JP2019009388A

JP2019009388A - 紫外線発光素子

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Publication number: JP2019009388A
Application number: JP2017126548A
Authority: JP
Inventors: 卓哉美濃; Takuya Mino; 後藤　浩嗣; Koji Goto; 浩嗣後藤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2037-06-28
Also published as: JP6986697B2

Abstract

【課題】光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能な紫外線発光素子を提供する。【解決手段】紫外線発光素子１０では、積層体２は、ｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６が基板１側からこの順に並んでいる。積層体２は、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７を第１半導体部７１と第２半導体部７２とに分離する溝２３を有し、第１半導体部７１の面積が第２半導体部７２の面積よりも大きい。紫外線発光素子１０は、第１半導体部７１上に形成されている第１正電極８１と、第２半導体部７２上に形成されている第２正電極８２と、ｎ型半導体層４の活性層５側の表面４１に設けられ、厚さ方向Ｄ１から見て第１正電極８１に隣り合う第１負電極９１と、ｎ型半導体層４の活性層５側の表面４１に設けられ、厚さ方向Ｄ１から見て第２正電極８２に隣り合う第２負電極９２と、を更に備える。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に紫外線発光素子に関し、より詳細には紫外線を放射する紫外線発光素子に関する。

従来、基板と、発光部と、受光部と、を備える紫外線発光装置が提案されている（特許文献１）。ここにおいて、基板は、第１主面と、第１主面と対向する第２主面と、を有する。発光部は、基板の第１主面上に配置されて紫外光（紫外線）を発光する。

特許文献１に記載された紫外線発光装置では、発光部が発光する紫外光の一部が、基板の内部を透過し第２主面から外部へ出射する。また、発光部が発光する紫外光の他の一部が、基板の内部を透過し第２主面で反射して受光部に入射する。受光部は、受光した紫外光を光電変換して電気信号を出力する。このため、受光部は、基板の第１主面上であって、第２主面と基板外部の空間との界面で反射した紫外光が入射する位置に配置されている。

特開２０１５−７００６５号公報

特許文献１に記載の紫外線発光装置では、発光部が発光する紫外光の他の一部を基板の第２主面で反射して受光部に入射させる必要があるので、光出力が低下しやすい。

本発明の目的は、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能な紫外線発光素子を提供することにある。

本発明に係る一態様の紫外線発光素子は、基板と、積層体と、を備える。前記基板は、その厚さ方向において互いに反対側にある第１面及び第２面を有する。前記積層体は、前記基板の前記第１面上に設けられている。前記積層体では、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層が前記基板側からこの順に並んでいる。前記積層体は、前記積層体の前記基板とは反対側の表面に形成されて前記活性層と前記ｐ型半導体層との積層構造を第１半導体部と第２半導体部とに分離する溝を有する。前記第１半導体部の面積が前記第２半導体部の面積よりも大きい。紫外線発光素子は、第１正電極と、第２正電極と、第１負電極と、第２負電極と、を更に備える。前記第１正電極は、前記第１半導体部上に形成されている。前記第２正電極は、前記第２半導体部上に形成されている。前記第１負電極は、前記ｎ型半導体層の前記活性層側の表面に設けられ、前記厚さ方向から見て前記第１正電極に隣り合う。前記第２負電極は、前記ｎ型半導体層の前記活性層側の前記表面に設けられ、前記厚さ方向から見て前記第２正電極に隣り合う。

本発明の紫外線発光素子は、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能となるという効果がある。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子の平面図である。図１Ｂは、同上の紫外線発光素子を示し、図１ＡのＸ−Ｘ線断面図である。

下記の実施形態等において説明する図１Ａ及び１Ｂは、模式的な図であり、図１Ａ及び１Ｂ中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

（実施形態）
以下では、本実施形態の紫外線発光素子１０について、図１Ａ及び１Ｂに基づいて説明する。

紫外線発光素子１０は、ＵＶ−Ｃの波長域の紫外線を放射する発光素子である。「ＵＶ−Ｃの波長域」とは、例えば国際照明委員会（ＣＩＥ）における紫外線の波長による分類によれば、１００ｎｍ〜２８０ｎｍである。

紫外線発光素子１０は、基板１と、積層体２と、を備える。基板１は、その厚さ方向Ｄ１において互いに反対側にある第１面１１及び第２面１２を有する。積層体２は、基板１の第１面１１上に設けられている。

