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(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】
(24)【登録日】2024-05-15
(45)【発行日】2024-05-23
(54)【発明の名称】紫外線発光素子
(51)【国際特許分類】
H01L 33/32 20100101AFI20240516BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20240516BHJP
【ＦＩ】
H01L33/32
H01L21/205
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020147117
(22)【出願日】2020-09-01
(65)【公開番号】P2022041739
(43)【公開日】2022-03-11
【審査請求日】2023-05-29
(73)【特許権者】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】吉川 陽
(72)【発明者】
【氏名】永富 隆清
【審査官】皆藤 彰吾
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０８７７１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１１０１９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１１９５１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１５２４４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１５０２８０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２０－０７７８３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／３２
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ａｌを含む窒化物半導体を含む基板と、前記基板上に配置され、ＡｌおよびＧａを含む第１導電型窒化物半導体層と、
前記第１導電型窒化物半導体層上に配置され、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体を含む発光層と、
前記発光層上に配置され、前記第１導電型窒化物半導体層と異なる導電型を有する第２導電型窒化物半導体層と、
を備え、
前記第２導電型窒化物半導体層は、ドーパント原子としてＭｇを含み、
前記ドーパント原子の濃度である前記ドーパント原子濃度は、前記第２導電型窒化物半導体層の厚み方向に濃度分布を有し、
前記第２導電型窒化物半導体層の厚み方向における両端の領域である端部領域におけるＭｇの濃度は、３×１０ ２０ ｃｍ －３ 以上９×１０ ２０ ｃｍ －３ 以下であり、
前記第２導電型窒化物半導体層の厚み方向の中心領域におけるＭｇの濃度は、７×１０ １８ ｃｍ －３ 以上４×１０ １９ ｃｍ －３ 以下である
紫外線発光素子。
【請求項2】
前記ドーパント原子は、Ｍｇ、ＺｎまたはＢｅの少なくとも一種である請求項１に記載の紫外線発光素子。
【請求項3】
前記第２導電型窒化物半導体層における、前記ドーパント原子濃度が高い領域の厚さは、前記第２導電型窒化物半導体層の厚さの５％以上５０％以下である請求項１または２に記載の紫外線発光素子。
【請求項4】
前記第２導電型窒化物半導体層の層厚は、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項5】
直下の層に対する前記第２導電型窒化物半導体層の被覆率は、８０％以上１００％以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項6】
前記第２導電型窒化物半導体層は、ＡｌｘＧａ（１－ｘ）Ｎ（０≦ｘ≦０．２）で形成されている請求項１から５のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項7】
前記発光層と前記第２導電型窒化物半導体層との間に設けられた組成傾斜層を備え、前記組成傾斜層は、ＡｌｙＧａ（１－ｙ）Ｎ（０．１≦ｙ≦１．０）で形成され、Ａｌ組成ｙは前記基板から遠ざかる方向にむかって減少する
請求項１から６のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項8】
前記組成傾斜層の膜厚は、１５ｎｍ以上６０ｎｍ以下である請求項７に記載の紫外線発光素子。
【請求項9】
前記基板は、ＡｌＮ単結晶基板であり、前記第１導電型窒化物半導体層は、３００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の膜厚を有するＡｌｚＧａ（１－ｚ）Ｎ（０．６≦ｚ≦０．９）で形成されている
請求項１から８のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項10】
前記第２導電型窒化物半導体層の面内ａ軸方向の格子定数が、直下の層に対して整合しており、前記ドーパント原子は格子に置換されている請求項１から９のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項11】
第１導電型窒化物半導体層は、ＡｌｚＧａ（１－ｚ）Ｎ（０．６≦ｚ≦０．９）で形成されており、前記発光層の上下それぞれに、ＡｌｐＧａ（１－ｐ）Ｎ（０．５≦ｐ≦ｚ）で形成された導波路層を更に備える
請求項１から１０のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、紫外線発光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
紫外線発光素子は、発光層のバンドギャップエネルギーを制御することにより発光波長を制御することができるとともに、寿命が長く信頼性が高くなる。そのため、紫外線発光素子は、照明、計測器用光源、殺菌用光源など様々な用途に利用されている。一般的な紫外線発光素子は、基板上に、発光層をｐ型窒化物半導体とｎ型窒化物半導体で挟んだＰＩＮ構造を有する。
【0003】
紫外線発光素子の電力変換効率（ＷＰＥ：Wall Plug Efficiency）を向上させるために、紫外線発光素子の発光強度（発光出力）を向上させ、シリーズ抵抗を低下させる必要がある。このため、例えばＣとＭｇとを含むＶ族ガスとIII族ガスとを交互に照射することで、紫外線発光素子を構成する窒化物半導体層として低抵抗のｐ型ＡｌＧａＮ層を得る手法が検討されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第５９４０３５５号
【文献】国際公開２０１１－１０４９６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述したような、紫外線発光素子は、窒化物半導体層としてｐ型ＧａＮ層を備える紫外線発光素子と比較して抵抗が悪化したり、多重量子障壁層によりデバイス抵抗が悪化したりするため、電力変換効率が低下する。
本開示の目的は、電力変換効率の高い紫外線発光素子を提供することにある。
本開示の目的は、電力変換効率の高い紫外線発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するために、本開示の一実施形態に係る紫外線発光素子は、Ａｌを含む窒化物半導体を含む基板と、基板上に配置され、ＡｌおよびＧａを含む第１導電型窒化物半導体層と、第１導電型窒化物半導体層上に配置され、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体を含む発光層と、発光層上に配置され、第１導電型窒化物半導体層と異なる導電型を有する第２導電型窒化物半導体層と、を備え、第２導電型窒化物半導体層は、ドーパント原子を含み、ドーパント原子の濃度であるドーパント原子濃度は、第２導電型窒化物半導体層の厚み方向に濃度分布を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、電力変換効率の高い紫外線発光素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の第一実施形態に係る紫外線発光素子の一構成例を示す断面図である。
【図2】本開示の第一実施形態に係る紫外線発光素子の他の構成例を示す断面図である。
【図3】本開示の第二実施形態に係る紫外線発光素子の一構成例を示す断面図である。
【図4】本開示の第三実施形態に係る紫外線発光素子の一構成例を示す断面図である。
【図5】本開示の第四実施形態に係る紫外線発光素子の一構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態を通じて本実施形態に係る紫外線発光素子を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0010】
【0011】
（１．１）紫外線発光素子の構成
図１を参照して、第一実施形態に係る紫外線発光素子１について説明する。紫外線発光素子１は、Ａｌを含む窒化物半導体を含む基板１１と、基板１１上に配置され、ＡｌおよびＧａを含む第１導電型窒化物半導体層１２と、第１導電型窒化物半導体層１２上に配置され、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体を含む発光層１３と、発光層１３上に配置され、第１導電型窒化物半導体層１２と異なる導電型を有し、ドーパントを含む第２導電型窒化物半導体層１４と、を備えている。そして、ドーパントの原子濃度は、第２導電型窒化物半導体層１４の厚さ方向に濃度分布を有している。
図１を参照して、第一実施形態に係る紫外線発光素子１について説明する。紫外線発光素子１は、Ａｌを含む窒化物半導体を含む基板１１と、基板１１上に配置され、ＡｌおよびＧａを含む第１導電型窒化物半導体層１２と、第１導電型窒化物半導体層１２上に配置され、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体を含む発光層１３と、発光層１３上に配置され、第１導電型窒化物半導体層１２と異なる導電型を有し、ドーパントを含む第２導電型窒化物半導体層１４と、を備えている。そして、ドーパントの原子濃度は、第２導電型窒化物半導体層１４の厚さ方向に濃度分布を有している。
【0012】
図１に示すように、紫外線発光素子１は、基板１１、第１導電型窒化物半導体層１２、発光層１３および第２導電型窒化物半導体層１４が順に積層されて構成されている。また、紫外線発光素子１は、第１導電型窒化物半導体層１２と接続された第１電極１５Ａと、第２導電型窒化物半導体層１４と接続された第２電極１５Ｂとを備えている。
以下、各層について詳細に説明する。
以下、各層について詳細に説明する。
【0013】
（基板）
基板１１は、Ａｌを含む窒化物半導体を含んでいる。Ａｌを含む窒化物半導体は、例えばＡｌＮである。Ａｌを含む窒化物半導体は、ＡｌＮに限定されず、例えばＡｌＧａＮであってよい。例えば、基板１１がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体単結晶基板である場合、基板１１の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる。
基板１１は、Ａｌを含む窒化物半導体を含んでいる。Ａｌを含む窒化物半導体は、例えばＡｌＮである。Ａｌを含む窒化物半導体は、ＡｌＮに限定されず、例えばＡｌＧａＮであってよい。例えば、基板１１がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体単結晶基板である場合、基板１１の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる。
【0014】
ここで、「基板１１は…窒化物半導体を含む」という表現における「含む」とは、窒化物半導体を主に層内に含むことを意味するが、その他の元素を含む場合もこの表現に含まれる。具体的には、他の元素を少量（例えばＧａ（Ｇａが主元素でない場合）、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、またはＳｂ等の元素を数％以下）加える等してこの層の組成に軽微な変更を加える場合についてもこの表現に含まれる。その他の層の組成の表現においても、「含む」という文言は、同様の意味を有する。また、含まれる少量元素については前述の限りではない。
【0015】
また、基板１１は、ドナー不純物またはアクセプタ不純物によって、ｎ型またはｐ型にドーピングされてよい。また、基板１１は、ＡｌＮ等の窒化物半導体と、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮまたはＩｎＮとの混晶であってもよい。
【0016】
基板１１は、一例として１００μｍ以上６００μｍ以下の層厚を有することが好ましい。
また、面方位はｃ面（０００１）、ａ面（１１－２０）、ｍ面（１０－１０）などが挙げられるが、ｃ面基板１１がより好ましい。
また、面方位はｃ面（０００１）、ａ面（１１－２０）、ｍ面（１０－１０）などが挙げられるが、ｃ面基板１１がより好ましい。
【0017】
（第１導電型窒化物半導体層）
第１導電型窒化物半導体層１２は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。第１導電型窒化物半導体層１２は、基板１１上に形成される。ここで、例えば「第１導電型窒化物半導体層１２は基板１１上に形成される」という表現における「上に」という文言は、基板１１の上に第１導電型窒化物半導体層１２が形成されることを意味する。また、基板１１と第１導電型窒化物半導体層１２との間に別の層がさらに存在する場合も上述の表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有する。例えば、発光層１３上に電子ブロック層を介して第２導電型窒化物半導体層１４が形成される場合（変形例にて詳細に説明する）も、「第２導電型窒化物半導体層１４は発光層１３上に形成される」という表現に含まれる。
第１導電型窒化物半導体層１２は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。第１導電型窒化物半導体層１２は、基板１１上に形成される。ここで、例えば「第１導電型窒化物半導体層１２は基板１１上に形成される」という表現における「上に」という文言は、基板１１の上に第１導電型窒化物半導体層１２が形成されることを意味する。また、基板１１と第１導電型窒化物半導体層１２との間に別の層がさらに存在する場合も上述の表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有する。例えば、発光層１３上に電子ブロック層を介して第２導電型窒化物半導体層１４が形成される場合（変形例にて詳細に説明する）も、「第２導電型窒化物半導体層１４は発光層１３上に形成される」という表現に含まれる。
【0018】
第１導電型窒化物半導体層１２は、例えばＡｚＧａ（１－ｚ）Ｎ（０＜ｚ＜１）により形成される。これにより、紫外領域のバンドギャップエネルギーに対応する材料を発光層１３として形成する場合に、発光層１３の結晶性を高め、発光効率を向上させることが可能となる。高い発光効率を実現する観点から、第１導電型窒化物半導体層１２を構成する窒化物半導体は、ＡｌＮおよびＧａＮの混晶であることが好ましい。また、発光層１３から放出された光の透過率の観点から、第１導電型窒化物半導体層１２は、ＡｚＧａ（１－ｚ）Ｎ（０．６≦ｚ≦０．９）により形成されることがより好ましい。
【0019】
第１導電型窒化物半導体層１２は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、不純物元素の種類としてはこの限りではない。
また、第１導電型窒化物半導体層１２と第２導電型窒化物半導体層１４とは、互いに異なる導電型を有する窒化物半導体の層である。一般に、ｎ型半導体の方がｐ型半導体より結晶性に優れており、発光層１３への影響が低い。そのため、第１導電型窒化物半導体層１２がｎ型であり、第２導電型窒化物半導体層１４が第１導電型窒化物半導体層１２と異なるｐ型である事が好ましい。
