(57)【要約】【課題】通電電流の変化による色度の変化が生じず、かつ、高い発光効率を有する多波長発光素子を提供する。【解決手段】複数の波長の光を発光する発光素子１０が、それぞれが井戸層４ａ１、４ａ２と障壁層４ｂとで構成される複数の活性層Ａ、Ｂを含む活性層群４を備え、活性層群４においては、井戸層４ａ１、４ａ２の厚みが４ｎｍ以下であり、２以上の井戸層４ａ１、４ａ２と２以上の障壁層４ｂとが交互に配置されるように積層されてなり、かつ、活性層Ａと活性層Ｂとを周期的に積層することで、隣り合う活性層Ａ、Ｂにおける井戸層４ａ１、４ａ２の組成が相異なる、ようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長の光を発光する発光素子であって、
それぞれが井戸層と障壁層とで構成される複数の活性層を含む活性層群を備え、
前記活性層群においては、前記井戸層の厚みが４ｎｍ以下であり、２以上の前記井戸層と２以上の前記障壁層とが交互に積層されてなり、かつ、隣り合う前記活性層における前記井戸層の組成が相異なる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記複数の活性層が、前記井戸層として第１の１３族窒化物からなる第１井戸層を備える複数の第１活性層と、前記井戸層として前記第１の１３族窒化物とは異なる組成の第２の１３族窒化物からなる第２井戸層を備える複数の第２活性層であり、
前記活性層群においては、前記第１活性層と前記第２活性層とが周期的に積層されてなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の発光素子であって、
前記複数の第１活性層に備わる前記第１井戸層の総厚および前記複数の第２活性層に備わる前記第２井戸層の総厚がいずれも４ｎｍ以上である、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の発光素子であって、
前記第１の１３族窒化物が青色光を発光波長とする１３族窒化物であり、
前記第２の１３族窒化物が緑色光を発光波長とする１３族窒化物である、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項４に記載の発光素子であって、
前記第１の１３族窒化物がＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．２０≦ｘ１≦０．３０）なる組成の１３族窒化物であり、
前記第２の１３族窒化物がＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．３４≦ｘ２≦０．４４）なる組成の１３族窒化物である、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記複数の活性層が、前記井戸層として第１の１３族窒化物からなる第１井戸層を備える複数の第１活性層と、前記井戸層として前記第１の１３族窒化物とは異なる組成の第２の１３族窒化物からなる第２井戸層を備える複数の第２活性層と、前記井戸層として前記第１および第２の１３族窒化物とは異なる組成の第３の１３族窒化物からなる第３井戸層を備える複数の第３活性層であり、
前記活性層群においては、前記第１活性層と前記第２活性層と前記第３活性層とが周期的に積層されてなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項７】
請求項６に記載の発光素子であって、
前記複数の第１活性層に備わる前記第１井戸層の総厚、前記複数の第２活性層に備わる前記第２井戸層の総厚、および、前記複数の第３活性層に備わる前記第３井戸層の総厚がいずれも４ｎｍ以上である、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の発光素子であって、
前記第１の１３族窒化物が青色光を発光波長とする１３族窒化物であり、
前記第２の１３族窒化物が緑色光を発光波長とする１３族窒化物であり、
前記第３の１３族窒化物が赤色光を発光波長とする１３族窒化物である、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項８に記載の発光素子であって、
前記第１の１３族窒化物がＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．２０≦ｘ１≦０．３０）なる組成の１３族窒化物であり、
前記第２の１３族窒化物がＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．３４≦ｘ２≦０．４４）なる組成の１３族窒化物であり、
前記第３の１３族窒化物がＩｎｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０．５１≦ｘ３≦０．６５）なる組成の１３族窒化物である、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の発光素子であって、
前記活性層群が、前記第１活性層、前記第３活性層、前記第２活性層、前記第３活性層という順序の積層を繰り返すことにより構成されてなる、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
複数の波長の光を発光する発光素子を作製可能な発光素子構造の製造方法であって、
基板の上にｎ型導電層をエピタキシャル形成するｎ型導電層形成工程と、
前記ｎ型導電層の上にそれぞれが井戸層と障壁層とで構成される複数の活性層を含む活性層群をエピタキシャル形成する活性層群形成工程と、
前記活性層群の上にｐ型導電層をエピタキシャル形成するｐ型導電層形成工程と、
を備え、
前記活性層群形成工程においては、前記井戸層の厚みを４ｎｍ以下とするとともに、前記活性層群を、２以上の前記井戸層と２以上の前記障壁層とが交互に積層されるように、かつ、隣り合う前記活性層における前記井戸層の組成が相異なるように形成する、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の発光素子構造の製造方法であって、
前記活性層群形成工程においては、前記井戸層として第１の１３族窒化物からなる第１井戸層を備える第１活性層と、前記井戸層として前記第１の１３族窒化物とは異なる組成の第２の１３族窒化物からなる第２井戸層を備える第２活性層とを、周期的に積層する、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の発光素子構造の製造方法であって、
前記活性層群形成工程においては、前記複数の第１活性層に備わる前記第１井戸層の総厚および前記複数の第２活性層に備わる前記第２井戸層の総厚をいずれも４ｎｍ以上とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の発光素子構造の製造方法であって、
前記第１の１３族窒化物を青色光を発光波長とする１３族窒化物とし、
前記第２の１３族窒化物を緑色光を発光波長とする１３族窒化物とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の発光素子構造の製造方法であって、
前記第１の１３族窒化物をＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．２０≦ｘ１≦０．３０）なる組成の１３族窒化物とし、
前記第２の１３族窒化物をＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．３４≦ｘ２≦０．４４）なる組成の１３族窒化物とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の発光素子構造の製造方法であって、
前記活性層群形成工程においては、前記井戸層として第１の１３族窒化物からなる第１井戸層を備える第１活性層と、前記井戸層として前記第１の１３族窒化物とは異なる組成の第２の１３族窒化物からなる第２井戸層を備える第２活性層と、前記井戸層として前記第１および第２の１３族窒化物とは異なる組成の第３の１３族窒化物からなる第３井戸層を備える第３活性層とを、周期的に積層する、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の発光素子構造の製造方法であって、
前記複数の第１活性層に備わる前記第１井戸層の総厚、前記複数の第２活性層に備わる前記第２井戸層の総厚、および、前記複数の第３活性層に備わる前記第３井戸層の総厚がいずれも４ｎｍ以上とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７に記載の発光素子構造の製造方法であって、
前記第１の１３族窒化物を青色光を発光波長とする１３族窒化物とし、
前記第２の１３族窒化物を緑色光を発光波長とする１３族窒化物とし、
前記第３の１３族窒化物を赤色光を発光波長とする１３族窒化物とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の発光素子構造の製造方法であって、
前記第１の１３族窒化物をＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．２０≦ｘ１≦０．３０）なる組成の１３族窒化物とし、
