WO2010079567A1 - 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

窒化物半導体発光素子およびその製造方法 Download PDF

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大鹿　嘉和
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Definitions

  • the present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.
  • characteristics required for a light emitting element include high external quantum efficiency characteristics and low resistance characteristics.
  • a junction barrier is formed.
  • a high contact resistance is generated between the semiconductor and an electrode made of a metal material.
  • a so-called double hetero structure in which a layer with a small band gap called a light emitting layer is sandwiched from both sides by a p-type and n-type semiconductor layer with a large band gap called a cladding layer.
  • a voltage is applied between a pair of electrodes attached to the stacked body, power loss due to contact resistance generated between the stacked body that is a semiconductor layer and the electrode is generated.
  • a contact layer made of a material having a small band gap is interposed between the electrode and the semiconductor layer, thereby reducing the barrier difference.
  • a technique for preventing a large power loss from occurring with a semiconductor layer is widely known.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for forming a GaN layer or an AlGaN layer having an Al composition of 30% or less as a contact layer.
  • Such a contact layer with a small Al composition has a small contact resistance with the electrode, but when used in an ultraviolet light emitting device having an emission wavelength of 300 nm or less, the ultraviolet light generated in the light emitting layer is absorbed by the contact layer, and the external quantum efficiency There was a problem that would decrease.
  • Patent Document 3 discloses a second technique in which ultraviolet light emitted from the first light emitting layer is absorbed between the first light emitting layer and the GaN contact layer, and light having a longer wavelength is emitted.
  • An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device in which contact resistance generated between the n-contact layer and the n-side electrode is effectively reduced while maintaining the external quantum efficiency, and such a nitride semiconductor light emitting device.
  • the object is to provide a method for efficient production.
  • the gist configuration of the present invention is as follows.
  • a semiconductor laminate comprising a light emitting layer and a p-type laminate, and a nitride semiconductor light emitting device comprising an n-side electrode and a p-side electrode
  • the n-type laminate comprises Al x
  • the n-contact layer made of a Ga 1-x N material (provided that 0.7 ⁇ x ⁇ 1.0) and the n-cladding layer provided on the n-contact layer, and partly exposed to the light emitting layer side
  • a nitride semiconductor light emitting device comprising an intermediate layer made of an Al y Ga 1-y N material (where 0 ⁇ y ⁇ 0.5) on an n-contact layer.
  • An n-type stacked body having an n-contact layer and an n-cladding layer, a light emitting layer, and a p-type stacked body having a p-cladding layer and a p-contact layer are grown on the substrate in order.
  • a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device is described in this specification.
  • a part of the n-contact layer on the light emitting layer side is exposed using a dry etching method, and then the part is exposed using a MOCVD method.
  • the present invention provides an Al y Ga 1-y N material (provided that 0 ⁇ y) between an n-contact layer made of an Al x Ga 1-x N material (provided that 0.7 ⁇ x ⁇ 1.0) and the n-side electrode. ⁇ 0.5) to prevent the ultraviolet light generated in the light-emitting layer from being absorbed in the n-contact layer and maintain the external quantum efficiency, and the n-contact layer and the n-side electrode It is possible to provide a nitride semiconductor light emitting device that effectively reduces the contact resistance generated between the two. Moreover, the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention can efficiently manufacture such a nitride semiconductor light emitting device.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • 2 (a) and 2 (b) are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention. It is a typical sectional view showing a sample for ohmic property evaluation.
  • 4A and 4B are graphs showing the current-voltage characteristics of the sample.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a conventional nitride semiconductor light emitting device.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • the nitride semiconductor light emitting device 1 of the present invention includes an n-type stacked body 2, a semiconductor stacked body 5 including a light-emitting layer 3 and a p-type stacked body 4, and an n-side electrode 6 and a p-side.
  • An n-type layered body 2 comprising an electrode 7 and comprising an n-contact layer 2a made of an Al x Ga 1-x N material (where 0.7 ⁇ x ⁇ 1.0) and an n ⁇ contact layer 2a provided on the n-contact layer 2a
  • An intermediate layer 8 made of an Al y Ga 1-y N material (where 0 ⁇ y ⁇ 0.5) is provided on the n-contact layer 2a having the cladding layer 2b and partially exposed on the light emitting layer 3 side.
  • the intermediate layer 8 is made of an Al y Ga 1-y N material (where 0 ⁇ y ⁇ 0.3), it is more preferable from the viewpoint of the effect of reducing contact resistance.
