(57)【要約】      （修正有）【課題】キャリア注入効率を高め、外部量子効率ηＥＱＥが改善された紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）を提供する。【解決手段】ＵＶＬＥＤ素子は、ｎ型導電層、発光層、電子ブロック層、およびｐ型コンタクト層をこの順に備えている。ｐ型コンタクト層のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔおよび電子ブロック層のバンドギャップエネルギーＥＥＢＬがＥｃｏｎｔａｃｔ≦ＥＥＢＬを満たしている。ホールに対するバリア高さが３００ｍｅＶ以下である。【選択図】図４
2017085035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１，０＜ｙ１≦１）ｎ型導電層と、
発光層と、
Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１，０＜ｙ２≦１）電子ブロック層と、
Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１，０＜ｙ３≦１）ｐ型コンタクト層と
をこの順に備え、前記ｐ型コンタクト層のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔおよび前記電子ブロック層のバンドギャップエネルギーＥＥＢＬが
Ｅｃｏｎｔａｃｔ≦ＥＥＢＬ
を満たしている紫外発光ダイオード。
【請求項２】
前記ｐ型コンタクト層のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔおよび前記発光層にて発光する光の光子エネルギーＥｅｍｉｓｓｉｏｎが
Ｅｅｍｉｓｓｉｏｎ＜Ｅｃｏｎｔａｃｔ
を満たしている請求項１に記載の紫外発光ダイオード。
【請求項３】
前記ｐ型コンタクト層のアルミニウム分率ｙ３は、前記ｐ型コンタクト層のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔが
４．８３ｅＶ≦Ｅｃｏｎｔａｃｔ≦５．４５ｅＶ
を満たすようなものである、請求項１に記載の紫外発光ダイオード。
【請求項４】
前記ｐ型コンタクト層のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔおよび前記電子ブロック層のバンドギャップエネルギーＥＥＢＬが
０ｅＶ≦ＥＥＢＬ−Ｅｃｏｎｔａｃｔ≦０．９６６ｅＶ
を満たすものである、請求項１に記載の紫外発光ダイオード。
【請求項５】
前記電子ブロック層が多重量子障壁（ＭＱＢ）層であり、
前記ｐ型コンタクト層のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔおよび前記ＭＱＢ層におけるバンドギャップエネルギーの最大値ＥＭＱＢ−ｍａｘが、
Ｅｃｏｎｔａｃｔ≦ＥＭＱＢ−ｍａｘ
を満たすものである、請求項１に記載の紫外発光ダイオード。
【請求項６】
前記ｐ型コンタクト層のＭｇ濃度が１．０×１０１８／ｃｍ３以上、１．０×１０２１／ｃｍ３以下である、請求項１に記載の紫外発光ダイオード。
【請求項７】
前記ｐ型コンタクト層のホール濃度が１．０×１０１５／ｃｍ３以上、１．０×１０２１／ｃｍ３以下である、請求項１に記載の紫外発光ダイオード。
【請求項８】
ｎ型導電層のバンドギャップエネルギーが４．５ｅＶ以上、６．２ｅＶ以下である、請求項１に記載の紫外発光ダイオード。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の紫外発光ダイオードを紫外線の放出源として備える電気機器。
【請求項１０】
Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１，０＜ｙ１≦１）ｎ型導電層と、
発光層と、
Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１，０＜ｙ２≦１）電子ブロック層と、
Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１，０＜ｙ３≦１）ｐ型コンタクト層と
をこの順に備え、前記電子ブロック層における価電子帯のエネルギーの最大値とホールの擬フェルミ準位の値とのエネルギー差により定められるホールに対するバリア高さが、３００ｍｅＶ以下である紫外発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は紫外発光ダイオードおよびそれを備える電気機器に関する。さらに詳細には、本発明はキャリアの注入効率を高めた紫外発光ダイオードおよびそれを備える電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を利用する固体発光素子として、青色発光ダイオードが広く実用に付されている。より短い波長をもつ紫外域のために固体発光素子である窒化物半導体を利用した紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）も開発されている。紫外域のうち３５０ｎｍ以下の深紫外域の紫外線、特にＵＶＣ波長帯の一部となる２６０〜２８０ｎｍ程度の波長域の紫外線では、殺菌、浄水から医療応用まで広汎な用途が見込まれ、ＵＶＣ波長帯のＬＥＤすなわち深紫外ＬＥＤの開発も進められている。典型的な深紫外ＬＥＤの構成は、サファイア基板もしくはＡｌＮ単結晶基板を利用し、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、および窒素（Ｎ）を主な組成としインジウム（Ｉｎ）も含むことがある窒化ガリウムアルミニウム系の半導体による積層構造体を備えるものである。深紫外ＬＥＤでは出力の向上も図られており、１０ｍＷ程度の紫外線出力にて動作する深紫外ＬＥＤも実用化されている。
【０００３】
深紫外ＬＥＤの技術課題の一つに発光効率の改良を挙げることができる。発光効率の指標の一つが、外部量子効率ηＥＱＥであり、これは、外部に放出される単位時間当たりのフォトン数を、駆動電流をなす単位時間当たりのキャリア数で除算することにより定義される。この外部量子効率ηＥＱＥは、内部量子効率ηＩＱＥ、キャリア注入効率ηＩＮＪ、および光取出し効率ηＬＥＥの３つの因子の積の形により表現される。すなわち、
