JPWO2015029281A1 - 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
半導体発光素子は、基板と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち露出した表面に形成された負電極と、を備え、負電極が、構成元素としてＴｉを含んでいない。負電極は、厚み方向に重なる複数の電極層を備え、複数の電極層のうち最上層の電極層が、Ａｕ層により構成され、複数の電極層のうち最下層の電極層が、構成元素として、Ａｌと、Ｎと、Ｎと化合物を形成することができる金属と、を含んでいる。
Description
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。
従来、発光素子としては、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子（以下、「半導体発光素子」という）が知られている（例えば、日本国特許番号３４８２９５５（以下、「文献１」という）。
文献１に記載された半導体発光素子は、絶縁性基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されている。また、この半導体発光素子は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層及び活性層それぞれの一部がエッチングにより除去されている。これにより、半導体発光素子は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層が露出されている。
半導体発光素子は、露出されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と接する負電極（ｎ電極）が形成されている。
文献１には、負電極の形成にあたって、最下層のＴｉ膜とＡｌ膜と最上層のＡｕ膜との積層膜からなる多層膜を形成してから、４００℃以上１２００℃以下でアニーリングを行うことが記載されている。文献１には、上述のアニーリングにより、負電極とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層との好ましいオーミック接触が得られることが記載されている。
また、文献１には、上述のアニーリングにおけるアニーリング温度について、４００℃以上、更に好ましくは５００℃以上、最も好ましくは６００℃以上である旨が記載されている。
上述の半導体発光素子は、正電極（ｐ電極）と負電極との間に正電極が負電極に対して高電位側となる順方向バイアス電圧を印加することにより、正電極から負電極に向かって電流が流れ、活性層にてホールと電子が結合し所定の波長の光を発光する。
ＷＯ２０１２／０３９４４２（以下、「文献２」という）には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層上に形成したｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）とｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層との接触抵抗と熱処理温度の関係を、測定した結果が示されている。文献２には、この関係を、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層のＡｌＮモル分率ｘが、０、０．２５、０．４及び０．６の４通りについて測定した結果が示されている。
また、文献２には、発光波長が３６５ｎｍよりも短波長の紫外線発光素子の場合、低い接触抵抗でｎ電極をｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層上に形成するには、概ね６００℃以上の熱処理が必要である旨が記載されている。また、文献２には、発光波長が短くなると、つまり、ＡｌＮモル分率ｘが大きくなると、更に高温での熱処理が必要となる旨が記載されている。
上述の半導体発光素子では、例えば、発光波長が３００ｎｍ以下に設定されている場合、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層として、Ａｌの組成比が０．６よりも高いｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層が必要となる。
本願発明者らは、例えば、ｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層の露出させた表面上に、上述のＴｉ膜とＡｌ膜とＡｕ膜との積層膜を形成してからオーミック接触を得ようとした場合、７５０℃以上のアニーリング温度でのアニーリングを行う必要であるという知見を得た。また、本願発明者らは、半導体発光素子の製造時に、負電極の形成にあたって、７５０℃以上のアニーリング温度でアニーリングを行った場合、負電極の表面あれ（表面の凹凸）が顕著になるという知見を得た。
また、半導体発光素子と、半導体発光素子を収納したパッケージと、を備えた発光装置は、半導体発光素子の正電極、負電極と、パッケージの第１導体部、第２導体部と、をそれぞれ電気的に接続する必要がある。このため、発光装置では、製造時に、ワイヤボンディングやフリップチップボンディングを行う必要があり、半導体発光素子の正電極、負電極それぞれに、ワイヤやバンプを接合することになる。本願発明者らは、発光装置では、半導体発光素子の負電極の表面荒れが顕著な場合、負電極とワイヤやバンプとの接合強度が不十分となり、繰り返して与えられる温度ストレスや、半導体発光素子のオン、オフの繰り返し等により、ワイヤやバンプが負電極から剥れ、オープン不良に至ることがあるという知見を得た。
また、文献２に記載された測定の結果では、ＡｌＮモル分率ｘが、０．６の場合、熱処理温度が９５０℃程度のときに接触抵抗が最低値となっている。この接触抵抗の最低値は、１×１０-2Ω・ｃｍ2程度である。しかしながら、半導体発光素子では、接触抵抗のより小さなオーミック接触の実現が望まれている。
本発明の目的は、負電極の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と負電極との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
本発明の半導体発光素子は、基板と、前記基板の第１面側に形成され前記第１面側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち露出した表面に形成された負電極と、を備え、前記負電極が、構成元素としてＴｉを含んでおらず、前記負電極は、厚み方向に重なる複数の電極層を備え、前記複数の電極層のうち最上層の電極層が、Ａｕ層により構成され、前記複数の電極層のうち最下層の電極層が、構成元素として、Ａｌと、Ｎと、Ｎと化合物を形成することができる金属と、を含んでいることを特徴とする。
この半導体発光素子において、前記金属は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａの群から選択されることが好ましい。
この半導体発光素子において、前記複数の電極層は、前記ｎ形窒化ガリウム系化合物半導体層に近い側から順に、前記最下層の電極層からなる第１電極層、第２電極層、第３電極層、前記最上層の電極層からなる第４電極層を備え、前記第２電極層は、構成元素がＡｌ及び前記金属であり、前記第３電極層は、構成元素がＡｌ、Ａｕ及び前記金属であることが好ましい。
