(57)【要約】【課題】低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、半導体積層部と、銀層と、を含む半導体発光素子が提供される。半導体積層部は、窒化物半導体を含む発光層と、発光層と積層された、ガリウムを含む半導体層と、を含む。銀層は、半導体層と接する。銀層においては、Ｘ線回折解析において銀の（１００）面に帰属するピークの高さが、銀の（１１１）面に帰属するピークの高さの３％以下である。二次イオン質量分析において、半導体層と銀層とを含む領域内の前記半導体層から前記銀層に向かう積層方向における第１位置における、ＧａとＮとの複合体の検出強度は、半導体層中における複合体の検出強度の最大値の１／１００である。銀層のうちの第１位置からの距離が４０ｎｍの第２位置におけるＧａ原子の検出強度は、半導体層中におけるＧａ原子の検出強度の最大値の０．４％よりも高く３．８％よりも低い。【選択図】図１
2013140948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体を含む発光層と、前記発光層と積層されたガリウムを含む半導体層と、を含む半導体積層部と、
前記半導体層と接する銀層と、
を備え、
前記銀層においては、Ｘ線回折解析において銀の（１００）面に帰属するピークの高さが、銀の（１１１）面に帰属するピークの高さの３％以下であり、
二次イオン質量分析において、前記半導体層と前記銀層とを含む領域内の前記半導体層から前記銀層に向かう積層方向における第１位置における、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度は、前記半導体層中における前記複合体の検出強度の最大値の１／１００であり、
前記二次イオン質量分析において、前記銀層のうちの前記第１位置からの距離が４０ナノメートルの第２位置におけるガリウム原子の検出強度は、前記半導体層中におけるガリウム原子の検出強度の最大値の０．４％よりも高く３．８％よりも低い半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２位置における、ガリウム原子の前記検出強度は、前記半導体層中におけるガリウム原子の検出強度の前記最大値の１．４％以上１．７％以下である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記銀層は複数のグレインを有し、前記複数のグレインの前記積層方向に対して垂直な平面内における平均の面積は、５μｍ２以上１００μｍ２以下である請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記銀層と前記半導体積層部との間の比接触抵抗率は、１．５×１０−４Ωｃｍ２以上１．５×１０−３Ωｃｍ２以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
窒化物半導体の発光層の上に設けられガリウムを含む半導体層の上に銀膜を形成する工程と、
前記銀膜を窒素含む雰囲気中で熱処理を施す第１熱処理工程と、
前記第１熱処理工程の後に前記銀膜を酸素を含む雰囲気中で熱処理を施する第２熱処理工程と、
を備え、
前記第１熱処理工程における前記熱処理の温度は、前記第２熱処理工程における前記熱処理の温度よりも高く、
前記第２熱処理工程後において、前記銀膜においては、Ｘ線回折解析において銀の（１００）面に帰属するピークの高さが、銀の（１１１）面に帰属するピークの高さの３％以下であり、
前記第２熱処理工程後において、二次イオン質量分析において、前記半導体層と前記銀膜とを含む領域内の前記半導体層から前記銀膜に向かう積層方向における第１位置における、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度は、前記半導体層中における前記複合体の検出強度の最大値の１／１００であり、
前記第２熱処理工程後において、前記二次イオン質量分析において、前記銀膜のうちの前記第１位置からの距離が４０ナノメートルの第２位置におけるガリウム原子の検出強度は、前記半導体層中におけるガリウム原子の検出強度の最大値の０．４％よりも高く３．８％よりも低い半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子において、光取り出し効率を高めるために、高反射率の銀（Ａｇ）を電極として用いる構成がある。Ａｇ電極を半導体層とオーミックコンタクトさせるために熱処理すると、反射率が低下することがあり、低コンタクト抵抗と高反射率とを同時に得ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４９３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、半導体積層部と、銀層と、を含む半導体発光素子が提供される。前記半導体積層部は、窒化物半導体を含む発光層と、前記発光層と積層された、ガリウムを含む半導体層と、を含む。前記銀層は、前記半導体層と接する。前記銀層においては、Ｘ線回折解析において銀の（１００）面に帰属するピークの高さが、銀の（１１１）面に帰属するピークの高さの３％以下である。二次イオン質量分析において、前記半導体層と前記銀層とを含む領域内の前記半導体層から前記銀層に向かう積層方向の第１位置における、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度は、前記半導体層中における前記複合体の検出強度の最大値の１／１００である。前記二次イオン質量分析において、前記銀層のうちの前記第１位置からの距離が４０ナノメートルの位置におけるガリウム原子の検出強度は、前記半導体層中におけるガリウム原子の検出強度の最大値の０．４％よりも高く３．８％よりも低い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の一部を示す模式的断面図である。
【図３】半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｄ）は、半導体発光素子の特性を示す電子顕微鏡写真図である。
【図５】半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図６】半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、半導体発光素子の特性を示す電子顕微鏡写真図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、半導体発光素子の特性を示すＸ線回折プロファイル図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｃ）は、半導体発光素子の特性を示すＸ線回折プロファイル図である。
【図１０】図１０は、半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図１２】第１の実施形態に係る別の半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法を示す工程順模式的断面図である。
【図１４】図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法を示す工程順模式的断面図である。
【図１５】第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（実施の形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。  図１に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、半導体積層部１０ｓと、金属層８０と、を備える。半導体積層部１０ｓは、窒化物半導体を含む発光層３０を含む。半導体積層部１０ｓは、窒化物半導体を含む。金属層８０は、半導体積層部１０ｓと接し、Ａｇを含む。金属層８０は、銀層（Ａｇ層）である。金属層８０は、例えば、銀電極である。金属層８０は、Ａｇのみを含む層でも良い。金属層８０は、Ａｇを主体とし、例えばＩｎ、Ｃｕ、Ａｌなど他の元素を含む層でも良い。Ａｇ以外の元素の含有量は、望ましくは、０ａｔ．％（アトミックパーセント）以上１０ａｔ．％以下、さらに望ましくは、０ａｔ．％以上１ａｔ．％以下、更に望ましくは０ａｔ．％以上０．５ａｔ．％以下である。金属層８０のうちで半導体積層部１０ｓと接する部分（半導体積層部１０ｓと金属層８０との界面８０ａを含む部分）は、Ａｇ膜である。
