(57)【要約】【課題】紫外線発光素子の、光取り出し効率を向上させ、且つ順方向電圧を低減する。【解決手段】紫外線発光素子１００は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）層を含むｎ型窒化物半導体層２０と、発光層４０と、ｐ型窒化物半導体層５０と、がこの順に積層された積層体と、ｎ型窒化物半導体層２０上に形成された第１電極部３０と、を備え、第１電極部３０は、ｎ型窒化物半導体層２０の一方の面上に直接形成されたＴｉ層３１とＡｌ層３２とＡｕＴｉ合金部３３とを有し、Ｔｉ層３１の、ｎ型窒化物半導体層２０とは逆側の面がＡｌ層３２及びＡｕＴｉ合金部３３により被覆される。Ａｌ層３２を設けることで紫外光の反射率が向上し光取り出し効率を向上させることができ、ＡｕＴｉ合金部３３を設けることにより、第１電極部３０とｎ型窒化物半導体層２０とのコンタクト抵抗を低減し、結果的に順方向電圧を低減させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）層を含むｎ型窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型窒化物半導体層と、がこの順に積層された積層体と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されたｎ電極部と、を備え、
前記ｎ電極部は、
前記ｎ型窒化物半導体層の一方の面上に直接形成されたＴｉ層と、Ａｌ層と、ＡｕＴｉ合金部と、を有し、
前記Ｔｉ層の、前記ｎ型窒化物半導体層とは逆側の面は前記Ａｌ層及び前記ＡｕＴｉ合金部により被覆され、
前記Ａｌ層の、前記Ｔｉ層に対する被覆率が５０％以上９５％以下である紫外線発光素子。
【請求項２】
前記Ｔｉ層の厚さは０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である請求項１に記載の紫外線発光素子。
【請求項３】
前記Ａｌ層を含んで前記ｎ電極部を断面視したときに、該Ａｌ層間の平均距離が１５ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の紫外線発光素子。
【請求項４】
前記Ａｌ層は、間隔を空けて一方向に向けて配置された複数の帯状のＡｌ部を含み、
前記Ａｌ部間の平均距離が１５ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項５】
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層は、０．４≦Ｘ≦１．０を満足する請求項１から請求項４の何れか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項６】
前記ｎ電極部は、前記ＡｕＴｉ合金部上に形成されたＮｉ層をさらに有する請求項１から請求項５の何れか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項７】
前記ｎ電極部は、前記Ｎｉ層上に形成されたＡｕ層をさらに有する請求項１から請求項６の何れか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の紫外線発光素子を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は紫外線発光素子及びそれを備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線発光素子は、小型であること、また低消費電力であること等の特徴を生かして様々な分野で応用されている。
一般に紫外線発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と、発光層と、発光層のｎ型窒化物半導体層とは逆側に配置されるｐ型窒化物半導体層と、が積層された積層部を備える（例えば、特許文献１参照）。この紫外線発光素子は、ｎ型窒化物半導体層上に設けられた一方の電極部とｐ型窒化物半導体層上に設けられた他方の電極部とを介して供給された電力によって、発光層から紫外光が発光される。
また特許文献２には、ｎ型ドーピングされた窒化ガリウムＧａＮ層上に、反射率が高く、ＧａＮ層との接合強度を低下させない電極部の形成方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１４４０４６号パンフレット
【特許文献２】特開２００８−２４４１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、紫外線発光素子のｎ層としてはｎ型ＡｌＧａＮ層が用いられる。
また、紫外線発光素子の低消費電力化を図る際には、順方向電圧Ｖｆを低減させることが必要である。そのためには、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ電極部とのコンタクト抵抗を低減させることが重要である。
しかしながら、ＡｌＧａＮ層のバンドギャップが大きく、コンタクト抵抗が高くなりやすいという問題がある。
またｎ電極部は、紫外線発光素子の水平面の占有領域の１割程度を占めており、発光層から放射された紫外光の一部がｎ電極部で吸収されてしまうという問題がある。これは、発光層から放射された紫外光のうち基板方向（光取り出し方向）に向かった光の一部が基板表面で反射され、ｎ電極部方向に折り返されることによるものと考えられる。
