JPH11330548A

JPH11330548A - Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11330548A
Application number: JP13398798A
Authority: JP
Inventors: Goro Shimaoka; 五朗島岡; Takashi Udagawa; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】発光面積の減少を来すことがなく、１つの発
光層で高光度の青色光及びこの青色光とは発光波長を異
にする短波長可視光を出射することができるプレーナ型
のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法
を提供する。【解決手段】ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる発光
層１２４を含む積層構造体１１１を備えたダブルヘテロ
接合構造型のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子であ
り、発光層１２４は、禁止帯幅が互いに異なる複数の発
光領域１２４ａ〜１２４ｃを有する単一の結晶層からな
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化
物半導体結晶層を発光層として備えたＩＩＩ−Ｖ族窒化
物半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に、高光
度の青色光及びこの青色光とは発光波長を異にする短波
長可視光を出射する多波長発光素子に用いて好適なＩＩ
Ｉ−Ｖ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、（Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ）Ｎの組成の
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体を発光層として備え
た可視光発光素子が知られている。この窒化物系化合物
半導体は、直接遷移型バンド構造を有し、しかも、室温
におけるバンドギャップエネルギーを広い範囲で可変す
ることができるため、短波長可視光用の発光層材料とし
て有望である。近年、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ
法）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等によ
り高品質の窒化物系化合物半導体の成膜が可能になった
ことにより、高光度の青色光が得られることがわかり、
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体結晶層を発光層として備えた
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子の研究が積極的に行
われている。

【０００３】特に、組成式がＡｌ_XＧａ_YＩｎ_ZＡｓ_UＰ_V
Ｎ_W（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１、０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｕ＋Ｖ＋
Ｗ＝１、０≦Ｕ，Ｖ，Ｗ≦１）で表わされるＩＩＩ−Ｖ
族窒化物半導体結晶層は、短波長可視光を放射する発光
ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の
発光層（活性層）として利用されている。例えば、Ｇａ
_YＩｎ_ZＡｓ_UＮ_W結晶層を１μｍを越える長波長帯のＬＤ
の発光層として用いたものが報告されている（Ricoh Te
chnical Report, No.23 (September), pp.11-18,(1997)
参照）。また、窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_YＩｎ
_ZＮ）は、０．４μｍ〜０．５μｍ帯の短波長可視ＬＥ
Ｄの代表的な発光層材料である（例えば、Appl. Phys.L
ett., 64(13), 1687-1689, (1994) 参照）。

【０００４】また、異なる波長の発光をもたらす、所
謂、多波長発光素子も知られている（例えば、特開平７
−７２２３号公報参照）。この多波長発光素子の青色
系、緑色系、或いは赤色系の光を放射する発光層として
は、アンチモン（Ｓｂ）を含むＩｎＮＳｂ、または、砒
化窒化ガリウム（ＧａＡｓＮ）等の材料が用いられてい
る。また、多波長発光素子の発光層として、インジウム
（Ｉｎ）の組成比（Ｚ）が異なるＧａ_YＩｎ_ZＮ（Ｙ＋Ｚ
＝１、０≦Ｙ，Ｚ≦１）を用いたものもある（例えば、
特開昭４９−１９７８３号公報参照）。

【０００５】また、窒素に加え、砒素（Ａｓ）やリン
（Ｐ）等の窒素以外の第Ｖ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ族窒
化物半導体としては、砒化窒化ガリウム（ＧａＡｓ
_UＮ_W：Ｕ＋Ｗ＝１、０≦Ｖ，Ｗ≦１）やリン化窒化ガリ
ウム（ＧａＰ_VＮ_W：Ｖ＋Ｗ＝１、０≦Ｖ，Ｗ≦１）等が
ある。複数の第Ｖ族元素を含むこれらのＩＩＩ−Ｖ族窒
化物半導体（Ｖ族多元ＩＩＩ族窒化物半導体）結晶層も
また、短波長可視光の発光素子の発光層として利用され
ている（例えば、特開平４−１９２５８６号公報、特開
平４−２３６４７７号公報等参照）。このＶ族多元ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層の代表的な成膜方法としては、
ＶＰＥ法或いはＭＢＥ法がある。

【０００６】図１１は、例えば、特開平８−２９３６２
５号公報に開示された、Ｇａ_YＩｎ_ZＮを発光層とする多
波長ＬＥＤ（発光素子）を示す断面図である。この多波
長ＬＥＤは、絶縁性のサファイアからなる基板１上に、
低温で成膜されるＡｌ_XＧａ_YＮ（Ｘ＋Ｙ＝１、０≦Ｘ，
Ｙ≦１）からなる緩衝層２が形成され、この緩衝層２上
に、赤色帯光を発光する発光部１０、緑色帯光を発光す
る発光部２０及び青色帯光を発光する発光部３０が、各
発光部間の絶縁性を保持する高抵抗層４０を介して順次
重層されている。

【０００７】発光部１０は、下部クラッド層１３及び上
部クラッド層１５により発光層１４を狭持したＤＨ（Do
uble Hetero）構造で、下部クラッド層１３及び上部ク
ラッド層１５はＡｌ_AＧａ_BＮ（Ａ＋Ｂ＝１、０≦Ａ，Ｂ
≦１）結晶層により構成され、発光層１４は赤色帯光の
発光波長に対応した禁止帯をもたらすインジウム（Ｉ
ｎ）組成比（Ｚ）のＧａ_YＩｎ_ZＮ結晶層により構成され
ている。そして、上部クラッド層１５上にはコンタクト
層１６が形成され、コンタクト層１６上には例えばｐ型
のオーミック電極１７が、下部クラッド層１３上には例
えばｎ型のオーミック電極１８がそれぞれ形成されてい
る。

【０００８】また、発光部２０も発光部１０と同様の構
成であり、下部クラッド層１３及び上部クラッド層１５
により発光層１４を狭持したＤＨ（Double Hetero）構
造で、発光層１４は緑色帯光の発光波長に対応した禁止
帯をもたらすＩｎ組成比（Ｚ）のＧａ_YＩｎ_ZＮ結晶層に
より構成されている。また、発光部３０も発光部１０、
２０と同様の構成であり、下部クラッド層１３及び上部
クラッド層１５により発光層１４を狭持したＤＨ（Doub
le Hetero）構造で、発光層１４は青色帯光の発光波長
に対応した禁止帯をもたらすＩｎ組成比（Ｚ）のＧａ_Y
Ｉｎ_ZＮ結晶層により構成されている。

【０００９】この多波長ＬＥＤは、各発光色に対応する
禁止帯幅の窒化ガリウム・インジウムなどからなる発光
層１４を含む素子構造単位を、各構造単位間の絶縁性を
保持する高抵抗層４０を介して、発光波長の数に応じて
重層した段差を有する構造体、即ち、非プレーナ（非平
坦）型の素子構造とするのが必然である。発光部を重畳
することにより、１つの発光部からの発光が他の発光部
に徒に吸収されることを回避して、発光面を開放するた
めの必然的に帰結される構造となっている。

【００１０】この多波長ＬＥＤを製造する場合、下部ク
ラッド層１３及び上部クラッド層１５となる窒化アルミ
ニウム・ガリウム混晶（Ａｌ_XＧａ_YＮ：Ｘ＋Ｙ＝１、０
≦Ｘ，Ｙ≦１）層の気相成膜に適する温度範囲は、おお
よそ１０００℃〜１１００℃である。一方、発光層１４
となる窒化ガリウム・インジウム混晶層は、その易昇華
性のために一般には、おおよそ７００〜８００℃の温度
範囲で成膜される。即ち、発光層１４に適する気相成長
温度と、上部及び下部クラッド層１３、１５に適する気
相成長温度との間には約３００℃前後の差異がある。

【００１１】従って、この方法では、基板１上に気相成
長法によりＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層を逐一積層させ
て発光部１０、２０、３０を順次形成する際に、各層毎
に数１００℃の幅で成膜温度を変化させる必要があり、
煩雑なものとなっている（J.Crystal Growth, 145, 209
-213 (1994)参照）。また、この発光部１０、２０、３
０を形成する際の下地層ともなるＡｌ_XＧａ_YＮ（Ｘ＋Ｙ
＝１、０≦Ｘ，Ｙ≦１）低温緩衝層２の成膜温度をも考
慮すると、発光素子用途の積層構造体を得るに必要とさ
れる温度領域の幅は、約４００℃を越える広範囲なもの
となっている（「光学」、第22巻、第11号、pp.670-67
5、(1993) 参照）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＶ
族多元ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層においては、ＭＢＥ
法による成膜を例にとれば、大きな窒素組成比を有する
結晶層を安定して得ることが難しいという問題点があっ
た。例えば、ＧａＡｓ_UＮ_Wにあっては、窒素組成比
（Ｗ）を概ね２０％（Ｗ＝０．２０）以上とする結晶層
は、定常的に得られていない（Mat. Res. Soc. Symp. P
roc., vol.449, 203-208, (1997) 参照）。