【０００９】
半導体積層部１０ｓは、例えば、第１導電形の第１半導体層１０と、第２導電形の第２半導体層２０と、発光層３０と、を含む。発光層３０は、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられる。
【００１０】
例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。ただし、実施形態はこれに限らず、第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。以下では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形である場合として説明する。
【００１１】
ここで、第１半導体層１０から第２半導体層２０に向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。  
金属層８０は、半導体層と接する。この例では、金属層８０は、第２半導体層２０と接する。半導体積層部１０ｓは、窒化物半導体を含む発光層３０と、発光層３０と積層されたＧａを含む半導体層（第２半導体層２０）と、を含む。Ｚ軸方向は、積層方向に対応する。Ｚ軸方向は、発光層３０から第２半導体層２０に向かう方向である。Ｚ軸方向（積層方向）は、第２半導体層２０から金属層８０に向かう方向である。
【００１２】
第１半導体層１０、第２半導体層２０、及び、発光層３０は、窒化物半導体を含む。
【００１３】
図１に表したように、半導体発光素子１１０は、基板５と、バッファ層６と、をさらに備えることができる。基板５は、主面５ａ（第１面）を有する。基板５の主面５ａと発光層３０との間に第１半導体層１０が配置される。基板５の主面５ａと第１半導体層１０との間にバッファ層６が配置される。
【００１４】
基板５には、例えばサファイアからなる基板が用いられる。基板５の主面５ａは、（０００１）面、すなわち、ｃ面とされる。基板５の主面５ａは、（０００１）面に対して例えば５度以下の角度で傾斜していても良い。バッファ層６には、例えばＡｌｘ０Ｇａ１−ｘ０Ｎ（０≦ｘ０≦１）層が用いられる。
【００１５】
第１半導体層１０は、例えば、第１ｎ側層１１と、第２ｎ側層１２と、を含む。第２ｎ側層１２は、第１ｎ側層１１と発光層３０との間に設けられる。第１ｎ側層１１は、ｎ形コンタクト層として機能する。第２ｎ側層１２は、ｎ形ガイド層として機能する。第１ｎ側層１１には、例えば高濃度でｎ形の不純物（例えばシリコンなど）が添加されたＧａＮ層などが用いられる。第２ｎ側層１２には、例えば第１ｎ側層１１よりも低濃度でｎ形の不純物が添加されたＧａＮ層などが用いられる。
【００１６】
第２半導体層２０は、第１ｐ側層２１と、第２ｐ側層２２と、を含む。第１ｐ側層２１は、第２ｐ側層２２と発光層３０との間に設けられる。第１ｐ側層２１は、例えば電子オーバーフロー防止層（抑制層）として機能する。第２ｐ側層２２は、ｐ形コンタクト層として機能する。第１ｐ側層２１には、例えば、ｐ形の不純物（例えばマグネシウム）が添加されたＡｌＧａＮ層などが用いられる。第２ｐ側層２２には、ｐ形不純物が高濃度で添加されたＧａＮ層などが用いられる。すなわち、第２ｐ側層２２の不純物の濃度は、第１ｐ側層２１の不純物の濃度よりも高い。
【００１７】
半導体発光素子１１０は、対向側電極７０をさらに備える。対向側電極７０は、第１半導体層１０（具体的には、ｎ形コンタクト層である第１ｎ側層１１）に電気的に接続される。対向側電極７０には、例えば、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜の積層膜が用いられる。
【００１８】
金属層８０は、第２半導体層２０（具体的には、ｐ形コンタクト層である第２ｐ側層２２）に電気的に接続される。
【００１９】
対向側電極７０と金属層８０との間に印加される電圧により、第１半導体層１０及び第２半導体層２０を介して発光層３０に電流が供給され、発光層３０から光（発光光）が放出される。
【００２０】
発光層３０は、例えば、紫外、紫、青及び緑の少なくともいずれかの光を放出する。すなわち、発光層３０から放出される発光光の波長（主波長）は、３６０ナノメートル（ｎｍ）以上５８０ｎｍ以下である。
【００２１】
本具体例では、半導体積層部１０ｓの第２半導体層２０の側の第１主面１０ａにおいて、第１半導体層１０の一部、発光層３０の一部、第２半導体層２０の一部と、が除去されている。
【００２２】
半導体積層部１０ｓは、第２半導体層２０の側の第１主面１０ａと、第１半導体層１０の側の第２主面１０ｂと、を有する。第２主面１０ｂは、半導体積層部１０ｓにおいて、第１主面１０ａとは反対側の面である。半導体積層部１０ｓの第１主面１０ａにおいて、第１半導体層１０が露出している。半導体積層部１０ｓと金属層８０との界面８０ａは、第１主面１０ａに相当する。
【００２３】
すなわち、第１半導体層１０の一部と、第２半導体層２０と、の間に発光層３０が設けられる。第１主面１０ａの側において、第１半導体層１０に接して対向側電極７０が設けられている。第１主面１０ａの側において、第２半導体層２０に接して金属層８０が設けられている。半導体積層部１０ｓの第２主面１０ｂに、基板５及びバッファ層６が設けられている。
【００２４】
発光層３０は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Single Quantum Well）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ:Multi Quantum Well）構造を有する。
【００２５】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。  
これらの図は、発光層３０の構成の例を示す模式図である。
【００２６】
図２（ａ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０ａにおいては、発光層３０は、ＳＱＷ構造を有している。すなわち、発光層３０は、障壁層ＢＬ（第１障壁層ＢＬ１）と、ｐ側障壁層ＢＬｐと、第１障壁層ＢＬ１とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に設けられた井戸層ＷＬ（第１井戸層ＷＬ１）と、を含む。
【００２７】
なお、本願明細書において、「積層」とは、直接重ねられる場合の他、他の層が挿入されて重ねられる場合も含む。例えば、後述するように、第１障壁層ＢＬ１と第１井戸層ＷＬ１との間、及び、第１井戸層ＷＬ１とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に別の層が設けられても良い。
【００２８】
図２（ｂ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０ｂにおいては、発光層３０は、ＭＱＷ構造を有している。すなわち、発光層３０は、Ｚ軸方向に沿って積層された複数の障壁層（この例では、第１〜第４障壁層ＢＬ１〜ＢＬ４、及び、ｐ側障壁層ＢＬｐ）と、複数の障壁層どうしのそれぞれの間に設けられた井戸層（第１〜第４井戸層ＷＬ１〜ＷＬ４）と、を含む。本具体例では、井戸層が４層設けられているが、井戸層の数は任意である。
【００２９】
このように、発光層３０は、２以上の整数Ｎにおいて、第（Ｎ−１）井戸層ＷＬの第（Ｎ−１）障壁層とは反対の側に設けられた第Ｎ障壁層と、第Ｎ障壁層の第（Ｎ−１）井戸層とは反対の側に設けられた第Ｎ井戸層と、をさらに含む。
【００３０】
図２（ｃ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０ｃにおいては、発光層３０は、障壁層と井戸層との間のそれぞれに設けられた中間層をさらに含む。すなわち、発光層３０は、第（Ｎ−１）障壁層と第（Ｎ−１）井戸層との間に設けられた第１中間層ＩＬ１と、第（Ｎ−１）井戸層と第Ｎ障壁層との間に設けられた第２中間層ＩＬ２と、をさらに含む。さらに、第２中間層ＩＬ２は、第Ｎ井戸層とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に設けられる。なお、第１中間層ＩＬ１と第２中間層ＩＬ２は、必要に応じて設けられ、省略可能である。また、第１中間層ＩＬ１を設け、第２中間層ＩＬ２を省略しても良い。また、第２中間層ＩＬ２を設け、第１中間層ＩＬ１を省略しても良い。
