TW201924092A - 深紫外線發光元件及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種兼具高的發光輸出及優異的可靠性的深紫外線發光元件及其製造方法。依照本發明的深紫外線發光元件於基板10上依次具有n型半導體層30、發光層40、p型電子阻擋層60及p型接觸層70，p型接觸層70具有交替積層第1層71與第2層72而成的超晶格結構，所述第1層71包括具有較發光層40中放出深紫外線光的層的Al組成比w0高的Al組成比x的AlxGa1-xN，所述第2層72包括具有較Al組成比x低的Al組成比y的AlyGa1-yN，且Al組成比w0、Al組成比x、Al組成比y及p型接觸層的厚度平均Al組成比z滿足式[1]0.030＜z-w0＜0.20及式[2]0.050≦x-y≦0.47。

Description

深紫外線發光元件及其製造方法
本發明是有關於一種深紫外線發光元件及其製造方法，尤其是有關於一種兼具高的發光輸出及優異的可靠性的深紫外線發光元件及其製造方法。
包含Al、Ga、In等與N的化合物的III族氮化物半導體是具有直接能隙（direct bandgap）型帶狀結構的寬帶隙半導體，且是期待應用於殺菌、淨水、醫療、照明、高密度光記錄等廣泛領域的材料。尤其，關於於發光層中使用III族氮化物半導體的發光元件，其藉由調整III族元素的含有比率而可覆蓋深紫外線光至可見光區域，從而推進了向各種光源的實用化。
波長200 nm～350 nm的光被稱為深紫外線光，發出深紫外線光的深紫外線發光元件一般而言如下製作。即於藍寶石或AlN單晶等基板上形成緩衝層，並依次形成包括III族氮化物半導體的n型半導體層、發光層、p型半導體層。其後，分別形成與n型半導體層電性連接的n側電極、與p型半導體層電性連接的p側電極。此處，目前為止，通常是於p型半導體層的p側電極側形成容易提高電洞濃度的p型GaN接觸層，以獲取歐姆接觸。另外，於發光層中廣泛使用交替積層有包含III族氮化物半導體的障壁層與阱層的多重量子阱（Multiple Quantum Well，MQW）結構。
此處，作為深紫外線發光元件所要求的特性之一，可列舉高的外部量子效率特性。外部量子效率由（i）內部量子效率、（ii）電子流入效率及（iii）光取出效率決定。
於專利文獻1中揭示了一種包括AlGaN混晶的p型接觸層、以及對來自發光層的放射光顯示出反射性的p側的反射電極，且以基板側作為光取出方向的深紫外線發光二極體。對於短波長的光而言，越提高包含AlGaN的p型接觸層的Al組成比，越可提高p型接觸層的透過率。因此，於專利文獻1中提出使用具有對應於發光波長的透過率的包含AlGaN的p型接觸層來代替先前一般的包含GaN的p型接觸層。根據專利文獻1，若使用包含AlGaN的p型接觸層，則即便與GaN相比電洞濃度下降，p型接觸層相對於放射光的透過率亦提高，因此可獲得光取出效率的大幅改善，從而整體的外部量子效率提高。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2015-216352號公報
[發明所欲解決之課題] 根據專利文獻1，認為p型接觸層相對於放射光的透過率越高越佳。因此，根據專利文獻1，p型接觸層的Al組成比越高越佳。
然而，根據本發明者的實驗，藉由以下的理由而明確：僅藉由單純地提高與p側電極接觸的p型接觸層的Al組成比來提高相對於所放出的深紫外線光的中心發光波長的透過性這一情況，不適合於實際應用。首先，藉由提高p型接觸層的對深紫外線光的透過性，與先前技術相比，確實能夠獲得發光輸出高的深紫外線發光元件。然而，當對如此製作的深紫外線發光元件的樣本進行過負荷可靠性試驗（具體而言，以100 mA通電3秒鐘）時，於樣本的一部分中確認到發光輸出突然下降相對於初期的發光輸出減半的程度、或者突然變為未點亮的現象（以下，亦稱為「猝死」）。如此般發光輸出突然劣化的元件的可靠性不充分，而可靠性不充分的元件混入產品中的情況於產品的品質管理上是無法容許的。
因此，本發明的目的在於提供一種兼具高的發光輸出及優異的可靠性的深紫外線發光元件及其製造方法。
[解決課題之手段] 本發明者對解決所述課題的方法進行了努力研究，結果發現，藉由著眼於使p型接觸層為超晶格結構，進而將超晶格結構的Al組成比恰當化，可兼顧高的發光輸出及優異的可靠性，從而完成了本發明。即，本發明的主旨構成如下。
（1）一種深紫外線發光元件，於基板上依次具有n型半導體層、發光層、p型電子阻擋層及p型接觸層，所述深紫外線發光元件的特徵在於， 所述p型接觸層具有交替積層第1層與第2層而成的超晶格結構，所述第1層包括具有較所述發光層中放出深紫外線光的層的Al組成比w0 高的Al組成比x的Alx Ga1-x N，所述第2層包括具有較所述Al組成比x低的Al組成比y的Aly Ga1-y N，且所述Al組成比w0 、所述Al組成比x、所述Al組成比y及所述p型接觸層的厚度平均Al組成比z滿足下述式[1]、式[2]： 0.030＜z-w0 ＜0.20 ･･･[1] 0.050≦x-y≦0.47 ･･･[2]。
（2）如上述（1）所述的深紫外線發光元件，其中，所述p型接觸層的厚度方向上的接近所述p型電子阻擋層的末端的層為所述第1層。
（3）如上述（1）或（2）所述的深紫外線發光元件，其中，所述p型接觸層的厚度方向上的遠離所述p型電子阻擋層的末端的層為所述第2層。
（4）如上述（1）～（3）中任一項所述的深紫外線發光元件，其中，所述發光層具有交替積層阱層與障壁層而成的量子阱結構。
（5）如上述（4）所述的深紫外線發光元件，其中，於所述發光層的最接近所述p型電子阻擋層的阱層與所述p型電子阻擋層之間，進而具有Al組成比相較於所述障壁層及所述p型電子阻擋層中的任一者的Al組成比都高的引導層。
（6）如上述（5）所述的深紫外線發光元件，其中，所述引導層包括AlN。
（7）如上述（1）～（6）中任一項所述的深紫外線發光元件，其中，所述Al組成比w0 為0.25以上且0.60以下。
（8）如上述（1）～（7）中任一項所述的深紫外線發光元件，其中，所述p型接觸層於與所述p型電子阻擋層相反的一側具有Mg濃度為3×1020 atoms/cm3 以上的高濃度區域。
（9）如上述（1）～（8）中任一項所述的深紫外線發光元件，其中，所述p型接觸層於與所述p型電子阻擋層相反的形成p側電極的表面側具有Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上且8×1020 atoms/cm3 以下的Si摻雜區域。
