(57)【要約】      （修正有）【課題】近紫外線発光素子の発光効率を改善する。【解決手段】窒化ガリウム層を含むｎ型コンタクト層と、窒化ガリウム層を含むｐ型コンタクト層と、ｎ型コンタクト層とｐ型コンタクト層との間に位置する多重量子井戸構造の活性領域とを含み、この活性領域は３６５ｎｍ〜３９０ｎｍ範囲内の近紫外線を放出する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム層を含むｎ型コンタクト層と、窒化ガリウム層を含むｐ型コンタクト層と、前記ｎ型コンタクト層と前記ｐ型コンタクト層との間に位置する多重量子井戸構造の活性領域と、を含み、前記多重量子井戸構造の活性領域は３６５ｎｍ〜３０９ｎｍの範囲内である発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機物半導体発光素子に関し、特に、近紫外線発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、窒化ガリウム系半導体は、フルカラーディスプレイ、交通信号機、一般照明及び光通信機器の光源として紫外線、青色／緑色発光ダイオードまたはレーザーダイオードに広く用いられている。特に、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）化合物半導体は、狭いバンドギャップによって多くの注目を受けている。
【０００３】
このような窒化ガリウム系列の化合物半導体を用いた発光素子は、大規模天然色フラットパネルディスプレイ、バックライト光源、信号機、室内照明、高密度光源、高解像度出力システム及び光通信などの多様な応用分野に活用されている。特に、近紫外線を放出する発光素子は、偽札鑑識、樹脂硬化及び紫外線治療などに使用されており、また、蛍光体と組み合わされて多様な色相の可視光線を実現することができる。
【０００４】
近紫外線は、一般に約３２０ｎｍ〜３９０ｎｍの波長範囲の紫外線を称する。ＧａＮは、約３．４２ｅＶのバンドギャップエネルギーを有するが、このエネルギーは、約３６５ｎｍの波長の光エネルギーに対応する。したがって、ＩｎＧａＮウェル層を含む発光素子は、Ｉｎの含有量によって３６５ｎｍ以上の光、すなわち、３６５ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲の近紫外線を放出することに使用されてもよい。
【０００５】
一方、ウェル層で生成された光は、障壁層及びコンタクト層を介して外部に放出されるので、光の進行経路上に多数の半導体層が位置し、これら半導体層による光吸収が発生する。特に、半導体層がウェル層より狭いバンドギャップを有したり、ウェル層と類似するバンドギャップを有する場合、相当多くの光損失が発生する。特に、発光素子のほとんどの厚さを占めるｎ型コンタクト層及びｐ型コンタクト層による光吸収を制御する必要がある。
【０００６】
このために、従来の近紫外線発光素子は、電子ブロック層のみならず、障壁層、ｎ型コンタクト層及びｐ型コンタクト層を、ＩｎＧａＮに比べて相対的に広いバンドギャップを有するＡｌＧａＮで形成している。しかし、ＡｌＧａＮは、良好な結晶性を維持しながら相対的に厚く成長させにくいので、近紫外線発光素子は、その電気的光学的特性が青色発光素子の電気的光学的特性に比べて相対的に低く、青色／緑色発光ダイオードに比べて相対的に高価に販売されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、窒化ガリウム系近紫外線発光素子の光出力または発光効率を改善することにある。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の課題は、より容易に製造できる近紫外線発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施例に係る発光素子は、窒化ガリウム層を含むｎ型コンタクト層と、窒化ガリウム層を含むｐ型コンタクト層と、及び前記ｎ型コンタクト層と前記ｐ型コンタクト層との間に位置する多重量子井戸構造の活性領域とを含み、前記多重量子井戸構造の活性領域は、３６５ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲内の近紫外線を放出する。
【００１０】
