(57)【要約】      （修正有）【課題】高出力密度と低駆動電圧特性を有する紫外発光ダイオードを提供する。【解決手段】光が放射される発光主面を有する基板２、ｎ型層３、活性層４、およびｐ型層８がこの順で積層された積層構造を有し、さらに、ｐ型層上にｐ型電極１０を有し、かつｐ型層、および活性層の一部の領域を除去して露出させたｎ型層上にｎ型電極９を有する発光ダイオードであって、発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲にあり、２５℃において、駆動電流値１５０ｍＡにおける発光出力密度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であり、駆動電圧値が１０Ｖ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が放射される発光主面を有する基板、ｎ型層、活性層、およびｐ型層がこの順で積層された積層構造を有し、さらに、
前記ｐ型層上にｐ型電極を有し、かつ前記ｐ型層、および前記活性層の一部の領域を除去して露出させた前記ｎ型層上にｎ型電極を有する発光ダイオードであって、
発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲にあり、
２５℃において、駆動電流値１５０ｍＡにおける発光出力密度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であり、駆動電圧値が１０Ｖ以下であることを特徴とした紫外発光ダイオード。
【請求項２】
２５℃において、駆動電流値１５０ｍＡにおける発光出力密度が３０Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とした請求項１に記載の紫外発光ダイオード。
【請求項３】
前記ｐ型電極の面積が０．０００１〜０．０１ｃｍ２である請求項１又は２に記載の紫外発光ダイオード。
【請求項４】
前期発光主面に凹凸構造が形成されていることを特徴とした請求項１〜３のいずれかに記載の紫外発光ダイオード。
【請求項５】
前期発光主面を有する基板が、窒化アルミニウム単結晶からなることを特徴とした請求項１〜４のいずれかに記載の紫外発光ダイオード。
【請求項６】
前記ｎ型層、前記活性層、および前記ｐ型層が、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（但し、Ｘは、０≦Ｘ≦１．０を満足する有理数である。）で表されるIII族窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の紫外発光ダイオード。
【請求項７】
前記ｎ型電極の固有接触抵抗値（Ω・ｃｍ２）を該ｎ型電極が設置された部分の電極面積（ｃｍ２）で除したｎ型電極抵抗値が１．０Ω未満であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の紫外発光ダイオード。
【請求項８】
発光ピーク波長が２２０〜２４５ｎｍの範囲にあり、外部量子効率が０．３％以上であり、
駆動電流値を１５０ｍＡとして２５℃で連続運転した際、発光出力値が初期発光出力値の７０％となるまでの寿命時間が３００時間以上であることを特徴とした請求項１〜７のいずれかに記載の紫外発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い出力密度を有する紫外線を発生する新規な紫外発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体は、波長２００ｎｍから３６０ｎｍに相当する紫外領域において直接遷移型のバンド構造を持つため、高効率な紫外発光デバイスの作製が可能である。そのため、III族窒化物半導体を使用した紫外発光ダイオードの研究が活発に行われている。
【０００３】
上記紫外発光ダイオードを製造する場合には、III族窒化物半導体結晶と格子定数、及び熱膨張係数の整合性のよい基板の入手が困難である。そのため、一般的には、サファイア基板や炭化ケイ素基板などの、III族窒化物とは異なる異種材料基板上に、III族窒化物半導体結晶（層）を形成し、ダイオードを製造していた（非特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、サファイア基板等の異種材料基板を種基板として用いると、III族窒化物半導体結晶層との格子定数差があるために、界面で欠陥が発生しやすいという問題がある。そのため、上述の異種基板上に作製した紫外発光ダイオードを駆動する場合には、高い電流密度での動作において、高い信頼性を確保することが困難であった。
【０００５】
そのため、III族窒化物からなる同種基板を使用する方法が検討されている。例えば、原料粉末の昇華により、III族窒化物の種基板（同種基板）上にIII族窒化物半導体結晶を形成させる方法が挙げられる。この方法は、III族窒化物半導体結晶層との格子定数差が小さい同種基板を用いるため、界面での欠陥が形成されず、しかもIII族窒化物半導体結晶層中の欠陥密度が低いという利点を有する（非特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、この方法では、紫外線透過率の高いIII族窒化物基板の作製は困難であるため、発生させた紫外光が基板に吸収され、その結果、発光出力および効率の低下を招いていた。
【０００７】
本発明者らは、昇華法で得られた同種基板の問題を解決した。即ち、紫外線透過率の高い同種基板を作製した。そして、その基板上にIII族窒化物半導体結晶（層）を形成し、発光ダイオードを製造する方法を提案している（非特許文献３、４参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８８（２００６）１２１１０６
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ３（２０１０）０７２１０３
【非特許文献３】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ５（２０１２）１２２１０１
【非特許文献４】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ６（２０１３）０９２１０３
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開２０１２／０５６９２８号パンフレット
【特許文献２】国際公開２０１１／０７８２５２号パンフレット
【特許文献３】特許第３４９９３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非特許文献３および４に記載の方法により作製した紫外発光ダイオードによれば、２５℃、１５０ｍＡの駆動電流値において、１０Ｗ／ｃｍ２以上の高い発光出力密度が得られるものの、その場合の駆動電圧値は１１〜１４Ｖ程度であり、より耐久性が高く、高性能な紫外発光ダイオードとするためには改善の余地があった。
【００１１】
また、波長３００ｎｍ以下の深紫外領域、特に、２４５ｎｍ以下の深紫外領域で発光する発光ダイオードを実現するためには、Ａｌ組成が高いIII族窒化物半導体を用いる必要がある。このような紫外発光ダイオードにおいて高い紫外発光出力密度と、低駆動電圧を両立させることは非常に困難であった。そのため、これら要求を全て満足する紫外発光ダイオードの開発が望まれていた。
【００１２】
したがって、本発明は、高出力密度と低駆動電圧特性を有する紫外発光ダイオードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
高い出力密度の紫外発光ダイオードを実現するためには、紫外発光ダイオードにおける各層の欠陥密度を低減し、基板での紫外光吸収を抑制して効率的に外部に光を取りだす構造が必要となる。本発明者らは、欠陥密度の低減および光取出し構造の効率化について検討したところ、ハイドライド気相成長法により作製した欠陥密度が低いＡｌＮ単結晶基板上に、ｎ型層、活性層、及びｐ型層を作製することにより、各層の欠陥密度の低減を図るとともに、ＡｌＮ単結晶基板での紫外光吸収を抑制できることを見出した。さらに本発明者らは、より一層高い出力密度を実現するためには、駆動電圧を低減する必要があることを突き止めた。本発明者らは検討の結果、ｎ型層上に設けられる電極（ｎ型電極）の特性が重要であることを見出し、その改良を行うことにより、２５℃の測定温度において、駆動電流値を１５０ｍＡとした際、駆動電圧値が１０Ｖ以下であり、発光出力密度が１０Ｗ／ｃｍ２以上である紫外発光ダイオードを作製することに成功し、本発明の課題を解決するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、光が放射される発光主面を有する基板、ｎ型層、活性層、およびｐ型層がこの順で積層された積層構造を有し、さらに、
