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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-14
(45)【発行日】2022-09-26
(54)【発明の名称】窒化物半導体素子
(51)【国際特許分類】
H01L 33/40 20100101AFI20220915BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20220915BHJP
H01L 21/28 20060101ALI20220915BHJP
【ＦＩ】
H01L33/40
H01L33/32
H01L21/28 301R
H01L21/28 301B
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2018210729
(22)【出願日】2018-11-08
(65)【公開番号】P2019087750
(43)【公開日】2019-06-06
【審査請求日】2021-08-05
(31)【優先権主張番号】P 2017216599
(32)【優先日】2017-11-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】横山 彩
(72)【発明者】
【氏名】萩原 好人
【審査官】小澤 尚由
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－１１０１４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１１２３１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－００４９６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３１３７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０２２４８１２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／４６
Ｈ０１Ｌ ２１／２８ － ２１／２８８
Ｈ０１Ｌ ２１／４４ － ２１／４４５
Ｈ０１Ｌ ２９／４０ － ２９／４７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、
前記第一窒化物半導体層上に形成された第一電極層と、
を有し、
前記第一電極層は、アルミニウムとニッケルとを含む合金層と、前記合金層以外のアルミニウム含有層を含み、
前記第一電極層の前記第一窒化物半導体層に対する接触面または前記接触面の近傍に、少なくともアルミニウムおよびアルミニウムとニッケルとを含む合金の両方が存在し、
前記接触面内または前記接触面の近傍面内に、前記合金層の前記第一窒化物半導体層側の面である第一領域、および前記アルミニウム含有層の前記第一窒化物半導体層側の面である第二領域が存在し、
前記接触面内または前記近傍面内に、前記第二領域で囲まれている前記第一領域を有する窒化物半導体素子。
【請求項2】
前記接触面の少なくとも一部には、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、およびＺｒから選択される一以上の元素が存在する請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項3】
前記接触面の少なくとも一部にはＴｉまたはＡｕの少なくとも一以上の元素が存在する請求項１または２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項4】
前記接触面の少なくとも一部にはＴｉが存在する請求項１または２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項5】
前記接触面または前記接触面の近傍面におけるアルミニウムおよびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計存在率が６０面積％以上であり、前記接触面または前記近傍面における前記第一領域および前記第二領域の合計面積に対する前記第二領域の面積の比率が３０％以上である請求項１～４のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項6】
前記接触面または前記接触面の近傍面におけるアルミニウムおよびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計存在率が７０面積％以上である請求項５に記載の窒化物半導体素子。
【請求項7】
前記アルミニウム含有層の厚さは１ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である請求項５に記載の窒化物半導体素子。
【請求項8】
前記アルミニウム含有層の厚さは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項５に記載の窒化物半導体素子。
【請求項9】
前記合金層の厚さは１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である請求項５～７のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項10】
前記合金層の厚さは１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である請求項５～７のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項11】
前記基板に垂直で、平面視で前記基板の中心を通り前記基板の一端から他端まで延びる直線に沿った断面において、前記合金層と前記アルミニウム含有層との面積比が、前記合金層：前記アルミニウム含有層＝１：２～４００：１を満たす請求項５～９のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項12】
前記基板に垂直で、平面視で前記基板の中心を通り前記基板の一端から他端まで延びる直線に沿った断面において、前記合金層と前記アルミニウム含有層との面積比が、前記合金層：前記アルミニウム含有層＝２：３５～４００：１を満たす請求項５～９のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項13】
前記第一窒化物半導体層はＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ≦１）を含む請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項14】
請求項１～１３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子であって、前記第一窒化物半導体層上の一部に形成され、第二導電型の第二窒化物半導体層を含む窒化物半導体積層体と、
前記窒化物半導体積層体の前記第二窒化物半導体層上に形成された第二電極層と、
を有し、
前記窒化物半導体積層体は、前記第二窒化物半導体層よりも前記第一窒化物半導体層側に窒化物半導体発光層を含み、前記窒化物半導体発光層は波長が３００ｎｍ以下の紫外線を発光する紫外線発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【0002】
ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体は、III族金属元素(Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ)の混晶比を変えることでエネルギーバンドギャップを多様に変化させることができる魅力的な材料である。
特に、ＡｌＧａＮは、深紫外光の受発光素子やＡｌＧａＮ／ＧａＮ系トランジスタやパワーデバイス等の様々なデバイスに用いられている。しかし、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮは、電極材料とのオーミックコンタクトが取りにくく、かつ電極との界面の抵抗が高くなるという課題がある。また、電極は複数の金属材料からなる積層体を加熱処理することで形成されるため、この加熱処理中に合金が形成されるが、形成された合金の抵抗が高いと、電極のバルク抵抗が上昇することがある。なお、ここでは、半導体と電極との界面の抵抗およびバルク抵抗の和を、コンタクト抵抗と定義する。
特に、ＡｌＧａＮは、深紫外光の受発光素子やＡｌＧａＮ／ＧａＮ系トランジスタやパワーデバイス等の様々なデバイスに用いられている。しかし、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮは、電極材料とのオーミックコンタクトが取りにくく、かつ電極との界面の抵抗が高くなるという課題がある。また、電極は複数の金属材料からなる積層体を加熱処理することで形成されるため、この加熱処理中に合金が形成されるが、形成された合金の抵抗が高いと、電極のバルク抵抗が上昇することがある。なお、ここでは、半導体と電極との界面の抵抗およびバルク抵抗の和を、コンタクト抵抗と定義する。
【0003】
ＡｌＧａＮを例えば発光素子の材料として用いた場合、コンタクト抵抗が高くなると、発光素子の駆動電圧が高くなるため発熱量が多くなり、出力低下や寿命低下が生じる。そのため、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮを用いた発光素子では、ＡｌＧａＮと電極とのコンタクト抵抗を低くすることが求められている。コンタクト抵抗を低くすることで駆動電圧を低くすることができる。
Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮを用いた発光素子のコンタクト抵抗を低くする方法としては、例えば特許文献1に記載された方法が挙げられる。この方法では、ｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層上に、電極用の金属層として例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ層をそれぞれ２０ｎｍ／１００ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍの膜厚で蒸着し、瞬間熱アニール処理を行うことで電極層を形成している。そして、熱処理温度をｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層のＡｌ組成に応じて適正な温度に設定することで、コンタクト抵抗を低くしている。つまり、熱処理温度を、ｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層のＡｌ組成に応じてコンタクト抵抗が最も低くなるように設定している。
Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮを用いた発光素子のコンタクト抵抗を低くする方法としては、例えば特許文献1に記載された方法が挙げられる。この方法では、ｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層上に、電極用の金属層として例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ層をそれぞれ２０ｎｍ／１００ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍの膜厚で蒸着し、瞬間熱アニール処理を行うことで電極層を形成している。そして、熱処理温度をｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層のＡｌ組成に応じて適正な温度に設定することで、コンタクト抵抗を低くしている。つまり、熱処理温度を、ｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層のＡｌ組成に応じてコンタクト抵抗が最も低くなるように設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】ＷＯ２０１２／１４４０４６パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載された方法では、コンタクト抵抗の低減効果が不十分であり、更なるコンタクト抵抗低減効果が求められている。
本発明の課題は、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮを用いた発光素子の場合でもコンタクト抵抗の低減効果が高い窒化物半導体素子を提供することである。
本発明の課題は、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮを用いた発光素子の場合でもコンタクト抵抗の低減効果が高い窒化物半導体素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を達成するために、本発明の一態様は、下記の構成(1)～(3)を有する窒化物半導体素子を提供する。
(1)基板と、基板上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上に形成された第一電極層と、を有する。
(2)第一電極層はアルミニウムとニッケルを含む。
(3)第一電極層の第一窒化物半導体層に対する接触面または接触面の近傍に、少なくともアルミニウムおよびアルミニウムとニッケルとを含む合金の両方が存在する。
(1)基板と、基板上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上に形成された第一電極層と、を有する。
(2)第一電極層はアルミニウムとニッケルを含む。
(3)第一電極層の第一窒化物半導体層に対する接触面または接触面の近傍に、少なくともアルミニウムおよびアルミニウムとニッケルとを含む合金の両方が存在する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の窒化物半導体素子によれば、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮを用いた場合でもコンタクト抵抗の低減効果が高くなることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
［一態様の窒化物半導体素子］
一態様の窒化物半導体素子においては、上記構成(1)～(3)を含み、上記接触面の少なくとも一部にＴｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、およびＺｒから選択される一以上の元素が存在していてもよいし、接触面の少なくとも一部にＴｉまたはＡｕの少なくとも一以上の元素が存在していてもよい。また、一態様の窒化物半導体素子においては、接触面の少なくとも一部にＴｉが存在していてもよい。
一態様の窒化物半導体素子においては、上記構成(1)～(3)を含み、上記接触面の少なくとも一部にＴｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、およびＺｒから選択される一以上の元素が存在していてもよいし、接触面の少なくとも一部にＴｉまたはＡｕの少なくとも一以上の元素が存在していてもよい。また、一態様の窒化物半導体素子においては、接触面の少なくとも一部にＴｉが存在していてもよい。
【0010】
一態様の窒化物半導体素子は、上記構成(1)～(3)を含み、下記の構成(4)および(5)を有することが好ましい。
(4)上記接触面または上記接触面の近傍面におけるアルミニウムおよびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計存在率が６０面積％以上または７０面積％以上である。
(5)上記接触面または上記近傍面は、アルミニウムとニッケルとを含む合金層の第一窒化物半導体層側の面である第一領域、および上記合金層以外のアルミニウム含有層の第一窒化物半導体層側の面である第二領域を有し、第一領域および第二領域の合計面積に対する第二領域の面積の比率が３０％以上である。
(4)上記接触面または上記接触面の近傍面におけるアルミニウムおよびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計存在率が６０面積％以上または７０面積％以上である。
(5)上記接触面または上記近傍面は、アルミニウムとニッケルとを含む合金層の第一窒化物半導体層側の面である第一領域、および上記合金層以外のアルミニウム含有層の第一窒化物半導体層側の面である第二領域を有し、第一領域および第二領域の合計面積に対する第二領域の面積の比率が３０％以上である。
【0011】
なお、上記合金層および上記アルミニウム含有層と第一窒化物半導体層との間にこれらの層以外の層が存在する場合に、これらの層の下面は第一窒化物半導体層との接触面とならない。この場合には、(4)の合計存在率は、接触面における存在率ではなく接触面の近傍面における存在率であり、上記合金層および上記アルミニウム含有層が第一窒化物半導体層に接触する場合は、接触面における存在率である。
【0012】
上記接触面の近傍とは、第一電極層の第一窒化物半導体層に近い部分ではあるが、第一窒化物半導体層に接触しない部分であって、例えば、第一電極層内で上記接触面から３ｎｍ離れた位置より上記接触面に近い部分を意味する。具体的には、例えば、３０ｋＶのＧａ+を用いたＦＩＢ（集束イオンビーム）法で、窒化物半導体素子の第一電極層を含む部分の基板に垂直な所定断面を１００ｎｍ以下の厚さで切り出し、この断面を、ＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）により加速電圧２００ｋＶで観察して得たＢＦ（明視野）またはＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像から、第一窒化物半導体層の表面からの高さを測定した際に、その高さが３ｎｍ以下となる領域を、上記接触面の近傍とする。
また、上記接触面の近傍面とは、上記接触面に平行な第一電極層内の面であって上記接触面から３ｎｍ離れた面と上記接触面との間の領域にある面を意味する。
また、上記接触面の近傍面とは、上記接触面に平行な第一電極層内の面であって上記接触面から３ｎｍ離れた面と上記接触面との間の領域にある面を意味する。
【0013】
第一態様の窒化物半導体素子は、上記構成(1)～(3)を含み、上記構成(4)および(5)を有する場合、下記の構成(6)～(8)の一部または全てを有することが好ましい
(6)上記アルミニウム含有層の厚さは１ｎｍ以上１５０ｎｍ以下または１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
(7)上記合金層の厚さは１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下または１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。
(8)上記基板に垂直で、平面視で上記基板の中心を通り上記基板の一端から他端まで延びる直線に沿った断面において、上記合金層と上記アルミニウム含有層との面積比が、合金層：アルミニウム含有層＝１：２～４００：１または２：３５～４００：１を満たす。
一態様の窒化物半導体素子において、第一窒化物半導体層は、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ≦１）を含むものとすることができる。
(6)上記アルミニウム含有層の厚さは１ｎｍ以上１５０ｎｍ以下または１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
