(57)【要約】【課題】ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と負電極との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】半導体発光素子１００は、基板１と、基板１の第１面１ａ側に形成され第１面１ａ側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６を有する窒化物半導体層２０と、を備える。また、半導体発光素子１００は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６の表面６ａ側に形成された正電極８と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のうち露出した表面３ａに形成された負電極９と、を備える。負電極９は、ＮｉとＡｌとを主成分とする凝固組織により構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の第１面側に形成され前記第１面側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち露出した表面に形成された負電極と、を備え、
前記負電極は、ＮｉとＡｌとを主成分とする凝固組織により構成されている、
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記凝固組織は、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に接する複数のＮｉ初晶と、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に接するＡｌＮｉ共晶と、が混在している、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記複数のＮｉ初晶は、下記の条件を満たすＮｉ初晶を含んでおり、
条件：前記負電極の厚さ方向の全長に亘って形成され、前記負電極の一面内方向において前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層に接する連続領域の幅が、前記負電極の厚さよりも大きい、
ことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記Ｎｉ初晶は、樹枝状結晶であり、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の厚さ方向に直交する断面形状が、樹枝状である、
ことを特徴とする請求項２又は３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層は、ｎ型ＡｌＧａＮ層である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
基板と、前記基板の第１面側に形成され前記第１面側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち露出した表面に形成された負電極と、を備える半導体発光素子の製造方法であって、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記表面に前記負電極を形成するにあたっては、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記表面上に、Ａｌ膜とＮｉ膜とが交互に積層され一番上のＮｉ膜上にＡｕ膜が積層された多層膜を形成し、その後、６４０℃以上７００℃以下のアニール温度でのアニール処理により前記多層膜を溶融させ、徐冷を行うことで前記負電極を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記徐冷を行うときの冷却速度を、２０〜６０℃／ｍｉｎとする、
ことを特徴とする請求項６記載の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】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子としては、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子（以下、「半導体発光素子」という）が知られている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
特許文献１及び２に記載された半導体発光素子は、絶縁性基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されている。また、この半導体発光素子は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層及び活性層それぞれの一部がエッチングにより除去されている。これにより、半導体発光素子は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層が露出されている。
【０００４】
半導体発光素子は、露出されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と接する負電極（ｎ電極）が形成されている。
【０００５】
特許文献１及び２には、負電極の形成にあたって、最下層のＴｉ膜とＡｌ膜と最上層のＡｕ膜との積層膜からなる多層膜を形成してから、４００℃以上１２００℃以下でアニーリングを行うことが記載されている。特許文献１には、上述のアニーリングにより、負電極とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層との好ましいオーミック接触が得られることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献１及び２には、上述のアニーリングにおけるアニーリング温度について、４００℃以上、更に好ましくは５００℃以上、最も好ましくは６００℃以上である旨が記載されている。
【０００７】
上述の半導体発光素子は、正電極（ｐ電極）と負電極との間に正電極が負電極に対して高電位側となる順方向バイアス電圧を印加することにより、正電極から負電極に向かって電流が流れ、活性層にてホールと電子が結合し所定の波長の光を発光する。
【０００８】
特許文献３には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層上に形成したｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）とｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層との接触抵抗と熱処理温度の関係を、測定した結果が示されている。特許文献３には、この関係を、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層のＡｌＮモル分率ｘが、０、０．２５、０．４及び０．６の４通りについて測定した結果が示されている。
【０００９】
また、特許文献３には、発光波長が３６５ｎｍよりも短波長の紫外線発光素子の場合、低い接触抵抗でｎ電極をｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層上に形成するには、概ね６００℃以上の熱処理が必要である旨が記載されている。また、特許文献３には、発光波長が短くなると、つまり、ＡｌＮモル分率ｘが大きくなると、更に高温での熱処理が必要となる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３１８０８７１号公報
【特許文献２】特許第３４８２９５５号公報
