(57)【要約】【課題】光取り出し効率を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子及び紫外線照射モジュールを提供する。【解決手段】厚さが５０μｍ以上８００μｍ以下の基板１０と、基板１０の主面１０１上に設けられた第１の窒化物半導体層２０と、第１の窒化物半導体層２０上に設けられた窒化物半導体発光層３０と、窒化物半導体発光層３０上に設けられた電極４０と、を備える。第１の窒化物半導体層２０において、主面１０１とのなす角度が５°以上５０°以下である線欠陥の欠陥密度、及び、主面１０１とのなす角度が５°以上５０°以下である面欠陥の欠陥密度、の総和が１×１０８ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２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】
厚さが５０μｍ以上８００μｍ以下の基板と、
前記基板の主面上に設けられた第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体発光層と、
前記窒化物半導体発光層上に設けられた電極と、を備え、
前記第１の窒化物半導体層において、前記主面とのなす角度が５°以上５０°以下である線欠陥の欠陥密度、及び、前記主面とのなす角度が５°以上５０°以下である面欠陥の欠陥密度、の総和が１×１０８ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下である窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板の厚さが４００μｍ以上８００μｍ以下である請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に設けられた第２の窒化物半導体層をさらに備え、
前記第２の窒化物半導体層において、前記主面とのなす角度が５°以上５０°以下である線欠陥の欠陥密度、及び、前記主面とのなす角度が５°以上５０°以下である面欠陥の欠陥密度、の総和が０ｃｍ−２以上１×１０８ｃｍ−２未満である請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の窒化物半導体層はＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）であり、
前記第２の窒化物半導体層はＡｌＮである請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記基板は、該基板の側面に設けられた凸部を有し、
前記凸部の前記側面からの高さは１μｍ以上である請求項１から請求項４の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記基板は、前記凸部を複数個有し、
前記複数個の凸部は前記主面と平行な方向に並んで、凸部の列を成している請求項５に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記基板は、前記凸部の列を複数列有する、請求項６に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記基板の裏面と、該裏面から最も近い前記凸部までの最短距離Ｍ１と、
前記主面と、該主面から最も近い前記凸部までの最短距離Ｌ１は、
Ｍ１＞Ｌ１の関係を満たす請求項６または請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記基板の前記凸部を含む部位は、アモルファス状態である請求項５から請求項８の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記基板は、該基板の側面に設けられた凹部を有し、
前記凹部の前記側面からの深さは１μｍ以上である請求項１から請求項９の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記基板は、前記凹部を複数個有し、
前記複数個の凹部は前記主面と平行な方向に並んで、凹部の列を成している請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記基板は、前記凹部の列を複数列有する、請求項１１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１３】
前記基板の裏面と、該裏面から最も近い前記凹部までの最短距離Ｍ２と、
前記主面と、該主面から最も近い前記凹部までの最短距離Ｌ２は、
Ｍ２＞Ｌ２の関係を満たす請求項１１または請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記基板の前記凹部を含む部位は、アモルファス状態である請求項１０から請求項１３の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記基板はサファイアである請求項１から請求項１４の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子を備えた紫外線照射モジュールであって、
前記窒化物半導体発光素子は紫外領域に発光波長を有する紫外線照射モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光素子及び紫外線照射モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体発光素子は、発光層の組成を制御することにより深紫外から赤外まで発光波長を制御することができ、かつ寿命が長く信頼性が高い。そのため、照明や計測器用光源、殺菌光源など様々な用途で利用されている。窒化物半導体発光素子は、発光層をｐ型窒化物半導体とｎ型窒化物半導体で挟んだＰＩＮ構造を基板上に有する素子が一般的である。
