特許 6803411 深紫外発光素子およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6803411

(24)【登録日】2020年12月2日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】深紫外発光素子およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/10 20100101AFI20201214BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/10

【請求項の数】6

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-568569(P2018-568569)

(86)(22)【出願日】2018年2月14日

(86)【国際出願番号】JP2018005087

(87)【国際公開番号】WO2018151157

(87)【国際公開日】20180823

【審査請求日】2019年6月17日

(31)【優先権主張番号】特願2017-28385(P2017-28385)

(32)【優先日】2017年2月17日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】506334182

【氏名又は名称】ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100179903

【弁理士】

【氏名又は名称】福井 敏夫

(72)【発明者】

【氏名】柴田 智彦

【審査官】 村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２４８６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０９４１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０９７４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第６０３９８４８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１５−１８５６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１５−０１２３１３８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次有する深紫外発光素子であって、
前記発光層の発光ピーク波長は２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内の深紫外光であり、
前記ｐ型半導体層は、前記発光層において前記深紫外光を放出する層のＡｌ組成比よりも高いＡｌ組成比ｘを有するｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）からなるｐ型第１層と、前記ｐ型第１層上において前記ｐ型第１層に接するｐ型コンタクト層とを有し、
前記ｐ型コンタクト層は、窒化物以外のｐ型のIII−V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料からなり、
前記ｐ型コンタクト層は前記深紫外光を反射する反射層として機能し、
前記ｐ型第１層から前記ｐ型コンタクト層へ入射する波長２８０ｎｍの光における反射率が１０％以上であることを特徴とする深紫外発光素子。

【請求項2】

前記ｐ型コンタクト層の厚さは１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である、請求項１に記載の深紫外発光素子。

【請求項3】

前記基板がサファイア基板、ＡｌＮテンプレート基板またはＡｌＮ単結晶基板である、請求項１又は２に記載の深紫外発光素子。

【請求項4】

前記前記ｐ型コンタクト層がＧａＡｓからなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。

【請求項5】

発光ピーク波長２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内の深紫外光を放出する深紫外発光素子の製造方法であって、
基板上に、ｎ型半導体層を形成する工程と、
前記ｎ型半導体層上に発光層を形成する工程と、
前記発光層上にｐ型半導体層を形成する工程と、を具え、
前記ｐ型半導体層を形成する工程は、前記発光層において前記深紫外光を放出する層のＡｌ組成比より高いＡｌ組成比ｘを有するｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）からなるｐ型第１層を形成する第１工程と、前記ｐ型第１層上に、窒化物以外のｐ型のIII−V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料からなるｐ型コンタクト層をＭＯＣＶＤ法により形成する第２工程とを有し、
前記ｐ型コンタクト層は前記深紫外光を反射する反射層としての機能し、
前記ｐ型第１層から前記ｐ型コンタクト層へ入射する波長２８０ｎｍの光における反射率が１０％以上であることを特徴とする深紫外発光素子の製造方法。

【請求項6】

前記前記ｐ型コンタクト層がＧａＡｓからなる、請求項５に記載の深紫外発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、深紫外発光素子およびその製造方法に関し、特に、高い発光出力および優れた信頼性を両立した深紫外発光素子およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

Ａｌ，Ｇａ，ＩｎなどとＮとの化合物からなるIII族窒化物半導体は、直接遷移型バンド構造をもつワイドバンドギャップ半導体であり、殺菌、浄水、医療、照明、高密度光記録などの幅広い応用分野が期待される材料である。特に、発光層にIII族窒化物半導体を用いた発光素子は、III族元素の含有比率を調整することで深紫外光から可視光領域までをカバーすることができ、種々の光源への実用化が進められている。

【0003】

波長２００〜３５０ｎｍの光は深紫外光と呼ばれ、深紫外光を発光する深紫外発光素子は、一般的には以下のとおりにして作製される。すなわち、サファイアやＡｌＮ単結晶等の基板上に、バッファ層を形成し、III族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次形成する。次いで、ｎ型半導体層と電気的に接続するｎ側電極、ｐ型半導体層と電気的に接続するｐ側電極をそれぞれ形成する。ここで、ｐ型半導体層のｐ側電極側には、オーミック接触を取るため、ホール濃度を高めやすいｐ型ＧａＮコンタクト層を形成するのがこれまで一般的であった。なお、発光層には、III族窒化物半導体からなる障壁層と井戸層とを交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造が広く用いられている。

【0004】

ここで、深紫外発光素子に要求される特性の一つとして、高い外部量子効率特性が挙げられる。外部量子効率は、（ｉ）内部量子効率、（ｉｉ）電子流入効率、および（ｉｉｉ）光取り出し効率によって定まる。

【0005】

特許文献１では、ＡｌＧａＮ混晶のｐ型コンタクト層と、発光層からの放射光に対し反射性を示すｐ側の反射電極とを備え、基板側を光取り出し方向とする深紫外発光ダイオードが開示されている。特許文献１によれば、短波長の光に対しては、ＡｌＧａＮよりなるｐ型コンタクト層のＡｌ組成比を高くするほど、ｐ型コンタクト層の透過率を高くすることができる。そこで、特許文献１では、従来一般的であったＧａＮよりなるｐ型コンタクト層に替えて、発光波長に応じた透過率を有するＡｌＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を用いることを提案している。特許文献１によれば、ＡｌＧａＮよりなるｐ型コンタクト層によってホール濃度が低下したとしても、放射光に対するｐ型コンタクト層の透過率が高まるために光取り出し効率の大幅な改善が得られ、全体としての外部量子効率が向上する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１５−２１６３５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１によれば、放射光に対するｐ型コンタクト層の透過率は高ければ高いほど好ましいとされる。そのため、特許文献１に従えば、ｐ型コンタクト層のＡｌ組成比は高いほど好ましいこととなる。しかしながら、本発明者らの実験によると、ｐ型電極とコンタクトするｐ型コンタクト層のＡｌ組成比を高くすることによって放出された深紫外光の中心発光波長に対する透過性を高めた場合、実用には適さないことが判明した。すなわち、ｐ型コンタクト層における深紫外光の透過性を高めることで、従来技術に比べて発光出力の高い深紫外発光素子を一時的に得ることは確かに可能である。しかしながら、こうした深紫外発光素子に電流を数分間流すだけで、深紫外発光素子が点灯しなくなったり、深紫外発光素子の発光出力の大幅な低下が見られる現象が頻発することが確認された。ｐ型コンタクト層とｐ側電極とのコンタクト界面の異常に起因して、これらの現象が起きると推定される。したがって、特許文献１に記載の技術を用いると、初期の発光出力を高くすることができたとしても、その発光出力を維持することが困難であり、信頼性のある深紫外発光素子とすることができない。