ｐ型層上にｐ型電極を有し、かつｐ型層、および活性層の一部の領域を除去して露出させたｎ型層上にｎ型電極を有する発光ダイオードであって、
発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲にあり、
２５℃において、駆動電流値１５０ｍＡにおける発光出力密度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であり、駆動電圧値が１０Ｖ以下であることを特徴とした紫外発光ダイオードである。
【００１５】
本発明の紫外発光ダイオードによれば、２５℃、駆動電流値１５０ｍＡにおける発光出力密度を３０Ｗ／ｃｍ２以上である紫外発光ダイオードとすることもできる。
【００１６】
本発明の紫外発光ダイオードにおいては、ｐ型電極の面積が０．０００１〜０．０１ｃｍ２であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明においては、発光主面に凹凸構造が形成されていることが好ましい。
【００１８】
本発明の紫外発光ダイオードにおいては、発光主面を有する基板が、窒化アルミニウム単結晶基板であることが好ましい。該窒化アルミニウム単結晶基板は、転位密度が１０６ｃｍ−２以下であり、発光ピーク波長の紫外光に対する内部透過率が８５％以上であることが好ましい。そのような窒化アルミニウム単結晶基板は例えば、昇華法により得られた転位密度１０４ｃｍ−２以下のＡｌＮ単結晶種基板上に、ハイドライド気相成長法によりＡｌＮ単結晶層を成長させ、その後ＡｌＮ単結晶層を分離することにより得ることができる。
【００１９】
本発明の紫外発光ダイオードにおいては、ｎ型層、活性層、およびｐ型層が、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（但し、Ｘは、０≦Ｘ≦１．０を満足する有理数である。）で表されるIII族窒化物半導体からなることが好ましい。
【００２０】
本発明の紫外発光ダイオードにおいては、ｎ型電極の固有接触抵抗値（Ω・ｃｍ２）を該ｎ型電極が設置された部分の電極面積（ｃｍ２）で除したｎ型電極抵抗値が１．０Ω未満であることが好ましい。
【００２１】
本発明の紫外発光ダイオードによれば、発光ピーク波長がより短い、具体的には、発光ピーク波長が２２０〜２４５ｎｍにあり、外部量子効率が０．３％以上であり、駆動電流値を１５０ｍＡとして２５℃で連続運転した際、発光出力値が初期発光出力値の７０％となるまでの寿命時間が３００時間以上である紫外発光ダイオードとすることもできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、低い駆動電圧で、高い紫外発光出力密度を発揮することが可能な、紫外発光ダイオードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の紫外発光ダイオードの一態様を示す断面模式図である。
【図２】実施例１と同様の条件で作製したｎ型電極におけるｎ型電極面積とｎ型電極抵抗値との関係を示す図である。
【図３】ＴＬＭ法による固有接触抵抗値の測定に用いる電極パターンの一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の紫外発光ダイオードは、発光ピーク波長が２２０〜３５０ｎｍの範囲にあるものを対象とする。一般的に、発光ダイオードの発光スペクトルは、水銀ランプの輝線スペクトルやレーザーの発光スペクトルとは異なり、ピーク波長の半値幅が５〜２０ｎｍ程度の発光スペクトルである。つまり、本発明の発光スペクトルは、２２０〜３５０ｎｍの範囲の発光ピーク波長を中心として、半値幅が５〜２０ｎｍの範囲の単一発光スペクトルである。ｎ型層、ｐ型層、および活性層の組成等を適宜調整することにより所望の発光ピーク波長を得ることができる。
【００２５】
そのため、本発明において、発光ダイオードを形成するｎ型層、活性層、およびｐ型層は、Ａｌを含むIII族窒化物半導体、例えば、Ｂ・Ａｌ・Ｇａ・ＩｎＮの組成で表されるIII族窒化物半導体からなることが好ましい。その中でも、本発明の紫外発光ダイオードは、性能、および生産性を考慮すると、基板上に、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（但し、Ｘは、０≦Ｘ≦１．０を満足する有理数である。）で表されるIII族窒化物半導体からなるｎ型層、活性層、ｐ型層を順次形成した積層構造を有するものであることが好ましい。そして、ｎ型層およびｐ型層との導通を確保するため、ｐ型層上にｐ型電極が設けられ、さらに、ｐ型層、および活性層の一部の領域を除去して露出したｎ型層上にｎ型電極が設けられる。
【００２６】
なお、ｎ型層およびｐ型層は、公知のドーパント原料を含有することによりｎ型およびｐ型導電性を付与した導電層である。また、活性層は後述する発光スペクトルを発生させるための層であり、特に制限されるものではないが、一般的には、数ｎｍ程度の厚みの量子井戸層と障壁層を積層した量子井戸構造によって構成される。上記量子井戸構造は単一の量子井戸構造であってもよいし、複数の量子井戸層を有してなる多重量子井戸構造であってもよい。
【００２７】
本発明の紫外発光ダイオードは、２５℃で駆動電流値を１５０ｍＡとした時の単一発光スペクトルの発光出力密度が１０Ｗ／ｃｍ２以上である。本発明における発光出力密度とは、本発明の紫外発光ダイオードの、上述の発光スペクトルの全光束測定によって求められる発光出力（Ｗ）を、紫外発光ダイオードのｐ型電極の面積（ｃｍ２）で除した値である。本発明によって得られる発光出力密度が高い紫外発光ダイオードを用いることにより、所望の紫外光出力を得るための光源装置を小型化することが可能となる。そのため、上記の発光出力密度は３０Ｗ／ｃｍ２以上であることが好ましく、５０Ｗ／ｃｍ２以上であることが更に好ましい。発光出力密度の上限値は、高ければ高いほど好ましいが、通常の工業的生産を考慮すると１０００Ｗ／ｃｍ２である。中でも、発光ピーク波長が２６０〜３５０ｎｍの範囲にある本発明の紫外発光ダイオードであれば、発光出力密度を３０Ｗ／ｃｍ２以上、さらには５０Ｗ／ｃｍ２以上、特には６０Ｗ／ｃｍ２以上とすることが容易である。
【００２８】
本発明の紫外発光ダイオードにおいて、２５℃で駆動電流値を１５０ｍＡとした時の発光ダイオードの駆動電圧値は、１０Ｖ以下である。駆動電圧値を１０Ｖ以下にすることによって、上記の高い発光出力密度で発光させる場合においても、発光出力の突発的な変動などを抑え、安定したデバイス動作が可能となる。駆動電圧値の下限値は、所望の発光ピーク波長を実現するために必要となるＡｌ組成比に依存する。発光波長が長いほどＡｌ組成比は小さくなり、それに伴って駆動電圧の下限値も小さくなる。発光ピーク波長が３５０ｎｍの場合のＡｌ組成比は０．２程度であり、駆動電圧の下限値は４Ｖ程度となる。一方、発光ピーク波長が２２０ｎｍの場合は、Ａｌ組成比は０．９５程度であり、駆動電圧の下限値は６Ｖ程度となる。
【００２９】
本発明の紫外発光ダイオードについて、発光出力密度および駆動電圧値の測定に際し、駆動電流値を１５０ｍＡに限定した理由は、以下の通りである。すなわち、駆動電流値が１５０ｍＡのときに上記発光出力密度および駆動電圧値を満足するのであれば、一般家電製品用の紫外発光ダイオードとしても、工業製品用の紫外発光ダイオードとしても、用途を問わず幅広く使用できるからである。また、本発明の紫外発光ダイオードは１５０ｍＡという高い駆動電流値であっても、十分に使用可能である。このような高性能の紫外発光ダイオードは、本発明において初めて開発されたものである。なお、本発明において、発光出力密度、および駆動電圧値の測定温度は２５℃である。
【００３０】
本発明の紫外発光ダイオードの好ましい形態について、図１を参照しつつさらに具体的に説明する。
【００３１】
（基板、基板の製造方法）
