JP2022019963A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】深紫外の波長域においてｎ側コンタクト層とｎ電極とのオーミックコンタクトが良好な窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】深紫外の波長域の光を発光する窒化物半導体発光素子であって、Ａｌ、Ｇａ及びＮを含有するｎ側コンタクト層と該コンタクト層上に設けられたｎ電極とを備え、前記ｎ電極は、Ｔｉ層である第１層と、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層と、Ｔａ層及びＷ層の１つ以上からなる第３層とを前記ｎ側コンタクト層側から順に含む窒化物半導体発光素子である。【選択図】図１
Description
本発明は、窒化物半導体発光素子に関する。
深紫外光を発光する水銀ランプは、紫外線硬化等の工業的用途、水の殺菌等の環境的用途、さらには手術器具の滅菌処理等の医療用途に亘って幅広く用いられている。しかし、近年、水銀の人体への悪影響が懸念され、代替手段として、深紫外光を発光する窒化物半導体発光素子の需要が高まっている。
半導体発光素子は、与えられた電気エネルギーを有効に利用するために、順方向電圧Ｖｆを下げることが望ましく、これにより半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。Ｖｆを低下させる一つの方法として、ｎ側コンタクト層とｎ電極とのオーミックコンタクトが取れるようにすることが効果的であり、例えば特許文献１には、窒化物半導体発光素子のｎ側コンタクト層として、Ａｌ、Ｇａ及びＮを含むＡｌＧａＮ層が記載されている。
しかしながら、上述の技術を始めとした広範な検討がなされているにも関わらず、深紫外の波長域ではｎ側コンタクト層とｎ電極とのオーミックコンタクトを取ることが難しいのが現状である。
そこで、本発明は、深紫外の波長域においてｎ側コンタクト層とｎ電極とのオーミックコンタクトが良好な窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
以上の目的を達成するために、本発明に係る一実施形態の窒化物半導体発光素子は、
深紫外の波長域の光を発光する窒化物半導体発光素子であって、
Ａｌ、Ｇａ及びＮを含有するｎ側コンタクト層と該コンタクト層上に設けられたｎ電極とを備え、
前記ｎ電極は、Ｔｉ層である第１層と、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層と、Ｔａ層及びＷ層の１つ以上からなる第３層とを前記ｎ側コンタクト層側から順に含む。
深紫外の波長域の光を発光する窒化物半導体発光素子であって、
Ａｌ、Ｇａ及びＮを含有するｎ側コンタクト層と該コンタクト層上に設けられたｎ電極とを備え、
前記ｎ電極は、Ｔｉ層である第１層と、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層と、Ｔａ層及びＷ層の１つ以上からなる第３層とを前記ｎ側コンタクト層側から順に含む。
以上のように構成された本発明に係る一実施形態により、深紫外の波長域においてｎ側コンタクト層とｎ電極とのオーミックコンタクトが良好な窒化物半導体発光素子が提供される。
本発明者らは、上記課題を解決するために、種々の検討を行った。まず、深紫外の波長域（例えば、３５０ｎｍ以下）の光を発光する窒化物半導体発光素子を得るため、ｎ側コンタクト層として、Ａｌ、Ｇａ及びＮを含有する層（以下、「ＡｌＧａＮ層」と呼ぶことがある）を用い、Ａｌ組成を変化させてＶｆを測定した。その結果、Ｇａに対するＡｌの含有比率を大きくすると、ＡｌＧａＮ層の自己吸収を抑制して光取り出し効率を高めることはできるが、ｎ側コンタクト層とｎ電極とのオーミックコンタクト「以下、単に「オーミックコンタクトと呼ぶことがある）を取ることが難しくなることを知見した。