【0008】

そこで、本発明は、高い発光出力および優れた信頼性を両立した深紫外発光素子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】

【0009】

本発明者らは、上記課題を解決する方途について鋭意検討した結果、ｐ型コンタクト層のｐ側電極側界面での深紫外光の反射に替えて、発光層側界面での深紫外光の反射に着目し、以下の発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。

【0010】

（１）基板上に、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次有する深紫外発光素子であって、
前記発光層の発光ピーク波長は２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内の深紫外光であり、
前記ｐ型半導体層は、前記発光層において前記深紫外光を放出する層のＡｌ組成比よりも高いＡｌ組成比ｘを有するＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）からなるｐ型第１層と、前記ｐ型第１層上において前記ｐ型第１層に接するｐ型コンタクト層とを有し、
前記ｐ型コンタクト層は、窒化物以外のｐ型のIII−V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料からなり、
前記ｐ型コンタクト層は前記深紫外光を反射する反射層として機能し、
前記ｐ型第１層から前記ｐ型コンタクト層へ入射する波長２８０ｎｍの光における反射率が１０％以上であることを特徴とする深紫外発光素子。

【0011】

（２）前記ｐ型コンタクト層の厚さは１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である、上記（１）に記載の深紫外発光素子。

【0012】

（３）前記ｐ型コンタクト層上に、金属反射層がさらに設けられ、
前記ｐ型コンタクト層の厚さは１ｎｍ以上１０ｎｍ未満である、上記（１）に記載の深紫外発光素子。

【0013】

（４）前記基板がサファイア基板、ＡｌＮテンプレート基板またはＡｌＮ単結晶基板である、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の深紫外発光素子。
（５）前記前記ｐ型コンタクト層がＧａＡｓからなる、上記請求項（１）〜（４）のいずれかに記載の深紫外発光素子。

【0014】

（６）発光ピーク波長２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内の深紫外光を放出する深紫外発光素子の製造方法であって、
基板上に、ｎ型半導体層を形成する工程と、
前記ｎ型半導体層上に発光層を形成する工程と、
前記発光層上にｐ型半導体層を形成する工程と、を具え、
前記ｐ型半導体層を形成する工程は、前記発光層において前記深紫外光を放出する層のＡｌ組成比より高いＡｌ組成比ｘを有するｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）からなるｐ型第１層を形成する第１工程と、前記ｐ型第１層上に、窒化物以外のｐ型のIII−V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料からなるｐ型コンタクト層をＭＯＣＶＤ法により形成する第２工程とを有し、
前記ｐ型コンタクト層は前記深紫外光を反射する反射層としての機能し、
前記ｐ型第１層から前記ｐ型コンタクト層へ入射する波長２８０ｎｍの光における反射率が１０％以上であることを特徴とする深紫外発光素子の製造方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、高い発光出力および優れた信頼性を両立した深紫外発光素子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】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００を説明する模式断面図である。

【図2A】本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００における反射電極７０の一態様を説明する模式断面図である。

【図2B】本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００における反射電極７０の別の態様を説明する模式断面図である。

【図3A】本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００におけるｐ型半導体層６０の一態様を説明する模式断面図である。

【図3B】本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００におけるｐ型半導体層６０の別の態様を説明する模式断面図である。

【図3C】本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００におけるｐ型半導体層６０のさらに別の態様を説明する模式断面図である。

【図4A】本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００における第１ｐ型半導体層６０Ａの一態様を説明する模式断面図である。

【図4B】本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００における第１ｐ型半導体層６０Ａの別の態様を説明する模式断面図である。

【図5】本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００におけるｐ型半導体層６０のさらに別の態様を説明する模式断面図である。

【図6】本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００の製造方法を説明する模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明に従う実施形態の説明に先立ち、以下の点について予め説明する。まず、本明細書においてＡｌ組成比を明示せずに単に「ＡｌＧａＮ」と表記する場合は、III族元素（Ａｌ，Ｇａの合計）とＮとの化学組成比が１：１であり、III族元素ＡｌとＧａとの比率は不定の任意の化合物を意味するものとする。この場合、III族元素であるＩｎについての表記がなくとも、III族元素としてのＡｌとＧａに対して５％以内の量のＩｎを含んでいてもよいこととする。また、単に「ＡｌＮ」または「ＧａＮ」と表記する場合は、それぞれＧａおよびＡｌは組成比に含まないことを意味するが、単に「ＡｌＧａＮ」と表記することによって、ＡｌＮまたはＧａＮのいずれかであることを排除するものではない。なお、Ａｌ組成比の値は、フォトルミネッセンス測定およびＸ線回折測定などによって測定することができる。

【0018】

また、本明細書において、電気的にｐ型として機能する層をｐ型層と称し、電気的にｎ型として機能する層をｎ型層と称する。一方、ＭｇやＳｉ等の特定の不純物を意図的には添加しておらず、電気的にｐ型またはｎ型として機能しない場合、「ｉ型」または「アンドープ」と言う。アンドープの層には、製造過程における不可避的な不純物の混入はあってよく、具体的には、キャリア密度が小さい（例えば４×１０^１６／ｃｍ^３未満）場合に「アンドープ」である、と本明細書において称する。また、ＭｇやＳｉ等の不純物濃度の値は、ＳＩＭＳ分析によるものとする。

【0019】

また、エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、隣接する層のうち、Ａｌ組成比が同一であるか、または、ほぼ等しい（例えば０．０１未満）ものの、不純物濃度の異なる層の境界および厚みについては、両者の境界ならびに各層の厚みは、ＴＥＭ−ＥＤＳに基づく測定によるものとする。そして、両者の不純物濃度は、ＳＩＭＳ分析により測定できる。また、超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。

