(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層上に、第１導電型の不純物を含む窒化物系半導体層を形成する工程と、
前記窒化物系半導体層の一部にのみ接触するように、５０ｎｍ以下の膜厚を有するとともにＰｄ層、Ｎｉ層およびＰｔ層の少なくとも１つを含む第１電極層を形成する工程と、
その後、６００℃以下で熱処理することによって、前記窒化物系半導体層内の前記第１電極層との接触部の下方の領域の前記第１導電型の不純物を活性化する工程とを備え、
前記熱処理する工程によっては、前記窒化物系半導体層内の前記接触部の下方の領域以外の領域の前記第１導電型の不純物は活性化されない、窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記窒化物系半導体層を形成する工程は、凹凸形状の表面を有する前記窒化物系半導体層を形成する工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理する工程に先立って、前記第１電極層上に絶縁膜を形成する工程をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、窒化物系半導体発光素子の製造方法に関し、特に、窒化物系半導体層を含む窒化物系半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物系半導体発光素子は、次世代の大容量ディスク用光源としての利用が期待され、その開発が盛んに行われている。
【０００３】
図３２は、従来の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図である。
【０００４】
まず、図３２を参照して、従来の窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。この従来の窒化物系半導体レーザ素子では、図３２に示すように、サファイア基板１０１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２が形成されている。このＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２上には、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層１０３、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）発光層１０６、および、約３００ｎｍの厚みを有するとともに、凸部を含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７がこの順序で形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層１０８が形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７の凸部と、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８とによってストライプ状のリッジ部が構成されている。
【０００５】
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の上面以外の領域を覆うとともに、ｎ型コンタクト層１０４の上面上に開口部を有するＴｉＯ2層１０９が形成されている。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の上面に接触するように、ｐ側電極１１０が形成されている。さらに、このｐ側電極１１０の上面と接触するように、ｐ側パッド電極１１１が形成されている。
【０００６】
また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４までの一部領域が除去されている。そして、ＴｉＯ2層１０９の開口部によって露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面に接触するように、ｎ側電極１１２が形成されている。さらに、このｎ側電極１１２に接触するように、ｎ側パッド電極１１３が形成されている。
【０００７】
図３３〜図３８は、図３２に示した従来の窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図３２〜図３８を参照して、従来の窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【０００８】
まず、図３３に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１０１上に、格子不整合を緩和するため約６００℃の温度条件下で、ＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２を約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。さらに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２上に、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層１０３を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮ層１０３上に、約５μｍ厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層１０６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層１０８を順次形成する。その後、約８００℃の窒素雰囲気中で３０分間の熱処理を行うことによって、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８内のＭｇなどのｐ型不純物を活性化（導電化）する。
【０００９】
次に、図３４に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の一部領域を異方性ドライエッチングを用いて除去することによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面を露出させる。この後、酸および有機溶媒による基板洗浄を行う。
【００１０】
その後、図３５に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８上のリッジ部に対応する領域に、約２μｍの幅を有するストライプ状のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）１１４を形成する。このシリコン酸化膜１１４をエッチングマスクにして、Ｃｌ2ガスを用いた異方性ドライエッチングにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８をエッチングするとともに、ｐ側ＡｌＧａＮクラッド層１０７を約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングする。これにより、図３６に示すようなリッジ部が形成される。
【００１１】
次に、図３７に示すように、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ）蒸着法を用いて、全面にＴｉＯ2層１０９を形成した後、希釈フッ酸を用いて、シリコン酸化膜１１４をその上のＴｉＯ2層１０９とともに除去する。それによりｐ型ＧａＮコンタクト層１０８上に開口部を形成する。
【００１２】
次に、図３８に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の上面を覆うように、ｐ側電極１１０を形成する。
【００１３】
