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WO2014192428A1 - 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

窒化物半導体発光素子及びその製造方法 Download PDF

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WO2014192428A1
WO2014192428A1 PCT/JP2014/060240 JP2014060240W WO2014192428A1 WO 2014192428 A1 WO2014192428 A1 WO 2014192428A1 JP 2014060240 W JP2014060240 W JP 2014060240W WO 2014192428 A1 WO2014192428 A1 WO 2014192428A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
contact
light emitting
contact layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/060240
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
晃平 三好
月原 政志
竹内 哲也
Original Assignee
ウシオ電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2013115796A external-priority patent/JP5974980B2/ja
Priority claimed from JP2013157290A external-priority patent/JP6025058B2/ja
Priority claimed from JP2013163640A external-priority patent/JP2015032798A/ja
Application filed by ウシオ電機株式会社 filed Critical ウシオ電機株式会社
Priority to KR1020157034270A priority Critical patent/KR20160003845A/ko
Publication of WO2014192428A1 publication Critical patent/WO2014192428A1/ja

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H01L33/325Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40Materials therefor

Definitions

  • the present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device having a light emitting layer between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer, and a method for manufacturing the same.
  • a conventional nitride semiconductor light emitting device has a structure in which a p-side contact layer overdoped with Mg, a p-type nitride semiconductor layer doped with Mg, a light emitting layer, and an n-type nitride semiconductor layer doped with Si are sequentially stacked. is doing.
  • the p-side contact layer is heavily doped in order to improve the contact property with the electrode formed on the p-side contact layer and realize ohmic connection. More specifically, a configuration is adopted in which ITO or Ni, which is a degenerate semiconductor, is provided as a contact electrode on the p-side contact layer, and a metal electrode (Ag, Al) is further provided on the contact electrode.
  • ITO or Ni which is a degenerate semiconductor
  • the contact electrode made of ITO or Ni used for making contact with the p-side contact layer doped with Mg at a high concentration absorbs light of a short wavelength. Therefore, there is a problem that the light emission intensity in the short wavelength region is lowered. For example, since ITO has an absorption edge near 365 nm and Ni has an absorption edge on the longer wavelength side than ITO, there is a strong concern that the emission intensity in the ultraviolet wavelength region is reduced.
  • the present invention realizes a nitride semiconductor light emitting device having contact characteristics equivalent to those of a conventional nitride semiconductor light emitting device without using a contact electrode formed of a material such as ITO or Ni, thereby transmitting in the ultraviolet wavelength region.
  • the object is to realize an element with a high rate.
  • a metal electrode can be formed directly on the p-type contact layer without providing a contact electrode made of ITO or Ni, the above problem of absorption of short wavelength light by the material forming the contact electrode is solved.
  • the present inventor has made an excellent study between a semiconductor layer and a metal electrode by providing a contact layer (semiconductor layer) by a method different from that of a conventional nitride semiconductor light-emitting device, without providing a contact electrode, through intensive research. Thus, a nitride semiconductor light emitting device exhibiting contact characteristics has been realized.
  • the second impurity material doped into the second contact layer (one or more of Zn, Cd, Be, Sr, Ca and C) is generally doped when forming the p-type nitride semiconductor layer.
  • a deeper impurity level is formed than the material (Mg). More specifically, the activation energy of the second impurity material doped to the second contact layer is higher than the activation energy of the first impurity material doped to the first contact layer.
  • the second impurity material may be selected. For example, when both the first contact layer and the second contact layer are made of GaN, the activation energy of Mg is 140 meV, whereas Zn is 350 meV.
  • the second contact layer since a deep level is formed by the second impurity material, it is not ionized even if an impurity is added to the semiconductor layer beyond the effective state density, and carriers are not in the valence band but between the sites formed by the impurity.
  • the hopping conduction When a voltage is applied between the elements, electrons that are trapped in a deep level and cannot move are thermally excited at a level capable of tunneling under the influence of an electric field, and then tunnel hopping. It is considered that the carrier can move with high efficiency.
  • Zn can be suitably used as the second impurity material.
  • better contact characteristics can be realized by setting the concentration of Zn to be doped to 1 ⁇ 10 19 / cm 3 to 5 ⁇ 10 21 / cm 3 .
  • the impurity concentration it is necessary to narrow the interval between the levels, so that it is preferable to set the impurity concentration to be equal to or higher than the effective state density.
  • Zn doped in the second contact layer forms a deeper impurity level than a generally doped material (Mg) when forming the p-type nitride semiconductor layer.
  • the Zn concentration of the second contact layer is higher than the Mg concentration of the first contact layer, the output of the light emitting element is reduced by continuous driving.
  • the Zn doped in the second contact layer is a material that is particularly easily diffused, so that this Zn passes through the first contact layer in the p-type nitride semiconductor layer, and further in the light emitting layer. This is presumably caused by solid phase diffusion until the pn junction is broken.
  • the concentration of Zn doped in the second contact layer is set lower than the concentration of Mg doped in the first contact layer.
  • the concentration of Zn doped in the second contact layer is set lower than the concentration of Mg doped in the first contact layer.
  • the nitride semiconductor light-emitting device of the present invention has a configuration in which a metal electrode containing one or more of Ag (including an Ag alloy), Al, or Rh is in contact with the second contact layer. It can be.
  • a metal electrode can be formed in direct contact with the second contact layer.
  • Ag including an Ag alloy
  • Rh having a high reflectivity as the metal electrode, light emitted from the light emitting layer to the p-type nitride semiconductor layer side in the light extraction direction. A function as a reflective electrode to be reflected can be realized.
  • the contact electrode there is no need to form the contact electrode with a material having an absorption edge longer than the emission wavelength, such as ITO or Ni, so that a light source element for deep ultraviolet light with high light extraction efficiency can be realized.
  • composition ratios of Al X Ga Y In Z N constituting the p-type nitride semiconductor layer, the first contact layer, and the second contact layer do not necessarily have to be all in common, and are different for each layer, for example. It does not matter as a ratio.
  • annealing is performed in an inert gas atmosphere after forming the second contact layer. It has been found that good ohmic characteristics can be realized between the metal electrode to be formed and the second contact layer and the first contact layer, that is, the semiconductor layer.
  • the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device of the present invention includes: A step (a) of sequentially laminating an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer on a substrate; Forming a first contact layer formed of a nitride semiconductor layer doped with a first impurity material at a higher concentration than the p-type nitride semiconductor layer on the p-type nitride semiconductor layer (b) When, Al X Ga Y In Z N (0 ⁇ X ⁇ 1, doped with one or more second impurity materials of any one of Zn, Cd, Be, Sr, Ca and C on the first contact layer.
  • step (d) of annealing in an inert gas atmosphere is provided after the step (c).
  • nitrogen is preferably used, but a gas such as argon, helium, or neon may be used.
  • step (c) when annealing is performed in an oxygen-containing atmosphere (for example, air), a good ohmic characteristic can be obtained by forming a metal electrode thereafter. It could not be realized, and it was found that Schottky characteristics were shown. On the other hand, a favorable ohmic characteristic is implement
  • an oxygen-containing atmosphere for example, air
  • this step (d) is preferably an annealing process by RTA (Rapid Thermal Anneal).
  • Processes (a) to (c) are generally realized by an MOCVD apparatus.
  • the MOCVD apparatus that is, the furnace is in a high temperature state. Therefore, it seems natural for the step (d) to perform annealing in the furnace by using the cooling period after the step (c) in an inert gas atmosphere in the furnace.
  • the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention includes: A step (e) of forming a metal electrode on the second contact layer after the step (d); Another feature is that after the step (e), there is a step (f) of annealing in an oxygen-containing atmosphere.
  • the contact property between the semiconductor layer and the metal electrode is improved by annealing in an oxygen-containing atmosphere instead of an inert gas atmosphere as in the above step (d). It has been found that the effect of further improvement can be obtained. This content will also be described later with reference to examples.
  • the oxygen-containing atmosphere used in the step (f) may be an atmosphere containing a certain amount of oxygen in addition to air.
  • the second contact layer has good ohmic characteristics, it is possible to form the second contact layer by directly contacting the metal electrode as in step (e) without using a separate contact electrode.
  • this metal electrode by using a highly reflective metal such as Ag or an Ag alloy, as a reflective electrode that reflects light emitted from the light emitting layer to the p-type nitride semiconductor layer side in the light extraction direction. This function can be realized.
  • an element having contact characteristics equivalent to those of a conventional nitride semiconductor light emitting element can be realized without using a contact electrode formed of a material such as ITO or Ni.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a nitride semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
  • 6 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional example and a comparative example 1.
  • FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristics in each element of Example 1, a conventional example, and Comparative Example 1.
  • 6 is a table showing the results of verifying contact characteristics when the concentration of Zn doped in a second contact layer is changed in the element of Example 1. It is a part of process sectional drawing of the nitride semiconductor light-emitting device of 1st Embodiment.
  • nitride semiconductor light-emitting device of 2nd Embodiment is a table showing the results of verifying the degree of life deterioration when the concentration of Zn doped in the second contact layer is changed in the nitride semiconductor light emitting device of Example 2. It is a part of process sectional drawing of the nitride semiconductor light-emitting device of 4th Embodiment. It is a part of process sectional drawing of the nitride semiconductor light-emitting device of 4th Embodiment. It is a part of process sectional drawing of the nitride semiconductor light-emitting device of 4th Embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristics in each element of Example 3, a conventional example, and Comparative Example 1. It is typical sectional drawing which shows schematic structure of the element for evaluation. It is a typical top view which shows schematic structure of the element for evaluation. 10 is a graph showing current-voltage characteristics in the evaluation element of Example 4. 10 is a graph showing current-voltage characteristics in an evaluation element of Comparative Example 2. 10 is a graph showing current-voltage characteristics in an evaluation element of Example 5. 6 is a graph showing current-voltage characteristics in nitride semiconductor light emitting devices corresponding to Example 4 and Example 5. 7 is a graph showing current-voltage characteristics in nitride semiconductor light emitting devices corresponding to Example 3 and Example 6.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device 1.
  • AlGaN AlGaN
  • FIG. 1 has shown the extraction direction of light.
  • the nitride semiconductor light emitting device 1 includes a support substrate 11, a conductive layer 20, an insulating layer 21, a semiconductor layer 30, an electrode 42, and a bonding electrode 43.
  • the semiconductor layer 30 includes a p-type nitride semiconductor layer 31, a first contact layer 32, a light emitting layer 33, a second contact layer 34, and an n-type nitride semiconductor layer 35.
  • the support substrate 11 is composed of a conductive substrate such as CuW, W, or Mo, or a semiconductor substrate such as Si.
  • a conductive layer 20 having a multilayer structure is formed on the upper layer of the substrate 11.
  • the conductive layer 20 includes a solder layer 13, a solder layer 15, a protective layer 17, and a metal electrode 19.
  • the solder layer 13 and the solder layer 15 are made of, for example, Au—Sn, Au—In, Au—Cu—Sn, Cu—Sn, Pd—Sn, Sn, or the like. As will be described later, the solder layer 13 and the solder layer 15 are bonded together after the solder layer 13 formed on the support substrate 11 and the solder layer 15 formed on another substrate are opposed to each other. It is formed by.
  • the protective layer 17 is made of, for example, Pt-based metal (an alloy of Ti and Pt), W, Mo, or the like. As will be described later, when bonding is performed via a solder layer, the material constituting the solder diffuses to the metal electrode 19 side described later, and functions to prevent a decrease in luminous efficiency due to a drop in reflectance.
  • the metal electrode 19 is made of, for example, Ag (including an Ag alloy), Al, Rh, or the like. It is assumed that the nitride semiconductor light emitting device 1 takes out the light emitted from the light emitting layer 33 of the semiconductor layer 30 in the upward direction on the paper surface of FIG. 1, and the metal electrode 19 faces down from the light emitting layer 33 (supported). It functions as a reflective electrode that reflects light emitted toward the substrate 11 side upward (on the n-type nitride semiconductor layer 35 side), and functions to increase luminous efficiency. In the nitride semiconductor light emitting device 1, a contact electrode such as ITO or Ni for improving the contact property is not formed on the metal electrode 19.
  • the conductive layer 20 is partially in contact with the semiconductor layer 30, and when a voltage is applied between the support substrate 11 and the bonding electrode 43, the support substrate 11, the conductive layer 20, the semiconductor layer 30, and the bonding electrode A current path that flows to the bonding wire 45 through 43 is formed.
  • Insulating layer 21 is composed for example SiO 2, SiN, Zr 2 O 3, AlN, etc. Al 2 O 3.
  • the insulating layer 21 has an upper surface in contact with the semiconductor layer 30, more specifically, a bottom surface of the second contact layer 34.
  • the insulating layer 21 has a function as an etching stopper layer at the time of element isolation (step S7), and also has a function of spreading current in a direction parallel to the substrate surface of the support substrate 11.
  • the semiconductor layer 30 includes the p-type nitride semiconductor layer 31, the first contact layer 32, the light emitting layer 33, the second contact layer 34, and the n-type nitride semiconductor layer 35.
  • the n-type nitride semiconductor layer 35 is composed of Al n Ga 1-n N (0 ⁇ n ⁇ 1). At least the n-type nitride semiconductor layer 35 is doped with n-type impurities such as Si, Ge, S, Se, Sn, and Te, and is preferably doped with Si.
  • the n-type nitride semiconductor layer 35 has irregularities formed on the upper surface. This is because the light emitted upward from the light emitting layer 33 (and the reflected light emitted upward from the metal electrode 19) is reduced in the amount of light reflected downward on the surface of the n-type nitride semiconductor layer 35, The purpose is to increase the amount of light extracted outside the element.
  • the n-type nitride semiconductor layer 35 has a thickness of about 0.5 ⁇ m to 1 ⁇ m. As described above, in the case where irregularities are formed on the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 35, the n-type nitride semiconductor layer 35 extends from the irregular recesses (valleys) to the interface with the light emitting layer 33. The thickness of the n-type nitride semiconductor layer 35 may be from the convex / concave portion (mountain portion) to the interface with the light emitting layer 33.
  • the light emitting layer 33 is formed of a semiconductor layer having a multiple quantum well structure in which, for example, a well layer made of InGaN and a barrier layer made of AlGaN are repeated. These layers may be undoped or p-type or n-type doped.
  • the p-type nitride semiconductor layer 31 and the first contact layer 32 are made of, for example, Al m Ga 1-m N (0 ⁇ m ⁇ 1).
  • the semiconductor materials constituting the p-type nitride semiconductor layer 31 and the first contact layer 32 may be different. That is, as an example, the p-type nitride semiconductor layer 31 may be made of AlGaN, and the first contact layer 32 may be made of GaN.
  • the first contact layer 32 is more highly doped with impurities than the p-type nitride semiconductor layer 31.
  • the impurity concentration of the p-type nitride semiconductor layer 31 is about 1 ⁇ 10 19 / cm 3 or more and 5 ⁇ 10 19 / cm 3 or less, and the first contact layer 32 is 5 ⁇ 10 19 / cm 3 or more, 5 ⁇ 10 20 / cm 3 or less Any of these layers may have Mg as a dopant.
  • the impurity concentration of the second contact layer 34 is about 1 ⁇ 10 19 / cm 3 or more and about 5 ⁇ 10 21 / cm 3 or less.
  • GaN doped with Zn can be used.
  • the impurity material doped into the second contact layer 34 (corresponding to “second impurity material”)
  • the impurity material doped into the first contact layer 32 (corresponding to “first impurity material”).
  • any material that forms an impurity level deeper than the impurity level formed in the first contact layer 32 may be used.
  • the impurity levels formed in the second contact layer 34 are the impurities formed in the first contact layer 32. The position is deeper than the level.
  • the nitride semiconductor light emitting device 1 uses the hopping conduction in the second contact layer 34 to achieve a good ohmic connection between the semiconductor layer 30 and the metal electrode 19 even without the contact electrode. It is a structure that is formed and can realize low-voltage driving.
  • the second impurity material doped in the second contact layer 34 a material that forms a deep level as described above is used.
  • the electrode 42 and the bonding electrode 43 are formed in the upper layer of the n-type nitride semiconductor layer 35 and are made of, for example, Cr—Au. More specifically, the electrode 42 and the bonding electrode 43 are positioned immediately above the region where the bottom surface (surface on the support substrate 11 side) of the semiconductor layer 30 and the top surface of the insulating layer 21 (surface on the semiconductor layer 30 side) are in contact. That is, it is formed in the upper layer of the n-type nitride semiconductor layer 35 at a position facing the direction orthogonal to the surface of the support substrate 11. As a result, a material with low conductivity is formed below the electrode, so that an effect of spreading the current in the light emitting layer 33 in the horizontal direction when a current is applied can be obtained.
  • a bonding wire 45 made of, for example, Au or Cu is connected to the bonding electrode 43, and the other end of the wire is connected to a power supply pattern (not shown) of the substrate on which the nitride semiconductor light emitting element 1 is disposed. Is done.
  • the semiconductor layer 30 includes an n-type nitride semiconductor layer 35 made of Al 0.06 Ga 0.94 N having a Si concentration of 3 ⁇ 10 19 / cm 3 , a well layer made of InGaN, and an n-type AlGaN.
  • FIG. 2A schematically shows a configuration of a conventional light emitting device 80.
  • the light emitting element 80 of this conventional example does not include the second contact layer 34 as compared with the embodiment, and the first contact layer 32 is in contact with the conductive layer 20a.
  • the conductive layer 20 a includes a contact electrode 83 made of Ni in addition to the metal electrode 19, and the contact electrode 83 is in contact with the first contact layer 32.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • FIG. 2B schematically shows the configuration of the light-emitting element 81 of Comparative Example 1.
  • the light emitting element 81 of the comparative example 1 is configured not to include the contact electrode 83 with respect to the light emitting element 80 of the conventional example. That is, the first contact layer 32 is in contact with the conductive layer 20, more specifically, the metal electrode 19.
  • FIG. 3 shows a case where a voltage V is applied between the bonding electrode 43 and the support substrate 11 for the light-emitting element 1 of Example 1, the light-emitting element 80 of the conventional example, and the light-emitting element 81 of Comparative Example 1, respectively.
  • the relationship between the current I and the voltage V is graphed.
  • the light emitting element 1 of Example 1 is not provided with the contact electrode 83 and the first contact layer 32 is in direct contact with the metal electrode 19, similarly to the light emitting element 80 of the conventional example provided with the contact electrode 83.
  • the voltage can be reduced as compared with the light emitting element 81 of the comparative example 1 having the above configuration. Therefore, according to the configuration of the present invention, it can be seen that good contact property equivalent to or higher than that of the conventional element 80 having the contact electrode 83 can be realized without forming the contact electrode 83. This is presumably due to the following reasons.
  • the first contact layer 32 is doped with Mg at a high concentration, shallow impurity levels are formed, and the acceptor is ionized at room temperature. Further, Ag formed as the metal electrode 19 has a small work function. For this reason, when Ag (metal electrode 19) is brought into direct contact with the first contact layer 32 as in Comparative Example 1, a large external voltage is required to cause a tunnel effect to flow current.
  • a contact electrode 83 formed of Ni or the like has been interposed (see FIG. 2A).
  • the contact electrode 83 is formed, NiO is formed by annealing in an oxygen atmosphere, and the work function difference from the first contact layer 32 is reduced.
  • the external voltage is lower than that of the element 81.
  • the light-emitting element 1 of Example 1 has the second contact layer 34 doped with Zn.
  • Zn unlike Mg, forms an impurity level at a deep level from the valence band in Al X Ga Y In ZN .
  • the acceptor is not ionized, and even if an impurity is added to the semiconductor layer above the effective state density, the energy level is localized, so that carriers are not in the valence band, but hopping conduction between the sites created by the impurity.
  • the operating voltage could be reduced as in the case of the light emitting element 80.
  • the energy level is localized even if it is doped at a high concentration, and hopping conduction can be realized.
  • a material that forms a deep level such as Zn
  • the width of the depletion layer can be narrowed by doping at a high concentration, an effect of facilitating movement of carriers to the metal electrode 19 side by tunneling can be obtained.
  • FIG. 4 is a result of verifying contact characteristics when the concentration of Zn doped in the second contact layer 34 is changed in the light-emitting element 1 of Example 1.
  • “ ⁇ ” indicates the best contact property
  • “ ⁇ ” indicates the next best contact property
  • “ ⁇ ” indicates that the contact property is poor compared to the former two. .
  • the contact characteristics are deteriorated.
  • the Zn concentration is set to 1 ⁇ 10 19 / cm 3 , the contact characteristics are improved as compared with the case of 8 ⁇ 10 18 / cm 3. It was.
