JP2022117299A - 紫外線発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】外部量子効率の高い紫外線発光素子を提供する。【解決手段】紫外線発光素子は、基板と、基板上に配置された第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層上に配置された多重量子井戸構造と、多重量子井戸構造上に配置された第２導電型半導体層と、を備える。多重量子井戸構造は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０．７≦ｘ＜１）とＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）が８周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は紫外線発光素子に関する。

従来の紫外線発光素子としては、例えば特許文献１に開示されているように、多重量子井戸層を備えたものが知られている。

特許第６７２７１８５号公報

本発明の課題は、エネルギー変換効率や素子寿命の観点から、外部量子効率の高い紫外線発光素子を提供することである。

本発明の第１の態様においては、基板と、前記基板上に配置された第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層上に配置された多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造上に配置された第２導電型半導体層と、を備え、前記多重量子井戸構造は、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（０．７≦ｘ＜１）とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）が８周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する、紫外線発光素子を提供する。

本発明の第２の態様においては、基板と、前記基板上に配置された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に配置された多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造上に配置された第２導電型半導体層と、を備え、前記多重量子井戸構造は、膜厚が０．２５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下のＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層（０≦ｚ＜１）とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層 （ｙ＞ｚ）が８周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する、紫外線発光素子を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明によれば、外部量子効率の高い紫外線発光素子を提供することが可能になる。

本実施形態の具体例１に係る紫外線発光素子１を示す断面図である。 本実施形態の具体例１に係る多重量子井戸構造１２を示す断面図である。 本実施形態の具体例２に係る紫外線発光素子１Ａを示す断面図である。 本実施形態の具体例２に係る多重量子井戸構造１４を示す断面図である。 本実施形態の具体例３に係る紫外線発光素子１Ｂを示す断面図である。 本実施形態の具体例４に係る紫外線発光素子１Ｃを示す断面図である。 本実施形態の具体例５に係る紫外線発光素子１Ｄを示す断面図である。 実施例２における繰り返し周期ごとの電子密度と外部量子効率の関係を示すグラフである。 実施例２において繰り返し周期が５回の場合の電子密度と正孔密度を示すグラフである。 実施例２において繰り返し周期が１０回の場合の電子密度と正孔密度を示すグラフである。 参考例２における繰り返し周期ごとの電流密度と外部量子効率の関係を示すグラフである。 参考例２における繰り返し周期が５回の場合の電子密度・正孔密度を示すグラフである。 参考例２における繰り返し周期が１０回の場合の電子密度・正孔密度を示すグラフである。 実施例３における繰り返し周期ごとの電流密度と外部量子効率の関係を示すグラフである。 参考例３における繰り返し周期ごとの電流密度と外部量子効率の関係を示すグラフである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかか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。

＜第１実施形態の紫外線発光素子＞
第１実施形態の紫外線発光素子は、基板と、基板上に配置された第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層上に配置された多重量子井戸構造と、多重量子井戸構造上に配置された第２導電型半導体層と、を備える。
第１実施形態の紫外線発光素子の多重量子井戸構造は、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（０．７≦ｘ＜１）とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）が８周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する。
多重量子井戸構造として、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（０．７≦ ｘ＜１）とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）が８周期以上２００周期以下繰り返した構造を採用することにより、外部量子効率が格段に向上するという効果を奏する。

一般に、繰り返し構造のうちバンドギャップが小さい方の層は量子井戸層（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ層）と称され、バンドギャップが大きい方はバリア層と称される。

従来は繰り返し周期を増やしても外部量子効率が向上することは期待されていなかった。これは、電子正孔対はｐ型半導体層側に最も近い量子井戸層における再結合が主であり、ｐ型半導体層より離れている量子井戸層においてはほとんど再結合しないと考えられていたことに起因する。むしろ繰り返し周期を増やすことによって、駆動電圧の上昇や、格子緩和による結晶性の悪化が懸念されるため繰り返し周期を増やすことは避けるべきと考えられていた。

しかし、膜組成がＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（０．７≦ ｘ＜１）とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）の繰り返し構造とすることにより、駆動電圧の上昇や格子緩和による結晶性の悪化を抑制しつつ、外部量子効率が向上する。これは、このような繰り返し周期を用いることで、電子正孔対が電子ブロック層に最も近い量子井戸層だけではなく、すべての量子井戸層においてほぼ均一に再結合が行われ、すべての量子井戸層が発光に大きく寄与することで高い外部量子効率が得られるからであると考えられる。なお、外部量子効率とは、例えば、紫外線発光素子において、紫外線発光素子の外部に放出される単位時間あたりの光量子数と、紫外線発光素子に流れる電流（すなわち、紫外線発光素子を流れる単位時間あたりの電子数）との比で定義される。この比は、例えば百分率（％）で示される。

また、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（０．７≦ｘ＜１）とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）の繰り返し構造であることによって中心発光波長は２００～２４０ｎｍとなり、波長の短い紫外線を高い外部量子効率で発光することが可能となる。

