TW201515259A - 氮化物半導體發光元件及其製造方法 - Google Patents

Abstract

實現不使用ITO或Ni等材料所形成之接觸電極，而具有與先前之氮化物半導體發光元件同等的接觸特性的氮化物半導體發光元件。 在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層的氮化物半導體發光元件中，具有：第1接觸層，係接觸於p型氮化物半導體層，且以比p型氮化物半導體層還高濃度來摻雜第1不純物材料的氮化物半導體層所構成；及第2接觸層，係接觸於第1接觸層，且以摻雜Zn、Cd、Be、Sr、Ca及C之任一種以上的第2不純物材料的AlXGaYInZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)所構成。

Description

氮化物半導體發光元件及其製造方法

本發明係關於在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層所成的氮化物半導體發光元件及其製造方法。

使用氮化物半導體的發光元件，係因為可因應使用的材料來控制發光波長，現在利用於多種領域，又，該研究開發也積極地進行(例如，參照專利文獻1)。

先前的氮化物半導體發光元件係具有依序層積過摻雜Mg的p側接觸層、摻雜Mg的p型氮化物半導體層、發光層及摻雜Si的n型氮化物半導體層的構造。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2007-59830號公報

先前，p側接觸層係為了提升與形成於其上層之電極的接觸性，實現歐姆連接，被高濃度摻雜。更詳細來說，採用於p側接觸層上，作為接觸電極而設置退化半導體的ITO或Ni，進而於該接觸電極上，設置金屬電極(Ag，Al)的構造。

然而，於前述之先前的氮化物半導體發光元件中，為了取得與高濃度摻雜Mg的p側接觸層的接觸所用，由ITO或Ni所成的接觸電極為吸收短波長之光線者，故有短波長區域的發光強度會降低的問題。例如，ITO係於365nm附近具有吸收端，Ni係於比ITO還長的波長側具有吸收端，故擔憂會引起紫外波長區域之發光強度的降低。

本發明的目的係利用可不使用以ITO或Ni等材料形成的接觸電極，而實現具有與先前之氮化物半導體發光元件同等的接觸特性的氮化物半導體發光元件，來實現紫外波長區域之透射率高的元件。

如果，可不設置以ITO或Ni形成之接觸電極，於p型接觸層的上層直接形成金屬電極的話，可解決形成接觸電極的材料所致之短波長的光線的吸收之前述的課題。但是，在至今為止的技術中，在不設置此種接觸電極，於p型接觸層的上層，直接形成金屬電極時，無法實 現良好的歐姆特性。本案發明者係藉由銳意研究，利用與先前的氮化物半導體發光元件不同方法，來形成接觸層(半導體層)，達成可不設置接觸電極，實現具有半導體層與金屬電極之間的良好接觸特性的氮化物半導體發光元件。

亦即，本發明的氮化物半導體發光元件的第1特徵，係於n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層的氮化物半導體發光元件中，具有：第1接觸層，係接觸於前述p型氮化物半導體層，且以比前述p型氮化物半導體層還高濃度來摻雜第1不純物材料的氮化物半導體層所構成；及第2接觸層，係接觸於前述第1接觸層，且以摻雜Zn、Cd、Be、Sr、Ca及C之任一種以上的第2不純物材料的Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)所構成。

再者，構成第2接觸層的Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)係含有微量的其他物質(Sb等)亦可。

摻雜於第2接觸層的第2不純物材料(Zn、Cd、Be、Sr、Ca及C之任一種以上)，係形成比形成p型氮化物半導體層時一般摻雜的材料(Mg)更深的不純物能階。更詳細來說，以相較於對第1接觸層摻雜之第1不純物材料的活性化能量，對第2接觸層摻雜之第2不純物材料的活性化能量更高之方式，選擇第2不純物材料即 可。例如，將第1接觸層、第2接觸層任一皆以GaN構成時，Mg的活性化能量為140meV，相對於此，Zn為350meV。

在第2接觸層中，因形成第2不純物材料所致較深的能階，即使將不純物有效狀態以上地添加於半導體層也不會離子化，載體並不是在價電子帶，而是躍遷傳導於不純物所作之點間。對元件之間施加電壓的話，被較深能階捕捉而無法移動的電子，受到電場的影響，藉由在可穿隧的能階中被熱激發之後穿隧躍遷，載體可高效率地移動於第2接觸層內。

在實現躍遷傳導時，需要對第2接觸層供給電場。在使氮化物半導體發光元件發光時，為了於發光層流通電流而施加電壓。依據發光層的電流電壓特性(I-V特性)，到初始階段的起始電壓為止不會流通電流，施加該電壓以上的電壓時，電流開始流通於發光層而開始發光。此時，為了實現躍遷傳導所需的電場於第2接觸層中被供給，所以，用以流通發光層所需之電流的驅動電壓相較於先前，不會發生大幅上升的問題。

依據該構造，可不具有以ITO或Ni形成的接觸電極，實現與具有接觸電極之先前構造同等的接觸特性。因此，因為可接觸於第2接觸層而形成金屬電極，可消除短波長區域的發光強度降低之先前的氮化物半導體發光元件的課題。

尤其，作為前述第2不純物材料，可適合地 使用Zn。此時，利用將摻雜之Zn的濃度設為1×10¹⁹/cm³~5×10²¹/cm³，可實現更良好的接觸特性。對於為了實現躍遷傳導來說，因為需要縮小能階間的間隔，設為有效狀態密度以上的不純物濃度為佳。又，過於高濃度摻雜的話，會導致形成第2接觸層的Al_XGa_YIn_ZN材料的結晶性劣化，實質上成為增加電阻的結果。因此，以前述範圍的濃度對第2接觸層摻雜Zn為佳。

又，本發明的氮化物半導體發光元件的第2特徵，係於n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層的氮化物半導體發光元件中，具有：第1接觸層，係接觸於前述p型氮化物半導體層，且以比前述p型氮化物半導體層還高濃度來摻雜Mg的氮化物半導體層所構成；及第2接觸層，係接觸於前述第1接觸層，且以比前述第1接觸層還低濃度來摻雜Zn的Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)所構成。

摻雜於第2接觸層的Zn，係形成比在形成p型氮化物半導體層時一般摻雜的材料(Mg)還深的不純物能階。因此，依據第2特徵構造，根據上述的理由，可不具有以ITO或Ni形成的接觸電極，實現與具有接觸電極之先前構造同等的接觸特性。因此，因為可接觸於第2接觸層而形成金屬電極，可消除短波長區域的發光強度降低之先前的氮化物半導體發光元件的課題。

進而，藉由本案發明者的銳意研究，發現在 第2接觸層的Zn的濃度高於第1接觸層的Mg的濃度時，因為連續驅動，發光元件的輸出會降低。此係因為摻雜於第2接觸層的Zn是具有特別容易擴散之性質的材料，可推測該Zn透過第1接觸層而固相擴散至p型氮化物半導體層內，進而至發光層內為止，起因於損害pn接合者。

因此，在前述第2特徵構造中，相較於摻雜於第1接觸層之Mg的濃度，將摻雜於第2接觸層之Zn的濃度設為低濃度。藉此，可獲得即使摻雜於第2接觸層的Zn擴散至第1接觸層內，也可藉由於該第1接觸層內以高濃度摻雜的Mg的存在，防止Zn對p型氮化物半導體層內或發光層內進一步的擴散的效果。如「實施方式」中後述般，可確認在相較於摻雜於第1接觸層之Mg的濃度，摻雜於第2接觸層之Zn的濃度為低濃度的範圍，可抑制壽命的劣化。

本發明的氮化物半導體發光元件，係除了前述構造之外，可作為具有接觸於前述第2接觸層，包含Ag(包含Ag合金)、Al或Rh之1種以上的金屬電極的構造。

因第2接觸層具有良好的歐姆特性，金屬電極可直接接觸並形成於該第2接觸層。尤其，作為該金屬電極，藉由利用反射率高的Ag(包含Ag合金)、Al或Rh，實現具有將從發光層放射至p型氮化物半導體層側的光線，反射至光取出方向之反射電極的功能。

尤其，作為深紫外光用光源，實現本發明的氮化物半導體發光元件之狀況中，全部以Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)來形成p型氮化物半導體層、第1接觸層、第2接觸層，並以Al構成金屬電極為佳。藉此，因為不需要利用ITO或Ni等之在比發光波長更長波長側具有吸收端的材料來形成接觸電極，可實現光取出效率較高的深紫外光用的光源元件。此時，構成p型氮化物半導體層、第1接觸層、第2接觸層的Al_XGa_YIn_ZN的各組成比率，係不一定全部作為共通，例如作為各層不同比率者亦可。

進而，藉由本案發明者的銳意研究，發現在製造具有前述第1特徵構造的氮化物半導體發光元件時，利用在形成第2接觸層之後在惰性氣體氣氛下進行退火處理，可實現之後形成的金屬電極，與第2接觸層及第1接觸層，亦即半導體層的良好歐姆特性。

亦即，本發明之氮化物半導體發光元件的製造方法，其特徵為具有：於基板上，依序層積形成n型氮化物半導體層、發光層、p型氮化物半導體層的工程(a)；於前述p型氮化物半導體層的上層，形成以比前述p型氮化物半導體層還高濃度來摻雜第1不純物材料的氮化物半導體層所構成的第1接觸層的工程(b)；於前述第1接觸層的上層，形成以摻雜Zn、Cd、Be、Sr、Ca及C之任一種以上的第2不純物材料的 Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)所構成的第2接觸層的工程(c)；及在前述工程(c)之後，在惰性氣體氣氛下進行退火的工程(d)。

在此，作為工程(d)中所用的惰性氣體，適合使用氮，但是，作為使用氬、氦、氖等的氣體者亦可。

在「實施方式」中後述，可知在工程(c)之後，包含氧之氣氛(例如空氣)下進行退火時，之後形成金屬電極的話，無法實現良好的歐姆特性，顯示出肖特基特性。相對於此，如上所述，利用在工程(c)之後在惰性氣體氣氛下進行退火的工程(d)之後，形成金屬電極，時現良好的歐姆特性。

再者，該工程(d)設為RTA(Rapid Thermal Anneal)所致之退火處理為佳。

工程(a)~(c)係一般利用MOCVD裝置實現。於工程(c)的實效時間點中，該MOCVD裝置內，亦即爐內成為高溫狀態。因此，作為工程(d)，在該爐內，在惰性氣體氣氛之狀態下利用工程(c)之後的冷卻期間，進行爐內退火比較自然。

但是，藉由本案發明者的銳意研究，發現相較於進行如前述之爐內退火，暫時從MOCVD裝置取出元件並移動至RTA裝置內，藉由RTA來進行退火處理有可更提升接觸特性的效果。該內容係參照對於製造後之發光元件的電流電壓特性(I-V特性)於後敘述。

又，本發明之氮化物半導體發光元件的製造方法係除了前述的特徵之外，其他特徵為具有：在前述工程(d)之後，於前述第2接觸層的上層，形成金屬電極的工程(e)；及在前述工程(e)之後，在含有氧的氣氛下進行退火的工程(f)。

