JP2009070893A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数色光を発することができ、小型化を実現することができる発光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】発光装置１において、基板２と、基板２上の第１の領域に配設され、緑色光を発する第１の活性層５Ｇ及び第１のクラッド層６Ｇと、基板２上の第１の領域に対して第１の方向に隣接する第２の領域に配設され、青色光を発する第２の活性層５Ｂ及び第２のクラッド層６Ｂと、基板２上の第１の領域及び第２の領域に対して第１の方向と交差する第２の方向に隣接する第３の領域に配設され、第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂに接続された第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関し、特に複数色光を発する発光装置及びその製造方法に関する。

半導体レーザや発光ダイオード（LED：light emitting diode）等の発光素子の製作には様々な材料が使用されている。近年、活性層（発光層）にインジウム（In）を用いた半導体発光素子の開発が進められている。特に、窒化ガリウム（GaN）系半導体により製造された青色光を発する発光素子においては活性層にInGaNが使用されている。

この種の発光装置の製造方法は、まず最初に成長用基板上にｎ型コンタクト層やｎ型クラッド層が積層される。そして、ｎ型コンタクト層上やｎ型クラッド層上に活性層が成長され、更に活性層上にｐ型クラッド層やｐ型コンタクト層が積層される。GaN系半導体の結晶成長には、ハイドライド気相成長法（HVPE）や有機金属化学気相成長法（MOCVD）が使用されている。クラッド層には例えばAlGaNやGaNが使用される。また、クラッド層には例えばGaNが使用される。最後に、ｎ型コンタクト層、ｐ型コンタクト層にそれぞれ電極が形成される。

例えば、LEDにおいて、フルカラー用の三原色光のうち青色光と緑色光との２色光が必要な場合、青色光を発する青色LED、緑色光を発する緑色LEDのそれぞれは１チップづつ別々に制作されている。そして、青色LED及び緑色LEDは１つのパッケージ内に実装され、２色光を発する発光装置を完成させることができる。
特開２００４−５５７１９号公報

しかしながら、前述の発光装置においては、下記の点について配慮がなされていなかった。青色LEDと緑色LEDとの２つの発光素子を１つのパッケージ内に離間させて収納しているので、発光装置の小型化が難しかった。更に、青色LEDの発光源と緑色LEDの発光源との間の距離が離れてしまうので、双方を同時に点灯させた場合に、見る角度により発光装置から発せられる光に色斑が生じてしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、複数色光を発することができ、小型化を実現することができる発光装置及びその製造方法を提供することである。更に、本発明は、発せられる光の色斑を減少することができる発光装置及びその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、発光装置において、基板と、基板上の第１の領域に配設され、波長が480 nm−550 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第１の活性層と、第１の活性層上に配設され、この第１の活性層に接続された第１の導電型の第１のクラッド層と、基板上の第１の領域に対して第１の方向に隣接する第２の領域に配設され、波長が440 nm−480 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第２の活性層と、第２の活性層上に配設され、この第２の活性層に接続された第１の導電型の第２のクラッド層と、基板上の第１の領域及び第２の領域に対して第１の方向と交差する第２の方向に隣接する第３の領域に配設され、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有し、第１の活性層及び第２の活性層に接続された第３のクラッド層とを備える。第１の特徴に係る発光装置において、基板はサファイア基板であり、第１の活性層、第２の活性層、第１のクラッド層、第２のクラッド層及び第３のクラッド層はIII族窒化物半導体により構成されることが好ましい。更に、第１の特徴に係る発光装置において、第１の活性層、第２の活性層、第１のクラッド層、第２のクラッド層及び第３のクラッド層は非極性面又は半極性面を主面とするIII族窒化物半導体により構成されることが好ましい。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、発光装置において、基板と、基板上の第４の領域に配設され、波長が550 nm−610 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第３の活性層と、第３の活性層上に配設され、この第３の活性層に接続された第１の導電型の第４のクラッド層と、基板上の第４の領域に対して第１の方向に隣接する第１の領域に配設され、波長が480 nm−550 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第１の活性層と、第１の活性層上に配設され、この第１の活性層に接続された第１の導電型の第１のクラッド層と、基板上の第１の領域に対して更に第１の方向に隣接する第２の領域に配設され、波長が440 nm−480 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第２の活性層と、第２の活性層上に配設され、この第２の活性層に接続された第１導電型の第２のクラッド層と、基板上の第１の領域、第２の領域及び第４の領域に対して第１の方向と交差する第２の方向に隣接する第３の領域に配設され、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有し、第１の活性層、第２の活性層及び第３の活性層に電気的に接続された第３のクラッド層とを備える。

本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、発光装置の製造方法において、基板上の互いに隣接する第１の領域及び第２の領域に第２の導電型の第３のクラッド層を形成する工程と、第３のクラッド層上に第１のマスクを形成する工程と、第３のクラッド層上の第１の領域において第１のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、第１の領域において第３のクラッド層上に波長が480 nm−550 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第１の活性層を少なくとも形成する工程と、第１の活性層上に第１の導電型とは反対の第２の導電型の第２のクラッド層を形成する工程と、第３のクラッド層上の第２の領域において残存する第１のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、第１の活性層上に第２のマスクを形成する工程と、第３のクラッド層上の第２の領域において波長が440 nm−480 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第２の活性層を少なくとも形成する工程と、第２の活性層上に第２導電型の第３のクラッド層を形成する工程と、第２のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程とを備える。第３の特徴に係る発光装置の製造方法において、第１のマスクを形成する工程は第１の活性層が成長しない薄膜を形成する工程であり、第２のマスクを形成する工程は第２の活性層が成長しない薄膜を形成する工程であることが好ましい。更に、第３の特徴に係る発光装置の製造方法において、第１のマスクを形成する工程はシリコン酸化膜を形成する工程であり、第２のマスクを形成する工程はシリコン酸化膜を形成する工程であり、第１のマスクを除去する工程及び第２のマスク除去する工程はフッ酸系ウエットエッチングを用いて除去する工程であることが好ましい。

