WO2019203322A1 - 深紫外発光素子 - Google Patents

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WO2019203322A1
WO2019203322A1 PCT/JP2019/016694 JP2019016694W WO2019203322A1 WO 2019203322 A1 WO2019203322 A1 WO 2019203322A1 JP 2019016694 W JP2019016694 W JP 2019016694W WO 2019203322 A1 WO2019203322 A1 WO 2019203322A1
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deep ultraviolet
ultraviolet light
emission
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柴田　智彦
岳広 宮地
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Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社
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    • H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities

Definitions

  • the present invention relates to a deep ultraviolet light emitting element.
  • Group III nitride semiconductors composed of compounds of Al, Ga, In, etc. and N are wide bandgap semiconductors with a direct transition band structure, and are expected to be used in a wide range of applications such as sterilization, water purification, medical treatment, and lighting. Material.
  • light-emitting elements that use Group III nitride semiconductors in the light-emitting layer can cover the range from deep ultraviolet light to visible light by adjusting the content ratio of Group III elements, and put them into practical use for various light sources. Is underway.
  • a deep ultraviolet light emitting element that emits deep ultraviolet light is generally manufactured as follows. That is, a buffer layer is formed on a substrate such as sapphire or AlN single crystal, and an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor are sequentially formed. Next, an n-side electrode electrically connected to the n-type semiconductor layer and a p-side electrode electrically connected to the p-type semiconductor layer are formed.
  • a p-type GaN contact layer that easily increases the hole concentration is formed on the p-side electrode side of the p-type semiconductor layer in order to achieve ohmic contact.
  • a multiple quantum well (MQW) structure in which barrier layers and well layers made of a group III nitride semiconductor are alternately stacked is widely used for the light emitting layer.
  • Patent Document 1 discloses that an Al y Ga 1-y N material (provided that 0 0 is formed on an n-type contact layer made of an Al x Ga 1-x N material (provided that 0.7 ⁇ x ⁇ 1.0)). There is disclosed a nitride light emitting device in which an n electrode is formed through an intermediate layer of ⁇ y ⁇ 0.5).
  • the emission center wavelength of the deep ultraviolet light emitting element is in the deep ultraviolet region.
  • the bottom of the emission spectrum extends to a longer wavelength region on the visible light side than the ultraviolet region that cannot be detected with the naked eye. For this reason, when the light emission state of the deep ultraviolet light emitting element is observed with the naked eye, it usually appears as if the deep ultraviolet light emitting element emits blue light.
  • the irradiated object of the deep ultraviolet light emitting element food such as meat can be mentioned.
  • food or the like By irradiating food or the like with deep ultraviolet light emitted from the deep ultraviolet light emitting element, sterilization of food or the like and growth of bacteria can be suppressed.
  • As a situation of irradiating food with deep ultraviolet light it is also assumed that food or the like is displayed on the store floor of a store building or a restaurant.
  • the conventional deep ultraviolet light emitting element emits blue or purple visible light while emitting deep ultraviolet light.
  • the appearance of the meat may be impaired because the color of the meat or the like is discolored with the naked eye.
  • an object of the present invention is to provide a deep ultraviolet light-emitting element that takes into consideration the color rendering properties of the irradiated object.
  • the inventors of the present invention have simultaneously obtained secondary emission including blue-violet and secondary emission including yellow-green, due to the primary emission of deep ultraviolet light. Focusing on the fact that by making the intensity ratios of the emitted light comparable, it is possible to obtain a deep ultraviolet light emitting element in which light other than deep ultraviolet light becomes white (or cyan near white), and the following invention is completed. It came to do. That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
  • a deep ultraviolet light-emitting device having an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor,
  • the emission spectrum of the deep ultraviolet light-emitting element has a primary emission peak wavelength in a wavelength range of 200 nm to 350 nm, When the emission intensity at the primary emission peak wavelength is 100%, the emission intensity of secondary emission is the relative emission intensity, and the emission spectrum is A blue-violet secondary light-emitting component having a relative light emission intensity of 0.03 to 10% in the entire wavelength region of 430 to 450 nm; A yellowish green secondary light emitting component having a relative light emission intensity of 0.03 to 10% in the entire wavelength range of 540 to 580 nm, A deep ultraviolet light-emitting element, wherein a ratio of emission intensity at a wavelength of 435 nm to emission intensity at a wavelength of 560 nm is 0.5 to 2.
  • the p-type semiconductor layer includes a first contact layer that emits the blue-violet secondary light emitting component, The deep ultraviolet light-emitting element according to (1), wherein the n-type semiconductor layer includes a second contact layer that emits the yellow-green secondary light-emitting component.
  • the first contact layer is an Mg-doped Al x Ga 1-x N layer (0 ⁇ x ⁇ 0.3) having an Mg concentration of 1 ⁇ 10 18 / cm 3 or more
  • the second contact layer is a Si-doped Al y Ga 1-y N layer (0 ⁇ y ⁇ 0.3) having a Si concentration of 1 ⁇ 10 18 / cm 3 or more, wherein (2) or (3) The deep ultraviolet light emitting element as described.
  • the present invention it is possible to provide a deep ultraviolet light-emitting element that takes into consideration the color rendering properties of the irradiated object.
  • FIG. 4 is a metallographic micrograph during light emission of Invention Example 1.
  • 2 is a metallographic micrograph during light emission of Comparative Example 1.
  • 3 is a digital camera photograph at the time of light emission of Invention Example 1.
  • FIG. 6 is a digital camera photograph at the time of light emission in Comparative Example 1.
  • FIG. 4 is a graph showing emission spectra of Invention Example 1 and Comparative Example 1.
  • AlGaN the chemical composition ratio of the group III element (total of Al and Ga) and N is 1: 1, and the group III
  • the ratio of the elements Al and Ga shall mean any arbitrary compound. In this case, even if there is no description about In which is a group III element, it may contain 5% or less of In with respect to Al and Ga as group III elements.
  • a first contact layer and a second contact layer which will be described later, may contain 10% or less of In.
  • AlN AlN
  • GaN Ga and Al are not included in the composition ratio, respectively, but by simply describing “AlGaN”, it is either AlN or GaN. This is not excluded.
  • the value of the Al composition ratio can be measured by photoluminescence measurement, X-ray diffraction measurement, or the like.
  • a layer that functions electrically as a p-type is referred to as a p-type layer
  • a layer that functions as an n-type electrically is referred to as an n-type layer.
  • a specific impurity such as Mg or Si is not intentionally added and does not function electrically as p-type or n-type, it is referred to as “i-type” or “undoped”.
  • the undoped layer may contain inevitable impurities in the manufacturing process. Specifically, the undoped layer is “undoped” when the carrier density is low (for example, less than 4 ⁇ 10 16 / cm 3 ). Referred to in the specification.
  • the value of impurity concentration such as Mg or Si is determined by SIMS analysis.
  • the thickness of each layer formed by epitaxial growth can be measured using an optical interference type film thickness measuring instrument. Further, the thickness of each layer can be calculated from cross-sectional observation of the growth layer using a transmission electron microscope when the compositions of adjacent layers are sufficiently different (for example, when the Al composition ratio is different by 0.01 or more). Among adjacent layers, the Al composition ratio is the same or substantially equal (for example, less than 0.01), but the boundaries and thicknesses of layers having different impurity concentrations are the boundary between the two layers and the thickness of each layer. Measured based on TEM-EDS. Both impurity concentrations can be measured by SIMS analysis. In addition, when the thickness of each layer is thin like a quantum well structure or a superlattice structure, the thickness can be measured using TEM-EDS.
  • the primary light emission in the present invention refers to light emission having the highest light emission intensity in the emission spectrum of the deep ultraviolet light emitting element (the horizontal axis is the wavelength and the vertical axis is the light emission intensity). Further, the wavelength at which the emission intensity is maximized is defined as the primary emission peak wavelength.
  • the primary emission peak wavelength in the deep ultraviolet light emitting device according to the present invention is deep ultraviolet light in the range of 200 nm to 350 nm. When the present invention is applied to a deep ultraviolet light emitting device having a central emission wavelength of 250 nm or more and 320 nm or less, it is more effective.
  • the deep ultraviolet light emitting device has a secondary spectrum in the blue-violet wavelength band (430 to 450 nm, representative wavelength: 435 nm) in addition to the primary emission in the emission spectrum (for example, in the range of 200 nm to 860 nm).
  • a light emitting component and a secondary light emitting component in a yellow-green wavelength band (540 to 580 nm, representative wavelength: 560 nm).
  • the emission intensity of the secondary emission is lower than that of the primary emission. Therefore, the emission intensity of secondary emission when the vertical axis of the emission spectrum is logarithmically displayed and the emission intensity of the primary emission peak wavelength is 100% is defined as relative emission intensity (%).
  • the relative light emission intensity of the secondary light emitting component is 10% or less, more preferably 1% or less.
  • the relative light emission intensity is 0.03% or more, more preferably 0.05% or more. This is because when the relative light emission intensity is less than 0.03%, the intensity of the secondary light emission is too small and may not contribute to the color rendering as the effect of the present invention.
  • the deep ultraviolet light emitting device when there is a light emitting component having a relative light emission intensity of 0.03 to 10% in the entire wavelength range of 430 to 450 nm, it is determined that there is a blue-violet secondary light emitting component, When there is a light emitting component having a relative light emission intensity of 0.03 to 10% in the entire wavelength range of 540 to 580 nm, it is determined that there is a yellowish green secondary light emitting component.
  • the ratio of the emission intensity of 435 nm (blue purple) and 560 nm (yellowish green) when the emission spectrum of the light emitting element is measured is 0.5 to 2. It has been found that light other than ultraviolet light becomes white (or a cyan color close to white). Further, the ratio of the emission intensity of 435 nm (blue purple) to the emission intensity of 560 nm (yellowish green) when the emission spectrum is measured is preferably 0.6 to 1.8, and more preferably 0.8 to 1.5. It is more preferable.
  • the deep ultraviolet light emitting device is not a white light emitting device that mainly emits white light but a deep ultraviolet light emitting device that mainly emits deep ultraviolet light.
  • a white light emitting device that mainly emits white light
  • a deep ultraviolet light emitting device that mainly emits deep ultraviolet light.
  • Energization of the light-emitting element when measuring the emission spectrum is sufficient if the primary emission output is obtained so that the secondary emission is sufficiently performed.
