(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-26
(45)【発行日】2022-10-04
(54)【発明の名称】半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/40 20100101AFI20220927BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20220927BHJP
H01L 21/28 20060101ALI20220927BHJP
【ＦＩ】
H01L33/40
H01L33/32
H01L21/28 301B
H01L21/28 301R
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2018214623
(22)【出願日】2018-11-15
(65)【公開番号】P2020087964
(43)【公開日】2020-06-04
【審査請求日】2021-05-27
(73)【特許権者】
【識別番号】000226242
【氏名又は名称】日機装株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(72)【発明者】
【氏名】丹羽 紀隆
(72)【発明者】
【氏名】稲津 哲彦
【審査官】高椋 健司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１３４４２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１１１３７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１３９４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０９６８９９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－０６２９７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１９４２９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１０３７６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０７１０４１７６（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開平１０－１８９６４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－００３４３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／１４８７９５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００１－０７７３５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０８２６１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３３２７５９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２８－２１／２８８
Ｈ０１Ｌ ２１／３２９
Ｈ０１Ｌ ２１／４４－２１／４４５
Ｈ０１Ｌ ２９／４０－２９／４９
Ｈ０１Ｌ ２９／８７２
Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／４６
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上の一部領域に設けられるｎ側電極と、
前記ｎ型半導体層上の前記一部領域とは異なる領域に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層と、を備え、
前記ｎ側電極は、前記ｎ型半導体層上のチタン（Ｔｉ）を含む第１層と、前記第１層上のアルミニウム（Ａｌ）を含む第２層と、前記第２層上の窒化チタン（ＴｉＮ）を含む第３層と、を備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項2】
前記ｎ側電極の上面の算術平均粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項3】
前記第３層は、１０ｎｍ以上の厚さのＴｉＮ層を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項4】
前記第１層の厚さは５ｎｍ以下であり、前記第２層の厚さは３００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項5】
前記第３層は、前記第２層上のＴｉ層と、前記Ｔｉ層上のＴｉＮ層とを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項6】