  • the n-contact layer 2a is formed of an Al x Ga 1-x N material (where 0.7 ⁇ x ⁇ 1.0)
  • the light emitting layer is compared with a material having an Al composition ratio (x) of less than 0.7.
  • the absorption of the ultraviolet light generated in 3 can be greatly reduced.
  • the n-side electrode 6 is directly provided on the n-contact layer 2a, the contact resistance between the n-contact layer 2a and the n-side electrode 6 increases, and the power loss increases.
  • the intermediate layer 8 is formed of an Al y Ga 1-y N material (where 0 ⁇ y ⁇ 0.5), whereby the n-contact layer 2a and the n-side electrode are formed. 6 is effectively reduced in contact resistance.
  • n- cladding layer 2b is, for example Al a Ga 1-a N material (where, 0 ⁇ a ⁇ 1)
  • the light-emitting layer 3 is, for example Al b In c Ga 1-bc N material (where, 0 ⁇ b ⁇ 1 , 0 ⁇ c ⁇ 1, 0 ⁇ b + c ⁇ 1)
  • the p-type laminate can be formed of, for example, an Al d Ga 1-d N material (where 0 ⁇ d ⁇ 1).
  • Mg or the like can be used as the p-type dopant
  • Si or the like can be used as the n-type dopant.
  • the thicknesses of the n-contact layer 2a, the n-cladding layer 2b, the light emitting layer 3, the p-cladding layer 4a, and the p-contact layer 4b constituting the semiconductor stacked body 5 are 1000 to 5000 nm and 200 to 500 nm, respectively. 20 to 150 nm, 200 to 500 nm, and 10 to 50 nm are preferable. This is because if the thickness is less than this range, sufficient current diffusion cannot be obtained in the semiconductor layer, and if it is thick, the cost increases.
  • the n-side electrode 6 can be a metal composite film having, for example, a Ti-containing film and an Al-containing film formed on the Ti-containing film, and the thickness, shape, and size thereof are the same as the shape and size of the light-emitting element. It can be appropriately selected depending on the case.
  • the p-side electrode 7 can also be a metal composite film having, for example, a Ni-containing film and an Au-containing film formed on the Ni-containing film, and the thickness, shape, and size thereof are the shape of the light-emitting element. It can be selected appropriately according to the size.
  • a lower intermediate layer made of an Al z Ga 1-z N material (provided that 0.5 ⁇ z ⁇ 0.7) is disposed between the intermediate layer 8 and the n-contact layer 2a.
  • the intermediate layer 8 is made of Al y Ga 1-y N material (where 0 ⁇ y ⁇ 0.3), and the lower intermediate layer is made of Al z Ga 1-z N material (where 0.3 ⁇ z ⁇ 0.7). Further, the effect of reducing the contact resistance can be expected, and a more preferable configuration is obtained.
  • the layer thickness of the intermediate layer 8 is preferably 20 to 200 nm, and more preferably 50 to 100 nm.
  • the layer thickness of the lower intermediate layer is preferably 10 to 100 nm, and more preferably 20 to 50 nm. This is because if these layers are too thin, they may diffuse and mix with the n-contact layer 2a when contact annealing is performed, and may not function as an intermediate layer. This is because the cost increases because it only takes a long time to grow.
  • an n-contact layer 2a is formed on a sapphire substrate 10 through a buffer layer 11 (thickness: 1000 to 1500 nm) made of an AlN material. It can be set as the arrangement
  • an electron blocking layer 12 may be provided between the light emitting layer 3 and the p-type laminate 4. This is to improve the carrier injection efficiency by acting as a barrier against the quantum well layer of the light emitting layer 3 and preventing electrons from flowing excessively.
  • the electron block layer 12 can be formed of a p-type Al e Ga 1-e N material (where 0 ⁇ e ⁇ 1).
  • the nitride semiconductor light emitting device 1 as described above prevents the ultraviolet light generated in the light emitting layer 3 from being absorbed by the n-contact layer 2a, and maintains the external quantum efficiency.
  • the contact resistance generated with the electrode 6 can be effectively reduced, the resistance between the n-contact layer 2a and the n-side electrode 6 is 10 ⁇ or less, and the external quantum efficiency is 0.7%. The above is preferable.
  • FIG. 2A and FIG. 2B are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present invention.
  • the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device 1 includes an n-type stacked body 2 having an n-contact layer 2a and an n-cladding layer 2b on a growth substrate 10, and A step of growing a light emitting layer 3 and a p-type stacked body 4 having a p-cladding layer 4a and a p-contact layer 4b in this order to form a semiconductor stacked body 5, and as shown in FIG.
