(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体発光素子を作製する方法であって、
活性層を含む半導体積層上に、III族窒化物半導体層をエピタキシャルに成長する工程と、
前記III族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長して基板生産物を形成する工程と、
前記III族窒化物リフトオフ層にリッジ構造のためのパターンを形成するためのマスクを前記III族窒化物リフトオフ層上に形成する工程と、
前記III族窒化物リフトオフ層及び前記III族窒化物半導体層に前記マスクの前記パターンを転写して、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成する工程と、
前記マスク、前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及び前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する工程と、
前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を前記絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去して、リフトオフ法により、開口を有するようにパターン形成された絶縁膜を形成すると共に前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域を前記開口に露出させる工程と、
を備え、
前記絶縁膜の屈折率は前記III族窒化物半導体層の屈折率より小さく、
前記III族窒化物リフトオフ層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、
前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、前記III族窒化物半導体層の成長温度より低く、前記エッチャントによるエッチングにおいて、前記III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度は前記絶縁膜のエッチング速度より大きい、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記III族窒化物リフトオフ層は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一つを含む、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記III族窒化物リフトオフ層は、ＩｎＸＡｌＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ＜１、０＜Ｙ≦１、０＜Ｘ＋Ｙ≦１）を含み、
前記III族窒化物リフトオフ層のアルミニウム組成Ｙは０．５以上１．０以下である、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された方法。
【請求項４】
III族窒化物リフトオフ層を成長する前記工程において、前記III族窒化物リフトオフ層は非単結晶III族窒化物を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
III族窒化物リフトオフ層を成長する前記工程において、前記III族窒化物リフトオフ層は多結晶III族窒化物及びアモルファスIII族窒化物の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、摂氏２００度より大きく摂氏６００度より小さい、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、摂氏３００度より大きく摂氏５００度より小さい、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された方法。
【請求項８】
前記絶縁膜はシリコン系無機化合物を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された方法。
【請求項９】
前記絶縁膜は、シリコン酸化物、シリコン窒化物及びシリコン酸窒化物の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１０】
前記III族窒化物リフトオフ層の厚さは１０００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１１】
前記III族窒化物リフトオフ層の厚さは５０ｎｍより大きく４００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１２】
前記III族窒化物半導体層の成長は成長炉を用いて行われ、
前記III族窒化物リフトオフ層の成長は前記成長炉を用いて行われ、
当該方法は、前記III族窒化物半導体層上に前記III族窒化物リフトオフ層を成長した後に、前記成長炉から前記基板生産物を取り出す工程と、
前記リフトオフ法の適用の後に、前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の露出面上に電極を形成する工程と、
を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１３】
前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の前記露出面と前記電極との接触抵抗は、１×１０−３Ω・ｃｍ未満である、ことを特徴とする請求項１２に記載された方法。
【請求項１４】
前記III族窒化物半導体層の主面は、半極性面及び無極性面のいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１５】
前記III族窒化物半導体層の主面は、前記III族窒化物半導体層のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲の傾斜角で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１６】
前記III族窒化物半導体層の主面は、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲の傾斜角で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１７】
前記III族窒化物半導体層の主面は極性面を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１８】
III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法であって、
基板上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャルに成長する工程と、
前記III族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長して基板生産物を形成する工程と、
前記III族窒化物リフトオフ層にパターンを形成するためのマスクを前記III族窒化物リフトオフ層上に形成する工程と、
前記III族窒化物リフトオフ層及び前記窒化物半導体層に前記マスクの前記パターンを転写して、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成する工程と、
前記マスク、前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及び前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する工程と、
リフトオフ法により前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を前記絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去して、開口を有するようにパターン形成された絶縁膜を形成すると共に前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の露出面を前記開口に露出させる工程と、
前記リフトオフ法の適用の後に、前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の前記露出面上に電極を形成する工程と、
を備え、
前記III族窒化物リフトオフ層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、
