(57)【要約】【課題】  基体の表面に熱特性が異なる領域を部分的に形成することによって窒化ガリウム系化合物半導体に含まれるＩｎの含有量を制御して、１つの発光素子で複数の波長の光を発することができる発光素子、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  発光素子は、基体８と、基体８の表面に部分的に形成された二硼化物層領域１１と、二硼化物層領域１１上に形成された第１の波長の光を発する第１の発光層１４を含む第１の半導体層１２と、基体８の表面の二硼化物層領域１１以外の部位に形成された第２の波長の光を発する第２の発光層１８を含む第２の半導体層１６とを備えており、第１及び第２の半導体層１２，１６はそれぞれ、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層１４，１８と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９とが順次積層されている。【選択図】  図１
2009010221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、前記基体の表面に部分的に形成された、化学式ＸＢ2（ただし、ＸはＴｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｈｆ及びＺｒのうち少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物層領域と、前記二硼化物層領域上に形成された第１の波長の光を発する第１の発光層を含む第１の半導体層と、前記基体の表面の前記二硼化物層領域以外の部位に形成された第２の波長の光を発する第２の発光層を含む第２の半導体層とを備えており、前記第１及び第２の半導体層はそれぞれ、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層とが順次積層されていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記基体は、サファイア，ＳｉＣまたはＧａＮから成る基板であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記基体は、前記基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
基体の表面に化学式ＸＢ2（ただし、ＸはＴｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｈｆ及びＺｒのうち少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物層領域を部分的に形成する工程と、次に前記基体の前記二硼化物層領域を含む表面に、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層する工程とを具備することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項５】
一主面に凹凸構造が形成された基体と、前記基体の他方主面の前記凹凸構造の凸部に重なる部位に第１の波長の光を発する第１の発光層を含む第１の半導体層が形成され、前記基体の他方主面の前記凹凸構造の凹部に重なる部位に第２の波長の光を発する第２の発光層を含む第２の半導体層が形成されており、前記第１及び第２の半導体層はそれぞれ、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層とが順次積層されていることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
前記基体は、サファイア，ＳｉＣまたはＧａＮから成る基板であることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項７】
前記基体は、前記基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることを特徴とする請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
基体の一主面に凹凸構造を形成する工程と、次に前記基体の他方主面に、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層することによって、前記基体の他方主面の前記凹凸構造の凸部に重なる部位に第１の波長の光を発する第１の発光層を含む第１の半導体層を形成するとともに、前記基体の他方主面の前記凹凸構造の凹部に重なる部位に第２の波長の光を発する第２の発光層を含む第２の半導体層を形成する工程とを具備することを特徴とする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、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体は、ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮと、ＡｌＧａＮ，ＧａＩｎＮ，ＡｌＧａＩｎＮ等との混晶を形成することができる。このような混晶は、その組成を選択することによりバンドギャップを変化させることができ、可視光領域から紫外光領域までの発光が可能であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子の材料として検討されており、また一部実用化が成されている。また、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transisitor）等の電子素子の半導体材料としても検討されており、高出力高周波素子として期待されており、開発が進められている。
【０００３】
一般に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子は、図３に示すように、例えばサファイアから成る基板１上に、バッファ層２、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層４及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層５を積層した半導体層が積層されている。この半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の上面の一部が露出されてその露出部にｎ型電極６形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層５上にｐ型電極７が形成されており、発光層４から単一波長の光を発する。
