(57)【要約】【課題】低い動作電圧と高い発光効率とを有する、深紫外光発光素子を実現する。【解決手段】発光素子１０を、紫外領域に発光波長を有する第１のIII族窒化物で形成された発光部４と、第１のIII族窒化物よりもバンドギャップが大きい第２のIII族窒化物からなる第１クラッド部３と、第２のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第３のIII族窒化物からなる第１コンタクト部２と、第１コンタクト部２に隣接するカソード電極部７と、第１のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第４のIII族窒化物からなる第２クラッド部５と、第４のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第５のIII族窒化物からなる第２コンタクト部６と、第２コンタクト部６に隣接するアノード電極部８と、によって構成し、第２コンタクト部６に紫外光の吸収不能部としての溝部６ａを設け、該溝部６ａを出射部として、発光部４からの励起発光を取り出すようにした。【選択図】図１
2008171941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオード構造型の発光素子であって、
紫外領域に発光波長を有するIII族窒化物で形成された発光部と、
前記発光部に隣接する第１の導電部と、
前記第１の導電部と異なる導電型を有し、前記発光部を介して前記第１の導電部と対向するように前記発光部に隣接する第２の導電部と、
前記第１の導電部に隣接する第１の金属電極と、
前記第２の導電部に隣接する第２の金属電極と、
を備え、
前記第１と第２の導電部はIII族窒化物からなり、少なくとも一方が溝部を有するように形成されており、前記溝部が前記発光部において発光された紫外光の出射部となる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
ダイオード構造型の発光素子であって、
紫外領域に発光波長を有するIII族窒化物で形成された発光部と、
前記発光部に隣接する第１の導電部と、
前記第１の導電部と異なる導電型を有し、前記発光部を介して前記第１の導電部と対向するように前記発光部に隣接する第２の導電部と、
前記第１の導電部に隣接する第１の金属電極と、
前記第２の導電部に隣接する第２の金属電極と、
を備え、
前記第１と第２の導電部はIII族窒化物からなり、少なくとも一方が前記発光部において発光された紫外光に対する吸収能を実質的に有さない吸収不能部を有するように形成されてなり、前記吸収不能部が前記発光部において発光された紫外光の出射部となる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項３】
ダイオード構造型の発光素子であって、
紫外領域に発光波長を有するIII族窒化物で形成された発光部と、
前記発光部に隣接する第１の導電部と、
前記第１の導電部と異なる導電型を有し、前記発光部を介して前記第１の導電部と対向するように前記発光部に隣接する第２の導電部と、
前記第１の導電部に隣接する第１の金属電極と、
前記第２の導電部に隣接する第２の金属電極と、
を備え、
前記第１と第２の導電部はIII族窒化物からなり、少なくとも一方が前記第１または第２のクラッド部の一部を実質的に露出させる露出部を有するように形成されてなり、前記露出部が前記発光部において発光された紫外光の出射部となる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光素子であって、
前記発光層が第１のIII族窒化物からなり、
前記第１の導電部が、
前記第１のIII族窒化物よりもバンドギャップが大きい第２のIII族窒化物からなり、前記発光部に隣接する第１のクラッド部と、
前記第２のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第３のIII族窒化物からなり、前記第１のクラッド部に隣接する第１のコンタクト部と、
からなり、
前記第２の導電部が、
前記第１のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第４のIII族窒化物からなり、前記発光部を介して前記第１のクラッド部と対向するように前記発光部に隣接する第２のクラッド部と、
前記第４のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第５のIII族窒化物からなり、前記第２のクラッド部に隣接する第２のコンタクト部と、
からなり、
前記第１の金属電極が前記第１のコンタクト部に隣接し、
前記第２の金属電極が前記第２のコンタクト部に隣接する、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項４に記載の発光素子であって、
所定の基板の上に、前記第１のコンタクト部と、前記第１のクラッド部と、前記発光部と、前記第２のクラッド部と、前記第２のコンタクト部とがこの順に積層形成された積層構造を有してなり、
前記第２のコンタクト部に前記出射部としての上側出射部を有してなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項５に記載の発光素子であって、
前記第２のコンタクト部が、前記第５のIII族窒化物からなる層をいったん形成した後、前記上側出射部となる部分の前記第５のIII族窒化物を除去することによって形成されてなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の発光素子であって、
前記第１のコンタクトと前記第１のクラッド部との間に、所定のIII族窒化物からなる層を複数積層した分布ブラッグ反射部がさらに設けられてなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項４に記載の発光素子であって、
所定の基板の上に、前記第１のコンタクト部と、前記第１のクラッド部と、前記発光部と、前記第２のクラッド部と、前記第２のコンタクト部とがこの順に積層形成された積層構造を有してなり、
前記第１のコンタクト部に前記出射部としての下側出射部を有してなり、
前記基板が、前記第１のコンタクト部が有する前記下側出射部を露出させる構造を有する、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項８に記載の発光素子であって、
前記第１のコンタクト部が、前記第３のIII族窒化物からなる層をいったん形成した後、前記下側出射部となる部分の前記第３のIII族窒化物を前記基板の対応箇所ともども除去することによって形成されてなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の発光素子であって、
前記第２のコンタクトと前記第２のクラッド部との間に、所定のIII族窒化物からなる層を複数積層した分布ブラッグ反射部がさらに設けられてなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
請求項４ないし請求項１０のいずれかに記載の発光素子であって、
前記発光部がＡｌxＧａ1-xＮ（０．４≦ｘ≦１．０）からなり、
前記第１のクラッド部がＡｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０）からなるとともにＮ型の導電型を有し、
前記第１のコンタクト部がＡｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１＜ｙ１）からなるとともにＮ型の導電型を有し、
前記第２のクラッド部がＡｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｘ＜ｙ２≦１．０）からなるとともにＰ型の導電型を有し、
前記第２のコンタクト部がＡｌz2Ｇａ1-z2Ｎ（０≦ｚ２＜ｙ２）からなるとともにＰ型の導電型を有する、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の発光素子であって、
前記第２のコンタクト部が、少なくとも前記第２の金属電極との接合部近傍においては、Ａｌz2Ｇａ1-z2Ｎ（０≦ｚ２≦０．３）からなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１３】
請求項１２に記載の発光素子であって、