そこで本発明は、光取り出し効率が高く、且つ、順方向電圧の低減が可能な紫外線発光素子及びそれを備えた装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る紫外線発光素子は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）層を含むｎ型窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型窒化物半導体層と、がこの順に積層された積層体と、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されたｎ電極部と、を備え、前記ｎ電極部は、前記ｎ型窒化物半導体層の一方の面上に直接形成されたＴｉ層と、Ａｌ層と、ＡｕＴｉ合金部と、を有し、前記Ｔｉ層の、前記ｎ型窒化物半導体層とは逆側の面は前記Ａｌ層及び前記ＡｕＴｉ合金部により被覆され、前記Ａｌ層の、前記Ｔｉ層に対する被覆率が５０％以上９５％以下であることを特徴としている。
また、本発明の一態様に係る装置は、上記態様の紫外線発光素子を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、紫外線発光素子の、光取り出し効率を向上させ、且つ、順方向電圧を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子の断面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子の第１電極部の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下に説明する各図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。また、本実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
＜紫外線発光素子＞
図１は、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００の縦断面の一例を示す模式図である。
紫外線発光素子１００は、基板１０、ｎ型窒化物半導体層２０、ｎ電極部としての第１電極部３０、発光層４０、及びｐ型窒化物半導体層５０を備える。基板１０の上に、ｎ型窒化物半導体層２０、発光層４０、ｐ型窒化物半導体層５０がこの順に積層され、発光層４０及びｐ型窒化物半導体層５０を含む積層部の一部がエッチング等により除去されてｎ型窒化物半導体層２０の一部が露出した、いわゆるメサ構造に形成されている。そして、ｎ型窒化物半導体層２０の露出した部分に第１電極部３０が形成されている。
なお、ここでは、図１に示すように、基板１０の上に、ｎ型窒化物半導体層２０、発光層４０、及びｐ型窒化物半導体層５０がこの順に積層されているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、基板１０の上に、ｐ型窒化物半導体層５０、発光層４０、及びｎ型窒化物半導体層２０がこの順で積層されていてもよい。
【００１０】
また、図１に示す本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００は、ｎ型窒化物半導体層２０の一部、発光層４０及びｐ型窒化物半導体層５０の積層体の一部が除去されたメサ構造に形成された横型の紫外線発光装置であるが、本発明は横型の紫外線発光素子に限るものではなく、例えば縦型の紫外線発光素子であってもよい。例えば縦型の紫外線発光素子とする場合は、ｐ型窒化物半導体層に透明電極からなるｐ電極部を設け、ｐ電極部側から紫外線が抜ける構造とすることが好ましい。
本実施形態の一実施形態に係る紫外線発光素子１００の各層の成長法としては、例えばＭＯＶＰＥ法のようなエピタキシャル成長技術を利用して成膜することができるが、これに限定されるものではない。例えば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等を用いて成膜してもよい。
【００１１】
＜基板＞
基板１０としては、その上にｎ型窒化物半導体層２０を形成可能なものであれば特に制限されない。具体的にはサファイア、シリコンＳｉ、炭化珪素ＳｉＣ、酸化マグネシウムＭｇＯ、三酸化二ガリウムＧａ２Ｏ３、酸化亜鉛ＺｎＯ、窒化ガリウムＧａＮ、窒化インジウムＩｎＮ、窒化アルミニウムＡｌＮ、又はこれらの混晶基板等が挙げられる。基板１０上に形成するｎ型窒化物半導体層２０との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる観点や、ホールガス発生のための格子歪みを大きくできる観点から、窒化ガリウムＧａＮ、窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化アルミニウムガリウムＡｌＧａＮ等の窒化物半導体をバルクとする単結晶基板や、ある材料上に成長されたＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層（テンプレートとも称される）を基板１０として用いることが好ましい。また、基板１０は不純物が混入していても良い。基板１０の作製方法としては、昇華法やＨＶＰＥ法等の気層成長法や液相成長法等の一般的な基板成長法を適用することができる。
【００１２】
＜ｎ型窒化物半導体層＞
ｎ型窒化物半導体層２０はＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）からなる層であって、図１に示すように基板１０上に直接形成されていてもよいし、基板１０上にｎ型窒化物半導体層２０以外の層が形成され、その上にｎ型窒化物半導体層２０が形成されていても良い。例えば、基板１０上にバッファ層が形成され、その上にｎ型窒化物半導体層２０としてｎ型ＡｌＧａＮ層が形成され、その上に、発光層４０が形成されていても良い。また、本発明の他の実施形態に係る紫外線発光素子においては、ｎ型窒化物半導体層２０が発光層４０上に直接又は間接的に形成されていてもよい。つまり、基板１０上にｐ型窒化物半導体層５０と発光層４０とがこの順に積層され、この発光層４０の上に、ｎ型窒化物半導体層２０が直接又は間接的に形成されていてもよい。