また、第１導電型窒化物半導体層１２と第２導電型窒化物半導体層１４とは、互いに異なる導電型を有する窒化物半導体の層である。一般に、ｎ型半導体の方がｐ型半導体より結晶性に優れており、発光層１３への影響が低い。そのため、第１導電型窒化物半導体層１２がｎ型であり、第２導電型窒化物半導体層１４が第１導電型窒化物半導体層１２と異なるｐ型である事が好ましい。
【0020】
第１導電型窒化物半導体層１２は、緩和の観点と膜抵抗の観点から、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の層厚を有することが好ましく、３００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の層厚を有することがより好ましく、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが更に好ましい。
【0021】
（発光層）
発光層１３は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。発光層１３は、第１導電型窒化物半導体層１２上に形成される。発光層１３が含む窒化物半導体は、高い発光効率を実現する観点から例えばＡｌＮ、ＧａＮの混晶であることが好ましい。発光層１３には、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、不純物元素の種類としてはこの限りではない。また、発光層１３は、量子井戸構造も単層構造も取り得る。高い発光効率を実現する観点から、発光層１３は少なくとも１つの井戸構造を有することが好ましい。
発光層１３は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。発光層１３は、第１導電型窒化物半導体層１２上に形成される。発光層１３が含む窒化物半導体は、高い発光効率を実現する観点から例えばＡｌＮ、ＧａＮの混晶であることが好ましい。発光層１３には、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、不純物元素の種類としてはこの限りではない。また、発光層１３は、量子井戸構造も単層構造も取り得る。高い発光効率を実現する観点から、発光層１３は少なくとも１つの井戸構造を有することが好ましい。
【0022】
また、紫外線発光素子１の発光波長を紫外領域の波長（３８０ｎｍ以下）としたい場合には、発光層１３を構成する窒化物半導体はＡｌ、ＧａおよびＮを含むことが好ましい。また、発光効率を高める観点から、発光層１３は、Ａｌ、ＧａおよびＮを含む量子井戸層と、ＡｌＮを含む電子バリア層（いずれも不図示）とを有する多重量子井戸構造（ＭＱＷ）であることが好ましい。
【0023】
（第２導電型窒化物半導体層）
第２導電型窒化物半導体層１４は、上述したように、第１導電型窒化物半導体層１２と異なる導電型を有する窒化物半導体の層である。第２導電型窒化物半導体層１４は、発光層１３上に形成される。第２導電型窒化物半導体層１４を構成する窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮおよび、それらを含む混晶で形成される。
第２導電型窒化物半導体層１４は、上述したように、第１導電型窒化物半導体層１２と異なる導電型を有する窒化物半導体の層である。第２導電型窒化物半導体層１４は、発光層１３上に形成される。第２導電型窒化物半導体層１４を構成する窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮおよび、それらを含む混晶で形成される。
【0024】
第２導電型窒化物半導体層１４には、ドーパント原子が含まれている。ドーパント原子
Ｍｇ、ＺｎまたはＢｅの少なくとも一種であることが好ましく、原料ガスの汎用性から、第２導電型窒化物半導体層１４に含まれる不純物がＭｇであることがより好ましい。また、第２導電型窒化物半導体層１４には、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、等の不純物が混入していてもよい。
ただし、上述したように、第１導電型窒化物半導体層１２の導電型がｎ型で、第２導電型窒化物半導体層１４の導電型がｐ型である事が好ましい。
Ｍｇ、ＺｎまたはＢｅの少なくとも一種であることが好ましく、原料ガスの汎用性から、第２導電型窒化物半導体層１４に含まれる不純物がＭｇであることがより好ましい。また、第２導電型窒化物半導体層１４には、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、等の不純物が混入していてもよい。
ただし、上述したように、第１導電型窒化物半導体層１２の導電型がｎ型で、第２導電型窒化物半導体層１４の導電型がｐ型である事が好ましい。
【0025】
第２導電型窒化物半導体層１４において、ドーパント原子の濃度（以下、ドーパント原子濃度とする）は、第２窒化物半導体層１４の厚み方向に濃度分布を有する。第２導電型窒化物半導体層１４の厚み方向の中心領域１４Ａにおけるドーパント原子濃度は、第２導電型窒化物半導体層１４の厚み方向の端部領域１４Ｂにおけるドーパント原子濃度よりも低くなっていることが好ましい。ここで、端部領域１４Ｂとは、第２導電型窒化物半導体層１４の厚み方向の両端の領域をいう。これは、第２導電型窒化物半導体層１４と、電極（第２電極１５Ｂ）または第２導電型窒化物半導体層１４の基板１１側に配置される半導体層（発光層１３）とのコンタクトを高めるためである。
【0026】
例えば、第２導電型窒化物半導体層１４において一様にドーパント原子を分布させた状態でドーパント原子濃度を高めると、格子の乱れによる転位から電子が発生し、正孔濃度が低下してしまう。一方、第２導電型窒化物半導体層１４の両方の端部領域１４Ｂのドーパント原子濃度を中心領域１４Ａより高めると、第２導電型窒化物半導体層１４と第２導電型窒化物半導体層１４に接する層との間に疑似的なトンネルジャンクションが形成される。これにより、第２導電型窒化物半導体層１４と、第２導電型窒化物半導体層１４に接する層との間のコンタクト抵抗が低減する。
【0027】
コンタクト抵抗の観点から、第２導電型窒化物半導体層１４の端部領域１４ＢにおけるＭｇの濃度は、８×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３であることが好ましく、５×１０２０ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３であることがより好ましい。また、同様に、第２導電型窒化物半導体層１４の中心領域１４ＡにおけるＭｇの濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以上４×１０１９ｃｍ－３であることが好ましく、５×１０１８ｃｍ－３以上４×１０１９ｃｍ－３であることがより好ましい。Ｍｇ以外のドーパント原子の濃度についても同様である。
【0028】
また、第２導電型窒化物半導体層１４におけるドーパント原子の濃度分布にも好適な範囲が存在する。ドーパント原子濃度が高い領域の厚さは、第２導電型窒化物半導体層１４全体の膜厚に対して５％以上５０％以下であることが好ましい。
ここで、「ドーパント原子濃度が高い領域（以下、ドーパント高濃度領域という場合がある）」とは、第２導電型窒化物半導体層１４の厚さ方向において、ドーパント原子のピーク濃度が得られた点からドーパント原子濃度が５０％となる点までの領域をいう。
また、第２導電型窒化物半導体層１４の両方の端部領域１４Ｂが「ドーパント原子濃度が高い領域」である場合、「ドーパント原子濃度が高い領域の膜厚」は、両方の端部領域１４Ｂの膜厚を合計した厚さをいう。
ここで、「ドーパント原子濃度が高い領域（以下、ドーパント高濃度領域という場合がある）」とは、第２導電型窒化物半導体層１４の厚さ方向において、ドーパント原子のピーク濃度が得られた点からドーパント原子濃度が５０％となる点までの領域をいう。
また、第２導電型窒化物半導体層１４の両方の端部領域１４Ｂが「ドーパント原子濃度が高い領域」である場合、「ドーパント原子濃度が高い領域の膜厚」は、両方の端部領域１４Ｂの膜厚を合計した厚さをいう。
【0029】
また、第２導電型窒化物半導体層１４の層厚は、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、コンタクト抵抗と光吸収の観点から３ｎｍ以上１５０ｎｍであることがより好ましい。第２導電型窒化物半導体層１４の層厚が薄いほど紫外線発光素子１の発光強度が向上し、層厚が厚いほど紫外線発光素子１の発光強度が低下する。一方、第２導電型窒化物半導体層１４の層厚が薄いほど紫外線発光素子１の閾値電圧が高くなり、層厚が厚いほど紫外線発光素子１の閾値電圧が低下する傾向にある。このため、第２導電型窒化物半導体層１４の層厚が２ｎｍ以上２００ｎｍ以下である場合、高い発光強度を維持しつつ、閾値電圧が高くなりすぎず、紫外線発光素子１のデバイス特性が総合的に向上する。
【0030】
紫外線発光素子１のＩ－Ｖ特性（電気特性）を良好にする観点から、直下の層に対する第２導電型窒化物半導体層１４の被覆率は、８０％以上１００％以下であることが好ましく、９０％以上１００％以下であることがより好ましい。
紫外線発光素子１のｐ型半導体としてのキャリア注入効率を高める観点から、第２導電型窒化物半導体層１４は、ＡｌＧａＮ（０≦ｘ≦０．２）で形成されることが好ましい。
また、キャリア注入効率を高める観点から、第２導電型窒化物半導体層１４は、直下の層からコヒーレントにエピタキシャル成長しており、直下の層と格子整合していることが好ましい。より具体的には、基板１１上面に並行な面内ａ軸方向の格子定数が直下の層の同一方向の格子定数に一致している、すなわち直下の層に対して整合していることが好ましい。同時に、不純物として含まれる原子（例えばＭｇ）が、ＧａまたはＡｌおよびＮの格子に対して置換されていることが好ましい。
これによりキャリア注入効率が高く、Ｉ－Ｖ特性の良好な第２導電型窒化物半導体層１４が得られる。
紫外線発光素子１のｐ型半導体としてのキャリア注入効率を高める観点から、第２導電型窒化物半導体層１４は、ＡｌＧａＮ（０≦ｘ≦０．２）で形成されることが好ましい。
また、キャリア注入効率を高める観点から、第２導電型窒化物半導体層１４は、直下の層からコヒーレントにエピタキシャル成長しており、直下の層と格子整合していることが好ましい。より具体的には、基板１１上面に並行な面内ａ軸方向の格子定数が直下の層の同一方向の格子定数に一致している、すなわち直下の層に対して整合していることが好ましい。同時に、不純物として含まれる原子（例えばＭｇ）が、ＧａまたはＡｌおよびＮの格子に対して置換されていることが好ましい。
これによりキャリア注入効率が高く、Ｉ－Ｖ特性の良好な第２導電型窒化物半導体層１４が得られる。
【0031】
（電極）
紫外線発光素子１は、さらに電極を備えていてもよい。電極は、ｎ型電極およびｐ型電極の少なくとも１つであり得る。
ｎ型電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。また、ｎ型電極は、第１導電型窒化物半導体層１２および第２導電型窒化物半導体層１４のうち、導電性がｎ型である層とコンタクトするように形成される事が好ましい。図１では、第１導電型窒化物半導体層１２と接続された第１電極１５Ａがｎ型電極である。
紫外線発光素子１は、さらに電極を備えていてもよい。電極は、ｎ型電極およびｐ型電極の少なくとも１つであり得る。
ｎ型電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。また、ｎ型電極は、第１導電型窒化物半導体層１２および第２導電型窒化物半導体層１４のうち、導電性がｎ型である層とコンタクトするように形成される事が好ましい。図１では、第１導電型窒化物半導体層１２と接続された第１電極１５Ａがｎ型電極である。
【0032】
ｐ型電極は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。また、ｐ型電極は、第１導電型窒化物半導体層１２および第２導電型窒化物半導体層１４のうち、導電性がｐ型である層とコンタクトするように形成される事が好ましい。図１では、第２導電型窒化物半導体層１４と接続された第２電極１５Ｂがｐ型電極である。
【0033】
（１．２）紫外線発光素子の変形例
上述した紫外線発光素子１Ａは、基板１１と第１導電型窒化物半導体層１２との間に設けられたＡｌＮ層１６や、発光層１３と第２導電型窒化物半導体層１４との間に設けられた電子ブロック層１７を備えていても良い。
以下、図２を参照して、ＡｌＮ層１６および電子ブロック層１７について詳細に説明する。
上述した紫外線発光素子１Ａは、基板１１と第１導電型窒化物半導体層１２との間に設けられたＡｌＮ層１６や、発光層１３と第２導電型窒化物半導体層１４との間に設けられた電子ブロック層１７を備えていても良い。
以下、図２を参照して、ＡｌＮ層１６および電子ブロック層１７について詳細に説明する。
【0034】
（ＡｌＮ層）
ＡｌＮ層１６は、下地層の一例であり、基板１１の全面に形成されている。すなわち、ＡｌＮ層１６は、基板１１と第１導電型窒化物半導体層１２との間に設けられている。
ＡｌＮ層１６は、基板の表面に形成されたピットや研磨痕などをリカバリーすることができる。また、第１導電型窒化物半導体層１２との間の格子定数差及び熱膨張係数差が小さく、ＡｌＮ層１６上に欠陥の少ない窒化物半導体層を成長させることができる。また、ＡｌＮ層１６は、圧縮応力下で第１導電型窒化物半導体層１２を成長させることができ、第１導電型窒化物半導体層１２にクラックの発生を抑制することができる。このため、基板１１がＡｌＮ又はＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成されている場合でも、欠陥の少ない窒化物半導体層をＡｌＮ層１６を介して基板１１の上方に成長できる。
ＡｌＮ層１６は、下地層の一例であり、基板１１の全面に形成されている。すなわち、ＡｌＮ層１６は、基板１１と第１導電型窒化物半導体層１２との間に設けられている。
ＡｌＮ層１６は、基板の表面に形成されたピットや研磨痕などをリカバリーすることができる。また、第１導電型窒化物半導体層１２との間の格子定数差及び熱膨張係数差が小さく、ＡｌＮ層１６上に欠陥の少ない窒化物半導体層を成長させることができる。また、ＡｌＮ層１６は、圧縮応力下で第１導電型窒化物半導体層１２を成長させることができ、第１導電型窒化物半導体層１２にクラックの発生を抑制することができる。このため、基板１１がＡｌＮ又はＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成されている場合でも、欠陥の少ない窒化物半導体層をＡｌＮ層１６を介して基板１１の上方に成長できる。
【0035】
ＡｌＮ層１６には、Ｃ、Ｂ、Ｏ、Ｈ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇ等の不純物が混入されていてもよい。
基板１１の形成材料としてＡｌＮを用いた場合、ＡｌＮ層１６と基板１１とが同一材料で形成されることから、ＡｌＮ層１６と基板１１との境界が不明確となる。基板１１がＡｌＮで形成されている場合には、基板１１が基板１１とＡｌＮ層１６とを構成しているものと見做してよい。
基板１１の形成材料としてＡｌＮを用いた場合、ＡｌＮ層１６と基板１１とが同一材料で形成されることから、ＡｌＮ層１６と基板１１との境界が不明確となる。基板１１がＡｌＮで形成されている場合には、基板１１が基板１１とＡｌＮ層１６とを構成しているものと見做してよい。
【0036】
ＡｌＮ層１６は、例えば数μｍの厚さを有している。具体的には、ＡｌＮ層１６の厚さは、１０ｎｍより厚く１μｍより薄いことが好ましい。ＡｌＮ層１６の厚さが１０ｎｍより厚い場合、基板表面のリカバリーが進み、ＡｌＮの結晶性が高くなる。また、原料コストの観点から、ＡｌＮ層１６の厚さが１μｍより薄いことが好ましい。
【0037】
（電子ブロック層）