前記第２のコンタクト部が、少なくとも前記第２の金属電極との接合部近傍においては、ＧａＮからなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１４】
請求項１１ないし請求項１３のいずれかに記載の発光素子であって、
前記第１のコンタクト部が、少なくとも前記第１の金属電極との接合部近傍においては、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１≦０．６５）からなり、
前記第１のクラッド部がＡｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０かつｚ１＜ｙ１≦１．０）からなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１５】
請求項１４に記載の発光素子であって、
前記第１のコンタクト部が、少なくとも前記第１の金属電極との接合部近傍においては、ＧａＮからなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１６】
請求項１１ないし請求項１５のいずれかに記載の発光素子であって、
前記第１のクラッド部が、少なくとも前記発光部との接合部近傍においては、Ａｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０かつ０．６≦ｙ１≦１．０）からなり、
前記第２のクラッド部が、少なくとも前記発光部との接合部近傍においては、Ａｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｘ＜ｙ２≦１．０かつ０．６≦ｙ２≦１．０）からなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光素子であって、
前記第１と第２の導電部の少なくとも一方の、前記発光層との隣接部を含む領域が、前記発光層を形成するIII族窒化物よりもバンドギャップが小さいIII族窒化物からなる、
ことを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体を用いた発光素子に関し、特に、深紫外光を好適に出射することができる発光素子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
深紫外域（例えばλ≦２７０ｎｍ）に発光波長を有するダイオード構造型の発光素子として、Ａｌ組成比の高いＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ≧０．４）からなる化合物半導体を発光層に用い、該発光層よりもさらにＡｌ組成比が高い（バンドギャップが大きい）ＡｌＧａＮにて形成したｎ型層およびｐ型層にて発光層を挟み込む構造がすでに公知である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
一方、ｎ型の半導体層をＧａＮ系III族窒化物で形成し、Ｔｉ／Ａｌを電極に用いることで、ｎ型層と電極との間で良好なオーム性接触が得られることも公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、金属−半導体の電気的接合を良好なものとするために、接合部位の半導体層を超格子構造とする技術も公知である（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【非特許文献１】"III-Nitride UV devices", M.Asif Khan, M.Shatalov, H.P.Maruska, H.M. Wang, and E. Kuokstis, Jpn. J. Appl. Phys., vol.44, No.10, 2005, pp.7191-7206"
【特許文献１】特許２７８３３４９号公報
【特許文献２】特許３６２０２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ダイオード構造型の発光素子を得るには、ｐ型層にはアノード電極が、ｎ型層にはカソード電極が、各々直列接続される必要がある。
【０００７】
しかしながら、深紫外域（例えばλ≦２７０ｎｍ）に発光波長を有する発光素子を、非特許文献１に開示されているようにｐ型層とｎ型層とを発光層よりもＡｌ組成比が高いＡｌＧａＮにて形成することで作製しようとする場合、そのバンドギャップの大きさのため、Ａｌ組成比が高いＡｌＧａＮの上には、良好なオーム性接触が得られるように金属電極を形成することが難しく、アノードまたはカソードで余分な電力消費が生じたり、あるいは接合部がショットキー性を有してしまうことに起因して、不要な波長域の発光が生じるという問題がある。
【０００８】
一方、ｎ型層およびｐ型層としてＡｌ組成比の低いＡｌＧａＮやＧａＮを用いた場合には、例えばＴｉ／ＡｌやＮＩ／Ａｕなどの金属材料と良好なオーム性接触を形成することが可能ではあるが、発光層よりもバンドギャップが小さいIII族窒化物からなるｐ型層とｎ型層とで発光層を挟み込む構造となるため、所望の波長を有する紫外線発光を素子外部に取り出すことができないという問題が生じる。
【０００９】
また、特許文献３に開示されているように、接合部位の半導体層を超格子構造とする態様は、その厚みがせいぜい数ｎｍ程度で相異なる組成を有する複数の超格子層を繰り返し積層し、かつ、いずれかの超格子層を正確に露出させて電極との接合面とする必要があるため、結晶成長の条件制御や接合面の形成プロセスの精密さが素子特性に大きく影響することになり、再現性の面で問題がある。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、低い動作電圧と高い発光効率とを有する、紫外光発光素子、特に、深紫外光発光素子を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ダイオード構造型の発光素子であって、  紫外領域に発光波長を有するIII族窒化物で形成された発光部と、前記発光部に隣接する第１の導電部と、前記第１の導電部と異なる導電型を有し、前記発光部を介して前記第１の導電部と対向するように前記発光部に隣接する第２の導電部と、前記第１の導電部に隣接する第１の金属電極と、前記第２の導電部に隣接する第２の金属電極と、を備え、前記第１と第２の導電部はIII族窒化物からなり、少なくとも一方が溝部を有するように形成されており、前記溝部が前記発光部において発光された紫外光の出射部となる、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、ダイオード構造型の発光素子であって、紫外領域に発光波長を有するIII族窒化物で形成された発光部と、前記発光部に隣接する第１の導電部と、前記第１の導電部と異なる導電型を有し、前記発光部を介して前記第１の導電部と対向するように前記発光部に隣接する第２の導電部と、前記第１の導電部に隣接する第１の金属電極と、前記第２の導電部に隣接する第２の金属電極と、を備え、前記第１と第２の導電部はIII族窒化物からなり、少なくとも一方が前記発光部において発光された紫外光に対する吸収能を実質的に有さない吸収不能部を有するように形成されてなり、前記吸収不能部が前記発光部において発光された紫外光の出射部となる、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、ダイオード構造型の発光素子であって、紫外領域に発光波長を有するIII族窒化物で形成された発光部と、前記発光部に隣接する第１の導電部と、前記第１の導電部と異なる導電型を有し、前記発光部を介して前記第１の導電部と対向するように前記発光部に隣接する第２の導電部と、前記第１の導電部に隣接する第１の金属電極と、  