【００１３】ＧａＡｓ_UＮ_WやＧａＰ_VＮ_W等のＩＩＩ族窒
化物半導体にあっては、禁止帯幅は、窒素組成比（Ｗ）
に対し非直線的な特異な変化を呈する（Appl. Phys. Le
tt.,60(20), 2540-2542, (1992) 参照）。禁止帯幅は、
窒素組成比の増大に伴い非直線的に減少し、約５０％を
越える高い窒素組成比側で、窒化ガリウム（ＧａＮ）の
禁止帯幅である３．３９ｅＶに向けて増加に転ずる。

【００１４】従来より知られている禁止帯幅の窒素組成
比依存性より判断すれば、約２ｅＶの禁止帯幅に相当す
る６２０ｎｍ以下の短波長可視光を出射できる発光層を
構成するには、少なくとも窒素組成比（Ｗ）を大凡、６
０％を越えるものとする必要がある。しかしながら、現
状のＶＰＥ法では、窒素組成比（Ｗ）を短波長可視光の
発光に好都合な禁止帯幅を与える第Ｖ族を多元素とする
ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を安定して得るには至って
いない。

【００１５】また、上述した多波長ＬＥＤでは、赤色発
光用、緑色発光用及び青色発光用それぞれの発光層１
４、１４、…を発光波長別に個別に設置した構成である
から、１つの発光層１４は赤色発光用、緑色発光用、青
色発光用のいずれか１種を担うのみであり、１つの発光
層１４によって全ての波長の発光を担うことができない
という問題点があった。

【００１６】また、この多波長ＬＥＤの積層構造は、オ
ーミック電極１７、１８の配置様式から観ても不利であ
る。例えば、発光部１０、２０、３０それぞれに個別に
専用のオーミック電極１７を敷設する必要がある積層構
成であり、また、基板１には電気絶縁性のサファイアが
使用されていることから、他方のオーミック電極１８も
基板１の同一主面側に敷設せざるを得ない構造となって
いる。即ち、入・出力用の両オーミック電極１７、１８
を基板１の同一主面側（図１０では上面側）に配置する
必要がある積層構造上の制約により、発光部（発光面）
１０、２０、３０の平面積を減少せざるを得ず、発光強
度を向上させる際に不利な状況を招いている。

【００１７】また、この多波長ＬＥＤを製造する場合、
その積層構造体を形成する工程において、発光波長の数
に応じて素子構造単位を反復して積層させる必要があっ
たため、成膜温度の煩雑な変遷を要する冗長なものとな
るのは避けられないという問題点があった。例えば、発
光層１４となるＧａ_YＩｎ_ZＮ結晶層は、結晶性の観点か
らみてインジウム組成比に実用上の上限が存在する。イ
ンジウム組成比（Ｚ）が概ね５０％を越えると、発光層
１４として実用に耐えるに高い結晶品質のＧａ_YＩｎ_ZＮ
結晶層を安定して得るのは困難を極める。

【００１８】この事実は、発光層１４をＶＰＥ法による
窒化ガリウム・インジウム混晶層（窒化ガリウム・イン
ジウムＶＰＥ層）により構成する場合において、発光波
長に制限が加わることを意味している。ここで、禁止帯
幅の曲折（bowing）を考慮（例えば、特公昭５５−３８
３４号公報参照）しても、インジウム組成比が５０％
（０．５０）である窒化ガリウム・インジウム混晶の禁
止帯幅は約２．５０ｅＶであり、波長に換算すれば約４
９６ｎｍである。

【００１９】従って、この窒化ガリウム・インジウムＶ
ＰＥ層を発光層とする限り、安定して得られる発光波長
の範囲は、窒化ガリウム（ＧａＮ）の禁止帯幅（３．３
９ｅＶ）に対応する約３６６ｎｍから４９６ｎｍの範囲
に限定されてしまうという問題点がある。以上により、
この窒化ガリウム・インジウムＶＰＥ層は、例えば、赤
色系、緑色系、及び青色系の可視光を発する多波長ＬＥ
Ｄの発光層材料として全般的に共通して利用するには、
実用上優位とはならない状況になっている。

【００２０】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、従来の多波長ＬＥＤのように電極を配置す
ることによる発光面積の減少を来すことがなく、１つの
発光層で高光度の青色光及びこの青色光とは発光波長を
異にする短波長可視光を出射することができ、さらに、
成膜時に煩雑性を伴わずに簡単な操作で１つの発光層に
複数の発光領域を形成することのできるプレーナ型のＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様なＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素
子及びその製造方法を提供する。すなわち、請求項１記
載のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子は、ＩＩＩ−Ｖ
族窒化物半導体からなる発光層を含む積層構造体を備え
たダブルヘテロ接合構造型のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体
発光素子であり、前記発光層は、禁止帯幅が互いに異な
る複数の発光領域を有する単一の結晶層からなることを
特徴としている。

【００２２】また、請求項２記載のＩＩＩ−Ｖ族窒化物
半導体発光素子は、請求項１記載のＩＩＩ−Ｖ族窒化物
半導体発光素子において、前記積層構造体のクラッド層
は、前記発光層を構成する単一の結晶層よりも禁止帯幅
が広い第２の結晶層からなり、かつ、互いに異なる禁止
帯幅を有する複数の領域が該第２の結晶層の前記発光領
域の写影位置に形成してなることを特徴としている。

【００２３】また、請求項３記載のＩＩＩ−Ｖ族窒化物
半導体発光素子は、請求項１または２記載のＩＩＩ−Ｖ
族窒化物半導体発光素子において、前記ＩＩＩ−Ｖ族窒
化物半導体は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の第Ｖ族原子の一部
または全部を窒素（Ｎ）原子で置換してなることを特徴
としている。

【００２４】また、請求項４記載のＩＩＩ−Ｖ族窒化物
半導体発光素子は、請求項３記載のＩＩＩ−Ｖ族窒化物
半導体発光素子において、前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、
砒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ_AＧａ_BＡｓ：０
≦Ａ≦１、０≦Ａ＋Ｂ≦１）からなり、前記ＩＩＩ−Ｖ
族窒化物半導体は、窒化砒化アルミニウム・ガリウム結
晶（Ａｌ_AＧａ_BＡｓ_1-CＮ_C：０≦Ａ≦１、０≦Ａ＋Ｂ≦
１、及び０＜Ｃ≦１）からなることを特徴としている。

【００２５】また、請求項５記載のＩＩＩ−Ｖ族窒化物
半導体発光素子は、請求項１、２、３または４記載のＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子において、前記複数の
発光領域それぞれより出力する光の視認に於ける感受性
が略均一になるように、これらの発光領域のそれぞれの
面積を設定してなることを特徴としている。

【００２６】また、請求項６記載のＩＩＩ−Ｖ族窒化物
半導体発光素子の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導
体からなる発光層を含む積層構造体を備えたダブルヘテ
ロ接合構造型のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製
造方法であり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる結晶
層の特定された複数の領域それぞれに窒素置換処理を施
し、前記結晶層中に窒素（Ｎ）組成比が互いに異なるＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる複数の発光領域を形成
することを特徴としている。

【００２７】本発明のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素
子では、Ａｌ_AＧａ_BＡｓ（Ａ＋Ｂ＝１、０≦Ａ≦１）、
Ｇａ_BＩｎ_CＡｓ（Ｂ＋Ｃ＝１、０≦Ｂ≦１）、Ａｌ_AＧ
ａ_BＩｎ_CＰ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１、０≦Ａ，Ｂ，Ｃ≦１）等
のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる結晶層の複数の領
域それぞれに、砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）等の第Ｖ族原
子の一部または全部を窒素（Ｎ）原子で置換する窒素置
換処理を施すことにより、前記結晶層中に窒素（Ｎ）組
成比が互いに異なる複数の発光領域を形成する。特
に、砒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ_AＧａ_BＡ
ｓ：Ａ＋Ｂ＝１、０≦Ａ≦１）に窒素置換処理を施した
窒化砒化アルミニウム・ガリウム結晶（Ａｌ _AＧａ_BＡｓ
_1-CＮ_C：０≦Ａ≦１、０≦Ａ＋Ｂ≦１、及び０＜Ｃ≦
１）により発光層（発光領域）を形成する。

【００２８】劈開性がありかつ伝導性を呈する基板に、
格子の整合性をもって成膜できる優位性を有するＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体にあって、特に、Ａｌ_AＧａ_BＡｓ
（Ａ＋Ｂ＝１、０≦Ａ≦１）を用いる理由は、アルミニ
ウム組成比（Ａ）の如何に拘わらず、ＧａＡｓと略格子
整合を果たすことができ（赤崎勇編著、ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体、１８６頁、（１９９４年）（株）培風館
参照）、しかも、格子整合性に基づいた結晶欠陥の少
ない良質の結晶層が安定して得られるからである。この
結晶層では、他との格子整合を果たす組成が一義的に決
定されているが故に、格子整合系ヘテロ接合構造を得る
ために組成の精密な制御が要求される。これは、Ｇａ_B
Ｉｎ_CＡｓやＡｌ_AＧａ_BＩｎ_CＰには無い優位性である。
また、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ接合構造は、従来
のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体結晶層の成膜に必要とされ
る数１００℃に亘る広範囲に及ぶ温度の変化を要せず
に、簡便に形成できる利点がある。

