JP5258707B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光素子に関する。
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子の光取り出し効率を向上させるために、反射率が高い材料を電極に用いることが望まれる。銀または銀合金は、４００ｎｍ以下の短波長発光光に対しても高い反射特性を示し、オーミック特性やコンタクト抵抗などの電気特性が良好であるが、マイグレーションや化学反応が生じ易く、さらに、密着性が低いことが問題である。
密着性を向上させるために、例えば、シンター処理を行うと反射特性が劣化し易い。また、銀電極を形成した後にそれを覆う金属層を形成する構成が考えられるが、従来の方法では、その工程途中で銀電極がマイグレーションや化学反応を起こし、特性が劣化する。また、銀の表面を保護する目的で銀の後に連続成膜した保護膜を同時にシンター処理する場合も、低温シンター処理では密着性が劣化し易く、高温シンター処理では反射特性が劣化し易い。
特許文献１には、銀または銀合金の第１の金属膜の上に、銀を含まない例えばＰｔ／Ａｕの第２の金属膜を設け、銀のマイグレーションや化学反応を抑制する構成が開示されているが、さらなる高反射率、高電気特性、高安定性、及び、高密着性のためには、改良の余地がある。
本発明は、高輝度、高効率、高信頼性を高度に同時に満足する半導体発光素子を提供する。
本発明の一態様によれば、窒化物系半導体からなる第１導電型の第１半導体層と、窒化物系半導体からなる第２導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、前記第２半導体層の前記発光層とは反対側に設けられ、銀または銀合金を含む第１金属層と、前記第１金属層の前記第２半導体層とは反対側に設けられ、白金、パラジウム、ロジウムの少なくともいずれかの元素を含む第２金属層と、を有する電極と、前記第１半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられた対向電極と、を備え、前記第１金属層と前記第２半導体層との界面を含む領域における前記元素の濃度は、前記第１金属層のうちの前記界面から離れた領域における前記元素の濃度よりも高く、前記第１金属層における銀の平均粒径は、０．３マイクロメートル以下であり、前記第２半導体層は、前記第２半導体層の前記電極の側の表面の前記対向電極に対向する領域に設けられた低電気特性部を有し、前記低電気特性部は、前記表面の前記対向電極と対向しない領域よりも、前記第２半導体層と前記電極との間におけるコンタクト抵抗が高い、及び、オーミック特性が低い、の少なくともいずれかであることを特徴とする半導体発光素子が提供される。
本発明によれば、高輝度、高効率、高信頼性を高度に同時に満足する半導体発光素子が提供される。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ｂ）は模式的平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）〜（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線断面の一部を拡大して示しており、半導体発光素子１１０の要部の３種類の状態を例示している。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ｂ）は模式的平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）〜（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線断面の一部を拡大して示しており、半導体発光素子１１０の要部の３種類の状態を例示している。
図１に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、積層構造体１０ｓと、電極ＥＬと、を備える。
積層構造体１０ｓは、窒化物系半導体からなる第１導電型の第１半導体層１０と、窒化物系半導体からなる第２導電型の第２半導体層２０と、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられた発光層３０と、を有する。
第１導電型は、例えばｎ型である。第２導電型は、例えばｐ型である。ただし、第１導電型がｐ型で、第２導電型がｎ型でも良い。以下では、第１導電型がｎ型で、第２導電型がｐ型である場合として説明する。
電極ＥＬは、第１金属層５１と、第２金属層５２と、を有する。
第１金属層５１は、第２半導体層２０の発光層３０とは反対側に設けられ、銀（Ａｇ）または銀合金を含む。
第２金属層５２は、第１金属層５１の第２半導体層２０とは反対側に設けられ、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）の少なくともいずれかの元素を含む。ここで、本願明細書において、上記の「金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）の少なくともいずれかの元素」を、単に「貴金属元素」ということにする。
第１金属層５１は、第２半導体層２０の発光層３０とは反対側に設けられ、銀（Ａｇ）または銀合金を含む。
第２金属層５２は、第１金属層５１の第２半導体層２０とは反対側に設けられ、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）の少なくともいずれかの元素を含む。ここで、本願明細書において、上記の「金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）の少なくともいずれかの元素」を、単に「貴金属元素」ということにする。
電極ＥＬは、積層された第１金属層５１と第２金属層５２とを有す。第１金属層５１と第２金属層５２とは互いに接触している。第１金属層５１は、第２半導体層２０に接触している。
第１金属層５１は、例えばＡｇ層であり、その厚さは例えば２００ｎｍ（ナノメートル）である。第２金属層５２は、例えばＰｔ層（白金層）であり、その厚さは２ｎｍである。
そして、上記のＡｇ層とＰｔ層とは、例えば、連続して形成され、例えば酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において、３８０℃で１分間のシンター処理（熱処理）することで形成される。
そして、上記のＡｇ層とＰｔ層とは、例えば、連続して形成され、例えば酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において、３８０℃で１分間のシンター処理（熱処理）することで形成される。
図２（ａ）に表したように、第１金属層５１と第２半導体層２０との界面２５を含む界面領域ＩＦＲにおける、貴金属元素の濃度は、第１金属層５１のうちの界面２５から離れた第１金属内部領域５１ｃよりも高い。ここで、第１金属内部領域５１ｃは、第１金属層５１の界面２５と離れた領域であり、第１金属層５１の第２金属層５２の側の界面近傍の領域までを含む。
図２（ｂ）に表したように、第２半導体層２０は、第２半導体層２０と第１金属層５１との界面２５に接して設けられ、銀（Ａｇ）を含む界面層ＩＦＬを含む。特に、界面層ＩＦＬに含まれる結晶欠陥２９に銀が含まれ、界面２５に第２半導体層２０と銀との化合物層が形成されている。
このような構成により、銀または銀合金を含む第１金属層５１の反射性を高く維持し、オーミック特性やコンタクト抵抗などの電気特性が良好で、銀のマイグレーションや化学反応を抑制し安定性が高く、密着性を向上できる。これにより、高輝度、高効率、高信頼性を高度に同時に満足する半導体発光素子が提供できる。
発明者は、第２半導体層２０の上に、電極ＥＬとして、銀または銀合金を含む第１金属層５１を設け、その上に、貴金属元素を含む第２金属層５２を設けた構造において、各種の条件のシンター処理を行う実験の結果、上記のように、第２金属層５２に含まれる貴金属元素が、第１金属層５１の下側である第２半導体層２０と第１金属層５１との界面２５を含む界面領域ＩＦＲに局在するときに、上記のような良好な特性が発揮されることを見出した。
界面領域ＩＦＲに局在する貴金属元素は、第２金属層５２から第１金属層５１の内部を介して界面領域ＩＦＲに移動したと推測される。もし、この現象が、通常の拡散現象であれば、第１金属層５１においては、第２金属層５２に近い領域で貴金属元素の濃度が高く、第２金属層５２から離れた領域では基金属元素の濃度が低くなると考えられるが、後述する実験結果によれば、第１金属層５１において、第２金属層５２に近い領域では貴金属元素が検出されず、第２金属層５２から離れた界面領域ＩＦＲにおいて貴金属元素が検出される条件が見出され、このときに良好な特性が得られた。
そして、この条件のときに、界面２５に接した部分の第２半導体層２０において、Ａｇを含む界面層ＩＦＬが形成されることを見出した。
本発明は、上記の新たに見出された知見に基づいてなされたものである。上記の実験結果については詳しく後述する。
以下では、半導体発光素子１１０の構成の具体例、及び、その製造方法の例について説明する。
図１に例示したように、第１半導体層１０に接して第１電極４０が設けられ、第２半導体層２０に接して第２電極５０が設けられる。
図１に例示したように、第１半導体層１０に接して第１電極４０が設けられ、第２半導体層２０に接して第２電極５０が設けられる。
そして、本具体例では、第２電極５０が、上記の第１金属層５１と、上記の第２金属層５２と、を有する。すなわち、第２電極５０が、上記の電極ＥＬとなる。
第２半導体層２０は、後述する複数の層を有することができ、複数の層のうちの発光層３０とは反対側に配置される層（後述のコンタクト層）が、第２電極５０（具体的には第１金属層５１）と接している。
本具体例では、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａの側の第２半導体層２０及び発光層３０の一部が、例えばエッチングにより除去された領域において、第１半導体層１０が露出され、その領域の第１半導体層１０の上に、第１電極４０が設けられる。そして、第１主面１０ａの第２半導体層２０の上に第２電極５０が設けられる。
さらに、本具体例では、第１半導体層１０の発光層３０とは反対の側に基板５が設けられる。すなわち、例えば、サファイアからなる基板５の上に、単結晶ＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）を設け、その上に、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０がこの順に積層され、積層構造体１０ｓが形成される。
例えば、第１半導体層１０、発光層３０、及び、第２半導体層２０のそれぞれに含まれる層として、窒化物系半導体を用いることができる。