前記第２の導電部に隣接する第２の金属電極と、を備え、前記第１と第２の導電部はIII族窒化物からなり、少なくとも一方が前記第１または第２のクラッド部の一部を実質的に露出させる露出部を有するように形成されてなり、前記露出部が前記発光部において発光された紫外光の出射部となる、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光素子であって、前記発光層が第１のIII族窒化物からなり、前記第１の導電部が、前記第１のIII族窒化物よりもバンドギャップが大きい第２のIII族窒化物からなり、前記発光部に隣接する第１のクラッド部と、前記第２のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第３のIII族窒化物からなり、前記第１のクラッド部に隣接する第１のコンタクト部と、からなり、前記第２の導電部が、前記第１のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第４のIII族窒化物からなり、前記発光部を介して前記第１のクラッド部と対向するように前記発光部に隣接する第２のクラッド部と、前記第４のIII族窒化物よりもバンドギャップが小さい第５のIII族窒化物からなり、前記第２のクラッド部に隣接する第２のコンタクト部と、からなり、前記第１の金属電極が前記第１のコンタクト部に隣接し、前記第２の金属電極が前記第２のコンタクト部に隣接することを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４に記載の発光素子であって、所定の基板の上に、前記第１のコンタクト部と、前記第１のクラッド部と、前記発光部と、前記第２のクラッド部と、前記第２のコンタクト部とがこの順に積層形成された積層構造を有してなり、前記第２のコンタクト部が前記出射部として上側出射部を有してなる、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項５に記載の発光素子であって、前記第２のコンタクト部が、前記第５のIII族窒化物からなる層をいったん形成した後、前記上側出射部となる部分の前記第５のIII族窒化物を除去することによって形成されてなる、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項５または請求項６に記載の発光素子であって、前記第１のコンタクトと前記第１のクラッド部との間に、所定のIII族窒化物からなる層を複数積層した分布ブラッグ反射部がさらに設けられてなる、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項４に記載の発光素子であって、所定の基板の上に、前記第１のコンタクト部と、前記第１のクラッド部と、前記発光部と、前記第２のクラッド部と、前記第２のコンタクト部とがこの順に積層形成された積層構造を有してなり、前記第１のコンタクト部に前記出射部としての下側出射部を有してなり、前記基板が、前記第１のコンタクト部が有する前記下側出射部を露出させる構造を有する、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項８に記載の発光素子であって、前記第１のコンタクト部が、前記第３のIII族窒化物からなる層をいったん形成した後、前記下側出射部となる部分の前記第３のIII族窒化物を前記基板の対応箇所ともども除去することによって形成されてなる、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項８または請求項９に記載の発光素子であって、前記第２のコンタクトと前記第２のクラッド部との間に、所定のIII族窒化物からなる層を複数積層した分布ブラッグ反射部がさらに設けられてなる、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項４ないし請求項１０のいずれかに記載の発光素子であって、前記発光部がＡｌxＧａ1-xＮ（０．４≦ｘ≦１．０）からなり、前記第１のクラッド部がＡｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０）からなるとともにＮ型の導電型を有し、前記第１のコンタクト部がＡｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１＜ｙ１）からなるとともにＮ型の導電型を有し、前記第２のクラッド部がＡｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｘ＜ｙ２≦１．０）からなるとともにＰ型の導電型を有し、前記第２のコンタクト部がＡｌz2Ｇａ1-z2Ｎ（０≦ｚ２＜ｙ２）からなるとともにＰ型の導電型を有する、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の発光素子であって、前記第２のコンタクト部が、少なくとも前記第２の金属電極との接合部近傍においては、Ａｌz2Ｇａ1-z2Ｎ（０≦ｚ２≦０．３）からなる、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の発光素子であって、前記第２のコンタクト部が、少なくとも前記第２の金属電極との接合部近傍においては、ＧａＮからなる、ことを特徴とする。
【００２４】
請求項１４の発明は、請求項１１ないし請求項１３のいずれかに記載の発光素子であって、前記第１のコンタクト部が、少なくとも前記第１の金属電極との接合部近傍においては、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１≦０．６５）からなり、前記第１のクラッド部がＡｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０かつｚ１＜ｙ１≦１．０）からなる、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項１５の発明は、請求項１４に記載の発光素子であって、前記第１のコンタクト部が、少なくとも前記第１の金属電極との接合部近傍においては、ＧａＮからなる、ことを特徴とする。
【００２６】
請求項１６の発明は、請求項１１ないし請求項１５のいずれかに記載の発光素子であって、前記第１のクラッド部が、少なくとも前記発光部との接合部近傍においては、Ａｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０かつ０．６≦ｙ１≦１．０）からなり、前記第２のクラッド部が、少なくとも前記発光部との接合部近傍においては、Ａｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｘ＜ｙ２≦１．０かつ０．６≦ｙ２≦１．０）からなる、ことを特徴とする。
【００２７】
請求項１７の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光素子であって、  前記第１と第２の導電部の少なくとも一方の、前記発光層との隣接部を含む領域が、前記発光層を形成するIII族窒化物よりもバンドギャップが小さいIII族窒化物からなる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１ないし請求項１７の発明によれば、良好なオーミック接触を有するように電極が形成されてなる一方で、紫外光が出射部から確実に取り出される構造を有することにより、従来の発光素子よりも低い動作電圧と高い発光効率とを有する、紫外光を発光する発光素子が実現される。特に、発光部を深紫外領域に発光波長を有するIII族窒化物で形成する場合であっても、係る低い動作電圧と高い発光効率とが好適に実現される。
【００２９】
特に、請求項７および請求項１０の発明によれば、出射部が設けられていない側のクラッド部とコンタクト部との間に設けた分布ブラッグ反射部が、発光部からの光を出射部が備わる側へと反射させるので、さらに発光効率の優れた発光素子が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
＜第１の実施の形態＞
＜発光素子の概略構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子１０の構造を模式的に示す図である。図１（ａ）は発光素子１０の上面図であり、図１（ｂ）は該上面図に記す線分Ａ−Ｂに沿った断面図である。なお、図１以降の各図における各部の比率は、必ずしも実際のものを反映したものではない。
【００３１】
図１（ｂ）に示すように、発光素子１０は、基板１の上に、第１コンタクト部２と、第１クラッド部３と、発光部４と、第２クラッド部５と、第２コンタクト部６とをこの順に隣接形成させた積層構造を有する。換言すれば、発光部４を第１クラッド部３と第２クラッド部５とで上下から挟み込み、さらにその外側を第１コンタクト部２と第２コンタクト部６とで上下から挟み込んだ積層構造体を、基板１の上に設けたものであるともいえる。
【００３２】