  • a step of forming the intermediate layer 8 and the n-side electrode 6 on the contact layer 2a and a step of forming the p-side electrode 7 on the p-contact layer 4b, and the n-contact layer 2a is made of Al x Ga 1 ⁇
  • the light emitting layer is made of xN material (where 0.7 ⁇ x ⁇ 1.0) and the intermediate layer 8 is made of Al y Ga 1-yN material (where 0 ⁇ y ⁇ 0.5) and has such a configuration.
  • the contact resistance can be effectively reduced occurring between the one in which a marked effect that can be efficiently produced.
  • the semiconductor laminate 5 is preferably epitaxially grown on the sapphire substrate 10 by using the MOCVD method, for example.
  • MOCVD method By using the MOCVD method, a uniform film thickness can be grown at a high speed.
  • the intermediate layer 8 is partially etched using the MOCVD method after exposing a part of the n-contact layer 2a on the light emitting layer 3 side using a dry etching method.
  • an Al y Ga 1-y N material (where 0 ⁇ y ⁇ 0.5) is grown on the exposed n-contact layer 2a.
  • the Al y Ga 1-y N material deposited other than the portion where the n-side electrode 6 is formed is removed.
  • the n-side electrode 6 can be formed by sequentially depositing a Ti-containing film and an Al-containing film by, for example, a vacuum deposition method. After this step, the n-side electrode 6 is preferably subjected to a predetermined heat treatment in a nitrogen atmosphere. This is because the n-side electrode 6, the intermediate layer 8, and the n-contact layer 2a are brought into ohmic contact.
  • the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present invention can be efficiently manufactured by using the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present invention.
  • ultraviolet light generated in the light emitting layer is hardly absorbed by the n-contact layer, and a high light emission output can be obtained.
  • a buffer layer 111 AlN material: 1 ⁇ m
  • an n-contact layer 102a Si-doped Al 0.7 Ga 0.3 N material: 2 ⁇ m
  • a predetermined intermediate layer 108 are formed on a sapphire substrate 110 by MOCVD.
  • the intermediate layer 108 is a square of 300 ⁇ m ⁇ 300 ⁇ m, and the n-side electrode 106 is a square of 200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m.
  • the interval between adjacent intermediate layers 108 was 100 ⁇ m.
  • Table 1 shows the Al composition (%) and the resistance value ( ⁇ ) of the intermediate layer 108 of Samples 1 to 3 thus formed. This resistance value is obtained from the voltage at a current of 1 mA.
  • Sample 1 and Sample 2 having a small Al composition ratio (y ⁇ 0.3) in the Al y Ga 1-y N material constituting the intermediate layer 108 are compared with Sample 3 having a large Al composition ratio.
  • the resistance value is 1/100 or less, and the contact resistance is remarkably small.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are graphs showing the measurement results of Sample 2 and Sample 3, respectively.
  • the horizontal axis represents voltage, and the vertical axis represents current.
  • FIG. 4 (a) it can be seen that Sample 2 having an Al composition of 30% shows a linear current-voltage characteristic and an ohmic contact is obtained.
  • FIG. 4B it can be seen that the current-voltage characteristic of Sample 3 having an Al composition of 70% shows a curve and is in a Schottky contact.
  • the resistance value characteristic of the light emitting element is 1 k ⁇ or less and the current-voltage characteristic is a straight line. From the results shown in Table 1 and FIGS. 4 (a) and 4 (b), a good ohmic contact can be obtained and the resistance is greatly improved when the Al composition of the intermediate layer is in the range of 0 to 50%, which is the range of the present invention. It can be seen that it can be reduced.
  • Example 1 As shown in FIG. 1, a buffer layer 11 (AlN material: 1 ⁇ m), an n-contact layer 2a (Si-doped Al 0.7 Ga 0.3 N material: 2 ⁇ m), and an n-cladding layer 2b are formed on a sapphire substrate 10 by MOCVD.
  • AlN material AlN material: 1 ⁇ m
  • n-contact layer 2a Si-doped Al 0.7 Ga 0.3 N material: 2 ⁇ m
  • an n-cladding layer 2b are formed on a sapphire substrate 10 by MOCVD.
  • the n-side electrode 6 (Ti / Al) is formed on the intermediate layer 8 on the p-contact layer 4b.
  • a p-side electrode 7 (Ni / Au) was formed. Thereafter, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere, and the n-side electrode 6 and the n ⁇ contact layer 2a were brought into ohmic contact to form the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present invention.
  • Example 2 Nitride semiconductor light emitting according to the present invention by the same method as in Example 1 except that a lower intermediate layer (Al 0.7 Ga 0.3 N material: 500 nm) is formed between n-contact layer 2a and intermediate layer 8 Element 1 was formed.