【００１３】
またｎ型窒化物半導体層２０はＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）からなる層であるが、この場合に、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００と同様の効果が得られる範囲で、例えばインジウムＩｎ等のIII族元素や、リンＰ、ヒ素Ａｓ、アンチモンＳｂ等のＶ族元素等を数％程度加える等、他の元素を少量加えてｎ型窒化物半導体層２０の組成に軽微な変更を加える場合についても本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。またその他の層の組成についても同様である。
また、ｎ型窒化物半導体層２０は紫外線の透過性の観点から、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０．４≦Ｘ≦１．０）であることが好ましい。
【００１４】
ｎ型窒化物半導体層２０は、ｎ型ドーパントの他にリンＰ、砒素Ａｓ、アンチモンＳｂといった他のＶ族元素や、炭素Ｃ、水素Ｈ、フッ素Ｆ、酸素Ｏ、マグネシウムＭｇ、シリコンＳｉといった不純物が混入していても良い。ここで不純物の定義としては、１．０×１０２０ｃｍ−３以下の濃度でＡｌ、Ｇａ、Ｎ以外の元素を含むことを意味する。つまり、１．０×１０２０ｃｍ−３以下の割合でアルミニウムＡｌ、ガリウムＧａ及び窒素Ｎを除く元素を含むような場合にも、本願発明のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）からなる層と解釈される。
【００１５】
＜第１電極部＞
図２は、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００に含まれる第１電極部３０の一例を示す縦断面の模式図である。
第１電極部３０は、図２に示すように、ｎ型窒化物半導体層２０の露出した領域上に直接形成されたＴｉ（チタン）層３１と、Ｔｉ層３１の上に部分的に形成されたＡｌ（アルミニウム）層３２と、ＡｕＴｉ合金部３３と、を有する。特に制限されないが、第１電極部３０上にさらにニッケルＮｉや金Ａｕ等を主成分とするパッド電極を有していてもよい。
【００１６】
Ａｌ層３２は、例えば、図２に示すように、第１電極部３０を、Ｔｉ層３１とＡｌ層３２とを含む面で切断した場合の縦断面図において、複数のＡｌ層３２が、一定間隔で配置されるように形成される。なお、図２では、Ａｌ層３２が４つに分割されて形成されているが、Ａｌ層３２は、以下の条件を満足するように形成される。
つまり、Ａｌ層３２は、ｎ型窒化物半導体層２０上に直接形成されたＴｉ層３１と、Ｔｉ層３１の上に形成されたＡｌ層３２とが、Ａｌ層３２の、Ｔｉ層３１に対する被覆率が５０％以上９５％以下という条件を満足するように形成される。ここで、被覆率とは、Ｔｉ層３１の上面、つまり、Ｔｉ層３１の、ｎ型窒化物半導体層２０と接する面とは逆側の面の面積に対する、Ｔｉ層３１とＡｌ層３２とが接する面の面積の比率を意味する。Ｔｉ層３１に対するＡｌ層３２の被覆率は６０％以上がより好ましく７０％以上がさらに好ましい。またＴｉ層３１に対するＡｌ層３２の被覆率は９０％以下がより好ましく８５％以下がさらに好ましい。本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００はＡｌ層３２のＴｉ層３１に対する被覆率が５０％以上であることにより、被覆率が５０％より小さい紫外線発光素子と比べて反射率が優れるものとなっている。これにより、紫外線発光素子の光取り出し効率を向上させることが可能となる。また、被覆率が９５％以下であることで、被覆率が９５％より大きい紫外線発光素子と比べて第１電極部の電気特性が優れるものとなっている。これにより紫外線発光素子の順方向電圧を低減することができる。
【００１７】
Ａｌ層３２は、例えば、帯状に形成されたＡｌからなるＡｌ部が一方向に向けて複数間隔を空けて配置されていてもよい。又は、矩形状等、任意の形状からなる複数のＡｌ部がＸ方向及びＹ方向に整列して配置されていてもよいし、ランダムに配置されていてもよい。また、複数のＡｌ部は同一形状であってもよく、異なる形状であってもよく、同一形状で大きさが異なっていてもよい。また、Ａｌ層３２は格子状に形成されていてもよく、また、複数のＡｌ部ではなく、上面視でＴｉ層３１に含まれる大きさの一つのＡｌ部で形成してもよい。
【００１８】
Ａｌ層３２のＴｉ層３１に対する被覆率は、例えば、以下のような方法で測定可能である。例えば、Ａｌ層３２が、帯状に形成されたＡｌ部が一方向に向けて複数間隔を空けて配置されてなる場合には、図２に示すように、第１電極部３０を、Ｔｉ層３１と、Ａｌ層３２としての複数のＡｌ部とを含む面で切断した縦断面において、縦断面図中のＴｉ層３１の上面の長さに対する、Ｔｉ層３１とＡｌ層３２との接する面の長さの総和を求める。つまり、縦断面図中のＴｉ層３１と各Ａｌ部とが接する面の長さの総和を求める。この値を、Ｔｉ層３１とＡｌ層３２としての複数のＡｌ部とを含む、異なる面で切断した異なる５つの縦断面において求め、その平均値をＸ１とする。また縦断面図中のＴｉ層３１の長さを、前述の５つの縦断面において求め、その平均値をＹ１とする。このとき、Ｘ１／Ｙ１をＡｌ層３２のＴｉ層３１に対する被覆率とする。
【００１９】