基板１は、例えば、サファイアやＳｉＣなどの単結晶基材である。あるいは、これら単結晶基材の上に、ＡｌＮやＧａＮなどのIII族窒化物からなる下地層を適宜にエピタキシャル形成したものを基板１としてもよい。例えば、厚みが数百μｍ程度のＣ面単結晶サファイアの上に、ＭＯＣＶＤ法によって数μｍ程度の厚みのＡｌＮ層を下地層としてエピタキシャル成長させたものを基板１とするのが好適な一例である。
【００３３】
このような基板１の上に、ＭＯＣＶＤ法などの公知のエピタキシャル成長法によって所定のIII族窒化物からなる複数の層を順次にエピタキシャル成長させることで、上述の積層構造体を構成する各部が形成されてなる。
【００３４】
なお、第１コンタクト部２と第１クラッド部３とは、いずれもＮ型の導電型を有するように形成されてなる。このようにＮ型の導電型を有する部位を、Ｎ型の導電部と総称する場合がある。また、第２クラッド部４と第２コンタクト部５とは、いずれもＰ型の導電型を有するように形成されてなる。このようにＰ型の導電型を有する部位を、Ｐ型の導電部と総称する場合がある。
【００３５】
また、第１コンタクト部２の一部は露出しており、その露出部分にカソード電極部７が設けられてなる。なお、カソード電極部７のことをカソード電極パッド７とも称する。カソード電極パッド７は、Ｔｉ／Ａｌによって形成されてなる。
【００３６】
さらに、第２コンタクト部６の上には、アノード電極層８ａとアノード電極パッド８ｂとからなるアノード電極部８が設けられてなる。アノード電極層８ａは、第２コンタクト部６の上面の後述する溝部６ａの部分を除く略全面に形成されてなる。第２のアノード電極パッド８ｂは、係るアノード電極層８ａの一部に設けられてなる。アノード電極層８ａとアノード電極パッド８ｂとは、Ｎｉ／Ａｕによって形成されてなる。
【００３７】
発光素子１０は、カソード電極パッド７とアノード電極パッド８ｂとの間に所定の電圧を印加することで生じる、発光部４におけるキャリアの再結合による励起発光を、素子外部に向けて出射するものであり、後述するように、係る出射光を好適に取り出すことが出来る構造を有してなる。
【００３８】
＜発光部の構成＞
発光部４は、紫外領域に発光波長を有するIII族窒化物で形成されてなる。ここで、紫外領域に発光波長を有するとは、具体的には発光波長が３５０ｎｍ以下であることを意味する。なお、後述するように、発光部４が深紫外領域である２７０ｎｍ以下の発光波長を有するIII族窒化物で形成される場合に、本実施の形態に係る発明の効果がより十分に発揮されることになる。具体的には、ＡｌxＧａ1-xＮ（０．４≦ｘ≦１．０）なるIII族窒化物で発光部４を形成する場合に、係る発光波長を有することになる。
【００３９】
発光部４は、単一かつ均一組成のIII族窒化物層にて形成される態様であってもよいが、発光効率の向上という観点からは、図１に示すように、実際に励起発光を生じさせる発光層４ａと、キャリアの閉じ込め効果を得るために発光層４ａよりもわずかにバンドギャップが大きなバリア層４ｂとが繰り返し積層されてなる、いわゆる多重量子井戸層の構成を有することが好ましい。例えば、発光層４ａとしてＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎからなる層を３ｎｍの厚みに形成し、バリア層４ｂとしてＡｌ0.55Ｇａ0.45Ｎからなる層を５ｎｍの厚みに形成することを数周期程度繰り返す態様が、その好適な一例である。
【００４０】
＜クラッド部の構成＞
第１クラッド部３と、第２クラッド部５とは、上述のように発光部４を挟みこむように、第１クラッド部３については発光部４の下側に、第２クラッド部５については発光部４の上側に、それぞれ隣接形成されてなる。第１クラッド部３と、第２クラッド部５とは、いわゆるクラッド層として機能する。従って、第１クラッド部３と第２クラッド部５とはいずれも、発光部４を構成するIII族窒化物よりも、バンドギャップが大きなIII族窒化物で形成されてなる。
【００４１】
発光部４がＡｌxＧａ1-xＮ（０．４≦ｘ≦１．０）なるIII族窒化物で形成されてなる場合、第１クラッド部３は、さらにＡｌリッチなＡｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０）なるIII族窒化物に、ＳｉなどのＮ型のドーパントをドープすることによって形成されてなる。
【００４２】
一方、第２クラッド部５も同様に、発光部４を形成するIII族窒化物よりもＡｌリッチなＡｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｘ＜ｙ２≦１．０）なるIII族窒化物に、ＭｇなどのＰ型のドーパントをドープすることによって形成されてなる。
【００４３】
より好ましくは、第１クラッド部３が、少なくとも発光部４との接合部近傍においては、Ａｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０かつ０．６≦ｙ１≦１．０）なるIII族窒化物で形成され、第２クラッド部５が、少なくとも発光部４との接合部近傍においては、Ａｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｘ＜ｙ２≦１．０かつ０．６≦ｙ２≦１．０）なるIII族窒化物で形成される。係る場合、発光素子１０の発光特性がより向上するからである。
【００４４】
例えば、発光部４がＡｌ0.5Ｇａ0.5ＮなるIII族窒化物で形成する場合であれば、第１クラッド部３については、Ｎ型ドーパントとしてのＳｉ原子を５×１０18/ｃｍ3程度含むＡｌ0.68Ｇａ0.32Ｎからなる層を、第２クラッド部５については、Ｐ型ドーパントとしてのＭｇ原子を１×１０20/ｃｍ3程度含むＡｌ0.68Ｇａ0.32Ｎからなる層を、それぞれ数十ｎｍ程度の厚みに形成するのが、好適である。
【００４５】
また、発光部４を構成するIII族窒化物よりもバンドギャップが大きいIII族窒化物で第１クラッド部３と第２クラッド部５とを構成し、発光部４を挟み込むことは、発光部４で生じる励起発光を外部へと取り出すうえにおいても好ましい。
【００４６】
＜コンタクト部の構成＞
第１コンタクト部２と第２コンタクト部６とは、上述のように、第１クラッド部３と発光部４と第２クラッド部５とを挟みこむように、第１コンタクト部２については第１クラッド部３の下側に、第２コンタクト部６については第２クラッド部５の上側に、それぞれ隣接形成されてなる。
【００４７】
第１コンタクト部２と第２コンタクト部６とは、カソード電極部７もしくはアノード電極部８との間で良好なオーミック接触を得るために形成される部位である。
【００４８】
第１コンタクト部２は、第１クラッド部３を構成するIII族窒化物よりもバンドギャップが小さいIII族窒化物にて形成される。同様に、第２コンタクト部６は、第２クラッド部５を構成するIII族窒化物よりもバンドギャップが小さいIII族窒化物にて形成される。
【００４９】
上述のように、発光部４がＡｌxＧａ1-xＮ（０．４≦ｘ≦１．０）なるIII族窒化物で形成されてなり、第１クラッド部３がＡｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０）なるIII族窒化物で形成されなる場合、第１コンタクト部２は、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１＜ｙ２）なるIII族窒化物に、ＳｉなどのＮ型のドーパントをドープすることによって形成することができる。
【００５０】
同様に、発光部４がＡｌxＧａ1-xＮ（０．４≦ｘ≦１．０）なるIII族窒化物で形成されてなり、第２クラッド部５がＡｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｘ＜ｙ２≦１．０）なるIII族窒化物で形成されてなる場合、第２コンタクト部６は、Ａｌz2Ｇａ1-z2Ｎ（０≦ｚ２＜ｙ２）なるIII族窒化物に、ＭｇなどのＰ型のドーパントをドープすることによって形成されてなる。
【００５１】
仮に、発光素子が第１コンタクト部２と第２コンタクト部６とを備えない場合、第１クラッド部３と第２クラッド部５とに直接に隣接させる態様で、カソード電極部７とアノード電極部８とを形成しなければならないが、上述したように、第１クラッド部３と第２クラッド部５とを発光部４よりもＡｌリッチなＡｌＧａＮ層で形成する場合、カソード電極部７とアノード電極部８とを構成する金属材料との間で良好なオーミック接触を実現することは難しい。そのため、本実施の形態においては、上述のようなバンドギャップの関係をみたすように（つまりは上述のような組成の関係をみたすように）第１コンタクト部２と第２コンタクト部６とを設け、これらの上にカソード電極部７もしくはアノード電極部８を形成することで、良好なオーミック接触を確保している。すなわち、本実施の形態に係る発光素子１０においては、カソード電極部７やアノード電極部８との接合部分において余分な電力消費が生じることや、ショットキー接触が生じてしまうことが好適に防止されてなる。