最後に、図３２に示したように、ｐ側電極１１０と接触するように、ｐ側パッド電極１１１を形成する。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面のＴｉＯ2層１０９の一部を除去した後、露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面に接触するように、ｎ側電極１１２を形成する。さらに、ｎ側電極１１２の上面に接触するように、ｎ側パッド電極１１３を形成する。このようにして、従来の窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、７００℃以上の熱処理を行うことによって、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８内のＭｇなどのｐ型不純物を活性化していた。このように７００℃以上の高温の熱処理を行うのは、エピタキシャル成長中に取り込まれた活性化を阻害する水素を半導体中から除去するためである。しかし、７００℃以上の高温の熱処理を行った場合は、窒化物半導体層の構成要素である窒素原子が解離しやすくなるため、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の結晶性が劣化しやすいという不都合が生じる。このため、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８中のキャリア濃度（窒化物半導体中の活性化されたｐ型不純物の濃度）が減少するので、十分なキャリア濃度を得ることが困難である。このように、キャリア濃度が減少すると、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の抵抗率やｐ側電極１１０とのコンタクト抵抗が高くなる。その結果、素子の動作電圧が高くなるので、消費電力が増加するという問題点があった。また、消費電力の増加によって発熱量が大きくなり、その結果、素子寿命が低下するという問題点もあった。
【００１５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の目的は、低温の熱処理によっても窒化物半導体層内の不純物を十分に活性化することが可能な窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法は、活性層上に、第１導電型の不純物を含む窒化物系半導体層を形成する工程と、窒化物系半導体層上に、第１電極層を形成する工程と、その後、６００℃以下で熱処理することによって、窒化物系半導体層内の第１導電型の不純物を活性化する工程とを備えている。
【００１９】
この発明による窒化物系半導体発光素子の製造方法では、上記のように、窒化物系半導体層上に第１電極層を形成した後、６００℃以下で熱処理することによって窒化物系半導体層内の第１導電型の不純物を活性化することにより、第１電極層によって窒化物系半導体層の表面の水素脱離エネルギが低減されるので、不純物の活性化を阻害する水素を低温で効率よく除去することができる。また、６００℃以下の低温で熱処理することができるので、窒化物系半導体層の構成原子である窒素の解離を防止することができる。これにより、窒化物系半導体層の結晶性が悪化するのを防止することができるので、不純物の活性化を良好に行うことができ、その結果、キャリア濃度を高くすることができる。これにより、窒化物半導体層の抵抗率や第１電極層とのコンタクト抵抗を低減することができるので、素子の動作電圧を低減することができる。このため、素子の消費電力を低減することができるので、発熱量を低減でき、その結果、素子寿命を向上することができる。さらに、第１電極層をそのまま窒化物系半導体発光素子の電極として用いることにより、熱処理後の窒化物系半導体層の表面の汚染や窒化物系半導体層の表面の不純物の減少を防止することができるので、電極のコンタクト抵抗をより低減することができる。また、不純物活性化のための熱処理によって、第１電極層と窒化物系半導体層とのコンタクト抵抗を低減するための熱処理を兼ねることができるので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００２０】
上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、第１電極層は、５０ｎｍ以下の膜厚を有する。このように構成すれば、５０ｎｍ以下の小さい膜厚を有する第１電極層によって窒化物系半導体層の表面の水素脱離エネルギを容易に低減することができる。
【００２１】
上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、第１電極層は、Ｐｄ層、Ｎｉ層およびＰｔ層の少なくとも１つを含む。このような金属材料により第１電極層を形成すれば、容易に、窒化物系半導体層の表面の水素脱離エネルギを低減することができるので、不純物の活性化を阻害する水素を低温で効率よく除去することができる。これにより、容易に、低温で不純物の活性化を行うことができる。
【００２２】
上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、窒化物系半導体層を形成する工程は、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層を形成する工程を含む。このように構成すれば、凹凸形状の表面により窒化物系半導体層の表面積を増加することができるので、窒化物系半導体層と第１電極層との接触面積を増加することができる。これにより、水素が脱離する面積が増加するので、熱処理時間をより短くすることができ、その結果、プロセス時間を短縮することができる。また、凹凸形状の表面により窒化物系半導体層の表面積を増加することができるので、接触抵抗を低減することができるとともに、窒化物系半導体層と第１電極層との付着性を向上することができる。
【００２３】
上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、熱処理する工程に先立って、第１電極層上に絶縁膜を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、窒化物系半導体を構成するＧａなどの半導体元素が絶縁膜に向かって外部拡散されるので、空乏化したＧａサイトに不純物が入りやすくなる。これにより、キャリア濃度をさらに高めることができる。
【００２４】
この発明により製造される窒化物系半導体発光素子は、活性層上に形成された窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層上の一部に形成された第１電極層と、窒化物系半導体層の、第１電極層の下方の領域に位置する部分に、活性層に達するように形成された第１導電型領域とを備えている。
【００２５】
この発明により製造される窒化物系半導体発光素子では、第１電極層の下方の領域にのみ電流が流れるので、不要部分に電流が流れることに起因する、弱発光またはリークによる電流損失が発生するのを抑制することができる。これにより、電流に対する発光効率を向上させることができる。また、第１電極層の下方の領域に位置する部分の不純物を活性化する際に、第１電極層を形成した後、熱処理するようにすれば、第１電極層によって窒化物系半導体層の表面の水素脱離エネルギが低減されるので、不純物の活性化を阻害する水素を低温で効率よく除去することができる。これにより、低温の熱処理により不純物の活性化を行うことができるので、キャリア濃度を高くすることができる。これにより、窒化物半導体層の抵抗率や第１電極層とのコンタクト抵抗を低減することができるので、素子の動作電圧を低減することができる。このため、素子の消費電力を低減することができるので、発熱量を低減でき、その結果、素子寿命を向上することができる。
【００２６】
なお、上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、熱処理の後、第１電極層上の所定領域に、第２電極層を形成する工程をさらに備えるようにしてもよい。このように構成すれば、第１電極層と第２電極層とからなる電極を容易に形成することができる。この場合、第２電極層をマスクとして、第１電極層をエッチングする工程をさらに備えるようにしてもよい。このように構成すれば、容易に第１電極層を第２電極層と同一形状にパターニングすることができる。
【００２７】
また、上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、第２電極層をマスクとして、窒化物系半導体層をエッチングすることによって、リッジ部を形成する工程をさらに備えるようにしてもよい。このように構成すれば、別途エッチングマスクを設けることなく、リッジ部を形成することができる。
【００２８】
また、上記の凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層を形成する工程を含む窒化物系半導体発光素子の製造方法において、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層は、３％以上のＩｎ組成を有していてもよい。このように構成すれば、容易に、窒化物系半導体層の表面を凹凸形状にすることができる。また、この場合、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層を形成する工程は、窒化物系半導体層の表面をエッチングすることによって、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層を形成する工程を含んでいてもよい。このように構成しても、容易に、窒化物系半導体層の表面を凹凸形状にすることができる。
【００２９】
