特許 7296513 紫外発光素子及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-14

(45)【発行日】2023-06-22

(54)【発明の名称】紫外発光素子及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20230615BHJP

【ＦＩ】

H01L33/32

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022193814

(22)【出願日】2022-12-02

【審査請求日】2022-12-05

(31)【優先権主張番号】P 2021198845

(32)【優先日】2021-12-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】100179903

【弁理士】

【氏名又は名称】福井 敏夫

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 康弘

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０５０４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０７２３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２４３８４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａｌ組成比ｘを有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮからなるｎ型半導体層、
量子井戸型発光層、
Ａｌ組成比ｙを有するＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮからなるｐ型電子ブロック層、
Ａｌ組成比ｚを有するＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮからなるｐ型クラッド層、及び
ｐ型ＧａＮコンタクト層を、この順に備え、
前記ｐ型電子ブロック層は、
前記Ａｌ組成比ｙが０．３５以上０．４５以下で、
その厚さが１１ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、
前記ｐ型電子ブロック層と前記ｐ型クラッド層との合計厚さは、７３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、
前記ｐ型クラッド層は、前記Ａｌ組成比ｚが０．１７以上０．２７以下である紫外発光素子。

【請求項2】

前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面は、
最大表面粗さが９ｎｍ以下であり、
平均表面粗さが、１ｎｍ以下である請求項１に記載の紫外発光素子。

【請求項3】

前記ｐ型クラッド層の厚さを前記ｐ型電子ブロック層の厚さで割った値が０．４以上である請求項１又は２に記載の紫外発光素子。

【請求項4】

前記ｎ型半導体層の表面は、平均表面粗さが、１ｎｍ以下である請求項１又は２に記載の紫外発光素子。

【請求項5】

前記ｎ型半導体層の（１０－１２）面のＸ線回折での半値幅が３５０秒以下である請求項１又は２に記載の紫外発光素子。

【請求項6】

前記ｎ型半導体層は、
前記Ａｌ組成比ｘが０．２以上０．３５以下であり、
前記ｐ型クラッド層の前記Ａｌ組成比ｚは前記ｎ型半導体層の前記Ａｌ組成比ｘ以下である請求項１又は２に記載の紫外発光素子。

【請求項7】

反射電極を更に備え、
前記反射電極は、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層における、前記ｐ型クラッド層に対向する側の面とは反対側の面上に配置されている請求項１又は２に記載の紫外発光素子。

【請求項8】

発光中心波長が３３１ｎｍ以上３４９ｎｍ以下である請求項１又は２に記載の紫外発光素子。

【請求項9】

Ａｌ組成比ｘを有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮからなるｎ型半導体層を形成するｎ型半導体層形成工程、
量子井戸型発光層を形成する発光層形成工程、
Ａｌ組成比ｙを有するＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮからなるｐ型電子ブロック層を形成するｐ型電子ブロック層形成工程、
Ａｌ組成比ｚを有するＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮからなるｐ型クラッド層を形成するｐ型クラッド層形成工程、及び、
ｐ型ＧａＮコンタクト層を形成するｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程を含み、
前記ｎ型半導体層形成工程、前記発光層形成工程、前記ｐ型電子ブロック層形成工程、前記ｐ型クラッド層形成工程、及び、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程をこの順に行い、
前記ｐ型電子ブロック層形成工程は、
前記Ａｌ組成比ｙを０．３５以上０．４５以下とし、
前記ｐ型電子ブロック層の厚さを１１ｎｍ以上７０ｎｍ以下とし、
前記ｐ型電子ブロック層形成工程とｐ型クラッド層形成工程とは、前記ｐ型電子ブロック層と前記ｐ型クラッド層との合計厚さを７３ｎｍ以上１００ｎｍ以下とし、
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程は、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さを、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とし、
前記ｐ型クラッド層の前記Ａｌ組成比ｚを０．１７以上０．２７以下とする紫外発光素子の製造方法。

【請求項10】

前記ｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程は、
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面の最大表面粗さを９ｎｍ以下とし、
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面の平均表面粗さを、１ｎｍ以下とする請求項９に記載の紫外発光素子の製造方法。

【請求項11】

前記ｐ型ＧａＮコンタクト層上にｐ側電極を形成するｐ側電極形成工程を更に含む請求項９又は１０に記載の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、紫外発光素子及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を主な構成とする発光素子は、２５０～３６０ｎｍ程度の光を発することが可能である。ＵＶＣ（～２８０ｎｍ）やＵＶＢ（２８０～３２０ｎｍ）の発光中心波長を有する紫外発光素子は、殺菌等に用いられることがあるため、これら波長域の深紫外発光素子の開発は特に盛んである。

【0003】

特許文献１には、２４０～３２０ｎｍの深紫外光を発する発光素子が記載されている。この発光素子では、電子ブロック層は１～１０ｎｍ、ｐ型クラッド層は１０～１００ｎｍ、ｐ型コンタクト層は５００ｎｍを超える厚さが好ましいとされている。そして、ｐ型コンタクト層を厚くすることでｐ型コンタクト層の平坦性を向上できることが記載されている。

【0004】

特許文献２には、窒化物半導体紫外線発光素子が記載されている。この発光素子では、活性層の表面が、井戸層の厚さ以上の平均粗さを持つくらいに粗い方が出力が向上すると記載されている。また、電子ブロック層は１５～３０ｎｍ、ｐ型クラッド層は５００～６００ｎｍ、ｐ型コンタクト層は１００～３００ｎｍであることが例示されている。

【0005】

特許文献３には、紫外発光素子及びその製造方法が記載されている。この紫外発光素子では、波長が３５０ｎｍより短い場合では、その電子ブロック層は、厚さが１～５０ｎｍで、Ａｌ組成を５０％以上とすることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第０６８１４９０２号公報

【文献】国際公開第２０１７／０１３７２９号

【文献】特開２０１７－０５０４３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記のごとく、ＵＶＣ（～２８０ｎｍ）やＵＶＢ（２８０～３２０ｎｍ）の発光中心波長を有する紫外発光素子は多数の報告がある一方で、ＵＶＡ（３２０ｎｍ～）の紫外発光素子については報告が少ない。ＵＶＡ（３２０ｎｍ～）の紫外発光素子は、樹脂硬化や医療用、分析用として用いられる場合がある。そのため、ＵＶＡに適した紫外発光素子の提供が望まれる。特に、発光中心波長が３３０ｎｍ超え３５０ｎｍ未満で大きな発光出力を得られる紫外発光素子を提供が望まれる。