  • the emission output is 5 mW or more. It is preferable to make it.
  • the emission spectrum can be measured by, for example, mounting an LED chip mounted on an AlN submount on a PCB (printed circuit board) substrate, energizing 150 mA using a DC power source, and measuring with a spectroscope through an optical fiber. Good.
  • a PMA-11 series spectrophotometer C7473 (measurable wavelength range 200 to 950 nm) manufactured by Hamamatsu Photonics is used.
  • the lower limit of the measurement wavelength range may be set according to the primary emission peak wavelength of the deep ultraviolet light emitting element (for example, wavelength 240 nm).
  • the upper limit of the measurement wavelength range may be set to 860 nm, for example.
  • the emission intensity a value calibrated with a calibrated xenon lamp is used. Since the emission intensity of the secondary emission is smaller than the emission intensity of the primary emission, the secondary emission is confirmed by displaying the vertical axis (emission intensity) of the emission spectrum in a logarithmic display.
  • the base of the primary emission may be blue-violet and the range of the secondary emission component may be difficult to understand.
  • the ratio between the emission intensity with 435 nm as a representative value and the emission intensity of yellow green (560 nm) is If it is the said range, light emission of white (or cyan color near white) will be observed.
  • a deep ultraviolet light emitting device 100 As shown in FIG. 1A, a deep ultraviolet light emitting device 100 according to an embodiment of the present invention has an n-type semiconductor layer 20, a light-emitting layer 30, and a p-type semiconductor layer 40 sequentially on a substrate 10, and further optionally. It has another configuration.
  • the p-type semiconductor layer 40 includes a first contact layer 50 that is excited by primary light emission from the light emitting layer 30 and emits secondary light emission including blue-violet, and the n-type semiconductor layer 20 is excited by primary light emission.
  • the second contact layer 60 that emits secondary light emission including yellowish green is preferably included.
  • the first contact layers 50 and the second contact layers 60 are preferably located at alternate positions. 1A corresponds to the AA cross-sectional view of FIG. 1B.
  • the first contact layer 50 and the second contact layer 60 are in an alternately arranged position, for example, a virtual plane when the first contact layer 50 and the second contact layer 60 are viewed on the same plane (see FIG. 1B).
  • the shape of the first contact layer 50 is a strip shape composed of a plurality of strips parallel to each other via a gap, and at least a part of the second contact layer 60 is formed in the gap of the strip shape. It is arranged parallel to each other with respect to the plurality of strips. In the virtual plane when the first contact layer 50 and the second contact layer 60 are viewed in plan, they are not arranged alternately. For example, the unevenly distributed region where the first contact layer 50 is the most and the second contact layer 60 are the most. When there is an unevenly distributed region, both blue-violet and yellow-green may be seen as a light emitting element, so the first contact layer 50 and the second contact layer 60 should be located alternately. preferable. Further, as illustrated in FIG. 2, the n-type semiconductor layer 20 and the second contact layer 60 may be arranged in a dot shape.
  • the second contact layer 60 can be provided on the surface of the n-type semiconductor layer 20 where the light emitting layer 30 is removed and partly exposed.
  • the second contact layer 60 is formed on the n-side on the second contact layer 60.
  • An electrode 90 is provided.
  • FIG. 1A exemplifies a Philip chip type deep ultraviolet light emitting device 100 in which the p-type electrode 80 and the n-type electrode 90 exist on the same side, but the present invention is a Philip chip type as shown in FIG. 1A. It is not limited to these elements.
  • a vertical deep ultraviolet light emitting element in which the p-type electrode and the n-type electrode are present on different sides (opposite directions) may be used.
  • the first contact layer 50 and the second contact layer 60 are arranged in parallel to each other.
  • the area ratio of the first contact layer 50 and the second contact layer 60 is preferably approximately the same.
  • the ratio of the area of the first contact layer to the area of the second contact layer is preferably between 0.5 and 2.
  • the secondary emission component in the blue-violet wavelength band (430 to 450 nm, representative wavelength: 435 nm) with respect to the emission intensity of the secondary emission component in the yellow-green wavelength band (540 to 580 nm, representative wavelength: 560 nm).
  • the ratio of emission intensity tends to be in the above range.
  • the deep ultraviolet light emitting device 100 may be provided with a buffer layer (for example, an AlN layer) on the substrate 10 as necessary.
  • a buffer layer for example, an AlN layer
  • the n-side electrode 90 on a part of the n-type semiconductor layer 20 and p A p-side electrode 80 on the type semiconductor layer 40 may be further included.
  • first contact layer 50 and the second contact layer 60 which is one of the characteristic configurations of the deep ultraviolet light emitting device 100 according to the present embodiment will be described in more detail. explain.
  • the first contact layer 50 may be disposed at any position of the p-type semiconductor layer 40, but is preferably at the interface with the p-type electrode 80.
  • the composition of the p-type semiconductor layer 40 it is necessary to appropriately adjust the composition so as to absorb the deep ultraviolet rays emitted from the light emitting layer 30 and emit secondary light.
  • the first contact layer 50 has an impurity level excitation wavelength of blue to blue when Mg, which is a p-type dopant, is doped in p-type Al x Ga 1-x N (0 ⁇ x ⁇ 0.3). It can be used that it is purple.
  • the average Mg concentration in the film thickness direction (hereinafter simply referred to as Mg concentration) is, for example, 1 ⁇ 10 18 / cm 3 or more. Is preferred. Therefore, it is preferable to also serve as a layer (contact layer) for obtaining an ohmic contact in contact with the p-type electrode 80.
  • the p-type Al x Ga 1-x N of the first contact layer 50 may contain 10% or less of In.
  • the Mg concentration of the first contact layer 50 is more preferably 5 ⁇ 10 18 / cm 3 or more.
  • the Mg concentration is preferably 1 ⁇ 10 21 / cm 3 or less, more preferably 5 ⁇ 10 20 / cm 3 or less.
  • the first contact layer 50 may have a superlattice structure. In this case, it is preferable that the layer having the lowest Al composition in the superlattice structure is in the range of the Al composition x (0 ⁇ x ⁇ 0.3).
  • the second contact layer 60 is preferably located between the n-type semiconductor layer 20 and the n-type electrode 90.
  • the second contact layer 60 has an impurity level excitation wavelength of yellow or yellow when Si, which is an n-type dopant, is doped in n-type Al y Ga 1-y N (0 ⁇ y ⁇ 0.3). You can take advantage of being green.
  • the average Si concentration in the film thickness direction (hereinafter simply referred to as Si concentration) is, for example, 1 ⁇ 10 18 / cm 3 or more. preferable.
  • the Si concentration is increased (for example, 1 ⁇ 10 19 / cm 3 or more), the light emission component having a longer wavelength is increased, and light emission that looks closer to yellow than yellow-green becomes easier.
  • the Si concentration is more preferably 1 ⁇ 10 19 / cm 3 or more.
  • the second contact layer 60 also serves as a layer (contact layer) that contacts the n-type electrode 90 to obtain an ohmic contact.
  • the upper limit of the Si concentration is not particularly limited, 1 ⁇ preferably 10 21 / cm 3 or less crystallinity of the significant degradation does not occur, and more preferably 1 ⁇ 10 21 / cm 3 or less.
  • the n-type Al y Ga 1-y N of the second contact layer 60 may contain 10% or less of In.
  • the thickness of the second contact layer 60 is preferably set to 0.1 ⁇ m or more in order to sufficiently generate the excitation light emission.
  • the second contact layer 60 it is preferable to use a GaN layer that can reduce the contact resistance with the electrode and is relatively easy to selectively grow with a mask described later.
  • the “GaN layer” in this specification may include Al or In at 5% or less.
  • a part of the device may further include a layer that emits red light when excited by the emission peak wavelength from the light emitting layer 30.
  • the white color of blue-purple and yellow-green may have poor color rendering properties with respect to red objects. Therefore, the color rendering property is further improved by having a layer emitting red.
  • the layer emitting red may be disposed in either the n-type semiconductor layer 20 or the p-type semiconductor layer 40, and may be stacked vertically with the first contact layer 50 or the second contact layer 60 described above.
  • the first contact layer 50 and the second contact layer 60 may be aligned (partially replaced).
  • a compound semiconductor containing Al, Ga, In that is a group III element and P and As that are a group V element, which is p-type or n-type can be used.
  • III-V semiconductor materials include binary compound semiconductor materials such as GaAs and GaP, ternary compound semiconductor materials such as GaAsP and AlGaAs, and quaternary compound semiconductor materials such as AlInGaP and AlInAsP.
  • rare earth doping such as Eu or quantum dots can also be used.
  • the semiconductor material constituting the red-emitting layer has a narrower band gap than p-type and n-type GaN, and thus generally absorbs deep ultraviolet light (or Secondary light emission).
  • the reflectivity at the interface between AlGaN and GaN is about 1%
  • the reflectivity at the interface between AlGaN and AlGaAs or between the AlGaN and the material emitting red is as follows. It is much larger than the reflectance (about 1%) at the interface with GaN.
  • the contact layer is partially used by using a semiconductor material that has a reflectance of 10% or more for light having a wavelength of 280 nm, and more preferably a reflectance of 15% or more in consideration of the effects of crystallinity and flatness.
  • a part of can be used as a deep ultraviolet light reflection layer.
  • the semiconductor material such as GaAs described above has a high reflectance in the deep ultraviolet region, but has a very low reflectance in the visible light region (400 nm or more) such as blue or purple. Therefore, since it is a deep ultraviolet light emitting element, it can serve not only as a layer emitting red, but also as a reflecting layer.
  • the thicknesses of the first contact layer 50, the second contact layer 60, and the red-emitting layer are each preferably 1 nm to 1000 nm, and more preferably 10 to 500 nm.
  • Each layer may have a single-layer structure, or a layer that transmits deep ultraviolet rays (AlGaN or AlN whose Al composition is adjusted so as to have a band gap that transmits deep ultraviolet rays emitted from the light emitting layer) and the above-described deep ultraviolet rays.
  • a superlattice structure combined with a layer that absorbs and emits light may be used. When it is provided as a contact layer, it may be thickened.
  • the above-described red light emission is not essential. Therefore, the relative light emission intensity in the entire wavelength range of 581 to 750 nm may be less than 0.10%.