  • the Zn concentration is 5 ⁇ 10 19 / cm 3 , 1 ⁇ 10 20 / cm 3 , 5 ⁇ 10 20 / cm 3 , 1 ⁇ 10 21 / cm 3 , extremely good contact characteristics can be obtained. It was.
  • the Zn concentration is 5 ⁇ 10 21 / cm 3
  • the contact characteristics are the same as the case of 1 ⁇ 10 19 / cm 3 , and when the concentration is higher (1 ⁇ 10 22 / cm 3 ), the contact characteristics are It got worse.
  • the Zn concentration is 8 ⁇ 10 18 / cm 3
  • the discrete level of localized impurity levels is high, and carrier hopping conduction is not efficiently performed. Is done.
  • the Zn concentration is 1 ⁇ 10 22 / cm 3
  • the resistance has increased due to the crystallinity of Al X Ga Y In ZN being deteriorated by doping at a very high concentration. It is guessed.
  • the Zn concentration doped into the second contact layer 34 is preferably 1 ⁇ 10 19 / cm 3 to 5 ⁇ 10 21 / cm 3 , and more preferably 5 ⁇ 10 9. It can be said that 19 / cm 3 to 1 ⁇ 10 21 / cm 3 is more preferable.
  • the contact electrode 83 As described above, according to the light-emitting element 1 of Example 1, it is preferable to use the contact electrode 83 using ITO having an absorption edge near 365 nm or Ni having an absorption edge longer than that. Since contact characteristics can be realized, the contact electrode 83 is not necessary. Thereby, absorption of ultraviolet light in the contact electrode 83 is suppressed, and an ultraviolet light emitting element with improved light extraction efficiency is realized.
  • Step S1 As shown in FIG. 5A, the epitaxial layer 40 is formed on the sapphire substrate 61. This step S1 is performed by the following procedure, for example.
  • ⁇ Preparation of sapphire substrate 61 First, the c-plane sapphire substrate 61 is cleaned. More specifically, for this cleaning, for example, a c-plane sapphire substrate 61 is placed in a processing furnace of a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus, and hydrogen having a flow rate of 10 slm is placed in the processing furnace. While flowing the gas, the temperature in the furnace is raised to, for example, 1150 ° C.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • a low-temperature buffer layer made of GaN is formed on the surface of the c-plane sapphire substrate 61, and a base layer made of GaN is further formed thereon. These low-temperature buffer layer and underlayer correspond to the undoped layer 36.
  • a more specific method for forming the undoped layer 36 is as follows. First, the furnace pressure of the ⁇ CVD apparatus is 100 kPa, and the furnace temperature is 480 ° C. Then, while flowing nitrogen gas and hydrogen gas with a flow rate of 5 slm respectively as carrier gas into the processing furnace, trimethylgallium (TMG) with a flow rate of 50 ⁇ mol / min and ammonia with a flow rate of 250,000 ⁇ mol / min are used as the raw material gas in the processing furnace. For 68 seconds. As a result, a low-temperature buffer layer made of GaN having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the c-plane sapphire substrate 61.
  • TMG trimethylgallium
  • the furnace temperature of the MOCVD apparatus is raised to 1150 ° C. Then, while flowing nitrogen gas having a flow rate of 20 slm and hydrogen gas having a flow rate of 15 slm as a carrier gas in the processing furnace, TMG having a flow rate of 100 ⁇ mol / min and ammonia having a flow rate of 250,000 ⁇ mol / min are introduced into the processing furnace as source gases. Feed for 30 minutes. As a result, a base layer made of GaN having a thickness of 1.7 ⁇ m is formed on the surface of the first buffer layer.
  • n-type Nitride semiconductor layer 35 having a composition of Al n Ga 1-n N (0 ⁇ n ⁇ 1) is formed on the undoped layer 36.
  • a more specific method for forming the n-type nitride semiconductor layer 35 is, for example, as follows. First, with the furnace temperature kept at 1150 ° C., the furnace pressure of the MOCVD apparatus is set to 30 kPa. Then, while flowing nitrogen gas having a flow rate of 20 slm and hydrogen gas having a flow rate of 15 slm as a carrier gas into the processing furnace, TMG having a flow rate of 94 ⁇ mol / min, trimethylaluminum (TMA) having a flow rate of 6 ⁇ mol / min, Ammonia with a flow rate of 250,000 ⁇ mol / min and tetraethylsilane with a flow rate of 0.025 ⁇ mol / min are supplied into the treatment furnace for 60 minutes.
  • TMG trimethylaluminum
  • an n-type nitride semiconductor layer 35 having a composition of Al 0.06 Ga 0.94 N, a Si concentration of 3 ⁇ 10 19 / cm 3 and a thickness of 2 ⁇ m is formed in the upper layer of the undoped layer 36. Is done. Then, the n-AlGaN layer having a thickness of 2 ⁇ m is shaved with an ICP device so that the thickness becomes about 0.8 ⁇ m, and the thickness of the n-type nitride semiconductor layer 35 is adjusted.
  • silicon (Si), germanium (Ge), sulfur (S), selenium (Se), tin (Sn), tellurium (Te), or the like is used. be able to. Among these, silicon (Si) is particularly preferable.
  • a light emitting layer 33 having a multiple quantum well structure in which a well layer made of InGaN and a barrier layer made of n-type AlGaN are periodically repeated is formed on the n-type nitride semiconductor layer 35.
  • the furnace pressure of the MOCVD apparatus is set to 100 kPa, and the furnace temperature is set to 830 ° C. Then, while flowing nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 1 slm as a carrier gas in the processing furnace, TMG having a flow rate of 10 ⁇ mol / min, trimethylindium (TMI) having a flow rate of 12 ⁇ mol / min, and A step of supplying ammonia at a flow rate of 300,000 ⁇ mol / min into the processing furnace for 48 seconds is performed.
  • TMG having a flow rate of 10 ⁇ mol / min
  • TMA having a flow rate of 1.6 ⁇ mol / min
  • tetraethylsilane having a flow rate of 0.002 ⁇ mol / min
  • ammonia having a flow rate of 300,000 ⁇ mol / min
  • the light-emitting layer 33 having a multi-quantum well structure of 15 periods with a well layer made of InGaN having a thickness of 2 nm and a barrier layer made of n-type AlGaN having a thickness of 7 nm is formed into an n-type. It is formed on the surface of the nitride semiconductor layer 35.
  • a p-type nitride semiconductor layer 31 composed of Al m Ga 1-m N (0 ⁇ m ⁇ 1) is formed on the light emitting layer 33.
  • the furnace pressure of the MOCVD apparatus is maintained at 100 kPa, and the furnace temperature is raised to 1025 ° C. while nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 25 slm are supplied as carrier gases in the processing furnace.
  • nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 25 slm are supplied as carrier gases in the processing furnace.
  • TMG with a flow rate of 35 ⁇ mol / min
  • TMA with a flow rate of 20 ⁇ mol / min
  • ammonia with a flow rate of 250,000 ⁇ mol / min
  • biscyclopentadiene with a flow rate of 0.1 ⁇ mol / min for doping p-type impurities.
  • Enilmagnesium (CP 2 Mg) is fed into the processing furnace for 60 seconds.
  • a hole supply layer having a composition of Al 0.3 Ga 0.7 N having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the light emitting layer 33.
  • a hole supply layer having a composition of Al 0.13 Ga 0.87 N having a thickness of 120 nm is formed on the surface of the light emitting layer 33.
  • a p-type nitride semiconductor layer 31 is formed by these hole supply layers.
  • the p-type impurity (Mg) concentration of the p-type nitride semiconductor layer 31 is about 3 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • the p-type impurity (Mg) concentration of the first contact layer 32 is about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 .
  • Second Contact Layer 34 ⁇ Formation of Second Contact Layer 34> Next, the supply of CP 2 Mg is stopped, and in addition to the source gas, the second flow of diethyl zinc is supplied for 20 seconds in a state where the flow rate of diethyl zinc is 0.2 ⁇ mol / min. A contact layer 34 is formed. In addition to Zn, Cd, Be, Sr, Ca, C, etc. can be used as the dopant of the second contact layer 34. The impurity (Zn) concentration of the second contact layer 34 is about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 .
  • an epitaxial layer comprising the undoped layer 36, the n-type nitride semiconductor layer 35, the light emitting layer 33, the p-type nitride semiconductor layer 31, the first contact layer 32, and the second contact layer 34. 40 is formed.
  • Step S2 an activation process is performed on the wafer obtained in step S1. More specifically, activation is performed at 650 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere using an RTA (Rapid Thermal Anneal) device.
  • RTA Rapid Thermal Anneal
  • the insulating layer 21 is formed at a predetermined position on the p-type nitride semiconductor layer 31. More specifically, the insulating layer 21 is formed at a location (a location including a location facing the direction orthogonal to the substrate surface) located below a region where the electrode 42 and the bonding electrode 43 are formed in a later step. preferable.
  • the insulating layer 21 for example, SiO 2 is formed to a thickness of about 200 nm.
  • the material for forming the film may be an insulating material, such as SiN or Al 2 O 3 .
  • Step S4 As shown in FIG. 5C, the conductive layer 20 is formed so as to cover the upper surfaces of the p-type nitride semiconductor layer 31 and the insulating layer 21.
  • the conductive layer 20 having a multilayer structure including the metal electrode 19, the protective layer 17, and the solder layer 15 is formed.
  • a more specific method for forming the conductive layer 20 is as follows. First, Ag is formed on the entire surface so as to cover the upper surfaces of the second contact layer 34 and the insulating layer 21 by a sputtering apparatus, and the metal electrode 19 is formed. As described above, in the configuration of the present embodiment, since the deep impurity level is formed in the second contact layer 34 by Zn doping, the direct contact with the semiconductor layer without forming a contact electrode such as Ti or ITO. Good contact characteristics can be obtained by contacting Ag.
  • Ag is used as the metal electrode 19, but Al, Rh, or the like can be used in addition to Ag.
  • the protective layer 17 is formed by depositing 100 nm-thick Ti and 200 nm-thickness Pt on the upper surface (Ag surface) of the metal electrode 19 with an electron beam evaporation apparatus (EB apparatus) for three periods. . Further, after depositing Ti with a thickness of 10 nm on the upper surface (Pt surface) of the protective layer 17, Au—Sn solder composed of Au 80% Sn 20% is deposited with a thickness of 3 ⁇ m. Form.
  • the solder layer 13 may be formed on the upper surface of the support substrate 11 prepared separately from the sapphire substrate 61 (see FIG. 5D).
  • the solder layer 13 may be made of the same material as the solder layer 15, and is bonded to the solder layer 13 in the next step, whereby the sapphire substrate 61 and the support substrate 11 are bonded together.
  • CuW is used as the support substrate 11 as described in the section of the structure.
  • Step S5 Next, as shown in FIG. 5E, the sapphire substrate 61 and the support substrate 11 are bonded together. More specifically, the solder layer 15 and the solder layer 13 formed on the upper layer of the support substrate 11 are bonded together at a temperature of 280 ° C. and a pressure of 0.2 MPa.
  • the sapphire substrate 61 is peeled off. More specifically, the interface between the sapphire substrate 61 and the epitaxial layer 40 is decomposed by irradiating a KrF excimer laser from the sapphire substrate 61 side with the sapphire substrate 61 facing upward and the support substrate 11 facing downward. Then, the sapphire substrate 61 is peeled off. While the laser passes through the sapphire 61, the underlying GaN (undoped layer 36) absorbs the laser, so that this interface is heated to decompose GaN. As a result, the sapphire substrate 61 is peeled off.
  • GaN (undoped layer 36) remaining on the wafer is removed by wet etching using hydrochloric acid or the like, and dry etching using an ICP apparatus, and the n-type nitride semiconductor layer 35 is exposed.
  • the undoped layer 36 is removed, and the second contact layer 34, the first contact layer 32, the p-type nitride semiconductor layer 31, the light emitting layer 33, and the n-type nitride semiconductor layer 35 are stacked in this order.
  • the formed semiconductor layer 30 remains.
  • Step S7 Next, as shown in FIG. 5G, adjacent elements are separated. Specifically, the semiconductor layer 30 is etched using an ICP device until the upper surface of the insulating layer 21 is exposed in a boundary region with an adjacent element. As described above, the insulating layer 21 also functions as a stopper during etching.
  • Step S8 Next, as shown in FIG. 5H, irregularities are formed on the surface of the n-type nitride semiconductor layer 35. Specifically, the unevenness is formed by immersing an alkaline solution such as KOH. At this time, unevenness may not be formed in a portion where the electrode 42 and the bonding electrode 43 are formed later. By not forming irregularities at these locations, the surface of the n-type nitride semiconductor layer 35 where the electrodes are to be formed is maintained in a flat state.
  • an alkaline solution such as KOH
  • the bonding electrode 43 and the n-type nitride semiconductor layer 35 are formed particularly when wire bonding is performed after the bonding electrode 43 is formed.
  • the effect of preventing the generation of voids at the interface can be obtained.
  • Step S9 an electrode 42 and a bonding electrode 43 are formed on the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 35. More specifically, after forming an electrode made of Cr having a thickness of 100 nm and Au having a thickness of 3 ⁇ m, sintering is performed at 250 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere.
  • the exposed element side surface and the element upper surface other than the electrode 42 and the bonding electrode 43 are covered with an insulating layer 41 (see FIG. 1). More specifically, an SiO 2 film is formed by an EB apparatus. An SiN film may be formed. Then, the elements are separated from each other by, for example, a laser dicing apparatus, the back surface of the support substrate 11 is joined to the package by, for example, Ag paste, and wire bonding is performed on the bonding electrode 43. For example, wire bonding is performed by connecting a bonding wire 45 made of Au to a bonding region of ⁇ 100 ⁇ m with a load of 50 g. Thereby, the nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 is formed.
  • Both the first contact layer 32 and the second contact layer 34 may be formed of AlGaN having a predetermined composition ratio, and the metal electrode 19 may be formed of Al.
  • Al X Ga Y In Z N by increasing the composition ratio of Al in, it is possible to shift the absorption edge on the shorter wavelength side, the nitride semiconductor light emitting element 1, forming a device that emits deep ultraviolet light Can do.
  • the contact electrode 83 formed of Ni, ITO or the like is not necessary, absorption of deep ultraviolet light in the contact electrode 83 is suppressed, and a deep ultraviolet light emitting element with improved light extraction efficiency is realized. .
  • step S1 When the first contact layer 32 and the second contact layer 34 are formed of AlGaN, the following method can be adopted in step S1. First, after the p-type nitride semiconductor layer 31 is formed, the flow rate of CP 2 Mg is changed to 0.2 ⁇ mol / min and a source gas is supplied for 20 seconds, whereby p + Al 0.13 Ga 0 having a thickness of 5 nm is supplied. A first contact layer 32 made of .87N is formed.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the nitride semiconductor light emitting device 1a of the second embodiment.
  • symbol is attached
  • the arrow in FIG. 6 has shown the extraction direction of light, and the light extraction direction is reverse with the nitride semiconductor light-emitting device 1a shown in FIG.
  • a sapphire substrate 61, a semiconductor layer 30a, metal electrodes 19, 19a, a power supply terminal 51, and a power supply terminal 52 are provided.
  • the semiconductor layer 30 a includes a p-type nitride semiconductor layer 31, a first contact layer 32, a light emitting layer 33, a second contact layer 34, an n-type nitride semiconductor layer 35, and an undoped layer 36.
  • the nitride semiconductor light emitting device 1a is assumed to extract light downward on the paper surface (sapphire substrate 61 side).
  • metal electrode 19 in order to distinguish from the metal electrode 19 formed on the upper surface of the p-side semiconductor layer 30a in the first embodiment, it is formed on the upper surface of the n-side semiconductor layer 30a (n-type nitride semiconductor layer 35).
  • the metal electrode to be used is referred to as “metal electrode 19a”, but both may be made of the same material.
  • the contact property is improved because the metal electrode 19 formed of Ag or the like is directly formed on the upper surface of the second contact layer 34, so that good contact characteristics can be obtained. Therefore, it is not necessary to form a contact electrode made of Ni or ITO. Thereby, even when the light from the light emitting layer 33 is emitted upward, the light that has reached the metal electrode 19 without being absorbed by the contact electrode can be reflected downward (in the extraction direction). Extraction efficiency is improved.
  • Step S1 and step S2 are executed as in the first embodiment.
  • Step S10 After step S2 (see FIG. 5A), as shown in FIG. 7A, the second contact layer 34, the first contact layer 32, and the p-type nitride semiconductor are used until a partial upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 35 is exposed.
  • the layer 31 and the light emitting layer 33 are removed by dry etching using an ICP device.
  • the n-type nitride semiconductor layer 35 may be partially removed by etching.
  • the metal electrode 19 and the metal electrode 19a are formed by depositing Ag on the upper surface of the second contact layer 34 and the exposed upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 35. Also in this embodiment, since a deep impurity level is formed in the second contact layer 34 by Zn doping, the metal made of the second contact layer 34 and Ag can be formed without forming a contact electrode such as Ni or ITO. Good contact characteristics can be obtained by bringing the electrodes (19, 19a) into contact. In the present embodiment, as the metal electrode (19, 19a), Al or Rh can be used in addition to Ag.
  • the n-type nitride semiconductor layer 35 is made of AlGaN having a high concentration of n-type impurity concentration higher than 1 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • a power supply terminal 51 is formed on the upper surface of the n-side metal electrode 19a, and a power supply terminal 52 is formed on the upper surface of the p-side metal electrode 19. More specifically, after forming a conductive material film (for example, a material film made of Cr with a thickness of 100 nm and Au with a thickness of 3 ⁇ m) to form the power supply terminals 51 and 52, the power supply terminals 51 and 52 are formed by lift-off. To do. Thereafter, sintering is performed at 250 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere.
  • a conductive material film for example, a material film made of Cr with a thickness of 100 nm and Au with a thickness of 3 ⁇ m
  • the nitride semiconductor light emitting element 1a shown in FIG. 2 is formed.
  • the schematic cross-sectional view of the nitride semiconductor light emitting device 1 of the third embodiment is the same as that shown in FIG. 1 described above in the first embodiment.
  • a description will be given centering on points different from the nitride semiconductor light emitting device 1 of the first embodiment.
  • the p-type nitride semiconductor layer 31 and the first contact layer 32 are made of, for example, Al m Ga 1-m N (0 ⁇ m ⁇ 1).
  • the first contact layer 32 is more highly doped with impurities than the p-type nitride semiconductor layer 31.
  • the impurity concentration of the p-type nitride semiconductor layer 31 is about 1 ⁇ 10 19 / cm 3 or more and about 5 ⁇ 10 19 / cm 3 or less, and the first contact layer 32 is 5 ⁇ 10 19 / cm 3 or more, 1 It is about ⁇ 10 21 / cm 3 or less. Any of these layers may have Mg as a dopant.
  • the first contact layer 32 is doped with Mg.
  • the second contact layer 34 is doped with impurities at a lower concentration than the first contact layer 32.
  • the impurity concentration of the second contact layer 34 is about 5 ⁇ 10 16 / cm 3 or more and about 1 ⁇ 10 21 / cm 3 or less.
  • GaN doped with Zn can be used.
  • Zn doped in the second contact layer 34 is a material that forms an impurity level deeper than the impurity level formed in the first contact layer 32 by Mg doped in the first contact layer 32. It is.
  • the nitride semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment also uses the hopping conduction in the second contact layer 34 to provide a good ohmic connection between the semiconductor layer 30 and the metal electrode 19 even without a contact electrode.
  • low voltage driving is realized.
  • Zn doped in the second contact layer 34 forms a deep level in the second contact layer 34.
  • the Zn concentration doped in the second contact layer 34 is set to be lower than the Mg concentration doped in the first contact layer 32.
  • Zn is a dopant used to form a deep level in the second contact layer 34 in order to realize hopping conduction as described above, but has a property of high diffusion rate. Therefore, when the second contact layer 34 is doped with Zn at a high concentration, there is a possibility that the solid phase diffusion may occur to the p-type nitride semiconductor layer 31 and the light emitting layer 33 via the first contact layer 32. If such a situation occurs, it is considered that the pn junction is broken or the function of the light emitting layer is lowered, so that the output is lowered or the lifetime during continuous operation is lowered.
  • Mg having a lower diffusion rate than Zn has been diffused into the first contact layer 32 by doping the adjacent first contact layer 32 at a higher concentration than the Zn concentration with respect to the second contact layer 34.
  • Zn is allowed to remain in the layer, and further, solid phase diffusion to the p-type nitride semiconductor layer 31 side is suppressed. The verification of this effect will be described later with reference to an example.
  • the nitride semiconductor light emitting device 1 having the structure shown in FIG. 1 is used as an example (here, example 2).
  • the semiconductor layer 30 includes an n-type nitride semiconductor layer 35 made of Al 0.06 Ga 0.94 N having a Si concentration of 3 ⁇ 10 19 / cm 3 , a well layer made of InGaN, and an n-type AlGaN.