【００２９】また、例えば、ＧａＡｓ層を窒素置換処理
することにより得られたＧａ_BＡｓ₁ _-CＮ_C層からは、窒
素組成比を調整することにより、約８７０ｎｍの波長の
赤外帯域から約３６０ｎｍの波長の紫外帯域に及ぶ発光
がもたらされる。即ち、赤色系、緑色系及び青色系の光
の３原色を発光することができ、発光層として利用する
のに好都合である。窒素置換処理により発光層を形成す
る場合、特に、ガリウム（Ｇａ）を含むＡｌ_AＧａ_BＡｓ
を用いると都合がよい。

【００３０】このＡｌ_AＧａ_BＡｓは、アルミニウム（Ａ
ｌ）の組成比を約５０％以下とするのが望ましい。なぜ
ならば、Ａｌ_AＧａ_BＡｓを窒素置換処理して得られたＡ
ｌ_AＧａ_BＡｓ_1-CＮ_Cの発光波長は、Ａｌ組成比の増大に
伴い、特に高窒素組成比側で短波長側に顕著に移行する
傾向があり、赤色帯域の超波長側の発光を得るのに不都
合となる場合があるからである。ガリウム（Ｇａ）を約
５０％以上の組成比で含有していれば、窒素置換処理後
に於いても短波長の可視光を発するに適する禁止帯幅帯
のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体結晶層とすることができ
る。特に、アルミニウム（Ａｌ）組成比が０から３０％
までのＡｌ_AＧａ_BＡｓ（０≦Ａ≦０．３０、０≦Ａ＋Ｂ
≦１）は、多波長発光用途の発光層を構成するための材
料として好適に用いられる。

【００３１】Ａｓなどの第Ｖ族元素は、ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体を含窒素物質を含む雰囲気中で加熱する簡便
な熱処理手段によっても窒素原子に置換される。含窒素
物質としては、窒素（Ｎ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）、ヒ
ドラジン類等が好適である。例えば、アンモニア気流中
でＧａＡｓ成長層に熱処理による窒素置換処理を施す場
合、熱処理温度を７２０℃に設定すれば、Ａｓ原子の総
量の概ね９０％を窒素原子で置換することができる。

【００３２】また、結晶層に窒素置換処理を施して発光
層とする場合、目標とする窒素置換の度合は、所望する
発光波長に対応する禁止帯幅を与える窒素組成比であ
る。例えば、波長が４４０ｎｍの青色光に対応する禁止
帯幅は２．８２ｅＶであるから、この禁止帯幅を与える
窒素組成比（ｃ）はＧａＡｓ_1-CＮ_Cにあっては約９３％
（０．９３）である（Mat. Res. Soc. Symp. Proc. vo
l.449, pp.203-208,(1997) 参照）。従って、この窒素
組成比が、窒素置換処理を施す際の置換すべき第Ｖ族元
素の量を表す窒素置換効率の目標となる。

【００３３】以上により、Ａｓなどの第Ｖ族元素は、上
述した簡便な熱処理手段により、その略全量を窒素原子
で置換することができ、この場合の窒素置換効率は略１
００％になる。従って、本発明に依れば、従来の気相成
膜法では安定して得るのが困難であった高い窒素組成比
のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体結晶層を容易に得ることが
可能になる。特に、含窒素物質からなる雰囲気中で熱処
理を施す前に、例えば、水素を含む還元性雰囲気中で被
処理体を加熱すれば、窒素原子による置換効率を向上さ
せることが可能である。これは、Ａｓ原子が、水素を含
む還元性雰囲気中における加熱処理により、より揮散し
易い砒素の水素化物に変化することに起因している。

【００３４】本発明では、異なる波長の発光をもたらす
ための、単一の結晶層中に禁止帯幅が互いに異なる複数
の発光領域を形成するために、これらの領域毎に異なる
効率で窒素置換を施す。即ち、単一の結晶層中における
複数の領域の各窒素組成比が相違することで、禁止帯幅
が互いに異なる複数の領域を同一平面内に形成したＩＩ
Ｉ−Ｖ族窒化物半導体からなる結晶層を多波長発光素子
用の発光層とする。

【００３５】窒素置換効率、即ち、窒素組成比を異にす
る領域が形成された結晶層は、選択マスキング（maskin
g）という方法を用いて形成することができる。例え
ば、ＧａＡｓ結晶層中の選択された領域毎に窒素置換処
理を施す場合、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）や窒化珪素（Ｓ
ｉ₃Ｎ₄）等の無機絶縁膜をマスク（mask）とし、選択パ
ターニング技術を用いて選択された領域毎に窒素置換処
理を施す。この選択された領域毎に異なる効率をもって
窒素置換処理を施せば、窒素組成比が互いに異なる、即
ち、禁止帯幅が相違する複数の領域を同一平面内に形成
したＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる結晶層が得られ
る。

【００３６】この方法を用いて複数の領域相互間の窒素
置換効率を調整することにより、同一結晶層内に、例え
ば、赤色帯光、緑色帯光及び青色帯光を発光するに適す
る発光領域を有する多波長発光用の発光層を形成するこ
とができる。即ち、波長を異にする発光を担う発光層を
１つの結晶層により構成することができる。ここで、窒
素組成比が相違する複数の領域の平面形状は、正方形、
長方形あるいは円形等とすることができる。また、これ
らの領域の配置形式としては、例えば、窒素組成比が相
違する長方形の帯状の領域を、互いに隣接するように配
置することができる。また、窒素組成比が相違する複数
の領域の間にクラッド層あるいは電気絶縁性を有する中
間層を配置すると、各領域内に発光を閉じ込める効果或
いは動作電流の効率的な注入が行える効果がある。

【００３７】本発明では、特に、短波長可視光を発光す
る発光素子を得るために、窒素組成比を高比率側に設定
する。その理由は、窒素組成比が低比率側では、バンド
（band）のボウイング（bowing）により短波長可視光を
発光する禁止帯幅が得られないからである。少なくと
も、赤色帯から青色帯に亘る短波長可視光の発光を得る
には、例えば、ＧａＡｓの場合、窒素置換効率を７０％
以上に設定する必要がある。特に、波長が４５０ｎｍ前
後の青色帯の発光を得るには、窒素置換効率を８８％と
する必要がある。従来の気相成膜法では、この様な高い
窒素組成比を有するＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる
結晶層を安定して形成するのは困難であったが、本発明
の熱処理手段によれば、処理温度を上昇させるだけで窒
素置換効率を簡単に向上させることが可能である。

【００３８】本発明では、同一の発光波長を得るには、
発光領域を構成する材料の禁止帯幅が大であればある
程、より小さな窒素組成比で足りる。従って、例えば、
ＧａＡｓ結晶層より禁止帯幅が大であるＡｌ_AＧａ_BＡｓ
混晶を用いれば、同一の窒素組成比において、より短波
長の可視光を発光させることが可能である。本発明で
は、発光層を構成する材料としてＡｌ_AＧａ_BＡｓ（０≦
Ａ≦０．３０、Ａ＋Ｂ＝１）を用いる。例えば、アルミ
ニウム組成比を０．３０としたＡｌ_0. ₃₀Ｇａ_0.70Ａｓで
は、窒素組成比が６０％以上になるように窒素置換処理
を施せば、窒素組成比（窒素置換効率）に応じて赤色帯
から青色帯に亘る短波長光を発する発光層を得ることが
できる。

【００３９】ここで、発光層とクラッド層とを同一の材
料により構成する場合、発光層の窒素組成比を６０％以
上と設定するのに対し、クラッド層の窒素組成比を発光
層より高くなるように設定し、このクラッド層に、発光
層より高い窒素組成比を有するような窒素置換処理を施
す。すなわち、発光層の禁止帯幅よりも約０．１ｅＶ以
上、好ましくは、約０．３ｅＶ以上大きな禁止帯幅が得
られる様に、クラッド層に窒素置換処理を施す。例え
ば、ＧａＡｓを同一の材料とした場合、発光層は結晶層
に窒素組成比が８０％になるような窒素置換処理を施す
ことで得られるのに対し、クラッド層は結晶層に窒素組
成比が８３％になるような窒素置換処理を施すことで得
られる。

【００４０】発光層とクラッド層との間における窒素置
換効率の差は、約３％以上が望ましい。この様な禁止帯
幅を発現する発光層とクラッド層からなるダブルヘテロ
（ＤＨ）構造は、ＧａＡｓ／Ａｌ_AＧａ_BＡｓ格子整合構
造を用いれば、容易に実現することができる。換言すれ
ば、上記のようにＡｌ_AＧａ_BＡｓを用いれば、３原色の
発光をもたらす発光層と、併せて「光の閉じ込め」効果
をもたらすクラッド層とを格子整合の関係を維持しつつ
形成することができる。