前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、前記III族窒化物半導体層の成長温度より低く、前記エッチャントによるエッチングにおいて、前記III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度は前記絶縁膜のエッチング速度より大きい、ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記絶縁膜はシリコン系無機化合物を含み、
III族窒化物リフトオフ層を成長する前記工程において、前記III族窒化物リフトオフ層は非結晶III族窒化物を含む、ことを特徴とする請求項１８に記載された方法。
【請求項２０】
前記III族窒化物半導体層の成長は成長炉を用いて行われ、
前記III族窒化物リフトオフ層の成長は前記成長炉を用いて行われ、
当該方法は、前記III族窒化物半導体層及び前記III族窒化物リフトオフ層の成長の後に、前記成長炉から前記基板生産物を取り出す工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法、III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法、及びIII族窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、窒化物半導体素子、及びその製造方法が記載されている。この窒化物半導体素子では、第１の半導体層の直上に形成される極性反転層と、この極性反転層の直上に形成される第２の半導体層とを備える。第２の半導体層は、ウエットエッチングによりエッチングされる極性を有し、第１の半導体層は第２の半導体のウエットエッチングに対するエッチング停止層にとなる極性を有する。
【０００３】
特許文献２には、III族窒化物半導体素子、及びその製造方法が記載されている。この窒化物半導体素子では、電流狭窄層のための非結晶層を低温堆積（例えば摂氏４００度）により形成した後に、電流の通路のための開口を非結晶層に形成する。この後に、非結晶層の堆積温度より高い温度（例えば摂氏１０００度）でｐ型クラッド層を成長すると共にこのｐ型クラッド層上に他の層を成長する。この成長中に、非結晶層は結晶層に変換される。
【０００４】
特許文献３には、半導体装置の製造方法が記載されている。この製造方法によれば、活性領域の露出面にダメージを与えることなく、III−Ｖ族窒化物半導体を用いた半導体装置の電流狭窄部を形成できる。半導体装置は、ｎ型のIII−Ｖ族窒化物半導体からなる第１半導体層と、ｐ型のIII−Ｖ族窒化物半導体からなる第２半導体層と、この間に設けられIII-Ｖ族窒化物半導体からなる発光層を含む。該第２半導体層の酸化により、酸化領域が形成される。酸化領域は電流狭窄のために第２半導体層における両側部に形成される。第２半導体層及び酸化領域の全面にｐ側電極が形成される。
【０００５】
特許文献４には、絶縁物からなる第１の膜（ＳｉＯ２）及び第２の膜（ＺｒＯ２）を窒化ガリウム系半導体層上に形成すると共に、これら２層膜を用いて窒化ガリウム系半導体層に凹部を形成する。第２の膜（ＺｒＯ２）のエッチング速度は、弗素含有エッチャント及び塩素含有エッチャントに対するエッチングに関して、第１の膜（ＳｉＯ２）のエッチング速度より小さい。この後に、弗素含有エッチャントに対するエッチング速度が第１の膜（ＳｉＯ２）より小さい第３の膜（ＺｒＯ２）を第２の膜（ＺｒＯ２）及び凹部に形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６−０１３６９８号公報
【特許文献２】特開２００３−０７８２１５号公報
【特許文献３】特開２００３−２８３０５２号公報
【特許文献４】特開２００４−１１９７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１における発明は、互いに反対向き極性を有する六方晶系窒化ガリウムがウエットエッチングにおいて異なるエッチング速度を示すことを利用している。しかしながら、反対向き極性を有する六方晶系窒化ガリウム層を積層することは容易ではない。
【０００８】
特許文献２における発明は、非結晶層の成長とこの後に結晶層への非結晶層の変換とを行う。非結晶層から変換された結晶層が、完成物の半導体組成内に残存する。
【０００９】
特許文献３における発明では、電流狭窄のための構造を形成するために、マスクを用いて窒化ガリウム系半導体を酸素雰囲気中で酸化する。結果として形成される絶縁物は、窒化ガリウム系半導体の構成元素の酸化物に限定される。
【００１０】
特許文献４における発明では、リッジ形成のためのリフトオフ工程でエッチングされる第１の膜はＳｉＯ２からなる。最終的にデバイス上に残存する第３の膜は、弗素含有エッチャントを用いるエッチングにおいて、第１の膜のエッチング速度より小さい材料に限定される。リフトオフの際にエッチングされる第１の膜がＳｉＯ２からなるで、第３の膜としてシリコン酸化物を用いることはできない。
【００１１】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で形成できる、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で形成できると共に、該露出エリア上に良好な接触特性で電極を形成できる、III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で位置合わせされた電極を有するIII族窒化物半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面に係る発明は、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）活性層を含む半導体積層上に、III族窒化物半導体層をエピタキシャルに成長する工程と、（ｂ）前記III族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長して基板生産物を形成する工程と、（ｃ）前記III族窒化物リフトオフ層にリッジ構造のためのパターンを形成するためのマスクを前記III族窒化物リフトオフ層上に形成する工程と、（ｄ）前記III族窒化物リフトオフ層及び前記III族窒化物半導体層に前記マスクの前記パターンを転写して、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成する工程と、（ｅ）前記マスク、前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及び前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する工程と、（ｆ）前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を前記絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去して、リフトオフ法により、開口を有するようにパターン形成された絶縁膜を形成すると共に前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域を前記開口に露出させる工程とを備える。前記絶縁膜の屈折率は前記III族窒化物半導体層の屈折率より小さく、前記III族窒化物リフトオフ層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、前記III族窒化物半導体層の成長温度より低く、前記エッチャントによるエッチングにおいて、前記III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度は前記絶縁膜のエッチング速度より大きい。
【００１３】
この方法によれば、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成した後に、マスク、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する。この後に、リフトオフ法により、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去する。III族窒化物リフトオフ層の成長温度をIII族窒化物半導体層の成長温度より低くして、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。これ故に、リフト工程により、絶縁膜は、開口を有するようにパターン形成され、この開口にセルフアライン（自己整合的）にIII族窒化物半導体領域が露出される。
【００１４】
また、基板生産物の形成では、III族窒化物半導体層上に類似のIII族窒化物からなるリフトオフ層を成長するので、III族窒化物半導体層は、リフトオフ工程で露出されるまで類似のIII族窒化物リフトオフ層により覆われている。これ故に、III族窒化物半導体層の露出面へ良好な保護が提供される。
【００１５】
