(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長面がｍ面であるｐ型半導体領域を有する窒化物系半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体領域上に設けられた電極と
を備え、
前記ｐ型半導体領域は、厚さ２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ＞０，ｚ≧０）半導体から形成されているコンタクト層を有し、
前記コンタクト層は、４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含むボディ領域と、前記電極に接し、１×１０21ｃｍ-3以上のＭｇ濃度を有する厚み５ｎｍ以下の高濃度領域と、前記高濃度領域上に析出したマグネシウムを有する、窒化物系半導体素子。
【請求項２】
前記高濃度領域の厚さは０．５ｎｍ以上である、請求項１記載の窒化物系半導体素子。
【請求項３】
前記コンタクト層において、前記ボディ領域と前記高濃度領域との間には、２×１０20ｃｍ-3より高く１×１０21ｃｍ-3より低い濃度のＭｇを含む遷移領域が設けられている、請求項１または２に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項４】
前記ボディ領域は、４×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含む、請求項１から３のいずれかに記載の窒化物系半導体素子。
【請求項５】
前記電極のうち前記高濃度領域と接する部分は、Ｍｇ、ＺｎおよびＡｇのうち少なくともいずれか１つを含む第１の層である、請求項１から４のいずれか記載の窒化物系半導体素子。
【請求項６】
前記電極は、前記第１の層の上に形成された第２の層を含む、請求項５記載の窒化物系半導体素子。
【請求項７】
前記第２の層は、Ａｇ、Ｐｔ、ＭｏおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属である、請求項６記載の窒化物系半導体素子。
【請求項８】
前記電極はＡｇ層である、請求項１記載の窒化物系半導体素子。
【請求項９】
前記第１の層はアイランド状である、請求項５から７のいずれかに記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１０】
前記ｐ型半導体領域は、さらに、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下のＭｇを含むＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０）半導体から形成されているｐ型半導体層を含む、請求項１から９のいずれかに記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１１】
前記ｐ型半導体領域の厚さは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項１０に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項１２】
窒化物系半導体発光素子と、
前記窒化物系半導体発光素子から放射された光の波長を変換する蛍光物質を含む波長変換部と
を備える光源であって、
前記窒化物系半導体発光素子は、
成長面がｍ面であるｐ型半導体領域を有する窒化物系半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体領域上に設けられた電極と
を備え、
前記ｐ型半導体領域は、厚さ２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ＞０，ｚ≧０）半導体から形成されているコンタクト層を有し、
前記コンタクト層は、４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含むボディ領域と、前記電極に接し、１×１０21ｃｍ-3以上のＭｇ濃度を有する厚み５ｎｍ以下の高濃度領域と、前記高濃度領域上に析出したマグネシウムを有する、光源。
【請求項１３】
前記高濃度領域の厚さは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項１２記載の光源。
【請求項１４】
前記コンタクト層において、前記ボディ領域と前記高濃度領域との間には、２×１０20ｃｍ-3より高く１×１０21ｃｍ-3より低い濃度のＭｇを含む遷移領域が設けられている、請求項１２または１３に記載の光源。
【請求項１５】
前記ボディ領域は、４×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含む、請求項１２記載の光源。
【請求項１６】
基板を用意する工程（ａ）と、
成長面がｍ面であり、ｐ型半導体領域を有する窒化物系半導体積層構造を前記基板上に形成する工程（ｂ）と、
前記半導体積層構造における前記ｐ型半導体領域の前記成長面上に電極を形成する工程（ｃ）とを含み、
前記工程（ｂ）は、前記ｐ型半導体領域の一部として、厚さ２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ＞０，ｚ≧０）半導体から形成されているコンタクト層を形成する工程（ｂ１）を含み、
前記工程（ｂ１）は、４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含むボディ領域を形成する工程と、
トリメチルガリウム、アンモニア、およびシクロペンタジエニルマグネシウムを前記ボディ領域上に供給して１×１０21ｃｍ-3以上のＭｇ濃度を有する厚み５ｎｍ以下の高濃度領域をＭＯＣＶＤ法によって形成することによって、前記高濃度領域上にマグネシウムを析出させる工程とを有し、
前記工程（ｃ）においては、前記高濃度領域に接する前記電極を形成する、窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記ボディ領域は、４×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含む、請求項１６記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ｃ）においては、前記高濃度領域上に、Ｍｇ、ＺｎおよびＡｇのうち少なくともいずれか１つを含む第１の層を有する前記電極を形成する、請求項１６または１７記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記工程（ｃ）においては、前記第１の層と、前記第１の層の上に位置し、Ａｇ、Ｐｔ、ＭｏおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属からなる第２の層とを有する前記電極を形成する、請求項１８記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記工程（ｃ）の後に、加熱処理する工程を実行する、請求項１６から１９のいずれかに記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｖ族元素として窒素（Ｎ）を有する窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素子の材料として有望視されている。そのなかでも、窒化ガリウム系化合物半導体（ＧａＮ系半導体：ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の研究は盛んに行われ、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、緑色ＬＥＤ、ならびに、ＧａＮ系半導体を材料とする半導体レーザも実用化されている（例えば、特許文献１、２参照）。ＧａＮ系半導体は、ウルツ鉱型結晶構造を有している。図１は、ＧａＮの単位格子を模式的に示している。ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）半導体の結晶では、図１に示すＧａの一部がＡｌおよび／またはＩｎに置換され得る。【０００３】
図２は、ウルツ鉱型結晶構造の面を４指数表記（六方晶指数）で表すために一般的に用いられている４つの基本ベクトルａ1、ａ2、ａ3、ｃを示している。基本ベクトルｃは、［０００１］方向に延びており、この方向は「ｃ軸」と呼ばれる。ｃ軸に垂直な面（ｐｌａｎｅ）は「ｃ面」または「（０００１）面」と呼ばれている。なお、「ｃ軸」および「ｃ面」は、それぞれ、「Ｃ軸」および「Ｃ面」と表記される場合もある。【０００４】
ＧａＮ系半導体を用いて半導体素子を作製する場合、ＧａＮ系半導体結晶を成長させる基板として、ｃ面基板すなわち（０００１）面を表面に有する基板が使用される。しかしながら、ｃ面においてはＧａの原子層と窒素の原子層の位置がｃ軸方向に僅かにずれているため、分極（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が形成される。このため、「ｃ面」は「極性面」とも呼ばれている。分極の結果、活性層におけるＩｎＧａＮの量子井戸にはｃ軸方向に沿ってピエゾ電界が発生する。このようなピエゾ電界が活性層に発生すると、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果により活性層内における電子およびホールの分布に位置ずれが生じるため、内部量子効率が低下する。このため、半導体レーザであれば、しきい値電流の増大が引き起こされる。ＬＥＤであれば、消費電力の増大や発光効率の低下が引き起こされる。また、注入キャリア密度の上昇と共にピエゾ電界のスクリーニングが起こり、発光波長の変化も生じる。【０００５】
そこで、これらの課題を解決するため、非極性面、例えば［１０−１０］方向に垂直な、ｍ面と呼ばれる（１０−１０）面を表面に有する基板を使用することが検討されている。ここで、ミラー指数を表すカッコ内の数字の左に付された「−」は、「バー」を意味する。ｍ面は、図２に示されるように、ｃ軸（基本ベクトルｃ）に平行な面であり、ｃ面と直交している。ｍ面においてはＧａ原子と窒素原子は同一原子面上に存在するため、ｍ面に垂直な方向に分極は発生しない。その結果、ｍ面に垂直な方向に半導体積層構造を形成すれば、活性層にピエゾ電界も発生しないため、上記課題を解決することができる。【０００６】
ｍ面は、（１０−１０）面、（−１０１０）面、（１−１００）面、（−１１００）面、（０１−１０）面、（０−１１０）面の総称である。なお、本明細書において、「Ｘ面成長」とは、六方晶ウルツ鉱構造のＸ面（Ｘ＝ｃ、ｍ）に垂直な方向にエピタキシャル成長が生じることを意味するものとする。Ｘ面成長において、Ｘ面を「成長面」と称する場合がある。また、Ｘ面成長によって形成された半導体の層を「Ｘ面半導体層」と称する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３０８４６２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、ｍ面基板上で成長させたＧａＮ系半導体素子は、ｃ面基板上で成長させたものと比較して顕著な効果を発揮し得るが、次のような問題がある。すなわち、ｍ面基板上で成長させたＧａＮ系半導体素子は、ｃ面基板上で成長させたものよりもコンタクト抵抗が高く、それが、ｍ面基板上で成長させたＧａＮ系半導体素子を使用する上で大きな技術的な障害となっている。【０００９】