積層体２では、基板１側からｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６が、この順に並んでいる。積層体２は、積層体２の基板１とは反対側の表面２１に形成されている溝２３を有する。溝２３は、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７を第１半導体部７１と第２半導体部７２とに分離するように形成されている。ここにおいて、第１半導体部７１及び第２半導体部７２は、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、ｎ型半導体層４の外周線よりも内側に位置している。基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、ｎ型半導体層４の大きさは、基板１の大きさと同じである。言い換えれば、紫外線発光素子１０では、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、ｎ型半導体層４の外周線と基板１の外周線とが重なる。

紫外線発光素子１０は、ｐ型半導体層６の表面６１とｎ型半導体層４の表面４１のうち積層構造７が積層されていない部位４１１との間に段差がある。第１半導体部７１及び第２半導体部７２の各々は、メサ構造（mesa structure）を有している。

また、紫外線発光素子１０は、ｐ型半導体層６に電気的に接続された第１正電極８１及び第２正電極８２と、ｎ型半導体層４に電気的に接続された第１負電極９１及び第２負電極９２と、を更に備える。

紫外線発光素子１０では、基板１の第２面１２が、紫外線を出射させる光取り出し面を構成している。

紫外線発光素子１０では、積層体２が、基板１とｎ型半導体層４との間に介在するバッファ層（buffer layer）３を更に備えている。また、紫外線発光素子１０は、積層体２の一部を覆う保護膜を更に備える。

紫外線発光素子１０は、ＬＥＤチップ（light emitting diode chip）である。紫外線発光素子１０の平面視形状は、例えば、正方形状である。「紫外線発光素子１０の平面視形状」とは、紫外線発光素子１０の厚さ方向Ｄ１から見た紫外線発光素子１０の外周形状である。紫外線発光素子１０の平面視でのチップサイズ（chip size）は、例えば、４００μｍ□（４００μｍ×４００μｍ）である。

紫外線発光素子１０の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。

基板１は、積層体２を支持している。紫外線発光素子１０では、活性層５の材料としてＡｌＧａＮが採用されており、基板１は、例えば、サファイア基板である。基板１の第１面１１は、（０００１）面（つまり、ｃ面）からのオフ角が、例えば、０．３１°である。ここにおいて、「オフ角」とは、（０００１）面に対する第１面１１の傾斜角である。したがって、オフ角が０°であれば、第１面１１は、（０００１）面である。基板１の厚さは、例えば、１５０μｍである。基板１の外周形状は、正方形状である。

基板１の第１面１１上に設けられている積層体２では、基板１側からバッファ層３、ｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６が、この順に並んでいる。積層体２は、例えば、ＭＯＶＰＥ法（metal organic vapor phase epitaxy）等を利用して形成されている。

本明細書において、後述する組成比は、ＥＤＸ法（energy dispersive X-ray spectroscopy）による組成分析で求められる値である。組成比の相対的な大小関係を議論する上では、組成比は、ＥＤＸ法に限らず、例えば、オージェ電子分光法（auger electron spectroscopy）による組成分析で求められる値でもよい。

活性層５は、ＵＶ−Ｃの波長域の紫外線を放射できるように構成されている。ｎ型半導体層４とｐ型半導体層６との間にある活性層５は、注入された２種類のキャリア（電子、正孔）の再結合により紫外線を放射する。紫外線発光素子１０の発光ピーク波長は、例えば、２７５ｎｍである。ここでいう「発光ピーク波長」は、室温（２７℃）での主発光ピーク波長である。また、「紫外線発光素子１０の発光ピーク波長」は、活性層５から放射されて紫外線発光素子１０から出射される紫外線の発光ピーク波長である。

活性層５では、基板１の厚さ方向Ｄ１において、複数（例えば、４つ）の障壁層と複数（例えば、４つ）の井戸層とが交互に並んでいる。これにより、活性層５は、多重量子井戸構造を有している。複数の井戸層の各々は、第１のＡｌＧａＮ層により構成されている。複数の障壁層の各々は、第１のＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成比が大きな第２のＡｌＧａＮ層により構成されている。井戸層（第１のＡｌＧａＮ層）は、例えば、厚さ２ｎｍのＡｌ_0.45Ｇａ_0.55Ｎ層である。障壁層（第２のＡｌＧａＮ層）は、例えば、厚さ１０ｎｍのＡｌ_0.60Ｇａ_0.40Ｎ層である。複数の井戸層の各々の厚さは、例えば、２ｎｍである。複数の障壁層の各々の厚さは、例えば、１０ｎｍである。