前記ｎ型半導体層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率が２０％以上であり、前記活性層は、波長３５０ｎｍ以下の紫外光を発するよう構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項7】
ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層上にＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層を形成する工程と、前記ｎ型半導体層上の一部領域が露出するように前記活性層および前記ｎ型半導体層の一部を除去する工程と、
前記ｎ型半導体層の前記一部領域上に、チタン（Ｔｉ）を含む第１層、アルミニウム（Ａｌ）を含む第２層およびチタン（Ｔｉ）を含む第３層を順に形成する工程と、
前記第３層の表面に３００℃以下の温度でアンモニア（ＮＨ３）ガスプラズマ処理を施して窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成する工程と、
前記第１層、前記第２層および前記第３層を５００℃以上６５０℃以下の温度でアニールしてｎ側電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項8】
前記第３層の表面に前記ＴｉＮ層を形成する工程は、３００℃未満の温度でなされることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項9】
前記ｎ側電極の前記ＴｉＮ層上に保護金属層を形成することと、前記ｎ型半導体層上および前記保護金属層上を被覆する保護絶縁層を形成することと、
前記ｎ側電極上の前記保護絶縁層の一部を除去して前記保護金属層を露出させる工程と、
前記保護絶縁層の一部除去により露出した前記保護金属層上にパッド電極を形成する工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項７または８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
深紫外光用の発光素子は、基板上に順に積層される窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系のｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を有する。ｎ型クラッド層上には例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの積層構造を有するｎ側電極が形成される。ｎ型クラッド層とｎ側電極のコンタクト接触抵抗は、ｎ型クラッド層のＡｌＮモル分率が大きくなるほど増加し、良好なオーミック接触が困難になる傾向が知られている。ｎ側電極のコンタクト抵抗を低減させるため、７００℃以上のアニール処理が必要とされる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５５９４５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
アルミニウム（Ａｌ）の融点（約６６０℃）を超える温度でｎ側電極をアニール処理すると、アニール後のｎ側電極の平坦性が低下し、ｎ側電極における紫外光の反射率が低下しうる。
【0005】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、半導体発光素子の信頼性および出力特性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のある態様の半導体発光素子は、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層と、ｎ型半導体層上の一部領域に設けられるｎ側電極と、ｎ型半導体層上の一部領域とは異なる領域に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層と、を備える。ｎ側電極は、ｎ型半導体層上のチタン（Ｔｉ）を含む第１層と、第１層上のアルミニウム（Ａｌ）を含む第２層と、第２層上の窒化チタン（ＴｉＮ）を含む第３層と、を備える。
【0007】
この態様によると、Ａｌを含む第２層の上をＴｉＮを含む第３層で被覆することで、アニール工程やリソグラフィ工程でのＡｌ表面の酸化や腐食を防ぐことができる。これにより、平坦性および反射率の優れたｎ側電極を提供することができ、半導体発光素子の信頼性および出力特性を向上できる。
【0008】
ｎ側電極の上面の算術平均粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以下であってもよい。
【0009】
第３層は、厚さが１０ｎｍ以上のＴｉＮ層を含んでもよい。
【0010】
第１層の厚さは５ｎｍ以下であり、第２層の厚さは３００ｎｍ以上であってもよい。
【0011】
第３層は、第２層上のＴｉ層と、Ｔｉ層上のＴｉＮ層とを含んでもよい。
【0012】
ＴｉＮ層は、Ｔｉ層の表面にアンモニア（ＮＨ３）ガスプラズマ処理を施すことにより形成されてもよい。
【0013】
