(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層から発せられる光を取り出す光取り出し面を凹凸形状とする凹凸形状形成工程を有する半導体発光素子の製造方法において、
前記凹凸形状形成工程は、
スパッタリングにより、ｐ型コンタクト層に、前記ｐ型コンタクト層の一部を覆うとともに前記ｐ型コンタクト層を底面とする複数の凸形状部分を有する結晶部分と、前記ｐ型コンタクト層の残部および前記結晶部分を覆う非結晶部分と、が混合している混合層を形成する混合層形成工程と、
エッチングにより、前記混合層から前記非結晶部分を除去して前記ｐ型コンタクト層の残部および前記結晶部分の凸形状部分を露出させる非結晶部分除去工程と、
前記ｐ型コンタクト層の残部および前記結晶部分に凹凸層を形成する凹凸層形成工程と、
を有し、
前記凹凸層は、
前記混合層と同じ材質の非結晶層であり、
前記凹凸層形成工程の後に、
前記結晶部分および前記凹凸層を２００℃以上８００℃以下の範囲内の温度で加熱して前記結晶部分および前記凹凸層を一体の結晶層とする加熱工程を有すること、
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
発光層から発せられる光を取り出す光取り出し面を凹凸形状とする凹凸形状形成工程を有する半導体発光素子の製造方法において、
前記凹凸形状形成工程は、
スパッタリングにより、ｐ型コンタクト層に、前記ｐ型コンタクト層の一部を覆うとともに前記ｐ型コンタクト層を底面とする複数の凸形状部分を有する結晶部分と、前記ｐ型コンタクト層の残部および前記結晶部分を覆う非結晶部分と、が混合している混合層を形成する混合層形成工程と、
エッチングにより、前記混合層から前記非結晶部分を除去して前記ｐ型コンタクト層の残部および前記結晶部分の凸形状部分を露出させる非結晶部分除去工程と、
前記ｐ型コンタクト層の残部および前記結晶部分に凹凸層を形成する凹凸層形成工程と、
を有し、
前記凹凸層は、
ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 のいずれか１つであって前記混合層と異なる材質から成る層であること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
発光層から発せられる光を取り出す光取り出し面を凹凸形状とする凹凸形状形成工程を有する半導体発光素子の製造方法において、
前記凹凸形状形成工程は、
スパッタリングにより、下地層に、前記下地層の一部を覆うとともに前記下地層を底面とする複数の凸形状部分を有する結晶部分と、前記下地層の残部および前記結晶部分を覆う非結晶部分と、が混合している混合層を形成する混合層形成工程と、
エッチングにより、前記混合層から前記非結晶部分を除去して前記下地層の残部および前記結晶部分の凸形状部分を露出させる非結晶部分除去工程と、
を有し、
前記凹凸形状形成工程は、
非晶質の非結晶層を前記下地層として形成する非結晶層形成工程と、
前記非結晶層と同じ材質の混合層を形成する混合層形成工程と、
前記非結晶層の一部および前記非結晶部分を除去する非結晶部分除去工程と、
前記非結晶層の残部および前記結晶部分を加熱して一体の結晶層とする加熱工程と、
を有すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記混合層形成工程で形成される前記混合層の材質が、
透明な導電性酸化物であること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記導電性酸化物は、
ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 のいずれか１つであること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記混合層形成工程は、
不活性ガスに、体積比で０．１％以上１．０％以下の範囲内の酸素ガスを混合した混合ガスを供給ガスとして用いてスパッタリングを行うこと
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記非結晶部分除去工程では、
酸性溶液を用いてウェットエッチングを行うこと
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記非結晶部分除去工程では、
前記酸性溶液として、シュウ酸を用いること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記凹凸形状形成工程は、
前記凹凸形状の形成後に、
パターニングを行うパターニング工程を有すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記混合層形成工程では、
形成する前記混合層の膜厚を１０００Å以上５０００Å以下の範囲内とし、
成膜圧力を０．１Ｐａ以上０．４Ｐａ以下の範囲内とし、
スパッタリングレートを２Å／ｓｅｃ以上１０Å／ｓｅｃ以下の範囲内とすること、
を特徴とする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、半導体発光素子の製造方法に関する。さらに詳細には、凹凸形状の光取り出し面を形成する半導体発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子では、半導体層の上に導電性透明膜を形成することが多い。半導体層に電流を流すとともに、発光層の発する光を外部に効率よく取り出すためである。この導電性透明膜の表面が平坦であると、界面反射により大部分の光が反射されてしまう。これでは、光を半導体発光素子の外部に効率良く取り出すことができない。
【０００３】
したがって、導電性透明膜の表面を粗面化することにより、凹凸形状の光取り出し面を形成することが一般的に行われている。例えば、特許文献１には、レーザー光を導電性透明膜の表面に選択的に照射し、レーザー光を照射しなかった部分を選択的にエッチングすることで導電性透明膜に凹凸形状をパターニングする技術が開示されている（特許文献１の段落［００３１］参照）。また、特許文献２には、フォトリソグラフィーやレーザースクライブにより導電性透明膜に凹凸形状を形成する技術が開示されている（特許文献２の段落［００５７］参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２８２２７号公報
【特許文献２】特開２００６−２９４９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１や特許文献２に記載の方法を用いるには、一旦、導電性透明膜を形成した後に、さらに、レーザーの照射工程やマスクの形成工程などが必要である。つまり、導電性透明膜の形成後に、凹凸形状を形成する別の工程が必要である。そのため、製造工程が多い。また、製品の製造コストが高いままであった。
【０００６】
本発明は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、凹凸形状を形成する工程の簡略化を図った半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様に係る半導体発光素子の製造方法は、発光層から発せられる光を取り出す光取り出し面を凹凸形状とする凹凸形状形成工程を有する方法である。そして、凹凸形状形成工程は、スパッタリングにより、ｐ型コンタクト層に、ｐ型コンタクト層の一部を覆うとともにｐ型コンタクト層を底面とする複数の凸形状部分を有する結晶部分と、ｐ型コンタクト層の残部および結晶部分を覆う非結晶部分と、が混合している混合層を形成する混合層形成工程と、エッチングにより、混合層から非結晶部分を除去してｐ型コンタクト層の残部および結晶部分の凸形状部分を露出させる非結晶部分除去工程と、ｐ型コンタクト層の残部および結晶部分に凹凸層を形成する凹凸層形成工程と、を有する。凹凸層は、混合層と同じ材質の非結晶層である。そして、凹凸形状形成工程は、凹凸層形成工程の後に、結晶部分および凹凸層を２００℃以上８００℃以下の範囲内の温度で加熱して結晶部分および凹凸層を一体の結晶層とする加熱工程を有する。
【０００８】
かかる半導体発光素子の製造方法では、結晶部分のエッチングレートが非結晶部分のエッチングレートに比べて極めて小さいことを利用して、凹凸形状の光取り出し面を形成することができる。そして、結晶部分の凸形状部分は極めて小さい。そのため、微細な凹凸形状を形成することができる。凹凸層は、混合層と同じ材質の非結晶層であり、凹凸層形成工程の後に、結晶部分および凹凸層を２００℃以上８００℃以下の範囲内の温度で加熱して結晶部分および凹凸層を一体の結晶層とする加熱工程を有する。この方法を用いることにより、一体の結晶層に凹凸形状を形成することができる。