  • the configuration of the deep ultraviolet light emitting device other than the first contact layer 50, the second contact layer 60, and the red-emitting layer described above can be the same as that of a conventionally known group III nitride semiconductor light emitting device.
  • group III nitride semiconductor light emitting device a conventionally known group III nitride semiconductor light emitting device.
  • a substrate that transmits light emitted from the light emitting layer 30 and can extract deep ultraviolet light from the substrate side For example, a sapphire substrate or an AlN single crystal substrate can be used. Further, as the substrate 10, an AlN template substrate obtained by epitaxially growing an undoped AlN layer on the surface of a sapphire substrate may be used. The light emitting layer side of the substrate 10 or the opposite side thereof, or the surface of the AlN layer of the AlN template substrate may have a concavo-convex shape in order to improve light extraction efficiency. An annealing treatment at 1500 ° C. or higher may be performed for the purpose of reducing dislocations in the AlN layer.
  • ⁇ Buffer layer> It is also preferable to provide a buffer layer between the substrate 10 and the n-type semiconductor layer 20. This is to alleviate lattice mismatch between the substrate 10 and the n-type semiconductor layer 20.
  • An undoped group III nitride semiconductor layer can be used as the buffer layer, and the buffer layer can include a superlattice structure or a composition graded layer in which the composition ratio of group III elements is compositionally graded in the crystal growth direction. .
  • the n-type semiconductor layer 20 is provided on the substrate 10 through a buffer layer as necessary.
  • the n-type semiconductor layer 20 may be provided directly on the substrate 10.
  • the n-type semiconductor layer 20 can be a general n-type layer, and can be made of, for example, AlGaN.
  • the n-type semiconductor layer 20 functions as an n-type layer by being doped with an n-type dopant.
  • Specific examples of the n-type dopant include silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), sulfur ( S), oxygen (O), titanium (Ti), zirconium (Zr) and the like.
  • the dopant concentration of the n-type dopant is not particularly limited as long as it is a dopant concentration capable of functioning as n-type, and is, for example, 1.0 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 to 1.0 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 . be able to.
  • the band gap of the n-type semiconductor layer 20 is preferably wider than the band gap of the light emitting layer 30 (well layer in the case of a quantum well structure), and is transparent to the emitted deep ultraviolet light.
  • the n-type semiconductor layer 20 may include a composition gradient layer or a superlattice structure in which the composition ratio of the group III element is compositionally inclined in the crystal growth direction in addition to a single layer structure or a structure composed of a plurality of layers.
  • the n-type semiconductor layer 20 not only forms a contact portion with the n-type electrode 90 but also functions to increase crystallinity from the substrate to the light emitting layer.
  • the n-type semiconductor layer 20 may include the second contact layer 60.
  • the light emitting layer 30 is provided on the n-type semiconductor layer 20. Further, the light emitting layer 30 in the present embodiment is provided so that the central emission wavelength of light emitted by the light emitting layer 30 is 200 to 350 nm of deep ultraviolet light. More preferably, the thickness is set to 250 nm or more and 320 nm or less.
  • the light emitting layer 30 may have a single layer structure, but preferably has a multiple quantum well (MQW) structure in which well layers and barrier layers made of AlGaN having different Al composition ratios are formed. .
  • the layer that emits deep ultraviolet light is the light emitting layer itself in the case of a single layer structure, and is a well layer in the case of a multiple quantum well structure.
  • the Al composition ratio w of the well layer that emits deep ultraviolet light (Al w Ga 1-w N) is set to be 200 to 350 nm of deep ultraviolet light, or the center emission wavelength is 250 nm to 320 nm. .
  • Such an Al composition ratio w can be set within a range of 0.3 to 0.6, for example.
  • the Al composition ratio b of the barrier layer (Al b Ga 1-b N) is set higher than the Al composition ratio w of the well layer.
  • the Al composition ratio b of the barrier layer can be set to 0.40 to 0.95 under the condition of b> w.
  • the number of repetitions of the well layer and the barrier layer is not particularly limited, and can be, for example, 1 to 10 times. It is preferable that both end sides (that is, first and last) in the thickness direction of the light emitting layer 30 are barrier layers, and the number of repetitions of the well layer and the barrier layer is n.
  • “n.5 sets of well layers and barriers” It shall be expressed as “layer”.
  • the thickness of the well layer can be 0.5 nm to 5 nm
  • the thickness of the barrier layer 42 can be 3 nm to 30 nm.
  • the p-type semiconductor layer 40 provided on the light emitting layer 30 may optionally include a p-type electron block layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer from the light emitting layer 30 side.
  • the p-type cladding layer may be omitted, and the p-type electron block layer and the p-type contact layer may be formed on the light emitting layer 30 in this order.
  • the first contact layer 50 described above may also serve as a p-type contact layer.
  • the p-type electron blocking layer described above is used as a layer for blocking electrons and injecting electrons into the light emitting layer 30 (well layer in the case of a multiple quantum well structure) to increase the electron injection efficiency. It is done.
  • the Al composition ratio z of the p-type electron block layer is preferably set to 0.5 ⁇ z ⁇ 1. If the Al composition ratio z is 0.5 or more, the p-type electron block layer may contain In in an amount of 5% or less with respect to Al and Ga as group III elements.
  • the Al composition ratio z is higher than the Al composition ratio b of the barrier layer while satisfying the above condition. That is, z> b.
  • the thickness of the p-type electron blocking layer is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 80 nm, for example. When the thickness of the p-type electron blocking layer is within this range, a high light emission output can be obtained with certainty. In addition, it is preferable that the thickness of a p-type electron block layer is thicker than the thickness of a barrier layer.
  • the p-type dopant doped into the p-type electron blocking layer include magnesium (Mg), zinc (Zn), calcium (Ca), beryllium (Be), manganese (Mn), and the like. It is common to use.
  • the dopant concentration of the p-type electron blocking layer is not particularly limited as long as it is a dopant concentration capable of functioning as a p-type semiconductor layer.
  • the dopant concentration is 1.0 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 to 5.0 ⁇ 10 21 atoms. / Cm 3 .
  • elements such as carbon (C), silicon (Si), and germanium (Ge) can be intentionally added to a part of the p-type electron block layer.
  • an unintended raw material of 1.0 ⁇ 10 16 atoms / cm 3 or less or impurities caused by the apparatus for example, hydrogen (H), carbon (Si), silicon (Si), oxygen (oxygen)
  • sell for example, hydrogen (H), carbon (Si), silicon (Si), oxygen (oxygen)
  • the p-type cladding layer is a layer having an Al composition ratio that is higher than the Al composition ratio of the light emitting layer 30 that emits deep ultraviolet light, and lower than the Al composition ratio z of the p-type electron blocking layer. That is, both the p-type electron blocking layer and the p-type cladding layer are layers having an Al composition ratio higher than the Al composition ratio of the layer that emits deep ultraviolet light, and the deep ultraviolet light emitted from the light emitting layer 30 is substantially Is a transparent layer.
  • the p-type cladding layer When the p-type cladding layer is provided, a single-layer structure, a multi-layer structure, or a composition gradient layer may be used.
  • the p-type cladding layer has a superlattice laminate structure, the average composition ratio calculated from dividing the sum of the product of the Al composition ratio and thickness by the total thickness is the Al composition ratio of the superlattice laminate.
  • the p-type cladding layer may not be provided.
  • the p-type semiconductor layer may be constituted only by a p-type electron block layer and a p-type contact layer.
  • the movement of the p-type dopant to the light emitting layer 30 is controlled by locally mixing a different kind of dopant such as Si or locally mixing an undoped region. It is also preferable.
  • the n-side electrode 90 can be provided on the exposed surface of the n-type semiconductor layer 20 or on a partial region or the entire surface of the second contact layer 60 surface.
  • a metal composite film having a Ti-containing film and an Al-containing film formed on the Ti-containing film can be used.
  • a part of the light emitting layer 30 and the p-type semiconductor layer 40 is removed by etching or the like, and is provided in the exposed n-type semiconductor layer 20.
  • An n-side electrode 90 is provided on the contact layer 60.
  • p-side electrode 80 As the p-side electrode 80, a known electrode material formed on the above-described material used for the p-type contact layer can be used.
  • the deep ultraviolet light emitting device 100 includes a step of forming an n-type semiconductor layer 20 on a substrate 10, a step of forming a light-emitting layer 30 on the n-type semiconductor layer 20, and a p-type semiconductor layer 40 on the light-emitting layer 30. It can manufacture by the process to form. It is preferable that the step of forming the p-type semiconductor layer 40 further includes a step of forming the first contact layer 50. In addition, the step of forming the second contact layer 60 may be included in the step of forming the n-type semiconductor layer, and it is also preferable to include a step of forming the second contact layer 60 separately.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • HVPE HVPE
  • sputtering method a method that can be formed using the MOCVD method.
  • the buffer layer, the p-side electrode 80, and the n-side electrode 90 can also be formed using a general method.
  • an AlN layer (growth temperature 1300 ° C.) having a central film thickness of 0.60 ⁇ m (average film thickness 0.61 ⁇ m) is formed on a sapphire substrate (diameter 2 inches, thickness: 430 ⁇ m, plane orientation: (0001)) by MOCVD. ) was grown into an AlN template substrate. Regarding the film thickness, the film thickness was measured at a total of 25 locations, including the center in the wafer plane, using an optical interference type film thickness measuring machine (Nanospec M6100A; manufactured by Nanometrics).
  • the AlN template substrate was introduced into a heat treatment furnace, and after the inside of the furnace was set to a nitrogen gas atmosphere, the temperature in the furnace was raised to heat-treat the AlN template substrate. At that time, the heating temperature was 1650 ° C., and the heating time was 4 hours.
  • a buffer layer having a composition of 1.0 ⁇ m in thickness composed of undoped Al 0.55 Ga 0.45 N was formed by MOCVD.
  • a 1.0 ⁇ m thick n-type semiconductor layer made of Al 0.65 Ga 0.35 N and doped with Si was formed on the buffer layer.
  • the Si concentration of the n-type semiconductor layer was 2.0 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 .
  • a 7 nm thick barrier layer made of Al 0.45 Ga 0.55 N and a 3 nm thick well layer made of Al 0.20 Ga 0.80 N were alternately repeated on the n-type semiconductor layer.
  • a stacked quantum well structure was formed, and a 1 nm layer made of AlN was further formed as a light emitting layer.
