JP2022051302A - Nitride semiconductor element - Google Patents

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Abstract

To provide a nitride semiconductor element that is excellent in both electrical characteristics of an electrode on a second nitride semiconductor layer and reliability as an element.SOLUTION: A nitride semiconductor element comprises: a substrate 10; a first nitride semiconductor layer 20 of a first conductivity type formed on the substrate; a nitride semiconductor active layer 40 formed on a part of the first nitride semiconductor layer; a second nitride semiconductor layer 50 of a second conductivity type formed on the nitride semiconductor active layer; an electrode 60 formed on a part of the second nitride semiconductor layer; and an insulative oxide film 70 continuously formed so as to cover a part of an upper surface of the second nitride semiconductor layer, a lateral face of the electrode, and a part of an upper surface of the electrode. The electrode 60 has an alloy part 61 containing Au and an oxide part 62 containing Ni. The alloy part 61 is in contact with the second nitride semiconductor layer. The oxide part 62 covers at least a part of an upper surface of the alloy part 61 and at least a part of a lateral face of the alloy part 61.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、窒化物半導体素子に関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor device.

窒化物半導体素子の一種である窒化物半導体発光素子は、例えば、基板と、基板上に形成されたn型窒化物半導体層と、n型窒化物半導体層上の一部に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成されたp型窒化物半導体層と、n型窒化物半導体層上に形成されたn電極と、窒化物半導体積層体のp型窒化物半導体層上に形成されたp電極と、で構成されている。
特許文献1には、窒化物半導体層として窒化ガリウム系半導体層を用いた窒化物半導体素子が記載されている。この窒化物半導体素子では、n型窒化物半導体層上に主成分がAuである負電極が形成され、p型窒化物半導体層上に主成分がAuである正電極(p電極)が形成され、各電極上の外部回路との接続部分を除いた部分に絶縁保護層が形成されている。
The nitride semiconductor light emitting element, which is a kind of nitride semiconductor element, is, for example, a substrate, an n-type nitride semiconductor layer formed on the substrate, and a nitride formed on a part of the n-type nitride semiconductor layer. A semiconductor active layer, a p-type nitride semiconductor layer formed on a nitride semiconductor active layer, an n electrode formed on an n-type nitride semiconductor layer, and a p-type nitride semiconductor layer of a nitride semiconductor laminate. It is composed of a p-electrode formed above and a p-electrode formed above.
Patent Document 1 describes a nitride semiconductor device using a gallium nitride based semiconductor layer as the nitride semiconductor layer. In this nitride semiconductor device, a negative electrode whose main component is Au is formed on the n-type nitride semiconductor layer, and a positive electrode (p electrode) whose main component is Au is formed on the p-type nitride semiconductor layer. An insulating protective layer is formed on each electrode except for the connection portion with the external circuit.

特許文献1に記載された発明は、正負の電極間の絶縁性が高く、主成分がAuである電極及び半導体層の表面が効果的に保護された、信頼性の高い窒化物半導体素子を提供することを目的としている。そのための手段として、絶縁保護層として酸化シリコン又は窒化シリコンを用いるとともに、負電極および正電極と絶縁保護層との間に、金属(W,Ti,Cr,Ni,Cu及びAlからなる群から選ばれた少なくとも1つ)または金属酸化物(上記群から選ばれた少なくとも1つの金属の酸化物)からなる接着強化層を形成することが記載されている。 The invention described in Patent Document 1 provides a highly reliable nitride semiconductor device having high insulation between positive and negative electrodes and effectively protecting the surface of an electrode having Au as a main component and a semiconductor layer. The purpose is to do. As a means for that, silicon oxide or silicon nitride is used as the insulating protective layer, and a metal (W, Ti, Cr, Ni, Cu and Al) is selected between the negative electrode and the positive electrode and the insulating protective layer. It is described to form an adhesion strengthening layer consisting of at least one metal oxide) or a metal oxide (an oxide of at least one metal selected from the above group).

特開11-150301号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-150301

しかしながら、特許文献1に記載の窒化物半導体素子は、p型窒化物半導体層上の電極(p電極)の電気特性が不十分であり、良好な電気特性を得るために例えばアニールを実施すると、p電極とp型窒化物半導体層との密着性が悪化して、窒化物半導体素子の信頼性が低下する恐れがある。
本発明の課題は、第二窒化物半導体層(窒化物半導体活性層上に形成された窒化物半導体層)上の電極の電気特性と、素子としての信頼性の両方に優れた窒化物半導体素子を提供することである。
However, the nitride semiconductor device described in Patent Document 1 has insufficient electrical characteristics of the electrode (p electrode) on the p-type nitride semiconductor layer, and when, for example, annealing is performed in order to obtain good electrical characteristics, for example, The adhesion between the p electrode and the p-type nitride semiconductor layer may deteriorate, and the reliability of the nitride semiconductor element may decrease.
An object of the present invention is a nitride semiconductor device having excellent both electrical characteristics of an electrode on a second nitride semiconductor layer (nitride semiconductor layer formed on a nitride semiconductor active layer) and reliability as an element. Is to provide.

上記課題を達成するために、本発明の一態様の窒化物半導体素子は、下記の構成(1)~(3)を有する。
(1)基板と、基板上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上の一部に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成された第二導電型の第二窒化物半導体層と、第二窒化物半導体層上の一部に形成された電極と、第二窒化物半導体層の上面の一部(上記電極が形成されていない部分)、上記電極の側面、および上記電極の上面の一部を覆うように連続的に形成された絶縁性酸化物膜と、を備える。
(2)第二窒化物半導体層上に形成された電極は、Auを含む合金部と、Niを含む酸化物部と、を有する。
(3)合金部は第二窒化物半導体層と接触し、酸化物部は、合金部の上面の少なくとも一部および側面の少なくとも一部を被覆する。
In order to achieve the above problems, the nitride semiconductor device according to one aspect of the present invention has the following configurations (1) to (3).
(1) The substrate, the first conductive type first nitride semiconductor layer formed on the substrate, the nitride semiconductor active layer formed on a part of the first nitride semiconductor layer, and the nitride semiconductor activity. A second conductive type second nitride semiconductor layer formed on the layer, an electrode formed on a part of the second nitride semiconductor layer, and a part of the upper surface of the second nitride semiconductor layer (the above electrode). A portion), the side surface of the electrode, and an insulating oxide film continuously formed so as to cover a part of the upper surface of the electrode.
(2) The electrode formed on the second nitride semiconductor layer has an alloy portion containing Au and an oxide portion containing Ni.
(3) The alloy portion is in contact with the second nitride semiconductor layer, and the oxide portion covers at least a part of the upper surface and at least a part of the side surface of the alloy part.

本発明の窒化物半導体素子は、第二窒化物半導体層(窒化物半導体活性層上に形成された窒化物半導体層)上の電極の電気特性と、素子としての信頼性の両方に優れた窒化物半導体素子となることが期待できる。 The nitride semiconductor device of the present invention is nitrided with excellent electrical characteristics of an electrode on a second nitride semiconductor layer (nitride semiconductor layer formed on a nitride semiconductor active layer) and reliability as an element. It can be expected to be a physical semiconductor device.

実施形態の窒化物半導体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the nitride semiconductor element of an embodiment. 図1の部分拡大図である。It is a partially enlarged view of FIG.

以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
この実施形態では、本発明の一態様の窒化物半導体素子が紫外線発光素子に適用された例が記載されている。また、第一窒化物半導体層の導電型をn型、第二窒化物半導体層の導電型をp型としている。
なお、本発明の一態様の窒化物半導体素子は、紫外線発光素子以外の発光素子に適用されてもよいし、発光素子以外の素子に適用されてもよい。また、第一窒化物半導体層の導電型をp型、第二窒化物半導体層の導電型をn型としてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the embodiments shown below. In the embodiments shown below, technically preferable limitations are made for carrying out the present invention, but this limitation is not an essential requirement of the present invention.
In this embodiment, an example in which the nitride semiconductor device of one aspect of the present invention is applied to an ultraviolet light emitting device is described. Further, the conductive type of the first nitride semiconductor layer is n-type, and the conductive type of the second nitride semiconductor layer is p-type.
The nitride semiconductor device according to one aspect of the present invention may be applied to a light emitting device other than the ultraviolet light emitting device, or may be applied to an element other than the light emitting device. Further, the conductive type of the first nitride semiconductor layer may be p-type, and the conductive type of the second nitride semiconductor layer may be n-type.

[全体構成]
先ず、図1および図2を用いて、この実施形態の紫外線発光素子100の全体構成を説明する。図1および図2は、紫外線発光素子100の基板面に垂直な断面を示している。
図1に示すように、紫外線発光素子100は、基板10と、基板10上に形成されたn型窒化物半導体層(第一窒化物半導体層)20と、n型窒化物半導体層20の薄い部分21に形成されたn電極30と、n型窒化物半導体層20の厚い部分22に形成された発光層(窒化物半導体活性層)40と、発光層40上に形成されたp型窒化物半導体層(第二窒化物半導体層)50と、p型窒化物半導体層50上の一部に形成されたp電極60と、絶縁性酸化物膜70と、Pad電極80と、を備える。
[overall structure]
First, the entire configuration of the ultraviolet light emitting device 100 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 and 2 show a cross section perpendicular to the substrate surface of the ultraviolet light emitting element 100.
As shown in FIG. 1, the ultraviolet light emitting element 100 is a thin substrate 10, an n-type nitride semiconductor layer (first nitride semiconductor layer) 20 formed on the substrate 10, and an n-type nitride semiconductor layer 20. The n electrode 30 formed in the portion 21, the light emitting layer (nitride semiconductor active layer) 40 formed in the thick portion 22 of the n-type nitride semiconductor layer 20, and the p-type nitride formed on the light emitting layer 40. It includes a semiconductor layer (second nitride semiconductor layer) 50, a p electrode 60 formed on a part of the p-type nitride semiconductor layer 50, an insulating oxide film 70, and a pad electrode 80.

