JP6813308B2

JP6813308B2 - Ultraviolet light emitting element and ultraviolet irradiation module

Info

Publication number: JP6813308B2
Application number: JP2016169942A
Authority: JP
Inventors: 陽吉川
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: JP2018037539A

Description

本発明は、紫外線発光素子及び紫外線照射モジュールに関する。 The present invention relates to an ultraviolet light emitting element and an ultraviolet irradiation module.

紫外線発光素子は、発光層の組成を制御することにより発光波長を制御することができるとともに、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に利用されている。一般的な紫外線発光素子は、基板上に、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構造を有する。
発光素子の発光出力を高めるためは、発光効率を向上させる事が重要である。例えば、特許文献１には、活性層（発光層）とｐ型窒化物半導体層との間に量子障壁層を形成し、各層のバンドギャップエネルギーを調整する事で、発光効率を向上させる技術が開示されている。 The ultraviolet light emitting element can control the emission wavelength by controlling the composition of the light emitting layer, and has a long life and high reliability. Therefore, it is used for various purposes such as lighting, a light source for measuring instruments, and a sterilization light source. A general ultraviolet light emitting device has a PIN structure in which a light emitting layer is sandwiched between a p-type nitride semiconductor and an n-type nitride semiconductor on a substrate.
In order to increase the light emitting output of the light emitting element, it is important to improve the luminous efficiency. For example, Patent Document 1 describes a technique for improving luminous efficiency by forming a quantum barrier layer between an active layer (light emitting layer) and a p-type nitride semiconductor layer and adjusting the bandgap energy of each layer. It is disclosed.

特開２０１０−１１４４０３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-114403

紫外線発光素子には、さらなる発光効率の向上が求められている。
本発明の課題は、発光効率を向上させることが可能な紫外線発光素子を提供することである。 The ultraviolet light emitting element is required to further improve the luminous efficiency.
An object of the present invention is to provide an ultraviolet light emitting device capable of improving luminous efficiency.

上記課題を解決するために、本発明の一態様である紫外線発光素子は、下記の構成要件(1) 〜(3) を有する。
(1) 基板と、基板の主面上に形成された窒化物半導体からなる下地層と、下地層上に形成され、導電性を有する窒化物半導体からなる第一クラッド層と、第一クラッド層上に形成され、窒化物半導体からなる発光層と、発光層上に形成され、第一クラッド層とは異なる導電性を有する窒化物半導体からなる第二クラッド層と、を備えている。
(2) 下地層と第一クラッド層との界面はステップ面およびテラス面を有する。 In order to solve the above problems, the ultraviolet light emitting device according to one aspect of the present invention has the following constituent requirements (1) to (3).
(1) A substrate, a base layer made of a nitride semiconductor formed on the main surface of the substrate, a first clad layer made of a conductive nitride semiconductor formed on the base layer, and a first clad layer. It includes a light emitting layer formed on the top and made of a nitride semiconductor, and a second clad layer made of a nitride semiconductor formed on the light emitting layer and having a conductivity different from that of the first clad layer.
(2) The interface between the base layer and the first clad layer has a step surface and a terrace surface.

(3) 第一クラッド層および発光層の結晶欠陥密度が有する結晶欠陥密度のうち、下記の定義１に基づく傾斜欠陥量および下記の定義２に基づく垂直欠陥量が、以下の条件１〜３を満たす。
定義１：基板の主面に対する角度が５°以上５０°以下である線欠陥の密度と、基板の主面に対する角度が５°以上５０°以下である面欠陥の密度と、の総和を、傾斜欠陥量と定義する。 (3) Of the crystal defect densities of the crystal defect densities of the first clad layer and the light emitting layer, the amount of inclined defects based on the following definition 1 and the amount of vertical defects based on the following definition 2 satisfy the following conditions 1 to 3. Fulfill.
Definition 1: The sum of the density of line defects whose angle with respect to the main surface of the substrate is 5 ° or more and 50 ° or less and the density of surface defects whose angle with respect to the main surface of the substrate is 5 ° or more and 50 ° or less is inclined. Defined as the amount of defects.

定義２：基板の主面に対する角度が７５°以上９０°以下である線欠陥の密度と、基板の主面に対する角度が７５°以上９０°以下である面欠陥の密度と、の総和を、垂直欠陥量と定義する。
条件１：第一クラッド層の傾斜欠陥量は１×１０^８ｃｍ^−２以上１×１０^１０ｃｍ^−２以下である。
条件２：発光層の傾斜欠陥量は１×１０^８ｃｍ^−２より小さい。
条件３：発光層の垂直欠陥量は第一クラッド層の垂直欠陥量よりも小さい。 Definition 2: The sum of the density of line defects whose angle with respect to the main surface of the substrate is 75 ° or more and 90 ° or less and the density of surface defects whose angle with respect to the main surface of the substrate is 75 ° or more and 90 ° or less is vertical. Defined as the amount of defects.
Condition 1: The amount of inclination defects of the first clad layer is 1 × 10 ⁸ cm- ² or more and 1 × 10 ¹⁰ cm- ² or less.
Condition 2: The amount of tilt defect of the light emitting layer is smaller than 1 × 10 ⁸ cm- ² .
Condition 3: The amount of vertical defects in the light emitting layer is smaller than the amount of vertical defects in the first clad layer.

本発明によれば、発光効率を向上させることが可能な紫外線発光素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ultraviolet light emitting device capable of improving the luminous efficiency.

〔一態様の紫外線発光素子〕
上述のように、本発明の一態様である紫外線発光素子は、上記構成要件(1) 〜(3) を有するものである。
つまり、一態様の紫外線発光素子は、ＰＩＮ構造を有する窒化物半導体素子であって、基板と第一クラッド層との間に下地層を有する。そして、この紫外線発光素子では、下地層と第一クラッド層との界面にステップ面およびテラス面を設けることで、第一クラッド層に、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を集中させている。これにより、第一クラッド層上に形成される発光層の線欠陥及び面欠陥を低減する事が可能となる。そのため、一態様の紫外線発光素子は、下地層と第一クラッド層との界面がステップ面およびテラス面を有さないものと比較して、発光効率が向上する。
また、一態様の紫外線発光素子は、窒化物半導体からなる層が有する結晶欠陥密度のうち、定義１に基づく傾斜欠陥量および定義２に基づく垂直欠陥量が条件１〜３を満たしていることで、条件１〜３を満たさないものと比較して、発光効率が向上する。 [One aspect of ultraviolet light emitting device]
As described above, the ultraviolet light emitting device according to one aspect of the present invention has the above-mentioned constituent requirements (1) to (3).
That is, the ultraviolet light emitting device of one aspect is a nitride semiconductor device having a PIN structure, and has a base layer between the substrate and the first clad layer. In this ultraviolet light emitting element, by providing a step surface and a terrace surface at the interface between the base layer and the first clad layer, the angle formed by the first clad layer with the main surface of the substrate is 5 ° or more and 50 ° or less. Line defects and surface defects are concentrated. This makes it possible to reduce line defects and surface defects of the light emitting layer formed on the first clad layer. Therefore, in one aspect of the ultraviolet light emitting device, the luminous efficiency is improved as compared with the one in which the interface between the base layer and the first clad layer does not have a step surface and a terrace surface.
Further, in the ultraviolet light emitting device of one aspect, among the crystal defect densities of the layer made of a nitride semiconductor, the amount of inclined defects based on the definition 1 and the amount of vertical defects based on the definition 2 satisfy the conditions 1 to 3. , The luminous efficiency is improved as compared with those which do not satisfy the conditions 1 to 3.

＜ステップ面およびテラス面について＞
一態様の紫外線発光素子において、「下地層と第一クラッド層との界面がステップ面およびテラス面を有する」とは、「下地層と第一クラッド層との界面に、基板の主面に対して略平行な面が階段状に連なる部分が存在すること」を意味する。そして、基板の主面に対して略平行な面をテラス面と定義し、隣り合うテラス面の間を繋ぐ面をステップ面と定義している。最終的な薄膜の平坦性の観点から、隣り合うテラス面間の段差は１原子層から数十原子層程度である事が好ましい。 <About the step surface and terrace surface>
In one aspect of the ultraviolet light emitting element, "the interface between the base layer and the first clad layer has a step surface and a terrace surface" means "at the interface between the base layer and the first clad layer with respect to the main surface of the substrate". It means that there is a part where substantially parallel surfaces are connected in a staircase pattern. " A surface substantially parallel to the main surface of the substrate is defined as a terrace surface, and a surface connecting adjacent terrace surfaces is defined as a step surface. From the viewpoint of the flatness of the final thin film, it is preferable that the step between adjacent terrace surfaces is about one atomic layer to several tens of atomic layers.

下地層と第一クラッド層との界面がステップ面及びテラス面を有することは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を観察することで確認できる。
また、「基板の主面」とは、基板が有する面のうちの主要な面であって、下地層が形成される面を意味する。基板の主面は平坦な面であってもよく、凹凸を有する面であってもよい。基板の主面が凹凸を有する面である場合には、その代表的な平面を「基板の主面」と見做す。 The fact that the interface between the base layer and the first clad layer has a step surface and a terrace surface is confirmed by observing a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of the ultraviolet light emitting element using a transmission electron microscope (TEM). it can.
Further, the "main surface of the substrate" means the main surface of the surfaces of the substrate on which the base layer is formed. The main surface of the substrate may be a flat surface or a surface having irregularities. When the main surface of the substrate is an uneven surface, the typical flat surface is regarded as the "main surface of the substrate".

