(57)【要約】【課題】  発光量を向上することのできる発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  ＬＥＤは、ＧａＮ基板１と、反転層１０と、ＧａＮ再成長層１１と、発光層１４と、ｐ電極９ｂと、発光層４と、ｐ電極９ａと、ｎ電極９ｃとを備えている。ＧａＮ基板１は、一方の主面１ａがＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されている。反転層１０は、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａまたは一方の主面１ａ側に形成されている。ＧａＮ再成長層１１は、ＧａＮ基板１から見て反転層１０よりも離れた位置に、反転層１０に隣接して形成されており、表面がＧａ面により構成されている。発光層１４は、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａ側に形成されており、かつＧａＮ基板１から見てＧａＮ再成長層１１よりも離れた位置に形成されている。発光層４は、ＧａＮ基板１の他方の主面１ｂ側に形成されている。【選択図】        図３
2006294697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板と、
前記ＧａＮ基板の前記一方の主面または前記一方の主面側に形成された反転層と、
前記反転層の表面に隣接して形成され、表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層と、
前記ＧａＮ基板の前記一方の主面側において、前記ＧａＮ基板から見て前記ＧａＮ層よりも離れた位置に形成され、電流の注入により発光する第１発光層と、
前記ＧａＮ基板の前記他方の主面側に形成され、電流の注入により発光する第２発光層とを備える、発光素子。
【請求項２】
前記第１発光層から黄色および青色のうちいずれか一方を発光し、前記第２発光層から黄色および青色のうちいずれか他方を発光することを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１発光層へ注入する電流と、前記第２発光層へ注入する電流との配分が調整可能であることを特徴とする、請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記ＧａＮ基板と電気的に接続された電極と、
前記ＧａＮ基板に隣接して形成され、かつ前記ＧａＮ基板の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度ＧａＮ層とをさらに備え、
前記電極は前記高濃度ＧａＮ層に隣接して形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記ＧａＮ基板と電気的に接続された電極をさらに備え、
前記電極は前記ＧａＮ基板の前記他方の主面に隣接して形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項６】
一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板を準備する工程と、
前記ＧａＮ基板の前記一方の主面または前記一方の主面側に反転層を形成する反転層形成工程と、
表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層を前記反転層の表面からエピタキシャル成長させるＧａＮ層形成工程と、
前記ＧａＮ基板の前記一方の主面側において、前記ＧａＮ基板から見て前記ＧａＮ層よりも離れた位置に、電流の注入により発光する第１発光層を形成する工程と、
前記ＧａＮ基板の前記他方の主面側に、電流の注入により発光する第２発光層を形成する工程とを備える、発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記反転層形成工程において、前記ＧａＮ基板の前記一方の主面を荒らすことにより、前記ＧａＮ基板の前記一方の主面に前記反転層を形成することを特徴とする、請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記反転層形成工程において、Ａｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、およびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の金属よりなる前記反転層を前記ＧａＮ基板の前記一方の主面側に形成することを特徴とする、請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記反転層形成工程において、４００℃以上８００℃以下の温度でＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮよりなる前記反転層を前記ＧａＮ基板の前記一方の主面側に形成することを特徴とする、請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記ＧａＮ層形成工程は、前記ＧａＮ層を形成しない部分を覆うようにマスク層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか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し、より特定的には、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板を用いた発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode)は、携帯電話を含む携帯情報端末などの表示装置の照明や、電飾などに盛んに用いられている。携帯情報端末の表示装置などの光源にＬＥＤを用いる場合には、発光特性を良好にすることが求められる。また、ヘッドランプや一般照明用途といったより高出力が必要なＬＥＤの場合、発光特性の一層の向上や大電流を印加したときの発光効率の向上がより重要となってくる。
【０００３】
特開平１１−３１７５４６号公報（特許文献１）には、従来の発光素子が開示されている。特許文献１の発光素子では、透明のｎ型半導体基板の下面に、透明または光透過性のｎ型半導体層とｐ型半導体層とがこの順で積層されている。そして、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とによるｐｎ接合域が発光層とされている。また、ｐ型半導体層の表面にはｐ電極が形成されており、ｎ型半導体基板の上面にはｎ電極が形成されている。そして、ｎ型半導体基板が上側、発光層が下側の状態でリードフレーム上に搭載されている。発光素子に通電すると、発光層が活性化されて発光し、ｎ型半導体層およびｎ型半導体基板を抜けてｎ型半導体基板の上面から光が放出される。そして、発光層からの光は、主光取出し面側だけでなく側方へも放出され、ｐ型半導体層を透過してｐ型半導体基板の下面からも光が放出される。
【特許文献１】特開平１１−３１７５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の半導体発光素子においては、発光量を大きくしようとして発光層への電流の注入量を増加すると、発光効率（内部量子効率）が低下する。このため、発光量には限界があり、十分な発光量を得ることができなかった。この問題は、特にＧａ（窒化ガリウム）基板を用いた発光素子に顕著な問題であった。
【０００５】