なお、n型窒化物半導体層20の薄い部分21は、基板10の上に、n型窒化物半導体層20、発光層40、p型窒化物半導体層50をこの順に積層した後、発光層40及びp型窒化物半導体層50を含む積層部の一部をエッチング等により除去して、n型窒化物半導体層20の一部を露出させることにより形成されている。つまり、紫外線発光素子100は、いわゆるメサ構造を有する。 The thin portion 21 of the n-type nitride semiconductor layer 20 is formed by laminating the n-type nitride semiconductor layer 20, the light emitting layer 40, and the p-type nitride semiconductor layer 50 in this order on the substrate 10, and then the light emitting layer 40. It is formed by removing a part of the laminated portion including the p-type nitride semiconductor layer 50 by etching or the like to expose a part of the n-type nitride semiconductor layer 20. That is, the ultraviolet light emitting element 100 has a so-called mesa structure.

絶縁性酸化物膜70はシリコン酸化膜であり、p型窒化物半導体層50の上面の一部(p電極60が形成されていない部分)、n型窒化物半導体層20の薄い部分21の上面の一部(n電極30が形成されていない部分)、n電極30およびp電極60の側面と上面の一部(Pad電極80が形成されていない部分)、およびPad電極80の側面の一部を覆うように連続的に形成されている。 The insulating oxide film 70 is a silicon oxide film, which is a part of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 50 (the portion where the p electrode 60 is not formed) and the upper surface of the thin portion 21 of the n-type nitride semiconductor layer 20. (Part where n electrode 30 is not formed), part of the side surface and upper surface of n electrode 30 and p electrode 60 (part where Pad electrode 80 is not formed), and part of the side surface of Pad electrode 80. It is continuously formed so as to cover.

図2に示すように、p電極60は、Auを含む合金部61と、Niを含む酸化物部62と、を有する。合金部61はp型窒化物半導体層50と接触し、酸化物部62は、合金部61の上面61aおよび側面61bの全てを被覆している。合金部61のAuを含む合金はTiAuである。なお、Niを含む酸化物部62は半導体的な導電性を有するため、Auを含む合金部61とPad電極80との電気的接続が可能である。
合金部61の膜厚は30nm以上200nm以下であり、膜厚のばらつきは20nm以下である。酸化物部62の膜厚は25nm以上200nm以下であり、膜厚のばらつきは20nm以上200nm以下である。
As shown in FIG. 2, the p-electrode 60 has an alloy portion 61 containing Au and an oxide portion 62 containing Ni. The alloy portion 61 is in contact with the p-type nitride semiconductor layer 50, and the oxide portion 62 covers all of the upper surface 61a and the side surface 61b of the alloy portion 61. The alloy containing Au in the alloy portion 61 is TiAu. Since the oxide portion 62 containing Ni has semiconductor-like conductivity, the alloy portion 61 containing Au and the Pad electrode 80 can be electrically connected to each other.
The film thickness of the alloy portion 61 is 30 nm or more and 200 nm or less, and the variation in film thickness is 20 nm or less. The film thickness of the oxide portion 62 is 25 nm or more and 200 nm or less, and the variation in film thickness is 20 nm or more and 200 nm or less.

図2に示す断面(基板面に垂直な断面)において、絶縁性酸化物膜70に接する酸化物部62の側面62aとp型窒化物半導体層50の上面50aとのなす角αは、合金部61の側面61bに接する酸化物部62の内面62bとp型窒化物半導体層50の上面50aとのなす角βよりも小さく、角βは鋭角である。つまり、α<β<90°を満たす。なお、酸化物部62の側面62aおよび内面62bは、厳密には平坦ではなく凹凸になっているため、角α,βは、凹凸を平面に近似した線L1,L2と上面50aとのなす角度として測定される。 In the cross section shown in FIG. 2 (cross section perpendicular to the substrate surface), the angle α formed by the side surface 62a of the oxide portion 62 in contact with the insulating oxide film 70 and the upper surface 50a of the p-type nitride semiconductor layer 50 is the alloy portion. The angle β is smaller than the angle β formed by the inner surface 62b of the oxide portion 62 in contact with the side surface 61b of the 61 and the upper surface 50a of the p-type nitride semiconductor layer 50, and the angle β is a sharp angle. That is, α <β <90 ° is satisfied. Since the side surface 62a and the inner surface 62b of the oxide portion 62 are not strictly flat but are uneven, the angles α and β are the angles formed by the lines L1 and L2 whose unevenness is close to a flat surface and the upper surface 50a. Measured as.

[p電極60の形成方法]
Auを含む合金部61とNiを含む酸化物部62とを有するp電極60は、例えば、p型窒化物半導体層50上に、先ずNiを堆積し、その上にAu合金を堆積する堆積工程と、堆積工程後に酸素雰囲気下で熱処理する工程と、を備える方法で形成することができる。この方法では、Niが酸化される反応をドライビングフォースとしてNiとAuが入れ替わり、p型窒化物半導体層50上にAuを含む合金部61が形成され、その上にNiを含む酸化物部62が形成される。
また、p型窒化物半導体層50上に、先ずAu合金を堆積し、その上にNiを含む酸化物を堆積し熱処理を行わない方法で形成することもできる。
[Method for forming p-electrode 60]
The p-electrode 60 having an alloy portion 61 containing Au and an oxide portion 62 containing Ni is, for example, a deposition step of first depositing Ni on the p-type nitride semiconductor layer 50 and then depositing the Au alloy on the p-type nitride semiconductor layer 50. It can be formed by a method including a step of heat-treating in an oxygen atmosphere after the deposition step. In this method, Ni and Au are exchanged by using the reaction of Ni oxidation as a driving force, an alloy portion 61 containing Au is formed on the p-type nitride semiconductor layer 50, and an oxide portion 62 containing Ni is formed on the alloy portion 61 containing Au. It is formed.
Further, it is also possible to form the p-type nitride semiconductor layer 50 by first depositing an Au alloy and then depositing an oxide containing Ni on the p-type nitride semiconductor layer 50 without heat treatment.

[実施形態の作用、効果]
実施形態の紫外線発光素子100は、p電極60がAuを含む合金部61とNiを含む酸化物部62とを有するため、Auを含む合金部61とNiを含む酸化物部62とを有するp電極60を備えないものと比較して、p電極60の電気特性、p電極60とp型窒化物半導体層50との密着性、p電極60と絶縁性酸化物膜70との密着性、および信頼性(光出力が長期間維持されること)が良好なものとなっている。
また、紫外線発光素子100は、p電極60がα<β<90°を満たすため、絶縁性酸化物膜70が良好に被覆された状態になっているとともに、発熱が防止される点および電流集中の抑制の点でも、特に好ましい状態となっている。
[Actions and effects of embodiments]
In the ultraviolet light emitting element 100 of the embodiment, since the p electrode 60 has an alloy portion 61 containing Au and an oxide portion 62 containing Ni, the p electrode 60 has an alloy portion 61 containing Au and an oxide portion 62 containing Ni. The electrical characteristics of the p-electrode 60, the adhesion between the p-electrode 60 and the p-type nitride semiconductor layer 50, the adhesion between the p-electrode 60 and the insulating oxide film 70, and the adhesion between the p-electrode 60 and the insulating oxide film 70, as compared with those without the electrode 60. The reliability (light output is maintained for a long period of time) is good.
Further, in the ultraviolet light emitting element 100, since the p electrode 60 satisfies α <β <90 °, the insulating oxide film 70 is in a well-coated state, heat generation is prevented, and current concentration. It is also in a particularly favorable state in terms of suppressing the above.

具体的には、酸化物部62は、酸化物部62の側面62aがp型窒化物半導体層50に向けて広がるテーパー面である(α<90°)ため、絶縁性酸化物膜70の被覆性が良好になる。また、酸化物部62の側部の厚さがp型窒化物半導体層50に向けて厚くなっている(α<β)ため、導電性の高いAuを含む合金部61の発熱が抑制できるとともに、p電極60の端部(p型窒化物半導体層50に近い部分)での電流集中を抑制できる。そして、合金部61の発熱が抑制されることで、信頼性の高い紫外線発光素子が実現でき、p電極60の端部での電流集中が抑制されることで高出力な紫外線発光素子を実現できる。 Specifically, the oxide portion 62 is covered with the insulating oxide film 70 because the side surface 62a of the oxide portion 62 is a tapered surface extending toward the p-type nitride semiconductor layer 50 (α <90 °). The sex becomes good. Further, since the thickness of the side portion of the oxide portion 62 becomes thicker toward the p-type nitride semiconductor layer 50 (α <β), the heat generation of the alloy portion 61 containing Au having high conductivity can be suppressed. , Current concentration at the end of the p-electrode 60 (the portion close to the p-type nitride semiconductor layer 50) can be suppressed. By suppressing the heat generation of the alloy portion 61, a highly reliable ultraviolet light emitting element can be realized, and by suppressing the current concentration at the end of the p electrode 60, a high output ultraviolet light emitting element can be realized. ..

