(57)【要約】【課題】ｎ型窒化物半導体層と第１電極部との間のコンタクト抵抗を低減可能な紫外光発光装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】ｎ型窒化物半導体層２０と、Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕを構成元素として含み、ＡｌＮｉ合金部を有し、ｎ型窒化物半導体層２０上に設けられた第１電極部３０と、ｐ型窒化物半導体層５０と、ｎ型窒化物半導体層２０とｐ型窒化物半導体層５０との間に位置する発光層４０と、を備える。第１電極部３０のＡｌＮｉ合金部を含む部位を断面視したときに、ｎ型窒化物半導体層２０とＡｌＮｉ合金部との平均距離は２０ｎｍ以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、
Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕを構成元素として含み、ＡｌＮｉ合金部を有し、前記ｎ型窒化物半導体層上に設けられた第１電極部と、
ｐ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に位置する発光層と、
を備え、
前記第１電極部の前記ＡｌＮｉ合金部を含む部位を断面視したときに、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ＡｌＮｉ合金部との平均距離は２０ｎｍ以上である紫外光発光装置。
【請求項２】
ｎ型窒化物半導体層と、
Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕを構成元素として含み、ＡｌＮｉ合金部を有し、前記ｎ型窒化物半導体層上に設けられた第１電極部と、
ｐ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に設けられた発光層と、
を備え、
前記第１電極部の前記ＡｌＮｉ合金部を含む部位を断面視したときに、前記ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔は１００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である紫外光発光装置。
【請求項３】
ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に位置する発光層とを備える半導体ウエハの前記ｎ型窒化物半導体層上に、Ｔｉを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ｔｉ上にＡｌを１６０ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ａｌ上にＮｉを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ｎｉ上にＡｕを４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さに形成する堆積工程と、
前記堆積工程の後で、熱処理するアニール工程と、を備える紫外光発光装置の製造方法。
【請求項４】
ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に位置する発光層とを備える半導体ウエハの前記ｎ型窒化物半導体層上に、Ｔｉを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ｔｉ上にＡｌを形成し、前記Ａｌ上にＮｉを形成し、前記Ｎｉ上にＡｕを４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さに形成する堆積工程と、
前記堆積工程の後で、熱処理するアニール工程と、を備え、
前記堆積工程では、前記Ａｌと前記Ｎｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）が５以上９．４以下を満たすように前記Ａｌと前記Ｎｉをそれぞれ形成する、紫外光発光装置の製造方法。
【請求項５】
ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に位置する発光層とを備える半導体ウエハの前記ｎ型窒化物半導体層上に、Ｔｉを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ｔｉ上にＡｌを形成し、前記Ａｌ上にＮｉを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ｎｉ上にＡｕを形成する堆積工程と、
前記堆積工程の後で、熱処理するアニール工程と、を備え、
前記堆積工程では、前記Ａｌと前記Ａｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）が２．８以上５以下を満たすように前記Ａｌと前記Ａｕをそれぞれ形成する、紫外光発光装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の紫外光発光装置を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外光発光装置、紫外光発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外光発光素子は、小型、低消費電力の特徴を生かして様々な分野で応用されている。特許文献１に開示されている通り、一般に紫外光発光装置は、ｎ型窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを有する積層部、を備える。この紫外光発光装置は、ｎ型窒化物半導体層上の一方の電極部と、ｐ型窒化物半導体層上の他方の電極部とを介して供給された電力によって発光層から紫外光が発光される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１２／１４４０４６号パンフレット
【特許文献２】特開２０１５−４３４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