ここで、上記問題が起こるのは、電流を増加すると半導体基板内に存在する転位が発光効率に影響を及ぼすためであると考えられる。また、たとえばｎ型半導体層およびｐ型半導体層の各々から注入されたキャリアのオーバーフローが影響しているとも考えられる。さらに、発光層が多重量子井戸により構成される場合に、多重量子井戸のそれぞれの層の組成に揺らぎが生じることによって、低電流時の発光効率が嵩上げされるとも考えられる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、発光量を向上することのできる発光素子およびその製造方法を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、長寿命化を図ることのでき、消費電力を低減することのできる発光素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発光素子は、一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板と、ＧａＮ基板の一方の主面または一方の主面側に形成された反転層と、反転層の表面に隣接して形成され、表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層と、ＧａＮ基板の一方の主面側において、ＧａＮ基板から見てＧａＮ層よりも離れた位置に形成され、電流の注入により発光する第１発光層と、ＧａＮ基板の他方の主面側に形成され、電流の注入により発光する第２発光層とを備えている。
【０００９】
本発明の発光素子の製造方法は、一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板を準備する工程と、ＧａＮ基板の一方の主面または一方の主面側に反転層を形成する反転層形成工程と、表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層を反転層の表面からエピタキシャル成長させるＧａＮ層形成工程と、ＧａＮ基板の一方の主面側において、ＧａＮ基板から見てＧａＮ層よりも離れた位置に、電流の注入により発光する第１発光層を形成する工程と、ＧａＮ基板の他方の主面側に、電流の注入により発光する第２発光層を形成する工程とを備えている。
【００１０】
従来、ＧａＮ基板のＮ面上には結晶性の良好なＧａＮ層をエピタキシャル成長させることが困難であったので、ＧａＮ基板のＧａ面側にのみ発光層を形成し、Ｎ面側には発光層を形成することはできなかった。本願発明者らは、ＧａＮ基板のＮ面またはＮ面側に反転層を形成することにより、ＧａＮ基板のＮ面側に結晶性の良好なＧａＮ層をエピタキシャル成長させる手法を見出した。エピタキシャル成長したＧａＮ層の表面はＧａ面により構成されている。これにより、ＧａＮ基板のＮ面側にも、ＧａＮ層上に第１発光層を形成することができ、２つの発光層を形成することができる。発光素子の発光の際には、第１発光層へ電流を注入することにより第１発光層が発光し、第２発光層に電流を注入することにより第２発光層が発光する。したがって、第１発光層および第２発光層の両方で発光するので、１つの発光層のみで発光する従来の発光素子に比べて、発光量を向上することができる。
【００１１】
上記発光素子において好ましくは、第１発光層から黄色および青色のうちいずれか一方を発光し、第２発光層から黄色および青色のうちいずれか他方を発光する。
【００１２】
従来の白色発光の発光素子では、蛍光材に電子を衝突させることにより白色発光していた。これに対して本発明では、２つの発光層の各々から黄色および青色を発光することで、黄色と青色とを重ね合わせて白色を発光させることができる。これにより、蛍光材によって白色に光を変換する際の変換ロスがない分だけ輝度を向上することができる。また、蛍光材を用いることなく白色発光させることができるので、蛍光材を用いない分だけ製造コストを低減することができ、蛍光材の劣化がないため長寿命化を図ることができる。
【００１３】
上記発光素子において好ましくは、第１発光層へ注入する電流と、第２発光層へ注入する電流との配分が調整可能である。
【００１４】
これにより、黄色の発光強度と青色の発光強度との各々を変えることができるので、光の色調を変化させることができ、白色発光させやすくなる。
【００１５】
上記発光素子において好ましくは、ＧａＮ基板と電気的に接続された電極と、ＧａＮ基板に隣接して形成され、かつＧａＮ基板の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度ＧａＮ層とをさらに備えている。上記電極は高濃度ＧａＮ層に隣接して形成されている。
【００１６】
これにより、ＧａＮ基板に隣接して電極を設ける場合よりも、電極のコンタクト抵抗を低減することができ、消費電力を低減することができる。
【００１７】
上記発光素子において好ましくは、ＧａＮ基板と電気的に接続された電極をさらに備えている。上記電極はＧａＮ基板の他方の主面に隣接して形成されている。
【００１８】
これにより、Ｇａ面に隣接して電極が設けられるので、Ｎ面に隣接して電極を設ける場合よりも、電極のコンタクト抵抗を低減することができ、消費電力を低減することができる。
【００１９】
上記製造方法において好ましくは、反転層形成工程において、ＧａＮ基板の一方の主面を荒らすことにより、ＧａＮ基板の一方の主面に反転層を形成する。
【００２０】
ＧａＮ基板の一方の主面を荒らした反転層を形成することにより、反転層を下地としてＧａＮ層がエピタキシャル成長しやすくなる。
【００２１】
なお、「ＧａＮ基板の一方の主面を荒らす」とは、ＧａＮ基板の一方の主面の表面から深さ方向数層に欠陥を導入し、主面の結晶の対称性を著しく損なわせることを意味している。
【００２２】
上記製造方法において好ましくは、反転層形成工程において、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）、およびＦｅ（鉄）よりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の金属よりなる反転層をＧａＮ基板の一方の主面側に形成する。
【００２３】
上記金属よりなる反転層を形成することにより、反転層を下地としてＧａＮ層がエピタキシャル成長しやすくなる。
【００２４】
上記製造方法において好ましくは、反転層形成工程において、４００℃以上８００℃以下の温度でＭＯＣＶＤ(Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition)法を用いてＧａＮよりなる反転層をＧａＮ基板の一方の主面側に形成する。
【００２５】
上記反転層を形成することにより、反転層を下地としてＧａＮ層がエピタキシャル成長しやすくなる。
【００２６】
上記製造方法において好ましくは、ＧａＮ層形成工程は、ＧａＮ層を形成しない部分を覆うようにマスク層を形成する工程を含んでいる。
【００２７】
マスク層を形成することによって、反転層が露出している部分のみにＧａＮ層を選択的に成長させることができる。
【００２８】
なお、本発明における「発光素子」とは、ＧａＮ基板とその上に積層された半導体層とを主体に形成される積層構造または半導体チップのみを意味する場合もあるし、また、半導体チップが実装部品に搭載され樹脂封止されたデバイスのみを指す場合もある。さらに、両方の意味に用いられる場合もある。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の発光素子およびその製造方法によれば、発光量を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの構成を示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態の発光素子としてのＬＥＤにおいては、リードフレームのマウント部２１ａに積層構造５０が搭載されている。始めに、積層構造５０の構成について説明する。
【００３２】
図２は、図１の半導体チップ（積層構造）を拡大して示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図２および図３を参照して、積層構造５０は、ＧａＮ基板１と、反転層１０と、ＧａＮ層としてのＧａＮ再成長層１１と、第１発光層としての発光層１４と、ｐ電極９ｂと、第２発光層としての発光層４と、ｐ電極９ａと、ｎ電極９ｃとを主に備えている。ＧａＮ基板１は、一方の主面１ａがＮ面により構成されており、他方の主面１ｂがＧａ面により構成されており、ｎ型である。ＧａＮ基板１における一方の主面１ａ側には反転層１０と、ＧａＮ再成長層１１と、発光層１４と、ｐ電極９ｂと、ｎ電極９ｃとが形成されている。ＧａＮ基板１における他方の主面１ｂ側には、発光層４と、ｐ電極９ａとが形成されている。
