CN109768140B - 氮化物半导体元件、氮化物半导体发光元件、紫外线发光元件 - Google Patents

氮化物半导体元件、氮化物半导体发光元件、紫外线发光元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及氮化物半导体元件、氮化物半导体发光元件、紫外线发光元件。[课题]提供：即便在使用Al组成高的AlGaN的发光元件的情况下接触电阻的降低效果也高的氮化物半导体元件。[解决方案]氮化物半导体元件具有：基板(1)；第一导电型的第一氮化物半导体层(2)，其形成于基板上；和，第一电极层(4)，其形成于第一氮化物半导体层上。第一电极层包含铝和镍，在其与第一氮化物半导体层的接触面或接触面的附近存在有铝、以及包含铝和镍的合金这两者。

Description

氮化物半导体元件、氮化物半导体发光元件、紫外线发光元件
技术领域
本发明涉及氮化物半导体元件。
背景技术
AlN、GaN、InN、AlGaN等氮化物半导体是通过改变III族金属元素(Al、Ga、In)的混晶比而能使带隙多样地变化的有魅力的材料。
特别是，AlGaN被用于深紫外光的受光发光元件、AlGaN/GaN系晶体管等各种器件。然而，Al组成高的AlGaN存在难以采取与电极材料的欧姆接触、且与电极的界面的电阻变高之类的课题。另外，电极通过对由多种金属材料形成的层叠体进行加热处理而形成，在该加热处理中形成合金，但如果所形成的合金的电阻高，则电极的体电阻有时上升。需要说明的是，此处，将半导体与电极的界面的电阻和电极的体电阻之和定义为接触电阻。
将AlGaN例如作为发光元件的材料使用的情况下，接触电阻变高时，发光元件的驱动电压变高，因此，放热量变多，产生输出降低、寿命降低。因此，使用Al组成高的AlGaN的发光元件中，要求降低AlGaN与电极的接触电阻。通过降低接触电阻，从而可以降低驱动电压。
作为降低使用Al组成高的AlGaN的发光元件的接触电阻的方法，例如可以举出专利文献1中记载的方法。该方法中，在n型AlxGa(1-x)N层上，例如分别以20nm/100nm/50nm/100nm的膜厚蒸镀Ti/Al/Ti/Au层作为电极用的金属层，进行瞬间热退火处理，从而形成电极层。然后，根据n型AlxGa(1-x)N层的Al组成而将热处理温度设定为适当的温度，从而降低接触电阻。即，根据n型AlxGa(1-x)N层的Al组成而以接触电阻变得最低的方式设定热处理温度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2012/144046小册子
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1中记载的方法中，接触电阻的降低效果不充分，要求进一步的接触电阻降低效果。
本发明的课题在于，提供：在使用Al组成高的AlGaN的发光元件的情况下接触电阻的降低效果也高的氮化物半导体元件。
用于解决问题的方案
为了达成上述课题，本发明的第一方案提供一种氮化物半导体元件，其具有下述构成(1)～(3)。
(1)具有：基板；第一导电型的第一氮化物半导体层，其形成于基板上；和，第一电极层，其形成于第一氮化物半导体层上。
(2)第一电极层包含铝和镍。
(3)在第一电极层的与第一氮化物半导体层的接触面或接触面的附近至少存在有铝、以及包含铝和镍的合金这两者。
发明的效果
根据本发明的氮化物半导体元件，在即便使用Al组成高的AlGaN的情况下，也可以期待接触电阻的降低效果变高。
附图说明
图1为示出第一实施方式的氮化物半导体元件的俯视图。
图2为示出第一实施方式的氮化物半导体元件的截面图，示出图1的A-A截面。
图3为示出在图1的氮化物半导体元件中形成焊盘电极和绝缘层前的状态的俯视图。
图4为示出构成第一实施方式和第二实施方式的氮化物半导体元件的第一电极层的与第一氮化物半导体层的接触面的一例的俯视图。
图5为示出构成第一实施方式和第二实施方式的氮化物半导体元件的第一电极层的截面图，例如与图3的B-B截面或图6的B-B截面对应。
图6为示出在第一电极层和第二电极层具有不同于图3的平面形状的氮化物半导体元件中形成焊盘电极和绝缘层前的状态的俯视图。
图7为示出第二实施方式的氮化物半导体元件的截面图，与图1的A-A截面图对应。
图8为示出在图7的氮化物半导体元件中形成焊盘电极和绝缘层前的状态的俯视图。
图9为示出第一实施例中、第一电极层和第二电极层具有图3的平面形状的情况下得到的结果的图。
图10为示出第一实施例中、第一电极层和第二电极层具有图6的平面形状的情况下得到的结果的图。
图11为对于第二实施例中制作的紫外线发光元件示出作为载流子屏障层的AlxGa(1-x)N层的Al组成与膜厚的关系的图。
图12为示出在第一电极层和第二电极层具有不同于图8的平面形状的氮化物半导体元件中形成焊盘电极和绝缘层前的状态的俯视图。
附图标记说明
1 基板
2 n型氮化物半导体层(第一导电型的第一氮化物半导体层)
20 n型III族氮化物半导体层(第一III族氮化物半导体层)
3 氮化物半导体层叠体
30 氮化物半导体层叠体
31 n型氮化物半导体层
32 氮化物半导体发光层
33 p型氮化物半导体层(第二导电型的第二氮化物半导体层)
310 n型III族氮化物半导体层(第一III族氮化物半导体层)
320 III族氮化物半导体活性层
330 载流子屏障层
340 组成倾斜层
350 p型III族氮化物半导体层(第二III族氮化物半导体层)
4 第一电极层
4a 构成第一电极层的第一层
4b 构成第一电极层的第二层
4c 构成第一电极层的第三层
41 第一电极层的与n型氮化物半导体层的接触面
411 接触面的第一区域
412 接触面的第二区域
413 接触面的第三区域
5 第二电极层
51、52、53 棒状部
54、55 连接部
6 第一焊盘电极
7 第二焊盘电极
8 绝缘层
10 紫外线发光元件(氮化物半导体元件)
10A 紫外线发光元件(氮化物半导体发光元件)
具体实施方式
[第一方案的氮化物半导体元件]
第一方案的氮化物半导体元件中，包含上述构成(1)～(3)，可以在上述接触面的至少一部分或上述接触面的附近的至少一部分中存在有选自Ti、Mo、V、Au、W、Pt、Pd、Si和Zr中的一种以上的元素，可以存在有Ti或Au。另外，一方案的氮化物半导体元件中，可以在接触面的至少一部分中存在有Ti。
第一方案的氮化物半导体元件优选具有下述构成(4)和(5)。
(4)上述接触面或上述接触面的附近面中的铝、以及包含铝和镍的合金的总计存在率为60面积％以上或70面积％以上。
(5)上述接触面或上述附近面具有：包含铝和镍的合金层的第一氮化物半导体层侧的面即第一区域；和，上述合金层以外的含铝层的第一氮化物半导体层侧的面即第二区域，第二区域的面积相对于第一区域和第二区域的总计面积的比率为30％以上。
需要说明的是，在上述合金层和上述含铝层与第一氮化物半导体层之间存在有这些层以外的层的情况下，这些层的下表面不成为与第一氮化物半导体层的接触面。在上述情况下，(4)的总计存在率是接触面的附近面中的存在率而不是接触面中的存在率，在上述合金层和上述含铝层与第一氮化物半导体层接触的情况下，(4)的总计存在率是接触面中的存在率。
上述接触面的附近是指，第一电极层的接近于第一氮化物半导体层的部分，但其为不与第一氮化物半导体层接触的部分，例如是指，在第一电极层内，比距上述接触面3nm的位置还接近于上述接触面的部分。具体而言，例如，利用使用30kV的Ga+的FIB(聚焦离子束)法，在氮化物半导体元件的包含第一电极层的部分的基板上，以100nm以下的厚度切出垂直的规定截面，对该截面通过STEM(扫描透射电子显微镜)，以加速电压200kV进行观察，由得到的BF(明视野)或HAADF(高角散射环状暗视野)图像，测定距离第一氮化物半导体层的表面的高度时，将其高度成为3nm以下的区域作为上述接触面的附近。
另外，上述接触面的附近面是指，与上述接触面平行的第一电极层内的面，且其为处于距上述接触面3nm的面与上述接触面之间的区域的面。
第一方案的氮化物半导体元件具有上述构成(4)以及(5)的情况下，优选具有下述的构成(6)，更优选具有下述的构成(7)。
(6)上述含铝层的厚度满足1nm以上且150nm以下，或1nm以上且100nm以下。
(7)上述合金层的厚度满足100nm以上且1000nm以下，或100nm以上且600nm以下。
第一方案的氮化物半导体元件具有上述构成(4)和(5)的情况下，优选具有下述构成(8)，更优选具有下述构成(9)。
(8)与上述基板垂直、且沿着俯视通过上述基板的中心并从上述基板的一端延伸至另一端的直线的截面中，上述合金层与上述含铝层的面积比满足合金层：含铝层＝1：2～400：1。
(9)与上述基板垂直、且沿着俯视通过上述基板的中心并从上述基板的一端延伸至另一端的直线的截面中，上述合金层与上述含铝层的面积比满足合金层：含铝层＝2：35～400：1。
第一方案的氮化物半导体元件中，第一氮化物半导体层可以包含AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)。
第一方案的氮化物半导体元件可以构成具有下述构成(10)的紫外线发光元件。
(10)具有：氮化物半导体层叠体，其形成于上述第一氮化物半导体层上的一部分、且包含第二导电型的第二氮化物半导体层；和，第二电极层，其形成于上述氮化物半导体层叠体的上述第二氮化物半导体层上。上述氮化物半导体层叠体在上述第二氮化物半导体层的靠近上述第一氮化物半导体层的一侧包含氮化物半导体发光层，上述氮化物半导体发光层发出波长为300nm以下的紫外线。
[第二方案的氮化物半导体发光元件]
第二方案的氮化物半导体发光元件包含第一方案的氮化物半导体元件的特征、且满足下述构成(11)～(13)。
(11)第一氮化物半导体层为至少包含铝(Al)和镓(Ga)的第一III族氮化物半导体层。
(12)具有氮化物半导体层叠体，其形成于第一III族氮化物半导体层上的一部分。该氮化物半导体层叠体从基板侧依次包含：至少包含铝(Al)和镓(Ga)的III族氮化物半导体活性层、作为AlxGa(1-x)N(0.90≤x≤1.00)层的载流子屏障层、和第二III族氮化物半导体层。