また、紫外線発光素子100は、合金部61の膜厚が30nm以上200nm以下であり、膜厚のばらつきが20nm以下であるため、p型窒化物半導体層50との良好なコンタクト特性を得ることができる。また、紫外線発光素子100は、Auを含む合金部61の代わりにAuを主成分とした電極を有する場合と比較して、熱処理中のAuの凝集によるボイドの発生を防ぐことができ、半導体との接触面積が維持できることから、良好なコンタクト特性を得ることができる。
さらに、紫外線発光素子100は、酸化物部62が、合金部61の上面61aおよび側面61bの全てを被覆しているため、合金部61と酸化物部62の密着性の点でも優れている。
よって、実施形態の紫外線発光素子100は、p電極60の電気特性と、素子としての信頼性の両方に優れたものとなっている。
Further, in the ultraviolet light emitting device 100, the thickness of the alloy portion 61 is 30 nm or more and 200 nm or less, and the variation in the film thickness is 20 nm or less, so that good contact characteristics with the p-type nitride semiconductor layer 50 can be obtained. can. Further, as compared with the case where the ultraviolet light emitting element 100 has an electrode containing Au as a main component instead of the alloy portion 61 containing Au, it is possible to prevent the generation of voids due to the aggregation of Au during the heat treatment, and the semiconductor and the semiconductor. Since the contact area of the above can be maintained, good contact characteristics can be obtained.
Further, in the ultraviolet light emitting element 100, since the oxide portion 62 covers all of the upper surface 61a and the side surface 61b of the alloy portion 61, the adhesion between the alloy portion 61 and the oxide portion 62 is also excellent.
Therefore, the ultraviolet light emitting element 100 of the embodiment is excellent in both the electrical characteristics of the p electrode 60 and the reliability as an element.

[各層についての詳細]
<基板>
基板10としては、その上にn型窒化物半導体層20を形成可能なものであれば特に制限されない。具体的にはサファイア、シリコン(Si)、炭化珪素(SiC)、酸化マグネシウム(MgO)、三酸化二ガリウム(Ga23)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)、窒化アルミニウム(AlN)、又はこれらの混晶基板等が挙げられる。
[Details about each layer]
<Board>
The substrate 10 is not particularly limited as long as the n-type nitride semiconductor layer 20 can be formed on the substrate 10. Specifically, sapphire, silicon (Si), silicon carbide (SiC), magnesium oxide (MgO), digallium trioxide (Ga 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN), indium nitride (InN). ), Aluminum nitride (AlN), or a mixed crystal substrate thereof and the like.

基板10上に形成するn型窒化物半導体層20との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる観点や、ホールガス発生のための格子歪みを大きくできる観点から、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)等の窒化物半導体をバルクとする単結晶基板や、ある材料上に成長されたGaN、AlN、AlGaN等の窒化物半導体層(テンプレートとも称される)を、基板10として用いることが好ましい。
また、基板10には不純物が混入していても良い。基板10の作製方法としては、昇華法やHVPE法等の気層成長法や液相成長法等の一般的な基板成長法を適用することができる。
From the viewpoint that the difference in lattice constant from the n-type nitride semiconductor layer 20 formed on the substrate 10 is small, through-transition can be reduced by growing in a lattice matching system, and the lattice strain due to whole gas generation can be increased. , A single crystal substrate made of a nitride semiconductor such as gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), or aluminum nitride gallium (AlGaN) as a bulk, or a nitride semiconductor such as GaN, AlN, or AlGaN grown on a certain material. It is preferable to use the layer (also referred to as a template) as the substrate 10.
Further, impurities may be mixed in the substrate 10. As a method for producing the substrate 10, a general substrate growth method such as a vapor layer growth method such as a sublimation method or an HVPE method or a liquid phase growth method can be applied.

<n型窒化物半導体層>
n型窒化物半導体層20は、AlXGa1-XN(0<X≦1)からなる層であって、図1に示すように基板10上に直接形成されていてもよいし、基板10上にn型窒化物半導体層20以外の層が形成され、その上にn型窒化物半導体層20が形成されていても良い。例えば、基板10上にバッファ層が形成され、その上にn型窒化物半導体層20としてn型AlGaN層が形成され、その上に、発光層40が形成されていても良い。
<N-type nitride semiconductor layer>
The n-type nitride semiconductor layer 20 is a layer made of Al X Ga 1-X N (0 <X ≦ 1), and may be directly formed on the substrate 10 as shown in FIG. 1, or the substrate. A layer other than the n-type nitride semiconductor layer 20 may be formed on the 10 and the n-type nitride semiconductor layer 20 may be formed on the layer. For example, a buffer layer may be formed on the substrate 10, an n-type AlGaN layer as the n-type nitride semiconductor layer 20 may be formed on the buffer layer, and a light emitting layer 40 may be formed on the n-type AlGaN layer.

また、本発明の他の実施形態に係る紫外線発光素子においては、n型窒化物半導体層20が発光層40上に直接又は間接的に形成されていてもよい。つまり、基板10上にp型窒化物半導体層50と発光層40とがこの順に積層され、この発光層40の上に、n型窒化物半導体層20が直接又は間接的に形成されていてもよい。 Further, in the ultraviolet light emitting device according to another embodiment of the present invention, the n-type nitride semiconductor layer 20 may be directly or indirectly formed on the light emitting layer 40. That is, even if the p-type nitride semiconductor layer 50 and the light emitting layer 40 are laminated in this order on the substrate 10 and the n-type nitride semiconductor layer 20 is directly or indirectly formed on the light emitting layer 40. good.

また、n型窒化物半導体層20はAlXGa1-XN(0<X≦1)からなる層であるが、この場合に、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100と同様の効果が得られる範囲で、例えばインジウム(In)等のIII族元素や、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)等のV族元素等を数%程度加える等、他の元素を少量加えてn型窒化物半導体層20の組成に軽微な変更を加える場合についても本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。また、その他の層の組成についても同様である。 Further, the n-type nitride semiconductor layer 20 is a layer made of Al X Ga 1-X N (0 <X ≦ 1), but in this case, it is the same as the ultraviolet light emitting element 100 according to the embodiment of the present invention. To the extent that the effect can be obtained, add other elements such as group III elements such as indium (In) and group V elements such as phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb) by a few percent. It goes without saying that the case where a small amount is added to make a slight change in the composition of the n-type nitride semiconductor layer 20 is also included in the technical scope of the present invention. The same applies to the composition of the other layers.

n型窒化物半導体層20は、紫外線の透過性の観点から、AlXGa1-XN(0.4≦X≦1.0)であることが好ましい。
n型窒化物半導体層20は、n型ドーパントの他にリン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)といった他のV族元素や、炭素(C)、水素(H)、フッ素(F)、酸素(O)、マグネシウム(Mg)、シリコン(Si)といった不純物が混入していても良い。ここで、不純物の定義としては、1.0×1020cm-3以下の濃度でAl、Ga、N以外の元素を含むことを意味する。つまり、1.0×1020cm-3以下の割合でアルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)及び窒素(N)を除く元素を含むような場合にも、AlXGa1-XN(0<X≦1)からなる層と解釈される。
The n-type nitride semiconductor layer 20 is preferably Al X Ga 1-X N (0.4 ≦ X ≦ 1.0) from the viewpoint of the transparency of ultraviolet rays.
In addition to the n-type dopant, the n-type nitride semiconductor layer 20 includes other Group V elements such as phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb), carbon (C), hydrogen (H), and fluorine (F). ), Oxygen (O), magnesium (Mg), silicon (Si) and other impurities may be mixed. Here, the definition of impurities means that elements other than Al, Ga, and N are contained at a concentration of 1.0 × 10 20 cm -3 or less. That is, Al X Ga 1-X N ( 0 < It is interpreted as a layer consisting of X ≦ 1).

<発光層>
発光層40は、図1に示すようにn型窒化物半導体層20上に直接形成されていてもよいし、n型窒化物半導体層20上に発光層40以外の層が形成され、その上層に発光層40が形成されていても良く、特に限定はされない。具体的には、n型窒化物半導体層20上にアンドープAlGaN層が形成された上に発光層40が形成されていても良い。
また、本発明の他の実施形態に係る紫外線発光素子として、発光層40は、p型窒化物半導体層50上に形成されていてもよい。つまり、基板10上にp型窒化物半導体層50が形成され、その上に発光層40が積層され、この発光層40の上に、n型窒化物半導体層20が形成されていてもよい。
<Light emitting layer>
The light emitting layer 40 may be directly formed on the n-type nitride semiconductor layer 20 as shown in FIG. 1, or a layer other than the light emitting layer 40 is formed on the n-type nitride semiconductor layer 20 and the upper layer thereof. The light emitting layer 40 may be formed on the surface, and is not particularly limited. Specifically, the light emitting layer 40 may be formed on the undoped AlGaN layer formed on the n-type nitride semiconductor layer 20.
Further, as the ultraviolet light emitting device according to another embodiment of the present invention, the light emitting layer 40 may be formed on the p-type nitride semiconductor layer 50. That is, the p-type nitride semiconductor layer 50 may be formed on the substrate 10, the light emitting layer 40 may be laminated on the p-type nitride semiconductor layer 50, and the n-type nitride semiconductor layer 20 may be formed on the light emitting layer 40.

発光層40の材料は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点から窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)の混晶であることが望ましい。発光層40には、窒素(N)の他にリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)といった他のV族元素や、炭素(C)、水素(H)、フッ素(F)、酸素(O)、マグネシウム(Mg)、シリコン(Si)といった不純物が混入していても良い。また、量子井戸構造でも単層構造でも良いが、高い発光効率を実現する観点から少なくとも1つの井戸構造を有していることが望ましい。 The material of the light emitting layer 40 is not particularly limited as long as it is a nitride semiconductor, but it may be a mixed crystal of aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), and indium nitride (InN) from the viewpoint of achieving high luminous efficiency. desirable. In addition to nitrogen (N), the light emitting layer 40 contains other Group V elements such as phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb), carbon (C), hydrogen (H), and fluorine (F). Impurities such as oxygen (O), magnesium (Mg), and silicon (Si) may be mixed. Further, a quantum well structure or a single-layer structure may be used, but it is desirable to have at least one well structure from the viewpoint of achieving high luminous efficiency.

