JP2017168640A - 紫外線発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ｎ型窒化物半導体層内で電流を拡散させ、紫外線発光素子の、発光効率の向上及び長寿命化を図る。
【解決手段】紫外線発光素子１００は、ｎ型窒化物半導体層２０と、発光層３０と、ｐ型窒化物半導体層４０と、がこの順に積層された積層体５０を備え、ｎ型窒化物半導体層２０は、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上である第１の領域２１と、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３より小さく、第１の領域２１よりも発光層３０側に位置する第２の領域２２と、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上であり、第２の領域２２よりも発光層３０側に位置する第３の領域２３と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は紫外線発光素子に関する。

従来、紫外線発光素子は、小型及び低消費電力といった特徴を生かして様々な分野で応用されている。
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（例えば、特許文献１参照）。そして、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ようになっている。

特開２０００−３３２２９２号公報

ところで、紫外線発光素子の発光効率向上及び長寿命化には、紫外線発光素子内での電流集中を防ぎ、印加電流を拡散させることが重要である。例えば特許文献１にはｎ型層を第１のｎ型層と第２のｎ型層との２層構造とし、第２のｎ型層の不純物濃度を高くし、ｎ型のコンタクト層とすることで接触抵抗の低減及び電流の拡散を促進している。
しかしながら、ｎ型層がｎ型ＡｌＧａＮからなる場合、このｎ型層を低抵抗化し、電流を拡散させることは技術的に非常に難しい。
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型窒化物半導体層内で電流を拡散させることで、発光効率に優れ、且つ、長寿命な紫外線発光素子を提供することを目的としている。

本発明の一態様に係る紫外線発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型窒化物半導体層と、がこの順に積層された積層体を備え、前記ｎ型窒化物半導体層は、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上である第１の領域と、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３より小さく、前記第１の領域よりも前記発光層側に位置する第２の領域と、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上であり、前記第２の領域よりも前記発光層側に位置する第３の領域と、を有することを特徴としている。

本発明の一態様によれば、ｎ型窒化物半導体層内で電流を横方向に拡散させることができる。そのため、発光効率に優れ、且つ、長寿命な紫外線発光素子を実現することができる。

本発明の一実施形態における紫外線発光素子の一例を示す断面図である。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、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く、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜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、メサ構造の横型の紫外線発光素子であって、基板１０と、ｎ型窒化物半導体層２０と、発光層３０と、ｐ型窒化物半導体層４０と、を備え、ｎ型窒化物半導体層２０と、発光層３０と、ｐ型窒化物半導体層４０と、がこの順に積層された積層体５０が基板１０上に設けられている。ｎ型窒化物半導体層２０は、基板１０に近い側から、第１の領域２１と、第２の領域２２と、第３の領域２３とが順に積層されてなる。そして、ｐ型窒化物半導体層４０及び発光層３０の一部が除去されてｎ型窒化物半導体層２０の第３の領域２３の一部が露出したメサ構造を有している。

なお、図１に示す実施形態では、基板１０側から、ｎ型窒化物半導体層２０、発光層３０及びｐ型窒化物半導体層４０の順で積層されているが、これに限るものではない。例えば基板１０側からｐ型窒化物半導体層４０、発光層３０及びｎ型窒化物半導体層２０がこの順に積層されていてもよい。また、図１に示す実施形態は、メサ構造の横型の紫外光発光素子であるが、本発明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、ｎ型窒化物半導体層２０上にｎ型電極をさらに備えてもよく、またｐ型窒化物半導体層４０上にｐ型電極をさらに備えてもよい。

本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子の各層の成長法としては、例えば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。

＜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、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、及びＡｌＮ、また、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ｎ型窒化物半導体層２０を形成する場合には、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という観点から、ＧａＮ、ＡｌＮ、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１０として用いることが好ましい。また、基板１０には不純物が混入していてもよい。
基板１０の作製方法としては、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。

＜ｎ型窒化物半導体層＞
ｎ型窒化物半導体層２０は、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上である第１の領域２１と、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３より小さく、第１の領域２１よりも発光層３０側に位置する第２の領域２２と、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上であり、第２の領域２２よりも発光層３０側に位置する第３の領域２３と、を有する。ｎ型ドーパントのドーピング濃度の測定方法としては、二次イオン質量測定（ＳＩＭＳ）を用いた不純物元素量の測定を用いることができる。

ｎ型窒化物半導体層２０の材料としてはＧａＮ、ＡｌＮ及び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。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い。又は、基板１０上にｎ型窒化物半導体層２０以外の層が形成され、その上に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ｎ型窒化物半導体層２０が形成されていてもよい。