本発明の紫外発光ダイオード１における基板２は、その上に成長して形成するｎ型層３、および活性層４の転位密度を低減できる材料であれば限定されるものではなく、サファイア、窒化アルミニウム単結晶（ＡｌＮ単結晶）などの材料が使用できる。より転位密度を低減するためには、基板としてＡｌＮ単結晶基板を採用することが好ましい。ＡｌＮ単結晶基板の転位密度は１０６ｃｍ−２以下であることが好ましく、さらに１０４ｃｍ−２以下であることが好ましい。なお、この転位密度は、ＡｌＮ単結晶基板をアルカリ溶液でエッチングして、そのピット数を数えることにより求めた値である。
【００３２】
また、紫外発光ダイオードの出力密度を高めるためには、基板における紫外光の吸収を抑制する必要があるため、本発明の紫外発光ダイオード１の発光ピーク波長の紫外光に対する基板２の内部透過率は８５％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。内部透過率の上限値は、高ければ高いほど好ましく、理想的には１００％である。また、基板の厚みは、内部透過率が８５％以上となり、操作性を低下させない範囲で決定することが好ましい。具体的には、５０〜５００μｍであることが好ましい。
【００３３】
基板２としてＡｌＮ単結晶基板を使用する場合には、該基板に含まれる不純物濃度は、転位密度および紫外光の透過性に悪影響を与えない程度に低く抑えることが好ましい。特に炭素濃度が５×１０１７ｃｍ−３以下であることが好ましく、２×１０１７ｃｍ−３以下であることがより好ましい。このように不純物濃度を低くすることにより、転位密度が１０６ｃｍ−２以下（好ましくは１０４ｃｍ−２以下）であり、内部透過率が８５％以上の基板とすることが容易となる。このような基板上に、ｎ型層３、活性層４、ｐ型層８を形成することにより、優れた性能を発揮する本発明の紫外発光ダイオードを製造することができる。
【００３４】
転位密度が１０６ｃｍ−２以下であって、内部透過率が８５％以上であるＡｌＮ単結晶基板は、以下の方法により製造することができる。例えば、転位密度が１０６ｃｍ−２以下であるＡｌＮ単結晶基板を薄膜化してもよいし、昇華法により得られた転位密度が１０４ｃｍ−２以下のＡｌＮ単結晶種基板上に、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法によりＡｌＮ単結晶層を成長させ、その後、ＡｌＮ単結晶層を分離して、ＡｌＮ単結晶基板としてもよい。なお、これらの方法において、ＡｌＮ単結晶基板を薄膜化する工程、または、ＨＶＰＥ法により成長させたＡｌＮ単結晶層を分離する工程は、ｎ型層３、活性層４、およびｐ型層８を形成する前に実行してもよいし、ｎ型層３、活性層４、およびｐ型層８を完成させた後に分離してもよい。
【００３５】
なお、ＨＶＰＥ法によりＡｌＮ単結晶基板を製造する場合には、ＡｌＮ単結晶基板の膜厚は、分離後に自立できる程度の膜厚を有していれば特に制限はないが、製造効率などの観点から、５０〜５００μｍとすることが好ましい。
【００３６】
基板２の一方の面上にｎ型層３、活性層４、およびｐ型層８がこの順で積層され、基板２の他方の面、すなわち、これらｎ型層３、活性層４、およびｐ型層８が形成されない反対の面が、光が放出される発光主面となる。
【００３７】
基板２の上に形成されるｎ型層３、活性層４、およびｐ型層８について以下に説明する。
（ｎ型層）
ｎ型層３は、公知のドーパント原料を含有させることによりｎ型の導電性を付与した導電層である。本発明の紫外発光ダイオードの製造を容易にする観点からは、ｎ型層３はＡｌＧａＮ単結晶からなることが好ましく、具体的には、ｎ型層３は、ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層であることが好ましい。Ａｌ組成比のＸ１は、所望の発光ピーク波長に応じて、０．１≦Ｘ１≦０．９５の範囲で適宜決定することができる。
【００３８】
ｎ型層３の転位密度は、好ましくは１０８ｃｍ−２以下であり、より好ましくは１０６ｃｍ−２以下であり、最も好ましくは１０４ｃｍ−２以下である。また、ｎ型層３の厚みは、特に制限されるものではなく、５００〜５０００ｎｍであることが好ましい。
【００３９】
ｎ型層３は、結晶中にＳｉ、Ｏ、Ｇｅなどの公知のｎ型ドーパント材料をドーピングした層である。公知のｎ型ドーパント材料の中でも、使用するドーパント材料は、原料濃度の制御性や、ｎ型層３中のイオン化エネルギーなどを考慮すると、Ｓｉであること好ましい。ｎ型ドーパント濃度は所望の導電性が得られるように適宜決定でき、一般的には１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲内であり、好ましくは５×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３の範囲内である。
【００４０】
ｎ型層３の導電性は、上述のｎ型ドーパント濃度によって制御することが可能であり、紫外発光ダイオードの設計に応じて適宜決定することができる。また、ｎ型層３は、単一のＡｌ組成および単一のｎ型ドーパント濃度を有する単一層であってもよいし、Ａｌ組成比および／またはｎ型ドーパント濃度が異なる複数の層が積層された構造を有していてもよい。
【００４１】
また、ｎ型層３のｎ型導電性を高めるためには、ｎ型層３を成長させるにあたり、ｎ型ドーパントに対して補償中心として働く、III族元素の欠陥やIII族元素と不純物の複合欠陥の形成を抑制できるように、ｎ型ドーパント以外の不純物の混入を低減できるような成長条件を適宜選定することが好ましい。それによって、ｎ型層３とｎ型電極９との接触抵抗を低減することができる。
【００４２】
このようなｎ型層３は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などの公知の結晶成長法によって、基板２上に形成できる。中でも、生産性が高く工業的に広く用いられているＭＯＣＶＤ法が好ましい。ＭＯＣＶＤ法によるｎ型層３の形成は、例えば国際公開２０１２／０５６９２８号パンフレット（特許文献１）に記載の方法と同様にして行うことができ、特許文献１の内容はここに参照を以って組み入れられる。ＭＯＣＶＤ法でｎ型層３を形成する場合、III族原料ガスおよび窒素源ガスの供給量等を調整することにより、所望の組成のｎ型層を形成することができる。その際、所望のドーパント濃度を満足するようにドーパントガス流量を調整することもできる。また、ｎ型層３の転位密度を１０８ｃｍ−２以下とするためには、基板２として転位密度の低いＡｌＮ単結晶基板、具体的には転位密度１０６ｃｍ−２以下、より好ましくは１０４ｃｍ−２以下のＡｌＮ単結晶基板を採用することが好ましい。
【００４３】
（活性層）
活性層４はｎ型層３上に形成される。活性層４における発光効率を向上させるためには、活性層４は量子井戸層と障壁層とが組み合わされた量子井戸構造を有することが好ましい。
【００４４】
活性層４の量子井戸構造は単一の量子井戸層を有する構造であってもよく、複数の量子井戸層を有する多重量子井戸構造であってもよい。量子井戸層の厚みは特に限定されるものではないが、発光効率の向上および信頼性の観点から、２〜１０ｎｍであることが好ましく、４〜８ｎｍであることがより好ましい。また、より高い出力密度を安定して得るためには、活性層４は３層以上の量子井戸層を有することが好ましい。活性層４が厚さ２〜１０ｎｍの量子井戸層を３層以上そなえる多重量子井戸構造を有することにより、量子井戸層の実効的な体積を大きくできるため、紫外発光ダイオード駆動時の急激な出力特性の劣化を抑制することが可能となる。
【００４５】
障壁層の厚みも、特に限定されるものではないが、一般的には５〜３０ｎｍの範囲内である。
【００４６】
量子井戸層および障壁層は、III族窒化物単結晶から構成され、その中でも、いずれもＡｌＸＧａ１−ＸＮ層であることが好ましい。量子井戸層および障壁層それぞれのＡｌ組成（Ｘ）および厚みは、所望の発光ピーク波長が得られるように適宜決定することができる。また、量子井戸層および障壁層には、発光効率を向上させることを目的として、不純物をドーピングしてもよい。
【００４７】
活性層４も、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などの公知の結晶成長法によって、ｎ型層３上に形成できる。中でも、生産性が高く工業的に広く用いられているＭＯＣＶＤ法が好ましい。ＭＯＣＶＤ法による活性層４の形成は、例えば国際公開２０１２／０５６９２８号パンフレット（特許文献１）に記載の方法と同様にして行うことができる。ＭＯＣＶＤ法で活性層４を形成する場合、III族原料ガスおよび窒素源ガスの供給量等を調整することにより、所望の組成の活性層（量子井戸層および障壁層）を形成することができる。転位密度の低い（具体的には例えば１０８ｃｍ−２以下の）ｎ型層上に活性層を形成することにより、高性能な紫外発光ダイオードを製造することができる。