【００４１】このＡｌ_AＧａ_BＡｓについては、ＭＯ−Ｖ
ＰＥ、ハロゲン或いはハイドライドＶＰＥ、またはＭＢ
Ｅ等の気相成長法や、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法
などのエピタキシャル成長法を用いることにより、ｎ型
またはｐ型導電性の結晶層を得ることができる。この結
晶層としては、不純物をドーピング（doping）したｎ型
またはｐ型の成長層、あるいはアンドープ（un-dope）
のｎ型またはｐ型の成長層の何れも使用することができ
る。従って、この様な導電型のＡｌ_AＧａ_BＡｓを用いれ
ば、ｐｎ接合型のＤＨ構造の発光部を都合良く形成する
ことができる。なお、ドーピングした不純物種は問わな
い。また、キャリア濃度（ドナー或いはアクセプター濃
度）や層厚は、適宣設計することができる。

【００４２】一方、同一の材料で窒素組成比を異にする
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体結晶層を垂直方向に接合、重
層させることにより、多波長発光素子用の発光層を形成
することもできる。例えば、赤色帯光を放射するに適す
る禁止帯幅（窒素組成比）を有する結晶層と、緑色帯光
を放射するに適する禁止帯幅（窒素組成比）を有する結
晶層と、青色帯光を放射するに適する禁止帯幅（窒素組
成比）を有する結晶層とを重層させることによっても、
多波長を出射する発光層を形成することができる。

【００４３】この場合、重層する結晶層の吸収による出
射光の光強度の減少を回避するために、発光面を故意に
順次縮小させなければならないという不具合が生ずる。
また、発光層をＤＨ構造とすべく、各発光層それぞれに
クラッド層を形成する必要がある。即ち、この多波長発
光素子においては、従来と同様の複雑な重層構造と段差
のある非プレーナ型の素子構造が要求され煩雑となる。
本発明では、この複雑な素子構造を形成する際の煩雑な
工程を要することなくプレーナ型の多波長発光素子を得
るために、同一結晶層内に異なる波長の光を発する複数
の発光領域を平面的に形成してなる発光層を提供する。

【００４４】窒素置換の効率は、例えば、２次イオン質
量分析法（ＳＩＭＳ）、オージェ（Auger）電子分光法
（ＡＥＳ）等を用いて定量的に分析されるＡｓなどの置
換対象原子と窒素原子との信号強度比を求めることによ
り知ることができる。また、フォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）の発光波長を検出することにより知ることもでき
る。例えば、ＧａＮＡｓ混晶においては、発光波長に対
応する禁止帯幅と窒素組成比との既知の関係から、窒素
組成比を求めることができる（Mat. Res. Soc.Symp. Pr
oc., vol.449, pp.203-208, (1997) 参照）。

【００４５】本発明の窒素置換処理では、処理前のＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体と処理後のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半
導体とにおいて、ＩＩＩ族構成元素の構成比率は然した
る変化を来たさない。また、本発明の窒素置換処理で
は、ｎ型不純物或いはｐ型不純物を多量に含む雰囲気中
で窒素置換処理を施さない限り、結晶層の導電型を変え
るまでには至らない。例えば、ｐ型のＡｌ_AＧａ_BＡｓ
（Ａ＋Ｂ＝１、０≦Ａ≦１）成長層を窒素置換処理する
際に、例えば、ｎ型の金属不純物に加え、酸素（Ｏ ₂）
や水分（Ｈ₂Ｏ）などが除去された高純度のアンモニア
中で熱処理を施せば、導電型に変遷を来すことなく、ｐ
型のＡｌ_AＧａ_BＡｓ_1-CＮ_C（０≦Ａ≦１、０≦Ａ＋Ｂ≦
１、０＜Ｃ≦１）結晶層を得ることができる。

【００４６】また、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
からなる複数の成長層を順次積層した後、これらの成長
層に本発明の窒素置換処理を一括して施すことにより、
発光部を形成することもできる。例えば、予め形成され
たｐｎ接合型のＧａＡｓ／Ａｌ_AＧａ_BＡｓのような格子
整合系のＤＨ構造に熱処理を一括して施せば、短波長可
視光を発光する発光層と、この発光層に適する障壁差を
有するクラッド層とからなるｐｎ接合型ＤＨ構造の発光
部を得ることができる。しかも、上述した選択マスキン
グ法を併用すれば、このＤＨ構造内の選択された同一の
領域に発光領域とクラッド領域とを同時に形成すること
ができる。

【００４７】本発明の窒素置換処理では、予め設定され
たヘテロ接合における禁止帯幅の相違が処理後もほぼそ
のまま継続される。したがって、処理の結果帰結される
ヘテロ接合における禁止帯幅の相違は、処理前の禁止帯
幅の相違とほぼ同様である。例えば、ｐｎ接合型ＤＨ構
造を、予め、発光層とｐ型及びｎ型の２つのクラッド層
それぞれとの間に少なくとも約０．１ｅＶを越える障壁
差が形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体成長層により
構成し、このＤＨ構造に一括して窒素置換処理を施せ
ば、エネルギー差が０．１ｅＶを越える障壁を保持した
ｐｎ接合型ＤＨ構造からなる発光部を一括して得ること
ができる。

【００４８】この場合、選択マスキング法を用いて、選
択された領域毎に、それぞれの禁止帯幅が互いに異なる
ように処理条件を変化させて窒素置換処理を施せば、禁
止帯幅の相違に基づき互いに異なる波長の光を出射する
複数の発光領域を形成することができる。また、同時
に、各発光領域毎に、処理前に設定された発光領域との
障壁差を処理後もほぼそのまま保持したクラッド領域を
得ることができる。即ち、それぞれの発光領域において
は、発光の「閉じ込め」効果を奏するヘテロ接合構造を
容易に形成することができる。

【００４９】また、この窒素置換処理は、対象とする各
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる成長層を成膜した後
に、逐一施すことができる。例えば、発光層上に、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる成長層を成膜した後、該
成長層にクラッド層にするための窒素置換処理を施す。
例えば、発光層に内在される禁止帯幅が互いに異なる各
発光領域それぞれに対応する成長層のクラッド領域に、
窒素置換効率が互いに異なる処理を施すことにより、発
光領域との障壁差が制御されたクラッド領域を各発光領
域毎に設けることができる。

【００５０】また、この方法によれば、発光領域との障
壁差が一定であるクラッド層を、各発光領域毎に設ける
こともできる。この様に、発光層内の各発光領域の禁止
帯幅それぞれに対応する最適な障壁の高さを有するクラ
ッド領域を、各発光領域に個別に設置すれば、各発光領
域の禁止帯幅それぞれに対応するクラッド作用を得るに
充分な障壁差を、各発光領域毎に確実に設けることがで
きるという利点がある。ここで、クラッド領域を設ける
部分の形状は、各発光領域の形状と相似の関係にある平
面形状とし、且つ、発光領域とクラッド領域との中心が
略一致するように配置するのが好ましい。即ち、成長層
の各発光領域を写影する領域（発光領域が投影される領
域）に個々にクラッド領域を設置するのが望ましい。こ
れにより、各発光領域毎にＤＨ構造の発光部を容易に形
成することができる。

【００５１】本発明に係わる多波長のＩＩＩ−Ｖ族窒化
物半導体発光素子は、上述した窒素置換処理における窒
素置換効率を異にする領域、即ち、窒素組成比（禁止帯
幅）を異にする領域を平面的に内在するＩＩＩ−Ｖ族窒
化物半導体結晶層を発光層として含む積層構造体を備え
ている。この積層構造体に、通常の方法により動作電流
を入・出力させるオーム性（Ohmic）の正・負両電極を
形成することにより、発光素子が得られる。

【００５２】本発明が窒素置換処理の対象とするＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体は、導電性の基板上に堆積させるこ
とができる。従って、ｎ型もしくはｐ型の導電性の基板
上に堆積したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体成長層からなる
構造体から、基板を導電性結晶とするＩＩＩ−Ｖ族窒化
物半導体発光素子を得ることができる。これにより、ｎ
型またはｐ型の何れか一方のオーミック電極を基板の一
主面に設けることができる。即ち、従来のようにｎ型及
びｐ型の両オーミック電極を基板の一主面上に形成する
必要がなくなり、電極を形成するために発光面積が徒に
減少するという不具合を回避することができる。また、
ｎ型及びｐ型の両オーミック電極を形成するために、徒
に発光部を切り欠き、段差を設けて電極形成領域を確保
する必要がなくなり、プレーナ型の発光素子を得ること
が可能になる。

【００５３】また、特に、同一材料からなる１つの結晶
層内に窒素組成比が互いに異なる、即ち、禁止帯幅が互
いに異なる複数の領域を内在するＩＩＩ−Ｖ族窒化物半
導体結晶層を発光層とする素子は、多波長光を発する発
光層を単一結晶層で構成することができることに加え、
上部クラッド層及びコンタクト層を共通に用いることが
でき、素子構成上の簡易化を図ることができるという利
点がある。

【００５４】

【発明の実施の形態】本発明のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導
体発光素子及びその製造方法の各実施形態について、図
面に基づき説明する。各実施形態では、ＡｌＧａＡｓ成
長層及びＧａＡｓ成長層に窒素置換処理を施してなる発
光層を備えた多波長ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体ＬＥＤを
例にとり説明する。