  • the emission peak wavelength of deep ultraviolet light emitted from the well layer is 310 nm.
  • Si doping was also performed.
  • a p-type electron blocking layer having a thickness of 40 nm made of Al 0.55 Ga 0.45 N was formed on the light emitting layer using hydrogen gas as a carrier gas.
  • CP 2 Mg gas was supplied to the chamber as an Mg source and doped with Mg.
  • the Mg concentration of the p-type electron blocking layer was 2.0 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 .
  • an Mg-doped p-type GaN contact layer (Mg concentration 2 ⁇ 10 19 / cm 3 , thickness 0.3 ⁇ m) was formed on the p-type electron blocking layer.
  • Mg concentration 2 ⁇ 10 19 / cm 3 thickness 0.3 ⁇ m
  • a part of the n-type semiconductor layer was exposed by dry etching.
  • the shape of the p-type GaN contact layer (and the layer below it) is a strip shape composed of a plurality of strips parallel to each other via a gap, and the n-type semiconductor layer is exposed in the gap. I did it.
  • a portion other than the exposed n-type semiconductor layer is covered with a SiO 2 film by a CVD method as a mask, and again by MOCVD, n is exposed on the exposed n-type semiconductor layer (Al 0.65 Ga 0.35 N).
  • a type GaN contact layer Si concentration 2 ⁇ 10 19 / cm 3 , thickness 0.3 ⁇ m was formed.
  • an n-type electrode made of a laminate of Ti (20 nm) and Al (600 nm) is formed to have a comb-like shape as shown in FIG. 1B.
  • the SiO 2 film on the p-type GaN contact layer was removed, and a p-type electrode composed of a stack of Ni (10 nm) and Au (300 nm) was formed on the p-type GaN contact layer.
  • an SiO 2 insulating film is formed so as to expose a part of the n-type electrode and a part of the p-type electrode, and an n-type pad electrode part connected to the n-type electrode, and each strip A p-type pad electrode portion connected to the shaped p-type electrode was formed.
  • Each of the n-type and p-type pad electrodes was formed on each electrode in the order of Ti / Pt / Au 0.75 Sn 0.25 alloy / Au.
  • n-type and p-type pad electrodes were flip-chip mounted on the submount using AuSn solder, 100 mA was energized, and the camera was photographed from the light extraction side (sapphire substrate side) using a metal microscope As shown in FIG. 3A, the p-type GaN contact layer side is observed in blue and the n-type GaN contact layer side is observed in yellow, and the light-emitting element at the time of measurement is white as shown in FIG. It looked shining.
  • Comparative Example 1 The depth according to Comparative Example 1 is the same as that of Invention Example 1 except that the n-type electrode is formed on the n-type semiconductor layer (Al 0.65 Ga 0.35 N) without re-growing the n-type GaN contact layer. An ultraviolet light emitting device was produced.
  • FIG. 5 shows the result of measurement with a spectrum analyzer measured in the same manner as in Invention Example 1 for the emission wavelength.
  • Invention Example 1 The emission spectra of Invention Example 1 and Comparative Example 1 were examined in more detail. As shown in FIG. 5, in Invention Example 1, secondary light emission including a blue-violet wavelength (435 nm) and secondary light emission including a yellow-green wavelength (560 nm) were observed. The secondary emission including a blue-violet wavelength (435 nm) had a relative emission intensity of 0.07 to 0.09% over the entire range of 430 to 450 nm. The secondary emission including a yellow-green wavelength (560 nm) had a relative emission intensity of 0.06 to 0.08% over the entire range of 540 to 580 nm. On the other hand, in Comparative Example 1, secondary light emission including a yellow-green wavelength (560 nm) was not observed. The ratio of the emission intensity at 435 nm to the emission intensity at 560 nm in each of Invention Example 1 and Comparative Example 1 is as shown in Table 1 below.
  • Invention Example 2 instead of the p-type GaN contact layer in Invention Example 1, seven sets of Al 0.41 Ga 0.59 N layer (2.5 nm) and Al 0.21 Ga 0.79 N layer (5.0 nm) were repeated in this order. An Mg-doped p-type contact layer having a superlattice structure with a total of 14 layers was formed. Further, a high concentration region (Mg concentration is 3.0 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 ) was formed on the surface side (Al 0.21 Ga 0.79 N layer) of the p-type contact layer. Other fabrication conditions were the same as in Invention Example 1, and a deep ultraviolet light emitting device according to Invention Example 2 was produced.
  • the deep ultraviolet light emitting element according to Invention Example 2 it was confirmed that secondary light emission including blue-violet color was generated, and the combination with secondary light emission including yellowish green color by the n-type GaN contact layer similar to Invention Example 1 In white. Note that the ratio of the emission intensity at a wavelength of 435 nm to the emission intensity at a wavelength of 560 nm in Invention Example 2 was confirmed to be in the range of 0.5-2. In this case, a p-type electrode (for example, Rh and its alloy, Al and its alloy) having high reflectivity of deep ultraviolet light can also be applied.
  • a p-type electrode for example, Rh and its alloy, Al and its alloy
  • composition of each layer constituting the deep ultraviolet light emitting device of Invention Example 1 the composition of the buffer layer is Al 0.70 Ga 0.30 N, the composition of the n-type semiconductor layer is Al 0.65 Ga 0.35 N, The barrier layer composition was changed to Al 0.64 Ga 0.36 N, the well layer composition was changed to Al 0.45 Ga 0.55 N, and the block layer composition was changed to Al 0.68 Ga 0.32 N. .