【００４８】
（ｐ型層）
ｐ型層８は、公知のｐ型ドーパント原料を含有させることによりｐ型の導電性を付与した導電層である。公知のｐ型ドーパント材料の中でも、Ｍｇをドーパントとすることが好ましい。
【００４９】
図１に例示する紫外発光ダイオード１は、３層からなるｐ型層８を有している。本発明の紫外発光ダイオードの製造を容易にするためには、ｐ型層８はＡｌＧａＮ単結晶および／またはＩｎＧａＮ単結晶からなることが好ましい。図１に例示する紫外発光ダイオード１は、ｐ型ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ層５、ｐ型ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４Ｎ層６、ｐ型ＩｎＹＧａ１−ＹＮ層７の順で活性層４上に積層された３層構造からなるｐ型層８を有している。
【００５０】
ｐ型ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ層５、およびｐ型ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４Ｎ層６のＡｌ組成は、ｎ型層３の場合と同様に、所望の発光ピーク波長に応じて０．５≦Ｘ３≦１．０、０．２≦Ｘ４≦０．９の範囲で適宜決定することができる。中でも、活性層４への電子の閉じ込め効果を高めるためには、Ｘ３及びＸ４がそれぞれ上記範囲内であって、且つＸ４≦Ｘ３であることが好ましい。また、より高い出力密度を得るためには、さらにＸ１≦Ｘ４≦Ｘ３であることが好ましい。ただし、Ｘ１は上記で示したｎ型層３を構成するｎ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層におけるＡｌ組成比である。
【００５１】
ｐ型ＩｎＹＧａ１−ＹＮ層７は、ｐ型電極（ｐ型電極層）１０との接触抵抗を低減するために設けられる層である。Ｉｎ組成比のＹは特に限定されるものではないが、一般的には０≦Ｙ≦０．１である。電極の接触抵抗をさらに低減するためには、Ｙが０であるｐ型ＧａＮ層７とすることが好ましい。
【００５２】
ｐ型ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ層５およびｐ型ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４Ｎ層６の膜厚は特に限定されるものではないが、それぞれ５〜５０ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、ｐ型ＩｎＹＧａ１−ＹＮ層７の膜厚も特に限定されるものではないが、５〜２００ｎｍであることが好ましい。また、ｐ型層８の各層に含まれるドーパントの量は、導電性の観点から、１×１０１９〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲内であることが好ましい。
【００５３】
このようなｐ型層８は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などの公知の結晶成長法によって、活性層４上に形成できる。中でも、生産性が高く工業的に広く用いられているＭＯＣＶＤ法が好ましい。ＭＯＣＶＤ法によるｐ型層８の形成は、例えば国際公開２０１２／０５６９２８号パンフレット（特許文献１）に記載の方法と同様にして行うことができる。ＭＯＣＶＤ法でｐ型層８を形成する場合、III族原料ガスおよび窒素源ガスの供給量等を調整することにより、所望の組成のｐ型層を形成することができる。その際、所望のドーパント濃度を満足するようにドーパントガス流量を調整することもできる。III族原料ガス、窒素源ガス、ドーパント原料ガスの供給量等を調整することにより、所望の組成のｐ型層を形成することができる。そして、これらガスの供給量を調整して、多層構造、例えば、ｐ型ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ層５、ｐ型ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４Ｎ層６、およびｐ型ＩｎｙＧａ１−ｙＮ層７からなる多層構造を有するｐ型８を形成することができる。
【００５４】
（オーミック電極層（ｎ型電極））
ｎ型電極９は、ｎ型層３の上に形成される。通常、以下の方法によりｎ型層３上にｎ型電極９が形成される。先ず、基板２、ｎ型層３、活性層４、およびｐ型層８がこの順で積層された積層構造を有する積層体を製造する。次に、ｐ型層８の側から積層体の一部をエッチング等により除去することによりｎ型層３の表面を露出させる。エッチング方法としては公知の方法、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング等の方法を特に制限なく採用できる。そして、この露出させたｎ型層３上にｎ型電極９を形成する。
【００５５】
ｎ型電極９は、公知のｎ型オーミック電極材料および形成方法を用いて形成することができる。ｎ型オーミック電極材料は、ｎ型層３との接触抵抗値を低減可能な材料であれば、特に限定されるものではない。ｎ型電極９を構成する各層は、真空蒸着法、スパッタリング法などによって形成できる。また、ｎ型電極９とｎ型層３との接触抵抗値を低減させるため、ｎ型電極層９を形成した後に、アルゴン、窒素などの不活性ガス雰囲気中でアニールすることが好ましい。アニール温度は特に制限されるものではないが、７００〜１１００℃であることが好ましい。ｎ型電極９は具体的には例えば、国際公開２０１１／０７８２５２号パンフレット（特許文献２）に記載のｎ型コンタクト電極の形成方法により好ましく形成することができ、特許文献２の内容はここに参照を以って組み入れられる。特許文献２には、Ｔｉ、およびＡｌを含むｎ型オーミック電極材料およびその形成方法が開示されている。より詳しくは、特許文献２には、III族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層の上にｎ型コンタクト電極を形成する方法であって、該ｎ型半導体層上にＴｉ、ＶおよびＴａからなる群より選ばれる少なくとも１種からなる金属層からなる第一の電極金属層を形成した後、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行う工程、及び、第一の電極金属層上に仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属からなる高導電性金属層を含んでなる第二の電極金属層を形成した後、７００℃以上１０００℃以下の温度で熱処理を行う工程とを含む、ｎ型コンタクト電極の形成方法が開示されている。当該方法においては、第一の金属電極層を構成する金属としてＴｉを用い且つ高導電性金属層を構成する金属としてＡｌを用いることが好ましく、加えて、第二の電極金属層が、Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群より選ばれる少なくとも１種からなる接合金属層（好ましくはＴｉ）、仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属からなる高導電性金属層（好ましくはＡｌ）、並びにＡｕおよび／又はＰｔからなる貴金属層を含む多層構造を有し、当該多層構造において接合金属層は最下層に配置され、貴金属層は高導電性金属層よりも上層に配置されていることが好ましい。また、ｎ型電極（ｎ型電極層）９の厚みは、特に限定されるものではなく、アニール後の接触抵抗値の低減が可能な範囲でｎ型電極層９を構成する各層の膜厚を適宜決定すればよいが、ｎ型電極層９の生産性などを考慮すると、総厚を５０〜５００ｎｍにすることが好ましい。
【００５６】