前記第２の１３族窒化物をＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．３４≦ｘ２≦０．４４）なる組成の１３族窒化物とし、
前記第３の１３族窒化物をＩｎｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０．５１≦ｘ３≦０．６５）なる組成の１３族窒化物とする、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９に記載の発光素子構造の製造方法であって、
前記活性層群形成工程においては、前記活性層群を、前記第１活性層、前記第３活性層、前記第２活性層、前記第３活性層という順序の積層を繰り返すことにより形成する、
ことを特徴とする発光素子構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、特に、多波長の光を発光する多波長発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード(ＬＥＤ)は、ｎ型層、活性層、ｐ型層をこの順に配置することで構成されている。ｎ型層およびｐ型層の形成材料に活性層の形成材料よりもバンドギャップが大きいものを用いることで、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。
【０００３】
また、活性層にＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮなる組成の１３族窒化物を用いる場合、その組成（ｘ、ｙの値）を適宜に調整することで、ＬＥＤの発光波長を変えることができる。
【０００４】
さらには、活性層を、組成の相異なる井戸層と障壁層とを積層することによって量子井戸構造を有するように設けることで、ＬＥＤの光出力を高くすることができ、さらには、量子井戸構造を多層形成する多重量子井戸構造(ＭＱＷ)を採用することで、さらに光出力を高めることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、組成の相異なる複数の活性層を積層形成することで、波長の相異なる光を放出する多波長発光素子を作製できることも既に公知である（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。特許文献２には、バンドギャップの大きい材料からなる活性層（短波長：青色）を発光観測面側（素子上面側）に形成することで、バンドギャップの大きい材料からなる活性層（長波長：赤色、中間の波長：緑色）からの光が吸収されることを防ぐ態様が開示されている。また、特許文献３には、活性層の組成が相異なる複数の多重量子井戸構造を順に積層してなることで、それぞれの多重量子井戸構造からの発光波長を違えてなる多波長発光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２９１７７４２号公報
【特許文献２】特許第２９１００２３号公報
【特許文献３】特許第３５４３４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示されている多波長発光素子は、相異なる組成の活性層を１層ずつ備えたものである。そのため、それぞれの活性層からの発光（それぞれの活性層に固有の発光波長での発光）の光出力は必ずしも十分ではない。
【０００８】
一方で、多波長発光素子の光出力を増大させるべく、特許文献３に開示されている構成を採用した場合、光出力の増大は実現されるものの、素子に印加する電流（通電電流）を違えると、出力される光の色度が通電電流によって変化するという問題がある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、通電電流の変化による色度の変化が生じず、かつ、高い発光効率を有する多波長発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、複数の波長の光を発光する発光素子であって、それぞれが井戸層と障壁層とで構成される複数の活性層を含む活性層群を備え、前記活性層群においては、前記井戸層の厚みが４ｎｍ以下であり、２以上の前記井戸層と２以上の前記障壁層とが交互に積層されてなり、かつ、隣り合う前記活性層における前記井戸層の組成が相異なる、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発光素子であって、前記複数の活性層が、前記井戸層として第１の１３族窒化物からなる第１井戸層を備える複数の第１活性層と、前記井戸層として前記第１の１３族窒化物とは異なる組成の第２の１３族窒化物からなる第２井戸層を備える複数の第２活性層であり、前記活性層群においては、前記第１活性層と前記第２活性層とが周期的に積層されてなる、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２に記載の発光素子であって、前記複数の第１活性層に備わる前記第１井戸層の総厚および前記複数の第２活性層に備わる前記第２井戸層の総厚がいずれも４ｎｍ以上である、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載の発光素子であって、前記第１の１３族窒化物が青色光を発光波長とする１３族窒化物であり、前記第２の１３族窒化物が緑色光を発光波長とする１３族窒化物である、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４に記載の発光素子であって、前記第１の１３族窒化物がＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．２０≦ｘ１≦０．３０）なる組成の１３族窒化物であり、前記第２の１３族窒化物がＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．３４≦ｘ２≦０．４４）なる組成の１３族窒化物である、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１に記載の発光素子であって、前記複数の活性層が、前記井戸層として第１の１３族窒化物からなる第１井戸層を備える複数の第１活性層と、前記井戸層として前記第１の１３族窒化物とは異なる組成の第２の１３族窒化物からなる第２井戸層を備える複数の第２活性層と、前記井戸層として前記第１および第２の１３族窒化物とは異なる組成の第３の１３族窒化物からなる第３井戸層を備える複数の第３活性層であり、前記活性層群においては、前記第１活性層と前記第２活性層と前記第３活性層とが周期的に積層されてなる、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６に記載の発光素子であって、前記複数の第１活性層に備わる前記第１井戸層の総厚、前記複数の第２活性層に備わる前記第２井戸層の総厚、および、前記複数の第３活性層に備わる前記第３井戸層の総厚がいずれも４ｎｍ以上である、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項６または請求項７に記載の発光素子であって、前記第１の１３族窒化物が青色光を発光波長とする１３族窒化物であり、前記第２の１３族窒化物が緑色光を発光波長とする１３族窒化物であり、前記第３の１３族窒化物が赤色光を発光波長とする１３族窒化物である、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８に記載の発光素子であって、前記第１の１３族窒化物がＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．２０≦ｘ１≦０．３０）なる組成の１３族窒化物であり、前記第２の１３族窒化物がＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．３４≦ｘ２≦０．４４）なる組成の１３族窒化物であり、前記第３の１３族窒化物がＩｎｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０．５１≦ｘ３≦０．６５）なる組成の１３族窒化物である、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項８または請求項９に記載の発光素子であって、前記活性層群が、前記第１活性層、前記第３活性層、前記第２活性層、前記第３活性層という順序の積層を繰り返すことにより構成されてなる、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項１１の発明は、数の波長の光を発光する発光素子を作製可能な発光素子構造の製造方法であって、基板の上にｎ型導電層をエピタキシャル形成するｎ型導電層形成工程と、前記ｎ型導電層の上にそれぞれが井戸層と障壁層とで構成される複数の活性層を含む活性層群をエピタキシャル形成する活性層群形成工程と、前記活性層群の上にｐ型導電層をエピタキシャル形成するｐ型導電層形成工程と、を備え、前記活性層群形成工程においては、前記井戸層の厚みを４ｎｍ以下とするとともに、前記活性層群を、２以上の前記井戸層と２以上の前記障壁層とが交互に積層されるように、かつ、隣り合う前記活性層における前記井戸層の組成が相異なるように形成する、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記活性層群形成工程においては、前記井戸層として第１の１３族窒化物からなる第１井戸層を備える第１活性層と、前記井戸層として前記第１の１３族窒化物とは異なる組成の第２の１３族窒化物からなる第２井戸層を備える第２活性層とを、周期的に積層する、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記活性層群形成工程においては、前記複数の第１活性層に備わる前記第１井戸層の総厚および前記複数の第２活性層に備わる前記第２井戸層の総厚をいずれも４ｎｍ以上とする、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項１４の発明は、請求項１２または請求項１３に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記第１の１３族窒化物を青色光を発光波長とする１３族窒化物とし、前記第２の１３族窒化物を緑色光を発光波長とする１３族窒化物とする、ことを特徴とする。