【００５２】
好ましくは、第１コンタクト部２は、少なくともカソード電極部７との接合部近傍においては、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１≦０．６５）なるIII族窒化物で形成される。係る場合、第１コンタクト部２とカソード電極部７との間で、より良好なオーム性接触を得ることが出来るからである。なお、その場合には、第１クラッド部３がＡｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０かつｚ１＜ｙ１≦１．０）なるIII族窒化物で形成される必要がある。係る場合において、より好ましくは、第１コンタクト部２は、少なくともカソード電極部７との接合部近傍においては、ＧａＮで形成される。
【００５３】
また、好ましくは、第２コンタクト部６が、少なくともアノード電極部８との接合部近傍においては、Ａｌz2Ｇａ1-z2Ｎ（０≦ｚ２≦０．３）なるIII族窒化物で形成される。係る場合、第２コンタクト部６とアノード電極部８との間で、より良好なオーム性接触を得ることが出来るからである。係る場合において、より好ましくは、第２コンタクト部６は、少なくともアノード電極部８との接合部近傍においては、ＧａＮで形成される。
【００５４】
ただし、第１クラッド部３、発光部４、および第２クラッド部５を、第１クラッド部３あるいは第２クラッド部５を構成するIII族窒化物よりもバンドギャップが小さいIII族窒化物からなる層で完全に挟み込んでしまうようにすると、これらのIII族窒化物は紫外光の透過能が小さいため、発光部４で生じた励起発光（紫外光）はこれらの部分で吸収されてしまい、素子の外部に出射される光が弱められてしまう。
【００５５】
そこで、本実施の形態に係る発光素子１０においては、図１に示すように、第２コンタクト部６の一部に溝部６ａを設け、発光部４からの励起発光が、溝部６ａを通じて出射されるようにしている。このようにすると、溝部６ａがいわば取り出し窓となって、発光部４の溝部６ａの下方の領域で生じた紫外光は、吸収を受けることなく溝部６ａから素子外部へと出射されることになる。
【００５６】
第２コンタクト部６が係る溝部６ａを有する構成は、例えば、第２コンタクト部６を形成するIII族窒化物からなる層をいったん第２クラッド部５の上面全体に形成した上で、その一部をフォトリソグラフィーやＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などの公知の手法で除去することによって、実現可能である。
【００５７】
このことは、第２クラッド部５の一部が露出するように第２コンタクト部６を形成すれば、紫外光の出射部を形成したことになる、ということでもある。
【００５８】
ただし、第２クラッド部５が完全に露出することは必須の態様ではない。実質的な吸収が生じない程度であれば、溝部６ａの底面に第２コンタクト部６を形成するIII族窒化物が存在していてもよい。換言すれば、第２コンタクト部６においては、溝部６ａが、発光部４において発光された紫外光に対する吸収能を実質的に有さない吸収不能部となっていれば、吸収不能部が紫外光の出射部として機能する、ということでもある。
【００５９】
なお、図１（ａ）に示す、発光素子１０を上面からみた場合の溝部の形成位置や上面形状はあくまで例示であって、係る態様に限定されるものではなく、異なる態様で設けられてもよい。図２に示す発光素子の上面図は、そうした態様の一例を示す図である。図２においては、上面視ストライプ状に溝部６ｂが設けられてなる場合を示している。係る態様であっても、溝部６ｂは良好に紫外光の出射部として機能する。なお、通電の際の電流経路の分布度合を鑑みると、図２のようなストライプ状にするなどして溝部を分散配置することによって、アノード電極層８ａの配置に偏りが生じないようにする方が望ましい。
【００６０】
発光素子１０においては、カソード電極部７と第１コンタクト部２との間、およびアノード電極部８と第２コンタクト部６との間で良好なオーム性接触を確保するために、第１コンタクト部２と第２コンタクト部６とを紫外光の透過能の小さいIII族窒化物で形成する一方で、第２コンタクト部６に設けた吸収不能部を出射部として、発光部４における励起発光を効率良く取り出せるようにされてなる。すなわち、発光素子１０においては、低い動作電圧と高い発光効率とが併せて実現されていることになる。
【００６１】
なお、深紫外領域の発光が生じるように発光部４を形成したとしても、第２コンタクト部６に溝部６ａのような吸収不能部を設けさえすれば、紫外光の出射は確保されることになるので、本実施の形態に係る発光素子１０の構造は、深紫外領域に発光波長を有する発光素子を作製する場合に特に適しているといえる。
【００６２】
すなわち、本実施の形態によれば、従来の発光素子よりも低い動作電圧と高い発光効率とを有する、紫外光を発光する発光素子が、なかでも深紫外光を発光する発光素子が好適に実現される。
【００６３】
＜発光素子の作製方法＞
次に、本実施の形態に係る発光素子１０の作製方法の一例を示す。ここでは、発光部４をいずれもＡｌxＧａ1-xＮ（０．４≦ｘ≦１．０）なる発光層４ａとバリア層４ｂとが繰り返し積層された多重量子井戸層として形成し、第１クラッド部３をＡｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０）で形成し、第２クラッド部５をＡｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｘ＜ｙ２≦１．０）で形成し、第１コンタクト部２をＡｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１＜ｙ２）で形成し、第２コンタクト部６をＡｌz2Ｇａ1-z2Ｎ（０≦ｚ２＜ｙ２）で形成する場合について説明する。なお、以下に示す作製方法はあくまで例示であって、必ずしもこれに限られるわけではない。
【００６４】
まず、Ｃ面単結晶サファイアからなる厚みが数百μｍ程度の単結晶基材を用意し、その上に、ＭＯＣＶＤ法によって、数μｍ程度の厚みのＡｌＮ層を下地層としてエピタキシャル成長させる。これによって基板１が得られる。なお、上述したように、サファイアやＳｉＣなどの単結晶基材をそのまま基板１として用いてもよい。
【００６５】
引き続き、ＭＯＣＶＤ法を用いて、基板１の上に第１コンタクト部２、第１クラッド部３，発光部４、第２クラッド部５、第２コンタクト部６となるIII族窒化物層を次のように順次にエピタキシャル成長させる：
（１）第１コンタクト部２となる層を、Ｓｉ原子濃度が５×１０18/ｃｍ3程度となるようにＳｉをドーピングしつつ、数μｍ程度の厚みに形成する；
（２）第１クラッド部３となる層を、Ｓｉ原子濃度が５×１０18/ｃｍ3程度となるようにＳｉをドーピングしつつ、数十ｎｍ程度の厚みに形成する；
（３）発光部４として、発光層４ａと発光層４ａよりもわずかにＡｌリッチなバリア層４ｂとを、それぞれ数ｎｍ程度の厚みで数周期〜数十周期繰り返し積層して多重量子井戸層を形成する；
（４）第２クラッド部５となる層を、Ｍｇ原子濃度が１×１０20/ｃｍ3程度となるようにＭｇをドーピングしつつ、数十ｎｍ程度の厚みに形成する；
（５）第２コンタクト部６となる層を、Ｍｇ原子濃度が１×１０20/ｃｍ3程度となるようにＭｇをドーピングしつつ、数十ｎｍ程度の厚みに形成する。
【００６６】
このようにして得られた積層構造体に対し、フォトリソグラフィープロセスとＲＩＥ法とを用いて、第１コンタクト部２の一部を露出させる。
【００６７】
さらに、フォトリソグラフィープロセスとＲＩＥ法とを用いて、第２コンタクト部６に溝部６ａを形成する。
【００６８】
次に、第２クラッド部５と第２コンタクト部６におけるＭｇイオンの活性化処理として、窒素雰囲気中での８００℃の熱処理を数十分間施す。
【００６９】
続いて、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、第１コンタクト部２の露出部分に、カソード電極パッド７となるＴｉ/Ａｌ膜をパターニングする。その後、オーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中での７００℃の熱処理を数十秒間施す。
