WO2014054224A1 - 構造体及びその製造方法、並びに構造体を用いた窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

構造体及びその製造方法、並びに構造体を用いた窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法 Download PDF

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nitride based
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正樹 藤金
井上　彰
横川　俊哉
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a structure including a gallium nitride based semiconductor layer having a nonpolar or semipolar surface and a metal layer disposed on the surface.
  • a nitride semiconductor having nitrogen (N) as a group V element is considered promising as a material for a short-wavelength light-emitting element because of its band gap.
  • gallium nitride compound semiconductors (GaN-based semiconductors) containing Ga as a group III element have been actively studied, and blue light-emitting diode (LED) elements, green LED elements, and GaN-based semiconductors are used as materials.
  • LED blue light-emitting diode
  • Semiconductor laser elements have also been put into practical use.
  • FIG. 1 schematically shows a unit cell of GaN.
  • FIG. 2 shows the basic vectors a 1 , a 2 , a 3 and c of the wurtzite crystal structure.
  • the basic vector c extends in the [0001] direction, and this direction is called “c-axis”.
  • a plane perpendicular to the c-axis is called a “c-plane” or “(0001) plane”.
  • a surface terminated with a group III element such as Ga is called “+ c plane” or “(0001) plane”
  • a plane terminated with a group V element such as nitrogen is called “ ⁇ c plane”. Or it is called “(000-1) plane” to distinguish.
  • a c-plane substrate that is, a substrate having a (0001) plane as a growth surface is generally used as a substrate on which a GaN-based semiconductor crystal is grown.
  • polarization electrical polarization
  • the “c plane” is also called a “polar plane”.
  • a piezo electric field is generated along the c-axis direction in the quantum well layer made of InGaN constituting the active layer of the gallium nitride based semiconductor light emitting device.
  • a substrate having a nonpolar plane, for example, a (10-10) plane called a m-plane perpendicular to the [10-10] direction as a growth plane is used. It is being considered.
  • the symbol “ ⁇ ” attached to the left of the number in parentheses representing the Miller index means “bar (inverted)” of the index and corresponds to “bar” in the figure.
  • the m-plane is a plane parallel to the c-axis and is orthogonal to the c-plane.
  • the m-plane is a general term for the (10-10) plane, the (-1010) plane, the (1-100) plane, the (-1100) plane, the (01-10) plane, and the (0-110) plane.
  • the a-plane is a plane parallel to the c-axis (basic vector c) as shown in FIG. 3 (c), and is orthogonal to the c-plane shown in FIG. 3 (a).
  • the a-plane is the (11-20) plane, the (-1-120) plane, the (1-210) plane, the (-12-10) plane, the (-2110) plane, and the (2-1-10) plane. It is a general term.
  • the r-plane is shown in FIG.
  • the + r plane is a general term for the (10-12) plane, the ( ⁇ 1012) plane, the (1-102) plane, the ( ⁇ 1102) plane, the (01-12) plane, and the (0-112) plane.
  • the -r plane includes (10-1-2) plane, (-101-2) plane, (1-10-2) plane, (-110-2) plane, (01-1-2) plane, and A general term for the (0-11-2) plane.
  • Patent Document 1 in order to prevent aggregation of a reflective electrode composed of silver (Ag), rhodium (Rh), aluminum (Al), or tin (Sn), an antioxidant electrode / anti-aggregation electrode / reflective electrode / A technique using a structure of contact electrode / p-type GaN is disclosed.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique for promoting the crystallization of Ag by inserting a nickel (Ni) layer at the interface between the GaN layer and the Ag layer in order to improve the reflectance of the Ag electrode and reduce the contact resistance. Is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses an Ag alloy layer containing Ag as a main component and palladium (Pd) and copper (Cu) or germanium (Ge) added in order to achieve both high reflectivity and low contact resistance of an electrode.
  • a semiconductor light emitting device electrode is disclosed.
  • Patent Document 3 a stacked structure including an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and a light-emitting layer provided between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer is connected to the n-type semiconductor layer.
  • a semiconductor light emitting diode comprising a first electrode containing at least one of silver and a silver alloy and a second electrode connected to a p-type semiconductor layer is disclosed.
  • Patent Document 4 discloses a stacked layer including a first conductivity type first semiconductor layer, a second conductivity type second semiconductor layer, and a light emitting layer provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • a manufacturing method of a semiconductor light emitting diode having a structure and an electrode provided on the opposite side of the light emitting layer of the second semiconductor layer is disclosed.
  • a first metal layer containing silver or a silver alloy is formed on a surface of the second semiconductor layer opposite to the light emitting layer, and platinum, palladium, rhodium is formed on the first metal layer.
  • a second metal layer containing at least one of the above elements is formed, and the second semiconductor layer, the first metal layer, and the second metal layer are sintered in an oxygen-containing atmosphere. Is the temperature at which the average particle size of silver contained in the first metal layer after performing the step is not more than three times the average particle size of silver before the sintering treatment.
  • Patent Document 5 discloses performing an oxygen plasma ashing process on the surface of the n-type GaN contact layer 1 and then forming an electrode in which a Ti layer, an Al layer, a Pt layer, and an Au layer are sequentially formed.
  • One non-limiting exemplary embodiment of the present application aims to improve the reflectivity and contact resistance due to the metal layer and thereby improve the external quantum efficiency.
  • one embodiment of the present disclosure is a structure including a gallium nitride-based semiconductor layer having an M plane as a main surface, and a silver layer disposed on the main surface, Has an n-type conductivity, oxygen is contained in the interface between the gallium nitride based semiconductor layer and the silver layer, and the silver layer contains crystal grains extending from the lower surface to the upper surface of the silver layer.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a unit cell of GaN.
  • Figure 2 is a perspective view showing the basic vector a 1, a 2, a 3 and c wurtzite crystal structure.
  • 3A to 3D are schematic views showing typical crystal plane orientations of the hexagonal wurtzite structure.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure including a gallium nitride based semiconductor layer and a metal layer according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the second embodiment.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to a first modification of the second embodiment.
  • FIG. 5C is a cross-sectional view showing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to a second modification of the second embodiment.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the third embodiment.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to a first modification of the third embodiment.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view showing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to a second modification of the third embodiment.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the third embodiment.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to a first modification of the third embodiment.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view
  • FIG. 7A is a structure according to a comparative example of the first example, and is an optical microscope image of the surface of the Al layer before the heat treatment.
  • FIG. 7B is a structure according to a comparative example of the first example, and is an optical microscope image of the surface of the Al layer after the heat treatment.
  • FIG. 8A is a structure according to a comparative example of the first example, and is an optical microscope image of the interface between the m-plane n-type GaN and the Al layer before the heat treatment.
  • FIG. 8B is a structure according to a comparative example of the first example, and is an optical microscope image of the interface between the m-plane n-type GaN and the Al layer after the heat treatment.
  • FIG. 11 is a graph showing current-voltage characteristics in a structure including a gallium nitride based semiconductor layer and a metal layer according to a comparative example of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing current-voltage characteristics in a structure including a gallium nitride based semiconductor layer and a metal layer according to the first example.
  • FIG. 13 is a graph showing current-voltage characteristics in a structure including a gallium nitride based semiconductor layer and a metal layer according to a comparative example of the second embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing current-voltage characteristics in a structure including a gallium nitride based semiconductor layer and a metal layer according to the second example.
  • FIG. 12 is a graph showing current-voltage characteristics in a structure including a gallium nitride based semiconductor layer and a metal layer according to the first example.
  • FIG. 13 is a graph showing current-voltage characteristics in a structure including a gallium
  • FIG. 19 is a structure according to a comparative example of the second example, and is a cross-sectional transmission electron microscope (TEM) image of the interface between the m-plane n-type GaN and the Ag layer after the heat treatment.
  • FIG. 20 is a cross-sectional TEM image of the interface between the m-plane n-type GaN and the Ag layer after the heat treatment, which is a structure including the gallium nitride based semiconductor layer and the metal layer according to the second example.
  • FIG. 21 is a structure according to a comparative example of the second example, and is a cross-sectional transmission electron microscope (TEM) image of the interface between the m-plane n-type GaN and the Ag layer after the heat treatment.
  • the affinity between the semiconductor layer and the metal layer is increased, and the interface between the semiconductor layer and the metal layer is steep, in other words, flattened and reflected.
  • the rate improves, long-term reliability also improves.
  • the ohmic junction is realized even in a combination of a semiconductor and a metal that cannot be realized by the conventional technique.
  • surface plasmon resonance absorption may not be observed in reflected light at an interface between a gallium nitride based semiconductor layer and a silver layer in a wavelength region of 450 nm to 500 nm.
  • the thickness of the silver layer may be 200 nm or more.
  • the thickness of the silver layer may be 1200 nm or less.
  • the maximum length of crystal grains may be 200 nm or more.
  • the maximum crystal grain length may be 1200 nm or less.
  • the oxygen concentration at the interface between the gallium nitride based semiconductor layer and the silver layer may be 30 times or more and 200 times or less with respect to the oxygen concentration inside the silver layer.
  • the oxygen concentration at the interface between the gallium nitride based semiconductor layer and the silver layer is 3 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or more and 2 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 or less, and the oxygen concentration inside the silver layer is It may be 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less.
  • the arithmetic average roughness Ra in the in-plane direction of the interface of the silver layer at the interface between the gallium nitride based semiconductor layer and the silver layer is an arithmetic average roughness Ra having a reference length of 3.5 ⁇ m, It may be 0.27 nm or more and 2.65 nm or less.
  • a gallium nitride based semiconductor light emitting device is sandwiched between a structure according to one embodiment, a p-type gallium nitride based semiconductor layer, a gallium nitride based semiconductor layer, and a p-type gallium nitride based semiconductor layer.
  • a gallium nitride based semiconductor light emitting device including a light emitting layer, wherein the gallium nitride based semiconductor layer is an n-type gallium nitride based semiconductor layer, and the silver layer is an electrode for the n-type gallium nitride based semiconductor layer.
  • a step of performing a heat treatment on the structure may be further provided after the step of forming the silver layer.
  • the step of exposing to an atmosphere containing active oxygen includes the step of irradiating the surface with ultraviolet light while exposing the surface of the gallium nitride based semiconductor layer to a gas or liquid containing oxygen atoms or oxygen molecules. May be included.
  • the step of exposing to an atmosphere containing active oxygen may include a step of exposing the surface of the gallium nitride based semiconductor layer to an atmosphere containing oxygen plasma.
  • the crystal plane excluding the c-plane refers to, for example, a crystal plane inclined by 18 ° or more and 90 ° or less from the c-axis of the GaN-based semiconductor.
  • this embodiment is applied to a crystal plane inclined by 18 ° or more and 90 ° or less from the c-axis of the GaN-based semiconductor, it can be made closer to “super hydrophilicity”. This is considered due to the atomic structure of the surface of the GaN-based semiconductor. In the sp 3 hybrid orbital, the angle formed by the bond is 108 °.
  • the “m-plane” includes a plane having a plurality of step-like m-plane regions.
  • the metal layer 42 Since the metal layer 42 directly covers the surface of the surface-modified semiconductor 41, the metal layer 42 is firmly bonded to the semiconductor 41 at the interface 43. For this reason, it is tough against disturbances such as heat and stress.
  • the maximum length in the in-plane direction at the interface 43 of the crystal grains contained in the metal layer 42 is 200 nm or more and 1200 nm.
  • the thickness of the crystal grains contained in the metal layer 42 is also 200 nm or more and 1200 nm.
  • the oxygen concentration inside the metal layer 42 is low. This is presumably because the crystal grains are relatively large, and there are few crystal grain boundaries for the gas to pass through the metal layer 42. On the other hand, due to surface modification, the oxygen concentration at the interface 43 is high.
  • FIG. 5A shows a cross-sectional structure of a gallium nitride based semiconductor light emitting device formed on a gallium nitride based semiconductor having a nonpolar plane or a semipolar plane as a growth plane according to the second embodiment.
  • the nitride semiconductor light emitting device 55 is formed on a substrate 51 made of GaN having a crystal plane excluding the c-plane on the upper surface and the lower surface, and the substrate 51 sequentially.
