CN112005388A

CN112005388A - 深紫外发光元件

Info

Publication number: CN112005388A
Application number: CN201980026705.1A
Authority: CN
Inventors: 柴田智彦; 宫地岳广
Original assignee: Dowa Electronics Materials Co Ltd
Current assignee: Dowa Electronics Materials Co Ltd
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2039-04-18
Also published as: JP6865784B2; JP2019192908A; CN112005388B

Abstract

提供一种考虑到被照射物体的显色性的深紫外发光元件。根据本发明的深紫外发光元件依次具有由III族氮化物半导体构成的n型半导体层、发光层和p型半导体层，所述深紫外发光元件的发光光谱在200nm以上且350nm以下的波长区域具有一次发光峰波长，将设所述一次发光峰波长的发光强度为100％时的二次发光的发光强度作为相对发光强度，所述发光光谱进一步具有：在430～450nm的整个波长区域中具有0.03～10％的相对发光强度的蓝紫色的二次发光成分、和在540～580nm的整个波长区域中具有0.03～10％的相对发光强度的黄绿色的二次发光成分，波长435nm处的发光强度相对于波长560nm处的发光强度之比为0.5～2。

Description

深紫外发光元件

技术领域

本发明涉及深紫外发光元件。

背景技术

由Al、Ga、In等与N的化合物构成的III族氮化物半导体是具有直接过渡型带结构的宽带隙半导体，是一种期待能在杀菌、水净化、医疗、照明等广泛的领域中应用的材料。尤其是发光层使用了III族氮化物半导体的发光元件通过调整III族元素的含有比率，能够覆盖从深紫外光到可见光的区域，向各种光源的实际应用正在不断发展。

波长200～350nm的光被称为深紫外光，发出深紫外光的深紫外发光元件通常按照如下方法制作。即，在蓝宝石、AlN单晶等的基板上形成缓冲层，依次形成由III族氮化物半导体构成的n型半导体层、发光层、p型半导体层。接着，分别形成与n型半导体层电连接的n侧电极、与p型半导体层电连接的p侧电极。在p型半导体层的p侧电极侧，为了形成欧姆接触，通常形成容易提高空穴浓度的p型GaN接触层。另外，发光层中广泛采用交替层叠由III族氮化物半导体构成的势垒层与阱层而得到的多量子阱(MQW)结构。

另外，专利文献1中公开了一种在由Al_xGa_1-xN材料(其中，0.7≤x≤1.0)构成的n型接触层上隔着由Al_yGa_1-yN材料(其中，0≤y≤0.5)构成的中间层形成n电极的氮化物发光元件。

深紫外发光元件的发光中心波长位于深紫外区域。不过，其发光光谱的摆边甚至延伸到可见光侧的长波长区域，而不是肉眼无法感知的紫外光区域。因此，通过肉眼观察深紫外发光元件的发光状态时，通常感觉深紫外发光元件发出了蓝色光。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2010-161311号公报

发明内容

发明要解决的问题

作为深紫外发光元件的被照射物体的一个例子，可列举出肉类等食品。通过将深紫外发光元件发出的深紫外光照射到食品等上，可以对食品等进行杀菌、抑制细菌的繁殖。作为将深紫外光照射到食品等上的情况，可以设想将食品等陈列在商店建筑物的卖场或饭店等时进行照射。

如前所述，现有技术的深紫外发光元件发出深紫外光，同时也发出蓝色或紫色的可见光。肉类等食品上被照射蓝色或紫色的可见光时，肉眼观察时肉类等的颜色看起来像发生了变色，因此有时会影响其外观。

另外，为了确认深紫外发光元件是否发光，也可以采用利用上述蓝色或紫色的可见光的方法。但是，如果使用了用于保护眼睛的、阻挡紫外光的眼镜等，则由于蓝色或紫色的可见光也同时会被阻挡，因而即使采用上述方法有时也无法确认深紫外发光元件是否发光。

为此，本发明的目的在于提供一种考虑到被照射物体的显色性的深紫外发光元件。

用于解决问题的方案

本发明人等对解决上述技术问题的方法进行不断研究，其结果，着眼于通过同时得到源于深紫外光的一次发光的、包括蓝紫色的二次发光、和包括黄绿色的二次发光，且将它们发光的强度比设为相当，可以得到深紫外光以外的光变为白色(或接近白色的青色)的深紫外发光元件，从而完成了下述发明。即，本发明的主要特征如下。