窒化物半導体発光素子の発光出力を高めることは、発光層から放射される発光を素子外部へ取り出す「光取り出し効率」を向上させることで実現できる。光取り出し効率を向上させるために、例えば特許文献１では、基板側から光を取り出す構造の窒化物半導体発光素子において、基板側の反対側へ向かう発光を反射電極により反射させることで光取り出し効率を向上させる構造が示されている。また特許文献２では、基板の光取り出し面に複数の凹凸パターンを配置することで光取り出し効率を向上させる構造が示されている。また特許文献３では、表面に凹凸を有する基板上に窒化物半導体層を成長させることで、基板と窒化物半導体層界面の光の透過率を上げることで、光取り出し効率を向上させる構造が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１２７６６０号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２０１５／０１６２４６号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２０１３／１５０９８４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、窒化物半導体発光素子の光取り出し効率は、これらの工夫を行ったとしても１００％には到達しない。特に波長２００ｎｍから２８０ｎｍの深紫外領域に発光波長を有する窒化物半導体発光素子の光取り出し効率は、１０％以下と極めて低いという課題がある。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光取り出し効率を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子及び紫外線照射モジュール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】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子は、厚さが５０μｍ以上８００μｍ以下の基板と、前記基板の主面上に設けられた第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体発光層と、前記窒化物半導体発光層上に設けられた電極と、を備え、前記第１の窒化物半導体層において、前記主面とのなす角度が５°以上５０°以下である線欠陥の欠陥密度、及び、前記主面とのなす角度が５°以上５０°以下である面欠陥の欠陥密度、の総和が１×１０８ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下であることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の一態様に係る紫外線照射モジュールは、上記の窒化物半導体発光素子を備えた紫外線照射モジュールであって、前記窒化物半導体発光素子は紫外領域に発光波長を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、光取り出し効率を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子及び紫外線照射モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第１の構造例を模式的に示す図である。
【図２】本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第２の構造例を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第３の構造例を模式的に示す図である。
【図４】本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第４の構造例を模式的に示す図である。
【図５】本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第５の構造例を模式的に示す図である。
【図６】本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第６の構造例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態（以下、本実施形態）について説明する。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。
【００１０】
＜窒化物半導体発光素子＞
本実施形態の窒化物半導体発光素子は、厚さが５０μｍ以上８００μｍ以下の基板と、基板の主面上に設けられた第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体発光層と、窒化物半導体発光層上に設けられた電極と、を備える。第１の窒化物半導体層において、基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下である線欠陥の欠陥密度、及び、基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下である面欠陥の欠陥密度、の総和が１×１０８ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下である。
【００１１】