(7)上記合金層の厚さは１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下または１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。
(8)上記基板に垂直で、平面視で上記基板の中心を通り上記基板の一端から他端まで延びる直線に沿った断面において、上記合金層と上記アルミニウム含有層との面積比が、合金層：アルミニウム含有層＝１：２～４００：１または２：３５～４００：１を満たす。
一態様の窒化物半導体素子において、第一窒化物半導体層は、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ≦１）を含むものとすることができる。
【0014】
［紫外線発光素子］
一態様の窒化物半導体素子は、下記の構成(9)を有する紫外線発光素子を構成することができる。
(9)上記第一窒化物半導体層上の一部に形成され、第二導電型の第二窒化物半導体層を含む窒化物半導体積層体と、上記窒化物半導体積層体の上記第二窒化物半導体層上に形成された第二電極層と、を有する。上記窒化物半導体積層体は、上記第二窒化物半導体層よりも上記第一窒化物半導体層側に窒化物半導体発光層を含み、上記窒化物半導体発光層は波長が３００ｎｍ以下の紫外線を発光する。
一態様の窒化物半導体素子は、下記の構成(9)を有する紫外線発光素子を構成することができる。
(9)上記第一窒化物半導体層上の一部に形成され、第二導電型の第二窒化物半導体層を含む窒化物半導体積層体と、上記窒化物半導体積層体の上記第二窒化物半導体層上に形成された第二電極層と、を有する。上記窒化物半導体積層体は、上記第二窒化物半導体層よりも上記第一窒化物半導体層側に窒化物半導体発光層を含み、上記窒化物半導体発光層は波長が３００ｎｍ以下の紫外線を発光する。
【0015】
［紫外線発光モジュール］
第一態様の窒化物半導体素子に含まれる紫外線発光素子を備えた発光装置は、紫外線発光モジュールとして使用することができる。紫外線発光モジュールは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。
第一態様の窒化物半導体素子に含まれる紫外線発光素子または第二態様の窒化物半導体発光素子に含まれる紫外線発光素子を備えた発光装置は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子部品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
第一態様の窒化物半導体素子に含まれる紫外線発光素子を備えた発光装置は、紫外線発光モジュールとして使用することができる。紫外線発光モジュールは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。
第一態様の窒化物半導体素子に含まれる紫外線発光素子または第二態様の窒化物半導体発光素子に含まれる紫外線発光素子を備えた発光装置は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子部品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
【0016】
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。固体殺菌装置（表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。固体殺菌装置（表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
【0017】
［実施形態］
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
この実施形態では、本発明の一態様の窒化物半導体素子が紫外線発光素子に適用された例が記載されている。
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
この実施形態では、本発明の一態様の窒化物半導体素子が紫外線発光素子に適用された例が記載されている。
【0018】
＜全体構成＞
先ず、図１～図３を用いて、この実施形態の紫外線発光素子１０の全体構成を説明する。
図１および図２に示すように、紫外線発光素子１０は、基板１と、ｎ型窒化物半導体層（第一導電型の第一窒化物半導体層）２と、窒化物半導体積層体３と、第一電極層４と、第二電極層５と、第一パッド電極６と、第二パッド電極７と、絶縁層８を有する。
ｎ型窒化物半導体層２は、基板１の一面１１上に形成されている。窒化物半導体積層体３は、ｎ型窒化物半導体層２上の一部に形成されたメサ部であり、側面３０が斜面となっている。図２に示すように、窒化物半導体積層体３は、基板１側から、ｎ型窒化物半導体層３１、窒化物半導体発光層３２、およびｐ型窒化物半導体層（第二導電型の第二窒化物半導体層）３３が、この順に形成されたものである。
先ず、図１～図３を用いて、この実施形態の紫外線発光素子１０の全体構成を説明する。
図１および図２に示すように、紫外線発光素子１０は、基板１と、ｎ型窒化物半導体層（第一導電型の第一窒化物半導体層）２と、窒化物半導体積層体３と、第一電極層４と、第二電極層５と、第一パッド電極６と、第二パッド電極７と、絶縁層８を有する。
ｎ型窒化物半導体層２は、基板１の一面１１上に形成されている。窒化物半導体積層体３は、ｎ型窒化物半導体層２上の一部に形成されたメサ部であり、側面３０が斜面となっている。図２に示すように、窒化物半導体積層体３は、基板１側から、ｎ型窒化物半導体層３１、窒化物半導体発光層３２、およびｐ型窒化物半導体層（第二導電型の第二窒化物半導体層）３３が、この順に形成されたものである。
【0019】
なお、図２に示すように、窒化物半導体積層体３のｎ型窒化物半導体層３１は、ｎ型窒化物半導体層２上に連続して成膜されたものである。窒化物半導体積層体３を形成するためのメサエッチングで、第一電極層４が形成される部分に存在していた積層体がｎ型窒化物半導体層の厚さ方向の途中で除去されている。
第一電極層４は、ｎ型窒化物半導体層２上に例えば図３に示す平面形状で形成されている。つまり、第二電極層５は、基板１の中心Ｃを中心とした円形の平面形状を有し、第一電極層４は、第二電極層５の外側に配置され、第二電極層５の円より径の大きい同心円を開口する形で、その同心円を平面形状の内側形状線として有する。第一パッド電極６は、第一電極層４上に第一電極層４と同じ平面形状で形成されている。第二パッド電極７は、第二電極層５上に第二電極層５と同じ平面形状で形成されている。
紫外線発光素子１０は、例えば、波長が３００ｎｍ以下の紫外線を発光する素子である。
第一電極層４は、ｎ型窒化物半導体層２上に例えば図３に示す平面形状で形成されている。つまり、第二電極層５は、基板１の中心Ｃを中心とした円形の平面形状を有し、第一電極層４は、第二電極層５の外側に配置され、第二電極層５の円より径の大きい同心円を開口する形で、その同心円を平面形状の内側形状線として有する。第一パッド電極６は、第一電極層４上に第一電極層４と同じ平面形状で形成されている。第二パッド電極７は、第二電極層５上に第二電極層５と同じ平面形状で形成されている。
紫外線発光素子１０は、例えば、波長が３００ｎｍ以下の紫外線を発光する素子である。
【0020】
基板１は、一面１１上に窒化物半導体層を形成することが可能なものであれば特に制限されない。基板１を形成する材料の具体例としては、サファイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。これらのうち、ＧａＮおよびＡｌＮおよびＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成された基板又はサファイア基板を用いることが好ましい。ＧａＮおよびＡｌＮおよびＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成された基板では、基板１上に形成される各窒化物半導体層との格子定数差や熱膨張係数差が小さいため欠陥の発生の少ない窒化物半導体層を成長できるため好ましい。また、サファイア基板では横方向成長技術や高品質テンプレートなどを用いることで欠陥の発生の少ない窒化物半導体を成長することができるため好ましい。その中でもＡｌＮ基板を用いることがより好ましい。また、基板１を形成する材料には不純物が混入していてもよい。
【0021】
窒化物半導体を材料とする基板には、窒化物半導体を基板として使用できる厚さに単結晶成長させたものや、サファイア基板などの上に窒化物半導体を結晶成長させたものが挙げられる。
ｎ型窒化物半導体層２およびｎ型窒化物半導体層３１を形成する材料は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの単結晶および混晶であることが好ましく、具体例としてはｎ－ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ≦１）が挙げられる。また、これらの材料には、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が含まれていてもよい。
ｎ型窒化物半導体層２およびｎ型窒化物半導体層３１を形成する材料は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの単結晶および混晶であることが好ましく、具体例としてはｎ－ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ≦１）が挙げられる。また、これらの材料には、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が含まれていてもよい。
【0022】
また、ｎ型窒化物半導体層２を形成するｎ－ＡｌxＧａ(1-x)ＮのＡｌ組成ｘは、０．３０≦ｘ＜０．９５であることが好ましく、０．５０≦ｘ＜０．９５であることがより好ましい。ｎ型窒化物半導体層２は、基板１上に直接ではなく、例えばバッファ層などｎ型窒化物半導体層２以外の層を介して形成されていてもよく、上記バッファ層の材料や膜厚は特に限定されない。