【００５５】［第１の実施形態］まず、光デバイス用と
して、特に転位密度（エッチピット密度：ＥＰＤ）が約
１０³ｃｍ^ー2未満と小さく、しかも低抵抗のｐ型伝導を
示す亜鉛（Ｚｎ）ドープＧａＡｓ単結晶を選択し、この
ＺｎドープＧａＡｓ単結晶を［０１１］方向に角度にし
て２゜傾斜（オフ（off））させて｛００１｝−Ｚｎド
ープＧａＡｓ単結晶を切り出し、図１に示す基板１０１
とした。

【００５６】次いで、この基板１０１上に、トリメチル
ガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／アルシン（ＡｓＨ₃）水
素（Ｈ₂）混合ガス（１０％ＡｓＨ₃−９０％Ｈ₂）／水
素（Ｈ ₂）反応系を用いた常圧（大気圧）ＭＯＣＶＤ法
により、７００℃でＺｎをドープしたｐ型ＧａＡｓ緩衝
層１０２を積層した。ここでは、この緩衝層１０２のキ
ャリア濃度を６×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚を約３μｍとし
た。また、Ｚｎのドーピング源としては、体積濃度にし
て約１００ｐｐｍのジエチル亜鉛（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）
を含む水素（Ｈ₂）ガスを用いた。

【００５７】次いで、この緩衝層１０２上に、下部クラ
ッド層を形成するための結晶層としてＺｎをドープした
ｐ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０３を積層した。成膜温
度は、前記緩衝層１０２の場合と同じく７００℃とし
た。また、このｐ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０３のキ
ャリア濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚は約０．３μｍと
した。また、Ａｌ源にはトリメチルアルミニウム（（Ｃ
Ｈ₃）₃Ａｌ）を、Ｚｎのドーピング源には上述した（Ｃ
₂Ｈ₅）₂Ｚｎを含むＨ₂ガスを用いた。

【００５８】次いで、このｐ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層
１０３上に、発光層を形成するための結晶層として硫黄
（Ｓ）をドーピングすることによりｎ型のキャリア濃度
を約２×１０¹⁶ｃｍ^-3としたｎ型砒化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）層１０４を７００℃で積層した。このｎ型ＧａＡｓ
層１０４の層厚は約０．１μｍ、キャリア濃度は約７×
１０¹⁶ｃｍ^-3 とした。

【００５９】次いで、基板１０１の温度を７００℃に維
持したままの状態で、成膜が終了したｎ型ＧａＡｓ層１
０４上に、上部クラッド層を形成するための結晶層とし
てキャリア濃度が約２×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚が約０．１
μｍの珪素（Ｓｉ）をドーピングしたｎ型砒化アルミニ
ウム・ガリウム混晶（Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ）層１０５
を積層した。Ｓｉ源には、体積濃度にして約１０ｐｐｍ
のジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₄）を含むＨ₂ガスを用いた。

【００６０】このｐ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０３、
ｎ型ＧａＡｓ層１０４及びｎ型Ａｌ _0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層
１０５により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなるｐ
ｎ接合型ＤＨ構造１１０を構成した。発光部となるＤＨ
構造１１０は、上記の如く成膜温度を変化させずに形成
した。次いで、ｎ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０５上
に、コンタクト層を形成するための結晶層として、上記
のＳｉ源を用いてＳｉドープのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ａ
ｓ層１０６を積層した。このｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ
層１０６の層厚は０．０５μｍ、キャリア濃度は約２×
１０¹⁸ｃｍ^-3とした。以上により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体からなる積層構造体１１１の形成を終了した。

【００６１】次いで、得られた積層構造体１１１を、Ｍ
ＯＣＶＤ成長炉内にキャリアガスとしたＨ₂ガスを流通
させたままで、冷却速度を意識的に調整することなく、
また、冷却の中途で或る温度で保持することなく、自然
放冷により室温迄冷却した。その後、ＭＯＣＶＤ炉内に
流通させるガス種をＨ₂よりアルゴン（Ａｒ）に替えた
後、前記積層構造体１１１をＭＯＣＶＤ成長炉内より取
り出した。

【００６２】次いで、図２に示すように、通常のプラズ
マＣＶＤ法により、この積層構造体１１１の最表面の全
面を、一旦、アンドープ（undope）の二酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ₂）被膜１２１により被覆した。ここでは、このＳｉ
Ｏ₂被膜１２１の膜厚を約１５０ｎｍとした。その後、
一般的なフォトリソグラフィー技術により、ＳｉＯ₂被
膜１２１にパターン（pattern）加工を施した。このパ
ターン加工と、それに続く弗化アンモニウム（ＮＨ
₄Ｆ）水溶液を用いた湿式エッチング加工により、Ｓｉ
Ｏ₂被膜１２１のうち幅２００μｍ、長さ３００μｍの
長方形状の領域を除去し、開口部１２２とした。

【００６３】これにより、この開口部１２２において
は、積層構造体１１１の最表層のｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95
Ａｓ層１０６の表面が露出する状態になった。この開口
部１２２は積層構造体１１１の略表面全面に亘って、＜
０．−１．−１．＞に水平方向に５００μｍのピッチ
（pitch）で、また、それと垂直方向に３５０μｍのピ
ッチで設けた。

【００６４】この開口部１２２が形成された積層構造体
１１１を熱処理用の加熱炉内に載置した。次いで、この
炉内にＡｒガスを導入してＡｒ雰囲気としながら、積層
構造体１１１の温度を室温より７２０℃へ昇温させた。
７２０℃に到達した後、熱処理炉内へのＡｒガスの供給
を停止し、代替に高純度Ｈ₂ガスを毎分１リットルの流
量で供給した。その後、７２０℃で１５分間に亘り、積
層構造体１１１をＨ₂ガス気流中に曝露した。

【００６５】正確に１５分間経過した後、バルブ（弁）
操作により熱処理炉内に流通させるガスをＨ₂ガスから
アンモニア（ＮＨ₃）ガスへ瞬時に切り換え、温度を７
２０℃に維持しながら、積層構造体１１１をＮＨ₃雰囲
気中に放置した。これにより、開口部１２２の直下にあ
る積層構造体１１１のうち、ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ
層１０６の表面から約０．４μｍに至る深さ領域、すな
わちｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0. ₉₅Ａｓ層１０６、ｎ型Ａｌ_0.20
Ｇａ_0.80Ａｓ層１０５、ｎ型ＧａＡｓ層１０４を浸透
し、ｐ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０３の上面から厚み
方向の中途までの領域について、Ａｓ原子をＮ原子で置
換する第１の窒素置換処理を施した。

【００６６】この第１の窒素置換処理により、ｎ型Ａｌ
_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層１０６をｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ
_0.10Ｎ_0.90混晶結晶層へ変換しｎ型コンタクト層１２６
とした。また、ｎ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０５をｎ
型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ_0.10Ｎ_0.90層へ変換しｎ型上部
クラッド層１２５とした。また、ｎ型ＧａＡｓ層１０４
をＧａＡｓ_0.10Ｎ_0.90層へ変換し、波長が約４６０ｎｍ
の青色発光に適する発光層１２４とした。また、ｐ型Ａ
ｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０３を導電型が変わらないｐ型
Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ_0.10Ｎ_0.90混晶結晶層へ変換しｎ
型下部クラッド層１２３とした。

【００６７】次に、ＮＨ₃ガスの流量を毎分１リットル
に維持したままで、自然放冷により第１の窒素置換処理
を終了した積層構造体１１１を７２０℃から室温まで降
温させた。この降温の際、７２０℃から約６００℃に至
る迄ＮＨ₃ガスを継続して流通させた。その後、ＮＨ₃ガ
スの流通を停止し、代替にＡｒガスを流通させた。この
Ａｒガスの供給は、積層構造体１１１が室温に自然冷却
される迄継続した。

【００６８】冷却後、積層構造体１１１の表面を被覆す
るＳｉＯ₂被膜１２１をＮＨ₄Ｆ水溶液によりエッチング
して除去した。その後、図３に示すように、再び、積層
構造体１１１の表面全面をＳｉＯ₂被膜１２１で被覆
し、上記の第１の窒素置換処理を施した開口部１２２に
幅２０μｍの間隔１３０で隣接する、幅１００μｍ、長
さ３００μｍの長方形の領域をエッチングにより除去し
開口部１３１とした。

【００６９】この開口部１３１においては、積層構造体
１１１の最表層のｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ _0.95Ａｓ層１０６の
表面が露出する状態とした。この開口部１３１は、第１
の窒素置換処理を施すための開口部１２２を形成した場
合と同様に、ｐ型ＧａＡｓ基板１０１の＜０．−１．−
１．＞オリエンテーションフラット（ＯＦ）に水平方向
に５００μｍの、また、ＯＦに垂直な方向に３５０μｍ
のピッチでもって格子状に積層構造体１１１の全面に亘
って設けた。