本発明の半導体発光素子の製造方法は、基板と、前記基板の第１面側に形成され前記第１面側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち前記窒化物半導体層が深さ方向の途中まで除去されて露出した表面に形成された負電極と、を備え、前記負電極が、構成元素としてＴｉを含まない、半導体発光素子の製造方法であって、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記表面に前記負電極を形成するにあたっては、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記表面上に、Ａｌよりなる第１金属層、Ｎと化合物を形成することができる第１の金属よりなる第２金属層、Ａｌよりなる第３金属層、Ｎと化合物を形成することができる第２の金属よりなる第４金属層及びＡｕよりなる第５金属層を順次積層した後、アニール処理を行うことで前記負電極を形成することを特徴とする。
この半導体発光素子の製造方法において、前記第１の金属及び前記第２の金属は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａの群から選択されることが好ましい。
本発明の半導体発光素子においては、負電極の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と負電極との接触抵抗の低減を図ることが可能となるという効果がある。
本発明の半導体発光素子の製造方法においては、負電極の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と負電極との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子を製造することが可能となる。
以下では、本実施形態の半導体発光素子Ｂ１について図１、２Ａ及び２Ｂに基づいて説明する。
半導体発光素子Ｂ１は、基板１と、基板１の第１面１ａ側に形成され第１面１ａ側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６を有する窒化物半導体層２０と、を備える。また、半導体発光素子Ｂ１は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６の表面６ａ側に形成された正電極８と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のうち露出した表面３ａに形成された負電極９と、を備える。また、半導体発光素子Ｂ１は、負電極９が、構成元素としてＴｉを含んでいない。負電極９は、図２Ｂに示すように、厚み方向に重なる複数の電極層９ｉ（ｉ＝１〜ｎ、図２Ｂの例では、ｎ＝４）を備えている。負電極９は、複数の電極層９ｉのうち最上層の電極層９ｎが、Ａｕ層により構成され、複数の電極層９ｉのうち最下層の電極層９１が、構成元素として、Ａｌと、Ｎと、Ｎと化合物を形成することができる金属と、を含んでいる。これにより、半導体発光素子Ｂ１は、負電極９の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図ることが可能となる。なお、図２Ｂの例では、ｎ＝４としてあるが、ｎ≧３であればよい。
半導体発光素子Ｂ１の各構成要素については、以下に詳細に説明する。
半導体発光素子Ｂ１は、例えば、２１０ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外波長域に発光波長（発光ピーク波長）を有する紫外線発光ダイオードとすることができる。これにより、半導体発光素子Ｂ１は、例えば、高効率白色照明、殺菌、医療、環境汚染物質を高速で処理する用途等の分野で、利用することができる。半導体発光素子Ｂ１は、紫外線発光ダイオードのような紫外線発光素子の場合、ＵＶ−Ｃの波長域に発光波長を有するのが好ましい。ＵＶ−Ｃの波長域は、例えば国際照明委員会（ＣＩＥ）における紫外線の波長による分類によれば、１００ｎｍ〜２８０ｎｍである。
基板１は、例えば、第１面１ａが（０００１）面のサファイア基板により構成することができる。つまり、基板１は、ｃ面サファイア基板（α−Ａｌ２Ｏ３基板）により構成することができる。また、サファイア基板は、（０００１）面からのオフ角が、０〜０．３°であるのが好ましい。
半導体発光素子Ｂ１は、基板１とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３（以下、「ｎ型半導体層３」ともいう。）との間に、バッファ層２を備えているのが好ましい。要するに、半導体発光素子Ｂ１は、基板１の第１面１ａ上にバッファ層２が形成されており、ｎ型半導体層３が、バッファ層２上に形成されているのが好ましい。バッファ層２は、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層により構成されている。バッファ層２は、ＡｌＮ層により構成されているのが好ましい。
バッファ層２は、貫通転位を減少させることを目的として設けた層である。バッファ層２は、厚さが薄すぎると貫通転位の減少が不十分となりやすく、厚さが厚すぎると格子不整合に起因したクラックが発生したり、複数個の半導体発光素子Ｂ１を形成するウェハの反りが大きくなり過ぎる懸念がある。このため、バッファ層２の厚さは、例えば、５００ｎｍ〜１０μｍ程度の範囲で設定するのが好ましく、１μｍ〜５μｍの範囲で設定するのが、より好ましい。バッファ層２の厚さは、４μｍに設定してあるが、一例であり、特に限定するものではない。
ｎ型半導体層３は、発光層４へ電子を輸送するための層である。ｎ型半導体層３は、例えば、ｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ＜１）層により構成することができる。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３を構成するｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ＜１）層の組成比は、発光層４で発光する紫外線を効率良く放出できるように設定するのが好ましい。例えば、発光層４が障壁層と井戸層とで構成される量子井戸構造を有し、井戸層のＡｌの組成比が０．５、障壁層のＡｌの組成比が０．７の場合、ｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ＜１）のＡｌの組成比ｚは、障壁層のＡｌの組成比と同じ０．７とすることができる。すなわち、発光層４の井戸層がＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層により構成され、障壁層がＡｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層により構成される場合、ｎ型半導体層３は、例えば、ｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層により構成することができる。ｎ型半導体層３のＡｌの組成比は、障壁層のＡｌの組成比と同じである場合に限らず、異なっていてもよい。また、ｎ型半導体層３は、単層膜に限らず、例えば、互いにＡｌの組成比の異なる複数のｎ型ＡｌＧａＮ層を積層した多層膜により構成してもよい。ｎ型半導体層３の厚さは、一例として２μｍに設定してあるが、特に限定するものではない。なお、ｎ型半導体層３のドナー不純物としては、例えば、Ｓｉが好ましい。また、ｎ型半導体層３の電子濃度は、例えば、１×１０18〜１×１０19ｃｍ-3程度の範囲で設定すればよい。