ηＥＱＥ＝ηＩＱＥ×ηＩＮＪ×ηＬＥＥ
の関係が成立する。
【０００４】
これまでの開発の結果、深紫外ＬＥＤにおける上記３つの因子のうち、内部量子効率ηＩＱＥについては飛躍的向上が達成され、光取出し効率ηＬＥＥについても進展してきた。そこで、キャリア注入効率ηＩＮＪを改善することが喫緊の課題となっている。特に、深紫外で発光させる場合、発光の光子エネルギーを左右するバンドギャップや発光後の透過率を高めて光取出し効率ηＬＥＥを維持するために、ｐ型層のためにアルミニウム分率を高めたｐ型ＡｌＧａＮが採用される。しかしこの場合にはキャリア注入効率ηＩＮＪが向上しにくくなるという問題が生じる。その一因は、Ｍｇアクセプターが高い活性化エネルギーを示し自己補償効果も強く現われてホール濃度を高めることが困難となるためである。
【０００５】
ｐｎ接合のためにｐ型ＡｌＧａＮを採用した場合に上記問題を克服してキャリア注入効率ηＩＮＪを改善する一つの手法が、発光層とｐ型コンタクト層との間の位置にバンドギャップの広い組成の電子ブロック層（ＥＢＬ）を導入する対策である。このＥＢＬの一形態としては多重量子障壁（ＭＱＢ）層を採用する手法も知られている。特に、ＭＱＢ層を採用した場合には、電子の物質波の多重反射により実質的な障壁高さを高めることができることから、ホール濃度を高めにくく結果としてＥＢＬの障壁高さも高めにくくなるようなアルミニウム分率が高い組成のｐ型ＡｌＧａＮ層においても、ＥＢＬの機能を確保しやすくなる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１０４９６９号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】I. Vurgaftman and J.R. Meyer, "Band parameters for nitrogen-containing semiconductors", J. Appl. Phys. 94, 3675 (2003)
【非特許文献２】M. Androulidaki et al., "Energy gaps and bowing parameters of InAlGaN ternary and quaternary alloys", phys. stat. sol. (c) 3, No. 6, 1866-1869 (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願の発明者らは、ＵＶＬＥＤにおいてキャリア注入効率ηＩＮＪの低さを克服する手法をかねてから探索してきた。その過程において、ＭＱＢ層を含め、ＥＢＬを採用しても期待通りの動作が実現できない現象がしばしば観察されることに気づいた。
【０００９】
本発明は、キャリア注入効率ηＩＮＪを高めるために本質的な解決策を提供することにより、外部量子効率ηＥＱＥが改善されたＵＶＬＥＤを提供し、もってＵＶＬＥＤを採用する電気機器の高性能化に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の発明者らは、ＭＱＢ層や単一バリアといったＥＢＬを採用する場合において、キャリア注入効率ηＩＮＪが期待通りとならない状況を詳しく調査した。その結果、キャリア注入効率ηＩＮＪが、ＥＢＬとＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）の組成のｐ型コンタクト層との間で相対的に決定される価電子帯オフセットに対し強く依存していることを見出した。ｐ型コンタクト層のＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）のアルミニウム分率ｙに対しＥＢＬの作用がどのように変化するかを詳細に調査する必要があるといえる。そこで、ＡｌＧａＮを採用するＬＥＤのバンドラインナップおよびキャリアカレント（電荷流）を求める数値シミュレーションを、ＥＢＬに接する位置のｐ型コンタクト層のＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）のアルミニウム分率ｙを種々変更しながら実施し、本発明が創出された。
【００１１】
すなわち、本発明のある態様では、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１，０＜ｙ１≦１）ｎ型導電層と、発光層と、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１，０＜ｙ２≦１）電子ブロック層と、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１，０＜ｙ３≦１）ｐ型コンタクト層とをこの順に備え、前記ｐ型コンタクト層のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔおよび前記電子ブロック層のバンドギャップエネルギーＥＥＢＬがＥｃｏｎｔａｃｔ≦ＥＥＢＬを満たしている紫外発光ダイオードが提供される。
【００１２】
また、本発明のある態様では、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１，０＜ｙ１≦１）ｎ型導電層と、発光層と、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１，０＜ｙ２≦１）電子ブロック層と、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１，０＜ｙ３≦１）ｐ型コンタクト層とをこの順に備え、前記電子ブロック層における価電子帯のエネルギーの最大値とホールの擬フェルミ準位の値とのエネルギー差により定められるホールに対するバリア高さが、３００ｍｅＶ以下である紫外発光ダイオードが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のいずれかの態様においては、キャリア注入効率ηＩＮＪを高め外部量子効率ηＥＱＥが改善されたＵＶＬＥＤが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態におけるＵＶＬＥＤ素子１００の概略構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明のある実施形態のＵＶＬＥＤのためのシミュレーション結果を示すグラフであり、アルミニウム分率ｙ＝０のｐ型コンタクト層について、厚み方向の位置に対するバンドダイヤグラム（図２Ａ）および電流密度分布（図２Ｂ）を示すグラフである。