本発明の実施の形態に係る第４の特徴は、発光装置の製造方法において、基板上の互いに隣接する第１の領域、第２の領域及び第４の領域に第１の導電型の第３のクラッド層を形成する工程と、第３のクラッド層上に第１のマスクを形成する工程と、第３のクラッド層上の第４の領域において第１のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、第４の領域において第３のクラッド層上に波長が550 nm−610 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第３の活性層を少なくとも形成する工程と、第３の活性層上に第１の導電型とは反対の第２の導電型の第４のクラッド層を形成する工程と、第３のクラッド層上の第１の領域及び第２の領域において残存する第１のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、第３の活性層上及び第３のクラッド層上の第２の領域に第２のマスクを形成する工程と、第３のクラッド層上の第１の領域において波長が480 nm−550 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第１の活性層を少なくとも形成する工程と、第１の活性層上に第２導電型の第１のクラッド層を形成する工程と、第２のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、第３の活性層上及び第１の活性層上に第３のマスクを形成する工程と、第３のクラッド層上の第２の領域において波長が440 nm−480 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第２の活性層を少なくとも形成する工程と、第２の活性層上に第２導電型の第２のクラッド層を形成する工程と、第３のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程とを備える。

本発明によれば、複数色光を発することができ、小型化を実現することができる発光装置及びその製造方法を提供することができる。更に、本発明によれば、発せられる光の色斑を減少することができる発光装置及びその製造方法を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、２色光を発する発光装置に本発明を適用した例を説明するものである。

［発光装置の断面構造並びに平面構造］
図１、図２及び図３に示すように、第１の実施の形態に係る発光装置１は、基板２と、基板２上の第１の領域（図１中、下側）に配設され、波長が480 nm−550 nmの範囲内にメインピークを有する光（緑色光）を発する第１の活性層５Ｇと、第１の活性層５Ｇ上に配設され、この第１の活性層５Ｇに接続された第１の導電型の第１のクラッド層６Ｇと、基板２上の第１の領域に対して第１の方向（図１中、縦方向）に隣接する第２の領域に配設され、波長が440 nm−480 nmの範囲内にメインピークを有する光（青色光）を発する第２の活性層５Ｂと、第２の活性層５Ｂ上に配設され、この第２の活性層５Ｂに接続された第１の導電型の第２のクラッド層６Ｂと、基板２上の第１の領域及び第２の領域に対して第１の方向と交差する第２の方向（図１中、横方向）に隣接する第３の領域に配設され、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有し、第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂに接続された第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂとを備える。第１の実施の形態において、第１のクラッド層６Ｇ及び第２のクラッド層６Ｂの第１の導電型はｐ型に設定され、第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂの第１の導電型はn型に設定されている。

第１の実施の形態に係る発光装置１においては、第３のクラッド層４Ｇ、第１の活性層５Ｇ、第１のクラッド層６Ｇのそれぞれが順次基板２上に積層され、緑色光を発する緑色光LEDユニットが構築されている。更に、緑色光LEDユニットに隣接し、第３のクラッド層４Ｂ、第２の活性層５Ｂ、第２のクラッド層６Ｂのそれぞれが順次基板２上に積層され、青色光を発する青色光LEDユニットが構築されている。すなわち、１つの共通の基板２（１チップ）に２色光を発する緑色光LEDユニット及び青色光LEDユニットが混在され、搭載されている。

第１の実施の形態において、基板２にはサファイア（Al₂O₃）基板を実用的に使用することができる。基板２上であって、基板２と第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂとの間にはバッファ層３が配設されている。バッファ層３には例えば1 nm−20 nmの膜厚を有するAlNを使用することができる。

第３のクラッド層４Ｇ、４Ｂのそれぞれは、第１の活性層５Ｇ並びに第２の活性層５Ｂに共通のクラッド層として基板２上に一体に構成されている。つまり、第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂは基板２上の第１の領域、第２の領域及び第３の領域に跨って配設され、第１の活性層５Ｇに重複する第１の領域において緑色光LEDユニットを構築する第３のクラッド層４Ｇとして使用され、第２の活性層５Ｂに重複する第２の領域において青色光LEDユニットを構築する第３のクラッド層４Ｂとして使用されている。第３のクラッド層４Ｇ、４Ｂは、いずれも図１中右側に引き出され、双方に共通の電極（カソード電極）４０に電気的に接続されている。

第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂには第１の実施の形態においてIII族窒化物半導体である窒化ガリウム（GaN）層が使用されている。GaN層は、例えば4.5 μm−5.5 μmの膜厚を有し、2 × 10¹⁸ atoms/cm³−4 × 10¹⁸ atoms/cm³程度の不純物密度においてSiを含む。また、III族窒化物半導体には、例えば窒化アルミニウム（AlN）、窒化インジウム（InN）等がある。代表的なIII族窒化物半導体はAl_xIn_yGa_1-x-yN（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x＋y≦1）により表される。GaNは、窒素を含む六方晶化合物半導体の中でもよく知られたIII−V族化合物半導体である。

