(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層表面にTiおよびHfのいずれかからなる第１金属層を形成する第１工程と、
前記第１金属層表面にSnからなる第２金属層を形成する第２工程と、
前記第２金属層表面にVおよびMoのいずれかからなる第３金属層を形成する第３工程と、
前記第３金属層表面にAlからなる第４金属層を形成する第４工程と、
前記第１金属層、前記第２金属層、前記第３金属層および前記第４金属層に熱処理を施す第５工程と、を含むことを特徴とするｎ型オーミック電極の製造方法。
【請求項２】
前記第５工程において施す前記熱処理を４５０℃以上６００℃以下とする、請求項１に記載のｎ型オーミック電極の製造方法。
【請求項３】
ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層に接して設けられるｎ型オーミック電極であって、
TiおよびHfのいずれかからなる第１元素と、
Snからなる第２元素と、
VおよびMoのいずれかからなる第３元素と、
Alからなる第４元素と、を含む合金からなることを特徴とするｎ型オーミック電極。
【請求項４】
請求項３に記載のｎ型オーミック電極と、
少なくとも一部が前記ｎ型オーミック電極上に設けられたパッド電極と、からなるｎ型電極であって、
前記ｎ型電極は、コンタクト領域と、該コンタクト領域を除くボンディング領域とに区画され、
前記コンタクト領域における前記パッド電極は、前記ｎ型オーミック電極を介して前記ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層上に設けられ、
前記ボンディング領域における前記パッド電極は、前記ｎ型オーミック電極を介さずに前記ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層上に設けられることを特徴とするｎ型電極。
【請求項５】
請求項４に記載のｎ型電極を有することを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｎ型オーミック電極の製造方法、ならびにｎ型オーミック電極、ｎ型電極およびIII族窒化物半導体発光素子に関し、特に、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極の製造方法ならびにｎ型オーミック電極、ｎ型電極およびIII族窒化物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のIII族元素とＮとの化合物からなるIII族窒化物半導体は、青色光から深紫外光の発光素子の材料として用いられている。中でも、高Ａｌ組成のＡｌＧａＮからなるIII族窒化物半導体は、発光波長３４０ｎｍ以下の紫外発光素子や発光波長３００ｎｍ以下の深紫外光発光素子（ＤＵＶ−ＬＥＤ）に用いられている。
【０００３】
ここで、図１を用いて、従来技術における一般的な横型構造のIII族窒化物半導体発光素子１００を説明する。III族窒化物半導体発光素子１００は、基板１と、バッファ２と、ｎ型III族窒化物半導体層３と、発光層４と、ｐ型III族窒化物半導体層５とをこの順に有する。そして、エッチング等により発光層４およびｐ型III族窒化物半導体層５の一部を除去するとともに、ｎ型III族窒化物半導体層３を部分的に除去して露出部を設け、該露出部の表面に、ｎ型オーミック電極６ａおよびパッド電極７ａが順次形成される。また、ｐ型III族窒化物半導体層５の表面にも、ｐ型オーミック電極６ｂおよびパッド電極７ｂが順次形成される。
【０００４】
このような横型構造のIII族窒化物半導体発光素子に関して、特許文献１には、基板上に少なくともｎ型層とｐ型層を有するIII族窒化物系化合物半導体素子であって、素子の一面側にｎ電極及びｐ電極を備え、前記ｎ電極はエッチングにより表出されたｎ型層に形成され、前記ｐ型層はｐ型不純物がドープされており、電子線照射により低抵抗化され、前記電子線照射後に前記エッチングにより形成された端面を酸処理する、III族窒化物系化合物半導体素子の製造方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、III族極性を示す第１の主面とＮ極性を示す第２の主面とを有するIII族窒化物半導体の単結晶基板の前記第１の主面上に、第１導電型III族窒化物半導体層と、III族窒化物半導体から構成される発光層と、第２導電型III族窒化物半導体層と、を積層して光半導体部を形成する工程と、前記第２の主面上に、Ｎ極性をIII族極性に変換する極性反転層をエピタキシャル成長により形成する工程と、成長した結晶面が角錐体の斜面となるようにエピタキシャル成長により角錐体状のIII族窒化物半導体を前記極性反転層上に形成する工程と、を具備する発光素子の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３０９２８５号公報