藉由本案發明者的銳意研究，發現在金屬電極形成後，如前述工程(d)，不在惰性氣體氣氛下，利用在含有氧的氣氛下進行退火，可獲得更提升半導體層與金屬電極之間的接觸性的效果。關於此內容，也參照實施例於後敘述。

再者，在工程(f)中所用之含有氧的氣氛，係除了空氣之外，包含一定程度之氧的氣氛即可。

尤其，發現作為金屬電極，使用Ag或Ag合金時，將工程(f)在含有氧的氣氛下進行退火所致之接觸性的提升效果很高。推測出利用在含有氧的氣氛下進行退火，可提高以Ag或Ag合金形成之金屬電極與第2接觸層的密接性，而提升接觸性。

因第2接觸層具有良好的歐姆特性，可不透過其他接觸電極，如工程(e)般，可將金屬電極直接接觸並形成於該第2接觸層。尤其，作為該金屬電極，可藉由利用Ag或Ag合金等反射率高的金屬，實現具有將從發光層放射至p型氮化物半導體層側的光線，反射至光取出方向之反射電極的功能。

依據本發明的氮化物半導體發光元件，可不使用以ITO或Ni等材料形成的接觸電極，實現具有與先前之氮化物半導體發光元件同等的接觸特性的元件。

1、1a‧‧‧氮化物半導體發光元件

11‧‧‧支持基板

13‧‧‧焊錫層

15‧‧‧焊錫層

17‧‧‧保護層

18a、18b‧‧‧金屬電極

19、19a‧‧‧金屬電極

20、20a‧‧‧導電層

21‧‧‧絕緣層

23a、23b‧‧‧探針器

30、30a‧‧‧半導體層

31‧‧‧p型氮化物半導體層

32‧‧‧第1接觸層

33‧‧‧發光層

34‧‧‧第2接觸層

35‧‧‧n型氮化物半導體層

36‧‧‧無摻雜層

40‧‧‧磊晶層

41‧‧‧絕緣層

42‧‧‧電極

43‧‧‧接合電極

45‧‧‧焊接線

51、52‧‧‧供電端子

53、54‧‧‧接合電極

55‧‧‧基板

61‧‧‧藍寶石基板

70、71、72‧‧‧評估用元件

73‧‧‧間隙

80‧‧‧先前例的發光元件

81‧‧‧比較例1的發光元件

83‧‧‧接觸電極

[圖1]揭示本發明的第1實施形態之氮化物半導體發光元件的概略構造的模式剖面圖。

[圖2]揭示先前例及比較例1的概略構造的模式剖面圖。

[圖3]揭示實施例1、先前例及比較例1的各元件之電流電壓特性的圖表。

[圖4]揭示實施例1的元件中，使摻雜於第2接觸層之Zn的濃度變化時，檢證接觸特性之結果的表。

[圖5A]第1實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖5B]第1實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖5C]第1實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖5D]第1實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖5E]第1實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖5F]第1實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖5G]第1實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖5H]第1實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖5I]第1實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖6]揭示本發明的第2實施形態之氮化物半導體發光元件的概略構造的模式剖面圖。

[圖7A]第2實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖7B]第2實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖8]揭示實施例2的氮化物半導體發光元件中，使摻雜於第2接觸層之Zn的濃度變化時，檢證壽命劣化的程度之結果的表。

[圖9A]第4實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖9B]第4實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖9C]第4實施形態之氮化物半導體發光元件的工 程剖面圖的一部分。

[圖9D]第4實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖9E]第4實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖9F]第4實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖9G]第4實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖9H]第4實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖9I]第4實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖9J]第4實施形態之氮化物半導體發光元件的工程剖面圖的一部分。

[圖10]揭示實施例3、先前例及比較例1的各元件之電流電壓特性的圖表。

[圖11A]揭示評估用元件之概略構造的模式剖面圖。

[圖11B]揭示評估用元件之概略構造的模式俯視圖。

[圖12A]揭示實施例4的評估用元件之電流電壓特性的圖表。

[圖12B]揭示比較例2的評估用元件之電流電壓特 性的圖表。

[圖12C]揭示實施例5的評估用元件之電流電壓特性的圖表。

[圖13]揭示對應實施例4及實施例5的氮化物半導體發光元件之電流電壓特性的圖表。

[圖14]揭示對應實施例3及實施例6的氮化物半導體發光元件之電流電壓特性的圖表。

[第1實施形態]

針對本發明的第1實施形態之氮化物半導體發光元件及其製造方法，以下進行說明。

<構造>

圖1係氮化物半導體發光元件1的概略剖面圖。再者，以下，AlGaN的表記係省略Al與Ga的組成比所記載者，並不是表示組成比為1：1者。又，圖1內之箭頭表示光線的取出方向。

氮化物半導體發光元件1係包含支持基板11、導電層20、絕緣層21、半導體層30、電極42及接合電極43所構成。半導體層30係包含p型氮化物半導體層31、第1接觸層32、發光層33、第2接觸層34、n型氮化物半導體層35所構成。

(支持基板11)

支持基板11係以例如CuW、W、Mo等的導電性基板或Si等的半導體基板所構成。

(導電層20)

於基板11的上層，形成由多層構造所成的導電層20。該導電層20係在本實施形態中，包含焊錫層13、焊錫層15、保護層17及金屬電極19。

焊錫層13及焊錫層15係例如以Au-Sn、Au-In、Au-Cu-Sn、Cu-Sn、Pd-Sn、Sn等所構成。如後述般，該等焊錫層13與焊錫層15係利用使形成於支持基板11上的焊錫層13，與形成於其他基板上的焊錫層15對向之後，貼合兩者所形成者。

保護層17係例如以Pt系的金屬(Ti與Pt的合金)、W、Mo等所構成。如後述般，隔著焊錫層的貼合時，構成焊錫的材料會擴散至後述之金屬電極19側，發揮防止反射率下落所致之發光效率的降低的功能。

金屬電極19係例如以Ag(包含Ag合金)、Al、Rh等所構成。氮化物半導體發光元件1係想定將從半導體層30的發光層33放射之光線，往圖1的紙面上方向取出之狀況，金屬電極19係具有作為將從發光層33放射至紙面朝下(支持基板11側)之光線，朝上(n型氮化物半導體層35側)反射的反射電極的功用，發揮提升 發光效率的功能。再者，在氮化物半導體發光元件1中，於金屬電極19並未形成用以提升接觸性之ITO或Ni等的接觸電極。

再者，導電層20係於一部分中與半導體層30接觸，對支持基板11與接合電極43之間施加電壓的話，形成經由支持基板11、導電層20、半導體層30、接合電極43而流通至焊接線45的電流路徑。

(絕緣層21)

絕緣層21係例如以SiO₂、SiN、Zr₂O₃、AlN、Al₂O₃等所構成。該絕緣層21係上面與半導體層30接觸，更詳細來說是與第2接觸層34的底面接觸。再者，該絕緣層21係如後述般，具有作為元件分離時(步驟S7)之蝕刻阻擋層的功能，並且也具有將電流往與支持基板11的基板面平行的方向擴散的功能。

(半導體層30)

如上所述，半導體層30係包含p型氮化物半導體層31、第1接觸層32、發光層33、第2接觸層34及n型氮化物半導體層35所構成。

(n型氮化物半導體層35)

於本實施形態中，n型氮化物半導體層35係以Al_nGa_1-nN(0≦n≦1)所構成。至少於n型氮化物半導體 層35，摻雜Si、Ge、S、Se、Sn、Te等的n型不純物，尤其摻雜Si為佳。

再者，在圖1的範例中，於n型氮化物半導體層35，於上面形成凹凸。此係以減少從發光層33朝向上方放射之光線(及從金屬電極19朝上放射之反射光)在n型氮化物半導體層35的表面而朝下反射之光量，來提升元件外的取出光量為目的者。

n型氮化物半導體層35係以膜厚為0.5μm以上1μm以下程度夠成。再者，如上所述，於n型氮化物半導體層35的上面形成凹凸之狀況中，以從凹凸的凹部(谷部)到與發光層33的界面為止，來作為n型氮化物半導體層35的膜厚亦可，以從凹凸的凸部(山部)到與發光層33的界面為止，來作為n型氮化物半導體層35的膜厚亦可。

(發光層33)

發光層33係例如以具有重複由InGaN所成之量子井層與由AlGaN所成之障壁層的多量子井結構的半導體層所形成。該等之層係作為無摻雜型亦可，作為摻雜p型或n型亦可。

(p型氮化物半導體層31，第1接觸層32)

p型氮化物半導體層31及第1接觸層32係例如以Al_mGa_1-mN(0≦m≦1)構成。再者，構成p型氮化物半導 體層31及第1接觸層32的半導體材料不同亦可。亦即，作為一例，以AlGaN構成p型氮化物半導體層31，以GaN構成第1接觸層32亦可。

在此，第1接觸層32係不純物比p型氮化物半導體層31還高濃度摻雜。例如，p型氮化物半導體層31的不純物濃度為1×10¹⁹/cm³~5×10²¹/cm³以下程度，第1接觸層32係5×10¹⁹/cm³以上，5×10²⁰/cm³以下程度。再者，該等層皆可將摻雜物設為Mg。

(第2接觸層34)

第2接觸層34係以摻雜Zn、Cd、Be、Sr、Ca及C之任一種以上的第2不純物材料的Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)所構成。例如，第2接觸層34的不純物濃度為1×10¹⁹/cm³以上，5×10²¹/cm³以下程度。具體來說，作為一例，可作為摻雜Zn的GaN。

在此，作為摻雜於第2接觸層34的不純物材料(對應「第2不純物材料」)，係只要是比摻雜於第1接觸層32的不純物材料(對應「第1不純物材料」)形成於第1接觸層32內的不純物能階，在更深的位置形成不純物能階的材料即可。作為一例，於第1接觸層32摻雜Mg時，於第2接觸層34摻雜Zn的話，形成於第2接觸層34的不純物能階，係在比形成於第1接觸層32的不純物能階還要深的位置。第1接觸層32係p型氮化物半 導體層31與第2接觸層34的各費米能階相離開，設為具有各費米能階的中間能階的構造為佳。

參照實施例如後述般，氮化物半導體發光元件1係利用第2接觸層34之躍遷傳導，即使沒有接觸電極，也可形成半導體層30與金屬電極19的良好的歐姆連接，為可實現低電壓驅動的構造。作為摻雜於第2接觸層34的第2不純物材料，如上所述，利用形成較深能階者。

(電極42，接合電極43)

電極42及接合電極43係形成於n型氮化物半導體層35的上層，例如以Cr-Au所構成。更詳細來說，電極42及接合電極43係形成於半導體層30的底面(支持基板11側之面)與絕緣層21的上面(半導體層30側之面)接觸之區域的正上位置，亦即，與正交於支持基板11之面的方向對向之位置的n型氮化物半導體層35的上層。藉此，於電極下方形成導電性較低的材料，故施加電流時，可獲得電流往水平方向擴散於發光層33內的效果。