また、上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、熱処理することによって第１導電型の不純物を活性化する工程は、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ2Ｏ、Ｏ2および真空のいずれか１つの雰囲気中で熱処理を行う工程を含んでいてもよい。このように構成すれば、雰囲気中に水素を含まないので、不純物の活性化を阻害する水素を低温で効率よく除去することができる。
【００３０】
また、上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法において、第１電極層を形成する工程は、窒化物系半導体層上の一部に、第１電極層を形成する工程を含み、熱処理することによって第１導電型の不純物を活性化する工程は、熱処理によって第１電極層の下方の領域に位置する第１導電型の不純物のみを活性化する工程を含むようにしてもよい。このように構成すれば、第１電極層の下方の領域にのみ電流が流れるので、不要部分に電流が流れることに起因する、弱発光またはリークによる電流損失が発生するのを抑制することができる。これにより、電流に対する発光効率を向上させることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態及び参考形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
（第１参考形態）
図１は、本発明の第１参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図である。
【００３３】
まず、図１を参照して、第１参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。この第１参考形態では、図１に示すように、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２が形成されている。このＡｌＧａＮ低温バッファ層２上には、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３が形成されている。そのアンドープＧａＮ層３上には、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、および、約３００ｎｍの厚みを有するとともに、凸部を含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７がこの順序で形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８が形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の凸部と、ｐ型ＧａＮコンタクト層８とによってリッジ部が構成されている。
【００３４】
ここで、第１参考形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、約２ｎｍの厚みを有するＰｄ電極層９が形成されている。また、Ｐｄ電極層９上に、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＡｕ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＮｉ層との積層膜からなる金属膜１０が形成されている。このＰｄ電極層９と、金属膜１０とからｐ側電極が構成されている。なお、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８は、本発明の「第１導電型の不純物を含む窒化物系半導体層」の一例である。また、Ｐｄ電極層９は、本発明「第１電極層」の一例である。
【００３５】
また、金属膜１０の上面以外の領域を覆うとともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上に開口部を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）１１が形成されている。また、金属膜１０の上面に接触するように、ｐ側パッド電極１２が形成されている。そして、シリコン酸化膜１１の開口部によって露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ側電極１３が形成されている。さらに、ｎ側電極１３の上面に接触するように、ｎ側パッド電極１４が形成されている。
【００３６】
図２〜図７は、図１に示した第１参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図７を参照して、第１参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００３７】
まず、図２に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和するため約６００℃の温度条件下で、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２を約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。さらに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮ層３上に、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８を順次形成する。
【００３８】
次に、図３に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層８からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を異方性ドライエッチングを用いて除去することによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させる。この後、酸および有機溶媒による基板洗浄を行う。
【００３９】
次に、この第１参考形態では、図４に示すように、ＥＢ蒸着法を用いて、全面に約２ｎｍの厚みを有するＰｄ層９ａを形成する。そして、約３００℃の窒素雰囲気中で１０分間の熱処理を行うことによって、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８内に含まれるＭｇなどのｐ型不純物を活性化する。
【００４０】
次に、図５に示すように、リフトオフ法を用いて、Ｐｄ層９ａ上のリッジ部に対応する領域に、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＡｕ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＮｉ層との積層膜からなる約２μｍの幅を有するストライプ状の金属膜１０を形成する。そして、この金属膜１０の最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、ＣＦ4ガスを用いた異方性ドライエッチングにより、Ｐｄ層９ａと、ｐ型ＧａＮコンタクト層８とをエッチングするとともに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７を約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングする。これにより、図６に示されるようなリッジ部が形成される。このようにして金属膜１０と、Ｐｄ電極層９とからなるｐ側電極が形成される。
【００４１】
次に、図７に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面にシリコン酸化膜１１を形成した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部上に開口部を形成する。その後、シリコン酸化膜１１の開口部内に、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ側電極１３を形成する。
【００４２】
最後に、図１に示したように、金属膜１０の上面のシリコン酸化膜１１を除去した後、金属膜１０の上面に接触するように、ｐ側パッド電極１２を形成する。また、ｎ側電極１３に接触するように、ｎ側パッド電極１４を形成する。このようにして、第１参考形態の窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００４３】
第１参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、上記のように、窒化物半導体層（ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８）の表面に、約２ｎｍの厚みを有するＰｄ層９ａを形成した後、６００℃以下の低温（約３００℃）の熱処理により、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８内のＭｇなどのｐ型不純物を活性化することによって、Ｐｄ層９ａによって、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面の水素脱離エネルギが低減されるので、ｐ型不純物の活性化を阻害する水素を低温で効率よく除去することができる。