【0008】

本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、発光中心波長が３２０ｎｍ超え３５０ｎｍ未満、特に３３０ｎｍ超え３５０ｎｍ未満で大きな発光出力を得られる紫外発光素子及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するための本発明に係る紫外発光素子は、以下のとおりである。
（１） Ａｌ組成比ｘを有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮからなるｎ型半導体層、
量子井戸型発光層、
Ａｌ組成比ｙを有するＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮからなるｐ型電子ブロック層、
Ａｌ組成比ｚを有するＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮからなるｐ型クラッド層、及び
ｐ型ＧａＮコンタクト層を、この順に備え、
前記ｐ型電子ブロック層は、
前記Ａｌ組成比ｙが０．３５以上０．４５以下で、
その厚さが１１ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、
前記ｐ型電子ブロック層と前記ｐ型クラッド層との合計厚さは、７３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下である紫外発光素子。
（２） 前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面は、
最大表面粗さが９ｎｍ以下であり、
平均表面粗さが、１ｎｍ以下である（１）に記載の紫外発光素子。
（３） 前記ｐ型クラッド層は、前記Ａｌ組成比ｚが０．１７以上０．２７以下である（１）又は（２）に記載の紫外発光素子。
（４） 前記ｐ型クラッド層の厚さを前記ｐ型電子ブロック層の厚さで割った値が０．４以上である（１）から（３）の何れか一項に記載の紫外発光素子。
（５） 前記ｎ型半導体層の表面は、平均表面粗さが、１ｎｍ以下である（１）から（４）の何れか一項に記載の紫外発光素子。
（６） 前記ｎ型半導体層の（１０－１２）面のＸ線回折での半値幅が３５０秒以下である（１）から（５）の何れか一項に記載の紫外発光素子。
（７） 前記ｎ型半導体層は、
前記Ａｌ組成比ｘが０．２以上０．３５以下であり、
前記ｐ型クラッド層の前記Ａｌ組成比ｚは前記ｎ型半導体層の前記Ａｌ組成比ｘ以下で
ある（１）から（６）の何れか一項に記載の紫外発光素子。
（８） 反射電極を更に備え、
前記反射電極は、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層における、前記ｐ型クラッド層に対向する側の面とは反対側の面上に配置されている（１）から（７）の何れか一項に記載の紫外発光素子。
（９） 発光中心波長が３３１ｎｍ以上３４９ｎｍ以下である（１）から（８）の何れか一項に記載の紫外発光素子。

【0010】

また、上記目的を達成するための本発明に係る紫外発光素子の製造方法は、以下のとおりである。
（１０） Ａｌ組成比ｘを有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮからなるｎ型半導体層を形成するｎ型半導体層形成工程、
量子井戸型発光層を形成する発光層形成工程、
Ａｌ組成比ｙを有するＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮからなるｐ型電子ブロック層を形成するｐ型電子ブロック層形成工程、
Ａｌ組成比ｚを有するＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮからなるｐ型クラッド層を形成するｐ型クラッド層形成工程、及び、
ｐ型ＧａＮコンタクト層を形成するｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程を含み、
前記ｎ型半導体層形成工程、前記発光層形成工程、前記ｐ型電子ブロック層形成工程、前記ｐ型クラッド層形成工程、及び、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程をこの順に行い、
前記ｐ型電子ブロック層形成工程は、
前記Ａｌ組成比ｙを０．３５以上０．４５以下とし、
前記ｐ型電子ブロック層の厚さを１１ｎｍ以上７０ｎｍ以下とし、
前記ｐ型電子ブロック層形成工程とｐ型クラッド層形成工程とは、前記ｐ型電子ブロック層と前記ｐ型クラッド層との合計厚さを７３ｎｍ以上１００ｎｍ以下とし、
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程は、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さを、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とする紫外発光素子の製造方法。
（１１） 前記ｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程は、
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面の最大表面粗さを９ｎｍ以下とし、
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面の平均表面粗さを、１ｎｍ以下とする（１０）に記載の紫外発光素子の製造方法。
（１２） 前記ｐ型ＧａＮコンタクト層上にｐ側電極を形成するｐ側電極形成工程を更に含む（９）又は（１０）に記載の紫外発光素子の製造方法。

【発明の効果】

【0011】

発光中心波長が３２０ｎｍ超え３５０ｎｍ未満、特に３３０ｎｍ超え３５０ｎｍ未満で大きな発光出力を得られる紫外発光素子及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態に係る紫外線発光素子の層構造を示す図である。

【図2】紫外線発光素子の基板を形成する工程を説明する図である。

【図3】紫外線発光素子の層構造を形成する工程を説明する図である。

【図4】エッチングによりｎ型半導体層の一部を露出させる工程を説明する図である。

【図5】縦軸をｐ型クラッド層の厚さ、横軸をｐ型電子ブロック層の厚さとした、実施例と比較例における各厚さを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

まず、本発明の実施形態に係る紫外線発光素子の開発の経緯について説明する。従来技術の知見の範囲では、光を透過する電子ブロック層やクラッド層の厚さは厚い方が光の取り出しが増えるので出力が向上すると考えることができるが、本発明者らは、ｐ型電子ブロック層のＡｌ組成比と厚さとを特定範囲内とし、且つ、ｐ型電子ブロック層とｐ型クラッド層との厚さの組み合わせを特定の範囲内にした場合には、従来技術の知見に基づいた予想に反し、紫外線発光素子の出力が向上することを見出した。更に、これらｐ型層の厚さを上記特定の範囲内とすることで、厚さの制御がしやすくてロット間のバラつきが減り、厚いｐ型層とするよりもウエハ面内で発光出力が安定して歩留まりが向上することを見出した。そして、ｐ型電子ブロック層のＡｌ組成比と厚さとを特定範囲内とし、且つ、ｐ型電子ブロック層とｐ型クラッド層との厚さの組み合わせを特定の範囲内にした場合には、ｐ型コンタクト層の厚さが薄くとも、電極を形成するｐ型コンタクト層表面の平坦性を確保できることを見出した。

