(57)【要約】【課題】水素の移動による素子寿命の短縮を改善可能な窒化物発光素子を提供する。【解決手段】III族窒化物半導体領域１３−１は第１領域１３ａ−１及び第２領域１３ｂ−１を含む。第２領域１３ｂ−１は第１領域１３ａ−１に沿って延在する。第１領域１３ａ−１は、ｐ型導電性のリッジ部を含む。III族窒化物半導体領域１３−１はｐ型ドーパント及び水素を含む。電極１７−１は、第１領域１３ａ−１のリッジ部の上面１３ｃ−１に接触する。金属層１９−１は、水素を吸蔵可能にする格子欠陥を高密度で有しており、また第２領域１３ｂ−１上に設けられる。誘電体層２１−１は金属層１９−１上に設けられ、誘電体層２１−１は、シリコン酸化膜，シリコン窒化物，シリコン酸窒化物，酸化ハフニウム，タンタル酸化物等からなる。【選択図】図９
2012119646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物発光素子であって、
III族窒化物半導体からなる活性層と、
ｐ型導電性のリッジ部を含む第１領域と該第１領域に沿って延在する第２領域とを有しており、水素及びｐ型ドーパントを含むIII族窒化物半導体領域と、
前記III族窒化物半導体領域の前記第１領域及び前記第２領域の上に設けられる電極と、
前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上に設けられ、水素化物を形成可能な材料からなる金属層と、
前記金属層に接合を成し、前記電極と前記金属層との間に設けられた誘電体層とを備え、
前記III族窒化物半導体領域は、前記活性層の上に設けられ、
前記電極は、前記リッジ部の上面に接触を成す、窒化物発光素子。
【請求項２】
前記金属層は、前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上面に接触を成し、前記第２領域のｐ型半導体領域に接触を成しており、
前記金属層と前記第２領域との接触面積は前記リッジ部の前記上面と前記電極との接触面積より大きい、請求項１に記載された窒化物発光素子。
【請求項３】
前記III族窒化物半導体領域にはＭｇがドープされている、請求項１又は請求項２に記載された窒化物発光素子。
【請求項４】
前記金属層は、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｄの元素及び該元素の少なくとも２種の元素からなる合金を含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化物発光素子。
【請求項５】
前記誘電体層は前記電極と前記金属層との間に設けられ、
前記誘電体層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、酸化ハフニウム、タンタル酸化物、強誘電体、及びポリイミド系有機物の少なくともいずれかを含む、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された窒化物発光素子。
【請求項６】
III族窒化物からなる支持基体と、
前記支持基体の主面の上に設けられたIII族窒化物半導体層と、を更に備え、
前記III族窒化物半導体層はｎ型導電性を有し、
前記活性層は前記III族窒化物半導体層と前記III族窒化物半導体領域との間に設けられる、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された窒化物発光素子。
【請求項７】
前記支持基体の前記主面は前記III族窒化物のｃ軸に対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、請求項６に記載された窒化物発光素子。
【請求項８】
前記金属層は、前記リッジ部の側面に接触を成している、又は、前記リッジ部の側面から離間しており、
前記誘電体層は前記金属層の上面を覆うと共に前記リッジ部の側面に接触を成す、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された窒化物発光素子。
【請求項９】
窒化物発光素子を作製する方法であって、
活性層と、リッジ部を含む第１領域と該第１領域に沿って延在する第２領域とを有するIII族窒化物半導体領域と、前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上に順に設けられた金属層及び誘電体層とを含む基板生産物を作製する工程と、
前記III族窒化物半導体領域の前記第１領域の前記リッジ部の上面及び前記誘電体層の上に電極を形成する工程と、を備え、
前記電極は前記リッジ部の上面に接触を成し、
前記III族窒化物半導体領域は前記活性層の上に形成されており、
前記金属層は水素化物を形成可能な材料からなり、
前記III族窒化物半導体領域は水素及びｐ型ドーパントを含む、窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項１０】
基板生産物を作製する前記工程は、
前記活性層の上方に、ｐ型クラッド層のための第１III族窒化物半導体膜及びｐ型コンタクト層のための第２III族窒化物半導体膜を成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、
前記エピタキシャル基板の主面の上に、リフトオフ法のためのマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記第１及び第２III族窒化物半導体膜をエッチングして、前記III族窒化物半導体領域を形成する工程と、
前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域の上に順に前記金属層及び前記誘電体層を成長する工程と、
リフトオフ法により前記マスクを除去して、前記基板生産物を形成する工程と、を含み、
前記第１III族窒化物半導体膜はｐ型ドーパントを含み、
前記第２III族窒化物半導体膜はｐ型ドーパントを含み、
前記III族窒化物半導体領域は、前記ｐ型クラッド層及び前記ｐ型コンタクト層を含み、
前記金属層は前記ｐ型クラッド層の上面に接触を成す、請求項９に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項１１】
前記金属層は、前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上面に接触を成しており、
前記基板生産物における前記第２領域と前記金属層との接触面積の総和は前記基板生産物における前記リッジ部の前記上面と前記電極との接触面積の総和より大きい、請求項９又は請求項１０に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項１２】
前記III族窒化物半導体領域にはＭｇがドープされている、請求項９〜請求項１１のいずれか一項に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項１３】
前記金属層は、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｄの元素及び該元素の少なくとも２種の元素からなる合金を含む、請求項９〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項１４】
前記基板生産物は、III族窒化物からなる基板と、前記基板の主面の上に成長されたIII族窒化物半導体層とを更に含み、
前記活性層は、前記III族窒化物半導体層の上に成長され、
前記III族窒化物半導体層はｎ型導電性を有し、
前記活性層は前記III族窒化物半導体層と前記III族窒化物半導体領域との間に設けられる、請求項９〜請求項１３のいずれか一項に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項１５】
前記基板の前記主面は前記III族窒化物のｃ軸に対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、請求項９〜請求項１４のいずれか一項に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項１６】
前記誘電体層は前記電極と前記金属層との間に設けられ、
前記誘電体層及び前記金属層は前記リッジ部に対して自己整合的に堆積され、
前記誘電体層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、酸化ハフニウム、タンタル酸化物、強誘電体、及びポリイミド系有機物の少なくともいずれかを含む、請求項９〜請求項１５のいずれか一項に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項１７】
前記金属層は、１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含む、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された窒化物発光素子。
【請求項１８】
前記金属層に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含む、請求項１７に記載された窒化物発光素子。
【請求項１９】
前記金属層の前記領域は、１×１０１５ｃｍ−２以下の格子欠陥密度を有する、請求項１７又は請求項１８に記載された窒化物発光素子。
【請求項２０】
前記金属層は１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含む、請求項９〜請求項１６のいずれか一項に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項２１】
前記金属層の前記領域は１×１０１５ｃｍ−２以下の格子欠陥密度を有する、請求項２０に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項２２】
基板生産物を作製する前記工程は、
前記活性層の上に、ｐ型クラッド層のための第１III族窒化物半導体膜及びｐ型コンタクト層のための第２III族窒化物半導体膜を成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、
前記エピタキシャル基板の主面の上に、リフトオフ法のためのマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記第１及び第２III族窒化物半導体膜をエッチングして、前記III族窒化物半導体領域を形成する工程と、
前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域の上に金属膜を成長する工程と、
前記金属膜に格子欠陥を導入する処理を行って、前記金属膜の格子欠陥密度より大きい格子欠陥密度を有する金属層を形成する工程と、
前記マスクを用いて前記金属層の上に前記誘電体層を成長する工程と、
リフトオフ法により前記マスクを除去して、前記基板生産物を形成する工程と、
を含み、
前記金属層に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含み、
前記第１III族窒化物半導体膜はｐ型ドーパントを含み、
前記第２III族窒化物半導体膜はｐ型ドーパントを含み、
前記III族窒化物半導体領域は、前記ｐ型クラッド層及び前記ｐ型コンタクト層を含み、
前記金属層は前記ｐ型クラッド層の上面に接触を成す、請求項２０又は請求項２１に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【請求項２３】
基板生産物を作製する前記工程は、
前記活性層の上に、ｐ型クラッド層のための第１III族窒化物半導体膜及びｐ型コンタクト層のための第２III族窒化物半導体膜を成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、
前記エピタキシャル基板の主面の上に、リフトオフ法のためのマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記第１及び第２III族窒化物半導体膜をエッチングして、前記III族窒化物半導体領域を形成する工程と、
前記マスクを用いて、１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含む金属層を前記III族窒化物半導体領域の上に形成する工程と、
前記マスクを用いて前記金属層の上に前記誘電体層を成長する工程と、
リフトオフ法により前記マスクを除去して、前記基板生産物を形成する工程と、
を含み、
前記金属層に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含み、
前記第１III族窒化物半導体膜はｐ型ドーパントを含み、
前記第２III族窒化物半導体膜はｐ型ドーパントを含み、
前記III族窒化物半導体領域は、前記ｐ型クラッド層及び前記ｐ型コンタクト層を含み、
前記金属層は前記ｐ型クラッド層の上面に接触を成す、請求項２０又は請求項２１に記載された窒化物発光素子を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物発光素子、及び窒化物発光素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電極の製造方法が記載されている。この方法では、Ｍｇを含むｐ型ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ半導体層上に、電極として水素貯蔵金属を堆積する。また、特許文献２及び３並びに非特許文献１には、窒化ガリウム系半導体におけるＭｇドーパントと水素との関係について記載されている。非特許文献２では、水素と結晶格子欠陥の相互作用が鋼材に及ぼす影響の実験的及び解析的研究が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３４０５１１号公報
【特許文献２】特開平０５−１８３１８９号公報
【特許文献３】特開平０８−１１５８８０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Shuji  Nakamura  et  al.  “Hole  Compensation  Mechanism  of  P-Type  GaN  film,”  Jpn.  Appl.  Phys.  Vol.  31  (1992)  pp1258-1266,  Part  1,  No.5A,  May  1992