【００３１】
障壁層（例えば第１〜第４障壁層ＢＬ１〜ＢＬ４、第Ｎ障壁層）には、例えば、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｙ１＜１、ｘ１＋ｙ１≦１）を用いることができる。障壁層には、例えばＩｎ０．０２Ａｌ０．３３Ｇａ０．６５Ｎを用いることができる。障壁層の厚さは、例えば１２．５ｎｍとすることができる。
【００３２】
ｐ側障壁層ＢＬｐには、例えば、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２＜１、ｘ２＋ｙ２≦１）を用いることができる。ｐ側障壁層ＢＬｐには、例えばＩｎ０．０２Ａｌ０．３３Ｇａ０．６５Ｎを用いることができる。障壁層の厚さは、例えば１２．５ｎｍとすることができる。
【００３３】
井戸層（例えば、第１井戸層ＷＬ１〜ＷＬ４、第Ｎ井戸層）には、例えば、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０＜ｘ３≦１、０≦ｙ３＜１、ｘ３＋ｙ３≦１）を用いることができる。井戸層には、例えばＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎを用いることができる。井戸層の厚さは、例えば２．５ｎｍとすることができる。
【００３４】
井戸層に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）は、障壁層（第１〜第４障壁層ＢＬ１〜ＢＬ４、第Ｎ障壁層、及び、ｐ側障壁層ＢＬｐ）に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）よりも高い。これにより、障壁層におけるバンドギャップエネルギーが井戸層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きくできる。
【００３５】
第１中間層ＩＬ１には、例えば、Ｉｎｘ４Ｇａ１−ｘ４Ｎ（０≦ｘ４＜１）を用いることができる。第１中間層ＩＬ１には、例えばＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎを用いることができる。第１中間層ＩＬ１の厚さは、例えば０．５ｎｍとすることができる。
【００３６】
第２中間層ＩＬ２には、例えば、Ｉｎｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜１）を用いることができる。第２中間層ＩＬ２には、例えばＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎを用いることができる。第２中間層ＩＬ２の厚さは、例えば０．５ｎｍとすることができる。
【００３７】
なお、井戸層に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）は、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）よりも高い。これにより、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２におけるバンドギャップエネルギーが井戸層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きくできる。
【００３８】
なお、第１中間層ＩＬ１は、障壁層の一部と見なすこともできる。また、第２中間層ＩＬ２は、障壁層の一部とみなすこともできる。すなわち、井戸層と積層される障壁層は、組成の異なる複数の層を含んでも良い。
【００３９】
なお、図２（ａ）に例示したＳＱＷ構造において、第１中間層ＩＬ１と第２中間層ＩＬ２とを設けても良い。この場合には、第１中間層ＩＬ１は、第１障壁層ＢＬ１と第１井戸層ＷＬ１との間に設けられ、第２中間層ＩＬ２は、第１井戸層ＷＬ１とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に設けられる。
【００４０】
上記は、発光層３０の構成の例であり、実施形態はこれに限らず、障壁層、ｐ側障壁層ＢＬｐ、井戸層、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２に用いられる材料及び厚さは種々の変形が可能である。なお、上記のように、障壁層、ｐ側障壁層ＢＬｐ、井戸層、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２は、窒化物半導体を含む。
【００４１】
以下では、本実施形態に関し、半導体発光素子１１０ａ〜１１０ｃを含む半導体発光素子１１０について説明する。半導体発光素子１１０は、例えば以下のような方法で製造できる。
【００４２】
例えば、サファイアの結晶成長用の基板５の上に、例えば有機金属気層成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、半導体積層部１０ｓとなる窒化物半導体層を順次成長させる。その後、例えば、半導体積層部１０ｓを加工し、第１半導体層１０の一部を露出させ、第１半導体層１０の上に、対向側電極７０を形成する。
【００４３】
一方、半導体積層部１０ｓの第２ｐ側層２２（ｐ形コンタクト層）の上に、金属層８０となるＡｇ膜を形成する。次に、窒素雰囲気中で例えば８００℃のアニール（熱処理）を施した後、酸素雰囲気中で例えば３００℃のアニールを施す。これにより、金属層８０が形成される。なお、金属層８０の形成と、対向側電極７０の形成と、の順序は入れ替えても良い。
【００４４】
このように、Ａｇ膜を窒素雰囲気中での高温アニールの後に、酸素雰囲気中での低温アニールを施すことで、低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子が得られる。
【００４５】
図３は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図３は、第２半導体層２０の上に形成されたＡｇ膜に各種の条件のアニールを施した試料の、Ａｇ膜と第２半導体層２０とのコンタクト抵抗Ｒｃ（比接触抵抗率）を示している。この例では、アニール時間は、１ｍｉｎ（分）である。横軸は、アニールの温度Ｔａ（℃）であり、縦軸は、コンタクト抵抗Ｒｃ（Ωｃｍ２）である。図３には、Ａｇ膜に酸素雰囲気中でのアニールを施した酸素アニール試料群ＳＰＯと、Ａｇ膜に窒素雰囲気中でのアニールを施した窒素アニール試料群ＳＰＮと、が示されている。
【００４６】
図３に表したように、Ａｇ膜を酸素雰囲気中でアニールした酸素アニール試料群ＳＰＯのコンタクト抵抗Ｒｃは、アニール温度Ｔａが２００℃〜４００℃のときに、１．５×１０−４Ωｃｍ２以上６×１０−４Ωｃｍ２以下である。一方、Ａｇ膜を窒素雰囲気中でアニールした窒素アニール試料群ＳＰＮのコンタクト抵抗Ｒｃは、５×１０−３Ωｃｍ２以上４×１０−２Ωｃｍ２以下である。すなわち、酸素雰囲気中アニールにおけるコンタクト抵抗Ｒｃは、窒素雰囲気中アニールにおけるコンタクト抵抗よりも低い。
【００４７】
これらの試料の反射率は以下の通りである。各種の条件でアニールを施した試料の４５０ｎｍの光に対する反射率を測定し、その反射率Ｒ１と、アニールしていないＡｇ膜の反射率Ｒ０との差（Ｒ０−Ｒ１）を反射率低下値ΔＲｆとする。酸素雰囲気中３００℃アニールの試料ＳＰＯ３００では、反射率低下値ΔＲｆは約６％である。一方、窒素雰囲気中３００℃のアニールの試料ＳＰＮ３００では反射率低下値ΔＲｆは実質的に０であり、変化が観察されない。
【００４８】
図４（ａ）〜図４（ｄ）は、半導体発光素子の特性を例示する電子顕微鏡写真図である。  
これらの図は、酸素雰囲気中３００℃アニールの試料ＳＰＯ３００、酸素雰囲気中５００℃アニールの試料ＳＰＯ５００、窒素雰囲気中３００℃アニールの試料ＳＰＮ３００、及び、窒素雰囲気中５００℃アニールの試料ＳＰＮ５００のＳＥＭ写真像をそれぞれ示す。ＳＥＭ写真像は、Ｚ軸方向に沿って撮像した像であり、Ｘ−Ｙ平面を観察していることに相当する。