  • Example 2 compared with Example 1 in the first embodiment, the Mg concentration in the first contact layer 32 is higher than the Zn concentration in the second contact layer 34.
  • the conventional example and the comparative example 1 are the same as those in the first embodiment.
  • the energy level is localized even when doped at a high concentration, and hopping conduction can be realized.
  • the width of the depletion layer can be narrowed by doping at a high concentration, an effect of facilitating movement of carriers to the metal electrode 19 side by tunneling can be obtained.
  • FIG. 8 shows the results of verifying the degree of deterioration of the lifetime of the semiconductor light emitting device 1 of Example 2 when the concentration of Zn doped in the second contact layer 34 is changed.
  • the concentration of Mg doped in the first contact layer 32 is fixed at 1 ⁇ 10 20 / cm 3 .
  • FIG. 8 shows “ ⁇ ” for a little over and “x” for a little over 10%.
  • the concentration of Zn doped in the second contact layer 34 is set to a value of 1 ⁇ 10 20 / cm 3 , that is, lower than the concentration of Mg doped in the first contact layer 32 (1 ⁇ 10 18 / cm 3 , 1 ⁇ 10 19 / cm 3 , 5 ⁇ 10 19 / cm 3 ), the reduction in output was alleviated.
  • the concentration of Zn doped in the second contact layer 34 is reduced to be lower than the concentration of Mg doped in the first contact layer 32, so that the deterioration rate of the lifetime can be slowed down.
  • Mg having a lower diffusion rate than Zn is doped in the adjacent first contact layer 32 at a higher concentration than the Zn concentration with respect to the second contact layer 34, so that the first contact layer It is presumed that the effect of suppressing the diffusion of Zn diffused to 32 into the layer and further suppressing the solid-phase diffusion toward the p-type nitride semiconductor layer 31 side is enhanced.
  • the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment is also good without using the contact electrode 83 using ITO having an absorption edge near 365 nm or Ni having an absorption edge longer than that. Since contact characteristics can be realized, the contact electrode 83 is not necessary. Thereby, absorption of ultraviolet light in the contact electrode 83 is suppressed, and an ultraviolet light emitting element with improved light extraction efficiency is realized.
  • the lifetime characteristics are obtained by making the concentration of Zn doped particularly in the second contact layer 34 lower than the concentration of Mg doped in the first contact layer 32.
  • an excellent element can be realized.
  • Step S1 After preparing the sapphire substrate 61 by the same method as in the first embodiment, the undoped layer 36, the n-type nitride semiconductor layer 35, and the light emitting layer 33 are sequentially formed.
  • a p-type nitride semiconductor layer 31 composed of Al m Ga 1-m N (0 ⁇ m ⁇ 1) is formed on the light emitting layer 33.
  • the furnace pressure of the MOCVD apparatus is maintained at 100 kPa, and the furnace temperature is raised to 1025 ° C. while nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 25 slm are supplied as carrier gases in the processing furnace.
  • nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 25 slm are supplied as carrier gases in the processing furnace.
  • TMG with a flow rate of 35 ⁇ mol / min
  • TMA with a flow rate of 20 ⁇ mol / min
  • ammonia with a flow rate of 250,000 ⁇ mol / min
  • biscyclopentadiene with a flow rate of 0.1 ⁇ mol / min for doping p-type impurities.
  • Enilmagnesium (CP 2 Mg) is fed into the processing furnace for 60 seconds.
  • a hole supply layer having a composition of Al 0.3 Ga 0.7 N having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the light emitting layer 33. Thereafter, the flow rate is changed to TMG having a flow rate of 35 ⁇ mol / min and TMA having a flow rate of 4 ⁇ mol / min, and the source gas is supplied for 360 seconds, whereby holes having a composition of Al 0.1 Ga 0.9 N having a thickness of 120 nm are provided.
  • a supply layer is formed.
  • a p-type nitride semiconductor layer 31 is formed by these hole supply layers.
  • the p-type impurity (Mg) concentration of the p-type nitride semiconductor layer 31 is about 3 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • the p-type impurity (Mg) concentration of the first contact layer 32 is about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 .
  • Second Contact Layer 34 ⁇ Formation of Second Contact Layer 34> Next, the supply of CP 2 Mg is stopped, and in addition to the raw material gas, the second flow rate of diethyl zinc is supplied for 20 seconds in a state where the flow rate of diethyl zinc is 0.1 ⁇ mol / min, whereby the second doped Zn-doped GaN having a thickness of 5 nm. A contact layer 34 is formed.
  • the impurity (Zn) concentration of the second contact layer 34 is about 5 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • an epitaxial layer comprising the undoped layer 36, the n-type nitride semiconductor layer 35, the light emitting layer 33, the p-type nitride semiconductor layer 31, the first contact layer 32, and the second contact layer 34. 40 is formed.
  • the impurity (Zn) concentration of the second contact layer 34 is lower than the p-type impurity (Mg) concentration of the first contact layer 32.
  • step S2 and subsequent steps are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • both the first contact layer 32 and the second contact layer 34 may be formed of AlGaN having a predetermined composition ratio, and the metal electrode 19 may be formed of Al.
  • the structure of the nitride semiconductor light emitting device 1a shown in FIG. 6 can be realized as in the second embodiment. That is, in the configuration of FIG. 6, the impurity (Zn) concentration of the second contact layer 34 is configured to be lower than the p-type impurity (Mg) concentration of the first contact layer 32. Thereby, since a deep impurity level is formed in the second contact layer 34 by Zn doping, the second contact layer 34 and the metal electrode 19 made of Ag and the silver electrode 19 can be formed without forming a contact electrode such as Ni or ITO. By contacting 19a, good contact characteristics can be obtained, and good life characteristics can be realized.
  • This embodiment has the same structure as the nitride semiconductor light emitting device of the first embodiment, and the manufacturing method is different. Hereinafter, the manufacturing method will be described. This manufacturing process is merely an example, and the gas flow rate, the furnace temperature, the furnace pressure, and the like may be appropriately adjusted.
  • Step S13 As shown in FIG. 9A, the epitaxial layer 40 is formed on the sapphire substrate 61. This step S13 is performed by the following procedure, for example.
  • ⁇ Preparation of sapphire substrate 61 First, the c-plane sapphire substrate 61 is cleaned. More specifically, for this cleaning, for example, a c-plane sapphire substrate 61 is placed in a processing furnace of a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus, and hydrogen having a flow rate of 10 slm is placed in the processing furnace. While flowing the gas, the temperature in the furnace is raised to, for example, 1150 ° C.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • a low-temperature buffer layer made of GaN is formed on the surface of the c-plane sapphire substrate 61, and a base layer made of GaN is further formed thereon. These low-temperature buffer layer and underlayer correspond to the undoped layer 36.
  • a more specific method for forming the undoped layer 36 is as follows. First, the furnace pressure of the ⁇ CVD apparatus is 100 kPa, and the furnace temperature is 480 ° C. Then, while flowing nitrogen gas and hydrogen gas with a flow rate of 5 slm respectively as carrier gas into the processing furnace, trimethylgallium (TMG) with a flow rate of 50 ⁇ mol / min and ammonia with a flow rate of 250,000 ⁇ mol / min are used as the raw material gas in the processing furnace. For 68 seconds. As a result, a low-temperature buffer layer made of GaN having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the c-plane sapphire substrate 61.
  • TMG trimethylgallium
  • the furnace temperature of the MOCVD apparatus is raised to 1150 ° C. Then, while flowing nitrogen gas having a flow rate of 20 slm and hydrogen gas having a flow rate of 15 slm as a carrier gas in the processing furnace, TMG having a flow rate of 100 ⁇ mol / min and ammonia having a flow rate of 250,000 ⁇ mol / min are introduced into the processing furnace as source gases. Feed for 30 minutes. As a result, a base layer made of GaN having a thickness of 1.7 ⁇ m is formed on the surface of the first buffer layer.
  • n-type Nitride semiconductor layer 35 having a composition of Al n Ga 1-n N (0 ⁇ n ⁇ 1) is formed on the undoped layer 36.
  • a more specific method for forming the n-type nitride semiconductor layer 35 is, for example, as follows. First, with the furnace temperature kept at 1150 ° C., the furnace pressure of the MOCVD apparatus is set to 30 kPa. Then, while flowing nitrogen gas having a flow rate of 20 slm and hydrogen gas having a flow rate of 15 slm as a carrier gas into the processing furnace, TMG having a flow rate of 94 ⁇ mol / min, trimethylaluminum (TMA) having a flow rate of 6 ⁇ mol / min, Ammonia with a flow rate of 250,000 ⁇ mol / min and tetraethylsilane with a flow rate of 0.025 ⁇ mol / min are supplied into the treatment furnace for 60 minutes.
  • TMG trimethylaluminum
  • an n-type nitride semiconductor layer 35 having a composition of Al 0.06 Ga 0.94 N, a Si concentration of 3 ⁇ 10 19 / cm 3 and a thickness of 2 ⁇ m is formed in the upper layer of the undoped layer 36. Is done. Then, the n-AlGaN layer having a thickness of 2 ⁇ m is shaved with an ICP device so that the thickness becomes about 0.8 ⁇ m, and the thickness of the n-type nitride semiconductor layer 35 is adjusted.
  • n-type impurity contained in the n-type nitride semiconductor layer 35 has been described, but other n-type impurities include Ge, S, Se, Sn, Te, and the like. It can also be used.
  • a light emitting layer 33 having a multiple quantum well structure in which a well layer made of InGaN and a barrier layer made of n-type AlGaN are periodically repeated is formed on the n-type nitride semiconductor layer 35.
  • the furnace pressure of the MOCVD apparatus is set to 100 kPa, and the furnace temperature is set to 830 ° C. Then, while flowing nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 1 slm as a carrier gas in the processing furnace, TMG having a flow rate of 10 ⁇ mol / min, trimethylindium (TMI) having a flow rate of 12 ⁇ mol / min, and A step of supplying ammonia at a flow rate of 300,000 ⁇ mol / min into the processing furnace for 48 seconds is performed.
  • TMG having a flow rate of 10 ⁇ mol / min
  • TMA having a flow rate of 1.6 ⁇ mol / min
  • tetraethylsilane having a flow rate of 0.002 ⁇ mol / min
  • ammonia having a flow rate of 300,000 ⁇ mol / min
  • the light-emitting layer 33 having a multi-quantum well structure of 15 periods with a well layer made of InGaN having a thickness of 2 nm and a barrier layer made of n-type AlGaN having a thickness of 7 nm is formed into an n-type. It is formed on the surface of the nitride semiconductor layer 35.
  • a p-type nitride semiconductor layer 31 composed of Al m Ga 1-m N (0 ⁇ m ⁇ 1) is formed on the light emitting layer 33.
  • the furnace pressure of the MOCVD apparatus is maintained at 100 kPa, and the furnace temperature is raised to 1025 ° C. while nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 25 slm are supplied as carrier gases in the processing furnace.
  • nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 25 slm are supplied as carrier gases in the processing furnace.
  • TMG with a flow rate of 35 ⁇ mol / min
  • TMA with a flow rate of 20 ⁇ mol / min
  • ammonia with a flow rate of 250,000 ⁇ mol / min
  • biscyclopentadiene with a flow rate of 0.1 ⁇ mol / min for doping p-type impurities.
  • Enilmagnesium (CP 2 Mg) is fed into the processing furnace for 60 seconds.
  • a hole supply layer having a composition of Al 0.3 Ga 0.7 N having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the light emitting layer 33. Thereafter, the flow rate is changed to TMG having a flow rate of 35 ⁇ mol / min and TMA having a flow rate of 4 ⁇ mol / min, and the source gas is supplied for 360 seconds, whereby holes having a composition of Al 0.1 Ga 0.9 N having a thickness of 120 nm are provided.
  • a supply layer is formed.
  • a p-type nitride semiconductor layer 31 is formed by these hole supply layers.
  • the p-type impurity (Mg) concentration of the p-type nitride semiconductor layer 31 is about 3 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • Mg is used as the p-type impurity contained in the p-type nitride semiconductor layer 31
  • Be, Zn, C, and the like can be used as other p-type impurities.
  • the p-type impurity (Mg) concentration of the first contact layer 32 is about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 .
  • Second Contact Layer 34 ⁇ Formation of Second Contact Layer 34> Next, the supply of only CP 2 Mg, which was flowing when the first contact layer 32 was formed, was stopped, and after the growth of the first contact layer 32, the flow rate of diethylzinc was adjusted to 0.1 ⁇ mol / min without interrupting the growth.
  • the second contact layer 34 made of Zn-doped GaN having a thickness of 5 nm is formed.
  • the impurity (Zn) concentration of the second contact layer 34 is about 5 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • the first contact layer 32 and the second contact layer 34 are continuously formed without interruption.
  • the second contact layer 34 is not completely formed. It does not mean that deep impurity levels are not formed.
  • the present invention is not intended to exclude such a manufacturing method.
  • the impurity of the first contact layer 32 is Mg and the impurity of the second contact layer 34 is Zn is described.
  • the impurity material (the first contact layer 32) is formed so that the impurity level formed in the second contact layer 34 is deeper than the impurity level formed in the first contact layer 32.
  • the impurity material) and the impurity material (second impurity material) of the second contact layer 34 may be selected.
  • the first impurity material Be, Zn, C, etc. can be used in addition to Mg
  • the second impurity material Cd, Be, Sr, Ca, C, etc. can be used besides Zn.
  • an epitaxial layer comprising the undoped layer 36, the n-type nitride semiconductor layer 35, the light emitting layer 33, the p-type nitride semiconductor layer 31, the first contact layer 32, and the second contact layer 34. 40 is formed.
  • Step S14 an activation process is performed on the wafer obtained in step S13. More specifically, annealing is performed at about 700 ° C. for about 5 minutes in an inert gas atmosphere using an RTA (Rapid Thermal Anneal) apparatus. Nitrogen is preferably used as the inert gas, but a gas such as argon, helium, or neon may be used.
  • RTA Rapid Thermal Anneal
  • the insulating layer 21 is formed at a predetermined position on the p-type nitride semiconductor layer 31. More specifically, the insulating layer 21 is formed at a location (a location including a location facing the direction orthogonal to the substrate surface) located below a region where the electrode 42 and the bonding electrode 43 are formed in a later step. preferable.
  • the insulating layer 21 for example, SiO 2 is formed to a thickness of about 200 nm.
  • the material for forming the film may be an insulating material, such as SiN or Al 2 O 3 .
  • Step S16 As shown in FIG. 9C, the metal electrode 19 is formed so as to cover the upper surfaces of the second contact layer 34 and the insulating layer 21.
  • a metal electrode 19 is formed by depositing Ag on the entire surface so as to cover the upper surfaces of the second contact layer 34 and the insulating layer 21 with a sputtering apparatus.
  • the second contact layer 34 is doped with Zn as the second impurity material to form a deep impurity level, so that a contact electrode such as ITO or Ni is formed. Even if it is not formed, ohmic characteristics can be obtained by directly contacting the semiconductor layer with Ag.
  • Ag is used as the metal electrode 19, but Al, Rh, or the like may be used in addition to Ag.
  • the present inventor has conducted the research under an inert gas atmosphere such as nitrogen in step S14 that the ohmic characteristics can be realized even if the second contact layer 34 and the metal electrode 19 are brought into direct contact by earnest research. I found out that it was caused by being. This will be described later by comparing the current-voltage characteristics with a comparative example manufactured by annealing in an air atmosphere in step S14.
  • step S14 rather than annealing in the MOCVD apparatus in which the semiconductor layer 30 was formed in step S13, the wafer was once taken out from the MOCVD apparatus, placed in the RTA apparatus, and annealed in this RTA apparatus. It has been found that contactability is improved. This point will also be described later with reference to examples.
  • Step S17 After the metal electrode 19 is formed, an annealing process is performed in an atmosphere containing oxygen. More specifically, activation processing is performed at about 450 ° C. for about 1 minute in an RTA apparatus or MOCVD apparatus.
  • step S14 annealing was performed in an inert gas atmosphere before the formation of the metal electrode 19 in order to realize ohmic characteristics between the second contact layer 34 and the metal electrode 19.
  • step S16 the annealing process performed after the formation of the metal electrode 19 in an atmosphere containing oxygen instead of an inert gas. This point will also be described later with reference to examples.
  • Step S18 Next, as illustrated in FIG. 9D, the protective layer 17 and the solder layer 15 are sequentially formed on the metal electrode 19. Through steps S16 to S18, the conductive layer 20 having a multilayer structure is formed.
  • the protective layer 17 is formed by forming three cycles of 100 nm thick Ti and 200 nm thick Pt on the upper surface (Ag surface) of the metal electrode 19 with an electron beam evaporation apparatus (EB apparatus). Form. Further, after depositing Ti with a thickness of 10 nm on the upper surface (Pt surface) of the protective layer 17, Au—Sn solder composed of Au 80% Sn 20% is deposited with a thickness of 3 ⁇ m. Form.
  • the solder layer 13 may be formed on the upper surface of the support substrate 11 prepared separately from the sapphire substrate 61 (see FIG. 9E).
  • the solder layer 13 may be made of the same material as the solder layer 15, and is bonded to the solder layer 13 in the next step, whereby the sapphire substrate 61 and the support substrate 11 are bonded together.
  • CuW is used as the support substrate 11 as described in the section of the structure.
  • Step S19 Next, as shown in FIG. 9F, the sapphire substrate 61 and the support substrate 11 are bonded together. More specifically, the solder layer 15 and the solder layer 13 formed on the upper layer of the support substrate 11 are bonded together at a temperature of 280 ° C. and a pressure of 0.2 MPa.
  • the sapphire substrate 61 is peeled off. More specifically, the interface between the sapphire substrate 61 and the epitaxial layer 40 is decomposed by irradiating a KrF excimer laser from the sapphire substrate 61 side with the sapphire substrate 61 facing upward and the support substrate 11 facing downward. Then, the sapphire substrate 61 is peeled off. While the laser passes through the sapphire 61, the underlying GaN (undoped layer 36) absorbs the laser, so that this interface is heated to decompose GaN. As a result, the sapphire substrate 61 is peeled off.
  • GaN (undoped layer 36) remaining on the wafer is removed by wet etching using hydrochloric acid or the like, and dry etching using an ICP apparatus, and the n-type nitride semiconductor layer 35 is exposed.
  • the undoped layer 36 is removed, and the second contact layer 34, the first contact layer 32, the p-type nitride semiconductor layer 31, the light emitting layer 33, and the n-type nitride semiconductor layer 35 are viewed from below.
  • the semiconductor layer 30 that is sequentially stacked remains.
  • Step S21 Next, as shown in FIG. 9H, adjacent elements are separated. Specifically, the semiconductor layer 30 is etched using an ICP device until the upper surface of the insulating layer 21 is exposed in a boundary region with an adjacent element. As described above, the insulating layer 21 also functions as a stopper during etching.
  • Step S22 Next, as shown in FIG. 9I, irregularities are formed on the surface of the n-type nitride semiconductor layer 35. Specifically, the unevenness is formed by immersing an alkaline solution such as KOH. At this time, unevenness may not be formed in a portion where the electrode 42 and the bonding electrode 43 are formed later. By not forming irregularities at these locations, the surface of the n-type nitride semiconductor layer 35 where the electrodes are to be formed is maintained in a flat state.
  • an alkaline solution such as KOH
  • the bonding electrode 43 and the n-type nitride semiconductor layer 35 are formed particularly when wire bonding is performed after the bonding electrode 43 is formed.
  • the effect of preventing the generation of voids at the interface can be obtained.
  • Step S23 Next, as shown in FIG. 9J, an electrode 42 and a bonding electrode 43 are formed on the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 35. More specifically, after forming an electrode made of Cr having a thickness of 100 nm and Au having a thickness of 3 ⁇ m, sintering is performed at 250 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere.
  • the exposed element side surface and the element upper surface other than the electrode 42 and the bonding electrode 43 are covered with an insulating layer 41 (see FIG. 1). More specifically, an SiO 2 film is formed by an EB apparatus. An SiN film may be formed. Then, the elements are separated from each other by, for example, a laser dicing apparatus, the back surface of the support substrate 11 is joined to the package by, for example, Ag paste, and wire bonding is performed on the bonding electrode 43. For example, wire bonding is performed by connecting a bonding wire 45 made of Au to a bonding region of ⁇ 100 ⁇ m with a load of 50 g. Thereby, the nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 is formed.
  • Example 3 The nitride semiconductor light emitting device 1 manufactured by the above method was taken as Example 3.
  • the semiconductor layer 30 includes an n-type nitride semiconductor layer 35 made of Al 0.06 Ga 0.94 N having a Si concentration of 3 ⁇ 10 19 / cm 3 , a well layer made of InGaN, and an n-type AlGaN.