Ａｌ層３２が、複数の帯状のＡｌ部ではなく、複数のＡｌ部がランダムに配置されている場合、また、１つのＡｌ部により形成されている場合等、他の形状のＡｌ部から形成されている場合にも、上述の方法を用いて被覆率の測定が可能である。この場合に、縦断面の切り方としては、一定の間隔を空けて切った５断面であればどのような断面でもよく、種々の切断面から測定された被覆率のうち最大のものを「Ａｌ層３２のＴｉ層３１に対する被覆率」として定義する。
また、Ｔｉ層３１の厚さは０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下であることが好ましい。Ｔｉ層３１の厚さは、紫外線発光素子１００の製造効率の観点からは、０．５ｎｍ以上であることが好ましい。また、Ｔｉ層３１の厚さは、紫外線の反射率を高め、光取り出し効率を向上させる観点からは２．０ｎｍ以下であることが好ましく、１．０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００２０】
また、ｎ型窒化物半導体層２０及びＴｉ層３１は、Ａｌ層３２及びＡｕＴｉ合金部３３によって被覆されることが好ましい。つまり、Ｔｉ層３１の上面は、Ａｌ層３２又はＡｕＴｉ合金部３３のいずれかが接する形態であることが好ましい。ｎ型窒化物半導体層２０及びＴｉ層３１が、Ａｌ層３２によって被覆されることで、紫外光の反射率が向上し、またＡｕＴｉ合金部３３によって被覆されることで、第１電極部３０とｎ型窒化物半導体層２０とのコンタクト抵抗が低減するという効果を奏する。つまり、第１電極部３０の紫外光の反射率が向上することで、光取り出し効率が高くなり、第１電極部３０とｎ型窒化物半導体層２０とのコンタクト抵抗が低減し、そのため順方向電圧が低減される。
【００２１】
また、Ａｌ層３２が帯状のＡｌ部が一方向に向けて複数間隔を空けて配置されてなる場合には、各Ａｌ部間の平均距離が１５ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましい。つまり、図２に示すように、第１電極部３０を、Ｔｉ層３１及びＡｌ層３２に含まれる複数のＡｌ部を含む面で切断した縦断面において、Ａｌ部間の平均距離が１５ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましい。Ａｌ層３２の、ｎ型窒化物半導体層２０に対する被覆率が低下してしまうため、Ａｌ部間の平均距離は好ましくは２０００ｎｍ以下である。
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００はＡｌ部間の平均距離が１５ｎｍ以上であることにより、平均距離が１５ｎｍより小さい紫外線発光素子と比べて第１電極部の電気特性が優れるものとなっている。これにより、紫外線発光素子の順方向電圧をさらに低減させることが可能となる。また、Ａｌ部間の平均距離が２０００ｎｍ以下であることで、平均距離が２０００ｎｍより大きい紫外線発光素子と比べて反射率が優れるものとなっている。これにより、紫外線発光素子の光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。
【００２２】
ここで、Ａｌ層３２間の平均距離とは、Ａｌ層３２に含まれるＡｌ部間の間隔を１０点計測した結果の平均を意味する。１つの縦断面内で１０点の計測ができない場合には、その縦断面と平行な別の縦断面内で追加の計測を行ってよい。
Ａｌ層３２が、帯状のＡｌ部ではなく、複数のＡｌ部がランダムに配置されている場合には、平均距離は、第１電極部３０を、Ｔｉ層３１及びＡｌ層３２に含まれる複数のＡｌ部を含む面で切断した縦断面において、上述の方法で平均距離を計測することができる。この場合に、縦断面の切り方としては、Ｔｉ層３１及びＡｌ層３２を含む面であればどのような断面でもよく、種々の切断面から測定された平均値のうち最小のものを「Ａｌ部間の平均距離」として定義する。
【００２３】
また第１電極部３０は、ＡｕＴｉ合金部３３上に形成されたＮｉ（ニッケル）層をさらに有することが好ましい。
ＡｕＴｉ合金部３３上にＮｉ（ニッケル）層を形成することで、第１電極部３０上に例えばＡｕ（金）層からなるパッド電極を形成した場合に、第１電極部３０とパッド電極としてのＡｕ層との接着性を高めることができる。
また第１電極部３０は、ＡｕＴｉ合金部３３上に形成されたＮｉ層上に、さらにＡｕ層を有することが好ましい。パッド電極としてＡｕ層を形成することで、針当てやワイヤーボンディングに好適に用いることができる。
【００２４】
＜発光層＞
発光層４０は、図１に示すようにｎ型窒化物半導体層２０上に直接形成されていてもよいし、ｎ型窒化物半導体層２０上に発光層４０以外の層が形成され、その上層に発光層４０が形成されていても良く、特に限定はされない。具体的には、ｎ型窒化物半導体層２０上にアンドープＡｌＧａＮ層が形成された上に発光層４０が形成されていても良い。また、本発明の他の実施形態に係る紫外線発光素子として、発光層４０は、ｐ型窒化物半導体層５０上に形成されていてもよい。つまり、基板１０上にｐ型窒化物半導体層５０が形成され、その上に発光層４０が積層され、この発光層４０の上に、ｎ型窒化物半導体層２０が形成されていてもよい。
【００２５】
発光層４０は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点から窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化ガリウムＧａＮ、窒化インジウムＩｎＮの混晶であることが望ましい。発光層４０は、窒素Ｎの他にリンＰ、ヒ素Ａｓ、アンチモンＳｂといった他のＶ族元素や、炭素Ｃ、水素Ｈ、フッ素Ｆ、酸素Ｏ、マグネシウムＭｇ、シリコンＳｉといった不純物が混入していても良い。また、量子井戸構造でも単層構造でも良いが、高い発光効率を実現する観点から少なくとも１つの井戸構造を有していることが望ましい。
【００２６】
＜ｐ型窒化物半導体層＞