【００４４】
また、第１参考形態では、６００℃以下の低温（約３００℃）で熱処理することができるので、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８の構成要素である窒素の解離を防止することができる。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８の結晶性が悪化するのを防止することができるので、Ｍｇなどのｐ型不純物の活性化を良好に行うことができる。その結果、ｐ型不純物のキャリア濃度（活性化率）を高くすることができる。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８の抵抗率やＰｄ電極層９とのコンタクト抵抗を低減することができるので、素子の動作電圧を低減することができる。このため、素子の消費電力を低減することができるので、発熱量を低減でき、その結果、素子寿命を向上することができる。
【００４５】
なお、本願発明者らが実験により確認したところ、従来の製造プロセスを用いて作製された窒化物系半導体レーザ素子の動作電圧は、約７Ｖであったのに対し、第１参考形態に示した製造プロセスを用いて作製された窒化物系半導体レーザ素子では、動作電圧を約４．５Ｖにまで低減することができた。
【００４６】
ところで、上記したＰｄ膜が有する水素脱離効果自体は、既に知られており、たとえば、第６２回応用物理学会学術講演会講演予稿集（２００１．９．愛知工業大学）Ｐ２５７の１１ｐ−Ｑ―３などに開示されている。本願発明者らは、このＰｄ膜の水素脱離効果に着目して、鋭意検討した結果、上記のように、Ｐｄ膜を窒化物系半導体レーザ素子のｐ側電極の一部として用いることを見い出した。すなわち、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面に、ｐ側電極の一部となるＰｄ層９ａを形成した後、約３００℃で熱処理することによって、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８のｐ型不純物の活性化を行う製造プロセスを見い出した。このように、Ｐｄ層９ａを、熱処理終了後もそのままｐ側電極の一部として用いることによって、その後の製造プロセスにおいて、Ｐｄ層９ａによりｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面が保護されるので、熱処理後のｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面汚染およびｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面でのキャリアの減少を防止することができる。その結果、ｐ側電極のコンタクト抵抗を低減することが可能となる。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８の活性化のための熱処理と、ｐ側電極のコンタクト抵抗を低減するための熱処理とを兼ねることができるので、製造プロセスを簡略化することが可能となる。
【００４７】
さらに、本願発明者らは、Ｐｄ膜の膜厚によって活性化の程度が変化することを見い出した。この点を確認するため、以下の実験を行った。窒化物半導体層上にＰｄ膜を形成した後、約４００℃の熱処理により、窒化物半導体層内のｐ型不純物の活性化を行った。そして、この場合におけるＰｄ膜の膜厚と、熱処理後の窒化物半導体層の抵抗率との関係を測定した。その結果が図８に示されている。
【００４８】
図８に示すように、窒化物半導体層上のＰｄ膜の膜厚を約５０ｎｍ以上にした場合は、約４００℃の熱処理では、抵抗率が高く、窒化物半導体層を活性化（導電化）することは困難であることがわかる。これに対して、Ｐｄ膜の膜厚を約５０ｎｍ以下にした場合は、約４００℃の熱処理を行うことによって、抵抗率を低減することができることがわかる。このことから、Ｐｄ膜の膜厚を約５０ｎｍ以下にした場合には、窒化物半導体層を約４００℃で活性化することが可能であることが判明した。
【００４９】
（第２参考形態）
図９は、本発明の第２参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図である。また、図１０は、図９に示した第２参考形態の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）のｐ側電極周辺部の拡大断面図である。この第２参考形態では、第１参考形態と異なり、第１電極層の下に、凹凸形状の表面を有する窒化物半導体層を形成した場合の例について説明する。第２参考形態のその他の構造は、第１参考形態と同様である。
【００５０】
まず、図９および図１０を参照して、第２参考形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。この第２参考形態の構造では、第１参考形態と同様、図９に示すように、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２が形成されている。このＡｌＧａＮ低温バッファ層２上には、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３が形成されている。そのアンドープＧａＮ層３上には、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、および、約３００ｎｍの厚みを有するとともに、凸部を含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７がこの順序で形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８が形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の凸部と、ｐ型ＧａＮコンタクト層８とによってリッジ部が構成されている。
【００５１】
ここで、第２参考形態では、図９および図１０に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、約１５％のＩｎ組成を有するとともに、凹凸形状の表面を有するｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１が約３ｎｍの厚みで形成されている。また、このｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１上に、下層の約１ｎｍの厚みを有するＰｔ層２９ａと、上層の約１ｎｍの厚みを有するＰｄ層２９ｂとからなるＰｔ／Ｐｄ電極層２９が形成されている。また、Ｐｔ／Ｐｄ電極層２９上に、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＡｕ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＮｉ層との積層膜からなる金属膜２０が形成されている。このＰｔ／Ｐｄ電極層２９と、金属膜２０とからｐ側電極が構成されている。なお、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１は、本発明の「凹凸形状の表面を有する窒化物半導体層」の一例であり、Ｐｔ／Ｐｄ電極層２９は、本発明の「第１電極層」の一例である。
【００５２】
また、金属膜２０の上面以外の領域を覆うとともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上に開口部を有するシリコン酸化膜１１が形成されている。また、金属膜２０の上面に接触するように、ｐ側パッド電極１２が形成されている。そして、シリコン酸化膜１１の開口部によって露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ側電極１３が形成されている。さらに、ｎ側電極１３の上面に接触するように、ｎ側パッド電極１４が形成されている。
【００５３】
