WO2017134713A1 - 紫外線発光素子 - Google Patents

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WO2017134713A1
WO2017134713A1 PCT/JP2016/004924 JP2016004924W WO2017134713A1 WO 2017134713 A1 WO2017134713 A1 WO 2017134713A1 JP 2016004924 W JP2016004924 W JP 2016004924W WO 2017134713 A1 WO2017134713 A1 WO 2017134713A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
type algan
light emitting
ultraviolet light
algan layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/004924
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English (en)
French (fr)
Inventor
卓哉 美濃
隆好 高野
憲路 野口
阪井　淳
後藤　浩嗣
秀樹 平山
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • the present invention generally relates to an ultraviolet light emitting device, and more particularly to an ultraviolet light emitting device that emits ultraviolet light.
  • Patent Document 1 a p-type AlGaN layer having an Al composition ratio of 0.5 or more in an ultraviolet light emitting device
  • Patent Document 1 as a p-type AlGaN layer having an Al composition ratio of 0.5 or more, p-type AlGaN doped with acceptor impurity atoms at a concentration of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3. Layers are listed.
  • Patent Document 1 describes that by using the above-described p-type AlGaN layer, a light emitting diode and a laser diode that emit light in the deep ultraviolet region of 300 nm or less can be manufactured.
  • An object of the present invention is to provide an ultraviolet light-emitting element capable of increasing the light output.
  • An ultraviolet light-emitting device includes a stacked body in which an n-type AlGaN layer, a light-emitting layer, and a p-type AlGaN layer are arranged in this order, and the light-emitting layer on the surface of the n-type AlGaN layer on the light-emitting layer side.
  • a negative electrode provided directly on a portion not covered with a positive electrode, and a positive electrode provided directly on the surface of the p-type AlGaN layer.
  • the light emitting layer has a multiple quantum well structure in which a plurality of barrier layers and a plurality of well layers are alternately arranged. Each of the plurality of well layers is composed of a first AlGaN layer.
  • Each of the plurality of barrier layers is constituted by a second AlGaN layer having a higher Al composition ratio than the first AlGaN layer.
  • the n-type AlGaN layer has a higher Al composition ratio than the first AlGaN layer.
  • the p-type AlGaN layer has a stacked structure in which a plurality of first p-type AlGaN layers and a plurality of second p-type AlGaN layers are alternately arranged.
  • Each of the plurality of first p-type AlGaN layers has an Al composition ratio larger than that of the first AlGaN layer and contains Mg.
  • Each of the plurality of second p-type AlGaN layers has a higher Al composition ratio than the first AlGaN layer and contains Mg at a higher concentration than each of the plurality of first p-type AlGaN layers. is doing.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an ultraviolet light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the Mg concentration and the light output ratio of an ultraviolet light emitting device having a p-type AlGaN layer having a single layer structure.
  • FIG. 1 described in the following embodiment is a schematic diagram, and the ratio of the size and thickness of each component in FIG. 1 does not necessarily reflect the actual dimensional ratio.
  • the ultraviolet light-emitting element 10 includes a laminate 20 in which an n-type AlGaN layer 3, a light-emitting layer 4, and a p-type AlGaN layer 6 are arranged in this order.
  • the ultraviolet light emitting element 10 includes a negative electrode 8 directly provided on a portion 3aa of the n-type AlGaN layer 3 on the light emitting layer 4 side that is not covered with the light emitting layer 4, and a surface of the p-type AlGaN layer 6. And a positive electrode 9 provided directly on 6a.
  • the light emitting layer 4 has a multiple quantum well structure in which a plurality of barrier layers 42 and a plurality of well layers 41 are alternately arranged.
  • Each of the plurality of well layers 41 is composed of a first AlGaN layer.
  • Each of the plurality of barrier layers 42 is composed of a second AlGaN layer having a higher Al composition ratio than the first AlGaN layer.
  • the first AlGaN layer and the second AlGaN layer are undoped AlGaN layers.
  • the first AlGaN layer and the second AlGaN layer may contain impurities such as Mg, H, Si, C, and O that are inevitably mixed during each growth.
  • the concentration of impurities is a value measured by secondary ion mass spectroscopy (SIMS).
  • the Mg concentration is 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3
  • the H concentration is 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3
  • the Si concentration is 2 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3
  • the C concentration was 7 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 and the concentration of O was 7 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 , but the concentration of these impurities is not limited to the above values.
  • the Mg concentration is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less
  • the H concentration is 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less
  • the Si concentration is 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less
  • the concentration of C is 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less
  • the concentration of O is 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • the n-type AlGaN layer 3 is doped with Si at the time of growth, and contains Si.
  • the p-type AlGaN layer 6 has a stacked structure in which a plurality of first p-type AlGaN layers 61 and a plurality of second p-type AlGaN layers 62 are alternately arranged.
  • the plurality of first p-type AlGaN layers 61 and the plurality of second p-type AlGaN layers 62 are doped with Mg at the time of growth, and contain Mg.
  • the ultraviolet light emitting element 10 further includes a substrate 1 that supports the laminate 20.
  • the stacked body 20 is provided on one surface 1 a of the substrate 1.
  • the n-type AlGaN layer 3, the light emitting layer 4, and the p-type AlGaN layer 6 are arranged in this order from one surface 1a of the substrate 1.
  • the stacked body 20 preferably includes the buffer layer 2 interposed between the substrate 1 and the n-type AlGaN layer 3.
  • the ultraviolet light emitting element 10 preferably includes an electron blocking layer 5 between the light emitting layer 4 and the p-type AlGaN layer 6.
  • the electron blocking layer 5 is a layer for blocking electrons from the light emitting layer 4 side in the thickness direction of the stacked body 20.
  • the ultraviolet light emitting element 10 has a mesa structure 11.
  • the mesa structure 11 includes a part of the stacked body 20 including the buffer layer 2, the n-type AlGaN layer 3, the light emitting layer 4, the electron blocking layer 5, and the p-type AlGaN layer 6, and the n-type AlGaN from the surface 20 a side of the stacked body 20. It is formed by etching partway through the layer 3.
  • the surface 6 a of the p-type AlGaN layer 6, the surface 20 a of the stacked body 20, and the upper surface 11 a of the mesa structure 11 are configured by the same surface.
  • the negative electrode 8 is directly provided on the portion 3 aa of the n-type AlGaN layer 3 on the light emitting layer 4 side which is not covered with the light emitting layer 4, and the surface 6 a of the p-type AlGaN layer 6 is formed.
  • the positive electrode 9 is directly provided.
  • the negative electrode 8 and the positive electrode 9 are arranged on one surface side in the thickness direction of the ultraviolet light emitting element 10.
  • one surface in the thickness direction of the ultraviolet light-emitting element 10 means the surface 3 a of the n-type AlGaN layer 3 on the light-emitting layer 4 side that is not covered with the light-emitting layer 4 and the surface of the p-type AlGaN layer 6. 6a is included.
  • the surface 3a of the n-type AlGaN layer 3 there is a step between the portion covered with the light emitting layer 4 and the portion 3aa not covered.
  • the negative electrode 8 is electrically connected to the n-type AlGaN layer 3.
  • the n-type AlGaN layer 3 for transporting electrons to the light-emitting layer 4 also serves as an n-type contact layer.
  • the positive electrode 9 is electrically connected to the p-type AlGaN layer 6.
  • the p-type AlGaN layer 6 for transporting holes to the light-emitting layer 4 also serves as a p-type contact layer.
  • an electrically insulating film (a portion of the upper surface 11 a of the mesa structure 11, the side surface 11 b of the mesa structure 11, and the portion 3 aa of the surface 3 a of the n-type AlGaN layer 3 not covered with the light emitting layer 4) (Not shown) is preferably formed.
  • the material of the electrical insulating film is, for example, SiO 2 or the like.
  • the composition ratio is a value obtained by composition analysis by the EDX method (energy-dispersive-X-ray-spectroscopy).
  • the composition ratio is not limited to the EDX method, and may be a value obtained by composition analysis by Auger electron spectroscopy (auger electron spectroscopy), for example.
  • the depth profile of the Mg concentration is a depth profile measured by SIMS.
  • the ultraviolet light emitting element 10 is a rectangular parallelepiped LED chip (light emitting diode chip).
  • the LED chip is also called an LED die (light emitting diode).
  • the planar view shape of the ultraviolet light emitting element 10 is, for example, a square shape.
  • the “planar shape of the ultraviolet light emitting element 10” is an outer peripheral shape of the ultraviolet light emitting element 10 as viewed from one direction of the thickness direction of the ultraviolet light emitting element 10.
  • the chip size of the ultraviolet light emitting element 10 in a plan view is, for example, 400 ⁇ m ⁇ (400 ⁇ m ⁇ 400 ⁇ m).
  • the chip size of the ultraviolet light emitting element 10 is not limited to 400 ⁇ m ⁇ (400 ⁇ m ⁇ 400 ⁇ m), and can be appropriately set within a range of, for example, about 200 ⁇ m ⁇ (200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m) to 1 mm ⁇ (1 mm ⁇ 1 mm).
  • the planar view shape of the ultraviolet light emitting element 10 is not limited to a square shape, and may be, for example, a rectangular shape.
  • the ultraviolet light emitting element 10 is configured with the well layer 41 of the light emitting layer 4 so as to emit ultraviolet rays in the UV-C wavelength region.
  • the “UV-C wavelength range” is, for example, 100 nm to 280 nm according to the classification by the wavelength of ultraviolet rays in the International Commission on Illumination (CIE).
  • CIE International Commission on Illumination
  • the Al composition ratio in the first AlGaN layer constituting the well layer 41 is 0.45.
  • the emission peak wavelength of the ultraviolet light emitting element 10 is 275 nm.
  • the “emission peak wavelength” here is the main emission peak wavelength at room temperature (27 ° C.).
  • the “emission peak wavelength of the ultraviolet light emitting element 10” is an emission peak wavelength of ultraviolet light emitted from the light emitting layer 4 and emitted from the ultraviolet light emitting element 10.
  • the substrate 1 supporting the laminate 20 in the ultraviolet light emitting element 10 is a sapphire substrate.
  • One surface 1a (hereinafter also referred to as “first surface 1a”) of the substrate 1 is preferably a (0001) plane, that is, a c-plane.
  • the first surface 1a of the substrate 1 preferably has an off angle from the (0001) plane of 0 ° to 0.4 °, more preferably 0.1 ° to 0.31 °, More preferably, the angle is 0.21 ° to 0.31 °.
  • the “off angle” is an inclination angle of the first surface 1a with respect to the (0001) plane. Therefore, if the off-angle is 0 °, the first surface 1a is a (0001) surface.
  • the second surface 1 b opposite to the first surface 1 a in the substrate 1 constitutes a light extraction surface that emits ultraviolet light.
  • the thickness of the substrate 1 is preferably about 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, for example.