【００２４】
請求項１５の発明は、請求項１４に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記第１の１３族窒化物をＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．２０≦ｘ１≦０．３０）なる組成の１３族窒化物とし、前記第２の１３族窒化物をＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．３４≦ｘ２≦０．４４）なる組成の１３族窒化物とする、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項１６の発明は、請求項１１に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記活性層群形成工程においては、前記井戸層として第１の１３族窒化物からなる第１井戸層を備える第１活性層と、前記井戸層として前記第１の１３族窒化物とは異なる組成の第２の１３族窒化物からなる第２井戸層を備える第２活性層と、前記井戸層として前記第１および第２の１３族窒化物とは異なる組成の第３の１３族窒化物からなる第３井戸層を備える第３活性層とを、周期的に積層する、ことを特徴とする。
【００２６】
請求項１７の発明は、請求項１６に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記複数の第１活性層に備わる前記第１井戸層の総厚、前記複数の第２活性層に備わる前記第２井戸層の総厚、および、前記複数の第３活性層に備わる前記第３井戸層の総厚がいずれも４ｎｍ以上とする、ことを特徴とする。
【００２７】
請求項１８の発明は、請求項１６または請求項１７に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記第１の１３族窒化物を青色光を発光波長とする１３族窒化物とし、前記第２の１３族窒化物を緑色光を発光波長とする１３族窒化物とし、前記第３の１３族窒化物を赤色光を発光波長とする１３族窒化物とする、ことを特徴とする。
【００２８】
請求項１９の発明は、請求項１８に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記第１の１３族窒化物をＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．２０≦ｘ１≦０．３０）なる組成の１３族窒化物とし、前記第２の１３族窒化物をＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．３４≦ｘ２≦０．４４）なる組成の１３族窒化物とし、前記第３の１３族窒化物をＩｎｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０．５１≦ｘ３≦０．６５）なる組成の１３族窒化物とする、ことを特徴とする。
【００２９】
請求項２０の発明は、請求項１８または請求項１９に記載の発光素子構造の製造方法であって、前記活性層群形成工程においては、前記活性層群を、前記第１活性層、前記第３活性層、前記第２活性層、前記第３活性層という順序の積層を繰り返すことにより形成する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１ないし請求項２０の発明によれば、外部に放出される光の色度が、通電量によらずに一定に保たれる多波長発光素子が、実現される。
【００３１】
特に、請求項３、請求項７、請求項１３、および、請求項１７の発明によれば、外部に放出される光の色度が、通電量によらずに一定に保たれるともに、発光効率の優れた多波長発光素子が、実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施の形態に係る発光素子１０の構成を概略的に示す図である。
【図２】第２の実施の形態に係る発光素子１０の構成を概略的に示す図である。
【図３】第３の実施の形態に係る発光素子１０の構成を概略的に示す図である。
【図４】実施例１の試料９の色度座標の変化をｘｙ色度座標系において表す図である。
【図５】実施例１の試料９の発光強度プロファイルを、最大値をピークとして規格化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本明細書中に示す周期表の族番号は、１９８９年国際純正応用化学連合会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：ＩＵＰＡＣ）による無機化学命名法改訂版による１〜１８の族番号表示によるものであり、１３族とはアルミニウム（Ａｌ）・ガリウム（Ｇａ）・インジウム（Ｉｎ）等を指し、１５族とは窒素（Ｎ）・リン（Ｐ）・ヒ素（Ａｓ）・アンチモン（Ｓｂ）等を指す。
【００３４】
＜第１の実施の形態＞
＜発光素子の概要＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子１０の構成を概略的に示す図である。発光素子１０は、いわゆる横型構造を有し、かつ、発光波長の相異なる複数の光を発する多波長発光素子である。
【００３５】
発光素子１０は、基板１の一方主面上に、下地層２と、ｎ型導電層３と、複数の活性層を積層してなる活性層群４と、ｐ型導電層５とをこの順に隣接形成させた積層構造を有する。
【００３６】
さらに、ｐ型導電層５の上には、アノード電極層６ａとアノード電極パッド６ｂとからなるアノード電極部６が設けられてなる。また、ｎ型導電層３の一部は露出しており、その露出部分にカソード電極７が設けられてなる。なお、カソード電極７のことをカソード電極パッド７とも称する。
【００３７】
発光素子１０は、カソード電極パッド７とアノード電極パッド６ｂとの間に所定の電圧を印加することで生じる、活性層群４におけるキャリアの再結合による励起発光を、素子外部に向けて出射するものである。
【００３８】
基板１は、サファイア、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯなどの単結晶基材からなる。基板１のサイズに特段の制限はないが、取り扱いの容易さという点からは、厚みが数百μｍ〜数ｍｍ程度のものが好適である。
【００３９】
このような基板１の上に、ＭＯＣＶＤ法などの公知のエピタキシャル成長法によって所定の１３族窒化物からなる複数の層を順次にエピタキシャル成長させることで、上述の積層構造を構成する各層が形成されてなる。
【００４０】
下地層２は、その上にエピタキシャル形成されるｎ型導電層３、活性層群４、ｐ型導電層５の結晶品質を良好なものとするために設けられる層である。下地層２としては、ＧａＮからなる、いわゆる低温バッファ層を、１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚みに設けるのが、好適な一例である。
【００４１】
ｎ型導電層３は、例えばＳｉなどのｎ型のドーパントがドープされた、ＧａＮからなる層である。ｎ型導電層３は、２μｍ〜５μｍ程度の厚みに形成されてなるのが好適である。また、Ｓｉがｎ型のドーパントとされる場合、ｎ型導電層３におけるＳｉの原子濃度は、１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３程度であるのが好適である。
【００４２】
活性層群４は、発光素子１０において発光を担う複数の活性層を積層してなる部位である。活性層群４は、２以上の井戸層と２以上の障壁層とを交互に（周期的に）積層してなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有してなるが、本実施の形態においては、活性層群４が、図１に示すように、第１井戸層４ａ１と障壁層４ｂとからなる第１活性層Ａと、第２井戸層４ａ２と障壁層４ｂとからなる第２活性層Ｂとを交互に（周期的に）積層した構成を有するものとなっており、かつ、第１井戸層４ａ１と第２井戸層４ａ２とが、組成の相異なる１３族窒化物にて形成されてなる。活性層群４の詳細については後述する。換言すれば、発光素子１０においては、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるものとなっている。なお、隣り合う井戸層の組成が異なると言うことは、それぞれの活性層からの発光の発光波長が異なるということである。以下においては、第１活性層Ａのことを単にＡと表し、第２活性層Ｂのことを単にＢと表すことがある。
