阅读说明：本技术 氮化物半导体发光元件 (Nitride semiconductor light emitting device ) 是由 和田贡 松仓勇介 古泽优太 于 2018-10-31 设计创作，主要内容包括：一种氮化物半导体发光元件,具备：多量子阱层；金属电极部,其反射向上方行进的第一光；以及多重半导体层,其位于多量子阱层与金属电极部之间,并包含多个p型半导体层,其中,第一光在金属电极部与多重半导体层的界面反射,且在至与朝向下方行进的第二光汇合为止的期间往返于多重半导体层的内部,多重半导体层具有使往返于多重半导体层的内部的第一光与第二光以相同相位汇合而从多量子阱层的下方侧出射的膜厚。(A nitride semiconductor light-emitting element is provided with: a multiple quantum well layer; a metal electrode portion that reflects the first light traveling upward; and a multiple semiconductor layer which is located between the multiple quantum well layer and the metal electrode portion and includes a plurality of p-type semiconductor layers, wherein the first light is reflected at an interface between the metal electrode portion and the multiple semiconductor layer, and travels to and from an inside of the multiple semiconductor layer until the first light merges with the second light traveling downward, and the multiple semiconductor layer has a film thickness such that the first light and the second light traveling to and from the inside of the multiple semiconductor layer merge at the same phase and exit from a lower side of the multiple quantum well layer.)

氮化物半导体发光元件

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光元件。

背景技术

近年来，已提供输出紫外光的发光二极管、激光二极管等氮化物半导体发光元件，并在推进提高了发光强度的氮化物半导体发光元件的开发(参照专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2014-103240号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1所述的半导体发光元件包含：第一半导体层，其具有第一导电型；发光层，其形成在上述第一半导体层上；第二半导体层，其形成在上述发光层上，具有第二导电型；透光性的导电体层，其形成在上述第二半导体层上，且具有低于上述第二半导体层的光折射率；以及金属层，其形成在上述导电体层上，并且上述半导体发光元件构成为，上述第二半导体层的层厚是以使来自上述发光层的直接发射光和来自上述导电体层的导电体层反射光的相位在从上述发光层朝向上述第一半导体层的方向行进时匹配的方式来决定的，上述导电体层的层厚是以使上述导电体层反射光和来自上述金属层的金属层反射光的相位在从上述发光层朝向上述第一半导体层的方向行进时匹配的方式来决定的。

这样，在专利文献1所述的半导体发光元件中，是以使直接发射光和导电体层反射光的相位分别与导电体层反射光和金属层反射光的相位匹配的方式来分别单独地决定第二半导体层的层厚和导电体层的层厚，由此提高光的取出效率。

可是，在专利文献1所述的半导体发光元件中，第二半导体层使用了p型GaN层。然而，p型GaN层具有吸收深紫外光的性质。因此，在发出深紫外线的深紫外线发光元件中，即便采取分别单独地决定第二半导体层的层厚和导电体层的层厚的对策，也还是有可能无法充分地得到光的取出效率。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够提高深紫外光的取出效率的氮化物半导体发光元件。

用于解决问题的方案

本发明的一实施方式的氮化物半导体发光元件具备：多量子阱层，其包含使载流子结合而产生光的多个阱层；金属电极部，其位于上述多量子阱层的上方，并反射从上述多量子阱层产生的上述光中的向上方行进的第一光；以及多重半导体层，其位于上述多量子阱层与上述金属电极部之间，并包含由p型的半导体形成的多个p型半导体层，其中，上述第一光在上述金属电极部与上述多重半导体层的界面反射，且在至与从上述多量子阱层发出的光中的朝向下方行进的第二光汇合为止的期间往返于该多重半导体层的内部，上述多重半导体层具有使往返于上述多重半导体层的内部的上述第一光与上述第二光以相同相位汇合而从上述多量子阱层的下方侧出射的膜厚。