於接合電極43，連接例如以Au、Cu等所構成之焊接線45，該電線的另一方係連接於配置氮化物半導體發光元件1之基板的供電圖案等(未圖示)。

<接觸性的檢證>

藉由本發明的氮化物半導體發光元件1，針對不須設 置ITO或Ni，即可實現與先前同等之良好的接觸層之處，參照實施例進行說明。

(實施例)

將圖1所示之氮化物半導體發光元件1作為實施例1。在此，作為半導體層30，作為具有以Si濃度為3×10¹⁹/cm³的Al_0.06Ga_0.94N構成之n型氮化物半導體層35、具有由InGaN所成之量子井層及由n型AlGaN所成之障壁層所致之15週期的多量子井結構的發光層33、以Mg濃度為3×10¹⁹/cm³程度的Al_0.06Ga_0.94N構成之p型氮化物半導體層31、以Mg濃度為1×10²⁰/cm³程度的GaN構成之第1接觸層32、及以Zn濃度為1×10²⁰/cm³程度的GaN構成之第2接觸層34的構造。又，以Ag形成金屬電極19。

(先前例)

於圖2(a)模式揭示先前例之發光元件80的構造。該先前例的發光元件80係相較於實施例，不具備第2接觸層34，使第1接觸層32與導電層20a接觸。更詳細來說，作為導電層20a，除了金屬電極19之外，具備以Ni形成的接觸電極83，使該接觸電極83與第1接觸層32接觸。其他構造與實施例1共通。

(比較例)

於圖2(b)模式揭示比較例1之發光元件81的構造。該比較例1的發光元件81係作為相對於先前例的發光元件80，不具備接觸電極83的構造者。亦即，使第1接觸層32與導電層20接觸，更詳細來說是與金屬電極19接觸。

(檢證結果)

圖3係將對於實施例1的發光元件1、先前例的發光元件80及比較例1的發光元件81，分別對接合電極43與支持基板11之間施加電壓V時的電流I與電壓V之關係圖表化者。

依據圖3，實施例1的發光元件1係與具備接觸電極83之先前例的發光元件80相同，相較於不具備接觸電極83而使第1接觸層32直接接觸金屬電極19的構造之比較例1的發光元件81，更可實現低電壓化。因此，依據本發明的構造，可知不形成接觸電極83，也可實現與具有接觸電極83之先前例的元件80同等以上之良好的接觸性。此係可推測為以下理由所致。

第1接觸層32係因高濃度摻雜Mg，故形成較淺的不純物能階，在室溫下受體會離子化。又，作為金屬電極19所形成之Ag係工作函數較小。因此，如比較例1，在使第1接觸層32直接接觸Ag(金屬電極19)時，產生穿隧效果，為了流通電流而須要較大的外部電壓。

因此，先前，為了降低該外部電極，中介存 在以Ni等形成的接觸電極83(參照圖2(a))。如先前例的發光元件80，藉由形成接觸電極83，在氧氣氛下進行退火，形成NiO，利用縮小與第1接觸層32的工作函數差，可成功將外部電壓降低成比比較例1的發光元件81還低。

相對於此，在實施例1的發光元件1中，具有摻雜Zn的第2接觸層34。Zn係與Mg不同，於Al_XGa_YIn_ZN內，從價電子帶於較深的能階形成不純物能階。因此，受體不會離子化，即使有效狀態密度以上地將不純物添加於半導體層，能量能階也會局部存在化，故載體並不是於價電子帶，而是躍遷傳導於不純物所作之點間。亦即，被較深的能階捕捉而無法移動的電子，藉由被賦予的電場，在可穿隧的能階中被熱性激發之後，藉由穿隧躍遷，即使不具有接觸電極83，也可與先前例的發光元件80同等地降低工作電壓。

又，如Zn等，利用摻雜形成較深能階的材料(第2不純物材料)，即使高濃度地摻雜，能量能階也會局部存在化，可實現躍遷傳導。另一方面，利用高濃度地摻雜，可縮小空乏層的寬度，故可獲得藉由穿隧，容易讓載體移動至金屬電極19側的效果。

圖4係揭示實施例1的發光元件1中，使摻雜於第2接觸層34之Zn的濃度變化時，檢證接觸特性的結果。圖4中，「◎」表示接觸性最好，「○」接觸性次好，「×」表示與前兩者相較，接觸性不好。

在將Zn濃度設為8×10¹⁸/cm³時，接觸特性會惡化，將Zn濃度設為1×10¹⁹/cm³的話，相較於8×10¹⁸/cm³時，接觸特性變佳。又，將Zn濃度設為5×10¹⁹/cm³、1×10²⁰/cm³、5×10²⁰/cm³、1×10²¹/cm³時，可獲得極為良好的接觸特性。將Zn濃度設為5×10²¹/cm³時表示與1×10¹⁹/cm³時同程度的接觸特性，設為更高濃度(1×10²²/cm³)的話，接觸特性會惡化。

在Zn濃度為8×10¹⁸/cm³時，濃度過低，結果，局部存在化之不純物能階的離散度變高，可推測載體的躍遷傳導無法有效率地進行。又，在Zn濃度為1×10²²/cm³時，可推測因過高濃度摻雜，因為Al_XGa_YIn_ZN的結晶性惡化而電阻性上升。

所以，依據圖4所示之實驗結果，摻雜於第2接觸層34的Zn濃度，係1×10¹⁹/cm³~5×10²¹/cm³為佳，進而5×10¹⁹/cm³~1×10²¹/cm³更理想。

根據以上內容，依據實施例1的發光元件1，不需要使用使用於365nm附近具有吸收端的ITO或於比其更長波長側具有吸收端的Ni的接觸電極83，也可實現良好的接觸特性，故不需要接觸電極83。藉此，抑制接觸電極83之紫外光的吸收，可實現提升光取出效率之紫外光的發光元件。

<製造方法>

接著，針對圖1所示之氮化物半導體發光元件1的製 造方法，進行說明。再者，此製造方法僅為一例，適當調整氣體的流量、爐內溫度、爐內壓力等亦可。

(步驟S1)

如圖5A所示，於藍寶石基板61上形成磊晶層40。此步驟S1例如藉由以下的步驟進行。

<藍寶石基板61的準備>

首先，進行c面藍寶石基板61的清洗。該清洗更具體來說，藉由例如於MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)裝置的處理爐內配置c面藍寶石基板61，一邊於處理爐內流通流量為10slm的氫氣，一邊將爐內溫度例如升溫至1150℃來進行。

<無摻雜層36的形成>

接著，於c面藍寶石基板61的表面，形成由GaN所成的低溫緩衝層，進而於其上層形成由GaN所成的基底層。該等低溫緩衝層及基底層對應無摻雜層36。

無摻雜層36的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為480℃。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量分別為5slm的氮氣及氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為50μmol/min的三甲基鎵(TMG)及流量 為250000μmol/min的氨供給68秒鐘至處理爐內。藉此，於c面藍寶石基板61的表面，形成厚度為20nm的由GaN所成的低溫緩衝層。

接著，將MOCVD裝置的爐內溫度升溫至1150℃。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為100μmol/min的TMG及流量為250000μmol/min的氨供給30分鐘至處理爐內。藉此，於第1緩衝層的表面，形成厚度為1.7μm的由GaN所成的基底層。

<n型氮化物半導體層35的形成>

接著，於無摻雜層36的上層，形成由Al_nGa_1-nN(0≦n≦1)的組成所成之n型氮化物半導體層35。

n型氮化物半導體層35的更具體形成方法係例如以下所述。首先，在繼續將爐內溫度設為1150℃的狀態下，將MOCVD裝置的爐內壓力設為30kPa。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為94μmol/min的TMG、流量為6μmol/min的三甲基鋁(TMA)、流量為250000μmol/min的氨及流量為0.025μmol/min的四乙基矽烷供給60分鐘至處理爐內。藉此，例如具有Al_0.06Ga_0.94N的組成，以Si濃度為3×10¹⁹/cm³，且厚度為2μm的n型氮化物半導體層35，形成於無摻雜 層36的上層。然後，以使該厚度為2μm的n-AlGaN層，厚度成為0.8μm程度之方式，利用ICP裝置切削，調整n型氮化物半導體層35的厚度。

再者，之後，藉由停止TMA的供給，並且6秒鐘供給其以外的原料氣體，於n型氮化物半導體層35的上層，形成厚度為5nm的由n型GaN所成的保護層亦可。

再者，作n型氮化物半導體層35所包含的n型不純物，可使用矽(Si)、鍺(Se)、硫(S)、硒(Se)、錫(Sn)及碲(Te)等。在該等之中，尤其矽(Si)為佳。

<發光層33的形成>

接著，於n型氮化物半導體層35的上層，形成具有以InGaN構成之量子井層及以n型AlGaN構成之障壁層被週期性重複的多量子井結構的發光層33。

具體來說，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為830℃。然後，進行一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為1slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為10μmol/min的TMG、流量為12μmol/min的三甲基銦(TMI)及流量為300000μmol/min的氨，48秒鐘供給至處理爐內的步驟。之後，進行將流量為10μmol/min的TMG、流量為1.6μmol/min的TMA、0.002μmol/min的四乙基矽烷及流 量為300000μmol/min的氨，120秒鐘供給至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，具有厚度為2nm的由InGaN所成之量子井層及厚度為7nm的由n型AlGaN所成之障壁層所致之15週期的多量子井結構的發光層33，被形成於n型氮化物半導體層35的表面。

<p型氮化物半導體層31的形成>

接著，於發光層33的上層，形成以Al_mGa_1-mN(0≦m≦1)所構成之p型氮化物半導體層31。

首先，將MOCVD裝置的爐內壓力維持為100kPa，一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為25slm的氫氣，一邊將爐內溫度升溫至1025℃。之後，作為原料氣體，將流量為35μmol/min的TMG、流量為20μmol/min的TMA、流量為250000μmol/min的氨及用以摻雜p型不純物之流量為0.1μmol/min的雙(環戊二烯)鎂(CP₂Mg)，60秒鐘供給至處理爐內。藉此，於發光層33的表面，形成厚度為20nm之具有Al_0.3Ga_0.7N的組成的電洞供給層。之後，藉由將TMG的流量變更為9μmol/min，並360秒鐘供給原料氣體，形成厚度為120nm之具有Al_0.13Ga_0.87N的組成的電洞供給層。藉由該等電洞供給層，形成p型氮化物半導體層31。該p型氮化物半導體層31的p型不純物(Mg)濃度為3×10¹⁹/cm³程度。

<第1接觸層32的形成>

進而之後，藉由停止TMA的供給，並且將CP₂Mg的流量變更為0.2μmol/min，並20秒鐘供給原料氣體，形成厚度為5nm的由p⁺GaN所成的第1接觸層32。該第1接觸層32的p型不純物(Mg)濃度為1×10²⁰/cm³程度。