【０００９】
第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法は、発光層から発せられる光を取り出す光取り出し面を凹凸形状とする凹凸形状形成工程を有する方法である。そして、凹凸形状形成工程は、スパッタリングにより、ｐ型コンタクト層に、ｐ型コンタクト層の一部を覆うとともにｐ型コンタクト層を底面とする複数の凸形状部分を有する結晶部分と、ｐ型コンタクト層の残部および結晶部分を覆う非結晶部分と、が混合している混合層を形成する混合層形成工程と、エッチングにより、混合層から非結晶部分を除去してｐ型コンタクト層の残部および結晶部分の凸形状部分を露出させる非結晶部分除去工程と、ｐ型コンタクト層の残部および結晶部分に凹凸層を形成する凹凸層形成工程と、を有する。凹凸層は、ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 のいずれか１つであって混合層と異なる材質から成る層である。
【００１０】
第３の態様に係る半導体発光素子の製造方法は、発光層から発せられる光を取り出す光取り出し面を凹凸形状とする凹凸形状形成工程を有する方法である。そして、凹凸形状形成工程は、スパッタリングにより、下地層に、下地層の一部を覆うとともに下地層を底面とする複数の凸形状部分を有する結晶部分と、下地層の残部および結晶部分を覆う非結晶部分と、が混合している混合層を形成する混合層形成工程と、エッチングにより、混合層から非結晶部分を除去して下地層の残部および結晶部分の凸形状部分を露出させる非結晶部分除去工程と、を有する。凹凸形状形成工程は、非晶質の非結晶層を下地層として形成する非結晶層形成工程と、非結晶層と同じ材質の混合層を形成する混合層形成工程と、非結晶層の一部および非結晶部分を除去する非結晶部分除去工程と、非結晶層の残部および結晶部分を加熱して一体の結晶層とする加熱工程と、を有する。これにより、凹凸の大きい凹凸形状を形成することができる。
【００１１】
第４の態様に係る半導体発光素子の製造方法では、混合層形成工程で形成される混合層の材質が、透明な導電性酸化物である。光取り出し面となる電極層から効率よく光を取り出すことができるからである。
【００１２】
第５の態様に係る半導体発光素子の製造方法において、導電性酸化物は、ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 のいずれか１つである。いずれも、スパッタリングにより混合層を形成することができるからである。
【００１３】
第６の態様に係る半導体発光素子の製造方法において、混合層形成工程は、不活性ガスに、体積比で０．１％以上１．０％以下の範囲内の酸素ガスを混合した混合ガスを供給ガスとして用いてスパッタリングを行う。結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層を好適に形成することができるからである。
【００１４】
第７の態様に係る半導体発光素子の製造方法では、非結晶部分除去工程では、酸性溶液を用いてウェットエッチングを行う。
【００１５】
第８の態様に係る半導体発光素子の製造方法では、非結晶部分除去工程では、酸性溶液として、シュウ酸を用いる。非結晶部分除去工程のエッチングに好適であるからである。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
第９の態様に係る半導体発光素子の製造方法では、凹凸形状形成工程は、凹凸形状の形成後に、パターニングを行うパターニング工程を有する。これにより、より詳細なパターニングを行うことができる。
【００２６】
第１０の態様に係る半導体発光素子の製造方法において、混合層形成工程では、形成する混合層の膜厚を１０００Å以上５０００Å以下の範囲内とし、成膜圧力を０．１Ｐａ以上０．４Ｐａ以下の範囲内とし、スパッタリングレートを２Å／ｓｅｃ以上１０Å／ｓｅｃ以下の範囲内とする。結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層を好適に形成することができるからである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、凹凸形状を形成する工程の簡略化を図った半導体発光素子の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例１−４に係る発光素子の積層構造を説明するための概略構成図である。
【図２】実施例１に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その１）である。
【図３】実施例１に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その２）である。
【図４】実施例１に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その３）である。
【図５】実施例１に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その４）である。
【図６】実施例２に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その１）である。
【図７】実施例２に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その２）である。
【図８】実施例２に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その３）である。
【図９】実施例２に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その４）である。
【図１０】実施例３に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その１）である。
【図１１】実施例３に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その２）である。
【図１２】実施例３に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その３）である。
【図１３】実施例３に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その４）である。
【図１４】実施例４に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その１）である。
【図１５】実施例４に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その２）である。
【図１６】実施例４に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その３）である。
【図１７】実施例４に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その４）である。
【図１８】実施例４に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その５）である。
【図１９】実施例５に係る発光素子の積層構造を説明するための概略構成図である。
【図２０】実施例５に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その１）である。
【図２１】実施例５に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その２）である。
【図２２】実施例５に係る発光素子の製造方法を説明するための概念図（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、具体的な実施例について、発光素子を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、これらの実施例に限定されるものではない。また、後述する発光素子の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施例とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。また、各図の凹凸形状については、理解しやすいように大きく描いてある。しかし、実際には、これらの凹凸形状は非常に微細な形状である。
【実施例１】
【００３０】
１．半導体発光素子
本実施例に係る半導体発光素子の製造方法により製造される発光素子１００を図１により説明する。発光素子１００は、フェイスアップ型の半導体発光素子である。発光素子１００は、III 族窒化物半導体から成る複数の半導体層を有する。