具体的には、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０には、例えば、ＡｌｘＧ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。第１半導体層１０、発光層３０、及び、第２半導体層２０の形成方法は、任意であり、例えば、有機金属気相成長法及び分子線エピタキシャル成長法等の方法を用いることができる。
以下、積層構造体１０ｓの形成方法の例について説明する。
まず、基板５の上に、バッファ層として、高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層(例えば、炭素濃度が３×１０１８ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３で、厚さが３ｎｍ〜２０ｎｍ）、高純度の第２ＡｌＮバッファ層(例えば、炭素濃度が１×１０１６ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３で、厚さが２μｍ（マイクロメートル））、及び、ノンドープＧａＮバッファ層（例えば厚さが３μｍ）が、この順で順次形成される。上記の第１ＡｌＮバッファ層、及び、第２ＡｌＮバッファ層は、単結晶の窒化アルミニウム層である。
まず、基板５の上に、バッファ層として、高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層(例えば、炭素濃度が３×１０１８ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３で、厚さが３ｎｍ〜２０ｎｍ）、高純度の第２ＡｌＮバッファ層(例えば、炭素濃度が１×１０１６ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３で、厚さが２μｍ（マイクロメートル））、及び、ノンドープＧａＮバッファ層（例えば厚さが３μｍ）が、この順で順次形成される。上記の第１ＡｌＮバッファ層、及び、第２ＡｌＮバッファ層は、単結晶の窒化アルミニウム層である。
その上に、第１半導体層１０として、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層(例えば、Ｓｉ濃度が１×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３で、厚さが４μｍ）、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層（例えば、Ｓｉ濃度が５×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３で、厚さが０．２μｍ）、及び、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層（例えば、Ｓｉ濃度が１×１０１８ｃｍ−３で、厚さが０．０２μｍ）が、この順番で順次形成される。
その上に、発光層３０として、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層と、ＧａＩｎＮ井戸層と、が交互に３周期積層され、さらに、多重量子井戸の最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層がさらに積層される。Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層においては、例えばＳｉ濃度が１．１×１０１９ｃｍ−３〜１．５×１０１９ｃｍ−３とされる。最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層の厚さは、例えば０．０７５μｍである。この後、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎ層（例えば、Ｓｉ濃度が０．８×１０１９ｃｍ−３〜１．０×１０１９ｃｍ−３で、厚さがを０．０１μｍ）を形成する。なお、発光層３０における発光光の波長は、例えば３７０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である。さらに具体的には、例えば３７０ｎｍ以上、３８５ｎｍ以下である。
さらに、第２半導体層２０として、ノンドープＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎスペーサ層（例えば厚さが０．０２μｍ）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ｎクラッド層(例えば、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３で、厚さが０．０２μｍ）、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層(例えば、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３で、厚さが０．１μｍ）、及び、高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層(例えば、Ｍｇ濃度が５×１０１９ｃｍ−３〜９×１０１９ｃｍ−３で厚さが０．０２μｍ）が、この順で順次形成される。
なお、上記の組成、組成比、不純物の種類、不純物濃度及び厚さは一例であり、種々の変形が可能である。
なお、上記の組成、組成比、不純物の種類、不純物濃度及び厚さは一例であり、種々の変形が可能である。
なお、高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度を１０２０ｃｍ−３台と高めに設定することで、第２電極５０とのオーミック特性を向上させることができる。ただし、半導体発光ダイオードの場合、半導体レーザダイオードとは異なり、高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層と発光層３０との距離が近いため、Ｍｇ拡散による特性の劣化が懸念される。そこで、第２電極５０と高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層との接触面積が広く、動作時の電流密度が低いことを利用して、電気特性を大きく損ねることなく高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度を１×１０１９ｃｍ−３台に抑えることで、Ｍｇの拡散を防ぐことができ、発光特性を改善させることができる。
また、第２電極５０として、上記の第１金属層５１及び第２金属層５２を用いることで、高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度を１×１０１９ｃｍ−３台に抑えても良好なオーミック特性を得ることが可能となる。
また、第２電極５０として、上記の第１金属層５１及び第２金属層５２を用いることで、高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度を１×１０１９ｃｍ−３台に抑えても良好なオーミック特性を得ることが可能となる。
第１ＡｌＮバッファ層は、基板５との結晶型の差異を緩和する働きをし、特に螺旋転位を低減する。
第２ＡｌＮバッファ層は、その表面が原子レベルで平坦化する。これにより、この上に成長するノンドープＧａＮバッファ層の結晶欠陥が低減される。そのためには、第２ＡｌＮバッファ層の膜厚は、１μｍよりも厚いことが好ましい。また、歪みによるそり防止のためには、第２ＡｌＮバッファ層の厚みが４μｍ以下であることが好ましい。第２ＡｌＮバッファ層に用いられる材料は、ＡｌＮに限定されず、ＡｌxＧａ１−ｘＮ(０．８≦ｘ≦１）でも良く、これにより、ウェーハのそりを補償することができる。
ノンドープＧａＮバッファ層は、第２ＡｌＮバッファ層上で３次元島状成長をすることにより、結晶欠陥低減の役割を果たす。ノンドープＧａＮバッファ層の平均膜厚が２μｍ以上になると、ノンドープＧａＮバッファ層の成長表面が平坦化される。再現性とそり低減の観点から、ノンドープＧａＮバッファ層の厚さは、４μｍ〜１０μｍが適切である。
これらのバッファ層を採用することで、低温成長のＡｌＮバッファ層と比較して結晶欠陥を約１／１０に低減することができる。この技術によって、ｎ型ＧａＮコンタクト層（例えば、上記のＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層）への高濃度Ｓｉドーピングや、紫外帯域発光でありながらも高効率な半導体発光素子を作ることができる。また、バッファ層における結晶欠陥を低減することにより、バッファ層での光の吸収も抑制できる。
サファイアからなる基板５と、その上に形成される積層構造体１０ｓと、の間の結晶型の差異を緩和するために、バッファ層として、非晶質または多結晶の窒化アルミニウム層を設けた場合には、バッファ層自体が光の吸収体となるため、発光素子としての光の取り出し効率が低下してしまう。これに対して、サファイアからなる基板５上に、単結晶窒化アルミニウム層である上記の第１ＡｌＮバッファ層及び第２ＡｌＮバッファ層を介して、積層構造体１０ｓが形成されることにより、結晶欠陥を大幅に減らして、結晶内における吸収体を大幅に減らすことができる。
このように、半導体発光素子１１０は、発光層３０の第２半導体層２０とは反対側（第１主面１０ａに対向する第２主面１０ｂの側）に設けられ、サファイアからなる基板５をさらに有することができる。そして、発光層３０及び第２半導体層２０（積層構造体１０ｓ）は、単結晶の窒化アルミニウム層（例えば、上記の第１ＡｌＮバッファ層及び第２ＡｌＮバッファ層）を介して、上記の基板５の上に形成されることが好ましい。なお、基板５、及び、上記のバッファ層の少なくとも一部は、取り除かれても良い。
また、上記の窒化アルミニウム層は、基板５の側に設けられ、基板５とは反対の側よりも炭素の濃度が相対的に高い部分を有することが好ましい。すなわち、基板５の側に上記の第１ＡｌＮバッファ層が設けられ、基板５とは反対の側に上記第２ＡｌＮバッファ層が設けられることが好ましい。
次に、上記の積層構造体１０ｓへの第１電極４０及び第２電極５０の形成の例について説明する。
まず、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａの一部の領域において、ｎ型コンタクト層（例えば上記のＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層）が表面に露出するように、例えばマスクを用いたドライエッチングによって、第２半導体層２０及び発光層３０の一部を除去する。
まず、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａの一部の領域において、ｎ型コンタクト層（例えば上記のＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層）が表面に露出するように、例えばマスクを用いたドライエッチングによって、第２半導体層２０及び発光層３０の一部を除去する。
