(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023088275
(43)【公開日】2023-06-26
(54)【発明の名称】発光素子および発光素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/40 20100101AFI20230619BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20230619BHJP
H01L 21/28 20060101ALI20230619BHJP
【ＦＩ】
H01L33/40
H01L33/32
H01L21/28 B
H01L21/28 301B
H01L21/28 301R
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022182025
(22)【出願日】2022-11-14
(31)【優先権主張番号】P 2021202835
(32)【優先日】2021-12-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000241463
【氏名又は名称】豊田合成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000648
【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】牧野 浩明
(72)【発明者】
【氏名】面家 英樹
【テーマコード（参考）】
4M104
5F241
【Ｆターム（参考）】
4M104AA04
4M104BB04
4M104BB05
4M104BB06
4M104BB07
4M104BB13
4M104BB36
4M104CC01
4M104DD08
4M104DD34
4M104DD37
4M104DD79
4M104DD83
4M104FF03
4M104FF13
4M104GG04
4M104HH15
5F241AA24
5F241CA04
5F241CA05
5F241CA13
5F241CA40
5F241CA83
5F241CA87
5F241CA92
5F241CA98
5F241CB11
5F241FF11
(57)【要約】
【課題】熱処理による電気特性の悪化が抑制された発光素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】III族窒化物半導体からなり、ｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３が順に積層された発光素子であって、ｎ層１１は、Ａｌ組成比が６０％以上でＳｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、ｐ層１３は、Ａｌ組成比が６０％未満でＭｇ濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である発光素子の製造方法において、ｐ層１３上に接し、ｐ電極１６を形成するｐ電極形成工程と、ｎ層１１上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶからなるＶ層と、Ｖ層上に接するＡｌからなるＡｌ層と、を有したｎ電極１７を形成するｎ電極形成工程と、５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】III族窒化物半導体からなり、ｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３が順に積層された発光素子であって、ｎ層１１は、Ａｌ組成比が６０％以上でＳｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、ｐ層１３は、Ａｌ組成比が６０％未満でＭｇ濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である発光素子の製造方法において、ｐ層１３上に接し、ｐ電極１６を形成するｐ電極形成工程と、ｎ層１１上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶからなるＶ層と、Ｖ層上に接するＡｌからなるＡｌ層と、を有したｎ電極１７を形成するｎ電極形成工程と、５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
III族窒化物半導体からなり、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子であって、前記ｎ層は、Ａｌ組成比が６０％以上でＳｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、前記ｐ層は、Ａｌ組成比が６０％未満でＭｇ濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である発光素子の製造方法において、
前記ｐ層上に接し、ｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
前記ｎ層上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、
を有する、
発光素子の製造方法。
前記ｐ層上に接し、ｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
前記ｎ層上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、
を有する、
発光素子の製造方法。
【請求項2】
前記熱処理工程において、前記Ｖ層は前記Ａｌ層に拡散して消失し、前記ｎ電極の構造は、前記ｎ層上に接し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなる第１層と、前記第１層上に接し、Ａｌを主としてＶを含む金属からなる第２層と、に変化する、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項3】
前記ｐ電極は透明導電性材料であり、
前記熱処理工程は、酸素を含む雰囲気で行う、請求項１または請求項２に記載の発光素子の製造方法。
前記熱処理工程は、酸素を含む雰囲気で行う、請求項１または請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項4】
前記熱処理工程は、窒素と、酸素との混合ガスであって酸素濃度が０．１体積％以上１体積％以下の範囲の雰囲気で行う、請求項３に記載の発光素子の製造方法。
【請求項5】
前記ｎ電極形成工程における前記Ｖ層の成膜速度を０．７１ｎｍ／ｓ以下とする、請求項１または請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項6】