さらに、III族窒化物半導体層の屈折率より小さい屈折率の絶縁膜の開口に、リッジ構造のためにパターン形成されたIII族窒化物半導体領域が露出されるので、良好な電流閉じ込め性及び光閉じ込め性を有するIII族窒化物半導体発光素子を作製できる。
【００１６】
本発明の一側面に係る方法では、前記III族窒化物半導体層の成長は成長炉を用いて行われることが良く、前記III族窒化物リフトオフ層の成長は前記成長炉を用いて行われることが良い。当該方法は、前記III族窒化物半導体層上に前記III族窒化物リフトオフ層を成長した後に、前記成長炉から前記基板生産物を取り出す工程と、前記リフトオフ法の適用の後に、前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の露出面上に電極を形成する工程とを更に備えることができる。
【００１７】
この方法によれば、成長炉を用いてIII族窒化物半導体層を成長した後に、この成長炉を用いてIII族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長できる。これ故に、III族窒化物リフトオフ層は、電極が接触を成すIII族窒化物半導体領域の表面全体を覆っている。成長炉から基板生産物が取り出されたとき、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域において露出面となるエリアが、大気にさらされることはない。
【００１８】
本発明の別の側面に係る発明は、III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法である。この方法は、（ａ）基板上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャルに成長する工程と、（ｂ）前記III族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長して基板生産物を形成する工程と、（ｃ）前記III族窒化物リフトオフ層にパターンを形成するためのマスクを前記III族窒化物リフトオフ層上に形成する工程と、（ｄ）前記III族窒化物リフトオフ層及び前記窒化物半導体層に前記マスクの前記パターンを転写して、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成する工程と、（ｅ）前記マスク、前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及び前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する工程と、（ｆ）前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を前記絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去して、リフトオフ法により、開口を有するようにパターン形成された絶縁膜を形成すると共に前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の露出面を前記開口に露出させる工程と、（ｇ）前記リフトオフ法の適用の後に、前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の前記露出面上に電極を形成する工程を備える。前記III族窒化物リフトオフ層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、前記III族窒化物半導体層の成長温度より低く、前記エッチャントによるエッチングにおいて、前記III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度は前記絶縁膜のエッチング速度より大きい。
【００１９】
この方法によれば、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成した後に、マスク、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する。この後に、リフトオフ法により、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去する。III族窒化物リフトオフ層の成長温度をIII族窒化物半導体層の成長温度より低くして、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。これ故に、リフトオフ工程により、絶縁膜は、開口を有するようにパターン形成され、この開口にセルフアライン（自己整合的）にIII族窒化物半導体領域が露出される。
【００２０】
また、自己整合的に規定された露出面上に電極を形成するので、コンタクト面積を制御性良く規定できる。
【００２１】
さらに、基板生産物の形成では、III族窒化物半導体層上に類似のIII族窒化物リフトオフ層を成長する。III族窒化物半導体層は、リフトオフ工程で露出されるまで類似のIII族窒化物リフトオフ層により覆われているので、この方法によれば、III族窒化物半導体層の露出面へ良好な保護が提供される。
【００２２】
上記の側面における方法では、前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の前記露出面と前記電極との接触抵抗は１×１０−３Ω・ｃｍ未満であることができる。
【００２３】
この方法によれば、成長炉を用いてIII族窒化物半導体層を成長した後に、この成長炉を用いてIII族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長できる。これ故に、III族窒化物リフトオフ層は、電極が接触を成すIII族窒化物半導体領域の表面全体を覆っている。成長炉から基板生産物が取り出されたとき、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域において露出面となるエリアが、大気にさらされることはない。このため、露出面に残存する酸素の濃度を低減できる。この結果、コンタクト抵抗のばらつきを低減して、コンタクト抵抗の安定性を増すことができる。
【００２４】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。
【００２５】
この方法によれば、III族窒化物リフトオフ層がIII族構成元素としてアルミニウムを含むとき、リフトオフのためのエッチングにおいて所定のエッチャントを用いて所望の選択比を得ることができる。
【００２６】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層は、ＩｎＸＡｌＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ＜１、０＜Ｙ≦１、０＜Ｘ＋Ｙ≦１）を含み、前記III族窒化物リフトオフ層のアルミニウム組成Ｙは０．５以上１．０以下であることが好ましい。
【００２７】
この方法によれば、III族窒化物リフトオフ層が上記のＡｌ組成範囲を有するとき、このIII族窒化物リフトオフ層のウエットエッチングが容易である。
【００２８】
上記の側面における方法では、III族窒化物リフトオフ層を成長する前記工程において、前記III族窒化物リフトオフ層は非単結晶III族窒化物を含む、ことが好ましい。
【００２９】
この方法によれば、III族窒化物リフトオフ層の成長温度をIII族窒化物半導体層の成長温度より低くして、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。
【００３０】
上記の側面における方法では、III族窒化物リフトオフ層を成長する前記工程において、前記III族窒化物リフトオフ層は、III族窒化物微結晶、III族窒化物多結晶及びIII族窒化物アモルファスの少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらの成長物は、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。
【００３１】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、摂氏２００度より大きく摂氏６００度より小さいことが好ましい。
【００３２】
この方法によれば、III族窒化物半導体層の成長温度が上記の温度範囲内であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。
【００３３】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、摂氏３００度より大きく摂氏５００度より小さいことが好ましい。
【００３４】
この方法によれば、III族窒化物半導体層の成長温度が上記の温度範囲内であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。