ここで「基板の主面上に設けられた」という第１の窒化物半導体層に関する文言は、基板の上に第１の窒化物半導体層が形成されていることを意味するが、基板と第１の窒化物半導体層との間に別の層（例えばバッファ層のような層）がさらに存在する場合もこの表現に含まれる。その他の層同士の関係を表現する場合に「上の」という文言を使用する場合にも、同様の意味を有するものとする。
また、線欠陥とは、点欠陥が１次元的に並んだ線状の欠陥のことを意味する。面欠陥とは、点欠陥が２次元的に並んだ面状の欠陥のことを意味する。線欠陥の欠陥密度は、単位面積当たりの線欠陥の個数で表される。同様に、面欠陥の欠陥密度は、単位面積当たりの面欠陥の個数で表される。
【００１２】
なお、以降の説明では、「基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下である線欠陥の欠陥密度、及び、基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下である面欠陥の欠陥密度、の総和」のことを、「基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の総和」と記載する。
本実施形態の窒化物半導体発光素子の各層の成長法としては、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ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、これに限定するものではない。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）などを用いて成膜してもよい。
【００１３】
基板は、対向する少なくとも一対の面（主面と裏面）を有しており、主面上に、積層された窒化物半導体層を有している。基板と第１の窒化物半導体層との間、第１の窒化物半導体層と窒化物半導体発光層との間、窒化物半導体発光層と電極との間にそれぞれ異なる層を有していてもよい。例えば、基板と第１の窒化物半導体層との間に、第２の窒化物半導体層を有していてもよい。あるいは、例えば第１の窒化物半導体層と窒化物半導体発光層との間に、電子・ホール（正孔）を効率良く発光層へ閉じ込めるためのブロック層を有していてもよい。また、例えば窒化物半導体発光層と電極との間に、電極とのコンタクト抵抗を低減させることを目的としたコンタクト層を有していてもよい。
【００１４】
窒化物半導体発光素子は、ｎ型電極とｐ型電極とが基板の主面側に配置された、電流を横方向に流す横型素子であってもよい。また、窒化物半導体発光素子は、ｎ型電極とｐ型電極のうちの一方の電極が基板の主面側に配置され、ｎ型電極とｐ型電極のうちの他方の電極が基板の裏面側に配置された（すなわち、ｎ型電極とｐ型電極が、基板の主面側と裏面側とに別々に配置された）、電流を縦方向に流す縦型素子であってもよい。
窒化物半導体発光素子は樹脂やガラス等で封止されていてもよい。窒化物半導体発光素子は１つのパッケージ内に１素子のみ配置してもよく、複数素子を配置してもよい。複数素子を配置する場合には、各素子間の配線は直列であってもよく、並列であってもよく、あるいは直列と並列とを組み合わせた回路であってもよい。
次いで、本実施形態の窒化物半導体発光素子の各構成要件について説明する。以下に記載される窒化物半導体発光素子の各構成要件の特徴は、本発明の技術思想を逸脱しない範囲でそれぞれ単独または組み合わせて適用可能である。
【００１５】
＜基板＞
基板としては、その上に窒化物半導体層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、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶基板等が挙げられる。基板の上側に形成する窒化物半導体層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、ＧａＮ、ＡｌＮ、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）を基板として用いることが好ましい。汎用性の高さから、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）を基板として用いることがより好ましい。また、基板は不純物が混入していてもよい。
【００１６】
光を側面から取り出す観点から、基板の厚さは５０μｍ以上８００μｍ以下が望ましく、４００μｍ以上８００μｍ以下がより好ましく、４００μｍ以上６００μｍ以下がより好ましい。基板の厚さが厚すぎるとウェハからチップへと分割できない、チッピングと呼ばれる欠けやクラックの発生により設計通りの形状にチップをウェハから分割することができない、といった問題が生じる。また、基板の厚さが薄すぎると後工程においてチップを抽出することができない、衝撃によりチップを破壊する、といった問題が生じる。
基板は主面あるいは裏面には、凹凸構造を有していてもよいし、有していなくてもよい。基板の裏面には基板とは異なる材質で構成される物質を、例えば薄膜上やドット状に有していてもよい。基板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などの一般的な基板成長法が適用できる。
【００１７】
＜基板側面の凸部＞
基板は、該基板の側面に設けられた凸部を有していてもよい。また、この凸部の側面からの高さは１μｍ以上であってもよい。すなわち、基板は、その側面を基板外部の遠方から平面視した際に、最も面積の大きい面に対して１μｍ以上高い高さの凸部を有してもよい。