電子ブロック層１７は、第１導電型窒化物半導体層１２から注入された電子が発光層１３で再結合しきれず、第２導電型窒化物半導体層１４へオーバーフローしていくことを防ぐ機能を有する。例えば、電子ブロック層１７は、ＧａＮ、ＡｌＮもしくはＩｎＮ、またはそれらを含む混晶などにより形成される。ただし、電子ブロック層１７は、電子のオーバーフローを防ぐことができればこれら材料での形成に限られない。また、電子ブロック層１７には、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｅ等の不純物が混入していてよい。格子整合と電子のブロック効果との観点から、電子ブロック層１７は、発光層１３のバンドギャップよりも大きいＡｌＧａＮで形成されることが好ましい。
電子ブロック層１７は、第１導電型窒化物半導体層１２から注入された電子が発光層１３で再結合しきれず、第２導電型窒化物半導体層１４へオーバーフローしていくことを防ぐ機能を有する。例えば、電子ブロック層１７は、ＧａＮ、ＡｌＮもしくはＩｎＮ、またはそれらを含む混晶などにより形成される。ただし、電子ブロック層１７は、電子のオーバーフローを防ぐことができればこれら材料での形成に限られない。また、電子ブロック層１７には、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｅ等の不純物が混入していてよい。格子整合と電子のブロック効果との観点から、電子ブロック層１７は、発光層１３のバンドギャップよりも大きいＡｌＧａＮで形成されることが好ましい。
【0038】
（１．３）紫外線発光素子の製造方法
本実施形態の紫外線発光素子１は、基板１１上に各層を形成する工程を経て製造される。
基板１１は、昇華法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Phase Epitaxy）法等の気相成長法および液相成長法等の一般的な基板成長法により形成される。
本実施形態の紫外線発光素子１は、基板１１上に各層を形成する工程を経て製造される。
基板１１は、昇華法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Phase Epitaxy）法等の気相成長法および液相成長法等の一般的な基板成長法により形成される。
【0039】
基板１１上に各層を形成する工程は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法または有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等で行うことができる。
ここで、基板１１上に形成された各層のうち窒化物半導体の層は、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含むＡｌ原料、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等を含むＧａ原料、例えばアンモニア（ＮＨ３）を含むＮ原料を用いて形成することができる。
ここで、基板１１上に形成された各層のうち窒化物半導体の層は、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含むＡｌ原料、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等を含むＧａ原料、例えばアンモニア（ＮＨ３）を含むＮ原料を用いて形成することができる。
【0040】
紫外線発光素子１は、基板１１上に形成された各層に対して、不要部分をエッチングによって除去する工程を経て製造される（図１参照）。この工程は、例えば誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング等で行うことができる。
また、紫外線発光素子１は、電極（第１電極１５Ａ、第２電極１５Ｂ）を形成する工程を経て製造され得る。この工程は、例えば電子線蒸着（ＥＢ）法によって金属を蒸着させる等の種々の方法で行うことができる。
ここで、紫外線発光素子は、上記の工程を経て各層が形成された基板１１をダイシングにより個片へと分割して製造される。
また、紫外線発光素子１は、電極（第１電極１５Ａ、第２電極１５Ｂ）を形成する工程を経て製造され得る。この工程は、例えば電子線蒸着（ＥＢ）法によって金属を蒸着させる等の種々の方法で行うことができる。
ここで、紫外線発光素子は、上記の工程を経て各層が形成された基板１１をダイシングにより個片へと分割して製造される。
【0041】
第１電極１５Ａ、第２電極１５Ｂ等の電極は、抵抗加熱蒸着、電子銃蒸着またはスパッタ等により形成されるが、これら方法には限定されない。電極は、単層で形成してもよく、複数層積層して形成してもよい。また、電極は、層の形成後に酸素、窒素または空気雰囲気等で熱処理が行われてもよい。
【0042】
（１．４）紫外線発光素子の物性等の測定方法
上述した紫外線発光素子１の物性等は、以下のようにして測定することができる。
上述した紫外線発光素子１の物性等は、以下のようにして測定することができる。
【0043】
（第２導電型窒化物半導体層の不純物濃度、ドーピング原子濃度および分布膜厚の測定）
第２導電型窒化物半導体層１４に含まれる不純物濃度、ドーピング原子濃度および不純物・ドーピング原子の分布は、原子マッピングで求めることができる。原子マッピングとしては、アトムプローブトモグラフィー（ＡＰＴ：Atom Probe Tomography）を用いることができる。第２導電型窒化物半導体層１４のＡＰＴ解析では、収束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）加工装置（東芝製）によって、観察したい多層膜部位を、先端の曲率半径が１００ｎｍ程度である針状試料へ加工する。半導体多層膜表面に電極が形成されている場合は電極が形成されたままの状態で、電極が形成されていない場合はタングステンの保護膜を形成して、ＦＩＢにより針状試料へ加工する。針状試料への加工では、半導体積層体の膜の垂直方向が針状試料の軸方向になるように、かつ観察したい箇所が先端付近にくるように加工する。
第２導電型窒化物半導体層１４に含まれる不純物濃度、ドーピング原子濃度および不純物・ドーピング原子の分布は、原子マッピングで求めることができる。原子マッピングとしては、アトムプローブトモグラフィー（ＡＰＴ：Atom Probe Tomography）を用いることができる。第２導電型窒化物半導体層１４のＡＰＴ解析では、収束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）加工装置（東芝製）によって、観察したい多層膜部位を、先端の曲率半径が１００ｎｍ程度である針状試料へ加工する。半導体多層膜表面に電極が形成されている場合は電極が形成されたままの状態で、電極が形成されていない場合はタングステンの保護膜を形成して、ＦＩＢにより針状試料へ加工する。針状試料への加工では、半導体積層体の膜の垂直方向が針状試料の軸方向になるように、かつ観察したい箇所が先端付近にくるように加工する。
【0044】
続いて、針状試料に対して電圧パルス印加、または電圧パルス印加と観察部位へのレーザーパルス照射を行う。針状試料先端から放出されたイオンを質量分析することによってイオン種を同定し、かつイオンが放出された針状試料内の位置を二次元検出器によって同定することで、針状試料内の原子の３次元分布を得る。
以上のように、ＡＰＴ法によって膜中の原子のマッピングを深さ方向で観察する。また、断面の深さ方向におけるラインプロファイルを抽出することによって、濃度分布の膜厚が得られる。
以上のように、ＡＰＴ法によって膜中の原子のマッピングを深さ方向で観察する。また、断面の深さ方向におけるラインプロファイルを抽出することによって、濃度分布の膜厚が得られる。
【0045】
ＡＰＴ法によって不純物またはドーピング原子の濃度、および分布膜厚を測定する方法を以下に記載する。
形成された針状試料の３Ｄデータに対して、深さ方向に垂直な面内方向における試料中心の５０％の領域に相当する領域を除去し、複数点（例えば、任意の５点）について深さ方向のラインプロファイルを取得する。続いて、第２導電型窒化物半導体層１４のドーパント高濃度領域における原子濃度のピーク値をそれぞれドーピング原子濃度とする。すなわち、第２導電型窒化物半導体層１４の両端の端部領域１４Ｂにおけるドーピング原子濃度が中心領域１４Ａにおけるドーピング濃度より高い場合は、第２導電型窒化物半導体層１４の両端の端部領域１４Ｂにおける原子濃度のピーク値をそれぞれドーピング原子濃度とする。
形成された針状試料の３Ｄデータに対して、深さ方向に垂直な面内方向における試料中心の５０％の領域に相当する領域を除去し、複数点（例えば、任意の５点）について深さ方向のラインプロファイルを取得する。続いて、第２導電型窒化物半導体層１４のドーパント高濃度領域における原子濃度のピーク値をそれぞれドーピング原子濃度とする。すなわち、第２導電型窒化物半導体層１４の両端の端部領域１４Ｂにおけるドーピング原子濃度が中心領域１４Ａにおけるドーピング濃度より高い場合は、第２導電型窒化物半導体層１４の両端の端部領域１４Ｂにおける原子濃度のピーク値をそれぞれドーピング原子濃度とする。
【0046】
それぞれの測定点の濃度の値に差がある場合、より高い濃度をドーパント高濃度領域（例えば端部領域１４Ｂ）における厚さ方向の不純物またはドーピング原子の濃度とする。また、第２導電型窒化物半導体層１４において、厚さ方向の１ｎｍごとの濃度の変化率を取得したときに、最も低い変化率が得られる点における濃度をドーパント高濃度領域以外の領域（例えば中心領域１４Ａ）における不純物またはドーピング原子の濃度とする。端部領域１４Ｂと中心領域１４Ａにおける濃度は、例えばそれぞれ任意の５点における平均値を採用する。
【0047】
次に、濃度分布膜厚について記載する。
ドーパント高濃度領域（例えば端部領域１４Ｂ）においてピーク濃度が得られた点から、濃度が５０％になるまでの点を、濃度が高い領域、すなわちドーパント高濃度領域とし、ドーパント高濃度領域の膜厚を特定する。この時、ドーパント高濃度領域が複数ある場合（例えば、図１に示すように複数の端部領域１４Ｂがある場合）には、複数のドーパント高濃度領域の膜厚の合計をドーパント高濃度領域の膜厚とする。
ドーパント高濃度領域（例えば端部領域１４Ｂ）においてピーク濃度が得られた点から、濃度が５０％になるまでの点を、濃度が高い領域、すなわちドーパント高濃度領域とし、ドーパント高濃度領域の膜厚を特定する。この時、ドーパント高濃度領域が複数ある場合（例えば、図１に示すように複数の端部領域１４Ｂがある場合）には、複数のドーパント高濃度領域の膜厚の合計をドーパント高濃度領域の膜厚とする。
【0048】
（第２導電型窒化物半導体層の被覆率測定）
第２導電型窒化物半導体層１４の被覆率測定には、例えば走査型電子顕微鏡（株式会社日立ハイテクノロジーズ社製、ＦＥ－ＳＥＭ「ＳＵ９０００」）および画像処理ソフト（旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標））が用いられる。より具体的には、ＳＥＭ測定時に、第２導電型窒化物半導体層１４表面が露出されている箇所を５０μｍ×５０μｍの測定範囲で面内における任意の３点を測定する。このとき下方検出器による反射電子像を取得することで、組成差によるコントラストが明確になったＳＥＭ画像が得られる。
第２導電型窒化物半導体層１４の被覆率測定には、例えば走査型電子顕微鏡（株式会社日立ハイテクノロジーズ社製、ＦＥ－ＳＥＭ「ＳＵ９０００」）および画像処理ソフト（旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標））が用いられる。より具体的には、ＳＥＭ測定時に、第２導電型窒化物半導体層１４表面が露出されている箇所を５０μｍ×５０μｍの測定範囲で面内における任意の３点を測定する。このとき下方検出器による反射電子像を取得することで、組成差によるコントラストが明確になったＳＥＭ画像が得られる。
【0049】
画像処理ソフトを用いて、得られたＳＥＭ画像の処理を行う。ＳＥＭ画像内の平均明度に対して、明度が５０％以上低い領域を、直下の層である発光層１３に対して第２導電型窒化物半導体層１４の被覆されていない箇所とする。被覆率は被覆されている面積の割合とし、任意の３点の平均値を第２導電型窒化物半導体層１４の被覆率とする。
【0050】
（不純物濃度およびドーピング濃度の測定）
紫外線発光素子１を構成する基板１１および各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）により測定することができる。
各層に含まれるドーパントや不純物の濃度を、デバイスに加工された後にＳＩＭＳで測定する場合は、化学的なエッチングや物理研磨により電極を除去した状態で行うことができる。また、各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、電極が形成されていない基板１１側からスパッタして測定することもできる。
具体的には、エバンス・アナリティカル・グループ（ＥＡＧ）社が提供する測定条件によりＳＩＭＳ測定を実施する。測定時の試料のスパッタには、１４．５ｋｅＶのエネルギーを有したセシウム（Ｃｓ）イオンビームを用いる。
紫外線発光素子１を構成する基板１１および各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）により測定することができる。
各層に含まれるドーパントや不純物の濃度を、デバイスに加工された後にＳＩＭＳで測定する場合は、化学的なエッチングや物理研磨により電極を除去した状態で行うことができる。また、各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、電極が形成されていない基板１１側からスパッタして測定することもできる。
具体的には、エバンス・アナリティカル・グループ（ＥＡＧ）社が提供する測定条件によりＳＩＭＳ測定を実施する。測定時の試料のスパッタには、１４．５ｋｅＶのエネルギーを有したセシウム（Ｃｓ）イオンビームを用いる。
【0051】
（層厚の測定方法）
紫外線発光素子１を構成する各層の層厚は、基板１１に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）により観察し、ＴＥＭの測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、ＴＥＭを用いて、紫外線発光素子の基板１１の主面に対して垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、紫外線発光素子１の基板１１の主面に対して垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の、基板１１の主面に対して平行な方向において２μｍ以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる２層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅２００ｎｍの連続する観察領域で観察する。この２００ｎｍ幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上述した２μｍ以上の観察幅から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層の層厚を得ることができる。
紫外線発光素子１を構成する各層の層厚は、基板１１に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）により観察し、ＴＥＭの測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、ＴＥＭを用いて、紫外線発光素子の基板１１の主面に対して垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、紫外線発光素子１の基板１１の主面に対して垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の、基板１１の主面に対して平行な方向において２μｍ以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる２層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅２００ｎｍの連続する観察領域で観察する。この２００ｎｍ幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上述した２μｍ以上の観察幅から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層の層厚を得ることができる。