【特許文献３】国際公開番号ＷＯ２０１２／０３９４４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の半導体発光素子では、例えば、発光波長が３００ｎｍ以下に設定されている場合、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層として、Ａｌの組成比が０．６よりも高いｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層が必要となる。
【００１２】
本願発明者らは、例えば、ｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層の露出させた表面上に、上述のＴｉ膜とＡｌ膜とＡｕ膜との積層膜を形成してからオーミック接触を得ようとした場合、７５０℃以上のアニーリング温度でのアニーリングを行う必要であるという知見を得た。
【００１３】
また、特許文献３に記載された測定の結果では、ＡｌＮモル分率ｘが、０．６の場合、熱処理温度が９５０℃程度のときに接触抵抗が最低値となっている。この接触抵抗の最低値は、１×１０-2Ω・ｃｍ2程度である。
【００１４】
しかしながら、半導体発光素子では、アニール温度が高すぎると、ｎ型ＡｌＧａＮ層のＮが脱離してｎ型ＡｌＧａＮ層にダメージが発生する。このような理由から、半導体発光素子では、より低いアニール温度で形成できる負電極が望まれている。また、半導体発光素子では、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層との接触抵抗のより小さな負電極が望まれている。
【００１５】
本発明の目的は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と負電極との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子及び半導体発光素子の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】
【００１６】
本発明の半導体発光素子は、基板と、前記基板の第１面側に形成され前記第１面側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、を備える。また、本発明の半導体発光素子は、前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち露出した表面に形成された負電極と、を備える。前記負電極は、ＮｉとＡｌとを主成分とする凝固組織により構成されている。
【００１７】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、基板と、前記基板の第１面側に形成され前記第１面側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側に形成された正電極と、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち露出した表面に形成された負電極と、を備える半導体発光素子の製造方法である。前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記表面に前記負電極を形成するにあたっては、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記表面上に、Ａｌ膜とＮｉ膜とが交互に積層され一番上のＮｉ膜上にＡｕ膜が積層された多層膜を形成する。その後、本発明の半導体発光素子の製造方法では、６４０℃以上７００℃以下のアニール温度でのアニール処理により前記多層膜を溶融させ、徐冷を行うことで前記負電極を形成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体発光素子においては、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と負電極との接触抵抗の低減を図ることが可能となるという効果がある。
【００１９】
本発明の半導体発光素子の製造方法においては、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と負電極との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図２】図２は、実施形態の半導体発光素子の概略斜視図である。
【図３】図３は、実施形態の半導体発光素子における要部の模式的な断面図である。
【図４】図４は、実施形態の半導体発光素子における凝固組織の模式図である。
【図５】図５は、実施形態の半導体発光素子の負電極を基板の第２面側から観察した光学顕微鏡写真である。
【図６】図６は、実施形態の半導体発光素子における要部の断面ＳＥＭ像である。
【図７】図７は、実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図８】図８Ａは、実施形態の半導体発光素子の製造方法の説明図である。図８Ｂは、実施形態の半導体発光素子の製造方法の説明図である。図８Ｃは、実施形態の半導体発光素子の製造方法の説明図である。
【図９】図９Ａは、実施形態の半導体発光素子の製造方法の説明図である。図９Ｂは、実施形態の半導体発光素子の製造方法の説明図である。図９Ｃは、実施形態の半導体発光素子の製造方法の説明図である。
【図１０】図１０Ａは、実施形態の半導体発光素子の製造方法の説明図である。図１０Ｂは、実施形態の半導体発光素子の製造方法の説明図である。図１０Ｃは、実施形態の半導体発光素子の製造方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。
【００２２】
以下では、本実施形態の半導体発光素子１００について図１〜１０に基づいて説明する。
【００２３】
半導体発光素子１００は、基板１と、基板１の第１面１ａ側に形成され第１面１ａ側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６を有する窒化物半導体層２０と、を備える。また、半導体発光素子１００は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６の表面６ａ側に形成された正電極８と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のうち露出した表面３ａに形成された負電極９と、を備える。負電極９は、ＮｉとＡｌとを主成分とする凝固組織により構成されている。よって、半導体発光素子１００は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図ることが可能となる。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のうち露出した表面３ａとは、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３における基板１側とは反対側において発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６が重なっていない表面を意味する。より詳細には、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の露出した表面３ａとは、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のうち、窒化物半導体層２０が深さ方向の途中まで除去されて露出した表面を意味する。凝固組織とは、溶融金属が固体に変態する結果生成した結晶組織を意味する。言い換えれば、凝固組織は、ＮｉとＡｌとを含む溶融金属が凝固することにより形成された溶融凝固組織である。ＮｉとＡｌとを主成分とする凝固組織は、例えば、不純物としてＡｕ及びＮを含んでいてもよい。
【００２４】