<p型窒化物半導体層>
p型窒化物半導体層50は、p型導電型を示すものであれば単層であっても良いし、多層であっても良い。図1に示すように発光層40上に直接形成されていてもよいし、発光層40上にp型窒化物半導体層50以外の層が形成され、その上にp型窒化物半導体層50が形成されていてもよい。例えば、発光層40上に構成元素の比率が連続的又は離散的に変化する傾斜組成層が形成され、その上にp型窒化物半導体層50が形成されていても良く特に限定はされない。また、発光層40と傾斜組成層との間に相対的にバンドギャップの大きいバリア層をさらに有していてもよい。
<P-type nitride semiconductor layer>
The p-type nitride semiconductor layer 50 may be a single layer or a multilayer as long as it exhibits a p-type conductive type. As shown in FIG. 1, it may be directly formed on the light emitting layer 40, or a layer other than the p-type nitride semiconductor layer 50 is formed on the light emitting layer 40, and the p-type nitride semiconductor layer 50 is formed on the layer other than the p-type nitride semiconductor layer 50. It may be formed. For example, a gradient composition layer in which the ratio of constituent elements changes continuously or discretely is formed on the light emitting layer 40, and a p-type nitride semiconductor layer 50 may be formed on the inclined composition layer, and the present invention is not particularly limited. Further, a barrier layer having a relatively large band gap may be further provided between the light emitting layer 40 and the inclined composition layer.

また、本発明の他の実施形態に係る紫外線発光素子として、p型窒化物半導体層50は、基板10上に直接又は間接的に形成されていてもよい。つまり、基板10上に直接又は間接的にp型窒化物半導体層50が積層され、その上に発光層40とn型窒化物半導体層20とがこの順に形成されていてもよい。
p型窒化物半導体層50は上層に直接電極が接触していてもよく、また、多層となった最上面に電極が接していても良い。つまり、p型窒化物半導体層の上に他のp型層が形成されている場合には、2つの層を併せてp型窒化物半導体層50とみなすことができる。
Further, as the ultraviolet light emitting device according to another embodiment of the present invention, the p-type nitride semiconductor layer 50 may be directly or indirectly formed on the substrate 10. That is, the p-type nitride semiconductor layer 50 may be directly or indirectly laminated on the substrate 10, and the light emitting layer 40 and the n-type nitride semiconductor layer 20 may be formed in this order on the p-type nitride semiconductor layer 50.
The electrode of the p-type nitride semiconductor layer 50 may be in direct contact with the upper layer, or the electrode may be in contact with the uppermost surface of the multilayer. That is, when another p-type layer is formed on the p-type nitride semiconductor layer, the two layers can be collectively regarded as the p-type nitride semiconductor layer 50.

p型窒化物半導体層50は薄膜内部でホールを発生させる観点からp型ドーパントを含んでいてもよく、逆に、電極から直接界面の二次元ホールガスにホールを注入するためドーパントを含んでいなくても良い。P型ドーパントとしてはマグネシウムMgが一般的に用いられるが、ホールを発生させる不純物であればベリリウムBe、亜鉛Zn等も用いることができる。 The p-type nitride semiconductor layer 50 may contain a p-type dopant from the viewpoint of generating holes inside the thin film, and conversely, it contains a dopant for injecting holes directly from the electrode into the two-dimensional hole gas at the interface. It does not have to be. Magnesium Mg is generally used as the P-type dopant, but beryllium Be, zinc Zn, and the like can also be used as long as they are impurities that generate holes.

<p電極(第二窒化物半導体層上に形成された電極)>
紫外線発光素子100は、p型窒化物半導体層50へのホール注入効率を高める観点からp電極60を備えている。p電極は、p型窒化物半導体層50に導通するように、p型窒化物半導体層50上に形成されている。
<P electrode (electrode formed on the second nitride semiconductor layer)>
The ultraviolet light emitting device 100 includes a p electrode 60 from the viewpoint of increasing the hole injection efficiency into the p-type nitride semiconductor layer 50. The p-electrode is formed on the p-type nitride semiconductor layer 50 so as to be conductive to the p-type nitride semiconductor layer 50.

<絶縁性酸化物膜>
紫外線発光素子100は、半導体の信頼性の観点から、p型窒化物半導体層50の上面の一部、p電極60の側面、およびp電極の上面の一部を覆うように、絶縁性酸化物膜70が連続的に形成された状態である。絶縁性酸化物膜70は、p電極60の上面を直接または間接的に覆っても良いが、p電極60との密着性の観点からp電極60の上面を直接覆っていることが好ましい。また、絶縁性酸化物膜70は、Niを含む酸化物部62との密着性の観点から金属酸化膜であることが好ましい。中でも密着性の観点からシリコン酸化物であることがより好ましい。
また、紫外線発光素子100は、プローブ測定やワイヤーボンディングの容易性の観点から、p電極60は絶縁性膜上にコンタクトホールを形成し、その上部にPad電極80を形成した状態となっている。
<Insulating oxide film>
From the viewpoint of semiconductor reliability, the ultraviolet light emitting device 100 covers a part of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 50, the side surface of the p electrode 60, and a part of the upper surface of the p electrode. The film 70 is in a state of being continuously formed. The insulating oxide film 70 may directly or indirectly cover the upper surface of the p electrode 60, but it is preferable that the insulating oxide film 70 directly covers the upper surface of the p electrode 60 from the viewpoint of adhesion to the p electrode 60. Further, the insulating oxide film 70 is preferably a metal oxide film from the viewpoint of adhesion to the oxide portion 62 containing Ni. Of these, silicon oxide is more preferable from the viewpoint of adhesion.
Further, in the ultraviolet light emitting element 100, from the viewpoint of ease of probe measurement and wire bonding, the p electrode 60 is in a state where a contact hole is formed on an insulating film and a pad electrode 80 is formed on the contact hole.

<各層の形成方法>
本実施形態の一実施形態に係る紫外線発光素子100の各層の成長法としては、例えばMOVPE法のようなエピタキシャル成長技術を利用して成膜することができるが、これに限定されるものではない。例えば、ハイドライド気相成長法(HVPE法)や、分子線エピタキシー法(MBE法)等を用いて成膜してもよい。
<Method of forming each layer>
As a method for growing each layer of the ultraviolet light emitting device 100 according to one embodiment of the present embodiment, a film can be formed by using an epitaxial growth technique such as the MOVPE method, but the method is not limited thereto. For example, a film may be formed by using a hydride vapor phase growth method (HVPE method), a molecular beam epitaxy method (MBE method), or the like.

[組成の確認方法や膜厚の測定方法等について]
Auを含む合金部の組成については、試料の断面加工をし、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察、続いてエネルギー分散型X線分析(EDX)を行うことにより確認ができる。
Auを含む合金部の形成方法は特に制限されない。例えば、EB蒸着やスパッタなどの物理蒸着法により得ることができる。
[About how to check the composition and how to measure the film thickness]
The composition of the alloy portion containing Au can be confirmed by processing the cross section of the sample, observing it with a transmission electron microscope (TEM), and then performing energy dispersive X-ray analysis (EDX).
The method for forming the alloy portion containing Au is not particularly limited. For example, it can be obtained by a physical vapor deposition method such as EB vapor deposition or sputtering.

Niを含む酸化物部の組成については、試料の断面加工をし、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察、続いてエネルギー分散型X線分析(EDX)を行うことにより確認ができる。
Niを含む酸化物部の形成方法は特に制限されない。例えば、物理蒸着法により形成したNi膜の酸素雰囲気下での熱処理や酸化物をターゲットに用いたスパッタ、スパッタ空間に酸素ガスなどの活性ガスを導入するリアクティブスパッタなどの方法を用いることにより得ることができる。
The composition of the oxide portion containing Ni can be confirmed by processing the cross section of the sample, observing it with a transmission electron microscope (TEM), and then performing energy dispersive X-ray analysis (EDX).
The method for forming the oxide portion containing Ni is not particularly limited. For example, it can be obtained by using a method such as heat treatment of a Ni film formed by a physical vapor deposition method in an oxygen atmosphere, sputtering using an oxide as a target, and reactive sputtering in which an active gas such as oxygen gas is introduced into a sputtering space. be able to.

Niを含む酸化物部の膜厚は25nm以上200nm以下であり、膜厚のばらつきは絶縁膜との密着性および第二窒化物半導体とのコンタクト特性の観点から、20nm以上200nm以下であることが好ましい。20nmでは接触面積が不十分なため密着性に劣り、また200nm以上の場合は熱処理前のNiと含む金属の膜厚が厚すぎることによりコンタクト特性が劣化する。 The film thickness of the oxide portion containing Ni is 25 nm or more and 200 nm or less, and the variation in film thickness is 20 nm or more and 200 nm or less from the viewpoint of adhesion to the insulating film and contact characteristics with the second nitride semiconductor. preferable. At 20 nm, the contact area is insufficient and the adhesion is poor, and at 200 nm or more, the film thickness of Ni and the metal contained before the heat treatment is too thick, and the contact characteristics deteriorate.

膜厚ばらつきは、試料の断面加工をし、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察画像から、p電極60に接している面からのNiを含む酸化物の最も厚い部分と最も薄い部分の差分を意味する。
膜厚ばらつきの制御方法は特に制限されないが、Niを含む金属とAuと含む合金を酸素雰囲気下で熱処理する際の熱処理の温度を調整することにより、20nm以上200nmに制御することができる。
For the variation in film thickness, the cross-section of the sample is processed, and the difference between the thickest part and the thinnest part of the oxide containing Ni from the surface in contact with the p electrode 60 is obtained from the observation image by a transmission electron microscope (TEM). means.
The method for controlling the film thickness variation is not particularly limited, but it can be controlled to 20 nm or more and 200 nm by adjusting the heat treatment temperature when the metal containing Ni and the alloy containing Au are heat-treated in an oxygen atmosphere.