  • FIG. 10 shows a case where a voltage V is applied between the bonding electrode 43 and the support substrate 11 for the light-emitting element 1 of Example 3, the light-emitting element 80 of the conventional example, and the light-emitting element 81 of Comparative Example 1, respectively.
  • the relationship between the current I and the voltage V is graphed.
  • FIG. 10 shows that the same result as in FIG. 3 is obtained. That is, the light-emitting element 1 of Example 3 has a configuration in which the first contact layer 32 is not in contact with the metal electrode 19 without including the contact electrode 83, similarly to the conventional light-emitting element 80 provided with the contact electrode 83.
  • the voltage can be lowered as compared with the light emitting element 81 of Comparative Example 1. Therefore, according to the configuration of the present invention, it can be seen that a good contact property equivalent to or higher than that of the conventional light emitting element 80 having the contact electrode 83 can be realized without forming the contact electrode 83.
  • the contact electrode 83 using ITO having an absorption edge near 365 nm or Ni having an absorption edge longer than that is good without using the contact electrode 83 Since contact characteristics can be realized, the contact electrode 83 is not necessary. Thereby, absorption of ultraviolet light in the contact electrode 83 is suppressed, and an ultraviolet light emitting element with improved light extraction efficiency is realized.
  • step S14 the fact that the ohmic characteristics of the second contact layer 34 and the metal electrode 19 can be realized by annealing in an inert gas (in this case, nitrogen) atmosphere in step S14 will be described with reference to an example.
  • an inert gas in this case, nitrogen
  • Example 4 After Step S13, annealing was performed at 700 ° C. for 5 minutes in a nitrogen atmosphere using the RTA apparatus in the same manner as Step S14. Thereafter, metal electrodes 18 a and 18 b made of Ag were formed on the second contact layer 34 with a gap 73.
  • FIG. 11A and FIG. 11B are schematic diagrams of an element formed in this process (hereinafter referred to as “evaluation element 70”). As the evaluation element 70 corresponding to Example 4, a plurality of elements were formed in which the distance of the gap 73 sandwiched between the metal electrodes 18a and 18b was increased by 5 ⁇ m from 5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • Comparative Example 2 After step S13, annealing was performed at 700 ° C. for 5 minutes in an air atmosphere using an RTA apparatus. Thereafter, in the same manner as in Example 4, the metal electrodes 18a and 18b made of Ag were formed in the upper layer of the second contact layer 34 with the gap 73, thereby producing an evaluation element. .
  • the evaluation element 71 corresponding to Comparative Example 2 is the same as the evaluation element 70 of Example 4 except that the annealing method is different. That is, the structure is the same as FIG. 11A and FIG. 11B, and, similarly to the fourth embodiment, a plurality of distances of the gap 73 sandwiched between the metal electrodes 18a and 18b are increased by 5 ⁇ m from 5 ⁇ m to 30 ⁇ m. An element was formed.
  • the IV characteristic shows nonlinearity, and the second contact layer 34 and the metal electrodes 18a and 18b are in Schottky contact. Is suggested.
  • the IV characteristic shows linearity, and it can be seen that ohmic contact can be realized.
  • annealing is performed in an inert gas atmosphere, so that the ohmic contact between the metal electrode 19 (metal electrodes 18a and 18b) and the second contact layer 34 formed thereafter is performed. It can be seen that contact can be realized.
  • Example 5 Except that the epitaxial layer 40 is formed in the MOCVD apparatus through the step S13 and then annealed at 700 ° C. for 5 minutes in a nitrogen atmosphere in the furnace of the MOCVD apparatus as it is, the same as in Example 4. An evaluation element was produced by the method (evaluation element 72).
  • FIG. 12C shows the result of measuring IV characteristics of the evaluation element 72 of Example 5 by the same method as in Example 4 and Comparative Example 2. Similar to the evaluation element 70 of Example 4 shown in FIG. 12A, it shows a linear IV characteristic, and it can be seen that an ohmic contact can be realized. However, the voltage value necessary for flowing the same current is larger than that in the fourth embodiment. For example, in the evaluation element in which the distance of the gap 73 is 5 ⁇ m, the voltage required to pass 1.0 mA in Example 4 is about 0.25 V, whereas in Example 5, it is about 2.5 V. .
  • the nitride semiconductor light emitting device 1 corresponding to Example 4 and Example 5 was manufactured, and the IV characteristics when a voltage was applied between the electrode (electrode 42, bonding electrode 43) and the support substrate 11 were obtained.
  • the measurement results are shown in FIG.
  • the nitride semiconductor light emitting device 1 corresponding to Example 4 is the same as the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the fourth embodiment.
  • step S14 after performing step S13 in which epitaxial growth is performed in the furnace of the MOCVD apparatus, in step S14, annealing in a nitrogen atmosphere is subsequently performed in the furnace, and thereafter The device manufactured through steps S15 to S16 and steps S18 to S23.
  • FIG. 13 shows that the voltage required for supplying the same current to the nitride semiconductor light emitting device 1 is lower in Example 4 than in Example 5. This is consistent with the results of FIG. 12C. That is, when Example 4 and Example 5 are compared, the annealing process (step S14) after forming the second contact layer 34 is performed in the RTA apparatus rather than in the MOCVD apparatus. It can be seen that the semiconductor layer 31 is activated and the effect of improving the specific resistance and the contact property is obtained.
  • step S14 an ohmic contact between the second contact layer 34 and the metal electrode 19 is realized by performing an annealing process in an inert gas atmosphere. Further, it can be seen that the effect of improving the specific resistance and the contact property can be obtained by performing the annealing in the inert gas atmosphere not in the furnace of the MOCVD apparatus but in the RTA apparatus.
  • step S17 an annealing process is performed in an oxygen-containing atmosphere, thereby further improving the contact property between the second contact layer 34 and the metal electrode 19. This will be described with reference to an embodiment.
  • the element 1 of Example 3 described above with reference to FIG. 10 is manufactured through steps S13 to S23. More specifically, in step S14 immediately before the formation of the metal electrode 19, annealing is performed in a nitrogen-containing atmosphere in the RTA apparatus. Further, in step S17 immediately after the formation of the metal electrode 19, in an air atmosphere. Annealing treatment is performed.
  • Element 1 of Example 4 is an element manufactured without performing Step S17. That is, in step S14 immediately before forming the metal electrode 19, annealing is performed in a nitrogen-containing atmosphere in the RTA apparatus as in the third embodiment, but after the metal electrode 19 is formed in step S16. Is manufactured by sequentially performing step S18 and subsequent steps without performing the annealing process according to step S17.
  • Example 6 Further, for verification, the light emitting device 1 manufactured in the same manner as in Example 3 except that annealing was performed in a nitrogen-containing atmosphere in Step S ⁇ b> 17 immediately after forming the metal electrode 19 was obtained as Example 6. did.
  • FIG. 14 shows a case in which the nitride semiconductor light emitting device 1 corresponding to Example 3 and Example 6 was manufactured, and IV was applied when a voltage was applied between the electrodes (electrode 42, bonding electrode 43) and the support substrate 11. It is a graph which shows a result when a characteristic is measured.
  • Example 4 Comparing Example 4 shown in FIG. 13, Example 3 and Example 6 shown in FIG. 14, for example, the voltage value necessary to supply 1 A is about 5.0 V in Example 4, whereas In Example 3, it is about 3.8V, and in Example 6, it is about 5.1V.
  • the voltage value necessary for supplying the same current in the third embodiment is further reduced. That is, after forming the metal electrode 19, annealing is performed in an atmosphere containing oxygen such as air (step S 17), whereby Ag diffuses into the second contact layer 34 using oxygen as a driving force, thereby further improving contact properties. It turns out that the effect to improve is acquired.
  • Example 4 and Example 6 when Example 4 and Example 6 are compared, it is suggested that the voltage value required in order to supply the same electric current has hardly changed.
  • the annealing process (step S17) after the formation of the metal electrode 19 is performed in an oxygen-containing atmosphere, unlike step S14, and an effect of further improving the contact property can be obtained.
  • step S17 the annealing process after the formation of the metal electrode 19 is performed in an oxygen-containing atmosphere, unlike step S14, and an effect of further improving the contact property can be obtained.
  • step S17 after the formation of the metal electrode 19 is performed in an oxygen-containing atmosphere, unlike step S14, and an effect of further improving the contact property can be obtained.
  • the effect of further improving the contact property is hardly obtained.
  • both the first contact layer 32 and the second contact layer 34 may be formed of AlGaN having a predetermined composition ratio, and the metal electrode 19 may be formed of Al.
  • the following method can be employed in step S13.
  • the thickness of 5 nm is obtained by changing the flow rate of CP 2 Mg to 0.2 ⁇ mol / min and supplying the source gas for 20 seconds without stopping the supply of TMA.
  • a first contact layer 32 made of p + Al 0.13 Ga 0.87 N is formed.
  • the p-type impurity (Mg) concentration of the first contact layer 32 is, for example, about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 .
  • the second contact layer 34 is formed continuously without interruption of growth.
  • the supply of CP 2 Mg is stopped, diethylzinc is adjusted to 0.1 ⁇ mol / min, and the source gas is supplied for 20 seconds, whereby the Zn-doped Al 0.13 Ga having a thickness of 5 nm is formed.
  • a second contact layer 34 made of 0.87 N is formed.
  • the impurity (Zn) concentration of the second contact layer 34 is, for example, about 5 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • the nitride semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the fifth embodiment of the present invention will be described below.
  • the nitride semiconductor light emitting device of the fifth embodiment is common to the structure of the nitride semiconductor light emitting device 1a of the second embodiment shown in FIG.
  • Step S13 and step S14 are executed as in the fourth embodiment.
  • Step S24 After step S14 (see FIG. 9A), as shown in FIG. 7A, the second contact layer 34, the first contact layer 32, and the p-type nitride semiconductor are used until a partial upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 35 is exposed.
  • the layer 31 and the light emitting layer 33 are removed by dry etching using an ICP device.
  • the n-type nitride semiconductor layer 35 may also be partially removed by etching.
  • a metal electrode (19, 19a) is formed by depositing Ag on the upper surface of the second contact layer 34 and the exposed upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 35. Also in this embodiment, since a deep impurity level is formed in the second contact layer 34 by Zn doping, the metal made of the second contact layer 34 and Ag can be formed without forming a contact electrode such as Ni or ITO. Good contact characteristics can be obtained by bringing the electrode 19 into contact. In the present embodiment, as the metal electrode (19, 19a), Al or Rh can be used in addition to Ag.
  • the n-type nitride semiconductor layer 35 is made of AlGaN having a high concentration of n-type impurity concentration higher than 1 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • Step S26 Similar to step S17 of the fourth embodiment, annealing is performed in an atmosphere containing oxygen. More specifically, activation processing is performed in an RTA apparatus or MOCVD apparatus at about 450 ° C. for about 1 minute in an air atmosphere. Thereby, the effect of further improving the contact characteristics between the metal electrode 19 and the second contact layer 34 can be obtained.