【００７０】
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、第２コンタクト部６の最上面に（溝部６ａ以外の部分に）、アノード電極層８ａとなるＮｉ/Ａｕ膜をパターニングする。その後、オーム性接触特性を良好なものとするために窒素雰囲気中での６００℃の熱処理を数十秒間施す。
【００７１】
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、アノード電極層８ａの上面の一部領域に、アノード電極パッド８ｂとなるＮｉ/Ａｕ膜をパターニングする。
【００７２】
以上のプロセスを経ることで、発光素子１０は作製される。
【００７３】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態においては、第２コンタクト部６に紫外光が実質的に吸収されない溝部６ａを設け、これを出射部とするようにしているが、出射部を設ける態様はこれに限定されるものではない。
【００７４】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子２０の構造を模式的に示す図である。図３（ａ）は発光素子２０の上面図であり、図３（ｂ）は該上面図に記す線分Ｃ−Ｄに沿った断面図である。なお、発光素子２０において、第１の実施の形態に係る発光素子１０の構成要素と同様の作用効果を奏する構成要素については、第１の実施の形態に係る構成要素と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７５】
本実施の形態においては、第２のコンタクト部６に溝部を設ける代わりに、第１コンタクト部２に溝部を設け、発光部４からの励起発光が、該溝部を通じて出射されるようにする。ただし、図３に示す発光素子２０においては、第１コンタクト部２は基板１の上に設けられているため、基板１の対応箇所も含めて、溝部２ａを構成するようにされてなる。このようにすると、発光部４の溝部２ａの上方の領域で生じた紫外光は、吸収を受けることなく溝部２ａから素子外部へと出射されることになる。
【００７６】
このことは、第１クラッド部３の一部が露出するように第１コンタクト部２を形成すれば、紫外光の出射部を形成したことになる、ということでもある。
【００７７】
ただし、第１クラッド部３が完全に露出することは必須の態様ではない。実質的な吸収が生じない程度であれば、溝部２ａの底面に第１コンタクト部２を形成するIII族窒化物が存在していてもよい。換言すれば、第１コンタクト部２においては、溝部２ａが、発光部４において発光された紫外光に対する吸収能を実質的に有さない吸収不能部となっていれば、吸収不能部が紫外光の出射部として機能する、ということでもある。
【００７８】
溝部２ａは、少なくとも第１コンタクト部２を形成するIII族窒化物からなる層がいったん基板１の上面全体に形成されてさえいれば、その一部を基板１ともども除去することで実現可能である。ただし、通常は、第１の実施の形態で示したように、第１コンタクト部２の形成から第２コンタクト部６の形成までは連続的行うことが効率的であることから、少なくとも第２コンタクト部６までを形成した後に係る除去を行うことが好適である。あるいは、カソード電極部７やアノード電極部８を形成した後に溝部２ａを形成する態様であってもよい。溝部２ａの形成は、レーザー加工法などの公知の手法で実現可能である。
【００７９】
発光素子２０においては、カソード電極部７と第１コンタクト部２との間、およびアノード電極部８と第２コンタクト部６との間で良好なオーム性接触を確保するために、第１コンタクト部２と第２コンタクト部６とを紫外光の透過能の小さいIII族窒化物で形成する一方で、第１コンタクト部２に設けた吸収不能部を出射部として、発光部４における励起発光を効率良く取り出せるようにされてなる。すなわち、発光素子２０においては、低い動作電圧と高い発光効率とが併せて実現されていることになる。
【００８０】
なお、本実施の形態に係る発光素子２０の構造が、深紫外領域に発光波長を有する発光素子を作製する場合に特に適している点は、第１の実施の形態に係る発光素子１０の場合と同様である。
【００８１】
すなわち、本実施の形態によっても、従来の発光素子よりも低い動作電圧と高い発光効率とを有する、紫外光を発光する発光素子が、なかでも深紫外光を発光する発光素子が好適に実現される。
【００８２】
＜第３の実施の形態＞
発光部における紫外発光を素子外部に取り出すための出射部が備わる態様であれば、発光素子の構成は必ずしも上述の実施の形態で示すものには限定されない。上述の実施の形態とは異なる構造を有する発光素子について説明する。
【００８３】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子３０の構造を模式的に示す図である。図４は、図１（ａ）に記す発光素子１０の線分Ａ−Ｂの箇所と同様の箇所についての発光素子３０の断面図である。なお、発光素子３０において、第１の実施の形態に係る発光素子１０の構成要素と同様の作用効果を奏する構成要素については、第１の実施の形態に係る構成要素と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８４】
発光素子３０は、第１の実施の形態に係る発光素子１０と同様に第２コンタクト部６に溝部６ａを有する発光素子であるが、第１コンタクト部２と第１クラッド部３との間に、分布ブラッグ反射（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）部９が挿入されてなる点で発光素子１０と相違する。
【００８５】
分布ブラッグ反射部９は、分布ブラッグ反射器として機能する部位であり、互いに組成の異なるＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１．０）からなる複数の層を好適に積層することで実現される。係る分布ブラッグ反射部９を備える発光素子３０においては、発光部４からの紫外光のうち第１クラッド部３の方に向けて照射された成分は、分布ブラッグ反射部９において反射を受けることで、結局は溝部６ａが設けられている第２クラッド部５の方に向けて照射されることになる。その結果として、発光素子３０は、係る分布ブラッグ反射部９を備えていない、第１の実施の形態に係る発光素子１０に比して、より多くの紫外光を溝部６ａを通じて素子の外部へと出射することができる。すなわち、発光素子３０の構造は、第１の実施の形態に係る発光素子１０よりもさらに発光効率が優れた発光素子を実現する構造である。
【００８６】
すなわち、本実施の形態によれば、第１の実施の形態よりもさらに発光効率の高い発光素子を実現することが出来る。
【００８７】
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態においても、発光部における紫外発光を素子外部に取り出すための出射部を備える、さらに異なる構造を有する発光素子について説明する。
【００８８】
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る発光素子４０の構造を模式的に示す図である。図５（ａ）は発光素子４０の上面図であり、図３（ｂ）は該上面図に記す線分Ｅ−Ｆに沿った断面図である。なお、発光素子４０において、第１の実施の形態に係る発光素子１０の構成要素と同様の作用効果を奏する構成要素については、第１の実施の形態に係る構成要素と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態に係る発光素子４０は、Ｎ型の導電部の構成が第１の実施の形態に係る発光素子１０と相違する。具体的には、第１コンタクト層２と第１クラッド層３とを設ける代わりに、第１導電部４１と第２導電部４２とが設けられてなる。また、第２導電部４２と発光層が隣接し、かつ、第２導電部４２の一部は露出しており、その露出部分にカソード電極部７が設けられてなる。
【００９０】
第２導電部４２は、カソード電極７との間で良好なオーミック接触が得られるよう、発光素子１０の第１コンタクト部２と同様の組成のIII族窒化物にて形成される。例えば、発光部４がＡｌxＧａ1-xＮ（０．４≦ｘ≦１．０）なるIII族窒化物で形成されてなる場合であれば、第２導電部４２は、ＧａＮに、ＳｉなどのＮ型のドーパントをドープすることによって形成するのが好適である。
【００９１】