【特許文献２】特開２０１０−０５６４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および特許文献２のいずれにおいても、用いられているｎ型のIII族窒化物半導体層は、ＳｉがドープされたＧａＮからなる層である。なお、特許文献１では、ＧａＮに替えてＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる旨の記載はあるが、それらの具体的なＡｌ組成比は何ら開示されていない。
【０００８】
ここで、III族元素のうち、Ａｌ組成比が５０％以上のＡｌＧａＮ（以下、「AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）」と記載する。）は、ＧａＮに比べてバンドギャップが大きいため、ＧａＮとは性質が異なり、ＧａＮに適用できた技術をAlxGa1-xN（0.5≦x≦1）に適用できるとは限らない。そのため、特許文献１、２に開示されるような従来公知のｎ型オーミック電極が、ｎ型のAlxGa1-xN（0.5≦x≦1）からなる層に適用できるかどうかは不明である。
【０００９】
そこで本発明者がその適用可否を検討したところ、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層の表面に従来公知のｎ型オーミック電極を設けても、良好なオーミック接触をとることはできないことが本発明者により新たに確認された。これまでのところ、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極は確立されておらず、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層に供することのできるｎ型オーミック電極を確立する必要性が、本発明者により新たに認識されたのである。そして、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極が確立されれば、Ａｌ組成比の高いIII族窒化物半導体を用いた紫外光発光素子および深紫外光発光素子の高出力化に繋がることが期待できる。
【００１０】
そこで本発明は、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極の製造方法を提供することを目的とする。本発明はまた、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極ならびにそれを用いたｎ型電極およびIII族窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決する方途について鋭意検討し、合金からなるｎ型オーミック電極を形成する際の層構造および各層の金属元素に着目した。そして、適切な金属元素からなる金属層を順次形成することで、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極を製造できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層表面にTiおよびHfのいずれかからなる第１金属層を形成する第１工程と、前記第１金属層表面にSnからなる第２金属層を形成する第２工程と、前記第２金属層表面にVおよびMoのいずれかからなる第３金属層を形成する第３工程と、前記第３金属層表面にAlからなる第４金属層を形成する第４工程と、前記第１金属層、前記第２金属層、前記第３金属層および前記第４金属層に熱処理を施す第５工程と、を含むことを特徴とするｎ型オーミック電極の製造方法。
【００１３】
（２）前記第５工程において施す前記熱処理を４５０℃以上６００℃以下とする、前記（１）に記載のｎ型オーミック電極の製造方法。
【００１４】
（３）ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層に接して設けられるｎ型オーミック電極であって、TiおよびHfのいずれかからなる第１元素と、Snからなる第２元素と、VおよびMoのいずれかからなる第３元素と、Alからなる第４元素と、を含む合金からなることを特徴とするｎ型オーミック電極。
【００１５】
（４）前記（３）に記載のｎ型オーミック電極と、少なくとも一部が前記ｎ型オーミック電極上に設けられたパッド電極と、からなるｎ型電極であって、前記ｎ型電極は、コンタクト領域と、該コンタクト領域を除くボンディング領域とに区画され、前記コンタクト領域における前記パッド電極は、前記ｎ型オーミック電極を介して前記ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層上に設けられ、前記ボンディング領域における前記パッド電極は、前記ｎ型オーミック電極を介さずに前記ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層上に設けられることを特徴とするｎ型電極。
【００１６】