【００４３】
ｐ型導電層５は、例えばＭｇなどのｐ型のドーパントがドープされた、ＧａＮからなる層である。ｐ型導電層５は、１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度の厚みに形成されてなるのが好適である。また、Ｍｇがｐ型のドーパントとされる場合、ｐ型導電層５におけるＭｇの原子濃度は、１×１０１９／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３程度であるのが好適である。
【００４４】
アノード電極層６ａは、ｐ型導電層５の上面に透光性を有するように形成される。アノード電極層６ａは、Ｎｉ／Ａｕ積層膜として形成されてなるのが好適な一例である。アノード電極パッド６ｂは、係るアノード電極層６ａの上面の一部領域にＮｉ／Ａｕ積層膜として形成されてなるのが好適な一例である。係る場合においては、アノード電極層６ａとなるＮｉ／Ａｕ積層膜を構成するＮｉ膜、Ａｕ膜の厚みはそれぞれ、５ｎｍ〜１０ｎｍ、１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度であるのが好ましく、アノード電極パッド６ｂを構成するＮｉ／Ａｕ積層膜を構成するＮｉ膜、Ａｕ膜の厚みはそれぞれ、５ｎｍ〜１０ｎｍ、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であるのが好ましい。
【００４５】
カソード電極７は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ多層膜として形成するのが好適である。係る多層膜を構成するＴｉ膜、Ａｌ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜の厚みは、それぞれ、５ｎｍ〜２０ｎｍ、５０ｎｍ〜１００ｎｍ、５ｎｍ〜２０ｎｍ、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であるのが好ましい。
【００４６】
＜活性層群の詳細＞
本実施の形態に係る発光素子１０が備える活性層群４は、上述のように、第１井戸層４ａ１と障壁層４ｂとからなる第１活性層Ａと、第２井戸層４ａ２と障壁層４ｂとからなる第２活性層Ｂとを交互に積層した構成を有するものとなっている。換言すれば、活性層群４は、障壁層４ｂを挟んで隣り合う第１井戸層４ａ１と第２井戸層４ａ２とが、相異なる発光波長を有する１３族窒化物にて形成された構成を有するものとなっている。あるいは、井戸層だけに着目すれば、活性層群４においては、第１井戸層４ａ１と第２井戸層４ａ２とが交互に配置されているともいえる。なお、活性層群４の最下層と最上層とはいずれも、障壁層４ｂとされてなる。
【００４７】
このような構成を有する活性層群４からは、カソード電極パッド７とアノード電極パッド６ｂとの間に所定の電圧が印加されることによって発光素子１０に通電がなされると、第１井戸層４ａ１から発せられる光と第２井戸層４ａ２から発せられる光とが放出される。
【００４８】
例えば、第１井戸層４ａ１が、Ｉｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．２≦ｘ１≦０．３）なる組成の１３族窒化物にて形成されてなり、第２井戸層４ａ２が、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．３４≦ｘ２≦０．４４）なる組成の１３族窒化物にて形成されてなり、障壁層４ｂが、ＧａＮにて形成されてなるのが、活性層群４の好適な一例である。係る場合、第１井戸層４ａ１においては波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の青色光が発光し、第２井戸層４ａ２においては波長が５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の緑色光が発光する。その結果として、活性層群４全体からは（ひいては発光素子１０からは）、それら青色光と緑色光とが合成された光が放出される。
【００４９】
より詳細には、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２はそれぞれ、１ｎｍ〜４ｎｍ程度の厚みに形成される。係る要件をみたす場合、通電量の違いによらず色度が一定に保たれた発光素子１０が、実現される。なお、障壁層４ｂは５ｎｍ〜１５ｎｍ程度の厚みに形成されるのが好適である。
【００５０】
さらには、第１活性層Ａと第２活性層Ｂとは、第１活性層Ａにおける第１井戸層４ａ１の総厚と第２活性層Ｂにおける第２井戸層４ａ２の総厚とがいずれも４ｎｍ以上となるように形成される。係る要件をみたす場合、通電量の違いによらず色度が一定に保たれ、かつ、発光効率の優れた発光素子１０が、実現される。また、これらの要件は、第１井戸層４ａ１と第２井戸層４ａ２の厚みが薄い場合でも、積層数を多くすることで発光効率の優れた発光素子１０を実現出来ることを意味している。
【００５１】
ここで、通電量の違いによらず色度が一定に保たれるというのは、発光素子１０への通電量を増減させたとしても、第１活性層Ａからの発光と第２活性層Ｂからの発光との光強度バランスがほとんど変化しないために、発光素子１０から放出される光の色度が通電量によって変化することがないということである。
【００５２】
一般に、発光素子において通電量を多くした場合、発熱が生じ、キャリアの再結合が活性層のｐ型層寄りの領域で生じやすくなる。その原因は、発光素子が熱せられることで、ｐ型層側から活性層に注入される正孔の寿命が短くなり、ほとんどの正孔が、活性層のｐ型層の近傍で電子と再結合してしまうためと考えられる。そのため、仮に、ｐ型層の近傍とｎ型層の近傍とで活性層を構成する井戸層の組成が異なっており、それゆえ発光波長が異なっている場合、通電量が大きくなると、ｐ型層の近傍に存在する井戸層からの発光が支配的となって、通電量が小さい場合に発光される光からの色度のズレが生じてしまうことがある（図４および図５参照）。
【００５３】
これに対し、本実施の形態に係る発光素子１０においては、第１活性層Ａと第２活性層Ｂとを上述のような要件の下で交互に積層してなることで、ｐ型導電層５の近傍のみならず活性層群４のどの領域においても、第１活性層Ａと第２活性層Ｂとが併存している。それゆえに、発光素子１０においては、第１活性層Ａでの発光と第２活性層Ｂでの発光とが活性層群４において均等に生じる。これにより、発光素子１０においては、通電量が大きく、キャリアの再結合がｐ型導電層５の近傍で生じやすくなっている場合でも、第１活性層Ａからの発光と第２活性層Ｂからの発光との光強度バランスが、通電量が小さい場合と同じに保たれる。すなわち、通電量が小さい場合と同じ色度の発光が得られる。
【００５４】
なお、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の総厚の上限には特段の制限はないが、実際上は、光出力の飽和や活性層の抵抗値増大や活性層の形成時間増大などの観点から、それらの上限は４０ｎｍ程度とされるのが好ましい。
【００５５】
＜発光素子の作製方法＞
次に、本実施の形態に係る発光素子１０の作製方法の一例を示す。なお、以下においては、１３族窒化物からなる各層を、ＭＯＣＶＤ法によって形成するものとする。係る場合においては、Ｇａ原料にはＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、Ｉｎ原料にはＴＭＩ（トリメチルインジウム）を用い、Ｎ原料にはアンモニアガスを用い、Ｓｉドーパント原料にはシランガスを用い、Ｍｇドーパント原料にはＣｐ２Ｍｇ（ビズ（シクロペンタジエニル）マグネシウム）ガスを用いるものとする。なお、以下に示す作製方法はあくまで例示であって、発光素子１０の作製方法は、必ずしもこれに限られるわけではない。
【００５６】
まず、厚みが数百μｍ程度の単結晶基材である基板１を用意し、その上に、下地層２として、ＧａＮ低温バッファ層を５００℃〜６００℃の形成温度で形成する。
【００５７】
続いて、下地層２の上に、１０００℃〜１１００℃の形成温度で、ＧａＮに１×１０１８/ｃｍ３程度〜１×１０１９/ｃｍ３なる原子濃度でＳｉをドーピングしつつ、ｎ型導電層３をエピタキシャル形成する。
【００５８】
続いて、ｎ型導電層３の上に、６５０℃〜８００℃の形成温度で、活性層群４を形成する。具体的には、それぞれに所望の発光波長に応じた組成を有する１３族窒化物からなる第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の形成と、ＧａＮからなる障壁層４ｂの形成とを、障壁層４ｂ、第１井戸層４ａ１、障壁層４ｂ、第２井戸層４ａ２、障壁層４ｂ・・（中略）・・第２井戸層４ａ１、障壁層４ｂの順で繰り返すことにより行う。
