JP6860293B2 - 発光素子および発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子および発光素子の製造方法に関し、特に、窒化物半導体を用いた深紫外光を発する発光素子およびその製造方法に関する。

近年、青色光を出力する発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素子が実用化されており、さらに波長の短い深紫外光を出力する発光素子の開発が進められている。深紫外光は高い殺菌能力を有することから、深紫外光の出力が可能な半導体発光素子は、医療や食品加工の現場における水銀フリーの殺菌用光源として注目されている。このような深紫外光用の発光素子は、例えば、基板上に窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系のｎ型半導体層、活性層、電子ブロック層を順に積層させ、電子ブロック層上にｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）で構成されるコンタクト層を設けることで形成される（例えば、非特許文献１参照）。

Applied physics express 3(2010)072103

活性層が発する深紫外光は、全方位に出射され、活性層を挟むｎ型半導体層と電子ブロック層の双方に向かう。電子ブロック層上のコンタクト層はＧａＮで構成されるため、活性層からの深紫外光を吸収し、光取出効率を低下させる要因となりうる。仮に、活性層よりもアルミニウム（Ａｌ）濃度の高いＡｌＧａＮを用いれば、深紫外光の吸収を抑制できるかもしれない。しかしながら、Ａｌ濃度の高いＡｌＧａＮをコンタクト層とするとｐ側電極との接触抵抗が増大し、活性層へのキャリア注入効率が低下する。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、光取出効率を高めた発光素子を提供することにある。

本発明のある態様の発光素子は、基板上にｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層上にＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される活性層と、活性層上にｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＡｌＮ系半導体材料で形成される電子ブロック層と、電子ブロック層上の第１領域に電子ブロック層より屈折率の低い材料で形成され、第１領域と隣接する電子ブロック層上の第２領域に開口部を有する反射層と、開口部および反射層上の双方に跨って設けられ、電子ブロック層よりＡｌ含有率の低いｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＧａＮ系半導体材料で形成されるコンタクト層と、を備える。活性層は、深紫外光を発する。

この態様によると、電子ブロック層とコンタクト層の間の一部領域に反射層が設けられるため、活性層からコンタクト層に向かう深紫外光を反射層で反射させて基板側に向かわせ、基板からの光取出効率を高めることができる。また、開口部を有する反射層上にコンタクト層を形成することで、エピタキシャル横方向成長（ＥＬＯ；Epitaxial Lateral Overgrowth）によるコンタクト層の形成を促し、コンタクト層の結晶性を高めることができる。これにより、発光素子の信頼性を高めることができる。

反射層は、シリコン（Ｓｉ）を含む絶縁体材料で形成されてもよい。

反射層は、第１領域と第２領域とが隣接する方向に第１領域および第２領域が交互に配置されるように形成され、隣接する方向の第１領域の幅が１０μｍ以下となるように形成されてもよい。

反射層の厚さｄは、活性層が発する深紫外光の波長λ、波長λに対する反射層の屈折率ｎ、１以上の整数ｍを用いて、ｄ＝（λ／４ｎ）（２ｍ−１）の関係を満たしてもよい。

電子ブロック層と、反射層またはコンタクト層との間に、電子ブロック層よりもＡｌ含有率の低いｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるｐ型クラッド層をさらに備えてもよい。

ｐ型クラッド層は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で構成される超格子構造を有してもよい。

電子ブロック層とコンタクト層の間にコンタクト層と接して設けられ、電子ブロック層よりＡｌ含有率の低いｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＧａＮ系半導体材料で構成される緩衝層をさらに備えてもよい。コンタクト層のＡｌ含有率は、緩衝層のＡｌ含有率以下であってもよい。

緩衝層の厚さは、１００ｎｍ以下であってもよい。

本発明の別の態様は、発光素子の製造方法である。この方法は、基板上にｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料を含むｎ型クラッド層を形成するステップと、ｎ型クラッド層上にＡｌＧａＮ系半導体材料を含む活性層を形成するステップと、活性層上にｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料を含む電子ブロック層を形成するステップと、電子ブロック層上に電子ブロック層より屈折率の低い材料を含む反射層を形成するステップと、反射層の一部を除去して反射層を貫通する開口部を形成するステップと、開口部および反射層上の双方に跨って電子ブロック層よりＡｌ含有率の低いｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＧａＮ系半導体材料を含むコンタクト層を形成するステップと、を備える。