【００３１】
図１に示すように、発光素子１００は、サファイア基板１０に、低温バッファ層２０と、ｎ型コンタクト層３０と、ｎ型ＥＳＤ層４０と、ｎ型ＳＬ層５０と、発光源であるＭＱＷ層（多重量子井戸層）６０と、ｐ型クラッド層７０と、ｐ型コンタクト層８０とを有している。また、ｎ型コンタクト層３０には、ｎ電極Ｎ１が形成されている。ｐ型コンタクト層８０には、ｐ電極Ｐ１が形成されている。
【００３２】
サファイア基板１０は、ＭＯＣＶＤ法により、その一面に上記の各層を形成するためのものである。そして、光取り出し効率を向上させるために、その表面に凹凸加工がされているとよい。また、サファイア以外にも、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＮなどを成長基板として用いてもよい。低温バッファ層２０は、サファイア基板１０の結晶性を受け継ぎつつ、上層を形成するためのものである。低温バッファ層２０の材質は、例えばＡｌＮやＧａＮである。
【００３３】
ｎ型コンタクト層３０は、ｎ電極Ｎ１に実際に接触する層である。ｎ型コンタクト層３０は、ｎ−ＧａＮから成る層である。そのＳｉ濃度は１×１０18／ｃｍ3 以上である。また、ｎ型コンタクト層３０を、キャリア濃度の異なる複数の層としてもよい。ｎ電極とのオーミック性を向上させるためである。
【００３４】
ｎ型ＥＳＤ層４０は、各半導体層の静電破壊を防止するための静電耐圧層である。ｎ型ＥＳＤ層４０の構造は、ノンドープのＧａＮとＳｉドープのｎ−ＧａＮの積層構造である。Ｓｉのドープ量は、キャリア濃度を１×１０18／ｃｍ3 以上となるようにするとよい。
【００３５】
ｎ型ＳＬ層５０は、ＭＱＷ層６０に加わる応力を緩和するための歪緩和層である。より具体的には、ｎ型ＳＬ層５０は、超格子構造を有するｎ型超格子層である。ｎ型ＳＬ層５０は、後述するように、ＩｎＧａＮと、ＧａＮと、ｎ−ＧａＮとを積層した単位積層体を繰り返し積層したものである。図１に示すように、ｎ型ＳＬ層５０は、ｎ型ＥＳＤ層４０とＭＱＷ層６０との間に位置している。そして、ｎ型ＥＳＤ層４０とＭＱＷ層６０とに接している。
【００３６】
ＭＱＷ層６０は、電子と正孔とが再結合することで、光を発する発光層である。そのために、ＭＱＷ層６０は、バンドギャップの小さい井戸層と、バンドギャップの大きい障壁層とが交互に形成されている多重量子井戸構造となっている。ここで、井戸層としてＩｎＧａＮを用いるとともに、障壁層としてＡｌＧａＮを用いることができる。このように井戸層は、Ｉｎを含んでいる。また、障壁層としてＡｌＩｎＧａＮを用いてもよい。もしくは、これらを自由に組み合わせて、４層以上を単位構造として、その単位構造を繰り返すこととしてもよい。
【００３７】
ｐ型クラッド層７０は、電子がｐ型コンタクト層８０に拡散するのを防止するためのものである。ｐ型クラッド層７０は、ｐ−ＩｎＧａＮから成る層と、ｐ−ＡｌＧａＮから成る層とを単位構造として、その単位構造を繰り返して形成した層である。その繰り返し回数は、７回である。また、その繰り返し回数を３〜５０回の範囲としてもよい。
【００３８】
ｐ型コンタクト層８０は、ｐ電極Ｐ１と実際に接触する層である。ｐ型コンタクト層８０は、Ｍｇをドープしたｐ−ＧａＮから成る層である。ｐ型コンタクト層８０の材質として、その他に、ＩｎＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＡｌＩｎＧａＮとのうちのいずれか１つを用いてもよい。ｐ型コンタクト層８０は、発光素子１００におけるサファイア基板１０と反対側の表面に表れている。
【００３９】
ここで、ｐ型コンタクト層８０の厚みは、１００Å以上１０００Å以下の範囲内である。ｐ型コンタクト層８０におけるＭｇドープ量は、１×１０19／ｃｍ3 以上１×１０22／ｃｍ3 以下の範囲内である。なお、ｐ型コンタクト層８０におけるｐ電極Ｐ１に近い位置ほど、Ｍｇのドープ量を増加させるように複数の層を形成してもよい。
【００４０】
ｐ電極Ｐ１は、ｐ型コンタクト層８０を覆う導電性透明膜である。ｐ電極Ｐ１の表面は、光取り出し面である。そのため、ｐ電極Ｐ１の表面には、凹凸形状が形成されている。発光層であるＭＱＷ層６０から発せられる光を効率よく取り出すためである。そして、ｐ電極Ｐ１の材質は、ＩＴＯである。また、ｐ電極Ｐ１の上に、パッド電極が形成されていてもよい。
【００４１】
２．半導体発光素子の製造方法
本実施例に係る半導体素子の製造方法では、凹凸形状のあるｐ電極Ｐ１を形成する凹凸形状形成工程に特徴がある。ここでは、半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００４２】
２−１．半導体層形成工程
有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させた。まず、サファイア基板１０をＭＯＣＶＤ炉の内部に配置する。サファイア基板１０に、低温バッファ層２０と、ｎ型コンタクト層３０と、ｎ型ＥＳＤ層４０と、ｎ型ＳＬ層５０と、ＭＱＷ層６０と、ｐ型クラッド層７０と、ｐ型コンタクト層８０と、をこの順序で形成する。これにより、サファイア基板１０に各半導体層の形成された積層体９０が形成される。そして、ＭＯＣＶＤ炉から積層体９０を取り出す。なお、積層体９０に複数の工程が施される。その度に、積層体９０に形成されているものは変化する。しかしながら、説明の便宜上、積層体９０ということとする。
【００４３】
２−２．凹凸形状形成工程
次に、凹凸形状形成工程を行う。凹凸形状形成工程は、ｐ型コンタクト層８０を下地層としてその上にｐ電極Ｐ１を形成する。これにより、ｐ電極Ｐ１を形成された積層体９０が形成される。この凹凸形状形成工程については、後に詳しく述べる。
【００４４】
２−３．ｎ電極形成工程
次に、ｐ電極Ｐ１を形成した積層体９０にｎ電極Ｎ１を形成する。そのために、レーザー等で積層体９０の一部を抉って、ｎ型コンタクト層３０を光取り出し面の側に露出させる。そして露出したｎ型コンタクト層３０の上にｎ電極Ｎ１を形成する。ｎ電極Ｎ１として、ｎ型コンタクト層３０の側からＷ層、Ｔｉ層、Ａｕ層をこの順に形成した。なお、このｎ電極形成工程と、凹凸形状形成工程とは、実施する順番を入れ替えてもよい。以上により、発光素子１００が得られた。
【００４５】
３．凹凸形状形成工程
本実施例では、図１に示した積層体９０の表面にｐ電極Ｐ１を形成する凹凸形状形成工程に特徴がある。したがって、ここで凹凸形状形成工程について説明する。この導電層を形成する工程は、混合層形成工程と、非結晶部分除去工程と、凹凸層形成工程と、加熱工程と、パターニング工程とを有している。以下、順番に説明する。
【００４６】
３−１．混合層形成工程
続いて、積層体９０に混合層を形成する。そのために、積層体９０をスパッタリング用真空チャンバーに入れる。そして、スパッタリングにより、図２に示すように、ｐ型コンタクト層８０の上に混合層ＰＣ１１を形成する。ｐ型コンタクト層８０は、スパッタリングにより混合層ＰＣ１１を形成するための下地層である。
【００４７】
ここで混合層とは、結晶部分と非結晶部分とが混合している層である。混合層における結晶部分は、下地層の種結晶を核として成長する。そのため、結晶部分は、下地層を底面とする複数の凸形状部分を有している。そして、結晶部分は、下地層の表面の一部を覆う。一方、非結晶部分は、結晶部分の凸形状部分を覆うとともに、結晶部分の覆っていない下地層の表面、すなわち、下地層の表面の残部を覆う。
【００４８】
図２に示すように、混合層ＰＣ１１は、結晶部分ＰＣ１２と、非結晶部分ＰＣ１３とが混合した層である。結晶部分ＰＣ１２は、ｐ型コンタクト層８０の表面８１の一部８１ａを覆っている。そして、ｐ型コンタクト層８０の表面８１の一部８１ａを底面とする凸形状部分ＰＣ１２ａを有している。結晶部分ＰＣ１２は、ｐ型コンタクト層８０の上の種結晶を核として成長する。そのため、結晶部分ＰＣ１２の成長の度合いにはばらつきがある。図２では、結晶部分ＰＣ１２の高さは揃っているが、実際には、それぞれの結晶部分ＰＣ１２の高さや幅の程度はまちまちである。
【００４９】
一方、非結晶部分ＰＣ１３は、非晶質状態の部分である。混合層ＰＣ１１における結晶部分ＰＣ１２を除いた部分が非結晶部分ＰＣ１３である。そのため、非結晶部分ＰＣ１３は、混合層ＰＣ１１における表面側に位置している。非結晶部分ＰＣ１３は、図２に示すように、ｐ型コンタクト層８０の表面８１の残部８１ｂと、結晶部分ＰＣ１２の凸形状部分ＰＣ１２ａとを覆っている。
【００５０】
本実施例では、ｐ型コンタクト層８０の表面８１のすべてを結晶部分ＰＣ１２で覆い尽くさないようにする。後の工程で、非結晶部分ＰＣ１３を除去して、ｐ型コンタクト層８０の表面８１の一部８１ａおよび結晶部分ＰＣ１２を露出させるためである。
【００５１】