【００４９】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に表したように、酸素雰囲気中アニールにおいては、グレイン３０１が３次元的に成長している。さらに、５００℃では、孔が生じている。酸素雰囲気アニールにおいては、Ａｇのマイグレーションが生じていると考えられる。
【００５０】
一方、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に表したように、窒素雰囲気中アニールにおいては、グレイン３０１は平坦な表面を保ちつつ２次元的に成長している。このアニール条件においては、マイグレーションが抑制されていると考えられる。
【００５１】
酸素雰囲気中と窒素雰囲気中とにおける上記の反射率の変化の違いは、このようなＡｇ膜のモフォロジ、すなわち、マイグレーションの程度に関係していると考えられる。
【００５２】
このように、酸素雰囲気中アニールにおいては、低いコンタクト抵抗Ｒｃが得られるが、反射率が低い。一方、窒素雰囲気中アニールにおいては、コンタクト抵抗Ｒｃが高いが、高い反射率が維持できる。
【００５３】
本願発明者は、Ａｇ膜に、窒素雰囲気中でのアニールを施した後、さらに酸素雰囲気中でアニールを施した各種の試料を作製した。その結果、特定の条件のときに、低いコンタクト抵抗Ｒｃと、高い反射率（小さい反射率低下値ΔＲｆ）と、が得られることを見だした。
【００５４】
図５は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図５は、Ａｇ膜に、窒素雰囲気中アニールを施した後に、さらに酸素雰囲気中３００℃アニールを施した試料のコンタクト抵抗Ｒｃを示している。横軸は、窒素雰囲気中でのアニールの温度Ｔｎ（℃）であり、縦軸は、コンタクト抵抗Ｒｃ（Ωｃｍ２）である。
【００５５】
図５に表したように、窒素雰囲気中でのアニールの温度Ｔｎが７００℃以上８００℃以下のとき、または、３００℃以上４００℃以下のときに、コンタクト抵抗Ｒｃは１．５×１０−４Ωｃｍ２以上１．５×１０−３Ωｃｍ２以下となる。窒素雰囲気中でのアニールの温度Ｔｎが５００℃以上６００℃以下のときは、コンタクト抵抗Ｒｃは約２．０×１０−２Ωｃｍ２以上と著しく高い。窒素雰囲気中でのアニールの温度Ｔｎが６００℃のときは、コンタクト抵抗Ｒｃは、高すぎて測定できない。
【００５６】
図６は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図６は、Ａｇ膜に、窒素雰囲気中でのアニールを施した後に、さらに酸素雰囲気中において３００℃でアニールした試料の反射率の変化を示している。横軸は、窒素雰囲気中でのアニールの温度Ｔｎ（℃）であり、縦軸は、反射率低下値ΔＲｆ（％）である。
【００５７】
図６に表したように、窒素雰囲気中でのアニールの温度Ｔｎが３００℃のときは、反射率低下値ΔＲｆは、約６％と大きい。これに対して、窒素雰囲気中でのアニールの温度Ｔｎが８００℃のときは、反射率低下値ΔＲｆは、約３％と小さい。
【００５８】
このように、Ａｇ膜に、窒素雰囲気中で高温（例えば７００℃以上、例えば８００℃以下）でアニールを施した後に、さらに酸素雰囲気中で低温（例えば約３００℃）でアニールすることで、低いコンタクト抵抗Ｒｃと、高い反射率（小さい反射率低下値ΔＲｆ）が得られる。
【００５９】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、半導体発光素子の特性を例示する電子顕微鏡写真図である。  
図７（ａ）は、窒素雰囲気中８００℃でのアニールの後に酸素雰囲気中３００℃でのアニールを施した試料ＳＰＮＯ１のＳＥＭ写真像である。図７（ｂ）は、窒素雰囲気中３００℃でのアニールの後に酸素雰囲気中３００℃でのアニールを施した試料ＳＰＮＯ２のＳＥＭ写真像である。ＳＥＭ写真像は、Ｚ軸方向に沿って撮像した像であり、Ｘ−Ｙ平面を観察していることに相当する。
【００６０】
図７（ａ）に表したように、試料ＳＰＮＯ１においては、グレイン３０１は２次元的に大きく成長している。試料ＳＰＮＯ１の状態は、窒素雰囲気中アニールの試料ＳＰＮ３００及びＳＰＮ５００（図４（ｃ）及び図４（ｄ）参照）の状態とほぼ同様である。試料ＳＰＮＯ１において反射率低下値ΔＲｆが約３％と小さいことは、ＳＥＭで観察されるグレイン３０１が大きく、表面が平坦であることに関係していると考えられる。
【００６１】
一方、図７（ｂ）に表したように、試料ＳＰＮＯ２においては、グレイン３０１の径は小さい。試料ＳＰＮＯ２において反射率低下値ΔＲｆが大きいことは、グレイン３０１が小さいことに関係していると考えられる。
【００６２】
試料ＳＰＮＯ１の試料においては、ＳＥＭで観察される複数のグレイン３０１の平均の面積は、５μｍ２以上１００μｍ２以下である。複数のグレイン３０１の平均の面積は、第２半導体層２０から金属層８０に向かう積層方向に対して垂直な平面内（例えば、界面８０ａに平行な面内内であり、すなわち、Ｘ−Ｙ平面内）におけるグレイン３０１の面積である。比較的大きなグレイン３０１が存在するときに高い反射率が得られる。
【００６３】
試料ＳＰＮＯ１の試料において、比較的大きなグレイン３０１が存在し、高い反射率が得られるのは、窒素雰囲気中で高温でアニールすることで、Ａｇ膜が強固になり、その後の酸素雰囲気中でのマイグレーションが抑制されるからだと考えられる。これに対して、試料ＳＰＮＯ２の試料において、グレイン３０１が小さくなり、反射率が低くなるのは、窒素雰囲気中でのアニールが低温であるため、その後の酸素雰囲気中でマイグレーションが生じやすいためであると考えられる。
【００６４】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、Ａｇ膜である金属層８０は、複数のグレイン３０１を有することができる。そして、複数のグレイン３０１の平均の面積は、５μｍ２以上１００μｍ２以下である。これにより、高い反射率が得られる。
【００６５】
また、半導体発光素子１１０においては、金属層８０と半導体積層部１０ｓ（具体的には、第２半導体層２０）との間の比接触抵抗率（コンタクト抵抗Ｒｃ）は、１．５×１０−４Ωｃｍ２以上１．５×１０−３Ωｃｍ２以下である。これにより、半導体発光素子１１０においては、低コンタクト抵抗で高反射率の電極（金属層８０）が得られる。
【００６６】
図８（ａ）〜図８（ｃ）、及び、図９（ａ）〜図９（ｃ）は、半導体発光素子の特性を例示するＸ線回折プロファイル図である。  
図８（ａ）は、Ａｇ膜を成膜しアニールを施さない試料ＳＰＡのＸ線回折（ＸＲＤ：X‐ray diffraction）プロファイルを示している。図８（ｂ）、図８（ｃ）、図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、それぞれ、試料ＳＰＯ３００（酸素雰囲気中３００℃アニール）、試料ＳＰＯ４００（酸素雰囲気中４００℃アニール）、試料ＳＰＮ３００（窒素雰囲気中３００℃アニール）、試料ＳＰＮＯ２（窒素雰囲気中３００℃アニール＋酸素雰囲気中３００℃アニール）、及び、試料ＳＰＮＯ１（窒素雰囲気中８００℃アニール＋酸素雰囲気中３００℃アニール）のＸＲＤプロファイルを示している。これらの横軸は、測定の際の傾斜角θの２倍（２θ（度））であり、縦軸は強度ＩＮＴの対数（相対値）である。
【００６７】
図９（ａ）に表したように、アニールを施さない試料ＳＰＡにおいて、２θが約３８度付近においてＡｇの（１１１）面に帰属するピークが得られ、２θが約４４度付近においてＡｇの（１００）面に帰属するピークが得られている。なお、これらの試料においては、２θが約４２度において、基板であるＡｌ２Ｏ３の（０００６）面に帰属するピークも得られている。以下では、Ａｇの（１１１）面に帰属するピーク（２θが約３８度）と、Ａｇの（１００）面に帰属するピーク（２θが約４４度）と、に着目する。
【００６８】