電子ブロック層上に電子ブロック層よりＡｌ含有率の低いｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＧａＮ系半導体材料の緩衝層を形成するステップをさらに備えてもよい。コンタクト層は、緩衝層上に緩衝層と接して形成され、コンタクト層のＡｌ含有率が緩衝層のＡｌ含有率以下であってもよい。

本発明の発光素子によれば、深紫外光の光取出効率を高めることができる。

実施の形態に係る発光素子の構成を概略的に示す断面図である。 反射層の構成例を概略的に示す上面図である。 反射層の構成例を概略的に示す上面図である。 反射層の構成例を概略的に示す上面図である。 発光素子の製造工程を概略的に示す断面図である。 発光素子の製造工程を概略的に示す断面図である。 発光素子の製造工程を概略的に示す断面図である。 発光素子の製造工程を概略的に示す断面図である。 実施の形態に係る発光素子が奏する効果を模式的に示す図である。 変形例に係る発光素子の構成を概略的に示す断面図である。 緩衝層の厚さと深紫外光の透過量の関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の発光素子の寸法比と一致しない。

図１は、実施の形態に係る発光素子１０の構成を概略的に示す断面図である。発光素子１０は、基板１２、第１ベース層１４、第２ベース層１６、ｎ型クラッド層１８、活性層２０、電子ブロック層２２、ｐ型クラッド層２４、反射層２６、コンタクト層２８、ｐ側電極３２、ｎ側電極３４を備える。発光素子１０は、中心波長が約３５５ｎｍ以下となる「深紫外光」を発するように構成される半導体発光素子である。このような波長の深紫外光を出力するため、活性層２０は、バンドギャップが約３．４ｅＶ以上となる窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料で構成される。本実施の形態では、特に、中心波長が約２８０ｎｍの深紫外光を発する場合について示す。

本明細書において、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」とは、主に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体材料のことをいい、窒化インジウム（ＩｎＮ）などの他の材料を含有する半導体材料を含むものとする。したがって、本明細書にいう「ＡｌＧａＮ系半導体材料」は、例えば、Ｉｎ_{１−ｘ−ｙ}Ａｌ_ｘＧａ_ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成で表すことができ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）を含むものとする。

また「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＡｌＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＧａＮ系半導体材料」ということがある。「ＧａＮ系半導体材料」には、主にＧａＮやＩｎＧａＮが含まれ、これらに微量のＡｌＮを含有する材料も含まれる。同様に、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＧａＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＡｌＮ系半導体材料」ということがある。「ＡｌＮ系半導体材料」には、主にＡｌＮやＩｎＡｌＮが含まれ、これらに微量のＧａＮが含有される材料も含まれる。

基板１２は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板であり、例えば、サファイア基板の（０００１）面上に第１ベース層１４および第２ベース層１６が積層される。第１ベース層１４は、ＡｌＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ−ＡｌＮ）層である。第２ベース層１６は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ（ｕ−ＡｌＧａＮ）層である。

基板１２、第１ベース層１４および第２ベース層１６は、ｎ型クラッド層１８から上の層を形成するための下地層（テンプレート）として機能する。またこれらの層は、活性層２０が発する深紫外光を外部に取り出すための光取り出し基板として機能し、活性層２０が発する深紫外光を透過する。

ｎ型クラッド層１８は、ｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｎ型クラッド層１８は、活性層２０が発する深紫外光を透過するように組成比が選択され、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。ｎ型クラッド層１８は、１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２００ｎｍ程度の厚さを有する。

活性層２０は、ｎ型クラッド層１８の一部領域上に形成される。活性層２０は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、ｎ型クラッド層１８と電子ブロック層２２に挟まれてダブルヘテロ接合構造を構成する。活性層２０は、単層もしくは多層の量子井戸構造を構成してもよい。このような量子井戸構造は、例えば、ｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるバリア層と、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される井戸層とを積層させることにより形成される。

