WO2014041719A1

WO2014041719A1 - 半導体紫外発光素子

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Publication number: WO2014041719A1
Application number: PCT/JP2013/002381
Authority: WO
Inventors: 憲路野口; 椿　健治; 福島　博司; 安田　正治; 隆好高野
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2014-03-20
Also published as: JP2014057033A; JP6008284B2; TW201411883A

Abstract

　半導体紫外発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と、窒化物半導体からなる発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを備えている。ｐ型窒化物半導体層は、ｎ型窒化物半導体層から見て発光層の向こう側に設けられ発光層よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層５と、発光層から見てｐ型導電層の向こう側に設けられ発光層よりもバンドギャップが小さくｐ電極と接触するｐ型コンタクト部とを備えている。ｐ型コンタクト部は、ドット状のｐ型コンタクトまたは孔部を有するｐ型コンタクト層からなり、ｐ型導電層の一表面上には非被覆領域が形成される。ｐ型コンタクト同士の間隔または孔部の直径をｐ型導電層の厚みで除した値が３．０以下である領域が、非被覆領域の７０％以上である。

Description

半導体紫外発光素子

　本発明は、半導体紫外発光素子に関するものである。

　従来から、III族窒化物半導体（ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなど）により発光層が形成され、紫外光の波長域で発光する半導体紫外発光素子の高効率化および高出力化の研究が各所で行われている。半導体紫外発光素子は、衛生、医療、工業、照明や精密機械など様々な分野への応用が期待されている。

　この種の半導体紫外発光素子として、日本国特許公開２００８－１７１９４１号公報参照（以下、文献１と称する）は、図３５に示すような、第２コンタクト部１０６に紫外光の吸収不能部としての溝部１０６ａを設け、溝部１０６ａを出射部として、発光部１０４からの励起発光を取り出す発光素子１００を開示する。

　文献１の半導体紫外発光素子たる発光素子１００は、基板１０１の上に、第１コンタクト部１０２と、第１クラッド部１０３と、発光部１０４と、第２クラッド部１０５と、第２コンタクト部１０６とをこの順に隣接形成させた積層構造を有している。発光素子１００は、第１コンタクト部１０２に隣接するカソード電極部１０７を有している。発光素子１００は、第２コンタクト部１０６に隣接するアノード電極部１０８を有している。

　文献１の発光素子１００は、発光部１０４が紫外領域に発光波長を有する第１のIII族窒化物で形成されている。発光部１０４は、実際に励起発光を生じさせる発光層１０４ａと、キャリアの閉じ込め効果を得るために発光層１０４ａよりもわずかにバンドギャップが大きなバリア層１０４ｂとが繰り返し積層された多重量子井戸層の構成をしている。第１クラッド部１０３は、Ｎ型の導電型を有し、第１のIII族窒化物よりもバンドギャップが大きい第２のIII族窒化物にて形成されている。第１コンタクト部１０２は、Ｎ型の導電型を有し、第２のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第３のIII族窒化物にて形成されている。また、第２クラッド部１０５は、Ｐ型の導電型を有し、第１のIII族窒化物よりもバンドギャップが大きい第４のIII族窒化物から形成されている。第２コンタクト部１０６は、Ｐ型の導電型を有し、第４のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第５のIII族窒化物から形成されている。なお、アノード電極部１０８は、第２コンタクト部１０６の上面に形成されたアノード電極層１０８ａと、アノード電極層１０８ａの上面における一部の領域に形成されたアノード電極パッド１０８ｂとを有している。

　文献１の発光素子１００では、カソード電極部１０７と第１コンタクト部１０２との間、およびアノード電極部１０８と第２コンタクト部１０６との間で良好なオーム性接触を確保している。発光素子１００は、良好なオーム性接触を確保するために、紫外光の透過能の小さいIII族窒化物で第１コンタクト部１０２と第２コンタクト部１０６とが形成されている。また、文献１の発光素子１００は、第２コンタクト部１０６に設けた吸収不能部を出射部として、発光部１０４における励起発光を効率良く取り出せるようにしている。

　文献１の発光素子１００は、上述の構成により、低い動作電圧と高い発光効率とを有する紫外光発光素子とすることができる、としている。

　しかしながら、半導体紫外発光素子は、より高い光出力が求められており、上述の文献１の発光素子１００の構成だけでは十分ではなく更なる改良が求められている。

　本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、より光出力の高い半導体紫外発光素子を提供することにある。

　本発明の半導体紫外発光素子は、ｎ型窒化物半導体層（３）と、ｐ型窒化物半導体層（５）と、上記ｎ型窒化物半導体層（３）と上記ｐ型窒化物半導体層（５）との間に設けられた窒化物半導体からなる発光層（４）と、上記ｎ型窒化物半導体層（３）に接続されたｎ電極（６）と、上記ｐ型窒化物半導体層（５）に接続されたｐ電極（７）とを有する半導体紫外発光素子（１０）であって、上記ｐ型窒化物半導体層（５）は、上記ｎ型窒化物半導体層（３）から見て上記発光層（４）の向こう側に設けられ上記発光層（４）よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層（５ａ）と、上記発光層（４）から見て前記ｐ型導電層（５ａ）の向こう側に設けられ上記発光層（４）よりもバンドギャップが小さく上記ｐ電極（７）と接触するｐ型コンタクト部とを備えており、上記ｐ型コンタクト部は、ドット状の複数のｐ型コンタクト（５ｂ）からなり、上記複数のｐ型コンタクト（５ｂ）は、上記ｐ型導電層（５ａ）の一表面（５ａａ）に上記複数のｐ型コンタクト（５ｂ）で覆われない非被覆領域（Ｅ）が形成されるように上記一表面（５ａａ）上に形成され、該非被覆領域（Ｅ）において、隣接する上記ｐ型コンタクト（５ｂ，５ｂ）同士の間隔を上記ｐ型導電層（５ａ）の厚みで除した値が３．０以下である領域が、上記非被覆領域（Ｅ）の７０％以上であることを特徴とする。

　この半導体紫外発光素子において、隣接する上記ｐ型コンタクト（５ｂ，５ｂ）同士の間隔を上記ｐ型導電層（５ａ）の厚みで除した値が１．８以下である領域が、該非被覆領域の７０％以上であることが好ましい。

　本発明の半導体紫外発光素子は、ｎ型窒化物半導体層（３）と、ｐ型窒化物半導体層（５）と、上記ｎ型窒化物半導体層（３）と上記ｐ型窒化物半導体層（５）との間に設けられた窒化物半導体からなる発光層（４）と、上記ｎ型窒化物半導体層（３）に接続されたｎ電極（６）と、上記ｐ型窒化物半導体層（５）に接続されたｐ電極（７）とを有する半導体紫外発光素子（１０）であって、上記ｐ型窒化物半導体層（５）は、上記ｎ型窒化物半導体層（３）から見て上記発光層（４）の向こう側に設けられ上記発光層（４）よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層（５ａ）と、上記発光層（４）から見て上記ｐ型導電層の向こう側に設けられ上記発光層（４）よりもバンドギャップが小さく上記ｐ電極（７）と接触するｐ型コンタクト部とを備えており、上記ｐ型コンタクト部は、ｐ型コンタクト層（５ｃ）からなり、上記ｐ型コンタクト層（５ｃ）は、上記ｐ型導電層（５ａ）の一表面（５ａａ）に上記ｐ型コンタクト層（５ｃ）で覆われない非被覆領域（Ｅ）が形成されるように、複数の孔部（５ｃａ）を有して上記一表面（５ａａ）上に形成され、上記孔部（５ａａ）それぞれの上記非被覆領域（Ｅ）において、上記非被覆領域（Ｅ）の面積と同じ面積を有する仮想の真円の直径を上記ｐ型導電層（５ａ）の厚みで除した値が３．０以下である領域が、上記非被覆領域（Ｅ）の７０％以上であることを特徴とする。

　この半導体紫外発光素子において、上記孔部（５ｃａ）それぞれの上記非被覆領域（Ｅ）において、上記直径を上記ｐ型導電層（５ａ）の厚みで除した値が１．８以下である領域が、上記非被覆領域（Ｅ）の７０％以上であることが好ましい。