本発明の紫外発光ダイオードは、２５℃において、駆動電流値を１５０ｍＡとしたときの発光出力密度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であり、駆動電圧値が１０Ｖ以下である。このような発光出力密度、および駆動電圧値を実現するためには、ｎ型電極９の固有接触抵抗値（Ω・ｃｍ２）を、ｎ型電極９が配設されている部分の面積（電極面積（ｃｍ２））で除した値、すなわち、固有接触抵抗値（Ω・ｃｍ２）／電極面積（ｃｍ２）で算出されるｎ型電極抵抗が１．０Ω未満であることが好ましい。なお、ｎ型電極９の電極面積とは、ｎ型電極（ｎ型電極層）９とｎ型層３が接触している面積を指す。電流―電圧特性を考慮すると、ｎ型電極抵抗は小さいほど好ましく、０．５Ω以下であることがさらに好ましく、最も好ましくは０．４Ω以下である。ｎ型電極抵抗の下限値は、理想的には０であるが、電極面積を大きくすることによって、個別の紫外発光ダイオードのサイズが大きくなる結果、一つの基板からの紫外発光ダイオードチップの取り数が少なくなるなどの工業的な観点を考慮すると、０．１Ω程度である。
【００５７】
ｎ型電極９の固有接触抵抗値および電極面積は、ｎ型電極抵抗値が１．０Ω未満となる限りにおいて、特に制限されるものではないが、以下の範囲であることが好ましい。具体的には、固有接触抵抗値は、１０−２Ω・ｃｍ２以下であることが好ましく、１０−３Ω・ｃｍ２以下であることがより好ましい。固有接触抵抗値の下限値は、低ければ低いほど好ましいが、工業的な生産を考慮すると１０−７Ω・ｃｍ２である。また、電極面積は、ｎ型電極抵抗に合わせて適宜調整すればよく、紫外発光ダイオードの大きさにもよるが、通常、０．５〜０．０００１ｃｍ２の範囲内である。
【００５８】
本発明の紫外発光ダイオードにおいては、基板として上記の高品質な基板（すなわち、転位密度が１０６ｃｍ−２以下であって、内部透過率が８５％以上であるＡｌＮ単結晶基板）を採用すると共に、ｎ型電極抵抗値を１．０Ω未満とすることが好ましい。ｎ型電極抵抗値の調整は、以下の方法により行うことができる。
【００５９】
固有接触抵抗値は、電極材料、成膜方法（アニール処理等を含む）等の電極形成条件によりその値が変わる。そのため、電極面積を一定にし、電極形成条件を種々変更して、与えられたｎ型層上にｎ型電極を形成する。そして、一定の電極面積における電極形成条件と固有接触抵抗値との関係を予め調べる。さらに、それぞれの電極形成条件において、電極面積と、測定により得られた固有接触抵抗値から、ｎ型電極抵抗値を算出する。そして、ｎ型電極抵抗値が１．０Ω未満となるような電極形成条件を採用してｎ型電極を形成すればよい。
【００６０】
また、次の方法を採用することもできる。先ず、電極形成条件を一定にし、電極面積を種々変更して、与えられたｎ型層上にｎ型電極を形成する。そして、一定の電極形成条件における電極面積と、固有接触抵抗値から算出されるｎ型電極抵抗値との関係を予め調べる。その結果を基に、その一定の電極形成条件を採用した際に、ｎ型電極抵抗値が１．０Ω未満となるような電極面積を算出し、その電極面積のｎ型電極を形成すればよい。
【００６１】
図２は、後述する実施例１と同様にして作製した紫外発光ダイオードにおいてｎ型電極の固有接触抵抗値を測定し、その結果から得られた、ｎ型電極面積とｎ型電極抵抗値との関係を示す図である。図２より、一定の電極形成条件下でｎ型電極抵抗値が１．０Ω未満となるｎ型電極面積を決定することができる。なお、実施例１以外の実施例においても同様の実験を行い、ｎ型電極面積とｎ型電極抵抗値との関係に基づいてｎ型電極抵抗値が１．０Ω未満となるｎ型電極面積を決定して、紫外発光ダイオードを作製している。
【００６２】
図２からは、ｎ型電極抵抗値が１．０Ω未満ならば、ｎ型電極面積がｎ型電極抵抗値に及ぼす影響を小さくできることが分かる。この結果から、ｎ型電極抵抗値を１．０Ω未満とすることにより、駆動電圧値が低い紫外発光ダイオードを効率よく製造できると考えられる。
【００６３】
なお、固有接触抵抗値は、公知のＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｏｄｅｌ）法によって、測定することができる。一の電極面積と一の電極形成条件との組み合わせにおける固有接触抵抗値のＴＬＭ法による測定は、与えられた電極形成条件によって例えば図３に示すような電極パターン１００をｎ型層３上に形成して行うことができる。電極パターン１００は、与えられた電極面積を有する同一面積の円形電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと、円形電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに対してそれぞれ同心円をなし且つ相互に直径の異なる開口部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを有する周囲電極１０３とを有し、周囲電極１０３と円形電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのそれぞれとの間に挟まれた領域にはｎ型層３が露出している。円形電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのそれぞれと周囲電極１０３との間の抵抗値を測定し、測定された各抵抗値および円形電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのそれぞれと周囲電極１０３との間の距離に基づいてＴＬＭ法に従って計算を行うことにより、与えられた電極面積と電極形成条件との組み合わせにおける固有接触抵抗値を求めることができる。
【００６４】
以上のような方法を採用して、ｎ型電極抵抗値を１．０Ω未満とすることにより、より高性能な紫外発光ダイオードとすることができる。
【００６５】
ｎ型電極９の配置は特に限定されるものではないが、ｎ型電極９とｐ型電極１０との間の距離は０．５〜１０μｍであることが好ましく、さらに、紫外発光ダイオード１の駆動時における電流経路の均一性が高められるように、ｐ型電極１０の周囲をｎ型電極９が略均等に囲う形状であることが好ましい。
【００６６】
（オーミック電極層（ｐ型電極））
ｐ型電極（ｐ型電極層）１０は、公知のｐ型オーミック電極材料を使用することができる。具体的には、ｐ型層８（図１においてはｐ型ＩｎＹＧａ１−ＹＮ層７）との接触抵抗値を低減可能な材料であれば、特に限定されるものではないが、例えば、特許第３４９９３８５号公報（特許文献３）に記載されている、ＮｉおよびＡｕを含む電極材料を好ましく採用することができる。特許文献３の内容はここに参照を以って組み入れられる。
【００６７】
これらの電極材料の層は、真空蒸着法、スパッタリング法などによって形成できる。ｐ型電極を形成した後には、接触抵抗値を低減させるために、窒素、酸素などの雰囲気中でアニール処理を行うことが好ましい。アニール温度は、特に制限されるものではないが、一般的に４００〜７００℃程度である。例えば特許文献３には、ｐ型III族窒化物からなる半導体の電極の形成方法において、該半導体の表面上にニッケル（Ｎｉ）電極層と金（Ａｕ）電極層を順次形成した後、Ｏ２ガスと、Ｎ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒから選ばれる１種以上のガスとの混合ガス雰囲気下で熱処理（好ましくは４５０℃〜６５０℃での熱処理）を行う方法であり、Ｏ２ガスの混合ガス全体に対する比率を０．０１〜１００％とし、該熱処理により、ｐ型III族窒化物半導体に金（Ａｕ）電極層の構成元素が拡散および浸透することにより、相対的にニッケル（Ｎｉ）電極層が金（Ａｕ）電極層の上に形成される、ｐ型III族窒化物半導体の電極形成方法が開示されている。また、特に制限されるものではないが、ｐ型電極層１０の厚みは、５〜３００ｎｍであることが好ましい。
【００６８】
ｐ型電極１０の面積を調整することで発光出力密度を調整することも可能である。なお、ｐ型電極１０の電極面積とは、ｐ型電極（ｐ型電極層）１０とｐ型層８が接触している面積を指す。本発明の紫外発光ダイオードにおいて、ｐ型電極の面積は、活性層のうち発光に寄与する部分の面積に相当する。駆動電流値が１５０ｍＡと大きい場合にはｐ型電極面積が小さすぎると出力密度が飽和し、駆動電圧が上昇し、加えて寿命が短くなる傾向にある。一方、ｐ型電極面積が大きすぎると、発光出力密度が低下するとともに、ＬＥＤチップサイズが大型化するため好ましくない。よって、ｐ型電極面積は０．０００１〜０．０１ｃｍ２であることが好ましく、０．０００５〜０．００５ｃｍ２であることがより好ましい。
【００６９】
本発明の紫外発光ダイオードは、以上のような層構成、製造方法に従い製造することができる。次に、上記以外の特徴的な部分について説明する。
【００７０】
（紫外発光ダイオードのその他の特徴）
