチングマーカー層２３、電極２１０、パッド電極２１１およびＡｕワイヤ２１２により構成されている。
【００６１】
ここで、本実施例においてはＩｎを含むエッチングマーカー層２３がＧａを含まないＩｎＮにより構成されていることにより、エッチングマーカー層としての機能がより発揮されることを特徴としている。
【００６２】
以下、本実施例の窒化物系半導体発光素子の作製工程を説明する。まず、図８に示すように、Ｓｉからなる基板２１上にＡｌＮからなるバッファ層２２を厚さ１５０ｎｍ、ｎ型ＩｎＮからなるＩｎを含むエッチングマーカー層２３を厚さ５０ｎｍ、ｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層２４を厚さ５００ｎｍ、ＭＱＷ発光層２５を厚さ４０ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第二導電型窒化物系半導体層２６を厚さ５ｎｍ、ｐ型ＧａＮからなる窒化物系半導体コンタクト層２７を厚さ１５０ｎｍに順次積層したウエハを形成する。
【００６３】
次に、蒸着法により窒化物系半導体コンタクト層２７上に下地層２８としてＰｄを厚さ３０ｎｍに形成し、その上に保持用金属板２９として電解メッキ法によりＡｕを厚さ１００μｍに形成する。
【００６４】
次に、通常のフォト工程を用いて、フッ酸系エッチング液により基板２１を除去し、バッファ層２２を露出させる。
【００６５】
次に、塩素ガスを用いたドライエッチング法、ここでは反応性イオンエッチング法によりバッファ層２２を除去し、Ｉｎを含むエッチングマーカー層２３を露出させる。ここで、完全にＩｎを含むエッチングマーカー層２３を露出させるために、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出してから２０秒間エッチングを持続する。Ｉｎを含むエッチングマーカー層２３が完全に露出された状態でエッチングを完了する。
【００６６】
次に、蒸着法を用いて、発光面となるＩｎを含むエッチングマーカー層２３上に電極２１０として、一辺が９０μｍ角の略四角形状にＴｉを厚さ５ｎｍに形成し、その上にパッド電極２１１としてＡｕを厚さ０．５μｍ形成する。
【００６７】
その後、ウエハを一辺が３５０μｍ角の略四角形状に分割し、保持用金属板２９側をリードフレームのカップ底部にマウントし、パッド電極２１１上にＡｕワイヤ２１２をボンディングする。
【００６８】
上述のようにして得られた本実施例の窒化物系半導体発光素子は、ＡｌＮからなるバッファ層２２とｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層２４との間にＧａを含まないＩｎＮからなるＩｎを含むエッチングマーカー層２３を形成することにより、終点検出装置にてＩｎを明確に検出することができるため、実施例１よりもさらに容易に、非導電性であるバッファ層２２のエッチング量を制御することができる。
【００６９】
したがって、本実施例では、実施例１よりも信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【００７０】
（実施例３）
図９に本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図を示す。本実施例の窒化物系半導体発光素子は、保持用金属板３９上に設置された下地層３８、窒化物系半導体コンタクト層３７、第二導電型窒化物系半導体層３６、ＭＱＷ発光層３５、第一導電型窒化物系半導体層３４、Ａｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１、Ｉｎを含むエッチングマーカー層３３、バッファ層３２、電極３１０、パッド電極３１１およびＡｕワイヤ３１２により構成されている。
【００７１】
ここで、本実施例においてはバッファ層３２およびＩｎを含むエッチングマーカー層３３の一部がエッチングされており、それによって露出したＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１上に電極３１０が形成されることを特徴としている。
【００７２】
以下、本実施例の窒化物系半導体発光素子の作製工程を説明する。まず、Ｓｉからなる基板（図示せず）上にＡｌＮからなるバッファ層３２を厚さ２００ｎｍ、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7ＮからなるＩｎを含むエッチングマーカー層３３を厚さ１００ｎｍ、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9ＮからなるＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１を厚さ１００ｎｍ、ｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層３４を厚さ４００ｎｍ、ＭＱＷ発光層３５を厚さ４０ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる第二導電型窒化物系半導体層３６を厚さ５ｎｍ、ｐ型ＧａＮからなる窒化物系半導体コンタクト層３７を厚さ１５０ｎｍに順次積層したウエハを形成する。
【００７３】
次に、蒸着法を用いて、窒化物系半導体コンタクト層３７上に下地層３８としてＰｄを厚さ３０ｎｍ形成し、その上に電解メッキ法により保持用金属板３９としてＮｉを厚さ８０μｍに形成する。
【００７４】
