JP2013138093A - 窒化物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 窒化物半導体素子において、ＡｌＮモル分率が６０％以上のｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層とｎ電極間の接触抵抗の低抵抗化を図る。
【解決手段】 表面の結晶面が（０００１）面であるｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層１の表面の少なくとも一部のｎ電極形成面３に、１層または多層金属膜からなるｎ電極４が形成された窒化物半導体素子において、ｎ電極形成面３に、（０００１）面以外の側面が露出する凹凸構造または亀裂が形成されており、ｎ電極４が、凹凸構造または亀裂の形成された当該（０００１）面以外の側面と接触している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、発光ダイオード、レーザダイオード等に利用される窒化物半導体素子に関し、特に、表面の結晶面が（０００１）面であるＡｌＮモル分率が６０％以上のｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層とその上に形成されるｎ電極間の接触抵抗の低抵抗化技術に関する。

従来から、ＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザ等の窒化物半導体発光素子は、サファイア等の基板上にエピタキシャル成長により複数の窒化物半導体層からなる発光素子構造を形成したものが多数存在する。窒化物半導体層は、一般式Ａｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｇａ_ｘＩｎ_ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される。

発光素子構造は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ）或いは多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ）の窒化物半導体層よりなる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。活性層がＡｌＧａＮ系半導体層の場合、ＡｌＮモル分率（Ａｌ組成比とも言う）を調整することにより、バンドギャップエネルギを、ＧａＮとＡｌＮが取り得るバンドギャップエネルギ（約３．４ｅＶと約６．２ｅＶ）を夫々下限及び上限とする範囲内で調整でき、発光波長が約２００ｎｍから約３６５ｎｍまでの紫外線発光素子が得られる。具体的には、ｐ型窒化物半導体層からｎ型窒化物半導体層に向けて順方向電流を流すことで、活性層において上記バンドギャップエネルギに応じた発光が生じる。

当該順方向電流を外部から供給するために、ｐ型窒化物半導体層上にはｐ電極が、ｎ型窒化物半導体層上にはｎ電極が、夫々設けられている。図１５に、一般的な発光ダイオードの素子構造を模式的に示す。図１５に示す発光ダイオードは、サファイア基板等の上に窒化物半導体層を堆積して形成されたテンプレート１００上に、ｎ型窒化物半導体層１０１、活性層１０２、ｐ型窒化物半導体層１０３を順番に堆積し、ｐ型窒化物半導体層１０３と活性層１０２の一部を、ｎ型窒化物半導体層１０１が露出するまでエッチング除去し、ｎ型窒化物半導体層１０１の露出面にｎ電極１０４を、ｐ型窒化物半導体層１０３の表面にｐ電極１０５を夫々形成して構成される。

活性層がＡｌＧａＮ系半導体層の場合、活性層を挟むｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層は、活性層より高ＡｌＮモル分率のＡｌＧａＮ系半導体層で構成される。そのため、ｎ電極及びｐ電極を夫々２層以上の積層構造とし、下層側を、夫々ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層及びｐ型ＡｌＧａＮ系半導体層とオーミック接触可能な金属層で形成し、上層側を、Ａｕワイヤ等によるワイヤーボンディングを可能にすべくＡｕ層で形成することが、一般的に行われている。一例として、ｎ電極として、下層側からＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの４層構造、ｐ電極として、下層側からＮｉ／Ａｕの２層構造のものが使用されている。

また、ｎ型ＡｌＧａＮとオーミック接触するｎ電極の他の一例として、Ｃｒをベースとしてその上にＡｌを設けた電極構造が提案されている（下記の特許文献１参照）。当該特許文献１では、Ａｌ単体のｎ電極ではｎ型ＡｌＧａＮと完全なオーミック接触が形成されないことが開示されている。更に、特許文献１と同じ出願人から、Ａｌ及びＩｎはｎ型窒化ガリウム系化合物半導体と十分なオーミック接触が得難いことが報告されており、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体と十分なオーミック接触を得る金属材料として、ＡｌにＴｉを含有させた合金膜または多層膜を使用すること、４００℃以上の温度でアニーリング（熱処理）することが提案されている（下記の特許文献２参照）。更に、下記の特許文献３では、下層側からＣｒ／Ｔｉ／Ａｌの積層構造を有するｎ電極が、Ｔｉをベースとするｎ電極或いはＣｒをベースとするｎ電極と比較して、低接触抵抗化、アニーリングの低温化等で有利であることが報告されている。

特開平０５−２９１６２１号公報 特開平０７−２７８３３４９号公報 米国特許出願公開第２００８／０３１５４１９号明細書

窒化物半導体発光素子においては、ｎ型窒化物半導体層とｎ電極間の接触抵抗（ｎ電極接触抵抗）、及び、ｐ型窒化物半導体層とｐ電極間の接触抵抗（ｐ電極接触抵抗）は、順方向電流を流した場合に電圧降下を誘起するため、ｐ電極とｎ電極間に印加する順方向電圧の高電圧化を招き、消費電力の増大、更には、ジュール熱による発光素子の発熱量の増加による素子寿命の低下を招く虞がある。

本願発明者は、図１５に模式的に示す断面構造のＡｌＧａＮ系窒化物半導体紫外線発光素子において、ｐ型窒化物半導体層１０３と活性層１０２の一部を、ｎ型窒化物半導体層１０１が露出するまでエッチング除去して得られたｎ型窒化物半導体層１０１の露出面にｎ電極１０４を形成した場合のｎ電極接触抵抗が、堆積直後の、つまり、活性層１０２をその上に堆積する前のｎ型窒化物半導体層１０１の表面にｎ電極を形成した場合のｎ電極接触抵抗より、４〜５桁程度も高抵抗化する場合があることを見出した。また、当該高抵抗化する現象は、ｎ型窒化物半導体層１０１のＡｌＮモル分率が６０％以上において特に顕著である。

当該現象は、或る程度確率的に発生しており、高抵抗化の程度にもバラツキがあるため、１枚のウェハ上に多数の発光素子を作製する場合には、ｎ電極接触抵抗の高い素子は不良品となり生産歩留まり低下の要因となる。また、当該現象は、エッチングダメージ等の影響により、ｎ型窒化物半導体層のエッチング露出面の表面性状が、ｎ型窒化物半導体層を形成時の、つまり、活性層をその上に堆積する前の表面性状より劣化していることに起因しているものと考えられるが、詳細な原因は不明である。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＡｌＮモル分率が６０％以上のｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層とｎ電極間の接触抵抗の高抵抗化が抑制された窒化物半導体素子を提供することにある。

本願発明者の鋭意研究により、ＡｌＮモル分率が６０％以上のｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層のエッチング露出面に形成したｎ電極の接触抵抗の内、高抵抗化していないサンプルを解析した結果、当該露出面に亀裂があり、ｎ電極が当該亀裂を埋めるように形成されているサンプルでは、高抵抗化が起きていないことを確認した。