（10）一種深紫外線發光元件的製造方法，其特徵在於包括： 於基板上形成n型半導體層的步驟； 於所述n型半導體層上形成發光層的步驟； 於所述發光層上形成p型電子阻擋層的步驟；以及 於所述p型電子阻擋層上形成p型接觸層的步驟， 形成所述p型接觸層的步驟是交替反覆進行形成第1層的第1步驟與形成第2層的第2步驟來形成具有超晶格結構的所述p型接觸層，所述第1層包括具有較所述發光層中放出深紫外線光的層的Al組成比w0 高的Al組成比x的Alx Ga1-x N，所述第2層包括具有較所述Al組成比x低的Al組成比y的Aly Ga1-y N， 所述Al組成比w0 、所述Al組成比x、所述Al組成比y及所述p型接觸層的厚度平均Al組成比z滿足下述式[1]、式[2]： 0.030＜z-w0 ＜0.20 ･･･[1] 0.050≦x-y≦0.47 ･･･[2]。
[發明的效果] 根據本發明，可提供一種兼具高的發光輸出及優異的可靠性的深紫外線發光元件及其製造方法。
於對依照本發明的實施方式進行說明前，預先對以下方面進行說明。首先，本說明書中，於不明示Al組成比而僅表述為「AlGaN」的情況下，是指如下任意的化合物：III族元素（Al、Ga的合計）與N的化學組成比為1：1，且III族元素Al與Ga的比率不一定。該情況下，即便無與作為III族元素的In相關的表述，亦可相對於作為III族元素的Al與Ga而言包含5%以內的量的In。而且，於僅表述為「AlN」或「GaN」的情況下，分別是指Ga及Al不包含於組成比中，但是藉由僅表述為「AlGaN」，並不排除AlN或GaN的任一者。再者，Al組成比的值可藉由光致發光測定及X射線繞射測定等來測定。
而且，本說明書中，將作為p型電性地發揮功能的層稱為p型層，將作為n型電性地發揮功能的層稱為n型層。另一方面，於未有意地添加Mg或Si等特定雜質而不作為p型或n型電性地發揮功能的情況下，稱為「i型」或「未摻雜」。亦可於未摻雜的層中混入製造過程中的不可避免的雜質，具體而言，本說明書中於載體密度小（例如不足4×1016 /cm3 ）的情況下稱為「未摻雜」。而且，Mg或Si等雜質濃度的值設為藉由二次離子質譜（Secondary Ion Mass Spectroscopy，SIMS）分析而得者。
而且，藉由磊晶成長而形成的各層的厚度整體可使用光干涉式膜厚測定器來測定。進而，關於各層的各厚度，於鄰接的各層的組成充分不同的情況下（例如於Al組成比以0.01以上不同的情況下），可根據利用透過型電子顯微鏡進行的成長層的剖面觀察而計算出。而且，關於鄰接的層中Al組成比相同或大致相等（例如不足0.01）但雜質濃度不同的層的邊界及厚度，兩者的邊界及各層的厚度設為基於穿透式電子顯微鏡-能量散射光譜（Transmission Electron Microscope-Energy Dispersion Spectrum，TEM-EDS）而測定。並且，兩者的雜質濃度可藉由SIMS分析而測定。而且，於如超晶格結構般各層的厚度薄的情況下，可使用TEM-EDS測定厚度。
以下，參照圖式對本發明的實施方式進行說明。另外，原則上對相同構成要素標註相同的參照編號，省略說明。另外，各圖中，為了便於說明，將基板及各層的縱橫比率自實際比率誇張地表示。
（深紫外線發光元件） 依照本發明的一實施方式的深紫外線發光元件100為如圖1所示，於基板10上依次具有n型半導體層30、發光層40、p型電子阻擋層60及p型接觸層70的深紫外線發光元件。並且，p型接觸層70具有交替積層第1層71與第2層72而成的超晶格結構，所述第1層71包括具有較發光層40中放出深紫外線光的層的Al組成比w0 高的Al組成比x的Alx Ga1-x N，所述第2層72包括具有較Al組成比x低的Al組成比y的Aly Ga1-y N。進而，Al組成比w0 、Al組成比x、Al組成比y及p型接觸層70的厚度平均Al組成比z滿足下述式[1]、式[2]： 0.030＜z-w0 ＜0.20 ･･･[1] 0.050≦x-y≦0.47 ･･･[2]。
另外，深紫外線發光元件100的較佳的形態為：如圖1所示，於基板10與n型半導體層30之間設置緩衝層20，並於p型接觸層70的正上方設置p側電極80，於n型半導體層30的露出面設置n側電極90。
以下，為了便於說明，將p型接觸層70的超晶格結構中的第1層71及第2層72的各層的Al組成比及厚度設為固定來進行說明。該情況下，p型接觸層70的厚度平均Al組成比z如下定義。首先，將超晶格結構中的第1層71的層數設為N，將第1層71的各層的厚度表示為ta 。同樣地，將第2層72的層數設為M，將第2層72的各層的厚度表示為tb 。此時，p型接觸層70的厚度平均Al組成比z依照下述式[3]。 [數1]･･･[3]
另外，p型接觸層70的超晶格結構中的第1層71及第2層72的各層Al組成比及厚度不必固定。另外，若此超晶格結構中的第1層71及第2層72的各層Al組成比及厚度存在變動，則厚度平均Al組成比z使用第1層71及第2層72的各自的厚度及Al組成比的加權平均值（權重平均值）即可，第1層71及第2層72各自的Al組成比x、Al組成比y是指厚度的加權平均值。
以下，參照圖1，且首先對依照本實施方式的成為深紫外線發光元件100的主要部分的基板10、n型半導體層30、發光層40、p型電子阻擋層60及p型接觸層70的各構成的細節進行說明。
＜基板＞ 作為基板10，較佳為使用可透過發光層40的發光的基板，例如可使用藍寶石基板或單晶AlN基板等。另外，作為基板10，亦可使用於藍寶石基板的表面上使未摻雜的AlN層磊晶成長的AlN模板基板。
＜n型半導體層＞ n型半導體層30視需要經由緩衝層20而設於基板10上。亦可將n型半導體層30直接設於基板10上。對n型半導體層30摻雜n型的摻雜劑。作為n型摻雜劑的具體例，可列舉：矽（Si）、鍺（Ge）、錫（Sn）、硫磺（S）、氧（O）、鈦（Ti)、鋯（Zr）等。n型摻雜劑的摻雜劑濃度只要為n型半導體層30可作為n型發揮功能的摻雜劑濃度，則並無特別限定，例如可設為1.0×1018 atoms/cm3 ～1.0×1020 atoms/cm3 。而且，n型半導體層30的帶隙較佳為較發光層40（量子阱結構時為阱層41）的帶隙寬，並相對於發光的深紫外線光而具有透過性。而且，除將n型半導體層30構成為單層結構或包括多層的結構之外，亦可將其構成為包括使Ⅲ族元素的組成比沿結晶成長方向組成傾斜的組成傾斜層或超晶格結構。n型半導體層30不僅形成與n側電極的接觸部，亦兼具提高自基板至發光層的結晶性的功能。
＜發光層＞ 發光層40設於n型半導體層30上，放射深紫外線光。發光層40可包括AlGaN，其Al組成比能夠以使放射光的波長為深紫外線光的200 nm～350 nm，或者中心發光波長為265 nm以上且317 nm以下的方式進行設定。此種Al組成比例如可設為0.25～0.60的範圍內。