【００３３】
ＧａＮ基板１における一方の主面１ａは荒らされており、一方の主面１ａの荒らされた領域が反転層１０となっている。また、一方の主面１ａの荒らされた領域が反転層１０である場合の他、Ａｌ，Ｉｎ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｒ，およびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の金属よりなる反転層１０が一方の主面１ａ上に形成されていてもよい。さらに、上記金属よりなる反転層１０が形成される場合の他、結晶性の悪いＧａＮ層が反転層１０として形成されてもよい。
【００３４】
反転層１０上には、ＧａＮ再成長層１１が形成されている。ＧａＮ再成長層１１は、ＧａＮ基板１から見て反転層１０よりも離れた位置に、反転層１０の表面に隣接して形成されている。ＧａＮ再成長層１１の表面１１ａはＧａ面で構成されている。
【００３５】
ＧａＮ再成長層１１上には、ｎ型のＧａＮエピタキシャル層１２が形成されている。ＧａＮエピタキシャル層１２上には、たとえばＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）よりなるｎ型クラッド層１３が形成されており、ｎ型クラッド層１３上には、発光層１４が形成されている。発光層１４は、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａ側に形成されており、かつＧａＮ基板１から見てＧａＮ再成長層１１よりも離れた位置に形成されている。発光層１４は、たとえばＡｌxＧａ1-xＮ層とＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層（０≦ｙ≦１）とが積層された量子井戸(ＭＱＷ：Multi-Quantum  Well)よりなっている。発光層１４は、上記ｙの値を０．２〜０．３とすることで、黄色発光するようにされている。そして、発光層１４上にはたとえばＡｌxＧａ1-xＮよりなるｐ型クラッド層１５が形成されている。ｐ型クラッド層１５上には、たとえばＧａＮよりなるｐ型のコンタクト層１６が形成されており、コンタクト層１６上にはｐ電極９ｂが形成されている。
【００３６】
ＬＥＤの図３中左端部には、ＧａＮエピタキシャル層１２の内部に達する溝１２ａが形成されており、溝１２ａ内において、ｎ電極９ｃはＧａＮエピタキシャル層１２に隣接して形成されている。これにより、ｎ電極９ｃは、ＧａＮエピタキシャル層１２、ＧａＮ再成長層１１、および反転層１０の各々を通じてＧａＮ基板１に電気的に接続されている。
【００３７】
ＧａＮ基板１における他方の主面１ｂの下には、ｎ型のＧａＮエピタキシャル層２が形成されている。ＧａＮエピタキシャル層２の下には、たとえばＡｌxＧａ1-xＮよりなるｎ型クラッド層３が形成されており、ｎ型クラッド層３の下には、発光層４が形成されている。発光層４は、ＧａＮ基板１の他方の主面１ｂ側に形成されている。発光層４は、たとえばＡｌxＧａ1-xＮ層とＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層とが積層された量子井戸よりなっている。発光層４は、上記ｙの値を約０．１５とすることで、青色発光するようにされている。そして、発光層４上にはたとえばＡｌxＧａ1-xＮよりなるｐ型クラッド層５が形成されている。ｐ型クラッド層５の下には、たとえばｐ型ＧａＮよりなるｐ型のコンタクト層６が形成されており、コンタクト層６の下にはｐ電極９ａが形成されている。
【００３８】
続いて、積層構造５０以外のＬＥＤの構成について説明する。
【００３９】
図１を参照して、リードフレームのマウント部２１ａとｐ電極９ａとは、たとえば図示しない導電性接着剤によって接着されており、これにより互いに電気的に接続されている。ｐ電極９ａに接続された図示しない制御装置によって、ｐ電極９ａから発光層４へ注入する電流が調整可能である。また、リードフレームのリード部２１ｂとｐ電極９ｂとがワイヤ２３ａおよび制御装置２８を介して電気的に接続されている。ｐ電極９ｂに接続された制御装置２８によって、ｐ電極９ｂから発光層１４へ注入する電流が調整可能である。制御装置はたとえばダイオードなどで構成されている。さらに、リードフレームのリード部２１ｃとｎ電極９ｃとがワイヤ２３ｂを介して電気的に接続されている。リードフレームのマウント部２１ａ、リード部２１ｂ、およびリード部２１ｃのそれぞれの交差部分には絶縁体２２が配置されており、これによって、リードフレームのマウント部２１ａ、リード部２１ｂ、およびリード部２１ｃの各々は互いに絶縁されている。積層構造５０およびワイヤ２３ａ、２３ｂの各々は、エポキシ系樹脂２５により封止されている。
【００４０】
続いて、ＬＥＤの動作方法について、図１を用いて説明する。
【００４１】
制御装置２８によって制御された所定の電位をｐ電極９ｂへ与えると、ｐ電極９ｂおよびｎ電極９ｃの間に電圧が発生し、ｎ型クラッド層１３およびｐ型クラッド層１５の各々から発光層１４へキャリアが注入される。そして、注入されたキャリア同士が発光層１４においてそれぞれ再結合し、黄色の光が発生する。この光は、ｐ電極９ｂの上面および積層構造５０の側面から放出される。一方、図示しない制御装置によって制御された所定の電位をｐ電極９ａへ与えると、ｐ電極９ａおよびｎ電極９ｃの間に電圧が発生し、ｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層５の各々から発光層４へキャリアが注入される。そして、注入されたキャリア同士が発光層４においてそれぞれ結合し、青色の光が発生する。この光は、ｐ電極９ｂの上面および積層構造５０の側面から放出される。
【００４２】
ここで、発光層４で黄色の光を放出させ、発光層１４で青色の光を放出させる場合には、発光層４および発光層１４の各々のバンド構造に起因して、黄色発光する発光層４の立ち上がり電圧（発光に必要な最小電圧）の方が、青色発光する発光層１４の立ち上がり電圧よりも低くなる。このため、ｐ電極９ｂおよびｎ電極９ｃの間と、ｐ電極９ａおよびｎ電極９ｃの間とに等しい電圧が印加されると、大半の電流が発光層４の方に流れて黄色発光が強くなり、白色発光させることができない。また、黄色の方が青色よりも視感度が高いので、白色発光させるためには黄色よりも青色の発光強度を強くすることが必要になる。本実施の形態では、ｐ電極９ａ，９ｂの各々に制御装置を設けることにより、発光層４および発光層１４の各々に流す電流の量を制御し、白色発光を可能にしている。
【００４３】
なお、本実施の形態では、発光層４から黄色の光が放出され、発光層１４から青色の光が放出される場合について示したが、発光層４から黄色および青色のうちいずれか一方が発光し、発光層１４から黄色および青色のうちいずれか他方が発光すればよい。さらに、２つの発光層から同じ波長の光が発光されてもよい。２つの発光層の各々で発光する光の波長は任意である。
【００４４】
続いて、本実施の形態におけるＬＥＤの製造方法について、図４〜図１２を用いて説明する。なお、図１０は図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図であり、図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。
【００４５】
始めに、図４を参照して、ＧａＮ基板１を準備する。ＧａＮ基板１は、一方の主面１ａがＮ面により構成されており、他方の主面１ｂがＧａ面により構成されている。ここで、「一方の主面がＮ面により構成されている」とは、一方の主面の最表面がＮ原子によって終端されている状態を意味している。しかし、一方の主面に何らかの加工が施されている場合には、加工部分の最表面の大部分はＮ原子によって終端されているものの、加工部分の際表面の一部にＮ原子以外の原子が露出していることもある。本明細書では、一方の主面に何らかの加工が施されている場合であっても、少なくとも加工が施されていない部分の最表面がＮ原子によって終端されているか、あるいは加工部分の最表面の大部分がＮ原子によって終端されていれば、「一方の主面がＮ面により構成されている」ものとする。
