(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下である窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法であって、
サファイア基板を含む下地部の上面に、ｎ型のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（１≧Ｘ≧０．５）系半導体で構成されたｎ型半導体層を形成する第１ステップと、
前記ｎ型半導体層の上方に、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（Ｘ＞Ｙ＞０）系半導体で構成された発光層を含み全体がＡｌＧａＮ系半導体で構成されている活性層を形成する第２ステップと、
前記活性層の上方に、ｐ型のＡｌＺＧａ１−ＺＮ（１≧Ｚ＞Ｙ）系半導体で構成されたｐ型半導体層を形成する第３ステップと、を備え、
前記第２ステップにおける成長温度が、１２００℃よりも高くかつ前記第１ステップにおける成長温度以上であることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２ステップにおける成長温度が、前記第１ステップにおける成長温度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１ステップで、ｎ型のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（１＞Ｘ≧０．５）系半導体で構成された前記ｎ型半導体層を形成し、
前記第１ステップの直後に、前記第１ステップと同じ成長温度で、前記ｎ型半導体層に引き続いてＡｌαＧａ１−αＮ（１≧α＞Ｘ）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第１分解防止層を形成する第４ステップを、さらに備え、
少なくとも前記第４ステップが終了した後に、成長温度を上げて前記第２ステップを行うことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第３ステップにおける成長温度が、前記第２ステップにおける成長温度よりも低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記活性層の最上層がＡｌＹ１Ｇａ１−Ｙ１Ｎ（Ｘ＞Ｙ１≧Ｙ）系半導体で構成されており、
前記第２ステップの直後に、前記第２ステップと同じ成長温度で、前記活性層に引き続いてＡｌβＧａ１−βＮ（１≧β＞Ｙ１）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第２分解防止層を形成する第５ステップを、さらに備え、
少なくとも前記第５ステップが終了した後に、成長温度を下げて前記第３ステップを行うことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記ｐ型半導体層の上方にｐ型のＡｌＱＧａ１−ＱＮ（Ｚ＞Ｑ≧０）系半導体で構成されたｐ型コンタクト層を形成する第６ステップを、さらに備え、
前記第６ステップにおける成長温度が、前記第３ステップにおける成長温度よりも低いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第３ステップで、ｐ型のＡｌＺＧａ１−ＺＮ（１＞Ｚ＞Ｙ）系半導体で構成された前記ｐ型半導体層を形成し、
前記第３ステップの直後に、前記第３ステップと同じ成長温度で、前記ｐ型半導体層に引き続いてＡｌγＧａ１−γＮ（１≧γ＞Ｚ）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第３分解防止層を形成する第７ステップを、さらに備え、
少なくとも前記第７ステップが終了した後に、成長温度を下げて前記第６ステップを行うことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第６ステップにおける成長温度が、前記第３ステップにおける成長温度よりも１５０℃以上低いことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項９】
少なくとも前記第２ステップが終了した後に、１２００℃よりも高い温度で、窒素の割合が５０％以上である気体を供給しながら熱処理を行う第８ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第３ステップにおける成長温度が、１１００℃以下であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２ステップが、前記発光層である井戸層と、ＡｌＲＧａ１−ＲＮ（１＞Ｒ＞Ｙ）系半導体で構成された障壁層とのそれぞれを１層以上交互に積層した単一または多重量子井戸構造の前記活性層を作製する工程であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第２ステップにおける成長温度が、１２５０℃以上であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
【請求項１３】
ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下である窒化物半導体紫外線発光素子であって、
サファイア基板を含む下地部と、
前記下地部の上面に形成される、ｎ型のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（１＞Ｘ≧０．５）系半導体で構成されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層の上方に形成される、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（Ｘ＞Ｙ＞０）系半導体で構成された発光層を含み全体がＡｌＧａＮ系半導体で構成されている活性層と、
前記活性層の上方に形成される、ｐ型のＡｌＺＧａ１−ＺＮ（１≧Ｚ＞Ｙ）系半導体で構成されたｐ型半導体層と、を備え、
前記ｎ型半導体層の上面におけるＡｌの組成比が当該ｎ型半導体層の内部よりも大きい、または、前記ｎ型半導体層の上面にＡｌαＧａ１−αＮ（１≧α＞Ｘ）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第１分解防止層が形成されていることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項１４】
前記活性層の最上層がＡｌＹ１Ｇａ１−Ｙ１Ｎ（Ｘ＞Ｙ１≧Ｙ）系半導体で構成されており、
前記最上層の上面におけるＡｌの組成比が当該最上層の内部よりも大きい、または、前記活性層の上面にＡｌβＧａ１−βＮ（１≧β＞Ｙ１）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第２分解防止層が形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項１５】
前記ｐ型半導体層が、ｐ型のＡｌＺＧａ１−ＺＮ（１＞Ｚ＞Ｙ）系半導体で構成されており、
前記ｐ型半導体層の上方に形成される、ｐ型のＡｌＱＧａ１−ＱＮ（Ｚ＞Ｑ≧０）系半導体で構成されたｐ型コンタクト層を、さらに備え、