そのような状況の中、本願発明者は、非極性面であるｍ面上に成長させたＧａＮ系半導体素子が持つコンタクト抵抗が高いという課題を解決すべく検討した結果、コンタクト抵抗を低くすることができる手段を見出した。【００１０】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ｍ面基板上で結晶成長させたＧａＮ系半導体素子におけるコンタクト抵抗を低減できる構造および製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の窒化物系半導体素子は、成長面がｍ面であるｐ型半導体領域を有する窒化物系半導体積層構造と、前記ｐ型半導体領域上に設けられた電極とを備え、前記ｐ型半導体領域は、厚さ２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ＞０，ｚ≧０）半導体から形成されているコンタクト層を有し、前記コンタクト層は、４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含むボディ領域と、前記電極に接し、１×１０21ｃｍ-3以上のＭｇ濃度を有する高濃度領域とを有する。【００１２】
ある実施形態において、前記高濃度領域の厚さは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。【００１３】
ある実施形態の前記コンタクト層において、前記ボディ領域と前記高濃度領域との間には、２×１０20ｃｍ-3より高く１×１０21ｃｍ-3より低い濃度のＭｇを含む遷移領域が設けられている。【００１４】
ある実施形態において、前記ボディ領域は、４×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含む。【００１５】
ある実施形態において、前記電極のうち前記高濃度領域と接する部分は、Ｍｇ、ＺｎおよびＡｇのうち少なくともいずれか１つを含む第１の層である。【００１６】
ある実施形態において、前記電極は、前記第１の層の上に形成された第２の層を含む。【００１７】
ある実施形態において、前記第２の層は、Ａｇ、Ｐｔ、ＭｏおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属である。【００１８】
ある実施形態において、前記電極はＡｇ層である。【００１９】
ある実施形態において、前記第１の層はアイランド状である。【００２０】
ある実施形態において、前記ｐ型半導体領域は、さらに、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下のＭｇを含むＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０）半導体から形成されているｐ型半導体層を含む。【００２１】
ある実施形態において、前記ｐ型半導体領域の厚さは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。【００２２】
本発明の光源は、窒化物系半導体発光素子と、前記窒化物系半導体発光素子から放射された光の波長を変換する蛍光物質を含む波長変換部とを備える光源であって、前記窒化物系半導体発光素子は、成長面がｍ面であるｐ型半導体領域を有する窒化物系半導体積層構造と、前記ｐ型半導体領域上に設けられた電極とを備え、前記ｐ型半導体領域は、厚さ２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ＞０，ｚ≧０）半導体から形成されているコンタクト層を有し、前記コンタクト層は、４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含むボディ領域と、前記電極に接し、１×１０21ｃｍ-3以上のＭｇ濃度を有する高濃度領域とを有する。【００２３】
ある実施形態において、前記高濃度領域の厚さは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。【００２４】
ある実施形態の前記コンタクト層において、前記ボディ領域と前記高濃度領域との間には、２×１０20ｃｍ-3より高く１×１０21ｃｍ-3より低い濃度のＭｇを含む遷移領域が設けられている。【００２５】
ある実施形態において、前記ボディ領域は、４×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含む。【００２６】
本発明の窒化物系半導体素子の製造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、成長面がｍ面であり、ｐ型半導体領域を有する窒化物系半導体積層構造を前記基板上に形成する工程（ｂ）と、前記半導体積層構造における前記ｐ型半導体領域の前記成長面上に電極を形成する工程（ｃ）とを含み、前記工程（ｂ）は、前記ｐ型半導体領域の一部として、厚さ２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ＞０，ｚ≧０）半導体から形成されているコンタクト層を形成する工程（ｂ１）を含み、前記工程（ｂ１）は、４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含むボディ領域を形成する工程と、１×１０21ｃｍ-3以上のＭｇ濃度を有する高濃度領域を形成する工程とを有し、前記工程（ｃ）においては、前記高濃度領域に接する前記電極を形成する。【００２７】
ある実施形態において、前記ボディ領域は、４×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含む。【００２８】
ある実施形態の前記工程（ｃ）においては、前記高濃度領域上に、Ｍｇ、ＺｎおよびＡｇのうち少なくともいずれか１つを含む第１の層を有する前記電極を形成する。【００２９】
ある実施形態の前記工程（ｃ）においては、前記第１の層と、前記第１の層の上に位置し、Ａｇ、Ｐｔ、ＭｏおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属からなる第２の層とを有する前記電極を形成する。【００３０】
ある実施形態の前記工程（ｃ）の後に、加熱処理する工程を実行する。【００３１】
本発明の他の実施形態の窒化物系半導体素子は、表面がｍ面であるｐ型半導体領域を有する窒化物系半導体積層構造と、前記ｐ型半導体領域上に設けられた電極とを備え、前記ｐ型半導体領域は、４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含み、厚さ２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０）半導体から形成されているコンタクト層を有する。【００３２】
ある実施形態において、前記コンタクト層は、４×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含む、厚さ３０ｎｍ以上４５ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０）半導体から形成されていてもよい。【００３３】
ある実施形態において、前記電極のうち前記コンタクト層と接する部分は、Ｍｇ、ＺｎおよびＡｇのうち少なくともいずれか１つを含む第１の層であってもよい。【００３４】
ある実施形態において、前記電極は、前記第１の層の上に形成された第２の層を含んでいてもよい。【００３５】
ある実施形態において、前記第２の層は、Ａｇ、Ｐｔ、ＭｏおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属であってもよい。【００３６】
ある実施形態において、前記電極はＡｇ層であってもよい。【００３７】
ある実施形態において、前記第１の層はアイランド状であってもよい。【００３８】
ある実施形態において、前記ｐ型半導体領域は、さらに、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下のＭｇを含むＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０）半導体から形成されているｐ型半導体層を含んでいてもよい。【００３９】
ある実施形態において、前記ｐ型半導体層の厚さは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。【００４０】
本発明の他の実施形態の光源は、窒化物系半導体発光素子と、前記窒化物系半導体発光素子から放射された光の波長を変換する蛍光物質を含む波長変換部とを備える光源であって、前記窒化物系半導体発光素子は、表面がｍ面であるｐ型半導体領域を有する窒化物系半導体積層構造と、前記ｐ型半導体領域上に設けられた電極とを備え、前記ｐ型半導体領域は、４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含み、厚さ２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０）半導体から形成されているコンタクト層を有する。【００４１】
ある実施形態において、前記コンタクト層は、４×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含む、厚さ３０ｎｍ以上４５ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０）半導体から形成されていてもよい。【００４２】
本発明の他の窒化物系半導体素子の製造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、表面がｍ面であり、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０）半導体からなるｐ型半導体領域を有する窒化物系半導体積層構造を前記基板上に形成する工程（ｂ）と、前記半導体積層構造の前記ｐ型半導体領域の前記表面上に電極を形成する工程（ｃ）とを含み、前記工程（ｂ）は、４×１０19ｃｍ-3以上の２×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含み、厚さ２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下のコンタクト層を有する前記ｐ型半導体領域を形成する。【００４３】