電子ブロック層２２は、活性層２０の上に形成される。電子ブロック層２２は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。電子ブロック層２２は、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。電子ブロック層２２は、ＡｌＮのモル分率が８０％以上となるように形成されてもよく、実質的にＧａＮを含まないＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層２２は、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２ｎｍ〜５ｎｍ程度の厚さを有する。

ｐ型クラッド層２４は、電子ブロック層２２の上に形成される。ｐ型クラッド層２４は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、ＭｇドープのＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層２４は、電子ブロック層２２よりもＡｌＮのモル分率が低くなるように組成比が選択される。ｐ型クラッド層２４は、３００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の厚さを有する。

反射層２６は、ｐ型クラッド層２４の上の第１領域Ｗ１に設けられる。反射層２６は、ｐ型クラッド層２４などのＡｌＧａＮ系半導体材料で構成される層よりも屈折率の低い材料で形成される。反射層２６は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などのシリコンを含む絶縁体材料で構成される。反射層２６は、活性層２０からの深紫外光をｐ型クラッド層２４との界面において反射させ、基板１２に向かわせる機能を有する。

反射層２６は、ｐ型クラッド層２４との界面にて深紫外光を効果的に反射させることができるように、ｐ型クラッド層２４との屈折率差が大きい材料で構成されることが望ましい。ｐ型クラッド層２４を構成するＡｌＧａＮ系半導体材料の屈折率は２．１〜２．７程度であるため、屈折率差の大きい材料として、特に、酸化シリコン（屈折率１．４５程度）を用いることが好ましい。

反射層２６は、ｐ型クラッド層２４との界面にて反射される深紫外光と、コンタクト層２８との界面にて反射される深紫外光が強め合って反射光の強度が高まることとなる厚さｄを有することが好ましい。このような厚さｄの条件は、深紫外光の波長λ、この波長λに対する反射層２６の屈折率ｎ、１以上の整数ｍを用いて、ｄ＝（λ／４ｎ）（２ｍ−１）の式で表すことができる。例えば、λ＝２８０ｎｍ、ｎ＝１．４５、ｍ＝１とした場合、好ましい反射層２６の厚さｄは５０ｎｍ程度である。なお反射層２６の厚さｄは、２００ｎｍ以下とすることが好ましく、１００ｎｍ以下とすることがさらに望ましい。

反射層２６は、ｐ型クラッド層２４の上において第１領域Ｗ１に隣接する第２領域Ｗ２を避けて設けられており、第２領域Ｗ２には反射層２６を貫通する開口部３０が設けられる。また、反射層２６は、第１領域Ｗ１と第２領域Ｗ２が隣接する方向に第１領域Ｗ１と第２領域Ｗ２が交互に配置されるように設けられる。

図２〜図４は、反射層２６の構成例を概略的に示す上面図である。反射層２６は、図２〜図４のそれぞれに示されるように、メッシュ状、ライン状もしくはドット状に設けられる。例えば、図２に示されるように、反射層２６の設けられる第１領域Ｗ１は、メッシュ状に設けられ、開口部３０の設けられる第２領域Ｗ２は、格子状に間隔を空けて配置される。別の構成例では、図３に示されるように、第１領域Ｗ１および第２領域Ｗ２のそれぞれが互い違いにライン状に形成される。さらに別の構成例では、図４に示されるように、反射層２６の設けられる第１領域Ｗ１が格子状に間隔を空けて配置され、開口部３０の設けられる第２領域Ｗ２がメッシュ状に設けられる。なお、これらの配置は例示であり、各領域が円形状に設けられてもよいし、六方格子状に配置されてもよいし、各領域が不均一に配置されてもよい。

なお、第１領域Ｗ１は、第１領域Ｗ１と第２領域Ｗ２が隣接する方向の第１領域Ｗ１の幅ｌが１０μｍ以下となるように形成されることが好ましい。図２に示すようなメッシュ形状である場合、縦方向または横方向に細長く延びる第１領域Ｗ１の短手方向の幅が１０μｍ以下となることが望ましい。図３に示すようなライン形状である場合も同様に、長手方向に延びる第１領域Ｗ１の短手方向の幅が１０μｍ以下となることが望ましい。また、図４に示すようなドット形状である場合、各第１領域Ｗ１の一辺の長さが１０μｍ以下となることが望ましい。