また、紫外線発光素子１００が、基板１０上に、ｐ型窒化物半導体層４０、発光層３０及びｎ型窒化物半導体層２０がこの順に積層されてなる場合には、発光層３０上に、間接的にｎ型窒化物半導体層２０が形成されていてもよい。
ｎ型窒化物半導体層２０にドーピングする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定されない。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。

ｎ型窒化物半導体層２０の第１の領域２１は高い導電性を持つことが好ましく、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上であることが好ましい。またより好ましくは、ｎ型ドーパントのドーピング濃度は２×１０^１９ｃｍ^−３以上である。第１の領域２１の膜厚は特に限定されないが、紫外線発光素子１００の駆動電圧低減の観点からは５００ｎｍ以上であることが好ましい。また生産性の観点からは３０００ｎｍ以下であることが好ましい。

一方、第２の領域２２は導電性が低い方が好ましいことから、ｎ型ドーパントのドーピング濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３より小さいことが好ましい。またより好ましくは、ｎ型ドーパントのドーピング濃度は５×１０^１８ｃｍ^−３以下であり、さらに好ましくは、１×１０^１８ｃｍ^−３以下である。第２の領域２２の膜厚は薄すぎると電流拡散の効果が小さくなってしまい、また、厚すぎると紫外線発光素子１００の抵抗が大きくなり効率が低下してしまうという観点から、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。

また第３の領域２３は高い導電性を持つことが好ましく、ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上であることが好ましい。またより好ましくは、ｎ型ドーパントのドーピング濃度は２×１０^１９ｃｍ^−３以上である。第３の領域２３の膜厚は特に限定されないが、薄膜成長制御性の観点からは２０ｎｍ以上であることが好ましい。また電流拡散の観点からは第３の領域２３は発光層３０に近い位置に配置されている方が良く、第３の領域２３の膜厚は１００ｎｍ以下であることが好ましい。

ｎ型窒化物半導体層２０として、これら３つの領域２１〜２３が存在することにより、例えば露出した第３の領域２３上に形成されたｎ型電極から注入された電流が第２の領域２２が高抵抗であるために横方向に拡散され、発光効率を向上させることが可能となる。また電流の拡散により、紫外線発光素子１００内の一部に電流が集中することを防ぎ、紫外線発光素子１００の長寿命化を図ることができる。

またｎ型窒化物半導体層２０内での電流拡散の観点から、第２の領域２２は発光層３０に近い位置に配置されている方が好ましい。そのためｎ型窒化物半導体層２０の膜厚をＤ１としたとき、第２の領域２２はｎ型窒化物半導体層２０と発光層３０との界面から０．２×Ｄ１の距離内に位置することが好ましい。また０．１×Ｄ１の距離内にあることがより好ましい。つまり、ｎ型窒化物半導体層２０と発光層３０との界面と、この界面から０．２×Ｄ１だけ離れた位置との間に、第２の領域２２と第３の領域２３との界面が位置することが好ましい。
また、紫外線発光素子１００が、ｎ型電極を備えている場合には、ｎ型電極と第３の領域２３とが接触する形が好ましい。これにより、ｎ型電極と第３の領域２３との間のコンタクト抵抗を低減することが可能となる。

＜発光層＞
発光層３０は、図１に示すようにｎ型窒化物半導体層２０上に直接形成されていてもよいし、ｎ型窒化物半導体層２０上に発光層３０以外の層が形成され、その上に発光層３０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、ｎ型窒化物半導体層２０上にアンドープＡｌＧａＮ層が形成された上に発光層３０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３０がｐ型窒化物半導体層４０の上に形成され、発光層３０の上にｎ型窒化物半導体層２０が形成されてもよい。

発光層３０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ＡｌＮとＧａＮとＩｎＮとの混晶であることが望ましい。発光層３０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、発光層３０は、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。

＜ｐ型窒化物半導体層＞
ｐ型窒化物半導体層４０は、図１に示すように発光層３０上に直接形成されていてもよく、また、発光層３０上にｐ型窒化物半導体層４０以外の層が形成され、その上にｐ型窒化物半導体層４０が形成されていてもよい。例えば、発光層３０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４０が形成されていてもよい。ｐ型窒化物半導体層４０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４０が形成され、その上に発光層３０が形成されてもよい。さらに、発光層３０とｐ型窒化物半導体層４０との間に傾斜組成層を設ける場合、発光層３０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有していてもよい。