【００７０】この開口部１３１が形成された積層構造体
１１１を、開口部１３１以外の領域にＳｉＯ₂被膜１２
１を被着した状態で再び熱処理用の加熱炉内に載置し
た。次いで、この炉内にＡｒガスを導入してＡｒ雰囲気
としながら、積層構造体１１１の温度を室温より７００
℃へ昇温させた。７００℃に到達した後、熱処理炉内へ
のＡｒガスの供給を停止し、代替に高純度Ｈ₂ガスを毎
分１リットルの流量で供給した。その後、７００℃で１
５分間に亘り、積層構造体１１１をＨ₂ガス気流中に曝
露した。

【００７１】正確に１５分間経過した後、バルブ（弁）
操作により熱処理炉内に流通させるガスをＨ₂ガスから
ＮＨ₃ガスへ瞬時に切り換え、温度を７００℃に維持し
ながら、積層構造体１１１をＮＨ₃雰囲気中に放置し
た。これにより、開口部１３１の直下にある積層構造体
１１１のうちｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層１０６〜ｐ型
Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０３について選択的にＡｓ原
子をＮ原子で置換する第２の窒素置換処理を施した。な
お、この第２の窒素置換処理は、ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ _0.95
Ａｓ層１０６の表面から約０．３５μｍに至る深さ領域
のＡｓ原子をＮ原子で置換した。

【００７２】Ｎ原子による置換の効率は、８６％となっ
た。例えば、発光層となるｎ型ＧａＡｓ層１０４は、波
長が約５２０ｎｍの可視光を発光するＧａＡｓ_0.14Ｎ
_0.86層１２４に変換された。即ち、第２の窒素置換処理
により、緑色発光用の発光部を形成した。次に、ＮＨ₃
ガスの流量を毎分１リットルに維持したままで、自然放
冷により第２の窒素置換処理を終了した積層構造体１１
１を７００℃から室温まで降温させた。この降温の際、
７００℃から約５００℃に至る迄ＮＨ₃ガスを継続して
流通させた。その後、ＮＨ₃ガスの流通を停止し、代替
にＡｒガスを流通させた。このＡｒガスの供給は、積層
構造体１１１が室温に自然冷却される迄継続した。

【００７３】冷却後、積層構造体１１１の表面を被覆す
るＳｉＯ₂被膜１２１をＮＨ₄Ｆ水溶液によりエッチング
して除去した。その後、図４に示すように、三度、積層
構造体１１１の表面全面をＳｉＯ₂被膜１２１で被覆
し、上記の第２の窒素置換処理を施した開口部１３１に
幅２０μｍの間隔１３２で隣接する、幅１５０μｍ、長
さ３００μｍの長方形の領域をエッチングにより除去し
開口部１３３とした。

【００７４】この開口部１３３においては、積層構造体
１１１の最表層のｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ _0.95Ａｓ層１０６の
表面が露出する状態とした。この開口部１３３は、第１
及び第２の窒素置換処理を施すための開口部１２２、１
３１に並列させて、ｐ型ＧａＡｓ基板１０１の＜０．−
１．−１．＞オリエンテーションフラット（ＯＦ）に水
平方向に５００μｍの、また、ＯＦに垂直な方向に３５
０μｍのピッチでもって格子状に積層構造体１１１の全
面に亘って設けた。

【００７５】この開口部１３３が形成された積層構造体
１１１を、開口部１３３以外の領域にＳｉＯ₂被膜１２
１を被着した状態で三度熱処理用の加熱炉内に載置し
た。次いで、この炉内にＡｒガスを導入してＡｒ雰囲気
としながら、積層構造体１１１の温度を室温より６８０
℃へ昇温させた。６８０℃に到達した後、熱処理炉内へ
のＡｒガスの供給を停止し、代替に高純度Ｈ₂ガスを毎
分１リットルの流量で供給した。その後、６８０℃で１
５分間に亘り、積層構造体１１１をＨ₂ガス気流中に曝
露した。

【００７６】正確に１５分間経過した後、バルブ（弁）
操作により、熱処理炉内に流通させるガスをＨ₂ガスか
らＮＨ₃ガスへ瞬時に切り換え、温度を６８０℃に維持
しながら積層構造体１１１をＮＨ₃雰囲気中に放置し
た。これにより、開口部１３３の直下にある積層構造体
１１１のうちｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層１０６からｐ
型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０３の表層部近傍の領域に
ついて選択的にＡｓ原子をＮ原子で置換する第３の窒素
置換処理を施した。ここでは、Ａｓ原子の８３％をＮ原
子に置換した。すなわち、発光層となるｎ型ＧａＡｓ層
１０４を、波長が約６２０ｎｍの赤色帯光を発光するＧ
ａＡｓ_0.14Ｎ_0.86層１２４に変換した。

【００７７】次に、ＮＨ₃ガスの流量を毎分１リットル
に維持したままで、自然放冷により第３の窒素置換処理
を終了した積層構造体１１１を６８０℃から室温まで降
温させた。この降温の際、６８０℃から約５００℃に至
る迄ＮＨ₃ガスを継続して流通させた。その後、ＮＨ₃ガ
スの流通を停止し、代替にＡｒガスを流通させた。この
Ａｒガスの供給は、積層構造体１１１が室温に自然冷却
される迄継続した。以上により、処理温度が相違する第
１、第２及び第３の熱処理をそれぞれ特定された領域、
すなわち開口部１２２、１３１、１３３に順次限定して
施し、結果として、窒素組成比が互いに異なる領域を内
在する発光層１２４を形成した。

【００７８】次いで、図５に示すように、開口部１２
２、１３１間の間隔１３０、及び開口部１３１、１３３
間の間隔１３２と、個別のチップ（chip）に裁断するた
めのダイシングライン１４１を形成する領域に限り、一
般的なフォトリソグラフィー技術を用いて有機系のレジ
スト材料とＳｉＯ₂被膜からなるマスク材を除去し、積
層構造体１１１の表面を露出させた。その後、Ａｒ／メ
タン（ＣＨ₄ ）／Ｈ₂混合ガスを用いたプラズマエッチ
ングにより、マスク材を除去した領域に限り、ｎ型コン
タクト層１２６、ｎ型上部クラッド層１２５、発光層１
２４及びｎ型下部クラッド層１２３の表層部を除去し
た。

【００７９】これにより、第１〜第３の熱処理を施した
各領域に対応した、各々、独立した第１〜第３の発光部
１４２ａ〜１４２ｃを形成した。ここでは、第１の熱処
理を施した領域（開口部１２２に相当する領域）により
構成される第１の発光部１４２ａに、青色発光に適する
窒素置換処理を施した発光層１０４ａを設けている。ま
た、第２の熱処理を施した領域（開口部１３１に相当す
る領域）により構成される第２の発光部１４２ｂに、緑
色発光に適する窒素置換処理を施した発光層１０４ｂを
設けている。また、第３の熱処理を施した領域（開口部
１３３に相当する領域）により構成される第３の発光部
１４２ｃに、赤色発光に適する窒素置換処理を施した発
光層１０４ｃを設けている。

【００８０】これらの第１〜第３の発光部１４２ａ〜１
４２ｃにおいては、窒素置換処理を施すための開口部１
２２、１３１、１３３の面積を縮小している。即ち、窒
素置換処理により形成される発光層１０４ａ〜１０４ｃ
の面積を発光色に依って減じている。それ故に、青色の
発光層１０４ａ（第１の発光部１４２ａ）の平面積を最
も大きくし、次に、赤色の発光層１０４ｃ（第３の発光
部１４２ｃ）の平面積をより小さくし、緑色の発光層１
０４ｂ（第２の発光部１４２ｂ）の平面積を最小とし
た。なお、多波長の発光を帰結する第１〜第３の発光部
１４２ａ〜１４２ｃそれぞれの間に設けた間隔１３０、
１３２及び第１〜第３の発光部１４２ａ〜１４２ｃの周
縁には、アイソレーション（絶縁化）のために、一般的
な選択イオン注入技術を用いて水素イオン（Ｈ⁺）を室
温で注入し、同領域を高抵抗領域とした。

【００８１】次いで、積層構造体１１１全面から、有機
レジスト材料とＳｉＯ₂ 被膜からなるマスク材を剥離し
た。次いで、図６に示すように、既知のフォトリソグラ
フィー技術を用いてパターニングした有機レジスト材料
膜をマスク材とし、独立した第１〜第３の発光部１４２
ａ〜１４２ｃの上方の各ｎ型コンタクト層１２６上に、
一般の真空蒸着法を用いてＡｌからなるｎ型オーミック
電極１８を約２μｍの膜厚となる様に、各々個別に形成
した。これらｎ型オーミック電極１８、１８、…は、ボ
ンディング（結線）用の台座電極を兼ねるために、一辺
が約１００μｍの正方形とした。