  • substrate 1 is not restricted to c surface, For example, m surface, a surface, R surface etc. may be sufficient.
  • the stacked body 20 can be formed by an epitaxial growth method.
  • a MOVPE metal organic vapor phase epitaxy
  • the epitaxial growth method is not limited to the MOVPE method, and for example, an HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method, MBE (molecular beam epitaxy) method, or the like may be employed.
  • the ultraviolet light emitting element 10 preferably includes a buffer layer 2 interposed between the substrate 1 and the n-type AlGaN layer 3.
  • the n-type AlGaN layer 3 is preferably formed on the one surface 1 a of the substrate 1 via the buffer layer 2.
  • the buffer layer 2 is a layer provided for the purpose of improving the crystallinity of the n-type AlGaN layer 3, the light emitting layer 4, the electron block layer 5, and the p-type AlGaN layer 6.
  • the ultraviolet light emitting element 10 can reduce the dislocation density and improve the crystallinity of the n-type AlGaN layer 3, the light-emitting layer 4, the electron block layer 5, and the p-type AlGaN layer 6. It becomes possible to plan. Therefore, the ultraviolet light emitting element 10 can improve the light emission efficiency.
  • the buffer layer 2 includes a first buffer layer 21 that is directly formed on the one surface 1 a of the substrate 1 and a second buffer layer 22 that is directly formed on the first buffer layer 21.
  • the first buffer layer 21 is preferably composed of, for example, an AlN layer.
  • the second buffer layer 22 is composed of an AlGaN layer having a higher Al composition ratio than the n-type AlGaN layer 3 and a smaller lattice constant difference from the first buffer layer 21 than the n-type AlGaN layer 3. More specifically, the second buffer layer 22 is composed of an AlGaN layer having an Al composition ratio of 0.90 (that is, an Al 0.90 Ga 0.10 N layer).
  • the thickness of the first buffer layer 21 is preferably 3 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less, for example.
  • the thickness of the second buffer layer 22 is preferably not less than 30 nm and not more than 100 nm, for example.
  • the buffer layer 2 may be constituted only by the first buffer layer 21.
  • the band gap energy of each of the first buffer layer 21 and the second buffer layer 22 is larger than the band gap energy of each of the plurality of well layers 41 in the light emitting layer 4.
  • the n-type AlGaN layer 3 is a layer for transporting electrons to the light emitting layer 4.
  • the Al composition ratio of the n-type AlGaN layer 3 is preferably set so that the absorption of ultraviolet rays emitted from the light-emitting layer 4 in the n-type AlGaN layer 3 is suppressed.
  • the Al composition ratio of the well layer 41 is 0.45 and the Al composition ratio of the barrier layer 42 is 0.60
  • the Al composition ratio of the n-type AlGaN layer 3 is equal to the Al composition ratio of the barrier layer 42. It is the same 0.60.
  • the Al composition ratio of the n-type AlGaN layer 3 is not limited to the same as the Al composition ratio of the barrier layer 42 but may be different.
  • the Al composition ratio of the n-type AlGaN layer 3 is preferably 0.50 or more and 0.70 or less.
  • the ultraviolet light emitting element 10 when the Al composition ratio of the n-type AlGaN layer 3 is less than 0.50, the ultraviolet light emitted from the light emitting layer 4 is easily absorbed by the n-type AlGaN layer 3, and the light extraction efficiency is reduced.
  • the Al composition ratio of the n-type AlGaN layer 3 is larger than 0.70, the lattice constant difference between the n-type AlGaN layer 3 and the light-emitting layer 4 becomes large, and the light-emitting layer 4 has a defect. Is likely to occur.
  • the n-type AlGaN layer 3 contains Si.
  • the n-type AlGaN layer 3 also serves as an n-type contact layer for realizing good ohmic contact with the negative electrode 8.
  • the Si concentration in the n-type AlGaN layer 3 is preferably 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less.
  • the Si concentration of the n-type AlGaN layer 3 is less than 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 , the ultraviolet light emitting element 10 cannot form an ohmic contact between the negative electrode 8 and the n-type AlGaN layer 3, or the ohmic property is lowered. Resulting in. Further, in the ultraviolet light emitting element 10, when the Si concentration of the n-type AlGaN layer 3 is higher than 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 , the crystallinity of the n-type AlGaN layer 3 is lowered.
  • the thickness of the n-type AlGaN layer 3 is preferably 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, for example.
  • the ultraviolet light emitting element 10 has the mesa structure 11 described above, and the negative electrode 8 and the positive electrode 9 are arranged on one surface side in the thickness direction of the ultraviolet light emitting element 10. If it is less than 1 ⁇ m, the current path in the n-type AlGaN layer 3 becomes narrow, and the drive voltage becomes high. In the ultraviolet light emitting element 10, when the thickness of the n-type AlGaN layer 3 is larger than 3 ⁇ m, cracks may occur due to accumulation of strain in the n-type AlGaN layer 3.
  • the n-type AlGaN layer 3 is not limited to a single layer structure, and may be a stacked structure of a plurality of n-type AlGaN layers having different Al composition ratios.
  • the light emitting layer 4 between the n-type AlGaN layer 3 and the p-type AlGaN layer 6 in the thickness direction of the stacked body 20 is caused by recombination of two types of carriers (electrons and holes) injected into the well layer 41. It is a layer that emits light (ultraviolet rays).
  • the light emitting layer 4 a plurality of barrier layers 42 and a plurality of well layers 41 are alternately arranged in the thickness direction of the stacked body 20. Thereby, the light emitting layer 4 has a multiple quantum well structure.
  • the light emitting layer 4 in the ultraviolet light emitting element 10 includes four well layers 41 and four barrier layers 42.
  • the light emitting layer 4 can set the light emission peak wavelength to an arbitrary light emission peak wavelength in the range of 210 nm to 360 nm by changing the Al composition ratio of the first AlGaN layer constituting the well layer 41. .
  • the light emitting layer 4 includes a well layer 41 that emits ultraviolet rays in the UV-C wavelength region.
  • the well layer 41 has an Al composition ratio of 0.45 so that the emission peak wavelength of the ultraviolet light emitting element 10 is, for example, 275 nm. That is, the first AlGaN layer is an Al 0.45 Ga 0.55 N layer.
  • the Al composition ratio of the second AlGaN layer constituting the barrier layer 42 is 0.60. That is, the second AlGaN layer is an Al 0.60 Ga 0.40 N layer.
  • the thickness of each of the plurality of well layers 41 is preferably not less than 0.5 nm and not more than 3 nm.
  • the ultraviolet light emitting element 10 tends to decrease the light emission efficiency when the thickness of the well layer 41 is less than 0.5 nm. This is presumably because when the thickness of the well layer 41 is less than 0.5 nm, the carrier confinement effect of the light emitting layer 4 is reduced. Moreover, the ultraviolet light emitting element 10 has a tendency that the light emission efficiency is lowered when the thickness of the well layer 41 is larger than 3 nm.
  • each of the plurality of barrier layers 42 is preferably 2 nm or more and 20 nm or less.
  • the thickness of the barrier layer 42 is less than 2 nm, the carrier confinement effect that carriers are confined in the well layer 41 by the barrier layer 42 is reduced, and the carriers easily leak from the well layer 41 and emit light. It is assumed that the efficiency will decrease. Further, in the ultraviolet light emitting element 10, there is a concern that carriers are not injected into the well layer 41 when the thickness of the barrier layer 42 is larger than 20 nm.
  • the second AlGaN layer constituting the barrier layer 42 is an undoped AlGaN layer, but is not limited thereto, and may contain Si (or a Si-doped AlGaN layer).
  • the Si concentration is preferably 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more and 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • the ultraviolet light emitting element 10 can relieve the distortion generated by the piezo electric field due to the lattice mismatch, and the light emission efficiency can be improved.
  • the Si concentration of the barrier layer 42 when the Si concentration of the barrier layer 42 is less than 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3, the effect of alleviating the strain generated by the piezoelectric field is reduced.
  • the Si concentration of the barrier layer 42 is higher than 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 , the crystallinity of the barrier layer 42 tends to decrease.
  • the electron blocking layer 5 provided between the light emitting layer 4 and the p-type AlGaN layer 6 has a function of blocking electrons from the light emitting layer 4 side.
  • the electron blocking layer 5 among the electrons injected from the n-type AlGaN layer 3 into the light emitting layer 4, electrons not recombined with holes in the light emitting layer 4 leak to the p-type AlGaN layer 6 ( This is a layer for suppressing overflow).
  • the electron blocking layer 5 is interposed between the light emitting layer 4 and the first p-type AlGaN layer 61 (610) closest to the light emitting layer 4 in the p-type AlGaN layer 6.
  • the electron block layer 5 is composed of a third p-type AlGaN layer.
  • the third p-type AlGaN layer has an Al composition ratio larger than each of the first p-type AlGaN layer 61 and the second p-type AlGaN layer 62 of the p-type AlGaN layer 6 and contains Mg. .
  • the Al composition ratio of the third p-type AlGaN layer is 0.90, but is not limited to this value.
  • the thickness of the electron blocking layer 5 cannot be generally specified because the suitable thickness varies depending on the Al composition ratio, Mg concentration, etc. of the electron blocking layer 5, but is preferably 1 nm to 50 nm. More preferably, it is 25 nm.
  • the Mg concentration of the electron block layer 5 is preferably lower than the Mg concentration of each of the first p-type AlGaN layer 61 and the second p-type AlGaN layer 62 of the p-type AlGaN layer 6. Thereby, in the ultraviolet light emitting element 10, the crystallinity of the electronic block layer 5 can be improved.
  • the p-type AlGaN layer 6 is a layer for transporting holes to the light emitting layer 4.
  • the p-type AlGaN layer 6 also serves as a p-type contact layer for realizing good ohmic contact with the positive electrode 9.
  • the p-type AlGaN layer 6 has a stacked structure in which a plurality of first p-type AlGaN layers 61 and a plurality of second p-type AlGaN layers 62 are alternately arranged in the thickness direction of the stacked body 20.
  • the plurality of first p-type AlGaN layers 61 and the plurality of second p-type AlGaN layers 62 are doped with Mg at the time of growth, and contain Mg.
  • the p-type AlGaN layer 6 in the ultraviolet light-emitting element 10 has five first p-type AlGaN layers 61 and two second p-type AlGaN layers 62.
  • the composition ratio of Al in the plurality of first p-type AlGaN layers 61 and the plurality of second p-type AlGaN layers 62 is such that each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 that emit ultraviolet light in the light-emitting layer 4 and the plurality of p-type AlGaN layers 61 and plural.
  • the second p-type AlGaN layer 62 is preferably set so as to be able to suppress absorption. Accordingly, the Al composition ratio of each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 and each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 is higher than that of each of the plurality of well layers 41 (first AlGaN layers).
  • the Al composition ratio is large, and it is more preferable that the Al composition ratio is larger than each of the plurality of barrier layers 42 (second AlGaN layers).