发明效果

根据本发明的一实施方式，能够提供一种能够提高深紫外光的取出效率的氮化物半导体发光元件。

附图说明

图1是概略地示出本发明的第一实施方式的氮化物半导体发光元件的构成的截面图。

图2是概略地示出在发光元件内传播的直接出射光和反射光的图。

图3是示出构成图1所示的发光元件的多重半导体层的各层的膜厚、折射率以及光学膜厚的一个例子的图。

图4是示出构成自由端反射的实验所使用的各样品的多重半导体层的各层的膜厚和发光输出的图。

图5是示出表明自由端反射中的总光学膜厚与发光强度的关系的实验结果的一个例子的坐标图。

图6是示出构成固定端反射的实验所使用的各样品的多重半导体层的各层的膜厚和发光输出的图。

图7是示出固定端反射中的总光学膜厚与发光强度的关系的一个例子的坐标图。

图8是示意性地示出在相对于金属电极部倾斜的方向上反射的反射光的图。

图9是概略地示出本发明的第二实施方式的发光元件的构成的截面图。

图10是示出构成图9所示的发光元件的多重半导体层的各层的膜厚、折射率以及光学膜厚的一个例子的图。

具体实施方式

[第一实施方式]

参照图1至图3来说明本发明的第一实施方式。此外，以下说明的实施方式是作为实施本发明方面的优选的具体例来示出的，虽然也有具体地例示了在技术上优选的各种技术事项的部分，但本发明的技术范围不限于该具体的形式。另外，各附图中的各构成要素的尺寸比并非一定与实际的氮化物半导体发光元件的尺寸比一致。此外，以下，在说明本发明的实施方式时，“上方”是指从后述的基板10(参照图1)侧去往p侧电极92(参照图1)侧的方向，“下方”是指从p侧电极92(参照图1)侧去往基板10(参照图1)侧的方向。另外，“上方”或“下方”表示一个对象物与另一个对象物的相对位置关系，不仅包含该一个对象物直接配置在该另一个对象物的上侧或下侧的情况，也包含该一个对象物隔着别的第三对象物而间接配置在该另一个对象物的上侧或下侧的情况。

图1是概略地示出本发明的第一实施方式的氮化物半导体发光元件的构成的截面图。氮化物半导体发光元件1(以下，也简称为“发光元件1”。)是发出紫外区域的波长的光的发光二极管(Light Emitting Diode：LED)。在本实施方式中，特别将发出中心波长为250nm～350nm的深紫外光的发光元件1举作例子进行说明。

如图1所示，发光元件1构成为包含：基板10；缓冲层20；n型包覆层30；活性层40，其包含多量子阱层；多重半导体层50；n侧电极90；以及p侧电极92。

构成发光元件1的半导体例如能够使用由Al_xGa_yIn_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表示的二元系、三元系或者四元系的III族氮化物半导体。另外，可以用硼(B)、铊(Tl)等来取代这些III族元素的一部分，而且，也可以用磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)等来取代N的一部分。

基板10对发光元件1发出的深紫外光具有透光性。基板10例如是包含蓝宝石(Al₂O₃)的蓝宝石基板。除了蓝宝石(Al₂O₃)基板之外，基板10例如也可以使用氮化铝(AlN)基板或氮化铝镓(AlGaN)基板。

缓冲层20形成在基板10上。缓冲层20构成为包含AlN层22、以及形成在AlN层22上的无掺杂的u-Al_pGa_1-pN层24(0≤p≤1)。另外，基板10和缓冲层20构成基底结构部2。此外，在基板10为AlN基板或AlGaN基板的情况下，缓冲层20可以不必一定设置。

n型包覆层30形成在基底结构部2上。n型包覆层30是由n型的AlGaN(以下，也简称为“n型AlGaN”。)形成的层，例如是掺杂有作为n型的杂质的硅(Si)的Al_qGa_1-qN层(0≤q≤1)。此外，作为n型的杂质，也可以使用锗(Ge)、硒(Se)、碲(Te)、碳(C)等。n型包覆层30具有1μm～3μm左右的膜厚，例如具有2μm左右的膜厚。n型包覆层30可以是单层，也可以是多层结构。