【0014】

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る紫外線発光素子及びその製造方法について説明する。

【0015】

図１には、本実施形態に係る紫外線発光素子１００（以下、発光素子１００と記載する）を示している。発光素子１００は、基板１上に、ＡｌＮ層１１、バッファ層２、Ａｌ組成比ｘを有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮからなるｎ型半導体層３、ｎ型ガイド層３１、量子井戸型発光層４（以下、発光層４と記載する）、ｉ型ガイド層５、Ａｌ組成比ｙを有するＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮからなるｐ型電子ブロック層６、Ａｌ組成比ｚを有するＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮからなるｐ型クラッド層７、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層８（以下、コンタクト層８と記載する）を、この順に備えている。なお、図１において示す発光素子１００の各層の図面上の厚みは、説明の便宜のため、各層間の厚みの比率を図面上で見やすく変更して表示したものである。図１に示す図面上の各層の厚みの比率は、発光素子１００における実際の各層の厚みの比率とは異なる。

【0016】

そして、発光素子１００は、コンタクト層８における、ｐ型クラッド層７に対向する側の面とは反対側の面上に（反射電極としての）ｐ側電極９１を備え、ｎ型半導体層３における、発光層４と同じ面上に、ｎ側電極９２を備えている。

【0017】

この発光素子１００では、発光中心波長が３２０ｎｍ超え３５０ｎｍ未満で大きな発光出力を得られる。発光素子１００に適した発光中心波長は、３３１ｎｍ以上３４９ｎｍ以下である。

【0018】

この発光素子１００は、例えば下記の製造方法により製造可能である。すなわち、発光素子１００の製造方法の一例は、ｎ型半導体層３を形成するｎ型半導体層形成工程、発光層４を形成する発光層形成工程、ｐ型電子ブロック層６を形成するｐ型電子ブロック層形成工程、ｐ型クラッド層７を形成するｐ型クラッド層形成工程、及び、コンタクト層８を形成するｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程を含む。

【0019】

上記発光素子１００の製造方法では、ｎ型半導体層形成工程、発光層形成工程、ｐ型電子ブロック層形成工程、ｐ型クラッド層形成工程、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程をこの順に行う。

【0020】

ｐ型電子ブロック層形成工程は、Ａｌ組成比ｙを０．３５以上０．４５以下とし、ｐ型電子ブロック層６の厚さを１１ｎｍ以上７０ｎｍ以下とし、ｐ型電子ブロック層形成工程とｐ型クラッド層形成工程は、ｐ型電子ブロック層６とｐ型クラッド層７との合計厚さを７３ｎｍ以上１００ｎｍ以下とし、ｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程は、コンタクト層８の厚さを、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とする。

【0021】

以下、発光素子１００及びその製造方法の詳細を説明する。

【0022】

＜層厚さ＞
本実施形態において、発光素子１００の各層の厚さは、ＴＥＭ―ＥＤＳ（透過電子顕微鏡）で撮影した像に基づいて計測する。すなわち、各層の厚さは、発光素子１００の断面を撮影した像における各層厚さの平均値を用いる。なお、基板１の厚さは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により計測した値を用いる。

【0023】

＜Ａｌ組成比の測定＞
本実施形態における「ＡｌＧａＮ」は、Ａｌ組成比をαとするとＡｌ_αＧａ_１－αＮであることを意味する。本実施形態におけるＡｌＧａＮのＡｌ組成比αの値は、各層を成長した際に各層表面に対して行ったフォトルミネッセンス測定により観測された波長から特定する。Ａｌ組成比αは、規定がなければ０以上１以下の範囲内である。発光素子１００の断面からＡｌ組成を特定する方法としては、例えばＥＤＳ（エネルギー分散型X線分光）を使用することができる。

【0024】

また、本実施形態において「ＧａＮ」「ＡｌＮ」と表記する場合は、それぞれＧａ及びＡｌの組成比が１．０であることを意味する。「ＧａＮ」「ＡｌＮ」「ＡｌＧａＮ」は、インジウムを含め記載されていない他のＩＩＩ族元素の組成比が０．０４以下（モル分率で４％以下）の微量含まれるようなものは許容するものとする。

【0025】

＜表面粗さの測定＞
本実施形態における表面粗さの値は、５μｍ×５μｍの矩形状の範囲に対してＡＦＭ（原子間力顕微鏡）測定を行って求める。平均算術粗さ（Ｒａ）及び最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、ＡＦＭ測定により取得した表面プロファイルに基づいて、ＪＩＳ(Ｂ０６０１－２００１)の定めに従って求める。平均算術粗さ（Ｒａ）及び最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、ＡＦＭ装置に付属するアプリケーション・ソフトウェアにより自動計算して求めてよい。

【0026】

＜結晶性の測定＞
本実施形態における結晶性の評価は、Ｘ線回折装置によるＸ線ロッキングカーブの半値幅（arcsec）の値とする。半値幅は、Ｘ線回折装置に付属するアプリケーション・ソフトウェアにより自動計算してもとめてよい。本実施形態では、評価対象の（０００１）面と（１０－１２）面のそれぞれに対してＸ線を照射してその回折プロファイルを評価する。特に（１０－１２）面における測定結果は、結晶内の貫通転位密度（螺旋及び刃状の混合転位）の指標となる。

【0027】

＜ドーパント濃度の測定＞
本発明におけるドーパント濃度は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）により測定した値を用いる。なお、アンドープとはＭＯＣＶＤ成長時にＭｇやＳｉ等の特定のドーパントの原料ガスを意図的には供給しないことをいい、製造過程におけるＣ、Ｈ、Ｏのような不可避的な不純物が含まれていても良い。また、本発明におけるｉ型とは、アンドープであって、キャリア密度が４×１０^１６ｃｍ^－３以下であることをいう。

【0028】

基板１は、ＩＩＩ族窒化物をエピタキシャル成長することが可能な公知の基板を用いることができる。例えば、サファイア基板、ＡｌＮ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板などを使用できる。本実施形態では、基板１がサファイア基板である場合を例示して以下説明する。

【0029】

基板１としてサファイア基板を用いる場合は、図２に示すように、基板１上にＡｌＮ層１１を形成し、そのＡｌＮ層１１を高温で熱処理することによってＡｌＮ層１１の（１０－１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を４００秒以下まで低転位化したＡｌＮテンプレート基板を使用することがより好ましい。以下では、基板１上にＡｌＮ層１１が形成されたものをＡｌＮテンプレート基板と称する。