なお、第１領域Ｗ１の幅ｌは、ｐ型クラッド層２４におけるキャリアの拡散長よりも小さくなるように各領域が形成されることが好ましい。これにより、第２領域Ｗ２の開口部３０に設けられるコンタクト層２８を通じて注入されるキャリアが活性層２０の全域に到達できるようにする。言いかえれば、コンタクト層２８から注入されるべきキャリアが反射層２６により遮蔽され、反射層２６の直下に位置する活性層２０にキャリアが到達しなくなるのを防ぐ。これにより、活性層２０の全体としての発光効率の低下を抑えることができる。

また、反射層２６が設けられる第１領域Ｗ１の幅ｌは、１μｍ以上となるように形成されることが好ましく、活性層２０が発する紫外光の波長λの数倍程度以上の幅を有するように形成されることが望ましい。第１領域Ｗ１の幅を波長λよりも十分に大きくすることにより、深紫外光が反射層２６にて好適に反射されるようにする。

コンタクト層２８は、反射層２６と開口部３０に露出するｐ型クラッド層２４の双方の上を覆うように設けられる。コンタクト層２８は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、電子ブロック層２２やｐ型クラッド層２４よりもＡｌ含有率が低くなるように組成比が選択される。コンタクト層２８は、ＡｌＮのモル分率が２０％以下であることが好ましく、ＡｌＮのモル分率が１０％以下であることがより望ましい。コンタクト層２８は、実質的にＡｌＮを含まないｐ型のＧａＮ系半導体材料で形成されてもよい。コンタクト層２８のＡｌＮのモル分率を小さくすることにより、ｐ側電極３２との良好なオーミック接触を得ることができる。また、コンタクト層２８のバルク抵抗を下げることができ、活性層２０へのキャリア注入効率を向上させることができる。

コンタクト層２８は、開口部３０を有する反射層２６をテンプレートとして形成され、反射層２６の上においてエピタキシャル横方向成長（ＥＬＯ）が支配的となるように形成される。ＥＬＯを利用することで、Ａｌ含有率の異なるｐ型クラッド層２４との界面における格子不整合に起因した欠陥の発生を防ぎ、コンタクト層２８の結晶性を向上させることができる。

ｐ側電極３２は、コンタクト層２８の上に設けられる。ｐ側電極３２は、コンタクト層２８との間でオーミック接触が実現できる材料で形成され、例えば、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層構造により形成される。各金属層の厚さは、例えば、Ｎｉ層が６０ｎｍ程度であり、Ａｕ層が５０ｎｍ程度である。

ｎ側電極３４は、ｎ型クラッド層１８の上の活性層２０が設けられていない露出領域に設けられる。ｎ側電極３４は、例えば、チタン（Ｔｉ）／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの積層構造により形成される。各金属層の厚さは、例えば、第１のＴｉ層が２０ｎｍ程度であり、Ａｌ層が１００ｎｍ程度であり、第２のＴｉ層が５０ｎｍ程度であり、Ａｕ層が１００ｎｍ程度である。

つづいて、図５〜図８を参照しながら発光素子１０の製造方法について述べる。
まず、図５に示すように、基板１２の上に第１ベース層１４、第２ベース層１６、ｎ型クラッド層１８、活性層２０、電子ブロック層２２、ｐ型クラッド層２４を順に積層させる。ＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される第２ベース層１６、ｎ型クラッド層１８、活性層２０、電子ブロック層２２およびｐ型クラッド層２４は、有機金属化学気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などの周知のエピタキシャル成長法を用いて形成できる。

つづいて、ｐ型クラッド層２４の上に反射層２６を形成する。反射層２６は、例えば、ＳｉＯ_２により形成される。反射層２６の形成方法は、特に限定されず、ＭＯＶＰＥ法やその他のＣＶＤ法などの周知の方法を用いて形成できる。