本発明の紫外発光ダイオード１においては、基板２のｎ型層３が積層された面とは反対側の面が、光が放射される発光主面となる。そして、この発光主面には、屈折率が１．０〜２．４である材質からなる層を積層してもよい。このような材質からなる層を形成することにより、効率よく光を取出すことができる。屈折率が１．０〜２．４である材質としては、特に制限されるものではなく、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＦ、ＭｇＦなどの無機材料の他、Ｈ２Ｏなどの液体材料を例示できる。
【００７１】
また、光を効率よく取出すためには、発光主面に凹凸構造を形成することが好ましい。凹凸構造は、公知の方法、例えば、基板をエッチングする方法等により発光主面に形成することができる。凹凸構造は、発光ピーク波長に応じて適宜調整すればよいが、高さと幅がそれぞれ１００〜１０００ｎｍの範囲にある凸部を形成することが好ましい。
【００７２】
なお、凹凸構造を有する発光主面上に、屈折率が１．０〜２．４となる材質からなる層を形成することにより、より一層、効率よく光を取出すこともできる。
【００７３】
本発明によれば、発光ピーク波長が比較的短い範囲にある紫外発光ダイオードの性能を高めることができる。具体的には、発光ピーク波長が好適には２２０〜２８０ｎｍ、さらに好適には２２０〜２６５ｎｍ、特に好適には２２０〜２４５ｎｍである紫外発光ダイオードの性能を高めることができる。特に、高品質な基板を使用し、ｎ型電極抵抗値を上記特定の値以下にすることにより、例えば、発光ピーク波長が２２０〜２４５ｎｍであり、外部量子効率が０．３％以上であり、駆動電流を１５０ｍＡとし、２５℃で連続運転した際、初期発光出力値の７０％の発光出力値となるまでの寿命時間が３００時間以上となるような紫外発光ダイオードを得ることもできる。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例および比較例をあげて本発明について詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００７５】
＜実施例１＞
（基板：基板の準備）
本発明の紫外発光ダイオードを作製するためのＡｌＮ単結晶基板は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ５（２０１２）１２２１０１（非特許文献３）に記載の方法により作製した。具体的には、先ず、物理気相輸送（ＰＶＴ）法により作製された直径２５ｍｍのＡｌＮ種基板上に、ハイドライド気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）法により２５０μｍの厚みでＡｌＮ厚膜を形成し、ＡｌＮ厚膜成長面の化学機械（ＣＭＰ）研磨を行った。このようなＨＶＰＥ法  ＡｌＮ厚膜／ＡｌＮ種基板の積層体（成長用基板）を紫外発光ダイオードの成長用基板として使用した。なお、下記に詳述するが、ＡｌＮ種基板はこの成長用基板から最終的に除去する。この成長用基板を全く同じ条件で７枚作製した。
【００７６】
１つの成長用基板を分析用に使用するため、ＡｌＮ種基板部分を除去した。得られたＡｌＮ単結晶基板（厚み  １７０μｍ、ＨＶＰＥ法  ＡｌＮ厚膜部分）のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定した。具体的には、高分解能Ｘ線回折装置（スペクトリス社パナリティカル事業部製Ｘ’Ｐｅｒｔ）により、加速電圧４５ｋＶ、加速電流４０ｍＡの条件で、ＡｌＮ単結晶基板の（００２）および（１０１）面のＸ線ロッキングカーブ測定を行った。Ｘ線ロッキングカーブの半値幅はいずれも、３０ａｒｃｓｅｃ以下であった。また、他方の６つの成長用基板において、研磨したＡｌＮ厚膜部分の（００２）および（１０１）面のＸ線ロッキングカーブ測定を同様の条件で行った。その結果、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅はいずれも、３０ａｒｃｓｅｃ以下であった。このことから、ＡｌＮ種基板を除いたＡｌＮ単結晶基板と、成長用基板のＡｌＮ厚膜部分は同じ結晶性を有する同一のＡｌＮ単結晶であることが確認できた。
【００７７】
この分析用のＡｌＮ単結晶基板の内部透過率を紫外可視分光光度計（島津製作所製ＵＶ−２５５０）により測定した結果、２６５ｎｍにおける内部透過率は９５％であり、２２０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内での内部透過率は８５％以上であった。また、エッチピット観察により測定した転位密度は２×１０５ｃｍ−２であった。
【００７８】
その後、６枚の成長用基板を７ｍｍ角程度の正方形形状に切断した（７ｍｍ角程度の２４枚の正方形形状の成長用基板を準備した。）。
【００７９】
（ｎ型層、活性層、ｐ型層の形成）
切断後の一つの成長用基板のＡｌＮ厚膜上に、ＭＯＣＶＤ法により、１０８０℃で、ｎ型Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（厚さ１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．４０Ｇａ０．６Ｎ（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型ＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ：ｐ型層）を順次積層し、紫外発光用積層体を作製した。不純物のドーピングは、ｎ型層中のＳｉ濃度が２×１０１９ｃｍ−３、ｐ型層中のＭｇ濃度が３×１０１９ｃｍ−３となるように、ドーパントとして用いたテトラエチルシランおよびビスシクロペンタジエニルマグネシウム流量を制御した。
【００８０】
（オーミック電極層の形成：ｎ型電極の形成方法）
次いで、ＩＣＰエッチング装置により、紫外発光用積層体の一部（ｐ型層側からの一部）をｎ型Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（ｎ型層）が露出するまでエッチングした。該露出表面に真空蒸着法によりＴｉ層（厚さ２０ｎｍ）／Ａｌ層（厚さ１００ｎｍ）／Ｔｉ層（厚さ２０ｎｍ）／Ａｕ層（厚さ５０ｎｍ）かならなるｎ型電極を形成した。実施例１の形態では、面積が０．００２ｃｍ２になるように、ｎ型電極（ｎ型電極層）を形成した。その後、窒素雰囲気中、１分間、９５０℃の条件で熱処理を行った。
【００８１】
（オーミック電極層の形成：ｐ型電極の形成方法）
次いで、ｐ型ＧａＮ層上に、真空蒸着法によりＮｉ層（厚さ２０ｎｍ）／Ａｕ層（厚さ５０ｎｍ）からなるｐ型電極を形成した後、酸素雰囲気中、５分間、５００℃の条件で熱処理を行った。なお、本実施例におけるｐ型電極の面積は、０．００１ｃｍ２である。
【００８２】
（ＡｌＮ種基板の除去：紫外発光ダイオードウェハの製造）
次いで、ＡｌＮ種基板部分を機械研磨により除去することにより、紫外発光ダイオードウェハを完成させた。研磨後のＨＶＰＥ法ＡｌＮ厚膜層の残厚は１７０μｍであった。
【００８３】
（紫外発光ダイオード、およびその物性評価）
その後、紫外発光ダイオードウェハを０．８ｍｍ角程度の正方形形状に切断することにより紫外発光ダイオードチップを作製し、該紫外発光ダイオードチップを多結晶ＡｌＮキャリアにマウントし、紫外発光ダイオードを完成させた。作製した紫外発光ダイオードの発光出力密度および発光ピーク波長は、２インチ積分球（スフィアオプティクス社製ゼニスコーティング）、およびマルチチャンネル分光器（オーシャンフォトニクス社製ＵＳＢ４０００）を用いて測定した。紫外発光ダイオードの発光ピーク波長は２８０ｎｍであった。発光出力密度（Ｗ／ｃｍ２）、駆動電圧値（Ｖ）、外部量子効率（ＥＱＥ）（％）、ｎ型電極の固有接触抵抗値（Ω・ｃｍ２）、ｎ型電極抵抗値（Ω）を表１にまとめた。なお、これらの値は、駆動電流値１５０ｍＡ、２５℃で測定した値である。なお、表１には、駆動電流値１００ｍＡ、２５℃で測定した発光出力密度（Ｗ／ｃｍ２）、駆動電圧値（Ｖ）も示した。
【００８４】
また、２５℃、駆動電流値１５０ｍＡの条件で、連続運転動作試験を行い、試験開始後３００ｈまでの出力低下特性から見積もった素子寿命（出力が初期値の７０％となる時間と定義（Ｌ７０））を表１に示した。この実施例１では、３．８×１０００時間（ｈ）であった。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表１に併せてまとめている。