【図３】アルミニウム分率ｙ＝０．４のｐ型コンタクト層について、バンドダイヤグラム（図３Ａ）および電流密度分布（図３Ｂ）を示すグラフである。
【図４】アルミニウム分率ｙ＝０．８のｐ型コンタクト層について、バンドダイヤグラム（図４Ａ）および電流密度分布（図４Ｂ）を示すグラフである。
【図５】アルミニウム分率ｙ＝１．０のｐ型コンタクト層について、バンドダイヤグラム（図５Ａ）および電流密度分布（図５Ｂ）を示すグラフである。
【図６】本発明のある実施形態のＵＶＬＥＤのためのシミュレーション結果をまとめたグラフである。
【図７】本発明のある実施形態のＵＶＬＥＤのためのシミュレーションによって判明したｐ型コンタクト層のアルミニウム分率に対するホールに対するバリア高さの依存性のグラフである。
【図８】本発明のある実施形態においてキャリア注入効率のホールに対するバリア高さ依存性のグラフである。
【図９】図９Ａは、本発明のある実施形態においてバンドラインナップにおける価電子帯オフセットとＭｇの活性化エネルギーのアルミニウム分率依存性であり、図９Ｂは、それらの和と図７に示したホールに対するバリア高さのアルミニウム分率依存性とを重ねて示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る紫外ＬＥＤ素子（以下、「ＵＶＬＥＤ素子」という）に関する実施形態を図面に基づき説明する。当該説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また各図は各部の互いの縮尺を保って示されてはいない。
【００１６】
１．ＵＶＬＥＤ素子の構成
図１は本実施形態におけるＵＶＬＥＤ素子１００の概略構成を示す概略断面図である。ＵＶＬＥＤ素子１００では、典型的には概して平板状のα−Ａｌ２Ｏ３単結晶であるサファイア基板１１０の一方の面１０４にＡｌＮ結晶等の材質のバッファー層１２０がエピタキシャル成長される。そのバッファー層１２０に接してｎ型導電層１３２、発光層１３４、および電子ブロック層（ＥＢＬ）１３８がこの順に積層しエピタキシャル成長により形成されている。これらの層の材質は、典型的にはＡｌＧａＮまたはそれに微量元素（ｎ型のためにはＳｉ、ｐ型のためにはＭｇなど）をドーピングした組成である。ｎ型導電層１３２にはｎ型電極１４０が電気的に接続されている。これに対し、ＥＢＬ１３８にはｐ型コンタクト層１５０さらに光反射器としても利用されるｐ型電極１６０が配置される。ｐ型電極１６０は、ｐ型コンタクト層１５０を介し、ＥＢＬ１３８との電気的接続を確立している。そして、サファイア基板１１０の他方の面である光取出し面１０２から光出力が放射される。
【００１７】
ｎ型導電層１３２は、ｎ型になるようＳｉがドーピングされた層すなわちＡｌＧａＮ；Ｓｉ層である。後述するシミュレーションで計算に採用する条件（「典型的条件」）では、例えば１００ｎｍ厚のＡｌ０．５４Ｇａ０．４６Ｎ；Ｓｉ層である。発光層１３４は例えばＭＱＷ（多重量子井戸）積層体であり、典型的条件では３つの量子井戸を含む周期構造とされて、２ｎｍ厚のＡｌ０．３４Ｇａ０．６６Ｎ組成の量子井戸を３層配し、その間に４ｎｍ厚のＡｌ０．５４Ｇａ０．４６Ｎ組成の障壁層を置くものを採用する。量子井戸の第３層目の次には、さらにスペーサー層を含んでおり、典型的条件では１０ｎｍ厚のＡｌ０．５４Ｇａ０．４６Ｎ組成の層をそのスペーサー層のために採用する。発光層１３４のＭＱＷ積層体はこのような内部構造をもつ。
【００１８】
ＥＢＬ１３８およびｐ型コンタクト層１５０は、ｐ型導電性となるようＭｇをドープしたＡｌＧａＮの層すなわちＡｌＧａＮ；Ｍｇ層である。そのうちＥＢＬ１３８は、例えば広いバンドギャップを持つようにＡｌ分率が高められた単一層のＡｌＧａＮ；Ｍｇ層である。実施の際には、任意選択としてＥＢＬ１３８をＭＱＢにより構成することもできる。典型的条件では、ＥＢＬ１３８は１６ｎｍ厚のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ｎ組成とする。ｐ型コンタクト層１５０は、典型的条件では１００ｎｍ厚のＡｌｙＧａ１−ｙＮ組成とする。後述するシミュレーションではこのアルミニウム分率ｙを０≦ｙ≦１の範囲で変化させることにより、ＥＢＬ１３８とｐ型コンタクト層１５０との間で相対的に決定されるバンドオフセットを変化させて動作を検証する。
【００１９】
ｎ型導電層１３２ならびにｐ型層（ＥＢＬ１３８およびｐ型コンタクト層１５０）ではそれぞれにＳｉおよびＭｇが適切な濃度となるようにドーピングされ、典型的条件でのドーピング濃度はそれぞれ５×１０１８／ｃｍ３および３×１０１９／ｃｍ３である。
【００２０】
２．シミュレーション
上述したＵＶＬＥＤ素子１００の構成を採用した場合のキャリア注入効率ηＩＮＪを予測するために計算機による数値シミュレーションを実施した。当該数値シミュレーションに際し、本願の発明者は、ＬＥＤ素子におけるバンド設計のためのソフトウエア（"SiLENSe"、STR Group, Inc. サンクトペテルブルク市、ロシア）を採用した。また、ＡｌＧａＮのすべての層がＡｌ０．５４Ｇａ０．４６Ｎと格子整合していること、および、ｎ型およびｐ型の双方でオーミックコンタクトが実現していること、との仮定を置いた。他の条件は上述した典型的条件に一致させた。
【００２１】