(13)具有第二电极层，其形成于第二III族氮化物半导体层上。
即，第二方案的氮化物半导体发光元件具有：基板；第一III族氮化物半导体层；III族氮化物半导体活性层；载流子屏障层；第二III族氮化物半导体层；第一电极；和，第二电极。
第二方案的氮化物半导体元件具有上述构成(9)～(13)的情况下，更优选具有下述构成(14)～(20)的一部分或全部。
(14)上述载流子屏障层的膜厚满足5nm以上且18nm以下。
(15)在载流子屏障层与第二III族氮化物半导体层之间具有组成倾斜层。该组成倾斜层为AlyGa(1-y)N(0.00≤y≤1.00)层、且为Al组成y从与上述载流子屏障层接触的面向与上述第二III族氮化物半导体层接触的面减少的层。
(16)上述组成倾斜层的膜厚满足5nm以上且110nm以下。
(17)上述第二III族氮化物半导体层为以1×1020cm-3以上且低于8×1020cm-3的范围包含Mg作为杂质的GaN层。
(18)上述第二III族氮化物半导体层的膜厚满足5nm以上且100nm以下。
(19)上述第一III族氮化物半导体层的晶格弛豫率为0％以上且15％以下。
(20)上述基板可为AlN基板。
第二方案的氮化物半导体发光元件通过使III族氮化物半导体活性层发出波长300nm以下的紫外线，从而可以构成紫外线发光元件。
对于第二方案的氮化物半导体元件，将第一方案的氮化物半导体元件用于紫外线发光元件时，可以期待成为有进一步提高光输出的效果的氮化物半导体元件。
[紫外线发光组件]
具备第一方案的氮化物半导体元件中包括的紫外线发光元件或第二方案的氮化物半导体发光元件中包括的紫外线发光元件的发光装置可以作为紫外线发光组件使用。紫外线发光组件可以用于例如医疗·生命科学领域、环境领域、产业·工业领域、生活·家电领域、农业领域、其他领域的装置。
具备第一方案的氮化物半导体元件中包括的紫外线发光元件或第二方案的氮化物半导体发光元件中包括的紫外线发光元件的发光装置可以用于药品、化学物质的合成·分解装置、液体·气体·固体(容器、食品、医疗设备等)杀菌装置、半导体等的清洗装置、薄膜·玻璃·金属等的表面改性装置、半导体·FPD·PCB·其他电子部件制造用的曝光装置、印刷·涂布装置、粘接·密封装置、薄膜·图案·实体模型等的转印·成型装置、纸币·伤·血液·化学物质等的测定·检查装置。
作为液体杀菌装置的例子，可以举出冰箱内的自动制冰装置·制冰皿和储冰容器·制冰机用的供水罐、冰柜、制冰机、加湿器、除湿器、供水器的冷水罐·温水罐·流路配管、固定型净水器、便携式净水器、供水器、热水器、排水处理装置、垃圾处理机、厕所的排水存水弯、洗衣机、透析用水杀菌组件、腹膜透析的连接器杀菌器、灾害用储水系统等，但不限定于此。
作为气体杀菌装置的例子，可以举出空气净化器、空调、吊扇、地板表面用、寝具用的吸尘器、被褥烘干机、烘鞋机、洗衣机、干衣机、室内杀菌灯、仓库的换气系统、鞋柜、抽屉柜等，但不限定于此。作为固体杀菌装置(包括表面杀菌装置)的例子，可以举出真空包装器、皮带输送机、医科用·牙科用·理发店用·美容院用的手工具杀菌装置、牙刷、牙刷盒、筷子盒、化妆品袋、排水槽盖、厕所的局部清洗器、厕所盖等，但不限定于此。
[实施方式]
以下，对本发明的实施方式进行说明，但本发明不限定于以下所示的实施方式。以下所示的实施方式中，为了实施本发明而技术上进行了优选的限定，但该限定不是本发明的必要技术特征。
〔第一实施方式〕
第一实施方式中，记载了本发明的第一方案的氮化物半导体元件用于紫外线发光元件的例子。
<整体构成>
首先，使用图1～图3，对该实施方式的紫外线发光元件10的整体构成进行说明。
如图1和图2所示那样，紫外线发光元件10具有：基板1；n型氮化物半导体层(第一导电型的第一氮化物半导体层)2；氮化物半导体层叠体3；第一电极层4；第二电极层5；第一焊盘电极6；第二焊盘电极7；和，绝缘层8。
n型氮化物半导体层2形成于基板1的一面11上。氮化物半导体层叠体3为形成于n型氮化物半导体层2上的一部分的台面部，侧面30成为斜面。如图2所示那样，氮化物半导体层叠体3从基板1侧依次形成有n型氮化物半导体层31、氮化物半导体发光层32、和p型氮化物半导体层(第二导电型的第二氮化物半导体层)33。
需要说明的是，如图2所示那样，氮化物半导体层叠体3的n型氮化物半导体层31是在n型氮化物半导体层2上连续地成膜而得到的。利用用于形成氮化物半导体层叠体3的台面蚀刻，使在要形成有第一电极层4的部分存在的层叠体在n型氮化物半导体层的厚度方向的中途被去除。
第一电极层4在n型氮化物半导体层2上例如以图3所示的平面形状形成。第二电极层5在p型氮化物半导体层33上例如以图3所示的平面形状形成。即，第二电极层5具有以基板1的中心C为中心的圆形的平面形状，第一电极层4配置于第二电极层5的外侧，具有直径大于第二电极层5的圆的同心圆作为平面形状的内侧形状线。第一焊盘电极6在第一电极层4上以与第一电极层4相同的平面形状形成。第二焊盘电极7在第二电极层5上以与第二电极层5相同的平面形状形成。
此外，作为第一电极层4以及第二电极层5的平面形状的例子，可以列举出图6中示出的例子。
图6的例中，第二电极层5具有如下的平面形状，即，所述平面形状由沿着形成基板1的长方形的一边的三条相同长度的棒状部51、52、53；位于相邻的棒状部51与棒状部52之间的连接部54；以及位于相邻的棒状部52与棒状部53之间的连接部55构成。另外，第二电极层5的平面形状为以基板1的中心C为中心的2次旋转对称。第一电极层4配置于第二电极层5的外侧，具有相对于第二电极层5的外形线隔着一定间隙延伸的线作为平面形状的内侧形状线。
图6的例中，与图3的例相比，第一电极层4的平面形状的内侧形状线长。另外，图6的B-B截面与图3的B-B截面同样地，有时成为图5所示的状态。
如果将图6的例与图3的例进行比较，则图6的例的情况下，第一电极层4的平面形状的周长即内侧形状线较长，从而可以降低紫外线发光元件的接触电阻。如此，从降低接触电阻的观点出发，优选氮化物半导体层叠体3、第一电极层4、第二电极层5、第一焊盘电极和第二焊盘电极在俯视下的周长较长。
紫外线发光元件10例如为发出波长为300nm以下的紫外线的元件。
基板1只要能在一面11上形成氮化物半导体层就没有特别限制。作为形成基板1的材料的具体例，可以举出蓝宝石、Si、SiC、MgO、Ga2O3、Al2O3、ZnO、GaN、InN、AlN、或它们的混晶等。它们之中，使用由GaN和AlN和AlGaN等氮化物半导体形成的基板或蓝宝石基板时，跟形成于基板1上的各氮化物半导体层的晶格常数差小，可以使缺陷的发生少的氮化物半导体层生长，故优选，更优选使用AlN基板。另外，形成基板1的材料中也可以混入杂质。
以氮化物半导体为材料的基板中，可以举出：使氮化物半导体进行单晶生长至能作为基板使用的厚度而得到的基板；使氮化物半导体在蓝宝石基板等上进行晶体生长而得到的基板。
形成n型氮化物半导体层2和n型氮化物半导体层31的材料优选为AlN、GaN、InN的单晶和混晶，作为具体例，可以举出n-AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)。另外，这些材料中也可以包含P、As、Sb之类的除N以外的V族元素、C、H、F、O、Mg、Si等杂质。
另外，形成n型氮化物半导体层2的n-AlxGa(1-x)N的Al组成x优选0.30≤x<0.95、更优选0.50≤x<0.95。n型氮化物半导体层2可以隔着除n型氮化物半导体层2以外的层形成于基板1上而不是直接形成于基板1上。
氮化物半导体发光层32可以为单层结构也可以为多层结构，作为多层结构的例子，可以举出多量子阱结构(MQW)，其具有包含AlGaN的量子阱层和包含AlGaN的电子阻隔层。另外，氮化物半导体发光层32中可以包含P、As、Sb之类的除N以外的V族元素、C、H、F、O、Mg、Si等杂质。
作为p型氮化物半导体层33，例如可以举出p-GaN层或p-AlGaN层等，可以包含Mg、Cd、Zn、Be等杂质。
另外，在n型氮化物半导体层2与p型氮化物半导体层33之间可以包含载流子屏障层、组成倾斜层。在提高光输出的观点上，优选的是，在氮化物半导体发光层32与p型氮化物半导体层33之间包含载流子屏障层，在载流子屏障层与p型氮化物半导体层33之间包含组成倾斜层。
对于第一电极层4的材料，如后述。
作为第二电极层5的材料，只要在氮化物半导体元件中注入空穴(hole)为目的，就可以使用与一般的氮化物半导体发光元件的p型电极层相同的材料，例如可以应用Ni、Au、Pt、Ag、Rh、Pd、Pt、Cu和其合金、或ITO等。p型电极层优选与氮化物半导体层的接触电阻小的Ni、Au或它们的合金、或ITO。
作为第一焊盘电极6和第二焊盘电极7的材料，例如可以举出Au、Al、Cu、Ag、W等，理想的是，包含导电性高的Au的材料。为了提高焊盘电极的密合性，界面中可以包含Ti。
绝缘层8形成在n型氮化物半导体层2的未被第一电极层4覆盖的部分、氮化物半导体层叠体3的未被第二电极层5覆盖的部分、第一电极层4的未被第一焊盘电极6覆盖的部分、第二电极层5的未被第二焊盘电极7覆盖的部分、以及第一焊盘电极6和第二焊盘电极7的下部的侧面。绝缘层8也有时覆盖第一焊盘电极6和第二焊盘电极7的上部的一部分。作为绝缘层8，例如可以举出SiN、SiO2、SiON、Al2O3、ZrO层等氧化物、氮化物。
<第一电极层的构成>
第一电极层4由包含铝和镍的材料形成。作为第一电极层4的材料，在铝和镍的基础上，还可以使用有提高电极的密合性、防止电极材料的氧化等效果、且与n-AlGaN的接触电阻变低的材料。作为这样的材料，例如可以举出Ti、Mo、V、Au、W、Pt、Pd、Si、Zr等。第一电极层4更优选可以由包含钛、铝、镍和金的材料形成。
在第一电极层4的与n型氮化物半导体层2的接触面41或接触附近面存在有铝单质、以及包含铝和镍的合金这两者。接触面41中的铝单质、以及包含铝和镍的合金的总计存在率为60％以上，更优选为70面积％以上。即，第一电极层4优选的是，在覆盖n型氮化物半导体层2的面的60％以上、更优选70％以上存在有铝单质、以及包含铝和镍的合金。