次に、パターニングされたリフトオフ用レジストを、露出したｎ型コンタクト層上に形成し、真空蒸着装置を用いて、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ積層膜を形成し、第１電極４０を形成する。Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ積層膜の厚さは、例えば３００ｎｍとされる。そして、６５０℃の窒素雰囲気でシンター処理を行う。
次に、第２電極５０を形成するために、パターニングされたリフトオフ用レジストをｐ型コンタクト層（例えば上記の高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層）の上に形成する。そして、真空蒸着装置を用いて、例えば、第１金属層５１となるＡｇ層を２００ｎｍの厚さで形成し、引き続き、第２金属層５２となるＰｔ層を２ｎｍの厚さで形成する。そして、上記のリフトオフ用レジストをリフトオフした後に、酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において３８０℃で１分間のシンター処理を行う。
なお、Ａｇ層を形成する前のｐ型コンタクト層上にわずかな水分やイオン化合物が付着していると、Ａｇ層のマイグレーションやグレイン化が促進され、最適な条件からずれるので、第１金属層５１となるＡｇ層を形成する前に、ｐ型コンタクト層の表面を十分乾燥させる。
そして、第１電極４０と第２電極５０とを覆うように、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜を、厚さ５００ｎｍで形成する。
次いで、劈開またはダイヤモンドブレード等により積層構造体１０ｓを切断し、個別の素子とし、半導体発光素子１１０が得られる。
上記のように、第２電極５０は、第２半導体層２０上に、第１金属層５１となる厚さが２００ｎｍのＡｇ層と、第２金属層５２となる厚さが２ｎｍのＰｔ層と、が連続して形成され、酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において、３８０℃で１分間のシンター処理することで形成される。
このようにして形成された第２電極５０は、良好な密着性を有し、さらに、オーミック特性が良好で、コンタクト抵抗が低く、良好な電気特性を有する。
そして、第２電極５０は、シンター温度が例えば３８０℃程度の比較的低温で形成できることから、第１金属層５１のＡｇ層におけるグレイン成長を抑制することができる。これにより、シンター処理前のＡｇ層とほぼ同じ程度の良好な反射特性を示す。
このように、反射率、電気特性、密着性を高度に同時に満足する第２電極５０を得ることができ、高輝度、高効率、高信頼性を高度に同時に満足する半導体発光素子が提供できる。
このように、反射率、電気特性、密着性を高度に同時に満足する第２電極５０を得ることができ、高輝度、高効率、高信頼性を高度に同時に満足する半導体発光素子が提供できる。
（比較例）
比較例の半導体発光素子１１９（図示せず）は、第２電極５０として、Ａｇの単層膜が用いられる。すなわち、第２電極５０として、半導体発光素子１１０における第１金属層５１だけが設けられ、第２金属層５２が設けられない。これ以外の構成は、半導体発光素子１１０と同様なので説明を省略する。
比較例の半導体発光素子１１９（図示せず）は、第２電極５０として、Ａｇの単層膜が用いられる。すなわち、第２電極５０として、半導体発光素子１１０における第１金属層５１だけが設けられ、第２金属層５２が設けられない。これ以外の構成は、半導体発光素子１１０と同様なので説明を省略する。
半導体発光素子１１９に製造においては、第２電極５０の形成に際し、パターニングされたリフトオフ用レジストをｐ型コンタクト層（高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層）上に形成し、真空蒸着装置を用いて、例えば、第２電極５０となるＡｇ層を２００ｎｍの膜厚で形成し、上記のリフトオフ用レジストをリフトオフした後に、窒素雰囲気において、３８０℃の温度でシンター処理を行う。これ以外は、半導体発光素子１１０と同様である。
比較例の半導体発光素子１１９においては、シンター処理後のＡｇは、シンター処理前に比べて、グレインサイズの平均値が５倍以上大きくなり、密着性も非常に悪い状態である。
これに対して、本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、第２半導体層２０上に、第１金属層５１（Ａｇ層）と、第２金属層５２（Ｐｔ層）との積層構造が設けられ、酸素を含む雰囲気において３８０℃のシンター処理されることで、界面領域ＩＦＲにおける貴金属濃度を第１金属内部領域５１ｃよりも高め、また、第２半導体層２０の界面２５側にＡｇを含む界面層ＩＦＬを設けることができる。そして、Ａｇを含む第１金属層５１の反射性を高く維持し、電気特性が良好で、銀のマイグレーションや化学反応を抑制し安定性が高く、密着性を向上できる。
そして、第２金属層５２は、界面２５に局在する貴金属元素Ｐｔを供給することと同時に、第１金属層５１に含まれるＡｇのマイグレーションを抑制し、Ａｇのグレインの成長を抑制し、さらに、Ａｇ層を保護する。これらの効果により、半導体発光素子の高輝度化高効率化、長寿命化を図ると同時に、工程への制約がなくなることから、特性の最大化やコスト削減が可能となる。
本実施形態に係る半導体発光素子１１０において、密着性及び電気特性が改善したのは、第２電極５０と第２半導体層２０との界面２５に、第２金属層５２に含まれるＰｔが極微量で局在したこと、及び／または、酸素を含む雰囲気でのシンター処理により第１金属層５１に含まれるＡｇが第２半導体層２０へ、クラックや転移などの結晶欠陥２９を介して拡散したこと、及び／または、酸素を含む雰囲気でのシンター処理により第１金属層５１に含まれるＡｇと第２半導体層２０との化合物層が形成されたこと、が主な原因と考えられる。第２電極５０と第２半導体層２０との界面２５にＰｔが局在する状態は、例えば、界面２５にＰｔが析出することで生成されると考えられる。
第２半導体層２０の処理条件、第１金属層５１及び第２金属層５２の厚さ、並びに、シンター処理条件などを適切に設定することで、図２（ａ）に例示した、界面領域ＩＦＲにおける、貴金属元素の濃度が第１金属内部領域５１ｃよりも高い構成が形成できる。この構成においては、例えば、第１金属内部領域５１ｃは、第２金属層５２に含まれる貴金属元素を実質的に含まない。すなわち、第１金属層５１は、第２金属層５２に含まれる貴金属元素を実質的に含まない。この場合、第１金属層５１（例えば第１金属内部領域５１ｃ）に含まれる貴金属元素の量は、検出限界以下である。
例えば、上記のようにして作製された半導体発光素子１１０において、各領域に存在するＡｇを、ＴＥＭ−ＥＤＸ分析によって調べたところ以下の結果であった。すなわち、図２（ａ）に例示した第２金属層５２中に対応する第１測定点Ｍ１では、Ｐｔが検出された。そして、第１金属層５１の第２金属層５２側の領域に対応する第２測定点Ｍ２、及び、第１金属層５１の厚さ方向のほぼ中央領域に対応する第３測定点Ｍ３においては、Ｐｔが検出されず、Ｐｔの濃度は検出限界以下であった。第２測定点Ｍ２及び第２測定点Ｍ３が、第１金属内部領域５１ｃに対応する測定点である。そして、界面２５を含む界面領域ＩＦＲに対応する第４測定点Ｍ４においては、Ｐｔが検出された。すなわち、界面領域ＩＦＲにおける、貴金属元素の濃度は、第１金属内部領域５１ｃよりも高い。
Ｐｔは仕事関数が高く、第２半導体層２０に対してオーミック特性などの電気特性が良好で、Ｐｔの第２半導体層２０に対する密着性は、Ａｇよりも高い。しかしながら、Ｐｔは、Ａｇよりも反射特性が低いため、第２半導体層２０に接して、ある厚さを有する層状態のＰｔ層を設けると、反射率が低下してしまう。
本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、第２半導体層２０に接して一定の層状態のＰｔ層を設けるのではなく、第２半導体層２０と第１金属層５１との間の界面２５含む界面領域ＩＦＲにＰｔを僅かな量で局在させることで、第２半導体層２０と第２電極５０との間において、電気特性が良好で、密着性が高く、反射特性が高い接合が実現できる。
例えば、適切な処理条件を用いることによって、第２金属層５２に含まれる貴金属元素を、界面２５を含む界面領域ＩＦＲに析出させ、界面領域ＩＦＲにＰｔを僅かな量で局在させることができる。
また、酸素を含む雰囲気でシンター処理することで、Ａｇは、例えば第２半導体層２０に含まれる結晶欠陥２９を介して、第２半導体層２０に拡散し易くなり、図２（ｂ）に例示した、例えば第２半導体層２０の界面２５の側の領域にＡｇを含む界面層ＩＦＬが設けられる。また、酸素を含む雰囲気でシンター処理することで、Ａｇは第２半導体層２０と化合物を作り易くなり、図２（ｂ）に例示した、例えば第２半導体層２０の界面２５の側の領域にＡｇを含む界面層ＩＦＬが設けられる。この界面層ＩＦＬに拡散または化合物化したＡｇが、電気特性及び密着性を改善していると考えられる。
なお、Ａｇを含む界面層ＩＦＬの存在、すなわち、第２半導体層２０において、界面２５の近傍領域にＡｇが局在していることは、例えば、断面ＴＥＭ−ＥＤＸなどで、第２半導体層２０の界面層ＩＦＬ付近（結晶欠陥２９を含む領域）に含まれるＡｇの量と、第２半導体層２０のそれ以外の領域に含まれるＡｇの量を検出することで調べることができる。また、界面２５の近傍領域を、例えば、断面ＴＥＭによって観察することで、第２半導体層２０及び第１金属層５１の格子像と、界面２５に存在する第２半導体層２０とＡｇとの化合物層の格子像を観察することで調べることができる。
上記の構成を得るシンター処理方法に関して説明する。
既に説明したように本実施形態に係る半導体発光素子１１０の作製においては、第２半導体層２０の上に、電極ＥＬ（本具体例では、第２電極５０）となる導電層を形成した後に、酸素を含有する雰囲気におけるシンター処理（熱処理）が、比較的低温（例えば３８０℃）で行われる。これにより、第２半導体層２０と電極ＥＬとの界面において、密着性と電気特性と反射特性を同時に高めることができる。
既に説明したように本実施形態に係る半導体発光素子１１０の作製においては、第２半導体層２０の上に、電極ＥＬ（本具体例では、第２電極５０）となる導電層を形成した後に、酸素を含有する雰囲気におけるシンター処理（熱処理）が、比較的低温（例えば３８０℃）で行われる。これにより、第２半導体層２０と電極ＥＬとの界面において、密着性と電気特性と反射特性を同時に高めることができる。
これに対し、シンター処理を行わない比較例の場合には、反射特性は比較的高いが、電気的特性が低く、密着性が著しく低い。
また、例えば、酸素を含有する雰囲気において、５６０℃程度の高温のシンター処理を行った場合には、密着性は良好だが、電気的特性が低くなり、反射特性が著しく劣化する。発明者による種々の実験結果から、第１金属層５１におけるグレインサイズが大きくなると反射特性が低下することが明らかとなっている。高温でのシンター処理により、銀のマイグレーションが促進され、グレインサイズが大きくなることによって、反射特性が著しく低下すると考えられる。