包含多量子阱层的活性层40形成在n型包覆层30上。活性层40是包含如下多量子阱层的层，该多量子阱层是将包含由Al_rGa_1-rN形成的多量子阱层的n型包覆层30侧的障壁层42a、以及后述的电子阻挡层52侧的障壁层42c在内的3层的障壁层42a、42b、42c与由Al_sGa_1-sN形成的3层的阱层44a、44b、44c(0≤r≤1，0≤s≤1，r>s)交替层叠而成的。

活性层40用于使电子和空穴(以下，也称为“载流子”。)在多量子阱层内结合而产生向多量子阱层的上方和下方这两个方向行进的规定波长的光。活性层40为了输出波长为350nm以下的深紫外光而构成为带隙在3.4eV以上。此外，在本实施方式中，在活性层40内将障壁层42和阱层44各设置了3层，但不限于3层，也可以是2层以下，还可以是4层以上。另外，以下，在需要将3个阱层44a、44b、44c中的任意一个阱层与其它阱层相区别加以确定的情况下，将n型包覆层30侧的阱层设为第一阱层44a，将多重半导体层50侧的阱层设为第三阱层44c，将位于第一阱层44a和第三阱层44c之间的阱层设为第二阱层44b来说明。

多重半导体层50形成在活性层40上。多重半导体层50是包含由p型的半导体形成的多个p型半导体层的多重结构的层。具体地说，多重半导体层50例如是包含电子阻挡层52、p型包覆层54以及p型接触层56的多重结构的层。各层将会后述。

图2是概略地示出在发光元件内传播的直接出射光和反射光的图。图2的实线箭头示意性地表示出从多量子阱层发出的光中的朝向下方行进的光(以下，也称为“直接出射光”。)。另外，图2的虚线箭头示意性地表示出从多量子阱层发出的光中的朝向上方行进并在金属电极部920(后述)反射而再朝向下方行进的光(以下，也称为“反射光”。)。如图2所示，多重半导体层50成为反射光通过的路径，并且是在至反射光回到多量子阱层的位置为止的期间、即至反射光与直接出射光汇合为止的期间反射光在其内部往返的层。此外，反射光是第一光的一个例子。直接出射光是第二光的一个例子。另外，以下，为了便于说明，以“反射光”不仅包含实际在金属电极部920进行反射的光也包含进行反射前的朝向上方行进的光来说明。

电子阻挡层52形成在活性层40侧。电子阻挡层52由AlN形成。电子阻挡层52具有1nm～10nm左右的膜厚。此外，电子阻挡层52也可以包含由p型的AlGaN(以下，也简称为“p型AlGaN”。)形成的层。另外，电子阻挡层52并非一定限于p型的半导体层，也可以是无掺杂的半导体层。电子阻挡层52是p型半导体层的一个例子。

p型包覆层54形成在电子阻挡层52上。p型包覆层54是由p型AlGaN形成的层，例如是掺杂有作为p型的杂质的镁(Mg)的Al_tGa_1-tN层(0≤t≤1)。此外，作为p型的杂质，也可以使用锌(Zn)、铍(Be)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)等。p型包覆层54是p型半导体层的一个例子。

优选p型包覆层54具备由AlN摩尔分数(以下，也称为“Al组分比”。)不同的两种p型AlGaN分别形成的2个p型包覆层。具体地说，p型包覆层54构成为包含：第一p型包覆层542，其位于电子阻挡层52侧，由具有第一Al组分比u的p型Al_uGa_1-uN(0＜u≤1)形成；以及第二p型包覆层544，其位于p型接触层56侧，由具有第二Al组分比v的p型Al_vGa_1-vN(0＜v≤1)形成。