【０００４】
近年、例えば記録密度の異なるＣＤとＤＶＤの両方の再生を行うための光源としてのＬＤや、演色性の優れた白色ＬＥＤの作製を目的として、異なる波長の光を発する発光層を複数有する発光素子や発光装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【特許文献１】特開２００１−２３０５０２号公報
【特許文献２】特開２００２−０４３６２４号公報
【特許文献３】特開２００２−１７６１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている、発光波長の異なる複数の発光素子が接着層により接合されて積層されている発光素子においては、発光素子同士の接合プロセスにおけるダメージが懸念され、製造コストも大きくなるという問題点があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示されている、複数の発光層に対して共通の電極を設ける発光素子においては、各発光素子の輝度を調整することができないため、１つの発光素子からはある特定の色の光しか発することができないという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献３に開示されている、単一の発光層から複数の波長の光を発する発光素子においては、複数の発光層に共通の電極を設けているため、各発光素子の輝度を調整することができず、１つの発光素子からはある特定の色の光しか発することができない。また、２つの異なる波長の光を発する発光層が同じ面積であるため、短波長光を発する発光層からの発光は長波長光を発する発光層で吸収されるという問題点があった。
【０００８】
従って、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、基体の表面に熱特性が異なる領域を部分的に形成することによって窒化ガリウム系化合物半導体に含まれるＩｎの含有量を制御して、１つの発光素子で複数の波長の光を発することができる窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発光素子は、基体と、前記基体の表面に部分的に形成された、化学式ＸＢ2（ただし、ＸはＴｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｈｆ及びＺｒのうち少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物層領域と、前記二硼化物層領域上に形成された第１の波長の光を発する第１の発光層を含む第１の半導体層と、前記基体の表面の前記二硼化物層領域以外の部位に形成された第２の波長の光を発する第２の発光層を含む第２の半導体層とを備えており、前記第１及び第２の半導体層はそれぞれ、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層とが順次積層されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の発光素子は好ましくは、前記基体は、サファイア，ＳｉＣまたはＧａＮから成る基板であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の発光素子は好ましくは、前記基体は、前記基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の発光素子の製造方法は、基体の表面に化学式ＸＢ2（ただし、ＸはＴｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｈｆ及びＺｒのうち少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物層領域を部分的に形成する工程と、次に前記基体の前記二硼化物層領域を含む表面に、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層する工程とを具備することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の発光素子は、一主面に凹凸構造が形成された基体と、前記基体の他方主面の前記凹凸構造の凸部に重なる部位に第１の波長の光を発する第１の発光層を含む第１の半導体層が形成され、前記基体の他方主面の前記凹凸構造の凹部に重なる部位に第２の波長の光を発する第２の発光層を含む第２の半導体層が形成されており、前記第１及び第２の半導体層はそれぞれ、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層とが順次積層されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の発光素子は好ましくは、前記基体は、サファイア，ＳｉＣまたはＧａＮから成る基板であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の発光素子は好ましくは、前記基体は、前記基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の発光素子の製造方法は、基体の一主面に凹凸構造を形成する工程と、次に前記基体の他方主面に、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層することによって、前記基体の他方主面の前記凹凸構造の凸部に重なる部位に第１の波長の光を発する第１の発光層を含む第１の半導体層を形成するとともに、前記基体の他方主面の前記凹凸構造の凹部に重なる部位に第２の波長の光を発する第２の発光層を含む第２の半導体層を形成する工程とを具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の発光素子は、基体と、基体の表面に部分的に形成された、化学式ＸＢ2（ただし、ＸはＴｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｈｆ及びＺｒのうち少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物層領域と、その二硼化物層領域上に形成された第１の波長の光を発する第１の発光層を含む第１の半導体層と、基体の表面の前記二硼化物層領域以外の部位に形成された第２の波長の光を発する第２の発光層を含む第２の半導体層とを備えており、第１及び第２の半導体層はそれぞれ、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層とが順次積層されていることにより、二硼化物層領域とそれ以外の部位とに、互いに異なる窒化ガリウム系化合物半導体の成長温度を設定することができ、その結果、複数の発光層におけるＩｎ組成量が異なることとなり、複数の波長の光を発することができるものとなる。