  • a power supply terminal 51 is formed on the upper surface of the n-side metal electrode 19a, and a power supply terminal 52 is formed on the upper surface of the p-side metal electrode 19. More specifically, after forming a conductive material film (for example, a material film made of Cr with a thickness of 100 nm and Au with a thickness of 3 ⁇ m) to form the power supply terminals 51 and 52, the power supply terminals 51 and 52 are formed by lift-off. To do. Thereafter, sintering is performed at 250 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere.
  • a conductive material film for example, a material film made of Cr with a thickness of 100 nm and Au with a thickness of 3 ⁇ m
  • the substrate 55 and the power supply terminal 51 are connected via the bonding electrode 53, and the substrate 55 and the power supply terminal 52 are connected via the bonding electrode 54, thereby forming the nitride semiconductor light emitting element 1a shown in FIG.
  • the second contact layer 34 is GaN or AlGaN doped with Zn.
  • the second contact layer 34 is formed of Al X Ga Y In Z N (0 ⁇ ⁇ ) doped with at least one second impurity material of Zn, Cd, Be, Sr, Ca, and C.
  • the contact property with the metal electrode 19 can be improved.
  • the second contact layer 34 is made of Al X Ga Y In Z N containing a trace amount of another substance (such as Sb), the same effect is exhibited. It is not intended to exclude an element in which the second contact layer 34 is formed of such a material from the scope of rights.
  • a conductive oxide film layer may be formed instead of the insulating layer 21.
  • the conductivity is higher than that of the insulating layer 21, so that current easily flows in the semiconductor layer 30 in the vertical direction.
  • the conductive layer is more conductive than a normal conductive material (metal or the like). Since the rate is significantly low, the effect of spreading the current in the horizontal direction is realized.
  • the conductive oxide film layer for example, ITO, IZO, In 2 O 3 , SnO 2 , IGZO (InGaZnOx), or the like can be used.
  • the insulating layer 21 and the conductive oxide film layer are orthogonal to the substrate surface with respect to the position immediately below the electrodes (42, 43), that is, the electrodes (42, 43), in the sense of spreading the current in the horizontal direction.
  • the present invention is not intended to exclude an element having no insulating layer 21 or conductive oxide film layer from the scope of the right.
  • FIGS. 1 and 6 The structure shown in FIGS. 1 and 6 and the manufacturing method described above with reference to FIGS. 5A to 5I, FIGS. 7A to 7B, and FIGS. 9A to 9J are examples of preferred embodiments. Not all of these configurations and processes must be provided.
  • the solder layer 13 and the solder layer 15 are formed so as to efficiently bond two substrates, and if the bonding of two substrates can be realized, the nitride semiconductor It is not always necessary to realize the function of the light emitting element.
  • the protective layer 17 is preferably provided from the viewpoint of preventing the diffusion of the solder material and the unevenness of the surface of the n-type nitride semiconductor layer 35 from the viewpoint of improving the light extraction efficiency. It is not intended to exclude an element having a configuration not provided from the scope of rights. The same applies to other embodiments.
  • the solder layer is formed on both the sapphire substrate 61 and the support substrate 11 (solder layers 13 and 15). I do not care.
  • the protective layer 17 is formed on the sapphire substrate 61 side, it may be formed on the support substrate 11 side. That is, instead of the configuration shown in FIG. 5D, the protective layer 17 formed on the support substrate 11 and the solder layer 13 formed thereon may be bonded to the sapphire substrate 61 in step S5. The same applies to other embodiments.

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Abstract

 ITOやNiといった材料で形成されるコンタクト電極を用いることなく、従来の窒化物半導体発光素子と同等のコンタクト特性を有する窒化物半導体発光素子を実現する。 n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との間に発光層を有する窒化物半導体発光素子において、p型窒化物半導体層に接触して、p型窒化物半導体層よりも高濃度で第1不純物材料がドープされた窒化物半導体層で構成された第1コンタクト層と、第1コンタクト層に接触して、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされた、AlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成された第2コンタクト層を有する。

Description

窒化物半導体発光素子及びその製造方法
 本発明は、n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との間に発光層を有してなる窒化物半導体発光素子、及びその製造方法に関する。
 窒化物半導体を用いた発光素子は、用いる材料に応じて発光波長を制御できることから、現在、多様な分野に利用されており、またその研究開発も盛んに行われているところである(例えば、特許文献1参照)。
 従来の窒化物半導体発光素子は、Mgをオーバードープしたp側コンタクト層、Mgをドープしたp型窒化物半導体層、発光層及びSiをドープしたn型窒化物半導体層を順次積層した構成を有している。
特開2007-59830号公報
 従来、p側コンタクト層は、その上層に形成される電極とのコンタクト性を向上させてオーミック接続を実現するために、高濃度ドープがされている。より詳細には、p側コンタクト層上に縮退半導体であるITO又はNiをコンタクト電極として設け、更にこのコンタクト電極上に金属電極(Ag,Al)を設けた構成を採用している。
 しかしながら、上記した従来の窒化物半導体発光素子においては、Mgを高濃度でドープしたp側コンタクト層とのコンタクトをとるために用いられる、ITO又はNiからなるコンタクト電極が、短波長の光を吸収するものであるため、短波長域の発光強度が低下するという問題があった。例えば、ITOは365nm付近に吸収端を有し、NiはITOよりも長波長側に吸収端を有するため、紫外波長域における発光強度の低下を引き起こすことが強く懸念される。
 本発明は、ITOやNiといった材料で形成されるコンタクト電極を用いることなく、従来の窒化物半導体発光素子と同等のコンタクト特性を有する窒化物半導体発光素子を実現することで、紫外波長域における透過率が高い素子を実現することを目的とする。
 もし、ITOやNiで形成されるコンタクト電極を設けることなく、p型コンタクト層の上層に直接金属電極を形成できれば、コンタクト電極を形成する材料による短波長の光の吸収という上記の課題が解決される。しかし、これまでの技術では、このようなコンタクト電極を設けることなく、p型コンタクト層の上層に金属電極を直接形成した場合には、良好なオーミック特性が実現できないと考えられていた。本発明者は、鋭意研究により、従来の窒化物半導体発光素子とは異なる方法でコンタクト層(半導体層)を形成することで、コンタクト電極を設けることなく、半導体層と金属電極の間の良好なコンタクト特性を示す窒化物半導体発光素子を実現するに至ったものである。
 すなわち、本発明の窒化物半導体発光素子は、
 n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との間に発光層を有する窒化物半導体発光素子において、
 前記p型窒化物半導体層に接触して、前記p型窒化物半導体層よりも高濃度で第1不純物材料がドープされた窒化物半導体層で構成された第1コンタクト層と、
 前記第1コンタクト層に接触して、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされた、AlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成された第2コンタクト層を有することを第1の特徴とする。
 なお、第2コンタクト層を構成するAlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)は、微量の他の物質(Sbなど)が含有されていても構わない。
 第2コンタクト層にドープされた第2不純物材料(Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上のもの)は、p型窒化物半導体層を形成する際に一般的にドープされる材料(Mg)よりも、深い不純物準位を形成する。より詳細には、第1コンタクト層に対してドープされる第1不純物材料の活性化エネルギーよりも、第2コンタクト層に対してドープされる第2不純物材料の活性化エネルギーが高くなるように、第2不純物材料を選択すればよい。例えば、第1コンタクト層、第2コンタクト層をいずれもGaNで構成した場合、Mgの活性化エネルギーは140meVであるのに対し、Znは350meVである。
 第2コンタクト層では、第2不純物材料による深い準位が形成されるため、有効状態密度以上に不純物を半導体層に添加してもイオン化されず、キャリアは価電子帯ではなく不純物の作るサイト間をホッピング伝導する。素子間に電圧を印加すると、深い準位にトラップされて移動できない電子が、電界の影響を受けてトンネル可能な準位で熱的に励起された後にトンネルホッピングすることで、第2コンタクト層内を高効率でキャリアが移動できるものと考えられる。
 ホッピング伝導を実現するに際しては、第2コンタクト層に電界が与えられることが必要となる。窒化物半導体発光素子を発光させる際には、発光層に電流を流すために電圧が印加される。発光層の電流電圧特性(I-V特性)によれば、初期段階の立ち上がり電圧までは電流が流れず、その電圧以上の電圧が印加されると、発光層に電流が流れ始めて発光が開始される。このとき、ホッピング伝導が実現するために必要な電界が第2コンタクト層において与えられるので、発光層に必要な電流を流すための駆動電圧が従来と比較して大幅に上昇するという問題は生じない。
 この構成によれば、ITOやNiで形成されたコンタクト電極を有することなく、コンタクト電極を有する従来構成と同等のコンタクト特性が実現される。このため、第2コンタクト層に接触して金属電極を形成することができるので、短波長域の発光強度が低下するという従来の窒化物半導体発光素子の課題が解消する。
 特に、前記第2不純物材料としてはZnを好適に用いることができる。この場合、ドープするZnの濃度を1×1019/cm~5×1021/cmとすることで、より良好なコンタクト特性が実現できる。ホッピング伝導を実現させるためには準位間の間隔を狭める必要があるので、有効状態密度以上の不純物濃度とするのが好ましい。また、あまりに高濃度にドープすると、第2コンタクト層を形成するAlGaInN材料の結晶性を劣化させ、実質的に抵抗を増す結果になると考えられる。このため、上記範囲の濃度で第2コンタクト層にZnをドープするのが好ましい。
 また、本発明の窒化物半導体発光素子は、
 n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との間に発光層を有する窒化物半導体発光素子において、
 前記p型窒化物半導体層に接触して、前記p型窒化物半導体層よりも高濃度でMgがドープされた窒化物半導体層で構成された第1コンタクト層と、
 前記第1コンタクト層に接触して、前記第1コンタクト層よりも低濃度でZnがドープされた、AlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成された第2コンタクト層を有することを第2の特徴とする。
 第2コンタクト層にドープされたZnは、p型窒化物半導体層を形成する際に一般的にドープされる材料(Mg)よりも、深い不純物準位を形成する。このため、第2の特徴構成によれば、上述した理由により、ITOやNiで形成されたコンタクト電極を有することなく、コンタクト電極を有する従来構成と同等のコンタクト特性が実現される。このため、第2コンタクト層に接触して金属電極を形成することができるので、短波長域の発光強度が低下するという従来の窒化物半導体発光素子の課題が解消する。
 更に、本発明者の鋭意研究により、第2コンタクト層のZnの濃度が第1コンタクト層のMgの濃度よりも高い場合には、連続駆動によって発光素子の出力が低下することを見出した。これは、第2コンタクト層にドープされたZnが特に拡散しやすい性質を有した材料であることから、このZnが第1コンタクト層を介してp型窒化物半導体層内、更には発光層内まで固相拡散して、pn接合を崩したことに起因するものと推察される。
 そこで、上記第2の特徴構成では、第1コンタクト層にドープされるMgの濃度よりも、第2コンタクト層にドープされるZnの濃度を低濃度としている。これにより、第2コンタクト層にドープされたZnが第1コンタクト層内に拡散しても、この第1コンタクト層内に高濃度でドープされたMgの存在によって、Znのp型窒化物半導体層内や発光層内への更なる拡散を防止する効果が得られる。「発明を実施するための形態」の項で後述するように、第1コンタクト層にドープされるMgの濃度よりも、第2コンタクト層にドープされるZnの濃度が低濃度の範囲で、寿命の劣化が抑制されることが確認された。
 本発明の窒化物半導体発光素子は、上記の構成に加えて、前記第2コンタクト層に接触して、Ag(Ag合金を含む)、Al、又はRhの1種以上を含む金属電極を有する構成とすることができる。
 第2コンタクト層が良好なオーミック特性を有するため、この第2コンタクト層に直接金属電極を接触して形成することが可能である。特に、この金属電極として、反射率の高いAg(Ag合金を含む)Al、又はRhを利用することで、発光層からp型窒化物半導体層側へ放射された光を、光取り出し方向へと反射させる反射電極としての機能を実現させることができる。
 特に、深紫外光用光源として本発明の窒化物半導体発光素子を実現する場合においては、p型窒化物半導体層、第1コンタクト層、第2コンタクト層を全てAlGaInN(0<X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で形成し、金属電極をAlで構成するのが好適である。これにより、ITOやNiといった、発光波長よりも長波長側に吸収端を有する材料でコンタクト電極を形成する必要がないので、光取り出し効率の高い深紫外光用の光源素子が実現できる。このとき、p型窒化物半導体層、第1コンタクト層、第2コンタクト層を構成するAlGaInNの各組成比率は、必ずしも全てを共通にする必要はなく、例えば各層毎に異なる比率のものとしても構わない。
 更に、本発明者の鋭意研究により、上記第1の特徴構成を有する窒化物半導体発光素子を製造するに際し、第2コンタクト層を形成後に不活性ガス雰囲気下でアニール処理を行うことで、その後に形成される金属電極と、第2コンタクト層及び第1コンタクト層、すなわち半導体層との良好なオーミック特性が実現できることを見出した。
 すなわち、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、
  基板上に、n型窒化物半導体層、発光層、p型窒化物半導体層を順次積層形成する工程(a)と、
 前記p型窒化物半導体層の上層に、前記p型窒化物半導体層よりも高濃度で第1不純物材料がドープされた窒化物半導体層で構成された第1コンタクト層を形成する工程(b)と、
 前記第1コンタクト層の上層に、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされた、AlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成された第2コンタクト層を形成する工程(c)と、
 前記工程(c)の後に、不活性ガス雰囲気下でアニールする工程(d)を有することを特徴とする。
 ここで、工程(d)において用いられる不活性ガスとしては、窒素が好適に用いられるが、アルゴン、ヘリウム、ネオンなどのガスを用いるものとしても構わない。
 「発明を実施するための形態」の項で後述されるが、工程(c)の後に、酸素を含む雰囲気(例えば空気)下でアニールした場合、その後に金属電極を形成すると良好なオーミック特性が実現できず、ショットキー特性が示されることが分かった。これに対し、上記のように、工程(c)の後に不活性ガス雰囲気下でアニールする工程(d)を行った後に金属電極を形成することで、良好なオーミック特性が実現される。
 なお、この工程(d)は、RTA(Rapid Thermal Anneal)によるアニール処理とするのが好ましい。
 工程(a)~(c)は、一般的にMOCVD装置にて実現される。工程(c)の実効時点においてはこのMOCVD装置内、すなわち炉内が高温状態となっている。そこで、工程(d)としては、この炉内にて、不活性ガス雰囲気の状態で工程(c)の後の冷却期間を利用することで炉内アニールを行うのが自然とも思われる。
 しかし、本発明者の鋭意研究により、上記のような炉内アニールを行うよりも、いったんMOCVD装置から素子を取り出してRTA装置内に移動し、RTAによってアニール処理を行った方が、コンタクト特性を更に向上させる効果があることが分かった。この内容は、製造後の発光素子に対する電流電圧特性(I-V特性)を参照して後述される。
 また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、上記の特徴に加えて、
 前記工程(d)の後、前記第2コンタクト層の上層に金属電極を形成する工程(e)と、
 前記工程(e)の後、酸素含有雰囲気下でアニールする工程(f)を有することを別の特徴とする。
 本発明者の鋭意研究により、金属電極形成後には、上記工程(d)のように不活性ガス雰囲気ではなく、酸素含有雰囲気下でアニールすることで、半導体層と金属電極の間のコンタクト性を更に向上させる効果が得られることが分かった。この内容についても、実施例を参照して後述される。
 なお、工程(f)で用いられる酸素含有雰囲気は、空気の他、一定程度の酸素を含む雰囲気であればよい。
 特に、金属電極としてAg又はAg合金を用いた場合に、工程(f)を酸素含有雰囲気下でアニールすることによるコンタクト性の向上効果が高いことを見出した。酸素含有雰囲気下でアニールすることで、Ag又はAg合金で形成された金属電極と第2コンタクト層との密着性が高まり、コンタクト性が向上したものと推察される。
 第2コンタクト層が良好なオーミック特性を有するため、この第2コンタクト層に別途のコンタクト電極を介さずに、工程(e)のように直接金属電極を接触して形成することが可能である。特に、この金属電極として、Ag又はAg合金といった反射率の高い金属を利用することで、発光層からp型窒化物半導体層側へ放射された光を、光取り出し方向へと反射させる反射電極としての機能を実現させることができる。
 本発明の窒化物半導体発光素子によれば、ITOやNiといった材料で形成されるコンタクト電極を用いることなく、従来の窒化物半導体発光素子と同等のコンタクト特性を有する素子が実現できる。
本発明の第1実施形態の窒化物半導体発光素子の概略構成を示す模式断面図である。 従来例及び比較例1の概略構成を示す模式断面図である。 実施例1、従来例及び比較例1の各素子における電流電圧特性を示すグラフである。 実施例1の素子において、第2コンタクト層にドープするZnの濃度を変化させたときの、コンタクト特性を検証した結果を示す表である。 第1実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第1実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第1実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第1実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第1実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第1実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第1実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第1実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第1実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 本発明の第2実施形態の窒化物半導体発光素子の概略構成を示す模式断面図である。 第2実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第2実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 実施例2の窒化物半導体発光素子において、第2コンタクト層にドープするZnの濃度を変化させたときの、寿命劣化の程度を検証した結果を示す表である。 第4実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第4実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第4実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第4実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第4実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第4実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第4実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第4実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第4実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 第4実施形態の窒化物半導体発光素子の工程断面図の一部である。 実施例3、従来例及び比較例1の各素子における電流電圧特性を示すグラフである。 評価用素子の概略構成を示す模式的な断面図である。 評価用素子の概略構成を示す模式的な平面図である。 実施例4の評価用素子における電流電圧特性を示すグラフである。 比較例2の評価用素子における電流電圧特性を示すグラフである。 実施例5の評価用素子における電流電圧特性を示すグラフである。 実施例4及び実施例5に対応する窒化物半導体発光素子における電流電圧特性を示すグラフである。 実施例3及び実施例6に対応する窒化物半導体発光素子における電流電圧特性を示すグラフである。
 [第1実施形態]