前記多重量子井戸構造の活性領域は、各障壁層及び各井戸層を含む。一方、前記各障壁層はＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよい。障壁層がＩｎを含有することによって、井戸層と障壁層との間の格子不一致を緩和することができる。
【００１１】
さらに、前記ｎ型コンタクト層に最も近い第１の障壁層は、他の障壁層に比べてＡｌを１０％〜２０％さらに含有してもよい。前記第１の障壁層を他の障壁層に比べて相対的に格子定数の小さいＡｌＩｎＧａＮで形成することによって、発光素子の光出力を向上させることができる。本明細書において、百分率で表示された金属元素の含量は、窒化ガリウム系層（ｇａｌｌｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄ  ｌａｙｅｒ）の金属成分の組成の和に対して各金属成分の組成を百分率で表示したものである。すなわち、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮで表示される窒化ガリウム系層のＡｌの含量は、１００×ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）で計算し、これを％で表現する。
【００１２】
前記各井戸層は、ＩｎＧａＮで形成され、３７５ｎｍ〜３９０ｎｍの近紫外線を放出することができ、前記第１の障壁層以外の他の障壁層は、１５％〜２５％のＡｌ及び１％以下のＩｎを含有するＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよい。さらに、前記第１の障壁層は、３０％〜４０％のＡｌ及び１％以下のＩｎを含有するＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよい。
【００１３】
いくつかの実施例において、前記ｐ型コンタクト層は、下部高濃度ドーピング層、上部高濃度ドーピング層、及び前記下部高濃度ドーピング層と上部高濃度ドーピング層との間に位置する低濃度ドーピング層を含んでもよい。また、前記低濃度ドーピング層の厚さは、前記下部及び上部高濃度ドーピング層の厚さより厚い。前記低濃度ドーピング層を相対的に厚く形成することによって、ｐ型コンタクト層による光吸収を防止することができる。
【００１４】
また、前記ｎ型コンタクト層は、下部窒化ガリウム層、上部窒化ガリウム層、及び前記下部窒化ガリウム層と前記上部窒化ガリウム層との間に位置する多層構造の中間層を含んでもよい。多層構造の中間層をｎ型コンタクト層の中間に挿入することによって、ｎ型コンタクト層上に形成される各エピ層（ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌａｙｅｒ）の結晶質を改善することができる。特に、前記多層構造の中間層は、ＡｌＩｎＮとＧａＮを交互に積層した構造を有してもよい。
【００１５】
一方、前記発光素子は、前記ｎ型コンタクト層と前記活性領域との間に位置する超格子層、及び前記超格子層と前記活性領域との間に位置する電子注入層をさらに含んでもよい。ここで、前記電子注入層は、前記超格子層に比べてより高いｎ型不純物ドーピング濃度を有する。前記電子注入層によって活性領域内に電子がうまく注入され得るので、発光効率を改善することができる。
【００１６】
特定の実施例において、前記超格子層は、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮを繰り返して積層した構造を有してもよく、前記電子注入層は、ＧａＮまたはＩｎＧａＮで形成されてもよい。ここで、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮは、超格子層を構成する１周期内の各層がＩｎＧａＮで形成されたことを示し、これら各層が同一の組成のＩｎを含有する必要はない。
【００１７】
一方、アンドープＧａＮ層は、前記ｎ型コンタクト層と前記超格子層との間に位置してもよい。前記アンドープＧａＮ層は、前記ｎ型コンタクト層に接してもよく、不純物ドーピングによって低下したｎ型コンタクト層の結晶品質を回復させる。
【００１８】
また、前記発光素子は、前記アンドープＧａＮ層と前記超格子層との間に位置し、前記ｎ型コンタクト層より低濃度にｎ型不純物でドーピングされた低濃度ＧａＮ層と、及び前記低濃度ＧａＮ層と前記超格子層との間に位置し、前記低濃度ＧａＮ層より高濃度にｎ型不純物でドーピングされた高濃度ＧａＮ層とをさらに含んでもよい。