ｎ型半導体層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率が２０％以上であり、活性層は、波長３５０ｎｍ以下の紫外光を発するよう構成されてもよい。
【0014】
本発明の別の態様は、半導体発光素子の製造方法である。この方法は、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層上にＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層を形成する工程と、ｎ型半導体層上の一部領域が露出するように活性層およびｎ型半導体層の一部を除去する工程と、ｎ型半導体層の一部領域上に、チタン（Ｔｉ）を含む第１層、アルミニウム（Ａｌ）を含む第２層およびチタン（Ｔｉ）を含む第３層を順に形成する工程と、第３層の表面にアンモニア（ＮＨ３）ガスプラズマ処理を施して窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成する工程と、第１層、第２層および第３層を５００℃以上６５０℃以下の温度でアニールしてｎ側電極を形成する工程と、を備える。
【0015】
この態様によると、Ａｌを含む第２層上をＴｉＮ層で被覆することで、アニール工程やリソグラフィ工程でのＡｌ表面の酸化や腐食を防ぐことができる。アンモニアガスプラズマ処理でＴｉＮ層を形成することで、平坦性の優れたＴｉＮ層を形成できる。これにより、平坦性および反射率の優れたｎ側電極を提供することができ、半導体発光素子の信頼性および出力特性を向上できる。
【0016】
第３層の表面にＴｉＮ層を形成する工程は、３００℃未満の温度でなされてもよい。
【0017】
ｎ側電極のＴｉＮ層上に保護金属層を形成する工程と、ｎ型半導体層上および保護金属層上を被覆する保護絶縁層を形成する工程と、ｎ側電極上の保護絶縁層の一部を除去して保護金属層を露出させる工程と、保護絶縁層の一部除去により露出した保護金属層上にパッド電極を形成する工程と、をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、半導体発光素子の信頼性および出力特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】実施の形態に係る半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図2】Ｔｉ層の厚さと紫外光反射率の関係を示すグラフである。
【図3】半導体発光素子の製造工程を概略的に示す図である。
【図4】半導体発光素子の製造工程を概略的に示す図である。
【図5】半導体発光素子の製造工程を概略的に示す図である。
【図6】半導体発光素子の製造工程を概略的に示す図である。
【図7】半導体発光素子の製造工程を概略的に示す図である。
【図8】半導体発光素子の製造工程を概略的に示す図である。
【図9】半導体発光素子の製造工程を概略的に示す図である。
【図10】変形例に係る半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図11】別の変形例に係る半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の発光素子の寸法比と一致しない。
【0021】
図１は、実施の形態に係る半導体発光素子１０の構成を概略的に示す断面図である。半導体発光素子１０は、中心波長λが約３６０ｎｍ以下となる「深紫外光」を発するように構成されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップである。このような波長の深紫外光を出力するため、半導体発光素子１０は、バンドギャップが約３．４ｅＶ以上となる窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料で構成される。本実施の形態では、特に、中心波長λが約２４０ｎｍ～３５０ｎｍの深紫外光を発する場合について示す。
【0022】
本明細書において、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」とは、少なくとも窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体材料のことをいい、窒化インジウム（ＩｎＮ）などの他の材料を含有する半導体材料を含むものとする。したがって、本明細書にいう「ＡｌＧａＮ系半導体材料」は、例えば、Ｉｎ１－ｘ－ｙＡｌｘＧａｙＮ（０≦ｘ＋ｙ＜１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の組成で表すことができ、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）または窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）を含む。本明細書の「ＡｌＧａＮ系半導体材料」は、例えば、ＡｌＮおよびＧａＮのそれぞれのモル分率が１％以上であり、好ましくは５％以上、１０％以上または２０％以上である。
【0023】
