(57)【要約】  窒化物系半導体発光素子は、ＩＶ族ｎ型不純物を含むｎ型窒化物系半導体の一例である基板（１０）と、基板（１０）に接するｎ側電極（３４）とを備え、基板（１０）は、ｎ側電極（３４）に接し、ハロゲン元素を含む表層領域（１０ａ）と、表層領域（１０ａ）の、ｎ側電極（３４）の反対側に位置する内部領域（１０ｂ）とを有し、表層領域（１０ａ）におけるＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、表層領域（１０ａ）におけるハロゲン元素のピーク濃度は、表層領域（１０ａ）におけるＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上であり、内部領域（１０ｂ）におけるＩＶ族ｎ型不純物の濃度は、表層領域（１０ａ）におけるＩＶ族ｎ型不純物の濃度より低い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＶ族ｎ型不純物を含む第１のｎ型窒化物系半導体層と、
前記第１のｎ型窒化物系半導体層に接するｎ側電極とを備え、
前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、
前記ｎ側電極に接し、ハロゲン元素を含む表層領域と、
前記表層領域の、前記ｎ側電極の反対側に位置する内部領域とを有し、
前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、
前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上であり、
前記内部領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物の濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物の濃度より低い
窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記表層領域の電流密度が０．４７ｋＡｃｍ−２以上で使用される
請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
６７℃以上の動作温度で使用される
請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記表層領域の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ未満である
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｎ側電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｂａ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種類の金属、又は、少なくとも２種類の合金を含む
請求項１から４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項６】
前記ＩＶ族ｎ型不純物は、Ｓｉである
請求項１から５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項７】
前記ハロゲン元素は、Ｃｌである
請求項１から６のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項８】
前記表層領域の、前記ｎ側電極に接する面は、（０００−１）面である
請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項９】
さらに、積層方向において前記内部領域を基準にして前記表層領域とは反対側に位置する主面を有し、
前記主面は、サブマウントに接続されている
請求項８に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、ｎ型窒化物系半導体基板である
請求項１から９のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１１】
前記ｎ型窒化物系半導体基板の板厚は、５０μｍ以上１５０μｍ以下である
請求項１０に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１２】
さらに、前記ｎ型窒化物系半導体基板の、前記表層領域とは反対側に、順に積層された第２のｎ型窒化物系半導体層、ｐ型窒化物系半導体層及びｐ側電極を備える
請求項１０又は１１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１３】
さらに、基板を備え、
前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、前記基板上に設けられ、
前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、前記基板とは反対側に前記表層領域を備える
請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１４】
さらに、前記第１のｎ型窒化物系半導体層の、前記基板とは反対側に順に積層されたｐ型窒化物系半導体層及びｐ側電極を備える
請求項１３に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１５】
前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記ｐ側電極と前記ｐ型窒化物系半導体層との界面における前記ハロゲン元素のピーク濃度よりも高い
請求項１２又は１４に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１６】
ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含むプラズマにより、ｎ型窒化物系半導体層をドライエッチングする工程と、
前記ドライエッチングする工程で前記プラズマに晒された前記ｎ型窒化物系半導体層の表面に、ｎ側電極を形成する工程とを含み、
前記ｎ型窒化物系半導体層の、前記表面を含む表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、
前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上である
窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含むプラズマにより、ｎ型窒化物系半導体層をドライエッチングする工程と、
前記ドライエッチングする工程で前記プラズマに晒された前記ｎ型窒化物系半導体層の表面にｎ側電極を形成する工程とを含み、
前記ｎ型窒化物系半導体層は、Ｇａを含み、
前記ドライエッチングする工程の終了時の前記プラズマの発光スペクトルでは、Ｇａに起因する第１発光ピークのピーク強度が、前記ＩＶ族ｎ型不純物又は前記ハロゲン元素に起因する第２発光ピークのピーク強度より小さい
窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記ＩＶ族ｎ型不純物は、Ｓｉであり、
前記ハロゲン元素は、Ｃｌであり、
前記第１発光ピークは、Ｇａの原子若しくはイオン、又は、Ｇａを含む分子若しくは分子イオンに起因し、
前記第２発光ピークは、Ｓｉ及びＣｌの少なくとも一方の原子若しくはイオン、又は、Ｓｉ及びＣｌの少なくとも一方を含む分子若しくは分子イオンに起因する
請求項１７に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１発光ピークの中心波長は、２９４ｎｍ以上２９５ｎｍ以下の範囲に位置し、
前記第２発光ピークの中心波長は、３９０ｎｍ以上３９１ｎｍ以下の範囲に位置している
請求項１７又は１８に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記ｎ型窒化物系半導体層は、ｎ型窒化物系半導体基板を含み、
前記製造方法は、さらに、
前記ドライエッチングする工程の前に、前記ｎ型窒化物系半導体基板を研磨する工程を含み、
前記ドライエッチングする工程では、前記ｎ型窒化物系半導体基板の研磨された面をドライエッチングし、
前記ｎ型窒化物系半導体基板のドライエッチングされた面の転位密度は、１×１０９ｃｍ−２以下である
請求項１６から１９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２１】
前記ドライエッチングする工程は、前記ｎ型窒化物系半導体層の（０００−１）面をドライエッチングする
請求項１６から２０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】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化ガリウム（ＧａＮ）を利用した発光素子が知られている。例えば、特許文献１に記載の半導体発光素子では、ｎ型半導体の、電極との接触部分の不純物濃度を高くすることで、良好なオーミック特性を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４８５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、チップサイズの小型化及び高出力化に伴い、電流密度の増加及び高温動作が求められている。しかしながら、上記従来の半導体発光素子では、大電流密度での動作時又は高温動作時において素子電圧が上昇するという問題がある。【０００５】
そこで、本開示は、大電流密度での動作時又は高温動作時に安定した電圧特性を有する窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子は、ＩＶ族ｎ型不純物を含む第１のｎ型窒化物系半導体層と、前記第１のｎ型窒化物系半導体層に接するｎ側電極とを備え、前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、前記ｎ側電極に接し、ハロゲン元素を含む表層領域と、前記表層領域の、前記ｎ側電極の反対側に位置する内部領域とを有し、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上であり、前記内部領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物の濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物の濃度より低い。【０００７】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子の製造方法は、ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含むプラズマにより、ｎ型窒化物系半導体層をドライエッチングする工程と、前記ドライエッチングする工程で前記プラズマに晒された前記ｎ型窒化物系半導体層の表面に、ｎ側電極を形成する工程とを含み、前記ｎ型窒化物系半導体層の、前記表面を含む表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上である。【０００８】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子の製造方法は、ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含むプラズマにより、ｎ型窒化物系半導体層をドライエッチングする工程と、前記ドライエッチングする工程で前記プラズマに晒された前記ｎ型窒化物系半導体層の表面にｎ側電極を形成する工程とを含み、前記ｎ型窒化物系半導体層は、Ｇａを含み、前記ドライエッチングする工程の終了時の前記プラズマの発光スペクトルでは、Ｇａに起因する第１発光ピークのピーク強度が、前記ＩＶ族ｎ型不純物又は前記ハロゲン元素に起因する第２発光ピークのピーク強度より小さい。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、大電流密度での動作時又は高温動作時に安定した電圧特性を有する窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子のｎ側電極とｎ型半導体との界面近傍のＳｉ濃度を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子のｎ側電極とｎ型半導体との界面近傍のＣｌ濃度を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の大電流密度での動作時の電圧増加率を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の高温動作時の電圧増加率を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子のｐ側電極とｐ型半導体との界面近傍のＣｌ濃度を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれる、半導体膜の積層工程を説明するための断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれる、リッジの形成工程を説明するための断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれる、電流ブロック層の形成工程を説明するための断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれる、ｐ側電極の形成工程を説明するための断面図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれる、密着補助層の形成工程を説明するための断面図である。