ある実施形態において、前記コンタクト層は、４×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含む、厚さ３０ｎｍ以上４５ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０）半導体から形成されていてもよい。【００４４】
ある実施形態において、前記工程（ｃ）は、前記ｐ型半導体領域の前記表面上に、Ｍｇ、ＺｎおよびＡｇのうち少なくともいずれか１つを含む第１の層を有する前記電極を形成してもよい。【００４５】
ある実施形態において、前記工程（ｃ）は、前記第１の層と、前記第１の層の上に位置し、Ａｇ、Ｐｔ、ＭｏおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属からなる第２の層とを有する前記電極を形成してもよい。【００４６】
ある実施形態において、前記工程（ｃ）の後に、加熱処理する工程を実行してもよい。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の窒化物系半導体素子によれば、バルク抵抗の上昇を抑制し、かつ、コンタクト抵抗を低減することができる。また、ｐ型電極における光吸収損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ＧａＮの単位格子を模式的に示す斜視図
【図２】ウルツ鉱型結晶構造の基本ベクトルａ1、ａ2、ａ3、ｃを示す斜視図
【図３】（ａ）は、第１の実施形態の窒化物系半導体発光素子１００の断面模式図、（ｂ）はｍ面の結晶構造を表す図、（ｃ）はｃ面の結晶構造を表す図
【図４】（ａ）から（ｃ）は、電極におけるＭｇおよびＡｇの分布を模式的に示す図
【図５】ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いて、Ｎｏ．１からＮｏ．５までの試料（電極形成前）のｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６におけるＭｇの深さ方向のプロファイルを測定した結果を示すグラフ
【図６Ａ】図５に示すＮｏ．１の試料の電流−電圧特性および固有コンタクト抵抗を測定した結果を示すグラフ
【図６Ｂ】図５に示すＮｏ．２の試料の電流−電圧特性および固有コンタクト抵抗を測定した結果を示すグラフ
【図６Ｃ】図５に示すＮｏ．３の試料の電流−電圧特性および固有コンタクト抵抗を測定した結果を示すグラフ
【図６Ｄ】図５に示すＮｏ．４の試料の電流−電圧特性および固有コンタクト抵抗を測定した結果を示すグラフ
【図６Ｅ】図５に示すＮｏ．５の試料の電流−電圧特性および固有コンタクト抵抗を測定した結果を示すグラフ
【図６Ｆ】ＴＬＭ電極のパターン図
【図７】ＳＩＭＳを用いて、Ｎｏ．１からＮｏ．５までの試料（電極形成後）のＭｇおよびＧａの深さ方向のプロファイルを測定した結果を示すグラフ
【図８】第２の実施形態の窒化物系半導体発光素子１０１の断面模式図
【図９】（ａ）は、第３の実施形態に係る窒化物系半導体発光素子１０２の断面構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、窒化物系半導体発光素子１０２のうちＡｌdＧａeＮ層２５および電極３０を拡大して示す断面図である。
【図１０】Ｍｇ原子の深さ方向のプロファイルを、ＳＩＭＳを用いて得た結果を示すグラフである。
【図１１】ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のうち電極３０と接する部分の不純物濃度とコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。
【図１２】白色光源の実施形態を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００４９】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明による第１の実施形態の窒化物系半導体発光素子を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００５０】
図３（ａ）は、第１の実施形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の断面構成を模式的に示している。図３（ａ）に示した窒化物系半導体発光素子１００は、ＧａＮ系半導体からなる半導体デバイスであり、窒化物系半導体積層構造を有している。
【００５１】
本実施形態の窒化物系半導体発光素子１００は、ｍ面を表面（成長面）１２とするＧａＮ系基板（ＧａＮ基板）１０と、ＧａＮ系基板１０の上に形成された半導体積層構造２０と、半導体積層構造２０の上に形成された電極３０とを備えている。本実施形態では、半導体積層構造２０は、ｍ面成長によって形成されたｍ面半導体積層構造であり、その表面（成長面）はｍ面である。なお、ｒ面サファイア基板上にはａ面ＧａＮが成長するという事例もあることから、成長条件によっては必ずしもＧａＮ系基板１０の表面がｍ面であることが必須とならない。本発明の構成においては、少なくとも半導体積層構造２０のうち、電極と接触するｐ型半導体領域の表面がｍ面であればよい。
【００５２】
本実施形態の窒化物系半導体発光素子１００は、半導体積層構造２０を支持するＧａＮ系基板１０を備えているが、ＧａＮ系基板１０に代えて他の基板を備えていても良いし、基板が取り除かれた状態で使用されることも可能である。
【００５３】
図３（ｂ）は、表面（成長面）がｍ面である窒化物系半導体の断面（基板表面に垂直な断面）における結晶構造を模式的に示している。Ｇａ原子と窒素原子は、ｍ面に平行な同一原子面上に存在するため、ｍ面に垂直な方向に分極は発生しない。すなわち、ｍ面は非極性面であり、ｍ面に垂直な方向に成長した活性層内ではピエゾ電界が発生しない。なお、添加されたＩｎおよびＡｌは、Ｇａのサイトに位置し、Ｇａを置換する。Ｇａの少なくとも一部がＩｎやＡｌで置換されていても、ｍ面に垂直な方向に分極は発生しない。
【００５４】
ｍ面を表面（成長面）に有するＧａＮ系基板は、本明細書では「ｍ面ＧａＮ系基板」と称される。ｍ面に垂直な方向に成長したｍ面窒化物系半導体積層構造を得るには、典型的には、ｍ面ＧａＮ基板を用い、その基板のｍ面上に半導体を成長させればよい。ＧａＮ系基板の表面（成長面）の面方位が、半導体積構造の面方位に反映されるからである。しかし、前述したように、基板の表面がｍ面である必要は必ずしもなく、また、最終的なデバイスに基板が残っている必要も無い。
【００５５】
参考のために、図３（ｃ）に、表面がｃ面である窒化物系半導体の断面（基板表面に垂直な断面）における結晶構造を模式的に示す。Ｇａ原子と窒素原子は、ｃ面に平行な同一原子面上に存在しない。その結果、ｃ面に垂直な方向に分極が発生する。ｃ面を表面に有するＧａＮ系基板を、本明細書では「ｃ面ＧａＮ系基板」と称する。
【００５６】
ｃ面ＧａＮ系基板は、ＧａＮ系半導体結晶を成長させるための一般的な基板である。ｃ面に平行なＧａの原子層と窒素の原子層の位置がｃ軸方向に僅かにずれているため、ｃ軸方向に沿って分極が形成される。
【００５７】
再び、図３（ａ）を参照する。ｍ面ＧａＮ系基板１０の表面（ｍ面）１２の上には、半導体積層構造２０が形成されている。半導体積層構造２０は、ＡｌaＩｎbＧａcＮ層（ａ＋ｂ＋ｃ＝１，ａ≧０，ｂ≧０，ｃ≧０）を含む活性層２４と、ＡｌdＧａeＮ層（ｄ＋ｅ＝１，ｄ≧０，ｅ≧０）２５とを含んでいる。ＡｌdＧａeＮ層２５は、活性層２４を基準にしてｍ面１２の側とは反対の側に位置している。ここで、活性層２４は、窒化物系半導体発光素子１００における電子注入領域である。
【００５８】
本実施形態の活性層２４は、Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ井戸層（例えば、厚さ９ｎｍ）とＧａＮバリア層（例えば、厚さ９ｎｍ）とが交互に積層されたＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造（例えば、厚さ８１ｎｍ）を有している。
【００５９】
活性層２４の上には、ｐ型のＡｌdＧａeＮ層２５が設けられている。ｐ型のＡｌdＧａeＮ層２５の厚さは、例えば、０．２〜２μｍである。活性層２４とＡｌdＧａeＮ層２５との間には、アンドープのＧａＮ層を設けてもよい。
【００６０】
本実施形態の半導体積層構造２０には、他の層も含まれており、活性層２４とＧａＮ系基板１０との間には、ＡｌuＧａvＩｎwＮ層（ｕ＋ｖ＋ｗ＝１，ｕ≧０，ｖ≧０，ｗ≧０）２２が形成されている。本実施形態のＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２は、第１導電型（ｎ型）のＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２である。
【００６１】
ＡｌdＧａeＮ層２５において、Ａｌの組成比率ｄは、厚さ方向に一様である必要は無い。ＡｌdＧａeＮ層２５において、Ａｌの組成比率ｄが厚さ方向に連続的または階段的に変化していても良い。すなわち、ＡｌdＧａeＮ層２５は、Ａｌの組成比率ｄが異なる複数の層が積層された多層構造を有していても良いし、ドーパントの濃度も厚さ方向に変化していてもよい。
【００６２】
ＡｌdＧａeＮ層２５の最表面近傍には、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６が形成されている。ＡｌdＧａeＮ層２５のうちｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６以外の領域の厚さは例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、この領域のＭｇ濃度は例えば１×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下である。ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６は、ＡｌdＧａeＮ層２５のうちｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６以外の領域よりも、高いＭｇ濃度を有する。ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６における高い濃度のＭｇは、Ｇａの拡散を促進する点で効果的に働く。ＡｌdＧａeＮ層２５のうちｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６以外の領域を１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さで設けた場合には、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６に高い濃度のＭｇが含まれていても、Ｍｇが活性層２４側に拡散するのを抑制することができる。ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のＭｇ濃度は、具体的には、４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下である。より好ましくは、１×１０20ｃｍ-3以下である。ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６において、Ｍｇの濃度が４×１０19ｃｍ-3より低ければ、十分にコンタクト抵抗を低下させることができない。一方、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3を超えると、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のバルク抵抗が上昇し始め、２×１０20ｃｍ-3を超えるとより顕著にバルク抵抗が上昇する。