【0030】

＜バッファ層＞
次に、図１、図３に示すように、ＡｌＮテンプレート基板上にバッファ層２を形成する。バッファ層２は、基板１上のＡｌＮ層１１とｎ型半導体層３との間に位置し、基板１及びＡｌＮ層１１とｎ型半導体層３との間の格子定数差を緩和する層である。バッファ層２はＡｌ組成の異なる複数のＡｌＧａＮ層を積層させた層により、又は、Ａｌ組成傾斜層により構成されることが好ましい。また、バッファ層２は、アンドープとすることが好ましい。バッファ層２の厚さは、例えば５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましい。

【0031】

図１、図３では、バッファ層２が、それぞれＡｌ組成の異なるＡｌＧａＮ層である第一バッファ層２１と第二バッファ層２２とを積層させた層である場合を示している。

【0032】

＜ｎ型半導体層＞
ｎ型半導体層３は、Ａｌ組成比ｘを有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮにＳｉなどのｎ型ドーパントを含有してｎ型半導体として機能する層である。ｎ型ドーパントの濃度は１×１０^１８ｃｍ^－３から５×１０^１９ｃｍ^－３程度であることが好ましい。ｎ型半導体層３はバッファ層２を形成した後に、バッファ層２における、ＡｌＮテンプレート基板に対向する側の面とは反対側の面側に形成される（ｎ型半導体層形成工程の一例）。

【0033】

ｎ型半導体層３の表面の５μｍ角範囲の平均表面粗さ（Ｒa）は１ｎｍ以下であることが好ましい。ｎ型半導体層３表面が平坦であることで、その上に成長される層も平坦性を維持することができる。

【0034】

また、ｎ型半導体層３の（１０－１２）面のＸ線回折での半値幅が３５０秒以下であることが好ましく、３００秒以下であることがより好ましい。ｎ型半導体層３のＡｌ組成比ｘは０．２以上０．３５以下であることが好ましい。Ａｌ組成比ｘは、後述の井戸層４１のＡｌ組成比ｗより大きく、ｗ＜ｘである。

【0035】

ｎ型半導体層３の層の厚さは、キャリアを供給するのに十分な厚さであればよく、例えば３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましい。

【0036】

後述するように、露出したｎ型半導体層３上の一部には、ｎ側電極９２が形成される。変形例としては、ｎ型半導体層３とｎ側電極９２との間に、Ａｌ組成がｎ型半導体層３よりも低い、Ａｌ組成が０以上０．２以下のＡｌＧａＮ層を有していても良い。

【0037】

ｎ型半導体層３上には、ｎ型半導体層３と同じＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮにＳｉなどのｎ型ドーパントを含有してｎ型半導体として機能する層であって、ｎ型半導体層３よりも薄いｎ型ガイド層３１を形成してもよい。

【0038】

＜発光層＞
発光層４は、ＡｌＧａＮからなる層を含む層である。発光層４は、複数の井戸層４１と複数の障壁層４２（バリア層）とを有し、これらが交互に積層された層である。すなわち、発光層４は、発光中心波長に応じたＡｌ組成比を有する井戸層４１と、井戸層４１，４１を挟む障壁層４２とを有し、井戸層４１と障壁層４２の組み合わせを１ペア以上繰り返す構成を有する。発光層４の両面は障壁層４２である。発光層４は、ｎ型半導体層３を形成した後に、ｎ型半導体層３における、ＡｌＮテンプレート基板に対向する側の面とは反対側の面側に形成される（発光層形成工程の一例）。

【0039】

本実施形態の井戸層４１は、Ａｌ組成比ｗを有するＡｌ_ｗＧａ_１－ｗＮからなる層である。Ａｌ組成比ｗは、例えば、発光中心波長を３２０ｎｍ超えとする場合、ｗ＜０．３とすることが好ましい。また、発光中心波長を３３１ｎｍ以上とする場合はｗ≦０．１５とすることが好ましい。また、発光中心波長を３４９ｎｍ以下とする場合は０．０７≦ｗとすることが好ましい。井戸層４１の厚さは１ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることが好ましい。井戸層４１はアンドープであることが好ましい。

【0040】

障壁層４２は、は、Ａｌ組成比ｂを有するＡｌ_ｂＧａ_１－ｂＮからなる層である。障壁層４２のＡｌ組成比ｂは、ｗ＋０．０５≦ｂ≦ｗ＋０．３の範囲内とすることが好ましい。障壁層４２の厚さは３ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることが好ましい。障壁層４２は、アンドープまたはＳｉなどのｎ型ドーパントを入れたｎ型であって良い。

【0041】

＜ｉ型ガイド層＞
ｉ型ガイド層５は、障壁層４２よりも高いＡｌ組成比を有し、厚さが０．７ｎｍ以上１．３ｎｍ以下のi型層である。ｉ型ガイド層５のＡｌ組成比は、後述するｐ型電子ブロック層６のＡｌ組成比ｙよりも高いことが好ましく、最も好ましくはＡｌＮである。ｉ型ガイド層５は、発光層４を形成した後に、発光層４における、ＡｌＮテンプレート基板に対向する側の面とは反対側の面側に形成される（発光層形成工程の一例）。

【0042】

ｉ型ガイド層５の製造方法としては２種類存在する。一つは、直接的に上記の厚さとＡｌ組成を有するｉ型ガイド層５を形成する方法である。もう一つは、上記の厚さ以上の厚さを有するＡｌＧａＮ層を形成後に、キャリアガスを窒素から水素に変える過程で、窒素分圧の減少から当該ＡｌＧａＮ層のＧａが揮発してＡｌ組成が上昇して結果として上記の厚さとＡｌ組成を有するｉ型ガイド層５とする方法である。本実施形態では、いずれの方法も採用しうる。

【0043】

＜ｐ型電子ブロック層＞
ｐ型電子ブロック層６は、Ａｌ組成比ｙを有するＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮからなるｐ型半導体として機能する層である。ｐ型電子ブロック層６にドープされるｐ型ドーパント（ｐ型不純物）は、例えばＭｇである。ｐ型ドーパントの濃度は１×１０^１８ｃｍ^－３から５×１０^１９ｃｍ^－３程度であってよい。ｐ型電子ブロック層６は、ｉ型ガイド層５を形成した後に、ｉ型ガイド層５における、ＡｌＮテンプレート基板に対向する側の面とは反対側の面側に形成される。