＜結晶欠陥密度の測定方法＞
第一クラッド層および発光層が有する結晶欠陥密度のうち、定義１に基づく傾斜欠陥量および定義２に基づく垂直欠陥量は、以下の方法で調べることができる。
先ず、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の５μｍ以上を観察幅とする。 <Measurement method of crystal defect density>
Of the crystal defect densities of the first clad layer and the light emitting layer, the amount of inclined defects based on Definition 1 and the amount of vertical defects based on Definition 2 can be examined by the following methods.
First, a transmission electron microscope (TEM) is used to observe a cross section of the ultraviolet light emitting element perpendicular to the main surface of the substrate. Specifically, for example, the observation width is 5 μm or more in the TEM image showing the cross section perpendicular to the main surface of the substrate of the ultraviolet light emitting element.

そして、この観察幅の範囲で、第一クラッド層では、厚さ方向で発光層との界面側の部分（例えば、界面から０．３μｍまでの部分）を観察範囲とし、この観察範囲に含まれる所定の欠陥（基板の主面に対する角度が５°〜５０°または７５°〜９０°である面欠陥および線欠陥）を数える。発光層では、厚さ方向で第一クラッド層との界面側の部分（例えば、界面から０．３μｍまでの部分）を観察範囲として、この観察範囲に含まれる所定の欠陥を数える。 In the range of this observation width, in the first clad layer, the portion on the interface side with the light emitting layer in the thickness direction (for example, the portion from the interface to 0.3 μm) is set as the observation range and is included in this observation range. Count predetermined defects (surface defects and line defects whose angle to the main surface of the substrate is 5 ° to 50 ° or 75 ° to 90 °). In the light emitting layer, a portion on the interface side with the first clad layer in the thickness direction (for example, a portion up to 0.3 μm from the interface) is set as an observation range, and predetermined defects included in this observation range are counted.

次に、数えた所定の欠陥の数を、観察範囲の面積（例えば、観察幅×０．３μｍ）で除算する。この除算で得られた値が、観察範囲における傾斜欠陥量（基板の主面に対する角度が５°以上５０°以下である線欠陥の密度と、基板の主面に対する角度が５°以上５０°以下である面欠陥の密度と、の総和）、および垂直欠陥量（基板の主面に対する角度が７５°以上９０°以下である線欠陥の密度と、基板の主面に対する角度が７５°以上９０°以下である面欠陥の密度と、の総和）となる。
この過程を、紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面であって、互いに平行な五つの断面で行い、五つの観察範囲で得られた値の平均値を算出する。得られた平均値を、定義１に基づく傾斜欠陥量および定義２に基づく垂直欠陥量として採用する。 Next, the number of predetermined defects counted is divided by the area of the observation range (for example, observation width × 0.3 μm). The values obtained by this division are the amount of tilt defects in the observation range (the density of line defects whose angle with respect to the main surface of the substrate is 5 ° or more and 50 ° or less, and the angle with respect to the main surface of the substrate is 5 ° or more and 50 ° or less. The sum of the density of surface defects and the amount of vertical defects (the density of line defects whose angle with respect to the main surface of the substrate is 75 ° or more and 90 ° or less and the angle with respect to the main surface of the substrate is 75 ° or more and 90 °). It is the sum of the following surface defect densities).
This process is performed on five cross sections perpendicular to the main surface of the substrate of the ultraviolet light emitting element and parallel to each other, and the average value of the values obtained in the five observation ranges is calculated. The obtained average value is adopted as the amount of inclined defects based on Definition 1 and the amount of vertical defects based on Definition 2.

＜各層の形成方法＞
一態様の紫外線発光素子を構成する各層は、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、これに限定されない。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。 <Formation method of each layer>
Each layer constituting the ultraviolet light emitting device of one aspect can be formed by using an epitaxial growth technique such as, for example, a metalorganic vapor phase growth method (MOCVD method), but the film is not limited thereto. For example, the film may be formed by using a hydride vapor phase growth method (HVPE method), a molecular beam epitaxy method (MBE method), or the like.

一例として、例えば以下の方法を採用することで、下地層と第一クラッド層の界面にステップ面及びテラス面が連続的に形成された構造を形成することができる。
先ず、基板を１０５０℃以上の水素分雰囲気下でアニール処理し、この基板上に、基板の表面温度が１１００℃以上に保持されて、Ｖ／ＩＩＩ比が１００以下となる条件で、下地層を成長させる。次に、下地層上に、下地層の表面温度が１０５０℃以上に保持されて、Ｖ／ＩＩＩ比が５００以上となる条件で、第一クラッド層を成長させる。
この方法で用いる基板の一例としては、サファイア基板やＡｌＮ基板が挙げられる。また、下地層の材料としてはＡｌＮが一例として挙げられ、第一クラッド層の材料としてはＡｌＧａＮが一例として挙げられる。 As an example, by adopting the following method, for example, it is possible to form a structure in which a step surface and a terrace surface are continuously formed at the interface between the base layer and the first clad layer.
First, the substrate is annealed in a hydrogen atmosphere of 1050 ° C. or higher, and a base layer is formed on the substrate under the condition that the surface temperature of the substrate is maintained at 1100 ° C. or higher and the V / III ratio is 100 or lower. Grow. Next, the first clad layer is grown on the base layer under the condition that the surface temperature of the base layer is maintained at 1050 ° C. or higher and the V / III ratio is 500 or higher.
Examples of the substrate used in this method include a sapphire substrate and an AlN substrate. Further, AlN is mentioned as an example of the material of the base layer, and AlGaN is mentioned as an example of the material of the first clad layer.

＜紫外線発光素子の形態＞
一態様の紫外線発光素子は、樹脂やガラス等で封止されていてもよい。一態様の紫外線発光素子は、一つのパッケージ内に一つだけ配置されていてもよく、複数配置されていてもよい。複数の紫外線発光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。 <Form of ultraviolet light emitting element>
The ultraviolet light emitting element of one embodiment may be sealed with resin, glass, or the like. Only one ultraviolet light emitting element of one embodiment may be arranged in one package, or a plurality of ultraviolet light emitting elements may be arranged. When a plurality of ultraviolet light emitting elements are arranged, the wiring between the elements may be in series, in parallel, or may be a circuit in which series and parallel are combined.

＜基板＞
一態様の紫外線発光素子を構成する基板の具体例としては、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶などからなる基板が挙げられる。
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体をバルクとする単結晶基板や、基材上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層が形成された基板（テンプレート基板）を用いると、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なり、窒化物半導体層を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。 <Board>
Specific examples of the substrate constituting the ultraviolet light emitting device of one aspect include sapphire (Al ₂ O ₃ ), Si, SiC, MgO, Ga ₂ O ₃ , ZnO, GaN, InN, AlN, or a mixed crystal thereof. A substrate can be mentioned.
When a single crystal substrate in which a nitride semiconductor such as GaN, AlN, or AlGaN is bulk is used, or a substrate (template substrate) in which a nitride semiconductor layer such as GaN, AlN, or AlGaN is formed on the substrate, the upper side of the substrate is used. The difference in lattice constant from the nitride semiconductor layer formed in is small, and the penetration dislocation can be reduced by growing the nitride semiconductor layer in a lattice matching system.

また、汎用性が高いという観点からは、サファイア基板を用いることが好ましい。基板には、不純物が混入していてもよい。
基板の裏面は平坦な面であっても凹凸状の面であってもよい。基板の裏面は、基板とは異なる材質の物質を、例えば薄膜状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法等の気相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。 Further, from the viewpoint of high versatility, it is preferable to use a sapphire substrate. Impurities may be mixed in the substrate.
The back surface of the substrate may be a flat surface or an uneven surface. The back surface of the substrate may have a substance made of a material different from that of the substrate, for example, in the form of a thin film or dots. As a method for producing the substrate, a general substrate growth method such as a vapor phase growth method such as a sublimation method or an HVPE method or a liquid phase growth method can be applied.

また、基板の側面からの発光を増加させる観点からは、基板の厚さが１００μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましい。
また、基板の側面には凸部または凹部が形成されていてもよい。この凸部の定義は、基板側面の最も面積の大きい面を基準面とし、この基準面から突出する部分であり、凹部の定義は、この基準面から凹んでいる部分である。 Further, from the viewpoint of increasing the light emission from the side surface of the substrate, the thickness of the substrate is preferably 100 μm or more and 800 μm or less.
Further, a convex portion or a concave portion may be formed on the side surface of the substrate. The definition of the convex portion is a portion protruding from the reference surface with the surface having the largest area on the side surface of the substrate as the reference surface, and the definition of the concave portion is a portion recessed from the reference surface.

基板の側面の凸部位置および凹部位置では、基板の側面と外部（例えば空気）との屈折率差が小さくなるため、凸部または凹部を設けることで界面の透過率を向上させることができる。また、基板の側面に凸部または凹部を設けることにより、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。
凸部の基準面からの突出高さは１μｍ以上であることが好ましい。凹部の深さ（基準面から底面までの距離）は１μｍ以上が好ましい。 At the convex and concave positions on the side surface of the substrate, the difference in refractive index between the side surface of the substrate and the outside (for example, air) becomes small, so that the transmittance at the interface can be improved by providing the convex or concave portion. Further, by providing the convex portion or the concave portion on the side surface of the substrate, the relationship between the incident angle of light and the transmittance can be changed, and the light extraction efficiency can be improved.
The protruding height of the convex portion from the reference surface is preferably 1 μm or more. The depth of the recess (distance from the reference surface to the bottom surface) is preferably 1 μm or more.