次に、図６に示すように、反射層２６をパターニングして開口部３０を形成する。開口部３０は、反射層２６の上にフォトリソグラフィ技術などを用いてパターニングされたマスクを用意し、マスクを介して反射層２６の一部をエッチングすることにより形成できる。開口部３０は、プラズマ等を用いたドライエッチングにより形成されてもよいし、フッ化水素酸（ＨＦ）等を用いたウェットエッチングにより形成されてもよい。

次に、図７に示すように、反射層２６および開口部３０から露出するｐ型クラッド層２４の上にコンタクト層２８を形成する。コンタクト層２８は、例えば、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＧａＮ系半導体材料で形成される。コンタクト層２８は、ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法などの周知のエピタキシャル成長法を用いて形成できる。

次に、図８に示すように、ｎ型クラッド層１８の上に形成される活性層２０、電子ブロック層２２、ｐ型クラッド層２４およびコンタクト層２８の一部を除去して、ｎ型クラッド層１８が露出される露出領域３８を形成する。露出領域３８は、例えば、コンタクト層２８の上の一部にマスクをし、マスクを介して各層をエッチングすることにより形成できる。露出領域３８は、例えば、プラズマを用いたドライエッチングにより形成できる。

次に、コンタクト層２８の上にＮｉ／Ａｕのｐ側電極３２を形成し、ｎ型クラッド層１８の上の露出領域３８にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕのｎ側電極３４を形成する。ｐ側電極３２およびｎ側電極３４を構成する各金属層は、例えば、ＭＢＥ法などの周知の方法により形成できる。これにより、図１に示す発光素子１０ができあがる。

つづいて、本実施の形態に係る発光素子１０が奏する効果について述べる。
図９は、実施の形態に発光素子１０が奏する効果を模式的に示す図である。本実施の形態によれば、ｐ型クラッド層２４とコンタクト層２８の間に反射層２６が設けられるため、活性層２０から電子ブロック層２２に向かう深紫外光Ａを反射層２６で反射させて基板１２に向かわせ、基板１２の主面１２ａから発光素子１０の外へ取り出すことができる。特に、深紫外光を吸収するコンタクト層２８よりも活性層２０の近い位置に反射層２６を設けることで、反射層２６にて反射される深紫外光Ａがコンタクト層２８に吸収されて減衰するのを防ぐことができる。これにより、深紫外光の光取出効率を高めることができる。

また、本実施の形態によれば、活性層２０から基板１２に向かう深紫外光のうち、基板１２の主面１２ａで反射されてコンタクト層２８に向かう深紫外光Ｂを反射層２６で反射させて、再度基板１２に向かわせることができる。これにより、基板１２の主面１２ａで反射されてコンタクト層２８に吸収されてしまう深紫外光の一部を発光素子１０の外へ取り出すことができる。これにより、深紫外光の光取出効率を高めることができる。

また、本実施の形態によれば、パターニングされた開口部３０を有する反射層２６の上にコンタクト層２８を形成するため、反射層２６をテンプレートとしたＥＬＯによりコンタクト層２８を形成できる。仮に、反射層２６を設けずにｐ型クラッド層２４の上にコンタクト層をエピタキシャル成長させると、ｐ型クラッド層２４とコンタクト層の間の格子不整合によりコンタクト層に転位が発生して欠陥が生じる。コンタクト層の欠陥が多いと、発光素子の信頼性に大きな影響を及ぼすおそれがある。一方、本実施の形態によれば、ＥＬＯを利用することで、欠陥の少ないコンタクト層２８を形成でき、発光素子１０の信頼性を高めることができる。

図１０は、変形例に係る発光素子１０の構成を概略的に示す断面図である。本変形例は、緩衝層４０をさらに備え、コンタクト層２８が第１コンタクト層４２および第２コンタクト層４４を有する点で上述の実施の形態と相違する。反射層２６およびコンタクト層２８は、緩衝層４０の上に形成される。以下、本変形例について上述の実施の形態との相違点を中心に述べる。

緩衝層４０は、ｐ型クラッド層２４と、反射層２６およびコンタクト層２８との間に設けられる。緩衝層４０は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、ｐ型クラッド層２４よりもＡｌ含有率が低くなるように組成比が選択される。緩衝層４０は、ＡｌＮのモル分率が２０％以下であることが好ましく、ＡｌＮのモル分率が１０％以下であることがより望ましい。緩衝層４０は、実質的にＡｌＮを含まないｐ型のＧａＮ系半導体材料で形成されてもよい。