【図８Ｆ】図８Ｆは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれる、ｐ側パッド電極の形成工程を説明するための断面図である。
【図８Ｇ】図８Ｇは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれる、ｎ型窒化物系半導体基板の研磨工程を説明するための断面図である。
【図８Ｈ】図８Ｈは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれる、ｎ型窒化物系半導体基板のドライエッチング工程を説明するための断面図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれるドライエッチング工程における原子又はイオンの出入りを模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれるドライエッチング工程の終了時のプラズマの発光スペクトルを示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれるドライエッチング工程における発光ピークのピーク強度の時間変化を示す図である。
【図１２】図１２は、比較例に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれるドライエッチング工程における発光ピークのピーク強度の時間変化を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子のサブマウントへの実装例を示す断面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態２に係る発光ダイオード素子の断面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態２に係る発光ダイオード素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、実施の形態２に係る発光ダイオード素子の製造方法に含まれる、半導体層の積層工程を説明するための断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、実施の形態２に係る発光ダイオード素子の製造方法に含まれる、半導体層のドライエッチング工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示の概要）
本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子は、ＩＶ族ｎ型不純物を含む第１のｎ型窒化物系半導体層と、前記第１のｎ型窒化物系半導体層に接するｎ側電極とを備え、前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、前記ｎ側電極に接し、ハロゲン元素を含む表層領域と、前記表層領域の、前記ｎ側電極の反対側に位置する内部領域とを有し、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上であり、前記内部領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物の濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物の濃度より低い。
【００１２】
これにより、表層領域に含まれるハロゲン元素のピーク濃度が高いので、内部領域に含まれるＩＶ族ｎ型不純物のｎ側電極への拡散を抑制することができる。ＩＶ族ｎ型不純物の拡散が抑制されることにより、第１のｎ型窒化物系半導体層とｎ側電極と接続部分における高抵抗化が抑制されて良好なオーミックコンタクトを実現することができる。このため、大電流密度での動作時又は高温動作時に安定した電圧特性を有する窒化物系半導体発光素子が実現される。
【００１３】
また、例えば、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子は、前記表層領域の電流密度が０．４７ｋＡｃｍ−２以上で使用されてもよい。
【００１４】
０．４７ｋＡｃｍ−２以上の大電流密度での動作の場合、大電流による窒化物系半導体発光素子の発熱が増加し、発熱による内部領域に含まれるＩＶ族ｎ型不純物のｎ側電極への拡散も増加する。本開示の構造を窒化物系半導体発光素子に適用することで、ＩＶ族ｎ型不純物のｎ側電極へ拡散が抑制されることにより、０．４７ｋＡｃｍ−２以上の大電流密度での動作時においても、動作電圧を安定させることができる。
【００１５】
また、例えば、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子は、６７℃以上の動作温度で使用されてもよい。
【００１６】
６７℃以上の高温動作において内部領域に含まれるＩＶ族ｎ型不純物のｎ側電極への拡散も増加する。本開示の構造を窒化物系半導体発光素子に適用することで、ＩＶ族ｎ型不純物のｎ側電極への拡散が抑制されることにより、６７℃以上の高温動作時においても、動作電圧を安定させることができる。
【００１７】
また、例えば、前記表層領域の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ未満であってもよい。
【００１８】
これにより、表層領域の厚さが１ｎｍ以上であることで、ｎ型不純物のｎ側電極への拡散を抑制するための表層領域の厚さを十分に確保することができる。また、表層領域の厚さが１００ｎｍ未満であることで、ハロゲン元素に起因する第１のｎ型窒化物系半導体層の欠陥の増大が抑制され、オーミックコンタクトの劣化を抑制することができる。
【００１９】
また、例えば、前記ｎ側電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｂａ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種類の金属、又は、少なくとも２種類の合金を含んでもよい。
【００２０】
これにより、第１のｎ型窒化物系半導体層とｎ側電極との良好なオーミックコンタクトを実現することができる。
【００２１】
また、例えば、前記ＩＶ族ｎ型不純物は、Ｓｉであってもよい。
【００２２】
Ｓｉは、Ｇｅなどと比較して、イオン半径が小さいため、結晶格子間にＳｉが入りやすく、第１のｎ型窒化物系半導体層への添加を高濃度にすることができる。特に、Ｓｉを含む表層領域は、不純物濃度の制御性が高いドライエッチング工程などによって容易に形成することができる。このため、窒化物系半導体発光素子の動作電圧を低くすることができ、信頼性が高く良好な電圧特性を有する窒化物系半導体発光素子を実現することができる。
【００２３】
また、例えば、前記ハロゲン元素は、Ｃｌであってもよい。
【００２４】
Ｃｌは、Ｂｒなどと比較して、イオン半径が小さいため、結晶格子間にＣｌが入りやすく、第１のｎ型窒化物系半導体層への添加を高濃度にすることができる。特に、Ｃｌを含む表層領域は、不純物濃度の制御性が高いドライエッチング工程などによって容易に形成することができる。このため、窒化物系半導体発光素子の電圧増加率を低減することができ、安定した電圧特性を有する窒化物系半導体発光素子を実現することができる。
【００２５】
また、例えば、前記表層領域の、前記ｎ側電極に接する面は、（０００−１）面であってもよい。
【００２６】
これにより、窒化物系半導体発光素子を縦型構造で実現することができるので、（０００１）面にｎ側電極を形成する場合と比較して、縦伝導にすることで、ｎ側電極面積に応じて電流経路の面積を十分に確保することができるため、素子の動作電圧を低減することができる。
【００２７】
また、例えば、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子は、さらに、積層方向において前記内部領域を基準にして前記表層領域とは反対側に位置する主面を有し、前記主面は、サブマウントに接続されていてもよい。
【００２８】
これにより、発光領域に近い側で窒化物系半導体発光素子はサブマウントに接続されるので、放熱性を高めることができる。
【００２９】
また、例えば、前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、ｎ型窒化物系半導体基板であってもよい。
【００３０】
これにより、耐熱性に優れたｎ側電極を形成することができる。このため、信頼性が高く良好なオーミックコンタクトを実現することができる。
【００３１】
また、例えば、前記ｎ型窒化物系半導体基板の板厚は、５０μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。
【００３２】
これにより、基板の厚みを大きく確保することで、表層領域を安定して形成することができる。このため、信頼性が高く良好なオーミックコンタクトを実現することができる。
【００３３】
また、例えば、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子は、さらに、前記ｎ型窒化物系半導体基板の、前記表層領域とは反対側に、順に積層された第２のｎ型窒化物系半導体層及びｐ型窒化物系半導体層を備えてもよい。
【００３４】
これにより、例えば、発光ダイオード素子などのｐｎ接合を有する素子においても、動作電圧を安定させることができる。
【００３５】
また、例えば、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子は、さらに、基板を備え、前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、前記基板上に設けられ、前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、前記基板とは反対側に前記表層領域を備えてもよい。
【００３６】
これにより、第１のｎ型窒化物系半導体層がｎ型基板ではない横方向に電流を流す窒化物系半導体発光素子においても、動作電圧が安定した窒化物系半導体発光素子を実現することができる。
【００３７】
また、例えば、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子は、さらに、前記第１のｎ型窒化物系半導体層の、前記基板とは反対側に順に積層されたｐ型窒化物系半導体層及びｐ側電極を備えてもよい。
【００３８】
これにより、例えば、発光ダイオード素子などのｐｎ接合を有する素子においても、動作電圧を安定させることができる。
【００３９】
また、例えば、前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記ｐ側電極と前記ｐ型窒化物系半導体層との界面における前記ハロゲン元素のピーク濃度よりも高くてもよい。
【００４０】
これにより、ｐ型窒化物系半導体のアクセプタに対する補償欠陥になりうるハロゲン元素の濃度がｐ側電極とｐ型窒化物系半導体との界面で低くなるので、動作電圧を更に安定させることができる。
【００４１】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子の製造方法は、ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含むプラズマにより、ｎ型窒化物系半導体層をドライエッチングする工程と、前記ドライエッチングする工程で前記プラズマに晒された前記ｎ型窒化物系半導体層の表面に、ｎ側電極を形成する工程とを含み、前記ｎ型窒化物系半導体層の、前記表面を含む表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上である。
【００４２】
これにより、ＩＶ族ｎ型不純物の添加とハロゲン元素の添加とをドライエッチング工程によって同時に行うことができるので、容易に表層領域を形成することができる。表層領域に含まれるハロゲン元素のピーク濃度が高いので、内部領域に含まれるＩＶ族ｎ型不純物のｎ側電極への拡散を抑制することができる。ＩＶ族ｎ型不純物の拡散が抑制されることにより、ｎ型窒化物系半導体層とｎ側電極と接続部分における高抵抗化が抑制されて良好なオーミックコンタクトを実現することができる。このように、大電流密度での動作時又は高温動作時に安定した電圧特性を有する窒化物系半導体発光素子を簡単に製造することができる。