發光層40可為Al組成比固定的單層結構，亦較佳為以反覆形成有Al組成比不同的包括AlGaN的阱層41與障壁層42的多重量子阱（Multiple Quantum Well，MQW）結構。於發光層40為Al組成比固定的單層結構的情況下，發光層40中放出深紫外線光的層的Al組成比w0 即為發光層40的Al組成比。而且，於發光層40具有多重量子阱結構的情況下，阱層41相當於發光層40中放出深紫外線光的層，所以方便起見，將阱層41的Al組成比w視為相當於所述Al組成比w0 。另外，較佳為將放出深紫外線光的層的Al組成比w0 （或阱層的Al組成比w）設為0.25～0.60，以使放射光的波長為深紫外線光的200 nm～350 nm，或者中心發光波長為265 nm以上且317 nm以下。
而且，將障壁層42的Al組成比b設為高於阱層41的Al組成比w（即，b＞w）。關於Al組成比b，於b＞w的條件下，可將障壁層42的Al組成比b例如設為0.40～0.95。而且，阱層41及障壁層42的反覆次數並無特別限制，例如可設為1次～10次。較佳為將發光層40的厚度方向的兩端側（即最初與最後）設為障壁層，若將阱層41及障壁層42的反覆次數設為n，則該情況下，表述為「n.5組阱層及障壁層」。而且，可將阱層41的厚度設為0.5 nm～5 nm、障壁層42的厚度設為3 nm～30 nm。
＜引導層＞ 於發光層40具有所述量子阱結構的情況下，較佳為於發光層40的最接近p型電子阻擋層60的阱層41與後述p型電子阻擋層60之間，設置Al組成比相較於障壁層42及p型電子阻擋層60中的任一者的Al組成比都高的引導層。藉此，可提高深紫外線發光元件100的發光輸出。該情況下，若將引導層的Al組成比表述為bg ，並使用後述p型電子阻擋層60的Al組成比α，則各Al組成比的關係如下。 w（阱層）＜b（障壁層）＜α（p型電子阻擋層）＜bg （引導層）
而且，亦較佳為：將發光層40設為自障壁層42開始的n組的阱層41及障壁層42，將與發光層40及p型電子阻擋層60這兩者相接的層設為所述引導層，並使所述引導層的厚度較其他障壁層薄。例如，亦較佳為：引導層包括AlN（該情況下，特別稱為AlN引導層），並將其厚度設為0.7 nm～1.7 nm。
＜p型電子阻擋層＞ p型電子阻擋層60設置於發光層40上。p型電子阻擋層60作為用以阻斷電子且將電子注入至發光層40（於MQW結構的情況下為阱層41）內來提高電子的注入效率的層而使用。為了所述目的，雖亦依存於放出深紫外線光的層的Al組成比w0 （於量子阱結構的情況下，相當於阱層41的Al組成比w），但較佳為將p型電子阻擋層60的Al組成比α設為0.35≦α≦0.95。另外，若Al組成比α為0.35以上，則p型電子阻擋層60亦可包含相對於作為III族元素的Al與Ga而言為5%以內的量的In。此處，較佳為：Al組成比α滿足所述條件，且比p型接觸層70的厚度平均Al組成比z高。即，較佳為α＞z。而且，更佳為：關於p型電子阻擋層60的Al組成比α及障壁層42的Al組成比b這兩者，滿足0＜α-b≦0.55。藉此如此操作，可確實地提高p型電子阻擋層60帶來的向阱層41注入電子的效率。
p型電子阻擋層60的厚度並無特別限制，但較佳為設為例如10 nm～80 nm。若p型電子阻擋層60的厚度為所述範圍，則可確實地獲得高的發光輸出。另外，p型電子阻擋層60的厚度較佳為較障壁層42的厚度厚。而且，作為於p型電子阻擋層60中摻雜的p型摻雜劑，可例示鎂（Mg）、鋅（Zn）、鈣（Ca）、鈹（Be）、錳（Mn）等，通常使用Mg。只要p型電子阻擋層60的摻雜劑濃度為可作為p型層發揮功能的摻雜劑濃度，則並無特別限定，例如可設為1.0×1018 atoms/cm3 ～5.0×1021 atoms/cm3 。
＜p型接觸層＞ p型接觸層70設置於p型電子阻擋層60上。p型接觸層70是用以減少設於其正上方的p側電極80與p型電子阻擋層60之間的接觸電阻的層。因此，p型接觸層70與p側電極80之間不存在製造上不可避免的雜質以外的所需的構成。即，於超晶格結構的p型接觸層70上相接有p側電極80。
如前所述，p型接觸層70具有交替積層包括Alx Ga1-x N的第1層71與包括Aly Ga1-y N的第2層72而成的超晶格結構。此處，使第1層71的Al組成比x高於發光層40中放出深紫外線光的層的Al組成比w0 （x＞w0 ），提高對深紫外線光的透過率。若發光層40為單層結構，則使Al組成比x高於發光層40的Al組成比，若發光層40具有量子阱結構，則使Al組成比x高於阱層41的Al組成比w。
並且，如前所述，Al組成比w0 、Al組成比x、Al組成比y及p型接觸層的厚度平均Al組成比z滿足下述式[1]、式[2]： 0.030＜z-w0 ＜0.20 ･･･[1] 0.050≦x-y≦0.47 ･･･[2] 以下，對使p型接觸層70滿足上述式[1]、式[2]的技術性的意義進行說明。
首先，於先前技術中，作為深紫外線發光元件的p型接觸層，通常使用容易提高電洞濃度的p型GaN層。然而，p型GaN層因其帶隙而吸收波長360 nm以下的光。因此，幾乎無法期待自發光層放射的深紫外線光中，自p型接觸層一側的光取出或利用p側電極的反射的光取出效果。另一方面，若將p型接觸層設為加大了Al組成比的AlGaN，則與GaN相比電洞濃度一定程度上可能減少，但自發光層放射的深紫外線光可透過p型接觸層，所以深紫外線發光元件整體的光取出效率高，結果可提高深紫外線發光元件的發光輸出。然而，若p型接觸層的Al組成比過高，則可能成為可靠性不充分的深紫外線發光元件，這一情況藉由本發明者的實驗已明確。另一方面，若為依照本實施方式的超晶格結構的p型接觸層70，則厚度平均Al組成比z較發光層40中放出深紫外線光的層的Al組成比w0 高（z＞w0 ），所以深紫外線光可透過p型接觸層70，結果可獲得高的發光輸出。進而，即便進行過負荷可靠性試驗，亦實驗性地確認到可靠性不存在問題。
本發明不受理論束縛，但之所以能夠獲得此種結果，認為其原因在於：因p型接觸層70具有超晶格結構，所以能夠以更低的Al組成比與p側電極80接觸形成，同時維持高的透過率，進而可薄地形成結晶性良好且Al組成比低的層。另外，於形成非超晶格結構的p型接觸層的情況下，若p型接觸層的Al組成比高，則會發生猝死等，所以就可靠性的觀點而言不充分。而且，若p型接觸層的Al組成比低，則深紫外線光的吸收多，從而必須減薄p型接觸層的膜厚，但即便減薄膜厚，亦會因p型接觸層與正下方的層的大的晶格應變而膜質下降，並且猝死依舊增加。於本實施方式的具有超晶格機構的p型接觸層70中，推定為：交替積層不同Al組成比的層，藉由低的Al組成比實現與電極的接觸，並且將低Al組成比的層積層得較單層結構時薄，可抑制晶格應變導致的表面粗糙及缺陷導入。
此處，為了使深紫外線光更切實地透過p型接觸層70，如上述式[1]般，使厚度平均Al組成比z與放出深紫外線光的層的Al組成比w之差高於0.030（即，z-w0 ＞0.030）。為了所述目的，較佳為使Al組成比z與Al組成比w之差高於0.040（即，z-w0 ＞0.040），更佳為高於0.050（即，z-w0 ＞0.050），尤佳為高於0.06（即，z-w0 ＞0.060）。
