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(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】P2024131322
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】発光素子およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/08 20100101AFI20240920BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20240920BHJP
H01L 33/10 20100101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
H01L33/08
H01L33/32
H01L33/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023041521
(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
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA12
5F241CA04
5F241CA05
5F241CA13
5F241CA22
5F241CA40
5F241CA65
5F241CA74
5F241CB11
5F241CB28
5F241FF06
(57)【要約】
【課題】複数の活性層が順に積層され、各活性層が同時発光し、各発光の光出力を制御可能な発光素子を提供する。
【解決手段】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り、基板と、ｎ層と、所定の発光波長の第１活性層と、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層と、第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層と、ｐ層と、光を反射させるｐ電極と、を有する。第２活性層から放射される光は、その干渉はｐ層の厚さによって制御され、第１活性層から放射される光は、その干渉はｐ層の厚さと中間層の厚さによって制御され、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ｐ層の厚さおよび中間層の厚さが設定されている。
【選択図】図１
【解決手段】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り、基板と、ｎ層と、所定の発光波長の第１活性層と、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層と、第１活性層とは異なる発光波長の第２活性層と、ｐ層と、光を反射させるｐ電極と、を有する。第２活性層から放射される光は、その干渉はｐ層の厚さによって制御され、第１活性層から放射される光は、その干渉はｐ層の厚さと中間層の厚さによって制御され、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ｐ層の厚さおよび中間層の厚さが設定されている。
【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、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層と、
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活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層と、
前記ｐ層上に設けられ、光を反射させるｐ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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さによって制御され、
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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さと前記中間層の厚さによって制御され、
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前記ｐ層の厚さおよび前記中間層の厚さが設定されている、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、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層と、
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活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層と、
前記ｐ層上に設けられ、光を反射させるｐ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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さによって制御され、
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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さと前記中間層の厚さによって制御され、
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前記ｐ層の厚さおよび前記中間層の厚さが設定されている、発光素子。
【請求項2】
前記中間層は、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる、請求項１に記載の発光素子。
【請求項3】
前記第２活性層の発光波長は前記第１活性層の発光波長よりも長く、
前記第２活性層は、量子井戸構造であって、発光しないように井戸層の厚さが調整されている歪緩和層と、量子井戸構造であって発光する発光層と、を順に積層させた構造であり、
前記歪緩和層の前記井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長が前記発光層の発光波長よりも短くなるように設定されていて、
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前記ｐ層の厚さ、前記中間層の厚さ、および前記歪緩和層の厚さが設定されている、請求項１または請求項２に記載の発光素子。
前記第２活性層は、量子井戸構造であって、発光しないように井戸層の厚さが調整されている歪緩和層と、量子井戸構造であって発光する発光層と、を順に積層させた構造であり、
前記歪緩和層の前記井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長が前記発光層の発光波長よりも短くなるように設定されていて、
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前記ｐ層の厚さ、前記中間層の厚さ、および前記歪緩和層の厚さが設定されている、請求項１または請求項２に記載の発光素子。
【請求項4】
前記中間層は、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、請求項１または請求項２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層上に、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、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる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活性層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層を形成するｐ層形成工程と、
前記ｐ層上に、光を反射させるｐ電極を形成する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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さによって制御し、
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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さと前記中間層の厚さによって制御し、
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前記ｐ層の厚さおよび前記中間層の厚さを設定する、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層上に、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、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる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活性層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層を形成するｐ層形成工程と、