また、ＡｌＮを含まない材料を区別するために「ＧａＮ系半導体材料」ということがある。「ＧａＮ系半導体材料」には、ＧａＮやＩｎＧａＮが含まれる。同様に、ＧａＮを含まない材料を区別するために「ＡｌＮ系半導体材料」ということがある。「ＡｌＮ系半導体材料」には、ＡｌＮやＩｎＡｌＮが含まれる。
【0024】
半導体発光素子１０は、基板２０と、バッファ層２２と、ｎ型クラッド層２４と、活性層２６と、電子ブロック層２８と、ｐ型クラッド層３０と、ｎ側電極３２と、ｐ側電極４２と、ｎ側保護金属層３９と、ｐ側保護金属層４９と、保護絶縁層５０と、ｎ側パッド電極５６と、ｐ側パッド電極５８とを備える。
【0025】
基板２０は、半導体発光素子１０が発する深紫外光に対して透光性を有する基板であり、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板である。基板２０は、第１主面２０ａと、第１主面２０ａの反対側の第２主面２０ｂを有する。第１主面２０ａは、バッファ層２２より上の各層を成長させるための結晶成長面となる一主面である。第２主面２０ｂは、活性層２６が発する深紫外光を外部に取り出すための光取出面となる一主面である。変形例において、基板２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であってもよいし、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）基板であってもよい。
【0026】
バッファ層２２は、基板２０の第１主面２０ａの上に形成される。バッファ層２２は、ｎ型クラッド層２４より上の各層を形成するための下地層（テンプレート層）である。バッファ層２２は、例えば、アンドープのＡｌＮ層であり、具体的には高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ－ＡｌＮ；High Temperature AlN）層である。バッファ層２２は、ＡｌＮ層上に形成されるアンドープのＡｌＧａＮ層を含んでもよい。変形例において、基板２０がＡｌＮ基板またはＡｌＧａＮ基板である場合、バッファ層２２は、アンドープのＡｌＧａＮ層のみで構成されてもよい。つまり、バッファ層２２は、アンドープのＡｌＮ層およびＡｌＧａＮ層の少なくとも一方を含む。
【0027】
ｎ型クラッド層２４は、バッファ層２２の上に形成されるｎ型半導体層である。ｎ型クラッド層２４は、ｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｎ型クラッド層２４は、活性層２６が発する深紫外光を透過するように組成比が選択され、例えば、ＡｌＮのモル分率が２５％以上、好ましくは、４０％以上または５０％以上となるように形成される。ｎ型クラッド層２４は、活性層２６が発する深紫外光の波長よりも大きいバンドギャップを有し、例えば、バンドギャップが４．３ｅＶ以上となるように形成される。ｎ型クラッド層２４は、ＡｌＮのモル分率が８０％以下、つまり、バンドギャップが５．５ｅＶ以下となるように形成されることが好ましく、ＡｌＮのモル分率が７０％以下（つまり、バンドギャップが５．２ｅＶ以下）となるように形成されることがより望ましい。ｎ型クラッド層２４は、１μｍ～３μｍ程度の厚さを有し、例えば、２μｍ程度の厚さを有する。
【0028】
ｎ型クラッド層２４は、不純物であるシリコン（Ｓｉ）の濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下となるように形成される。ｎ型クラッド層２４は、Ｓｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上３×１０１９／ｃｍ３以下となるように形成されることが好ましく、７×１０１８／ｃｍ３以上２×１０１９／ｃｍ３以下となるように形成されることが好ましい。ある実施例において、ｎ型クラッド層２４のＳｉ濃度は、１×１０１９／ｃｍ３前後であり、８×１０１８／ｃｍ３以上１．５×１０１９／ｃｍ３以下の範囲である。
【0029】
活性層２６は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で構成され、ｎ型クラッド層２４と電子ブロック層２８の間に挟まれてダブルへテロ接合構造を形成する。活性層２６は、単層または多層の量子井戸構造を有してもよく、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるバリア層と、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される井戸層の積層体で構成されてもよい。活性層２６は、波長３５５ｎｍ以下の深紫外光を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成され、例えば、波長３１０ｎｍ以下の深紫外光を出力できるようにＡｌＮ組成比が選択される。活性層２６は、ｎ型クラッド層２４の第１上面２４ａに形成され、第１上面２４ａの隣の第２上面２４ｂには形成されない。つまり、活性層２６は、ｎ型クラッド層２４の全面に形成されず、ｎ型クラッド層２４の一部領域にのみ形成される。
【0030】