【0020】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、重複する説明を省略する。また、各図において、説明の便宜上、基板および各層の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。

【0021】

（深紫外発光素子１００）
本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子１００は、図１に示すように、基板１０上に、ｎ型半導体層３０、発光層４０およびｐ型半導体層６０を順次有し、さらに随意に他の構成を有するものである。そして、深紫外発光素子１００における発光層４０の発光ピーク波長は２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内の深紫外光である。本実施形態を、中心発光波長が２６５ｎｍ以上３１０ｎｍ以下である深紫外発光素子に供するとさらに効果的である。

【0022】

また、図１に示すように、本実施形態に従う深紫外発光素子１００は、基板１０上に、必要によりバッファ層２０を介してもよく、ｎ型半導体層３０の一部上のｎ側電極９０と、ｐ型半導体層６０上のｐ側電極８０とをさらに有することができる。こうした深紫外発光素子１００は、発光層４０からｎ型半導体層３０に向かう方向の光を取り出す方式の発光素子であり、例えばフリップチップ型と呼ばれる形態とすることができる。

【0023】

以下、図１を参照しつつ、本実施形態に従う深紫外発光素子１００の特徴的な構成の一つであるｐ型半導体層６０のうち、ｐ型コンタクト層６０Ｂの詳細について本発明の技術的意義と共に説明する。

【0024】

＜ｐ型半導体層＞
本実施形態に従うｐ型半導体層６０は、ｐ型第１層６０Ａと、ｐ型第１層６０Ａ上においてｐ型第１層６０Ａに接するｐ型コンタクト層６０Ｂとを有する。なお、ｐ型半導体層６０は、発光層４０とｐ型第１層６０Ａとの間であれば、ｐ型第１層６０Ａおよびｐ型コンタクト層６０Ｂ以外のｐ型層をさらに有していてもよい。ここで、ｐ型第１層は、発光層４０において深紫外光を放出する層のＡｌ組成比よりも高いＡｌ組成比ｘを有するｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）からなり、このｐ型第１層６０Ａは通常、電子ブロック層またはｐ型クラッド層、またはその一部として機能する。ｐ型第１層６０Ａの具体的態様については後述する。

【0025】

＜ｐ型コンタクト層＞
本実施形態に従うｐ型コンタクト層６０Ｂは、窒化物以外のｐ型のIII-V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料からなり、発光層４０からの深紫外光を反射する反射層として機能し、かつ、ｐ型第１層６０Ａからｐ型コンタクト層６０Ｂへ入射する波長２８０ｎｍの光における反射率が１０％以上である。

【0026】

窒化物以外のｐ型のIII-V族半導体材料として、III族元素であるＡｌ、Ｇａ、Ｉｎと、窒素以外のV族元素であるＰ、Ａｓ、Ｓｂとの化合物半導体であって、ｐ型化しているものを用いることができる。こうしたIII-V族半導体材料として、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂなどの二元系化合物半導体材料、ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓなどの三元系化合物半導体材料、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓＰなどの四元系化合物半導体材料を例示することができる。また、IV族半導体材料として、Ｓｉ単体もしくはＧｅ単体、またはＳｉＧｅ混晶であり、ｐ型化しているものを用いることができる。なお、ＳｉおよびＧｅはIII族窒化物層に対してｎ型キャリアとなり、隣接するｐ型第１層６０Ａに影響を及ぼすため、ｐ型コンタクト層６０Ｂは窒化物以外のIII-V族半導体材料からなることがより望ましい。

【0027】

ここで、本明細書では、深紫外域（波長２００ｎｍ〜３５０ｎｍ）の中間波長である波長２８０ｎｍの光における反射率を用いることとする。ｐ型第１層６０Ａからｐ型コンタクト層６０Ｂへ入射する波長２８０ｎｍの光における反射率は、ｐ型第１層の屈折率（ｎ_１）および消衰係数（ｋ_１）の値と、ｐ型コンタクト層における屈折率（ｎ_ｃ）および消衰係数（ｋ_ｃ）の値とを用いると、下記式（１）に従い計算される。

【数1】

なお、記号｜｜は絶対値記号である。

【0028】

各材料の屈折率ｎ_１，ｎ_ｃおよび消衰係数ｋ_１，ｋ_ｃの値は、紫外可視分光光度計を使用し、対象となる材料の単結晶基板や、値が既知の基板上に形成した厚膜を用いて測定することができ、当該測定値を用いて反射率を定めることとする。ただし、FILMETRICS社のホームページや文献等に開示される値を参照して、当該値を近似値として扱ってもよい。

【0029】

また、ｐ型第１層６０Ａ（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ）の屈折率ｎ_１の値が不明の場合はべガード則を適用し、ＡｌＮの屈折率およびＧａＮの屈折率を用いてＡｌ組成比ｘに比例した両者の中間の値を用いて、近似値として扱ってもよい。

【0030】

これに対して、ｐ型第１層６０Ａ（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ）の消衰係数ｋ_１の値が不明の場合、以下のとおりにして消衰係数ｋ_１の値を近似値として扱ってもよい。
［１］ｐ型第１層のＡｌ組成比ｘが０．４５より高いＡｌ組成比の場合、波長２８０ｎｍの深紫外光に対してｐ型第１層６０Ａは透明であるため、消衰係数ｋ_１としてＡｌＮの消衰係数である０．００１を用いてもよい。
［２］ただし、ｐ型第１層のＡｌ組成比ｘが０．４５以下の場合、ｐ型第１層６０Ａの消衰係数ｋ_１の値は実際に測定することとする。