  • the other conditions were the same as in Invention Example 1 to produce a deep ultraviolet light emitting device according to Invention Example 3.
  • Inventive Example 3 is an n-type GaN contact layer (Si concentration 2 ⁇ 10 19 / cm 3 , thickness 0.3 ⁇ m) formed by regrowth, similar to Inventive Example 1.
  • Invention Example 3 as in Invention Example 1, white color was observed with the naked eye during light emission.
  • the ratio of the emission intensity at the wavelength of 435 nm to the emission intensity at the wavelength of 560 nm was in the range of 0.5-2. From the above, even when the emission wavelength is other than 310 nm, the secondary emission that has the p-type contact layer that emits the secondary emission including the blue-violet wavelength (435 nm) and includes the yellow-green wavelength (560 nm). The n-type GaN contact layer that emits regrowth was regrown and the secondary emission intensity ratio was adjusted to obtain the same effect.
  • Comparative Example 2 In the deep ultraviolet light emitting device according to Invention Example 3, when the n-type GaN contact layer was regrown, in Comparative Example 2, the n-type GaN contact layer was not regrown as in Comparative Example 1 described above. The other conditions were the same as in Invention Example 3, and a deep ultraviolet light emitting device according to Comparative Example 2 was produced. In Comparative Example 2, another color was not observed except that the p-type GaN contact layer side was observed in blue.
  • the present invention it is possible to provide a deep ultraviolet light-emitting element that takes into consideration the color rendering properties of the irradiated object.
  • substrate 20 n-type semiconductor layer 30 light-emitting layer 40 p-type semiconductor layer 50 first contact layer 60 second contact layer 80 p-side electrode 90 n-side electrode 100 deep ultraviolet light-emitting element

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Abstract

被照射体の演色性にも配慮した深紫外発光素子を提供する。本発明による深紫外発光素子は、III族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次有し、前記深紫外発光素子の発光スペクトルは、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長域に１次発光ピーク波長を有し、前記１次発光ピーク波長の発光強度を１００％とした場合における２次発光の発光強度を相対発光強度として、前記発光スペクトルは、波長域４３０～４５０ｎｍの全域において０．０３～１０％の相対発光強度を有する青紫色の２次発光成分と、波長域５４０～５８０ｎｍの全域において０．０３～１０％の相対発光強度を有する黄緑色の２次発光成分とをさらに有し、波長５６０ｎｍにおける発光強度に対する、波長４３５ｎｍにおける発光強度の比が、０．５～２である。

Description

深紫外発光素子
　本発明は、深紫外発光素子に関する。
　Ａｌ，Ｇａ，ＩｎなどとＮとの化合物からなるIII族窒化物半導体は、直接遷移型バンド構造をもつワイドバンドギャップ半導体であり、殺菌、浄水、医療、照明などの幅広い応用分野が期待される材料である。特に、発光層にIII族窒化物半導体を用いた発光素子は、III族元素の含有比率を調整することで深紫外光から可視光領域までをカバーすることができ、種々の光源への実用化が進められている。
　波長２００～３５０ｎｍの光は深紫外光と呼ばれ、深紫外光を発光する深紫外発光素子は、一般的には以下のとおりにして作製される。すなわち、サファイアやＡｌＮ単結晶等の基板上に、バッファ層を形成し、III族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次形成する。次いで、ｎ型半導体層と電気的に接続するｎ側電極、ｐ型半導体層と電気的に接続するｐ側電極をそれぞれ形成する。ｐ型半導体層のｐ側電極側には、オーミック接触を取るため、ホール濃度を高めやすいｐ型ＧａＮコンタクト層を形成するのが一般的である。また、発光層には、III族窒化物半導体からなる障壁層と井戸層とを交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造が広く用いられている。
　また、特許文献１には、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ材料（但し、０．７≦ｘ≦１．０）からなるｎ型コンタクト層上に、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ材料（但し、０≦ｙ≦０．５）からなる中間層を介してｎ電極を形成した窒化物発光素子が開示されている。
　深紫外発光素子の発光中心波長は深紫外領域にある。ただし、その発光スペクトルの裾は、肉眼では感知できない紫外線領域よりも、可視光側の長波長の領域にも及ぶ。そのため、深紫外発光素子の発光状態を肉眼で観察すると、深紫外発光素子が青色の光を発しているかのように見えるのが通常である。
特開２０１０－１６１３１１号公報
　深紫外発光素子の被照射体の一例として、肉類等の食品が挙げられる。深紫外発光素子が発光する深紫外光を食品等に照射することにより、食品等の殺菌や、菌の増殖を抑えることができる。深紫外光を食品等に照射する状況として、食品等を店舗棟の売り場やレストラン等に陳列しながら行うことも想定される。
　従来技術の深紫外発光素子が、深紫外光を発光しつつ、青色や紫色の可視光を発光することは前述のとおりである。肉類等の食品に青色や紫色の可視光が照射された場合には、肉眼では肉類等の色が変色して見えてしまうため、外観が損なわれる場合があった。
　また、深紫外発光素子が発光しているかどうかを確認するために、上述した青色や紫色の可視光を活用する方法もある。しかし、目を守るための紫外光をカットする眼鏡等を使用している場合、青色や紫色の可視光も同時にカットされるため、上記方法を採用しても深紫外発光素子が発光しているかどうかを確認することが困難な場合もあった。
　そこで、本発明は、被照射体の演色性にも配慮した深紫外発光素子を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記課題を解決する方途について鋭意検討した結果、深紫外光の１次発光に起因する、青紫色を含む２次発光と、黄緑色を含む２次発光とを同時に得つつ、それらの発光の強度比を同程度とすることで、深紫外光以外の光が白色（または白色に近いシアン色）となる深紫外発光素子が得られることに着目し、以下の発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）III族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次有する深紫外発光素子であって、
　前記深紫外発光素子の発光スペクトルは、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長域に１次発光ピーク波長を有し、
　前記１次発光ピーク波長の発光強度を１００％とした場合における２次発光の発光強度を相対発光強度として、前記発光スペクトルは、
　波長域４３０～４５０ｎｍの全域において０．０３～１０％の相対発光強度を有する青紫色の２次発光成分と、
　波長域５４０～５８０ｎｍの全域において０．０３～１０％の相対発光強度を有する黄緑色の２次発光成分とをさらに有し、
　波長５６０ｎｍにおける発光強度に対する、波長４３５ｎｍにおける発光強度の比が、０．５～２であることを特徴とする深紫外発光素子。
（２）前記ｐ型半導体層が、前記青紫色の２次発光成分を発する第１コンタクト層を含み、
　前記ｎ型半導体層が、前記黄緑色の２次発光成分を発する第２コンタクト層を含む、上記（１）に記載の深紫外発光素子。
（３）前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層とが交互に並ぶ位置にある、上記（２）に記載の深紫外発光素子。
（４）前記第１コンタクト層は、Ｍｇ濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上のＭｇドープＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０≦ｘ≦０．３）であり、
　前記第２コンタクト層は、Ｓｉ濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上のＳｉドープＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（０≦ｙ≦０．３）である、上記（２）または（３）に記載の深紫外発光素子。
　本発明によれば、被照射体の演色性にも配慮した深紫外発光素子を提供することができる。
本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子の模式断面図である。 本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子の平面図である。 本発明の一実施形態に従う深紫外発光素子の別の態様の平面図である。 発明例１の発光時の金属顕微鏡写真である。 比較例１の発光時の金属顕微鏡写真である。 発明例１の発光時のデジタルカメラ写真である。 比較例１の発光時のデジタルカメラ写真である。 発明例１および比較例１の発光スペクトルを示すグラフである。
　本発明に従う実施形態の説明に先立ち、以下の点について予め説明する。まず、本明細書においてＡｌ組成比を明示せずに単に「ＡｌＧａＮ」と表記する場合は、III族元素（Ａｌ，Ｇａの合計）とＮとの化学組成比が１：１であり、III族元素ＡｌとＧａとの比率は不定の任意の化合物を意味するものとする。この場合、III族元素であるＩｎについての表記がなくとも、III族元素としてのＡｌとＧａに対して５％以内の量のＩｎを含んでいてもよいものとする。また、後述の第１コンタクト層と第２コンタクト層については１０％以内のＩｎを含んでいてもよいこととする。また、単に「ＡｌＮ」または「ＧａＮ」と表記する場合は、それぞれＧａおよびＡｌは組成比に含まないことを意味するが、単に「ＡｌＧａＮ」と表記することによって、ＡｌＮまたはＧａＮのいずれかであることを排除するものではない。なお、Ａｌ組成比の値は、フォトルミネッセンス測定およびＸ線回折測定などによって測定することができる。
　また、本明細書において、電気的にｐ型として機能する層をｐ型層と称し、電気的にｎ型として機能する層をｎ型層と称する。一方、ＭｇやＳｉ等の特定の不純物を意図的には添加しておらず、電気的にｐ型またはｎ型として機能しない場合、「ｉ型」または「アンドープ」と言う。アンドープの層には、製造過程における不可避的な不純物の混入はあってよく、具体的には、キャリア密度が小さい（例えば４×１０１６／ｃｍ３未満）場合に「アンドープ」である、と本明細書において称する。また、ＭｇやＳｉ等の不純物濃度の値は、ＳＩＭＳ分析によるものとする。