【００８２】一方のｐ型オーミック電極１７は、基板１
０１がｐ型導電型のＧａＡｓ単結晶であることから、真
空蒸着により、同基板１０１の裏面全面に亘り、膜厚が
約１．２μｍの金（Ａｕ）・亜鉛（Ｚｎ）合金（Ａｕ９
５重量％・Ｚｎ５重量％）膜及びＡｕ膜を重層させ、全
体として約２．２μｍの第１〜第３の発光部１４２ａ〜
１４２ｃに共通する電極膜とし、この電極膜を４２０℃
で３分間、合金化処理を施し、オーム性（ohmic）を付
与した。

【００８３】その後、［０１１］方向に平行して形成し
た上記のダイシングライン１４１に沿ってダイヤモンド
カッターを走行させることにより、各素子（チップ）を
裁断し分離した。このＧａＡｓ単結晶の劈開を利用した
裁断により、長辺が５００μｍ、短辺が３５０μｍの長
方形のプレーナ型のＬＥＤチップを得た。このＬＥＤチ
ップは、図６に示すように、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）から
なるパッシベーション（passivation）膜１４３を冠し
たものである。

【００８４】図７は、窒素置換処理を施したＧａＡｓの
深さ方向の原子濃度分布を示す図であり、Ｓｉをドープ
したｎ型（００１）−ＧａＡｓ単結晶を７００℃で１５
分間、Ｈ₂気流中で熱処理した後、続けて、同温度で１
５分間に亘りＮＨ₃気流中で熱処理（窒素置換処理）し
た試料について、二次イオン質量分析法（SecondaryIon
Mass Spectrometry）により表面からの深さ方向の原子
濃度分布を測定したものである。ここでは、Ａｓ、Ｎ、
Ｈ、Ｏの４種類の元素について原子濃度分布を測定し
た。

【００８５】この図によれば、Ｎ原子の濃度分布は、表
面近傍に極大値を有する正規分布を示しており、通常の
成膜法が単調増加、単調減少、略一定のいずれかの濃度
分布を示すのとは大きく異なっている。また、Ａｓ原子
をＮ原子で置換するため、Ｎ原子の濃度分布はＡｓ原子
の濃度の減少に対応した分布を呈しており、通常の成膜
法では、Ａｓ原子、Ｎ原子共に略一定の濃度であるのと
は大きく異なっている。なお、Ｈ原子及びＯ原子の濃度
分布も、Ｎ原子の濃度分布と類似した分布を示してい
る。

【００８６】ここで、このＬＥＤの動作について説明す
る。第１〜第３の発光部１４２ａ〜１４２ｃそれぞれに
個別に設けた各ｎ型オーミック電極１８から、ｐ型オー
ミック電極１７に向けて順方向電流を流した。例えば、
第１の発光部１４２ａのみにｎ型オーミック電極１８を
介して動作電流を流した場合、中心波長が約４６５ｎｍ
の青色光が発光した。同様に、第２の発光部１４２ｂの
みに動作電流を流した場合、中心波長が約５３０ｎｍの
緑色光が得られた。また、同様に、第３の発光部１４２
ｃのみに動作電流を流した場合、中心波長が約６３０ｎ
ｍの赤色光が得られた。

【００８７】また、２０ｍＡの順方向電流を流した場合
の順方向電圧は、第１の発光部１４２ａについては約４
Ｖとなった。また、第２及び第３の発光部１４２ｂ、１
４２ｃについては、各々、３．５Ｖ、２．６Ｖであっ
た。また、逆方向電流を５μＡとした場合の逆方向電圧
は、第１〜第３の発光部１４２ａ〜１４２ｃに共通して
大凡、２０Ｖ以上となり、これら第１〜第３の発光部１
４２ａ〜１４２ｃ何れにおいても、良好なｐｎ接合を有
するものと認められた。

【００８８】［第２の実施形態］まず、図８に示すよう
に、上述した第１の実施形態と同様のＭＯＣＶＤ法によ
り、７２０℃で、Ｚｎをドープしたｐ型（００１）−Ｇ
ａＡｓ単結晶からなる基板１０１上に、層厚（ｔ）、キ
ャリア濃度（ｐ）及びＡｌ組成比が相違する、Ｚｎドー
プｐ型ＧａＡｓ緩衝層１５１（ｔ＝０．５μｍ、ｐ＝３
×１０¹⁸ｃｍ^-3）、Ｚｎドープｐ型Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａ
ｓ層１５２（ｔ＝０．５μｍ、ｐ＝８×１０¹⁷ｃｍ^-3）
及びＺｎドープｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａｓ層１５３（ｔ
＝０．１μｍ、ｐ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）を順次堆積し、
積層構造体１５４とした。

【００８９】次いで、図９に示すように、この積層構造
体１５４を室温近傍の温度まで冷却した後、Ｚｎドープ
ｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａｓ層１５３の表面に、Ａｓドー
プＳｉＯ₂被膜１６１を形成し、このＳｉＯ₂被膜１６１
をマスク（mask）材とする選択マスキング技術により、
このＳｉＯ₂被膜１６１に直径が２５０μｍの円形の第
１の開口部１６２を形成した。この第１の開口部１６２
は、既知のフォトリソグラフィー技術を用いて、Ｚｎド
ープｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａｓ層１５３の表面の略全面
に、ＧａＡｓ基板の＜０．−１．−１．＞方向に平行に
５００μｍの等間隔、かつ＜０．−１．１．＞方向に平
行に３００μｍの等間隔で設けた。

【００９０】このＳｉＯ₂被膜１６１を冠した状態で、
積層構造体１５４を７２０℃に加熱し、１０分間に亘り
Ｈ₂気流中に放置した。次いで、引き続き同温度で１５
分間、高純度Ｈ₂とＮＨ₃ガスを等体積で混合した混合ガ
ス雰囲気中で熱処理を施した。この熱処理により、第１
の開口部１６２内に露出したｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａｓ
層１５３はｐ型ＡｌＧａＡｓＮ結晶層１７３に変わっ
た。また、その下層のＡｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ層１５２も
Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ_0.14Ｎ_0.86結晶層１７２に変わっ
た。

【００９１】次いで、この積層構造体１５４を室温近傍
の温度まで冷却した後、再び、既知のフォトリソグラフ
ィー技術を用いて、第１の開口部１６２以外の、該第１
の開口部１６２を囲繞する領域を第２の開口部１６３と
して開口した。すなわち、第２の開口部１６３は、その
内側縁部が第１の開口部１６２の外周部に接触するよう
に配置した。その後、第２の開口部１６３以外の領域に
ＳｉＯ₂被膜を被着させた状態で、積層構造体１５４を
７００℃に加熱した。同温度で１０分間、Ｈ₂ガス単体
からなる雰囲気中に積層構造体１５４を暴露した。

【００９２】次いで、この雰囲気ガスをＨ₂とＮＨ₃ガス
を等体積で混合した混合ガス雰囲気に変え、引き続き同
温度で３０分間に亘り加熱処理を施した。これにより、
第２の開口部１６３に露出したｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａ
ｓ層１５３はｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａｓ_0.20Ｎ_0.80層１
７４に変わった。また、その下層のｐ型Ａｌ_0.40Ｇａ
_0.60Ａｓ層１５２もｐ型Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ_0.20Ｎ
_0.80結晶層１７２に変わった。

【００９３】窒素置換処理を施した後、選択的な領域に
窒素置換処理を施すためのＳｉＯ₂マスク材料を弗化水
素酸（ＨＦ）でｐ型ＡｌＧａＡｓＮ層１５３の表面より
除去した。次に、この積層構造体１５４をＭＯＣＶＤ炉
内に載置し、Ａｒ気流中で積層構造体１５４を６６０℃
に加熱した。温度が安定する迄暫時待機した後、窒素置
換処理を施したｐ型ＡｌＧａＡｓＮ層１５３の表面上
に、Ｓｉをドープしたｎ型Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ成長層
１５５（ｔ＝０．１μｍ、ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）を成
膜した。

【００９４】積層構造体１５４が冷却した後、ＭＯＣＶ
Ｄ炉より取り出し、上記の手法と手順に従い、領域を選
択して窒素置換処理を施した。即ち、上記の第１の開口
部１６２に相当するｎ型Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ成長層１
５５の領域を上記の選択マスキング技術により開口さ
せ、上記と同一の熱処理を施し、第１の開口部１６２に
露出したｎ型Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ成長層１５５をＡｌ
_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ_0.14Ｎ _0.86層１７６に変えた。同様
に、上記の第２の開口部１６３に相当するｎ型Ａｌ _0.40
Ｇａ_0.60Ａｓ成長層１５５の領域を上記の選択マスキン
グ技術により開口させ、第２の開口部１６３のための熱
処理を施し、第２の開口部１６３に露出したｎ型Ａｌ
_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ成長層１５５に限定してＡｌ_0.40Ｇａ
_0.60Ａｓ_0.20Ｎ _0.80層１７７に変えた。

【００９５】以上のように、成長層１５３、１５５に逐
一、窒素置換処理を施す手法を含む熱処理手段により、
同一の成長層１５３（１５５）に対して窒素置換効率の
相違に基づき、禁止帯幅を互いに異にする領域を内在す
るＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体結晶層を形成した。即ち、
図１０に示すように、窒素置換処理により、発光層とな
るｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａｓ層１５３の内部に、第１の
開口部１６２に対応した禁止帯幅を約２．８ｅＶとする
第１の発光領域１８１と、第２の開口部１６３に対応し
た禁止帯幅を約２．２ｅＶとする第２の発光領域１８２
とを隣接して内在させた。