【0031】

なお、バンドギャップの視点からすると、上述したｐ型コンタクト層６０Ｂを構成する半導体材料は、ｐ型のＧａＮよりもさらに狭いバンドギャップを持つため、一般的には深紫外光を吸収（または２次発光）するものとして認識される。しかしながら、ｐ型第１層６０Ａおよびｐ型コンタクト層６０Ｂの屈折率を考慮すると、ＡｌＧａＮとＧａＮとの界面での反射率は１％程度であるところ、ＡｌＧａＮとＡｌＧａＡｓとの界面や、ＡｌＧａＮとＩｎＡｓ、ＧａＩｎＳｂなどとの界面の反射率は、ＧａＮとの界面での反射率（１％程度）よりも遙かに大きい。そこで、波長２８０ｎｍの光に対して１０％以上の反射率、結晶性や平坦性の影響を加味してより好ましくは１５％以上の反射率となる半導体材料をｐ型コンタクト層６０Ｂとして用いることで、ｐ型コンタクト層６０Ｂを深紫外光の反射層として用いることが可能であることが判明した。

【0032】

そして、本発明者は上記ｐ型コンタクト層６０Ｂに使用できる材料の可能性について以下の観点で検討した。
＜１＞ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮからなるｐ型第１層６０Ａとの界面において屈折率に起因する反射率が大きい。
＜２＞界面抵抗が大きくない。
＜３＞ＧａＮに比べてｐ型化が容易でバルク抵抗が小さい。
＜４＞ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮへの不純物拡散の悪影響が少ない。
＜５＞コンタクト抵抗が小さいｐ側電極材料がある。
＜６＞ｐ側電極の形成方法が実用的である。
これら＜１＞〜＜６＞の観点で、本実施形態による窒化物以外のｐ型のIII−V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料をｐ型コンタクト層６０Ｂに用いることの総合的な優位性を見出し、本発明に至ったのである。こうして、本実施形態に従う深紫外発光素子１００は、従来のｐ型ＧａＮコンタクト層を使用した深紫外発光素子よりも発光出力を高くすることができ、かつ、発光出力の経時変化が少ない。このように、本発明に従うｐ型コンタクト層６０Ｂを用いることにより、本発明により高い発光出力および優れた信頼性を両立した深紫外発光素子を実現することができる。

【0033】

なお、上述したIII−V族半導体材料、またはIV族半導体材料を用いてｐ型コンタクト層６０Ｂを形成することで、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）のような高抵抗となる構造を形成しなくても、ｐ型コンタクト層６０Ｂそれ自体に反射層としての機能を付与することができる。すなわち、ｐ型コンタクト層６０Ｂは、コンタクト機能に加えて、深紫外光を反射する反射層としての機能を兼ねることができる。

【0034】

また、上述したＧａＡｓなどのｐ型コンタクト層６０Ｂに用いる上記の半導体材料は、深紫外領域での反射率は高いものの、青色や紫色などの可視光領域（４００ｎｍ以上）では反射率が非常に低くなる。そのため、深紫外の波長領域であるからこそ、本実施形態によるｐ型コンタクト層６０Ｂは反射層としての機能を兼ねることができるのである。

【0035】

なお、ｐ型コンタクト層６０Ｂは単結晶および多結晶のいずれでもよいが、単結晶であることが好ましい。ｐ型コンタクト層６０Ｂが単結晶であれば、多結晶体に比べて、反射の効果が大きくなると考えられるためである。

【0036】

ここで、ｐ型コンタクト層６０Ｂの厚さは１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましく、１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。ｐ型コンタクト層６０Ｂの厚さが１０ｎｍ未満では、ｐ型コンタクト層６０Ｂによる反射効果が望めなくなる。一方、ｐ型コンタクト層６０Ｂの厚さは大きくても構わず、上限値は特に限定されるものではないが、ｐ型コンタクト層６０Ｂによる反射効果は一定厚を超えると飽和する。そこで、ｐ型コンタクト層６０Ｂの厚さは、製造コストや電流拡散などを勘案の上、適宜設定すればよい。本実施形態によるｐ型コンタクト層６０Ｂはｐ型のＧａＮに比べてバルク抵抗が小さく、また、印加電流がｐ型コンタクト層６０Ｂ中で水平方向へ広がりやすくなる。したがって、従来のｐ型ＧａＮコンタクト層に比べてｐ型コンタクト層６０Ｂの厚さを大きくしても順方向電圧の上昇を抑制でき、また、ｐ型コンタクト層６０Ｂでの電流拡散も期待できる。

【0037】

ただし、図２Ａに示すように、ｐ型コンタクト層６０Ｂ上に金属反射層７０が設けられ、当該金属反射層７０がｐ型コンタクト層６０Ｂと共に反射の役割を担うのであれば、上記に関わらず、窒化物以外のｐ型のIII−V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料からなるｐ型コンタクト層６０Ｂの厚さを１ｎｍ以上１０ｎｍ未満とすることができる。ｐ型コンタクト層６０Ｂの厚さが１ｎｍ以上１０ｎｍ未満であれば、窒化物以外のｐ型のIII−V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料による光吸収を抑制しつつ、コンタクト抵抗を下げることができる。そのため、ｐ型コンタクト層６０Ｂと金属反射層７０との組み合わせによって、深紫外領域での反射率を確保することができる。

【0038】

こうした金属反射層７０としては、波長２８０ｎｍの深紫外光を反射することのできるＡｌ、Ｒｈなどを用いることができる。金属反射層７０が、ｐ型コンタクト層６０Ｂを介さずにｐ型第１層６０Ａと直接接触した場合、ｐ型第１層６０Ａの広いバンドギャップにより、コンタクト抵抗が高くなってしまう。一方、金属反射層７０とｐ型第１層６０Ａとの間に、バンドギャップの狭いp型コンタクト層６０Ｂが介在することにより、コンタクト抵抗を低減することができる。この場合、図２Ａに示すように、金属反射層７０はｐ型コンタクト層６０Ｂの全面を被覆してもよい。また、金属反射層７０は、図２Ｂに示すように、ｐ型コンタクト層６０Ｂ上に所定のパターンで設けられてもよい。なお、図２Ｂでは、等間隔のパターンで金属反射層７０を設けた例を示すが、金属反射層７０を任意のパターンで設けてもよいことは勿論である。

【0039】

金属反射層７０は、蒸着法およびスパッタ法などの公知の薄膜成長方法により、ｐ型コンタクト層６０Ｂ上に形成することができる。また、金属反射層７０の厚さは任意であり、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすればよい。

