JP2017139265A - Ultraviolet light-emitting element and device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は紫外線発光素子及びそれを備えた装置に関する。 The present invention relates to an ultraviolet light emitting element and an apparatus including the same.
紫外線発光素子は、小型であること、また低消費電力であること等の特徴を生かして様々な分野で応用されている。特許文献1に開示されている通り、一般に紫外線発光素子は、n型窒化物半導体層と発光層とp型窒化物半導体層とを有する積層部を備える。この紫外線発光素子は、n型窒化物半導体層上に設けられた一方の電極部とp型窒化物半導体層上に設けられた他方の電極部とを介して供給された電力によって、発光層から紫外線が発光される。 Ultraviolet light emitting devices are applied in various fields by taking advantage of their small size and low power consumption. As disclosed in Patent Document 1, generally, an ultraviolet light emitting element includes a stacked portion including an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer. This ultraviolet light-emitting element is formed from the light-emitting layer by power supplied through one electrode portion provided on the n-type nitride semiconductor layer and the other electrode portion provided on the p-type nitride semiconductor layer. Ultraviolet light is emitted.
ところで、紫外線発光素子の順方向電圧Vfを低減させて、さらなる低消費電力化を図る観点から、積層部とこの積層部に設けられた電極部との間のコンタクト抵抗を低減させることが重要である。
しかしながら、従来の紫外線発光素子においてはコンタクト抵抗の低減が十分ではないという課題がある。特に、n型窒化物半導体層とその上に設けられる電極部との間のコンタクト抵抗については、ほとんど着目されていないのが実情である。
By the way, from the viewpoint of further reducing the power consumption by reducing the forward voltage Vf of the ultraviolet light emitting element, it is important to reduce the contact resistance between the laminated portion and the electrode portion provided in the laminated portion. is there.
However, the conventional ultraviolet light emitting element has a problem that the contact resistance is not sufficiently reduced. In particular, the fact is that little attention has been paid to the contact resistance between the n-type nitride semiconductor layer and the electrode portion provided thereon.
例えば、特許文献1には、チタンTi/アルミニウムAl/チタンTi/金Auの4層金属層を、順に20nm/100nm/50nm/100nmの膜厚で蒸着し、RTA(高速熱アニール)法等により熱処理を加えて、n型窒化物半導体層上にn電極を形成する方法が開示されている。また、特許文献2には、Ti/Al/Ti/Auの4層金属層を、順に20nm/100nm/20nm/200nmの膜厚で蒸着し、RTA処理(900℃、1分)による熱処理を加えて、n電極を形成する方法が開示されている。しかし、この方法で得られた紫外線発光素子のn型窒化物半導体層とn電極とのコンタクト抵抗は、十分に低いものとは言えない。 For example, in Patent Document 1, a four-layer metal layer of titanium Ti / aluminum Al / titanium Ti / gold Au is sequentially deposited with a film thickness of 20 nm / 100 nm / 50 nm / 100 nm, and RTA (rapid thermal annealing) method is used. A method of forming an n-electrode on an n-type nitride semiconductor layer by applying a heat treatment is disclosed. Further, in Patent Document 2, four metal layers of Ti / Al / Ti / Au are sequentially deposited with a thickness of 20 nm / 100 nm / 20 nm / 200 nm, and heat treatment by RTA treatment (900 ° C., 1 minute) is added. Thus, a method for forming an n-electrode is disclosed. However, it cannot be said that the contact resistance between the n-type nitride semiconductor layer and the n electrode of the ultraviolet light-emitting device obtained by this method is sufficiently low.
n型窒化物半導体層とn電極とのコンタクト抵抗を低減する別の手法としては、n型窒化物半導体層のバンドギャップを小さくしてコンタクト抵抗を低減する方法が挙げられる。しかしながら、n型窒化物半導体層のバンドギャップを小さくすると、発光層に注入された正孔がn型窒化物半導体層にリークして、発光効率自体が低下するという問題が発生する。
そこで本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、n型窒化物半導体層とn電極との間のコンタクト抵抗を低減可能な紫外線発光素子及びそれを備えた装置を提供することを目的としている。
As another method of reducing the contact resistance between the n-type nitride semiconductor layer and the n-electrode, there is a method of reducing the contact resistance by reducing the band gap of the n-type nitride semiconductor layer. However, when the band gap of the n-type nitride semiconductor layer is reduced, holes injected into the light emitting layer leak to the n type nitride semiconductor layer, resulting in a problem that the light emission efficiency itself decreases.
Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and provides an ultraviolet light emitting element capable of reducing contact resistance between an n-type nitride semiconductor layer and an n electrode and an apparatus including the same. It is an object.
本発明の一態様に係る紫外線発光素子は、基板と、当該基板上に形成された積層体と、を備え、前記積層体は、第1のn型窒化物半導体層と、発光層と、前記第1のn型窒化物半導体層と前記発光層との間に設けられ前記第1のn型窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きく且つ膜厚が前記第1のn型窒化物半導体層の膜厚よりも薄い第2のn型窒化物半導体層と、p型窒化物半導体層とが積層されていることを特徴としている。
また、本発明の一態様に係る装置は、上記態様の紫外線発光素子を備えることを特徴としている。
An ultraviolet light-emitting element according to one embodiment of the present invention includes a substrate and a stacked body formed over the substrate, and the stacked body includes a first n-type nitride semiconductor layer, a light-emitting layer, The first n-type nitride semiconductor layer is provided between the first n-type nitride semiconductor layer and has a larger band gap than the first n-type nitride semiconductor layer and a film thickness of the first n-type nitride semiconductor layer. The second n-type nitride semiconductor layer, which is thinner than the film thickness, and the p-type nitride semiconductor layer are stacked.
An apparatus according to one embodiment of the present invention includes the ultraviolet light-emitting element according to the above embodiment.
本発明の一態様によれば、発光効率を低下させることなく、n型窒化物半導体層とn電極との間のコンタクト抵抗を低減させることができ、低消費電力化を図ることができる。 According to one embodiment of the present invention, contact resistance between an n-type nitride semiconductor layer and an n electrode can be reduced without reducing light emission efficiency, and power consumption can be reduced.
以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下に説明する各図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。また、本実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the same reference numerals are given to portions corresponding to each other in the drawings to be described below, and description of the overlapping portions will be omitted as appropriate. In addition, the present embodiment exemplifies a configuration for embodying the technical idea of the present invention, and does not specify the material, shape, structure, arrangement, dimensions, and the like of each part as follows. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.
<紫外線発光素子>
図1は、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100の構成例を模式的に示す断面図である。