第２参考形態の窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、Ｐｔ／Ｐｄ電極層２９の下に、凹凸形状の表面を有するｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１を形成することによって、凹凸形状の表面によりｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１とＰｔ／Ｐｄ電極層２９との接触面積を増加することができる。これにより、後述する製造プロセスにおける熱処理時に、窒化物半導体層内の水素が外部に脱離することのできる面積が増加するので、活性化のための熱処理時間を短くすることができる。これにより、プロセス時間をより短縮することができる。また、凹凸形状の表面によりｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１の表面積を増加することができるので、コンタクト抵抗を低減することができるとともに、Ｐｔ／Ｐｄ電極層２９との付着性を向上することができる。
【００５４】
また、第２参考形態の窒化物系半導体レーザ素子では、窒化物半導体に対して強い付着性を有するＰｔ層２９ａを、Ｐｄ層２９ｂとｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１との間に形成することによって、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１と、Ｐｔ／Ｐｄ電極層２９との付着性をさらに向上することができる。
【００５５】
図１１〜図１６は、図９および図１０に示した第２参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図９〜図１６を参照して、第２参考形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００５６】
まず、図１１に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和するため約６００℃の温度条件下で、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２を約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。さらに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮ層３上に、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８を順次形成する。
【００５７】
ここで、第２参考形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、１５％のＩｎ組成を有するｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１を形成する。このｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１は、図１０に示すように、Ｉｎを１５％程度含むことによって、表面が凹凸形状に形成される。
【００５８】
次に、図１２に示すように、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を異方性ドライエッチングを用いて除去することによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させる。この後、酸および有機溶媒による基板洗浄を行う。
【００５９】
次に、第２参考形態では、図１３に示すように、ＥＢ蒸着法を用いて、全面に、下層の約１ｎｍの厚みを有するＰｔ層２９ａと、上層の約１ｎｍの厚みを有するＰｄ層２９ｂとの積層膜からなるＰｔ／Ｐｄ層９ｃを形成する。そして、約３００℃の窒素雰囲気中で１０分間の熱処理を行うことによって、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８内のＭｇなどのｐ型不純物を活性化する。
【００６０】
次に、図１４に示すように、リフトオフ法を用いて、Ｐｔ／Ｐｄ層２９ｃ上のリッジ部に対応する領域に、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＡｕ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＮｉ層との積層膜からなる約２μｍの幅を有するストライプ状の金属膜２０を形成する。そして、この金属膜２０の最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、ＣＦ4ガスを用いた異方性ドライエッチングにより、Ｐｔ／Ｐｄ層２９ｃと、ｐ型ＧａＮコンタクト層８と、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１とをエッチングするとともに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７を約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングする。これにより、図１５に示されるようなリッジ部が形成される。このようにして、金属膜２０とＰｔ／Ｐｄ電極層２９とからなるｐ側電極が構成される。
【００６１】
次に、図１６に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面にシリコン酸化膜１１を形成した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部上に開口部を形成する。その後、シリコン酸化膜１１の開口部内に、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ側電極１３を形成する。
【００６２】
最後に、図９に示したように、金属膜２０の上面のシリコン酸化膜１１を除去した後、金属膜２０の上面に接触するように、ｐ側パッド電極１２を形成する。また、ｎ側電極１３に接触するように、ｎ側パッド電極１４を形成する。このようにして、第２参考形態の窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００６３】
なお、実験により確認したところ、従来の製造プロセスを用いて作製された窒化物系半導体レーザ素子の動作電圧は、約７Ｖであったのに対し、第２参考形態に示した製造プロセスを用いて作製された窒化物系半導体発光素子では、動作電圧を約４Ｖにまで低減することできた。
【００６４】
第２参考形態の窒化物系半導体レーザ素子のその他の効果は、第１参考形態と同様である。
【００６５】
（第１実施形態）
図１７は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図である。また、図１８は、図１７に示した第１実施形態の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の窒化物半導体層におけるｐ型不純物が活性化（導電化）された領域を示す拡大断面図である。この第１実施形態では、第１参考形態と異なり、第１電極層の下の領域の窒化物半導体層内の不純物のみを活性化した場合の例について説明する。
【００６６】
まず、図１７および図１８を参照して、第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。この第１実施形態では、図１７に示すように、第１参考形態と同様、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２が形成されている。このＡｌＧａＮ低温バッファ層２上には、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３が形成されている。そのアンドープＧａＮ層３上には、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ超格子層からなるＭＱＷ発光層６、および、約３００ｎｍの厚みを有するとともに、凸部を含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７がこの順序で形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層３８が形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７の凸部と、ｐ型ＧａＮコンタクト層３８とによってリッジ部が構成されている。
【００６７】
ここで、第１実施形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層３８上に、約１ｎｍの厚みを有するＰｄ電極層３９が形成されている。また、第１実施形態では、図１８に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７およびｐ型ＧａＮコンタクト層３８のうち、Ｐｄ電極層３９の下方に位置するｐ型活性化領域３２のｐ型不純物のみが選択的に活性化（導電化）されている。なお、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７およびｐ型ＧａＮコンタクト層３８は、本発明の「第１導電型の不純物を含む窒化物系半導体層」の一例である。また、Ｐｄ電極層３９は、本発明の「第１電極層」の一例である。