【００４３】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体発光素子の製造方法は、ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含むプラズマにより、ｎ型窒化物系半導体層をドライエッチングする工程と、前記ドライエッチングする工程で前記プラズマに晒された前記ｎ型窒化物系半導体層の表面にｎ側電極を形成する工程とを含み、前記ｎ型窒化物系半導体層は、Ｇａを含み、前記ドライエッチングする工程の終了時の前記プラズマの発光スペクトルでは、Ｇａに起因する第１発光ピークのピーク強度が、前記ＩＶ族ｎ型不純物又は前記ハロゲン元素に起因する第２発光ピークのピーク強度より小さくてもよい。
【００４４】
これにより、発光スペクトルを確認しながらドライエッチング工程を行うことで、ＩＶ族ｎ型不純物及びハロゲン元素の添加量を調整することができる。したがって、ｎ側電極とｎ型窒化物系半導体層との界面におけるＩＶ族ｎ型不純物及びハロゲン元素の濃度を容易に調整することができ、界面におけるハロゲン元素のピーク濃度を高めることができる。これにより、大電流密度での動作時又は高温動作時に安定した電圧特性を有する窒化物系半導体発光素子を簡単に製造することができる。
【００４５】
また、例えば、前記ＩＶ族ｎ型不純物は、Ｓｉであり、前記ハロゲン元素は、Ｃｌであり、前記第１発光ピークは、Ｇａの原子若しくはイオン、又は、Ｇａを含む分子若しくは分子イオンに起因し、前記第２発光ピークは、Ｓｉ及びＣｌの少なくとも一方の原子若しくはイオン、又は、Ｓｉ及びＣｌの少なくとも一方を含む分子若しくは分子イオンに起因してもよい。
【００４６】
これにより、Ｓｉ及びＣｌを含む表層領域を、不純物濃度の制御性が高いドライエッチング工程などによって容易に形成することができる。
【００４７】
また、例えば、前記第１発光ピークの中心波長は、２９４ｎｍ以上２９５ｎｍ以下の範囲に位置し、前記第２発光ピークの中心波長は、３９０ｎｍ以上３９１ｎｍ以下の範囲に位置してもよい。
【００４８】
これにより、第１発光ピークの変化が大きくなるので、発光スペクトルを確認しながらのドライエッチング工程の制御を容易に行うことができる。
【００４９】
また、例えば、前記ｎ型窒化物系半導体層は、ｎ型窒化物系半導体基板を含み、前記製造方法は、さらに、前記ドライエッチングする工程の前に、前記ｎ型窒化物系半導体基板を研磨する工程を含み、前記ドライエッチングする工程では、前記ｎ型窒化物系半導体基板の研磨された面をドライエッチングし、前記ｎ型窒化物系半導体基板のドライエッチングされた面の転位密度は、１×１０９ｃｍ−２以下であってもよい。
【００５０】
これにより、研磨工程を含むことで、窒化物系半導体発光素子を容易に薄型化することができる。また、研磨工程で受けたダメージをドライエッチング工程で容易に除去することができる。つまり、ダメージの除去とｎ型不純物及びハロゲン元素の添加とを同時に行うことができるので、工程数を削減することができる。
【００５１】
また、例えば、前記ドライエッチングする工程は、前記ｎ型窒化物系半導体層の（０００−１）面をドライエッチングしてもよい。
【００５２】
これにより、縦型構造の窒化物系半導体発光素子を製造することができる。
【００５３】
以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００５４】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００５５】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００５６】
また、本明細書において、要素間の関係性を示す用語、及び、要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
【００５７】
また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。
【００５８】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の構成を示す断面図である。
【００５９】
半導体レーザ素子１は、窒化物系半導体発光素子の一例である。なお、本実施の形態では、窒化物系半導体は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系半導体である。例えば、窒化物系半導体は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮなどのＧａＮを主成分とする半導体である。なお、窒化物系半導体は、ＰやＡｓなどのＶ族元素を少量含んでいてもよい。
【００６０】
図１に示されるように、半導体レーザ素子１は、基板１０と、ｎ型クラッド層１２と、ｎ型ガイド層１４と、発光層１６と、ｐ側ガイド層１８と、電子ブロック層２０と、ｐ型クラッド層２２と、ｐ型コンタクト層２４と、ｐ側電極２６と、電流ブロック層２８と、密着補助層３０と、パッド電極３２と、ｎ側電極３４とを備える。半導体レーザ素子１は、リッジ構造を有する。本実施の形態では、説明の都合上、発光層１６に対してｎ側電極３４が位置する方向を「下方（下層側）」とし、発光層１６に対してｐ側電極２６（及びリッジ）が位置する方向を「上方（上層側）」としている。
【００６１】
以下に示される表１は、半導体レーザ素子１を構成する主な層の具体的な構成の一例を示している。各層の具体的な構成は一例に過ぎず、材料、膜厚、不純物濃度及び層数などは適宜変更可能である。
【００６２】
【表１】
2020110719.tif 000003
【００６３】
基板１０は、ＩＶ族ｎ型不純物を含む第１のｎ型窒化物系半導体層の一例である。具体的には、基板１０は、ｎ型窒化物系半導体基板の一例である。基板１０は、例えば、ｎ型のＧａＮ基板である。基板１０の板厚は、例えば５０μｍ以上１５０μｍ以下である。本実施の形態では、基板１０の面方位は（０００１）面である。
【００６４】
基板１０には、ＩＶ族ｎ型不純物が添加されている。ＩＶ族ｎ型不純物は、例えば、シリコン（Ｓｉ）である。なお、基板１０に含まれるＩＶ族ｎ型不純物は、ゲルマニウム（Ｇｅ）などであってもよい。表１に示されるように、基板１０の不純物濃度（具体的には、Ｓｉ濃度）は、例えば１．４０×１０１８ｃｍ−３である。
【００６５】
図１に一部が模式的に拡大されて示されるように、基板１０は、表層領域１０ａと、内部領域１０ｂとを有する。
【００６６】
表層領域１０ａは、基板１０の一部であり、ｎ側電極３４に接する部分である。表層領域１０ａの、ｎ側電極３４に接する面１０ｃは、（０００−１）面である。つまり、基板１０を構成するＧａＮの結晶構造における（０００−１）面に、ｎ側電極３４が設けられている。表層領域１０ａは、例えば、基板１０の面１０ｃの、ｎ側電極３４に接する範囲、又は、面１０ｃの全体を含む所定の厚さの領域である。表層領域１０ａの厚さは、例えば１ｎｍ以上１００ｎｍ未満である。表層領域１０ａは、ハロゲン元素を含んでいる。ハロゲン元素は、例えば、塩素（Ｃｌ）である。
【００６７】
表層領域１０ａにおけるＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上である。また、表層領域１０ａにおけるハロゲン元素のピーク濃度は、表層領域１０ａにおけるＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上である。表層領域１０ａに含まれるＩＶ族ｎ型不純物及びハロゲン元素の濃度の深さ方向における分布の一例は、図２及び図３を用いて後で説明する。なお、ピーク濃度とは、深さ方向における濃度分布における濃度の極大値を意味する。
【００６８】
内部領域１０ｂは、基板１０の一部であり、表層領域１０ａの、ｎ側電極３４の反対側に位置する。内部領域１０ｂは、例えば、基板１０の表層領域１０ａ以外の部分である。内部領域１０ｂの上面にｎ型クラッド層１２が設けられている。内部領域１０ｂにおけるＩＶ族ｎ型不純物の濃度は、表層領域１０ａにおけるＩＶ族ｎ型不純物の濃度より低い。
【００６９】
ｎ型クラッド層１２は、基板１０の表層領域１０ａとは反対側の（０００１）面に積層された第２のｎ型窒化物系半導体層の一例である。ｎ型クラッド層１２は、基板１０とｎ型ガイド層１４との間に各々に接して設けられている。ｎ型クラッド層１２は、例えば、表１に示されるように、膜厚が３μｍのＡｌＧａＮ層である。Ａｌの組成比は、例えば２．６％である。ｎ型クラッド層１２には、ＩＶ族ｎ型不純物の一例であるＳｉが添加されている。ｎ型クラッド層１２の不純物濃度は、基板１０の不純物濃度より低く、例えば５．００×１０１７ｃｍ−３である。
【００７０】
ｎ型ガイド層１４は、基板１０の表層領域１０ａとは反対側に積層された第２のｎ型窒化物系半導体層の一例である。ｎ型ガイド層１４は、ｎ型クラッド層１２と発光層１６との間に各々に接して設けられている。ｎ型ガイド層１４は、例えば、表１に示されるように、膜厚が１２７ｎｍのＧａＮ層である。ｎ型ガイド層１４には、ＩＶ族ｎ型不純物の一例であるＳｉが添加されている。ｎ型ガイド層１４の不純物濃度は、ｎ型クラッド層１２の不純物濃度と同等であり、基板１０の不純物濃度より低く、例えば５．００×１０１７ｃｍ−３である。
【００７１】
発光層１６は、半導体レーザ素子１の発光部を形成する層である。発光層１６は、ｎ型ガイド層１４とｐ側ガイド層１８との間に各々に接して設けられている。
【００７２】
本実施の形態では、発光層１６は、多重量子井戸構造を有する。具体的には、発光層１６は、１層ずつ交互に積層された複数の井戸層及び複数の障壁層を有する。より具体的には、表１に示されるように、発光層１６は、２層の井戸層と、３層の障壁層とを有する。２層の井戸層はいずれも、膜厚が７．５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮ層である。井戸層のＩｎの組成比は、発振波長が４０５ｎｍになるように調整されている。３層の障壁層は、いずれもアンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層であり、表１に示されるように、膜厚は互いに異なっている。
【００７３】
ｐ側ガイド層１８は、第２のｎ型窒化物系半導体層に積層されたｐ型窒化物系半導体層の一例を含んでいる。ｐ側ガイド層１８は、発光層１６と電子ブロック層２０との間に各々に接して設けられている。ｐ側ガイド層１８は、例えば、表１に示されるように、膜厚４０ｎｍのアンドープＩｎＧａＮ層と、膜厚６ｎｍのアンドープＧａＮ層と、膜厚３ｎｍのｐ型ＧａＮ層との積層構造を有する。アンドープＩｎＧａＮ層のＩｎの組成比は、例えば０．３％である。ｐ型ＧａＮ層は、ｐ型窒化物系半導体層の一例であり、ｐ型不純物としてＭｇが添加されている。ｐ型ＧａＮ層の不純物濃度は、基板１０の不純物濃度よりも高く、例えば１．５０×１０１９ｃｍ−３である。
【００７４】
電子ブロック層２０は、発光層１６からｐ側電極２６に移動する電子をブロックする。電子ブロック層２０が設けられていることで、発光層１６に対する電子の注入効率を高めることができ、発光効率を高めることができる。電子ブロック層２０は、ｐ側ガイド層１８とｐ型クラッド層２２との間に各々に接して設けられている。電子ブロック層２０は、例えば、表１に示されるように、複数のｐ型ＡｌＧａＮ層の積層構造を有する。複数のｐ型ＡｌＧａＮ層は、膜厚及びＡｌの組成比が互いに異なっている。ｐ側ガイド層１８に接するｐ型ＡｌＧａＮ層（下層側）は、膜厚が５ｎｍであり、Ａｌの組成比が、ｐ側ガイド層１８からｐ型クラッド層２２に向かう方向に沿って４％から３６％まで漸増している。ｐ型クラッド層２２に接するｐ型ＡｌＧａＮ層（上層側）は、膜厚が２ｎｍであり、Ａｌの組成比が３６％である。２つのｐ型ＡｌＧａＮ層には、ｐ型不純物としてＭｇが添加されている。ｐ型ＡｌＧａＮ層の不純物濃度は、ｐ側ガイド層１８のｐ型ＧａＮ層の不純物濃度と同等であり、例えば１．５０×１０１９ｃｍ−３である。
【００７５】
ｐ型クラッド層２２は、第２のｎ型窒化物系半導体層に積層されたｐ型窒化物系半導体層の一例である。ｐ型クラッド層２２は、電子ブロック層２０とｐ型コンタクト層２４との間に各々に接して設けられている。図１に示されるように、ｐ型クラッド層２２は、ｎ側電極３４からｐ側電極２６に向かう方向に突出した凸部２２ａを有する。具体的には、凸部２２ａは、半導体レーザ素子１の［１−１００］方向に延びるリッジの一部である。凸部２２ａの高さは、例えば６８０ｎｍである。
【００７６】
ｐ型クラッド層２２は、例えば、表１に示されるように、複数のｐ型ＡｌＧａＮ層の積層構造を有する。複数のｐ型ＡｌＧａＮ層は、膜厚及び不純物濃度が互いに異なっている。複数のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々のＡｌの組成比は、互いに等しく、例えば２．６％である。複数のｐ型ＡｌＧａＮ層には、ｐ型不純物としてＭｇが添加されている。電子ブロック層２０に接するｐ型ＡｌＧａＮ層（下層側）の不純物濃度は、電子ブロック層２０の不純物濃度より低く、例えば２．００×１０１８ｃｍ−３である。ｐ型コンタクト層２４に接するｐ型ＡｌＧａＮ層（上層側）の不純物濃度は、電子ブロック層２０に接するｐ型ＡｌＧａＮ層の不純物濃度より高く、かつ、電子ブロック層２０の不純物濃度より低く、例えば１．００×１０１９ｃｍ−３である。
【００７７】
