CN102754226A - 氮化物系半导体元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氮化物系半导体元件及其制造方法，该氮化物系半导体元件具备生长面为m面的p型AldGaeN层(25)、在p型AldGaeN层(25)上设置的电极(30)，AldGaeN层(25)具有由厚度26nm以上60nm以下的AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y＞0，z≥0)半导体形成的p-AldGaeN接触层(26)，p-AldGaeN接触层(26)具有含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg的主体区域(26A)、和与电极(30)相接并具有1×1021cm-3以上的Mg浓度的高浓度区域(26B)。
Description
技术领域
本发明涉及氮化物系半导体元件及其制造方法。
背景技术
作为V族元素具有氮(N)的氮化物半导体由于其带隙的大小，因此期待将其作为短波长发光元件的材料。其中，氮化镓系化合物半导体(GaN系半导体：AlxGayInzN(0≤x，y，z≤1、x+y+z＝1)的研究尤为盛行，蓝色发光二极管(LED)、绿色LED、以及以GaN系半导体为材料的半导体激光器也已实用化。(例如，参照专利文献1、2)。GaN系半导体具有纤维锌矿型结晶构造。图1示意性表示GaN的单位晶格。在AlxGayInzN(0≤x，y，z≤1、x+y+z＝1)半导体的结晶中，图1所示的Ga的一部分可被置换为Al及/或In。
图2表示为了以4指数表述(六方晶指数)来表现纤维锌矿型结晶构造的面而一般采用的四个基本向量a1、a2、a3、c。基本向量c在“0001”方向上延伸，该方向被称为“c轴”。与c轴垂直的面(plane)被称为“c面”或“(0001)面”。此外，“c轴”及“c面”有时也分别记为“C轴”及“C面”。
在使用GaN系半导体来制作半导体元件时，作为使GaN系半导体结晶生长的基板，使用c面基板、即在表面具有(0001)面的基板。然而，由于在c面中Ga的原子层和氮的原子层的位置在c轴方向上略有偏离，因此形成极化(Electrical Polarization)。因而，“c面”也被称为“极性面”。极化的结果会在活性层的InGaN的量子阱中沿着c轴方向产生压电电场。当在活性层中产生这种的压电电场时，由于因载流子的量子限制斯塔克效应活性层内的电子及空穴的分布中出现位置偏离，因此内部量子效率下降。因而，如果是半导体激光器，则引起阈值电流的增大。如果是LED，则引起耗电的增大、发光效率的下降。此外，随着注入载流子密度的上升会引起压电电场的屏蔽，发光波长也发生变化。
因此，为了解决这些课题，正在研究使用在表面具有非极性面、例如与[10-10]方向垂直的被称为m面的(10-10)面的基板。在此，在表示密勒指数的括号内的数字左侧赋予的“-”是指“bar”。m面是图2所示那样与c轴(基本向量c)平行的面，与c面正交。由于在m面中Ga原子和氮原子存在于同一原子面上，因此在与m面垂直的方向上不会发生极化。其结果如果在与m面垂直的方向上形成半导体叠层构造，由于在活性层中也不会产生压电电场，因此能够解决上述课题。
m面是(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面的总称。此外，在本说明书中，所谓“X面生长”是指：在与六方晶纤维锌矿构造的X面(X＝c、m)垂直的方向上进行外延生长。在X面生长中，有时将X面称为“生长面”。此外，有时将通过X面生长所形成的半导体的层称为“X面半导体层”。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】JP特开2001-308462号公报
【专利文献2】JP特开2003-332697号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
如上述，尽管在m面基板上生长的GaN系半导体元件与在c面基板上生长而得到的元件相比具有显著的效果，但存在如下的问题。即，与在c面基板上生长的元件相比，在m面基板上生长的GaN系半导体元件的接触电阻较高，这在使用在m面基板上生长的GaN系半导体元件上会成为很大的技术障碍。
在这种状况中，本申请发明者为了解决在作为非极性面的m面上生长而得到的GaN系半导体元件具有的接触电阻较高这一课题进行了深入研究，其结果发现了能够降低接触电阻的方法。
本发明是鉴于这一点而提出的，其主要目的在于提供一种能够降低在m面基板上进行结晶生长而得到的GaN系半导体元件中的接触电阻的构造及制造方法。
【用于解决课题的技术方案】
本发明的氮化物系半导体元件具备：氮化物系半导体叠层构造，其具有生长面为m面的p型半导体区域；和电极，其设置在所述p型半导体区域上，所述p型半导体区域具有由厚度26nm以上60nm以下的AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y＞0，z≥0)半导体形成的接触层，所述接触层具有含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg的主体区域、和与所述电极相接并具有1×1021cm-3以上的Mg浓度的高浓度区域。
在某个实施方式中，所述高浓度区域的厚度为0.5nm以上10nm以下。
在某个实施方式的所述接触层中，在所述主体区域与所述高浓度区域之间设置含有浓度高于2×1020cm-3且低于1×1021cm-3的Mg的迁移区域。
在某个实施方式中，所述主体区域含有4×1019cm-3以上1×1020cm-3以下的Mg。
在某个实施方式中，所述电极之中的与所述高浓度区域相接的部分是含有Mg、Zn及Ag之中至少任意一个的第1层。
在某个实施方式中，所述电极包含在所述第1层之上形成的第2层。
在某个实施方式中，所述第2层是从由Ag、Pt、Mo及Pd组成的群组中选择的至少一种金属。
在某个实施方式中，所述电极是Ag层。
在某个实施方式中，所述第1层是岛状。
在某个实施方式中，所述p型半导体区域还包括由含有1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下的Mg的AlxGayInxN(x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z≥0)半导体所形成的p型半导体层。
在某个实施方式中，所述p型半导体区域的厚度为100nm以上500nm以下。
本发明的光源具备：氮化物系半导体发光元件；和波长变换部，其包含对从所述氮化物系半导体发光元件放射出的光的波长进行变换的荧光物质，所述氮化物系半导体发光元件具备：氮化物系半导体叠层构造，其具有生长面为m面的p型半导体区域；和电极，其设置在所述p型半导体区域上，所述p型半导体区域由厚度26nm以上60nm以下的AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y＞0，z≥0)半导体形成的接触层，所述接触层具有含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg的主体区域、和与所述电极接触并含有1×1021cm-3以上的Mg浓度的高浓度区域。
在某个实施方式中，所述高浓度区域的厚度为0.5nm以上10nm以下。
在某个实施方式的所述接触层中，在所述主体区域与所述高浓度区域之间设置浓度高于2×1020cm-3且低于1×1021cm-3的Mg的迁移区域。
在某个实施方式中，所述主体区域含有4×1019cm-3以上1×1020cm-3以下的Mg。