【0040】

なお、ｐ型コンタクト層６０Ｂが数十μｍ〜数百μｍの厚さとなると、ｐ型コンタクト層６０Ｂの下地となるｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮとの格子定数差や熱膨張係数差から、発光層やその周辺に加わる歪が増加するため、信頼性が低下する虞がある。

【0041】

ｐ型コンタクト層６０Ｂは単層構造としてもよいし、複数層構造としてもよい。また、ｐ型コンタクト層６０ＢをIII-V族化合物またはIV族化合物の混晶の組成比を結晶成長方向に傾斜させた組成傾斜層としてもよい。反射層としての機能を期待する発光層４０側と、ｐ側電極８０とのコンタクト抵抗の低減を期待するｐ側電極８０の側とで、それぞれの役割に適した材料、組成やドーパント濃度を持つようにすることができる。すなわち、ｐ型第１層６０Ａとｐ型コンタクト層６０Ｂとの界面での反射率と、ｐ側電極８０とのコンタクト抵抗の低抵抗化により本発明の効果が確保できるのであれば、ｐ型のIII-V族またはIV族の半導体材料を複数層あるいは組成を傾斜させながら積層してもよい。なお、ｐ型コンタクト層６０Ｂを複数層構造、あるいは組成傾斜層とする場合、ｐ型第１層６０Ａからｐ型コンタクト層６０Ｂに入射する波長２８０ｎｍの光における反射率の算出にあたっては、ｐ型コンタクト層６０Ｂ内のｐ型第１層と接している部分（界面から５０ｎｍの範囲）の屈折率（ｎ_ｃ）および消衰係数（ｋ_ｃ）の値を用いるものとする。組成傾斜の場合は、界面での屈折率および消衰係数の値と、界面から５０ｎｍの位置での屈折率および消衰係数の値とでそれぞれ平均値を求め、この平均値をｐ型コンタクト層６０Ｂの屈折率および消衰係数として扱う。
また、ｐ型コンタクト層６０Ｂが複数層構造である場合、窒化物以外のｐ型のIII−V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料上に金属反射層７０が形成されて、金属反射層７０も反射の役割を担うのであれば、窒化物以外のｐ型のIII−V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料の厚さを１ｎｍ以上１０ｎｍ未満とすることができる。

【0042】

ｐ型コンタクト層のｐ型ドーパントとして、炭素（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）を用いることができ、これら複数の元素を用いてもよい。なお、深紫外発光素子における発光出力の低下要因の一つとして、ｐ型ＡｌＧａＮからドーパントであるＭｇの発光層への拡散が考えられている。従来技術において、ｐ型ＧａＮコンタクト層を使用する場合には抵抗を下げるためにＭｇを高濃度でドープしており、ｐ型ＡｌＧａＮを介してＭｇが発光層に拡散し信頼性への悪影響の懸念があった。しかしながら、本実施形態に従うｐ型コンタクト層６０Ｂを使用する場合には、ＧａＮを用いる場合に比べてドーパントの活性化が容易なため、ｐ型コンタクト層６０Ｂのドーパント濃度を抑制することができ、ｐ型コンタクト層の低抵抗化と信頼性の両立できる副次的効果も期待できる。

【0043】

ここで、図３Ａに示すように、ｐ型コンタクト層６０Ｂとｐ型第１層６０Ａとの間に形成される界面は、平坦面として形成されることが通常である。ただし、図３Ｂに示すように、ｐ型コンタクト層６０Ｂの形成に先立ち、ｐ型第１層６０Ａの一部に凹凸を形成した構造としてもよい。また、図３Ｃに示すように、当該界面の一部にパターン化されたＳｉＯ_２や空隙などの絶縁領域６０Ｃを配置した構成としてもよい。上述した凹凸や絶縁領域を設けることで、電流の流れる道を分散させる効果が期待できる。

【0044】

なお、ｐ型コンタクト層６０Ｂ上に形成されるｐ側電極８０としては、ｐ型コンタクト層６０Ｂに用いる前述の材料上に形成される公知の電極材料を使用することができる。例えば、ｐ型コンタクト層６０Ｂがｐ型のＧａＡｓである場合は、ＡｕＺｎを含む合金やＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどを用いることができる。

【0045】

また、上述したｐ型コンタクト層６０Ｂ以外の深紫外発光素子の構成は、従来公知の深紫外発光素子と同様の構成を使用することができる。以下、本実施形態に適用可能な基板１０からｐ型第１層６０Ａまでの構成の具体的態様を説明するが、以下に例示するものに限らず、任意の構成とすることができる。

【0046】

＜基板＞
基板１０としては、発光層４０による発光を透過して基板側から深紫外光を取り出すことのできる基板を用いることが好ましく、例えばサファイア基板またはＡｌＮ単結晶基板などを用いることができる。また、基板１０として、サファイア基板の表面にアンドープのＡｌＮ層をエピタキシャル成長させたＡｌＮテンプレート基板を用いてもよい。

【0047】

＜バッファ層＞
基板１０上には、バッファ層２０を設けることも好ましい。基板１０と、ｎ型半導体層３０との格子不整合を緩和するためである。バッファ層２０としてアンドープのIII族窒化物半導体層を用いることができ、バッファ層２０を超格子構造とすることも好ましい。

【0048】

＜ｎ型半導体層＞
ｎ型半導体層３０は必要によりバッファ層２０を介し、基板１０上に設けられる。ｎ型半導体層３０を基板１０上に直接設けてもよい。ｎ型半導体層３０は、一般的なｎ型層とすることができ、例えばＡｌＧａＮよりなることができる。ｎ型半導体層３０には、ｎ型のドーパントがドープされることでｎ型層として機能し、ｎ型ドーパントの具体例として、シリコン（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），錫（Ｓｎ），硫黄（Ｓ），酸素（Ｏ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ）等を挙げることができる。ｎ型ドーパントのドーパント濃度は、ｎ型として機能することのできるドーパント濃度であれば特に限定されず、例えば１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜１．０×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とすることができる。また、ｎ型半導体層３０のバンドギャップは、発光層４０（量子井戸構造とする場合は井戸層４１）のバンドギャップよりも広く、発光する深紫外光に対し透過性を有することが好ましい。また、ｎ型半導体層３０を単層構造や複数層からなる構造の他、III族元素の組成比を結晶成長方向に組成傾斜させた組成傾斜層や超格子構造を含む構成することもできる。ｎ型半導体層３０は、ｎ型電極とのコンタクト部を形成するだけでなく、基板から発光層に至るまでに結晶性を高める機能を兼ねる。