ｐ型コンタクト層２４は、ｐ型クラッド層２２とｐ側電極２６との間に各々に接して設けられている。本実施の形態では、ｐ型コンタクト層２４は、ｐ型クラッド層２２の凸部２２ａ上に設けられている。つまり、ｐ型コンタクト層２４は、半導体レーザ素子１のリッジの一部である。
【００７８】
ｐ型コンタクト層２４は、例えば、表１に示されるように、複数のｐ型ＧａＮ層の積層構造を有する。複数のｐ型ＧａＮ層は、膜厚及び不純物濃度が互いに異なっている。複数のｐ型ＧａＮ層には、ｐ型不純物としてＭｇが添加されている。ｐ型クラッド層２２に接するｐ型ＧａＮ層（下層側）の不純物濃度は、ｐ型クラッド層２２の不純物濃度より高く、例えば２．００×１０１９ｃｍ−３である。ｐ側電極２６に接するｐ型ＧａＮ層（上層側）の不純物濃度は、ｐ型クラッド層２２に接するｐ型ＧａＮ層の不純物濃度より高く、例えば２．００×１０２０ｃｍ−３である。つまり、ｐ側電極２６に接するｐ型ＧａＮ層は、ｐ型不純物がヘビードープされた状態である。
【００７９】
ｐ側電極２６は、ｐ型コンタクト層２４に接して設けられている。ｐ側電極２６は、金属材料を用いて形成されている。例えば、表１に示されるように、ｐ側電極２６は、膜厚が４０ｎｍのＰｄ膜と、膜厚が３５ｎｍのＰｔ膜との積層構造を有する。Ｐｄ膜が下層側に位置し、ｐ型コンタクト層２４と接している。ｐ側電極２６の平面視における面積は、例えば４．４×１０−５ｃｍ２である。なお、平面視とは、基板１０の主面（例えば、ＧａＮの結晶構造の（０００１）面）に直交する方向から見ることを意味している。
【００８０】
電流ブロック層２８は、パッド電極３２とｐ型クラッド層２２との間に位置しており、パッド電極３２からｎ側電極３４に向かって流れる電流を抑制する。電流ブロック層２８は、図１に示されるように、半導体レーザ素子１のリッジの側方に設けられている。具体的には、電流ブロック層２８は、ｐ型クラッド層２２の凸部２２ａの側面と、ｐ型クラッド層２２の凸部２２ａ以外の上面とを覆っている。なお、電流ブロック層２８は、ｐ型コンタクト層２４の側面を覆っていてもよい。電流ブロック層２８は、絶縁性を有する材料を用いて形成されている。例えば、電流ブロック層２８は、膜厚が３００ｎｍのシリコン酸化膜である。
【００８１】
密着補助層３０は、パッド電極３２の電流ブロック層２８に対する密着性を高めるために設けられている。密着補助層３０は、パッド電極３２と電流ブロック層２８との間に各々に接して設けられている。密着補助層３０は、例えば、リッジの両側に設けられている。密着補助層３０は、金属材料を用いて形成されている。具体的には、密着補助層３０は、膜厚が１０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚が５０ｎｍのＰｔ膜との積層構造を有する。Ｔｉ膜が下層側に位置し、電流ブロック層２８に接している。
【００８２】
パッド電極３２は、ｐ側電極２６に接して設けられている。パッド電極３２は、図１に示されるように、ｐ側電極２６、ｐ型コンタクト層２４、電流ブロック層２８及び密着補助層３０を覆っている。パッド電極３２は、例えば、表１に示されるように、膜厚が１．６μｍの金属膜であり、Ａｕを用いて形成されている。
【００８３】
ｎ側電極３４は、第１のｎ型窒化物系半導体層に接するｎ側電極の一例である。ｎ側電極３４は、基板１０の表層領域１０ａに接している。ｎ側電極３４は、金属材料を用いて形成されている。具体的には、ｎ側電極３４は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｂａ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種類の金属、又は、当該群から選択される少なくとも２種類の合金を含んでいる。例えば、表１に示されるように、ｎ側電極３４は、膜厚３００ｎｍのＡｕ膜と、膜厚３５ｎｍのＰｔ膜と、膜厚１０ｎｍのＴｉ膜との積層構造を有する。Ｔｉ膜が上層側に位置し、表層領域１０ａに接している。ｎ側電極３４の平面視における面積は、例えば１．０×１０−３ｃｍ２である。
【００８４】
以上の構成を有する半導体レーザ素子１は、例えば、発振波長が４０５ｎｍのレーザ光（青紫色）を出射する。半導体レーザ素子１のチップ幅は１５０μｍであり、共振器長は８００μｍであり、リッジ幅（ストライプ幅）は７μｍである。半導体レーザ素子１の光出力は、連続発振で０．７Ｗである。半導体レーザ素子１の最大動作電流は、０．４７Ａである。このときのｐ側電極２６の電流密度は、１．１ｋＡｃｍ−２であり、ｎ側電極３４の電流密度は、０．４７ｋＡｃｍ−２である。また、ｎ側電極３４の電極面積は、１．０×１０−３ｃｍ２である。半導体レーザ素子１の動作電圧は、４．７Ｖであり、動作時の最大ジャンクション温度は、９１℃である。なお、これらの数値は一例に過ぎず、各値は適宜設計変更されてもよい。
【００８５】
また、表１では、発光層１６が多重量子井戸構造を有する例を説明したが、発光層１６は、表２に示されるように、単一量子井戸構造を有してもよい。
【００８６】
【表２】
2020110719.tif 000004
【００８７】
表２に示される変形例に係る半導体レーザ素子１は、表１に示される構造と比較して、発光層１６の層構成と、ｐ側ガイド層１８の下層側のＩｎＧａＮ層、ｐ側電極２６のＰｔ膜及びパッド電極３２の各々の膜厚とが相違している。また、表１及び表２には示されていないが、密着補助層３０のＰｔ膜の膜厚も相違している。具体的には、密着補助層３０のＰｔ膜の膜厚は、表１に示される場合よりも大きく、例えば１００ｎｍである。
【００８８】
本変形例に係る発光層１６は、１層の井戸層と２層の障壁層を有する。井戸層は、膜厚が７．５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮ層である。井戸層のＩｎの組成比は、例えば、発振波長が４０５ｎｍになるように調整されている。２層の障壁層は、いずれもアンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層であり、表１に示されるように、膜厚は互いに異なっている。
【００８９】
ｎ型ガイド層１４に接するＩｎＧａＮ層（下層側）の膜厚は、１９０ｎｍである。また、ｐ側ガイド層１８のＩｎＧａＮ層の膜厚が、表１に示される場合よりも大きく、６０ｎｍである。これにより、積層方向における井戸層への光閉じ込め効果を高めることができ、かつ、２．９ｃｍ−１という導波路の低損失化を実現することができる。
【００９０】
本変形例に係る半導体レーザ素子１は、例えば、発振波長が４０５ｎｍのレーザ光を出射する。本変形例に係る半導体レーザ素子１のチップ幅は１５０μｍであり、共振器長は１２００μｍであり、リッジ幅は３０μｍである。本変形例に係る半導体レーザ素子１の光出力は、連続発振で３．５Ｗである。本変形例に係る半導体レーザ素子１の最大動作電流は、２．４Ａである。このときのｐ側電極２６の電流密度は、６．２ｋＡｃｍ−２であり、ｎ側電極３４の電流密度は、１．８ｋＡｃｍ−２である。また、ｎ側電極３４の電極面積は、１．３×１０−３ｃｍ２である。本変形例に係る半導体レーザ素子１の動作電圧は、４．９Ｖであり、動作時の最大ジャンクション温度は、１４０℃以上１５０℃以下である。なお、これらの数値は一例に過ぎず、各値は適宜設計変更されてもよい。
【００９１】
本変形例では、リッジ幅が３０μｍ以上であることで、レーザの光密度を低減することができ、半導体レーザ素子１の端面におけるレーザ自身の光吸収による端面破壊を抑制することができる。また、共振器長が１２００μｍ以上であることで、半導体レーザ素子１の放熱性を高めることができる。なお、発光層１６が単一量子井戸構造を有するので、共振器長の増大に伴う、発振電流閾値の増大、及び、電流−光出力特性におけるスロープ効率の低下を抑制することができる。このように、本変形例に係る半導体レーザ素子１では、発振電流閾値の低減、及び、動作電流の低減を実現することができる。
【００９２】
発光層１６が単一量子井戸構造を有する場合、多重量子井戸構造の場合に比べて、動作時のキャリア密度が大きくなる。このため、動作中の半導体レーザ素子１の自己発熱による影響で発光層１６からｐ型クラッド層２２への漏れ電流が発生しやすいという問題がある。
【００９３】
これに対して、本変形例では、ｎ側電極３４に接触する表層領域１０ａにＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを多く含むので、大電流密度での動作時及び高温動作時において、安定した電圧特性を実現することができる（詳細は後述する）。このため、半導体レーザ素子１を長期間動作させたとしても、動作電圧の変動が小さく、電圧増加に基づく自己発熱の増大を抑制することができる。したがって、発光層１６が単一量子井戸構造を有する場合においても、安定した低動作電流特性を実現することができる。この結果、レーザの光出力が３Ｗを超えるような超高出力動作においても、長期間に亘って信頼性の高い動作が保証でき、低動作電流の半導体レーザ素子１を実現することができる。
【００９４】
なお、半導体レーザ素子１の発振波長は、４０５ｎｍに限らない。例えば、半導体レーザ素子１は、発振波長が４４５ｎｍのレーザ光（青色）を出射してもよい。青色光の半導体レーザ素子１は、表２に示される変形例に係る半導体レーザ素子１と同様の構成で実現することができる。具体的には、発光層１６の井戸層のＩｎの組成比を調整することで、青色のレーザを出力するレーザ素子が実現される。
【００９５】
続いて、表層領域１０ａの近傍のＩＶ族ｎ型不純物及びハロゲン元素の濃度の具体例について、図２及び図３を用いて説明する。
【００９６】
図２は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１のｎ側電極３４と基板１０（ｎ型半導体）との界面近傍のＳｉ濃度を示す図である。図２は、実施例及び比較例に係る半導体レーザ素子の各々をＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）分析した結果を示している。
【００９７】
図２に示されるように、Ｓｉ濃度は、ｎ側電極３４と基板１０との界面の近傍にピークを有する山型のグラフで表されている。つまり、Ｓｉは、ｎ側電極３４と基板１０との両側に含まれている。Ｓｉのピーク濃度は、実施例では約３×１０２１ｃｍ−３であり、比較例よりも大きい。
【００９８】
基板１０の表層領域１０ａにおけるＳｉ濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上である。表層領域１０ａにおけるＳｉ濃度は、実施例が比較例より大きくなっている。また、内部領域１０ｂにおけるＳｉ濃度は、表層領域１０ａにおけるＳｉ濃度より低い。
【００９９】
ｎ側電極３４に含まれるＳｉは、基板１０の表層領域１０ａに添加されたＳｉが拡散したものである。ｎ側電極３４の基板１０から離れた部分（例えば、深さが５ｎｍ〜４５ｎｍの範囲）では、実施例に係るＳｉ濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３より低くなっており、比較例に係るＳｉ濃度よりも一桁以上低くなっている。言い換えると、ｎ側電極３４におけるＳｉ濃度の最低値は、基板１０の表面からの深さが５ｎｍ以上４５ｎｍ以下の範囲内にあり、その値は１．０×１０１８ｃｍ−３より低い。
【０１００】
図３は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１のｎ側電極３４と基板１０（ｎ型半導体）との界面近傍のＣｌ濃度を示す図である。図３は、実施例及び比較例に係る半導体レーザ素子の各々をＳＩＭＳ分析した結果を示している。
【０１０１】
図３に示されるように、Ｃｌ濃度は、ｎ側電極３４と基板１０との界面の近傍にピークを有する山型のグラフで表されている。つまり、Ｃｌは、ｎ側電極３４と基板１０との両側に含まれている。Ｃｌのピーク濃度は、実施例では約４×１０２０ｃｍ−３であり、比較例よりも大きい。また、Ｃｌのピーク濃度は、Ｓｉのピーク濃度の１０％（すなわち、約３×１０２０ｃｍ−３）以上である。Ｃｌのピーク濃度は、例えば、Ｓｉのピーク濃度の１００％未満であり、５０％以下であってもよい。
【０１０２】
ｎ側電極３４に含まれるＣｌは、基板１０の表層領域１０ａに添加されたＣｌが拡散したものである。Ｃｌは、ｎ側電極３４と基板１０との界面を境に、両側に略均等に拡散している。具体的には、界面から約２５ｎｍ離れた深さにおいて、Ｃｌ濃度は約１．０×１０１８ｃｍ−３になっており、ピーク濃度よりも二桁以上低くなっている。
【０１０３】
本実施の形態に係る半導体レーザ素子１では、図２及び図３に示されるように、表層領域１０ａにＳｉ及びＣｌが高い濃度で含まれている。Ｓｉを多く含むことで、表層領域１０ａの低抵抗化が実現される。一方で、Ｓｉがｎ側電極３４に拡散した場合、ｎ側電極３４が高抵抗化する恐れがある。本実施の形態では、表層領域１０ａに多く含まれるＣｌが、ｎ側電極３４へのＳｉの拡散を抑制すると推測される。これにより、ｎ側電極３４と基板１０との良好なオーミックコンタクトが実現される。良好なオーミックコンタクトが実現されることにより、大電流密度での動作時及び高温動作時において、安定した電圧特性を実現することができる。
【０１０４】