バッファ層３は、例えば、ＡｌＮ層である。バッファ層３は、ｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６の結晶性の向上を目的として設けた層である。紫外線発光素子１０では、バッファ層３のバンドギャップエネルギが、活性層５における複数の井戸層の各々のバンドギャップエネルギよりも大きい。バッファ層３は、基板１の第１面１１の全面に形成されている。

ｎ型半導体層４は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮ層である。ｎ型ＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比は、活性層５で発光する紫外線のｎ型ＡｌＧａＮ層での吸収が抑制されるように設定されている。より詳細には、ｎ型半導体層４は、例えば、ｎ型Ａｌ_0.60Ｇａ_0.40Ｎ層である。ｎ型半導体層４の厚さは、例えば、２μｍである。ｎ型半導体層４は、バッファ層３の基板１とは反対側の表面の全面に形成されている。したがって、ｎ型半導体層４の外周形状は、基板１の外周形状と同じである。

ｐ型半導体層６は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層と、ｐ型ＧａＮ層と、を含む。ｐ型半導体層６では、ｐ型ＡｌＧａＮ層が活性層５に接している。また、ｐ型半導体層６では、ｐ型ＧａＮ層がｐ型ＡｌＧａＮ層の活性層５とは反対側に位置している。ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比は、ｎ型半導体層４から活性層５に注入された電子がｐ型半導体層６側へ漏れるのを防ぐように設定されている。より詳細には、ｐ型ＡｌＧａＮ層は、例えば、ｐ型Ａｌ_0.80Ｇａ_0.20Ｎ層である。ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは、例えば、５０ｎｍである。また、ｐ型ＧａＮ層の厚さは、例えば２００ｎｍである。

紫外線発光素子１０では、積層体２の基板１とは反対側の表面２１に形成されている溝２３によって、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７が、第１半導体部７１と第２半導体部７２とに分離されている。これにより、紫外線発光素子１０は、活性層５のうち積層構造７の第１半導体部７１の一部を構成する部分である第１機能部５１と、積層構造７の第２半導体部７２の一部を構成する部分である第２機能部５２と、を有する。第１機能部５１と第２機能部５２との互いに対向する端面５１３、５２３の各々は、基板１の厚さ方向Ｄ１に沿って形成されている。紫外線発光素子１０では、第１機能部５１と第２機能部５２との互いに対向する端面５１３、５２３同士が平行であるのが好ましい。ここにおいて、「平行」とは、厳密に平行である場合のみに限定されず、略平行（互いに対向する端面５１３、５２３同士のなす角度が例えば０°±１０°）でもよい。

紫外線発光素子１０は、上述のように、第１正電極８１、第２正電極８２、第１負電極９１及び第２負電極９２を備えている。紫外線発光素子１０では、この紫外線発光素子１０の厚さ方向の一面側に第１正電極８１、第２正電極８２、第１負電極９１及び第２負電極９２が配置されている。ここで、「紫外線発光素子１０の厚さ方向の一面」とは、ｎ型半導体層４の活性層５側の表面４１において活性層５に覆われていない部位４１１及びｐ型半導体層６の表面６１を含む。

第１正電極８１は、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７の第１半導体部７１上に形成されている。これにより、第１正電極８１は、第１半導体部７１においてｐ型半導体層６と電気的に接続されている。第２正電極８２は、積層構造７の第２半導体部７２上に形成されている。これにより、第２正電極８２は、第２半導体部７２においてｐ型半導体層６と電気的に接続されている。第１負電極９１は、ｎ型半導体層４の活性層５側の表面４１のうち積層構造７が積層されていない部位４１１に設けられている。これにより、第１負電極９１は、ｎ型半導体層４と電気的に接続されている。第２負電極９２は、ｎ型半導体層４の活性層５側の表面４１のうち積層構造７が積層されていない部位４１１に設けられている。これにより、第２負電極９２は、ｎ型半導体層４と電気的に接続されている。