【非特許文献２】Atomistic  study  of  hydrogen  distribution  and  diffusion  around  a  (112)[111]  edge  dislocation  in  alpha  iron  Acta  Materialia  56(15),  3761-3769,  2008-09
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２及び３並びに非特許文献１に記載されているように、窒化ガリウム系半導体におけるp型活性化にはＭｇドーパントと水素とが密接に関係している。これらの文献には、Ｍｇドーパントでのｐ型活性化のためのいくつかの手法が記載されている。
【０００６】
現在、製品化されているＭｇドープ窒化物半導体発光素子では必然的に、窒化物半導体内に水素が残留している。この水素は、Ｍｇ−Ｈ結合を含む複合体の形態だけでなく、半導体結晶内に存在する格子欠陥にトラップされた原子状及び分子状の水素の形態としても窒化物半導体内に含まれる。また、水素を含む雰囲気では、外部から水素が発光素子の内部に侵入してくる可能性もあり、このような水素は、レーザ発振により高温になっている発光素子表面と反応することもあり得る。
【０００７】
上記のように、水素は窒化物半導体素子が形成された後に半導体層内部に様々な状態で残留するため窒化物半導体素子の信頼性に係る課題に影響を及ぼしてくる。また、金属材料の結晶塑性論では、水素は格子欠陥と相互作用を行うことに言及されている。前記の非特許文献２では、α−鉄中で結晶格子内に存在する歪を有する刃状転位が水素の挙動に大きく影響を与えていることが示されている。
【０００８】
本発明は、上記の事情を鑑みて為されたものであり、素子寿命が短くなる一因である水素の移動を素子構造の改良によって制御した窒化物発光素子および、その製造方法に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る窒化物発光素子は、（ａ）III族窒化物半導体からなる活性層と、（ｂ）少なくとも前記活性層の２つの表面側に少なくとも１層以上の極性の異なるIII族窒化物半導体層と最も外側に有る２つのIII族窒化物半導体表面に各極性を呈する金属電極が構成されており、（ｃ）少なくとも一方の側のIII族窒化物半導体はリッジ部を含む第１領域と該第１領域に沿って延在する第２領域とを有しており、前記活性層上に設けられたIII族窒化物半導体領域の上に設けられると共に、水素及びｐ型ドーパントを含み、（ｄ）前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上に設けられ、少なくとも原子状もしくは分子状態で遊離する水素を捕捉することができる結晶欠陥を有する金属層と、（ｅ）前記金属層に接合を成し、前記電極と前記金属層との間に設けられた誘電体層とを備える。前記電極は前記リッジ部の上面に接触を成す。
本発明に係る窒化物発光素子は、（ａ）III族窒化物半導体からなる活性層と、（ｂ）ｐ型導電性のリッジ部を含む第１領域と該第１領域に沿って延在する第２領域とを有しており、水素及びｐ型ドーパントを含むIII族窒化物半導体領域と、（ｃ）前記III族窒化物半導体領域の前記第１領域及び前記第２領域の上に設けられる電極と、（ｄ）前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上に設けられ、少なくとも原子状もしくは分子状態で遊離する水素を捕捉することができる結晶欠陥を有する金属層と、（ｅ）前記金属層に接合を成し、前記電極と前記金属層との間に設けられた誘電体層とを備える。前記III族窒化物半導体領域は、前記活性層上に設けられる。前記電極は、前記リッジ部の上面に接触を成す。
【００１０】
この窒化物発光素子によれば、上記の如く金属層が第２領域上に設けられるが、この金属層は少なくとも原子状もしくは分子状態で遊離する水素を捕捉することができる結晶欠陥を有する。III族窒化物半導体領域は水素を含んでおり、移動する水素は金属層に到達すると界面を介して捕捉される。金属層が、第１領域のリッジ部と異なる第２領域上に設けられるので、移動する水素は、第１領域のリッジ部と電極との界面から離れた金属層に吸蔵される。さらに、電極が第１領域のリッジ部の上面に接触を成すと共にリッジがｐ型導電性を有するので、電極からの電流経路が提供される。また、電極の材料は、金属層の材料と独立して決定される。
【００１１】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層は、前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上面に接触を成しており、前記遊離水素を有効に捕捉するため前記金属層と前記第２領域との接触面積は前記リッジ部の前記上面と前記電極との接触面積より大きいことが好ましい。
【００１２】
また、この窒化物発光素子によれば、前記電極と前記半導体層との接触面積に限定されることなく、前記金属層と前記第２領域との接触面積をリッジ部の上面と電極との接触面積より大きいことが好ましい。
【００１３】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層は、前記第２領域のｐ型半導体領域に接触を成すことができる。この窒化物発光素子によれば、金属層は、ｐ型半導体領域内のｐ型ドーパントと水素とが結合した複合物が、後工程、あるいは、素子として長期使用された場合での熱履歴によって分解した場合でも半導体層との界面を介して遊離する水素を捕捉できる。
【００１４】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記III族窒化物半導体領域にはMｇがドープされていることができる。この窒化物発光素子によれば、金属層は、ｐ型半導体領域内のＭｇ−Ｈ結合から水素が遊離した場合、それら水素を捕捉できる。
【００１５】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層は、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｄ及びこれらの少なくとも２種の元素からなる合金を含むことができる。この窒化物発光素子によれば、例示的に列挙された上記元素を含む金属及び合金が、水素を捕捉する金属層として使用可能である。
【００１６】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記誘電体層は前記電極と前記金属層との間に設けられ、前記誘電体層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、酸化ハフニウム、タンタル酸化物、強誘電体、及びポリイミド系有機物の少なくともいずれかを含むことが好適である。
【００１７】
この窒化物発光素子によれば、誘電体層が電極と金属層との間に設けられるので、金属層内の水素が誘電体層を通して電極に到達しない。
【００１８】
本発明に係る窒化物発光素子は、III族窒化物からなる支持基体と、前記支持基体の主面上に設けられたIII族窒化物半導体層とを更に備えることができる。前記III族窒化物半導体層はｎ型導電性を有し、前記活性層は前記III族窒化物半導体層と前記III族窒化物半導体領域との間に設けられる。また、本発明に係る窒化物発光素子では、前記支持基体の前記主面は前記III族窒化物のｃ軸に対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。
【００１９】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層は前記リッジ部の側面および、あるいは前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上面に接触を成し、前記誘電体層は前記金属層の上面を覆うと共に前記金属層と前記電極との電気的な絶縁状態が確保されるように前記リッジ部の側面に接触を成すことが好ましい。この窒化物発光素子によれば、前記金属層が前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上面に接触を成すとともに金属層側面がリッジ部の側面に接触を成すので、リッジ部の上面と電極との接触界面に到達する水素量を低減できる。
【００２０】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層は前記リッジ部の側面から離間しており、前記誘電体層は前記金属層の全面を覆うと共に前記リッジ部の側面に接触を成すことが好ましい。この窒化物発光素子によれば、半導体膜中の遊離水素は、リッジ部の側面から離間した金属層に捕捉される。このため、この金属層に向けて低くなる水素の濃度勾配が半導体膜中に形成される。
【００２１】
本発明は、窒化物発光素子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）リッジ部を含む第１領域と該第１領域に沿って延在する第２領域とを有するIII族窒化物半導体領域と、前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上に順に設けられた金属層及び誘電体層と、活性層とを含む基板生産物を作製する工程と、（ｂ）前記III族窒化物半導体領域の前記第１領域の前記リッジ部の上面及び前記誘電体層の上に電極を形成する工程とを備える。前記電極は前記リッジ部の上面に接触を成し、前記III族窒化物半導体領域は前記活性層の上に形成されており、前記金属層は少なくとも原子状もしくは分子状態で遊離する水素を捕捉することができる結晶欠陥を有する、前記III族窒化物半導体領域は水素及びｐ型ドーパントを含む。
【００２２】
この作製方法によれば、電極が第１領域のリッジ部の上面に接触を成すように形成されると共に、金属層が第２領域上に形成される。この金属層は少なくとも原子状もしくは分子状態で遊離する水素を捕捉することができる結晶欠陥を有する。III族窒化物半導体領域は水素を含有しているが、金属層に到達した遊離水素は金属層に吸蔵される。金属層が、第１領域のリッジ部と異なる第２領域上に形成されるので、移動する水素は、第１領域のリッジ部と電極との界面から離間した金属層に格納されることになる。さらに、電極が第１領域のリッジ部の上面に接触を成すと共にリッジがｐ型導電性を有するので、電極からの電流経路が提供される。なお、電極の材料は金属層の材料と独立して決定される。
【００２３】
本発明に係る作製方法では、基板生産物を作製する前記工程は、前記活性層の上方に、ｐ型クラッド層のための第１III族窒化物半導体膜及びｐ型コンタクト層のための第２III族窒化物半導体膜を成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、前記エピタキシャル基板の主面の上に、リフトオフ法のためのマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて前記第１及び第２III族窒化物半導体膜をエッチングして、前記III族窒化物半導体領域にリッジを形成する工程と、前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域の上に順に前記金属層及び前記誘電体層を成長する工程と、リフトオフ法により前記マスクを除去して、前記基板生産物を形成する工程とを含むことができる。前記第１III族窒化物半導体膜及び前記第２III族窒化物半導体膜の各々はｐ型ドーパントを含み、前記III族窒化物半導体領域は、前記ｐ型クラッド層及び前記ｐ型コンタクト層を含み、前記金属層は前記ｐ型クラッド層の上面に接触を成す。
【００２４】
この作製方法によれば、リフトオフ及びエッチングのためのマスクを用いてリッジ部の位置を規定すると共に、このマスクを用いて、金属層及び誘電体層のための膜の堆積を行う。この堆積の後に、マスクを除去することによって、リッジ部に対して金属層及び誘電体層が自己整合的に作製される。
【００２５】
本発明に係る作製方法では、前記金属層は前記リッジ部の側面に接触を成し、前記誘電体層は前記金属層の上面を覆うと共に前記リッジ部の側面に接触を成す。なお、前記誘電体層によって前記金属層と前記電極層とが電気的に絶縁性を確保される。
【００２６】
本発明に係る作製方法では、前記金属層は、前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上面に接触を成しており、前記基板生産物における前記第２領域と前記金属層との接触面積は前記基板生産物における前記リッジ部の前記上面と前記電極との接触面積より大きいことが好ましい。この作製方法によれば、電極と半導体層との接触面積に限定されることなく、金属層と第２領域との接触面積をリッジ部の上面と電極との接触面積の総和より大きくできる。
【００２７】
本発明に係る作製方法では、前記III族窒化物半導体領域にはMｇがドープされていることができる。この製造方法によれば、金属層は、ｐ型半導体領域内のＭｇ−Ｈ結合から遊離する水素を捕捉できる。
【００２８】
本発明に係る作製方法では、前記金属層は、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｄ及びこれらの少なくとも２種の元素からなる合金を含むことができる。この作製方法によれば、例示的に列挙された上記元素を含む金属及び合金が金属層のために使用可能である。
【００２９】
本発明に係る作製方法では、前記基板生産物は、III族窒化物からなる基板と、前記基板の主面上に成長されたIII族窒化物半導体層とを含み、前記活性層は、前記III族窒化物半導体層上に成長され、前記III族窒化物半導体層はｎ型導電性を有し、前記活性層は前記III族窒化物半導体層と前記III族窒化物半導体領域との間に設けられることができる。また、本発明に係る作製方法では、前記基板の前記主面は前記III族窒化物のｃ軸に対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることが好ましい。
【００３０】
本発明に係る作製方法では、前記誘電体層は前記電極と前記金属層との間に設けられ、前記誘電体層及び前記金属層は前記リッジ部に対して自己整合的に堆積されることができる。前記誘電体層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、酸化ハフニウム、タンタル酸化物、強誘電体及びポリイミド系有機物の少なくともいずれかを含む。この製造方法によれば、誘電体層が電極と金属層との間に設けられるので、金属層内の水素が誘電体層を通して電極に到達することはない。