緩衝層４０は、第１コンタクト層４２がエピタキシャル成長するためのシード層として機能し、第１コンタクト層４２のＥＬＯを促して第１コンタクト層４２の結晶性を高める。緩衝層４０は、シード層として機能できる程度に厚く形成されることが好ましく、５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上の厚さを有する。一方で、緩衝層４０は、活性層２０から緩衝層４０を通って反射層２６に向かう深紫外光、および、反射層２６で反射されて緩衝層４０を再び通過してから基板１２に向かう深紫外光の吸収量を抑えることができるように薄く形成されることが好ましい。緩衝層４０は、１００ｎｍ以下の厚さを有し、好ましくは５０ｎｍ以下または２０ｎｍ以下の厚さを有する。

図１１は、緩衝層４０の厚さと深紫外光の透過量の関係を示すグラフである。本図では、緩衝層４０を実質的にＡｌＮを含まないｐ型のＧａＮ系半導体材料で構成した場合を示し、反射層２６で反射される深紫外光が緩衝層４０を往復で通過した場合の透過量を示す。図示されるように、緩衝層４０の厚さが増えるにつれて透過量が減少し、緩衝層４０の厚さが１００ｎｍになると透過量が１０％未満となることが分かる。このことから、反射層２６の反射により深紫外光の取出効率を高めるためには、緩衝層４０の厚さを１００ｎｍ以下とすることが好ましいと言える。なお、緩衝層４０をＡｌＮを含むＡｌＧａＮ系半導体材料で構成する場合には、ＧａＮ系半導体材料と比べて紫外光の吸収率が低くなることから、緩衝層４０の厚さを１００ｎｍ以上にしてもよい。

第１コンタクト層４２は、反射層２６の上と開口部３０に露出する緩衝層４０の上の双方を覆うように設けられる。第１コンタクト層４２は、緩衝層４０と接するように設けられる。第１コンタクト層４２は、上述の実施の形態に係るコンタクト層２８と同様に、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、電子ブロック層２２やｐ型クラッド層２４よりもＡｌ含有率が低くなるように組成比が選択される。第１コンタクト層４２は、緩衝層４０とＡｌ含有率が同じまたは緩衝層４０よりもＡｌ含有率が低くなるように組成比が選択される。緩衝層４０の上に第１コンタクト層４２を形成することで、第１コンタクト層４２のＥＬＯを促すとともに第１コンタクト層４２の結晶性を向上させることができる。

第２コンタクト層４４は、第１コンタクト層４２の上に設けられる。第２コンタクト層４４は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料または実質的にＡｌＮを含まないｐ型のＧａＮ系半導体材料で形成され、第１コンタクト層４２とＡｌ含有率が同じまたは緩衝層４０よりもＡｌ含有率が低くなるように組成比が選択される。第２コンタクト層４４の上にはｐ側電極３２が設けられる。

本変形例によれば、ｐ型クラッド層２４とコンタクト層２８の間に緩衝層４０を挿入することで、コンタクト層２８の結晶性をさらに高めてコンタクト層２８のバルク抵抗を低減できる。また、緩衝層４０の厚さを５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることで、活性層２０へのキャリア注入効率と活性層２０からの光取出効率の双方を向上させることができる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

別の変形例においては、ｐ型クラッド層２４にｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で構成される超格子構造が形成されてもよい。超格子構造は、例えば、ＡｌＮモル比率が相対的に大きいＡｌＧａＮ層と小さいＡｌＧａＮ層を積層させることにより形成できる。具体的には、ＡｌＮモル比率が６０％のＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮモル比率が４０％のＡｌＧａＮ層を積層させることで形成される。

この超格子構造は、コンタクト層２８から注入されるキャリア（ホール）が二次元的に分布した二次元ホールガス（２ＤＨＧ）を形成するように構成され、キャリアの横方向の移動を促進させるように構成される。このような超格子構造を形成することにより、反射層２６によって遮蔽されるために、コンタクト層２８からのキャリアが注入されにくい領域（例えば、反射層２６の直下の領域）にキャリアを供給させることができる。これにより、活性層２０の発光効率を高めることができる。