凸部および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。
基板の側面に存在する凸部または凹部の数は一つでも複数でもよいが、光取り出し効率を向上させる観点から複数である方が好ましく、複数の凸部または凹部が基板側面に均等に分散していることがより好ましい。凸部または凹部は、基板の側面のうち少なくとも一つの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。 The shapes of the convex portions and the concave portions are not particularly limited, and may be needle-shaped, truncated cones, or pyramids.
The number of convex portions or concave portions existing on the side surface of the substrate may be one or a plurality, but it is preferable that the number of convex portions or concave portions is a plurality from the viewpoint of improving the light extraction efficiency, and the plurality of convex portions or concave portions are evenly dispersed on the side surface of the substrate. Is more preferable. The protrusions or recesses may be formed on at least one side surface of the substrate, but are preferably formed on all side surfaces of the substrate from the viewpoint of improving light extraction efficiency.

＜下地層＞
一態様の紫外線発光素子を構成する下地層は窒化物半導体からなり、基板の主面上に形成されている。
下地層をなす窒化物半導体は、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。下地層をなす窒化物半導体には、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が混入していてもよい。下地層をなす窒化物半導体の導電性は特に限定されない。 <Underground layer>
The base layer constituting the ultraviolet light emitting device of one aspect is made of a nitride semiconductor and is formed on the main surface of the substrate.
The nitride semiconductor forming the base layer is preferably a mixed crystal of AlN, GaN, and InN from the viewpoint of achieving high luminous efficiency. In addition to N, the nitride semiconductor forming the base layer may contain Group V elements other than N such as P, As, and Sb, and impurities such as C, H, F, O, Mg, and Si. Good. The conductivity of the nitride semiconductor forming the base layer is not particularly limited.

下地層と第一クラッド層との界面はステップ面及びテラス面を有している。
下地層と第一クラッド層は、窒化物半導体の組成が変化する境目を基準として区別することが可能である。組成の変化を観察する方法としては、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）やＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いる事ができる。他の層同士の区別にも同様の方法を用いる事が可能である。 The interface between the base layer and the first clad layer has a step surface and a terrace surface.
The base layer and the first clad layer can be distinguished from each other based on the boundary where the composition of the nitride semiconductor changes. As a method for observing the change in composition, secondary ion mass spectrometry (SIMS) or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be used. A similar method can be used to distinguish between other layers.

＜第一クラッド層＞
一態様の紫外線発光素子を構成する第一クラッド層は、導電性を有する窒化物半導体層からなり、下地層上に形成されている。第一クラッド層が有する結晶欠陥密度のうち、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密度と、前記主面とのなす角度が５°以上５０°以下である面欠陥の密度と、の総和は、１×１０^８ｃｍ^−２以上１×１０^１０ｃｍ^−２以下である。 <First clad layer>
The first clad layer constituting the ultraviolet light emitting device of one embodiment is made of a conductive nitride semiconductor layer and is formed on the base layer. Among the crystal defect densities of the first clad layer, the density of line defects formed by an angle of 5 ° or more and 50 ° or less with the main surface of the substrate and the angle formed by the main surface of the substrate are 5 ° or more and 50 ° or less. The sum of the density of certain surface defects is 1 × 10 ⁸ cm ^-2 or more and 1 × 10 ¹⁰ cm ^-2 or less.

第一クラッド層をなす窒化物半導体は、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。第一クラッド層をなす窒化物半導体には、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が混入していてもよい。
また、第一クラッド層と第二クラッド層は、互いに異なる導電性を有する窒化物半導体からなる層である。ｎ型半導体の方がｐ型半導体より結晶性に優れ、発光層への影響が低いという観点から、第一クラッド層の導電性がｎ型で、第二クラッド層の導電性がｐ型である事が好ましい。 The nitride semiconductor forming the first clad layer is preferably a mixed crystal of AlN, GaN, and InN from the viewpoint of achieving high luminous efficiency. In addition to N, group V elements other than N such as P, As, and Sb and impurities such as C, H, F, O, Mg, and Si are mixed in the nitride semiconductor forming the first clad layer. You may.
Further, the first clad layer and the second clad layer are layers made of nitride semiconductors having different conductivitys from each other. From the viewpoint that the n-type semiconductor has better crystallinity than the p-type semiconductor and has a lower effect on the light emitting layer, the conductivity of the first clad layer is n-type and the conductivity of the second clad layer is p-type. Things are preferable.

また、紫外線発光素子の発光波長を深紫外領域の波長（２８０ｎｍ以下）としたい場合には、第一クラッド層を形成する材料はＡｌＧａＮであることが好ましい。第一クラッド層がＡｌＧａＮで形成されることで、深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。 Further, when the emission wavelength of the ultraviolet light emitting element is desired to be a wavelength in the deep ultraviolet region (280 nm or less), the material for forming the first clad layer is preferably AlGaN. By forming the first clad layer with AlGaN, when a material corresponding to the bandgap energy in the deep ultraviolet region is formed as a light emitting layer, its crystallinity can be enhanced and the luminous efficiency can be improved.

＜発光層＞
一態様の紫外線発光素子を構成する発光層は、窒化物半導体からなり、第一クラッド層上に形成されている。発光層が有する結晶欠陥密度のうち、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密度と、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密度と、の総和は、１×１０^８ｃｍ^−２より小さい。 <Light emitting layer>
The light emitting layer constituting the ultraviolet light emitting device of one aspect is made of a nitride semiconductor and is formed on the first clad layer. Among the crystal defect densities of the light emitting layer, the density of line defects formed by an angle of 5 ° or more and 50 ° or less with the main surface of the substrate and the angle formed by the main surface of the substrate are 5 ° or more and 50 ° or less. The sum of the density of surface defects is less than 1 × 10 ⁸ cm ^-2 .

発光層をなす窒化物半導体は、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。発光層には、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの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。
また、紫外線発光素子の発光波長を深紫外領域の波長（２８０ｎｍ以下）としたい場合には、発光層をなす窒化物半導体はＡｌＧａＮであることが好ましい。また、発光効率を高める観点から、発光層は、ＡｌＧａＮからなる量子井戸層とＡｌＮからなる電子バリア層とからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有することが好ましい。 The nitride semiconductor forming the light emitting layer is preferably a mixed crystal of AlN, GaN, and InN from the viewpoint of achieving high luminous efficiency. In addition to N, the light emitting layer may contain Group V elements other than N such as P, As, and Sb, and impurities such as C, H, F, O, Mg, and Si. Further, a quantum well structure or a single-layer structure may be used, but it is desirable to have at least one well structure from the viewpoint of achieving high luminous efficiency.
Further, when the emission wavelength of the ultraviolet light emitting device is desired to be a wavelength in the deep ultraviolet region (280 nm or less), the nitride semiconductor forming the light emitting layer is preferably AlGaN. Further, from the viewpoint of increasing the luminous efficiency, the light emitting layer preferably has a multiple quantum well structure (MQW) composed of a quantum well layer made of AlGaN and an electron barrier layer made of AlN.

＜第二クラッド層＞
一態様の紫外線発光素子を構成する第二クラッド層は、第一クラッド層とは異なる導電性を有する窒化物半導体からなり、発光層上に形成されている。第二クラッド層をなす窒化物半導体は、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。
第二クラッド層をなす窒化物半導体には、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が混入していてもよい。ｎ型半導体の方がｐ型半導体より結晶性に優れ、発光層への影響が低いという観点から、第一クラッド層の導電性がｎ型で、第二クラッド層の導電性がｐ型である事が好ましい。 <Second clad layer>
The second clad layer constituting the ultraviolet light emitting device of one aspect is made of a nitride semiconductor having a conductivity different from that of the first clad layer, and is formed on the light emitting layer. The nitride semiconductor forming the second clad layer is preferably a mixed crystal of AlN, GaN, and InN from the viewpoint of achieving high luminous efficiency.
In addition to N, group V elements other than N such as P, As, and Sb and impurities such as C, H, F, O, Mg, and Si are mixed in the nitride semiconductor forming the second clad layer. You may. From the viewpoint that the n-type semiconductor has better crystallinity than the p-type semiconductor and has a lower effect on the light emitting layer, the conductivity of the first clad layer is n-type and the conductivity of the second clad layer is p-type. Things are preferable.

＜電極＞
一態様の紫外線発光素子は、さらに電極（ｎ型電極またはｐ型電極、あるいは両方）を備えていてもよい。
ｎ型電極としては、Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｒなどの金属、あるいはこれらの混晶、あるいはＩＴＯやＧａ_２Ｏ_３などの導電性酸化物等を用いることができる。また、ｎ型電極は、第一クラッド層及び第二クラッド層のうち、導電性がｎ型の層とコンタクトするように形成される事が好ましい。 <Electrode>
The ultraviolet light emitting device of one embodiment may further include an electrode (n-type electrode, p-type electrode, or both).
Examples of the n-type electrode include metals such as Al, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, and Zr, or These mixed crystals, or conductive oxides such as ITO and Ga ₂ O ₃ can be used. Further, the n-type electrode is preferably formed so that the conductivity of the first clad layer and the second clad layer is in contact with the n-type layer.