III族窒化物半導体からなり、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子の製造方法において、
前記ｎ層上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、
を有し、
前記ｎ電極形成工程における前記Ｖ層の成膜速度を０．７１ｎｍ／ｓ以下とし、
前記熱処理工程において、前記Ｖ層は前記Ａｌ層に拡散して消失し、前記ｎ電極の構造は、前記ｎ層上に接し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなる第１層と、前記第１層上に接し、Ａｌを主としてＶを含む金属からなる第２層と、に変化する、
発光素子の製造方法。
前記ｎ層上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、
を有し、
前記ｎ電極形成工程における前記Ｖ層の成膜速度を０．７１ｎｍ／ｓ以下とし、
前記熱処理工程において、前記Ｖ層は前記Ａｌ層に拡散して消失し、前記ｎ電極の構造は、前記ｎ層上に接し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなる第１層と、前記第１層上に接し、Ａｌを主としてＶを含む金属からなる第２層と、に変化する、
発光素子の製造方法。
【請求項7】
前記ｐ層上に接し、透明導電性材料からなるｐ電極を形成するｐ電極形成工程を有し、
前記熱処理工程は、酸素を含む雰囲気で行う、請求項６に記載の発光素子の製造方法。
前記熱処理工程は、酸素を含む雰囲気で行う、請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項8】
前記熱処理工程は、１分以上１０分以下の範囲内の任意の時間だけ行う、請求項１または請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項9】
III族窒化物半導体からなるｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子であって、前記ｎ層は、Ａｌ組成比が６０％以上でＳｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、前記ｐ層は、Ａｌ組成比が６０％未満でＭｇ濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である発光素子において、
前記ｐ層上に接して位置するｐ電極と、
前記ｎ層上に接して位置し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなり、厚さが１ｎｍ以上３ｎｍ以下である第１層と、前記第１層上に接して位置し、Ａｌを主としＶを含む金属からなり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である第２層と、を有したｎ電極と、
を有する発光素子。
前記ｐ層上に接して位置するｐ電極と、
前記ｎ層上に接して位置し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなり、厚さが１ｎｍ以上３ｎｍ以下である第１層と、前記第１層上に接して位置し、Ａｌを主としＶを含む金属からなり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である第２層と、を有したｎ電極と、
を有する発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、III族窒化物半導体からなる発光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、紫外線ＬＥＤを殺菌や消毒に使用することが注目されており、紫外線ＬＥＤの高効率化に向けた研究、開発が盛んに行われている。
【0003】
III族窒化物半導体からなるＵＶＣの紫外発光素子では、ｎ型のIII族窒化物半導体に接触するｎコンタクト電極にＴｉ／Ａｌ系を用いることが主流となっている。ここで、「／」は積層であることを示し、Ａ／ＢはＡ、Ｂの順に積層した構造であることを示している。以下、材料の説明において同様とする。
【0004】
Ｔｉ／Ａｌ系材料では、８００～１０００℃の温度でアロイしてＴｉをIII族窒化物半導体中に拡散させることでコンタクト抵抗の低減を図っている。
【0005】
Ｔｉ／Ａｌ系以外の材料としては、Ｖ／Ａｌ系材料が知られている。特許文献１には、ｎ－ＧａＮ上にＶ／Ａｌを形成することが記載されており、５００～６００℃でアロイすることによりコンタクト抵抗を低減できることが記載されている。
【0006】
非特許文献１には、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ上にＶ／Ａｌを形成した例が示されており、Ｖ／Ａｌのコンタクト抵抗低減のメカニズムについて考察されている。Ｖ／Ａｌでは、ＡｌＧａＮ中のＮとＶ／Ａｌ中のＡｌが結合してＡｌＮｘを形成し、ＡｌＧａＮに窒素空孔が生じてｎ型化するためにコンタクト抵抗が低減すると考察されている。Ｖは、ＡｌＧａＮ中のＮとＶ／Ａｌ中のＡｌとの反応速度を制御しているものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平１０－１１２５５５号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】矢船 憲成、“窒化物半導体へテロ接合への低抵抗オーミック接触の形成と電界効果トランジスタへの応用”、福井大学 学位論文、２０１６年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
Ｔｉ／Ａｌでは、Ｔｉを拡散させる必要があるためアロイ温度が８００～１０００℃と高いという問題があった。アロイ温度が高いと、ｐ－ＧａＮとＩＴＯからなるｐ電極とのコンタクト抵抗が上昇し、順方向電圧Ｖｆが高くなってしまう。また、アロイ温度とＴｉ膜厚の最適な範囲が狭いという問題もあった。
【0010】
また、Ｖ／Ａｌを用いた場合であっても、成長条件によってはコンタクト抵抗が高くなってしまうことがあった。
【0011】
そこで本発明の目的は、熱処理による電気特性の悪化が抑制された発光素子の製造方法を提供することである。また、ｎ電極のコンタクト抵抗を低減することができる発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一態様は、
III族窒化物半導体からなり、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子であって、前記ｎ層は、Ａｌ組成比が６０％以上でＳｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、前記ｐ層は、Ａｌ組成比が６０％未満でＭｇ濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である発光素子の製造方法において、
