(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024131320
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】発光素子および発光素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/08 20100101AFI20240920BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20240920BHJP
H01L 33/10 20100101ALI20240920BHJP
H01L 33/42 20100101ALI20240920BHJP
H01L 33/06 20100101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
H01L33/08
H01L33/32
H01L33/10
H01L33/42
H01L33/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023041519
(22)【出願日】2023-03-16
(71)【出願人】
【識別番号】000241463
【氏名又は名称】豊田合成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000648
【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】奥野 浩司
(72)【発明者】
【氏名】大矢 昌輝
(72)【発明者】
【氏名】五所野尾 浩一
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA12
5F241AA14
5F241CA04
5F241CA05
5F241CA13
5F241CA22
5F241CA40
5F241CA65
5F241CA74
5F241CA75
5F241CA88
5F241CB11
5F241CB15
5F241CB22
5F241CB29
5F241FF06
(57)【要約】
【課題】各色の光の干渉が制御された発光素子を提供する。
【解決手段】第２活性層から放射される光は、基板側に向かう光と第１ｐ電極側に向かい第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は第１ｐ層の厚さａ１によって制御され、第１活性層から放射される光は、基板側に向かう光と、第２ｐ電極側に向かい第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は第２ｐ層の厚さａ２およびノンドープ層のうち溝が形成された領域の厚さｂによって制御され、第１活性層から放射される光と第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂが設定されている。
【選択図】図１
【解決手段】第２活性層から放射される光は、基板側に向かう光と第１ｐ電極側に向かい第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は第１ｐ層の厚さａ１によって制御され、第１活性層から放射される光は、基板側に向かう光と、第２ｐ電極側に向かい第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は第２ｐ層の厚さａ２およびノンドープ層のうち溝が形成された領域の厚さｂによって制御され、第１活性層から放射される光と第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂが設定されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
基板と、
前記基板上に設けられ、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、
前記ｎ層上に設けられ、所定の発光波長の第１活性層と、
前記第１活性層上に設けられ、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層が順に積層された構造である中間層と、
前記中間層上に設けられ、前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝と、
前記第２活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層と、
前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２ｐ層と、
前記第１ｐ層上に設けられ、光を反射させる第１ｐ電極と、
前記第２ｐ層上に設けられ、光を反射させる第２ｐ電極と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御され、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂが設定されている、発光素子。
基板と、
前記基板上に設けられ、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、
前記ｎ層上に設けられ、所定の発光波長の第１活性層と、
前記第１活性層上に設けられ、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層が順に積層された構造である中間層と、
前記中間層上に設けられ、前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝と、
前記第２活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層と、
前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２ｐ層と、
前記第１ｐ層上に設けられ、光を反射させる第１ｐ電極と、
前記第２ｐ層上に設けられ、光を反射させる第２ｐ電極と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御され、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂが設定されている、発光素子。
【請求項2】
前記第１ｐ層と前記第１ｐ電極との間に設けられた第１透明電極と、
前記第２ｐ層と前記第２ｐ電極との間に設けられた第２透明電極と、をさらに有し、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記第１透明電極の厚さｃ１によって制御され、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂ、および前記第２透明電極の厚さｃ２によって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｃ１、ｃ２が設定されている、請求項１に記載の発光素子。
前記第２ｐ層と前記第２ｐ電極との間に設けられた第２透明電極と、をさらに有し、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記第１透明電極の厚さｃ１によって制御され、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂ、および前記第２透明電極の厚さｃ２によって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｃ１、ｃ２が設定されている、請求項１に記載の発光素子。
【請求項3】
前記第２活性層と前記第１ｐ層との間にｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる電子ブロック層をさらに有し、
前記溝は、前記電子ブロック層側から前記ノンドープ層に達する深さであり、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記電子ブロック層の厚さｄによって制御され、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂによって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｄが設定されている、請求項１に記載の発光素子。
前記溝は、前記電子ブロック層側から前記ノンドープ層に達する深さであり、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記電子ブロック層の厚さｄによって制御され、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂによって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｄが設定されている、請求項１に記載の発光素子。
【請求項4】
厚さａ１と厚さａ２は等しい、請求項１～３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項5】
フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
前記基板上にｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層を形成するｎ層形成工程と、
前記ｎ層上所定の発光波長の第１活性層を形成する第１活性層形成工程と、
前記第１活性層上に、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層を順に積層して中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層を形成する第２活性層形成工程と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する溝形成工程と、
前記第２活性層上、および前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層、第２ｐ層をそれぞれ形成するｐ層形成工程と、
前記第１ｐ層上および前記第２ｐ層上に、光を反射させる第１ｐ電極、第２ｐ電極をそれぞれ形成するｐ電極形成工程と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御し、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂを設定する、発光素子の製造方法。
前記基板上にｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層を形成するｎ層形成工程と、
前記ｎ層上所定の発光波長の第１活性層を形成する第１活性層形成工程と、
前記第１活性層上に、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層を順に積層して中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層を形成する第２活性層形成工程と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する溝形成工程と、
前記第２活性層上、および前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層、第２ｐ層をそれぞれ形成するｐ層形成工程と、
前記第１ｐ層上および前記第２ｐ層上に、光を反射させる第１ｐ電極、第２ｐ電極をそれぞれ形成するｐ電極形成工程と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御し、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂを設定する、発光素子の製造方法。
【請求項6】