（５）前記（４）に記載のｎ型電極を有することを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、適切な金属元素からなる金属層を順次形成するので、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極の製造方法を提供することができる。また、良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極ならびにそれを用いたｎ型電極およびIII族窒化物半導体発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術に従う一般的なIII族窒化物半導体発光素子を説明する模式断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に従うｎ型オーミック電極の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に従うｎ型電極の模式図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の変形態様に従うｎ型電極の模式図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。
【図５】ｎ型電極の模式断面図であり（Ａ）は、本発明の別の実施形態に従う模式断面図であり、（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に従う模式断面図である。
【図６】実施例１のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図７】実施例２のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図８】実施例３のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図９】比較例１のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図１０】参考例１のｎ型オーミック電極を示す写真である。
【図１１】参考例２のｎ型オーミック電極を示す写真である。
【図１２】参考例３のｎ型オーミック電極を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。また、図２〜５において、説明の便宜上、各層の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。
【００２０】
（ｎ型オーミック電極の製造方法）
図２のフローチャートを用いて、本発明の一実施形態に従うｎ型オーミック電極１０の製造方法を説明する。本実施形態による製造方法は、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０表面にTiおよびHfのいずれかからなる第１金属層１１を形成する第１工程（図２（Ａ））と、第１金属層１１表面にSnからなる第２金属層１２を形成する第２工程（図２（Ｂ））と、第２金属層１２表面にVおよびMoのいずれかからなる第３金属層１３を形成する第３工程（図２（Ｃ））と、第３金属層１３表面にAlからなる第４金属層１４を形成する第４工程（図２（Ｄ））と、第１金属層１１、第２金属層１２、第３金属層１３および第４金属層１４に熱処理を施す第５工程（図２（Ｅ））と、を含むことを特徴とする。以下、各構成および各工程の詳細について順に説明する。
【００２１】
まず、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０について説明する。ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０は、Ａｌの組成比が５０％以上のＡｌＧａＮからなり、ｎ型の半導体として機能する層であれば、特に制限されない。ｎ型のドーパント（不純物）としては、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓ，Ｏ，Ｔｉ，Ｚｒ等を例示することができ、いずれのｎ型ドーパントが添加されていても、本実施形態により製造されるｎ型オーミック電極と良好なオーミック接触をとることができる。また、ドーパント濃度についても、ｎ型として機能することのできるドーパント濃度であれば特に限定されず、その濃度としては例えば１．０×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１．０×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。また、Ａｌ組成比の異なる複数層からｎ型III族窒化物半導体層が構成されている場合には、第１金属層１１と接する最表面の層をｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０とする。
【００２２】
第１工程（図２（Ａ））では、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０表面にTiおよびHfのいずれかからなる第１金属層１１を形成する。第１金属層１１にTiおよびHfのいずれかを用いるのは、TiおよびHfはｎ型層３０との接着性を有することができる高融点材料であるためである。第１金属層の厚みは制限されないが、０．５ｎｍ以上１０ｎｍとすることが好ましく、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下とすることがより好ましい。第１金属層１１の厚みが１．０ｎｍ以上であれば、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０との十分な接着強度を得ることができるとともに、５．０ｎｍ以下であれば、確実にオーミック接触を得ることができる。なお、製造コストの観点では、第１金属層１１はTiからなることが好ましい。