【００５９】
続いて、活性層群４の上に、９５０℃〜１０５０℃の形成温度で、ＧａＮに１×１０１９/ｃｍ３程度〜１×１０２０/ｃｍ３なる原子濃度でＭｇをドーピングしつつ、ｐ型導電層５を形成する。
【００６０】
このようにして得られた積層構造体に対し、フォトリソグラフィープロセスとＲＩＥ法とを用いて、ｎ型導電層３の一部を露出させる。
【００６１】
続いて、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、ｎ型導電層３の露出部分に、カソード電極パッド７となるＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜を適宜の厚みにパターニングする。その後、オーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中での９００℃以上の温度での熱処理を、好ましくは１０００℃での熱処理を数十秒間施す。
【００６２】
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、ｐ型導電層５の上面に、アノード電極層６ａとなるＮｉ/Ａｕ膜をパターニングする。その後、オーム性接触特性を良好なものとするために窒素雰囲気中での６００℃の熱処理を数分間施す。
【００６３】
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、アノード電極層６ａの上面の一部領域に、アノード電極パッド６ｂとなるＮｉ/Ａｕ膜をパターニングする。
【００６４】
以上のプロセスを経ることで、発光素子１０は作製される。なお実際の製造プロセスは、単結晶基材のウェハを、いわゆる母基板の状態にある基板１として用いることにより、多数の発光素子１０を同時に作製する、多数個取りの手法を適用してなされるのが好適である。すなわち、単結晶基材のウェハに、上述の手順にて、各層の形成や、単位パターンが個々の素子の電極をなす電極パターンの形成を行った後、該ウェハをダイサーなどによって所定の素子サイズに個片化（チップ化）することにより、多数個の発光素子１０を得ることが出来る。
【００６５】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、ｎ型導電層とｐ型導電層の間に、２以上の井戸層と２以上の障壁層とからなる活性層を複数積層してなる多重量子井戸構造（活性層群）を設けた発光素子において、それぞれの井戸層の厚みをそれぞれ４ｎｍ以下とするとともに、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるように活性層を周期的に積層することで、該発光素子から外部へと放出される、第１活性層から発せられる光と第２活性層から発せられる光との合成光の色度が、通電量によらずに一定に保たれた発光素子が、実現される。
【００６６】
特に、各活性層における井戸層の総厚を４ｎｍ以上とすることで、該発光素子から放出される、第１活性層から発せられる光と第２活性層から発せられる光との合成光の色度が、通電量によらずに一定に保たれるとともに、発光効率の優れた発光素子が、実現される。
【００６７】
＜第２の実施の形態＞
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子１１０の構成を概略的に示す図である。発光素子１１０は、いわゆる縦型構造を有し、かつ、発光波長の相異なる複数の光を発する多波長発光素子である。
【００６８】
本実施の形態に係る発光素子１１０は、基板１０１の一方主面上に、ｎ型導電層１０３と、複数の活性層を積層してなる活性層群１０４と、ｐ型導電層１０５とをこの順に隣接形成させた積層構造を有する。
【００６９】
さらに、ｐ型導電層５の上には、アノード反射電極１０６が設けられてなる。また、基板１の、ｎ型導電層１０３、活性層群１０４、および、ｐ型導電層１０５の形成面とは反対側の主面上には、櫛歯状のカソード電極１０７が設けられてなる。
【００７０】
発光素子１１０は、カソード電極１０７とアノード反射電極１０６との間に所定の電圧を印加することで生じる、活性層群１０４におけるキャリアの再結合による励起発光を、素子外部に向けて、特に、活性層群１０４からカソード電極１０７の設けられた側に向かう向きに、出射するものである。
【００７１】
基板１０１は、活性層群１０４から発せられる光に対する吸収能を実質的に有していない材質の単結晶基材からなるのが好適である。例えば、ＧａＮ自立基板を用いるのが好適な一例である。基板１のサイズに特段の制限はないが、取り扱いの容易さという点からは、厚みが数百μｍ〜数ｍｍ程度のものが好適である。
【００７２】
このような基板１０１の上に、ＭＯＣＶＤ法などの公知のエピタキシャル成長法によって所定の１３族窒化物からなる複数の層を順次にエピタキシャル成長させることで、上述の積層構造を構成する各層が形成されてなる。
【００７３】
ｎ型導電層１０３、活性層群１０４、および、ｐ型導電層１０５の詳細な構成および形成態様（各層の組成や厚み、積層の繰り返しパターンなど）は、それぞれ、第１の実施の形態に係る発光素子１０のｎ型導電層３、活性層群４、および、ｐ型導電層５の形成態様と同じである。それゆえ、詳細な説明は省略する。活性層群１０４の構成について概略的にいえば、第１井戸層１０４ａ１と障壁層１０４ｂとが第１活性層Ａを構成し、第２井戸層１０４ａ２と障壁層１０４ｂとが第２活性層Ｂを構成し、最下層と最上層とは障壁層１０４ｂとなっている。
【００７４】
また、アノード反射電極１０６は、Ａｇ膜にて１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚みに形成されてなるのが好適な一例である。カソード電極１０７は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ多層膜にて、かつ、係る多層膜を構成するＴｉ膜、Ａｌ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜がそれぞれ、５ｎｍ〜２０ｎｍ、５０ｎｍ〜１００ｎｍ、５ｎｍ〜２０ｎｍ、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚みに形成されてなるのが好適な一例である。これらアノード反射電極１０６およびカソード電極１０７は、公知のフォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて形成が可能である。また、それぞれの電極の形成手法に応じて適宜の熱処理等がなされてもよい。
【００７５】
以上のような構成を有する発光素子１１０は、第１の実施の形態に係る発光素子１０と同様、ｎ型導電層１０３とｐ型導電層１０５の間に、井戸層の組成の相異なる第１活性層Ａと第２活性層Ｂと交互に積層した構成を有してなる。それゆえ、発光素子１１０から放出される、第１活性層Ａから発せられる光と第２活性層Ｂから発せられる光との合成光の色度は、通電量によらずに一定に保たれ、かつ、優れた発光効率が実現されるものとなっている。
【００７６】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、外部へと放出される光の色度が通電量によらず一定に保たれるとともに、発光効率の優れた発光素子が、実現される。
【００７７】
＜第３の実施の形態＞
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子２１０の構成を概略的に示す図である。発光素子２１０は、第１の実施の形態に係る発光素子１０と同様、いわゆる横型構造を有し、かつ、発光波長の相異なる複数の光を発する多波長発光素子であるが、活性層群４の構成が第１の実施の形態に係る発光素子１０とは異なっている。
【００７８】
具体的には、図３に示すように、本実施の形態に係る発光素子２１０の活性層は、第１井戸層４ａ１と障壁層４ｂとからなる第１活性層Ａと、第２井戸層４ａ２と障壁層４ｂとからなる第２活性層Ｂと、第３井戸層４ａ３と障壁層４ｂとからなる第３活性層Ｃとをこの順に繰り返し積層した構成を有するものとなっている。すなわち、３つの活性層は周期的に積層されてなり、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるものとなっている。換言すれば、井戸層の組成が同じ活性層が隣り合わないようになっている。あるいは、井戸層だけに着目すれば、活性層群４においては、組成の相異なる第１井戸層４ａ１と第２井戸層４ａ２と第３井戸層４ａ３とがこの順に繰り返し配置されているともいえる。なお、活性層群４の最下層と最上層とはいずれも、障壁層４ｂとされてなる。また、以下においては、第１活性層Ａのことを単にＡと表し、第２活性層Ｂのことを単にＢと表し、第３活性層Ｃのことを単にＣと表すことがある。
【００７９】
このような構成を有する活性層群４全体からは、互いに波長が相異なる、第１井戸層４ａ１から発せられる光と第２井戸層４ａ２から発せられる光と第３井戸層４ａ３から発せられる光とが合成された光が、放出される。
【００８０】