第１導電部４１は、発光素子１０の第１クラッド部３と同様の組成のIII族窒化物にて形成することができる。例えば、発光部４がＡｌxＧａ1-xＮ（０．４≦ｘ≦１．０）なるIII族窒化物で形成されてなる場合であれば、第１導電部４１は、Ａｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｘ＜ｙ１≦１．０）なるIII族窒化物に、ＳｉなどのＮ型のドーパントをドープすることによって形成することができる。
【００９２】
このような構成を有する発光素子４０においては、Ｎ型の導電部の側にクラッド層として作用する部位を有していないものの、第２コンタクト部６に設けた吸収不能部を出射部として、発光部４における励起発光を効率良く取り出せるようにされてなる点は、第１の実施の形態に係る発光素子１０と同様である。すなわち、発光素子４０においても、低い動作電圧と高い発光効率とが併せて実現されていることになる。
【００９３】
＜変形例＞
上述の実施の形態においては、いずれも、溝部を設けることで紫外光の出射部を確保するようにしているが、必ずしも溝部を形成せずとも、第１コンタクト部２または第２コンタクト部６の少なくとも一方において紫外光が実質的に吸収されない吸収不能部が備わっていればよい。例えば、発光素子１０における溝部６ａの領域に、第２クラッド部５を形成するIII族窒化物と同程度に紫外光を透過させるIII族窒化物からなる部位が存在していてもよい。同様に、発光素子２０における溝部２ｂの領域に、第１クラッド部３を形成するIII族窒化物と同程度に紫外光を透過させるIII族窒化物からなる部位が存在していてもよい。
【００９４】
第３の実施の形態においては、溝部６ａが第２コンタクト部６に備わることに対応して第１コンタクト部２と第１クラッド部３との間に分布ブラッグ反射部９を設ける態様を示しているが、第２の実施の形態に係る発光素子２０のように溝部２ｂが第１コンタクト部２に備わる場合に、第２コンタクト部５と第２クラッド部６との間に分布ブラッグ反射部を設ける態様であってもよい。
【実施例】
【００９５】
（実施例１)
本実施例では、図１に示すような、第１の実施の形態に係る発光素子１０を作製し、その特性を評価した。
【００９６】
まず、厚みが４００μｍの単結晶Ｃ面サファイア基材上に、ＭＯＣＶＤ法を用いてＡｌＮ層を１μｍの厚みにエピタキシャル成長させることで基板１を得た。
【００９７】
次いで、基板１の上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、第１コンタクト部２、第１クラッド部３，発光部４、第２クラッド部５、第２コンタクト部６となるIII族窒化物層を次のように順次にエピタキシャル成長させた：
（１）Ｓｉ原子濃度が５×１０18/ｃｍ3程度となるようにＳｉをドーピングしつつ、ＧａＮからなる層を１μｍの厚みに成長させることによって、第１コンタクト部２となる層を形成した；
（２）Ｓｉ原子濃度が５×１０18/ｃｍ3程度となるようにＳｉをドーピングしつつ、Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎからなる層を２５ｎｍの厚みに成長させることによって、第１クラッド部３となる層を形成した；
（３）Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎからなる発光層４ａを３ｎｍの厚みに成長させた後、Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ｎからなるバリア層４ｂを５ｎｍの厚みに成長させることを５周期繰り返すことで、発光部４となる多重量子井戸層を形成した；
（４）Ｍｇ原子濃度が１×１０20/ｃｍ3程度となるようにＭｇをドーピングしつつ、Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎからなる層を２５ｎｍの厚みに成長させることで、第２クラッド部５となる層を形成した；
（５）Ｍｇ原子濃度が１×１０20/ｃｍ3程度となるようにＭｇをドーピングしつつ、ＧａＮからなる層を５０ｎｍの厚みに成長させることによって、第２コンタクト部６となる層を形成した。
【００９８】
得られた積層構造体に対し、フォトリソグラフィープロセスとＲＩＥ法とを用い、第１コンタクト部２となるＧａＮ層の一部を露出させた。なお、非エッチング領域の概略寸法は０.５ｍｍ×０.５ｍｍとした。
【００９９】
さらに、フォトリソグラフィープロセスとＲＩＥ法とを用いて、第２コンタクト部６となるＧａＮ層の一部を除去して、第２クラッド部５が露出した溝部６ａを形成した。溝部６ａの開口部の概略寸法は０.３ｍｍ×０.３ｍｍであった。
【０１００】
次に、第２クラッド部５となるＡｌ0.68Ｇａ0.32Ｎ層と第２コンタクト部６となるＧａＮ層におけるＭｇイオンの活性化処理として、窒素雰囲気中での８００℃の熱処理を２０分間行った。
【０１０１】
続いて、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、第１コンタクト部２となるＧａＮ層の露出部分に、カソード電極パッド７としてのＴｉ/Ａｌ膜をそれぞれ２５ｎｍ、１００ｎｍの厚みでパターニングした。その後、オーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中での７００℃の熱処理を３０秒間行った。
【０１０２】
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、第２コンタクト部６となるＧａＮ層の最上面に（溝部６ａ以外の部分に）、アノード電極層８ａとなるＮｉ/Ａｕ膜をそれぞれ６ｎｍ、１２ｎｍの厚みにパターニングした。その後、オーム性接触特性を良好なものとするために窒素雰囲気中での６００℃の熱処理を３０秒間行った。
【０１０３】
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、アノード電極層８ａとしてのＮｉ／Ａｕ膜の上面の一部領域に、アノード電極パッド８ｂとなるＮｉ/Ａｕ膜をそれぞれ６ｎｍ、１００ｎｍの厚みにパターニングした。以上により、図１に示す発光素子１０が得られたことになる。
【０１０４】
係る発光素子に対して、アノード電極部８とカソード電極部７の間に正バイアスを加えたところ、波長２６５ｎｍの紫外線発光が確認された。この紫外線の光出力は、入力電流２０ｍＡ時において１.０ｍＷであった。また、電流値２０ｍＡを得るのに要するバイアス電圧は７.６Ｖであり、このときの外部量子効率は約０.７％であった。
【０１０５】
また、アノード電極部８、カソード電極部７についての電気特性を調べたところ、いずれもオーム性接触特性を示した。また、これら電極部の接触抵抗はそれぞれ、約１×１０-4Ωｃｍ2、約１×１０-5Ωｃｍ2であった。
【０１０６】
以上の結果より、第１の実施の形態で示す構造を有するようにすることで、良好な発光特性を有する発光素子が実現できることが確認された。
【０１０７】
（比較例１)
溝部６ａを設けなかった他は、実施例１と同様の手順で素子を作製し、アノード電極部８とカソード電極部７の間に正バイアスを加えたが、紫外線の発光を確認することはできなかった。
【０１０８】
係る結果より、実施例１のように溝部を形成することで、該溝部が出射部となって紫外光が出射されることが確認された。
【０１０９】
（比較例２）
本比較例では、実施例１に係る発光素子の第１コンタクト部２と第１クラッド部３とに代えて、Ｓｉ原子濃度が５×１０18/ｃｍ3程度となるようにＳｉをドーピングしつつ、Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎからなる層を１μｍの厚みで形成するとともに、係る層の一部を露出させ、その露出部分にカソード電極部７を形成したほかは、実施例１と同様に発光素子を作製した。
【０１１０】
係る発光素子に対して、アノード電極部８とカソード電極部７の間に正バイアスを加えたところ、波長２６５ｎｍの紫外線発光が確認された。この紫外線の光出力は、入力電流２０ｍＡ時において０．２ｍＷであった。また、電流値２０ｍＡを得るのに要するバイアス電圧は３１．５Ｖであり、このときの外部量子効率は約０.０３％であった。
【０１１１】
また、アノード電極部、カソード電極部についての電気特性を調べたところ、アノード電極部ではオーム性接触特性が得られたが、カソード電極ではオーム性接触が得られなかった。アノード電極の接触抵抗値は約１×１０-4Ωｃｍであった。
【０１１２】