凝固組織は、図３〜５に示すように、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａに接する複数のＮｉ初晶９ａと、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａに接するＡｌＮｉ共晶９ｂと、が混在している。よって、半導体発光素子１００は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図れ、且つ、負電極９のシート抵抗の低減を図ることが可能となる。ＡｌＮｉ共晶９ｂは、Ａｌの組成比が９６〜９７ａｔ％程度であるから、Ｎｉに比べてＡｌがリッチなＡｌリッチの組織である。負電極９を構成している凝固組織は、複数のＮｉ初晶９ａが主として接触抵抗の低減に寄与し、ＡｌＮｉ共晶９ｂが主としてシート抵抗の低減に寄与している、と推考される。Ｎｉ初晶９ａは、例えば、不純物としてＡｕ及びＮを含んでいてもよい。ＡｌＮｉ共晶９ｂは、例えば、不純物としてＡｕを含んでいてもよい。
【００２５】
半導体発光素子１００は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図ることにより、半導体発光素子１００の動作電圧を低減することが可能となり、また、発光輝度の向上を図ることが可能となる。
【００２６】
半導体発光素子１００は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触が、オーミック接触であるのが好ましい。オーミック接触とは、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触のなかで、印加電圧の方向により生じる電流の整流性のない接触を意味する。オーミック接触は、電流−電圧特性が略線形であるのが好ましく、線形であるのがより好ましい。また、オーミック接触は、接触抵抗がより小さいのが好ましい。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触では、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との界面を通過する電流が、ショットキー障壁を乗り越える熱電子放出電流とショットキー障壁を透過するトンネル電流との和であると考えられる。このため、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触では、トンネル電流が支配的な場合、近似的にオーミック接触が実現していると考えられる。
【００２７】
半導体発光素子１００のチップサイズは、４００μｍ□（４００μｍ×４００μｍ）に設定してあるが、これに限らない。チップサイズは、例えば、２００μｍ□（２００μｍ×２００μｍ）〜１ｍｍ□（１ｍｍ×１ｍｍ）程度の範囲で適宜設定することができる。また、半導体発光素子１００の平面形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状等でもよい。半導体発光素子１００の平面形状が、長方形状の場合、半導体発光素子１００のチップサイズは、例えば、５００μｍ×２４０μｍとすることができる。
【００２８】
半導体発光素子１００の各構成要素については、以下に詳細に説明する。
【００２９】
半導体発光素子１００は、例えば、２１０ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外波長域に発光波長（発光ピーク波長）を有する紫外線発光ダイオードとすることができる。これにより、半導体発光素子１００は、例えば、高効率白色照明、殺菌、医療、環境汚染物質を高速で処理する用途等の分野で、利用することができる。半導体発光素子１００は、紫外線発光ダイオードのような紫外線発光素子の場合、ＵＶ−Ｃの波長域に発光波長を有するのが好ましい。ＵＶ−Ｃの波長域は、例えば国際照明委員会（ＣＩＥ）における紫外線の波長による分類によれば、１００ｎｍ〜２８０ｎｍである。
【００３０】
基板１は、例えば、第１面１ａが（０００１）面のサファイア基板により構成することができる。つまり、基板１は、ｃ面サファイア基板（α−Ａｌ２Ｏ３基板）により構成することができる。また、サファイア基板は、（０００１）面からのオフ角が、０〜０．４°であるのが好ましい。
【００３１】
半導体発光素子１００は、基板１とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３（以下、「ｎ型半導体層３」ともいう。）との間に、バッファ層２を備えているのが好ましい。要するに、半導体発光素子１００は、基板１の第１面１ａ上にバッファ層２が形成されており、ｎ型半導体層３が、バッファ層２上に形成されているのが好ましい。バッファ層２は、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層により構成されている。バッファ層２は、ＡｌＮ層により構成されているのが好ましい。
【００３２】
バッファ層２は、貫通転位を減少させることを目的として設けた層である。バッファ層２は、厚さが薄すぎると貫通転位の減少が不十分となりやすく、厚さが厚すぎると格子不整合に起因したクラックが発生したり、複数個の半導体発光素子１００を形成するウェハの反りが大きくなり過ぎる要因となる可能性がある。このため、バッファ層２の厚さは、例えば、５００ｎｍ〜１０μｍ程度の範囲で設定するのが好ましく、１μｍ〜５μｍの範囲で設定するのが、より好ましい。バッファ層２の厚さは、一例として４μｍに設定してある。
【００３３】
ｎ型半導体層３は、発光層４へ電子を輸送するための層である。ｎ型半導体層３は、例えば、ｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ＜１）層により構成することができる。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３を構成するｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ＜１）層の組成比は、発光層４で発光する紫外線を効率良く放出できるように設定するのが好ましい。例えば、発光層４が障壁層と井戸層とで構成される量子井戸構造を有し、井戸層のＡｌの組成比が０．５、障壁層のＡｌの組成比が０．７の場合、ｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ＜１）のＡｌの組成比ｚは、障壁層のＡｌの組成比と同じ０．７とすることができる。すなわち、発光層４の井戸層がＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層により構成され、障壁層がＡｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層により構成される場合、ｎ型半導体層３は、例えば、ｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層により構成することができる。ｎ型半導体層３のＡｌの組成比は、障壁層のＡｌの組成比と同じである場合に限らず、異なっていてもよい。また、ｎ型半導体層３は、単層膜に限らず、例えば、互いにＡｌの組成比の異なる複数のｎ型ＡｌＧａＮ層を積層した多層膜により構成してもよい。ｎ型半導体層３の厚さは、一例として２μｍに設定してある。ｎ型半導体層３のドナー不純物としては、例えば、Ｓｉが好ましい。また、ｎ型半導体層３の電子濃度は、例えば、１×１０18〜１×１０19ｃｍ-3程度の範囲で設定すればよい。
【００３４】
発光層４は、注入されたキャリア（ここでは、電子と正孔）を光に変換する層である。言い換えれば、発光層４は、注入された２種類のキャリア（電子、正孔）の再結合により紫外線を放射する層である。発光層４は、量子井戸構造を有しているのが好ましい。発光層４は、量子井戸構造の井戸層が、ＡｌaＧａ1-aＮ（０＜ａ＜１）層により構成され、量子井戸構造の障壁層が、ＡｌbＧａ1-bＮ（０＜ｂ≦１、ｂ＞ａ）層により構成されているのが好ましい。ＡｌaＧａ1-aＮ（０＜ａ＜１）層からなる井戸層を備えた発光層４は、井戸層のＡｌの組成比ａを変化させることにより、発光波長を２１０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲で任意の発光波長に設定することが可能である。例えば、所望の発光波長が２６５ｎｍ付近である場合には、Ａｌの組成比ａを０．５０に設定すればよい。発光層４は、量子井戸構造の井戸層が、ＩｎＡｌＧａＮ層により構成されていてもよい。