【0052】
（第１導電型窒化物半導体層のＡｌ組成の測定方法）
第１導電型窒化物半導体層１２のＡｌ組成を測定する方法としては、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-Ray Diffraction）法による逆格子マッピング測定（ＲＳＭ：Reciprocal Space Mapping）が挙げられる。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、下地に対する格子緩和率とＡｌ組成が得られる。回折面としては、例えば（１０－１５）面や（３０－２４）面が挙げられる。
第１導電型窒化物半導体層１２のＡｌ組成を測定する方法としては、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-Ray Diffraction）法による逆格子マッピング測定（ＲＳＭ：Reciprocal Space Mapping）が挙げられる。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、下地に対する格子緩和率とＡｌ組成が得られる。回折面としては、例えば（１０－１５）面や（３０－２４）面が挙げられる。
【0053】
（発光層のＡｌ組成の測定方法）
Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray spectroscopy）、および電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ:Electron Energy-Loss Spectroscopy）によって測定することができる。
ＥＥＬＳでは、電子線が試料を透過する際に失うエネルギーを測定することで、試料の組成を分析する。具体的には、例えば、ＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において、透過電子線の強度のエネルギー損失スペクトルを測定・解析する。そして、エネルギー損失量２０ｅＶ付近に現れるピークのピーク位置が、各層の組成に応じて変化することを利用し、ピーク位置から組成を求めることができる。
上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray spectroscopy）、および電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ:Electron Energy-Loss Spectroscopy）によって測定することができる。
ＥＥＬＳでは、電子線が試料を透過する際に失うエネルギーを測定することで、試料の組成を分析する。具体的には、例えば、ＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において、透過電子線の強度のエネルギー損失スペクトルを測定・解析する。そして、エネルギー損失量２０ｅＶ付近に現れるピークのピーク位置が、各層の組成に応じて変化することを利用し、ピーク位置から組成を求めることができる。
上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
【0054】
ＥＤＸでは、上述のＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において電子線によって発生する特性Ｘ線を測定・解析する。上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
【0055】
ＸＰＳでは、イオンビームを用いたスパッタエッチングを行いながらＸＰＳ測定を行うことで、深さ方向の評価が可能である。イオンビームには一般的にＡｒ＋が用いられるが、ＸＰＳ装置に搭載されたエッチング用イオン銃で照射できるイオンであれば、例えばＡｒクラスターイオンなどの他のイオン種でもよい。Ａｌ、Ｇａ、ＮのＸＰＳピーク強度を測定・解析して各層のＡｌ組成の深さ方向分布を得る。スパッタエッチングの代わりに、基板１１の主面に対して垂直な断面が拡大されて露出されるように紫外線発光素子を斜め研磨して、露出断面をＸＰＳで測ってもよい。
ＸＰＳだけでなくオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）を用いても各層の組成を測定できる。この場合、スパッタエッチングあるいは斜め研磨により露出させた断面においてオージェ電子分光法による測定を行うことで、組成を測定できる。また、斜め研磨により露出させた断面に対するＳＥＭ－ＥＤＸ測定によっても、各層の組成を測定できる。
ＸＰＳだけでなくオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）を用いても各層の組成を測定できる。この場合、スパッタエッチングあるいは斜め研磨により露出させた断面においてオージェ電子分光法による測定を行うことで、組成を測定できる。また、斜め研磨により露出させた断面に対するＳＥＭ－ＥＤＸ測定によっても、各層の組成を測定できる。
【0056】
（窒化物半導体層の原子配列の測定）
紫外線発光素子１を構成する各層の原子配列は、高分解能ＴＥＭ測定によって測定できる。上述したＴＥＭ測定時に５０ｎｍまで剥片化されたサンプルに対し、原子分解能分析電子顕微鏡（日本電子株式会社製、「ＪＥＭ－ＡＲＭ２００Ｆ」（加速電圧：２００ｋＶ）によって高分解能ＴＥＭ測定を行う。原子配列はIII属原子と窒素原子が交互に積層された状態となっており、III族原子が垂直に配列している（すなわち、ずれがない）状態が観察されれば、格子整合していると判断できる。また、原子間に未結合原子が存在しないことで不純物としてＭｇが格子に置換していることが観察できる。
紫外線発光素子１を構成する各層の原子配列は、高分解能ＴＥＭ測定によって測定できる。上述したＴＥＭ測定時に５０ｎｍまで剥片化されたサンプルに対し、原子分解能分析電子顕微鏡（日本電子株式会社製、「ＪＥＭ－ＡＲＭ２００Ｆ」（加速電圧：２００ｋＶ）によって高分解能ＴＥＭ測定を行う。原子配列はIII属原子と窒素原子が交互に積層された状態となっており、III族原子が垂直に配列している（すなわち、ずれがない）状態が観察されれば、格子整合していると判断できる。また、原子間に未結合原子が存在しないことで不純物としてＭｇが格子に置換していることが観察できる。
【0057】
（１．５）紫外線発光素子の適用分野
本実施形態に係る紫外線発光素子は、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。紫外線発光素子は、薬品または化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
本実施形態に係る紫外線発光素子は、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。紫外線発光素子は、薬品または化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
【0058】
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるが、この限りではない。
【0059】
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用または寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるが、この限りではない。
【0060】
固体殺菌装置（表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるが、この限りではない。
【0061】
（１．６）第一実施形態の効果
第一実施形態に係る紫外線発光素子は、以下のような効果（１）～（７）を有する。
（１）紫外線発光素子１は、ドーパント原子を含み、ドーパント原子の濃度が厚み方向に濃度分布を有する第２導電型窒化物半導体層１４を備えている。
これにより、紫外線発光素子１は、高い電力変換効率を有している。
第一実施形態に係る紫外線発光素子は、以下のような効果（１）～（７）を有する。
（１）紫外線発光素子１は、ドーパント原子を含み、ドーパント原子の濃度が厚み方向に濃度分布を有する第２導電型窒化物半導体層１４を備えている。
これにより、紫外線発光素子１は、高い電力変換効率を有している。
【0062】
（２）紫外線発光素子１は、第２導電型窒化物半導体層１４の厚み方向の中心領域１４Ａにおけるドーパント原子濃度が、第２導電型窒化物半導体層１４の厚み方向の端部領域１４Ｂにおけるドーパント原子濃度よりも低くなっていることが好ましい。
これにより、第２導電型窒化物半導体層１４と、第２導電型窒化物半導体層１４に接する層（例えば、第２電極１５Ｂ、発光層１３）とのコンタクトが向上し、第２導電型窒化物半導体層１４に接する層との間のコンタクト抵抗を低減させて、紫外線発光素子１の電力変換効率を向上させることができる。また、紫外線発光素子１の閾値電圧を低下させ、発光強度を向上させることができる。
これにより、第２導電型窒化物半導体層１４と、第２導電型窒化物半導体層１４に接する層（例えば、第２電極１５Ｂ、発光層１３）とのコンタクトが向上し、第２導電型窒化物半導体層１４に接する層との間のコンタクト抵抗を低減させて、紫外線発光素子１の電力変換効率を向上させることができる。また、紫外線発光素子１の閾値電圧を低下させ、発光強度を向上させることができる。
【0063】
（３）紫外線発光素子１は、ドーパント原子としてＭｇ、ＺｎまたはＢｅの少なくとも一種が用いられることが好ましい。
これにより、紫外線発光素子１は、紫外線発光素子１の電力変換効率をより向上させることができ、また、紫外線発光素子１の閾値電圧を低下させ、発光強度を向上させることができる。
これにより、紫外線発光素子１は、紫外線発光素子１の電力変換効率をより向上させることができ、また、紫外線発光素子１の閾値電圧を低下させ、発光強度を向上させることができる。
【0064】
（４）紫外線発光素子１は、ドーパント原子としてＭｇが用いられ、端部領域におけるＭｇの濃度が８×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下であり、中心領域におけるＭｇの濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上４×１０１９ｃｍ－３以下であることが好ましい。
これにより、紫外線発光素子１は、紫外線発光素子１の電力変換効率が顕著に向上するとともに、紫外線発光素子１の閾値電圧を低下させ、発光強度を向上させることができる。
これにより、紫外線発光素子１は、紫外線発光素子１の電力変換効率が顕著に向上するとともに、紫外線発光素子１の閾値電圧を低下させ、発光強度を向上させることができる。
【0065】
（５）紫外線発光素子１は、ドーパント原子濃度が高い領域の厚さが、第２導電型窒化物半導体層１４の厚さの５％以上５０％以下であることが好ましい。
これにより、紫外線発光素子１は、紫外線発光素子１の電力変換効率が顕著に向上するとともに、紫外線発光素子１の閾値電圧を低下させ、発光強度を向上させることができる。
これにより、紫外線発光素子１は、紫外線発光素子１の電力変換効率が顕著に向上するとともに、紫外線発光素子１の閾値電圧を低下させ、発光強度を向上させることができる。
【0066】
（６）紫外線発光素子１は、第２導電型窒化物半導体層１４の層厚が３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
これにより、紫外線発光素子１は、コンタクト抵抗および光吸収性が低下して、紫外線発光素子１の電力変換効率および発光強度が顕著に向上する。
これにより、紫外線発光素子１は、コンタクト抵抗および光吸収性が低下して、紫外線発光素子１の電力変換効率および発光強度が顕著に向上する。
【0067】
（７）紫外線発光素子１は、直下の層に対する第２導電型窒化物半導体層１４の被覆率が８０％以上１００％以下となっていることが好ましい。
この場合、直下の層と第２導電型窒化物半導体層１４との接触面積が向上して、電極（第２電極１５Ｂ）が直下の層に直接接触する面積が低下する。これにより、リーク電流の抑制や、不連続変化が抑制され、Ｉ－Ｖ特性が向上する。
この場合、直下の層と第２導電型窒化物半導体層１４との接触面積が向上して、電極（第２電極１５Ｂ）が直下の層に直接接触する面積が低下する。これにより、リーク電流の抑制や、不連続変化が抑制され、Ｉ－Ｖ特性が向上する。
【0068】
（８）紫外線発光素子１は、第２導電型窒化物半導体層がＡｌｘＧａ（１－ｘ）Ｎ（０≦ｘ≦０．２）で形成されていることが好ましい。
これにより、ｐ型半導体としてのキャリア注入効率が向上するため、発光強度がより向上するとともに、Ｉ－Ｖ特性が向上し、閾値電圧が低下する。
これにより、ｐ型半導体としてのキャリア注入効率が向上するため、発光強度がより向上するとともに、Ｉ－Ｖ特性が向上し、閾値電圧が低下する。
【0069】
（９）紫外線発光素子１は、ＡｌＮ単結晶で形成された基板１１を備えている。
これにより、基板１１の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、基板１１上に欠陥の少ない窒化物半導体層を成長させることができるため、発光強度が向上するとともに、他のデバイス特性も向上する。
これにより、基板１１の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、基板１１上に欠陥の少ない窒化物半導体層を成長させることができるため、発光強度が向上するとともに、他のデバイス特性も向上する。
【0070】
（１０）紫外線発光素子１は、３００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の厚さを有する第１導電型窒化物半導体層１２を備えている。
これにより、第１導電型窒化物半導体層１２が下地に対して格子緩和するとともに膜抵抗が減少し、発光強度が向上するとともに、他のデバイス特性も向上する。
これにより、第１導電型窒化物半導体層１２が下地に対して格子緩和するとともに膜抵抗が減少し、発光強度が向上するとともに、他のデバイス特性も向上する。
【0071】
（１１）第２導電型窒化物半導体層の面内ａ軸方向の格子定数が、直下の層に対して整合しており、ドーパント原子は格子に置換されている。
これにより、キャリア注入効率が高く、Ｉ－Ｖ特性の良好な第２導電型窒化物半導体層１４を得ることができる。
これにより、キャリア注入効率が高く、Ｉ－Ｖ特性の良好な第２導電型窒化物半導体層１４を得ることができる。
【0072】
（１２）紫外線発光素子１は、ＡｌｚＧａ（１－ｚ）Ｎ（０．６≦ｚ≦０．９）で形成された第１導電型窒化物半導体層１２を備えている。
これにより、第１導電型窒化物半導体層１２は、発光層１３から放出された光の透過率が向上し、発光強度が向上するとともに、他のデバイス特性も向上する。
これにより、第１導電型窒化物半導体層１２は、発光層１３から放出された光の透過率が向上し、発光強度が向上するとともに、他のデバイス特性も向上する。
【0073】
２．第二実施形態
図３を参照して、第二実施形態に係る紫外線発光素子２について説明する。図３に示すように、紫外線発光素子２は、基板１１、第１導電型窒化物半導体層１２、発光層１３、第２導電型窒化物半導体層１４を備えている。また、紫外線発光素子２は、第１導電型窒化物半導体層１２と接続された第１電極１５Ａと、第２導電型窒化物半導体層１４と接続された第２電極１５Ｂと、第２導電型窒化物半導体層１４上に設けられた反射電極２５Ｃとを備えている。すなわち、紫外線発光素子２は、第２導電型窒化物半導体層１４上に反射電極２５Ｃを備える点で、第一実施形態に係る紫外線発光素子１と相違する。