【００６３】
ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さは２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、３０ｎｍ以上４５ｎｍ以下である。ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さが２６ｎｍより小さければ、十分にコンタクト抵抗を低下させることができない。一方、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さが４５ｎｍを超えると、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のバルク抵抗が上昇し始め、６０ｎｍを超えると、バルク抵抗がより顕著に上昇してしまう。コンタクト抵抗を十分に低下させるためには、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６におけるＭｇ濃度と厚さの両方が前述の範囲に収まっていることが重要である。例えば、Ｍｇ濃度が４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下であっても、厚さが１０ｎｍであれば、コンタクト抵抗は十分に低下しない。ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の不純物濃度および厚さについては、後に測定結果を用いて詳細を説明する。
【００６４】
コンタクト抵抗低減の観点から、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６は、Ａｌの組成比率ｄがゼロである層（ＧａＮ層）から構成されていることが好ましい。また、Ａｌ組成ｄはゼロでなくてもよい。例えば、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６として、Ａｌ組成ｄを０．０５程度としたＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎを用いることもできる。
【００６５】
半導体積層構造２０の上には、電極３０が形成されている。本実施形態の電極３０は、Ｍｇ層３２と、Ｍｇ層３２の上に形成されたＡｇ層３４から構成されている。電極３０におけるＭｇ層３２は、半導体積層構造２０のｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６に接触しており、ｐ型電極（ｐ側電極）の一部として機能する。
【００６６】
電極３０において、Ｍｇ層３２およびＡｇ層３４の少なくとも一部は、互いに合金化していてもよい。すなわち、Ｍｇ層３２とＡｇ層３４との境界部分のみが合金化されていてもよいし、電極３０全体が合金化されていてもよい。
【００６７】
図４（ａ）から（ｃ）は、Ｍｇ層３２とＡｇ層３４との間の合金化を説明するための図である。図４（ａ）は、Ｍｇ層３２およびＡｇ層３４の一部が合金化した状態を示している。この場合、図４（ａ）に示すように、電極３０Ａは、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６に接するＭｇ層３２と、Ｍｇ層３２の上に存在するＭｇ−Ａｇ合金層６１Ａと、Ｍｇ−Ａｇ合金層６１Ａの上に存在するＡｇ層３４とから構成されている。
【００６８】
図４（ｂ）は、ＭｇとＡｇとの合金化がｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６に接する部分まで進行した状態を示している。図４（ｂ）に示す状態において、電極３０ＢにおけるＭｇ層３２（電極３０Ｂのうちｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６と接触する部分）は、Ｍｇ−Ａｇ合金から形成されている。図４（ｂ）に示す電極３０Ｂの例では、Ｍｇ層３２の上には、Ａｇ層３４が存在している。
【００６９】
図４（ｃ）に、Ｍｇ層およびＡｇ層の全体が合金化されている状態の電極３０Ｃを示す。この場合、電極３０Ｃは、Ｍｇ−Ａｇ合金層６１Ｃのみから構成されている。
【００７０】
図４（ａ）から（ｃ）に示すＭｇ−Ａｇ合金は、ＭｇおよびＡｇから構成されている（主成分がＭｇおよびＡｇである）。図４（ａ）から（ｃ）に示す構造は、Ｍｇ層の上にＡｇ層を形成した後に、熱処理を行うことによって形成することができる。なお、図４（ｃ）に示す構造は、ＭｇとＡｇとの混合物または化合物を蒸着源として蒸着を行った後に熱処理を行うことによって形成してもよい。
【００７１】
Ａｇ層３４は、Ａｇを主成分として微量の他の金属（例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ等）を一種類以上添加して合金化したものであってもよい。これらの金属によって合金化したＡｇ層３４は、Ａｇと比較して耐熱性や信頼性等において優れている。
【００７２】
上記の各電極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの上には、Ｍｇ層３２およびＡｇ層３４とは別に、これらの金属以外の金属または合金からなる電極層や配線層が形成されていても良い。
【００７３】
なお、Ｍｇ層３２の少なくとも一部は、積層後の熱処理によってアイランド状（島状）に凝集を起こし、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の表面上に、互いに間隔を置いて形成されていてもよい。このとき、Ａｇ層３４を構成するＡｇは各アイランド状Ｍｇ層３２の間に入り込んでいる。Ａｇ層３４の少なくとも一部がアイランド状に凝集されていてもよい。
【００７４】
本実施形態の電極３０の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。電極３０におけるＭｇ層３２の厚さは、例えば、２ｎｍ以上４５ｎｍ以下である。なお、ここでのＭｇ層３２の厚さは、熱処理後のＭｇ層の厚さである。
【００７５】
Ａｇ層３４の厚さは、例えば、２００ｎｍ以下（または、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下）である。なお、Ｍｇ層３２の厚さは、Ａｇ層３４の厚さよりも薄いことが好ましい。Ｍｇ層３２とＡｇ層３４との歪みのバランスが崩れることによるＭｇ層３２とｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６との間での剥離が生じないようにするためである。
【００７６】
第１の実施形態では、電極３０が、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６に接する部分であるＭｇ層３２（第１の層）と、Ｍｇ層３２の上に設けられたＡｇ層３４（第２の層）とから構成されている。第１の層は、Ｚｎから形成されていてもよい。また、第１の層は、ＭｇとＺｎとの合金であってもよいし、ＭｇまたはＺｎと、これら以外の金属との合金であってもよい。
【００７７】
第２の層は、Ａｇ以外の金属（例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ）から形成されていてもよい。また、電極３０は、必ずしも第１の層と第２の層との積層構造である必要はなく、１層のみから構成されていてもよい。
【００７８】
ｍ面の表面１２を有するＧａＮ系基板１０の厚さは、例えば、１００〜４００μｍである。これはおよそ１００μｍ以上の基板厚であればウエハのハンドリングに支障が生じないためである。なお、本実施形態のＧａＮ系基板１０は、ＧａＮ系材料からなるｍ面の表面１２を有していれば、積層構造を有していても構わない。すなわち、本実施形態のＧａＮ系基板１０は、少なくとも表面１２にｍ面が存在している基板も含み、したがって、基板全体がＧａＮ系であってもよいし、他の材料との組み合わせであっても構わない。
【００７９】
本実施形態の構成では、ＧａＮ系基板１０の上に、ｎ型のＡｌuＧａvＩｎwＮ層（例えば、厚さ０．２〜２μｍ）２２の一部に、電極４０（ｎ型電極）が形成されている。図示した例では、半導体積層構造２０のうち電極４０が形成される領域は、ｎ型のＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２の一部が露出するように凹部４２が形成されている。その凹部４２にて露出したｎ型のＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２の表面に電極４０が設けられている。電極４０は、例えば、Ｔｉ層とＡｌ層とＡｇ層との積層構造から構成されており、電極４０の厚さは、例えば、１００〜２００ｎｍである。
【００８０】
図５に、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６を有するＡｌdＧａeＮ層２５のＭｇ原子の深さ方向のプロファイルを、ＳＩＭＳを用いて測定した結果を示す。横軸の原点（０μｍ）は、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の表面にほぼ相当する。横軸の数値が「＋」の領域はｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の表面よりも基板側の領域を示し、値が大きいほど深い位置を示している。なお、縦軸に示した「１．０Ｅ＋１７」は「１．０×１０17」を意味し、「１．０Ｅ＋１８」は「１．０×１０18」を意味している。すなわち、「１．０Ｅ＋Ｘ」は、「１．０×１０X」の意味である。
【００８１】
図５に示す測定結果は、ＡｌＧａＮ層２５の上に電極を形成しない状態で測定したものである。このような状態で測定を行ったのは、電極を形成することによる影響を排除するためである。
【００８２】