図1に示すように、紫外線発光素子100は、基板10と、第1のn型窒化物半導体層20と、第2のn型窒化物半導体層30と、n電極40と、発光層50と、p型窒化物半導体層60と、を備える。基板10の上に、第1のn型窒化物半導体層20と、第2のn型窒化物半導体層30と、発光層50と、p型窒化物半導体層60とからなる積層体がこの順に積層され、第2のn型窒化物半導体層30、発光層50、及びp型窒化物半導体層60からなる積層部の一部がエッチング等により除去されて第1のn型窒化物半導体層20の一部が露出した、いわゆるメサ構造に形成されている。そして、第1のn型窒化物半導体層20の露出した部分にn電極40が形成される。
<Ultraviolet light emitting device>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of an ultraviolet
As shown in FIG. 1, the ultraviolet
なお、ここでは、図1に示すように、基板10の上に、第1のn型窒化物半導体層20と、第2のn型窒化物半導体層30と、発光層50と、p型窒化物半導体層60とがこの順に積層されているが、本発明はこれに限るものではない。例えば基板10の上に、p型窒化物半導体層60と、発光層50と、第2のn型窒化物半導体層30と、第1のn型窒化物半導体層20とがこの順に積層されていてもよい。
また、図1に示す、本発明の一実施形態における紫外線発光素子100は、メサ構造の横型の紫外線発光素子であるが、本発明における紫外線発光素子は、これに限るものではなく、例えば縦型の紫外線発光素子であってもよい。縦型の紫外線発光素子とする場合は、基板を剥離した構造とすることが発光効率向上の観点から好ましい。またp型窒化物半導体層上にp電極をさらに備えてもよい。
Here, as shown in FIG. 1, a first n-type
Moreover, although the ultraviolet
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100の各層の成長法としては、例えば有機金属気相成長法(MOVPE法)のようなエピタキシャル成長技術を利用して成膜することができるが、これに限定されるものではない。例えば、ハイドライド気相成長法(HVPE法)や、分子線エピタキシー法(MBE法)等を用いて成膜してもよい。
以下、紫外線発光素子100を構成する各構成部について、具体例を挙げて説明する。
As a growth method of each layer of the ultraviolet
Hereinafter, each component constituting the ultraviolet
<基板>
基板10の材料は、特に制限されないが、具体的にはサファイア、シリコンSi、炭化珪素SiC、酸化マグネシウムMgO、三酸化二ガリウムGa2O3、酸化亜鉛ZnO、窒化ガリウムGaN、窒化インジウムInN、窒化アルミニウムAlN、又はこれらの混晶基板等が一例として挙げられる。基板10上に直接第1のn型窒化物半導体層20を形成する場合には、第1のn型窒化物半導体層20との格子定数差が小さく、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観点や、ホールガス発生のための格子歪みを大きくできる観点から、窒化ガリウムGaN、窒化アルミニウムAlN、窒化アルミニウムガリウムAlGaN等の窒化物半導体をバルクとする単結晶基板や、ある材料上に成長されたGaN、AlN、AlGaN等の窒化物半導体層(テンプレートとも称される)を基板として用いることが好ましい。また、基板には不純物が混入していてもよい。
基板10の作成方法としては、昇華法やHVPE法等の気層成長法や液相成長法等の一般的な基板成長法を適用することができる。
<Board>
The material of the
As a method for producing the
<第1のn型窒化物半導体層>
第1のn型窒化物半導体層20の膜厚はD1である。第1のn型窒化物半導体層20の材料としては、窒化ガリウムGaN、窒化アルミニウムAlN、窒化インジウムInNやこれらの混晶等が一例として挙げられるが特にこれらには限定されない。
第1のn型窒化物半導体層20は、図1に示すように基板10上に直接形成されていてもよく、又は、基板10上に第1のn型窒化物半導体層20以外の層が形成され、その上に第1のn型窒化物半導体層20が形成されていてもよい。例えば、基板10上にバッファ層が形成され、このバッファ層の上に第1のn型窒化物半導体層20が形成され、その上に第2のn型窒化物半導体層30が形成されていてもよい。また、他の実施形態に係る紫外線発光素子として、発光層50上に間接的に第1のn型窒化物半導体層20が形成されていてもよい。つまり、基板10上にp型窒化物半導体層60と発光層50とをこの順に積層し、この発光層50上に第1のn型窒化物半導体層20を間接的に形成してもよい。
<First n-type nitride semiconductor layer>
The film thickness of the first n-type
The first n-type