第１実施形態の紫外線発光素子において、多重量子井戸構造を構成するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（０．７≦ｘ＜１）とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）のそれぞれの厚みは特に制限されないが、内部量子効率の観点からＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（０．７≦ｘ＜１）の厚みは０．２５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下であることが好ましく、０．２５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下であることがより好ましい場合がある。なお、内部量子効率とは、例えば、紫外線発光素子の結晶内部で発生する単位時間あたりの光量子数と、紫外線発光素子に流れる電流（すなわち、紫外線発光素子を流れる単位時間あたりの電子数）との比で定義される。この比は、例えば百分率（％）で示される。
Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）の膜厚は特に制限されないが、内部量子効率の観点から２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい場合がある。

＜第２実施形態の紫外線発光素子＞
第２実施形態の紫外線発光素子は、基板と、基板上に配置された第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層上に配置された多重量子井戸構造と、多重量子井戸構造上に配置された第２導電型半導体層と、を備える。
第２実施形態の紫外線発光素子の多重量子井戸構造は、膜厚が０．２５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下のＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層（０≦ｚ＜１）とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｚ）が８周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する。

多重量子井戸構造として、膜厚が０．２５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下のＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層（０≦ｚ＜１）とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｚ）が８周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を採用することにより、外部量子効率が格段に向上するという効果を奏する。

上述の通り、繰り返し周期を増やしても外部量子効率が向上することは期待されず、むしろ駆動電圧の上昇や、格子緩和による結晶性の悪化が懸念されていたが、膜厚が０．２５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下、好ましくは膜厚が０．２５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下のＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層（０≦ｚ＜１）と、Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｚ）との繰り返し構造とすることにより、予想に反して外部量子効率が向上することを本発明者は見出した。

第２実施形態の紫外線発光素子の多重量子井戸構造のＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層（０≦ｚ＜１）とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｚ）の各組成は特に制限されないが、電流注入効率の観点から、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層（０≦ｚ＜１）は０．５０≦ｚ≦１であることが好ましく、０．７≦ｚ＜１であることがより好ましい場合がある。
Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｚ）の膜厚は特に制限されないが、内部量子効率の観点から２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい場合がある。

次に、上記第１実施形態および第２実施形態の紫外線発光素子（以下、併せて本実施形態の紫外線発光素子と称する）に共通した事項を説明する。

＜基板＞
本実施形態の紫外線発光素子の基板は、その上に第１導電型半導体層を配置することが可能なものであれば特に制限されない。具体的には、基板として、窒化アルミニウム基板、サファイア基板、ＧａＮ基板などが挙げられる。基板上に結晶性の高い半導体層を配置する観点から、基板は窒化アルミニウム基板であることが好ましく、単結晶窒化アルミニウム基板であることがより好ましい場合がある。ここで、本実施形態の紫外線発光素子の説明において、「Ａの上にＢを配置する」とは、Ａの表面上に直接Ｂを配置する形態と、Ａの表面から別の物質を介して間接的にＢを配置する形態の両方を意味する。

＜第１導電型半導体層＞
本実施形態の紫外線発光素子の第１導電型半導体層は、その上に多重量子井戸構造を配置することが可能なものであれば特に制限されない。第１導電型半導体層の具体的な膜組成の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮおよびこれらの混晶が挙げられる。

ここで第１導電型半導体層および第２導電型半導体層とは、それぞれ異なる導電型を示す半導体層であることを意味する。すなわち、一方がｎ型導電性を示す場合、他方がｐ型導電性を示すものであることを意味する。ｎ型導電性を示す半導体層を得る方法は特に制限されないが、例えばＳｉをｎ型ドーパントとして用いたｎ－ＡｌＧａＮが挙げられる。同様に、ｐ型導電性を示す半導体層を得る方法も特に制限されないが、例えばＭｇをｐ型ドーパントとして用いたｐ－ＡｌＧａＮが挙げられる。特に制限されないが、結晶性や表面平坦性の観点から、第１導電型半導体層がｎ型半導体層であることが好ましい場合がある。

第１導電型半導体層の材料は特に制限されないが、一例としてはＡｌＧａＮ、ＧａＮなどが挙げられる。結晶性の高い多重量子井戸構造を配置する観点から、第１導電型半導体層はｎ－ＡｌＧａＮであることが好ましい場合がある。第１導電型半導体層としてｎ－ＡｌＧａＮを採用する場合、電気伝導性や第１導電型半導体層における光吸収の観点からＡｌ組成が０．７０以上１．０以下であることがより好ましい場合がある。Ａｌ組成とは、Ａｌ原子とＧａ原子の合計に対するＡｌ原子の割合を意味する。
第１導電型半導体層の厚みは特に制限されないが、駆動電圧あるいは結晶性の観点から３００ｎｍ以上１．５μｍ以下が好ましい場合がある。