<第2接觸層34的形成>

接著，停止CP₂Mg的供給，並且除了原料氣體之外，將二乙基鋅的流量設為0.2μmol/min的狀態下，供給20秒鐘，藉此，形成厚度為5nm的由Zn摻雜GaN所成的第2接觸層34。再者，作為第2接觸層34的摻雜物，除了Zn之外，也可使用Cd、Be、Sr、Ca、C等。該第2接觸層34的不純物(Zn)濃度為1×10²⁰/cm³程度。

如此一來，於藍寶石基板61上，形成由無摻雜層36、n型氮化物半導體層35、發光層33、p型氮化物半導體層31、第1接觸層32及第2接觸層34所成的磊晶層40。

(步驟S2)

接著，對於在步驟S1中所得之晶圓，進行活性化處理。更具體來說，使用RTA(Rapid Thermal Anneal：快速加熱)裝置，在氮氣氛下以650℃進行15分鐘的活性化處理。

(步驟S3)

接著，如圖5B所示，於p型氮化物半導體層31的上層之所定處，形成絕緣層21。更具體來說，在位於之後的工程中形成電極42、接合電極43的區域之下方之處(包含與正交於基板面之方向對向的位置之處)，形成絕緣層21為佳。作為絕緣層21，例如將SiO₂以膜厚200nm程度來成膜。再者，成膜的材料係絕緣性材料即可，例如SiN、Al₂O₃亦可。

(步驟S4)

如圖5C所示，以覆蓋p型氮化物半導體層31及絕緣層21的上面之方式，形成導電層20。在此，形成包含金屬電極19、保護層17及焊錫層15之多層構造的導電層20。

導電層20的更具體形成方法係例如以下所述。首先，利用濺鍍裝置，以覆蓋第2接觸層34及絕緣層21的上面之方式整面成膜Ag，形成金屬電極19。如上所述，在本實施形態的構造中，於第2接觸層34，藉由摻雜Zn，形成較深的不純物能階，故即使不形成ITO或Ni等的接觸電極，也可利用使半導體層與Ag直接接觸，獲得良好的接觸特性。在此，作為金屬電極19，使用Ag，除了Ag之外，也可利用Al或Rh等。

接著，以電子束蒸鍍裝置(EB裝置)，於金屬電極19的上面(Ag表面)，3週期成膜膜厚100nm的 Ti與膜厚200nm的Pt，藉此形成保護層17。進而之後，於保護層17的上面(Pt表面)，蒸鍍膜厚10nm的Ti之後，蒸鍍膜厚3μm以Au80%Sn20%構成之Au-Sn焊錫，藉此形成焊錫層15。

再者，於該焊錫層15的形成步驟中，也於藍寶石基板61之外所準備之支持基板11的上面，形成焊錫層13亦可(參照圖5D)。該焊錫層13係以與焊錫層15相同的材料構成亦可，於下個步驟中利用與焊錫層13接合，來貼合藍寶石基板61與支持基板11。再者，作為該支持基板11，在構造的事項中如前述般，例如使用CuW。

(步驟S5)

接著，如圖5E所示，貼合藍寶石基板61與支持基板11。更具體來說，在280℃的溫度，0.2MPa的壓力下，貼合焊錫層15與形成於支持基板11之上層的焊錫層13。

(步驟S6)

接著，如圖5F所示，剝離藍寶石基板61。更具體來說，利用在使藍寶石基板61朝上，支持基板11朝下之狀態下，從藍寶石基板61側照射KrF準分子雷射，使藍寶石基板61與磊晶層40的界面分解，進行藍寶石基板61的剝離。藍寶石基板61係雷射通過之外，其下層的GaN(無摻雜層36)會吸收雷射，故該界面會高溫化，GaN 被分解。藉此，剝離藍寶石基板61。

之後，藉由使用鹽酸等的濕式蝕刻、使用ICP裝置的乾式蝕刻，來去除殘存於晶圓上的GaN(無摻雜層36)，使n型氮化物半導體層35露出。再者，於本步驟S6中，去除無摻雜層36，殘存依序層積第2接觸層34、第1接觸層32、p型氮化物半導體層31、發光層33及n型氮化物半導體層35所成的半導體層30。

(步驟S7)

接著，如圖5G所示，分離鄰接的元件彼此。具體來說，對於與鄰接元件的邊際區域，使用ICP裝置，到絕緣層21的上面露出為止，對半導體層30進行蝕刻。如上所述，絕緣層21也具有作為蝕刻時之阻擋層的功能。

(步驟S8)

接著，如圖5H所示，於n型氮化物半導體層35的表面形成凹凸。具體來說，利用浸漬KOH等的鹼性溶液來進行凹凸形成。此時，對於之後形成電極42及接合電極43之處，設為不形成凹凸者亦可。利用不於該等處形成凹凸，讓形成電極之處的n型氮化物半導體層35的表面維持平坦的狀態。利用讓電極形成處之n型氮化物半導體層35的表面維持平坦的狀態，可獲得尤其在接合電極43的形成後，進行引線接合時，防止在接合電極43與n型氮化物半導體層35的界面產生空隙。

(步驟S9)

接著，如圖5I所示，於n型氮化物半導體層35的上面形成電極42及接合電極43。更具體來說，形成由膜厚100nm的Cr與膜厚3μm的Au所成的電極之後，在氮氣氛中以250℃進行1分鐘的燒結。

作為之後的工程，以絕緣層41覆蓋露出之元件側面、及電極42及接合電極43以外的元件上面(參照圖1)。更具體來說，利用EB裝置來形成SiO₂膜。再者，形成SiN膜亦可。然後，例如藉由雷射切割裝置來分離各元件彼此，將支持基板11的背面例如利用Ag焊膏來與封裝接合，對於接合電極43進行引線接合。例如，利用以50g的荷重，於Φ100μm的接合區域，連結由Au所成的焊接線45，進行引線接合。藉此，形成圖1所示之氮化物半導體發光元件1。

<其他構造>

利用皆以所定組成比構成的AlGaN來形成第1接觸層32及第2接觸層34，以Al形成金屬電極19亦可。利用提高Al_XGa_YIn_ZN之Al的組成比，可使吸收端移位至短波長側，故可作為放射深紫外光的元件，形成氮化物半導體發光元件1。此時，因為不需要以Ni或ITO等形成的接觸電極83，可抑制該接觸電極83之深紫外光的吸收，實現提升光取出效率之深紫外光的發光元件。

<其他構造的製程>

在以AlGaN形成第1接觸層32及第2接觸層34時，於步驟S1中可採用以下方法。首先，在p型氮化物半導體層31的形成後，將CP₂Mg的流量變更為0.2μmol/min，供給20秒鐘原料氣體，藉此，形成厚度為5nm的由p⁺Al_0.13Ga_0.87N所成的第1接觸層32。接著，停止CP₂Mg的供給，並且將二乙基鋅的流量設為0.2μmol/min，供給20秒鐘原料氣體，藉此，形成厚度為5nm的由Zn摻雜Al_0.13Ga_0.87N所成的第2接觸層34。

[第2實施形態]

針對本發明之第2實施形態的氮化物發光元件的構造之一例，參照圖6來進行說明。圖6係第2實施形態之氮化物半導體發光元件1a的概略剖面圖。再者，針對與第1實施形態相同材料，附加相同符號而省略詳細說明。又，圖6內的箭頭表示光線的取出方向，與圖1所示之氮化物半導體發光元件1a係光取出方向相反。

<構造>

具備藍寶石基板61、半導體層30a、金屬電極19、19a、供電端子51、供電端子52。半導體層30a係包含p型氮化物半導體層31、第1接觸層32、發光層33、第2接觸層34、n型氮化物半導體層35及無摻雜層36所構 成。再者，該氮化物半導體發光元件1a係佳射往紙面朝下(藍寶石基板61側)取出光線。

在此實施形態中，為了與第1實施形態之p側的半導體層30a的上面所形成之金屬電極19區別，將n側的半導體層30a(n型氮化物半導體層35)的上面所形成之金屬電極稱為「金屬電極19a」，但是，兩者以相同材料構成亦可。

即使於此構造中，也與第1實施形態相同，因為利用將以Ag等形成之金屬電極19直接形成於第2接觸層34的上面，可獲得良好的接觸特性，不為了提升接觸性而形成由Ni或ITO所成的接觸電極亦可。藉此，即使來自發光層33的光線往上方放射之狀況中，也因為該接觸電極不會吸收光線，可使到達金屬電極19的光線往下方(取出方向)反射，可提升光取出效率。

<製造方法>

針對圖6所示之氮化物半導體發光元件1a的製造方法，僅說明與第1實施形態的發光元件1不同之處。

與第1實施形態相同，執行步驟S1及步驟S2。

(步驟S10)

在步驟S2之後(參照圖5A)，如圖7A所示，到n型氮化物半導體層35的一部分上面露出為止，藉由使用 ICP裝置的乾式蝕刻，來去除第2接觸層34、第1接觸層32、p型氮化物半導體層31及發光層33。再者，於本步驟S3中，針對n型氮化物半導體層35，一部分蝕刻去除亦可。

(步驟S11)

如圖7B所示，利用於第2接觸層34的上面及露出之n型氮化物半導體層35的上面成膜Ag，形成金屬電極19及金屬電極19a。即使於本實施形態中，因為於第2接觸層34藉由摻雜Zn而形成較深的不純物能階，所以，即使不形成Ni或ITO等的接觸電極，也可利用使第2接觸層34與由Ag所成之金屬電極(19，19a)接觸，獲得良好的接觸特性。再者，在本實施形態中，作為金屬電極(19，19a)，除了Ag之外，也可利用Al或Rh。

再者，於本構造中，作為n型氮化物半導體層35，至少上面部份以n型不純物濃度比1×10¹⁹/cm³高之高濃度的AlGaN來形成為佳。藉此，也可實現n型氮化物半導體層35與金屬電極19a的良好接觸特性。

(步驟S12)

之後，於n側之金屬電極19a的上面，形成供電端子51，於p側之金屬電極19的上面，形成供電端子52。更具體來說，將形成供電端子51、52的導電材料膜(例如由膜厚100nm的Cr與膜厚3μm的Au所成的材料膜)形 成於整面後，藉由剝離來形成供電端子51、52。之後，在氮氣氛中進行250℃之1分鐘的燒結。

然後，利用透過接合電極53，連接基板55與供電端子51，透過接合電極54，連接基板55與供電端子52，形成圖2所示之氮化物半導體發光元件1a。

[第3實施形態]

針對本發明的第3實施形態之氮化物半導體發光元件及其製造方法，以下進行說明。再者，針對與第1實施形態的氮化物半導體發光元件1相同的構成要素，附加相同符號，適當省略該說明。關於製造方法，也適當省略與第1實施形態共通之處。