また、例えば、酸素を含有する雰囲気において、５６０℃程度の高温のシンター処理を行った場合には、密着性は良好だが、電気的特性が低くなり、反射特性が著しく劣化する。発明者による種々の実験結果から、第１金属層５１におけるグレインサイズが大きくなると反射特性が低下することが明らかとなっている。高温でのシンター処理により、銀のマイグレーションが促進され、グレインサイズが大きくなることによって、反射特性が著しく低下すると考えられる。
また、例えば、窒素を含有する雰囲気での低温（例えば３８０℃）のシンター処理では、反射特性は良好だが、電気特性が十分良化せず、密着性は著しく低い。
また、例えば、窒素雰囲気での高温（例えば５６０℃）のシンター処理では、密着性と電気特性は良好だが、反射特性は低い。
このように、本実施形態において採用される、酸素を含有する雰囲気における比較的低温（例えば３８０℃）のシンター処理によって、密着性と電気特性と反射特性とを同時に高めることができる。
また、例えば、窒素雰囲気での高温（例えば５６０℃）のシンター処理では、密着性と電気特性は良好だが、反射特性は低い。
このように、本実施形態において採用される、酸素を含有する雰囲気における比較的低温（例えば３８０℃）のシンター処理によって、密着性と電気特性と反射特性とを同時に高めることができる。
なお、特許文献１に記載されている、ｐ型半導体層の上にＡｇ層を形成した後に３８０℃の窒素雰囲気で１分間のシンター処理を行った後、その上にＰｔ／Ａｕ層を形成して、ｐ側電極を得る方法の場合、本実施形態の半導体発光素子１１０と比較すると、反射特性、電気特性及び密着性の総合的な性能として半導体発光素子１１０の方がさらに優れる。なお、この比較例において、貴金属元素であるＰｔやＡｕは、Ａｇ層とｐ型半導体層との界面には検出されない。また、ｐ型半導体層の界面側の領域においてＡｇは検出されない。
実験により、酸素を含有する雰囲気におけるシンター処理後の特性は、窒素雰囲気でのシンター処理後の特性よりも、第２半導体層２０の結晶品質に対して敏感に変化することが分かった。第２半導体層２０の結晶品質が低い場合は、第２電極５０の形成工程などの負荷により、結晶性が低い領域で結晶欠陥２９が増幅され、Ａｇがさらに拡散していき、結晶品質を悪くしていくと考えられる。それを繰り返すことで、加速度的に結晶品質が低下し、発光効率の低下を招く。このため、酸素シンター処理によってＡｇを第２半導体層２０に拡散、及び／または化合物化させつつ、結晶品質の劣化を抑えるには、上記の単結晶ＡｌＮバッファ層（例えば、上記の第１ＡｌＮバッファ層及び第２ＡｌＮバッファ層）を用いて形成した高品質な第２半導体層２０を用いることが好ましい。
第２半導体層２０の処理条件、第１金属層５１及び第２金属層５２の厚さ、並びに、シンター条件などを適切に設定することで、界面領域ＩＦＲに局在するＰｔは、第２半導体層２０の表面の結晶欠陥２９を塞ぎ、Ａｇの過剰な拡散による特性の劣化を抑えると考えられる。
例えば、青色半導体発光素子では、Ａｇのマイグレーションによる結晶へのダメージが起因する問題は顕在化しない。しかし、４００ｎｍ以下の近紫外半導体発光素子においては、その特性が結晶品質に敏感であり、Ａｇのマイグレーションによる結晶へのダメージが無視できない。Ａｇの単層では、３８０℃以下の低温でもグレインサイズが熱処理前よりも３倍〜５倍以上大きくなるが、第１金属層５１のＡｇ層の表面を、第２金属層５２のＰｔで覆うことで、４７０℃程度の比較的高温でも熱処理前とほぼ同じグレインサイズを維持することができる。
これらの効果により、半導体発光素子１１０においては、高輝度化、高効率化、長寿命化と同時に、工程への制約が緩和されることから、特性の最大化及びコストの削減が可能となる。
また、詳しく分析した結果、図２（ｃ）に表したように、半導体発光素子１１０においては、第１金属層５１の界面２５の側に、発光層３０の発光波長以下の幅の空隙５１ｖが形成されていることが判明した。なお、図２（ｃ）においては、分かり易いように、空隙５１ｖを拡大して示している。
シンター処理により、第１金属層５１（Ａｇ層）の高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層の側の領域において、わずかにマイグレーションが起こり、空隙５１ｖが形成されるが、第２金属層５２に含まれるＰｔが、界面２５に（特に、界面近傍の空隙５１ｖ中に）析出することで、界面２５におけるマイグレーションを効果的に抑制することができる。
これにより、界面２５に空隙５１ｖを形成しつつ、マイグレーションによる空隙５１ｖの過度な成長や変形を抑制し、空隙５１ｖを安定化させることができる。空隙５１ｖの発生の有無や、空隙５１ｖの幅、空隙５１ｖの密度は、シンター処理における温度、時間、酸素濃度、並びに、第１金属層５１及び第２金属層５２の厚さによって制御することができる。
なお、第１金属層５１の界面２５の側に形成される空隙５１ｖは、第１金属層５１の第２金属層５２の側の面にまで到達し、第１金属層５１を貫通しても良い。
この空隙５１ｖによって、発光層３０で発生した光の光路を変えることができ、屈折率差のある各種の界面における全反射による光閉じ込め効果を抑制し、光取り出し効率を高めることができる。
すなわち、発光層３０から第２電極５０に向かって進行する光のうち、空隙５１ｖ以外の部分に入射した光は、幾何光学に従って鏡面反射する。一方、空隙５１ｖに入射した光は、空隙５１ｖの幅が発光波長より小さいため、散乱や回折等の波動光学で説明される挙動を示す。その結果、空隙５１ｖにおいては、鏡面反射ではなく、入射角度とは異なる様々な角度を含む拡散反射の現象が生じる。これにより、屈折率差のある各種の界面（例えば第１半導体層１０と基板５との界面など）に対する入射角度が浅く、半導体発光素子の内部に閉じ込められていた一部の光の入射角度を変えることができ、効果的に光を外に取り出すことができる。これにより、光取り出し効率の高い半導体発光素子が提供できる。なお、一般的には、空隙５１ｖの幅が発光波長と比べて小さくなるほど、光の波動性が高まり、散乱反射する光の成分が増加する。その結果として、光取り出し効率が向上する。
空隙５１ｖによる光取り出し効率向上の効果を最大化するためには、シンター処理の条件の最適化と共に、その条件に適合するように、積層構造体１０ｓの構成を適正化することが好ましい。
すなわち、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０の特性は、上記のシンター処理の条件の変動に対して敏感に変化することが、実験結果から分かった。例えば、シンター処理の条件によっては、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０の内部量子効率が低下する。第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０のそれぞれにおける厚さ、不純物濃度及び組成等を、シンター処理条件と同時に最適化することで、半導体発光素子の輝度、効率及び寿命がさらに向上できる。
すなわち、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０の特性は、上記のシンター処理の条件の変動に対して敏感に変化することが、実験結果から分かった。例えば、シンター処理の条件によっては、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０の内部量子効率が低下する。第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０のそれぞれにおける厚さ、不純物濃度及び組成等を、シンター処理条件と同時に最適化することで、半導体発光素子の輝度、効率及び寿命がさらに向上できる。
以下、シンター処理の条件を変えたときの各種の特性の変化に関する実験結果について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、シンター処理の際の雰囲気の酸素濃度を変えて半導体発光素子を作製し、第２半導体層２０と第２電極５０との間のコンタクト抵抗を測定した結果を表している。横軸はシンター処理時の酸素濃度Ｃｓｏであり、縦軸はコンタクト抵抗Ｒｃである。酸素濃度Ｃｓｏとは、ガス全体に占める酸素の比率であり、例えば、酸素と窒素とが８対２の比率である場合は、８０％とされる。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、シンター処理の際の雰囲気の酸素濃度を変えて半導体発光素子を作製し、第２半導体層２０と第２電極５０との間のコンタクト抵抗を測定した結果を表している。横軸はシンター処理時の酸素濃度Ｃｓｏであり、縦軸はコンタクト抵抗Ｒｃである。酸素濃度Ｃｓｏとは、ガス全体に占める酸素の比率であり、例えば、酸素と窒素とが８対２の比率である場合は、８０％とされる。
図３に表したように、酸素濃度Ｃｓｏが８０％よりも低下すると、徐々にコンタクト抵抗Ｒｃが増大する。酸素濃度Ｃｓｏが２０％から０％（窒素雰囲気）に低下すると、コンタクトは２倍に増加する。
また、酸素濃度Ｃｓｏが、８０％から２０％の範囲の酸素濃度Ｃｓｏでは、ショットキー性が実質的に観測されなかったが、酸素濃度Ｃｓｏが０％（窒素雰囲気）の場合は、若干ながらショットキー性が観測された。
このように、酸素濃度Ｃｓｏは、コンタクト抵抗Ｒｃの低減やオーミック特性に対して大きな影響を及ぼし、酸素濃度Ｃｓｏは、２０％以上１００％以下であることが好ましい。これにより、コンタクト抵抗Ｒｃが低減でき、良好なオーミック特性が得られる。酸素濃度Ｃｓｏが２０％よりも低い場合は、コンタクト抵抗Ｒｃが増大し、電気特性にシットキー性が現れる。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、シンター処理の際の温度を変えて半導体発光素子を作製し、第２電極５０の第１金属層５１に含まれるＡｇのグレインサイズを評価した結果を表している。横軸はシンター処理温度Ｔｓであり、縦軸はグレインサイズＤａである。なお、図中のシンター処理温度Ｔｓが２５℃のプロットは、シンター処理を施さない試料Ｎｓに対応している。
すなわち、同図は、シンター処理の際の温度を変えて半導体発光素子を作製し、第２電極５０の第１金属層５１に含まれるＡｇのグレインサイズを評価した結果を表している。横軸はシンター処理温度Ｔｓであり、縦軸はグレインサイズＤａである。なお、図中のシンター処理温度Ｔｓが２５℃のプロットは、シンター処理を施さない試料Ｎｓに対応している。
この実験においては、第２金属層５２としてＰｔを用いた半導体発光素子１１０の構成に加え、第２金属層５２としてＰｄを用いた半導体発光素子１１１の構成についても評価された。なお、半導体発光素子１１１は、第２金属層５２としてＰｄを用いた他は、半導体発光素子１１０と同じ構成を有する。