　この半導体紫外発光素子において、上記非被覆領域（Ｅ）は、上記ｐ型導電層（５ａ）の上記一表面（５ａａ）に対して少なくとも５０％以上の面積を占めることが好ましい。

　この半導体紫外発光素子において、上記ｐ型窒化物半導体層（５）は、上記非被覆領域（Ｅ）に、紫外光を反射する反射膜（８）を有することが好ましい。

　この半導体紫外発光素子において、上記発光層（４）は、３６０ｎｍ以下の紫外光が発光可能なことが好ましい。

　この半導体紫外発光素子において、上記ｐ型コンタクト部は、ｐ型ＧａＮからなることが好ましい。

　本発明の半導体紫外発光素子は、より光出力を高めることが可能になるという効果がある。

実施形態１の半導体紫外発光素子を示す断面図である。実施形態１の半導体紫外発光素子の要部を示す平面図である。実施形態１の半導体紫外発光素子の要部における電流の流れを説明する断面説明図である。ｐ型導電層の抵抗率を変化させた場合におけるｐ型コンタクトからの距離と電流密度との関係を示すグラフである。ｐ型導電層の膜厚を変化させた場合におけるｐ型コンタクトからの距離と電流密度との関係を示すグラフである。実施形態１の半導体紫外発光素子の要部における光の取り出しを説明する断面説明図である。実施形態２の半導体紫外発光素子を示す断面図である。実施形態３の半導体紫外発光素子を示す平面図である。図８のIXa－IXa線断面図である。図９のXa－Xa線断面図である。実施形態３の別の半導体紫外発光素子を示す断面図である。実施形態３のさらに別の半導体紫外発光素子を示す平面図である。図１２のXIIIa－XIIIa線断面図である。図１３のXIVa－XIVa線断面図である。実施形態４の半導体紫外発光素子を示す平面図である。図１５のXVIa－XVIa線断面図である。実施形態４の半導体紫外発光素子を示し、図１６のXVIIa－XVIIa線断面図である。実施形態４の半導体紫外発光素子の要部を示す平面図である。実施形態４の別の半導体紫外発光素子を示す断面図である。実施形態５の半導体紫外発光素子を示す平面図である。図２０のIIXIa－IIXIa線断面図である。図２１のIIXIIa－IIXIIa線断面図である。実施形態６の半導体紫外発光素子を示す平面図である。図２３のIIXIVa－IIXIVa線断面図である。図２４のIIXVa－IIXVa線断面図である。実施形態６の別の半導体紫外発光素子を示す断面図である。実施形態６の上記別の半導体紫外発光素子を示す平面図である。図２７のIIXVIIIa－IIXVIIIa線断面図である。図２８のIIXIXa－IIXIXa線断面図である。実施形態７の半導体紫外発光素子を示す平面図である。図３０のIIIXIa－IIIXIa線断面図である。図３１のIIIXIIa－IIIXIIa線断面図である。実施形態７の別の半導体紫外発光素子を示す断面図である。実施形態７のさらに別の半導体紫外発光素子を示す断面図である。従来の発光素子の構造を示す説明図であり、図３５Ａは上面図、図３５Ｂは、図３５ＡのＡ－Ｂ線に沿った断面図である。

　（実施形態１）
　以下、本実施形態の半導体紫外発光素子１０について、図１ないし図６を用いて説明する。なお、図中において同じ構成要素に対しては、同一の符号を付している。また、各図における構成要素の比率は、必ずしも実際の寸法を反映するものではない。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図１に示すように、ｎ型窒化物半導体層３と、ｐ型窒化物半導体層５と、ｎ型窒化物半導体層３とｐ型窒化物半導体層５との間に設けられた窒化物半導体からなる発光層４とを有する。また、半導体紫外発光素子１０は、ｎ型窒化物半導体層３に接続されたｎ電極６と、ｐ型窒化物半導体層５に接続されたｐ電極７とを有する。

　ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型窒化物半導体層５における発光層４側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層５ａを備えている。また、ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型窒化物半導体層５における発光層４とは反対側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが小さくｐ電極７と接触するｐ型コンタクト部５ｂを備えている。すなわち、ｐ型窒化物半導体層５は、ｎ型窒化物半導体層３から見て発光層４の向こう側（反対側）に設けられ発光層４よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層５ａを備えている。また、ｐ型窒化物半導体層５は、発光層４から見てｐ型導電層５ａの向こう側（反対側）に設けられ発光層４よりもバンドギャップが小さくｐ電極７と接触するｐ型コンタクト部を備えている。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型コンタクト部として、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを設けて、一表面５ａａに複数のｐ型コンタクト５ｂで覆われない非被覆領域Ｅを形成している（図２を参照）。すなわち、ｐ型コンタクト部は、複数のドット状のｐ型コンタクト（複数のｐ型コンタクトドット）５ｂからなる。複数のｐ型コンタクト５ｂは、ｐ型導電層５ａの一表面（第１面）５ａａに複数のｐ型コンタクト５ｂで覆われない非被覆領域Ｅが形成されるように、ｐ型導電層の一表面５ａａ上に形成される。

　半導体紫外発光素子１０は、非被覆領域Ｅにおいて、隣接するｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士の間隔ｄをｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値が３．０以下である領域（０より大きく３．０以下である領域）を、非被覆領域Ｅの７０％以上としている。

　これにより、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、より光出力を高めることが可能となる。

　以下、本実施形態の半導体紫外発光素子１０について、より詳細に説明する。

　図１に示す半導体紫外発光素子１０は、紫外光を発光可能な発光ダイオードを構成している。半導体紫外発光素子１０は、サファイア基板などのエピタキシャル成長用単結晶基板からなる基板１を備える。半導体紫外発光素子１０は、基板１の一面側（図１の上面側）に、ＡｌＮなどの窒化物半導体材料からなるバッファ層２を備えている。半導体紫外発光素子１０は、バッファ層２の基板１とは反対側に、ＳｉがドープされたＡｌＧａＮなどからなるｎ型窒化物半導体層３を備えている。半導体紫外発光素子１０は、ｎ型窒化物半導体層３の基板１とは反対側に、紫外光が発光可能なＡｌＧａＮなどの窒化物半導体を用いた発光層４を備えている。半導体紫外発光素子１０は、発光層４におけるｎ型窒化物半導体層３と反対側にｐ型窒化物半導体層５を備えている。ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型窒化物半導体層５における発光層４側に設けられた、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮなどからなるｐ型導電層５ａと、発光層４とは反対側に設けられた、ＭｇがドープされたＧａＮなどからなるｐ型コンタクト部とを備えている。ｐ型コンタクト部は、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に設けられた複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂからなる。ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａがｐ型コンタクト５ｂによって完全に覆われておらず、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａにｐ型コンタクト５ｂで覆われない非被覆領域Ｅが形成されている。

　半導体紫外発光素子１０は、基板１の上記一面側において、発光層４およびｐ型窒化物半導体層５の一部を残し、ｎ型窒化物半導体層３を露出させる露出部３ａａが形成されたメサ構造を有している。半導体紫外発光素子１０は、ｎ型窒化物半導体層３の露出部３ａａにカソード電極となるｎ電極６が形成されている。また、半導体紫外発光素子１０は、複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを覆うように、アノード電極となるｐ電極７が形成されている。本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ電極７は、複数のｐ型コンタクト５ｂを覆い発光層４からの紫外光（図１の紙面の上方に向かう白抜きの矢印を参照）を透過可能な透光性の金属からなるコンタクト用の第１電極７ａを備えている。なお、半導体紫外発光素子１０は、発光層４から基板１側へ向かう紫外光（図１の紙面の下方に向かう白抜きの矢印を参照）も放射する。また、ｐ電極７は、第１電極７ａ上の一部に外部のボンディングワイヤ（図示していない）などと接続可能なボンディング用の第２電極７ｂを備えている。第２電極７ｂは、第１電極７ａよりも膜厚で形成している。すなわち、ｐ電極７は、第１電極７ａと第２電極７ｂとを備えている。また、半導体紫外発光素子１０は、ｎ電極６とｐ電極７とが同一平面側（各層の積層方向における、同じ面側）に形成されている。

　半導体紫外発光素子１０は、基板１の上記一面側に、バッファ層２とｎ型窒化物半導体層３と発光層４とｐ型窒化物半導体層５との積層構造物を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）などにより成膜することができる。半導体紫外発光素子１０は、ｎ型窒化物半導体層３の一部が露出するように、上記積層構造物をｐ型窒化物半導体層５側からｎ型窒化物半導体層３の途中までエッチングすることで、メサ構造を形成することができる。

　次に、本実施形態の半導体紫外発光素子１０における光出力を高める構造について詳述する。

　まず最初に、図３に示す構造の半導体紫外発光素子１０のモデルにおいて、本発明者らが行った種々の実験に基づく考察について、図３～図５に基づいて説明する。なお、図３では、隣接するｐ型コンタクト５ｂ，５ｂのうち、一方のｐ型コンタクト５ｂからｐ型導電層５ａに拡散する電流を模式的に示している（図３の破線を参照）。

　図４は、ｐ型導電層５ａの膜厚を一定としてｐ型導電層５ａの抵抗率Ｒを変化させた場合における、ｐ型コンタクト５ｂからの距離Ｘと電流密度との関係のシミュレーション結果を示している。なお、ｐ型導電層５ａの抵抗率Ｒとして、抵抗率Ｒ１は、５Ωｃｍ、抵抗率Ｒ２は、３Ωｃｍ、抵抗率Ｒ３は、１Ωｃｍ、抵抗率Ｒ４は、０．５Ωｃｍ、抵抗率Ｒ５は、０．２Ωｃｍ、抵抗率Ｒ６は、０．１Ωｃｍとしている。図４において、ｐ型導電層５ａは、ｐ型導電層５ａの膜厚を０．１μｍとしている。図４では、平面視におけるｐ型コンタクト５ｂの端部からの距離（ｐ型コンタクト５ｂの端部からの、ｐ型導電層５ａにおける膜厚方向と垂直な方向に沿った方向（横方向）の距離）をＸとして、電流密度の変化を示している。図４において、電流密度の大きさは、ｐ型コンタクト５ｂの直下における電流密度を基準として、規格化して表示している。本発明者らが行ったシミュレーション結果からでは、ｐ型導電層５ａの抵抗率Ｒの違いによる横方向への電流拡散距離の変化は見られなかった。つまりｐ型導電層５ａの抵抗率Ｒは、ｐ型導電層５ａの横方向への電流拡散距離への影響が少ないといえる。