電子ブロック層２８は、活性層２６の上に形成される。電子ブロック層２８は、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。電子ブロック層２８は、ＡｌＮのモル分率が８０％以上となるように形成されてもよく、ＧａＮを含まないＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層は、１ｎｍ～１０ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２ｎｍ～５ｎｍ程度の厚さを有する。電子ブロック層２８は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であってもよい。
【0031】
ｐ型クラッド層３０は、電子ブロック層２８の上に形成されるｐ型半導体層である。ｐ型クラッド層３０は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層３０は、３００ｎｍ～７００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、４００ｎｍ～６００ｎｍ程度の厚さを有する。ｐ型クラッド層３０は、ＡｌＮを含まないｐ型ＧａＮ系半導体材料で形成されてもよい。
【0032】
ｎ側電極３２は、ｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂに形成される。ｎ側電極３２は、第１層３４と、第２層３６と、第３層３８とを含む。第１層３４は、ｎ型クラッド層２４上に接するように設けられ、チタン（Ｔｉ）を含む。第１層３４は、実質的にＴｉのみを含むＴｉ層であってもよい。第２層３６は、第１層３４上に接するように設けられ、アルミニウム（Ａｌ）を含む。第２層３６は、実質的にＡｌのみを含むＡｌ層であってもよい。第３層３８は、チタン（Ｔｉ）層３８ａおよび窒化チタン（ＴｉＮ）層３８ｂを含む。Ｔｉ層３８ａは、第２層３６の上に接するように設けられる。ＴｉＮ層３８ｂは、Ｔｉ層３８ａの上に設けられ、Ｔｉ層３８ａの表面を被覆するように設けられる。
【0033】
第１層３４の厚さは１ｎｍ～１０ｎｍ程度であり、５ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以下であることがより好ましい。第１層３４の厚さを小さくすることで、ｎ型クラッド層２４から見たときのｎ側電極３２の紫外光反射率を高めることができる。第２層３６の厚さは１００ｎｍ～１０００ｎｍ程度であり、２００ｎｍ以上であることが好ましく、３００ｎｍ以上であることがより好ましい。第２層３６の厚さを大きくすることで、第２層３６の紫外光反射率を高めることができる。第３層３８の厚さは２０ｎｍ～５００ｎｍ程度であり、３０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることがより好ましい。第３層３８の厚さを大きくすることで、第２層３６の表面を好適に被覆し、ｎ側電極３２のアニール時にＡｌの酸化を防ぐことができる。
【0034】
図２は、第１層３４（Ｔｉ層）の厚さと紫外光反射率の関係を示すグラフであり、Ｔｉ層の厚さとアニール温度を変化させた場合のｎ側電極３２の紫外光反射率の変化を示している。図示されるように、加熱前に比べて加熱後においてｎ側電極３２の反射率が低下する傾向が見られ、特にＡｌの融点を超える７００℃のアニール後では紫外光反射率が顕著に低下することが分かる。また、Ｔｉ層の厚さを５ｎｍ以下または２ｎｍ以下とすることにより、紫外光反射率のより高いｎ側電極３２が得られることが分かる。
【0035】
ｎ側電極３２には、紫外光反射率の低下の要因となりうる金（Ａｕ）が含まれないことが好ましい。
【0036】
図１に戻り、ｐ側電極４２は、ｐ型クラッド層３０上に接するように設けられる。ｐ側電極４２は、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により形成される。透明電極層４２の厚さは２０ｎｍ～５００ｎｍ程度であり、５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。
【0037】
ｎ側保護金属層３９は、ｎ側電極３２の上に設けられ、第３層３８（ＴｉＮ層３８ｂ）と接する。ｐ側保護金属層４９は、ｐ側電極４２の上に設けられ、ｐ側電極４２と接する。保護金属層３９，４９は、保護絶縁層５０との密着性の高い金属材料で形成され、単一金属膜または金属積層膜で構成される。保護金属層３９，４９は、ｎ側開口５２およびｐ側開口５４を形成するためのドライエッチング工程でのストップ層として機能し、エッチングガスに対する耐性の高い金属材料で構成されることが好ましい。保護金属層３９，４９の材料として、例えば白金族金属を用いることができ、パラジウム（Ｐｄ）を用いることができる。保護金属層３９，４９の厚みは、５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【0038】