【0044】

Ａｌ組成比ｙは、０．３５以上０．４５以下である。ｐ型電子ブロック層６は、厚さが１１ｎｍ以上７０ｎｍ以下である。このようなＡｌ組成比ｙ及び厚さを有することにより、ｐ型電子ブロック層６は、その表面粗さの悪化を抑制しつつ、電子ブロック層としての役割を果たして発光出力の向上を実現する。発光出力の向上には６０ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。

【0045】

Ａｌ組成比ｙが０．４５を超える場合や、ｐ型電子ブロック層６の厚さが７０ｎｍを超える場合では、ｐ型電子ブロック層６及びコンタクト層８の表面粗さ（特に最大表面粗さ）が大幅に増加する恐れがある。Ａｌ組成比ｙが０．３５未満の場合やｐ型電子ブロック層６の厚さが１０ｎｍ以下または７０ｎｍ超の場合は、信頼性が悪化または発光出力が低下する恐れがある。

【0046】

ｐ型電子ブロック層６は、単一層で構成されても、複数層で構成されても良い。ｐ型電子ブロック層６が複数層で構成される場合は、Ａｌ組成の異なる層や、ドーパント濃度が異なる層、Ｓｉドープ層やＳｉとＭｇのコドープ層を有していてもよい。

【0047】

＜ｐ型クラッド層＞
ｐ型クラッド層７は、Ａｌ組成比ｚを有するＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮからなるｐ型半導体として機能する層である。Ａｌ組成比ｚは０．１７以上０．２７以下であることが好ましい。ｐ型クラッド層７にドープされるｐ型ドーパントは、例えばＭｇである。ｐ型ドーパントの濃度は１×１０^１８ｃｍ^－３から５×１０^１９ｃｍ^－３程度であってよい。ｐ型クラッド層７は、ｐ型電子ブロック層６を形成した後に、ｐ型電子ブロック層６における、ＡｌＮテンプレート基板に対向する側の面とは反対側の面側に形成される（ｐ型クラッド層形成工程の一例）。

【0048】

ｐ型クラッド層７のＡｌ組成比ｚと他の層のＡｌ組成比との関係としては、ｐ型クラッド層７のＡｌ組成比ｚはｐ型電子ブロック層６のＡｌ組成比ｙ未満（ｚ＜ｙ）である。ｐ型クラッド層７のＡｌ組成比ｚはｐ型電子ブロック層６のＡｌ組成比ｙの０．４８倍以上０．６０倍以下とすることが好ましい。以下では、ｐ型電子ブロック層６のＡｌ組成比ｙに対するｐ型クラッド層７のＡｌ組成比ｚの比率を、Ａｌ比と称する場合がある。また、Ａｌ組成比ｚは、ｎ型半導体層３のＡｌ組成比ｘ以下（ｚ≦ｘ）であることも好ましい。Ａｌ組成比ｚは、前述の井戸層４１のＡｌ組成比ｗより大きい（ｗ＜ｚ）。

【0049】

ｐ型クラッド層７の厚さは、以下のようにｐ型電子ブロック層６の厚さに応じて調整することが好ましい。

【0050】

ｐ型クラッド層７の厚さを決めるにあたって、ｐ型電子ブロック層６とｐ型クラッド層７との合計厚さは、７３ｎｍ以上１００ｎｍ以下とする。この範囲内に納めることにより、発光出力と平坦性とを両立させることができる。発光出力の向上にはｐ型電子ブロック層６とｐ型クラッド層７との合計厚さを７９ｎｍ以上とすることがより好ましい。

【0051】

また、電子ブロック層の厚さが６０ｎｍ以下では、電子ブロック層の厚さが一定の場合に合計厚さが厚い方がより出力が大きい傾向を示していることから、出力の向上効果が顕著となる範囲としては、電子ブロック層の厚さを１１ｎｍ以上６０ｎｍ以下、かつ、ｐ型電子ブロック層６とｐ型クラッド層７との合計厚さを７９ｎｍ以上１００ｎｍ未満とすることがより好ましい。

【0052】

ｐ型クラッド層７の厚さをｐ型電子ブロック層６の厚さで割った値（以下、層厚比と記載する場合がある）は少なくとも０．１以上であれば良い。コンタクト層８の最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）を抑制するためには、層厚比は０．４以上であることが好ましく、０．５５以上であることがより好ましい。層厚比の上限は６．０以下とすることができる。層厚比が０．４未満となると、ｐ型クラッド層７の表面平坦性が悪化してコンタクト層８のＲmaxが大きくなる傾向がある。

【0053】

＜コンタクト層＞
コンタクト層８は、ＧａＮからなる、ｐ型半導体として機能する層である。コンタクト層８にドープされるｐ型ドーパントは、例えばＭｇである。ｐ型ドーパントの濃度は１×１０^１９ｃｍ^－３から５×１０^２１ｃｍ^－３程度であってよい。コンタクト層８は、ｐ型クラッド層７を形成した後に、ｐ型クラッド層７における、ＡｌＮテンプレート基板に対向する側の面とは反対側の面側に形成される（ｐ型ＧａＮコンタクト層形成工程の一例）。

【0054】

コンタクト層８の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。コンタクト層８の厚さは、より好ましくは、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。ｐ型電子ブロック層６とｐ型クラッド層７とを上述のものとすることで、コンタクト層８をこのように薄い層としても、コンタクト層８の表面を平坦なものとすることができる。

【0055】

コンタクト層８の表面における５μｍ×５μｍの矩形状の範囲の最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、９ｎｍ以下であり、８ｎｍ以下であることが好ましく、６．５ｎｍ未満であることがより好ましい。ｐ型電子ブロック層６のＡｌ組成比の範囲を０．３５以上０．４５以下とし、かつ上記の層厚比を０．４以上とすることでコンタクト層８の表面における最大表面粗さを８ｎｍ以下とすることができる。そして、ｐ型電子ブロック層６のＡｌ組成比の範囲を０．３５以上０．４５以下とし、かつ上記の層厚比を０．５５以上とすることでコンタクト層８の表面における最大表面粗さを６．５ｎｍ未満とすることができる。最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）が大きいと、その最大表面粗さを持つ表面にｐ側電極９１が形成された場合に、ｐ側電極９１の信頼性が損なわれる場合がある。これにより、発光素子１００への通電時にｐ側電極９１が壊れ、発光素子１００が突然発光しなくなることがある。