図８（ｂ）、図８（ｃ）、図９（ａ）及び図９（ｂ）に表したように、試料ＳＰＯ３００、試料ＳＰＯ４００、試料ＳＰＮ３００及び試料ＳＰＮＯ２においては、Ａｇの（１００）面に帰属するピークは比較的高い。Ａｇの（１００）面に帰属するピークの高さは、Ａｇの（１１１）面に帰属するピークの高さの３％よりも大きい。ここで、例えば、２θが４６度以上４８度以下の範囲における強度ＩＮＴの平均値を、基準値（バックグランド値）として用いる。すなわち、Ａｇの（１００）面に帰属するピークの高さは、２θが４４度のときの強度ＩＮＴの、基準値（２θが４６度以上４８度以下の強度ＩＮＴの平均値）に対する比とする。そして、Ａｇの（１００）面に帰属するピークの高さは、２θが３８度のときの強度ＩＮＴの、基準値に対する比とする。
【００６９】
一方、図９（ｃ）に表したように、試料ＳＰＮＯ１においては、Ａｇの（１００）面に帰属するピークが非常に低い。すなわち、Ａｇの（１００）面に帰属するピークの高さは、Ａｇの（１１１）面に帰属するピークの高さの３％以下である。このことは、試料ＳＰＮＯ１においては、金属層８０は、＜１１１＞に優先配向していることに対応する。＜１１１＞に優先配向しているときは、＜１１１＞方向以外の方向に配向している部分よりも＜１１１＞方向に配向して部分の方が多いことを意味する。＜１１１＞に優先配向しているときは、Ｘ線回折解析において、（１１１）面以外の面（具体的には（１００）面）に帰属するピークが、（１１１）面に帰属するピークの高さの３％以下である。金属層８０において＜１１１＞に優先配向している状態は、例えば、電子線による解析よっても評価可能である。
【００７０】
このように、低コンタクト抵抗で高反射率の金属層８０（Ａｇ膜）においては、結晶の構造が特異的であることが分かった。すなわち、Ａｇ膜の（１００）面に帰属するピークの高さは、Ａｇの（１１１）面に帰属するピークの高さの３％以下の時に、低いコンタクト抵抗Ｒｃと、高い反射率（小さい反射率低下値ΔＲｆ）が得られる。
【００７１】
図１０は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図１０は、窒素雰囲気でのアニールの温度Ｔｎを５００℃〜８００℃で変えた試料におけるＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）のプロファイルを示している。図１０は、第２半導体層２０と、金属層８０（Ａｇ層）と、におけるＧａ原子の強度分布を示している。図１０の横軸は、深さＺｄ（Ｚ軸方向に沿う位置）である。縦軸は、Ｇａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）（相対値）であり、対数で表示されている。
【００７２】
試料Ｎ５Ｏ３では、窒素雰囲気中で５００℃のアニール後に、酸素雰囲気中で３００℃のアニールが行われる。  
試料Ｎ６Ｏ３では、窒素雰囲気中で６００℃のアニール後に、酸素雰囲気中で３００℃のアニールが行われる。  
試料Ｎ７Ｏ３では、窒素雰囲気中で７００℃のアニール後に、酸素雰囲気中で３００℃のアニールが行われる。  
試料Ｎ８Ｏ３では、窒素雰囲気中で８００℃でアニール後に、酸素雰囲気中で３００℃のアニールが行われる。試料Ｎ８Ｏ３は、上記の試料ＳＰＮＯ１に対応する。
【００７３】
図１０には、Ａｇ膜を成膜しアニールを施さない試料ＳＰＡの特性も例示されている。  図１０には、試料Ｎ８ＯＸの特性も例示されている。試料Ｎ８ＯＸでは、窒素雰囲気中で８００℃でアニールが行われ、酸素雰囲気中でのアニールは行われない。
【００７４】
図１０に示したように、アニールを施さない試料ＳＰＡにおいては、金属層８０（Ａｇ層）におけるＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）は約１×１０１未満である。第２半導体層２０中におけるＧａ原子の検出強度は約１×１０６である。アニールを施さない試料ＳＰＡにおいては、Ｇａ濃度は、第２半導体層２０中におけるＧａ濃度の１×１０−５倍よりも低い。試料ＳＰＡにおいては、金属層８０からは、Ｇａは実質的に検出されない。
【００７５】
そして、アニールを施すことで、金属層８０から、Ｇａが検出されるようになる。  
試料Ｎ８ＯＸ（窒素雰囲気８００℃アニールで酸素雰囲気アニールを行わない）においては、金属層８０中のＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）は、例えば、３×１０２〜３×１０３程度である。
【００７６】
試料Ｎ５Ｏ３（窒素雰囲気中５００℃アニール後＋酸素雰囲気中３００℃アニール）においては、金属層８０中のＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）は、例えば、約７×１０１〜２×１０３程度である。
【００７７】
試料Ｎ６Ｏ３（窒素雰囲気中６００℃アニール後＋酸素雰囲気中３００℃アニール）においては、金属層８０中のＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）は、例えば、１×１０４〜５×１０４程度ある。
【００７８】
試料Ｎ７Ｏ３（窒素雰囲気中７００℃アニール後＋酸素雰囲気中３００℃アニール）においては、金属層８０中のＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）は、例えば、５×１０３〜３×１０４程度である。
【００７９】
試料Ｎ８Ｏ３（窒素雰囲気中８００℃アニール後＋酸素雰囲気中３００℃アニール）においては、金属層８０中のＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）は、例えば、３×１０３〜２×１０４程度である。
【００８０】
このように、窒素雰囲気でのアニールの温度Ｔｎが５００℃と低い試料Ｎ５Ｏ３では、金属層８０中のＧａ濃度は低い。そして、窒素雰囲気中のアニール温度Ｔｎを５００℃から６００℃に上昇させると、金属層８０中のＧａ濃度が急激に高くなる。そして、窒素雰囲気中のアニール温度Ｔｎが７００℃〜８００℃においては、金属層８０中のＧａ濃度は、６００℃の値に比べて低くなる。
【００８１】
窒素雰囲気中でのアニール温度Ｔｎが５００℃のように低いときに、金属層８０中のＧａ濃度が低いことは自然である。一方、窒素雰囲気中でのアニール温度Ｔｎが６００℃のときに、金属層８０中のＧａ濃度が非常に高く、窒素雰囲気中でのアニール温度Ｔｎが７００℃以上になると、金属層８０中のＧａ濃度が低くなることは、この実験で初めて観測された現象である。
【００８２】
図５に関して説明したように、窒素雰囲気中でのアニールの温度Ｔｎが７００℃以上８００℃以下のときに、低いコンタクト抵抗Ｒｃが得られる。そして、アニールの温度Ｔｎが５００℃以上６００℃以下のときは、コンタクト抵抗Ｒｃが高い。時に、アニールの温度Ｔｎが６００℃のときは、コンタクト抵抗が測定できないほど高い。図３に関して説明したように、酸素雰囲気中でのアニールを行わない試料Ｎ８ＯＸでは、コンタクト抵抗Ｒｃは、約６×１０−３（Ωｃｍ２）であり、高い。
【００８３】
図５に示した、コンタクト抵抗Ｒｃとアニールの温度Ｔｎとの関係と、図１０に示した、金属層８０中のＧａ濃度とアニール温度Ｔｎとの関係と、には相関がある。
【００８４】
すなわち、アニールの温度Ｔｎが５００℃程度と、過度に低いと、金属層８０中のＧａ濃度は低く、コンタクト抵抗Ｒｃも高い。そして、アニールの温度Ｔｎが６００℃程度においては、金属層８０中のＧａ濃度は著しく高く、コンタクト抵抗Ｒｃも著しく高い。アニールの温度Ｔｎが６００℃を超え、７００℃以上８００℃以下と高温になると、金属層８０中のＧａ濃度は中程度であり、コンタクト抵抗Ｒｃは低くなる。
【００８５】
金属層８０中のＧａ濃度が低すぎても、高すぎても、コンタクト抵抗Ｒｃは高くなる。金属層８０中のＧａ濃度が程度な範囲のときに、低いコンタクト抵抗Ｒｃが得られる。金属層８０中のＧａ濃度において、低いコンタクト抵抗Ｒｃを得るための適切な範囲があることは、今まで知られていない。
【００８６】
ＳＩＭＳ分析において、Ｇａの濃度は相対値として検出される。そして、図１０に例示したように、金属層８０と第２半導体層２０との界面を含む領域において、Ｇａの濃度は変化している。金属層８０中におけるＧａの濃度を定量的に示す指標の例を導入する。
【００８７】
