WO2021033459A1 - 発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率が高く、低抵抗なIII 族窒化物半導体からなる紫外発光の発光素子を実現すること。 【解決手段】発光素子は、ｎコンタクト層１２と、ｎコンタクト層１２上に設けられた発光層１３を有している。ｎコンタクト層１２および発光層１３の表面は、おわん型の凸部２０が２次元的に分布した凹凸形状であり、凸部２０の中心付近にらせん転位２１が存在し、らせん転位２１の近傍の領域にはＡｌ組成がｎコンタクト層１２の他の領域２３よりも高い高エネルギー領域２２が存在している。高エネルギー領域２２がキャリアに対してポテンシャルバリアを形成するため、発光効率が向上している。

Description

発光素子およびその製造方法

　本発明は、III 族窒化物半導体からなる発光素子に関するものであり、特に紫外発光の発光素子に関するものである。また、その発光素子の製造方法に関するものである。

　III 族窒化物半導体からなる紫外発光素子の光出力を向上させる技術として、特許文献１がある。特許文献１では、サファイアからなる基板の表面を多段のテラス状にし、その基板上にIII 族窒化物半導体をステップフロー成長させることで発光層も多段のテラス状とすることが記載されている。発光層をこのような形状とすることで、段差部分にＧａを偏析させ、光出力の向上を図っている。

国際公開第２０１７／０１３７２９号

　しかし、特許文献１のように発光層を多段のテラス状としても、Ｇａの偏析の割合は小さく、光出力の向上は十分でなかった。また、特許文献１では発光層が面内で均一に発光しない問題や、低抵抗化が十分でないという問題もあった。

　そこで本発明の目的は、発光効率が高いIII 族窒化物半導体からなる紫外発光の発光素子を実現することである。

　本発明は、ｎ層と、ｎ層上に位置する発光層と、発光層上に位置するｐ層と、を有したIII 族窒化物半導体からなる紫外発光の発光素子において、ｎ層表面および発光層表面は、おわん型の凸部が２次元的に分布した凹凸形状を有しており、凸部の中心近傍にらせん転位または複合転位が存在し、そのらせん転位または複合転位の近傍の領域は、他の領域よりもバンドギャップエネルギーが高い、ことを特徴とする発光素子である。おわん型の形状とは、半球や球体の一部分、楕円、双曲面、放物面などの２次曲面である。

　凸部の高さは、２ｎｍ以上、１０ｎｍ以下、凸部の直径は１００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下であり、ｎ層表面および発光層表面の平均粗さは、２ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば、発光効率をより向上させることができる。以下、「Ａ（単位）以上、Ｂ（単位）以下」を、単に、「Ａ～Ｂ（単位）」と記す。

　凸部の個数密度は、１×１０⁶ ～１×１０⁸ ／ｃｍ² であることが好ましい。この範囲であれば、発光効率をより向上させることができる。バンドギャップエネルギーが高い領域の水平断面は円形であり、その直径は１００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが望ましい。バンドギャップエネルギーが高い領域と他の領域とのバンドギャップエネルギー差は、０．１ｅＶ以上、０．６ｅＶ以下とすることが望ましい。これらの条件が満たされる場合に発光効率をより向上させることができる。

　ｎ層のＳｉ濃度は、１×１０¹⁹～５×１０¹⁹／ｃｍ³ であることが好ましい。発光素子の低抵抗化を図ることができる。

　また本発明は、ｎ層と、ｎ層上に位置する発光層と、発光層上に位置するｐ層と、を有したIII 族窒化物半導体からなる紫外発光の発光素子の製造方法において、ｎ層は、成長温度を８５０～１１００℃、Ｖ／ＩＩＩ比を５００～３２００とし、さらに成長温度をＴ（℃）、Ｖ／ＩＩＩ比をＲとして、２０Ｔ＋Ｒ≦２４０００を満たす条件で形成することにより、ｎ層表面および発光層表面を、おわん型の凸部が２次元的に分布した凹凸形状とし、凸部の中心近傍にらせん転位または複合転位が存在し、そのらせん転位または複合転位近傍の領域が他の領域よりもバンドギャップエネルギーが高くなるようにする、ことを特徴とする発光素子の製造方法である。