前記ｐ層上に、光を反射させるｐ電極を形成する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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さによって制御し、
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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さと前記中間層の厚さによって制御し、
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前記ｐ層の厚さおよび前記中間層の厚さを設定する、発光素子の製造方法。
【請求項6】
前記中間層は、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる、請求項５に記載の発光素子の製造方法。
【請求項7】
前記第２活性層の発光波長は前記第１活性層の発光波長よりも長く、
前記第２活性層は、量子井戸構造であって、発光しないように井戸層の厚さが調整されている歪緩和層と、量子井戸構造であって発光する発光層と、を順に積層して形成し、
前記歪緩和層の前記井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長が前記発光層の発光波長よりも短くなるように設定し、
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前記ｐ層の厚さ、前記中間層の厚さ、および前記歪緩和層の厚さを設定する、請求項５または請求項６に記載の発光素子の製造方法。
前記第２活性層は、量子井戸構造であって、発光しないように井戸層の厚さが調整されている歪緩和層と、量子井戸構造であって発光する発光層と、を順に積層して形成し、
前記歪緩和層の前記井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長が前記発光層の発光波長よりも短くなるように設定し、
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前記ｐ層の厚さ、前記中間層の厚さ、および前記歪緩和層の厚さを設定する、請求項５または請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項8】
前記中間層は、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形成する、請求項５または請求項６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、発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
白色発光の発光素子として、青、緑、赤の各色を発光する活性層を順に積層させ、各層から同時に発光させることで白色とする構造が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】Jpn. J. Phys. 52 08JG02 2013
【非特許文献2】J. Appl. Phys. 112.083101 (2012)
【非特許文献3】AIP Advances 5, 057168 (2015)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、そのような発光素子では、各色を同時に発光させ、かつ各発光強度を制御することができなかった。また、青、緑、赤の順で発光効率が低下してしまうため、光出力のバランスを制御することが困難であった。
【0005】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、複数の活性層が順に積層され、各活性層が同時発光し、各発光の光出力を制御可能な発光素子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】
【0006】
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、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層と、
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活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層と、
前記ｐ層上に設けられ、光を反射させるｐ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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さによって制御され、
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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さと前記中間層の厚さによって制御され、
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前記ｐ層の厚さおよび前記中間層の厚さが設定されている、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、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層と、
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活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層と、
前記ｐ層上に設けられ、光を反射させるｐ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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さによって制御され、
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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さと前記中間層の厚さによって制御され、
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前記ｐ層の厚さおよび前記中間層の厚さが設定されている、発光素子にある。
【0007】
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層上に、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、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる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活性層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層を形成するｐ層形成工程と、
前記ｐ層上に、光を反射させるｐ電極を形成する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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さによって制御し、
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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さと前記中間層の厚さによって制御し、
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前記ｐ層の厚さおよび前記中間層の厚さを設定する、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層上に、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、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる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活性層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層を形成するｐ層形成工程と、
前記ｐ層上に、光を反射させるｐ電極を形成する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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さによって制御し、
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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さと前記中間層の厚さによって制御し、
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前記ｐ層の厚さおよび前記中間層の厚さを設定する、発光素子の製造方法にある。
【発明の効果】
【0008】