  • the Al composition ratio of each of the plurality of well layers 41 (first AlGaN layers) is 0.45 and the Al composition ratio of each of the plurality of barrier layers 42 (second AlGaN layers) is 0.60
  • the Al composition ratio of each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 and each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 is preferably, for example, 0.65.
  • first AlGaN layer when each of the plurality of well layers 41 (first AlGaN layer) is composed of an Al 0.45 Ga 0.55 N layer, the first p-type AlGaN layer 61 and the second p-type AlGaN layer 62 have a Mg concentration relative to each other.
  • a preferred example is a p-type Al 0.65 Ga 0.35 N layer having a different thickness.
  • the plurality of first p-type AlGaN layers 61 and the plurality of second p-type AlGaN layers 62 contain Mg at a higher concentration than the electron block layer 5 (third p-type AlGaN layer).
  • Each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 contains Mg at a higher concentration than each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61.
  • the inventors of the present application when developing the ultraviolet light emitting element 10 having the p-type AlGaN layer 6 also serving as the p-type contact layer, the inventors of the present application emit ultraviolet light of Reference Examples 1 to 7 having substantially the same basic structure as the ultraviolet light emitting element 10. An element was produced. Then, the inventors of the present application measured the light output [W] when a direct current of 20 mA was passed for each of the ultraviolet light emitting elements of Reference Examples 1 to 7.
  • the ultraviolet light emitting elements of Reference Examples 1 to 7 are only described in that a single layer p-type AlGaN layer is used instead of the p-type AlGaN layer 6 having a multilayer structure in the ultraviolet light emitting element 10 of the embodiment. This is different from the ultraviolet light emitting element 10.
  • the thickness of the p-type AlGaN layer having a single layer structure is 60 nm.
  • the ultraviolet light emitting elements of Reference Examples 1 to 7 have different Mg concentrations in the p-type AlGaN layer. More specifically, the Mg concentration of the p-type AlGaN layer in the ultraviolet light emitting devices of Reference Examples 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 is 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 and 8 ⁇ 10 19 cm, respectively. ⁇ 3 , 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 , 1.5 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 , 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 , 3 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 and 5 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the light output is a value measured using an integrating sphere and a spectroscope.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the Mg concentration of the p-type AlGaN layer and the light output ratio.
  • the “light output ratio” is a relative value based on the light output of the ultraviolet light emitting element of Reference Example 3 in which the Mg concentration is 10 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 (that is, 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 ). It is. From FIG.
  • the inventors of the present application have determined that the Mg concentration of the p-type AlGaN layer is 8 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more and 2 ⁇ in the ultraviolet light-emitting device in which the p-type contact layer is composed of a single-layer p-type AlGaN layer. It was found that the light output can be improved by setting the Mg concentration to 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more by setting it to 10 20 cm ⁇ 3 or less. In addition, from FIG.
  • the inventors of the present application have determined that the Mg concentration of the p-type AlGaN layer is 8 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more in the ultraviolet light-emitting device in which the p-type contact layer is composed of a single-layer p-type AlGaN layer. It was found that by making the concentration 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less, it becomes possible to suppress a decrease in light output when the Mg concentration is 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the inventors of the present application produced a sample for evaluation in which the Mg concentration was increased stepwise as the distance from the electron block layer in the p-type AlGaN layer having a single-layer structure was increased, and a cross-sectional transmission electron microscope was obtained. image).
  • a cross-sectional TEM shows that a sample for evaluation in which the maximum value of Mg concentration in the p-type AlGaN layer is higher than 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 becomes an aggregate of columnar structure crystals. Confirmed by image.
  • the thickness of the p-type AlGaN layer having a single layer structure in the evaluation sample is 60 nm.
  • the inventors of the present application have determined that the maximum value of the Mg concentration in the single-layer p-type AlGaN layer is higher than 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 . It was inferred that the crystallinity of the p-type AlGaN layer having a single layer structure was lowered and the light output of the ultraviolet light emitting device was lowered.
  • the p-type AlGaN layer 6 that also serves as a contact layer has a plurality of first p-type AlGaN layers 61 and a plurality of second p-type AlGaN layers 62 arranged alternately. It has a laminated structure.
  • Each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 contains Mg at a higher concentration than each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61.
  • the ultraviolet light emitting element 10 while improving the conductivity of the p-type AlGaN layer 6 by increasing the Mg concentration of each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62, It is possible to suppress the decrease in crystallinity and increase the light output.
  • the thickness of each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 is preferably 5 nm or more and 20 nm or less.
  • the thickness of each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 is preferably not less than 0.5 nm and not more than 5 nm.
  • the Mg concentration of each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 is set to 8 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more and 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less, and the plurality of second p Even if the Mg concentration of each of the AlGaN layers 62 is 3 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or more and 2 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 or less, it is possible to suppress the crystallinity of the p-type AlGaN layer 6 from being reduced. It becomes possible to increase the output.
  • 0.5 nm is a value corresponding to the lattice constant of the second p-type AlGaN layer 62.
  • the thickness of the p-type AlGaN layer 6 is preferably 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less. Further, from the viewpoint of reducing the in-plane variation of the electrical characteristics of the p-type AlGaN layer 6, the thickness of the p-type AlGaN layer 6 is preferably 30 nm or more, and more preferably 50 nm or more.
  • the Mg concentrations of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 are the same, but may be different from each other. Further, the thicknesses of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 are the same, but may be different from each other.
  • the Mg concentration of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 is the same, but may be different from each other. Further, the thicknesses of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 are the same, but may be different from each other.
  • the number of the first p-type AlGaN layers 61 is the same as the number of the second p-type AlGaN layers, but they may be different.
  • the negative electrode 8 is a contact electrode formed on a portion 3aa of the surface 3a of the n-type AlGaN layer 3 that is not covered with the light emitting layer 4 in order to obtain ohmic contact with the n-type AlGaN layer 3.
  • the negative electrode 8 includes a laminated film of a first Ti layer, an Al layer, a second Ti layer, and an Au layer (hereinafter also referred to as “first laminated film”) as a portion 3aa of the n-type AlGaN layer 3. It is formed by performing an annealing process after being formed thereon.
  • the thicknesses of the first Ti layer, the Al layer, the second Ti layer, and the Au layer in the first stacked film are 20 nm, 50 nm, 20 nm, and 100 nm, respectively.
  • the positive electrode 9 is a contact electrode formed on the surface 6 a of the p-type AlGaN layer 6 in order to obtain ohmic contact with the p-type AlGaN layer 6.
  • the positive electrode 9 is formed by forming a laminated film of an Ni layer and an Au layer (hereinafter also referred to as “second laminated film”) on the surface 6 a of the p-type AlGaN layer 6 and then performing an annealing treatment. It is formed by.
  • the thicknesses of the Ni layer and the Au layer in the second stacked film are 20 nm and 150 nm, respectively.
  • the ultraviolet light emitting element 10 preferably includes a first pad electrode on the negative electrode 8.
  • the first pad electrode is an external connection electrode.
  • the first pad electrode is, for example, a laminated film of a Ti film on the negative electrode 8 and an Au film on the Ti film.
  • the first pad electrode is electrically connected to the negative electrode 8.
  • the first pad electrode preferably covers the negative electrode 8.
  • the ultraviolet light emitting element 10 preferably includes a second pad electrode on the positive electrode 9.
  • the second pad electrode is an external connection electrode.
  • the second pad electrode is, for example, a laminated film of a Ti film on the positive electrode 9 and an Au film on the Ti film.
  • the second pad electrode is electrically connected to the positive electrode 9.
  • the second pad electrode preferably covers the positive electrode 9.
  • the ultraviolet light emitting element 10 is not limited to be configured to emit ultraviolet rays in the UV-C wavelength range, and may be configured to emit ultraviolet rays in the UV-B wavelength range, for example.
  • the “UV-B wavelength range” is, for example, 280 nm to 315 nm according to the classification by the wavelength of ultraviolet rays in the International Commission on Illumination.
  • a wafer (sapphire wafer) serving as a base for the substrate 1 of each of the plurality of ultraviolet light emitting elements 10 is prepared.
  • the wafer is introduced into an epitaxial growth apparatus, and then the stacked body 20 is stacked on the first surface of the wafer by the epitaxial growth method. .
  • the first surface of the wafer is a surface corresponding to the first surface 1 a of the substrate 1.
  • TMAl trimethylaluminum
  • TMGa trimethyl gallium
  • NH 3 is preferably employed as the N source gas.
  • TESi tetraethylsilane
  • Cp 2 Mg biscyclopentadienyl magnesium
  • H 2 gas is preferably used as the carrier gas of each source gas.
  • Each source gas is not particularly limited.
  • triethylgallium (TEGa) may be employed as a Ga source gas
  • hydrazine derivative may be employed as a N source gas
  • monosilane (SiH 4 ) may be employed as a Si source gas.
  • the growth conditions of the stacked body 20 are the first buffer layer 21, the second buffer layer 22, the n-type AlGaN layer 3, the barrier layer 42 (second AlGaN layer), the well layer 41 (first AlGaN layer), For each of the electron block layer 5 (third p-type AlGaN layer), the first p-type AlGaN layer 61, and the second p-type AlGaN layer 62, the substrate temperature, the V / III ratio, the supply amount of each source gas, and the growth What is necessary is just to set a pressure etc. suitably. “Substrate temperature” means the temperature of a wafer.
  • the temperature of a susceptor that supports the wafer can be used as the “substrate temperature”.
  • the temperature of the susceptor measured by a thermocouple can be substituted for the substrate temperature.
  • the wafer on which the laminated body 20 is laminated is taken out from the epitaxial growth apparatus.
  • a structure including at least the wafer and the stacked body 20 is referred to as an epitaxial wafer.
  • the epitaxial wafer taken out from the epitaxial growth apparatus is introduced into the annealing apparatus, and the electron block layer 5, the plurality of first p-type AlGaN layers 61, and the plurality of second p-type AlGaN layers 62, respectively.
  • Annealing is performed to activate the p-type impurities.
  • an annealing apparatus for performing annealing for example, a lamp annealing apparatus, an electric furnace annealing apparatus, or the like can be employed.
  • a p-type impurity means an acceptor impurity and is Mg.
  • the mesa structure 11 is formed using a photolithography technique, an etching technique, and the like after taking out the epitaxial wafer from the annealing apparatus.
  • the above-described electrical insulating film is formed.
  • the electrical insulating film can be formed using a thin film forming technique such as a CVD (chemical vapor deposition) method, a photolithography technique, and an etching technique.
  • the negative electrode 8 is formed after forming the electrical insulating film.
  • a first resist layer patterned so as to expose only a region where the negative electrode 8 is to be formed is exposed on the surface of the epitaxial wafer.
  • a first laminated film in which a first Ti layer having a thickness of 20 nm, an Al layer having a thickness of 50 nm, a second Ti layer having a thickness of 20 nm, and an Au layer having a thickness of 100 nm are laminated in this order. It is formed by vapor deposition.