発光層４は、注入されたキャリア（ここでは、電子と正孔）を光に変換する層である。言い換えれば、発光層４は、注入された２種類のキャリア（電子、正孔）の再結合により紫外線を放射する層である。発光層４は、量子井戸構造を有しているのが好ましい。発光層４は、量子井戸構造の井戸層が、ＡｌaＧａ1-aＮ（０＜ａ＜１）層により構成され、量子井戸構造の障壁層が、ＡｌbＧａ1-bＮ（０＜ｂ≦１、ｂ＞ａ）層により構成されているのが好ましい。ＡｌaＧａ1-aＮ（０＜ａ＜１）層からなる井戸層を備えた発光層４は、井戸層のＡｌの組成比ａを変化させることにより、発光波長を２１０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲で任意の発光波長に設定することが可能である。例えば、所望の発光波長が２６５ｎｍ付近である場合には、Ａｌの組成比ａを０．５０に設定すればよい。発光層４は、量子井戸構造の井戸層が、ＩｎＡｌＧａＮ層により構成されていてもよい。
量子井戸構造は、多重量子井戸構造でもよいし、単一量子井戸構造でもよい。また、井戸層及び障壁層の各厚さは、特に限定するものではない。ただし、発光層４は、井戸層の厚さが厚すぎると、井戸層に注入された電子及び正孔が、量子井戸構造における格子不整合に起因するピエゾ電界に起因して、空間的に分離してしまい、発光効率が低下してしまうと推考される。また、発光層４は、井戸層の厚さが薄すぎる場合、キャリアの閉じ込め効果が低下し、発光効率が低下してしまうと推考される。このため、井戸層の厚さは、例えば、１ｎｍ〜５ｎｍ程度が好ましく、１．３ｎｍ〜３ｎｍ程度が、より好ましい。また、障壁層の厚さは、例えば、５ｎｍ〜１５ｎｍ程度の範囲で設定することが好ましい。半導体発光素子Ｂ１では、一例として、井戸層の厚さを２ｎｍに設定し、障壁層の厚さを１０ｎｍに設定してあるが、これらの厚さに限定するものではない。半導体発光素子Ｂ１は、発光層４が量子井戸構造を有した構成に限らず、例えば、発光層４がｎ型半導体層３とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６（以下、「ｐ型半導体層」ともいう。）とで挟まれたダブルヘテロ構造でもよい。
半導体発光素子Ｂ１は、発光層４とｐ型半導体層６との間に電子ブロック層５を備えているのが好ましい。
電子ブロック層５は、発光層４へ注入された電子のうち、発光層４中で正孔と再結合されなかった電子が、ｐ型半導体層６側へ漏れる（オーバーフローする）のを抑制するために、発光層４とｐ型半導体層６との間に好適に設けることができる。電子ブロック層５は、ｐ型ＡｌcＧａ1-cＮ（０＜ｃ＜１）層により構成してある。ｐ型ＡｌcＧａ1-cＮ（０＜ｃ＜１）層のＡｌの組成比ｃは、例えば、０．９とすることができる。ｐ型ＡｌcＧａ1-cＮ（０＜ｃ＜１）層の組成比は、特に限定するものではないが、電子ブロック層５のバンドギャップエネルギが、ｐ型半導体層６もしくは障壁層のバンドギャップエネルギよりも高くなるように設定することが好ましい。また、電子ブロック層５の正孔濃度は、特に限定するものではない。また、電子ブロック層５の厚さは、一例として３０ｎｍに設定してある。電子ブロック層５の厚さは、特に限定するものではないが、厚さが薄すぎるとオーバーフローを抑制する効果が減少し、厚さが厚すぎると半導体発光素子Ｂ１の抵抗が大きくなってしまう。電子ブロック層５の厚さについては、Ａｌの組成比ｃや正孔濃度等の値によって適した厚さが変化するので、一概には言えないが、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で設定することが好ましく、５ｎｍ〜２５ｎｍの範囲で設定することが、より好ましい。
ｐ型半導体層６は、発光層４へ正孔を輸送するための層である。ｐ型半導体層６は、ｐ型ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）層により構成してあるのが好ましい。ｐ型ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）層の組成比は、発光層４で発光する紫外線の吸収を抑制できるように設定するのが好ましい。例えば、上述のように発光層４における井戸層のＡｌの組成比が０．５、障壁層のＡｌの組成比が０．７の場合、ｐ型ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）層のＡｌの組成比ｄは、例えば、障壁層のＡｌの組成比ａと同じ０．７とすることができる。すなわち、発光層４の井戸層がＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層からなる場合、ｐ型半導体層６は、例えば、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層により構成することができる。ｐ型半導体層６のＡｌの組成比は、障壁層のＡｌの組成比と同じである場合に限らず、異なっていてもよい。ｐ型半導体層６のアクセプタ不純物としては、例えば、Ｍｇが好ましい。
ｐ型半導体層６の正孔濃度は、特に限定するものではなく、ｐ型半導体層６の膜質が劣化しない正孔濃度の範囲において、より高い濃度のほうが好ましい。しかしながら、半導体発光素子Ｂ１は、ｐ型ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）層の正孔濃度がｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）層の電子濃度よりも低いので、ｐ型半導体層６の厚さが、厚すぎると、半導体発光素子Ｂ１の抵抗が大きくなりすぎる。このため、ｐ型半導体層６の厚さは、２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下が、より好ましい。なお、半導体発光素子Ｂ１では、一例として、ｐ型半導体層６の厚さを５０ｎｍに設定している。
半導体発光素子Ｂ１は、ｐ型半導体層６の表面６ａ上にｐ型コンタクト層７を好適に備えた構成とすることができる。
ｐ型コンタクト層７は、正電極８との接触抵抗を下げ、正電極８との良好なオーミック接触を得るために設けてある。ｐ型コンタクト層７は、ｐ型ＧａＮ層により構成してあるのが好ましい。ｐ型コンタクト層７を構成するｐ型ＧａＮ層の正孔濃度は、ｐ型半導体層６よりも高濃度とすることが好ましく、例えば、７×１０17ｃｍ-3程度とすることにより、正電極８との良好なオーミック接触を得ることが可能である。ただし、ｐ型ＧａＮ層の正孔濃度は、特に限定するものではなく、正電極８との良好なオーミック接触が得られる正孔濃度の範囲で適宜変更してもよい。ｐ型コンタクト層７の厚さは、２００ｎｍに設定してあるが、これに限らず、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲で設定すればよい。
半導体発光素子Ｂ１は、上述のように、窒化物半導体層２０が、バッファ層２、ｎ型半導体層３、発光層４、電子ブロック層５、ｐ型半導体層６及びｐ型コンタクト層７を備えた構成とすることができる。窒化物半導体層２０は、ｎ型半導体層３、発光層４及びｐ型半導体層６以外について適宜設ければよい。窒化物半導体層２０は、エピタキシャル成長法により形成することができる。エピタキシャル成長法は、例えば、有機金属気相成長（metal organic vapor phase epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法、ハイドライド気相成長（hydride vapor phase epitaxy：ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）法等を採用できる。なお、窒化物半導体層２０は、この窒化物半導体層２０を形成する際に不可避的に混入されるＨ、Ｃ、Ｏ、Ｓｉ、Ｆｅ等の不純物が存在してもよい。