　また、エピタキシャル成長により形成される各層の厚みは、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、隣接する層のうち、Ａｌ組成比が同一であるか、または、ほぼ等しい（例えば０．０１未満）ものの、不純物濃度の異なる層の境界および厚みについては、両者の境界ならびに各層の厚みは、ＴＥＭ－ＥＤＳに基づく測定によるものとする。そして、両者の不純物濃度は、ＳＩＭＳ分析により測定できる。また、量子井戸構造や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ－ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。
　本発明における１次発光とは、深紫外発光素子の発光スペクトル（横軸を波長とし、縦軸を発光強度とする）において、最も発光強度の大きい発光を指す。また、その発光強度が最大となる波長を１次発光ピーク波長とする。そして、本発明による深紫外光発光素子における１次発光ピーク波長は２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内の深紫外光である。本発明を、中心発光波長が２５０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下である深紫外発光素子に供すると、さらに効果的である。
　そして、本発明による深紫外発光素子は、その発光スペクトル（例えば２００ｎｍ～８６０ｎｍの範囲）において、前記１次発光のほかに、青紫色の波長帯（４３０～４５０ｎｍ、代表波長：４３５ｎｍ）における２次発光成分と、黄緑色の波長帯（５４０～５８０ｎｍ、代表波長：５６０ｎｍ）における２次発光成分とを有する。
　上記の２次発光は１次発光により光励起されて発光するものであるため、２次発光の発光強度は１次発光のそれよりも低い。そこで、発光スペクトルの縦軸を対数表示とし、１次発光ピーク波長の発光強度を１００％とした場合における２次発光の発光強度を相対発光強度（％）と定義する。本発明において、２次発光成分の相対発光強度は１０％以下であり、より好ましくは１％以下である。また、相対発光強度は０．０３％以上であり、より好ましくは０．０５％以上である。相対発光強度が０．０３％未満の場合、２次発光の強度が小さすぎて、本発明の効果である演色性に寄与しない恐れがあるためである。
　すなわち、本発明に従う深紫外発光素子において、
・波長域４３０～４５０ｎｍの全域において相対発光強度が０．０３～１０％の発光成分がある場合に、青紫色の２次発光成分があると判断し、
・波長域５４０～５８０ｎｍの全域において相対発光強度が０．０３～１０％の発光成分がある場合に、黄緑色の２次発光成分があると判断するものとする。
　そして、本発明者が鋭意検討した結果、発光素子の発光スペクトルを測定したときの４３５ｎｍ（青紫色）と５６０ｎｍ（黄緑色）の発光強度の比が、０．５～２であることにより、深紫外光以外の光が白色（または白色に近いシアン色）となることを見出した。また、発光スペクトルを測定したときの５６０ｎｍ（黄緑色）の発光強度に対する４３５ｎｍ（青紫色）の発光強度の比が、０．６～１．８である好ましく、０．８～１．５であることがより好ましい。
　なお、本発明による深紫外発光素子は、白色光が発光の主とする白色の発光素子ではなく、あくまで深紫外光を主として発する深紫外発光素子であることは、１次発光ピーク波長の発光強度に基づき当然に理解される。
　発光スペクトルの測定を行う際の発光素子への通電は、２次発光が十分に行われるよう、１次発光の出力が得られれば良く、例えば４０ｍＡ以上が好ましく、発光出力が５ｍＷ以上となるようにすることが好ましい。また、発光スペクトルの測定は、例えば、ＡｌＮサブマウントに実装されたＬＥＤチップをＰＣＢ（ｐｒｉｎｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｏａｒｄ）基板に実装し、直流電源を用いて１５０ｍＡを通電し、光ファイバーを通じて分光装置で測定を行えばよい。
　評価装置としては、浜松ホトニクス製ＰＭＡ－１１シリーズ　分光測光装置Ｃ７４７３（計測可能波長範囲２００～９５０ｎｍ）を用いる。測定手順としては、迷光成分のキャンセルのため、バックグランド測定を行った後、実際のＬＥＤのスペクトル測定を行う。計測波長範囲の下限は深紫外発光素子の１次発光ピーク波長に合わせて設定してよい（例えば波長２４０ｎｍ）。また、本発明において、可視光成分が重要であるため赤外光は測定しなくてもよく、計測波長範囲の上限を例えば８６０ｎｍに設定してもよい。
　また、発光強度は、校正されたキセノンランプでキャリブレーションした値を用いるものとする。
　１次発光の発光強度に対して２次発光の発光強度は小さいため、発光スペクトルの縦軸（発光強度）を対数表示とすることで２次発光を確認する。
　なお、１次発光の波長が長波長である（例えばピーク波長が３５０ｎｍ）場合は、１次発光の裾が青紫色に及び、２次発光成分の範囲が分かりにくい場合があるが、その場合であっても、波長域４３０～４５０ｎｍおよび波長域５４０～５８０ｎｍの相対強度が前述の条件を満足しつつ、４３５ｎｍを代表値とした発光強度と、黄緑色（５６０ｎｍ）の発光強度との比が、上記範囲であれば白色（または白色に近いシアン色）の発光が観察される。
　以下、図面を参照して本発明に従う実施形態について説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。また、各図において、説明の便宜上、基板および各層の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。
（深紫外発光素子１００）
　本発明の一実施形態に従う深紫外光発光素子１００は、図１Ａに示すように、基板１０上に、ｎ型半導体層２０、発光層３０およびｐ型半導体層４０を順次有し、さらに随意に他の構成を有するものである。
　また、ｐ型半導体層４０が、発光層３０からの１次発光で励起されて青紫色を含む２次発光を発する第１コンタクト層５０を含み、ｎ型半導体層２０が、１次発光で励起されて黄緑色を含む２次発光を発する第２コンタクト層６０を含むことが好ましい。さらに、図１Ａ，図１Ｂに例示するように、第１コンタクト層５０と第２コンタクト層６０とが交互に並ぶ位置にあることが好ましい。なお、図１Ａは、図１ＢのＡ－Ａ断面図に対応する。そして、第１コンタクト層５０および第２コンタクト層６０が交互に並ぶ位置にあるとは、例えば、第１コンタクト層５０および第２コンタクト層６０を同一面上に平面視した仮想平面（図１Ｂ参照）において、第１コンタクト層５０の形状は、間隙を介して互いに平行な複数の細片からなる短冊型形状であり、かつ、前記短冊型形状の間隙において第２コンタクト層６０の少なくとも一部が前記複数の細片に対して互いに平行に配置されることをいう。第１コンタクト層５０および第２コンタクト層６０を平面視した仮想平面において、交互に並んでおらず、例えば第１コンタクト層５０が大部分となる偏在領域と第２コンタクト層６０が大部分となる偏在領域とが生じている場合は、発光素子として青紫色と黄緑色の両方が見えるようになる恐れがあるため、第１コンタクト層５０および第２コンタクト層６０が交互に並ぶ位置にある方が好ましい。また、図２に例示するように、ｎ型半導体層２０および第２コンタクト層６０をドット状に配列してもよい。
　なお、第２コンタクト層６０は、発光層３０を除去して一部を露出させたｎ型半導体層２０の表面に設けることができ、図１Ａでは、該第２コンタクト層６０上に、ｎ側電極９０が設けられている。
　図１Ａに示す態様は、ｐ型電極８０とｎ型電極９０とが同じ側に存在するフィリップチップ型の深紫外発光素子１００を例にしているが、本発明は図１Ａのようなフィリップチップ型の素子に限定されない。ｐ型電極とｎ型電極とが異なる側（対向する方向）に存在する垂直型の深紫外発光素子としてもよい。ただし、垂直型の素子においても、第１コンタクト層５０と第２コンタクト層６０とは互いに平行に配置されることが好ましい。
　深紫外発光素子１００の、第１コンタクト層５０および第２コンタクト層６０を平面視した仮想平面において、第１コンタクト層５０および第２コンタクト層６０の面積比は同程度であることが好ましく、例えば第２コンタクト層の面積に対する第１コンタクト層の面積の比は、０．５～２の間であることが好ましい。そうすることで、黄緑色の波長帯（５４０～５８０ｎｍ、代表波長：５６０ｎｍ）における２次発光成分の発光強度に対する青紫色の波長帯（４３０～４５０ｎｍ、代表波長：４３５ｎｍ）における２次発光成分の発光強度の比が、上記範囲になりやすい。
　また、本実施形態に従う深紫外光発光素子１００は、基板１０上に必要によりバッファ層（例えばＡｌＮ層）を介してもよく、ｎ型半導体層２０の一部上のｎ側電極９０と、ｐ型半導体層４０上のｐ側電極８０をさらに有することができる。
　以下、図１Ａ，図１Ｂを参照しつつ、本実施形態に従う深紫外発光素子１００の特徴的な構成の一つである第１コンタクト層５０と第２コンタクト層６０の好適態様について、さらに詳細に説明する。
＜第１コンタクト層＞
　本実施形態に従う第１コンタクト層５０は、ｐ型半導体層４０のどの位置に配置されていてもよいが、ｐ型電極８０との界面にあることが好ましい。当該ｐ型半導体層４０の組成に関しては、発光層３０から発せられる深紫外線を吸収して２次発光するよう組成を適宜調整する必要がある。第１コンタクト層５０は、ｐ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）においてｐ型ドーパントであるＭｇがドーピングされた場合の、不純物準位の励起波長が青色～青紫色であることを利用することができる。発光層３０からの深紫外光でも観察できる程度に励起発光するには、膜厚方向の平均Ｍｇ濃度（以下、単にＭｇ濃度と記載する。）を例えば１×１０１８／ｃｍ３以上とすることが好ましい。そのため、ｐ型電極８０に接してオーミックコンタクトを得る層（コンタクト層）を兼ねることが好ましい。第１コンタクト層５０のｐ型ＡｌｘＧａ１－ｘＮは、１０％以内のＩｎを含んでいても良い。また、２次発光の発光強度および／またはｐ型電極８０とのオーミックコンタクトを得る目的のため、第１コンタクト層５０のＭｇ濃度を５×１０１８／ｃｍ３以上とすることがより好ましい。一方、高抵抗化を防ぐためであるため、Ｍｇ濃度を１×１０２１／ｃｍ３以下とすることが好ましく、５×１０２０／ｃｍ３以下とすることがより好ましい。なお、第１コンタクト層５０は超格子構造であってもよい。この場合、超格子構造の最もＡｌ組成の低い層が上記Ａｌ組成ｘ（０≦ｘ≦０．３）の範囲内であることが好ましい。
＜第２コンタクト層＞
　本実施形態に従う第２コンタクト層６０は、ｎ型半導体層２０とｎ型電極９０との間にあることが好ましい。第２コンタクト層６０は、ｎ型のＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ≦０．３）においてｎ型ドーパントであるＳｉがドーピングされた場合の、不純物準位の励起波長が黄色または黄緑色であることを利用することができる。発光層からの深紫外光でも観察できる程度に励起発光するには、膜厚方向の平均Ｓｉ濃度（以下、単にＳｉ濃度と記載する。）は例えば１×１０１８／ｃｍ３以上であることが好ましい。なお、Ｓｉの濃度を多くする（例えば１×１０１９／ｃｍ３以上）方が、長波長の発光成分が増えて黄緑よりも黄色に近く見える発光をしやすくなる。その結果、より白色に近い発光に見えやすくなるため、Ｓｉ濃度は１×１０１９／ｃｍ３以上であることがより好ましい。また、第２コンタクト層６０がｎ型電極９０に接してオーミックコンタクトを得る層（コンタクト層）を兼ねることが好ましい。Ｓｉ濃度の上限は特に限定されるものではないが、結晶性の顕著な劣化が発生しない１×１０２１／ｃｍ３以下が好ましく、１×１０２１／ｃｍ３以下がより好ましい。また、第２コンタクト層６０のｎ型ＡｌｙＧａ１－ｙＮは、１０％以内のＩｎを含んでいても良い。また、第２コンタクト層６０の厚みに関しては、当該励起発光を十分に生じさせるため、０．１μｍ以上とすることが好ましい。特に、第２コンタクト層６０としては、電極とのコンタクト抵抗を低減でき、かつ後述するマスクとの選択成長が比較的容易なＧａＮ層を用いることが好ましい。ただし、５％以下の不純物（例えば、Ａｌ、Ｉｎ）を含む場合でも同様の効果が期待できるため、本明細書におけるは、「ＧａＮ層」は５％以下でＡｌやＩｎを含んでもよい。
　また、他の実施形態として、素子の一部に、発光層３０からの発光ピーク波長で励起されて赤色を発する層をさらに含むことができる。青紫色と黄緑色による白色は、赤色の対象物に対して演色性が悪い場合があるため、赤色を発する層を有している方が、さらに演色性が向上する。
　赤色を発する層は、ｎ型半導体層２０、ｐ型半導体層４０のいずれに配置されていても良く、上記の第１コンタクト層５０や第２コンタクト層６０と縦に積層されていてもよいし、第１コンタクト層５０や第２コンタクト層６０の横に並ぶ（部分的に置き換えられる）ようにしてもよい。