　また、図５では、ｐ型導電層５ａの抵抗率を一定としてｐ型導電層５ａの厚みｔを変化させた場合における、ｐ型コンタクト５ｂからの距離Ｘと電流密度との関係のシミュレーション結果を示している。なお、ｐ型導電層５ａの厚みｔとして、膜厚ｔ１は、０．１μｍ、膜厚ｔ２は、０．２μｍ、膜厚ｔ３は、０．３μｍ、膜厚ｔ４は、０．４μｍ、膜厚ｔ５は、０．５μｍとしている。図５において、ｐ型導電層５ａは、ｐ型導電層５ａの抵抗率を５Ωｃｍとしている。図５では、平面視におけるｐ型コンタクト５ｂの端部からの距離（ｐ型コンタクト５ｂの端部からの横方向の距離）をＸとして、電流密度の変化を示している。図５において、電流密度の大きさは、ｐ型コンタクト５ｂの直下における電流密度を基準として、規格化して表示している。本発明者らが行ったシミュレーション結果からでは、ｐ型導電層５ａの厚みｔが増加するにつれ、ｐ型導電層５ａの横方向への電流拡散距離が増加していることがわかる。

　本発明者らのシミュレーション結果から、ｐ型窒化物半導体層５において、ｐ型導電層５ａの抵抗率Ｒを下げることよりも、ｐ型導電層５ａの厚みｔを厚くする方が、ｐ型導電層５ａにおける横方向への電流拡散距離の向上に大きく寄与することが分かる。

　表１は、ｐ型導電層５ａの異なる厚みｔごとに、ｐ型コンタクト５ｂの直下における電流密度を基準（１００％）として、電流密度が５０％、２５％、１０％、１％となる平面視におけるｐ型コンタクト５ｂの端部からの距離Ｘを示している。

　ｐ型コンタクト５ｂから横方向へ拡散する電流の大きさは、ｐ型コンタクト５ｂから離れるほど小さくなる。つまり、電流密度は、距離Ｘが小さくなるほど大きくなる。従って、所定のｐ型導電層５ａの厚みｔに対して、距離Ｘが表１に示す数値よりも小さい場所では、所定の大きさ以上の電流密度を得ることができる。たとえば、ｐ型導電層５ａの厚みｔが０．１〔μｍ〕の場合、ｐ型コンタクト５ｂの端部からの距離Ｘが０．０３８〔μｍ〕以下の場所での電流密度は、ｐ型コンタクト５ｂの直下における電流密度の５０％以上となる。

　すなわち、表１に示す数値は、所定の厚みｔに対して所望の電流密度が得られる距離Ｘの上限値を表している。

　次に、ｐ型コンタクト５ｂの端部からの距離Ｘをｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値Ｑ１（＝Ｘ／ｔ）を考える。表２に、ｐ型コンタクト５ｂの直下における電流密度を基準（１００％）として、電流密度が所定の割合（５０％、２５％、１０％、１％）となるときの値Ｑ１を示す。

　表２では、値Ｑ１は、たとえば電流密度が１０％について見ると、１．４６７－１．４９０で大凡１．５程度となっている。表２より、電流密度がｐ型コンタクト５ｂの直下の値に対して所定の割合まで減少するときの値Ｑ１は、ｐ型導電層５ａの厚みｔの変化にかかわらず、所定の電流密度ごとに、ほぼ等しくなることが分かる。

　電流密度は、値Ｑ１が小さくなるほど（距離Ｘが小さくなるほど）大きくなる。つまり、表２に示す数値は、所望の電流密度が得られる値Ｑ１の上限値を表している。従って、値Ｑ１が表２に示す数値よりも小さくなる条件を満たす場所では、所定の大きさ以上の電流密度を得ることができる。

　次に、一対のｐ型コンタクト５ｂ，５ｂがある場合について、ｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士の間隔ｄをｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値Ｑ２（＝ｄ／ｔ）を考える。

　一対のｐ型コンタクト５ｂ，５ｂがある場合、ｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ間の位置では、両方のｐ型コンタクト５ｂ，５ｂからそれぞれ電流が供給される。従って、ｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ間の位置での電流密度は、両方のｐ型コンタクト５ｂ，５ｂからの電流密度の和となる。

　表３に、ｐ型コンタクト５ｂの直下における電流密度を基準（１００％）として、所定の割合（１００％、５０％、２０％、２％）の電流密度を得ることができる、値Ｑ２の上限値を示す。

　表３より、半導体紫外発光素子１０では、隣接するｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士の間隔ｄをｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値Ｑ２が、３．０以下（０より大きく３．０以下）であれば、ｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士の間の位置の電流密度を、ｐ型コンタクト５ｂ直下の電流密度の２０％以上とすることができる。

　ところで、窒化物半導体を用いた半導体紫外発光素子では、窒化物半導体における貫通転位密度が高く、非発光再結合が支配的となり、内部量子効率が低い。また、窒化物半導体を用いた半導体紫外発光素子では、一般に、ｎ型窒化物半導体層と比較して、ｐ型窒化物半導体層を低抵抗に形成させることが難しい。さらに、窒化物半導体を用いた半導体紫外発光素子では、正孔の有効質量が大きく、ｐ型窒化物半導体層における膜厚方向と垂直な方向に沿った方向（横方向）への電流拡散距離が短い傾向にある。そのため、半導体紫外発光素子では、単に、ｐ型導電層の導電性やｐ型コンタクト層の形状を工夫するだけでは、発光面積が小さくなり、光出力の向上が難しい。

　本発明者らは、上述のシミュレーション結果に基づき、所定のｐ型コンタクト部を備えることにより、より光出力を高めることができることを見出した。

　半導体紫外発光素子では、たとえば、ｐ型コンタクト部として、発光層よりもバンドギャップが小さく発光層で発生した紫外光を吸収するｐ型ＧａＮを使用する場合、ｐ電極と良好なオーミック接触を行うことが可能となる。しかしながら、半導体紫外発光素子では、ｐ型コンタクト部としてｐ型ＧａＮを使用する場合、発光層が発光した紫外光がｐ型コンタクト部で吸収されるため光取出し効率が低下する傾向にある。

　一方、半導体紫外発光素子では、ｐ型コンタクト部として、発光層で発生した紫外光が吸収されないように発光層よりもバンドギャップの大きなｐ型ＡｌＧａＮを用いる場合、ｐ型ＡｌＧａＮで高いホール濃度が得ることが著しく困難であり出力の向上を図ることが難しいという問題がある。

　これに対し、半導体紫外発光素子１０では、図６に示すように、発光層４から放射された紫外光（図６の白抜きの矢印を参照）は、隣接するｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士の間ｄ₄₁から外部に取り出すことができる。従って、半導体紫外発光素子１０は、発光層４から放射された紫外光がｐ型コンタクト５ｂで吸収されることを抑制し、光出力の低下を抑制することが可能となる。しかしながら、半導体紫外発光素子１０では、隣接するｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士が離れ過ぎると、発光層４に電流が十分に供給されず発光層４から紫外光が放射されない領域ｄ₄₂が生じる。半導体紫外発光素子１０では、発光層４から紫外光が放射されない領域ｄ₄₂が生じることにより、光出力を向上させることが難しい場合が生ずる。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ間での電流密度の低下が、ｐ電極７の直下の電流密度を基準として、ｐ型コンタクト５ｂの直下における電流密度の２０％が下限値となるようにｐ型コンタクト５ｂを設計している。また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ型コンタクト５ｂの直下における電流密度の２０％までに抑えられる領域が、非被覆領域Ｅの７０％以上を占めている。すなわち、本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、隣接するｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士の間隔をｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値が３．０以下である領域が、上記一表面５ａａにおいてｐ型コンタクト５ｂで覆われていない領域の７０％以上である。

　これにより本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、ドット状のｐ型コンタクト５ｂの間の非被覆領域Ｅを介して、発光層４からの紫外光を外部に出射させることが可能となる。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、特定のｐ型コンタクト部を用いることで、ｐ電極７との良好なオーミック接触を行いつつ、発光層４からの紫外光が吸収されることを抑制することが可能となる。また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、隣接するｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士の間隔ｄを所定の間隔とすることで、光出力を向上させることが可能となる。

　なお、半導体紫外発光素子１０では、非被覆領域Ｅにおいて、ｐ型コンタクト５ｂの直下における電流密度の２０％までに抑えられる領域の割合が少ないと、発光むらを生じる恐れがある。また、本発明者らは、ｐ型コンタクト５ｂの直下における電流密度を基準として、電流密度が５０％未満に低下した領域がある場合、半導体紫外発光素子１０全体の発光強度が低下する傾向にあるという知見を得ている。本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ電極７とｐ型コンタクト部との間で良好なオーミック接触を行いつつ、発光層４が発光した紫外光をｐ型コンタクト部が吸収することを抑制させている。

　なお、本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、非被覆領域Ｅは、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａに対して少なくとも５０％以上の面積を占めることで、より光出力を向上させることができる。非被覆領域Ｅの上限値は、特に定めるものではないが、ｐ型コンタクト部からｐ型導電層５ａに流れる電流を確保するため、たとえば、９０％以下とすることができる。

　また、半導体紫外発光素子１０では、表３に示すように、電流密度が５０％に低下するときの値Ｑ２が、１．７３３～１．８０となっている。本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、隣接するｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士の間隔ｄをｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値Ｑ２が１．８以下である領域（０より大きく１．８以下である領域）が７０％以上となるように、非被覆領域Ｅの形状や大きさを設計している。これにより本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、発光面積が小さくなることを抑制しつつ、光取出し効率を向上させることが可能となる。なお、半導体紫外発光素子１０では、隣接するｐ型コンタクト部５ｂ，５ｂ同士の間隔ｄをｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値が１．８以下（０より大きく１．８以下）の範囲となるように非被覆領域Ｅの形状や大きさを設計することが好ましい。