＜第２導電型半導体層＞
本実施形態の紫外線発光素子の第２導電型半導体層は、多重量子井戸構造上に配置されるものであれば特に制限されない。第２導電型半導体層の具体的な膜組成の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮおよびこれらの混晶が挙げられる。電気伝導や接触抵抗の観点から、第２導電型半導体層はｐ－ＡｌＧａＮであることが好ましい場合がある。
第２導電型半導体層の厚みは特に制限されないが、高い光出力を実現するという観点から、５ｎｍ以上１１０ｎｍ以下であることが好ましく、さらに１５ｎｍ以上９０ｎｍ以下がより好ましい。

＜電子ブロック層＞
本実施形態の紫外線発光素子は、電子をブロックして多重量子井戸層に電子をより注入させるという観点から、多重量子井戸構造と第２導電型半導体層との間に、Ａｌ_ｂＧａ_１－ｂＮ層（ｂ＞ｘ）を更に備えてもよい。Ａｌ_ｂＧａ_１－ｂＮ層（ｂ＞ｘ）は電子ブロック層とも呼ばれる。

＜グレーデッド層＞
本実施形態の紫外線発光素子は、界面でのポテンシャル不連続性を低減し、第１導電型半導体層から多重量子井戸層への電子あるいは正孔の注入効率を向上させるという観点から、第１導電型半導体層と多重量子井戸構造との間に、Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ層（ａは、０．８７以上０．９２以下であり、第１導電型半導体層側から多重量子井戸構造側にかけて連続的または段階的に増加する）を更に備えてもよい。Ａｌ組成が連続的又は段階的に変化する層はグレーデッド層とも称される。

なお、本実施形態において、Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ層のａは０．８７未満や０．９２を超過する範囲を含むことを妨げるものではない。例えば、Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ層のａは、０以上１以下であり、第１導電型半導体層側から多重量子井戸構造側にかけて連続的又は段階的に増加するものであってもよい。このような場合も、Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ層のａは０．８７以上０．９２以下の範囲において連続的または段階的に増加する構成を含むため、本実施形態のＡｌ_ａＧａ_１－ａＮ層に含まれる。
グレーデッド層の膜厚は１．０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが望ましく、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがより好ましい。
さらに、グレーデッド層にはＣ、Ｈ、Ｓｉ、Ｍｇなどの不純物が含まれていてもよく、不純物の種類はこれらに限定されない。

また、本実施形態の紫外線発光素子は、第２導電型半導体層から多重量子井戸層への電子あるいは正孔の注入効率を向上させるという観点から、多重量子井戸構造と第２導電型半導体層との間に、Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層（ｃは、０．１５以上０．９５以下であり、多重量子井戸構造側から第２導電型半導体層側にかけて連続的または段階的に減少する）層を更に備えていてもよい。このとき、Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層のｃは０．１５未満や０．９５を超過する範囲を含むことを妨げるものではない。例えば、Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層のｃは、０以上１以下であり、多重量子井戸構造側から第２導電型半導体層側にかけて連続的又は段階的に減少するものであってもよい。このような場合も、Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層のｃは０．１５以上０．９５以下において連続的または段階的に減少する構成を含むため、本実施形態のＡｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層に含まれる。

＜電極＞
本実施形態の紫外線発光素子は、多重量子井戸構造に電子および正孔を効率的に注入するために電極を備えていてもよい。電極は特に制限されないが、第１導電型半導体層と電気的に接続される第１電極と、第２導電型半導体層と電気的に接続される第２電極であってもよい。電極は物理的に接触する層とオーミック接続となることが好ましい。
第１電極、あるいは第２電極にはＡｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖａ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔａなどの金属あるいはこれらの混晶が挙げられる。

＜発光波長＞
本実施形態の紫外線発光素子は、波長が２１５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光を放出するものであることが好ましく、中心発光波長が２２０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の光を放出するものであることがより好ましい。波長が２１５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光を放出するものにするための方法は特に制限されないが、例えば多重量子井戸構造における量子井戸層のＡｌ組成を０．７０以上１．０以下にする方法や多重量子井戸構造における量子井戸層の膜厚を２ｎｍ以下にする方法などが挙げられる。

＜絶縁層＞
本実施形態に係る紫外線発光素子は、信頼性の観点から表面の少なくとも一部が絶縁層で覆われていてもよい。絶縁層の材料としては特に制限されないが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムなどが挙げられる。

＜測定方法＞
（膜厚測定）
本実施形態の紫外線発光素子の各層の膜厚は、基板の主面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）により観察し、ＴＥＭ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、窒化物半導体素子の基板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、窒化物半導体素子の基板の主面に対して垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の、基板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、組成の異なる二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、上記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、各層の膜厚を得る。

（組成測定）
本実施形態の紫外線発光素子の各層の組成の測定法として、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）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、Ａｌ組成が得られる。上記回折面としては、例えば（１０－１５）面や（２０－２４）面が挙げられる。