(1)一种深紫外发光元件，其特征在于，其是依次具有由III族氮化物半导体构成的n型半导体层、发光层和p型半导体层的深紫外发光元件，

所述深紫外发光元件的发光光谱在200nm以上且350nm以下的波长区域具有一次发光峰波长，

将设所述一次发光峰波长的发光强度为100％时的二次发光的发光强度作为相对发光强度，所述发光光谱进一步具有：

在430～450nm的整个波长区域中具有0.03～10％的相对发光强度的蓝紫色的二次发光成分、和

在540～580nm的整个波长区域中具有0.03～10％的相对发光强度的黄绿色的二次发光成分，

波长435nm处的发光强度相对于波长560nm处的发光强度之比为0.5～2。

(2)根据上述(1)所述的深紫外发光元件，其中，

所述p型半导体层含有发出所述蓝紫色的二次发光成分的第1接触层，

所述n型半导体层含有发出所述黄绿色的二次发光成分的第2接触层。

(3)根据上述(2)所述的深紫外发光元件，其中，所述第1接触层与所述第2接触层处于交替排布的位置。

(4)根据上述(2)或(3)所述的深紫外发光元件，其中，

所述第1接触层是Mg浓度为1×10¹⁸/cm³以上的Mg掺杂Al_xGa_1-xN层(0≤x≤0.3)，

所述第2接触层是Si浓度为1×10¹⁸/cm³以上的Si掺杂Al_yGa_1-yN层(0≤y≤0.3)。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种考虑到被照射物体的显色性的深紫外发光元件。

附图说明

图1A是按照本发明的一实施方式的深紫外发光元件的示意截面图。

图1B是按照本发明的一实施方式的深紫外发光元件的俯视图。

图2是按照本发明的一实施方式的深紫外发光元件的另一形式的俯视图。

图3A是发明例1的发光时的金属显微镜照片。

图3B是比较例1的发光时的金属显微镜照片。

图4A是发明例1的发光时的数码相机照片。

图4B是比较例1的发光时的数码相机照片。

图5是显示发明例1和比较例1的发光光谱的图表。

具体实施方式

在对按照本发明的实施方式进行说明之前，事先对下述内容进行说明。首先，在本说明书中，未明确给出Al组成比，仅标记为“AlGaN”时，表示III族元素(Al、Ga的总和)与N的化学组成比为1：1，III族元素Al与Ga的比率不固定的任意的化合物。此时，即使没有关于作为III族元素的In的标记，也表示相对于作为III族元素的Al与Ga，可以含有5％以下的量的In。另外，对于后述的第1接触层和第2接触层，可以含有10％以下的In。另外，仅标记为“AlN”或“GaN”时，分别表示Ga和Al不包含在组成比中，但不会通过仅标记为“AlGaN”而排除为AlN或GaN中的任一者。需要说明的是，Al组成比的值可以通过光致发光测定和X射线衍射测定等进行测定。

另外，本说明书中，将电学上以p型形式发挥作用的层称为p型层，将电学上以n型形式发挥作用的层称为n型层。另一方面，未特意添加Mg、Si等特定的杂质，电学上不以p型或n型发挥作用的情况下，称为“i型”或“未掺杂”。未掺杂的层中可以混入制造过程中的不可避免的杂质，具体而言，载流子密度小(例如，小于4×10¹⁶/cm³)的情况下，在本说明书中称为“未掺杂”。另外，Mg、Si等杂质浓度的值采用通过SIMS分析得到的值。

另外，通过外延生长形成的各层的厚度可以使用光干涉式膜厚测定仪进行测定。此外，对于各层各自的厚度，当相邻的各层的组成明显不同时(例如，Al组成比相差0.01以上时)，可以基于通过透射型电子显微镜对生长层的截面观察而计算得出。另外，对于相邻的层中Al组成比相同或基本相同(例如，小于0.01)，但杂质浓度不同的层的边界和厚度，两者的边界和各层的厚度采用基于TEM-EDS的测定得到的值。另外，两者的杂质浓度可以通过SIMS分析进行测定。另外，像量子阱结构、超晶格结构那样各层的厚度薄的情况下，可以使用TEM-EDS测定厚度。

本发明中的一次发光是指在深紫外发光元件的发光光谱(将横轴作为波长，纵轴作为发光强度)中，发光强度最大的发光。另外，将其发光强度最大时的波长作为一次发光峰波长。并且，根据本发明的深紫外光发光元件中的一次发光峰波长是200nm以上且350nm以下的范围内的深紫外光。将本发明用于中心发光波长为250nm以上且320nm以下的深紫外发光元件时更有效。

并且，根据本发明的深紫外发光元件在其发光光谱(例如200nm～860nm的范围)中，除了所述一次发光以外，还具有蓝紫色的波长带(430～450nm，代表波长：435nm)中的二次发光成分、和黄绿色的波长带(540～580nm，代表波长：560nm)中的二次发光成分。