  • the annealing process is a process for making the contact between the negative electrode 8 and the n-type AlGaN layer 3 ohmic contact.
  • the laminated structure and each thickness of the first laminated film are examples, and are not particularly limited.
  • the annealing treatment is preferably RTA (rapid thermal annealing) in an N 2 gas atmosphere.
  • the conditions for the RTA treatment may be, for example, an annealing temperature of 700 ° C. and an annealing time of 1 minute, but these values are examples and are not particularly limited.
  • the positive electrode 9 is formed after the negative electrode 8 is formed.
  • a second resist layer patterned so as to expose only the region where the positive electrode 9 is to be formed is formed on the surface of the epitaxial wafer.
  • a second laminated film of a Ni layer having a thickness of 20 nm and an Au layer having a thickness of 150 nm is formed by an electron beam evaporation method, and lift-off is performed, whereby the second resist layer and the second resist layer are formed.
  • the unnecessary film (the portion of the second laminated film formed on the second resist layer) is removed.
  • RTA treatment is performed in an N 2 gas atmosphere so that the contact between the positive electrode 9 and the p-type AlGaN layer 6 is ohmic contact.
  • the laminated structure and each thickness of the second laminated film are examples, and are not particularly limited.
  • the RTA treatment conditions may be, for example, an annealing temperature of 500 ° C. and an annealing time of 15 minutes, but these values are merely examples and are not particularly limited.
  • the first pad electrode and the second pad electrode are formed by a lift-off method using, for example, a photolithography technique and a thin film formation technique.
  • an epitaxial wafer on which a plurality of ultraviolet light emitting elements 10 are formed can be obtained.
  • a plurality of ultraviolet light emitting elements 10 can be obtained from one epitaxial wafer by cutting the epitaxial wafer with a dicing saw or the like.
  • the wafer before cutting the epitaxial wafer, the wafer may be polished from the second surface side opposite to the first surface so that the thickness of the wafer becomes a desired thickness of the substrate 1. preferable. Thereby, the manufacturing method of the ultraviolet light emitting element 10 can improve the manufacturing yield.
  • the ultraviolet light emitting element 10 of one embodiment will be described.
  • the substrate 1 in the ultraviolet light emitting element 10 of one embodiment is a sapphire substrate.
  • One surface 1a of the substrate 1 is a (0001) plane.
  • the first buffer layer 21 is an AlN layer having a thickness of 4 ⁇ m.
  • the second buffer layer 22 is an Al 0.90 Ga 0.10 N layer having a thickness of 50 nm.
  • the n-type AlGaN layer 3 is an n-type Al 0.60 Ga 0.40 N layer having a thickness of 2 ⁇ m.
  • the well layer 41 (first AlGaN layer) in the light emitting layer 4 is an Al 0.45 Ga 0.55 N layer having a thickness of 2 nm.
  • the barrier layer 42 (second AlGaN layer) in the light emitting layer 4 is an Al 0.60 Ga 0.40 N layer having a thickness of 10 nm.
  • the number of the well layers 41 and the barrier layers 42 in the light emitting layer 4 is four.
  • the electron block layer 5 (third p-type AlGaN layer) is a p-type Al 0.90 Ga 0.10 N layer having a thickness of 10 nm.
  • the first p-type AlGaN layer 61 in the p-type AlGaN layer 6 is a p-type Al 0.65 Ga 0.35 N layer having a thickness of 10 nm and a Mg concentration of 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the second p-type AlGaN layer 62 in the p-type AlGaN layer 6 is a p-type Al 0.65 Ga 0.35 N layer having a thickness of 2 nm and a Mg concentration of 5 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the number of the first p-type AlGaN layers 61 and the number of the second p-type AlGaN layers 62 in the p-type AlGaN layer 6 is five.
  • the stacked body 20 was epitaxially grown in the reactor of the MOVPE apparatus.
  • TMAl and NH 3 were used as source gases for growing the first buffer layer 21, and the substrate temperature was 1300 ° C.
  • TMAl, TMGa, and NH 3 were used as source gases for growing the second buffer layer 22, and the substrate temperature was set to 1100 ° C.
  • TMAl As source gases for growing the n-type AlGaN layer 3, TMAl, TMGa, NH 3 and TESi were employed, and the substrate temperature was set to 1100 ° C.
  • TMAl, TMGa, and NH 3 were used as source gases for growing the light emitting layer 4, and the substrate temperature was set to 1100 ° C.
  • TMAl, TMGa, NH 3 and Cp 2 Mg were employed as source gases for growing the electron block layer 5, and the substrate temperature was set to 1100 ° C.
  • TMAl, TMGa, NH 3 and Cp 2 Mg were employed as source gases for growing the p-type AlGaN layer 6 and the substrate temperature was set to 1100 ° C.
  • the emission peak wavelength was 275 nm and the light output was 4.0 mW.
  • the ultraviolet light-emitting device of Comparative Example 1 has the same basic configuration as the ultraviolet light-emitting device 10 of one embodiment, and instead of the p-type AlGaN layer 6 having a multilayer structure, the thickness is 60 nm and the Mg concentration is 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3. The p-type AlGaN layer was adopted. In the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 1, when a direct current of 20 mA was passed, the emission peak wavelength was 275 nm and the light output was 2.5 mW.
  • the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 2 has the same basic configuration as that of the ultraviolet light emitting device 10 of one embodiment, and instead of the p-type AlGaN layer 6 having a multilayer structure, the thickness is 60 nm and the Mg concentration is 5 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3. The p-type AlGaN layer was adopted. In the ultraviolet light emitting device of Comparative Example 2, when a direct current of 20 mA was passed, the emission peak wavelength was 275 nm and the light output was 1.35 mW.
  • the ultraviolet light emitting element 10 of the present embodiment described above includes the stacked body 20 in which the n-type AlGaN layer 3, the light-emitting layer 4, and the p-type AlGaN layer 6 are arranged in this order, and the n-type AlGaN layer 3 on the light-emitting layer 4 side.
  • the negative electrode 8 provided directly on the part 3aa not covered with the light emitting layer 4 on the surface 3a and the positive electrode 9 provided directly on the surface 6a of the p-type AlGaN layer 6 are provided.
  • the light emitting layer 4 has a multiple quantum well structure in which a plurality of barrier layers 42 and a plurality of well layers 41 are alternately arranged.
  • Each of the plurality of well layers 41 is composed of a first AlGaN layer.
  • Each of the plurality of barrier layers 42 is composed of a second AlGaN layer having a higher Al composition ratio than the first AlGaN layer.
  • the n-type AlGaN layer 3 has a higher Al composition ratio than the first AlGaN layer (well layer 41).
  • the p-type AlGaN layer 6 has a stacked structure in which a plurality of first p-type AlGaN layers 61 and a plurality of second p-type AlGaN layers 62 are alternately arranged.
  • Each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 has an Al composition ratio larger than that of the first AlGaN layer (well layer 41) and contains Mg.
  • Each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 has a higher Al composition ratio than the first AlGaN layer (well layer 41) and a higher concentration than each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61. And contains Mg. Therefore, the ultraviolet light emitting element 10 can increase the light output.
  • each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 is preferably thinner than each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61.
  • the ultraviolet light emitting element 10 can suppress the decrease in crystallinity of the p-type AlGaN layer 6 while increasing the Mg concentration of each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62, thereby reducing the light output. High output can be achieved.
  • the thickness of each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 is preferably not less than 0.5 nm and not more than 5 nm. In the ultraviolet light emitting element 10, it is possible to suppress a decrease in crystallinity of the p-type AlGaN layer 6 because each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 has a thickness of 5 nm or less.
  • the maximum value of the Mg concentration of each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 is 8 ⁇ 10 19 cm ⁇ . It is preferably 3 or more and 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less.
  • the Mg concentration profile is a measurement result of a depth profile by SIMS.
  • the maximum value of the Mg concentration of each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 is 8 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more, so that the plurality of first p-type AlGaN layers 61 Each conductivity can be improved.
  • the ultraviolet light emitting element 10 when the maximum Mg concentration in each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 is higher than 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 , the plurality of first p-type AlGaN layers 61. Each of these becomes non-single crystals and becomes an aggregate of crystals having a columnar structure, and the crystallinity is lowered.
  • the inventor of the present application produces a sample for evaluation in which the concentration of Mg is changed stepwise in the p-type AlGaN layer, and when the maximum value of the concentration of Mg becomes higher than 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 , the columnar structure is formed.
  • the maximum value of the Mg concentration of each of the plurality of first p-type AlGaN layers 61 is 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less, so that the plurality of first p It is possible to suppress a decrease in crystallinity of each of the type AlGaN layers 61.
  • the maximum value of the Mg concentration of each of the plurality of second p-type AlGaN layers 62 is 3 ⁇ 10 20 cm ⁇ . It is preferably 3 or more and 2 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 or less. Thereby, in the ultraviolet light emitting element 10, the conductivity of the p-type AlGaN layer 6 is improved, and the light output can be increased.
  • the outermost layer 600 in contact with the positive electrode 9 in the p-type AlGaN layer 6 is the second p-type AlGaN layer farthest from the light-emitting layer 4 among the plurality of second p-type AlGaN layers 62. 620 is preferred. Thereby, the ultraviolet light emitting element 10 can further reduce the ohmic resistance due to the ohmic contact between the p-type AlGaN layer 6 and the positive electrode 9.
  • the light emitting layer 4 is preferably configured to emit ultraviolet rays in the UV-C ultraviolet wavelength region or the UV-B ultraviolet wavelength region.
  • the ultraviolet light emitting element 10 can be used in fields such as high-efficiency white illumination, sterilization, medical treatment, and uses for treating environmental pollutants at high speed.
  • the emission peak wavelength of the well layer 41 in the light emitting layer 4 is preferably in the ultraviolet wavelength region of 260 nm to 285 nm.
  • the ultraviolet light emitting element 10 can emit ultraviolet light in the 260 nm to 285 nm band that is easily absorbed by DNA of viruses and bacteria, and can be sterilized efficiently.
  • the ultraviolet light emitting element 10 preferably includes a substrate 1 that supports the laminate 20.
  • the stacked body 20 is provided on one surface 1 a of the substrate 1.
  • the n-type AlGaN layer 3, the light emitting layer 4 and the p-type AlGaN layer 6 are preferably arranged in this order from the one surface 1a of the substrate 1. Thereby, in the ultraviolet light emitting element 10, it becomes possible to suppress the curvature of the laminated body 20.
  • the substrate 1 is a single crystal substrate and is preferably a sapphire substrate.
  • the single crystal substrate is not limited to a sapphire substrate, and may be, for example, a SiC substrate, an AlN substrate, or the like.
  • the ultraviolet light emitting element 10 can emit the ultraviolet light emitted from the light emitting layer 4 from the second surface 1 b of the substrate 1.