電極４０は、図２に示すように、第３の領域において、第１の活性層５Ｇ及び第１のクラッド層６Ｇ並びに第２の活性層５Ｂ及び第２のクラッド層６Ｂの一部をメサエッチングにより取り除き露出された第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂの引き出された部分に配設されている。電極４０は、例えばアルミニウム（Al）層（コンタクト層）４０１、金（Au）層及びニッケル（Ni）層の複合膜４０２、金錫（AuSn）層４０３のそれぞれを順次積層して構成されている。

第１の活性層（発光層）５Ｇ及び第２の活性層（発光層）５Ｂは図３に示すように基本的には同一構造により構成され、双方は特定の化合物の組成比を異にする。第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂは、その断面構造を図示していないが、第１の実施の形態において、複数の井戸層と、複数のバリア層とを交互に積層した多重量子井戸（MQW：multi quantum well）構造により構成されている。井戸層及びバリア層は、6 ペア−11 ペア、好ましくは8 ペアを有する。第１の実施の形態において、第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂのそれぞれの井戸層は例えば2 nm−3 nm、好ましくは2.8 nmを有する同じ膜厚のノンドープのInGaNにより構成されている。また、それぞれのバリア層は例えば20 nm以下、好ましくは16 nm以下の膜厚を有するノンドープのGaNにより構成されている。第１の活性層５Ｇ、第２の活性層５Ｂのそれぞれのインジウム（In）の組成比は異なる。第１の活性層５Ｇは、22 %−24 %のInを有し、例えば530 nmの緑色光を発する。第２の活性層５Ｂは、14 %−16 %のInを有し、例えば470 nmの青色光を発する。

第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂは、第３のクラッド層４Ｇ及び４ＢすなわちGaN結晶の結晶成長表面を非極性面（non-polar plane）又は半極性面（semi-polar plane）として使用し、この結晶成長表面の法線方向に積層して形成してもよい。例えば、結晶成長表面が非極性面であるｍ面とすると、ｍ面を主面とするIII族窒化物半導体により第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂを構成することができる。通常、GaN結晶の極性面であるｃ面を結晶成長表面とするIII族窒化物半導体からなる活性層から取り出される光はランダム偏光（無偏光）状態である。一方、ｃ面以外のａ面、ｍ面等の非極性面又は半極性面を結晶成長表面とするIII族窒化物半導体を用いて形成した活性層から取り出される光においては強い偏光状態を実現することができる。例えば、ｍ面を主面として活性層が構成される場合、ｍ面に平行な偏光成分、より具体的にはａ軸方向の偏光成分を多く含む偏光を活性層から発生させることができる。ここで、「偏光」とは直線偏光成分が均等（ランダム）ではなく偏りがあるものを意味するが、第１の実施の形態においては100 %の直線偏光である必要はない。従って、偏光の偏光方向とは最も直線偏光成分の大きい方向である。なお、第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂには井戸層（ウェル層）を井戸層よりもバンドギャップの大きなバリア層（層障壁層）でサンドイッチ状に挟んだ量子井戸（quantum well）構造を採用することができる。

第１のクラッド層６Ｇ及び第２のクラッド層６Ｂには第１の実施の形態においてIII族窒化物半導体であるGaN層が使用されている。GaN層は、例えば180 nm−220 nmの膜厚を有し、2 × 10¹⁹ atoms/cm³−4 × 10¹⁹ atoms/cm³程度の不純物密度においてMgを含む。

図２に示すように、第１のクラッド層６Ｇには電極（アノード電極）６１が電気的に接続され、第２のクラッド層６Ｂには電極（アノード電極）６２が電気的に接続される。電極６１、６２は、第１の実施の形態において、酸化亜鉛（ZnO）層（コンタクト層）６０１、反射層６０２、Au層及びNi層の複合膜６０３、AuSn層６０４のそれぞれを順次積層
して構成されている。

第１の実施の形態において、発光装置１（基板２）の縦方向の寸法は0.19 mm−0.22 mmに設定され、横方向の寸法は0.19 mm−0.21 mmに設定されている。第１の活性層５Ｇ、第２の活性層５Ｂの縦方向の寸法は0.07 mm−0.09 mmに設定され、横方向の寸法は0.12 mm−0.14 mmに設定されている。第１の活性層５Ｇと第２の活性層５Ｂとの間の離間距離は0.02 mm−0.04 mmに設定されている。

［発光装置の発光動作］
第１の実施の形態に係る発光装置１においては、第１の活性層５Ｇに第３のクラッド層４Ｇから第２の導電型のキャリアが供給され、第１のクラッド層６Ｇから第１の導電型のキャリアが供給される。ここでは、第１の導電型がp型、第２の導電型がn型であるので、第１の活性層５Ｇに第３のクラッド層４Ｇから電子が供給され、第１のクラッド層６Ｇから正孔が供給され、電子と正孔との再結合がなされ、第１の活性層５Ｇから緑色光が発せられる。この緑色光は主に第３のクラッド層４Ｇ、基板２のそれぞれを透過し基板２の裏面から出力される。