ここで言うグレインサイズＤａは、第１金属層５１及び第２金属層５２となる膜を成膜した後（シンター処理前）、または、成膜後に所定の温度でシンター処理を施した後に、第１金属層５１及び第２金属層５２の表面をＳＥＭ観察し、複数のグレインの大きさ（１つのグレインにおける最も長い径）を計測し、その値を平均した値である。すなわち、グレインサイズＤａは平均粒径である。貴金属元素の粒径（特に、ＰｔやＰｄの粒径）は、Ａｇのグレインサイズと比較すると十分小さいため、上記の方法で評価したグレインサイズは、実質的にＡｇのグレインサイズと考えて良い。
本実験では、シンター処理の際の酸素濃度Ｃｓｏは８０％とされた。
本実験では、シンター処理の際の酸素濃度Ｃｓｏは８０％とされた。
図４（ａ）に表したように、第２金属層５２としてＰｔを用いた半導体発光素子１１０においては、シンター処理温度Ｔｓが３３０℃、３８０℃及び４７０℃のときのグレインサイズＤａは、シンター処理を行わない試料Ｎｓとほぼ同じである。これに対し、シンター処理温度Ｔｓが５６０℃のときは、グレインサイズＤａは、シンター処理を行わない試料Ｎｓの６倍以上に増大する。
図４（ｂ）に表したように、第２金属層５２としてＰｄを用いた半導体発光素子１１１においても同様の傾向を示し、シンター処理温度Ｔｓが３３０℃及び３８０℃のときのグレインサイズＤａは、シンター処理を行わない試料ＮｓのグレインサイズＤａの２．５倍程度であるが、シンター処理温度Ｔｓが４７０℃及び５６０℃のときのグレインサイズＤａはシンター処理を行わない試料ＮｓのグレインサイズＤａの６倍以上に大きくなる。
一方、既に説明したように、第２電極５０としてＡｇ層だけを用いた比較例の半導体発光素子１１９おいては、シンター処理温度Ｔｓが３８０℃であり、このとき、グレインサイズＤａは、シンター処理を行わない試料の５倍程度に増大し、さらに、この構成においてシンター処理温度Ｔｓを４７０℃にすると、グレインサイズＤａは、シンター処理を行わない試料の６倍以上に大きくなる。
これらの実験結果から、第２電極５０として、Ａｇ層の第１金属層５１と、その上に連続的に形成され、ＰｔやＰｄを含む第２金属層５２と、の積層構造を用いることで、３８０℃〜４７０℃までの温度領域でもグレインサイズＤａが大きくなり難くなることが分かった。そして、３８０℃〜４７０℃までの温度領域では、グレインサイズＤａは、０．３μｍ以下であり、それ以上の領域では、グレインサイズＤａは０．６μｍ〜０．８μｍである。
さらに、この実験の試料の評価結果、及び、その他の実験結果から、グレインサイズが大きくなるにつれ、コンタクト抵抗Ｒｃが上昇する傾向を示すことが分かった。また、グレインサイズＤａが大きくなると反射特性が低下することが分かった。
図４（ａ）及び（ｂ）に例示したように、第２金属層５２がＰｔを含む場合は、シンター処理温度Ｔｓが５６０℃になると急激にグレインサイズＤａが増大し、また、第２金属層５２がＰｄを含む場合は、シンター処理温度Ｔｓが４７０℃になると急激にグレインサイズＤａが増大する。従って、グレインサイズＤａが急激に増大しない条件を採用することが好ましい。
すなわち、第１金属層５１におけるグレインサイズＤａ（平均粒径）が、０．３μｍ以下のときに、低いコンタクト抵抗Ｒｃが得られ、高い反射特性が得られる。
さらに、第２金属層がＰｔ及びＰｄのいずれの場合にも、シンター処理温度Ｔｓが３３０℃以上において、良好なオーミック特性が得られた。このように、酸素濃度Ｃｓｏが例えば８０％と、酸素濃度Ｃｓｏが比較的高い条件を用いたシンター処理においては、シンター処理温度Ｔｓが３３０℃程度の比較的低い温度でも良好なオーミック特性が得られる。
さらに、第２金属層がＰｔ及びＰｄのいずれの場合にも、シンター処理温度Ｔｓが３３０℃以上において、密着性は高い。
さらに、第２金属層がＰｔ及びＰｄのいずれの場合にも、シンター処理温度Ｔｓが３３０℃以上において、密着性は高い。
以上の結果から、第２金属層５２がＰｔを含む場合は、シンター処理温度Ｔｓは、５６０℃未満が好ましく、特に４７０℃以下が好ましい。また、第２金属層５２がＰｄを含む場合は、シンター処理温度Ｔｓは、４７０℃未満であることが好ましく、特に３８０℃以下が好ましい。
そして、このとき、シンター処理後のグレインサイズＤａは、シンター処理前（シンター処理を施さない場合）のグレインサイズの１倍〜３倍である。すなわち、シンター処理温度Ｔｓは、シンター処理前のグレインサイズＤａに対して、グレインサイズＤａが３倍よりも大きくなる温度よりも低い温度が好ましい。
そして、この条件においては、第１金属層５１におけるグレインサイズＤａ（平均粒径）は、０．３μｍ以下である。
上記の条件にときに、反射特性、コンタクト抵抗Ｒｃ、オーミック特性、及び、密着性の全ての点で良好は特性が得られる。
そして、このとき、シンター処理後のグレインサイズＤａは、シンター処理前（シンター処理を施さない場合）のグレインサイズの１倍〜３倍である。すなわち、シンター処理温度Ｔｓは、シンター処理前のグレインサイズＤａに対して、グレインサイズＤａが３倍よりも大きくなる温度よりも低い温度が好ましい。
そして、この条件においては、第１金属層５１におけるグレインサイズＤａ（平均粒径）は、０．３μｍ以下である。
上記の条件にときに、反射特性、コンタクト抵抗Ｒｃ、オーミック特性、及び、密着性の全ての点で良好は特性が得られる。
シンター処理温度Ｔｓは、第２電極５０（場合によっては、第１電極４０も含む）の形成後の各工程の最高温度や、半導体発光素子をサブマウントや放熱器などにマウントする際の温度よりも高いことが好ましい。例えば、第２金属層５２にＰｔを用いた半導体発光素子１１０をＡｕＳｎ半田でサブマウントにマウントする場合は、シンター処理温度Ｔｓは、ＡｕＳｎ半田の融点である２８０℃よりも高く、５６０℃よりも低いことが好ましい。例えば、第２金属層５２にＰｄを用いた半導体発光素子１１１を１５０℃程度の低温マウントで放熱器に固定する場合は、シンター処理温度は１５０℃よりも高く、４７０℃よりも低いことが好ましい。
本実施形態に係る半導体発光素子において、基板５に用いる材料は任意であり、基板５には、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの材料を用いることができる。
第１金属層５１は、少なくとも、Ａｇ、または、Ａｇを含む合金を含む。
Ａｇ及びＡｌ以外の金属の単層膜の可視光帯域に対する反射率は、４００ｎｍ以下の紫外域では波長が短くなるほど低下する傾向にあるが、Ａｇは３７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外帯域の光に対しても高い反射特性を有する。そのため、紫外発光の半導体発光素子で、第１金属層５１がＡｇ合金の場合、第１金属層５１の界面２５の側の領域におけるＡｇの成分比が高い方が好ましい。第１金属層５１の厚さは、光に対する反射率を確保するため、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
Ａｇ及びＡｌ以外の金属の単層膜の可視光帯域に対する反射率は、４００ｎｍ以下の紫外域では波長が短くなるほど低下する傾向にあるが、Ａｇは３７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外帯域の光に対しても高い反射特性を有する。そのため、紫外発光の半導体発光素子で、第１金属層５１がＡｇ合金の場合、第１金属層５１の界面２５の側の領域におけるＡｇの成分比が高い方が好ましい。第１金属層５１の厚さは、光に対する反射率を確保するため、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
ＡｇとＰｔは固溶関係にあり、シンター処理によってＡｇとの界面付近におけるＰｔがその界面付近の数ｎｍ以下の領域のＡｇと混ざることにより、Ａｇのマイグレーションを抑えることができると考えている。特にＰｄはＡｇと全固溶体であるため、第２金属層５２としてＰｄを用いることで、Ａｇのマイグレーションをより有効に抑えることができる。Ａｇを含む第１金属層５１と、ＰｔやＰｄ等の貴金属元素を含む第２金属層５２と、の組み合わせを第２電極５０に採用することで、高電流注入時においても高い信頼性を得ることができる。
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、本実施形態に係る半導体発光素子１２０の構成を例示しており、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線断面に相当する断面図である。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、本実施形態に係る半導体発光素子１２０の構成を例示しており、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線断面に相当する断面図である。
図５に表したように、半導体発光素子１２０においては、第１半導体層１０及び第２半導体層２０の第１主面１０ａの側の面の、第１電極４０及び第２電極５０の周縁領域に、誘電体膜６０が設けられている。さらに、第１電極４０の上に第１パッド層４５が設けられている。そして、第２電極５０の上には拡散防止層５３が設けられ、その上に第２パッド層５５が設けられている。
このような構成を有する半導体発光素子１２０は、例えば以下のようにして作製される。
半導体発光素子１１０と同様にして積層構造体１０ｓを形成した後、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａの一部の領域において、ｎ型コンタクト層（例えば上記のＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層）が表面に露出するように、第２半導体層２０及び発光層３０の一部を除去する。
半導体発光素子１１０と同様にして積層構造体１０ｓを形成した後、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａの一部の領域において、ｎ型コンタクト層（例えば上記のＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層）が表面に露出するように、第２半導体層２０及び発光層３０の一部を除去する。
次に、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａに、熱ＣＶＤ装置を用いて誘電体膜６０となるＳｉＯ２膜を、４００ｎｍの厚さで形成する。
次に、第１電極４０を形成するために、パターニングされたリフトオフ用レジストをｎ型コンタクト層の上に形成し、露出したｎ型コンタクト層上の上記のＳｉＯ２膜の一部をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いて、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ積層膜を、例えば３００ｎｍの厚さで形成し、リフトオフ後に、６５０℃の窒素雰囲気でシンター処理を行う。