Ｎｏ．１は、ＡｌdＧａeＮ層２５内にｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６を形成していない試料である。Ｎｏ．２からＮｏ．５の試料では、ＡｌdＧａeＮ層２５を形成する工程において、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の形成を開始するタイミングが各々異なる。Ｎｏ．２のｐ型コンタクト層（Ｍｇ不純物濃度が４×１０19ｃｍ-3以上）の厚さは３ｎｍ程度である。Ｎｏ．３のｐ型コンタクト層（Ｍｇ不純物濃度が４×１０19ｃｍ-3以上）の厚さは５ｎｍ程度である。Ｎｏ．４のコンタクト層（Ｍｇ不純物濃度が４×１０19ｃｍ-3以上）の厚さは１５ｎｍ程度である。Ｎｏ．５のコンタクト層（Ｍｇ不純物濃度が４×１０19ｃｍ-3以上）の厚さは２６ｎｍ程度である。
【００８３】
図６Ａから図６Ｅは、図５に示すＮｏ．１からＮｏ．５の試料の上にＭｇ／Ａｇ層を含む電極を形成し、電流−電圧特性およびコンタクト抵抗を測定した結果を示す。図６Ａから図６Ｅに示すコンタクト抵抗は、ＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）法を用いて評価した。図６Ａから図６Ｅに示す電流−電圧特性の各曲線は、図６Ｆに示すＴＬＭ電極パターンの電極間距離に対応したものである。図６Ｆは、１００μｍ×２００μｍの複数の電極が、８μｍ、１２μｍ、１６μｍ、２０μｍだけ間隔を空けて配置された状態を示している。コンタクト抵抗は、一般に、コンタクトの面積Ｓ（ｃｍ2）に反比例する。ここで、コンタクト抵抗をＲ（Ω）とすると、Ｒ＝Ｒｃ／Ｓの関係が成立する。比例定数のＲｃは、固有コンタクト抵抗と称され、コンタクト面積Ｓが１ｃｍ2の場合のコンタクト抵抗Ｒに相当する。すなわち、固有コンタクト抵抗の大きさは、コンタクト面積Ｓに依存せず、コンタクト特性を評価するための指標となる。以下、「固有コンタクト抵抗」を「コンタクト抵抗」と略記する場合がある。
【００８４】
ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６を有していない試料Ｎｏ．１の固有コンタクト抵抗は、図６Ａに示すように、３．７×１０-2（Ωｃｍ2）である。試料Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４のｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さは、それぞれ３ｎｍ、５ｎｍ、１５ｎｍであり、それぞれの固有コンタクト抵抗は、図６Ｂから図６Ｄに示すように、７．１×１０-2（Ωｃｍ2）、２．０×１０-3（Ωｃｍ2）、１．６×１０-3（Ωｃｍ2）である。この結果から、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６が厚くなるほど、固有コンタクト抵抗の値は小さくなっていることがわかる。試料Ｎｏ．５のｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さは２６ｎｍであり、試料Ｎｏ．５の固有コンタクト抵抗は、図６Ｅに示すように、１．１×１０-3（Ωｃｍ2）である。
【００８５】
この結果から、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６（ＡｌdＧａeＮ層２５のうち４×１０19ｃｍ-3以上のＭｇ不純物を含む領域）の厚さが２６ｎｍのときに固有コンタクト抵抗は１．１×１０-3Ωｃｍ2となり、この値は、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６が厚くなるほど小さくなることがわかる。
【００８６】
本願発明者は、先願（ＰＣＴ/ＪＰ２０１０/００１９２０等）において、ｍ面のｐ型窒化物半導体層の上にＭｇ層を含む電極を形成することにより、固有コンタクト抵抗の低下が可能であることを示している。図６Ａから図６Ｅに示す結果から分かるように、Ｍｇ層３２がｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６と接する構成において、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のＭｇ濃度プロファイルを最適化することにより、コンタクト抵抗のさらなる低下が可能である。
【００８７】
図７は、図５に示すＮｏ．４およびＮｏ．５の上にＭｇ／Ａｇ層からなる電極３０を形成した試料において、Ｇａ原子とＭｇ原子の深さ方向のプロファイルを、ＳＩＭＳを用いて測定した結果を示す。熱処理前における電極３０のＭｇ層の厚さは７ｎｍであり、Ａｇ層の厚さは７５ｎｍである。グラフの縦軸には、ＳＩＭＳの検出器で検出された信号強度と、この信号強度と比例関係にある原子濃度とを示している。図７に示すプロファイルは、いずれも、電極３０を形成した状態で６００℃１０分の熱処理を行った試料の測定結果である。
【００８８】
図７に示すように、横軸の「深さ」の値が０．０９近傍の値が、電極３０におけるＭｇ層３２と、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６との界面を示している。この界面よりも横軸が大きい値の位置は、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６内であり、この界面よりも横軸が小さい値の位置は電極３０内である。
【００８９】
図７に示すように、試料Ｎｏ．４およびＮｏ．５のいずれにおいても、電極３０内にＧａが存在することが観測されている。試料Ｎｏ．４では、電極３０内におけるＧａ濃度は１×１０19ｃｍ-3以下である。一方、試料Ｎｏ．５では、電極３０内におけるＧａ濃度は２×１０19ｃｍ-3以上である。このように、試料Ｎｏ．４では、試料Ｎｏ．５と比較して電極３０へのＧａの拡散量は少ない。この結果から、本願発明者は、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さを増加させるとＧａの拡散量は増加することを見出した。また、図６Ｄ、図６Ｅに示す結果から、試料Ｎｏ．５よりも試料Ｎｏ．４のほうがより低いコンタクト抵抗を示す。これらの結果から、その原因の詳細は不詳ではあるが、電極３０中のＧａ拡散量とコンタクト抵抗との間の相関があることが確認された。
【００９０】
ｐ型ＧａＮにおいてＧａ原子が電極側に拡散すると、ｐ型ＧａＮの最表面でＧａ原子が不足する状態、すなわちＧａ空孔が形成される。Ｇａ空孔はアクセプター的性質を有するため、電極とｐ型ＧａＮとの界面の近傍でＧａ空孔が増加すると、この界面のショットキー障壁を正孔がトンネリングによって通過しやすくなる。本実施形態では、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の上にＭｇ層３２を形成し、かつ、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のＭｇ濃度プロファイルを最適化している。これにより、Ｇａの移動が促進され、コンタクト抵抗が低下すると考えられる。ＭｇによってＧａ空孔が形成される原理は、先願（ＰＣＴ/ＪＰ２００９/００２５３２）で説明した原理と同様であると考えられる。
【００９１】
これに対し、Ｇａ原子とともにＮ原子も電極側に拡散すると、ｐ型ＧａＮの最表面にＮが不足する状態、すなわちＮ空孔も形成される。Ｎ空孔はドナー的性質を有するため、ｐ型ＧａＮの最表面では、Ｇａ空孔とＮ空孔との間で電荷補償が起こる。また、Ｎ原子が抜けることによってＧａＮ結晶の結晶性は悪化すると考えられる。そのため、Ｇａ原子とともにＮ原子も電極側に拡散した場合には、ｐ型ＧａＮ層と電極との間のコンタクト抵抗は高い。なお、本願発明者は、本実施の形態においては、Ｎ原子は電極側にほとんど拡散していないことを別の実験によって確認している。このような各元素の挙動は、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６において、Ｇａの一部がＩｎで置換されていても同様に生じると推定される。また、電極３０の第１の層としてＺｎ層を用いた場合、ＭｇとＺｎとの合金を用いた場合、ＭｇまたはＺｎと、これら以外の金属との合金を用いた場合、および第２の層にＡｇ以外の金属を用いた場合であっても同様であると推定される。
【００９２】
次に、引き続き図３（ａ）を参照しながら、本実施形態の窒化物系半導体発光素子１００の製造方法を説明する。
【００９３】
まず、ｍ面ＧａＮ系基板１０を用意する。本実施形態では、ＧａＮ系基板１０として、ＧａＮ基板を用いる。本実施形態のＧａＮ基板は、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて得られる。
【００９４】
例えば、まずｃ面サファイア基板上に数ｍｍオーダの厚膜ＧａＮを成長する。その後、厚膜ＧａＮをｃ面に垂直方向、ｍ面で切り出すことによりｍ面ＧａＮ基板が得られる。ＧａＮ基板の作製方法は、上記に限らず、例えばナトリウムフラックス法などの液相成長やアモノサーマル法などの融液成長方法を用いてバルクＧａＮのインゴットを作製し、それをｍ面で切り出す方法でも良い。
【００９５】
ＧａＮ系基板１０の代わりに、例えば、酸化ガリウム、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、サファイア基板などを用いることができる。基板上にｍ面から成るＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長するためには、ＳｉＣやサファイア基板の面方位もｍ面である方が良い。ただし、ｒ面サファイア基板上にはａ面ＧａＮが成長するという事例もあることから、成長条件によっては必ずしも成長用表面がｍ面であることが必須とならない場合もあり得る。少なくとも半導体積層構造２０の表面がｍ面であれば良い。本実施形態では、ＧａＮ系基板１０の上に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により結晶層を順次形成していく。
【００９６】
具体的には、ｍ面ＧａＮ系基板１０の上に、ＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２を形成する。ＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２として、例えば、厚さ３μｍのＡｌＧａＮを形成する。ＡｌＧａＮを形成する場合には、ｍ面ＧａＮ系基板１０の上に、１１００℃でＴＭＧ（Ｇａ（ＣＨ3）3）、ＴＭＡ（Ａｌ（ＣＨ3）3）およびＮＨ3を供給することによってＡｌＧａＮ層を堆積する。
【００９７】
次に、ＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２の上に、活性層２４を形成する。この例では、活性層２４は、厚さ９ｎｍのＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ井戸層と、厚さ９ｎｍのＧａＮバリア層が交互に積層された厚さ８１ｎｍのＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ井戸層を形成する際には、Ｉｎの取り込みを行なうために、成長温度を８００℃に下げることが好ましい。