保護絶縁層５０は、ｎ側保護金属層３９およびｐ側保護金属層４９の上と、ｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂおよびｐ型クラッド層３０の露出面とを被覆するように設けられる。保護絶縁層５０は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）または窒化シリコン（ＳｉＮ）などの絶縁性材料で構成される。保護絶縁層５０の厚さは２０ｎｍ～５００ｎｍ程度であり、５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【0039】
保護絶縁層５０には、ｎ側保護金属層３９の一部が露出するｎ側開口５２と、ｐ側保護金属層４９の一部が露出するｐ側開口５４とが設けられる。ｎ側パッド電極５６は、ｎ側保護金属層３９上のｎ側開口５２に設けられ、ｎ側保護金属層３９と接する。ｐ側パッド電極５８は、ｐ側保護金属層４９上のｐ側開口５４に設けられ、ｐ側保護金属層４９と接する。
【0040】
ｎ側パッド電極５６およびｐ側パッド電極５８は、半導体発光素子１０をパッケージ基板等に実装する際にボンディング接合される部分である。ｎ側パッド電極５６およびｐ側パッド電極５８は、耐腐食性の観点から金（Ａｕ）を含むように構成され、例えば、ニッケル（Ｎｉ）／Ａｕ、チタン（Ｔｉ）／ＡｕまたはＴｉ／白金（Ｐｔ）／Ａｕの積層構造で構成される。パッド電極５６，５８が金錫（ＡｕＳｎ）で接合される場合、その接合のためのＡｕＳｎ層をパッド電極５６，５８が含んでもよい。
【0041】
つづいて、半導体発光素子１０の製造方法について説明する。図３～図９は、半導体発光素子１０の製造工程を概略的に示す図である。図３において、まず、基板２０の第１主面２０ａの上にバッファ層２２、ｎ型クラッド層２４、活性層２６、電子ブロック層２８、ｐ型クラッド層３０が順に形成される。
【0042】
基板２０は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板であり、ＡｌＧａＮ系半導体材料を形成するための成長基板である。例えば、サファイア基板の（０００１）面上にバッファ層２２が形成される。バッファ層２２は、例えば、高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ－ＡｌＮ）層と、アンドープのＡｌＧａＮ（ｕ－ＡｌＧａＮ）層とを含む。ｎ型クラッド層２４、活性層２６、電子ブロック層２８およびｐ型クラッド層３０は、ＡｌＧａＮ系半導体材料、ＡｌＮ系半導体材料またはＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、有機金属化学気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などの周知のエピタキシャル成長法を用いて形成できる。
【0043】
次に、ｐ型クラッド層３０の上に露出領域Ｗ１を除いて第１マスク１２が形成される。第１マスク１２は、例えばフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされる。つづいて、第１マスク１２が形成されていない露出領域Ｗ１のｐ型クラッド層３０、電子ブロック層２８、活性層２６およびｎ型クラッド層２４の一部が除去される。これにより、露出領域Ｗ１にｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂ（露出面）が形成される。ｎ型クラッド層２４の露出面を形成する工程では、ドライエッチング１４により各層を除去できる。例えば、エッチングガスのプラズマ化による反応性イオンエッチングを用いることができ、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ；Inductive Coupled Plasma）エッチングを用いることができる。その後、第１マスク１２が除去される。
【0044】
次に、図４に示すように、ｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂ（露出面）のｎ側電極領域Ｗ２を除いて第２マスク１６が形成される。ｎ側電極領域Ｗ２は、第２上面２４ｂの露出領域Ｗ１よりも狭い領域である。第２マスク１６は、例えばフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされる。つづいて、ｎ側電極領域Ｗ２におけるｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂに第１層３４、第２層３６およびＴｉ層３８ａが順に積層される。第１層３４、第２層３６およびＴｉ層３８ａのそれぞれは、スパッタリング法または電子ビーム（ＥＢ）蒸着法で形成できる。この時点において、ＴｉＮ層３８ｂは形成されていない。言いかえれば、ＴｉＮ層３８ｂは、スパッタリング法や電子ビーム（ＥＢ）蒸着法では形成されない。その後、第２マスク１６が除去される。
【0045】