窒化物半導体発光層３２は、単層構造でも多層構造であっても良いが、多層構造の例としては、ＡｌＧａＮからなる量子井戸層とＡｌＧａＮまたはＡｌＮからなる電子バリア層とからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）が挙げられる。また、窒化物半導体発光層３２には、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が含まれていてもよい。
窒化物半導体発光層３２は、単層構造でも多層構造であっても良いが、多層構造の例としては、ＡｌＧａＮからなる量子井戸層とＡｌＧａＮまたはＡｌＮからなる電子バリア層とからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）が挙げられる。また、窒化物半導体発光層３２には、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が含まれていてもよい。
【0023】
ｐ型窒化物半導体層３３としては、例えば、ｐ－ＧａＮ層またはｐ－ＡｌＧａＮ層などが挙げられ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃ等の不純物が含まれていてもよい。
また、ｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３３の間にキャリア防壁層や組成傾斜層を含んでいても良い。光出力向上の観点では窒化物半導体発光層３２とｐ型窒化物半導体層３３の間にキャリア防壁層が、キャリア防壁層とｐ型窒化物半導体層３３の間に組成傾斜層が含まれることが好ましい。
第一電極層４の材料については後述する。
また、ｎ型窒化物半導体層２とｐ型窒化物半導体層３３の間にキャリア防壁層や組成傾斜層を含んでいても良い。光出力向上の観点では窒化物半導体発光層３２とｐ型窒化物半導体層３３の間にキャリア防壁層が、キャリア防壁層とｐ型窒化物半導体層３３の間に組成傾斜層が含まれることが好ましい。
第一電極層４の材料については後述する。
【0024】
第二電極層５の材料としては、窒化物半導体素子に正孔（ホール）を注入することが目的であれば、一般的な窒化物半導体発光素子のｐ型電極層と同じ材料を使用することが可能であり、例えばＮｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕおよびその合金、またはＩＴＯ等が適用される。ｐ型電極層は、窒化物半導体層とのコンタクト抵抗が小さいＮｉ、Ａｕもしくはこれらの合金、またはＩＴＯが好ましい。
第一パッド電極６および第二パッド電極７の材料としては、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗなどが挙げられるが、導電性の高いＡｕが望ましい。パッド電極の密着性向上のため界面にＴｉを含んでいても良い。
第一パッド電極６および第二パッド電極７の材料としては、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗなどが挙げられるが、導電性の高いＡｕが望ましい。パッド電極の密着性向上のため界面にＴｉを含んでいても良い。
【0025】
絶縁層８は、ｎ型窒化物半導体層２の第一電極層４で覆われていない部分と、窒化物半導体積層体３の第二電極層５で覆われていない部分と、第一電極層４の第一パッド電極６で覆われていない部分と、第二電極層５の第二パッド電極７で覆われていない部分と、第一パッド電極６および第二パッド電極７の下部の側面に形成されている。絶縁層８は第一パッド電極６および第二パッド電極７の上部の一部を覆うこともある。絶縁層８としては、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ層などの酸化物や窒化物が挙げられる。
【0026】
＜第一電極層の構成＞
第一電極層４は、アルミニウムとニッケルを含む材料で形成されている。第一電極層４の材料としては、アルミニウムとニッケルに加えて、電極の密着性の向上、電極材料の酸化防止などの効果があり、かつｎ－ＡｌＧａＮとのコンタクト抵抗が低くなる材料を用いてもよい。このような材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｚｒなどが挙げられる。第一電極層４は、より好ましくは、チタン、アルミニウム、ニッケル、および金を含む材料で形成されているのが良い。
第一電極層４は、アルミニウムとニッケルを含む材料で形成されている。第一電極層４の材料としては、アルミニウムとニッケルに加えて、電極の密着性の向上、電極材料の酸化防止などの効果があり、かつｎ－ＡｌＧａＮとのコンタクト抵抗が低くなる材料を用いてもよい。このような材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｚｒなどが挙げられる。第一電極層４は、より好ましくは、チタン、アルミニウム、ニッケル、および金を含む材料で形成されているのが良い。
【0027】
第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２に対する接触面４１または接触近傍面に、アルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の両方が存在する。接触面４１におけるアルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計存在率は６０％以上、より好ましくは７０面積％以上である。つまり、第一電極層４がｎ型窒化物半導体層２を覆う面の６０％以上、より好ましくは７０％以上にアルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金が存在する。
【0028】
例えば図４に示すように、第一電極層４の接触面４１内には、第一の領域４１１、第二の領域４１２、および第三の領域４１３が存在する。
第一の領域４１１は、アルミニウムとニッケルとを含む合金層である第一の層４ａの下面（ｎ型窒化物半導体層２側の面）である。この下面に存在する成分は、アルミニウムとニッケルとを含む合金がほとんどであるが、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｚｒなどが含まれていても良い。より好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉ、Ｖ、Ａｕ更に好ましくはＴｉ、Ａｕ更に好ましくはＴｉが界面に含まれており、半導体との界面の抵抗を下げる効果がある。
第一の領域４１１は、アルミニウムとニッケルとを含む合金層である第一の層４ａの下面（ｎ型窒化物半導体層２側の面）である。この下面に存在する成分は、アルミニウムとニッケルとを含む合金がほとんどであるが、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｚｒなどが含まれていても良い。より好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉ、Ｖ、Ａｕ更に好ましくはＴｉ、Ａｕ更に好ましくはＴｉが界面に含まれており、半導体との界面の抵抗を下げる効果がある。
【0029】
第二の領域４１２は第二の層４ｂの下面である。第二の層４ｂは、アルミニウムとニッケルとを含む合金層以外のアルミニウム含有層である。ここで、アルミニウム含有層とは、含まれている成分のほとんどがアルミニウム単体であるが、アルミニウム以外の電極材料を極微量（面積を推定する際の断面にて数ｎｍ以内）含む場合もある。第二の層４ｂには、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｚｒなどが含まれていても良い。より好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉ、Ｖ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉが界面に含まれており、半導体との界面の抵抗を下げる効果がある。
【0030】
第三の領域４１３は、第三の層４ｃの下面である。第三の層４ｃには、アルミニウムとニッケルとを含む合金以外の合金、電極材料として用いた金属が各々単体で微粒子化しているものなどが混在している。
そして、アルミニウムとニッケルとを含む合金層の下面である第一の領域４１１の面積と、第二の層４ｂの下面である第二の領域４１２に存在するアルミニウム単体の面積と、の合計値が、好ましくは接触面４１の面積（第一の領域４１１、第二の領域４１２、および第三の領域４１３の合計面積）の６０％以上になっている。更に好ましくは７０％以上になっており、更に好ましくは８０％以上になっており、さらに好ましくは９０％以上になっている。
そして、アルミニウムとニッケルとを含む合金層の下面である第一の領域４１１の面積と、第二の層４ｂの下面である第二の領域４１２に存在するアルミニウム単体の面積と、の合計値が、好ましくは接触面４１の面積（第一の領域４１１、第二の領域４１２、および第三の領域４１３の合計面積）の６０％以上になっている。更に好ましくは７０％以上になっており、更に好ましくは８０％以上になっており、さらに好ましくは９０％以上になっている。
【0031】
第一の層４ａは、例えば、アルミニウムとニッケルの二成分合金層であり、合金層中のアルミニウムとニッケルの存在比に制限はない。第一の層４ａは、アルミニウムおよびニッケルとともにこれら以外の元素を含む層であってもよい。つまり、第一の層４ａは、アルミニウムとニッケルとを含む三成分以上の化合物または混合物を含む層や、三成分以上の金属の合金層になっていてもよい。第一の層４ａには、例えば、ＡｌとＮｉに加え、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｚｒなどが含まれていても良い。