【００３５】
量子井戸構造は、多重量子井戸構造でもよいし、単一量子井戸構造でもよい。発光層４は、井戸層の厚さが厚すぎると、井戸層に注入された電子及び正孔が、量子井戸構造における格子不整合に起因するピエゾ電界に起因して、空間的に分離してしまい、発光効率が低下してしまうと推考される。また、発光層４は、井戸層の厚さが薄すぎる場合、キャリアの閉じ込め効果が低下し、発光効率が低下してしまうと推考される。このため、井戸層の厚さは、例えば、１ｎｍ〜５ｎｍ程度が好ましく、１．３ｎｍ〜３ｎｍ程度が、より好ましい。また、障壁層の厚さは、例えば、５ｎｍ〜１５ｎｍ程度の範囲で設定することが好ましい。半導体発光素子１００では、一例として、井戸層の厚さを２ｎｍに設定し、障壁層の厚さを１０ｎｍに設定してある。半導体発光素子１００は、発光層４が量子井戸構造を有した構成に限らず、例えば、発光層４がｎ型半導体層３とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６（以下、「ｐ型半導体層」ともいう。）とで挟まれたダブルヘテロ構造でもよい。
【００３６】
半導体発光素子１００は、発光層４とｐ型半導体層６との間に電子ブロック層５を備えているのが好ましい。
【００３７】
電子ブロック層５は、発光層４へ注入された電子のうち、発光層４中で正孔と再結合されなかった電子が、ｐ型半導体層６側へ漏れる（オーバーフローする）のを抑制するために、発光層４とｐ型半導体層６との間に好適に設けることができる。電子ブロック層５は、ｐ型ＡｌcＧａ1-cＮ（０＜ｃ＜１）層により構成してある。ｐ型ＡｌcＧａ1-cＮ（０＜ｃ＜１）層のＡｌの組成比ｃは、例えば、０．９とすることができる。ｐ型ＡｌcＧａ1-cＮ（０＜ｃ＜１）層の組成比は、特に限定するものではないが、電子ブロック層５のバンドギャップエネルギが、ｐ型半導体層６もしくは障壁層のバンドギャップエネルギよりも高くなるように設定することが好ましい。また、電子ブロック層５の正孔濃度は、特に限定するものではない。また、電子ブロック層５の厚さは、一例として３０ｎｍに設定してある。電子ブロック層５の厚さは、薄すぎるとオーバーフローを抑制する効果が減少し、厚すぎると半導体発光素子１００の抵抗が大きくなる要因となる可能性がある。電子ブロック層５の厚さについては、Ａｌの組成比ｃや正孔濃度等の値によって適した厚さが変化するので、一概には言えないが、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で設定することが好ましく、５ｎｍ〜２５ｎｍの範囲で設定することが、より好ましい。
【００３８】
ｐ型半導体層６は、発光層４へ正孔を輸送するための層である。ｐ型半導体層６は、ｐ型ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）層により構成してあるのが好ましい。ｐ型ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）層の組成比は、発光層４で発光する紫外線の吸収を抑制できるように設定するのが好ましい。例えば、上述のように発光層４における井戸層のＡｌの組成比が０．５、障壁層のＡｌの組成比ｂが０．７の場合、ｐ型ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）層のＡｌの組成比ｄは、例えば、障壁層のＡｌの組成比ｂと同じ０．７とすることができる。すなわち、発光層４の井戸層がＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層からなる場合、ｐ型半導体層６は、例えば、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層により構成することができる。ｐ型半導体層６のＡｌの組成比は、障壁層のＡｌの組成比ｂと同じである場合に限らず、異なっていてもよい。ｐ型半導体層６のアクセプタ不純物としては、例えば、Ｍｇが好ましい。
【００３９】
ｐ型半導体層６の正孔濃度は、ｐ型半導体層６の膜質が劣化しない正孔濃度の範囲において、より高い濃度のほうが好ましい。しかしながら、半導体発光素子１００は、ｐ型ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）層の正孔濃度がｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）層の電子濃度よりも低いので、ｐ型半導体層６の厚さが、厚すぎると、半導体発光素子１００の抵抗が大きくなりすぎる。このため、ｐ型半導体層６の厚さは、２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下が、より好ましい。なお、半導体発光素子１００では、一例として、ｐ型半導体層６の厚さを５０ｎｍに設定してある。
【００４０】
半導体発光素子１００は、ｐ型半導体層６の表面６ａ上にｐ型コンタクト層７を好適に備えた構成とすることができる。
【００４１】
ｐ型コンタクト層７は、正電極８との接触抵抗を下げ、正電極８との良好なオーミック接触を得るために設けてある。ｐ型コンタクト層７は、ｐ型ＧａＮ層により構成してあるのが好ましい。ｐ型コンタクト層７を構成するｐ型ＧａＮ層の正孔濃度は、ｐ型半導体層６よりも高濃度とすることが好ましく、例えば、７×１０17ｃｍ-3程度とすることにより、正電極８との良好なオーミック接触を得ることが可能である。ただし、ｐ型ＧａＮ層の正孔濃度は、正電極８との良好なオーミック接触が得られる正孔濃度の範囲で適宜変更してもよい。ｐ型コンタクト層７の厚さは、２００ｎｍに設定してあるが、これに限らず、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲で設定すればよい。
【００４２】
半導体発光素子１００は、上述のように、窒化物半導体層２０が、バッファ層２、ｎ型半導体層３、発光層４、電子ブロック層５、ｐ型半導体層６及びｐ型コンタクト層７を備えた構成とすることができる。窒化物半導体層２０は、ｎ型半導体層３、発光層４及びｐ型半導体層６以外のバッファ層２、電子ブロック層５及びｐ型コンタクト層７等について、適宜設ければよい。窒化物半導体層２０は、エピタキシャル成長法により形成することができる。エピタキシャル成長法は、例えば、有機金属気相成長（metal organic vapor phase epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法、ハイドライド気相成長（hydride vapor phase epitaxy：ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）法等を採用できる。なお、窒化物半導体層２０は、この窒化物半導体層２０を形成する際に不可避的に混入されるＨ、Ｃ、Ｏ、Ｓｉ、Ｆｅ等の不純物が存在してもよい。
【００４３】
半導体発光素子１００は、窒化物半導体層２０の一部を、窒化物半導体層２０の表面２０ａ側からｎ型半導体層３の途中までエッチングすることで除去してある。これにより、半導体発光素子１００は、ｎ型半導体層３の表面３ａを露出させている。要するに、半導体発光素子１００は、窒化物半導体層２０の一部をエッチングすることで形成されたメサ構造２２を有している。そして、半導体発光素子１００は、窒化物半導体層２０の表面２０ａ上に正電極８が形成され、ｎ型半導体層３の表面３ａ上に負電極９が形成されている。半導体発光素子１００は、窒化物半導体層２０がｐ型コンタクト層７を備えている場合、ｐ型コンタクト層７の表面７ａが、窒化物半導体層２０の表面２０ａを構成する。正電極８は、ｐ電極と称されることもある。負電極９は、ｎ電極とも称されることもある。