図３を参照して、第二実施形態に係る紫外線発光素子２について説明する。図３に示すように、紫外線発光素子２は、基板１１、第１導電型窒化物半導体層１２、発光層１３、第２導電型窒化物半導体層１４を備えている。また、紫外線発光素子２は、第１導電型窒化物半導体層１２と接続された第１電極１５Ａと、第２導電型窒化物半導体層１４と接続された第２電極１５Ｂと、第２導電型窒化物半導体層１４上に設けられた反射電極２５Ｃとを備えている。すなわち、紫外線発光素子２は、第２導電型窒化物半導体層１４上に反射電極２５Ｃを備える点で、第一実施形態に係る紫外線発光素子１と相違する。
【0074】
以下、反射電極２５Ｃについて詳細に説明する。なお、基板１１、第１導電型窒化物半導体層１２、発光層１３、第２導電型窒化物半導体層１４、第１電極１５Ａおよび第２電極１５Ｂは、紫外線発光素子１と同様の構成であるため説明を省略する。
【0075】
（２．１）紫外線発光素子の構成
（反射電極）
反射電極２５Ｃは、発光層１３から第２導電型窒化物半導体層１４側へ放出された光を発光層１３側へと反射し、紫外線発光素子２の発光強度を向上させる機能を有している。発光強度向上の観点から、反射電極２５Ｃは、紫外光反射率が９０％以上であることが好ましい。より具体的には、反射透過測定器において測定されたピーク波長２６５ｎｍにおける反射電極２５Ｃの紫外光反射率が９０％以上であることが好ましい。
（反射電極）
反射電極２５Ｃは、発光層１３から第２導電型窒化物半導体層１４側へ放出された光を発光層１３側へと反射し、紫外線発光素子２の発光強度を向上させる機能を有している。発光強度向上の観点から、反射電極２５Ｃは、紫外光反射率が９０％以上であることが好ましい。より具体的には、反射透過測定器において測定されたピーク波長２６５ｎｍにおける反射電極２５Ｃの紫外光反射率が９０％以上であることが好ましい。
【0076】
反射電極２５Ｃは、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｄ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｒｈで形成されるが、反射率を満たせばこの限りではない。反射電極２５Ｃは、ｐ型電極である第２電極１５Ｂとして用いられてもよく、第２電極１５Ｂ上に設けられてもよい。さらに、反射電極２５Ｃは、第２導電型窒化物半導体層１４上の第２電極１５Ｂ以外の箇所に備えられてもよい。
また、反射電極にはＨｆＯ２やＳｉＯ２などの酸化物を積層した半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡を用いてもよい。
反射電極２５Ｃは、単層でもよく、複数層が積層されていてもよい。
また、反射電極にはＨｆＯ２やＳｉＯ２などの酸化物を積層した半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡を用いてもよい。
反射電極２５Ｃは、単層でもよく、複数層が積層されていてもよい。
【0077】
（２．２）紫外線発光素子の製造方法
反射電極２５Ｃは、抵抗加熱蒸着、電子銃蒸着またはスパッタ等により形成されることが好ましいが、これら方法には限定されない。
反射電極２５Ｃは、抵抗加熱蒸着、電子銃蒸着またはスパッタ等により形成されることが好ましいが、これら方法には限定されない。
【0078】
（２．３）第二実施形態の効果
第二実施形態に係る紫外線発光素子２は、第一実施形態において記載した効果に加えて以下の効果を有する。
（１３）紫外線発光素子２は、第２導電型窒化物半導体層１４上に設けられた反射電極２５Ｃを備えている。
これにより、紫外線発光素子２は、発光層１３から第２導電型窒化物半導体層１４側へ放出された光を発光層１３側へと反射し、紫外線発光素子２の発光強度を向上させることができる。
第二実施形態に係る紫外線発光素子２は、第一実施形態において記載した効果に加えて以下の効果を有する。
（１３）紫外線発光素子２は、第２導電型窒化物半導体層１４上に設けられた反射電極２５Ｃを備えている。
これにより、紫外線発光素子２は、発光層１３から第２導電型窒化物半導体層１４側へ放出された光を発光層１３側へと反射し、紫外線発光素子２の発光強度を向上させることができる。
【0079】
３．第三実施形態
図４を参照して、第二実施形態に係る紫外線発光素子３について説明する。図４に示すように、紫外線発光素子３は、基板１１、第１導電型窒化物半導体層１２、発光層１３、組成傾斜層３８および第２導電型窒化物半導体層１４を備えている。また、紫外線発光素子３は、第１導電型窒化物半導体層１２と接続された第１電極１５Ａと、第２導電型窒化物半導体層１４と接続された第２電極１５Ｂとを備えている。すなわち、紫外線発光素子３は、発光層１３と第２導電型窒化物半導体層１４との間に、Ａｌ組成が基板１１から遠ざかる方向にむかって減少する組成傾斜層３８を備える点で、第一実施形態に係る紫外線発光素子１と相違する。
図４を参照して、第二実施形態に係る紫外線発光素子３について説明する。図４に示すように、紫外線発光素子３は、基板１１、第１導電型窒化物半導体層１２、発光層１３、組成傾斜層３８および第２導電型窒化物半導体層１４を備えている。また、紫外線発光素子３は、第１導電型窒化物半導体層１２と接続された第１電極１５Ａと、第２導電型窒化物半導体層１４と接続された第２電極１５Ｂとを備えている。すなわち、紫外線発光素子３は、発光層１３と第２導電型窒化物半導体層１４との間に、Ａｌ組成が基板１１から遠ざかる方向にむかって減少する組成傾斜層３８を備える点で、第一実施形態に係る紫外線発光素子１と相違する。
【0080】
以下、組成傾斜層３８について詳細に説明する。なお、基板１１、第１導電型窒化物半導体層１２、発光層１３、第２導電型窒化物半導体層１４、第１電極１５Ａおよび第２電極１５Ｂは、紫外線発光素子１と同様の構成であるため説明を省略する。
【0081】
（３．１）紫外線発光素子の構成
（組成傾斜層）
組成傾斜層３８は、発光層１３と第２導電型窒化物半導体層１４との間に設けられている。組成傾斜層３８は、ＡｌｙＧａ（１－ｙ）Ｎ（０．１≦ｙ≦１．０）で形成され、基板１１から遠ざかる方向に向かってＡｌ組成ｙが減少している。組成傾斜層３８のＡｌ組成ｙは、基板１１から遠ざかる方向に向かって減少している。組成傾斜層３８におけるＡｌ組成ｙのプロファイル（傾斜）は、連続的に減少してもよいし、断続的に減少してもよい。ここで、「断続的に減少する」とは、組成傾斜層３８の膜中にＡｌ組成ｙが同じになっている部分を含むことを意味する。つまり、組成傾斜層３８には、基板１１から遠ざかる方向にＡｌ組成ｙが減少しない部分が含まれていてもよいが、増加する部分は含まれていない。
（組成傾斜層）
組成傾斜層３８は、発光層１３と第２導電型窒化物半導体層１４との間に設けられている。組成傾斜層３８は、ＡｌｙＧａ（１－ｙ）Ｎ（０．１≦ｙ≦１．０）で形成され、基板１１から遠ざかる方向に向かってＡｌ組成ｙが減少している。組成傾斜層３８のＡｌ組成ｙは、基板１１から遠ざかる方向に向かって減少している。組成傾斜層３８におけるＡｌ組成ｙのプロファイル（傾斜）は、連続的に減少してもよいし、断続的に減少してもよい。ここで、「断続的に減少する」とは、組成傾斜層３８の膜中にＡｌ組成ｙが同じになっている部分を含むことを意味する。つまり、組成傾斜層３８には、基板１１から遠ざかる方向にＡｌ組成ｙが減少しない部分が含まれていてもよいが、増加する部分は含まれていない。
【0082】
組成傾斜層３８は、分極ドーピング効果により正孔を生成させて、正孔を効率良く発光層１３内の活性層に注入する作用を有する。このため、組成傾斜層３８が発光層１３と第２導電型窒化物半導体層１４との間に設けられることで、紫外線発光素子３の発光効率を高めることができる。
組成傾斜層３８の層厚は、発光効率を高める観点から、１５ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましい。
組成傾斜層３８の層厚は、発光効率を高める観点から、１５ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0083】
組成傾斜層３８は、発光層１３と接触していてもよく、発光層１３との間に別の層が存在していてもよい。また、組成傾斜層３８は、第２導電型窒化物半導体層１４と接触していてもよく、第２導電型窒化物半導体層１４との間に別の層が存在していてもよい。
具体的には、発光層１３と組成傾斜層３８との間に電子ブロック層１７が存在していても良い。
具体的には、発光層１３と組成傾斜層３８との間に電子ブロック層１７が存在していても良い。
【0084】
ここで、本実施形態に係る紫外線発光素子３において、第２導電型窒化物半導体層１４の被覆率は組成傾斜層３８に対する被覆率を示す。
【0085】
（３．２）紫外線発光素子の製造方法
組成傾斜層３８は、他の各層と同様に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法および有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等のいずれかにより形成することができる。また、導波路層４９は、他の各層と同様に、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含むＡｌ原料、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等を含むＧａ原料、例えばアンモニア（ＮＨ３）を含むＮ原料を用いて形成することができる。
組成傾斜層３８は、他の各層と同様に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法および有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等のいずれかにより形成することができる。また、導波路層４９は、他の各層と同様に、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含むＡｌ原料、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等を含むＧａ原料、例えばアンモニア（ＮＨ３）を含むＮ原料を用いて形成することができる。
【0086】
（３．３）紫外線発光素子の物性等の測定方法
（組成傾斜層のＡｌ組成の測定方法）
組成傾斜層３８のＡｌ組成は、発光層１３および電子ブロック層１７等と同様に、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）、および電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）等によって測定することができる。
（組成傾斜層のＡｌ組成の測定方法）
組成傾斜層３８のＡｌ組成は、発光層１３および電子ブロック層１７等と同様に、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）、および電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）等によって測定することができる。
【0087】
（３．４）紫外線発光素子の変形例
本実施形態に係る紫外線発光素子３は、第二実施形態において説明した反射電極２５Ｃを備えた構成（不図示）であっても良い。
本実施形態に係る紫外線発光素子３は、第二実施形態において説明した反射電極２５Ｃを備えた構成（不図示）であっても良い。
【0088】
（３．５）第三実施形態の効果
第三実施形態に係る紫外線発光素子は、第一実施形態または第二実施形態において記載した効果に加えて以下の効果を有する。
（１４）紫外線発光素子３は、発光層１３と第２導電型窒化物半導体層１４との間に設けられた組成傾斜層３８を備えている。
これにより、紫外線発光素子３は、正孔を効率良く発光層１３内の活性層に注入させ、紫外線発光素子３の発光効率を高めることができる。
第三実施形態に係る紫外線発光素子は、第一実施形態または第二実施形態において記載した効果に加えて以下の効果を有する。
（１４）紫外線発光素子３は、発光層１３と第２導電型窒化物半導体層１４との間に設けられた組成傾斜層３８を備えている。
これにより、紫外線発光素子３は、正孔を効率良く発光層１３内の活性層に注入させ、紫外線発光素子３の発光効率を高めることができる。
【0089】
４．第四実施形態
図５を参照して、第四実施形態に係る紫外線発光素子４について説明する。図５に示すように、第２紫外線発光素子は、基板１１、第１導電型窒化物半導体層１２、第１導波路層４９Ａ、発光層１３、第２導波路層４９Ｂ、第２導電型窒化物半導体層１４を備えている。また、紫外線発光素子４は、第１導電型窒化物半導体層１２と接続された４第１電極１５Ａと、第２導電型窒化物半導体層１４と接続された第２電極１５Ｂとを備えている。すなわち、紫外線発光素子４は、発光層１３の上下それぞれに導波路層４９（第１導波路層４９Ａおよび第２導波路層４９Ｂ）を備える点で、第一実施形態に係る紫外線発光素子１と相違する。
図５を参照して、第四実施形態に係る紫外線発光素子４について説明する。図５に示すように、第２紫外線発光素子は、基板１１、第１導電型窒化物半導体層１２、第１導波路層４９Ａ、発光層１３、第２導波路層４９Ｂ、第２導電型窒化物半導体層１４を備えている。また、紫外線発光素子４は、第１導電型窒化物半導体層１２と接続された４第１電極１５Ａと、第２導電型窒化物半導体層１４と接続された第２電極１５Ｂとを備えている。すなわち、紫外線発光素子４は、発光層１３の上下それぞれに導波路層４９（第１導波路層４９Ａおよび第２導波路層４９Ｂ）を備える点で、第一実施形態に係る紫外線発光素子１と相違する。
【0090】
以下、導波路層４９について詳細に説明する。なお、基板１１、第１導電型窒化物半導体層１２、発光層１３、第２導電型窒化物半導体層１４、第１電極１５Ａおよび第２電極１５Ｂは、紫外線発光素子１と同様の構成であるため説明を省略する。
【0091】
（４．１）紫外線発光素子の構造
（導波路層）
導波路層４９は、発光層１３からの光を閉じ込める機能を有している。導波路層４９は、光をより効率的に閉じ込める観点から、図５に示すように、発光層１３の上下に第１導波路層４９Ａおよび第２導波路層４９Ｂとして配置されることが好ましい。
導波路層４９は、例えばＡｌｐＧａ（１－ｐ）Ｎ（０．５≦ｐ≦ｚ）で形成されていることが好ましい。また、光閉じ込めの観点から、導波路層４９のＡｌ組成ｐは、第１導電型窒化物半導体層１２のＡｌ組成ｚより低いことが好ましい。
導波路層４９には、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｅ等の不純物が混入していてよい。
（導波路層）
導波路層４９は、発光層１３からの光を閉じ込める機能を有している。導波路層４９は、光をより効率的に閉じ込める観点から、図５に示すように、発光層１３の上下に第１導波路層４９Ａおよび第２導波路層４９Ｂとして配置されることが好ましい。
導波路層４９は、例えばＡｌｐＧａ（１－ｐ）Ｎ（０．５≦ｐ≦ｚ）で形成されていることが好ましい。また、光閉じ込めの観点から、導波路層４９のＡｌ組成ｐは、第１導電型窒化物半導体層１２のＡｌ組成ｚより低いことが好ましい。
導波路層４９には、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｅ等の不純物が混入していてよい。
【0092】
（４．２）紫外線発光素子の製造方法
導波路層４９は、他の各層と同様に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法および有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等のいずれかにより形成することができる。また、導波路層４９は、他の各層と同様に、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含むＡｌ原料、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等を含むＧａ原料、例えばアンモニア（ＮＨ３）を含むＮ原料を用いて形成することができる。