紫外線発光素子１０では、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、厚さ方向Ｄ１に直交する一の方向において、第１負電極９１、第１正電極８１、第２正電極８２及び第２負電極９２が、この順に並んでいる。したがって、第１負電極９１は、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て第１正電極８１に隣り合っている。また、第２負電極９２は、基板１の厚さ方向から見て第２正電極８２に隣り合っている。

紫外線発光素子１０では、第１正電極８１と第１負電極９１との間に電流を流すことにより、活性層５の第１機能部５１から紫外線が放射される。紫外線発光素子１０では、第１機能部５１から放射されて基板１の第１面１１に入射した紫外線が、基板１の第２面１２から出射される。ここにおいて、紫外線発光素子１０では、活性層５の第１機能部５１の端面５１３から出射した紫外線が、活性層５の第２機能部５２の端面５２３に入射し、第２機能部５２において受光される（吸収される）。したがって、紫外線発光素子１０では、例えば、第１機能部５１から紫外線を発光させ、その紫外線の一部を第２機能部５２で受光させることによって、第２正電極８２と第２負電極９２との間に発生する電流（光電流）により、紫外線発光素子１０の光出力のモニタリングが可能である。要するに、紫外線発光素子１０は、第１機能部５１を発光部とし第２機能部５２を受光部として動作させることが可能である。

紫外線発光素子１０では、第１半導体部７１の面積が第２半導体部７２の面積よりも大きい。ここにおいて、第１半導体部７１及び第２半導体部７２の各々の面積は、基板１の厚さ方向Ｄ１から見た面積である。そして、紫外線発光素子１０では、第１正電極８１の面積が第２正電極８２の面積よりも大きく、第１負電極９１の面積が第２負電極９２の面積よりも大きい。第１正電極８１、第２正電極８２、第１負電極９１及び第２負電極９２の各々の面積は、基板１の厚さ方向Ｄ１から見た面積である。

第１半導体部７１の平面視形状は、基板１の外周線に沿った正方形のうちの２辺それぞれの中間部を内側に凹ませた形状である。ここにおいて、紫外線発光素子１０では、基板１の厚さ方向Ｄ１から見て、第１半導体部７１の外周線が、ｎ型半導体層４の外周線に沿っていて、かつ、第２半導体部７２と第１負電極９１と第２負電極９２とを避けるように曲がっている。これにより、紫外線発光素子１０では、第１半導体部７１の平面視形状を長方形とする場合と比べて、第１半導体部７１の面積をより大きくすることが可能となる。

紫外線発光素子１０では、保護膜を備えているのが好ましい。保護膜は、電気絶縁性を有する。保護膜の材料は、例えば、酸化シリコン等である。保護膜は、第１半導体部７１の表面のうち第１正電極８１に覆われていない部位及び側面と、第２半導体部７２の表面のうち第２正電極８２に覆われていない部位及び側面と、ｎ型半導体層４の表面４１において活性層５に覆われていない部位４１１のうち第１負電極９１及び第２負電極９２に覆われていない領域と、に跨って形成されているのが好ましい。

以上説明した本実施形態の紫外線発光素子１０では、積層体２は、活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７を第１半導体部７１と第２半導体部７２とに分離する溝２３を有し、第１半導体部７１の面積が第２半導体部７２の面積よりも大きい。よって、紫外線発光素子１０は、第１半導体部７１と第２半導体部７２とのうち相対的に面積の大きな第１半導体部７１から側方へ放射された紫外線を、相対的に面積の小さな第２半導体部７２で受光することができる。これにより、紫外線発光素子１０では、第１半導体部７１から基板１側へ放射された紫外線を基板１の第２面１２で反射させる必要がないので、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能となる。

また、紫外線発光素子１０では、上記の紫外線発光装置と比べて、チップサイズの小型化を図りながらも光出力の高出力化を図れる。また、紫外線発光素子１０では、第１機能部５１（発光部）の中心と、基板１の厚さ方向Ｄ１に沿った基板１の中心線に対する第１機能部５１の交差点とを揃えてあるので、紫外線発光素子１０の光軸が基板１の厚さ方向Ｄ１に沿った中心線に揃いやすい。これにより、紫外線発光素子１０は、上記の紫外線発光装置と比べて、レンズ、反射部材等による配光制御の点で有利である。