順方向電圧Ｖｆを低減させて、さらなる低消費電力化を図る観点から、積層部とその上の電極部との間のコンタクト抵抗を低減させることは重要である。しかし、従来の紫外光発光装置においてはコンタクト抵抗の低減は十分ではない。特に、ｎ型窒化物半導体層とその上の電極部との間のコンタクト抵抗については、ほとんど着目されていないのが実情である。例えば、特許文献１には、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの４層金属層を、順に２０ｎｍ／１００ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍの膜厚で蒸着し、ＲＴＡ（瞬間熱アニール）等により熱処理を加えて、ｎ型窒化物半導体層上にｎ電極を形成する方法が開示されている。特許文献２には、Ｔｌ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの４層金属層を、順に２０ｎｍ／１００ｎｍ／２０ｎｍ／２００ｎｍの膜厚で蒸着し、ＲＴＡ処理（９００℃、１分）による熱処理を加えて、ｎ電極を形成する方法が開示されている。
【０００５】
しかし、後述の参考例からもわかるとおり、この方法で得られた紫外光発光装置のｎ型窒化物半導体層とｎ電極とのコンタクト抵抗は、十分に低いものとは言えない。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ｎ型窒化物半導体層と第１電極部との間のコンタクト抵抗を低減可能な紫外光発光装置およびその製造方法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】
【０００６】
本発明の一態様に係る紫外光発光装置は、ｎ型窒化物半導体層と、Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕを構成元素として含み、ＡｌＮｉ合金部を有し、前記ｎ型窒化物半導体層上に設けられた第１電極部と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に位置する発光層と、を備え、前記第１電極部の前記ＡｌＮｉ合金部を含む部位を断面視したときに、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ＡｌＮｉ合金部との平均距離は２０ｎｍ以上であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の別の態様に係る紫外光発光装置は、ｎ型窒化物半導体層と、Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕを構成元素として含み、ＡｌＮｉ合金部を有し、前記ｎ型窒化物半導体層上に設けられた第１電極部と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に設けられた発光層と、を備え、前記第１電極部の前記ＡｌＮｉ合金部を含む部位を断面視したときに、前記ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔は１００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様に係る紫外光発光装置の製造方法は、ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に位置する発光層とを備える半導体ウエハの前記ｎ型窒化物半導体層上に、Ｔｉを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ｔｉ上にＡｌを１６０ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ａｌ上にＮｉを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ｎｉ上にＡｕを４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さに形成する堆積工程と、前記堆積工程の後で、熱処理するアニール工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の別の態様に係る紫外光発光装置の製造方法は、ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に位置する発光層とを備える半導体ウエハの前記ｎ型窒化物半導体層上に、Ｔｉを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ｔｉ上にＡｌを形成し、前記Ａｌ上にＮｉを形成し、前記Ｎｉ上にＡｕを４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さに形成する堆積工程と、前記堆積工程の後で、熱処理するアニール工程と、を備え、前記堆積工程では、前記Ａｌと前記Ｎｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）が５以上９．４以下を満たすように前記Ａｌと前記Ｎｉをそれぞれ形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明のさらに別の態様に係る紫外光発光装置の製造方法は、ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に位置する発光層とを備える半導体ウエハの前記ｎ型窒化物半導体層上に、Ｔｉを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ｔｉ上にＡｌを形成し、前記Ａｌ上にＮｉを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さに形成し、前記Ｎｉ上にＡｕを形成する堆積工程と、前記堆積工程の後で、熱処理するアニール工程と、を備え、前記堆積工程では、前記Ａｌと前記Ａｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）が２．８以上５以下を満たすように前記Ａｌと前記Ａｕをそれぞれ形成することを特徴とする。