そこで、本発明者らは、ｎ電極の構成に着目し、鋭意検討を行った。その結果、Ｔｉ層である第１層と、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層と、Ｔａ層及びＷ層の１つ以上からなる第３層とを前記ｎ側コンタクト層側から順に含むｎ電極とすることにより、光取り出し効率を高めつつ、良好なオーミックコンタクトが得られることを見出した。
本発明は、以上のような本発明者らが独自に得た上記知見に基づいて成されたものである。
本発明は、以上のような本発明者らが独自に得た上記知見に基づいて成されたものである。
以下、本発明に係る実施形態の窒化物半導体発光素子について図面を参照しながら説明する。但し、以下に説明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。以下の説明において参照する図面は、本発明の実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔及び位置関係等が誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。
まず、本発明に係る実施形態の窒化物半導体発光素子の構造について説明する。図１は、本発明に係る実施形態の窒化物半導体発光素子の概略断面図である。本発明に係る実施形態の窒化物半導体発光素子１００は、基板１、バッファ層２、超格子層３、ｎ側窒化物半導体層、ｎ電極６、活性層７、ｐ側窒化物半導体層、ｐコンタクト電極１０及びｐ電極１１を含む。ｎ側窒化物半導体層は、アンドープ層４及びｎ側コンタクト層５を含み、ｎ側コンタクト層５上にｎ電極６が設けられている。ｐ側窒化物半導体層は、ｐ側クラッド層８及びｐ側コンタクト層９を含む。
以下、各構成について詳述する
以下、各構成について詳述する
（基板１）
基板１として、サファイアのＣ面、Ｒ面及びＡ面の他、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）等の絶縁性基板、ＳｉＣ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ及びＧａＮ等の半導体基板を用いることができる。
基板１として、サファイアのＣ面、Ｒ面及びＡ面の他、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）等の絶縁性基板、ＳｉＣ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ及びＧａＮ等の半導体基板を用いることができる。
（バッファ層２、超格子層３）
バッファ層２及び超格子層３は、基板１とｎ窒化物半導体層との格子定数等の違いにより生じる歪による応力を緩和する層であり、基板１上にバッファ層２を設け、さらにバッファ層２上に超格子層３を設ける。バッファ層２として、例えばＡｌＮからなる層を用いることができ、超格子層３として、例えばＡｌＧａＮ及びＡｌＮからなる層を用いることができる。
バッファ層２及び超格子層３は、基板１とｎ窒化物半導体層との格子定数等の違いにより生じる歪による応力を緩和する層であり、基板１上にバッファ層２を設け、さらにバッファ層２上に超格子層３を設ける。バッファ層２として、例えばＡｌＮからなる層を用いることができ、超格子層３として、例えばＡｌＧａＮ及びＡｌＮからなる層を用いることができる。
（ｎ側窒化物半導体層）
ｎ側窒化物半導体層は、アンドープ層４及びｎ側コンタクト層５を含む。
ｎ側窒化物半導体層は、アンドープ層４及びｎ側コンタクト層５を含む。
［アンドープ層４］
アンドープ層４は、超格子層３に生じたピットを減少させるためのピット埋込層であり、例えばＡｌＧａＮ層であってよく、例えば３μｍの厚さで形成される。
アンドープ層４は、超格子層３に生じたピットを減少させるためのピット埋込層であり、例えばＡｌＧａＮ層であってよく、例えば３μｍの厚さで形成される。
［ｎ側コンタクト層５］