例えば、第１井戸層４ａ１が、Ｉｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．２０≦ｘ１≦０．３０）なる組成の１３族窒化物にて形成されてなり、第２井戸層４ａ２が、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．３４≦ｘ２≦０．４４）なる組成の１３族窒化物にて形成されてなり、第３井戸層４ａ３が、Ｉｎｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０．５１≦ｘ３≦０．６５）なる組成の１３族窒化物にて形成されてなり、障壁層４ｂが、ＧａＮにて形成されてなるのが、活性層群４の好適な一例である。係る場合、第１井戸層４ａ１においては波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の青色光が発光し、第２井戸層４ａ２においては波長が５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の緑色光が発光する。第３井戸層４ａ３においては波長が６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の赤色光が発光する。その結果として、活性層群４全体からは（ひいては発光素子２１０からは）、それら青色光と緑色光と赤色光とが合成された白色光が放出される。
【００８１】
より詳細には、第１井戸層４ａ１、第２井戸層４ａ２、および、第３井戸層４ａ３はそれぞれ、１ｎｍ〜４ｎｍ程度の厚みに形成される。係る要件をみたす場合、通電量の違いによらず色度が一定に保たれた発光素子２１０が、実現される。なお、障壁層４ｂは５ｎｍ〜１５ｎｍ程度の厚みに形成されるのが好適である。
【００８２】
さらには、第１活性層Ａと第２活性層Ｂと第３活性層Ｃとは、第１活性層Ａにおける第１井戸層４ａ１の総厚と第２活性層Ｂにおける第２井戸層４ａ２の総厚と第３活性層Ｃにおける第３井戸層４ａ３の総厚とがいずれも４ｎｍ以上となるように形成される。係る要件をみたす場合、通電量の違いによらず色度が一定に保たれ、かつ、発光効率の優れた発光素子２１０が実現される。また、これらの要件は、第１井戸層４ａ１と第２井戸層４ａ２と第３井戸層４ａ３の厚みが薄い場合でも、積層数を多くすることで発光効率の優れた発光素子２１０を実現出来ることを意味している。
【００８３】
具体的にいえば、本実施の形態に係る発光素子２１０においては、第１活性層Ａと第２活性層Ｂとを第３活性層Ｃとを上述のような要件の下でこの順に積層した場合、ｐ型導電層５の近傍のみならず活性層群４のどの領域においても、第１活性層Ａと第２活性層Ｂと第３活性層Ｃとが併存することとなる。係る場合、発光素子２１０においては、第１活性層Ａでの発光と第２活性層Ｂでの発光と第３活性層Ｃでの発光とが活性層群４において均等に生じる。これにより、発光素子２１０においては、通電量が大きく、キャリアの再結合がｐ型導電層５の近傍で生じやすくなっている場合でも、第１活性層Ａからの発光と第２活性層Ｂからの発光と第３活性層Ｃからの発光との光強度バランスが、通電量が小さい場合と同じに保たれるようになる。すなわち、通電量が小さい場合と同じ色度の発光が得られる。
【００８４】
なお、白色光における青色光、緑色光、赤色光のバランスをより揃えるという観点からは、図３に示した活性層群４の構成に代えて、第１活性層Ａと第２活性層Ｂと第３活性層Ｃとを、ＡＣＢＣＡＣＢＣ・・・のような順序で積層することにより活性層群４を構成するのがより好ましい。これは、青色光と緑色光とに比して赤色光の強度が相対的に弱いという傾向があることを鑑み、第３活性層Ｃの配置頻度を高めることによって赤色光の強度を増やすことで、より３色の混色のバランスが良い白色光が得られるようにしたものである。係る場合も、３つの活性層の積層態様は周期的であり、かつ、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成は相異なるものとなる。
【００８５】
発光素子２１０の作製は、活性層群４の形成にあたって、それぞれに所望の発光波長に応じた組成を有する１３族窒化物からなる第１井戸層４ａ１、第２井戸層４ａ２、第３井戸層４ａの形成と、ＧａＮからなる障壁層４ｂの形成とを、障壁層４ｂ、第１井戸層４ａ１、障壁層４ｂ、第２井戸層４ａ２、障壁層４ｂ、第３井戸層４ａ３、障壁層４ｂ・・（中略）・・第３井戸層４ａ３、障壁層４ｂの順で繰り返すことにより行う他は、第１の実施の形態に係る発光素子１０と同様の手順および条件で行うことで可能である。
【００８６】
なお、第１井戸層４ａ１、第２井戸層４ａ２、および、第３井戸層４ａ３の総厚の上限には特段の制限はないが、実際上は、光出力の飽和や活性層の抵抗値増大や活性層の形成時間増大などの観点から、それらの上限は４０ｎｍ程度とされるのが好ましい。
【００８７】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、発光波長の異なる３種類の活性層を設ける場合にも、第１の実施の形態と同様、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるように活性層を周期的に積層すること、および、それぞれの井戸層の厚みをそれぞれ４ｎｍ以下とすることで、外部へと放出される光の色度が通電量によらず一定に保たれ、かつ、発光効率が優れた発光素子が、実現される。
【００８８】
特に、各活性層における井戸層の総厚を４ｎｍ以上とすることで、通電量が変化しても色度が保たれ、かつ、発光効率が優れた発光素子が実現される。
【実施例】
【００８９】
（実施例１）
本実施例では、活性層群４が第１活性層Ａと第２活性層Ｂとからなる点では共通するものの、それぞれに備わる井戸層の厚みや、積層の繰り返しパターンは相異なる、全１８種類の発光素子（試料１〜試料１８）を作製し、通電量による色度の変化と、発光効率の評価とを行った。
【００９０】
いずれの試料の作製においても、基板１となる母基板として直径が２インチで厚みが４３０μｍのサファイア基板を用意し、ＭＯＣＶＤ法によって、下地層２、ｎ型導電層３、活性層群４、ｐ型導電層５となる１３族窒化物の結晶層を順次にエピタキシャル形成した。
【００９１】
具体的には、まず、サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内のサセプタに載置したうえで、該サファイア基板を昇温加熱し、基板温度を５３０℃として、下地層２となるＧａＮ層（ＧａＮ低温バッファ層）を４０ｎｍの厚みに形成した。次に、基板温度を１０５０℃として、Ｓｉ原子濃度が５×１０１８/ｃｍ３になるようにＳｉをドープしつつＧａＮ層を成長させることにより、ｎ型導電層３となるｎ−ＧａＮ層を３μｍの厚みに形成した。
【００９２】
続いて、基板温度を７５０℃として、活性層群４を構成する複数の１３族窒化物層を形成した。係る場合においては、第１井戸層４ａ１となる結晶層を青色光を発光するＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎにて形成し、第２井戸層４ａ２となる結晶層を緑色光を発光するＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎにて形成し、障壁層４ｂとなる結晶層をＧａＮにて形成する点、障壁層４ｂとなるＧａＮ層の厚みを１０ｎｍとする点、および、最下層と最上層とを障壁層４ｂとする点については全ての試料において共通とした。
【００９３】
その一方で、試料１〜試料８については、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みは試料３を除いて２ｎｍと一定としつつ、第１活性層Ａと第２活性層Ｂとを交互に積層する際の繰り返し回数をそれぞれに違えた。
【００９４】
具体的には、試料１では、第１活性層Ａと第２活性層Ｂとをこの順に１回ずつ形成した。なお、以降、第１活性層Ａと第２活性層Ｂとが交互にかつペアで積層されるという構成については、活性層群４における第１活性層Ａと第２活性層Ｂの形成パターン（繰り返しパターン）を、当該ペアの個数ｋ（ｋは自然数）を用いてＡＢ×ｋと表すことや、単にｋの値のみを用いて区別することがある。試料１は、ｋ＝１であるＡＢ×１の場合に相当する。
【００９５】
また、試料２および試料３では、第１活性層Ａのみ２回形成するＡＢＡなる構成とした。なお、試料２と試料３の相違は、第１活性層Ａに備わる第１井戸層４ａ１の厚みを、前者は１ｎｍとし、後者は２ｎｍとしたという点である。
【００９６】
さらに、試料４〜８は、それぞれ、ｋ＝２、４、６、１０、１４となるようにパターンを形成した。第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みは全て２ｎｍと一定とした。
【００９７】
試料９については、Ａのみを４回積層した後、Ｂのみを４回積層する、ＡＡＡＡＢＢＢＢなる構成にて、活性層群４を形成した。
【００９８】
また、試料１０〜１４については、ｋ＝４とする一方で、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みをそれぞれ、０．５ｎｍ、１ｎｍ、４ｎｍ、６ｎｍ、８ｎｍとした。
【００９９】