図２〜５は本実施形態のＵＶＬＥＤ１００のためのシミュレーション結果を示すグラフであり、ｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率ｙを、ｙ＝０（図２）、ｙ＝０．４（図３）、ｙ＝０．８（図４）および、ｙ＝１．０（図５）と変化させている。図２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａは厚み方向の位置に対するバンドダイヤグラムであり、電子のバンドプロファイルと、電子およびホール（正孔）の擬フェルミ準位（それぞれＥＦｎ、ＥＦｐ）を示している。図２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂは電流密度分布を示しており、やはり電子およびホールについて示している。各グラフの横軸ｚはｎ型導電層１３２〜ｐ型コンタクト層１５０の範囲の積層厚方向の座標であり、ＥＢＬ１３８およびｐ型コンタクト層１５０は、それぞれ、１２４ｎｍ≦ｚ≦１４０ｎｍの範囲および１４０ｎｍ≦ｚ≦２４０ｎｍの範囲を占めている。シミュレーション計算の条件は電流密度を１０Ａ／ｃｍ２に固定し、オージェ過程も考慮される計算とした。
【００２２】
図２〜５に示すように、バンドプロファイルおよび擬フェルミ準位は、ｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率ｙに対し大きく変動した。アルミニウム分率ｙが増大すると、Ｍｇアクセプターの活性化エネルギーが増大し、それによりｐ型コンタクト層１５０におけるホールの擬フェルミ準位ＥＦｐは価電子帯端に対して上昇する（図２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａ）。その際、ホール濃度は、アルミニウム分率ｙの増大に応じ１×１０１８／ｃｍ３（ｐ−ＧａＮの場合）から３×１０１５／ｃｍ３（ｐ−ＡｌＮの場合）まで単調に減少している。
【００２３】
これに対し、発光層１３４へのキャリア注入効率は単調に変化するわけではない。図２Ａおよび図２Ｂのｐ型ＧａＮ（アルミニウム分率ｙ＝０）の場合、ホール注入効率が低く、再結合することなく殆どすべての電流がＬＥＤ全体を通り抜けてしまい、キャリア注入効率ηＩＮＪが小さな値にとどまっている。そこからアルミニウム分率ｙが増してゆくと、キャリアは再結合しはじめ、キャリア注入効率が改善してゆく（図３Ｂ）。そしてアルミニウム分率ｙ＝０．８になると、ほとんどすべてのキャリアが量子井戸にて再結合し、キャリア注入効率が１に近付く（図４Ｂ）。ところが、図５Ｂに示したとおり、過大なアルミニウム分率ｙでは急激にホール注入効率が低下し、キャリア注入効率ηＩＮＪも悪化することとなる。
【００２４】
図６は、上記シミュレーション結果をまとめたグラフである。横軸はｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率ｙであり、縦軸はキャリア注入効率ηＩＮＪである。ｙＥＢＬが示す位置はシミュレーションで採用したＥＢＬ１３８におけるアルミニウム分率ｙの値（０．９）である。上述したように、キャリア注入効率ηＩＮＪは、アルミニウム分率ｙを０から増大させるとｙの値に対し超線形的な増加を示し、ｙ＝０．８の位置で最大値をとる。そしてアルミニウム分率ｙがＥＢＬ１３８における値ｙＥＢＬ以上となる付近ではキャリア注入効率ηＩＮＪは急速に低下する。この結果は、ホールの注入効率の観点から見てＡｌＧａＮを材質とするｐ型コンタクト層１５０がアルミニウム分率ｙの最適値を持ちうることを明確に示すものである。
【００２５】
３．解析
上記シミュレーション結果を解析することにより、本願の発明者らは、ホールの注入効率の値を決定するものがＥＢＬ１３８におけるホールに対するバリア高さであると考えるに至った。本文脈でのホールに対するバリア高さとは、「ＥＢＬにおける価電子帯のエネルギーの最大値とホールの擬フェルミ準位の値とのエネルギー差」と定義される。当該バリア高さは位置に依存していることから、ＥＢＬ１３８の厚み全域にわたる幾何平均を採用する。
【００２６】
図７は本シミュレーションによって判明したｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率に対する、ホールに対するバリア高さの依存性のグラフである。図７にはアルミニウム分率ｙが異なるｐ型コンタクト層１５０についてのホールに対するバリア高さが示されている。当該バリア高さは、アルミニウム分率が増加するにつれて減少し、ｙ＝０．８のところで最小値を示す。この傾向は、図６に示したアルミニウム分率ｙ−キャリア注入効率ηＩＮＪとの関連を示唆するといえることから、さらに図８に、キャリア注入効率ηＩＮＪをバリア高さの関数としてプロットした。図８中の曲線は目安のために示したものである。アルミニウム分率ｙの値に対し上に凸（図６）また下に凸（図７）という依存性が見出されていたホールに対するバリア高さとキャリア注入効率との間には、図８により明らかなように、むしろ直接的ともいえる一意性が見出される。このことが示すのは、ホール注入効率にとってホールに対するバリア高さが良好な指標となること、すなわち、当該バリア高さがホール注入効率を通じキャリア注入効率ηＩＮＪの値を説明する変数といえることである。そして、ホールに対するバリア高さが、３００ｍｅＶ以下であれば、計算上は０．８を超す高いキャリア注入効率が実現できることが確かめられた。
【００２７】
次に、ホールに対するバリア高さがｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率ｙに対して示す依存性（図７）の生成原因を詳述する。図９には、ＥＢＬ１３８とｐ型コンタクト層１５０との間で価電子帯が示すバンドオフセット（価電子帯オフセット）ΔＥｖ、Ｍｇの活性化エネルギーＥａ、そしてそれらの和ΔＥｖ＋Ｅａを、ｐ型コンタクト層１５０におけるアルミニウム分率ｙの関数として示す（図９Ａ）。図９Ａには、ΔＥｖ、Ｅａの示すバンドとの関係を模式図にて付記している。ホールについての擬フェルミ準位は、バルク近似の極限ではＭｇアクセプターレベルに比例することから、上記和ΔＥｖ＋ＥａがＥＢＬ１３８とｐ型コンタクト層１５０の界面におけるホールに対するバリア高さの目安を与えるであろう。
【００２８】