　以下、本実施形態の半導体紫外発光素子１０に用いられる各構成について、詳述する。

　基板１は、ｎ型窒化物半導体層３、発光層４やｐ型窒化物半導体層５を支持可能なものである。基板１は、たとえば、エピタキシャル成長用単結晶基板として、基板１の上記一面が（０００１）面となるｃ面のサファイア基板を好適に用いることができる。基板１は、サファイア基板だけに限られず、たとえば、スピネル基板、シリコン基板、炭化シリコン基板、酸化亜鉛基板、燐化ガリウム基板、砒化ガリウム基板、酸化マグネシウム基板、硼化ジルコニウム基板やIII族窒化物系半導体結晶基板などを用いることもできる。基板１は、光取出し効率向上の観点から、発光層４から放射される紫外光に対して透光性のより高いものが好ましい。

　バッファ層２は、ｎ型窒化物半導体層３の貫通転位を低減するとともにｎ型窒化物半導体層３の残留歪みを低減するために好適に備えられている。バッファ層２は、基板１の上記一面上に形成されＡｌを構成元素として含む窒化物半導体から構成したＡｌＮ層、ＡｌＧａＮ層やＡｌＩｎＮ層などが好ましい。

　ｎ型窒化物半導体層３は、発光層４へ電子を注入可能なものであればよい。ｎ型窒化物半導体層３は、ｎ型窒化物半導体層３の膜厚やｎ型窒化物半導体層３の組成を特に限定するものではない。ｎ型窒化物半導体層３は、たとえば、バッファ層２上に形成されたＳｉドープのｎ型Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ｎ層により構成することができる。本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｎ型窒化物半導体層３は、発光層４に対してクラッド層として機能するとともにコンタクト層としても機能するｎ型ＡｌＧａＮ層により構成している。ｎ型窒化物半導体層３は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。ｎ型窒化物半導体層３は、多層構造の場合、たとえば、バッファ層２上のＳｉドープのｎ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ｎ層と、ｎ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ｎ層上のＳｉドープのｎ型Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ｎ層とで構成することができる。ｎ型窒化物半導体層３は、多層構造の場合、超格子構造としてもよい。

　発光層４は、ｎ型窒化物半導体層３とｐ型窒化物半導体層５との間に設けられるものであって、紫外光が発光可能な窒化物半導体により形成されていればよい。発光層４は、図示していないが、障壁層と井戸層とを交互に積層して構成させた量子井戸構造とすることができる。発光層４は、たとえば、膜厚が８ｎｍのＡｌ_0.55Ｇａ_0.45Ｎ層により障壁層を構成し、膜厚が２ｎｍのＡｌ_0.40Ｇａ_0.60Ｎ層により井戸層を構成することができる。なお、発光層４は、障壁層および井戸層の各組成を限定するものではなく、たとえば、３６０ｎｍ以下の所望の発光波長（発光ピーク波長）の紫外光を発光するものとして、２５０ｎｍ～３００ｎｍの波長域における紫外光が発光できるように発光波長に応じて適宜に設定することができる。また、発光層４は、発光層４における井戸層の数が限定されるものではない。したがって、発光層４は、井戸層を複数備えた多重量子井戸構造に限らず、井戸層を１つとした単一量子井戸構造を採用してもよい。また、発光層４は、障壁層の膜厚や井戸層の膜厚も特に限定するものではない。発光層４は、発光層４を単層構造として、ｎ型窒化物半導体層３と、ｐ型窒化物半導体層５とで挟まれたダブルへテロ構造としてもよい。

　ｐ型窒化物半導体層５は、発光層４へ正孔を注入可能なものであればよい。ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型窒化物半導体層５における発光層４側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層５ａを備えている。ｐ型導電層５ａは、図示していないが、第１のｐ型半導体層と第２のｐ型半導体層とを好適に備えている。上記第１のｐ型半導体層と上記第２のｐ型半導体層とは、たとえば、キャリアの閉じ込めと光の閉じ込めとを機能分離させる目的のため、Ａｌの組成比を異ならせており、たとえば、上記第１のｐ型半導体層の方が上記第２のｐ型半導体層と比較してＡｌの組成比を大きくしたものを利用することができる。ｐ型窒化物半導体層５は、発光層４上に形成されたＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ｎ層からなる上記第１のｐ型半導体層と、上記第１のｐ型半導体層上に形成されたＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ｎ層からなる上記第２のｐ型半導体層とを備えることができる。ｐ型窒化物半導体層５は、上記第１のｐ型半導体層および上記第２のｐ型半導体層の各組成を、上記第１のｐ型半導体層のバンドギャップが上記第２のｐ型半導体層のバンドギャップよりも大きくなるように設定してある。また、上記第２のｐ型半導体層の組成は、上記第２のｐ型半導体層のバンドギャップが、発光層４における障壁層のバンドギャップと同じになるように設定してある。

　また、ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型窒化物半導体層５における発光層４とは反対側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが小さくｐ電極７と接触するｐ型コンタクト部を備えている。ｐ型窒化物半導体層５は、たとえば、上記第２のｐ型半導体層上にＭｇドープのｐ型ＧａＮにより構成するｐ型コンタクト部を備えている。ｐ型コンタクト部は、複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂからなる。

　なお、本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ型窒化物半導体層５は、上記第１のｐ型半導体層の膜厚を１５ｎｍ、上記第２のｐ型半導体層の膜厚を５０ｎｍ、ｐ型コンタクト部の厚みを１５ｎｍに設定してある。なお、ｐ型コンタクト部の厚みは、ｐ型コンタクト５ｂにおける、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａからｐ型導電層５ａの膜厚方向に沿った高さとしている。ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型窒化物半導体層５を構成する上記第１のｐ型半導体層、上記第２のｐ型半導体層それぞれの各膜厚や、ｐ型コンタクト部の厚みを特に限定するものではない。

　半導体紫外発光素子１０は、ｐ型窒化物半導体層５で採用する窒化物半導体も特に限定するものではなく、ｐ型窒化物半導体層５は、たとえば、ｐ型導電層５ａとして、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮを用いてもよい。また、ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型コンタクト部として、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮを用いることができるものの、ｐ電極７との電気的接触のためにＧａＮを用いることがより好ましい。特に、ｐ型コンタクト部は、Ａｌを含有しないＧａＮにより形成することで、ｐ電極７と良好なオーミック接触を得ることが容易となる。

　半導体紫外発光素子１０は、上記第１のｐ型半導体層と上記第２のｐ型半導体層とを備えたｐ型導電層５ａと、ｐ型コンタクト部とを有する構造により、ｐ型窒化物半導体層５とｐ電極７との接触抵抗を低減でき良好なオーミック接触を得ることが可能となる。また、半導体紫外発光素子１０は、上記構造により、ｐ型窒化物半導体層５と発光層４とのバンドギャップおよび格子定数それぞれの違いを緩和することが可能となる。なお、ｐ型導電層５ａは、２層構造に限らず、単層構造でもよいし、３層以上の多層構造でもよい。ｐ型窒化物半導体層５は、上記構造に限らず、ｐ型導電層５ａと発光層４との間に、ｐ型導電層５ａとは別の半導体層を備えていてもよい。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、成長条件を調整して、選択的に窒化物半導体を成長させることにより、ｐ型導電層５ａ上に複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを形成することができる。また、半導体紫外発光素子１０は、予めｐ型導電層５ａ上に複数の開口部を有するマスクを形成させ、ＭＯＶＰＥ法などを利用した選択成長により、マスクの開口部から露出するｐ型導電層５ａを核として成長させた窒化物半導体をｐ型コンタクト５ｂとすることができる。ｐ型窒化物半導体層５は、窒化物半導体が成長する開口部の位置を規則的に配置したマスクを用いることで、ｐ型コンタクト５ｂを規則的に形成することができる。さらに、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、ｐ型導電層５ａ上にｐ型コンタクト層を形成後、ｐ型コンタクト層を部分的にエッチングすることにより、ｐ型導電層５ａ上に、複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂからなるｐ型コンタクト部を形成することもできる。

　また、本実施形態の半導体発光素子１０は、複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを規則的に配置させることで、製造された複数の半導体発光素子１０の光学特性を揃えることができる。半導体発光素子１０は、厚みを調整した誘電体多層膜を設けることで、発光層４からの紫外光を反射する反射層の機能を持たせることもできる。特に、複数の開口部を有する誘電体多層膜を、ｐ型コンタクト５ｂ形成時のマスクに利用することもできる。この場合、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、ｐ型導電層５ａ上に複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを形成した後に、マスクを除去する必要もなく、光取出し効率の向上にマスクを利用することができる。本実施形態の半導体発光素子１０は、ｐ型コンタクト層を部分的にエッチングして、ｐ型導電層５ａ上に複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを形成することで、所望の形状のｐ型コンタクト部を比較的簡単に形成することができる。

　ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型導電層５ａ上に複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを形成するとともに非被覆領域Ｅを形成することができる。

　半導体紫外発光素子１０は、ｎ型窒化物半導体層３、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５などを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。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、エピタキシャル成長方法として、ＭＯＶＰＥ法により形成されるものだけに限定するものではない。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、エピタキシャル成長方法として、たとえば、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）などを用いて成膜してもよい。