さらに、試料１５〜１８については、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みと、ＡＢのペアの個数ｋの値とを違えつつも、活性層群４に存在する第１井戸層４ａ１の総厚と第２井戸層４ａ２の総厚がともに８ｎｍで一定となるようにした。具体的には、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みを試料１４から順に０．５ｎｍ、１ｎｍ、４ｎｍ、８ｎｍとする一方、ペアの個数ｋの値については順に１６、８、２、１とした。
【０１００】
以上のような態様での活性層群４となる複数の１３族窒化物層群の積層形成に続いて、基板温度を９５０℃として、Ｍｇ原子濃度が１×１０１９/ｃｍ３になるようにＭｇをドープしつつＧａＮ層を成長させることにより、ｐ型導電層５となるｐ−ＧａＮ層を２００ｎｍの厚みに形成した。
【０１０１】
その後、得られた積層構造体をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ｐ−ＧａＮ層のＭｇイオンの活性化処理として、窒素雰囲気中で８００℃の熱処理を１０分間行った。
【０１０２】
次に、フォトリソグラフィープロセスとＲＩＥ法とを用い、ｎ型導電層３となるｎ−ＧａＮについて、カソード電極７の形成部分を露出した。
【０１０３】
続いて、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、ｎ−ＧａＮ層の露出部分に、カソード電極７となるＴｉ/Ａｌ/Ｎｉ/Ａu多層膜をパターニングした。それぞれの金属膜の厚みは順に１５ｎｍ、７０ｎｍ、１２ｎｍ、６０ｎｍとした。その後、カソード電極７のオーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中での７００℃の熱処理を３０秒間行った。
【０１０４】
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、ｐ型導電層５となるｐ−ＧａＮ層の上に、透光性のアノード電極層６ａとしてＮｉ/Ａｕ積層膜をパターニングした。それぞれの金属膜の厚みは順に６ｎｍ、１２ｎｍとした。その後、アノード電極層６ａのオーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中で５００℃の熱処理を３０秒間行った。
【０１０５】
続いて、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、アノード電極層６ａの上面の一部領域に、アノード電極パッド６ｂとなるＮｉ/Ａｕ積層膜をパターニングした。それぞれの金属膜の厚みは順に５ｎｍ、６０ｎｍとした。
【０１０６】
最後に、積層構造体を切断してチップ化した。以上により、発光素子１０が得られた。
【０１０７】
得られた試料１〜１８の発光素子について、アノード電極パッド６ｂとカソード電極パッド７との間に通電し、素子から外部に放出される光の色度（ｘｙ色度座標系における座標値）を測定した。通電量は１０ｍＡと１００ｍＡの２水準とした。それぞれの通電量での色度座標（ｘ、ｙ）を（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）と表すこととする。なお、試料９のみ、さらに５０ｍＡの場合についても測定を行った。色度は色彩照度計により測定した。また、色度測定により得られた２つ色度座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）の値から、両座標間の距離ｄ＝｛（ｘ２−ｘ１）２＋（ｙ２−ｙ１）２｝１／２を算出し、これを通電量が１０ｍＡから１００ｍＡに変化したときの色度変化の量とした。
【０１０８】
さらには、１００ｍＡ通電時の発光効率について測定を行った。発光効率は、フォトダイオードで測定した光出力を消費電力で割ることで算出した。
【０１０９】
各試料についての、井戸層の厚みと、第１活性層Ａと第２活性層Ｂとの繰り返しパターンと、各活性層についての井戸層の総厚と、色度座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）と、色度変化ｄと、１００ｍＡ通電時の発光効率とを、表１に示す。なお、発光効率は、試料１の値を１．００として規格化して示している。
【０１１０】
【表１】
2015192139.tif 000003
【０１１１】
まず、通電量の違いによる色度の変化についてみると、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みと第１活性層Ａと第２活性層Ｂの積層数が同じ（それゆえ第１井戸層４ａ１の総厚と第２井戸層４ａ２の総厚がともに同じ）で、第１活性層Ａと第２活性層Ｂの積層順序が異なる試料５と試料９とを対比すると、発光効率ほぼ同程度であるものの、試料５では色度変化がなかったのに対して、試料９では大きな色度の変化が生じた。図４は、係る試料９の色度座標の変化をｘｙ色度座標系において表す図である。図５は、試料９の発光強度プロファイルを、最大値をピークとして規格化した図である。
【０１１２】
図４に示すように、試料９については、通電量を大きくすると、緑色の色味がより強くなるような色度の変化が生じた。
【０１１３】
また、図５に示すように、試料９の発光強度プロファイルは、通電量が１０ｍＡの時には波長４６５ｎｍ付近のピークと波長５２０ｎｍ付近のピークとが同程度の強度を示していたのに対して、通電量が５０ｍＡ、１００ｍＡと大きくなるにつれて、前者のピークが相対的に低下していた。前者のピークは、第１活性層Ａからの発光に対応するものであることから、表１および図４に示す色度座標の変化をも併せ考えると、試料９の結果は、第１活性層Ａを第２活性層Ｂよりもｐ型導電層５から遠い位置に設けることによって活性層群４を構成した場合には、通電量が大きくなるにつれ、ｐ型導電層５から近い位置での発光が相対的に支配的となる、ということを意味している。
【０１１４】
試料５では試料９とは異なり色度座標の変化が生じなかったのは、それぞれが含む井戸層の組成が異なる第１活性層Ａと第２活性層Ｂとを交互に積層したことで、ｐ型導電層５の近傍にも第１活性層Ａが配置されたことの効果であるといえる。
【０１１５】
また、第１活性層Ａと第２活性層Ｂとを交互に積層する点で共通するものの第１活性層Ａと第２活性層Ｂの積層数が異なる試料１〜試料８についてみると、いずれの試料においても通電量の違いによる色度変化は生じなかった。このことは、試料５のみならず、試料１〜試料８の全てにおいて、ｐ型導電層５の近傍にも第１活性層Ａが配置されたことの効果が現れているものと解される。
【０１１６】
また、ｋの値をいずれも４とする一方で第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みを違えた試料５と試料１０〜試料１４とを対比すると、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みが４ｎｍ以下である試料５および試料１０〜試料１２では、通電量の違いによる色度の変化は生じなかった。一方で、厚みが６ｎｍ以上の試料１３および試料１４では色度が変化した。係る場合において、これら試料１３および試料１４における、通電量を大きくしたことによる色度の変化の傾向（ｘｙ色度座標系における色度変化の傾向）は、試料９の場合と概ね同様であった。
【０１１７】
さらには、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みと、ＡＢのペアの個数ｋの値とを違えつつも第１井戸層４ａ１の総厚と第２井戸層４ａ２の総厚とを８ｎｍとした試料５と試料１５〜試料１８とを対比すると、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みが４ｎｍ以下である試料５および試料１５〜試料１７では、通電量の違いによる色度の変化は生じなかったが、厚みが８ｎｍの試料１８では色度が変化した。
【０１１８】
以上の結果からは、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みが４ｎｍ以下の試料においてのみ、通電量によらず色度が一定に保たれることが確認された。
【０１１９】
なお、試料１３、試料１４、および試料１８において色度変化が生じたのは、ｐ型導電層５に最も近い第２井戸層４ａ２の厚みが大きい場合、１００ｍＡ通電時には当該層での発光再結合が支配的になり、第１活性層Ａからの発光に比べて第２活性層Ｂからの発光が相対的に強くなったためであると考えられる。
【０１２０】
次に、発光効率についてみると、井戸層の厚みを全て２ｎｍとした試料１および試料３〜試料８の間では違いが生じた。具体的には、第１活性層Ａと第２活性層Ｂのペアの個数ｋが１である試料１の発光効率が最も低く、ｋを２以上とすることにより第１井戸層４ａ１の総厚と第２井戸層４ａ２の総厚をそれぞれ４ｎｍ以上とした試料４〜試料８においては、試料１の２倍以上の高い発光効率が実現された。このような高い発光効率の実現は、多重量子井戸構造を採用した効果であると解される。特に、ｋが４〜６の時には、試料１の３倍以上の高い発光効率が実現された。
【０１２１】