使用したサンプルは、サファイア基板の（０００１）面上に形成されたＡｌＧａＮ系の窒化物半導体紫外線発光素子であるので、ｎ型窒化物半導体層の表面は当然に（０００１）面（一般にＣ面と呼ばれている）であるが、亀裂内部には、（０００１）面以外の側面が露出し、当該（０００１）面以外の側面とｎ電極が低抵抗にオーミック接触しているものと推察し、ｎ型窒化物半導体層のエッチング露出面に（０００１）面以外の側面が露出する凹凸構造を人為的に形成して、ｎ電極接触抵抗の高抵抗化が阻止されていることを実験により確認した。以上の実験結果により、本願発明者は以下に示す本発明に至った。

上記目的を達成するため、本発明では、表面の結晶面が（０００１）面であるＡｌＮモル分率が６０％以上のｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層の表面の少なくとも一部のｎ電極形成面に、１層または多層金属膜からなるｎ電極が形成された窒化物半導体素子であって、前記ｎ電極形成面に、（０００１）面以外の側面が露出する凹凸構造または亀裂が形成されており、前記ｎ電極が、前記凹凸構造または前記亀裂の形成された前記（０００１）面以外の側面と接触していることを第１の特徴とする窒化物半導体素子が提供される。

尚、本発明では、ＡｌＧａＮ系半導体は、一般式Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（ｘはＡｌＮモル分率、０≦ｘ≦１）で表わされる３元（または２元）加工物を基本とし、そのバンドギャップエネルギがＧａＮ（ｘ＝０）のバンドギャップエネルギ（約３．４ｅＶ）以上の３族窒化物半導体であり、当該バンドギャップエネルギに関する条件を満たす限りにおいて、微量のＩｎが含有されている場合も含まれる。

更に、上記第１の特徴の窒化物半導体素子において、前記ｎ電極が少なくとも最下層にＴｉ層を有することが好ましい。

更に、上記第１の特徴の窒化物半導体素子において、前記ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層からなるｎ型クラッド層上の前記ｎ型クラッド層の表面と平行な面内の第１領域に、ＡｌＧａＮ系半導体層を有する活性層と、前記活性層より上層に位置するｐ型ＡｌＧａＮ系半導体層からなるｐ型クラッド層が少なくとも形成され、前記第１領域以外の第２領域内の前記ｎ型クラッド層の表面上に前記ｎ電極が形成され、前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層の表面の前記ｎ電極形成面に、前記（０００１）面以外の側面が露出する前記凹凸構造または前記亀裂が形成されていることを第２の特徴とする。

更に、上記第２の特徴の窒化物半導体素子において、前記活性層が、バンドギャップエネルギが４．４ｅＶ以上のＡｌＧａＮ系半導体層を有する発光層であることが好ましい。

更に、上記第２の特徴の窒化物半導体素子において、前記凹凸構造が、前記ｎ型クラッド層上の全面に形成された前記活性層と前記ｐ型クラッド層を含むデバイス構造層の内の前記第２領域内の前記デバイス構造層を除去して前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層を露出させる加工処理後に、別の加工処理によって形成されていることを第３の特徴とする。

更に、上記第１乃至第３の何れかの特徴の窒化物半導体素子において、前記凹凸構造の前記（０００１）面以外の側面が、（０００１）面に対して傾斜した傾斜面であることが好ましい。

更に、上記第１または第２の特徴の窒化物半導体素子において、前記亀裂が、前記ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層が形成される基板上の前記ｎ電極形成面より下方に設けられた、ＡｌＧａＮ系半導体層のエピタキシャル成長を選択的に誘起させる第２の凹凸構造によって形成されていることを第４の特徴とする。

更に、上記第２の特徴の窒化物半導体素子において、前記亀裂が、前記ｎ型クラッド層が形成される基板上の前記ｎ電極形成面より下方に設けられた、ＡｌＧａＮ系半導体層のエピタキシャル成長を選択的に誘起させる第２の凹凸構造によって形成され、前記第２の凹凸構造が、前記基板上の前記第１領域内には形成されていないことを第５の特徴とする。

更に上記目的を達成するため、本発明では、上記第２の特徴の窒化物半導体素子の製造方法であって、表面が（０００１）面の結晶基板上に、下層側から順番に前記ｎ型クラッド層と、前記活性層と、前記ｐ型クラッド層を少なくとも形成し、前記活性層と前記ｐ型クラッド層を含むデバイス構造層の内の前記第２領域内の前記デバイス構造層を第１の加工処理により除去して前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層を露出させ、露出した前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層の表面に、第２の加工処理により、（０００１）面以外の側面が露出する凹凸構造を形成し、前記凹凸構造を含む前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層の表面上の前記ｎ電極形成面上に、前記（０００１）面以外の側面と接触するように、前記ｎ電極を形成することを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法が提供される。

更に上記目的を達成するため、本発明では、上記第２の特徴の窒化物半導体素子の製造方法であって、表面が（０００１）面の結晶基板上の前記第２領域内に、ＡｌＧａＮ系半導体層のエピタキシャル成長を選択的に誘起させる第２の凹凸構造を形成し、前記第２の凹凸構造が形成された前記基板上に、下層側から順番に前記ｎ型クラッド層と、前記活性層と、前記ｐ型クラッド層を少なくとも形成し、前記ｎ型クラッド層の形成時点において、前記第２領域内に、少なくとも前記第２の凹凸構造の形成位置から前記ｎ型クラッド層表面まで貫通する亀裂を形成し、前記活性層と前記ｐ型クラッド層を含むデバイス構造層の内の前記第２領域内の前記デバイス構造層を第１の加工処理により除去して前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層を露出させ、前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層の表面の前記亀裂を含む前記ｎ電極形成面上に、前記亀裂の前記（０００１）面以外の側面と接触するように、前記ｎ電極を形成することを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法が提供される。

上記特徴の窒化物半導体素子または窒化物半導体素子の製造方法によれば、ｎ電極形成面に形成された凹凸構造または亀裂の（０００１）面以外の側面とｎ電極が接触することで、低抵抗のオーミック接触が実現できるため、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層とｎ電極間の接触抵抗の低抵抗化が図れる。この結果、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層からなるｎ型クラッド層とＡｌＧａＮ系半導体層を有する活性層とｐ型ＡｌＧａＮ系半導体層からなるｐ型クラッド層を備えた窒化物半導体発光素子においては、ｎ型クラッド層とｎ電極間の接触抵抗を低抵抗化できるため、ｎ型クラッド層とｎ電極間の寄生抵抗を抑制でき、順方向電圧の低電圧化が図れ、結果として、発光素子の低消費電力化並びに長寿命化が図れる。