前記ｐ層上に接し、ｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
前記ｎ層上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるからなるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、
を有する、
発光素子の製造方法にある。
III族窒化物半導体からなり、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子であって、前記ｎ層は、Ａｌ組成比が６０％以上でＳｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、前記ｐ層は、Ａｌ組成比が６０％未満でＭｇ濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である発光素子の製造方法において、
前記ｐ層上に接し、ｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
前記ｎ層上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるからなるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、
を有する、
発光素子の製造方法にある。
【0013】
本発明の他の態様は、
III族窒化物半導体からなり、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子の製造方法において、
前記ｎ層上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、
を有し、
前記ｎ電極形成工程における前記Ｖ層の成膜速度を０．７１ｎｍ／ｓ以下とし、
前記熱処理工程において、前記Ｖ層は前記Ａｌ層に拡散して消失し、前記ｎ電極の構造は、前記ｎ層上に接し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなる第１層と、前記第１層上に接し、Ａｌを主としてＶを含む金属からなる第２層と、に変化する、
発光素子の製造方法にある。
III族窒化物半導体からなり、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子の製造方法において、
前記ｎ層上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、
を有し、
前記ｎ電極形成工程における前記Ｖ層の成膜速度を０．７１ｎｍ／ｓ以下とし、
前記熱処理工程において、前記Ｖ層は前記Ａｌ層に拡散して消失し、前記ｎ電極の構造は、前記ｎ層上に接し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなる第１層と、前記第１層上に接し、Ａｌを主としてＶを含む金属からなる第２層と、に変化する、
発光素子の製造方法にある。
【0014】
本発明の他の態様は、
III族窒化物半導体からなるｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子であって、前記ｎ層は、Ａｌ組成比が６０％以上でＳｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、前記ｐ層は、Ａｌ組成比が６０％未満でＭｇ濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である発光素子において、
前記ｐ層上に接して位置するｐ電極と、
前記ｎ層上に接して位置し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなり、厚さが１ｎｍ以上３ｎｍ以下である第１層と、前記第１層上に接して位置し、Ａｌを主としＶを含む金属からなり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である第２層と、を有したｎ電極と、
を有する発光素子にある。
III族窒化物半導体からなるｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子であって、前記ｎ層は、Ａｌ組成比が６０％以上でＳｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、前記ｐ層は、Ａｌ組成比が６０％未満でＭｇ濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である発光素子において、
前記ｐ層上に接して位置するｐ電極と、
前記ｎ層上に接して位置し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなり、厚さが１ｎｍ以上３ｎｍ以下である第１層と、前記第１層上に接して位置し、Ａｌを主としＶを含む金属からなり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である第２層と、を有したｎ電極と、
を有する発光素子にある。
【発明の効果】
【0015】
本発明の一態様によれば、熱処理による電気特性の悪化を抑制することができる。また、本発明の他の態様によれば、ｎ電極のコンタクト抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】実施形態の発光素子の構成を示した図。
【図2】ｎ電極１７の構成を示した図。
【図3】実施形態の発光素子の製造工程を示した図。
【図4】熱処理前後でのｎ電極の層構成の変化を模式的に示した図。
【図5】ｎ電極１７のコンタクト抵抗率と熱処理温度の関係を示したグラフ。
【図6】Ｉｆ－Ｖｆ特性を示したグラフ。
【図7】Ｉｆ－Ｐｏ特性を示したグラフ。
【図8】ＴＥＭ像と元素マッピングを示した図。
【図9】ＴＥＭ像と元素マッピングを示した図。
【図10】ＴＥＭ像と元素マッピングを示した図。
【図11】ＴＥＭ像と元素マッピングを示した図。
【図12】Ｖ層の成膜速度とｎコンタクト抵抗率との関係を示したグラフ。
【図13】Ｖ層の成膜速度とＲｑとの関係を示したグラフ。
【図14】Ｖ層表面のＡＦＭ像を示した図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
発光素子の製造方法の１つは、III族窒化物半導体からなり、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子であって、ｎ層は、Ａｌ組成比が６０％以上でＳｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、ｐ層は、Ａｌ組成比が６０％未満でＭｇ濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である発光素子の製造方法である。また、ｐ層上に接し、ｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、ｎ層上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、を有する。