【００３１】
本発明に係る窒化物発光素子は、（ａ）III族窒化物半導体からなる活性層と、（ｂ）少なくとも前記活性層の２つの表面側に少なくとも１層以上の極性の異なるIII族窒化物半導体層と最も外側に有る２つのIII族窒化物半導体表面に各極性を呈する金属電極が構成されており、（ｃ）ｐ型導電性のリッジ部を含む第１領域と該第１領域に沿って延在する第２領域とを有しており、前記活性層の上に設けられたIII族窒化物半導体領域と、（ｄ）前記III族窒化物半導体領域の前記第１領域及び前記第２領域の上に設けられると共に、前記リッジ部の上面に接触を成す電極と、（ｅ）前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上に設けられた金属層と、（ｆ）前記金属層に接合を成す誘電体層とを備える。前記金属層は、１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含み、前記III族窒化物半導体領域は水素及びｐ型ドーパントを含む。
【００３２】
この窒化物発光素子によれば、電極が第１領域のリッジ部の上面に接触を成すと共に、金属層が第２領域上に設けられる。この金属層は１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含む。III族窒化物半導体領域は水素を含んでおり、移動する水素は金属層に到達すると、金属層の領域（１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域）に捕捉される。金属層が、第１領域のリッジ部と異なる第２領域上に設けられるので、移動する水素は、第１領域のリッジ部と電極との界面から離れた金属層に捕捉される。さらに、電極が第１領域のリッジ部の上面に接触を成すと共にリッジがｐ型導電性を有するので、電極からの電流経路が提供される。また、電極の材料は、金属層の材料と独立して決定される。
【００３３】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層は、前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上面に接触を成しており、前記遊離水素を有効に捕捉するため前記金属層と前記第２領域との接触面積は前記リッジ部の前記上面と前記電極との接触面積より大きいことが好ましい。
【００３４】
また、この窒化物発光素子によれば、前記電極と前記半導体層との接触面積に限定されることなく、前記金属層と前記第２領域との接触面積をリッジ部の上面と電極との接触面積より大きいことが好ましい。
【００３５】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層は、前記第２領域のｐ型半導体領域に接触を成すことができる。この窒化物発光素子によれば、金属層は、ｐ型半導体領域内のｐ型ドーパントと水素とが結合した複合物が後工程、あるいは、素子として長期使用された場合での熱履歴によって分解した場合でも半導体層との界面を介して遊離する水素を捕捉できる。
【００３６】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記III族窒化物半導体領域にはMｇがドープされていることができる。この窒化物発光素子によれば、金属層は、ｐ型半導体領域内のＭｇ−Ｈ結合から水素が遊離した場合、それら水素を捕獲できる。
【００３７】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含むことが好ましい。この窒化物発光素子によれば、上記の格子欠陥は、水素と相互作用して、水素をトラップすることができる。また、本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層の前記領域は、１×１０１５ｃｍ−２以下の格子欠陥密度を有することが好ましい。この窒化物発光素子によれば、格子欠陥密度が上記の値以下であるとき、高欠陥密度に起因する金属層の劣化がデバイス特性に影響を与えることはない。
【００３８】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記誘電体層は前記電極と前記金属層との間に設けられ、前記誘電体層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、酸化ハフニウム、タンタル酸化物、強誘電体、及びポリイミド系有機物の少なくともいずれかを含むことが好適である。
【００３９】
この窒化物発光素子によれば、誘電体層が電極と金属層との間に設けられるので、金属層内の水素が誘電体層を通して電極に到達しない。
【００４０】
本発明に係る窒化物発光素子は、III族窒化物からなる支持基体と、前記支持基体の主面上に設けられたIII族窒化物半導体層とを更に備えることができる。前記III族窒化物半導体層はｎ型導電性を有し、前記活性層は前記III族窒化物半導体層と前記III族窒化物半導体領域との間に設けられる。また、本発明に係る窒化物発光素子では、前記支持基体の前記主面は前記III族窒化物のｃ軸に対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。
【００４１】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層は前記リッジ部の側面および、あるいは前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上面に接触を成し、前記誘電体層は前記金属層の上面を覆うと共に前記金属層と前記電極が電気的に絶縁状態が確保されるように前記リッジ部の側面に接触を成すことが好ましい。この窒化物発光素子によれば、前記金属層が前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上面に接触を成すとともに金属層側面がリッジ部の側面に接触を成すので、リッジ部の上面と電極との接触界面に到達する水素量を低減できる。
【００４２】
本発明に係る窒化物発光素子では、前記金属層は前記リッジ部の側面から離間しており、前記誘電体層は前記金属層の全面を覆うと共に前記リッジ部の側面に接触を成すことが好ましい。この窒化物発光素子によれば、半導体膜中の水素は、リッジ部の側面から離間した金属層に捕捉される。このため、この金属層に向けて低くなる水素の濃度勾配が半導体膜中に形成される。
【００４３】
本発明は、窒化物発光素子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）活性層と、リッジ部を含む第１領域と該第１領域に沿って延在する第２領域とを有するIII族窒化物半導体領域と、前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上に順に設けられた金属層及び誘電体層とを含む基板生産物を作製する工程と、（ｂ）前記III族窒化物半導体領域の前記第１領域の前記リッジ部の上面及び前記誘電体層の上に電極を形成する工程とを備えることができる。前記金属層は１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含み、前記電極は前記リッジ部の上面に接触を成し、前記III族窒化物半導体領域は前記活性層の上に形成されており、前記III族窒化物半導体領域は水素及びｐ型ドーパントを含む。
【００４４】
この作製方法によれば、電極が第１領域のリッジ部の上面に接触を成すように形成されると共に、金属層が第２領域上に形成される。この金属層は１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含み、該領域は水素を吸蔵可能である。金属層に到達した水素は該領域に捕捉される。金属層が、第１領域のリッジ部と異なる第２領域上に形成されるので、半導体中を移動する水素は、第１領域のリッジ部と電極との界面から離間した金属層に格納されることになる。さらに、電極が第１領域のリッジ部の上面に接触を成すと共にリッジがｐ型導電性を有するので、電極からの電流経路が提供される。なお、電極の材料は金属層の材料と独立して決定される。
【００４５】
本発明に係る作製方法では、前記金属層は前記リッジ部の側面に接触を成し、前記誘電体層は前記金属層の上面を覆うと共に前記リッジ部の側面に接触を成す。なお、前記誘電体層によって前記金属層と前記電極層とが電気的に絶縁性を確保される。
【００４６】
本発明に係る作製方法では、前記金属層は、前記III族窒化物半導体領域の前記第２領域の上面に接触を成しており、前記基板生産物における前記第２領域と前記金属層との接触面積は前記基板生産物における前記リッジ部の前記上面と前記電極との接触面積より大きいことが好ましい。この作製方法によれば、電極と半導体層との接触面積に限定されることなく、金属層と第２領域との接触面積をリッジ部の上面と電極との接触面積より大きくできる。
【００４７】
本発明に係る作製方法では、前記III族窒化物半導体領域にはMｇがドープされていることができる。この製造方法によれば、金属層は、ｐ型半導体領域内のＭｇ−Ｈ結合から遊離する水素を捕捉できる。
【００４８】
本発明に係る作製方法では、前記金属層に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含むことが好ましい。この窒化物発光素子によれば、上記の格子欠陥は、水素と相互作用して、水素を捕捉することができる。また、本発明に係る作製方法では、前記金属層の前記領域は、１×１０１５ｃｍ−２以下の格子欠陥密度を有することが好ましい。この窒化物発光素子によれば、格子欠陥密度が１×１０１５ｃｍ−２以下であれるとき、高欠陥密度に起因する金属層の劣化がデバイス特性に影響を与えることはない。
【００４９】
本発明に係る作製方法では、前記基板生産物は、III族窒化物からなる基板と、前記基板の主面上に成長されたIII族窒化物半導体層とを含み、前記活性層は、前記III族窒化物半導体層上に成長され、前記III族窒化物半導体層はｎ型導電性を有し、前記活性層は前記III族窒化物半導体層と前記III族窒化物半導体領域との間に設けられることができる。また、本発明に係る作製方法では、前記基板の前記主面は前記III族窒化物のｃ軸に対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることが好ましい。
【００５０】
本発明に係る作製方法では、前記誘電体層は前記電極と前記金属層との間に設けられ、前記誘電体層及び前記金属層は前記リッジ部に対して自己整合的に堆積されることができる。前記誘電体層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、酸化ハフニウム、タンタル酸化物、強誘電体及びポリイミド系有機物の少なくともいずれかを含む。この製造方法によれば、誘電体層が電極と金属層との間に設けられるので、金属層内の水素が誘電体層を通して電極に到達することはない。
【００５１】
本発明に係る作製方法では、基板生産物を作製する前記工程は、前記活性層の上方に、ｐ型クラッド層のための第１III族窒化物半導体膜及びｐ型コンタクト層のための第２III族窒化物半導体膜を成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、前記エピタキシャル基板の主面の上に、リフトオフ法のためのマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて前記第１及び第２III族窒化物半導体膜をエッチングして、前記III族窒化物半導体領域を形成する工程と、前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域の上に格子欠陥を有する金属膜を成長する工程、もしくは、金属膜を成長する工程と、前記金属膜に格子欠陥を導入する処理を行って、前記金属膜の格子欠陥密度より大きい格子欠陥密度を有する金属層を形成する工程と、前記マスクを用いて前記金属層の上に前記誘電体層を成長する工程と、リフトオフ法により前記マスクを除去して、前記基板生産物を形成する工程とを含むことが好ましい。前記金属層に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含み、前記第１III族窒化物半導体膜はｐ型ドーパントを含み、前記第２III族窒化物半導体膜はｐ型ドーパントを含み、前記III族窒化物半導体領域は、前記ｐ型クラッド層及び前記ｐ型コンタクト層を含み、前記金属層は前記ｐ型クラッド層の上面に接触を成すことができる。
【００５２】
この作製方法によれば、前記III族窒化物半導体領域の上に格子欠陥を有する金属膜を成長する工程、もしくは、金属膜の成膜後に、金属膜に格子欠陥を導入する処理を行って、金属膜の格子欠陥密度より大きい格子欠陥密度を有する金属層を形成する。この方法では、水素の吸蔵のための格子欠陥は成膜中に形成される。金属層に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含む。また、リフトオフ及びエッチングのためのマスクを用いてリッジ部の位置を規定すると共に、このマスクを用いて、金属層及び誘電体層のための膜の堆積を行う。この堆積の後に、マスクを除去することによって、１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する金属層及び誘電体層がリッジ部に対して自己整合的に作製される。
【００５３】
本発明に係る作製方法では、基板生産物を作製する前記工程は、前記活性層の上に、ｐ型クラッド層のための第１III族窒化物半導体膜及びｐ型コンタクト層のための第２III族窒化物半導体膜を成長して、エピタキシャル基板を形成する工程と、前記エピタキシャル基板の主面の上に、リフトオフ法のためのマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて前記第１及び第２III族窒化物半導体膜をエッチングして、前記III族窒化物半導体領域を形成する工程と、前記マスクを用いて、前記金属層は１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含む金属層を前記III族窒化物半導体領域の上に成長する工程と、前記マスクを用いて前記金属層の上に前記誘電体層を成長する工程と、リフトオフ法により前記マスクを除去して、前記基板生産物を形成する工程とを含むことが好ましい。前記金属層に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含み、前記第１III族窒化物半導体膜はｐ型ドーパントを含み、前記第２III族窒化物半導体膜はｐ型ドーパントを含み、前記III族窒化物半導体領域は、前記ｐ型クラッド層及び前記ｐ型コンタクト層を含み、前記金属層は前記ｐ型クラッド層の上面に接触を成すことができる。