  • a metal layer 42 formed on and in contact with the exposed portion of the gallium-based semiconductor 41.
  • the n-type gallium nitride semiconductor 41 and the metal layer 42 have an interface 43.
  • the substrate 51 may be a surface whose main surface is inclined by 18 ° or more and 90 ° or less from the c-plane.
  • the main surface is m-plane, a-plane, + r-plane, -r-plane, S-plane, n-plane, R-plane, (11-22) plane, (20-21) plane, (10-13) plane, ( It may be the 20-2-1) plane or the (10-1-3) plane.
  • the p-type dopant for example, magnesium (Mg) can be used.
  • the p-type dopant for example, zinc (Zn) or beryllium (Be) may be used instead of Mg.
  • the Al composition s may be uniform in the thickness direction, and the composition s may change continuously or stepwise in the thickness direction.
  • the thickness of the p-type gallium nitride semiconductor 53 is, for example, about 0.05 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the vicinity of the upper surface of the p-type gallium nitride semiconductor 53, that is, the vicinity of the interface with the p-side electrode 54, can be formed of a semiconductor having an Al composition s of 0, that is, GaN.
  • GaN may contain a high concentration of p-type impurities, and this region can function as a contact layer.
  • the wavelength of light emitted from the nitride semiconductor light emitting device 55 is determined by the In composition x in the Ga 1-x In x N semiconductor, which is the semiconductor composition of the well layer. For example, no piezo electric field is generated in the gallium nitride based semiconductor active layer 52 formed on the m-plane. For this reason, even if the composition x of In is increased, a decrease in light emission efficiency can be suppressed.
  • the metal layer 42 is composed of a layer containing at least one of Ag and Al, for example. That is, in this embodiment, the metal layer 42 functioning as an n-side electrode may be composed of Ag alone or Al alone, or an alloy of Ag and Al at an arbitrary ratio. May be formed.
  • the metal layer 42 is not limited to an alloy of Ag and Al.
  • the metal layer 42 may have a laminated structure of an Ag single layer and an Al single layer. In the case of adopting a laminated structure, the metal in direct contact with the n-type gallium nitride semiconductor 41 may be either an Ag single layer or an Al single layer.
  • an undoped GaN layer 56 is formed between the gallium nitride based semiconductor active layer 52 and the p-type gallium nitride based semiconductor 53 as in the nitride semiconductor light emitting device 55 shown in FIG. May be.
  • a p-AlGaN layer 57 may be formed inside the p-type gallium nitride based semiconductor 53 as in the nitride semiconductor light emitting device 55 shown in FIG.
  • a p-AlGaN layer 57 may be formed inside the p-type gallium nitride based semiconductor 53 as in the nitride semiconductor light emitting device 55 shown in FIG.
  • an n-type gallium nitride based semiconductor 41 is epitaxially crystallized on a growth surface of a substrate 51 made of n-type GaN having a crystal plane excluding the c-plane as a growth plane by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or the like. grow up.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • Si is used as an n-type dopant
  • a group III source TMG (Ga (CH 3 ) 3 ) and a group V source NH 3 are supplied as raw materials and set to a growth temperature of about 900 ° C. or higher and about 1100 ° C. or lower.
  • an n-type gallium nitride semiconductor 41 made of GaN having a thickness of about 1 ⁇ m to 3 ⁇ m is formed on the substrate 51.
  • a gallium nitride based semiconductor active layer 52 is formed on the n-type gallium nitride based semiconductor 41.
  • the gallium nitride based semiconductor active layer 52 includes, for example, a GaInN / GaN multiple quantum well (MQW) in which Ga 1-x In x N well layers having a thickness of 15 nm and GaN barrier layers having a thickness of 30 nm are alternately stacked. ) Take the structure.
  • MQW GaInN / GaN multiple quantum well
  • the growth temperature can be lowered to 800 ° C. in order to increase the In incorporation efficiency.
  • the undoped GaN layer 56 having a thickness of 15 nm or more and 50 nm or less is formed on the gallium nitride based semiconductor active layer 52, for example, A p-type gallium nitride based semiconductor 53 is formed on the undoped GaN layer 56.
  • Cp 2 Mg cyclopentadienyl magnesium
  • TMG and NH 3 are supplied as raw materials.
  • the p-type gallium nitride semiconductor 53 made of p-type GaN having a thickness of about 50 nm to about 300 nm can be formed at a growth temperature of about 900 ° C. to about 1100 ° C.
  • Electron overflow can be suppressed.
  • the n-type gallium nitride semiconductor 41 epitaxially grown on the substrate at a temperature of about 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.
  • the semiconductor laminated structure including the gallium nitride based semiconductor active layer 52 and the p-type gallium nitride based semiconductor 53 is subjected to heat treatment for about 20 minutes.
  • the p-type gallium nitride semiconductor 53, the gallium nitride semiconductor active layer 52, and a part of the n-type gallium nitride semiconductor 41 are subjected to dry etching using a chlorine-based gas on the semiconductor multilayer structure. Is removed to form a recess, and a part of the n-type gallium nitride semiconductor 41 is exposed. Thereby, a surface other than the c-plane, for example, a surface inclined by 18 ° or more and 90 ° or less from the c-plane appears on the surface.
  • the exposed surface of the n-type gallium nitride based semiconductor 41 is exposed to, for example, an oxygen plasma atmosphere, and the exposed portion of the n-type gallium nitride based semiconductor 41 is subjected to surface modification. Thereby, the hydrophilicity (wetting property) of the surface of the exposed part of the n-type gallium nitride based semiconductor 41 is enhanced.
  • a metal layer 42 is formed so as to be in contact with the exposed portion of the n-type gallium nitride semiconductor 41.
  • a layer containing Ag or Al or both is formed.
  • a p-side electrode 54 is formed so as to be in contact with the surface of the p-type gallium nitride semiconductor 53.
  • a Pd / Pt layer or a Mg / Ag layer can be used for the p-side electrode 54.
  • heat treatment is performed to alloy the metal layer 42 and the n-type gallium nitride semiconductor 41 and alloy the p-side electrode 54 and the p-type gallium nitride semiconductor 53.
  • the order of formation of the metal layer 42 to be the n-side electrode and the p-side electrode 54 is not particularly limited.
  • the lower surface of the substrate 51 is polished to a thickness of about 50 ⁇ m to 300 ⁇ m, and the substrate 51 is thinned.
  • the thickness of the substrate 51 By reducing the thickness of the substrate 51, not only dicing of the substrate 51 is facilitated, but also absorption of light inside the nitride semiconductor light emitting element 55 can be suppressed.
  • the nitride semiconductor light emitting device 55 thus fabricated is divided into individual pieces by dicing and mounted on a mounting substrate made of alumina (aluminum oxide), aluminum nitride (AlN), a resin substrate, or the like.
  • alumina aluminum nitride
  • AlN aluminum nitride
  • the wiring can be arranged in accordance with the shape of the electrode of the nitride semiconductor light emitting device 55. Cu, Au, Ag, Al, or the like can be used for the wiring. These materials can be formed on the mounting substrate by sputtering or plating.
  • FIG. 6A shows a cross-sectional structure of a gallium nitride based semiconductor light emitting device 55A formed on a gallium nitride based semiconductor having a nonpolar plane or a semipolar plane as a growth plane according to the third embodiment.
  • the substrate 51 is made of n-type GaN having a surface with a surface orientation in which surface modification is effective.
  • the upper surface and the lower surface, which are the growth surfaces of the substrate 51 are crystal planes excluding the c-plane, and may be crystal planes inclined by 18 ° or more and 90 ° or less from the c-axis. , + R, -r, S, n, R, (11-22), (20-21), (10-13), (20-2-1) or (10- It may be the 1-3) plane.
  • the metal layer 42 is provided on the surface of the substrate 51 opposite to the n-type gallium nitride semiconductor 41.
  • the metal layer 42 and the substrate 51 have an interface 43.
  • the metal layer 42 serving as the n-side electrode functions as a reflector.
  • a transparent electrode is used for the p-side electrode 54.
  • an undoped GaN layer 56 is formed between the gallium nitride based semiconductor active layer 52 and the p-type gallium nitride based semiconductor 53 as in the nitride semiconductor light emitting device 55A shown in FIG. May be.
  • a p-AlGaN layer 57 may be formed inside the p-type gallium nitride semiconductor 53 as in the nitride semiconductor light emitting device 55A shown in FIG.
  • a p-AlGaN layer 57 may be formed inside the p-type gallium nitride semiconductor 53 as in the nitride semiconductor light emitting device 55A shown in FIG.
  • an n-type gallium nitride semiconductor 41 and a gallium nitride semiconductor are formed on the growth surface of the substrate 51 having a GaN layer having a crystal plane excluding the c-plane as a growth surface by MOCVD or the like.
  • the active layer 52 and the p-type gallium nitride semiconductor 53 are sequentially grown by epitaxial crystal. Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of about 800 ° C. and about 900 ° C. for about 20 minutes.
  • an undoped GaN layer 56 equivalent to that of the second embodiment is formed on the gallium nitride based semiconductor active layer 52, as shown in FIG. 6B. Therefore, the p-type gallium nitride semiconductor 53 is formed on the undoped GaN layer 56.
  • the lower surface of the substrate 51 is polished to form a thin film.
  • the polished surface of the thinned substrate 51 is m-plane, a-plane, + r-plane, -r-plane, S-plane, n-plane, R-plane, (11-22) plane, (20-21) plane, (10- 13) A surface inclined by ⁇ 5 ° or less from any one of the (20-2-1) and (10-1-3) planes.
  • the polished surface is exposed to an oxygen plasma atmosphere, for example. Thereby, the surface modification of the polishing surface of the substrate 51 is performed to increase the hydrophilicity of the polishing surface.
  • the metal layer 42 is formed so as to be in contact with a part of the polished surface of the substrate 51.
  • a layer containing Ag or Al or both is formed.
  • the metal layer 42 may be an alloy of Ag and Al, and either the Ag single layer or the Al single layer is configured to be in contact with the polished surface of the substrate 51.
  • a laminated structure may be used.
  • FIG. 7A, 8A, 9A, and 10A show the results of observation with an optical microscope for each of the Al layers thus prepared before heat treatment.
  • FIG. 7A is a comparative example, and shows an optical microscope image of the Al layer surface before heat treatment of an Al layer formed on m-plane n-type GaN whose surface is not modified.
  • FIG. 8A is a comparative example, and shows the interface between the m-plane n-type GaN and the Al layer before heat treatment of the Al layer formed on the m-plane n-type GaN whose surface is not modified. The optical microscope image observed from the m-plane n-type GaN side is shown.
  • FIG. 7A is a comparative example, and shows an optical microscope image of the Al layer surface before heat treatment of an Al layer formed on m-plane n-type GaN whose surface is not modified.
  • FIG. 9B shows an optical microscope image of the Al layer surface after heat treatment of the Al layer formed on the m-plane n-type GaN having a modified surface in this example.
  • FIG. 10B shows the present embodiment, in which the interface between the m-plane n-type GaN and the Al layer after the heat treatment of the Al layer formed on the m-plane n-type GaN whose surface has been modified is shown as m.
  • the optical microscope image observed from the surface n-type GaN side is shown. From these observation images, as shown in FIG. 7 and FIG.
  • FIG. 11 is a comparative example, and shows a result of performing IV measurement by patterning an Al layer formed on m-plane n-type GaN whose surface is not modified.
  • FIG. 12 shows the result of performing IV measurement in this example by patterning the Al layer formed on the m-plane n-type GaN having a modified surface. From these results, the Al layer on the n-type GaN whose surface is modified as shown in FIG. 12 has the same electrical characteristics as the Al layer on the n-type GaN whose surface is not modified as shown in FIG. Show. From this, it can be seen that the Al layer on the n-type GaN having a modified surface also shows a good contact resistance with respect to the GaN layer.
  • a resist solution was applied on the Ag layer, and a TLM pattern was formed from the resist film using an exposure machine and a developer. Subsequently, the TLM pattern was transferred to the Ag layer with an Ag etching solution, and the resist film was removed by organic cleaning to produce a TLM pattern composed of two types of Ag layers.