  • a lower intermediate layer Al 0.7 Ga 0.3 N material: 500 nm
  • Comparative Example 1 As shown in FIG. 5, a nitride semiconductor light emitting device 200 was formed by the same method as in Example 1 except that the intermediate layer 8 was not formed.
  • Comparative Example 2 A nitride semiconductor light emitting device 200 was formed by the same method as in Comparative Example 1 except that the n-contact layer 202a was formed of a Si-doped Al 0.3 Ga 0.7 N material.
  • the nitride semiconductor light emitting device thus formed is mounted in a flip chip type, and the voltage V f (V) and light emission output Po (mW) at a current of 20 mA are measured with an integrating sphere and the following formula Table 2 shows the values of external quantum efficiency obtained from the above.
  • Comparative Example 1 having no n-contact layer and a large Al composition in the n-contact layer has a large contact resistance with the n-side electrode, and therefore, compared with Examples 1 and 2 and Comparative Example 2. It can be seen that the voltage has increased. Further, Comparative Example 2 in which the n-contact layer has a small Al composition without providing an intermediate layer has a small contact resistance with the n-side electrode, so the voltage is small, but the amount of absorption of ultraviolet light is large. It can be seen that the external quantum efficiency is reduced. In contrast, it can be seen that Example 1 and Example 2 according to the present invention can both reduce contact resistance and improve external quantum efficiency.
  • an Al y Ga 1-y N material (provided that 0 0 is interposed between the n-contact layer made of Al x Ga 1-x N material (where 0.7 ⁇ x ⁇ 1.0) and the n-side electrode).
  • ⁇ y ⁇ 0.5 prevents the ultraviolet light generated in the light-emitting layer from being absorbed by the n-contact layer and maintains the external quantum efficiency, and the n-contact layer and the n-side. It is possible to provide a nitride semiconductor light emitting device in which the contact resistance generated between the electrodes is effectively reduced.
  • such a nitride semiconductor light emitting device can be efficiently manufactured.

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Abstract

　外部量子効率を維持しつつ、n-コンタクト層とn側電極との間で生じる接触抵抗を有効に低減させた窒化物半導体発光素子およびこのような窒化物半導体発光素子を効率よく製造する方法を提供する。　n型積層体、発光層およびp型積層体を具える半導体積層体、ならびに、n側電極およびp側電極を具える窒化物半導体発光素子において、前記n型積層体が、AlxGa1-xN材料(但し、0.7≦x≦1.0)からなるn-コンタクト層および該n-コンタクト層上に設けられたn-クラッド層を有し、前記発光層側に一部露出した前記n-コンタクト層上に、AlyGa1-yN材料(但し、0≦y≦0.5)からなる中間層を具えることを特徴とする。