本发明的氮化物系半导体元件的制造方法包括：工序(a)，准备基板；工序(b)，在所述基板上形成生长面为m面且具有p型半导体区域的氮化物系半导体叠层构造；和工序(c)，在所述半导体叠层构造中的所述p型半导体区域的所述生长面上形成电极，所述工序(b)包括作为所述p型半导体区域的一部分形成由厚度26nm以上60nm以下的AlxGayInzN半导体形成的接触层的工序(b1)，其中x+y+z＝1，x≥0，y＞0，z≥0，所述工序(b1)具有：形成含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg的主体区域的工序；和形成具有1×1021cm-3以上的Mg浓度的高浓度区域的工序，在所述工序(c)中形成与所述高浓度区域相接的所述电极。
在某个实施方式中，所述主体区域含有4×1019cm-3以上1×1020cm-3以下的Mg。
在某个实施方式的所述工序(c)中，在所述高浓度区域上形成所述电极，所述电极具有含有Mg、Zn及Ag之中的至少任意一个的第1层。
在某个实施方式的所述工序(c)中，形成所述电极，所述电极具有所述第1层和第2层，所述第2层位于所述第1层之上由从Ag、Pt、Mo及Pd组成的群组中选择的至少一种金属构成。
在某个实施方式的所述工序(c)之后，执行进行加热处理的工序。
本发明的其他实施方式的氮化物系半导体元件具备具有表面为m面的p型半导体区域的氮化物系半导体叠层构造、在所述p型半导体区域上设置的电极，所述p型半导体区域含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg，具有由厚度26nm以上60nm以下的AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z≥0)半导体形成的接触层。
在某个实施方式中，所述接触层也可以由含有4×1019cm-3以上1×1020cm-3以下的Mg的、厚度30nm以上45nm以下的AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z≥0)半导体形成。
在某个实施方式中，与所述电极之中的所述接触层相接的部分也可以是含有Mg、Zn及Ag之中至少任意一个的第1层。
在某个实施方式中，所述电极包含在所述第1层之上形成的第2层。
在某个实施方式中，所述第2层是从由Ag、Pt、Mo及Pd构成的群组中选择的至少1种金属。
在某个实施方式中，所述电极可以是Ag层。
在某个实施方式中，所述第1层可以是岛状。
在某个实施方式中，所述p型半导体区域还可以包括由含有1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下的Mg的AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z≥0)半导体形成的p型半导体层。
在某个实施方式中，所述p型半导体层的厚度为100nm以上500nm以下。
本发明的其他实施方式的光源具备氮化物系半导体发光元件、包含对从所述氮化物系半导体发光元件放射的光的波长进行变换的荧光物质的波长变换部，所述氮化物系半导体发光元件具备具有表面为m面的p型半导体区域的氮化物系半导体叠层构造、在所述p型半导体区域上设置的电极，所述p型半导体区域含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg，具有由厚度26nm以上60nm以下的AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z≥0)半导体形成的接触层。
在某个实施方式中，所述接触层可以由含有4×1019cm-3以上1×1020cm-3以下的Mg的、厚度30nm以上45nm以下的AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z≥0)半导体形成。
本发明的其他的氮化物系半导体元件的制造方法包括：工序(a)，准备基板；工序(b)，在所述基本上形成表面为m面且具有由AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z≥0)半导体构成的p型半导体区域的氮化物系半导体叠层构造；和工序(c)，在所述半导体叠层构造的所述p型半导体区域的所述表面上形成电极，所述工序(b)中形成含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg、具有厚度26nm以上60nm以下的接触层的所述p型半导体区域。
在某个实施方式中，所述接触层可以由含有4×1019cm-3以上1×1020cm-3以下的Mg的、厚度30nm以上45nm以下的AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z≥0)半导体形成。
在某个实施方式中，所述工序(c)中可以在所述p型半导体区域的所述表面上形成具有含有Mg、Zn及Ag之中至少任意一个的第1层的所述电极。
在某个实施方式中，所述工序(c)中可以形成所述电极，所述电极具有所述第1层、位于所述第1层之上由从Ag、Pt、Mo及Pd组成的群组中选择的至少一种金属构成的第2层。
在某个实施方式中，在所述工序(c)之后可以执行进行加热处理的工序。
【发明效果】
根据本发明的氮化物系半导体元件，能够抑制体电阻的上升且降低接触电阻。此外，能够降低p型电极中的光吸收损耗。
附图说明
图1是示意地表示GaN的单位晶格的立体图。
图2是表示纤维锌矿型结晶构造的基本向量a1、a2、a3、c的立体图。
图3(a)是表示第1实施方式的氮化物系半导体发光元件100的剖面示意图，(b)是表示m面的结晶构造的图，(c)是表示c面的结晶构造的图。
图4(a)至(c)是示意地表示电极中的Mg及Ag分布的图。
图5是利用SIMS(Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer)测量No.1至No.5的样品(电极形成前)的p-AldGaeN接触层26中的Mg的深度方向的分布而得到的结果的曲线。
图6A是表示测量图5所示的No.1的样品的电流-电压特性及固有接触电阻而得到的结果的曲线。
图6B是表示测量图5所示的No.2的样品的电流-电压特性及固有接触电阻而得到的结果的曲线。
图6C是表示测量图5所示的No.3的样品的电流-电压特性及固有接触电阻而得到的结果的曲线。
图6D是表示测量图5所示的No.4的样品的电流-电压特性及固有接触电阻而得到的结果的曲线。
图6E是表示测量图5所示的No.5的样品的电流-电压特性及固有接触电阻而得到的结果的曲线。
图6F是TLM电极的图案的图。
图7是表示利用SIMS测量No.1至No.5的样品(电极形成后)的Mg及Ga的深度方向的分布而得到的结果的曲线。
图8是第2实施方式的氮化物系半导体发光元件101的剖面示意图。
图9(a)是示意地表示第3实施方式涉及的氮化物系半导体发光元件102的剖面构造的剖视图，(b)是放大表示氮化物系半导体发光元件102之中的AldGaeN层25及电极30的剖视图。
图10是利用SIMS测量Mg原子的深度方向的分布而得到的结果的曲线。
图11是表示p-AldGaeN接触层26之中的与电极30相接的部分的杂质浓度与接触电阻之间的关系的曲线。
图12是表示白色光源的实施方式的剖视图。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，参照附图对本发明的第1实施方式的氮化物系半导体发光元件进行说明。在以下的附图中，为了简化说明，使用同一参照符号表示实质上具有同一功能的结构要素。再者，本发明并不限定于以下的实施方式。