【００３５】
上記の側面における方法では、前記絶縁膜はシリコン系無機化合物を含むことが好ましい。シリコン系無機化合物がIII族窒化物の表面安定化のために好適である。上記の側面における方法では、前記絶縁膜は、シリコン酸化物、シリコン窒化物及びシリコン酸窒化物の少なくともいずれかを含むことができる。これらのシリコン系無機化合物を用いて、セルフアラインコンタクトを形成できる。
【００３６】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層の厚さは０ｎｍより大きい。また、前記III族窒化物リフトオフ層の厚さは１０００ｎｍ以下である。更に好ましくは、上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層の厚さは５０ｎｍより大きい。また、前記III族窒化物リフトオフ層の厚さは４００ｎｍ以下である。
【００３７】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は、半極性面を含むことができる。この方法によれば、絶縁膜の開口に半極性面をセルフアラインに露出させることができる。上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は無極性面のいずれかを含むことができる。この方法によれば、絶縁膜の開口に無極性面をセルフアラインに露出させることができる。
【００３８】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は、前記III族窒化物半導体層のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。１０度未満及び１７０度を越える角度では、極性面に起因する性質が露出面に強くなる。また、８０度を越える或いは１００度未満の角度では、無性面に起因する性質が露出面に強くなる。
【００３９】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は、前記III族窒化物半導体層のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して８０度を越える或いは１００度未満の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。８０度〜１００度未満の角度範囲では、無極性面に近い性質を利用できる。
【００４０】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面の前記傾斜角は、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることが好ましい。
【００４１】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は極性面を含むことができる。この方法によれば、絶縁膜の開口に極性面をセルフアラインに露出させることができる。
【００４２】
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は、前記III族窒化物半導体層のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して１０度未満或いは１７０度を越える角度の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。１０度未満及び１７０度を越える角度では、極性面に近い性質を利用できる。
【００４３】
本発明の更なる別の側面に係る発明は、セルフアラインコンタクトを有するIII族窒化物半導体素子である。このIII族窒化物半導体素子は、（ａ）第１及び第２の部分を含む第１のIII族窒化物半導体部と、前記第２の部分上に位置すると共に側面及び上面を有する凸形状の第２のIII族窒化物半導体部とを含むIII族窒化物半導体層と、（ｂ）前記第１のIII族窒化物半導体部の前記第１の部分上に設けられると共に前記第２のIII族窒化物半導体部の前記側面にわたって接触を成す絶縁層と、（ｃ）前記III族窒化物半導体層及び前記絶縁層上に設けられた第１の電極とを備える。前記第１の電極は、前記第２のIII族窒化物半導体部の前記上面にわたって接触を成すと共に、前記絶縁層の表面上設けられ、前記絶縁層はシリコン系無機化合物を含む。
【００４４】
このIII族窒化物半導体素子によれば、セルフアラインコンタクトをIII族窒化物半導体素子に提供できる。このセルフアラインコンタクトの開口は、信頼性を提供できるシリコン系無機化合物の開口により規定される。また、このセルフアラインコンタクトは、上記側面に係る方法により作製できる。該方法では、凸形状の第２のIII族窒化物半導体部の上面と電極との接触抵抗は１×１０−３Ω・ｃｍ未満であることができる。
【００４５】
本発明の更なる別の側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１の電極はパラジウム電極を含むことができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、良好な接触抵抗を実現できる。
【００４６】
本発明の更なる別の側面に係るIII族窒化物半導体素子は、III族窒化物半導体層を搭載するIII族窒化物基板と、前記III族窒化物基板の裏面上に設けられた第２の電極とを更に備えることができる。前記III族窒化物基板は導電性を有する。このIII族窒化物半導体素子によれば、縦型構造の半導体素子が提供される。
【００４７】
本発明の更なる別の側面に係るIII族窒化物半導体素子では、当該III族窒化物半導体素子はレーザダイオードであり、前記凸部は前記半導体レーザのリッジである。前記絶縁膜の屈折率は前記III族窒化物半導体層の屈折率より小さい。このIII族窒化物半導体素子によれば、リッジと、該リッジの上面へのセルフアラインコンタクトとの両方をレーザダイオードに提供できる。これ故に、レーザダイオードは、良好な電流閉じ込め性及び光閉じ込め性を有する。
【００４８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００４９】
以上説明したように、本発明によれば、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で形成できる、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法を提供できる。また、本発明によれば、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で形成できると共に、この露出エリア上に良好な接触特性で電極を形成できる、III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法を提供できる。さらに、本発明によれば、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で位置合わせされた電極を有するIII族窒化物半導体素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における工程フローを示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における工程フローを示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【図８】図８は、実施例におけるIII族窒化物半導体素子の一例を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法、III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法、基板生産物並びにIII族窒化物半導体素子に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００５２】
図１及び図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における工程フローを示す図面である。図３〜図７は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【００５３】
図１を参照すると、工程Ｓ１０１では基板を準備する。この基板上に、良好なIII族窒化物半導体層の成長を行う。このために、基板は、III族窒化物からなる主面を有しており、III族窒化物としては、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができる。III族窒化物主面の面方位として、極性面、半極性面及び無極性面のいずれかであることができる。
【００５４】