導波路層４９は、他の各層と同様に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法および有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等のいずれかにより形成することができる。また、導波路層４９は、他の各層と同様に、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含むＡｌ原料、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等を含むＧａ原料、例えばアンモニア（ＮＨ３）を含むＮ原料を用いて形成することができる。
【0093】
（４．３）紫外線発光素子の物性等の測定方法
（導波路層のＡｌ組成の測定方法）
導波路層４９のＡｌ組成は、発光層１３および電子ブロック層１７等と同様に、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）、および電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）等によって測定することができる。
（導波路層のＡｌ組成の測定方法）
導波路層４９のＡｌ組成は、発光層１３および電子ブロック層１７等と同様に、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）、および電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）等によって測定することができる。
【0094】
（４．４）紫外線発光素子の変形例
本実施形態に係る紫外線発光素子４は、発光層１３の上下それぞれに設けられた導波路層４９に加えて、第二実施形態において説明した反射電極２５Ｃおよび第三実施形態において説明した組成傾斜層３８の少なくとも一方を備えていても良い。この場合、組成傾斜層３８は、発光層１３の上部に設けられた第２導波路層４９Ｂと、第２導電型窒化物半導体層１４との間に設けられていれば良い。
本実施形態に係る紫外線発光素子４は、発光層１３の上下それぞれに設けられた導波路層４９に加えて、第二実施形態において説明した反射電極２５Ｃおよび第三実施形態において説明した組成傾斜層３８の少なくとも一方を備えていても良い。この場合、組成傾斜層３８は、発光層１３の上部に設けられた第２導波路層４９Ｂと、第２導電型窒化物半導体層１４との間に設けられていれば良い。
【0095】
また、本実施形態に係る紫外線発光素子４は、発光層１３の上下それぞれに設けられた導波路層４９（第１導波路層４９Ａおよび第２導波路層４９Ｂ）に加えて、第四実施形態に係る紫外線発光素子２と同様に組成傾斜層３８を備えていても良い。この場合、組成傾斜層３８は、発光層１３の上部に設けられた第２導波路層４９Ｂと、第２導電型窒化物半導体層１４との間に設けられていれば良い。
【0096】
（４．５）第四実施形態の効果
第四実施形態に係る紫外線発光素子は、第一実施形態から第三実施形態において記載した効果のいずれかに加えて以下の効果を有する。
（１５）紫外線発光素子４は、発光層１３の上下それぞれに設けられた導波路層４９（第１導波路層４９Ａおよび第２導波路層４９Ｂ）を備えている。
これにより、紫外線発光素子４は、発光層１３からの光を効率的に外部に導き、紫外線発光素子４の発光効率を高めることができる。
第四実施形態に係る紫外線発光素子は、第一実施形態から第三実施形態において記載した効果のいずれかに加えて以下の効果を有する。
（１５）紫外線発光素子４は、発光層１３の上下それぞれに設けられた導波路層４９（第１導波路層４９Ａおよび第２導波路層４９Ｂ）を備えている。
これにより、紫外線発光素子４は、発光層１３からの光を効率的に外部に導き、紫外線発光素子４の発光効率を高めることができる。
【実施例】
【0097】
［実施例１］
厚さが５５０μｍのｃ面ＡｌＮ単結晶基板に対して、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を用いて、アニール処理を行った。アニール処理は、１３００℃において、ＮＨ３雰囲気中での５分間の処理と、Ｈ２雰囲気中での５分間の処理とを１セットとして、２セット実施した。
次に、ホモエピタキシャル層であるＡｌＮ層を、１２００℃において、５００ｎｍの厚さで形成した。このとき、ＩＩＩ族元素原料ガスの供給レートと窒素原料ガスの供給レートとの比率（Ｖ／ＩＩＩ比）は、５０とした。また、真空度は５０ｍｂａｒとした。また、ＡｌＮ層の成長レートは０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。
厚さが５５０μｍのｃ面ＡｌＮ単結晶基板に対して、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を用いて、アニール処理を行った。アニール処理は、１３００℃において、ＮＨ３雰囲気中での５分間の処理と、Ｈ２雰囲気中での５分間の処理とを１セットとして、２セット実施した。
次に、ホモエピタキシャル層であるＡｌＮ層を、１２００℃において、５００ｎｍの厚さで形成した。このとき、ＩＩＩ族元素原料ガスの供給レートと窒素原料ガスの供給レートとの比率（Ｖ／ＩＩＩ比）は、５０とした。また、真空度は５０ｍｂａｒとした。また、ＡｌＮ層の成長レートは０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。
【0098】
上述したように形成したＡｌＮ層上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層である第１導電型窒化物半導体層を形成した。第１導電型窒化物半導体層は、Ｓｉをドーパント不純物として用いたｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：７０％、すなわちＡｌ０．７０Ｇａ０．３０Ｎ層）とした。
第１導電型窒化物半導体層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で５００ｎｍの厚さで形成した。このときの第１導電型窒化物半導体層の成長レートは、０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。また、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）を用いた。
第１導電型窒化物半導体層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で５００ｎｍの厚さで形成した。このときの第１導電型窒化物半導体層の成長レートは、０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。また、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）を用いた。
【0099】
続いて、第１導電型窒化物半導体層上に発光層を形成した。発光層は、量子井戸層とバリア層とを５周期積層させた多重量子井戸構造を有するように成膜して形成した。ここで、量子井戸層は、３．０ｎｍの厚さを有するＡｌＧａＮ層（Ａｌ：５２％、すなわちＡｌ０．５２Ｇａ０．４８Ｎ層）とした。また、６．０ｎｍの厚さを有するバリア層は、ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：７５％、すなわちＡｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層）とした。
発光層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの量子井戸層の成長レートは０．１８μｍ／ｈｒであった。また、バリア層の成長レートは０．１５μｍ／ｈｒであった。
発光層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの量子井戸層の成長レートは０．１８μｍ／ｈｒであった。また、バリア層の成長レートは０．１５μｍ／ｈｒであった。
【0100】
続いて、発光層上に電子ブロック層を形成した。ここで、電子ブロック層は、１５ｎｍの厚さを有するＡｌＧａＮ層（Ａｌ：８５％、すなわちＡｌ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ層）とした。
電子ブロック層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの電子ブロック層の成長レートは０．１２μｍ／ｈｒであった。
電子ブロック層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの電子ブロック層の成長レートは０．１２μｍ／ｈｒであった。
【0101】
続いて、電子ブロック層上に組成傾斜層を形成した。ここで、組成傾斜層は、３５ｎｍの厚さを有し、Ａｌ組成が７５％から３０％まで一様に傾斜しているＡｌＧａＮ層（Ａｌ：７０→３０％、すなわちＡｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ→Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層）とした。
組成傾斜層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。
組成傾斜層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。
【0102】
続いて、組成傾斜層上に第２導電型窒化物半導体層を形成した。ここで、第２導電型窒化物半導体層は、１０ｎｍの厚さを有し、Ｍｇをドーパント不純物として用いたｐ型ＧａＮ層（すなわちＡｌ：０％）とした。
第２導電型窒化物半導体層は、９２０℃の温度で、真空度を１５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を３６５０とした条件で形成した。このときの第２導電型窒化物半導体層の成長レートは０．２μｍ／ｈｒであった。
第２導電型窒化物半導体層を成膜する際に、Ｍｇの濃度分布が生じるように成膜した。具体的には、Ｍｇ濃度が１×１０２０ｃｍ－３、膜厚が２ｎｍとなるように１層目を成膜し、さらにその上にＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ－３、膜厚が６ｎｍとなるように２層目を成膜し、最後にＭｇ濃度が１×１０２０ｃｍ－３、膜厚が２ｎｍとなるように３層目を成膜した。これにより、総厚が１０ｎｍでＭｇの濃度分布が生じている第２導電型窒化物半導体層を成膜した。Ｍｇ濃度は、Ｍｇの流量を調整し、膜厚は成膜時間を調整することで第２導電型窒化物半導体層を成膜した。
以上のようにして、ＡｌＮ基板上に、窒化物半導体積層体が形成された。
第２導電型窒化物半導体層は、９２０℃の温度で、真空度を１５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を３６５０とした条件で形成した。このときの第２導電型窒化物半導体層の成長レートは０．２μｍ／ｈｒであった。
第２導電型窒化物半導体層を成膜する際に、Ｍｇの濃度分布が生じるように成膜した。具体的には、Ｍｇ濃度が１×１０２０ｃｍ－３、膜厚が２ｎｍとなるように１層目を成膜し、さらにその上にＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ－３、膜厚が６ｎｍとなるように２層目を成膜し、最後にＭｇ濃度が１×１０２０ｃｍ－３、膜厚が２ｎｍとなるように３層目を成膜した。これにより、総厚が１０ｎｍでＭｇの濃度分布が生じている第２導電型窒化物半導体層を成膜した。Ｍｇ濃度は、Ｍｇの流量を調整し、膜厚は成膜時間を調整することで第２導電型窒化物半導体層を成膜した。
以上のようにして、ＡｌＮ基板上に、窒化物半導体積層体が形成された。
【0103】
上述したようにして形成された窒化物半導体積層体を、ＳＥＭを用いて観察したところ、直下の層である組成傾斜層に対する第２導電型窒化物半導体層の表面被覆率は８５％であった。最後に、高分解能ＴＥＭによる断面ＴＥＭ測定を行ったところ、組成傾斜層と第２導電型窒化物半導体層とは格子整合していた。また、得られた第２導電型窒化物半導体層の一部を、ＡＰＴを用いて測定したところ、第２導電型窒化物半導体層のＭｇ濃度と膜厚は所望のものが得られていた。
【0104】
得られた窒化物半導体積層体を第２導電型窒化物半導体層側からドライエッチングすることによって、ｎ型ＡｌＧａＮ層である第１導電型窒化物半導体層の一部を露出させた。露出した第１導電型窒化物半導体層上に、Ｔｉ、Ａｌ、ＮｉおよびＡｕを含む合金電極（ｎ型電極に相当）を形成した。また、ｐ型ＧａＮ層である第２導電型窒化物半導体層上に、ＮｉおよびＡｕを含む合金電極（ｐ型電極に相当）を形成した。ＡｌＮ基板を、厚さが１００μｍになるように裏面から研削した後、ダイシングにより窒化物半導体積層体を紫外線発光素子の個片へと分割した。
得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．８Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４４ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．２９％であった。
得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．８Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４４ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．２９％であった。
【0105】
[実施例２]
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が３×１０２０ｃｍ－３、表面被覆率が８５％となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は、実施例１と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．６Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４５ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．３６％であった。
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が３×１０２０ｃｍ－３、表面被覆率が８５％となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は、実施例１と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．６Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４５ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．３６％であった。
【0106】
[実施例３]
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が７×１０２０ｃｍ－３、表面被覆率が１００％となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例１と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は５０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．６１％であった。
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が７×１０２０ｃｍ－３、表面被覆率が１００％となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例１と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は５０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．６１％であった。
【0107】
[実施例４]
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が９×１０２０ｃｍ－３とした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．３Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．５６％であった。