前記ｐ層形成工程の後、前記ｐ電極形成工程の前に、前記第１ｐ層上および前記第２ｐ層上に、第１透明電極、第２透明電極をそれぞれ形成する透明電極形成工程をさらに有し、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記第１透明電極の厚さｃ１によって制御し、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂ、および前記第２透明電極の厚さｃ２によって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｃ１、ｃ２を設定する、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記第１透明電極の厚さｃ１によって制御し、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂ、および前記第２透明電極の厚さｃ２によって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｃ１、ｃ２を設定する、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項7】
前記第２活性層形成工程後、前記溝形成工程前に、前記第２活性層上にｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程をさらに有し、
前記溝形成工程は、前記電子ブロック層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する工程であり、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記電子ブロック層の厚さｄによって制御し、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂによって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｄを設定する、請求項１に記載の発光素子。
前記溝形成工程は、前記電子ブロック層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する工程であり、
前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記電子ブロック層の厚さｄによって制御し、
前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂによって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｄを設定する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項8】
厚さａ１と厚さａ２を同じ厚さとし、前記第１ｐ層と前記第２ｐ層は同時に形成する、請求項５～７のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光素子および発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ディスプレイの高精細化が求められており、１ピクセルを１～１００μｍオーダーの微細なＬＥＤとするマイクロＬＥＤディスプレイが注目されている。フルカラーとする方式は各種知られているが、たとえば青、緑、赤の各色を発光する３つの活性層を同一基板上に順に積層する方式が知られている（たとえば特許文献１）。
【0003】
また、半導体層の厚さを調整し、光の干渉効果を利用して発光が増幅するようにしたＬＥＤが知られている（たとえば非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５８５４４１９号公報
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Appl.Phys. Lett. 82, 2221 (2003)
【非特許文献2】Appl.Phys. Express 14, 084004 (2021)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来の光の干渉を利用した発光素子は単色の発光であり、青、緑、赤の各色を発光する３つの活性層が同一基板上に積層された発光素子について、光干渉効果を利用した例は知られていない。そのような発光素子において発光を増幅する場合、青、緑、赤の各色についてそれぞれ光の干渉を制御する必要がある。しかし従来そのような検討はされていなかった。
【0007】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、異なる発光色の複数の活性層が同一基板上に積層された発光素子において、各色の光の干渉が制御された発光素子およびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様は、
フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
基板と、
前記基板上に設けられ、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、
前記ｎ層上に設けられ、所定の発光波長の第１活性層と、
前記第１活性層上に設けられ、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層が順に積層された構造である中間層と、
前記中間層上に設けられ、前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝と、
前記第２活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層と、
前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２ｐ層と、
前記第１ｐ層上に設けられ、光を反射させる第１ｐ電極と、
前記第２ｐ層上に設けられ、光を反射させる第２ｐ電極と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御され、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂが設定されている、発光素子にある。
フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
基板と、
前記基板上に設けられ、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、
前記ｎ層上に設けられ、所定の発光波長の第１活性層と、
前記第１活性層上に設けられ、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層が順に積層された構造である中間層と、
前記中間層上に設けられ、前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝と、
前記第２活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層と、
前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２ｐ層と、
前記第１ｐ層上に設けられ、光を反射させる第１ｐ電極と、
前記第２ｐ層上に設けられ、光を反射させる第２ｐ電極と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御され、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御され、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂが設定されている、発光素子にある。
【0009】
本発明の他の態様は、
フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
前記基板上にｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層を形成するｎ層形成工程と、
前記ｎ層上所定の発光波長の第１活性層を形成する第１活性層形成工程と、
前記第１活性層上に、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層を順に積層して中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層を形成する第２活性層形成工程と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する溝形成工程と、
前記第２活性層上、および前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層、第２ｐ層をそれぞれ形成するｐ層形成工程と、
前記第１ｐ層上および前記第２ｐ層上に、光を反射させる第１ｐ電極、第２ｐ電極をそれぞれ形成するｐ電極形成工程と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御し、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂを設定する、発光素子の製造方法にある。
フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
前記基板上にｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層を形成するｎ層形成工程と、
前記ｎ層上所定の発光波長の第１活性層を形成する第１活性層形成工程と、
前記第１活性層上に、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層を順に積層して中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層を形成する第２活性層形成工程と、
前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する溝形成工程と、
前記第２活性層上、および前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層、第２ｐ層をそれぞれ形成するｐ層形成工程と、
前記第１ｐ層上および前記第２ｐ層上に、光を反射させる第１ｐ電極、第２ｐ電極をそれぞれ形成するｐ電極形成工程と、を有し、
前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御し、
前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御し、
前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂを設定する、発光素子の製造方法にある。
【発明の効果】
【0010】
本発明の上記態様によれば、厚さａ１、ａ２、およびｂをそれぞれ調整することで、第１活性層からの光の干渉と第２活性層からの光の干渉を個別に制御することができ、少なくとも一方を干渉により増幅するように設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態１における発光素子の構成を示した図であって、基板の主面に垂直な方向での断面図。
【図2】実施形態１における発光素子の等価回路を示した図。
【図3】実施形態１における発光素子の製造工程を示した図。
【図4】実施形態１における発光素子の製造工程を示した図。
【図5】実施形態１における発光素子の製造工程を示した図。
【図6】実施形態１における発光素子の製造工程を示した図。
【図7】実施形態２における発光素子の構成を示した図であって、基板の主面に垂直な方向での断面図。
【図8】実施形態３における発光素子の構成を示した図であって、基板の主面に垂直な方向での断面図。
【図9】Ｏ、Ｓｉ、Ｃの深さプロファイルを示したグラフ。
【図10】Ｏ、Ｓｉ、Ｃの深さプロファイルを示したグラフ。
【図11】Ｍｇ／ＩＩＩ気相比と光出力の関係を示したグラフ。
【図12】赤色発光の光出力とｐ型層の厚さの関係を示したグラフ。