第1のn型窒化物半導体層20は、n電極40との低コンタクト抵抗の実現と高い発光効率実現の点から、AlXGa1−XN(0.5≦X≦0.8)であることが好ましい。第1のn型窒化物半導体層がAlGaNからなり、そのAl組成Xが0.5よりも小さい場合には、発光した光を第1の窒化物半導体層が吸収してしまい、紫外線発光素子の出力が低下する。また第1のn型窒化物半導体層がAlGaNからなり、そのAl組成Xが0.8よりも大きい場合には、第1のn型窒化物半導体層の寄生抵抗が大きくなり紫外線発光素子の発光効率が低下してしまう。なおこの場合に、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100と同様の効果が得られる範囲で、例えばインジウムIn等のIII族元素や、リンP、ヒ素As、アンチモンSb等のV族元素等を数%程度加える等、他の元素を少量加えて第1のn型窒化物半導体層20の組成に軽微な変更を加える場合についても本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。またその他の層の組成についても同様である。
The first n-type
第1のn型窒化物半導体層20にn型ドーピングをする場合のn型ドーパントとしては、シリコンSi、テルルTe、スズSn等が挙げられるが特にこれらに限られるものではない。n型ドーパントの他の例としては、リンP、ヒ素As、アンチモンSbといった他のV族元素や、炭素C、水素H、フッ素F、酸素O、マグネシウムMgといった元素が挙げられる。
第1のn型窒化物半導体層20の膜厚D1の範囲は、紫外線発光素子100の直列抵抗の低減及び生産性向上の観点から、好ましくは100nm以上2000nm以下であり、より好ましくは300nm以上1500nm以下である。第1のn型窒化物半導体層の膜厚D1が100nmよりも小さい場合には、第1のn型窒化物半導体層の寄生抵抗が大きくなり紫外線発光素子の発光効率が低下する、さらにp型とn型を分離するメサエッチング工程でのプロセスウィンドウが狭くなり、プロセス制御性が低いなどの問題がある。また第1のn型窒化物半導体層の膜厚D1が2000nmよりも大きい場合には、薄膜成長時間が長くなり、スループットが低下し、生産性が悪化するという問題がある。
Examples of the n-type dopant when the first n-type
The range of the film thickness D1 of the first n-type
<第2のn型窒化物半導体層>
第2のn型窒化物半導体層30は、第1のn型窒化物半導体層20と発光層50との間に形成される。第2のn型窒化物半導体層30は、第1のn型窒化物半導体層20よりもバンドギャップが大きく、膜厚は第2のn型窒化物半導体層30の膜厚よりも小さく、例えば、「0.1×D1」よりも小さい。なお、D1は、第1のn型窒化物半導体層20の膜厚である。
第1のn型窒化物半導体層20と発光層50との間に、第1のn型窒化物半導体層よりもバンドギャップの大きい第2のn型窒化物半導体層30を設置することで、発光層50に注入された正孔が第1のn型窒化物半導体層20にリークすることを低減することができる。また紫外線発光素子100の直列抵抗の低減及び生産性向上の観点から、第2のn型窒化物半導体層30の膜厚は「0.1×D1」よりも小さい事が好ましく、「0.05×D1」よりも小さいことがより好ましい。第2のn型窒化物半導体層の膜厚が「0.1×D1」以上の場合には、第1のn型半導体から発光層に電子を注入する際の抵抗成分となってしまい、紫外線発光素子の発光効率が低下してしまう。
<Second n-type nitride semiconductor layer>
The second n-type
By disposing the second n-type
第1のn型窒化物半導体層20の膜厚は、蛍光X線分析(XRF)、二次イオン質量測定(SIMS)、走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)による劈開断面測定により測定することが可能である。また第2のn型窒化物半導体層30の膜厚についても同様の測定方法を用いることができる。
第2のn型窒化物半導体層30の材料としては、窒化ガリウムGaN、窒化アルミニウムAlN及び窒化インジウムInNや、これらの混晶等が一例として挙げられるが特にこれらには限定されない。一例として、第1のn型窒化物半導体層20が、窒化アルミニウムガリウムAlGaNからなる場合には、第1のn型窒化物半導体層20よりもAl組成の高いAlGaN層を第2のn型窒化物半導体層30として用いることで、第1のn型窒化物半導体層20のバンドギャップよりも第2のn型窒化物半導体層30のバンドギャップを大きくすることができる。
The film thickness of the first n-type
Examples of the material of the second n-type
第2のn型窒化物半導体層30は、図1に示すように第1のn型窒化物半導体層20上に直接形成されていてもよく、又は、第1のn型窒化物半導体層20上に例えば組成傾斜層等、第2のn型窒化物半導体層30以外の層が形成され、その上に第2のn型窒化物半導体層30が形成されていてもよい。また、発光層50上に第2のn型窒化物半導体層30を形成し、その上に第1のn型窒化物半導体層20を形成してもよい。つまり、基板10上にp型窒化物半導体層60と発光層50とをこの順に積層し、この発光層50上に第2のn型窒化物半導体層30と第1のn型窒化物半導体層20とをこの順に積層してもよい。
The second n-type
第2のn型窒化物半導体層30は、発光層50に注入された正孔が第1のn型窒化物半導体層20にリークすることを抑制し、高い発光効率を実現する点から、AlYGa1−YN(0.6≦Y≦1)であり、且つ、第1のn型窒化物半導体層20のAl組成Xに対して、X<Yであることが好ましい。第2のn型窒化物半導体層がAlGaNからなり、そのAl組成Yが0.6よりも小さい場合には、ホールに対してのバリア効果が下がり、紫外線発光素子の発光効率が低下してしまう。