  • FIG. 13 is a comparative example, and shows a result of performing IV measurement by patterning an Ag layer formed on m-plane n-type GaN whose surface is not modified.
  • FIG. 14 shows a result of performing IV measurement in the present example by patterning the Ag layer formed on the m-plane n-type GaN having a modified surface. From these results, the ohmic junction cannot be obtained in the Ag layer on the n-type GaN whose surface is not modified as shown in FIG. 13, whereas the surface on the n-type GaN whose surface is modified as shown in FIG.
  • the Ag layer has good electrical characteristics, that is, an ohmic junction.
  • an Ag layer that cannot normally be used as an electrode of a gallium nitride semiconductor can be used on n-type GaN.
  • FIG. 15 and FIG. 16 show the results of the reflectance measurement after the above two samples were heat-treated at a temperature of 500 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere.
  • FIG. 15 is a comparative example, and shows the interface reflectance between the m-plane n-type GaN and the Ag layer after heat treatment of the Ag layer formed on the m-plane n-type GaN whose surface is not modified. The result measured from the surface n-type GaN side is shown.
  • FIG. 16 is an example showing the interface reflectance between the m-plane n-type GaN and the Ag layer after heat treatment of the Ag layer formed on the m-plane n-type GaN whose surface is modified. The result measured from the n-type GaN side is shown.
  • the measurement device used was a configuration in which an absolute reflectance measurement device (ARN-475) was incorporated in an ultraviolet-visible spectrophotometer (V-570) manufactured by JASCO Corporation.
  • V-570 ultraviolet-visible spectrophotometer
  • light having a wavelength of 350 nm to 800 nm is incident from the mirror side where the Ag layer is not formed on the double-side polished GaN substrate, and the light reflected at the interface between the GaN substrate and the Ag layer is formed on the Ag layer. This was done by receiving light on the mirror side.
  • SPR surface plasmon resonance
  • FIG. 17A is a comparative example, and shows the interface between the m-plane n-type GaN and the Ag layer before the heat treatment of the Ag layer formed on the m-plane n-type GaN whose surface is not modified.
  • the optical microscope image observed from the m-plane n-type GaN side is shown.
  • FIG. 17B is a comparative example, and shows the interface between the m-plane n-type GaN and the Ag layer after heat treatment of the Ag layer formed on the m-plane n-type GaN whose surface is not modified.
  • the optical microscope image observed from the m-plane n-type GaN side is shown.
  • FIG. 18A shows the interface between the m-plane n-type GaN and the Ag layer before heat treatment of the Ag layer formed on the m-plane n-type GaN whose surface has been modified.
  • the optical microscope image observed from the surface n-type GaN side is shown.
  • FIG. 18B shows the present example, in which the interface between the m-plane n-type GaN and the Ag layer after the heat treatment of the Ag layer formed on the m-plane n-type GaN whose surface has been modified is represented by m.
  • the optical microscope image observed from the surface n-type GaN side is shown. From these observation images, as shown in FIG.
  • FIG. 21 is a comparative example, a cross-sectional TEM image of the interface between the m-plane n-type GaN and the Ag layer after heat treatment of the Ag layer formed on the m-plane n-type GaN whose surface is not modified.
  • FIG. 22 shows a cross-sectional TEM image of the interface between the m-plane n-type GaN and the Ag layer after the heat treatment of the Ag layer formed on the m-plane n-type GaN having a modified surface.
  • FIG. 23 schematically shows a cross-sectional TEM image shown in FIG.
  • FIG. 24 schematically shows a cross-sectional TEM image shown in FIG. In the case of the comparative example in which the surface is not modified, as shown in FIGS.
  • the length in the in-plane direction at the interface of the largest crystal grain is 600 nm or more, and the thickness is 400 nm or more.
  • the thickness of the Ag layer that is, the thickness of the crystal grains can be about 1200 nm or less, although it depends on the thickness of the film formation.
  • FIG. 21 which is a comparative example in which the surface is not modified
  • the arithmetic average roughness Ra having a standard length of the GaN-Ag interface of 3.5 ⁇ m is larger than 2.65 nm.
  • FIG. 22 which is the present example in which the surface is modified
  • the arithmetic average roughness Ra of the reference length of the GaN-Ag interface of 3.5 ⁇ m is 0.27 nm. From this, it can be seen that the Ag layer on the n-type GaN whose surface is modified is firmly bonded to the GaN layer and is strong against disturbances such as heat.
  • the flowchart which is an example of the manufacturing method of is shown.
  • a gallium nitride based semiconductor layer having a nonpolar or semipolar surface is prepared.
  • the gallium nitride based semiconductor layer is, for example, an n-type GaN layer.
  • step S1 the surface of the n-type gallium nitride semiconductor layer that is a nonpolar surface or a semipolar surface is exposed to oxygen to modify the surface.
  • step S2 a metal layer containing Ag or Al or both is formed on the modified surface.
  • the interface between the gallium nitride based semiconductor layer and the metal layer contains oxygen.
  • the metal layer has a structure including crystal grains reaching from the lower surface to the upper surface.
  • a predetermined heat treatment may be performed after step S2.
  • the heat treatment for example, heat treatment at a temperature of 500 ° C. for about 10 to 20 minutes in a nitrogen atmosphere is conceivable. Even when this heat treatment is performed, the metal layer can have a structure including crystal grains extending from the lower surface to the upper surface of the metal layer.
  • the surface of the n-type gallium nitride semiconductor layer that is a nonpolar surface or a semipolar surface may be exposed to an atmosphere containing active oxygen.
  • the exposure treatment in step S1 is performed by exposing the surface of the n-type gallium nitride based semiconductor layer that is a nonpolar plane or a semipolar plane to a gas or liquid containing oxygen atoms or oxygen molecules. You may irradiate with an ultraviolet-ray.
  • the surface of the gallium nitride semiconductor layer that is n-type and has a nonpolar surface or a semipolar surface may be exposed to an atmosphere containing oxygen plasma.
  • FIG. 26 shows a flowchart which is an example of a method for manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to another embodiment.
  • a gallium nitride-based semiconductor for example, Al x Ga y In z N (0 ⁇ x, z ⁇ 1, 0 ⁇
  • the gallium nitride based semiconductor is, for example, a substrate and an n-type gallium nitride based semiconductor layer formed on the substrate.
  • the substrate can be thinned or removed.
  • the n-type gallium nitride based semiconductor layer is, for example, an n-type GaN layer.
  • step S11 the semiconductor stacked body and a part of the gallium nitride semiconductor are removed, and the surface of the gallium nitride semiconductor layer that is n-type and has a nonpolar or semipolar surface is exposed.
  • step S12 the exposed surface is modified by exposing the exposed surface to oxygen.
  • a first metal layer is formed so as to be in contact with the modified surface.
  • a metal containing Ag, Al, or both can be used for the first metal layer.
  • a second metal layer is formed so as to be in contact with the p-type gallium nitride based semiconductor layer.
  • the first metal layer and the second metal layer may be formed in any order.
  • the interface between the n-type GaN and the first metal layer contains oxygen.
  • the first metal layer has a structure including crystal grains reaching the upper surface from the lower surface of the first metal layer.
  • the first metal layer can have a structure including crystal grains reaching from the lower surface to the upper surface of the first metal layer.
  • the surface of the n-type non-polar or semipolar gallium nitride semiconductor layer may be exposed to an atmosphere containing active oxygen. Further, as the exposure treatment in step S12, the exposed surface is exposed in a state where the surface of the n-type non-polar or semipolar gallium nitride semiconductor layer is exposed to a gas or liquid containing oxygen atoms or oxygen molecules. May be irradiated with ultraviolet rays. Further, as the exposure process in step S12, the surface of the n-type gallium nitride semiconductor layer that is a nonpolar plane or a semipolar plane may be exposed to an atmosphere containing oxygen plasma.
  • FIG. 27 shows a flowchart which is an example of a method for manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to still another embodiment.
  • the gallium nitride based semiconductor is, for example, a substrate and an n-type gallium nitride based semiconductor layer formed on the substrate. The substrate can be thinned or removed.
  • the substrate and the n-type gallium nitride based semiconductor layer are, for example, n-type GaN layers.
  • the surface opposite to the side on which the semiconductor laminate is manufactured is n-type and is a nonpolar plane or a semipolar plane.
  • step S21 this surface is modified by exposing the surface on the opposite side to the side on which the semiconductor multilayer body was produced in step S20 to oxygen.
  • a first metal layer is formed so as to be in contact with the modified surface. Further, a second metal layer is formed so as to be in contact with the p-type gallium nitride based semiconductor layer.
  • Steps S21 and 22 are the same as Steps S12 and S13 described above.
  • the affinity between the gallium nitride based semiconductor and the metal layer is increased.
  • the interface becomes steep.
  • a gallium nitride-based semiconductor light-emitting device that realizes an ohmic junction can be obtained even if a combination of a gallium nitride-based semiconductor and a metal layer, such as Ag, for which an ohmic junction has not been achieved in the prior art.
  • Nitride semiconductor light emitting device comprising: n-type nitride semiconductor layer (41), p-type nitride semiconductor layer (53), an active layer (52) sandwiched between an n-type nitride semiconductor layer (41) and a p-type nitride semiconductor layer (53), an n-side electrode layer (42), and a p-side electrode layer (54) formed on the surface of the p-type nitride semiconductor layer (53), wherein
  • the n-type nitride semiconductor layer (41), the active layer (52), and the p-type nitride semiconductor layer (53) have a principal surface that is a nonpolar plane or a semipolar plane
  • the n-side electrode layer (42) has a first surface (42a) and a second surface (42b), The first surface (42a) is in contact with at least part of the surface of the n-type nitride semiconductor layer (41), The second surface (42b) is the back side of the first
  • Nitride semiconductor light emitting device comprising: n-type nitride semiconductor layer (41), p-type nitride semiconductor layer (53), an active layer (52) sandwiched between an n-type nitride semiconductor layer (41) and a p-type nitride semiconductor layer (53), an n-side electrode layer (42), and a p-side electrode layer (54) formed on the surface of the p-type nitride semiconductor layer (53), wherein
  • the n-type nitride semiconductor layer (41), the active layer (52), and the p-type nitride semiconductor layer (53) have a principal surface that is a nonpolar plane or a semipolar plane
  • the n-side electrode layer (42) has a first surface (42a) and a second surface (42b), The first surface (42a) is in contact with at least part of the surface of the n-type nitride semiconductor layer (41), The second surface (42b) is the back side of the first
  • the structure according to the present disclosure and the manufacturing method thereof, and the gallium nitride based semiconductor light-emitting device using the structure and the manufacturing method thereof can be applied to the fields of display, illumination, optical information, and the like.