【図13】緑色発光の光出力とｐ型層の厚さの関係を示したグラフ。
【図14】理論式により導かれた、光出力と光学的厚さの関係を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0012】
発光素子は、フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子である。発光素子は、基板と、前記基板上に設けられ、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、前記ｎ層上に設けられ、所定の発光波長の第１活性層と、前記第１活性層上に設けられ、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層が順に積層された構造である中間層と、前記中間層上に設けられ、前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層と、前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝と、前記第２活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層と、前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２ｐ層と、前記第１ｐ層上に設けられ、光を反射させる第１ｐ電極と、前記第２ｐ層上に設けられ、光を反射させる第２ｐ電極と、を有している。また、前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御され、前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉は前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御されている。そして、前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂが設定されている。
【0013】
上記発光素子において、前記第１ｐ層と第１ｐ電極との間に設けられた第１透明電極と、前記第２ｐ層と第２ｐ電極との間に設けられた第２透明電極と、をさらに有していてもよい。また、前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記第１透明電極の厚さｃ１によって制御され、前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂ、および前記第２透明電極の厚さｃ２によって制御され、前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｃ１、ｃ２が設定されていてもよい。
【0014】
上記発光素子において、前記第２活性層と前記第１ｐ層との間にｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる電子ブロック層をさらに有し、前記溝は、前記電子ブロック層側から前記ノンドープ層に達する深さであってもよい。また、前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記電子ブロック層の厚さｄによって制御され、前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂによって制御され、前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｄが設定されていてもよい。
【0015】
上記発光素子において、厚さａ１と厚さａ２は等しくてもよい。素子構造がより簡単となり、製造コストの低減を図ることができる。
【0016】
発光素子の製造方法は、フリップチップ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法である。発光素子の製造方法は、前記基板上にｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層を形成するｎ層形成工程と、前記ｎ層上所定の発光波長の第１活性層を形成する第１活性層形成工程と、前記第１活性層上に、ノンドープのＩＩＩ族窒化物半導体からなるノンドープ層と、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層を順に積層して中間層を形成する中間層形成工程と、前記中間層上に前記第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層を形成する第２活性層形成工程と、前記第２活性層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する溝形成工程と、前記第２活性層上、および前記溝の底面に露出する前記ノンドープ層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１ｐ層、第２ｐ層をそれぞれ形成するｐ層形成工程と、前記第１ｐ層上および前記第２ｐ層上に、光を反射させる第１ｐ電極、第２ｐ電極をそれぞれ形成するｐ電極形成工程と、を有している。また、前記第２活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第１ｐ電極側に向かい前記第１ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第１ｐ層の厚さａ１によって制御し、前記第１活性層から放射される光は、前記基板側に向かう光と、前記第２ｐ電極側に向かい前記第２ｐ電極によって反射された光との間で干渉し、その干渉を前記第２ｐ層の厚さａ２および前記ノンドープ層のうち前記溝が形成された領域の厚さｂによって制御している。そして、前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、およびｂを設定する。
【0017】
上記発光素子の製造方法において、前記ｐ層形成工程の後、前記ｐ電極形成工程の前に、前記第１ｐ層上および前記第２ｐ層上に、第１透明電極、第２透明電極をそれぞれ形成する透明電極形成工程をさらに有していてもよい。また、前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記第１透明電極の厚さｃ１によって制御し、前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂ、および前記第２透明電極の厚さｃ２によって制御し、前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｃ１、ｃ２を設定してもよい。
【0018】
上記発光素子の製造方法において、前記第２活性層形成工程後、前記溝形成工程前に、前記第２活性層上にｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程をさらに有していてもよい。また、前記溝形成工程は、前記電子ブロック層側から前記ノンドープ層に達する深さの溝を形成する工程であり、前記第２活性層から放射される光の干渉は、厚さａ１および前記電子ブロック層の厚さｄによって制御し、前記第１活性層から放射される光の干渉は、厚さａ２、ｂによって制御し、前記第１活性層から放射される光と前記第２活性層から放射される光のうち少なくとも一方は、干渉により増幅するように厚さａ１、ａ２、ｂ、ｄを設定してもよい。
【0019】
上記発光素子の製造方法において、厚さａ１と厚さａ２を同じ厚さとし、前記第１ｐ層と前記第２ｐ層は同時に形成してもよい。
【0020】
（実施形態１）
図１は、実施形態１における発光素子の構成を示した図である。実施形態１における発光素子は青、緑、赤のそれぞれを発光可能である。また、実施形態１における発光素子は、基板の裏面側から光を取り出すフリップチップ型であり、図示しない実装基板にフェイスダウンで実装されている。なお、実施形態１は１ピクセルが１チップの構造であるが、モノリシック型であってもよい。つまり、実施形態１の素子構造が同一基板上にマトリクス状に配列されたマイクロＬＥＤディスプレイ素子としてもよい。
図１は、実施形態１における発光素子の構成を示した図である。実施形態１における発光素子は青、緑、赤のそれぞれを発光可能である。また、実施形態１における発光素子は、基板の裏面側から光を取り出すフリップチップ型であり、図示しない実装基板にフェイスダウンで実装されている。なお、実施形態１は１ピクセルが１チップの構造であるが、モノリシック型であってもよい。つまり、実施形態１の素子構造が同一基板上にマトリクス状に配列されたマイクロＬＥＤディスプレイ素子としてもよい。
【0021】
１．発光素子の構成
実施形態１における発光素子は、図１に示すように、基板１０と、ｎ層１１と、ＥＳＤ層１２と、下地層１３と、第１活性層１４と、第１中間層１５と、第２活性層１６と、第２中間層１７と、第３活性層１８と、保護層１９と、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃと、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃと、ｐ層２２Ａ～２２Ｃと、ｎ電極２３と、ｐ電極２４Ａ～２４Ｃと、を有している。
実施形態１における発光素子は、図１に示すように、基板１０と、ｎ層１１と、ＥＳＤ層１２と、下地層１３と、第１活性層１４と、第１中間層１５と、第２活性層１６と、第２中間層１７と、第３活性層１８と、保護層１９と、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃと、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃと、ｐ層２２Ａ～２２Ｃと、ｎ電極２３と、ｐ電極２４Ａ～２４Ｃと、を有している。
【0022】
基板１０は、ＩＩＩ族窒化物半導体を成長させる成長基板である。たとえば、サファイア、Ｓｉ、ＧａＮ、ＳｃＡｌＭｇＯ４（ＳＡＭ）などである。
【0023】
ｎ層１１は、低温バッファ層や高温バッファ層（図示しない）を介して基板１０上に設けられたｎ型の半導体である。ただし、バッファ層は必要に応じて設ければよく、基板がＧａＮである場合などにはバッファ層を設けなくともよい。ｎ層１１は、たとえばｎ－ＧａＮ、ｎ－ＡｌＧａＮ、ｎ－ＩｎＧａＮなどである。Ｓｉ濃度は、たとえば１×１０１８～１００×１０１８ｃｍ－３である。
【0024】
ＥＳＤ層１２は、ｎ層１１上に設けられた半導体層であり、静電耐圧向上のために設ける層である。ＥＳＤ層１２は必要に応じて設ければよく、省略してよい。ＥＳＤ層１２は、たとえば、ノンドープまたは低濃度にＳｉがドープされたＧａＮ、ＩｎＧａＮ、またはＡｌＧａＮである。
【0025】
下地層１３は、ＥＳＤ層１２上に設けられた超格子構造の半導体層であり、下地層１３上に形成される半導体層の格子歪みを緩和するための層である。下地層１３も必要に応じて設ければよく、省略してもよい。下地層１３は、組成の異なるＩＩＩ族窒化物半導体薄膜（たとえばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのうち２つ）を交互に積層させたものであり、ペア数はたとえば３～３０である。ノンドープでもよいし、Ｓｉを１×１０１７～１００×１０１７ｃｍ－３程度ドープしてもよい。また、歪を緩和できるのであれば超格子構造である必要はない。第１活性層１４とのヘテロ界面で格子定数差が小さくなるような材料であればよく、たとえば、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層、ＡｌＧａＩｎ層であってもよい。
【0026】
第１活性層１４は、下地層１３上に設けられたＳＱＷまたはＭＱＷ構造の発光層である。発光波長は青色であり、４３０～４８０ｎｍである。第１活性層１４はＡｌＧａＮからなる障壁層とＩｎＧａＮからなる井戸層を交互に１～９ペア積層させた構造である。より好ましくは１～７ペア、さらに好ましくは１～５ペアである。
【0027】