次に、通常のフォト工程を用いて、上記基板（図示せず）を全面にわたりフッ酸系エッチング液を用いて除去し、バッファ層３２を露出させる。
【００７５】
次に、主たる発光面のほぼ中心に電極３８を形成するために、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチング法によりバッファ層３２およびＩｎを含むエッチングマーカー層３３をエッチングする。ここで、完全にＩｎを含むエッチングマーカー層３３を露出させるために、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出してから２０秒間エッチングを持続する。次にＩｎを含むエッチングマーカー層３３が完全に露出してもさらにエッチングを継続し、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出してから完全にＩｎの信号がなくなるまでエッチングを行ない、Ａｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１を露出させる。
【００７６】
次に、蒸着法を用いて、Ａｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１の露出面上に電極３１０としてＴｉを厚さ５ｎｍに、Ａｌを厚さ５ｎｍに形成し、その上にパッド電極３１１としてＡｕを厚さ０．６μｍ形成する。
【００７７】
その後、ウエハを一辺が３００μｍ角の略四角形状に分割し、保持用金属板３９側をリードフレームのカップ底部にマウントし、パッド電極３１１上にＡｕワイヤ３１２をボンディングする。
【００７８】
上述のようにして得られた本実施例の窒化物系半導体発光素子は、ＡｌＮからなるバッファ層３２とｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9ＮからなるＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１との間にＩｎを含むエッチングマーカー層３３を形成することにより、終点検出装置にてＩｎを明確に検出することができるため、再現性よくＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１を露出させることができる。
【００７９】
なお、本実施例の窒化物系半導体発光素子においては、電極３１０がＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層３４１上にコンタクトしているので、Ｉｎを含むエッチングマーカー層３３はｎ型の導電性を有している必要はなく、高抵抗性、非導電性またはｐ型の導電性を有していてもよい。
【００８０】
（実施例４）
図１０に本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図を示す。本実施例の窒化物系半導体発光素子は、保持用金属板４９上に設置された下地層４８、窒化物系半導体コンタクト層４７、第二導電型窒化物系半導体層４６、ＭＱＷ発光層４５、第一導電型窒化物系半導体層４４、Ａｌを含む第一導電型窒化物系半導体層４４１、Ｉｎを含むエッチングマーカー層４３、バッファ層４２、電極４１０、パッド電極４１１およびＡｕワイヤ４１２により構成されている。
【００８１】
ここで、本実施例においてはバッファ層４２およびＩｎを含むエッチングマーカー層４３の一部がエッチングされており、そのエッチングがＩｎを含むエッチングマーカー層４３の途中で終了されており、そのエッチング終了後に、Ｉｎを含むエッチングマーカー層４３上に電極４１０が形成されることを特徴としている。
【００８２】
以下、本実施例の窒化物系半導体発光素子の作製工程を説明する。まず、Ｓｉからなる基板（図示せず）上にＡｌＮからなるバッファ層４２を厚さ２００ｎｍ、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7ＮからなるＩｎを含むエッチングマーカー層４３を厚さ１００ｎｍ、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＮからなるＡｌを含む第一導電型窒化物系半導体層４４１を厚さ１００ｎｍ、ｎ型ＧａＮからなる第一導電型窒化物系半導体層４４を厚さ３００ｎｍ、ＭＱＷ発光層４５を厚さ４０ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる第二導電型窒化物系半導体層４６を厚さ５ｎｍ、ｐ型ＧａＮからなる窒化物系半導体コンタクト層４７を厚さ１５０ｎｍに順次積層したウエハを形成する。
【００８３】
次に、蒸着法を用いて、窒化物系半導体コンタクト層４７上に下地層４８としてＰｄを厚さ３０ｎｍ、Ａｕを厚さ２００ｎｍに形成し、その上に電解メッキ法により保持用金属板４９としてＮｉを厚さ８０μｍに形成する。
【００８４】
次に、通常のフォト工程を用いて、上記基板（図示せず）を全面にわたりフッ酸系エッチング液を用いて除去し、バッファ層４２を露出させる。
【００８５】
次に、主たる発光面のほぼ中心に電極４１０を形成するために、塩素ガスを用いたドライエッチング法、ここでは反応性イオンエッチング法によりバッファ層４２およびＩｎを含むエッチングマーカー層４３を一部除去する。ここで、ドライエッチング装置の終点検出装置にてＩｎの信号を検出し、Ｉｎを含むエッチングマーカー層４３を露出させた状態でエッチングを終了する。
【００８６】