図２の混合層ＰＣ１１を、スパッタリングにより形成した。この混合層ＰＣ１１の材質はＩＴＯである。そのため、結晶部分ＰＣ１２は、ＩＴＯの結晶でできている。非結晶部分ＰＣ１３は、ＩＴＯの非晶質でできている。本実施例におけるスパッタリングの条件は、次のようなものであった。
【００５２】
［表１］
酸素            １．０    ％
膜厚            １０００  Å
成膜圧力        ０．４    Ｐａ
成膜速度        ３        Å／ｓｅｃ
【００５３】
表１に示すように、スパッタリングの際に供給する供給ガスは、不活性ガスであるＡｒに酸素を混合した混合ガスである。そして、その供給ガスにおける酸素の混合比は、体積比で１．０％であった。
【００５４】
表１の条件を用いることで、結晶部分ＰＣ１１と非結晶部分ＰＣ１２とが混合した混合状態の層を形成することができる。しかし、この代わりに、表２の範囲でスパッタリング条件を変えてもよい。
【００５５】
［表２］
酸素            ０．１〜１．０      ％
膜厚            １０００〜５０００  Å
成膜圧力        ０．１〜０．４      Ｐａ
成膜速度        ２〜１０            Å／ｓｅｃ
【００５６】
つまり、酸素の混合比は、体積比で、０．１％以上１．０％以下の範囲内であればよい。酸素の混合比が、体積比で、０．５％以上１．０％以下の範囲内であると好ましい。また、混合層ＰＣ１１の膜厚は、１０００Å以上５０００Å以下であればよい。成膜圧力は、０．１Ｐａ以上０．４Ｐａ以下であればよい。成膜速度、すなわち、スパッタリングレートは、２Å／ｓｅｃ以上１０Å／ｓｅｃ以下であればよい。
【００５７】
そして、混合層ＰＣ１１を形成後の積層体９０を、スパッタリング用真空チャンバーの中から取り出す。
【００５８】
３−２．非結晶部分除去工程
続いて、図２の混合層ＰＣ１１から非結晶部分ＰＣ１３を除去する。ここでは、シュウ酸エッチングを行う。そのために積層体９０をシュウ酸槽の中に浸漬する。ここで、結晶部分ＰＣ１２は、シュウ酸に溶解しにくい。一方、非結晶部分ＰＣ１３は、シュウ酸に溶解しやすい。同じ材質でも、原子間の結合力が、結晶部分ＰＣ１２では大きく、非結晶部分ＰＣ１３では小さいからである。
【００５９】
これにより、混合層ＰＣ１１から、ｐ型コンタクト層８０の表面８１および結晶部分ＰＣ１２を覆っていた非結晶部分ＰＣ１３が除去される。この結果、図３に示すように、ｐ型コンタクト層８０の表面８１の残部８１ｂおよび結晶部分ＰＣ１２の凸形状部分ＰＣ１２ａが露出する。ただし、実際には、結晶部分ＰＣ１２の表面もわずかであるが溶解する。
【００６０】
３−３．凹凸層形成工程
次に、非結晶部分ＰＣ１３を除去した後の積層体９０を、再びスパッタリング用真空チャンバーの中に入れる。そして、図３のようにｐ型コンタクト層８０の上に結晶部分ＰＣ１２が形成されている状態で再びスパッタリングを行う。
【００６１】
これにより、図４に示すように、混合層ＰＣ１４が形成される。このスパッタリングにより、結晶部分ＰＣ１２は、やや成長する。そして、結晶部分ＰＣ１２を覆う非結晶部分ＰＣ１５が形成される。非結晶部分ＰＣ１５は、結晶部分ＰＣ１２の凸形状およびｐ型コンタクト層８０の表面８１の残部８１ｂを覆っている。そして、非結晶部分ＰＣ１５の表面には、結晶部分ＰＣ１２の凸形状に対応した凹凸形状が形成されている。つまり、非結晶部分ＰＣ１５は、凹凸形状の形成された凹凸層である。なお、非結晶部分ＰＣ１５の材質は、結晶部分ＰＣ１２と同じ材質である。
【００６２】
ここでのスパッタリングの条件は、表１に示した条件と同じものを用いる。もちろん、これ以外の条件で行ってもよい。また、スパッタリングで形成する混合層ＰＣ１４の材質は、結晶部分ＰＣ１２の材質と同じである。つまり、ＩＴＯである。そして、混合層ＰＣ１４形成後の積層体９０をスパッタリング用真空チャンバーから取り出す。
【００６３】
３−４．加熱工程
次に、混合層ＰＣ１４形成後の積層体９０を加熱炉の内部に入れる。そして、積層体９０を加熱する。そのときの炉内温度は、７００℃である。この炉内温度は、２００℃以上８００℃以下の範囲内であるとよい。これにより、混合層ＰＣ１４が、結晶化する。つまり、結晶部分ＰＣ１２および非結晶部分ＰＣ１５は、図５に示すような、一体の結晶層ＰＣ１６となる。結晶層ＰＣ１６は、凹凸形状Ｚ１０の形成された結晶化ＩＴＯである。そして、結晶層ＰＣ１６の形成された積層体９０を加熱炉から取り出す。
【００６４】
３−５．パターニング工程
そして、凹凸形状形成後に、結晶層ＰＣ１６を形成後の積層体９０に各種のパターニングを行う。そのために、塩化鉄系エッチングを行う。以上により、ｐ電極Ｐ１を形成した積層体９０が得られた。
【００６５】
以上詳細に説明したように、本実施例の発光素子１００の製造方法では、ｐ電極Ｐ１の形成後に凹凸形状を形成するための工程を必要としない。そのため、工程が少ない。そして、製造コストも低い。また、レーザーを走査する装置がなくとも、発光素子１００を製造することができる。
【００６６】
４．製造された発光素子
本実施例の半導体発光素子の製造方法により製造された発光素子１００は、図５に示すように、凹凸形状Ｚ１０の形成されたｐ電極Ｐ１を有している。ｐ電極Ｐ１の凸形状の高さは、必ずしも揃っていない。また、レーザーの走査痕やマスクの痕も残っていない。ただし、後述するレジストマスク工程を行った場合には、平坦部がマスクの痕として残る。それでも、ｐパッド電極を形成する領域以外の領域には、マスクの痕はない。
【００６７】
５．変形例
５−１．スパッタリングの条件
本実施例では、凹凸層形成工程で行うスパッタリングの条件を、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層が形成される条件とした。つまり、表１や表２に示した条件を用いた。しかし、この工程では凹凸層が形成されれば、混合層を形成する必要はない。つまり、非晶質層や結晶層を形成してもよい。そのため、非晶質層を形成するスパッタリング条件や結晶層を形成するスパッタリング条件を用いてもよい。
【００６８】
５−２．導電性酸化物
本実施例では、ｐ電極Ｐ１として、透明な導電性酸化物であるＩＴＯを用いた。しかし、ＩＴＯの他に、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 の透明な導電性酸化物を用いることができる。これらの導電性酸化物についても、供給ガスとして、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることにより、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層が形成できることに変わりないからである。
【００６９】
５−３．２層の導電性透明膜
本実施例では、混合層形成工程で形成する混合層ＰＣ１１の材質と、凹凸層形成工程で形成する非結晶部分ＰＣ１５の材質とは、同じ材質のものとした。しかし、結晶部分ＰＣ１２と、非結晶部分ＰＣ１５とで、異なる材質のものを用いてもよい。その場合には、図４のような形状をした２層の導電性透明膜が形成されることとなる。そして、これらの層の材質として、ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 のうちから、２種類を選択すればよい。
【００７０】
５−４．レジストマスク形成工程
非結晶部分除去工程の前に、レジストマスクを形成するレジストマスク形成工程を行ってもよい。レジストマスクを形成することにより、ｐ電極Ｐ１に平坦部を形成することができる。例えば、ｐパッド電極を形成する箇所として、平坦部を形成すると良い。
【００７１】
６．まとめ
以上詳細に説明したように、本実施例の発光素子１００の製造方法では、凹凸形状形成工程に特徴がある。この凹凸形状形成工程は、混合層形成工程と、非結晶部分除去工程とを有する。混合層形成工程では、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層を形成する。そして、非結晶部分除去工程では、非結晶部分を除去してｐ型コンタクト層を部分的に露出させる。そして、再度混合層を形成することにより、凹凸形状の形成されたｐ電極Ｐ１を形成することができる。
【実施例２】
【００７２】
実施例２について説明する。本実施例の発光素子の構成は、実施例１の発光素子１００の構成と同じである。本実施例の発光素子１００の製造方法は、実施例１の発光素子１００の製造方法と凹凸形状形成工程のみが異なる。したがって、その異なる凹凸形状形成工程のみについて説明する。
【００７３】
１．凹凸形状形成工程
本実施例の凹凸形状形成工程は、非結晶層形成工程と、加熱工程と、混合層形成工程と、非結晶部分除去工程と、パターニング工程とを有する。以下、これらの各工程について説明する。
【００７４】
１−１．非結晶層形成工程