【００４６】
同様に、「他方の主面がＧａ面により構成されている」とは、他方の主面の最表面がＧａ原子によって終端されている状態を意味している。本明細書では、他方の主面に何らかの加工が施されている場合であっても、少なくとも加工が施されていない部分の最表面がＧａ原子によって終端されているか、あるいは加工部分の最表面の大部分がＧａ原子によって終端されていれば、「他方の主面がＧａ面により構成されている」ものとする。
【００４７】
次に、ＧａＮ基板１にたとえば酸素やＳｉ（シリコン）をイオン注入することで、ＧａＮ基板１をｎ型にする。次に、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａまたは一方の主面１ａ上に反転層１０を形成する。反転層１０の形成方法としては、たとえば以下の３つの方法が挙げられる。
【００４８】
第１の形成方法は、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａをたとえば砥粒を用いて研磨して荒らすことにより、一方の主面１ａに反転層１０を形成する方法である。研磨後の一方の主面１ａは、図５に示すように凹凸になり、表面の平坦度が研磨前よりも悪くなる。反転層１０の最表面１０ｃは研磨されていない部分であり、この部分はＮ原子によって構成されている。ＧａＮ基板１を研磨した場合には、ＧａＮ基板１と反転層１０との間に明確な境界線はない。
【００４９】
第２の形成方法は、Ａｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、およびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の金属よりなる膜を反転層１０として一方の主面１ａ上に形成する方法である。
【００５０】
第３の形成方法は、４００℃以上８００℃以下の温度でＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮよりなる膜を反転層１０として一方の主面１ａ上に形成する方法である。上記条件でＧａＮよりなる膜をＮ面上に形成すると、結晶性の良好なＧａＮ結晶は得られないものの、結晶性の悪いＧａＮ結晶（ＬＴ（Low  Temperature）−ＧＡＮ）が生成する。
【００５１】
また、反転層としてこれら以外の層を形成してもよい。反転層としては、表面がＧａ面によって構成されたＧａＮ層をＧａＮ基板のＮ面上にエピタキシャル成長させることが可能な膜であればよく、十分な光透過性を有する層であることが好ましい。
【００５２】
次に、図６を参照して、たとえばＨＶＰＥ（Hydride  Vapor  Phase  Epitaxy）法、ＭＯＣＶＤ法、またはＭＢＥ（Molecular  Beam  Epitaxy）法などの気相成長法を用いて、ＧａＮ再成長層１１を反転層１０の表面１０ｂからエピタキシャル成長させる。成長したＧａＮ再成長層１１の表面１１ａはＧａ面により構成される。つまり、ＧａＮ基板１のＮ面側に、Ｎ面を反転させてＧａ面を露出させることができる。
【００５３】
また、ＧａＮ再成長層１１のエピタキシャル成長の際、たとえば原料ガスにＯ2ガスやＨ2Ｏガスを混合すれば、ＧａＮ再成長層１１内に酸素がドープされ、ｎ型のＧａＮ再成長層１１が得られる。また、たとえば原料ガスにＳｉＨ4ガスを混合すれば、ＧａＮ再成長層１１内にＳｉがドープされ、ｎ型のＧａＮ再成長層１１が得られる。
【００５４】
さらに、ＧａＮ再成長層１１内に酸素をドープする場合、ＧａＮ再成長層１１内の酸素濃度は１×１０17／ｃｍ3以上２×１０19／ｃｍ3以下であることが好ましい。酸素濃度を１×１０17／ｃｍ3以上とすることで、ＧａＮ再成長層１１が低抵抗化され、ＬＥＤの駆動電圧を低減することができる。また、酸素濃度を２×１０19／ｃｍ3以下とすることで、特にＧａＮ再成長層１１における青色光の透過率を高く保つことができる。
【００５５】
次に、図７を参照して、たとえばＭＯＣＶＤ法などを用いて、ＧａＮエピタキシャル層１２をＧａＮ再成長層１１の表面１１ａ上にエピタキシャル成長する。ＧａＮエピタキシャル層１２を形成することで、上層に形成される層の結晶性が向上する。続いて、たとえばＭＯＣＶＤ法などを用いて、ｎ型クラッド層１３、発光層１４、ｐ型クラッド層１５、およびコンタクト層１６の各々をＧａＮエピタキシャル層１２上にこの順序でエピタキシャル成長させる。これにより、一方の主面１ａ側であって、かつＧａＮ基板１から見てＧａＮ再成長層１１よりも離れた位置に発光層１４が形成される。
【００５６】
次に、図８を参照して、ＧａＮ基板１を反転させ、一方の主面１ａを下面、他方の主面１ｂを上面とする。そして、たとえばＭＯＣＶＤ法などを用いて、ＧａＮエピタキシャル層２を他方の主面１ｂ上にエピタキシャル成長させる。ＧａＮ基板１の他方の主面１ｂはＧａ面によって構成されているので、結晶性の良好なＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させることができる。そして、ｎ型クラッド層３、発光層４、ｐ型クラッド層５、およびコンタクト層６の各々をＧａＮエピタキシャル層２上にこの順序でエピタキシャル成長させる。次に、ＧａＮ基板１を熱処理することにより、ｐ型クラッド層５および１５と、コンタクト層６および１６との各々に含まれる不純物を活性化する。
【００５７】
次に、図９および図１０を参照して、平面的に見て積層構造の外周を取り囲むように、一方の主面１ａ側に素子分離溝２７を形成する。また、一方の主面１ａ側において、積層構造の各々における右上の領域に、ＧａＮエピタキシャル層１２に達する溝１２ａを形成する。素子分離溝２７および溝１２ａは、たとえばフォトリソグラフィ技術と、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）とを用いて、コンタクト層１６、ｐ型クラッド層１５、発光層１４、ｎ型クラッド層１３、およびＧａＮエピタキシャル層１２の上部の各々をＣｌ（塩素）系ガスでエッチングすることで形成される。素子分離溝２７および溝１２ａは同一工程で形成されてもよいし、別工程で形成されてもよい。続いて、他方の主面１ｂ側において、平面的に見て素子分離溝２７と重なり合う領域にも同様に素子分離溝２６を形成する。素子分離溝２６は、コンタクト層６、ｐ型クラッド層５、発光層４、ｎ型クラッド層３、およびＧａＮエピタキシャル層２の上部の各々をエッチングすることで形成される。
【００５８】
次に、図１１および図１２を参照して、ＧａＮ基板１を反転させ、一方の主面１ａを上面、他方の主面１ｂを下面とする。そして、たとえばフォトリソグラフィ技術と、蒸着法と、リフトオフ法とを用いて、溝１２ａにおける所定の位置にｎ電極９ｃを形成する。同様に、コンタクト層１６の上面全面にｐ電極９ｂを形成し、コンタクト層６の下面全面にｐ電極９ａを形成する。続いて、素子分離溝２７内および素子分離溝２６内のチップ境界Ａが側面として現れるようにスクライブを行ない、図２および図３に示す個々の積層構造５０に分断する。
【００５９】
次に、図１を参照して、リードフレームのマウント部２１ａにｐ電極９ａが隣接するように、積層構造５０を搭載する。そして、マウント部に導電性接着剤を塗布し、積層構造５０とリードフレームとを固定するとともに、積層構造５０とリードフレームとの間の導通が得られるようにする。導電性接着剤としては、たとえば熱伝導の良いＡｇ系のものが用いられる。また、リードフレームとしては、たとえば熱伝導の良いＣｕＷ系のものが用いられる。続いて、ｐ電極９ｂと、リードフレームのリード部２１ｂとをワイヤ２３ａおよび制御装置２８によって電気的に接続する。また、ｎ電極９ｃと、リードフレームのリード部２１ｃとをワイヤ２３ｂによって電気的に接続する。さらに、エポキシ系樹脂２５を用いて、積層構造５０およびワイヤ２３ａ、２３ｂの各々を封止する。以上の工程により、本実施の形態のＬＥＤが完成する。
【００６０】