工程Ｓ１０２では、成長炉１０ａにおいてIII族窒化物層を基板上に成長する。III族窒化物の成長は、例えば有機金属気相成長法等で行われることができるが、これに限定されるものではない。まず、工程Ｓ１０３において、III族窒化物半導体からなるエピタキシャル領域を基板上に成長する。
【００５５】
具体的には、工程Ｓ１０４において、図３（ａ）に示されるように、基板１１を成長炉１０ａに配置する。工程１０５では、図３（ａ）に示されるように、成長炉１０ａを用いて、半導体積層１３を基板上にエピタキシャルに成長する。半導体積層１３は、一又は複数のIII族窒化物半導体層を含む。III族窒化物半導体素子が例えば発光素子であるとき、半導体積層１３の形成のために、第１導電型クラッド層（例えばｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層）１５、第１の光ガイド層１７（例えばアンドープＧａＮ層）、活性層１９、キャリアブロック層（例えばＡｌＧａＮ電子ブロック層）２１、第２の光ガイド層（例えばアンドープＧａＮ層）２３及びｐ型クラッド層（例えばｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層）２５を成長する。活性層１９は、例えばＧａＮ障壁層及びＩｎＧａＮ井戸層を含むことができる。
【００５６】
工程Ｓ１０６では、図３（ａ）に示されるように、成長炉１０ａを用いて、半導体積層１３上にIII族窒化物半導体層２７を成長して、エピタキシャル領域２９を形成する。III族窒化物半導体素子が例えば発光素子であるときは、III族窒化物半導体層２７は例えばコンタクト層（例えばｐ型ＧａＮ層）である。これらの工程により、エピタキシャル基板ＥＰが作製される。エピタキシャル基板ＥＰは、基板１１と、基板１１上に設けられたエピタキシャル領域２９とを含む。エピタキシャル基板ＥＰの作製において、III族窒化物半導体からなるピタキシャル層１５、１７、１９、２１、２３、２５、２７の成長温度は、摂氏７００度以上であることができ、また摂氏１１００度以下であることができる。
【００５７】
III族窒化物半導体層２７を成長した後に、工程Ｓ１０７においてエピタキシャル基板ＥＰの基板温度を下げる。工程Ｓ１０８において、成長炉１０ａを用いてエピタキシャル基板ＥＰ上にIII族窒化物リフトオフ層３１を成長する。III族窒化物リフトオフ層３１の成長は、低温成長なので、エピタキシャル成長ではない。これらの工程により、基板生産物ＳＰが作製される。基板生産物ＳＰは、基板１１と、III族窒化物領域３３とを含む。III族窒化物領域３３は、エピタキシャル基板ＥＰと、この上に設けられたIII族窒化物リフトオフ層３１とを含む。
【００５８】
III族窒化物リフトオフ層３１を作製した後に、工程Ｓ１０９において基板生産物ＳＰを成長炉１０ａから取り出す。この後に、工程Ｓ１１０において、リフトオフ工程を行う。リフトオフ工程では、III族窒化物リフトオフ層３１にパターン形成が成され、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層の選択的なエッチングが行われる。このエッチングを所望の質で行うために、III族窒化物リフトオフ層３１の作製は、後ほど説明されるように行われる。
【００５９】
リフトオフ工程１１０を説明する。工程Ｓ１１１では、図４（ａ）に示されるように、成長炉１０ｂを用いて基板生産物ＳＰ上にマスク膜３５を成長して、別の基板生産物ＳＰ１を形成する。マスク膜３５は、例えばシリコン系無機絶縁膜（具体的には、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物）等であることができる。マスク膜３５の成膜は、例えばプラズマＣＶＤ法で行われる。
【００６０】
工程Ｓ１１２では、図４（ｂ）に示されるように、開口を規定するパターンを有するレジストマスク３７を形成する。工程Ｓ１１３では、図４（ｂ）に示されるように、レジストマスク３７を用いてマスク膜３５を加工装置１０ｃでドライエッチングして、マスク（パターン形成されたマスク膜）３５ａを形成する。レジストマスク３７のパターンがマスク膜３５に転写される。このエッチングは、例えばドライエッチング法で行われる。このエッチングの後に、レジストマスク３７を除去する。
【００６１】
工程Ｓ１１４では、図５（ａ）に示されるように、マスク３５ａを用いてIII族窒化物リフトオフ層３１をドライエッチングして、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａを形成する。ドライエッチングにはエッチング装置１０ｄが用いられる。マスク３５ａのパターンがIII族窒化物リフトオフ層３１に転写される。このエッチングは、例えばドライエッチング法で行われる。この工程により、III族窒化物領域３３ａが形成される。
【００６２】
工程Ｓ１１５では、図５（ｂ）及び図６（ａ）に示されるように、マスク３５ａを用いてエピタキシャル領域２９を加工装置１０ｅでドライエッチングして、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域（エピタキシャル領域）を形成する。マスク３５ａのパターンがIII族窒化物半導体領域２９に転写される。このエッチングは、例えばテトラメチルアンモニウムで行われる。本実施例では、この加工により、図５（ｂ）に示されるように、コンタクト層２７をエッチングして、パターン形成されたコンタクト層２７ａを形成する。この工程により、III族窒化物領域３３ｂ及びエピタキシャル領域２９ａが形成される。次いで、図６（ａ）に示されるように、クラッド層２５をエッチングして、パターン形成されたクラッド層２５ａを形成する。この工程により、III族窒化物領域３３ｃ及びエピタキシャル領域２９ｂが形成される。必要な場合には、さらにエピタキシャル領域を加工できる。
【００６３】
工程Ｓ１１６では、図６（ｂ）に示されるように、成膜装置１１ｆを用いて絶縁膜３９を成長する。絶縁膜３９は、マスク３５ａ、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａ及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域３３ｃ上に成長される。絶縁膜３９の屈折率はIII族窒化物半導体層２７、２５、２３、２１、１９、１７、１５の屈折率より小さい。絶縁膜３９は、例えばパターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａの側面が露出されるような厚さに成膜される。これ故に、絶縁膜３９は、マスク３５ａ上に成膜される第１の部分３９ａと、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域３３ｃ上に成膜される第２の部分３９ｂとを含む。第１の部分３９ａは第２の部分３９ｂから分離されている、或いは絶縁膜３９の開口によりパターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａの側面が露出される。この形態の絶縁膜３９により、リフトオフの適用が可能になる。
【００６４】
絶縁膜３９はシリコン系無機化合物を含むことが好ましい。シリコン系無機化合物がIII族窒化物の表面安定化のために好適である。上記の側面における方法では、絶縁膜３９は、シリコン酸化物、シリコン窒化物及びシリコン酸窒化物の少なくともいずれかを含むことができる。これらのシリコン系無機化合物を用いて、セルフアラインコンタクトを形成できる。
【００６５】
工程Ｓ１１７では、図７（ａ）に示されるように、リフトオフのためのエッチングを行う。パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａを絶縁膜３９に対してエッチャントを用いて選択的にエッチングして、リフトオフ法により、開口３９ｃを有する絶縁膜３９ｂを形成する。このエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層３１ａのエッチング速度は絶縁膜３９のエッチング速度より大きい。これ故に、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域２９ｂの上面２９ｄが開口３９ｃに露出される。絶縁膜３９ｂが、パターン形成されたエピタキシャル領域２９ｂの側面２９ｅ及び側方面２９ｆを覆う。
【００６６】
また、上記のエッチングにおいて、III族窒化物半導体層２７のエッチング速度は、III族窒化物リフトオフ層３１ａのエッチング速度より小さい。これ故に、十分なエッチングにより、III族窒化物リフトオフ層３１ａを確実に取り除くことができる。
【００６７】