【0049】

＜発光層＞
発光層４０はｎ型半導体層３０上に設けられる。また、本実施形態における発光層４０は、当該発光層４０による発光の中心発光波長が深紫外光の２００〜３５０ｎｍとなるよう設けられる。２６５ｎｍ以上３１０ｎｍ以下となるように設けることがより好ましい。

【0050】

発光層４０は、単層構造により構成してもよいが、Ａｌ組成比の異なるＡｌＧａＮよりなる井戸層４１および障壁層４２を繰り返し形成した多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造で構成することが好ましい。なお、深紫外光を放出する層は、単層構造の場合は発光層それ自体であり、多重量子井戸構造の場合は井戸層４１である。

【0051】

深紫外光を放出する層のＡｌ組成比ｗは、深紫外光の２００〜３５０ｎｍとなるよう、または、中心発光波長が２６５ｎｍ以上３１０ｎｍ以下となるよう設定する。このようなＡｌ組成比ｗは、例えば０．３〜０．６の範囲内とすることができる。多重量子井戸構造の場合、障壁層４２のＡｌ組成比ｂは、井戸層４１のＡｌ組成比ｗよりも高くする。例えば、ｂ＞ｗの条件の下、障壁層４２のＡｌ組成比ｂを０．４０〜０．９５とすることができる。また、井戸層４１および障壁層４２の繰り返し回数は、特に制限されず、例えば１〜１０回とすることができる。発光層４０の厚み方向の両端側（すなわち最初と最後）を障壁層とすることが好ましく、井戸層４１および障壁層４２の繰り返し回数をｎとすると、この場合は「ｎ．５組の井戸層および障壁層」と表記することとする。また、井戸層４１の厚みを０．５ｎｍ〜５ｎｍ、障壁層４２の厚みを３ｎｍ〜３０ｎｍとすることができる。

【0052】

＜ｐ型第１層＞
発光層４０上に設けられるｐ型半導体層６０は図４Ａ，図４Ｂに示す態様が例示される。図４Ａに示すように、ｐ型半導体層６０は発光層４０上に、ｐ型電子ブロック層６１、ｐ型クラッド層６３、ｐ型コンタクト層６０Ｂの順に形成することができる。また、図４Ｂに示すように、図４Ａと異なりｐ型クラッド層６３を省略して、発光層４０上にｐ型電子ブロック層６１、ｐ型コンタクト層６０Ｂの順に形成することもできる。

【0053】

図４Ａに示す態様ではｐ型クラッド層６３が本実施形態におけるｐ型第１層６０Ａとなる。発光層４０から放出された深紫外光Ｌ_０は、ｐ型第１層６０Ａとｐ型コンタクト層６０Ｂとの界面、すなわちｐ型クラッド層６３とｐ型コンタクト層６０Ｂとの界面で反射し、反射光Ｌ_１が発光層４０側（したがって、基板１０側）に進む。また、反射しきれなかった光Ｌ_２はｐ型コンタクト層６０Ｂ側に進み、透過および吸収される。

【0054】

一方、図４Ｂに示す態様ではｐ型電子ブロック層６１が本実施形態におけるｐ型第１層６０Ａとなる。発光層４０から放出された深紫外光Ｌ_０は、ｐ型第１層６０Ａとｐ型コンタクト層６０Ｂとの界面、すなわちｐ型電子ブロック層６１とｐ型コンタクト層６０Ｂとの界面で反射し、反射光Ｌ_１が発光層４０側（したがって、基板１０側）に進む。また、反射しきれなかった光Ｌ_２はｐ型コンタクト層６０Ｂ側に進み、透過および吸収される。

【0055】

いずれの場合も、ｐ型コンタクト層６０Ｂと接する層が発光層４０において深紫外光を放出する層のＡｌ組成比より高いＡｌ組成比ｘを有するｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮからなるｐ型第１層６０Ａである。なお、図５に示すように、ｐ型コンタクト層６０Ｂが、例えばｐ型第１コンタクト層６５およびｐ型第２コンタクト層６７をこの順に含むような複数層構造の場合も、深紫外光Ｌ_０はｐ型第１層６０Ａとｐ型コンタクト層６０Ｂとの界面で反射する。ｐ型コンタクト層６０Ｂ内のｐ型第１コンタクト層６５とｐ型第２コンタクト層６７界面においてさらに反射させるように各材料とその厚さを組み合わせても良い。

【0056】

さて、ｐ型電子ブロック層６１は電子を堰止めし、電子を発光層４０（多重量子井戸構造の場合には井戸層４１）内に注入して、電子の注入効率を高めるための層として用いられる。この目的のため、ｐ型電子ブロック層６１のＡｌ組成比ｚを、０．５≦ｚ≦１とすることが好ましい。なお、Ａｌ組成比ｚが０．５以上であれば、ｐ型電子ブロック層６１はIII族元素としてのＡｌとＧａに対して５％以内の量のＩｎを含んでいてもよい。ここで、発光層４０が前述の障壁層４２を有する多重量子井戸構造である場合、Ａｌ組成比ｚは上記条件を満足しつつ、障壁層４２のＡｌ組成比ｂよりも高くすることが好ましい。すなわち、ｚ＞ｂである。このｐ型電子ブロック層６１がｐ型コンタクト層６０Ｂと接する場合（すなわち、ｐ型クラッド層がない場合）には、ｐ型電子ブロック層６１の最もｐ型コンタクト層６０Ｂ側であり、ｐ型コンタクト層６０Ｂと接する層のＡｌ組成比を、Ａｌ組成比ｘを有するＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮからなるｐ型第１層６０Ａであるとする。（換言すれば、この場合はＡｌ組成比ｚをＡｌ組成比ｘとして扱う。）