【００９８】
次に、活性層２４の上に、例えば厚さ３０ｎｍのアンドープＧａＮ層を堆積する。次いで、アンドープＧａＮ層の上に、ＡｌdＧａeＮ層２５を形成する。ＡｌdＧａeＮ層２５として例えば厚さ０．５μｍのｐ−Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎを形成する場合には、９５０℃の成長温度で、ＴＭＧ、ＮＨ3、ＴＭＡ、およびｐ型不純物としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を供給する。
【００９９】
次に、ＡｌdＧａeＮ層２５の上部に、例えば厚さ２６ｎｍのｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６を堆積する。このとき、Ｃｐ2Ｍｇの供給量を増加させることにより、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のＭｇ濃度をＡｌdＧａeＮ層２５の他の部分のＭｇ濃度よりも高くする。
【０１００】
ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６として、４×１０19ｃｍ-3のＭｇ濃度を有する厚さ２６ｎｍのＧａＮ層を形成する場合には、例えば成長温度を９５０℃に保ち、流量８ｓｃｃｍのＴＭＧ、流量７．５ｓｌｍのＮＨ3、および流量４００ｓｃｃｍのＣｐ2Ｍｇを供給すればよい。例えば、原料ガス（結晶および不純物の原料ガス）の流量の合計に対するＭｇの原料ガスの流量の比が５％以上であれば、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の不純物濃度を４×１０19ｃｍ-3以上にすることができる。
【０１０１】
ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の成長温度は、９００℃以上１０００℃以下であることが好ましい。成長温度が９００℃よりも低ければ成長レート低下による結晶性の低下という問題点があり、１０００℃よりも高ければ、窒素の脱離によって表面荒れを起こす。
【０１０２】
その後、塩素系ドライエッチングを行うことにより、ｐ−ＧａＮコンタクト層、ＡｌdＧａeＮ層２５、アンドープＧａＮ層および活性層２４の一部を除去して凹部４２を形成し、ＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２のｎ型電極形成領域を露出させる。次いで、凹部４２の底部に位置するｎ型電極形成領域の上に、ｎ型電極４０として、Ｔｉ／Ｐｔ層を形成する。
【０１０３】
さらに、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の上に、Ｍｇ層３２を形成し、さらにＭｇ層３２の上にＡｇ層３４を形成する。これにより、ｐ型電極３０を形成する。
【０１０４】
なお、Ｍｇ層３２は、緻密で良質な膜を形成するため、パルス蒸着によって形成することが好ましいが、熱ＣＶＤ法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ）などによって形成してもよい。Ａｇ層３４は、通常の蒸着等によって形成することができる。
【０１０５】
その後、６００℃の温度で１０分間の熱処理を行う。
【０１０６】
電極３０を形成した状態で行う熱処理の温度が５００℃以上になると、コンタクト抵抗は急に低下した。そして、６００℃ではさらにコンタクト抵抗は低下した。さらに昇温して７００℃の温度では、コンタクト抵抗は６００℃の温度のときよりも上昇するものの、従来よりも低いコンタクト抵抗が得られた。熱処理温度としては、例えば、５００℃以上が好ましい。７００℃を超えて所定温度（例えば８００℃）以上になると、電極やＧａＮ層の膜質の劣化が進むため、上限は７００℃以下が好ましい（ＰＣＴ/ＪＰ２０１０/００１９２０）。
【０１０７】
なお、その後、レーザリフトオフ、エッチング、研磨などの方法を用いて、ＧａＮ系基板１０、ＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２の一部までを除去してもよい。この場合、ＧａＮ系基板１０のみを除去してもよいし、ＧａＮ系基板１０およびＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２の一部だけを選択的に除去してもよい。もちろん、ＧａＮ系基板１０、ＡｌuＧａvＩｎwＮ層２２を除去せずに残してもよい。以上の工程により、本実施形態の窒化物系半導体発光素子１００が形成される。
【０１０８】
本実施形態の窒化物系半導体発光素子１００において、ｎ型電極４０とｐ型電極３０との間に電圧を印加すると、ｐ型電極３０から活性層２４に向かって正孔が、ｎ型電極４０から活性層２４に向かって電子が注入され、例えば４５０ｎｍ波長の発光が生じる。
【０１０９】
ｃ面を表面とするｐ型の窒化物系化合物半導体層に４×１０19ｃｍ-3以上のＭｇが含まれている場合、層内の抵抗の増大が原因で、ｐ型の窒化物系化合物半導体層と電極との間のコンタクト抵抗が増加してしまう。またｃ面の場合、ＭｇがＧａの拡散を促進する効果も小さい。ｃ面を表面とするｐ型の窒化物系化合物半導体層においては、層内の抵抗を低減するために、ｐ型の窒化物系化合物半導体層をできるだけ薄く（例えば１０ｎｍ程度）することが好ましいと考えられる。本実施形態における、ｍ面を表面とするｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６においても、Ｍｇ不純物が高くなることによって層内の抵抗は増加するが、コンタクト抵抗は低下する。
【０１１０】
なお、ｃ面成長によって形成する点を除いては本実施の形態と同じ条件で形成されたｃ面窒化物系半導体発光素子（比較例）の場合、ｐ型窒化物系半導体層（ｃ面）とＭｇ/Ａｇ電極とのコンタクト抵抗は、およそ８．０×１０-3Ωｃｍ2であることが確認された。この値は、ｍ面成長した場合のコンタクト抵抗と比較して高い値である。これは、ｃ面窒化物系半導体発光素子では、Ｇａ原子とともにＮ原子もＭｇ/Ａｇ電極側に拡散しているためと考えられる。
【０１１１】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明による第２の実施形態の窒化物系半導体発光素子を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【０１１２】
図８は、第２の実施形態に係る窒化物系半導体発光素子１０１の断面構成を模式的に示している。図８に示した窒化物系半導体発光素子１０１では、電極３１が、Ａｇ層のみから構成されている。それ以外の構成は、第１の実施形態における窒化物系半導体発光素子１００と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【０１１３】
電極３１のＡｇ層は、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する。Ａｇ層は、Ａｇを主成分として微量の他の金属（例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ等）を一種類以上添加して合金化したものであってもよい。これらの金属によって合金化したＡｇ層は、Ａｇと比較して耐熱性や信頼性等において優れている。
【０１１４】
本実施形態の試料の固有コンタクト抵抗を測定した結果を説明する。この測定に用いられた試料は、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚みを２６μｍとし、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６に含まれるＭｇ濃度プロファイルを図５に示す試料Ｎｏ．５と同様とした。この試料のｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の上には、厚さ１００ｎｍのＡｇ層からなる電極３１を形成した。本実施形態の試料では、８.０×１０-4Ωｃｍ2〜１．０×１０-3Ωｃｍ2の固有コンタクト抵抗が得られることが確認された。このように、本実施形態においても、コンタクト抵抗が十分に低減できていることが確認された。
【０１１５】
本願発明者は、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６を形成した状態の本実施形態の試料を大気中に放置した場合、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の表面に、１原子層（０．２ｎｍ）程度の塩化マグネシウムの層が析出することを確認した。この塩化マグネシウムは、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６中のＭｇが９５０℃程度の高温（ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６をエピタキシャル成長させるときの温度）中においてｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の最表面側に析出し、このＭｇ層が塩素と反応することによって発生したと考えられる。また、炉内の雰囲気中に存在するＭｇが、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の表面に堆積する現象が寄与する場合もあると考えられる。なお、１原子層程度の薄さのＭｇ析出層をＳＩＭＳによって観測するのは困難である。
【０１１６】
Ｍｇ析出層の厚さや形態は、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６に含まれるＭｇの濃度、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さ、電極３１を形成した後の熱処理の条件等によって変動する。Ｍｇ析出層は、Ｍｇを主成分とする層であってもよいし、Ｍｇと、電極３１の金属との合金であってもよい。また、半導体積層構造２０におけるＧａ等を含んでいてもよい。Ｍｇ析出層は、必ずしも層状である必要はなく、アイランド状であってもよい。
【０１１７】
本実施形態においては、Ｍｇ析出層が存在する状態で、電極３１を形成した後の熱処理を行うことによって、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６から電極３１にＧａが移動し、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６内にＧａ空孔が発生すると考えられる。そして、Ｎ原子は電極３１側に殆ど移動していないと考えられる。以上の原理により、コンタクト抵抗が低下すると考えられる。なお、ｃ面成長によって形成する点を除いては本実施の形態と同じ条件で形成されたｃ面窒化物系半導体発光素子（比較例）でも、Ｍｇ析出層が存在している可能性が考えられる。しかしながら、前述の熱処理によってＧａ原子だけでなくＮ原子も同時にＡｇ電極側に拡散すると考えられる。これにより、ｃ面窒化物系半導体発光素子（比較例）では、本実施形態（ｍ面）と比較して、高いコンタクト抵抗が得られると考えられる。