　ｎ層の形成は、成長温度を１０００～１０５０℃、Ｖ／ＩＩＩ比を１０５０～２２００とすることが好ましい。発光効率をより向上させることができる。

　本発明によれば、凸部中心近傍が高Ａｌ組成であるためキャリアに対してポテンシャルバリアを形成し、キャリアが凸部中心のらせん転位や複合転位、あるいはその近辺の他の転位にトラップされないため、発光効率を向上させることができる。

実施例１の発光素子の構成を示した図。 ｎコンタクト層１２および発光層１３の表面形状を模式的に示した図。 凸部２０付近のエネルギーバンド図を模式的に示した図。 発光層１３表面を撮影したＡＦＭ像。 発光層１３の発光強度分布を示した図。 発光層１３のＣＬ像を示した図。 実施例１の発光素子の電流－光出力特性を示したグラフ。 ｎ－ＡｌＧａＮの抵抗率とＳｉ濃度との関係を示したグラフ。 凸部２０付近のＳＴＥＭ像。

　以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

　図１は、実施例１の発光素子の構成を示した図である。実施例１の発光素子は、フリップチップ型の紫外発光素子であり、基板１０と、バッファ層１１と、ｎコンタクト層１２と、発光層１３と、電子ブロック層１４と、ｐコンタクト層１５と、透明電極１６と、ｐ電極１７と、ｎ電極１８と、を有している。ｎコンタクト層１２は、本発明のｎ層に相当し、電子ブロック層１４およびｐコンタクト層１５は、本発明のｐ層に相当する。

（各層の構成）
　まず、実施例１の発光素子の各層の構成について説明する。

　基板１０は、サファイアからなる成長基板である。厚さは、たとえば９００μｍである。サファイア以外にも、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＺｎＯなどを用いることができる。

　バッファ層１１は、基板１０上に位置している。バッファ層１１は、核層、低温バッファ層、高温バッファ層の３層を順に積層した構造である。核層は、低温で成長させたノンドープのＡｌＮからなり、結晶成長の核となる層である。核層の厚さは、たとえば１０ｎｍである。低温バッファ層は、核層よりも高温で成長させたノンドープのＡｌＮからなる層である。低温バッファ層の厚さは、たとえば０．３μｍである。高温バッファ層は、低温バッファ層よりも高温で成長させたノンドープのＡｌＮからなる層である。高温バッファ層の厚さは、たとえば２．７μｍである。このようなバッファ層１１を設けることで、ＡｌＮの貫通転位の密度低減を図っている。

　ｎコンタクト層１２は、バッファ層１１上に位置している。ｎコンタクト層１２は、ｎ－ＡｌＧａＮからなる。Ｓｉ濃度は１×１０¹⁹～５×１０¹⁹／ｃｍ³ とすることが好ましい。後述のように、実施例１の発光素子の発光効率向上と低抵抗化を両立できるためである。ｎコンタクト層１２の構成の一例として、Ａｌ組成は６２％、厚さは１．３μｍ、Ｓｉ濃度は２×１０¹⁹／ｃｍ³ である。

　発光層１３は、ｎコンタクト層１２上に位置する。発光層１３は、井戸層が２層のＭＱＷ構造である。つまり、第１障壁層、第１井戸層、第２障壁層、第２井戸層、第３障壁層の順に積層された構造である。第１井戸層および第２井戸層は、ｎ－ＡｌＧａＮからなる。そのＡｌ組成は、所望の発光波長に応じて設定される。第１障壁層、第２障壁層、および第３障壁層は、第１井戸層および第２井戸層よりもＡｌ組成の高いｎ－ＡｌＧａＮからなる。第１井戸層および第２井戸層の構成の一例として、Ａｌ組成は４０％、厚さは２．４ｎｍ、Ｓｉ濃度は９×１０¹⁸／ｃｍ³ である。第１障壁層および第２障壁層の構成の一例として、Ａｌ組成は５５％、厚さは１９ｎｍ、Ｓｉ濃度は９×１０¹⁸／ｃｍ³ である。第３障壁層の構成の一例として、Ａｌ組成は５５％、厚さは４ｎｍ、Ｓｉ濃度は５×１０¹⁸／ｃｍ³ である。

　電子ブロック層１４は、発光層１３上に位置している。電子ブロック層１４は、第３障壁層よりもＡｌ組成の高いｐ－ＡｌＧａＮからなる。電子ブロック層１４によって、電子がｐコンタクト層１５側に拡散してしまうのを抑制している。電子ブロック層１４の構成の一例として、Ａｌ組成は８０％、厚さは２５ｎｍ、Ｍｇ濃度は５×１０¹⁹／ｃｍ³ である。