【0057】

ｐ型電子ブロック層６１の厚みは特に制限されないが、例えば１０ｎｍ〜８０ｎｍとすることが好ましい。ｐ型電子ブロック層６１の厚みがこの範囲であれば、高い発光出力を確実に得ることができる。なお、ｐ型電子ブロック層６１の厚みは、障壁層４２の厚みよりは厚いことが好ましい。また、ｐ型電子ブロック層６１にドープするｐ型ドーパントとしては、マグネシウム（Ｍｇ），亜鉛（Ｚｎ），カルシウム（Ｃａ），ベリリウム（Ｂｅ），マンガン（Ｍｎ）等を例示することができ、Ｍｇを用いることが一般的である。ｐ型電子ブロック層６１のドーパント濃度は、ｐ型の半導体層として機能することのできるドーパント濃度であれば特に限定されず、例えば１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜５．０×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とすることができる。

【0058】

また、ｐ型クラッド層６３は、発光層４０における深紫外光を放出する層のＡｌ組成比より高く、一方、ｐ型電子ブロック層６１のＡｌ組成比ｚより低いＡｌ組成比を持つ層である。つまり、ｐ型電子ブロック層６１とｐ型クラッド層６３は、いずれも深紫外光を放出する層のＡｌ組成比より高いＡｌ組成比を持つ層であり、発光層４０から発光された深紫外光を実質的に透過する層である。

【0059】

このｐ型クラッド層６３がｐ型コンタクト層６０Ｂと接する場合には、ｐ型クラッド層６３の最もｐ型コンタクト層６０Ｂ側であり、ｐ型コンタクト層６０Ｂと接する層のＡｌ組成比を、Ａｌ組成比ｘを有するＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮからなるｐ型第１層６０Ａであるとする。なお、ｐ型クラッド層６３は、単層構造でも複数層構造でも組成傾斜層でもよい。ｐ型クラッド層６３が超格子積層体構造を有する場合はＡｌ組成比と厚さの積の和を合計厚さで割ることから計算される平均組成比を当該超格子積層体のＡｌ組成比とする。

【0060】

なお、ｐ型第１層６０Ａ内において、局所的にＳｉ等の異種ドーパントを混在させたり、局所的にアンドープ領域を混在させたりすることによりｐ型ドーパントの発光層４０への移動を制御することを行っても良い。

【0061】

＜ｎ側電極＞
ｎ側電極９０は、ｎ型半導体層３０の露出面上に設けることができる。ｎ側電極９０として、例えばＴｉ含有膜およびこのＴｉ含有膜上に形成されたＡｌ含有膜を有する金属複合膜とすることができる。なお、図１に示す深紫外発光素子１００では、発光層４０、ｐ型半導体層６０部がエッチング等により除去され、露出したｎ型半導体層３０上にｎ側電極９０が設けられたものである。

【0062】

＜ｐ側電極＞
ｐ側電極８０は、既述のとおりｐ型コンタクト層６０Ｂに用いる前述の材料上に形成される公知の電極材料を使用することができる。

【0063】

（深紫外発光素子の製造方法）
上述した深紫外発光素子１００は、図６のステップＡ〜ステップＤに示すように、基板１０上に、ｎ型半導体層３０を形成する工程と、ｎ型半導体層３０上に発光層４０を形成する工程と、発光層４０上にｐ型半導体層６０を形成する工程と、を具える。

【0064】

ｐ型半導体層６０を形成する工程は、発光層４０において深紫外光を放出する層のＡｌ組成比より高いＡｌ組成比ｘを有するｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）からなるｐ型第１層６０Ａを形成する第１工程（図６ステップＢ）と、ｐ型第１層６０Ａ上に、窒化物以外のｐ型のIII−V族半導体材料、またはｐ型のIV族半導体材料からなるｐ型コンタクト層６０ＢをＭＯＣＶＤ法により形成する第２工程（図６ステップＣ）とを有する。

【0065】

深紫外発光素子１００の実施形態に既述のとおり、ｐ型コンタクト層６０Ｂは深紫外光を反射する反射層として機能する。そして、ｐ型第１層６０Ａからｐ型コンタクト層６０Ｂへ入射する波長２８０ｎｍの光における反射率が１０％以上である。

【0066】

こうして、高い発光出力および優れた信頼性を両立した深紫外発光素子１００を製造することができる。

【0067】

ここで、各工程においては、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、ＨＶＰＥ法、スパッタ法などの公知の薄膜成長方法により形成することができ、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて形成するのが好ましい。ｐ型コンタクト層６０Ｂの形成にあたっては、既述の半導体材料をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる際の一般的な成長条件を利用することができる。

【0068】

なお、図６ステップＡに示すように、基板１０を用意する際には、前述のとおり、サファイア基板またはＡｌＮ単結晶基板などを用意すればよいし、ＡｌＮテンプレート基板を用意してもよい。また、図６ステップＤに示すように、バッファ層２０、ｐ側電極８０、ｎ側電極９０を一般的な手法を用いて形成することができる。

【実施例】

【0069】

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

【0070】

（発明例１）
まず、サファイア基板（直径２インチ、厚さ：４３０μｍ、面方位：（０００１））上に、ＭＯＣＶＤ法により、中心膜厚０．６０μｍ（平均膜厚０．６１μｍ）のＡｌＮ層を成長させ、ＡｌＮテンプレート基板とした。膜厚については、光干渉式膜厚測定機（ナノスペックM6100A；ナノメトリックス社製）を用いて、ウェハー面内の中心を含む、等間隔に分散させた計２５箇所の膜厚を測定した。

【0071】

次いで、上記ＡｌＮテンプレート基板を熱処理炉に導入し、炉内を窒素ガス雰囲気とした後に、炉内の温度を昇温してＡｌＮテンプレート基板に対して熱処理を施した。その際、加熱温度は１６５０℃、加熱時間は４時間とした。

【0072】

続いて、ＭＯＣＶＤ法により、アンドープのＡｌ_０．７８Ｇａ_０．２２ＮからＡｌ_０．６８Ｇａ_０．３２Ｎに組成を傾斜させた層からなり、厚み１．０μｍのバッファ層を形成した。次に、Ａｌ_０．６５Ｇａ_０．３５Ｎからなり、Ｓｉドープした厚み１．６μｍのｎ型半導体層を上記バッファ層上に形成した。なお、ＳＩＭＳ分析の結果、ｎ型半導体層のＳｉ濃度は２．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。