<構造>

第3實施形態的氮化物半導體發光元件1的概略剖面圖，與於第1實施形態中上述之圖1所示者相同。以下，以與第1實施形態的氮化物半導體發光元件1不同之處為中心進行說明。

於本實施形態中，p型氮化物半導體層31及第1接觸層32也例如以Al_mGa_1-mN(0≦m≦1)構成。第1接觸層32係不純物比p型氮化物半導體層31還高濃度摻雜。例如，p型氮化物半導體層31的不純物濃度為1×10¹⁹/cm³以上，5×10²¹/cm³以下程度，第1接觸層32係5×10¹⁹/cm³以上，1×10²¹/cm³以下程度。再者，該等層 皆可將摻雜物設為Mg。再者，第1接觸層32係摻雜Mg。

又，第2接觸層34係以被摻雜Zn的Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)所構成。在此，第2接觸層34係不純物比第1接觸層32還低濃度摻雜。例如，第2接觸層34的不純物濃度為5×10¹⁶/cm³以上，1×10²¹/cm³以下程度。具體來說，作為一例，可作為摻雜Zn的GaN。

摻雜於第2接觸層34的Zn係比摻雜於第1接觸層32的Ms形成於第1接觸層32內的不純物能階，在更深位置形成不純物能階的材料。

與第1實施形態相同，即使於本實施形態的氮化物半導體發光元件1中，也利用第2接觸層34之躍遷傳導，即使沒有接觸電極，也可形成半導體層30與金屬電極19的良好的歐姆連接，可實現低電壓驅動。如上所述，摻雜於第2接觸層34的Zn係於第2接觸層34內形成較深的能階。

進而，於本實施形態中，尤其摻雜於第2接觸層34的Zn濃度設定為比摻雜於第1接觸層32的Mg濃度還要低濃度。Zn係如上所述，為了實現躍遷傳導而在第2接觸層34內形成較深的能階所用的摻雜物，但是，另一方面具有擴散速度快的性質。因此，於第2接觸層34以高濃度摻雜Zn的話，有透過第1接觸層32，固相擴散至p型氮化物半導體層31及發光層33的可能性。 萬一導致此種事態的話，因為pn接合被破壞，發光層的功能降低，而輸出降低，連續動作時的壽命也降低。

因此，利用將擴散速度比Zn低的Mg，以比相對於第2接觸層34的Zn濃度還高濃度摻雜至鄰接的第1接觸層32內，使擴散至第1接觸層32的Zn，在該層內滯留，進而抑制固相擴散至p型氮化物半導體層31側。該效果的檢證係參照實施例於後敘述。

關於其他構造，因與第1實施形態之氮化物半導體發光元件1共通，故省略說明。

<接觸性的檢證>

與第1實施形態相同，將具有圖1所示構造的氮化物半導體發光元件1作為實施例(在此為實施例2)。在此，作為半導體層30，作為具有以Si濃度為3×10¹⁹/cm³的Al_0.06Ga_0.94N構成之n型氮化物半導體層35、具有由InGaN所成之量子井層及由n型AlGaN所成之障壁層所致之15週期的多量子井結構的發光層33、以Mg濃度為3×10¹⁹/cm³程度的Al_0.06Ga_0.94N構成之p型氮化物半導體層31、以Mg濃度為1×10²⁰/cm³程度的GaN構成之第1接觸層32、及以Zn濃度為5×10¹⁹/cm³程度的GaN構成之第2接觸層34的構造。又，以Ag形成金屬電極19。

亦即，實施例2與第1實施形態之實施例1相較，將第1接觸層32之Mg濃度，設為比第2接觸層34之Zn濃度還高濃度。

關於先前例及比較例1，與第1實施形態者共通。

對於前述實施例2的發光元件1、先前例的發光元件80及比較例1的發光元件81，測定分別對接合電極43與支持基板11之間施加電壓V時的電流I與電壓V之關係時，表示與圖3幾乎相同的結果。亦即，於本實施形態中，也因為與第1實施形態的發光元件1相同的理由，即使不具有接觸電極83，也可與先前例的發光元件80同等地降低工作電壓。

又，如Zn等，利用摻雜形成較深能階的材料，即使高濃度地摻雜，能量能階也會局部存在化，可實現躍遷傳導。另一方面，利用高濃度地摻雜，可縮小空乏層的寬度，故可獲得藉由穿隧，容易讓載體移動至金屬電極19側的效果。

圖8係揭示實施例2的半導體發光元件1中，使摻雜於第2接觸層34之Zn的濃度變化時，檢證元件之壽命劣化程度的結果。在此，摻雜於第1接觸層32之Mg的濃度固定為1×10²⁰/cm³。

在此，以使元件連續1000小時動作(點燈)時的發光輸出的降低程度來進行檢證。更具體來說，比較動作開始時的發光輸出與經過1000小時後的發光輸出，在圖8中，相較於前者之值，後者之值的降低在10%以內者表示為「○」，稍微超過10%者表示為「△」，大幅超過10%者表示為「×」。

依據圖8，摻雜於第2接觸層34之Zn的濃度為與摻雜於第1接觸層32之Mg的濃度同等之1×10²⁰/cm³時，輸出的降低成為稍微超過10%的結果。然後，將摻雜於第2接觸層34之Zn的濃度設為比該1×10²⁰/cm³之值，亦即，摻雜於第1接觸層32之Mg的濃度還高濃度的話(5×10²⁰/cm³，1×10²¹/cm³，5×10²¹/cm³)，輸出的降低程度變得顯著。相反地，將摻雜於第2接觸層34之Zn的濃度設為比該1×10²⁰/cm³之值，亦即，摻雜於第1接觸層32之Mg的濃度還低濃度的話(1×10¹⁸/cm³，1×10¹⁹/cm³，5×10¹⁹/cm³)，輸出的降低程度會被緩和。

有鑑於該圖8的結果，將摻雜於第2接觸層34之Zn的濃度設為過高濃度的話，可提早壽命的劣化。如上所述，根據Zn是具有高擴散速度之性質的材料，將摻雜於第2接觸層34之Zn的濃度設為過高濃度的話，與時間經過同時Zn會固相擴散至p型氮化物半導體層31及發光層33，破壞pn接合，使輸出降低。

另一方面，利用將摻雜於第2接觸層34之Zn的濃度，設為比摻雜於第1接觸層32之Mg的濃度還低濃度，可成功延緩壽命劣化的速度。此係如上所述，可推測因為利用將擴散速度比Zn低的Mg，以比相對於第2接觸層34的Zn濃度還高濃度摻雜至鄰接的第1接觸層32內，使擴散至第1接觸層32的Zn，在該層內滯留，進而提升了抑制固相擴散至p型氮化物半導體層31側的效果。

根據以上內容，於本實施形態之半導體發光元件1中，也不需要使用使用於365nm附近具有吸收端的ITO或於比其更長波長側具有吸收端的Ni的接觸電極83，也可實現良好的接觸特性，故不需要接觸電極83。藉此，抑制接觸電極83之紫外光的吸收，可實現提升光取出效率之紫外光的發光元件。

進而，依據本實施形態的半導體發光元件1，尤其利用將摻雜於第2接觸層34之Zn的濃度，設為比摻雜於第1接觸層32之Mg的濃度還低濃度，可實現也具有優良壽命特性的元件。

<製造方法>

接著，針對本實施形態之氮化物半導體發光元件1的製造方法，僅說明與第1實施形態不同之處。

(步驟S1)

藉由與第1實施形態相同的方法，進行藍寶石基板61的準備之後，依序形成無摻雜層36、n型氮化物半導體層35及發光層33。

<p型氮化物半導體層31的形成>

接著，於發光層33的上層，形成以Al_mGa_1-mN(0≦m≦1)所構成之p型氮化物半導體層31。

具體而言，將MOCVD裝置的爐內壓力維持 為100kPa，一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為25slm的氫氣，一邊將爐內溫度升溫至1025℃。之後，作為原料氣體，將流量為35μmol/min的TMG、流量為20μmol/min的TMA、流量為250000μmol/min的氨及用以摻雜p型不純物之流量為0.1μmol/min的雙(環戊二烯)鎂(CP₂Mg)，60秒鐘供給至處理爐內。藉此，於發光層33的表面，形成厚度為20nm之具有Al_0.3Ga_0.7N的組成的電洞供給層。之後，藉由變更為流量為35μmol/min的TMG、流量為4μmol/min的TMA，並360秒鐘供給原料氣體，形成厚度為120nm之具有Al_0.1Ga_0.9N的組成的電洞供給層。藉由該等電洞供給層，形成p型氮化物半導體層31。該p型氮化物半導體層31的p型不純物(Mg)濃度為3×10¹⁹/cm³程度。

<第1接觸層32的形成>

進而之後，藉由停止TMA的供給，並且將CP₂Mg的流量變更為0.2μmol/min，並20秒鐘供給原料氣體，形成厚度為5nm的由p⁺GaN所成的第1接觸層32。該第1接觸層21的p型不純物(Mg)濃度為1×10²⁰/cm³程度。

<第2接觸層34的形成>

接著，停止CP₂Mg的供給，並且除了原料氣體之外，將二乙基鋅的流量設為0.1μmol/min的狀態下，供給20秒鐘，藉此，形成厚度為5nm的由Zn摻雜GaN所成 的第2接觸層34。該第2接觸層34的不純物(Zn)濃度為5×10¹⁹/cm³程度。

如此一來，於藍寶石基板61上，形成由無摻雜層36、n型氮化物半導體層35、發光層33、p型氮化物半導體層31、第1接觸層32及第2接觸層34所成的磊晶層40。再者，此時，第2接觸層34的不純物(Zn)濃度係比第1接觸層32的p型不純物(Mg)濃度還低濃度。

步驟S2之後，因與第1實施形態共通，故省略說明。

<其他構造>

再者，於本實施形態中，也利用皆以所定組成比構成的AlGaN來形成第1接觸層32及第2接觸層34，以Al形成金屬電極19亦可。

又，於本實施形態中，也與第2實施形態相同，可實現圖6所示之氮化物半導體發光元件1a的構造。亦即，於圖6的構造中，構成為第2接觸層34的不純物(Zn)濃度係比第1接觸層32的p型不純物(Mg)濃度還低濃度。藉此，因為於第2接觸層34藉由摻雜Zn而形成較深的不純物能階，所以，即使不形成Ni或ITO等的接觸電極，也可利用使第2接觸層34與由Ag所成之金屬電極19及19a接觸，獲得良好的接觸特性，並且實現良好的壽命特性。

[第4實施形態]

針對本發明的第4實施形態之氮化物半導體發光元件及其製造方法，以下進行說明。再者，針對與第1實施形態的氮化物半導體發光元件1相同的構成要素，附加相同符號，適當省略該說明。關於製造方法，也適當省略與第1實施形態共通之處。

<製造方法>

本實施形態係與第1實施形態的氮化物半導體發光元件構造共通，製造方法不同。以下，針對製造方法進行說明。再者，此製程僅為一例，適當調整氣體的流量、爐內溫度、爐內壓力等亦可。

(步驟S13)