  • n-type gallium nitride semiconductor (n-type nitride semiconductor layer) 42 metal layer 42a first surface 42b second surface 43 interface 51 substrate 52 gallium nitride based semiconductor active layer 53 p-type gallium nitride based semiconductor (p-type nitride semiconductor layer) 54 p-side electrode 55, 55A nitride semiconductor light emitting device 56 undoped GaN layer 57 p-AlGaN layer

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Abstract

　Ｍ面を主面とする窒化ガリウム系半導体（４１）と、主面の上に配置された金属層（４２）とを含む構造体において、該主面はｎ型の導電型を有し、窒化ガリウム系半導体（４１）と金属層（４２）との界面（４３）には、酸素が含まれる。金属層（４２）は、該金属層（４２）の下面から上面にまで達する結晶粒を含む。

Description

構造体及びその製造方法、並びに構造体を用いた窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法
　本発明は、非極性面又は半極性面である表面を有する窒化ガリウム系半導体層とその表面の上に配置された金属層とを含む構造体に関する。
　Ｖ族元素として窒素（Ｎ）を有する窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素子の材料として有望視されている。なかでも、III族元素としてＧａを含む窒化ガリウム系化合物半導体（ＧａＮ系半導体）の研究は盛んに行われており、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）素子及び緑色ＬＥＤ素子、並びにＧａＮ系半導体を材料とする半導体レーザ素子も実用化されている。
　ＧａＮ系半導体は、ウルツ鉱型結晶構造を有している。図１は、ＧａＮの単位格子を模式的に示している。ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ，ｚ＜１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）半導体の結晶では、図１に示すＧａの一部がＡｌ及びＩｎのうちの少なくとも一方に置換され得る。
　図２は、ウルツ鉱型結晶構造の基本ベクトルａ１、ａ２、ａ３及びｃを示している。基本ベクトルｃは、［０００１］方向に延びており、この方向は「ｃ軸」と呼ばれる。ｃ軸に垂直な面（ｐｌａｎｅ）は「ｃ面」又は「（０００１）面」と呼ばれる。さらに、Ｇａ等のIII族元素で終端されている面は、「＋ｃ面」又は「（０００１）面」と呼ばれ、窒素等のＶ族元素で終端されている面は、「－ｃ面」又は「（０００－１）面」と呼ばれて区別される。
　ＧａＮ系半導体を用いて半導体素子を作製する場合、一般に、ＧａＮ系半導体結晶を成長させる基板として、ｃ面基板、すなわち（０００１）面を成長面とする基板が用いられる。しかしながら、ｃ面においてはＧａ原子と窒素原子とが同一の原子面上に存在しないため、分極（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が生じる。このため、「ｃ面」は「極性面」とも呼ばれる。分極の結果、窒化ガリウム系半導体発光素子の活性層を構成するＩｎＧａＮからなる量子井戸層には、ｃ軸方向に沿ってピエゾ電界が発生する。このようなピエゾ電界が活性層に発生すると、活性層内における電子及びホールの分布に位置ずれが生じ、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果によって、活性層の内部量子効率が低下するという問題がある。半導体レーザ素子であれば、しきい値電流の増大が引き起こされ、ＬＥＤであれば、消費電力の増大及び発光効率の低下が引き起こされる。また、注入キャリア密度が上昇すると共に、ピエゾ電界のスクリーニングが起こり、発光波長の変化も生じる。
　そこで、これらの課題を解決するため、非極性面、例えば［１０－１０］方向に垂直な、ｍ面と呼ばれる（１０－１０）面を成長面とする基板（ｍ面ＧａＮ系基板）を用いることが検討されている。ここで、ミラー指数を表すカッコ内の数字の左に付された「－」符号は、その指数の「バー（反転）」を意味し、図中の「バー」と対応する。ｍ面は、図２に示されるように、ｃ軸に平行な面であり、且つｃ面と直交している。ｍ面においては、Ｇａ原子と窒素原子とは、同一の原子面上に存在するため、ｍ面に垂直な方向には自発分極が発生しない。その結果、ｍ面に垂直な方向に半導体積層構造を形成すれば、活性層にピエゾ電界も発生しないため、上記の課題を解決することができる。なお、ｍ面は、（１０－１０）面、（－１０１０）面、（１－１００）面、（－１１００）面、（０１－１０）面及び（０－１１０）面の総称である。
　ａ面は、図３（ｃ）に示すように、ｃ軸（基本ベクトルｃ）に平行な面であり、図３（ａ）に示すｃ面と直交している。なお、ａ面は、（１１－２０）面、（－１－１２０）面、（１－２１０）面、（－１２－１０）面、（－２１１０）面及び（２－１－１０）面の総称である。
　ｒ面を図３（ｄ）に示す。＋ｒ面は、（１０－１２）面、（－１０１２）面、（１－１０２）面、（－１１０２）面、（０１－１２）面及び（０－１１２）面の総称である。
　また、－ｒ面は、（１０－１－２）面、（－１０１－２）面、（１－１０－２）面、（－１１０－２）面、（０１－１－２）面及び（０－１１－２）面の総称である。
　特許文献１には、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、アルミニウム（Ａｌ）又はスズ（Ｓｎ）で構成される反射電極の凝集を防止するために、酸化防止電極／凝集防止電極／反射電極／コンタクト電極／ｐ型ＧａＮという構造を用いる技術が開示されている。
　非特許文献１には、Ａｇ電極の反射率を向上してコンタクト抵抗を低減するために、ＧａＮ層とＡｇ層との界面にニッケル（Ｎｉ）層を入れて、Ａｇの結晶化を促進する技術が開示されている。
　特許文献２には、電極の高反射率と低接触抵抗とを両立させるために、Ａｇを主成分として、パラジウム（Ｐｄ）及び銅（Ｃｕ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されたＡｇ合金層を含む半導体発光素子用電極が開示されている。
　特許文献３は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、ｎ型半導体層に接続され、銀及び銀合金の少なくともいずれかを含む第１の電極と、ｐ型半導体層に接続された第２の電極と、を備えた半導体発光ダイオードを開示している。
　特許文献４は、第１導電型の第１半導体層と、第２導電型の第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、第２半導体層の発光層とは反対側に設けられた電極と、を有する半導体発光ダイオードの製造方法を開示している。特許文献４によれば、第２半導体層の発光層とは反対側の面の上に銀又は銀合金を含む第１金属層を形成し、第１金属層の上に、白金、パラジウム、ロジウムの少なくともいずれかの元素を含む第２金属層を形成し、第２半導体層、第１金属層及び第２金属層を、酸素を含有する雰囲気においてシンター処理し、シンター処理の温度は、シンター処理を実施した後の第１金属層に含まれる銀の平均粒径が、シンター処理を施す前の銀の平均粒径の３倍以下である温度である。
　特許文献５は、ｎ型ＧａＮコンタクト層１表面の酸素プラズマアッシャー処理を行ない、次にＴｉ層、Ａｌ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を順次形成した電極を形成することを開示している。
特開２００５－１９７６８７号公報 特開２０１０－５６４２３号公報 特開２０１０－０６２２７４号公報 特開２０１２－０８０１４２号公報 特開平１０－２００１６１号公報
Jun Ho Son, Yang Hee Song, Hak Ki Yu, and Jong-Lam Lee,「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」，２００９年８月１４日（Ｖｏｌ．９５，Ｐ．０６２１０８）
　しかしながら、上述した従来技術では、さらなる外部量子効率の向上が求められていた。
　本願の限定的でない例示的なある実施形態は、金属層による反射率とコンタクト抵抗とを改善すると共に、これにより、外部量子効率を向上させることを目的とする。
　前記の目的を達成するため、本開示の一態様は、Ｍ面を主面とする窒化ガリウム系半導体層と、主面の上に配置された銀層とを含む構造体であって、主面は、ｎ型の導電型を有し、窒化ガリウム系半導体層と銀層との界面には、酸素が含まれ、銀層は、該銀層の下面から上面にまで達する結晶粒を含む。
　本開示の実施形態によれば、金属層による反射率とコンタクト抵抗とを改善すると共に、外部量子効率を向上させることができる。
図１はＧａＮの単位格子を模式的に示す斜視図である。 図２はウルツ鉱型結晶構造の基本ベクトルａ１、ａ２、ａ３及びｃを示す斜視図である。 図３（ａ）～図３（ｄ）は六方晶ウルツ鉱構造の代表的な結晶面方位を示す模式図である。 図４は第１の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体を示す断面図である。 図５（ａ）は第２の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示す断面図である。図５（ｂ）は第２の実施形態の第１変形例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示す断面図である。図５（ｃ）は第２の実施形態の第２変形例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示す断面図である。 図６（ａ）は第３の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示す断面図である。図６（ｂ）は第３の実施形態の第１変形例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示す断面図である。図６（ｃ）は第３の実施形態の第２変形例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示す断面図である。 図７（ａ）は第１実施例の比較例に係る構造体であって、熱処理前におけるＡｌ層表面の光学顕微鏡像である。図７（ｂ）は第１実施例の比較例に係る構造体であって、熱処理後におけるＡｌ層表面の光学顕微鏡像である。 図８（ａ）は第１実施例の比較例に係る構造体であって、熱処理前におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面の光学顕微鏡像である。図８（ｂ）は第１実施例の比較例に係る構造体であって、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面の光学顕微鏡像である。 図９（ａ）は第１実施例に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体であって、熱処理前におけるＡｌ層表面の光学顕微鏡像である。図９（ｂ）は第１実施例に係る構造体であって、熱処理後におけるＡｌ層表面の光学顕微鏡像である。 図１０（ａ）は第１実施例に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体であって、熱処理前におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面の光学顕微鏡像である。図１０（ｂ）は第１実施例に係る構造体であって、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面の光学顕微鏡像である。 図１１は第１実施例の比較例に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体における電流－電圧特性を示すグラフである。 図１２は第１実施例に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体における電流－電圧特性を示すグラフである。 図１３は第２実施例の比較例に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体における電流－電圧特性を示すグラフである。 図１４は第２実施例に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体における電流－電圧特性を示すグラフである。 図１５は第２実施例の比較例に係る構造体であって、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面反射率の測定結果を示すグラフである。 図１６は第２実施例に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体であって、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面反射率の測定結果を示すグラフである。 図１７（ａ）は第２実施例の比較例に係る構造体であって、熱処理前におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面の光学顕微鏡像である。図１７（ｂ）は第２実施例の比較例に係る構造体であって、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面の光学顕微鏡像である。 図１８（ａ）は第２実施例に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体であって、熱処理前におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面の光学顕微鏡像である。図１８（ｂ）は第２実施例に係る構造体であって、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面の光学顕微鏡像である。 図１９は第２実施例の比較例に係る構造体であって、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面の断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。 図２０は第２実施例に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体であって、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面の断面ＴＥＭ像である。 図２１は第２実施例の比較例に係る構造体であって、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面の断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。 図２２は第２実施例に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体であって、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面の断面ＴＥＭ像である。 図２３は図１９に示される断面ＴＥＭ像を模式的に示す断面図である。 図２４は図２０に示される断面ＴＥＭ像を模式的に示す断面図である。 図２５は他の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図２６は他の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図２７はさらに他の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。