【００１９】
前述の一般的説明および後述の詳細な説明は例示的なものであり、かつ解釈に役立つためのものであって、請求された発明に係るさらなる説明を提供するためのものとして理解すればいい。
【発明の効果】
【００２０】
従来の近紫外線発光素子は、ｎ型コンタクト層をＡｌＧａＮで形成している。基板を除いたほとんどの発光素子の厚さを占めるコンタクト層をＡｌＧａＮで形成することによって、光吸収による光損失を防止できるが、エピ層の結晶品質が悪いので、光出力や発光効率を改善することは難しい。その一方、本発明は、ｎ型コンタクト層及びｐ型コンタクト層が全部またはほとんど窒化ガリウム層に形成されることによって、活性領域の結晶品質を改善することができる。したがって、光吸収による光損失を防止し、発光素子の光出力を向上させることができる。
【００２１】
また、他の障壁層に比べて第１の障壁層にＡｌをさらに含有させることによって、光出力をさらに改善することができる。さらに、ｎ型コンタクト層及びｐ型コンタクト層の結晶品質を改善することによって、光吸収による光損失を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例に係る発光素子を説明するための断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る発光素子の多重量子井戸構造を説明するための断面図である。
【図３】多重量子井戸構造の第１の障壁層のＡｌの含有量による光出力を説明するためのグラフである。
【図４】多重量子井戸構造の第１の障壁層の厚さによる光出力を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付の各図面を参照して本発明の各実施例を詳細に説明する。次に紹介する各実施例は、当業者に本発明の思想を十分に伝達するために例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下で説明する実施例に限定されず、他の形態に具体化することができる。そして、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張して表現する場合もある。明細書全体にわたって同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【００２４】
図１は、本発明の一実施例に係る発光素子を説明するための断面図で、図２は、前記発光素子の多重量子井戸構造を説明するための拡大断面図である。
【００２５】
図１を参照すると、前記発光素子は、ｎ型コンタクト層２７、活性領域３９及びｐ型コンタクト層４３を含む。さらに、前記発光素子は、基板２１、核層（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）２３、バッファー層２５、アンドープＧａＮ層２９、低濃度ＧａＮ層３１、高濃度ＧａＮ層３３、超格子層３５、電子注入層３７、電子ブロック層４１またはデルタドービング層４５を含んでもよい。
【００２６】
前記基板２１は、窒化ガリウム系半導体層を成長させるための基板であって、サファイア基板、ＳｉＣ基板、スピネル（ｓｐｉｎｅｌ）基板などであってもよいが、これに特別に制限されなく、例えば、パターニングされたサファイア基板（ＰＳＳ）であってもよい。
【００２７】
前記核層２３は、基板２１上にバッファー層２５を成長させるために４００℃〜６００℃で（Ａｌ，Ｇａ）Ｎで形成されてもよく、好ましくは、ＧａＮまたはＡｌＮで形成される。前記核層は、約２５ｎｍの厚さで形成されてもよい。バッファー層２５は、基板２１とｎ型コンタクト層２７との間で電位などの欠陥発生を緩和するための層であって、相対的に高温で成長する。前記バッファー層２５は、例えば、アンドープＧａＮで約１．５μｍの厚さで形成されてもよい。
【００２８】