由于上述二次发光是由一次发光光激发而发光的，因此，二次发光的发光强度低于一次发光。为此，将发光光谱的纵轴以对数表示，将设一次发光峰波长的发光强度为100％时的二次发光的发光强度定义为相对发光强度(％)。本发明中，二次发光成分的相对发光强度为10％以下，更优选为1％以下。另外，相对发光强度为0.03％以上，更优选为0.05％以上。这是因为当相对发光强度小于0.03％时，存在二次发光的强度过小，可能不利于作为本发明的效果的显色性。

即，按照本发明的深紫外发光元件中，

·存在在430～450nm的整个波长区域中相对发光强度为0.03～10％的发光成分时，判断为存在蓝紫色的二次发光成分，

·存在在540～580nm的整个波长区域中相对发光强度为0.03～10％的发光成分时，判断为存在黄绿色的二次发光成分。

并且，本发明人通过不断研究，结果发现通过测定发光元件的发光光谱时的435nm(蓝紫色)与560nm(黄绿色)的发光强度之比为0.5～2，深紫外光以外的光变为白色(或接近白色的青色)。另外，测定发光光谱时的435nm(蓝紫色)的发光强度相对于560nm(黄绿色)的发光强度之比优选为0.6～1.8，更优选为0.8～1.5。

需要说明的是，基于一次发光峰波长的发光强度，自然可以理解：根据本发明的深紫外发光元件并不是主要发出白色光的白色的发光元件，本质上是主要发出深紫外光的深紫外发光元件。

进行发光光谱的测定时向发光元件通电，只要能够得到一次发光的输出，以使二次发光充分进行即可，例如优选为40mA以上，优选使发光输出达到5mW以上。另外，对于发光光谱的测定，例如可以将安装在AlN基板上的LED芯片安装到PCB(印刷电路板、printedcircuit board)基板上，使用直流电源通入150mA电流，通过光纤使用光谱仪测定即可。

作为评价装置，使用滨松光子学株式会社制造的PMA-11系列光谱测光装置C7473(可测量波长范围：200～950nm)。作为测定顺序，为了消除杂散光，在背景测量后，进行实时的LED光谱测定。测量波长范围的下限可以根据深紫外发光元件的一次发光峰波长来设定(例如，波长240nm)。另外，本发明中，由于可见光成分很重要，因此可以不测定红外光，测量波长范围的上限可以设为例如860nm。

另外，发光强度采用经校正后的氙灯校准的值。

由于相对于一次发光的发光强度，二次发光的发光强度小，因此，通过将发光光谱的纵轴(发光强度)以对数表示，对二次发光进行确认。

需要说明的是，一次发光的波长为长波长(例如，峰波长为350nm)时，有时一次发光的摆边可能延伸到蓝紫色，从而难以辨别二次发光成分的范围，但即使在这种情况下，若波长范围430～450nm和波长范围540～580nm的相对强度在满足前述条件的同时，以435nm为代表值的发光强度与黄绿色(560nm)的发光强度之比在上述范围内，也可以观察到白色(或接近白色的青色)的发光。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，对于相同的构成要素，原则上采用相同的附图标记表示，并省略说明。另外，各图中，为方便说明，将基板和各层的横纵比率与实际比率相比夸大后示出。

(深紫外发光元件100)

如图1A所示，按照本发明的一实施方式的深紫外光发光元件100是在基板10上依次具有n型半导体层20、发光层30和p型半导体层40，并且任意具有其它特征的深紫外发光元件。

另外，p型半导体层40包括第1接触层50，该第1接触层50受到由发光层30发出的一次发光激发而发出包括蓝紫色的二次发光，n型半导体层20优选包括受到一次发光激发而发出包括黄绿色的二次发光的第2接触层60。进一步地，如图1A、图1B所示的那样，优选第1接触层50与第2接触层60处于交替排布的位置。需要说明的是，图1A与图1B的A-A截面图对应。并且，第1接触层50和第2接触层60处于交替排布的位置是指，例如，在将第1接触层50和第2接触层60放在同一面上俯视的假设平面(参见图1B)中，第1接触层50的形状为由具有间隙且相互平行的多个细片构成的长条形状，且所述长条形状的间隙中，第2接触层60的至少一部分与所述多个细片相互平行地设置。由于俯视第1接触层50和第2接触层60的假设平面中，若不交替排布，产生例如大部分为第1接触层50的不均匀分布区域和大部分为第2接触层60的不均匀分布区域时，发光元件可能会看起来既有蓝紫色又有黄绿色，因此，优选第1接触层50与第2接触层60处于交替排布的位置。另外，如图2所示的那样，可以将n型半导体层20和第2接触层60设置成点状。