而且，為了於p型接觸層70與p側電極80之間取得良好的歐姆接觸而使可靠性充分，需要設置厚度平均Al組成比的上限。因此，如上述式[1]般，使厚度平均Al組成比z與放出深紫外線光的層的Al組成比w之差的上限為0.20（即，z-w0 ＜0.20），為了所述目的，較佳為使Al組成比z與Al組成比w之差的上限為0.19（即，z-w0 ＜0.19），更佳為使上限為0.18（即，z-w0 ＜0.18）。
進而，如上述式[2]，第1層71的Al組成比x與第2層72的Al組成比y之差以絕對值計設為0.050以上（x-y≧0.050）。其是為了使p型接觸層70作為超晶格結構而有效地發揮功能。而且，為了減小超晶格結構整體的應變並且以低Al組成比與p側電極80接觸，Al組成比x與Al組成比y之差以絕對值計較佳為0.1以上（x-y≧0.10），更佳為0.15以上（x-y≧0.15）。另一方面，若Al組成比x與Al組成比y之差過大，則第1層與第2層間的晶格常數變大，所以應變增加，從而難以獲得結晶性良好的超晶格層。因此，為了獲得本發明效果，設為x-y≦0.47，更佳為設為x-y≦0.45。
另外，若使超晶格結構中的低Al組成比的層即第2層72的Al組成比y為0.20以上，則可更切實地提高來自發光層40的深紫外線光的透過率，因此較佳。為了所述目的，更佳為使Al組成比y為0.21以上，尤佳為0.25以上。另一方面，若使Al組成比y為0.55以下，則可更切實地維持高的可靠性，所以較佳，為了所述目的，尤佳為將Al組成比y設為0.51以下。另外，只要厚度平均Al組成比z高於發光層40中放出深紫外線光的層的Al組成比w0 ，則Al組成比y高於低於Al組成比w0 均可。而且，Al組成比x只要滿足所述式[1]、式[2]，則可適當設定，Al組成比x的上限及下限並無限制。於滿足式[1]、式[2]的基礎上，只要將Al組成比x設定為大致0.40～0.85的範圍內即可。
而且，第1層71及第2層72的各自的厚度ta 、tb 只要形成超晶格結構且滿足厚度平均Al組成z的相對於發光層40的Al組成比的條件，則並無特別限制。例如，可將第1層71的厚度ta 設為1.0 nm以上且10.0 nm以下，並且可將第2層72的厚度tb 設為1.0 nm以上且10.0 nm以下。厚度ta 、厚度tb 的大小關係並無限制，哪一者大均可，兩者的厚度相同亦可。而且，較佳為以使p型接觸層70的整體的厚度成為20 nm以上且100 nm以下，較佳為70 nm以下的範圍內的方式，將第1層71及第2層72的反覆次數適當設定為例如3次～15次的範圍。
此處，較佳為：p型接觸層70的厚度方向上的接近p型電子阻擋層60的末端的層為第1層71。換言之，當於p型接觸層70與p型電子阻擋層60之間不存在其他層，兩者相接觸時，較佳為於p型電子阻擋層60的正上方設置第1層71。第1層71的Al組成比x高於第2層72的Al組成比y，Al組成比x接近p型電子阻擋層60的Al組成比α，所以，可更切實地抑制p型電子阻擋層60與p型接觸層70之間的應變導致的缺陷產生。
另一方面，較佳為：p型接觸層70的厚度方向上的遠離p型電子阻擋層60的末端的層為第2層72。換言之，較佳為設為與p側電極80相接的層為第2層72。該情況下，p型接觸層70中與p側電極80相接的層為第2層72。若對第1層71的Al組成比x與第2層72的Al組成比y進行比較，則Al組成比y更低，所以容易更切實地獲取與p側電極80的歐姆接觸。
另外，於p型接觸層70的厚度方向上的接近p型電子阻擋層60的末端的層為第1層71，且遠離p型電子阻擋層60的末端的層為第2層72的情況下，第1層71的層數與第2層72的層數一致。但是，於本實施方式中，兩者的層數不必一致。本實施方式中，包括p型接觸層70的厚度方向上的末端的兩層為第1層71的情況（該情況下，第1層71的層數較第2層72的層數多一層）及為第2層的情況（該情況下，第2層72的層數較第1層71的層數多一層）。
另外，作為依照本發明的一實施方式，目前為止對反覆積層有第1層71與第2層72這兩層的超晶格結構進行了說明，但作為依照本發明的另一實施方式，亦可應用使所述第1層與第2層的關係相同，並且將具有第1層與第2層之間的Al組成比的第3層配置於第1層與第2層之間的三層結構的超晶格結構。該情況下亦可獲得與所述本發明效果相同的效果。
而且，如圖1所示，p型接觸層70較佳為於與p型電子阻擋層60相反的一側（換言之，與p側電極80相接的一側）具有Mg濃度為3×1020 atoms/cm3 以上的高濃度區域，更佳為此高濃度區域的Mg濃度為5×1020 atoms/cm3 以上。提高p型接觸層70的電洞濃度可降低深紫外線發光元件100的順向電壓Vf。另外，雖不意圖限定上限，但若考慮產業性的生產性，則於本實施方式中，可將高濃度區域的Mg濃度的上限設為1×1021 atoms/cm3 。該情況下，p型接觸層70的p型電子阻擋層60側的區域的Mg濃度可設為一般的範圍，通常為5×1019 atoms/cm3 以上且不足3×1020 atoms/cm3 。另外，p型接觸層中的Mg濃度為藉由SIMS測定的各區域下的平均濃度。為了保持p型接觸層70的結晶性，高濃度區域的厚度通常為15 nm以下，可將與p側電極80相接側的幾層左右設為高濃度區域。
進而，p型接觸層70亦較佳為於與p型電子阻擋層60相反的一側（換言之，與p側電極80相接的一側）具有Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上且1×1020 atoms/cm3 以下的Si摻雜區域。更佳為將該區域中的Si濃度設為2×1019 atoms/cm3 以上且5×1019 atoms/cm3 以下。藉由如此操作，可進一步提高深紫外線發光元件100的發光輸出。另外，只要Si摻雜區域的厚度為1 nm～5 nm左右，便可切實地獲得所述效果。亦較佳為：將Si摻雜區域設為p型接觸層的超晶格結構的最後的第2層。亦可設為於所述Mg濃度為3×1020 atoms/cm3 以上的高濃度區域進而摻雜有Si的共摻（codoping）區域。而且，亦可於Si摻雜區域僅摻雜Si（即，亦可不摻雜Mg）。
另外，當於p型接觸層70的與p側電極80相接的一側設有僅摻雜有Si的Si摻雜區域，並且未摻雜Mg時，該區域的導電型亦可認為是n型。然而，於為所述厚度範圍（1 nm～5 nm）的情況下，即便不摻雜Mg，只要作為p型接觸層70的最上層而與p型電極相接，亦不會成為閘流體（thyristor）。因此，於此種情況下，亦將Si摻雜區域視為p型接觸層70的一部分。
以上所說明的依照本實施方式的深紫外線發光元件100可兼具高的發光輸出及優異的可靠性。
以下，對能夠應用於本實施方式的具體的形態進行敘述，但本實施方式並不限定於以下的形態。