角αおよび角βは、電極蒸着時のサンプルへの金属の入射角度や電極のアニール条件を調整することにより実現可能である。一例としては、レジストでパターンを形成したサンプルに対してAuを含む合金部を入射角度の小さいEB蒸着法で形成し、その後Niを含む酸化物部を入射角の大きいスパッタ法で形成し、リストオフを行うことで、α>βとなるサンプルを作製することが出来る。
角αおよび角βは、試料の断面加工をし、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察を行うことで得られる画像により算出することができる。
The angles α and β can be realized by adjusting the angle of incidence of the metal on the sample during electrode deposition and the annealing conditions of the electrodes. As an example, an alloy portion containing Au is formed by an EB vapor deposition method having a small incident angle on a sample in which a pattern is formed with a resist, and then an oxide portion containing Ni is formed by a sputtering method having a large incident angle. By turning it off, a sample in which α> β can be prepared.
The angles α and β can be calculated from images obtained by processing the cross section of the sample and observing with a transmission electron microscope (TEM).

[適用できる装置について]
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100は、各種の装置に適用可能である。
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100は、紫外線ランプが用いられている既存の全ての装置に適用可能であり、また置換可能である。特に、波長280nm以下の深紫外線を用いている装置に適用可能である。
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100は、例えば、医療又はライフサイエンス分野、環境分野、産業又は工業分野、生活又は家電分野、農業分野、及びその他分野の装置に適用可能である。
[Applicable devices]
The ultraviolet light emitting element 100 according to the embodiment of the present invention can be applied to various devices.
The ultraviolet light emitting element 100 according to the embodiment of the present invention can be applied to all existing devices in which an ultraviolet lamp is used, and can be replaced. In particular, it is applicable to an apparatus using deep ultraviolet rays having a wavelength of 280 nm or less.
The ultraviolet light emitting element 100 according to an embodiment of the present invention can be applied to devices in, for example, medical or life science fields, environmental fields, industries or industrial fields, living or home appliances fields, agriculture fields, and other fields.

本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100は、薬品や化学物質の合成又は分解装置、液体、気体、及び固体(容器、食品、医療機器等)に対する殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム、ガラス及び金属等の表面改質装置、半導体、フラットパネルディスプレイ(FPD)、プリント基板(PCB)及びその他電子品製造用の露光装置、印刷又はコーティング装置、接着又はシール装置、フィルム、パターン及びモックアップ等の転写又は成形装置、紙幣、傷、血液及び化学物質等の測定又は検査装置に適用可能である。 The ultraviolet light emitting device 100 according to an embodiment of the present invention includes a device for synthesizing or decomposing chemicals and chemical substances, a device for sterilizing liquids, gases, and solids (containers, foods, medical devices, etc.), a device for cleaning semiconductors, and a film. , Glass and metal surface modifiers, semiconductors, flat panel displays (FPDs), printed substrates (PCBs) and other exposure equipment for the manufacture of electronic products, printing or coating equipment, bonding or sealing equipment, films, patterns and mock It can be applied to transfer or molding equipment such as ups, and measurement or inspection equipment for banknotes, scratches, blood and chemical substances.

液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置や製氷皿、また貯氷容器及び製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク又は温水タンク、その流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。 Examples of liquid sterilizers include automatic ice maker and ice trays in refrigerators, water tanks for ice storage containers and ice makers, freezers, ice makers, humidifiers, dehumidifiers, cold water tanks or hot water tanks for water servers, and the like. Channel piping, stationary water purifier, portable water purifier, water dispenser, water heater, wastewater treatment device, disposer, toilet drain trap, washing machine, dialysis water sterilization module, peritoneal dialysis connector sterilizer, disaster water storage system Etc., but this is not the case.

気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。
固体殺菌装置(表面殺菌装置を含む)の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用、歯科用、床屋用及び美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
Examples of gas sterilizers include air purifiers, air conditioners, ceiling fans, floor and bedding vacuum cleaners, futon dryers, shoe dryers, washing machines, clothes dryers, indoor sterilizers, and storage ventilation. Systems, shoe boxes, tons, etc. can be mentioned, but this is not the case.
Examples of solid sterilizers (including surface sterilizers) include vacuum packers, conveyor belts, medical, dental, barber and beauty salon hand tool sterilizers, toothbrushes, toothbrush holders, chopstick boxes, cosmetic pouches, etc. Examples include, but are not limited to, drainage ditch lids, toilet bowl local cleaners, toilet bowl lids, and the like.

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
[素子の作製]
<実施例1>
このサンプルは、実施形態に記載された構造の紫外線発光素子100であって、以下の構成を有する。
基板10はAlN基板である。n型窒化物半導体層20は不純物としてSiを2.0×1020cm-3含むn-Al0.7Ga0.3N層であって、薄い部分(n電極30が形成されている部分)21と厚い部分(発光層40が形成されている部分)22を有する。また、基板10とn型窒化物半導体層20との間に、AlNバッファ層を有する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to the examples shown below.
[Manufacturing of element]
<Example 1>
This sample is an ultraviolet light emitting device 100 having the structure described in the embodiment, and has the following configuration.
The substrate 10 is an AlN substrate. The n-type nitride semiconductor layer 20 is an n-Al 0.7 Ga 0.3 N layer containing 2.0 × 10 20 cm -3 as impurities, and is thick with a thin portion (a portion where the n electrode 30 is formed) 21. It has a portion (a portion where the light emitting layer 40 is formed) 22. Further, an AlN buffer layer is provided between the substrate 10 and the n-type nitride semiconductor layer 20.

発光層40は、厚さ2.0nmのAl0.51Ga0.49N(井戸層)と厚さ8.0nmのSiドーピングAl0.78Ga0.22N(バリア層)とを、交互にそれぞれ五層有する多重量子井戸構造である。p型窒化物半導体層50は、不純物としてMgを2.0×1020cm-3含むp型GaN層である。
n電極30はTi/Al/Ni/Au層である。p電極(第一電極)60は、p型窒化物半導体層50に接触するAuTi合金部61と、AuTi合金部61の上面および側面を被覆するNiを含む酸化物部62を有する。絶縁性酸化物膜70は酸化シリコン膜であって、膜厚は300nmである。パッド電極80はTiとAuとの積層構造である。
The light emitting layer 40 is a multiple quantum well having five layers of Al 0.51 Ga 0.49 N (well layer) having a thickness of 2.0 nm and Si-doped Al 0.78 Ga 0.22 N (barrier layer) having a thickness of 8.0 nm alternately. It is a structure. The p-type nitride semiconductor layer 50 is a p-type GaN layer containing 2.0 × 10 20 cm -3 as an impurity.
The n electrode 30 is a Ti / Al / Ni / Au layer. The p-electrode (first electrode) 60 has an AuTi alloy portion 61 in contact with the p-type nitride semiconductor layer 50 and an oxide portion 62 containing Ni that covers the upper surface and side surfaces of the AuTi alloy portion 61. The insulating oxide film 70 is a silicon oxide film and has a film thickness of 300 nm. The pad electrode 80 has a laminated structure of Ti and Au.

この紫外線発光素子100は、以下の方法で作製した。
先ず、AlN単結晶から得られたAlN基板上に、AlNバッファ層、不純物としてSiを2.0×1020cm-3含むn-Al0.7Ga0.3N層、上記AlGaNの多重量子井戸構造、及び不純物としてMgを2.0×1020cm-3含むp型GaN層を、この順に、有機金属気相成長法(MOCVD法)により、成膜した。これにより、AlN基板上に積層体が形成された。
The ultraviolet light emitting element 100 was manufactured by the following method.
First, on an AlN substrate obtained from an AlN single crystal, an AlN buffer layer, an n-Al 0.7 Ga 0.3 N layer containing 2.0 × 10 20 cm -3 of Si as an impurity, the above-mentioned multiple quantum well structure of AlGaN, and A p-type GaN layer containing 2.0 × 10 20 cm -3 of Mg as an impurity was formed in this order by the organic metal vapor phase growth method (MOCVD method). As a result, a laminate was formed on the AlN substrate.

次に、AlN基板上の積層体に対して、面内の一部を所定深さで除去するドライエッチングを行い、n-Al0.7Ga0.3N層を一部露出させることで、n型窒化物半導体層20に薄い部分21を形成した。このドライエッチングは、積層体上にフォトリソグラフィー法でレジストパターンを形成した後、塩素系ガスを用いて行った。
次に、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて、n型窒化物半導体層20の薄い部分21上の所定領域に、Tiを厚さ20nmで、Auを厚さ150nmで、Niを厚さ30nmで、Auを厚さ50nmで、この順に堆積した。次に、レジストパターンを除去した後、800℃で180秒間の熱処理を行った。これにより、n電極30が形成された。
Next, the laminate on the AlN substrate is dry-etched to remove a part of the in-plane to a predetermined depth, and the n-Al 0.7 Ga 0.3 N layer is partially exposed to expose the n-type nitride. A thin portion 21 was formed on the semiconductor layer 20. This dry etching was performed using a chlorine-based gas after forming a resist pattern on the laminate by a photolithography method.
Next, using the resist pattern formed by the photolithography method, Ti is 20 nm thick, Au is 150 nm thick, and Ni is thickened in a predetermined region on the thin portion 21 of the n-type nitride semiconductor layer 20. Au was deposited at 30 nm and at a thickness of 50 nm in this order. Next, after removing the resist pattern, heat treatment was performed at 800 ° C. for 180 seconds. As a result, the n electrode 30 was formed.