【0018】
熱処理工程において、Ｖ層はＡｌ層に拡散して消失し、ｎ電極の構造は、ｎ層上に接し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなる第１層と、第１層上に接し、Ａｌを主としてＶを含む金属からなる第２層と、に変化していてもよい。
【0019】
ｐ電極は透明導電性材料であってもよく、熱処理工程は、酸素を含む雰囲気で行ってもよい。これにより、透明導電性材料であるｐ電極のアロイとｎ電極のアロイとを兼ねることができる。熱処理工程は、窒素と、酸素との混合ガスであって酸素濃度が０．１体積％以上１体積％以下の範囲の雰囲気で行ってもよい。ｐ電極形成工程は、ｐ電極の形成後に焼成する工程を含んでもよい。
【0020】
ｎ電極形成工程におけるＶ層の成膜速度を０．７１ｎｍ／ｓ以下としてもよい。ｎ電極のコンタクト抵抗を安定して下げることができる。
【0021】
発光素子の製造方法の他の１つは、III族窒化物半導体からなり、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子の製造方法である。ｎ層上に接し、厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、５００℃以上６５０℃以下の範囲内の任意の温度で熱処理を行う熱処理工程と、を有する。ｎ電極形成工程におけるＶ層の成膜速度を０．７１ｎｍ／ｓ以下とし、熱処理工程において、Ｖ層はＡｌ層に拡散して消失し、ｎ電極の構造は、ｎ層上に接し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなる第１層と、第１層上に接し、Ａｌを主としてＶを含む金属からなる第２層と、に変化する。
【0022】
ｐ層上に接し、透明導電性材料からなるｐ電極を形成するｐ電極形成工程を有し、熱処理工程は、酸素を含む雰囲気で行ってもよい。ｐ電極を形成後に焼成してもよい。
【0023】
熱処理工程は、１分以上１０分以下の範囲内の任意の時間だけ行ってもよい。
【0024】
発光素子は、III族窒化物半導体からなるｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された発光素子である。ｎ層は、Ａｌ組成比が６０％以上でＳｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下であり、ｐ層は、Ａｌ組成比が６０％未満でＭｇ濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上である。ｐ層上に接して位置するｐ電極と、ｎ層上に接して位置し、ＡｌＮｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘからなり、厚さが１ｎｍ以上３ｎｍ以下である第１層と、第１層上に接して位置し、Ａｌを主としＶを含む金属からなり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である第２層と、を有したｎ電極と、を有する。
【0025】
第２層におけるＶの濃度は５ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下であってもよい。第２層の上にＴｉ、ＴｉＮ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕのうち少なくとも１種から成る第３層を有していてもよい。第３層の厚さは、２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよい。ｐ電極は、ＩＴＯまたはＩＺＯであってもよい。
【0026】
（実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図を参照に説明する。
以下、本発明の実施形態について、図を参照に説明する。
【0027】
図１は、実施形態の発光素子の構成を示した図である。発光波長は、たとえば２００～２８０ｎｍである。図１のように、実施例１の発光素子は、基板１０と、ｎ層１１と、発光層１２と、ｐ層１３と、電子ブロック層１４と、ｐ電極１６と、ｎ電極１７と、を有している。
【0028】
（基板１０の構成）
基板１０は、ｃ面を主面とするサファイアからなる基板である。サファイア以外にも、発光波長に対して透過率が高く、III族窒化物半導体を成長させることができる材料であれば任意の材料を用いてよい。
基板１０は、ｃ面を主面とするサファイアからなる基板である。サファイア以外にも、発光波長に対して透過率が高く、III族窒化物半導体を成長させることができる材料であれば任意の材料を用いてよい。
【0029】
（ｎ層１１の構成）
ｎ層１１は、基板１０上にバッファ層（図示しない）を介して位置している。ｎ層１１は、Ａｌ組成比が６０％以上のｎ―ＡｌＧａＮからなる。ここでIII族窒化物半導体のＡｌ組成比は、III族金属に対するＡｌのモル比（％）である。つまり、III族窒化物半導体を一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表したとき、Ａｌ組成比はｘ×１００（％）である。ｎ型不純物はＳｉであり、Ｓｉ濃度が５×１０１８～５×１０１９／ｃｍ３である。ｎ層１１は複数の層で構成されていてもよい。その場合、ｎ層１１の最上層（ｎ電極１７と接する層）のＡｌ組成比が６０％以上であればよい。
ｎ層１１は、基板１０上にバッファ層（図示しない）を介して位置している。ｎ層１１は、Ａｌ組成比が６０％以上のｎ―ＡｌＧａＮからなる。ここでIII族窒化物半導体のＡｌ組成比は、III族金属に対するＡｌのモル比（％）である。つまり、III族窒化物半導体を一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表したとき、Ａｌ組成比はｘ×１００（％）である。ｎ型不純物はＳｉであり、Ｓｉ濃度が５×１０１８～５×１０１９／ｃｍ３である。ｎ層１１は複数の層で構成されていてもよい。その場合、ｎ層１１の最上層（ｎ電極１７と接する層）のＡｌ組成比が６０％以上であればよい。
【0030】
ｎ層１１のＡｌ組成比は、６５～９０％がより好ましく、さらに好ましくは７０～８５％である。ｎ層１１のＳｉ濃度は、８×１０１８～３×１０１９／ｃｍ３がより好ましく、さらに好ましくは、１×１０１９～２×１０１９／ｃｍ３である。
【0031】
（発光層１２の構成）