【0056】

コンタクト層８の表面における５μｍ×５μｍの矩形状の範囲の平均表面粗さ（Ｒa）は、１ｎｍ以下であることが好ましく、０．０１以上０．６ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0057】

コンタクト層８は単一層で構成されても、複数層で構成されても良い。複数層で構成される場合は、Ａｌ組成の異なる層や、ドーパント濃度が異なる層、Ｓｉドープ層やＳｉとＭｇのコドープ層を有していてもよい。コンタクト層８のｐ側電極９１を形成する側の最表面に、ｐ型ドーパントの濃度が１×１０^２０ｃｍ^－３～５×１０^２１ｃｍ^－３程度に高い領域を有していることも好ましい。

【0058】

発光素子１００をフィリップチップ型の素子とする場合、図４に示すように、ｎ型半導体層３よりも上にあるｎ型ガイド層３１及び発光層４からコンタクト層８までの一部をドライエッチング法により除去して、ｎ型半導体層３の一部を露出させ、その後、図１に示すように、露出したｎ型半導体層３上（本実施形態では、発光層４と同じ側の面上）の一部にｎ側電極９２を形成する。また、コンタクト層８上（コンタクト層８における、ＡｌＮテンプレート基板に対向する側の面とは反対側の面上）の一部にｐ側電極９１を形成する（ｐ側電極形成工程の一例）。なお、変形例として、ｎ型半導体層３の一部を露出させた後に、露出させたｎ型半導体層３上に、Ａｌ組成比がｎ型半導体層３よりも低く、そのＡｌ組成比が０以上０．２以下のＡｌＧａＮからなる層を形成し、その上にｎ側電極９２を形成しても良い。

【0059】

ｐ側電極９１としては、コンタクト層８に用いることが可能な公知の電極を選択すればよい。ｐ側電極９１は、発光中心波長の反射率が５０％以上ある反射電極であることが好ましい。ｐ側電極９１としては、例えば、第一の金属（Ｎｉ）と第二の金属（Ａｕ、Ｒｈ）の組み合わせや、導電性の金属窒化物を用いることができる。ｐ側電極９１を反射電極とする場合は、ｐ側電極９１にＲｈを含有させることが好ましい。

【0060】

ｎ側電極９２としては、コンタクト層８に用いることが可能な公知の電極を選択すればよい。ｎ側電極９２はとしては、例えば、第一の金属（Ｔｉ）と第二の金属（Ａｌ、Ｒｈ）の組み合わせや、導電性の金属窒化物を用いることができる。

【0061】

ウエハから個々の発光素子１００のチップに個片化するにあたり、分離予定位置における基板上の各層は、ドライエッチング等を用いて除去することが好ましい。その際、各層の側面にメサ（傾斜部）が生じても良い。発光素子１００のチップサイズは１辺が２００μｍから２０００μｍの正方形、長方形や六角形とすることができる。基板の個片化においては、スクライブやレーザーダイシングが使用できる。個片化の前に研削等によって基板の厚さを調整しても良い。

【0062】

発光素子１００の他の実施形態としては、垂直型の素子としても良い。導電性の基板をエピタキシャル成長用基板として使用する方法や、エピタキシャル成長時に用いた基板を除去したりすることにより、垂直型の素子とすることが出来る。エピタキシャル成長時に用いた基板を除去する場合は、コンタクト層８上にｐ側電極９１を形成し、その上に、発光素子１００としてハンドリングが可能な厚さとなるのに十分な厚さを有する導電性の支持体を形成し、その後に成長用基板（サファイア基板）を公知の方法によって除去して露出させたｎ型半導体層３上の一部にｎ側電極９２を形成する。

【0063】

各層のエピタキシャル成長の方法としては、ＭＯＣＶＤ法を採用しうる。各層のエピタキシャル成長にあたっては、トリメチルアルミニウムガス（ＴＭＡガス）、トリメチルガリウムガス（ＴＭＧガス）、及びアンモニアガス（ＮＨ_３ガス）からなる原料ガスを用いることが好ましい。エピタキシャル成長の成長温度としては、Ａｌ組成比にもよるが、１０００℃以上１４００℃以下が好ましい。また、エピタキシャル成長を行うチャンバ内の成長圧力は、例えば１０Ｔｏｒｒから７６０Ｔｏｒｒとすることができる。なお、成長温度及び成長圧力に応じて最適なＩＩＩ族元素に対するＶ族元素のモル比（Ｖ/ＩＩＩ比）が存在するため、原料ガスの流量を適宜設定することが好ましい。

【0064】

以下、実施例により本実施形態に係る発光素子１００を説明する。

【0065】

（実施例1）
サファイア基板（直径２インチ、厚さ４３０μｍ、面方位（０００１）、ｍ軸方向オフ角θ：０．５度）を用意して、ＭＯＣＶＤ法により、上記サファイア基板上に中心膜厚６００ｎｍのＡｌＮ層を成長させた。その後、熱処理炉により窒素ガス雰囲気で１６５０℃で４時間加熱して、ＡｌＮテンプレート基板を得た。

【0066】

ＡｌＮテンプレート基板のＡｌＮ層のＸ線回折装置（Ｄ８ ＤＩＳＣＯＶＥＲ ＡＵＴＯＷＡＦＳ；Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ社製、ＣｕＫα１線）による（１０－１２）のＸ線ロッキングカーブの半値幅は２８８秒であり、３００秒以下であった。

【0067】

ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて、ウエハの中心部に対して５μｍ×５μｍの矩形状の範囲における、ＡｌＮテンプレート基板の表面粗さを測定したところ、平均表面粗さ（Ｒa）は０．２３ｎｍであり、最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）は３ｎｍであった。

【0068】

ＡｌＮテンプレート基板を得た後、ＭＯＣＶＤ法により、上記ＡｌＮテンプレート基板上に、アンドープのＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ｎからなる厚さ３０ｎｍの第一バッファ層を形成し、次に、アンドープのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎからなる厚さ１０００ｎｍの第二バッファ層を形成した。

【0069】

続いて、Ｓｉドープした厚さ２４００ｎｍのｎ型半導体層を、上記第二バッファ層上に形成した。なお、この時点でＭＯＣＶＤ炉から取り出したときのｎ型半導体層の、Ｘ線回折による結晶性を上記と同様に測定したところ、（１０－１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅は２７０秒であり、３００秒以下であった。