　ｐコンタクト層１５は、電子ブロック層１４上に位置している。ｐコンタクト層１５は、第１ｐコンタクト層と第２ｐコンタクト層を順に積層した構造である。第１ｐコンタクト層および第２ｐコンタクト層は、ｐ－ＧａＮからなる。第１ｐコンタクト層の構成の一例として、厚さは７００ｎｍ、Ｍｇ濃度は２×１０¹⁹／ｃｍ³ である。また、第２ｐコンタクト層の構成の一例として、厚さは６０ｎｍ、Ｍｇ濃度は１×１０²⁰／ｃｍ³ である。

　ｐコンタクト層１５表面の一部領域には溝が設けられている。溝はｐコンタクト層１５および発光層１３を貫通し、ｎコンタクト層に達する深さである。この溝はｎ電極１８を設けるためのものである。

　透明電極１６は、ｐコンタクト層１５上に位置している。透明電極１６の材料は、たとえばＩＺＯ、ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物である。ここでいう透明は、可視光波長領域における透過率が高いことを意味する。

　ｐ電極１７は、透明電極１６上に位置している。ｐ電極１７は、Ｎｉ／Ａｕなどである。

　ｎ電極１８は、溝の底面に露出するｎコンタクト層１２上に位置している。ｎ電極１８は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ、Ｖ／Ａｌ／Ｎｉ、Ｖ／Ａｌ／Ｒｕなどである。

（各層の表面形状について）
　次に、実施例１の発光素子の各層の表面形状について説明する。

　ｎコンタクト層１２の表面は、おわん型の凸部２０が２次元的に分布した凹凸形状となっている（図２参照）。また、ｎコンタクト層１２の表面はバッファ層１１の表面に比べて凹凸が少なく、ｎコンタクト層１２表面の平均粗さはバッファ層１１の表面粗さに比べて小さい。

　凸部２０は、らせん転位の位置に対応して存在しており、凸部２０の中心付近にらせん転位２１が存在している。これは、凸部２０がらせん転位２１の回りに結晶がスパイラル成長したものであるためである。したがって、凸部２０の密度は、らせん転位の密度におよそ一致している。なお、らせん転位２１は、らせん転位と刃状転位の複合転位の場合もある。以下、らせん転位２１と言った場合は複合転位の場合も含むものとする。また、凸部２０には、刃状転位や複合転位（らせん転位と刃状転位の複合転位）も多く存在している。

　凸部２０の密度は、１×１０⁶ ～１×１０⁸ ／ｃｍ² であることが好ましい。この範囲であれば、発光効率をより向上させることができる。たとえば実施例１においては、凸部２０の密度は７．８×１０⁷ ／ｃｍ² である。

　凸部２０の好ましい形状は次の通りである。凸部２０の高さＨは、２～１０ｎｍである。凸部の直径Ｗは、１００～２０００ｎｍである。たとえば実施例１においては、凸部の直径Ｗは２００～８００ｎｍの範囲である。ｎコンタクト層１２表面の平均粗さは、２～１０ｎｍである。ｎコンタクト層１２表面の平均粗さは、発光層１３における第１井戸層および第２井戸層の厚さよりも大きいことが好ましい。

　凸部２０の中心近傍の領域（らせん転位２１の近傍の領域）は、Ａｌ組成がｎコンタクト層１２の他の領域２３よりも高い、または結晶の歪みによってバンドギャップエネルギーが他の領域２３よりも大きくなっている高エネルギー領域２２が存在している。この高エネルギー領域２２は、平面視においておよそ円形であり、らせん転位２１を中心に直径１００～１０００ｎｍの円形である。高エネルギー領域２２のバンドギャップエネルギーは、たとえば４．４～５ｅＶであり、高エネルギー領域２２と他の領域２３とのバンドギャップエネルギー差は、たとえば０．１～０．６ｅＶである。

　発光層１３の表面は、ｎコンタクト層１２の表面の表面形状をそのまま引き継いでいる。すなわち、おわん型の凸部２０が２次元的に分布した凹凸形状であり、凸部２０の中心付近にらせん転位２１が存在し、らせん転位２１の近傍の領域には高エネルギー領域２２が存在している。凸部２０の高さＨ、直径Ｗ、密度、発光層１３の表面の平均粗さもｎコンタクト層１２表面と同様である。