【0073】

続いて、ｎ型半導体層上に、Ａｌ_０．６５Ｇａ_０．３５Ｎからなる厚み７ｎｍの障壁層およびＡｌ_０．４５Ｇａ_０．５５Ｎからなる厚み３ｎｍの井戸層を交互に３組繰り返して積層した量子井戸構造を形成し、さらにＡｌＮからなる１ｎｍの層を形成し、発光層とした。Ａｌ組成比ｂは０．６５であり、Ａｌ組成比ｗは０．４５である。井戸層より放出される深紫外光の発光ピーク波長は２８０ｎｍである。障壁層の形成にあたってはＳｉドープも行った。

【0074】

その後、発光層上に、水素ガスをキャリアガスとして、Ａｌ_０．６８Ｇａ_０．３２Ｎからなる厚み４０ｎｍのｐ型電子ブロック層およびＡｌ_０．５５Ｇａ_０．４５Ｎからなる厚み４０ｎｍのｐ型クラッド層を形成した。Ａｌ組成比ｚは０．６８であり、Ａｌ組成比ｘは０．５５である。なお、ｐ型電子ブロック層およびｐ型クラッド層の形成にあたり、Ｍｇ源としてＣＰ_２Ｍｇガスをチャンバに供給してＭｇをドープした。ＳＩＭＳ分析の結果、ｐ型電子ブロック層、ｐ型クラッド層のＭｇ濃度は、それぞれ２．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、２．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。

【0075】

続いて、ｐ型クラッド層上にｐ型コンタクト層を形成した。本発明例１では、ｐ型クラッド層がｐ型第１層に相当する。具体的には、ｐ型クラッド層上に、ＭＯＣＶＤ法により、Ｃドープのｐ型ＧａＡｓ単結晶層を形成し、その厚みを１μｍとした。Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ｎ（ｎ_１＝２．４６、ｋ_１＝０．００１）からＧａＡｓ（ｎ_ｃ＝４．０２、ｋ_ｃ＝２．５６）に入射する２８０ｎｍの光の反射率は、前述の式（１）に従い１８．５％と計算される。

【0076】

なお、ＳＩＭＳ分析の結果、ｐ型コンタクト層のＣ濃度は５×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。

【0077】

その後、ｎ型半導体層の一部をドライエッチングにより露出させ、ｐ型半導体層部分とｎ型半導体層の層露出部分に直径３００μｍのＩｎボールを押し当て、両Ｉｎボールに電流を通電することにより、発明例１の深紫外発光素子の発光出力を評価した。発明例１の層構造を表１に示す。

【0078】

【表1】

※１：サファイア基板上のAlN層側のAl組成比を78%（Al_0.78Ga_0.22N）として、成長方向に向けてAl組成比を漸減させて、n層側表面ではAl組成比を68%（Al_0.68Ga_0.32N）とした。

【0079】

（比較例１）
ｐ型コンタクト層を、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、厚さ０．３μｍ）とした以外は、実施例１と同様にして比較例１に係る深紫外発光素子を作製した。

【0080】

（比較例２）
ｐ型コンタクト層を設けなかった以外は、実施例１と同様にして比較例２に係る深紫外発光素子を作製した。

【0081】

（評価１：初期の発光出力）
発明例１および比較例１，２について、Ｉｎボールを介して電流を１００ｍＡ通電し、サファイア面側に配置したフォトディテクターにより発光出力を測定した。その結果、ｐ型コンタクト層がｐ型ＧａＮである比較例１の発光出力を１とすると、ｐ型コンタクト層を設けなかった比較例２の発光出力は２であった。比較例２における発光出力の向上は、比較例１に比べて発光層からサファイア基板と反対側の方向に向けた光（Ｉｎ電極やｐ型クラッド層と空気との界面においてサファイア基板側へ向けて反射された光）と、発光層からサファイア基板側に向けた光との合計と考えられる。したがって、比較例１のｐ型ＧａＮは、発光層からｐ型コンタクト層に向かって放出された光を反射せず、ほぼ１００％を吸収していると考えられる。

【0082】

一方、発明例１では、ｐ型ＧａＡｓをｐ型コンタクト層としている。この場合の発光出力は、比較例１の発光出力を１とすると、１．１であった。すなわち、比較例１に比べて１０％向上している。これは、上記比較例１，２を対比した考察を踏まえると、ｐ型ＧａＡｓが、発光層からｐ型コンタクト層に向かって放出された光のうち１０％程度を反射した結果と考えることができる。なお、反射されなかった光については、ｐ型ＧａＡｓ層で吸収されてしまうと考えられる。結果を表２に示す。

【0083】

（評価２：発光出力の経時変化）
発明例１および比較例１，２のそれぞれについて、１分間１００ｍＡを通電する測定をウェハー内５点について行った。発明例１および比較例１の場合は、５点すべてで１分後の発光出力の変動はなかったが、比較例２（コンタクト層なし）においては、３点では不点灯が観察され、残る２点で１分後の発光出力が通電直後に比べ２０％程度減少することが観察された。結果を表２に示す。

【0084】

比較例２においては、Inボールを押し当てたp型クラッド層のＡｌ組成比が高いため正孔密度が低く、ｐ側電極とのコンタクトが劣化したか、あるいは部分的な電流集中が発生して、劣化が発生したと推測される。

【0085】

【表2】

※２：ｐ型クラッド層にＩｎボールを直接押し当てた。

【産業上の利用可能性】

【0086】

本発明によれば、高い発光出力および優れた信頼性を両立した深紫外発光素子およびその製造方法を提供することができる。

【符号の説明】

【0087】

１０ 基板
２０ バッファ層
３０ ｎ型半導体層
４０ 発光層
４１ 井戸層
４２ 障壁層
６０ ｐ型半導体層
６０Ａ ｐ型第１層
６０Ｂ ｐ型コンタクト層
６１ 電子ブロック層
６３ ｐ型クラッド層
６５ ｐ型第１コンタクト層
６７ ｐ型第２コンタクト層
７０ 金属反射層
８０ ｎ側電極
９０ ｐ側電極
１００ 深紫外発光素子

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】