【００５４】
この作製方法によれば、１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する金属層を成長する。この作製方法では、水素の捕捉のための格子欠陥は成膜中に形成される。金属層に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含む。また、リフトオフ及びエッチングのためのマスクを用いてリッジ部の位置を規定すると共に、このマスクを用いて、金属層及び誘電体層のための膜の堆積を行う。この堆積の後に、マスクを除去することによって、上記の値以上の格子欠陥密度を有する金属層及び誘電体層がリッジ部に対して自己整合的に作製される。
【発明の効果】
【００５５】
以上説明したように、本発明によれば、素子寿命の短縮を改善できる窒化物発光素子が提供される。また、本発明によれば、水素の移動による素子寿命の短縮を改善できる窒化物発光素子を作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本実施の形態に係る窒化物発光素子の構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造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半導体発光素子の製造における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図８】図８は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図９】図９は、本実施の形態に係る窒化物発光素子の構造を概略的に示す図面である。
【図１０】図１０は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を示す図面である。
【図１１】図１１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を示す図面である。
【図１２】図１２は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図１３】図１３は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図１４】図１４は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図１５】図１５は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図１６】図１６は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を概略的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
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、窒化物発光素子、及び窒化物発光素子を作製する方法に係る本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付す。
【００５８】
（第１の実施形態）図１は、本実施の形態に係る窒化物発光素子の構造を概略的に示す図面である。窒化物発光素子の構造は例えば半導体レーザに好適な構造を有するが、本実施の形態は半導体レーザに限定されるものではない。図１の（ａ）部に示されるように、窒化物発光素子１１は、III族窒化物半導体領域１３と、活性層１５と、電極１７と、金属層１９と、誘電体層２１とを備える。図１の（ｂ）部に示されるように、金属層１９及び誘電体層２１は、絶縁層を含む電流ガイド領域２３に含まれる。III族窒化物半導体領域１３は、活性層１５上方に設けられ、また第１領域１３ａ及び第２領域１３ｂを含む。第２領域１３ｂは第１領域１３ａに沿って延在する。第１領域１３ａはリッジ部を含み、リッジ部はｐ型導電性を有する。第１領域１３ａの厚さＴ１３ａは第２領域１３ｂの厚さＴ１３ｂより大きい。III族窒化物半導体領域１３は、意図的に添加されたｐ型ドーパントを含み、また成膜原料中に含まれ意図的に添加されるものではない水素を含む。電極１７は、III族窒化物半導体領域１３の第１領域１３ａのリッジ部の上面１３ｃに接触ＪＣ１を成す。活性層１５はIII族窒化物半導体からなる。金属層１９はIII族窒化物半導体領域１３の第２領域１３ｂ上に設けられる。金属層１９は、水素化物を形成可能な材料からなるので、水素捕捉層として働く。また、誘電体層２１は、金属層１９上に設けられる。電流ガイド領域２３は第２領域１３ｂ上に位置し、またリッジ構造の第１領域１３ａに電流をガイドする。
【００５９】
この窒化物発光素子１１によれば、電極１７が第１領域１３ａのリッジ部の上面１３ｃに接触を成すと共に、金属層１９が第２領域１３ｂ上に設けられる。この金属層１９は水素化物を形成可能な材料からなる。III族窒化物半導体領域１３は水素を含んでおり、環境条件に応じて移動して金属層１９に到達した水素は、金属層１９に吸蔵される。誘電体層２１が金属層１９上に設けられているので、水素は、金属層１９内の水素量に応じて金属層１９から誘電体層２１に実質的に移動できない。金属層１９が、第１領域１３ａのリッジ部と異なる第２領域１３ｂ上に設けられるので、半導体中を移動する水素は、第１領域１３ａのリッジ部と電極１７との界面から隔置された金属層１９に格納される。さらに、電極１７が第１領域１３ａのリッジ部の上面１３ｃに接触を成すと共にリッジ部がｐ型導電性を有するので、電極１７からの電流経路が提供される。電極１７の材料は、金属層１９の材料と独立して決定される。
【００６０】
本実施例では、電極１７は、リッジ構造上面１３ｃに接触（オーミック接触）ＪＣ１を成すだけでなく、電流ガイド領域２３の主面２３ａに接合ＪＣ２を成す。電極１７上には、パッド電極１８が設けられている。図１の（ａ）部を参照すると、パッド電極１８は誘電体層２１の上面に接合を成している。
【００６１】
窒化物発光素子１１は、III族窒化物半導体領域２５を備える。III族窒化物半導体領域２５は、意図的に添加されたｎ型ドーパントを含む部分を有し、ｎ型導電性を有する。
【００６２】
窒化物発光素子１１は支持基体２７を備える。支持基体２７は、例えばIII族窒化物からなることができる。このIII族窒化物としては、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体やＡｌＮを用いることができ、またＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）を用いることができる。さらには支持基体２７は、例えばInAlGaN系、サファイア系、SiC等からなることができる。
【００６３】
III族窒化物半導体領域２５は支持基体２７の主面２７ａ上に設けられる。III族窒化物半導体領域２５は例えばｎ型クラッド層を含み、ｎ型クラッド層は例えばｎ型III族窒化物半導体、好ましくはｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮといったｎ型窒化ガリウム系半導体等からなることができる。また、支持基体２７の裏面２７ｂ上には電極４３が設けられる。電極４３が例えばカソードであるとき、電極１７が例えばアノードである。
【００６４】
III族窒化物半導体領域２５上には、発光層２９が設けられる。発光層２９は活性層１５を含む。発光層２９は、必要な場合には、活性層１５とIII族窒化物半導体領域２５との間にIII族窒化物半導体、好ましくは窒化ガリウム系半導体からなる一又は複数の半導体層を含むことができ、該半導体層は例えば光ガイド層３１として働く。また、発光層２９は、必要な場合には、活性層１５とIII族窒化物半導体領域１３との間にIII族窒化物半導体、好ましくは窒化ガリウム系半導体からなる一又は複数の半導体層を含むことができ、該半導体層は例えば電子ブロック層（例えばＡｌＧａＮ等）３３や光ガイド層（例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等）３５として働く。活性層１５は少なくとも１層以上の井戸層１５ａを含むことができ、井戸層１５ａはインジウムを含むIII族窒化物半導体、例えばＩｎＧａＮ等からなることができる。また、活性層１５は障壁層１５ｂを含むことができ、障壁層１５ｂは窒化ガリウム系半導体、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなることができ、その井戸層と障壁層とでSQW、MQW構造をとることが出来る。障壁層１５ｂのバンドギャップは井戸層１５ａのバンドギャップより大きく、MQWの場合では井戸層１５ａ及び障壁層１５ｂが交互に配列されている。III族窒化物半導体領域２５、発光層２９（活性層１５）及びIII族窒化物半導体領域１３は、支持基体２７の主面２７ａの法線方向に順に配列されている。
【００６５】
窒化物発光素子１１では、支持基体２７の主面２７ａは、極性面、半極性面及び無極性面のいずれにも適用可能である。また、窒化物発光素子１１の一実施例では、支持基体２７の主面２７ａは該主面２７ａのIII族窒化物のｃ軸に対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物発光素子によれば、半極性及び無極性であるため、ピエゾ効果による発光効率低下を抑制することが出来、特に、青紫波長以上での素子特性向上を求める上では有効である。
【００６６】
III族窒化物半導体領域１３はｐ型半導体からなっており、例えばｐ型クラッド層（例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等）３７を含むことができ、またｐ型コンタクト層（例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等）３９を含むことができる。III族窒化物半導体領域１３にはMｇがドープされていることができる。金属層１９は、ｐ型半導体領域内のＭｇ−Ｈ結合から遊離する水素を捕捉できる。
【００６７】
金属層１９は、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｄ及びこれらの少なくとも２種の元素からなる合金を含むことができる。これら例示的に列挙された上記元素を含む金属及び合金が金属層１９のために使用可能である。例えば、金属層１９の厚さの下限は、例えば金属層１９を構成する元素の原子半径の１０倍程度と見積もられ、この厚さによって成膜の組織が安定する。下地が十分に平坦であるとき、例えば金属層１９がパラジウム（原子半径：０．１４ｎｍ）を用いると、この金属層１９の厚さの下限は１ｎｍ程度となる。様々な見積もりから、金属層１９の厚さは１０オングストローム（１．０ｎｍ）以上であることができる。
【００６８】
金属層１９は、第２領域１３ｂのｐ型半導体領域に接触を成す。ｐ型半導体領域内のｐ型ドーパントと水素とが結合した複合物から遊離する水素は金属層に捕捉される。金属層１９は、ｐ型半導体領域表面に接触を成す。このｐ型半導体領域表面の表面粗さＲａは３ｎｍ以上であることが好ましく、接触表面積を大きく確保できるため遊離水素の除去効率を上げることができる。また、ｐ型半導体領域表面の表面粗さＲａは２０ｎｍ以下であることが好ましく、リッジ形成のドライエッチングの際に表面粗さを調整して、半導体層と金属層との密着性を確保できる。また、金属層１９の厚さの下限は、ｐ型半導体領域表面の表面粗さＲａより大きく、この粗さの値に加えて１ｎｍ以上あることができる。
【００６９】
金属層１９は、III族窒化物半導体領域１３の第２領域１３ｂの上面１３ｄに接触を成しており、金属層１９と第２領域１３ｂとの接触面積は第１領域（リッジ部）１３ａの上面１３ｃと電極１７との接触面積より大きいことが好ましい。この窒化物発光素子１１によれば、電極１７と半導体面１３ｃとの接触面積に限定されることなく、金属層１９と第２領域１３ｂとの接触面積をリッジ部上面１３ｃと電極１７との接触面積より大きくできる。この接触面積は、例えば走査型電子顕微鏡等を用いて寸法を測定することにより特定される。
【００７０】
金属層１９は第１領域１３ａのリッジ部側面に接触を成し、誘電体層２１は金属層１９の上面１９ａを覆うと共に第１領域１３ａのリッジ部側面に接触を成すことができる。誘電体層２１が金属層１９の上面１９ａを覆うので、金属層１９から効率的に水素が移動でき、移動した水素の捕捉が効果的に可能になる。また、誘電体層２１がリッジ部側面に接触を成すので、金属層１９を保護でき、また電極１７から金属層１９を電気的に分離できる。例えば、誘電体層２１の厚さは１．０nm以上であることができ、誘電体層２１の厚さは誘電体層の上面がリッジを有する前記III族窒化物半導体層のリッジ上面と面一が望ましいが、少なくとも前記金属層１９と電極とが絶縁される厚さであることができる。
【００７１】
III族窒化物半導体領域１３の第２領域１３ｂの上面１３ｄに接触を成すように水素捕捉層を形成するプロセスを行った後に室温と高温（室温より高い温度）との間の温度履歴があるとき、半導体中に様々な形態でトラップされていた水素が遊離する。このとき、水素捕捉層は、到来する水素をその飽和レベルまで取り込み、水素捕捉層に体積膨張が生じるが、水素捕捉層内に水素の濃度勾配があると、水素は濃度勾配が層内で無くなるように内部拡散するため金属層全体で体積膨張を吸収するため素子が破壊することは無い。III族窒化物半導体領域１３および水素捕捉層の温度が低下すると、III族窒化物半導体領域13ではその温度に応じて遊離水素量自体が減少するため素子機能は維持される。したがって、第２領域１３ｂの上面１３ｄに接触を成す水素捕捉層は、以下の説明に示されるように長期信頼性に係る水素の振る舞いを抑制することに有効であるが、半導体発光素子１１の作製工程において移動する水素にも有効である。
【００７２】