　ｎ電極６は、ｎ型窒化物半導体層３と電気的に接触し給電可能なもので、ｎ型窒化物半導体層３に対して良好なオーミック接触を有するものが好ましい。ｎ電極６は、たとえば、Ｔｉ膜とＡｌ膜とＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成し、ｎ電極６の最表面側をＡｕ膜とするものを用いることができる。ｎ電極６は、たとえば、Ｔｉ膜の膜厚を２０ｎｍ、Ａｌ膜の膜厚を１００ｎｍ、Ｔｉ膜の膜厚を２０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を２００ｎｍとすることができる。ｎ電極６におけるＴｉ膜の膜厚、Ａｌ膜の膜厚、Ａｕ膜の膜厚の数値は、一例であって特に限定するものではない。ｎ電極６は、接触抵抗を下げてオーミック接触が可能なものであれば、ｎ電極６の材料や膜厚、積層構造などを特に限定するものではない。したがって、ｎ電極６は、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜、Ａｌ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｗ膜とＡｕ膜との積層膜やＴｉ膜とＡｌ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜の群から選択される１つの積層膜としてもよい。ｎ電極６は、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）により成膜することができる。ｎ電極６は、電子ビーム蒸着法により成膜するものだけに限られるものではなく、スパッタ法などを用いて形成してもよい。また、ｎ電極６は、金線やアルミニウム線など外部のワイヤをワイヤボンディングなどさせるために、膜厚を厚く形成させたボンディングパッドを構成してもよい。

　ｐ電極７は、ｐ型窒化物半導体層５におけるｐ型コンタクト部と電気的に接触し給電可能なものであり、ｐ型コンタクト部に対して良好なオーミック接触を有するものが好ましい。本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ電極７は、ｐ型窒化物半導体層５上に、連続して（他の部分から隔絶された島状の部分ができないように）形成されていることが好ましい。本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ電極７は、すべてのｐ型コンタクト５ｂに接触するように形成されていることが好ましい。また、ｐ電極７側から紫外光を出射させるためには、ｐ電極７の膜厚は、電気伝導に問題のない範囲で出来る限り薄いことが好ましい。ｐ電極７は、たとえば、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成することができる。ｐ電極７は、たとえば、Ｎｉ膜の膜厚を２０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５０ｎｍとすることができる。ｐ電極７におけるＮｉ膜の膜厚、Ａｕ膜の膜厚の数値は、一例であって特に限定するものではない。ｐ電極７は、接触抵抗を下げてオーミック接触が可能なものであれば、ｐ電極７の材料や膜厚、積層構造などを特に限定するものではない。ｐ電極７は、Ｎｉ膜とＡｌ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜、Ａｌ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＡｌ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＡｌ膜とＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｐｄ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｐｔ膜とＡｕ膜との積層膜の群から選択される１つの積層膜としてもよい。ｐ電極７の最表面側をＡｕ膜とすることが好ましい。ｐ電極７は、ｐ電極７の最表面側をＡｕ膜とすることで、ｐ電極７の表面の酸化を抑制することができる。ｐ電極７は、電子ビーム蒸着法により成膜することができる。ｐ電極７は、電子ビーム蒸着法により成膜するものだけに限られるものではなく、スパッタ法などを用いて形成してもよい。また、ｐ電極７は、ｐ型コンタクト部と接触する第１電極７ａと、第１電極７ａ上に第１電極７ａよりも膜厚が厚い第２電極７ｂを設けてもよい。第１電極７ａは、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成することができる。第１電極７ａは、たとえば、Ｎｉ膜の膜厚を１ｎｍ、Ｎｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を３ｎｍとすることができる。第２電極７ｂは、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成することができる。第２電極７ｂは、たとえば、Ｔｉ膜の膜厚を２０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍとすることができる。第１電極７ａおよび第２電極７ｂにおけるＮｉ膜の膜厚、Ｔｉ膜の膜厚、Ａｕ膜の膜厚の数値は、一例であって特に限定するものではない。第１電極７ａは、ｐ型窒化物半導体層５上に、連続して（他の部分から隔絶された島状の部分ができないように）形成されていることが好ましい。第１電極７ａは、すべてのｐ型コンタクト５ｂに接触するように形成されていることが好ましい。また、ｐ電極７側から紫外光を出射させるためには、第１電極７ａの膜厚は、電気伝導に問題のない範囲で出来る限り薄いことが好ましい。第２電極７ｂは、図１に示すように、第１電極７ａの一部分だけを覆うように形成されていることが好ましい。なお、第２電極７ｂの厚みは、ｐ型コンタクト部の厚みよりも厚いことが好ましい。第２電極７ｂは、金線やアルミニウム線など外部のワイヤをボンディングさせることができる。

　なお、半導体紫外発光素子１０は、ｎ電極６とｐ電極７とを同一の金属材料により形成してもよい。半導体紫外発光素子１０は、ｎ電極６とｐ電極７とを同一の電極構造にすることで、ｎ電極６とｐ電極７とを同時に形成することができる。

　以下、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法について説明する。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法は、まず最初に、基板１となるサファイアウエハをＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に導入する。半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内の圧力を所定の圧力（たとえば、１０ｋＰａ）に保ちながら基板１の温度を成長温度（たとえば、１２５０℃）まで上昇させる。半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内において、基板１の温度を１２５０℃で所定時間（たとえば、１０分間）の間、加熱することにより基板１を清浄化する。

　次に、半導体紫外発光素子１０の製造方法では、基板１の温度を成長温度（たとえば、１２５０℃）に保持した状態で、アルミニウムの原料であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）と、窒素の原料であるアンモニア（ＮＨ₃）とを同時に反応炉内へ供給する。半導体紫外発光素子１０の製造方法では、基板１上に単結晶のＡｌＮ層からなるバッファ層２を成長させる。なお、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）の流量を標準状態で０．０５Ｌ／ｍｉｎ（５０ＳＣＣＭ（Standard Cubic Centimeter per Minute））としている。また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、アンモニア（ＮＨ₃）の流量を標準状態で０．０５Ｌ／ｍｉｎ（５０ＳＣＣＭ）としている。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、基板１上にバッファ層２を形成後、続いて、Ｓｉドープのｎ型Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ｎ層のｎ型窒化物半導体層３を成膜する。ｎ型窒化物半導体層３は、アルミニウムの原料としてＴＭＡｌ、ガリウムの原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、窒素の原料としてＮＨ₃、ｎ型導電性を付与する不純物であるシリコンの原料としてテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を用いて成膜する。ｎ型窒化物半導体層３は、成長温度を１２００℃、成長圧力を所定の圧力（たとえば、１０ｋＰａ）とし、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＮＨ₃、ＴＥＳｉを用い、各原料を輸送する為のキャリアガスとしてＨ₂ガスを用いる。なお、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ＴＥＳｉの流量を標準状態で０．０００９Ｌ／ｍｉｎ（０．９ＳＣＣＭ）としている。半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｎ型窒化物半導体層３を成膜するための原料を特に限定するものではない。したがって、半導体紫外発光素子１０の製造方法では、たとえば、ガリウムの原料として、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、窒素の原料としてヒドラジン誘導体、シリコンの原料としてモノシラン（ＳｉＨ₄）などを用いてｎ型窒化物半導体層３を成膜してもよい。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法は、バッファ層２上にｎ型窒化物半導体層３を形成した後、続いて、発光層４を形成する。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、発光層４の成長条件として、成長温度をｎ型窒化物半導体層３と同じ１２００℃、成長圧力を所定の圧力（たとえば、１０ｋＰａ）とすることができる。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、発光層４における、アルミニウムの原料としてＴＭＡｌ、ガリウムの原料としてＴＭＧａ、窒素の原料としてＮＨ₃を用いることができる。発光層４では、障壁層の成長条件について、ＴＥＳｉを供給しないことを除けば、ｎ型窒化物半導体層３の成長条件と同じに設定することができる。また、発光層４では、井戸層の成長条件について、所望の組成が得られるように、III族原料におけるＴＭＡｌのモル比（〔ＴＭＡｌ〕／｛〔ＴＭＡｌ〕＋〔ＴＭＧａ〕｝）を障壁層の成長条件よりも小さく設定している。本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ＳｉドープのＡｌ_0.55Ｇａ_0.45Ｎ層の障壁層にＳｉドープのｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ層の井戸層が挟まれた量子井戸構造としている。本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、障壁層に不純物をドーピングしていないが、障壁層の結晶品質が劣化しない程度の不純物濃度でシリコンなどのｎ型不純物をドーピングしてもよい。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｎ型窒化物半導体層３上に発光層４を形成した後、続いて、ｐ型窒化物半導体層５を成膜する。半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層５におけるｐ型導電層５ａの成長条件として、成長温度を１０５０℃、成長圧力を所定の圧力（ここでは、１０ｋＰａ）とすることができる。なお、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型導電層５ａは、上記第１のｐ型半導体層および上記第２のｐ型半導体層の成長条件として、成長温度および成長圧力を同じに設定している。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層５を形成するために、アルミニウムの原料としてＴＭＡｌ、ガリウムの原料としてＴＭＧａ、窒素の原料としてＮＨ₃を用いている。また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層５を形成するために、ｐ型導電性を付与する不純物であるマグネシウムの原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を用いている。さらに、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層５の各原料を輸送するためのキャリアガスとして、Ｈ₂ガスを用いている。半導体紫外発光素子１０の製造方法では、Ｍｇドープのｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ｎにより上記第１のｐ型半導体層を形成する。半導体紫外発光素子１０は、上記第１のｐ型半導体層を形成後、上記第１のｐ型半導体層よりもＡｌの混晶比が小さくなるようにIII族原料におけるＴＭＡｌのモル比を設定して、Ｍｇドープのｐ型Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ｎにより上記第２のｐ型半導体層を形成する。半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層５ａとして、上記第１のｐ型半導体層及び上記第２のｐ型半導体層を形成している。