ｐ型電極としては、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕなどの金属、あるいはこれらの混晶、あるいはＩＴＯやＧａ_２Ｏ_３などの導電性酸化物等を用いることができる。また、ｐ型電極は、第一クラッド層及び第二クラッド層のうち、導電性がｐ型の層とコンタクトするように形成される事が好ましい。
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。 As the p-type electrode, a metal such as Ni, Au, Pt, Ag, Rh, Pd, Pt, Cu, a mixed crystal thereof, or a conductive oxide such as ITO or Ga ₂ O ₃ can be used. .. Further, the p-type electrode is preferably formed so that the conductivity of the first clad layer and the second clad layer is in contact with the p-type layer.
Examples of the electrode forming method include, but are not limited to, resistance heating vapor deposition, electron gun vapor deposition, and sputtering. The electrode may be a single layer or a laminated layer, or may be heat-treated with oxygen, nitrogen, an air atmosphere or the like after the layer is formed.

〔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、本発明の紫外線発光素子を備えている。
本発明の紫外線発光素子は、各種の装置に適用可能である。
本発明の紫外線発光素子は、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。 [Ultraviolet irradiation module]
The ultraviolet irradiation module of the present invention includes the ultraviolet light emitting element of the present invention.
The ultraviolet light emitting device of the present invention can be applied to various devices.
The ultraviolet light emitting device of the present invention can be applied to or replaced with all existing devices in which an ultraviolet lamp is used. In particular, it can be applied to an apparatus using deep ultraviolet rays having a wavelength of 280 nm or less.

本発明の紫外線発光素子は、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。本発明の紫外線発光素子は、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。 The ultraviolet light emitting element of the present invention can be applied to devices in, for example, medical / life science fields, environmental fields, industrial / industrial fields, living / home appliances fields, agriculture fields, and other fields. The ultraviolet light emitting element of the present invention includes a chemical / chemical substance synthesis / decomposition device, a liquid / gas / solid (container, food, medical device, etc.) sterilizer, a semiconductor cleaning device, and a surface modification of a film / glass / metal. Quality equipment, exposure equipment for manufacturing semiconductors, FPDs, PCBs, and other electronic products, printing / coating equipment, adhesion / sealing equipment, transfer / molding equipment for films / patterns / mockups, banknotes / scratches / blood / chemical substances, etc. It can be applied to the measurement / inspection equipment of.

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。 Examples of liquid sterilizers include automatic ice makers in refrigerators, ice trays and ice storage containers, water tanks for ice makers, freezers, ice makers, humidifiers, dehumidifiers, cold water tanks for water servers, hot water tanks, and flow paths. Piping, stationary water purifiers, portable water purifiers, water dispensers, water dispensers, wastewater treatment equipment, disposers, toilet drain traps, washing machines, dialysis water sterilization modules, peritoneal dialysis connector sterilizers, disaster water storage systems, etc. It can be mentioned, but this is not the case.

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。 Examples of gas sterilizers include air purifiers, air conditioners, ceiling fans, floor and bedding vacuum cleaners, futon dryers, shoe dryers, washing machines, clothes dryers, indoor germicidal lamps, and storage ventilation. Examples include systems, shoe boxes, and tons, but this is not the case.
Examples of solid sterilizers (including surface sterilizers) include vacuum packers, conveyor belts, hand tool sterilizers for medical / dental / barber / beauty salons, toothbrushes, toothbrush holders, chopstick boxes, cosmetic pouches, etc. Examples include, but are not limited to, drainage ditch lids, toilet bowl local cleaners, toilet bowl lids, etc.

〔実施形態〕
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する。）について説明する。この実施形態は、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。
この実施形態の紫外線発光素子は、基板、下地層、第一クラッド層、発光層、電子ブロック層、第二クラッド層、および二種類の電極を備えている。 [Embodiment]
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter, referred to as “embodiments”) will be described. This embodiment exemplifies a configuration for embodying the technical idea of the present invention, and does not specify the material, shape, structure, arrangement, dimensions, etc. of each part to the following.
The ultraviolet light emitting device of this embodiment includes a substrate, a base layer, a first clad layer, a light emitting layer, an electron block layer, a second clad layer, and two types of electrodes.

基板はサファイアからなる。下地層は、基板の主面上に形成された層であって、ＡｌＮ（窒化物半導体）からなる。第一クラッド層は、下地層上に形成された層であって、ｎ型ＡｌＧａＮ（導電性を有する窒化物半導体）からなる。発光層は、第一クラッド層上に形成された層であって、ＡｌＧａＮ／ＡｌＮの多重量子井戸構造を有する（窒化物半導体からなる）。電子ブロック層はＡｌＧａＮからなる。
第二クラッド層は、発光層上に形成された層であって、ｐ型ＧａＮ（第一クラッド層とは異なる導電性を有する窒化物半導体層）からなる。二種類の電極は、ｎ型ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層上に形成されたｎ型電極と、ｐ型ＧａＮからなる第二クラッド層層上に形成されたｐ型電極である。 The substrate is made of sapphire. The base layer is a layer formed on the main surface of the substrate and is made of AlN (nitride semiconductor). The first clad layer is a layer formed on the base layer and is made of n-type AlGaN (a conductive nitride semiconductor). The light emitting layer is a layer formed on the first clad layer and has an AlGaN / AlN multiple quantum well structure (composed of a nitride semiconductor). The electron block layer is made of AlGaN.
The second clad layer is a layer formed on the light emitting layer and is made of p-type GaN (nitride semiconductor layer having a conductivity different from that of the first clad layer). The two types of electrodes are an n-type electrode formed on the first clad layer made of n-type AlGaN and a p-type electrode formed on the second clad layer layer made of p-type GaN.

下地層と前記第一クラッド層との界面はステップ面およびテラス面を有する。第一クラッド層の傾斜欠陥量は１×１０^８ｃｍ^−２以上１×１０^１０ｃｍ^−２以下であり、発光層の傾斜欠陥量は１×１０^８ｃｍ^−２より小さく、発光層の垂直欠陥量は第一クラッド層の垂直欠陥量よりも小さく、発光層の前記垂直欠陥量は１×１０^９ｃｍ^−２以下である。
この実施形態の紫外線発光素子によれば、上述の構成を有することにより、高い発光効率を実現できる。また、汎用性が高いサファイア基板を用いているため、製造コストが低減できる。 The interface between the base layer and the first clad layer has a step surface and a terrace surface. The amount of tilt defects in the first clad layer is 1 × 10 ⁸ cm- ² or more and 1 × 10 ¹⁰ cm- ² or less, the amount of tilt defects in the light emitting layer is smaller than 1 × 10 ⁸ cm- ² , and vertical defects in the light emitting layer. The amount is smaller than the amount of vertical defects in the first clad layer, and the amount of vertical defects in the light emitting layer is 1 × 10 ⁹ cm- ² or less.
According to the ultraviolet light emitting device of this embodiment, high luminous efficiency can be realized by having the above-mentioned configuration. Moreover, since a highly versatile sapphire substrate is used, the manufacturing cost can be reduced.

上記実施形態の紫外線発光素子と同じ層構成を有する紫外線発光素子として、以下に示す実施例１〜５および比較例１〜５の紫外線発光素子を作製した。つまり、実施例１〜５、比較例１〜５の紫外線発光素子は、基板、下地層、第一クラッド層、発光層、電子ブロック層、第二クラッド層、および二種類の電極を備えている。
［実施例１］
先ず、厚さが４５０μｍの平板状で、オフ角が０．２°のｃ面サファイア基板を１０５０℃以上の水素分雰囲気下でアニール処理した。次に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を用い、先ず、このサファイア基板の平板面（主面）上に、厚さ２０００ｎｍのＡｌＮ層（下地層）を形成した。Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を用いた。成膜条件は、基板表面温度を１２００℃、Ｖ／ＩＩＩを５０、真空度を５０ｈＰａ、成長レートを０．５０μｍ／ｈｒに設定した。 As the ultraviolet light emitting element having the same layer structure as the ultraviolet light emitting element of the above embodiment, the ultraviolet light emitting elements of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 shown below were produced. That is, the ultraviolet light emitting elements of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 include a substrate, a base layer, a first clad layer, a light emitting layer, an electron block layer, a second clad layer, and two types of electrodes. ..
[Example 1]
First, a c-plane sapphire substrate having a thickness of 450 μm and an off angle of 0.2 ° was annealed in a hydrogen atmosphere of 1050 ° C. or higher. Next, using an organometallic vapor phase growth (MOCVD) apparatus, first, an AlN layer (underlayer) having a thickness of 2000 nm was formed on the flat plate surface (main surface) of the sapphire substrate. Trimethylaluminum (TMAl) was used as the Al raw material, and ammonia (NH ₃ ) was used as the N raw material. The film forming conditions were set to a substrate surface temperature of 1200 ° C., V / III of 50, a degree of vacuum of 50 hPa, and a growth rate of 0.50 μm / hr.

次に、このＡｌＮ層上に、第一クラッド層として、Ｓｉを不純物として用いたｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ＝６０％）を、厚さ２０００ｎｍで形成した。Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ_３）を用いた。成膜条件は、基板表面温度を１１００℃、真空度を５０ｈＰａ、Ｖ／ＩＩＩ比を３０００、成長レートを０．８μｍ／ｈｒに設定した。 Next, an n-type AlGaN layer (Al = 60%) using Si as an impurity was formed on the AlN layer as the first clad layer at a thickness of 2000 nm. Trimethylaluminum (TMAl) as an Al raw material, triethyl gallium (TEGa) as a Ga material, ammonia (NH ₃₎ as a N raw material were used monosilane (SiH ₃₎ as the Si raw material. The film forming conditions were set to a substrate surface temperature of 1100 ° C., a degree of vacuum of 50 hPa, a V / III ratio of 3000, and a growth rate of 0.8 μm / hr.