图3(a)示意性表示本发明的实施方式所涉及的氮化物系半导体发光元件100的剖面结构。图3(a)所示的氮化物系半导体发光元件100是由GaN系半导体构成的半导体器件，具有氮化物系半导体叠层构造。
本实施方式的氮化物系半导体发光元件100具备：将m面作为表面(生长面)12的GaN系基板10、在GaN系基板10上所形成的半导体叠层构造20、在半导体叠层构造20上所形成的电极30。在本实施方式中，半导体叠层构造20是通过m面生长而形成的m面半导体叠层构造，其表面(生长面)是m面。再者，由于还有在r面蓝宝石基板上生长a面GaN的这种情况，因此根据生长条件不同GaN系基板10的表面也未必是m面。在本发明的结构中，只要至少半导体叠层构造20之中的、与电极相接的半导体区域的表面是m面即可。
本实施方式的氮化物系半导体发光元件100具备支撑半导体叠层构造20的GaN系基板10，但代替GaN系基板10也可以具备其他的基板，还能够在取下基板的状态下使用。
图3(b)示意性表示表面(生长面)为m面的氮化物系半导体的剖面(与基板表面垂直的剖面)处的结晶构造。由于Ga原子和氮原子存在于与m面平行的同一原子面上，因此在与m面垂直的方向上不会发生极化。即，m面是非极性面，在垂直于m面的方向上生长出的活性层内不产生压电电场。此外，所添加的In及Al位于Ga的位置，并置换Ga。即便Ga的至少一部分被In、Al置换，在与m面垂直的方向上也不会发生极化。
在表面(生长面)具有m面的GaN系基板在本说明书中被称为“m面GaN系基板”。为了得到在与m面垂直的方向上生长的氮化物系半导体叠层构造，典型的是使用m面GaN基板，在其基板的m面上生长半导体即可。这是因为GaN系基板的表面(生长面)的面方位反映在半导体叠层构造的面方位。但是，如上述那样，基板的表面也未必是m面，此外在最终的器件中也不需要残留基板。
为了参考，图3(c)中示意性表示表面为c面的氮化物系半导体的剖面(与基板表面垂直的剖面)处的结晶构造。Ga原子和氮原子并没有存在于与c面平行的同一原子面上。其结果在与c面垂直的方向上发生极化。在本说明书中将表面具有c面的GaN系基板称为“c面GaN系基板”。
c面GaN系基板是用于使GaN系半导体结晶生长的一般的基板。由于与c面平行的Ga的原子层和氮的原子层的位置在c轴方向上略有偏离，因此沿着c轴方向形成极化。
再次参照图3(a)。在m面GaN系基板10的表面(m面)12之上形成半导体叠层构造20。半导体叠层构造20包括：含有AlaInbGacN层(a+b+c＝1，a≥0，b≥0，c≥0)的活性层24、和AldGaeN层(d+e＝1，d≥0，e≥0)25。AldGaeN层25以活性层24为基准位于与m面12相反的一侧。在此，活性层24是氮化物系半导体发光元件100中的电子注入区域。
本实施方式的活性层24具有Ga0.9In0.1N阱层(例如厚度9nm)和GaN阻挡层(例如厚度9nm)交替层叠的GaInN/GaN多重量子阱(MQW)构造(例如厚度81nm)。
在活性层24之上设置p型的AldGaeN层25。p型的AldGaeN层25的厚度例如为0.2～2μm。在活性层24与AldGaeN层25之间也可以设置未掺杂的GaN层。
在本实施方式的半导体叠层构造20中还包含其他的层，在活性层24与GaN系基板10之间形成AluGavInwN层(u+v+w＝1，u≥0，v≥0，w≥0)22。本实施方式的AluGavInwN层22是第1导电型(n型)的AluGavInwN层22。
在AldGaeN层25中，Al的组成比例d在厚度方向上部不需要一样。在AldGaeN层25中，Al的组成比例d可以在厚度方向上连续地或者阶段性变化。即，AldGaeN层25既可以具有Al的组成比例d不同的多个层叠层形成的多层构造，也可以使得掺杂剂的浓度在厚度方向上变化。
在AldGaeN层25的最表面附近形成有p-AldGaeN接触层26。AldGaeN层25之中的p-AldGaeN接触层26以外的区域的厚度为例如10nm以上500nm以下，该区域的Mg浓度为例如1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下。p-AldGaeN接触层26与AldGaeN层25之中的p-AldGaeN接触层26以外的区域相比，具有较高的Mg浓度。p-AldGaeN接触层26中的高浓度的Mg在促进Ga的扩散这一点上发挥有效的作用。将AldGaeN层25之中的p-AldGaeN接触层26以外的区域设置成100nm以上500nm以下的厚度的情况下，即便在p-AldGaeN接触层26中含有高浓度的Mg，也能够抑制Mg扩散至活性层24侧。p-AldGaeN接触层26的Mg浓度具体而言是4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下。更加优选是1×1020cm-3以下。在p-AldGaeN接触层26中，如果Mg的浓度低于4×1019cm-3，则无法充分降低接触电阻。另一方面，在p-AldGaeN接触层26中，当Mg的浓度超过1×1020cm-3时，p-AldGaeN接触层26的体电阻开始上升，当Mg的浓度超过2×1020cm-3时，体电阻更为显著地上升。
优选p-AldGaeN接触层26的厚度为26nm以上60nm以下。更加优选30nm以上45nm以下。如果p-AldGaeN接触层26的厚度小于26nm，则无法充分地降低接触电阻。另一方面，当p-AldGaeN接触层26的厚度超过45nm时，p-AldGaeN接触层26的体电阻开始上升，当超过60nm时，体电阻更为显著地上升。为了充分地降低接触电阻，尤为重要的是p-AldGaeN接触层26中的Mg浓度和厚度的双方收敛在上述范围内。例如，即便Mg浓度为4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下，如果厚度是10nm，则接触电阻也不会充分下降。对于p-AldGaeN接触层26的杂质浓度及厚度，在后面利用测量结果进行详细说明。
从降低接触电阻的观点出发，优选p-AldGaeN接触层26由Al的组成比例d为零的层(GaN层)构成。此外，Al组成d也可以不为零。例如，作为p-AldGaeN接触层26，还可以使用将Al组成d设定为0.05左右的Al0.05Ga0.95N。
在半导体叠层构造20之上形成电极30。本实施方式的电极30由Mg层32、在Mg层32之上形成的Ag层34构成。电极30中的Mg层32与半导体叠层构造20的p-AldGaeN接触层26接触，作为p型电极(p侧电极)的一部分发挥功能。
在电极30中，Mg层32及Ag层34的至少一部分可以彼此形成合金。即，既可以是仅Mg层32和Ag层34的边界部分形成合金，也可以是电极30整体形成合金。
图4(a)至(c)是用于说明Mg层32与Ag层34之间的合金化的图。图4(a)是表示Mg层32及Ag层34的一部分形成合金的状态。在该情况下，如图4(a)所示，电极30A由与p-AldGaeN接触层26相接的Mg层32、在Mg层32之上存在的Mg-Ag合金层61A、在Mg-Ag合金层61A之上存在的Ag层34构成。
图4(b)表示Mg与Ag的合金化进行至与p-AldGaeN接触层26相接的部分的状态。在图4(b)所示的状态中，电极30B中的Mg层32(电极30B之中的与p-AldGaeN接触层26相接的部分)由Mg-Ag合金形成。在图4(b)所示的电极30B的例子中，在Mg层32之上存在Ag层34。
图4(c)表示Mg层及Ag层的整体形成合金的状态的电极30C。在该情况下，电极30C仅由Mg-Ag合金层61C构成。