  • the ultraviolet light emitting element 10 is not limited to an LED chip that emits ultraviolet rays, but may be, for example, an LD chip (laser diode chip) that emits ultraviolet rays.
  • an LD chip laser diode chip

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Abstract

本発明の課題は、光出力の高出力化を図ることが可能な紫外線発光素子を提供することである。紫外線発光素子（１０）は、ｎ型ＡｌＧａＮ層（３）、発光層（４）及びｐ型ＡｌＧａＮ層（６）がこの順に並んでいる積層体（２０）と、負電極（８）と、正電極（９）と、を備える。ｐ型ＡｌＧａＮ層（６）は、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層（６１）と複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層（６２）とが交互に並んでいる積層構造を有する。複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層（６１）の各々は、発光層（４）の井戸層（４１）を構成する第１のＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成比が大きく、かつＭｇを含有している。複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層（６２）の各々は、第１のＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成比が大きく、かつ複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層（６１）の各々よりも高い濃度でＭｇを含有している。

Description

紫外線発光素子
　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、紫外線発光素子においてＡｌ組成比を０．５以上としたｐ型ＡｌＧａＮ層を用いることが提案されている（特許文献１）。
　特許文献１には、Ａｌ組成比を０．５以上としたｐ型ＡｌＧａＮ層として、アクセプタ不純物原子が５×１０18ｃｍ-3～１×１０20ｃｍ-3の濃度でドーピングされたｐ型ＡｌＧａＮ層が記載されている。
　また、特許文献１には、上述のｐ型ＡｌＧａＮ層を用いることにより、３００ｎｍ以下の深紫外領域で発光する発光ダイオード及びレーザダイオードを製造することも可能となる旨が記載されている。
　Ａｌ組成比の高いｐ型ＡｌＧａＮ層を必要とする紫外線発光素子の分野においては、光出力の高出力化が望まれている。
ＷＯ２００８／１１７７５０
　本発明の目的は、光出力の高出力化を図ること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、ｎ型ＡｌＧａＮ層、発光層及びｐ型ＡｌＧａＮ層がこの順に並んでいる積層体と、前記ｎ型ＡｌＧａＮ層の前記発光層側の表面において前記発光層で覆われていない部位に直接設けられている負電極と、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の表面上に直接設けられている正電極と、を備える。前記発光層は、複数の障壁層と複数の井戸層とが交互に並んでいる多重量子井戸構造を有する。前記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。前記複数の障壁層の各々は、前記第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。前記ｎ型ＡｌＧａＮ層は、前記第１のＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成比が大きい。前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層と複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層とが交互に並んでいる積層構造を有する。前記複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々は、前記第１のＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成比が大きく、かつＭｇを含有している。前記複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々は、前記第１のＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成比が大きく、かつ前記複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々よりも高い濃度でＭｇを含有している。
図１は、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子の概略断面図である。 図２は、単層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層を有する紫外線発光素子のＭｇの濃度と光出力比との関係を示すグラフである。
　下記の実施形態において説明する図１は、模式的な図であり、図１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１に基づいて説明する。
　紫外線発光素子１０は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３、発光層４及びｐ型ＡｌＧａＮ層６がこの順に並んでいる積層体２０を備える。また、紫外線発光素子１０は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３の発光層４側の表面３ａにおいて発光層４で覆われていない部位３ａａに直接設けられている負電極８と、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の表面６ａ上に直接設けられている正電極９と、を備える。
　発光層４は、複数の障壁層４２と複数の井戸層４１とが交互に並んでいる多重量子井戸構造を有する。複数の井戸層４１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４２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。第１のＡｌＧａＮ層及び第２のＡｌＧａＮ層は、アンドープのＡｌＧａＮ層である。第１のＡｌＧａＮ層及び第２のＡｌＧａＮ層は、それぞれの成長時に不可避的に混入されるＭｇ、Ｈ、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ等の不純物が存在してもよい。本明細書において、不純物（Ｍｇ、Ｈ、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ）の濃度は、ＳＩＭＳ（secondary ion mass spectroscopy）によって測定した値である。アンドープのＡｌＧａＮ層の不純物の濃度に関しては、Ｍｇの濃度が１×１０17ｃｍ-3、Ｈの濃度が１×１０18ｃｍ-3、Ｓｉの濃度が２×１０17ｃｍ-3、Ｃの濃度が７×１０16ｃｍ-3、Ｏの濃度が７×１０16ｃｍ-3であったが、これら不純物の濃度が上記数値に限定されない。アンドープのＡｌＧａＮ層の不純物の濃度に関しては、Ｍｇの濃度が５×１０17ｃｍ-3以下、Ｈの濃度が２×１０18ｃｍ-3以下、Ｓｉの濃度が５×１０17ｃｍ-3以下、Ｃの濃度が３×１０17ｃｍ-3以下、Ｏの濃度が３×１０17ｃｍ-3以下であるのが好ましい。これに対して、ｎ型ＡｌＧａＮ層３は、その成長時にＳｉがドーピングされており、Ｓｉを含有している。ｐ型ＡｌＧａＮ層６は、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１と複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２とが交互に並んでいる積層構造を有する。複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２は、それぞれの成長時にＭｇがドーピングされており、Ｍｇを含有している。
　紫外線発光素子１０は、積層体２０を支持する基板１を更に備える。積層体２０は、基板１の一表面１ａ上に設けられている。ｎ型ＡｌＧａＮ層３、発光層４及びｐ型ＡｌＧａＮ層６は、基板１の一表面１ａからこの順に並んでいる。紫外線発光素子１０では、積層体２０が、基板１とｎ型ＡｌＧａＮ層３との間に介在するバッファ層２を備えるのが好ましい。また、紫外線発光素子１０は、発光層４とｐ型ＡｌＧａＮ層６との間に電子ブロック層５を備えるのが好ましい。電子ブロック層５は、積層体２０の厚さ方向において発光層４側からの電子をブロックするための層である。
　紫外線発光素子１０は、メサ構造（mesa structure）１１を有している。メサ構造１１は、バッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＮ層３、発光層４、電子ブロック層５及びｐ型ＡｌＧａＮ層６を含む積層体２０の一部を、積層体２０の表面２０ａ側からｎ型ＡｌＧａＮ層３の途中までエッチングすることで形成されている。紫外線発光素子１０は、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の表面６ａと、積層体２０の表面２０ａと、メサ構造１１の上面１１ａとが、同一の表面により構成される。
　紫外線発光素子１０では、ｎ型ＡｌＧａＮ層３の発光層４側の表面３ａにおいて発光層４に覆われていない部位３ａａ上に、負電極８が直接設けられ、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の表面６ａ上に、正電極９が直接設けられている。要するに、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負電極８及び正電極９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ＡｌＧａＮ層３の発光層４側の表面３ａにおいて発光層４に覆われていない部位３ａａ及びｐ型ＡｌＧａＮ層６の表面６ａを含む。ここで、ｎ型ＡｌＧａＮ層３の表面３ａにおいて発光層４に覆われている部位と覆われていない部位３ａａとの間には段差がある。負電極８は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３に電気的に接続されている。要するに、紫外線発光素子１０では、発光層４へ電子を輸送するためのｎ型ＡｌＧａＮ層３がｎ型コンタクト層を兼ねている。正電極９は、ｐ型ＡｌＧａＮ層６に電気的に接続されている。要するに、紫外線発光素子１０では、発光層４へ正孔を輸送するためのｐ型ＡｌＧａＮ層６がｐ型コンタクト層を兼ねている。
　紫外線発光素子１０では、メサ構造１１の上面１１ａの一部とメサ構造１１の側面１１ｂとｎ型ＡｌＧａＮ層３の表面３ａにおいて発光層４に覆われていない部位３ａａとに跨って電気絶縁膜（図示せず）が形成されているのが好ましい。電気絶縁膜の材料は、例えば、ＳｉＯ２等である。
　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。
　本明細書において、組成比は、ＥＤＸ法（energy dispersive X-ray spectroscopy）による組成分析で求めた値である。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た値でもよい。また、本明細書において、Ｍｇの濃度の深さプロファイルは、ＳＩＭＳによって測定した深さプロファイルである。
　紫外線発光素子１０は、直方体状のＬＥＤチップ（light emitting diode chip）である。ＬＥＤチップは、ＬＥＤダイ（light emitting diode die）とも呼ばれる。ここで、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の厚さ方向の一の方向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のチップサイズは、４００μｍ□（４００μｍ×４００μｍ）に限らず、例えば、２００μｍ□（２００μｍ×２００μｍ）～１ｍｍ□（１ｍｍ×１ｍｍ）程度の範囲で適宜設定することができる。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。
　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発光層４の井戸層４１を構成してある。「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。ここで、紫外線発光素子１０では、井戸層４１を構成する第１のＡｌＧａＮ層におけるＡｌの組成比が０．４５である。これにより、紫外線発光素子１０の発光ピーク波長は、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、発光層４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。
　紫外線発光素子１０において積層体２０を支持している基板１は、サファイア基板である。基板１の一表面１ａ（以下、「第１面１ａ」ともいう）は、（０００１）面、つまり、ｃ面であるのが好ましい。また、基板１の第１面１ａは、（０００１）面からのオフ角が、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。ここにおいて、「オフ角」とは、（０００１）面に対する第１面１ａの傾斜角である。したがって、オフ角が０°であれば、第１面１ａは、（０００１）面である。紫外線発光素子１０では、基板１において第１面１ａとは反対の第２面１ｂが、紫外線を出射させる光取り出し面を構成している。基板１の厚さは、例えば、１００μｍ～５００μｍ程度であるのが好ましい。基板１の第１面１ａは、ｃ面に限らず、例えば、ｍ面、ａ面、Ｒ面等でもよい。
　基板１の一表面１ａ上に設けられている積層体２０では、バッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＮ層３、発光層４、電子ブロック層５及びｐ型ＡｌＧａＮ層６が、この順に並んでいる。積層体２０は、エピタキシャル成長法により形成することができる。エピタキシャル成長法は、例えば、ＭＯＶＰＥ（metal organic vapor phase epitaxy）法を採用するのが好ましい。エピタキシャル成長法は、ＭＯＶＰＥ法に限らず、例えば、ＨＶＰＥ（hydride vapor phase epitaxy）法、ＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法等を採用してもよい。
　紫外線発光素子１０は、基板１とｎ型ＡｌＧａＮ層３との間に介在するバッファ層２を備えるのが好ましい。要するに、紫外線発光素子１０では、ｎ型ＡｌＧａＮ層３は、基板１の一表面１ａ上に、バッファ層２を介して形成されているのが好ましい。