すなわち、本比較例で作製した発光素子は、実施例１で作製した発光素子よりも特性が劣るものであった。
【０１１３】
以上の結果より、実施例１のような構成を有するようにすることで、動作電圧が低く、かつ発光効率の高い発光素子が実現できることが確認された。
【０１１４】
（比較例３)
第２コンタクト部となる層を、ＧａＮに代えて、ＧａＮよりもバンドギャップが大きなＡｌ0.4Ｇａ0.6Ｎで形成したほかは、比較例２と同様の手順で発光素子を作製した。これは、比較例２よりも第２コンタクト部における紫外光の吸収能を弱めることを意図した構成である。
【０１１５】
係る発光素子に対して、アノード電極部８とカソード電極部７の間に正バイアスを加えたところ、波長２６５ｎｍの紫外線発光と波長約３００ｎｍの紫外線発光とが確認された。このうち、波長２６５ｎｍに相当する紫外線の光出力は、入力電流２０ｍＡ時において０.２１ｍＷであった。また、電流値２０ｍＡを得るのに要するバイアス電圧は４２.５Ｖであり、このときの外部量子効率は約０.０２５％以下と見積もられた。
【０１１６】
また、アノード電極部、カソード電極部についての電気特性を調べたところ、いずれもオーム性接触特性が得られず、アノード電極部についてはショットキー接触型の特性が得られた。この結果は、波長約３００ｎｍでの紫外線発光は、アノード電極部におけるショットキー接触性に伴うものであることを指し示している。
【０１１７】
以上の結果より、実施例１に係る発光素子においては、カソード電極部、アノード電極部において良好なオーム性接触が実現されることで、良好な発光特性が実現されていることが確認された。
【０１１８】
（実施例２)
溝部６ａの配置態様を図２のようなストライプ状とした他は、実施例１と同様の手順で発光素子を作製し、その特性を評価した。
【０１１９】
作製した発光素子に対して、アノード電極部８とカソード電極部７の間に正バイアスを加えたところ、波長２６５ｎｍの紫外線発光が確認された。この紫外線の光出力は、入力電流２０ｍＡ時において１.５ｍＷであった。また、電流値２０ｍＡを得るのに要するバイアス電圧は７.６Ｖであり、このときの外部量子効率は約１％であった。
【０１２０】
また、アノード電極部８、カソード電極部７についての電気特性を調べたところ、いずれもオーム性接触特性を示した。また、これら電極部の接触抵抗はそれぞれ、約１×１０-4Ωｃｍ2、約１×１０-5Ωｃｍ2であった。
【０１２１】
以上の結果より、溝部をストライプ状にすることで、より発光特性が向上することが確認された。
【０１２２】
（実施例３)
本実施例では、図３に示すような、第２の実施の形態に係る発光素子２０を作製し、その特性を評価した。
【０１２３】
具体的には、溝部６ａの形成を行わないほかは、実施例１と同様の手順で、アノード電極パッド８ｂの形成までを行った後、レーザー加工法を用いて、基板１の裏面側から、基板１の一部および第１コンタクト部２の一部を除去しつつ、第１クラッド部となるＡｌ0.68Ｇａ0.32Ｎ層が露出する深さ位置まで掘り下げることで、溝部２ｂを形成した。溝部２ｂの開口部の概略寸法は０.３ｍｍ×０.３ｍｍであった。
【０１２４】
作製した発光素子に対して、アノード電極部８とカソード電極部７の間に正バイアスを加えたところ、波長２６５ｎｍの紫外線発光が確認された。この紫外線の光出力は、入力電流２０ｍＡ時において１.２ｍＷであった。また、電流値２０ｍＡを得るのに要するバイアス電圧は７.６Ｖであり、このときの外部量子効率は約０．８％であった。
【０１２５】
また、アノード電極部８、カソード電極部７についての電気特性を調べたところ、いずれもオーム性接触特性を示した。また、これら電極部の接触抵抗はそれぞれ、約１×１０-4Ωｃｍ2、約１×１０-5Ωｃｍ2であった。
【０１２６】
以上の結果より、第２の実施の形態で示す構造を有するようにする場合でも、良好な発光特性を有する発光素子が実現できることが確認された。
【０１２７】
（実施例４)
本実施例では、図４に示すような、第３の実施の形態に係る発光素子３０を作製し、その特性を評価した。
【０１２８】
具体的には、第１コンタクト部２となる層の形成と第２クラッド部３となる層の形成との間に、分布ブラッグ反射部９となる層の形成を行った他は、実施例１と同様の手順で作製を行った。
【０１２９】
作製した発光素子に対して、アノード電極部８とカソード電極部７の間に正バイアスを加えたところ、波長２６５ｎｍの紫外線発光が確認された。この紫外線の光出力は、入力電流２０ｍＡ時において２.２ｍＷであった。また、電流値２０ｍＡを得るのに要するバイアス電圧は８．２Ｖであり、このときの外部量子効率は約１．３％であった。
【０１３０】
また、アノード電極部８、カソード電極部７についての電気特性を調べたところ、いずれもオーム性接触特性を示した。また、これら電極部の接触抵抗はそれぞれ、約１×１０-4Ωｃｍ2、約１×１０-5Ωｃｍ2であった。
【０１３１】
以上の結果より、第３の実施の形態で示す構造を有するようにすることで、第１の実施の形態に係る発光素子よりも良好な発光特性を有する発光素子が実現できることが確認された。
【０１３２】
（実施例５)
本実施例では、図５に示すような、第４の実施の形態に係る発光素子４０を作製し、その特性を評価した。
【０１３３】
具体的には、第１コンタクト部２と第１クラッド部３となる層の形成に代えて、第１導電部４１と第２導電部４２となる層の形成を行った点、および、積層構造体を得た後に、第１コンタクト部２となるＧａＮ層の一部を露出させる代わりに、第２導電部４２となるＧａＮ層の一部を露出させるようにした以外は、実施例１と同様に行った。
【０１３４】
第１導電部４１となる層の形成に際しては、Ｓｉ原子濃度が５×１０18/ｃｍ3程度となるようにＳｉをドーピングしつつ、Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎからなる層を２５ｎｍの厚みに成長させた。
【０１３５】
第２導電部４２となる層の形成に際しては、Ｓｉ原子濃度が５×１０18/ｃｍ3程度となるようにＳｉをドーピングしつつ、ＧａＮからなる層を１μｍの厚みに成長させた。
【０１３６】
作製した発光素子に対して、アノード電極部８とカソード電極部７の間に正バイアスを加えたところ、波長２６５ｎｍの紫外線発光が確認された。この紫外線の光出力は、入力電流２０ｍＡ時において０．８ｍＷであった。また、電流値２０ｍＡを得るのに要するバイアス電圧は８．５Ｖであり、このときの外部量子効率は約０．５％であった。
【０１３７】
また、アノード電極部８、カソード電極部７についての電気特性を調べたところ、いずれもオーム性接触特性を示した。また、これら電極部の接触抵抗はそれぞれ、約１×１０-4Ωｃｍ2、約２×１０-5Ωｃｍ2であった。
【０１３８】
以上の結果より、第４の実施の形態で示す構造を有するようにすることで、第１の実施の形態に係る発光素子よりも発光特性はやや劣るものの、比較例２よりは動作電圧が低く、かつ発光効率の高い発光素子が実現できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子１０の構造を模式的に示す図である。
【図２】図１とは異なる配置態様で溝部が形成された場合を例示する図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る発光素子２０の構造を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る発光素子３０の構造を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る発光素子４０の構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１  基板
２  第１コンタクト部
１０、２０、３０、４０  発光素子
２ａ、６ａ、６ｂ  溝部
３  第１クラッド部
４  発光部
４ａ  発光層
４ｂ  バリア層
５  第２クラッド部
６  第２コンタクト部
７  カソード電極部（カソード電極パッド）
８  アノード電極部
８ａ  アノード電極層
８ｂ  アノード電極パッド
９  分布ブラッグ反射部
４１  第１導電部
４２  第２導電部
【図１】
2008171941.tif 000003
【図２】
2008171941.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008171941.tif 000006
【図５】
2008171941.tif 000007