ｎ側コンタクト層５は、Ａｌ、Ｇａ及びＮを含有するＡｌＧａＮ層である。Ｇａに対するＡｌの含有比率は、窒化物半導体発光素子が深紫外の波長域の光を発光することができるように、他の構成を考慮して適宜調節してよい。ＡｌＧａＮ層の自己吸収を抑制して光取り出し効率を高めるため、Ｇａに対するＡｌの含有比率は高いことが好ましく、とりわけ、ｎ側コンタクト層５は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５≦ｘ＜１）層であることが好ましい。
ｎ側コンタクト層５は、Ａｌ、Ｇａ及びＮを含有するＡｌＧａＮ層である。Ｇａに対するＡｌの含有比率は、窒化物半導体発光素子が深紫外の波長域の光を発光することができるように、他の構成を考慮して適宜調節してよい。ＡｌＧａＮ層の自己吸収を抑制して光取り出し効率を高めるため、Ｇａに対するＡｌの含有比率は高いことが好ましく、とりわけ、ｎ側コンタクト層５は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５≦ｘ＜１）層であることが好ましい。
（ｎ電極６）
図２は、本発明に係る実施形態の窒化物半導体発光素子に設けられているｎ電極６の概略断面図である。ｎ電極６は、Ｔｉ層である第１層６１と、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２と、Ｔａ層及びＷ層の１つ以上からなる第３層６３と、Ｔｉ層及びＲｕ層の１つ以上からなる第４層６４とをｎ側コンタクト層５側から順に含む。
図２は、本発明に係る実施形態の窒化物半導体発光素子に設けられているｎ電極６の概略断面図である。ｎ電極６は、Ｔｉ層である第１層６１と、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２と、Ｔａ層及びＷ層の１つ以上からなる第３層６３と、Ｔｉ層及びＲｕ層の１つ以上からなる第４層６４とをｎ側コンタクト層５側から順に含む。
［第１層：Ｔｉ層、第２層：Ｓｉを含有するＡｌ合金層］
ｎ側コンタクト層５上に、Ｔｉ層である第１層６１、及びＳｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２がｎ側コンタクト層５側から順に設けられている。このような層構成により、ｎ側コンタクト層５とｎ電極６とのコンタクト抵抗（以下、単に「コンタクト抵抗」と呼ぶことがある）が低減して、オーミックコンタクトが良好となる。
ｎ側コンタクト層５上に、Ｔｉ層である第１層６１、及びＳｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２がｎ側コンタクト層５側から順に設けられている。このような層構成により、ｎ側コンタクト層５とｎ電極６とのコンタクト抵抗（以下、単に「コンタクト抵抗」と呼ぶことがある）が低減して、オーミックコンタクトが良好となる。
Ｖｆの上昇をさらに抑制するため、Ｔｉ層の厚さは、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることが好ましく、Ｓｉを含有するＡｌ合金層は、Ａｌ及びＳｉの合計に対して、Ｓｉを１０質量％以上、２５質量％以下含むことが好ましく、１５質量％以上、２０質量％以下含むことがより好ましい。
Ｔｉ層は、実質的にＴｉからなる層であり、本発明の目的を阻害しない限度でＴｉ以外に微量の他の元素を含んでいてよい。
また、Ｓｉを含有するＡｌ合金層は、実質的にＡｌ及びＳｉからなるＡｌ合金からなる層であり、本発明の目的を阻害しない限度でＡｌ及びＳｉ以外に微量の他の元素を含んでいてよい。
また、Ｓｉを含有するＡｌ合金層は、実質的にＡｌ及びＳｉからなるＡｌ合金からなる層であり、本発明の目的を阻害しない限度でＡｌ及びＳｉ以外に微量の他の元素を含んでいてよい。
［第３層：Ｔａ層及びＷ層の少なくとも１つ］
第２層６２上に、Ｔａ層及びＷ層の１つ以上からなる第３層６３が設けられている。第３層６３は、窒化物半導体発光素子の製造工程の熱処理の際に、Ｓｉを含有するＡｌ合金層中のＡｌの拡散を抑制するように働き、良好なオーミックコンタクトが得られる。また、後述のように、第３層６３上にＴｉ層及びＲｕ層の１つ以上からなる第４層６４が設けられている場合も同様に、第３層６３はＴｉ層中のＴｉ及びＲｕ層中のＲｕの拡散を抑制するように働き、良好なオーミックコンタクトが得られる。