＜緩衝層＞ 亦較佳為：如圖1所示，於基板10與n型半導體層30之間設置用以緩和兩者的晶格不一致的緩衝層20。作為緩衝層20，可使用無摻雜的Ⅲ族氮化物半導體層，亦較佳為將緩衝層20設為超晶格結構。
＜p側電極＞ p側電極80可設於p型接觸層70的正上方。p側電極80較佳為使用相對於自發光層40放射的紫外線光具有高反射率（例如60%以上）的金屬。作為具有此種反射率的金屬，例如可列舉銠（Rh）、鉑（Pt）、銥（Ir）、釕（Ru）、鉬（Mo）、鎢（W）、鉭（Ta）及至少含有該些中的任一者的合金。若為該些金屬或合金，則對深紫外線光的反射率高，而且，亦可於p型接觸層70與p側電極80之間獲取較良好的歐姆接觸，所以較佳。另外，就反射率的觀點而言，該些中，較佳為p側電極80以單體或合金的形態包含銠（Rh）。而且，p側電極80的厚度、形狀及尺寸可根據深紫外線發光元件100的形狀及尺寸適宜選擇，例如可將p側電極80的厚度設為30 nm～45 nm。
＜n側電極＞ 而且，可設置於n型半導體層30的露出面上的n側電極90例如可設為具有含Ti膜以及形成於所述含Ti膜上的含Al膜的金屬複合膜。n側電極90的厚度、形狀及尺寸可根據發光元件的形狀及尺寸適宜選擇。n側電極90並不限定於如圖1所示般形成於n型半導體層30的露出面上，只要與n型半導體層電性連接即可。
＜其他構成＞ 另外，雖未於圖1中圖示，但亦可於發光層40與p型電子阻擋層60之間設置Al組成比高於p型電子阻擋層60的Al組成比α的包含AlGaN的引導層。藉由設置引導層，可促進對發光層40的電洞的注入。
＜P型覆蓋（clad）層＞ 而且，圖1中雖未圖示，但亦可將包括AlGaN的p型覆蓋層設於p型電子阻擋層60與p型接觸層70之間。p型覆蓋層是指具有高於發光層40中的放出深紫外線光的層的Al組成比（量子阱結構的情況下為Al組成比w）及p型接觸層70的厚度平均Al組成比z，另一方面低於p型電子阻擋層60的Al組成比α的Al組成比的層。即，p型電子阻擋層60與p型覆蓋層均為具有較放出深紫外線光的層的Al組成比高的Al組成比的層，且為實質上透過自發光層40發出的深紫外線光的層。其中，較佳為不設置p型覆蓋層。其原因如日本專利特開特開2016-111370號公報所記載，其揭示內容整體藉由參照而併入本說明書中。另外，於設置p型覆蓋層的情況下，若將p型覆蓋層的Al組成比設為β，則α＞β且β＞y。
另外，依照本實施方式的深紫外線發光元件100中，藉由反射電極材料來形成p側電極80以反射深紫外線光，藉此可將基板側或基板水平方向作為主要的光取出方向。而且，可將深紫外線發光元件100設為所謂的被稱為倒裝晶片（flip chip）的形態。
（深紫外線發光元件的製造方法） 其次，使用圖2對所述深紫外線發光元件100的製造方法的一實施方式進行說明。依照本發明的深紫外線發光元件100的製造方法的一實施方式包括：於基板10上（參照步驟A）形成n型半導體層30的步驟；於n型半導體層30上形成發光層40的步驟；於發光層40上形成p型電子阻擋層60的步驟（參照步驟B）；以及於所述p型電子阻擋層上形成p型接觸層的步驟（參照步驟C）。並且，形成p型接觸層70的步驟（參照步驟C）是藉由交替反覆進行形成第1層71的第1步驟與形成第2層72的第2步驟來形成具有超晶格結構的p型接觸層70的步驟，所述第1層71包括具有較發光層40中放出深紫外線光的層的Al組成比w0 高的Al組成比x的Alx Ga1-x N，所述第2層72包括具有較Al組成比x低的Al組成比y的Aly Ga1-y N。而且，Al組成比w0 、Al組成比x、Al組成比y及p型接觸層70的厚度平均Al組成比z滿足下述式[1]、式[2]： 0.030＜z-w0 ＜0.20 ･･･[1] 0.050≦x-y≦0.47 ･･･[2]。
以下，使用對依照本實施方式的較佳的實施方式的流程圖進行表示的圖2，與具體的形態一起依次對各步驟的細節進行說明，但省略與所述實施方式重覆的說明。
首先，如圖2中的步驟A、步驟B所示，於基板10上依次形成n型半導體層30、發光層40及p型電子阻擋層60。於該些各步驟中，可藉由有機金屬氣相成長（MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法或分子束磊晶（MBE：Molecular Beam Epitaxy）法、濺鍍法等公知的磊晶成長技術而形成各層。
於形成n型半導體層30、發光層40、引導層及p型電子阻擋層60的各層時，關於用以磊晶成長的成長溫度、成長壓力、成長時間，可設為對應於各層的Al組成比及厚度的一般的條件。作為用以磊晶成長的載氣，只要使用氫氣或氮氣、或兩者的混合氣體等供給至腔室內即可。進而，關於使所述各層成長的原料氣體，作為III族元素的原料氣體，可使用三甲基鋁（trimethyl aluminium，TMA）、三甲基鎵（Trimethyl gallium，TMG）等，作為V族元素氣體，可使用NH3 氣體。關於以NH3 氣體等V族元素氣體與TMA氣體等III族元素氣體的成長氣體流量為基礎計算出的V族元素相對於III族元素的莫耳比（以後記載為V/III比），只要設為一般的條件即可。進而，作為摻雜劑源的氣體，只要關於p型摻雜劑，適宜選擇作為Mg源的環戊二烯基鎂氣體（CP2 Mg）等，關於n型摻雜劑，適宜選擇例如作為Si源的單矽烷氣體（SiH4 ），作為Zn源的氯化鋅氣體（ZnCl2 ）等，並以規定的流量供給至腔室內即可。
其次，於圖2中的步驟C所示的p型接觸層形成步驟中，於p型電子阻擋層60上形成對所述第1層71與第2層72進行反覆而成的超晶格結構的p型接觸層70。關於p型接觸層70的厚度範圍及Al組成比的條件為如上所述。p型接觸層70亦藉由利用MOCVD法等的磊晶成長進行結晶成長即可。
另外，為了將p型接觸層70中與p側電極80相接的一側的高濃度區域72的Mg濃度設為3×1020 atoms/cm3 以上，只要於p型接觸層形成步驟中進行以下的處理即可。即，於p型接觸層形成步驟中，藉由供給Ⅲ族原料氣體、Ⅴ族原料氣體及Mg原料氣體而使所述超晶格結構進行結晶成長，結晶成長結束後，緊接著，使Ⅲ族原料氣體的流量下降至結晶成長時的流量的1/4以下，並且繼續供給Ⅴ族原料氣體及Mg原料氣體1分鐘以上且20分鐘以下即可。
而且，為了於p型接觸層70中與p側電極80相接的一側摻雜Mg及Si這兩者，只要作為Mg源而將CP2 Mg氣體供給至腔室並且作為Si源而流動單矽烷氣體（SiH4 ）等即可。若只摻雜Si，只要停止將CP2 Mg氣體作為Mg源供給至腔室，並且作為Si源而流動單矽烷氣體（SiH4 ）即可。另外，如上所述，於對p型接觸層70的與p側電極80相接的一側摻雜Si的情況下，所述Mg的高濃度區域的形成是任意的。