前記ｐ型半導体層の上面におけるＡｌの組成比が当該ｐ型半導体層の内部よりも大きい、または、前記ｐ型半導体層の上面にＡｌγＧａ１−γＮ（１≧γ＞Ｚ）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第３分解防止層が形成されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光層がＡｌＧａＮ系半導体で構成されているピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、キャリア（電子及び正孔）の再結合によって発光が生じる発光層がＧａＮ系半導体またはＩｎＧａＮ系半導体で構成されている窒化物半導体発光素子が、広く普及している。しかし、これよりも発光波長が短い発光素子である、発光層がＡｌＧａＮ系半導体で構成されている窒化物半導体紫外線発光素子は、例えば特許文献１等において提案されてはいるが、依然として十分には普及していない。【０００３】
この原因の１つとして、ＡｌＧａＮ系半導体で発光層が構成されている窒化物半導体紫外線発光素子は、ピーク発光波長を短くする（発光層のＡｌの組成比を大きくしてＧａの組成比を小さくする）ほど、発光効率が低下するという問題がある。なお、半導体発光素子の発光効率は、注入した電子が光子に変換される割合である量子効率として表現され、発光素子の内部で発生した光子に着目した割合を内部量子効率、発光素子の外部に放出された光子に着目した割合を外部量子効率という。【０００４】
この問題について、図面を参照して説明する。図５及び図６は、窒化物半導体発光素子のピーク発光波長と外部量子効率との関係を表したグラフである。図５は、非特許文献１に記載されているグラフであり、様々な企業や研究機関が学術論文等で報告したデータを集積したものである。また、図６は、本願の発明者が過去に作製した試料を測定して得られたグラフである。なお、図５及び図６のそれぞれのグラフの横軸はピーク発光波長であり、縦軸は外部量子効率である。また、図５では、図面の説明の便宜上、非特許文献１に記載されているグラフに対して、厳密な近似曲線ではないが点全体の傾向を表す曲線と、２８５ｎｍのピーク発光波長を表す破線とを加筆して表示している。【０００５】
図５及び図６に示すように、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下である窒化物半導体紫外線発光素子は、ピーク発光波長が短くなるにつれて外部量子効率が急峻に低下する。これは、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子には、ピーク発光波長が２８５ｎｍよりも長い窒化物半導体発光素子では生じない特有の問題が存在していることを表している。そして、この問題は、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下である窒化物半導体紫外線発光素子において例外なく生じている問題であって、近年でも未解決の問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５６４１１７３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｋｎｅｉｓｓｌ，“Ａ  Ｂｒｉｅｆ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ＩＩＩ−Ｎｉｔｒｉｄｅ  ＵＶ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＩＩＩ−Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｅｍｉｔｔｅｒｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ  １，２０１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願の発明者は、上述したピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子における特有の問題について鋭意検討した結果、当該問題の原因を特定するとともに、その解決策を見出すに至った。【０００９】
そこで、本発明は、上述した特有の問題を克服して発光効率を改善したピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下である窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法であって、サファイア基板を含む下地部の上面に、ｎ型のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（１≧Ｘ≧０．５）系半導体で構成されたｎ型半導体層を形成する第１ステップと、前記ｎ型半導体層の上方に、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（Ｘ＞Ｙ＞０）系半導体で構成された発光層を含み全体がＡｌＧａＮ系半導体で構成されている活性層を形成する第２ステップと、前記活性層の上方に、ｐ型のＡｌＺＧａ１−ＺＮ（１≧Ｚ＞Ｙ）系半導体で構成されたｐ型半導体層を形成する第３ステップと、を備え、前記第２ステップにおける成長温度が、１２００℃よりも高くかつ前記第１ステップにおける成長温度以上であることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法を提供する。【００１１】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、活性層の成長温度を１２００℃よりも高くすることで、活性層に含まれる発光層のＡｌ空孔を低減することができる。したがって、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子において発光効率が低下する原因である発光層におけるＡｌ空孔を、低減することができる。【００１２】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第２ステップにおける成長温度が、前記第１ステップにおける成長温度よりも高くてもよい。【００１３】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、ｎ電極を形成するために露出させる加工が必要であることから他の層よりも厚く成長させる必要があるｎ型半導体層の成長温度として、この層を構成するｎ型のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（１≧Ｘ≧０．５）系半導体の成長に適した温度を選択するとともに、活性層の成長温度としてｎ型半導体層の成長温度よりも高い温度を別途選択することができる。したがって、窒化物半導体紫外線発光素子の生産効率が極端に悪化することを防止することができる。【００１４】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第１ステップで、ｎ型のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（１＞Ｘ≧０．