第2のn型窒化物半導体層30にn型ドーピングをする場合のn型ドーパントとしては、シリコンSi、テルルTe、スズSn等が挙げられるが特にこれらに制限されるものではない。n型ドーパントの他の例としては、リンP、ヒ素As、アンチモンSbといった他のV族元素や、炭素C、水素H、フッ素F、酸素O、マグネシウムMgといった元素が挙げられる。
The second n-type
Examples of the n-type dopant when the second n-type
<発光層>
発光層50は、図1に示すように第2のn型窒化物半導体層30上に直接形成されていてもよいし、第2のn型窒化物半導体層30上に発光層50以外の層が形成され、その上層に発光層50が形成されていても良く、特に限定はされない。具体的には、第2のn型窒化物半導体層30上にアンドープAlGaN層が形成された上に発光層50が形成されていても良い。また、図1の積層順とは異なり、発光層50がp型窒化物半導体層60上に形成され、発光層50上に第2のn型窒化物半導体層30及び第1のn型窒化物半導体層20がこの順に形成されてもよい。
<Light emitting layer>
The
発光層50は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点から窒化アルミニウムAlN、窒化ガリウムGaN及び窒化インジウムInNの混晶であることが望ましい。発光層50は、窒素Nの他にリンP、ヒ素As、アンチモンSbといった他のV族元素や、炭素C、水素H、フッ素F、酸素O、マグネシウムMg、シリコンSiといった不純物が混入していても良い。また、量子井戸構造でも単層構造でも良いが、高い発光効率を実現する観点から少なくとも1つの井戸構造を有していることが望ましい。
The
<p型窒化物半導体層>
p型窒化物半導体層60は、図1に示すように発光層50上に直接形成されていてもよく、また、発光層50上にp型窒化物半導体層60以外の層が形成され、その上にp型窒化物半導体層60が形成されていてもよい。例えば、発光層50上に構成元素の比率が連続的又は離散的に変化する傾斜組成層が形成され、その上にp型窒化物半導体層60が形成されていてもよい。p型窒化物半導体層60の形成位置は特に限定はされない。また基板10上にp型窒化物半導体層60が形成され、その上に発光層50が形成されてもよい。
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100は、発光層50と傾斜組成層との間に相対的にバンドギャップの大きいバリア層をさらに有していてもよい。
p型窒化物半導体層60にp型ドーピングをする場合のp型ドーパントとしては、マグネシウムMg、亜鉛Zn、炭素C等が挙げられるがこれらに限られるものではない。さらにp型ドーパントの他にリンP、ヒ素As、アンチモンSbといった他のV族元素や、炭素C、水素H、フッ素F、酸素O、シリコンSiといった不純物が混入していてもよい。
<P-type nitride semiconductor layer>
The p-type
The ultraviolet
Examples of the p-type dopant when p-type doping is performed on the p-type
<n電極>
n電極40は、図1に示すように第1のn型窒化物半導体層20の、第2のn型窒化物半導体層30、発光層50及びp型窒化物半導体層60からなる積層部が形成されていない領域上に形成され、第1のn型窒化物半導体層20と導通するものである。第2のn型窒化物半導体層30よりもバンドギャップの小さい第1のn型窒化物半導体層20上にn電極40を形成することで、第1のn型窒化物半導体層20とn電極40との間のコンタクト抵抗をさらに低減することが可能となる。n電極40を構成する元素としては、一般によく知られたチタンTi、アルミニウムAl、ニッケルNi、金Au、バナジウムV等を構成元素として含んだ形態が一例として挙げられるが、これらに限られるものではない。またこれら電極は高温で熱処理されても構わない。さらに、n電極40の上部に針あて用のパッド電極等を備えていても構わない。
<N electrode>
As shown in FIG. 1, the n-
<p電極>
本発明の一実施形態における紫外線発光素子100は、p型窒化物半導体層60上にさらにp電極を形成してもよい。p型窒化物半導体層60に効率的にホールを注入する観点から、p電極は、ニッケルNi、金Au、プラチナPt、銀Ag、ロジウムRh、バラジウムPd等の仕事関数の大きな金属、又はこれらの合金や、酸化インジウムスズITO等の酸化物電極等が望ましいがこの限りではない。
p電極が、部分的にp型窒化物半導体層60上に配置されるコンタクト電極と、平面視で、コンタクト電極が接していないp型窒化物半導体層60上の領域と重複するように配置され、且つ発光層50からの光に対する反射率がコンタクト電極よりも高い反射層と、で構成されている形態も好ましい。
<P electrode>
In the ultraviolet
The p-electrode is disposed so as to partially overlap with the contact electrode disposed on p-type