【００１８】
また、従来のように、発光波長の異なる複数の発光素子が接着層により接合されて積層されている発光素子と比較すると、発光素子同士の接合プロセス時のダメージによる発光強度の低下などの特性劣化をなくすことができる。
【００１９】
また、第１の半導体層と第２の半導体層の界面で発光素子を分離すれば、互いに電気的に独立に制御可能に入出力電極を設けることができ、従来のように複数の発光層に対して共通の電極を設ける発光素子と比較して、各発光素子は互いに電気的に独立して制御することができ、それぞれの輝度を自由に調整できるものとなる。
【００２０】
なお、二硼化物層領域は、基体と熱特性が異なる領域であり、基体と熱伝導性、熱放射性、熱容量等が異なる領域である。
【００２１】
また、基体の表面に部分的に二硼化物層領域を形成することにより、基体と熱特性が異なるとともに窒化ガリウム系化合物半導体と格子整合性が良好な二硼化物層領域の挿入によって、高い結晶品質を有する窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることができる。即ち、基体上と二硼化物層上とで窒化ガリウム系化合物半導体の成長温度に差をつけることができ、それにより複数の発光層におけるＩｎ組成量に差が生じることによって、複数波長の光を発する発光素子を作製できる。従って、従来と比較して比較的容易に複数波長の光を発する発光素子を作製できる。
【００２２】
また、本発明の発光素子は好ましくは、基体は、サファイア，ＳｉＣまたはＧａＮから成る基板であることから、１つの基板上に同一成長ロットで発光波長の異なる複数の発光素子が作製できる。従って、従来のように異なる基板上に異なる成長ロットで作製した発光素子を接合して積層する発光素子と比較して、発光素子同士の接合プロセス時のダメージによる発光強度の低下などの特性劣化をなくすことができる。
【００２３】
また、本発明の発光素子は好ましくは、基体は、基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることから、上記と同様に、１つの基板上に同一成長ロットで発光波長の異なる複数の発光素子が作製できる。
【００２４】
また、本発明の発光素子の製造方法は、基体の表面に化学式ＸＢ2（ただし、ＸはＴｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｈｆ及びＺｒのうち少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物層領域を部分的に形成する工程と、次に基体の前記二硼化物層領域を含む表面に、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層する工程とを具備することにより、基体と熱特性が異なる層上の発光層からは、基体と熱特性が異なる層上にはない発光層とは発光波長の異なる光が発せられる。従って、従来のように発光素子同士を接合して異なる波長の光を発する発光素子を作製する場合と比較して、接合プロセスにおいて受けるダメージがなく、製造コストも小さい窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光素子を作製できる。
【００２５】
また、本発明の発光素子は、一主面に凹凸構造が形成された基体と、基体の他方主面の凹凸構造の凸部に重なる部位に第１の波長の光を発する第１の発光層を含む第１の半導体層が形成され、基体の他方主面の凹凸構造の凹部に重なる部位に第２の波長の光を発する第２の発光層を含む第２の半導体層が形成されており、第１及び第２の半導体層はそれぞれ、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層とが順次積層されていることにより、基体の一主面に形成された凹凸構造によって基体の他主面に温度分布を形成して、窒化ガリウム系化合物半導体の成長温度に分布をつけることができる。それにより、複数の発光層におけるＩｎ組成量に差が生じ、複数の波長の光を発する発光素子を得ることができる。
【００２６】
また、従来のように発光波長の異なる複数の発光素子が接着層により接合されて積層されている発光素子と比較すると、発光素子同士の接合プロセス時のダメージによる発光強度の低下などの特性劣化をなくすことができる。
【００２７】
また、第１の半導体層と第２の半導体層の界面で発光素子を分離すれば、互いに電気的に独立に制御可能に入出力電極が設けることができるために、従来のように複数の発光層に対して共通の電極を設ける発光素子と比較して、各発光素子は互いに電気的に独立して制御することができ、それぞれ輝度を自由に調整できるものとなる。
【００２８】
また、本発明の発光素子の製造方法は、基体の一主面に凹凸構造を形成する工程と、次に基体の他方主面に、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層することによって、基体の他方主面の凹凸構造の凸部に重なる部位に第１の波長の光を発する第１の発光層を含む第１の半導体層を形成するとともに、基体の他方主面の凹凸構造の凹部に重なる部位に第２の波長の光を発する第２の発光層を含む第２の半導体層を形成する工程とを具備することにより、基体の一主面に形成された凹凸構造によって基体の他主面に温度分布を形成して、窒化ガリウム系化合物半導体の成長温度に分布をつけることができる。その結果、基体の他方主面の凹凸構造の凸部に重なる部位に形成された第１の発光層と、基体の他方主面の凹凸構造の凹部に重なる部位に形成された第２の発光層とで、互いに発光波長の異なる光が発せられる。従って、従来のように発光素子同士を接合して異なる波長の光を発する発光素子を作製する場合と比較して、接合プロセスにおけるダメージのなく、製造コストも小さい発光素子を作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の発光素子及びその製造方法について詳細に説明する。