一方、発光装置１においては、第２の活性層５Ｂに第３のクラッド層４Ｂから第２の導電型のキャリアが供給され、第２のクラッド層６Ｂから第１の導電型のキャリアが供給される。第２の活性層５Ｂに第３のクラッド層４Ｂから電子が供給され、第２のクラッド層６Ｂから正孔が供給され、電子と正孔との再結合がなされ、第２の活性層５Ｂから青色光が発せられる。この青色光は主に第３のクラッド層４Ｂ、基板２のそれぞれを透過し基板２の裏面から出力される。

このように構成される第１の実施の形態に係る発光装置１においては、第１の活性層５Ｇを有し緑色光を発する緑色光LEDユニットと、第２の活性層５Ｂを有し青色光を発する青色光LEDユニットとを同一の基板２上に搭載したので、複数色光を発することができ、しかも緑色光LEDユニットと青色光LEDユニットとの間の双方の兼用領域を備え、双方の間の離間距離を縮小することができ、小型化を実現することができる。

更に、第１の実施の形態に係る発光装置１においては、緑色光LEDユニットと青色光LEDユニットとの間の双方の離間距離を縮小することができ、緑色光及び青色光を同時に点灯した場合の色斑を減少することができる。

［発光装置の製造方法］
次に、前述の第１の実施の形態に係る発光装置１の製造方法を説明する。まず最初に基板２が準備され、この基板２の主面（結晶成長面）上にバッファ層３が形成される（図４参照。）バッファ層３はMOCVD法により成膜されたAlN層により形成される。AlN層は、キャリアガスにより供給されたトリメチルアルミニウム（以下、「TMA」という。）ガスとアンモニアガスとを反応させて成膜される。なお、第１の実施の形態に係る製造方法においては、その前処理の段階の基板２は複数の発光装置１を同時に製造するウエーハとして使用される。そして、ウエーハは製造過程の後処理の段階において細分化（チップ化）され、個々に分割された複数個の発光装置１を製造することができる。

次に、バッファ層３上に第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂの一部が形成される（図４参照。）第３のクラッド層４Ｇ及び４ＢはMOCVD法により成膜されたnドープドGaN層により形成される。GaN層は、成長温度を約1050 ℃に設定した状態において、キャリアガスにより供給されたシランガス、トリメチルガリウム（以下、「TMG」という。）ガス及びアンモニアガスを反応させて成膜される。

図４に示すように、第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂ上を含む基板２の全面にマスク１０が形成される。マスク１０には、その表面が非エピタキシャル成長面となる例えばシリコン酸化（SiO₂）膜を実用的に使用することができる。SiO₂膜は、例えばCVD法により成膜され、第１の活性層５Ｇ及び第１のクラッド層６Ｇの合計の膜厚、若しくは第２の活性層５Ｂ及び第２のクラッド層６Ｂの合計の膜厚に比べて厚い膜厚例えば800 nm−1200 nmの膜厚により形成される。

図５に示すように、緑色光LEDユニットつまり第１の活性層５Ｇを形成する第１の領域において、マスク１０に開口１０１が形成される。開口１０１は、例えばフォトリソグラフィ技術により形成したレジストマスクを用い、ウエットエッチングによりマスク１０を部分に除去して第３のクラッド層４Ｇの表面を露出することにより形成される。ウエットエッチングには例えばフッ酸系エッチング液を実用的に使用することができる。ドライエッチングを使用した場合には結晶成長面となる第３のクラッド層４Ｇの表面にダメージが生じ、良質な結晶成長膜を成長することができない。

図６に示すように、マスク１０の開口１０１内（第１の領域内）において、露出する第３のクラッド層４Ｇの一部の表面上にその表面を結晶成長面として第３のクラッド層４Ｇの残りの一部、第１の活性層５Ｇ、第１のクラッド層６Ｇのそれぞれを選択的に順次結晶成長させる。第３のクラッド層４Ｇの残りの一部は前述の第３のクラッド層４Ｇの一部と同様の条件おいて成膜される。

第１の活性層５Ｇはバリア層と井戸層とを交互に成膜することにより形成される。バリア膜はMOCVD法により成膜されたノンドープドGaN層により形成される。このノンドープドGaN層は、成長温度を約600 ℃−1000 ℃に設定した状態において、キャリアガスにより供給されたTMGガス及びアンモニアガスを反応させて成膜される。井戸層は同様にMOCVD法により成膜されたノンドープドIn_xGa_1-xN （0.05 ≦ x ≦ 0.30）により形成される。このノンドープドInGaN層は、成長温度を約600 ℃−800 ℃に設定した状態において、キャリアガスにより供給されたトリメチルインジウム（以下、「TMI」という。）ガス、TMGガス及びアンモニアガスを反応させて成膜される。

第１のクラッド層６ＧはMOCVD法により成膜されたpドープドGaN層により形成される。このpドープドGaN層は、成長温度を約850 ℃以下の低温度に設定した状態において、キャリアガスにより供給されたビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）ガス、TMGガス及びアンモニアガスを反応させて成膜される。

第３のクラッド層４Ｇの残りの一部、第１の活性層５Ｇ及び第１のクラッド層６Ｇの合計の膜厚は例えば700 nm−800 nmに設定されている。マスク１０の表面上には第３のクラッド層４Ｇ等は結晶成長しない。