例如如图4所示那样，在第一电极层4的接触面41内存在有第一区域411、第二区域412、和第三区域413。
第一区域411为包含铝和镍的合金层即第一层4a的下表面(n型氮化物半导体层2侧的面)。存在于该下表面的成分基本为包含铝和镍的合金，例如可以包含Ti、Mo、V、Au、W、Pt、Pd、Si、Zr等。界面中更优选包含Ti、V、Zr、Au，进一步优选包含Ti、V、Au，进一步优选包含Ti、Au，进一步优选包含Ti，有降低与半导体的界面的电阻的效果。
第二区域412为第二层4b的下表面。第二层4b为除包含铝和镍的合金层以外的含铝层。此处，含铝层是指，所包含的成分基本为铝单质，但也有时以极微量(在推定面积时的剖面线上几nm以内)包含铝以外的电极材料。第二层4b中，例如可以包含Ti、Mo、V、Au、W、Pt、Pd、Si、Zr等。界面中更优选包含Ti、V、Zr、Au，进一步优选包含Ti、V、Au，进一步优选包含Ti、Au，进一步优选包含Ti，有降低与半导体的界面的电阻的效果。
第三区域413为第三层4c的下表面。第三层4c中混合存在有：包含铝和镍的合金以外的合金、作为电极材料使用的金属分别以单质的形式微粒化而成的物质等。
而且，包含铝和镍的合金层的下表面即第一区域411的面积、与存在于第二区域412的铝单质的面积的总计值优选成为接触面41的面积(第一区域411、第二区域412、和第三区域413的总计面积)的60％以上。进一步优选成为70％以上、进一步优选成为80％以上、进而优选成为90％以上。
第一层4a例如为铝和镍的二成分合金层，合金层中的铝与镍的存在比是任意的。第一层4a可以为包含铝和镍、以及这些以外的元素的层。即，第一层4a可以为含有包含铝和镍的三成分以上的化合物或混合物的层、三成分以上的金属的合金层。第一层4a中，例如在Al和Ni的基础上，还可以包含Ti、Mo、V、Au、W、Pt、Pd、Si、Zr等。
另外，第二区域412的面积相对于第一区域411与第二区域412的总计面积的比率(以下，称为“铝含有率”)优选成为30％以上。更优选成为40％以上、进而优选成为50％以上。
另外，第一区域411中所含的成分基本为包含铝和镍的合金，例如可以包含Ti、Mo、V、Au、W、Pt、Pd、Si、Zr等。界面中更优选包含Ti、V、Zr、Au，进一步优选包含Ti、V、Au，进一步优选包含Ti、Au，进一步优选包含Ti，有降低与半导体的界面的电阻的效果。
另外，第二区域412中，铝单质可以形成为连续层，可以以铝单质与其他元素混合的状态存在，可以存在铝与其他元素的化合物，可以存在镍以外的金属与铝的合金。第二区域412中，例如可以包含Ti、Mo、V、Au、W、Pt、Pd、Si、Zr等。界面中更优选包含Ti、V、Zr、Au，进一步优选包含Ti、V、Au，进一步优选包含Ti、Au，进一步优选包含Ti，有降低与半导体的界面的电阻的效果。
如图5所示那样，图4的A-A截面中，在第一电极层4的宽度方向中央部存在有第一层4a，在其左右存在有第二层4b与形成于其上的第三层4c的层叠部。
图4的A-A截面为与基板1垂直、且沿着俯视通过基板1的中心并从基板1的一端延伸至另一端的直线的截面。即，图5例如为图3的B-B截面。图1和图3中，直线L为俯视通过基板1的中心C并从基板1的一端延伸至另一端的直线的一例。
第一层4a的厚度为100nm以上且1000nm以下，更优选100nm以上且600nm以下。第二层4b的厚度为1nm以上且150nm以下、更优选为1nm以上且100nm以下。第三层4c的厚度比第一层4a的厚度薄且比第二层4b的厚度厚。与基板1垂直、且沿着俯视通过基板1的中心并从基板1的一端延伸至另一端的直线的截面中，第一层(包含铝和镍的合金层)4a与第二层(含铝层)4b的面积比满足第一层4a：第二层4b＝1：2～400：1，更优选2：35～400：1。
<由第一电极层的构成得到的作用、效果>
第一实施方式的紫外线发光元件10通过在第一电极层4的与n型氮化物半导体层2的接触面41中存在有铝单质、以及包含铝和镍的合金这两者，从而即使在n型氮化物半导体层2为n-AlxGa(1-x)N(0.50≤x<0.95)的情况下，也可以期待大幅降低接触电阻。由于可以降低接触电阻，从而可以降低驱动电压，因此，紫外线发光元件10放热量变少，抑制热所导致的输出降低、寿命降低。
而且，通过紫外线发光元件10的放热量变少，从而可以缩小使用紫外线发光元件10的氮化物半导体发光装置的散热器(heat sink)，因此，氮化物半导体发光装置的小型化成为可能。
第一实施方式的紫外线发光元件10中，通过存在于接触面41的铝单质，在第一电极层4的与n型氮化物半导体层2的界面形成电导率高的层，因此，电流容易在第一电极层4的面内流动，接触电阻的降低和电流集中的抑制成为可能。另外，在第一电极层4的与n型氮化物半导体层2的接触面41中存在有铝单质，从而在第一电极层4的与n型氮化物半导体层2的界面处的反射率变高，因此，发光输出提高。这些效果也可以由包含铝的合金中的铝得到，但铝单质的情况下，得到的效果较高。
第一实施方式的紫外线发光元件10中，在第一电极层4的与n型氮化物半导体层2的接触面41中存在有包含铝和镍的合金。这样的第一电极层4可以在容易形成包含铝和镍的合金的条件、例如不易形成铝与金的合金等那样的高电阻的合金的条件下形成。其结果，高电阻的合金的形成被抑制，因此，可以得到接触电阻的降低效果。
另外，通过在第一电极层4的与n型氮化物半导体层2的接触面41中存在有包含铝和镍的合金，第一电极层4的上表面(接触面41的相反侧的面)成为凹凸状。伴随于此，第一电极层4与焊盘电极6的密合性提高，因此，可以延长紫外线发光元件10的寿命。该效果也可以通过在接触面41中存在有铝而得到，但存在有包含铝和镍的合金的情况下，可以得到较高的效果。
需要说明的是，第一电极层4的第一层(包含铝和镍的合金层)4a的厚度从上述接触电阻的降低和与焊盘电极6的密合性的观点出发，优选为100nm以上。另外，第一层4a的厚度过厚时，第一电极层4内的凹凸变得过于剧烈，因此，形成于其上部的焊盘电极6、绝缘膜8的被覆性变差，可靠性不良的风险变高，因此，优选为1000nm以下、更优选为600nm以下。从这些观点出发，实施方式的紫外线发光元件10中，使第一电极层4的第一层4a的厚度为100nm以上且1000nm以下。第一电极层4的第一层4a的厚度更优选为100nm以上且600nm以下。
另外，第一电极层4的第二层(含铝层)4b的厚度从上述接触电阻的降低和反射率的提高之类的观点出发，优选为1nm以上、更优选为10nm以上。另外，第二层4b的厚度过厚时，第三层4c的厚度相对变薄，从而第二层4b变得容易与氧接触，因此，从降低第一电极层4与氧的接触的观点出发，第二层4b的厚度优选为150nm以下，更优选为100nm。从这些观点出发，第一实施方式的紫外线发光元件10中，使第一电极层4的第二层4b的厚度为1nm以上且150nm以下。更优选为1nm以上且100nm以下。
另外，从兼顾上述接触电阻的降低、反射率的提高、和与焊盘电极的密合性的观点出发，第一电极层4的第一层4a与第二层4b的面积比优选满足第一层4a：第二层4b＝1：2～400：1，优选满足第一层4a：第二层4b＝2：35～400：1。从该观点出发，实施方式的紫外线发光元件10中，使面积比为第一层4a：第二层4b＝1：2～400：1的范围。第一电极层4的第一层4a与第二层4b的面积比更优选满足第一层4a：第二层4b＝1：10～1：300。
需要说明的是，第一实施方式中，对将本发明的第一方案的氮化物半导体元件用于紫外线发光元件的例子进行说明，作为其他例子，可以举出发光波长不限定于紫外线的氮化物半导体发光元件、氮化物半导体受光元件、晶体管等电子器件。
〔第二实施方式〕
第二实施方式中，记载了本发明的第二方案的氮化物半导体发光元件用于紫外线发光元件的例子。另外，使第一III族氮化物半导体层的导电型为n型、第二III族氮化物半导体层的导电型为p型。
<整体构成>
首先，使用图7和图8，对该实施方式的紫外线发光元件10A的整体构成进行说明。
如图7所示那样，紫外线发光元件10A具有：基板1；n型III族氮化物半导体层(第一III族氮化物半导体层)20；氮化物半导体层叠体30；第一电极层4；第二电极层5；第一焊盘电极6；第二焊盘电极7；和，绝缘层8。n型III族氮化物半导体层20形成于基板1上。氮化物半导体层叠体30是形成于n型III族氮化物半导体层20上的一部分的台面部，侧面成为斜面。
如图7所示那样，氮化物半导体层叠体30从基板1侧依次形成有n型III族氮化物半导体层310、III族氮化物半导体活性层(发光层)320、载流子屏障层330、组成倾斜层340、和p型III族氮化物半导体层(第二III族氮化物半导体层)350。
需要说明的是，氮化物半导体层叠体30如下形成：对于在基板1上依次形成n型III族氮化物半导体层、III族氮化物半导体活性层、载流子屏障层、组成倾斜层、和p型III族氮化物半导体层而得到的层叠体，利用台面蚀刻，使要形成第一电极层4的部分被去除至n型III族氮化物半导体层的厚度方向的中途为止，从而形成。即，氮化物半导体层叠体30的n型III族氮化物半导体层310是在n型III族氮化物半导体层20上连续地成膜而得到的。
第一电极层4在n型III族氮化物半导体层20上例如以图8所示的平面形状形成。第二电极层5在p型III族氮化物半导体层350上例如以图8所示的平面形状形成。即，第二电极层5具有以基板1的中心C为中心的圆形的平面形状，第一电极层4配置于第二电极层5的外侧，且具有直径大于第二电极层5的圆的同心圆作为平面形状的内侧形状线。第一焊盘电极6在第一电极层4上以与第一电极层4相同的平面形状形成。第二焊盘电极7在第二电极层5上以与第二电极层5相同的平面形状形成。需要说明的是，作为第一电极层4和第二电极层5的平面形状的例子，除图8所示的例以外，还可以举出第一实施方式中列举的图12所示的例子。
紫外线发光元件10A例如为发出波长为300nm以下的紫外线的元件。
第一电极层4、第二电极层5、第一焊盘电极6、第二焊盘电极7、和绝缘层8与第一实施方式相同。通过将第一实施方式的说明中的n型氮化物半导体层2改称为n型III族氮化物半导体层20、氮化物半导体层叠体3改称为氮化物半导体层叠体30，从而可以将第一实施方式中的说明作为第二实施方式中的说明读取。