　バッファ層２は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３、発光層４、電子ブロック層５及びｐ型ＡｌＧａＮ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は、バッファ層２を備えることにより、転位密度を低減することが可能となり、ｎ型ＡｌＧａＮ層３、発光層４、電子ブロック層５及びｐ型ＡｌＧａＮ層６の結晶性の向上を図ることが可能となる。よって、紫外線発光素子１０は、発光効率の向上を図ることが可能となる。
　バッファ層２は、基板１の一表面１ａ上に直接形成されている第１のバッファ層２１と、第１のバッファ層２１上に直接形成されている第２のバッファ層２２と、を含む。第１のバッファ層２１は、例えば、ＡｌＮ層により構成されているのが好ましい。第２のバッファ層２２は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３よりもＡｌの組成比が大きくｎ型ＡｌＧａＮ層３よりも第１のバッファ層２１との格子定数差の小さなＡｌＧａＮ層により構成されている。より詳細には、第２のバッファ層２２は、Ａｌの組成比が０．９０のＡｌＧａＮ層（つまり、Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ｎ層）により構成されている。
　紫外線発光素子１０では、第１のバッファ層２１が薄すぎると、貫通転位の減少が不十分となりやすい。バッファ層２の転位密度は、１×１０9ｃｍ-3以下であるのが好ましい。また、紫外線発光素子１０では、第１のバッファ層２１が厚すぎると、第１のバッファ層２１と基板１との格子不整合に起因したクラックの発生や、基板１からのバッファ層２の剥れや、複数個の紫外線発光素子１０を形成するウェハの反りが大きくなり過ぎる要因になる懸念がある。よって、第１のバッファ層２１の厚さは、例えば、３μｍ以上６μｍ以下であるのが好ましい。第２のバッファ層２２の厚さは、例えば、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのが好ましい。紫外線発光素子１０では、バッファ層２が第１のバッファ層２１のみにより構成されていてもよい。
　紫外線発光素子１０では、第１のバッファ層２１及び第２のバッファ層２２それぞれのバンドギャップエネルギが、発光層４における複数の井戸層４１の各々のバンドギャップエネルギよりも大きい。これにより、紫外線発光素子１０では、発光層４から放射された紫外線がバッファ層２で吸収されるのを抑制することが可能となり、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。
　紫外線発光素子１０において、ｎ型ＡｌＧａＮ層３は、発光層４へ電子を輸送するための層である。ｎ型ＡｌＧａＮ層３のＡｌの組成比は、発光層４で発光する紫外線のｎ型ＡｌＧａＮ層３での吸収が抑制されるように設定されているのが好ましい。例えば、井戸層４１のＡｌの組成比が０．４５、障壁層４２のＡｌの組成比が０．６０の場合、ｎ型ＡｌＧａＮ層３のＡｌの組成比は、障壁層４２のＡｌの組成比と同じ０．６０である。ｎ型ＡｌＧａＮ層３のＡｌの組成比は、障壁層４２のＡｌの組成比と同じである場合に限らず、異なっていてもよい。
　ｎ型ＡｌＧａＮ層３のＡｌの組成比は、例えば、発光層４における井戸層４１のＡｌの組成比が０．４５の場合、０．５０以上０．７０以下であるのが好ましい。紫外線発光素子１０は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３のＡｌの組成比が０．５０未満の場合、発光層４から放射される紫外線がｎ型ＡｌＧａＮ層３で吸収されやすくなり、光取り出し効率が低下してしまうと推考される。また、紫外線発光素子１０は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３のＡｌの組成比が０．７０よりも大きい場合、ｎ型ＡｌＧａＮ層３と発光層４との格子定数差が大きくなり、発光層４に欠陥が生じやすくなる。
　ｎ型ＡｌＧａＮ層３は、Ｓｉを含有している。ｎ型ＡｌＧａＮ層３は、負電極８との良好なオーミック接触（ohmic contact）を実現するためのｎ型コンタクト層を兼ねている。ｎ型ＡｌＧａＮ層３のＳｉの濃度は、５×１０18ｃｍ-3以上５×１０19ｃｍ-3以下であるのが好ましい。紫外線発光素子１０は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３のＳｉの濃度が５×１０18ｃｍ-3未満の場合、負電極８とｎ型ＡｌＧａＮ層３とのオーミック接触を形成できなかったり、オーミック性が低下してしまう。また、紫外線発光素子１０は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３のＳｉの濃度が５×１０19ｃｍ-3よりも高い場合、ｎ型ＡｌＧａＮ層３の結晶性が低下してしまう。
　ｎ型ＡｌＧａＮ層３の厚さは、例えば、１μｍ以上３μｍ以下であるのが好ましい。紫外線発光素子１０は、上述のメサ構造１１を有し、紫外線発光素子１０の厚さ方向の一面側に負電極８及び正電極９が配置されているので、ｎ型ＡｌＧａＮ層３の厚さが１μｍ未満の場合、ｎ型ＡｌＧａＮ層３における電流経路が狭くなり、駆動電圧が高くなってしまう。また、紫外線発光素子１０は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３の厚さが３μｍよりも大きい場合、ｎ型ＡｌＧａＮ層３での歪の蓄積により、クラックが発生してしまうことがある。
　ｎ型ＡｌＧａＮ層３は、単層構造に限らず、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。
　積層体２０の厚さ方向においてｎ型ＡｌＧａＮ層３とｐ型ＡｌＧａＮ層６との間にある発光層４は、井戸層４１に注入された２種類のキャリア（電子、正孔）の再結合により光（紫外線）を放射する層である。
　発光層４では、積層体２０の厚さ方向において、複数の障壁層４２と複数の井戸層４１とが交互に並んでいる。これにより、発光層４は、多重量子井戸構造を有している。紫外線発光素子１０における発光層４は、井戸層４１及び障壁層４２それぞれの数を４つずつとしてある。
　発光層４は、井戸層４１を構成する第１のＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比を変えることにより、発光ピーク波長を、２１０ｎｍ～３６０ｎｍの範囲で任意の発光ピーク波長に設定することが可能である。発光層４は、ＵＶ－Ｃの波長域の紫外線を放射する井戸層４１を備える。井戸層４１は、紫外線発光素子１０の発光ピーク波長が例えば２７５ｎｍとなるように、第１のＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比を０．４５としてある。すなわち、第１のＡｌＧａＮ層は、Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ｎ層である。これに対して、障壁層４２を構成する第２のＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比は、０．６０としてある。すなわち、第２のＡｌＧａＮ層は、Ａｌ0.60Ｇａ0.40Ｎ層である。
　複数の井戸層４１の各々の厚さは、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であるのが好ましい。紫外線発光素子１０は、井戸層４１の厚さが０．５ｎｍ未満の場合、発光効率が低下してしまう傾向にある。これは、井戸層４１の厚さが０．５ｎｍ未満の場合、発光層４のキャリアの閉じ込め効果が低下するためであると推考される。また、紫外線発光素子１０は、井戸層４１の厚さが３ｎｍよりも大きい場合、発光効率が低下してしまう傾向にある。これは、井戸層４１の厚さが３ｎｍよりも大きい場合、発光層４のキャリアの閉じ込め効果が低下し、井戸層４１に注入されたキャリアの電子と正孔とが再結合する前に、井戸層４１から漏れやすくなるためであると推考される。
　複数の障壁層４２の各々の厚さは、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であるのが好ましい。紫外線発光素子１０は、障壁層４２の厚さが２ｎｍ未満の場合、障壁層４２によってキャリアが井戸層４１に閉じ込められるというキャリアの閉じ込め効果が低下し、キャリアが井戸層４１から漏れやすくなって発光効率が低下してしまうと推考される。また、紫外線発光素子１０は、障壁層４２の厚さが２０ｎｍよりも大きい場合、井戸層４１へキャリアが注入されなくなる懸念がある。
　障壁層４２を構成する第２のＡｌＧａＮ層は、アンドープのＡｌＧａＮ層であるが、これに限らず、Ｓｉを含有していてもよい（ＳｉドープのＡｌＧａＮ層でもよい）。この場合、Ｓｉの濃度は、５×１０17ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下であるのが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０は、格子不整合に起因するピエゾ電界により発生する歪を緩和することが可能となり、発光効率の向上を図ることが可能となる。紫外線発光素子１０は、障壁層４２のＳｉの濃度が、５×１０17ｃｍ-3未満の場合、ピエゾ電界により発生する歪を緩和する効果が低下してしまう。また、紫外線発光素子１０は、障壁層４２のＳｉの濃度が、５×１０18ｃｍ-3よりも高くなると、障壁層４２の結晶性が低下する傾向にある。
　発光層４とｐ型ＡｌＧａＮ層６との間に設けられる電子ブロック層５は、発光層４側からの電子をブロックする機能を有する。言い換えれば、電子ブロック層５は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３から発光層４へ注入された電子のうち、発光層４中で正孔と再結合されなかった電子が、ｐ型ＡｌＧａＮ層６へ漏れる（オーバーフローする）のを抑制するための層である。電子ブロック層５は、発光層４とｐ型ＡｌＧａＮ層６において最も発光層４に近い第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１（６１０）との間に介在している。
　電子ブロック層５は、第３のｐ型ＡｌＧａＮ層により構成されている。第３のｐ型ＡｌＧａＮ層は、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２それぞれよりもＡｌの組成比が大きく、かつ、Ｍｇを含有している。第３のｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比は、一例として、０．９０であるが、この数値に限定されない。
　電子ブロック層５の厚さについては、電子ブロック層５のＡｌの組成比、Ｍｇの濃度等によって適した厚さが変わるので一概には言えないが、１ｎｍ～５０ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ～２５ｎｍであるのがより好ましい。電子ブロック層５のＭｇの濃度は、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２それぞれのＭｇの濃度よりも低いのが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０では、電子ブロック層５の結晶性を向上させることが可能となる。
　ｐ型ＡｌＧａＮ層６は、発光層４へ正孔を輸送するための層である。ｐ型ＡｌＧａＮ層６は、正電極９との良好なオーミック接触を実現するためのｐ型コンタクト層を兼ねている。
　ｐ型ＡｌＧａＮ層６は、積層体２０の厚さ方向において、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１と複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２とが交互に並んでいる積層構造を有する。複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２は、それぞれの成長時にＭｇがドーピングされており、Ｍｇを含有している。紫外線発光素子１０におけるｐ型ＡｌＧａＮ層６は、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２それぞれの数を５つずつとしてある。
　複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２のＡｌの組成比は、発光層４で発光する紫外線の複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々及び複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々での吸収を抑制できるように設定されているのが好ましい。したがって、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々及び複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々のＡｌの組成比は、複数の井戸層４１（第１のＡｌＧａＮ層）の各々よりもＡｌの組成比が大きいのが好ましく、複数の障壁層４２（第２のＡｌＧａＮ層）の各々よりもＡｌの組成比が大きいのがより好ましい。複数の井戸層４１（第１のＡｌＧａＮ層）の各々のＡｌの組成比が０．４５、複数の障壁層４２（第２のＡｌＧａＮ層）の各々のＡｌの組成比が０．６０の場合、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々及び複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々のＡｌの組成比は、例えば、０．６５であるのが好ましい。すなわち、複数の井戸層４１（第１のＡｌＧａＮ層）の各々がＡｌ0.45Ｇａ0.55Ｎ層からなる場合、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２は、互いにＭｇの濃度の異なるｐ型Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎ層であるのが好ましい一例である。
　複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２は、電子ブロック層５（第３のｐ型ＡｌＧａＮ層）よりも高い濃度でＭｇを含有している。
　複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々は、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々よりも高い濃度でＭｇを含有している。
　ところで、本願発明者らは、ｐ型コンタクト層を兼ねるｐ型ＡｌＧａＮ層６を備えた紫外線発光素子１０を開発する際に、紫外線発光素子１０と基本構造が略同じ参考例１～７の紫外線発光素子を作製した。そして、本願発明者らは、参考例１～７の紫外線発光素子それぞれについて、２０ｍＡの直流電流を流したときの光出力〔Ｗ〕の測定を行った。参考例１～７の紫外線発光素子は、実施形態の紫外線発光素子１０における多層構造を有するｐ型ＡｌＧａＮ層６の代わりに、単層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層を採用している点のみで実施形態の紫外線発光素子１０と相違する。単層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは、６０ｎｍである。参考例１～７の紫外線発光素子は、ｐ型ＡｌＧａＮ層のＭｇの濃度が互いに異なる。より詳細には、参考例１、２、３、４、５、６及び７の紫外線発光素子におけるｐ型ＡｌＧａＮ層のＭｇの濃度は、それぞれ、５×１０19ｃｍ-3、８×１０19ｃｍ-3、１×１０20ｃｍ-3、１．５×１０20ｃｍ-3、２×１０20ｃｍ-3、３×１０20ｃｍ-3及び５×１０20ｃｍ-3である。光出力は、積分球及び分光器を利用して測定した値である。図２は、ｐ型ＡｌＧａＮ層のＭｇの濃度と光出力比との関係を示すグラフである。「光出力比」は、Ｍｇの濃度を１０×１０19ｃｍ-3（つまり、１×１０20ｃｍ-3）とした参考例３の紫外線発光素子の光出力を基準値とした相対的な値である。図２から、本願発明者らは、ｐ型コンタクト層を単層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層により構成した紫外線発光素子では、ｐ型ＡｌＧａＮ層のＭｇの濃度を８×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下とすることにより、Ｍｇの濃度を５×１０19ｃｍ-3以上とした場合に比べて光出力の向上を図れるという知見を得た。また、図２から、本願発明者らは、ｐ型コンタクト層を単層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層により構成した紫外線発光素子では、ｐ型ＡｌＧａＮ層のＭｇの濃度を８×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下とすることにより、Ｍｇの濃度を１×１０20ｃｍ-3とした場合からの光出力の低下を抑制することが可能になるになるという知見を得た。