５）系半導体で構成された前記ｎ型半導体層を形成し、前記第１ステップの直後に、前記第１ステップと同じ成長温度で、前記ｎ型半導体層に引き続いてＡｌαＧａ１−αＮ（１≧α＞Ｘ）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第１分解防止層を形成する第４ステップを、さらに備え、少なくとも前記第４ステップが終了した後に、成長温度を上げて前記第２ステップを行ってもよい。【００１５】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、第１ステップにおける成長温度から第２ステップにおける成長温度に上げる際に、ｎ型半導体層の上面に第１分解防止層が形成されておりｎ型半導体層が露出しないため、ｎ型半導体層におけるＧａＮの分解に起因する窒化物半導体紫外線発光素子の特性の悪化を抑制することができる。【００１６】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第３ステップにおける成長温度が、前記第２ステップにおける成長温度よりも低くてもよい。【００１７】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、活性層と同じ成長温度でｐ型半導体層を成長させた場合と比較して、アクセプタ不純物のドープ量を増大させることができる。【００１８】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記活性層の最上層がＡｌＹ１Ｇａ１−Ｙ１Ｎ（Ｘ＞Ｙ１≧Ｙ）系半導体で構成されており、前記第２ステップの直後に、前記第２ステップと同じ成長温度で、前記活性層に引き続いてＡｌβＧａ１−βＮ（１≧β≧Ｙ）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第２分解防止層を形成する第５ステップを、さらに備え、少なくとも前記第５ステップが終了した後に、成長温度を下げて前記第３ステップを行ってもよい。【００１９】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、第２ステップにおける成長温度から第３ステップにおける成長温度に下げる際に、活性層の上面に第２分解防止層が形成されており活性層が露出しないため、活性層におけるＧａＮの分解に起因する窒化物半導体紫外線発光素子の特性の悪化を抑制することができる。【００２０】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記ｐ型半導体層の上方にｐ型のＡｌＱＧａ１−ＱＮ（Ｚ＞Ｑ≧０）系半導体で構成されたｐ型コンタクト層を形成する第６ステップを、さらに備え、前記第６ステップにおける成長温度が、前記第３ステップにおける成長温度よりも低くてもよい。【００２１】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、ｐ型半導体層よりもＧａの組成比が大きいために成長時におけるＧａＮの分解（再蒸発）が激しいｐ型コンタクト層の成長温度を、ｐ型半導体層の成長温度よりも下げることで、ｐ型コンタクト層を効率良く成長させることができる。【００２２】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第３ステップで、ｐ型のＡｌＺＧａ１−ＺＮ（１＞Ｚ＞Ｙ）系半導体で構成された前記ｐ型半導体層を形成し、前記第３ステップの直後に、前記第３ステップと同じ成長温度で、前記ｐ型半導体層に引き続いてＡｌγＧａ１−γＮ（１≧γ＞Ｚ）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第３分解防止層を形成する第７ステップを、さらに備え、少なくとも前記第７ステップが終了した後に、成長温度を下げて前記第６ステップを行ってもよい。【００２３】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、第３ステップにおける成長温度から第６ステップにおける成長温度に下げる際に、ｐ型半導体層の上面に第３分解防止層が形成されておりｐ型半導体層が露出しないため、ｐ型半導体層におけるＧａＮの分解に起因する窒化物半導体紫外線発光素子の特性の悪化を抑制することができる。【００２４】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第６ステップにおける成長温度が、前記第３ステップにおける成長温度よりも１５０℃以上低くてもよい。【００２５】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、第３ステップにおける成長温度から第６ステップにおける成長温度に下げる際に長時間を要するが、ｐ型半導体層の上面に第３分解防止層が形成されておりｐ型半導体層が露出しないため、ｐ型半導体層におけるＧａＮの分解に起因する窒化物半導体紫外線発光素子の特性の悪化を抑制することができる。【００２６】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、少なくとも前記第２ステップが終了した後に、１２００℃よりも高い温度で、窒素の割合が５０％以上である気体を供給しながら熱処理を行う第８ステップを、さらに備えてもよい。【００２７】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、発光層において結晶格子位置から僅かにずれているＡｌ原子の移動を促して、発光層におけるＡｌ空孔のさらなる減少を図ることができる。また、ＡｌＮ及びＧａＮの分解を抑制するとともに、Ｎ空孔の発生を抑制またはＮ空孔の減少を図ることができる。【００２８】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第３ステップにおける成長温度が、１１００℃以下であってもよい。【００２９】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、第３ステップにおける成長温度がそれほど高くないため、第３ステップにおける成長温度から第６ステップにおける成長温度に下げたとしても、ｐ型半導体層におけるＧａＮの分解は問題にならない。そのため、第３分解防止層を設けることなく、ｐ型半導体層におけるＧａＮの分解を抑制することができる。【００３０】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第２ステップが、前記発光層である井戸層と、ＡｌＲＧａ１−ＲＮ（１＞Ｒ＞Ｙ）系半導体で構成された障壁層とのそれぞれを１層以上交互に積層した単一または多重量子井戸構造の前記活性層を作製する工程であってもよい。【００３１】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、単一または多重量子井戸構造を採用する採用することで、発光効率を高めることができる。【００３２】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第２ステップにおける成長温度が、１２５０℃以上であってもよい。【００３３】
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、１２５０℃以上の温度で活性層を成長させることにより、Ａｌ原子のマイグレーションを十分に促進させて、発光層におけるＡｌ空孔を効果的に低減することができる。【００３４】