ここで、ｎ電極を形成するｎ電極形成面が、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層上に堆積された他のＡｌＧａＮ系半導体層をエッチング除去して露出した表面である場合は、エッチングダメージ等により表面性状が劣化してｎ電極接触抵抗が高抵抗化すると考えられるが、当該エッチングによっては、エッチング露出面には、ｎ電極接触抵抗の低抵抗化に寄与する（０００１）面以外の側面を有する亀裂等は形成されないと考えられる。ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層を露出させるためのエッチングにおいて、仮に露出面に何らかの微小な凹凸が形成されている可能性があるとしても、当該微小な凹凸では、ｎ電極接触抵抗を低抵抗化するのに十分な面積の（０００１）面以外の側面が形成されずに、上述のｎ電極接触抵抗が高抵抗化する現象が生じるものと考えられる。

図１は、本発明に関係する測定データで、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層上に形成したｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ：最下層がＴｉ、最上層がＡｕ）とｎ型ＡｌＧａＮ層との接触抵抗ρ_Ｃ（単位：Ωｃｍ^２）と熱処理温度Ｔ（単位：℃）の関係を、ｎ型ＡｌＧａＮ層のＡｌＮモル分率ｘが、０％、２５％、４０％、６０％、７５％の５通りについて測定した結果を示す。図１に示す各ポイントは、同じＡｌＮモル分率の同じ熱処理温度で処理した複数のサンプルの接触抵抗の平均値をプロットしたもので、破線で示す曲線は、各ポイントの変化の傾向を便宜的に示すものである。尚、接触抵抗の測定は、公知のＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ）法により行った。熱処理温度は４５０℃〜１０００℃の範囲内に設定し、ＡｌＮモル分率ｘが０％のサンプルは、熱処理を行わない場合も測定対象とした。ＡｌＮモル分率ｘが０％のサンプルは、熱処理なしの場合と、熱処理温度が４５０℃の場合で接触抵抗は同じであった。また、ＡｌＮモル分率ｘが７５％のサンプルについては、熱処理温度が９５０℃において、ＡｌＮモル分率ｘが６０％のサンプルと比較して、接触抵抗が平均で２００倍以上高く、良好なオーミック接触が形成されておらず、熱処理温度が９００℃以下では、オーミック接触が得られていない。更に、ＡｌＮモル分率ｘが７５％のサンプルについては、接触抵抗のバラツキも大きく、更に２桁以上高い接触抵抗も測定されている。

ｎ電極接触抵抗は、図１に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層のＡｌＮモル分率に大きく依存して変化し、ＡｌＮモル分率が大きい程、高抵抗化する傾向があり、また、低抵抗な接触を得るための熱処理温度も高温化する傾向がある。更に、図１には示されていないが、ＡｌＮモル分率が大きい程、接触抵抗のバラツキも大きくなる傾向がある。尚、接触抵抗のバラツキは、接触抵抗の高抵抗化とともに、サンプルにも依存するが、ＡｌＮモル分率ｘが６０％以上において特に大きくなる傾向がある。このため、上記特徴の窒化物半導体素子で採用するｎ電極のコンタクト構造、つまり、ｎ電極形成面に（０００１）面以外の側面が露出する凹凸構造または亀裂が形成されたコンタクト構造によれば、当該接触抵抗のバラツキも抑制されるものと期待される。

図２は、上記内容を裏付ける本発明の基礎となる測定データで、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層上に形成したｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ：最下層がＴｉ、最上層がＡｕ）とｎ型ＡｌＧａＮ層との接触抵抗ρ_Ｃ（単位：Ωｃｍ^２）とｎ型ＡｌＧａＮ層のＡｌＮモル分率ｘの関係を、ＡｌＮモル分率ｘが、２０％、４０％、６０％、６５％、７０％の５通りについて測定した結果を示す。図２では、各ＡｌＮモル分率ｘにおける、接触抵抗ρ_Ｃのバラツキ範囲を縦線で示し、その平均値を丸印（○、●）で示している。図２（Ａ）は、ｎ型ＡｌＧａＮ層の表層部をエッチング除去した後の露出面にｎ電極を形成したサンプルの測定結果を示し、図２（Ｂ）は、同じサンプルにおいて、上記エッチング除去後の露出面に更にストライプ状の凹凸構造を形成して、（０００１）面以外の側面を露出させて、当該側面に接触するようにｎ電極を形成したサンプルの測定結果を示す。尚、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すサンプルは、後述する図４に示す比較サンプルＲ２、サンプルＳ１及びＳ２と同じ要領で作製したものであり、当該サンプルの詳細は後述する。尚、接触抵抗の測定は、図１に示す測定と同様にＴＬＭ法により行った。

図２の測定結果より、本発明の当該コンタクト構造は、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層のＡｌＮモル分率が６０％以上におけるｎ電極に適用することで、ｎ電極接触抵抗の低抵抗化及びバラツキの抑制が効果的に図られることが分かる。

ｎ型ＡｌＧａＮ層上に形成したｎ電極とｎ型ＡｌＧａＮ層との接触抵抗と熱処理温度Ｔとｎ型ＡｌＧａＮ層のＡｌＮモル分率との間の関係の測定結果を示す特性図 ｎ型ＡｌＧａＮ層上に形成したｎ電極とｎ型ＡｌＧａＮ層との接触抵抗とｎ型ＡｌＧａＮ層のＡｌＮモル分率との間の関係の測定結果を示す特性図 本発明に係る窒化物半導体素子で使用するｎ電極のコンタクト構造の一実施形態における断面構造を模式的に示す断面図 図３に示すｎ電極コンタクト構造によるｎ電極とｎ型ＡｌＧａＮ層間の接触抵抗の低減効果を検証する実験に使用した２つのサンプルと２つの比較サンプルの断面構造を模式的に示す断面図 図４に示す検証実験で使用したサンプルの作製手順を示すフローチャート 図４に示す検証実験で使用したサンプルのｎ電極の形成前と形成後の表面状態を示す走査型電子顕微鏡写真 図４に示す検証実験で使用した各サンプルの接触抵抗の測定結果を示す図 図４に示す検証実験で使用した各サンプルの電流電圧特性を示す図 本発明に係る窒化物半導体素子の一実施形態における積層構造を模式的に示す断面図 本発明に係る窒化物半導体素子で使用するｎ電極のコンタクト構造の別実施形態における断面構造を模式的に示す断面図 図１０に示すｎ電極のコンタクト構造の形成方法を説明する断面図 図１１に示すｎ電極のコンタクト構造で使用する亀裂の形成されたサンプルの走査型電子顕微鏡写真 本発明に係る窒化物半導体素子の別実施形態における積層構造を模式的に示す断面図 図１０に示すｎ電極のコンタクト構造の他の形成方法を説明する断面図 従来のＡｌＧａＮ系発光ダイオードの素子構造を模式的に示す断面図