アルミニウム分率ｙが増大するにつれて、活性化エネルギーＥａは１６０ｍｅＶから５００ｍｅＶへと増大することから、バリア高さを増大させ、かつホール濃度を減少させるように現実に作用している。しかし、価電子帯オフセットΔＥｖは、アルミニウム分率ｙの増大につれて活性化エネルギーＥａ増大よりも急激に減少してゆく。結果、上記和ΔＥｖ＋Ｅａはアルミニウム分率ｙ増大に対し減少することとなる。図９Ｂには、再度プロットしたバリア高さ（図７）に合せて上記和ΔＥｖ＋Ｅａが描かれている。図９Ｂでは和ΔＥｖ＋Ｅａの値がバンドベンディングに合せ３２０ｍｅＶだけシフトされている。このように、上記和ΔＥｖ＋Ｅａの値の変化は、ホールに対するバリア高さの変化を見事に再現している。以上から、アルミニウム分率ｙ増大にともなうホールに対するバリア高さの減少が、ＥＢＬ１３８とｐ型コンタクト層１５０の間の価電子帯オフセットの減少に起因していることが確かめられた。
【００２９】
上述した説明から、アルミニウム分率ｙが０．８を超す位置でホールに対するバリア高さが急増する現象はこれとは別の機構により生じているといえる。それでも依然として、図８に示したように当該バリア高さがホール注入効率の指標となることは確かめられており、ホール注入効率の改善のためにホールに対するバリア高さを調整することが重要である。
【００３０】
４．バンドギャップ
上述したようにＥＢＬ１３８のホールに対するバリア高さを減少させればキャリア注入効率が高まることが確認された（図８）。しかしホールに対するバリア高さは、ｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率ｙが０．８を超すと急増し、ＥＢＬ１３８と一致する０．９を超え１となると最大となる（図７）。上述したようにアルミニウム分率ｙが０．８を超す組成でのバリア高さの増加は上述したものとは別の機構で説明される。
【００３１】
本願の発明者らは、ＥＢＬ１３８における伝導帯の傾斜に注目した。図２Ａ〜図５Ａを順にみると、この厚み範囲（１２４ｎｍ≦ｚ≦１４０ｎｍ）における伝導帯の傾斜が、ｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率ｙが０、０．４、０．８では右上がりであるのに対し、アルミニウム分率ｙが１では右下がりとなっている。アルミニウム分率ｙが０．８ではほとんどのキャリアが再結合しているのに対し（図４Ｂ）、１．０では、再結合せずに通り抜けている（図５Ｂ）。これは、アルミニウム分率ｙがＥＢＬ１３８の値である０．９より少ない領域ではＥＢＬ１３８が電子のブロック機能を果たして電子を堰き止めているのに対し、０．９より多くなるとＥＢＬ１３８が電子を通過させてしまっていることを意味する。右下がりのＥＢＬ１３８の伝導帯は、右方向に移動する電子にとって、実質的なＥＢＬ１３８の厚みを減少させる役割を果たすことから、ＥＢＬ１３８のブロック機能は当該アルミニウム分率ｙが０．８を超えると急速に毀損されている。このように、ｐ型コンタクト層１５０とＥＢＬ１３８のバンドギャップの大小関係によって、伝導帯のＥＢＬ１３８とｐ型コンタクト層１５０の界面での接続の大小関係が決まり、その大小関係が、ＥＢＬ１３８における伝導帯の傾斜を通じて電子に対するＥＢＬ１３８の作用の効力を決定している。
【００３２】
具体的には、ｐ型コンタクト層１５０のバンドギャップが、ＥＢＬ１３８のものを超えると、電子がリークすることにより、再結合のためのキャリア注入効率が急速に低下する。したがって、ＥＢＬ１３８のバンドギャップエネルギーＥＥＢＬが
Ｅｃｏｎｔａｃｔ≦ＥＥＢＬ
を満たしていることにより、キャリア注入効率の低下を防ぎつつ動作させることができる。ただし、Ｅｃｏｎｔａｃｔはｐ型コンタクト層１５０のバンドギャップエネルギーである。ＥＥＢＬおよびＥｃｏｎｔａｃｔは図４Ａに示した例のように各位置で値が決まり、伝導帯と価電子帯のエネルギー差であるため材質が同一の範囲では殆ど一定となる。さらに、上記アルミニウム分率ｙの増大でｐ型領域のｐ型コンタクト層１５０のホール密度自体が小さくなっていれば、電子が電気伝導を担ってしまいホールは注入されにくくなる。ＥＢＬ１３８のホールのバリア高さがこの領域で増大する上述した理由については、ＥＢＬ１３８の価電子帯が、伝導帯のｐ型コンタクト層１５０に対する界面での大小関係の影響を受けて押し下げられ、価電子帯高さ（紙面下方方向の値）が大きくなるためと説明できることから、ホール注入効率の説明とも矛盾しない。
【００３３】
次に、数値シミュレーションにおけるＥＢＬ１３８およびｐ型コンタクト層１５０のバンドギャップエネルギーＥｇの与え方について説明する。本実施形態では、それらの材質の組成式がＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮと表せる場合に、バンドギャップエネルギーＥｇを次の近似式により与える。
Ｅｇ（ｘ，ｙ）＝ｘＥｇＩｎＮ＋ｙＥｇＡｌＮ＋（１−ｘ−ｙ）ＥｇＧａＮ
−ｂＡｌ−Ｉｎｘｙ−ｂＡｌ−Ｇａ（１−ｘ−ｙ）ｙ−ｂＧａ−Ｉｎｘ（１−ｘ−ｙ）
ただし、ＥｇＩｎＮ、ＥｇＡｌＮ、およびＥｇＧａＮは、ＩｎＮ、ＡｌＮ、およびＧａＮのバンドギャップエネルギー、ｂＡｌ−Ｉｎ、ｂＡｌ−Ｇａ、およびｂＧａ−Ｉｎは線形補間からのずれの程度を決定するためのボーイングパラメータ（bowing parameter）、である。
【００３４】
この近似式に使用されるＥｇＩｎＮ、ＥｇＡｌＮ、およびＥｇＧａＮや、ｂＡｌ−Ｉｎ、ｂＡｌ−Ｇａ、およびｂＧａ−Ｉｎの各値は、理想的には実物を模擬できる値とするべきである一方、信頼できる文献に基づく値を採用することが実際的である。ただし、いずれの上記各値は基づく文献によっても異なる。さらに、バンドギャップエネルギーは、昇温とともに減少する依存性を示す。例えば、ある代表的文献（非特許文献１）では、０Ｋ（ケルビン）および３００Ｋのそれぞれの温度でのバンドギャップエネルギーに対し、
ＥｇＡｌＮ＝６．２５ｅＶ（０Ｋ），６．２１ｅＶ（３００Ｋ）
ＥｇＧａＮ＝３．５１ｅＶ（０Ｋ），３．４３ｅＶ（３００Ｋ）
ＥｇＩｎＮ＝０．７８ｅＶ（０Ｋ），０．７６ｅＶ（３００Ｋ）
との値が報告されている。また、ｂＡｌ−Ｉｎ、ｂＡｌ−Ｇａ、およびｂＧａ−Ｉｎの値も文献によって異なり、例えばｂＡｌ−Ｇａは非特許文献１では０．７ｅＶが推奨され、別の非特許文献２では１．０ｅＶとされている。
【００３５】