また、第一の領域４１１と第二の領域４１２の合計面積に対する第二の領域４１２の面積の比率（以下、「アルミニウム含有率」と称する。）が、３０％以上になっている。好ましくは４０％以上になっており、さらに好ましくは５０％以上になっている。
また、第一の領域４１１と第二の領域４１２の合計面積に対する第二の領域４１２の面積の比率（以下、「アルミニウム含有率」と称する。）が、３０％以上になっている。好ましくは４０％以上になっており、さらに好ましくは５０％以上になっている。
【0032】
また、第一の領域４１１に含まれている成分は、アルミニウムとニッケルとを含む合金がほとんどであるが、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｚｒなどが含まれていても良い。より好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉ、Ｖ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉが界面に含まれており、半導体との界面の抵抗を下げる効果がある。
また、第二の領域４１２では、アルミニウム単体が連続層になっていてもよいし、アルミニウム単体が他の元素と混合された状態で存在していてもよいし、アルミニウムと他の元素との化合物が存在していてもよいし、ニッケル以外の金属とアルミニウムとの合金が存在していてもよい。第二の領域４１２には、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｚｒなどが含まれていても良い。より好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉ、Ｖ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉが界面に含まれており、半導体との界面の抵抗を下げる効果がある。
また、第二の領域４１２では、アルミニウム単体が連続層になっていてもよいし、アルミニウム単体が他の元素と混合された状態で存在していてもよいし、アルミニウムと他の元素との化合物が存在していてもよいし、ニッケル以外の金属とアルミニウムとの合金が存在していてもよい。第二の領域４１２には、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｚｒなどが含まれていても良い。より好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉ、Ｖ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉ、Ａｕ、更に好ましくはＴｉが界面に含まれており、半導体との界面の抵抗を下げる効果がある。
【0033】
図５に示すように、図４のＡ－Ａ断面では、第一電極層４の幅方向中央部に第一の層４ａが存在し、その左右に、第二の層４ｂとその上に形成された第三の層４ｃとの積層部が存在する。
図４のＡ－Ａ断面は、基板１に垂直で、平面視で基板１の中心を通り基板１の一端から他端まで延びる直線に沿った断面である。つまり、図５に示す第一電極層４が複数横方向に連続した状態が、例えば図３のＢ－Ｂ断面に対応する。また、図４に示す接触面４１が複数横方向に連続した状態が、図３のＢ－Ｂ断面に示す第一電極層４の下面に対応する。図１および図３において、直線Ｌは、平面視で基板１の中心Ｃを通り基板１の一端から他端まで延びる直線の一例である。
図４のＡ－Ａ断面は、基板１に垂直で、平面視で基板１の中心を通り基板１の一端から他端まで延びる直線に沿った断面である。つまり、図５に示す第一電極層４が複数横方向に連続した状態が、例えば図３のＢ－Ｂ断面に対応する。また、図４に示す接触面４１が複数横方向に連続した状態が、図３のＢ－Ｂ断面に示す第一電極層４の下面に対応する。図１および図３において、直線Ｌは、平面視で基板１の中心Ｃを通り基板１の一端から他端まで延びる直線の一例である。
【0034】
第一の層４ａの厚さは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。第二の層４ｂの厚さは、１ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、より好ましくは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第三の層４ｃの厚さに制限はないが、好ましくは第一の層４ａの厚さより薄く、第二の層４ｂの厚さより厚い。基板１に垂直で、平面視で基板１の中心を通り基板１の一端から他端まで延びる直線Ｌに沿った断面において、第一の層（アルミニウムとニッケルとを含む合金層）４ａと、第二の層（アルミニウム含有層）４ｂとの面積比が、第一の層４ａ：第二の層４ｂ＝１：２～４００：１、より好ましくは２：３５～４００：１を満たしている。
【0035】
＜第一電極層の構成により得られる作用、効果＞
実施形態の紫外線発光素子１０は、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２に対する接触面４１または接触面４１の近傍に、アルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の両方が存在することで、ｎ型窒化物半導体層２がｎ－ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５０≦ｘ＜０．９５）である場合でも、コンタクト抵抗を大幅に低減することが期待できる。コンタクト抵抗が低減できることで駆動電圧を低減できるため、紫外線発光素子１０は、発熱量が少なくなり、熱による出力低下や寿命低下が抑制される。
実施形態の紫外線発光素子１０は、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２に対する接触面４１または接触面４１の近傍に、アルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の両方が存在することで、ｎ型窒化物半導体層２がｎ－ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５０≦ｘ＜０．９５）である場合でも、コンタクト抵抗を大幅に低減することが期待できる。コンタクト抵抗が低減できることで駆動電圧を低減できるため、紫外線発光素子１０は、発熱量が少なくなり、熱による出力低下や寿命低下が抑制される。
【0036】
そして、紫外線発光素子１０の発熱量が少なくなることで、紫外線発光素子１０を用いた窒化物半導体発光装置のヒートシンクを縮小できるため、窒化物半導体発光装置の小型化が可能になる。
実施形態の紫外線発光素子１０では、接触面４１または接触面４１の近傍に存在するアルミニウム単体により、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２との界面及びその近傍に導電率の高い層が形成されるため、第一電極層４の面内で電流が流れやすくなり、コンタクト抵抗の低減及び電流集中の抑制が可能になる。また、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２に対する接触面４１または接触面近傍にアルミニウム単体が存在することで、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２との界面及びその近傍での反射率が高くなるため、発光出力が向上する。これらの効果はアルミニウムを含む合金中のアルミニウムでも得ることができるが、アルミニウム単体の方が得られる効果が高い。
実施形態の紫外線発光素子１０では、接触面４１または接触面４１の近傍に存在するアルミニウム単体により、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２との界面及びその近傍に導電率の高い層が形成されるため、第一電極層４の面内で電流が流れやすくなり、コンタクト抵抗の低減及び電流集中の抑制が可能になる。また、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２に対する接触面４１または接触面近傍にアルミニウム単体が存在することで、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２との界面及びその近傍での反射率が高くなるため、発光出力が向上する。これらの効果はアルミニウムを含む合金中のアルミニウムでも得ることができるが、アルミニウム単体の方が得られる効果が高い。
【0037】
実施形態の紫外線発光素子１０では、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２に対する接触面４１または接触面近傍にアルミニウムとニッケルとを含む合金が存在する。このような第一電極層４は、接触面４１にアルミニウムとニッケルとを含む合金が形成され、例えばアルミニウムと金の合金等のような高抵抗の合金が形成されないような条件で形成される。その結果、高抵抗の合金の形成が抑制されるため、コンタクト抵抗の低減効果が得られる。
また、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２に対する接触面４１または接触面４１近傍にアルミニウムとニッケルとを含む合金が存在することにより、第一電極層４の上面（接触面４１の反対側の面）が凹凸状となる。これに伴い、第一電極層４とパッド電極６との密着性が向上するため、紫外線発光素子１０の寿命を長くすることができる。この効果は、接触面４１または接触面４１近傍にアルミニウムが存在することによっても得ることができるが、アルミニウムとニッケルとを含む合金が存在する場合に高い効果が得られる。
また、第一電極層４のｎ型窒化物半導体層２に対する接触面４１または接触面４１近傍にアルミニウムとニッケルとを含む合金が存在することにより、第一電極層４の上面（接触面４１の反対側の面）が凹凸状となる。これに伴い、第一電極層４とパッド電極６との密着性が向上するため、紫外線発光素子１０の寿命を長くすることができる。この効果は、接触面４１または接触面４１近傍にアルミニウムが存在することによっても得ることができるが、アルミニウムとニッケルとを含む合金が存在する場合に高い効果が得られる。