本発明に係る窒化物半導体素子（以下、適宜「本発明素子」と称する）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。尚、以下の説明で使用する図面では、説明の理解の容易のために、要部を強調して発明内容を模式的に示しているため、各部の寸法比は必ずしも実際の素子と同じ寸法比とはなっていない。以下、本発明素子が紫外線発光ダイオードである場合を想定して説明する。

先ず、本発明素子で使用するｎ電極のコンタクト構造（以下、適宜、「本コンタクト構造」と称する）について、図３を参照して説明する。本発明は本コンタクト構造に特徴がある。本コンタクト構造は、図３に示すように、表面の結晶面が（０００１）面であるｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面上に、一例としてストライプ状に互いに平行して延伸する複数の溝２（凹凸構造の凹部）がエッチング加工により形成され、ｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面上の当該溝２を含むｎ電極形成面３に、１層または多層金属膜からなるｎ電極４が形成されている。

本実施形態におけるｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面は、その上に堆積したＡｌＧａＮ層（適宜、「上層ＡｌＧａＮ層」と称す。）をエッチング除去した後に露出した表面である。当該エッチング処理は、実際の発光素子を作製する場合に、後述するように、ｎ型ＡｌＧａＮ層１からなるｎ型クラッド層上に、他の複数のＡｌＧａＮ層からなる活性層及びｐ型クラッド層等を堆積した後、これらの他の複数のＡｌＧａＮ層の一部を異方性エッチングにより除去して、ｎ型クラッド層の表面を一部露出させる工程を想定したものである。従って、当該露出表面に直接ｎ電極４を形成した場合、後述するように、当該エッチングに伴う表面性状の劣化に起因する接触抵抗の増加が生じる。以下、便宜的に、ｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面を露出させるエッチング処理を第１エッチング処理（第１の加工処理に相当）と称し、溝２を加工するエッチング処理を第２エッチング処理（第２の加工処理に相当）と称す。

本実施形態では、ｎ電極形成面３に形成された溝２の側壁面は、ｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面の（０００１）面に対して傾斜した傾斜面である。溝２の側壁面を傾斜面とすることにより、溝２の側壁面が（０００１）面に対して垂直な垂直面である場合に比べ、ｎ型ＡｌＧａＮ層１の（０００１）面以外の面とｎ電極４との接触をより確実にしている。ここで、ｎ電極４が（０００１）面以外の面と接触し得る溝２からなる凹凸構造を採用する理由は、（０００１）面以外の面とｎ電極４との接触により、接触抵抗の低抵抗化が図れるという新知見に基づく。尚、溝２の側壁面が垂直面である場合でも、ｎ電極４の電極材料が溝２内に密に充填される場合は、当該側壁面とｎ電極４との接触は確保され得る。

本実施形態では、ｎ電極４は、一例として、ｎ型ＡｌＧａＮ層１と接触する電極材料としてＴｉを採用し、一般にｎ電極として採用されている下層側からＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの４層構造とした。尚、ｎ電極４は、Ｃｒをベースとする電極構造や、ＣｒとＴｉを含有する電極構造であっても良い。

次に、本コンタクト構造によりｎ電極４とｎ型ＡｌＧａＮ層１との間の接触抵抗が低下することを検証するための実験内容及びその実験結果を説明する。

以下の実験では、本コンタクト構造を有する２種類のサンプルＳ１及びＳ２と、本コンタクト構造を有しない２種類の比較サンプルＲ１及びＲ２を準備した。本実験における接触抵抗の測定はＴＬＭ法を用いて行った。そのため、ｎ型ＡｌＧａＮ層１上に、ＴＬＭ測定用の２つのｎ電極４を相互に離間させ形成した。サンプルＳ１とサンプルＳ２では、溝２の延伸方向が互いに異なり、サンプルＳ１は、溝２の延伸方向と２つのｎ電極４の離間方向が平行で、サンプルＳ２は、溝２の延伸方向と２つのｎ電極４の離間方向が直交している。２種類のサンプルＳ１及びＳ２を準備したのは、溝２の延伸方向の接触抵抗に及ぼす影響を確認するためである。比較サンプルＲ１は、第１エッチング処理の影響を排除した基準サンプルであり、ｎ型ＡｌＧａＮ層１を形成後に、上記第１エッチング処理を施さずにその表面に直接ＴＬＭ測定用のｎ電極４を形成したサンプルである。比較サンプルＲ２は、サンプルＳ１及びＳ２と同様に第１エッチング処理によりｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面の表層部を全面的にエッチング除去した後、第２エッチング処理を行わずに、つまり、溝２の加工を行わずに、第１エッチング処理後の露出面上に、ＴＬＭ測定用のｎ電極４を形成したサンプルである。図４に、各サンプルの概略の断面構造を模式的に示す。尚、図中のＸ方向が、サンプルＳ１及びＳ２におけるＴＬＭ測定用のｎ電極４の離間方向である。

サンプルＳ１及びＳ２の作製手順について、図４の断面図及び図５のフローチャートを参照して説明する。先ず、サファイア（０００１）基板１１上にＡｌＮ層１２とＡｌＧａＮ層１３を成長させたテンプレート１４上に、膜厚２μｍのｎ型ＡｌＧａＮ層１を成長させ、全てのサンプルＳ１，Ｓ２，Ｒ１，Ｒ２に共通のスターティングサンプルを作製する（ステップ＃１）。本実験では、各窒化物半導体層の成長には、周知の有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いた。また、ｎ型ＡｌＧａＮ層１のＡｌＮモル分率は６０％とした。

引き続き、スターティングサンプルの表面に対して反応性イオンエッチングによる第１エッチング処理を全面的に施し、スターティングサンプルの表層部分約１５０ｎｍを削除する（ステップ＃２）。引き続き、ステップ＃２の第１エッチング処理により露出したｎ型ＡｌＧａＮ層１の露出面をバッファードフッ酸洗浄により洗浄し（ステップ＃３）、当該洗浄後の露出面上に、耐熱レジストを用いてストライプ状のＬＳ（ラインアンドスペース）パターンのエッチングマスクを形成する（ステップ＃４）。耐熱レジストは予めポストベークしておき、エッジ部分がテーパ状の台形の断面形状にしておく。尚、ＬＳパターンは６μｍピッチで形成した。

引き続き、当該エッチングマスクを用いて、ステップ＃３の洗浄後の露出面の内、耐熱レジストで被覆されていない露出面を、第１エッチング処理と同じ反応性イオンエッチングによる第２エッチング処理を行い、深さ１μｍの溝２を複数形成した（ステップ＃５）。尚、本実験では、エッチングマスクは、選択比の小さい耐熱レジストを使用し、ポストベークによりエッジ部分がテーパ状に形成されているため、第２エッチング処理とともに、エッチングマスクのエッジ部分が徐々に後退し、溝２の断面形状は、図４に示すように逆台形状に加工され、溝２の側壁面は、ｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面の（０００１）面に対して傾斜した傾斜面となっている。