　実施例１の発光素子では、発光層１３の表面形状が上記のように設定されているため、発光効率が向上している。その理由を図３に示すエネルギーバンド図を基に説明する。図３は、発光層１３の面内におけるエネルギーバンド図を模式的に示した図であり、凸部２０の近傍について示している。おわん型の凸部２０の中心付近にはらせん転位２１が存在している。らせん転位２１はトラップ準位を形成し、これにトラップされたキャリアは非発光結合する。そのため、らせん転位２１は発光効率が低下する要因となっている。

　実施例１の発光素子では、らせん転位２１の回りに高エネルギー領域２２が形成されていて、発光層１３の他の領域２３よりもバンドギャップエネルギーが大きくなっている。このため、高エネルギー領域２２はキャリアに対してポテンシャルバリアを形成する。このポテンシャルバリアの存在により、らせん転位２１やらせん転位２１の近辺に存在する他の転位にトラップされるキャリアが少なくなり、非発光結合も低減する。また、その分、発光層１３の他の領域２３で発光結合するキャリアが増加する。このように、らせん転位２１やその近辺の他の転位にトラップされるキャリアの減少と発光結合するキャリアの増加により、発光効率が向上する。

　以上、実施例１の発光素子では、発光層１３の表面形状がおわん型の凸部２０が２次元的に分布した凹凸形状であり、その凸部２０中心近傍にらせん転位２１が存在し、らせん転位２１の回りに高エネルギー領域２２が存在するため、発光効率が向上している。

（実施例１の発光素子の製造方法について）
　次に、実施例１の発光素子の製造方法について説明する。なお、III 族窒化物半導体の結晶成長にはＭＯＣＶＤ法を用い、窒素源としてアンモニア、Ｇａ源としてトリメチルガリウム、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウムを用いる。また、ｎ型ドーパントガスとしてシラン、ｐ型ドーパントガスとしてビス（シクロペンタジエニル）マグネシウムを用いる。また、キャリアガスとして水素、窒素を用いる。

　まず、サファイアからなる基板１０を用意する。そして、基板１０上にバッファ層１１を形成する。バッファ層１１の形成は、まずスパッタによってＡｌＮからなる核層を形成する。成長温度は、たとえば８８０℃である。つぎに、核層上に、ＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮからなる低温バッファ層、高温バッファ層を順に形成する。低温バッファ層の成長条件は、たとえば成長温度が１０９０℃、成長圧力が５ｋＰａである。また、高温バッファ層の成長条件は、たとえば成長温度が１２７０℃、成長圧力が５ｋＰａである。

　次に、バッファ層１１上に、ＭＯＣＶＤ法によってｎ－ＡｌＧａＮからなるｎコンタクト層１２を形成する。成長温度は８５０～１１００℃、Ｖ／ＩＩＩ比は５００～３２００、成長圧力は２～２０ｋＰａとする。また、成長温度をＴ（℃）、Ｖ／ＩＩＩ比をＲとして、２０Ｔ＋Ｒ≦２４０００を満たすようにする。成長温度とＶ／ＩＩＩ比をこのような範囲とすることで、らせん転位２１を中心としてｎ－ＡｌＧａＮをスパイラル成長させることができ、そのスパイラル成長した部分がおわん型の凸部２０となる。その結果、ｎコンタクト層１２の表面形状は、おわん型の凸部２０が２次元的に分布した凹凸形状となる。また、このスパイラル成長は、ステップフロー成長（テラスからよりもステップからの成長が支配的な成長）であり、ステップでＧａが取り込まれている。そのため、凹凸形状を多段のテラス形状とした従来に比べて、面内方向のＧａの偏析が小さくなっている。また、このようにして凸部２０を形成することで、凸部２０中央付近のらせん転位２１の回りに高エネルギー領域２２を形成することができる。高エネルギー領域２２のＡｌ組成が高くなるのは、Ａｌはマイグレーションしにくく、転位の周辺にトラップされやすいためである。逆に言えば、凸部２０中央付近は他の領域２３に比べて転位が多くなっている。