発光層１２は、ｎ層１１上に位置している。発光層１２は、井戸層と障壁層が交互に繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。繰り返し数はたとえば２～５である。井戸層はＡｌＧａＮからなり、そのＡｌ組成比は所望の発光波長に応じて設定される。障壁層は、井戸層よりもＡｌ組成比の大きなＡｌＧａＮである。井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きなＡｌＧａＩｎＮでもよい。また、発光層１２はＳＱＷ構造でもよい。
発光層１２は、ｎ層１１上に位置している。発光層１２は、井戸層と障壁層が交互に繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。繰り返し数はたとえば２～５である。井戸層はＡｌＧａＮからなり、そのＡｌ組成比は所望の発光波長に応じて設定される。障壁層は、井戸層よりもＡｌ組成比の大きなＡｌＧａＮである。井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きなＡｌＧａＩｎＮでもよい。また、発光層１２はＳＱＷ構造でもよい。
【0032】
（電子ブロック層１４の構成）
電子ブロック層１４は、発光層１２上に位置している。電子ブロック層１４は、発光層１２の障壁層よりもＡｌ組成比の高いｐ－ＡｌＧａＮからなる。電子ブロック層１４によって、ｎ電極１７から注入した電子が発光層１２を超えてｐ層１３側に拡散してしまうのを抑制している。
電子ブロック層１４は、発光層１２上に位置している。電子ブロック層１４は、発光層１２の障壁層よりもＡｌ組成比の高いｐ－ＡｌＧａＮからなる。電子ブロック層１４によって、ｎ電極１７から注入した電子が発光層１２を超えてｐ層１３側に拡散してしまうのを抑制している。
【0033】
（ｐ層１３の構成）
ｐ層１３は、電子ブロック層１４上に位置している。ｐ層１３は、ｐ－ＡｌＧａＮ／ｐ－ＧａＮからなる。ｐ型不純物はＭｇである。Ｍｇ濃度は、１×１０１９／ｃｍ３以上である。ｐ層１３は単層でもよい。ｐ電極１６と接する層が、Ａｌ組成比６０％未満のＡｌＧａＮであればよい。
ｐ層１３は、電子ブロック層１４上に位置している。ｐ層１３は、ｐ－ＡｌＧａＮ／ｐ－ＧａＮからなる。ｐ型不純物はＭｇである。Ｍｇ濃度は、１×１０１９／ｃｍ３以上である。ｐ層１３は単層でもよい。ｐ電極１６と接する層が、Ａｌ組成比６０％未満のＡｌＧａＮであればよい。
【0034】
ｐ層１３表面の一部領域には、ｎ層１１に達する深さの溝２２が形成されている。溝２２の底面にはｎ層１１が露出している。
【0035】
（ｐ電極１６の構成）
ｐ電極１６は、ｐ層１３上に位置している。ｐ電極１６は、ＩＴＯからなる。ＩＴＯ以外にも、ＩＺＯなどの透明導電性材料を用いることができる。また、Ｎｉ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの透明導電性材料以外の材料を用いることもできる。
ｐ電極１６は、ｐ層１３上に位置している。ｐ電極１６は、ＩＴＯからなる。ＩＴＯ以外にも、ＩＺＯなどの透明導電性材料を用いることができる。また、Ｎｉ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの透明導電性材料以外の材料を用いることもできる。
【0036】
（ｎ電極１７の構成）
ｎ電極１７は、溝２２の底面に露出するｎ層１１上に位置している。図２は、ｎ電極１７の構成を拡大して示した図である。図２のように、ｎ電極１７は、ｎ層１１に接して位置する第１層１７Ａと、第１層１７Ａ上に接して位置する第２層１７Ｂと、第２層１７Ｂ上に接して位置する第３層１７Ｃと、を有する構造である。
ｎ電極１７は、溝２２の底面に露出するｎ層１１上に位置している。図２は、ｎ電極１７の構成を拡大して示した図である。図２のように、ｎ電極１７は、ｎ層１１に接して位置する第１層１７Ａと、第１層１７Ａ上に接して位置する第２層１７Ｂと、第２層１７Ｂ上に接して位置する第３層１７Ｃと、を有する構造である。
【0037】
第１層１７Ａは、ＡｌＮｘからなり、厚さは１～３ｎｍである。ｘは、たとえば０．４～０．７である。またｘは、厚さ方向にｎ層１１から離れるにつれて減少していてもよい。この場合はｘの厚さ方向の平均が０．４～０．７である。また、ｎ層１１側からのＧａの拡散がある場合もあり、その場合には第１層１７Ａは、ｎ層１１よりもＡｌ組成比が高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘ（０．４≦ｘ≦０．７）である。ｎ層１１のＡｌ組成比がａであれば、ａ＜ｙ≦１である。ｙはたとえば０．７以上である。またこの場合も、ｘは厚さ方向にｎ層１１から離れるにつれて減少していてもよく、ｙは厚さ方向にｎ層１１から離れるにつれて増加していてもよい。
【0038】
第２層１７Ｂは、Ａｌを主としＶとＴｉを含む金属からなり、厚さは５０～５００ｎｍである。第２層１７ＢにおいてＡｌ、Ｖ、Ｔｉの比率は、たとえばＡｌが５０～８５ｍｏｌ％、Ｖが５～２０ｍｏｌ％、Ｔｉが１０～３０ｍｏｌ％である。第３層１７Ｃは、Ｔｉからなり、厚さは２０～１００ｎｍである。このようなｎ電極１７の構造は、Ｖ／Ａｌ／Ｔｉを５００～６５０℃でアロイした結果得られた構造である。詳細は後述する。
【0039】
上記構造のｎ電極１７では、ｎ層１１に対するコンタクト抵抗が低減されている。たとえば、ｎ層１１に対するｎ電極１７のコンタクト抵抗率は４×１０－４Ω・ｃｍ２以下である。その理由は、第１に、ＡｌＮｘからなる第１層１７Ａがｎ層１１に対する良好なコンタクト層として機能しているためと考えられる。また、第２に、ｎ層１１表面に窒素空孔が生じ、ｎ型化するためコンタクト抵抗が低下していると考えられる。
【0040】
なお、第３層１７Ｃは、アロイ時にｎ電極１７中のＡｌが蒸発してしまうのを抑制するカバーとして設けるものである。Ｔｉ以外にもＴｉＮ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕなどを用いることができる。
【0041】
（製造方法について）
次に、実施形態の発光素子の製造方法について、図を参照に説明する。
次に、実施形態の発光素子の製造方法について、図を参照に説明する。
【0042】
まず、サファイアからなる基板１０を用意する。そして、基板１０上にバッファ層を介してＭＯＣＶＤ法によってｎ層１１、発光層１２、電子ブロック層１４、ｐ層１３を順に積層する（図３（ａ）参照）。
【0043】
次に、ｐ層１３の所定領域をｎ層１１に達するまでドライエッチングして溝２２を形成する（図３（ｂ）参照）
【0044】
次に、ｐ層１３上の所定領域にスパッタや蒸着によってＩＴＯからなるｐ電極１６を形成する（図３（ｃ）参照）。そして、ＩＴＯを焼成し結晶化する熱処理を行う。その熱処理は、窒素雰囲気で５００～６００℃、１～１０分間である。なお、焼成の熱処理は省略してもよい。
【0045】
次に、溝２２の底面に露出するｎ層１１上に、スパッタや蒸着によってＶ／Ａｌ／Ｔｉからなるｎ電極１７を形成する（図３（ｄ）参照）。Ｖ層の厚さは、５～１５ｎｍ、Ａｌ層の厚さは５０～５００ｎｍ、Ｔｉ層の厚さは２０～１００ｎｍである。Ｖ層は、ＶまたはＶを主成分とする金属である。Ａｌ層は、ＡｌまたはＡｌを主成分とする金属である。Ｔｉ層は、ＴｉまたはＴｉを主成分とする金属である。