第１中間層１５は、第１活性層１４上に設けられた半導体層であり、第１活性層１４と第２活性層１６の間に位置している。第１中間層１５は、第１活性層１４からの発光と第２活性層１６からの発光とを個別に制御可能とするために設ける層である。また、後述の第２溝３１を形成する際に第１活性層１４をエッチングダメージから保護する役割も有する。
【0028】
第１中間層１５は、第１活性層１４側から順にノンドープ層１５Ａ、ｎ型層１５Ｂを積層させた構造である。ノンドープ層１５Ａ、ｎ型層１５Ｂは不純物を除いて同一材料から構成してもよい。第１中間層１５をこのような２層構造とする理由は後述する。
【0029】
第１中間層１５の材料は、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体であり、たとえばＩｎＧａＮとするのがよい。Ｉｎによるサーファクタント効果によって第１中間層１５表面の荒れを抑制し、表面平坦性を向上させることができる。また、格子歪みを緩和させることができる。
【0030】
第１中間層１５のＩｎ組成（ＩＩＩ族窒化物半導体のＩＩＩ族金属全体に占めるＩｎのモル比）は、第１活性層１４および第２活性層１６から発光した光を吸収しないバンドギャップとなるように設定されていればよい。好ましいＩｎ組成は、１０％以下、より好ましくは５％以下、さらに好ましくは２％以下である。Ｉｎ組成が１０％よりも大きいと、第１中間層１５の表面が荒れる原因となる。Ｉｎは０％よりも大きければ任意であり、ドープレベル（混晶を形成しないレベル）でもよい。たとえばＩｎ濃度が１×１０１４ｃｍ－３以上１×１０２２ｃｍ－３以下のＧａＮである。
【0031】
ノンドープ層１５Ａはノンドープであり、ｎ型層１５ＢはＳｉドープである。ｎ型層１５ＢのＳｉ濃度は、１×１０１７～１０００×１０１７ｃｍ－３とすることが好ましい。好ましくは１０×１０１７～１００×１０１７ｃｍ－３、さらに好ましくは２０×１０１７～８０×１０１７ｃｍ－３である。ｎ型層１５ＢはＳｉを変調ドープしてもよく、ｎ型層１５Ｂの一部領域にノンドープの領域があってもよい。
【0032】
第１中間層１５の厚さは、２０～１５０ｎｍとすることが好ましい。１５０ｎｍよりも厚いと、第１中間層１５の表面が荒れる原因となり得る。また、２０ｎｍよりも薄いと、後述の第２溝３１を形成する際に第２溝３１の深さをノンドープ層１５Ａ内とする制御が難しくなる可能性がある。より好ましくは３０～１００ｎｍ、さらに好ましくは５０～８０ｎｍである。
【0033】
また、ノンドープ層１５Ａの厚さは、１０ｎｍ以上とすることが好ましい。エッチング深さの制御性および第１活性層１４へのエッチングダメージを回避するためである。また、ｎ型層１５Ｂの厚さは、１０ｎｍ以上とすることが好ましい。各活性層の発光特性を独立に制御するためである。
【0034】
第２活性層１６は、歪緩和層１６ＡとＳＱＷまたはＭＱＷの量子井戸構造層（発光層）１６Ｂを順に積層させた構造である。量子井戸構造層１６Ｂの発光波長は緑色であり、５１０～５７０ｎｍである。量子井戸構造層１６ＢはＧａＮからなる障壁層とＩｎＧａＮからなる井戸層を交互に１～７ペア積層させた構造である。より好ましくは１～５ペア、さらに好ましくは１～３ペアである。また、第１活性層１４のペア数と等しいか少ないことが好ましく、少ないことがより好ましい。
【0035】
歪緩和層１６Ａは、障壁層と井戸層を順に積層させたＳＱＷ構造であり、発光しないように井戸層の厚さを薄く調整した量子井戸構造である。たとえば井戸層の厚さを１ｎｍ以下とすることで発光しないようにすることができる。障壁層はＡｌＧａＮ、井戸層はＩｎＧａＮである。歪緩和層１６Ａの井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長は、量子井戸構造層１６Ｂの発光波長よりも短ければよく、たとえば発光波長が５００～５６０ｎｍであれば４００～４６０ｎｍである。好ましくは量子井戸構造層１６Ｂの発光波長よりも４０～１００ｎｍ短くする。この場合、歪緩和層１６Ａの成長温度は、７００～８００℃である。
【0036】
歪緩和層１６Ａの井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長は、第１活性層１４の発光波長と等しくしてもよい。この場合、第１活性層１４と同様の成長温度で成長させてもよい。
【0037】
歪緩和層１６Ａの井戸層におけるバンド端エネルギーの制御は、井戸層の厚さで制御することができる。すなわち、歪緩和層１６Ａの井戸層の厚さを十分に薄くすることで井戸内のサブバンドのエネルギーが上昇しバンド端エネルギーが大きくなる。これにより、量子井戸構造層１６Ｂの発光波長よりも短くしてもよい。成長温度は任意であるが、量子井戸構造層１６Ｂと同様の成長温度で成長させてもよい。さらに、歪緩和層１６Ａの井戸層の膜厚を薄くすると、サブバンドがさらに上昇し、障壁層とのエネルギー差が小さくなる。すなわち、障壁層のバンド端エネルギーに近くなる。その結果、歪緩和層１６Ａの井戸層におけるキャリアの閉じ込めがされ難くなり、発光しにくくなることから、量子井戸構造層１６Ｂの障壁層の一部として機能するとともに、歪緩和の効果も同時に得られる。
【0038】
このように、量子井戸構造層１６Ｂの井戸層よりもキャリア閉じ込めの悪い井戸層を持つ歪緩和層１６Ａを形成することで、発光しない歪緩和層１６Ａを形成することができる。
【0039】
要するに、歪緩和層１６Ａ全体の平均的な格子定数が、第１中間層１５の格子定数と量子井戸構造層１６Ｂの格子定数の間となるように歪緩和層１６Ａの材料や層構成が設定され、かつ、歪緩和層１６Ａが発光しないように井戸層の厚さが設定されていればよい。
【0040】
歪緩和層１６Ａは障壁層と井戸層を２ペア以上積層させたＭＱＷ構造としてもよいが、第２活性層１６が厚くなるのでＳＱＷ構造とすることが好ましい。
【0041】
以上のように歪緩和層１６Ａを設けることで、その上に積層される量子井戸構造層１６Ｂの歪を緩和させることができ、量子井戸構造層１６Ｂの井戸層の結晶品質を向上させることができる。
【0042】
第２活性層１６の厚さに対する第１活性層１４の厚さの比が３０％以下となるように設定することが好ましい。より効率的に量子井戸構造層１６Ｂの歪を緩和させることができるとともに、ｐｎ接合間距離が各ｐ電極２４Ａ～２４Ｃ下で一定となり、各ｐ電極２４Ａ～２４Ｃ下でのデバイス特性を均一にできる。
【0043】
第２中間層１７は、第２活性層１６上に設けられた半導体層であり、第２活性層１６と第３活性層１８の間に位置している。第２中間層１７は、第１中間層１５と同様の理由により設けられたものであり、第２活性層１６からの発光と第３活性層１８からの発光とを個別に制御可能とするために設ける層である。また、後述の第３溝３２を形成する際に第２活性層１６をエッチングダメージから保護する役割も有する。
【0044】
第２中間層１７は、第２活性層１６側から順にノンドープ層１７Ａ、ｎ型層１７Ｂを積層させた構造である。ノンドープ層１７Ａ、ｎ型層１７Ｂは、ノンドープ層１５Ａ、ｎ型層１５Ｂと同様の構造である。つまり、ノンドープ層１７Ａ、ｎ型層１７Ｂは不純物を除いてノンドープ層１５Ａ、ｎ型層１５Ｂと同一材料であり、厚さの範囲などもノンドープ層１５Ａ、ｎ型層１５Ｂと同様である。ノンドープ層１７Ａはノンドープ、ｎ型層１７ＢはＳｉドープである。第２中間層１７をこのような２層構造とする理由は後述する。
【0045】
第２中間層１７の材料は、第１中間層１５と同様である。第１中間層１５と第２中間層１７を同一材料としてもよい。また、第２中間層１７の厚さも第１中間層１５と同様であり、第１中間層１５と第２中間層１７の厚さを同一としてもよい。ただし、第１中間層１５よりも薄くし、Ｉｎ組成も第１中間層１５より大きくすることが好ましい。緑色発光の第２活性層１６は、青色発光の第１活性層１４よりも熱ダメージを受けやすく、界面での歪みの影響が大きくなるためである。
【0046】
ここで、第１中間層１５、第２中間層１７を２層構造とした理由を説明する。まず、ｐｎ接合間距離について説明する。ｐｎ接合間距離は、ゼロバイアス時に空乏化している膜厚に相当する。ＬＥＤにおいては高濃度のアクセプタ不純物を持つｐ層と、高濃度のドナー不純物を持つｎ層とに挟まれたノンドープもしくは低ドープの活性層の総膜厚に相当する。
【0047】
第１中間層１５、第２中間層１７をノンドープとする場合、ｐｎ接合間距離（空乏層の厚さ）は、ｐ電極２４Ａ下の領域においてはアクセプタ不純物を高ドープされた電子ブロック層２１Ａからドナー不純物を高ドープされたｎ層１１までの距離、すなわち、第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８と、第１中間層１５、第２中間層１７を含む膜厚に相当する。また、ｐ電極２４Ｂ下においてはアクセプタ不純物を高ドープされた電子ブロック層２１Ｂからｎ層１１までの距離、すなわち、第１活性層１４、第２活性層１６と、第１中間層１５と、第２中間層１７の一部を含む膜厚に相当する。また、ｐ電極２４Ｃ下においてはアクセプタ不純物を高ドープされた電子ブロック層２１Ｃからｎ層１１までの距離、すなわち、第１活性層１４と、第１中間層１５の一部を含む膜厚に相当する。
【0048】
そのため、これら３つの場合でそれぞれｐｎ接合間距離が異なり、駆動電圧や電流注入効率、逆方向電流が異なってしまう。また、ｐ電極２４Ａに電圧を印加して第３活性層１８を発光させたい場合に、電子とホールのキャリアがすべての活性層に供給されてしまい、第２活性層１６や第１活性層１４からも発光してしまう可能性がある。同様に、ｐ電極２４Ｂに電圧を印加して第２活性層１６を発光させたい場合に第１活性層１４からも発光してしまう可能性がある。
【0049】
このような問題を中間層の構造で解決している。つまり、第１中間層１５をノンドープ層１５Ａ、ドナー不純物が高濃度にドープされたｎ型層１５Ｂの２層とし、第２中間層１７をノンドープ層１７Ａ、ドナー不純物が高濃度にドープされたｎ型層１７Ｂの２層とし、ｎ型層１５Ｂ、１７ＢにＳｉをドープしてｎ型としている。
【0050】
そのため、ｐｎ接合間距離は、ｐ電極２４Ａ下の領域においては電子ブロック層２１Ａから第２中間層１７のｎ型層１７Ｂまでの距離、ｐ電極２４Ｂ下の領域においては電子ブロック層２１Ｂから第１中間層１５のｎ型層１５Ｂまでの距離、ｐ電極２４Ｃ下の領域においては電子ブロック層２１Ｃからｎ層１１までの距離となる。すなわち、すべての電極下におけるｐｎ接合間距離は、複数の活性層を含まず、１つの活性層と中間層のうちノンドープ層とを含む総膜厚に相当することとなる。
【0051】
ここで、第１中間層１５のノンドープ層１５Ａ、第２中間層１７のノンドープ層１７Ａの厚さを適切に制御することで、これら３つの場合でｐｎ接合間距離を等しくすることができる。その結果、これら３つの場合で駆動電圧や電流注入効率、逆方向電流のばらつきを抑えることができ、均一な制御が可能となる。さらに、これら３つの場合でｐｎ接合間には第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８がそれぞれ１つしか含まれず、中間層のｎ型層がホールにとって障壁層となるため、ホールが中間層のｎ型層を超えて下部の活性層へ注入され難くなる。その結果、ｐｎ接合間に位置する発光させたい活性層以外が発光してしまうことを抑制できる。
【0052】
第３活性層１８は、第１歪緩和層１８Ａと、第２歪緩和層１８Ｂと、ＳＱＷまたはＭＱＷの量子井戸構造層１８Ｃを順に積層させた構造である。量子井戸構造層１８Ｃの発光波長は赤色であり、５９０～７００ｎｍである。量子井戸構造層１８ＣはＩｎＧａＮからなる障壁層とＩｎＧａＮからなる井戸層を交互に１～７ペア積層させた構造である。より好ましくは１～５ペア、さらに好ましくは１～３ペアである。また、第２活性層１６の量子井戸構造層１６Ｃのペア数と等しいか少ないことが好ましく、少ないことがより好ましい。
【0053】
第１歪緩和層１８Ａは、第２活性層１６の歪緩和層１６Ａと同様の構造である。第１歪緩和層１８Ａの井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長は、量子井戸構造層１６Ｂの発光波長よりも短ければよく、たとえば４００～４６０ｎｍである。