反射層としては発光を反射する観点から、特定の波長に高い反射率を有する銀Ag、ロジウムRh、アルミニウムAl等の金属や、誘電体多層膜を用いた反射膜、フッ素樹脂等が望ましいがこの限りではない。また、反射層はp型窒化物半導体層60と直接接していてもよく、また、p型窒化物半導体層60と反射層との間に発光波長に対して透明や半透明な層を挟んだ積層構造であっても良い。例えば、波長400nmの発光波長に対して、p型窒化物半導体層60に透明なITO層が接しており、ITO層の上に反射率の高いAg層が接していても良い。
The reflective layer is preferably a metal such as silver Ag, rhodium Rh, and aluminum Al having a high reflectance at a specific wavelength, a reflective film using a dielectric multilayer film, a fluororesin, etc. from the viewpoint of reflecting light emission. Not as long. The reflective layer may be in direct contact with the p-type
<装置>
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100は、各種の装置に適用することができる。
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100は、紫外線ランプが用いられている既存の全ての装置に適用可能であり、また置換可能である。特に、波長280nm以下の深紫外線を用いている装置に適用することができる。
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100は、例えば、医療及びライフサイエンス分野、環境分野、産業及び工業分野、生活及び家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用することができる。
<Device>
The ultraviolet
The ultraviolet
The ultraviolet
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子100は、薬品や化学物質の合成又は分解装置、液体、気体、及び固体(容器、食品、医療機器等)に対する殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム、ガラス及び金属等の表面改質装置、半導体、電子品製造用の露光装置、印刷又はコーティング装置、接着又はシール装置、フィルム、パターン及びモックアップ等の転写又は成形装置、紙幣、傷、血液及び化学物質等の測定又は検査装置に適用することができる。
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置や製氷皿、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や温水タンク、またその流路配管、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。
An ultraviolet
Examples of liquid sterilizers include automatic ice makers, ice trays, ice storage containers, water tanks for ice machines, freezers, ice makers, humidifiers, dehumidifiers, cold water tanks and hot water tanks for water servers, Channel piping, stationary water purifier, portable water purifier, water heater, water heater, wastewater treatment equipment, disposer, toilet drain trap, washing machine, dialysis water sterilization module, peritoneal dialysis connector sterilizer, disaster water storage system Etc., but not limited to this.
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、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。
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、美容院用等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。
Examples of gas sterilizers include air purifiers, air conditioners, ceiling fans, floor and bedding vacuum cleaners, futon dryers, shoe dryers, washing machines, clothes dryers, indoor sterilization lights, and storage ventilation. Examples include, but are not limited to, systems, shoe boxes, and chests.