この指標では、第２半導体層２０と金属層８０（Ａｇ層）とを含む領域におけるＳＩＭＳ分析において、Ｇａ原子の強度に加えて、「Ｇａ＋Ｎ」の強度が測定される。「Ｇａ＋Ｎ」の強度は、例えば、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度である。「Ｇａ＋Ｎ」（複合体）の検出強度の特性を基に、金属層８０と第２半導体層２０とを含む領域内における基準の位置が定義される。その基準の位置に基づいて、金属層８０におけるＧａの濃度が定義される。
【００８８】
図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、試料Ｎ５Ｏ３、試料Ｎ６Ｏ３、試料Ｎ７Ｏ３、試料Ｎ８Ｏ３、試料ＳＰＡ及び試料Ｎ８ＯＸに、それぞれ対応する。これらの図は、ＳＩＭＳ分析結果の例である。横軸は、深さＺｄである。縦軸は、Ｇａ原子の検出強度、または、「Ｇａ＋Ｎ」（複合体）の検出強度である。縦軸は、相対値であり、対数で表示されている。
【００８９】
例えば、図１１（ａ）に表したように、第２半導体層２０中における「Ｇａ＋Ｎ」（複合体）の検出強度の最大値Ｖ１は、約１．４×１０３である。「Ｇａ＋Ｎ」（複合体）の検出強度が、最大値Ｖ１の１／１００になる深さＺｄ方向の位置を、第１位置ＩＦとする。第１位置ＩＦは、金属層８０と第２半導体層２０との間の界面と見なしても良い。第１位置ＩＦは、第２半導体層２０と金属層８０（Ａｇ層）とを含む領域内の、第２半導体層２０から金属層８０に向かう積層方向における位置である。第１位置ＩＦにおける「Ｇａ＋Ｎ」（複合体）の検出強度Ｖ２は、最大値Ｖ１の１／１００である。
【００９０】
金属層８０中において、第１位置ＩＦからＺ軸方向（積層方向）に沿って４０ｎｍ離れた位置（第２位置）を濃度定義位置Ｐ０とする。実施形態において、金属層８０（Ａｇ層）の厚さは、実用的には、例えば、４０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。このため、第１位置ＩＦからＺ軸方向（積層方向）に沿って４０ｎｍ離れた第２位置（濃度定義位置Ｐ０）は、金属層８０中に含まれる。
【００９１】
一方、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度は、第１位置ＩＦから十分に離れた位置のＧａ原子の検出強度である。例えば、図１１（ａ）〜図１１（ｆ）の例では、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度は、第１位置ＩＦからの距離が１００ｎｍ以上において、ほぼ一定となる。第１位置ＩＦから十分に離れた位置のＧａ原子の検出強度は、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度の最大値Ｖ１である。例えば、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度の最大値Ｖ１は、第１位置ＩＦからの距離が１００ｎｍの位置のＧａ原子の検出強度とする。いずれの試料においても、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度の最大値Ｖ３は、約１×１０６である。
【００９２】
そして、それぞれの試料において、金属層８０中の濃度定義位置Ｐ０におけるＧａ原子の検出強度Ｖ４が、互いに異なる。
【００９３】
試料Ｎ５Ｏ３においては、濃度定義位置Ｐ０におけるＧａ原子の検出強度Ｖ４は、約１．５×１０３である。試料Ｎ５Ｏ３においては、検出強度Ｖ４は、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度の最大値Ｖ３の約０．１％である。  
試料Ｎ６Ｏ３においては、濃度定義位置Ｐ０におけるＧａ原子の検出強度Ｖ４は、約４．５×１０４である。試料Ｎ６Ｏ３においては、検出強度Ｖ４は、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度の最大値Ｖ３の約３．８％である。  
試料Ｎ７Ｏ３においては、濃度定義位置Ｐ０におけるＧａ原子の検出強度Ｖ４は、約２．０×１０４である。試料Ｎ７Ｏ３においては、検出強度Ｖ４は、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度の最大値Ｖ３の約１．７％である。  
試料Ｎ８Ｏ３においては、濃度定義位置Ｐ０におけるＧａ原子の検出強度Ｖ４は、約１．４×１０４である。試料Ｎ８Ｏ３においては、検出強度Ｖ４は、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度の最大値Ｖ３の約１．４％である。  
試料ＳＰＡにおいては、濃度定義位置Ｐ０におけるＧａ原子の検出強度Ｖ４は、約２×１００である。  
試料Ｎ８ＯＸにおいては、濃度定義位置Ｐ０におけるＧａ原子の検出強度Ｖ４は、約４．２×１０３である。試料Ｎ８ＯＸにおいては、検出強度Ｖ４は、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度の最大値Ｖ３の約０．４％である。
【００９４】
従って、このような定義を用いると、検出強度Ｖ４が、第２半導体層２０におけるＧａ原子の検出強度の最大値Ｖ３の０．４％よりも高く３．８％よりも低いときに、低いコンタクト抵抗Ｒｃが得られることが分かる。
【００９５】
すなわち、実施形態においては、ＳＩＭＳ分析（二次イオン質量分析）において、第２半導体層２０と金属層８０（銀層）とを含む領域内の第２半導体層２０から金属層８０に向かう積層方向における第１位置における、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度Ｖ２は、第２半導体層２０中におけるその複合体の検出強度の最大値Ｖ１の１／１００である。
【００９６】
その二次イオン質量分析において、金属層５０のうちの第１位置ＩＦからの距離が４０ナノメートルの第２位置（濃度定義位置Ｐ０）における、ガリウム原子の検出強度Ｖ４は、第２半導体層２０中におけるガリウム原子の検出強度の最大値Ｖ３の０．４％よりも高く３．８％よりも低い。
【００９７】
これにより、低コンタクト抵抗を得ることができる。検出強度Ｖ４が、第２半導体層２０中におけるガリウム原子の検出強度の最大値Ｖ３の１．４％以上であることが望ましい。検出強度Ｖ４が、第２半導体層２０中におけるガリウム原子の検出強度の最大値Ｖ３の１．７％以下であることが望ましい。
【００９８】
第２位置（濃度定義位置Ｐ０）と、第１位置ＩＦと、の、Ｚ軸方向（第２半導体層２０から金属層８０に向かう積層方向）に沿う距離は、例えば、４０ｎｍである。
【００９９】
第１位置ＩＦにおいては、ＳＩＭＳ分析（二次イオン質量分析）で検出される、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度が、第２半導体層２０中における、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度の最大値の１／１００である。
【０１００】
第２半導体層２０中におけるＧａの濃度の最大値Ｖ３は、例えば、第２半導体層２０中において、金属層８０と第２半導体層２０との第１位置ＩＦとのＺ軸方向方向に沿う距離が１００ｎｍの位置におけるＧａ原子の検出強度である。
【０１０１】
もし、金属層８０と第２半導体層２０とを含む領域に関するＳＩＭＳ分析において、アニールを行わない試料（例えば試料ＳＰＡ）についての分析が可能な場合は、以下のような定義も用いることができる。
【０１０２】
第１の定義は、以下である。  
図１０に例示した試料ＳＰＡにおいて、第２半導体層２０においてＧａ原子の検出強度が一定である位置を基準位置ｐｓとする。この例では、基準位置ｐｓにおけるＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）は、約１×１０６である。  
金属層８０と第２半導体層２０とを含む領域において、第１界面位置ｐ０１が設定される。第１界面位置ｐ０１は、深さＺｄ方向の位置である。第１界面位置ｐ０１においては、Ｇａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）は、基準位置ｐｓにおけるＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）の１／ｅである。「ｅ」は、自然対数の底である。
【０１０３】