【００８５】
＜実施例２＞
実施例１と同様にして紫外発光ダイオードウェハを作製した。ＡｌＮ種基板部分を機械研磨により除去した後、機械研磨面を水酸化カリウム水溶液に浸漬し、ウェットエッチングによる凹凸構造（高さと幅がそれぞれ５０〜１０００ｎｍ程度の大きさのランダムな凹凸構造）を作製した以外は、実施例１と同様にして紫外発光ダイオードを完成させ、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２７９ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表１に併せてまとめている。
【００８６】
＜実施例３＞
切断後の一つの成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する３重量子井戸層（活性層）を（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５Ｎ（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層））に変更した以外は、実施例１と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２６０ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表１に併せてまとめている。
【００８７】
＜実施例４＞
切断後の一つの成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する３重量子井戸層（活性層）を（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５Ｎ（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層））に変更した以外は、実施例２と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２６０ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表１に併せてまとめている。
【００８８】
＜実施例５＞
切断後の一つの成長用基板のＡｌＮ厚膜上に、ｎ型層としてｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層（厚さ１μｍ）、活性層として３重量子井戸層（Ａｌ０．６８Ｇａ０．３２Ｎ（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層））、ｐ型層としてｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ）、ｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ層（厚さ５０ｎｍ）、およびｐ型ＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ）を形成し、ｎ型電極面積を０．００５ｃｍ２に変更した以外は、実施例１と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２４０ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表１に併せてまとめている。
【００８９】
＜実施例６＞
切断後の一つの成長用基板のＡｌＮ厚膜上に、ｎ型層としてｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層（厚さ１μｍ）、活性層として３重量子井戸層（Ａｌ０．６８Ｇａ０．３２Ｎ（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層））、ｐ型層としてｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ）、ｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ層（厚さ５０ｎｍ）、およびｐ型ＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ）を形成し、ｎ型電極面積を０．００５ｃｍ２にした以外は、実施例２と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２３９ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表１に併せてまとめている。
【００９０】
＜比較例１＞
ｎ型電極（層）の電極面積を、０．０００８ｃｍ２に変更した以外は、実施例１と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２８２ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表１に併せてまとめている。
【００９１】
＜比較例２＞
ｎ型電極（層）の電極面積を、０．０００８ｃｍ２に変更した以外は、実施例３と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２６０ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表１に併せてまとめている。
【００９２】
＜比較例３＞
ｎ型電極（層）の電極面積を、０．０００８ｃｍ２に変更した以外は、実施例５と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２４１ｎｍであった。得られた結果を表１に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表１に併せてまとめている。
【００９３】
【表１】
2015156483.tif 000003
【００９４】
＜実施例７＞
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０Ｎ層（厚さ１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０Ｎ層（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８０Ｇａ０．２０Ｎ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、およびｐ型ＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ：ｐ型層）に変更し、ｐ型電極の面積を０．０００８ｃｍ２に変更した以外は、実施例１と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。ｎ型電極抵抗値は０．４５Ωであった。紫外発光ダイオードの発光ピーク波長は２６５ｎｍであった。得られた結果を表２に示す。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表２に併せてまとめている。
【００９５】
＜実施例８＞
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０Ｎ層（厚さ１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ層（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８０Ｇａ０．２０Ｎ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、およびｐ型ＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、実施例７と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２７３ｎｍであった。得られた結果を表２に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表２に併せてまとめている。
【００９６】
＜実施例９＞