つづいて、図５に示すように、Ｔｉ層３８ａの表面をアンモニア（ＮＨ３）ガスプラズマ４０で処理することでＴｉ層３８ａの表面に窒素（Ｎ）原子を供給し、Ｔｉ層３８ａの表面を窒化させる。これにより、Ｔｉ層３８ａの表面にＴｉＮ層３８ｂが形成される。ＴｉＮ層３８ｂを形成するためのプラズマ処理の温度は、Ａｌの融点（約６６０℃）未満であることが好ましく、例えば３００℃未満であることがより好ましい。このような比較的低温でのプラズマ処理によりＴｉＮ層３８ｂを形成すると、もとのＴｉ層３８ａの表面の平坦性が維持される。プラズマ処理直後のＴｉＮ層３８ｂの表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、５ｎｍ以下であり、例えば２ｎｍ以下または１ｎｍ以下である。ＴｉＮ層３８ｂの厚さは、５ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることが好ましい。なお、ＴｉＮ層３８ｂは、ｎ側電極３２の側面３２ｂの少なくとも一部に形成されてもよい。
【0046】
つづいて、ｎ側電極３２にアニール処理が施される。ｎ側電極３２のアニール処理は、Ａｌの融点（約６６０℃）未満の温度で実行され、５００℃以上６５０℃以下の温度で実行されることが好ましい。このような温度でアニール処理を施すことにより、ｎ側電極３２のコンタクト抵抗を０．１Ω・ｃｍ２以下にするとともに、ｎ側電極３２の平坦性および紫外光反射率を高めることができる。第２層３６（Ａｌ層）の上を第３層３８で被覆した状態でアニール処理を施すことにより、アニール処理によるＡｌ層の酸化を防ぐことができ、ｎ側電極３２の平坦性をより高めることができる。具体的には、ｎ側電極３２の上面３２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を５ｎｍ以下とすることができ、例えば１ｎｍ～３ｎｍ程度の表面粗さを実現できる。
【0047】
つづいて、図６に示すように、ｐ型クラッド層３０の上のｐ側電極領域Ｗ３を除いて第３マスク１８が形成される。ｐ側電極領域Ｗ３は、ｐ型クラッド層３０の上面よりも狭い領域である。第３マスク１８は、例えばフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされる。つづいて、ｐ側電極領域Ｗ３のｐ型クラッド層３０の上にｐ側電極４２が形成される。ｐ側電極４２は、スパッタリング法または電子ビーム（ＥＢ）蒸着法で形成できる。その後、第３マスク１８が除去される。
【0048】
次に、図７に示すように、ｎ側電極領域Ｗ２およびｐ側電極領域Ｗ３に対応する保護領域Ｗ４ｎ，Ｗ４ｐを除いて第４マスク１９が形成される。第４マスク１９は、例えばフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされる。第４マスク１９の保護領域Ｗ４ｎ，Ｗ４ｐは、ｎ側電極領域Ｗ２およびｐ側電極領域Ｗ３と厳密に一致してもよいし、ｎ側電極領域Ｗ２およびｐ側電極領域Ｗ３と部分的に重複するようにずれていてもよい。つづいて、保護領域Ｗ４ｎのｎ側電極３２（ＴｉＮ層３８ｂ）の上にｎ側保護金属層３９が形成され、保護領域Ｗ４ｐのｐ側電極４２の上にｐ側保護金属層４９が形成される。保護金属層３９，４９は、スパッタリング法や電子ビーム（ＥＢ）蒸着法を用いて形成できる。その後、第４マスク１９が除去される。
【0049】
つづいて、図８に示すように、保護絶縁層５０が形成される。保護絶縁層５０は、素子構造の上面の全体を被覆するように形成される。保護絶縁層５０は、ｎ側保護金属層３９およびｐ側保護金属層４９の上を被覆し、かつ、ｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂおよびｐ型クラッド層３０の上を被覆する。
【0050】
次に、図９に示すように、保護絶縁層５０の一部を除去することによりｎ側開口５２およびｐ側開口５４が形成される。保護絶縁層５０は、ＣＦ系のエッチングガスを用いてドライエッチングすることができ、例えば、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）を用いることができる。このドライエッチング工程にて、ｎ側保護金属層３９およびｐ側保護金属層４９がストップ層として機能し、その下のｎ側電極３２およびｐ側電極４２へのダメージを防ぐことができる。
【0051】
つづいて、ｎ側保護金属層３９上のｎ側開口５２にｎ側パッド電極５６を形成し、ｐ側保護金属層４９上のｐ側開口５４にｐ側パッド電極５８を形成する。パッド電極５６，５８は、例えば、まず、Ｎｉ層またはＴｉ層を堆積し、その上にＡｕ層を堆積することで形成できる。Ａｕ層の上にさらに別の金属層が設けられてもよく、例えば、Ｓｎ層、ＡｕＳｎ層、Ｓｎ／Ａｕの積層構造を形成してもよい。
【0052】
以上の工程により、図１の半導体発光素子１０ができあがる。本実施の形態によれば、ｎ側電極３２のアニール処理時にｎ側電極３２の上面３２ａをＴｉＮ層３８ｂで被覆することにより、ｎ側電極３２の上面３２ａの酸化を防ぐことができる。また、ｎ側電極３２の上面３２ａに酸化物が形成されないため、その後の第３マスク１８や第４マスク１９を形成するためのフォトリソグラフィ工程に用いる薬液による酸化物の腐食を防止できる。その結果、ｎ側電極３２の上面３２ａの酸化や腐食による平坦性の低下を好適に防止できる。
【0053】