この方法によれば、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａ及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域２９ｂを形成した後に、マスク３５ａ、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａ及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域２９ａ上に絶縁膜３９を成長する。この後に、リフトオフ法により、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａを絶縁膜３９に対してエッチャントを用いて選択的に除去する。III族窒化物リフトオフ層３１ａの成長温度をIII族窒化物半導体エピタキシャル層２７、２５、２３、２１、１９、１７、１５の成長温度より低くして、リフトオフのためのエッチングにおいてIII族窒化物リフトオフ層３１のエッチング速度を絶縁膜３９のエッチング速度より大きくできる。これ故に、リフトオフ工程により、絶縁膜３９は、開口３９ｃを有するようにパターン形成され、この開口２７ｃにセルフアライン（自己整合的）にIII族窒化物半導体領域２９ｂが露出される。
【００６８】
また、基板生産物ＳＰの形成では、III族窒化物半導体層２７上に類似のIII族窒化物リフトオフ層３１を成長するので、III族窒化物半導体層２７は、リフトオフ工程で露出されるまで類似のIII族窒化物リフトオフ層２７により覆われているので、この方法によれば、III族窒化物半導体層２７の上面（上面の一部が露出面となる）２７ｂへ良好な保護が提供される。
【００６９】
さらに、III族窒化物半導体層２７の屈折率より小さい屈折率の絶縁膜３９の開口３９ｃに、リッジ構造のためにパターン形成されたIII族窒化物半導体領域２９ｂが露出されるので、III族窒化物半導体素子が発光素子であるとき、良好な電流閉じ込め性及び光閉じ込め性を有するIII族窒化物半導体発光素子を作製できる。
【００７０】
III族窒化物リフトオフ層３１は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。III族窒化物リフトオフ層３１がIII族構成元素としてアルミニウムを含むとき、リフトオフのためのエッチングにおいて所定のエッチャントを用いて所望の選択比を得ることができる。また、III族窒化物リフトオフ層３１は、ＩｎＸＡｌＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ＜１、０＜Ｙ≦１、０＜Ｘ＋Ｙ≦１）を含み、III族窒化物リフトオフ層３１のアルミニウム組成Ｙは０．５以上１．０以下であることが好ましい。III族窒化物リフトオフ層３１が上記のＡｌ組成範囲を有するとき、このIII族窒化物リフトオフ層３１のウエットエッチングが容易である。III族窒化物リフトオフ層３１を成長する工程において、III族窒化物リフトオフ層３１は非単結晶III族窒化物を含むことが好ましい。III族窒化物リフトオフ層３１の成長温度をIII族窒化物半導体層３１の成長温度より低くして、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層３１を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層３１のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。
【００７１】
III族窒化物リフトオフ層３１を成長する工程において、III族窒化物リフトオフ層３１は、III族窒化物微結晶、III族窒化物多結晶及びIII族窒化物アモルファスの少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらの成長物は、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層３１のエッチング速度を絶縁膜３９のエッチング速度より大きくできる。
【００７２】
III族窒化物リフトオフ層３１の成長温度は、摂氏２００度より大きく摂氏６００度より小さいことが好ましい。III族窒化物半導体層２７、２５、２３、２１、１９、１７、１５の成長温度が上記の温度範囲であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層３１を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層３１のエッチング速度を絶縁膜３９のエッチング速度より大きくできる。
【００７３】
III族窒化物リフトオフ層３１の成長温度は、摂氏３００度より大きく摂氏５００度より小さいことが好ましい。III族窒化物リフトオフ層３１の成長温度が上記の温度範囲内であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層３１を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層３１のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。
【００７４】
III族窒化物リフトオフ層３１の厚さは０ｎｍより大きく、またIII族窒化物リフトオフ層３１の厚さは１０００ｎｍ以下である。より好ましくは、III族窒化物リフトオフ層３１の厚さは５０ｎｍより大きい。また、III族窒化物リフトオフ層３１の厚さは４００ｎｍ以下である。
【００７５】
本実施の形態における方法では、必要な場合には、III族窒化物半導体層２７上にIII族窒化物リフトオフ層３１を成長した後に成長炉１０ａから基板生産物を取り出してリフトオフ法を適用した後に、図７（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１１８で、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の露出面２９ｄ（２７ｂ）上に電極４１を形成することができる。
【００７６】
成長炉１０ａを用いてIII族窒化物半導体層２７の成長を行った後に、このエピタキシャル基板を大気にさらすことなく、成長炉１０ａを用いてIII族窒化物リフトオフ層３１の成長を行われる。これ故に、III族窒化物リフトオフ層３１は、電極４１が接触を成すIII族窒化物半導体領域２９の表面全体を覆っている。このため、成長炉１０ａから基板生産物が取り出されたとき、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域２９ｂにおいて露出面２９ｄとなるエリアが、大気にさらされることはない。
【００７７】
この方法によれば、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａ及びIII族窒化物半導体領域２９ｂを形成した後に、マスク３５ａ並びにパターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａ及びIII族窒化物半導体領域２９ｂ上に絶縁膜３９を成長する。この後に、リフトオフ法により、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層３１ａを絶縁膜３９に対してエッチャントを用いて選択的に除去する。これ故に、リフトオフ工程により、絶縁膜３９は、開口３９ｃを有するようにパターン形成され、この開口３９ｃにセルフアライン（自己整合的）にIII族窒化物半導体領域２９ｂが露出される。
【００７８】
また、自己整合的に規定された露出面２９ｄ上に電極３９を形成するとき、コンタクト面積を制御性良く規定できる。
【００７９】
さらに、基板生産物の形成では、III族窒化物半導体層２９上に類似のIII族窒化物リフトオフ層３１を成長するので、III族窒化物半導体層２９は、リフトオフ工程で露出されるまで類似のIII族窒化物リフトオフ層３１により覆われているので、III族窒化物半導体層２７ａ（２９ｂ）の露出面２７ｂ（２９ｄ）へ良好な保護が提供される。
【００８０】
また、この方法によれば、III族窒化物リフトオフ層は、III族窒化物半導体領域の表面全体を覆っている。これ故に、成長炉から基板生産物が取り出されたとき、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域において露出面となるエリアが、大気にさらされることはない。このため、露出面に残存する酸素濃度を低減できる。この結果、コンタクト抵抗のばらつきを低減して、コンタクト抵抗の安定性を増すことができる。
【００８１】
（実施例１）：電極形成のプロセス
上記の作製方法において、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト膜及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド膜をストライプ状（リッジ形状）に加工した後に、ＡｌＧａＮリフトオフ層を用いて開口を有するシリコン酸化膜を形成した。ｐ型ＧａＮ自己整合コンタクト層上に以下の電極を形成した。ｐ型ＧａＮ層及びシリコン酸化膜上に、パラジウム層（例えば厚さ５０ｎｍ）を例えば蒸着法により成長した。リフトオフにより、パラジウム層をストライプ形成に加工してパラジウム電極を形成した後に、パッド電極の形成のためチタン層（例えば厚さ５ｎｍ）及び金層（例えば厚さ３０ｎｍ）を蒸着法により形成した。このパラジウム電極に替えて、他に金、タングステン、白金等でも良好な電極を形成することができた。