【００４４】
半導体発光素子１００は、メサ構造２２の上面２２ａ（窒化物半導体層２０の表面２０ａ）の一部とメサ構造２２の側面２２ｃとｎ型半導体層３の表面３ａの一部とに跨って絶縁膜１０が形成されているのが好ましい。絶縁膜１０は、電気絶縁性を有する膜である。絶縁膜１０の材料としては、例えば、ＳｉＯ2等を採用することができる。絶縁膜１０の材料は、電気絶縁性を有する材料であればよく、ＳｉＯ2に限らず、例えば、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5等を採用することができる。絶縁膜１０の厚さは、一例として、１μｍに設定してある。絶縁膜１０は、例えば、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法、蒸着法、スパッタ法等により形成することができる。絶縁膜１０は、単層膜に限らず、多層膜により構成してもよい。絶縁膜１０として設ける多層膜は、発光層４で発生した光（紫外線）を反射させるための誘電体多層膜により構成してもよい。図２では、図１の絶縁膜１０の図示を省略してある。
【００４５】
半導体発光素子１００は、上述のように、窒化物半導体層２０が、基板１の第１面１ａ側に形成されている。半導体発光素子１００は、基板１の第１面１ａとは反対側の第２面１ｂが光取り出し面を構成しているのが好ましい。
【００４６】
正電極８は、ｐ型コンタクト層７を介してｐ型半導体層６と電気的に接続されているのが好ましい。正電極８は、一例として、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜をｐ型コンタクト層７の表面７ａ上に形成してから、アニール処理を行うことにより形成されている。積層膜は、一例として、Ｎｉ膜の厚さを３０ｎｍ、Ａｕ膜の厚さを２００ｎｍに設定してある。
【００４７】
正電極８は、ｐ型コンタクト層７とオーミック接触を得るために、ｐ型コンタクト層７の表面７ａ上に形成されているコンタクト用の電極である。半導体発光素子１００は、正電極８上に第１パッド電極１８を備えているのが好ましい。第１パッド電極１８は、外部接続用の電極である。言い換えれば、第１パッド電極１８は、実装用の電極である。より詳細には、第１パッド電極１８は、半導体発光素子１００をパッケージや配線基板等に実装するときに、導電性のワイヤ、導電性のバンプ等が接合される。第１パッド電極１８は、例えば、Ａｌ膜とＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成することができる。第１パッド電極１８は、Ａｌ膜、Ｔｉ膜及びＡｕ膜の厚さを、それぞれ、１００ｎｍ、２５０ｎｍ及び１２５０ｎｍとしてある。
【００４８】
負電極９は、ｎ型半導体層３と電気的に接続されている。負電極９は、一例として、図７に示すようにＡｌ膜９１とＮｉ膜９２とが交互に積層され一番上のＮｉ膜９２上にＡｕ膜９３が積層された多層膜９０をｎ型半導体層３の表面３ａ上に形成してから、アニール処理を行い、徐冷を行うことにより形成されている。多層膜９０は、Ａｌ膜９１、Ｎｉ膜９２及びＡｕ膜９３の厚さを、それぞれ、２００ｎｍ、３０ｎｍ及び２００ｎｍに設定してある。
【００４９】
負電極９は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３とオーミック接触を得るために、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａ上に形成されているコンタクト用の電極である。半導体発光素子１００は、負電極９上に第２パッド電極１９を備えているのが好ましい。第２パッド電極１９は、外部接続用の電極である。言い換えれば、第２パッド電極１９は、実装用の電極である。より詳細には、第２パッド電極１９は、半導体発光素子１００をパッケージや配線基板等に実装するときに、導電性のワイヤ、導電性のバンプ等が接合される。第２パッド電極１９は、例えば、図６に示すように、Ａｌ膜１９１とＴｉ膜１９２とＡｕ膜１９３との積層膜により構成することができる。第２パッド電極１９は、Ａｌ膜１９１、Ｔｉ膜１９２及びＡｕ膜１９３の厚さを、それぞれ、１００ｎｍ、２５０ｎｍ及び１２５０ｎｍとしてある。
【００５０】
負電極９については、半導体発光素子１００の製造方法について説明した後で、更に説明する。
【００５１】
半導体発光素子１００の製造方法については、図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃに基づいて説明する。
【００５２】
半導体発光素子１００は、基板１と、基板１の第１面１ａ側に形成され第１面１ａ側から順にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６を有する窒化物半導体層２０と、を備える。また、半導体発光素子１００は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６の表面６ａ側に形成された正電極８と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のうち露出した表面３ａに形成された負電極９と、を備える。
【００５３】
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａに負電極９を形成するにあたっては、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａ上に、Ａｌ膜９１とＮｉ膜９２とが交互に積層され一番上のＮｉ膜９２上にＡｕ膜９３が積層された多層膜９０を形成する。その後、半導体発光素子１００の製造方法では、６４０℃以上７００℃以下のアニール温度でのアニール処理により多層膜９０を溶融させ、徐冷を行うことで負電極９を形成する。これにより、半導体発光素子１００の製造方法では、ＮｉとＡｌとを主成分とする凝固組織により構成されている負電極９を形成することが可能となる。よって、半導体発光素子１００の製造方法では、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子１００を製造することが可能となる。多層膜９０におけるＡｌ膜９１とＮｉ膜９２との積層構造の繰り返し数は、２以上であれば任意である。
【００５４】
半導体発光素子１００の製造方法では、徐冷を行うときの冷却速度を、２０〜６０℃／ｍｉｎとするのが好ましい。これにより、半導体発光素子１００の製造方法では、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａに接する複数のＮｉ初晶９ａとＡｌＮｉ共晶９ｂとが混在する凝固組織を形成することが可能となる。半導体発光素子１００の製造方法では、冷却速度を２０℃／ｍｉｎよりも遅くすると、各Ｎｉ初晶９ａのサイズが小さくなり、各Ｎｉ初晶９ａとｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａとの接触面積が減少してしまう。よって、半導体発光素子１００の製造方法では、接触抵抗を低減する観点から、徐冷を行うときの冷却速度を２０℃／ｍｉｎ以上とするのが好ましい。半導体発光素子１００の製造方法では、冷却速度を６０℃／ｍｉｎよりも速くすると、複数のＮｉ初晶９ａとＡｌＮｉ共晶９ｂとが混在する凝固組織が形成されにくくなってアモルファス化する傾向がある。よって、半導体発光素子１００の製造方法では、接触抵抗を低減する観点から、徐冷を行うときの冷却速度を２０℃／ｍｉｎ以上６０℃／ｍｉｎ以下とするのが好ましい。
【００５５】
以下では、半導体発光素子１００の製造方法について詳述する。
【００５６】
（１）ウェハの準備