次に、このｎ型ＡｌＧａＮ層上に、ＡｌＧａＮ（量子井戸層）とＡｌＮ（電子バリア層）とからなる多重量子井戸構造の発光層を成膜した。具体的には、ＡｌＧａＮ（Ａｌ＝５２％）を厚さ１．５ｎｍで、ＡｌＮを厚さ６ｎｍで、交互に三層積層させた。各原料は上記と同じものを用いた。成膜条件は、Ｖ／ＩＩＩ比を５０００、真空度を５０ｈＰａ、量子井戸層の成長レートを０．１８μｍ／ｈｒ、電子バリア層の成長レートを０．１５μｍ／ｈｒに設定した。 Next, a light emitting layer having a multiple quantum well structure composed of AlGaN (quantum well layer) and AlN (electron barrier layer) was formed on the n-type AlGaN layer. Specifically, three layers of AlGaN (Al = 52%) having a thickness of 1.5 nm and AlN having a thickness of 6 nm were alternately laminated. The same raw materials as above were used. The film forming conditions were set to a V / III ratio of 5000, a degree of vacuum of 50 hPa, a growth rate of the quantum well layer of 0.18 μm / hr, and a growth rate of the electron barrier layer of 0.15 μm / hr.

次に、この発光層の上に、ＡｌＧａＮ（Ａｌ＝８５％）からなる電子ブロック層を厚さ１０ｎｍで形成した。各原料は上記と同じものを用いた。成膜条件は、基板表面温度を１０８０℃、真空度を５０ｈＰａ、Ｖ／ＩＩＩ比を３０００、成長レートを１μｍ／ｈｒに設定した。
次に、この電子ブロック層の上に、第二クラッド層として、Ｍｇを不純物として用いたｐ型ＧａＮ層を、厚さ２００ｎｍで成膜した。Ｍｇ原料としてビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用いた。これ以外の原料は上記と同じものを用いた。成膜条件は、基板表面温度を１０４０℃、真空度を１００ｈＰａ、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００、成長レートを１．２μｍ／ｈｒに設定した。 Next, an electron block layer made of AlGaN (Al = 85%) was formed on the light emitting layer with a thickness of 10 nm. The same raw materials as above were used. The film forming conditions were set to a substrate surface temperature of 1080 ° C., a degree of vacuum of 50 hPa, a V / III ratio of 3000, and a growth rate of 1 μm / hr.
Next, a p-type GaN layer using Mg as an impurity was formed as a second clad layer on the electron block layer to a thickness of 200 nm. Bis (cyclopentadienyl) magnesium (Cp ₂ Mg) was used as a raw material for Mg. The same raw materials as above were used as the other raw materials. The film forming conditions were set to a substrate surface temperature of 1040 ° C., a degree of vacuum of 100 hPa, a V / III ratio of 4000, and a growth rate of 1.2 μm / hr.

このようにして、サファイア基板に複数の窒化物半導体層が積層された物体（分割により複数の紫外線発光素子とされる物体）を得た。この物体をドライエッチングすることで、ｎ型ＡｌＧａＮ層の一部を露出させ、露出したｎ型ＡｌＧａＮ層上に、Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕを含む合金電極（ｎ型電極に相当）を形成した。また、ｐ型ＧａＮ層上には、Ｎｉ，Ａｕを含む合金電極（ｐ型電極に相当）を形成した。 In this way, an object in which a plurality of nitride semiconductor layers are laminated on a sapphire substrate (an object in which a plurality of ultraviolet light emitting elements are formed by division) is obtained. By dry etching this object, a part of the n-type AlGaN layer was exposed, and an alloy electrode containing Ti, Al, Ni, and Au (corresponding to the n-type electrode) was formed on the exposed n-type AlGaN layer. .. Further, an alloy electrode containing Ni and Au (corresponding to the p-type electrode) was formed on the p-type GaN layer.

次に、サファイア基板の裏面（主面と反対側の平板面）を、厚さが２００μｍになるように研削した後に、ダイシングにより、基板の平板面に垂直な複数の面で切断した。これにより、紫外線発光素子の小片を複数得た。
得られた紫外線発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が確認され、その発光強度は２．２ｍＷであった。 Next, the back surface of the sapphire substrate (the flat plate surface opposite to the main surface) was ground to a thickness of 200 μm, and then cut by dicing on a plurality of surfaces perpendicular to the flat plate surface of the substrate. As a result, a plurality of small pieces of the ultraviolet light emitting element were obtained.
When the obtained ultraviolet light emitting device was driven with a voltage of 7.5 V and a current of 100 mA, light emission with a peak wavelength of 265 nm was confirmed, and the light emission intensity was 2.2 mW.

この紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察したところ、ＡｌＮ層（下地層）とｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）との界面には、明瞭なマクロステップ（ステップ面及テラス面が連続的に形成された構造）が確認された。
また、前述の＜結晶欠陥密度の測定方法＞に従って、定義１に基づく傾斜欠陥量（以下、単に「傾斜欠陥量」と称する。）および定義２に基づく垂直欠陥量（以下、単に「垂直欠陥量」と称する。）を調べたところ、ＡｌＮ層（下地層）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。つまり、下地層の傾斜欠陥量は０であった。なお、下地層の観察範囲は、厚さ方向で第一クラッド層との界面側の部分とした。 When a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of this ultraviolet light emitting element was observed using a transmission electron microscope (TEM), it was found at the interface between the AlN layer (base layer) and the n-type AlGaN layer (first clad layer). Was confirmed to have a clear macrostep (a structure in which a step surface and a terrace surface were continuously formed).
Further, according to the above-mentioned <method for measuring crystal defect density>, the amount of inclined defects based on Definition 1 (hereinafter, simply referred to as “inclined defect amount”) and the amount of vertical defects based on Definition 2 (hereinafter, simply “vertical defect amount”). As a result, no line defects or surface defects having an angle of 5 ° or more and 50 ° or less were observed in the AlN layer (underlayer). That is, the amount of inclination defects in the base layer was 0. The observation range of the base layer was the portion on the interface side with the first clad layer in the thickness direction.

ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）には、基板主面に対してなす角が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（傾斜欠陥量）は３×１０^８ｃｍ^−２であった。また、ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）には、基板主面に対してなす角が７５°以上９０°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（垂直欠陥量）は７×１０^８ｃｍ^−２であった。 The n-type AlGaN layer (first clad layer) has line defects and surface defects having an angle of 5 ° or more and 50 ° or less with respect to the main surface of the substrate, and the total defect density (inclination defect amount) is It was 3 × 10 ⁸ cm- ² . Further, the n-type AlGaN layer (first clad layer) has line defects and surface defects having an angle of 75 ° or more and 90 ° or less with respect to the main surface of the substrate, and the sum of their defect densities (vertical defect amount). ) Was 7 × 10 ⁸ cm- ² .

発光層（ＡｌＧａＮ／ＡｌＮからなる多重量子井戸構造層）には、基板主面に対してなす角が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（傾斜欠陥量）は１×１０^６ｃｍ^−２であった。また、発光層には、基板主面に対してなす角が７５°以上９０°以下の線欠陥密度及び面欠陥密度が存在し、それらの欠陥密度の総和（垂直欠陥量）は３×１０^８ｃｍ^−２であった。 The light emitting layer (multi-quantum well structure layer made of AlGaN / AlN) has line defects and surface defects having an angle of 5 ° or more and 50 ° or less with respect to the main surface of the substrate, and the sum of the defect densities (inclinations). The amount of defects) was 1 × 10 ⁶ cm- ² . Further, the light emitting layer has a line defect density and a surface defect density having an angle of 75 ° or more and 90 ° or less with respect to the main surface of the substrate, and the total of these defect densities (vertical defect amount) is 3 × ^108. It was cm- ² .

［実施例２］
ＡｌＮ層（下地層）の成膜条件の基板表面温度を１２３０℃、成長レートを０．４８μｍ／ｈｒに設定した。ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の成膜条件のＶ／ＩＩＩ比を５０００、成長レートを０．５μｍ／ｈｒに設定した。これ以外は実施例１と同じ方法で紫外線発光素子を得た。 [Example 2]
The substrate surface temperature under the film forming conditions of the AlN layer (underlayer) was set to 1230 ° C., and the growth rate was set to 0.48 μm / hr. The V / III ratio of the film formation conditions of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was set to 5000, and the growth rate was set to 0.5 μm / hr. An ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for this.