需要说明的是，在上述合金层和上述含铝层与n型III族氮化物半导体层20之间存在有除这些层(上述合金层和上述含铝层)以外的层的情况下，这些层的下表面不成为与n型III族第一氮化物半导体层20的接触面。在上述情况下，上述构成(4)的总计存在率是接触面附近面中的存在率而不是接触面中的存在率，在上述合金层和上述含铝层与第一氮化物半导体层接触的情况下，总计存在率是接触面中的存在率。
接着，对各构成要素进行说明。
<基板>
基板只要能形成氮化物半导体层就没有特别限制。作为形成基板的材料的具体例，可以举出蓝宝石、Si、SiC、MgO、Ga2O3、ZnO、GaN、InN、AlN、或它们的混晶等。它们之中，使用由GaN和AlN和AlGaN等氮化物半导体形成的基板时，与形成于基板上的各氮化物半导体层的晶格常数差、热膨胀系数差小，可以使晶格缺陷少的氮化物半导体层生长，故优选。特别优选使用AlN基板。另外，形成基板的材料中可以混入杂质。
以上述氮化物半导体为材料的基板中，可以举出：使氮化物半导体进行单晶生长至能作为基板使用的厚度而得到的基板；使氮化物半导体在蓝宝石基板等上进行晶体生长而得到的基板(所谓模板)。作为模板用的蓝宝石基板，从能较容易实现平坦的生长表面的方面出发，理想的是使用C面蓝宝石基板，但不限定于此。
(杂质浓度的测定)
基板、和各层的掺杂物、杂质的浓度可以利用二次离子质谱测定(SIMS)和光电子能谱法(XPS)进行定量化。XPS中，测定·解析以X射线等激发而得到的光电子能谱。后述的n型、和p型掺杂物的添加浓度(Si、Mg)也可以通过这些测定进行定量化。
<第一III族氮化物半导体层>
第一III族氮化物半导体层是由至少包含Al和Ga的材料形成的第一导电型的半导体层。形成第一III族氮化物半导体层的材料优选为AlN、GaN、InN的单晶和混晶。这些材料中，可以包含P、As、Sb这样的除N以外的V族元素、C、H、F、O、Mg、Si等杂质，但杂质的种类不限定于这些。
使第一III族氮化物半导体层为电子供给层的情况下，第一导电型为n型。作为第一III族氮化物半导体层的具体例，可以举出添加有Si作为n型掺杂物的n-AlxGa(1-x)N(0<x≤1)。进一步层叠发出300nm以下的深紫外光的III族氮化物半导体活性层的情况下，从减小与基底的晶格常数差而降低晶格缺陷的观点出发，优选Al组成较高。另一方面，伴随着Al组成的上升，第一电极层与半导体的界面的电阻变高，因此，n-AlxGa(1-x)N的Al组成x优选0.50≤x≤0.80、更优选0.60≤x≤0.75。
第一III族氮化物半导体层对于基底发生了晶格弛豫的情况下，膜中的电子浓度、电子迁移率会降低，从而第一III族氮化物半导体层的薄层电阻恶化。其结果，驱动电压会上升。因此，第一III族氮化物半导体层的晶格弛豫率优选0％以上且15％以下、更优选0％以上且12％以下。
作为降低晶格弛豫率的手段，可以举出：降低与基底的晶格常数差的手段、减薄第一III族氮化物半导体层的膜厚的手段。在AlN基板上层叠n-AlxGa(1-x)N层的情况下，上述Al组成范围(0.50≤x<0.80)中，从抑制晶格弛豫的观点出发，膜厚优选1.3μm以下、更优选1.2μm以下。另一方面，从元件化工艺工序的观点出发，第一III族氮化物半导体的膜厚优选100nm以上。因此，n-AlxGa(1-x)N层的膜厚优选100nm以上且1.3μm以下、更优选100nm以上且1.2μm以下。
第一III族氮化物半导体层例如可以隔着缓冲层等除第一导电型的氮化物半导体层以外的层形成而不直接在基板上形成，上述缓冲层的材料、膜厚没有特别限定。
(Al组成的测定方法)
第一III族氮化物半导体层的Al组成x和晶格弛豫率可以通过进行基于X射线衍射(XRD：X-Ray Diffaction)法的倒易空间映射测定(RSM：Reciprocal Space Mapping)而定量化。此时，通过对将非对称面作为衍射面而得到的衍射峰附近的倒易空间映射数据进行解析，从而可以得到对于基底的晶格弛豫率和Al组成，作为上述衍射面，例如可以举出(10-15)面、(20-24)面。
<III族氮化物半导体活性层>
III族氮化物半导体活性层可以为单层结构也可以为多层结构。作为多层结构的例子，可以举出多量子阱结构(MQW)，其具有包含AlGaN的阱层和包含AlGaN、AlN的阻隔层。通过改变阱层和阻隔层的Al组成、膜厚，从而可以调整所得发光波长。另外，该层中可以包含P、As、Sb之类的除N以外的V族元素、C、H、F、O、Mg、Si等杂质，杂质的种类不限定于此。
<载流子屏障层>
载流子屏障层从效率良好地向III族氮化物半导体活性层注入电子和空穴的观点出发是极其重要的。具体而言，对于从第一III族氮化物半导体层注入的电子作为势垒发挥作用，促进电子向活性层中的封闭。此外，应力从载流子屏障层对活性层施加应力，从而在活性层内产生内部电场，由组成倾斜层和第二III族氮化物半导体层供给的空穴被该电场加速，从而向活性层中的注入效率提高。由以上，通过插入载流子屏障层，从而可以效率良好地向活性层注入电子和空穴，可以实现高的发光效率。
载流子屏障层为AlxGa(1-x)N(0.90≤x≤1.00)层。另外，载流子屏障层中可包含杂质。
如上述，从对发光层效率良好地注入载流子的观点出发，载流子屏障层的膜厚优选5nm以上且18nm以下、更优选7nm以上且14nm以下。膜厚薄的情况下，由于量子隧道效应而会使电子从活性层泄漏，对活性层施加的应力会变小，从而发光效率降低。另一方面，膜厚厚的情况下，妨碍空穴的注入，从而发光效率仍然会降低。由此，载流子屏障层的膜厚中存在有最佳范围。
(膜厚的测定方法)
半导体层叠结构的各层膜厚可以如下测定：切出与基板垂直的规定截面，利用透射型电子显微镜(TEM)观察该截面，使用TEM的长度测量功能，从而可以测定。作为测定方法，首先，使用TEM，对氮化物半导体发光元件的与基板的主面垂直的截面进行观察。具体而言，例如，将示出氮化物半导体发光元件的与基板的主面垂直的截面的TEM图像内的、在与基板的主面平行的方向上以2μm以上的范围作为观察宽度。在该观察宽度的范围内，载流子屏障层与组成不同的层的界面中观察到对比度，因此，在宽200nm的连续的观察区域内观察直至该界面为止的厚度。由从上述2μm以上的观察宽度任意抽出的5个部位算出该200nm宽度的观察区域内中所含的电子障壁层的厚度的平均值，从而得到该载流子屏障层的膜厚。
(组成的测定方法)
作为组成的测定方法，可以举出XPS、能量色散X射线光谱法(EDX)和电子能量损失谱法(EELS)测定。
EELS中，测定电子束透射试样时损失的能量，从而对试样的组成进行分析。具体而言，例如，TEM观察等中使用的薄片化试样中，对透射电子束的强度的能量损失谱进行测定·解析。然后，利用在能量损失量20eV附近出现的峰的峰位置根据载流子屏障层的Al组成x而变化，可以由峰位置求出Al组成x。
与基于上述TEM观察的膜厚算出方法同样地操作，由从2μm以上的观察区域任意抽出的5个部位算出观察宽度200nm中的Al组成的平均值，从而得到该载流子屏障层的Al组成。
EDX中，对上述TEM观察等中使用的薄片化试样中通过电子束产生的特征X射线进行测定·解析。与基于上述TEM观察的膜厚算出方法同样地操作，由从2μm以上的观察区域任意抽出的5个部位算出观察宽度200nm中的Al组成的平均值，从而得到载流子屏障层的Al组成。
XPS中，边进行使用离子束的溅射蚀刻边进行XPS测定，从而可以进行深度方向的评价。离子束一般使用Ar+，但只要为能用搭载于XPS装置的蚀刻用离子枪照射的离子即可，例如可以为Ar簇离子等其他离子种类。对Al、Ga、N的XPS峰强度进行测定·解析，得到载流子屏障层的Al组成x的深度方向分布。通过如下的方法也可以得到Al组成x：不利用溅射蚀刻，而是利用倾斜地研磨使氮化物半导体发光元件的基板的主面垂直的截面扩大而露出，以XPS测定露出截面的方法。
不仅可以使用XPS还可以使用俄歇电子能谱法(AES)来进行通过溅射蚀刻或倾斜研磨而露出的截面的测定，从而可以测定Al组成。另外，利用通过倾斜研磨而露出的截面的SEM-EDX测定也可以测定Al组成。
<第二III族氮化物半导体层>
第二III族氮化物半导体层为第二导电型的III族氮化物半导体层。即，第二III族氮化物半导体层的导电型不同于第一III族氮化物半导体层的导电型(第一导电型)。
使第二III族氮化物半导体层为空穴供给层的情况下，第二导电型为p型。
第二III族氮化物半导体层的材料优选为AlN、GaN、InN的单一物质和混晶。作为p型III族氮化物半导体层，例如可以举出p-GaN层或p-AlGaN层等，从提高与第二电极层的接触性的观点出发，更优选p-GaN层。可以包含C、H、F、O、Mg、Si等杂质，杂质的种类不限定于这些。
第二III族氮化物半导体层的膜厚优选5nm以上且100nm以下、更优选5nm以上且20nm以下。通过特定该膜厚范围，从而III族氮化物半导体活性层为发出紫外线的构成的情况下，可以效率良好地(以吸收、损失被抑制的状态)从发光元件取得发出的紫外线，并且维持对第二电极层的良好的接触状态，抑制驱动电压的增加、电气不良。
作为p型掺杂物，可以举出Mg、Cd、Zn、Be等。使用Mg作为p型掺杂物的情况下，从提高p-GaN层的表面的平坦性来提高与第二电极层的接触性的观点出发，Mg的掺杂浓度优选1×1020cm-3以上且低于8×1020cm-3、更优选2×1020cm-3以上且6×1020cm-3以下。
<组成倾斜层>
组成倾斜层为AlyGa(1-y)N(0.00≤y≤1.00)层，且为Al组成y从与载流子屏障层接触的面向与第二III族氮化物半导体层接触的面减少的层。
组成倾斜层的Al组成y可以从与载流子屏障层接触的面向与第二III族氮化物半导体层接触的面连续地减少，也可以间断地减少。“间断地减少”是指，在组成倾斜层的膜厚方向上包含Al组成y相同的部分。即，组成倾斜层中，可以包含Al组成y不从载流子屏障层侧向第二III族氮化物半导体层侧减少的部分，但不包含Al组成y增加的部分。组成倾斜层中，Al组成y相同的部分例如有时以几nm的厚度而包含。