需要说明的是，第2接触层60可以设置在除去发光层30而有一部分露出的n型半导体层20的表面上，图1A中，在该第2接触层60上设置有n侧电极90。

图1A所示的实施方式说明的是p型电极80和n型电极90位于同一侧的倒装芯片型的深紫外发光元件100的例子，但本发明并不限于图1A所示的倒装芯片型的元件。也可以为p型电极和n型电极位于不同侧(相对方向)的垂直型的深紫外发光元件。不过，垂直型的元件中，也优选第1接触层50和第2接触层60相互平行设置。

在俯视深紫外发光元件100的的第1接触层50和第2接触层60的假设平面中，优选第1接触层50和第2接触层60的面积比相当，例如优选第1接触层的面积与第2接触层的面积之比在0.5～2的范围内。由此，蓝紫色的波长带(430～450nm，代表波长：435nm)中的二次发光成分的发光强度与黄绿色的波长带(540～580nm，代表波长：560nm)中的二次发光成分的发光强度之比容易落入上述范围。

另外，按照本实施方式的深紫外光发光元件100在基板10上，也可以根据需要介由缓冲层(例如，AlN层)，进一步具有在n型半导体层20的一部分上的n侧电极90、和在p型半导体层40上的p侧电极80。

以下，参照图1A、图1B，对作为按照本实施方式的深紫外发光元件100的特征结构之一的第1接触层50和第2接触层60的优选实施方式，进行更详细的说明。

＜第1接触层＞

按照本实施方式的第1接触层50可以设置在p型半导体层40的任意位置处，但优选位于与p型电极80的界面处。关于该p型半导体层40的组成，需要适当地调整组成以吸收发光层30发出的深紫外光并进行二次发光。第1接触层50可以利用在p型的Al_xGa_1-xN(0≤x≤0.3)中掺杂了作为p型掺杂剂的Mg时，杂质能级的激发波长为蓝色～蓝紫色。为了以从发光层30发出的深紫外光也可以被观察到的程度激发发光，优选将膜厚方向的平均Mg浓度(以下，仅记为Mg浓度。)设为例如1×10¹⁸/cm³以上。因此，优选兼作与p型电极80接触形成欧姆接触的层(接触层)。第1接触层50的p型Al_xGa_1-xN也可以含有10％以下的In。另外，为了获得二次发光的发光强度和/或形成与p型电极80的欧姆接触，更优选将第1接触层50的Mg浓度设为5×10¹⁸/cm³以上。另一方面，为了防止高电阻化，优选将Mg浓度设为1×10²¹/cm³以下，更优选设为5×10²⁰/cm³以下。需要说明的是，第1接触层50可以为超晶格结构。此时，优选超晶格结构中Al组成最低的层在上述Al组成x(0≤x≤0.3)的范围内。

＜第2接触层＞

按照本实施方式的第2接触层60优选位于n型半导体层20和n型电极90之间。第2接触层60可以利用在n型的Al_yGa_1-yN(0≤y≤0.3)中掺杂了作为n型掺杂剂的Si时，杂质能级的激发波长为黄色或黄绿色。为了以从发光层发出的深紫外光也可以被观察到的程度激发发光，膜厚方向的平均Si浓度(以下，仅记为Si浓度。)优选为例如1×10¹⁸/cm³以上。需要说明的是，Si的浓度设定得越高(例如1×10¹⁹/cm³以上)，长波长的发光成分增加，容易发出看起来接近黄色的光，而非黄绿光。其结果，容易看起来像更接近白色的发光，因此，Si浓度更优选为1×10¹⁹/cm³以上。另外，优选第2接触层60兼作与n型电极90接触形成欧姆接触的层(接触层)。Si浓度的上限无特别限定，但优选为不会发生结晶性的显著劣化的1×10²¹/cm³以下，进一步优选为1×10²¹/cm³以下。另外，第2接触层60的n型Al_yGa_1-yN也可以含有10％以下的In。另外，对于第2接触层60的厚度，为了使该激发发光充分产生，优选设为0.1μm以上。尤其是，作为第2接触层60，优选使用可以降低与电极的接触电阻，且与后述的掩膜的选择性生长较容易的GaN层。不过，由于在含有5％以下的杂质(例如，Al、In)时，也可以期待同样的效果，因此本说明书中，“GaN层”也可以含有5％以下的Al或In。

另外，作为其它实施方式，可以在元件的局部进一步含有通过发光层30发出的发光峰波长激发而发出红色光的层。由于基于蓝紫色和黄绿色的白色有时相对于红色的对象物的显色性差，因此具有发出红色光的层时，可以进一步提高显色性。

发出红色光的层可以设置在n型半导体层20、p型半导体层40的任一者上，可以与上述第1接触层50或第2接触层60纵向层叠，也可以与第1接触层50或第2接触层60并排设置(可以部分替换)。