得られた紫外線発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が確認され、その発光強度は２．８ｍＷであった。
この紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察したところ、ＡｌＮ層（下地層）とｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）との界面には、明瞭なマクロステップ（ステップ面及テラス面が連続的に形成された構造）が確認された。
また、実施例１と同様に測定したＡｌＮ層（下地層）の傾斜欠陥量は０であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の傾斜欠陥量は８×１０^８ｃｍ^−２、垂直欠陥量は５×１０^８ｃｍ^−２であり、発光層の傾斜欠陥量は３×１０^６ｃｍ^−２であり、垂直欠陥量は１×１０^８ｃｍ^−２であった。 When the obtained ultraviolet light emitting device was driven with a voltage of 7.5 V and a current of 100 mA, light emission with a peak wavelength of 265 nm was confirmed, and the light emission intensity was 2.8 mW.
When a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of this ultraviolet light emitting element was observed using a transmission electron microscope (TEM), it was found at the interface between the AlN layer (base layer) and the n-type AlGaN layer (first clad layer). Was confirmed to have a clear macrostep (a structure in which a step surface and a terrace surface were continuously formed).
Further, the amount of inclination defect of the AlN layer (underlayer) measured in the same manner as in Example 1 was 0, the amount of inclination defect of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was 8 × 10 ⁸ cm- ² , and the vertical defect. The amount was 5 × 10 ⁸ cm- ² , the amount of tilt defects in the light emitting layer was 3 × 10 ⁶ cm- ² , and the amount of vertical defects was 1 × 10 ⁸ cm- ² .

［実施例３］
ＡｌＮ層（下地層）の成膜条件の基板表面温度を１２７０℃、成長レートを０．４５μｍ／ｈｒに設定した。ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の成膜条件の基板表面温度を１０８０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を１５００、成長レートを１．２μｍ／ｈｒに設定した。これ以外は実施例１と同じ方法で紫外線発光素子を得た。
得られた紫外線発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が確認され、その発光強度は１．５ｍＷであった。 [Example 3]
The substrate surface temperature under the film forming conditions of the AlN layer (underlayer) was set to 1270 ° C., and the growth rate was set to 0.45 μm / hr. The substrate surface temperature under the film forming conditions of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was set to 1080 ° C., the V / III ratio was set to 1500, and the growth rate was set to 1.2 μm / hr. An ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for this.
When the obtained ultraviolet light emitting device was driven with a voltage of 7.5 V and a current of 100 mA, light emission with a peak wavelength of 265 nm was confirmed, and the light emission intensity was 1.5 mW.

この紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察したところ、ＡｌＮ層（下地層）とｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）との界面には、明瞭なマクロステップ（ステップ面及テラス面が連続的に形成された構造）が確認された。
また、実施例１と同様に測定したＡｌＮ層（下地層）の傾斜欠陥量は０であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の傾斜欠陥量は２×１０^９ｃｍ^−２、垂直欠陥量は８×１０^８ｃｍ^−２であり、発光層の傾斜欠陥量は１×１０^７ｃｍ^−２であり、垂直欠陥量は４×１０^８ｃｍ^−２であった。 When a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of this ultraviolet light emitting element was observed using a transmission electron microscope (TEM), it was found at the interface between the AlN layer (base layer) and the n-type AlGaN layer (first clad layer). Was confirmed to have a clear macrostep (a structure in which a step surface and a terrace surface were continuously formed).
Further, the amount of inclination defect of the AlN layer (underlayer) measured in the same manner as in Example 1 was 0, the amount of inclination defect of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was 2 × 10 ⁹ cm- ² , and the vertical defect. The amount was 8 × 10 ⁸ cm- ² , the amount of tilt defects in the light emitting layer was 1 × 10 ⁷ cm- ² , and the amount of vertical defects was 4 × 10 ⁸ cm- ² .

［実施例４］
ＡｌＮ層（下地層）の成膜条件の基板表面温度を１３００℃、成長レートを０．３８μｍ／ｈｒに設定した。ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の成膜条件の基板表面温度を１０５０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を１０００、成長レートを１．５μｍ／ｈｒに設定した。これ以外は実施例１と同じ方法で紫外線発光素子を得た。 [Example 4]
The substrate surface temperature under the film forming conditions of the AlN layer (underlayer) was set to 1300 ° C., and the growth rate was set to 0.38 μm / hr. The substrate surface temperature of the n-type AlGaN layer (first clad layer) under the film forming conditions was set to 1050 ° C., the V / III ratio was set to 1000, and the growth rate was set to 1.5 μm / hr. An ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for this.

得られた紫外線発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が確認され、その発光強度は１．１ｍＷであった。
この紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察したところ、ＡｌＮ層（下地層）とｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）との界面には、明瞭なマクロステップ（ステップ面及テラス面が連続的に形成された構造）が確認された。
また、実施例１と同様に測定したＡｌＮ層（下地層）の傾斜欠陥量は０であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の傾斜欠陥量は６×１０^９ｃｍ^−２、垂直欠陥量は８×１０^８ｃｍ^−２であり、発光層の傾斜欠陥量は３×１０^７ｃｍ^−２であり、垂直欠陥量は６×１０^８ｃｍ^−２であった。 When the obtained ultraviolet light emitting device was driven with a voltage of 7.5 V and a current of 100 mA, light emission with a peak wavelength of 265 nm was confirmed, and the light emission intensity was 1.1 mW.
When a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of the ultraviolet light emitting element was observed using a transmission electron microscope (TEM), it was found at the interface between the AlN layer (base layer) and the n-type AlGaN layer (first clad layer). A clear macrostep (a structure in which a step surface and a terrace surface were continuously formed) was confirmed.
Further, the amount of inclination defect of the AlN layer (underlayer) measured in the same manner as in Example 1 was 0, the amount of inclination defect of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was 6 × 10 ⁹ cm- ² , and the vertical defect. The amount was 8 × 10 ⁸ cm- ² , the amount of tilt defects in the light emitting layer was 3 × 10 ⁷ cm- ² , and the amount of vertical defects was 6 × 10 ⁸ cm- ² .

［実施例５］
ＡｌＮ層（下地層）の成膜条件の基板表面温度を１３００℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を３０に、成長レートを０．３８μｍ／ｈｒに設定した。ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の成膜条件の基板表面温度を１０５０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を８００に、成長レートを１．６μｍ／ｈｒに設定した。また、発光層の基板表面温度を１０５０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を２０００に、量子井戸層の成長レートを０．２３μｍ／ｈｒに、電子バリア層の成長レートを０．１８μｍ／ｈｒに設定した。これ以外は実施例１と同じ方法で紫外線発光素子を得た。 [Example 5]
The substrate surface temperature under the film forming conditions of the AlN layer (underlayer) was set to 1300 ° C., the V / III ratio was set to 30, and the growth rate was set to 0.38 μm / hr. The substrate surface temperature under the film forming conditions of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was set to 1050 ° C., the V / III ratio was set to 800, and the growth rate was set to 1.6 μm / hr. Further, the substrate surface temperature of the light emitting layer was set to 1050 ° C., the V / III ratio was set to 2000, the growth rate of the quantum well layer was set to 0.23 μm / hr, and the growth rate of the electron barrier layer was set to 0.18 μm / hr. .. An ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for this.

得られた紫外線発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が確認され、その発光強度は０．９ｍＷであった。
この紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察したところ、ＡｌＮ層（下地層）とｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）との界面には、明瞭なマクロステップ（ステップ面及テラス面が連続的に形成された構造）が確認された。
また、実施例１と同様に測定したＡｌＮ層（下地層）の傾斜欠陥量は０であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の傾斜欠陥量は８×１０^９ｃｍ^−２、垂直欠陥量は２×１０^９ｃｍ^−２であり、発光層の傾斜欠陥量は６×１０^７ｃｍ^−２であり、垂直欠陥量は１×１０^９ｃｍ^−２であった。 When the obtained ultraviolet light emitting device was driven with a voltage of 7.5 V and a current of 100 mA, light emission with a peak wavelength of 265 nm was confirmed, and the light emission intensity was 0.9 mW.
When a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of this ultraviolet light emitting element was observed using a transmission electron microscope (TEM), it was found at the interface between the AlN layer (base layer) and the n-type AlGaN layer (first clad layer). Was confirmed to have a clear macrostep (a structure in which a step surface and a terrace surface were continuously formed).
Further, the amount of inclination defects of the AlN layer (underlayer) measured in the same manner as in Example 1 was 0, the amount of inclination defects of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was 8 × 10 ⁹ cm- ² , and vertical defects. The amount was 2 × 10 ⁹ cm- ² , the amount of tilt defects in the light emitting layer was 6 × 10 ⁷ cm- ² , and the amount of vertical defects was 1 × 10 ⁹ cm- ² .

［比較例１］
ＡｌＮ層（下地層）の成膜条件の基板表面温度を１３００℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を３０に、成長レートを０．３８μｍ／ｈｒに、真空度を３０ｈＰａに設定した。ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の成膜条件の基板表面温度を１０８０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を３００に、成長レートを１．８μｍ／ｈｒに、真空度を３０ｈＰａに設定した。これ以外は実施例１と同じ方法で紫外線発光素子を得た。 [Comparative Example 1]
The substrate surface temperature under the film forming conditions of the AlN layer (underlayer) was set to 1300 ° C., the V / III ratio was set to 30, the growth rate was set to 0.38 μm / hr, and the degree of vacuum was set to 30 hPa. The substrate surface temperature under the film forming conditions of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was set to 1080 ° C., the V / III ratio was set to 300, the growth rate was set to 1.8 μm / hr, and the degree of vacuum was set to 30 hPa. An ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for this.