Description

窒化物半導体発光素子およびその製造方法
　本発明は、窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。
　発光素子に要求される特性として、例えば、高外部量子効率特性や低抵抗特性が挙げられる。一般に、半導体と金属を接触させると、接合障壁が形成され、例えば半導体と、金属材料からなる電極との間には高い接触抵抗が生じる。発光素子の基本構造の１つとして、例えば、発光層と呼ばれるバンドギャップの小さな層を、クラッド層と呼ばれるバンドギャップの大きなp型およびn型の半導体層で両側から挟んだ、いわゆるダブルヘテロ構造が挙げられるが、この積層体に取り付けられた一対の電極間に電圧を印加すると、半導体層である積層体と電極との間で生じる接触抵抗に起因した電力損失が発生することとなる。
　そこで、この半導体層と電極との間で生じる接触抵抗を小さくするため、電極と半導体層との間に、バンドギャップの小さい物質からなるコンタクト層を介在させることで障壁差を小さくし、電極と半導体層との間で大きな電力損失が発生するのを防止する技術が広く知られている。
　特許文献１および２には、コンタクト層として、GaN層や、Al組成が30％以下のAlGaN層を形成する技術が開示されている。このようなAl組成の小さなコンタクト層は、電極との接触抵抗は小さいものの、発光波長が300nm以下の紫外発光素子に用いる場合、発光層で発生した紫外光がコンタクト層で吸収され、外部量子効率が低下してしまうという問題があった。
　このような問題を解決するため、特許文献３には、第１発光層とGaNコンタクト層との間に、第１発光層で発光した紫外光を吸収し、より波長の長い光を発する第２発光層を設けることにより、外部量子効率の低下を抑制する技術が開示されているが、形成されるべき層数が多く、製造コストが増大するという問題があった。
特開２００２－１４１５５２号公報 特開２００４－３３５５５９号公報 特開２００６－２９５１３２号公報
　本発明の目的は、外部量子効率を維持しつつ、n-コンタクト層とn側電極との間で生じる接触抵抗を有効に低減させた窒化物半導体発光素子およびこのような窒化物半導体発光素子を効率よく製造する方法を提供することにある。
　本発明の要旨構成は以下の通りである。
　（１）n型積層体、発光層およびp型積層体を具える半導体積層体、ならびに、n側電極およびp側電極を具える窒化物半導体発光素子において、前記n型積層体が、AlxGa1-xN材料（但し、0.7≦x≦1.0）からなるn-コンタクト層および該n-コンタクト層上に設けられたn-クラッド層を有し、前記発光層側に一部露出した前記n-コンタクト層上に、AlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.5）からなる中間層を具えることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
　（２）前記発光層と前記p型積層体との間に、電子ブロック層をさらに具える上記（１）に記載の窒化物半導体発光素子。
　（３）前記n-コンタクト層と前記n側電極との間の抵抗が10Ω以下で、かつ外部量子効率が0.70%以上である上記（１）または（２）に記載の窒化物半導体発光素子。
　（４）基板上に、n-コンタクト層およびn-クラッド層を有するn型積層体と、発光層と、p-クラッド層およびp-コンタクト層を有するp型積層体とを順に成長させて半導体積層体を形成する工程と、前記n-コンタクト層に中間層およびn側電極を形成する工程と、前記p-コンタクト層上にp側電極を形成する工程とを具え、前記n-コンタクト層が、AlxGa1-xN材料（但し、0.7≦x≦1.0）からなり、かつ前記中間層が、AlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.5）からなることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
　（５）前記中間層を形成する工程は、ドライエッチング法を用いて、前記n-コンタクト層の、前記発光層側の一部を露出させた後、MOCVD法を用いて、前記一部露出したn-コンタクト層上に前記AlyGa1-yN材料を成長させることを含む上記（４）に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
　本発明は、AlxGa1-xN材料（但し、0.7≦x≦1.0）からなるn-コンタクト層とn側電極との間に、AlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.5）からなる中間層を具えることにより、発光層で発生した紫外光がn-コンタクト層で吸収されるのを防いで外部量子効率を維持し、かつn-コンタクト層とn側電極との間で生じる接触抵抗を有効に低減させた窒化物半導体発光素子提供することができる。また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、このような窒化物半導体発光素子を効率よく製造することができる。
図１は、本発明に従う窒化物半導体発光素子を示す模式的断面図である。 図２(a)および図２(b)は、本発明に従う窒化物半導体発光素子の製造工程を示す模式的断面図である。 オーミック性評価用サンプルを示す模式的断面図である。 図４(a)および図４(b)は、サンプルの電流-電圧特性を示すグラフである。 図５は、従来の窒化物半導体発光素子を示す模式的断面図である。