优选第二Al组分比v小于第一Al组分比u。即，具有v＜u的关系。更优选第一Al组分比u例如为约0.80(即，Al_0.8Ga_0.2N)，第二Al组分比v例如为约0.50(即，Al_0.5Ga_0.5N)。另外，也可以是第二Al组分比v从具有第一Al组分比u的p型Al_uGa_1-uN层侧朝向p型接触层56侧逐渐变小的组分倾斜层。此外，p型包覆层54不限于多层结构，也可以是单层。

p型接触层56形成在p型包覆层54上。p型接触层56例如是以高浓度掺杂有Mg等杂质的p型的GaN(以下，也称为“p-GaN”。)层。p型接触层56是p型半导体层的一个例子。

n侧电极90形成在n型包覆层30的一部分区域上。n侧电极90例如由在n型包覆层30之上按顺序层叠钛(Ti)/铝(Al)/Ti/金(Au)而成的多层膜形成。

p侧电极92形成在p型接触层56之上。p侧电极92构成为包含：金属电极部920，其位于p型接触层56侧，由金属形成；以及焊盘(pad)电极部926，其形成在金属电极部920上。形成金属电极部920的金属材料例如能够使用铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)等。优选金属电极部920由铝(Al)形成。这是因为，通过将Al用于金属电极部920的材料，能够提高对深紫外光的反射率。此外，Al对深紫外线的反射率为约90％左右。另外，在金属电极部920为Al的情况下，也可以在p型接触层与Al电极之间插入厚度为5nm左右以下的Ti(钛)、Ni(镍)、Pd(钯)等金属层，通过该金属层的插入，能够提升p型接触层与金属电极的紧贴性，且几乎不会降低对深紫外线的反射率。

图3是示出构成图1所示的发光元件1的多重半导体层50的各层的膜厚、折射率以及光学膜厚的一个例子的图。光学膜厚是膜厚的光学距离的一个例子。此外，光学膜厚(nm)是将膜厚(nm)乘以折射率而算出的值。另外，作为一个例子，折射率表示的是对于具有280nm的波长的光的值。在以下的说明中，在与“光学膜厚”相区别而表示实际的膜厚(nm)时，仅记载为“膜厚”。

如图3所示，作为一个例子，能够以相对于280nm使电子阻挡层52、第一p型包覆层542、第二p型包覆层544以及p型接触层56的光学膜厚分别成为4.6nm、47.6nm、61.8nm以及26.0nm的方式来适当调整各层的膜厚。在该情况下，多重半导体层50的膜厚(以下，也称为“总光学膜厚”。)是140.0nm(26.0nm+61.8nm+47.6nm+4.6nm)。此值相当于波长280nm的0.5倍。

(调查自由端反射中的总光学膜厚与发光强度的关系的实验)

接下来，参照图4和图5来说明总光学膜厚与发光强度的关系。以下，将倒装(Flip)型的样品即从基板10侧取出光的类型的样品举作例子进行说明。本发明的发明人们以评估直接出射光与反射光的相位差和这些直接出射光与反射光的相互增强的关系为目的，进行了调查总光学膜厚即多重半导体层50的光学膜厚与发光强度的关系的实验。

具体地说，发明人们制作了总光学膜厚不同的7个样品(样品No.1～No.7)，进行了测定各样品的发光强度(任意单位，本公司内部相比)的实验。

此外，为了便于实验，上述的7个样品使用的是未形成有p侧电极92的发光元件。因此，在这种样品中，反射光不是在金属电极部920与p型接触层56的界面反射，而是在空气与p型接触层56的界面反射。该反射是从折射率相对高的层(约2.60，参照图3)到达折射率相对低的层(约1.0)时进行的反射，因此是反射光的相位不会由于反射而发生变化的自由端反射。计测发光输出的发光波长(nm)使用的是具有280nm的波长的紫外线。

图4是示出实验所使用的样品中的电子阻挡层、p型包覆层以及p型接触层的膜厚和各样品的发光输出的图。如图4所示，准备具有7种总光学膜厚的样品，并测定了各样品的发光输出。此外，图4所示的总光学膜厚是使用图3所示的各层的折射率而算出的。即，总光学膜厚(nm)是基于电子阻挡层52的膜厚(nm)×2.30+第一p型包覆层542的膜厚(nm)×2.38+第二p型包覆层544的膜厚(nm)×2.50+p型接触层56的膜厚(nm)×2.60而算出的。另外，在图4的“总光学膜厚(×λ＝280nm)”栏中，示出了各样品的总光学膜厚(nm)相对于测定波长(280nm)的比率。