半導体発光素子Ｂ１は、窒化物半導体層２０の一部を、窒化物半導体層２０の表面２０ａ側からｎ型半導体層３の途中までエッチングすることで除去してある。これにより、半導体発光素子Ｂ１は、ｎ型半導体層３の表面３ａが露出している。要するに、半導体発光素子Ｂ１は、窒化物半導体層２０の一部をエッチングすることで形成されたメサ構造２２を有している。そして、半導体発光素子Ｂ１は、窒化物半導体層２０の表面２０ａ上に正電極（「ｐ電極」とも呼ばれている。）８が形成され、ｎ型半導体層３の表面３ａ上に負電極（「ｎ電極」とも呼ばれている。）９が形成されている。半導体発光素子Ｂ１は、窒化物半導体層２０がｐ型コンタクト層７を備えている場合、ｐ型コンタクト層７の表面７ａが、窒化物半導体層２０の表面２０ａを構成する。
半導体発光素子Ｂ１は、メサ構造２２の上面２２ａ（窒化物半導体層２０の表面２０ａ）の一部とメサ構造２２の側面２２ｃとｎ型半導体層３の表面３ａの一部とに跨って絶縁膜（図示せず）が形成されているのが好ましい。絶縁膜の材料としては、例えば、ＳｉＯ２等を採用することができる。
半導体発光素子Ｂ１は、上述のように、窒化物半導体層２０が、基板１の第１面１ａ側に形成されている。半導体発光素子Ｂ１は、基板１の第１面１ａとは反対側の第２面１ｂが光取り出し面を構成しているのが好ましい。
正電極８は、ｐ型コンタクト層７を介してｐ型半導体層６と電気的に接続されているのが好ましい。正電極８は、厚さが３０ｎｍのＮｉ膜と、厚さが２００ｎｍのＡｕ膜との積層膜（以下、「第１積層膜」という。）をｐ型コンタクト層７の表面７ａ上に形成してから、アニール処理を行うことにより形成されている。第１積層膜の構成や厚さ等は、特に限定するものではない。
半導体発光素子Ｂ１は、正電極８、負電極９上に、例えば、第１パッド電極（図示せず）、第２パッド電極（図示せず）を備えているのが好ましい。第１パッド電極及び第２パッド電極は、例えば、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成することができる。
負電極９は、ｎ型半導体層３と電気的に接続されている。負電極９は、ｎ型半導体層３の表面３ａ上に形成されている。負電極９は、上述のように構成元素して、Ｔｉを含んでいない。
負電極９は、複数の電極層９ｉのうち最上層の電極層９ｎ（９4）がＡｕ層により構成され、複数の電極層９ｉのうち最下層の電極層９１が、構成元素として、Ａｌと、Ｎと、Ｎと化合物を形成することができる金属と、を含んでいる。最上層の電極層９ｎとは、複数の電極層９ｉのうち、ｎ型半導体層３の表面３ａから最も離れている電極層を意味する。最下層の電極層９１とは、ｎ型半導体層３の表面３ａに最も近い電極層を意味する。つまり、最下層の電極層９１は、ｎ型半導体層３の表面３ａに接している。最上層の電極層９ｎを構成するＡｕ層は、前記金属が不純物として存在してもよい。不純物とは、最上層の電極層９ｎを構成する構成元素（Ａｕ）以外の元素を意味する。Ｎと化合物を形成することができるとは、窒化可能であることを意味する。
半導体発光素子Ｂ１は、上述のように、複数の電極層９ｉのうち最上層の電極層９ｎが、Ａｕ層により構成され、複数の電極層９ｉのうち最下層の電極層９１が、構成元素として、Ａｌと、Ｎと、Ｎと化合物を形成することができる金属と、を含んでいる。これにより、半導体発光素子Ｂ１は、負電極９の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図ることが可能となる。負電極９の表面荒れを抑制することは、負電極９が、ワイヤやバンプ等の接合に適した表面の平坦性を有することを意味する。負電極９の表面荒れについては、例えば、微分干渉顕微鏡により、負電極９の表面モフォロジー（surface morphology）を観察することで評価することができる。負電極９の表面荒れについては、微分干渉顕微鏡に限らず、例えば、負電極９の表面形状を測定して算出した表面粗さにより評価してもよい。表面粗さとしては、例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１（ＩＳＯ ４２８７−１９９７）で規定されている算術平均粗さＲａを採用することができる。表面形状の測定は、例えば、ＡＦＭ（atomic force microscope）等の３次元形状測定装置により行うことができる。接触抵抗は、例えば、ＴＬＭ（Transmission Line Model）法により測定した値である。
半導体発光素子Ｂ１は、負電極９の表面荒れを抑制することにより、負電極９にワイヤやバンプ等を接合した場合の接合強度の向上を図ることが可能となる。これにより、例えば、半導体発光素子Ｂ１と半導体発光素子Ｂ１を収納したパッケージとを備えた発光装置では、長期信頼性を向上させることが可能となる。また、半導体発光素子Ｂ１は、負電極９における最上層の電極層９ｎがＡｕ層により構成されているので、最上層の電極層９ｎがＡｌ層により構成されている比較例に比べて、負電極９の耐酸化性を向上させることができる。
また、半導体発光素子Ｂ１は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図ることにより、半導体発光素子Ｂ１の動作電圧を低減することが可能となり、また、発光輝度の向上を図ることが可能となる。
半導体発光素子Ｂ１は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触が、オーミック接触であるのが好ましい。オーミック接触とは、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触のなかで、印加電圧の方向により生じる電流の整流性のない接触を意味する。オーミック接触は、電流−電圧特性が略線形であるのが好ましく、線形であるのがより好ましい。また、オーミック接触は、接触抵抗がより小さいのが好ましい。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触では、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との界面を通過する電流が、ショットキー障壁を乗り越える熱電子放出電流とショットキー障壁を透過するトンネル電流との和であると考えられる。このため、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触では、トンネル電流が支配的な場合、近似的にオーミック接触が実現していると考えられる。
前記金属としては、Ｎｉを採用しているが、これに限らない。前記金属は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａの群から選択されることが好ましい。これにより、半導体発光素子Ｂ１は、負電極９とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３との接触抵抗の低減を容易に実現することが可能となる。