Examples of solid sterilizers (including surface sterilizers) include vacuum packers, belt conveyors, medical, dental, barber, and beauty salon hand tool sterilizers, toothbrushes, toothbrush holders, chopstick boxes, and cosmetic pouches. Examples include, but are not limited to, drain groove lids, toilet bowl local washer, toilet bowl lids, and the like.
次に、本発明の一実施形態における紫外線発光素子を、実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する各実施例に限定されるものではない。 Next, the ultraviolet light-emitting device in one embodiment of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited to each Example demonstrated below.
<実施例>
AlN単結晶から得られたAlN基板(10)上に、AlNバッファ層と、第1のn型窒化物半導体層20としてのn型AlXGa1−XN(X=0.6)と、第2のn型窒化物半導体層30としてのn型AlYGa1−YN(Y=0.75)と、発光層50としてのAlGaNの多重量子井戸構造と、AlGaNからなる電子ブロック層と、p型窒化物半導体層60としてのp型GaN層とを、有機金属気相成長法(MOCVD法)により、この順で成膜した。上記のAl組成の場合、第2のn型窒化物半導体層30のバンドギャップは、第1のn型窒化物半導体層20のバンドギャップよりも大きくなっている。
第1のn型窒化物半導体層20及び第2のn型窒化物半導体層30のAl組成はX線回折法により(0002)面の測定から算出した。
第1のn型窒化物半導体層20及び第2のn型窒化物半導体層30の膜厚を断面SEM及び断面TEMにより測定した結果、第1のn型窒化物半導体層20の厚みは560nm、第2のn型窒化物半導体層30の厚みは35nmであった。
<Example>
On an AlN substrate (10) obtained from an AlN single crystal, an AlN buffer layer and n-type Al X Ga 1-X N (X = 0.6) as the first n-type
The Al composition of the first n-type
As a result of measuring the film thickness of the first n-type
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて、塩素系ガスでp型GaN層(60)、電子ブロック層、発光層50及び第2のn型窒化物半導体層30の積層体と、第1のn型窒化物半導体層20の一部とをドライエッチングして、第1のn型窒化物半導体層20の一部を露出させ、メサ構造を形成した。
次いで第1のn型窒化物半導体層20の露出した部分の上に、リソグラフィーで電極形状を作成した後、Ti20nm、Al200nm、Ni30nm、Au60nmをこの順に堆積した。レジストリフトオフを行った後、窒素雰囲気下で880℃120秒の熱処理をしてn電極40を形成した。
次いでp型GaN層(60)上にリソグラフィーで電極形状を作成した後、Ni20nm、Au35nmをこの順に堆積した。レジストリフトオフを行った後、酸素雰囲気下で600℃180秒の熱処理をしてp電極を形成した。
その後n電極40及びp電極上にTi20nm、及びAu1000nmをこの順で堆積し、パッド電極を形成した。
Next, using a resist pattern formed by photolithography, a stacked body of a p-type GaN layer (60), an electron blocking layer, a
Next, an electrode shape was formed on the exposed portion of the first n-type
Next, after forming an electrode shape by lithography on the p-type GaN layer (60),
Thereafter,
<比較例1>
AlN単結晶から得られたAlN基板(10)上に、AlNバッファ層、第1のn型窒化物半導体層20としてのn型AlXGa1−XN(X=0.6)、発光層50としてのAlGaNの多重量子井戸構造、AlGaNからなる電子ブロック層、p型窒化物半導体層60としてのp型GaN層を、有機金属気相成長法(MOCVD法)により、この順で成膜した。第2のn型窒化物半導体層30は設けなかった。
第1のn型窒化物半導体層20のAl組成はX線回折法により(0002)面の測定から算出した。
第1のn型窒化物半導体層20の厚みを断面SEMにより測定した結果、570nmであった。
その後実施例と同様の方法及び条件でn電極40、p電極、パッド電極を形成した。
<Comparative Example 1>
On an AlN substrate (10) obtained from an AlN single crystal, an AlN buffer layer, n-type Al X Ga 1-X N (X = 0.6) as the first n-type
The Al composition of the first n-type
It was 570 nm as a result of measuring the thickness of the 1st n-type
Thereafter, an
<比較例2>