図４は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の大電流密度での動作時に電圧増加率を示す図である。図４において、横軸は、表層領域１０ａに含まれるＳｉのピーク濃度を表している。縦軸は、半導体レーザ素子１を動作させているときの動作電圧の増加率（電圧増加率）を表している。電圧増加率は、動作開始時の開始電圧と、動作開始から所定時間経過後の電圧との差分の、開始電圧に対する割合である。図４では、４７時間経過後の電圧増加率を示している。
【０１０５】
図４に示されるように、表層領域１０ａの電流密度が０．４７ｋＡｃｍ−２である大電流密度での動作では、Ｓｉ濃度が５．０×１０２０ｃｍ−３の場合に電圧増加率が３％と高くなっている。これに対して、Ｓｉ濃度が１．０×１０２１ｃｍ−３以上の場合には、電圧増加率が１％以下に抑制されている。
【０１０６】
なお、電流密度が０．３５ｋＡｃｍ−２であって大きくない場合には、Ｓｉ濃度が５．０×１０２０ｃｍ−３の場合でも、電圧増加率が１％に抑制されている。つまり、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１は、電流密度が０．４７ｋＡｃｍ−２以上で使用されることで、安定した電圧特性をより効果的に利用することができる。なお、電流密度が０．３５ｋＡｃｍ−２であって大きくない場合も、電圧増加率が１％よりも低く抑制されている。つまり、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１は、安定した動作が可能な電流密度の範囲が広く、様々な環境下で利用することができる。
【０１０７】
図５は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の高温動作時の電圧増加率を示す図である。図５において、横軸は、動作時間を表している。縦軸は、半導体レーザ素子１の電圧増加率を表している。図５に示される実施例及び比較例は、図２及び図３に示される実施例及び比較例と同じである。具体的には、比較例に係る半導体レーザ素子は、表層領域１０ａのＳｉのピーク濃度が１．０×１０２１ｃｍ３未満であり、かつ、Ｃｌのピーク濃度がＳｉのピーク濃度の１０％未満である素子である。ここでの動作温度は、６７℃である。
【０１０８】
図５に示されるように、比較例に係る半導体レーザ素子では、動作時間の経過とともに電圧増加率が上昇している。具体的には、比較例に係る半導体レーザ素子では、３０時間経過時点で電圧増加率が４％になっている。これに対して、実施例に係る半導体レーザ素子１では、４０時間以上経過した後であっても、電圧増加率が０．２％に抑制されている。このように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１は、６７℃以上の動作温度で使用された場合であっても、動作電圧が安定した状態で動作させることができる。
【０１０９】
本実施の形態では、ｐ側電極２６と、ｐ側電極２６が接触するｐ型窒化物系半導体層（具体的にはｐ型コンタクト層２４）との界面にもハロゲン元素が含まれている。ここでのハロゲン元素は、表層領域１０ａに含まれるハロゲン元素と同じであり、例えば、Ｃｌである。なお、ｐ側電極２６とｐ型コンタクト層２４との界面に含まれるハロゲン元素は、表層領域１０ａに含まれるハロゲン元素とは異なっていてもよい。
【０１１０】
図６は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１のｐ側電極２６とｐ型コンタクト層２４（ｐ型半導体）との界面近傍のＣｌ濃度を示す図である。図６は、実施例に係る半導体レーザ素子１をＳＩＭＳ分析した結果を示している。
【０１１１】
ｐ側電極２６とｐ型コンタクト層２４との界面近傍には、ハロゲン元素の一例であるＣｌが含まれている。具体的には、図６に示されるように、Ｃｌ濃度は、ｐ側電極２６とｐ型コンタクト層２４との界面からｐ型コンタクト層２４の内部に向かって漸減している。なお、界面は、ｐ側電極２６の表面からの深さが７５ｎｍの位置に位置している。Ｃｌ濃度は、界面近傍で約１．０×１０１９ｃｍ−３であり、界面からの深さが約８０ｎｍ以上では約２．０×１０１９ｃｍ−３以下になっている。
【０１１２】
本実施の形態では、ｎ側電極３４に接触する表層領域１０ａにおけるＣｌのピーク濃度は、ｐ側電極２６とｐ型コンタクト層２４との界面におけるＣｌのピーク濃度よりも高い。具体的には、図３に示されるように、表層領域１０ａにおけるＣｌのピーク濃度は約４．０×１０２０ｃｍ−３であるので、一桁以上、ｐ側電極２６とｐ型コンタクト層２４との界面におけるＣｌのピーク濃度よりも高くなっている。
【０１１３】
これにより、ｐ型コンタクト層２４のアクセプタに対する補償欠陥になりうるＣｌの濃度がｐ側電極２６とｐ型コンタクト層２４との界面で低くなるので、動作電圧をさらに安定させることができる。
【０１１４】
続いて、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法について、図７及び図８Ａ〜図８Ｈを用いて説明する。
【０１１５】
図７は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法を示すフローチャートである。図８Ａ〜図８Ｈはそれぞれ、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法に含まれる各工程を説明するための断面図である。
【０１１６】
まず、図７に示されるように、窒化物系半導体膜及び保護膜を形成する（Ｓ１０）。具体的には、図８Ａに示されるように、基板１１上に、複数の窒化物系半導体膜を順に成膜する。窒化物系半導体膜の成膜は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、又は、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などのエピタキシャル成長法を用いて行われる。これにより、基板１１上に、ｎ型クラッド層１２、ｎ型ガイド層１４、発光層１６、ｐ側ガイド層１８、電子ブロック層２０、ｐ型窒化物系半導体膜２３及びｐ型窒化物系半導体膜２５がこの順で形成される。
【０１１７】
ここで、基板１１は、基板１０より厚いｎ型窒化物系半導体基板である。後の工程で、基板１１の下面が研磨及びドライエッチングされることにより、基板１１は、基板１０になる。また、ｐ型窒化物系半導体膜２３及び２５はそれぞれ、リッジ構造を形成するためにパターニングされることで、ｐ型クラッド層２２及びｐ型コンタクト層２４になる。
【０１１８】
窒化物系半導体膜を成膜した後、図８Ａに示されるように、ｐ型窒化物系半導体膜２５上に保護膜４０を形成する。保護膜４０は、例えば、シリコン酸化膜などの絶縁膜であり、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより形成される。保護膜４０が設けられることで、ｐ型窒化物系半導体膜２３及び２５のパターニングの際のダメージからｐ型窒化物系半導体膜２５（ｐ型コンタクト層２４）の表面を保護することができる。
【０１１９】
次に、図７に示されるように、半導体レーザ素子１のリッジを形成する（Ｓ１２）。具体的には、保護膜４０、ｐ型窒化物系半導体膜２５及びｐ型窒化物系半導体膜２３の各々の、平面視において所定領域に位置する部分を除去することで、リッジを形成する。例えば、感光性レジストの塗布、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことによって、除去対象部分を除去する。
【０１２０】
具体的には、図８Ｂに示されるように、保護膜４０を所定形状にパターニングすることで、保護層４１を形成した後、感光性レジストを除去し、形成した保護層４１をマスクとして用いてｐ型窒化物系半導体膜２５及び２３をエッチングする。ｐ型窒化物系半導体膜２５及び２３のエッチングは、ドライエッチングであるが、ウェットエッチングでもよい。ドライエッチングの際にチャンバー内に導入されるガスは、例えば、ＢＣｌ３及びＣｌ２を含む塩素系ガスである。これらの塩素系ガスが保護層４１を介してｐ型窒化物系半導体膜２５（すなわち、ｐ型コンタクト層２４）の表層部分に添加される。
【０１２１】
これにより、図８Ｂに示されるように、ｐ型コンタクト層２４及びｐ型クラッド層２２の凸部２２ａ、すなわち、リッジが形成される。凸部２２ａ以外の領域において保護層４１及びｐ型コンタクト層２４は、積層方向において全て除去され、ｐ型クラッド層２２は、電子ブロック層２０が露出しないように一部のみが除去されている。凸部２２ａの幅がリッジ幅に相当する。リッジを形成した後、保護層４１は除去されてもよい。
【０１２２】
なお、リッジを形成する前、又は、リッジを形成した後に、半導体レーザ素子１を分離するための分離溝を形成してもよい。例えば、平面視において半導体レーザ素子１の素子領域以外の領域に位置する、ｐ型窒化物系半導体膜２５からｎ型クラッド層１２の少なくとも一部までを除去することで、分離溝を形成することができる。また、リッジと分離溝との間に、ダミーリッジ（ｐ側電極２６が設けられていないリッジ）が設けられてもよい。
【０１２３】
次に、図７に示されるように、ｐ側電極２６及びパッド電極３２を形成する（Ｓ１４）。具体的には、図８Ｃに示されるように、まず、ｐ型コンタクト層２４とｐ型クラッド層２２の露出部分との全体を覆うように絶縁膜４２を形成する。絶縁膜４２は、例えばシリコン酸化膜であり、プラズマＣＶＤ法などにより形成される。次に、図８Ｄに示されるように、絶縁膜４２を所定形状にパターニングすることで、電流ブロック層２８を形成する。絶縁膜４２のパターニングは、感光性レジストの塗布、フォトリソグラフィ及びエッチングによって行われる。絶縁膜４２のエッチングは、ドライエッチングであるが、ウェットエッチングまたはドライエッチングとウェットエッチングの組合せでもよい。シリコン酸化膜のドライエッチングは、例えば、導入ガスとしてＣＦ４及びＣＨＦ３を含むフッ素系ガスが用いられる。
【０１２４】
さらに、図８Ｄに示されるように、所定形状のｐ側電極２６をｐ型コンタクト層２４上に形成する。具体的には、感光性レジストの塗布及びフォトリソグラフィを行うことで、リッジの上部（すなわち、ｐ型コンタクト層２４の一部）のみに開口を有するレジスト層を形成する。次に、形成したレジスト層上に、Ｐｄ膜及びＰｔ膜を順に成膜する。Ｐｄ膜及びＰｔ膜などの金属膜の成膜は、例えば蒸着法又はスパッタリング法によって行われる。金属膜の成膜後、リフトオフ法により、ｐ型コンタクト層２４上にｐ側電極２６を形成する。なお、全面に金属膜を形成した後、エッチングなどで金属膜をパターニングすることでｐ側電極２６を形成してもよい。
【０１２５】
さらに、図８Ｅに示されるように、電流ブロック層２８上に所定形状の密着補助層３０を形成する。具体的には、ｐ側電極２６と同様に、感光性レジストの塗布、フォトリソグラフィ、金属膜の成膜、及び、リフトオフ法による金属膜のパターニングを順に行うことで、密着補助層３０を形成する。金属膜の成膜は、Ｔｉ膜及びＰｔ膜の積層膜であり、蒸着法又はスパッタリング法によって行われる。密着補助層３０は、電流ブロック層２８上のみに形成され、ｐ型コンタクト層２４、ｐ側電極２６には接触しない。
【０１２６】
次に、図８Ｆに示されるように、ｐ側電極２６、密着補助層３０及び電流ブロック層２８を覆うようにパッド電極３２を形成する。具体的には、ｐ側電極２６と同様に、感光性レジストの塗布、フォトリソグラフィ、金属膜の成膜、及び、リフトオフ法による金属膜のパターニングを順に行うことで、パッド電極３２を形成する。金属膜の成膜は、Ａｕ膜であり、蒸着法、スパッタリング法またはメッキ法によって行われる。
【０１２７】
次に、図７に示されるように、基板１１の研磨を行う（Ｓ１６）。研磨は、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって行われる。これにより、図８Ｇに示されるように、基板１１の板厚が小さくなり、薄型化された基板１０が形成される。この際、基板１０の研磨面には、ダメージが形成され、例えば、１０×１０１０ｃｍ−２程度の密度で転位が形成される。
【０１２８】
次に、図７に示されるように、基板１０の研磨された面１０ｃを洗浄する（Ｓ１８）。具体的には、有機物を用いた洗浄、及び、酸素プラズマを用いたアッシング処理を行うことで、研磨された面１０ｃに付着した有機物を除去する。
【０１２９】
次に、研磨された面１０ｃに残るダメージの除去を行う（Ｓ２０）。さらに、基板１０の面１０ｃ側からＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素との共添加を行う（Ｓ２２）。これにより、基板１０には、ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含む表層領域１０ａが形成される。ここで、表層領域１０ａの転位密度は、１０×１０９ｃｍ−２以下、例えば１０×１０６ｃｍ−２以下に低減される。
【０１３０】
本実施の形態では、ダメージの除去（Ｓ２０）及び共添加（Ｓ２２）を、ＩＳＭ（Inductively Super Magnetron）方式のドライエッチングによって同時に行う。具体的には、ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含むプラズマにより、基板１０をドライエッチングする。