まず、積層体９０をスパッタリング用真空チャンバーの内部に入れる。そして、スパッタリングにより、図６に示すように、積層体９０のｐ型コンタクト層８０の上に非結晶層ＰＣ２１を形成する。非結晶層ＰＣ２１は、非晶質のＩＴＯからなる層である。そして、非結晶層ＰＣ２１を形成した積層体９０をスパッタリング用真空チャンバーから取り出す。
【００７５】
１−２．加熱工程
次に、非結晶層ＰＣ２１の形成された積層体９０を加熱炉に入れる。そして、積層体９０を加熱する。これにより、非結晶層ＰＣ２１も加熱される。その炉内温度は、７００℃である。また、炉内温度については、２００℃以上８００℃以下の範囲内で変えてもよい。これにより、非結晶層ＰＣ２１は結晶化する。そして、非結晶層ＰＣ２１は、図７に示すように、結晶層ＰＣ２２となる。つまり、ｐ型コンタクト層８０の上に結晶層ＰＣ２２が形成される。そしてその積層体９０を加熱炉から取り出す。これらの非結晶層形成工程および加熱工程は、結晶層ＰＣ２２を形成するための結晶層形成工程である。
【００７６】
１−３．混合層形成工程
次に、結晶層ＰＣ２２の形成された積層体９０を再びスパッタリング用真空チャンバーに入れる。そして、スパッタリングにより、図８に示すように、結晶層ＰＣ２２の上に混合層ＰＣ２３を形成する。ここで、混合層ＰＣ２３を形成するための下地層は、結晶層ＰＣ２２である。混合層ＰＣ２３の材質は、結晶層ＰＣ２２の材質と同じＩＴＯである。このときのスパッタリングの条件は、表１の場合と同様である。または、表２の範囲内で変えてもよい。これにより、結晶層ＰＣ２２の上に結晶部分ＰＣ２４と非結晶部分ＰＣ２５とが形成される。
【００７７】
ここで、結晶部分および非結晶部分が覆う領域については、実施例１の場合と同様である。つまり、結晶部分ＰＣ２４は、下地層である結晶層ＰＣ２２の表面２８１の一部２８１ａを覆うとともに、複数の凸形状部分ＰＣ２４ａを有している。一方、非結晶部分ＰＣ２５は、結晶部分ＰＣ２４の凸形状部分ＰＣ２４ａを覆うとともに、結晶部分ＰＣ２４の覆っていない結晶層ＰＣ２２の表面２８１の残部２８１ｂを覆っている。そして、混合層ＰＣ２３の形成された積層体９０をスパッタリング用真空チャンバーから取り出す。
【００７８】
１−４．非結晶部分除去工程
次に、混合層ＰＣ２３の形成された積層体９０をシュウ酸槽に入れる。このシュウ酸エッチングにより、実施例１の場合と同様に、非結晶部分ＰＣ２５が除去される。前述したようにシュウ酸は弱酸性である。そのため、結晶部分ＰＣ２４はほとんど溶けない。そのため、図９に示すように、下地層である結晶層ＰＣ２６の表面２８２の残部２８２ｂと、結晶層ＰＣ２７の凸形状部分ＰＣ２７ａとが露出する。結晶層ＰＣ２６、ＰＣ２７は、結晶化されたＩＴＯである。
【００７９】
１−５．パターニング工程
そして、凹凸形状形成後に、結晶層ＰＣ２６、ＰＣ２７を形成後の積層体９０に各種のパターニングを行う。そのために、塩化鉄系エッチングを行う。以上により、ｐ電極Ｐ１を形成した積層体９０が得られた。
【００８０】
以上詳細に説明したように、本実施例の発光素子１００の製造方法では、ｐ電極Ｐ１の形成後に凹凸形状を形成するための工程を必要としない。そのため、工程が少ない。そして、製造コストも低い。また、レーザーを走査する装置がなくとも、発光素子１００を製造することができる。
【００８１】
２．製造された発光素子
本実施例の半導体発光素子の製造方法により製造された発光素子１００は、図９に示すように、凹凸形状Ｚ２０の形成されたｐ電極Ｐ１を有している。ｐ電極Ｐ１の凸形状の高さは、必ずしも揃っていない。また、レーザーの走査痕やマスクの痕も残っていない。ただし、後述するレジストマスク工程を行った場合には、平坦部がマスクの痕として残る。それでも、ｐパッド電極を形成する領域以外の領域には、マスクの痕はない。
【００８２】
また、ｐ電極Ｐ１の凹凸形状Ｚ２０は、図９に示すように、ＩＴＯの結晶層ＰＣ２７の凸形状部分ＰＣ２７ａと、ＩＴＯの結晶層ＰＣ２６の表面２８１の残部２８２ｂとで形成されている。残部２８２ｂは、平坦部である。つまり、本実施例のｐ電極Ｐ１の凹凸形状Ｚ２０は、平坦部（残部２８２ｂ）と平坦部から外側に向かって凸となっている凸形状部（凸形状部分２７ａ）とからなっている。
【００８３】
３．変形例
３−１．導電性酸化物
本実施例では、ｐ電極Ｐ１として、透明な導電性酸化物であるＩＴＯを用いた。しかし、ＩＴＯの他に、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 の透明な導電性酸化物を用いることができる。これらの導電性酸化物についても、供給ガスとして、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることにより、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層が形成できることに変わりないからである。
【００８４】
３−２．２層の導電性透明膜
本実施例では、非結晶層形成工程で形成する非結晶層ＰＣ２１の材質と、混合層形成工程で形成する混合層ＰＣ２３の材質とは、同じ材質のものとした。しかし、非結晶層ＰＣ２１と、混合層ＰＣ２３とで、異なる材質のものを用いてもよい。その場合には、図９のような形状をした２層の導電性透明膜が形成されることとなる。そして、これらの層の材質として、ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 のうちから、２種類を選択すればよい。
【００８５】
３−３．レジストマスク形成工程
非結晶部分除去工程の前に、レジストマスクを形成するレジストマスク形成工程を行ってもよい。レジストマスクを形成することにより、ｐ電極Ｐ１に平坦部を形成することができる。例えば、ｐパッド電極を形成する箇所として、平坦部を形成すると良い。
【００８６】
３−４．結晶層形成工程
本実施例では、非結晶層形成工程により非結晶層ＰＣ２１を形成し、加熱工程によりその非結晶層ＰＣ２１を結晶層ＰＣ２２とした。しかし、これらの工程の代わりに、非結晶層ＰＣ２１を形成することなく、直接に結晶層ＰＣ２２を形成してもよい。そのためには、例えば、真空チャンバー内の温度を１００℃以上４００℃以下として、その条件下で結晶層ＰＣ２２を形成することとすればよい。
【００８７】
４．まとめ
以上詳細に説明したように、本実施例の発光素子１００の製造方法では、凹凸形状形成工程に特徴がある。この凹凸形状形成工程は、混合層形成工程と、非結晶部分除去工程とを有する。混合層形成工程では、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層を形成する。そして、非結晶部分除去工程では、非結晶部分を除去して下地層の結晶層を部分的に露出させる。これにより、凹凸形状の形成されたｐ電極Ｐ１を形成することができる。
【実施例３】
【００８８】
実施例３について説明する。本実施例の発光素子の構成は、実施例１の発光素子１００の構成と同じである。本実施例の発光素子１００の製造方法は、実施例１の発光素子１００の製造方法と凹凸形状形成工程のみが異なる。したがって、その異なる凹凸形状形成工程のみについて説明する。
【００８９】
１．凹凸形状形成工程
本実施例の凹凸形状形成工程では、非結晶層形成工程と、混合層形成工程と、非結晶部分除去工程と、加熱工程と、パターニング工程とを有する。以下、これらの各工程について説明する。
【００９０】
１−１．非結晶層形成工程
まず、積層体９０をスパッタリング用真空チャンバーの内部に入れる。そして、スパッタリングにより、図１０に示すように、積層体９０のｐ型コンタクト層８０の上に非結晶層ＰＣ３１を形成する。ここで、非結晶層ＰＣ３１は、後の混合層形成工程で下地層とするための層である。非結晶層ＰＣ３１は、非晶質のＩＴＯからなる層である。これは、通常のスパッタリング条件により行う。この通常のスパッタリング条件はもちろん公知である。
【００９１】
１−２．混合層形成工程
次に、図１１に示すように、非結晶層ＰＣ３１の形成された積層体９０に混合層ＰＣ３２を形成する。混合層ＰＣ３２の材質は、非結晶層ＰＣ３１の材質と同じＩＴＯである。その際のスパッタリングの条件は、表１に示した条件と同様である。もしくは、表２に示した範囲から選んでもよい。これにより、非結晶層ＰＣ３１を下地層としてその上に結晶部分ＰＣ３３および非結晶部分ＰＣ３４が形成される。
【００９２】
ここで、結晶部分および非結晶部分が覆う領域については、実施例１の場合と同様である。つまり、結晶部分ＰＣ３３は、下地層である非結晶層ＰＣ３１の表面３８１の一部３８１ａを覆うとともに、複数の凸形状部分ＰＣ３３ａを有している。一方、非結晶部分ＰＣ３４は、結晶部分ＰＣ３３の凸形状部分ＰＣ３３ａを覆うとともに、結晶部分ＰＣ３３の覆っていない非結晶層ＰＣ３１の表面３８１の残部３８１ｂを覆っている。そして、混合層ＰＣ３２の形成された積層体９０をスパッタリング用真空チャンバーから取り出す。