本実施の形態のＬＥＤおよびその製造方法によれば、ＧａＮ基板１のＮ面またはＮ面側に反転層１０を形成することにより、ＧａＮ基板１のＮ面側に結晶性の良好なＧａＮ再成長層１１をエピタキシャル成長させることができる。これにより、ＧａＮ再成長層１１上に発光層を形成することができ、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａ側にも発光層１４を形成することができる。したがって、発光層４および発光層１４の両方で発光するので、１つの発光層のみで発光する従来の発光素子に比べて、発光量を向上することができる。
【００６１】
本実施の形態のＬＥＤでは、発光層４から黄色および青色のうちいずれか一方が発光し、発光層１４から黄色および青色のうちいずれか他方を発光する。
【００６２】
これにより、蛍光材を用いることなく白色発光させることができるので、蛍光材によって白色に光を変換する際の変換ロスがない分だけ輝度を向上することができる。また、蛍光材を用いることなく白色発光させることができるので、蛍光材を用いない分だけ製造コストを低減することができ、蛍光材の劣化がないため長寿命化を図ることができる。
【００６３】
本実施の形態のＬＥＤでは、発光層１４へ注入する電流と、発光層４へ注入する電流との配分を調整可能である。
【００６４】
これにより、黄色の発光強度と青色の発光強度との各々を変えることができるので、光の色調を変化させることができ、白色発光させやすくなる。
【００６５】
本実施の形態のＬＥＤの製造方法において好ましくは、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａを荒らすことにより、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａに反転層１０を形成する。
【００６６】
ＧａＮ基板１の一方の主面１ａを荒らした反転層１０を形成することにより、反転層１０を下地としてＧａＮ再成長層１１がエピタキシャル成長しやすくなる。
【００６７】
本実施の形態のＬＥＤの製造方法において好ましくは、Ａｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、およびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の金属よりなる反転層１０をＧａＮ基板１の一方の主面１ａ側に形成する。
【００６８】
上記金属よりなる反転層１０を形成することにより、反転層１０を下地としてＧａＮ再成長層１１がエピタキシャル成長しやすくなる。
【００６９】
上記製造方法において好ましくは、４００℃以上８００℃以下の温度でＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮよりなる反転層１０をＧａＮ基板１の一方の主面１ａ側に形成する。
【００７０】
上記反転層１０を形成することにより、反転層１０を下地としてＧａＮ再成長層１１がエピタキシャル成長しやすくなる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａ側の積層構造を形成した後で他方の主面１ｂ側の積層構造を形成する場合について示したが、他方の主面１ｂ側の積層構造を形成した後で一方の主面１ａ側の積層構造を形成してもよい。
【００７２】
（実施の形態２）
実施の形態１では、ｐ電極９ａ，９ｂの各々に制御装置を設けることにより、発光層４および発光層１４の各々に注入する電流の量を制御する場合について示したが、制御装置はいずれか１つでもよい。また、たとえばｐ電極９ａ，９ｂの各々を互いに異なる形状にすることによっても発光層４および発光層１４の各々に流す電流の量を制御することができる。
【００７３】
たとえば図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、コンタクト層１６の上面全体を覆うようにｐ電極９ｂが形成される代わりに、網目状のｐ電極９ｄがコンタクト層１６上に点在するように形成されて、コンタクト層１６の一部が露出されてもよい。この場合には、コンタクト層１６の上面全体にｐ電極を形成する場合よりもｐ電極の占有面積が減少するので、ｐ電極を流れる電流の電流密度が増加し、発光層１４へ電流が流れにくくなる。その結果、発光層４の発光量を発光層１４の発光量よりも少なくすることができる。
【００７４】
また、図１を参照して、ｐ電極９ｂとコンタクト層１６との間の接触抵抗をショットキー接触に近づけ、ｐ電極９ｂとコンタクト層１６との間の接触抵抗をｐ電極９ａとコンタクト層６との間の接触抵抗よりも大きくしてもよい。この場合にも、発光層１４へ電流が流れにくくなるので、発光層４の発光量を発光層１４の発光量よりも少なくすることができる。
【００７５】
（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３における積層構造の構成を示す断面図である。図１４を参照して、本実施の形態のＬＥＤの積層構造５０ａにおいては、反転層１０に達する溝１０ａが形成されており、溝１０ａにおいて、ｎ電極９ｃは反転層１０に隣接して形成されている。これにより、ｎ電極９ｃは、反転層１０を介してＧａＮ基板１に電気的に接続されている。
【００７６】
なお、これ以外のＬＥＤの構成は、実施の形態１のＬＥＤの構成とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００７７】
次に、本実施の形態のＬＥＤの製造方法について、図１５〜図１８を用いて説明する。なお、図１６は図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う断面図である。
【００７８】
始めに、実施の形態１と同様の方法により反転層１０を形成し、図４に示す構造を得る。次に、図１５および図１６を参照して、たとえばフォトリソグラフィ技術と、スパッタ蒸着法と、リフトオフ法とを用いて、反転層１０上における溝１０ａを形成する領域と、素子分離溝２７を形成する領域とに、たとえばＳｉＯ2（酸化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、Ｗ（タングステン）、Ｎｉ（ニッケル）、またはＴｉ（チタン）などよりなるマスク層２９を形成する。
【００７９】
次に、図１７を参照して、実施の形態１と同様の方法で、ＧａＮ再成長層１１を反転層１０上に形成する。このとき、ＧａＮはマスク層２９上にはエピタキシャル成長せず、マスク層２９で覆われていない反転層１０上にのみ選択的にエピタキシャル成長する。続いて、ＧａＮエピタキシャル層１２、ｎ型クラッド層１３、発光層１４、ｐ型クラッド層１５、コンタクト層１６をＧａＮ再成長層１１上に形成する。その結果、マスク層２９で覆われた領域にはこれらの層が形成されず、溝１０ａおよび素子分離溝２７が形成される。
【００８０】
次に、図１８を参照して、実施の形態１と同様の方法により、ＧａＮエピタキシャル層２、ｎ型クラッド層３、発光層４、ｐ型クラッド層５、およびコンタクト層６の各々を他方の主面１ｂ側にこの順序でエピタキシャル成長させる。そして、ＧａＮ基板１を熱処理することにより、ｐ型クラッド層５および１５と、コンタクト層６および１６との各々に含まれる不純物を活性化する。続いて、実施の形態１と同様の方法により、他方の主面１ｂ側において、平面的に見て素子分離溝２７と重なり合う領域にも同様に素子分離溝２６を形成する。
【００８１】
次に、たとえばフッ酸系の溶剤などを用いてマスク層２９を除去する。そして、実施の形態１と同様の方法により、ｐ電極９ａ、ｐ電極９ｂ、およびｎ電極９ｃの各々を所定の領域に形成する。続いて、素子分離溝２７内および素子分離溝２６内のチップ境界が側面として現れるようにスクライブを行ない、図１４に示す積層構造５０ａに分断する。その後、リードフレームに積層構造５０ａを搭載し、本実施の形態のＬＥＤが完成する。
【００８２】
本実施の形態のＬＥＤおよびその製造方法によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
本実施の形態のＬＥＤの製造方法においては、ＧａＮ再成長層１１を形成しない部分を覆うようにマスク層２９を形成する。これにより、ＧａＮ再成長層１１を選択的にエピタキシャル成長させることができる。
【００８４】
（実施の形態４）