ｐ型窒化物半導体層５０は、図１に示すように発光層４０上に直接形成されていてもよいし、発光層４０上にｐ型窒化物半導体層５０以外の層が形成され、その上にｐ型窒化物半導体層５０が形成されていてもよい。例えば、発光層４０上に構成元素の比率が連続的又は離散的に変化する傾斜組成層が形成され、その上にｐ型窒化物半導体層５０が形成されていても良く特に限定はされない。また、発光層４０と傾斜組成層との間に相対的にバンドギャップの大きいバリア層をさらに有していてもよい。また、本発明の他の実施形態に係る紫外線発光素子として、ｐ型窒化物半導体層５０は、基板１０上に直接又は間接的に形成されていてもよい。つまり、基板１０上に直接又は間接的にｐ型窒化物半導体層５０が積層され、その上に発光層４０とｎ型窒化物半導体層２０とがこの順に形成されていてもよい。
【００２７】
ｐ型窒化物半導体層５０は上層に直接電極部が接触していてもよく、また、多層となった最上面に電極部が接していても良い。つまり、ｐ型窒化物半導体層５０の上に他の層が形成されている場合には、ｐ型窒化物半導体層５０の上に積層された他の層のうちの最上層の面上に、電極部が接していてもよい。
ｐ型窒化物半導体層５０は薄膜内部でホールを発生させる観点からｐ型ドーパントを含んでいてもよく、逆に、電極から直接界面の二次元ホールガスにホールを注入するためドーパントを含んでいなくても良い。Ｐ型ドーパントとしてはマグネシウムＭｇが一般的に用いられるが、ホールを発生させる不純物であればベリリウムＢｅ、亜鉛Ｚｎ等も用いることができる。
【００２８】
＜第２電極部＞
紫外線発光素子１００は、特に制限されないが、ｐ型窒化物半導体層５０へのホール注入効率を高める観点から第２電極部をさらに備えていてもよい。第２電極部は、ｐ型窒化物半導体層５０に導通するように、例えばｐ型窒化物半導体層５０上に形成される。
第２電極部は、ｐ型窒化物半導体層５０に効率的にホールを注入する観点からニッケルＮｉ、金Ａｕ、プラチナＰｔ、銀Ａｇ、ロジウムＲｈ及びパラジウムＰｄ等の仕事関数の大きな金属、又はこれらの合金や、酸化インジウムスズＩＴＯ等の酸化物電極等が望ましいがこの限りではない。
【００２９】
＜装置＞
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００は、各種の装置に適用可能である。
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００は、紫外線ランプが用いられている既存の全ての装置に適用可能であり、また置換可能である。特に、波長２８０ｎｍ以下の深紫外線を用いている装置に適用可能である。
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００は、例えば、医療又はライフサイエンス分野、環境分野、産業又は工業分野、生活又は家電分野、農業分野、及びその他分野の装置に適用可能である。
【００３０】
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００は、薬品や化学物質の合成又は分解装置、液体、気体、及び固体（容器、食品、医療機器等）に対する殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム、ガラス及び金属等の表面改質装置、半導体、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、プリント基板（ＰＣＢ）及びその他電子品製造用の露光装置、印刷又はコーティング装置、接着又はシール装置、フィルム、パターン及びモックアップ等の転写又は成形装置、紙幣、傷、血液及び化学物質等の測定又は検査装置に適用可能である。
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置や製氷皿、また貯氷容器及び製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク又は温水タンク、その流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。
【００３１】
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。
固体殺菌装置（表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用、歯科用、床屋用及び美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
【００３２】
＜第１電極部の製造方法＞
本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子の第１電極部３０は、基板１０と、ｎ型窒化物半導体層２０と、発光層４０と、ｐ型窒化物半導体層５０とがこの順に積層され、ｐ型窒化物半導体層５０と発光層４０とｎ型窒化物半導体層２０の一部とが除去され、ｎ型窒化物半導体層２０の一部が露出されたメサ形状の半導体ウエハに形成される。すなわち、露出したｎ型窒化物半導体層２０上に、まずＴｉを堆積させ、その上にＡｌを堆積し、さらにその上にＡｕＴｉ合金又はＴｉ、Ａｕ、或いはＡｕ単体を形成する堆積工程と、堆積工程後に熱処理するアニール工程と、を備える。
【００３３】