得られた紫外線発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が確認され、その発光強度は０．６ｍＷであった。
この紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察したところ、ＡｌＮ層（下地層）とｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）との界面には、明瞭なマクロステップ（ステップ面及テラス面が連続的に形成された構造）が確認された。 When the obtained ultraviolet light emitting device was driven with a voltage of 7.5 V and a current of 100 mA, light emission with a peak wavelength of 265 nm was confirmed, and the light emission intensity was 0.6 mW.
When a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of this ultraviolet light emitting element was observed using a transmission electron microscope (TEM), it was found at the interface between the AlN layer (base layer) and the n-type AlGaN layer (first clad layer). Was confirmed to have a clear macrostep (a structure in which a step surface and a terrace surface were continuously formed).

また、実施例１と同様に測定したＡｌＮ層（下地層）の傾斜欠陥量は０であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の傾斜欠陥量は３×１０^１０ｃｍ^−２、垂直欠陥量は４×１０^８ｃｍ^−２であり、発光層の傾斜欠陥量は２×１０^８ｃｍ^−２であり、垂直欠陥量は６×１０^８ｃｍ^−２であった。 Further, the amount of inclination defects of the AlN layer (underlayer) measured in the same manner as in Example 1 was 0, the amount of inclination defects of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was 3 × 10 ¹⁰ cm- ² , and vertical defects. The amount was 4 × 10 ⁸ cm- ² , the amount of tilt defects in the light emitting layer was 2 × 10 ⁸ cm- ² , and the amount of vertical defects was 6 × 10 ⁸ cm- ² .

［比較例２］
ＡｌＮ層（下地層）の成膜条件の基板表面温度を１３００℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を３０に、成長レートを０．３８μｍ／ｈｒに、真空度を３０ｈＰａに設定した。ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の成膜条件の基板表面温度を１０５０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を５０００に、成長レートを２．１μｍ／ｈｒに、真空度を１５０ｈＰａに設定した。また、発光層の基板表面温度を１０５０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を１０００に、量子井戸層の成長レートを０．２７μｍ／ｈｒに、電子バリア層の成長レートを０．１９μｍ／ｈｒに設定した。これ以外は実施例１と同じ方法で紫外線発光素子を得た。 [Comparative Example 2]
The substrate surface temperature under the film forming conditions of the AlN layer (underlayer) was set to 1300 ° C., the V / III ratio was set to 30, the growth rate was set to 0.38 μm / hr, and the degree of vacuum was set to 30 hPa. The substrate surface temperature under the film forming conditions of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was set to 1050 ° C., the V / III ratio was set to 5000, the growth rate was set to 2.1 μm / hr, and the degree of vacuum was set to 150 hPa. Further, the substrate surface temperature of the light emitting layer was set to 1050 ° C., the V / III ratio was set to 1000, the growth rate of the quantum well layer was set to 0.27 μm / hr, and the growth rate of the electron barrier layer was set to 0.19 μm / hr. .. An ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for this.

得られた紫外線発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が確認され、その発光強度は０．４ｍＷであった。
この紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察したところ、ＡｌＮ層（下地層）とｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）との界面には、明瞭なマクロステップ（ステップ面及テラス面が連続的に形成された構造）が確認された。 When the obtained ultraviolet light emitting device was driven with a voltage of 7.5 V and a current of 100 mA, light emission with a peak wavelength of 265 nm was confirmed, and the light emission intensity was 0.4 mW.
When a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of the ultraviolet light emitting element was observed using a transmission electron microscope (TEM), it was found at the interface between the AlN layer (base layer) and the n-type AlGaN layer (first clad layer). A clear macrostep (a structure in which a step surface and a terrace surface were continuously formed) was confirmed.

また、実施例１と同様に測定したＡｌＮ層（下地層）の傾斜欠陥量は０であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の傾斜欠陥量は２×１０^１０ｃｍ^−２、垂直欠陥量は５×１０^８ｃｍ^−２であり、発光層の傾斜欠陥量は１×１０^９ｃｍ^−２であり、垂直欠陥量は２×１０^９ｃｍ^−２であった。 Further, the amount of inclination defects of the AlN layer (underlayer) measured in the same manner as in Example 1 was 0, the amount of inclination defects of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was 2 × 10 ¹⁰ cm- ² , and vertical defects. The amount was 5 × 10 ⁸ cm- ² , the amount of tilt defects in the light emitting layer was 1 × 10 ⁹ cm- ² , and the amount of vertical defects was 2 × 10 ⁹ cm- ² .

［比較例３］
ＡｌＮ層（下地層）の成膜条件の基板表面温度を１１８０℃に、成長レートを１．０μｍ／ｈｒに設定し、膜厚を８００ｎｍとした。ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の成膜条件の基板表面温度を１０８０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を５００に、成長レートを１．６μｍ／ｈｒに設定した。また、発光層の基板表面温度を１０３０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を５００に、量子井戸層の成長レートを０．４０μｍ／ｈｒに、電子バリア層の成長レートを０．３０μｍ／ｈｒに設定した。これ以外は実施例１と同じ方法で紫外線発光素子を得た。 [Comparative Example 3]
The substrate surface temperature under the film forming conditions of the AlN layer (underlayer) was set to 1180 ° C., the growth rate was set to 1.0 μm / hr, and the film thickness was set to 800 nm. The substrate surface temperature under the film forming conditions of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was set to 1080 ° C., the V / III ratio was set to 500, and the growth rate was set to 1.6 μm / hr. Further, the substrate surface temperature of the light emitting layer was set to 1030 ° C., the V / III ratio was set to 500, the growth rate of the quantum well layer was set to 0.40 μm / hr, and the growth rate of the electron barrier layer was set to 0.30 μm / hr. .. An ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for this.

得られた紫外線発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光は確認されなかった。
この紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察したところ、ＡｌＮ層（下地層）とｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）との界面には、明瞭なマクロステップ（ステップ面及テラス面が連続的に形成された構造）が確認された。
また、実施例１と同様に測定したＡｌＮ層（下地層）の傾斜欠陥量は０であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の傾斜欠陥量は８×１０^８ｃｍ^−２、垂直欠陥量は５×１０^９ｃｍ^−２であり、発光層の傾斜欠陥量は５×１０^８ｃｍ^−２であり、垂直欠陥量は８×１０^９ｃｍ^−２であった。 When the obtained ultraviolet light emitting device was driven with a voltage of 7.5 V and a current of 100 mA, no light emission with a peak wavelength of 265 nm was confirmed.
When a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of this ultraviolet light emitting element was observed using a transmission electron microscope (TEM), it was found at the interface between the AlN layer (base layer) and the n-type AlGaN layer (first clad layer). Was confirmed to have a clear macrostep (a structure in which a step surface and a terrace surface were continuously formed).
Further, the amount of inclination defect of the AlN layer (underlayer) measured in the same manner as in Example 1 was 0, the amount of inclination defect of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was 8 × 10 ⁸ cm- ² , and the vertical defect. The amount was 5 × 10 ⁹ cm- ² , the amount of tilt defects in the light emitting layer was 5 × 10 ⁸ cm- ² , and the amount of vertical defects was 8 × 10 ⁹ cm- ² .

［比較例４］
ＡｌＮ層（下地層）の成膜条件の基板表面温度を１１３０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を１００に、成長レートを０．３０μｍ／ｈｒに、真空度を３０ｈＰａに設定した。これ以外は実施例１と同じ方法で紫外線発光素子を得た。
得られた紫外線発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が確認され、その発光強度は０．６ｍＷであった。 [Comparative Example 4]
The substrate surface temperature under the film forming conditions of the AlN layer (underlayer) was set to 1130 ° C., the V / III ratio was set to 100, the growth rate was set to 0.30 μm / hr, and the degree of vacuum was set to 30 hPa. An ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for this.
When the obtained ultraviolet light emitting device was driven with a voltage of 7.5 V and a current of 100 mA, light emission with a peak wavelength of 265 nm was confirmed, and the light emission intensity was 0.6 mW.

この紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察したところ、ＡｌＮ層（下地層）とｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）との界面には、明瞭なマクロステップ（ステップ面及テラス面が連続的に形成された構造）が確認された。
また、実施例１と同様に測定したＡｌＮ層（下地層）の傾斜欠陥量は０であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の傾斜欠陥量は９×１０^７ｃｍ^−２、垂直欠陥量は７×１０^８ｃｍ^−２であり、発光層の傾斜欠陥量は１×１０^７ｃｍ^−２であり、垂直欠陥量は３×１０^８ｃｍ^−２であった。 When a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of this ultraviolet light emitting element was observed using a transmission electron microscope (TEM), it was found at the interface between the AlN layer (base layer) and the n-type AlGaN layer (first clad layer). Was confirmed to have a clear macrostep (a structure in which a step surface and a terrace surface were continuously formed).
Further, the amount of inclination defect of the AlN layer (underlayer) measured in the same manner as in Example 1 was 0, the amount of inclination defect of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was 9 × 10 ⁷ cm- ² , and the vertical defect. The amount was 7 × 10 ⁸ cm- ² , the amount of tilt defects in the light emitting layer was 1 × 10 ⁷ cm- ² , and the amount of vertical defects was 3 × 10 ⁸ cm- ² .