図１９は、本発明の実施の形態４における積層構造の構成を示す断面図である。図１９を参照して、本実施の形態のＬＥＤの積層構造５０ｂにおいては、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａが下面、他方の主面１ｂが上面となっている。そして、ＧａＮエピタキシャル層２に達する溝２ａが形成されており、溝２ａにおいて、ｎ電極９ｃはＧａＮエピタキシャル層２に隣接して形成されている。これにより、ｎ電極９ｃはＧａＮ基板１に電気的に接続されている。
【００８５】
なお、これ以外のＬＥＤの構成は、実施の形態１のＬＥＤとほぼ同様である。また、本実施の形態のＬＥＤは、実施の形態１の製造方法とほぼ同様の方法によって製造することができる。よってその説明は繰り返さない。
【００８６】
本実施の形態のＬＥＤによれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
（実施の形態５）
図２０は、本発明の実施の形態５における積層構造の構成を示す断面図である。図２０を参照して、本実施の形態のＬＥＤの積層構造５０ｃにおいては、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａが下面、他方の主面１ｂが上面となっている。そして、ＧａＮ基板１の他方の主面１ｂに達する溝１ｃが形成されており、溝１ｃにおいて、電極としてのｎ電極９ｃは他方の主面１ｂに隣接して形成されている。これにより、ｎ電極９ｃはＧａＮ基板１に電気的に接続されている。
【００８８】
なお、これ以外のＬＥＤの構成は、実施の形態１のＬＥＤとほぼ同様である。また、本実施の形態のＬＥＤは、実施の形態１の製造方法とほぼ同様の方法によって製造することができる。よってその説明は繰り返さない。
【００８９】
本実施の形態のＬＥＤによれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
本実施の形態のＬＥＤにおいて、ｎ電極９ｃはＧａＮ基板１の他方の主面１ｂに隣接して形成されている。これにより、Ｇａ面に隣接してｎ電極９ｃが設けられるので、Ｎ面に隣接してｎ電極を設ける場合よりも、ｎ電極のコンタクト抵抗を低減することができ、消費電力を低減することができる。
【００９１】
（実施の形態６）
図２１は、本発明の実施の形態６におけるＬＥＤの構成を示す断面図である。図２１を参照して、本実施の形態のＬＥＤの積層構造５０ｄにおいては、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａが下面、他方の主面１ｂが上面となっている。そして、ＧａＮ基板１の他方の主面１ｂ側に、ＧａＮ基板１に隣接して高濃度ＧａＮ層３０が形成されている。高濃度ＧａＮ層３０はＧａＮ基板１の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有している。さらに、高濃度ＧａＮ層３０に達する溝３０ａが形成されており、溝３０ａにおいて、ｎ電極９ｃは高濃度ＧａＮ層３０に隣接して形成されている。これにより、ｎ電極９ｃはＧａＮ基板１に電気的に接続されている。
【００９２】
なお、これ以外のＬＥＤの構成は、実施の形態１のＬＥＤとほぼ同様である。また、本実施の形態のＬＥＤは、ＧａＮ基板１の他方の主面１ｂ上に高濃度ＧａＮ層３０をエピタキシャル成長させ、高濃度ＧａＮ層３０上にＧａＮエピタキシャル層２をエピタキシャル成長させる以外は、実施の形態１の製造方法とほぼ同様の方法によって製造することができる。よってその説明は繰り返さない。
【００９３】
本実施の形態のＬＥＤによれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００９４】
本実施の形態のＬＥＤは、ＧａＮ基板１に隣接して形成され、かつＧａＮ基板１の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度ＧａＮ層３０をさらに備えている。ｎ電極９ｃは高濃度ＧａＮ層３０に隣接して形成されている。
【００９５】
これにより、ＧａＮ基板に隣接してｎ電極を設ける場合よりも、ｎ電極のコンタクト抵抗を低減することができ、消費電力を低減することができる。
【００９６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００９７】
本実施例では、本発明例Ａおよび比較例Ｂの各々を以下の方法により作製し、それぞれから放出される光の出力（発光量）を比較した。
【００９８】
（本発明例Ａ）
以下の（ａ１）〜（ａ１３）に示す製造方法を用いて、２つの発光層の両方から青色の光を放出する、実施の形態１に示す発光素子を作製した。
【００９９】
（ａ１）ｃ面から０．５°ずらしたＧａＮのオフ基板を準備した。この基板は、比抵抗が０.０１Ω・ｃｍであり、転位密度が１×１０7／ｃｍ2であり、厚みが４００μｍであった。
【０１００】
（ａ２）次に、ＧａＮ基板の一方の主面であるＮ面を砥粒径５μｍの砥粒を用いて研磨し、一方の主面に反転層を形成した。研磨後にＧａＮ基板の断面の反転層（加工変質層）の厚さを、ＳＥＭ（Scanning  Electron  Microscope）およびＣＬ（カソードルミネッセンス法）を用いて測定した。その結果、反転層の厚さは５μｍであった。続いて、ＨＶＰＥ法を用いて厚さ６μｍのＧａＮ再成長層を反転層上にエピタキシャル成長させた。ＧａＮ再成長層の成長は、温度１０００℃の大気圧中において５分間行なった。また、原料ガスとして、１００ｓｃｃｍのＧａＣｌと、６０００ｓｃｃｍのＮＨ3と、ドーパント用原料ガスとしてのＯ2ガスとを使用した。ＧａＮ再成長層形成後にＧａＮ再成長層中の酸素濃度をＳＩＭＳ（Secondary  Ion  Mass  Spectrometer）で測定した。その結果、酸素濃度はＧａＮ再成長層中のどの部分においても約５×１０18／ｃｍ3であり、ほぼ均一であった。また、ＧａＮ再成長層形成後にＧａＮの最表面原子種をＣＡＩＣＩＳＳ法（Coaxial  Impact  Collision  Ion  Scattering  Spectroscopy）により調べた。その結果、Ｇａ再成長層表面がＧａ面となっていることが確認された。これにより、ＧａＮ基板のＮ面上に反転層を設けることにより、その上に形成されるＧａＮ層の表面は、反転してＧａ面となることが分かった。
【０１０１】
（ａ３）次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮ基板の他方の主面であるＧａ面上に次の積層構造を形成した。（Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層（ＧａＮエピタキシャル層）／クラッド層のＳｉドープｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（ｎ型クラッド層）／ＧａＮ層とＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層との２層構造が３層重ねられたＭＱＷ（発光層）／クラッド層のＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（ｐ型クラッド層）／Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層（コンタクト層））。このＭＱＷの発光波長は４５０ｎｍに対応する。
【０１０２】
（ａ４）次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮ再成長層のＧａ面上に次の積層構造を形成した。（Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層（ＧａＮエピタキシャル層）／クラッド層のＳｉドープｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（ｎ型クラッド層）／ＧａＮ層とＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層との２層構造が３層重ねられたＭＱＷ（発光層）／クラッド層のＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（ｐ型クラッド層）／Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層（コンタクト層））このＭＱＷの発光波長は４５０ｎｍに対応する。