ウェハは、円板状の基板である。半導体発光素子１００における基板１がサファイア基板の場合、ウェハとしては、サファイアウェハを採用することができる。ウェハは、オリエンテーションフラット（ＯＦ）が形成されているのが好ましい。ウェハの厚みは、例えば、数１００μｍ〜数ｍｍであるのが好ましく、２００μｍ〜１ｍｍであるのがより好ましい。ウェハの直径は、例えば、５０．８ｍｍ〜１５０ｍｍであるのが好ましい。
【００５７】
ウェハは、例えば、日本電子工業振興協会（ＪＥＩＤＡ）や、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）等の規格を満たすか準拠しているのが好ましい。サファイアウェハに関しては、例えば、ＳＥＭＩ  Ｍ６５−０３０６で規格化されている化合物半導体エピタキシャルウェハに使用するサファイア基板の仕様を満たすか準じているのが好ましい。また、サファイアウェハは、第１面が、基板１の第１面１ａに対応する。サファイアウェハの第１面としては、例えば、ｃ面、ｍ面、ａ面、Ｒ面等を採用することができ、ｃ面である（０００１）面が好ましい。また、サファイアウェハの第１面は、（０００１）面からのオフ角が、０〜０．３°であるのが好ましい。
【００５８】
（２）ウェハの第１面上に窒化物半導体層２０を積層する工程
この工程では、窒化物半導体層２０をエピタキシャル成長法により形成する（図８Ａ参照）。
【００５９】
窒化物半導体層２０は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６を有する積層膜である。窒化物半導体層２０は、多層構造のエピタキシャル層である。窒化物半導体層２０は、例えば、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６に加えて、バッファ層２、電子ブロック層５及びｐ型コンタクト層７を備えているのが好ましい。バッファ層２、電子ブロック層５及びｐ型コンタクト層７については、適宜設ければよい。
【００６０】
この工程では、窒化物半導体層２０のエピタキシャル成長法として、ＭＯＶＰＥ法を採用している。この工程では、ＭＯＶＰＥ法として、減圧ＭＯＶＰＥ法を採用するのが好ましい。
【００６１】
Ａｌの原料ガスとしては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を採用するのが好ましい。また、Ｇａの原料ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を採用するのが好ましい。Ｎの原料ガスとしては、ＮＨ3を採用するのが好ましい。ｎ型導電性を付与する不純物であるＳｉの原料ガスとしては、テトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を採用するのが好ましい。ｐ型導電性に寄与する不純物であるＭｇの原料ガスとしては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を採用するのが好ましい。各原料ガスそれぞれのキャリアガスとしては、例えば、Ｈ2ガスを採用することが好ましい。
【００６２】
各原料ガスは、特に限定するものではなく、例えば、Ｇａの原料ガスとしてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ｎの原料ガスとしてヒドラジン誘導体、Ｓｉの原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4）を用いてもよい。
【００６３】
窒化物半導体層２０の成長条件は、基板温度、Ｖ／III比、各原料ガスの供給量、成長圧力等を適宜設定すればよい。
【００６４】
窒化物半導体層２０のエピタキシャル成長法は、ＭＯＶＰＥ法に限らず、例えば、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法等でもよい。
【００６５】
（３）ｐ型不純物を活性化するためのアニールを行う工程
この工程は、アニール装置のアニール炉内において所定のアニール温度で所定のアニール時間だけ保持することにより、電子ブロック層５、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６及びｐ型コンタクト層７のｐ型不純物を活性化する工程である。アニール条件は、アニール温度を７５０℃、アニール時間を１０分に設定してあるが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。アニール装置としては、例えば、ランプアニール装置、電気炉アニール装置等を採用することができる。
【００６６】
（４）メサ構造２２を形成する工程
この工程では、窒化物半導体層２０のうちメサ構造２２の上面２２ａ（窒化物半導体層２０の表面２０ａ）に対応する領域上に、フォトリソグラフィ技術を利用して、第１のレジスト層を形成する。そして、この工程では、第１のレジスト層をマスクとして、窒化物半導体層２０の一部を表面２０ａ側からｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の途中までエッチングすることによって、メサ構造２２を形成する（図８Ｂ参照）。更に、この工程では、第１のレジスト層を除去する。窒化物半導体層２０のエッチングは、例えば、ドライエッチング装置を用いて行うのが好ましい。ドライエッチング装置としては、例えば、誘導結合プラズマエッチング装置（inductively coupled plasma etching system）が好ましい。
【００６７】
（５）絶縁膜１０を形成する工程
この工程では、ウェハの第１面側の全面に絶縁膜１０の基礎となるＳｉＯ2膜を例えばＰＥＣＶＤ（plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition）法により形成する。そして、この工程では、ウェハの第１面側において、ＳｉＯ2膜のうち窒化物半導体層２０における正電極８及び負電極９それぞれの形成予定領域に重なっている部位が開口されるように、ＳｉＯ2膜をパターニングすることで絶縁膜１０を形成する。なお、ＳｉＯ2膜の形成方法は、ＰＥＣＶＤ法に限らず、例えば、他のＣＶＤ法等でもよい。ＳｉＯ2膜のパターニングは、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して行う。
【００６８】
（６）負電極９を形成する工程
この工程では、まず、ウェハの第１面側に、負電極９の形成予定領域のみ（つまり、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の露出した表面３ａの一部）が露出するようにパターニングされた第２のレジスト層を形成する第１ステップを行う。そして、この工程では、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａ上に、表面３ａに近い側から順に図７に示すようにＡｌ膜９１とＮｉ膜９２とＡｌ膜９１とＮｉ膜９２とＡｕ膜９３とが積層された多層膜９０を蒸着法により成膜する第２ステップを行う。蒸着法は、電子ビーム蒸着法が好ましい。積層膜の成膜方法は、蒸着法に限らず、例えば、スパッタ法等でもよい。そして、この工程では、リフトオフを行うことにより、第２のレジスト層及び第２のレジスト層上の不要膜を除去する第３ステップを行う。更に、この工程では、アニール処理を行い、徐冷を行うことにより負電極９を形成する第４ステップを行う（図８Ｃ参照）。アニール処理は、Ｎ2ガス雰囲気中でのＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）が好ましい。
【００６９】
ＲＴＡ処理の条件は、例えば、アニール温度を６５０℃、アニール時間を１分とすればよい。アニール温度は、ＡｌＮｉの共晶点（６４０℃）以上の温度が好ましく、７００℃以下の温度が好ましい。アニール温度が７００℃よりも高い場合には、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３からＮが脱離しやすくなり、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３がダメージを受ける懸念がある。アニール温度は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３のＡｌの組成比に基づいて適宜変更してもよい。アニール時間は、例えば、３０秒〜３分程度の範囲で設定すればよい。共晶点とは、液状の共晶混合物が同じ組成の固相を作りだすときの凝固する温度を意味する。