将与载流子屏障层接触的面中的组成倾斜层的Al组成设为y1、与第二III族氮化物半导体层接触的面中的组成倾斜层的Al组成设为y2时，成为y1>y2，但对y1和y2的值没有特别限定。
组成倾斜层的Al组成y1与载流子屏障层的Al组成x可以相同，也可以不同，不同的情况下，哪个大都可以。组成倾斜层的Al组成y2与第二III族氮化物半导体层的Al组成可以相同，也可以不同，不同的情况下，哪个大都可以。
从降低各层中的界面中的势垒、提高空穴从组成倾斜层的注入效率的观点出发，优选的是，组成倾斜层的Al组成y1与载流子屏障层的Al组成x之差为0.3以下，组成倾斜层的Al组成y2与第二III族氮化物半导体层的Al组成之差为0.4以下。
组成倾斜层中可以包含C、H、F、O、Mg、Si等杂质。
组成倾斜层具有通过极化掺杂效应而生成空穴，效率良好地向活性层注入空穴的作用，因此，通过设置于载流子屏障层与第二III族氮化物半导体层之间，从而可以提高发光效率。
组成倾斜层的膜厚从提高发光效率的观点出发，优选5nm以上且110nm以下、更优选15nm以上且90nm以下、进而优选20nm以上且70nm以下。
(组成的测定方法)
作为组成的测定方法，可以举出XPS、能量色散X射线光谱法(EDX)和电子能量损失谱法(EELS)测定。
<作用、效果>
《由载流子屏障层得到的效果》
第二实施方式的紫外线发光元件10A中，以膜厚5nm以上且18nm以下设置Al组成x为0.90以上且1.00以下的AlxGa(1-x)N层作为载流子屏障层330，从而向发光层中的载流子注入效率提高，因此，可以得到高的发光效率。
《由组成倾斜层得到的效果》
第二实施方式的紫外线发光元件10A中，具有膜厚5nm以上且110nm以下的组成倾斜层340，从而向发光层中的空穴注入效率提高，因此，可以得到高的发光效率。
《由第一电极层的构成得到的作用、效果》
第二实施方式的紫外线发光元件10A中，将Al组成x高至0.50以上且低于0.80的n-AlxGa(1-x)N层作为n型III族半导体层2，但通过在第一电极层4的与n型半导体层2的接触面41中存在有铝单质、以及包含铝和镍的合金这两者，从而可以期待大幅降低接触电阻。通过接触电阻降低，从而驱动电压可以降低，因此，紫外线发光元件10A的放热量可以降低。由此，紫外线发光元件10A中，热所导致的输出降低、寿命降低被抑制。
而且，紫外线发光元件10A的放热量变少，从而可以缩小使用紫外线发光元件10A的氮化物半导体发光装置的散热器，因此，氮化物半导体发光装置的小型化成为可能。
进而，第二实施方式的紫外线发光元件10A中，第一电极层4的与n型III族氮化物半导体层20的接触面41中存在有铝单质，从而在第一电极层4的与n型III族氮化物半导体层20的界面形成电导率高的层，因此，电流变得容易在第一电极层4的面内流动，可以抑制接触电阻的降低和电流的集中。另外，第一电极层4的与n型III族氮化物半导体层20的界面处的反射率变高，因此，发光输出提高。这些效果也可以由包含铝的合金中的铝得到，但铝单质的情况下，得到的效果高。
另外，第二实施方式的紫外线发光元件10A中，第一电极层4的与n型III族氮化物半导体层20的接触面41中存在有包含铝和镍的合金。这样的第一电极层4可以在容易形成包含铝和镍的合金的条件下、例如在不易形成铝与金的合金等那样的高电阻的合金的条件下形成。其结果，高电阻的合金的形成被抑制，可以得到接触电阻的降低效果。
另外，第一电极层4的与n型氮化物半导体层2的接触面41中存在有包含铝和镍的合金，从而第一电极层4的上表面(接触面41的相反侧的面)成为凹凸状。伴随于此，第一电极层4的与第一焊盘电极6的密合性提高，因此，可以延长紫外线发光元件10A的寿命。该效果可以通过接触面41中存在有铝而得到，但存在有包含铝和镍的合金的情况下，可以得到高的效果。
需要说明的是，第一电极层4的第一层(包含铝和镍的合金层)4a的厚度从上述接触电阻的降低和与第一焊盘电极6的密合性的观点出发，优选为100nm以上。另外，第一层4a的厚度过厚时，第一电极层4内的凹凸变得过于剧烈，因此，形成于其上部的第一焊盘电极6、绝缘层8的被覆性变差，可靠性不良的风险变高，因此，优选为1000nm以下、更优选为600nm以下。
从这些观点出发，第二实施方式的紫外线发光元件10A中，使第一电极层4的第一层4a的厚度为100nm以上且1000nm以下。第一电极层4的第一层4a的厚度更优选为100nm以上且600nm以下。
另外，第一电极层4的第二层(含铝层)4b的厚度从上述接触电阻的降低和反射率的提高的观点出发，优选为1nm以上、更优选为10nm以上。另外，第二层4b的厚度过厚时，第三层4c的厚度相对变薄，从而第二层4b变得容易与氧接触，因此，从降低第一电极层4与氧的接触的观点出发，第二层4b的厚度优选为150nm以下，更优选为100nm以下。从这些观点出发，第二实施方式的紫外线发光元件10A中，第一电极层4的第二层4b的厚度设为1nm以上且150nm以下。第一电极层4的第二层4b的厚度更优选为1nm以上且100nm以下。
需要说明的是，该实施方式中，对将本发明的第二方案的氮化物半导体发光元件用于紫外线发光元件的例子进行说明，但发光波长不限定于紫外线。
实施例
[第一实施例：第一方案的实施例]
<实施例1>
除第一电极层4的形成工序以外，使用已知的材料，采用已知的方法制作第一实施方式中记载的结构的紫外线发光元件10。
首先，在基板1的整面上形成n型氮化物半导体层2后，在n型氮化物半导体层2的整面上形成氮化物半导体发光层32。接着，在氮化物半导体发光层32的整面上形成p型氮化物半导体层33。由此，得到基板1上形成有层叠体的物体。
作为基板1，使用AlN基板。作为n型氮化物半导体层2，形成使用Si作为杂质的n型Al0.7Ga0.3N层。作为氮化物半导体发光层32，形成具有AlGaN(量子阱层)和AlN(电子阻隔层)的多量子阱结构的发光层。作为p型氮化物半导体层33，形成使用Mg作为杂质的p型GaN层。
接着，对于基板1上的层叠体，进行以规定深度去除面内的一部分的蚀刻，从而形成图2所示的氮化物半导体层叠体3。蚀刻深度为n型氮化物半导体层2被部分去除的深度，通过该蚀刻，俯视时n型氮化物半导体层2的一部分露出。未被蚀刻的部分作为氮化物半导体层叠体3的n型氮化物半导体层31而残留。作为蚀刻方法，采用如下方法：进行使用电感耦合等离子体方式的装置的干式蚀刻后，进行使用硫酸与双氧水的混合溶液的表面处理。
接着，在该状态的基板1的形成有氮化物半导体层叠体3的面的整体上形成绝缘层8后，为了将面内的一部分的绝缘层8去除来使n型氮化物半导体层2的一部分露出，进行基于BHF的蚀刻。
接着，在n型氮化物半导体层2的俯视时成为露出面的区域中，利用以下的方法形成第一电极层4。
首先，在该区域中，利用蒸镀法，以图3所示的第一电极层4的平面形状，将钛(Ti)层、铝(Al)层、镍(Ni)层、金(Au)层依次形成为20nm/130nm/35nm/50nm的厚度，从而得到金属层叠体。接着，将该状态的基板1放入热处理装置，利用RTA(快速热退火；Rapid ThermalAnnealing)法对金属层叠体进行加热处理。加热处理如下进行：将基板1的温度保持为850℃，在热处理装置内导入150℃的氮气并进行2分钟。氮气的温度通过在气体配管上安装加热器来调整。
接着，对于形成第一电极层4后的基板1，为了使氮化物半导体层叠体3的p型氮化物半导体层33的一部分露出，进行基于BHF的蚀刻。
接着，将该状态的基板1放入蒸镀装置，在氮化物半导体层叠体3的p型氮化物半导体层33上，以图3所示的第二电极层5的平面形状依次形成镍(Ni)层、金(Au)层后，进行已知的加热处理，形成第二电极层5。
接着，在该状态的基板1的形成有第二电极层5的面的整体上形成绝缘层8后，在绝缘层8上形成开口部，所述开口部用于形成第一焊盘电极6和第二焊盘电极7。
接着，用Ti与Au的层叠膜形成第一焊盘电极6和第二焊盘电极7。
对于所得紫外线发光元件10的第一电极层4，考察了接触面41中的铝单质、以及包含铝和镍的合金的总计存在率、和接触面41中的铝含有率、第一层4a的厚度、第二层4b的厚度、规定截面(与基板1垂直、且沿着俯视通过基板1的中心并从基板1的一端延伸至另一端的直线的截面)中的第一层4a与第二层4b的面积比。
具体而言，首先，利用使用30kV的Ga+的FIB(聚焦离子束)法，以100nm以下的厚度切出紫外线发光元件10的包含第一电极层4的部分的与基板1垂直的规定截面。接着，利用STEM(扫描透射电子显微镜)，以加速电压200kV观察切出的切片，得到切出的切片的BF(明视野)和HAADF(高角散射环状暗视野)图像，对于其一部分，进行STEM-EDX(能量分散型X射线能谱分析法)分析。
进而，由所得STEM-EDX分析结果与BF和HAADF图像的对比度，推定第一电极层4的各相中所含的元素的种类，并且对HAADF图像进行长度测量，测定第一层4a的厚度、第二层4b的厚度、切出的截面中的第一层4a与n型半导体层2的边界线的长度、切出的截面中的第一层4b与n型半导体层2的边界线的长度。利用测定的结果，算出接触面41中的存在率(面积比率)和截面积比。此时的解析范围设为20μm。另外，由STEM-EDX分析结果推定接触面41中的除Al和Ni以外的混合存在元素的有无。
另外，对于所得紫外线发光元件10，流过100mA～700mA的范围的各值的电流，测定驱动电压。驱动电压的测定采用四探针法，使得针与电极之间的接触电阻的影响变小。对于所得各驱动电压的测定值，算出将驱动电流为100mA时的驱动电压设为1而得到的相对值。进而，算出驱动电流500mA下的驱动电压相对于驱动电流100mA下的驱动电压之比作为驱动电压增加率。
进而，利用与上述相同的方法，制作第一电极层4的平面形状、氮化物半导体层叠体3的平面形状和第二电极层5的平面形状为图6所示的形状的紫外线发光元件10，利用与上述相同的方法，进行上述各测定，并且算出驱动电压的相对值和增加率。
<实施例2～7>