　次に、本発明の窒化物半導体発光素子の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明に従う窒化物半導体発光素子の断面構造を模式的に示したものである。
　図１に示すように、本発明の窒化物半導体発光素子１は、n型積層体２、発光層３およびp型積層体４を具える半導体積層体５、ならびに、n側電極６およびp側電極７を具え、n型積層体２が、AlxGa1-xN材料（但し、0.7≦x≦1.0）からなるn-コンタクト層２ａおよびこのn-コンタクト層２ａ上に設けられたn-クラッド層２ｂを有し、発光層３側に一部露出したn-コンタクト層２a上に、AlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.5）からなる中間層８を具え、かかる構成を有することにより、発光層３で発生した紫外光がn-コンタクト層２ａで吸収されるのを防いで外部量子効率を維持し、かつn-コンタクト層２ａとn側電極６との間で生じる接触抵抗を有効に低減させることができるという顕著な効果を奏するものである。中間層８をAlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.3）とすれば、接触抵抗低減効果の観点からさらに好ましい。
　特に、n-コンタクト層２ａを、AlxGa1-xN材料（但し、0.7≦x≦1.0）で形成することにより、Al組成比(x)が0.7未満の材料と比較して、発光層３で発生した紫外光の吸収を大幅に低減することができる。しかしながら、このn-コンタクト層２ａ上にn側電極６を直接設けた場合、n-コンタクト層２ａとn側電極６との間の接触抵抗が大きくなり、電力損失が多くなってしまう。
　そこで、本発明の窒化物半導体発光素子１は、中間層８を、AlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.5）で形成することにより、n-コンタクト層２ａとn側電極６との間の接触抵抗を有効に低減させたものである。
　n-クラッド層２ｂは、例えばAlaGa1-aN材料（但し、0≦a≦1）、発光層３は、例えばAlbIncGa1-b-cN材料（但し、0≦b≦1, 0≦c≦1, 0≦b+c≦1）、また、p型積層体は、例えばAldGa1-dN材料（但し、0≦d≦1）で形成することができる。また、p型ドーパントとしてはMg等を、n型ドーパントとしてはSi等を用いることができる。
　また、半導体積層体５を構成するn-コンタクト層２ａ、n-クラッド層２ｂ、発光層３、p-クラッド層４ａおよびp-コンタクト層４ｂの層厚は、それぞれ、1000～5000nm、200～500nm、20～150nm、200～500nmおよび10～50nmとするのが好ましい。この範囲よりも薄いと半導体層内で十分な電流の拡散が得られなくなり、厚いとコストが高くなるためである。
　n側電極６は、例えばTi含有膜およびこのTi含有膜上に形成されたAl含有膜を有する金属複合膜とすることができ、その厚さ、形状およびサイズは、発光素子の形状およびサイズに応じて適宜選択することができる。また、p側電極７についても、例えばNi含有膜およびこのNi含有膜上に形成されたAu含有膜を有する金属複合膜とすることができ、その厚さ、形状およびサイズは、発光素子の形状およびサイズに応じて適宜選択することができる。
　また、図には示されないが、中間層８とn-コンタクト層２ａとの間に、AlzGa1-zN材料（但し、0.5＜z＜0.7）からなる下側中間層を配設するのが好ましい。この層を配設することにより、中間層８とn-コンタクト層２ａとの間の抵抗を減少させることができるためである。中間層８をAlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.3）として、前記下側中間層をAlzGa1-zN材料(但し、0.3＜z＜0.7)とすることにより、さらに接触抵抗を低減する効果が期待でき、さらに好ましい構成となる。
　中間層８の層厚は、20～200nmとするのが好ましく、50～100nmとするのがより好ましい。下側中間層の層厚は、10～100nmとするのが好ましく、20～50nmとするのがより好ましい。これら層を薄くしすぎると、コンタクトアニールを行ったときにn-コンタクト層２ａと拡散して混ざってしまい、中間層として機能しなくなるおそれがあるためであり、また、厚くしすぎると、その分だけ成長時間がかかるためにコストが高くなるためである。
　また、図１に示されるように、本発明の窒化物半導体発光素子１は、サファイア基板１０に、AlN材料からなるバッファ層１１（厚さ：1000～1500nm）を介してn-コンタクト層２aを配設した構成とすることができる。
　さらに、発光層３とp型積層体４との間に、電子ブロック層１２（厚さ:5～50nm）を具えてもよい。発光層３の量子井戸層に対して障壁となり、電子が過剰に流れていくのを防ぐことによるキャリアの注入効率向上のためである。なお、この電子ブロック層１２は、p型のAleGa1-eN材料（但し、0≦e≦1）で形成することができる。
　上述したような窒化物半導体発光素子１は、発光層３で発生した紫外光がn-コンタクト層２ａで吸収されるのを防いで外部量子効率を維持し、かつn-コンタクト層２ａとn側電極６との間で生じる接触抵抗を有効に低減させることができるものであり、前記n-コンタクト層２ａと前記n側電極６との間の抵抗は10Ω以下で、かつ外部量子効率は0.7%以上とするのが好ましい。
　次に、本発明の窒化物半導体発光素子１の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図２(a)および図２(b)は、本発明に従う窒化物半導体発光素子１の製造工程を示す模式的断面図である。