複数の電極層９ｉは、例えば、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３に近い側から順に、最下層の電極層９1からなる第１電極層、第２電極層９2、第３電極層９3、最上層の電極層９4からなる第４電極層を備えている構成とすることができる。第２電極層９2は、構成元素がＡｌ及び前記金属であり、第３電極層９3は、構成元素がＡｌ、Ａｕ及び前記金属であるのが好ましい。これにより、半導体発光素子Ｂ１は、最下層の電極層９1によりｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３とのオーミック接触を得ることが可能となり、最上層の電極層９4により、ワイヤやバンプ等との良好な接合性を確保することが可能となる。また、半導体発光素子Ｂ１は、図３に示すように、ｎ型半導体層３の表面３ａ上にＡｌよりなる第１金属層９ａ、前記金属よりなる第２金属層９ｂ、Ａｌよりなる第３金属層９ｃ、前記金属よりなる第４金属層９ｄ及びＡｕよりなる第５金属層９ｅを順次積層した後、アニール処理を行うことで、負電極９を形成することが可能となる。負電極９の形成時のアニール処理におけるアニール温度は、一例として、７００℃に設定してある。負電極９の形成時のアニール処理におけるアニール温度は、Ａｌの拡散が起こりやすい温度が好ましく、具体的には、例えば、Ａｌの融点（約６６０℃）よりもやや低い規定温度（例えば、６５０℃）以上の温度が好ましく、７５０℃未満の温度が好ましい。
負電極９の形成にあたっては、第１金属層９ａ、第２金属層９ｂ、第３金属層９ｃ、第４金属層９ｄ及び第５金属層９ｅの厚さを、それぞれ、５０ｎｍ、２０ｎｍ、１００ｎｍ、２０ｎｍ及び１００ｎｍに設定してあるが、これらの厚さに限定するものではない。なお、これらの厚さについては、後述の半導体発光素子Ｂ１の製造方法で説明する。
図２Ａは、半導体発光素子Ｂ１における負電極９の構成元素の深さ方向分布の模式的な説明図である。より詳細には、図２Ａは、前記金属がＮｉである場合について、負電極９における構成元素Ａｌ、Ｎｉ、Ｎ及びＡｕのうちＮ以外の構成元素の深さ方向分布を模式的に示した図である。深さ方向分布とは、負電極９の表面を基準とした深さ方向の各位置における構成元素の含有量の分布である。図２Ａは、図２Ｂにおける負電極９の表面から負電極９とｎ型半導体層３の界面付近までの深さ方向分布を示している。要するに、図２Ａと図２Ｂとは、負電極９の表面の位置及び深さ方向の各位置を対応させてある。
ところで、文献２に記載された測定の結果では、ＡｌＮモル分率ｘが、０．６の場合、熱処理温度が９５０℃程度のときに接触抵抗が最低値となり、接触抵抗の最低値が、１×１０-2Ω・ｃｍ2程度である。これに対し、半導体発光素子Ｂ１は、Ａｌの組成比がより高いｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層により構成されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗を、５×１０-3Ωｃｍ2程度とすることができる。半導体発光素子Ｂ１は、Ａｌの組成比が高くなるにつれて接触抵抗が高くなる傾向にある。このため、負電極９は、Ａｌの組成比がより高いｎ型ＡｌＧａＮ層に対してオーミック接触が得られれば、Ａｌの組成比が低いｎ型ＡｌＧａＮ層に限らず、Ａｌx1Ｇａy1Ｉｎ1-x1-y1Ｎ（０≦ｘ１、０≦ｙ１、ｘ１＋ｙ１≦１）の組成で表されるｎ型半導体層３に適用できる。
半導体発光素子Ｂ１のチップサイズは、４００μｍ□（４００μｍ×４００μｍ）に設定してあるが、これに限らない。チップサイズは、例えば、２００μｍ□（２００μｍ×２００μｍ）〜１ｍｍ□（１ｍｍ×１ｍｍ）程度の範囲で適宜設定することができる。また、半導体発光素子Ｂ１の平面形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状等でもよい。半導体発光素子Ｂ１の平面形状が、長方形状の場合、半導体発光素子Ｂ１のチップサイズは、例えば、５００μｍ×２４０μｍとすることができる。
半導体発光素子Ｂ１の製造方法については、図１、２Ａ、２Ｂ及び３に基づいて説明する。
半導体発光素子Ｂ１は、基板１と、基板１の第１面１ａ側に形成され第１面１ａ側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６を有する窒化物半導体層２０と、を備える。また、半導体発光素子Ｂ１は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６の表面６ａ側に形成された正電極８と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の露出した表面３ａに形成された負電極９と、を備える。また、半導体発光素子Ｂ１は、負電極９が、構成元素としてＴｉを含まない。
半導体発光素子Ｂ１の製造方法において、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａに負電極９を形成するにあたっては、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａ上に、Ａｌよりなる第１金属層９ａ、Ｎと化合物を形成することができる第１の金属よりなる第２金属層９ｂ、Ａｌよりなる第３金属層９ｃ、Ｎと化合物を形成することができる第２の金属よりなる第４金属層９ｄ及びＡｕよりなる第５金属層９ｅを順次積層した後、アニール処理を行うことで負電極９を形成する。これにより、半導体発光素子Ｂ１の製造方法では、負電極９の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子Ｂ１を製造することが可能となる。
以下では、半導体発光素子Ｂ１の製造方法について詳述する。
（１）ウェハの準備
ウェハは、円板状の基板である。半導体発光素子Ｂ１における基板１がサファイア基板の場合、ウェハとしては、サファイアウェハを採用することができる。ウェハは、オリエンテーションフラット（ＯＦ）が形成されているのが好ましい。ウェハの厚みは、例えば、数１００μｍ〜数ｍｍであるのが好ましく、２００μｍ〜１ｍｍであるのがより好ましい。ウェハの直径は、例えば、５０．８ｍｍ〜１５０ｍｍであるのが好ましい。
ウェハは、円板状の基板である。半導体発光素子Ｂ１における基板１がサファイア基板の場合、ウェハとしては、サファイアウェハを採用することができる。ウェハは、オリエンテーションフラット（ＯＦ）が形成されているのが好ましい。ウェハの厚みは、例えば、数１００μｍ〜数ｍｍであるのが好ましく、２００μｍ〜１ｍｍであるのがより好ましい。ウェハの直径は、例えば、５０．８ｍｍ〜１５０ｍｍであるのが好ましい。
ウェハは、例えば、日本電子工業振興協会（ＪＥＩＤＡ）や、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）等の規格を満たすか準拠しているのが好ましい。サファイアウェハに関しては、例えば、ＳＥＭＩ Ｍ６５−０３０６で規格化されている化合物半導体エピタキシャルウェハに使用するサファイア基板の仕様を満たすか準じているのが好ましい。また、サファイアウェハは、第１面が、基板１の第１面１ａに対応する。サファイアウェハの第１面としては、例えば、ｃ面、ｍ面、ａ面、Ｒ面等を採用することができ、ｃ面である（０００１）面が好ましい。また、サファイアウェハの第１面は、（０００１）面からのオフ角が、０〜０．３°であるのが好ましい。
（２）ウェハの第１面上に窒化物半導体層を積層する工程
窒化物半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６を有する積層膜である。窒化物半導体層は、多層構造のエピタキシャル層である。窒化物半導体層は、積層膜の積層構造を特に限定するものではない。窒化物半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６に加えて、バッファ層２、電子ブロック層５及びｐ型コンタクト層７を備えているのが好ましい。バッファ層２、電子ブロック層５及びｐ型コンタクト層７については、適宜設ければよい。