また、量子井戸層やグレーデッド層などのＸＲＤで十分な反射強度が得られない層については、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。

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。

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レーザダイオードを斜め研磨して、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。本実施形態の紫外線発光素子の多重量子井戸構造の繰り返し周期の数は、量子井戸層の数で定義され、上記と同様にＴＥＭ観察により測定することが可能である。

（発光波長測定）
本実施形態の紫外線発光素子の発光波長は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定により測定することが可能である。以下、ＰＬ測定の詳細について説明する。
ＰＬ測定では、量子井戸層のバンドギャップエネルギーよりも大きなエネルギーを持つレーザ光を、試料表面から４５度程度傾いた角度で照射する。その際に、レンズを用いて試料へ照射するスポット径を小さくしてもよいし、フィルタを用いてレーザ光の強度を変えてもよい。照射されたレーザ光によって、試料の量子井戸層では電子が伝導体に励起され、電子正孔対を生成する。その後、励起された電子は基底状態に戻り、正孔との再結合の過程でバンドギャップに応じた波長の光を発生させる。発生させた光はサンプル直上から取得する。取得した光は回折格子を通すことで光を波長ごとに分解して、試料の発光波長を測定できる。

＜具体例＞
次に、図面を参照して本実施形態の具体例を示す。なお、以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を９０°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、１８０°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。
また、以下に示す具体例はあくまで一例であり、本実施形態は以下に示す具体例に限定されるものではない。

（具体例１）
図１Ａは、本実施形態の具体例１に係る紫外線発光素子１を示す断面図である。図１Ａに示すように、紫外線発光素子１は、基板１０と、基板１０上（すなわち、基板１０の主面１０ａ上）に配置された第１導電型半導体層１１と、第１導電型半導体層１１上に配置された多重量子井戸構造１２と、多重量子井戸構造１２上に配置された第２導電型半導体層１３と、を備える。

図１Ｂは、本実施形態の具体例１に係る多重量子井戸構造１２を示す断面図である。図１Ｂに示すように、多重量子井戸構造１２は、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（０．７≦ｘ＜１）２１とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）２２がｎ周期（ｎは８以上、２００以下の整数）繰り返し積層した構造を有する。すなわち、１つのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（０．７≦ｘ＜１）２１と１つのＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）２２とで構成される１つの積層単位が、ｎ層積層した構造を有する。

例えば、複数の積層単位２０－１、２０－２…、２０－（ｎ－１）、２０－ｎの各々において、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２１の厚みは０．２５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下であってもよい。Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２１とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２２の繰り返しの周期の開始と終了は、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２１としてもよい。
紫外線発光素子１が放出する光の波長は、例えば、２００ｎｍ以上２４０ｎｍ以下である。

（具体例２）
図２Ａは、本実施形態の具体例２に係る紫外線発光素子１Ａを示す断面図である。図２Ａに示すように、紫外線発光素子１Ａは、基板１０と、基板１０上（すなわち、基板１０の主面１０ａ上）に配置された第１導電型半導体層１１と、第１導電型半導体層１１上に配置された多重量子井戸構造１４と、多重量子井戸構造１４上に配置された第２導電型半導体層１３と、を備える。

図２Ｂは、本実施形態の具体例２に係る多重量子井戸構造１４を示す断面図である。図２Ｂに示すように、多重量子井戸構造１４は、膜厚が０．２５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下のＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層（０≦ｚ＜１）４１とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｚ）４２がｎ周期（ｎは８以上、２００以下の整数）繰り返し積層した構造を有する。すなわち、１つのＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層（０≦ｚ＜１）４１と１つのＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｚ）４２とで構成される１つの積層単位が、ｎ層積層した構造を有する。複数の積層単位４０－１、４０－２…、４０－（ｎ－１）、４０－ｎの各々において、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層（０≦ｚ＜１）４１の膜厚は０．２５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下である。

例えば、複数の積層単位４０－１、４０－２…、４０－（ｎ－１）、４０－ｎの各々において、Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（ｙ＞ｚ）の膜厚は２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であってもよい。
また、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層４１において、ｚの範囲は、０．５０≦ｚ≦１であってもよい。Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層４１とＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層４２の繰り返しの周期の開始と終了は、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層４１としてもよい。
紫外線発光素子１Ａが放出する光の波長は、例えば、２００ｎｍ以上２４０ｎｍ以下である。

（具体例３）
図３は、本実施形態の具体例３に係る紫外線発光素子１Ｂを示す断面図である。図３に示すように、紫外線発光素子１Ｂは、第１導電型半導体層１１と多重量子井戸構造１２との間に、Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ層１５を備える。Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ層１５はグレーデッド層である。Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ層１５のａは、０．８７以上０．９２以下である。Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ層１５のａは、第１導電型半導体層１１側から多重量子井戸構造１２側にかけて連続的または段階的に増加する。