【0038】
第一電極層４の第一の層（アルミニウムとニッケルとを含む合金層）４ａの厚さは、上述のコンタクト抵抗の低減およびパッド電極６との密着性の観点から１００ｎｍ以上であることが好ましい。また、第一の層４ａの厚さが厚すぎると、第一電極層４内の凹凸が激しくなりすぎるため、その上部に形成されるパッド電極６や絶縁膜８の被覆性が悪くなり、信頼性不良のリスクが高くなることから、１０００ｎｍ以下であることが好ましく、６００ｎｍ以下であることがより好ましい。これらの観点から、実施形態の紫外線発光素子１０では、第一電極層４の第一の層４ａの厚さを１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下としている。第一電極層４の第一の層４ａの厚さは１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0039】
また、第一電極層４の第二の層（アルミニウム含有層）４ｂの厚さは、上述のコンタクト抵抗の低減および反射率の向上という観点から、１ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましい。また、第二の層４ｂの厚さが厚すぎると、第三の層４ｃの厚さが相対的に薄くなることで第二の層４ｂが酸素と接触しやすくなるため、第一電極層４の酸素との接触を低減するという観点から、第二の層４ｂの厚さは１５０ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましい。これらの観点から、実施形態の紫外線発光素子１０では、第一電極層４の第二の層４ｂの厚さを１ｎｍ以上１５０ｎｍ以下としている。第一電極層４の第二の層４ｂの厚さ１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0040】
また、上述のコンタクト抵抗の低減、反射率の向上と、パッド電極との密着性とを両立するという観点から、第一電極層４の第一の層４ａと第二の層４ｂとの面積比は、第一の層４ａ：第二の層４ｂ＝１：２～４００：１を満たすことが好ましく、第一の層４ａ：第二の層４ｂ＝２：３５～４００：１を満たすことがより好ましい。この観点から、実施形態の紫外線発光素子１０では、面積比を第一の層４ａ：第二の層４ｂ＝１：２～４００：１の範囲としている。第一電極層４の第一の層４ａと第二の層４ｂとの面積比は、第一の層４ａ：第二の層４ｂ＝２：３５～１：３００を満たすことがより好ましい。
なお、第一電極層４および第二電極層５の平面形状の例としては、図３に示す例以外に、図６に示す例が挙げられる。
なお、第一電極層４および第二電極層５の平面形状の例としては、図３に示す例以外に、図６に示す例が挙げられる。
【0041】
図６の例では、第二電極層５は、基板１をなす長方形の一辺に沿った三本の同じ長さの棒状部５１，５２，５３と、隣り合う棒状部５１と棒状部５２との間に位置する繋ぎ部５４と、隣り合う棒状部５２と棒状部５３との間に位置する繋ぎ部５５と、からなる平面形状を有する。また、第二電極層５の平面形状は、基板１の中心Ｃを中心として二回回転対称である。第一電極層４は、第二電極層５の外側に配置され、第二電極層５の外形線に対して一定隙間を介して沿う線を、平面形状の内側形状線として有する。
図６の例では、図３の例よりも、第一電極層４の平面形状の内側形状線、すなわち周辺長が長い。また、図６のＢ－Ｂ断面は、図３のＢ－Ｂ断面と同様に、図５に示す状態になっている場合がある。
図６の例では、図３の例よりも、第一電極層４の平面形状の内側形状線、すなわち周辺長が長い。また、図６のＢ－Ｂ断面は、図３のＢ－Ｂ断面と同様に、図５に示す状態になっている場合がある。
【0042】
図６の例と図３の例を比較すると、図６の例の方が、第一電極層４の平面形状の内側形状線すなわち周辺長が長いことで、紫外線発光素子のコンタクト抵抗を下げることができる。このように、コンタクト抵抗を下げる観点からは、窒化物半導体積層体３、第一電極層４、第二電極層５、第一パッド電極、および第二パッド電極の、平面視における周辺長が長いことが好ましい。
なお、この実施形態では、本発明の一態様の窒化物半導体素子を紫外線発光素子に適用した例を説明しているが、他の例としては、発光波長が紫外線に限定されない窒化物半導体発光素子、窒化物半導体受光素子、トランジスタ、パワーデバイスなどの電子デバイスが挙げられる。
なお、この実施形態では、本発明の一態様の窒化物半導体素子を紫外線発光素子に適用した例を説明しているが、他の例としては、発光波長が紫外線に限定されない窒化物半導体発光素子、窒化物半導体受光素子、トランジスタ、パワーデバイスなどの電子デバイスが挙げられる。
【実施例】
【0043】
＜実施例1＞
実施形態に記載された構造の紫外線発光素子１０を、第一電極層４の形成工程以外は既知の材料を用い既知の方法を採用して作製した。
先ず、基板1の全面にｎ型窒化物半導体層２を形成した後、ｎ型窒化物半導体層２の全面に窒化物半導体発光層３２を形成した。次に、窒化物半導体発光層３２の全面に、ｐ型窒化物半導体層３３を形成した。これにより、基板１上に積層体が形成された構造体を得た。
基板１としては、ＡｌＮ基板を用いた。ｎ型窒化物半導体層２としては、Ｓｉを不純物として用いたｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層を形成した。窒化物半導体発光層３２としては、ＡｌＧａＮ（量子井戸層）とＡｌＧａＮ（バリア層）とからなる多重量子井戸構造の発光層を形成した。ｐ型窒化物半導体層３３としては、Ｍｇを不純物として用いたｐ型ＧａＮ層を形成した。
実施形態に記載された構造の紫外線発光素子１０を、第一電極層４の形成工程以外は既知の材料を用い既知の方法を採用して作製した。
先ず、基板1の全面にｎ型窒化物半導体層２を形成した後、ｎ型窒化物半導体層２の全面に窒化物半導体発光層３２を形成した。次に、窒化物半導体発光層３２の全面に、ｐ型窒化物半導体層３３を形成した。これにより、基板１上に積層体が形成された構造体を得た。
基板１としては、ＡｌＮ基板を用いた。ｎ型窒化物半導体層２としては、Ｓｉを不純物として用いたｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層を形成した。窒化物半導体発光層３２としては、ＡｌＧａＮ（量子井戸層）とＡｌＧａＮ（バリア層）とからなる多重量子井戸構造の発光層を形成した。ｐ型窒化物半導体層３３としては、Ｍｇを不純物として用いたｐ型ＧａＮ層を形成した。
【0044】
次に、基板１上の積層体に対して、面内の一部を所定深さで除去するエッチングを行うことにより、図２に示す窒化物半導体積層体３を形成した。エッチング深さは、ｎ型窒化物半導体層２が一部除去される深さであり、このエッチングにより平面視でｎ型窒化物半導体層２の一部が露出する。エッチングされない部分が窒化物半導体積層体３のｎ型窒化物半導体層３１として残る。エッチング方法としては、誘導結合型プラズマ方式の装置を用いたドライエッチングを行った。その後、硫酸と過酸化水素水の混合溶液を用いた表面処理を行う方法を採用した。
次に、この状態の基板１の窒化物半導体層３が形成されている面の全体に絶縁層８を形成した後、面内の一部の絶縁層８を除去してｎ型窒化物半導体層２の一部を露出するためにＢＨＦによるエッチングを行った。
次に、ｎ型窒化物半導体層２の平面視で露出面となった領域に、以下の方法で第一電極層４を形成する。
次に、この状態の基板１の窒化物半導体層３が形成されている面の全体に絶縁層８を形成した後、面内の一部の絶縁層８を除去してｎ型窒化物半導体層２の一部を露出するためにＢＨＦによるエッチングを行った。
次に、ｎ型窒化物半導体層２の平面視で露出面となった領域に、以下の方法で第一電極層４を形成する。
【0045】
先ず、この領域に図３に示す第一電極層４の平面形状で、チタン（Ｔｉ）層、アルミニウム（Ａｌ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層を、この順に２０ｎｍ／１３０ｎｍ／３５ｎｍ／５０ｎｍの厚さに蒸着法で形成することで、金属積層体を得た。次に、この状態の基板１を熱処理装置に入れて、金属積層体をＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）法で加熱処理した。加熱処理は、基板１の温度を８５０℃に保持し、熱処理装置内に１５０℃の窒素ガスを導入して２分間行った。窒素ガスの温度はガス配管にヒーターを取り付けて調整した。
【0046】
次に、第一電極層４が形成された後の基板１に対して、窒化物半導体積層体３のｐ型窒化物半導体層３３の一部を露出するため、ＢＨＦによるエッチングを行った。
次に、この状態の基板１を蒸着装置に入れ、窒化物半導体積層体３のｐ型窒化物半導体層３３上に、図３に示す第二電極層５の平面形状で、ニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層をこの順に形成した後、既知の加熱処理を行って第二電極層５を形成した。
次に、この状態の基板１の第一電極層４、ドライエッチング後に形成された絶縁層８、第二の電極層５が形成されている面の全体に絶縁層８を形成した後、絶縁層８に第一パッド電極６および第二パッド電極７を形成する開口部を形成した。
次に、第一パッド電極６および第二パッド電極７をＴｉとＡｕとの積層膜で形成した。
次に、この状態の基板１を蒸着装置に入れ、窒化物半導体積層体３のｐ型窒化物半導体層３３上に、図３に示す第二電極層５の平面形状で、ニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層をこの順に形成した後、既知の加熱処理を行って第二電極層５を形成した。
次に、この状態の基板１の第一電極層４、ドライエッチング後に形成された絶縁層８、第二の電極層５が形成されている面の全体に絶縁層８を形成した後、絶縁層８に第一パッド電極６および第二パッド電極７を形成する開口部を形成した。