このように、試料ＳＰＡにより、ＳＩＭＳ分析における厚さＺｄ方向の基準位置として、第１界面位置ｐ０１が定められる。この例では、深さＺｄが約１７０ｎｍの位置が、第１界面位置ｐ０１となる。
【０１０４】
各試料において、第２半導体層２０から金属層８０に向かうＺ軸方向に沿って、金属層８０中におけるＧａの濃度が減少している領域と、上昇する領域と、が観測される。ＳＩＭＳ分析において、一般に、表面に近い領域（深さＺｄが１０ｎｍ以下の領域）においては、検出値は必ずしも正しくない。この領域の値を除外するために、便宜的に、第２半導体層２０中において、第２半導体層２０から金属層８０に向かうＺ軸方向に沿って、金属層８０中におけるＧａの濃度が減少している領域を、Ｇａ濃度を定義するための領域として用いる。
【０１０５】
各試料において、金属層８０中におけるＧａ原子の検出強度が最小になる位置を最小位置とする。そして、第１界面位置ｐ０１において、金属層８０中におけるＧａ原子の検出強度は最大になる。深さＺｄ方向において、上記の最小位置と、第１界面位置ｐ０１と、の中間の位置を中間位置とする。この中間位置におけるＧａ原子の検出強度（第１検出強度）を各試料における、金属層８０中のＧａ原子の検出強度として用いることができる。そして、この中間位置におけるＧａ原子の検出強度の、基準位置ｐｓにおけるＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）（約１×１０６）に対する比を、第１比Ｒ１とする。
【０１０６】
例えば、試料Ｎ５Ｏ３では、第１検出強度は約２×１０２であり、第１比Ｒ１は約０．０１％である。  
例えば、試料Ｎ６Ｏ３では、第１検出強度は約３×１０４であり、第１比Ｒ１は約３％である。  
例えば、試料Ｎ７Ｏ３では、第１検出強度は約１．４×１０４であり、第１比Ｒ１は約１．２％である。  
例えば、試料Ｎ８Ｏ３では、第１検出強度は約７×１０３であり、第１比Ｒ１は約０．７％である。  
例えば、試料Ｎ８ＯＸでは、第１検出強度は約１×１０３であり、第１比Ｒ１は約０．１％である。
【０１０７】
この定義を用いた場合は、第１比Ｒ１は、０．１％よりも大きく３％よりも小さいことが好ましい。第１比Ｒ１は、０．７％以上であることが好ましい。第１比Ｒ１は、１．２％以下であることが好ましい。
【０１０８】
第２の定義は以下である。  
図１０に例示した試料ＳＰＡにおいて、金属層８０と第２半導体層２０とを含む領域において、第２界面位置ｐ０２が設定される。第２界面位置ｐ０２は、深さＺｄ方向の位置である。第２界面位置ｐ０２においては、Ｇａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）は、基準位置ｐｓにおけるＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）の１／１００，０００である。
【０１０９】
この場合も、基準位置ｐｓは、第２半導体層２０においてＧａ原子の検出強度が一定である位置であり、基準位置ｐｓにおけるＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）は、約１×１０６である。そして、第１の定義と同様にして、金属層８０におけるＧａの濃度が定義される。
【０１１０】
すなわち、金属層８０中におけるＧａ原子の検出強度が最小になる位置を最小位置とする。第２界面位置ｐ０２において、金属層８０中におけるＧａ原子の検出強度は最大になる。深さＺｄ方向において、上記の最小位置と、第２界面位置ｐ０２と、の間のＧａ原子の検出強度の平均値（第２検出強度）を各試料における、金属層８０中のＧａ原子の検出強度として用いる。そして、このＧａ原子の検出強度の平均値の、基準位置ｐｓにおけるＧａ原子の検出強度Ｉｎｔ（Ｇａ）（約１×１０６）に対する比を、第２比Ｒ２とする。
【０１１１】
各試料において、第２検出強度は、第１検出強度とほぼ同じ値となる。第２の定義を用いた場合において、第２比Ｒ２は、０．１％よりも大きく３％よりも小さいことが好ましい。第２比Ｒ２は、０．７％以上であることが好ましい。第２比Ｒ２は、１．２％以下であることが好ましい。
【０１１２】
図１２は、第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。  
図１２に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子１２０は、半導体積層部１０ｓ及び金属層８０に加え、対向側電極７０と、支持基板部９０と、接着メタル層８２と、をさらに備える。半導体発光素子１２０においては、金属層８０は、第２半導体層２０と電気的に接続され、対向側電極７０は、第１半導体層１０と電気的に接続される。
【０１１３】
支持基板部９０は、導電性基板９３と、導電性基板９３の上に設けられた導電層９２と、を有する。導電性基板９３には、例えばシリコン基板が用いられる。接着メタル層８２は、導電層９２と対向側電極７０との間に設けられ、導電層９２と対向側電極７０とを電気的に接続する。接着メタル層８２と導電層９２が互いに接合している。導電性基板９３と対向側電極７０との間に電圧を印加することで、発光層３０に電流が流れ、光が放出される。
【０１１４】
この例では、第１半導体層１０の発光層３０とは反対側の表面１０ｕ（第２主面１０ｂ）に凹凸１０ｐが形成されている。凹凸１０ｐの高さは、例えば、発光層３０から放出される光の主波長よりも大きい。
【０１１５】
この場合も、金属層８０は、＜１１１＞配向している。例えば、（１００）面に帰属するピークの高さは、Ａｇの（１１１）面に帰属するピークの高さの３％以下である。
【０１１６】
また、金属層８０の複数のグレイン３０１の平均の面積は、５μｍ２以上１００μｍ２以下である。そして、金属層８０と半導体積層部１０ｓとの間のコンタクト抵抗Ｒｃは、１．５０×１０−４Ωｃｍ２以上１．５×１０−３Ωｃｍ２以下である。
【０１１７】
このように、半導体発光素子１２０においても、低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子が提供できる。
【０１１８】
以下、半導体発光素子１２０の製造方法の例について説明する。  
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）及び、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。  
以下の製造方法において、半導体層の結晶成長には、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）が用いられる。この他、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）により結晶成長を行っても良い。
【０１１９】
図１３（ａ）に表したように、ｃ面サファイアなどの基板５の主面上に、バッファ層６を形成する。基板５には、サファイア以外に、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ及びＧａＡsなどの各種の材料を用いることができる。バッファ層６には、例えばＡｌｘ０Ｇａ１−ｘ０Ｎ（０≦ｘ０≦１）層が用いられる。バッファ層６の上に、第１半導体層１０の結晶を成長させる。第１半導体層１０には、例えばｎ形ＧａＮ層などが用いられる。第１半導体層１０の上に発光層３０の結晶を成長させる。発光層３０には、図２（ａ）〜図２（ｃ）に関して説明した種々の構成が適用される。発光層３０の上に第２半導体層２０の結晶を成長させる。第２半導体層２０には、例えばｐ形ＧａＮ層などが用いられる。
【０１２０】
第２半導体層２０の上に、金属層８０となるＡｇ膜を形成する。この後、窒素雰囲気中８００℃で１ｍｉｎ間アニールし、その後、酸素雰囲気中３００℃で１ｍｉｎ間アニールする。これにより、金属層８０が得られる。金属層８０を覆うように、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜をこの順序で積層し、接着メタル層８２を形成する。
【０１２１】
図１３（ｂ）に表したように、導電性基板９３（例えばシリコン基板）と、導電性基板９３の主面に設けられた導電層９２と、を有する支持基板部９０を用意する。導電層９２と、接着メタル層８２と、を互いに対向させる。導電層９２には、Ａｕ及びＳｎを含む層が用いられる。導電層９２と接着メタル層８２とを接触させた状態で、例えば、２５０℃以上の高温下において、一定時間圧力が印加される。