　赤色を発する層としては、III族元素であるＡｌ、Ｇａ、Ｉｎと、Ｖ族元素であるＰ、Ａｓを含む化合物半導体であって、ｐ型化またはｎ型化しているものを用いることができる。こうしたIII－Ｖ族半導体材料として、ＧａＡｓ、ＧａＰなどの二元系化合物半導体材料、ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓなどの三元系化合物半導体材料、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＡｓＰなどの四元系化合物半導体材料を例示することができる。さらに、Ｅｕ等の希土類ドープや量子ドットを用いることもできる。
　なお、バンドギャップの視点からすると、上述した赤色を発する層を構成する半導体材料は、ｐ型やｎ型のＧａＮよりもさらに狭いバンドギャップを持つため、一般的には深紫外光を吸収（または２次発光）するものとして認識される。しかしながら、屈折率を考慮すると、ＡｌＧａＮとＧａＮとの界面での反射率は１％程度であるところ、ＡｌＧａＮとＡｌＧａＡｓとの界面や、ＡｌＧａＮと赤色を発する層の上記材料との界面の反射率はＧａＮとの界面での反射率（１％程度）よりも遙かに大きい。そこで、波長２８０ｎｍの光に対して１０％以上の反射率、結晶性や平坦性の影響を加味してより好ましくは１５％以上の反射率となる半導体材料を部分的に用いることで、コンタクト層の一部を深紫外光の反射層として用いることが可能である。なお、上述したＧａＡｓなどの上記の半導体材料は、深紫外領域での反射率は高いものの、青色や紫色などの可視光領域（４００ｎｍ以上）では反射率が非常に低くなる。そのため、深紫外発光素子であるからこそ、赤色を発する層としてのみでなく反射層としての機能も兼ねることができる。
　ここで、第１コンタクト層５０、第２コンタクト層６０、および赤色を発する層の厚さは、それぞれ１ｎｍ～１０００ｎｍとすることが好ましく、より好ましくは１０～５００ｎｍである。また、各層を単層構造としてもよいし、深紫外線を透過する層（発光層から発せられる深紫外線を透過するバンドギャップになるようにＡｌ組成を調整したＡｌＧａＮやＡｌＮ）と上述の深紫外線を吸収して励起発光する層とを組み合わせた超格子構造としてもよい。コンタクト層として設ける場合は、厚くしても構わない。
　なお、本発明において、上述した赤色の発光は必須ではない。そのため、波長域５８１～７５０ｎｍの全域における相対発光強度は、０．１０％未満であってもよい。
　上述した第１コンタクト層５０、第２コンタクト層６０、および赤色を発する層以外の深紫外発光素子の構成は従来公知のIII族窒化物半導体発光素子と同様の構成を使用することができる。以下、本実施形態に適用可能な構成の具体的態様を説明するが、以下に例示するものに限らず、任意の構成とすることができる。
＜基板＞
　基板１０としては、発光層３０による発光を透過して基板側から深紫外光を取り出すことのできる基板を用いることが好ましく、例えばサファイア基板またはＡｌＮ単結晶基板などを用いることができる。また、基板１０として、サファイア基板の表面にアンドープのＡｌＮ層をエピタキシャル成長させたＡｌＮテンプレート基板を用いてもよい。基板１０の発光層側若しくはその反対側、又はＡｌＮテンプレート基板のＡｌＮ層の表面は、光取り出し効率向上のため、凹凸形状としてもよい。ＡｌＮ層の転位低減を目的として、１５００℃以上でのアニール処理を施してもよい。
＜バッファ層＞
　基板１０とｎ型半導体層２０との間には、バッファ層を設けることも好ましい。基板１０と、ｎ型半導体層２０との格子不整合を緩和するためである。バッファ層としてアンドープのIII族窒化物半導体層を用いることができ、バッファ層は超格子構造やIII族元素の組成比を結晶成長方向に組成傾斜させた組成傾斜層を含む構成とすることもできる。
＜ｎ型半導体層＞
　ｎ型半導体層２０は必要によりバッファ層を介し、基板１０上に設けられる。ｎ型半導体層２０を基板１０上に直接設けてもよい。ｎ型半導体層２０は、一般的なｎ型層とすることができ、例えばＡｌＧａＮよりなることができる。ｎ型半導体層２０には、ｎ型のドーパントがドープされることでｎ型層として機能し、ｎ型ドーパントの具体例として、シリコン（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），錫（Ｓｎ），硫黄（Ｓ），酸素（Ｏ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ）等を挙げることができる。ｎ型ドーパントのドーパント濃度は、ｎ型として機能することのできるドーパント濃度であれば特に限定されず、例えば１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることができる。また、ｎ型半導体層２０のバンドギャップは、発光層３０（量子井戸構造とする場合は井戸層）のバンドギャップよりも広く、発光する深紫外光に対し透過性を有することが好ましい。また、ｎ型半導体層２０を単層構造や複数層からなる構造の他、III族元素の組成比を結晶成長方向に組成傾斜させた組成傾斜層や超格子構造を含む構成することもできる。ｎ型半導体層２０は、ｎ型電極９０とのコンタクト部を形成するだけでなく、基板から発光層に至るまでに結晶性を高める機能を兼ねる。ｎ型半導体層２０が第２コンタクト層６０を含んでもよいことは前述のとおりである。
＜発光層＞
　発光層３０はｎ型半導体層２０上に設けられる。また、本実施形態における発光層３０は、当該発光層３０による発光の中心発光波長が深紫外光の２００～３５０ｎｍとなるよう設けられる。２５０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下となるように設けることがより好ましい。
　発光層３０は、単層構造により構成してもよいが、Ａｌ組成比の異なるＡｌＧａＮよりなる井戸層および障壁層を繰り返し形成した多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）構造で構成することが好ましい。なお、深紫外光を放出する層は、単層構造の場合は発光層それ自体であり、多重量子井戸構造の場合は井戸層である。
　深紫外光を放出する井戸層（ＡｌｗＧａ１－ｗＮ）のＡｌ組成比ｗは、深紫外光の２００～３５０ｎｍとなるよう、または、中心発光波長が２５０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下となるよう設定する。このようなＡｌ組成比ｗは、例えば０．３～０．６の範囲内とすることができる。多重量子井戸構造の場合、障壁層（ＡｌｂＧａ１－ｂＮ）のＡｌ組成比ｂは、井戸層のＡｌ組成比ｗよりも高くする。例えば、ｂ＞ｗの条件の下、障壁層のＡｌ組成比ｂを０．４０～０．９５とすることができる。また、井戸層および障壁層の繰り返し回数は、特に制限されず、例えば１～１０回とすることができる。発光層３０の厚み方向の両端側（すなわち最初と最後）を障壁層とすることが好ましく、井戸層および障壁層の繰り返し回数をｎとすると、この場合は「ｎ．５組の井戸層および障壁層」と表記することとする。また、井戸層の厚みを０．５ｎｍ～５ｎｍ、障壁層４２の厚みを３ｎｍ～３０ｎｍとすることができる。
＜ｐ型半導体層＞
　発光層３０上に設けられるｐ型半導体層４０は、発光層３０の側から、ｐ型電子ブロック層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を任意に含んでよい。また、ｐ型クラッド層を省略して、発光層３０上にｐ型電子ブロック層およびｐ型コンタクト層の順に形成することもできる。前述の第１コンタクト層５０がｐ型コンタクト層を兼ねてもよい。
　また、上述したｐ型電子ブロック層は電子を堰止めし、電子を発光層３０（多重量子井戸構造の場合には井戸層）内に注入して、電子の注入効率を高めるための層として用いられる。この目的のため、ｐ型電子ブロック層のＡｌ組成比ｚを、０．５≦ｚ≦１とすることが好ましい。なお、Ａｌ組成比ｚが０．５以上であれば、ｐ型電子ブロック層はIII族元素としてのＡｌとＧａに対して５％以内の量のＩｎを含んでいてもよい。ここで、発光層３０が前述の障壁層を有する多重量子井戸構造である場合、Ａｌ組成比ｚは上記条件を満足しつつ、障壁層のＡｌ組成比ｂよりも高くすることが好ましい。すなわち、ｚ＞ｂである。
　ｐ型電子ブロック層の厚みは特に制限されないが、例えば１０ｎｍ～８０ｎｍとすることが好ましい。ｐ型電子ブロック層の厚みがこの範囲であれば、高い発光出力を確実に得ることができる。なお、ｐ型電子ブロック層の厚みは、障壁層の厚みよりは厚いことが好ましい。また、ｐ型電子ブロック層にドープするｐ型ドーパントとしては、マグネシウム（Ｍｇ），亜鉛（Ｚｎ），カルシウム（Ｃａ），ベリリウム（Ｂｅ），マンガン（Ｍｎ）等を例示することができ、Ｍｇを用いることが一般的である。ｐ型電子ブロック層のドーパント濃度は、ｐ型の半導体層として機能することのできるドーパント濃度であれば特に限定されず、例えば１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～５．０×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることができる。寿命の改善を目的として、ｐ型電子ブロック層の一部に炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの元素を意図的に添加することもできる。もちろん、１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の意図しない原料又は装置起因の不純物（例えば、水素（Ｈ）、炭素（Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）、酸素（酸素）が含まれることはありうる。
　また、ｐ型クラッド層は、発光層３０における深紫外光を放出する層のＡｌ組成比より高く、一方、ｐ型電子ブロック層のＡｌ組成比ｚより低いＡｌ組成比を持つ層である。つまり、ｐ型電子ブロック層とｐ型クラッド層は、いずれも深紫外光を放出する層のＡｌ組成比より高いＡｌ組成比を持つ層であり、発光層３０から発光された深紫外光を実質的に透過する層である。
　ｐ型クラッド層を設ける場合、単層構造としてもよいし、複数層構造としてもよいし、組成傾斜層としてもよい。ｐ型クラッド層が超格子積層体構造を有する場合はＡｌ組成比と厚さの積の和を合計厚さで割ることから計算される平均組成比を当該超格子積層体のＡｌ組成比とする。また、本発明において、ｐ型クラッド層を設けなくてもよい。例えば、ｐ型半導体層がｐ型電子ブロック層およびｐ型コンタクト層のみによって構成されていてもよい。
　なお、ｐ型コンタクト層内において、局所的にＳｉ等の異種ドーパントを混在させたり、局所的にアンドープ領域を混在させたりすることによりｐ型ドーパントの発光層３０への移動を制御することを行うことも好ましい。
＜ｎ側電極＞
　ｎ側電極９０は、ｎ型半導体層２０の露出面上または第２コンタクト層６０表面の一部領域上または全面に設けることができる。ｎ側電極９０として、例えばＴｉ含有膜およびこのＴｉ含有膜上に形成されたＡｌ含有膜を有する金属複合膜とすることができる。なお、図１Ａ，図１Ｂおよび図２に示す深紫外発光素子１００では、発光層３０、ｐ型半導体層４０の一部がエッチング等により除去され、露出したｎ型半導体層２０に設けられる第２コンタクト層６０上にｎ側電極９０が設けられたものである。
＜ｐ側電極＞
　ｐ側電極８０は、ｐ型コンタクト層に用いる前述の材料上に形成される公知の電極材料を使用することができる。
（深紫外発光素子の製造方法）
　深紫外発光素子１００は、基板１０上に、ｎ型半導体層２０を形成する工程と、ｎ型半導体層２０上に発光層３０を形成する工程と、発光層３０上にｐ型半導体層４０を形成する工程とにより製造することができる。ｐ型半導体層４０を形成する工程が第１コンタクト層５０を形成する工程をさらに含むことが好ましい。また、ｎ型半導体層を形成する工程において第２コンタクト層６０を形成する工程を含んでもよいし、これとは別に第２コンタクト層６０を形成する工程むことも好ましい。前述した２次発光成分の相対強度と、波長５６０ｎｍにおける発光強度に対する、波長４３５ｎｍにおける発光強度の比との関係を満足するように、各工程における各層の作製条件を適宜設定すればよい。
　なお、各工程においては、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＨＶＰＥ法、スパッタ法などの公知の薄膜成長方法により形成することができ、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて形成することができる。
　また、バッファ層、ｐ側電極８０、ｎ側電極９０についても、一般的な手法を用いて形成することができる。
　以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
（発明例１）