以下，说明发光在3个阱层44中的电子阻挡层52侧的第三阱层44c来进行的情况。多重半导体层50是直接出射光不通过而仅反射光通过的路径(参照图2)。因此，反射光在多重半导体层50的内部沿膜厚方向往返的距离、即总光学膜厚的2倍的长度相当于反射光与直接出射光的路径之差(即，光程差)。

图5是示出表明自由端反射中的总光学膜厚与发光强度的关系的实验结果的一个例子的坐标图。图5的横轴表示总光学膜厚(×λ)，纵轴表示发光输出(任意单位)。图5的各点是绘制图4所示的总光学膜厚(×λ)和发光输出(任意单位)的关系而得到的。图5的虚线是概略地示出发光输出(任意单位)相对于总光学膜厚(×λ)的变化的倾向的线。

如图5所示，发光输出是以相对于总光学膜厚而按规定的间隔重复最大值与最小值的方式变动。具体地说，发光输出是以相对于总光学膜厚而按约0.25(×λ)的间隔重复最大值与最小值的方式变动。更具体地说，发光输出是以在总光学膜厚为约0.50(×λ)和约1.0(×λ)附近取得最大值且在总光学膜厚为约0.25(×λ)和约0.75(×λ)附近取得最小值的方式变动。

这样，发光输出以在总光学膜厚为约0.5(×λ)的整数倍时取得最大值的方式周期性地变动。在总光学膜厚为约0.5(×λ)的整数倍的值的情况下，反射光从在p型接触层56的上表面反射至回到第三阱层44c为止的期间，即至与直接出射光汇合为止的期间，往返于多重半导体层50的内部，而行进与直接出射光相比长了波长λ(0.5λ×2)的整数倍的距离。因此，可以认为直接出射光与反射光是以相同相位汇合而彼此增强后，从多量子阱层的下方侧出射的。

另一方面，发光输出是以总光学膜厚在约0.5(×λ)的整数倍+0.25(×λ)时取得最小值的方式周期性地变动。在总光学膜厚为约0.5(×λ)的整数倍+0.25(×λ)的值的情况下，反射光在至与直接出射光汇合为止的期间行进与直接出射光相比长了波长λ的整数倍+0.5(×λ)的距离。因此，可以认为直接出射光与反射光是以相反相位汇合而彼此削弱后，从多量子阱层的下方侧出射的。

从以上可知，在仅反射光通过的多重半导体层50的光学膜厚相当于波长的整倍数时，直接出射光与反射光相互增强，能够提高光的取出效率。

(固定端反射中的总光学膜厚与发光强度的关系)

接下来，参照图6和图7来说明其它样品中的总光学膜厚与发光输出的关系。本发明的发明人们在上述的自由端反射的实验的基础上，以评估固定端反射中的直接出射光与反射光的相位差和这些直接出射光与反射光的相互增强的关系为目的，制作了总光学膜厚不同的7个样品(样品No.8～No.14)，进行了测定各样品的发光强度(任意单位，本公司内部相比)的实验。

以下，与自由端反射的实验同样地将倒装型的样品举作例子进行说明。另外，如上所述，总光学膜厚的2倍的长度相当于反射光与直接出射光的路径之差(即，光程差)。

此外，为了便于实验，上述的7个样品(样品No.8～No.14)使用的是在上述的本发明的第一实施方式的发光元件1中进一步在金属电极部920与p型接触层56之间形成有ITO电极而得到的发光元件。在这种样品中，反射光在金属电极部920与p型接触层56的界面反射。金属电极部920的折射率大于p型接触层56的折射率。因此，金属电极部920处的反射是相位改变π(180°，相当于0.5波长)的固定端反射。

图6是示出实验所使用的样品中的电子阻挡层、p型包覆层以及p型接触层的膜厚和各样品的发光输出的图。如图6所示，准备具有7种总光学膜厚的样品，并测定了各样品的发光输出。此外，图6所示的总光学膜厚是使用图3所示的各层的折射率而算出的。