Ａｌ層を堆積する際の配置パターン及び各層の膜厚や膜厚の比率、アニールの際の温度を変更することにより、本願発明の第１電極部の構造を形成することができる。またアニール後に、第１電極部３０の上、つまりＡｕＴｉ合金又はＴｉ、Ａｕ、或いはＡｕ単体の上に、ＮｉやＡｕを堆積させることでパッド電極を形成することができる。一例としては、ｎ型窒化物半導体層２０上にＴｉを０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚みの範囲内で堆積した後、レジストでパターニングを行い、Ａｌを５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚みの範囲内で堆積する。リフトオフを行った後に、ＡｕＴｉの合金を５ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下の厚みの範囲内で堆積し、４００℃以上８００℃以下の温度の範囲内で１０秒間以上３００秒間以内の時間内でアニールする方法が挙げられる。
【００３４】
各成分を形成する方法は特に制限されないが、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等が挙げられる。また堆積工程前に、ｎ型窒化物半導体層２０の一部を露出するためのエッチング工程をさらに有していてもよい。このエッチング工程はドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。エッチング工程は所望のパターンで形成されたレジストを用いることでｎ型窒化物半導体層２０の所望の領域を露出することが可能である。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の一実施形態における紫外線発光素子を、実施例及び比較例を挙げて具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する各実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（１０）上に、ＡｌＮバッファ層、ｎ型窒化物半導体層２０としてのｎ−ＡｌＧａＮ層、発光層４０としてのＡｌＧａＮの多重量子井戸構造、及びｐ型窒化物半導体層５０としてのｐ−ＧａＮ層を、この順に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により製膜した。ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）のＡｌ組成は７５％とした。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて塩素系ガスでドライエッチングを行い、ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の一部を露出させた。
【００３６】
ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の露出した領域上の第１電極形成領域に、Ｔｉを１．０ｎｍ堆積し、レジストの開口部によるｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）への被覆率が５５％となるようにレジストでストライプ状のパターニングを行い、Ａｌ２０ｎｍを堆積した。リフトオフを行った後に、パターニングされたＡｌを含むＴｉ層上にＡｕＴｉ合金を８０ｎｍ堆積した。次いで５００℃１２０秒の熱処理をして第１電極部３０を形成した。各金属の堆積方法としてはスパッタ蒸着法を用いた。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いてｐ−ＧａＮ層（５０）上にＮｉ２０ｎｍ、Ａｕ３５ｎｍをこの順に堆積した。リフトオフを行った後、次いで５５０℃１８０秒の熱処理をして第２電極部を形成した。
その後、第１電極部３０及び第２電極部上にＮｉ２０ｎｍ、Ａｕ１０００ｎｍをこの順で堆積し、パッド電極を形成した。
【００３７】
＜実施例２＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（１０）上に、ＡｌＮバッファ層、ｎ型窒化物半導体層２０としてのｎ−ＡｌＧａＮ層、発光層４０としてのＡｌＧａＮの多重量子井戸構造、及びｐ型窒化物半導体層５０としてのｐ−ＧａＮ層を、この順に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により製膜した。ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）のＡｌ組成は７５％とした。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて塩素系ガスでドライエッチングを行い、ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の一部を露出させた。
【００３８】
ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の露出した領域上の第１電極形成領域に、Ｔｉを１．０ｎｍ堆積し、レジストの開口部によるｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）への被覆率が７０％となるようにレジストでストライプ状のパターニングを行い、Ａｌ２０ｎｍを堆積した。リフトオフを行った後に、パターニングされたＡｌを含むＴｉ層上にＡｕＴｉ合金を８０ｎｍ堆積した。次いで５００℃１２０秒の熱処理をして第１電極部３０を形成した。各金属の堆積方法としてはスパッタ蒸着法を用いた。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いてｐ−ＧａＮ層（５０）上にＮｉ２０ｎｍ、Ａｕ３５ｎｍをこの順に堆積した。リフトオフを行った後、次いで５５０℃１８０秒の熱処理をして第２電極部を形成した。
その後、第１電極部３０及び第２電極部上にＮｉ２０ｎｍ、Ａｕ１０００ｎｍをこの順で堆積し、パッド電極を形成した。
【００３９】