前記ｎ型コンタクト層２７は、ｎ型不純物、例えば、Ｓｉがドーピングされた窒化ガリウム系半導体層に形成され、例えば、約３μｍの厚さで形成されてもよい。前記ｎ型コンタクト層２７は、ＧａＮ層を含み、単一層または多重層に形成されてもよい。例えば、前記ｎ型コンタクト層２７は、図示したように、下部ＧａＮ層２７ａ、中間層２７ｂ及び上部ＧａＮ層２７ｃを含んでもよい。ここで、前記中間層２７ｂは、ＡｌＩｎＮで形成されてもよく、ＡｌＩｎＮとＧａＮとを交互に、例えば、約１０周期積層した多層構造（超格子構造を含む）で形成されてもよい。前記下部ＧａＮ層２７ａ及び上部ＧａＮ層２７ｃは、互いに類似する厚さ、例えば、それぞれ約１．５μｍの厚さで形成されてもよい。前記中間層２７ｂは、前記下部及び上部ＧａＮ層２７ａ、２７ｃに比べて相対的に小さい厚さを有するように形成され、約８０ｎｍの厚さで形成されてもよい。単一のＧａＮ層を連続して約３ｍｍの厚さで相対的に厚く成長することと比較し、中間層２７ｂはｎ型コンタクト層２７の中間に挿入する。
【００２９】
このように、ｎ型コンタクト層２７上に形成されるエピ層、特に、活性領域３９の結晶品質を改善することができる。一方、前記ｎ型コンタクト層２７にドーピングされるＳｉドーピング濃度は、２×１０１８／ｃｍ３〜２×１０１９／ｃｍ３の範囲内であってもよく、より好ましくは、１×１０１８／ｃｍ３〜２×１
０１９／ｃｍ３の範囲内であってもよい。特に、前記下部ＧａＮ層２７ａと上部ＧａＮ層２７ｃは、Ｓｉ不純物で高濃度にドーピングされ、前記中間層２７ｂは、前記上部ＧａＮ層２７ｃと同一の程度または低い程度にＳｉ不純物でドーピングされてもよく、意図的に不純物でドーピングされない場合もある。前記下部ＧａＮ層２７ａと上部ＧａＮ層２７ｃは不純物で高濃度にドーピングされるので、ｎ型コンタクト層２７の抵抗成分を低下させることができる。さらに、前記ｎ型コンタクト層２７にコンタクトする電極は、上部ＧａＮ層２７ｃに接触してもよい。
【００３０】
前記アンドープＧａＮ層２９は、意図的に不純物でドーピングされていないＧａＮで形成され、前記上部ＧａＮ層２７ｃに比べて相対的に薄い厚さ、例えば、８０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さで形成されてもよい。ｎ型コンタクト層２７がｎ型不純物でドーピングされることによって、前記ｎ型コンタクト層２７に残留応力が生成され、結晶品質が低下する。したがって、前記ｎ型コンタクト層２７上に他のエピ層を成長させる場合、良好な結晶品質を有するエピ層を成長させにくい。しかし、前記アンドープＧａＮ層２９は、不純物でドーピングされないので、ｎ型コンタクト層２７の結晶品質の低下を回復させる回復層として作用する。したがって、前記アンドープＧａＮ層２９は、前記ｎ型コンタクト層２７上に直接形成され、ｎ型コンタクト層２７に接するとよい。これに加えて、前記アンドープＧａＮ層２９がｎ型コンタクト層２７に比べて相対的に高い抵抗率を有するので、ｎ型コンタクト層２７から活性領域３９に流入する電子は、アンドープＧａＮ層２９を通過する前にｎ型コンタクト層２７内で均一に分散され得る。
【００３１】
前記低濃度ＧａＮ層３１は、前記アンドープＧａＮ層２９上に位置し、前記ｎ型コンタクト層２７より低い濃度でドーピングされたｎ型不純物ドーピング濃度を有する。前記低濃度ＧａＮ層３１は、例えば、５×１０１７／ｃｍ３〜５×１０１８／ｃｍ３の範囲内のＳｉドーピング濃度を有してもよく、前記アンドープＧａＮ層２９に比べて相対的に薄い厚さ、例えば、５０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚さで形成されてもよい。一方、前記高濃度ＧａＮ層３３は、前記低濃度ＧａＮ層３１上に位置し、前記低濃度ＧａＮ層３１に比べてより高いｎ型不純物ドーピング濃度を有する。前記高濃度ＧａＮ層３３は、前記ｎ型コンタクト層２７とほぼ類似する程度のＳｉドーピング濃度を有してもよい。前記高濃度ＧａＮ層３３は、前記低濃度ＧａＮ層３１に比べて相対的に薄い厚さ、例えば、約３０ｎｍの厚さで形成されてもよい。
【００３２】
前記ｎ型コンタクト層２７、アンドープＧａＮ層２９、低濃度ＧａＮ層３１及び高濃度ＧａＮ層３３は、チャンバー内に金属ソースガス（ｍｅｔａｌ  ｓｏｕｒｃｅ  ｇａｓ）を供給することによって連続的に成長してもよい。金属ソースガスの原料としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの有機物、例えば、ＴＭＡ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｎｕｍ）、ＴＭＤ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｇａｌｌｉｕｍ）及び／またはＴＭＩ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｉｎｄｉｕｍ）などが使用される。一方、Ｓｉのソースガスとしては、ＳｉＨ４が使用されてもよい。これら層は、第１の温度、例えば、１０５０℃〜１１５０℃で成長してもよい。