【0054】
第２歪緩和層１８Ｂは、第２歪緩和層１８Ｂの井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長が量子井戸構造層１８Ｃの発光波長よりも短く、第１歪緩和層１８Ａの井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長よりも長い。たとえば、５１０～５７０ｎｍである。それ以外は第１歪緩和層１８Ａと同様である。
【0055】
第１歪緩和層１８Ａの井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長と第２歪緩和層１８Ｂの井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長の差、および第２歪緩和層１８Ｂの井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長と量子井戸構造層１８Ｃの発光波長の差は、４０～１００ｎｍとすることが好ましい。
【0056】
第３活性層１８の厚さに対する第１活性層１４の厚さの比や、第３活性層１８の厚さに対する第２活性層１６の厚さの比は、３０％以下となるように設定することが好ましい。より効率的に量子井戸構造層１８Ｃの歪を緩和させることができるとともに、ｐｎ接合間距離が各ｐ電極２４Ａ～２４Ｃ下で一定となり、各ｐ電極２４Ａ～２４Ｃ下でのデバイス特性を均一にできる。
【0057】
このように第１歪緩和層１８Ａ、第２歪緩和層１８Ｂを設けることで、段階的に歪を緩和させることができ、その上に積層される量子井戸構造層１８Ｃの歪を効果的に緩和させることができる。その結果、量子井戸構造層１８Ｃの井戸層の品質を向上させることができる。
【0058】
なお、第３活性層１８では第１歪緩和層１８Ａ、第２歪緩和層１８Ｂによって２段階に歪を緩和させているが、歪緩和層を３つ以上設けて３段階以上に歪を緩和させてもよい。また、第２活性層１６においても、歪緩和層１６Ａを複数にして段階的に歪を緩和させてもよい。
【0059】
また、第１活性層１４においても、同様にして歪緩和層を設けてよい。この場合、歪緩和層の成長温度は、たとえば、８００～９００℃である。
【0060】
保護層１９は、第３活性層１８上に設けられた半導体層である。保護層１９は、活性層を保護するとともに、電子ブロック層としても機能する層である。保護層１９は、第３活性層１８の井戸層よりもバンドギャップの広い材料であればよく、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなどである。保護層１９の厚さは、２．５～５０ｎｍが好ましく、より好ましくは５～２５ｎｍである。保護層１９に不純物をドープしてもよく、Ｍｇをドープしてもよい。その場合、Ｍｇ濃度は１×１０１８～１０００×１０１８ｃｍ－３とするのがよい。
【0061】
保護層１９の一部領域はエッチングされて溝が設けられ、保護層１９から第２中間層１７に達する第３溝３２、第１中間層１５に達する第２溝３１、ｎ層１１に達する第１溝３０が設けられている。
【0062】
第３溝３２は、第２中間層１７のノンドープ層１７Ａに達する深さとなっている。このように、ｐ電極２４Ｂ下において第２中間層１７のｎ型層１７Ｂを除去することで第２活性層１６上にｎ型層が位置しないようにし、第２活性層１６が発光するようにしている。また、第２溝３１は、第１中間層１５のノンドープ層１５Ａに達する深さとなっている。これも同様の理由であり、ｐ電極２４Ｃ下において第１中間層１５のｎ型層１５Ｂを除去することで第１活性層１４上にｎ型層が位置しないようにし、第１活性層１４が発光するようにしている。
【0063】
非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃは、保護層１９上、第３溝３２底面に露出する第２中間層１７のノンドープ層１７Ａ上、第２溝３１底面に露出する第１中間層１５のノンドープ層１５Ａ上にそれぞれ接して設けられている。非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃは、成長炉からウェハを一旦取り出した後、再び成長炉にウェハを入れて結晶成長させた層である。
【0064】
非ｎ型層２０Ａ～２０ＣのＭｇ濃度は、０．１×１０１８～１００×１０１８ｃｍ－３である。非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃにこのような濃度範囲のＭｇをドープする理由は次の通りである。
【0065】
実施形態１における発光素子では、後述の製造工程で述べるように、第３溝３２や第２溝３１の形成のためウェハが一旦反応炉から取り出され、大気に暴露される。このとき、ウェハの表面がＯやＳｉなどの元素により汚染されてしまう。洗浄などによって不純物はある程度取り除けるが、完全には取り除くことができない。
【0066】
これらの不純物は、意図しないｎ型不純物となり、非発光再結合中心となる。また、意図しないｎ型層が形成されてバンド構造を変化させる。たとえば、ｎ型層が形成されることでｐｎ接合間のビルトインポテンシャルを変化させてしまい、電子やホールの注入効率に影響し、発光効率の低下を引き起こす。特に、活性層へのホールの注入がｎ型層によって阻害され、発光効率が低下する。以上の理由により、活性層に近いところ、特にｐｎ接合内に再成長界面が存在すると発光効率の低下が著しい。実施形態１における発光素子では、保護層１９と非ｎ型層２０Ａの界面、ノンドープ層１７Ａと非ｎ型層２０Ｂの界面、およびノンドープ層１５Ａと非ｎ型層２０Ｃの界面が再成長界面となり、ｐｎ接合内となる。
【0067】
そこで実施形態１では、非ｎ型層２０Ａ～２０ＣにＭｇをドープすることで再成長界面の意図しないｎ型層を中性化（高抵抗化、絶縁化）、もしくはｐ型化している。発明者らの検討により、再成長界面におけるＯやＳｉの濃度が０．１×１０１８～１００×１０１８ｃｍ－３程度であることが分かった。そこで、非ｎ型層２０Ａ～２０ＣのＭｇ濃度を０．１×１０１８～１００×１０１８ｃｍ－３とし、ｎ型不純物であるＯやＳｉの濃度と同程度もしくはそれ以上のＭｇ濃度とすることで、共ドープ状態にし、再成長界面を中性化もしくはｐ型化して、ｎ型層ではない状態にしている。
【0068】
再成長界面の中性化により、実質的なｎ型層は活性層（第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８）の下部（基板１０側）となる。これにより、活性層へのホール注入効率を向上させ、発光効率の向上を図っている。
【0069】
非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃの材料は、ＡｌＧａＮとするのがよい。Ａｌ組成はたとえば０．５～３０％である。非ｎ型層２０Ａ～２０ＣをＡｌＧａＮとすることで電子ブロック層として機能させることができる。非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃの厚さは、たとえば０．５～１０ｎｍである。
【0070】
電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃは、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ上にそれぞれ設けられた半導体層であり、ｎ層１１から注入された電子を第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８に効率よく閉じ込めるためにブロックする層である。電子ブロック層はＧａＮやＡｌＧａＮの単層でもよいし、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮのうち２以上を積層させた構造や、組成比のみ替えて積層させた構造であってもよい。また、超格子構造としてもよい。電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃの厚さは、５～５０ｎｍが好ましく、より好ましくは５～２５ｎｍである。電子ブロック層２１Ａ～２１ＣのＭｇ濃度は１×１０１９～１００×１０１９ｃｍ－３とするのがよい。
【0071】
ｐ層２２Ａ～２２Ｃは、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ上にそれぞれ設けられた半導体層であり、電子ブロック層２１側から順に第１層、第２層で構成されている。第１層は、ｐ－ＧａＮ、ｐ－ＩｎＧａＮが好ましい。第１層の厚さは１０～５００ｎｍが好ましく、より好ましくは１０～２００ｎｍ、さらに好ましくは１０～１００ｎｍである。第１層のＭｇ濃度は１×１０１９～１００×１０１９ｃｍ－３とするのがよい。第２層は、ｐ－ＧａＮ、ｐ－ＩｎＧａＮが好ましい。第２層の厚さは２～５０ｎｍが好ましく、より好ましくは４～２０ｎｍ、さらに好ましくは６～１０ｎｍである。第２層のＭｇ濃度は１×１０２０～１００×１０２０ｃｍ－３とするのがよい。
【0072】
ｎ電極２３は、第１溝３０の底面に露出するｎ層１１上に設けられた電極である。基板１０が導電性材料である場合には、第１溝３０を設けずに基板１０裏面にｎ電極２３を設けてもよい。ｎ電極２３の材料は、たとえばＴｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｌである。
【0073】
ｐ電極２４Ａ～２４Ｃは、ｐ層２２Ａ～２２Ｃ上にそれぞれ設けられた電極である。ｐ電極２４Ａ～２４Ｃの材料は、発光波長の光の反射率が高く、ｐ層２２Ａ～２２Ｃに対するコンタクト抵抗の低い材料がよい。たとえばＡｇ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｏ／Ａｕ、ＩＴＯ／Ｎｉ／Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｕなどである。第３活性層１８から放射される赤色光のうちｐ層２２Ａ側に向かう光はｐ電極２４Ａによって反射され、基板１０側へと向かう。同様に、第２活性層１６から放射される緑色光のうちｐ層２２Ｂ側に向かう光はｐ電極２４Ｂによって反射され、基板１０側へと向かい、第１活性層１４から放射される赤色光のうちｐ層２２Ｃ側に向かう光はｐ電極２４Ｃによって反射され、基板１０側へと向かう。
【0074】
２．各層の厚さの設定
第３活性層１８から放射される赤色光は、基板１０側に放射される光と、基板１０側とは反対側に放射され、ｐ電極２４Ａによって反射された後に基板１０側に向かう光が存在し、干渉を生じる。第２活性層１６から放射される緑色光、第１活性層１４から放射される青色光についても同様である。実施形態１における発光素子では、青色、緑色、赤色の各発光色について、光の干渉によって増幅するように素子構造が設定されている。具体的には以下の通りである。
第３活性層１８から放射される赤色光は、基板１０側に放射される光と、基板１０側とは反対側に放射され、ｐ電極２４Ａによって反射された後に基板１０側に向かう光が存在し、干渉を生じる。第２活性層１６から放射される緑色光、第１活性層１４から放射される青色光についても同様である。実施形態１における発光素子では、青色、緑色、赤色の各発光色について、光の干渉によって増幅するように素子構造が設定されている。具体的には以下の通りである。
【0075】
まず、厚さａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３を定義しておく。厚さａ１は、非ｎ型層２０Ａ、電子ブロック層２１Ａ、およびｐ層２２Ａの総膜厚とする。また、厚さａ２は、非ｎ型層２０Ｂ、電子ブロック層２１Ｂ、およびｐ層２２Ｂの総膜厚とする。また、厚さａ３は、非ｎ型層２０Ｃ、電子ブロック層２１Ｃ、およびｐ層２２Ｃの総膜厚とする。また、厚さｂ２は、第２中間層１７のノンドープ層１７Ａのうち、第３溝３２によって薄くなった領域の厚さとする。また、厚さｂ３は、第１中間層１５のノンドープ層１５Ａのうち、第２溝３１によって薄くなった領域の厚さとする。
【0076】