基板の側面に凸部を有することにより、基板の側面と外部（例えば空気）との屈折率差を低減させて、界面の透過率を向上させることができる。あるいは、基板の側面に凸部を有することにより光の入射角と透過率の関係を変化させ、光取り出し効率を向上させることができる。凸部の形状は特に制限されず、針状であっても、円錐台であっても、角錐であってもよい。凸部は点状であっても、点が連なった構造であっても、線状であっても、面状であってもよい。凸部は１つであっても、複数存在していてもよいが、光取り出し効率を向上させる観点から複数存在している方が好ましく、凸部が基板の側面に均等に分散している方がより好ましい。凸部は、基板の側面のうち少なくとも１側面に形成されていればよいが、光取り出し効率を向上させる観点から基板の全側面に形成されていることが好ましい。凸部を均等に配置する観点から、基板の主面と略平行な方向に凸部を複数個備えることが好ましい。すなわち、基板は凸部を複数個有し、これら複数個の凸部は基板の主面と平行な方向に並んで、凸部の列を成していることが好ましい。ここで、「平行」という凸部に関する文言は、完全に平行な状態のみならず、ほぼ平行（略平行）な状態もこの表現に含まれる。また、基板は、この凸部の列を複数列有していてもよい。
【００１８】
基板の側面のうち発光層に近い側に発光が集中するため、光取り出し効率を向上させる観点から、基板の裏面と、該裏面から最も近い凸部までの最短距離Ｍ１と、基板の主面と、該主面から最も近い凸部までの最短距離Ｌ１は、Ｍ１＞Ｌ１の関係を満たすことが更に好ましい。
凸部の形成方法は特に制限されず、例えばエッチング処理により形成することも可能であり、レーザー装置やスクライブ針で加工形成することも可能である。
基板の凸部を含む部位の材質は基板の他の部位と同質であってもよいが、屈折率を制御して光取り出し効率を向上させる観点から、凸部を含む部位はアモルファス状態であることが好ましい。
【００１９】
＜基板側面の凹部＞
基板は、該基板の側面に設けられた凹部を有していてもよい。また、この凹部の側面から深さは１μｍ以上であってもよい。すなわち、基板は、その側面を基板外部の遠方から平面視した際に、最も面積の大きい面に対して１μｍ以上低い高さの凹部を有してもよい。
基板の側面に凹部を有することにより、基板の側面と外部（例えば空気）との屈折率差を低減させて、界面の透過率を向上させることができる。あるいは、基板の側面に凹部を有することにより光の入射角と透過率の関係を変化させ、光取り出し効率を向上させることができる。凹部の形状は特に制限されず、針状であっても、円錐台であっても、角錐であってもよい。凹部は点状であっても、点が連なった構造であっても、線状であっても、面状であってもよい。凹部は１つであっても、複数存在していてもよいが、光取り出し効率を向上させる観点から複数存在している方が好ましく、凹部が基板の側面に均等に分散している方がより好ましい。凹部は、基板の側面のうち少なくとも１側面に形成されていればよいが、光取り出し効率を向上させる観点から基板の全側面に形成されていることが好ましい。凹部を均等に配置する観点から、基板の主面と略平行な方向に凹部を複数個備えることが好ましい。すなわち、基板は凹部を複数個有し、これら複数個の凹部は基板の主面と平行な方向に並んで、凹部の列を成していることが好ましい。ここで、「平行」という凹部に関する文言は、完全に平行な状態のみならず、ほぼ平行（略平行）な状態もこの表現に含まれる。また、基板は、この凹部の列を複数列有していてもよい。
【００２０】
基板の側面のうち発光層に近い側に発光が集中するため、光取り出し効率を向上させる観点から、基板の裏面と該裏面から最も近い凹部までの最短距離Ｍ２と、基板の主面と、該主面から最も近い凹部までの最短距離Ｌ２は、Ｍ２＞Ｌ２を満たす構造が更に好ましい。
凹部の形成方法は特に制限されず、例えばエッチング処理により形成することも可能であり、レーザー装置やスクライブ針で加工形成することも可能である。
基板の凹部を含む部位の材質は基板の他の部位と同質であってもよいが、屈折率を制御して光取り出し効率を向上させる観点から、凹部を含む部位はアモルファス状態であることが好ましい。
【００２１】
＜第１の窒化物半導体層＞
本実施形態の第１の窒化物半導体層は基板の主面上に設けられ、基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の総和が１×１０８ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下である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ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮの混晶であることが望ましい。第１の窒化物半導体層は、Ｎの他にＰ、Ａｓ、Ｓｂといった他のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉといった不純物が混入していてもよい。第１の窒化物半導体層は基板の主面とのなす角度が５°未満あるいは５０°より大きい線欠陥及び面欠陥を含んでいてもよい。
【００２２】
５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥を含むことで基板裏面側へ向かう発光の一部を側面方向へ屈曲させることができ、基板の側面からの光取り出し効率を向上させることができる。光を効率良く屈曲させる、欠陥密度の過剰な増加による発光層内での発光出力の低減を抑制する観点から、基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の総和は５×１０８ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下であることが好ましく、１×１０９ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下であることがより好ましい。