【００８２】
表面酸化膜及び酸素濃度が接触抵抗に与える影響を調べた。ＡｌＧａＮリフトオフ層を使用しない作製方法では、コンタクト抵抗で１０−２Ω・ｃｍ程度であった。この方法では、ｐ型ＧａＮコンタクト層がフォトリソグラフィ法や洗浄工程で酸化されてしまう。表面酸化膜厚は、例えば６ｎｍ程度であった。この自然酸化膜の形成により良好なオーミック電極が形成できなかったと考えられる。この自然酸化膜に起因する技術的な課題を克服するために、洗浄工程を工夫したけれども、所望の結果を得ることができなかった。本実施形態の方法により技術的な課題が解決された。ｐ型ＧａＮコンタクト層、ＡｌＧａＮリフトオフ層を一連の成長で形成するとき、ｐ型ＧａＮコンタクト層は酸化されず、非常に良好なオーミック電極を形成することが可能となった。この場合の接触抵抗は、１０−３Ω・ｃｍ未満であり、１０−４Ω・ｃｍ程度オーダの値まで低減された。
【００８３】
（実施例２）
ｎ型ＧａＮ基板上に成長させたＬＤ構造の上に、摂氏４００度といった低温で、厚さ２００ｎｍのＡｌＧａＮを成長してＡｌＧａＮリフトオフ層を成膜した。ＡｌＧａＮリフトオフ層上に、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２をプラズマＣＶＤ法で堆積した。その後、フォトリソグラフィ技術により２マイクロメートル幅のストライプ状のレジストマスクを形成した。次いで、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるドライエッチング（エッチャント：ＣＦ４ガス）によりＳｉＯ２を除去して、絶縁膜マスクを作製した。レジストを有機洗浄により除去した後に、絶縁膜マスクを用いて、ドライエッチング（エッチャント：Ｃｌ２／Ｎ２混合ガス）によりＡｌＧａＮリフトオフ層及びこの直下のＧａＮ系エピタキシャル層をエッチングして、リッジ構成の形成のための加工を行った。さらに、電子ビーム蒸着法により、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２を堆積した。アルカリ系のウエットエッチャント（例えばポジ用現像液：テトラメチルアンモニウム等）により、ＡｌＧａＮリフトオフ層をこの直下のＧａＮ系エピタキシャル層に対して選択的にリフトオフし、リッジ上部に開口を形成した。リッジ上部に開口を形成した後に、リッジ上部にｐ側オーミック電極を蒸着した。
【００８４】
発明者らの実験によれば、ＡｌＸＧａ１−ＸＮリフトオフ層におけるＡｌ組成の範囲は、０＜Ｘ≦１であれば良く、好ましくは０．５≦Ｘ≦１が良い。この組成範囲では、ＡｌＧａＮのウエットエッチングがさらに容易となる。ＡｌＧａＮリフトオフ層の成長温度Ｔは、例えば摂氏２００度より大きく摂氏６００度未満の範囲であれば良く、好ましくは摂氏３００度より大きく摂氏５００度未満の範囲が良い。この成膜温度の範囲では、ＡｌＧａＮは、ウエットエッチングが容易なとなる多結晶となる。ＡｌＧａＮリフトオフ層の膜厚Ｄでは、０＜Ｄ＜１０００ｎｍであれば良く、好ましくは、ウエットエッチングを容易とするために、厚さ５０ｎｍ≦Ｄが良く。ドライエッチングの精度を得るために、厚さＤ≦４００ｎｍが良い。
【００８５】
本実施の形態では，III族窒化物半導体のレーザダイオード構造を加工している。窒化ガリウム系レーザダイオードでは、屈折率導波型（リッジ型）が主流である。しかしながら、これまでの加工方法では、所望の再現性が得られなかった。本実施の形態をレーザダイオードの作製に適用したとき、簡便なリッジ構造を実現できる。発明者らの実験によれば、ＧａＮ系レーザダイオードのためのエピタキシャル基板をリッジ型にプロセス加工する際のマスク材料として、ウエットエッチングで除去可能なＡｌＧａＮが有効であることを見出した。このリッジ加工方法は、ＧａＮ系レーザダイオードのためのエピタキシャル基板に低温でＡｌＧａＮリフトオフ層を成膜した後に、ＳｉＯ２膜として堆積し、レジストマスクを用いてレーザストライプのためのパターニングをＳｉＯ２膜に行った。このＳｉＯ２マスクを用いて、ＡｌＧａＮ／ＧａＮをドライエッチングで除去した。この後に、パッシベーションのための絶縁膜を基板生産物の全面に成膜した。ＡｌＧａＮリフトオフ層をウエットエッチングでリフトオフし、リッジ構造をレーザダイオード構造の上部を開口した。
【００８６】
先行技術で使用されたジルコニウム酸化物を用いるとき、Ｚｒ／ＧａＮ界面の形成後に、この界面のＺｒＯを容易には除去できず、加工残渣が発生していた。本実施例では、加工残渣が生じることがない。容易に自己整合構造を半導体デバイスに作製可能である。
【００８７】
このように、III属窒化物半導体の加工が容易となった。一例として作製したリッジ構造のレーザダイオードの作製では、先行技術と比較して加工残渣が少ない。これ故に、半導体デバイスの信頼性が高く、且つ、リッジ形状の形成及び接触抵抗において優れた再現性を示す。レーザダイオードは低閾値電流を有する。
【００８８】
本実施の形態は、ｃ面ＧａＮ基板上に成長されたエピタキシャル領域にだけでなく、（10-1-1）面、(10-1-3)面、(11-22)面等の半極性面、並びにｍ面及びａ面等の非極性面上に成長されたエピタキシャル領域でも適用可能である。本実施の形態は、III族窒化物半導体の加工方法を提供するものであり、上記実施例では、レーザダイオードのためのエピタキシャル積層構造をリッジ形状に加工を行ったが、本実施の形態は、レーザダイオードだけでなく発光ダイオードといった発光デバイスに適用でき、またトランジスタ、ショットキダイオード、ｐｎ接合ダイオード等の電子デバイスにも適用可能である。
【００８９】
III族窒化物半導体層２７ａの主面２７ｂは半極性面を含むことができる。絶縁膜３９の開口３９ｃに半極性面をセルフアラインに露出させることができる。III族窒化物半導体層２７ａの主面２７ｂは無極性面のいずれかを含むことができる。絶縁膜３９の開口３９ｃに無極性面をセルフアラインに露出させることができる。III族窒化物半導体層２７ａの主面２７ｂは、例えば｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかの面であることができる。
【００９０】
III族窒化物半導体層２７ａの主面２７ｂは、III族窒化物半導体層２７ａのｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。１０度未満及び１７０度を越える角度では、極性面に起因する性質が露出面に強くなる。また、８０度を越える或いは１００度未満の角度では、無性面に起因する性質が露出面２９ｄに強くなる。
【００９１】
III族窒化物半導体層２７ａの主面２７ｂは、III族窒化物半導体層２７ａのｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して８０度を越える或いは１００度未満の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。８０度〜１００度未満の角度範囲では、露出面２９ｄにおいて無極性面に近い性質を利用できる。
【００９２】
III族窒化物半導体層２７、２７ａの主面２７ｂの傾斜角は、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることが好ましい。傾斜角が６３度以上であるとき、平坦性の高い結晶を成長しやすい。傾斜角が８０度以下であるとき、傾斜を利用したドーピング効率向上を望める。傾斜角が１００度以上であるとき、リッジ形状の左右対称性が良い。傾斜角が１１７度以下であるとき、良好な活性層を成長しやすい。
【００９３】
III族窒化物半導体層２７ａの主面２７ｂは極性面を含むことができる。絶縁膜３９の開口３９ｃに極性面をセルフアラインに露出させることができる。
【００９４】
III族窒化物半導体層２７ａの主面２７ｂは、III族窒化物半導体層２７、２７ａのｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して１０度未満或いは１７０度を越える角度の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。１０度未満及び１７０度を越える角度では、極性面に近い性質を利用できる。
【００９５】