图4(a)至(c)所示的Mg-Ag合金由Mg及Ag构成(主成分是Mg及Ag)。图4(a)至(c)所示的构造可以在Mg层之上形成Ag层之后通过进行热处理来形成。再者，图4(c)所示的构造也可以将Mg和Ag的混合物或者化合物作为蒸镀源进行蒸镀之后通过进行热处理来形成。
Ag层34可以是将Ag作为主成分而添加一种以上的微量的其他金属(例如Cu、Au、Pd、Nd、Sm、Sn、In、Bi等)进行合金化而形成。由这些金属进行合金化而得到的Ag层34与Ag相比，在耐热性、可靠性等方面较为优异。
可以在上述各电极30A、30B、30C之上，与Mg层32及Ag层34独立地形成由这些金属以外的金属或者合金构成的电极层、布线层。
再者，Mg层32的至少一部分可以通过叠层后的热处理而以岛状(island)引起凝集，并在p-AldGaeN接触层26的表面上彼此空出间隔而形成。此时，构成Ag层34的Ag进入各岛状Mg层32之间。Ag层34的至少一部分可以凝集成岛状。
本实施方式的电极30的厚度例如为10nm以上200nm以下。电极30中的Mg层32的厚度例如为2nm以上45nm以下。再者，在此的Mg层32的厚度为热处理后的Mg层的厚度。
Ag层34的厚度例如为200nm以下(或者10nm以上200nm以下)。再者，优选Mg层32的厚度比Ag层34的厚度还薄。这是为了防止因Mg层32与Ag层34之间的变形的平衡瓦解而导致在Mg层32与p-AldGaeN接触层26之间产生剥离。
在第1实施方式中，电极30由与p-AldGaeN接触层26相接的部分即Mg层32(第1层)、在Mg层32之上设置Ag层34(第2层)构成。第1层也可以由Zn形成。此外，第1层既可以是Mg与Zn的合金，还可以是Mg或者Zn与此外的金属的合金。
第2层可以由Ag以外的金属(例如Pt、Pd、Mo)形成。此外，电极30未必是第1层和第2层的叠层构造，也可以仅由1层构成。
具有m面的表面12的GaN系基板10的厚度例如为100～400μm。这是因为如果大致为100μm以上的基板厚则在晶片的处理中不会出现问题。再者，如果本实施方式的GaN系基板10具有由GaN系材料构成的m面的表面12，则也可以具有叠层构造。即，本实施方式的GaN系基板10还包含至少在表面12存在m面的基板，因此既可以是基板整体为GaN系，也可以是与其他材料的组合。
在本实施方式的结构中，在GaN系基板10之上，在n型的AluGavInwN层(例如厚度0.2～2μm)22的一部分形成电极40(n型电极)。在图示的例子中，半导体叠层构造20之中的形成电极40的区域，按照使n型的AluGavInwN层22的一部分露出的方式形成凹部42。在该凹部42中在露出的n型的AluGavInwN层22的表面设置电极40。电极40例如由Ti层、Al层、Ag层的叠层构造构成，电极40的厚度例如为100～200nm。
图5表示具有p-AldGaeN接触层26的AldGaeN层25的Mg原子在深度方向的分布，表示利用SIMS测量的结果。横轴的原点(0μm)大致相当于p-AldGaeN接触层26的表面。横轴的数值为“+”的区域表示与p-AldGaeN接触层26的表面相比靠基板侧的区域，其值越大则表示越深的位置。再者，纵轴所示的“1.0E+17”是指“1.0×1017”，“1.0E+18”是指“1.0×1018”。即，“1.0E+X”是指“1.0×10X”。
图5所示的测量结果是在AlGaN层25之上没有形成电极的状态下测量的。在该状下进行测量是为了排除由于形成电极而引起影响。
No.1是在AldGaeN层25内没有形成p-AldGaeN接触层26的样品。在No.2至No.5的样品中，在形成AldGaeN层25的工序中，开始形成p-AldGaeN接触层26的定时各不相同。No.2的p型接触层(Mg杂质浓度为4×1019cm-3以上)的厚度为3nm左右。No.3的p型接触层(Mg杂质浓度为4×1019cm-3以上)的厚度为5nm左右。No.4的接触层(Mg杂质浓度为4×1019cm-3以上)的厚度为15nm左右。No.5的接触层(Mg杂质浓度为4×1019cm-3以上)的厚度为26nm左右。
图6A至图6E表示在图5所示的No.1至No.5的样品之上形成包含Mg/Ag层的电极并测量了电流-电压特性及接触电阻之后的结果。图6A至图6E所示的接触电阻是利用TLM(Transmission Line Method)法来进行评价的。图6A至图6E所示的电流-电压特性的各曲线，对应于图6F所示的TLM电极图案的电极间距离。图6F表示100μm×200μm的多个电极空出8μm、12μm、16μm、20μm的间隔进行配置的状态。接触电阻一般与相接的面积S(cm2)成反比例。在此，若将接触电阻设为R(Ω)，则R＝Rc/S的关系成立。比例常数的Rc被称为固有接触电阻，相当于接触面积S为1cm2时的接触电阻R。即，固有接触电阻的大小成为不依赖于接触面积S、用于评价接触特性的指标。以下，将“固有接触电阻”有时简记为“接触电阻”。
如图6A所示，不具有p-AldGaeN接触层26的样品No.1的固有接触电阻为3.7×10-2(Ωcm2)。样品No.2、No.3、No.4的p-AldGaeN接触层26的厚度分别是3nm、5nm、15nm，各自的固有接触电阻如图6B至图6D所示分别为7.1×10-2(Ωcm2)、2.0×10-3(Ωcm2)、1.6×10-3(Ωcm2)。根据该结果可知，p-AldGaeN接触层26越厚，则固有接触电阻的值越小。样品No.5的p-AldGaeN接触层26的厚度为26nm，样品No.5的固有接触电阻如图6E所示为1.1×10-3(Ωcm2)。
根据该结果可知，在p-AldGaeN接触层26(AldGaeN层25之中包含4×1019cm-3以上的Mg杂质的区域)的厚度为26nm时，固有接触电阻为1.1×10-3Ωcm2，p-AldGaeN接触层26越厚则该值越小。
本申请发明者在之前的申请(PCT/JP2010/001920等)中示出了通过在m面的p型氮化物半导体层之上形成包含Mg层的电极由此能够降低固有接触电阻。根据图6A至图6E所示的结果可知，在Mg层32与p-AldGaeN接触层26相接的结构中，通过使p-AldGaeN接触层26的Mg浓度分布最优化，能够进一步降低接触电阻。
图7表示在图5所示的No.4及No.5之上形成由Mg/Ag层构成的电极30的样品中，利用SIMS来测量Ga原子的Mg原子在深度方向上分布而得到的结果。热处理前的电极30的Mg层的厚度为7nm，Ag层的厚度为75nm。曲线的纵轴表示由SIMS检测器检测出的信号强度、和与该信号强度成比例关系的原子浓度。图7所示的分布图都是在形成了电极30的状态下进行10分钟600℃的热处理之后的样品的测量结果。
如图7所示，横轴的“深度”的值为0.09附近的值表示电极30中的Mg层32与p-AldGaeN接触层26的界面。横轴上比该界面大的值的位置是p-AldGaeN接触层26内，横轴上比该界面小的值的位置是电极30内。
如图7所示，在样品No.4及No.5中都观测到在电极30内存在Ga。在样品No.4中，电极30内的Ga浓度为1×1019cm-3以下。另一方面，在样品No.5中，电极30内的Ga浓度为2×1019cm-3以上。这样，在样品No.4中，与样品No.5相比，Ga向电极30的扩散量较少。根据该结果，本申请发明者发现当增加p-AldGaeN接触层26的厚度时Ga的扩散量增加。此外，根据图6D、图6E所示的结果，表示与样品No.5相比样品No.4具有更低的接触电阻。根据这些结果，尽管其详细原因还不清楚，但可确认电极30中的Ga扩散量与接触电阻之间存在相关性。