第１の実施の形態に係る発光装置１の製造方法においては、緑色光を発する第１の活性層５Ｇを形成する工程が、青色光を発する第２の活性層５Ｂを形成する工程に比べて先に組み込まれている。第１の活性層５Ｇは、前述のとおり、Inの組成比が20 %を越えて多く含まれるInGaN層により形成されているので、InGaN層の結晶成長温度を下げないとInが入りにくく、又Inは熱に弱いので、製造しにくい。従って、第２の活性層５Ｂの製造条件に左右されない製造条件において、第１の活性層５Ｇが形成されている。

図７に示すように、マスク１０が選択的に除去される。このマスク１０の除去にはフッ酸系エッチング液を用いるウエットエッチングが使用される。

図８に示すように、緑色光LEDユニットの第１のクラッド層６Ｇ上及び青色光LEDユニットつまり第２の活性層５Ｂを形成する第２の領域において第３のクラッド層４Ｂ上を含む基板２の全面にマスク１１が形成される。マスク１１には、その表面が非エピタキシャル成長面となる例えばSiO₂膜を実用的に使用することができる。SiO₂膜は、例えばCVD法、スパッタリング法等により成膜される。既に第１の領域において第３のクラッド層４Ｇ、第１の活性層５Ｇ及び第１のクラッド層６Ｇにより十分な膜厚が稼がれているので、マスク１１の膜厚はマスク１０の膜厚に比べて薄く形成される。

図９に示すように、第１の領域において第１のクラッド層６Ｇ上にマスク１１は残存された状態において、第２の領域においてマスク１１が除去される。このマスク１１の部分的な除去は、例えばフォトリソグラフィ技術により形成したレジストマスクを用い、ウエットエッチングにより行われる。第３のクラッド層４Ｂの表面は露出される。ウエットエッチングには例えばフッ酸系エッチング液を実用的に使用することができる。ドライエッチングを使用した場合には結晶成長面となる第３のクラッド層４Ｂの表面にダメージが生じ、良質な結晶成長膜を成長することができない。

図１０に示すように、マスク１１から露出する第２の領域内において、第３のクラッド層４Ｂの一部の表面上にその表面を結晶成長面として第３のクラッド層４Ｂの残りの一部、第２の活性層５Ｂ、第２のクラッド層６Ｂのそれぞれを選択的に順次結晶成長させる。第３のクラッド層４Ｂの残りの一部は前述の第３のクラッド層４Ｂの一部と同様の条件おいて成膜される。

第２の活性層５Ｂは、第１の活性層５Ｇと同様に、バリア層と井戸層とを交互に成膜することにより形成される。第２の活性層５Ｂの基本的な製造方法は前述の第１の活性層５Ｇの製造方法と同一であるので、ここでの説明は省略する。更に、第２のクラッド層６Ｂの基本的な製造方法は前述の第１のクラッド層６Ｇの製造方法と同一であるので、ここでの説明は省略する。

図１１に示すように、マスク１１が選択的に除去される。このマスク１１の除去にはフッ酸系エッチング液を用いるウエットエッチングが使用される。そして、このように製造された基板（ウエーハ）２は１つの緑色光LEDユニットと１つの青色光LEDユニットとを含む発光装置１毎に細分化される。

次に、細分化された発光装置１は電極製造プロセスに移行される。まず、図１２に示すように、第１のクラッド層６Ｇ及び第２のクラッド層６Ｂ上を含む基板２の全面上に電極６１及び６２のZnO層（コンタクト層）６０１が形成される。ZnO層６０１は例えば200 nmの膜厚において成膜される。

ZnO層６０１上にマスク１２が形成される（図１３参照。）。このマスク１２には例えばフォトリソグラフィ技術を用いて形成したレジスト膜を使用することができる。図１３に示すように、マスク１２を用い、エッチングによりZnO層６０１がパターンニングされる。この後、マスク１２は除去される。

図１４に示すように、ZnO層６０１上を含む基板２の全面に反射層（DBR）６０２が形成される。反射層６０２は例えば500 nmの膜厚において成膜される。反射層６０２上にマスク１３が形成される（図１５参照。）。のマスク１３には例えばフォトリソグラフィ技術を用いて形成したレジスト膜を使用することができる。図１５に示すように、マスク１３を用い、エッチングにより反射層６０２がパターンニングされる。この後、マスク１３は除去される。

更に、反射層６０２上にマスク１４が形成される（図１６参照。）。マスク１４は少なくとも第３の領域に開口を有する。マスク１４には例えばフォトリソグラフィ技術を用いて形成したレジスト膜を使用することができる。図１６に示すように、マスク１４を用い、メサエッチングにより第１のクラッド層６Ｇ及び第１の活性層５Ｇ並びに第２のクラッド層６Ｂ及び第２の活性層５Ｂをパターンニングし、第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂの引き出し部分（第３の領域）を露出させる。

図１７に示すように、露出された第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂの引き出し部分上に電極４０のAl層（コンタクト層）４０１が形成される。Al層４０１の形成方法にはリフトオフ法が使用され、このAl層４０１は例えば1400 nmの膜厚において成膜される。

図１８に示すように、第１の領域及び第２の領域において反射層６０２上にAu層及びNi層の複合膜６０３が形成され、同一製造工程において第３の領域のAl層４０１上にAu層及びNi層の複合膜４０２が形成される。複合膜６０３及び４０２の形成方法にはリフトオフ法が使用され、この複合膜６０３及び４０２は例えば400 nmの膜厚において成膜される。