また、本発明は、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下である窒化物半導体紫外線発光素子であって、サファイア基板を含む下地部と、前記下地部の上面に形成される、ｎ型のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（１＞Ｘ≧０．５）系半導体で構成されたｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上方に形成される、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（Ｘ＞Ｙ＞０）系半導体で構成された発光層を含み全体がＡｌＧａＮ系半導体で構成されている活性層と、前記活性層の上方に形成される、ｐ型のＡｌＺＧａ１−ＺＮ（１≧Ｚ＞Ｙ）系半導体で構成されたｐ型半導体層と、を備え、前記ｎ型半導体層の上面におけるＡｌの組成比が当該ｎ型半導体層の内部よりも大きい、または、前記ｎ型半導体層の上面にＡｌαＧａ１−αＮ（１≧α＞Ｘ）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第１分解防止層が形成されていることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。【００３５】
この窒化物半導体紫外線発光素子によれば、生産効率の極端な悪化を抑制しつつ、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子において発光効率が低下する原因である発光層におけるＡｌ空孔を低減するためにｎ型半導体層の成長温度よりも高い温度で活性層を成長させることが可能になる。【００３６】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、前記活性層の最上層がＡｌＹ１Ｇａ１−Ｙ１Ｎ（Ｘ＞Ｙ１≧Ｙ）系半導体で構成されており、前記最上層の上面におけるＡｌの組成比が当該最上層の内部よりも大きい、または、前記活性層の上面にＡｌβＧａ１−βＮ（１≧β≧Ｙ１）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第２分解防止層が形成されていてもよい。【００３７】
この窒化物半導体紫外線発光素子によれば、ｐ型半導体層のアクセプタ不純物のドープ量を増大させるために活性層の成長温度よりも低い温度でｐ型半導体層を成長させることが可能になる。【００３８】
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、前記ｐ型半導体層が、ｐ型のＡｌＺＧａ１−ＺＮ（１＞Ｚ＞Ｙ）系半導体で構成されており、前記ｐ型半導体層の上方に形成される、ｐ型のＡｌＱＧａ１−ＱＮ（Ｚ＞Ｑ≧０）系半導体で構成されたｐ型コンタクト層を、さらに備え、前記ｐ型半導体層の上面におけるＡｌの組成比が当該ｐ型半導体層の内部よりも大きい、または、前記ｐ型半導体層の上面にＡｌγＧａ１−γＮ（１≧γ＞Ｚ）系半導体で構成された厚さ３ｎｍ以下の第３分解防止層が形成されていてもよい。【００３９】
この窒化物半導体紫外線発光素子によれば、ｐ型コンタクト層を効率良く成長させるためにｐ型半導体層の成長温度よりも低い温度でｐ型コンタクト層を成長させることが可能になる。
【発明の効果】
【００４０】
上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子及びその製造方法によれば、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子において発光効率が低下する原因である、発光層におけるＡｌ空孔を、低減することができる。したがって、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子の発光効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ピーク発光波長が異なる２種類の窒化物半導体紫外線発光素子に対する時間分解ＰＬの測定結果である減衰曲線を示したグラフ。
【図２】本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の構造の一例を模式的に示した要部断面図。
【図３】図２に示す窒化物半導体紫外線発光素子を図２の上側から見た場合の構造の一例を模式的に示した平面図。
【図４】本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法の一例を模式的に示したタイミング図。
【図５】窒化物半導体発光素子のピーク発光波長と外部量子効率との関係を表したグラフ。
【図６】窒化物半導体発光素子のピーク発光波長と外部量子効率との関係を表したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
＜発光効率が低下する原因＞
最初に、本願の発明者が特定した、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子における発光効率が低下する原因について図面を参照して説明する。図１は、ピーク発光波長が異なる２種類の窒化物半導体紫外線発光素子に対する時間分解ＰＬ（Photoluminescence）の測定結果を示したグラフである。なお、図１に示すグラフにおいて、縦軸はＰＬの強度であり、横軸は時間である。
【００４３】
時間分解ＰＬを測定した試料は、サファイア基板の（０００１）面上に、ＡｌＮ層、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ井戸層及びＡｌＧａＮ障壁層を３周期分重ねた多重量子井戸構造の活性層、Ｍｇをドープしたｐ型のＡｌＧａＮ層を順番に積層して構成されており、所望のピーク発光波長になるようにＡｌＮ層よりも上の各層におけるＡｌとＧａの組成比が調整されている。特に、キャリア（電子及び正孔）の再結合によって発光が生じる発光層であるＡｌＧａＮ井戸層のＡｌの組成比が大きいほど、ピーク発光波長が短くなるため、所望のピーク発光波長になるようにＡｌＧａＮ井戸層のＡｌの組成比が決定されている。また、キャリアを効率良く発光層（ＡｌＧａＮ井戸層）に送り込むために、ＡｌＧａＮ障壁層のＡｌの組成比がＡｌＧａＮ井戸層よりも大きくなるように調整されているとともに、ｎ型及びｐ型のＡｌＧａＮ層のＡｌの組成比がＡｌＧａＮ障壁層以上になるように調整されている。
【００４４】
測定した試料は２種類であり、１つはピーク発光波長が３００ｎｍに調整されている試料（以下、「ＬＥＤ３００」と称する）、もう１つはピーク発光波長が２６５ｎｍに調整されている試料（以下、「ＬＥＤ２６５」と称する）である。上述の通り、ＬＥＤ２６５におけるＡｌＧａＮ井戸層のＡｌの組成比は、ＬＥＤ３００におけるＡｌＧａＮ井戸層のＡｌの組成比よりも大きい。また、いずれの試料に対しても、室温において、チタンサファイアレーザの三倍高調波である励起光（波長２４４ｎｍ〜２６６ｎｍ）をｐ型のＡｌＧａＮ層側に与えるとともに、ｐ型のＡｌＧａＮ層側からＰＬの検出を行っている。
【００４５】