在p型GaN中当Ga原子向电极侧扩散时，在p型GaN的最表面形成Ga原子不足的状态、即形成Ga空穴。由于Ga空穴具有受主的性质，因此在电极与p型GaN的界面附近Ga空穴增加时，空穴通过隧道效应而容易通过该界面的肖特基势垒。在本实施方式中，在p-AldGaeN接触层26之上形成Mg层32，且使p-AldGaeN接触层26的Mg浓度分布最优化。由此，认为Ga的移动被促进，接触电阻降低。由Mg形成Ga空穴的原理认为与之前申请(PCT/JP2009/002532)中所说明的原理同样。
相对于此，当与Ga原子一起N原子也扩散至电极侧时，在p型GaN的最表面也形成N不足的状态、即形成N空穴。由于N空穴具有施主的性质，因此在p型GaN的最表面在Ga空穴与N空穴之间引起电荷补偿补偿。此外，因N原子消失从而认为GaN结晶的结晶性恶化。因此，在与Ga原子一起N原子也向电极侧扩散的情况下，p型GaN层与电极之间的接触电阻较高。再者，本申请发明者通过其他实验确认了在本实施方式中N原子几乎没有扩散至电极侧。推测这样的各元素的举动即便在p-AldGaeN接触层26中以In置换Ga的一部分也同样产生。此外，推测作为电极30的第1层而使用Zn层的情况下、使用Mg和Zn的合金的情况下、使用Mg或者Zn与此外的金属的合金的情况下、以及第2层中使用Ag以外的金属的情况下都是同样的。
接下来，参照图3(a)说明本实施方式的氮化物系半导体发光元件100的制造方法。
首先，准备m面GaN系基板10。在本实施方式中，作为GaN系基板10使用GaN基板。本实施方式的GaN基板是采用HVPE(Hydride Vapor PhaseEpitaxy)法而得到的。
例如，首先在c面蓝宝石基板上生长几mm级的厚膜GaN。然后，在与c面垂直的方向上即m面对厚膜GaN进行切取，由此得到m面GaN基板。GaN基板的制作方法并不限于上述情况，例如也可以是如下方法，即：采用钠流法(sodium flux method)等液相生长或氨热法(ammonothermalgrowth)等溶液生长方法来制作大块GaN的晶锭(ingot)，并在m面对其进行切取。
取代GaN系基板10，例如也可以使用氧化镓、SiC基板、Si基板、蓝宝石基板等。为了在基板上外延生长由m面构成的GaN系半导体，SiC或蓝宝石基板的面方位也最好是m面。不过，由于也有在r面蓝宝石基板上生长a面GaN的情况，因此由于生长条件不同从而生长用表面也未必是m面。只要至少半导体叠层构造20的表面是m面即可。在本实施方式中，在GaN系基板10上，通过MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition)法依次形成结晶层。
具体而言，在m面GaN系基板10上形成AluGavInwN层22。作为AluGavInwN层22，例如形成厚度3μm的AlGaN。在形成AlGaN时，在m面GaN系基板10上以1100℃提供TMG(Ga(CH3)3)、TMA(Al(CH3)3)及NH3来堆积AlGaN层。
接着，在AluGavInwN层22上形成活性层24。在该例中，活性层24具有厚度9nm的Ga0.9In0.1N阱层、和厚度9nm的GaN阻挡层交替层叠的厚度为81nm的GaInN/GaN多重量子阱(MQW)构造。在形成Ga0.9In0.1N阱层时，为了进行In的取入，优选将生长温度降至800℃。
其次，在活性层24上堆积例如厚度为30nm的未掺杂GaN层。然后，在未掺杂GaN层上形成AldGaeN层25。作为AldGaeN层25形成例如厚度0.5μm的p-Al0.14Ga0.86N的情况下，以950℃的生长温度作为TMG、NH3、TMA、及p型杂质提供Cp2Mg(二茂镁)。
接下来，在AldGaeN层25的上部堆积例如厚度26nm的p-AldGaeN接触层26。此时，通过增加Cp2Mg的供给量，使得p-AldGaeN接触层26的Mg浓度高于AldGaeN层25的其他部分的Mg浓度。
作为p-AldGaeN接触层26，形成具有4×1019cm-3的Mg浓度的厚度26nm的GaN层的情况下，例如将生长温度保持在950℃、提供流量8sccm的TMG、流量7.5slm的NH3、及流量400sccm的Cp2Mg即可。例如，如果Mg的原料气体的流量相对于原料气体(结晶及杂质的原料气体)的流量总和的比为5％以上，则能够使p-AldGaeN接触层26的杂质浓度为4×1019cm-3以上。
优选p-AldGaeN接触层26的生长温度为900℃以上1000℃以下。如果生长温度低于900℃则存在因生长速率下降引起的结晶性的降低的问题，如果高于1000℃，则由于氮的脱离而引起表面粗糙。
之后，通过氯气类干法蚀刻，除去p-GaN接触层、AldGaeN层25、未掺杂GaN层及活性层24的一部分来形成凹部42，使AlxGayInzN层22的n型电极形成区域露出。接着，在位于凹部42的底部的n型电极形成区域上，作为n型电极40形成Ti/Pt层。
进而，在p-AldGaeN接触层26之上形成Mg层32，并在Mg层32之上形成Ag层34。由此形成p型电极30。
再者，为了使Mg层32形成致密且优质的膜，优选通过脉冲蒸镀来形成，但也可以通过热CVD法、分子线外延生长(MBE)等来形成。Ag层34可通过通常的蒸镀等来形成。
之后，以600℃的温度进行10分钟的热处理。
当在形成了电极30的状态下所进行的热处理的温度为500℃以上时，接触电阻急剧下降。并且，在600℃时接触电阻还会降低。进一步升温在700℃的温度时，尽管接触电阻与600℃的温度时相比有所上升，但与现有技术相比还是获得了较低的接触电阻。作为热处理温度例如优选500℃以上。由于当超过700℃而达到规定温度(例如800℃)以上时，电极、GaN层的膜质劣化加剧，因此优选上限为700℃以下(PCT/JP2010/001920)。
此外，然后还可以采用激光剥离、蚀刻、研磨等的方法，可连GaN系基板10、AluGavInwN层22的一部分除去。此时，既可以仅除去GaN系基板10，也可以选择性地除去GaN系基板10及AluGavInwN层22的一部分。当然，也可以不除去GaN系基板10、AluGavInwN层22而将其保留。通过以上的工序形成本实施方式的氮化物系半导体发光元件100。
在本实施方式的氮化物系半导体发光元件100中，若在n型电极40与p型电极30之间施加电压，则空穴从p型电极30向活性层24注入，电子从n型电极40向活性层24注入，产生例如450nm波长的发光。
以c面为表面的p型的氮化物系化合物半导体层中含有4×1019cm-3以上的Mg的情况下，由于层内的电阻增大的原因，p型的氮化物系化合物半导体层与电极之间的接触电阻会增加。此外，在c面的情况下，Mg促进Ga扩散的效果也很小。在将c面作为表面的p型的氮化物系化合物半导体层中，为了降低层内的电阻，优选使p型的氮化物系化合物半导体层尽可能变薄(例如10nm左右)。在本实施方式的以m面为表面的p-AldGaeN接触层26中，尽管通过提高Mg杂质从而层内的电阻增加，但是接触电阻下降。
再者，除了通过c面生长来形成这一点以外，通过与本实施方式相同的条件形成的c面氮化物系半导体发光元件(比较例)的情况下，确认出p型氮化物系半导体层(c面)与Mg/Ag电极的接触电阻大致为8.0×10-3Ωcm2。与m面生长时的接触电阻相比，该值是较高的值。认为这是因为在c面氮化物系半导体发光元件中N原子也与Ga原子一起扩散至Mg/Ag电极侧的缘故。
(第2实施方式)
以下，参照附图说明本发明的第2实施方式的氮化物系半导体发光元件。在以下的附图中，为了简化说明，使用同一参照符号表示实质上具有同一功能的结构要素。再者，本发明并不限定于以下的实施方式。