而且，如圖2的步驟D所示，可於形成p型接觸層70後，於p型接觸層70的正上方形成p側電極80。進而，可藉由蝕刻等去除發光層40、p型電子阻擋層60及p型接觸層70的一部分，於露出的n型半導體層30上形成n側電極90。另外，p側電極80及n側電極90可藉由濺鍍法或真空蒸鍍法等來進行成膜。而且，較佳為將緩衝層20形成於基板10的表面10A上。 [實施例]
以下，使用實施例對本發明進行更詳細地說明，但本發明並不受以下實施例的任何限定。
[實驗例1] （發明例1） 依照圖2所示的步驟圖，製作發明例1的深紫外線發光元件。首先，準備藍寶石基板（直徑2吋、厚度：430 μm、面方位：（0001））。其後，藉由MOCVD法而於所述藍寶石基板上使中心膜厚0.60 μm的AlN層成長，而製成AlN模板基板。此時，AlN層的成長溫度為1300℃，腔室內的成長壓力為10 Torr，並以V/III比成為163的方式設定氨氣與TMA氣體的成長氣體流量。再者，關於AlN層的膜厚，使用光干涉式膜厚測定機（娜恩派（nanospec）M6100A；耐諾（Nanometrics）公司製造）對包含晶圓面內的中心的、等間隔分散的共計25個部位的膜厚進行測定。
其後，於將所述AlN模板基板導入至熱處理爐中，並將爐內設為氮氣環境後，對爐內的溫度進行升溫而對AlN模板基板實施熱處理。此時，將加熱溫度設為1650℃、加熱時間設為4小時。
繼而，藉由MOCVD法形成未摻雜的包含Al0.70 Ga0.30 N的厚度1 μm的緩衝層。其次，於所述緩衝層上形成包含Al0.65 Ga0.35 N、進行了Si摻雜的厚度2 μm的n型半導體層。另外，SIMS分析的結果為n型半導體層的Si濃度為1.0×1019 atoms/cm3 。
進而，於n型半導體層上形成如下發光層，所述發光層交替反覆積層有3.5組包含Al0.46 Ga0.54 N的厚度3 nm的阱層與包含Al0.64 Ga0.36 N的厚度7 nm的障壁層。3.5組的0.5表示將發光層的最初與最後設為障壁層。
其後，於發光層上，將氫氣作為載氣，形成包含Al0.68 Ga0.32 N的厚度40 nm的p型電子阻擋層。於形成p型電子阻擋層時，將作為Mg源的CP2 Mg氣體供給至腔室而摻雜Mg。再者，SIMS分析的結果為p型電子阻擋層的Mg濃度為5.0×1018 atoms/cm3 。
繼而，於p型電子阻擋層的正上方形成Al0.60 Ga0.40 N作為第1層，其後形成Al0.43 Ga0.57 N作為第2層，針對兩者的形成反覆進行7組，而形成合計14層的超晶格結構的p型接觸層。另外，將第1層的厚度設為5.0 nm，將第2層的厚度設為2.5 nm，使p型接觸層的厚度的合計為52.5 nm。而且，於形成p型接觸層時，將作為Mg源的CP2 Mg氣體與III族源的TMA氣體、TMG氣體及V族源的氨氣一起供給至腔室而使摻雜有Mg的p型接觸層進行結晶成長。之後，僅停止供給III族源氣體，並僅供給Mg源氣體及V族源氣體10.5分鐘，於p型接觸層的表面側形成高濃度區域。
另外，於確定所述p型接觸層的Al組成時，根據藉由光致發光測定而分析的p型接觸層的發光波長（帶隙能量）決定p型接觸層的Al組成比。
SIMS分析的結果為於p型接觸層中，p型電子阻擋層側的Mg濃度為1×1020 atoms/cm3 ，使與p型電子阻擋層相反的形成p側電極80的表面側的Mg為高濃度的一側（高濃度區域）的Mg濃度為3×1020 atom/cm3 。
之後，藉由乾式蝕刻使n型半導體層的一部分露出，形成直徑為280 μm的圓筒型的p型半導體層部分。將直徑300 μm的In球按壓至p型半導體層部分與n型半導體層的層露出部分，使兩In球流通電流，藉此對發明例1的評價用深紫外線發光元件的發光輸出進行評價。將發明例1的層結構示於表1。
[表1]
（發明例2～發明例13） 將發明例1的超晶格結構的p型接觸層變更為表2所記載的超晶格結構，除此之外，以與發明例1相同的方式，製作發明例2～發明例13的評價用深紫外線發光元件，並對其發光輸出進行評價。另外，於發明例2、發明例3中，為了確認發光輸出的不均，使p型接觸層的超晶格結構與發明例1相同。
（先前例1） 將發明例1的超晶格結構的p型接觸層替換為p型GaN層的單層結構，並將其厚度製成為150 nm，除此之外，以與發明例1相同的方式，對先前例1的評價用深紫外線發光元件的發光輸出進行評價。
（比較例1～比較例4） 將發明例1的超晶格結構的p型接觸層替換為表2所記載的單層結構的AlGaN層的單層結構，並將其Al組成比及厚度製成表2所記載般，除此之外，以與發明例1相同的方式，製作比較例1～比較例4的評價用深紫外線發光元件，並對其發光輸出進行評價。
（比較例5） 於p型電子阻擋層上形成單層結構的厚度50 nm的p型Al0.60 Ga0.40 N層，其後形成為單層結構的厚度10 nm的p型Al0.35 Ga0.65 N層，以代替發明例1中的超晶格結構的p型接觸層，除此之外，以與發明例1相同的方式，製作比較例6，並對所述評價用深紫外線發光元件的發光輸出進行評價。
（比較例6～比較例11） 將發明例1的超晶格結構的p型接觸層變更為表2所記載的超晶格結構，除此之外，以與發明例1相同的方式，製作比較例6～比較例11的評價用深紫外線發光元件，並對其發光輸出進行評價。
[表2] 注1：比較例5不是超晶格結構，但方便起見，對應於第1層及第2層來表述。 注2：表中，對不滿足本發明條件的部位標注有下劃線。
（評價1：可靠性評價） 針對發明例1～發明例13、先前例1及比較例1～比較例11，於晶圓內10點，進行過負荷可靠性試驗：經由In球以電流10 mA進行通電並確認初期的發光輸出，其後，以100 mA的電流通電3秒鐘，之後以電流10 mA進行通電。於發明例1～發明例13及先前例1、比較例1、比較例6中，以電流100 mA進行通電後亦無變化，但於比較例2～比較例5、比較例7～比較例11中，於以電流100 mA進行通電後，於晶圓內觀察到未點亮或者變為自初期的發光輸出減半以下的輸出的部位（即，確認到了猝死的發生）。將不存在所述未點亮或發光輸出向初期的發光輸出的一半以下劇減者的比率作為良率而示於表2。另外，當測定發光輸出時，使用配置於藍寶石基板面側的光偵測器（Photodetector）。
之所以於比較例2～比較例5、比較例7～比較例11中產生此種良率惡化，認為其原因在於：於p型接觸層與p側電極界面中產生了接觸不良。另一方面，於發明例1～發明例13中，推定：p型接觸層具有超晶格結構，所以抑制膜質下降，並能夠以更低的Al組成比的層切實地形成接觸，因此未發生接觸不良。另外，若根據過負荷可靠性試驗，良率充分高，則可謂：形成電極製成實際的深紫外線發光元件的情況下，亦具有充分的可靠性。
（評價2：發光輸出的簡易評價） 而且，針對發明例1～發明例13、先前例1及比較例1～比較例11，對未發生所述未點亮或發光輸出向初期的發光輸出的一半以下劇減的部位的發光輸出的平均值進行測定。將結果示於表2。另外，藉由光纖分光器測定發明例1～發明例13、先前例1及比較例1～比較例11的中心發光波長，結果均為280 nm。根據此結果，可確認到：發明例1～發明例13比起先前例1及比較例1、比較例6發光輸出高。另外，比較例1、比較例6因接觸不良得到抑制而不存在良率的問題，但深紫外線光的吸收大，所以與先前例1相比發光輸出低。