そこで、本願の発明者は、バンドギャップエネルギーの値は特に明示しない限り、３００Ｋにおける値を採用することとする。さらに、計算に用いたシミュレーションソフトウエア（SiLENSe）では下記値を使用した上記近似式が採用される。
ＥｇＡｌＮ＝６．１５８ｅＶ
ＥｇＧａＮ＝３．４３８ｅＶ
ＥｇＩｎＮ＝０．６４２ｅＶ
ｂＡｌ−Ｇａ＝１．０ｅＶ
ｂＧａ−Ｉｎ＝１．２ｅＶ
ｂＡｌ−Ｉｎ＝４．５ｅＶ
本願の発明者はシミュレーションによる解析に当たりこれらの値をそのまま採用した。なお、ここでのバンドギャップエネルギーは温度３００Ｋ（室温）での値である。また、本出願の数値シミュレーションにおいて採用したバンドギャップエネルギーは、特段説明の無い場合、温度３００Ｋの値である。留意すべきは、本出願においてバンドギャップエネルギーの大小関係や数値自体により特定される事項が３００Ｋのみで成立するべき事項ではなく、例えば、ＵＶＬＥＤ素子１００における動作時の局所的な素子の温度において各事項が満たされていれば、所期の動作が期待できる点である。
【００３６】
アルミニウム分率に基づいて説明したＡｌＧａＮの性質は、その材質にＩｎを含む場合、相応の修正を要する。しかし、特にエネルギーギャップに着目して特徴付けした場合には、そのような修正は不要となり上記近似式でのインジウム分率ｘを０以外としても、ＥＢＬ１３８とｐ型コンタクト層１５０のエネルギーギャップに関する説明はそのまま成立する。このことは、アルミニウム分率やインジウム分率といった組成よりもバンドギャップエネルギーこそが効率を決定していると発明者らが考える理由の一つである。
【００３７】
組成の異なる半導体層の接触界面を通過するキャリアの振舞いがバンドギャップエネルギーにより決定されるもう一つの理由は、その界面におけるバンド端のエネルギー差（バンドオフセット）も両側の材質のバンドギャップにより推定できるためである。ホールにとってバンドオフセットを与えるのは上述した価電子帯オフセットΔＥｖである。組成の異なる半導体層の接触界面では、この価電子帯オフセットΔＥｖの値と、電子にとってバンドオフセットを与える伝導帯オフセットΔＥｃの値との和により、界面両側のバンドギャップ同士の差ΔＥｇが説明される。すなわち、
ΔＥｃ＋ΔＥｖ＝ΔＥｇ
の関係が成り立つ。そして価電子帯オフセットΔＥｖと伝導帯オフセットΔＥｃとでバンドギャップの差ΔＥｇを分け合う比率は、経験則として、ＡｌＮ−ＧａＮの混晶組成の全域において不変としても差し支えない。本実施形態のシミュレーションでも、ＡｌＮ−ＧａＮの混晶組成の全域について、
ΔＥｖ＝０．２９ΔＥｇ
という関係を仮定することができる。つまり上記経験則に基づいて、界面両側の半導体のバンドギャップエネルギーによりキャリアの振舞いが決定されるという関係が担保されている。
【００３８】
バンドギャップに着目した場合、好ましくは種々の追加の関係によりＵＶＬＥＤ素子１００の好ましい実施形態を提供することができる。ｐ型コンタクト層１５０のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔおよび発光層１３４にて発光する光の光子エネルギーＥｅｍｉｓｓｉｏｎがＥｅｍｉｓｓｉｏｎ＜Ｅｃｏｎｔａｃｔを満たしていると、ｐ型コンタクト層１５０およびそれよりもエネルギーギャップの大きい発光層１３４が発光される光に対し透明となる。このため、光がｐ型コンタクト層１５０で吸収されずＵＶＬＥＤ素子１００の発光効率が向上する。
【００３９】
また、ｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率は、ｐ型コンタクト層１５０のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔが４．８３ｅＶ≦Ｅｃｏｎｔａｃｔ≦５．４５ｅＶを満たすようなものとすると好ましい実施形態となる。ｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率をこのように定めれば、発光効率が特に向上する。このようなｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率は、インジウム分率が小さい場合には６０％〜８０％に相当する。  
【００４０】
また、ｐ型コンタクト層１５０のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔおよびＥＢＬ１３８のバンドギャップエネルギーＥＥＢＬが０≦ＥＥＢＬ−Ｅｃｏｎｔａｃｔ≦０．９６６ｅＶを満たす実施形態は好ましいものとなる。ｐ型コンタクト層１５０およびＥＢＬ１３８がこの条件を満たすような組成にされれば、シミュレーションにより確認された良好な動作が実現される。ＥＢＬ１３８が単一障壁でアルミニウム分率が０．９とした上記シミュレーションに具体的に対応させれば、このようなｐ型コンタクト層１５０のアルミニウム分率は、６０％〜８０％に相当する。なお、この組成比の範囲でＥＥＢＬ−Ｅｃｏｎｔａｃｔ＝０．９６６ｅＶとなるのは、ＥＢＬ１３８が単一障壁のＥＥＢＬが５．７９６ｅＶ（アルミニウム分率が０．９）、ｐ型コンタクト層１５０のＥｃｏｎｔａｃｔが４．８３０ｅＶ（同、０．６）となるためである。
【００４１】
また好ましい実施形態では、ｎ型導電層１３２のバンドギャップエネルギーが４．５ｅＶ以上とされる。この場合、ｎ型導電層１３２の光透過率が波長３００ｎｍの光に対して８０％以上となるため、発光する光にとってｎ型導電層１３２が透明となり光取り出し効率が向上する。この条件を満たすｎ型導電層１３２は、インジウム分率が小さい場合にはアルミニウム分率を５０％以上とすることにより得られる。また、ｎ型導電層１３２のバンドギャップエネルギーはさらに好ましくは６．２ｅＶ以下とされる。これにより、５０％以上１００％以下の任意のアルミニウム分率に応じた材質によって、ｎ型導電層１３２を作製することができる。なお、バンドギャップエネルギーが６．２ｅＶを超えるような材質でｎ型導電層１３２を作製したからといって、深紫外域として実用される光の領域でのさらなる透過性が見込めるわけではない。６．２ｅＶの光子エネルギーの光は深紫外域でも最も短い波長といえるためである。
【００４２】
５．多重量子障壁（ＭＱＢ）