窒化物半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６を有する積層膜である。窒化物半導体層は、多層構造のエピタキシャル層である。窒化物半導体層は、積層膜の積層構造を特に限定するものではない。窒化物半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６に加えて、バッファ層２、電子ブロック層５及びｐ型コンタクト層７を備えているのが好ましい。バッファ層２、電子ブロック層５及びｐ型コンタクト層７については、適宜設ければよい。
この工程では、窒化物半導体層のエピタキシャル成長法として、ＭＯＶＰＥ法を採用している。この工程では、ＭＯＶＰＥ法として、減圧ＭＯＶＰＥ法を採用するのが好ましい。
Ａｌの原料ガスとしては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を採用するのが好ましい。また、Ｇａの原料ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を採用するのが好ましい。Ｎの原料ガスとしては、ＮＨ3を採用するのが好ましい。ｎ型導電性を付与する不純物であるＳｉの原料ガスとしては、テトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を採用するのが好ましい。ｐ型導電性に寄与する不純物であるＭｇの原料ガスとしては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を採用するのが好ましい。各原料ガスそれぞれのキャリアガスとしては、例えば、Ｈ2ガスを採用することが好ましい。
各原料ガスは、特に限定するものではなく、例えば、Ｇａの原料ガスとしてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ｎの原料ガスとしてヒドラジン誘導体、Ｓｉの原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4）を用いてもよい。
窒化物半導体層の成長条件は、基板温度、Ｖ／III比、各原料ガスの供給量、成長圧力等を適宜設定すればよい。
窒化物半導体層のエピタキシャル成長法は、ＭＯＶＰＥ法に限らず、例えば、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法等でもよい。
（３）ｐ型不純物を活性化するためのアニールを行う工程
この工程は、アニール装置のアニール炉内において所定のアニール温度で所定のアニール時間だけ保持することにより、電子ブロック層５、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６及びｐ型コンタクト層７のｐ型不純物を活性化する工程である。アニール条件は、アニール温度を７５０℃、アニール時間を１０分に設定してあるが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。アニール装置としては、例えば、ランプアニール装置、電気炉アニール装置等を採用することができる。
この工程は、アニール装置のアニール炉内において所定のアニール温度で所定のアニール時間だけ保持することにより、電子ブロック層５、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６及びｐ型コンタクト層７のｐ型不純物を活性化する工程である。アニール条件は、アニール温度を７５０℃、アニール時間を１０分に設定してあるが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。アニール装置としては、例えば、ランプアニール装置、電気炉アニール装置等を採用することができる。
（４）メサ構造２２を形成する工程
この工程では、窒化物半導体層において窒化物半導体層２０のメサ構造２２の上面２２ａ（窒化物半導体層２０の表面２０ａ）に対応する領域上に、フォトリソグラフィ技術を利用して、第１のレジスト層を形成する。そして、この工程では、第１のレジスト層をマスクとして、窒化物半導体層２０の一部を表面２０ａ側からｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の途中までエッチングすることによって、メサ構造２２を形成する。更に、この工程では、第１のレジスト層を除去する。窒化物半導体層２０のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチングにより行うことができる。
この工程では、窒化物半導体層において窒化物半導体層２０のメサ構造２２の上面２２ａ（窒化物半導体層２０の表面２０ａ）に対応する領域上に、フォトリソグラフィ技術を利用して、第１のレジスト層を形成する。そして、この工程では、第１のレジスト層をマスクとして、窒化物半導体層２０の一部を表面２０ａ側からｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の途中までエッチングすることによって、メサ構造２２を形成する。更に、この工程では、第１のレジスト層を除去する。窒化物半導体層２０のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチングにより行うことができる。
（５）絶縁膜を形成する工程
この工程では、ウェハの第１面側の全面に絶縁膜の基礎となるＳｉＯ２膜を例えばＰＥＣＶＤ（plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition）法により形成する。そして、この工程では、ウェハの第１面側において、ＳｉＯ２膜のうち窒化物半導体層２０における正電極８及び負電極９それぞれの形成予定領域に重なっている部位が開口されるように、ＳｉＯ２膜をパターニングすることで、パターニングされた絶縁膜を形成する。なお、ＳｉＯ２膜の形成方法は、ＰＥＣＶＤ法に限らず、例えば、他のＣＶＤ法等でもよい。ＳｉＯ２膜のパターニングは、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して行う。
この工程では、ウェハの第１面側の全面に絶縁膜の基礎となるＳｉＯ２膜を例えばＰＥＣＶＤ（plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition）法により形成する。そして、この工程では、ウェハの第１面側において、ＳｉＯ２膜のうち窒化物半導体層２０における正電極８及び負電極９それぞれの形成予定領域に重なっている部位が開口されるように、ＳｉＯ２膜をパターニングすることで、パターニングされた絶縁膜を形成する。なお、ＳｉＯ２膜の形成方法は、ＰＥＣＶＤ法に限らず、例えば、他のＣＶＤ法等でもよい。ＳｉＯ２膜のパターニングは、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して行う。
（６）負電極９を形成する工程