实施例2～7中，除以下的方面之外，利用与实施例1相同的方法，以第一电极层4、氮化物半导体层叠体3和第二电极层5的平面形状为图3所示的例和图6所示的例这两个方式，制作紫外线发光元件10。具体而言，如表1所示那样，使构成第一电极层4的形成条件的热处理条件中的基板温度、氮气温度和加热时间中的任意者变为与实施例1不同的值。
<实施例8～12>
实施例8～12中，除以下的方面之外，利用与实施例1相同的方法，以第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图3所示的例和图6所示的例这两个方式，制作紫外线发光元件10。具体而言，如表1所示那样，使构成第一电极层4的形成条件的金属层叠构成与实施例1不同。另外，不进行热处理条件中的氮气温度的控制。另外，实施例9、10中，使基板温度变为与实施例1不同的值，实施例11、10中，使加热时间变为与实施例1不同的值。
实施例8中，形成第一电极层4时，首先，利用蒸镀法，将钛(Ti)层、铝(Al)层、镍(Ni)层依次形成为20nm/130nm/35nm的厚度，从而得到金属层叠体。接着，将该状态的基板1放入热处理装置，利用RTA(Rapid Thermal Annealing)法对金属层叠体进行加热处理。加热处理如下进行：将基板1的温度保持为850℃，在热处理装置内导入未经温度控制的氮气，进行2分钟。另外，加热处理后进一步利用蒸镀法将50nm的Au成膜。
实施例9～12的第一电极层4的形成方法与实施例8的方法相比，仅在基板温度或加热时间上不同。
实施例8～12中，利用这样的方法形成第一电极层4，因此，第一电极层4不包含铝与金的合金等那样的高电阻的合金。
<实施例13～17>
实施例13～17中，除以下的方面之外，利用与实施例1相同的方法，以第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图3所示的例和图6所示的例这两个方式，制作紫外线发光元件10。具体而言，如表1所示那样，使构成第一电极层4的形成条件的热处理条件中的基板温度和加热时间变为与实施例1不同的值。
<实施例18、19>
实施例18、19中，除以下的方面之外，利用与实施例1相同的方法，以第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图3所示的例和图6所示的例这两个方式，制作紫外线发光元件10。具体而言，如表1所示那样，使构成第一电极层4的形成条件的金属层叠构成为与实施例1不同的构成。
实施例18中，形成第一电极层4时，首先，利用蒸镀法，将钒(V)层、铝(Al)层、镍(Ni)层、金(Au)层依次形成为20nm/130nm/35nm/50nm的厚度，从而得到金属层叠体。之后，进行与实施例1相同的热处理。
实施例19中，形成第一电极层4时，首先，利用蒸镀法，将锆(Zr)层、铝(Al)层、镍(Ni)层、金(Au)层依次形成为20nm/130nm/35nm/50nm的厚度，从而得到金属层叠体。之后，进行与实施例1相同的热处理。
<比较例1>
比较例1中，除以下的方面之外，利用与实施例1相同的方法，以第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图3所示的例和图6所示的例这两个方式，制作紫外线发光元件。具体而言，如表1所示那样，不进行构成第一电极层4的形成条件的热处理条件中的氮气温度的控制。
然后，对于实施例2～19和比较例1，也利用与实施例1相同的方法，测定第一电极层4的接触面41中的铝单质、以及包含铝和镍的合金的总计存在率等。另外，利用与实施例1相同的方法，测定第一电极层4的驱动电压，算出将驱动电流为100mA时的驱动电压设为1的相对值。进而，算出驱动电流500mA下的驱动电压相对于驱动电流100mA下的驱动电压之比作为驱动电压增加率。
将它们的测定结果和驱动电压增加率与第一电极层4的形成条件一并示于表1。
需要说明的是，分别地，表1的“Al+AlNi”表示铝单质、以及包含铝和镍的合金的总计，“Al成分”表示铝存在率，“AlNi层”表示第一层，“含Al层”表示第二层。
另外，表1中，各值分别符合下述的构成(a)～(e)的情况表示为“符合”、不符合的情况表示为“不符合”。
(a)接触面41中的铝单质、以及包含铝和镍的合金的总计存在率(Al+AlNi)为60面积％以上。
(b)接触面41中的铝含有率(Al成分)为30面积％以上。
(c)含铝层(含Al层)4b的厚度为1nm以上且150nm以下。
(d)第一层(AlNi层)4a的厚度为100nm以上且1000nm以下。
(e)第一层(AlNi层)4a与含铝层(含Al层)4b的截面积比4a/4b为10以上且300以下。即，满足第一层4a的截面积：含铝层4b的截面积＝1：2～400：1。
另外，在接触面和接触面附近有除Al和Ni以外的混合存在元素的情况下，表1中记载了其元素符号。
[表1]
Figure BDA0001859813340000311
进而，对于实施例1与比较例1，图9中以曲线图示出第一电极层4的平面形状和第二电极层5的平面形状为图3所示的形状时的驱动电流与驱动电压(相对值)的关系，图10中以曲线图示出第一电极层4的平面形状和第二电极层5的平面形状为图6所示的形状时的驱动电流与驱动电压(相对值)的关系。
表1中，实施例1～19的紫外线发光元件10的驱动电压增加率小于比较例1的紫外线发光元件的驱动电压增加率。接触电阻越高，驱动电压增加率变得越大，因此，意味着驱动电压增加率越小，接触电阻越低。由此，由表1的结果可知，实施例1～19的紫外线发光元件10与比较例1的紫外线发光元件相比，接触电阻低。
另外，由图9和图10的曲线图可知，实施例1的紫外线发光元件10与比较例1的紫外线发光元件相比，可以降低随着驱动电流上升的驱动电压的上升程度。即，可知，实施例1的紫外线发光元件10与比较例1的紫外线发光元件相比，驱动电流大时的接触电阻的降低效果大。
进而，由图9的曲线图与图10的曲线图的比较可知，对于实施例1的紫外线发光元件10和比较例1的紫外线发光元件，第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图6所示的形状的情况与其为图3所示的形状的情况相比，可以降低相同驱动电流下的驱动电压(即，接触电阻)。而且可知，将图10的曲线图的(即，第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图6所示的形状)比较例1的紫外线发光元件、与图9的曲线图的(即，第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图3所示的形状)实施例1的紫外线发光元件10进行比较的情况下，实施例1的紫外线发光元件10可以降低相同驱动电流下的驱动电压(即，接触电阻)。其为由俯视时的氮化物半导体层叠体3的周长在图6的例中比图3的例更长所带来的效果，意味着在降低接触电阻的方面优选设计周长较长的元件。
[第二实施例：第二方案的实施例]
<试验1：No.1-1～No.1-50>
制作作为第二实施方式中记载的结构的紫外线发光元件10A、且具有以下构成的元件。
基板1为AlN基板。n型III族氮化物半导体层20和n型III族氮化物半导体层31为使用Si作为杂质的n型Al0.7Ga0.3N层，且n型III族氮化物半导体层20与n型III族氮化物半导体层310的总计厚度(即，基板1与III族氮化物半导体活性层320之间的n型III族氮化物半导体层的膜厚)为500nm。III族氮化物半导体活性层320为交替具有各五层厚度6.5nm的Al0.78GaN(阻隔层)与厚度2.5nm的Al0.52N(量子阱层)的多量子阱结构。载流子屏障层330为AlxGa(1-x)N层、且使Al组成x和膜厚如表1和表2所示那样变化。
组成倾斜层340为AlyGa(1-y)N层、且为Al组成y从载流子屏障层330向p型III族氮化物半导体层350由0.75连续地变化为0.25的层。p型III族氮化物半导体层350为包含4.2×1020cm-3的Mg作为杂质的p型GaN层。
第一电极层4含有Ti、Al、Ni和Au，且在与n型III族氮化物半导体层20的接触面41中存在有铝、以及包含铝和镍的合金这两者。第二电极层5为Ni/Au。第一焊盘电极6和第二焊盘电极7为Ti与Au的层叠结构。
利用以下的方法，对上述构成的各元件进行制作·评价。
首先，利用MOCVD法，在AlN基板的整面上，将厚度500nm的掺杂有Si的Al0.7Ga0.3N层、上述多量子阱结构、成为载流子屏障层330的AlxGa(1-x)N层(x和膜厚为表1和表2的值)、成为组成倾斜层340的AlyGa(1-y)N层(使Al组成y由0.75连续地变化为0.25，以膜厚40nm层叠)、包含4.20×1020cm-3的Mg作为杂质的厚度10nm的p型GaN层依次成膜。由此，得到基板1上形成有层叠体的物体。作为原料，使用三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)、氨(NH3)、甲硅烷(SiH4)、双环戊二烯基镁(Cp2Mg)。分别地，各层的Al组成通过控制三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)的供给比从而控制，通过使生长时间变化，从而对膜厚进行控制。成膜中，将基板温度控制为1100℃、生长压力控制为50hPa，作为V族原料的NH3与III族原料(三乙基镓、三甲基铝)的原料供给比(V/III比)设为3000。
n型III族氮化物半导体层20的Al组成和晶格弛豫率由(10-15)面附近的X射线衍射倒易空间映射测定分别测定，结果晶格弛豫率为0％。另外，对制成的发光元件结构的一部分进行EELS测定，从而对n型III族氮化物半导体层20以外的各层的Al组成进行定量。
n型III族氮化物半导体层20的Si浓度、p型GaN层的Mg浓度分别通过SIMS测定而进行定量化。详细如后述，各层的膜厚通过基于透射型电子显微镜(TEM)的截面观察来进行长度测量。