　特許文献１に記載された発明では、Ａｇ、Ｒｈ、Ａｌ又はＳｎを反射電極として用いており、さらに、コンタクト電極は、Ｌａ系合金、Ｎｉ系合金、Ｚｎ系合金、Ｃｕ系合金、熱電酸化物、ドーピングされたＩｎ酸化物、ＩＴＯ及びＺｎＯからなる群より選択する必要がある。このため、プロセスが煩雑となり得る。
　非特許文献１に記載された発明では、ＧａＮ層とＡｇ層との間に異種金属であるＮｉ層を挿入する必要がある。
　特許文献２に記載された発明では、Ｐｄ及びＣｕ、又はＧｅといった異種元素をＡｇに添加する必要があり、この場合もプロセスが煩雑となり得る。
　本開示の実施形態では、上述した従来の技術を上回る、外部量子効率が向上した窒化ガリウム系半導体発光素子を実現することができる。
　半導体発光素子から光を高効率に取り出すには、発光素子の内部及び外部で吸収される光を可能な限り少なくする必要がある。このため、反射率が高い金属であるＡｌ若しくはＡｇ又はそれらを含む合金を半導体層の上に成膜することが考えられる。このような金属層は、発光素子に通電させるための電極として用いることができる。但し、半導体と金属との組み合わせによってはオーミック接合が実現せず、電力変換効率が低下してしまう場合がある。また、熱又はその他の外乱に対する耐性が小さく、半導体層と金属層との界面反射率が低いことから、光取り出し効率が低下してしまう場合がある。
　本開示の実施形態によれば、半導体の表面を改質することによって、半導体層と金属層との親和性が増し、半導体層と金属層との界面が急峻、言い換えれば平坦となって、反射率が向上すると共に長期の信頼性も向上する。さらには、従来技術ではオーミック接合が実現しなかった半導体と金属との組み合わせにおいても、オーミック接合が実現する。
　例えば、一実施形態に係る構造体は、Ｍ面を主面とする窒化ガリウム系半導体層と、主面の上に配置された銀層とを含む構造体であって、主面は、ｎ型の導電型を有し、窒化ガリウム系半導体層と銀層との界面には、酸素が含まれ、銀層は、該銀層の下面から上面にまで達する結晶粒を含む。
　一実施形態において、窒化ガリウム系半導体層と銀層との界面における反射光には、波長が４５０ｎｍから５００ｎｍの領域において、表面プラズモン共鳴吸収が観測されなくてもよい。
　一実施形態において、銀層の厚さは、２００ｎｍ以上であってもよい。
　また、一実施形態において、銀層の厚さは、１２００ｎｍ以下であってもよい。
　一実施形態において、結晶粒の最大長さは、２００ｎｍ以上であってもよい。
　また、一実施形態において、結晶粒の最大長さは、１２００ｎｍ以下であってもよい。
　一実施形態において、窒化ガリウム系半導体層と銀層との界面における酸素濃度は、銀層の内部における酸素濃度に対して、３０倍以上且つ２００倍以下であってもよい。
　一実施形態において、窒化ガリウム系半導体層と銀層との界面における酸素濃度は、３×１０２０ｃｍ－３以上且つ２×１０２１ｃｍ－３以下であり、銀層の内部における酸素濃度は、１×１０１９ｃｍ－３以下であってもよい。
　一実施形態において、窒化ガリウム系半導体層と銀層との界面における、銀層の界面の面内方向の算術平均粗さＲａは、基準の長さが３．５μｍの算術平均粗さＲａが、０．２７ｎｍ以上且つ２．６５ｎｍ以下であってもよい。
　他の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子は、一実施形態に係る構造体と、ｐ型窒化ガリウム系半導体層と、窒化ガリウム系半導体層とｐ型窒化ガリウム系半導体層とに挟まれた発光層とを備えた窒化ガリウム系半導体発光素子であって、窒化ガリウム系半導体層はｎ型窒化ガリウム系半導体層であり、銀層は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層に対する電極である。
　さらに他の実施形態に係る構造体の製造方法は、窒化ガリウム系半導体層の表面を、活性酸素を含む雰囲気に暴露する工程と、窒化ガリウム系半導体層の表面に、銀層を形成する工程とを備えている。
　他の実施形態において、銀層を形成する工程よりも後に、構造体に対して熱処理を施す工程をさらに備えていてもよい。
　他の実施形態において、活性酸素を含む雰囲気に暴露する工程は、窒化ガリウム系半導体層の表面を、酸素原子又は酸素分子を含む気体若しくは液体に暴露した状態で、表面に紫外線を照射する工程を含んでいてもよい。
　また、他の実施形態において、活性酸素を含む雰囲気に暴露する工程は、窒化ガリウム系半導体層の表面を、酸素プラズマを含む雰囲気に暴露する工程を含んでいてもよい。
　さらに他の実施形態は、構造体の製造方法を用いた窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法であって、窒化ガリウム系半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層であり、ｎ型窒化ガリウム系半導体層の上に、発光層とｐ型窒化ガリウム系半導体層とを含む半導体積層体を作製する工程を備えている。
　以下、第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
　（第１の実施形態）
　第１の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体層と金属層とを含む構造体について、図４を参照しながら説明する。
　まず、図４に示すように、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１を用意する。以下、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１を、単に半導体４１と呼ぶこともある。半導体４１は、ｃ面を除く結晶面を成長面とする半導体層、又は半導体積層構造の一部である。本実施形態においては、半導体４１のｃ面を除く結晶面である最表面に対して酸化反応を用いた改質（表面改質）を行い、これによって最表面の濡れ性を制御する。具体的には、例えば、半導体４１の最表面を酸素プラズマ雰囲気に暴露することにより、最表面の親水性を高める。本発明者が評価した結果、通常、窒化ガリウム系半導体は親水性であるが、これを「超親水性」へと近付けるように、その濡れ性を制御することにより、本実施形態の効果を高めることができる。
　ｃ面を除く結晶面とは、例えば、ＧａＮ系半導体のｃ軸から１８°以上且つ９０°以下だけ傾いた結晶面をいう。ＧａＮ系半導体のｃ軸から１８°以上且つ９０°以下だけ傾いた結晶面に対して、本実施形態を適用すると、より「超親水性」に近づけることができる。これは、ＧａＮ系半導体の表面の原子構造に起因していると考えられる。ｓｐ３混成軌道において、結合手がなす角度は１０８°である。従って、この１０８°の角度から９０°を引いた１８°以上の角度でｃ軸から傾いたＧａＮ系半導体の結晶面には、２つ以上の結合手が存在することになる。従って、この結晶面は、ｃ面とは異なる原子構造であるといえる。ｍ面ＧａＮ系半導体の表面及びａ面ＧａＮ系半導体の表面は、いずれもＧａＮ系半導体のｃ軸から９０°だけ傾いており、この範囲にある。また、－ｒ面ＧａＮ系半導体の表面及び＋ｒ面ＧａＮ系半導体の表面は、いずれもＧａＮ系半導体のｃ軸から約４３°だけ傾いており、この範囲にある。
　本実施形態に係る「ｍ面」は、傾きがないｍ面に対して完全に平行な面だけでなく、傾きがないｍ面からいずれかの方向に±５°以内の角度だけ傾斜した面を含む。ｍ面から僅かに傾斜する程度では、自発分極の影響は極めて小さい。結晶成長技術では、表面が結晶方位と厳密に一致した基板よりも、表面が僅かに傾斜した基板上の方が半導体層をエピタキシャル成長させ易い場合がある。従って、自発分極の影響を十分に抑制しながら、エピタキシャル成長する半導体層の質を向上させたり、結晶成長速度を高めたりするために、半導体層の成長面である結晶面を傾斜させることが有用な場合もある。
　また、傾きがないｍ面から全体に僅かに傾斜した面では、ステップ状のｍ面領域が多数露出し、ｍ面と同様の性質を有する。本発明に係る「ｍ面」は、複数のステップ状のｍ面領域を有する面をも含む。
　また、傾きがないａ面、＋ｒ面、－ｒ面、Ｓ面（（１０－１１）面）、ｎ面（（１１－２３）面）、Ｒ面（（１０－１４）面）、（１１－２２）面、（２０－２１）面、（１０－１３）面、（２０－２－１）面又は（１０－１－３）面等からいずれかの方向に±５°以内だけ傾いた面も、傾きがないこれらの面と同様の性質を有する。よって、本発明に係る「ａ面」、「＋ｒ面」、「－ｒ面」、「Ｓ面」、「ｎ面」、「Ｒ面」、「（１１－２２）面」、「（２０－２１）面」、「（１０－１３）面」、「（２０－２－１）面」又は「（１０－１－３）面」等も、傾きがないａ面、＋ｒ面、－ｒ面、Ｓ面、ｎ面、Ｒ面、（１１－２２）面、（２０－２１）面、（１０－１３）面、（２０－２－１）面又は（１０－１－３）面等からいずれかの方向に±５°以内の角度だけ傾斜した面を含む。
　次に、図４に示すように、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１の表面を、銀（Ａｇ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）又はその両方を含む、厚さが２００ｎｍ以上且つ１２００ｎｍ以下の金属層４２によって直接に被覆する。すなわち、本実施形態において、金属層４２は、Ａｇ単体により構成されていてもよく、Ａｌ単体により構成されていてもよく、また、ＡｇとＡｌとが任意の比率で合金を形成していてもよい。ここで、合金とは、Ａｇ原子とＡｌ原子とが必ずしも均一に混ざり合っている状態である必要はなく、いずれかの原子が偏在している状態であってもよい。この合金の定義は、第２及び第３の実施形態においても同様である。また、金属層４２は、ＡｇとＡｌとの合金に限られない。例えば、Ａｇ単層とＡｌ単層との積層構造であってもよい。積層構造を採る場合は、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１と直接に接する金属は、Ａｇ単層及びＡｌ単層のうちいずれでもよい。金属層４２の上に、さらに１層又は複数層の他の金属層が設けられていてもよい。
　金属層４２は、表面改質された半導体４１の表面を直接に被覆するため、界面４３において半導体４１と堅牢に接合される。このため、熱や応力といった外乱に対して強靭である。金属層４２に含まれる結晶粒の界面４３における面内方向の最大長さは、２００ｎｍ以上且つ１２００ｎｍである。また、金属層４２に含まれる結晶粒の厚さも、２００ｎｍ以上且つ１２００ｎｍである。金属層４２の内部における酸素濃度は低い。これは、結晶粒が比較的に大きいことから、気体が金属層４２を通り抜けるための結晶粒界が少ないためであると考えられる。一方、表面改質に起因して、界面４３における酸素濃度は高い。界面４３における酸素濃度は、金属層４２の内部における酸素濃度に対して、３０倍以上且つ２００倍以下である。例えば、界面４３における酸素濃度は３×１０２０ｃｍ－３以上且つ２×１０２１ｃｍ－３以下であり、金属層４２の内部における酸素濃度は１×１０１９ｃｍ－３以下である。金属層４２は、上述のように、界面４３において半導体４１と堅牢に接合されている。このため、金属層４２の界面４３の面内方向における算術平均粗さＲａは、基準の長さが３．５μｍの算術平均粗さＲａが０．２７ｎｍ以上且つ２．６５ｎｍ以下である。
　なお、第１の実施形態においては、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１は、金属層４２と接する少なくとも表面部分のみの導電型がｎ型であればよい。
　（第２の実施形態）
　以下、第２の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子について、図５（ａ）を参照しながら説明する。
　図５（ａ）は第２の実施形態に係る非極性面又は半極性面を成長面とする窒化ガリウム系半導体上に形成された窒化ガリウム系半導体発光素子の断面構造を示している。
　図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子５５は、上面及び下面にｃ面を除く結晶面を有するＧａＮからなる基板５１と、基板５１の上に順次形成されたｎ型窒化ガリウム系半導体４１、窒化ガリウム系半導体活性層５２及びｐ型窒化ガリウム系半導体５３と、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の上に接して形成されたｐ側電極５４と、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１における露出部分の上に接して形成された金属層４２とを備えている。ここでも、第１の実施形態と同様に、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１と金属層４２とは界面４３を有する。