【００２３】
続く第２工程では、第１金属層１１表面に、Snからなる第２金属層１２を形成する。第２金属層１２に低融点材料のSnを用いることで、拡散によるｎ型層とのオーミック性を確保することができる。第２金属層１２の厚みは制限されないが、５．０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが好ましく、７．０ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることがより好ましく、８．０ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすることが特に好ましい。第２金属層１２の厚みを上記範囲とすることで、上記効果を確実に得るとともに、抵抗の悪化を避けることができる。
【００２４】
次に、第３工程では、第２金属層１２表面に、VおよびMoのいずれかからなる第３金属層１３を形成する。第３金属層１３にVおよびMoのいずれかを用いるのは、VおよびMoは高融点材料であり、第２金属層１２に用いるSnの最表面への拡散を抑制し、かつ、ｎ型オーミック電極としての硬度を向上できるためである。第３金属層１３の厚みは上記効果が得られる限りは制限されないが、５．０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが好ましく、８．０ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることがより好ましく、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることが特に好ましい。第３金属層１３の厚みが５．０ｎｍ以上であれば、上記効果を確実に得ることができ、３０ｎｍ以下であれば、抵抗の悪化を避けることができる。
【００２５】
そして、第４工程では、第３金属層１３表面に、Alからなる第４金属層１４を形成する。第４金属層１４にAlを用いるのは、第２金属層１２に用いるSnとの相互拡散によるｎ型層とのオーミック性を確保するためである。第４金属層１４の厚みは制限されないが、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることが好ましく、１５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とすることがより好ましく、１８０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下とすることが特に好ましい。第４金属層１４の厚みが１００ｎｍ以上３００ｎｍであれば、上記効果を確実に得ることができる。
【００２６】
なお、第１工程乃至第４工程における各金属層の形成にあたっては、一般的な手法を用いることができる。図示しないが、例えば電子ビーム蒸着法や、抵抗加熱による蒸着法、スパッタリング法などにより第１金属層１１、第２金属層１２、第３金属層１３および第４金属層１４のそれぞれの構成元素からなる膜を順次成膜することができる。なお、第５工程の前後では、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、露光およびエッチングを行い、残留したレジストを除去することで、第１金属層１１乃至第４金属層１４からなる積層体（または合金化後のｎ型オーミック電極１０）に所定のパターンを形成することもできる。なお、第１金属層１１乃至第４金属層１４からなる積層体の形状およびサイズは、用途に応じて適宜定めればよい。なお、各金属層の厚さは、触診式段差計を用いて予め測定した各金属層の成膜速度に基づき制御すればよい。
【００２７】
最後に、第５工程では第１金属層１１、第２金属層１２、第３金属層１３および第４金属層１４（すなわち上記積層体）に熱処理を施し、ｎ型オーミック電極１０を得る。第１金属層１１乃至第４金属層１４のそれぞれを構成する金属元素の種類および各層の厚みにもよっても異なるが、本工程における熱処理条件は一般的なものを用いることができ、例えばArガス雰囲気化で４００℃以上７００℃以下の温度範囲で熱処理を行うことができる。得られたｎ型オーミック電極１０は、第１金属層１１、第２金属層１２、第３金属層１３および第４金属層１４の構成元素によって合金化されている。以上の工程を経て製造されたｎ型オーミック電極１０は、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることができる。
【００２８】