第３層６３の態様として、Ｔａ層を単独で用いる場合、Ｗ層を単独で用いる場合、Ｔａ層及びＷ層の両方を用いる場合が挙げられる。すなわち、第３層６３は、［ａ］Ｔａ層、［ｂ］Ｗ層、［ｃ］Ｔａ層及び該Ｔａ層上のＷ層、並びに［ｄ］Ｗ層及び該Ｗ層上のＴａ層、のいずれかである。
第２層６２上に、Ｔａ層及びＷ層の１つ以上からなる第３層６３が設けられている。第３層６３は、窒化物半導体発光素子の製造工程の熱処理の際に、Ｓｉを含有するＡｌ合金層中のＡｌの拡散を抑制するように働き、良好なオーミックコンタクトが得られる。また、後述のように、第３層６３上にＴｉ層及びＲｕ層の１つ以上からなる第４層６４が設けられている場合も同様に、第３層６３はＴｉ層中のＴｉ及びＲｕ層中のＲｕの拡散を抑制するように働き、良好なオーミックコンタクトが得られる。
第３層６３の態様として、Ｔａ層を単独で用いる場合、Ｗ層を単独で用いる場合、Ｔａ層及びＷ層の両方を用いる場合が挙げられる。すなわち、第３層６３は、［ａ］Ｔａ層、［ｂ］Ｗ層、［ｃ］Ｔａ層及び該Ｔａ層上のＷ層、並びに［ｄ］Ｗ層及び該Ｗ層上のＴａ層、のいずれかである。
さらに良好なオーミックコンタクトを得るため、Ｔａ層の厚さは、３００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましく、Ｗ層の厚さは、３００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましい。
Ｔａ層は、実質的にＴａからなる層であり、本発明の目的を阻害しない限度でＴａ以外に微量の他の元素を含んでいてよい。
また、Ｗ層は、実質的にＷからなる層であり、本発明の目的を阻害しない限度でＷ以外に微量の他の元素を含んでいてよい。
また、Ｗ層は、実質的にＷからなる層であり、本発明の目的を阻害しない限度でＷ以外に微量の他の元素を含んでいてよい。
また、第３層６３は、窒化物半導体発光素子の製造工程のエッチングの際に用いるエッチング液に対するバリア層として働き、第３層６３の下に設けられている第１層６１及び第２層６２の腐食を抑制することができる。Ｔａ層はＷ層に比べてより耐食性に優れているため、第３層６３は、Ｔａ層を含む［ａ］、［ｃ］又は［ｄ］であることが好ましく、Ｔａ層単独である［ａ］であることがより好ましい。
［第４層：Ｔｉ層及びＲｕ層の少なくとも１つ］
第３層６３上に、Ｔｉ層及びＲｕ層の１つ以上からなる第４層６４が設けられていることが好ましい。第４層６４により、第３層６３の酸化を抑制することができる。
第４層の態様として、Ｔｉ層を単独で用いる場合、Ｒｕ層を単独で用いる場合、Ｔｉ層及びＲｕ層の両方を用いる場合が挙げられる。すなわち、第４層６４は、［ｅ］Ｔｉ層、［ｆ］Ｒｕ層、［ｇ］Ｔｉ層及び該Ｔｉ層上のＲｕ層、並びに［ｈ］Ｒｕ層及び該Ｒｕ層上のＴｉ層、のいずれかである。
第３層６３上に、Ｔｉ層及びＲｕ層の１つ以上からなる第４層６４が設けられていることが好ましい。第４層６４により、第３層６３の酸化を抑制することができる。
第４層の態様として、Ｔｉ層を単独で用いる場合、Ｒｕ層を単独で用いる場合、Ｔｉ層及びＲｕ層の両方を用いる場合が挙げられる。すなわち、第４層６４は、［ｅ］Ｔｉ層、［ｆ］Ｒｕ層、［ｇ］Ｔｉ層及び該Ｔｉ層上のＲｕ層、並びに［ｈ］Ｒｕ層及び該Ｒｕ層上のＴｉ層、のいずれかである。
Ｔｉ層は、実質的にＴｉからなる層であり、本発明の目的を阻害しない限度でＴｉ以外に微量の他の元素を含んでいてよい。
また、Ｒｕ層は、実質的にＲｕからなる層であり、本発明の目的を阻害しない限度でＲｕ以外に微量の他の元素を含んでいてよい。
また、Ｒｕ層は、実質的にＲｕからなる層であり、本発明の目的を阻害しない限度でＲｕ以外に微量の他の元素を含んでいてよい。
第１層６１～第４層６４を構成する各層、すなわち、Ｔｉ層、Ｓｉを含有するＡｌ合金層、Ｔａ層及びＷ層の少なくとも１つ、Ｔｉ層及びＲｕ層の少なくとも１つについて、隣接する２層との間に該２層の化学成分が合金化した部分が介在していてよい。該合金化した部分は、該隣接する２層との間の全面に亘って介在していてよく、一部に介在していてもよい。隣接する２層との間に合金化した部分が介在する態様として、窒化物半導体発光素子の製造工程において、Ｔｉ層上にＳｉを含有するＡｌ合金層を積層し、その後熱処理をした際に、Ｔｉ層とＡｌ合金層との接触部分が合金化する場合が挙げられる。