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、ｎ型窒化物半導体層と第１電極部との間のコンタクト抵抗を低減可能な紫外光発光装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る紫外光発光装置１００の構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】第１電極部の断面ＴＥＭ画像である。
【図３】図２の面分析結果に基づいて各構成元素を示した断面ＴＥＭ画像である。
【図４】実施例１で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像である。
【図５】実施例１で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像である。
【図６】実施例１で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像である。
【図７】実施例２で得られた第１電極部の断面ＴＥＭである。
【図８】実施例２で得られた第１電極部の断面ＴＥＭである。
【図９】実施例２で得られた第１電極部の断面ＴＥＭである。
【図１０】参考例１で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像である。
【図１１】参考例１で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像である。
【図１２】参考例１で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像である。
【図１３】参考例２で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像である。
【図１４】図１３の面分析結果に基づいて各構成元素を示した断面ＴＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
＜紫外光発光装置＞
図１は、本発明の実施形態に係る紫外光発光装置１００の構成例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、紫外光発光装置１００は、ｎ型窒化物半導体層２０と、ｎ型窒化物半導体層２０上に設けられた第１電極部３０と、ｐ型窒化物半導体層５０と、ｎ型窒化物半導体層２０とｐ型窒化物半導体層５０との間に位置する発光層４０と、を備える。第１電極部３０は、Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕを構成元素として含み、ＡｌＮｉ合金部を有する。
この紫外光発光装置１００では、後で図４を参照しながら説明するように、第１電極部３０のＡｌＮｉ合金部を含む部位を断面視したときに、ｎ型窒化物半導体層２０とＡｌＮｉ合金部との平均距離は２０ｎｍ以上である。
また、この紫外光発光装置１００では、後で図５を参照しながら説明するように、第１電極部３０のＡｌＮｉ合金部を含む部位を断面視したときに、ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔は１００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である。
【００１５】
なお、図１に示す実施形態では、基板１０側からｎ型窒化物半導体層２０、発光層４０、ｐ型窒化物半導体層５０の順で積層されているが、本発明はこれに限られない。本発明では、例えば基板１０側からｐ型窒化物半導体層５０、発光層４０、ｎ型窒化物半導体層２０の順で積層されていてもよい。また、図１に示す実施形態は、ｎ型窒化物半導体層２０の一部、発光層４０、ｐ型窒化物半導体層５０がメサ構造の横型の紫外光発光装置であるが、本発明はこれに限られない。本発明は、例えば縦型の紫外光発光装置であってもよい。縦型の紫外光発光装置とする場合は、基板を剥離した構造とすることが発光効率向上の観点から好ましい。
以下、紫外光発光装置１００を構成する各構成部について、具体例を挙げて説明する。
【００１６】
＜基板＞
基板１０としては、その上にｎ型窒化物半導体層を形成可能なものであれば特に制限されない。基板１０として、具体的にはサファイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶基板等が挙げられる。基板１０の上層側に形成するｎ型窒化物半導体層との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる観点や、ホールガス発生のための格子歪みを大きくできる観点から、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体をバルクとする単結晶基板や、ある材料上に成長されたＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層（テンプレートとも称される）を基板１０として用いることが好ましい。また、基板１０は不純物が混入していてもよい。
【００１７】
＜ｎ型窒化物半導体層＞
ｎ型窒化物半導体層２０は、図１に示すように基板１０上に直接形成されていてもよい。また、基板１０上にｎ型窒化物半導体層２０以外の層が形成され、その上にｎ型窒化物半導体層２０が形成されていてもよい。例えば、基板１０上にバッファ層が形成され、このバッファ層の上にｎ型窒化物半導体層２０としてｎ型ＡｌＧａＮ層が形成され、その上に発光層４０が形成されていてもよい。また、他の形態では、発光層４０上に直接または間接的にｎ型窒化物半導体層２０が形成されていてもよい。
ｎ型窒化物半導体層２０は、導電型がｎ型の窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮの混晶であることが望ましい。ｎ型窒化物半導体層２０には、ｎ型ドーパントの他にＰ、Ａｓ、Ｓｂといった他のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉといった不純物が混入していてもよい。
【００１８】
＜第１電極部＞