上記態様によれば、第１活性層と第２活性層の間に中間層を設け、中間層のｎ型不純物濃度を１×１０１８ｃｍ－３以下としているため、第１活性層と第２活性層を同時発光させることができる。また、各発光を光の干渉によって制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【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、基板に垂直な面での断面図。
【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。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層と、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活性層上に設けられ、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層と、前記ｐ層上に設けられ、光を反射させるｐ電極と、を有する。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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さによって制御され、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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さと前記中間層の厚さによって制御され、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前記ｐ層の厚さおよび前記中間層の厚さが設定されている。
【0011】
上記発光素子において、前記中間層は、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなるものであってもよい。
【0012】
上記発光素子において、前記第２活性層の発光波長は前記第１活性層の発光波長よりも長く、前記第２活性層は、量子井戸構造であって、発光しないように井戸層の厚さが調整されている歪緩和層と、量子井戸構造であって発光する発光層と、を順に積層させた構造であってもよい。また、前記歪緩和層の前記井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長が前記発光層の発光波長よりも短くなるように設定されていてもよい。また、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前記ｐ層の厚さ、前記中間層の厚さ、および前記歪緩和層の厚さが設定されていてもよい。
【0013】
上記発光素子において、前記中間層は、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ってもよい。
【0014】
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層上に、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、ｎ型不純物濃度が１×１０１８ｃｍ－３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる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活性層上に、ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層を形成するｐ層形成工程と、前記ｐ層上に、光を反射させるｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、を有する。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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さによって制御し、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ｐ電極側に向かい前記ｐ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ｐ層の厚さと前記中間層の厚さによって制御し、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前記ｐ層の厚さおよび前記中間層の厚さを設定する。
【0015】
上記発光素子の製造方法において、前記中間層は、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなるものであってもよい。
【0016】
上記発光素子の製造方法において、前記第２活性層の発光波長は前記第１活性層の発光波長よりも長く、前記第２活性層は、量子井戸構造であって、発光しないように井戸層の厚さが調整されている歪緩和層と、量子井戸構造であって発光する発光層と、を順に積層して形成し、前記歪緩和層の前記井戸層のバンド端エネルギーに相当する波長が前記発光層の発光波長よりも短くなるように設定し、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前記ｐ層の厚さ、前記中間層の厚さ、および前記歪緩和層の厚さを設定してもよい。
【0017】
上記発光素子の製造方法において、前記中間層は、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形成してもよい。
【0018】
（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、赤を同時に発光してその混色により白色発光するものである。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、赤を同時に発光してその混色により白色発光するものである。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。
【0019】
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、電子ブロック層２１と、ｐ層２２と、ｎ電極２３と、ｐ電極２４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、電子ブロック層２１と、ｐ層２２と、ｎ電極２３と、ｐ電極２４と、を有している。
【0020】
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などである。
【0021】
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などである。Ｓｉ濃度は、たとえば１×１０１８～１００×１０１８ｃｍ－３である。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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１～７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。
【0025】
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。
【0026】
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なる。２層の第１中間層１５のうちｎ側の層をノンドープとする理由は、第１中間層１５の下の第１活性層１４におけるキャリアの閉じ込めを改善するためである。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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、１×１０１８ｃｍ－３以下とする。これにより赤色光、緑色光、青色光を同時発行させることができる。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。
【0030】
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。より好ましくは３０～１００ｎｍ、さらに好ましくは５０～８０ｎｍである。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
要するに、歪緩和層１６Ａ全体の実効的な格子定数が、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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。２層の第２中間層１７のうちｎ側の層をノンドープとする理由は、第１中間層１５の下の第１活性層１４におけるキャリアの閉じ込めを改善するためである。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
電子ブロック層２１は、第３活性層１８上に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２１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２１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２１のＭｇ濃度は１×１０１９～１００×１０１９ｃｍ－３とするのがよい。
【0052】
ｐ層２２は、電子ブロック層２１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。