【0046】
次に、酸素を含む雰囲気で、温度５００～６５０℃、１～１０分間の熱処理を行う。酸素を含む雰囲気は、たとえば窒素などの不活性ガスに酸素を混合した雰囲気であり、酸素濃度はたとえば０．１～１体積％である。熱処理は減圧下で行うことが好ましく、たとえば１×１０２～１×１０４Ｐａである。また、熱処理温度は５５０～６５０℃がより好ましい。
【0047】
この熱処理は、ｐ電極１６のアロイとｎ電極１７のアロイとを兼ねており、ｐ層１３に対するｐ電極１６のコンタクト抵抗と、ｎ層１１に対するｎ電極１７のコンタクト抵抗とを同時に低減することができる。
【0048】
ｎ電極１７の材料として一般的に用いられているＴｉ／Ａｌでは、アロイ温度が８００～１０００℃と高温であるため、ｎ電極１７の形成とアロイ後に、ｐ電極１６の形成と焼成、アロイを行う必要があった。また、ｎ電極１７の形成後にｐ電極１６の焼成を行うと、ｎ電極１７の表面にｐ電極１６からの飛来物が付着する問題があった。
【0049】
そこで本実施形態では、ｎ電極１７としてＶ／Ａｌ／Ｔｉを用いることでアロイ温度を低減し、ｎ電極１７のアロイとｐ電極１６のアロイを共通化して同時に行うことで熱処理回数を減らしている。熱処理温度の低温化と熱処理回数減少の結果、発光素子の電気特性の劣化を抑制できる。また、ｐ電極１６の焼成後にｎ電極１７を形成しているため、ｎ電極１７の表面にｐ電極１６からの飛来物が付着しない。
【0050】
この熱処理によって、ｎ電極１７の構造は次のように変化する。ｎ電極１７であるＶ／Ａｌ／ＴｉのうちＶはＡｌ中に拡散していき、ｎ層１１やＴｉには拡散しない。この拡散の結果、Ｖ層は消失する。また、Ｖ／Ａｌ／Ｔｉ中のＡｌは、ｎ層１１中のＮと反応し、ｎ層１１とＡｌ層の界面にはＡｌＮｘが形成される。Ｖは、ＡｌとＮの反応を促進する触媒のような作用をしていると考えられる。この熱処理の結果、ｎ電極１７の構造は、ｎ層１１に接して位置し、ＡｌＮｘからなる第１層１７Ａと、第１層１７Ａ上に接して位置し、Ａｌを主としＶとＴｉを含む金属からなる第２層１７Ｂと、第２層１７Ｂ上に接して位置し、Ｔｉからなる第３層１７Ｃとの３層構造に変化する。
【0051】
ｎ電極１７がこのような構造に変化することにより、ｎ層１１に対するｎ電極１７のコンタクト抵抗が低減する。その理由はすでに述べたとおりである。すなわち、第１に、ＡｌＮｘからなる第１層１７Ａがｎ層１１に対して良好なコンタクト層として機能していると考えられること、第２に、ＡｌＮｘの形成によりｎ層１１に窒素空孔が生じたことでｎ層１１のｎ型化がより促進したと考えられることである。
【0052】
Ｖ層の厚さが５～１５ｎｍの範囲であれば、ｎ層１１に対するｎ電極１７のコンタクト抵抗は低減できるが、５ｎｍ未満や１５ｎｍよりも厚いとコンタクト抵抗は十分に低減できない。Ｖ層が５ｎｍ未満ではコンタクト抵抗が高い理由は、Ｖ層が薄すぎるとＡｌとＮの反応を促進する作用が十分に発揮されず、ＡｌＮｘの形成が不十分となるためと考えられる。また、Ｖ層が１５ｎｍよりも厚いとコンタクト抵抗が高い理由は、Ｖ層が厚いとＶ層が拡散しきらず残存し、ｎ層１１との界面にＡｌＮｘが形成されるのを阻害するためと考えられる。
【0053】
同様にＶ層が残存しないように、Ｖ層の成膜速度は、０．７１ｎｍ／ｓ以下とするのがよい。その理由について図４を参照に説明する。図４は、ｎ電極１７の熱処理前後でのｎ電極１７の層構成の変化を模式的に示した図であり、図４（ａ）はＶ層の成膜速度が０．７１ｎｍ／ｓより速い場合、図４（ｂ）はＶ層の成膜速度が０．７１ｎｍ／ｓ以下の場合である。
【0054】
Ｖ層の成膜速度が０．７１ｎｍ／ｓより速いと、Ｖのクラスターが生じてＶ層表面に多数の凸部が生じる可能性がある（図４（ａ）参照）。凸部が高いと熱処理後に凸部が拡散せずに残存してしまう可能性があり、コンタクト抵抗が高くなってしまう。そこでＶ層の成膜速度を０．７１ｎｍ／ｓ以下とすれば、Ｖ層を平坦に製膜することができる（図４（ｂ）参照）。Ｖ層が薄く均一であれば、熱処理後にＶ層が残らず均一なＡｌＮｘが得られるため、ｎ電極１７のコンタクト抵抗を安定して低減することができる。Ｖ層のより好ましい成膜速度は０．３８ｎｍ／ｓ以下である。Ｖ層の成膜速度の下限は特に限定せず、０より大きければよい。ただし、成膜速度が遅すぎると形成に時間がかかるため、０．１ｎｍ／ｓ以上とすることが好ましい。
【0055】
また、Ｖ層表面のＲｑ（二乗平均平方根高さ）が０．８３以下となるようにＶ層を形成することが好ましい。Ｒｑが０．８３以下であれば、Ｖ層は十分に平坦であり、上記のようにコンタクト抵抗を低減できる。より好ましいＶ層表面のＲｑは０．４以下である。
【0056】
また、この熱処理によって、ｐ層１３に対するｐ電極１６のコンタクト抵抗は、ｎ電極１７の材料としてＴｉ／Ａｌを用いた場合よりも低減することができる。熱処理温度が５００～６５０℃と低減されたため、ｐ層１３中の窒素空孔形成が抑制されたと考えられる。ｐ電極１６のコンタクト抵抗の低減により、実施形態の発光素子では順方向電圧Ｖｆを低減することができる。
【0057】
また、実施形態の発光素子では、光出力Ｐｏの向上を図ることができる。これは、熱処理温度が低減された結果、ｐ層１３のＭｇの発光層１２への拡散が抑制されたためと考えられる。Ｍｇの拡散長は、たとえば１０ｎｍ以下である。
【0058】
以上、実施形態の発光素子では、順方向電圧Ｖｆの低減や光出力Ｐｏの向上を図ることができる。また、ｎ電極１７表面にｐ電極１６からの飛来物が付着しないようにすることができる。
【0059】
なお、実施形態では、ｎ電極１７形成後の熱処理について酸素を含む雰囲気で行っているが、これはｐ電極１６としてＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明導電性酸化物を用いているためである。したがって、ｐ電極１６としてＮｉ／Ａｌなど透明導電性酸化物以外の材料を用いる場合には、酸素を含まない不活性ガス雰囲気で熱処理を行ってもよい。不活性ガスは窒素などである。
【0060】
また、実施形態ではｐ電極１６のアロイとｎ電極１７のアロイを同時に行っているが、個別に行うことも可能である。
【0061】
（各種実験結果）
次に、実施形態の発光素子に関する各種実験結果について説明する。
次に、実施形態の発光素子に関する各種実験結果について説明する。
【0062】
（実験１）
上記実施形態の製造方法により発光素子を作製した（以下、実施例の発光素子とする）。各層の構成は次の通りである。
上記実施形態の製造方法により発光素子を作製した（以下、実施例の発光素子とする）。各層の構成は次の通りである。
【0063】
ｎ層１１は、Ａｌ組成比６０％、厚さ１．０μｍ、Ｓｉ濃度２．７×１０１９／ｃｍ３である。
【0064】