第１電極部３０は、ｎ型窒化物半導体層２０の一部上に形成され、Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕを構成元素として含み、ＡｌＮｉ合金部を有するものである。特に制限されないが、紫外光発光装置１００は、第１電極部３０上にさらにＡｕやＡｌ等を主成分とするパッド電極を有していてもよい。
図２は、第１電極部の断面ＴＥＭ画像である。図２（ａ）はオリジナルのＴＥＭ画像である。図２（ｂ）〜（ｈ）は図２（ａ）と同じ視野におけるＴＥＭ−ＥＤＸによる主要元素の面分析結果（順に、Ａｌ，Ｇａ，Ｎ，Ｔｉ，Ｏ，Ｎｉ，Ａｕ）をグレースケール化した画像である。図３は図２（ｂ）〜（ｈ）の元素の面分析結果に基づき、図２（ａ）の構成元素を付記した断面ＴＥＭ画像である。この例では、ｎ型窒化物半導体層としてＡｌＧａＮが形成され、その上に、Ｔｉ部、ＡｌＡｕ部、ＡｌＮｉ部、ＡｌＯ部、Ｔｉ部からなる第１電極部が配置され、第１電極部上にＡｕからなるパッド電極が配置された構造であることが理解される。詳細は後述するが、ＡｌＮｉ部が、ｎ型窒化物半導体層であるＡｌＧａＮ層から離れた位置に形成されていることがわかる。
【００１９】
本発明の第１の様態としては、第１電極部のＡｌＮｉ合金部を含む部位を断面視したときに、ｎ型窒化物半導体層とＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は２０ｎｍ以上である。すなわち、第１電極部３０の厚さ方向に平行で、かつＡｌＮｉ合金部を通る平面で第１電極部３０を切断したときの切断面において、ｎ型窒化物半導体層２０とＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は２０ｎｍ以上である。
ここで、ｎ型窒化物半導体層とＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）とは、ｎ型窒化物半導体層とＡｌＮｉ合金部との距離Ｄｖ（図３参照）を１０点計測した結果の平均を意味する。平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は、好ましくは３０ｎｍ以上、より好ましくは４０ｎｍ以上である。また、Ｄｖ（ａｖｅ）の上限は特にないが、製造効率の観点から、Ｄｖ（ａｖｅ）は４００ｎｍ以下であることが好ましく、３００ｎｍ以下であることがより好ましく、２００ｎｍ以下であることがより更に好ましい。
【００２０】
本発明の第２の様態としては、第１電極部のＡｌＮｉ合金部を含む部位を断面視したときに、ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）が１００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である。すなわち、第１電極部３０の厚さ方向に平行で、かつＡｌＮｉ合金部を通る平面で第１電極部３０を切断したときの切断面において、ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は１００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である。ここで、ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）とは、ＡｌＮｉ合金部間の間隔Ｄｈを１０点計測した結果の平均を意味する。平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は２３００ｎｍ以下であることが好ましく、２０００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００２１】
＜発光層＞
発光層４０は、図１に示すようにｎ型窒化物半導体層２０上に直接形成されていてもよい。また、ｎ型窒化物半導体上に発光層４０以外の層が形成され、その上に発光層４０が形成されていてもよい。発光層４０の形成位置は特に限定はされない。具体的には、ｎ型窒化物半導体層２０上にアンドープＡｌＧａＮ層が形成され、その上に発光層４０が形成されていてもよい。また、他の形態ではｐ型窒化物半導体層５０上に発光層４０が形成されていてもよい。発光層４０は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮの混晶であることが望ましい。発光層４０には、Ｎの他にＰ、Ａｓ、Ｓｂといった他のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉといった不純物が混入していてもよい。また、発光層４０は、量子井戸構造でも単層構造でもよいが、高い発光効率を実現する観点から少なくとも１つの井戸構造を有していることが望ましい。
【００２２】
＜ｐ型窒化物半導体層＞
ｐ型窒化物半導体層５０は、図１に示すように発光層４０上に直接形成されていてもよい。また、発光層４０上にｐ型窒化物半導体層５０以外の層が形成され、その上にｐ型窒化物半導体層５０が形成されていてもよい。例えば、発光層４０上に構成元素の比率が連続的または離散的に変化する傾斜組成層が形成され、その上にｐ型窒化物半導体層５０が形成されていてもよい。ｐ型窒化物半導体層５０の形成位置は特に限定はされない。紫外光発光装置１００は、発光層４０と傾斜組成層との間に相対的にバンドギャップの大きいバリア層を更に有していてもよい。また、他の形態では、基板１０上に直接または間接的にｐ型窒化物半導体層５０が形成されていてもよい。
【００２３】
二次元ホールガスを発生させる観点から、ｐ型窒化物半導体層５０は組成傾斜層上に直接形成され、かつｐ型窒化物半導体層（ＡｌｙＧａ１−ｙＮ）の組成は組成傾斜層の最表面の組成ＡｌｘＧａ１−ｘＮと０≦ｙ＜ｘ≦１の関係にあり、かつｐ型窒化物半導体層５０の厚さが１ｎｍ以上２０ｎｍ未満であることが好ましい。組成傾斜層とｐ型窒化物半導体層５０の二次元ホールガスを効率良く発生させる観点から、（ｙ−ｘ）は０．１以上０．８以下が好ましく、さらに０．２以上０．５以下が好ましい。組成傾斜層とｐ型窒化物半導体層５０の二次元ホールガスを効率良く発生させる観点から、ｐ型窒化物半導体層５０を歪ませる（つまり緩和率を低くする）ために、ｐ型窒化物半導体層５０の厚さは１ｎｍから１０ｎｍが好ましく、さらに１ｎｍから５ｎｍが好ましい。