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が９×１０２０ｃｍ－３とした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．３Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．５６％であった。
【0108】
[実施例５]
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が６×１０１９ｃｍ－３とし、表面被覆率が７５％となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例１と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．０Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１１％であった。
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が６×１０１９ｃｍ－３とし、表面被覆率が７５％となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例１と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．０Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１１％であった。
【0109】
[実施例６]
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が３×１０２１ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４１ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１４％であった。
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が３×１０２１ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４１ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１４％であった。
【0110】
[実施例７]
第２導電型窒化物半導体層における２層目のＭｇ濃度が３×１０１９ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．１Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４８ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．５７％であった。
第２導電型窒化物半導体層における２層目のＭｇ濃度が３×１０１９ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．１Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４８ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．５７％であった。
【0111】
[実施例８]
第２導電型窒化物半導体層における２層目のＭｇ濃度が７×１０１８ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．５Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４５ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．３８％であった。
第２導電型窒化物半導体層における２層目のＭｇ濃度が７×１０１８ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．５Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４５ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．３８％であった。
【0112】
[実施例９]
第２導電型窒化物半導体層における２層目のＭｇ濃度が３×１０１８ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．８Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４３ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．２６％であった。
第２導電型窒化物半導体層における２層目のＭｇ濃度が３×１０１８ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．８Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４３ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．２６％であった。
【0113】
[実施例１０]
第２導電型窒化物半導体層における２層目のＭｇ濃度が６×１０１９ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．３Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４４ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．２１％であった。
第２導電型窒化物半導体層における２層目のＭｇ濃度が６×１０１９ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．３Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４４ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．２１％であった。
【0114】
［実施例１１]
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ－３、２層目のＭｇ濃度が７×１０２０ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１１％であった。
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目のＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ－３、２層目のＭｇ濃度が７×１０２０ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１１％であった。
【0115】
[実施例１２]
第２導電型窒化物半導体層における２層目のＭｇ濃度が７×１０１７ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．１Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１３％であった。
第２導電型窒化物半導体層における２層目のＭｇ濃度が７×１０１７ｃｍ－３となるように第２導電型窒化物半導体層を形成した以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．１Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１３％であった。
【0116】
[実施例１３]
第２導電型窒化物半導体層におけるドーパント原子としてＺｎを用いた以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．５８％であった。
第２導電型窒化物半導体層におけるドーパント原子としてＺｎを用いた以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．５８％であった。
【0117】
[実施例１４]
第２導電型窒化物半導体層におけるドーパント原子としてＢｅを用いた以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．５８％であった。
第２導電型窒化物半導体層におけるドーパント原子としてＢｅを用いた以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．５８％であった。
【0118】
[実施例１５]
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目の膜厚をそれぞれ１ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は５０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．６１％であった。
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目の膜厚をそれぞれ１ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は５０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．６１％であった。
【0119】
[実施例１６]
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目の膜厚をそれぞれ３．５ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．１Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４１ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１５％であった。
第２導電型窒化物半導体層における１層目および３層目の膜厚をそれぞれ３．５ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．１Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４１ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１５％であった。
【0120】
[実施例１７]
第２導電型窒化物半導体層の層厚を２ｎｍとし、１層目および３層目の膜厚をそれぞれ０．５ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．７Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は５０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４９％であった。
第２導電型窒化物半導体層の層厚を２ｎｍとし、１層目および３層目の膜厚をそれぞれ０．５ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．７Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は５０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４９％であった。
【0121】
[実施例１８]
第２導電型窒化物半導体層の層厚を２０ｎｍとし、１層目および３層目の膜厚をそれぞれ３ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．０Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４３ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４３％であった。
第２導電型窒化物半導体層の層厚を２０ｎｍとし、１層目および３層目の膜厚をそれぞれ３ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．０Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４３ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４３％であった。
【0122】
[実施例１９]
第２導電型窒化物半導体層の層厚を１５０ｎｍとし、１層目および３層目の膜厚をそれぞれ５ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は５．９Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．３６％であった。
第２導電型窒化物半導体層の層厚を１５０ｎｍとし、１層目および３層目の膜厚をそれぞれ５ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は５．９Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．３６％であった。
【0123】
[実施例２０]
第２導電型窒化物半導体層の層厚を２５０ｎｍとし、１層目および３層目の膜厚をそれぞれ７．５ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．３Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３５ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１１％であった。
第２導電型窒化物半導体層の層厚を２５０ｎｍとし、１層目および３層目の膜厚をそれぞれ７．５ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．３Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３５ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１１％であった。
【0124】
[実施例２１]
第２導電型窒化物半導体層におけるＡｌ組成を１０％とした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．６Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４８ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４５％であった。
第２導電型窒化物半導体層におけるＡｌ組成を１０％とした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．６Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４８ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４５％であった。
【0125】
[実施例２２]
第２導電型窒化物半導体層におけるＡｌ組成を１８％とした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．０Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４３ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．２３％であった。
第２導電型窒化物半導体層におけるＡｌ組成を１８％とした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．０Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４３ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．２３％であった。