【０１３１】
例えば、図８Ｈに示されるように、研磨後のｎ側電極３４が形成される前の半導体レーザ素子１を、研磨された面１０ｃが表出するようにシリコントレイ５０に載せた状態で、面１０ｃ側からドライエッチングを行う。ドライエッチングを行うことで、研磨にダメージを受けた領域を除去するとともに、その表面（及び表層領域１０ａ）にＳｉ及びＣｌを添加することができる。ドライエッチングの詳細については、後で説明する。
【０１３２】
最後に、図７に示されるように、ドライエッチングによってプラズマに晒された面１０ｃにｎ側電極３４を形成する（Ｓ２４）。具体的には、感光性レジストの塗布、フォトリソグラフィ、金属膜の成膜、及び、リフトオフ法による金属膜のパターニングを順に行うことで、ｎ側電極３４を形成する。金属膜の成膜は、例えば、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜であり、蒸着法又はスパッタリング法によって行われる。
【０１３３】
以上の工程を経て、図１に示される半導体レーザ素子１が製造される。
【０１３４】
続いて、基板１０のドライエッチング工程の詳細について、図９〜図１２を用いて説明する。
【０１３５】
図９は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法に含まれるドライエッチング工程における原子又はイオンの出入りを模式的に示す図である。ここでのドライエッチングでは、Ｃｌ２ガスが用いられる。Ｃｌ２ガスの供給量は、例えば４５ｓｃｃｍである。
【０１３６】
図９に示されるように、シリコントレイ５０の上方に発生するプラズマによってイオン化したＣｌイオンが、半導体レーザ素子１の基板１０の表層領域１０ａの表面をエッチングする。表層領域１０ａをエッチングすることで、Ｇａがイオン又は分子として放出される。このとき、Ｃｌイオンの一部は表層領域１０ａに取り込まれる。
【０１３７】
また、ＣｌイオンまたはＣｌラジカルは、シリコントレイ５０の表面もエッチングする。シリコントレイ５０は、半導体レーザ素子１を備える支持台であり、かつ、表層領域１０ａに添加するＳｉの供給源として機能する。シリコントレイ５０から放出されたＳｉイオンが表層領域１０ａに取り込まれる。
【０１３８】
本実施の形態では、シリコントレイ５０は、エッチングされてＳｉイオンが放出されやすくなるように表面処理されている。具体的には、シリコントレイ５０の表面は、フッ酸処理されている。これにより、シリコントレイ５０の表面に形成される酸化膜を除去し、表面に露出するＳｉを多くすることができ、放出されるＳｉイオンの量を増やすことができる。また、フッ酸処理に加えて、又は、フッ酸処理の代わりに、シリコントレイ５０を平滑化してもよい。この場合も、放出されるＳｉイオンの量を増やすことができる。Ｓｉイオンの量を増やすことで表層領域１０ａに添加されるＳｉの量を増やすことができる。
【０１３９】
ドライエッチング工程において、プラズマの発光スペクトルは、プラズマに含まれる物質に起因する特有のピークを有する。当該特有のピークの時間変化を確認することにより、ドライエッチングの進行具合、すなわち、ＩＶ族ｎ型不純物及びハロゲン元素の添加量を制御することができる。
【０１４０】
図１０は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法に含まれるドライエッチング工程の終了時のプラズマの発光スペクトルを示す図である。なお、終了時とは、終了直前のことを意味し、例えば、プラズマを発生させるための電力の供給を停止時点の直前の１秒間に含まれるタイミングを意味する。図１０において、横軸は、発光波長を表している。縦軸は、対応する波長の光の強度を表している。
【０１４１】
図１０に示されるように、プラズマの発光スペクトルは、複数のピークを有する。複数のピークには、Ｇａに起因する第１発光ピーク、及び、ＩＶ族ｎ型不純物又はハロゲン元素に起因する第２発光ピークが含まれる。
【０１４２】
第１発光ピークは、具体的には、Ｇａの原子若しくはイオン、又は、Ｇａを含む分子若しくは分子イオンに起因するピークである。例えば、中心波長が２９４ｎｍ以上２９５ｎｍ以下の範囲に位置するピークが第１発光ピークの一例である。Ｇａは基板１０から放出されるので、第１発光ピークの強度が大きい場合には、基板１０のエッチングが順調に行われており、第１発光ピークの強度が小さい場合には、基板１０のエッチングがあまり行われていないことを意味する。
【０１４３】
第２発光ピークは、具体的には、Ｓｉ及びＣｌの少なくとも一方の原子若しくはイオン、又は、Ｓｉ及びＣｌの少なくとも一方を含む分子若しくは分子イオンに起因するピークである。例えば、中心波長が３９０ｎｍ以上３９１ｎｍ以下の範囲に位置するピークは、Ｓｉに起因する代表的な発光ピークであり、第２発光ピークの一例である。Ｓｉはシリコントレイ５０から放出されるので、Ｓｉに起因する第２発光ピークの強度が大きい場合には、シリコントレイ５０のエッチングが順調に行われており、Ｓｉに起因する第２発光ピークの強度が小さい場合には、シリコントレイ５０のエッチングがあまり行われていないことを意味する。
【０１４４】
以上のことから、第１発光ピーク及び第２発光ピークの強度の時間変化を確認することにより、ドライエッチングの進行具合を把握し、制御することが可能になる。
【０１４５】
図１１は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法に含まれるドライエッチング工程における発光ピークのピーク強度の時間変化を示す図である。図１１では、中心波長が２９４．７ｎｍのＧａに起因するピークを第１発光ピークとし、中心波長が３９０．７ｎｍのＳｉに起因するピークを第２発光ピークとして、各々の強度の時間変化を示している。ここで、各ピーク強度はエッチングレートに対応しており、例えばＧａに起因する２９４．７ｎｍのピーク強度が大きいと基板１０のエッチングレートは速く、ピーク強度が小さいと基板１０のエッチングレートが遅いことを意味している。
【０１４６】
図１１に示されるように、ドライエッチングの開始直後では、Ｇａに起因する第１発光ピークの強度が、Ｓｉに起因する第２発光ピークの強度よりも大きくなっている。第２発光ピークの強度は、終了時点まで僅かに増加しているが、略一定で維持されている。つまり、Ｓｉイオンがシリコントレイ５０から安定して放出されていることが分かる。
【０１４７】
一方で、第１発光ピークの強度は、開始直後にピークに達した後、終了時点まで漸減している。終了時点において、第１発光ピークの強度は、第２発光ピークの強度よりも小さい。つまり、開始直後では、基板１０のエッチングによってＧａを含む分子などが多く放出されているのに対して、終了直前には、Ｇａの放出が少なくなっている。終了直前では、シリコントレイ５０から放出されたＳｉイオンが表層領域１０ａに多く添加されていることが分かる。
【０１４８】
このように、開始直後では、基板１０のエッチングが支配的であり、Ｓｉの添加があまり行われていないのに対して、終了直前では、Ｓｉの添加が支配的であり、基板１０のエッチングがあまり行われていないことが、発光ピークの時間変化により判定可能になる。
【０１４９】
図１２は、比較例に係る半導体レーザ素子の製造方法に含まれるドライエッチング工程における発光ピークのピーク強度の時間変化を示す図である。図１２に示される比較例に係る半導体レーザ素子は、図２及び図３に示される比較例に係る半導体レーザ素子である。具体的には、比較例に係る半導体レーザ素子の製造方法では、シリコントレイ５０の表面処理がされていない。また、比較例に係る半導体レーザ素子の製造方法では、Ｃｌ２ガスの導入量が実施例に係る半導体レーザ素子１の製造方法よりも多い。
【０１５０】
図１２に示されるように、比較例に係る半導体レーザ素子のドライエッチング工程では、開始直後から終了直前まで第１発光ピークの強度が第２発光ピークの強度よりも大きくなっている。つまり、ドライエッチング工程の略全体において、基板１０のドライエッチングが支配的であり、Ｓｉの添加があまり行われていない。この結果として、図２及び図３に示されるように、比較例に係る半導体レーザ素子では、Ｓｉのピーク濃度が低く、かつ、Ｃｌのピーク濃度も低くなっている。
【０１５１】
なお、確認する発光ピークの中心波長は、上述した例に限らない。例えば、図１０に示されるように、２６２ｎｍの近傍に位置するＧａに起因する発光ピークを第１発光ピークとして利用してもよい。あるいは、２９０ｎｍの近傍に位置するＳｉに起因する発光ピークを第２発光ピークとして利用してもよい。また、７２０ｎｍから８００ｎｍに出現するＣｌに起因する一連の発光ピークのいずれか１つを第２の発光ピークとして利用してもよい。
【０１５２】
本実施の形態に係る半導体レーザ素子１は、サブマウントに接続されて使用される。図１３は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１のサブマウント６０への実装例を示す断面図である。
【０１５３】
図１３に示されるように、半導体レーザ素子１は、ｐ側電極２６に接続されたパッド電極３２がサブマウント６０に接続されている。つまり、パッド電極３２の主面３２ａがサブマウント６０に接続されている。主面３２ａは、半導体レーザ素子１が有する主面であって、積層方向において内部領域１０ｂを基準にして表層領域１０ａとは反対側に位置している。
【０１５４】
半導体レーザ素子１では、発光層１６が発熱源となる。発生した熱を効率良くサブマウント６０に逃がすことで、半導体レーザ素子１の動作電圧を安定させることができる。例えば、表１に示されるように、発光層１６とｎ側電極３４との間には、他の層に比べて部厚い基板１０及びｎ型クラッド層１２が位置している。このため、サブマウント６０がパッド電極３２に接続された場合の発光層１６からサブマウント６０までの距離は、サブマウント６０がｎ側電極３４に接続された場合の発光層１６からサブマウント６０までの距離よりも短い。
【０１５５】
したがって、図１３に示されるように、ｐ側でサブマウント６０に接続することで、半導体レーザ素子１の放熱性を高めることができ、動作電圧を更に安定させることができる。
【０１５６】
なお、半導体レーザ素子１は、パッド電極３２を備えていなくてもよく、ｐ側電極２６が直接サブマウント６０に接続されていてもよい。また、光出力が小さく、放熱量が少ない場合には、半導体レーザ素子１のｎ側電極３４がサブマウント６０に接続されてもよい。
【０１５７】
なお、本実施の形態では、基板としてＧａＮ（０００１）面基板を用いて、（０００１）面に窒化物系半導体層を形成し、基板の裏面の（０００−１）面にｎ側電極を形成したが、異なる面方位のＧａＮ基板を用いてもよい。無極性面にｎ側電極を形成してもよい。例えば、ａ面基板に窒化物系半導体層を形成し、基板の裏面の｛１１−２０｝面にｎ側電極を形成する場合、又はｍ面基板に窒化物系半導体層を形成し、基板の裏面の｛１−１００｝面にｎ側電極を形成する場合にも、本開示の方法を適用することができる。あるいは、半極性面にｎ側電極を形成してもよい。例えば、｛１１−２２｝面基板に窒化物系半導体層を形成し、基板の裏面の｛−１−１２−２｝面にｎ側電極を形成する場合、又は｛１−１０１｝面基板に窒化物系半導体層を形成し、基板の裏面の｛−１１０−１｝面にｎ側電極を形成する場合にも、本開示の方法を適用することができる。
【０１５８】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【０１５９】
実施の形態１では、窒化物系半導体発光素子の一例として、基板１０を挟んでｎ側電極３４とｐ側電極２６とが設けられた縦型構造の半導体レーザ素子について説明した。これに対して、実施の形態２では、基板の一方の面側にｎ側電極及びｐ側電極が設けられた発光ダイオード素子を、窒化物系半導体発光素子の一例として説明する。なお、以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
【０１６０】
図１４は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００の断面図である。図１４に示されるように、発光ダイオード素子１００は、基板１１０と、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４と、発光層１１６と、ｐ型窒化物系半導体層１１８と、ｐ側電極１２６と、絶縁膜１２８と、金属バンプ１３２と、ｎ側電極１３４とを備える。本実施の形態では、説明の都合上、発光層１１６に対して基板１１０が位置する方向を「下方（下層側）」とし、その反対方向を「上方（上層側）」としている。
【０１６１】
基板１１０の上面には、ＩＶ族ｎ型不純物を含む第１のｎ型窒化物系半導体層が設けられている。基板１１０は、例えば、絶縁性のＣ面のサファイア基板であるが、他の面方位のサファイア基板、又は、窒化物系半導体基板、Ｓｉ基板若しくはＳｉＣ基板などの半導体基板であってもよい。基板１１０の板厚、形状及び大きさは、特に限定されない。
【０１６２】