作为发出红色光的层，可以使用含有作为III族元素的Al、Ga、In与作为V族元素的P、As的、p型化或n型化的化合物半导体。作为这样的III-V族半导体材料，可以列举出GaAs、GaP等的二元化合物半导体材料；GaAsP，AlGaAs等的三元化合物半导体材料；AlInGaP、AlInAsP等的四元化合物半导体材料。进一步地，也可以使用Eu等的稀土类掺杂或量子点。

需要说明的是，从带隙的角度出发，由于构成上述发出红色光的层的半导体材料具有比p型或n型的GaN更窄的带隙，因此，通常被认为吸收深紫外光(或二次发光)。然而，从折射率的角度出发，AlGaN与GaN的界面处的反射率虽然为1％左右，但是AlGaN与AlGaAs的界面、AlGaN与发出红色光的层的上述材料的界面处的反射率远远大于其与GaN的界面处的反射率(1％左右)。为此，通过部分使用相对于波长280nm的光有10％以上的反射率、考虑到结晶性、平坦性的影响而更优选有15％以上的反射率的半导体材料，从而可以将接触层的局部作为深紫外光的反射层使用。需要说明的是，上述GaAs等的上述半导体材料虽然在深紫外区域中的反射率高，但在蓝色或紫色等可见光的区域(400nm以上)中反射率非常低。因此，正因为是深紫外发光元件，才可以不仅作为发出红色光的层，还可以兼具作为反射层的功能。

此处，第1接触层50、第2接触层60和发出红色光的层的厚度优选分别为1nm～1000nm，更优选为10～500nm。另外，各层可以采用单层结构，也可以采用组合透过深紫外光的层(对Al组成进行调整，以使带隙为可以透过发光层发出的深紫外光的带隙的AlGaN或AlN)和吸收上述深紫外光并激发发光的层的超晶格结构。作为接触层设置时，也可以加厚。

需要说明的是，本发明中，上述红色的发光不是必须的。因此，581～750nm的整个波长区域中的相对发光强度可以小于0.10％。

除上述第1接触层50、第2接触层60和发出红色光的层以外的深紫外发光元件的构成可以使用与现有公知的III族氮化物半导体发光元件相同的构成。以下，对可以用于本实施方式的构成的具体实施方式进行说明，但并不限于下述的示例，可以采用任意的构成。

＜基板＞

作为基板10，优选使用能够透射由发光层30发出的光并从基板侧取出深紫外光的基板，可以使用例如蓝宝石基板或单晶AlN基板等。另外，作为基板10，也可以使用在蓝宝石基板的表面外延生长了未掺杂的AlN层的AlN模板基板。为了提高光提取效率，基板10的发光层侧或其相反侧、或AlN模板基板的AlN层的表面可以为凹凸形状。为了降低AlN层的位错，也可以实施1500℃以上的退火处理。

＜缓冲层＞

在基板10与n型半导体层20之间设置缓冲层也是优选的。其用于缓和基板10与n型半导体层20的晶格失配。作为缓冲层，可以使用未掺杂的III族氮化物半导体层，缓冲层也可以采用含有将超晶格结构、III族元素的组成比向晶体生长方向组成倾斜的组成倾斜层的构成。

＜n型半导体层＞

n型半导体层20根据需要介由缓冲层设置于基板10上。也可以将n型半导体层20直接设置在基板10上。n型半导体层20可以采用常规的n型层，例如可以由AlGaN构成。n型半导体层20通过掺杂n型的掺杂剂，从而作为n型层发挥作用，作为n型掺杂剂的具体例子，可以列举出硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、硫(S)、氧(O)、钛(Ti)、锆(Zr)等。n型掺杂剂的掺杂剂浓度只要为能够作为n型发挥作用的掺杂剂浓度就没有特别限定，例如可以设为1.0×10¹⁸原子/cm³～1.0×10²⁰原子/cm³。另外，n型半导体层20的带隙优选比发光层30(采用量子阱结构时为阱层)的带隙更宽，相对于发出的深紫外光具有透射性。另外，n型半导体层20除了可以为单层结构、由多层构成的结构外，也可以采用含有将III族元素的组成比向晶体生长方向组成倾斜的组成倾斜层、超晶格结构的构成。n型半导体层20不仅形成与n侧电极90的接触部，且兼具提高从基板至发光层的结晶性的功能。如前所述，n型半导体层20也可以含有第2接触层60。

＜发光层＞

发光层30设置于n型半导体层20上。另外，设置本实施方式中的发光层30，以使由该发光层30发出的光的中心发光波长为深紫外光的200～350nm，更优选使其为250nm以上且320nm以下。