　まず、サファイア基板（直径２インチ、厚さ：４３０μｍ、面方位：（０００１））上に、ＭＯＣＶＤ法により、中心膜厚０．６０μｍ（平均膜厚０．６１μｍ）のＡｌＮ層（成長温度１３００℃）を成長させ、ＡｌＮテンプレート基板とした。膜厚については、光干渉式膜厚測定機（ナノスペックＭ６１００Ａ；ナノメトリックス社製）を用いて、ウェハー面内の中心を含む、等間隔に分散させた計２５箇所の膜厚を測定した。次いで、上記ＡｌＮテンプレート基板を熱処理炉に導入し、炉内を窒素ガス雰囲気とした後に、炉内の温度を昇温してＡｌＮテンプレート基板に対して熱処理を施した。その際、加熱温度は１６５０℃、加熱時間は４時間とした。
　続いて、ＭＯＣＶＤ法により、アンドープのＡｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎからなる組成の厚み１．０μｍのバッファ層を形成した。次に、Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎからなり、Ｓｉドープした厚み１．０μｍのｎ型半導体層を上記バッファ層上に形成した。なお、ＳＩＭＳ分析の結果、ｎ型半導体層のＳｉ濃度は２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
　続いて、ｎ型半導体層上に、Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎからなる厚み７ｎｍの障壁層およびＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなる厚み３ｎｍの井戸層を交互に３組繰り返して積層した量子井戸構造を形成し、さらにＡｌＮからなる１ｎｍの層を形成し、発光層とした。井戸層より放出される深紫外光の発光ピーク波長は３１０ｎｍである。障壁層の形成にあたってはＳｉドープも行った。
　その後、発光層上に、水素ガスをキャリアガスとして、Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎからなる厚み４０ｎｍのｐ型電子ブロック層を形成した。なお、ｐ型電子ブロック層の形成にあたり、Ｍｇ源としてＣＰ２Ｍｇガスをチャンバに供給してＭｇをドープした。ＳＩＭＳ分析の結果、ｐ型電子ブロック層のＭｇ濃度は２．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
　続いて、ｐ型電子ブロック層上にＭｇドープしたｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇ濃度２×１０１９／ｃｍ３、厚さ０．３μｍ）を形成した。その後、図１Ａ、図１Ｂに示したように、ｎ型半導体層の一部をドライエッチングにより露出させた。この際、ｐ型ＧａＮコンタクト層（及びその下の層）の形状は、間隙を介して互いに平行な複数の細片からなる短冊型形状であり、その間隙においてｎ型半導体層が露出しているようにした。
　露出させたｎ型半導体層の一部以外をＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜で覆うことでマスクとし、再度、ＭＯＣＶＤにより、露出するｎ型半導体層（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ）上にｎ型ＧａＮコンタクト層（Ｓｉ濃度２×１０１９／ｃｍ３、厚さ０．３μｍ）を形成した。
　上記ｎ型ＧａＮコンタクト層上に、Ｔｉ（２０ｎｍ）とＡｌ（６００ｎｍ）の積層からなるｎ型電極を、図１Ｂに示すように櫛歯形状となるように形成し、さらに、各々の短冊形状のｐ型ＧａＮコンタクト層上のＳｉＯ２膜を除去して、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にＮｉ（１０ｎｍ）とＡｕ（３００ｎｍ）の積層からなるｐ型電極を形成した。コンタクトアニールを実施した後、ｎ型電極の一部と、ｐ型電極の一部を露出するようにＳｉＯ２絶縁膜を形成し、ｎ型電極と接続するｎ型パッド電極部と、各々の短冊形状のｐ型電極と接続するｐ型パッド電極部とを形成した。ｎ型とｐ型のそれぞれのパッド電極は、各電極上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ０．７５Ｓｎ０．２５合金／Ａｕの順に形成した。
　ｎ型とｐ型のそれぞれのパッド電極を、ＡｕＳｎ半田を用いてサブマウント上にフリップチップ実装した後、１００ｍＡを通電し、金属顕微鏡を用いて光取り出し側（サファイア基板側）からカメラ撮影したところ、図３Ａのように、ｐ型ＧａＮコンタクト層側は青色に、ｎ型ＧａＮコンタクト層側は黄色に観察され、測定時の発光素子はデジタルカメラでの写真および肉眼で図４Ａのように白色に光っているように見えた。
　さらに、発明例１の深紫外発光素子に１５０ｍＡ通電した時の、スペクトルアナライザー（浜松ホトニクス製、ＰＭＡ－１１シリーズ　分光測光装置Ｃ７４７３）を用いて計測波長範囲２６０～８６０ｎｍで測定した発光スペクトルを図５に示す。
（比較例１）
　ｎ型ＧａＮコンタクト層を再成長せず、ｎ型半導体層（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ）上にｎ型電極を形成した以外は、発明例１と同様にして比較例１に係る深紫外発光素子を作製した。
　発明例１と同様にして観察したところ、図３Ｂ、４Ｂのようにｐ型ＧａＮコンタクト層側が青色に観察される以外の色は観察されず、測定時の発光素子は金属顕微鏡での写真（図３Ｂ）および肉眼で青色に光っているように見えた（図４Ｂ）。また、発光波長について、発明例１と同様にして測定したスペクトルアナライザーでの測定結果を図５に示す。
　発明例１と、比較例１との発光スペクトルについてより詳細に検討した。図５に示すように、発明例１では、青紫色の波長（４３５ｎｍ）を含む２次発光と、黄緑色の波長（５６０ｎｍ）を含む２次発光が観察された。青紫色の波長（４３５ｎｍ）を含む２次発光は、４３０～４５０ｎｍの全域において相対発光強度は０．０７～０．０９％であった。黄緑色の波長（５６０ｎｍ）を含む２次発光は、５４０～５８０ｎｍの全域において相対発光強度は０．０６～０．０８％であった。これに対して、比較例１では、黄緑色の波長（５６０ｎｍ）を含む２次発光は観察されなかった。発明例１および比較例１のそれぞれにおける、５６０ｎｍの発光強度に対する４３５ｎｍの発光強度の比は、下記表１のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（発明例２）
　発明例１におけるｐ型ＧａＮコンタクト層に替えて、Ａｌ０．４１Ｇａ０．５９Ｎ層（２．５ｎｍ）とＡｌ０．２１Ｇａ０．７９Ｎ層（５．０ｎｍ）を順に７組繰り返した合計１４層の超格子構造としたＭｇドープｐ型コンタクト層を形成した。また、このｐ型コンタクト層の表面側（Ａｌ０．２１Ｇａ０．７９Ｎ層）に高濃度領域（Ｍｇ濃度は３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を形成した。その他の作製条件は、発明例１と同様として発明例２に係る深紫外発光素子を作製した。発明例２に係る深紫外発光素子においても、青紫色を含む２次発光が生じることが確認され、発明例１と同様のｎ型ＧａＮコンタクト層による黄緑色を含む２次発光との組み合わせによって肉眼で白色に観察された。なお、発明例２における、波長５６０ｎｍにおける発光強度に対する、波長４３５ｎｍにおける発光強度の比は、０．５～２の範囲内であることが確認された。また、この場合、深紫外光の反射率の高いｐ型電極（例えば、Ｒｈおよびその合金、Ａｌおよびその合金）を適用することもできる。
（発明例３）
　発明例１の深紫外発光素子を構成する各層の組成について、バッファ層の組成をＡｌ０．７０Ｇａ０．３０Ｎに、ｎ型半導体層の組成をＡｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎに、障壁層の組成をＡｌ０．６４Ｇａ０．３６Ｎに、井戸層の組成をＡｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎに、ブロック層の組成をＡｌ０．６８Ｇａ０．３２Ｎにそれぞれ変更した。その他の条件は発明例１と同様にして発明例３に係る深紫外発光素子を作製した。なお、発明例３は、発明例１と同様にｎ型ＧａＮコンタクト層（Ｓｉ濃度２×１０１９／ｃｍ３、厚さ０．３μｍ）を再成長により形成したものである。発明例３についても、発明例１と同様、発光時には肉眼で白色に観察された。なお、発明例３の深紫外発光素子における、波長５６０ｎｍにおける発光強度に対する、波長４３５ｎｍにおける発光強度の比は、０．５～２の範囲内であることが確認された。以上のことから、発光波長が３１０ｎｍ以外の場合でも、青紫色の波長（４３５ｎｍ）を含む２次発光を発するｐ型コンタクト層を有し、かつ、黄緑色の波長（５６０ｎｍ）を含む２次発光を発するｎ型ＧａＮコンタクト層を再成長し、２次発光強度比を調整して同様の効果を得ることができた。
（比較例２）
　発明例３に係る深紫外発光素子では、ｎ型ＧａＮコンタクト層を再成長したところ、比較例２においては前述の比較例１と同様、ｎ型ＧａＮコンタクト層を再成長させなかった。その他の条件は発明例３と同様として、比較例２に係る深紫外発光素子を作製した。比較例２では、ｐ型ＧａＮコンタクト層側が青色に観察される以外に、別の色は観察されなかった。
　本発明によれば、被照射体の演色性にも配慮した深紫外発光素子を提供することができる。
１０　　基板
２０　　ｎ型半導体層
３０　　発光層
４０　　ｐ型半導体層
５０　　第１コンタクト層
６０　　第２コンタクト層
８０　　ｐ側電極
９０　　ｎ側電極
１００　深紫外発光素子
 

Claims (4)

  1. 　III族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を順次有する深紫外発光素子であって、
    　前記深紫外発光素子の発光スペクトルは、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長域に１次発光ピーク波長を有し、
    　前記１次発光ピーク波長の発光強度を１００％とした場合における２次発光の発光強度を相対発光強度として、前記発光スペクトルは、
    　波長域４３０～４５０ｎｍの全域において０．０３～１０％の相対発光強度を有する青紫色の２次発光成分と、
    　波長域５４０～５８０ｎｍの全域において０．０３～１０％の相対発光強度を有する黄緑色の２次発光成分とをさらに有し、
    　波長５６０ｎｍにおける発光強度に対する、波長４３５ｎｍにおける発光強度の比が、０．５～２であることを特徴とする深紫外発光素子。
  2. 　前記ｐ型半導体層が、前記青紫色の２次発光成分を発する第１コンタクト層を含み、
    　前記ｎ型半導体層が、前記黄緑色の２次発光成分を発する第２コンタクト層を含む、請求項１に記載の深紫外発光素子。
  3. 　前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層とが交互に並ぶ位置にある、請求項２に記載の深紫外発光素子。
  4. 　前記第１コンタクト層は、Ｍｇ濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上のＭｇドープＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０≦ｘ≦０．３）であり、
    　前記第２コンタクト層は、Ｓｉ濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上のＳｉドープＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（０≦ｙ≦０．３）である、請求項２または３に記載の深紫外発光素子。
     
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010205767A (ja) * 2009-02-27 2010-09-16 Institute Of Physical & Chemical Research 光半導体素子及びその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4072632B2 (ja) * 2002-11-29 2008-04-09 豊田合成株式会社 発光装置及び発光方法
JP4524468B2 (ja) * 2004-05-14 2010-08-18 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 蛍光体とその製造方法および当該蛍光体を用いた光源並びにｌｅｄ
RU2423756C1 (ru) * 2007-08-30 2011-07-10 Нития Корпорейшн Светоизлучающее устройство
JP5352248B2 (ja) 2009-01-09 2013-11-27 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010205767A (ja) * 2009-02-27 2010-09-16 Institute Of Physical & Chemical Research 光半導体素子及びその製造方法

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