第１のｎ型窒化物系半導体層１１４は、ＩＶ族ｎ型不純物を含むｎ型窒化物系半導体の一例である。第１のｎ型窒化物系半導体層１１４は、例えば、ＩＶ族ｎ型不純物の一例であるＳｉを含んでいる。第１のｎ型窒化物系半導体層１１４は、基板１１０の一方の主面に接触して設けられている。なお、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４と基板１１０との間には、バッファ層が設けられていてもよい。第１のｎ型窒化物系半導体層１１４は、例えばｎ型ＧａＮ層である。第１のｎ型窒化物系半導体層１１４の膜厚及び不純物濃度は、例えば、実施の形態１に係るｎ型クラッド層１２と同じであってもよい。
【０１６３】
図１４に示されるように、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４は、凹部１１４ｄを有する。凹部１１４ｄは、平面視において発光層１１６に重ならない領域に設けられている。これにより、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４は、平面視において発光層１１６に重なる領域と、発光層１１６に重ならない領域とで厚みが異なっている。例えば、凹部１１４ｄの側面と、発光層１１６及びｐ型窒化物系半導体層１１８の端面とは面一である。第１のｎ型窒化物系半導体層１１４の一部である凹部１１４ｄの底面１１４ｃ上にｎ側電極１３４が設けられている。
【０１６４】
図１４に一部が模式的に拡大されて示されるように、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４は、平面視において凹部１１４ｄと重複する位置に、表層領域１１４ａと、内部領域１１４ｂとを有する。
【０１６５】
表層領域１１４ａは、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４の一部であり、ｎ側電極１３４に接する部分である。表層領域１１４ａの、ｎ側電極１３４に接する面、すなわち、底面１１４ｃは、（０００１）面である。表層領域１１４ａは、例えば、底面１１４ｃのｎ側電極１３４に接する範囲、又は、底面１１４ｃ全体を含む所定の厚さの領域である。表層領域１１４ａの厚さは、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲である。表層領域１１４ａは、例えば、ハロゲン元素の一例であるＣｌを含んでいる。
【０１６６】
内部領域１１４ｂは、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４の一部であり、表層領域１１４ａの、ｎ側電極１３４の反対側に位置する。つまり、内部領域１１４ｂは、表層領域１１４ａと基板１１０との間に位置している。
【０１６７】
表層領域１１４ａ及び内部領域１１４ｂはそれぞれ、実施の形態１に係る表層領域１０ａ及び内部領域１０ｂに相当している。つまり、表層領域１１４ａ及び内部領域１１４ｂのＳｉ濃度及びＣｌ濃度の関係は、表層領域１０ａ及び内部領域１０ｂのＳｉ濃度及びＣｌ濃度の関係と同じであり、実施の形態１において説明した通りである。
【０１６８】
発光層１１６は、発光ダイオード素子１００の発光部を形成する層である。発光層１１６は、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４とｐ型窒化物系半導体層１１８との間に各々に接して設けられている。発光層１１６は、所定形状にパターニングされており、平面視においてｎ側電極１３４に重複していない。発光層１１６は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造を有する。発光層１１６は、例えば実施の形態１に係る発光層１６と同じ構成を有してもよい。
【０１６９】
ｐ型窒化物系半導体層１１８は、第１のｎ型窒化物系半導体層の、基板１１０とは反対側に積層されたｐ型窒化物系半導体層の一例である。ｐ型窒化物系半導体層１１８は、発光層１１６とｐ側電極１２６との間に各々に接して位置している。ｐ型窒化物系半導体層１１８は、所定形状にパターニングされており、平面視においてｎ側電極１３４に重複していない。ｐ型窒化物系半導体層１１８は、発光層１１６と同じ平面視形状及び同じ大きさを有する。ｐ型窒化物系半導体層１１８は、例えば、ｐ型不純物の一例であるＭｇが添加されたＡｌＧａＮ層である。ｐ型窒化物系半導体層１１８の膜厚及び不純物濃度は、例えば、実施の形態１に係るｐ型クラッド層２２と同じであってもよい。また、ｐ型窒化物系半導体層１１８のｐ側電極１２６に接する上層部は、実施の形態１に係るｐ型コンタクト層２４と同じ構成を有してもよい。
【０１７０】
ｐ側電極１２６は、ｐ型窒化物系半導体層１１８に接して設けられている。ｐ側電極１２６は、金属材料を用いて形成されている。ｐ側電極１２６は、例えば、実施の形態１に係るｐ側電極２６と同じ構成を有する。ｐ側電極１２６の平面視における面積は、例えば４．８×１０−３ｃｍ２である。ｐ側電極１２６は、平面視において、表層領域１１４ａとは重複していない。
【０１７１】
絶縁膜１２８は、ｐ型窒化物系半導体層１１８の上面の、ｐ側電極１２６に覆われていない部分と、ｐ型窒化物系半導体層１１８及び発光層１１６の各々の端面と、凹部１１４ｄのｎ側電極１３４に覆われていない部分とを覆っている。つまり、絶縁膜１２８は、平面視においてｐ側電極１２６とｎ側電極１３４との間に位置しており、ｐ側電極１２６とｎ側電極１３４との間の短絡を抑制する。絶縁膜１２８は、例えばシリコン酸化膜であり、実施の形態１に係る電流ブロック層２８と同じ構成を有する。
【０１７２】
金属バンプ１３２は、ｐ側電極１２６に接して設けられている。金属バンプ１３２は、発光ダイオード素子１００がサブマウント６０（図１３を参照）に接続される際に、サブマウント６０に設けられた配線パターンとｐ側電極１２６とを電気的に接続する。金属バンプ１３２は、例えば、Ａｕバンプ又は半田バンプである。
【０１７３】
ｎ側電極１３４は、第１のｎ型窒化物系半導体層に接するｎ側電極の一例である。ｎ側電極１３４は、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４の表層領域１１４ａに接している。ｎ側電極１３４は、例えば、実施の形態１に係るｎ側電極３４と同じ構成を有する。ｎ側電極１３４の平面視における面積は、例えば、６．０×１０−４ｃｍ２である。
【０１７４】
以上の構成を有する発光ダイオード素子１００は、例えば、青色光を出射する。発光ダイオード素子１００のチップ幅は７８４μｍである。発光ダイオード素子１００の最大動作電流は、１．４Ａである。このときのｐ側電極１２６の電流密度は、０．３ｋＡｃｍ−２であり、ｎ側電極１３４の電流密度は、２．３ｋＡｃｍ−２である。発光ダイオード素子１００の動作電圧は、３．８Ｖであり、動作時の最大ジャンクション温度は、１５０℃である。なお、これらの数値は一例に過ぎず、各値は適宜設計変更されてもよい。
【０１７５】
本実施の形態においても、ｎ側電極１３４が接する表層領域１１４ａには、ＩＶ族ｎ型不純物及びハロゲン元素が多く含まれている。これにより、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４とｎ側電極１３４と接続部分における高抵抗化が抑制されて良好なオーミックコンタクトを実現することができる。このため、大電流密度での動作時又は高温動作時に安定した電圧特性を有する発光ダイオード素子１００が実現される。
【０１７６】
続いて、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００の製造方法について、図１５、図１６Ａ及び図１６Ｂを用いて説明する。
【０１７７】
図１５は、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００の製造方法を示すフローチャートである。図１６Ａ及び図１６Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る発光ダイオード素子１００の製造方法に含まれる各工程を説明するための断面図である。
【０１７８】
図１５に示されるように、基板１１０上に複数の窒化物系半導体膜を形成する（Ｓ３０）。具体的には、図１６Ａに示されるように、基板１１０上に、図示しない低温バッファ層を形成したのち、ｎ型窒化物系半導体膜１１５、窒化物系半導体膜１１７及びｐ型窒化物系半導体膜１１９をこの順で形成する。窒化物系半導体膜の形成は、例えば、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法などのエピタキシャル成長法を用いて行われる。
【０１７９】
次に、図１５に示されるように、形成した複数の窒化物系半導体膜の一部を除去する（Ｓ３２）。具体的には、ｐ型窒化物系半導体膜１１９、窒化物系半導体膜１１７及びｎ型窒化物系半導体膜１１５の、平面視において所定の領域に位置する部分をこの順で、ドライエッチングにより除去する。これにより、図１６Ｂに示されるように、所定形状にパターニングされたｐ型窒化物系半導体層１１８及び発光層１１６、並びに、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４の凹部１１４ｄが形成される。
【０１８０】
本実施の形態では、ドライエッチングは、ハードマスクを形成した後に行われる。ハードマスクは、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などを成膜した後、感光性レジストの塗布、フォトレジスト、エッチング及びレジストの剥離を順に行うことで形成される。
【０１８１】
さらに、図１５に示されるように、窒化物系半導体膜の一部を除去することで露出した面である、凹部１１４ｄの底面１１４ｃにＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素との共添加を行う（Ｓ３４）。これにより、第１のｎ型窒化物系半導体層１１４には、ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含む表層領域１１４ａが形成される。共添加の後、ｐ側電極１２６を形成する（Ｓ３６）。その後、ｎ側電極１３４を形成する（Ｓ３８）。
【０１８２】
本実施の形態では、ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素との共添加を、実施の形態１と同様に、ドライエッチングによって行う。つまり、窒化物系半導体膜の一部の除去（Ｓ３２）と共添加（Ｓ３４）とを同一のチャンバー内で連続して行う。具体的には、ドライエッチング工程の途中でエッチング条件を変更する。
【０１８３】
本実施の形態では、石英トレイ上に基板１１０を載置する。シリコントレイを用いた場合には、シリコントレイから放出されるＳｉがｐ型窒化物系半導体膜１１９のｐ型を打ち消す方向に働く、又は、アンドープの窒化物系半導体膜１１７をｐ型化させるため、少なくともｐ型窒化物系半導体膜１１９及びアンドープの窒化物系半導体膜１１７のエッチングには用いない。石英トレイを利用することにより、トレイからのＩＶ族ｎ型不純物イオンの放出を抑制することができる。
【０１８４】
最初のエッチング条件（第１条件）では、導入ガスがＢＣｌ３ガスとＣｌ２ガスとの混合ガスである。具体的には、ＢＣｌ３ガスのガス流量は１３．２ｓｃｃｍであり、Ｃｌ２ガスのガス流量は４．８ｓｃｃｍであり、チャンバー内の圧力を０．６Ｐａにする。投入電力は１５０Ｗであり、基板１１０に印加するバイアスは３４Ｗである。ｎ側電極１３４が形成される領域のｐ型窒化物系半導体膜１１９及び窒化物系半導体膜１１７を除去し、ｎ型窒化物系半導体膜１１５の一部を除去するまで、第１条件でエッチングを行う。具体的には、ｎ型窒化物系半導体膜１１５の除去された深さが、凹部１１４ｄの深さに略一致するまで第１条件が維持される。
【０１８５】
第１条件でのエッチングの終了後、エッチング条件を第２条件に変更する。第２条件では、導入ガスがＳｉＣｌ４ガスであり、ガス流量は３０ｓｃｃｍである。チャンバー内の圧力は、第１条件と同じである。投入電力は、第１条件より小さく、例えば１２０Ｗである。基板１１０に印加するバイアスは、第１条件より大きく、例えば１００Ｗである。
【０１８６】
同一のチャンバー内で第１条件でのエッチングと第２条件でのエッチングとを連続して行う場合、上述したように、実施の形態１ではＳｉの供給源として機能したシリコントレイを用いることができない。このため、第２条件では、ＳｉとＣｌとの両方を含むガスを利用することにより、導入ガスをＳｉ及びＣｌの供給源としている。これにより、ドライエッチングのプラズマに晒される底面１１４ｃから表層領域１１４ａに、Ｓｉ及びＣｌが効率良く供給される。
【０１８７】
なお、第１条件及び第２条件の各々の具体的な数値は、一例に過ぎない。例えば、第１条件として、窒化物系半導体膜が適切に除去されればいかなる条件を用いてもよい。同様に、第２条件として、Ｓｉ及びＣｌが供給されればいかなる条件を用いてもよい。また、Ｓｉ以外のＩＶ族ｎ型不純物（例えば、Ｇｅ）又はＣｌ以外のハロゲン元素（例えば、Ｆ）を表層領域１１４ａに供給する場合には、これらの元素を含むガスを導入ガスとして用いればよい。また、実施の形態１において、シリコントレイ５０を利用する代わりに石英トレイを利用し、導入ガスとしてＳｉＣｌ４ガスを用いてもよい。