また窒化物半導体発光素子の発光波長として紫外領域の波長を出力したい場合には、第１の窒化物半導体層を形成する材料としては、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）であることが好ましい。第１の窒化物半導体層がＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）で形成されることで、紫外領域のバンドギャップエネルギーに対応する材料を窒化物半導体発光層として形成する際に、その結晶性を高め、発光効率を向上させることが可能となる。
【００２３】
（欠陥密度の測定方法）
第１の窒化物半導体層における線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の測定方法として、例えば薄膜を薄片化して、断面をＴＥＭ（透過電子顕微鏡法）やＳＥＭ（走査型電子顕微鏡法）観察することにより観察される欠陥を数える方法が挙げられる。また、基板の主面との角度もこの手法により測定が可能である。断面画像の観察範囲は評価が可能であれば特に制限はされないが、正確な測定を実施するためには少なくとも１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上の観察幅を有することが好ましい。また、測定の精度を向上させるために、素子内の複数の箇所を観察することが好ましい。
【００２４】
＜第２の窒化物半導体層＞
第２の窒化物半導体層は、基板と第１の窒化物半導体層との間に設けられ、基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の総和が０ｃｍ−２以上１×１０８ｃｍ−２未満である。窒化物半導体発光素子は、特に、基板の主面とのなす角度が５０°以上の線欠陥及び面欠陥が少ないほど一般的に発光出力が向上する。そのため、基板上に５０°以上の線欠陥及び面欠陥を低減することを目的とした第２の窒化物半導体層を配置することが望ましい。
【００２５】
第２の窒化物半導体層は、基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の総和を０ｃｍ−２以上１×１０８ｃｍ−２未満とする（つまり、第１の窒化物半導体層よりも上記の欠陥密度を小さくする。）。これにより、結果として、基板の主面とのなす角度が５０°以上の線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の総和についても低減することが可能である。
第２の窒化物半導体層は第１の窒化物半導体層の主面上に設けられ、高い発光効率を実現する観点からＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮの混晶であることが望ましい。第１の窒化物半導体層は、Ｎの他にＰ、Ａｓ、Ｓｂといった他のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉといった不純物が混入していてもよい。
また窒化物半導体発光素子の発光波長として紫外領域の波長を出力したい場合には、第２の窒化物半導体層を形成する材料としては、ＡｌＮであることが好ましい。第２の窒化物半導体層がＡｌＮで形成されることで、紫外領域のバンドギャップエネルギーに対応する材料を窒化物半導体発光層として形成する際に、その結晶性を高め、発光効率を向上させることが可能となる。
【００２６】
（欠陥密度の測定方法）
第２の窒化物半導体層における線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の測定方法としては、第１の窒化物半導体層における線欠陥及び面欠陥密度の欠陥密度の測定方法と同様の方法を用いることが可能である。
【００２７】
＜窒化物半導体発光層＞
窒化物半導体発光層は第１の窒化物半導体層上に設けられ、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ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮの混晶であることが望ましい。発光層は、Ｎの他にＰ、Ａｓ、Ｓｂといった他のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉといった不純物が混入していてもよい。また、量子井戸構造でも単層構造でもよいが、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。
【００２８】
＜電極＞
本発明の電極は窒化物半導体発光層上に設けられ、ｎ型電極であってもｐ型電極であってもよい。ｎ型電極である場合には、Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕなどの金属、あるいはこれらの混晶、またあるいはＩＴＯやＧａ２Ｏ３などの導電性酸化物等を用いることができるがこの限りでは無い。ｐ型電極である場合には、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕなどの金属、あるいはこれらの混晶、またあるいはＩＴＯやＧａ２Ｏ３などの導電性酸化物等を用いることができるがこの限りでは無い。電極の形成方法としては、抵抗加熱蒸着、電子銃蒸着、スパッタなどが挙げられるが、この限りでは無い。電極は単層でも、積層であってもよく、また層形成後に酸素や窒素、空気雰囲気などで熱処理を行ってもよい。
【００２９】
＜紫外線照射モジュール＞