【００２４】
ｐ型窒化物半導体層の上に直接電極が接触していてもよい。また、ｐ型窒化物半導体層は多層構造でもよく、その場合は、その多層構造の最上面に電極が接していてもよい。ｐ型窒化物半導体層５０は薄膜内部でホールを発生させる観点からｐ型ドーパントを含んでいてもよく、あるいは電極から直接界面の二次元ホールガスにホールを注入するためドーパントを含んでいなくてもよい。ｐ型ドーパントとしてはＭｇが一般的に用いられるが、ホールを発生させる不純物であればＢｅ、Ｚｎ等も用いることができる。
ｐ型窒化物半導体層５０と傾斜組成層の最表面との組成差の確認方法としてはＸＲＤ（Ｘ線回折）、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光）、ＸＲＦ（蛍光Ｘ線分析），ＡＥＳ（オージェ電子分光）、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）、ＥＥＬＳ（電子エネルギー損失分光）等各種分析手法で同定が可能である。
【００２５】
＜第２電極部＞
紫外光発光装置１００は、ｐ型窒化物半導体層５０へのホール注入効率を高める観点から第２電極部をさらに備えていてもよい。ｐ型窒化物半導体層５０に効率的にホールを注入する観点から、第２電極部にはＮｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｒｈ，Ｐｄ等の仕事関数の大きな金属、あるいはこれらの合金や、ＩＴＯ等の酸化物電極等が望ましいがこの限りではない。
第２電極部は、平面視したときに、コンタクト電極が接していないｐ型窒化物半導体層の領域と少なくとも重複するように配置される形態であることが好ましい。また、この形態に加え、第２電極部は、発光層４０からの光に対する反射率がコンタクト電極よりも高い反射層を含む形態であることも好ましい。反射層は、発光を反射する観点から、特定の波長に高い反射率を有するＡｇ，Ｒｈ，Ａｌ等の金属や、誘電体多層膜を用いた反射膜、フッ素樹脂等が構成されることが望ましいがこの限りではない。また、反射層はｐ型窒化物半導体層５０と直接接していてもよいし、ｐ型窒化物半導体層５０と反射層との間に発光波長に対して透明や半透明な層が挟まれていてもよい。例えば、波長４００ｎｍの発光波長に対して、ｐ型窒化物半導体層５０に透明なＩＴＯが接しており、ＩＴＯ上に反射率の高いＡｇが反射層として接していてもよい。
【００２６】
反射率の定義としては、測定対象となるコンタクト電極、あるいは反射層の材料を透明材料上に形成し、反射率測定機器で透明材料側から素子発光のピーク波長となる光を入射、反射させた際に得られる垂直反射率のことを指す。例えば、コンタクト電極としてＮｉＡｕ積層電極、反射層としてＡｌを用い、波長２６５ｎｍの紫外光発光装置を用いた場合の「反射層」の確認手法は、次の通りである。すなわち、波長２６５ｎｍの光を透過するサファイア基板上にＮｉＡｕ積層電極を形成しサファイア側から光を入射させた場合の垂直反射率よりも、サファイア基板上に同じ膜厚でＡｌを形成しサファイア側から光を入射させた場合の垂直反射率が高ければ、Ａｌは反射層であると確認できる。
【００２７】
本発明の実施形態に係る紫外光発光装置の製造方法は特に制限されないが、後述する紫外光発光装置の製造方法により得ることができる。
本発明の紫外光発光装置は、各種の装置に適用可能である。
本発明の紫外光発光装置は、紫外線ランプが用いられている既存のすべての装置に適用・置換可能である。特に、波長２８０ｎｍ以下の深紫外線を用いている装置に適用可能である。
本発明の紫外光発光素子は、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。
本発明の紫外光発光素子は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
【００２８】
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。
固体殺菌装置（表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
【００２９】
＜紫外光発光装置の製造方法＞
本発明の第３の様態は、基板１０と、ｎ型窒化物半導体層２０と、ｐ型窒化物半導体層５０と、ｎ型窒化物半導体層２０とｐ型窒化物半導体層５０との間に位置する発光層４０とを備える半導体ウエハのｎ型窒化物半導体層２０上に、Ｔｉを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚さに形成し、Ｔｉ上にＡｌを１６０ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の厚さに形成し、Ａｌ上にＮｉを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さに形成し、Ｎｉ上にＡｕを４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さに形成する堆積工程と、堆積工程の後で、熱処理するアニール工程と、を備える紫外光発光装置の製造方法である。
【００３０】
本発明の第４の様態は、基板１０と、ｎ型窒化物半導体層２０と、ｐ型窒化物半導体層５０と、ｎ型窒化物半導体層２０とｐ型窒化物半導体層５０との間に位置する発光層４０とを備える半導体ウエハのｎ型窒化物半導体層２０上に、Ｔｉを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚さに形成し、Ｔｉ上にＡｌを形成し、Ａｌ上にＮｉを形成し、Ｎｉ上にＡｕを４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さに形成する堆積工程と、堆積工程の後で、熱処理するアニール工程と、を備え、堆積工程では、ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）が５以上９．４以下を満たすようにＡｌとＮｉをそれぞれ形成する、紫外光発光装置の製造方法である。
【００３１】