【００７０】
徐冷を行うとは、徐々に冷却することを意味する。徐冷を行うときの冷却速度は、例えば、３０℃／ｍｉｎとすればよい。冷却速度は、３０℃／ｍｉｎに限らず、例えば、２０〜６０℃／ｍｉｎの範囲で適宜設定すればよい。
【００７１】
この工程では、赤外線アニール装置によりアニール処理を行うのが好ましい。赤外線アニール装置としては、加熱源である赤外線ランプと、ワークを入れる石英製の炉と、炉内の圧力を調整する圧力調整装置である真空ポンプと、を備えている。赤外線アニール装置は、赤外線ランプとしてハロゲンランプを用いたハロゲンランプアニール装置が好ましい。ここで、ワークは、ウェハにメサ構造２２を有する窒化物半導体層２０が形成され、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の露出した表面３ａに多層膜９０が形成されたウェハ状の構造物である。ハロゲンランプアニール装置では、徐冷を行うとき、炉内に流すＮ2ガスの流量を調整することにより冷却速度を変えることができる。
【００７２】
本願発明者らは、この工程でのアニール処理及び徐冷を行うことで、負電極９が形成される推定メカニズムについて次のように考えた。なお、半導体発光素子１００の製造方法は、仮に推定メカニズムが別であっても、本発明の範囲内である。
【００７３】
この工程では、アニール処理することで多層膜９０が溶融し、徐冷を行うときに、まずＮｉ初晶９ａが析出し、その後、ＡｌＮｉの共晶組織が凝固する（ＡｌＮｉ共晶９ｂが形成される）。これにより、この工程では、ＮｉとＡｌとを主成分とする凝固組織により構成される負電極９を形成することができる。より詳細には、この工程では、複数のＮｉ初晶９ａとＡｌＮｉ共晶９ｂとを含む凝固組織により構成される負電極９を形成することが可能となる。ここで、Ｎｉ初晶９ａは、不純物としてＡｕを含んでいる。より詳細には、Ｎｉ初晶９ａは、微量（ｐｐｍレベル）のＡｕを不純物として含んでいるが、９９％以上がＮｉである。Ｎｉ初晶９ａは、等方向に成長しない（言い換えれば、方向によって成長速度が異なる）ので、樹枝状に成長する。また、ＡｌＮｉ共晶９ｂは、不純物としてＡｕを含んでいる。負電極９は、アニール処理のときにｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３から解離したＮがＮｉに固溶することで、不純物準位を形成するので、トンネル効果によりｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３との接触抵抗を低減することが可能になると推考される。言い換えれば、負電極９がｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３から一部の窒素を引き抜き抜くことで、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９とのオーミック接触を実現させることができるものと推考される。よって、Ｎｉ初晶９ａは、不純物としてＮを含んでいる。
【００７４】
アニール処理では、多層膜９０において、まずＡｌ膜９１が溶融し、その後、Ａｌ膜９１の間のＮｉ膜９２が溶融し、その後、Ａｌ膜９１とＡｕ膜９３との間のＮｉ膜９２が溶融し、その後、Ａｕ膜９３が溶融する、と推考される。よって、Ａｕ膜９３は、アニール処理前にＮｉが大気中の酸素により酸化するのを抑制したり、炉内の残留酸素によりＮｉが酸化するのを抑制する、保護膜としての機能を有する。これにより、半導体発光素子１００の製造方法では、Ｎｉの酸化による高融点化を防ぐことが可能となる。要するに、半導体発光素子１００の製造方法では、負電極９を形成する工程におけるアニール温度の低温化を図ることが可能となる。
【００７５】
（７）正電極８を形成する工程
この工程では、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層６の表面６ａ側に正電極８を形成する（図９Ａ参照）。
【００７６】
より詳細には、この工程では、まず、ウェハの第１面側における正電極８の形成予定領域のみ（ここでは、ｐ型コンタクト層７の表面７ａの一部）が露出するようにパターニングされた第３のレジスト層を形成する。そして、この工程では、例えば厚さが３０ｎｍのＮｉ膜と厚さが２００ｎｍのＡｕ膜との積層膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、リフトオフを行うことにより、第３のレジスト層及び第３のレジスト層上の不要膜を除去する。更に、この工程では、正電極８とｐ型コンタクト層７との接触がオーミック接触となるように、Ｎ2ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を行う。ＲＴＡ処理の条件は、例えば、アニール温度を５００℃、アニール時間を１５分とすればよい。
【００７７】
（８）第１パッド電極１８及び第２パッド電極１９を形成する工程
この工程では、フォトリソグラフィ技術および薄膜形成技術を利用して正電極８、負電極９上に、それぞれ、第１パッド電極１８、第２パッド電極１９を形成する（図９Ｂ参照）。薄膜形成技術としては、例えば、蒸着法などを採用することができる。蒸着法は、電子ビーム蒸着法が好ましい。第１パッド電極、第２パッド電極は、正電極８、負電極９にそれぞれ電気的に接続される。第１パッド電極は、正電極８を覆うように形成するのが好ましい。第２パッド電極は、負電極９を覆うように形成するのが好ましい。
【００７８】
（９）割溝を形成する工程
この工程では、ウェハの窒化物半導体層２０の表面２０ａ側からウェハの厚み方向の途中まで到達する割溝を形成する。この工程では、レーザ加工機を用いたアブレーション加工により割溝を形成することが好ましい。アブレーション加工とは、アブレーションが起こるような照射条件でのレーザ加工を意味する。
【００７９】
（１０）ウェハを研磨する工程
この工程では、ウェハを第１面とは反対の第２面側から研磨することで、ウェハをサファイア基板１の所定の厚さに相当する厚さまで薄くする（図９Ｃ参照）。ウェハの研磨にあたっては、研削工程、ラッピング工程を順次行うのが好ましい。
【００８０】
半導体発光素子１００の製造方法では、この工程が終了することにより、半導体発光素子１００が複数形成されたウェハが完成する。要するに、半導体発光素子１００の製造方法では、上述の（１）〜（１０）の工程を順次行うことにより、半導体発光素子１００が複数形成されたウェハが完成する。
【００８１】
（１１）半導体発光素子１００が複数形成されたウェハから個々の半導体発光素子１００に分割する工程
この工程は、ダイシング工程であり、半導体発光素子１００が複数形成されたウェハをダイシングソーなどによって裁断することで、個々の半導体発光素子１００に分割する。
【００８２】
以上説明した本実施形態の半導体発光素子１００の製造方法では、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図ることが可能な半導体発光素子１００を製造することが可能となる。
【００８３】