図８は、実施例におけるIII族窒化物半導体素子の一例を示す図面である。セルフアラインコンタクトを有するレーザダイオードＬＤでは、導電性を有するIII族窒化物基板上、例えばＧａＮ支持基体６１の主面６１ａ上にIII族窒化物半導体（エピタキシャル半導体）領域６３を形成する。このエピタキシャル半導体領域６３はＬＤ構造を有する。エピタキシャル半導体領域６３は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６５、ｎ型ＧａＮ光ガイド層６７ａ、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層６７ｂ、活性層６９、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層７１ｂ、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７１ａ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７３、ｐ型ＧａＮコンタクト層７５を含む。これらの半導体層（ＬＤ構造）は、支持基体６１の主面６１ａの法線軸Ｂｘの方向に配列されている。リッジ構造７７は、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７１ａ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７３、及びｐ型ＧａＮコンタクト層７５を含む。ｐ型ＧａＮコンタクト層７５にはアノード電極７９ａが接合を成し、またＧａＮ支持基体６１の裏面６１ｂにはカソード電極７９ｂが接合を成す。波長５００ｎｍ以上のレーザ発振を提供するレーザダイオードＬＤにおいて電流狭窄するために、図８に示されるリッジ構造を形成する。リッジ構造７７の表面７７ｃは、リッジ構造７７の頂面７７ｄを除いて絶縁膜８１で覆われている。リッジ構造７７の形成のために、エピタキシャル基板上にフォトリソグラフィ法でストライプ状のマスクを形成する。このマスクを形成した後に、エピタキシャル基板のｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層、及び光ガイド層の少なくとも一部分をドライエッチングにより除去して、リッジ構造７７を形成した。リッジ構造７７は、リッジ部７７ａ並びに第１及び第２の側部７７ｂを含む。リッジ部７７ａは所定の軸の方向に延在すると共に、第１及び第２の側部７７ｂはそれぞれリッジ部７７ａの第１及び第２側においてリッジ部７７ａに隣接して所定の軸Ａｘの方向に延在する。リッジ部７７ａは第１及び第２の側部７７ｂの間に位置する。リッジ部７７ａは頂面７７ｄ及び側面７７ｅ、７７ｆを含む。側面７７ｅ、７７ｆの各々は、頂面７７ｄに対して傾斜しており、また側部７７ｂの主面に対して傾斜している。リッジ部の形成の後に、リッジ部７７ａ並びに第１及び第２の側部７７ｂの表面７７ｃ上に、絶縁膜８１を含む閉じ込め部を形成する。閉じ込め部はリッジ部を埋め込みむように形成しているが、この形態に限定されるものではない。絶縁膜８１の材料として、例えば酸化シリコンを用いる。本実施例では、その後、マスクをリフトオフ法により除去して、絶縁膜８１に開口を形成する。これにより、電極のための開口がリッジ部７７ａに対して自己整合的に形成される。開口には、頂面７７ｄが露出している。開口の形成は、リフトオフ法に限定されるものではない。この後に、ｐ型電極、ｎ型電極を蒸着法により形成した。
【００９６】
リッジ構造７７の形成の際に、上側のガイド層７１ａに関して様々な厚みのレーザダイオードを作製した。例えば、上側のガイド層７１ａをその全厚の半分より厚く残すように、リッジ構造７７の側部７７ｃの厚さを調整したレーザダイオード（例えば、側部の厚さ４００ｎｍ）では、リッジ構造７７を有しないレーザダイオードに比べて、発振しきい値電流はほとんど減少せず、８００ｍＡであった。一方、上側のガイド層７１ａをその全厚の半分以下になるようにエッチングしたレーザダイオードでは、発振しきい値電流が顕著に減少し、２００ｍＡとなった。上側のガイド層７１ａの残った厚みと発振しきい値の関係を検討すると、上側のガイド層の厚みＤＣは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下が好ましく、さらには５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下が更に好ましい。
【００９７】
絶縁膜８１の材料として酸化シリコンといった絶縁体を用いたが、これに代えて窒化シリコン及び窒化アルミニウムを少なくともいずれか一つを用いることができる。これらの材料も、酸化シリコンと同様の光閉じ込めの効果を提供できる。絶縁膜８１はシリコン系無機化合物を含むことができる。絶縁膜８１は光ガイド層７１ａの屈折率より小さい屈折率を有する。
【００９８】
このレーザダイオードＬＤでは、III族窒化物半導体領域６３は、第１のIII族窒化物半導体部７６及び第２のIII族窒化物半導体部（リッジ構造）７７を含む。第１のIII族窒化物半導体部７６は、第１の部分６３ａ及び第２の部分６３ｂを含む。第２のIII族窒化物半導体部７７は、凸形状を有しており、第２の部分６３ｂ上に位置すると共に側面７７ｃ及び上面７７ｄを有する。
【００９９】
絶縁層８１は、第１のIII族窒化物半導体部７６の第２の部分６３ｂ上に設けられると共に第２のIII族窒化物半導体部７７の側面７７ｃにわたって接触を成す。電極７９ａは、コンタクト層（III族窒化物半導体層）７５及び絶縁膜８１上に設けられる。電極７９ａは、第２のIII族窒化物半導体部７７の上面７７ｄの全体にわたって接触を成すと共に、絶縁膜８１の表面８１ａ上設けられる。絶縁膜８１は、第２のIII族窒化物半導体部７７の側面７７ｃの全体にわたって覆っている。
【０１００】
この構造によれば、セルフアラインコンタクトをレーザダイオードＬＤに提供できる。このセルフアラインコンタクトの開口は、信頼性を提供できるシリコン系無機化合物からなる絶縁膜８１により規定される。また、電極７９ａはパラジウム電極、金電極、タングステン電極、及び／又は白金電極等を含むことができる。このセルフアラインコンタクトでは、凸形状のIII族窒化物半導体部（リッジ構造）７７の上面７７ｄと電極７９ａとの接触抵抗は１×１０−３Ω・ｃｍ未満であることができる。
【０１０１】
レーザダイオードＬＤでは、電極７９ｂは、III族窒化物半導体領域６３を搭載するＧａＮ支持基体６１の裏面６１ｂ上に設けられる。このレーザダイオードＬＤによれば、縦型構造の半導体素子が提供される。また、凸部のリッジ構造７７及びIII族窒化物半導体領域の屈折率より小さい絶縁膜８１を用いて、リッジ構造７７の上面７７ｄへのセルフアラインコンタクトをレーザダイオードＬＤに提供できる。これ故に、レーザダイオードＬＤは、良好な電流閉じ込め性及び光閉じ込め性を有する。
【０１０２】
III族窒化物半導体層２７、２７ａの主面２７ｂに極性面、半極性面又は無極性面を提供するために、それぞれ、ＧａＮ支持基体６１の主面６１ａは、極性面、半極性面及び無極性面を有する。
【０１０３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ａ…成長炉、１０ｂ…成長炉、１０ｃ…加工装置、１０ｄ…エッチング装置、１０ｅ…加工装置、１１…基板、１３…半導体積層、１５…第１導電型クラッド層、１７…第１の光ガイド層、１９…活性層、２１…キャリアブロック層、２３…第２の光ガイド層、２５、２５ａ…ｐ型クラッド層、２７、２７ａ…III族窒化物半導体層、２７ｂ…III族窒化物半導体層上面、２９、２９ａ、２９ｂ…エピタキシャル領域、２９ｅ…エピタキシャル領域側面、２９ｆ…エピタキシャル領域側方面、ＥＰ…エピタキシャル基板、３１、３１ａ…III族窒化物リフトオフ層、ＳＰ…基板生産物、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…III族窒化物領域、３５…マスク膜、３５ａ…マスク、３７…レジストマスク、３９、３９ａ、３９ｂ…絶縁膜、３９ｃ…絶縁膜の開口、４１…電極、６１…ＧａＮ支持基体、６３…エピタキシャル半導体領域、６５…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、６７ａ…ｎ型ＧａＮ光ガイド層、６７ｂ…アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層、６９…活性層、７１ｂ…アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層、７１ａ…ｐ型ＧａＮ光ガイド層、７３…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、７５…ｐ型ＧａＮコンタクト層、７７…リッジ構造、７９ａ…アノード電極、７９ｂ…カソード電極、８１…閉じ込め部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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