別の変形例においては、ｐ型クラッド層２４を設けずに、電子ブロック層２２の上に反射層２６およびコンタクト層２８を形成してもよい。この場合、反射層２６の上と、開口部３０に露出する電子ブロック層２２の上に跨ってコンタクト層２８を形成すればよい。

別の変形例においては、ｐ型クラッド層２４を設けずに電子ブロック層２２の上に緩衝層４０を設け、緩衝層４０の上に反射層２６およびコンタクト層２８を形成してもよい。上述の変形例において、第２コンタクト層４４を設けずに第１コンタクト層４２の直上にｐ側電極３２を形成してもよい。

１０…発光素子、１２…基板、１８…ｎ型クラッド層、２０…活性層、２２…電子ブロック層、２４…ｐ型クラッド層、２６…反射層、２８…コンタクト層、３０…開口部、４０…緩衝層、Ｗ１…第１領域、Ｗ２…第２領域。

Claims (9)

1. 基板上にｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるｎ型クラッド層と、
   前記ｎ型クラッド層上にＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される活性層と、
   前記活性層上にｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＡｌＮ系半導体材料で形成される電子ブロック層と、
   前記電子ブロック層上の第１領域に前記電子ブロック層より屈折率の低いシリコン（Ｓｉ）を含む絶縁体材料で形成され、前記第１領域と隣接する前記電子ブロック層上の第２領域に開口部を有する反射層と、
   前記開口部および前記反射層上の双方に跨って設けられ、前記電子ブロック層よりＡｌ含有率の低いｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＧａＮ系半導体材料で形成されるｐ型コンタクト層と、を備え、
   前記活性層が深紫外光を発することを特徴とする発光素子。
2. 前記反射層は、前記第１領域と前記第２領域とが隣接する方向に前記第１領域および前記第２領域が交互に配置されるように形成され、前記隣接する方向の前記第１領域の幅が１０μｍ以下となるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記反射層の厚さｄは、前記活性層が発する深紫外光の波長λ、前記波長λに対する前記反射層の屈折率ｎ、１以上の整数ｍを用いて、ｄ＝（λ／４ｎ）（２ｍ−１）の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
4. 前記電子ブロック層と、前記反射層または前記コンタクト層との間に、前記電子ブロック層よりもＡｌ含有率の低いｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるｐ型クラッド層をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子。
5. 前記ｐ型クラッド層は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で構成される超格子構造を有することを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
6. 前記電子ブロック層と前記コンタクト層の間に前記コンタクト層と接して設けられ、前記電子ブロック層よりＡｌ含有率の低いｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＧａＮ系半導体材料で構成される緩衝層をさらに備え、
   前記コンタクト層のＡｌ含有率は、前記緩衝層のＡｌ含有率以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項の記載の発光素子。
7. 前記緩衝層の厚さは、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
8. 基板上にｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料を含むｎ型クラッド層を形成するステップと、
   前記ｎ型クラッド層上にＡｌＧａＮ系半導体材料を含む活性層を形成するステップと、
   前記活性層上にｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料を含む電子ブロック層を形成するステップと、
   前記電子ブロック層上に前記電子ブロック層より屈折率の低いシリコン（Ｓｉ）を含む絶縁体材料から構成される反射層を形成するステップと、
   前記反射層の一部を除去して前記反射層を貫通する開口部を形成するステップと、
   前記開口部および前記反射層上の双方に跨って前記電子ブロック層よりＡｌ含有率の低いｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＧａＮ系半導体材料を含むコンタクト層を形成するステップと、を備えることを特徴とする発光素子の製造方法。
9. 前記電子ブロック層上に前記電子ブロック層よりＡｌ含有率の低いｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料またはｐ型のＧａＮ系半導体材料の緩衝層を形成するステップをさらに備え、
   前記コンタクト層は、前記緩衝層上に前記緩衝層と接して形成され、前記コンタクト層のＡｌ含有率が前記緩衝層のＡｌ含有率以下であることを特徴とする請求項８に記載の発光素子の製造方法。

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