［比較例５］
ＡｌＮ層（下地層）の成膜条件の基板表面温度を１１００℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を５００に、成長レートを０．３５μｍ／ｈｒに設定した。ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の成膜条件の基板表面温度を１０８０℃に、Ｖ／ＩＩＩ比を３００に、成長レートを１．８μｍ／ｈｒに、真空度を３０ｈＰａに設定した。また、発光層の基板表面温度を１０５０℃に設定した。これ以外は実施例１と同じ方法で紫外線発光素子を得た。 [Comparative Example 5]
The substrate surface temperature under the film forming conditions of the AlN layer (underlayer) was set to 1100 ° C., the V / III ratio was set to 500, and the growth rate was set to 0.35 μm / hr. The substrate surface temperature under the film forming conditions of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was set to 1080 ° C., the V / III ratio was set to 300, the growth rate was set to 1.8 μm / hr, and the degree of vacuum was set to 30 hPa. Further, the substrate surface temperature of the light emitting layer was set to 1050 ° C. An ultraviolet light emitting device was obtained by the same method as in Example 1 except for this.

得られた紫外線発光素子を電圧７．５Ｖ、電流１００ｍＡで駆動させたところ、ピーク波長２６５ｎｍの発光が確認され、その発光強度は０．１ｍＷであった。
この紫外線発光素子の基板の主面に垂直な断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察したところ、ＡｌＮ層（下地層）とｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）との界面には、明瞭なマクロステップ（ステップ面及テラス面が連続的に形成された構造）が確認されなかった。 When the obtained ultraviolet light emitting device was driven with a voltage of 7.5 V and a current of 100 mA, light emission with a peak wavelength of 265 nm was confirmed, and the light emission intensity was 0.1 mW.
When a cross section perpendicular to the main surface of the substrate of this ultraviolet light emitting element was observed using a transmission electron microscope (TEM), it was found at the interface between the AlN layer (base layer) and the n-type AlGaN layer (first clad layer). No clear macrostep (a structure in which a step surface and a terrace surface were continuously formed) was confirmed.

また、実施例１と同様に測定したＡｌＮ層（下地層）の傾斜欠陥量は０であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層（第一クラッド層）の傾斜欠陥量は１×１０^６ｃｍ^−２、垂直欠陥量は３×１０^９ｃｍ^−２であり、発光層の傾斜欠陥量は１×１０^６ｃｍ^−２であり、垂直欠陥量は５×１０^９ｃｍ^−２であった。
実施例１〜５および比較例１〜５の紫外線発光素子を構成する下地層、第一クラッド層、および発光層の各成膜条件を、下記の表１にまとめて示す。また、実施例１〜５および比較例１〜５の紫外線発光素子を構成する第一クラッド層と発光層が有する傾斜欠陥量と垂直欠陥量、下地層と第一クラッド層との界面にステップ面とテラス面があるかないかと、各紫外線発光素子の発光強度を、下記の表２にまとめて示す。 Further, the amount of inclination defect of the AlN layer (underlayer) measured in the same manner as in Example 1 was 0, the amount of inclination defect of the n-type AlGaN layer (first clad layer) was 1 × 10 ⁶ cm- ² , and the vertical defect. The amount was 3 × 10 ⁹ cm- ² , the amount of tilt defects in the light emitting layer was 1 × 10 ⁶ cm- ² , and the amount of vertical defects was 5 × 10 ⁹ cm- ² .
The film forming conditions of the base layer, the first clad layer, and the light emitting layer constituting the ultraviolet light emitting elements of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 are summarized in Table 1 below. Further, the amount of inclined defects and the amount of vertical defects possessed by the first clad layer and the light emitting layer constituting the ultraviolet light emitting elements of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5, and the step surface at the interface between the base layer and the first clad layer. Table 2 below shows the emission intensity of each ultraviolet light emitting element, whether or not there is a terrace surface.

表２において、各例の構成のうち構成要件(2)(3)を満たしていない構成に下線を施した。つまり、実施例１〜５は構成要件(1)〜(3)を有する紫外線発光素子であり、比較例１〜４は構成要件(1)と(2)を有するが(3)を有さない紫外線発光素子であり、比較例５は構成要件(1) を有するが(2)と(3)を有さない紫外線発光素子である。
このように、構成要件(1)〜(3)を有する実施例１〜５の紫外線発光素子は、構成要件(2)および(3)のいずれかを有さない比較例１〜５の紫外線発光素子と比較して、発光効率が高くなることで高い発光強度が得られる。 In Table 2, the configurations of each example that do not meet the configuration requirements (2) and (3) are underlined. That is, Examples 1 to 5 are ultraviolet light emitting devices having constituent requirements (1) to (3), and Comparative Examples 1 to 4 have constituent requirements (1) and (2) but do not have (3). It is an ultraviolet light emitting element, and Comparative Example 5 is an ultraviolet light emitting element having the constituent requirement (1) but not having (2) and (3).
As described above, the ultraviolet light emitting devices of Examples 1 to 5 having the constituent requirements (1) to (3) do not have any of the constituent requirements (2) and (3). Higher emission intensity can be obtained by increasing the luminous efficiency as compared with the element.

Claims

基板と、
前記基板の主面上に形成された窒化物半導体からなる下地層と、
前記下地層上に形成され、導電性を有する窒化物半導体からなる第一クラッド層と、
前記第一クラッド層上に形成され、窒化物半導体からなる発光層と、
前記発光層上に形成され、前記第一クラッド層とは異なる導電性を有する窒化物半導体からなる第二クラッド層と、
を備え、
前記下地層と前記第一クラッド層との界面はステップ面およびテラス面を有し、
前記第一クラッド層および前記発光層が有する結晶欠陥密度のうち、下記の定義１に基づく傾斜欠陥量および下記の定義２に基づく垂直欠陥量が、以下の条件１〜３を満たす紫外線発光素子。
定義１：前記主面に対する角度が５°以上５０°以下である線欠陥の密度と、前記主面に対する角度が５°以上５０°以下である面欠陥の密度と、の総和を、傾斜欠陥量と定義する。
定義２：前記主面に対する角度が７５°以上９０°以下である線欠陥の密度と、前記主面に対する角度が７５°以上９０°以下である面欠陥の密度と、の総和を、垂直欠陥量と定義する。
条件１：前記第一クラッド層の前記傾斜欠陥量は１×１０^８ｃｍ^−２以上１×１０^１０ｃｍ^−２以下である。
条件２：前記発光層の前記傾斜欠陥量は１×１０^８ｃｍ^−２より小さい。
条件３：前記発光層の前記垂直欠陥量は前記第一クラッド層の前記垂直欠陥量よりも小さい。 With the board
An underlayer made of a nitride semiconductor formed on the main surface of the substrate and
A first clad layer formed on the base layer and made of a conductive nitride semiconductor,
A light emitting layer formed on the first clad layer and made of a nitride semiconductor,
A second clad layer formed on the light emitting layer and made of a nitride semiconductor having a conductivity different from that of the first clad layer.
With
The interface between the base layer and the first clad layer has a step surface and a terrace surface.
An ultraviolet light emitting device in which, among the crystal defect densities of the first clad layer and the light emitting layer, the amount of inclined defects based on the following definition 1 and the amount of vertical defects based on the following definition 2 satisfy the following conditions 1 to 3.
Definition 1: The sum of the density of line defects whose angle with respect to the main surface is 5 ° or more and 50 ° or less and the density of surface defects whose angle with respect to the main surface is 5 ° or more and 50 ° or less is the amount of tilt defects. Is defined as.
Definition 2: The sum of the density of line defects whose angle with respect to the main surface is 75 ° or more and 90 ° or less and the density of surface defects whose angle with respect to the main surface is 75 ° or more and 90 ° or less is the vertical defect amount. Is defined as.
Condition 1: The amount of the inclination defect of the first clad layer is 1 × 10 ⁸ cm- ² or more and 1 × 10 ¹⁰ cm- ² or less.
Condition 2: The amount of the tilt defect of the light emitting layer is smaller than 1 × 10 ⁸ cm- ² .
Condition 3: The amount of vertical defects in the light emitting layer is smaller than the amount of vertical defects in the first clad layer.

前記発光層の前記垂直欠陥量は１×１０^９ｃｍ^−２以下である請求項１記載の紫外線発光素子。 The ultraviolet light emitting device according to claim 1, wherein the amount of vertical defects in the light emitting layer is 1 × 10 ⁹ cm- ² or less.

前記下地層をなす窒化物半導体はＡｌＮである請求項１または２記載の紫外線発光素子。 The ultraviolet light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the nitride semiconductor forming the base layer is AlN.

前記第一クラッド層、前記発光層、および前記第二クラッド層をなす窒化物半導体は、ＡｌおよびＧａの少なくとも一つを含む窒化物半導体である請求項１〜３のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。 The nitride semiconductor forming the first clad layer, the light emitting layer, and the second clad layer is a nitride semiconductor containing at least one of Al and Ga, according to any one of claims 1 to 3. Ultraviolet light emitting element.

前記第一クラッド層の導電性がｎ型であり、
前記第二クラッド層の導電性がｐ型である請求項１〜４の何れか一項に記載の紫外線発光素子。 The conductivity of the first clad layer is n-type,
The ultraviolet light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the second clad layer has a p-type conductivity.

前記基板はサファイア基板である請求項１〜５の何れか一項に記載の紫外線発光素子。 The ultraviolet light emitting element according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate is a sapphire substrate.

前記基板の厚さが１００μｍ以上８００μｍ以下である請求項１〜６の何れか一項に記載の紫外線発光素子。 The ultraviolet light emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the thickness of the substrate is 100 μm or more and 800 μm or less.

請求項１〜７の何れか一項に記載の紫外線発光素子を備える紫外線照射モジュール。 An ultraviolet irradiation module including the ultraviolet light emitting element according to any one of claims 1 to 7.