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（厚さ１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．４０Ｇａ０．６０Ｎ層（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、およびｐ型ＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、実施例７と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２８０ｎｍであった。得られた結果を表２に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表２に併せてまとめている。
【００９７】
＜実施例１０＞
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（厚さ１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ｎ層（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、およびｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、実施例７と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２８８ｎｍであった。得られた結果を表２に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表２に併せてまとめている。
【００９８】
＜実施例１１＞
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（厚さ１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ層（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、およびｐ型ＧａＮ層（２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、実施例７と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２９７ｎｍであった。得られた結果を表２に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表２に併せてまとめている。
【００９９】
＜実施例１２＞
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．８０Ｇａ０．２０Ｎ層（厚さ１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎ層（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、およびｐ型ＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ：ｐ型層）に変更し、ｐ型電極の面積を０．０００８ｃｍ２に変更した以外は、実施例２と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２４５ｎｍであった。得られた結果を表２に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表２に併せてまとめている。
【０１００】
＜実施例１３＞
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．８０Ｇａ０．２０Ｎ層（厚さ１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０Ｎ層（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、およびｐ型ＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、実施例７と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２５１ｎｍであった。得られた結果を表２に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表２に併せてまとめている。
【０１０１】
＜実施例１４＞
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（厚さ１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．５７Ｇａ０．４３Ｎ層（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、およびｐ型ＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、実施例７と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２５６ｎｍであった。得られた結果を表２に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表２に併せてまとめている。
【０１０２】
＜実施例１５＞
切断後の成長用基板のＡｌＮ厚膜上に形成する素子層を、ｎ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層（厚さ１μｍ：ｎ型層）、３重量子井戸層（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７Ｎ層（厚さ４ｎｍ：量子井戸層）／Ａｌ０．６８Ｇａ０．３２Ｎ層（厚さ１０ｎｍ：障壁層）：活性層）、ｐ型ＡｌＮ層（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、ｐ型Ａｌ０．８０Ｇａ０．２０Ｎ（厚さ５０ｎｍ：ｐ型層）、およびｐ型ＧａＮ層（厚さ２０ｎｍ：ｐ型層）に変更した以外は、実施例７と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２６１ｎｍであった。得られた結果を表２に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表２に併せてまとめている。
【０１０３】
【表２】
2015156483.tif 000004
【０１０４】
＜実施例１６＞
ｐ型電極層の面積を０．０００３ｃｍ２に変更し、ｎ型電極面積を０．００３ｃｍ２に変更した以外は実施例１と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２８０ｎｍであった。得られた結果を表３に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表３に併せてまとめている。
【０１０５】
＜実施例１７＞
ｐ型電極層の面積を０．００２ｃｍ２に変更した以外は実施例１と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２８１ｎｍであった。得られた結果を表３に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表３に併せてまとめている。
【０１０６】
＜比較例４＞
ｐ型電極層の面積を０．０００３ｃｍ２に変更し、ｎ型電極面積を０．０００８ｃｍ２に変更した以外は実施例１と同様にして、紫外発光ダイオードを完成させて、同様の評価を行った。発光ピーク波長は２８１ｎｍであった。得られた結果を表３に示した。また、ｎ型電極面積、ｐ型電極面積、及び凹凸構造の有無を表３に併せてまとめている。
【０１０７】
【表３】
2015156483.tif 000005
【符号の説明】
【０１０８】
１    紫外発光ダイオード（紫外発光ダイオードウェハ）
２    基板
３    ｎ型層
４    活性層
８    ｐ型層
９    ｎ型電極（層）
１０  ｐ型電極（層）
１００  電極パターン
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ  円形電極
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ  開口部
１０３  周囲電極
【図１】
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【図２】
2015156483.tif 000007
【図３】
2015156483.tif 000008