【００３０】
なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更、改良等を施すことは何ら差し支えない。
【００３１】
図１は本発明の発光素子について実施の形態の一例を示す模式的な縦断面図である。図１に示すように、本発明の発光素子は、基体８と、基体８の表面に部分的に形成された、基体８と熱特性が異なる二硼化物層領域１１と、二硼化物層領域１１上に形成された第１の波長の光を発する第１の発光層１４を含む第１の半導体層１２と、基体８の表面の二硼化物層領域１１以外の部位に形成された第２の波長の光を発する第２の発光層１８を含む第２の半導体層１６とを備えており、第１及び第２の半導体層１２，１６はそれぞれ、第１導電型（例えばｎ型）窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層１４，１８と、第２導電型（例えばｐ型）窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９とが順次積層されている構成である。
【００３２】
第１導電型（例えばｎ型）窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７、第２導電型（例えばｐ型）窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９は、それぞれＳｉ，ＭｇをドープしたＧａＮ層やＡｌＧａＮ層から成る。
【００３３】
また、発光層１４，１８は禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層とから成る量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された多層量子井戸構造（ＭＱＷ：Mulutiple Quantum Well）としてもよい。
【００３４】
本発明の発光素子の基体８を成す基板９は、好ましくは、サファイア，炭化珪素（ＳｉＣ），窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），二硼化ジルコニウム（ＺｒＢ2），シリコン（Ｓｉ），スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4），酸化亜鉛（ＺｎＯ），燐化ガリウム，燐化ガリウム（ＧａＰ），砒化ガリウム（ＧａＡｓ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化マンガン（ＭｎＯ2）またはイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）から成り、より好ましくはサファイア，ＳｉＣまたはＧａＮから成る。
【００３５】
基体８は、基板９の表面に窒化ガリウム系化合物半導体層１０が形成されていることが好ましい。基板９の表面に形成された窒化ガリウム系化合物半導体層１０は、例えば、ＧａＮ，ＡｌＮ，これらの混晶であるＡｌＧａＮ等から成るバッファ層（図示せず）を介して、例えば、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮから成る層を数μｍ程度（例えば１〜５μｍ）の厚さで形成したものである。
【００３６】
基体８と熱特性が異なる二硼化物層領域１１は、化学式ＸＢ2（ただし、ＸはＴｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｈｆ及びＺｒのうち少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物層から成る。この場合、窒化ガリウム系化合物半導体との格子整合性及び熱膨張係数の整合性の点で優れていることを考慮すると、二硼化物層はＺｒＢ2単結晶からなるものがより好ましい。また、ＺｒＢ2単結晶において、Ｚｒの一部がＴｉに置換されているものであってもよい。また、ＺｒＢ2単結晶において、その結晶性また格子定数大きく変化しない程度に不純物としてＴｉ，Ｈｆ，Ｍｇ，Ａｌ等を含んでいても構わない。ＺｒＢ2単結晶は、窒化ガリウム系化合物半導体との格子整合性及び熱膨張係数の整合性の点で優れていることから、ＺｒＢ2単結晶から成る二硼化物層上に結晶性に優れた高品質の窒化ガリウム系化合物半導体を形成することができる。
【００３７】
本発明の発光素子の製造方法は、基体８の表面に基体８と熱特性が異なる二硼化物層領域１１を部分的に形成する工程と、次に基体８の二硼化物層領域１１を含む表面に、第１導電型（例えばｎ型）窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層１４，１８と、第２導電型（例えばｐ型）窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９を順次積層する工程とを具備する構成である。
【００３８】
このように基体８の表面に部分的に基体８と熱特性が異なる二硼化物層領域１１を形成することにより、異なる２波長の光を発する発光素子を製造することができる。すなわち、基体８の表面において、二硼化物層領域１１とそれ以外の部位とに熱分布が生じるため、発光層１４，１８中に含まれるＩｎ組成量に違いが生じる。その結果、発光層１４，１８で発する光の波長がそれぞれ異なるものとなる。例えば、二硼化物層領域１１にＺｒＢ2層を用いた場合、発光層１４からは短波長の光が、発光層１８からは長波長の光が発せられる。
【００３９】
また、図２に示すように、本発明の発光素子は、一主面（図２では下面）に凹凸構造が形成された基体８と、基体８の他方主面（図２では上面）の凹凸構造の凸部２２に重なる部位に第１の波長の光を発する第１の発光層１４を含む第１の半導体層１２が形成され、基体８の他方主面の凹凸構造の凹部２３に重なる部位に第２の波長の光を発する第２の発光層１８を含む第２の半導体層１６が形成されており、第１及び第２の半導体層１２，１６はそれぞれ、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層１４，１８と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９とが順次積層されている構成である。このように凹凸構造を形成することによっても異なる２波長の光を発する発光素子を得ることができる。