具体例３の変形例として、図３に示す多重量子井戸構造１２は、多重量子井戸構造１４（図２Ａおよび図２Ｂ参照）であってもよい。この場合も、Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ層１５のａは、０．８７以上０．９２以下であり、第１導電型半導体層１１側から多重量子井戸構造１４側にかけて連続的または段階的に増加する。
紫外線発光素子１Ｂが放出する光の波長は、例えば、２００ｎｍ以上２４０ｎｍ以下である。

（具体例４）
図４は、本実施形態の具体例４に係る紫外線発光素子１Ｃを示す断面図である。図４に示すように、紫外線発光素子１Ｃは、多重量子井戸構造１２と第２導電型半導体層１３との間に、Ａｌ_ｂＧａ_１－ｂＮ層１６を備える。Ａｌ_ｂＧａ_１－ｂＮ層１６は、電子ブロック層である。Ａｌ_ｂＧａ_１－ｂＮ層１６のｂは、多重量子井戸構造１２を構成するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２１のｘの値よりも大きい（ｂ＞ｘ）。

具体例４の変形例として、図４に示す多重量子井戸構造１２は、多重量子井戸構造１４（図２Ａおよび図２Ｂ参照）であってもよい。この場合、Ａｌ_ｂＧａ_１－ｂＮ層１６のｂは、多重量子井戸構造１４を構成するＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ層４１のｚの値よりも大きい（ｂ＞ｚ）。

また、具体例４の別の変形例として、第１導電型半導体層１１と多重量子井戸構造１２（または、多重量子井戸構造１４）との間に、グレーデッド層であるＡｌ_ａＧａ_１－ａＮ層１５（図３参照）が設けられていてもよい。
紫外線発光素子１Ｃが放出する光の波長は、例えば、２００ｎｍ以上２４０ｎｍ以下である。

（具体例５）
図５は、本実施形態の具体例５に係る紫外線発光素子１Ｄを示す断面図である。図５に示すように、紫外線発光素子１Ｄは、多重量子井戸構造１２と第２導電型半導体層１３との間に、Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層１７を備える。Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層１７はグレーデッド層である。Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層のｃは、０．１５以上０．９５以下である。Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層のｃは、多重量子井戸構造１２側から第２導電型半導体層１３側にかけて連続的または段階的に減少する。

具体例５の変形例として、図５に示す多重量子井戸構造１２は、多重量子井戸構造１４（図２Ａおよび図２Ｂ参照）であってもよい。この場合、Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層のｃは、多重量子井戸構造１４側から第２導電型半導体層１３側にかけて連続的または段階的に減少する。

具体例５の別の変形例として、多重量子井戸構造１２（または、多重量子井戸構造１４）とグレーデッド層であるＡｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ層１７との間に、電子ブロック層であるＡｌ_ｂＧａ_１－ｂＮ層１６（図４参照）が設けられていてもよい。
紫外線発光素子１Ｄが放出する光の波長は、例えば、２００ｎｍ以上２４０ｎｍ以下である。

次に、本実施形態の紫外線発光素子のより具体的なメカニズムを説明するために、実施例を示す。

＜参考例１＞
厚さが５５０μｍの（０００１）面ＡｌＮ単結晶基板を、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℃の環境下において、ＮＨ_３雰囲気中での５分間のアニールおよびＨ_２雰囲気中での５分間のアニールを１セットとして、２セットの処理を行った。

次に、ＡｌＮ単結晶基板上に、ホモエピタキシャル層であるＡｌＮ層を形成した。ＡｌＮ層は、１２００℃の環境下において５００ｎｍの厚さで形成した。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）が用いられた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ_３）が用いられた。

上述したように形成したＡｌＮ層上に、第１導電型半導体層を形成した。第１導電型半導体層は、Ｓｉをドーパント不純物として用いたｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ組成８７％）とした。第１導電型半導体層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、３５０ｎｍの厚さで形成した。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（ＮＨ_３）を用いた。また、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ_４）を用いた。

続いて、第１導電型半導体層上にグレーデッド層を形成した。グレーデッド層は、Ａｌ組成を８７％から９２％に連続的に変化させた。第１導電型半導体層と同様に、グレーデッド層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、５ｎｍの厚さで形成した。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（ＮＨ_３）を用いた。

続いて、グレーデッド層上に５回の繰り返し周期をもつ量子井戸層Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮとバリア層Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＮを形成した。量子井戸層の厚さは１ｎｍ、Ａｌ組成は８２％とした。バリア層の厚さは６ｎｍ、Ａｌ組成は９２％とした。第１導電型半導体層と同様に、量子井戸層Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮとバリア層Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＮの形成条件は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定した。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（ＮＨ_３）を用いた。なお、繰り返し周期の始めと終わりは量子井戸層である。