ｐ型窒化物半導体層４０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及びアンチモン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及びシリコンＳｉといった不純物が混入していてもよい。

＜ｎ型電極＞
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００は、ｎ型電極をさらに備えてもよい。ｎ型電極は、ｎ型窒化物半導体層２０の少なくとも一部と接するものである。ｎ型電極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。またこれらからなるｎ型電極は高温で熱処理されても構わない。さらに、ｎ型電極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。

＜ｐ型電極＞
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００は、ｐ型窒化物半導体層４０上の少なくとも一部と接するｐ型電極を備えてもよい。ｐ型窒化物半導体層４０に効率的にホールを注入する観点からニッケルＮｉ、金Ａｕ、白金Ｐｔ、銀Ａｇ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ等の仕事関数の大きな金属、或いはこれらの合金や、ＩＴＯ等の酸化物電極等が望ましいがこの限りではない。

ｐ型電極が、部分的にｐ型窒化物半導体層４０上に配置されるコンタクト電極と、平面視したときに、コンタクト電極が接していないｐ型窒化物半導体層４０上の領域と重複するように配置され、且つ、発光層３０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。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４０と直接接していても、ｐ型窒化物半導体層４０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４０に透明なＩＴＯ（Indium Tin Oxide 酸化インジウムスズ）が接しており、ＩＴＯ上に反射率の高い銀Ａｇが接していても良い。

＜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することができ、また置換することができる。特に、波長２８０ｎｍ以下の深紫外線を用いている装置に適用可能である。

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・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することができる。
また、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・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・フィラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）・プリント基板（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・製氷皿及び貯氷容器・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。

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。

以下、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００の実施例及び比較例を説明する。
＜実施例＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（基板１０）上に、ＡｌＮバッファ層と、ｎ型窒化物半導体層２０としてのｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（Ｘ＝０．７）と、発光層３０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４０としてのｐ型ＧａＮ層とを、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、この順に成膜した。ｎ型窒化物半導体層２０を成膜する際には、供給するｎ型ドーパントの量を、成膜の途中で一度減少させた。

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。
ｎ型窒化物半導体層２０のドーパントとしてはシリコンＳｉを使用した。ＳＩＭＳ測定の結果からｎ型窒化物半導体層２０の第１の領域２１のＳｉ濃度は２×１０^１９ｃｍ^−３であった。またｎ型窒化物半導体層２０の第２の領域２２のＳｉ濃度は５×１０^１７ｃｍ^−３であった。またｎ型窒化物半導体層２０の第３の領域２３のＳｉ濃度は２×１０^１９ｃｍ^−３であった。

ｎ型窒化物半導体層２０の厚みは断面ＳＥＭ像より約５６０ｎｍであることが確認された。一方、ｎ型窒化物半導体層２０と発光層３０との界面からｎ型窒化物半導体層２０の第２の領域２２と第３の領域２３との界面までの距離はＳＩＭＳ測定の結果から約８０ｎｍであった。
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、電子ブロック層、発光層３０及びｎ型窒化物半導体層２０の一部のドライエッチングを行い、ｎ型窒化物半導体層２０の一部を露出させた。

次いでｎ型窒化物半導体層２０の露出させた領域の一部上に、リソグラフィーで電極形状を作製した後、チタンＴｉを２０ｎｍ、アルミニウムＡｌを２００ｎｍ、ニッケルＮｉを３０ｎｍ、及び金Ａｕを６０ｎｍ、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型電極を形成した。
次いでｐ型ＧａＮ層上にリソグラフィーで電極形状を作製した後、ニッケルＮｉを２０ｎｍ、金Ａｕを３５ｎｍ、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型電極を形成した。
その後ｎ型電極及びｐ型電極上にチタンＴｉを２０ｎｍ、金Ａｕを１０００ｎｍ、をこの順で堆積し、パッド電極を形成した。

＜比較例１＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（基板１０）上に、ＡｌＮバッファ層、ｎ型窒化物半導体層としてｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（Ｘ＝０．６９）、発光層としてＡｌＧａＮの多重量子井戸構造、ＡｌＧａＮからなる電子ブロック層、ｐ型ＧａＮ層を、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、この順で製膜した。

ｎ型窒化物半導体層のＡｌ組成はＸ線回折法により（０００２）面の測定から算出した。
ｎ型窒化物半導体層の厚みは断面ＳＥＭ像より約５５０ｎｍであった。またドーパントとしてはシリコンＳｉを用い、ＳＩＭＳ測定の結果からｎ型半導体層のＳｉ量は２×１０^１９ｃｍ^−３であった。
その後実施例と同様の方法及び条件でｎ型電極、ｐ型電極、パッド電極を形成した。