【０１０３】
（ａ５）次に、このウエハを活性化処理して、Ｍｇドープｐ型層の低抵抗化を行なった。ホール測定によるキャリア濃度は、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層が５×１０17／ｃｍ3、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層が１×１０18／ｃｍ3であった。
【０１０４】
（ａ６）次に、フォトリソグラフィ技術とＲＩＥにより、ＧａＮ基板の一方の主面側と他方の主面側とに素子分離溝を形成した。素子分離溝は、一方の主面側と他方の主面側とで重なる位置に形成した。また、ｎ電極を設けるための溝を同時にＲＩＥによって形成し、一方の主面側のｎ型ＧａＮ層を露出させた。なお、図９を参照して、ｎ電極を設けるための溝を、一辺ｄ1が５００μｍである正方形の平面形状とし、素子分離溝の幅ｄ2を１００μｍとした。また、ｎ電極を設ける部分の間隔ｄ3を上下左右２ｍｍとし、発光部分（ＭＱＷ）の形状を、一辺ｄ4が１．９ｍｍの正方形の平面形状とした。
【０１０５】
（ａ７）次に、ｎ電極を設けるために形成した溝に、フォトリソグラフィ技術と、蒸着法と、リフトオフによって、図１１に示すように一辺ｄ5が４００μｍの正方形の平面形状を有するｎ電極をｎ型ＧａＮ層上に形成した。ｎ電極としては、ｎ型ＧａＮ層に接して下から順に、（Ｔｉ層２０ｎｍ／Ａｌ層１００ｎｍ／Ｔｉ層２０ｎｍ／Ａｕ層２００ｎｍ）の積層構造を形成した。これを窒素（Ｎ2）雰囲気中で加熱することにより、接触抵抗を１×１０-5Ω・ｃｍ2以下とした。
【０１０６】
（ａ８）次に、ＧａＮ基板の両面に形成されたＭｇドープｐ型ＧａＮ層の各々に接して、ｐ電極を形成した。ｐ電極としては、厚さ４ｎｍのＮｉ層を形成し、その上に厚さ４ｎｍのＡｕ層を全面に形成した。そして、これを不活性ガス雰囲気中で加熱処理することにより、接触抵抗を５×１０-4Ω・ｃｍ2とした。接触抵抗を５×１０-4Ω・ｃｍ2以下とした。
【０１０７】
（ａ９）その後、チップ境界が側面として現れるようにスクライブを行ない、チップ化したものを発光装置とした。チップ化した発光装置の発光面積（ＭＱＷ面積）は７ｍｍ2であった。
【０１０８】
（ａ１０）次に、リードフレームのマウント部に上記チップの他方の主面側のｐ電極が接するように搭載して、発光装置（ＬＥＤ）を形成した。マウント部に塗布した導電性接着剤によって発光装置とマウントとを固定するとともに、導通が得られるようにした。
【０１０９】
（ａ１１）発光装置からの放熱性を良くするために、発光装置のｐ型ＧａＮ層が全面マウント部と接するように搭載した。また接着剤は熱伝導の良いＡｇ系のものを、またリードフレームも熱伝導の良いＣｕＷ系のものを選択した。これにより、得られた熱抵抗は８℃／Ｗであった。
【０１１０】
（ａ１２）さらに、ｎ電極とリードフレームのリード部とをワイヤボンドにより導通させた後、エポキシ系樹脂により樹脂封止を行なって発光装置をランプ化した。
【０１１１】
（ａ１３）上述の２つの発光層の各々に注入する電流を調節するために、制御回路を設けた。
【０１１２】
（比較例Ｂ）
以下の（ｂ１）〜（ｂ１１）に示す製造方法を用いて、青色の光を放出する１つの発光層のみを備える発光素子を作成した。
【０１１３】
（ｂ１）ｃ面から０．５°ずらしたＧａＮのオフ基板を準備した。この基板は、比抵抗が０.０１Ω・ｃｍであり、転位密度が１×１０7／ｃｍ2であり、厚みが４００μｍであった。
【０１１４】
（ｂ２）次に、ＭＯＣＶＤでＧａＮ基板のＧａ面上に次の積層構造を形成した。（Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層／クラッド層のＳｉドープｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層／ＧａＮ層とＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層との２層構造が３層重ねられたＭＱＷ／クラッド層のＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層／Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層）このＭＱＷの発光波長は４５０ｎｍに対応する。
【０１１５】
（ｂ３）次に、低温４．２ＫでのＰＬ(Photo  Luminescence)強度と室温２９８ＫでのＰＬ強度を比較することにより内部量子効率を便宜的に算出した。その結果、内部量子効率は５０％であった。
【０１１６】
（ｂ４）次に、このウエハを活性化処理して、Ｍｇドープｐ型層の低抵抗化を行なった。ホール測定によるキャリア濃度は、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層が５×１０17／ｃｍ3、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層が１×１０18／ｃｍ3であった。
【０１１７】
（ｂ５）次に、このウエハをさらに、フォトリソグラフィ技術とＲＩＥとにより、Ｍｇドープｐ型層側からＳｉドープｎ型層までＣｌ系ガスでエッチングした。このエッチングにより、素子分離溝を形成し、素子分離を行なった。素子分離溝の幅は１００μｍとした。
【０１１８】
（ｂ６）次に、ＧａＮ基板のＮ面に、フォトリソグラフィ技術と、蒸着と、リフトオフ法とにより４００μｍおきにチップの中心に直径（Ｄ）５００μｍのｎ電極を形成した。ｎ電極として、ＧａＮ基板に接して下から順に（Ｔｉ層２０ｎｍ／Ａｌ層１００ｎｍ／Ｔｉ層２０ｎｍ／Ａｕ層２００ｎｍ）の積層構造を形成した。これを窒素（Ｎ2）雰囲気中で加熱することにより、接触抵抗を１×１０-5Ω・ｃｍ2以下とした。ｎ電極としては、直径５００μｍの円の平面形状のものを形成した。
【０１１９】
（ｂ７）次に、ｐ電極を形成した。ｐ電極としてはｐ型ＧａＮ層に接して厚み４ｎｍのＮｉ層を形成し、その上に厚み４ｎｍのＡｕ層を全面に形成した。これを不活性ガス雰囲気中で加熱処理することにより、接触抵抗を５×１０-4Ω・ｃｍ2とした。
【０１２０】
（ｂ８）その後に、チップ境界が側面として現れるようにスクライブを行ない、チップ化したものを発光装置とした。チップ化した発光装置において、光の放出面は１辺の長さが１．９ｍｍの正方形の形状で、チップは１辺の長さが２ｍｍの正方形の形状であった。また、発光面積（ＭＱＷ面積）は３．６ｍｍ2であった。
【０１２１】
（ｂ９）次に、リードフレームのマウント部に、上記チップのｐ型ＧａＮ層側が接するように搭載して、発光装置を形成した。このとき、マウント部に塗布した導電性接着剤によって発光装置とマウントとを固定するとともに、導通が得られるようにした。
【０１２２】
（ｂ１０）次に、発光装置からの放熱性を良くするために、発光装置のｐ型ＧａＮ層が全面マウント部と接するように搭載した。また接着剤は熱伝導の良いＡｇ系のものを、またリードフレームも熱伝導の良いＣｕＷ系のものを選択した。これにより、得られた熱抵抗は８℃／Ｗであった。
【０１２３】
（ｂ１１）さらに、ｎ電極とリードフレームのリード部とをワイヤボンドにより導通させた後、エポキシ系樹脂により樹脂封止を行なって発光装置をランプ化した。
【０１２４】
次に、上記の方法によって作製された本発明例Ａと比較例Ｂとの各々を積分球内に搭載し、所定の電流を発光層へ注入して発光された光を集光し、ディテクタから出力される光の出力を測定した。その結果を表１に示す。
【０１２５】
【表１】
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【０１２６】
表１を参照して、１Ａの電流を注入した場合には、比較例Ｂでは０．３９Ｗの出力しか得られなかったのに対して、本発明例Ａでは０．４Ｗの出力が得られた。また、６Ａの電流を注入した場合には、比較例Ｂでは１．８Ｗの出力しか得られなかったのに対して、本発明例Ａでは、出力が６倍にはならなかったものの、２．１Ｗの出力が得られた。これにより、２つの発光層を備える本発明例Ａでは、１つの発光層のみを備える比較例Ｂよりも高出力の光が放出されることが分かった。