　図２(a)に示すように、本発明に従う窒化物半導体発光素子１の製造方法は、成長基板１０上に、n-コンタクト層２ａおよびn-クラッド層２ｂを有するn型積層体２と、発光層３と、p-クラッド層４ａおよびp-コンタクト層４ｂを有するp型積層体４とを順に成長させて半導体積層体５を形成する工程と、図２(b)に示すように、n-コンタクト層２ａに中間層８およびn側電極６を形成する工程と、p-コンタクト層上４ｂにp側電極７を形成する工程とを具え、n-コンタクト層２ａが、AlxGa1-xN材料（但し、0.7≦x≦1.0）からなり、かつ中間層８が、AlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.5）からなり、かかる構成を有することにより、発光層３で発生した紫外光がn-コンタクト層２aで吸収されるのを防いで外部量子効率を維持し、かつn-コンタクト層２ａとn側電極６との間で生じる接触抵抗を有効に低減させることができる窒化物半導体発光素子１を、効率よく製造できるという顕著な効果を奏するものである。
　半導体積層体５は、例えばサファイア基板１０に、MOCVD法を用いてエピタキシャル成長させるのが好ましい。MOCVD法を用いることにより、均一な膜厚を高速に成長させることができる。
　中間層８は、図２(b)に示すように、ドライエッチング法を用いて、n-コンタクト層２ａの、発光層３側の一部を露出させた後、MOCVD法を用いて、一部露出したn-コンタクト層２ａ上にAlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.5）を成長させて形成するのが好ましい。なお、n側電極６が形成される部分以外に堆積したAlyGa1-yN材料は除去される。
　n側電極６は、例えば真空蒸着法により、Ti含有膜およびAl含有膜を順次蒸着させることにより形成することができる。この工程後、n側電極６には、窒素雰囲気中で所定の熱処理を施すのが好ましい。n側電極６、中間層８およびn-コンタクト層２aをオーミック接触させるためである。
　本発明に従う窒化物半導体発光素子１は、前記本発明に従う窒化物半導体発光素子１の製造方法を用いて効率よく製造することができる。特に、本発明は、発光波長が300nm以下の紫外発光素子として用いた場合に、発光層で発生した紫外光がn-コンタクト層で吸収されにくくなり、高い発光出力を得ることができる。
　上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
（抵抗特性・オーミック性評価）
　図３に示すように、サファイア基板１１０上に、MOCVD法により、バッファ層１１１(AlN材料：1μm)、n-コンタクト層１０２ａ(SiドープAl0.7Ga0.3N材料：2μm)、所定の中間層１０８(AlyGa1-yN材料（但し、y=0, 0.3, 0.7の３種類））をエピタキシャル成長させた後、真空蒸着法によりn側電極１０６(Ti/Al=20nm/200nm)を形成した。なお、中間層１０８は300μm×300μmの四角形とし、n側電極１０６は、200μm×200μmの四角形とする。また、隣接する中間層１０８間の間隔は、100μmとした。このようにして形成されたサンプル１～３の中間層１０８のAl組成(%)および抵抗値(Ω)を表１に示す。なお、この抵抗値は、電流1mAのときの電圧から求めたものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるとおり、中間層１０８を構成するAlyGa1-yN材料中に占めるAl組成比の小さい(y≦0.3)サンプル１およびサンプル２は、Al組成比の大きいサンプル３と比較して、抵抗値が100分の1以下であり、接触抵抗が著しく小さいことがわかる。
　また、これらサンプルに対し、カブトレーサを用いて電流－電圧特性を測定した。図４(a)および図４(b)は、上記サンプル２およびサンプル３の測定結果をそれぞれ示したグラフである。横軸は電圧、縦軸は電流を示す。図４(a)に示すとおり、Al組成が30％のサンプル２は、電流－電圧特性が直線を示し、オーミック接触が得られていることがわかる。一方、図４(b)からは、Al組成が70％のサンプル３の電流－電圧特性が曲線を示し、ショットキー接触となっていることがわかる。
　一般に、発光素子の抵抗値特性は、1kΩ以下で、かつ電流-電圧特性が直線であることが望まれる。表１ならびに図４(a)および図４(b)の結果から、中間層のAl組成は、本発明の範囲である0～50％の範囲において、良好なオーミック接触が得られ、抵抗を大幅に低減できていることがわかる。
（外部量子効率特性）
　実施例１
　図１に示すように、サファイア基板上１０に、MOCVD法により、バッファ層１１(AlN材料：1μm)、n-コンタクト層２ａ(SiドープAl0.7Ga0.3N材料:2μm)、n-クラッド層２ｂ(SiドープAl0.65Ga0.35N材料:500nm)、発光層３(Al0.55In0.01Ga0.44N材料(10nm)／Al0.6In0.01Ga0.39N材料(15nm):３層の多重量子井戸構造、総厚90nm)、電子ブロック層１２(MgドープAl0.9Ga0.1N材料:20nm)、p-クラッド層４ａ(MgドープAl0.7Ga0.3N材料：200nm)およびp-コンタクト層４ｂ(MgドープGaN材料：20nm)を順次エピタキシャル成長させた後、ドライエッチング法によりn-コンタクト層２ａを一部露出させ、再度MOCVD法を用いて中間層８(Al0.3Ga0.7N材料:50nm)をエピタキシャル成長させ、その後ｎ側電極６が形成される部分以外を除去した後、この中間層８上にｎ側電極６(Ti/Al)を、p-コンタクト層４ｂ上にp側電極７(Ni/Au)を形成した。その後、窒素雰囲気中で熱処理を行い、n側電極６とn-コンタクト層２ａとをオーミック接触させて、本発明に従う窒化物半導体発光素子１を形成した。