接着，对于基板1上的层叠体，进行以规定深度去除面内的一部分的蚀刻，从而形成图7所示的氮化物半导体层叠体30。蚀刻深度为使n型III族氮化物半导体层20被部分去除的深度，通过该蚀刻，俯视时n型III族氮化物半导体层20的一部分露出。未被蚀刻的部分作为氮化物半导体层叠体30的n型III族氮化物半导体层310而残留。作为蚀刻方法，采用如下方法：进行使用电感耦合等离子体方式的装置的干式蚀刻后，进行使用硫酸与双氧水的混合溶液的表面处理。
接着，在该状态的基板1的整面上形成绝缘层8后，为了将面内的一部分的绝缘层8去除来使n型III族氮化物半导体层20的一部分露出，进行基于BHF的蚀刻。
接着，在n型III族氮化物半导体层20的俯视时成为露出面的区域中，利用以下的方法形成第一电极层4。
首先，在该区域中，以图8所示的第一电极层4的平面形状，利用蒸镀法，将钛(Ti)层、铝(Al)层、镍(Ni)层、金(Au)层依次形成为20nm/130nm/35nm/50nm的厚度，从而得到金属层叠体。接着，将该状态的基板1放入热处理装置，利用RTA(Rapid Thermal Annealing)法，对金属层叠体进行加热处理。
加热处理条件根据接触面41中的Al存在率而变化，例如，使Al存在率为90％的No.1-1～No.1-9中，将基板1的温度保持为850℃，在热处理装置内导入150℃的氮气并进行2分钟。氮气的温度通过在气体配管上安装加热器来进行调整。
接着，对于形成了第一电极层4后的基板1，为了使氮化物半导体层叠体30的p型III族氮化物半导体层350的一部分露出，进行基于BHF的蚀刻。
接着，将该状态的基板1放入蒸镀装置，在氮化物半导体层叠体30的p型III族氮化物半导体层350上，以图8所示的第二电极层5的平面形状，依次形成镍(Ni)层、金(Au)层后，进行已知的加热处理，形成第二电极层5。
接着，在该状态的基板1的形成有第二电极层5的面的整体上形成绝缘层8后，在绝缘层8上形成开口部，所述开口部用于形成第一焊盘电极6和第二焊盘电极7。
接着，用Ti与Au的层叠膜形成第一焊盘电极6和第二焊盘电极7。
进而，利用与上述相同的方法，制作第一电极层4的平面形状和第二电极层5的平面形状为图12所示的形状的紫外线发光元件10A。
利用以下的方法确认了所得各紫外线发光元件10A中的、各层的膜厚、第一电极层4中的接触面41中的铝单质、以及包含铝和镍的合金的总计存在率。
首先，利用使用30kV的Ga+的FIB(聚焦离子束)法，以100nm以下的厚度切出紫外线发光元件10A的包含第一电极层4的部分的与基板1垂直的规定截面。接着，利用STEM(扫描透射电子显微镜)，以加速电压200kV进行观察，得到切出的切片的BF(明视野)和HAADF(高角散射环状暗视野)图像，对于其一部分，进行STEM-EDX(能量分散型X射线能谱分析法)分析。
进而，由所得STEM-EDX分析结果与BF和HAADF图像的对比度，推定第一电极层4的各相中所含的元素的种类，而且对HAADF图像进行长度测量，测定切出的截面中的第一电极层4整体的长度、和切出的截面中的第一层4b与n型半导体层2的边界线的长度。使用测定的结果，算出接触面41中的Al存在率(面积比率)。此时的解析范围设为20μm。
另外，对于所得紫外线发光元件10A，流过100mA和500mA的电流，测定各自的驱动电压。驱动电压的测定采用四探针法，使得针与电极之间的接触电阻的影响变小。对于所得各驱动电压的测定值，算出将驱动电流为100mA时的驱动电压设为1而得到的相对值，作为驱动电压增加率而算出。进而，在紫外线发光元件10A中流过350mA的电流，测定光输出。其结果，得到了在波长270nm附近具有峰波长的发光。
将该光输出的相对值(将No.1-2的值设为1而得到的值)和上述驱动电压增加率与各紫外线发光元件10A的构成一并示于下述的表2和表3。另外，对于No.1-1～No.1-50的各紫外线发光元件10A，将作为载流子屏障层330的AlxGa(1-x)N层的Al组成与膜厚的关系示于图11。
[表2]
Figure BDA0001859813340000371
[表3]
Figure BDA0001859813340000381
表2和表3的构成的栏中，在脱离本发明的第二方案的必要技术特征即“作为载流子屏障层330的AlxGa(1-x)N层的Al组成x为0.90≤x≤1.00”的数值上施加下划线，在脱离优选方案即“载流子屏障层330的膜厚为5nm以上且18nm以下”的数值上施加双下划线。另外，第一电极层成为第一方案中所示的铝单质和包含铝与镍的合金的构成，但以斜体记载脱离更优选方案即“第一电极层的接触面41中的Al存在率为60面积％以上”的数值。在此，Al存在率为实施例1的铝单质以及包含铝和镍的合金的总计存在率(Al+AlNi)。
另外，表2和表3的性能的栏中，在脱离相当于良好的光输出值(相对值)的“0.62以上”的数值上施加下划线，在脱离相当于优选的光输出值(相对值)的“0.75以上”的数值上施加双下划线。另外，优选的驱动电压增加率在平面形状为图8的情况下相当于1.5以下，在平面形状为图12的情况下相当于1.4以下。
表2所示的No.1-1～No.1-36、No.1-48～50的元件中，作为载流子屏障层330的AlxGa(1-x)N层的Al组成x满足0.90≤x≤1.00，且第一电极层的接触面41中的Al存在率成为40面积％以上。因此，第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图8的情况以及为图12的情况这两者时，得到了0.62以上的良好的光输出。另外，平面形状为图8的情况以及为图12的情况下驱动电压增加率均成为优选的值，也就是说在平面形状为图8的情况下为1.5以下，在平面形状为图12的情况下为1.4以下。
其中，No.1-1～No.1-23的元件进一步满足第一电极层的接触面41中的Al存在率60面积％以上、和载流子屏障层330的膜厚5nm以上且18nm以下(图11的A)。因此，第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图8的情况以及为图12的情况这两者时，驱动电压增加率为优选的值，也就是说在平面形状为图8的情况下为1.5以下，在平面形状为图12的情况下为1.4以下，得到了更高的0.75以上的光输出。
另外，No.1-1～No.1-9的元件中，载流子屏障层330的Al组成x为0.95以上、膜厚为7nm以上且14nm以下(图11的B)，得到了0.90以上的光输出。即，可知，通过使载流子屏障层330的Al组成x为0.95以上、且使其膜厚为7nm以上且14nm以下，从而可以进一步提高光输出。
<试验2：No.2-1～No.2-15>
制作作为第二实施方式中记载的结构的紫外线发光元件10A、且为除以下的方面之外具有与试验1相同的构成的元件。使载流子屏障层330为膜厚10nm的AlN层、第一电极层的接触面41中的Al存在率为80面积％，使组成倾斜层340的膜厚变化。即，No.2-1～No.2-15的元件满足作为载流子屏障层330的AlxGa(1-x)N层的Al组成x为0.90≤x≤1.00、和第一电极层的接触面41中的Al存在率为70面积％以上。
另外，对于所得No.2-1～No.2-15的各紫外线发光元件10A，与上述同样地流过100mA和500mA的电流，测定各自的驱动电压。对于所得各驱动电压的测定值，算出将驱动电流为100mA时的驱动电压设为1而得到的相对值，作为驱动电压增加率而算出。进而，在紫外线发光元件10A中流过350mA的电流，测定光输出。其结果，得到了在波长270nm附近具有峰波长的发光。将光输出的相对值(将No.1-2的值设为1而得到的值)和驱动电压增加率的值与No.2-1～No.2-15的各紫外线发光元件10A的构成一并示于下述表4。
[表4]
Figure BDA0001859813340000401
表4的构成的栏中，在脱离本发明的第二方案的优选方案即“组成倾斜层340的膜厚为5nm以上且110nm以下”的数值上施加双下划线。另外，表4的性能的栏中，在脱离相当于优选的光输出值(相对值)的“0.75以上”的数值上施加双下划线。需要说明的是，表4的性能的栏中，第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图8、图12的情况下均不存在脱离良好的驱动电压增加率的值，也就是说在平面形状为图8的情况下不存在脱离1.5以下的值，在平面形状为图12的情况下不存在脱离1.4以下的值。
由表4的结果可知，No.2-1～No.2-15的元件中，组成倾斜层340的膜厚为0以上且200nm以下、第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图8的情况下以1.5以下的驱动电压增加率得到了0.62以上的良好的光输出，第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图12的情况下以1.4以下的驱动电压增加率得到了0.62以上的良好的光输出。它们之中，组成倾斜层340的膜厚处于5以上且110nm以下的范围的No.2-3～No.2-12的元件中，在平面形状为图8的情况下以1.5以下的驱动电压增加率得到了更高的0.75以上的光输出，在平面形状为图12的情况下以1.4以下的驱动电压增加率得到了更高的0.75以上的光输出。即，可知，通过设置膜厚为5以上且110nm以下的组成倾斜层340，从而可以提高光输出。
另外，膜厚为15以上且90nm以下的范围时，得到了0.90以上的光输出，膜厚为20以上且70nm以下的范围时，得到了0.93以上的光输出。即，可知，组成倾斜层340的膜厚更优选15以上且90nm以下、进而优选20以上且70nm以下。
<试验3：No.3-1～No.3-10>
制作作为第二实施方式中记载的结构的紫外线发光元件10A、且为除以下方面之外具有与试验1相同的构成的元件。使载流子屏障层330为膜厚10nm的AlN层，第一电极层的接触面41中的Al存在率为80面积％，p型III族氮化物半导体层350为包含Mg作为杂质的GaN层(膜厚10nm)，且使Mg浓度变化。即，No.3-1～No.3-10的元件满足作为载流子屏障层330的AlxGa(1-x)N层的Al组成x为0.90≤x≤1.00、和第一电极层的接触面41中的Al存在率为70面积％以上。