次に、第一パッド電極６および第二パッド電極７をＴｉとＡｕとの積層膜で形成した。
【0047】
得られた紫外線発光素子１０の第一電極層４について、接触面４１及び接触面４１近傍でのアルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計存在率と、接触面４１及び接触面４１近傍でのアルミニウム含有率、第一の層４ａの厚さ、第二の層４ｂの厚さ、所定断面（基板１に垂直で、平面視で基板１の中心を通り基板１の一端から他端まで延びる直線に沿った断面）における第一の層４ａと第二の層４ｂとの面積比を調べた。
具体的には、先ず、３０ｋＶのＧａ+を用いたＦＩＢ（集束イオンビーム）法で、紫外線発光素子１０の第一電極層４を含む部分の基板１に垂直な所定断面を１００ｎｍ以下の厚さで切り出した。次に、切り出した切片を、ＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）により加速電圧２００ｋＶで観察し、切り出した切片のＢＦ（明視野）およびＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を得て、その一部についてＳＴＥＭ－ＥＤＸ（エネルギー分散型X線分光分析法）分析を行った。
具体的には、先ず、３０ｋＶのＧａ+を用いたＦＩＢ（集束イオンビーム）法で、紫外線発光素子１０の第一電極層４を含む部分の基板１に垂直な所定断面を１００ｎｍ以下の厚さで切り出した。次に、切り出した切片を、ＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）により加速電圧２００ｋＶで観察し、切り出した切片のＢＦ（明視野）およびＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を得て、その一部についてＳＴＥＭ－ＥＤＸ（エネルギー分散型X線分光分析法）分析を行った。
【0048】
更に、得られたＳＴＥＭ－ＥＤＸ分析結果とＢＦおよびＨＡＡＤＦ像のコントラストから、第一電極層４の各領域に含まれる元素の種類を推定した上でＨＡＡＤＦ像を測長し、第一の層４ａの厚さ、第二の層４ｂの厚さ、切り出した断面における第一の層４ａとｎ型半導体層２との境界線の長さ、切り出した断面における第二の層４ｂとｎ型半導体層２との境界線の長さ、切り出した断面における第一電極層４全体の長さを測定した。なお、第一の層４ａもしくは第二の層４ｂとｎ型半導体層２の間に３ｎｍ以下の厚みで中間層がある場合は、第一の層４ａと中間層の境界の長さ及び第二の層４ｂと中間層の境界の長さを測定した。
測定した結果を用い、接触面４１またはその近傍における存在率（面積比率）と断面積比を算出した。この時の解析範囲は２０μｍとした。また、接触面４１または接触面４１近傍におけるＡｌとＮｉ以外の混在元素の有無はＳＴＥＭ－ＥＤＸ分析結果から推定した。
測定した結果を用い、接触面４１またはその近傍における存在率（面積比率）と断面積比を算出した。この時の解析範囲は２０μｍとした。また、接触面４１または接触面４１近傍におけるＡｌとＮｉ以外の混在元素の有無はＳＴＥＭ－ＥＤＸ分析結果から推定した。
【0049】
また、得られた紫外線発光素子１０に対して、１００ｍＡから７００ｍＡまでの範囲の各値の電流を流し、駆動電圧を測定した。駆動電圧の測定は、四探針法を採用し、針と電極との間の接触抵抗の影響が小さくなるようにした。得られた各駆動電圧の測定値について、駆動電流が１００ｍＡの場合の駆動電圧を１とした相対値を算出した。さらに、駆動電流１００ｍＡでの駆動電圧に対する、駆動電流５００ｍＡでの駆動電圧の比を、駆動電圧増加率として算出した。
さらに、上記と同じ方法で、第一電極層４の平面形状、窒化物半導体積層体３の平面形状および第二電極層５の平面形状が図６に示す形状である紫外線発光素子１０を、図３に示す形状の場合と同一のチップサイズ（一辺が８００μｍの正方形）で作製し、上記と同じ方法で上述の各測定を行うとともに駆動電圧の相対値および増加率を算出した。
さらに、上記と同じ方法で、第一電極層４の平面形状、窒化物半導体積層体３の平面形状および第二電極層５の平面形状が図６に示す形状である紫外線発光素子１０を、図３に示す形状の場合と同一のチップサイズ（一辺が８００μｍの正方形）で作製し、上記と同じ方法で上述の各測定を行うとともに駆動電圧の相対値および増加率を算出した。
【0050】
＜実施例２～７＞
実施例２～７では、以下の点以外は実施例１と同じ方法で、第一電極層４、窒化物半導体積層体３および第二電極層５の平面形状が図３に示す例であるものと図６に示す例であるものの両方で、紫外線発光素子１０を作製した。具体的には、表１に示すように、第一電極層４の形成条件を構成する熱処理条件のうちの基板温度、窒素温度、および加熱時間のいずれかを、実施例１とは異なる値に変化させた。
実施例２～７では、以下の点以外は実施例１と同じ方法で、第一電極層４、窒化物半導体積層体３および第二電極層５の平面形状が図３に示す例であるものと図６に示す例であるものの両方で、紫外線発光素子１０を作製した。具体的には、表１に示すように、第一電極層４の形成条件を構成する熱処理条件のうちの基板温度、窒素温度、および加熱時間のいずれかを、実施例１とは異なる値に変化させた。
【0051】
＜実施例８～１２＞
実施例８～１２では、以下の点以外は実施例１と同じ方法で、第一電極層４および第二電極層５の平面形状が図３に示す例であるものと図６に示す例であるものの両方で、紫外線発光素子１０を作製した。具体的には、表１に示すように、第一電極層４の形成条件を構成する金属積層構成を、実施例１とは異なるものにした。また、熱処理条件のうち窒素温度の制御は行わなかった。また、実施例９，１０では基板温度を、実施例１１，１０では加熱時間を、実施例１とは異なる値に変化させた。
実施例８～１２では、以下の点以外は実施例１と同じ方法で、第一電極層４および第二電極層５の平面形状が図３に示す例であるものと図６に示す例であるものの両方で、紫外線発光素子１０を作製した。具体的には、表１に示すように、第一電極層４の形成条件を構成する金属積層構成を、実施例１とは異なるものにした。また、熱処理条件のうち窒素温度の制御は行わなかった。また、実施例９，１０では基板温度を、実施例１１，１０では加熱時間を、実施例１とは異なる値に変化させた。
【0052】
実施例８では、第一電極層４の形成の際に、先ず、チタン（Ｔｉ）層、アルミニウム（Ａｌ）層、ニッケル（Ｎｉ）層を、この順に２０ｎｍ／１３０ｎｍ／３５ｎｍの厚さに蒸着法で形成することで、金属積層体を得た。次に、この状態の基板１を熱処理装置に入れて、金属積層体をＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）法で加熱処理した。加熱処理は、基板１の温度を８５０℃に保持し、熱処理装置内に温度制御がなされていない窒素ガスを導入して２分間行った。また、加熱処理後に更に５０ｎｍのＡｕを蒸着法にて成膜した。
実施例９～１２の第一電極層４の形成方法は、実施例８の方法と基板温度または加熱時間が異なるだけである。
実施例８～１２では、このような方法で第一電極層４を形成したため、第一電極層４は、アルミニウムと金の合金等のような高抵抗の合金を含んでいない。
実施例９～１２の第一電極層４の形成方法は、実施例８の方法と基板温度または加熱時間が異なるだけである。
実施例８～１２では、このような方法で第一電極層４を形成したため、第一電極層４は、アルミニウムと金の合金等のような高抵抗の合金を含んでいない。
【0053】
＜実施例１３～１７＞
実施例１３～１７では、以下の点以外は実施例１と同じ方法で、第一電極層４および第二電極層５の平面形状が図３に示す例であるものと図６に示す例であるものの両方で、紫外線発光素子１０を作製した。具体的には、表１に示すように、第一電極層４の形成条件を構成する熱処理条件のうちの基板温度および加熱時間を、実施例１とは異なる値に変化させた。
実施例１３～１７では、以下の点以外は実施例１と同じ方法で、第一電極層４および第二電極層５の平面形状が図３に示す例であるものと図６に示す例であるものの両方で、紫外線発光素子１０を作製した。具体的には、表１に示すように、第一電極層４の形成条件を構成する熱処理条件のうちの基板温度および加熱時間を、実施例１とは異なる値に変化させた。
【0054】
＜実施例１８，１９＞
実施例１８，１９では、以下の点以外は実施例１と同じ方法で、第一電極層４および第二電極層５の平面形状が図３に示す例であるものと図６に示す例であるものの両方で、紫外線発光素子１０を作製した。具体的には、表１に示すように、第一電極層４の形成条件を構成する金属積層構成を、実施例１とは異なるものにした。
実施例１８では、第一電極層４の形成の際に、先ず、バナジウム（Ｖ）層、アルミニウム（Ａｌ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層を、この順に２０ｎｍ／１３０ｎｍ／３５ｎｍ／５０ｎｍの厚さに蒸着法で形成することで、金属積層体を得た。その後、実施例１と同じ熱処理を行った。
実施例１９では、第一電極層４の形成の際に、先ず、ジルコニウム（Ｚｒ）層、アルミニウム（Ａｌ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層を、この順に２０ｎｍ／１３０ｎｍ／３５ｎｍ／５０ｎｍの厚さに蒸着法で形成することで、金属積層体を得た。その後、実施例１と同じ熱処理を行った。
実施例１８，１９では、以下の点以外は実施例１と同じ方法で、第一電極層４および第二電極層５の平面形状が図３に示す例であるものと図６に示す例であるものの両方で、紫外線発光素子１０を作製した。具体的には、表１に示すように、第一電極層４の形成条件を構成する金属積層構成を、実施例１とは異なるものにした。
実施例１８では、第一電極層４の形成の際に、先ず、バナジウム（Ｖ）層、アルミニウム（Ａｌ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層を、この順に２０ｎｍ／１３０ｎｍ／３５ｎｍ／５０ｎｍの厚さに蒸着法で形成することで、金属積層体を得た。その後、実施例１と同じ熱処理を行った。