＜比較例２＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（基板１０）上に、ＡｌＮバッファ層と、ｎ型窒化物半導体層２０としてのｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（Ｘ＝０．６９）と、発光層３０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４０としてのｐ型ＧａＮ層とを、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、この順に成膜した。ｎ型窒化物半導体層２０を成膜する際には、供給するｎ型ドーパントの量を、成膜の途中で一度減少させた。

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。
ｎ型窒化物半導体層２０のドーパントとしてはシリコンＳｉを使用した。ＳＩＭＳ測定の結果からｎ型窒化物半導体層２０の第１の領域２１のＳｉ濃度は５×１０^１８ｃｍ^−３であった。またｎ型窒化物半導体層２０の第２の領域２２のＳｉ濃度は７×１０^１７ｃｍ^−３であった。またｎ型窒化物半導体層２０の第３の領域２３のＳｉ濃度は１．５×１０^１９ｃｍ^−３であった。

ｎ型窒化物半導体層２０の厚みは断面ＳＥＭ像より約５３０ｎｍであることが確認された。一方、ｎ型窒化物半導体層２０と発光層３０との界面からｎ型窒化物半導体層２０の第２の領域２２と第３の領域２３との界面までの距離はＳＩＭＳ測定の結果から約９０ｎｍであった。
その後実施例と同様の方法及び条件でｎ型電極、ｐ型電極及びパッド電極を形成した。

＜比較例３＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（基板１０）上に、ＡｌＮバッファ層と、ｎ型窒化物半導体層２０としてのｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（Ｘ＝０．６９）と、発光層３０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４０としてのｐ型ＧａＮ層とを、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、この順に成膜した。ｎ型窒化物半導体層２０を成膜する際には、供給するｎ型ドーパントの量を、成膜の途中で一度減少させた。

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。
ｎ型窒化物半導体層２０のドーパントとしてはシリコンＳｉを使用した。ＳＩＭＳ測定の結果からｎ型窒化物半導体層２０の第１の領域２１のＳｉ濃度は２×１０^１９ｃｍ^−３であった。またｎ型窒化物半導体層２０の第２の領域２２のＳｉ濃度は６×１０^１７ｃｍ^−３であった。またｎ型窒化物半導体層２０の第３の領域２３のＳｉ濃度は４×１０^１８ｃｍ^−３であった。

ｎ型窒化物半導体層２０の厚みは断面ＳＥＭ像より約５３０ｎｍであることが確認された。一方、ｎ型窒化物半導体層２０と発光層３０との界面からｎ型窒化物半導体層２０の第２の領域２２と第３の領域２３との界面までの距離はＳＩＭＳ測定の結果から約９０ｎｍであった。
その後実施例と同様の方法及び条件でｎ型電極、ｐ型電極及びパッド電極を形成した。

実施例及び比較例に示す方法及び条件で作製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、及び室温で１０００時間、連続通電した際の出力低下率を表１に示す。

表１に示すようにｎ型窒化物半導体層内にｎ型ドーパントの濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上の第１の領域、ｎ型ドーパントの濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以下の第２の領域及びｎ型ドーパントの濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上の第３の領域が存在することで、発光効率に優れ、且つ、長寿命な紫外線発光素子を得ることが可能となることが理解される。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ 基板
２０ ｎ型窒化物半導体層
２１ 第１の領域
２２ 第２の領域
２３ 第３の領域
３０ 発光層
４０ ｐ型窒化物半導体層
５０ 積層体
１００ 紫外線発光素子

Claims (4)

1. ｎ型窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型窒化物半導体層と、がこの順に積層された積層体を備え、
   前記ｎ型窒化物半導体層は、
   ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上である第１の領域と、
   ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３より小さく、前記第１の領域よりも前記発光層側に位置する第２の領域と、
   ｎ型ドーパントのドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上であり、前記第２の領域よりも前記発光層側に位置する第３の領域と、を有する紫外線発光素子。
2. 前記ｎ型窒化物半導体層の膜厚をＤ１とすると、
   前記第２の領域は、前記ｎ型窒化物半導体層と前記発光層との界面から０．２×Ｄ１の距離内に位置する請求項１に記載の紫外線発光素子。
3. 前記第２の領域の膜厚は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の紫外線発光素子。
4. ｎ型電極をさらに備え、
   前記ｎ型電極は前記第３の領域と接して配置される請求項１から請求項３の何れか一項に記載の紫外線発光素子。

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