誘電体層２１は電極１７と金属層１９との間に設けられ、誘電体層２１は、シリコン酸化膜（例えばＳｉＯ２）、シリコン窒化物（例えばＳｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化物（例えばＳｉＯＮ）、酸化ハフニウム（例えばＨｆＯ２）、タンタル酸化物（例えばＴａ２Ｏ５）、強誘電体（ＰＺＴ、ＢＳＴ）、ポリイミド系有機物、及びフッソ化合物の少なくともいずれかを含むことが好適である。この窒化物発光素子１１によれば、誘電体層２１が電極１７と金属層１９との間に設けられるので、金属層１９内の水素が誘電体層２１を通して電極に到達しない。例えばＳｉＯ２といった誘電体層２１に外部電圧が印加されるとき、１０ボルト以上の絶縁耐圧を越えるためには、少なくとも５０ｎｍ程度（絶縁破壊強度を２×１０６Ｖ／ｃｍと仮定）である。
【００７３】
強誘電体のＰＺＴは、例えばＰｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３として表され、強誘電体のＢＳＴはＢａ０．８Ｓｒ０．２ＴｉＯ３として表される。
【００７４】
図１の（ｂ）部に示されるように、電流ガイド領域２３は、誘電体層２１を含むことができる。誘電体層２１の水素の拡散係数は、金属層１９内の水素の拡散係数より極端に小さい。また、誘電体層２１は、金属層１９より大きな抵抗率を有し、より好ましくは絶縁性を有する。金属層１９及び誘電体層２１の合計厚みがリッジ部の高さに合うように、金属層１９及び誘電体層２１の少なくともいずれか一方の厚さを調整することができる。必要な場合には、電流ガイド領域２３に、別の誘電体層を追加することができる。例えばこの誘電体層の材料を選択して、該誘電体層と電極１７との密着性を誘電体層２１と電極１７との密着性よりも良好なものとすることができる。
【００７５】
電流ガイド領域２３の厚さをリッジ部の高さに合わせるためには、金属層１９の厚さはリッジ部の高さより小さく、また誘電体層２１の厚さはリッジ部の高さより小さい。
【００７６】
金属層１９は、以下のような水素に対して効果を有する。（１）半導体発光素子１１の製造のための工程が完了した時点で、半導体発光素子１１内のｐ型半導体領域に残留している原子状又は分子状の遊離水素。なお、製造工程において水素を含有する雰囲気下で半導体発光素子１１のp型半導体領域が暴露している場合では、ｐ型半導体領域表面における水素は、熱力学的には暴露表面を通して溶解する水素量が暴露雰囲気の水素分圧の平方根に比例するジーベルトの法則（Ｓｉｅｖｅｒｔ‘ｓ  ｌａｗ）に従って進入する。（２）半導体発光素子１１が市場に流通した後に長期に使用されて、その動作に伴って半導体発光素子１１内のトラップサイトに捕捉されている原子状又は分子状の水素。この水素は、使用温度では解離しないＭｇ−Ｈ複合体の水素ではなく、例えば、安定な水素複合体を形成しない不純物元素や転位などの結晶格子欠陥により捕捉されている。（３）半導体発光素子１１が市場に流通した後に使用される環境により、素子外部から素子内に侵入してくる原子状水素。この水素は、熱力学的には高温雰囲気で暴露表面を通して溶解する水素量が暴露雰囲気の水素分圧の平方根に比例するジーベルトの法則（Ｓｉｅｖｅｒｔ’ｓ  ｌａｗ）に従う。
【００７７】
半導体発光素子１１内に残留する水素は、素子の信頼性に係る事項に関連している。原子状水素は、半導体中を容易に拡散して移動できるので、電極内や電極界面での劣化の他に、素子を構成する半導体層界面のトラップサイトに捕捉されて、原子状水素が集積されて分子状水素を形成となりうる。この分子状水素は界面欠陥を形成して、素子の性能劣化を引き起こすと共に、性能劣化を進行させる。
【００７８】
上記のような水素を捕獲するためには、半導体層に接触を成す金属層１９は有用である。また、半導体領域１３と金属層１９との接合は、電極１７と半導体面１３ｃとの接触のように電気的特性を満たすように規定されるものと異なり、この接触に比べて広く、半導体からの水素の移動に好適である。また、金属層１９がリッジ部と異なる半導体層に接触を成すので、電極と半導体領域との接合と異なる領域で水素を捕捉できる。
【００７９】
半導体発光素子１１の長期間にわたる使用又は連続動作を行うとき、種々の理由により、半導体発光素子１１内に遊離水素が発生する。上記の説明から理解されるように、半導体に直接に接触を成す金属層１９は、半導体発光素子１１の半導体内を移動する水素量を減少させることができる。
【００８０】
図２及び図３は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を示す図面である。
【００８１】
工程Ｓ１０１では、図４の（ａ）部に示されるように、成長炉１０ａを用いてエピタキシャル基板Ｅを作製する。成長炉１０ａでは、例えば有機金属気相成長法でIII族窒化物半導体の成膜が行われる。この成膜では、III族窒化物半導体に有機金属気相成長の原料に起因する水素が取り込まれる。工程Ｓ１０２では、基板５１を準備する。この基板５１は例えばIII族窒化物からなる主面５１ａを有することができる。工程Ｓ１０３では、有機金属原料及びｎ型ドーパントガスを成長炉１０ａに供給しながら、ｎ導電性のIII族窒化物半導体領域５３を基板５１の主面５１ａ上に成長する。III族窒化物半導体領域５３は、一又は複数のIII族窒化物半導体層を含み、例えばｎ型クラッド層を含むことができる。ｎ型ドーパントは例えばシリコンを含むことができる。
【００８２】
引き続く工程では、ｎ型III族窒化物半導体領域５３上に発光層５５を成長する。発光層５５の作製では、工程Ｓ１０４では、有機金属原料を成長炉１０ａに供給しながらｎ側の光ガイド層を第１導電型III族窒化物半導体領域５３上に成長する。工程Ｓ１０５では、有機金属原料を成長炉１０ａに供給しながら、この光ガイド層上に活性層を成長する。活性層の成長では、工程Ｓ１０６において有機金属原料を成長炉１０ａに供給しながら障壁層を成長すると共に、工程Ｓ１０７において有機金属原料を成長炉１０ａに供給しながら井戸層を成長する。なお、ＭＱＷの場合では必要に応じて、障壁層及び井戸層の成長を繰り返す。工程Ｓ１０８及びＳ１０９において、有機金属原料を成長炉１０ａに供給しながら電子ブロック層及びｐ側の光ガイド層を成長する。
【００８３】
工程Ｓ１１０では、有機金属原料及びｐ型ドーパントガスを成長炉１０ａに供給しながらIII族窒化物半導体領域５７を発光層５５の主面上に成長する。III族窒化物半導体領域５７は水素及びｐ型ドーパントを含む。ｐ型のIII族窒化物半導体領域５７の成膜では、工程Ｓ１１１において、発光層５５の主面上にｐ型クラッド層のための第１III族窒化物半導体膜を成長すると共に、工程１１２において、この第１III族窒化物半導体膜上にｐ型コンタクト層のための第２III族窒化物半導体膜を成長して、エピタキシャル基板Ｅを形成する。ｐ型ドーパントは例えばマグネシウムを含むことができるが、この場合、これらのｐ型半導体領域にはＭｇ−Ｈ結合を有する複合体が含まれる。
【００８４】
エピタキシャル基板Ｅを成長炉１０ａから取り出した後に、工程Ｓ１１３では、基板生産物を作製する。このために、工程Ｓ１１４では、リッジ形成のためのマスクをエピタキシャル基板Ｅの主面上に形成する。このマスクの形成のために、まず、図４の（ｂ）部に示されるように、エピタキシャル基板Ｅの主面上に、第１の金属マスク膜５９、第２の金属マスク膜６１及び絶縁膜６３を順に成長した後に、リッジ構造の幅及び向きを規定するレジストマスクＭ１を絶縁膜６３上に形成する。第１の金属マスク膜５９は例えばＭｏ，Ｔｉであり、第２の金属マスク膜６１は例えばＡｌであり、絶縁膜６３は例えばシリコン酸化物である。次いで、図５の（ａ）部に示されるように、レジストマスクＭ１を用いて第１の金属マスク膜５９、第２の金属マスク膜６１及び絶縁膜６３を順にエッチングして、マスクＭ２を形成する。マスクＭ２は、第１の金属マスク層５９ａ、第２の金属マスク層６１ａ及び絶縁層６３ａを含み、これらの層５９ａ、６１ａ、６３ａはエピタキシャル基板Ｅの主面上に順に配列される。マスクＭ２を形成した後に、レジストマスクＭ１を除去することができる。
【００８５】
工程Ｓ１１５では、図５の（ｂ）部に示されるように、マスクＭ２を用いてｐ型III族窒化物半導体領域５７を処理装置１０ｂでドライエッチングして、エッチングされたIII族窒化物半導体領域６５を形成する。III族窒化物半導体領域６５は、第１領域６５ａ及び第２領域６５ｂを含む。第２領域６５ｂは、軸Ａｘの方向に延在する第１領域６５ａに沿って設けられる。第１領域６５ａはリッジ部を含み、リッジ部はｐ型導電性を有する。第１領域６５ａの厚さは第２領域６５ｂの厚さより大きい。III族窒化物半導体領域６５は、意図的に添加されたｐ型ドーパントを含み、また有機金属原料、あるいは、製造工程に起因した水素を含む。基板５１の主面５１ａの延在方向に、第１領域６５ａ及び第２領域６５ｂが交互に配列されており、この配列は軸Ａｘの方向と交差する方向に成る。一素子分の素子幅では、リッジ構造を含む単一の第１領域６５ａが第２領域６５ｂの間に設けられる。リッジ部上面６５ｃ上には、マスクＭ２が残されている。
【００８６】
工程Ｓ１１５では、必要な場合、図６の（ａ）部に示されるように、処理装置１０ｃにおいて第１の金属マスク層５９ａを第２の金属マスク層６１ａ及び絶縁層６３ａに対して選択的にエッチングして、第１の金属マスク層５９ｂを形成する。このエッチングは、例えばＲＩＥを用いた等方性エッチングにより可能である。第１の金属マスク層５９ｂ、第２の金属マスク層６１ａ及び絶縁層６３ａからなるマスクを引き続き、マスクＭ２として参照する。
【００８７】
引き続き、工程Ｓ１１６では、図６の（ｂ）部に示されるように、マスクＭ２を用いて処理装置１０ｄで水素捕捉層６７を成長する。水素捕捉層６７は、マスクＭ２上に成長された第１部分６７ａと、III族窒化物半導体領域６５の第２領域６５ｂ上に成長された第２部分６７ｂとを含む。マスクＭ２の高さにより、第１部分６７ａは第２部分６７ｂから分離されている。水素捕捉層６７は、水素化物を形成可能な金属層を含むことができる。水素捕捉層６７は、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｄ及びこれらの少なくとも２種の元素からなる合金を含むことができる。これら例示的に列挙された上記元素を含む金属及び合金も水素捕捉層６７のために使用可能である。
【００８８】
工程Ｓ１１７では、図７の（ａ）部に示されるように、マスクＭ２を用いて処理装置１０ｅで誘電体層６９を成長する。誘電体層６９は、マスクＭ２上に成長された第１部分６９ａと、III族窒化物半導体領域６５の第２領域６５ｂ上に成長された第２部分６９ｂとを含む。マスクＭ２の厚さにより、第１部分６９ａは第２部分６９ｂから分離されている。例えば、誘電体層６９の厚さは１．０nm以上であることができ、誘電体層６９の厚さは誘電体層の上面がリッジを有する前記III族窒化物半導体層のリッジ上面と面一が望ましいが、少なくとも前記金属層１９と電極とが絶縁される厚さであることができる。誘電体層６９は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、酸化ハフニウム、タンタル酸化物、強誘電体等であることができる。これらの成膜は例えば真空蒸着法、スパッタ蒸着法、プラズマＰＶＤ、ＣＶＤ、等、殆ど現在、汎用となっている方法を適用することができる。
【００８９】
水素捕捉層６７及び誘電体層６９の総厚は、リッジ部の高さに合わすように決定されることが好ましい。また、必要な場合には、誘電体層６９を成長した後に、誘電体層６９上に別の誘電体層を更に成長することができる。この形態では、水素捕捉層６７、誘電体層６９及び別の誘電体層の総厚は、リッジ部の高さに合わすように決定されることが好ましい。
【００９０】
これらの工程Ｓ１１６及びＳ１１７の後に、図７の（ｂ）部に示されるように、工程Ｓ１１８においてリフトオフ法によりマスクＭ２を処理装置１０ｆで除去して、基板生産物ＳＰ１を作製する。これによりマスクＭ２上に順に設けられた水素捕捉層６７の部分６７ａ及び誘電体層６９の部分６９ａは消失する。基板生産物ＳＰ１は、III族窒化物半導体領域６５の第２領域６５ｂ上に順に設けられた水素捕捉層６７の部分６７ｂ（引き続く説明では「水素捕捉層６７ｂ」として参照する）及び誘電体層６９の部分６９ｂ（引き続く説明では「誘電体層６９ｂ」として参照する）を含む。
【００９１】
この作製方法によれば、リフトオフ及びエッチングのためのマスクＭ２を用いてリッジ部の位置を規定すると共に、このマスクＭ２を用いて、水素捕捉層６７ｂのための膜及び誘電体層６９ｂのための膜の堆積を行う。この堆積の後に、マスクＭ２を除去して、誘電体層を形成する。これ故に、リッジ部に対して水素捕捉層６７ｂ及び誘電体層が自己整合的に作製される。水素捕捉層６７ｂ及び誘電体層は電流ガイド領域を構成する。
【００９２】
リフトオフ法による作成では、誘電体層６９は、既に説明したように、シリコン酸化膜、シリコン窒化物、及びシリコン酸窒化物といったシリコン系無機化合物、酸化ハフニウム及びタンタル酸化物といった金属酸化物、並びに強誘電体の少なくともいずれかを含むことが好適である。また、誘電体層６９としてポリイミド系有機物を用いることができる。このときは、例えばスパッタ蒸着法を用いることができる。
【００９３】
工程Ｓ１１９では、図８の（ａ）部に示されるように、III族窒化物半導体領域６５の第１領域６５ａのリッジ部の上面６５ｃに接合Ｃ１を成すアノード電極７１を形成する。アノード電極７１としては、Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ、Ｉｎ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｓｎ等の単一金属、あるいはこれらの合金を用いることができる。また、図８の（ｂ）部に示されるように、電極７１及び電流ガイド領域上に設けられたパッド電極７３及び、基板５１の裏面５１ｂにカソード電極を形成できる。この作製方法によれば、誘電体層６９が電極７１、７３と金属層６７との間に設けられるので、誘電体層６９を作製した後には、製造工程中において金属層６７内の水素が誘電体層６９を通して電極に到達しない。
【００９４】