図１に示すような時間分解ＰＬの測定結果は、光によって励起されたキャリアが基底状態に緩和する（電子及び正孔が消滅する）過程を表しており、試料の結晶性の評価に役立つものである。また、時間分解ＰＬの測定結果に対して指数関数でフィッティングすることによって得られる緩和時間を用いることで、緩和過程の定量的な比較が可能になる。そこで、図１に示すＬＥＤ２６５及びＬＥＤ３００のそれぞれの測定結果に対して、下記式（１）をフィッティングすることで緩和時間を算出した。下記式（１）は、速い緩和過程と遅い緩和過程の２つの緩和に分けてフィッティングするための関数であり、時間分解ＰＬの測定結果に対して一般的に使用される関数である。下記式（１）において、τ１が速い緩和過程における緩和時間、τ２が遅い緩和過程における緩和時間である。
【００４６】
【数１】
0006560821.tif 000002
【００４７】
図１に示す時間分解ＰＬの測定結果に対して上記式（１）をフィッティングしたところ、ＬＥＤ３００の緩和時間τ１は０．６８２ｎｓであったが、ＬＥＤ２６５の緩和時間τ１は０．１６４ｎｓであり、大幅に短くなった。この結果は、図１が室温での測定結果であってキャリアが欠陥等に捕獲されることによる非輻射再結合が生じ易い状況であったことを考慮すると、ＬＥＤ２６５ではＬＥＤ３００よりも非輻射再結合による緩和過程がより支配的であることを示している。
【００４８】
さらに、ＡｌＧａＮにおいては、主な非輻射再結合中心はカチオン空孔複合体（Ｇａ及びＡｌの空孔であるカチオン空孔と窒素空孔との複合体）であって、Ａｌの組成比が大きくなるほどカチオン空孔が増大することが知られている（例えば、Uedono et al. Journal of Applied Physics 111 013512 2012、Chichibu et al. Journal of Applied Physics 113 213506 2013）。
【００４９】
これらの事実を総合すると、ＬＥＤ２６５は、ＬＥＤ３００よりもＡｌの組成比が大きいことからカチオン空孔であるＡｌ空孔が多くなっており、それが原因となって非輻射再結合が生じ易いから、輻射再結合するキャリアが減少して発光効率が低下していると考えられる。そして、図５及び図６に示したように、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下である窒化物半導体紫外線発光素子は、ピーク発光波長が短いものほど発光層のＡｌの組成比が大きくなりＡｌ空孔が多くなるため、ピーク発光波長が短いほど発光効率が低下していると考えられる。
【００５０】
以上のように、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子において発光効率が低下する原因は、発光層におけるＡｌ空孔である。そこで、以下では、このＡｌ空孔を低減して発光効率を向上した窒化物半導体紫外線発光素子及びその製造方法について、図面を参照して説明する。
【００５１】
＜窒化物半導体紫外線発光素子の構造例＞
最初に、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の構造の一例について、図面を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の構造の一例を模式的に示した要部断面図である。図３は、図２に示す窒化物半導体紫外線発光素子を図２の上側から見た場合の構造の一例を模式的に示した平面図である。なお、図２では、図示の都合上、基板、半導体層及び電極の厚さ（図中の上下方向の長さ）を模式的に示しているため、必ずしも実際の寸法比とは一致しない。また、以下の説明において、ＡｌＧａＮ系半導体とは、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮまたはＧａＮ、あるいは、これらに微量の不純物（例えば、ＳｉやＭｇ、Ｉｎなど）が含まれた半導体であり、必要に応じてＡｌ及びＧａに対して添字を用いることでＡｌ及びＧａの相対的な組成比を表している（例えば、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ）。また、以下の説明において、ｐ型及びｎ型の両方を記載していない半導体層はアンドープの半導体層であるが、アンドープの半導体層であっても不可避的に混入する程度の微量の不純物は含まれ得る。
【００５２】
図２及び図３に示すように、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子１は、サファイア基板１１を含む下地部１０と、窒化物半導体層及び電極を含む素子構造部２０とを備える。この窒化物半導体紫外線発光素子１は、実装用の基台に対して素子構造部２０側（図２における図中上側）を向けて実装される（フリップチップ実装される）ものであり、光の取出方向は下地部１０側（図２における図中下側）である。
【００５３】
下地部１０は、（０００１）面を主面とするサファイア基板１１と、サファイア基板１１の主面上に形成されたＡｌＮ層１２とを備える。なお、サファイア基板１１は、主面が（０００１）面に対して微小角度（例えば、０°より大きく３．０°以下）だけ傾斜しているオフ基板であってもよい。また、ＡｌＮ層１２が微量のＧａやその他の不純物を含んでいてもよいし、ＡｌＮ層１２の上面にＡｌＧａＮ系半導体で構成された層がさらに形成されていてもよい。
【００５４】
素子構造部２０は、下地部１０側から順に、ｎ型のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（１＞Ｘ≧０．５）系半導体で構成されたｎ型クラッド層２１（ｎ型半導体層）、ＡｌαＧａ１−αＮ（１≧α＞Ｘ）系半導体で構成された第１分解防止層２２、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（Ｘ＞Ｙ＞０）系半導体で構成された発光層を含み全体がＡｌＧａＮ系半導体で構成されているとともに最上層がＡｌＹ１Ｇａ１−Ｙ１Ｎ（Ｘ＞Ｙ１≧Ｙ）系半導体で構成されている活性層２３、ＡｌβＧａ１−βＮ（１≧β＞Ｙ１）系半導体で構成された第２分解防止層２４、ｐ型のＡｌＺＧａ１−ＺＮ（１＞Ｚ＞Ｙ）系半導体で構成された電子ブロック層２５、ＡｌγＧａ１−γＮ（１≧γ＞Ｚ）系半導体で構成された第３分解防止層２６、ｐ型のＡｌＱＧａ１−ＱＮ（Ｚ＞Ｑ≧０）系半導体で構成されたｐ型コンタクト層２７が積層された構造を備えている。
【００５５】
さらに、素子構造部２０は、例えばＮｉ／Ａｕで構成されてｐ型コンタクト層２７の上面に形成されるｐ電極２８と、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕで構成されてｎ型クラッド層２１が露出している一部の領域においてｎ型クラッド層２１の上面に形成されているｎ電極２９とを備えている。このｐ電極２８から正孔が供給されるとともにｎ電極２９から電子が供給されるように通電すると、供給された正孔及び電子のそれぞれが活性層２３内の発光層に到達し、当該発光層において電子及び正孔が再結合して発光する。
【００５６】
活性層２３は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ系半導体で構成された発光層である井戸層と、ＡｌＲＧａ１−ＲＮ（１＞Ｒ＞Ｙ）系半導体で構成された障壁層とのそれぞれを、１層以上交互に積層した単一または多重量子井戸構造であり、最上層は障壁層（または井戸層）である。なお、活性層２３は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ系半導体で構成された発光層のみを備える構成（この場合は最上層も当該発光層）であってもよい。ただし、窒化物半導体紫外線発光素子１の発光効率を高める観点から、活性層２３が量子井戸構造（特に、多重量子井戸構造）であると、好ましい。