【0053】
ｐ層２２の所定領域には、ｎ層１１に達する深さの溝が設けられている。この溝はｎ電極２３を設けるためのものである。
【0054】
ｎ電極２３は、溝の底面に露出する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、溝を設けずに基板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。
【0055】
ｐ電極２４は、ｐ層２２上に設けられた電極である。ｐ電極２４の材料は、発光波長の光の反射率が高く、ｐ層２２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１活性層１４、第２活性層１６、および第３活性層１８から放射される光のうち、ｐ層２２側に向かう光はｐ電極２４によって反射され、基板１０側へと向かう。
【0056】
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、ｐ層２２側（基板１０側とは反対）に放射され、ｐ電極２４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、光の干渉によって光出力が制御された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、ｐ層２２側（基板１０側とは反対）に放射され、ｐ電極２４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、光の干渉によって光出力が制御された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。
【0057】
まず、厚さａ１～ａ３を定義しておく。厚さａ１は、電子ブロック層２１、およびｐ層２２Ａの総膜厚とする。また、厚さａ２は、第２中間層１７、第３活性層１８、電子ブロック層２１、およびｐ層２２の総膜厚とする。また、厚さａ３は、第１中間層１５、第２活性層１６、第２中間層１７、第３活性層１８、電子ブロック層２１、およびｐ層２２の総膜厚とする。
【0058】
実施形態１では、厚さａ１～ａ３の設定により赤色光、緑色光、青色光のそれぞれについて光の干渉による増幅、減衰を制御されており、光出力のバランスが制御されている。そのため、混色によって白色発光させることができる。
【0059】
厚さａ１～ａ３は、第１中間層１５、第２中間層１７、ｐ層２２によって調整可能である。加えて、第２活性層１６の歪緩和層１６Ａ、第３活性層１８の第１歪緩和層１８Ａ、第２歪緩和層１８Ｂを調整してもよい。
【0060】
通常、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。この場合、増幅率はたとえば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。
【0061】
また、通常、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６０～１００％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。
【0062】
また、通常、赤色は緑色に比べて発光効率が低いので、緑色の増幅率を赤色の増幅率よりも低くしてもよい。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。
【0063】
厚さａ１～ａ３の設定は、たとえば次のようにする。第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８の光学長をそれぞれ、ｍ１×λｎ１、ｍ２×λｎ２、ｍ３×λｎ３と表す。λｎ１、λｎ２、λｎ３は第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８の発光波長をそれら活性層の上部の層の平均屈折率で割った値である。このとき、厚さａ１～ａ３が、下記の式を満たすように設定されていれば、各発光は増幅される。
【0064】
（ｍ３－０．１）×λｎ３＜ａ１＜（ｍ３＋０．１）×λｎ３ ・・・（１）
（ｍ２－０．１）×λｎ２＜ａ２＜（ｍ２＋０．１）×λｎ２ ・・・（２）
（ｍ１－０．１）×λｎ１＜ａ３＜（ｍ１＋０．１）×λｎ１ ・・・（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。
（ｍ２－０．１）×λｎ２＜ａ２＜（ｍ２＋０．１）×λｎ２ ・・・（２）
（ｍ１－０．１）×λｎ１＜ａ３＜（ｍ１＋０．１）×λｎ１ ・・・（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。
【0065】
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。
【0066】
ｐ電極２４の反射面に対して、遠い順に、第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８となる。そのため、第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８の光学長の関係は、必然的に、ｍ１×λｎ１＞ｍ２×λｎ２＞ｍ３×λｎ３、となる。また、第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８の発光色がそれぞれ青、緑、赤なので、λｎ１＜λｎ２＜λｎ３となる。この発光波長の積層順の場合はｍ１＞ｍ２＞ｍ３となる。
【0067】
光の干渉は反射膜の膜厚に依存して増減するため、すべての活性層からの光をなるべく増幅させる場合は、ｍ１＝１．７±０．２、ｍ２＝１．２±０．２、ｍ３＝０．７±０．２の範囲に収めればよい。増幅と減衰を組み合わせる場合は、０．１＜ｍ１、ｍ２、ｍ３＜２．２の範囲で調整すればよい。
【0068】
実施形態１では、第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８の発光波長が青、緑、赤すなわち、λｎ１＜λｎ２＜λｎ３の場合に限定されるものでは無い。たとえば、λｎ１＞λｎ２＞λｎ３の場合には、ｍ１≒＜ｍ２≒＜ｍ３になる。各活性層からの発光波長に応じたｍ１、ｍ２、ｍ３値を設定し、光干渉による光出力の増減を制御すれば良い。
【0069】
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２４とｎ電極２３の間に電圧を印加することで第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８から青色、緑色、赤色の光を同時に発光させることができる。そして、光の干渉によって各色の光出力を調整することができるため、混色により白色とすることができる。
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２４とｎ電極２３の間に電圧を印加することで第１活性層１４、第２活性層１６、第３活性層１８から青色、緑色、赤色の光を同時に発光させることができる。そして、光の干渉によって各色の光出力を調整することができるため、混色により白色とすることができる。
【0070】
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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、電子ブロック層２１、ｐ層２２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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
電子ブロック層２１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。
【0080】
ｐ層２２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。
【0081】
ここで、第１中間層１５、第２中間層１７、電子ブロック層２１、およびｐ層２２の厚さは、光の干渉によって赤色光、緑色光、青色光の光出力のバランスを設定する。
【0082】
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溝を形成する（図４参照）。そして、露出したｎ層１１上にｎ電極２３を形成し、ｐ層２２上にｐ電極２４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。
【0083】
５．各種変形形態
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、赤に加えて紫や黄色を加えた４つの活性層を有するものであってもよい。また、互いに異なる２以上の活性層の積層順も、基板側が短波長、ｐ層側が長波長の順である必要はなく、逆の順でもよいし、ランダムでもよい。
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、赤に加えて紫や黄色を加えた４つの活性層を有するものであってもよい。また、互いに異なる２以上の活性層の積層順も、基板側が短波長、ｐ層側が長波長の順である必要はなく、逆の順でもよいし、ランダムでもよい。
【符号の説明】
【0084】
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 ２１：電子ブロック層 ２２：ｐ層 ２３：ｎ電極 ２４：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】