本実験では、ｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面を露出させるための第１エッチング処理と、溝２を加工するための第２エッチング処理の違いによる影響を排除するため、２つのエッチング処理は、夫々同じドライエッチング法である反応性イオンエッチングを使用し、エッチング時間を除き同じエッチング条件下でエッチング処理を行った。

引き続き、ｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面と溝２内の露出面に対して、アセトン、メタノールによる洗浄及びバッファードフッ酸洗浄により洗浄を行い（ステップ＃６）、当該洗浄後の露出面の全面にｎ電極４の反転パターンとなるフォトレジストを形成し、その上に、ｎ電極４となるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの４層金属膜（膜厚：２０ｎｍ／１００ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍ）を、電子ビーム蒸着法により蒸着し、当該フォトレジストをリフトオフにより除去して、当該フォトレジスト上の４層金属膜を剥離し、ｎ電極４を形成する（ステップ＃７）。引き続き、窒素ガス雰囲気中において、９５０℃のアニール処理を１分間行う（ステップ＃８）。

比較サンプルＲ１及びＲ２は、サンプルＳ１及びＳ２の作製手順から一部のステップを省略して作製されている。比較サンプルＲ１は、上記ステップ＃２の第１エッチング処理と、上記ステップ＃４のエッチングマスクの形成と、上記ステップ＃５の第２エッチング処理を省略して作製されている。比較サンプルＲ２は、上記ステップ＃４のエッチングマスクの形成と、上記ステップ＃５の第２エッチング処理を省略して作製されている。

図６に、サンプルＳ１のｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す。図６（Ａ）は、溝２の形成後、ｎ電極４の形成前の表面状態を、図６（Ｂ）は、ｎ電極４の形成後の表面状態を、夫々示している。

図７に、サンプルＳ１及びＳ２、比較サンプルＲ１及びＲ２の各接触抵抗ρｃ［Ω・ｃｍ^２］の測定結果を示す。また、図８に、サンプルＳ１及びＳ２、比較サンプルＲ１及びＲ２の各電流電圧特性を示す。

図７及び図８に示すように、第１エッチング処理の行われない比較サンプルＲ１では接触抵抗ρｃが６．６３×１０^−３Ω・ｃｍ^２と低く、第１エッチング処理が行なわれ、本コンタクト構造を有しない比較サンプルＲ２では、第１エッチング処理の影響により、接触抵抗ρｃが１．１２×１０^２Ω・ｃｍ^２と、比較サンプルＲ１の約５００００倍に高抵抗化している。これに対して、第１エッチング処理が行なわれ、本コンタクト構造を有するサンプルＳ１及びＳ２では、接触抵抗ρｃが１．６９×１０^−２Ω・ｃｍ^２及び１．２４×１０^−２Ω・ｃｍ^２と、比較サンプルＲ１の２倍程度と低く、比較サンプルＲ２のような極端な高抵抗化は生じていない。溝２の延伸方向に関係なく、接触抵抗ρｃの極端な高抵抗化が阻止され、比較サンプルＲ２と比較して接触抵抗ρｃが大幅に低抵抗化していることが分かる。

ここで、サンプルＳ１及びＳ２と比較サンプルＲ２の各ｎ電極形成面を対比すると、サンプルＳ１及びＳ２の溝２と溝２の間のｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面と溝２の底面のｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面は、何れも（０００１）面で、比較サンプルＲ２のｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面と同じであるが、サンプルＳ１及びＳ２は溝２の側壁面において、（０００１）面以外の露出面を有する点で、比較サンプルＲ２と異なる。これより、サンプルＳ１及びＳ２では、ｎ電極４が溝２の（０００１）面以外の側壁面においてｎ型ＡｌＧａＮ層１と接触することで、ｎ電極４とｎ型ＡｌＧａＮ層１の間の接触抵抗が低抵抗化しているものと考えられる。このことは、本発明に至るきっかけとなった現象、つまり、ｎ型窒化物半導体層のエッチング露出面に亀裂が有るサンプルにおいてｎ電極の接触抵抗が高抵抗化していないサンプルが存在していたという現象と符合するものである。

更に、図７及び図８に示す測定結果に加えて、図２に示す測定結果より、ｎ電極４が溝２の（０００１）面以外の側壁面においてｎ型ＡｌＧａＮ層１と接触することで、ｎ電極４とｎ型ＡｌＧａＮ層１の間の接触抵抗の低抵抗化とともに、当該接触抵抗のバラツキも大幅に抑制されることが分かる。尚、図２の測定結果より、当該接触抵抗の低抵抗化及びバラツキ抑制効果は、ＡｌＮモル分率が６０％以上において、顕著に発揮される。

上記実験とは別に、比較サンプルＲ２の作製過程において、以下の検討を行い、溝２を形成する以外に、ｎ電極４とｎ型ＡｌＧａＮ層１との間の接触抵抗の低抵抗化が図れるか否かを確認した。第１に、第１エッチング処理後における表面洗浄を種々変更したが、低抵抗化の効果は確認されなかった。第２に、第１エッチング処理後の露出面に対して熱処理を施し、表面劣化を緩和させる処理を行ったが、低抵抗化の効果が現れる場合と現れない場合が混在し、安定して確実に接触抵抗の低減効果が現れるまでには至らなかった。第３に、ｎ電極の電極構成を上記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの４層金属膜から変更したが、接触抵抗の低減効果は確認されなかった。

次に、図３に示す本コンタクト構造を採用した本発明素子１０の一実施形態の積層構造について、図９を参照して説明する。

図９に示すように、本発明素子１０は、サファイア（０００１）基板１１上にＡｌＮ層１２とＡｌＧａＮ層１３を成長させた基板をテンプレート１４として用い、当該テンプレート１４上に、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１５、活性層１６、Ａｌモル分率が活性層１６より大きいｐ型ＡｌＧａＮの電子ブロック層１７、ｐ型ＡｌＧａＮのｐ型クラッド層１８、ｐ型ＧａＮのｐ型コンタクト層１９を順番に積層した積層構造を有している。ｎ型クラッド層１５より上部の活性層１６、電子ブロック層１７、ｐ型クラッド層１８、ｐ型コンタクト層１９からなる積層構造（デバイス構造層に相当）の一部が、ｎ型クラッド層１５の一部表面が露出するまで反応性イオンエッチング等により除去され、ｎ型クラッド層１６上の第１領域（Ａ１）に活性層１６からｐ型コンタクト層１９までの積層構造が形成されている。ｎ型クラッド層１５は、第１領域（Ａ１）以外の第２領域（Ａ２）において表面が露出する。