　本実施形態において、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１をエピタキシャル成長する基板５１は、ｍ面ＧａＮ基板でもよく、また、ｍ面炭化シリコン（ＳｉＣ）基板上のｍ面ＧａＮ層、又はｒ面サファイア基板上のｍ面ＧａＮ層等といった異種基板上のｍ面ＧａＮ層等であってもよい。また、基板５１の表面はｍ面に限定されず、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１の表面改質効果が高い結晶面であればよい。例えば、基板５１として、主面がｃ面から１８°以上且つ９０°以下だけ傾いた面でもよい。例えば、主面は、ｍ面、ａ面、＋ｒ面、－ｒ面、Ｓ面、ｎ面、Ｒ面、（１１－２２）面、（２０－２１）面、（１０－１３）面、（２０－２－１）面又は（１０－１－３）面でもよい。
　ｎ型窒化ガリウム系半導体４１は、例えばｎ型のＡｌｕＧａｖＩｎｗＮ（ｕ＋ｖ＋ｗ＝１、ｕ≧０、ｖ＞０、ｗ≧０）から形成されている。ｎ型ドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）を用いることができる。
　ｐ型窒化ガリウム系半導体５３は、例えばｐ型のＡｌｓＧａｔＮ（ｓ＋ｔ＝１、ｓ≧０、ｔ＞０）半導体からなる。ｐ型ドーパントとして、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を用いることができる。ｐ型ドーパントとして、Ｍｇに代えて、例えば亜鉛（Ｚｎ）又はベリリウム（Ｂｅ）等を用いてもよい。ｐ型窒化ガリウム系半導体５３において、Ａｌの組成ｓは、厚さ方向に一様であってもよく、また、組成ｓが厚さ方向に連続的又は階段的に変化していてもよい。ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の厚さは、例えば、０．０５μｍ以上且つ２μｍ以下程度である。ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の上面近傍、すなわちｐ側電極５４との界面近傍は、Ａｌの組成ｓが０である半導体、つまりＧａＮにより形成され得る。また、この場合、ＧａＮには、ｐ型の不純物が高濃度で含まれていてもよく、この領域はコンタクト層として機能し得る。
　窒化ガリウム系半導体活性層５２は、例えば、厚さ３ｎｍ以上且つ２０ｎｍ以下程度のＧａ１-ｘＩｎｘＮからなる井戸層と、厚さ５ｎｍ以上且つ３０ｎｍ以下程度のＧａ１-ｙＩｎｙＮ（０≦ｙ＜ｘ＜１）からなるバリア層とが交互に積層されたＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。
　窒化物半導体発光素子５５から出射する光の波長は、井戸層の半導体組成であるＧａ１-ｘＩｎｘＮ半導体におけるＩｎの組成ｘによって決まる。例えば、ｍ面上に形成された窒化ガリウム系半導体活性層５２にはピエゾ電界が発生しない。このため、Ｉｎの組成ｘを大きくしても、発光効率の低下を抑制できる。
　金属層４２は、例えば、Ａｇ及びＡｌのうち少なくとも一方を含む層から構成されている。すなわち、本実施形態において、ｎ側電極として機能する金属層４２は、Ａｇ単体により構成されていてもよく、Ａｌ単体により構成されていてもよく、また、ＡｇとＡｌとが任意の比率で合金を形成していてもよい。また、金属層４２は、ＡｇとＡｌとの合金に限られない、例えば、Ａｇ単層とＡｌ単層との積層構造であってもよい。積層構造を採る場合は、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１と直接に接する金属は、Ａｇ単層及びＡｌ単層のうちいずれでもよい。
　ある態様では、ｐ側電極５４は、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の表面のほぼ全体を覆っている。ｐ側電極５４は、パラジウム（Ｐｄ）層及び白金（Ｐｔ）層からなる積層構造（Ｐｄ／Ｐｔ）、又はマグネシウム（Ｍｇ）層及び銀（Ａｇ）層からなる積層構造（Ｍｇ／Ａｇ）等で形成される。
　（第２の実施形態の第１変形例）
　第１変形例として、図５（ｂ）に示す窒化物半導体発光素子５５のように、窒化ガリウム系半導体活性層５２とｐ型窒化ガリウム系半導体５３との間に、アンドープのＧａＮ層５６を形成してもよい。
　（第２の実施形態の第２変形例）
　また、第２変形例として、図５（ｃ）に示す窒化物半導体発光素子５５のように、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の内部に、ｐ－ＡｌＧａＮ層５７を形成してもよい。このように、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の内部にｐ－ＡｌＧａＮ層５７を設けることにより、発光素子の動作時に、注入された電子のオーバフローを抑制することができる。
　（製造方法）
　次に、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子５５の製造方法について、図５（ａ）を参照しながら説明する。
　まず、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法等によって、ｃ面を除く結晶面を成長面とするｎ型ＧａＮからなる基板５１の成長面の上に、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１をエピタキシャル結晶成長する。ｎ型ドーパントとして例えばＳｉを用い、III族源であるＴＭＧ（Ｇａ（ＣＨ３）３）及びＶ族源であるＮＨ３を原料として供給し、９００℃以上且つ１１００℃以下程度の成長温度に設定する。これにより、基板５１の上に、厚さが１μｍ以上且つ３μｍ以下程度のＧａＮからなるｎ型窒化ガリウム系半導体４１を形成する。
　続いて、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１の上に、窒化ガリウム系半導体活性層５２を形成する。窒化ガリウム系半導体活性層５２は、例えば、厚さが１５ｎｍのＧａ１-ｘＩｎｘＮ井戸層と、厚さが３０ｎｍのＧａＮバリア層とが交互に積層されたＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を採る。Ｇａ１－ｘＩｎｘＮ井戸層を形成する際には、Ｉｎの取り込み効率を高めるために、成長温度を８００℃に下げることができる。窒化物半導体発光素子５５の用途に応じて発光波長を選択し、波長に応じたＩｎの組成ｘを決定することができる。例えば、波長を４５０ｎｍ（青色）とするには、Ｉｎの組成ｘを０．１８以上且つ０．２以下に決定する。波長を５２０ｎｍ（緑色）とするには、ｘ＝０．２９以上且つ０．３１以下に決定する。波長を６３０ｎｍ（赤色）とするには、ｘ＝０．４３以上且つ０．４４以下に決定する。
　ここで、図５（ｂ）に示す第１変形例のように、窒化ガリウム系半導体活性層５２の上に、例えば厚さが１５ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下のアンドープＧａＮ層５６を形成する場合には、アンドープＧａＮ層５６の上に、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３を形成する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層５３を形成するには、例えば、ｐ型ドーパントとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ＴＭＧ及びＮＨ３を原料として供給する。これにより、９００℃以上且つ１１００℃以下程度の成長温度として、厚さが５０ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下程度のｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化ガリウム系半導体５３を形成することができる。
　また、図５（ｃ）に示す第２変形例のように、ｐ型窒化ガリウム系半導体層５３の内部に、厚さが１５ｎｍ以上且つ３０ｎｍ以下程度のｐ－ＡｌＧａＮ層５７を形成すると、動作時に電子のオーバフローを抑制することができる。
　次に、図５（ａ）に示すように、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３を形成した後、８００℃以上且つ９００℃以下程度の温度で、基板上にエピタキシャル成長したｎ型窒化ガリウム系半導体４１、窒化ガリウム系半導体活性層５２及びｐ型窒化ガリウム系半導体５３を含む半導体積層構造に対して、２０分間程度の熱処理を行う。
　次に、半導体積層構造体に対して、塩素系ガスを用いたドライエッチングを行うことにより、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３、窒化ガリウム系半導体活性層５２及びｎ型窒化ガリウム系半導体４１の一部を除去して凹部を形成して、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１の一部を露出する。これにより、ｃ面以外の面、例えば、ｃ面から１８°以上且つ９０°以下だけ傾いた面が表面に現れる。この面は、例えば、ｍ面、ａ面、＋ｒ面、－ｒ面、Ｓ面、ｎ面、Ｒ面、（１１－２２）面、（２０－２１）面、（１０－１３）面、（２０－２－１）面又は（１０－１－３）面である。
　次に、露出したｎ型窒化ガリウム系半導体４１の表面を、例えば酸素プラズマ雰囲気に暴露して、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１の露出部分の表面改質を行う。これにより、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１の露出部分の表面の親水性（濡れ性）を高める。その後、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１の露出部分の上に接するように、金属層４２を形成する。金属層４２には、例えば、Ａｇ若しくはＡｌ又はその両方を含む層を形成する。
　続いて、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の表面上に接するように、ｐ側電極５４を形成する。ｐ側電極５４には、例えばＰｄ／Ｐｔ層又はＭｇ／Ａｇ層を用いることができる。その後、熱処理を行って、金属層４２とｎ型窒化ガリウム系半導体４１とを合金化し、ｐ側電極５４とｐ型窒化ガリウム系半導体５３とを合金化する。なお、ｎ側電極となる金属層４２と、ｐ側電極５４との形成の順序は特に問われない。
　その後、基板５１の下面を５０μｍ～３００μｍ程度の厚さにまで研磨をして、基板５１を薄膜化する。基板５１を薄膜化することによって、該基板５１のダイシングが容易となるだけではなく、窒化物半導体発光素子５５の内部での光の吸収を抑えることができる。
　このようにして作製された窒化物半導体発光素子５５は、ダイシングによって個片に分割され、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は樹脂性基板等により構成された実装基板の上に実装される。また、シリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）等を実装基板に用いる場合には、該実装基板の実装面を絶縁膜で覆うことができる。配線は、窒化物半導体発光素子５５の電極の形状に合わせて配置することができる。配線には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ又はＡｌ等を用いることができる。これらの材料は、スパッタ法又はめっき法等によって実装基板の上に形成することができる。
　（第３の実施形態）
　以下、第３の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子について、図６（ａ）を参照しながら説明する。
　図６（ａ）は第３の実施形態に係る非極性面又は半極性面を成長面とする窒化ガリウム系半導体上に形成された窒化ガリウム系半導体発光素子５５Ａの断面構造を示している。
　本実施形態において、基板５１は、表面改質が有効となる面方位の表面を有するｎ型ＧａＮにより構成されている。例えば、基板５１の成長面である上面及び下面は、ｃ面を除く結晶面であり、ｃ軸から１８°以上且つ９０°以下だけ傾いた結晶面であってもよく、、ｍ面、ａ面、＋ｒ面、－ｒ面、Ｓ面、ｎ面、Ｒ面、（１１－２２）面、（２０－２１）面、（１０－１３）面、（２０－２－１）面又は（１０－１－３）面であってもよい。
　第３の実施形態においては、金属層４２が基板５１におけるｎ型窒化ガリウム系半導体４１の反対側の面上に設けられている。金属層４２と基板５１とは界面４３を有する。また、ｎ側電極となる金属層４２が反射板として機能する。ｐ側電極５４には、透明電極を用いる。
　（第３の実施形態の第１変形例）
　第１変形例として、図６（ｂ）に示す窒化物半導体発光素子５５Ａのように、窒化ガリウム系半導体活性層５２とｐ型窒化ガリウム系半導体５３との間に、アンドープのＧａＮ層５６を形成してもよい。
　（第３の実施形態の第２変形例）
　また、第２変形例として、図６（ｃ）に示す窒化物半導体発光素子５５Ａのように、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の内部に、ｐ－ＡｌＧａＮ層５７を形成してもよい。このように、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の内部にｐ－ＡｌＧａＮ層５７を設けることにより、発光素子の動作時に、注入された電子のオーバフローを抑制することができる。
　（製造方法）
　第３の実施形態において、ｃ面を除く結晶面を成長面として形成された窒化物系半導体発光素子５５Ａを作製する。
　第２の実施形態と同様に、ＭＯＣＶＤ法等によって、ｃ面を除く結晶面を成長面とするＧａＮ層を有する基板５１の成長面の上に、ｎ型窒化ガリウム系半導体４１、窒化ガリウム系半導体活性層５２及びｐ型窒化ガリウム系半導体５３を順次エピタキシャル結晶成長する。その後、８００℃以上且つ９００℃以下程度の温度で、２０分間程度の熱処理を行う。
　なお、第１変形例の場合は、図６（ｂ）に示すように、窒化ガリウム系半導体活性層５２の上に、第２の実施形態と同等のアンドープＧａＮ層５６を形成する。従って、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３は、アンドープＧａＮ層５６の上に形成する。
　また、第２変形例の場合は、図６（ｃ）に示すように、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の内部に、第２の実施形態と同等のｐ－ＡｌＧａＮ層５７を形成する。