AlN単結晶から得られたAlN基板(10)上に、AlNバッファ層、第1のn型窒化物半導体層20としてのn型AlXGa1−XN(X=0.6)、第2のn型窒化物半導体層30としてのn型AlYGa1−YN(Y=0.75)、発光層50としてのAlGaNの多重量子井戸構造、AlGaNからなる電子ブロック層、p型窒化物半導体層60としてのp型GaN層を、有機金属気相成長法(MOCVD法)により、この順で成膜した。上記のAl組成の場合、第2のn型窒化物半導体層30のバンドギャップは、第1のn型窒化物半導体層20のバンドギャップよりも大きくなっている。
<Comparative example 2>
On the AlN substrate (10) obtained from the AlN single crystal, the AlN buffer layer, the n-type Al X Ga 1-X N (X = 0.6) as the first n-type
第1のn型窒化物半導体層20及び第2のn型窒化物半導体層30のAl組成はX線回折法により(0002)面の測定から算出した。
第1のn型窒化物半導体層20及び第2のn型窒化物半導体層30の膜厚を断面SEM及び断面TEMにより測定した結果、第1のn型窒化物半導体層20の厚みは540nm、第2のn型窒化物半導体層30の厚みは60nmであった。
その後実施例と同様の方法及び条件でn電極40、p電極、パッド電極を形成した。
上記の実施例、比較例1及び比較例2の方法及び条件で作成した紫外線発光素子について100mAの定電流で発光出力及び駆動電圧を測定した結果を表1に示す。
The Al composition of the first n-type
As a result of measuring the thickness of the first n-type
Thereafter, an
Table 1 shows the results of measuring the light emission output and the drive voltage at a constant current of 100 mA for the ultraviolet light-emitting devices prepared by the methods and conditions of the above-mentioned Examples, Comparative Examples 1 and 2.
表1に示すように、実施例のように、第1のn型窒化物半導体層20よりもバンドギャップの大きな第2のn型窒化物半導体層30が存在し、さらにその厚みが第1のn型窒化物半導体層20の1/10よりも小さい場合に、高い発光出力と低い駆動電圧との両方の特性を有する紫外線発光素子が得られることが確認された。
As shown in Table 1, there is a second n-type
10 基板
20 第1のn型窒化物半導体層
30 第2のn型窒化物半導体層
40 n電極
50 発光層
60 p型窒化物半導体層
100 紫外線発光素子
10
Claims (6)
当該基板上に形成された積層体と、を備え、
前記積層体は、
第1のn型窒化物半導体層と、発光層と、前記第1のn型窒化物半導体層と前記発光層との間に設けられ前記第1のn型窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きく且つ膜厚が前記第1のn型窒化物半導体層の膜厚よりも薄い第2のn型窒化物半導体層と、p型窒化物半導体層とが積層されている紫外線発光素子。 A substrate,
A laminate formed on the substrate,
The laminate is
A band gap is provided between the first n-type nitride semiconductor layer, the light-emitting layer, and the first n-type nitride semiconductor layer provided between the first n-type nitride semiconductor layer and the light-emitting layer. An ultraviolet light emitting element in which a second n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer, which are larger and thinner than the first n-type nitride semiconductor layer, are stacked.
前記第2のn型窒化物半導体層の膜厚は、0.1×D1よりも小さい請求項1に記載の紫外線発光素子。 When the film thickness of the first n-type nitride semiconductor layer is D1,
2. The ultraviolet light emitting element according to claim 1, wherein a film thickness of the second n-type nitride semiconductor layer is smaller than 0.1 × D <b> 1.
前記第2のn型窒化物半導体層はAlYGa1−YN(0.6≦Y≦1)を含み、X<Yである請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。 The first n-type nitride semiconductor layer includes Al X Ga 1-X N (0.5 ≦ X ≦ 0.8),
4. The second n-type nitride semiconductor layer includes Al Y Ga 1-Y N (0.6 ≦ Y ≦ 1), and X <Y. 5. Ultraviolet light emitting element.
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-
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