【０１２７】
ここで、比較例Ｂの発光面積は３．６ｍｍ2であるのに対して、本発明例Ａの発光面積は７ｍｍ2であり、比較例Ｂの発光面積の約２倍となっている。発光層に注入される電流の電流密度は発光面積に反比例するので、比較例Ｂの電流密度がそれぞれ２８Ａ／ｃｍ2、１６７Ａ／ｃｍ2であるのに対して、本発明例Ａの電流密度はそれぞれ１４Ａ／ｃｍ2、８６Ａ／ｃｍ2となっており、比較例Ｂの電流密度の約２分の１になっている。
【０１２８】
図２２は、ＧａＮ系発光素子における電流密度Ｊと外部量子効率ηexとの関係を示す図である。図２２に示すように、膜構造や製造条件にもよるが、ＧａＮ系発光素子は、電流密度の増加に伴ない発光効率（外部量子効率ηex）が低下することが知られている。このため、本発明例Ａでは、電流密度を低く抑えることにより、発光効率の低下が抑止されていると考えられる。
【実施例２】
【０１２９】
本実施例では、本発明例Ｃおよび比較例Ｄの各々を以下の方法により作製し、白色発光の輝度を比較した。
【０１３０】
（本発明例Ｃ）
以下の（ｃ１）〜（ｃ１３）に示す製造方法を用いて、２つの発光層からの各々から黄色および青色の光を放出する、実施の形態１に示す発光素子を作製した。
【０１３１】
（ｃ１）〜（ｃ３）本発明例Ａにおける（ａ１）〜（ａ３）と同じ処理をした。
【０１３２】
（ｃ４）次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮ再成長層のＧａ面上に次の積層構造を形成した。（Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層（ＧａＮエピタキシャル層）／クラッド層のＳｉドープｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（ｎ型クラッド層）／ＧａＮ層とＩｎ0.28Ｇａ0.72Ｎ層との２層構造が３層重ねられたＭＱＷ（発光層）／クラッド層のＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（ｐ型クラッド層）／Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層（コンタクト層））このＭＱＷの発光波長は５８０ｎｍに対応する。
【０１３３】
（ｃ５）〜（ｃ１３）本発明例Ａにおける（ａ５）〜（ａ１３）と同じ処理をした。
【０１３４】
（比較例Ｄ）
以下の（ｄ１）〜（ｄ１１）に示す製造方法を用いて、１つの発光層を備える発光素子であって、発光層からの光を白色に変換するための蛍光材をさらに備える発光素子を作製した。
【０１３５】
（ｄ１）〜（ｄ８）比較例Ｂにおける（ｂ１）〜（ｂ８）と同じ処理をした。
【０１３６】
（ｄ９）次に、リードフレームのマウント部に、上記チップのｐ型ＧａＮ層側が接するように搭載した。このとき、次に、マウント部に塗布した導電性接着剤によって発光装置とマウントとを固定するとともに、導通が得られるようにした。次に、ｎ電極側に蛍光材を搭載し、発光装置を形成した。蛍光材としては、４５０ｎｍの光が出力された場合に１ワット当たり１８０ｌｍ（ルーメン）が得られる蛍光材を使用した。
【０１３７】
（ｄ１０）〜（ｄ１１）比較例Ｂにおける（ｂ１０）〜（ｂ１１）と同じ処理をした。
【０１３８】
次に、上記の方法によって作製された本発明例Ａと比較例Ｂとの各々を積分球内に搭載し、所定の電流を発光層へ注入した。ここで、本発明例Ｃでは、２つの発光層の各々に注入する電流の量を適当に調節し、白色発光させた。このようにして発光された光を集光し、ディテクタから出力される光の輝度を測定した。
【０１３９】
その結果、１チップ当たりの白色光の輝度は、比較例Ｄでは２８８ｍｌであったのに対し、本発明例Ｃでは３１７ｍｌであった。これにより、２つの発光層を備える本発明例Ｃでは、１つの発光層のみを備える比較例Ｄよりも高い輝度の白色光が放出されることが分かった。
【０１４０】
本発明例Ｃと比較例Ｄとの輝度の差は、以下の理由により生じるものと考えられる。すなわち、比較例Ｄでは発光した青色光の一部を蛍光材で黄色光に変換して白色発光を実現しているので、その変換によるロスの分だけ発光効率が悪い。一方、本発明例Ｃでは、発光した青色の光と黄色の光とが混ざり合うことで白色発光を実現しているので、比較例Ｄのように色の変換によるロスがなく、発光効率が良く、高い輝度が得られる。
【０１４１】
以上に開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの構成を示す断面図である。
【図２】図１の積層構造を拡大して示す平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図５】図４のＢ部拡大図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第２工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第３工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第４工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第５工程を示す平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第６工程を示す平面図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。
【図１３】（ａ）本発明の実施の形態２における積層構造の構成を示す平面図である。（ｂ）（ａ）のＣ部拡大図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における積層構造の構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３におけるＬＥＤの製造方法の第１工程を示す平面図である。
【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３におけるＬＥＤの製造方法の第２工程を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３におけるＬＥＤの製造方法の第３工程を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４における積層構造の構成を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態５における積層構造の構成を示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態６における積層構造の構成を示す断面図である。
【図２２】ＧａＮ系発光素子における電流密度Ｊと外部量子効率ηexとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１  ＧａＮ基板、１ａ，１ｂ  ＧａＮ基板主面、１ｃ，２ａ，１０ａ，１２ａ，３０ａ  溝、２，１２  ＧａＮエピタキシャル層、３，１３  ｎ型クラッド層、４，１４  発光層、５，１５  ｐ型クラッド層、６，１６  コンタクト層、９ａ，９ｂ，９ｄ  ｐ電極、９ｃ  ｎ電極、１０  反転層、１０ｂ  反転層表面、１０ｃ  最表面、１１  ＧａＮ再成長層、１１ａ  ＧａＮ再成長層表面、２１ａ  マウント部、２１ｂ，２１ｃ  リード部、２２  絶縁体、２３ａ，２３ｂ  ワイヤ、２５  エポキシ系樹脂、２６，２７  素子分離溝、２８  制御装置、２９  マスク層、３０  高濃度ＧａＮ層、５０，５０ａ〜５０ｄ  積層構造、Ａ  チップ境界。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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