【０１１８】
本実施形態の製造方法は、電極３１としてＡｇ層を形成する点以外は、第１の実施形態と同様である。Ａｇ層は、通常の蒸着等によって形成することができる。
【０１１９】
本実施形態においては、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の不純物濃度が４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下であり、厚さが２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることにより、コンタクト抵抗を十分に低減することができる。
【０１２０】
さらに、活性層２４において発生した光の電極３１による反射率を高めることができる。Ａｇの光の反射率は高いため、光の反射を考慮した場合、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の最表面から電極３１におけるＡｇ層までの距離が短いことが好ましい。第１の実施形態では、電極３１におけるＡｇ層３４とｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６との間にＭｇ層３２が介在しているが、本実施形態では、第１の実施形態のＭｇ層３２の厚さ分だけ、電極３１におけるＡｇ層とｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６との間の距離が短くなる。そのため、第１の実施形態よりも活性層２４からの光の反射率を高めることができる。
【０１２１】
本実施形態では、電極３１が、Ａｇ層から構成されている。電極３１の表面を、Ａｇ以外の金属（例えばＴｉ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｗなど）からなる保護電極で覆ってもよい。また、電極３１を保護するために、誘電体（例えばＳｉＯ2やＳｉＮなど）からなる保護層を形成してもよい。前述の保護電極または保護層の上に、配線用の金属（Ａｕ、ＡｕＳｎなど）を形成してもよい。電極３１は、Ａｇ以外の金属（例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ）から構成されていてもよいし、２種類以上の合金から形成されていてもよい。また、電極３１は、複数の層から構成されていてもよい。
【０１２２】
（第３の実施形態）
本願発明者は、第１の実施形態の窒化物系半導体発光素子１００において、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の最表面にＭｇ濃度の高い領域を設けることにより、さらにコンタクト抵抗を低減できることを見出した。以下、図面を参照しながら第３の実施形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【０１２３】
図９（ａ）は、第３の実施形態に係る窒化物系半導体発光素子１０２の断面構成を模式的に示す断面図である。図９（ｂ）は、窒化物系半導体発光素子１０２のうちＡｌdＧａeＮ層２５および電極３０を拡大して示す断面図である。
【０１２４】
本実施形態の窒化物系半導体発光素子１０２において、ＡｌdＧａeＮ層２５の最表面近傍には、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６が形成されている。ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６は、厚さ２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ＞０，ｚ≧０）半導体から形成されている。
【０１２５】
ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６は、４×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下のＭｇを含むボディ領域２６Ａと、電極３０に接し、１×１０21ｃｍ-3以上のＭｇを有する高濃度領域２６Ｂとを有する。
【０１２６】
高濃度領域２６Ｂにおいて、Ｍｇ濃度は、例えば３．５×１０21ｃｍ-3以下である。Ｍｇ濃度が３．５×１０21ｃｍ-3以下であれば、窒化物系半導体発光素子１００を大気中に放置した際に過剰なＭｇの酸化や塩化を抑制することができる。また、Ｍｇ濃度が３．５×１０21ｃｍ-3以下であれば、コンタクト抵抗も安定して歩留良く１×１０-3Ωｃｍ2以下とすることができる。
【０１２７】
図９（ａ）、（ｂ）において、高濃度領域２６Ｂは、電極３０に接する部分において層状に設けられている。高濃度領域２６Ｂは、アイランド状に設けられていてもよいし、ポーラス状に設けられていてもよい。
【０１２８】
ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さは２６ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。または、３０ｎｍ以上４５ｎｍ以下である。ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さが２６ｎｍより小さければ、十分にコンタクト抵抗を低下させることができない。一方、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さが４５ｎｍを超えるとｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のバルク抵抗が上昇し始め、６０ｎｍを超えると、バルク抵抗がより顕著に上昇してしまう。
【０１２９】
ボディ領域２６Ａの厚さが例えば２６ｎｍ以上であれば、電極金属側から注入された正孔キャリアがボディ領域２６Ａでのショックレーリードホール再結合やリーク電流によって消失することを抑制し、正孔キャリアを活性層まで有効に輸送することができる。ボディ領域２６Ａの厚さが例えば６０ｎｍ以下であれば、バルク抵抗の値を十分に低くすることができる。ボディ領域２６Ａにおいて、Ｍｇ濃度は、４×１０19ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下であってもよい。Ｍｇ濃度が１×１０20ｃｍ-3を超えるとバルク抵抗が上昇し始めるため、Ｍｇ濃度が１×１０20ｃｍ-3以下であれば、バルク抵抗を特に小さい値に抑えることができる。
【０１３０】
高濃度領域２６Ｂの厚さは例えば１０ｎｍ以下または５ｎｍ以下である。高濃度領域２６Ｂの厚さが１０ｎｍ以下であれば、バルク抵抗の上昇が抑制される。高濃度領域２６Ｂの厚さが５ｎｍ以下であれば、Ｍｇが表面に析出し、金属的振る舞いをすることができる。この金属的振る舞いをすることにより、Mg金属を電極として用いた場合と同様のコンタクト抵抗を低減させる効果が促進される。すなわちＧａ原子を電極側に拡散させる効果が促進される。高濃度領域２６Ｂの厚さが例えば０．５ｎｍ以上であれば、確実にコンタクト抵抗を低減することができる。
【０１３１】
図９（ａ）、（ｂ）において、ボディ領域２６Ａと高濃度領域２６Ｂとは接して設けられているが、ボディ領域２６Ａと高濃度領域２６Ｂとの間に、遷移領域が設けられていてもよい。ここで、遷移領域とは、２×１０20ｃｍ-3より高く１×１０21ｃｍ-3より低い濃度のＭｇを含んでいる領域のことを指す。
【０１３２】
窒化物系半導体発光素子１０２は、高濃度領域２６Ｂが設けられている点以外は第１の実施形態の窒化物系半導体発光素子１００の構成と同様の構成を有する。ここでは、第１の実施形態と同様の構成の説明は省略する。また、本実施形態においては、電極３０の代わりに第２の実施形態の電極３１を形成してもよい。
【０１３３】
次に、本実施形態の窒化物系半導体発光素子１０２を形成する方法を説明する。  まず、第１の実施形態と同様の方法によってＡｌdＧａeＮ層２５まで形成する。
【０１３４】
次に、ＡｌdＧａeＮ層２５の上部に、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の一部としてボディ領域２６Ａを堆積する。このとき、Ｃｐ2Ｍｇの供給量を増加させることにより、ボディ領域２６ＡのＭｇ濃度をＡｌdＧａeＮ層２５の他の部分のＭｇ濃度よりも高くする。
【０１３５】
ボディ領域２６Ａとして、４×１０19ｃｍ-3のＭｇ濃度を有するＧａＮ層を形成する場合には、例えば成長温度を９５０℃に保ち、流量８ｓｃｃｍのＴＭＧ、流量７．５ｓｌｍのＮＨ3、および流量４００ｓｃｃｍのＣｐ2Ｍｇを供給すればよい。例えば、原料ガス（結晶および不純物の原料ガス）の流量の合計に対するＭｇの原料ガスの流量の比が５％以上であれば、ボディ領域２６Ａの不純物濃度を４×１０19ｃｍ-3以上にすることができる。
【０１３６】
さらに、ボディ領域２６Ａの上に、例えば厚さ１ｎｍの高濃度領域２６Ｂを形成する。このとき、例えば、ＴＭＧの供給量に対するＣｐ2Ｍｇの供給量の割合を増加させることにより、高濃度領域２６ＢのＭｇ濃度をボディ領域２６ＡのＭｇ濃度よりも高くする。
【０１３７】
具体的には、例えば成長温度を９５０℃とし、流量１ｓｃｃｍのＴＭＧ、流量７．５ｓｌｍのＮＨ3、および流量８００ｓｃｃｍのＣｐ2Ｍｇを供給すればよい。ＴＭＧの流量を減少することにより成長速度は低下しＭｇの取り込み量が増加する。またＭｇの流量を増加することにより、さらにＭｇのドープ量を増加することができる。成長炉の構成や成長速度、成長温度にも依存するものの、例えば、原料ガス（結晶および不純物の原料ガス）の流量の合計に対するＭｇの原料ガスの流量の比が１０％以上であれば、高濃度領域２６Ｂの不純物濃度を１×１０21ｃｍ-3以上にすることができる。
【０１３８】
ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の成長温度は、例えば９００℃以上１０００℃以下であることが好ましい。成長温度が９００℃よりも低ければ成長レート低下による結晶性の低下という問題点があり、１０００℃よりも高ければ、窒素の脱離によって表面荒れを起こす。
【０１３９】
その後、第１の実施形態と同様の工程を行うことにより、本実施形態の窒化物系半導体発光素子１０２を完成させることができる。
【０１４０】
図１０に、Ｍｇ原子の深さ方向のプロファイルを、ＳＩＭＳを用いて得た結果を示す。図１０には、本実施形態のプロファイル（ａ）、（ｂ）および比較例のプロファイル（ｃ）、（ｄ）が示されている。
【０１４１】