发光层30可以由单层结构构成，优选由重复Al组成比不同的AlGaN构成的阱层和势垒层而形成的多量子阱(MQW：Multiple Quantum Well)结构构成。需要说明的是，单层结构的情况下，发出深紫外光的层为发光层本身，多量子阱结构的情况下，发出深紫外光的层为阱层。

以深紫外光为200～350nm、或中心发光波长为250nm以上且320nm以下的方式设定发出深紫外光的阱层(Al_wGa_1-wN)的Al组成比w。这种Al组成比w可以设为例如0.3～0.6的范围。在多量子阱结构的情况下，将势垒层(Al_bGa_1-bN)的Al组成比b设为高于阱层的Al组成比w。例如，在b＞w的条件下，可以将势垒层的Al组成比b设为0.40～0.95。另外，对阱层和势垒层的重复次数没有特别限制，可以设为例如1～10次。优选使发光层30的厚度方向的两端侧(即最初和最后)为势垒层，若将阱层和势垒层的重复次数设为n，此时标记为“n.5组的阱层和势垒层”。另外，可以将阱层的厚度设为0.5nm～5nm，将势垒层42的厚度设为3nm～30nm。

＜p型半导体层＞

设置于发光层30上的p型半导体层40可以自发光层30侧起，任意含有p型电子阻挡层、p型包层、p型接触层。另外，也可以省略p型包层，在发光层30上依次形成p型电子阻挡层和p型接触层。前述第1接触层50可以兼作p型接触层。

另外，上述p型电子阻挡层堤挡电子，将电子注入至发光层30(多量子阱结构的情况下为阱层)内，作为用于提高电子的注入效率的层使用。为了实现该目的，优选将p型电子阻挡层的Al组成比z设为0.5≤z≤1。需要说明的是，Al组成比z若为0.5以上，则p型电子阻挡层也可以相对于作为III族元素的Al和Ga含有5％以下的量的In。此处，发光层30为前述具有势垒层的多量子阱结构的情况下，Al组成比z优选在满足上述条件的同时，高于势垒层的Al组成比b。即，为z＞b。

p型电子阻挡层的厚度没有特别限制，优选设为例如10nm～80nm。p型电子阻挡层的厚度若在该范围内，能够切实地得到高的发光输出。需要说明的是，p型电子阻挡层的厚度优选为比势垒层的厚度厚。另外，作为掺杂至p型电子阻挡层中的p型掺杂剂，可以列举出镁(Mg)、锌(Zn)、钙(Ca)、铍(Be)、锰(Mn)等，一般使用Mg。p型电子阻挡层的掺杂剂浓度只要为能够作为p型的半导体层发挥作用的掺杂剂浓度就没有特别限定，可以设为例如1.0×10¹⁸原子/cm³～5.0×10²¹原子/cm³。出于改善寿命的目的，也可以在p型电子阻挡层的一部分上特意添加碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)等元素。当然，可以含有1.0×10¹⁶原子/cm³以下的非特意添加的原料或来源于装置的杂质(例如，氢(H)、碳(Si)、硅(Si)、氧(氧)。

另外，p型包层是具有高于发光层30中发出深紫外光的层的Al组成比，但低于p型电子阻挡层的Al组成比z的Al组成比的层。即，p型电子阻挡层和p型包层均为具有高于发出深紫外光的层的Al组成比的Al组成比的层，为基本上透过从发光层30发出的深紫外光的层。

设置p型包层时，可以采用单层结构，也可以采用多层结构，也可以设为组成倾斜层。p型包层具有超晶格层叠体结构时，将Al组成比与厚度的乘积之和除以总厚度而计算出的平均组成比作为该超晶格层叠体的Al组成比。另外，本发明中，可以不设置p型包层。例如，p型半导体层可以仅由p型电子阻挡层和p型接触层构成。

需要说明的是，p型接触层中，通过局部地混入Si等异质掺杂剂、或局部地混有未掺杂区域，控制p型掺杂剂向发光层30移动也是优选的。

＜n侧电极＞

n侧电极90可以设置在n型半导体层20的露出面上或第2接触层60的局部区域或整个表面上。作为n侧电极90，可以设为例如含有Ti含有膜和形成于该Ti含有膜上的Al含有膜的金属复合膜。需要说明的是，图1A、图1B和图2所示的深紫外发光元件100中，通过蚀刻等除去发光层30、p型半导体层40的一部分，在设置于露出的n型半导体层20的第2接触层60上设置有n侧电极90。

＜p侧电极＞

p侧电极80可以使用形成于用于p型接触层的前述材料上的公知的电极材料。

(深紫外发光元件的制造方法)