この工程では、まず、ウェハの第１面側に、負電極９の形成予定領域のみ（つまり、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のうち厚みが薄くなった部位の表面３ａの一部）が露出するようにパターニングされた第２のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば、Ａｌよりなる第１金属層９ａ、Ｎと化合物を形成することができる第１の金属よりなる第２金属層９ｂ、Ａｌよりなる第３金属層９ｃ、Ｎと化合物を形成することができる第２の金属よりなる第４金属層９ｄ及びＡｕよりなる第５金属層９ｅの積層膜を蒸着法により成膜する。蒸着法は、電子ビーム蒸着法が好ましい。積層膜の成膜方法は、蒸着法に限らず、例えば、スパッタ法等でもよい。第１の金属及び第２の金属は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａの群から選択されることが好ましい。例えば、この工程では、第１の金属及び第２の金属として、Ｎｉを採用しているが、Ｃｕを採用してもよいし、第１の金属としてＮｉを採用し、第２の金属としてＣｕを採用してもよい。そして、この工程では、リフトオフを行うことにより、第２のレジスト層及び第２のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、アニール処理を行う。アニール処理は、負電極９とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３との接触をオーミック接触とするための処理である。アニール処理は、Ｎ2ガス雰囲気中でのＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）が好ましい。積層膜の構造及び各厚さは、一例であり、特に限定するものではない。また、ＲＴＡ処理の条件は、例えば、アニール温度を７００℃、アニール時間を１分とすればよいが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。アニール温度は、Ａｌの拡散が起こりやすい温度が好ましく、具体的には、例えば、Ａｌの融点（約６６０℃）よりもやや低い規定温度（例えば、６５０℃）以上の温度が好ましく、７５０℃未満の温度が好ましい。アニール温度は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３がｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層の場合には７００℃程度が好ましい。アニール温度は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のＡｌの組成比に基づいて適宜変更してもよい。アニール時間は、例えば、３０秒〜３分程度の範囲で設定すればよい。
この工程では、まず、ウェハの第１面側に、負電極９の形成予定領域のみ（つまり、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のうち厚みが薄くなった部位の表面３ａの一部）が露出するようにパターニングされた第２のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば、Ａｌよりなる第１金属層９ａ、Ｎと化合物を形成することができる第１の金属よりなる第２金属層９ｂ、Ａｌよりなる第３金属層９ｃ、Ｎと化合物を形成することができる第２の金属よりなる第４金属層９ｄ及びＡｕよりなる第５金属層９ｅの積層膜を蒸着法により成膜する。蒸着法は、電子ビーム蒸着法が好ましい。積層膜の成膜方法は、蒸着法に限らず、例えば、スパッタ法等でもよい。第１の金属及び第２の金属は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａの群から選択されることが好ましい。例えば、この工程では、第１の金属及び第２の金属として、Ｎｉを採用しているが、Ｃｕを採用してもよいし、第１の金属としてＮｉを採用し、第２の金属としてＣｕを採用してもよい。そして、この工程では、リフトオフを行うことにより、第２のレジスト層及び第２のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、アニール処理を行う。アニール処理は、負電極９とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３との接触をオーミック接触とするための処理である。アニール処理は、Ｎ2ガス雰囲気中でのＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）が好ましい。積層膜の構造及び各厚さは、一例であり、特に限定するものではない。また、ＲＴＡ処理の条件は、例えば、アニール温度を７００℃、アニール時間を１分とすればよいが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。アニール温度は、Ａｌの拡散が起こりやすい温度が好ましく、具体的には、例えば、Ａｌの融点（約６６０℃）よりもやや低い規定温度（例えば、６５０℃）以上の温度が好ましく、７５０℃未満の温度が好ましい。アニール温度は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３がｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層の場合には７００℃程度が好ましい。アニール温度は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のＡｌの組成比に基づいて適宜変更してもよい。アニール時間は、例えば、３０秒〜３分程度の範囲で設定すればよい。
本願発明者らは、この工程でのアニール処理を行うことで、負電極９が形成される推定メカニズムについて次のように考えた。なお、半導体発光素子Ｂ１の製造方法は、仮に推定メカニズムが別であっても、本発明の範囲内である。
この工程では、アニール処理により、第２金属層９ｂの第１金属が第１金属層９ａに拡散してＡｌと第１金属との合金が形成されるとともに第１金属層９ａがｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３から一部の窒素を引き抜き抜くことで、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９とのオーミック接触を実現させることができるものと推考される。また、この工程では、第４金属層９ｄの第２金属が、第３金属層９ｃの構成元素であるＡｌと第５金属層の構成元素であるＡｕとが反応することを抑制し、第５金属層９ｅの最表面側にＡｕ層からなる最上層の電極層９4が残ることで、負電極９の表面の平坦性が、積層膜の表面の平坦性よりも低下するのを抑制することができるものと推考される。
ただし，第１金属層９ａの厚さについては、厚すぎると第２金属層９ｂの構成元素である第２金属の、第１金属層９ａとｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３との界面への拡散を妨げてしまう懸念があるため、２００ｎｍ以下に設定するのが望ましい。また、第２金属層９ｂ及び第４金属層９ｄそれぞれの厚さについては、薄すぎると、それぞれ所望の効果が得られないため、５ｎｍ以上に設定するのが望ましい。
（７）正電極８を形成する工程
この工程では、ウェハの第１面側における正電極８の形成予定領域のみ（ここでは、ｐ型コンタクト層７の表面７ａの一部）が露出するようにパターニングされた第３のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば厚さが３０ｎｍのＮｉ膜と厚さが２００ｎｍのＡｕ膜との積層膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、リフトオフを行うことにより、第３のレジスト層及び第３のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、正電極８とｐ型コンタクト層７との接触がオーミック接触となるように、Ｎ2ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を行う。積層膜の構造及び各厚さは、一例であり、特に限定するものではない。また、ＲＴＡ処理の条件は、例えば、アニール温度を５００℃、アニール時間を１５分とすればよいが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。