图8示意地表示第2实施方式涉及的氮化物系半导体发光元件101的剖面构造。在图8所示的氮化物系半导体发光元件101中，电极31仅由Ag层构成。除此以外的结构与第1实施方式中的氮化物系半导体发光元件100同样，因此省略其详细说明。
电极31的Ag层具有例如100nm以上500nm以下的厚度。Ag层也可以是以Ag为主成分添加一种以上的微量的其他金属(例如Cu、Au、Pd、Nd、Sm、Sn、In、Bi等)进行合金化而得到的。通过这些金属进行合金化而得到的Ag层与Ag相比，在耐热性、可靠性等方面优异。
说明测量本实施方式的样品的固有接触电阻而得到的结果。该测量所使用的样品中，将p-AldGaeN接触层26的厚度设定为26μm，使得p-AldGaeN接触层26中含有的Mg浓度分布与图5所示的样品No.5相同。在该样品的p-AldGaeN接触层26之上形成由厚度100nm的Ag层构成的电极31。在本实施方式的样品中，确认得到8.0×10-4Ωcm2～1.0×10-3Ωcm2的固有接触电阻。由此，确认了在本实施方式中也能够充分地降低接触电阻。
本申请发明者确认了在将形成了p-AldGaeN接触层26的状态的本实施方式的样品放置在大气中的情况下，在p-AldGaeN接触层26的表面析出1原子层(0.2nm)左右的氯化镁的层。认为该氯化镁是p-AldGaeN接触层26中的Mg在950℃左右的高温(使p-AldGaeN接触层26进行外延生长时的温度)中，在p-AldGaeN接触层26的最表面侧析出且该Mg层与氯进行反应而产生的。此外，认为有时也会有助于炉内的氛围气中存在Mg堆积在p-AldGaeN接触层26的表面的现象。再者，1原子层左右厚度的Mg析出层难以通过SIMS进行观测。
Mg析出层的厚度、形式，会根据p-AldGaeN接触层26中含有的Mg的浓度、p-AldGaeN接触层26的厚度、形成电极31后的热处理条件等而变动。Mg析出层也可以是以Mg为主成分的层，也可以是Mg与电极31的金属的合金。此外，还可以含有半导体叠层构造20中的Ga等。Mg析出层未必是层状的，也可以是岛状的。
在本实施方式中，通过在Mg析出层存在的状态下进行形成了电极31后的热处理，从而Ga从p-AldGaeN接触层26向电极31移动，在p-AldGaeN接触层26内产生Ga空穴。并且，认为N原子几乎没有向电极31侧移动。根据以上的原理，认为接触电阻下降。再者，除了通过c面生长来形成以外按照与本实施方式相同的条件所形成的c面氮化物系半导体发光元件(比较例)中，也可能存在Mg析出层。但是，通过上述的热处理，不仅仅是Ga原子而且N原子也同时向Ag电极侧扩散。由此，在c面氮化物系半导体发光元件(比较例)中，与本实施方式(m面)相比会得到较高的接触电阻。
本实施方式的制造方法除了作为电极31形成Ag层这一点以外，其他与第1实施方式同样。Ag层可通过通常的蒸镀等来形成。
在本实施方式中，p-AldGaeN接触层26的杂质浓度为4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下，厚度为26nm以上60nm以下，由此能够充分地降低接触电阻。
再有，能够提高活性层24中产生的光的由电极31引起的反射率。由于Ag的光反射率较高，因此在考虑光的反射的情况下，优选从p-AldGaeN接触层26的最表面至电极31的Ag层为止的距离较短。在第1实施方式中，在电极31的Ag层34与p-AldGaeN接触层26之间存在Mg层32，但是在本实施方式中，与第1实施方式的Mg层32的厚度相应地缩短电极31中的Ag层与p-AldGaeN接触层26之间的距离。因此，与第1实施方式相比，能够提高来自活性层24的光的反射率。
在本实施方式中，电极31由Ag层构成。可以使用由Ag以外的金属(例如Ti、Pt、Mo、Pd、Au、W等)构成的保护电极来覆盖电极31的表面。此外，为了保护电极31，也可以形成由电介质(例如SiO2、SiN等)构成的保护层。还可以在上述的保护电极或者保护层之上形成布线用的金属(Au、AuSn等)。电极31既可以由Ag以外的金属(例如Pt、Pd、Mo)构成，也可以由2种以上的合金形成。此外，电极31由多个层构成。
(第3实施方式)
本申请发明者发现在第1实施方式的氮化物系半导体发光元件100中，通过在p-AldGaeN接触层26的最表面设置Mg浓度高的区域能够进一步降低接触电阻。以下，参照附图说明第3实施方式。在以下的附图中，为了简化说明，使用同一参照符号表示实质上具有同一功能的结构要素。再者，本发明并不限定于以下的实施方式。
图9(a)是示意地表示第3实施方式涉及的氮化物系半导体发光元件102的剖面构造的剖视图。图9(b)是放大表示氮化物系半导体发光元件102之中的AldGaeN层25及电极30的剖视图。
在本实施方式的氮化物系半导体发光元件102中，在AldGaeN层25的最表面附近形成p-AldGaeN接触层26。p-AldGaeN接触层26由厚度26nm以上60nm以下的AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y＞0，z≥0)半导体形成。
p-AldGaeN接触层26具有：含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg的主体区域26A、与电极30相接并具有1×1021cm-3以上的Mg的高浓度区域26B。
在高浓度区域26B中，Mg浓度为例如3.5×1021cm-3以下。如果Mg浓度为3.5×1021cm-3以下，则能够抑制在将氮化物系半导体发光元件100放置在大气中时过剩的Mg的氧化、氯化。此外，如果Mg浓度为3.5×1021cm-3以下，则也能够使接触电阻稳定地保持在1×10-3Ωcm2以下实现良好的成品率。
在图9(a)、(b)中，高浓度区域26B在与电极30相接的部分中被设置成层状。高浓度区域26B既可以被设置成岛状，也可以被设置成多孔状。
p-AldGaeN接触层26的厚度为26nm以上60nm以下。或者是30nm以上45nm以下。如果p-AldGaeN接触层26的厚度小于26nm，则无法充分地降低接触电阻。另一方面，当p-AldGaeN接触层26的厚度超过45nm时，p-AldGaeN接触层26的体电阻开始上升，当超过60nm时，体电阻更加显著地上升。
如果主体区域26A的厚度为例如26nm以上，则能够抑制从电极金属侧注入的空穴载流子因主体区域26A中的肖克莱里德霍尔(shockley readhall)再结合或漏电流而消失，能够将空穴载流子有效地传输至活性层。如果主体区域26A的厚度为例如60nm以下，则能够充分地降低体电阻的值。在主体区域26A中，Mg浓度可以是4×1019cm-3以上1×1020cm-3以下。当Mg浓度超过1×1020cm-3时，体电阻开始上升，因此如果Mg浓度为1×1020cm-3以下，则能够将体电阻抑制在特别小的值。
高浓度区域26B的厚度为例如10nm以下或者5nm以下。如果高浓度区域26B的厚度为10nm以下，则可抑制体电阻的上升。如果高浓度区域26B的厚度为5nm以下，则Mg在表面析出，能够进行金属性的行为。通过进行该金属性的行为，与将Mg金属用作电极时同样的降低接触电阻的效果被促进。即，使Ga原子扩散至电极侧的效果被促进。如果高浓度区域26B的厚度为例如0.5nm以上，能够可靠地降低接触电阻。
在图9(a)、(b)中，主体区域26A和高浓度区域26B被设置成相接，但也可以在主体区域26A高浓度区域26B之间设置迁移区域。在此，迁移区域是指含有高于2×1020cm-3且低于1×1021cm-3的浓度的Mg的区域。