なお、前述のとおり、第５工程における熱処理の温度範囲は特に制限されるものではないが、４５０℃以上６５０℃以下とすることが好ましく、６００℃以下とすることがより好ましい。本実施形態では、ｎ型オーミック電極の合金化にあたり、熱処理の温度範囲の下限を例えば４５０℃という、比較的低温の熱処理条件であっても、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触を確実にとることのできるｎ型オーミック電極１０を得ることができる。なお、上記Ａｒ雰囲気ガスは一例に過ぎず、雰囲気ガスとして他に窒素ガスやを用いることもできるし、真空中で熱処理を行うこともできる。ただし、不活性ガスであるArガス雰囲気が好ましい。さらに、本実施形態による熱処理の温度範囲であれば、ｐ型オーミック電極を形成する際の比較的低温な熱処理温度範囲と、ｎ型オーミック電極を形成する際の熱処理温度範囲とが重なるため、両者を同時にコンタクトアニールすることができ、工程を簡略化することもできる。
【００２９】
また、第１金属層１１、第２金属層１２、第３金属層１３および第４金属層１４の厚みは既述のとおりであるが、これらの合計の厚みを１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることが好ましく、２００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とすることがより好ましい。この範囲とすることで、ｎ型ＡｌＧａＮ層とのオーミック接触を確実に取ることができる。
【００３０】
また、得られたｎ型オーミック電極１０表面にパッド電極を形成すれば、ｎ型電極を形成することができる。パッド電極の材料は何ら制限されるものではなく、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕからなる群より選択される１種以上の金属元素を用いることができる。また、この群より選択される２種以上の金属からなる合金を用いることもでき、この群より選択される２種以上の金属からなる積層構造とすることもできる。例えば、ｎ型オーミック電極１０表面にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの順に積層した３層構造をパッド電極として用いることができる。パッド電極の形成にあたっても、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、または抵抗加熱による蒸着法などを用いることができる。
【００３１】
（ｎ型オーミック電極）
図２（Ｅ）に示すように、本発明の一実施形態に従う、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０に接して設けられるｎ型オーミック電極１０は、TiおよびHfのいずれかからなる第１元素と、Snからなる第２元素と、VおよびMoのいずれかからなる第３元素と、Alからなる第４元素と、を含む合金からなる。このｎ型オーミック電極１０は、前述のｎ型オーミック電極１０の製造方法の実施形態に従って作製することができる。もちろん、他の方法により製造されたｎ型オーミック電極１０であっても、本発明に含まれることは勿論である。なお、上記の第１元素〜第４元素が含まれることは、ｎ型オーミック電極１０のAES（オージェ電子分光法）による深さ方向分析により、判断することができる。
【００３２】
ここで、このｎ型オーミック電極１０の表面は、局所的な隆起が点在した状態となる（後述の参考実験例を参照）。この状態は、ｎ型オーミック電極１０とその上に形成するパッド電極２０との間の表面積を増大できるため、オーミックコンタクトをとる点では好ましい。しかしながら、局所的な隆起の上方で外部と接続するためのボンディング領域を形成すると、ボンディング時に接続不良の原因となりかねない。そこで、ｎ型オーミック電極１０の上方にはボンディング領域を設けないことが好ましい。そこで、以下のようなｎ型電極とすることが好ましい。
【００３３】
（ｎ型電極）
図３〜５に例示的に示すように、本発明に従うｎ型電極８０は、前述のｎ型オーミック電極１０と、少なくとも一部がｎ型オーミック電極１０上に設けられたパッド電極２０と、からなる。そして、ｎ型電極８０は、コンタクト領域Ｃと、該コンタクト領域Ｃを除くボンディング領域Ｂとに区画される。コンタクト領域Ｃにおけるパッド電極２０は、ｎ型オーミック電極１０を介してｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０上に設けられる。また、ボンディング領域Ｂにおけるパッド電極２０は、ｎ型オーミック電極１０を介さずにｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０上に設けられる。
【００３４】
このようなｎ型電極８０の一実施形態を、図３（Ａ），（Ｂ）に示す。中空円柱状のｎ型オーミック電極１０がｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０上に設けられ、パッド電極２０は、ｎ型オーミック電極１０の中空部を充填しつつ、ｎ型オーミック電極１０上に設けられる。この場合、ｎ型電極８０のコンタクト領域Ｃは、ｎ型オーミック電極１０の上方となり、ｎ型電極８０のボンディング領域Ｂは、中空部（ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０上の、ｎ型オーミック電極１０が設けられていない部分）の上方となる。この円柱状のｎ型電極８０のボンディング領域Ｂにワイヤーボンディングをすれば、ボンディング時の接続不良を防止することができ、好ましい。なお、図示の中空円柱のｎ型オーミック電極１０は、あくまで例示に過ぎず、中空部がある限りは種々の形状とすることができ、同様の効果が得られる。