本発明の第５の様態は、基板１０と、ｎ型窒化物半導体層２０と、ｐ型窒化物半導体層５０と、ｎ型窒化物半導体層２０とｐ型窒化物半導体層５０との間に位置する発光層４０とを備える半導体ウエハのｎ型窒化物半導体層２０上に、Ｔｉを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の厚さに形成し、Ｔｉ上にＡｌを形成し、Ａｌ上にＮｉを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さに形成し、Ｎｉ上にＡｕを形成する堆積工程と、堆積工程の後で、熱処理するアニール工程と、を備え、堆積工程では、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）が２．８以上５以下を満たすようにＡｌとＡｕをそれぞれ形成する、紫外光発光装置の製造方法である。
【００３２】
第３〜第５の様態の紫外光発光装置の製造方法のいずれにおいても、各成分を形成する方法は特に制限されないが、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。
第３〜第５の様態の紫外光発光装置の製造方法のいずれにおいても、堆積工程前に、ｎ型窒化物半導体層２０の一部を露出するためのエッチング工程を更に有していてもよい。エッチング工程はドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。エッチング工程は所望のパターンで形成されたレジストをマスクに用いることで、ｎ型窒化物半導体層２０の所望の領域を露出することが可能である。
第３〜第５の様態の紫外光発光装置の製造方法のいずれにおいても、熱処理するアニール工程の温度は、特に制限されないが６００℃以上１２００℃以下で熱処理することが例示される。また熱処理するアニール工程の時間は、特に制限されないが５秒以上９００秒以下加熱することが例示される。
【００３３】
＜実施形態の効果＞
前述の特許文献１，２にも記載されている通り、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの４層金属層を蒸着し、ＲＴＡ等により熱処理を加えてｎ型窒化物半導体層上にｎ電極を形成する方法は知られていた。しかし、いずれの文献にもｎ電極の材料としてＮｉを採用することは記載されておらず、またＡｌの膜厚については１００ｎｍ程度を採用することが常識であった。
しかし本発明者らはそのような常識にとらわれることなく鋭意検討した。その結果、例えば上述の第３〜第５の様態の紫外光発光装置の製造方法により、ｎ型窒化物半導体層２０と第１電極部３０との間のコンタクト抵抗が従来よりも小さく、その結果順方向電圧Ｖｆが小さい紫外光発光装置を得ることを可能にした。
このように、本発明の実施形態によれば、ｎ型窒化物半導体層と第１電極部との間のコンタクト抵抗を低減可能な紫外光発光装置およびその製造方法を提供することができる。ｎ型窒化物半導体層と第１電極部との間のコンタクト抵抗を低減することにより、順方向電圧Ｖｆを低減することができる。これにより、紫外光発光装置のさらなる低消費電力化を実現することができる。
【実施例】
【００３４】
＜実施例１＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板上に、ＡｌＮバッファ層、ｎ−ＡｌＧａＮ層、発光層としてのＡｌＧａＮの多重量子井戸構造、ｐ−ＧａＮ層を、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、この順で製膜した。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて、塩素系ガスでｐ−ＧａＮ層及びＡｌＧａＮのドライエッチングを行い、ｎ−ＡｌＧａＮ層の一部を露出させた。
露出したｎ−ＡｌＧａＮの一部上に、Ｔｉを１９ｎｍ、Ａｌを２１０ｎｍ、Ｎｉを３４ｎｍ、Ａｕを５７ｎｍ、をこの順に堆積した。次いで８８０℃１２０秒の熱処理をして第１電極部を形成した。ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）は６．２であり、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）は３．７である。
【００３５】
実施例１で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像を図４〜図６に示す。図４は、ＴＥＭ−ＥＤＸにより確認したＡｌＮｉ合金部（矢印が指す９箇所）を示している。図５は、各ＡｌＮｉ合金部におけるｎ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮｉ合金部との距離を示している。図６は、ＡｌＮｉ合金部間の間隔を示している。なお、平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）およびＤｈ（ａｖｅ）を１０点平均により算出するため、不足分は他の断面ＴＥＭ画像を用いた（図示せず）。
結果、ｎ型窒化物半導体層であるｎ−ＡｌＧａＮ層と第１電極部に含まれるＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は５７ｎｍであった。また、ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は１０５２ｎｍであった。
【００３６】
＜実施例２＞
Ｔｉを２０ｎｍ、Ａｌを１９１ｎｍ、Ｎｉを３２ｎｍ、Ａｕを５８ｎｍとした以外は実施例１と同様の方法で第１電極部を形成した。ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）は６．０であり、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）は３．３である。