　次に、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法は、上記第１のｐ型半導体層上に上記第２のｐ型半導体層を形成した後、ｐ型コンタクト部（ｐ型コンタクト５ｂ）を形成する。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層５のうち、ｐ型コンタクト部（ｐ型コンタクト５ｂ）の成長条件（成長温度、成長圧力、原料ガス、各原料ガスの流量）は、基本的に上記第２のｐ型半導体層の成長条件と略同じとしており、ＴＭＡｌの供給を停止している。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層５を構成する各層いずれの成長時もＣｐ₂Ｍｇの流量は標準状態で０．０２Ｌ／ｍｉｎ（２０ＳＣＣＭ）としている。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法は、ｐ型窒化物半導体層５におけるｐ型導電層５ａとｐ型コンタクト部それぞれの組成に応じてIII族原料のモル比（流量比）を適宜変化させている。半導体紫外発光素子１０の製造方法では、この成長条件において、窒化物半導体の結晶が特定の方向に選択的に成長を生じやすい。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、上記第２のｐ型半導体層上に形成させる窒化物半導体が上記第２のｐ型半導体層全体を覆う前に成長を止めている。半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型導電層５ａを構成する上記第２のｐ型半導体層の一表面５ａａ上に複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂおよび複数のｐ型コンタクト５ｂで覆われない非被覆領域Ｅを形成することができる。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、ｐ型コンタクト部の成長条件を変化させることにより、ドット状のｐ型コンタクト５ｂの大きさや密度を制御することが可能となる。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、結晶成長工程により、基板１上に、バッファ層２、ｎ型窒化物半導体層３、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５の積層構造物を順次成長させることができる。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、結晶成長工程が終了した後で、基板１上にバッファ層２、ｎ型窒化物半導体層３、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５の積層構造物を有する半導体ウエハをＭＯＶＰＥ装置の反応炉から取り出す。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、平面視において、ｐ型導電層５ａ上に複数の独立したドット状のｐ型コンタクト５ｂを形成することができる。ｐ型コンタクト５ｂは、断面視において、先端が外部に向かって突出する形状に形成することが可能となる。ｐ型コンタクト５ｂは、ｐ型導電層５ａ上に半球状に形成させたものを図示しているが、成長条件により、角柱状、角錐状、角錐台状に形成することができる。ｐ型コンタクト部は、ｐ型コンタクト部５上に反射膜（図示していない）を形成する場合、ｐ型コンタクト５ｂの外形形状が光学特性に影響を与える。また、ｐ型コンタクト部は、ｐ型コンタクト５ｂの外形形状が、ｐ電極７との接触面積に影響を与える。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、ドット状のｐ型コンタクト５ｂの形状および非被覆領域Ｅの大きさなどにより、反射膜による紫外光の反射効果と相俟って、光取出し効率の向上を図ることも可能となる。

　次に、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法におけるｎ電極６およびｐ電極７の形成工程について説明する。

　まず、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、リソグラフィ技術を利用してメサ構造を構成するため、上記半導体ウエハ上における露出面３ａａに対応する領域に、レジスト層（以下、第１のレジスト層ともいう）を形成する。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、第１のレジスト層（図示していない）を第１マスクとして、反応性イオンエッチングによりｐ型窒化物半導体層５の表面側からｎ型窒化物半導体層３の途中までエッチングすることによって、メサ構造を形成する。なお、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、メサ構造の面積および形状を特に限定するものではない。

　半導体紫外発光素子１０の製造方法では、メサ構造を形成した後、第１のレジスト層を除去する。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）によるウエットエッチングで上記積層構造物の表面にできた自然酸化膜を除去する。なお、半導体紫外発光素子１０の製造方法は、自然酸化膜が除去できるのならば、ＢＨＦを用いるものだけに限られず他の酸類を用いてもよい。

　次に、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、フォトレジストマスクを用いたリフトオフによってｎ電極６を形成する。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、リソグラフィ技術を利用して、ｎ型窒化物半導体層３の露出部３ａａの一部となるｎ電極６の形成予定領域が露出するようにパターニングされた第２のレジスト層（図示していない）を形成する。その後、半導体紫外発光素子１０の製造方法は、電子ビーム蒸着法によって、ｎ電極６の基礎となる金属の積層膜を成膜し、リフトオフを行うことにより第２のレジスト層および第２のレジスト層上の不要膜を除去する。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、ｎ電極６とｎ型窒化物半導体層３との接触がオーミック接触となるように、Ｎ₂ガス雰囲気中でＲＴＡ処理（急速熱アニール処理）を行う。なお、ｎ電極６は、膜厚が２０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚が１００ｎｍのＡｌ膜と、膜厚が２０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚が２００ｎｍのＡｕ膜との積層膜とすることができる。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ＲＴＡ処理の条件として、たとえば、アニール温度を９００℃とし、アニール時間を１分とすることができる。

　次に、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、フォトレジストマスクを用いたリフトオフによってｐ電極７を形成する。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、リソグラフィ技術を利用して、ｐ型窒化物半導体層５におけるｐ電極７を構成する第１電極７ａの形成予定領域が露出するようにパターニングされた第３のレジスト層（図示していない）を形成する。その後、半導体紫外発光素子１０の製造方法は、電子ビーム蒸着法によって第１電極７ａの基礎となる金属の積層膜を成膜し、リフトオフを行うことにより第３のレジスト層および第３のレジスト層上の不要膜を除去する。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、第１電極７ａとｐ型窒化物半導体層５におけるｐ型コンタクト部との接触がオーミック接触となるように、Ｎ₂ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を行う。なお、ｐ電極７の第１電極７ａは、膜厚が２０ｎｍのＮｉ膜と、膜厚が５０ｎｍのＡｕ膜との積層膜とすることができる。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ＲＴＡ処理の条件は、たとえば、アニール温度を５００℃、アニール時間を１０分とすればよい。また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法は、フォトレジストマスクを用いたリフトオフによりｐ電極７の第２電極７ｂを形成する。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、リソグラフィ技術を利用して、ｐ電極７を構成する第２電極７ｂの形成予定領域が露出するようにパターニングされたレジスト層（以下、第４のレジスト層ともいう）を第１電極７ａに形成する。その後、半導体紫外発光素子１０の製造方法は、電子ビーム蒸着法によって第２電極７ｂの基礎となる金属の積層膜を成膜し、リフトオフを行うことにより第４のレジスト層および第４のレジスト層上の不要膜を除去する。なお紫外光を透過させるためには、電気伝導に問題のない範囲でｐ電極７を出来る限り薄く形成することが好ましい。

　なお、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ウェハレベルで成膜を行ってから、ダイシング工程を行うことで個々の半導体紫外発光素子１０に分割することができる。また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｎ電極６を形成する工程、ｐ電極７を形成する工程の順序については、それぞれの工程の熱処理の温度の高低などに応じて適宜変更してもよい。また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｎ電極６とｐ電極７との積層構造および材料を同じにできる場合、ｎ電極６を形成する工程とｐ電極７を形成する工程とを同時に行うようにしてもよい。半導体紫外発光素子１０は、ｎ電極６の形状を特に限定するものではなく、適宜に設計すればよい。同様に、半導体紫外発光素子１０は、ｐ電極７の形状を特に限定するものではなく、適宜に設計すればよい。また、半導体紫外発光素子１０は、ｎ電極６と、ｐ電極７とを同一面側に配置したものだけに限られるものではなく、ｎ型窒化物半導体層３と発光層４とｐ型窒化物半導体層５との積層構造物を介して対向配置したものでもよい。

　なお、ｐ型窒化物半導体層５は、一般に、正孔の有効質量が大きく、窒化物半導体中の電流拡散距離が、ｎ型窒化物半導体層３と比較して短い傾向にある。また、半導体紫外発光素子１０では、ｐ型窒化物半導体層５の膜厚が厚くなりすぎると、シリーズ抵抗が高くなる傾向にある。したがって、半導体紫外発光素子１０は、発光層４におけるｐ電極７の投影領域と、ｐ型窒化物半導体層５の膜厚との関係で、光取出し効率が高くなるように適宜に設計することが好ましい。

　（実施形態２）
　図７に示す本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図１に示す実施形態１の非被覆領域Ｅを覆うように、反射膜８を備えた点が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、図７に示すように、ｐ型窒化物半導体層５は、非被覆領域Ｅに、紫外光を反射する反射膜８を有している。より具体的には、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、ｐ型コンタクト部と接する第１電極７ａと、第２電極７ｂとの間で、非被覆領域Ｅを覆うように金属材料からなる反射膜８を設けている。これにより、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、発光層４から放射された紫外光のうち反射膜８側に向かう紫外光（図７の紙面の上方の白抜きの矢印を参照）を反射させて、基板１側から取り出すことにより、より高い光出力を得ることが可能となる。

　なお、本実施形態の半導体紫外発光素子１０のように、導電性を有する反射膜８を非被覆領域Ｅを覆うように設けている場合には、複数のｐ型コンタクト５ｂは、反射膜８によって電気的に接続される。従って、本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、必ずしも、ｐ電極７をｐ型窒化物半導体層５上にわたって連続して形成する必要はない。