　また、本願発明者らは、単層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層において電子ブロック層から離れるにつれてＭｇの濃度を段階的に高くした評価用のサンプルを作製し、断面ＴＥＭ像（cross-sectional transmission electron microscope image）を観察した。その結果、本願発明者らは、ｐ型ＡｌＧａＮ層のＭｇの濃度の最大値が２×１０20ｃｍ-3よりも高い評価用のサンプルでは、柱状構造の結晶の集合体となることを断面ＴＥＭ像により確認した。評価用サンプルにおける単層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは、６０ｎｍである。
　そして、本願発明者らは、図２及び断面ＴＥＭ像の観察結果から、単層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層においてＭｇの濃度の最大値が２×１０20ｃｍ-3よりも高い紫外線発光素子では、単層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層の結晶性が低下し、紫外線発光素子の光出力が低下してしまうと推考した。
　これに対して、紫外線発光素子１０では、コンタクト層を兼ねるｐ型ＡｌＧａＮ層６が、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１と複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２とが交互に並んでいる積層構造を有する。そして、複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々は、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々よりも高い濃度でＭｇを含有している。よって、紫外線発光素子１０では、複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々のＭｇの濃度の高濃度化によるｐ型ＡｌＧａＮ層６の導電性の向上を図りながらも、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の結晶性の低下を抑制し、光出力の高出力化を図ることが可能となる。
　ここで、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々の厚さは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であるのが好ましい。複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であるのが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０では、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々のＭｇの濃度を８×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下とし、複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々のＭｇの濃度を３×１０20ｃｍ-3以上２×１０21ｃｍ-3以下としても、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の結晶性の低下を抑制することが可能になり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。０．５ｎｍは、第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の格子定数に対応する値である。
　紫外線発光素子１０の駆動電圧を低減する観点から、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の厚さは、２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましい。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の電気的特性の面内ばらつきを小さくする観点から、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の厚さは、３０ｎｍ以上であるのが好ましく、５０ｎｍ以上であるのがより好ましい。
　複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１のＭｇの濃度は、同じであるが、互いに異なっていてもよい。また、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の厚さは、同じであるが、互いに異なっていてもよい。
　複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２のＭｇの濃度は、同じであるが、互いに異なっていてもよい。また、複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の厚さは、同じであるが、互いに異なっていてもよい。
　紫外線発光素子１０では、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の数と第２のｐ型ＡｌＧａＮ層の数とが同じとしてあるが、異なっていてもよい。
　負電極８は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３とオーミック接触を得るために、ｎ型ＡｌＧａＮ層３の表面３ａにおいて発光層４に覆われていない部位３ａａ上に形成されているコンタクト用電極である。負電極８は、一例として、第１のＴｉ層とＡｌ層と第２のＴｉ層とＡｕ層との積層膜（以下、「第１積層膜」ともいう）をｎ型ＡｌＧａＮ層３の部位３ａａ上に形成してから、アニール処理を行うことにより形成されている。一例として、第１積層膜における、第１のＴｉ層、Ａｌ層、第２のＴｉ層及びＡｕ層の厚さは、それぞれ、２０ｎｍ、５０ｎｍ、２０ｎｍ及び１００ｎｍである。
　正電極９は、ｐ型ＡｌＧａＮ層６とオーミック接触を得るために、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の表面６ａ上に形成されているコンタクト用電極である。正電極９は、一例として、Ｎｉ層とＡｕ層との積層膜（以下、「第２積層膜」ともいう）をｐ型ＡｌＧａＮ層６の表面６ａ上に形成してから、アニール処理を行うことにより形成されている。一例として、第２積層膜における、Ｎｉ層及びＡｕ層の厚さは、それぞれ、２０ｎｍ、１５０ｎｍである。
　紫外線発光素子１０は、負電極８上に、第１パッド電極を備えているのが好ましい。第１パッド電極は、外部接続用電極である。第１パッド電極は、例えば、負電極８上のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＡｕ膜との積層膜である。第１パッド電極は、負電極８に電気的に接続される。第１パッド電極は、負電極８を覆っているのが好ましい。
　また、紫外線発光素子１０は、正電極９上に、第２パッド電極を備えているのが好ましい。第２パッド電極は、外部接続用電極である。第２パッド電極は、例えば、正電極９上のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＡｕ膜との積層膜である。第２パッド電極は、正電極９に電気的に接続される。第２パッド電極は、正電極９を覆っているのが好ましい。
　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。
　以下では、紫外線発光素子１０の製造方法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２０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１ａ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２０の成長条件は、第１のバッファ層２１、第２のバッファ層２２、ｎ型ＡｌＧａＮ層３、障壁層４２（第２のＡｌＧａＮ層）、井戸層４１（第１のＡｌＧａＮ層）、電子ブロック層５（第３のｐ型ＡｌＧａＮ層）、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２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２０を積層した後、積層体２０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２０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、電子ブロック層５、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２それぞれの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メサ構造１１を形成する。
　紫外線発光素子１０の製造方法では、メサ構造１１を形成した後、上述の電気絶縁膜を形成する。電気絶縁膜は、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等の薄膜形成技術、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、電気絶縁膜を形成した後、負電極８を形成する。負電極８を形成するには、まず、エピタキシャルウェハの表面に、負電極８の形成予定領域のみが露出するようにパターニングされた第１レジスト層を形成する。その後には、例えば、厚さ２０ｎｍの第１のＴｉ層、厚さ５０ｎｍのＡｌ層、厚さ２０ｎｍの第２のＴｉ層及び厚さ１００ｎｍのＡｕ層がこの順に積層された第１積層膜を蒸着法により形成する。第１積層膜を形成した後には、リフトオフを行うことにより、第１レジスト層及び第１レジスト層上の不要膜（第１積層膜のうち第１レジスト層上に形成されている部分）を除去することで第１積層膜をパターニングする。その後には、アニール処理を行う。アニール処理は、負電極８とｎ型ＡｌＧａＮ層３との接触をオーミック接触とするための処理である。第１積層膜の積層構造及び各厚さは、一例であり、特に限定されない。アニール処理は、Ｎ2ガス雰囲気中でのＲＴＡ（rapid thermal annealing）が好ましい。ＲＴＡ処理の条件は、例えば、アニール温度を７００℃、アニール時間を１分とすればよいが、これらの値は一例であり、特に限定されない。
　紫外線発光素子１０の製造方法では、負電極８を形成した後に、正電極９を形成する。正電極９を形成するためには、まず、エピタキシャルウェハの表面に、正電極９の形成予定領域のみが露出するようにパターニングされた第２レジスト層を形成する。その後には、例えば、厚さ２０ｎｍのＮｉ層と厚さ１５０ｎｍのＡｕ層との第２積層膜を電子ビーム蒸着法により形成し、リフトオフを行うことにより、第２レジスト層及び第２レジスト層上の不要膜（第２積層膜のうち第２レジスト層上に形成されている部分）を除去する。その後には、正電極９とｐ型ＡｌＧａＮ層６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。第２積層膜の積層構造及び各厚さは、一例であり、特に限定されない。また、ＲＴＡ処理の条件は、例えば、アニール温度を５００℃、アニール時間を１５分とすればよいが、これらの値は一例であり、特に限定されない。
　第１パッド電極及び第２パッド電極は、例えば、フォトリソグラフィ技術及び薄膜形成技術を利用してリフトオフ法により形成する。
　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（dicing saw）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。
　以下、一実施例の紫外線発光素子１０について説明する。
　一実施例の紫外線発光素子１０における基板１は、サファイア基板である。基板１の一表面１ａは、（０００１）面である。
　第１のバッファ層２１は、厚さ４μｍのＡｌＮ層である。第２のバッファ層２２は、厚さ５０ｎｍのＡｌ0.90Ｇａ0.10Ｎ層である。
　ｎ型ＡｌＧａＮ層３は、厚さ２μｍのｎ型Ａｌ0.60Ｇａ0.40Ｎ層である。
　発光層４における井戸層４１（第１のＡｌＧａＮ層）は、厚さ２ｎｍのＡｌ0.45Ｇａ0.55Ｎ層である。発光層４における障壁層４２（第２のＡｌＧａＮ層）は、厚さ１０ｎｍのＡｌ0.60Ｇａ0.40Ｎ層である。発光層４は、井戸層４１及び障壁層４２それぞれの数が４つである。
　電子ブロック層５（第３のｐ型ＡｌＧａＮ層）は、厚さ１０ｎｍのｐ型Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ｎ層である。
　ｐ型ＡｌＧａＮ層６における第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１は、厚さ１０ｎｍ、Ｍｇの濃度１×１０20ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎ層である。ｐ型ＡｌＧａＮ層６における第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２は、厚さ２ｎｍ、Ｍｇの濃度５×１０20ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎ層である。ｐ型ＡｌＧａＮ層６は、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１及び第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２それぞれの数が５つである。
　一実施例の紫外線発光素子１０の製造方法では、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内において積層体２０をエピタキシャル成長させた。
　第１のバッファ層２１を成長するときの原料ガスとしてはＴＭＡｌ及びＮＨ3を採用し、基板温度を１３００℃とした。第２のバッファ層２２を成長するときの原料ガスとしてはＴＭＡｌ、ＴＭＧａ及びＮＨ3を採用し、基板温度を１１００℃とした。