另外，对于所得No.3-1～No.3-10的各紫外线发光元件10A，与上述同样地流过100mA和500mA的电流，测定各自的驱动电压。对于所得各驱动电压的测定值，算出将驱动电流为100mA时的驱动电压设为1而得到的相对值，作为驱动电压增加率而算出。进而，在紫外线发光元件10A中流过350mA的电流，测定光输出。其结果，得到了在波长270nm附近具有峰波长的发光。将光输出的相对值(将No.1-2的值设为1而得到的值)和驱动电压增加率的值与No.3-1～No.3-10的各紫外线发光元件10A的构成一并示于下述表5。
[表5]
Figure BDA0001859813340000421
表5的构成的栏中，在脱离本发明的第二方案的优选方案即“Mg浓度1×1020cm-3以上且低于8×1020cm-3”的数值上施加双下划线。另外，满足良好的驱动电压增加率即在平面形状为图8的情况下为1.5以下，在平面形状为图12的情况下为1.4以下。需要说明的是，表4的性能的栏中，不存在脱离相当于良好的光输出值的“0.62以上”的数值，第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图8、图12的情况下，不存在脱离良好的驱动电压增加率，也就是说在图8的情况下不存在脱离1.5以下的数值，在图12的情况下不存在脱离1.4以下的数值。
由表5的结果可知，作为p型III族氮化物半导体层350的p型GaN层的Mg浓度为1×1020cm-3以上且7.6×1020cm-3以下的No.3-3～No.3-7的元件中，第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图8、图12的情况均以良好的驱动电压增加率得到了0.97以上的高的光输出，即在平面形状为图8的情况下以1.5以下的驱动电压增加率得到了0.97以上的高的光输出，在平面形状为图12的情况下以1.4以下的驱动电压增加率得到了0.97以上的高的光输出。
<试验4：No.4-1～No.4-9>
制作作为第二实施方式中记载的结构的紫外线发光元件10A、且为除以下方面之外具有与试验1相同的构成的元件。使载流子屏障层330为膜厚10nm的AlN层、第一电极层的接触面41中的Al存在率为80面积％。另外，使n型III族氮化物半导体层20与n型III族氮化物半导体层310的总计膜厚变化，使晶格弛豫率变化。即，No.4-1～No.4-9的元件满足作为载流子屏障层330的AlxGa(1-x)N层的Al组成x为0.90≤x≤1.00、和第一电极层的接触面41中的Al存在率为70面积％以上。
另外，对于所得No.4-1～No.4-9的各紫外线发光元件10A，与上述同样地流过100mA和500mA的电流，测定各自的驱动电压。对于所得各驱动电压的测定值，算出将驱动电流为100mA时的驱动电压设为1而得到的相对值，作为驱动电压增加率而算出。进而，在紫外线发光元件10A中流过350mA的电流，测定光输出。其结果，得到了在波长270nm附近具有峰波长的发光。将光输出的相对值(将No.1-2的值设为1而得到的值)和驱动电压的测定值与No.4-1～No.4-9的各紫外线发光元件10A的构成一并示于下述表6。
[表6]
Figure BDA0001859813340000441
由表6的结果可知，使n型III族氮化物半导体层所产生的晶格弛豫率为15％以下，从而可以以低的驱动电压增加率得到0.97以上的高的光输出，特别是，第一电极层4和第二电极层5的平面形状为图8、图12的情况下以良好的驱动电压增加率得到了0.97以上的高的光输出，即，在图8的情况下以1.5以下的驱动电压增加率得到了0.97以上的高的光输出，在图12的情况下以1.4以下的驱动电压增加率得到了0.97以上的高的光输出。

Claims (23)

1.一种氮化物半导体元件，其具有：
基板；
第一导电型的第一氮化物半导体层，其形成于所述基板上；和，
第一电极层，其形成于所述第一氮化物半导体层上，
所述第一电极层包含铝和镍，
在所述第一电极层的与所述第一氮化物半导体层的接触面或所述接触面的附近至少存在有铝、以及包含铝和镍的合金这两者。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体元件，其中，在所述接触面的至少一部分或所述接触面的附近的至少一部分存在有选自Ti、Mo、V、Au、W、Pt、Pd、Si和Zr中的一种以上的元素。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其中，在所述接触面的至少一部分或所述接触面的附近的至少一部分存在有Ti或Au。
4.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其中，在所述接触面的至少一部分存在有Ti。
5.根据权利要求1所述的氮化物半导体元件，其中，所述接触面或所述接触面的附近面中的铝、以及包含铝和镍的合金的总计存在率为60面积％以上，
所述接触面或所述附近面具有：包含铝和镍的合金层的所述第一氮化物半导体层侧的面即第一区域；和，所述合金层以外的含铝层的所述第一氮化物半导体层侧的面即第二区域，所述第二区域的面积相对于所述第一区域和所述第二区域的总计面积的比率为30％以上。
6.根据权利要求1所述的氮化物半导体元件，其中，所述接触面或所述接触面的附近面中的铝、以及包含铝和镍的合金的总计存在率为70面积％以上，
所述接触面或所述附近面具有：包含铝和镍的合金层的所述第一氮化物半导体层侧的面即第一区域；和，所述合金层以外的含铝层的所述第一氮化物半导体层侧的面即第二区域，所述第二区域的面积相对于所述第一区域和所述第二区域的总计面积的比率为30％以上。
7.根据权利要求5或6所述的氮化物半导体元件，其中，所述含铝层的厚度为1nm以上且150nm以下。
8.根据权利要求5或6所述的氮化物半导体元件，其中，所述含铝层的厚度为1nm以上且100nm以下。
9.根据权利要求5或6所述的氮化物半导体元件，其中，所述合金层的厚度为100nm以上且1000nm以下。
10.根据权利要求5或6所述的氮化物半导体元件，其中，所述合金层的厚度为100nm以上且600nm以下。
11.根据权利要求5或6所述的氮化物半导体元件，其中，与所述基板垂直、且沿着俯视通过所述基板的中心并从所述基板的一端延伸至另一端的直线的截面中，
所述合金层与所述含铝层的面积比满足所述合金层：所述含铝层＝1：2～400：1。
12.根据权利要求5或6所述的氮化物半导体元件，其中，与所述基板垂直、且沿着俯视通过所述基板的中心并从所述基板的一端延伸至另一端的直线的截面中，
所述合金层与所述含铝层的面积比满足所述合金层：所述含铝层＝2：35～400：1。
13.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体元件，其中，所述第一氮化物半导体层包含AlxGa(1-x)N，其中，0≤x≤1。
14.一种氮化物半导体发光元件，其为权利要求1～13中任一项所述的氮化物半导体元件中包括的氮化物半导体发光元件，
所述第一氮化物半导体层为至少包含铝(Al)和镓(Ga)的第一III族氮化物半导体层，
所述氮化物半导体发光元件还具有：
氮化物半导体层叠体，其形成于所述第一III族氮化物半导体层上的一部分，且从所述基板侧依次包含：至少包含铝(Al)和镓(Ga)的III族氮化物半导体活性层、作为AlxGa(1-x)N层的载流子屏障层、和第二III族氮化物半导体层，其中，0.90≤x≤1.00；和，
第二电极层，其形成于所述第二III族氮化物半导体层上。
15.根据权利要求14所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述载流子屏障层的膜厚为5nm以上且18nm以下。
16.根据权利要求14或15所述的氮化物半导体发光元件，其中，还具有如下组成倾斜层：其为配置于所述载流子屏障层与所述第二III族氮化物半导体层之间的AlyGa(1-y)N层，其中，0.00≤y≤1.00，且Al组成y从与所述载流子屏障层接触的面向与所述第二III族氮化物半导体层接触的面减少。
17.根据权利要求16所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述组成倾斜层的膜厚为5nm以上且110nm以下。
18.根据权利要求14或15所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述第二III族氮化物半导体层为以1×1020cm-3以上且低于8×1020cm-3的范围包含Mg作为杂质的GaN层。
19.根据权利要求14或15所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述第二III族氮化物半导体层的膜厚为5nm以上且100nm以下。
20.根据权利要求14或15所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述第一III族氮化物半导体层的晶格弛豫率为0％以上且15％以下。
21.根据权利要求14或15所述的氮化物半导体发光元件，其中，所述基板为AlN基板。
22.一种紫外线发光元件，其为权利要求1～13中任一项所述的氮化物半导体元件中包括的紫外线发光元件，
所述紫外线发光元件具有：
氮化物半导体层叠体，其形成于所述第一氮化物半导体层上的一部分、且包含第二导电型的第二氮化物半导体层；和，
第二电极层，其形成于所述氮化物半导体层叠体的所述第二氮化物半导体层上，
所述氮化物半导体层叠体在所述第二氮化物半导体层的靠近所述第一氮化物半导体层的一侧包含氮化物半导体发光层，所述氮化物半导体发光层发出波长为300nm以下的紫外线。
23.一种紫外线发光元件，其为权利要求14～21中任一项所述的氮化物半导体发光元件中包括的紫外线发光元件，
所述III族氮化物半导体活性层发出波长为300nm以下的紫外线。
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