【0070】

ＡＦＭを用いて、ウエハの中心部に対して５μｍ×５μｍの矩形状の範囲における、ｎ型半導体層の表面粗さを測定したところ、平均表面粗さ（Ｒa）は０．５ｎｍであり、最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）は７．４ｎｍであった。ＳＩＭＳ分析の結果、ｎ型半導体層のＳｉ濃度は１．０×１０^１９ａｔｏｍs／ｃｍ^３であった。

【0071】

続いて、成長温度を１２００℃から１１００℃に変更した後、ｎ型半導体層上に、ＳｉドープのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎからなる厚さ２５ｎｍのｎ型ガイド層を形成した後、発光層として、ＳｉドープのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎからなる厚さ１２ｎｍの障壁層と、アンドープのＡｌ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎからなる厚さ２．４ｎｍの井戸層との形成を３回繰り返して量子井戸構造とした。

【0072】

その後、発光層上（３回目の井戸層上）に、アンドープのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎからなる厚さ３ｎｍのｉ型ガイド層を形成した後、Ｖ族原料ガスの供給は継続したままＩＩＩ族原料ガスの供給を停止し、キャリアガスとしての窒素ガスを停止してキャリアガスを水素ガスへ変更し、水素ガスの供給開始から１分後にＩＩＩ族原料ガスの供給を開始して、ＭｇドープのＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ｎからなる厚さ５４ｎｍのｐ型電子ブロック層を形成し、ＭｇドープのＡｌ_０．２２Ｇａ_０．７８Ｎからなる厚さ２９ｎｍのｐ型クラッド層を形成し、ＭｇドープのＧａＮからなる厚さ８ｎｍのｐ型コンタクト層（ｐ型ＧａＮコンタクト層）を形成した。上記のキャリアガスの変更に伴い、ｉ型ガイド層は、Ｇａ成分が揮発して分解し、Ａｌ組成比がおよそ１である厚さ１．０ｎｍのｉ型ガイド層に変質している。

【0073】

ＡＦＭを用いて、エピタキシャル形成直後のウエハの中心部に対して５μｍ×５μｍの矩形状の範囲における、ｐ型コンタクト層の表面粗さを測定したところ、ｐ型コンタクト層の平均表面粗さ（Ｒa）は０．３９ｎｍであり、最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）は７．４ｎｍであった。ＳＩＭＳ分析の結果、ｐ型電子ブロック層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層のＭｇ濃度は、それぞれ、１．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、５．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、２．０×１０^２０atoms／ｃｍ^３であった。

【0074】

実施例１の各層のＡｌ組成比、ドーパントの種類、及び厚さを表１に示す。表１に記載の厚さの測定値については、ＴＥＭによる測定結果を元に記載している。各層のＡｌ組成は、フォトルミネッセンス測定により観測された波長から特定している。

【0075】

【表1】

【0076】

更に、ｐ型コンタクト層上にマスクを形成し、ドライエッチングによるメサエッチングを行って、ｎ型半導体層の一部を露出させた。その後、ｐ型コンタクト層上のマスクを除去した。

【0077】

次いで、ｐ型コンタクト層上に厚さ７ｎｍのＮｉ層及び厚さ５０ｎｍのＲｈ層を形成して、反射電極としてのｐ側電極とした。

【0078】

また、上記のｎ型半導体層の露出した一部上に、ｎ型電極として厚さ２０ｎｍのＴｉ層及び厚さ１５０ｎｍのＡｌ層を形成し、ｎ型電極とした。

【0079】

ｐ側電極及びｎ型電極の積層にはスパッタ法を用いた。ｐ側電極及びｎ型電極の電極パターンの形成にはレジストを用いたリフトオフ法を使用した。

【0080】

更に赤外線ランプアニール加熱装置を用いて５５０℃で１０分間のコンタクトアニールを行った後、レーザースクライバを用いてチップサイズ１０００μｍ×１０００μｍの矩形状の個々の素子に分離して実施例１にかかる紫外発光素子（以下、単に発光素子と記載する）を作製した。分離後のサファイア基板の厚さは４３０μｍであった。

【0081】

（実施例２から１６、比較例１から６及び従来例）
実施例１におけるｐ型電子ブロック層とＰ型クラッド層のＡｌ組成比及び層の厚さを表２及び表３に記載の通りに変えた以外は、実施例１と同様にして、実施例２から１６、比較例１から６及び従来例に係る発光素子を作成した。

【0082】

具体的には、実施例２は、ｐ型クラッド層の厚さを３５ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例３は、ｐ型クラッド層の厚さを４１ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例４は、ｐ型ブロック層の厚さを２２ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを６４ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例５は、ｐ型ブロック層の厚さを３８ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを４１ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例６は、ｐ型ブロック層の厚さを３８ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを３５ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例７は、ｐ型ブロック層の厚さを１１ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを６４ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例８は、ｐ型ブロック層の厚さを５４ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを２３ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例９は、ｐ型ブロック層の厚さを７０ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを２９ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例１０は、ｐ型ブロック層の厚さを７０ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを１２ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。

【0083】

実施例１１は、ｐ型ブロック層の厚さを１１ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを７６ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例１２は、ｐ型ブロック層の厚さを１１ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを７０ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例１３は、ｐ型ブロック層の厚さを１１ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを８９ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例１４は、ｐ型ブロック層の厚さを２２ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを７８ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例１５は、ｐ型ブロック層の厚さを３８ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを６２ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。実施例１６は、ｐ型ブロック層の厚さを７０ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを３ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。

【0084】

また、比較例１は、ｐ型クラッド層の厚さを１８ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。比較例２は、ｐ型ブロック層の厚さを３８ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを２９ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。比較例３は、ｐ型ブロック層の厚さを８６ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを２９ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。比較例４は、ｐ型ブロック層の厚さを２２ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを４１ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。比較例５は、ｐ型ブロック層の厚さを１１ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを５３ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。比較例６は、ｐ型ブロック層の厚さを５ｎｍ、ｐ型クラッド層の厚さを６４ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。従来例は、ｐ型クラッド層の厚さを３５０ｎｍにした以外は、実施例１と同様である。