另外，第1層的厚度為5.0 nm，第2層的厚度為2.5 nm，所以p型接觸層的厚度平均Al組成比z以[z=(2/3)x+(1/3)y]的方式算出。表2亦示出了所述厚度平均Al組成比z及第1層與第2層的Al組成比之差（x-y）。根據表2可確認到：發明例均滿足所述式[1]、式[2]。尤其，亦可確認到z-w0 ≧0.060時發光輸出高。
根據以上結果，形成滿足本發明條件的p型接觸層，藉此可獲得高的發光輸出，並且可兼顧可靠性。
[實驗例2] 於實驗例1中，實際上不形成電極，而是藉由In球間的電流通電來對發光輸出及可靠性進行簡易的評價。為了更正確地評價深紫外線發光元件的元件特性，進行以下實驗。
（發明例2A） 於p型接觸層之上形成遮罩，藉由乾式蝕刻進行平台蝕刻（mesa etching），使n型半導體層露出，至此為止與實驗例1的發明例2相同。其後，藉由濺鍍法於p型接觸層上形成包括Ni/Au的p側電極，並於露出的n型半導體層上形成包括Ti/Al的n側電極。另外，p側電極中，Ni的厚度為100 Å，Au的厚度為200 Å。而且，n側電極中，Ti的厚度為200 Å，Al的厚度為1500 Å。最後，以550℃進行接觸退火（快速退火（rapid thermal annealing，RTA））。如此，製作發明例2A的深紫外線發光元件。
（先前例1A） 使發明例2A中的p型接觸層與實驗例1的先前例1相同，除此之外，以與發明例2A相同的方式，製造先前例1A的深紫外線發光元件。
（評價3：深紫外線發光元件的特性評價） 於由發明例2A及先前例1A所得的半導體發光部件中使用恒電流電壓電源並流通20 mA的電流，測定此時的順向電壓Vf及利用積分球的發光輸出Po，分別求出3個試樣的測定結果的平均值。另外，藉由光纖分光器測定發明例2A及先前例1A的中心發光波長，結果均與實驗例1相同，中心發光波長為280 nm。進而，測定通電500小時後的、相對於初期的發光輸出的發光輸出殘存率（[經過500小時後的發光輸出]/[初期的發光輸出]）。將結果示於表3。
[表3]
藉由對實驗例1的發光輸出的評價結果與實驗例2的發光輸出的評價結果進行對比，可確認：藉由實驗例1的簡易評價亦能夠充分地評價深紫外線發光元件的發光輸出。而且，於發明例2A中，亦可確認到：具有與先前例1A相同程度的發光輸出殘存率，並且可將發光輸出幾乎增加一倍。
[實驗例3] 進而，為了確認超晶格結構中第1層及第2層的厚度的影響，進行了以下實驗。
（發明例14～發明例17） 將發明例1的超晶格結構的p型接觸層變更為表4所記載的超晶格結構，除此之外，以與發明例1相同的方式，製作發明例14～發明例17的評價用深紫外線發光元件，並以與所述評價1、評價2相同的方式對其通電後的發光輸出及通電後的良率進行評價。
（比較例12） 將發明例1的超晶格結構的p型接觸層變更為表4所記載的超晶格結構，除此之外，以與發明例1相同的方式，製作比較例12的評價用深紫外線發光元件，並以與所述評價1、評價2相同的方式對其通電後的發光輸出及通電後的良率進行評價。
將發明例14～發明例17及比較例12的製作條件及評價結果與實驗例1的先前例1一併示於表4。
[表4] 注3：表中，對不滿足本發明條件的部位標注有下劃線。
根據表4，可確認：第1層的厚度及第2層的厚度的大小關係不產生影響。根據各層的厚度的大小關係，可推定：厚度平均Al組成比z與阱層的Al組成比w之差（相當於z-w0 ）的影響大。
[實驗例4] 而且，為了確認超晶格結構中第1層及第2層的組數的影響，進行了以下實驗。
（發明例18～發明例22） 將發明例1的超晶格結構的p型接觸層變更為表5所記載的超晶格結構，除此之外，以與發明例1相同的方式，製作發明例18～發明例22的評價用深紫外線發光元件，並以與所述評價1、評價2相同的方式對其通電後的發光輸出及通電後的良率進行評價。
將發明例18～發明例22的製作條件及評價結果與實驗例1的先前例1一併示於表5。
[表5]
根據表5認為：超晶格結構中的第1層及第2層的組數的多少對可靠性的影響少。
[實驗例5] 最後，亦針對中心發光波長不同的深紫外線發光元件進行實驗。
（發明例23） 將發明例1中的包括Al0.46 Ga0.54 N的阱層（w=0.46）變更為包括Al0.29 Ga0.71 N的阱層（w=0.29），進而將p型接觸層的第1層變更為Al0.43 Ga0.57 N，將第2層變更為Al0.27 Ga0.73 N，除此之外，以與發明例1相同的方式，製作發明例23的評價用深紫外線發光元件，並以與所述評價1、評價2相同的方式對其通電後的發光輸出及通電後的良率進行評價。另外，中心發光波長為310 nm。
（發明例24～發明例25） 將發明例23的超晶格結構的p型接觸層變更為表6所記載的超晶格結構，除此之外，以與發明例23相同的方式，製作發明例24～發明例25的評價用深紫外線發光元件，並以與所述評價1、評價2相同的方式對其通電後的發光輸出及通電後的良率進行評價。
（先前例2） 將發明例23的超晶格結構的p型接觸層替換為p型GaN層的單層結構，除此之外，以與發明例23相同的方式，製作先前例2的評價用深紫外線發光元件，並以與所述評價1、評價2相同的方式對其通電後的發光輸出及通電後的良率進行評價。
（比較例13、比較例14） 將發明例23的超晶格結構的p型接觸層替換為表6所記載的單層結構的AlGaN層的單層結構，並將其Al組成比及厚度製成表6所記載般，除此之外，以與發明例23相同的方式，製作比較例13、比較例14的評價用深紫外線發光元件，並對其發光輸出進行評價。
將結果示於表6。
[表6] 注4：表中，對不滿足本發明條件的部位標注有下劃線。
根據表6的結果，可確認到：藉由p型接觸層滿足本發明條件即上述式[1]、式[2]，可獲得高的發光輸出並且可兼顧可靠性。而且，針對先前例2及發明例23～發明例25，對封裝至AlN製子安裝（sub mount），並以350 mA通電1000小時後的發光輸出進行測定，並對自初期發光輸出的劣化率下的可靠性進行了確認，結果亦可確認到：劣化率70%相當於3000小時以上，具有實用程度的可靠性。
[實驗例6] （發明例26） 將發明例10的發光層的最後的障壁層（Al組成比：0.64、厚度7 nm）變更為AlN引導層（Al組成比：1.0、厚度1 nm）。進而，針對p型接觸層70的與p型電子阻擋層60相反的一側（換言之，與p側電極80相接的一側）的層即厚度2.5 nm的Al組成為35%的層（超晶格結構中的最後的第2層），摻雜Si與Mg作為摻雜劑（即，進行Mg及Si的共摻）。於摻雜Si時，是藉由作為Mg源而將CP2 Mg氣體供給至腔室並且作為Si源而流動單矽烷氣體（SiH4 ）來進行。其他條件與發明例10相同，製作發明例26的深紫外線發光元件。將發明例26的具體的層結構示於表7。藉由SIMS分析進行測定，結果：Mg高濃度區域的Mg濃度與發明例10相同為3×1020 atoms/cm3 ，p型接觸層的最上層的Si濃度為2×1019 atoms/cm3 。