　また、上記成長温度において、ｎコンタクト層１２のＳｉ濃度は、１×１０¹⁹～５×１０¹⁹／ｃｍ³ とすることが好ましい。この範囲であれば、ｎコンタクト層１２の表面形状を上記凹凸形状とすることによる発光効率の向上を図りつつ、ｎコンタクト層１２の低抵抗化も図ることができる。

　上記凹凸形状を形成するためのｎコンタクト層１２のより好ましい成長条件は次の通りである。成長温度は、１０００～１０５０℃とすることが好ましい。また、Ｖ／ＩＩＩ比は、１０５０～２２００とすることが好ましい。

　次に、ｎコンタクト層１２上に、ＭＯＣＶＤ法によって発光層１３を形成する。発光層１３の形成は、第１障壁層、第１井戸層、第２障壁層、第２井戸層、第３障壁層の順に積層して形成する。発光層１３の成長条件は、たとえば成長温度が９７５℃、成長圧力が４０ｋＰａである。ここで、発光層１３は十分に薄いため、ｎコンタクト層１２の表面形状が引き継がれ、発光層１３の表面形状はｎコンタクト層１２の表面形状とおよそ同一となる。すなわち、おわん型の凸部２０が２次元的に分布した凹凸形状であり、凸部２０中央付近のらせん転位２１の回りに高エネルギー領域２２を有している。

　次に、発光層１３上に、ＭＯＣＶＤ法によって電子ブロック層１４を形成する。電子ブロック層１４の成長条件は、たとえば成長温度が１０２５℃、成長圧力が５ｋＰａである。電子ブロック層１４も薄いため、発光層１３の表面形状が引き継がれる。

　次に、電子ブロック層１４上に、ＭＯＣＶＤ法によってｐコンタクト層１５を形成する。ｐコンタクト層１５の形成は、第１ｐコンタクト層、第２ｐコンタクト層の順に積層して形成する。ここで、ｐコンタクト層１５が成長するにしたがってその表面はｎコンタクト層１２や発光層１３の表面に比べて平坦化していく。第１ｐコンタクト層の成長条件は、たとえば成長温度が１０５０℃、成長圧力が２０ｋＰａである。第２ｐコンタクト層の成長条件は、たとえば成長温度が１０５０℃、成長圧力が１０ｋＰａである。

　次に、ｐコンタクト層１５表面の所定領域をドライエッチングし、ｎコンタクト層１２に達する深さの溝を形成する。

　次に、ｐコンタクト層１２上に透明電極１６を形成する。次に、透明電極１６上にｐ電極１７、溝の底面に露出するｎコンタクト層１２上にｎ電極を形成する。透明電極１６、ｐ電極１７、およびｎ電極１８は、スパッタや蒸着などによって形成する。以上によって実施例１の発光素子が製造される。

（各種実験結果）
　次に、実施例１の発光素子に関する各種実験結果について説明する。

　図４は、発光層１３の表面を撮影したＡＦＭ像である。　図４（ａ）は成長温度１０１３℃、Ｖ／ＩＩＩ比１５８７、図４（ｂ）は成長温度１０１３℃、Ｖ／ＩＩＩ比３１７４、図４（ｃ）は成長温度１０４３℃、Ｖ／ＩＩＩ比２１１６、図４（ｄ）は成長温度１０４３℃、Ｖ／ＩＩＩ比３１７４、図４（ｅ）は成長温度１０８３℃、Ｖ／ＩＩＩ比１０５８、図４（ｆ）は成長温度１０８３℃、Ｖ／ＩＩＩ比３１７４である。

　図４（ａ）～（ｃ）、（ｅ）では、発光層１３の表面はおわん型の凸部２０が２次元的に分布した凹凸形状を有しており、図４（ｄ）、（ｆ）では、発光層１３の表面はテラス状の凹凸形状を有していた。この結果、発光層１３の表面形状をおわん型の凸部２０が２次元的に分布した凹凸形状とするためには、成長温度をＴ（℃）、Ｖ／ＩＩＩ比をＲとして、２０Ｔ＋Ｒ≦２４０００を満たすようにすることが必要であるとわかった。また、成長温度については、１１００℃以下であればよいことがわかった。成長温度の下限については、ｎ－ＡｌＧａＮの結晶性などの点から８５０℃以上であればよいと考えられる。また、Ｖ／ＩＩＩ比は５００～３２００の範囲であればよいことがわかった。