【００４０】
凹凸構造は、凹部と凸部との高低差（厚みの差）が特に規定されるものではないが、凹部と凸部との間に熱特性（放熱性、熱伝導性、熱容量等）に差をつけることを考えると、１００μｍ程度以上あるのが良い。
【００４１】
また、凹凸構造における凹部と凸部の大きさ及び形状は、１つの発光素子分の大きさがあれば良いので、平面視で３００μｍ×３００μｍ以上の四角形等であればよい。四角形に限らず、例えば直径３００μｍ程度の円形等であってもよく、楕円形、三角形、五角形以上の多角形等の形状であってもよい。
【００４２】
また、第１の半導体層１２及び第２の半導体層１６のそれぞれのｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７の上面の一部が露出するまでエッチングし、それらの露出部に、それぞれの層と良好なオーミック接続が取れる材質から成る第１導電型電極２０ａ，２０ｂが形成されている。また、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９上には、それぞれの層と良好なオーミック接続が取れる材質から成る第２導電型電極２１ａ，２１ｂが形成されている。
【００４３】
第１導電型電極２０ａ，２０ｂの材質は、アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），インジウム（Ｉｎ），錫（Ｓｎ），モリブデン（Ｍｏ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），ニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ），バナジウム（Ｖ），白金（Ｐｔ），鉛（Ｐｂ），ベリリウム（Ｂｅ），酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3），金−シリコン合金（Ａｕ−Ｓｉ合金），金−ゲルマニウム合金（Ａｕ−Ｇｅ合金），金−亜鉛合金（Ａｕ−Ｚｎ合金），金−ベリリウム合金（Ａｕ−Ｂｅ合金）等がよい。これらの中でも、アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ）は第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７とのオーミック接続の点でも特に好適である。光の反射率を重要視する場合、発光層１４，１８が発光する青色光（波長４５０ｎｍ）〜紫外光（波長３５０ｎｍ）の光に対して反射率が高いアルミニウム（Ａｌ）などが好適である。また、上記材料の中から選択した層を複数層積層したものとしても構わない。
【００４４】
第２導電型電極２１ａ，２１ｂは、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９と良好なオーミック接続がとれ、かつ発光層１４，１８からの光を透過させる材質から成る表面が滑らかな層状のものを用いるのがよい。具体的には、第２導電型電極２１ａ，２１ｂの材質としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化錫（ＳｎＯ2），酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物系のものが使用されるが、これらの中でも特に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）は紫外光から青色光に対して高い透過率を有するだけでなく、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９とのオーミック接続の点でも特に好適である。
【００４５】
次に、発光素子の製造方法についてより具体的に説明する。
【００４６】
まず、例えばサファイア基板９上に、バッファ層を介して窒化ガリウム系化合物半導体層１０としての窒化ガリウム（ＧａＮ）層を、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等によって形成して基体８を作製する。バッファ層は、例えば、ＧａＮ，ＡｌＮ，これらの混晶であるＡｌＧａＮ等から成るものを、４００℃〜８００℃の成長温度で成長させれば良い。また、バッファ層上に形成される窒化ガリウム層は、例えば、基板９の温度を９５０〜１１５０℃とし、数μｍ程度（例えば１〜５μｍ）の厚さで形成すればよい。なお、この際、窒化ガリウム層をｎ型層とするために、窒化ガリウム層にＳｉをドープしても良い。
【００４７】
次に、基体８上に基体８と熱特性が異なる二硼化物層領域１１を形成するために、化学式ＸＢ2で表される二硼化物層をエピタキシャル成長する。ここで、二硼化物層は、ＺｒＢ2単結晶層（導電層），ＭｇＢ2単結晶層（導電層），ＨｆＢ2単結晶層（導電層）等からなるが、窒化ガリウム系化合物半導体層との格子整合性及び熱膨張係数の整合性の点で優れていることを考慮すると、ＺｒＢ2単結晶層を用いることが好ましい。
【００４８】
また、ＺｒＢ2単結晶層において、Ｚｒの一部がＭｇ，Ａｌ，Ｈｆ等に置換されているものであってもよい。また、ＺｒＢ2単結晶層において、その結晶性また格子定数が大きく変化しない程度に不純物としてＭｇ，Ａｌ，Ｈｆ等を含んでいても構わない。これらの二硼化物層を成長する原料は、化学式Ｚｒ（ＢＨ4）4、Ｈｆ（ＢＨ4）4、Ｍｇ（ＢＨ4）2で表されるメタル・ボロヒドレード原料が供給効率の点から好ましい。
【００４９】
次に、この二硼化物層を選択的にエッチング除去して部分的に二硼化物層領域１１（図１）を形成する。エッチング方法としては、フッ化水素酸系の溶液を用いたウェットエッチング法や、塩素系もしくは弗素系のガスを用いたドライエッチング法を用いればよい。
【００５０】
一方、一主面に凹凸構造（図２）が形成された基体９を用いる場合、あらかじめ基板９にドライエッチング法などで凹凸構造を形成した後、窒化ガリウム系化合物半導体層１０のエピタキシャル成長を開始し、バッファ層を介して窒化ガリウム系化合物半導体層１０としての窒化ガリウム層を形成することが好ましい。
【００５１】
次に、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７としてＧａＮ層を１〜５μｍ程度の厚みで形成する。
【００５２】