【００９３】
１−３．非結晶部分除去工程
次に、混合層ＰＣ３２の形成された積層体９０をシュウ酸槽に入れる。このシュウ酸エッチングにより、実施例１の場合と同様に、非結晶部分ＰＣ３４が除去される。前述したようにシュウ酸は弱酸性である。そのため、結晶部分ＰＣ３３はほとんど溶けない。
【００９４】
そして、このシュウ酸エッチングにより、図１１に示した非結晶部分ＰＣ３１も部分的に除去される。非結晶部分ＰＣ３１の溶解する箇所は、結晶部分ＰＣ３３で覆われていない、非結晶層ＰＣ３１の表面３８１の残部３８１ｂである。そのため、図１２に示すように、ｐ型コンタクト層８０の上に非結晶部分ＰＣ３５および結晶部分ＰＣ３３が形成される。
【００９５】
この非結晶部分ＰＣ３５の一部は、結晶部分ＰＣ３３に覆われたままである。非結晶部分ＰＣ３５の残部は露出する。そして露出した非結晶部分ＰＣ３５の残部には、凹部Ｘ３１が形成される。このとき、非結晶部分ＰＣ３５および結晶部分ＰＣ３３にわたって凹凸形状が形成されている。そして、結晶部分ＰＣ３３の凸形状部分ＰＣ３３ａおよび非結晶部分ＰＣ３５の凹部Ｘ３１が露出している。
【００９６】
１−４．加熱工程
次に、非結晶層ＰＣ３５および結晶部分ＰＣ３３の形成された積層体９０を加熱炉に入れる。そして、その積層体９０を加熱する。これにより、非結晶層ＰＣ５３および結晶部分ＰＣ３３も加熱される。その炉内温度は、７００℃である。また、炉内温度については、２００℃以上８００℃以下の範囲内で変えてもよい。これにより、図１３に示すように、非結晶層ＰＣ３５および結晶部分ＰＣ３３は、一体の結晶層ＰＣ３６となる。結晶層ＰＣ３６の表面には、もちろん、凹凸形状Ｚ３０が形成されている。そして、結晶層ＰＣ３６の形成された積層体９０を加熱炉から取り出す。
【００９７】
１−５．パターニング工程
そして、凹凸形状形成後に、結晶層ＰＣ３６を形成後の積層体９０に各種のパターニングを行う。そのために、塩化鉄系エッチングを行う。以上により、ｐ電極Ｐ１を形成した積層体９０が得られた。
【００９８】
以上詳細に説明したように、本実施例の発光素子１００の製造方法では、ｐ電極Ｐ１の形成後に凹凸形状を形成するための工程を必要としない。そのため、工程が少ない。そして、製造コストも低い。また、レーザーを走査する装置がなくとも、発光素子１００を製造することができる。
【００９９】
２．製造された発光素子
本実施例の半導体発光素子の製造方法により製造された発光素子１００は、図１３に示すように、凹凸形状Ｚ３０の形成されたｐ電極Ｐ１を有している。ｐ電極Ｐ１の凸形状の高さは、必ずしも揃っていない。また、レーザーの走査痕やマスクの痕も残っていない。ただし、後述するレジストマスク工程を行った場合には、平坦部がマスクの痕として残る。それでも、ｐパッド電極を形成する領域以外の領域には、マスクの痕はない。また、凹部Ｘ３１が深く形成されているため、凹凸形状Ｚ３０の凹凸は他の実施例に比べて大きい。
【０１００】
３．変形例
３−１．導電性酸化物
本実施例では、ｐ電極Ｐ１として、透明な導電性酸化物であるＩＴＯを用いた。しかし、ＩＴＯの他に、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 の透明な導電性酸化物を用いることができる。これらの導電性酸化物についても、供給ガスとして、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることにより、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層が形成できることに変わりないからである。
【０１０１】
３−２．２層の導電性透明膜
本実施例では、非結晶層形成工程で形成する非結晶層ＰＣ３１の材質と、混合層形成工程で形成する混合層ＰＣ３２の材質とは、同じ材質のものとした。しかし、非結晶層ＰＣ３１と、混合層ＰＣ３２とで、異なる材質のものを用いてもよい。その場合には、図１２のような形状をした２層の導電性透明膜が形成されることとなる。そして、これらの層の材質として、ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 のうちから、２種類を選択すればよい。
【０１０２】
３−３．レジストマスク形成工程
非結晶部分除去工程の前に、レジストマスクを形成するレジストマスク形成工程を行ってもよい。レジストマスクを形成することにより、ｐ電極Ｐ１に平坦部を形成することができる。例えば、ｐパッド電極を形成する箇所として、平坦部を形成すると良い。
【０１０３】
４．まとめ
以上詳細に説明したように、本実施例の発光素子１００の製造方法では、凹凸形状形成工程に特徴がある。この凹凸形状形成工程は、混合層形成工程と、非結晶部分除去工程とを有する。混合層形成工程では、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層を形成する。そして、非結晶部分除去工程では、結晶部分ＰＣ３３を残して、上層の非結晶部分ＰＣ３４と、下地層の非結晶部分ＰＣ３１の一部とを除去する。そして、加熱して結晶化することにより、凹凸形状の形成されたｐ電極Ｐ１を形成することができる。
【実施例４】
【０１０４】
実施例４について説明する。本実施例の発光素子の構成は、実施例１の発光素子１００の構成と同じである。本実施例の発光素子１００の製造方法は、実施例１の発光素子１００の製造方法と凹凸形状形成工程のみが異なる。したがって、その異なる凹凸形状形成工程のみについて説明する。
【０１０５】
１．凹凸形状形成工程
本実施例の凹凸形状形成工程では、混合層形成工程と、非結晶部分除去工程と、半導体エッチング工程と、凹凸層形成工程と、加熱工程と、パターニング工程とを有する。以下、これらの各工程について説明する。
【０１０６】
１−１．混合層形成工程
まず、積層体９０をスパッタリング用真空チャンバーの中に入れる。次に、スパッタリングにより、図１４に示すように、ｐ型コンタクト層８０を下地層としてその上に混合層ＰＣ４１を形成する。その際のスパッタリングの条件は、表１の条件と同様である。もしくは、表２の範囲の条件を用いてもよい。これにより、ｐ型コンタクト層８０の上に結晶部分ＰＣ４２と非結晶部分ＰＣ４３とが形成される。
【０１０７】
ここで、結晶部分および非結晶部分が覆う領域については、実施例１の場合と同様である。つまり、結晶部分ＰＣ４２は、ｐ型コンタクト層８０の表面４８１の一部４８１ａを覆うとともに、複数の凸形状部分ＰＣ４２ａを有している。一方、非結晶部分ＰＣ４３は、結晶部分ＰＣ４２の凸形状部分ＰＣ４２ａを覆うとともに、結晶部分ＰＣ４２の覆っていないｐ型コンタクト層８０の表面４８１の残部４８１ｂを覆っている。そして、混合層ＰＣ４１の形成された積層体９０をスパッタリング用真空チャンバーから取り出す。
【０１０８】
１−２．非結晶部分除去工程
次に、混合層ＰＣ４１の形成された積層体９０をシュウ酸槽に入れる。このシュウ酸エッチングにより、実施例１の場合と同様に、非結晶部分ＰＣ４３が除去される。前述したようにシュウ酸は弱酸性である。そのため、結晶部分ＰＣ４２はほとんど溶けない。そのため、ｐ型コンタクト層８０の上に図１５に示すような結晶部分ＰＣ４２が残留する。そして、ｐ型コンタクト層８０の表面４８１の残部４８１ｂと、結晶層ＰＣ４２の凸形状部分ＰＣ４２ａとが露出する。
【０１０９】
１−３．半導体エッチング工程
次に、結晶部分ＰＣ４２の残留している積層体９０をエッチング液槽に入れる。エッチング液槽には、例えば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）が入っている。もしくは、これ以外の公知のエッチング液を用いてもよい。
【０１１０】
これにより、ｐ型コンタクト層８０の露出している露出箇所が部分的に溶解する。一方、結晶部分ＰＣ４２は溶解しない。そのため、結晶部分ＰＣ４２で覆われている箇所は、溶解しない。つまり、結晶部分ＰＣ４２がマスクとなって、その下のｐ型コンタクト層８０の露出していない箇所は溶解しないのである。
【０１１１】
これにより、図１６に示すように、ｐ型コンタクト層８０には凹部が形成される。その凹部の形成箇所はもちろん、結晶部分ＰＣ４２で覆われていない箇所である。その結果、積層体９０の表面にはｐ型コンタクト層８０および結晶部分ＰＣ４２にわたる凹凸形状が形成されている。
【０１１２】
１−４．凹凸層形成工程
次に、凹凸形状の形成された積層体９０を、再びスパッタリング用真空チャンバーの中に入れる。そして、スパッタリングにより、積層体９０のｐ型コンタクト層８０の上に混合層ＰＣ４４を形成する。
【０１１３】