発光層１２は、障壁層、井戸層、障壁層、井戸層、ラスト障壁層を順に積層したＭＱＷ構造で、井戸層はＡｌ組成比４０％、厚さ２．５ｎｍ、障壁層はＡｌ組成比５０％、厚さ１１ｎｍ、Ｓｉ濃度は４．５×１０１８／ｃｍ３、ラスト障壁層はＡｌ組成比５０％、厚さ５．５ｎｍ、Ｓｉ濃度は２．５×１０１８／ｃｍ３である。
【0065】
電子ブロック層１４は、Ａｌ組成比８５％、厚さ２５ｎｍ、Ｍｇ濃度は１．０×１０２０／ｃｍ３である。
【0066】
ｐ層１３は、ｐ－ＡｌＧａＮからなるクラッド層とｐ－ＧａＮからなるコンタクト層を順に積層した構造で、クラッド層は、Ａｌ組成比６０％、厚さ５０ｎｍ、Ｍｇ濃度は５．０×１０１９／ｃｍ３、コンタクト層は、厚さ１８ｎｍ、Ｍｇ濃度は１．０×１０２０／ｃｍ３である。
【0067】
ｎ電極１７のＶ層の厚さは１０ｎｍまたは２０ｎｍ、Ａｌ層は１５０ｎｍ、Ｔｉ層は５０ｎｍとした。
【0068】
また、比較として、実施例とは電極の形成順と熱処理、およびｎ電極１７のＶ層の厚さが異なり、それ以外は実施例と同様の発光素子を作製した（以下、比較例の発光素子とする）。比較例では、ｐ電極１６形成の前にｎ電極１７を形成して窒素雰囲気で８００℃のアロイを行い、その後にｐ電極１６を形成して窒素雰囲気で５５０℃の焼成、酸素を含む雰囲気で５７０℃のアロイを行った。ｎ電極１７のＶ層は２０ｎｍとした。
【0069】
図５は、実施例の発光素子におけるｎ電極１７のコンタクト抵抗率と熱処理温度との関係を示したグラフである。ｎ電極１７のＶ層の厚さは１０ｎｍ、２０ｎｍの２種とし、熱処理雰囲気は窒素雰囲気と酸素を含む雰囲気の２種とした。グラフの縦軸は、比較例１のコンタクト抵抗率を１とした相対値である。
【0070】
図５のように、Ｖ層が２０ｎｍでは熱処理温度が８００℃で比較例と同等のコンタクト抵抗率となったが、８００℃より低いと比較例よりも高いコンタクト抵抗率であった。
【0071】
一方、Ｖ層が１０ｎｍの場合、熱処理温度が５５０～６５０℃のあたりで比較例と同等のコンタクト抵抗率となった。また、熱処理温度５７０℃では、熱処理の雰囲気を窒素雰囲気から酸素を含む雰囲気に変更してもコンタクト抵抗率は変化しなかった。この結果、ｐ電極１６として透明導電性材料以外の材料を用いる場合には、酸素を含まない雰囲気で熱処理してもよいことが分かった。
【0072】
この結果から、ｐ電極１６のアロイと同等の熱処理条件でｎ電極１７のコンタクト抵抗を比較例のコンタクト抵抗と同等とするためには、Ｖ層の厚さを５～１５ｎｍとし、熱処理温度を５５０～６５０℃とすればよいことがわかった。なお、ｐ電極１６の材料によっては、５００～６５０℃でもよい可能性がある。
【0073】
（実験２）
実施例でｎ電極１７のＶ層を１０ｎｍ、熱処理温度を５７０℃とした場合において、比較例と光出力Ｐｏと順方向電圧Ｖｆを比較した。図６は、実施例、比較例の発光素子のＩｆ－Ｖｆ特性を示したグラフであり、図７は、Ｉｆ－Ｐｏ特性を示したグラフである。図６の光出力Ｐｏは、比較例の発光素子の３５０ｍＡにおける光出力Ｐｏを１とする相対値である。図７のように、実施例の発光素子は、比較例の発光素子に対して光出力Ｐｏが２１．６％向上（３５０ｍＡにおける）していた。また、図６のように、実施例の発光素子は、比較例の発光素子に対して順方向電圧Ｖｆが０．２５Ｖ低下（３５０ｍＡにおける）していた。
実施例でｎ電極１７のＶ層を１０ｎｍ、熱処理温度を５７０℃とした場合において、比較例と光出力Ｐｏと順方向電圧Ｖｆを比較した。図６は、実施例、比較例の発光素子のＩｆ－Ｖｆ特性を示したグラフであり、図７は、Ｉｆ－Ｐｏ特性を示したグラフである。図６の光出力Ｐｏは、比較例の発光素子の３５０ｍＡにおける光出力Ｐｏを１とする相対値である。図７のように、実施例の発光素子は、比較例の発光素子に対して光出力Ｐｏが２１．６％向上（３５０ｍＡにおける）していた。また、図６のように、実施例の発光素子は、比較例の発光素子に対して順方向電圧Ｖｆが０．２５Ｖ低下（３５０ｍＡにおける）していた。
【0074】
（実験３）
実施例と比較例の発光素子について、ＳＩＭＳ分析によってｐ層１３からｎ層１１にかけてのＭｇとＨの濃度分布を測定した。そして、ＭｇとＨの拡散長を評価した。拡散長は、ｐ層１３から発光層１２への原子の拡散量を評価する指標であり、ｐ層１３と発光層１２の界面から発光層１２側に向かう深さであって濃度が測定限界となるまでの長さとする。測定限界は１×１０１７／ｃｍ３である。実施例は、比較例に比べてＭｇの拡散長が８．３ｎｍ短く、Ｈの拡散長が１２．８ｎｍ短かった。この結果、実施例は熱処理温度が低減されているためＭｇやＨの拡散が抑制されていることがわかった。実施例の発光素子が比較例に比べて光出力Ｐｏが向上しているのは、熱処理温度の低減によりＭｇやＨの拡散が抑制されている結果と考えられる。
実施例と比較例の発光素子について、ＳＩＭＳ分析によってｐ層１３からｎ層１１にかけてのＭｇとＨの濃度分布を測定した。そして、ＭｇとＨの拡散長を評価した。拡散長は、ｐ層１３から発光層１２への原子の拡散量を評価する指標であり、ｐ層１３と発光層１２の界面から発光層１２側に向かう深さであって濃度が測定限界となるまでの長さとする。測定限界は１×１０１７／ｃｍ３である。実施例は、比較例に比べてＭｇの拡散長が８．３ｎｍ短く、Ｈの拡散長が１２．８ｎｍ短かった。この結果、実施例は熱処理温度が低減されているためＭｇやＨの拡散が抑制されていることがわかった。実施例の発光素子が比較例に比べて光出力Ｐｏが向上しているのは、熱処理温度の低減によりＭｇやＨの拡散が抑制されている結果と考えられる。
【0075】
（実験４）
実施例と比較例の発光素子について、ｐ電極１６のコンタクト抵抗を計算した。その結果、実施例は比較例に比べて、ｐ電極１６のコンタクト抵抗が０．２４Ｖ低かった。これは、実験２における順方向電圧Ｖｆの差０．２５Ｖとほぼ一致していた。この結果から、実施例の発光素子が比較例に比べて順方向電圧Ｖｆが低下しているのは、熱処理温度の低減によりｐ層１３中の窒素空孔の形成が抑制され、ｐ電極１６のコンタクト抵抗が低減されたためであると考えられる。また、図６のように、実施例の発光素子は低電流でのリークが比較例よりも抑制されており、窒素空孔の形成抑制の挙動と一致している。
実施例と比較例の発光素子について、ｐ電極１６のコンタクト抵抗を計算した。その結果、実施例は比較例に比べて、ｐ電極１６のコンタクト抵抗が０．２４Ｖ低かった。これは、実験２における順方向電圧Ｖｆの差０．２５Ｖとほぼ一致していた。この結果から、実施例の発光素子が比較例に比べて順方向電圧Ｖｆが低下しているのは、熱処理温度の低減によりｐ層１３中の窒素空孔の形成が抑制され、ｐ電極１６のコンタクト抵抗が低減されたためであると考えられる。また、図６のように、実施例の発光素子は低電流でのリークが比較例よりも抑制されており、窒素空孔の形成抑制の挙動と一致している。
【0076】
（実験５）
実施例においてｐ層１３のクラッド層を、厚さ５０ｎｍ、Ｍｇ濃度５．０×１０１９／ｃｍ３のｐ－ＧａＮと、厚さ４００ｎｍ、Ｍｇ濃度２．０×１０１９／ｃｍ３のｐ－ＧａＮを順に積層した構造に置き換えたところ、実施例と同様に比較例よりも光出力Ｐｏが向上し、順方向電圧Ｖｆが低下した。したがって、実施例の効果は、ｐ電極１６が接する層がＡｌＧａＮであってもＧａＮであってもかわらないことがわかった。