【００３３】
前記超格子層３５は、前記高濃度ＧａＮ層３３上に位置する。超格子層３５は、互いに異なる組成を有する第１のＩｎＧａＮ層と第２のＩｎＧａＮ層を、例えば、それぞれ２０の厚さで約３０周期で交互に積層することによって形成されてもよい。前記第１のＩｎＧａＮ層及び第２のＩｎＧａＮ層に含有されるＩｎ組成比は、活性領域３９内の各井戸層３９ｗに含有されるＩｎ組成比より小さい。前記超格子層３５は、意図的に不純物でドーピングされずにアンドープ層に形成されてもよい。超格子層３５がアンドープ層に形成されるので、発光素子の漏洩電流を減少させることができる。
【００３４】
電子注入層３７は、前記超格子層３５に比べて相対的に高いｎ型不純物ドーピング濃度を有する。さらに、前記電子注入層３７は、ｎ型コンタクト層２７と実質的に同じｎ型不純物ドーピング濃度を有してもよい。例えば、前記ｎ型不純物ドーピング濃度は、１×１０１９／ｃｍ３〜５×１０１９／ｃｍ３の範囲内であってもよく、より好ましくは、１×１０１９／ｃｍ３〜３×１０１９／ｃｍ３の範囲内であってもよい。前記電子注入層３７が高濃度でドーピングされることによって、活性領域３９内への電子の注入が円滑になる。前記電子注入層３７は、前記高濃度ＧａＮ層３３と同様か、それより相対的に小さい厚さを有するように、例えば、約２０ｎｍの厚さで形成されてもよい。さらに、電子注入層３７は、約３００トルの圧力で、かつ、約８２０℃〜８５０℃の温度で、成長されてもよい。
【００３５】
前記電子注入層３７上に活性領域３９が位置する。図２は、活性領域３９を拡大して示した断面図である。
【００３６】
図２を参照すると、前記活性領域３９は、交互に積層された各障壁層３９ｂ及び各井戸層３９ｗを含む多重量子井戸構造を有する。前記各井戸層３９ｗは、３６５ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲の近紫外線を放出する組成を有する。例えば、前記井戸層３９ｗは、ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよく、特にＩｎＧａＮで形成されてもよい。このとき、前記井戸層３９ｗに含有されるＩｎの含量は、要求される近紫外線波長によって決定される。例えば、前記井戸層３９ｗに含有されるＩｎ含量は、約２％〜５％（したがって、Ｇａは約９５％〜９８％）の範囲内であってもよい。なお、本明細書全体を通して、各層の化合物の含有量は、同様にモルパーセントで表示される。前記井戸層３９ｗは、約２０Å〜３０Åの厚さで形成されてもよい。井戸層３９ｗは、一般的な青色発光ダイオードよりも高い温度、例えば８００℃から８２０℃で、また圧力３００トルで成長させてもよい。このようにして、井戸層の結晶品質が改善されてもよい。
【００３７】
前記各障壁層３９ｂは、井戸層に比べてバンドギャップの広い窒化ガリウム系半導体層、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよい。特に、前記各障壁層３９ｂは、ＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよいが、Ｉｎを含むことによって、井戸層３９ｗと障壁層３９ｂとの間の格子不一致を緩和することができる。
【００３８】
また、障壁層３９ｂは、井戸層３９ｗの成長温度よりもわずかに高い成長温度で成長させてもよい。例えば、障壁層３９ｂは、３００トルの圧力のもと、８２０℃から８５０℃の温度で成長させてもよい。
【００３９】
一方、前記各障壁層３９ｂ１、３９ｂ、３９ｂｎのうち、電子注入層３７あるいはｎ型コンタクト層２７に最も近い第１の障壁層３９ｂ１は、他の障壁層に比べてＡｌ含量がさらに高くてもよい。例えば、第１の障壁層３９ｂ１のＡｌ含量は、他の障壁層３９ｂに比べて１０％〜２０％さらに高くてもよい。例えば、他の障壁層３９ｂ、３９ｂｎに約２０％のＡｌが含有される場合、前記第１の障壁層３９ｂ１に約３０％〜４０％のＡｌが含有されてもよい。これら障壁層３９ｂ１、３９ｂ、３９ｂｎに含有されるＩｎ含量は約１％以下である。特に、前記各井戸層３９ｗがＩｎＧａＮで形成されて３７５ｎｍ〜３９０ｎｍの近紫外線を放出する場合、前記第１の障壁層３９ｂ１以外の他の障壁層３９ｂ、３９ｂｎは、１５％〜２５％のＡｌ及び１％以下のＩｎを含有するＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよく、前記第１の障壁層３９ｂ１は、３０％〜４０％のＡｌ及び１％以下のＩｎを含むＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよい。