これにより、図１７に示すように、混合層ＰＣ１４が形成される。このスパッタリングにより、結晶部分ＰＣ４２は、やや成長する。そして、結晶部分ＰＣ４２を覆う非結晶部分ＰＣ４５が形成される。非結晶部分ＰＣ４５は、結晶部分ＰＣ４２の凸形状およびｐ型コンタクト層８０の凹部を覆っている。そして、非結晶部分ＰＣ４５の表面には、結晶部分ＰＣ４２の凸形状に対応した凹凸形状が形成されている。つまり、非結晶部分ＰＣ４５は、凹凸形状の形成された凹凸層である。
【０１１４】
ここでのスパッタリングの条件は、表１に示した条件と同じものを用いる。もちろん、これ以外の条件で行ってもよい。また、非結晶部分ＰＣ４５の材質は、結晶部分ＰＣ４２の材質と同じである。つまり、ＩＴＯである。そして、混合層ＰＣ４４形成後の積層体９０をスパッタリング用真空チャンバーから取り出す。
【０１１５】
１−５．加熱工程
次に、混合層ＰＣ４４を形成された積層体９０を加熱炉に入れる。そして、その積層体９０を加熱する。これにより、結晶部分ＰＣ４２および非結晶部分ＰＣ４５も加熱される。その炉内温度は、７００℃である。また、炉内温度については、２００℃以上８００℃以下の範囲内で変えてもよい。これにより、図１８に示すように、結晶部分ＰＣ４２および非結晶部分ＰＣ４５は、一体の結晶層ＰＣ４６となる。結晶層ＰＣ４６の表面には、もちろん凹凸形状Ｚ４０が形成されている。そして、結晶層ＰＣ４６の形成された積層体９０を加熱炉から取り出す。
【０１１６】
１−６．パターニング工程
そして、凹凸形状形成後に、結晶層ＰＣ４６を形成後の積層体９０に各種のパターニングを行う。そのために、塩化鉄系エッチングを行う。以上により、ｐ電極Ｐ１を形成した積層体９０が得られた。
【０１１７】
以上詳細に説明したように、本実施例の発光素子１００の製造方法では、ｐ電極Ｐ１の形成後に凹凸形状を形成するための工程を必要としない。そのため、工程が少ない。そして、製造コストも低い。また、レーザーを走査する装置がなくとも、発光素子１００を製造することができる。
【０１１８】
２．製造された発光素子
本実施例の半導体発光素子の製造方法により製造された発光素子１００は、図１８に示すように、凹凸形状Ｚ４０の形成されたｐ電極Ｐ１を有している。ｐ電極Ｐ１の凸形状の高さは、必ずしも揃っていない。また、レーザーの走査痕やマスクの痕も残っていない。ただし、後述するレジストマスク工程を行った場合には、平坦部がマスクの痕として残る。それでも、ｐパッド電極を形成する領域以外の領域には、マスクの痕はない。
【０１１９】
また、本実施例のｐ電極Ｐ１は、図１８に示すように、凹部Ｘ４１を有している。凹部Ｘ４１は、ｐ型コンタクト層８０の側からみて凹んでいる。そして、凹部Ｘ４１におけるｐ型コンタクト層８０からみて最も遠い位置には、平坦部Ｘ４２が形成されている。そして、ｐ電極Ｐ１には、発光素子１００の外側に向かって突出する凸部Ｘ４３が形成されている。そして、凸部Ｘ４３の頂部Ｘ４３ａは、図１８において平坦部Ｘ４２の上方に位置している。つまり、頂部Ｘ４３ａからｐ型コンタクト層８０の形成面Ｘ４４に垂線ＬＬを下ろしたときに、その垂線ＬＬと交わる位置に、平坦部Ｘ４２は位置している。
【０１２０】
３．変形例
３−１．スパッタリングの条件
本実施例では、凹凸層形成工程で行うスパッタリングの条件を、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層が形成される条件とした。つまり、表１や表２に示した条件を用いた。しかし、この工程では凹凸層が形成されれば、混合層を形成する必要はない。つまり、非晶質層や結晶層を形成してもよい。そのため、非晶質層を形成するスパッタリング条件や結晶層を形成するスパッタリング条件を用いてもよい。
【０１２１】
３−２．導電性酸化物
本実施例では、ｐ電極Ｐ１として、透明な導電性酸化物であるＩＴＯを用いた。しかし、ＩＴＯの他に、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 の透明な導電性酸化物を用いることができる。これらの導電性酸化物についても、供給ガスとして、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることにより、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層が形成できることに変わりないからである。
【０１２２】
３−３．２層の導電性透明膜
本実施例では、混合層形成工程で形成する混合層ＰＣ４１の材質と、凹凸層形成工程で形成する非結晶部分ＰＣ４５の材質とは、同じ材質のものとした。しかし、結晶部分ＰＣ４２と、非結晶部分ＰＣ４５とで、異なる材質のものを用いてもよい。その場合には、図１７のような形状をした２層の導電性透明膜が形成されることとなる。そして、これらの層の材質として、ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 のうちから、２種類を選択すればよい。
【０１２３】
３−４．レジストマスク形成工程
非結晶部分除去工程の前に、レジストマスクを形成するレジストマスク形成工程を行ってもよい。レジストマスクを形成することにより、ｐ電極Ｐ１に平坦部を形成することができる。例えば、ｐパッド電極を形成する箇所として、平坦部を形成すると良い。
【０１２４】
３−５．ＧａＮ基板エッチング工程
本実施例では、半導体エッチング工程によりｐ型コンタクト層８０をエッチングすることとした。しかし、成長基板としてＧａＮ基板を用いた場合には、本実施例と同様の工程により、ＧａＮ基板に凹凸形状を形成することができる。そのため、ＧａＮ基板を用いたフリップチップにも、適用することができる。
【０１２５】
４．まとめ
以上詳細に説明したように、本実施例の発光素子１００の製造方法では、凹凸形状形成工程に特徴がある。この凹凸形状形成工程は、混合層形成工程と、非結晶部分除去工程と、凹凸層形成工程とを有する。混合層形成工程では、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層を形成する。そして、非結晶部分除去工程では、非結晶部分を除去してｐ型コンタクト層を部分的に露出させるとともに、そのｐ型コンタクト層の露出部分をもエッチングして、ｐ型コンタクト層に凹部を形成する。そして、凹凸層形成工程では、凹部の形成されたｐ型コンタクト層および結晶部分に、さらに、スパッタリングを行うことで凹凸層を形成する。これにより、凹凸形状の形成されたｐ電極Ｐ１を形成することができる。
【実施例５】
【０１２６】
実施例５について説明する。本実施例に係る発光素子は、サファイア基板の側に光取り出し面を有するフリップチップ型の半導体発光素子である。実施例１から実施例４まででは、ｐ型コンタクト層８０の側に凹凸形状を形成することとした。本実施例では、後述するように、サファイア基板の側に凹凸形状を形成することに特徴がある。
【０１２７】
１．半導体発光素子
本実施例に係る半導体発光素子の製造方法により製造される発光素子２００を図１９に示す。発光素子２００は、III 族窒化物半導体から成る層を有する。図１９に示すように、発光素子２００は、サファイア基板２１０に、低温バッファ層２２０と、ｎ型コンタクト層２３０と、ｎ型ＥＳＤ層２４０と、ｎ型ＳＬ層２５０と、ＭＱＷ層２６０と、ｐ型クラッド層２７０と、ｐ型コンタクト層２８０とがこの順序で形成されたものである。また、ｎ型コンタクト層２３０には、ｎ電極Ｎ２が形成されている。ｐ型コンタクト層８０には、ｐ電極Ｐ２が形成されている。
【０１２８】
そして、サファイア基板２１０の図１９中の下側、すなわち半導体層の形成されていない側の面には、凹凸形状の結晶層Ｌが形成されている。結晶層Ｌの表面は、凹凸形状の光取り出し面である。
【０１２９】
そのため、ｐ電極Ｐ２には光取り出し面がない。したがって、ｐ電極Ｐ２は透明膜である必要はない。ただし、光取り出し面側に光を反射するために、ｐ電極Ｐ２の材質として、光を反射するとともに導電性のものを用いる。ｐ電極Ｐ２の材質として、例えば、Ａｇ、Ａｇ合金が挙げられる。
【０１３０】
２．半導体発光素子の製造方法
２−１．凹凸形状形成工程
サファイア基板２１０の一方の面に、後述するように結晶層Ｌを形成する。この結晶層Ｌの表面には、もちろん、凹凸形状が形成されている。
【０１３１】
２−２．半導体層形成工程
次に、結晶層Ｌを形成済みのサファイア基板２１０をＭＯＣＶＤ炉の内部に入れる。サファイア基板２１０における結晶層Ｌの形成されていない側の面に、低温バッファ層２２０と、ｎ型コンタクト層２３０と、ｎ型ＥＳＤ層２４０と、ｎ型ＳＬ層２５０と、ＭＱＷ層２６０と、ｐ型クラッド層２７０と、ｐ型コンタクト層２８０とを、この順で形成する。これにより、積層体２９０が形成される。
【０１３２】
２−３．電極形成工程
次に、積層体２９０にｐ電極Ｐ２およびｎ電極Ｎ２を形成する。ｎ電極Ｎ２については、実施例１のｎ電極Ｎ１の形成方法と同様に形成すればよい。
【０１３３】