次に、第２電極５０を形成するために、第１電極４０と同様に、パターニングされたリフトオフ用レジストをｐ型コンタクト層（例えば上記の高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層）の上に形成し、フッ化アンモン処理でｐ型コンタクト層を露出させる。その際、第２電極５０と、誘電体膜６０となるＳｉＯ２膜と、の間に、ｐ型コンタクト層が露出するように、フッ化アンモンの処理時間を調整する。具体的な例として、エッチングレートが４００ｎｍ／分の場合、第２電極５０を形成する領域のＳｉＯ２膜を取り除くための時間と、上記領域に近接するｐ型コンタクト層を１μｍの幅で露出させるオーバーエッチングの時間と、の合計は、３分程度となる。
ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いて、例えば、Ａｇ層を２００ｎｍの厚さで形成し、その形成と連続して、Ｐｔ層を２ｎｍの厚さで形成し、リフトオフ後に、酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において、３８０℃で、１分間のシンター処理を行う。
次に、拡散防止層５３として、第２電極５０の上に（覆うように）、リフトオフ法で、例えば、Ｐｔ膜とＷ膜との組み合わせの積層膜を５組形成する。拡散防止層５３の厚さは、例えば６００ｎｍである。
そして、第１パッド層４５及び第２パッド層５５として、それぞれ第１電極４０並びに第２電極４０及び拡散防止層５３を覆いつつ、誘電体膜６０の一部を覆うように、リフトオフ法で、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜を１０００ｎｍの厚さで形成する。
なお、上記のように、オーミックメタルである第２電極５０（第１金属層５１及び第２金属層５２）と、第１電極４０と、を形成する前に、誘電体膜６０を積層構造体１０ｓに形成することで、これらの電極形成工程において、電極と積層構造体１０ｓとの界面に付着するコンタミネーションを大幅に抑制できるため、信頼性や歩留まり、電気特性、光学特性を向上させることができる。
また、誘電体膜６０を形成した後に第２電極５０の酸素シンター処理を行うことで、熱ＣＶＤ装置で成膜したＳｉＯ２膜の酸素欠損を補填することができる。
誘電体膜６０として、熱ＣＶＤではなく、スパッタ法などによる酸素欠損の少ない良好な膜を採用すると、誘電体膜６０の残留応力によって半導体発光素子の特性が劣化する場合がある。特に、積層構造体１０ｓの結晶の品質が悪い場合はこの現象が顕著となる。従って、酸素欠損が多く、品質の多少劣る熱ＣＶＤ膜を形成して、その後から、酸素欠損を補填する方法の方が、半導体発光素子の特性が良好になり易い。
第２電極５０が拡散防止層５３及び第２パッド層５５によって覆われることで、第２電極５０が外気から隔離されるため、第２電極５０が水分やイオン不純物に晒されに難くなり、第２電極５０のマイグレーションや酸化、硫化反応を抑えることができる。
また、第２電極５０と第１電極４０とが互いに対向する側の第２電極５０の端部に近接した領域に第２パッド層５５が形成され、この領域に電流経路が形成されるため、第２電極５０への電流集中が緩和される。それ同時に、第２電極５０と第１電極４０とが互いに対向する領域の誘電体膜６０（または誘電体積層膜）の端部付近に、第２半導体層２０と第２パッド層５５で挟まれた誘電体膜６０の領域が形成されるため、誘電体膜６０（または誘電体積層膜）を挟んで第２半導体層２０と第２パッド層５５との間に弱い電界が印加される。その結果、第２電極５０から誘電体膜６０（または誘電体積層膜）にかけて電界が徐々に弱くなる構造を作ることができるため、この領域における電界集中を緩和することができる。
さらに、半導体発光素子１２０の製造工程においては、新たな特別な工夫の必要はなく、従来と同じ工程、工程数で形成できる。
これにより、半導体発光素子１２０においては、リーク電流低減、絶縁特性向上、耐圧特性向上、発光強度の向上、寿命の増大、高いスループット、低コストを実現することができる。
これにより、半導体発光素子１２０においては、リーク電流低減、絶縁特性向上、耐圧特性向上、発光強度の向上、寿命の増大、高いスループット、低コストを実現することができる。
パッド（第１パッド層４５及び第２パッド層５５）が誘電体膜６０（または誘電体積層膜）を被覆する長さが長い場合は、誘電体膜６０（または誘電体積層膜）を介した電界の緩和構造を得る上で有利であるが、第２電極５０と第１電極４０とがショートする危険性は高くなる。一方、短い場合は、第２電極５０と第１電極４０がショートする危険性は低くなる。
第２電極５０と第２パッド層５５との間に設けられる拡散防止層５３は、第２パッド層５５に含まれる元素が第２電極５０へ向かって拡散すること、及び／または、その元素が第２電極５０に含まれる元素と反応すること、を抑制する。拡散防止層５３には、特に、第２電極５０の第１金属層５１に含まれるＡｇと反応しない、及び／または、Ａｇに積極的に拡散しない、材料を用いる。
拡散防止層５３に用いられる材料としては、例えば、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）などの高融点金属を含む単層膜または積層膜が挙げられる。
特に、拡散防止層５３には、多少拡散しても問題がないように、仕事関数が高く、ｐ型ＧａＮコンタクト層（例えば、上記の高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層）に対してオーミック特性が得られやすい金属として、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）を用いることがさらに好ましい。
拡散防止層５３の厚さは、単層膜の場合は、膜状態を維持できる５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であることが好ましい。積層膜の場合は、拡散防止層５３の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば、１０ｎｍ〜１００００ｎｍの間で選ぶことができる。
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、半導体発光素子１３０の積層構造体１０ｓの積層方向で半導体発光素子１３０を切断したときの断面図である。
図６は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、半導体発光素子１３０の積層構造体１０ｓの積層方向で半導体発光素子１３０を切断したときの断面図である。
図６に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１３０においては、第２電極５０が、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａの側に設けられ、第１電極４０が第１主面１０ａに対向する第２主面１０ｂの側に設けられている。そして、この場合には、例えばサファイアからなる基板５の上に、積層構造体１０ｓの結晶成長を行った後に、基板５が除去されている。
そして、第１電極４０が設けられていない領域の、積層構造体１０ｓの第２主面１０ｂには、凹凸部ＰＰが設けられている。この凹凸部ＰＰにより、発光層３０からの発光光を反射させ、光取り出し効率を高めることができる。
このような構成を有する半導体発光素子１３０は、例えば以下のようにして製造できる。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式断面図である。
まず、図７（ａ）に表したように、第１及び第２の実施形態と同様にして、基板５の上に、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０の結晶成長を行い、積層構造体１０ｓを形成する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式断面図である。
まず、図７（ａ）に表したように、第１及び第２の実施形態と同様にして、基板５の上に、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０の結晶成長を行い、積層構造体１０ｓを形成する。
このとき、図７（ａ）に例示したように、基板５の上にバッファ層５ｂを設け、その上に、積層構造体１０ｓを形成する。具体的には、バッファ層５ｂとして、サファイアからなる基板５の上に、上記の、第１ＡｌＮバッファ層５ｂ１、第２ＡｌＮバッファ層５ｂ２、及び、ノンドープＧａＮバッファ層５ｂ３を形成する。
この後、上記と同様に、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａ（第２半導体層２０の側）のｐ型コンタクト層（例えば上記の高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層）の上に、パターニングされたリフトオフ用レジストを形成し、第１金属層５１となるＡｇ層（厚さ２００ｎｍ）と、第２金属層５２となるＰｔ層（厚さ２ｎｍ）と、を連続して形成し、リフトオフ後に、酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において、３８０℃で１分間のシンター処理を行う。これにより、第２電極５０が形成される。
そして、第２電極５０を覆うように、例えば、第２パッド層５５となるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜を、例えば５００ｎｍの厚さで形成する。
その後、図７（ｂ）に表したように、対向パッド層６ｐとして、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜が例えば５００ｎｍの厚さで設けられたシリコンからなる支持基材６と、上記の積層構造体１０ｓとを対向させて設置する。このとき、第２パッド層５５のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜のＡｕ層と、対向パッド層６ｐのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜のＡｕ層と、が互いに対向するように設置される。そして、積層構造体１０ｓと支持基材６とを、加熱しつつ圧着して、第２パッド層５５と対向パッド層６ｐとを接着する。
そして、サファイアからなる基板５の側から、例えばＹＶＯ４の固体レーザの三倍高調波（３５５ｎｍ）または四倍高調波（２６６ｎｍ）のレーザ光ＬＬを照射する。レーザ光ＬＬは、ＧａＮバッファ層（例えば、上記のノンドープＧａＮバッファ層５ｂ３）のＧａＮの禁制帯幅に基づく禁制帯幅波長よりも短い波長を有する。すなわち、レーザ光ＬＬは、ＧａＮの禁制帯幅よりも高いエネルギーを有する。
このレーザ光ＬＬは、ＧａＮバッファ層（ノンドープＧａＮバッファ層５ｂ３）のうち、単結晶ＡｌＮバッファ層（この例では第２ＡｌＮバッファ層５ｂ２）の側の領域において効率的に吸収される。これにより、ＧａＮバッファ層のうち単結晶ＡｌＮバッファ層の側のＧａＮは、発熱により分解する。