　図５は、発光層１３の発光強度分布を示した写真である。図５において、発光強度が高いほど明るく示されている。図５のように、複数の黒い点が分布していることがわかる。これは、転位の位置に対応している。

　図６は、発光層１３のＣＬ像を示している。図６において、発光層１３のＡｌ組成が高い領域ほど明るく示されている。図６のように、円形の白い領域が複数見られる。この領域は、凸部２０中央付近である。つまり、円形の白い領域は実施例１の高エネルギー領域２２に対応している。

　また、図５の転位分布、図４、図６の凸部２０の分布から、凸部２０はらせん転位２１を中心としてｎ－ＡｌＧａＮがらせん状に結晶成長したものであり、凸部２０中央付近にはらせん転位２１が存在し、そのらせん転位２１の回りに高エネルギー領域２２が存在していることが推定される。

　図７は、実施例１の発光素子の電流－光出力特性を示したグラフである。ｎコンタクト層１２の成長条件は次のように変化させた。実施例１－１は、成長温度１０１３℃、Ｖ／ＩＩＩ比１０５８とした。実施例１－２は、ｎコンタクト層１２の成長温度１０４３℃、Ｖ／ＩＩＩ比１０５８とした。また、比較例１は、成長温度１１７３℃、Ｖ／ＩＩＩ比１０５８とした。

　図７のように、実施例１の発光素子は、比較例１の発光素子に比べて光出力が大きく向上していることがわかった。また、ｎコンタクト層１２の成長温度が低いほど光出力が向上することがわかった。

　図８は、Ａｌ組成が６２％のｎ－ＡｌＧａＮの抵抗率とＳｉ濃度との関係を示したグラフである。ｎ－ＡｌＧａＮの成長温度は１１７３℃、１０４３℃、１０１３℃の３パターンとした。

　図８のように、成長温度がいずれの場合でも、Ｓｉ濃度がある値までは抵抗率が減少し、ある値を超えると抵抗率が増加に転じる特性であり、下に凸の曲線を描く特性であった。１１７３℃の場合は、Ｓｉ濃度が６×１０¹⁸／ｃｍ³ のときに抵抗率が最小となり、そのときの抵抗率は２×１０^-2Ω・ｃｍであった。また、１０４３℃の場合は、Ｓｉ濃度が２×１０¹⁹／ｃｍ³ のときに抵抗率が最小となり、そのときの抵抗率は７×１０^-3Ω・ｃｍであった。また、１０１３℃の場合は、Ｓｉ濃度が３×１０¹⁹／ｃｍ³ のときに抵抗率が最小となり、そのときの抵抗率は３×１０^-3Ω・ｃｍであった。このように、成長温度が低いほど抵抗率が最小となるＳｉ濃度が高くなることがわかった。

　この結果から、ｎコンタクト層１２の成長温度に合わせてＳｉ濃度を適切な値とすることで、ｎコンタクト層１２の抵抗率を低減できることがわかった。したがって、成長温度についてｎコンタクト層１２の表面形状をおわん型の凸部２０が２次元的に分布した凹凸形状となる範囲とし、その成長温度においてＳｉ濃度を適切な範囲とすれば、発光効率の向上を図りつつ、低抵抗化を図ることもできることがわかった。

　図９は、ｎ－ＡｌＧａＮの凸部２０のＳＴＥＭ像であり、図９（ａ）はＢＦ－ＳＴＥＭ像、図９（ｂ）はＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像である。ｎ－ＡｌＧａＮのＡｌ組成は６２％、成長温度は１０１３℃、Ｖ／ＩＩＩ比は１０５８である。図９において、重い元素ほど白く写っている。つまり、Ｇａが多いほど白く、Ａｌが多いほど黒く写っている。

　図９（ａ）のように、凸部２０の中央に垂直方向に伸びる転位（らせん転位）が存在することがわかった。また、らせん転位の近辺には、斜め方向に伸びる転位（複合転位）や、横方向に伸びる転位（刃状転位）が多数存在することがわかった。

　また、図９（ｂ）のように、凸部２０の中心付近はほぼ明暗がなく、中心から少し離れた領域で外側に向かって縞模様の明暗が見られることがわかった。このことから、凸部２０がスパイラル成長により形成されることがわかった。また、水平方向において明暗はほとんどないことから、スパイラル成長はステップフロー成長であり、ステップでＧａを取り込みながら成長しており、そのためＧａの偏析が小さいことがわかった。