　実施例２
　n-コンタクト層２ａと中間層８との間に、下側中間層(Al0.7Ga0.3N材料:500nm)を形成したこと以外は、実施例１と同様の方法により本発明に従う窒化物半導体発光素子１を形成した。
　比較例１
　図５に示すように、中間層８を形成しないこと以外は、実施例１と同様の方法により窒化物半導体発光素子２００を形成した。
　比較例２
　n-コンタクト層２０２ａをSiドープAl0.3Ga0.7N材料で形成したこと以外は、比較例１と同様の方法により窒化物半導体発光素子２００を形成した。
　このようにして形成された窒化物半導体発光素子を、フリップチップ型に実装し、積分球により電流20ｍAのときの電圧Vf(V)および発光出力Po(mW)を測定した結果ならびに以下の式から求めた外部量子効率の値を表２に示す。
　　　外部量子効率η＝｛Po×λ（nm）｝/｛If（mA）×1239.8｝
　　（但し、λ＝265nm、If＝20mAとする）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すとおり、中間層を設けず、n-コンタクト層のAl組成が大きい比較例１は、n側電極との接触抵抗が大きいため、実施例１および２ならびに比較例２と比較して電圧が大きくなっていることがわかる。また、中間層を設けず、n-コンタクト層のAl組成が小さい比較例２は、n側電極との接触抵抗が小さいため、電圧は小さくなっているものの、紫外光の吸収量が多いため、外部量子効率が小さくなっていることがわかる。これに対し、本発明に従う実施例１および実施例２は、接触抵抗の低減および外部量子効率の向上を両立できていることが分かる。
　本発明によれば、AlxGa1-xN材料（但し、0.7≦x≦1.0）からなるn-コンタクト層とn側電極との間に、AlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.5）からなる中間層を具えることにより、発光層で発生した紫外光がn-コンタクト層で吸収されるのを防いで外部量子効率を維持し、かつn-コンタクト層とn側電極との間で生じる接触抵抗を有効に低減させた窒化物半導体発光素子提供することができる。また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、このような窒化物半導体発光素子を効率よく製造することができる。
　　　　１　　窒化物半導体発光素子
　　　　２　　n型積層体
　　　　２ａ　n-コンタクト層
　　　　２ｂ　n-クラッド層
　　　　３　　発光層
　　　　４　　p型積層体
　　　　４ａ　p-クラッド層
　　　　４ｂ　p-コンタクト層
　　　　５　　半導体積層体
　　　　６　　n側電極
　　　　７　　p側電極
　　　　８　　中間層
　　　１０　　基板
　　　１１　　バッファ層
　　　１２　　電子ブロック層
　　１０２ａ　n-コンタクト層
　　１０６　　n側電極
　　１０８　　中間層
　　１１０　　サファイア基板
　　１１１　　バッファ層

Claims (5)

  1. 　n型積層体、発光層およびp型積層体を具える半導体積層体、ならびに、n側電極およびp側電極を具える窒化物半導体発光素子において、
    　前記n型積層体が、AlxGa1-xN材料（但し、0.7≦x≦1.0）からなるn-コンタクト層および該n-コンタクト層上に設けられたn-クラッド層を有し、
    　前記発光層側に一部露出した前記n-コンタクト層上に、AlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.5）からなる中間層を具えることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
  2. 　前記発光層と前記p型積層体との間に、電子ブロック層をさらに具える請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
  3. 　前記n-コンタクト層と前記n側電極との間の抵抗が10Ω以下で、かつ外部量子効率が0.70%以上である請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
  4. 　基板上に、n-コンタクト層およびn-クラッド層を有するn型積層体と、発光層と、p-クラッド層およびp-コンタクト層を有するp型積層体とを順に成長させて半導体積層体を形成する工程と、前記n-コンタクト層に中間層およびn側電極を形成する工程と、前記p-コンタクト層上にp側電極を形成する工程とを具え、
    　前記n-コンタクト層が、AlxGa1-xN材料（但し、0.7≦x≦1.0）からなり、かつ前記中間層が、AlyGa1-yN材料（但し、0≦y≦0.5）からなることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
  5. 　前記中間層を形成する工程は、ドライエッチング法を用いて、前記n-コンタクト層の、前記発光層側の一部を露出させた後、MOCVD法を用いて、前記一部露出したn-コンタクト層上に前記AlyGa1-yN材料を成長させることを含む請求項４に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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