如圖9A所示，於藍寶石基板61上形成磊晶層40。此步驟S13例如藉由以下的步驟進行。

<藍寶石基板61的準備>

首先，進行c面藍寶石基板61的清洗。該清洗更具體來說，藉由例如於MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)裝置的處理爐內配置c面藍寶石基板61，一邊於處理爐內流通流量為10slm的氫氣，一邊將爐內溫度例如升溫至1150℃來 進行。

<無摻雜層36的形成>

接著，於c面藍寶石基板61的表面，形成由GaN所成的低溫緩衝層，進而於其上層形成由GaN所成的基底層。該等低溫緩衝層及基底層對應無摻雜層36。

無摻雜層36的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為480℃。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量分別為5slm的氮氣及氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為50μmol/min的三甲基鎵(TMG)及流量為250000μmol/min的氨供給68秒鐘至處理爐內。藉此，於c面藍寶石基板61的表面，形成厚度為20nm的由GaN所成的低溫緩衝層。

接著，將MOCVD裝置的爐內溫度升溫至1150℃。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為100μmol/min的TMG及流量為250000μmol/min的氨供給30分鐘至處理爐內。藉此，於第1緩衝層的表面，形成厚度為1.7μm的由GaN所成的基底層。

<n型氮化物半導體層35的形成>

接著，於無摻雜層36的上層，形成由Al_nGa_1-nN(0 ≦n≦1)的組成所成之n型氮化物半導體層35。

n型氮化物半導體層35的更具體形成方法係例如以下所述。首先，在繼續將爐內溫度設為1150℃的狀態下，將MOCVD裝置的爐內壓力設為30kPa。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為94μmol/min的TMG、流量為6μmol/min的三甲基鋁(TMA)、流量為250000μmol/min的氨及流量為0.025μmol/min的四乙基矽烷供給60分鐘至處理爐內。藉此，例如具有Al_0.06Ga_0.94N的組成，以Si濃度為3×10¹⁹/cm³，且厚度為2μm的n型氮化物半導體層35，形成於無摻雜層36的上層。然後，以使該厚度為2μm的n-AlGaN層，厚度成為0.8μm程度之方式，利用ICP裝置切削，調整n型氮化物半導體層35的厚度。

再者，之後，藉由停止TMA的供給，並且6秒鐘供給其以外的原料氣體，於n型氮化物半導體層35的上層，形成厚度為5nm的由n型GaN所成的保護層亦可。

又，在本步驟中，針對將包含於n型氮化物半導體層35的n型不純物設為Si之狀況進行說明，但是，作為其他n型不純物，也可使用Ge、S、Se、Sn及Te。

<發光層33的形成>

接著，於n型氮化物半導體層35的上層，形成具有以InGaN構成之量子井層及以n型AlGaN構成之障壁層被週期性重複的多量子井結構的發光層33。

具體來說，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為830℃。然後，進行一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為1slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為10μmol/min的TMG、流量為12μmol/min的三甲基銦(TMI)及流量為300000μmol/min的氨，48秒鐘供給至處理爐內的步驟。之後，進行將流量為10μmol/min的TMG、流量為1.6μmol/min的TMA、0.002μmol/min的四乙基矽烷及流量為300000μmol/min的氨，120秒鐘供給至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，具有厚度為2nm的由InGaN所成之量子井層及厚度為7nm的由n型AlGaN所成之障壁層所致之15週期的多量子井結構的發光層33，被形成於n型氮化物半導體層35的表面。

<p型氮化物半導體層31的形成>

接著，於發光層33的上層，形成以Al_mGa_1-mN(0≦m≦1)所構成之p型氮化物半導體層31。

具體而言，將MOCVD裝置的爐內壓力維持為100kPa，一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為25slm的氫氣，一邊將爐內溫度升溫至1025℃。之後，作為原料氣體，將流量為35 μmol/min的TMG、流量為20μmol/min的TMA、流量為250000μmol/min的氨及用以摻雜p型不純物之流量為0.1μmol/min的雙(環戊二烯)鎂(CP₂Mg)，60秒鐘供給至處理爐內。藉此，於發光層33的表面，形成厚度為20nm之具有Al_0.3Ga_0.7N的組成的電洞供給層。之後，藉由變更為流量為35μmol/min的TMG、流量為4μmol/min的TMA，並360秒鐘供給原料氣體，形成厚度為120nm之具有Al_0.1Ga_0.9N的組成的電洞供給層。藉由該等電洞供給層，形成p型氮化物半導體層31。該p型氮化物半導體層31的p型不純物(Mg)濃度為3×10¹⁹/cm³程度。

再者，雖針對將包含於p型氮化物半導體層31的p型不純物設為Mg之狀況進行說明，但是，作為其他p型不純物，也可使用Be、Zn及C等。

<第1接觸層32的形成>

進而之後，藉由停止TMA的供給，並且將CP₂Mg的流量變更為0.2μmol/min，並20秒鐘供給原料氣體，形成厚度為5nm的由p⁺GaN所成的第1接觸層32。該第1接觸層21的p型不純物(Mg)濃度為1×10²⁰/cm³程度。

<第2接觸層34的形成>

接著，僅停止供給第1接觸層32的形成時所流通之CP₂Mg，第1接觸層32的成長後，不進行成長中斷而將二乙基鋅的流量設為0.1μmol/min之狀態下，供給20秒 鐘，藉此，形成厚度為5nm的由Zn摻雜GaN所成的第2接觸層34。該第2接觸層34的不純物(Zn)濃度為5×10¹⁹/cm³程度。

如此，藉由第1接觸層32的形成後不中斷成長，於第1接觸層32不會形成界面能階，於第2接觸層34中容易形成第2不純物材料(Zn)所致之較深的不純物能階。因此，第1接觸層32與第2接觸層34係不中斷而連續地形成為佳。

但是，即使利用形成第1接觸層32後，暫時中斷成長之後形成第2接觸層34，製作氮化物半導體發光元件1，並不一定於第2接觸層34內完全不形成較深的不純物能階。本發明的本意並不是排除此種製造方法。

再者，在此，針對將第1接觸層32的不純物設為Mg，第2接觸層34的不純物設為Zn之狀況進行說明。但是，以形成於第2接觸層34內的不純物能階，成為比形成於第1接觸層32內的不純物能階還深的位置之方式，選擇第1接觸層32的不純物材料(第1不純物材料)及第2接觸層34的不純物材料(第2不純物材料)即可。作為第1不純物材料，除了Mg之外，可使用Be、Zn、C等，作為第2不純物材料，除了Zn之外，可使用Cd、Be、Sr、Ca、C等。

如此一來，於藍寶石基板61上，形成由無摻雜層36、n型氮化物半導體層35、發光層33、p型氮化物半導體層31、第1接觸層32及第2接觸層34所成的 磊晶層40。

(步驟S14)

接著，對於在步驟S13中所得之晶圓，進行活性化處理。更具體來說，使用RTA(Rapid Thermal Anneal：快速加熱)裝置，在惰性氣體氣氛下以700℃進行5分鐘的退火處理。作為該惰性氣體，適合使用氮，但是，作為使用氬、氦、氖等的氣體者亦可。

(步驟S15)

接著，如圖9B所示，於p型氮化物半導體層31的上層之所定處，形成絕緣層21。更具體來說，在位於之後的工程中形成電極42、接合電極43的區域之下方之處(包含與正交於基板面之方向對向的位置之處)，形成絕緣層21為佳。作為絕緣層21，例如將SiO₂以膜厚200nm程度來成膜。再者，成膜的材料係絕緣性材料即可，例如SiN、Al₂O₃亦可。

(步驟S16)

如圖9C所示，以覆蓋第2接觸層34及絕緣層21的上面之方式，形成金屬電極19。

更詳細來說，利用濺鍍裝置，以覆蓋第2接觸層34及絕緣層21的上面之方式整面成膜Ag，形成金屬電極19。如上所述，在本實施形態的構造中，於第2 接觸層34，藉由摻雜作為第2不純物材料的Zn，形成較深的不純物能階，故即使不形成ITO或Ni等的接觸電極，也可利用使半導體層與Ag直接接觸，獲得良好的歐姆特性。在此，作為金屬電極19，使用Ag，除了Ag之外，也可利用Al或Rh等。

本案發明者藉由銳意研究，查明即使使第2接觸層34與金屬電極19直接接觸，也可實現歐姆特性，是起因於步驟S14中在氮等的惰性氣體氣氛下進行退火的關係。此點係對比於步驟S14中在空氣氣氛下進行退火所製造之比較例與電流電壓特性而於後敘述。

進而，在該步驟S14中，發現了相較於步驟S13中在形成半導體層30的MOCVD裝置內進行退火，從MOCVD裝置一旦取出晶圓，設置於RTA裝置內，在該RTA裝置內進行退火較可提升接觸性。關於此點，也參照實施例於後敘述。

(步驟S17)

形成金屬電極19之後，在包含氧的氣氛下進行退火處理。更具體來說，於RTA裝置或MOCVD裝置內，在空氣氣氛下以約450℃進行約1分鐘程度的活性化處理。

在上述之步驟S14中，為了實現第2接觸層34與金屬電極19之間的歐姆特性，在金屬電極19的形成前，在惰性氣體氣氛下進行退火。相對於此，發現本步驟S16的退火處理，亦即，金屬電極19的形成後所進行 的退火處理中，利用不是在惰性氣體，而是在含有氧的氣氛下來進行，可更提升接觸性。關於此點，也參照實施例於後敘述。

(步驟S18)

接著，如圖9D所示，於金屬電極19的上層，依序形成保護層17及焊錫層15。經過步驟S16~S18，形成多層構造的導電層20。

更詳細來說，以電子束蒸鍍裝置(EB裝置)，於金屬電極19的上面(Ag表面)，3週期成膜膜厚100nm的Ti與膜厚200nm的Pt，藉此形成保護層17。進而之後，於保護層17的上面(Pt表面)，蒸鍍膜厚10nm的Ti之後，蒸鍍膜厚3μm以Au80%Sn20%構成之Au-Sn焊錫，藉此形成焊錫層15。

再者，於該焊錫層15的形成步驟中，也於藍寶石基板61之外所準備之支持基板11的上面，形成焊錫層13亦可(參照圖9E)。該焊錫層13係以與焊錫層15相同的材料構成亦可，於下個步驟中利用與焊錫層13接合，來貼合藍寶石基板61與支持基板11。再者，作為該支持基板11，在構造的事項中如前述般，例如使用CuW。

(步驟S19)

接著，如圖9F所示，貼合藍寶石基板61與支持基板 11。更具體來說，在280℃的溫度，0.2MPa的壓力下，貼合焊錫層15與形成於支持基板11之上層的焊錫層13。

(步驟S20)

接著，如圖9G所示，剝離藍寶石基板61。更具體來說，利用在使藍寶石基板61朝上，支持基板11朝下之狀態下，從藍寶石基板61側照射KrF準分子雷射，使藍寶石基板61與磊晶層40的界面分解，進行藍寶石基板61的剝離。藍寶石基板61係雷射通過之外，其下層的GaN(無摻雜層36)會吸收雷射，故該界面會高溫化，GaN被分解。藉此，剝離藍寶石基板61。