プロファイル（ａ）において、深さ０（ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のうち電極３０と接する部分）におけるＭｇ濃度は、２．５×１０21ｃｍ-3であり、１．０×１０21ｃｍ-3以上のＭｇ濃度を有する領域の厚さは、１．１ｎｍである。プロファイル（ｂ）において、深さ０（ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のうち電極３０と接する部分）におけるＭｇ濃度は１．７×１０21ｃｍ-3であり、１．０×１０21ｃｍ-3以上のＭｇ濃度を有する領域（高濃度領域２６Ｂ）の厚さは、０．８ｎｍである。また、プロファイル（ａ）、（ｂ）において、Ｍｇ濃度が４×１０19ｃｍ-3以上の領域（ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６）の厚さは、それぞれ、３５ｎｍ、２９ｎｍである。
【０１４２】
一方、プロファイル（ｃ）、（ｄ）において、深さ０（ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のうち電極３０と接する部分）におけるＭｇ濃度は、それぞれ、６×１０20ｃｍ-3、５×１０19ｃｍ-3である。プロファイル（ｃ）、（ｄ）において１．０×１０21ｃｍ-3以上のＭｇ濃度を有する領域（高濃度領域２６Ｂ）は存在しない。プロファイル（ｃ）、（ｄ）において、Ｍｇ濃度が４×１０19ｃｍ-3以上の領域の厚さは、それぞれ、約４ｎｍ、約１ｎｍである。上述したように、本実施形態のｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６は２６ｎｍ以上の厚さを有する。したがって、プロファイル（ｃ）、（ｄ）においてｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６は設けられていない。
【０１４３】
プロファイル（ａ）から（ｄ）のコンタクト抵抗をＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）法を用いて測定した結果、プロファイル（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のコンタクト抵抗は、それぞれ、３×１０-4Ωｃｍ2、４×１０-4Ωｃｍ2、２×１０-3Ωｃｍ2、１×１０-2Ωｃｍ2であった。プロファイル（ａ）、（ｂ）では、プロファイル（ｃ）、（ｄ）に比べて低いコンタクト抵抗が得られている。
【０１４４】
なお、図１０の（ａ）、（ｂ）のプロファイルにおいては、Ｍｇ濃度が２×１０20ｃｍ-3より大きく１×１０21ｃｍ-3より小さい領域（遷移領域）が存在する。このような遷移領域が観測されるのは、Ｍｇの供給割合を増加させてから実際に結晶に取り込まれるまでに時間がかかること（メモリ効果）や、ＳＩＭＳの測定誤差に起因している。本実施形態のｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６においては、ボディ領域２６Ａと高濃度領域２６Ｂとの間にこのような遷移領域が配置されていてもよい。
【０１４５】
図１１に、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のうち電極３０と接する部分（最表面）の不純物濃度とコンタクト抵抗との関係を示す。プロファイルＡはｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６を設けた試料の測定結果である。プロファイルＡのうち三角形（△）によって示される値はｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さが３５ｎｍの試料の値であり、ひし形（◆）によって示される値はｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６の厚さが３０ｎｍの試料の値である。プロファイルＢはｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６を設けなかった試料（比較例）の測定結果である。すなわち、ボディ領域２６Ａがほとんど存在せず、高濃度領域２６Ｂのみ存在する場合である。
【０１４６】
図１１に示す結果から、高濃度領域２６ＢのＭｇ濃度が同じ場合には、ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６を形成したほうがコンタクト抵抗を低減できることがわかる。特に、最表面のＭｇ濃度が１．２×１０21ｃｍ-3以上３．６×１０21ｃｍ-3以下のときに、コンタクト抵抗が１×１０-3Ωｃｍ2を下回る結果が得られた。
【０１４７】
（表１）、（表２）に、プロファイルＡ、Ｂを構成する各プロットの具体的な数値を示す。なお、表中の「コンタクト層厚さ」とはＭｇ濃度が４×１０19ｃｍ-3以上の領域の厚さである。
【０１４８】
【表１】
0005547279.tif 000002
【０１４９】
【表２】
0005547279.tif 000003
【０１５０】
（その他の実施形態）
実施形態に係る上記の発光素子は、そのまま光源として使用されても良い。しかし、実施形態に係る発光素子は、波長変換のための蛍光物質を備える樹脂などと組み合わせれば、波長帯域の拡大した光源（例えば白色光源）として好適に使用され得る。
【０１５１】
図９は、このような白色光源の一例を示す模式図である。図９の光源は、図３（ａ）に示す構成を有する発光素子１００と、この発光素子１００から放射された光の波長を、より長い波長に変換する蛍光体（例えばＹＡＧ：Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｎｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）が分散された樹脂層２００とを備えている。発光素子１００は、表面に配線パターンが形成された支持部材２２０上に搭載されており、支持部材２２０上には発光素子１００を取り囲むように反射部材２４０が配置されている。樹脂層２００は、発光素子１００を覆うように形成されている。
【０１５２】
なお、電極３０と接触するｐ型半導体領域がＧａＮ、もしくはＡｌＧａＮから構成される場合について説明したが、Ｉｎを含む層、例えばＩｎＧａＮであってもよい。この場合、Ｉｎの組成を例えば０．２とした「Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ」を、電極３０と接するコンタクト層に用いることができる。ＧａＮにＩｎを含ませることにより、ＡｌaＧａbＮ（ａ＋ｂ＝１，ａ≧０，ｂ＞０）のバンドギャップをＧａＮのバンドギャップよりも小さくできるため、コンタクト抵抗を低減することができる。以上のことから、電極３０が接するｐ型半導体領域（ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６）は、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０，ｙ＞０，ｚ≧０）半導体から形成されていればよい。なお、図９に示す白色光源には、図８に示す発光素子１０１を用いてもよい。
【０１５３】
コンタクト抵抗低減の効果は、当然に、ＬＥＤ以外の発光素子（半導体レーザ）や、発光素子以外のデバイス（例えばトランジスタや受光素子）においても得ることが可能である。
【０１５４】
なお、実際のｍ面は、ｍ面に対して完全に平行な面である必要はなく、ｍ面から所定の角度で傾斜していてもよい。傾斜角度は、窒化物半導体層における実際の主面の法線とｍ面（傾斜していない場合のｍ面）の法線とが形成する角度により規定される。実際の主面は、ｍ面（傾斜していない場合のｍ面）から、ｃ軸方向およびａ軸方向によって表されるベクトルの方向に向って傾斜することができる。傾斜角度θの絶対値は、ｃ軸方向において５°以下、好ましくは１°以下の範囲であればよい。また、ａ軸方向において５°以下、好ましくは１°以下の範囲であればよい。すなわち、本発明においては、「ｍ面」は、±５°の範囲内でｍ面（傾斜していない場合のｍ面）から所定の方向に傾斜している面を含む。このような傾斜角度の範囲内であれば、窒化物半導体層の主面は全体的にｍ面から傾斜しているが、微視的には多数のｍ面領域が露出していると考えられる。これにより、ｍ面から絶対値で５°以下の角度で傾斜している面は、ｍ面と同様の性質を有すると考えられる。なお、傾斜角度θの絶対値が５°より大きくなると、ピエゾ電界によって内部量子効率が低下する。したがって、傾斜角度θの絶対値を５°以下に設定する。
【０１５５】
なお、第１から第３の実施形態では、ＡｌdＧａeＮ層２５およびｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層２６のｐ型不純物として、Ｍｇがドープされていた。本発明では、Ｍｇ以外のｐ型ドーパントとして、例えばＺｎ、Ｂｅなどがドープされていてもよい。
【０１５６】
第１から第３の実施形態の窒化物系半導体発光素子としては、例えば、紫外から青色、緑色、オレンジ色および白色などの可視域全般の波長域における発光ダイオード、レーザダイオード等を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は、表示、照明および光情報処理分野において特に有用である。
【符号の説明】
【０１５８】
１０  基板（ＧａＮ系基板）
１２  基板の表面（ｍ面）
２０  半導体積層構造
２２ＡｌuＧａvＩｎwＮ層
２４  活性層
２５ＡｌdＧａeＮ層
２６  ｐ−ＡｌdＧａeＮコンタクト層
２６Ａ  ボディ領域
２６Ｂ  高濃度領域
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３１  ｐ型電極
３２  Ｍｇ層
３４  Ａｇ層
１００、１０１、１０２  窒化物系半導体発光素子
２００  樹脂層
２２０  支持部材
２４０  反射部材
【図１】
0005547279.tif 000004
【図２】
0005547279.tif 000005
【図３】
0005547279.tif 000006
【図４】
0005547279.tif 000007
【図５】
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【図６Ａ】
0005547279.tif 000009
【図６Ｂ】
0005547279.tif 000010
【図６Ｃ】
0005547279.tif 000011
【図６Ｄ】
0005547279.tif 000012
【図６Ｅ】
0005547279.tif 000013
【図６Ｆ】
0005547279.tif 000014
【図７】
0005547279.tif 000015
【図８】
0005547279.tif 000016
【図９】
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【図１０】
0005547279.tif 000018
【図１１】
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【図１２】
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