（活性層７）
活性層７は、例えば井戸層と障壁層とが繰り返し交互に積層された多重量子井戸構造からなり、井戸層及び障壁層は、例えば所望の発光波長の光に応じて組成が制御されたＡｌＧａＮ層からなる。
井戸層及び障壁層は、例えば、一般式ＩｎａＡｌｂＧａ１－ａ－ｂＮ（０≦ａ０．１、０．４≦ｂ≦１．０、ａ＋ｂ≦１．０）で表されるＩＩＩ族窒化物により構成することができる。ピーク波長が２８０ｎｍの深紫外光を発光する窒化物半導体発光素子とする場合、例えば、井戸層を、Ａｌ組成ｂが０．４５であるＡｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎからなる窒化物半導体により構成することができる。その場合、障壁層は、Ａｌ組成ｂが０．５６であるＡｌ０．５６Ｇａ０．４４Ｎからなる窒化物半導体により構成することができる。
活性層７は、例えば井戸層と障壁層とが繰り返し交互に積層された多重量子井戸構造からなり、井戸層及び障壁層は、例えば所望の発光波長の光に応じて組成が制御されたＡｌＧａＮ層からなる。
井戸層及び障壁層は、例えば、一般式ＩｎａＡｌｂＧａ１－ａ－ｂＮ（０≦ａ０．１、０．４≦ｂ≦１．０、ａ＋ｂ≦１．０）で表されるＩＩＩ族窒化物により構成することができる。ピーク波長が２８０ｎｍの深紫外光を発光する窒化物半導体発光素子とする場合、例えば、井戸層を、Ａｌ組成ｂが０．４５であるＡｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎからなる窒化物半導体により構成することができる。その場合、障壁層は、Ａｌ組成ｂが０．５６であるＡｌ０．５６Ｇａ０．４４Ｎからなる窒化物半導体により構成することができる。
（ｐ側窒化物半導体層）
ｐ側窒化物半導体層は、ｐ側クラッド層８及びｐ側コンタクト層９を含む。
ｐ側窒化物半導体層は、ｐ側クラッド層８及びｐ側コンタクト層９を含む。
［ｐ側クラッド層８］
ｐ側クラッド層８は、電子をブロックするｐ側の障壁層であり、例えば膜厚が１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下のＭｇドープのＡｌＧａＮ層からなる。
ｐ側クラッド層８は、電子をブロックするｐ側の障壁層であり、例えば膜厚が１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下のＭｇドープのＡｌＧａＮ層からなる。
［ｐ側コンタクト層９］
ｐ側コンタクト層９は、ｐコンタクト電極１０が設けられる層であり、例えばＭｇドープＧａＮ層からなる。
ｐ側コンタクト層９は、ｐコンタクト電極１０が設けられる層であり、例えばＭｇドープＧａＮ層からなる。
（ｐコンタクト電極１０）
ｐコンタクト電極１０は、例えばＩＴＯ等の透明電極からなり、Ｐコンタクト電極１０を介して光が出射される。
ｐコンタクト電極１０は、例えばＩＴＯ等の透明電極からなり、Ｐコンタクト電極１０を介して光が出射される。
（ｐ電極１１）
ｐ電極１１は、特に限定されす、例えばＴｉ、Ｒｈ及びＴｉを積層したものであってよい。また、電極形成工程の短縮化の観点から、ｎ電極６と同じ材料とすることもできる。
ｐ電極１１は、特に限定されす、例えばＴｉ、Ｒｈ及びＴｉを積層したものであってよい。また、電極形成工程の短縮化の観点から、ｎ電極６と同じ材料とすることもできる。
本発明に係る実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を用いてよい。ｎ電極６、ｐコンタクト電極１０及びｐ電極１１の形成方法としては、例えば蒸着及びスパッタリングが挙げられる。バッファ層２、超格子層３、ｎ側窒化物半導体層、活性層７及びｐ側窒化物半導体層の形成方法としては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）が挙げられる。