（変形例）
　実施例１の発光素子はフリップチップ型の素子であったが、本発明はフェイスアップ型の素子や縦方向に導通を取る縦型の素子に対しても適用できる。

　本発明の発光素子は、実施例１の発光素子の層構成に限るものではなく、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された構造であれば任意の構成の発光素子に適用できる。

　本発明の発光素子は、紫外発光であれば波長は任意でよいが、ＵＶＢ～ＵＶＣ（波長２００～３５０ｎｍ）に好適である。特に波長３００ｎｍ以下のＵＶＣ帯の発光素子は発光効率を向上させることが難しかったが、本発明によればこれが可能となる。

　本発明の発光素子は、殺菌、照明、樹脂硬化などに使用することができる。

　１０：基板
　１１：バッファ層
　１２：ｎコンタクト層
　１３：発光層
　１４：電子ブロック層
　１５：ｐコンタクト層
　１６：透明電極
　１７：ｐ電極
　１８：ｎ電極
　２０：凸部
　２１：らせん転位
　２２：高エネルギー領域

Claims (11)

1. 　ｎ層と、前記ｎ層上に位置する発光層と、前記発光層上に位置するｐ層と、を有したIII 族窒化物半導体からなる紫外発光の発光素子において、
   　前記ｎ層表面および前記発光層表面は、おわん型の凸部が２次元的に分布した凹凸形状を有しており、
   　前記凸部の中心近傍にらせん転位または複合転位が存在し、そのらせん転位または複合転位の近傍の領域は、他の領域よりもバンドギャップエネルギーが高い、
   　ことを特徴とする発光素子。
2. 　前記凸部の高さは、２ｎｍ以上、１０ｎｍ以下、凸部の直径は１００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下であり、
   　前記ｎ層表面および前記発光層表面の平均粗さは、２ｎｍ以上、１０ｎｍ以下である、
   　ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 　前記凸部の密度は、１×１０⁶ ／ｃｍ² 以上、１×１０⁸ ／ｃｍ² 以下である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子。
4. 　前記バンドギャップエネルギーが高い領域の水平断面は円形であり、その直径は１００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の発光素子。
5. 　前記バンドギャップエネルギーが高い領域と他の領域とのバンドギャップエネルギー差は、０．１ｅＶ以上、０．６ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の発光素子。
6. 　前記ｎ層のＳｉ濃度は、１×１０¹⁹／ｃｍ³ 以上、５×１０¹⁹／ｃｍ³ 以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 　ｎ層と、前記ｎ層上に位置する発光層と、前記発光層上に位置するｐ層と、を有したIII 族窒化物半導体からなる紫外発光の発光素子の製造方法において、
   　前記ｎ層は、成長温度を８５０℃以上、１１００℃以下、Ｖ／ＩＩＩ比を５００以上、３２００以下とし、さらに成長温度をＴ（℃）、Ｖ／ＩＩＩ比をＲとして、２０Ｔ＋Ｒ≦２４０００を満たす条件で形成することにより、前記ｎ層表面および前記発光層表面を、おわん型の凸部が２次元的に分布した凹凸形状とし、前記凸部の中心近傍にらせん転位または複合転位が存在し、そのらせん転位または複合転位の近傍の領域が他の領域よりもバンドギャップエネルギーが高くなるようにする、
   　ことを特徴とする発光素子の製造方法。
8. 　前記ｎ層の形成は、成長温度を１０００℃以上、１０５０℃以下、Ｖ／ＩＩＩ比を１０５０以上、２２００以下とすることを特徴とする請求項７に記載の発光素子の製造方法。
9. 　前記凸部の高さは、２ｎｍ以上、１０ｎｍ以下、凸部の直径は１００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下であり、
   　前記ｎ層表面および前記発光層表面の平均粗さは、２ｎｍ以上、１０ｎｍ以下である、
   　ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の発光素子の製造方法。
10. 　前記凸部の密度は、１×１０⁶ ／ｃｍ² 以上、１×１０⁸ ／ｃｍ² 以下であることを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
11. 　前記ｎ層のＳｉ濃度は、１×１０¹⁹／ｃｍ³ 以上、５×１０¹⁹／ｃｍ³ 以下である、ことを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。

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