氮化物系半导体发光元件102除了设置高浓度区域26B这一点以外，具有与第1实施方式的氮化物系半导体发光元件100的结构同样的结构。在此，省略与第1实施方式同样结构的说明。此外，在本实施方式中，也可以取代电极30而形成第2实施方式的电极31。
接下来，说明形成本实施方式的氮化物系半导体发光元件102的方法。首先，通过与第1实施方式同样的方法形成到AldGaeN层25。
接着，在AldGaeN层25的上部，作为p-AldGaeN接触层26的一部分来堆积主体区域26A。此时，通过增加Cp2Mg的供给量，使得主体区域26A的Mg浓度高于AldGaeN层25的其他部分的Mg浓度。
在作为主体区域26A，形成具有4×1019cm-3的Mg浓度的GaN层的情况下，例如只要将生长温度保持在950℃，提供流量8sccm的TMG、流量7.5slm的NH3、及流量400sccm的Cp2Mg即可。例如，如果Mg的原料气体的流量相对于原料气体(结晶及杂质的原料气体)的流量总和的比为5％以上，则能够使主体区域26A的杂质浓度为4×1019cm-3以上。
进而，在主体区域26A之上形成例如厚度1nm的高浓度区域26B。此时，例如通过增加Cp2Mg的供给量相对于TMG的供给量的比例，使得高浓度区域26B的Mg浓度高于主体区域26A的Mg浓度。
具体而言，只要例如将生长温度设为950℃、提供流量1sccm的TMG、流量7.5slm的NH3、及流量800sccm的Cp2Mg即可。通过减少TMG的流量，由此生长速度下降，Mg的取入量增加。此外，通过增加Mg的流量，能够进一步增加Mg的掺杂量。尽管还依赖于生长炉的结构、生长速度、生长温度，但是例如Mg的原料气体的流量相对于原料气体(结晶及杂质的原料气体)的流量总和的比为10％以上，则能够使高浓度区域26B的杂质浓度为1×1021cm-3以上。
优选p-AldGaeN接触层26的生长温度例如为900℃以上1000℃以下。如果生长温度低于900℃，则存在因生长速率下降引起的结晶性降低的这一问题，如果高于1000℃，则由于氮的脱离而引起表面粗糙。
然后，通过与第1实施方式同样的工序，能够完成本实施方式的氮化物系半导体发光元件102。
图10是表示针对Mg原子的深度方向的分布利用SIMS所获得的结果。图10表示本实施方式的分布(a)、(b)及比较例的分布(c)、(d)。
在分布(a)中，深度0(p-AldGaeN接触层26之中与电极30相接的部分)处的Mg浓度为2.5×1021cm-3、1.0×1021cm-3，具有1.0×1021cm-3以上的Mg浓度的区域的厚度为1.1nm。在分布(b)中，深度0(p-AldGaeN接触层26之中与电极30相接的部分)处的Mg浓度为1.7×1021cm-3，具有1.0×1021cm-3以上的Mg浓度的区域(高浓度区域26B)的厚度为0.8nm。此外，在分布(a)、(b)中，Mg浓度为4×1019cm-3以上的区域(p-AldGaeN接触层26)的厚度分别是35nm、29nm。
另一方面，在分布(c)、(d)中，深度0(p-AldGaeN接触层26之中与电极30相接的部分)处的Mg浓度分别是6×1020cm-3、5×1019cm-3。在分布(c)、(d)中具有1.0×1021cm-3以上的Mg浓度的区域(高浓度区域26B)不存在。在分布(c)、(d)中，Mg浓度为4×1019cm-3以上的区域的厚度分别约为4nm、1nm。如上述，本实施方式的p-AldGaeN接触层26具有26nm以上的厚度。因此，在分布(c)、(d)中没有设置p-AldGaeN接触层26。
利用TLM(Transmission Line Method)法测量分布(a)至(d)的接触电阻，其结果，分布(a)、(b)、(c)、(d)的接触电阻分别是3×10-4Ωcm2、4×10-4Ωcm2、2×10-3Ωcm2、1×10-2Ωcm2。在分布(a)、(b)中，与分布(c)、(d)相比得到较低的接触电阻。
再者，在图10的(a)、(b)的分布中，存在Mg浓度大于2×1020cm-3且小于1×1021cm-3的区域(迁移区域)。之所以这种迁移区域被观测到，是因为从使Mg的供给比例增加开始直至实际被取入结晶为止要耗费时间(存储器效应)和SIMS的测量误差引起的。在本实施方式的p-AldGaeN接触层26中，可以在主体区域26A与高浓度区域26B之间配置这种的迁移区域。
图11表示p-AldGaeN接触层26之中的与电极30相接的部分(最表面)的杂质浓度与接触电阻之间的关系。分布A是设置了p-AldGaeN接触层26的样品的测量结果。分布A之中由三角形(△)表示的值是p-AldGaeN接触层26的厚度为35nm的样品的值，由菱形(◆)表示的值是p-AldGaeN接触层26的厚度为30nm的样品的值。分布B是没有设置p-AldGaeN接触层26的样品(比较例)的测量结果。即，也就是几乎不存在主体区域26A而仅存在高浓度区域26B的情况。
根据图11所示的结果可知，在高浓度区域26B的Mg浓度相同的情况下，形成了p-AldGaeN接触层26的一方能够降低接触电阻。特别在最表面的Mg浓度为1.2×1021cm-3以上3.6×1021cm-3以下时，得到接触电阻低于1×10-3Ωcm2的结果。
(表1)、(表2)中表示构成分布A、B的各节点的具体数值。再者，表中的“接触层厚度”是Mg浓度为4×1019cm-3以上的区域的厚度。
【表1】
| 最表面的浓度 | 接触电阻 | 接触层厚度 |
| 3.0×1020cm-3 | 1.6×10-3Ωcm2 | 29nm |
| 1.0×1021cm-3 | 1.2×10-3Ωcm2 | 31nm |
| 1.7×1021cm-3 | 4.0×10-4Ωcm2 | 29nm |
| 2.5×1021cm-3 | 3.2×10-4Ωcm2 | 30nm |
| 3.5×1021cm-3 | 8.0×10-4Ωcm2 | 31nm |
| 3.0×1020cm-3 | 1.1×10-3Ωcm2 | 36nm |
| 2.5×1021cm-3 | 3.0×10-4Ωcm2 | 35nm |
【表2】
| 最表面的浓度 | 接触电阻 |
| 1.2×1020cm-3 | 7.1×10-3Ωcm2 |
| 3.0×1020cm-3 | 6.8×10-3Ωcm2 |
| 6.0×1020cm-3 | 2.0×10-3Ωcm2 |
| 1.0×1021cm-3 | 1.6×10-3Ωcm2 |
| 1.7×1021cm-3 | 1.0×10-3Ωcm2 |
| 3.5×1021cm-3 | 2.0×10-3Ωcm2 |
(其他的实施方式)
实施方式涉及的上述发光元件可以直接作为光源使用。但是，如果实施方式涉及的发光元件与具备用于波长变换的荧光物质的树脂等组合，则能够适当地用作波长带放大的光源(例如白色光源)。
图9是表示这种白色光源的一例的示意图。图9的光源具备：具有图3(a)所示结构的发光元件100、分散有将从该发光元件100放射出的光的波长变换为更长的波长的荧光体(例如YAG：Yttrium Alumninum Garnet)的树脂层200。发光元件100搭载于在表面形成有布线图案的支撑部件220上，在支撑部件220上以围绕发光元件100的方式配置反射部件240。树脂层200以覆盖发光元件100的方式形成。
再者，虽然针对与电极30接触的p型半导体区域由GaN、或者AlGaN构成的情况进行了说明，但也可以是含有In的层、例如InGaN。在该情况下，能够将In的组成例如为0.2的“In0.2Ga0.8N”用于与电极30相接的接触层。通过在GaN中含有In，能够使AlaGabN(a+b＝1，a≥0，b＞0)的带隙小于GaN的带隙，因此能够降低接触电阻。由此，电极30所接的p型半导体区域(p-AldGaeN接触层26)由AlxGayInzN(x+y+z＝1，x≥0，y＞0，z≥0)半导体形成即可。再者，图9所示的白色光源中也可以使用图8所示的发光元件101。