　次に、第２の実施形態と同様に、基板５１の下面を研磨して薄膜化する。薄膜化された基板５１の研磨面は、ｍ面、ａ面、＋ｒ面、－ｒ面、Ｓ面、ｎ面、Ｒ面、（１１－２２）面、（２０－２１）面、（１０－１３）面、（２０－２－１）面及び（１０－１－３）面のいずれかの面から±５°以内だけ傾いた面であってもよい。次に、この研磨面を、例えば酸素プラズマ雰囲気に暴露する。これにより、基板５１の研磨面の表面改質を行って、該研磨面の親水性を高める。その後、基板５１の研磨面の一部と接するように金属層４２を形成する。金属層４２には、例えば、Ａｇ若しくはＡｌ又はその両方を含む層を形成する。金属層は４２には、第２の実施形態と同様に、ＡｇとＡｌとの合金でもよく、また、Ａｇ単層とＡｌ単層とのいずれかを基板５１の研磨面と接するように構成した積層構造としてもよい。
　続いて、ｐ型窒化ガリウム系半導体５３の表面上に接するように、ｐ側電極５４を形成する。ｐ型電極５４には、例えば、透光性が維持される程度の厚さを持つＰｄ／Ｐｔ層、Ｍｇ層／Ａｇ層、又は透光性を有する酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）電極等を形成する。その後、熱処理を行って、金属層４２とｎ型窒化ガリウム系半導体４１との接合部分、及びｐ型電極５４とｐ型窒化ガリウム系半導体５３との接合部分をそれぞれ合金化する。
　このようにして作製された窒化物半導体発光素子５５Ａは、ダイシングによって個片に分割され、その後、実装基板上に実装される。
　（第１の実施例）
　第１の実施例として、２枚のｍ面ＧａＮ基板を準備し、２枚の基板のいずれにも、その上下両面を研磨して鏡面状態に加工した。続いて、そのうちの一方の基板に対して、有機洗浄を行った後に、バッファード弗酸（ＢＨＦ）により洗浄した。他方の基板に対しては酸素プラズマ雰囲気に暴露することによって表面改質処理を行った。酸素プラズマは、誘導結合型の放電方式である株式会社アルバック製の高密度プラズマエッチング装置（ＮＥ－５００）を用い、処理条件はアンテナパワーを５００Ｗとし、バイアスパワーを３０Ｗとした。また、酸素流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ（０℃、１気圧）とし、圧力を０．６Ｐａとし、処理時間は３０秒とした。その後、電子ビーム蒸着法により、２枚の基板の主面に対して、それぞれ厚さが５００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）層を成膜して、図４に示す構造体を作製した。
　次に、Ａｌ層の上にレジスト液を塗布し、露光機と現像液とを用いてレジスト膜からＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ（ＴＬＭ）パターンを形成した。続いて、Ａｌエッチング液によって、ＴＬＭパターンをＡｌ層に転写し、有機洗浄によってレジスト膜を除去することにより、２種類のＡｌ層からなるＴＬＭパターンを作製した。
　このように作製した各Ａｌ層に関し、熱処理を施す前に光学顕微鏡で観察した結果を、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）及び図１０（ａ）に示す。図７（ａ）は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｌ層の、熱処理前におけるＡｌ層表面の光学顕微鏡像を示す。図８（ａ）は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｌ層の、熱処理前におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面をｍ面ｎ型ＧａＮ側から観察した光学顕微鏡像を示す。図９（ａ）は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｌ層の、熱処理前におけるＡｌ層表面の光学顕微鏡像を示す。図１０（ａ）は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｌ層の、熱処理前におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面をｍ面ｎ型ＧａＮ側から観察した光学顕微鏡像を示す。
　図７（ａ）においては、Ａｌ表面に多数の凹凸が確認できるものの、熱処理を施す前の段階では、いずれの観察像も比較的に平坦なＡｌ表面及びＡｌ－ＧａＮ界面が作製されていることが分かる。
　これに対し、上記の２枚の試料を窒素（Ｎ２）雰囲気で、且つ５００℃の温度で１０分間の熱処理を施した後の光学顕微鏡像を、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）に示す。図７（ｂ）は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｌ層の、熱処理後におけるＡｌ層表面の光学顕微鏡像を示す。図８（ｂ）は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｌ層の、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面をｍ面ｎ型ＧａＮ側から観察した光学顕微鏡像を示す。図９（ｂ）は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｌ層の、熱処理後におけるＡｌ層表面の光学顕微鏡像を示す。図１０（ｂ）は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｌ層の、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｌ層との界面をｍ面ｎ型ＧａＮ側から観察した光学顕微鏡像を示す。これらの観察像から、図７及び図８に示すように、表面を改質していない試料については、Ａｌ－ＧａＮ界面だけでなく、Ａｌ表面にも多数の凹凸が発生しているのに対し、図９及び図１０に示すように、表面を改質した試料については、Ａｌ－ＧａＮ界面もＡｌ表面も、熱処理前と差がない程度に平坦であることが分かる。このことから、表面を改質したｎ型ＧａＮ上のＡｌ層は、ＧａＮ層と堅牢に接合されており、熱等の外乱に対して強靭であることが分かる。
　次に、上記の２枚の試料に対して電流－電圧（Ｉ－Ｖ）特性を評価した結果を、図１１及び図１２に示す。図１１は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｌ層にパターニングを施し、Ｉ－Ｖ測定を行った結果を示す。図１２は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｌ層にパターニングを施し、Ｉ－Ｖ測定を行った結果を示す。これらの結果から、図１２に示す、表面を改質したｎ型ＧａＮ上のＡｌ層は、図１１に示す表面を改質していないｎ型ＧａＮ上のＡｌ層と同程度の電気的特性を示す。このことから、表面を改質したｎ型ＧａＮ上のＡｌ層もＧａＮ層に対して良好な接触抵抗を示すことが分かる。
　（第２の実施例）
　第２の実施例として、２枚のｍ面ｎ型ＧａＮ基板を準備し、２枚の基板のいずれにも、その上下両面を研磨して鏡面状態に加工した。続いて、そのうちの一方の基板に対して、有機洗浄を行った後に、バッファード弗酸（ＢＨＦ）により洗浄した。他方の基板に対しては酸素プラズマ雰囲気に暴露することによって表面改質処理を行った。酸素プラズマは、誘導結合型の放電方式である株式会社アルバック製の高密度プラズマエッチング装置（ＮＥ－５００）を用い、処理条件はアンテナパワーを５００Ｗとし、バイアスパワーを３０Ｗとした。また、酸素流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ（０℃、１気圧）とし、圧力を０．６Ｐａとし、処理時間は３０秒とした。その後、電子ビーム蒸着法により、２枚の基板の主面に対して、それぞれ厚さが５００ｎｍの銀（Ａｇ）層を成膜して、図４に示す構造体を作製した。
　次に、Ａｇ層の上にレジスト液を塗布し、露光機と現像液とを用いてレジスト膜からＴＬＭパターンを形成した。続いて、Ａｇエッチング液によって、ＴＬＭパターンをＡｇ層に転写し、有機洗浄によってレジスト膜を除去することにより、２種類のＡｇ層からなるＴＬＭパターンを作製した。
　上記の２枚の試料に対して電流－電圧（Ｉ－Ｖ）特性を評価した結果を図１３及び図１４に示す。図１３は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層にパターニングを施し、Ｉ－Ｖ測定を行った結果を示す。図１４は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層にパターニングを施し、Ｉ－Ｖ測定を行った結果を示す。これらの結果から、図１３に示す、表面を改質していないｎ型ＧａＮ上のＡｇ層ではオーミック接合が得られないのに対し、図１４に示す、表面を改質したｎ型ＧａＮ上のＡｇ層は良好な電気的特性、すなわちオーミック接合が得られていることが分かる。このように、ｎ型ＧａＮの表面を改質することにより、通常は、窒化ガリウム系半導体の電極としては用いることができないＡｇ層が、ｎ型ＧａＮ上で利用できることが分かる。
　次に、上記の２枚の試料を窒素雰囲気で、且つ５００℃の温度で２０分間の熱処理を施した後の反射率測定を行った結果を図１５及び図１６に示す。図１５は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面反射率をｍ面ｎ型ＧａＮ側から測定した結果を示す。図１６は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面反射率をｍ面ｎ型ＧａＮ側から測定した結果を示す。測定装置は、日本分光株式会社製の紫外可視分光光度計（Ｖ－５７０）に絶対反射率測定装置（ＡＲＮ－４７５）が組み込まれた構成を用いた。測定は、両面研磨ＧａＮ基板におけるＡｇ層が形成されていない鏡面側から、波長が３５０ｎｍから８００ｎｍまでの光を入射し、ＧａＮ基板とＡｇ層との界面で反射した光を、Ａｇ層が形成されていない鏡面側で受光する方法で行われた。表面の改質を行わない比較例においては、図１５に示すように、波長が４５０ｎｍから５００ｎｍの領域において、Ａｇのナノ粒子化による表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）吸収が観測された。しかし、表面の改質を行った本実施例においては、図１６に示すように、ＳＰＲ吸収がほぼ観測されないことから、表面が改質されたｎ型ＧａＮ上のＡｇ層は、ＧａＮ層と堅牢に接合されており、熱等の外乱に対して強靭であることから、ナノ粒子化が促進しないことが分かる。
　次に、上記の２枚の試料を窒素雰囲気で、且つ５００℃の温度で２０分間の熱処理を施す前後の光学顕微鏡像を、図１７（ａ）、図１７（ｂ）、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示す。
　図１７（ａ）は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の、熱処理前におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面をｍ面ｎ型ＧａＮ側から観察した光学顕微鏡像を示す。図１７（ｂ）は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面をｍ面ｎ型ＧａＮ側から観察した光学顕微鏡像を示す。図１８（ａ）は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の、熱処理前におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面をｍ面ｎ型ＧａＮ側から観察した光学顕微鏡像を示す。図１８（ｂ）は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面をｍ面ｎ型ＧａＮ側から観察した光学顕微鏡像を示す。これらの観察像から、図１７（ｂ）に示すように、表面を改質していない試料については、Ａｇ－ＧａＮ界面に凹凸が発生しているのに対し、図１８（ｂ）に示すように、表面を改質した試料ではＡｇ－ＧａＮ界面に熱処理前と差がない程度に平坦であることが分かる。このことから、表面を改質したｎ型ＧａＮ上のＡｇ層はＧａＮ層と堅牢に接合されており、熱等の外乱に対して強靭であることが分かる。
　次に、熱処理を施した上記の２試料について、断面ＴＥＭ観察を行った結果を図１９、図２０、図２１及び図２２に示す。図１９は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面の断面ＴＥＭ像を示す。図２０は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面の断面ＴＥＭ像を示す。図２１は、比較例であって、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面の断面ＴＥＭ像を示す。図２２は、本実施例であって、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の、熱処理後におけるｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面の断面ＴＥＭ像を示す。図２３は、図１９に示される断面ＴＥＭ像を模式的に表している。図２４は、図２０に示される断面ＴＥＭ像を模式的に表している。表面を改質していない比較例の場合は、図１９及び図２３に示すように、Ａｇ層内に多数のナノ粒子が確認され、最大粒径が２００ｎｍ程度未満であることが分かる。これに対し、表面を改質した本実施例の場合は、図２０及び図２４に示すように、図中のＡｇ層内には４個の結晶粒しか確認されず、その結晶粒のｍ面ｎ型ＧａＮとの界面における面内方向の最大長さは２００ｎｍ以上且つ１２００ｎｍ以下であることが分かる。また、各結晶粒の厚さは２００ｎｍ以上であり、各結晶粒は、Ａｇ層の下面から上面にまで達している。さらに、最大の結晶粒子の界面における面内方向の長さは６００ｎｍ以上であり、厚さは４００ｎｍ以上である。Ａｇ層の厚さ、すなわち結晶粒の厚さは、成膜の厚さにもよるが、１２００ｎｍ以下程度とすることができる。
　また、表面を改質していない比較例である図２１からは、ＧａＮ－Ａｇ界面の基準の長さが３．５μｍの算術平均粗さＲａが２．６５ｎｍより大きいことが分かる。また、表面を改質した本実施例である図２２からは、ＧａＮ－Ａｇ界面の基準の長さが３．５μｍの算術平均粗さＲａが０．２７ｎｍであることが分かる。このことから、表面を改質したｎ型ＧａＮ上のＡｇ層は、ＧａＮ層と堅牢に接合されており、熱等の外乱に対して強靭であることが分かる。