【００６８】
また、Ｐｄ電極層３９の上面以外の領域を覆うとともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上に開口部を有するシリコン酸化膜１１が形成されている。そして、シリコン酸化膜１１の開口部によって露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ側電極１３が形成されている。さらに、ｎ側電極１３の上面に接触するように、ｎ側パッド電極１４が形成されている。
【００６９】
第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子では、上記したように、Ｐｄ電極層３９の下方のｐ型活性化領域３２のｐ型不純物のみを選択的に活性化することによって、素子に電流が印加された場合に、素子のリッジ部以外の領域（非発光領域）に電流が流れ込むことに起因して発生する、弱発光またはリークによる電流損失を抑制することができる。これにより、素子に印加した電流に対する窒化物系半導体レーザ素子の発光効率を向上させることが可能となる。
【００７０】
なお、通常、窒化物系半導体レーザ素子では、非発光領域で発生する、弱発光またはリークによる電流損失を抑制するため、素子の非発光領域に隣接する窒化物半導体層の膜厚を厳密に制御（エッチング加工）することによって、素子の非発光領域に流れ込む電流（漏れ電流）を抑制している。そのため、良好な特性を有する窒化物系半導体レーザ素子を作製するには、極めて厳密なエッチング加工技術が要求される。これに対して、上記した第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子では、素子の発光領域に隣接する窒化物半導体層のみを選択的に活性化（導電化）することによって、漏れ電流を抑制することができる。その結果、素子の非発光領域に隣接する窒化物半導体層の膜厚を厳密に制御（エッチング加工）することなく、非発光領域で発生する弱発光またはリークによる電流損失を抑制することが可能となる。
【００７１】
図１９〜図２３は、図１７および図１８に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１７〜図２３を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００７２】
まず、図１９に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和するため、約６００℃の温度条件下で、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２を約約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。さらに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮ層３上に、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層３８を順次形成する。
【００７３】
次に、図２０に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層３８からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を異方性ドライエッチングを用いて除去することによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させる。この後、酸および有機溶媒による基板洗浄を行う。
【００７４】
次に、第１実施形態では、図２１に示すように、ＥＢ蒸着法を用いて、全面に約１ｎｍの厚みを有するＰｄ層３９ａを形成する。そして、Ｐｄ層３９ａ上のリッジ部に対応する領域に、約２μｍの幅を有するストライプ状の絶縁膜３１を形成する。
【００７５】
次に、図２２に示すように、絶縁膜３１をエッチングマスクとして、硝酸を用いたウェットエッチングにより、Ｐｄ層３９ａをエッチングすることによって、Ｐｄ電極層３９を形成する。さらに、絶縁膜３１をエッチングマスクとして、ＢＣｌ3ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、ｐ型ＧａＮコンタクト層３８をエッチングするとともに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７を約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングする。
【００７６】
ここで、第１実施形態では、約３００℃の窒素雰囲気中で１０分間の熱処理を行うことによって、図２３に示すように、エッチングによりパターニングされたＰｄ電極層３９の下方に位置するｐ型活性化領域３２内のｐ型不純物のみを選択的に活性化する。
【００７７】
この後、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面にシリコン酸化膜１１を形成した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部上に開口部を形成する。その後、シリコン酸化膜１１の開口部内に、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ側電極１３を形成する。さらに、ｎ側電極１３に接触するように、ｎ側パッド電極１４を形成する。
【００７８】
最後に、図１７に示したように、Ｐｄ電極層３９の上面のシリコン酸化膜１１を除去した後、Ｐｄ電極層３９の上面に接触するように、ｐ側パッド電極１２を形成する。このようにして、第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００７９】
第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子のその他の効果は、第１参考形態と同様である。
【００８０】
（第２実施形態）
図２４は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）を示した断面図である。また、図２５は、図２４に示した第２実施形態の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）の窒化物半導体層におけるｐ型不純物が活性化（導電化）された領域を示す拡大断面図である。この第２実施形態では、第１実施形態及び第１、第２参考形態と異なり、本発明を窒化物系半導体ＬＥＤ素子に適用した例を示すとともに、第１実施形態と同様、第１電極層の下の領域の窒化物半導体層内のｐ型不純物のみを活性化した場合の例について説明する。
【００８１】
まず、図２４および図２５を参照して、第２実施形態の窒化物系半導体ＬＥＤ素子の構造について説明する。この第２実施形態では、図２４に示すように、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２が形成されている。このＡｌＧａＮ低温バッファ層２上には、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３が形成されている。そのアンドープＧａＮ層３上には、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、約１００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層４８がこの順序で形成されている。なお、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８は、本発明の「第１導電型の不純物を含む窒化物系半導体層」の一例である。
【００８２】
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層４８の上面の一部以外の領域を覆うとともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上に開口部を有するシリコン酸化膜１１が形成されている。
【００８３】
ここで、第２実施形態では、シリコン酸化膜１１の開口部によって露出されたｐ型ＧａＮコンタクト層４８の上面に接触するように、約１ｎｍの厚みを有するＰｄ電極層４９が形成されている。また、第２実施形態では、図２５に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびＰｄ電極層４８のうち、Ｐｄ電極層４９の下に位置するｐ型活性化領域４２のｐ型不純物のみが選択的に活性化されている。
【００８４】