＜実施例３＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（１０）上に、ＡｌＮバッファ層、ｎ型窒化物半導体層２０としてのｎ−ＡｌＧａＮ層、発光層４０としてのＡｌＧａＮの多重量子井戸構造、及びｐ型窒化物半導体層５０としてのｐ−ＧａＮ層を、この順に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により製膜した。ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）のＡｌ組成は７５％とした。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて塩素系ガスでドライエッチングを行い、ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の一部を露出させた。
【００４０】
ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の露出した領域上の第１電極形成領域に、Ｔｉを３．０ｎｍ堆積し、レジストの開口部によるｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）への被覆率が６５％となるようにレジストでストライプ状のパターニングを行い、Ａｌ２０ｎｍを堆積した。リフトオフを行った後に、パターニングされたＡｌを含むＴｉ層上にＡｕＴｉ合金を８０ｎｍ堆積した。次いで５００℃１２０秒の熱処理をして第１電極部３０を形成した。各金属の堆積方法としてはスパッタ蒸着法を用いた。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いてｐ−ＧａＮ層（５０）上にＮｉ２０ｎｍ、Ａｕ３５ｎｍをこの順に堆積した。リフトオフを行った後、次いで５５０℃１８０秒の熱処理をして第２電極部を形成した。
その後、第１電極部３０及び第２電極部上にＮｉ２０ｎｍ、Ａｕ１０００ｎｍをこの順で堆積し、パッド電極を形成した。
【００４１】
＜実施例４＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（１０）上に、ＡｌＮバッファ層、ｎ型窒化物半導体層２０としてのｎ−ＡｌＧａＮ層、発光層４０としてのＡｌＧａＮの多重量子井戸構造、及びｐ型窒化物半導体層５０としてのｐ−ＧａＮ層を、この順に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により成膜した。ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）のＡｌ組成は７５％とした。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて塩素系ガスでドライエッチングを行い、ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の一部を露出させた。
【００４２】
ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の露出した領域上の第１電極形成領域に、Ｔｉを１．５ｎｍ堆積し、レジストの開口部によるｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）への被覆率が９０％となるようにレジストでストライプ状のパターニングを行い、Ａｌ２０ｎｍを堆積した。リフトオフを行った後に、パターニングされたＡｌを含むＴｉ層上にＡｕＴｉ合金を８０ｎｍ堆積した。次いで５００℃１２０秒の熱処理をして第１電極部３０を形成した。各金属の堆積方法としてはスパッタ蒸着法を用いた。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いてｐ−ＧａＮ層（５０）上にＮｉ２０ｎｍ、Ａｕ３５ｎｍをこの順に堆積した。リフトオフを行った後、次いで５５０℃１８０秒の熱処理をして第２電極部を形成した。
その後、第１電極部３０及び第２電極部上にＮｉ２０ｎｍ、Ａｕ１０００ｎｍをこの順で堆積し、パッド電極を形成した。
【００４３】
＜比較例１＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（１０）上に、ＡｌＮバッファ層、ｎ型窒化物半導体層２０としてのｎ−ＡｌＧａＮ層、発光層４０としてのＡｌＧａＮの多重量子井戸構造、及びｐ型窒化物半導体層５０としてのｐ−ＧａＮ層を、この順に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により製膜した。ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）のＡｌ組成は７５％とした。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて塩素系ガスでドライエッチングを行い、ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の一部を露出させた。
ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の露出した領域上の第１電極形成領域に、Ｔｉ１．５ｎｍ、Ａｌ５０ｎｍ、Ｔｉ３０ｎｍ、Ａｕ５０ｎｍをこの順に堆積した。
レジストリフトオフを行った後、次いで９００℃１２０秒の熱処理をして第１電極部３０を形成した。各金属の堆積方法としては電子ビーム蒸着法を用いた。その後、実施例と同様の方法及び条件で、第２電極部及びパッド電極を形成した。
【００４４】