之後，藉由使用鹽酸等的濕式蝕刻、使用ICP裝置的乾式蝕刻，來去除殘存於晶圓上的GaN(無摻雜層36)，使n型氮化物半導體層35露出。再者，於本步驟S20中，去除無摻雜層36，殘存由下依序層積第2接觸層34、第1接觸層32、p型氮化物半導體層31、發光層33及n型氮化物半導體層35所成的半導體層30。

(步驟S21)

接著，如圖9H所示，分離鄰接的元件彼此。具體來說，對於與鄰接元件的邊際區域，使用ICP裝置，到絕緣層21的上面露出為止，對半導體層30進行蝕刻。如上所述，絕緣層21也具有作為蝕刻時之阻擋層的功能。

(步驟S22)

接著，如圖9I所示，於n型氮化物半導體層35的表面形成凹凸。具體來說，利用浸漬KOH等的鹼性溶液來進行凹凸形成。此時，對於之後形成電極42及接合電極43之處，設為不形成凹凸者亦可。利用不於該等處形成凹凸，讓形成電極之處的n型氮化物半導體層35的表面維持平坦的狀態。利用讓電極形成處之n型氮化物半導體層35的表面維持平坦的狀態，可獲得尤其在接合電極43的形成後，進行引線接合時，防止在接合電極43與n型氮化物半導體層35的界面產生空隙。

(步驟S23)

接著，如圖9J所示，於n型氮化物半導體層35的上面形成電極42及接合電極43。更具體來說，形成由膜厚100nm的Cr與膜厚3μm的Au所成的電極之後，在氮氣氛中以250℃進行1分鐘的燒結。

作為之後的工程，以絕緣層41覆蓋露出之元件側面、及電極42及接合電極43以外的元件上面(參照圖1)。更具體來說，利用EB裝置來形成SiO₂膜。再者，形成SiN膜亦可。然後，例如藉由雷射切割裝置來分離各元件彼此，將支持基板11的背面例如利用Ag焊膏來與封裝接合，對於接合電極43進行引線接合。例如，利用以50g的荷重，於Φ100μm的接合區域，連結由Au所成的焊接線45，進行引線接合。藉此，形成圖1所示之 氮化物半導體發光元件1。

<接觸性的檢證1>

藉由本發明的氮化物半導體發光元件1，針對不須設置ITO或Ni，即可實現與先前同等之良好的接觸層之處，參照實施例進行說明。

(實施例3)

將藉由前述方法所製造的氮化物半導體發光元件1作為實施例3。在此，作為半導體層30，作為具有以Si濃度為3×10¹⁹/cm³的Al_0.06Ga_0.94N構成之n型氮化物半導體層35、具有由InGaN所成之量子井層及由n型AlGaN所成之障壁層所致之15週期的多量子井結構的發光層33、以Mg濃度為3×10¹⁹/cm³程度的Al_0.06Ga_0.94N構成之p型氮化物半導體層31、以Mg濃度為1×10²⁰/cm³程度的GaN構成之第1接觸層32、及以Zn濃度為5×10¹⁹/cm³程度的GaN構成之第2接觸層34的構造。又，以Ag形成金屬電極19。

(先前例，比較例1)

先前例及比較例1係與第1實施形態所說明的發光元件共通。

(檢證結果)

圖10係將對於實施例3的發光元件1、先前例的發光元件80及比較例1的發光元件81，分別對接合電極43與支持基板11之間施加電壓V時的電流I與電壓V之關係圖表化者。

依據圖10，可知獲得與圖3相同的結果。亦即，實施例3的發光元件1係與具備接觸電極83之先前例的發光元件80相同，相較於不具備接觸電極83而使第1接觸層32直接接觸金屬電極19的構造之比較例1的發光元件81，更可實現低電壓化。因此，依據本發明的構造，可知不形成接觸電極83，也可實現與具有接觸電極83之先前例的發光元件80同等以上之良好的接觸性。

根據以上內容，依據實施例3的發光元件1，不需要使用使用於365nm附近具有吸收端的ITO或於比其更長波長側具有吸收端的Ni的接觸電極83，也可實現良好的接觸特性，故不需要接觸電極83。藉此，抑制接觸電極83之紫外光的吸收，可實現提升光取出效率之紫外光的發光元件。

<接觸性的檢證2>

接著，針對利用於步驟S14中在惰性氣體(在此為氮)氣氛下進行退火，可實現第2接觸層34與金屬電極19的歐姆特性，參照實施例進行說明。

(實施例4)

前述步驟S13之後，與步驟S14相同地使用RTA裝置，在氮氣氛下以700℃進行5分鐘的退火。之後，於第2接觸層34的上層，以具有間隙73之狀態，形成以Ag構成的金屬電極18a、18b。並於圖11A及圖11B揭示利用該工程所形成的元件(以下，稱為「評估用元件70」)的模式圖。作為對應實施例4的評估用元件70，形成將被金屬電極18a及18b挾持之間隙73的距離，從5μm到30μm為止，各5μm地增加的複數元件。

(比較例2)

在前述步驟S13之後，使用RTA裝置，在空氣氣氛下以700℃進行5分鐘的退火。之後，與實施例4相同，利用於第2接觸層34的上層，以具有間隙73之狀態，形成以Ag構成的金屬電極18a、18b，來製作評估用元件。對應比較例2的評估用元件71，係除了退火方法不同之處以外，與實施例4的評估用元件70相同。亦即，關於構造，與圖11A及圖11B相同，又，與實施例4同樣地，形成將被金屬電極18a及18b挾持之間隙73的距離，從5μm到30μm為止，各5μm地增加的複數元件。

(檢證結果)

對於實施例4的評估用元件70及比較例2的評估用元件71，使金屬電極18a接觸探針器23a，使金屬電極18b接觸探針器23b，透過探針器23a及23b，測定對兩 電極間施加電壓時的電流電壓特性(I-V特性)。該測定方法係依據所謂TLM法者。於圖12A及圖12B揭示該結果。圖12A對應實施例4的評估用元件70之I-V特性，圖12B對應比較例2的評估用元件71之I-V特性。

參照兩圖，在比較例2的評估用元件71中，I-V特性表示非線形性，暗示第2接觸層34與金屬電極18a、18b之間成為肖特基接合。相對於此，在實施例4的評估用元件70中，I-V特性表示線形性，可知成功實現歐姆連接。藉此，可知利用形成第2接觸層34後，在惰性氣體氣氛下進行退火，可實現之後形成的金屬電極19(金屬電極18a、18b)與第2接觸層34之間的歐姆連接。

(實施例5)

除了經過前述步驟S13，在MOCVD裝置內形成磊晶層40之後，直接在MOCVD裝置的爐內，在氮氣氛下以700℃進行5分鐘的退火之處以外，以與實施例4相同的方法，製作評估用元件(評估用元件72)。

(檢證結果)

於圖12C揭示對於實施例5的評估用元件72，利用與實施例4、比較例2相同的方法，測定I-V特性時的結果。與圖12A所示之實施例4的評估用元件70相同，表示線形性的I-V特性，可知成功實現歐姆連接。但是，與 實施例4比較，流通相同電流所需的電壓值變大。例如，於將間隙73的距離設為5μm的評估用元件中，相對於在實施例4中流通1.0mA所需的電壓為約0.25V，在實施例5為約2.5V。

進而，於圖13揭示製作對應實施例4及實施例5的氮化物半導體發光元件1，並對電極(電極42、接合電極43)與支持基板11之間施加電壓時，測定I-V特性時的結果。在此，所謂對應實施例4的氮化物半導體發光元件1係指執行於MOCVD裝置的爐內進行磊晶成長的步驟S13之後，從MOCVD裝置一旦取出晶圓，移至RTA裝置內，於步驟S14中在RTA裝置內進行氮氣氛下的退火處理，之後，經過步驟S15~S16及步驟S18~S23所製造的元件。又，所謂對應實施例5的氮化物半導體發光元件1係指執行於MOCVD裝置的爐內進行磊晶成長的步驟S13之後，於步驟S14中持續在該爐置內進行氮氣氛下的退火處理，之後，經過步驟S15~S16及步驟S18~S23所製造的元件。

再者，在圖13中，將「對應實施例4的氮化物半導體發光元件1」單表記為「實施例4的元件1」，將「對應實施例5的氮化物半導體發光元件1」單表記為「實施例5的元件1」。

依據圖13，可知相較於實施例5，實施例4為了對於氮化物半導體發光元件1供給相同電流所需的電壓被抑制成較低。此係也與圖12C的結果整合。亦即，比 較實施例4與實施例5的話，可知形成第2接觸層34後的退火處理(步驟S14)係相較於在MOCVD裝置內進行，在RTA裝置內進行時，p型氮化物半導體層31會活性化，可獲得提升比電阻及接觸性的效果。

總結以上內容，於步驟S14中，藉由在惰性氣體氣氛下進行退火處理，可實現第2接觸層34與金屬電極19之間的歐姆連接。進而，可知利用將在該惰性氣體氣氛下的退火，不在MOCVD裝置的爐內，而是在RTA裝置內進行，可獲得提升比電阻及接觸性的效果。

<接觸性的檢證3>

接著，針對利用於步驟S16中形成金屬電極19後，在含有氧的氣氛下進行退火處理(步驟S17)，有更提升第2接觸層34與金屬電極19之間的接觸性的效果，參照實施例進行說明。

參照圖10，上述之實施例3的元件1係經過步驟S13~S23所製造者。更詳細來說，於形成金屬電極19前的步驟S14中，於RTA裝置內在含有氮的氣氛下進行退火處理，進而於形成金屬電極19後的步驟S17中，在空氣氣氛下進行退火處理。

實施例4的元件1係不進行步驟S17所製造的元件。亦即，於形成金屬電極19之前的步驟S14中，與實施例3相同，於RTA裝置內在含有氮的氣氛下進行退火處理，但是，於步驟S16中形成金屬電極19之後， 不進行步驟S17相關的退火處理，依序進行步驟S18之後步驟所製造者。

(實施例6)

進而，為了檢證，將於形成金屬電極19之後的步驟S17中，除了在含有氮的氣氛下進行退火之處以外，利用與實施例3相同的方法來製作發光元件1者作為實施例6。

(檢證結果)

圖14係揭示製作對應實施例3及實施例6的氮化物半導體發光元件1，並對電極(電極42、接合電極43)與支持基板11之間施加電壓時，測定I-V特性時的結果。

比較圖13所示之實施例4、圖14所示之實施例3及實施例6時，例如為了供給1A所需的電壓值，相對於在實施例4中為約5.0V，在實施例3中為約3.8V，在實施例6中為約5.1V。亦即，相較於實施例4及實施例6，在實施例3中將為了供給相同電流所需的電壓值抑制為更低。亦即，可知利用形成金屬電極19之後，在包含空氣等之氧的氣氛下進行退火處理(步驟S17)，將氧作為驅動力，Ag會擴散至第2接觸層34，可獲得更提升接觸性的效果。