本発明の紫外線照射モジュールは、本発明の窒化物半導体発光素子を備え  窒化物半導体発光素子は紫外領域に発光波長を有するものである。
紫外領域の発光波長を有する窒化物半導体発光素子を有し、各種の装置に適用可能である。本発明の窒化物半導体発光素子は、紫外線ランプが用いられている既存のすべての装置に適用・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。本発明の窒化物半導体発光素子は、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。本発明の窒化物半導体発光素子は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・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・製氷皿および貯氷容器・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・温水タンク・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。
【００３０】
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・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。
【００３１】
＜第１〜第６の構造例＞
次に、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第１〜第６の構造例について、図面を参照しながら説明する。なお、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、同一符号を付した部分について繰り返しの説明を適宜省略する。
【００３２】
（第１の構造例）
図１は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第１の構造例を模式的に示す断面図である。図１に示す窒化物半導体発光素子は、基板１０と、基板１０の主面１０１上に設けられた第１の窒化物半導体層２０と、第１の窒化物半導体層２０上に設けられた窒化物半導体発光層３０と、窒化物半導体発光層３０上に設けられた電極４０と、を備える。基板１０の厚さＴ（すなわち、基板１０の主面１０１から裏面１０２までの距離）は、５０μｍ以上８００μｍ以下となっている。
また、第１の窒化物半導体層２０は、主面１０１とのなす角度が５°以上５０°以下である線欠陥、及び、主面１０１とのなす角度が５°以上５０°以下である面欠陥、の少なくとも一方を含む。第１の窒化物半導体層２０において、基板１０の主面１０１とのなす角度が５°以上５０°以下である線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の総和は、１×１０８ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下となっている。図１では、線欠陥あるいは面欠陥に符号８０を付している。
【００３３】
（第２の構造例）
図２は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第２の構造例を模式的に示す断面図である。図２に示す窒化物半導体発光素子は、基板１０と第１の窒化物半導体層２０との間に設けられた第２の窒化物半導体層５０を備える。この第２の窒化物半導体層５０において、基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下である線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の総和は、０ｃｍ−２以上１×１０８ｃｍ−２未満となっている。
【００３４】
（第３の構造例）
図３は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第３の構造例を模式的に示す図であり、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の一部を拡大した断面図、図３（ｃ）は基板１０の側面を示す平面図である。
図３（ａ）〜（ｃ）に示す窒化物半導体発光素子は、基板１０の側面に設けられた複数個の凸部６０を有する。例えば、基板１０の側面から凸部６０の頂部（すなわち、もっとも高い位置）までの高さをＨとしたとき、高さＨは１μｍ以上となっている。また、これら複数個の凸部６０は主面１０１と平行な方向に並んで、凸部の列を成している。図３（ｃ）では、この凸部の列が複数列形成されている様子を模式的に示している。
【００３５】
（第４の構造例）
図４は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第４の構造例を示す模式的に断面図である。図４に示す窒化物半導体発光素子において、例えば、基板１０の裏面１０２と、この裏面１０２の法線方向であって、この裏面１０２から最も近い凸部６０の頂部までの最短距離をＭ１とする。また、基板の主面１０１と、この主面１０１の法線方向であって、この主面１０１から最も近い凸部６０の頂部までの最短距離Ｌ１とする。このとき、図４に示す窒化物半導体発光素子は、Ｍ１＞Ｌ１の関係を満たしている。
【００３６】
（第５の構造例）
図５は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第５の構造例を模式的に示す図であり、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の一部を拡大した断面図、図５（ｃ）は基板１０の側面を示す平面図である。