ＥＢＬ１３８が多重量子障壁（ＭＱＢ）である場合にも、上述した説明は僅かな修正で適用できる。その際、実際のＭＱＢを的確に適用するためには、電子に対して実質的なバリア高さが高くなるように設計されるＭＱＢの細部が考慮される。つまり、実際のＭＱＢの実質的なバリア高さに影響する設計の要素は、例えばＭＱＢ周期をどの程度にするか、ＭＱＢ周期を複数含むか、ＭＱＢ全体の厚み、ＭＱＢにおける伝導帯の傾斜、およびＭＱＢ各層の組成に依存する。それでも、ＥＢＬ１３８がＭＱＢである場合には、バンドギャップエネルギーＥＥＢＬに代えＭＱＢ層におけるバンドギャップエネルギーの最大値ＥＭＱＢ−ｍａｘにより、ｐ型コンタクト層１５０のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔと対比して、
Ｅｃｏｎｔａｃｔ≦ＥＭＱＢ−ｍａｘ
を満たすものではキャリア注入効率の低下を防ぎつつ動作させることができ、発光層でのキャリア再結合が促進され発光効率が向上する。なお、上記バンドギャップエネルギーの最大値に代え、ＭＱＢの各層でのバンドギャップによる平均のバンドギャップエネルギーがｐ型コンタクト層１５０のバンドギャップエネルギーＥｃｏｎｔａｃｔと等しいかより大きい場合には、さらにＭＱＢ層に強い電子ブロックの機能が期待できるため好ましい。
【００４３】
６．実施例
以下、シミュレーションにより獲得した知見を実際のＵＶＬＥＤ素子にて確認した実施例に基づき本発明をさらに具体的に説明する。本実施例は、シミュレーションにより獲得した知見を生かせる範囲で作製条件に変更を加えたＵＶＬＥＤ素子の動作を確認している。実際のＵＶＬＥＤ素子で上述したシミュレーションに対応した動作が得られることは別途確認している。このため、ここで示す実施例は、シミュレーションにおける計算の条件と必ずしも同一の条件にてＵＶＬＥＤ素子を作製したものではない。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順、要素または部材の向きや具体的配置等は本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することかできる。したがって、本発明の範囲は以下の具体例に限定されるものではない。説明済みの図面および符号を引き続き使用する。
【００４４】
６−１．実施例１
ＵＶＬＥＤ素子１００を含む紫外線発光モジュールを製造した。まず、第１面が（０００１）面、かつ、（０００１）面からのオフ角が０．２０°のサファイア基板を有機金属気相成長装置のサセプタ上に設置し、キャリアガスとして水素を供給しながら、装置炉内温度が１１００℃、かつ、炉内圧力が１０ｋＰａになるのを待って、窒化物半導体薄膜の形成を開始した。なお、キャリアガスの種類、炉内圧力は、成膜中は前記の状態でそれぞれ一定に保った。炉内の状態が安定した後、ＩＩＩ族原料としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を連続的に５０ｓｃｃｍ、Ｖ族原料としてＮＨ３をパルス状にＯＮ・ＯＦＦさせながら１００ｓｃｃｍ供給することにより、ＡｌＮ結晶核を約２０ｎｍ形成した。次にキャリアガスのみ供給した状態で１３００℃まで昇温した後、ＩＩＩ族原料としてＴＭＡを連続的に２００ｓｃｃｍ、Ｖ族原料としてＮＨ３を連続的に４００ｓｃｃｍ供給することにより、全体の膜厚が約４μｍとなるＡｌＮ下地層を形成した。この方法で形成されるＡｌＮ下地層の（１０−１２）面に対するＸ線回折のωスキャンによるＸ線ロッキングカーブ（Ｘ−Ｒａｙ  Ｒｏｃｋｉｎｇ  Ｃｕｒｖｅ：ＸＲＣ）の半値幅を別途測定すると、約３５０ａｒｃｓｅｃであった。
【００４５】
ＡｌＮ下地層形成後、キャリアガスのみを供給した状態で、炉内温度を再び１１００℃まで降温し、ＩＩＩ族原料としてＴＭＡおよびＴＭＧ（トリメチルガリウム）をそれぞれ５０ｓｃｃｍおよび２０ｓｃｃｍ、ｎ型不純物ドーパント原料としてＴＥＳｉ（テトラエチルシラン）を３ｓｃｃｍ、Ｖ族原料としてＮＨ３を２ＳＬＭ供給することにより、全体の膜厚が１．５μｍとなるｎ型導電層１３２を形成した。形成されたＡｌＧａＮのＡｌ組成は約０．６０であった。
【００４６】
ｎ型導電層１３２の形成後、炉内温度はそのままとして、ＩＩＩ族原料としてＴＭＡおよびＴＭＧをそれぞれ５０ｓｃｃｍおよび２０ｓｃｃｍ、Ｖ族原料としてＮＨ３を２ＳＬＭ供給することにより、全体の膜厚が約１０ｎｍとなる障壁層を形成した。この方法で形成される障壁層を構成するＡｌＧａＮのＡｌ組成は０．６０であった。次に、ＩＩＩ族原料としてＴＭＡおよびＴＭＧをそれぞれ５０ｓｃｃｍおよび３０ｓｃｃｍ、Ｖ族原料としてＮＨ３を２ＳＬＭ供給することにより、全体の膜厚が約２ｎｍとなる量子井戸を形成した。この方法で形成される量子井戸を構成するＡｌＧａＮのＡｌ組成は約０．４５であった。さらに、これらの障壁層と量子井戸を交互に形成することで、４層の量子井戸で構成される多重量子井戸構造をもつ発光層１３４を形成した。
【００４７】
さらに、多重量子障壁（ＭＱＢ）の電子ブロック層（ＥＢＬ）１３８を形成した。上記多重量子井戸の発光層１３４を形成した後、炉内温度はそのままとして、ＩＩＩ族原料としてＴＭＡおよびＴＭＧをそれぞれ５０ｓｃｃｍおよび３ｓｃｃｍ、ｐ型不純物ドーパント原料としてＣｐ２Ｍｇ（ビズ（シクロペンタジエニル）マグネシウム）を１００ｓｃｃｍ、Ｖ族原料としてＮＨ３を２ＳＬＭ供給することにより、全体の膜厚が約１０ｎｍとなる第１の電子ブロック層を形成した。次に、ＩＩＩ族原料としてＴＭＡおよびＴＭＧをそれぞれ５０ｓｃｃｍおよび２０ｓｃｃｍ、ｐ型不純物ドーパント原料としてＣｐ２Ｍｇを１００ｓｃｃｍ、Ｖ族原料としてＮＨ３を２ＳＬＭ供給し、全体の膜厚が約２ｎｍとなる第２の電子ブロック層を形成した。同様に、ＩＩＩ族原料としてＴＭＡおよびＴＭＧをそれぞれ５０ｓｃｃｍおよび３ｓｃｃｍ、ｐ型不純物ドーパント原料としてＣｐ２Ｍｇを１００ｓｃｃｍ、Ｖ族原料としてＮＨ３を２ＳＬＭ供給することにより、全体の膜厚が約８ｎｍとなる第３の電子ブロック層を形成した。そして、ＩＩＩ族原料としてＴＭＡおよびＴＭＧをそれぞれ５０ｓｃｃｍおよび２０ｓｃｃｍ、ｐ型不純物ドーパント原料としてＣｐ２Ｍｇを１００ｓｃｃｍ、Ｖ族原料としてＮＨ３を２ＳＬＭ供給することにより、全体の膜厚が約１０ｎｍとなる第４の電子ブロック層を形成した。こうして第１〜第４の電子ブロック層が積層されたＭＱＢ構造のＥＢＬ１３８を形成した。この方法で形成されるＭＱＢ構造のＥＢＬ１３８を構成するＡｌＧａＮのＡｌ組成は、それぞれ約０．９４、約０．６０、約０．９４、および約０．６０であった。