次に、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて、p型窒化物半導体層50上の所定領域に、EB蒸着機により、Niを厚さ20nmで、TiAuを厚さ35nmで、この順に堆積した。次に、レジストパターンを除去した後、酸素雰囲気において600℃で180秒間の熱処理を行った。これにより、AuTi合金部61の上面および側面がNiを含む酸化物部62で被覆されているp電極60が形成された。
次に、この状態のAlN基板上の全体に、プラズマCVD法により酸化シリコン膜を300nm形成した。次に、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用い、CF4によるエッチングで、この酸化シリコン膜の所定位置(n電極30の上部およびp電極60の上部)に、コンタクトホールを形成した。
Next, using a resist pattern formed by a photolithography method, Ni is deposited in a predetermined region on the p-type nitride semiconductor layer 50 by an EB vapor deposition machine at a thickness of 20 nm and TiAu at a thickness of 35 nm in this order. did. Next, after removing the resist pattern, heat treatment was performed at 600 ° C. for 180 seconds in an oxygen atmosphere. As a result, the p-electrode 60 was formed in which the upper surface and the side surface of the AuTi alloy portion 61 were covered with the oxide portion 62 containing Ni.
Next, a silicon oxide film of 300 nm was formed on the entire AlN substrate in this state by the plasma CVD method. Next, using the resist pattern formed by the photolithography method, contact holes were formed at predetermined positions of the silicon oxide film (the upper part of the n electrode 30 and the upper part of the p electrode 60) by etching with CF 4 .

次に、形成された各コンタクトホールに、Tiを厚さ20nmで、Auを厚さ1000nmで、この順に堆積した。これにより、n電極30の上部およびp電極60の上部に、パッド電極80が形成された。
得られた紫外線発光素子100を、p電極60の部分で、基板10面に垂直に切断し、その切断面をTEMで観察して、p電極60の断面構造を確認したところ、図2に示す状態になっていることが確認できた。また、切断面のTEM画像から、角αおよび角βの値を測定したところ、角αは40°であり、角βは55°であった。
Next, Ti was deposited at a thickness of 20 nm and Au at a thickness of 1000 nm in each of the formed contact holes in this order. As a result, the pad electrode 80 was formed on the upper part of the n electrode 30 and the upper part of the p electrode 60.
The obtained ultraviolet light emitting element 100 was cut perpendicularly to the surface of the substrate 10 at the portion of the p electrode 60, and the cut surface was observed by TEM to confirm the cross-sectional structure of the p electrode 60, which is shown in FIG. It was confirmed that it was in a state. Moreover, when the values of the angle α and the angle β were measured from the TEM image of the cut surface, the angle α was 40 ° and the angle β was 55 °.

また、切断面のTEM画像から、p電極60のp型半導体層50側の層とPad電極80側の層について、膜厚と膜厚のばらつきを測定した。その結果、p型半導体層50側の層(合金部61)では、膜厚が25nm~45nmであり、膜厚のばらつきは20nm(45nm-25nm)であった。Pad電極80側の層(酸化物部62)では、膜厚が10nm~210nmであり、膜厚のばらつきは200nm(210nm-10nm)であった。 Further, from the TEM image of the cut surface, the film thickness and the variation in the film thickness were measured for the layer on the p-type semiconductor layer 50 side and the layer on the Pad electrode 80 side of the p electrode 60. As a result, the film thickness of the layer (alloy portion 61) on the p-type semiconductor layer 50 side was 25 nm to 45 nm, and the film thickness variation was 20 nm (45 nm-25 nm). The film thickness of the layer (oxide portion 62) on the Pad electrode 80 side was 10 nm to 210 nm, and the film thickness variation was 200 nm (210 nm-10 nm).

さらに、この切断面について、TEM-EDX(エネルギー分散型X線分光法)による主要元素(Si、Al、Ga、N、Ti、O、Ni、Au)の面分析を行ったところ、p電極60のp型半導体層50側の層(合金部61)の組成はAuTiであり、Pad電極80側の層(酸化物部62)の組成はNiOであった。 Further, the cut surface was subjected to surface analysis of the main elements (Si, Al, Ga, N, Ti, O, Ni, Au) by TEM-EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy). The composition of the layer on the p-type semiconductor layer 50 side (alloy portion 61) was AuTi, and the composition of the layer on the Pad electrode 80 side (oxide portion 62) was NiO.

<比較例1>
実施例1では、p電極60の形成工程で、p型窒化物半導体層50上の所定領域に、Niを厚さ20nmで、TiAuを厚さ35nmで、この順に堆積したが、この例では、Niを厚さ20nmで、Auを厚さ35nmで、この順に堆積した。また、実施例1では、その後のレジストパターンを除去した後の熱処理を、酸素雰囲気において600℃で180秒間の条件で行ったが、この例では、酸素雰囲気において650℃で180秒間の条件で行った。これら以外の点は実施例1と同じ方法で、紫外線発光素子を得た。つまり、比較例1の紫外線発光素子は、p電極以外は実施例1と同じ構成を有する。
<Comparative Example 1>
In Example 1, in the step of forming the p-electrode 60, Ni was deposited in a predetermined region on the p-type nitride semiconductor layer 50 with a thickness of 20 nm and TiAu with a thickness of 35 nm in this order. Ni was deposited at a thickness of 20 nm and Au at a thickness of 35 nm in this order. Further, in Example 1, the subsequent heat treatment after removing the resist pattern was performed in an oxygen atmosphere at 600 ° C. for 180 seconds, but in this example, the heat treatment was performed in an oxygen atmosphere at 650 ° C. for 180 seconds. rice field. The ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for these points. That is, the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 1 has the same configuration as that of Example 1 except for the p electrode.

得られた紫外線発光素子について、実施例1と同様にして得られた切断面の面分析を、実施例1と同じ方法で行ったところ、p電極のp型半導体層50側の層の組成はAuであり、Pad電極80側の層の組成はNiOであった。また、p型半導体層50側の層であるAu層にはボイドが存在していた。つまり、比較例1の紫外線発光素子のp電極は、図2で合金層61の代わりに、ボイドが入ったAu層を有するものであることが確認できた。また、切断面のTEM画像から、角αおよび角βの値を測定したところ、角αは65°であり、角βは55°であった。 When the surface analysis of the cut surface obtained in the same manner as in Example 1 was performed on the obtained ultraviolet light emitting device by the same method as in Example 1, the composition of the layer on the p-type semiconductor layer 50 side of the p electrode was found. It was Au, and the composition of the layer on the Pad electrode 80 side was NiO. In addition, voids were present in the Au layer, which is the layer on the p-type semiconductor layer 50 side. That is, it was confirmed that the p-electrode of the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 1 had an Au layer containing voids instead of the alloy layer 61 in FIG. 2. Moreover, when the values of the angle α and the angle β were measured from the TEM image of the cut surface, the angle α was 65 ° and the angle β was 55 °.

また、切断面のTEM画像から、p電極のp型半導体層50側の層とPad電極80側の層について、膜厚と膜厚のばらつきを測定した。その結果、p型半導体層50側の層では、膜厚が0nm~75nmであり、膜厚のばらつきは75nm(75nm-0nm)(0nmがボイド領域)であった。Pad電極80側の層では、膜厚が5nm~205nmであり、膜厚のばらつきは200nm(205nm-5nm)であった。 Further, from the TEM image of the cut surface, the film thickness and the variation in the film thickness were measured for the layer on the p-type semiconductor layer 50 side and the layer on the Pad electrode 80 side of the p electrode. As a result, in the layer on the p-type semiconductor layer 50 side, the film thickness was 0 nm to 75 nm, and the variation in film thickness was 75 nm (75 nm-0 nm) (0 nm is the void region). In the layer on the Pad electrode 80 side, the film thickness was 5 nm to 205 nm, and the film thickness variation was 200 nm (205 nm-5 nm).

<比較例2>
比較例1では、Ni、Auの堆積およびレジストパターン除去後の熱処理を、酸素雰囲気において650℃で180秒間の条件で行ったが、この例では、酸素雰囲気において400℃で180秒間の条件で行った。これ以外の点は比較例1と同じ方法で、紫外線発光素子を得た。つまり、比較例2の紫外線発光素子は、p電極以外は実施例1と同じ構成を有する。
<Comparative Example 2>
In Comparative Example 1, the heat treatment after the deposition of Ni and Au and the removal of the resist pattern was performed in an oxygen atmosphere at 650 ° C. for 180 seconds, but in this example, the heat treatment was performed in an oxygen atmosphere at 400 ° C. for 180 seconds. rice field. Except for this point, an ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Comparative Example 1. That is, the ultraviolet light emitting element of Comparative Example 2 has the same configuration as that of Example 1 except for the p electrode.

得られた紫外線発光素子について、実施例1と同様にして得られた切断面の面分析を実施例1と同じ方法で行ったところ、p電極のp型半導体層50側の層の組成はAuであり、Pad電極80側の層の組成はNiOであった。また、p型半導体層50側の層であるAu層にはボイドは存在していなかった。つまり、比較例2の紫外線発光素子のp電極は、図2で合金層61の代わりに、一様なAu層を有するものであることが確認できた。また、切断面のTEM画像から、角αおよび角βの値を測定したところ、角αは80°であり、角βは80°であった。 When the surface analysis of the cut surface obtained in the same manner as in Example 1 was performed on the obtained ultraviolet light emitting device by the same method as in Example 1, the composition of the layer on the p-type semiconductor layer 50 side of the p electrode was Au. The composition of the layer on the Pad electrode 80 side was NiO. Further, no void was present in the Au layer, which is the layer on the p-type semiconductor layer 50 side. That is, it was confirmed in FIG. 2 that the p electrode of the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 2 had a uniform Au layer instead of the alloy layer 61. Moreover, when the values of the angle α and the angle β were measured from the TEM image of the cut surface, the angle α was 80 ° and the angle β was 80 °.