ところで、エッチングによりメサ構造２２を形成した場合、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａは、図１０Ａのように荒れている。すなわち、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａは、ランダムな凹凸構造を有している。このため、多層膜９０を蒸着等により形成しただけでは、多層膜９０とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａとの物理的な接触に関して、図１０Ｂに示すように十分な接触が得られない。このため、多層膜９０を溶融しない温度でアニールした場合には、負電極９とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３との接触抵抗の低減を図ることが難しいと推考される。しかし、本実施形態の半導体発光素子１００の製造方法では、多層膜９０を一度溶融させてからＮｉ初晶９ａを析出させＡｌＮｉ共晶を凝固させているので、負電極９とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａとを隙間なく接触させることが可能となる。これにより、本実施形態の半導体発光素子１００の製造方法では、Ｎｉがｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３内のＮと反応しやすくなるので、接触抵抗の低減を図ることが可能となる。
【００８４】
また、Ｎｉは、Ｔｉに比べて仕事関数が高いので、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３に接しただけではＡｌよりも抵抗が高くなる。しかしながら、本実施形態の半導体発光素子１００の製造方法では、多層膜９０を溶融させるので、Ｎｉがｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３内のＮと反応し、Ｎを固溶するので、接触抵抗を低減することが可能となる。Ｎｉは、Ｎを固溶する能力がＴｉやＡｌよりも高い。
【００８５】
また、ＡｌＮｉ共晶は、ＡｌＴｉ共晶よりも共晶点が約２０℃低く、Ａｌの組成比が共晶組成におけるＡｌの組成比からずれたときの融点の変化量が少ない。よって、本実施形態の半導体発光素子１００の製造方法では、ロットごとに半導体発光素子１００の負電極９の電気的特性がばらつくのを抑制することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
【００８６】
更に、半導体発光素子１００の製造方法では、複数のＮｉ初晶９ａが、下記の条件を満たすＮｉ初晶９ａａ（図３参照）を含んだ構成の負電極９を実現することが可能となる。
【００８７】
条件：負電極９の厚さ方向の全長に亘って形成され、負電極９の一面内方向においてｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３に接する連続領域の幅Ｗ１（図３参照）が、負電極９の厚さＨ１（図３参照）よりも大きい。
【００８８】
以上説明した本実施形態の半導体発光素子１００における負電極９は、上述のようにＮｉとＡｌとを主成分とする凝固組織により構成されている。これにより、半導体発光素子１００は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗の低減を図ることが可能となる。接触抵抗は、例えば、ＴＬＭ（Transmission Line Model）法により測定した値である。
【００８９】
凝固組織は、上述のように、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａに接する複数のＮｉ初晶９ａと、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａに接するＡｌＮｉ共晶９ｂと、が混在している。Ｎｉ初晶９ａは、不純物としてＡｕとＮとを含んでいるのが好ましい。Ｎｉ初晶９ａが不純物としてＮを含んでいる理由としては、Ｎｉ初晶９ａが結晶成長するときにｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３から一部のＮを引き抜いて固溶する推定メカニズムが考えられる。なお、半導体発光素子１００は、仮に推定メカニズムが別であっても、本発明の範囲内である。
【００９０】
半導体発光素子１００の負電極９における複数のＮｉ初晶９ａは、下記の条件を満たすＮｉ初晶９ａを含んでおり、
条件：負電極９の厚さ方向の全長に亘って形成され、負電極９の一面内方向においてｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３に接する連続領域の幅が、負電極９の厚さよりも大きい、
であるのが好ましい。これにより、半導体発光素子１００は、Ｎｉ初晶９ａとｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａとの接触抵抗の更なる低減を図ることが可能となる。
【００９１】
Ｎｉ初晶９ａは、樹枝状結晶であり、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の厚さ方向に直交する断面形状が、樹枝状である、のが好ましい。これにより、半導体発光素子１００は、Ｎｉ初晶９ａとｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面３ａとの接触面積を増加させることが可能となり、接触抵抗の更なる低減することが可能となる。なお、Ｎｉ初晶９ａの、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の厚さ方向に直交する断面形状は、図４に示す樹枝状の形状と略同じである。
【００９２】
半導体発光素子１００は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３が、ｎ型ＡｌＧａＮ層であるのが好ましい。これにより、半導体発光素子１００は、例えば、紫外線発光ダイオードを構成することが可能となる。本実施形態の半導体発光素子１００は、紫外線発光ダイオードとして、深紫外に発光波長を有する深紫外発光ダイオードとすることができる。
【００９３】
ところで、特許文献３に記載された測定の結果では、ＡｌＮモル分率ｘが、０．６の場合、熱処理温度が９５０℃程度のときに接触抵抗が最低値となり、接触抵抗の最低値が、１×１０-2Ω・ｃｍ2程度である。これに対し、半導体発光素子１００は、Ａｌの組成比がより高いｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層により構成されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と負電極９との接触抵抗を、５×１０-3Ωｃｍ2程度とすることができる。半導体発光素子１００は、Ａｌの組成比が高くなるにつれて接触抵抗が高くなる傾向にある。したがって、負電極９は、Ａｌの組成比がより高いｎ型ＡｌＧａＮ層に対してオーミック接触が得られれば、Ａｌの組成比が低いｎ型ＡｌＧａＮ層に限らず、Ａｌx1Ｇａy1Ｉｎ1-x1-y1Ｎ（０≦ｘ１、０≦ｙ１、ｘ１＋ｙ１≦１）の組成で表されるｎ型半導体層３に適用できる。
【００９４】
半導体発光素子１００は、紫外線発光ダイオードに限らず、紫外線レーザダイオードでもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１  基板
１ａ  第１面
３  ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
３ａ  表面
４  発光層
６  ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
６ａ  表面
８  正電極
９  負電極
２０  窒化物半導体層
９０  多層膜
９１  Ａｌ膜
９２  Ｎｉ膜
９３  Ａｕ膜
１００  半導体発光素子
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図５】
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【図６】
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