【0126】
[実施例２３]
第２導電型窒化物半導体層におけるＡｌ組成を２５％とした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．４Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．０５％であった。
第２導電型窒化物半導体層におけるＡｌ組成を２５％とした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．４Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．０５％であった。
【0127】
[実施例２４]
組成傾斜層を設けなかった以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３８ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．０６％であった。
組成傾斜層を設けなかった以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３８ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．０６％であった。
【0128】
[実施例２５]
組成傾斜層の膜厚を１０ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．１Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１０％であった。
組成傾斜層の膜厚を１０ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．１Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１０％であった。
【0129】
[実施例２６]
組成傾斜層の膜厚を２０ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．４Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４５ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４１％であった。
組成傾斜層の膜厚を２０ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．４Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４５ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４１％であった。
【0130】
[実施例２７]
組成傾斜層の膜厚を５０ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．１Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４３ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４１％であった。
組成傾斜層の膜厚を５０ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．１Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は４３ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４１％であった。
【0131】
[実施例２８]
組成傾斜層の膜厚を７０ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．３Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．２４％であった。
組成傾斜層の膜厚を７０ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．３Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３９ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．２４％であった。
【0132】
[実施例２９]
第１導電型窒化物半導体層の層厚を２００ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は８．５Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は５０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１８％であった。
第１導電型窒化物半導体層の層厚を２００ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は８．５Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は５０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１８％であった。
【0133】
[実施例３０]
第１導電型窒化物半導体層の層厚を３００ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．９Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は５０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４５％であった。
第１導電型窒化物半導体層の層厚を３００ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は６．９Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は５０ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．４５％であった。
【0134】
[実施例３１]
第１導電型窒化物半導体層の層厚を８００ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は５．９Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３５ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１９％であった。
第１導電型窒化物半導体層の層厚を８００ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は５．９Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３５ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．１９％であった。
【0135】
［比較例１］
第２導電型窒化物半導体層を成膜する際に、Ｍｇの濃度分布が生じないように成膜した。具体的には、第２導電型窒化物半導体層の全体において、Ｍｇ濃度が７×１０２０ｃｍ－３となり、一様に存在するように第２導電型窒化物半導体層を成膜した。これ以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。
上述のようにして形成された窒化物半導体積層体を、ＳＥＭを用いて観察したところ、直下の層である組成傾斜層に対する第２導電型窒化物半導体層の表面被覆率は１００％であった。最後に、高分解能ＴＥＭによる断面ＴＥＭ測定を行ったところ、組成傾斜層と第２導電型窒化物半導体層とは格子整合していた。また、得られた窒化物半導体積層体の一部を、ＡＰＴを用いて測定したところ、第２導電型窒化物半導体層のＭｇ濃度と膜厚は所望のものが得られていた。
第２導電型窒化物半導体層を成膜する際に、Ｍｇの濃度分布が生じないように成膜した。具体的には、第２導電型窒化物半導体層の全体において、Ｍｇ濃度が７×１０２０ｃｍ－３となり、一様に存在するように第２導電型窒化物半導体層を成膜した。これ以外は実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。
上述のようにして形成された窒化物半導体積層体を、ＳＥＭを用いて観察したところ、直下の層である組成傾斜層に対する第２導電型窒化物半導体層の表面被覆率は１００％であった。最後に、高分解能ＴＥＭによる断面ＴＥＭ測定を行ったところ、組成傾斜層と第２導電型窒化物半導体層とは格子整合していた。また、得られた窒化物半導体積層体の一部を、ＡＰＴを用いて測定したところ、第２導電型窒化物半導体層のＭｇ濃度と膜厚は所望のものが得られていた。
【0136】
得られた窒化物半導体積層体を第２導電型窒化物半導体層側からドライエッチングすることによって、ｎ型ＡｌＧａＮ層である第１導電型窒化物半導体層の一部を露出させた。露出した第１導電型窒化物半導体層上に、Ｔｉ、Ａｌ、ＮｉおよびＡｕを含む合金電極（ｎ型電極に相当）を形成した。また、ｐ型ＧａＮ層である第２導電型窒化物半導体層上に、ＮｉおよびＡｕを含む合金電極（ｐ型電極に相当）を形成した。ＡｌＮ基板を、厚さが１００μｍになるように裏面から研削した後、ダイシングにより窒化物半導体積層体を紫外線発光素子の個片へと分割した。
得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３７ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．０３％であった。
得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．２Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は３７ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは１．０３％であった。
【0137】
[比較例２]
基板を厚さが４５０μｍのｃ面サファイア基板とし、サファイア基板上にＭＯＣＶＤ法によって成長させたＡｌＮ薄膜を設けた。また、第２導電型窒化物半導体層の形成条件を変更して、組成傾斜層に対する第２導電型窒化物半導体層の表面被覆率が６５％となるように調整した以外は、実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。
得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．３Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は２２ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは０．６０％であった。
基板を厚さが４５０μｍのｃ面サファイア基板とし、サファイア基板上にＭＯＣＶＤ法によって成長させたＡｌＮ薄膜を設けた。また、第２導電型窒化物半導体層の形成条件を変更して、組成傾斜層に対する第２導電型窒化物半導体層の表面被覆率が６５％となるように調整した以外は、実施例３と同様の方法で紫外線発光素子を形成した。
得られた紫外線発光素子を、電流５００ｍＡで駆動させて評価したところ、駆動電圧は７．３Ｖ、ピーク波長２６５ｎｍにおける発光強度は２２ｍＷであった。また、このときのＷＰＥは０．６０％であった。
【0138】
以下の表１に、各実施例および比較例の構成と、評価とを示す。
【0139】
【表1】
【0140】
表１に示すように、基板がＡｌを含む窒化物半導体であり、ドーパント原子濃度が第２導電型窒化物半導体層の厚み方向に濃度分布を有する実施例１から実施例３１の各紫外線発光素子は、ドーパント原子濃度が濃度分布を有していない比較例１、基板がＡｌを含まない比較例２のいずれと比較しても高い発光強度を有するとともに、高いＷＰＥを有することがわかった。また、第２導電型窒化物半導体層の厚み方向の中心領域におけるドーパント原子濃度が端部領域におけるドーパント原子濃度よりも低くなっている実施例１から実施例３１の各紫外線発光素子は、このような濃度分布を有していない比較例１と比較して高い発光強度を有するとともに、高いＷＰＥを有することがわかった。
【0141】
また、実施例３、実施例１３および実施例１４からわかるように、ドーパント原子がＭｇ、ＺｎまたはＢｅの少なくとも一種であることが好ましく、特にドーパント原子がＭｇである場合に、発光強度およびＷＰＥが更に向上した。そして、実施例３、実施例１３，１４と、実施例５，６とから、ドーパント原子濃度が８×１０１９ｃｍ－３から１×１０２１ｃｍ－３の範囲である場合、Ｍｇ濃度がこの範囲外である場合と比較して、各ダイオード特性がより向上することがわかった。
【0142】
実施例３、実施例１５、実施例１７から２０と実施例１６とから、第２導電型窒化物半導体層におけるドーパント高濃度領域の厚さが第２導電型窒化物半導体層の厚さの５％以上５０％以下である場合、発光強度が向上するとともに閾値電圧の低下やＷＰＥが向上することがわかった。
また、実施例３、実施例１７から実施例１９と、実施例２０とから、第２導電型窒化物半導体層は薄いほど発光強度が向上し、特に３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることでより発光強度がより向上することがわかった。
また、実施例３、実施例１７から実施例１９と、実施例２０とから、第２導電型窒化物半導体層は薄いほど発光強度が向上し、特に３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることでより発光強度がより向上することがわかった。
【0143】
実施例１から実施例５と、比較例２から、直下の層に対する第２窒化物半導体層の被覆率を７０％以上とすることにより、発光強度が向上するとともに閾値電圧が低下し、ＷＰＥも大幅に向上することがわかった。
実施例３と実施例９とから、発光層と第２導電型窒化物半導体層との間に組成傾斜層を有する場合、組成傾斜層を有しない場合と比較して発光強度が向上するとともに、閾値電圧が低下することが確認できた。
また、実施例３、実施例２５から実施例２７と実施例２８とから、組成傾斜層の層厚が１５ｎｍ以上６０ｎｍ以下である場合に発光強度がより向上するとともに、閾値電圧が低下することが確認できた。
実施例３と実施例９とから、発光層と第２導電型窒化物半導体層との間に組成傾斜層を有する場合、組成傾斜層を有しない場合と比較して発光強度が向上するとともに、閾値電圧が低下することが確認できた。
また、実施例３、実施例２５から実施例２７と実施例２８とから、組成傾斜層の層厚が１５ｎｍ以上６０ｎｍ以下である場合に発光強度がより向上するとともに、閾値電圧が低下することが確認できた。
【0144】
実施例１から実施例６と、比較例２とから、基板はＡｌを含むＡｌＮ等の窒化物半導体で形成されていることが好ましいことがわかった。
【0145】
本開示の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本開示が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本開示の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【0146】
１，２，３，４ 紫外線発光素子
１１ 基板
１２ 第１導電型窒化物半導体層
１３ 発光層
１４ 第２導電型窒化物半導体層
１５Ａ 第１電極
１５Ｂ 第２電極
１６ ＡｌＮ層
１７ 電子ブロック層
２５Ｃ 反射電極
３８ 組成傾斜層
４９ 導波路層
４９Ａ 第１導波路層
４９Ｂ 第２導波路層
１１ 基板
１２ 第１導電型窒化物半導体層
１３ 発光層
１４ 第２導電型窒化物半導体層
１５Ａ 第１電極
１５Ｂ 第２電極
１６ ＡｌＮ層
１７ 電子ブロック層
２５Ｃ 反射電極
３８ 組成傾斜層
４９ 導波路層
４９Ａ 第１導波路層
４９Ｂ 第２導波路層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】