【０１８８】
（他の実施の形態）
以上、１つ又は複数の態様に係る窒化物系半導体発光素子について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【０１８９】
例えば、上記の形態では、ｎ側電極を形成する窒化物系半導体として、ＧａＮを例に挙げて説明したが、ＡｌＧａＮ又はＩｎＧａＮにｎ側電極を形成する場合にも、本開示の方法を適用することができる。
【０１９０】
また、表層領域に含まれるハロゲン元素は、フッ素（Ｆ）又は臭素（Ｂｒ）であってもよい。フッ素の場合はエッチングガスとして例えばＣＦ４を、臭素の場合はエッチングガスとして例えばＨＢｒを用いることができる。
【０１９１】
また、上記の各実施の形態は、請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９２】
本開示は、大電流密度での動作時又は高温動作時に安定した電圧特性を有する窒化物系半導体発光素子及びその製造方法として利用でき、例えば、レーザ装置、照明装置及び表示装置などに利用することができる。
【符号の説明】
【０１９３】
１  半導体レーザ素子
１０、１１、１１０  基板
１０ａ、１１４ａ  表層領域
１０ｂ、１１４ｂ  内部領域
１０ｃ  面
１２  ｎ型クラッド層
１４  ｎ型ガイド層
１６、１１６  発光層
１８  ｐ側ガイド層
２０  電子ブロック層
２２  ｐ型クラッド層
２２ａ  凸部
２３、２５、１１９  ｐ型窒化物系半導体膜
２４  ｐ型コンタクト層
２６、１２６  ｐ側電極
２８  電流ブロック層
３０  密着補助層
３２  パッド電極
３２ａ  主面
３４、１３４  ｎ側電極
４０  保護膜
４１  保護層
４２、１２８  絶縁膜
５０  シリコントレイ
６０  サブマウント
１００  発光ダイオード素子
１１４  第１のｎ型窒化物系半導体層
１１４ｃ  底面
１１４ｄ  凹部
１１５  ｎ型窒化物系半導体膜
１１７  窒化物系半導体膜
１１８  ｐ型窒化物系半導体層
１３２  金属バンプ
【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】
2020110719.tif 000011
【図８Ａ】
2020110719.tif 000012
【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
2020110719.tif 000018
【図８Ｈ】
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【図９】
2020110719.tif 000020
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020110719.tif 000023
【図１３】
2020110719.tif 000024
【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月29日(2021.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＶ族ｎ型不純物を含む第１のｎ型窒化物系半導体層と、
前記第１のｎ型窒化物系半導体層に接するｎ側電極とを備え、
前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、
前記ｎ側電極に接し、ハロゲン元素を含む表層領域と、
前記表層領域の、前記ｎ側電極の反対側に位置する内部領域とを有し、
前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、
前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上であり、
前記内部領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物の濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物の濃度より低い
窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記表層領域の電流密度が０．４７ｋＡｃｍ−２以上で使用される
請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
６７℃以上の動作温度で使用される
請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記表層領域の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ未満である
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｎ側電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｂａ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種類の金属、又は、少なくとも２種類の合金を含む
請求項１から４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項６】
前記ＩＶ族ｎ型不純物は、Ｓｉである
請求項１から５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項７】
前記ハロゲン元素は、Ｃｌである
請求項１から６のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項８】
前記表層領域の、前記ｎ側電極に接する面は、（０００−１）面である
請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項９】
さらに、積層方向において前記内部領域を基準にして前記表層領域とは反対側に位置する主面を有し、
前記主面は、サブマウントに接続されている
請求項８に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、ｎ型窒化物系半導体基板である
請求項１から９のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１１】
前記ｎ型窒化物系半導体基板の板厚は、５０μｍ以上１５０μｍ以下である
請求項１０に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１２】
さらに、前記ｎ型窒化物系半導体基板の、前記表層領域とは反対側に、順に積層された第２のｎ型窒化物系半導体層、ｐ型窒化物系半導体層及びｐ側電極を備える
請求項１０又は１１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１３】
基板と、
前記基板上に設けられ、ＩＶ族ｎ型不純物を含む第１のｎ型窒化物系半導体層と、
前記第１のｎ型窒化物系半導体層の前記基板とは反対側に設けられ、前記第１のｎ型窒化物系半導体層に接するｎ側電極とを備え、
前記第１のｎ型窒化物系半導体層は、
前記ｎ側電極に接し、ハロゲン元素を含む表層領域と、
前記表層領域の、前記ｎ側電極の反対側に位置する内部領域とを有し、
前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、
前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上であり、
前記内部領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物の濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物の濃度より低い
窒化物系半導体発光素子。
【請求項１４】
さらに、前記第１のｎ型窒化物系半導体層の、前記基板とは反対側に順に積層されたｐ型窒化物系半導体層及びｐ側電極を備える
請求項１３に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１５】
前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記ｐ側電極と前記ｐ型窒化物系半導体層との界面における前記ハロゲン元素のピーク濃度よりも高い
請求項１２又は１４に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１６】
ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含むプラズマにより、ｎ型窒化物系半導体層をドライエッチングする工程と、
前記ドライエッチングする工程で前記プラズマに晒された前記ｎ型窒化物系半導体層の表面に、ｎ側電極を形成する工程とを含み、
前記ｎ型窒化物系半導体層の、前記表面を含む表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、
前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上であり、
前記ドライエッチングする工程では、前記ＩＶ族ｎ型不純物の供給源として、Ｓｉトレイが用いられ、かつ、前記ハロゲン元素の供給源としてＣｌ２ガスが用いられる
窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記ドライエッチングする工程では、前記ｎ型窒化物系半導体層の（０００−１）面をドライエッチングする
請求項１６に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含むプラズマにより、ｎ型窒化物系半導体層をドライエッチングする工程と、
前記ドライエッチングする工程で前記プラズマに晒された前記ｎ型窒化物系半導体層の表面に、ｎ側電極を形成する工程とを含み、
前記ｎ型窒化物系半導体層の、前記表面を含む表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度は、１．０×１０２１ｃｍ−３以上であり、
前記表層領域における前記ハロゲン元素のピーク濃度は、前記表層領域における前記ＩＶ族ｎ型不純物のピーク濃度の１０％以上であり、
前記ドライエッチングする工程では、前記ＩＶ族ｎ型不純物及び前記ハロゲン元素の供給源として、ＳｉＣｌ４ガスが用いられる
窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記ドライエッチングする工程では、石英トレイが用いられる
請求項１８に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記ドライエッチングする工程では、前記ｎ型窒化物系半導体層の（０００１）面をドライエッチングする
請求項１８又は１９に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
ＩＶ族ｎ型不純物とハロゲン元素とを含むプラズマにより、ｎ型窒化物系半導体層をドライエッチングする工程と、
前記ドライエッチングする工程で前記プラズマに晒された前記ｎ型窒化物系半導体層の表面にｎ側電極を形成する工程とを含み、
前記ｎ型窒化物系半導体層は、Ｇａを含み、
前記ドライエッチングする工程の終了時の前記プラズマの発光スペクトルでは、Ｇａに起因する第１発光ピークのピーク強度が、前記ＩＶ族ｎ型不純物又は前記ハロゲン元素に起因する第２発光ピークのピーク強度より小さい
窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記ＩＶ族ｎ型不純物は、Ｓｉであり、
前記ハロゲン元素は、Ｃｌであり、
前記第１発光ピークは、Ｇａの原子若しくはイオン、又は、Ｇａを含む分子若しくは分子イオンに起因し、
前記第２発光ピークは、Ｓｉ及びＣｌの少なくとも一方の原子若しくはイオン、又は、Ｓｉ及びＣｌの少なくとも一方を含む分子若しくは分子イオンに起因する
請求項２１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第１発光ピークの中心波長は、２９４ｎｍ以上２９５ｎｍ以下の範囲に位置し、
前記第２発光ピークの中心波長は、３９０ｎｍ以上３９１ｎｍ以下の範囲に位置している
請求項２１又は２２に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記ｎ型窒化物系半導体層は、ｎ型窒化物系半導体基板を含み、
前記製造方法は、さらに、
前記ドライエッチングする工程の前に、前記ｎ型窒化物系半導体基板を研磨する工程を含み、
前記ドライエッチングする工程では、前記ｎ型窒化物系半導体基板の研磨された面をドライエッチングし、
前記ｎ型窒化物系半導体基板のドライエッチングされた面の転位密度は、１×１０９ｃｍ−２以下である
請求項１６から２３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。
【国際調査報告】
2020110719.tif 000029
2020110719.tif 000030
2020110719.tif 000031
2020110719.tif 000032
2020110719.tif 000033