以下では、紫外線発光素子１０の製造方法の一例について簡単に説明する。

紫外線発光素子１０の製造方法では、まず、複数の紫外線発光素子１０それぞれの基板１の元になるウェハ（サファイアウェハ）を準備する。

紫外線発光素子１０の製造方法では、ウェハを準備した後、ウェハの前処理を行ってから、ウェハをエピタキシャル成長装置に導入し、その後、ウェハの第１面上に積層体２をエピタキシャル成長法により積層する。ウェハの第１面は、基板１の第１面１１に相当する表面である。エピタキシャル成長装置としてＭＯＶＰＥ装置を採用する場合、Ａｌの原料ガスとしては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を採用するのが好ましい。また、Ｇａの原料ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を採用するのが好ましい。Ｎの原料ガスとしては、ＮＨ₃を採用するのが好ましい。ｎ型導電性を付与する不純物であるＳｉの原料ガスとしては、テトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を採用するのが好ましい。ｐ型導電性に寄与する不純物であるＭｇの原料ガスとしては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を採用するのが好ましい。各原料ガスそれぞれのキャリアガスとしては、例えば、Ｈ₂ガスを採用するのが好ましい。各原料ガスは、特に限定されず、例えば、Ｇａの原料ガスとしてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ｎの原料ガスとしてヒドラジン誘導体、Ｓｉの原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄）を採用してもよい。積層体２の成長条件は、バッファ層３、ｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６それぞれについて、基板温度、Ｖ／III比、各原料ガスの供給量、成長圧力等を適宜設定すればよい。「基板温度」とは、ウェハの温度を意味する。エピタキシャル成長装置としてＭＯＶＰＥ装置を採用する場合、「基板温度」は、例えば、ウェハを支持するサセプタ（susceptor）の温度を代用することができる。例えば、基板温度は、熱電対により測定したサセプタの温度を代用することができる。

紫外線発光素子１０の製造方法では、ウェハの第１面上に積層体２を積層した後、積層体２が積層されているウェハをエピタキシャル成長装置から取り出す。以下では、少なくともウェハと積層体２とを備えた構造体を、エピタキシャルウェハと称する。

紫外線発光素子１０の製造方法では、エピタキシャル成長装置から取り出したエピタキシャルウェハをアニール装置に導入し、ｐ型半導体層のｐ型不純物を活性化するためのアニールを行う。アニールを行うためのアニール装置としては、例えば、ランプアニール装置、電気炉アニール装置等を採用することができる。ｐ型不純物は、アクセプタ不純物を意味し、Ｍｇである。

紫外線発光素子１０の製造方法では、アニール装置からエピタキシャルウェハを取り出した後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して積層体２における活性層５とｐ型半導体層６との積層構造７をパターニングすることによって、溝２３、第１半導体部７１及び第２半導体部７２を形成する。

紫外線発光素子１０の製造方法では、溝２３、第１半導体部７１及び第２半導体部７２を形成した後、上述の保護膜を形成する。保護膜は、ＣＶＤ法（chemical vapor deposition）等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して形成することができる。

紫外線発光素子１０の製造方法では、保護膜を形成した後、第１負電極９１及び第２負電極９２を形成し、その後、第１正電極８１及び第２正電極８２を形成する。

紫外線発光素子１０の製造方法では、紫外線発光素子１０が複数形成されたエピタキシャルウェハを得ることができる。

紫外線発光素子１０の製造方法では、エピタキシャルウェハをダイシングソー（dicingsaw）などによって切断することで、１枚のエピタキシャルウェハから複数の紫外線発光素子１０を得ることができる。紫外線発光素子１０の製造方法では、エピタキシャルウェハを切断する前に、ウェハの厚さを基板１の所望の厚さとするようにウェハを第１面とは反対の第２面側から研磨することが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０の製造方法は、製造歩留りの向上を図ることが可能となる。

上述の紫外線発光素子１０の製造方法によれば、第１半導体部７１と第２半導体部７２とを同じ構成とすることができる。ここにおいて、「同じ構成」とは、材料、組成比及び厚さが同じであることを意味する。また、上述の紫外線発光素子１０の製造方法によれば、第１半導体部７１における第１機能部５１の端面５１３と第２半導体部７２における第２機能部５２の端面５２３との相対的な位置精度を向上させることができる。

上記の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

例えば、紫外線発光素子１０は、ＵＶ−Ｃの波長域の紫外線を放射するように構成される場合に限らず、例えば、ＵＶ−Ｂの波長域の紫外線を放射するように構成されていてもよい。「ＵＶ−Ｂの波長域」とは、例えば国際照明委員会における紫外線の波長による分類によれば、２８０ｎｍ〜３１５ｎｍである。