そして、塩酸処理などによって、分解されたＧａＮを除去し、サファイアからなる基板５を積層構造体１０ｓから剥離して分離する。
さらに、基板５が剥離された積層構造体１０ｓの第２主面１０ｂの側のＧａＮバッファ層（ノンドープＧａＮバッファ層５ｂ３）を、研磨、ドライエッチング、ウェットエッチングなどの方法で除去し、第１半導体層１０のｎ型コンタクト層（例えば上記のＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層）を露出させる。
この後、ｎ型コンタクト層の表面にリフトオフ法などで、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜を例えば５００ｎｍの厚さで形成し、パターニングして、第１電極４０を形成する。その後、第１電極４０が形成されていないｎ型コンタクト層（第１半導体層１０）の表面を、アルカリエッチング等により加工して凹凸部ＰＰを形成する。
次いで、劈開またはダイヤモンドブレード等により、積層構造体１０ｓを切断し、個別の素子とし、半導体発光素子１３０が作製される。
このように、半導体発光素子１３０においては、半導体発光素子の積層構造体１０ｓを支持基材６に接着し、結晶成長を行った基板５を剥離し、剥離面を処理した後に第１電極４０が形成される。
基板５上の積層構造体１０ｓと、支持基材６と、を接着させる構成においては、電極（特に第２電極５０）の積層構造体１０ｓの側の面は、発光光に対する反射特性が高い必要があり、密着性も十分高い必要がある。このとき、本発明の実施形態に係る構造を用いれば、密着性と反射特性と電気特性とを高度に同時に満足させることができるため、高輝度で高信頼性の半導体発光素子が実現できる。
基板５上の積層構造体１０ｓと、支持基材６と、を接着させるとき、及び、レーザ光でＧａＮ層を分解して基板５を剥離するときに、積層構造体１０ｓの結晶に結晶欠陥２９が過度に生じ易い。この結晶欠陥２９は、例えば、支持基材６、サファイア及びＧａＮの相互の熱膨張係数の差、局所的に加熱されることによる熱の集中、並びに、ＧａＮが分解することにより発生する生成物などが原因と考えられる。
このように、第２電極５０を形成する際のシンター処理の後に、結晶欠陥２９やダメージが過度に生じると、そこから第２電極５０の第１金属層５１に含まれるＡｇが積層構造体１０ｓへ向かって過度に拡散し、結晶内部でのリークや結晶欠陥の加速度的な著しい増加を招く。
このように、第２電極５０を形成する際のシンター処理の後に、結晶欠陥２９やダメージが過度に生じると、そこから第２電極５０の第１金属層５１に含まれるＡｇが積層構造体１０ｓへ向かって過度に拡散し、結晶内部でのリークや結晶欠陥の加速度的な著しい増加を招く。
上記の具体例によれば、バッファ層５ｂとして、単結晶ＡｌＮバッファ層（この例では第１ＡｌＮバッファ層５ｂ１及び第２ＡｌＮバッファ層５ｂ２）を用いることで高品質な半導体層を形成することができるため、結晶に対するダメージが大幅に軽減される。また、ＧａＮ層をレーザ光で分解する際、高熱伝導特性を有する単結晶ＡｌＮバッファ層がＧａＮに近接して配置されているため、熱が拡散し易く、局所的な加熱による熱ダメージを抑制できる。
基板５上の積層構造体１０ｓと、支持基材６と、を接着させる方法として、ＡｕＳｎなどの半田を用いることもできる。半田は、数μｍの厚膜を形成するのが一般的で、厚いほど反射電極（この例では第２電極５０）に印加される歪みは大きくなる。その際も、反射電極の密着性が高い本実施形態の構成の採用により、半田の使用においても良好な特性が得られる。
（第４の実施の形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、半導体発光素子１４０の積層構造体１０ｓの積層方向で半導体発光素子１４０を切断したときの断面図である。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、半導体発光素子１４０の積層構造体１０ｓの積層方向で半導体発光素子１４０を切断したときの断面図である。
図８に表したように、半導体発光素子１４０においては、第２半導体層２０のｐ型コンタクト層２８（例えば上記の高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層）が、低電気特性部２８ｃを有している。この低電気特性部２８ｃは、ｐ型コンタクト層２８のうちの第１電極４０に対向する部分２８ｂの、第２電極５０の側の面（第１主面１０ａの側の面）に選択的に設けられている。
この低電気特性部２８ｃは、例えば、ｐ型コンタクト層２８の第１主面１０ａの側の表面に、選択的にアッシング処理が施された部分である。ｐ型コンタクト層２８のうちの第１電極４０に対向しない部分２８ａにおいては、アッシング処理が施されていない。
低電気特性部２８ｃとそれ以外の部分２８ａとでは、表面の状態が異なる。これにより、低電気特性部２８ｃにおいては、例えばアッシング処理が行われることで、それ以外の部分２８ａと比較して、コンタクト抵抗Ｒｃが上昇し、オーミック特性が劣化する。
このように、半導体発光素子１４０は、積層構造体１０ｓ及び電極ＥＬ（この例では第２電極５０）の他に、第１半導体層１０の発光層３０とは反対の側に設けられた第１電極４０（対向電極ＣＥＬ）をさらに備える。
そして、第２半導体層２０（この場合は、特にｐ型コンタクト層２８）は、第２半導体層２０の第２電極５０（電極ＥＬ）の側において、第１電極４０（対向電極ＣＥＬ）に対向する領域（部分２８ｂ）に設けられ、第１電極４０（対向電極ＣＥＬ）とは対向しない領域（部分２８ａ）よりも、第２半導体層２０と第２電極５０（電極ＥＬ）との間におけるコンタクト抵抗が高い、及び、オーミック特性が低い、の少なくともいずれかである低電気特性部２８ｃを有する。
このような構成を有する半導体発光素子１４０は、例えば、以下のようにして作製できる。
積層構造体１０ｓに第２電極５０を形成する前に、第２半導体層２０の第１主面１０ａにおいて、第１電極４０が形成される領域に対向する領域（部分２８ｂ）を露出するようなパターン形状のレジストを形成する。その後、レジストから露出した第２半導体層２０の面に、例えば酸素アッシャ処理を行う。そして、このレジストを除去し、これ以降は、既に説明した手法を用いて、半導体発光素子１４０が形成される。
積層構造体１０ｓに第２電極５０を形成する前に、第２半導体層２０の第１主面１０ａにおいて、第１電極４０が形成される領域に対向する領域（部分２８ｂ）を露出するようなパターン形状のレジストを形成する。その後、レジストから露出した第２半導体層２０の面に、例えば酸素アッシャ処理を行う。そして、このレジストを除去し、これ以降は、既に説明した手法を用いて、半導体発光素子１４０が形成される。
低電気特性部２８ｃにおいては、アッシャ処理が施されたことにより、例えばコンタクト抵抗Ｒｃが上昇し、非オーミック特性を示すため、電流が流れ難くなる。このため、第１電極４０に対向する領域の発光層３０において、電流が流れ難くなる。これにより、第１電極４０直下の発光層３０に電流が注入されにくくなり、発光層３０における発光光が第１電極４０に吸収されることが抑制でき、効率が向上する。
上記で説明したシンター処理条件によれば、非常に良好なオーミック特性と低いコンタクト抵抗Ｒｃとを実現することができるので、例えばアッシング処理が施される低電気特性部２８ｃによる電流の通電領域の制御と、上記のシンター処理と、を組み合わせて実施することにより、低電気特性部２８ｃにおいては実質的に電流が流れない構成を実現でき、特に好ましい。
なお、第２半導体層２０（特にｐ型コンタクト層２８）のうちの第１電極４０に対向する領域（部分２８ｂ）の第２電極５０の側の表面に、例えば選択的にアッシング処理を行って形成する低電気特性部２８ｃを設け、電流の通電領域を制御す方法は、上記の第１金属層５１と第２金属層５２との組み合わせにおいて、特定の条件のシンター処理を施す構成とは独立して実施することができる。これにより、効率が向上できる。
なお、上記においては、第２電極５０（電極ＥＬ）が、Ａｇを含有する第１金属層５１と、貴金属元素を含有する第２金属層５２と、を有している構成であるが、第１電極４０（対向電極ＣＥＬ）が、Ａｇを含有する第１金属層と、貴金属元素を含有する第２金属層と、を有しており、上記の各条件を満たしていても良い。
また、第１電極４０と第２電極５０とのそれぞれが、上記の構成を有していても良い。
また、第１電極４０と第２電極５０とのそれぞれが、上記の構成を有していても良い。
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施形態は、窒化物系半導体からなる第１導電型の第１半導体層１０と、窒化物系半導体からなる第２導電型の第２半導体層２０と、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられた発光層３０と、を有する積層構造体１０ｓと、第２半導体層２０の発光層３０とは反対側に設けられた電極ＥＬ（例えば第２電極５０）と、を有する半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第５の実施形態は、窒化物系半導体からなる第１導電型の第１半導体層１０と、窒化物系半導体からなる第２導電型の第２半導体層２０と、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられた発光層３０と、を有する積層構造体１０ｓと、第２半導体層２０の発光層３０とは反対側に設けられた電極ＥＬ（例えば第２電極５０）と、を有する半導体発光素子の製造方法である。
図９は、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図９に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、第２半導体層２０の発光層３０とは反対側の面（第１主面１０ａ）の上に、銀または銀合金を含む第１金属層５１を形成し、第１金属層５１の上に、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの少なくともいずれかの元素を含む第２金属層５２を形成する工程（ステップＳ１２０）と、第２半導体層２０、第１金属層５１及び第２金属層５２を、酸素を含有する雰囲気においてシンター処理する工程（ステップＳ１３０）と、を備える。
図９に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、第２半導体層２０の発光層３０とは反対側の面（第１主面１０ａ）の上に、銀または銀合金を含む第１金属層５１を形成し、第１金属層５１の上に、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの少なくともいずれかの元素を含む第２金属層５２を形成する工程（ステップＳ１２０）と、第２半導体層２０、第１金属層５１及び第２金属層５２を、酸素を含有する雰囲気においてシンター処理する工程（ステップＳ１３０）と、を備える。