また、Ｐｄ電極層４９の上面に接触するように、ｐ側パッド電極５１が形成されている。また、シリコン酸化膜１１の開口部によって露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するように、ｎ側電極１３が形成されている。さらに、ｎ側電極１３の上面に接触するように、ｎ側パッド電極１４が形成されている。なお、Ｐｄ電極層４９は、本発明の「第１電極層」の一例である。
【００８５】
第２実施形態の窒化物系半導体ＬＥＤ素子では、Ｐｄ電極層４９の下のｐ型活性化領域４２のｐ型不純物のみを選択的に活性化することによって、素子に電流が印加された場合に、素子の非発光領域に電流が流れ込むことに起因して発生する、弱発光またはリークによる電流損失を抑制することができる。これにより、素子に印加した電流に対する窒化物系半導体ＬＥＤ素子の発光効率を向上させることが可能となる。
【００８６】
図２６〜図３０は、図２４および図２５に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図２４〜図３０を参照して、第２実施形態による窒化物系半導体ＬＥＤ素子の製造プロセスについて説明する。
【００８７】
まず、図２６に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和するため約６００℃の温度条件下で、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２を約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。さらに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮ層３上に、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ発光層６、約１００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層４８を順次形成する。
【００８８】
次に、図２７に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層４８からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を異方性ドライエッチングを用いて除去することによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させる。その後、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面に約２００ｎｍの厚みを有するシリコン酸化膜１１を形成した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層４８の一部上に開口部を形成する。この後、酸および有機溶媒による基板洗浄を行う。
【００８９】
次に、図２８に示すように、ＥＢ蒸着法を用いて、全面に、約１ｎｍの厚みを有するＰｄ層４９ａを形成する。ここで、第２実施形態では、約３００℃の窒素雰囲気中で１０分間の熱処理を行うことによって、シリコン酸化膜１１の開口部内で、Ｐｄ層４９ａの下方に位置するｐ型活性化領域４２内のｐ型不純物のみを選択的に活性化する。
【００９０】
次に、図２９に示すように、リフトオフ法を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層４８上のシリコン酸化膜１１の開口部上に、Ｐｄ層４９ａに接触するように、下層の約１ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、上層の約３ｎｍの厚みを有するＡｕ層との積層膜からなるｐ側パッド電極５１を形成する。次に、このｐ側パッド電極５１の上層のＡｕ層をエッチングマスクにして、硝酸を用いたウェットエッチングにより、Ｐｄ層４９ａをエッチングすることによって、Ｐｄ電極４９が形成される。
【００９１】
次に、図３０に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面のシリコン酸化膜１１の一部を除去した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するようにｎ側電極１３を形成する。
【００９２】
最後に、図２４に示したように、ｎ側電極１３に接触するように、ｎ側パッド電極１４を形成する。このようにして、第２実施形態の窒化物系半導体ＬＥＤ素子が形成される。
【００９３】
第２実施形態の窒化物系半導体ＬＥＤ素子の製造プロセスでは、第１実施形態及び第１、第２参考形態と同様、以下のような効果を得ることができる。
【００９４】
すなわち、第２実施形態の窒化物系半導体ＬＥＤ素子の製造プロセスでは、上記のように、窒化物半導体層（ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８）の表面に、約１ｎｍの厚みを有するＰｄ層４９ａを形成した後、６００℃以下の低温（約３００℃）の熱処理により、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８内のＭｇなどのｐ型不純物を活性化することによって、Ｐｄ層４９ａによって、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８の表面の水素脱離エネルギーが低減されるので、ｐ型不純物の活性化を阻害する水素を効率よく除去することができる。
【００９５】
また、第２実施形態の窒化物系半導体ＬＥＤ素子の製造プロセスでは、上記のように、６００℃以下の低温（約３００℃）で熱処理することができるので、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８の構成要素である窒素の解離を防止することができる。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８の結晶性が悪化するのを防止することができるので、Ｍｇなどのｐ型不純物の活性化を良好に行うことができる。その結果、ｐ型不純物のキャリア濃度（活性化率）を高くすることができる。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８の抵抗率やＰｄ電極層４９とのコンタクト抵抗を低減することができるので、素子の動作電圧を低減することができる。このため、素子の消費電力を低減することができるので、発熱量を低減でき、その結果、素子寿命を向上することができる。
【００９６】
また、第２実施形態の窒化物系半導体ＬＥＤ素子の製造プロセスでは、上記のように、熱処理前にｐ型ＧａＮコンタクト層４８の表面に形成したＰｄ層９ａを、熱処理終了後もそのままｐ側電極の一部として用いることによって、その後の製造プロセスにおいて、Ｐｄ層９ａによりｐ型ＧａＮコンタクト層４８の表面が保護されるので、熱処理後のｐ型ＧａＮコンタクト層４８の表面汚染およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８の表面でのキャリアの減少を防止することができる。その結果、ｐ側電極のコンタクト抵抗を低減することが可能となる。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４７およびｐ型ＧａＮコンタクト層４８の活性化のための熱処理と、ｐ側電極のコンタクト抵抗を低減するための熱処理とを兼ねることができるので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００９７】
なお、今回開示された実施形態及び参考形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態及び参考形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
【００９８】
たとえば、上記実施形態及び参考形態では、ｐ型コンタクト層上の第１電極層としてＰｄ電極層またはＰｔ／Ｐｄ積層膜からなるＰｔ／Ｐｄ電極層を用いたが、本発明はこれに限らず、Ｐｄ層、Ｎｉ層またはＰｔ層のいずれか１つを用いてもよい。また、これらの少なくとも１つを含む合金または積層膜を用いても同様の効果を得ることができる。
【００９９】
また、上記第１参考形態では、図４に示した工程において、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上にＰｄ層９ａを形成した状態で熱処理することにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８内のｐ型不純物を活性化したが、本発明はこれに限らず、図３１に示すように、Ｐｄ層９ａ上にさらにシリコン酸化膜からなる絶縁膜６０を形成した状態で熱処理することにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８内のｐ型不純物を活性化するようにしてもよい。このように構成すれば、熱処理時に、絶縁膜６０によって、窒化物半導体層（ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８）を構成するＧａなどの半導体元素が外部拡散されるので、Ｇａが脱離することにより空乏化したＧａサイトに不純物が入りやすくなる。その結果、窒化物系半導体層（ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８）中の不純物のキャリア濃度（活性化率）をさらに高めることが可能となる。