次に、図１０に示すように、主たる発光面のほぼ中心に露出されたＩｎを含むエッチングマーカー層４３上に、蒸着法を用いて、電極４１０としてＨｆを厚さ３ｎｍに、Ａｌを厚さ２００ｎｍ、Ｔｉを厚さ５０ｎｍに形成し、その上にパッド電極４１１としてＡｕを厚さ０．６μｍ形成する。
【００８７】
その後、ウエハを一辺が３００μｍ角の略四角形状に分割し、保持用金属板４９側をリードフレームのカップ底部にマウントし、パッド電極４１１上にＡｕワイヤ４１２をボンディングする。
【００８８】
上述のようにして得られた本実施例の窒化物系半導体発光素子は、Ｉｎを含むエッチングマーカー層４３のエッチングを途中で終了させる。したがって、軟質な層であるＩｎを含むエッチングマーカー層４３によって、上記エッチングの際に生じるＭＱＷ発光層４５へのダメージを低減することができるだけでなく、Ｉｎを含むエッチングマーカー層４３上に良好なオーミック性を持つ電極４１０を形成する際の歪等から生じるＭＱＷ発光層４５への機械的なダメージを低減することができる。
【００８９】
したがって、本実施例においても、発光する信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【００９０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００９１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、エッチング量を容易に制御することができるため、発光領域が広く光出力が大きい信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することができる。また、基板上に高抵抗性または非導電性のバッファ層を積層した場合にも信頼性の高い窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２】 製造途中の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な概念図である。
【図３】 製造途中の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な概念図である。
【図４】 製造途中の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な概念図である。
【図５】 製造途中の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な概念図である。
【図６】 製造途中の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な概念図である。
【図７】 実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図８】 基板を除去する前の実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図９】 実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１０】 実施例４の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１１】 基板にＳｉを用いた従来の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
１,２１ 基板、２,２２,３２,４２ バッファ層、３,２３,３３,４３ Ｉｎを含むエッチングマーカー層、４,２４,３４,４４ 第一導電型窒化物系半導体層、５,２５,３５,４５ ＭＱＷ発光層、６,２６,３６,４６ 第二導電型窒化物系半導体層、７,２７,３７,４７ 窒化物系半導体コンタクト層、８,２８,３８,４８ 下地層、９,２９,３９,４９ 保持用金属板、１０,２１０,３１０,４１０電極、１１,２１１,３１１,４１１ パッド電極、１２,２１２,３１２,４１２Ａｕワイヤ、３４１,４４１ Ａｌを含む第一導電型窒化物系半導体層、１００ 上部クラッド層、２００ 発光層、３００ 下部クラッド層、４００ バッファ層、５００ Ｓｉ基板、６００ ｐ型パッド電極、７００ ｎ型電極。
Claims (5)
- 基板上にバッファ層、Ｉｎを含むエッチングマーカー層、第一導電型窒化物系半導体層、発光層、第二導電型窒化物系半導体層および保持用金属板を順次形成する工程と、基板およびバッファ層の少なくとも一部をエッチングして除去する際に少なくともＩｎの信号を検出するまでエッチングを行なう工程とを含むことを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- Ｉｎの信号を検出しなくなった後もエッチングを続行して、第一導電型窒化物系半導体層を露出させることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- バッファ層が高抵抗性または非導電性であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- バッファ層の材質がＡｌＮまたはＡｌＧａＮであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 基板がＳｉからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
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