実施例１９では、第一電極層４の形成の際に、先ず、ジルコニウム（Ｚｒ）層、アルミニウム（Ａｌ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層を、この順に２０ｎｍ／１３０ｎｍ／３５ｎｍ／５０ｎｍの厚さに蒸着法で形成することで、金属積層体を得た。その後、実施例１と同じ熱処理を行った。
【0055】
＜比較例１＞
比較例１では、以下の点以外は実施例１と同じ方法で、第一電極層４および第二電極層５の平面形状が図３に示す例であるものと図６に示す例であるものの両方で、紫外線発光素子を作製した。具体的には、表１に示すように、第一電極層４の形成条件を構成する熱処理条件のうち、窒素温度の制御は行わなかった。
そして、実施例２～１９および比較例１についても、実施例１と同じ方法で第一電極層４の接触面４１でのアルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計存在率などを測定した。また、実施例１と同じ方法で第一電極層４の駆動電圧を測定し、駆動電流が１００ｍＡの場合の駆動電圧を１とした相対値を算出した。さらに、駆動電流１００ｍＡでの駆動電圧に対する、駆動電流５００ｍＡでの駆動電圧の比を、駆動電圧増加率として算出した。
これらの測定結果および駆動電圧増加率を、第一電極層４の形成条件とともに表１に示す。
なお、表１の「Ａｌ＋ＡｌＮｉ」は、アルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計を、「Ａｌ分」はアルミニウム存在率を、「ＡｌＮｉ層」は第一の層を、「含Ａｌ層」は第二の層をそれぞれ示す。
比較例１では、以下の点以外は実施例１と同じ方法で、第一電極層４および第二電極層５の平面形状が図３に示す例であるものと図６に示す例であるものの両方で、紫外線発光素子を作製した。具体的には、表１に示すように、第一電極層４の形成条件を構成する熱処理条件のうち、窒素温度の制御は行わなかった。
そして、実施例２～１９および比較例１についても、実施例１と同じ方法で第一電極層４の接触面４１でのアルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計存在率などを測定した。また、実施例１と同じ方法で第一電極層４の駆動電圧を測定し、駆動電流が１００ｍＡの場合の駆動電圧を１とした相対値を算出した。さらに、駆動電流１００ｍＡでの駆動電圧に対する、駆動電流５００ｍＡでの駆動電圧の比を、駆動電圧増加率として算出した。
これらの測定結果および駆動電圧増加率を、第一電極層４の形成条件とともに表１に示す。
なお、表１の「Ａｌ＋ＡｌＮｉ」は、アルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計を、「Ａｌ分」はアルミニウム存在率を、「ＡｌＮｉ層」は第一の層を、「含Ａｌ層」は第二の層をそれぞれ示す。
【0056】
また、表１には、各値が下記の構成(a)～(e)にそれぞれ該当する場合を「該当」、該当しない場合を「非該当」と表示した。
(a)接触面４１及び接触面４１近傍におけるアルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計存在率（Ａｌ＋ＡｌＮｉ）が６０面積％以上である。
(b)接触面４１及び接触面４１近傍におけるアルミニウム含有率（Ａｌ分）が３０面積％以上である。
(c)アルミニウム含有層（含Ａｌ層）４ｂの厚さが１ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
(d)第一の層（ＡｌＮｉ層）４ａの厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
(e)第一の層（ＡｌＮｉ層）４ａとアルミニウム含有層（含Ａｌ層）４ｂとの、第一の層４ａの断面積：アルミニウム含有層４ｂの断面積＝１：２～４００：１を満たす。
また、接触面及び接触面近傍にＡｌとＮｉ以外の混在元素がある場合は、表１に、その元素記号を記載した。
(a)接触面４１及び接触面４１近傍におけるアルミニウム単体およびアルミニウムとニッケルとを含む合金の合計存在率（Ａｌ＋ＡｌＮｉ）が６０面積％以上である。
(b)接触面４１及び接触面４１近傍におけるアルミニウム含有率（Ａｌ分）が３０面積％以上である。
(c)アルミニウム含有層（含Ａｌ層）４ｂの厚さが１ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
(d)第一の層（ＡｌＮｉ層）４ａの厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
(e)第一の層（ＡｌＮｉ層）４ａとアルミニウム含有層（含Ａｌ層）４ｂとの、第一の層４ａの断面積：アルミニウム含有層４ｂの断面積＝１：２～４００：１を満たす。
また、接触面及び接触面近傍にＡｌとＮｉ以外の混在元素がある場合は、表１に、その元素記号を記載した。
【0057】
【表1】
【0058】
さらに、実施例１と比較例１について、第一電極層４の平面形状および第二電極層５の平面形状が図３に示す形状である場合の駆動電流と駆動電圧（相対値）との関係を図７にグラフで示し、第一電極層４の平面形状および第二電極層５の平面形状が図６に示す形状である場合の駆動電流と駆動電圧（相対値）との関係を図８にグラフで示す。
表１において、実施例１～１９の紫外線発光素子１０の駆動電圧増加率は、比較例１の紫外線発光素子の駆動電圧増加率よりも小さくなっている。駆動電圧増加率はコンタクト抵抗が高いほど大きくなるため、駆動電圧増加率が小さいほどコンタクト抵抗が低いことを意味する。よって、表１の結果から、実施例１～１９の紫外線発光素子１０は比較例１の紫外線発光素子よりもコンタクト抵抗が低いことが分かる。
表１において、実施例１～１９の紫外線発光素子１０の駆動電圧増加率は、比較例１の紫外線発光素子の駆動電圧増加率よりも小さくなっている。駆動電圧増加率はコンタクト抵抗が高いほど大きくなるため、駆動電圧増加率が小さいほどコンタクト抵抗が低いことを意味する。よって、表１の結果から、実施例１～１９の紫外線発光素子１０は比較例１の紫外線発光素子よりもコンタクト抵抗が低いことが分かる。
【0059】
また、図７および図８のグラフから分かるように、実施例１の紫外線発光素子１０は比較例１の紫外線発光素子よりも、駆動電流の上昇に伴う駆動電圧の上昇度合いを低くできている。つまり、実施例１の紫外線発光素子１０は比較例１の紫外線発光素子よりも、駆動電流が大きい場合でのコンタクト抵抗を低くできることが分かる。
さらに、図７のグラフと図８のグラフの比較から、実施例１の紫外線発光素子１０および比較例１の紫外線発光素子でも、第一電極層４および第二電極層５の平面形状が図６に示す形状である場合の方が、図３に示す形状である場合よりも、同じ駆動電流での駆動電圧（つまり、コンタクト抵抗）を低減できることが分かる。これは、平面視における第一電極層４、窒化物半導体積層体３、第二電極層５の周辺長が、図６の例で図３の例よりも長いことによる効果であり、周辺長の長い素子を設計することがコンタクト抵抗を下げる上で好ましいことを意味している。
さらに、図７のグラフと図８のグラフの比較から、実施例１の紫外線発光素子１０および比較例１の紫外線発光素子でも、第一電極層４および第二電極層５の平面形状が図６に示す形状である場合の方が、図３に示す形状である場合よりも、同じ駆動電流での駆動電圧（つまり、コンタクト抵抗）を低減できることが分かる。これは、平面視における第一電極層４、窒化物半導体積層体３、第二電極層５の周辺長が、図６の例で図３の例よりも長いことによる効果であり、周辺長の長い素子を設計することがコンタクト抵抗を下げる上で好ましいことを意味している。
【0060】
一方、図８のグラフの（つまり、第一電極層４、窒化物半導体層３、第二電極層５の平面形状が図６に示す形状である）比較例１の紫外線発光素子と、図７のグラフの（つまり、第一電極層４、窒化物半導体層３、第二電極層５の平面形状が図３に示す形状である）実施例１の紫外線発光素子１０とを比較した場合、図７のグラフの実施例１の紫外線発光素子１０の方が同じ駆動電流での駆動電圧（つまり、コンタクト抵抗）を低減できることが分かる。これは、上述の周辺長を長くする素子設計だけでは、得られる駆動電圧低減効果は不十分であり、第一電極層４が上記構成(a)～(e)を満たすことで、より大きな駆動電圧低減効果が得られることを意味している。
【符号の説明】
【0061】
１ 基板
２ ｎ型窒化物半導体層（第一導電型の第一窒化物半導体層）
３ 窒化物半導体積層体
３１ ｎ型窒化物半導体層
３２ 窒化物半導体発光層
３３ ｐ型窒化物半導体層（第二導電型の第二窒化物半導体層）
４ 第一電極層
４ａ 第一電極層を構成する第一の層
４ｂ 第一電極層を構成する第二の層
４ｃ 第一電極層を構成する第三の層
４１ 第一電極層のｎ型窒化物半導体層に対する接触面
４１１ 接触面の第一の領域
４１２ 接触面の第二の領域
４１３ 接触面の第三の領域
５ 第二電極層
５１ 棒状部
５２ 棒状部
５３ 棒状部
５４ 繋ぎ部
５５ 繋ぎ部
６ 第一パッド電極
７ 第二パッド電極
８ 絶縁層
１０ 紫外線発光素子（窒化物半導体発光素子）
２ ｎ型窒化物半導体層（第一導電型の第一窒化物半導体層）
３ 窒化物半導体積層体
３１ ｎ型窒化物半導体層
３２ 窒化物半導体発光層
３３ ｐ型窒化物半導体層（第二導電型の第二窒化物半導体層）
４ 第一電極層
４ａ 第一電極層を構成する第一の層
４ｂ 第一電極層を構成する第二の層
４ｃ 第一電極層を構成する第三の層
４１ 第一電極層のｎ型窒化物半導体層に対する接触面
４１１ 接触面の第一の領域
４１２ 接触面の第二の領域
４１３ 接触面の第三の領域
５ 第二電極層
５１ 棒状部
５２ 棒状部
５３ 棒状部
５４ 繋ぎ部
５５ 繋ぎ部
６ 第一パッド電極
７ 第二パッド電極
８ 絶縁層
１０ 紫外線発光素子（窒化物半導体発光素子）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】