【００３５】
この実施形態の変形態様によるｎ型電極８０の中空円柱状のｎ型オーミック電極１０は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０上に設けられる。そして、パッド電極２０は、ｎ型オーミック電極１０の中空部を充填しつつ、直径がｎ型オーミック電極１０の内径より大きく、かつ、外径より小さい。この変形態様によるｎ型電極８０も、上述の図３の実施形態と同様に、ボンディング時の接続不良を防止することができる。
【００３６】
ｎ型電極８０は上記実施形態に限定されない。図５（Ａ）、（Ｂ）は、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０、発光層４０およびｐ型半導体層５０を形成した後、これらを部分的にエッチングしてｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０の一部を露出させつつ、溝部を設けたものである。なお、ｐ型半導体層５０上にはｐ型電極９０が設けられている。
【００３７】
図５（Ａ）に示す別の実施形態では、ｎ型オーミック電極１０が溝部の一部上に、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０の突出部よりも薄く設けられている。また、パッド電極２０が図面左側（すなわち、ｐ型電極９０が設けられていない方）のｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０、発光層４０およびｐ型半導体層５０からなる積層構造を被覆するように設けられている。この場合、ボンディング領域Ｂは、積層体側のｐ型半導体層５０上である。ｎ型オーミック電極１０の上方ではないため、前述の局所的な隆起の影響を受けることがなく、好ましい。また、ｎ型オーミック電極１０と、パッド電極２０とは、ｎ型オーミック電極１０が設けられた部分の上方で電気的に接続するコンタクト領域Ｃとなる。このように、図５（Ａ）に示すｎ型電極も局所的な隆起の影響を避けて、ボンディング時の接続不良を防止することができ、好ましい。
【００３８】
さらに、図５（Ｂ）に示す他の実施形態では、図５（Ａ）と同様の積層体が形成されており、ｎ型オーミック電極１０が、積層体の上面中央部以外を被覆している。そして、パッド電極２０は、ｎ型オーミック電極１０を含めて、上記積層体を被覆して設けられている。積層体におけるｐ型半導体層５０のｎ型オーミック電極１０が設けられていない部分がボンディング領域Ｂであり、前述の局所的な隆起の影響を避けることができる。ｎ型オーミック電極１０が設けられている部分の上方がコンタクト領域Ｃである。
【００３９】
（III族窒化物半導体発光素子）
また、本発明に従うIII族窒化物半導体発光素子は、前述のｎ型電極８０を有し、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることができ、優れた発光出力を有することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、これらは代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、横型構造のIII族窒化物半導体発光素子１００を前述したが、本発明に従うｎ型オーミック電極およびｎ型電極は、横型構造のIII族窒化物半導体発光素子への適用に何ら限定されるものではなく、良好なオーミック接触を実現するために、任意のｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層に供して好適である。
【実施例】
【００４１】
［実験例１］
（実施例１）
サファイア基板（直径２インチ、厚さ：４３０μｍ、面方位：（０００１）；図１の基板１に相当）を用意し、次いで、ＭＯＣＶＤ法により、上記サファイア基板上に厚さ０．６０μｍのバッファとすてのＡｌＮ層（図１のバッファ２に相当）を成長させ、ＡｌＮテンプレート基板を作製した。このＡｌＮテンプレート基板を用いて、ＭＯＣＶＤ法により、アンドープのＡｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層（厚さ１μｍ）を形成し、さらにＳｉドープした厚さ２．４μｍのｎ型Ａｌ0.62Ｇａ0.38Ｎ層（図１のｎ型III族窒化物半導体層３の一部に相当）を上記Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層上に形成した。
【００４２】