厚さａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３は、以下の式（１）～（３）を満たすように設定されている。なお、式（１）～（３）では全ての放射角での干渉効果を積算し、全体として光出力が最大となる範囲に設定している。
（ｍ－０．１）×（λＲ／ｎＲ）＜ａ１＜（ｍ＋０．１）×（λＲ／ｎＲ） ・・・（１）
（ｍ－０．１）×（λＧ／ｎＧ）＜ａ２＋ｂ２＜（ｍ＋０．１）×（λＲ／ｎＲ） ・・・（２）
（ｍ－０．１）×（λＢ／ｎＢ）＜ａ３＋ｂ３＜（ｍ＋０．１）×（λＢ／ｎＢ） ・・・（３）
式（１）～（３）において、ｍ≒０．２、０．７、１．２、・・・である。ここで≒としているのは、ｍの値について０．１程度の誤差が許容されるということであり、たとえばｍ≒０．７は０．６～０．８程度の誤差が許容される。各式においてｍの値は異なっていてもよい。
（ｍ－０．１）×（λＲ／ｎＲ）＜ａ１＜（ｍ＋０．１）×（λＲ／ｎＲ） ・・・（１）
（ｍ－０．１）×（λＧ／ｎＧ）＜ａ２＋ｂ２＜（ｍ＋０．１）×（λＲ／ｎＲ） ・・・（２）
（ｍ－０．１）×（λＢ／ｎＢ）＜ａ３＋ｂ３＜（ｍ＋０．１）×（λＢ／ｎＢ） ・・・（３）
式（１）～（３）において、ｍ≒０．２、０．７、１．２、・・・である。ここで≒としているのは、ｍの値について０．１程度の誤差が許容されるということであり、たとえばｍ≒０．７は０．６～０．８程度の誤差が許容される。各式においてｍの値は異なっていてもよい。
【0077】
なお、干渉効果によって光出力が減衰するように設定する場合には、式（１）～（３）において、ｍ≒０．５、１．０、１．５、・・・とすればよい。
【0078】
光出力が増減衰する上記ｍ値は、反射金属膜における位相シフトによって若干のズレが生じる。上記ｍ値は、一般的に反射金属として用いられるＮｉ／Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｌなどの場合に大体相当するが、他の多くの反射金属の場合も、上記値に近しいものになる。しかしながら、光出力が増減衰するｍ値は特に上記値に限定されるものではない。
【0079】
式（１）～（３）において、λＲは第３活性層１８の発光波長（赤色）、λＧは第２活性層１６の発光波長（緑色）、λＢは第１活性層１４の発光波長（青色）である。また、ｎＲは、波長λＲにおける屈折率であり、非ｎ型層２０Ａ、電子ブロック層２１Ａ、およびｐ層２２Ａ全体の平均的な屈折率である。また、ｎＧは、波長λＧにおける屈折率であり、ノンドープ層１７Ａ、非ｎ型層２０Ｂ、電子ブロック層２１Ｂ、およびｐ層２２Ｂ全体の平均的な屈折率である。また、ｎＢは、波長λＢにおける屈折率であり、ノンドープ層１５Ａ、非ｎ型層２０Ｃ、電子ブロック層２１Ｃ、およびｐ層２２Ｃ全体の平均的な屈折率である。
【0080】
厚さａ１～ａ３は、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｂ、ｐ層２２Ａ～２２Ｃを個別に形成することでそれぞれ調整可能である。また、ｂ２、ｂ３は、第３溝３２、第２溝３１の形成時のエッチング深さによって調整可能である。
【0081】
厚さａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３の具体的な設定手段としては、ａ１～ａ３を所定値（特にａ１＝ａ２＝ａ３）とし、ｂ２、ｂ３を調整することにより上記式を満たすように設定する。あるいは、ｂ２、ｂ３を所定値（特にｂ２＝ｂ３）とし、ａ１～ａ３を調整することによって上記式を満たすように設定する。これにより、設定するパラメータが少なくなり、実施形態１における発光素子の製造が容易となる。なお、ａ１を調整する場合、非ｎ型層２０Ａ、電子ブロック層２１Ａ、ｐ層２２Ａのうち少なくとも１層の厚さを調整すればよい。
【0082】
上記式は干渉効果によって光出力の増幅・減衰が起きる目安であり、光による干渉効果が得られる範囲であればよい。たとえば、増幅率が５０～１００％となるような範囲であればよい。好ましくは増幅率７０～１００％、より好ましくは８０～１００％である。ここで増幅率は、干渉により光出力が最大となるときを１００％とし、光出力の最大値と最小値の中間を０％とした値である。増幅率は各色で異なっていてもよい。
【0083】
ｍは任意に選択してよいが、ｍの値が大きくなるということは、発光面から反射面までの法線方向の距離（膜厚）が長くなるということである。結晶層、特に不純物を含む結晶層では光の吸収が少なからずあるので、距離が長くなると光の吸収量が大きくなり、そのため光干渉による増幅効果も小さくなる。したがって、ｍの値は２．３以下がよく、好ましくは１．８以下、さらに好ましくは１．２以下がよい。光干渉によって得られる増幅効果が得られるｍの下限は０．１であり、光面から反射面までの法線方向の距離が最も短い。この場合、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ、およびｐ層２２Ａ～２２Ｃに必要な十分な厚さを得ることが困難になる。したがって、ｍは０．３以上が好ましい。
【0084】
式（１）～（３）においてｍ≒０．２、０．７、１．２、・・・を満たすように、ａ１、ａ２＋ｂ２、ａ３＋ｂ３を設定すれば、すべての活性層から放射した光の増幅が期待できる。
【0085】
このように、実施形態１における発光素子では、式（１）～（３）を満たすように厚さａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３が設定されているので、第３活性層１８からの赤色光、第２活性層１６からの緑色光、および第１活性層１４からの青色光についてそれぞれ増幅するように光の干渉を制御することができる。
【0086】
なお、実施形態１では赤色、緑色、青色の３色全てが干渉により増幅されるように厚さａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３が設定されているが、３色のうち１色、または２色が増幅されるようにしてもよい。たとえば、赤色や緑色は青色に比べて発光効率が低いので、赤色と緑色のみ増幅されるようにしてもよい。また、３色のうち赤色が最も発光効率が低いので、赤色のみ増幅されるようにしてもよい。
【0087】
また、３色のうち１色、または２色が干渉により減衰されるようにしてもよい。たとえば、青色は赤色や緑色に比べて発光効率が高いので、青色のみ減衰されるようにしてもよい。この場合、減衰率はたとえば５０～１００％であり、好ましくは７０～１００％、より好ましくは８０～１００％である。ここで減衰率は、干渉により光出力が最小となるときを１００％とし、光出力の最大値と最小値の中間を０％とした値である。青色を減衰させる場合、ｍ≒０．５、１．０、１．５、・・・を満たすようにａ３、ｂ３が設定されていればよい。
【0088】
また、増幅と減衰を組み合わせ、各色の光出力がなるべく揃うようにしてもよい。たとえば、赤色は増幅率６０～１００％、好ましくは７０～１００％、より好ましくは８０～１００％とし、緑色は増幅率０～７０％、好ましくは０～５０％、より好ましくは０～３０％とし、青色は減衰率６０～１００％、好ましくは７０～１００％、より好ましくは８０～１００％としてもよい。この場合、光干渉効果による増幅・減衰を、０．１＜ｍ＜１．５、好ましくは０．４＜ｍ＜１．１、さらに好ましくは０．５＜ｍ＜０．９の範囲で制御するのがよい。
【0089】
また、厚さａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３に加えて、歪緩和層１６Ａ、第１歪緩和層１８Ａ、第２歪緩和層１８Ｂの厚さで干渉を制御してもよい。
【0090】
３．発光素子の動作
次に、実施形態１における発光素子の動作について説明する。実施形態１における発光素子では、ｐ電極２４Ａとｎ電極２３の間に電圧を印加することで第３活性層１８から赤色の光を発光させることができ、ｐ電極２４Ｂとｎ電極２３の間に電圧を印加することで第２活性層１６から緑色の光を発光させることができ、ｐ電極２４Ｃとｎ電極２３の間に電圧を印加することで第１活性層１４から青色の光を発光させることができる。また、青色、緑色、赤色のうち２以上を同時に発光させることもできる。このように、実施形態１における発光素子では、電圧を印加する電極の選択によって青、緑、赤の発光を制御することができ、ディスプレイの１ピクセルとして利用することができる。
次に、実施形態１における発光素子の動作について説明する。実施形態１における発光素子では、ｐ電極２４Ａとｎ電極２３の間に電圧を印加することで第３活性層１８から赤色の光を発光させることができ、ｐ電極２４Ｂとｎ電極２３の間に電圧を印加することで第２活性層１６から緑色の光を発光させることができ、ｐ電極２４Ｃとｎ電極２３の間に電圧を印加することで第１活性層１４から青色の光を発光させることができる。また、青色、緑色、赤色のうち２以上を同時に発光させることもできる。このように、実施形態１における発光素子では、電圧を印加する電極の選択によって青、緑、赤の発光を制御することができ、ディスプレイの１ピクセルとして利用することができる。
【0091】
図２に実施形態１における発光素子の等価回路を示す。図２に示すように、実施形態１における発光素子は、青色、緑色、赤色のＬＥＤが１素子内に形成された構造であり、１素子でフルカラーの発光を実現することができる。そのため、青色、緑色、赤色のＬＥＤを個別に準備してそれらを同一基板に配列させて１ピクセルのフルカラーの発光素子を作製するよりも、１素子のサイズを非常に小さくすることが可能である。さらに、実施形態１の構造であれば、青色、緑色、赤色のＬＥＤを個別に準備して配列する工程を省くことができ、製造コストも大幅に低減でき、非常に低コストのフルカラー発光素子、およびそれを応用した発光ディスプレイを実現することができる。
【0092】
４．発光素子の製造工程
次に、実施形態１における発光素子の製造工程について、図を参照に説明する。
次に、実施形態１における発光素子の製造工程について、図を参照に説明する。
【0093】
まず、基板１０を用意し、水素や窒素、必要に応じてアンモニアを加えて、基板の熱処理を行う。
【0094】
次に、基板１０上にバッファ層を形成し、バッファ層上にｎ層１１、ＥＳＤ層１２、下地層１３、第１活性層１４、第１中間層１５、第２活性層１６、第２中間層１７、第３活性層１８、保護層１９を順に形成する（図３参照）。各層の好ましい成長温度は次の通りである。
【0095】
第１活性層１４の成長温度は、７００～９５０℃が好ましい。結晶品質を向上でき、発光効率を高めることができる。第１活性層１４は井戸層と障壁層で構成されるが、井戸層と障壁層は同じ温度で形成してもよいし、上記温度範囲内で異なる温度としてもよい。異なる温度とする場合は、井戸層の成長温度を障壁層の成長温度よりも低いことが好ましい。
【0096】
第１中間層１５の成長温度は、７００～１０００℃が好ましい。第１活性層１４への熱ダメージを抑制するためである。また、７００℃よりも低いと貫通転位に起因したピットや点欠陥が生じやすくなってしまう。より好ましくは８００～９５０℃、さらに好ましくは８５０～９５０℃である。
【0097】
第２活性層１６の成長温度は、６５０～９５０℃が好ましい。結晶品質を向上でき、発光効率を高めることができる。第２活性層１６は井戸層と障壁層で構成されるが、井戸層と障壁層は同じ温度で形成してもよいし、上記温度範囲内で異なる温度としてもよい。異なる温度とする場合は、井戸層の成長温度を障壁層の成長温度よりも低くすることが好ましい。また、第２活性層１６の成長温度は、第１活性層１４の成長温度よりも低いことが好ましい。
【0098】
第２中間層１７の成長温度は、第１中間層１５の成長温度と同様の範囲が好ましい。ただし、第２中間層１７の成長温度は、第１中間層１５の成長温度よりも低くすることが好ましい。緑色発光の第２活性層１６は、青色発光の第１活性層１４よりも熱ダメージを受けやすく、界面での歪みの影響が大きくなるためである。
【0099】
第３活性層１８の成長温度は、５００～９５０℃が好ましい。結晶品質を向上でき、発光効率を高めることができる。第３活性層１８は井戸層と障壁層で構成されるが、井戸層と障壁層は同じ温度で形成してもよいし、上記温度範囲内で異なる温度としてもよい。異なる温度とする場合は、井戸層の成長温度を障壁層の成長温度よりも低くすることが好ましい。また、第３活性層１８の成長温度は、第２活性層１６の成長温度よりも低いことが好ましい。