前述の図２に示すように、第１の領域及び第２の領域において複合膜６０３上にAuSn層６０４が形成され、同一製造工程において第３の領域の複合膜４０２上にAuSn層４０３が形成される。AuSn層６０４及び４０３の形成方法にはリフトオフ法が使用され、このAuSn層６０４及び４０３は例えば3000 nmの膜厚において成膜される。これら一連の製造工程が終了すると、第１の実施の形態に係る発光装置１を完成させることができる。

このような第１の実施の形態に係る発光装置１の製造方法においては、緑色光を発する第１の活性層５Ｇの結晶成長面となる第３のクラッド層４Ｇの表面、青色光を発する第２の活性層５Ｂの結晶成長面となる第３のクラッド層４Ｂの表面のそれぞれがウエットエッチングを用いて露出されているので、ドライエッチングダメージを例えばZnO層（コンタクト層）６０１に与えることがない。

更に、第１の実施の形態に係る発光装置１の製造方法においては、青色光を発する第２の活性層５Ｂを形成する工程に先駆けて、緑色光を発する第１の活性層５Ｇを形成する工程を組み込んでいるので、第１の活性層５Ｇの特にInの組成比の制御がし易く、緑色光LEDユニット及び青色光LEDとを混在させて製作し易い。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る発光装置１において、緑色光LEDユニット、青色光LEDユニットの構造を代えた例を説明するものである。

［発光装置の断面構造］
図１９に示すように、第２の実施の形態に係る発光装置１は、基本的には前述の第１の実施の形態に係る発光装置１と同様に、基板２と、基板２上の第１の領域（図１参照。）に配設され、緑色光を発する第１の活性層５Ｇと、第１の活性層５Ｇ上に配設され、この第１の活性層５Ｇに接続された第１の導電型の第１のクラッド層６Ｇと、基板２上の第１の領域に対して第１の方向（図１参照。）に隣接する第２の領域に配設され、青色光を発する第２の活性層５Ｂと、第２の活性層５Ｂ上に配設され、この第２の活性層５Ｂに接続された第１の導電型の第２のクラッド層６Ｂと、基板２上の第１の領域及び第２の領域に対して第１の方向と交差する第２の方向（図１参照。）に隣接する第３の領域に配設され、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有し、第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂに接続された第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂとを備える。第２の実施の形態において、第１のクラッド層６Ｇ及び第２のクラッド層６Ｂの第１の導電型はｐ型に設定され、第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂの第１の導電型はn型に設定されている。

第２の実施の形態に係る発光装置１においては、第３のクラッド層４Ｇ、第１の活性層５Ｇ、第１のクラッド層６Ｇのそれぞれが順次基板２上に積層され、緑色光を発する緑色光LEDユニットが構築されている。更に、緑色光LEDユニットに隣接し、第３のクラッド層４Ｂ、第２の活性層５Ｂ、第２のクラッド層６Ｂのそれぞれが順次基板２上に積層され、青色光を発する青色光LEDユニットが構築されている。すなわち、１つの共通の基板２に２色光を発する緑色光LEDユニット及び青色光LEDユニットが混在され、搭載されている。

第２の実施の形態において、基板２にはサファイア基板を実用的に使用することができる。基板２上であって、基板２と第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂとの間にはバッファ層３が配設されている。バッファ層３には例えば1 nm−20 nmの膜厚を有するAlNを使用することができる。

第３のクラッド層４Ｇ、４Ｂのそれぞれは、第１の活性層５Ｇ並びに第２の活性層５Ｂに共通のクラッド層として基板２上に一体に構成されている。つまり、第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂは基板２上の第１の領域、第２の領域及び第３の領域に跨って配設され、第１の活性層５Ｇに重複する第１の領域において緑色光LEDユニットを構築する第３のクラッド層４Ｇとして使用され、第２の活性層５Ｂに重複する第２の領域において青色光LEDユニットを構築する第３のクラッド層４Ｂとして使用されている。第３のクラッド層４Ｇ、４Ｂには双方に共通の電極４０が電気的に接続されている（図１及び図２参照。）。

第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂには第２の実施の形態においてIII族窒化物半導体であるnドープドアルミニウム窒化ガリウム（AlGaN）層が使用されている。AlGaN層は、例えば4.5 μm−5.5 μmの膜厚を有し、2 × 10¹⁸ atoms/cm³−4 × 10¹⁸ atoms/cm^４程度の不純物密度においてSiを含む。第３のクラッド層４Ｇ及び４Ｂには前述の図２に示す電極（カソード電極）４０が電気的に接続されている。

第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂは図１９に示すように基本的には同一構造により構成され、双方は特定の化合物の組成比を異にする。第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂは、その断面構造を図示していないが、第２の実施の形態において、複数の井戸層と、複数のバリア層とを交互に積層したMQW構造により構成されている。井戸層及びバリア層は、6 ペア−11 ペア、好ましくは8 ペアを有する。第２の実施の形態において、第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂのそれぞれの井戸層はノンドープのAlInGaNにより構成されている。また、それぞれのバリア層はノンドープのAlGaNにより構成されている。第１の活性層５Ｇ、第２の活性層５ＢのそれぞれのInの組成比は異なる。第１の活性層５Ｇは、22 %−24 %のInを有し、例えば530 nmの緑色光を発する。第２の活性層５Ｂは、14 %−16 %のInを有し、例えば470 nmの青色光を発する。