図５（ａ）〜（ｃ）に示す窒化物半導体発光素子は、基板１０の側面に設けられた複数個の凹部７０を有する。例えば、基板１０の側面から凹部７０の底部（すなわち、最も深い位置）までの深さをＤとしたとき、深さＤは１μｍ以上となっている。また、これら複数個の凹部７０は主面１０１と平行な方向に並んで、凹部の列を成している。図５（ｃ）では、この凹部の列が複数列形成されている様子を模式的に示している。
【００３７】
（第６の構造例）
図６は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第６の構造例を示す模式的に断面図である。図６に示す窒化物半導体発光素子において、例えば、基板１０の裏面１０２と、この裏面１０２の法線方向であって、この裏面から最も近い凹部７０の底部までの最短距離をＭ２とする。また、基板の主面１０１と、この主面１０１の法線方向であって、この主面１０１から最も近い凹部７０の底部までの最短距離をＬ２とする。このとき、図６に示す窒化物半導体発光素子は、Ｍ２＞Ｌ２の関係を満たしている。
【００３８】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、第１の窒化物半導体層において、基板の主面とのなす角度が５°以上５０°以下である線欠陥及び面欠陥の欠陥密度の総和が、１×１０８ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下となっている。これにより、基板の裏面側へ向かう発光の一部を、基板の側面方向へ屈曲させることができ、基板の側面からの光取り出し効率を向上させることができる。つまり、発光層からの発光のうち基板の側面へ入射する光量を高めることで、光取り出し効率を向上させることができる。これにより、窒化物半導体発光素子の高出力化を実現することができる。
【実施例】
【００３９】
＜実施例１＞
厚さが４５０μｍでオフ角が０．２°のｃ面サファイア基板（ウェハ）上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気層成長）装置を用いてＡｌＮを１２５０℃で２μｍ成膜し、その上にＳｉを不純物として用いたｎ−ＡｌＧａＮを２μｍ成膜する。なお、「ｎ−」はｎ型であることを意味する。
この際、ＡｌＮの表面にはステップバンチングが起こり、段差に沿った角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥を発生させることができる。この層上にＡｌＧａＮ多重量子井戸発光層を成膜し、電子ブロック層およびｐ−ＧａＮを成膜して、積層ウェハを得る。なお、「ｐ−」はｐ型であることを意味する。
得られた積層ウェハをドライエッチングすることでｎ−ＡｌＧａＮを露出させ、ｎ−ＡｌＧａＮ上にＴｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕを含む合金電極を形成し、ｐ−ＧａＮ上にＮｉ，Ａｕを含む合金電極を形成する。次いで、合金電極が形成された積層ウェハを、基板厚さが２００μｍになるように研削し、ダイシングによりチップへと分割した。
【００４０】
得られた窒化物半導体発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が１．１０ｍＷ得られた。
この窒化物半導体発光素子の断面ＴＥＭ観察を実施したところ、ＡｌＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥は観察されなかった。ｎ−ＡｌＧａＮには、角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥が存在し、それらの欠陥密度の総和が３．３×１０９ｃｍ−２であることを確認した。
なお、本実施例において、基板はサファイア、第１の窒化物半導体層はｎ−ＡｌＧａＮ、第２の窒化物半導体層はＡｌＮに対応する。
【００４１】
＜実施例２＞
積層ウェハを基板厚さが５０μｍになるように研削する以外は、実施例１と同様の手法を用いて窒化物半導体素子を作製した。得られた窒化物半導体発光素子を電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が１．０１ｍＷ得られた。
この窒化物半導体発光素子の断面ＴＥＭ観察を実施したところ、ＡｌＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥は観察されなかった。ｎ−ＡｌＧａＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥が存在し、それらの欠陥密度の総和が６．７×１０９ｃｍ−２であることを確認した。
【００４２】
＜実施例３＞
積層ウェハを基板厚さが４００μｍになるように研削する以外は、実施例１と同様の手法を用いて窒化物半導体素子を作製した。得られた窒化物半導体発光素子を電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が１．２３ｍＷ得られた。
この窒化物半導体発光素子の断面ＴＥＭ観察を実施したところ、ＡｌＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥は観察されなかった。ｎ−ＡｌＧａＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥が存在し、それらの欠陥密度の総和が２．８×１０９ｃｍ−２であることを確認した。
【００４３】
＜実施例４＞
厚さ１３００μｍのウェハを用いて成膜を行い、積層ウェハを基板厚さが８００μｍになるように研削する以外は、実施例１と同様の手法を用いて窒化物半導体素子を作製した。得られた窒化物半導体発光素子を電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が１．３７ｍＷ得られた。