　ｎ型ＡｌＧａＮ層３を成長するときの原料ガスとしてはＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＮＨ3を及びＴＥＳｉを採用し、基板温度を１１００℃とした。
　発光層４を成長するときの原料ガスとしてはＴＭＡｌ、ＴＭＧａ及びＮＨ3を採用し、基板温度を１１００℃とした。
　電子ブロック層５を成長するときの原料ガスとしてはＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＮＨ3及びＣｐ2Ｍｇを採用し、基板温度を１１００℃とした。
　ｐ型ＡｌＧａＮ層６を成長するときの原料ガスとしてはＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＮＨ3及びＣｐ2Ｍｇを採用し、基板温度を１１００℃とした。
　一実施例の紫外線発光素子１０では、２０ｍＡの直流電流を流したときに、発光ピーク波長が２７５ｎｍ、光出力が４．０ｍＷであった。
　比較例１の紫外線発光素子では、一実施例の紫外線発光素子１０と基本構成を同様とし、多層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層６の代わりに、厚さ６０ｎｍ、Ｍｇの濃度１×１０20ｃｍ-3のｐ型ＡｌＧａＮ層を採用した。比較例１の紫外線発光素子では、２０ｍＡの直流電流を流したときに、発光ピーク波長が２７５ｎｍ、光出力が２．５ｍＷであった。
　比較例２の紫外線発光素子では、一実施例の紫外線発光素子１０と基本構成を同様とし、多層構造のｐ型ＡｌＧａＮ層６の代わりに、厚さ６０ｎｍ、Ｍｇの濃度５×１０20ｃｍ-3のｐ型ＡｌＧａＮ層を採用した。比較例２の紫外線発光素子では、２０ｍＡの直流電流を流したときに、発光ピーク波長が２７５ｎｍ、光出力が１．３５ｍＷであった。
　以上説明した本実施形態の紫外線発光素子１０は、ｎ型ＡｌＧａＮ層３、発光層４及びｐ型ＡｌＧａＮ層６がこの順に並んでいる積層体２０と、ｎ型ＡｌＧａＮ層３の発光層４側の表面３ａにおいて発光層４で覆われていない部位３ａａに直接設けられている負電極８と、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の表面６ａ上に直接設けられている正電極９と、を備える。発光層４は、複数の障壁層４２と複数の井戸層４１とが交互に並んでいる多重量子井戸構造を有する。複数の井戸層４１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４２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。ｎ型ＡｌＧａＮ層３は、第１のＡｌＧａＮ層（井戸層４１）よりもＡｌの組成比が大きい。ｐ型ＡｌＧａＮ層６は、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１と複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２とが交互に並んでいる積層構造を有する。複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々は、第１のＡｌＧａＮ層（井戸層４１）よりもＡｌの組成比が大きく、かつＭｇを含有している。複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々は、第１のＡｌＧａＮ層（井戸層４１）よりもＡｌの組成比が大きく、かつ複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々よりも高い濃度でＭｇを含有している。よって、紫外線発光素子１０は、光出力の高出力化を図ることが可能になる。
　紫外線発光素子１０では、複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々は、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々よりも薄いのが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０は、複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々のＭｇの濃度を高くしつつｐ型ＡｌＧａＮ層６の結晶性の低下を抑制することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。
　紫外線発光素子１０では、複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であるのが好ましい。紫外線発光素子１０は、複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々の厚さが５ｎｍ以下であることにより、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の結晶性の低下を抑制することが可能となる。
　紫外線発光素子１０では、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の厚さ方向に沿ったＭｇの濃度プロファイルでは、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々のＭｇの濃度の最大値が８×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下であるのが好ましい。ここにおいて、Ｍｇの濃度プロファイルは、ＳＩＭＳによる深さプロファイルの測定結果である。紫外線発光素子１０では、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々のＭｇの濃度の最大値が８×１０19ｃｍ-3以上であることにより、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々の導電性を向上させることが可能となる。一方、紫外線発光素子１０では、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々のＭｇの濃度の最大値が２×１０20ｃｍ-3よりも高くなると、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々が単結晶でなくなって柱状構造の結晶の集合体となり、結晶性が低下してしまう。本願発明者は、ｐ型ＡｌＧａＮ層においてＭｇの濃度を段階的に変化させた評価用のサンプルを作製し、Ｍｇの濃度の最大値が２×１０20ｃｍ-3よりも高くなると、柱状構造の結晶の集合体となることを断面ＴＥＭ像により確認している。これに対して、紫外線発光素子１０では、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々のＭｇの濃度の最大値が２×１０20ｃｍ-3以下であることにより、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層６１の各々の結晶性の低下を抑制することが可能となる。
　紫外線発光素子１０において、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の厚さ方向に沿ったＭｇの濃度プロファイルでは、複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２の各々のＭｇの濃度の最大値が３×１０20ｃｍ-3以上２×１０21ｃｍ-3以下であるのが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０は、ｐ型ＡｌＧａＮ層６の導電性が向上し、光出力の高出力化を図ることが可能となる。
　紫外線発光素子１０では、ｐ型ＡｌＧａＮ層６において正電極９に接している最表層６００は、複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２のうち発光層４から最も離れた第２のｐ型ＡｌＧａＮ層６２０であるのが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０は、ｐ型ＡｌＧａＮ層６と正電極９とのオーミック接触によるオーミック抵抗をより小さくすることが可能となる。
　紫外線発光素子１０では、発光層４は、ＵＶ－Ｃの紫外波長域又はＵＶ－Ｂの紫外波長域の紫外線を放射するように構成されているのが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０は、例えば、高効率白色照明、殺菌、医療、環境汚染物質を高速で処理する用途等の分野で、利用することができる。紫外線発光素子１０は、殺菌の分野で利用する場合、発光層４における井戸層４１の発光ピーク波長が２６０ｎｍ～２８５ｎｍの紫外波長域にあるのが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０は、ウイルスや細菌のＤＮＡに吸収されやすい２６０ｎｍ～２８５ｎｍ帯の紫外線を放射させることができ、効率良く殺菌することが可能となる。
　紫外線発光素子１０は、積層体２０を支持する基板１を備えるのが好ましい。積層体２０は、基板１の一表面１ａ上に設けられている。ｎ型ＡｌＧａＮ層３、発光層４及びｐ型ＡｌＧａＮ層６は、基板１の一表面１ａからこの順に並んでいるのが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０では、積層体２０の反りを抑制することが可能となる。基板１は、単結晶基板であり、サファイア基板であるのが好ましい。単結晶基板は、サファイア基板に限らず、例えば、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板等でもよい。これにより、紫外線発光素子１０は、発光層４から放射された紫外線を基板１の第２面１ｂから出射させることが可能となる。
　紫外線発光素子１０は、紫外線を放射するＬＥＤチップに限らず、例えば、紫外線を放射するＬＤチップ（laser diode chip）でもよい。
　上述の実施形態に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、本発明をそれに限定するものではない。また、本発明の構成は、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更を加えることが可能である。
　１　基板
　１ａ　一表面
　３　ｎ型ＡｌＧａＮ層
　３ａ　表面
　３ａａ　部位
　４　発光層
　４１　井戸層
　４２　障壁層
　６　ｐ型ＡｌＧａＮ層
　６ａ　表面
　６１　第１のｐ型ＡｌＧａＮ層
　６２　第２のｐ型ＡｌＧａＮ層
　６００　最表層
　６２０　発光層から最も離れた第２のｐ型ＡｌＧａＮ層
　８　負電極
　９　正電極
　１０　紫外線発光素子
　２０　積層体

Claims (8)

  1. 　ｎ型ＡｌＧａＮ層、発光層及びｐ型ＡｌＧａＮ層がこの順に並んでいる積層体と、
    　前記ｎ型ＡｌＧａＮ層の前記発光層側の表面において前記発光層で覆われていない部位に直接設けられている負電極と、
    　前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の表面上に直接設けられている正電極と、
    　を備え、
    　前記発光層は、複数の障壁層と複数の井戸層とが交互に並んでいる多重量子井戸構造を有し、
    　前記複数の井戸層の各々は、第１のＡｌＧａＮ層により構成され、
    　前記複数の障壁層の各々は、前記第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、
    　前記ｎ型ＡｌＧａＮ層は、前記第１のＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成比が大きく、
    　前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層と複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層とが交互に並んでいる積層構造を有し、
    　前記複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々は、前記第１のＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成比が大きく、かつＭｇを含有しており、
    　前記複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々は、前記第１のＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成比が大きく、かつ前記複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々よりも高い濃度でＭｇを含有している、
    　ことを特徴とする紫外線発光素子。
  2. 　前記複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々は、前記複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々よりも薄い、
    　ことを特徴とする請求項１記載の紫外線発光素子。
  3. 　前記複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である、
    　ことを特徴とする請求項１又は２記載の紫外線発光素子。
  4. 　前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さ方向に沿ったＭｇの濃度プロファイルでは、前記複数の第１のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々のＭｇの濃度の最大値が８×１０19ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下である、
    　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。
  5. 　前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さ方向に沿ったＭｇの濃度プロファイルでは、前記複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層の各々のＭｇの濃度の最大値が３×１０20ｃｍ-3以上２×１０21ｃｍ-3以下である、
    　ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
  6. 　前記ｐ型ＡｌＧａＮ層において前記正電極に接している最表層は、前記複数の第２のｐ型ＡｌＧａＮ層のうち前記発光層から最も離れた第２のｐ型ＡｌＧａＮ層である、
    　ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
  7. 　前記発光層は、ＵＶ－Ｃの紫外波長域又はＵＶ－Ｂの紫外波長域の紫外線を放射するように構成されている、
    　ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
  8. 　前記積層体を支持する基板を備え、
    　前記積層体は、前記基板の一表面上に設けられ、
    　前記ｎ型ＡｌＧａＮ層、前記発光層及び前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、前記一表面からこの順に並んでいる、
    　ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
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