続いて、繰り返し周期をもつ量子井戸層上に電子ブロック層を形成した。電子ブロック層は、ドーパントを含まないＡｌＧａＮ層とした。電子ブロック層は、Ａｌ組成が９５％であり、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、１０ｎｍの厚さで形成した。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。

続いて、電子ブロック層上に第２導電型半導体層を形成した。第２導電型半導体層は、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝０．８５から０．２５まで変化する３０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ層である。第１導電型半導体層と同様に、第２導電型半導体層の形成条件は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定した。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。

続いて、第２導電型半導体層上にｐ型の導電性を有する窒化物半導体層（ｐコンタクト層）を形成した。ｐコンタクト層は、１０ｎｍの厚さを有し、ＧａＮ層（すなわちＡｌ：０％）とした。ｐコンタクト層の形成条件は、９５０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定した。また、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用いた。

このようにして得られた５回の繰り返し周期を持つ量子井戸層を有する発光素子に対して、電流注入による発光強度の測定を行った。発光素子に１００ｍＡの電流を注入したところ、発光強度は６０μＷであった。

＜実施例１＞
繰り返し周期を２０回とした以外は、参考例１と同様の方法で発光素子を作製した。
このようにして得られた２０回の繰り返し周期を持つ量子井戸層を有する発光素子に対して１００ｍＡの電流を注入したところ、発光強度は１２０μＷであった。
Ａｌ組成や膜厚は全く同じであるが、繰り返し周期数のみを増加させることで、高い光出力かつ高い外部量子効率の素子を得た。

＜実施例２＞
ＳＴＲＪａｐａｎ株式会社製のデバイスシミュレーションソフト「ＳｉＬＥＮＳｅ」を用いてシミュレーションを行った。ＳｉＬＥＮＳｅでは、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＺｎＯなどのウルツ構造やＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰなどの閃亜鉛構造のＬＥＤ構造のバンド構造について計算を行うことができる。入力として、膜厚、混晶組成、不純物ドーピング密度などの膜構造やバンドギャップエネルギー、電子移動度、自発分極などの物性パラメータを変えてシミュレーションを行うことができる。以下、本実施例のシミュレーション条件について説明する。

実施例２では、すべての層が下地ＡｌＮ層の格子定数に一致した完全ひずみ系を仮定した。ＡｌＮ層上に１×１０^１９ｃｍ^－３のｎ型ドーパントを含むＡｌ組成８７％のｎ型ＡｌＧａＮ層を置いた。ｎ型ＡｌＧａＮ層の厚みは５００ｎｍである。ｎ型ＡｌＧａＮ上に膜厚２ｎｍである量子井戸層Ａｌ_０．８２Ｇａ_０．１８Ｎと膜厚６ｎｍであるバリア層Ａｌ_０．９２Ｇａ_０．０８Ｎをｎ周期繰り返し配置した。繰り返し周期ｎは５、１０、２０、４０としてシミュレーションを行った。なお、繰り返し周期の開始と終了は量子井戸層とした。

繰り返し周期の多重量子井戸上に、膜厚１０ｎｍの電子ブロック層Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５Ｎを配置した。電子ブロック層のＡｌ組成は０．９５である。さらに、電子ブロック層上にｐ型グレーデッド層Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ（Ａｌ組成（ｃ）を０．８５から０．２５まで連続的に変化させた）を配置した。このｐ型グレーデッド層Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮの膜厚は３０ｎｍであり、ｐ型ドーパントを１×１０^１６ｃｍ^－３を含む。

図６に、繰り返し周期ｎに対する電流密度［Ａ／ｃｍ^２］と外部量子効率［％］の関係を示す。一般的にＡｌＧａＮを用いた発光素子は、電流密度２００Ａ／ｃｍ^２以下でよく用いられる。電流密度２００Ａ／ｃｍ^２以下の領域で比較すると、繰り返し周期ｎを増やすことで、外部量子効率が増加していくことが分かる。また、繰り返し周期が５回のものは電流密度を増加させても外部量子効率がほとんど上がらないのに対して、繰り返し周期が１０回以上のものは電流密度の増加とともに外部量子効率が大きく増加することが理解される。なお、本シミュレーションには、膜厚が増えたことによる格子緩和などの結晶性の悪化の影響は含んでいない。

図７は、実施例１における繰り返し周期が５回の構造に、電流密度２０Ａ／ｃｍ^２で電流を流した時の電子密度と正孔密度の違いを表す。横軸はＡｌＮとｎ型ＡｌＧａＮとの界面からの距離であり、縦軸は電子密度、正孔密度である。

図７に示すように、５回の繰り返し周期を持つ素子において、ｎ型ＡｌＧａＮに最も近い量子井戸層では、正孔密度が１×１０^１６ｃｍ^－３程度である。一方で、ｎ型ＡｌＧａＮ層から最も遠い量子井戸層においても、正孔密度が１×１０^１６ｃｍ^－３程度であり、多重量子井戸層のいずれの場所においても略均一に、電子と正孔が再結合することがわかる。