実施例においてｐ層１３のクラッド層を、厚さ５０ｎｍ、Ｍｇ濃度５．０×１０１９／ｃｍ３のｐ－ＧａＮと、厚さ４００ｎｍ、Ｍｇ濃度２．０×１０１９／ｃｍ３のｐ－ＧａＮを順に積層した構造に置き換えたところ、実施例と同様に比較例よりも光出力Ｐｏが向上し、順方向電圧Ｖｆが低下した。したがって、実施例の効果は、ｐ電極１６が接する層がＡｌＧａＮであってもＧａＮであってもかわらないことがわかった。
【0077】
（実験６）
実施例の発光素子について、ｎ層１１とｎ電極１７の界面の断面ＴＥＭ像を撮影し、ＥＤＳにより元素マッピングを得た。図８（ａ）はＴＥＭ像、（ｂ）は元素マッピングである。図９（ａ）、（ｂ）は界面をより拡大したＴＥＭ像、元素マッピングである。
実施例の発光素子について、ｎ層１１とｎ電極１７の界面の断面ＴＥＭ像を撮影し、ＥＤＳにより元素マッピングを得た。図８（ａ）はＴＥＭ像、（ｂ）は元素マッピングである。図９（ａ）、（ｂ）は界面をより拡大したＴＥＭ像、元素マッピングである。
【0078】
図９（ｂ）のように、ｎ層１１とｎ電極１７の界面にはＶが存在していないことがわかった。一方、図８（ｂ）のように、Ａｌ層中には５～１０ｍｏｌ％程度Ｖが存在していることがわかった。このことから、ｎ電極１７のＶ／Ａｌ／Ｔｉ中のＶ層は、熱処理によるＡｌ層中へのＶの拡散によって消失していることがわかった。また、ｎ層１１とｎ電極１７の界面にはＮとＡｌが存在していることから、ＡｌＮｘからなる層が形成されていることがわかった。これは、ｎ層１１を構成するＡｌＧａＮ中のＮと、ｎ電極１７のＶ／Ａｌ／Ｔｉ中のＡｌとが反応したものと考えられる。
【0079】
このように、ｎ電極１７の構造は、熱処理によってＶ／Ａｌ／Ｔｉから、ＡｌＮｘからなる第１層１７Ａと、Ａｌを主としＶとＴｉを含む金属からなる第２層１７Ｂと、Ｔｉからなる第３層１７Ｃとの３層構造に変化していることがわかった。
【0080】
Ｖは、ＡｌとＮの反応を促進する触媒のような機能を果たしていると考えられる。ｎ層１１とｎ電極１７の界面からＶ層が消失してＡｌＮｘからなる層が形成されたことにより、ｎ層１１に対して良好なコンタクトが取れるようになったと推察される。また、図８（ｂ）から、Ｖは、ｎ層１１やＴｉ層までは拡散していないことがわかる。Ｖが拡散しすぎずＡｌ層に広く留まることでＶのＡｌとＮの反応を促進する機能が効率的に発揮されたものと考えられる。
【0081】
（実験７）
実施例の発光素子においてｎ電極１７のＶ層の厚さを２０ｎｍに変更し、実験６と同様にＴＥＭ像、元素マッピングを取得した。図１０（ａ）はＴＥＭ像、（ｂ）は元素マッピングである。図１１（ａ）、（ｂ）は界面をより拡大したＴＥＭ像、元素マッピングである。図１０（ｂ）、図１１（ｂ）のように、ｎ層１１とｎ電極１７の界面にＶ層が残存していた。この結果、Ｖ層が厚いとコンタクト抵抗を十分に低減できない原因は、熱処理でＶ層が拡散しきれず残存し、ＡｌＮｘの形成を阻害するためであると考えられる。
実施例の発光素子においてｎ電極１７のＶ層の厚さを２０ｎｍに変更し、実験６と同様にＴＥＭ像、元素マッピングを取得した。図１０（ａ）はＴＥＭ像、（ｂ）は元素マッピングである。図１１（ａ）、（ｂ）は界面をより拡大したＴＥＭ像、元素マッピングである。図１０（ｂ）、図１１（ｂ）のように、ｎ層１１とｎ電極１７の界面にＶ層が残存していた。この結果、Ｖ層が厚いとコンタクト抵抗を十分に低減できない原因は、熱処理でＶ層が拡散しきれず残存し、ＡｌＮｘの形成を阻害するためであると考えられる。
【0082】
（実験８）
実施例の発光素子の製造において、ｎ電極１７のＶ層の成膜速度を変化させ、ｎコンタクト抵抗率を測定した。表１は、Ｖ層の各成膜速度におけるｎコンタクト抵抗率を示した表である。また、図１２は、Ｖ層の成膜速度（Å／ｓｅｃ）とｎコンタクト抵抗率との関係を示したグラフである。表１と図１２のｎコンタクト抵抗率は成膜速度を３Å／ｓｅｃとした場合のｎコンタクト抵抗率で規格化した値である。
実施例の発光素子の製造において、ｎ電極１７のＶ層の成膜速度を変化させ、ｎコンタクト抵抗率を測定した。表１は、Ｖ層の各成膜速度におけるｎコンタクト抵抗率を示した表である。また、図１２は、Ｖ層の成膜速度（Å／ｓｅｃ）とｎコンタクト抵抗率との関係を示したグラフである。表１と図１２のｎコンタクト抵抗率は成膜速度を３Å／ｓｅｃとした場合のｎコンタクト抵抗率で規格化した値である。
【0083】
【表1】
【0084】
表１、図１２のように、成膜速度が１．２～３．８Å／ｓｅｃではｎコンタクト抵抗率はほぼ１で一定であるが、成膜速度が７．１Å／ｓｅｃではｎコンタクト抵抗率が１．２２となり、やや上昇が見られた。ただし十分に許容範囲内のｎコンタクト抵抗率である。また、成膜速度が９．１Å／ｓｅｃになるとｎコンタクト抵抗率は２．２１となり、大きく上昇した。この結果から、Ｖ層の成膜速度は７．１Å／ｓｅｃ以下が好ましく、より好ましくは３．８Å／ｓｅｃであることが分かった。
【0085】
（実験９）
サファイア基板上に１０ｎｍのＶ層を形成し、Ｖ層の成膜速度を変えてＶ層表面を観察した。図１３は、Ｖ層の成膜速度（Å／ｓｅｃ）とＲｑ（ｎｍ）との関係を示したグラフである。Ｒｑは試料の２μｍ角で算出した。また、図１４は、Ｖ層表面のＡＦＭ像を示した図である。図１４（ａ）はＶ層の成膜速度７．１Å／ｓｅｃの場合、（ｂ）はＶ層の成膜速度２．８Å／ｓｅｃの場合、（ｃ）はＶ層の成膜速度１．２Å／ｓｅｃの場合である。
サファイア基板上に１０ｎｍのＶ層を形成し、Ｖ層の成膜速度を変えてＶ層表面を観察した。図１３は、Ｖ層の成膜速度（Å／ｓｅｃ）とＲｑ（ｎｍ）との関係を示したグラフである。Ｒｑは試料の２μｍ角で算出した。また、図１４は、Ｖ層表面のＡＦＭ像を示した図である。図１４（ａ）はＶ層の成膜速度７．１Å／ｓｅｃの場合、（ｂ）はＶ層の成膜速度２．８Å／ｓｅｃの場合、（ｃ）はＶ層の成膜速度１．２Å／ｓｅｃの場合である。
【0086】
図１３、１４のように、Ｖ層の成膜速度が速いほどＶ層表面が荒くなり、凸部の数や高さが大きくなることが分かった。また、図１２と図１３、１４の比較から、Ｖ層の成膜速度が速くなるとＶ層の厚さのばらつきが大きくなり、そのばらつきがＶ／Ａｌのコンタクト抵抗が高くなる要因であることが分かった。また、図１２と図１３の比較から、Ｒｑは０．８３以下が好ましいことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【0087】
本発明の発光素子は、殺菌、消毒などに用いることができる。
【符号の説明】
【0088】
１０：基板
１１：ｎ層
１２：発光層
１３：ｐ層
１４：電子ブロック層
１６：ｐ電極
１７：ｎ電極
１１：ｎ層
１２：発光層
１３：ｐ層
１４：電子ブロック層
１６：ｐ電極
１７：ｎ電極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