【０１００】
また、上記実施形態及び参考形態では、窒素（Ｎ2）雰囲気中で窒化物半導体層内の不純物を活性化するための熱処理を行ったが、本発明はこれに限らず、ＡｒやＨｅなどの不活性ガス、Ｎ2Ｏ、Ｏ2および真空のいずれかの雰囲気中で熱処理を行ってもよい。このように構成すれば、熱処理時の雰囲気中に水素を含まないので、窒化物半導体層内の不純物の活性化を阻害する働きを有する水素原子を効率よく除去することができる。
【０１０１】
また、第２参考形態では、窒化物半導体層のＩｎ組成を１５％にすることによって、窒化物半導体層の表面を自然に凹凸形状に形成する例を示したが、窒化物半導体層のＩｎ組成を３％以上に構成すれば、同様に、窒化物半導体層の表面を凹凸形状に形成することができる。また、窒化物半導体層の表面をエッチングすることによって、凹凸形状の表面を有する窒化物半導体層を形成してもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、低温の熱処理によっても窒化物系半導体層内の不純物を十分に活性化することが可能な窒化物系半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図である。
【図２】  図１に示した第１参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３】  図１に示した第１参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】  図１に示した第１参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】  図１に示した第１参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】  図１に示した第１参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】  図１に示した第１参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】  Ｐｄ膜の膜厚と、窒化物系半導体層の抵抗率との関係を示した相関図である。
【図９】  本発明の第２参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図である。
【図１０】  図９に示した第２参考形態の窒化物半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）のｐ側電極周辺部の拡大断面図である。
【図１１】  図９および図１０に示した第２参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】  図９および図１０に示した第２参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】  図９および図１０に示した第２参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１４】  図９および図１０に示した第２参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１５】  図９および図１０に示した第２参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１６】  図９および図１０に示した第２参考形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１７】  本発明の第１実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図である。
【図１８】  図１７に示した第１実施形態の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の窒化物半導体層におけるｐ型不純物が活性化（導電化）された領域を示す拡大断面図である。
【図１９】  図１７および図１８に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２０】  図１７および図１８に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２１】  図１７および図１８に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２２】  図１７および図１８に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２３】  図１７および図１８に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２４】  本発明の第２実施形態による窒化物半導体層を含む窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）を示した断面図である。
【図２５】  図２４に示した第２実施形態の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）の窒化物半導体層におけるｐ型不純物が活性化（導電化）された領域を示す拡大断面図である。
【図２６】  図２４および図２５に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２７】  図２４および図２５に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２８】  図２４および図２５に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２９】  図２４および図２５に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３０】  図２４および図２５に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体ＬＥＤ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３１】  第１参考形態の変形例による窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３２】  従来の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）を示した断面図である。
【図３３】  図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３４】  図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３５】  図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３６】  図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３７】  図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３８】  図３２に示した従来の窒化物系半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ素子）の製造プロセスを説明するための断面図である。
【符号の説明】
６  ＭＱＷ発光層（活性層）
７、３７、４７  ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（窒化物系半導体層）
８、３８、４８  ｐ型ＧａＮコンタクト層（窒化物系半導体層）
９、３９、４９  Ｐｄ電極層（第１電極層）
２９  Ｐｔ／Ｐｄ電極層（第１電極層）
２１  ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層（窒化物系半導体層）
３２、４２  ｐ型活性化領域（第１導電型領域）
１０  金属膜
４１  ｐ型パッド電極
１５  シリコン酸化膜（絶縁膜）
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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