JP2015032798A - 窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】 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、第１コンタクト層に接触して、第１コンタクト層よりも低濃度でＺｎがドープされた、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ（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。【選択図】 図１

Description

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、本発明者が実現した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、Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（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構成である。

なお、第２コンタクト層を構成するＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（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。

具体的な一例としては、第２不純物材料をＺｎとすることができる。このとき、第１不純物材料をＭｇとすることができる。

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ことから、必然的に第２コンタクト層に電界が与えられる。ここで、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上昇するという問題は生じない。

この構成によれば、コンタクト電極を有することなく、ＩＴＯやＮｉで形成された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、上記構成の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、Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（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。

特に、深紫外光用光源として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Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（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光源素子が実現できる。なお、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Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ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。

本発明によれば、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窒化物半導体発光素子が実現できる。

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的な断面図である。 従来例及び比較例１の概略構成を示す模式的な断面図である。 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。 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。 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。 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。 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３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２及び実施例３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１及び実施例４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。 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。

まず、本発明が想定する窒化物半導体発光素子の構造の一例につき、図面を参照して説明した後、その製造方法につき、詳細に説明する。

［第１実施形態］
第１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１を参照して説明する。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。

〈構造〉
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）
支持基板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から下向きに放射された光を上向き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ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｚｒ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３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Ｓ８）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Ａｌ_ｎＧａ_１−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Ａｌ_ｍＧａ_１−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１×１０^１９／ｃｍ^３以上、５×１０^１９／ｃｍ^３以下程度であり、第１コンタクト層３２は５×１０^１９／ｃｍ^３以上、１×１０^２１／ｃｍ^３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、Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（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、５×１０^１６／ｃｍ^３以上、１×１０^２１／ｃｍ^３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）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）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。第１コンタクト層３２は、ｐ型窒化物半導体層３１と第２コンタクト層３４との各々の活性化エネルギーが離れているため、各々の活性化エネルギーの中間に準位を形成させる目的でＭｇをオーバードープとする構成が好ましい。

（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の底面と絶縁層２１の上面が接触している領域の真上位置に係る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１）
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３×１０^１９／ｃｍ^３のＡｌ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎ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３×１０^１９／ｃｍ^３程度のＡｌ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎで構成されるｐ型窒化物半導体層３１、Ｍｇ濃度が１×１０^２０／ｃｍ^３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５×１０^１９／ｃｍ^３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１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１）
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。

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Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ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。

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。

〈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。Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ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。

〈製造プロセス〉
次に、図１に示した窒化物半導体発光素子１の製造プロセスにつき説明する。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Ｓ１）
図４Ａに示すように、サファイア基板６１上にエピ層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Ａｌ_ｎＧａ_１−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Ａｌ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎの組成を有し、Ｓｉ濃度が３×１０^１９／ｃｍ^３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、Ａｌ_ｍＧａ_１−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（ＣＰ_２Ｍｇ）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Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ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Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ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、３×１０^１９／ｃｍ^３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、ＣＰ_２Ｍｇ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ｐ^＋ＧａＮ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、１×１０^２０／ｃｍ^３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ＣＰ_２Ｍｇ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、５×１０^１９／ｃｍ^３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、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Ｓ３）
次に、図４Ｂ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_２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_２Ｏ_３でも良い。