活性層１６は、一例として、膜厚１０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮのバリア層１６ａと膜厚３．５ｎｍのＡｌＧａＮの井戸層１６ｂからなる単層の量子井戸構造となっている。活性層１６は、下側層と上側層にＡｌモル分率の大きいｎ型及びｐ型ＡｌＧａＮ層で挟持されるダブルヘテロジャンクション構造であれば良く、また、上記単層の量子井戸構造を多層化した多重量子井戸構造であっても良い。

各ＡｌＧａＮ層は、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、或いは、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法等の周知のエピタキシャル成長法により形成されており、ｎ型層のドナー不純物として、例えばＳｉ、ｐ型層のアクセプタ不純物として、例えばＭｇを使用している。尚、導電型を明記していないＡｌＮ層及びＡｌＧａＮ層は、不純物注入されないアンドープ層である。また、各ＡｌＧａＮ層及び活性層のＡｌＮモル分率は、一例として、ＡｌＧａＮ層１３、ｎ型クラッド層１５及びバリア層１６ａが６０％、井戸層１６ｂが３５％となっている。

活性層１６以外の各ＡｌＧａＮ層の膜厚は、例えば、ｎ型クラッド層１５が２０００ｎｍ、電子ブロック層１７が２ｎｍ、ｐ型クラッド層１８が１００ｎｍ、ｐ型コンタクト層１９が１００ｎｍである。また、テンプレート１４については、ＡｌＮ層１２の膜厚は、２２００ｎｍ以上６６００ｎｍ以下に設定するのが好ましく、ＡｌＧａＮ層１３の膜厚は、例えば、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に設定する。尚、本実施形態では、ＡｌＧａＮ層１３上に同じＡｌＧａＮ層のｎ型クラッド層１５が形成されるため、ＡｌＧａＮ層１３の導電型はアンドープ層ではなくｎ型層であっても良く、ＡｌＧａＮ層１３をｎ型クラッド層１５と一体化して、テンプレート１４をＡｌＮ層１２だけで構成しても良い。

第２領域（Ａ２）内のｎ型クラッド層１５の露出面の一部に、溝２０が、反応性イオンエッチング等により形成されている。溝２０は、図９中、平面視ストライプ状に複数形成されているが、溝２０の平面視形状は、必ずしもストライプ状に限定されるものではなく、格子状、モスアイ状、ハニカム状等の２次元パターンであっても良い。本実施形態では、溝２０の側壁面は（０００１）面に対して傾斜した（０００１）面以外の傾斜面に形成されている。

ｐ型コンタクト層１９の表面に、例えば、Ｎｉ／Ａｕのｐ電極２１が、第２領域（Ａ２）内のｎ型クラッド層１５の露出面の溝２０が形成されたｎ電極形成面に、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕのｎ電極２２が形成されている。ｎ電極２２は、溝２０と溝２０の間のｎ型クラッド層１５の露出面、及び、溝２０の各側壁面及び各底面において、ｎ型クラッド層１５と接触している。尚、ｐ電極２１の２層金属膜の各層の膜厚は、例えば、記載順に、６０ｎｍ／５０ｎｍである。また、ｎ電極２２の４層金属膜の各層の膜厚は、例えば、記載順に、２０ｎｍ／１００ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍである。

尚、図９に示す素子構造は、図１５に示す従来の発光ダイオードの素子構造と、ｎ電極２２の下地構造（本コンタクト構造）を除き、基本的に同じである。従って、本発明素子１０は、本コンタクト構造に特徴がある。従って、ｎ型クラッド層１５のＡｌＮモル分率が６０％以上に場合において、活性層のバンドギャップエネルギに換算すると４．４ｅＶ以上（中心発光波長では約２８０ｎｍ以下）の紫外線発光素子において、本コンタクト構造を採用することの効果、つまり、ｎ電極２２の接触抵抗の低抵抗化及びバラツキ抑制効果が図られ、電気的特性の向上（特に順方向電圧の低電圧化）及び歩留まりの向上が期待される。

上述のように、本発明素子１０は本コンタクト構造に特徴があり、本コンタクト構造の作製方法は、一例として、図４及び図５を参照して、サンプルＳ１及びＳ２の作製手順として既に説明した通りであるので、重複する説明は割愛する。尚、サンプルＳ１及びＳ２の作製手順では、実験の趣旨から、第２エッチング処理は、第１エッチング処理と同じエッチング処理法を用いたが、第１及び第２エッチング処理は必ずしも同じエッチン処理法を使用しなくても良い。また、本発明素子１０の本コンタクト構造以外の各窒化物半導体層の形成及びエッチング処理、電極形成処理等は、従来の発光ダイオードの作製方法と同じであるので、詳細な説明は割愛する。

次に、図３に示す本コンタクト構造の別実施形態について説明する。本発明は、上述したように、ｎ型ＡｌＧａＮ層の第１エッチング処理で露出した表面に亀裂が存在するサンプルにおいてｎ電極との接触抵抗が高抵抗化していないサンプルが存在していたという現象に基づくものであるため、図１０に示すように、ｎ電極のコンタクト構造を、ｎ電極形成面３に、（０００１）面以外の側面を有する溝２を形成するのに代えて、亀裂５を意図的に形成して、ｎ電極４が亀裂５の（０００１）面以外の側面と接触するコンタクト構造（第２の本コンタクト構造）としても良い。

次に、第２の本コンタクト構造において、ｎ電極形成面３に、（０００１）面以外の側面を有する亀裂５を意図的に形成する方法を、一例として、第２の本コンタクト構造をサファイア（０００１）基板１１上に形成する場合について、図１１を参照して説明する。先ず、サファイア（０００１）基板１１の上部にｎ電極形成面３が位置する箇所に、ストライプ状の溝６を複数エッチング加工して凹凸構造（第２の凹凸構造に相当）を形成する。凹凸構造の形成されたサファイア（０００１）基板１１上に、ＡｌＮ層１２及びｎ型ＡｌＧａＮ層１を順次成長させる。尚、溝６の側面は、図３に示す本コンタクト構造の溝２の側面とは異なり、基板１の表面に対して垂直な面に形成されている。

ＡｌＮ層１２は、サファイア（０００１）基板１１の凸部上面から選択的にエピタキシャル成長するとともに、凹部を覆うように横方向成長（ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）が進行する。これにより、サファイア（０００１）基板１１の凹部（溝６）の底面からのＡｌＮ層１２の成長は原料ガスの供給が滞るため途中で停止し、横方向成長の初期段階で、凹部の上部にボイドが生じ、その上部に亀裂５が生じる。横方向成長を、条件を整えて継続させると、亀裂５が閉じて表面が平坦化されるが、横方向成長の途中で、ＡｌＮ層１２の成長を停止して、ｎ型ＡｌＧａＮ層１の成長を開始し、亀裂５が完全に閉じる前にｎ型ＡｌＧａＮ層１の成長を停止することで、溝６の上部からｎ電極形成面３に至る亀裂５を形成することができる。