图7是示出固定端反射中的总光学膜厚与发光强度的关系的一个例子的坐标图。图7的各点是绘制图6所示的总光学膜厚(×λ)和发光输出(任意单位)的关系而得到的。如图7所示，发光输出是以相对于总光学膜厚而按规定的间隔重复最大值与最小值的方式变动。具体地说，发光输出是以相对于总光学膜厚而按约0.25(×λ)的间隔重复最大值与最小值的方式变动。实际上，在图7中，最大值和最小值存在于比0.25(×λ)的整数倍略小的一侧，这是因为在相对于金属电极部920倾斜的方向上行进的光的影响，关于此将会后述。

这样，如果除去在相对于金属电极部920倾斜的方向上行进的光的影响，则发光输出是以在总光学膜厚为约0.5(×λ)的整数倍+0.25(×λ)时取得最大值的方式周期性地变动。在总光学膜厚为约0.5(×λ)的整数倍+0.25(×λ)的值的情况下，反射光在至与直接出射光汇合为止的期间行进与直接出射光相比长了波长λ的整数倍+0.5(×λ)的距离。另外，如上所述，反射光在反射时相位改变0.5波长的量。因此，可以认为直接出射光与反射光是以相同相位汇合而彼此增强后，从多量子阱层的下方侧出射的。

另一方面，发光输出是以在总光学膜厚为约0.5(×λ)的整数倍时取得最小值的方式周期性地变动。在总光学膜厚为约0.5(×λ)的整数倍的值的情况下，反射光在至与直接出射光汇合为止的期间行进与直接出射光相比长了波长λ(0.5λ×2)的整数倍的距离。另外，如上所述，反射光在反射时相位改变0.5波长的量。因此，可以认为直接出射光与反射光是以相反相位汇合而彼此削弱后，从多量子阱层的下方侧出射的。

从以上可知，很明显在仅反射光通过的多重半导体层50的光学膜厚相当于波长的整倍数+规定的值时，直接出射光与反射光相互增强，能够提高光的取出效率。

图8是示意性地示出在相对于金属电极部920倾斜的方向上反射的反射光的图。在图8中，抽取图1所示的发光元件1的构成中的第三阱层44c至金属电极部920进行图示。在上述的例子中，为了便于说明，将在相对于金属电极部920直行的方向(图8的图示的上下方向)上反射的反射光举作例子进行了说明，但以下说明在相对于金属电极部920倾斜的方向上反射的反射光。图8的单点划线是表示相对于金属电极部920直行的方向的辅助线，图8的2条斜的虚线分别表示反射光行进的方向。图8中的箭头示意性地示出反射光在多重半导体层50的内部行进的状况。

在相对于金属电极部920倾斜的方向上反射的反射光在多重半导体层50内沿相对于各层的厚度方向倾斜的方向行进，因此，该反射光的光程长度大于沿各层的厚度方向行进时的光程长度。因此，发光输出在总光学膜厚小于上述的约0.5(×λ)的整数倍+0.25(×λ)时成为最大值。

具体地说，如图8所示，若将反射光的方向与相对于金属电极部920直行的方向所成的角设为θ°，则发光输出在总光学膜厚为Cosθ°×(0.5(×λ)的整数倍+0.25(×λ))时成为最大值。例如，在θ为20°的情况下，发光输出在总光学膜厚为0.94×(0.5(×λ)的整数倍+0.25(×λ))时成为最大值。

优选总光学膜厚为0.65(×λ)±0.15(×λ)，即为0.50(×λ)至0.80(×λ)。换言之，多重半导体层50的膜厚为60nm至100nm。这是由于，可以认为在总光学膜厚大于0.80(×λ)的情况下，即使是在发光输出能取得最大值的条件下，也有可能因为由p型AlGaN形成的层的膜厚变大而造成电阻变大，导致发光输出下降。另外是由于，在总光学膜厚小于0.50(×λ)的情况下，有可能变得不容易形成从电子阻挡层52至p型接触层56为止的多重半导体层50。

(第一实施方式的作用和效果)