[表7]
（發明例27） 增加發明例26中的p型接觸層70的與p型電子阻擋層60相反的一側（換言之，與p側電極80相接的一側）的層的Si摻雜量，保持Mg濃度為3×1020 atoms/cm3 ，使Si濃度為4×1019 atoms/cm3 ，除此之外，以與發明例26相同的方式製作發明例27的深紫外線發光元件。
（發明例28） 將發明例10的發光層的最後的障壁層（Al組成比：0.64、厚度：7 nm）變更為AlN引導層（Al組成比：1.0、厚度1 nm）。進而，針對p型接觸層70的與p型電子阻擋層60相反的一側（換言之，與p側電極80相接的一側）的層即厚度2.5 nm的Al組成為35%的層（超晶格結構中的最後的第2層），作為摻雜劑，不加入Mg，而僅摻雜Si，未於p型接觸層的表面側形成Mg的高濃度區域（p型接觸層中的p型電子阻擋層側的Mg濃度與發明例10同樣地為1×1020 atoms/cm3 ）。另外，當摻雜Si時，停止將CP2 Mg氣體作為Mg源供給至腔室，並作為Si源而流動單矽烷氣體（SiH4 ）。其他條件與發明例10相同，製作發明例28的深紫外線發光元件。當藉由SIMS分析進行測定時，p型接觸層的最上層的Si濃度為2×1019 atoms/cm3 。
（發明例29） 將發明例10的發光層的最後的障壁層（Al組成比：0.64、厚度：7 nm）變更為AlN引導層（Al組成比：1.0、厚度1 nm），除此之外，以與發明例10相同的方式，製作發明例29的深紫外線發光元件。
針對發明例26～發明例29，以與所述評價1、評價2相同的方式對通電後的發光輸出及通電後的良率進行評價。將結果示於表8。另外，表8中亦再度揭示有發明例10（無AlN引導層）的結果。 [表8]
根據以上結果亦確認到設置AlN引導層、將Si摻雜區域設於P型接觸層的最上層的有效性。 [產業上之可利用性]
根據本發明，可提供一種兼具高的發光輸出及優異的可靠性的深紫外線發光元件及其製造方法。
10‧‧‧基板
10A‧‧‧表面
20‧‧‧緩衝層
30‧‧‧n型半導體層
40‧‧‧發光層
41‧‧‧阱層
42‧‧‧障壁層
60‧‧‧p型電子阻擋層
70‧‧‧p型接觸層
71‧‧‧第1層
72‧‧‧第2層
80‧‧‧n側電極
90‧‧‧p側電極
100‧‧‧深紫外線發光元件
圖1是對依照本發明的一實施方式的III族氮化物半導體發光元件100進行說明的示意剖面圖。 圖2是用以對依照本發明的一實施方式的III族氮化物半導體發光元件100的製造方法進行說明的利用示意剖面圖的步驟圖。

Claims (10)

  1. 一種深紫外線發光元件，於基板上依次具有n型半導體層、發光層、p型電子阻擋層及p型接觸層，所述深紫外線發光元件的特徵在於， 所述p型接觸層具有交替積層第1層與第2層而成的超晶格結構，所述第1層包括具有較所述發光層中放出深紫外線光的層的Al組成比w0 高的Al組成比x的Alx Ga1-x N，所述第2層包括具有較所述Al組成比x低的Al組成比y的Aly Ga1-y N，且所述Al組成比w0 、所述Al組成比x、所述Al組成比y及所述p型接觸層的厚度平均Al組成比z滿足下述式[1]、式[2]： 0.030＜z-w0 ＜0.20 ･･･[1] 0.050≦x-y≦0.47 ･･･[2]。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的深紫外線發光元件，其中，所述p型接觸層的厚度方向上的接近所述p型電子阻擋層的末端的層為所述第1層。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的深紫外線發光元件，其中，所述p型接觸層的厚度方向上的遠離所述p型電子阻擋層的末端的層為所述第2層。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的深紫外線發光元件，其中，所述發光層具有交替積層阱層與障壁層而成的量子阱結構。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的深紫外線發光元件，其中，於所述發光層的最接近所述p型電子阻擋層的阱層與所述p型電子阻擋層之間，進而具有Al組成比相較於所述障壁層及所述p型電子阻擋層中的任一者的Al組成比都高的引導層。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的深紫外線發光元件，其中，所述引導層包括AlN。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的深紫外線發光元件，其中，所述Al組成比w0 為0.25以上且0.60以下。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的深紫外線發光元件，其中，所述p型接觸層於與所述p型電子阻擋層相反的形成p側電極的表面側具有Mg濃度為3×1020 atoms/cm3 以上的高濃度區域。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的深紫外線發光元件，其中，所述p型接觸層於與所述p型電子阻擋層相反的形成p側電極的表面側具有Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上且1×1020 atoms/cm3 以下的Si摻雜區域。
  10. 一種深紫外線發光元件的製造方法，其特徵在於包括： 於基板上形成n型半導體層的步驟； 於所述n型半導體層上形成發光層的步驟； 於所述發光層上形成p型電子阻擋層的步驟；以及 於所述p型電子阻擋層上形成p型接觸層的步驟， 形成所述p型接觸層的步驟是交替反覆進行形成第1層的第1步驟與形成第2層的第2步驟來形成具有超晶格結構的所述p型接觸層，所述第1層包括具有較所述發光層中放出深紫外線光的層的Al組成比w0 高的Al組成比x的Alx Ga1-x N，所述第2層包括具有較所述Al組成比x低的Al組成比y的Aly Ga1-y N， 所述Al組成比w0 、所述Al組成比x、所述Al組成比y及所述p型接觸層的厚度平均Al組成比z滿足下述式[1]、式[2]： 0.030＜z-w0 ＜0.20 ･･･[1] 0.050≦x-y≦0.47 ･･･[2]。
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