また、紫外線発光素子１０の平面視形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状等でもよい。

また、基板１の第１面１１の（０００１）面（ｃ面）からのオフ角は、例えば、０°〜０．４°であるのが好ましく、０．１°〜０．３１°であるのがより好ましく、０．２１°〜０．３１°であるのが更に好ましい。また、基板１の第１面１１は、ｃ面に限らず、例えば、ｍ面、ａ面、Ｒ面等でもよい。また、基板１は、サファイア基板に限らず、例えば、単結晶ＡｌＮ基板等でもよい。

また、ｎ型半導体層４は、単層構造に限らず多層構造でもよい。例えば、ｎ型半導体層４は、例えば、互いにＡｌの組成比の異なる複数のｎ型ＡｌＧａＮ層の積層構造でもよい。また、ｐ型半導体層６におけるｐ型ＡｌＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層は、単層構造に限らず多層構造でもよい。例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層は、互いにＡｌの組成比の異なる複数のｐ型ＡｌＧａＮ層の積層構造でもよい。また、ｐ型ＧａＮ層は、互いにｐ型不純物の濃度の異なる複数のｐ型ＧａＮ層の積層構造でもよい。

また、活性層５は、多重量子井戸構造を有する例に限らず、例えば、単一量子井戸構造でもよいし、単層構造でもよい。また、活性層５の材料は、ＡｌＧａＮに限らず、他の窒化物半導体材料でもよく、例えば、ＩｎＡｌＧａＮ等でもよい。また、活性層５の材料は、窒化物半導体材料以外の材料でもよい。

また、紫外線発光素子１０の使用例は、第１機能部５１を発光部とし第２機能部５２を受光部として動作させる例に限らない。例えば、紫外線発光素子１０は、第１機能部５１と第２機能部５２との両方を発光部として動作させてもよいし、第２機能部５２を発光部とし第１機能部５１を受光部として動作させてもよい。

また、第１半導体部７１、第２半導体部７２、第１正電極８１、第２正電極８２、第１負電極９１及び第２負電極９２の平面視形状、レイアウト等は図１Ａの例に限らず、適宜変更可能である。

また、第１正電極８１及び第１負電極９１の各々の数は、１つに限らず、複数でもよい。また、第１正電極８１の数と第１負電極９１の数とが異なっていてもよい。

また、第２正電極８２及び第２負電極９２の各々の数は、１つに限らず、複数でもよい。また、第２正電極８２の数と第２負電極９２の数とが異なっていてもよい。

また、紫外線発光素子１０では、基板１の第２面１２において活性層５からの紫外線を反射させる必要がないので、例えば、基板１の第２面１２に、単層もしくは多層の誘電体膜からなるアンチリフレクションコート（anti-reflection coat）が設けられていてもよい。

また、紫外線発光素子１０では、基板１の第２面１２に、活性層５から放射された光の第２面１２での反射を抑制する光取出し構造部を備えていてもよい。光取出し構造部としては、例えば、２次元周期構造を有した凹凸構造部が挙げられる。凹凸構造部は、例えば、例えば複数の四角錐状の凸部が２次元アレイ状に配列された構成である。２次元周期構造の周期は、活性層５で発光する紫外線の波長に応じて適宜決めればよい。

以上説明した実施形態等から明らかなように、第１の態様に係る紫外線発光素子（１０）は、基板（１）と、積層体（２）と、を備える。基板（１）は、その厚さ方向（Ｄ１）において互いに反対側にある第１面（１１）及び第２面（１２）を有する。積層体（２）は、基板（１）の第１面（１１）上に設けられている。積層体（２）では、ｎ型半導体層（４）、活性層（５）及びｐ型半導体層（６）が基板（１）側からこの順に並んでいる。積層体（２）は、積層体（２）の基板（１）とは反対側の表面（２１）に形成されて活性層（５）とｐ型半導体層（６）との積層構造（７）を第１半導体部（７１）と第２半導体部（７２）とに分離する溝（２３）を有する。第１半導体部（７１）の面積が第２半導体部（７２）の面積よりも大きい。紫外線発光素子（１０）は、第１正電極（８１）と、第２正電極（８２）と、第１負電極（９１）と、第２負電極（９２）と、を更に備える。第１正電極（８１）は、第１半導体部（７１）上に形成されている。第２正電極（８２）は、第２半導体部（７２）上に形成されている。第１負電極（９１）は、ｎ型半導体層（４）の活性層（５）側の表面（４１）に設けられ、厚さ方向（Ｄ１）から見て第１正電極（８１）に隣り合う。第２負電極（９２）は、ｎ型半導体層（４）の活性層（５）側の表面（４１）に設けられ、厚さ方向（Ｄ１）から見て第２正電極（８２）に隣り合う。