なお、ｋの値が４より大きくなると発光効率が低下する傾向があるが、これは、第１活性層Ａと第２活性層Ｂの積層数を増やして発光再結合の領域を増やした効果が飽和するとともに、活性層群４の総厚が大きくなることで抵抗成分が増加したことが原因であると考えられる。
【０１２２】
また、ｋの値が同じで第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みを違えた試料５と試料１０〜試料１４の発光効率は、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の総厚が２ｎｍである試料１０を除いて試料１の約２倍あるいはそれ以上となった。さらには、井戸層の厚みと、ＡＢのペアの個数ｋの値とを違えつつも各活性層の井戸層の総厚を同じ８ｎｍとした試料５と試料１５〜試料１８との発光効率は全て、試料１の２倍よりも大きかった。
【０１２３】
ただし、値が最大となったのは、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みが２ｎｍである試料５であった。これは、第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２の厚みが大きいほどそれぞれの総厚が増えて発光再結合の領域を増えるので発光効率が大きくなるという傾向がある一方で、当該厚みが大きくなりすぎると、ＩｎＧａＮからなる第１井戸層４ａ１および第２井戸層４ａ２とＧａＮからなる障壁層４ｂとの格子不整合による結晶性の低下が顕著となってしまうことが理由であると考えられる。このことは、キャリアの閉じ込めに最適な膜厚が２ｎｍであったということを指し示している。
【０１２４】
以上の試料１〜試料１８の結果は、それぞれが井戸層と障壁層とで構成される複数の活性層が、２以上の井戸層と２以上の障壁層とが交互に配置されるように積層されることで、多重量子井戸構造を構成してなる発光素子において、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるように活性層を周期的に積層するという要件、および、それぞれの井戸層の厚みをそれぞれ４ｎｍ以下とするという要件がみたされる場合に、通電量が変化しても色度が保たれる発光素子が得られることを示すとともに、さらに各活性層における井戸層の総厚を４ｎｍ以上とするという要件がみたされる場合には、通電量が変化しても色度が保たれ、かつ、発光効率が優れた発光素子が得られることを示している。
【０１２５】
（実施例２）
本実施例では、第２の実施の形態に係る縦型構造の発光素子１１０を作製した。
【０１２６】
具体的には、基板１０１として直径が２インチで厚みが４００μｍのＧａＮ自立基板を用意し、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型導電層１０３と、活性層群１０４と、ｐ型導電層１０５とを、実施例１の試料５と同じ条件で作製した。
【０１２７】
さらに、基板１０１の反対面側（ＭＯＣＶＤ法による結晶成長を行っていない側の面）に、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、カソード電極１０７となるＴｉ/Ａｌ/Ｎｉ/Ａu多層膜を櫛歯状にパターニングした。それぞれの金属膜の厚みは順に１５ｎｍ、７０ｎｍ、１２ｎｍ、６０ｎｍとした。その後、カソード電極７のオーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中での７００℃の熱処理を３０秒間行った。
【０１２８】
さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、ｐ型導電層５となるｐ−ＧａＮ層の上に、アノード反射電極１０６としてのＡｇ電極を２００ｎｍの厚みに形成した。
【０１２９】
最後に、得られた積層構造体を切断してチップ化した。以上により、発光素子１１０が得られた。
【０１３０】
得られた発光素子１１０について、実施例１と同様に、色度を測定した。その結果、１０ｍＡ通電時の色度座標（ｘ１，ｙ１）と１００ｍＡ通電時の色度座標（ｘ２，ｙ２）はいずれも、（０．１４，０．３４）であった。当然ながら、色度変化ｄの値は０であった。すなわち、発光素子１０１においては、通電量を違えても色度に変化は生じなかった。
【０１３１】
また、１００ｍＡ通電時の発光効率についても実施例１と同様に測定した。その結果は、試料１の値を１．００として規格化した値で３．７６となった。すなわち、実施例１のいずれの試料よりも高い発光効率が得られた。これは、ＧａＮ自立基板を用いた実施例２の発光素子では、サファイア基板というｎ型導電層、活性層、および、ｐ型導電層とは組成および構造の異なる異種基板を用いて構成した発光素子に比して格子欠陥が低減されるからであると考えられる。
【０１３２】
（実施例３）
本実施例では、活性層群４が第１活性層Ａと第２活性層Ｂと第３活性層Ｃとからなる点では共通するものの、それぞれに備わる井戸層の厚みや、積層の繰り返しパターンは相異なる、全４種類の発光素子（試料１９〜試料２２）を作製し、通電量による色度の変化と、発光効率の評価とを行った。活性層群４以外の構成要素については、実施例１と同様の手順にて形成した。
【０１３３】
活性層群４の形成は、実施例１と同様、ｎ型導電層３となるｎ−ＧａＮ層の形成に続いて、基板温度を７５０℃として、活性層群４を構成する複数の１３族窒化物層を形成することにより行ったが、係る場合においては、第１井戸層４ａ１となる結晶層を青色光を発光するＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎにて形成し、第２井戸層４ａ２となる結晶層を緑色光を発光するＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎにて形成し、第３井戸層４ａ３となる結晶層を赤色光を発光するＩｎ０．５５Ｇａ０．４５Ｎにて形成し、障壁層４ｂとなる結晶層をＧａＮにて形成する点、全ての井戸層の厚みを２ｎｍとする点、障壁層４ｂとなるＧａＮ層の厚みを１０ｎｍとする点、および、最下層と最上層とを障壁層４ｂとする点については全ての試料において共通とした。
【０１３４】
その一方で、試料１９については、第１活性層Ａと第２活性層Ｂと第３活性層Ｃとをこの順に１回ずつのみ形成した。試料２０については、係る順序での第１活性層Ａと第２活性層Ｂと第３活性層Ｃの形成を３回繰り返した。
【０１３５】
試料２１については、Ａのみを３回積層した後、Ｂのみを３回積層し、さらにＣのみを３回積層する、ＡＡＡＢＢＢＣＣＣなる構成にて、活性層群４を形成した。
【０１３６】
最後に、試料２２については、ＡＣＢＣＡＣＢＣＡＣＢＣなる構成にて活性層群４を形成した。
【０１３７】
得られた試料１９〜２２の発光素子について、実施例１と同様に、色度と発光効率とを測定した。
【０１３８】
各試料についての、第１活性層Ａと第２活性層Ｂと第３活性層Ｃとの繰り返しパターンと、各活性層についての井戸層の総厚と、色度座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）と、色度変化ｄと、１００ｍＡ通電時の発光効率とを、表２に示す。なお、発光効率は、試料１９の値を１．００として規格化して示している。
【０１３９】
【表２】
2015192139.tif 000004
【０１４０】
表２に示すように、試料２０および試料２２においては、通電量の違いによる色度の変化が生じず、かつ、試料１９の２倍以上という高い発光効率が実現された。これに対して、試料９と同様に同一の活性層を連続して積層した試料２１については、高い発光効率は同様に得られたものの、通電量によって色度が変化した。
【０１４１】
試料２０および試料２２はともに、隣り合う活性層に存在する井戸層の組成が相異なるように活性層を周期的に積層すること、および、それぞれの井戸層の厚みをそれぞれ４ｎｍ以下とする一方で、各活性層における井戸層の総厚を４ｎｍ以上とすることという要件をみたしている。このことは、発光波長の異なる３種類の活性層を設ける場合にも、これらの要件をみたすようにすることで、通電量が変化しても色度が保たれ、かつ、発光効率が優れた発光素子が得られることを指し示している。
【０１４２】
なお、試料２０と試料２２の色度座標を比較すると、試料２２の色度座標の方が、白色を表す図４の点Ｅに近かった。このことは、試料２２の方が、青色、緑色、および、赤色がよりバランスした白色発光が得られていることを意味している。
【符号の説明】
【０１４３】
１、１０１  基板
２  下地層
３、１０３  ｎ型導電層
４、１０４  活性層群
４ａ１、１０４ａ１  第１井戸層
４ａ２、１０４ａ２  第２井戸層
４ａ３  第３井戸層
４ｂ、１０４ｂ  障壁層
５、１０５  ｐ型導電層
６  アノード電極部
６ａ  アノード電極層
６ｂ  アノード電極パッド
７、１０７  カソード電極
１０、１１０、２１０  発光素子
１０６  アノード反射電極
Ａ  第１活性層
Ｂ  第２活性層
Ｃ  第３活性層  
【図１】
2015192139.tif 000005
【図２】
2015192139.tif 000006
【図３】
2015192139.tif 000007
【図５】
2015192139.tif 000008
【図４】
2015192139.tif 000009