亀裂５が表面に到達したｎ型ＡｌＧａＮ層１は、上層ＡｌＧａＮ層（図示せず）がその上に堆積された後、ｎ電極形成面３上の当該上層ＡｌＧａＮ層を第１エッチング処理で除去され、ｎ電極形成面３が露出する。図１０に示す第２の本コンタクト構造では、溝２を形成する第２エッチング処理は行わず、ｎ電極４をｎ電極形成面３上に形成する。ｎ電極４の形成工程は、サンプルＳ１及びＳ２の作製手順として図４及び図５を参照して既に説明した通りである。ここで、ｎ電極４が亀裂５の内部の上層部分を充填することで、内部の側壁に現れた（０００１）面以外の側面と接触する。これにより、図３に例示した第１の本コンタクト構造において、ｎ電極４が溝２の側壁に現れた（０００１）面以外の側面と接触する場合と同じ状況が再現され、ｎ電極４とｎ型ＡｌＧａＮ層１との間の接触抵抗の低抵抗化が実現する。

図１２に、サファイア（０００１）基板１１の表面に形成された溝６の上部からｎ型ＡｌＧａＮ層１の表面に至る亀裂５が形成されたサンプルの走査型電子顕微鏡写真を示す。

次に、図１０に示す第２の本コンタクト構造を採用した本発明素子３０の一実施形態の積層構造について、図１３を参照して説明する。

図１３に示すように、本発明素子３０は、サファイア（０００１）基板１１上にＡｌＮ層１２を成長させた基板をテンプレート１４として用い、当該テンプレート１４上に、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１５、活性層１６、Ａｌモル分率が活性層１６より大きいｐ型ＡｌＧａＮの電子ブロック層１７、ｐ型ＡｌＧａＮのｐ型クラッド層１８、ｐ型ＧａＮのｐ型コンタクト層１９を順番に積層した積層構造を有している。ｎ型クラッド層１５より上部の活性層１６、電子ブロック層１７、ｐ型クラッド層１８、ｐ型コンタクト層１９からなる積層構造（デバイス構造層に相当）の一部が、ｎ型クラッド層１５の一部表面が露出するまで反応性イオンエッチング等により除去され、ｎ型クラッド層１６上の第１領域（Ａ１）に活性層１６からｐ型コンタクト層１９までの積層構造が形成されている。ｎ型クラッド層１５は、第１領域（Ａ１）以外の第２領域（Ａ２）において表面が露出する。

第２の本コンタクト構造では、第２領域（Ａ２）においてサファイア（０００１）基板１１上に予め溝３１がストライプ状に複数形成されている。第１領域（Ａ１）内には、溝３１は形成されていない。この結果、第２領域（Ａ２）内においてのみ、溝３１の上方にｎ型クラッド層１６の露出面に至る亀裂３２が形成される。ここで、溝３１が、図１０及び図１１中の溝６に相当し、亀裂３２が、図１０及び図１１中の亀裂５に相当する。亀裂３２の形成方法は、一例として、ｎ電極形成面３に（０００１）面以外の側面を有する亀裂５を意図的に形成する方法として図１１を参照して説明した方法と同じであるので、重複する説明は割愛する。尚、溝３１は、図１３中、平面視ストライプ状に複数形成されているが、その延伸方向は必ずしも第１領域（Ａ１）と第２領域（Ａ２）の境界に沿って平行である必要はなく、更に、溝３１の平面視形状は、必ずしもストライプ状に限定されるものではなく、格子状、モスアイ状、ハニカム状等の２次元パターンであっても良い。

活性層１６の構成は、図９に示す本発明素子１０の活性層１６と同じであるので重複する説明は省略する。また、各ＡｌＧａＮ層の成長方法、ＡｌＮモル分率、膜厚の一例も、図９に示す本発明素子１０の各ＡｌＧａＮ層と同じであるので重複する説明は省略する。

ｐ型コンタクト層１９の表面に、例えば、Ｎｉ／Ａｕのｐ電極２１が、第２領域（Ａ２）内のｎ型クラッド層１５の露出面の溝２０が形成されたｎ電極形成面に、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕのｎ電極２２が形成されている。ｎ電極２２は、亀裂３２と亀裂３２の間のｎ型クラッド層１５の露出面、及び、亀裂３２の内部の上層部分の各側壁面において、ｎ型クラッド層１５と接触している。

尚、図１３に示す素子構造は、図１５に示す従来の発光ダイオードの素子構造と、ｎ電極２２の下地構造（亀裂３２を有する第２の本コンタクト構造）を除き、基本的に同じである。従って、本発明素子３０は、ｎ電極形成面に亀裂３２を有する第２の本コンタクト構造に特徴がある。

次に、亀裂５，３２を有する第２の本コンタクト構造の別の実施形態について説明する。図１１を参照して説明した（０００１）面以外の側面を有する亀裂５を意図的に形成する方法では、サファイア（０００１）基板１１の上部にｎ電極形成面３が位置する箇所に、ストライプ状の溝６を複数エッチング加工して凹凸構造を形成したが、図１４に示すように、斯かる凹凸構造に代えて、例えば、図１１において凹部（溝６）が形成された位置の上方に当たるＡｌＮ層１２の表面に、ＡｌＧａＮ系半導体層がエピタキシャル成長するのを阻害する構造体３３を、例えばストライプ状に複数形成し、構造体３３と構造体３３の間から、例えば、ＡｌＧａＮ層１３を選択的にエピタキシャル成長させるようにしても良い。構造体３３としては、例えば、非晶質のＳｉＯ_２膜やタングステン等の高融点金属膜を使用する。構造体３３の表面上には、ＡｌＧａＮ層１３はエピタキシャル成長せずに多結晶膜が堆積される。構造体３３と構造体３３の間から選択成長したＡｌＧａＮ層１３は、成長条件を調整することで、構造体３３の上部を覆うように横方向成長する。このとき、横方向成長の初期段階において構造体３３の上方に亀裂５が生じるため、亀裂５が横方向成長によって閉じる前に、ＡｌＧａＮ層１３の成長を停止して、ｎ型ＡｌＧａＮ層１の成長を開始し、亀裂５が完全に閉じる前にｎ型ＡｌＧａＮ層１の成長を停止することで、構造体３３の上部からｎ電極形成面３に至る亀裂５を形成することができる。