深紫外发光元件100可以通过在基板10上形成n型半导体层20的工序、在n型半导体层20上形成发光层30的工序、在发光层30上形成p型半导体层40的工序来制造。形成p型半导体层40的工序优选进一步含有形成第1接触层50的工序。另外，形成n型半导体层的工序中，可以含有形成第2接触层60的工序，还优选形成第2接触层60的工序与其分开。适当设定各工序中的各层的制作条件，以满足前述的二次发光成分的相对强度和波长435nm处的发光强度与波长560nm处的发光强度之比的关系即可。

需要说明的是，在各工序中，可以通过有机金属气相沉积(MOCVD：Metal OrganicChemical Vapor Deposition)法、分子束外延(MBE：Molecular Beam Epitaxy)法、HVPE法、溅射法等公知的薄膜生长方法形成，例如可以通过MOCVD法形成。

另外，缓冲层、p侧电极80、n侧电极90也可以使用常规方法形成。

实施例

以下，使用实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明不受以下实施例的任何限定。

(发明例1)

首先，通过MOCVD法，在蓝宝石基板(直径2英寸；厚度：430μm；面方向：(0001))上使中心膜厚0.60μm(平均膜厚0.61μm)的AlN层生长(生长温度1300℃)，制成AlN模板基板。对于膜厚，使用光干涉式膜厚测定仪(NanoSpec M6100A；Nanometrics Incorporated制造)测定包括晶圆面内的中心在内的等间隔分散的共计25处的膜厚。接着，将上述AlN模板基板导入至热处理炉内，将炉内制成氮气氛围后，将炉内的温度升温，对AlN模板基板实施热处理。此时，加热温度设为1650℃，加热时间设为4小时。

接着，通过MOCVD法，形成由未掺杂的Al_0.55Ga_0.45N构成的组成的厚度1.0μm的缓冲层。接着，在上述缓冲层上形成由Al_0.65Ga_0.35N构成、掺杂了Si的厚度1.0μm的n型半导体层。需要说明的是，根据SIMS分析的结果，n型半导体层的Si浓度为2.0×10¹⁹原子/cm³。

接着，在n型半导体层上形成由Al_0.45Ga_0.55N构成的厚度7nm的势垒层和由Al_0.20Ga_0.80N构成的厚度3nm的阱层交替重复3组层叠而成的量子阱结构，进一步地形成由AlN构成的1nm的层，作为发光层。由阱层发出的深紫外光的发光峰波长为310nm。形成势垒层时，也进行了Si掺杂。

然后，在发光层上，以氢气作为载气，形成由Al_0.55Ga_0.45N构成的厚度40nm的p型电子阻挡层。需要说明的是，形成p型电子阻挡层时，向腔室内供给作为Mg源的CP₂Mg气体从而掺杂Mg。根据SIMS分析的结果，p型电子阻挡层的Mg浓度为2.0×10¹⁸原子/cm³。

接着，在p型电子阻挡层上形成掺杂了Mg的p型GaN接触层(Mg浓度：2×10¹⁹/cm³；厚度：0.3μm)。然后，如图1A、图1B所示的那样，通过干蚀使n型半导体层的一部分露出。此时，p型GaN接触层(及其下方的层)的形状为由具有间隙且相互平行的多个细片构成的长条形状，并使其间隙中的n型半导体层露出。

通过基于CVD法的SiO₂膜覆盖除露出部分以外的n型半导体层以形成掩膜，再次通过MOCVD在露出的n型半导体层(Al_0.65Ga_0.35N)上形成n型GaN接触层(Si浓度：2×10¹⁹/cm³；厚度：0.3μm)。

在上述n型GaN接触层上形成由Ti(20nm)和Al(600nm)层叠构成的n型电极，使其为如图1B所示的梳齿形状，进一步地，除去各个长条形状的p型GaN接触层上的SiO₂膜，在p型GaN接触层上形成由Ni(10nm)和Au(300nm)层叠构成的p型电极。实施接触退火后，形成SiO₂绝缘膜，使n型电极的一部分和p型电极的一部分露出，形成与n型电极连接的n型焊盘电极部、和分别与长条形状的p型电极连接的p型焊盘电极部。n型和p型的各个焊盘电极按照Ti/Pt/Au_0.75Sn_0.25合金/Au的顺序形成在各电极上。

使用AuSn焊料将n型和p型的各个焊盘电极在基板上进行倒装芯片安装后，通入100mA电流，使用金属显微镜从光提取侧(蓝宝石基板侧)进行拍摄，结果如图3A所示，观察到p型GaN接触层侧为蓝色，n型GaN接触层侧为黄色，通过数码相机照片和肉眼观察，如图4A所示，测定时的发光元件看起来像发出了白色光。

进一步地，将向发明例1的深紫外发光元件通入150mA电流时，使用光谱分析仪(滨松光子学株式会社制造的PMA-11系列光谱测光装置C7473)在260～860nm的测量波长范围下测定得到的发光光谱示于图5中。

(比较例1)