図８は、図６で示した繰り返し周期が１０回の構造に対する、電流密度２０Ａ／ｃｍ^２で電流を流した時の電子密度と正孔密度の違いを表す。横軸はＡｌＮとｎ型ＡｌＧａＮとの界面からの距離であり、縦軸は電子密度、正孔密度である。図８に示すように、１０回の繰り返し周期を持つ素子において、ｎ型ＡｌＧａＮに最も近い量子井戸層では、正孔密度が１×１０^１６ｃｍ^－３程度である。一方で、ｎ型ＡｌＧａＮ層から最も遠い量子井戸層においても、正孔密度が１×１０^１６ｃｍ^－３程度であり、多重量子井戸層のいずれの場所においても略均一に、電子と正孔が再結合することがわかる。これらの結果より、量子井戸層のＡｌ組成が０．７以上の場合は、繰り返し周期数を上げても多重量子井戸構造のいずれの場所においても略均一に電子と正孔が再結合することから、繰り返し周期数を増加させることで外部量子効率が増加することがシミュレーションより分かった。

＜参考例２＞
実施例２の参考例として、量子井戸層のＡｌ組成を５２％とし、繰り返し周期ｎを５と１０とした以外は実施例２と同様の条件でシミュレーションを行った。

図９は繰り返し周期５と１０に対する、電流密度［Ａ／ｃｍ^２］と外部量子効率［％］の関係を示すが、繰り返し周期を増やしても、ほとんど外部量子効率が変化しないことが分かる。図１０は、参考例２における繰り返し周期が５回の構造に、電流密度２０Ａ／ｃｍ^２で電流を流した時の電子密度と正孔密度の違いを表す。横軸はＡｌＮとｎ型ＡｌＧａＮとの界面からの距離であり、縦軸は電子密度、正孔密度である。図１０に示すように、５回の繰り返し周期を持つ素子において、ｎ型ＡｌＧａＮに最も近い量子井戸層では、正孔密度が１×１０^１１ｃｍ^－３以下である。一方で、ｎ型ＡｌＧａＮ層から最も遠い量子井戸層では、正孔密度が１×１０^１９ｃｍ^－３以上であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層から最も遠い量子井戸層において、電子と正孔が大きく再結合していることがわかる。

図１１は、表２で示した繰り返し周期が１０回の構造に対する、電流密度２０Ａ／ｃｍ^２で電流を流した時の電子密度と正孔密度の違いを表す。横軸はＡｌＮとｎ型ＡｌＧａＮとの界面からの距離であり、縦軸は電子密度、正孔密度である。図１１に示すように、１０回の繰り返し周期を持つ素子において、ｎ型ＡｌＧａＮに最も近い量子井戸層では、正孔密度が１×１０^１１ｃｍ^－３以下である。一方で、ｎ型ＡｌＧａＮ層から最も遠い量子井戸層では、正孔密度が１×１０^１９ｃｍ^－３以上であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層から最も遠い量子井戸層において、電子と正孔が大きく再結合していることがわかる。これらの結果より、量子井戸層のＡｌ組成が０．７未満の場合は、繰り返し周期数を上げてもｎ型ＡｌＧａＮ層から最も離れた量子井戸層でのみ大きく再結合するため、外部量子効率はほとんど増加しないことがシミュレーションより分かった。

＜実施例３＞
実施例２と同様に、実施例３においても、デバイスシミュレーションソフトＳｉＬＥＮＳｅを用いた。
実施例３においても、すべての層が下地ＡｌＮ層の格子定数に一致した完全ひずみ系を仮定した。ＡｌＮ上に１×１０^１９ｃｍ^－３のｎ型ドーパントを含むＡｌ組成８７％のｎ型ＡｌＧａＮ層を置いた。ｎ型ＡｌＧａＮ層の厚みは５００ｎｍである。実施例３では、ｎ型ＡｌＧａＮ上に膜厚０．５ｎｍである量子井戸層Ａｌ_０．６２Ｇａ_０．３８Ｎと膜厚６ｎｍであるバリア層Ａｌ_０．９２Ｇａ_０．０８Ｎをｎ周期繰り返し配置した。繰り返し周期ｎは５、１０、２０、４０としてシミュレーションを行った。なお、繰り返し周期の開始と終了は量子井戸層とした。

繰り返し周期の多重量子井戸上に、膜厚１０ｎｍの電子ブロック層Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５Ｎを配置した。電子ブロック層のＡｌ組成は０．９５である。さらに、電子ブロック層上にｐ型グレーデッド層Ａｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ（Ａｌ組成（ｃ）を０．８５から０．２５まで連続的に変化させた）を配置した。膜厚は３０ｎｍであり、ｐ型ドーパントを１×１０^１６ｃｍ^－３を含む。