　次に、熱処理を施した上記の２試料について、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を行った結果、表面を改質していないｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の内部の酸素濃度は４×１０１９ｃｍ－３であり、Ａｇ－ＧａＮ界面における酸素濃度は５×１０２０ｃｍ－３であった。これに対し、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮの上に形成されたＡｇ層の内部の酸素濃度は１×１０１９ｃｍ－３であり、Ａｇ－ＧａＮ界面における酸素濃度は３×１０２０ｃｍ－３以上且つ２×１０２１ｃｍ－３以下であった。このことから、表面を改質したｍ面ｎ型ＧａＮとＡｇ層との界面における酸素濃度は、Ａｇ層の内部に存在する酸素濃度に対して３０倍以上且つ２００倍以下であることが分かった。
　ところで、ＡｇもＡｌも同じ面心立方格子をとる。従って、上記の結晶粒の大きさ、算術平均粗さ、及び金属層内の酸素濃度は、第１実施例のアルミニウム（Ａｌ）であっても、第２実施例の銀（Ａｇ）と同様のことがいえる。
　（他の実施形態）
　図２５は他の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体層（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ，ｚ＜１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１））と金属層とを含む構造体の製造方法の一例であるフローチャートを示している。
　図２５に示すように、まず、工程Ｓ０において、非極性面又は半極性面である表面を有する窒化ガリウム系半導体層を用意する。窒化ガリウム系半導体層は、例えばｎ型ＧａＮ層である。
　次に、工程Ｓ１において、ｎ型であって非極性面又は半極性面である窒化ガリウム系半導体層の表面を酸素に暴露することにより、この表面を改質する。
　次に、工程Ｓ２において、改質された表面上に、Ａｇ若しくはＡｌ又はその両方を含む金属層を形成する。これにより、窒化ガリウム系半導体層と金属層との界面は酸素を含む。また、金属層はその下面から上面にまで達する結晶粒を含む構造を得る。
　工程Ｓ２の後に、所定の熱処理を施してもよい。熱処理には、例えば、窒素雰囲気下、５００℃の温度で１０分から２０分程度の熱処理が考えられる。この熱処理を施しても、金属層には、該金属層の下面から上面にまで達する結晶粒を含む構造を得ることができる。
　また、工程Ｓ１の暴露処理は、ｎ型であって非極性面又は半極性面である窒化ガリウム系半導体層の表面を、活性酸素を含む雰囲気に暴露してもよい。また、工程Ｓ１の暴露処理は、ｎ型であって非極性面又は半極性面である窒化ガリウム系半導体層の表面を酸素原子又は酸素分子を含む気体若しくは液体に暴露した状態で、該表面に紫外線を照射してもよい。また、工程Ｓ１の暴露処理は、ｎ型であって非極性面又は半極性面である窒化ガリウム系半導体層の表面を、酸素プラズマを含む雰囲気に暴露してもよい。
　図２６は他の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法の一例であるフローチャートを示している。
　図２６に示すように、まず、工程Ｓ１０において、非極性面又は半極性面を成長面とする窒化ガリウム系半導体（例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ，ｚ＜１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１））の上に、発光層とｐ型窒化ガリウム系半導体層とを含む半導体積層体を作製する。ここで、窒化ガリウム系半導体は、例えば、基板及び該基板の上に形成されたｎ型窒化ガリウム系半導体層である。基板は薄膜化又は除去し得る。ｎ型窒化ガリウム系半導体層は、例えばｎ型ＧａＮ層である。
　次に、工程Ｓ１１において、半導体積層体及び窒化ガリウム系半導体の一部を除去し、ｎ型であって非極性面又は半極性面である窒化ガリウム系半導体層の表面を露出する。
　次に、工程Ｓ１２において、露出された表面を酸素に暴露することにより、露出された表面を改質する。
　次に、工程Ｓ１３において、改質された表面と接するように第１の金属層を形成する。ここで、第１の金属層には、Ａｇ若しくはＡｌ又はその両方を含む金属を用いることができる。また、ｐ型窒化ガリウム系半導体層の上に接するように第２の金属層を形成する。なお、第１の金属層と第２の金属層との形成順序は、何れが先でもよい。これにより、ｎ型ＧａＮと第１の金属層との界面は酸素を含む。また、第１の金属層は、該第１の金属層の下面から上面にまで達する結晶粒を含む構造を得る。
　なお、工程Ｓ１３の後に、所定の熱処理を施してもよい。熱処理には、例えば、窒素雰囲気下、５００℃の温度で１０分から２０分程度の熱処理が考えられる。この熱処理を施しても、第１の金属層には、該第１の金属層の下面から上面にまで達する結晶粒を含む構造を得ることができる。
　また、工程Ｓ１２の暴露処理として、ｎ型であって非極性面又は半極性面である窒化ガリウム系半導体層の表面を、活性酸素を含む雰囲気に暴露する処理としてもよい。また、工程Ｓ１２の暴露処理として、ｎ型であって非極性面又は半極性面である窒化ガリウム系半導体層の表面を酸素原子又は酸素分子を含む気体若しくは液体に暴露した状態で、該露出面に紫外線を照射してもよい。また、工程Ｓ１２の暴露処理として、ｎ型であって非極性面又は半極性面である窒化ガリウム系半導体層の表面を、酸素プラズマを含む雰囲気に暴露してもよい。
　図２７はさらに他の実施形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法の一例であるフローチャートを示している。
　図２７に示すように、まず、工程Ｓ２０において、非極性面又は半極性面を成長面とする窒化ガリウム系半導体（例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ，ｚ＜１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１））の上に、発光層とｐ型窒化ガリウム系半導体層とを含む半導体積層体を作製する。ここで、窒化ガリウム系半導体は、例えば、基板及び該基板の上に形成されたｎ型窒化ガリウム系半導体層である。基板は薄膜化又は除去し得る。基板及びｎ型窒化ガリウム系半導体層は、例えばｎ型ＧａＮ層である。ｎ型窒化ガリウム系半導体層において、半導体積層体を作製した側と反対側の表面は、ｎ型であって非極性面又は半極性面である。
　次に、工程Ｓ２１において、工程Ｓ２０で半導体積層体を作製した側と反対側の表面を酸素に暴露することにより、この表面を改質する。
　次に、工程Ｓ２２において、改質された表面と接するように第１の金属層を形成する。また、ｐ型窒化ガリウム系半導体層の上に接するように第２の金属層を形成する。
　工程Ｓ２１及び２２は上述した工程Ｓ１２及びＳ１３と同様である。
　上述したとおり、上記の他の実施形態によれば、窒化ガリウム系半導体の表面を改質することによって、窒化ガリウム系半導体と金属層との親和性が増し、該窒化ガリウム系半導体と金属層との界面が急峻とになる。これにより、金属層の反射率が向上するだけでなく、信頼性も向上する。さらには、従来技術ではオーミック接合が実現しなかった窒化ガリウム系半導体と金属層、例えばＡｇとの組み合わせであっても、オーミック接合を実現した窒化ガリウム系半導体発光素子を得ることができる。
　上記の開示から導出される本発明の好適な一実施形態が、以下に記述される。
　以下を具備する窒化物半導体発光素子：
　ｎ型窒化物半導体層（４１）、
　ｐ型窒化物半導体層（５３）、
　ｎ型窒化物半導体層（４１）及びｐ型窒化物半導体層（５３）の間に挟まれた活性層（５２）、
　ｎ側電極層（４２）、並びに
　ｐ型窒化物半導体層（５３）の表面上に形成されたｐ側電極層（５４）、ここで、
　ｎ型窒化物半導体層（４１）、活性層（５２）、及びｐ型窒化物半導体層（５３）は、非極性面又は半極性面の主面を有し、
　ｎ側電極層（４２）は、第１表面（４２ａ）及び第２表面（４２ｂ）を有しており、
　第１表面（４２ａ）は、ｎ型窒化物半導体層（４１）の表面の少なくとも一部と接しており、
　第２表面（４２ｂ）は、第１表面（４２ａ）の裏側であり、
　ｎ側電極層（４２）は銀から形成され、
　ｎ側電極層（４２）と接するｎ型窒化物半導体層（４１）の表面の一部は、酸素を含有し、
　ｎ側電極層（４２）は、２００ｎｍ以上且つ１２００ｎｍ以下の厚さを有し、
　ｎ側電極層（４２）は、第１表面（４２ａ）から第２表面（４２ｂ）に達する銀結晶粒を含む。
　上記の開示から導出される本発明のより好適な一実施形態が、以下に記述される。
　以下を具備する窒化物半導体発光素子：
　ｎ型窒化物半導体層（４１）、
　ｐ型窒化物半導体層（５３）、
　ｎ型窒化物半導体層（４１）及びｐ型窒化物半導体層（５３）の間に挟まれた活性層（５２）、
　ｎ側電極層（４２）、並びに
　ｐ型窒化物半導体層（５３）の表面上に形成されたｐ側電極層（５４）、ここで、
　ｎ型窒化物半導体層（４１）、活性層（５２）、及びｐ型窒化物半導体層（５３）は、非極性面又は半極性面の主面を有し、
　ｎ側電極層（４２）は、第１表面（４２ａ）及び第２表面（４２ｂ）を有しており、
　第１表面（４２ａ）は、ｎ型窒化物半導体層（４１）の表面の少なくとも一部と接しており、
　第２表面（４２ｂ）は、第１表面（４２ａ）の裏側であり、
　ｎ側電極層（４２）は銀から形成され、
　ｎ側電極層（４２）と接するｎ型窒化物半導体層（４１）の表面の一部は、酸素を含有し、
　ｎ側電極層（４２）は、２００ｎｍ以上且つ１２００ｎｍ以下の厚さを有し、
　ｎ側電極層（４２）は、第１表面（４２ａ）から第２表面（４２ｂ）に達する複数の銀結晶粒から構成される。
　本開示に係る構造体及びその製造方法、並びに本構造体を用いた窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法は、表示、照明及び光情報分野等への応用が可能である。
４１　　ｎ型窒化ガリウム系半導体（ｎ型窒化物半導体層）
４２　　金属層
４２ａ　第１表面
４２ｂ　第２表面
４３　　界面
５１　　基板
５２　　窒化ガリウム系半導体活性層
５３　　ｐ型窒化ガリウム系半導体（ｐ型窒化物半導体層）
５４　　ｐ側電極
５５，５５Ａ　窒化物半導体発光素子
５６　　アンドープＧａＮ層
５７　　ｐ－ＡｌＧａＮ層

Claims (15)

  1. 　Ｍ面を主面とする窒化ガリウム系半導体層と、
    　前記主面の上に配置された銀層と
    を含む構造体であって、
    　前記主面は、ｎ型の導電型を有し、
    　前記窒化ガリウム系半導体層と前記銀層との界面には、酸素が含まれ、
    　前記銀層は、該銀層の下面から上面にまで達する結晶粒を含む、構造体。
  2. 　前記窒化ガリウム系半導体層と前記銀層との界面における反射光には、波長が４５０ｎｍから５００ｎｍの領域において、表面プラズモン共鳴吸収が観測されない、請求項１に記載の構造体。
  3. 　前記銀層の厚さは、２００ｎｍ以上である、請求項１に記載の構造体。
  4. 　前記銀層の厚さは、１２００ｎｍ以下である、請求項１に記載の構造体。
  5. 　前記結晶粒の最大長さは、２００ｎｍ以上である、請求項１に記載の構造体。
  6. 　前記結晶粒の最大長さは、１２００ｎｍ以下である、請求項１に記載の構造体。
  7. 　前記窒化ガリウム系半導体層と前記銀層との界面における酸素濃度は、前記銀層の内部における酸素濃度に対して、３０倍以上且つ２００倍以下である、請求項１に記載の構造体。
  8. 　前記窒化ガリウム系半導体層と前記銀層との界面における酸素濃度は、３×１０２０ｃｍ－３以上且つ２×１０２１ｃｍ－３以下であり、
    　前記銀層の内部における酸素濃度は、１×１０１９ｃｍ－３以下である、請求項１に記載の構造体。
  9. 　前記窒化ガリウム系半導体層と前記銀層との界面における、前記銀層の前記界面の面内方向の算術平均粗さＲａにおいて、
    　基準の長さが３．５μｍの算術平均粗さＲａは、０．２７ｎｍ以上且つ２．６５ｎｍ以下である、請求項１に記載の構造体。
  10. 　請求項１に記載の構造体と、
    　ｐ型窒化ガリウム系半導体層と、
    　前記窒化ガリウム系半導体層と前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層とに挟まれた発光層とを備えた窒化ガリウム系半導体発光素子であって、
    　前記窒化ガリウム系半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層であり、
    　前記銀層は、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層に対する電極である、窒化ガリウム系半導体発光素子。
  11. 　請求項１に記載の構造体の製造方法であって、
    　前記窒化ガリウム系半導体層の表面を、活性酸素を含む雰囲気に暴露する工程と、
    　前記窒化ガリウム系半導体層の表面に、前記銀層を形成する工程とを備えた、構造体の製造方法。
  12. 　前記銀層を形成する工程よりも後に、
    　前記構造体に対して、熱処理を施す工程をさらに備えた、請求項１１に記載の構造体の製造方法。
  13. 　前記活性酸素を含む雰囲気に暴露する工程は、
    　前記窒化ガリウム系半導体層の表面を、酸素原子又は酸素分子を含む気体若しくは液体に暴露した状態で、前記表面に紫外線を照射する工程を含む、請求項１１に記載の構造体の製造方法。
  14. 　前記活性酸素を含む雰囲気に暴露する工程は、
    　前記窒化ガリウム系半導体層の表面を、酸素プラズマを含む雰囲気に暴露する工程を含む、請求項１１に記載の構造体の製造方法。
  15. 　請求項１１に記載の構造体の製造方法を用いた窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法であって、
    　前記窒化ガリウム系半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層であり、
    　前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の上に、発光層とｐ型の窒化ガリウム系半導体層とを含む半導体積層体を作製する工程を備えた、窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
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