 本発明の第1実施形態の窒化物半導体発光素子及びその製造方法につき、以下説明する。
 〈構造〉
 図1は窒化物半導体発光素子1の概略断面図である。なお、以下において、AlGaNという表記は、AlとGaの組成比を省略して記載したものであって、組成比が1:1であることを示すものではない。また、図1内における矢印は光の取り出し方向を示している。
 窒化物半導体発光素子1は、支持基板11、導電層20、絶縁層21、半導体層30、電極42及びボンディング電極43を含んで構成される。半導体層30は、p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32、発光層33、第2コンタクト層34、n型窒化物半導体層35を含んで構成される。
  (支持基板11)
 支持基板11は、例えばCuW、W、Moなどの導電性基板、又はSiなどの半導体基板で構成される。
  (導電層20)
 基板11の上層には、多層構造からなる導電層20が形成されている。この導電層20は、本実施形態では、ハンダ層13、ハンダ層15、保護層17及び金属電極19を含む。
 ハンダ層13及びハンダ層15は、例えばAu-Sn、Au-In、Au-Cu-Sn、Cu-Sn、Pd-Sn、Snなどで構成される。後述するように、これらのハンダ層13とハンダ層15は、支持基板11上に形成されたハンダ層13と、別の基板上に形成されたハンダ層15を対向させた後に、両者を貼り合せることで形成されたものである。
 保護層17は、例えばPt系の金属(TiとPtの合金)、W、Moなどで構成される。後述するように、ハンダ層を介した貼り合わせの際、ハンダを構成する材料が後述する金属電極19側に拡散し、反射率が落ちることによる発光効率の低下を防止する機能を果たしている。
 金属電極19は、例えばAg(Ag合金を含む)、Al、Rhなどで構成される。窒化物半導体発光素子1は、半導体層30の発光層33から放射された光を、図1の紙面上方向に取り出すことを想定しており、金属電極19は、発光層33から紙面下向き(支持基板11側)に放射された光を上向き(n型窒化物半導体層35側)に反射させる反射電極としての役割を有し、発光効率を高める機能を果たしている。なお、窒化物半導体発光素子1では、金属電極19にコンタクト性向上のためのITOやNiといったコンタクト電極を形成していない。
 なお、導電層20は、一部において半導体層30と接触しており、支持基板11とボンディング電極43の間に電圧が印加されると、支持基板11、導電層20、半導体層30、ボンディング電極43を介してボンディングワイヤ45へと流れる電流経路が形成される。
  (絶縁層21)
 絶縁層21は、例えばSiO2、SiN、Zr、AlN、Alなどで構成される。この絶縁層21は、上面が半導体層30、より詳細には第2コンタクト層34の底面と接触している。なお、この絶縁層21は、後述するように素子分離時(ステップS7)におけるエッチングストッパー層としての機能を有すると共に、支持基板11の基板面に平行な方向に電流を拡げる機能も有する。
  (半導体層30)
 上述したように、半導体層30は、p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32、発光層33、第2コンタクト層34、及びn型窒化物半導体層35を含んで構成される。
   (n型窒化物半導体層35)
 本実施形態において、n型窒化物半導体層35はAlGa1-nN(0≦n≦1)で構成される。少なくともn型窒化物半導体層35には、Si、Ge、S、Se、Sn、Teなどのn型不純物がドープされており、特にSiがドープされているのが好ましい。
 なお、図1の例では、n型窒化物半導体層35には、上面に凹凸が形成されている。これは発光層33から上方に向けて放射された光(及び金属電極19から上向きに放射される反射光)が、n型窒化物半導体層35の表面で下向きに反射される光量を減らして、素子外への取り出し光量を高めることを目的としたものである。
 n型窒化物半導体層35は、膜厚が0.5μm以上1μm以下程度で構成されている。なお、上述したように、n型窒化物半導体層35の上面に凹凸が形成されている場合においては、凹凸の凹部(谷部)から発光層33との界面までをもってn型窒化物半導体層35の膜厚としても構わないし、凹凸の凸部(山部)から発光層33との界面までをもってn型窒化物半導体層35の膜厚としても構わない。
   (発光層33)
 発光層33は、例えばInGaNからなる井戸層とAlGaNからなる障壁層が繰り返されてなる多重量子井戸構造を有する半導体層で形成される。これらの層はアンドープでもp型又はn型にドープされていても構わない。
   (p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32)
 p型窒化物半導体層31及び第1コンタクト層32は、例えばAlGa1-mN(0≦m≦1)で構成される。なお、p型窒化物半導体層31及び第1コンタクト層32を構成する半導体材料は、異ならせるものとしても構わない。すなわち、一例としてp型窒化物半導体層31をAlGaNで構成し、第1コンタクト層32をGaNで構成しても構わない。
 ここで、第1コンタクト層32は、p型窒化物半導体層31よりも不純物が高濃度にドープされている。例えば、p型窒化物半導体層31の不純物濃度が1×1019/cm以上、5×1019/cm以下程度であり、第1コンタクト層32は5×1019/cm以上、5×1020/cm以下程度である。なお、これらの層は、いずれもドーパントをMgとすることができる。
  (第2コンタクト層34)
 第2コンタクト層34は、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされた、AlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成される。例えば第2コンタクト層34の不純物濃度は、1×1019/cm以上、5×1021/cm以下程度である。具体的には、一例としてZnがドープされたGaNとすることができる。
 ここで、第2コンタクト層34にドープする不純物材料(「第2不純物材料」に対応する。)としては、第1コンタクト層32にドープする不純物材料(「第1不純物材料」に対応する。)が第1コンタクト層32内に形成する不純物準位よりも、深い位置に不純物準位を形成するような材料であればよい。一例として、第1コンタクト層32にMgをドープする場合、第2コンタクト層34にZnをドープすると、第2コンタクト層34に形成される不純物準位は、第1コンタクト層32に形成される不純物準位よりも深い位置になる。
 実施例を参照して後述するように、窒化物半導体発光素子1は、第2コンタクト層34におけるホッピング伝導を利用することで、コンタクト電極なしでも半導体層30と金属電極19の良好なオーミック接続が形成され、低電圧駆動が実現できる構成である。第2コンタクト層34にドープされる第2不純物材料としては、上述したように深い準位を形成するものが利用される。
  (電極42、ボンディング電極43)
 電極42及びボンディング電極43はn型窒化物半導体層35の上層に形成され、例えばCr-Auで構成される。より詳細には、電極42及びボンディング電極43は、半導体層30の底面(支持基板11側の面)と絶縁層21の上面(半導体層30側の面)が接触している領域の真上位置、すなわち支持基板11の面に直交する方向に対向する位置に係るn型窒化物半導体層35の上層に形成されている。これにより、電極下方に導電性の低い材料が形成されるため、電流が印加された場合に発光層33内を水平方向に電流を拡げる効果が得られる。
 ボンディング電極43には、例えばAu、Cuなどで構成されるボンディングワイヤ45が連絡され、このワイヤの他方は、窒化物半導体発光素子1が配置されている基板の給電パターン(不図示)などに接続される。
 〈コンタクト性の検証〉
 本発明の窒化物半導体発光素子1により、ITO又はNiを設けることなく従来と同等の良好なコンタクト層が実現される点につき、実施例を参照して説明する。
  (実施例)
 図1に示す窒化物半導体発光素子1を実施例1とした。ここで、半導体層30としては、Si濃度が3×1019/cmのAl0.06Ga0.94Nで構成されるn型窒化物半導体層35、InGaNよりなる井戸層及びn型AlGaNよりなる障壁層による15周期の多重量子井戸構造を有する発光層33、Mg濃度が3×1019/cm程度のAl0.06Ga0.94Nで構成されるp型窒化物半導体層31、Mg濃度が1×1020/cm程度のGaNで構成される第1コンタクト層32、及びZn濃度が1×1020/cm程度のGaNで構成される第2コンタクト層34を有する構成とした。また、金属電極19をAgで形成した。
  (従来例)
 図2(a)に従来例の発光素子80の構成を模式的に示す。この従来例の発光素子80は、実施例と比較して、第2コンタクト層34を備えずに、第1コンタクト層32を導電層20aと接触させている。より詳細には、導電層20aとして、金属電極19に加えてNiで形成されたコンタクト電極83を備え、このコンタクト電極83を第1コンタクト層32と接触させている。他の構成は、実施例1と共通とした。
  (比較例)
 図2(b)に比較例1の発光素子81の構成を模式的に示す。この比較例1の発光素子81は、従来例の発光素子80に対してコンタクト電極83を備えない構成としたものである。すなわち、第1コンタクト層32を導電層20、より詳細には金属電極19と接触させている。
  (検証結果)
 図3は、実施例1の発光素子1、従来例の発光素子80、及び比較例1の発光素子81に対して、それぞれボンディング電極43と支持基板11の間に電圧Vを印加したときの、電流Iと電圧Vの関係をグラフ化したものである。
 図3によれば、実施例1の発光素子1は、コンタクト電極83を備えた従来例の発光素子80と同様に、コンタクト電極83を備えず第1コンタクト層32を金属電極19に直接接触させた構成である比較例1の発光素子81よりも、低電圧化が実現できている。よって、本発明の構成によれば、コンタクト電極83を形成することなく、コンタクト電極83を有する従来例の素子80と同等以上の良好なコンタクト性が実現できていることが分かる。これは、以下の理由によるものと推察される。
 第1コンタクト層32は、Mgを高濃度にドープされているため、浅い不純物準位が形成され、室温下でアクセプタがイオン化する。また、金属電極19として形成したAgは仕事関数が小さい。このため、比較例1のように、第1コンタクト層32に直接Ag(金属電極19)を接触させた場合には、トンネル効果を生じさせて電流を流すために大きな外部電圧が必要となる。
 そこで、従来では、この外部電圧を低下させるために、Niなどで形成されるコンタクト電極83を介在させていた(図2(a)参照)。従来例の発光素子80のように、コンタクト電極83を形成し、酸素雰囲気でアニールすることによりNiOを形成し、第1コンタクト層32との仕事関数差を小さくすることで、比較例1の発光素子81よりも外部電圧が低下できている。
 これに対し、実施例1の発光素子1では、Znがドープされた第2コンタクト層34を有している。Znは、Mgとは違ってAlGaInN内において、価電子帯から深い準位に不純物準位を形成する。このため、アクセプタはイオン化されず、有効状態密度以上に不純物を半導体層に添加しても、エネルギー準位は局在化するため、キャリアは価電子帯ではなく、不純物の作るサイト間をホッピング伝導する。つまり、深い準位にトラップされて移動できない電子が、与えられた電界によってトンネル可能な準位で熱的に励起された後、トンネルホッピングすることにより、コンタクト電極83を有しなくても従来例の発光素子80と同等に動作電圧を低下させることができたものと考えられる。
 また、Znなどのように、深い準位を形成する材料(第2不純物材料)をドープすることで、高濃度にドープしてもエネルギー準位が局在化し、ホッピング伝導が実現できる。一方、高濃度にドープすることで、空乏層の幅を狭めることができるため、トンネリングによってキャリアを金属電極19側へと移動させやすくする効果が得られる。
 図4は、実施例1の発光素子1において、第2コンタクト層34にドープするZnの濃度を変化させたときの、コンタクト特性を検証した結果である。図4において、「◎」が最もコンタクト性が良好であり、「○」はその次にコンタクト性が良好であり、「×」は前2者と比較してコンタクト性が悪いことを示している。
 Zn濃度を8×1018/cmとした場合にはコンタクト特性が悪化し、Zn濃度を1×1019/cmとすると、8×1018/cmの場合よりはコンタクト特性が良くなった。また、Zn濃度を5×1019/cm、1×1020/cm、5×1020/cm、1×1021/cmとした場合には、極めて良好なコンタクト特性が得られた。Zn濃度を5×1021/cmとした場合には1×1019/cmの場合と同程度のコンタクト特性を示し、更に高濃度(1×1022/cm)にするとコンタクト特性は悪化した。
 Zn濃度が8×1018/cmの場合には、濃度が低すぎた結果、局在化した不純物準位の離散度が高くなり、キャリアのホッピング伝導が効率的に行えていないものと推察される。また、Zn濃度が1×1022/cmの場合には、あまりに高濃度でドープしたことで、AlGaInNの結晶性が悪化したことにより抵抗性が上昇してしまったものと推察される。
 従って、図4に示す実験結果によれば、第2コンタクト層34にドープするZn濃度は、1×1019/cm~5×1021/cmであることが好ましく、更には5×1019/cm~1×1021/cmがより好ましいと言える。
 以上によれば、実施例1の発光素子1によれば、365nm付近に吸収端を有するITOや、それよりも長波長側に吸収端を有するNiを用いたコンタクト電極83を用いることなく、良好なコンタクト特性が実現できるため、コンタクト電極83が不要となる。これにより、コンタクト電極83における紫外光の吸収が抑制され、光取り出し効率が向上した紫外光の発光素子が実現される。
 〈製造方法〉
 次に、図1に示した窒化物半導体発光素子1の製造方法につき説明する。なお、この製造方法はあくまで一例であり、ガスの流量、炉内温度、炉内圧力等は適宜調整して構わない。
 (ステップS1)
 図5Aに示すように、サファイア基板61上にエピタキシャル層40を形成する。このステップS1は、例えば以下の手順により行われる。
  〈サファイア基板61の準備〉
 まず、c面サファイア基板61のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的には、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相蒸着)装置の処理炉内にc面サファイア基板61を配置し、処理炉内に流量が10slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば1150℃に昇温することにより行われる。
  〈アンドープ層36の形成〉
 次に、c面サファイア基板61の表面に、GaNよりなる低温バッファ層を形成し、更にその上層にGaNよりなる下地層を形成する。これら低温バッファ層及び下地層がアンドープ層36に対応する。
 アンドープ層36のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。まず、МОCVD装置の炉内圧力を100kPa、炉内温度を480℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ5slmの窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が50μmol/minのトリメチルガリウム(TMG)及び流量が250000μmol/minのアンモニアを処理炉内に68秒間供給する。これにより、c面サファイア基板61の表面に、厚みが20nmのGaNよりなる低温バッファ層を形成する。
 次に、MOCVD装置の炉内温度を1150℃に昇温する。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が20slmの窒素ガス及び流量が15slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が100μmol/minのTMG及び流量が250000μmol/minのアンモニアを処理炉内に30分間供給する。これにより、第1バッファ層の表面に、厚みが1.7μmのGaNよりなる下地層を形成する。
  〈n型窒化物半導体層35の形成〉
 次に、アンドープ層36の上層にAlGa1-nN(0≦n≦1)の組成からなるn型窒化物半導体層35を形成する。
 n型窒化物半導体層35のより具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。まず、引き続き炉内温度を1150℃とした状態で、MOCVD装置の炉内圧力を30kPaとする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が20slmの窒素ガス及び流量が15slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が94μmol/minのTMG、流量が6μmol/minのトリメチルアルミニウム(TMA)、流量が250000μmol/minのアンモニア及び流量が0.025μmol/minのテトラエチルシランを処理炉内に60分間供給する。これにより、例えばAl0.06Ga0.94Nの組成を有し、Si濃度が3×1019/cmで、厚みが2μmのn型窒化物半導体層35がアンドープ層36の上層に形成される。そして、この厚みが2μmのn-AlGaN層を厚みが0.8μm程度になるようICP装置で削り、n型窒化物半導体層35の厚みを調整する。
 なお、この後、TMAの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを6秒間供給することにより、n型窒化物半導体層35の上層に厚みが5nmのn型GaNよりなる保護層を形成するものとしてもよい。
 なお、n型窒化物半導体層35に含まれるn型不純物としては、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、硫黄(S)、セレン(Se)、錫(Sn)及びテルル(Te)などを用いることができる。これらの中では、特にシリコン(Si)が好ましい。
  〈発光層33の形成〉
 次に、n型窒化物半導体層35の上層にInGaNで構成される井戸層及びn型AlGaNで構成される障壁層が周期的に繰り返される多重量子井戸構造を有する発光層33を形成する。
 具体的には、まずMOCVD装置の炉内圧力を100kPa、炉内温度を830℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が15slmの窒素ガス及び流量が1slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が10μmol/minのTMG、流量が12μmol/minのトリメチルインジウム(TMI)及び流量が300000μmol/minのアンモニアを処理炉内に48秒間供給するステップを行う。その後、流量が10μmol/minのTMG、流量が1.6μmol/minのTMA、0.002μmol/minのテトラエチルシラン及び流量が300000μmol/minのアンモニアを処理炉内に120秒間供給するステップを行う。以下、これらの2つのステップを繰り返すことにより、厚みが2nmのInGaNよりなる井戸層及び厚みが7nmのn型AlGaNよりなる障壁層による15周期の多重量子井戸構造を有する発光層33が、n型窒化物半導体層35の表面に形成される。
  〈p型窒化物半導体層31の形成〉
 次に、発光層33の上層に、AlGa1-mN(0≦m≦1)で構成されるp型窒化物半導体層31を形成する。
 具体的には、MOCVD装置の炉内圧力を100kPaに維持し、処理炉内にキャリアガスとして流量が15slmの窒素ガス及び流量が25slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を1025℃に昇温する。その後、原料ガスとして、流量が35μmol/minのTMG、流量が20μmol/minのTMA、流量が250000μmol/minのアンモニア及びp型不純物をドープするための流量が0.1μmol/minのビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CPMg)を処理炉内に60秒間供給する。これにより、発光層33の表面に、厚みが20nmのAl0.3Ga0.7Nの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、TMGの流量を9μmol/minに変更して原料ガスを360秒間供給することにより、厚みが120nmのAl0.13Ga0.87Nの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層によりp型窒化物半導体層31が形成される。このp型窒化物半導体層31のp型不純物(Mg)濃度は、3×1019/cm程度である。
  〈第1コンタクト層32の形成〉
 更にその後、TMAの供給を停止すると共に、CPMgの流量を0.2μmol/minに変更して原料ガスを20秒間供給することにより、厚みが5nmのpGaNよりなる第1コンタクト層32を形成する。この第1コンタクト層32のp型不純物(Mg)濃度は、1×1020/cm程度である。
  〈第2コンタクト層34の形成〉
 次に、CPMgの供給を停止すると共に、原料ガスに加えてジエチル亜鉛の流量を0.2μmol/minにした状態で20秒間供給することにより、厚みが5nmのZnドープGaNよりなる第2コンタクト層34を形成する。なお、第2コンタクト層34のドーパントとしては、Znの他、Cd、Be、Sr、Ca、Cなどを用いることができる。この第2コンタクト層34の不純物(Zn)濃度は、1×1020/cm程度である。
 このようにしてサファイア基板61上に、アンドープ層36、n型窒化物半導体層35、発光層33、p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32、及び第2コンタクト層34からなるエピタキシャル層40が形成される。
 (ステップS2)
 次に、ステップS1で得られたウェハに対して活性化処理を行う。より具体的には、RTA(Rapid Thermal Anneal:急速加熱)装置を用いて、窒素雰囲気下中650℃で15分間の活性化処理を行う。
 (ステップS3)
 次に、図5Bに示すように、p型窒化物半導体層31の上層の所定箇所に絶縁層21を形成する。より具体的には、後の工程で電極42、ボンディング電極43を形成する領域の下方に位置する箇所(基板面に直交する方向に対向する位置を含む箇所)に絶縁層21を形成するのが好ましい。絶縁層21としては、例えばSiOを膜厚200nm程度成膜する。なお成膜する材料は絶縁性材料であればよく、例えばSiN、Alでも良い。
 (ステップS4)
 図5Cに示すように、p型窒化物半導体層31及び絶縁層21の上面を覆うように、導電層20を形成する。ここでは、金属電極19、保護層17、及びハンダ層15を含む多層構造の導電層20を形成する。
 導電層20のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。まず、スパッタ装置にて第2コンタクト層34及び絶縁層21の上面を覆うようにAgを全面に成膜して、金属電極19を形成する。上述したように、本実施形態の構成では、第2コンタクト層34にはZnドープによって深い不純物準位が形成されるため、TiやITOなどのコンタクト電極を形成しなくても、直接半導体層とAgを接触させることで良好なコンタクト特性が得られる。ここでは金属電極19としてAgを用いているが、Agの他にAlやRhなどを利用することもできる。
 次に、電子線蒸着装置(EB装置)にて金属電極19の上面(Ag表面)に、膜厚100nmのTiと膜厚200nmのPtを3周期成膜することで、保護層17を形成する。更にその後、保護層17の上面(Pt表面)に、膜厚10nmのTiを蒸着させた後、Au80%Sn20%で構成されるAu-Snハンダを膜厚3μm蒸着させることで、ハンダ層15を形成する。
 なお、このハンダ層15の形成ステップにおいて、サファイア基板61とは別に準備された支持基板11の上面にもハンダ層13を形成するものとして構わない(図5D参照)。このハンダ層13は、ハンダ層15と同一の材料で構成されるものとしてよく、次のステップにおいてハンダ層13と接合されることで、サファイア基板61と支持基板11が貼り合わせられる。なお、この支持基板11としては、構造の項で前述したように、例えばCuWが用いられる。
 (ステップS5)
 次に、図5Eに示すように、サファイア基板61と支持基板11とを貼り合わせる。より具体的には、280℃の温度、0.2MPaの圧力下で、ハンダ層15と支持基板11の上層に形成されたハンダ層13とを貼り合せる。
 (ステップS6)
 次に、図5Fに示すように、サファイア基板61を剥離する。より具体的には、サファイア基板61を上に、支持基板11を下に向けた状態で、サファイア基板61側からKrFエキシマレーザを照射して、サファイア基板61とエピタキシャル層40の界面を分解させることでサファイア基板61の剥離を行う。サファイア61はレーザが通過する一方、その下層のGaN(アンドープ層36)はレーザを吸収するため、この界面が高温化してGaNが分解される。これによってサファイア基板61が剥離される。
 その後、ウェハ上に残存しているGaN(アンドープ層36)を、塩酸などを用いたウェットエッチング、ICP装置を用いたドライエッチングによって除去し、n型窒化物半導体層35を露出させる。なお、本ステップS6においてアンドープ層36が除去されて、第2コンタクト層34、第1コンタクト層32、p型窒化物半導体層31、発光層33、及びn型窒化物半導体層35がこの順に積層されてなる半導体層30が残存する。
 (ステップS7)
 次に、図5Gに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ICP装置を用いて絶縁層21の上面が露出するまで半導体層30をエッチングする。上述したように、絶縁層21は、エッチング時のストッパーとしても機能する。
 (ステップS8)
 次に、図5Hに示すようにn型窒化物半導体層35の表面に凹凸を形成する。具体的には、KOH等のアルカリ溶液を浸すことで凹凸形成を行う。このとき、後に電極42及びボンディング電極43を形成する箇所に対しては、凹凸を形成しないものとしても構わない。これらの箇所に凹凸を形成しないことで、電極を形成する箇所のn型窒化物半導体層35の表面が平坦な状態のまま維持される。電極形成箇所のn型窒化物半導体層35の表面を平坦な状態のまま維持することで、特にボンディング電極43の形成後、ワイヤボンディングを行う際にボンディング電極43とn型窒化物半導体層35の界面にボイドが発生するのを防ぐ効果が得られる。
 (ステップS9)
 次に、図5Iに示すように、n型窒化物半導体層35の上面に電極42及びボンディング電極43を形成する。より具体的には、膜厚100nmのCrと膜厚3μmのAuからなる電極を形成後、窒素雰囲気中で250℃1分間のシンタリングを行う。
 その後の工程としては、露出されている素子側面、及び電極42及びボンディング電極43以外の素子上面を絶縁層41で覆う(図1参照)。より具体的には、EB装置にてSiO膜を形成する。なおSiN膜を形成しても構わない。そして、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離し、支持基板11の裏面を例えばAgペーストにてパッケージと接合し、ボンディング電極43に対してワイヤボンディングを行う。例えば、50gの荷重でΦ100μmのボンディング領域にAuからなるボンディングワイヤ45を連結させることで、ワイヤボンディングを行う。これにより、図1に示す窒化物半導体発光素子1が形成される。
 〈別構成〉
 第1コンタクト層32及び第2コンタクト層34を共に所定の組成比で構成したAlGaNで形成し、金属電極19をAlで形成するものとしても構わない。AlGaInNにおけるAlの組成比を高めることで、吸収端を短波長側にシフトさせることができるため、窒化物半導体発光素子1を、深紫外光を放射する素子として形成することができる。この場合、NiやITOなどで形成されるコンタクト電極83が不要となるため、当該コンタクト電極83における深紫外光の吸収が抑制され、光取り出し効率が向上した深紫外光の発光素子が実現される。
 〈別構成の製造プロセス〉