＜比較例２＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（１０）上に、ＡｌＮバッファ層、ｎ型窒化物半導体層２０としてのｎ−ＡｌＧａＮ層、発光層４０としてのＡｌＧａＮの多重量子井戸構造、及びｐ型窒化物半導体層５０としてのｐ−ＧａＮ層を、この順に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により製膜した。ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）のＡｌ組成は７５％とした。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて塩素系ガスでドライエッチングを行い、ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の一部を露出させた。
ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の露出した領域上の第１電極形成領域に、Ｔｉ１．５ｎｍ、Ａｌ２０ｎｍ、Ｔｉ３０ｎｍ、Ａｕ５０ｎｍをこの順に堆積した。次いで４００℃１２０秒の熱処理をして第１電極部３０を形成した。各金属の堆積方法としては電子ビーム蒸着法を用いた。
その後、実施例と同様の方法及び条件で、第２電極部及びパッド電極を形成した。
【００４５】
＜比較例３＞
ＡｌＮ単結晶から得られたＡｌＮ基板（１０）上に、ＡｌＮバッファ層、ｎ型窒化物半導体層２０としてのｎ−ＡｌＧａＮ層、発光層４０としてのＡｌＧａＮの多重量子井戸構造、及びｐ型窒化物半導体層５０としてのｐ−ＧａＮ層を、この順に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により製膜した。ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）のＡｌ組成は７５％とした。
次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて塩素系ガスでドライエッチングを行い、ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の一部を露出させた。
ｎ−ＡｌＧａＮ層（２０）の露出した領域上の電極形成領域に、Ａｌ２０ｎｍ、Ｔｉ３０ｎｍ、Ａｕ５０ｎｍをこの順に堆積し、熱処理は行わずに、これらの積層体を第１電極部３０とした。各金属の堆積方法としては電子ビーム蒸着法を用いた。
その後、実施例と同様の方法及び条件で、第２電極部及びパッド電極を形成した。
【００４６】
以上の実施例及び比較例に示す手順により得られた各紫外線発光素子について、ｎ型窒化物半導体層（ｎ−ＡｌＧａＮ）２０のＡｌ組成、Ａｌ層の被覆率、Ａｌ間の平均距離、ｎ型窒化物半導体層（ｎ−ＡｌＧａＮ）直上のＴｉ層の厚み、第１電極部３０の反射率、第１電極部３０の電気特性を測定した。その結果を表１に示す。
ここで、実施例及び比較例として得た各紫外線発光素子に対して用いた評価方法は、以下の通りである。
【００４７】
（１）第１電極部の断面構造
第１電極部３０の断面構造（Ａｌ層の被覆率、Ａｌ層間の平均距離、Ｔｉの層厚）は、断面ＴＥＭにより評価した。金属及び合金の評価はＴＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散型X線分光法）による主要元素の面分析（Ａｌ、Ｇａ、Ｎ、Ｔｉ、Ｏ、Ｎｉ、Ａｕ）により行った。
（２）第１電極部の反射率
サファイア上に、該当する第１電極部を形成し、熱処理を行った後に２６５ｎｍの波長の光に対する反射率を測定し、結果に基づき良否判定を行った。数値は比較例１の第１電極部の反射率を１．０として、相対値として規格化した。
【００４８】
（３）第１電極部の電気特性
プラズマ中でドライエッチングを行うことにより形成したｎ−ＡｌＧａＮのエッチング面に対して、レジストを用いてパターニングを行い、該当する第１電極部を形成した。それぞれの第１電極部に対して、オーミックコンタクトの性能指数として、接触抵抗率を測定した。この接触抵抗率の測定は、ＣＴＬＭ（Ｃｉｒｃｕｌａｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｏｄｅｌ）測定法を用いて行った。接触抵抗測定用のリングパターンのギャップを２０μｍとし、電流１００ｍＡ通電時の電圧値を測定し、電気特性の評価を行った。
（４）発光素子の発光出力
実施例及び比較例に示す方法及び条件で作製した紫外線発光素子について１００ｍＡの定電流で発光出力を測定した。
【００４９】
【表１】
2017139414.tif 000003
【００５０】
表１に示す結果より、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子１００はＡｌ層３２のＴｉ層３１に対する被覆率が高いことにより、被覆率が３８％の紫外線発光素子（比較例１）と比べて反射率が優れることが理解される。また、被覆率が９５％以下であることで、被覆率が９８％の紫外線発光素子（比較例２）と比べて第１電極部の電気特性が優れることが理解される。これによって、本発明の一実施形態に係る紫外線発光素子によれば、光取り出し効率が高く、且つ、順方向電圧の低減が可能な紫外線発光素子を実現できることがわかる。なお、表１中の発光出力とは、駆動電流が１００ｍＡであるときの発光出力ｍＷを表したものである。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５２】
１０  基板
２０  ｎ型窒化物半導体層
３０  第１電極部
３１  Ｔｉ層
３２  Ａｌ層
３３  ＡｕＴｉ合金部
４０  発光層
５０  ｐ型窒化物半導体層
１００  紫外線発光素子
【図１】
2017139414.tif 000004
【図２】
2017139414.tif 000005