この窒化物半導体発光素子の断面ＴＥＭ観察を実施したところ、ＡｌＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥は観察されなかった。ｎ−ＡｌＧａＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥が存在し、それらの欠陥密度の総和が４．１×１０９ｃｍ−２であることを確認した。
【００４４】
＜実施例５＞
チップ側面にレーザーを集光させることで基板の側面をアモルファス化させ、チップ側面の電極側から７０μｍの位置に基板の主面と略平行な方向に１本、基板裏面側から１００μｍの位置に基板の主面と略平行な方向に１本、それぞれアモルファスＡｌ２Ｏ３を形成する以外は、実施例１と同様の手法を用いて窒化物半導体素子を作製した。本アモルファスＡｌ２Ｏ３は、基板の側面に対して３μｍ低い凹部として形成されていることを確認した。得られた窒化物半導体発光素子を電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が１．２２ｍＷ得られた。
この窒化物半導体発光素子の断面ＴＥＭ観察を実施したところ、ＡｌＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥は観察されなかった。ｎ−ＡｌＧａＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥が存在し、それらの欠陥密度の総和が３．２×１０９ｃｍ−２であることを確認した。
【００４５】
＜実施例６＞
基板の厚さを４００μｍに研削する以外は、実施例５と同様の手法を用いて窒化物半導体素子を作製した。得られた窒化物半導体発光素子を電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が１．４０ｍＷ得られた。
この窒化物半導体発光素子の断面ＴＥＭ観察を実施したところ、ＡｌＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥は観察されなかった。ｎ−ＡｌＧａＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥が存在し、それらの欠陥密度の総和が２．４×１０９ｃｍ−２であることを確認した。
【００４６】
＜比較例１＞
厚さが４５０μｍでオフ角が０°のｃ面サファイア基板（ウェハ）上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気層成長）装置を用いてＡｌＮを１２００℃で２μｍ成膜し、その上にＳｉを不純物として用いたｎ−ＡｌＧａＮを２μｍ成膜する。この際、ＡｌＮの表面にはステップバンチングが起こらず、段差に沿った角度５°以上５０°以下の線あるいは面欠陥は発生しない。この上にＡｌＧａＮ多重量子井戸発光層を成膜し、電子ブロック層およびｐ−ＧａＮを成膜して、積層ウェハを得る。
【００４７】
得られた積層ウェハをドライエッチングすることでｎ−ＡｌＧａＮを露出させ、ｎ−ＡｌＧａＮ上にＴｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕを含む合金電極を形成し、ｐ−ＧａＮ上にＮｉ，Ａｕを含む合金電極を形成する。次いで、合金電極が形成された積層ウェハを、基板厚さが２００μｍになるように研削し、ダイシングによりチップへと分割した。
得られた窒化物半導体発光素子を電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が０．８３ｍＷ得られた。
この窒化物半導体発光素子の断面ＴＥＭ観察を実施したところ、ＡｌＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥は観察されなかった。ｎ−ＡｌＧａＮには角度５°以上５０°以下の線欠陥及び面欠陥は観察されなかった。
【００４８】
＜比較例２＞
積層ウェハを基板厚さが４０μｍになるように研削する以外は、実施例１と同様の手法を用いて窒化物半導体素子を作製した。得られた窒化物半導体発光素子を観察したところ、素子のエッジが欠けたチッピングが発生していることが確認された。
【００４９】
＜比較例３＞
厚さ１３００μｍのウェハを用いて成膜を行い、積層ウェハを基板厚さが９００μｍになるように研削する以外は、比較例１と同様の手法を用いて窒化物半導体素子を作製した。得られた窒化物半導体発光素子を観察したところ、素子のエッジが欠けたチッピングが発生していることが確認された。
【００５０】
実施例１〜６と、比較例１〜３を対比した結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2017143144.tif 000003
【符号の説明】
【００５２】
１０  基板
２０  第１の窒化物半導体層
３０  窒化物半導体発光層
４０  電極
５０  第２の窒化物半導体層
６０  凸部
７０  凹部
８０  線欠陥あるいは面欠陥
１０１  主面
１０２  裏面
【図１】
2017143144.tif 000004
【図２】
2017143144.tif 000005
【図３】
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【図４】
2017143144.tif 000007
【図５】
2017143144.tif 000008
【図６】
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