【００４８】
ＭＱＢ構造のＥＢＬ１３８の形成に続けてｐ型コンタクト層１５０を形成した。ＥＢＬ１３８の形成後、炉内温度はそのままとし、ＩＩＩ族原料としてＴＭＡおよびＴＭＧをそれぞれ２５ｓｃｃｍおよび３ｓｃｃｍ、ｐ型不純物ドーパント原料としてＣｐ２Ｍｇを１００ｓｃｃｍ、Ｖ族原料としてＮＨ３を２ＳＬＭ供給することにより、全体の膜厚が約５０ｎｍとなるｐ型コンタクト層１５０を形成した。この方法で形成されるｐ型コンタクト層１５０を構成するＡｌＧａＮのＡｌ組成は約０．８０であった。
【００４９】
ｐ型コンタクト層１５０の形成後、キャリアガスのみを供給した状態で室温まで降温した。その後、有機金属気相成長装置から窒化物半導体薄膜が積層されたサファイア基板を取り出し、アニール装置にて、Ｎ２雰囲気中にて８００℃で２０分間の熱処理を実施した。
【００５０】
熱処理後、フォトリソグラフィー法とドライエッチングにより、ｐ型コンタクト層１５０、ＭＱＢ構造のＥＢＬ１３８、発光層１３４の一部を除去し、ｎ型導電層１３２の一部を露出させた。次に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ手法により、ｎ型電極１４０、ｐ型電極１６０、およびパッド電極（図示しない）を形成した。なお、パッド電極は、後述する実装の導通および固定に使用される。ｎ型電極１４０については、露出させたｎ型導電層１３２上の一部に、膜厚が１００ｎｍのＡｌ、２０ｎｍのＮｉ、１００ｎｍのＡｕ薄膜を順次形成後、Ｎ２雰囲気で７００℃１分の熱処理を実施することで作製した。また、ｐ型電極１６０は、ｐ型コンタクト層１５０上の一部に、膜厚が２ｎｍのＮｉ、２００ｎｍのＡｌ薄膜を順次形成することにより作製した。パッド電極は、各電極上に膜厚が５０ｎｍのＴｉ、１０００ｎｍのＡｕ薄膜を順次形成した。
【００５１】
さらに、素子形状が平面視で４００μｍ角状になるように、電極まで形成した前記サファイア基板を分断し、複数のＵＶＬＥＤ素子１００を作製した。そのうちの１つをサブマウント上にフリップチップ実装し、さらにＵＶＬＥＤ素子１００を覆うようにアモルファスフッ素樹脂を塗布した。室温で１時間放置後、１００℃１時間、続いて、１８０℃３０分の熱処理を実施し、樹脂を硬化させることにより、ＵＶＬＥＤ素子１００を含む紫外線発光モジュールを作製した。
【００５２】
この紫外線発光モジュールにＤＣ２０ｍＡを通電したところ、波長２７６ｎｍ、光出力６．５ｍＷ、発光効率７．２％（１ｍＡでは発光効率９．０％）と深紫外領域では最高レベルの発光特性を得た。
【００５３】
６−２．実施例２
実施例１と同様の方法でＵＶＬＥＤ素子１００を作製した後、サブマウント上に６素子を電気的に並列接続してフリップチップ実装した。さらに当該６素子全体を覆うようにアモルファスフッ素樹脂を塗布し、実施例１と同様の硬化条件にて樹脂を硬化させ、高出力動作用の紫外線発光モジュールを作製した。この紫外線発光モジュールにＤＣ１２０ｍＡを通電したところ、波長２７７ｎｍ、光出力４０ｍＷとなる発光特性を得た。
【００５４】
７．さらに好ましい実施形態
上述した本発明の実施形態は、種々の変形を伴う形態により実施することも好ましい。例えばｐ型コンタクト層のＭｇ濃度が１．０×１０１８／ｃｍ３以上とすることも好ましい。当該Ｍｇ濃度をこの値以上とすれば、効率的にホールが注入され発光効率が向上する。また、ｐ型コンタクト層のＭｇ濃度は、１．０×１０２１／ｃｍ３以下とすることも好ましい。ｐ型コンタクト層のＭｇ濃度が約１０２０／ｃｍ３を超えるあたりからは、結晶性の劣化が顕著となりはじめ、さらにホール濃度も増加しにくくなる傾向が見られる。このため、ｐ型コンタクト層のＭｇ濃度は、１．０×１０２１／ｃｍ３以下の範囲で良好な結晶性を維持しつつ発光効率を向上させることが可能となって好ましく、さらに好ましくは、１０２０／ｃｍ３以下に設定される。これに応じ、ｐ型コンタクト層１５０のホール濃度が１．０×１０１５／ｃｍ３以上とすることも好ましい。当該ホール濃度がこの値以上となると、効率的にホールが注入され発光効率が向上する。また、上述した増加しにくくなるホール濃度の値は、ホール濃度は、約１．０×１０２１／ｃｍ３であることから、この値以下のホール濃度により動作させることも好ましい。
【００５５】
以上のように、ｐ型コンタクト層とＥＢＬのエネルギーギャップ構造を適切に設定することにより、キャリア注入効率ηＩＮＪを向上させることにより、外部量子効率ηＥＱＥを高めたＵＶＬＥＤ素子を実現することができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および構成例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態のほかの組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のＵＶＬＥＤ素子は紫外線を生成する任意の電気機器に利用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１００  ＵＶＬＥＤ素子（紫外ＬＥＤ素子）
１０２  光取出し面
１０４  基板の一方の面
１１０  基板
１２０  バッファー層
１３２  ｎ型導電層
１３４  発光層
１３８  電子ブロック層（ＥＢＬ）
１４０  ｎ型電極
１５０  ｐ型コンタクト層
１６０  ｐ型電極
【図１】
2017085035.tif 000003
【図２】
2017085035.tif 000004
【図３】
2017085035.tif 000005
【図４】
2017085035.tif 000006
【図５】
2017085035.tif 000007
【図６】
2017085035.tif 000008
【図７】
2017085035.tif 000009
【図８】
2017085035.tif 000010
【図９】
2017085035.tif 000011