例えば、ｎ側電極の第２層３６の上にＴｉ層３８ａおよびＴｉＮ層３８ｂが設けられない比較例の場合、アニール時に第２層３６に含まれるアルミニウム（Ａｌ）が酸化して酸化アルミニウムが形成され、その後のフォトリソグラフィ工程にて酸化アルミニウムが腐食されうる。また、ｎ側電極の第２層３６の上にＴｉ層３８ａのみが設けられ、ＴｉＮ層３８ｂが設けられない比較例の場合、アニール時にＴｉ層３８ａの表面が酸化して酸化チタンが形成され、その後のフォトリソグラフィ工程にて酸化チタンが腐食しうる。いずれの比較例においてもｎ側電極の上面で酸化や腐食が発生しうるため、電極表面の平坦性が低下し、電極表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が５ｎｍを超えてしまう。ｎ側電極の上面の平坦性が５ｎｍを超えると、保護絶縁層による絶縁性やパッド電極との接触性が不良となり、半導体発光素子が点灯しない不具合が生じうる。
【0054】
一方、本実施の形態によれば、平坦性の高いｎ側電極３２の上面３２ａにｎ側保護金属層３９、保護絶縁層５０およびｎ側パッド電極５６が形成されるため、絶縁不良や接触不良などの不具合を好適に防止できる。したがって、本実施の形態によれば、半導体発光素子１０の信頼性を高めることができる。また、高反射率のｎ側電極３２を実現することにより、半導体発光素子１０の出力特性を向上させることができる。
【0055】
本実施の形態によれば、プラズマ処理によりＴｉＮ層３８ｂを形成することで、ｎ側電極３２の上面３２ａの平坦性を高めることができる。ＴｉＮ層を形成する方法として、スパッタリング法などの成膜技術も考えられる。しかしながら、スパッタリングによりＴｉＮ膜を形成すると、表面に粒状構造が形成されるために平坦性が悪化しうる。その結果、５ｎｍ以下の算術平均粗さ（Ｒａ）を実現することが難しくなる。一方、本実施の形態によれば、平坦性の高いＴｉ金属膜を形成した後に、表面の平坦性を維持したまま窒化させることができるため、平坦性の優れたｎ側電極３２を実現できる。
【0056】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上述の実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【0057】
図１０は、変形例に係る半導体発光素子１１０の構成を概略的に示す断面図である。本変形例では、ｎ側電極１３２の第３層１３８が第１層３４および第２層３６の双方の側面を被覆するように設けられる点で上述の実施の形態と相違する。第３層１３８は、Ｔｉ層１３８ａと、ＴｉＮ層１３８ｂとを含む。Ｔｉ層１３８ａは、第１層（Ｔｉ層）３４および第２層（Ａｌ層）３６の側面と、第２層３６の上面とを被覆するように設けられる。ＴｉＮ層１３８ｂは、Ｔｉ層１３８ａの表面、つまり、Ｔｉ層１３８ａの側面および上面を被覆するように設けられる。本変形例においても、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【0058】
図１１は、別の変形例に係る半導体発光素子２１０の構成を概略的に示す断面図である。本変形例に係るｎ側電極２３２は、Ｔｉを含む第１層２３４と、Ａｌを含む第２層２３６と、Ｔｉを含む第３層２３８と、窒化物層２４０とを含む。第１層２３４、第２層２３６および第３層２３８は、ｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂに順に積層される。窒化物層２４０は、ｎ側電極２３２の上面および側面を被覆するように設けられ、第１層２３４の側面を被覆する第１部分と、第２層２３６の側面を被覆する第２部分と、第３層２３８の側面および上面を被覆する第３部分とを有する。窒化物層２４０の第１部分はＴｉＮ層であり、窒化物層２４０の第２部分はＡｌＮ層であり、窒化物層２４０の第３部分はＴｉＮ層である。窒化物層２４０は、第１層２３４、第２層２３６および第３層２３８のそれぞれの表面をアンモニアガスプラズマ処理で窒化させることにより形成できる。本変形例においても、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【0059】
なお、図１０および図１１に示す変形例においても、ｎ側電極１３２，２３２とｎ側パッド電極５６の間にｎ側保護金属層３９が設けられてもよい。また、ｐ側電極４２とｐ側パッド電極５８の間にｐ側保護金属層４９が設けられてもよい。
【0060】
上述の実施の形態および変形例では、ｎ側電極の第３層がＴｉ層とＴｉＮ層の積層構造で構成される場合について示した。さらなる変形例では、ｎ側電極の第３層が実質的にＴｉＮ層のみで構成されてもよい。例えば、第３層のＴｉＮ層に比べて厚さの小さいＴｉ層が残存し、実質的にＴｉ層が含まれていなくてもよい。この場合、第３層のＴｉＮ層の厚さは５ｎｍ以上または１０ｎｍ以上であるのに対し、第３層のＴｉ層は１０ｎｍ未満または５ｎｍ未満（例えば、１ｎｍ～３ｎｍ程度）であってもよい。
【符号の説明】
【0061】
１０…半導体発光素子、２４…ｎ型クラッド層、２６…活性層、３２…ｎ側電極、３４…第１層、３６…第２層、３８…第３層、３８ａ…Ｔｉ層、３８ｂ…ＴｉＮ層、４２…ｐ側電極、５０…保護絶縁層。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】