（ｎ電極６を構成する各元素の拡散状況の分析）
サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、サファイア基板１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２、ＡｌＧａＮ及びＡｌＮからなる超格子層３、ｎ側半導体層（ＡｌＧａＮからなるアンドープ層４、Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０Ｎからなるｎ側コンタクト層５）、活性層７、及びｐ側半導体層（ＭｇドープのＡｌＧａＮ層からなるｐ側クラッド層８、ＭｇドープのＧａＮ層からなるｐ側コンタクト層９）を順に成長させた。
サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、サファイア基板１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２、ＡｌＧａＮ及びＡｌＮからなる超格子層３、ｎ側半導体層（ＡｌＧａＮからなるアンドープ層４、Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０Ｎからなるｎ側コンタクト層５）、活性層７、及びｐ側半導体層（ＭｇドープのＡｌＧａＮ層からなるｐ側クラッド層８、ＭｇドープのＧａＮ層からなるｐ側コンタクト層９）を順に成長させた。
次いで、ｐ側半導体層の表面に所定形状のマスクを形成し、エッチングによりｐ側半導体層及び活性層７を除去してｎ側コンタクト層５を露出させた。
次いで、スパッタリングにより、ｎ側コンタクト層５上にｎ電極６を形成した。具体的には、ｎ側コンタクト層５側から順に、Ｔｉ層である第１層６１（厚さ：２５ｎｍ）、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２（厚さ：１００ｎｍ）、Ｔａ層である第３層６３（厚さ：５００ｎｍ）、並びにＲｕ層及び該Ｒｕ層上のＴｉ層である第４層（Ｒｕ層の厚さ：３０ｎｍ、Ｔｉ層の厚さ：１０ｎｍ）を形成した。その後、アニール処理（８００℃で１分間）を行った。
次いで、ｐ側コンタクト層９上にスパッタリングによりＩＴＯ（厚さ：１７００Å）からなるｐコンタクト電極１０を形成し、アニール処理を行った。
次いで、スパッタリングにより、ｐコンタクト電極１０上にｐ電極１１を形成した。具体的には、ｐコンタクト電極１０側から順に、Ｔｉ層（厚さ：１５Å）、Ｒｈ層（厚さ：５０００Å）、及びＴｉ層（厚さ：１００Å）を形成した。
次いで、ｎ電極６及びｐ電極１１の上面の一部を除いて、バッファ層２、超格子層３、ｎ側半導体層、活性層７、ｐ側半導体層、及びｐコンタクト電極１０の表面、すなわち窒化物半導体発光素子１００の略全体を覆うように、ＳｉＯ２からなる保護膜（厚さ：７００ｎｍ）を施した。
次いで、ｎ電極６及びｐ電極１１の上記上面の一部を覆うように、共晶ＰＮパッドを形成した。具体的には、サファイア基板１側から順に、Ｔｉ層（厚さ：２０００Å）、Ｐｔ層（厚さ：２０００Å）、及びＡｕ層（厚さ：５０００Å）を形成した。
以上の製造工程により、実施例１の窒化物半導体発光素子１００を製造した。
次に、ｎ電極６を構成する各元素の拡散状況を、ＧＤＳ装置(グロー放電発光分光分析装置)を用いて熱処理前後で分析した。
なお、このＧＤＳ装置は、（１）中空状の陽極と試料(陰極)を対向させ、放電部をアルゴン雰囲気に保ち、両電極間に電力を供給する事により、安定したグロー放電プラズマを発生させるプロセス、（２）アルゴンイオンで表面から均一にスパッタされた試料表面の原子が、プラズマ中で励起され元素固有のスペクトルを発生させるプロセス、（３）このスペクトルを分光、計測することで、光強度により元素濃度、スパッタ時間から深さの情報を得るプロセス、（４）表面からの深さ方向分析を行うプロセスの４つのプロセスを踏んで、元素の拡散状況を分析するものである。