次に、発光層１４，１８を成長する。発光層１４，１８を成す多重量子井戸層は、基板９の温度を７００℃程度とし、厚さ５〜５０ｎｍ程度の窒化ガリウム（ＧａＮ）から成る障壁層と、厚さ１〜２０ｎｍ程度の窒化インジウムアルミニウムから成る井戸層とを順次積層し、その上にそれらと同じ厚さ及び同じ組成の障壁層と井戸層とを、例えば３回繰り返して形成して、最後に同じ厚さ及び同じ組成の井戸層と障壁層を形成すればよい。
【００５３】
このとき、二硼化物層領域１１または領域２２上に形成される第１の発光層１４と、二硼化物層領域１１または領域２２以外の部位に形成される第２の発光層１８の間には温度差が生じるが、熱伝導率は、ＧａＮよりＺｒＢ2の方が、また、外部の空気等の気体より基板９の方が高いため、成長時の温度は発光層１８より発光層１４のほうが高くなり、温度差の絶対値とほぼ同程度の発光波長差が生じる。即ち、温度差が１℃（Ｋ）である場合、約１ｎｍ程度の発光波長差が生じる。
【００５４】
次に、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９を成長する。第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９がｐ型である場合、それらはそれぞれ、第１のｐ型クラッド層、第２のｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を順次積層したものとする。
【００５５】
第１のｐ型クラッド層は、基板９の温度を７００℃程度とし、多層量子井戸層の障壁層上に、窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ）層を、１０〜１００ｎｍ程度の厚さで形成する。
【００５６】
また、第２のｐ型クラッド層は、基板９の温度を８２０℃程度とし、第１のｐ型クラッド層上に、窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ）層を５０〜３００ｎｍ程度の厚さで形成する。
【００５７】
また、ｐ型コンタクト層は、基板９の温度を８２０〜１０５０℃程度とし、第２のｐ型クラッド層上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）層を、５〜５０ｎｍ程度の厚さで形成する。この際、ｐ型不純物元素としては、マグネシウム（Ｍｇ），亜鉛（Ｚｎ）等が添加される。
【００５８】
次に、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７の上面の一部が露出するまで、発光層１４，１８、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７の一部をエッチング除去する。そして、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７と良好なオーミック接続がとれる材質から成る電極、また、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９と良好なオーミック接続がとれる材質から成る電極を形成する。
【００５９】
なお、エッチングする箇所は、図１，図２に示すように、第１の半導体層１２と第２の半導体層１６との境界部を中心した領域とすればよい。また、基板９の上面部までエッチングを行い、発光素子を分離することにより、異なる波長の光を発する発光素子にそれぞれ互いに電気的に独立に順方向バイアスを印加して、それらを制御することによって、それぞれの発光層１４，１８からの発光の輝度を自由に変化することができる。
【００６０】
第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１３，１７がｎ型である場合、その上に形成される第１導電型電極２０ａ，２０ｂは、例えばチタン（Ｔｉ），アルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ），酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層からなるもの等を用いることができる。
【００６１】
また、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１５，１９がｐ型である場合、その上に形成される第２導電型電極２１ａ，２１ｂは、Ｎｉ層，Ａｕ層を積層したもの、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層から成るもの等を用いることができる。
【００６２】
さらに、ワイヤボンディングやプローバ測定を行うために、第１導電型電極２０ａ，２０ｂ及び第２導電型電極２１ａ，２１ｂの上にパッド電極を設けてもよい。パッド電極としては、Ｔｉ層，Ａｕ層を積層したもの等を使用することができる。
【００６３】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の発光素子について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の発光素子について実施の形態の他例を示す断面図である。
【図３】従来の発光素子の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
８：基体
９：基板
１０：窒化ガリウム系化合物半導体層
１１：二硼化物層領域
１２：第１の半導体層
１３：第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層
１４：発光層
１５：第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層
１６：第２の半導体層
１７：第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層
１８：発光層
１９：第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層
２０ａ，２０ｂ：第１導電型電極
２１ａ，２１ｂ：第２導電型電極
２２：凹凸構造の凸部
２３：凹凸構造の凹部
【図１】
2009010221.tif 000003
【図２】
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【図３】
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