また、切断面のTEM画像から、p電極のp型半導体層50側の層とPad電極80側の層について、膜厚と膜厚のばらつきを測定した。その結果、p型半導体層50側の層では、膜厚が30nm~40nmであり、膜厚のばらつきは10nm(40nm-30nm)であった。Pad電極80側の層では、膜厚が15nm~25nmであり、膜厚のばらつきは10nm(25nm-10nm)であった。
なお、比較例1の紫外線発光素子で、p電極のp型窒化物半導体層側の層がボイド入りのAu層となった理由は、酸素雰囲気下での熱処理温度が650℃と高すぎたためであり、400℃とした比較例2では、ボイド無しのAu層となった。
Further, from the TEM image of the cut surface, the film thickness and the variation in the film thickness were measured for the layer on the p-type semiconductor layer 50 side and the layer on the Pad electrode 80 side of the p electrode. As a result, the film thickness of the p-type semiconductor layer 50 side was 30 nm to 40 nm, and the film thickness variation was 10 nm (40 nm to 30 nm). In the layer on the Pad electrode 80 side, the film thickness was 15 nm to 25 nm, and the film thickness variation was 10 nm (25 nm-10 nm).
In the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 1, the reason why the layer on the p-type nitride semiconductor layer side of the p electrode became an Au layer containing voids was that the heat treatment temperature in an oxygen atmosphere was too high at 650 ° C. In Comparative Example 2 at 400 ° C., the Au layer had no voids.

<比較例3>
比較例1では、Ni、Auの堆積およびレジストパターン除去後の熱処理を、酸素雰囲気において650℃で180秒間の条件で行ったが、この例では、窒素雰囲気において600℃で180秒間の条件で行った。これ以外の点は比較例1と同じ方法で、紫外線発光素子を得た。
得られた紫外線発光素子について、実施例1と同様にして得られた切断面の面分析を実施例1と同じ方法で行ったところ、p電極は全体の組成がAuNi層であった。つまり、比較例3の紫外線発光素子のp電極は、図2で酸化物部62を有さず、全体がAuNi層(Auを含む合金層)であることが確認できた。
また、切断面のTEM画像から、p電極について、膜厚と膜厚のばらつきを測定した結果、膜厚が50nm~60nmであり、膜厚のばらつきは10nm(60nm-50nm)であった。
<Comparative Example 3>
In Comparative Example 1, the heat treatment after the deposition of Ni and Au and the removal of the resist pattern was performed in an oxygen atmosphere at 650 ° C. for 180 seconds, but in this example, the heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 180 seconds. rice field. Except for this point, an ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Comparative Example 1.
When the surface analysis of the cut surface obtained in the same manner as in Example 1 was performed on the obtained ultraviolet light emitting device by the same method as in Example 1, the p electrode had an AuNi layer as a whole. That is, it was confirmed that the p electrode of the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 3 did not have the oxide portion 62 in FIG. 2 and was entirely an AuNi layer (alloy layer containing Au).
Further, as a result of measuring the variation in the film thickness and the film thickness of the p electrode from the TEM image of the cut surface, the film thickness was 50 nm to 60 nm, and the variation in the film thickness was 10 nm (60 nm-50 nm).

<比較例4>
実施例1では、p型窒化物半導体層50上の所定領域に、Niを厚さ20nmで、TiAuを厚さ35nmで、この順に堆積した後に、レジストパターンを除去して熱処理を行った。これに対して、この例では、Niを堆積せずにAuのみを厚さ35nmで堆積し、レジストパターン除去後に、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて、スパッタ装置によりメッシュ状にNiOを200nm、Au層の上に堆積した。
そして、その後、熱処理を実施することなく、プラズマCVD法による300nm厚の酸化シリコン膜形成を行った。これら以外の点は実施例1と同じ方法で、紫外線発光素子を得た。つまり、比較例4の紫外線発光素子は、p電極以外は実施例1と同じ構成を有する。
<Comparative Example 4>
In Example 1, Ni was deposited in a predetermined region on the p-type nitride semiconductor layer 50 with a thickness of 20 nm and TiAu with a thickness of 35 nm in this order, and then the resist pattern was removed and heat treatment was performed. On the other hand, in this example, only Au is deposited at a thickness of 35 nm without depositing Ni, and after removing the resist pattern, NiO is formed into a mesh by a sputtering device using a resist pattern formed by a photolithography method. It was deposited on the Au layer at 200 nm.
Then, after that, a silicon oxide film having a thickness of 300 nm was formed by a plasma CVD method without performing heat treatment. The ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for these points. That is, the ultraviolet light emitting element of Comparative Example 4 has the same configuration as that of Example 1 except for the p electrode.

得られた紫外線発光素子について、実施例1と同様にして得られた切断面の面分析を実施例1と同じ方法で行ったところ、p電極のp型半導体層50側の層の組成はAuであり、Pad電極80側の層はメッシュ状のNiO層であった。また、p型半導体層50側の層であるAu層にはボイドは存在していなかった。つまり、比較例4の紫外線発光素子のp電極は、図2で合金層61の代わりにAu層を有し、酸化物部62がメッシュ状になっているものであることが確認できた。また、切断面のTEM画像から、角αおよび角βの値を測定したところ、角αは40°であり、角βは80°であった。 When the surface analysis of the cut surface obtained in the same manner as in Example 1 was performed on the obtained ultraviolet light emitting device by the same method as in Example 1, the composition of the layer on the p-type semiconductor layer 50 side of the p electrode was Au. The layer on the Pad electrode 80 side was a mesh-like NiO layer. Further, no void was present in the Au layer, which is the layer on the p-type semiconductor layer 50 side. That is, it was confirmed that the p electrode of the ultraviolet light emitting element of Comparative Example 4 had an Au layer instead of the alloy layer 61 in FIG. 2, and the oxide portion 62 had a mesh shape. Moreover, when the values of the angle α and the angle β were measured from the TEM image of the cut surface, the angle α was 40 ° and the angle β was 80 °.

また、切断面のTEM画像から、p電極のp型半導体層50側の層とPad電極80側の層について、膜厚と膜厚のばらつきを測定した。その結果、p型半導体層50側の層では、膜厚が30nm~40nmであり、膜厚のばらつきは10nm(40nm-30nm)であった。Pad電極80側の層では、膜厚が0nm~200nmであり、膜厚のばらつきは200nm(200nm-0nm)であった。 Further, from the TEM image of the cut surface, the film thickness and the variation in the film thickness were measured for the layer on the p-type semiconductor layer 50 side and the layer on the Pad electrode 80 side of the p electrode. As a result, the film thickness of the p-type semiconductor layer 50 side was 30 nm to 40 nm, and the film thickness variation was 10 nm (40 nm-30 nm). In the layer on the Pad electrode 80 side, the film thickness was 0 nm to 200 nm, and the film thickness variation was 200 nm (200 nm-0 nm).

[評価]
実施例1、比較例1~4の各紫外線発光素子について、p電極の電気特性、p電極とp型窒化物半導体層50との密着性、p電極と絶縁性酸化物膜70との密着性、および信頼性を、以下の方法で測定した。
[evaluation]
For each of the ultraviolet light emitting devices of Examples 1 and Comparative Examples 1 to 4, the electrical characteristics of the p-electrode, the adhesion between the p-electrode and the p-type nitride semiconductor layer 50, and the adhesion between the p-electrode and the insulating oxide film 70. , And reliability were measured by the following methods.

<p電極の電気特性>
基板上に上記と同じp-GaN層を形成した後、このp-GaN層の上面にレジストパターンを形成し、その開口部に実施例1および比較例1~4のp電極をそれぞれ形成した。このようにして得られた実施例1および比較例1~4の各試験用p電極の接触抵抗率を測定して、オーミックコンタクトの性能を調べた。
接触抵抗率の測定は、CTLM(Circular Transmission Line Model)測定法で行った。具体的には、接触抵抗測定用のリングパターンのギャップを20μmとし、電圧20Vを印加した時の電流値を測定した。この電流値が10mA以下である場合に、p電極の電気特性が不良と判断した。
<Electrical characteristics of p electrode>
After forming the same p-GaN layer as above on the substrate, a resist pattern was formed on the upper surface of the p-GaN layer, and the p electrodes of Examples 1 and Comparative Examples 1 to 4 were formed in the openings thereof, respectively. The contact resistivity of each test p electrode of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 thus obtained was measured to examine the performance of ohmic contact.
The contact resistivity was measured by a CTLM (Circular Transmission Line Model) measuring method. Specifically, the gap of the ring pattern for measuring contact resistance was set to 20 μm, and the current value when a voltage of 20 V was applied was measured. When this current value was 10 mA or less, it was determined that the electrical characteristics of the p electrode were defective.

<p電極とp型窒化物半導体層および絶縁性酸化物膜との密着性>
実施例1、比較例1~4の各紫外線発光素子がウエハ上に形成されている状態で、各ウエハを有機溶剤に入れて超音波洗浄を行った後に、超純水に入れて超音波洗浄を行った。その後の各ウエハを顕微鏡で観察して、p電極とp型窒化物半導体層との間、p電極と絶縁性酸化物膜との間に、それぞれ剥離が発生しているかどうかを調べた。
また、実施例1、比較例1~4の各紫外線発光素子(ウエハから切り出して、デバイス化したもの)を、55℃の環境下に置き、350mAの定電流で通電した後に、顕微鏡で観察して、p電極とp型窒化物半導体層との間、p電極と絶縁性酸化物膜との間に、それぞれ剥離が発生しているかどうかを調べた。
密着性の評価は、上記二つの試験の両方で剥離が発生しない場合に良好であると判断し、いずれか一方または両方の試験で剥離が発生した場合に不良であると判断した。
<Adhesion between p-electrode and p-type nitride semiconductor layer and insulating oxide film>
In the state where the ultraviolet light emitting elements of Examples 1 and Comparative Examples 1 to 4 are formed on the wafer, each wafer is put into an organic solvent for ultrasonic cleaning, and then put in ultrapure water for ultrasonic cleaning. Was done. After that, each wafer was observed with a microscope to check whether or not peeling occurred between the p-electrode and the p-type nitride semiconductor layer and between the p-electrode and the insulating oxide film.
Further, each of the ultraviolet light emitting elements of Examples 1 and Comparative Examples 1 to 4 (cut out from a wafer and made into a device) was placed in an environment of 55 ° C., energized with a constant current of 350 mA, and then observed with a microscope. Then, it was investigated whether or not peeling occurred between the p-electrode and the p-type nitride semiconductor layer and between the p-electrode and the insulating oxide film.
The adhesion evaluation was judged to be good when peeling did not occur in both of the above two tests, and was judged to be poor when peeling occurred in either or both tests.