【０１２２】
これにより、図１３（ｃ）に表したように、接着メタル層８２と導電層９２とが互いに接着される。
【０１２３】
そして、基板５の第１半導体層１０とは反対の側から紫外光レーザ（例えば、ＫｒＦの波長が２４８ｎｍのレーザ）をパルス照射する。  
これにより、図１４（ａ）に表したように、半導体積層部１０ｓが基板５から剥離される。このように、半導体積層部１０ｓを形成する際に用いられた基板５が除去されることにより、半導体発光素子１２０においては、放熱性を向上でき、高い発光効率が得られる。
【０１２４】
その後、半導体積層部１０ｓを所定の形状に加工にする。すなわち、基板５の上に複数の半導体積層部１０ｓが形成され、複数の半導体積層部１０ｓごとに分離される。なお、このとき、分離された複数の半導体積層部１０ｓどうしの間において、接着メタル層８２はパターニングされず、半導体積層部１０ｓ毎に分離された半導体結晶膜間には、接着メタル層８２が露出した状態となる。また、パターニングされた半導体結晶膜は、例えばテーパ状のメサ形状となる。
【０１２５】
次に、保護層として、例えばＳｉＯ２膜を形成する。なお、メサ形状にすることで、保護層の被覆性が向上する。保護層の一部を除去して、第１半導体層１０の表面を露出させる。
【０１２６】
図１４（ｂ）に表したように、第１半導体層１０の表面に対向側電極７０を形成する。この後、第１半導体層１０をウエットエッチングする。このエッチングにおいては、例えば、濃度が１ｍｏｌ／ｌで、温度が７０℃の水酸化カリウムを用い、１５分間のエッチングを行う。これにより、第１半導体層１０の表面が粗面化される。すなわち、第１半導体層１０の表面に凹凸１０ｐが形成される。
【０１２７】
なお、対向側電極７０には、例えば、アルカリ耐性の材料を用いる。対向側電極７０には、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ及びＴｉのうちの少なくともいずれか材料を用いる。この材料を用いることにより、アルカリエッチングにより形成される凹凸１０ｐのサイズ（高低差）を大きくできる。  
以上のような工程により、図１２に例示した半導体発光素子１２０が製造できる。
【０１２８】
（第２の実施形態）  
本実施形態は、半導体発光素子の製造方法に係る。  
図１５は、第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。  
図１５に表したように、発光層３０を含み窒化物半導体を含む半導体積層部１０ｓの上に、Ａｇを含む金属膜（銀膜）を形成する（ステップＳ１１０）。この金属膜を窒素含む雰囲気中で熱処理を施す第１熱処理工程を行う（ステップＳ１２０）。さらに、第１熱処理工程の後に金属膜を、酸素を含む雰囲気中で熱処理を施す第２処理工程を行う（ステップＳ１３０）。第１熱処理工程における熱処理の温度は、第２熱処理工程における熱処理の温度よりも高い。これにより、低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子が製造できる。
【０１２９】
第１熱処理工程における熱処理の温度は、７００℃以上８００℃以下である。第２熱処理工程における熱処理の温度は、２００℃以上４００℃以下である。これにより、図５、図６に関して説明したように、低コンタクト抵抗で高反射率の電極（金属層８０）が得られる。第１熱処理工程における熱処理の時間は、例えば、１ｍiｎ以上１０ｍｉｎ以下である。１ｍiｎ未満だと結晶の成長が不十分であり、第２熱処理工程におけるマイグレーションの抑制が不十分になる。１０ｍiｎを超えると半導体積層部へのダメージが発生する場合がある。第２熱処理工程における熱処理の時間は、例えば、３０ｓｅｃ（秒）以上１ｍｉｎ以下である。３０ｓｅｃ未満だと、コンタクト抵抗の低下が不十分である。１ｍiｎを超えるとマイグレーションが促進し、反射率が低下する。
【０１３０】
本実施形態に係る製造方法においては、上記の第２熱処理工程後において、銀膜（金属層８０）においては、Ｘ線回折解析においてＡｇの（１００）面に帰属するピークの高さが、Ａｇの（１１１）面に帰属するピークの高さの例えば、３％以下である。
【０１３１】
第２熱処理工程後において、ＳＩＭＳ分析において、半導体層（この例では第２半導体層２０）と銀膜とを含む領域内の、半導体層から銀膜に向かう積層方向における第１位置ＩＦにおける、ガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度Ｖ２は、半導体層中におけるガリウム原子と窒素原子との複合体の検出強度の最大値Ｖ１の１／１００である。
【０１３２】
第２熱処理工程後において、そのＳＩＭＳ分析において、銀膜のうちの第１位置ＩＦからの距離が４０ｎｍの第２位置（濃度定義位置Ｐ０）におけるガリウム原子の検出強度Ｖ４は、半導体層中におけるガリウム原子の検出強度の最大値Ｖ３の０．４％よりも高く３．８％よりも低い。これにより、低コンタクト抵抗を得ることができる。検出強度Ｖ４が、最大値Ｖ３の１．４％以上であることが望ましい。検出強度Ｖ４が、最大値Ｖ３の１．７％以下であることが望ましい。
【０１３３】
実施形態によれば、低コンタクト抵抗で高反射率の電極を有する半導体発光素子が提供される。
【０１３４】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【０１３５】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１３６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれ半導体層、ｎ形半導体層、ｐ形半導体層、発光層、透明電極層、及び電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１３７】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１３８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４０】
５…基板、  ６…バッファ層、  １０…第１半導体層、  １０ａ…第１主面、  １０ｂ…第２主面、  １０ｐ…凹凸、  １０ｓ…半導体積層部、  １１…第１ｎ側層、  １２…第２ｎ側層、  ２０…第２半導体層（半導体層）、  ２１…第１ｐ側層、  ２２…第２ｐ側層、  ３０…発光層、  ７０…対向側電極、  ８０…金属層（Ａｇ層）、  ８０ａ…界面、  ８２…接着メタル層、  ９０…支持基板部、  ９２…導電層、  ９３…導電性基板、  ΔＲｆ…反射率低下値、  θ…角度、  １１０、１１０ａ〜１１０ｃ、１２０…半導体発光素子、  ３０１…グレイン、  ＢＬ…障壁層、  ＢＬ１〜ＢＬｎ…第１〜第ｎ障壁層、  ＢＬｐ…ｐ側障壁層、  ＩＦ…第１位置、  ＩＬ１、ＩＬ２…第１、第２中間層、  ＩＮＴ…強度、  Ｉｎｔ…検出強度、  Ｐ０…濃度定義位置（第２位置）、  Ｒｃ…コンタクト抵抗、Ｖ１、Ｖ３…最大値、  Ｖ２、Ｖ４…検出強度  ＷＬ…井戸層、  ＷＬ１〜ＷＬｎ…第１〜第ｎ井戸層、  Ｚｄ…深さ、  ｐ０１…第１界面位置、  ｐ０２…第２界面位置、  ｐｓ…基準位置  
【図１】
2013140948.tif 000003
【図２】
2013140948.tif 000004
【図３】
2013140948.tif 000005
【図５】
2013140948.tif 000006
【図６】
2013140948.tif 000007
【図８】
2013140948.tif 000008
【図９】
2013140948.tif 000009
【図１０】
2013140948.tif 000010
【図１１】
2013140948.tif 000011
【図１２】
2013140948.tif 000012
【図１３】
2013140948.tif 000013
【図１４】
2013140948.tif 000014
【図１５】
2013140948.tif 000015
【図４】
2013140948.tif 000016
【図７】
2013140948.tif 000017