【００４０】
一般に、発光素子における各障壁層は、互いに同一の組成を有するように形成される。しかし、本実施例において、第１の障壁層３９ｂ１は、他の障壁層３９ｂに比べて１０％〜２０％高いＡｌ含量を有する。本発明において、電子注入層３７やｎ型コンタクト層２７などはＧａＮで形成される。近紫外線を放出する井戸層３９ｗとＧａＮは、バンドギャップ差が相対的に大きくない。したがって、前記第１の障壁層３９ｂ１が他の障壁層３９ｂに比べて相対的に高いバンドギャップを有するように形成されることによって、前記第１の障壁層３９ｂ１は、活性領域３９内にキャリアを閉じ込める機能を行うことができる。特に、ＡｌＧａＮ障壁層を用いる場合、孔の移動速度が大幅に遅くなるため、電子のオーバーフロー率が増加する可能性がある。この場合、電子ブロック層４１の厚さを増加させて電子のオーバーフローを防止する案が考えられるが、活性領域への孔の注入を円滑にさせるために、電子ブロック層４１の厚さの増加は制限的に行われる。
【００４１】
したがって、前記第１の障壁層３９ｂ１が他の障壁層より広いバンドギャップ（約０．５ｅＶ以上）を有するように形成することによって、電子の移動速度を減速させ、電子のオーバーフローを効果的に防止することができる。ただし、第１の障壁層３９ｂ１に含有されるＡｌ含量が約２０％以上に過度に増加する場合、第１の障壁層３９ｂ１と電子注入層３７との間及び第１の障壁層３９ｂ１と井戸層３９ｗとの間の格子不一致が大きくなり、活性領域３９の結晶品質を低下させ得る。
【００４２】
第１の障壁層の厚さは、電子ブロック層４１あるいはｐ型コンタクト層４３に最も近い最後の障壁層を除いた残りの障壁層とほぼ同等かそれ以上の厚さ（例えば約４０Å）を有することが好ましい。前記第１の障壁層は、例えば、４０Å〜６０Åの厚さ、特に、約４５Åの厚さを有してもよい。
【００４３】
前記活性領域３９は、電子注入層３７に接してもよい。前記活性領域３９の障壁層及び量子井戸層は、活性領域の結晶品質を向上させるために不純物でドーピングされていないアンドープ層に形成されてもよいが、順方向電圧を低下させるために一部または全体の活性領域内に不純物でドーピングされてもよい。
【００４４】
再び図１を参照すると、前記活性領域３９上にｐ型コンタクト層４３が位置し、前記活性領域３９とｐ型コンタクト層４３との間に電子ブロック層４１が位置してもよい。前記電子ブロック層４１は、ｐ型コンタクト層と活性領域３９との格子不一致を緩和するためにＡｌＩＮＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよい。このとき、前記電子ブロック層４１は、３６％のＡｌ及び３％のＩｎを含有してもよい。前記電子ブロック層４１は、ｐ型不純物、例えば、５×１０１９／ｃｍ３から２×１０２０／ｃｍ３のドーピング密度によってＭｇでドーピングされてもよい。
【００４５】
前記ｐ型コンタクト層４３は、下部高濃度ドーピング層４３ａ、低濃度ドーピング層４３ｂ及び上部高濃度ドーピング層４３ｃを含んでもよい。下部高濃度ドーピング層４３ａ及び上部高濃度ドーピング層４３ｃは、ｐ型不純物、例えば、５×１０１９／ｃｍ３から２×１０２０／ｃｍ３のドーピング密度によってＭｇでドーピングされてもよい。前記低濃度ドーピング層４３ｂは、前記下部及び上部高濃度ドーピング層４３ａ、４３ｃに比べて相対的に低いドーピング濃度を有し、前記下部高濃度ドーピング層４３ａと上部高濃度ドーピング層４３ｃとの間に位置する。前記低濃度ドーピング層４３ｂは、成長させる間、Ｍｇのソースガス（例えば、Ｃｐ２Ｍｇ）の供給を遮断してもよい。
【００４６】
さらに、前記低濃度ドーピング層４３ｂを成長させる間、Ｈ２ガスを用いる代わりに、Ｎ２ガスをキャリアガスとして用いて不純物含有量を減少させることができる。また、前記低濃度ドーピング層４３ｂは、前記下部及び上部高濃度ドーピング層４３ａ、４３ｃに比べて相対的に厚く形成される。例えば、前記低濃度ドーピング層４３ｂは、約６０ｎｍの厚さで形成され、前記下部及び上部高濃度ドーピング層４３ａ、４３ｃは、それぞれ１０ｎｍの厚さで形成されてもよい。その結果、前記ｐ型コンタクト層４３