再者，對比實施例4及實施例6的話，暗示 為了供給相同電流所需的電壓值幾乎沒有變化。藉此，可知形成金屬電極19後的退火處理(步驟S17)係與步驟S14不同，利用在包含氧的氣氛下進行，可獲得接觸性進一步提升的效果，而與步驟S14同樣地在氮氣氛下進行，幾乎無法獲得接觸性進一步提升的效果。

<其他構造>

再者，於本實施形態中，也利用皆以所定組成比構成的AlGaN來形成第1接觸層32及第2接觸層34，以Al形成金屬電極19亦可。

在以AlGaN形成第1接觸層32及第2接觸層34時，於步驟S13中可採用以下方法。首先，在p型氮化物半導體層31的形成後，不停止TMA的供給，將CP₂Mg的流量變更為0.2μmol/min，供給20秒鐘原料氣體，藉此，形成厚度為5nm的由p⁺Al_0.13Ga_0.87N所成的第1接觸層32。該第1接觸層32的p型不純物(Mg)濃度例如為1×10²⁰/cm³程度。

接著，理想為第1接觸層32的形成後不進行成長中斷，而連續地形成第2接觸層34。第1接觸層32的形成後，停止CP₂Mg的供給，並且將二乙基鋅的流量設為0.1μmol/min，供給20秒鐘原料氣體，藉此，形成厚度為5nm的由Zn摻雜Al_0.13Ga_0.87N所成的第2接觸層34。該第2接觸層34的不純物(Zn)濃度例如為5×10¹⁹/cm³程度。

[第5實施形態]

針對本發明的第5實施形態之氮化物半導體發光元件及其製造方法，以下進行說明。再者，第5實施形態的氮化物半導體發光元件係與圖6所示之第2實施形態的氮化物半導體發光元件1a的構造共通。

<製造方法>

針對圖6所示之氮化物半導體發光元件1a的製程，僅說明與第4實施形態的元件1不同之處。

與第4實施形態相同，執行步驟S13及步驟S14。

(步驟S24)

在步驟S14之後(參照圖9A)，如圖7A所示，到n型氮化物半導體層35的一部分上面露出為止，藉由使用ICP裝置的乾式蝕刻，來去除第2接觸層34、第1接觸層32、p型氮化物半導體層31及發光層33。再者，於本步驟S24中，針對n型氮化物半導體層35，一部分蝕刻去除亦可。

(步驟S25)

如圖7B所示，利用於第2接觸層34的上面及露出之n型氮化物半導體層35的上面成膜Ag，形成金屬電極(19，19a)。即使於本實施形態中，因為於第2接觸層 34藉由摻雜Zn而形成較深的不純物能階，所以，即使不形成Ni或ITO等的接觸電極，也可利用使第2接觸層34與由Ag所成之金屬電極19接觸，獲得良好的接觸特性。再者，在本實施形態中，作為金屬電極(19，19a)，除了Ag之外，也可利用Al或Rh。

再者，於本構造中，作為n型氮化物半導體層35，至少上面部份以n型不純物濃度比1×10¹⁹/cm³高之高濃度的AlGaN來形成為佳。藉此，也可實現n型氮化物半導體層35與金屬電極19a的良好接觸特性。

(步驟S26)

與第4實施形態的步驟S17同樣地，在包含氧的氣氛下進行退火處理。更具體來說，於RTA裝置或MOCVD裝置內，在空氣氣氛下以約450℃進行約1分鐘的活性化處理。藉此，尤其可獲得更提升金屬電極19與第2接觸層34之間的接觸特性的效果。

(步驟S27)

之後，於n側之金屬電極19a的上面，形成供電端子51，於p側之金屬電極19的上面，形成供電端子52。更具體來說，將形成供電端子51、52的導電材料膜(例如由膜厚100nm的Cr與膜厚3μm的Au所成的材料膜)形成於整面後，藉由剝離來形成供電端子51、52。之後，在氮氣氛中進行250℃之1分鐘的燒結。

然後，利用透過接合電極53，連接基板55與供電端子51，透過接合電極54，連接基板55與供電端子52，形成圖6所示之氮化物半導體發光元件1a。

[其他實施形態]

以下，針對其他實施形態進行說明。

<1>在前述各實施形態中，已說明作為第2接觸層34，採用摻雜Zn的GaN或AlGaN之狀況。但是，根據相同的原理，於以摻雜Zn、Cd、Be、Sr、Ca及C之任一種以上的第2不純物材料的Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)構成第2接觸層34之狀況中，可實現與金屬電極19的接觸性的提升。

進而，即使第2接觸層34是以含有微量其他物質(Sb等)的Al_XGa_YIn_ZN所構成之狀況中，也顯示相同效果，本發明的本意並不是將利用此種材料，形成第2接觸層34的元件從權利範圍排除者。

<2>於前述各實施形態中，形成導電性氧化膜層來代替絕緣層21亦可。設為具備導電性氧化膜層時，因導電率高於絕緣層21，電流容易往垂直方向流動於半導體層30內，但是，因為與通常的導電材料(金屬等)相較，導電率大幅降低，所以，可實現往水平方向擴散電流的效果。作為導電性氧化膜層，例如可利用ITO、IZO、In₂O₃、SnO₂、IGZO(InGaZnOx)等。

再者，該絕緣層21或導電性氧化膜層，係於 使電流擴散於水平方向的意義中，形成於電極(42，43)的正下位置，亦即與對於電極(42，43)正交於基板面之方向對向的位置為佳，但是，本發明的本意並不是將不具有該絕緣層21或導電性氧化膜層之構造的元件從權利範圍排除者。

<3>參照圖1及圖6所示構造，以及圖5A~圖5I、圖7A~圖7B、圖9A~圖9J，上述的製造方法為理想之實施形態的一例，並不是必須具備該等構造或製程全部者。

例如於第1實施形態中，焊錫層13與焊錫層15係應有效率地進行兩基板的貼合所形成者，只要可實現兩基板的貼合，在實現氮化物半導體發光元件的功能之觀點不一定必要。

同樣地，保護層17係根據防止焊錫材料的擴散之觀點，n型氮化物半導體層35的表面的凹凸係根據光取出效率的提升之觀點，具備比較適當，本發明的本意並不是將不具備該等構造的元件從權利範圍排除者。於其他實施形態也相同。

<4>在上述實施形態中，於藍寶石基板61與支持基板11的兩者形成焊錫層(焊錫層13、15)，但是，僅於任一方形成焊錫層之後貼合兩基板亦可。又，雖將保護層17形成於藍寶石基板61側，但是，形成於支持基板11側亦可。亦即，代替圖5D所示構造，將於支持基板11的上層形成保護層17，於其上層形成焊錫層13者，於步 驟S5中與藍寶石基板61貼合亦可。於其他實施形態也相同。

1‧‧‧氮化物半導體發光元件

11‧‧‧支持基板

13‧‧‧焊錫層

15‧‧‧焊錫層

17‧‧‧保護層

19‧‧‧金屬電極

20‧‧‧導電層

21‧‧‧絕緣層

30‧‧‧半導體層

31‧‧‧p型氮化物半導體層

32‧‧‧第1接觸層

33‧‧‧發光層

34‧‧‧第2接觸層

35‧‧‧n型氮化物半導體層

41‧‧‧絕緣層

42‧‧‧電極

43‧‧‧接合電極

45‧‧‧焊接線

Claims (14)

1. 一種氮化物半導體發光元件，係在n型氮化物半導體層與p型氮化物半導體層之間具有發光層的氮化物半導體發光元件，其特徵為具有：第1接觸層，係接觸於前述p型氮化物半導體層，且以比前述p型氮化物半導體層還高濃度來摻雜第1不純物材料的氮化物半導體層所構成；及第2接觸層，係接觸於前述第1接觸層，且以摻雜Zn、Cd、Be、Sr、Ca及C之任一種以上的第2不純物材料的Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)所構成。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，藉由前述第2不純物材料所形成之前述第2接觸層內的不純物能階，在比藉由前述第1不純物材料所形成之前述第1接觸層內的不純物能階還要深的位置。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，前述第2不純物材料是Zn。
4. 如申請專利範圍第3項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，前述第2接觸層的不純物濃度為1×10¹⁹/cm³~5×10²¹/cm³。
5. 如申請專利範圍第3項所記載之氮化物半導體發光 元件，其中，前述第1不純物材料是Mg。
6. 如申請專利範圍第1項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，具有：金屬電極，係接觸於前述第2接觸層，包含Ag、Ag合金、Al或Rh之1種以上。
7. 如申請專利範圍第1項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，前述第1接觸層，係接觸於前述p型氮化物半導體層，且以比前述p型氮化物半導體層還高濃度來摻雜Mg的氮化物半導體層所構成；前述第2接觸層，係接觸於前述第1接觸層，且以比前述第1接觸層還低濃度來摻雜Zn的Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)所構成。
8. 如申請專利範圍第7項所記載之氮化物半導體發光元件，其中，具有：金屬電極，係接觸於前述第2接觸層，包含Ag、Ag合金、Al或Rh之1種以上。
9. 一種氮化物半導體發光元件的製造方法，其特徵為具有：於基板上，依序層積形成n型氮化物半導體層、發光層及p型氮化物半導體層的工程(a)；於前述p型氮化物半導體層的上層，形成以比前述p型氮化物半導體層還高濃度來摻雜第1不純物材料的氮化 物半導體層所構成的第1接觸層的工程(b)；於前述第1接觸層的上層，形成以摻雜Zn、Cd、Be、Sr、Ca及C之任一種以上的第2不純物材料的Al_XGa_YIn_ZN(0≦X≦1，0≦Y≦1，0≦Z≦1，X+Y+Z=1)所構成的第2接觸層的工程(c)；及在前述工程(c)之後，在惰性氣體氣氛下進行退火的工程(d)。
10. 如申請專利範圍第9項所記載之氮化物半導體發光元件的製造方法，其中，具有：在前述工程(d)之後，於前述第2接觸層的上層，形成金屬電極的工程(e)；及在前述工程(e)之後，在含有氧的氣氛下進行退火的工程(f)。
11. 如申請專利範圍第10項所記載之氮化物半導體發光元件的製造方法，其中，於前述工程(e)中，前述金屬電極是Ag或Ag合金。
12. 如申請專利範圍第9項所記載之氮化物半導體發光元件的製造方法，其中，藉由前述工程(c)中使用之前述第2不純物材料所形成之前述第2接觸層內的不純物能階，在比藉由前述工程(b)中使用之前述第1不純物材料所形成之前述第1接觸層內的不純物能階還要深的位置。
13. 如申請專利範圍第12項所記載之氮化物半導體發 光元件的製造方法，其中，於前述工程(c)中，前述第2不純物材料是Zn。
14. 如申請專利範圍第12項或第13項所記載之氮化物半導體發光元件的製造方法，其中，於前述工程(b)中，前述第1不純物材料是Mg。