降低接触电阻的效果，当然在LED以外的发光元件(半导体激光器)、发光元件以外的器件(例如晶体管、受光元件)中也能够获得。
再者，实际的m面不需要是与m面完全平行的面，也可以与m面以规定的角度倾斜。倾斜角度由氮化物半导体层的实际主面的法线和m面(不倾斜时的m面)的法线所形成的角度来规定。实际的主面能够相对于m面(不倾斜时的m面)向由c轴方向及a轴方向表示的向量的方向进行倾斜。倾斜角度θ的绝对值在c轴方向上是5°以下、优选为1°以下的范围即可。此外，在a轴方向上为5°以下、优选为1°以下的范围即可。即，在本发明中，“m面”包括在±5°的范围内相对于m面(不倾斜时的m面)在规定方向上倾斜的面。如果是这种倾斜角度的范围内，则氮化物半导体层的主面整体上相对于m面出现倾斜，但是在微观上认为有多个m面区域露出。由此，相对于m面以绝对值5°以下的角度倾斜的面，具有与m面同样的性质。再者，当倾斜角度θ的绝对值大于5°时，内部量子效率因压电电场而降低。因此，将倾斜角度θ的绝对值设定为5°以下。
再者，在第1至第3实施方式中，作为AldGaeN层25及p-AldGaeN接触层26的p型杂质，掺杂了Mg。在本发明中，作为Mg以外的p型掺杂剂，也可以掺杂例如Zn、Be等。
作为第1至第3实施方式的氮化物系半导体发光元件，例如能够形成从紫外光至蓝色、绿色、黄色及白色等的可见光全波段的发光二极管、激光二极管等。
【产业上的可利用性】
本发明在显示、照明及光信息处理领域特别有用。
【符号说明】
10 基板(GaN系基板)
12 基板的表面(m面)
20 半导体叠层构造
22 AluGavInwN层
24 活性层
25 AldGaeN层
26 p-AldGaeN接触层
26A 主体区域
26B 高浓度区域
30、30A、30B、30C、31 p型电极
32 Mg层
34 Ag层
100、101、102 氮化物系半导体发光元件
200 树脂层
220 支撑部件
240 反射部件
Claims (20)
1.一种氮化物系半导体元件，具备：
氮化物系半导体叠层构造，其具有生长面为m面的p型半导体区域；和
电极，其设置在所述p型半导体区域上，
所述p型半导体区域具有由厚度26nm以上60nm以下的AlxGayInzN半导体形成的接触层，其中x+y+z＝1，x≥0，y＞0，z≥0，
所述接触层具有：含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg的主体区域、和与所述电极相接并具有1×1021cm-3以上的Mg浓度的高浓度区域。
2.根据权利要求1所述的氮化物系半导体元件，其中，
所述高浓度区域的厚度为0.5nm以上10nm以下。
3.根据权利要求1或者2所述的氮化物系半导体元件，其中，
在所述接触层中，在所述主体区域与所述高浓度区域之间设置含有浓度高于2×1020cm-3且低于1×1021cm-3的Mg的迁移区域。
4.根据权利要求1至3任一项所述的氮化物系半导体元件，其中，
所述主体区域含有4×1019cm-3以上1×1020cm-3以下的Mg。
5.根据权利要求1至4任一项所述的氮化物系半导体元件，其中，
所述电极之中的与所述高浓度区域相接的部分是含有Mg、Zn及Ag之中至少任意一个的第1层。
6.根据权利要求5所述的氮化物系半导体元件，其中，
所述电极包括在所述第1层之上形成的第2层。
7.根据权利要求6所述的氮化物系半导体元件，其中，
所述第2层是从由Ag、Pt、Mo及Pd组成的群组中选择的至少一种金属。
8.根据权利要求1所述的氮化物系半导体元件，其中，
所述电极是Ag层。
9.根据权利要求5至7任一项所述的氮化物系半导体元件，其中，
所述第1层是岛状。
10.根据权利要求1至9任一项所述的氮化物系半导体元件，其中，
所述p型半导体区域还包括由含有1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下的Mg的AlxGayInzN半导体所形成的p型半导体层，其中x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z≥0。
11.根据权利要求10所述的氮化物系半导体元件，其中，
所述p型半导体区域的厚度是100nm以上500nm以下。
12.一种光源，其具备：
氮化物系半导体发光元件；和
波长变换部，其包含对从所述氮化物系半导体发光元件放射出的光的波长进行变换的荧光物质，
所述氮化物系半导体发光元件具备：
氮化物系半导体叠层构造，其具有生长面为m面的p型半导体区域；和
电极，其设置在所述p型半导体区域上，
所述p型半导体区域由厚度26nm以上60nm以下的AlxGayInzN半导体形成的接触层，其中x+y+z＝1，x≥0，y＞0，z≥0，
所述接触层具有含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg的主体区域、和与所述电极相接并具有1×1021cm-3以上的Mg浓度的高浓度区域。
13.根据权利要求12所述的光源，其中，
所述高浓度区域的厚度为0.5nm以上10nm以下。
14.根据权利要求12或13所述的光源，其中，
在所述接触层中，在所述主体区域与所述高浓度区域之间设置浓度高于2×1020cm-3且低于1×1021cm-3的Mg的迁移区域。
15.根据权利要求12所述的光源，其中，
所述主体区域含有4×1019cm-3以上1×1020cm-3以下的Mg。
16.一种氮化物系半导体元件的制造方法，其包括：
工序(a)，准备基板；
工序(b)，在所述基板上形成生长面为m面且具有p型半导体区域的氮化物系半导体叠层构造；和
工序(c)，在所述半导体叠层构造中的所述p型半导体区域的所述生长面上形成电极，
所述工序(b)包括作为所述p型半导体区域的一部分形成由厚度26nm以上60nm以下的AlxGayInzN半导体形成的接触层的工序(b1)，其中x+y+z＝1，x≥0，y＞0，z≥0，
所述工序(b1)具有：形成含有4×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的Mg的主体区域的工序；和
形成具有1×1021cm-3以上的Mg浓度的高浓度区域的工序，
在所述工序(c)中形成与所述高浓度区域相接的所述电极。
17.根据权利要求16所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其中，
所述主体区域含有4×1019cm-3以上1×1020cm-3以下的Mg。
18.根据权利要求16或17所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其中，
在所述工序(c)中，在所述高浓度区域上形成所述电极，所述电极具有含有Mg、Zn及Ag之中的至少任意一个的第1层。
19.根据权利要求18所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其中，
在所述工序(c)中，形成所述电极，所述电极具有所述第1层和第2层，所述第2层位于所述第1层之上由从Ag、Pt、Mo及Pd组成的群组中选择的至少一种金属构成。
20.根据权利要求16至19的任一项所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其中，
在所述工序(c)之后执行进行加热处理的工序。
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