この作製方法によれば、第１領域６５ａのリッジ部上面６５ｃに接触を成す電極７１を形成可能である一方で、基板生産物において、III族窒化物半導体領域６５の第２領域６５ｂ上に設けられた絶縁性の誘電体層６９ｂを利用して、水素捕捉層６７ｂ上に電流ガイド領域を形成できる。水素捕捉層６７ｂは少なくとも原子状もしくは分子状態で遊離する水素を捕捉することができる結晶欠陥を有する。III族窒化物半導体領域６５は水素を含んでおり、水素捕捉層６７ｂが、第１領域６５ａのリッジ部と異なる第２領域６５ｂに接合Ｃ２を成す。これ故に、移動する水素は水素捕捉層６７ｂに捕捉される。誘電体層６９ｂが水素捕捉層６７ｂに接合Ｃ３を成すように設けられている。水素捕捉層６７ｂが、第１領域６５ａのリッジ部と異なる第２領域６５ｂ上に設けられるので、移動する水素は、リッジ部上面６５ｃと電極７３との接合（界面）Ｃ１から離間した水素捕捉層６７ｂに引き付けられて格納される。さらに、電極７１がリッジ部上面６５ｃに接触を成すと共にリッジがｐ型導電性を有するので、電極７１からの電流経路が提供される。電極７１の材料は水素捕捉層６７ｂの材料と独立して決定される。また、第２領域６５ａと水素捕捉層６７ｂとの接触面積の総和はリッジ部上面６５ｃと電極７１との接触面積の総和より大きい。
【００９５】
以上説明したように、絶縁性の誘電体層下に水素捕捉金属を設けることにより、長期ＣＷ発振においてｐ型クラッド層内に生成されるＭｇ−Ｈ複合物から脱離した水素、及び下部半導体層からの水素拡散に由来する原子状水素を誘電体層下の水素捕捉金属が吸収する。さらに、水素捕捉金属において水素捕捉により起こる水素捕捉金属内部の濃度分布形成が起因となって、原子状水素がさらに水素捕捉金属内を移動する。ｐ型コンタクト層への水素原子流入がさらに長期間にわたって抑制可能となり、また、マグネシウムと水素との再結合確率を低減でき、安定なｐ型オーミック接触を維持できる。その結果、素子寿命が延びる。
【００９６】
（第２の実施形態）図９は、本実施の形態に係る窒化物発光素子の構造を概略的に示す図面である。窒化物発光素子の構造は例えば半導体レーザに好適な構造を有するが、本実施の形態は半導体レーザに限定されるものではない。図９の（ａ）部に示されるように、窒化物発光素子１１−１は、III族窒化物半導体領域１３−１と、活性層１５−１と、電極１７−１と、金属層１９−１と、誘電体層２１−１とを備える。図９の（ｂ）部及び（ｃ）部に示されるように、金属層１９−１及び誘電体層２１−１は、絶縁層を含む電流ガイド領域２３−１に含まれる。III族窒化物半導体領域１３−１は、活性層１５−１上方に設けられ、また第１領域１３ａ−１及び第２領域１３ｂ−１を含む。第２領域１３ｂ−１は第１領域１３ａ−１に沿って延在する。第１領域１３ａ−１はリッジ部を含み、リッジ部はｐ型導電性を有する。第１領域１３ａ−１の厚さＴ１３ａ−１は第２領域１３ｂ−１の厚さＴ１３ｂ−１より大きい。III族窒化物半導体領域１３−１は、意図的に添加されたｐ型ドーパントを含み、また成膜原料中に含まれ意図的に添加されるものではない水素を含む。電極１７−１は、III族窒化物半導体領域１３−１の第１領域１３ａ−１のリッジ部の上面１３ｃ−１に接触ＪＣ１−１を成す。活性層１５−１はIII族窒化物半導体からなる。金属層１９−１はIII族窒化物半導体領域１３−１の第２領域１３ｂ−１上に設けられる。金属層１９−１は、高欠陥密度を有する領域を含み、また該格子欠陥は水素を捕捉可能である。これ故に、金属層１９−１は水素捕捉のための層として働くことができる。金属層１９−１は例えば１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含むことが好ましい。このような金属層１９−１は水素化物を形成可能な材料からなる。また、誘電体層２１−１は、金属層１９上に設けられる。電流ガイド領域２３−１は第２領域１３ｂ−１上に位置し、またリッジ構造の第１領域１３ａ−１に電流をガイドする。図９の（ｂ）部に示されるように、金属層１９−１の側端はリッジ構造の側面に接することができる。或いは、図９の（ｃ）部に示されるように、金属層１９−１の側端はリッジ構造の側面から離間していることができる。
【００９７】
この窒化物発光素子１１−１によれば、電極１７−１が第１領域１３ａ−１のリッジ部の上面１３ｃ−１に接触を成すと共に、金属層１９−１が第２領域１３ｂ−１上に設けられる。この金属層１９−１は１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含む。III族窒化物半導体領域１３−１は水素を含んでおり、環境条件に応じて移動して移動して水素は金属層１９−１に到達すると、金属層１０−１の高欠陥領域（１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域）に吸蔵される。誘電体層２１−１が金属層１９−１上に設けられているので、水素は、金属層１９−１から誘電体層２１に実質的に移動できない。金属層１９−１が、第１領域１３ａ−１のリッジ部と異なる第２領域１３ｂ−１上に設けられるので、半導体中を移動する水素は、第１領域１３ａ−１のリッジ部と電極１７−１との界面から隔置された金属層１９−１に格納される。さらに、電極１７−１が第１領域１３ａ−１のリッジ部の上面１３ｃ−１に接触を成すと共にリッジ部がｐ型導電性を有するので、電極１７−１からの電流経路が提供される。電極１７−１の材料は、金属層１９−１の材料と独立して決定される。
【００９８】
また、金属層１９−１における少なくとも一部の領域は１×１０１５ｃｍ−２以下の格子欠陥密度を有することが好ましい。格子欠陥密度が上記の値以下であれるとき、高欠陥密度に起因する金属層の劣化がデバイス特性に影響を与えることはない。
【００９９】
本実施例では、電極１７−１は、リッジ構造上面１３ｃ−１に接触ＪＣ１−１（オーミック接触）を成すだけでなく、電流ガイド領域２３−１の主面２３ａ−１に接合ＪＣ２−１を成す。電極１７−１上には、パッド電極１８−１が設けられている。図９の（ａ）部を参照すると、パッド電極１８−１は誘電体層２１−１の上面に接合を成している。
【０１００】
窒化物発光素子１１−１は、III族窒化物半導体領域２５−１を備える。III族窒化物半導体領域２５−１は、意図的に添加されたｎ型ドーパントを含む部分を有し、ｎ型導電性を有する。
【０１０１】
窒化物発光素子１１−１は支持基体２７−１を備える。支持基体２７−１は、例えばIII族窒化物からなることができる。このIII族窒化物としては、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体やＡｌＮを用いることができ、またＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）を用いることができる。さらに、支持基体２７は、例えばＩｎＡｌＧａＮ系，サファイア系，ＳｉＣ等からなることができる。
【０１０２】
III族窒化物半導体領域２５−１は支持基体２７−１の主面２７ａ−１上に設けられる。III族窒化物半導体領域２５−１は例えばｎ型クラッド層を含み、ｎ型クラッド層は例えばｎ型III族窒化物半導体、好ましくはｎ型ＡｌＧａＮ，ｎ型ＩｎＡｌＧａＮといったｎ型窒化ガリウム系半導体等からなることができる。また、支持基体２７−１の裏面２７ｂ−１上には電極４３−１が設けられる。電極４３−１が例えばカソードであるとき、電極１７−１が例えばアノードである。
【０１０３】
III族窒化物半導体領域２５−１上には、発光層２９−１が設けられる。発光層２９−１は活性層１５−１を含む。発光層２９−１は、必要な場合には、活性層１５−１とIII族窒化物半導体領域２５−１との間にIII族窒化物半導体層、好ましくは窒化ガリウム系半導体からなる一又は複数の半導体層を含むことができ、該半導体層は例えば光ガイド層３１−１として働く。また、発光層２９−１は、必要な場合には、活性層１５−１とIII族窒化物半導体領域１３−１との間にIII族窒化物半導体層、好ましくは窒化ガリウム系半導体からなる一又は複数の半導体層を含むことができ、該半導体層は例えば電子ブロック層３３−１（例えばＡｌＧａＮ等）や光ガイド層３５−１（例えばＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ等）として働く。活性層１５−１は少なくとも１層以上の井戸層１５ａ−１を含むことができ、井戸層１５ａ−１はインジウムを含むIII族窒化物半導体、例えばＩｎＧａＮ等からなることができる。また、活性層１５−１は障壁層１５ｂ−１を含むことができ、障壁層１５ｂ−１は窒化ガリウム系半導体、例えばＧａＮ，ＩｎＧａＮ等からなることができ、その井戸層と障壁層とでＳＱＷ，ＭＱＷ構造をとることが出来る障壁層１５ｂ−１のバンドギャップは井戸層１５ａ−１のバンドギャップより大きく、ＭＱＷの場合では井戸層１５ａ−１及び障壁層１５ｂ−１は交互に配列されている。III族窒化物半導体領域２５、発光層２９−１（活性層１５−１）及びIII族窒化物半導体領域１３−１は、支持基体２７−１の主面２７ａ−１の法線方向に順に配列されている。
【０１０４】
窒化物発光素子１１−１では、支持基体２７−１の主面２７ａ−１は、例えば窒化ガリウム半導体の極性面、半極性面及び無極性面のいずれにも適用可能である。また、窒化物発光素子１１−１の一実施例では、支持基体２７−１の主面２７ａ−１は該主面２７ａ−１のIII族窒化物のｃ軸に対して６３度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物発光素子によれば、半極性及び無極性であるため、ピエゾ効果による発光効率低下を抑制することが出来、特に、青紫波長以上での素子特性向上を求める上では有効である。
【０１０５】
III族窒化物半導体領域１３−１はｐ型半導体からなっており、例えばｐ型クラッド層３７−１（例えばＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ等）を含むことができ、またｐ型コンタクト層３９−１（例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ等）を含むことができる。III族窒化物半導体領域１３−１にはＭｇがドープされていることができる。金属層１９−１は、ｐ型半導体領域内のＭｇ−Ｈ結合から遊離する水素を捕捉できる。
【０１０６】
窒化物発光素子１１−１では、金属層１９−１に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含むことが好ましい。該格子欠陥は格子歪みを有するので、遊離Ｈ＋と相互作用を持つ。格子欠陥に起因する歪み量は、金属種（構成原子のサイズ）、欠陥種（歪みサイズ）、及び欠陥密度等に依存する。上記の格子欠陥は、原子状の水素と相互作用して、水素を捕捉することができる。これらの種類の格子欠陥の密度は、金属層１９−１の一部又は全体において例えば１×１０１１ｃｍ−２以上であることが好ましい。この程度の格子欠陥は、遊離水素が存在する半導体において金属層の劣化を引き起こすものではない。格子欠陥の密度は、金属層１９−１の一部又は全体において例えば１×１０１１ｃｍ−２の１．５倍程度までであることが好ましい。これ以上であると金属層が有する格子歪が大きくなりすぎるため、これと接する該III族窒化物半導体層にマクロな変形を与える可能性が生じるためである。格子欠陥の密度は、金属層１９−１の一部又は全体において例えば１×１０１１ｃｍ−２の１．３倍程度までであることが好ましい。これと接する該III族窒化物半導体層との接続端面で剥離が発生することもあるからである。格子欠陥密度は例えば、所定の条件で製品と同時作製したサンプルについて、薄膜Ｘ線回折法，ＴＥＭ，Ｘ線トポグラフィ法，等の方法により見積もることができる。
【０１０７】
また、格子欠陥の密度は、金属層１９−１の一部又は全体において例えば１×１０１５ｃｍ−２以下の格子欠陥密度を有することが好ましい。格子欠陥密度が上記の値以下であるとき、高欠陥密度に起因する金属層の劣化がデバイス特性に影響を与えることはない。
【０１０８】
金属層１９−１の材料としては、金属層１９−１が接触を成す半導体と容易に化合物を形成しない金属やこの半導体と金属層１９−１との熱膨張係数差が大きくない金属が適用できる。金属層１９−１は、例えばＡｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ａｕ，Ｇｅ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉ、Ｍｇ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｎｉ，Ｃａ，Ｎｂ，Ｖ，Ｐｄ及びこれらの少なくとも２種の元素からなる合金を含むことができる。これら例示的に列挙された上記元素を含む金属及び合金が金属層１９−１のために使用可能である。例えば、金属層１９−１の厚さの下限は、例えば金属層１９を構成する元素の原子半径の１０倍程度と見積もられ、この厚さによって成膜の組織が安定する。下地が十分に平坦であるとき、例えば金属層１９−１がパラジウム（原子半径：０．１４ｎｍ）を用いると、この金属層１９−１の厚さの下限は１ｎｍ程度となる。この他の技術事項を考慮して、金属層１９−１の厚さは１ｎｍ以上であることができ、金属層１９−１の上限厚さは金属層上に誘電体層を形成することによってｐ電極層との電気的絶縁性を確保できる厚さによって設計することができる。
【０１０９】
金属層１９−１は、第２領域１３ｂ−１のｐ型半導体領域に接触を成す。ｐ型半導体領域内のｐ型ドーパントと水素とが結合した複合物から遊離する水素は金属層に捕捉される。金属層１９−１は、ｐ型半導体領域表面に接触を成す。このｐ型半導体領域表面の表面粗さＲａは３ｎｍ以上であることが好ましく、接触表面積を大きく確保できるため遊離水素の除去効率を上げることができる。また、ｐ型半導体領域表面の表面粗さＲａは２０ｎｍ以下であることが好ましく、リッジ形成のドライエッチングの際に表面粗さを調整して、半導体層と金属層との密着性を確保できる。また、金属層１９−１の厚さの下限は、ｐ型半導体領域表面の表面粗さＲａより大きく、この粗さの値に加えて１ｎｍ以上あることができる。
【０１１０】
金属層１９−１は、III族窒化物半導体領域１３−１の第２領域１３ｂ−１の上面１３ｄ−１に接触を成しており、金属層１９−１と第２領域１３ｂ−１との接触面積は第１領域１３ａ−１（リッジ部）の上面１３ｃ−１と電極１７−１との接触面積より大きいことが好ましい。この窒化物発光素子１１−１によれば、電極１７−１と半導体面１３ｃ−１との接触面積に限定されることなく、金属層１９−１と第２領域１３ｂ−１との接触面積をリッジ部上面１３ｃ−１と電極１７−１との接触面積より大きくできる。この接触面積は、例えば走査型電子顕微鏡等を用いて寸法を測定することにより特定される。
【０１１１】