の結晶品質を向上させると共に、不純物濃度を減少させることによって、ｐ型コンタクト層４３による近紫外線の損失を防止または緩和することができる。
【００４７】
一方、前記ｐ型コンタクト層４３上にオーミックコンタクト抵抗を低下させるためのデルタドーピング層４５が位置してもよい。前記デルタドーピング層４５は、ｎ型またはｐ型不純物で高濃度でドーピングされ、その上に形成される電極とｐ型コンタクト層４３との間のオーミック抵抗を低下させる。デルタドーピング層４５は、約２Å〜５Åの厚さで形成されてもよい。
【００４８】
一方、基板２１上に成長した各エピ層をパターニングすることによって水平型構造の発光素子またはフリップチップ構造の発光素子が製造されてもよく、前記基板２１を除去することによって垂直構造の発光素子が製造されてもよい。
【００４９】
（実験例１）
【００５０】
ｎ型コンタクト層２７に最も近い第１の障壁層３９ｂのＡｌ組成による光出力変化を確認するために、ＭＯＣＶＤ装備を使用し、第１の障壁層のＡｌ組成のみを異ならせて他の条件は全て同一にして各エピ層を成長させ、Ａｌ組成による光出力を測定した。図３は、第１の障壁層のＡｌ組成による光出力を示すグラフである。第１の障壁層以外の他の障壁層のＡｌ組成は、全て同一にした。各障壁層のＡｌ含有量は原子プローブを用いて測定し、他の障壁層は約２０％のＡｌが含まれていた。
【００５１】
図３を参照すると、第１の障壁層に含有されるＡｌ組成が他の障壁層に比べて１４％さらに大きい場合、発光素子の光出力が相対的に高く示された。一方、第１の障壁層にＡｌを含有しない場合、発光素子の光出力が相対的に低く示された。また、第１の障壁層に含有されるＡｌ組成が約４７％であって他の障壁層に比べて２７％さらに高い試料の発光素子は、他の障壁層と同一のＡｌ組成を有する発光素子よりも、光出力が低く示された。
【００５２】
（実験例２）
【００５３】
ｎ型コンタクト層２７に最も近い第１の障壁層３９ｂの厚さによる光出力変化を調査するために、ＭＯＣＶＤ装備を使用し、他の条件は全て同一にして各エピ層を成長させ、第１の障壁層の厚さのみを異ならせて第１の障壁層の厚さによる光出力を測定した。図４は、第１の障壁層の厚さによる光出力を示すグラフである。第１の障壁層以外の他の障壁層の厚さは、ｐ型コンタクト層４３に最も近い最後の障壁層を除いては全て約４５Åで形成し、最後の障壁層は約７５Åと相対的に厚く形成した。また、第１の障壁層のＡｌ組成は全て同一に約３４％にし、他の障壁層のＡｌ組成は全て約２０％にした。
【００５４】
図４を参照すると、第１の障壁層の厚さを他の障壁層の厚さと同一に４５Åにした場合、光出力が相対的に高かった。一方、第１の障壁層の厚さを２５Åで形成した場合は光出力が低く示され、第１の障壁層を７５Åで厚く形成した場合にも光出力が相対的に低く示された。
【００５５】
従来の近紫外線発光素子は、ｎ型コンタクト層をＡｌＧａＮで形成している。基板を除いたほとんどの発光素子の厚さを占めるコンタクト層をＡｌＧａＮで形成することによって、光吸収による光損失を防止できるが、エピ層の結晶品質が悪いので、光出力や発光効率を改善することは難しい。その一方、本発明は、ｎ型コンタクト層及びｐ型コンタクト層が全部またはほとんど窒化ガリウム層に形成されることによって、活性領域の結晶品質を改善することができる。したがって、光吸収による光損失を防止し、発光素子の光出力を向上させることができる。
【００５６】
また、他の障壁層に比べて第１の障壁層にＡｌをさらに含有させることによって、光出力をさらに改善することができる。さらに、ｎ型コンタクト層及びｐ型コンタクト層の結晶品質を改善することによって、光吸収による光損失を減少させることができる。
【００５７】
本発明の趣旨または範囲を超えない中で、本発明に対し様々な修正や変化を試み得ることは当業者にとって明白である。本発明は請求項及びその均等物の範囲内で行われたこのような修正や変化を含むことを目的とする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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