　（実施形態３）
　図８ないし図１１に示す本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、実施形態１と略同一の構造を有しており、ｐ電極７および複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂの構造が主として相違する。なお、実施形態１および実施形態２と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図８に示すように、平面視において、基板１の外周形状を矩形状としている。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、矩形状の基板１の上記一面側の全面に形成されたｎ型窒化物半導体層３の４隅のうちの１箇所において、ｎ型窒化物半導体層３を露出させた露出部３ａａを備えている。半導体紫外発光素子１０は、露出部３ａａにｎ電極６を形成している。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、平面視において、ｎ電極６の形状を扇形に形成している。ｎ電極６は、平面視において、扇形のｎ電極６の曲面をｐ電極７に対向して配置させている。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図９に示すように、ｎ型窒化物半導体層３と、ｐ型窒化物半導体層５と、ｎ型窒化物半導体層３とｐ型窒化物半導体層５との間に設けられた窒化物半導体からなる発光層４とを有する。また、半導体紫外発光素子１０は、ｎ型窒化物半導体層３に接続されたｎ電極６と、ｐ型窒化物半導体層５に接続されたｐ電極７とを有する。

　ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型窒化物半導体層５における発光層４側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層５ａを備えている。また、ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型窒化物半導体層５における発光層４とは反対側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが小さくｐ電極７と接触するｐ型コンタクト部を備えている。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型コンタクト部として、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを設けて、一表面５ａａに複数のｐ型コンタクト５ｂで覆われない非被覆領域Ｅを形成している。半導体紫外発光素子１０は、非被覆領域Ｅにおいて、隣接するｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士の間隔ｄをｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値（Ｑ１）が３．０以下である領域（０より大きく３．０以下である領域）を、非被覆領域Ｅの７０％以上としている。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、ｐ電極７を複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを覆うように、一層で形成させている。ｐ電極７は、ｐ型窒化物半導体層５における非被覆領域Ｅを覆っており、紫外光を反射する反射膜としても機能させている。本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、図１０に示すように、ｐ型コンタクト５ｂを規則的に並んで配置しているが、図１１のように、ｐ型コンタクト５ｂを不規則に配置させたものでもよい。

　また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図１２ないし図１４に示すように、平面視が矩形状で規則的に配列させたドット状のｐ型コンタクト５ｂを備えたものでもよい。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、平面視において、ｐ型コンタクト５ｂを規則的に配列させる場合、ｐ型導電層５ａを形成した後に一度、反応炉から、ｐ型窒化物半導体層５のうちｐ型導電層５ａまでを形成させた上記半導体ウエハを取り出す。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、ｐ型導電層５ａまでを形成させた上記半導体ウエハに、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングを行ったＳｉＯ₂などによる選択成長用のマスクを形成し、その後、反応炉内でｐ型コンタクト部を形成する。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、複数のｐ型コンタクト５ｂを形成後、選択成長用のマスクを除去する。これにより、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法は、規則的に配列させたドット状のｐ型コンタクト５ｂをｐ型導電層５ａ上に形成することができる。

　（実施形態４）
　図１５ないし図１７に示す本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、実施形態３におけるｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に、複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを設ける代わりに、複数の孔部５ｃａを備えたｐ型コンタクト層５ｃを有する点が主として相違する。すなわち、本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ型コンタクト部は、複数の孔部５ｃａを有するｐ型コンタクト層５ｃからなる。なお、実施形態３と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図１５に示すように、平面視において、基板１の外周形状を矩形状としている。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、矩形状の基板１の上記一面側の全面に形成されたｎ型窒化物半導体層３の４隅のうちの１箇所において、ｎ型窒化物半導体層３を露出させた露出部３ａａを備えている。半導体紫外発光素子１０は、露出部３ａａにｎ電極６を形成している。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、平面視において、ｎ電極６の形状を扇形に形成している。ｎ電極６は、平面視において、扇形のｎ電極６の曲面をｐ電極７に対向して配置させている。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図１６に示すように、ｎ型窒化物半導体層３と、ｐ型窒化物半導体層５と、ｎ型窒化物半導体層３とｐ型窒化物半導体層５との間に設けられた窒化物半導体からなる発光層４とを有する。また、半導体紫外発光素子１０は、ｎ型窒化物半導体層３に接続されたｎ電極６と、ｐ型窒化物半導体層５に接続されたｐ電極７とを有する。

　ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型窒化物半導体層５における発光層４側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層５ａを備えている。また、ｐ型窒化物半導体層５は、発光層４反対側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが小さくｐ電極と接するｐ型コンタクト部を備えている。すなわち、ｐ型窒化物半導体層５は、ｎ型窒化物半導体層３から見て発光層４の向こう側（反対側）に設けられ発光層４よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層５ａを備えている。また、ｐ型窒化物半導体層５は、発光層４から見てｐ型導電層５ａの向こう側（反対側）に設けられ発光層４よりもバンドギャップが小さくｐ電極７と接触するｐ型コンタクト部を備えている。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型コンタクト部として、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に複数の孔部５ｃａを有するｐ型コンタクト層５ｃを設けて、一表面５ａａにｐ型コンタクト層５ｃで覆われない非被覆領域Ｅを形成している。すなわち、ｐ型コンタクト部は、孔部５ｃａを有するｐ型コンタクト層５ｃからなる。ｐ型コンタクト層は、ｐ型導電層５ａの一表面（第１面）５ａａにｐ型コンタクト層５ｃで覆われない非被覆領域Ｅが形成されるように、複数の孔部５ｃａを有して一表面５ａａ上に形成される。

　半導体紫外発光素子１０は、孔部５ｃａそれぞれの非被覆領域Ｅにおいて、非被覆領域Ｅの面積と同じ面積を有する仮想の真円の直径ｒ（図１８を参照）をｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値が３．０以下である領域（０より大きく３．０以下である領域）を、非被覆領域Ｅの７０％以上としている。好ましくは、孔部５ｃａそれぞれの非被覆領域Ｅにおいて、直径ｒをｐ型導電５ａの厚みｔで除した値が１．８以下である領域（０より大きく１．８以下である領域）が、非被覆領域Ｅの７０％以上である。本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、実施形態３における隣接するｐ型コンタクト５ｂ，５ｂ同士の間隔ｄの代わりに、仮想の真円の直径ｒを近似値として用いている。これにより、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、実施形態３の半導体紫外発光素子１０と同様に、より光出力を高めることが可能となる。なお、半導体紫外発光素子１０では、孔部５ｃａの各々において、直径ｒをｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値が１．８以下（０より大きく１．８以下）の範囲となるように非被覆領域Ｅを形成することが好ましい。

　なお、本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、非被覆領域Ｅが、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａに対して少なくとも５０％以上の面積を占めることで、より光出力を向上させることができる。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、半導体紫外発光素子１０を製造するにあたって、実施形態３と同様にｐ型導電層５ａまでを形成した後、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に層状にｐ型コンタクト層５ｃを形成する。その後、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型導電層５ａおよびｐ型コンタクト層５ｃの積層構造物を形成した半導体ウエハを反応炉内から取り出す。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、所定の形状のマスクパターンをｐ型コンタクト層５ｃ上に形成した後にドライエッチングを行う。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法は、リソグラフィ技術を利用して、ｐ型窒化物半導体層５における非被覆領域Ｅの形成予定領域に対応する部位が開口されたレジスト層（以下、第５のレジスト層ともいう）を形成する。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法は、第５のレジスト層（図示していない）をマスクとして、反応性イオンエッチングする。半導体紫外発光素子１０の製造方法は、ｐ型コンタクト層５ｃの表面側からｐ型導電層５ａが露出する所定深さまでエッチングすることによって、ｐ型コンタクト層５ｃに複数の孔部５ｃａを形成する。半導体紫外発光素子１０は、各孔部５ｃａそれぞれの内底面が非被覆領域Ｅとなる。これにより、ｐ型導電層５ａ上に、複数の孔部５ｃａを有するｐ型コンタクト層５ｃからなるｐ型コンタクト部を形成することができる。

　半導体紫外発光素子１０の製造方法では、マスクパターンが露出するｐ型コンタクト層５ｃの一部を除去することで複数の孔部５ｃａを形成する。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ型コンタクト層５ｃの一部を除去する工程において、ｐ型導電層５ａは好適には除去すべきでない。その後、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、実施形態３の半導体紫外発光素子１０の製造方法と同様にｎ電極６およびｐ電極７を形成する。なお、半導体紫外発光素子１０は、第５のレジスト層の形状により、平面視において、孔部５ｃａの形状を円形、楕円形、矩形など種々の形状に形成することができる。

　また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図１７に示すように、ｐ型コンタクト層５ｃの孔部５ｃａを規則的に並んで設けているが、図１９に示すように、ｐ型コンタクト層５ｃの孔部５ｃａを不規則に設けたものでもよい。

　（実施形態５）
　図２０ないし図２２に示す本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、実施形態４における円形状の孔部５ｃａを備えたｐ型コンタクト層５ｃの代わりに、平面視において矩形状の孔部５ｃａを有しメッシュ状となるｐ型コンタクト層５ｃを備えた点が主として異なる。なお、実施形態４と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図２２に示すように、メッシュ状のｐ型コンタクト層５ｃがｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に形成されている。半導体紫外発光素子１０は、メッシュ状のｐ型コンタクト層５ｃの複数の孔部５ｃａそれぞれに非被覆領域Ｅが形成されている。半導体紫外発光素子１０は、メッシュ状のｐ型コンタクト層５ｃを覆うように、ｐ電極７を設けている。ｐ電極７は、メッシュ状のｐ型コンタクト層５ｃの孔部５ｃａにｐ電極７の一部が入り込んで形成されている。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、孔部５ｃａそれぞれの非被覆領域Ｅにおいて、非被覆領域Ｅの面積と同じ面積を有する仮想の真円の直径ｒをｐ型導電層５ａの厚みｔで除した値が３．０以下である領域（０より大きく３．０以下である領域）を、非被覆領域Ｅの７０％以上としている。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、ｐ型コンタクト層５ｃにおける孔部５ｃａの大きさや孔部５ｃａの数を適宜に調整することで、直径ｒや非被覆領域Ｅを適宜に設定することができる。