如以上所说明的那样，在本发明的第一实施方式的发光元件1中，是以使反射光在往返于例如包含电子阻挡层52、p型包覆层54以及p型接触层56的多重半导体层50的内部的期间，与直接出射光以相同相位汇合而从多量子阱层的下方侧出射的方式来决定多重半导体层50的膜厚。由此，直接出射光与反射光彼此增强，能提高发光元件1的深紫外光的取出效率。

＜变形例>

在上述的例子中，将从第三阱层44c发出的光举作例子进行了说明，但也可以是从第一阱层44a或第二阱层44b产生的光。在该情况下，可以是以使从进行发光的阱层中的任意一个阱层44a、44b、44c与相邻的层的界面即该任意一个阱层44a、44b、44c的上表面至金属电极部920为止的光学距离成为Cosθ°×(0.5(×λ)的整数倍+0.25(×λ))的方式来决定各层的膜厚。

[第二实施方式]

图9是概略地示出本发明的第二实施方式的发光元件1的构成的纵截面图。本发明的第二实施方式的发光元件1在具备隧道结(Tunnel junction)这一点上与第一实施方式的发光元件1不同。以下，对于与第一实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记而省略其重复的说明，并且以与第一实施方式的不同点为中心进行说明。

如图9所示，发光元件1在p型包覆层54上具备将包含n型的半导体的层与包含p型的半导体的层进行隧道结接合的隧道结58来替代p型接触层56。隧道结58包含例如由p-GaN等p型的半导体形成的p型层582、以及例如由n型的GaN(以下，也称为“n-GaN”。)等n型的半导体形成的n型层584。

p侧电极92除了金属电极部920之外还具备：ITO接触电极部922，其设置在金属电极部920与隧道结58之间且位于隧道结58侧，包含氧化铟锡(Indium Tin Oxide：ITO)而构成，欧姆特性优异；以及Ti电极部924，其位于金属电极部920和ITO接触电极部922之间。此外，Ti电极部924会提高金属电极部920和ITO接触电极部922的紧贴性，抑制在金属电极部920和ITO接触电极部922之间可能发生的腐蚀、剥离。另外，Ti电极部924优选具有5nm左右以下的膜厚。通过使Ti电极部924的膜厚变厚，会抑制金属电极部920的反射率下降。此外，也可以使用包含Ni或Pd的电极部来替代Ti电极部924。

图10是示出构成图9所示的发光元件1的多重半导体层50的各层的膜厚、折射率以及光学膜厚的一个例子的图。如图10所示，作为一个例子，能够以相对于280nm使电子阻挡层52、第一p型包覆层542、第二p型包覆层544、p型层582、n型层584以及ITO接触电极部922的光学膜厚分别成为4.6nm、47.6nm、75.8nm、26.0nm、26.0nm以及30.0nm的方式来适当调整各层的膜厚。在该情况下，多量子阱层和金属电极部920之间的层的总光学膜厚是210.0nm(30.0nm+26.0nm+26.0nm+75.8nm+47.6nm+4.6nm)。此值相当于波长280nm的0.75倍。

(第二实施方式的作用和效果)

在本发明的第二实施方式的发光元件1中，通过将总光学膜厚调整为规定的值，直接出射光与反射光也会彼此增强，能提高发光元件1的深紫外光的取出效率。

(实施方式的总结)

接下来，援用实施方式中的附图标记等来记载从以上说明的实施方式掌握的技术思想。不过，以下的记载中的各附图标记等并不是将权利要求书中的构成要素限定于实施方式中具体示出的构件等。

[1]一种氮化物半导体发光元件(1)，具备：多量子阱层，其包含使载流子结合而产生光的多个阱层(44)；金属电极部(920)，其位于上述多量子阱层的上方，反射从上述多量子阱层产生的上述光中的向上方行进的第一光；以及多重半导体层(50)，其位于上述多量子阱层与上述金属电极部(920)之间，包含由p型的半导体形成的多个p型半导体层，其中，上述第一光在上述金属电极部(920)与上述多重半导体层(50)的界面反射，且在至与从上述多量子阱层发出的光中的朝向下方行进的第二光汇合为止的期间往返于该多重半导体层(50)的内部，上述多重半导体层(50)具有使往返于上述多重半导体层(50)的内部的上述第一光与上述第二光以相同相位汇合而由上述多量子阱层的下方侧出射的膜厚。