 第1コンタクト層32及び第2コンタクト層34をAlGaNで形成する場合には、ステップS1において以下の方法を採用できる。まず、p型窒化物半導体層31の形成後、CPMgの流量を0.2μmol/minに変更して原料ガスを20秒間供給することにより、厚みが5nmのpAl0.13Ga0.87Nよりなる第1コンタクト層32を形成する。次に、CPMgの供給を停止すると共に、ジエチル亜鉛を0.2μmol/minにし、原料ガスを20秒間供給することにより、厚みが5nmのZnドープAl0.13Ga0.87Nよりなる第2コンタクト層34を形成する。
 [第2実施形態]
 本発明の第2実施形態の窒化物半導体発光素子の構造の一例につき、図6を参照して説明する。図6は、第2実施形態の窒化物半導体発光素子1aの概略断面図である。なお、第1実施形態と同一の材料については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図6内における矢印は光の取り出し方向を示しており、図1に示す窒化物半導体発光素子1aとは光取り出し方向が反対である。
 〈構造〉
 サファイア基板61、半導体層30a、金属電極19,19a、給電端子51、給電端子52を備える。半導体層30aは、p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32、発光層33、第2コンタクト層34、n型窒化物半導体層35、及びアンドープ層36を含んで構成される。なお、この窒化物半導体発光素子1aは、紙面下向き(サファイア基板61側)に光を取り出すことが想定されている。
 この実施形態では、第1実施形態におけるp側の半導体層30aの上面に形成される金属電極19と区別するために、n側の半導体層30a(n型窒化物半導体層35)の上面に形成される金属電極を「金属電極19a」と称しているが、両者は同一の材料で構成されるものとして構わない。
 この構成においても、第1実施形態と同様に、Ag等で形成される金属電極19を第2コンタクト層34の上面に直接形成することで良好なコンタクト特性が得られるので、コンタクト性を向上させるためにNiやITOからなるコンタクト電極を形成しなくてもよい。これにより、発光層33からの光が上方に放射された場合でも、このコンタクト電極で光吸収されることなく金属電極19に到達した光を下方(取り出し方向)に反射させることができるので、光取り出し効率が向上する。
 〈製造方法〉
 図6に示した窒化物半導体発光素子1aの製造方法につき、第1実施形態の発光素子1と異なる箇所のみを説明する。
 第1実施形態と同様に、ステップS1及びステップS2を実行する。
 (ステップS10)
 ステップS2の後(図5A参照)、図7Aに示すように、n型窒化物半導体層35の一部上面が露出するまで、第2コンタクト層34、第1コンタクト層32、p型窒化物半導体層31、及び発光層33を、ICP装置を用いたドライエッチングによって除去する。なお、本ステップS3において、n型窒化物半導体層35についても一部エッチング除去しても構わない。
 (ステップS11)
 図7Bに示すように、第2コンタクト層34の上面、及び露出したn型窒化物半導体層35の上面に、Agを成膜することで、金属電極19及び金属電極19aを形成する。本実施形態においても、第2コンタクト層34にはZnドープによって深い不純物準位が形成されるため、NiやITOなどのコンタクト電極を形成しなくても、第2コンタクト層34とAgからなる金属電極(19,19a)を接触させることで良好なコンタクト特性が得られる。なお、本実施形態でも金属電極(19,19a)としては、Agの他、AlやRhを利用することができる。
 なお、本構成においては、n型窒化物半導体層35として、少なくとも上面部分が、n型不純物濃度が1×1019/cmより大きい高濃度のAlGaNで形成するのが好適である。これにより、n型窒化物半導体層35と金属電極19aの良好なコンタクト特性も実現できる。
 (ステップS12)
 その後、n側の金属電極19aの上面に給電端子51、p側の金属電極19の上面に給電端子52をそれぞれ形成する。より具体的には、給電端子51,52を形成する導電材料膜(例えば膜厚100nmのCrと膜厚3μmのAuからなる材料膜)を全面に形成後、リフトオフによって給電端子51,52を形成する。その後、窒素雰囲気中で250℃1分間のシンタリングを行う。
 そして、ボンディング電極53を介して基板55と給電端子51を接続し、ボンディング電極54を介して基板55と給電端子52を接続することで、図2に示した窒化物半導体発光素子1aが形成される。
 [第3実施形態]
 本発明の第3実施形態の窒化物半導体発光素子及びその製造方法につき、以下説明する。なお、第1実施形態の窒化物半導体発光素子1と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を適宜割愛する。製造方法についても、第1実施形態と共通する箇所は適宜割愛する。
 〈構造〉
 第3実施形態の窒化物半導体発光素子1の概略断面図は、第1実施形態において上述した図1に示すものと同一である。以下、第1実施形態の窒化物半導体発光素子1と異なる箇所を中心に説明する。
 本実施形態においても、p型窒化物半導体層31及び第1コンタクト層32は、例えばAlGa1-mN(0≦m≦1)で構成される。第1コンタクト層32は、p型窒化物半導体層31よりも不純物が高濃度にドープされている。例えば、p型窒化物半導体層31の不純物濃度が1×1019/cm以上、5×1019/cm以下程度であり、第1コンタクト層32は5×1019/cm以上、1×1021/cm以下程度である。なお、これらの層は、いずれもドーパントをMgとすることができる。なお、第1コンタクト層32はMgがドープされている。
 また、第2コンタクト層34は、Znがドープされた、AlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成される。ここで、第2コンタクト層34は、第1コンタクト層32よりも不純物が低濃度にドープされている。例えば、第2コンタクト層34の不純物濃度は、5×1016/cm以上、1×1021/cm以下程度である。具体的には、一例としてZnがドープされたGaNとすることができる。
 第2コンタクト層34にドープされるZnは、第1コンタクト層32にドープされるMgが第1コンタクト層32内に形成する不純物準位よりも、深い位置に不純物準位を形成するような材料である。
 第1実施形態と同様、本実施形態の窒化物半導体発光素子1においても、第2コンタクト層34におけるホッピング伝導を利用することで、コンタクト電極なしでも半導体層30と金属電極19の良好なオーミック接続が形成され、低電圧駆動が実現される。上述したように、第2コンタクト層34にドープされるZnは、第2コンタクト層34内において深い準位を形成する。
 更に、本実施形態においては、特に第2コンタクト層34にドープされるZn濃度が第1コンタクト層32にドープされるMg濃度よりも低濃度に設定されている。Znは、上記のようにホッピング伝導を実現すべく第2コンタクト層34内に深い準位を形成させるために用いられたドーパントであるが、一方で拡散速度が高いという性質を有している。このため、第2コンタクト層34に高濃度でZnがドープされると、第1コンタクト層32を介してp型窒化物半導体層31や発光層33へと固相拡散する可能性がある。万一このような事態を招来すると、pn接合が破壊されたり、発光層の機能が低下することで、出力が低下したり連続動作時の寿命が低下することが考えられる。
 そこで、Znよりも拡散速度の低いMgを、隣接する第1コンタクト層32内に、第2コンタクト層34に対するZn濃度よりも高濃度でドープすることで、第1コンタクト層32へと拡散してきたZnを、当該層内で留まらせ、更にp型窒化物半導体層31側へと固相拡散するのを抑制させている。この効果の検証は、実施例を参照して後述される。
 他の構成については、第1実施形態における窒化物半導体発光素子1と共通するため、説明を割愛する。
 〈コンタクト性の検証〉
 第1実施形態と同様、図1に示す構造を有する窒化物半導体発光素子1を実施例(ここでは実施例2)とした。ここで、半導体層30としては、Si濃度が3×1019/cmのAl0.06Ga0.94Nで構成されるn型窒化物半導体層35、InGaNよりなる井戸層及びn型AlGaNよりなる障壁層による15周期の多重量子井戸構造を有する発光層33、Mg濃度が3×1019/cm程度のAl0.06Ga0.94Nで構成されるp型窒化物半導体層31、Mg濃度が1×1020/cm程度のGaNで構成される第1コンタクト層32、及びZn濃度が5×1019/cm程度のGaNで構成される第2コンタクト層34を有する構成とした。また、金属電極19をAgで形成した。
 つまり、実施例2は、第1実施形態における実施例1と比較して、第1コンタクト層32におけるMg濃度を第2コンタクト層34におけるZn濃度よりも高濃度としている。
 従来例及び比較例1については、第1実施形態のものと共通とした。
 上記実施例2の発光素子1、従来例の発光素子80、及び比較例1の発光素子81に対して、それぞれボンディング電極43と支持基板11の間に電圧Vを印加したときの、電流Iと電圧Vの関係を測定すると、図3とほぼ同様の結果が示された。すなわち、本実施形態においても、第1実施形態の発光素子1と同様の理由により、コンタクト電極83を有しなくても従来例の発光素子80と同等に動作電圧を低下させることができたものと考えられる。
 また、Znなどのように、深い準位を形成する材料をドープすることで、高濃度にドープしてもエネルギー準位が局在化し、ホッピング伝導が実現できる。一方、高濃度にドープすることで、空乏層の幅を狭めることができるため、トンネリングによってキャリアを金属電極19側へと移動させやすくする効果が得られる。
 図8は、実施例2の半導体発光素子1において、第2コンタクト層34にドープするZnの濃度を変化させたときの、素子の寿命劣化の程度を検証した結果である。ここでは、第1コンタクト層32にドープするMgの濃度は、1×1020/cmで固定している。
 ここでは、素子を1000時間連続で動作(点灯)させたときの発光出力の低下具合で検証した。より具体的には、動作開始時の発光出力と1000時間経過後の発光出力を比較し、前者の値に比べて後者の値の低下が10%以内であるものを「○」、10%を少し上回ったものを「△」、10%を大きく上回ったものを「×」と図8で示している。
 図8によれば、第2コンタクト層34にドープされたZnの濃度が、第1コンタクト層32にドープされたMgの濃度と同等の1×1020/cmの場合、出力の低下は10%を少し上回る結果となった。そして、第2コンタクト層34にドープされたZnの濃度を、この1×1020/cmの値、すなわち第1コンタクト層32にドープされたMgの濃度よりも高濃度にすると(5×1020/cm、1×1021/cm、5×1021/cm)、出力の低下具合が著しくなった。逆に、第2コンタクト層34にドープされたZnの濃度を、この1×1020/cmの値、すなわち第1コンタクト層32にドープされたMgの濃度よりも低濃度にすると(1×1018/cm、1×1019/cm、5×1019/cm)、出力の低下具合が緩和された。
 この図8の結果に鑑みると、第2コンタクト層34にドープするZnの濃度をあまりに高濃度にすると、寿命の劣化が早まることが示唆される。上述したようにZnは拡散速度が高い性質を有する材料であることから、第2コンタクト層34にドープするZnの濃度をあまりに高濃度にすると、時間経過と共にZnがp型窒化物半導体層31や発光層33へと固相拡散し、pn接合が破壊されることで出力が低下したものと考えられる。
 一方、第2コンタクト層34にドープするZnの濃度を、第1コンタクト層32にドープするMgの濃度よりも低濃度にすることで、寿命の劣化の速度を遅くすることができている。これは、上述したように、Znよりも拡散速度の低いMgを、隣接する第1コンタクト層32内に、第2コンタクト層34に対するZn濃度よりも高濃度でドープしたことで、第1コンタクト層32へと拡散してきたZnを、当該層内で留まらせ、更にp型窒化物半導体層31側へと固相拡散するのを抑制する効果が高められたためと推察される。
 以上によれば、本実施形態における半導体発光素子1においても、365nm付近に吸収端を有するITOや、それよりも長波長側に吸収端を有するNiを用いたコンタクト電極83を用いることなく、良好なコンタクト特性が実現できるため、コンタクト電極83が不要となる。これにより、コンタクト電極83における紫外光の吸収が抑制され、光取り出し効率が向上した紫外光の発光素子が実現される。
 更に、本実施形態の半導体発光素子1によれば、特に第2コンタクト層34にドープするZnの濃度を、第1コンタクト層32にドープするMgの濃度よりも低濃度にすることで、寿命特性にも優れた素子が実現できる。
 〈製造方法〉
 次に、本実施形態の窒化物半導体発光素子1の製造方法につき、第1実施形態と異なる箇所のみを説明する。
 (ステップS1)
 第1実施形態と同様の方法により、サファイア基板61の準備を行った後、アンドープ層36、n型窒化物半導体層35、及び発光層33を順次形成する。
  〈p型窒化物半導体層31の形成〉
 次に、発光層33の上層に、AlGa1-mN(0≦m≦1)で構成されるp型窒化物半導体層31を形成する。
 具体的には、MOCVD装置の炉内圧力を100kPaに維持し、処理炉内にキャリアガスとして流量が15slmの窒素ガス及び流量が25slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を1025℃に昇温する。その後、原料ガスとして、流量が35μmol/minのTMG、流量が20μmol/minのTMA、流量が250000μmol/minのアンモニア及びp型不純物をドープするための流量が0.1μmol/minのビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CPMg)を処理炉内に60秒間供給する。これにより、発光層33の表面に、厚みが20nmのAl0.3Ga0.7Nの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、流量が35μmol/minのTMG、流量が4μmol/minのTMAに変更して原料ガスを360秒間供給することにより、厚みが120nmのAl0.1Ga0.9Nの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層によりp型窒化物半導体層31が形成される。このp型窒化物半導体層31のp型不純物(Mg)濃度は、3×1019/cm程度である。
  〈第1コンタクト層32の形成〉
 更にその後、TMAの供給を停止すると共に、CPMgの流量を0.2μmol/minに変更して原料ガスを20秒間供給することにより、厚みが5nmのpGaNよりなる第1コンタクト層32を形成する。この第1コンタクト層32のp型不純物(Mg)濃度は、1×1020/cm程度である。
  〈第2コンタクト層34の形成〉
 次に、CPMgの供給を停止すると共に、原料ガスに加えてジエチル亜鉛の流量を0.1μmol/minにした状態で20秒間供給することにより、厚みが5nmのZnドープGaNよりなる第2コンタクト層34を形成する。この第2コンタクト層34の不純物(Zn)濃度は、5×1019/cm程度である。
 このようにしてサファイア基板61上に、アンドープ層36、n型窒化物半導体層35、発光層33、p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32、及び第2コンタクト層34からなるエピタキシャル層40が形成される。なお、このとき、第2コンタクト層34の不純物(Zn)濃度は、第1コンタクト層32のp型不純物(Mg)濃度よりも低濃度である。
 ステップS2以後は、第1実施形態と共通であるため説明を省略する。
 〈別構成〉
 なお、本実施形態においても、第1コンタクト層32及び第2コンタクト層34を共に所定の組成比で構成したAlGaNで形成し、金属電極19をAlで形成するものとしても構わない。
 また、本実施形態においても、第2実施形態と同様に、図6に示す窒化物半導体発光素子1aの構造を実現することが可能である。すなわち、図6の構成において、第2コンタクト層34の不純物(Zn)濃度を、第1コンタクト層32のp型不純物(Mg)濃度よりも低濃度として構成する。これにより、第2コンタクト層34にはZnドープによって深い不純物準位が形成されるため、NiやITOなどのコンタクト電極を形成しなくても、第2コンタクト層34とAgからなる金属電極19及び19aを接触させることで良好なコンタクト特性が得られると共に、良好な寿命特性が実現される。
 [第4実施形態]
 本発明の第4実施形態の窒化物半導体発光素子及びその製造方法につき、以下説明する。なお、第1実施形態の窒化物半導体発光素子1と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を適宜割愛する。製造方法についても、第1実施形態と共通する箇所は適宜割愛する。
 〈製造方法〉
 本実施形態は、第1実施形態の窒化物半導体発光素子と構造は共通であり、製造方法が異なる。以下、製造方法について説明する。なお、この製造プロセスはあくまで一例であり、ガスの流量、炉内温度、炉内圧力等は適宜調整して構わない。
 (ステップS13)
 図9Aに示すように、サファイア基板61上にエピタキシャル層40を形成する。このステップS13は、例えば以下の手順により行われる。
  〈サファイア基板61の準備〉
 まず、c面サファイア基板61のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的には、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相蒸着)装置の処理炉内にc面サファイア基板61を配置し、処理炉内に流量が10slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば1150℃に昇温することにより行われる。
  〈アンドープ層36の形成〉
 次に、c面サファイア基板61の表面に、GaNよりなる低温バッファ層を形成し、更にその上層にGaNよりなる下地層を形成する。これら低温バッファ層及び下地層がアンドープ層36に対応する。
 アンドープ層36のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。まず、МОCVD装置の炉内圧力を100kPa、炉内温度を480℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ5slmの窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が50μmol/minのトリメチルガリウム(TMG)及び流量が250000μmol/minのアンモニアを処理炉内に68秒間供給する。これにより、c面サファイア基板61の表面に、厚みが20nmのGaNよりなる低温バッファ層を形成する。
 次に、MOCVD装置の炉内温度を1150℃に昇温する。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が20slmの窒素ガス及び流量が15slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が100μmol/minのTMG及び流量が250000μmol/minのアンモニアを処理炉内に30分間供給する。これにより、第1バッファ層の表面に、厚みが1.7μmのGaNよりなる下地層を形成する。
  〈n型窒化物半導体層35の形成〉
 次に、アンドープ層36の上層にAlGa1-nN(0≦n≦1)の組成からなるn型窒化物半導体層35を形成する。
 n型窒化物半導体層35のより具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。まず、引き続き炉内温度を1150℃とした状態で、MOCVD装置の炉内圧力を30kPaとする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が20slmの窒素ガス及び流量が15slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が94μmol/minのTMG、流量が6μmol/minのトリメチルアルミニウム(TMA)、流量が250000μmol/minのアンモニア及び流量が0.025μmol/minのテトラエチルシランを処理炉内に60分間供給する。これにより、例えばAl0.06Ga0.94Nの組成を有し、Si濃度が3×1019/cmで、厚みが2μmのn型窒化物半導体層35がアンドープ層36の上層に形成される。そして、この厚みが2μmのn-AlGaN層を厚みが0.8μm程度になるようICP装置で削り、n型窒化物半導体層35の厚みを調整する。
 なお、この後、TMAの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを6秒間供給することにより、n型窒化物半導体層35の上層に厚みが5nmのn型GaNよりなる保護層を形成するものとしてもよい。
 また、本ステップでは、n型窒化物半導体層35に含まれるn型不純物をSiとする場合について説明しているが、他のn型不純物としては、Ge、S、Se、Sn及びTeなどを用いることもできる。
  〈発光層33の形成〉
 次に、n型窒化物半導体層35の上層にInGaNで構成される井戸層及びn型AlGaNで構成される障壁層が周期的に繰り返される多重量子井戸構造を有する発光層33を形成する。
 具体的には、まずMOCVD装置の炉内圧力を100kPa、炉内温度を830℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が15slmの窒素ガス及び流量が1slmの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が10μmol/minのTMG、流量が12μmol/minのトリメチルインジウム(TMI)及び流量が300000μmol/minのアンモニアを処理炉内に48秒間供給するステップを行う。その後、流量が10μmol/minのTMG、流量が1.6μmol/minのTMA、0.002μmol/minのテトラエチルシラン及び流量が300000μmol/minのアンモニアを処理炉内に120秒間供給するステップを行う。以下、これらの2つのステップを繰り返すことにより、厚みが2nmのInGaNよりなる井戸層及び厚みが7nmのn型AlGaNよりなる障壁層による15周期の多重量子井戸構造を有する発光層33が、n型窒化物半導体層35の表面に形成される。
  〈p型窒化物半導体層31の形成〉
 次に、発光層33の上層に、AlGa1-mN(0≦m≦1)で構成されるp型窒化物半導体層31を形成する。
 具体的には、MOCVD装置の炉内圧力を100kPaに維持し、処理炉内にキャリアガスとして流量が15slmの窒素ガス及び流量が25slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を1025℃に昇温する。その後、原料ガスとして、流量が35μmol/minのTMG、流量が20μmol/minのTMA、流量が250000μmol/minのアンモニア及びp型不純物をドープするための流量が0.1μmol/minのビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CPMg)を処理炉内に60秒間供給する。これにより、発光層33の表面に、厚みが20nmのAl0.3Ga0.7Nの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、流量が35μmol/minのTMG、流量が4μmol/minのTMAに変更して原料ガスを360秒間供給することにより、厚みが120nmのAl0.1Ga0.9Nの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層によりp型窒化物半導体層31が形成される。このp型窒化物半導体層31のp型不純物(Mg)濃度は、3×1019/cm程度である。
 なお、p型窒化物半導体層31に含まれるp型不純物をMgとする場合について説明しているが、他のp型不純物として、Be、Zn、及びCなどを用いることもできる。
  〈第1コンタクト層32の形成〉
 更にその後、TMAの供給を停止すると共に、CPMgの流量を0.2μmol/minに変更して原料ガスを20秒間供給することにより、厚みが5nmのpGaNよりなる第1コンタクト層32を形成する。この第1コンタクト層32のp型不純物(Mg)濃度は、1×1020/cm程度である。
  〈第2コンタクト層34の形成〉
 次に、第1コンタクト層32の形成時に流していたCPMgのみ供給を停止し、第1コンタクト層32の成長後、成長中断を行うことなくジエチル亜鉛の流量を0.1μmol/minにした状態で20秒間供給することにより、厚みが5nmのZnドープGaNよりなる第2コンタクト層34を形成する。この第2コンタクト層34の不純物(Zn)濃度は、5×1019/cm程度である。
 このように、第1コンタクト層32の形成後に成長中断しないことにより、第1コンタクト層32に界面準位を形成することなく、第2コンタクト層34において第2不純物材料(Zn)による深い不純物準位が形成されやすくなる。このため、第1コンタクト層32と第2コンタクト層34は中断することなく連続的に形成されるのが好ましい。
 ただし、第1コンタクト層32を形成後、一時的に成長を中断させた後に第2コンタクト層34を形成することで窒化物半導体発光素子1を作製しても、第2コンタクト層34内に全く深い不純物準位が形成されないわけではない。本発明はこのような製造方法を排除する趣旨ではない。
 なお、ここでは、第1コンタクト層32の不純物をMgとし、第2コンタクト層34の不純物をZnとする場合について説明している。しかし、第2コンタクト層34内に形成される不純物準位が、第1コンタクト層32内に形成される不純物準位よりも深い位置となるように、第1コンタクト層32の不純物材料(第1不純物材料)及び第2コンタクト層34の不純物材料(第2不純物材料)を選択すればよい。第1不純物材料としては、Mgの他、Be、Zn、Cなどを用いることができ、第2不純物材料としては、Znの他、Cd、Be、Sr、Ca、Cなどを用いることができる。
 このようにしてサファイア基板61上に、アンドープ層36、n型窒化物半導体層35、発光層33、p型窒化物半導体層31、第1コンタクト層32、及び第2コンタクト層34からなるエピタキシャル層40が形成される。
 (ステップS14)
 次に、ステップS13で得られたウェハに対して活性化処理を行う。より具体的には、RTA(Rapid Thermal Anneal:急速加熱)装置を用いて、不活性ガス雰囲気下で、700℃程度で5分間程度のアニール処理を行う。この不活性ガスとしては窒素が好適に用いられるが、アルゴン、ヘリウム、ネオンなどのガスを用いるものとしても構わない。
 (ステップS15)
 次に、図9Bに示すように、p型窒化物半導体層31の上層の所定箇所に絶縁層21を形成する。より具体的には、後の工程で電極42、ボンディング電極43を形成する領域の下方に位置する箇所(基板面に直交する方向に対向する位置を含む箇所)に絶縁層21を形成するのが好ましい。絶縁層21としては、例えばSiOを膜厚200nm程度成膜する。なお成膜する材料は絶縁性材料であればよく、例えばSiN、Alでも良い。
 (ステップS16)
 図9Cに示すように、第2コンタクト層34及び絶縁層21の上面を覆うように、金属電極19を形成する。
 より詳細には、スパッタ装置にて第2コンタクト層34及び絶縁層21の上面を覆うようにAgを全面に成膜して、金属電極19を形成する。上述したように、本実施形態の構成では、第2コンタクト層34には第2不純物材料としてのZnがドープされることで深い不純物準位が形成されるため、ITOやNiなどのコンタクト電極を形成しなくても、直接半導体層とAgを接触させることでオーミック特性が得られる。ここでは、金属電極19としてAgを用いているが、Agの他にAlやRhなどを利用することもできる。
 本発明者は、鋭意研究により、第2コンタクト層34と金属電極19を直接接触させてもオーミック特性が実現できているのは、ステップS14において窒素などの不活性ガス雰囲気下でアニールを行っていることに起因していることを突き止めた。この点は、ステップS14において空気雰囲気下でアニールをして製造した比較例と電流電圧特性を対比して後述される。
 更に、このステップS14では、ステップS13において半導体層30を形成していたMOCVD装置内でアニールするよりも、MOCVD装置からいったんウェハを取り出して、RTA装置内に設置し、このRTA装置内でアニールした方が、コンタクト性が向上することを見出した。この点についても、実施例を参照して後述される。