図１２に、繰り返し周期ｎに対する電流密度［Ａ／ｃｍ^２］と外部量子効率［％］の関係を示す。一般的にＡｌＧａＮを用いた発光素子は、電流密度２００Ａ／ｃｍ^２以下でよく用いられる。電流密度２００Ａ／ｃｍ^２以下の領域で比較すると、繰り返し周期ｎを増やすことで、外部量子効率が増加していくことが分かる。また、繰り返し周期が５回のものは電流密度を増加させても外部量子効率がほとんど上がらないのに対して、繰り返し周期が１０回以上のものは電流密度の増加とともに外部量子効率が大きく増加することが理解される。なお、本シミュレーションには、膜厚が増えたことによる格子緩和などの結晶性の悪化の影響は含んでいない。

＜参考例３＞
実施例３の参考例として、量子井戸層Ａｌ_０．６２Ｇａ_０．３８Ｎの膜厚を３ｎｍとし、繰り返し周期ｎを５、１０、１５とした以外は実施例３と同様の条件でシミュレーションを行った結果を図１３に示す。
図１３は繰り返し周期ｎに対する、電流密度［Ａ／ｃｍ^２］と外部量子効率［％］の関係を示す。繰り返し周期数を増やしても、ほとんど外部量子効率は変化がないことが分かる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 紫外線発光素子
１０ 基板
１０ａ 主面
１１ 第１導電型半導体層
１２ 多重量子井戸構造
１３ 第２導電型半導体層
１４ 多重量子井戸構造
１５ ＡｌａＧａ１－ａＮ層
１６ ＡｌｂＧａ１－ｂＮ層
１７ ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層
２０、２０－１、２０－２、２０－（ｎ－１）、２０－ｎ、４０、４０－１、４０－２、４０－（ｎ－１）、４０－ｎ 積層単位
２１ ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層
２２、４２ ＡｌｙＧａ１－ｙＮ層
４１ ＡｌｚＧａ１－ｚＮ層

Claims (14)

1. 基板と、
   前記基板上に配置された第１導電型半導体層と、
   前記第１導電型半導体層上に配置された多重量子井戸構造と、
   前記多重量子井戸構造上に配置された第２導電型半導体層と、を備え、
   前記多重量子井戸構造は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０．７≦ｘ＜１）とＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）が８周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する、紫外線発光素子。
2. 前記多重量子井戸構造と前記第２導電型半導体層との間に、ＡｌｂＧａ１－ｂＮ層（ｂ＞ｘ）を更に備える請求項１に記載の紫外線発光素子。
3. 前記ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層の厚みが、０．２５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である請求項１または２に記載の紫外線発光素子。
4. 前記ＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）の膜厚が、２ｎｍ以上２０ｎｍ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。
5. 前記第１導電型半導体層と前記多重量子井戸構造との間に、ＡｌａＧａ１－ａＮ層（ａは、０．８７以上０．９２以下であり、前記第１導電型半導体層側から前記多重量子井戸構造側にかけて連続的または段階的に増加する）を更に備える請求項１から４のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
6. 前記多重量子井戸構造と前記第２導電型半導体層との間に、ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層（ｃは、０．１５以上０．９５以下であり、前記多重量子井戸構造側から第２導電型半導体層側にかけて連続的または段階的に減少する）層を更に備える請求項１から５のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
7. 波長が２００ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光を放出する請求項１から６のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
8. 基板と、
   前記基板上に配置された第１導電型半導体層と、
   前記第１導電型半導体層上に配置された多重量子井戸構造と、
   前記多重量子井戸構造上に配置された第２導電型半導体層と、を備え、
   前記多重量子井戸構造は、膜厚が０．２５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下のＡｌｚＧａ１－ｚＮ層（０≦ｚ＜１）とＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｚ）が８周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する、紫外線発光素子。
9. 前記多重量子井戸構造と前記第２導電型半導体層との間に、ＡｌｂＧａ１－ｂＮ層（ｂ＞ｚ）を更に備える請求項８に記載の紫外線発光素子。
10. 前記ＡｌｚＧａ１－ｚＮ層が、０．５０≦ｚ≦１である請求項８または９に記載の紫外線発光素子。
11. 前記ＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｚ）の膜厚が、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である請求項８から１０のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
12. 前記第１導電型半導体層と前記多重量子井戸構造との間に、ＡｌａＧａ１－ａＮ層（ａは、０．８７以上０．９２以下であり、前記第１導電型半導体層側から前記多重量子井戸構造側にかけて連続的または段階的に増加する）を更に備える請求項８から１１のいずれか１項に記載の紫外線発光素子。
13. 前記多重量子井戸構造と前記第２導電型半導体層との間に、ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層（ｃは、０．１５以上０．９５以下であり、前記多重量子井戸構造側から第２導電型半導体層側にかけて連続的または段階的に減少する）層を更に備える請求項８から１２いずれか一項に記載の紫外線発光素子。
14. 波長が２００ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光を放出する請求項８から１３のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。

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