実施例２で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像を図７〜図９に示す。図７は、ＴＥＭ−ＥＤＸにより確認したＡｌＮｉ合金部（矢印が指す７箇所）を示している。図８は、各ＡｌＮｉ合金部におけるｎ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮｉ合金部との距離を示している。図９は、ＡｌＮｉ合金部間の間隔を示している。なお、平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）およびＤｈ（ａｖｅ）を１０点平均により算出するため、不足分は他の断面ＴＥＭ画像を用いた。
結果、ｎ型窒化物半導体層であるｎ−ＡｌＧａＮ層と第１電極部に含まれるＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は１０１ｎｍであった。また、ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は３３７ｎｍであった。
【００３７】
＜参考例１＞
Ｔｉを１９ｎｍ、Ａｌを１４２ｎｍ、Ｎｉを３６ｎｍ、Ａｕを７１ｎｍとした以外は実施例１と同様の方法で第１電極部を形成した。ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）は３．９であり、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）は２．０である。
参考例１で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像を図１０〜図１２に示す。図１０は、ＴＥＭ−ＥＤＸにより確認したＡｌＮｉ合金部（矢印が指す３箇所）を示している。図１１は、各ＡｌＮｉ合金部におけるｎ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮｉ合金部との距離を示している。図１２は、ＡｌＮｉ合金部間の間隔を示している。なお、平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）およびＤｈ（ａｖｅ）を１０点平均により算出するため、不足分は他の断面ＴＥＭ画像を用いた。
結果、ｎ型窒化物半導体層であるｎ−ＡｌＧａＮ層と、第１電極部に含まれるＡｌＮｉ合金部は、いずれも１０ｎｍのＴｉ層のみを介して隣り合っているため、平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は１０ｎｍであった。また、ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は、２８０５ｎｍであった。
【００３８】
＜参考例２＞
Ｔｉを２０ｎｍ、Ａｌを２８６ｎｍ以上、Ｎｉを３０ｎｍ、Ａｕを５７ｎｍとした以外は実施例１と同様の方法で第１電極部を形成した。ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）は９．５であり、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）は５．０である。
図１３は、参考例２で得られた第１電極部の断面ＴＥＭ画像である。図１３（ａ）はオリジナルのＴＥＭ画像である。図１３（ｂ）〜（ｈ）は図１３（ａ）と同じ視野におけるＴＥＭ−ＥＤＸによる主要元素の面分析結果（順に、Ａｌ，Ｇａ，Ｎ，Ｔｉ，Ｏ，Ｎｉ，Ａｕ）をグレースケール化した画像である。図１４は図１３（ｂ）〜（ｈ）の元素の面分析結果に基づき図１３（ａ）の構成元素を示した断面ＴＥＭ画像である。
結果、第１電極部はこれまでのＡｌＮｉ合金状態と異なり、ＡｌとＮｉとＡｕとを含むＡｌＮｉＡｕ合金部が形成された。また、ｎ型窒化物半導体層であるｎ−ＡｌＧａＮ層と第１電極部に含まれるＡｌＮｉＡｕ合金部は接触しており、平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は０ｎｍであった。また、ＡｌＮｉＡｕ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は２７２４ｎｍであった。
【００３９】
＜実施例３＞
Ｔｉを２０ｎｍ、Ａｌを２０２ｎｍ、Ｎｉを３２ｎｍ、Ａｕを６０ｎｍとした以外は実施例１と同様の方法で第１電極部を形成した。ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）は６．３であり、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）は３．４である。ｎ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は８５ｎｍであった。ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は５６０ｎｍであった。
【００４０】
＜実施例４＞
Ｔｉを２１ｎｍ、Ａｌを１７７ｎｍ、Ｎｉを３４ｎｍ、Ａｕを５２ｎｍとした以外は実施例１と同様の方法で第１電極部を形成した。ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）は５．３であり、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）は３．４である。ｎ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は１５０ｎｍであった。ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は３４０ｎｍであった。
【００４１】
＜実施例５＞
Ｔｉを２０ｎｍ、Ａｌを１７０ｎｍ、Ｎｉを３５ｎｍ、Ａｕを５９ｎｍとした以外は実施例１と同様の方法で第１電極部を形成した。ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）は４．８であり、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）は３．５である。ｎ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は１３０ｎｍであった。ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は１１０ｎｍであった。
【００４２】
＜実施例６＞