電子ビーム（ＥＢ）蒸着法を用いて、厚さ２．０ｎｍのＴｉからなる第１金属層と、厚さ１０ｎｍのＳｎからなる第２金属層と、厚さ１０ｎｍのＶからなる第３金属層と、厚さ２００ｎｍのＡｌからなる第４金属層と、をｎ型Ａｌ0.62Ｇａ0.38Ｎ層上に順次形成した。最後に、１．５℃／秒で昇温後に４５０、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃の各温度で、Ａｒ雰囲気中で６００秒間保持後、急冷するコンタクトアニールを行って、ｎ型オーミック電極を形成した。
【００４３】
最後に、ｎ型オーミック電極表面に、厚さ５０ｎｍのＴｉと、厚さ５０ｎｍのＰｔと、厚さ７００ｎｍのＡｕをスパッタリング法により順次成膜してパッド電極を形成し、実施例１に係るｎ型電極を作製した。
【００４４】
（実施例２）
実施例１における厚さ１０ｎｍのＶからなる第３金属層を、厚さ２０ｎｍのＭｏからなる第３金属層に替えた以外は、実施例１と同様にして実施例２に係るｎ型電極を形成した。
【００４５】
（実施例３）
実施例１における厚さ２．０ｎｍのＴｉからなる第１金属層および厚さ１０ｎｍのＶからなる第３金属層を、厚さ５．０ｎｍのＨｆからなる第１金属層および厚さ２０ｎｍのＶからなる第３金属層にそれぞれ替えた以外は、実施例１と同様にして実施例３に係るｎ型電極を形成した。
【００４６】
（比較例１）
実施例１における厚さ２．０ｎｍのＴｉからなる第１金属層を、厚さ２０ｎｍのＴｉからなる第１金属層に替え、第２金属層および第３金属層を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして比較例１に係るｎ型電極を形成した。ただし、コンタクトアニールの温度は５５０℃、６００℃、６５０℃のみとした。
【００４７】
（実施例４）
ｎ型Ａｌ0.56Ｇａ0.44Ｎ層上に実施例１のｎ型電極を形成した以外は、実施例１と同じ条件で実施例４に係るｎ型電極を形成した。
【００４８】
（比較例２）
ｎ型Ａｌ0.56Ｇａ0.44Ｎ層上に比較例１のｎ型電極を形成した以外は、比較例１と同じ条件で比較例２に係るｎ型電極を形成した。
【００４９】
（従来例１）
ｎ型ＧａＮ層（すなわち、Ａｌ組成比が０％のＡｌＧａＮ）上に比較例１のｎ型電極を形成した以外は、比較例１と同じ条件で従来例１に係るｎ型電極を形成した。
【００５０】
（評価１：Ｉ−Ｖ特性の測定）
以上の実施例１〜４および比較例１〜２、従来例１のそれぞれに対して、電極パターン（形状：一辺１２０μｍの正方形、電極間の距離２５０μｍ）を形成し、プロ―バーとIV測定器（カーブトレーサ）を用いてＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）を測定した。得られたＩ−Ｖ特性の直線および曲線を、以下の評価基準で分類して評価した。結果を、実施例１〜４および比較例１〜２のｎ型オーミック電極の形成条件とともに表１に示す。なお、未実施の場合には”−”と記載する。また、従来例１では、全ての熱処理温度において、良好なオーミック接触が確認されている。
◎・・・直線形状であり、良好なオーミック接触がとれている。
○・・・原点で変曲点を有するものの、接線の傾きが０となる部分は存在せず、オーミック接触が実質的にとれている。
×・・・原点で変曲点を有し、かつ、接線の傾きが０となる部分が存在する。オーミック接触がとれていない。
また、代表例として、実施例１〜３および比較例１のＩ−Ｖ特性の測定結果のグラフを図６〜９に示す。図６〜８における（Ａ）〜（Ｅ）は、熱処理温度４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃にそれぞれ対応する。また、図９における（Ａ）〜（Ｃ）は、５５０℃、６００℃、６５０℃にそれぞれ対応する。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
評価１より、以下のことがわかった。
まず、比較例１，２および従来例１から、ｎ型ＧａＮ層とはオーミック接触をとることのできるｎ型電極であっても、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層とはオーミック接触をとることができるとは限らないことが確認された。
次に、本発明条件に従う実施例１〜４では、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層とオーミック接触をとることができることが確認できた。第１金属層にＴｉを、第３金属層にＶを用いると、熱処理温度条件が低温である４５０℃であっても、良好なオーミック接触をとることができることが確認され、さらに、熱処理温度範囲を５５０℃以上６００℃以下とすれば、確実にオーミック接触をとることができることも確認できた。
【００５３】
［実験例２］
（実施例５）
実施例１において形成したｎ型Ａｌ0.62Ｇａ0.38Ｎ層の形成に続けて、ｎ型Ａｌ0.62Ｇａ0.44Ｎ層を形成し、該層上に、Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ｎからなる厚さ３ｎｍの井戸層およびＡｌ0.65Ｇａ0.35Ｎからなる厚さ７ｎｍの障壁層を交互に３．５組繰り返して積層した発光層（図１の発光層４に相当）を形成した。
【００５４】