【0100】
保護層１９の成長温度は、５００～９５０℃が好ましい。第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８への熱ダメージを抑制するためである。保護層１９の結晶性向上のためには成長温度が高い方が好ましく、より好ましくは６００～９００℃、さらに好ましくは７００～９００℃である。
【0101】
次に、保護層１９表面の一部領域を第２中間層１７のノンドープ層１７Ａに達するまでドライエッチングして第３溝３２を形成し、第１中間層１５のノンドープ層１５Ａに達するまでドライエッチングして第２溝３１を形成する（図４参照）。
【0102】
第３溝３２、第２溝３１の形成により、第２中間層１７のノンドープ層１７Ａ、第１中間層１５のノンドープ層１５Ａもエッチングされるが、エッチングされ薄くなった領域のノンドープ層１７Ａの厚さｂ２、ノンドープ層１５Ａの厚さｂ３は、式（１）～（３）においてｍ≒０．２、０．７、１．２、・・・を満たすようにエッチング深さを設定する。
【0103】
ノンドープ層１７Ａ、ノンドープ層１５Ａのエッチング深さはたとえば５～５０ｎｍである。この範囲であればノンドープ層１７Ａ、ノンドープ層１５Ａを精度よく露出させることができる。より好ましくは５～３５ｎｍ、さらに好ましくは５～２０ｎｍである。
【0104】
また、厚さｂ２、ｂ３は５ｎｍ以上とするのがよい。再成長界面を第１活性層１４、第２活性層１６から遠ざけ、再成長界面の不純物が第１活性層１４、第２活性層１６に影響するのを抑制するためである。
【0105】
この第３溝３２、第２溝３１の形成の過程では、ウェハは一旦成長炉から取り出され、エッチング工程を行った後、再び成長炉に戻される。そのため、ウェハは大気に暴露され、ウェハ表面はＯ、Ｓｉなどの不純物に汚染される。
【0106】
次に、保護層１９上、第３溝３２によって露出した第２中間層１７のノンドープ層１７Ａ上、および第２溝３１によって露出した第１中間層１５のノンドープ層１５Ａ上に、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃを形成する。保護層１９と非ｎ型層２０Ａの界面、ノンドープ層１７Ａと非ｎ型層２０Ｂの界面、およびノンドープ層１５Ａと非ｎ型層２０Ｃの界面が再成長界面であり、ＯやＳｉなどの不純物が存在している。
【0107】
非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃの成長温度は、たとえば８００～１０００℃である。第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８への熱ダメージを抑制するためである。好ましくは８５０～９５０℃、より好ましくは８７５～９２５℃である。
【0108】
また、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃの成長速度は０．５～５ｎｍ／ｍｉｎとすることが好ましい。エッチングされた荒れた表面上に、もしくは汚染された表面上に成長する非ｎ型層は、成長速度が速いとその表面が荒れやすくなるため、遅い成長速度で１原子層ずつゆっくりと成長させた方が非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃの表面を平坦にできるためである。
【0109】
Ｍｇ／ＩＩＩ気相比（ＩＩＩ族金属の原料ガスに対するＭｇドーパントガスのモル比）は０．０００５～０．０２とすることが好ましい。この範囲であれば再成長界面を十分に中性化して光出力の向上を図ることができる。特に０．００２～０．０２とすることが好ましい。
【0110】
次に、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ上に電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃを形成する。電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃの成長温度は、７５０～１０００℃が好ましい。第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８への熱ダメージを抑制するためである。より好ましくは７５０～９５０℃、さらに好ましくは８００～９００℃である。
【0111】
次に、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ上にｐ層２２Ａ～２２Ｃを形成する（図５参照）。ｐ層２２Ａ～２２Ｃの成長温度は、６５０～１０００℃が好ましい。より好ましくは７００～９５０℃、さらに好ましくは７５０～９００℃である。
【0112】
なお、上記では非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ、ｐ層２２Ａ～２２Ｃについてそれぞれ同時に成長させており、厚さａ１～ａ３は等しいが、厚さａ１～ａ３を異なるようにする場合にはそれぞれ個別に形成すればよい。
【0113】
次に、ｐ層２２Ｃ表面の一部領域をｎ層１１に達するまでドライエッチングして第１溝３０を形成する（図６参照）。そして、第１溝３０の底面に露出するｎ層１１上にｎ電極２３を形成し、ｐ層２２Ａ～２２Ｃ上にｐ電極２４Ａ～２４Ｃを形成する。以上によって実施形態１における発光素子が製造される。
【0114】
５．各種変形形態
なお、実施形態１では、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ、ｐ層２２Ａ～２２Ｃはそれぞれ分離して設けられているが、一続きにしてもよい。この場合、第３溝３２の側面や第２溝３１の側面にも非ｎ型層、電子ブロック層、ｐ層が形成されることとなるが、素子の動作にはほとんど影響しない。その理由は次の通りである。
なお、実施形態１では、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ、ｐ層２２Ａ～２２Ｃはそれぞれ分離して設けられているが、一続きにしてもよい。この場合、第３溝３２の側面や第２溝３１の側面にも非ｎ型層、電子ブロック層、ｐ層が形成されることとなるが、素子の動作にはほとんど影響しない。その理由は次の通りである。
【0115】
ｐ電極２４Ａ、ｐ電極２４Ｂ、ｐ電極２４Ｃがそれぞれ空間的に十分に分離されていれば、ｐ電極２４Ａ、ｐ電極２４Ｂ、ｐ電極２４Ｃの間をつなぐｐ層の抵抗が非常に高いために電流はほとんど流れない。加えて、ホールは移動度が低いため、電極と接触している領域からホールは横方向に広がらず、電極直下のｐｎジャンクションを縦方向へ支配的に流れる。そのため非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ、ｐ層２２Ａ～２２Ｃが一続きであっても素子の動作に影響がないのである。すなわち、ｐ電極２４Ａに電流を流した場合、ｐ電極２４Ａの直下に電流が流れ、その結果ｐ電極２４Ａ直下の活性層が発光し、ｐ電極２４Ｂ、２４Ｃ直下の活性層に電流が流れて発光することはほとんどないのである。
【0116】
また、第３溝３２の側面や第２溝３１の側面に絶縁膜を設けてもよい。この絶縁膜は、非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ、ｐ層２２Ａ～２２Ｃを選択成長させる際のマスクを残したものとすることができる。
【0117】
（実施形態２）
図７は、実施形態２における発光素子の構成を示した図であり、基板の主面に垂直な方向での断面図である。実施形態２における発光素子は、図７に示すように、実施形態１における発光素子のｐ層２２Ａ～２２Ｃとｐ電極２４Ａ～Ｃの間に、透明電極１２４Ａ～１２４Ｃをそれぞれ設けたものである。透明電極１２４Ａ～１２４Ｃは、たとえばＩＴＯ、ＩＺＯ、などである。以下、透明電極１２４Ａ～１２４Ｃの厚さをｃ１～ｃ３とする。
図７は、実施形態２における発光素子の構成を示した図であり、基板の主面に垂直な方向での断面図である。実施形態２における発光素子は、図７に示すように、実施形態１における発光素子のｐ層２２Ａ～２２Ｃとｐ電極２４Ａ～Ｃの間に、透明電極１２４Ａ～１２４Ｃをそれぞれ設けたものである。透明電極１２４Ａ～１２４Ｃは、たとえばＩＴＯ、ＩＺＯ、などである。以下、透明電極１２４Ａ～１２４Ｃの厚さをｃ１～ｃ３とする。
【0118】
実施形態２における発光素子では、厚さａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３に加えて、厚さｃ１～ｃ３によって光の干渉を制御し、赤色、緑色、青色の各発光色が増幅するように設定している。つまり、厚さａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３、ｃ１～ｃ３は下記式（４）～（６）を満たすように設定されている。
（ｍ－０．１）×（λＲ／ｎＲ）＜ａ１＋ｃ１＜（ｍ＋０．１）×（λＲ／ｎＲ） ・・・（４）
（ｍ－０．１）×（λＧ／ｎＧ）＜ａ２＋ｂ２＋ｃ２＜（ｍ＋０．１）×（λＲ／ｎＲ） ・・・（５）
（ｍ－０．１）×（λＢ／ｎＢ）＜ａ３＋ｂ３＋ｃ３＜（ｍ＋０．１）×（λＢ／ｎＢ） ・・・（６）
式（４）～（６）において、ｍ≒０．２、０．７、１．２、・・・である。
（ｍ－０．１）×（λＲ／ｎＲ）＜ａ１＋ｃ１＜（ｍ＋０．１）×（λＲ／ｎＲ） ・・・（４）
（ｍ－０．１）×（λＧ／ｎＧ）＜ａ２＋ｂ２＋ｃ２＜（ｍ＋０．１）×（λＲ／ｎＲ） ・・・（５）
（ｍ－０．１）×（λＢ／ｎＢ）＜ａ３＋ｂ３＋ｃ３＜（ｍ＋０．１）×（λＢ／ｎＢ） ・・・（６）
式（４）～（６）において、ｍ≒０．２、０．７、１．２、・・・である。
【0119】
厚さａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３、ｃ１～ｃ３の設定では、ａ１＝ａ２＝ａ３、ｂ２＝ｂ３として厚さを所定値に固定し、ｃ１～ｃ３によって調整を行うとよい。実施形態１で述べたように非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ、ｐ層２２Ａ～２２Ｃを一括で成膜させることができ、第３溝３２、第２溝３１のエッチングも同一条件で行うことができるので、製造工程を簡略化できる。もちろん、ａ１＝ａ２＝ａ３として厚さを所定値に固定し、ｂ２、ｂ３、ｃ１～ｃ３によって調整を行ってもよい。
【0120】
また、ｂ２＝ｂ３、ｃ１＝ｃ２＝ｃ３として厚さを所定値に固定し、ａ１～ａ３によって調整を行うようにしてもよいし、ｃ１＝ｃ２＝ｃ３として厚さを所定値に固定し、ａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３によって調整を行うようにしてもよい。また、ｂ２＝ｂ３として厚さを所定値に固定し、ａ１～ａ３、ｃ１～ｃ３によって調整を行ってもよい。
【0121】
（実施形態３）
図８は、実施形態３における発光素子の構成を示した図であり、基板の主面に垂直な方向での断面図である。実施形態３における発光素子は、図８に示すように、保護層１９に替えて、歪緩和層２２０、電子ブロック層２２１、ｐコンタクト層２２２が順に積層された構造である。
図８は、実施形態３における発光素子の構成を示した図であり、基板の主面に垂直な方向での断面図である。実施形態３における発光素子は、図８に示すように、保護層１９に替えて、歪緩和層２２０、電子ブロック層２２１、ｐコンタクト層２２２が順に積層された構造である。
【0122】
歪緩和層２２０、電子ブロック層２２１、ｐコンタクト層２２２は第３活性層１８上に連続して形成された層であり、ｐコンタクト層２２２の形成後、第３溝３２、第２溝３１を形成し、その後に非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ、ｐ層２２Ａ～２２Ｃを再成長させている。
【0123】
実施形態３における発光素子では、ｐコンタクト層２２２と非ｎ型層２０Ａの界面、ノンドープ層１７Ａと非ｎ型層２０Ｂの界面、およびノンドープ層１５Ａと非ｎ型層２０Ｃの界面が再成長界面となる。