【0085】

なお、表２、表３中、「ＢＬ」及び「ＣＬ」は、それぞれ、ｐ型電子ブロック層及びｐ型クラッド層を意味する略称である。また、「Ａｌ比」は、ｐ型電子ブロック層のＡｌ組成比に対する型クラッド層のＡｌ組成比の比率である。また、「層厚比ＣＬ／ＢＬ」は、ｐ型クラッド層の厚さをｐ型電子ブロック層の厚さで割った値である。また、「合計厚さＢＬ＋ＣＬ」は、ｐ型電子ブロック層とｐ型クラッド層との合計厚さである。なお、従来例及び比較例の発光素子は、いずれも、ｐ型電子ブロック層とｐ型クラッド層との合計厚さが７３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲を外れるように、ｐ型電子ブロック層及びｐ型クラッド層の厚さを定めている。以下の説明において、従来例とされる発光素子は、ｐ型電子ブロック層とｐ型クラッド層との合計厚さが極めて厚い場合を説明の便宜上従来例と呼称したにすぎず、本実施形態に係る実施例に対しては、比較例として位置付けられるものである。

【0086】

【表2】

【0087】

【表3】

【0088】

実施例、比較例及び従来例のそれぞれの発光素子は、フリップチップ方式で球状Ａｕバンプを用いてＡｌＮ製サブマウント（サイズ２ｍｍ×２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）に実装した。更にＡｌＮ製サブマウントにＡｌ製ヒートシンクを接続した状態で、定電流電源装置を用いて３５０ｍＡの通電を行い、その際の順方向電圧（Ｖｆ）を測定すると共にサファイア基板側に配置した積分球により全光束の発光出力（Ｐｏ）の測定を行った。

【0089】

特に発光出力（Ｐｏ）については、実施例、比較例及び従来例のそれぞれのウエハの中心部分から５個の発光素子をサンプリングして測定する抜き取り測定を併せて行い、その平均値を算出した。この測定結果は、表２及び表３中、「チップ測定」における「Ｐｏ平均」として示している。なお、実施例１～１０、比較例１～５及び従来例の測定結果を表２に、実施例１１～１６、比較例６の測定結果を表３に示す。

【0090】

実施例１～１０、比較例１～５及び従来例の、エピタキシャル形成直後のウエハ中心部に対しては、ＡＦＭを用い、ｐ型コンタクト層の表面の表面粗さ（Ｒａ及びＲｍａｘ）を測定した。これら測定の結果については、表２中、「コンタクト層ＡＦＭ」以下の項目に記載する。なお、実施例１１～１６、比較例６については、ＡＦＭを用いた、表面粗さ測定は行わなかった。

【0091】

なお、実施例、比較例及び従来例のチップに対して発光中心波長（λｐ）を分光機により測定したところ、いずれのチップの発光中心波長も３４０ｎｍ±５ｎｍの範囲内であった。

【0092】

また、各実施例の発光素子は、いずれも、従来例及び比較例の発光素子と比べて、発光出力の平均が高い。すなわち、本実施形態のごとくｐ型電子ブロック層の厚さが１１ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、かつ、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の合計厚さが７３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である場合の発光素子は、そうでない場合の発光素子と比べて、発光出力が高くなる。図５に、縦軸をｐ型クラッド層の厚さ、横軸をｐ型電子ブロック層の厚さとした場合の、実施例と比較例を図示した。図内の数値は、Po平均（ｍW）の値である。なお、比較例６ではｐ型電子ブロック層の厚さが薄いため、初期発光出力は実施例7に比べると大きいものの、600ｍＡでの500時間通電による発光出力の低下割合が80％以下となり、実施例に比べて信頼性が低下しており、表２においても、「信頼性悪化」と示した。

【0093】

このように、本実施形態によれば、発光中心波長が３２０ｎｍ超え３５０ｎｍ未満、特に３３０ｎｍ超え３５０ｎｍ未満で大きな発光出力を得られる紫外発光素子を提供することができるのである。

【0094】

なお、実施例間の比較では、ｐ型コンタクト層の平均表面粗さ（Ｒa）は、１ｎｍ以下であることが好ましく、０．０１以上０．６ｎｍ以下であることがより好ましい。更に好ましくは、０．３以上０．６ｎｍ以下である。また、ｐ型コンタクト層の最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、８ｎｍ以下が好ましいようである。

【0095】

以上のようにして、発光中心波長が３２０ｎｍ超え３５０ｎｍ未満で大きな発光出力を得られる紫外発光素子及びその製造方法を提供することができる。

【0096】

従来例と実施例１について、チップ選別機を用い、ウエハ内に得られた全ての発光素子から製造されたチップについて行った（すなわち、全数測定を行った）。この全数測定は、２０ロットについて行った。この２０ロットに対して実施した全数測定結果の平均とロット間のバラつきは、従来例では平均出力が７７．９ｍＷで標準偏差が１６．０ｍＷであったのに対し、実施例１では平均出力が８９．１ｍＷで標準偏差が１２．２ｍＷであった。従来例に比べてｐ型層の厚さの薄い実施例１の発光素子は、発光出力の平均が高く、ロット間の標準偏差値（バラつき）が小さいことが分かる。

【0097】

なお、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0098】

本発明は、発光素子及びその製造方法に適用できる。

【符号の説明】

【0099】

１ ：基板
１１ ：ＡｌＮ層
１００ ：発光素子（紫外線発光素子）
２ ：バッファ層
２１ ：第一バッファ層
２２ ：第二バッファ層
３ ：ｎ型半導体層
３１ ：ｎ型ガイド層
４ ：発光層（量子井戸型発光層）
４１ ：井戸層
４２ ：障壁層
５ ：ｉ型ガイド層
６ ：ｐ型電子ブロック層
７ ：ｐ型クラッド層
８ ：ｐ型コンタクト層（ｐ型ＧａＮコンタクト層）
９１ ：ｐ側電極
９２ ：ｎ側電極

【要約】

【課題】発光中心波長が３２０ｎｍ超え３５０ｎｍ未満で大きな発光出力を得られる紫外発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】発光素子１００は、Ａｌ組成比ｘを有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮからなるｎ型半導体層３、量子井戸型発光層４、Ａｌ組成比ｙを有するＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮからなるｐ型電子ブロック層６、Ａｌ組成比ｚを有するＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮからなるｐ型クラッド層７、及びｐ型ＧａＮコンタクト層８を、この順に備え、ｐ型電子ブロック層６は、Ａｌ組成比ｙが０．３５以上０．４５以下で、その厚さが１１ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、ｐ型電子ブロック層６とｐ型クラッド層７との合計厚さは、７３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】