図９の（ｂ）部に示されるように、金属層１９−１は第１領域１３ａ−１のリッジ部側面に接触を成し、誘電体層２１−１は金属層１９−１の上面１９ａ−１を覆うと共に第１領域１３ａ−１のリッジ部側面に接触を成すことができる。誘電体層２１−１が金属層１９−１の上面１９ａ−１を覆うので、移動した水素の捕捉が効果的に可能になる。また、誘電体層２１−１がリッジ部側面に接触を成すので、金属層１９−１を保護でき、また電極１７−１から金属層１９−１を電気的に分離できる。例えば、誘電体層２１−１の厚さは１．０ｎｍ以上であることができ、誘電体層２１−１の厚さは誘電体層の上面がリッジを有する前記III族窒化物半導体層のリッジ上面と面一が望ましいが、少なくとも前記金属層１９−１と電極とが絶縁される厚さであることができる。
【０１１２】
III族窒化物半導体領域１３−１の第２領域１３ｂ−１の上面１３ｄ−１に接触を成すように該金属層を形成するプロセスを行った後に室温と高温（室温より高い温度）との間の温度履歴があるとき、半導体中に様々な形態で捕捉されていた水素が遊離する。このとき、該金属層は、到来する水素をその飽和レベルまで取り込む。また、該金属層内に水素の濃度勾配があると、水素は拡散する。III族窒化物半導体領域１３−１及び該金属層の温度が低下しても取り込まれた水素が再放出されることはない。したがって、第２領域１３ｂ−１の上面１３ｄ−１に接触を成す該金属層は、以下の説明に示されるように長期信頼性に係る水素の振る舞いを抑制することに有効であるが、半導体発光素子１１−１の作製工程において移動する水素にも有効である。
【０１１３】
誘電体層２１−１は電極１７−１と金属層１９−１との間に設けられ、誘電体層２１−１は、シリコン酸化膜（例えばＳｉＯ２）、シリコン窒化物（例えばＳｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化物（例えばＳｉＯＮ）、酸化ハフニウム（例えばＨｆＯ２）、タンタル酸化物（例えばＴａ２Ｏ５）、強誘電体（ＰＺＴ、ＢＳＴ）、ポリイミド系有機物、及びフッソ化合物の少なくともいずれかを含むことが好適である。この窒化物発光素子１１−１によれば、誘電体層２１−１が電極１７−１と金属層１９−１との間に設けられるので、金属層１９−１内の水素が誘電体層２１−１を通して電極に到達しない。例えばＳｉＯ２といった誘電体層２１−１に外部電圧が印加されるとき、１０ボルト以上の絶縁耐圧を越えるためには、少なくとも５０ｎｍ程度（絶縁破壊強度を２×１０６Ｖ／ｃｍと仮定）である。
【０１１４】
強誘電体のＰＺＴは例えばＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３として表され、強誘電体のＢＳＴは例えばＢａ０．８Ｓｒ０．２ＴｉＯ３として表される。
【０１１５】
図９の（ｂ）部及び（ｃ）部に示されるように、電流ガイド領域２３−１は、誘電体層２１−１を含むことができる。誘電体層２１−１の水素の拡散係数は、金属層１９−１内の水素の拡散係数より極端に小さい。また、誘電体層２１−１は、金属層１９−１より大きな抵抗率を有し、より好ましくは絶縁性を有する。金属層１９−１及び誘電体層２１−１の合計厚みがリッジ部の高さに合うように、金属層１９−１及び誘電体層２１−１の少なくともいずれか一方の厚さを調整することができる。必要な場合には、電流ガイド領域２３−１に、別の誘電体層を追加することができる。例えばこの誘電体層の材料を選択して、該誘電体層と電極１７−１との密着性を誘電体層２１−１と電極１７−１との密着性よりも良好なものとすることができる。
【０１１６】
電流ガイド領域２３−１の厚さをリッジ部の高さに合わせるためには、金属層１９−１の厚さはリッジ部の高さより小さく、また誘電体層２１−１の厚さはリッジ部の高さより小さい。
【０１１７】
金属層１９−１は、以下のような水素に対して効果を有する。
（１）半導体発光素子１１−１の製造のための工程が完了した時点で、半導体発光素子１１−１内のｐ型半導体領域に残留している原子状又は分子状の遊離水素。
（２）半導体発光素子１１−１が市場に流通した後に長期に使用されて、その動作に伴って半導体発光素子１１−１内のトラップサイトにトラップされている原子状又は分子状の水素。この水素は、使用温度では解離しないＭｇ−Ｈ複合体の水素ではなく、例えば、半導体発光素子では半導体層の格子欠陥は発光特性に悪影響があるために極力、残存する格子欠陥の低密度化が図られており、安定な水素複合体を形成しない不純物元素や少ないながらも存在する転位などの格子歪場により弱くトラップされている。
（３）半導体発光素子１１−１が市場に流通した後に使用される環境により、素子外部から素子内に侵入してくる原子状水素。この水素は、熱力学的には高温雰囲気で暴露表面を通して溶解する水素量が暴露雰囲気の水素分圧の平方根に比例するジーベルトの法則（Ｓｉｅｖｅｒｔ’ｓ  ｌａｗ）に従う。
【０１１８】
半導体発光素子１１−１内に残留する水素は、素子の信頼性に係る事項に関連している。原子状水素は、半導体中を容易に拡散して移動できるので、電極内や電極界面での劣化の他に、素子を構成する半導体層界面のトラップサイトに捕獲されて、原子状水素が集積されて分子状水素を形成し得る。この分子状水素は界面欠陥を形成して、素子の性能劣化を引き起こすと共に、性能劣化を進行させる。
【０１１９】
上記のような水素を捕捉するためには、半導体層に接触を成す金属層１９−１は有用である。また、半導体領域１３−１と金属層１９−１との接合は、電極１７−１と半導体面１３ｃ−１との接触のように電気的特性を満たすように規定されるものと異なり、この接触に比べて広く、半導体からの水素の移動に好適である。また、金属層１９−１がリッジ部と異なる半導体層に接触を成すので、電極と半導体領域との接合と異なる領域に水素を捕捉できる。
【０１２０】
半導体発光素子１１−１の長期間にわたる使用又は連続動作を行うとき、種々の理由により、半導体発光素子１１−１内に遊離水素が発生する。上記の説明から理解されるように、半導体に直接に接触を成す金属層１９−１は、半導体発光素子１１−１の半導体内を移動する水素量を減少させることができる。
【０１２１】
図１０及び図１１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造における主要な工程を示す図面である。
【０１２２】
工程Ｓ１０１−１では、図１２の（ａ）部に示されるように、成長炉１０ａ−１を用いてエピタキシャル基板Ｅを作製する。成長炉１０ａ−１では、例えば有機金属気相成長法でIII族窒化物半導体の成膜が行われる。この成膜では、III族窒化物半導体に有機金属気相成長の原料に起因する水素が取り込まれる。工程Ｓ１０２−１では、基板５１−１を準備する。この基板５１−１は例えばIII族窒化物からなる主面５１ａ−１を有することができる。工程Ｓ１０３−１では、有機金属原料及びｎ型ドーパントガスを成長炉１０ａに供給しながら、ｎ導電性のIII族窒化物半導体領域５３−１を基板５１−１の主面５１ａ−１上に成長する。III族窒化物半導体領域５３−１は、一又は複数のIII族窒化物半導体層を含み、例えばｎ型クラッド層を含むことができる。ｎ型ドーパントは例えばシリコンを含むことができる。
【０１２３】
引き続く工程では、ｎ型III族窒化物半導体領域５３−１上に発光層５５−１を成長する。発光層５５−１の作製では、工程Ｓ１０４−１では、有機金属原料を成長炉１０ａ−１に供給しながらｎ側の光ガイド層を第１導電型III族窒化物半導体領域５３−１上に成長する。工程Ｓ１０５−１では、有機金属原料を成長炉１０ａ−１に供給しながら、この光ガイド層上に活性層を成長する。活性層の成長では、工程Ｓ１０６−１において有機金属原料を成長炉１０ａ−１に供給しながら障壁層を成長すると共に、工程Ｓ１０７−１において有機金属原料を成長炉１０ａ−１に供給しながら井戸層を成長する。なお、ＭＱＷの場合では必要に応じて、障壁層及び井戸層の成長を繰り返す。工程Ｓ１０８−１及びＳ１０９−１において、有機金属原料を成長炉１０ａ−１に供給しながら電子ブロック層及びｐ側の光ガイド層を成長する。
【０１２４】
工程Ｓ１１０−１では、有機金属原料及びｐ型ドーパントガスを成長炉１０ａ−１に供給しながらIII族窒化物半導体領域５７−１を発光層５５−１の主面上に成長する。III族窒化物半導体領域５７−１は水素及びｐ型ドーパントを含む。ｐ型のIII族窒化物半導体領域５７−１の成膜では、工程Ｓ１１１−１において、発光層５５−１の主面上にｐ型クラッド層のための第１III族窒化物半導体膜を成長すると共に、工程１１２−１において、この第１III族窒化物半導体膜上にｐ型コンタクト層のための第２III族窒化物半導体膜を成長して、エピタキシャル基板Ｅ−１を形成する。ｐ型ドーパントは例えばマグネシウムを含むことができるが、この場合、これらのｐ型半導体領域にはＭｇ−Ｈ結合を有する複合体が含まれる。
【０１２５】
エピタキシャル基板Ｅ−１を成長炉１０ａ−１から取り出した後に、図１０及び図１１の（ａ）部に示される工程フローに従って、工程Ｓ１１３−１では基板生産物を作製する。このために、工程Ｓ１１４−１では、リッジ形成のためのマスクをエピタキシャル基板Ｅ−１の主面上に形成する。このマスクの形成のために、まず、図１２の（ｂ）部に示されるように、エピタキシャル基板Ｅ−１の主面上に、第１の金属マスク膜５９−１、第２の金属マスク膜６１−１及び絶縁膜６３−１を順に成長した後に、リッジ構造の幅及び向きを規定するレジストマスクＭ１−１を絶縁膜６３−１上に形成する。第１の金属マスク膜５９−１は例えばＭｏ，Ｔｉであり、第２の金属マスク膜６１−１は例えばＡｌであり、絶縁膜６３−１は例えばシリコン酸化物である。次いで、図１３の（ａ）部に示されるように、レジストマスクＭ１−１を用いて第１の金属マスク膜５９−１、第２の金属マスク膜６１−１及び絶縁膜６３−１を順にエッチングして、マスクＭ２−１を形成する。マスクＭ２−１は、第１の金属マスク層５９ａ−１、第２の金属マスク層６１ａ−１及び絶縁層６３ａ−１を含み、これらの層５９ａ−１，６１ａ−１，６３ａ−１はエピタキシャル基板Ｅ−１の主面上に順に配列される。マスクＭ２−１を形成した後に、レジストマスクＭ１−１を除去することができる。
【０１２６】
工程Ｓ１１５−１では、図１３の（ｂ）部に示されるように、処理装置１０ｂ−１のステージ１２ｂ−１上に被処理基板を置いた後に、マスクＭ２−１を用いてｐ型III族窒化物半導体領域５７−１を処理装置１０ｂ−１でドライエッチングして、エッチングされたIII族窒化物半導体領域６５−１を形成する。III族窒化物半導体領域６５−１は、第１領域６５ａ−１及び第２領域６５ｂ−１を含む。第２領域６５ｂ−１は、軸Ａｘ−１の方向に延在する第１領域６５ａ−１に沿って設けられる。第１領域６５ａ−１はリッジ部を含み、リッジ部はｐ型導電性を有する。第１領域６５ａ−１の厚さは第２領域６５ｂ−１の厚さより大きい。III族窒化物半導体領域６５−１は、意図的に添加されたｐ型ドーパントを含み、また有機金属原料に起因した水素を含む。基板５１−１の主面５１ａ−１の延在方向に、第１領域６５ａ−１及び第２領域６５ｂ−１が交互に配列されており、この配列は軸Ａｘ−１の方向と交差する方向に成る。一素子分の素子幅では、リッジ構造を含む単一の第１領域６５ａ−１が第２領域６５ｂ−１の間に設けられる。リッジ部上面６５ｃ−１上には、マスクＭ２−１が残されている。
【０１２７】
工程Ｓ１１５−１では、必要な場合、図１４の（ａ）部に示されるように、処理装置１０ｃ−１のステージ１２ｃ−１上に被処理基板を置いた後に、処理装置１０ｃ−１において第１の金属マスク層５９ａ−１を第２の金属マスク層６１ａ−１及び絶縁層６３ａ−１に対して選択的にエッチングして、小さい幅び金属マスク層５９ｂ−１を形成する。このエッチングは、例えばＲＩＥを用いた等方性エッチングにより可能である。第１の金属マスク層５９ｂ−１、第２の金属マスク層６１ａ−１及び絶縁層６３ａ−１からなるマスクを引き続き、マスクＭ２−１として参照する。
【０１２８】
引き続き、図１１の（ａ）部に示される工程Ｓ１１６−１では、図１４の（ｂ）部に示されるように、処理装置１０ｄ−１のステージ１２ｄ−１上に被処理基板を置いた後に、マスクＭ２−１を用いて処理装置１０ｄ−１で金属層６７−１を成長する。金属層６７−１に含まれる格子欠陥は、点欠陥、転位、積層欠陥、及びこれら欠陥の集合体の少なくともいずれかを含むことが好ましい。該格子欠陥は格子歪みを有するので、遊離Ｈ＋と相互作用を持つ。格子欠陥に起因する歪み量は、金属種（構成原子のサイズ）、欠陥種（歪みサイズ）、及び欠陥密度等に依存する。上記の格子欠陥は、原子状の水素と相互作用して、水素を捕捉することができる。これらの種類の格子欠陥の密度は、金属層６７−１の一部又は全体において例えば１×１０１１ｃｍ−２以上であることが好ましい。この程度の格子欠陥は、遊離水素が存在する半導体において金属層の劣化を引き起こすものではない。格子欠陥の密度の上限は、金属層６７−１の一部又は全体において例えば１×１０１１ｃｍ−２の１．５倍程度であることが好ましい。これ以上であると金属層が有する格子歪が大きくなりすぎるため、これと接する該III族窒化物半導体層にマクロな変形を与える可能性が生じるためである。格子欠陥の密度の上限は、金属層６７−１の一部又は全体において例えば１×１０１１ｃｍ−２の１．３倍程度であることが好ましい。これと接する該III族窒化物半導体層との接続端面で剥離が発生することもあるからである。また、格子欠陥の密度は、金属層６７−１の一部又は全体において例えば１×１０１５ｃｍ−２以下の格子欠陥密度を有することが好ましい。格子欠陥密度が上記の値以下であるとき、高欠陥密度に起因する金属層の劣化がデバイス特性に影響を与えることはない。また、金属層６７−１の成膜後に所望の密度の格子欠陥を導入するよりも、金属層６７−１の成膜の際に所望の密度の格子欠陥を作り込むことにより、工程短縮による低コスト化が図れるという利点がある。
【０１２９】
金属層６７−１は例えば金属急冷法により作製されることができる。抵抗加熱法、電子ビーム加熱法やスパッタ法といった物理的気相成長法における成膜のように、被着粒子が比較的高い運動エネルギを有する成膜法が、金属層６７−１の成膜に好適である。図１４の（ｂ）部を参照すると、処理装置１０ｄ−１のステージ１２ｄ−１上に基板生産物ＳＰ０−１が搭載されており、このステージ１２−１の温度制御により基板生産物ＳＰ０−１の温度を調整する。ステージ温度は例えば室温（摂氏１０度）以下であり、好ましくは、ステージ温度は摂氏０度以下である。ステージの温度調整により被着粒子は基板生産物の表面において急冷され、蒸着時の急激な温度降下により歪みが生成される。この歪み生成により高密度の格子欠陥が金属堆積物内に形成され、最終的には１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する金属層６７−１を形成できる。発明者の知見によれば、この格子欠陥密度は、例えば１×１０１５ｃｍ−２を越えることはない。これ故に、上記の値を越える格子欠陥密度に起因する金属層の劣化がデバイス特性に影響を与えることはない。