除了不进行n型GaN接触层再生长，在n型半导体层(Al_0.65Ga_0.35N)上形成n型电极以外，与发明例1同样地制作比较例1涉及的深紫外发光元件。

与发明例1同样地观察发现，如图3B、4B所示，除了观察到p型GaN接触层侧为蓝色以外，未观察到其他的颜色，通过金属显微镜的照片(图3B)和肉眼观察，测定时的发光元件看起来像发出了蓝色光(图4B)。另外，对于发光波长，将与发明例1同样地通过光谱分析仪测定的结果示于图5中。

对发明例1和比较例1的发光光谱进行更详细的研究。如图5所示，发明例1中，观察到了包括蓝紫色的波长(435nm)的二次发光、和包括黄绿色的波长(560nm)的二次发光。包括蓝紫色的波长(435nm)的二次发光在430～450nm的整个范围内的相对发光强度为0.07～0.09％。包括黄绿色的波长(560nm)的二次发光在540～580nm的整个范围内的相对发光强度为0.06～0.08％。而比较例1中，未观察到包括黄绿色的波长(560nm)的二次发光。发明例1和比较例1各自的435nm的发光强度与560nm的发光强度之比如下表1所示。

[表1]

(发明例2)

形成具有将Al_0.41Ga_0.59N层(2.5nm)和Al_0.21Ga_0.79N层(5.0nm)依次重复7组而成的总计14层的超晶格结构的Mg掺杂p型接触层，以代替发明例1中的p型GaN接触层。另外，在该p型接触层的表面侧(Al_0.21Ga_0.79N层)形成高浓度区域(Mg浓度为3.0×10²⁰原子/cm³)。其它的制作条件与发明例1相同，由此制作发明例2涉及的深紫外发光元件。发明例2涉及的深紫外发光元件中，也确认到产生包括蓝紫色的二次发光，由于与发明例1相同的n型GaN接触层发出的包括黄绿色的二次发光的组合，因而通过肉眼观察到了白色。需要说明的是，确认到了发明例2中的波长435nm处的发光强度与波长560nm处的发光强度之比在0.5～2的范围内。另外，此时，也可以使用深紫外光的反射率高的p型电极(例如，Rh及其合金、Al及其合金)。

(发明例3)

针对构成发明例1的深紫外发光元件的各层的组成，分别将缓冲层的组成变更为Al_0.70Ga_0.30N，将n型半导体层的组成变更为Al_0.65Ga_0.35N，将势垒层的组成变更为Al_0.64Ga_0.36N，将阱层的组成变更为Al_0.45Ga_0.55N，将阻挡层的组成变更为Al_0.68Ga_0.32N。其它的条件与发明例1相同，由此制作发明例3涉及的深紫外发光元件。需要说明的是，发明例3与发明例1同样地，通过再生长形成了n型GaN接触层(Si浓度：2×10¹⁹/cm³；厚度：0.3μm)。对于发明例3，与发明例1同样地，发光时，通过肉眼也观察到了白色。需要说明的是，确认到了发明例3的深紫外发光元件中的波长435nm处的发光强度与波长560nm处的发光强度之比在0.5～2的范围内。由此可见，发光波长不是310nm时，也具有发出包括蓝紫色的波长(435nm)的二次发光的p型接触层，且使发出包括黄绿色的波长(560nm)的二次发光的n型GaN接触层再生长，调整二次发光强度比，能够得到同样的效果。

(比较例2)

发明例3涉及的深紫外发光元件中，使n型GaN接触层再生长时，发现比较例2中，与前述比较例1同样地，未能使n型GaN接触层再生长。其它的条件与发明例3相同，由此制作比较例2涉及的深紫外发光元件。比较例2中，除了观察到p型GaN接触层侧为蓝色以外，未观察到别的颜色。

产业上的可利用性

附图标记说明

10 基板

20 n型半导体层

30 发光层

40 p型半导体层

50 第1接触层

60 第2接触层

80 p侧电极

90 n侧电极

100 深紫外发光元件

Claims

1.一种深紫外发光元件，其特征在于，其是依次具有由III族氮化物半导体构成的n型半导体层、发光层和p型半导体层的深紫外发光元件，

2.根据权利要求1所述的深紫外发光元件，其中，

3.根据权利要求2所述的深紫外发光元件，其中，所述第1接触层与所述第2接触层处于交替排布的位置。

4.根据权利要求2或3所述的深紫外发光元件，其中，

所述第1接触层是Mg浓度为1×10¹⁸/cm³以上的Mg掺杂Al_xGa_1-xN层、0≤x≤0.3，

所述第2接触层是Si浓度为1×10¹⁸/cm³以上的Si掺杂Al_yGa_1-yN层、0≤y≤0.3。