第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂは、第３のクラッド層４Ｇ及び４ＢすなわちAlGaN結晶の非極性面又は半極性面を結晶成長表面として使用し、この結晶成長表面の法線方向に積層して形成してもよい。例えば、結晶成長表面が非極性面であるｍ面とすると、このｍ面を主面とするIII族窒化物半導体により第１の活性層５Ｇ及び第２の活性層５Ｂを構成することができる。この場合、ｃ面以外のａ面、ｍ面等の非極性面又は半極性面を結晶成長表面とするIII族窒化物半導体を用いて形成した活性層から光を取り出すことができる。

第１のクラッド層６Ｇ及び第２のクラッド層６Ｂには第２の実施の形態においてIII族窒化物半導体であるpドープドGaN層が使用されている。GaN層は、例えば180 nm−220 nmの膜厚を有し、2 × 10¹⁹ atoms/cm³−4 × 10¹⁹ atoms/cm³程度の不純物密度においてMgを含む。

第１の活性層５Ｇと第１のクラッド層６Ｇとの間にはバッファ層７Ｇが配設され、第２の活性層５Ｂと第２のクラッド層６Ｂとの間にはバッファ層７Ｂが配設されている。バッファ層７Ｇ及びバッファ層７Ｂには第２の実施の形態においてIII族窒化物半導体であるpドープドAlGaN層が使用されている。AlGaN層は、例えば35 nm−45 nmの膜厚を有し、2 × 10¹⁹ atoms/cm³−4 × 10¹⁹ atoms/cm³程度の不純物密度においてMgを含む。

第１のクラッド層６Ｇには前述の第１の実施の形態に係る発光装置１と同様に電極（アノード電極）６１が電気的に接続され、第２のクラッド層６Ｂには電極（アノード電極）６２が電気的に接続される（図２参照。）。

このように構成される第２の実施の形態に係る発光装置２においては、前述の第１の実施の形態に係る発光装置１と同様の効果を奏することができるとともに、緑色光を発光させやすいという効果を奏する。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、３色光を発する発光装置に本発明を適用した例を説明するものである。

［発光装置の断面構造並びに平面構造］
図２０に示すように、第３の実施の形態に係る発光装置１は、基板２と、基板２上の第４の領域に配設され、波長が550 nm−610 nmの範囲内にメインピークを有する光（黄色光）を発する第３の活性層５Ｙと、第３の活性層５Ｙ上に配設され、この第３の活性層Ｙに接続された第１の導電型の第４のクラッド層６Ｙと、基板２上の第４の領域に対して第１の方向（図２０中、上側方向）に隣接する第１の領域に配設され、緑色光を発する第１の活性層５Ｇと、第１の活性層５Ｇ上に配設され、この第１の活性層５Ｇに接続された第１の導電型の第１のクラッド層６Ｇと、基板２上の第１の領域に対して更に第１の方向に隣接する第２の領域に配設され、青色光を発する第２の活性層５Ｂと、第２の活性層５Ｂ上に配設され、この第２の活性層５Ｂに接続された第１導電型の第２のクラッド層６Ｂと、基板２上の第１の領域、第２の領域及び第４の領域に対して第１の方向と交差する第２の方向（図２０中、左側方向）に隣接する第３の領域に配設され、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有し、第１の活性層５Ｇ、第２の活性層５Ｂ及び第３の活性層５Ｙに電気的に接続された第３のクラッド層４Ｇ、４Ｂ及び４Ｙとを備える。

すなわち、第３の実施の形態に係る発光装置１は、１つの共通の基板２に、第３のクラッド層５Ｙ、第３の活性層５Ｙ及び第４のクラッド層６Ｙを備えた黄色光LEDユニットと、第３のクラッド層５Ｇ、第１の活性層５Ｇ及び第１のクラッド層６Ｇを備えた緑色光LEDユニットと、第３のクラッド層５Ｂ、第２の活性層５Ｂ及び第２のクラッド層６Ｂを備えた青色光LEDユニットとを備えている。この発光装置１の特に黄色光LEDユニットの断面構造は、前述の図１及び図２に示す断面構造、又は図１９に示す断面構造と同様である。

［発光装置の製造方法］
第３の実施の形態に係る発光装置１の製造方法は、前述の第１の実施の形態に係る発光装置１の製造方法と基本的には同様ではあるが、最初に黄色光LEDユニットの第３の活性層５Ｙ、第４のクラッド層６Ｙが形成される。この後に、緑色光LEDユニットの第１の活性層５Ｇ、第１のクラッド層６Ｇが形成され、更に青色光LEDユニットの第２の活性層５Ｂ、第２のクラッド層６Ｂが形成される。

このように構成される第３の実施の形態に係る発光装置１においては、前述の第１の実施の形態又は第２の実施の形態に係る発光装置１により得られる効果と同様の効果を奏することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は前述の第１の実施の形態乃至第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。例えば、本発明は、半導体レーザを搭載する発光装置に適用することができる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の平面図である。 図１に示す発光装置の要部断面図である。 図１に示す発光素子の要部の概略的断面図である。 第１の実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明する第１の工程断面図である。 第２の工程断面図である。 第３の工程断面図である。 第４の工程断面図である。 第５の工程断面図である。 第６の工程断面図である。 第７の工程断面図である。 第８の工程断面図である。 第９の工程断面図である。 第１０の工程断面図である。 第１１の工程断面図である。 第１２の工程断面図である。 第１３の工程断面図である。 第１４の工程断面図である。 第１５の工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の概略的断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る発光装置の平面図である。