Ｔｉを２０ｎｍ、Ａｌを１９１ｎｍ、Ｎｉを３２ｎｍ、Ａｕを５８ｎｍとした以外は実施例１と同様の方法で第１電極部を形成した。ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）は６．０であり、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）は３．３である。ｎ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は１０２ｎｍであった。ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は３３７ｎｍであった。
【００４３】
＜実施例７＞
Ｔｉを２０ｎｍ、Ａｌを２１２ｎｍ、Ｎｉを３２ｎｍ、Ａｕを７５ｎｍとした以外は実施例１と同様の方法で第１電極部を形成した。ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）は６．７であり、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）は２．８である。ｎ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は５５ｎｍであった。ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は１００９ｎｍであった。
【００４４】
＜実施例８＞
Ｔｉを２０ｎｍ、Ａｌを２１０ｎｍ、Ｎｉを３４ｎｍ、Ａｕを５７ｎｍとした以外は実施例１と同様の方法で第１電極部を形成した。ＡｌとＮｉの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚）は６．３であり、ＡｌとＡｕの膜厚比（Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚）は３．７である。ｎ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮｉ合金部との平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）は４２ｎｍであった。ＡｌＮｉ合金部間の平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）は１９００ｎｍであった。
【００４５】
＜評価＞
次いで、上記実施例１〜８および参考例１，２で得られた各デバイスのｐ−ＧａＮ層上に、Ｎｉを２０ｎｍ、Ａｕを３５ｎｍそれぞれ順に蒸着により積層し、６００℃１８０秒の条件で熱処理した。これにより、上記各デバイスのｐ−ＧａＮ層上に第２電極部としてｐ型電極部を形成し、各デバイスからそれぞれ紫外光発光装置を得た。
得られた各紫外光発光装置について、ｎ型窒化物半導体層であるｎ−ＡｌＧａＮ層と、第１電極部とのコンタクト抵抗をそれぞれ評価した。また、これらの各紫外光発光装置について、紫外光発光装置の低消費電力化の指標となる順方向電圧Ｖｆをそれぞれ評価した。
具体的には、紫外光発光装置に１００ｍＡの定電流を印加した際の、第１電極部と第２電極部との間の電圧測定を実施し、順方向電圧Ｖｆを評価した。
【００４６】
以上、実施例１〜８および参考例１，２で得られた各デバイスについて、第１電極部のＴｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ層の厚みと比率、第１電極部の平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）および平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）、ならびに順方向電圧Ｖｆを表１にまとめた。
【００４７】
【表１】
2017112313.tif 000003
【００４８】
表１からわかるように、平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）が２０ｎｍ以上である紫外光発光装置は、順方向電圧Ｖｆが低くなることが確認された。また、平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）が１００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である紫外光発光装置は、順方向電圧Ｖｆが低くなることが確認された。また、平均距離Ｄｖ（ａｖｅ）が２０ｎｍ以上である紫外光発光装置または平均間隔Ｄｈ（ａｖｅ）が１００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である紫外光発光装置は、Ａｌを１６０ｎｍ以上２７０ｎｍ以下形成することにより実現されることが理解される。同様に５≦Ａｌ膜厚／Ｎｉ膜厚≦９．４とすることによっても実現されることが理解される。同様に、２．８≦Ａｌ膜厚／Ａｕ膜厚≦５とすることによっても実現されることが理解される。
【００４９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１０  基板
２０  ｎ型窒化物半導体層
３０  第１電極部
４０  発光層
５０  ｐ型窒化物半導体層
１００  紫外光発光装置
【図１】
2017112313.tif 000004
【図２】
2017112313.tif 000005
【図３】
2017112313.tif 000006
【図４】
2017112313.tif 000007
【図５】
2017112313.tif 000008
【図６】
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【図７】
2017112313.tif 000010
【図８】
2017112313.tif 000011
【図９】
2017112313.tif 000012
【図１０】
2017112313.tif 000013
【図１１】
2017112313.tif 000014
【図１２】
2017112313.tif 000015
【図１３】
2017112313.tif 000016
【図１４】
2017112313.tif 000017