　（実施形態６）
　図２３ないし図２５に示す本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図８ないし図１４に示す実施形態３と略同一であり、非被覆領域Ｅに、紫外光を反射する反射膜８を有する点が主として異なる。なお、実施形態３と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、ｐ型窒化物半導体層５は、非被覆領域Ｅに、紫外光を反射する反射膜８を有している（図２４および図２５を参照）。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、発光層４から放射された紫外光を基板１側から取り出すような場合、より光出力を向上させることが可能となる。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、平面視において、複数のｐ型コンタクト５ｂを囲むように反射膜８を非被覆領域Ｅに形成している。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、各ｐ型コンタクト５ｂとｐ電極７とが直接接触している。すなわち、反射膜８の厚みは、ｐ型コンタクト部の厚みよりも小さい。そのため、半導体紫外発光素子１０は、反射膜８が必ずしも導電性を備えていなくともよい。

　以下、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法の一部について説明する。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、実施形態３と同様にしてｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを形成する。その後、本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、ｐ電極７の形成に先立って、リソグラフィ技術および成膜技術を利用して複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを囲むように、紫外光に対する反射膜８を成膜する。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、電子線ビーム蒸着法にて反射膜８の基礎となる金属膜として、膜厚が１００ｎｍのＡｌ膜を形成する。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、反射膜８の基礎となる金属膜に開口部８ｃａを形成する（図２５を参照）。半導体紫外発光素子１０は、反射膜８の開口部８ｃａから各ｐ型コンタクト５ｂの一部が突出している。本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法は、ｐ型コンタクト部および反射膜８上に、ｐ電極７を形成する。ｐ電極７は、反射膜８上に膜厚が２０ｎｍのＴｉ膜と、Ｔｉ膜上に膜厚が５００ｎｍのＡｕ膜とで形成している。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０の製造方法では、反射膜８としてＡｌを用いたが目的とする波長の紫外光に対して反射効果が得られるのならば、特に反射膜８の材質は限定するものではない。半導体紫外発光素子１０は、反射膜８に用いられる材質として、Ｒｈ、ＳｉやＳｉＯ₂なども利用することができる。反射膜８は、発光層４から放射される紫外光に対する反射率が６０％以上であることが好ましい。

　半導体紫外発光素子１０は、発光層４の発光波長が２５０ｎｍ～３００ｎｍの波長域にある場合、反射膜８の材料を、Ａｌ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｍｏあるいはそれらの合金の群から選択することがより好ましい。半導体紫外発光素子１０は、反射膜８の材料を、この群から選択した材料とすることにより、発光層４から放射される紫外光に対する反射膜８の反射率を６０％よりも高くすることができ、紫外光の吸収や透過を抑制することが可能となる。反射膜８は、たとえば、２６５ｎｍの紫外光に対し、Ａｌは９２．５％、Ｓｉは７２．２％、Ｒｈは６７．９％、Ｍｏは６６．７％の反射率を有している。

　なお、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、ｐ型導電層５ａと反射膜８との密着性が良好でない場合、密着性を改善させるＴｉなどの他の金属からなる密着層を介在させて密着性を向上させることもできる。ただし、密着層は、反射膜８の反射効果を低減させる恐れがあるため、数ｎｍ以下とすることが好ましい。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に規則的に並んで設けた複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを囲むように反射膜８を設けたものだけに限られない。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図２６に示すように、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に不規則に配置する複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを囲むように反射膜８を設けたものでもよい。さらに、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図２７ないし図２９に示すように、ｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に平面視が矩形状で規則的に並んで設けられた複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂを囲むように、メッシュ状の反射膜８を設けるものでもよい。

　（実施形態７）
　図３０ないし図３２に示す本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、実施形態６と略同じであり、複数のドット状のｐ型コンタクト５ｂの周囲に反射膜８を備える代わりに、ｐ型コンタクト層５ｃの孔部５ｃａを埋めるように、反射膜８を備えた点が主として異なる。なお、実施形態６と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図３０に示すように、平面視において、基板１の外周形状を矩形状としている。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、矩形状の基板１の上記一面側の全面に形成されたｎ型窒化物半導体層３の４隅のうちの１箇所において、ｎ型窒化物半導体層３を露出させた露出部３ａａを備えている。半導体紫外発光素子１０は、露出部３ａａにｎ電極６を形成している。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、平面視において、ｎ電極６の形状を扇形に形成している。ｎ電極６は、平面視において、扇形のｎ電極６の曲面をｐ電極７に対向して配置させている。また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、平面視において、ｐ型導電層５ａとｐ型コンタクト層５ｃの外形形状が略一致しており、矩形状の一部を切り欠いた形状としている。また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、平面視において、ｐ型コンタクト層５ｃと相似形でｐ型コンタクト層５ｃよりも若干小さいｐ電極７をｐ型コンタクト層５ｃ上に設けている。

　本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図３１に示すように、複数の孔部５ｃａを有するｐ型コンタクト層５ｃがｐ型導電層５ａの一表面５ａａ上に形成されている。半導体紫外発光素子１０は、ｐ型コンタクト層５ｃの孔部５ｃａそれぞれが非被覆領域Ｅを形成している。半導体紫外発光素子１０は、ｐ型コンタクト層５ｃの各孔部５ｃａを埋めるように反射膜８を備えている。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、反射膜８で部分的に埋まった孔部５ｃａにｐ電極７が入り込むように、反射膜８およびｐ型コンタクト層５ｃ上にｐ電極７が設けられている。

　また、本実施形態の半導体紫外発光素子１０では、図３２に示すように、ｐ型コンタクト層５ｃの孔部５ｃａを規則的に並んで設けているが、図３３に示すように、ｐ型コンタクト層５ｃの不規則に設けられた孔部５ｃａに反射膜８が埋め込まれたものでもよい。本実施形態の半導体紫外発光素子１０は、図３４に示すように、メッシュ状のｐ型コンタクト層５ｃの孔部５ｃａそれぞれに反射膜８が形成されたものでもよい。

Claims

　ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に設けられた窒化物半導体からなる発光層と、前記ｎ型窒化物半導体層に接続されたｎ電極と、前記ｐ型窒化物半導体層に接続されたｐ電極とを有する半導体紫外発光素子であって、
　前記ｐ型窒化物半導体層は、前記ｎ型窒化物半導体層から見て前記発光層の向こう側に設けられ前記発光層よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層と、前記発光層から見て前記ｐ型導電層の向こう側に設けられ前記発光層よりもバンドギャップが小さく前記ｐ電極と接触するｐ型コンタクト部とを備えており、
　前記ｐ型コンタクト部は、ドット状の複数のｐ型コンタクトからなり、前記複数のｐ型コンタクトは、前記ｐ型導電層の一表面に前記複数のｐ型コンタクトで覆われない非被覆領域が形成されるように前記一表面上に形成され、
　前記非被覆領域において、隣接する前記ｐ型コンタクト同士の間隔を前記ｐ型導電層の厚みで除した値が３．０以下である領域が、前記非被覆領域の７０％以上であることを特徴とする半導体紫外発光素子。
　前記非被覆領域において、隣接する前記ｐ型コンタクト同士の間隔を前記ｐ型導電層の厚みで除した値が１．８以下である領域が、該非被覆領域の７０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体紫外発光素子。
　ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に設けられた窒化物半導体からなる発光層と、前記ｎ型窒化物半導体層に接続されたｎ電極と、前記ｐ型窒化物半導体層に接続されたｐ電極とを有する半導体紫外発光素子であって、
　前記ｐ型窒化物半導体層は、前記ｎ型窒化物半導体層から見て前記発光層の向こう側に設けられ前記発光層よりもバンドギャップが大きいｐ型導電層と、前記発光層から見て前記ｐ型導電層の向こう側に設けられ前記発光層よりもバンドギャップが小さく前記ｐ電極と接触するｐ型コンタクト部とを備えており、
　前記ｐ型コンタクト部は、ｐ型コンタクト層からなり、前記ｐ型コンタクト層は、前記ｐ型導電層の一表面に前記ｐ型コンタクト層で覆われない非被覆領域が形成されるように、複数の孔部を有して前記一表面上に形成され、
　前記孔部それぞれの前記非被覆領域において、前記非被覆領域の面積と同じ面積を有する仮想の真円の直径を前記ｐ型導電層の厚みで除した値が３．０以下である領域が、前記非被覆領域の７０％以上であることを特徴とする半導体紫外発光素子。
　前記孔部それぞれの前記非被覆領域において、前記直径を前記ｐ型導電層の厚みで除した値が１．８以下である領域が、前記非被覆領域の７０％以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体紫外発光素子。
　前記非被覆領域は、前記ｐ型導電層の前記一表面に対して少なくとも５０％以上の面積を占めることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体紫外発光素子。
　前記ｐ型窒化物半導体層は、前記非被覆領域に、紫外光を反射する反射膜を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体紫外発光素子。
　前記発光層は、３６０ｎｍ以下の紫外光が発光可能なことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の半導体紫外発光素子。
　前記ｐ型コンタクト部は、ｐ型ＧａＮからなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の半導体紫外発光素子。