なお、このＧＤＳ装置は、（１）中空状の陽極と試料(陰極)を対向させ、放電部をアルゴン雰囲気に保ち、両電極間に電力を供給する事により、安定したグロー放電プラズマを発生させるプロセス、（２）アルゴンイオンで表面から均一にスパッタされた試料表面の原子が、プラズマ中で励起され元素固有のスペクトルを発生させるプロセス、（３）このスペクトルを分光、計測することで、光強度により元素濃度、スパッタ時間から深さの情報を得るプロセス、（４）表面からの深さ方向分析を行うプロセスの４つのプロセスを踏んで、元素の拡散状況を分析するものである。
図３は、熱処理前のｎ電極６を構成する各元素の拡散状況図である。熱処理を施す前において、ｎ電極６を構成する各元素は拡散せず安定していることが分かる。
図４は、窒化物半導体発光素子１００に８００℃で１０分間の熱処理を施した場合のｎ電極６を構成する各元素の拡散状況図である。熱処理を施した際に、各層間の元素の相互拡散が抑制できていることが分かる。
（コンタクト抵抗及びＶｆ及びの測定）
［（１）Ｔｉ層の膜厚及びｎ側コンタクト層のＡｌ組成の変更］
ｎ側コンタクト層５のＡｌ組成、及びＴｉ層である第１層６１の厚さを下記表１及び表２に記載のように変更した以外は、実施例１と同様にして実施例２～９の窒化物半導体発光素子１００を製造した。
また、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして比較例１の窒化物半導体発光素子１００を製造した。
［（１）Ｔｉ層の膜厚及びｎ側コンタクト層のＡｌ組成の変更］
ｎ側コンタクト層５のＡｌ組成、及びＴｉ層である第１層６１の厚さを下記表１及び表２に記載のように変更した以外は、実施例１と同様にして実施例２～９の窒化物半導体発光素子１００を製造した。
また、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして比較例１の窒化物半導体発光素子１００を製造した。
実施例２～８及び比較例１の窒化物半導体発光素子１００について、コンタクト抵抗を測定した。コンタクト抵抗の測定は、各窒化物半導体発光素子につき３回行い、その平均を求めた。
また、実施例２、５、６及び９の窒化物半導体発光素子１００について、順方向電流３５０ｍＡにおけるＶｆを測定した。Ｖｆの測定は、各窒化物半導体発光素子につき５回行い、その平均を求めた。
コンタクト抵抗及びＶｆの測定結果を、それぞれ表１及び２に示す。なお、表１において、「Ｅ－１」、「Ｅ－４」はそれぞれ、「×１０１」、「×１０４」を意味する。
また、実施例２、５、６及び９の窒化物半導体発光素子１００について、順方向電流３５０ｍＡにおけるＶｆを測定した。Ｖｆの測定は、各窒化物半導体発光素子につき５回行い、その平均を求めた。
コンタクト抵抗及びＶｆの測定結果を、それぞれ表１及び２に示す。なお、表１において、「Ｅ－１」、「Ｅ－４」はそれぞれ、「×１０１」、「×１０４」を意味する。
表１に示されるように、実施例２～８はコンタクト抵抗が低く、良好なオーミックコンタクトを得ることができた。また、表２に示されるように、実施例２、５、６及び９はＶｆを低く抑制することができた。
一方、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２を含まない比較例１はコンタクト抵抗が非常に高く、オーミックコンタクトを得ることができなかった。
一方、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２を含まない比較例１はコンタクト抵抗が非常に高く、オーミックコンタクトを得ることができなかった。
［（２）Ｔｉ層の膜厚及びｎ側コンタクト層のＡｌ組成の変更］
組成Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２の組成を下記表１及び表２に記載のように変更し、第３層６３をＷ層（厚さ：５００ｎｍ）に変更し、第４層６４をＲｕ層（厚さ：３０ｎｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にして実施例１０～１２の窒化物半導体発光素子１００を製造した。