 (ステップS17)
 金属電極19を形成した後、酸素を含む雰囲気下でアニール処理を行う。より具体的には、RTA装置又はMOCVD装置内において、空気雰囲気下約450℃で約1分間程度の活性化処理を行う。
 上述したステップS14では、第2コンタクト層34と金属電極19の間のオーミック特性を実現するために、金属電極19の形成前において不活性ガス雰囲気下でアニールを行った。これに対し、本ステップS16におけるアニール処理、すなわち金属電極19の形成後に行われるアニール処理においては、不活性ガスではなく酸素含有雰囲気下で行うことで、コンタクト性が更に向上することを見出した。この点についても、実施例を参照して後述される。
 (ステップS18)
 次に、図9Dに示すように、金属電極19の上層に、保護層17及びハンダ層15を順次形成する。ステップS16~S18を経て、多層構造の導電層20が形成される。
 より詳細には、電子線蒸着装置(EB装置)にて金属電極19の上面(Ag表面)に、膜厚100nmのTiと膜厚200nmのPtを3周期成膜することで、保護層17を形成する。更にその後、保護層17の上面(Pt表面)に、膜厚10nmのTiを蒸着させた後、Au80%Sn20%で構成されるAu-Snハンダを膜厚3μm蒸着させることで、ハンダ層15を形成する。
 なお、このハンダ層15の形成ステップにおいて、サファイア基板61とは別に準備された支持基板11の上面にもハンダ層13を形成するものとして構わない(図9E参照)。このハンダ層13は、ハンダ層15と同一の材料で構成されるものとしてよく、次のステップにおいてハンダ層13と接合されることで、サファイア基板61と支持基板11が貼り合わせられる。なお、この支持基板11としては、構造の項で前述したように、例えばCuWが用いられる。
 (ステップS19)
 次に、図9Fに示すように、サファイア基板61と支持基板11とを貼り合わせる。より具体的には、280℃の温度、0.2MPaの圧力下で、ハンダ層15と支持基板11の上層に形成されたハンダ層13とを貼り合せる。
 (ステップS20)
 次に、図9Gに示すように、サファイア基板61を剥離する。より具体的には、サファイア基板61を上に、支持基板11を下に向けた状態で、サファイア基板61側からKrFエキシマレーザを照射して、サファイア基板61とエピタキシャル層40の界面を分解させることでサファイア基板61の剥離を行う。サファイア61はレーザが通過する一方、その下層のGaN(アンドープ層36)はレーザを吸収するため、この界面が高温化してGaNが分解される。これによってサファイア基板61が剥離される。
 その後、ウェハ上に残存しているGaN(アンドープ層36)を、塩酸などを用いたウェットエッチング、ICP装置を用いたドライエッチングによって除去し、n型窒化物半導体層35を露出させる。なお、本ステップS20においてアンドープ層36が除去されて、第2コンタクト層34、第1コンタクト層32、p型窒化物半導体層31、発光層33、及びn型窒化物半導体層35が下からこの順に積層されてなる半導体層30が残存する。
 (ステップS21)
 次に、図9Hに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ICP装置を用いて絶縁層21の上面が露出するまで半導体層30をエッチングする。上述したように、絶縁層21は、エッチング時のストッパーとしても機能する。
 (ステップS22)
 次に、図9Iに示すようにn型窒化物半導体層35の表面に凹凸を形成する。具体的には、KOH等のアルカリ溶液を浸すことで凹凸形成を行う。このとき、後に電極42及びボンディング電極43を形成する箇所に対しては、凹凸を形成しないものとしても構わない。これらの箇所に凹凸を形成しないことで、電極を形成する箇所のn型窒化物半導体層35の表面が平坦な状態のまま維持される。電極形成箇所のn型窒化物半導体層35の表面を平坦な状態のまま維持することで、特にボンディング電極43の形成後、ワイヤボンディングを行う際にボンディング電極43とn型窒化物半導体層35の界面にボイドが発生するのを防ぐ効果が得られる。
 (ステップS23)
 次に、図9Jに示すように、n型窒化物半導体層35の上面に電極42及びボンディング電極43を形成する。より具体的には、膜厚100nmのCrと膜厚3μmのAuからなる電極を形成後、窒素雰囲気中で250℃1分間のシンタリングを行う。
 その後の工程としては、露出されている素子側面、及び電極42及びボンディング電極43以外の素子上面を絶縁層41で覆う(図1参照)。より具体的には、EB装置にてSiO膜を形成する。なおSiN膜を形成しても構わない。そして、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離し、支持基板11の裏面を例えばAgペーストにてパッケージと接合し、ボンディング電極43に対してワイヤボンディングを行う。例えば、50gの荷重でΦ100μmのボンディング領域にAuからなるボンディングワイヤ45を連結させることで、ワイヤボンディングを行う。これにより、図1に示す窒化物半導体発光素子1が形成される。
 〈コンタクト性の検証1〉
 本発明の窒化物半導体発光素子1により、ITO又はNiを設けることなく従来と同等の良好なコンタクト層が実現される点につき、実施例を参照して説明する。
 (実施例3)
 上記方法によって製造された窒化物半導体発光素子1を実施例3とした。ここで、半導体層30としては、Si濃度が3×1019/cmのAl0.06Ga0.94Nで構成されるn型窒化物半導体層35、InGaNよりなる井戸層及びn型AlGaNよりなる障壁層による15周期の多重量子井戸構造を有する発光層33、Mg濃度が3×1019/cm程度のAl0.06Ga0.94Nで構成されるp型窒化物半導体層31、Mg濃度が1×1020/cm程度のGaNで構成される第1コンタクト層32、及びZn濃度が5×1019/cm程度のGaNで構成される第2コンタクト層34を有する構成とした。また、金属電極19をAgで形成した。
 (従来例、比較例1)
 従来例及び比較例1は、第1実施形態で説明した発光素子と共通である。
 (検証結果)
 図10は、実施例3の発光素子1、従来例の発光素子80、及び比較例1の発光素子81に対して、それぞれボンディング電極43と支持基板11の間に電圧Vを印加したときの、電流Iと電圧Vの関係をグラフ化したものである。
 図10によれば、図3と同様の結果が得られていることが分かる。すなわち、実施例3の発光素子1は、コンタクト電極83を備えた従来例の発光素子80と同様に、コンタクト電極83を備えず第1コンタクト層32を金属電極19に直接接触させた構成である比較例1の発光素子81よりも、低電圧化が実現できている。よって、本発明の構成によれば、コンタクト電極83を形成することなく、コンタクト電極83を有する従来例の発光素子80と同等以上の良好なコンタクト性が実現できていることが分かる。
 以上によれば、実施例3の発光素子1によれば、365nm付近に吸収端を有するITOや、それよりも長波長側に吸収端を有するNiを用いたコンタクト電極83を用いることなく、良好なコンタクト特性が実現できるため、コンタクト電極83が不要となる。これにより、コンタクト電極83における紫外光の吸収が抑制され、光取り出し効率が向上した紫外光の発光素子が実現される。
 〈コンタクト性の検証2〉
 次に、ステップS14において不活性ガス(ここでは窒素)雰囲気下でアニールをすることで、第2コンタクト層34と金属電極19のオーミック特性が実現できることにつき、実施例を参照して説明する。
 (実施例4)
 上記ステップS13の後、ステップS14と同様にRTA装置を用いて窒素雰囲気下で700℃5分間のアニールを行った。その後、第2コンタクト層34の上層に、間隙73を有した状態で、Agにて構成される金属電極18a、18bを形成した。当該工程で形成された素子(以下、「評価用素子70」という。)の模式図を図11A及び図11Bに示す。実施例4に対応する評価用素子70としては、金属電極18a及び18bに挟まれた間隙73の距離を5μmから30μmまで5μmずつ増加させた複数の素子を形成した。
 (比較例2)
 上記ステップS13の後、RTA装置を用いて空気雰囲気下で700℃5分間のアニールを行った。その後は、実施例4と同様に、第2コンタクト層34の上層に、間隙73を有した状態で、Agにて構成される金属電極18a、18bを形成することで、評価用素子を作製した。比較例2に対応する評価用素子71は、アニール方法が異なる点を除けば実施例4の評価用素子70と同じである。すなわち、構造については、図11A及び図11Bと同じであり、また、実施例4と同様に、金属電極18a及び18bに挟まれた間隙73の距離を5μmから30μmまで5μmずつ増加させた複数の素子を形成した。
 (検証結果)
 実施例4の評価用素子70、及び比較例2の評価用素子71に対し、金属電極18aにプローバ23aを接触させ、金属電極18bにプローバ23bを接触させて、プローバ23a及び23bを通じて両電極間に電圧を印加したときの電流電圧特性(I-V特性)を測定した。この測定方法はいわゆるTLM法に基づくものである。この結果を図12A及び図12Bに示す。図12Aが実施例4の評価用素子70におけるI-V特性に対応し、図12Bが比較例2の評価用素子71におけるI-V特性に対応する。
 両図を参照すれば、比較例2の評価用素子71ではI-V特性が非線形性を示しており、第2コンタクト層34と金属電極18a、18bの間がショットキー接触になっていることが示唆される。これに対し、実施例4の評価用素子70ではI-V特性が線形性を示し、オーミック接触が実現できていることが分かる。これにより、第2コンタクト層34を形成後に、不活性ガス雰囲気下でアニールを行うことで、その後に形成される金属電極19(金属電極18a、18b)と第2コンタクト層34との間のオーミック接触が実現できることが分かる。
 (実施例5)
 上記ステップS13を経てMOCVD装置内にてエピタキシャル層40を形成した後、そのままMOCVD装置の炉内にて窒素雰囲気下で700℃5分間のアニールを行った点を除けば、実施例4と同様の方法で評価用素子を作製した(評価用素子72)。
 (検証結果)
 実施例5の評価用素子72に対し、実施例4、比較例2と同様の方法でI-V特性を測定したときの結果を図12Cに示す。図12Aに示す実施例4の評価用素子70と同様に、線形性のI-V特性を示しており、オーミック接触が実現できていることが分かる。しかし、実施例4と比較して、同一の電流を流すのに必要な電圧値が大きくなっている。例えば、間隙73の距離を5μmとした評価用素子において、実施例4では1.0mAを流すのに必要な電圧は約0.25Vであるのに対し、実施例5では約2.5Vである。
 更に、実施例4及び実施例5に対応する窒化物半導体発光素子1を作製し、電極(電極42、ボンディング電極43)と支持基板11の間に電圧を印加したときの、I-V特性を測定したときの結果を図13に示す。ここで、実施例4に対応する窒化物半導体発光素子1とは、MOCVD装置の炉内においてエピタキシャル成長を行うステップS13を実行後、MOCVD装置からいったんウェハを取り出してRTA装置内に移し、ステップS14においてRTA装置内で窒素雰囲気下のアニール処理を行い、その後ステップS15~S16及びステップS18~S23を経て製造された素子を指す。また、実施例5に対応する窒化物半導体発光素子1とは、MOCVD装置の炉内においてエピタキシャル成長を行うステップS13を実行後、ステップS14において引き続きこの炉内で窒素雰囲気下のアニール処理を行い、その後ステップS15~S16及びステップS18~S23を経て製造された素子を指す。
 なお、図13では、「実施例4に対応する窒化物半導体発光素子1」を単に「実施例4の素子1」と表記し、「実施例5に対応する窒化物半導体発光素子1」を単に「実施例5の素子1」と表記している。
 図13によれば、実施例5に比べて実施例4の方が、窒化物半導体発光素子1に対して同一電流を供給するために必要な電圧が低く抑えられていることが分かる。これは、図12Cの結果とも整合する。すなわち、実施例4と実施例5を比較すると、第2コンタクト層34を形成後のアニール処理(ステップS14)は、MOCVD装置内で行うよりも、RTA装置内で行う方が、p型窒化物半導体層31が活性化され、比抵抗及びコンタクト性を向上させる効果が得られることが分かる。
 以上をまとめると、ステップS14において、不活性ガス雰囲気下でアニール処理を行うことによって第2コンタクト層34と金属電極19との間のオーミック接触が実現される。更に、この不活性ガス雰囲気下でのアニールを、MOCVD装置の炉内ではなくRTA装置内で行うことで、比抵抗及びコンタクト性を向上させる効果が得られることが分かる。
 〈コンタクト性の検証3〉
 次に、ステップS16において金属電極19を形成した後、酸素含有雰囲気下でアニール処理(ステップS17)を行うことで、第2コンタクト層34と金属電極19との間のコンタクト性を更に向上させる効果があることにつき、実施例を参照して説明する。
 図10を参照して上述した実施例3の素子1は、ステップS13~S23を経て製造されたものである。より詳細には、金属電極19を形成する直前のステップS14においては、RTA装置内において窒素含有雰囲気下でアニール処理が行われ、更に金属電極19を形成した直後のステップS17においては、空気雰囲気下でアニール処理が行われている。
 実施例4の素子1は、ステップS17を行わずに製造された素子である。すなわち、金属電極19を形成する直前のステップS14においては、実施例3と同様に、RTA装置内において窒素含有雰囲気下でアニール処理が行われているが、ステップS16において金属電極19を形成した後は、ステップS17に係るアニール処理を行わずにステップS18以下を順次行なって作製されたものである。
 (実施例6)
 更に、検証のために、金属電極19を形成した直後のステップS17において、窒素含有雰囲気下でアニールした点を除いて実施例3と同様の方法で発光素子1を作製したものを実施例6とした。
 (検証結果)
 図14は、実施例3及び実施例6に対応する窒化物半導体発光素子1を作製し、電極(電極42、ボンディング電極43)と支持基板11の間に電圧を印加したときの、I-V特性を測定したときの結果を示すグラフである。
 図13に示す実施例4、図14に示す実施例3及び実施例6を比べると、例えば1Aを供給するために必要な電圧値が、実施例4では約5.0Vであるのに対し、実施例3では約3.8Vであり、実施例6では約5.1Vである。つまり、実施例4及び実施例6に比べて、実施例3では同一電流を供給するために必要な電圧値を更に低く抑えられている。つまり、金属電極19を形成した後に、空気等の酸素を含む雰囲気下でアニール処理を行う(ステップS17)ことで、酸素を駆動力としてAgが第2コンタクト層34に拡散し、コンタクト性を更に向上させる効果が得られることが分かる。
 なお、実施例4及び実施例6を対比すると、同一電流を供給するために必要な電圧値はほとんど変化していないことが示唆される。これにより、金属電極19を形成した後のアニール処理(ステップS17)は、ステップS14とは異なり酸素を含む雰囲気下で行うことでコンタクト性の更なる向上効果が得られるものであり、ステップS14と同様に窒素雰囲気下で行なってもコンタクト性の更なる向上効果はほとんど得られないことが分かる。
 〈別構成〉
 なお、本実施形態においても、第1コンタクト層32及び第2コンタクト層34を共に所定の組成比で構成したAlGaNで形成し、金属電極19をAlで形成するものとしても構わない。
 第1コンタクト層32及び第2コンタクト層34をAlGaNで形成する場合には、ステップS13において以下の方法を採用できる。まず、p型窒化物半導体層31の形成後、TMAの供給を停止せずに、CPMgの流量を0.2μmol/minに変更して原料ガスを20秒間供給することにより、厚みが5nmのpAl0.13Ga0.87Nよりなる第1コンタクト層32を形成する。この第1コンタクト層32のp型不純物(Mg)濃度は、例えば1×1020/cm程度である。
 次に、好ましくは第1コンタクト層32の形成後に成長中断を行うことなく連続的に第2コンタクト層34を形成する。第1コンタクト層32の形成後に、CPMgの供給を停止すると共に、ジエチル亜鉛を0.1μmol/minにし、原料ガスを20秒間供給することにより、厚みが5nmのZnドープAl0.13Ga0.87Nよりなる第2コンタクト層34を形成する。この第2コンタクト層34の不純物(Zn)濃度は、例えば5×1019/cm程度である。
 [第5実施形態]
 本発明の第5実施形態の窒化物半導体発光素子及びその製造方法につき、以下説明する。なお、第5実施形態の窒化物半導体発光素子は、図6に示す第2実施形態の窒化物半導体発光素子1aの構造と共通である。
 〈製造方法〉
 図6に示した窒化物半導体発光素子1aの製造プロセスにつき、第4実施形態の素子1と異なる箇所のみを説明する。
 第4実施形態と同様に、ステップS13及びステップS14を実行する。
 (ステップS24)
 ステップS14の後(図9A参照)、図7Aに示すように、n型窒化物半導体層35の一部上面が露出するまで、第2コンタクト層34、第1コンタクト層32、p型窒化物半導体層31、及び発光層33を、ICP装置を用いたドライエッチングによって除去する。なお、本ステップS24において、n型窒化物半導体層35についても一部エッチング除去しても構わない。
 (ステップS25)
 図7Bに示すように、第2コンタクト層34の上面、及び露出したn型窒化物半導体層35の上面に、Agを成膜することで、金属電極(19,19a)を形成する。本実施形態においても、第2コンタクト層34にはZnドープによって深い不純物準位が形成されるため、NiやITOなどのコンタクト電極を形成しなくても、第2コンタクト層34とAgからなる金属電極19を接触させることで良好なコンタクト特性が得られる。なお、本実施形態でも金属電極(19,19a)としては、Agの他、AlやRhを利用することができる。
 なお、本構成においては、n型窒化物半導体層35として、少なくとも上面部分が、n型不純物濃度が1×1019/cmより大きい高濃度のAlGaNで形成するのが好適である。これにより、n型窒化物半導体層35と金属電極19aの良好なコンタクト特性も実現できる。
 (ステップS26)
 第4実施形態のステップS17と同様に、酸素を含む雰囲気下でアニール処理を行う。より具体的には、RTA装置又はMOCVD装置内において、空気雰囲気下で約450℃で約1分間の活性化処理を行う。これにより、特に金属電極19と第2コンタクト層34の間のコンタクト特性を更に向上させる効果が得られる。
 (ステップS27)
 その後、n側の金属電極19aの上面に給電端子51、p側の金属電極19の上面に給電端子52をそれぞれ形成する。より具体的には、給電端子51,52を形成する導電材料膜(例えば膜厚100nmのCrと膜厚3μmのAuからなる材料膜)を全面に形成後、リフトオフによって給電端子51,52を形成する。その後、窒素雰囲気中で250℃1分間のシンタリングを行う。
 そして、ボンディング電極53を介して基板55と給電端子51を接続し、ボンディング電極54を介して基板55と給電端子52を接続することで、図6に示した窒化物半導体発光素子1aが形成される。
 [別実施形態]
 以下、別実施形態について説明する。
 〈1〉 上記各実施形態では、第2コンタクト層34として、ZnがドープされたGaN又はAlGaNである場合を採り上げて説明した。しかし、同様の原理により、第2コンタクト層34を、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされたAlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成した場合において、金属電極19とのコンタクト性の向上が実現できる。
 更に、第2コンタクト層34が、微量の他の物質(Sbなど)が含有されたAlGaInNで構成された場合においても、同様の効果を示すものであり、本発明はこのような材料で第2コンタクト層34が形成された素子を権利範囲から排除する趣旨ではない。
 〈2〉 上記各実施形態において、絶縁層21に代えて導電性酸化膜層を形成しても構わない。導電性酸化膜層を備える構成とした場合、絶縁層21よりは導電率が高いため、半導体層30内を電流が垂直方向に流れやすくなるが、通常の導電材料(金属など)と比較すると導電率は大幅に低いので、水平方向に電流を拡げる効果が実現される。導電性酸化膜層としては、例えばITO、IZO、In、SnO、IGZO(InGaZnOx)などを利用することができる。
 なお、この絶縁層21や導電性酸化膜層は、電流を水平方向に拡げるという意味においては、電極(42,43)の直下位置、すなわち電極(42,43)に対して基板面に直交する方向に対向する位置に形成されることが好ましいが、本発明はこの絶縁層21や導電性酸化膜層を有しない構成の素子を権利範囲から排除する趣旨ではない。
 〈3〉 図1及び図6に示した構造、並びに図5A~図5I、図7A~図7B、図9A~図9Jを参照して上述した製造方法は、好ましい実施形態の一例であって、これらの構成やプロセスの全てを備えなければならないというものではない。
 例えば第1実施形態において、ハンダ層13とハンダ層15は、2つの基板の貼り合せを効率的に行うべく形成されたものであって、2基板の貼り合せが実現できるのであれば窒化物半導体発光素子の機能を実現する上で必ずしも必要なものではない。
 同様に、保護層17はハンダ材料の拡散防止の観点、n型窒化物半導体層35の表面の凹凸は光取り出し効率の向上の観点からは、備えるのが好適であるが、本発明はこれらを備えない構成の素子を権利範囲から排除する趣旨ではない。他の実施形態においても同様である。
 〈4〉 上記実施形態では、サファイア基板61と支持基板11の両者にハンダ層を形成したが(ハンダ層13、15)、どちらか一方にのみハンダ層を形成した後に両基板を貼り合せても構わない。また、保護層17をサファイア基板61側に形成したが、支持基板11側に形成しても構わない。すなわち、図5Dに示す構成に代えて、支持基板11の上層に保護層17を形成し、その上層にハンダ層13を形成したものを、ステップS5においてサファイア基板61と貼り合せても構わない。他の実施形態においても同様である。
    1、1a   :  窒化物半導体発光素子
   11   :  支持基板
   13   :  ハンダ層
   15   :  ハンダ層
   17   :  保護層
   18a、18b   :  金属電極
   19、19a   :  金属電極
   20、20a   :  導電層
   21   :  絶縁層
   23a、23b   :  プローバ
   30、30a   :  半導体層
   31   :  p型窒化物半導体層
   32   :  第1コンタクト層
   33   :  発光層
   34   :  第2コンタクト層
   35   :  n型窒化物半導体層
   36   :  アンドープ層
   40   :  エピタキシャル層
   41   :  絶縁層
   42   :  電極
   43   :  ボンディング電極
   45   :  ボンディングワイヤ
   51、52   :  給電端子
   53、54   :  ボンディング電極
   55   :  基板
   61   :  サファイア基板
   70、71、72   :  評価用素子
   73   :  間隙
   80   :  従来例の発光素子
   81   :  比較例1の発光素子
   83   :  コンタクト電極
 

Claims (14)

  1.  n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との間に発光層を有する窒化物半導体発光素子において、
     前記p型窒化物半導体層に接触して、前記p型窒化物半導体層よりも高濃度で第1不純物材料がドープされた窒化物半導体層で構成された第1コンタクト層と、
     前記第1コンタクト層に接触して、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされた、AlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成された第2コンタクト層を有することを特徴とする窒化物半導体発光素子。
  2.  前記第2不純物材料によって形成される前記第2コンタクト層内の不純物準位が、前記第1不純物材料によって形成される前記第1コンタクト層内の不純物準位よりも深い位置にあることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
  3.  前記第2不純物材料がZnであることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
  4.  前記第2コンタクト層の不純物濃度が1×1019/cm~5×1021/cmであることを特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体発光素子。
  5.  前記第1不純物材料がMgであることを特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体発光素子。
  6.  前記第2コンタクト層に接触して、Ag、Ag合金、Al又はRhの1種以上を含む金属電極を有することを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
  7.  前記第1コンタクト層が、前記p型窒化物半導体層に接触して、前記p型窒化物半導体層よりも高濃度でMgがドープされた窒化物半導体層で構成され、
     前記第2コンタクト層が、前記第1コンタクト層に接触して、前記第1コンタクト層よりも低濃度でZnがドープされた、AlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
  8.  前記第2コンタクト層に接触して、Ag、Ag合金、Al又はRhの1種以上を含む金属電極を有することを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体発光素子。
  9.  基板上に、n型窒化物半導体層、発光層、及びp型窒化物半導体層を順次積層形成する工程(a)と、
     前記p型窒化物半導体層の上層に、前記p型窒化物半導体層よりも高濃度で第1不純物材料がドープされた窒化物半導体層で構成された第1コンタクト層を形成する工程(b)と、
     前記第1コンタクト層の上層に、Zn、Cd、Be、Sr、Ca及びCのいずれか1種以上の第2不純物材料がドープされた、AlGaInN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で構成された第2コンタクト層を形成する工程(c)と、
     前記工程(c)の後に、不活性ガス雰囲気下でアニールする工程(d)とを有することを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
  10.  前記工程(d)の後、前記第2コンタクト層の上層に金属電極を形成する工程(e)と、
     前記工程(e)の後、酸素含有雰囲気下でアニールする工程(f)を有することを特徴とする請求項9に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  11.  前記工程(e)において、前記金属電極がAg又はAg合金であることを特徴とする請求項10に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  12.  前記工程(c)において用いられる前記第2不純物材料によって形成される前記第2コンタクト層内の不純物準位が、前記工程(b)において用いられる前記第1不純物材料によって形成される前記第1コンタクト層内の不純物準位よりも深い位置にあることを特徴とする請求項9に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  13.  前記工程(c)において、前記第2不純物材料がZnであることを特徴とする請求項12に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  14.  前記工程(b)において、前記第1不純物材料がMgであることを特徴とする請求項12又は13に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
     
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