（ステップＳ４）
図４Ｃ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Ｓ２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Ｓ２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Ｓ２では、ステップＳ１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Ｓ５）
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Ｓ２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Ｓ４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Ｓ６）
次に、図４Ｄ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Ｓ４〜Ｓ６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４Ｅ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Ｓ７）
次に、図４Ｆ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Ｓ８）
次に、図４Ｇ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Ｓ８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Ｓ９）
次に、図４Ｈ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Ｓ１０）
次に、図４Ｉ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Ｓ１１）
次に、図４Ｊ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_２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２〉
まず、ステップＳ２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２）
上記ステップＳ１の後、ステップＳ２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１９ａ、１９ｂ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５Ａ及び図５Ｂに示す。実施例２に対応する評価用素子７０としては、金属電極１９ａ及び１９ｂ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Ｓ１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２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１９ａ、１９ｂ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２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５Ａ及び図５Ｂと同じであり、また、実施例２と同様に、金属電極１９ａ及び１９ｂ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２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１９ａにプローバ２３ａを接触させ、金属電極１９ｂ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６Ａ及び図６Ｂに示す。図６Ａが実施例２の評価用素子７０におけるＩ−Ｖ特性に対応し、図６Ｂ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１９ａ、１９ｂ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２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（１９ａ、１９ｂ）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３）
上記ステップＳ１を経てＭＯＣＶＤ装置内にてエピ層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２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３の評価用素子７２に対し、実施例２、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６Ｃに示す。図６Ａに示す実施例２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２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２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３では約２．５Ｖである。

更に、実施例２及び実施例３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７に示す。ここで、実施例２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成長を行うステップＳ１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Ｓ２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Ｓ３〜Ｓ４及びステップＳ６〜Ｓ１１を経て製造された素子を指す。また、実施例３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成長を行うステップＳ１を実行後、ステップＳ２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Ｓ３〜Ｓ４及びステップＳ６〜Ｓ１１を経て製造された素子を指す。

なお、図７では、「実施例２に対応する窒化物半導体発光素子１」を単に「実施例２の素子１」と表記し、「実施例３に対応する窒化物半導体発光素子１」を単に「実施例３の素子１」と表記している。

図７によれば、実施例３に比べて実施例２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６Ｃの結果とも整合する。すなわち、実施例２と実施例３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Ｓ２）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Ｓ２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Ｓ４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Ｓ５）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３を参照して上述した実施例１の素子１は、ステップＳ１〜Ｓ１１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Ｓ２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Ｓ５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２の素子１は、ステップＳ５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Ｓ２においては、実施例１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Ｓ４において金属電極１９を形成した後は、ステップＳ５に係るアニール処理を行わずにステップＳ６以下を順次行なって作製されたものである。

（実施例４）
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Ｓ５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１と同様の方法で発光素子１を作製したものを実施例４とした。

（検証結果）
図８は、実施例１及び実施例４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７に示す実施例２、図８に示す実施例１及び実施例４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２では約５．０Ｖであるのに対し、実施例１では約３．８Ｖであり、実施例４では約５．１Ｖである。つまり、実施例２及び実施例４に比べて、実施例１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Ｓ５）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２及び実施例４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Ｓ５）は、ステップＳ２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Ｓ２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、ＴＭＡの供給を停止せずに、ＣＰ_２Ｍｇ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ｐ^＋Ａｌ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎ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１×１０^２０／ｃｍ^３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、ＣＰ_２Ｍｇ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Ａｌ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎ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５×１０^１９／ｃｍ^３程度である。

［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９を参照して説明する。図９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９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１９，１９ｃ、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３０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３０の上面に形成される金属電極を「金属電極１９ｃ」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。

〈製造プロセス〉
図９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１実施形態の素子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Ｓ１２）
ステップＳ２の後（図４Ａ参照）、図１０Ａ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Ｓ１２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Ｓ１３）
図１０Ｂ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１９ｃ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及び１９ｃ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１×１０^１９／ｃｍ^３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１９ｃの良好なコンタクト特性も実現できる。

（ステップＳ１４）
第１実施形態のステップＳ５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Ｓ１５）
その後、ｎ側の金属電極１９ｃ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９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〉 上述した製造プロセスにおいては、第２コンタクト層３４として、第２不純物材料（例えば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等の第２不純物材料がドープされたＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（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Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ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〉 第１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_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、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９に示した構造、並びに図４Ａ〜図４Ｊや図１０Ａ及び図１０Ｂに示した製造方法は、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。

〈４〉 第１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４Ｅ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。

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
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ ： 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 (6)

1. 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、Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（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窒化物半導体発光素子の製造方法。
2. 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１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
3. 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２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
4. 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１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
5. 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４に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
6. 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４又は５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

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