組成Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層６２の組成を下記表１及び表２に記載のように変更し、第３層６３をＷ層（厚さ：５００ｎｍ）に変更し、第４層６４をＲｕ層（厚さ：３０ｎｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にして実施例１０～１２の窒化物半導体発光素子１００を製造した。
実施例１０～１２及び比較例２の窒化物半導体発光素子１００について、コンタクト抵抗、及び順方向電流３５０ｍＡにおけるＶｆを測定した。
コンタクト抵抗及びＶｆの測定結果を表３に示す。なお、表３において、「Ｅ－４」は「×１０４」を意味する。また、表３において、Ｓｉを含有するＡｌ層におけるＡｌ及びＳｉの合計に対するＳｉの比率は「Ｓｉの比率」と記載した。
コンタクト抵抗及びＶｆの測定結果を表３に示す。なお、表３において、「Ｅ－４」は「×１０４」を意味する。また、表３において、Ｓｉを含有するＡｌ層におけるＡｌ及びＳｉの合計に対するＳｉの比率は「Ｓｉの比率」と記載した。
表３に示されるように、実施例１０～１２はコンタクト抵抗が低く、良好なオーミックコンタクトを得ることができ、Ｖｆを低く抑制することができた。
一方、本発明の実施形態に規定するｎ電極を有しない比較例２はコンタクト抵抗が高く、オーミックコンタクトを得ることができず、Ｖｆを低く抑制することができなかった。
一方、本発明の実施形態に規定するｎ電極を有しない比較例２はコンタクト抵抗が高く、オーミックコンタクトを得ることができず、Ｖｆを低く抑制することができなかった。
１ 基板
２ バッファ層
３ 超格子層
４ アンドープ層
５ ｎ側コンタクト層
６ ｎ電極
７ 活性層
８ ｐ側クラッド層
９ ｐ側コンタクト層
１０ ｐコンタクト電極
１１ ｐ電極
６１ 第１層
６２ 第２層
６３ 第３層
６４ 第４層
１００ 窒化物半導体発光素子
２ バッファ層
３ 超格子層
４ アンドープ層
５ ｎ側コンタクト層
６ ｎ電極
７ 活性層
８ ｐ側クラッド層
９ ｐ側コンタクト層
１０ ｐコンタクト電極
１１ ｐ電極
６１ 第１層
６２ 第２層
６３ 第３層
６４ 第４層
１００ 窒化物半導体発光素子
Claims (6)
- 深紫外の光を発光する窒化物半導体発光素子であって、
Ａｌ、Ｇａ及びＮを含有するｎ側コンタクト層と該コンタクト層上に設けられたｎ電極とを備え、
前記ｎ電極は、Ｔｉ層である第１層と、Ｓｉを含有するＡｌ合金層である第２層と、Ｔａ層及びＷ層の１つ以上からなる第３層とを前記ｎ側コンタクト層側から順に含む窒化物半導体発光素子。 - 前記ｎ側コンタクト層が、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５≦ｘ＜１）層である請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記Ｔｉ層の厚さは、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下である請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記Ｓｉを含有するＡｌ合金層は、Ａｌ及びＳｉの合計に対して、Ｓｉを１０質量％以上、２５質量％以下含む請求項１～３のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記Ｔａ層又は前記Ｗ層の厚さは、３００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である請求項１～４のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記第３層上に、Ｔｉ層及びＲｕ層の１つ以上からなる第４層を含む請求項１～５のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
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