３．凹凸形状形成工程
本実施例の凹凸形状形成工程は、混合層形成工程と、非結晶部分除去工程とを有する。したがって、以下、各工程について説明する。
【０１３４】
３−１．混合層形成工程
まず、サファイア基板２１０を、スパッタリング用真空チャンバーの内部に入れる。そして、図２０に示すように、サファイア基板２１０を下地層としてその上に混合層ＰＣ５１を形成する。その際のスパッタリングの条件は、表１の場合と同様である。また、表２の範囲内で条件を選んでもよい。これにより、サファイア基板２１０の上に結晶部分ＰＣ５２と非結晶部分ＰＣ５３とが形成される。
【０１３５】
ここで、結晶部分および非結晶部分が覆う領域については、実施例１の場合と同様である。つまり、結晶部分ＰＣ５２は、下地層であるサファイア基板２１０の表面５８１の一部５８１ａを覆うとともに、複数の凸形状部分ＰＣ５２ａを有している。一方、非結晶部分ＰＣ５３は、結晶部分ＰＣ５２の凸形状部分ＰＣ５２ａを覆うとともに、結晶部分ＰＣ５２の覆っていないサファイア基板２１０の表面５８１の残部５８１ｂを覆っている。そして、混合層ＰＣ５１の形成されたサファイア基板２１０をスパッタリング用真空チャンバーから取り出す。
【０１３６】
３−２．非結晶部分除去工程
次に、混合層ＰＣ５１の形成されたサファイア基板２１０をシュウ酸槽に入れる。このシュウ酸エッチングにより、実施例１の場合と同様に、非結晶部分ＰＣ５３が除去される。前述したようにシュウ酸は弱酸性である。そのため、結晶部分ＰＣ５２はほとんど溶けない。そのため、図２１のように、結晶部分ＰＣ５２の凸形状部分ＰＣ５２ａおよびサファイア基板２１０の表面５８１の残部５８１ｂが露出する。
【０１３７】
これにより、凹凸形状Ｚ５０の形成されたサファイア基板２１０が製造される。凹凸形状Ｚ５０は、結晶部分ＰＣ５２の凸形状部分ＰＣ５２ａと、サファイア基板２０の残部５８１ｂとにわたって形成されている。なお、この結晶部分ＰＣ５２は、結晶層Ｌである。
【０１３８】
そして、結晶層Ｌの形成されたサファイア基板２１０に、半導体層形成工程と、電極形成工程とを実施することにより、発光素子２００が製造される。
【０１３９】
以上詳細に説明したように、本実施例の発光素子２００の製造方法では、容易に、サファイア基板２１０に凹凸形状を形成することができる。また、レーザーを走査する装置がなくとも、発光素子２００を製造することができる。
【０１４０】
４．製造された発光素子
本実施例の半導体発光素子の製造方法により製造された発光素子２００は、図２１に示すように、凹凸形状Ｚ５０の形成されたサファイア基板２１０を有している。結晶層Ｌの凸形状の高さは、必ずしも揃っていない。また、レーザーの走査痕やマスクの痕も残っていない。
【０１４１】
５．変形例
５−１．導電性酸化物
本実施例では、結晶層Ｌとして、透明な導電性酸化物であるＩＴＯを用いた。しかし、ＩＴＯの他に、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 の透明な導電性酸化物を用いることができる。これらの導電性酸化物についても、供給ガスとして、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることにより、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層が形成できることに変わりないからである。
【０１４２】
５−２．実施する工程の順序
本実施例では、サファイア基板２１０に結晶層Ｌを形成する凹凸形状形成工程を行った後に、半導体層形成工程および電極形成工程を行った。しかし、これらの工程の順序を入れ替えてもかまわない。凹凸形状形成工程を、半導体層形成工程の後であって電極形成工程の前に行うこととしてもよい。また、電極形成工程の後に凹凸形状形成工程を行うこととしてもよい。
【０１４３】
５−３．サファイアエッチング工程
本実施例では、結晶層Ｌを凹凸形状とした。しかし、露出しているサファイア基板２１０にエッチングを施すことにより、図２２に示すように、サファイア基板２１０の露出している露出箇所に凹部を形成することとしてもよい。つまり、非結晶部分除去工程の後に、サファイアエッチング工程を行うこととすればよい。
【０１４４】
サファイアエッチング工程では、結晶部分ＰＣ５２の形成されたサファイア基板２１０をエッチング液槽に浸漬する。このエッチング液槽には、例えば、硫酸と燐酸との混合液が入っている。または、塩酸と燐酸との混合液が入っている。または、これ以外の公知のエッチング液を用いてもよい。また、Ｃｌガスなどを用いたドライエッチングを行ってもよい。ここで、結晶部分ＰＣ５２をマスクとし、サファイアを溶解させる。
【０１４５】
そのため、図２２に示すように、サファイア基板２１０における露出箇所に凹部Ｘ５１が形成される。これにより、サファイア基板２１０の凹部Ｘ５１と、結晶部分ＰＣ５２の凸形状部分ＰＣ５２ａとにわたる凹凸形状Ｚ６０が形成される。なお、結晶部分ＰＣ５２は、サファイアエッチング工程にて除去してもよい。
【０１４６】
６．まとめ
以上詳細に説明したように、本実施例の発光素子２００の製造方法では、凹凸形状形成工程に特徴がある。この凹凸形状形成工程は、混合層形成工程と、非結晶部分除去工程とを有する。混合層形成工程では、結晶部分と非結晶部分とが混合した混合層を形成する。そして、非結晶部分除去工程では、非結晶部分を除去してサファイア基板２１０を部分的に露出させる。これにより、サファイア基板２１０に凹凸形状の形成された発光素子２００を形成することができる。
【０１４７】
なお、以上に説明した実施例１から実施例５までは単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。積層体の積層構造については、必ずしも図に示したものに限らない。積層構造や各層の繰り返し回数等、任意に選択してよい。また、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。キャリアガスを用いて結晶を成長させる方法であれば、他の方法を用いてもよい。また、液相エピタキシー法、分子線エピタキシー法等、その他のエピタキシャル成長法により半導体層を形成することとしてもよい。さらに、必ずしもIII 族窒化物半導体に限らず、その他の半導体発光素子を製造する場合に用いてもよい。
【符号の説明】
【０１４８】
１０、２１０…サファイア基板
２０、２２０…低温バッファ層
３０、２３０…ｎ型コンタクト層
４０、２４０…ｎ型ＥＳＤ層
５０、２５０…ｎ型ＳＬ層
６０、２６０…ＭＱＷ層
７０、２７０…ｐ型クラッド層
８０、２８０…ｐ型コンタクト層
９０、２９０…積層体
１００、２００…発光素子
８１、２８１、２８２、３８１、４８１、５８１…表面
８１ａ、２８１ａ、２８２ａ、３８１ａ、４８１ａ、５８１ａ…一部
８１ｂ、２８１ｂ、２８２ｂ、３８１ｂ、４８１ｂ、５８１ｂ…残部
Ｎ１、Ｎ２…ｎ電極
Ｐ１、Ｐ２…ｐ電極
ＰＣ１１、ＰＣ１４、ＰＣ２３、ＰＣ３２、ＰＣ４１、ＰＣ４４、ＰＣ５１…混合層
ＰＣ１２、ＰＣ２４、ＰＣ３３、ＰＣ４２、ＰＣ５２…結晶部分
ＰＣ１３、ＰＣ１５、ＰＣ２５、ＰＣ３４、ＰＣ４３、ＰＣ４５、ＰＣ５３…非結晶部分
ＰＣ１６、ＰＣ２２、ＰＣ２６、ＰＣ２７、ＰＣ３６、ＰＣ４６、Ｌ…結晶層
ＰＣ２１、ＰＣ３１、ＰＣ３５…非結晶層
ＰＣ１２ａ、ＰＣ２７ａ、ＰＣ３３ａ、ＰＣ４２ａ、ＰＣ５２ａ…凸形状部分
Ｚ１０、Ｚ２０、Ｚ３０、Ｚ４０、Ｚ５０、Ｚ６０…凹凸形状
【図１】
0005803708.tif 000002
【図２】
0005803708.tif 000003
【図３】
0005803708.tif 000004
【図４】
0005803708.tif 000005
【図５】
0005803708.tif 000006
【図６】
0005803708.tif 000007
【図７】
0005803708.tif 000008
【図８】
0005803708.tif 000009
【図９】
0005803708.tif 000010
【図１０】
0005803708.tif 000011
【図１１】
0005803708.tif 000012
【図１２】
0005803708.tif 000013
【図１３】
0005803708.tif 000014
【図１４】
0005803708.tif 000015
【図１５】
0005803708.tif 000016
【図１６】
0005803708.tif 000017
【図１７】
0005803708.tif 000018
【図１８】
0005803708.tif 000019
【図１９】
0005803708.tif 000020
【図２０】
0005803708.tif 000021
【図２１】
0005803708.tif 000022
【図２２】
0005803708.tif 000023