その後、発光層上に、Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎからなり、Ｍｇドープした層厚４０ｎｍのｐ型ブロック層（図１のｐ型III族窒化物半導体層５の一部に相当）を形成し、次いで、ＧａＮからなり、Ｍｇドープした厚さ１０ｎｍのｐ型コンタクト層（図１のｐ型III族窒化物半導体層５の一部に相当）を形成した。
【００５５】
さらに、ｐ型コンタクト層の上にマスクを形成してドライエッチングによるメサエッチングを行い、ｎ型Ａｌ0.62Ｇａ0.38Ｎ層の一部を露出させた。次いで、ｐ型コンタクト層上に、Ｎｉ（５ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）からなるｐ型オーミック電極を形成した。また、露出したｎ型Ａｌ0.62Ｇａ0.38Ｎ層上には、実施例１と同様にしてｎ型オーミック電極を蒸着した後、図４のようなドーナツ状（外径１２０μｍ、内径９０μｍ）に形成した。Ａｒ雰囲気中で４５０℃にてｐ型オーミック電極およびｎ型オーミック電極の両方を同時にコンタクトアニールした後、ｐ型オーミック電極上とｎ型オーミック電極上の両方に実施例１と同様のパッド電極（直径１００μｍ）を、各オーミック電極の中心に合わせて形成し、実施例５に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製した。こうして作製されたｎ型電極は、図４に示すように、ドーナツ状の中空部においてパッド電極の一部がｎ型オーミック電極を介さずにｎ型Ａｌ0.62Ｇａ0.38Ｎ層と接している。
【００５６】
実施例５のIII族窒化物半導体発光素子の通電特性を評価したところ、順方向電流Ｉｆが２０ｍＡであり、順方向電圧Ｖｆが４．５２Ｖであり、発光出力Poが２．２mWであり、好ましい通電特性を示した。また、ワイヤーボンディングの接続不良は見られなかった。
【００５７】
［参考実験例］
実施例１〜３と同様に第１金属層、第２金属層、第３金属層、第４金属層を順次形成し、次いで４５０℃でコンタクトアニールしてｎ型オーミック電極を形成し、その後パッド電極を形成して、参考例１〜３に係るｎ型電極をそれぞれ作製した。なお、実施例５とは異なりドーナツ状ではなく、円柱状にｎ型オーミック電極を形成している。
参考例１〜３において、パッド電極を形成する前の状態に相当するｎ型オーミック電極の写真をそれぞれ撮影した。参考例１〜３に係るｎ型オーミック電極の写真を図１０〜図１２にそれぞれ示す。図１０〜図１２に示されるように、参考例１〜３ではいずれも、局所的な隆起が点在した状態となっていることが観察された。また、参考例１〜３のｎ型オーミック電極上に実施例１と同様のパッド電極を形成した後のパッド電極の表面にも、局所的な隆起が観察された。さらに、参考例１〜３にワイヤーボンディングを行ったところ、接続不良が見られた。したがって、本参考実験例において良好なワイヤーボンディング性を得るためには、表面平坦化加工やボンディング領域への他の金属層の成膜など、別途の工程の追加が必要となることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極の製造方法を提供することができる。また、良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極およびそれを用いたｎ型電極を提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１        基板
２        バッファ
３        ｎ型III族窒化物半導体層
４        発光層
５        ｐ型III族窒化物半導体層
６ａ、６ｂ  オーミック電極
７ａ、７ｂ  パッド電極
１０        ｎ型オーミック電極
１１        第１金属層
１２        第２金属層
１３        第３金属層
１４        第４金属層
２０        パッド電極
３０        ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層
【要約】
【課題】ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層と良好なオーミック接触をとることのできるｎ型オーミック電極の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のｎ型オーミック電極の製造方法は、ｎ型AlxGa1-xN（0.5≦x≦1）層３０表面にTiおよびHfのいずれかからなる第１金属層１１を形成する第１工程と、第１金属層１１表面にSnからなる第２金属層１２を形成する第２工程と、第２金属層１２表面にVおよびMoのいずれかからなる第３金属層１３を形成する第３工程と、第３金属層１３表面にAlからなる第４金属層１４を形成する第４工程と、第１金属層１１、第２金属層１２、第３金属層１３および第４金属層１４に熱処理を施す第５工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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