以下に、本発明素子１０，３０の別の実施形態につき説明する。
〈１〉上記実施形態では、本発明素子が発光ダイオードの場合を想定して説明したが、半導体レーザ（レーザダイオード）等の他の窒化物半導体発光素子や、窒化物半導体受光素子においても、上述の図３、図１０、図１１、図１４等に例示した本コンタクト構造を適用することで、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ電極との間の接触抵抗の低抵抗化を図り、各窒化物半導体素子の電気的特性等の改善を図ることができる。

〈２〉上記実施形態では、本発明素子１０，３０を構成するテンプレートとして、図９または図１３に示すテンプレート１４を一例としたが、当該テンプレート１４に限定されるものではない。更に、上記実施形態で例示した本発明素子１０，３０を構成する各ＡｌＧａＮ層のＡｌＮモル分率及び膜厚は、一例であり、素子の仕様に応じて適宜変更可能である。また、上記実施形態では、電子ブロック層１７を設ける場合を例示したが、電子ブロック層１７は必ずしも設けなくても構わない。

〈３〉上記実施形態では、ｐ電極２１がＮｉ／Ａｕの場合、ｎ電極２２がＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの場合を例示したが、各電極の電極構成、電極材料及び膜厚は、上記のものに限定されるものではない。ｐ電極２１とｎ電極２２の電極材料は、夫々の下地層であるｐ型コンタクト層１９、ｎ型クラッド層１５との間でオーミック接触可能な金属材料であれば良く、必ずしも上記した多層構造でなくても良く、更には、熱処理によって層構造が合金化していても良い。

本発明に係る窒化物半導体素子は、一例として、発光ダイオード、レーザダイオード等の窒化物半導体紫外線発光素子に利用可能であり、順方向電圧の低電圧化に有効である。

１： ｎ型ＡｌＧａＮ層
２，２０： 溝（凹凸構造の凹部）
３： ｎ電極形成面
４，２２： ｎ電極
５，３２： 亀裂
６，３１： 溝（第２の凹凸構造の凹部）
１０，３０：窒化物半導体素子（紫外線発光ダイオード）
１１： サファイア基板
１２： ＡｌＮ層
１３： ＡｌＧａＮ層
１４： テンプレート
１５： ｎ型クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ）
１６： 活性層
１６ａ： バリア層
１６ｂ： 井戸層
１７： 電子ブロック層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
１８： ｐ型クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
１９： ｐコンタクト層（ｐ型ＧａＮ）
２１： ｐ電極
３３： 構造体
１００： テンプレート
１０１： ｎ型窒化物半導体層
１０２： 活性層
１０３： ｐ型窒化物半導体層
１０４： ｎ電極
１０５： ｐ電極
Ａ１： 第１領域
Ａ２： 第２領域

Claims (10)

1. 表面の結晶面が（０００１）面であるＡｌＮモル分率が６０％以上のｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層の表面の少なくとも一部のｎ電極形成面に、１層または多層金属膜からなるｎ電極が形成された窒化物半導体素子であって、
   前記ｎ電極形成面に、（０００１）面以外の側面が露出する凹凸構造または亀裂が形成されており、
   前記ｎ電極が、前記凹凸構造または前記亀裂に形成された前記（０００１）面以外の側面と接触していることを特徴とする窒化物半導体素子。
2. 前記ｎ電極が少なくとも最下層にＴｉ層を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
3. 前記ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層からなるｎ型クラッド層上の前記ｎ型クラッド層の表面と平行な面内の第１領域に、ＡｌＧａＮ系半導体層を有する活性層と、前記活性層より上層に位置するｐ型ＡｌＧａＮ系半導体層からなるｐ型クラッド層が少なくとも形成され、
   前記第１領域以外の第２領域内の前記ｎ型クラッド層の表面上に前記ｎ電極が形成され、
   前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層の表面の前記ｎ電極形成面に、前記（０００１）面以外の側面が露出する前記凹凸構造または前記亀裂が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体素子。
4. 前記活性層が、バンドギャップエネルギが４．４ｅＶ以上のＡｌＧａＮ系半導体層を有する発光層であることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体素子。
5. 前記凹凸構造が、前記ｎ型クラッド層上の全面に形成された前記活性層と前記ｐ型クラッド層を含むデバイス構造層の内の前記第２領域内の前記デバイス構造層を除去して前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層を露出させる加工処理後に、別の加工処理によって形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の窒化物半導体素子。
6. 前記凹凸構造の前記（０００１）面以外の側面が、（０００１）面に対して傾斜した傾斜面であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の窒化物半導体素子。
7. 前記亀裂が、前記ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層が形成される基板上の前記ｎ電極形成面より下方に設けられた、ＡｌＧａＮ系半導体層のエピタキシャル成長を選択的に誘起させる第２の凹凸構造によって形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の窒化物半導体紫外線素子。
8. 前記亀裂が、前記ｎ型クラッド層が形成される基板上の前記ｎ電極形成面より下方に設けられた、ＡｌＧａＮ系半導体層のエピタキシャル成長を選択的に誘起させる第２の凹凸構造によって形成され、
   前記第２の凹凸構造が、前記基板上の前記第１領域内には形成されていないことを特徴とする請求項３または４に記載の窒化物半導体素子。
9. 請求項３または４に記載の窒化物半導体素子の製造方法であって、
   表面が（０００１）面の結晶基板上に、下層側から順番に前記ｎ型クラッド層と、前記活性層と、前記ｐ型クラッド層を少なくとも形成し、
   前記活性層と前記ｐ型クラッド層を含むデバイス構造層の内の前記第２領域内の前記デバイス構造層を第１の加工処理により除去して前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層を露出させ、
   露出した前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層の表面に、第２の加工処理により、（０００１）面以外の側面が露出する凹凸構造を形成し、
   前記凹凸構造を含む前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層の表面上の前記ｎ電極形成面上に、前記（０００１）面以外の側面と接触するように、前記ｎ電極を形成することを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
10. 請求項３または４に記載の窒化物半導体素子の製造方法であって、
    表面が（０００１）面の結晶基板上の前記第２領域内に、ＡｌＧａＮ系半導体層のエピタキシャル成長を選択的に誘起させる第２の凹凸構造を形成し、
    前記第２の凹凸構造が形成された前記基板上に、下層側から順番に前記ｎ型クラッド層と、前記活性層と、前記ｐ型クラッド層を少なくとも形成し、
    前記ｎ型クラッド層の形成時点において、前記第２領域内に、少なくとも前記第２の凹凸構造の形成位置から前記ｎ型クラッド層表面まで貫通する亀裂を形成し、
    前記活性層と前記ｐ型クラッド層を含むデバイス構造層の内の前記第２領域内の前記デバイス構造層を第１の加工処理により除去して前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層を露出させ、
    前記第２領域内の前記ｎ型クラッド層の表面の前記亀裂を含む前記ｎ電極形成面上に、前記亀裂の前記（０００１）面以外の側面と接触するように、前記ｎ電極を形成することを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。