そして、シンター処理する工程（ステップＳ１３０）における温度は、シンター処理を実施した後の第１金属層５１に含まれる銀の平均粒径（グレインサイズＤａ）が、シンター処理を施す前の平均粒径の３倍以下である温度である。
図４に関して説明したように、例えば、第２金属層５２がＰｔを含む場合は、シンター処理温度Ｔｓは、５６０℃未満が好ましく、特に４７０℃以下が好ましい。また、第２金属層５２がＰｄを含む場合は、シンター処理温度Ｔｓは、４７０℃未満であることが好ましく、特に３８０℃以下が好ましい。
これにより、図４に関して説明したように、電極ＥＬ（第２電極５０）のコンタクト抵抗Ｒｃを低減し、反射率を向上し、密着性を向上できる。
このとき、図３に関して説明したように、シンター処理における雰囲気の酸素濃度は、２０％以上であることが好ましい。これにより、コンタクト抵抗Ｒｃが低減でき、良好なオーミック特性が得られる。
そして、発光層３０の発光光のピーク波長は３７０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下のときに、特に高い効果を発揮することができる。すなわち、この波長範囲においては、Ａｇ以外の金属では、反射率が著しく低下するが、Ａｇの反射率は高く、Ａｇを第１金属層５１に用いることの効果が高く発揮される。
そして、第１金属層５１は、銀を含む単層膜とすることができる。また、第２金属層５２は、白金、パラジウム、及び、白金とパラジウムとを含む合金の少なくともいずれかを含むことができる。
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図１０に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法においては、以下の工程をさらに備える。
サファイアからなる基板５の上に、単結晶ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を含み、高濃度で炭素を含む高炭素濃度部バッファ層（例えば、上記の第１ＡｌＮバッファ層５ｂ１）を形成する（ステップＳ１０１）。
図１０に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法においては、以下の工程をさらに備える。
サファイアからなる基板５の上に、単結晶ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を含み、高濃度で炭素を含む高炭素濃度部バッファ層（例えば、上記の第１ＡｌＮバッファ層５ｂ１）を形成する（ステップＳ１０１）。
そして、高炭素濃度部バッファ層の上に、単結晶ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．８≦ｙ≦１）を含み、炭素濃度が上記の高炭素濃度部バッファ層よりも低い低炭素濃度バッファ層（例えば、上記の第２ＡｌＮバッファ層５ｂ２）を形成する（ステップＳ１０２）。
そして、低炭素濃度バッファ層の上に、第１半導体層１０を形成する（ステップＳ１１１）。
そして、第１半導体層１０の上に発光層３０を形成する（ステップＳ１１２）。
そして、発光層３０の上に第２半導体層２０を形成する（ステップＳ１１３）する。
そして、第１半導体層１０の上に発光層３０を形成する（ステップＳ１１２）。
そして、発光層３０の上に第２半導体層２０を形成する（ステップＳ１１３）する。
上記のようなバッファ層を用いることで、結晶性が優れた第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０を形成することができる。
そして、既に説明したように、高炭素濃度部バッファ層の炭素濃度は、３×１０１８ｃｍ−３以上、５×１０２０ｃｍ−３以下が好ましく、厚さは、３ナノメートル以上、２０ナノメートル以下が好ましい。
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図１１に表したように、第５の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法は、以下の工程をさらに備える。
低炭素濃度バッファ層と第１半導体層１０（第１半導体層１０）との間にＧａＮを含むＧａＮバッファ層（上記のノンドープＧａＮバッファ層５ｂ３）を形成する（ステップＳ１０３）。
シンター処理（ステップＳ１３０）の後に、電極ＥＬ（第２電極５０）を支持基材６に対向させて、電極ＥＬを支持基材６に対して固定する（ステップＳ１４０）。
そして、基板５の側から、ＧａＮバッファ層に、ＧａＮの禁制帯幅に基づく禁制帯幅波長よりも短い波長を有するレーザ光ＬＬを照射して、ＧａＮバッファ層の基板５の側の部分の少なくとも一部を変質させて、基板５をＧａＮバッファ層から分離する（ステップＳ１５０）。
図１１に表したように、第５の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法は、以下の工程をさらに備える。
低炭素濃度バッファ層と第１半導体層１０（第１半導体層１０）との間にＧａＮを含むＧａＮバッファ層（上記のノンドープＧａＮバッファ層５ｂ３）を形成する（ステップＳ１０３）。
シンター処理（ステップＳ１３０）の後に、電極ＥＬ（第２電極５０）を支持基材６に対向させて、電極ＥＬを支持基材６に対して固定する（ステップＳ１４０）。
そして、基板５の側から、ＧａＮバッファ層に、ＧａＮの禁制帯幅に基づく禁制帯幅波長よりも短い波長を有するレーザ光ＬＬを照射して、ＧａＮバッファ層の基板５の側の部分の少なくとも一部を変質させて、基板５をＧａＮバッファ層から分離する（ステップＳ１５０）。
すなわち、図７（ｂ）に関して説明した処理を行う。本実施形態の製造方法によれば、第２電極５０の反射特性が高く、密着性も良好なので、支持基材６を設ける構成を有する高輝度で高信頼性の半導体発光素子が製造できる。
なお、本明細書において「窒化物系半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ，ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の窒化物系半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むものや、導電型などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれかをさらに含むものも、「窒化物系半導体」に含まれるものとする。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子を構成する、発光層、窒化物系半導体、第１金属層、第２金属層、第１半導体層、第２半導体層、第１電極、第２電極、第１パッド層、第２パッド層、各種のバッファ層、基板、誘電体膜など各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して、また結晶成長プロセスなどの製造方法に関して当業者が各種の変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
５…基板、 ５ｂ…バッファ層、 ５ｂ１…第１ＡｌＮバッファ層、 ５ｂ２…第２ＡｌＮバッファ層、 ５ｂ３…ノンドープＧａＮバッファ層、 ６…支持基材、 ６ｐ…対向パッド層、 １０…第１半導体層、 １０ａ…第１主面、 １０ｂ…第２主面、 １０ｓ…積層構造体、 ２０…第２半導体層、 ２５…界面、 ２８…ｐ型コンタクト層、 ２８ａ、２８ｂ…部分、 ２８ｃ…低電気特性部、 ２９…結晶欠陥、 ３０…発光層、 ４０…第１電極、 ４５…第１パッド層、 ５０…第２電極、 ５１…第１金属層、 ５１ｃ…第１金属内部領域、 ５１ｖ…空隙、 ５２…第２金属層、 ５３…拡散防止層、 ５５…第２パッド層、 ６０…誘電体膜、 １１０、１１１、１２０、１３０、１４０…半導体発光素子、 ＣＥＬ…対向電極、 Ｃｓｏ…酸素濃度、 Ｄａ…グレインサイズ、 ＥＬ…電極、 ＩＦＬ…界面層、 ＩＦＲ…界面領域、 ＬＬ…レーザ光、 Ｍ１〜Ｍ４…第１〜第４測定点、 ＰＰ…凹凸部、 Ｒｃ…コンタクト抵抗、 Ｔｓ…シンター処理温度
Claims (6)
- 窒化物系半導体からなる第１導電型の第１半導体層と、窒化物系半導体からなる第２導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、
前記第２半導体層の前記発光層とは反対側に設けられ、銀または銀合金を含む第１金属層と、前記第１金属層の前記第２半導体層とは反対側に設けられ、白金、パラジウム、ロジウムの少なくともいずれかの元素を含む第２金属層と、を有する電極と、
前記第１半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられた対向電極と、
を備え、
前記第１金属層と前記第２半導体層との界面を含む領域における前記元素の濃度は、前記第１金属層のうちの前記界面から離れた領域における前記元素の濃度よりも高く、
前記第１金属層における銀の平均粒径は、０．３マイクロメートル以下であり、
前記第２半導体層は、前記第２半導体層の前記電極の側の表面の前記対向電極に対向する領域に設けられた低電気特性部を有し、
前記低電気特性部は、前記表面の前記対向電極と対向しない領域よりも、前記第２半導体層と前記電極との間におけるコンタクト抵抗が高い、及び、オーミック特性が低い、の少なくともいずれかであることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第１金属層は、前記元素を実質的に含まないことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
- 前記第１金属層は、銀を含む単層膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
- 前記第２金属層は、白金、パラジウム、及び、白金とパラジウムとを含む合金の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記発光層の発光光のピーク波長は、３７０ナノメートル以上、４００ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記第１半導体層、前記発光層及び前記第２半導体層は、サファイアからなる基板の上に、単結晶ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を含むバッファ層を介して形成され、前記バッファ層は、前記バッファ層の前記基板に側に設けられ、炭素濃度が３×１０１８ｃｍ−３以上、５×１０２０ｃｍ−３以下で、厚さが３ナノメートル以上、２０ナノメートル以下の高炭素濃度部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
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