[2]根据上述[1]所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述多重半导体层(50)的膜厚的光学距离大致等于对上述第一光的波长的0.5的整数倍加上波长的0.25倍所得到的值。

[3]根据上述[2]所述的氮化物半导体发光元件(1)，在将上述多重半导体层(50)的膜厚方向与上述第一光所成的角设为θ°的情况下，上述多重半导体层(50)的膜厚的光学距离大致等于将对上述第一光的波长的0.5的整数倍加上波长的0.25倍所得到的值乘以Cosθ°而得到的值。

[4]根据上述[3]所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述多重半导体层(50)的膜厚的光学距离处于上述第一光的波长的0.5倍至0.8倍的范围。

[5]根据上述[1]至[4]中的任意一项所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述多重半导体层(50)具有60nm至100nm的范围的膜厚。

[6]根据上述[1]至[4]中的任意一项所述的氮化物半导体发光元件(1)，从构成上述多量子阱层的多个阱层(44)中的任意一个阱层的上表面至上述多重半导体层(50)与上述金属电极部(920)的界面为止的光学距离大致等于对上述第一光的波长的0.5的整数倍加上波长的0.25倍所得到的值。

[7]根据上述[6]所述的氮化物半导体发光元件(1)，从构成上述多量子阱层的多个阱层(44)中的任意一个阱层的上表面至上述多重半导体层(50)与上述金属电极部(920)的界面为止的光学距离大致等于将对上述第一光的波长的0.5的整数倍加上波长的0.25倍所得到的值乘以Cosθ°而得到的值。

[8]根据上述[1]至[4]中的任意一项所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述多重半导体层(50)构成为包含：电子阻挡层(52)，其位于上述多量子阱层侧；以及p型包覆层(54)，其位于上述电子阻挡层(52)上，由p型AlGaN形成。

[9]根据上述[1]至[4]中的任意一项所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述多重半导体层(50)还具备p型接触层(56)，上述p型接触层(56)位于上述p型包覆层(54)上，由p型GaN形成。

[10]根据上述[9]所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述p型包覆层(54)具备：第一p型包覆层(542)，其位于上述电子阻挡层(52)侧，由具有第一组分比的p型AlGaN形成；以及第二p型包覆层(544)，其位于上述p型接触层(56)侧，由具有比上述第一组分比小的第二组分比的p型AlGaN形成。

[11]根据上述[1]至[4]中的任意一项所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述多重半导体层(50)还具备位于上述p型包覆层(54)上的隧道结(58)。

[12]根据上述[11]所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述隧道结(58)具备由p型的半导体形成的p型层(582)和由n型的半导体形成的n型层(584)。

[13]根据上述[1]至[4]中的任意一项所述的氮化物半导体发光元件(1)，上述金属电极部(920)由Al形成。

[14]根据上述[12]所述的氮化物半导体发光元件(1)，还具备：ITO接触电极部(922)，其设置在上述金属电极部(920)与上述隧道结(58)之间且位于上述隧道结(58)侧，包含氧化铟锡而构成；以及包含Ti、Ni或Pd的电极部，其位于上述金属电极部(920)和上述ITO接触电极部(922)之间。

[15]根据上述[13]所述的氮化物半导体发光元件，还具备：ITO接触电极部(922)，其设置在上述金属电极部(920)与上述隧道结(58)之间且位于上述隧道结(58)侧，包含氧化铟锡而构成；以及包含Ti、Ni或Pd的电极部，其位于上述金属电极部(920)和上述ITO接触电极部(922)之间。

附图标记说明

1…氮化物半导体发光元件(发光元件)

44…阱层

50…多重半导体层

52…电子阻挡层

54…p型包覆层

542…第一p型包覆层

544…第二p型包覆层

56…p型接触层

58…隧道结

582…p型层

584…n型层

920…金属电极部

922…ITO接触电极部。