【００５７】
第１分解防止層２２、第２分解防止層２４及び第３分解防止層２６のそれぞれは、典型的にはＡｌＮで構成され（即ち、α＝１，β＝１，γ＝１）、厚さは３ｎｍ以下であると好ましく、２ｎｍ以下であるとさらに好ましい。詳細については後述する＜窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法例＞で説明するが、これらの層２２，２４，２６は、直下の層２１，２３，２５を保護する目的で形成される層であり、発光に寄与する層ではないため、抵抗が小さくなるように可能な限り薄く形成すると、好ましい。
【００５８】
ｐ型コンタクト層２７は、典型的にはＧａＮ（即ち、Ｑ＝０）で構成される。なお、電子ブロック層２５とｐ型コンタクト層２７の間に、Ａｌの組成比が電子ブロック層２５より小さくｐ型コンタクト層２７よりも大きいｐ型のＡｌＧａＮ系半導体で構成された層を設けてもよい。
【００５９】
上述の各層２１〜２７のそれぞれを構成するＡｌＧａＮ系半導体におけるＡｌ及びＧａの組成比（Ｘ，Ｙ，Ｙ１，Ｚ，Ｑ，Ｒ，α，β，γ）は、上述の大小関係を満たした上で、窒化物半導体紫外線発光素子１が所望のピーク発光波長の光を出射するように適宜設定される。
【００６０】
＜窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法例＞
次に、図２に例示した窒化物半導体紫外線発光素子１の製造方法の一例について説明する。
【００６１】
まず、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法等の周知のエピタキシャル成長法により、下地部１０に含まれるＡｌＮ層１２及び素子構造部２０に含まれる窒化物半導体で構成された各層２１〜２７を、サファイア基板１１上に順番にエピタキシャル成長させて積層する。このとき、ｎ型の層にはドナー不純物として例えばＳｉをドープし、ｐ型の層にはアクセプタ不純物として例えばＭｇをドープする。
【００６２】
次に、反応性イオンエッチング等の周知のエッチング法により、一部の領域を選択的にエッチングして当該領域のｎ型クラッド層２１を露出させる。そして、電子ビーム蒸着法などの周知の成膜法により、エッチングされていない領域内のｐ型コンタクト層２７上にｐ電極２８を形成するとともに、エッチングされた領域内のｎ型クラッド層２１上にｎ電極２９を形成する。なお、ｐ電極２８及びｎ電極２９の一方または両方の形成後に、ＲＴＡ（瞬間熱アニール）などの周知の熱処理方法により熱処理を行ってもよい。
【００６３】
ところで、上述の＜発光効率が低下する原因＞で説明したように、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子において発光効率が低下する原因は、発光層におけるＡｌ空孔である。そのため、窒化物半導体紫外線発光素子１は、発光層におけるＡｌ空孔が低減される製造方法で製造される。
【００６４】
そこで、発光層におけるＡｌ空孔を低減する製造方法の一例について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法の一例を模式的に示したタイミング図である。なお、図４に示すタイミング図は、素子構造部２０に含まれる窒化物半導体で構成された各層２１〜２７を形成する際の成長温度を示したものであり、縦軸が成長温度、横軸が時間である。なお、成長温度とは、エピタキシャル成長に用いる装置が採用している加熱方式にもよるが、典型的にはウエハ（基板）温度である。また、例えばウエハ表面に対する原料の供給の有無によって各層２１〜２７の成長の有無を制御することが可能であるとともに、例えば原料の供給比によって各層２１〜２７の組成比を制御することが可能である。
【００６５】
図４に示すように、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子１の製造方法では、まず期間Ｐ１において、成長温度Ｔ１でｎ型クラッド層２１を成長させる。さらに、期間Ｐ１の直後である期間Ｐ２において、成長温度Ｔ１でｎ型クラッド層２１に引き続いて第１分解防止層２２を成長させる。
【００６６】
次に、成長温度をＴ１からＴ２に上げた後、期間Ｐ３において、成長温度Ｔ２で活性層２３を成長させる。さらに、期間Ｐ３の直後である期間Ｐ４において、成長温度Ｔ２で活性層２３に引き続いて第２分解防止層２４を成長させる。
【００６７】
次に、成長温度をＴ２からＴ３に下げた後、期間Ｐ５において、成長温度Ｔ３で電子ブロック層２５を成長させる。さらに、期間Ｐ５の直後である期間Ｐ６において、成長温度Ｔ３で電子ブロック層２５に引き続いて第３分解防止層２６を成長させる。なお、図４では、成長温度Ｔ３が成長温度Ｔ１よりも高い場合について例示しているが、成長温度Ｔ３が成長温度Ｔ１よりも低くてもよいし、成長温度Ｔ３と成長温度Ｔ１が同じであってもよい。
【００６８】
次に、成長温度をＴ３からＴ４に下げた後、期間Ｐ７において、成長温度Ｔ４でｐ型コンタクト層２７を成長させる。これにより、各層２１〜２７の成長が終了する。
【００６９】
ところで、一般的に、ＡｌＮとＧａＮの混晶であるＡｌＧａＮの成長温度は、高くても１１００℃付近が好ましいとされている。これは、成長表面における原子のマイグレーション（特に、Ｎ原子との結合力が強く動き難いＡｌ原子のマイグレーション）を促進して欠陥等が少ない良好な結晶を得るためには成長温度を高くした方が良いが、ＧａＮの分解（再蒸発）を抑制するためには成長温度を低く抑えなければならないという制約があるため、両者のバランスが取れる範囲の上限が１１００℃付近になるからである（例えば、特開２００５−３２８０３号公報の明細書の段落［０００４］、［０００５］及び［００４４］参照）。
【００７０】
また、一般的に、発光層をＡｌＧａＮで構成する場合、発光層のバンドギャップを局所的に小さくしてキャリアを閉じ込めるために、少なくとも発光層を挟むｎ型及びｐ型のＡｌＧａＮ（またはＡｌＮ）で構成された層のＧａの組成比よりも、発光層のＧａの組成比を大きくする（Ａｌの組成比を小さくする）必要がある。そのため、発光層は、Ｇａを十分に取り込む必要があることから、成長温度を低くする必要性が特に高い。なお、窒化物半導体発光素子のピーク発光波長を短くするほど、発光層のバンドギャップは大きくなりＧａの組成比は小さくなるが、それでもＧａを取り込む必要から、好ましい成長温度は１１００℃付近になる。例えば、上述した特許文献１に記載の窒化物半導体紫外線発光素子は、ピーク発光波長が２５４ｎｍであり、上述した発光効率が低下する問題がある２８５ｎｍよりも短いものであるが、発光層の成長温度は１１２０℃である（例えば、特許文献１の明細書の段落［００２６］及び［００３５］参照）。
【００７１】
これに対して、図４に示す窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法では、発光層（例えば量子井戸構造の井戸層）を含む活性層２３の成長温度を、上記の一般的な発光層の成長温度（１１００℃程度）よりも高い温度にする。具体的には、成長温度Ｔ２を、１２００℃よりも高い温度にする。これにより、発光層の成長時におけるＡｌ原子のマイグレーションが促進されるため、発光層におけるＡｌ空孔が低減される。