この工程では、ウェハの第１面側における正電極８の形成予定領域のみ（ここでは、ｐ型コンタクト層７の表面７ａの一部）が露出するようにパターニングされた第３のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば厚さが３０ｎｍのＮｉ膜と厚さが２００ｎｍのＡｕ膜との積層膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、リフトオフを行うことにより、第３のレジスト層及び第３のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、正電極８とｐ型コンタクト層７との接触がオーミック接触となるように、Ｎ2ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を行う。積層膜の構造及び各厚さは、一例であり、特に限定するものではない。また、ＲＴＡ処理の条件は、例えば、アニール温度を５００℃、アニール時間を１５分とすればよいが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。
（８）第１パッド電極及び第２パッド電極を形成する工程
この工程では、フォトリソグラフィ技術および薄膜形成技術を利用して正電極８、負電極９上に、それぞれ、第１パッド電極、第２パッド電極を形成する。薄膜形成技術としては、例えば、蒸着法などを採用することができる。蒸着法は、電子ビーム蒸着法が好ましい。第１パッド電極、第２パッド電極は、正電極８、負電極９にそれぞれ電気的に接続される。第１パッド電極は、正電極８を覆うように形成するのが好ましい。第２パッド電極は、負電極９を覆うように形成するのが好ましい。
この工程では、フォトリソグラフィ技術および薄膜形成技術を利用して正電極８、負電極９上に、それぞれ、第１パッド電極、第２パッド電極を形成する。薄膜形成技術としては、例えば、蒸着法などを採用することができる。蒸着法は、電子ビーム蒸着法が好ましい。第１パッド電極、第２パッド電極は、正電極８、負電極９にそれぞれ電気的に接続される。第１パッド電極は、正電極８を覆うように形成するのが好ましい。第２パッド電極は、負電極９を覆うように形成するのが好ましい。
半導体発光素子Ｂ１の製造方法では、この工程が終了することにより、半導体発光素子Ｂ１が複数形成されたウェハが完成する。要するに、半導体発光素子Ｂ１の製造方法では、上述の（１）〜（８）の工程を順次行うことにより、半導体発光素子Ｂ１が複数形成されたウェハが完成する。
（９）ウェハから個々の半導体発光素子Ｂ１に分割する工程
この工程は、ダイシング工程であり、ウェハをダイシングソーなどによって裁断することで、個々の半導体発光素子Ｂ１に分割する。これにより、１枚のウェハから複数個の半導体発光素子Ｂ１を得ることができる。
この工程は、ダイシング工程であり、ウェハをダイシングソーなどによって裁断することで、個々の半導体発光素子Ｂ１に分割する。これにより、１枚のウェハから複数個の半導体発光素子Ｂ１を得ることができる。
以上説明した本実施形態の半導体発光素子Ｂ１の製造方法では、負電極９の表面荒れを抑制することが可能であり、且つ、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子Ｂ１を製造することが可能となる。半導体発光素子Ｂ１の製造方法では、第１の金属及び第２の金属が、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａの群から選択されるのが好ましい。これにより、半導体発光素子Ｂ１の製造方法では、負電極９とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３との接触抵抗の低減を容易に実現することが可能となる。
半導体発光素子Ｂ１は、紫外線発光ダイオードに限らず、紫外線レーザダイオードでもよい。
上述の実施形態において説明した各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態に記載した材料、数値等は、好ましい例を挙げているだけであり、それに限定するものではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。
Claims (5)
- 基板と、前記基板の第１面側に形成され前記第１面側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち露出した表面に形成された負電極と、を備え、
前記負電極が、構成元素としてＴｉを含んでおらず、
前記負電極は、厚み方向に重なる複数の電極層を備え、前記複数の電極層のうち最上層の電極層が、Ａｕ層により構成され、前記複数の電極層のうち最下層の電極層が、構成元素として、Ａｌと、Ｎと、Ｎと化合物を形成することができる金属と、を含んでいることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記金属は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａの群から選択されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
- 前記複数の電極層は、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層に近い側から順に、前記最下層の電極層からなる第１電極層、第２電極層、第３電極層、前記最上層の電極層からなる第４電極層を備え、前記第２電極層は、構成元素がＡｌ及び前記金属であり、前記第３電極層は、構成元素がＡｌ、Ａｕ及び前記金属であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
- 基板と、前記基板の第１面側に形成され前記第１面側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち前記窒化物半導体層が深さ方向の途中まで除去されて露出した表面に形成された負電極と、を備え、前記負電極が、構成元素としてＴｉを含まない、半導体発光素子の製造方法であって、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記表面に前記負電極を形成するにあたっては、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記表面上に、Ａｌよりなる第１金属層、Ｎと化合物を形成することができる第１の金属よりなる第２金属層、Ａｌよりなる第３金属層、Ｎと化合物を形成することができる第２の金属よりなる第４金属層及びＡｕよりなる第５金属層を順次積層した後、アニール処理を行うことで前記負電極を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 前記第１の金属及び前記第２の金属は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａの群から選択されることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子の製造方法。
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