符号の説明

１…発光装置
２…基板
３…バッファ層
４Ｇ、４Ｂ、４Ｙ…第３のクラッド層
４０、６１、６２…電極
５Ｇ…第１の活性層
５Ｂ…第２の活性層
５Ｙ…第３の活性層
６Ｇ…第１のクラッド層
６Ｂ…第２のクラッド層
６Ｙ…第４のクラッド層
１０〜１４…マスク

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上の第１の領域に配設され、波長が480 nm−550 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第１の活性層と、
   前記第１の活性層上に配設され、この第１の活性層に接続された第１の導電型の第１のクラッド層と、
   前記基板上の前記第１の領域に対して第１の方向に隣接する第２の領域に配設され、波長が440 nm−480 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第２の活性層と、
   前記第２の活性層上に配設され、この第２の活性層に接続された第１の導電型の第２のクラッド層と、
   前記基板上の前記第１の領域及び前記第２の領域に対して前記第１の方向と交差する第２の方向に隣接する第３の領域に配設され、前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有し、前記第１の活性層及び前記第２の活性層に接続された第３のクラッド層と、
   を備えたことを特徴とする発光装置。
2. 前記基板はサファイア基板であり、前記第１の活性層、前記第２の活性層、前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記第３のクラッド層はIII族窒化物半導体により構成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１の活性層、前記第２の活性層、前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記第３のクラッド層は非極性面又は半極性面を主面とするIII族窒化物半導体により構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
4. 基板と、
   前記基板上の第４の領域に配設され、波長が550 nm−610 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第３の活性層と、
   前記第３の活性層上に配設され、この第３の活性層に接続された第１の導電型の第４のクラッド層と、
   前記基板上の前記第４の領域に対して第１の方向に隣接する第１の領域に配設され、波長が480 nm−550 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第１の活性層と、
   前記第１の活性層上に配設され、この第１の活性層に接続された第１の導電型の第１のクラッド層と、
   前記基板上の前記第１の領域に対して更に前記第１の方向に隣接する第２の領域に配設され、波長が440 nm−480 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第２の活性層と、
   前記第２の活性層上に配設され、この第２の活性層に接続された第１導電型の第２のクラッド層と、
   前記基板上の前記第１の領域、前記第２の領域及び前記第４の領域に対して前記第１の方向と交差する第２の方向に隣接する第３の領域に配設され、前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有し、前記第１の活性層、前記第２の活性層及び前記第３の活性層に電気的に接続された第３のクラッド層と、
   を備えたことを特徴とする発光装置。
5. 基板上の互いに隣接する第１の領域及び第２の領域に第２の導電型の第３のクラッド層を形成する工程と、
   前記第３のクラッド層上に第１のマスクを形成する工程と、
   前記第３のクラッド層上の前記第１の領域において前記第１のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、
   前記第１の領域において前記第３のクラッド層上に波長が480 nm−550 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第１の活性層を形成する工程と、
   前記第１の活性層上に前記第１の導電型とは反対の第２の導電型の第２のクラッド層を形成する工程と、
   前記第３のクラッド層上の前記第２の領域において残存する前記第１のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、
   前記第１の活性層上に第２のマスクを形成する工程と、
   前記第３のクラッド層上の前記第２の領域において波長が440 nm−480 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第２の活性層を形成する工程と、
   前記第２の活性層上に第２導電型の第３のクラッド層を形成する工程と、
   前記第２のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、
   を備えたことを特徴とする発光装置の製造方法。
6. 前記第１のマスクを形成する工程は前記第１の活性層が成長しない薄膜を形成する工程であり、前記第２のマスクを形成する工程は前記第２の活性層が成長しない薄膜を形成する工程であることを特徴とする請求項５に記載の発光装置の製造方法。
7. 前記第１のマスクを形成する工程はシリコン酸化膜を形成する工程であり、前記第２のマスクを形成する工程はシリコン酸化膜を形成する工程であり、前記第１のマスクを除去する工程及び前記第２のマスク除去する工程はフッ酸系ウエットエッチングを用いて除去する工程であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の発光装置の製造方法。
8. 基板上の互いに隣接する第１の領域、第２の領域及び第４の領域に第１の導電型の第３のクラッド層を形成する工程と、
   前記第３のクラッド層上に第１のマスクを形成する工程と、
   前記第３のクラッド層上の前記第４の領域において前記第１のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、
   前記第４の領域において前記第３のクラッド層上に波長が550 nm−610 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第３の活性層を形成する工程と、
   前記第３の活性層上に前記第１の導電型とは反対の第２の導電型の第４のクラッド層を形成する工程と、
   前記第３のクラッド層上の前記第１の領域及び第２の領域において残存する前記第１のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、
   前記第３の活性層上及び前記第３のクラッド層上の第２の領域に第２のマスクを形成する工程と、
   前記第３のクラッド層上の前記第１の領域において波長が480 nm−550 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第１の活性層を形成する工程と、
   前記第１の活性層上に第２導電型の第１のクラッド層を形成する工程と、
   前記第２のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、
   前記第３の活性層上及び前記第１の活性層上に第３のマスクを形成する工程と、
   前記第３のクラッド層上の前記第２の領域において波長が440 nm−480 nmの範囲内にメインピークを有する光を発する第２の活性層を形成する工程と、
   前記第２の活性層上に第２導電型の第２のクラッド層を形成する工程と、
   前記第３のマスクをウエットエッチングを用いて除去する工程と、
   を備えたことを特徴とする発光装置の製造方法。

Images