【００７２】
以上の通り、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子１の製造方法によれば、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子において発光効率が低下する原因である発光層におけるＡｌ空孔を低減して、発光効率を改善することができる。
【００７３】
ただし、上述のようにＡｌＧａＮの最適な成長温度の上限は１１００℃付近であり、成長温度を１２００℃よりも高くすればＧａＮの分解（再蒸発）が激しくなるという問題が生じ得る。この問題は、例えばＧａの原料の供給量を従来よりも多くするなど、成長温度以外の他の成長条件を最適化することで対処可能であるが、原料の消費量が増加したり成長速度が低下したりするなど、生産効率が低下し得る。そして、従来は、ＡｌＧａＮの成長温度を１２００℃より高くしたとしても、このようなデメリットしかないと考えられていたために、ＡｌＧａＮの成長温度として１２００℃よりも高い温度は選択されていなかった。
【００７４】
しかし、本願の発明者の鋭意検討によって、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下である窒化物半導体紫外線発光素子において、発光効率を低下させている原因が発光層におけるＡｌ空孔であることが特定されるとともに、発光層の成長温度を１２００℃よりも高くすることでＡｌ空孔を低減して発光効率を改善することが可能であることが見出された。そして、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子１の製造方法によれば、生産効率は低下するとしても、ピーク発光波長が２８５ｎｍ以下である窒化物半導体紫外線発光素子における発光効率の改善という、これまで未解決であった問題を解決することができる。
【００７５】
また、図４に示す窒化物半導体紫外線発光素子１の製造方法では、途中で成長温度を変更する必要があるが、成長温度を変更するためには一定の時間が必要になる。この成長温度を変更する際に、ＡｌＧａＮで構成された層が露出していると、ＧａＮの分解が生じる場合がある。特に、活性層２３の成長温度Ｔ２は１２００℃よりも高いため、成長温度をＴ１からＴ２に上げる際にｎ型クラッド層２１においてＧａＮの分解が生じる可能性があるとともに、成長温度をＴ２からＴ３に下げる際に活性層２３においてＧａＮの分解が生じる可能性がある。また、Ａｌの組成比が大きい電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３は、Ａｌの組成比が小さいｐ型コンタクト層２７の成長温度Ｔ４よりも十分に高い（例えば、１５０℃以上）ことから、成長温度をＴ３からＴ４に下げる際に長時間を要することで電子ブロック層２５においてＧａＮの分解が生じる可能性がある。そして、ｎ型クラッド層２１、活性層２３及び電子ブロック層２５においてＧａＮの分解が生じることに起因して、窒化物半導体紫外線発光素子１の特性（例えば、発光効率）が悪化することが懸念される。
【００７６】
そこで、図４に示す窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法では、第１分解防止層２２、第２分解防止層２４及び第３分解防止層２６を形成することによって、それぞれの下地の層２１，２３，２５におけるＧａＮの分解を抑制する。第１分解防止層２２、第２分解防止層２４及び第３分解防止層２６のそれぞれは、保護対象の層よりもＡｌの組成比が大きい（即ち、ＧａＮの分解の影響が小さい）層であり、ＡｌＮで構成されていると好ましい。
【００７７】
また、活性層２３の成長温度Ｔ２を、１２５０℃以上にしてもよい。１２５０℃以上の温度は、素子構造部２０の結晶成長において使用される温度ではなく、下地部１０に含まれるＡｌＮ層１２の結晶成長において使用される温度であるが（例えば、特開２０１５−０４３４６８号公報の明細書の段落［００４１］参照）、Ａｌ原子の十分なマイグレーションが期待される温度である。そのため、１２５０℃以上の温度で活性層２３を成長させることにより、Ａｌ原子のマイグレーションを十分に促進させて、発光層におけるＡｌ空孔を効果的に低減することができる。
【００７８】
また、活性層２３の成長温度Ｔ２は、例えば１３５０℃以下であり、好ましくは１３００℃以下である。
【００７９】
＜変形等＞
図２に示した窒化物半導体紫外線発光素子１の構造及び図４に示した窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法のそれぞれは一例に過ぎず、以下に例示するように適宜変形が可能である。また、以下に示す変形例は、矛盾無き限り適宜組み合わせて実施可能である。
【００８０】
［１］  図４では、ｎ型クラッド層２１の成長温度Ｔ１よりも活性層２３の成長温度Ｔ２が高い場合について例示しているが、成長温度Ｔ１及び成長温度Ｔ２を同じ温度にしてもよい。
【００８１】
ただし、図２に示すように、窒化物半導体紫外線発光素子１は、絶縁体であるサファイア基板１１を備えているため、一部が露出するように加工したｎ型クラッド層２１の上面にｎ電極２９を形成する必要があり、この加工を行うためにｎ型クラッド層２１を他の層２２〜２７よりも厚く成長させる必要がある。例えば、ｎ型クラッド層２１以外の層２２〜２７の厚さは数ｎｍ〜百ｎｍ程度であるが、ｎ型クラッド層２１の厚さは１μｍ以上になる。この場合、ｎ型クラッド層２１を、活性層２３と同じ１２００℃よりも高い温度で成長させると、生産効率が極端に悪化することがあり得る。したがって、図４に例示しているように、ｎ型クラッド層２１の成長温度Ｔ１としてｎ型のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（１≧Ｘ≧０．５）系半導体の成長に適した温度を選択し、活性層２３の成長温度Ｔ２として成長温度Ｔ１よりも高い温度を別途選択すると、好ましい。
【００８２】
［２］  図４では、活性層２３の成長温度Ｔ２よりも電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３が低い場合について例示しているが、成長温度Ｔ２及び成長温度Ｔ３を同じ温度にしてもよい。
【００８３】
ただし、例えばアクセプタ不純物であるＭｇは、成長温度が高いほどドーピングが困難になる。そのため、図４に例示しているように、電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３を、活性層２３の成長温度Ｔ２よりも低くすると、活性層２３と同じ成長温度Ｔ２で電子ブロック層２５を成長させた場合と比較して、アクセプタ不純物のドープ量を増大させることができるため、好ましい。
【００８４】
［３］  図４では、電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３よりもｐ型コンタクト層２７の成長温度Ｔ４が低い場合について例示しているが、成長温度Ｔ３及び成長温度Ｔ４を同じ温度にしてもよい。
【００８５】