【０１３０】
或いは、ステージ１２ｄ−１の温度を調整することなく、成膜のための蒸着と、冷却のためのガス照射とを行うことにより、金属層６７−１を形成できる。必要な場合には、蒸着とガス照射とを繰り返すことができる。蒸着を間欠的に行うためには、蒸着源とステージ間の径路に開閉シャッタを用いることができる。例えば、開閉シャッタを開いて蒸着を行い、開閉シャッタを閉じた後にガス照射を行うことが好適である。
【０１３１】
金属層６７−１は、マスクＭ２−１上に成長された第１部分６７ａ−１と、III族窒化物半導体領域６５−１の第２領域６５ｂ−１上に成長された第２部分６７ｂ−１とを含む。マスクＭ２−１の高さにより、第１部分６７ａ−１は第２部分６７ｂ−１から分離されている。金属層６７−１は、水素化物を形成可能な金属層を含むこともできる。金属層６７−１は、Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ａｕ，Ｇｅ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉ、Ｍｇ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｎｉ，Ｃａ，Ｎｂ，Ｖ，Ｐｄ及びこれらの少なくとも２種の元素からなる合金を含むことができる。これら例示的に列挙された上記元素を含む金属及び合金が金属層６７−１のために使用可能である。
【０１３２】
工程Ｓ１１７−１では、図１５の（ａ）部に示されるように、処理装置１０ｅ−１のステージ１２ｅ−１上に被処理基板を置いた後に、マスクＭ２−１を用いて処理装置１０ｅ−１で誘電体層６９−１を成長する。誘電体層６９−１は、マスクＭ２−１上に成長された第１部分６９ａ−１と、III族窒化物半導体領域６５−１の第２領域６５ｂ−１上に成長された第２部分６９ｂ−１とを含む。マスクＭ２−１の厚さにより、第１部分６９ａ−１は第２部分６９ｂ−１から分離されている。例えば、誘電体層６９−１の厚さは１．０ｎｍ以上であることができ、誘電体層６９−１の厚さは誘電体層の上面がリッジを有する前記III族窒化物半導体層のリッジ上面と面一が望ましいが、少なくとも前記金属層１９と電極とが絶縁される厚さであることができる。誘電体層６９−１は、例えばシリコン酸化膜，シリコン窒化物，シリコン酸窒化物，酸化ハフニウム，タンタル酸化物，強誘電体等であることができる。これらの成膜は例えば、真空蒸着法，スパッタ蒸着法，プラズマＰＶＤ，ＣＶＤ等、殆ど現在、汎用となっている方法を適用することができる。
【０１３３】
金属層６７−１及び誘電体層６９−１の総厚は、リッジ部の高さに合わすように決定されることが好ましい。
【０１３４】
これらの工程Ｓ１１６−１及びＳ１１７−１の後に、図１５の（ｂ）部に示されるように、工程Ｓ１１８−１においてリフトオフ法によりマスクＭ２−１を処理装置１０ｆ−１で除去して、基板生産物ＳＰ１−１を作製する。これによりマスクＭ２−１上に順に設けられた金属層６７−１の部分６７ａ−１及び誘電体層６９−１の部分６９ａ−１は消失する。基板生産物ＳＰ１−１は、III族窒化物半導体領域６５−１の第２領域６５ｂ−１上に順に設けられた金属層６７−１の部分６７ｂ−１（引き続く説明では「金属層６７ｂ−１」として参照する）及び誘電体層６９−１の部分６９ｂ−１（引き続く説明では「誘電体層６９ｂ−１」として参照する）を含む。
【０１３５】
この作製方法によれば、リフトオフ及びエッチングのためのマスクＭ２−１を用いてリッジ部の位置を規定すると共に、このマスクＭ２−１を用いて、金属層６７ｂ−１のための膜及び誘電体層６９ｂ−１のための膜の堆積を行う。この堆積の後に、マスクＭ２−１を除去して、誘電体層を形成する。これ故に、リッジ部に対して金属層６７ｂ−１及び誘電体層が自己整合的に作製される。金属層６７ｂ−１及び誘電体層は電流ガイド領域を構成する。
【０１３６】
リフトオフ法による作成では、誘電体層６９−１は、既に説明したように、シリコン酸化膜、シリコン窒化物、及びシリコン酸窒化物といったシリコン系無機化合物、酸化ハフニウム及びタンタル酸化物といった金属酸化物、並びに強誘電体の少なくともいずれかを含むことが好適である。また、誘電体層６９−１としてポリイミド系有機物を用いることができる。このときは、例えば汎用蒸着法であるプラズマ支援真空蒸着法という作製方法を用いることができる。
【０１３７】
工程Ｓ１１９−１では、図１６の（ａ）部に示されるように、III族窒化物半導体領域６５−１の第１領域６５ａ−１のリッジ部の上面６５ｃ−１に接合Ｃ１−１を成すアノード電極７１−１を形成する。アノード電極７１−１としては、Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ、Ｉｎ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｓｎ等の単一金属、あるいはこれらの合金を用いることができる。また、電極７１−１及び電流ガイド領域上に設けられたパッド電極及び、基板５１−１の裏面５１ｂ−１にカソード電極を形成できる。この作製方法によれば、誘電体層６９−１が電極７１−１と金属層６７−１との間に設けられるので、誘電体層６９−１を作製した後には、製造工程中において金属層６７−１内の水素が誘電体層６９−１を通して電極に到達しない。
【０１３８】
この作製方法によれば、第１領域６５ａ−１のリッジ部上面６５ｃ−１に接触を成す電極７１−１を形成可能である一方で、基板生産物において、III族窒化物半導体領域６５−１の第２領域６５ｂ−１上に設けられた絶縁性の誘電体層６９ｂ−１を利用して、金属層６７ｂ−１上に電流ガイド領域を形成できる。金属層６７ｂ−１は１×１０１１ｃｍ−２以上の格子欠陥密度を有する領域を含み、この領域は水素を捕捉可能である。III族窒化物半導体領域６５−１は水素を含んでおり、金属層６７ｂ−１が、第１領域６５ａ−１のリッジ部と異なる第２領域６５ｂ−１に接合Ｃ２−１を成す。これ故に、移動する水素は金属層６７ｂ−１に捕捉される。誘電体層６９ｂ−１が金属層６７ｂ−１に接合Ｃ３−１を成すように設けられている。金属層６７ｂ−１が、第１領域６５ａ−１のリッジ部と異なる第２領域６５ｂ−１上に設けられるので、移動する水素は、リッジ部上面６５ｃ−１と電極７３−１との接合Ｃ１−１（界面）から離間した金属層６７ｂ−１に格納される。さらに、電極７１−１がリッジ部上面６５ｃ−１に接触を成すと共にリッジがｐ型導電性を有するので、電極７１−１からの電流経路が提供される。電極７１−１の材料は金属層６７ｂ−１の材料と独立して決定される。また、第２領域６５ａ−１と金属層６７ｂ−１との接触面積の総和はリッジ部上面６５ｃ−１と電極７１−１との接触面積の総和より大きい。
【０１３９】
上記の実施の形態とは別に、エピタキシャル基板Ｅを成長炉１０ａ−１から取り出した後に、図１０及び図１１の（ｂ）部に示される工程フローに従って、工程Ｓ１１３−１では基板生産物を作製する。この工程フローでは、工程Ｓ１１６−１に替えて、工程Ｓ１２１−１及びＳ１２２−１を行う。
【０１４０】
図１１の（ｂ）部に示される工程Ｓ１１５−１に引き続き、工程Ｓ１２１−１では、処理装置１０ｄ−１を用いて或いはこれに類似の処理装置において、図１６の（ｂ）部に示されるように、マスクＭ２−１を用いて処理装置で金属膜７５−１を成長する。金属膜７５−１は、ステージ温度を調整してマスクＭ２−１上に成長された第１部分７５ａ−１と、III族窒化物半導体領域６５−１の第２領域６５ｂ−１上に成長された第２部分７５ｂ−１とを含む。この金属膜７５−１は、格子欠陥密度の点で金属層６７−１と異なり、ステージ温度の調整の結果として１×１０１１ｃｍ−２未満の欠陥密度を有する。次いで、工程Ｓ１２２−１では、金属膜７５−１に格子欠陥を導入する処理を行って、金属膜７５−１の格子欠陥密度より大きい格子欠陥密度を有する金属層（この金属層は、格子欠陥密度の点で「金属層６７ｂ−１」と同等である）を形成する。また、金属膜７５−１の成膜の後に、成膜に追加して処理を行って所望の密度の格子欠陥を作り込むことも可能である。なお、リッジ構造の側面から金属層が離間する構造を形成するときは汎用のフォトリソグラフィ法を適用し精密蒸着ができる。
【０１４１】
なお、精密蒸着法としては、例えば抵抗加熱法、電子ビーム加熱法やスパッタ法といった物理的気相成長法により金属膜７５−１を作製可能である。金属膜の格子欠陥密度より大きい格子欠陥密度を有する金属層を形成する方法を説明する。
【０１４２】
（１）ナノ粒子照射法。
金属膜７５−１の成膜後に、金属膜７５−１の表面にナノ粒子（例えばアルミナ，ＳｉＣ等）を照射して、金属膜７５−１の表面へのナノ粒子の衝突により表面を打撃する。この照射により、金属膜７５−１に機械的な応力を付与して、格子欠陥密度を高めることができる。なお、選択的な照射を行うために、フォトリソグラフィ法を用いて形成されたマスクを用いることができる。
【０１４３】
（２）スプラットクエンチング法。
また、スプラットクエンチングのように、リッジ領域の配列を有する基板に、該リッジ領域の配列に合わせたリッジ用孔を有するマスク板を接触させて、リッジ領域間の金属膜７５−１に応力を与えて、格子欠陥密度を高めることができる。
【０１４４】
（３）高周波照射及び冷却による応力付与。
また、金属膜７５−１の厚さが半導体エピタキシャル積層の厚さより薄くまた金属膜７５−１が半導体よりも柔らかいので、応力の付与の効果が金属膜に生じる。
【０１４５】
金属膜７５−１の成膜後に、金属膜７５−１の表面に高周波を照射する。照射の態様は、連続照射又はパルス照射であることができる。照射により、金属膜７５−１に渦電流が生じさせる。このとき、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ２）の不活性ガスを冷却ガスとして照射する。この照射により、金属膜７５−１を急冷して、格子欠陥を増加させることができる。金属膜７５−１の厚さは、半導体エピタキシャル積層の厚さより薄いので、短時間の高周波の付与で、高密度の欠陥を金属膜７５−１に導入可能である。
【０１４６】
（４）レーザビーム照射及び冷却による応力付与。
金属膜７５−１の成膜後に、冷却可能なステージ上に被処理基板を置いた後に、金属膜７５−１の表面にレーザビームを照射する。レーザビームの照射時間は、ピコ秒から数秒程度であることができる。また、照射の態様は、連続照射又はパルス照射であることができる。金属膜７５−１が薄いので、金属材料の融点の１／２を越える温度域から急冷することにより、高密度の格子欠陥を金属膜７５−１に導入して金属層を形成できる。
【０１４７】
なお、上記の金属膜７５−１は１×１０１１ｃｍ−２以上の欠陥密度を有することもできる。このときは、工程Ｓ１２２−１では、金属膜に格子欠陥を追加して導入することができ、また金属膜の格子欠陥の密度を調整することができる。
【０１４８】
以上説明したように、絶縁性の誘電体層下に水素を捕捉することができる金属層を設けることにより、長期ＣＷ発振においてｐ型クラッド層内に生成されるＭｇ−Ｈ複合物から脱離した水素、及び下部半導体層からの水素拡散に由来する原子状水素を誘電体層下の金属層が捕捉吸収する。さらに、水素の捕捉吸収が進むことによって金属内部の水素濃度分布が発生した場合でも、内部拡散により濃度分布が次第に均一化されるため、原子状水素をさらに金属内に捕捉することが可能であるため、ｐ型コンタクト層への水素原子流入がさらに長期間にわたって抑制可能となり、また、マグネシウムと水素との再結合確率を低減でき、安定なｐ型オーミック接触を維持できる。その結果、素子寿命が延びる。なお、本発明は、本実施の形態に記載された特定の形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本実施の形態によれば、水素の移動による素子寿命の短縮を改善できる窒化物発光素子が提供される。また、本実施の形態によれば、水素の移動による素子寿命の短縮を改善できる窒化物発光素子を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【０１５０】
１１…窒化物発光素子、１３…III族窒化物半導体領域、１５…活性層、１７…電極、１８…パッド電極、１９…金属層、２１…誘電体層、２３…電流ガイド領域、ＪＣ１…接触（オーミック接触）、２５…III族窒化物半導体領域、２７…支持基体、２９…発光層、３１、３５…光ガイド層、３３…電子ブロック層、４３…電極、Ｅ…エピタキシャル基板、５１…基板、５３…III族窒化物半導体領域、５５…発光層、５７…III族窒化物半導体領域、５９…第１の金属マスク膜、６１…第２の金属マスク膜、６３…絶縁膜、５９ａ…第１の金属マスク層、６１ａ…第２の金属マスク層、６３ａ…絶縁層、６５…エッチングされたIII族窒化物半導体領域、６７…水素捕捉層、６９…誘電体層、７１…アノード電極、Ｍ１…レジストマスク、Ｍ２…マスク、ＳＰ１…基板生産物、１０ａ…成長炉、１０ｂ〜１０ｇ…処理装置、１１−１…窒化物発光素子、１３−１…III族窒化物半導体領域、１５−１…活性層、１７−１…電極、１８−１…パッド電極、１９−１…金属層、２１−１…誘電体層、２３−１…電流ガイド領域、ＪＣ１−１…接触（オーミック接触）、２５−１…III族窒化物半導体領域、２７−１…支持基体、２９−１…発光層、３１−１，３５−１…光ガイド層、３３−１…電子ブロック層、４３−１…電極、Ｅ−１…エピタキシャル基板、５１−１…基板、５３−１…III族窒化物半導体領域、５５−１…発光層、５７−１…III族窒化物半導体領域、５９−１…第１の金属マスク膜、６１−１…第２の金属マスク膜、６３−１…絶縁膜、５９ａ−１…第１の金属マスク層、６１ａ−１…第２の金属マスク層、６３ａ−１…絶縁層、６５−１…エッチングされたIII族窒化物半導体領域、６７−１…金属層、６９−１…誘電体層、７１−１…アノード電極、７５−１…金属膜、Ｍ１−１…レジストマスク、Ｍ２−１…マスク、ＳＰ１−１…基板生産物、１０ａ−１…成長炉、１０ｂ−１〜１０ｇ−１…処理装置。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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