<信頼性>
実施例1、比較例1~4の各紫外線発光素子(ウエハから切り出して、デバイス化したもの)について、25℃の環境下で500mAでの連続通電試験を行い、500時間経過後に光出力を測定した。この測定値が光出力の初期値の半分以下に低下した場合、信頼性が不良であると判断した。
これらの結果を各素子の構成とともに表1に示す。
<Reliability>
Each of the ultraviolet light emitting elements of Examples 1 and Comparative Examples 1 to 4 (cut out from a wafer and made into a device) was subjected to a continuous energization test at 500 mA in an environment of 25 ° C., and the light output was measured after 500 hours had passed. did. When this measured value drops to less than half of the initial value of the optical output, it is judged that the reliability is poor.
These results are shown in Table 1 together with the configuration of each element.

Figure 2022051302000002
Figure 2022051302000002

表1の結果から以下のことが分かる。
実施例1の紫外線発光素子100は、図2に示す構造のp電極60を有する、つまり、p電極が、Auを含む合金(TiAu合金)部61とNiを含む酸化物部62とを有し、α<βを満たし、各部の膜厚のばらつきも好ましい範囲を満たすため、電気特性が良好で、p型窒化物半導体層および絶縁性酸化物膜に対する密着性も良好で、素子の信頼性も良好なものとなった。
The following can be seen from the results in Table 1.
The ultraviolet light emitting device 100 of the first embodiment has a p-electrode 60 having the structure shown in FIG. 2, that is, the p-electrode has an alloy (TiAu alloy) portion 61 containing Au and an oxide portion 62 containing Ni. , Α <β is satisfied, and the variation in the film thickness of each part also satisfies the preferable range, so that the electrical characteristics are good, the adhesion to the p-type nitride semiconductor layer and the insulating oxide film is also good, and the reliability of the device is also good. It became a good one.

比較例1の紫外線発光素子は、p電極のp型窒化物半導体層側の層がボイド入りの一様でないAu層であるため、p電極の電気特性が不良であった。また、p型窒化物半導体層に対する密着性が不良で、素子の信頼性も不良であった。
比較例2の紫外線発光素子は、p電極のp型窒化物半導体層側の層がボイド無しの一様なAu層であったが、酸素雰囲気下での熱処理温度が400℃と低かったため、p電極の電気特性が不良であった。また、Ni酸化物部の膜厚ばらつきが10nm(25nm未満)であるため、絶縁性酸化物膜に対する密着性が不良で、素子の信頼性も不良であった。
In the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 1, the layer on the p-type nitride semiconductor layer side of the p electrode was a non-uniform Au layer containing voids, so that the electrical characteristics of the p electrode were poor. In addition, the adhesion to the p-type nitride semiconductor layer was poor, and the reliability of the device was also poor.
In the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 2, the layer on the p-type nitride semiconductor layer side of the p electrode was a uniform Au layer without voids, but the heat treatment temperature in an oxygen atmosphere was as low as 400 ° C., so p. The electrical characteristics of the electrodes were poor. Further, since the film thickness variation of the Ni oxide portion is 10 nm (less than 25 nm), the adhesion to the insulating oxide film is poor, and the reliability of the device is also poor.

比較例3の紫外線発光素子は、p電極の全体がAuNi層であったため、p電極の電気特性が不良であった。また、p電極がNi酸化物部を有さないため、絶縁性酸化物膜に対する密着性が不良で、素子の信頼性も不良であった。
比較例4の紫外線発光素子は、p電極のp型窒化物半導体層側の層がボイド無しの一様なAu層であったが、熱処理をしていないことでp電極の電気特性が不良であり、素子の信頼性も不良であった。なお、p電極がメッシュ状のNi酸化物部を有するため、p型窒化物半導体層および絶縁性酸化物膜に対する密着性は良好であった。
In the ultraviolet light emitting element of Comparative Example 3, since the entire p electrode was an AuNi layer, the electrical characteristics of the p electrode were poor. Further, since the p electrode does not have a Ni oxide portion, the adhesion to the insulating oxide film is poor, and the reliability of the device is also poor.
In the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 4, the layer on the p-type nitride semiconductor layer side of the p electrode was a uniform Au layer without voids, but the electrical characteristics of the p electrode were poor because it was not heat-treated. Yes, the reliability of the element was also poor. Since the p-electrode has a mesh-like Ni oxide portion, the adhesion to the p-type nitride semiconductor layer and the insulating oxide film was good.

10 基板
20 n型窒化物半導体層(第一窒化物半導体層)
30 n電極
40 発光層(窒化物半導体活性層)
50 p型窒化物半導体層(第二窒化物半導体層)
50a p型窒化物半導体層の上面
60 p電極(第二窒化物半導体層上の一部に形成された電極)
61 Auを含む合金部
61a Auを含む合金部の上面
61b Auを含む合金部の側面
62 Niを含む酸化物部
62a Niを含む酸化物部の側面
62b Niを含む酸化物部の内面
70 絶縁性酸化物膜
80 Pad電極
100 紫外線発光素子(窒化物半導体素子)
10 Substrate 20 n-type nitride semiconductor layer (first nitride semiconductor layer)
30 n electrode 40 light emitting layer (nitride semiconductor active layer)
50 p-type nitride semiconductor layer (second nitride semiconductor layer)
Top surface of 50a p-type nitride semiconductor layer 60p electrode (electrode formed on a part of the second nitride semiconductor layer)
61a Alloy part containing Au 61a Top surface of alloy part containing Au 61b Side surface of alloy part containing Au 62 Oxide part containing Ni 62a Side surface of oxide part containing Ni 62b Inner surface of oxide part containing Ni 70 Insulation Oxide film 80 Pad electrode 100 Ultraviolet light emitting element (nitride semiconductor element)

Claims (7)

基板と、
前記基板上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、
前記第一窒化物半導体層上の一部に形成された窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に形成された第二導電型の第二窒化物半導体層と、
前記第二窒化物半導体層上の一部に形成された電極と、
前記第二窒化物半導体層の上面の一部、前記電極の側面、および前記電極の上面の一部を覆うように連続的に形成された絶縁性酸化物膜と、を備え、
前記電極は、Auを含む合金部と、Niを含む酸化物部と、を有し、
前記合金部は前記第二窒化物半導体層と接触し、前記酸化物部は、前記合金部の上面の少なくとも一部および側面の少なくとも一部を被覆する窒化物半導体素子。
With the board
The first conductive type first nitride semiconductor layer formed on the substrate and
The nitride semiconductor active layer formed on a part of the first nitride semiconductor layer and
The second conductive type second nitride semiconductor layer formed on the nitride semiconductor active layer and
An electrode formed on a part of the second nitride semiconductor layer and
A part of the upper surface of the second nitride semiconductor layer, a side surface of the electrode, and an insulating oxide film continuously formed so as to cover a part of the upper surface of the electrode.
The electrode has an alloy portion containing Au and an oxide portion containing Ni.
The alloy portion is in contact with the second nitride semiconductor layer, and the oxide portion is a nitride semiconductor element that covers at least a part of the upper surface and at least a part of the side surface of the alloy part.
前記合金部の膜厚は30nm以上200nm以下であり、前記膜厚のばらつきは20nm以下である請求項1に記載の窒化物半導体素子。 The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the alloy portion has a film thickness of 30 nm or more and 200 nm or less, and the variation in the film thickness is 20 nm or less. 前記酸化物部の膜厚は25nm以上200nm以下であり、前記膜厚のばらつきは20nm以上200nm以下である請求項1または2に記載の窒化物半導体素子。 The nitride semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the oxide portion has a film thickness of 25 nm or more and 200 nm or less, and the variation in the film thickness is 20 nm or more and 200 nm or less. 前記合金部はTiAu合金部である請求項1~3のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。 The nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the alloy portion is a TiAu alloy portion. 前記合金部の側面の全てが前記酸化物部により被覆されている請求項1~4のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。 The nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein all the side surfaces of the alloy portion are covered with the oxide portion. 前記絶縁性酸化物膜はシリコン酸化膜である請求項1~5のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。 The nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the insulating oxide film is a silicon oxide film. 前記基板面に垂直な断面において、前記絶縁性酸化物膜に接する前記酸化物部の側面と前記第二窒化物半導体層の上面とのなす角αは、前記合金部の側面に接する前記酸化物部の内面と前記第二窒化物半導体層の上面とのなす角βよりも小さく、前記角βは鋭角である請求項1~6のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。 In the cross section perpendicular to the substrate surface, the angle α formed by the side surface of the oxide portion in contact with the insulating oxide film and the upper surface of the second nitride semiconductor layer is the oxide in contact with the side surface of the alloy portion. The nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the angle β is smaller than the angle β formed by the inner surface of the portion and the upper surface of the second nitride semiconductor layer, and the angle β is a sharp angle.
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