ただし、図４に例示しているように、電子ブロック層２５よりもＧａの組成比が大きいために成長時におけるＧａＮの分解（再蒸発）が激しいｐ型コンタクト層２７の成長温度Ｔ４を、電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３よりも低くすることで、ｐ型コンタクト層２７を効率良く成長させることができるため、好ましい。
【００８６】
［４］  図２及び図４では、第１分解防止層２２を備えた窒化物半導体紫外線発光素子１及びその製造方法について例示しているが、第１分解防止層２２は必ずしも必要な層ではない。
【００８７】
例えば、ｎ型クラッド層２１の成長温度Ｔ１と活性層２３の成長温度Ｔ２とを同じ温度にする場合、ｎ型クラッド層２１の成長後すぐに活性層２３の成長を開始することができるため、第１分解防止層２２を形成しなくてもよい。
【００８８】
また例えば、ｎ型クラッド層２１の成長温度Ｔ１よりも活性層２３の成長温度Ｔ２が高い場合であっても、ｎ型クラッド層２１の上面におけるＧａＮの分解によってＡｌの組成比が大きくなっている部分が、窒化物半導体紫外線発光素子１の特性に重大な影響を与えない程度（例えば、厚さが数ｎｍ程度）であれば、第１分解防止層２２を形成しなくてもよい。
【００８９】
また例えば、ｎ型クラッド層２１を構成するｎ型のＡｌＸＧａ１−ＸＮ系半導体がＧａを含まない場合（Ｘ＝１）、第１分解防止層２２を形成しなくてもよい。
【００９０】
［５］  図２及び図４では、第２分解防止層２４を備えた窒化物半導体紫外線発光素子１及びその製造方法について例示しているが、第２分解防止層２４は必ずしも必要な層ではない。
【００９１】
例えば、活性層２３の成長温度Ｔ２と電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３とを同じ温度にする場合、活性層２３の成長後すぐに電子ブロック層２５の成長を開始することができるため、第２分解防止層２４を形成しなくてもよい。
【００９２】
また例えば、活性層２３の成長温度Ｔ２よりも電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３が低い場合であっても、活性層２３の上面におけるＧａＮの分解によってＡｌの組成比が大きくなっている部分が、窒化物半導体紫外線発光素子１の特性に重大な影響を与えない程度（例えば、厚さが数ｎｍ程度）であれば、第２分解防止層２４を形成しなくてもよい。
【００９３】
［６］  図２及び図４では、第３分解防止層２６を備えた窒化物半導体紫外線発光素子１及びその製造方法について例示しているが、第３分解防止層２６は必ずしも必要な層ではない。
【００９４】
例えば、電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３とｐ型コンタクト層２７の成長温度Ｔ４とを同じ温度にする場合、電子ブロック層２５の成長後すぐにｐ型コンタクト層２７の成長を開始することができるため、第３分解防止層２６を形成しなくてもよい。
【００９５】
また例えば、電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３よりもｐ型コンタクト層２７の成長温度Ｔ４が低い場合であっても、電子ブロック層２５の上面におけるＧａＮの分解によってＡｌの組成比が大きくなっている部分が、窒化物半導体紫外線発光素子１の特性に重大な影響を与えない程度（例えば、厚さが数ｎｍ程度）であれば、第３分解防止層２６を形成しなくてもよい。
【００９６】
また例えば、電子ブロック層２５を構成するｐ型のＡｌＺＧａ１−ＺＮ系半導体がＧａを含まない場合（Ｚ＝１）、第３分解防止層２６を形成しなくてもよい。
【００９７】
また例えば、電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３を１１００℃以下にする場合、成長温度Ｔ３がそれほど高くなく、仮に成長温度をＴ３からＴ４に下げたとしても電子ブロック層２５の上面においてＧａＮの分解はそれほど生じないため、第３分解防止層２６を形成しなくてもよい。
【００９８】
［７］  発光層の成長時に、Ａｌ原子のマイグレーションが不十分で、結晶格子位置から僅かにずれている場合があり得る。そこで、電子ブロック層２５を成長させた後、１２００℃よりも高い温度で、窒素の割合が５０％以上である気体（他の成分は、例えば、水素や、アルゴンなどの不活性ガス）を供給しながら熱処理を行うステップを追加してもよい。
【００９９】
この熱処理のステップを追加することで、発光層において結晶格子位置から僅かにずれているＡｌ原子の移動を促して、発光層におけるＡｌ空孔のさらなる減少を図ることができる。また、この熱処理のステップにおいて、窒素の割合が５０％以上である気体を供給することで、ＡｌＮ及びＧａＮの分解を抑制するとともに、Ｎ空孔の発生を抑制またはＮ空孔の減少を図ることができる。
【０１００】
なお、この熱処理のステップを実行する場合、当該ステップの前に第３分解防止層２６を形成してもよい。また、電子ブロック層２５の成長温度Ｔ３を１２００℃よりも高くして（例えば、活性層２３の成長温度Ｔ２と同じ温度にして）、成長温度Ｔ３と同じ温度でこの熱処理のステップを実行してもよいし、成長温度Ｔ３よりも高い（または低い）温度でこの熱処理のステップを実行してもよい。
【０１０１】
また、この熱処理のステップは、少なくとも活性層２３の成長後に行えばよいため、電子ブロック層２５の成長前に行ってもよい。例えば、第２分解防止層２４の成長後に、成長温度Ｔ２と同じ温度でこの熱処理のステップを実行してもよいし、成長温度Ｔ２よりも高い（または低い）温度でこの熱処理のステップを実行してもよい。
【０１０２】
また、ｐ型コンタクト層２７は、Ｇａの組成比が比較的大きい（典型的にはＧａＮである）ため、１２００℃よりも高い温度で熱処理するとＧａＮが分解する可能性がある。そこで、この熱処理のステップは、ｐ型コンタクト層２７を成長させるよりも前に実行すると、好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、ＡｌＧａＮ系半導体で発光層が構成されているピーク発光波長が２８５ｎｍ以下の窒化物半導体紫外線発光素子及びその製造方法に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  ：窒化物半導体紫外線発光素子
１０  ：下地部
１１  ：サファイア基板
１２  ：ＡｌＮ層
２０  ：素子構造部
２１  ：ｎ型クラッド層（ｎ型半導体層）
２２  ：第１分解防止層
２３  ：活性層
２４  ：第２分解防止層
２５  ：電子ブロック層（ｐ型半導体層）
２６  ：第３分解防止層
２７  ：ｐ型コンタクト層
２８  ：ｐ電極
２９  ：ｎ電極
Ｔ１〜Ｔ４  ：成長温度
Ｐ１〜Ｐ７  ：期間
【図１】
0006560821.tif 000003
【図２】
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【図３】
0006560821.tif 000005
【図４】
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【図５】
0006560821.tif 000007
【図６】
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