【0124】
第３活性層１８は赤色発光であり、再成長界面の影響を大きく受けて発光効率が低下してしまう可能性がある。そこで実施形態３における発光素子では、第３活性層１８上に歪緩和層２２０、電子ブロック層２２１、ｐコンタクト層２２２を設け、第３活性層１８から再成長界面までの距離を長くしている。これにより、再成長界面の第３活性層１８への影響を低減することができる。また、再成長界面が２つのｐ型層によって挟まれる形となり、再成長界面での非発光再結合を抑制することができる。よって、第３活性層１８の発光効率の低下を抑制することができる。
【0125】
歪緩和層２２０は、第３活性層１８上に設けられた層であり、第３活性層１８の歪みを緩和するための層である。歪緩和層２２０の材料はＩｎを含む）ＩＩＩ族窒化物半導体であり、たとえばノンドープのＩｎＧａＮである。Ｉｎ組成はたとえば０．１～１０％である。
【0126】
電子ブロック層２２１は、歪緩和層２２０上に設けられた層であり、電子を第３活性層１８に効率よく閉じ込めるためにブロックする層である。電子ブロック層２２１は、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃと同様の構成とすることができる。電子ブロック層２２１はｐ型とすることが好ましい。
【0127】
ｐコンタクト層２２２は、電子ブロック層２２１上に設けられた層である。ｐコンタクト層２２２の材料は、たとえばｐ－ＧａＮやｐ－ＡｌＧａＮである。ｐ層２２Ａと同様の構成とすることもできる。ｐコンタクト層２２２を設けることにより再成長界面がｐ型の層で挟まれることになり、効率的に再成長界面を中性化あるいはｐ型化することができ、非発光再結合を抑制することができる。また、ｐコンタクト層２２２は第３活性層１８にホールを供給する層としても機能する。ｐコンタクト層２２２のＭｇ濃度は、たとえば１×１０１８～１００×１０１８ｃｍ－３である。
【0128】
なお、歪緩和層２２０やｐコンタクト層２２２は省いてもよく、電子ブロック層２２１のみとしてもよい。ｐコンタクト層２２２を省いた場合、電子ブロック層２２１と電子ブロック層２１Ａとが一体となり、厚い電子ブロック層とすることができるので、電子ブロック層としての機能向上を図ることができる。
【0129】
歪緩和層２２０、電子ブロック層２２１、ｐコンタクト層２２２の総膜厚をｄ１として、厚さａ１、ｄ１は、
（ｍ－０．１）×（λＲ／ｎＲ）＜ａ１＋ｄ１＜（ｍ＋０．１）×（λＲ／ｎＲ）、ｍ≒０．２、０．７、１．２、・・・を満たすように設定されている。これにより第３活性層１８から放射される赤色光を光の干渉により増幅させることができる。なお、実施形態１で述べたように厳密にこの式を満たしている必要はなく、増幅できる範囲であればよい。緑色光、青色光については実施形態１と同様に増幅するよう設定されている。
（ｍ－０．１）×（λＲ／ｎＲ）＜ａ１＋ｄ１＜（ｍ＋０．１）×（λＲ／ｎＲ）、ｍ≒０．２、０．７、１．２、・・・を満たすように設定されている。これにより第３活性層１８から放射される赤色光を光の干渉により増幅させることができる。なお、実施形態１で述べたように厳密にこの式を満たしている必要はなく、増幅できる範囲であればよい。緑色光、青色光については実施形態１と同様に増幅するよう設定されている。
【0130】
厚さａ１～ａ３、ｂ２、ｂ３、ｄ１の設定では、ａ１＝ａ２＝ａ３として厚さを所定値に固定し、ｂ２、ｂ３、ｄ１によって調整を行うとよい。実施形態１で述べたように非ｎ型層２０Ａ～２０Ｃ、電子ブロック層２１Ａ～２１Ｃ、ｐ層２２Ａ～２２Ｃを一括で成膜させることができ、製造工程を簡略化できる。また、ｂ２＝ｂ３として所定値に固定し、ａ１～ａ３やｄ１を調整するようにしてもよい。
【0131】
（実験例１）
実施形態に係る各種実験例について説明する。
実施形態に係る各種実験例について説明する。
【0132】
サファイア基板上にｎ層、ｎ－ＳＬ（ｎ超格子層）、青色光を発するＭＱＷ層、中間層、ＥＢＬ（電子ブロック層）、ｐ層を順に積層した発光素子（試料１）を作製した。その試料１についてＳＩＭＳ解析を行い、Ｏ、Ｓｉ、Ｃの元素について深さプロファイルを求めた。
【0133】
また、サファイア基板上にｎ層、ｎ－ＳＬ、青色光を発するＭＱＷ層、中間層を順に積層した後、ウェハを成長炉から一旦取り出してウェハ表面を大気に暴露した後、再びウェハを成長炉に入れ、中間層上にＥＢＬ、ｐ層を順に積層した発光素子（試料２）を作製した。試料２は、中間層形成後、ＥＢＬ形成前に大気に暴露している点以外は試料１と同様の構成である。その試料２についてＳＩＭＳ解析を行い、Ｏ、Ｓｉ、Ｃの元素について深さプロファイルを求めた。
【0134】
【0135】
試料１では、図９のように、中間層とＥＢＬの界面においてＯとＳｉの濃度は２×１０１７～３×１０１７ｃｍ－３程度であった。これは成長温度を変化させる際、成長が一時的に中断していることによって炉内の残留不純物が取り込まれた影響による不純物濃度と考えられる。成長条件の最適化によってＳＩＭＳ分析の検出限界まで減らすことは可能である。
【0136】
一方、試料２では、図１０のように、再成長界面（中間層とＥＢＬの界面）においてＯとＳｉの鋭いピークが見られ、ＯやＳｉの濃度は、１×１０１８～３×１０１８ｃｍ－３程度の濃度であり、試料１に比べて濃度が高いことが分かった。図９、図１０の結果、再成長界面では明確にＯ、Ｓｉなどの不純物で汚染されることが分かった。これらの不純物の濃度は大気暴露の程度、もしくは溝形成した表面の状態によって増減し、再成長までの洗浄方法にも依存するが、最大で１００×１０１８ｃｍ－３の高濃度に達する場合がある。そのため、再成長界面を非ｎ型とするためには０．１×１０１８～１００×１０１８ｃｍ－３程度のＭｇをドープする必要があることが分かった。
【0137】
次に、試料２についてＥＢＬ形成初期（つまり非ｎ型層）のＭｇドープ量を変化させ、光出力を測定した。図１１は、非ｎ型層を成長させるときのＭｇ／ＩＩＩ気相比と光出力の関係を示したグラフである。Ｍｇ／ＩＩＩ気相比は、ＭＯＣＶＤによって非ｎ型層を形成する際のＩＩＩ族金属の原料ガスとＭｇドーパントガスのモル比である。また、光出力は試料１の場合の光出力を１（図１１中Ｒｅｆとして示した点線）として規格化した。
【0138】
図１１のように、Ｍｇ／ＩＩＩ気相比が増加するにつれて光出力も増加し、Ｍｇ／ＩＩＩ気相比が０．００５以上で光出力はおよそ０．７で一定となった。Ｍｇドープによって再成長界面が非ｎ型となり、光出力が向上したと考えられる。
【0139】
（実験例２）
サファイア基板上にｎ層、ｎ－ＳＬ、青色発光層、中間層、緑色発光層、中間層、赤色発光層、ＥＢＬ（約３０ｎｍ）、ｐ層（約７０ｎｍ）を順に積層した後、ウェハを成長炉から一旦取り出してウェハ表面を大気に暴露した後、再びウェハを成長炉に入れ、ｐ層上にＥＢＬ（約３０ｎｍ）、ｐ層（約３０～１７０ｎｍ）を順に積層した発光素子（試料３）を作製した。ｐの反射電極はＮｉ（約１０ｎｍ）／Ａｕ（約５０ｎｍ）とした。赤色発光層の発光波長は５９０ｎｍとした。試料３は再成長層のｐ層の厚さを種々（約３０～１７０ｎｍ）に替えて複数作成した。そして、試料３の光出力を測定した。
サファイア基板上にｎ層、ｎ－ＳＬ、青色発光層、中間層、緑色発光層、中間層、赤色発光層、ＥＢＬ（約３０ｎｍ）、ｐ層（約７０ｎｍ）を順に積層した後、ウェハを成長炉から一旦取り出してウェハ表面を大気に暴露した後、再びウェハを成長炉に入れ、ｐ層上にＥＢＬ（約３０ｎｍ）、ｐ層（約３０～１７０ｎｍ）を順に積層した発光素子（試料３）を作製した。ｐの反射電極はＮｉ（約１０ｎｍ）／Ａｕ（約５０ｎｍ）とした。赤色発光層の発光波長は５９０ｎｍとした。試料３は再成長層のｐ層の厚さを種々（約３０～１７０ｎｍ）に替えて複数作成した。そして、試料３の光出力を測定した。
【0140】
また、サファイア基板上にｎ層、ｎ－ＳＬ、青色発光層、中間層、緑色発光層、ＥＢＬ（約２５ｎｍ）、ｐ層（約７５～１７５ｎｍ）を順に積層した発光素子（試料４）を作製した。ｐの反射電極はＮｉ（約１０ｎｍ）／Ａｕ（約５０ｎｍ）とした。緑色発光層の発光波長は５３０ｎｍとした。試料４はｐ層の厚さを種々（約７５～１７５ｎｍ）に替えて複数作成した。そして、試料４の光出力を測定した。
【0141】
図１２は、試料３について赤色発光の光出力とｐ型層の厚さの関係を示したグラフである。図１２において、縦軸の光出力は最大値を１として規格化した値である。横軸のｐ型層の厚さは赤色発光層よりも上の層の厚さであり、実施形態３におけるａ１＋ｄ１の値に相当する。
【0142】
また、図１３は、試料４について緑色発光の光出力とｐ型層の厚さの関係を示したグラフである。縦軸の光出力は最大値を１として規格化した値である。横軸のｐ型層の厚さは緑色発光層よりも上の層の厚さであり、実施形態１における式（２）のａ２＋ｂ２（ｂ２＝０）の値に相当する。
【0143】
また、図１４は、理論式により導かれた、光出力とｍ値を示したグラフであり、光出力の理論式において入射角０～９０度の範囲の強度を積算し、全体の光出力を求めた結果を示したグラフである。図１４において縦軸の光出力は最大値を１として規格化した値である。横軸は光学的な厚さを媒質中の波長λ’で規格化した値であり、実施形態１、２における式（１）～（６）のｍの値に相当する。ｍ値に媒質中の波長λ’（真空中の波長λ÷媒質の屈折率ｎ）を掛けることで発光面から反射面までの膜厚（光学膜厚）が得られる。これにより、任意の波長での光干渉効果における膜厚依存性を把握することができる。
【0144】
図１４のように、光出力は周期的に増減しており、ｍ≒０．２、０．７、１．２、・・・に光出力のピークがあり、ｍ≒０．５、１．０、１．５、・・・光出力の底があることが分かる。
【0145】
また、図１２のように、ｐ型層の厚さが２００ｎｍのときに光出力のピークがあることが分かる。発光波長５９０ｎｍ、屈折率２．３８とすると、ｍ＝０．８となり、図１４の理論値０．７とおよそ整合することがわかる。
【0146】
また、図１３のように、ｐ型層の厚さが１５０ｎｍのときに光出力のピークがあることが分かる。発光波長５３０ｎｍ、屈折率２．３８とすると、ｍ＝０．６７となり、図１４の理論値０．７とおよそ整合することがわかる。
【0147】
図１２，１３から、実施形態１～３の方法で光の干渉の制御を行うことに妥当性があることが確認できた。
【0148】
（他の変形例）
実施形態１～３における発光素子は、第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８の３つの活性層を有するものであったが、発光波長が互いに異なる２以上の活性層を有する構造であれば本発明は適用できる。また、発光色も青、緑、赤に限らず、異なる発光波長であれば任意である。たとえば、青と黄色の２つの活性層を有するもの、青、緑、赤に紫や黄色を加えた４つの活性層を有するものであってもよい。
実施形態１～３における発光素子は、第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８の３つの活性層を有するものであったが、発光波長が互いに異なる２以上の活性層を有する構造であれば本発明は適用できる。また、発光色も青、緑、赤に限らず、異なる発光波長であれば任意である。たとえば、青と黄色の２つの活性層を有するもの、青、緑、赤に紫や黄色を加えた４つの活性層を有するものであってもよい。
【0149】
また、実施形態１～３における発光素子は、ＰＷＭ回路によりＰＷＭ駆動して発光を制御することが好ましい。パルス幅とパルス周期によって光強度を容易に制御でき、駆動電流の違いによる波長シフトも抑制できる。
【符号の説明】
【0150】
１０：基板 １１：ｎ層 １２：ＥＳＤ層 １３：下地層 １４：第１活性層 １５：第１中間層 １６：第２活性層 １７：第２中間層 １８：第３活性層 １９：保護層 ２０Ａ～２０Ｃ：非ｎ型層 ２１Ａ～２１Ｃ：電子ブロック層 ２２Ａ～２２Ｃ：ｐ層 ２３：ｎ電極 ２４Ａ～２４Ｃ：ｐ電極 １５Ａ、１７Ａ：ノンドープ層 １５Ｂ、１７Ｂ：ｎ型層 １６Ａ：歪緩和層 １６Ｂ、１８Ｃ、１８Ｃ：量子井戸構造層 １８Ａ：第１歪緩和層 １８Ｂ：第２歪緩和層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】