以上の構成により、紫外線発光素子（１０）は、光出力の低下を抑制しつつ光出力のモニタリングが可能となる。

第２の態様に係る紫外線発光素子（１０）では、第１の態様において、活性層（５）のうち第１半導体部（７１）の一部を構成する部分である第１機能部（５１）と第２半導体部（７２）の一部を構成する部分である第２機能部（５２）との互いに対向する端面（５１３、５２３）同士が平行である。これにより、紫外線発光素子（１０）では、光出力のモニタリング精度の向上を図ることが可能となる。

第３の態様に係る紫外線発光素子（１０）では、第１又は２の態様において、厚さ方向（Ｄ１）から見てｎ型半導体層（４）の大きさは、基板（１）の大きさと同じである。これにより、紫外線発光素子（１０）では、光出力の低下をより抑制することが可能となる。

第４の態様に係る紫外線発光素子（１０）では、第１乃至３の態様のいずれか一つにおいて、第１正電極（８１）の面積が第２正電極（８２）の面積よりも大きく、第１負電極（９１）の面積が第２負電極（９２）の面積よりも大きい。これにより、紫外線発光素子（１０）では、光出力の低下をより抑制することが可能となる。

第５の態様に係る紫外線発光素子（１０）では、第４の態様において、厚さ方向（Ｄ１）から見て第１半導体部（７１）の外周線が、ｎ型半導体層（４）の外周線に沿っていて、かつ、第２半導体部（７２）と第１負電極（９１）と第２負電極（９２）とを避けるように曲がっている。これにより、紫外線発光素子（１０）では、光出力の低下を更に抑制することが可能となる。

１基板
２積層体
２１表面
２３溝
１１第１面
１２第２面
４ｎ型半導体層
４１表面
５活性層
５１第１機能部
５１３端面
５２第２機能部
５２３端面
６ｐ型半導体層
７積層構造
７１第１半導体部
７２第２半導体部
８１第１正電極
８２第２正電極
９１第１負電極
９２第２負電極
１０紫外線発光素子
Ｄ１厚さ方向

Claims

厚さ方向において互いに反対側にある第１面及び第２面を有する基板と、
前記基板の前記第１面上に設けられ、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層が前記基板側からこの順に並んでいる積層体と、を備え、
前記積層体は、前記基板とは反対側の表面に形成されて前記活性層と前記ｐ型半導体層との積層構造を第１半導体部と第２半導体部とに分離する溝を有し、
前記第１半導体部の面積が前記第２半導体部の面積よりも大きく、
前記第１半導体部上に形成されている第１正電極と、
前記第２半導体部上に形成されている第２正電極と、
前記ｎ型半導体層の前記活性層側の表面に設けられ、前記厚さ方向から見て前記第１正電極に隣り合う第１負電極と、
前記ｎ型半導体層の前記活性層側の前記表面に設けられ、前記厚さ方向から見て前記第２正電極に隣り合う第２負電極と、を更に備える
ことを特徴とする紫外線発光素子。
前記活性層のうち前記第１半導体部の一部を構成する部分である第１機能部と前記第２半導体部の一部を構成する部分である第２機能部との互いに対向する端面同士が平行である
ことを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光素子。
前記厚さ方向から見て前記ｎ型半導体層の大きさは、前記基板の大きさと同じである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線発光素子。
前記第１正電極の面積が前記第２正電極の面積よりも大きく、
前記第１負電極の面積が前記第２負電極の面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
前記厚さ方向から見て前記第１半導体部の外周線が、前記ｎ型半導体層の外周線に沿っていて、かつ、前記第２半導体部と前記第１負電極と前記第２負電極とを避けるように曲がっている
ことを特徴とする請求項４に記載の紫外線発光素子。