【００９６】また、各発光領域１８１、１８２の禁止帯
幅の大小に対応して、上記の領域に対応させて禁止帯幅
の大小を付帯させた窒素置換処理を施した結晶層を形成
した。即ち、第１及び第２の発光領域１８１、１８２が
写影される領域に対応して、発光領域とは、禁止帯幅を
約０．１ｅＶ大とする障壁作用を有する層領域１８３、
１８４を形成した。この禁止帯幅の差異は、Ａｌ_0.30Ｇ
ａ_0.70ＡｓとＡｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ間の禁止帯幅の差異
がそのまま受け継がれたものである。

【００９７】この様な窒素置換効率の差異により禁止帯
幅を相違させた結晶領域を内包する単一結晶層１５３、
１５５を備えた積層構造体１５４を母体材料として、図
１０に示す短波長可視発光素子１９１を構成した。本発
明に係わる窒素置換処理を用いて構成した上記の第１及
び第２の発光領域１８１、１８２を内在するｐ型ＡｌＧ
ａＡｓＮ結晶層１５３は発光層１２４として活用した。
また、積層構造体の最表層をなし、各発光領域の禁止帯
幅に対応する窒素置換効率の差異により、禁止帯幅を相
違させた領域を内在するｎ型ＡｌＧａＡｓＮ結晶層１５
５を上部クラッド層１２５として利用した。また、発光
層１２４の下部に配置され、窒素置換処理によりｐ型の
ＡｌＧａＡｓＮ層１５２となした結晶層は、下部クラッ
ド層１２３として利用した。

【００９８】上部クラッド層１２５の表面上には、ｎ型
オーミック電極を形成した。第１の発光領域１８１に対
応する上部クラッド層１２５内の層領域１８３とした円
形領域（第１の開口部１６２に相当）には、直径が１１
５μｍの円形台座電極を円形領域１６２の中心に設け、
第１のｎ型オーミック電極１９２とした。また、第２の
発光領域１８２に対応する上部クラッド層１２５の層領
域１８４の端部の２箇所には、一辺を１００μｍとする
正方形の台座電極からなる第２のオーミック電極１９３
を設けた。第１及び第２のオーミック電極１９２、１９
３共に、膜厚を約１．８μｍとする金（Ａｕ）の真空蒸
着膜により構成した。

【００９９】オーミック電極１９２、１９３の底面によ
り遮蔽される平面積を考慮すれば、青色帯域の発光を担
う第１の発光領域１８１の表面積にあって、領域上の電
極により遮蔽されずに外部に開口されている実効的な発
光面積が青色帯域光の比視感度が黄色帯域の約１／１０
であることを考慮（末松安晴著、「光デバイス」、１
３５頁、図８．１３、（株）コロナ社発行、（平成９年
５月１５日））して、黄色帯域の発光を担う第２の発光
領域１８２の表面積の約１０倍となった。

【０１００】一方のｐ型オーミック電極１９４は、基板
１０１にＺｎドープの低抵抗のｐ型ＧａＡｓを用いてい
ることに鑑み、基板１０１の裏面に全面電極として設け
た。両オーミック電極１９２、１９３を除く表面領域を
窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）からなるパッシベーション膜で被
覆した。次いで、基板１０１を構成するＧａＡｓ単結晶
の＜０．−１．１．＞結晶方向及び＜０．−１．−１．
＞結晶方向の劈開性を用いて、一般的なスクライブ法に
より、長辺が約５００μｍ、短辺が３００μｍの長方形
のチップ（chip）に裁断した。この短波長可視発光素子
１９１では、異波長の光を発光する発光領域１８１、１
８２が単一の結晶層内に平面的に内在された構成となっ
ているため、プレーナ型の多波長発光素子とすることが
できた。

【０１０１】第１のｎ型オーミック電極１９２と、基板
１０１の裏面に設けた全面電極であるｐ型オーミック電
極１９４の間に、順方向の動作電流を流した。即ち、第
１の発光領域１８１を中心に順方向電流を流した。順方
向に電流が流れることにより、第１の発光領域１８１か
ら淡黄色の発光が認められた。また、順方向の電流を２
０ｍＡとした場合、波長が約５６０ｎｍの黄色光が放射
された。この２０ｍＡ通電時の順方向の電圧は約２．５
Ｖであった。

【０１０２】第２のｎ型オーミック電極１９３とｐ型オ
ーミック電極１９４との間に順方向の電圧を印加し、第
２の発光領域１８２に主に順方向の電流を流した。この
第２の発光領域１８２からは、２０ｍＡの電流通電時に
波長が約４５５ｎｍの青色発光が視認された。また、第
２の発光領域１８２に通電した際には、第２の発光領域
１８２に隣接した第１の発光領域１８１の一部の領域に
滲んで淡黄色の発光が認められた。

【０１０３】また、ｐ型オーミック電極１９４を共通の
電極とし、第１及び第２のｎ型オーミック電極１９２、
１９３に同時に２０ｍＡの順方向の電流を通電した際に
は、混色により見掛け上白色系の発光を呈した。しか
し、一般的なフォトルミネッセンス（ＰＬ）分光測定に
よれば、波長が約４５５ｎｍの青色光と波長が約５６０
ｎｍの黄色光の２波長の可視光が分光され、短波長光が
同時に発光される多波長発光素子であることが証され
た。

【０１０４】以上説明した様に、本実施形態の多波長Ｉ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体ＬＥＤによれば、ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体成長層に窒素置換処理を施して、禁止帯幅
が相違する複数の発光領域を単一層内に平面的に内在す
る発光層とすることにより、多波長発光素子に適する発
光部を単一の結晶層内に平面的に形成することができ、
従来のように、段差を設けて異波長の発光をもたらす各
発光層の表面を個別に露出する必要がない。したがっ
て、単一の結晶層内に複数の発光領域を有し、高光度の
青色光及びこの青色光とは発光波長を異にする短波長可
視光を出射することができるプレ−ナ型多波長のＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体発光素子を構成することができる。

【０１０５】また、禁止帯幅を互いに異にする各発光領
域に対応して、適する障壁差を保持するクラッド領域を
容易に得ることができる。これにより、異なる波長の可
視光を発光させるために禁止帯幅を互いに異にした複数
の発光領域においても、適する障壁差を有するクラッド
領域を各発光領域毎に個別に形成することができる。即
ち、選択された一結晶層内の各平面領域毎に好適な障壁
作用を保持するダブルヘテロ接合構造の発光部を備えた
多波長のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子を容易に構
成することができる。

【０１０６】以上、本発明の各実施形態について図面に
基づき説明してきたが、具体的な構成は本実施形態に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で設計の変更等が可能である。例えば、第１〜第３開口
部１２２、１３１、１３３の数や配置は、必要に応じて
変更することができる。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明のＩＩＩ−Ｖ
族窒化物半導体発光素子によれば、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物
半導体からなる発光層を含む積層構造体を備え、前記発
光層は、禁止帯幅が互いに異なる複数の発光領域を有す
る単一の結晶層からなることとしたので、多波長発光素
子に適する発光部を、単一のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体
結晶層を発光層として平面的に配置することができ、段
差を設けて異波長の光を発光する各発光層の表面を個別
に露出させる必要がない。したがって、プレ−ナ型多波
長のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子を容易に構成す
ることができる。

【０１０８】また、電極を配置することによる発光面積
の減少を来すことがないので、１つの発光層で高光度の
青色光及びこの青色光とは発光波長を異にする短波長可
視光を出射することができる。

【０１０９】また、前記積層構造体のクラッド層を、前
記発光層を構成する単一の結晶層よりも禁止帯幅が広い
第２の結晶層とし、かつ、互いに異なる禁止帯幅を有す
る複数の領域が該第２の結晶層の前記発光領域の写影位
置に形成すれば、禁止帯幅を互いに異にする各発光領域
に対応して、適する障壁差を保持するクラッド領域を簡
便に得、且つ、配置することができる。これにより、異
なる波長の可視光を発光させるために禁止帯幅を互いに
異にした発光領域にあっても、適する障壁差を有するク
ラッド領域を個別に構成することができる。即ち、選択
された一結晶層内の各平面領域毎に好適な障壁作用を保
持するダブルヘテロ接合構造の発光部を備えた多波長の
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子が簡便に構成でき
る。

【０１１０】また、本発明のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体
発光素子の製造方法によれば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる結晶層の特定された複数の領域それぞれに窒
素置換処理を施し、前記結晶層中に窒素（Ｎ）組成比が
互いに異なるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる複数の
発光領域を形成するので、成膜時に煩雑性を伴わずに簡
単な操作で１つの発光層に複数の発光領域を形成するこ
とができる。したがって、多波長発光素子に適する発光
部を、単一のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体結晶層を発光層
として平面的に配置したプレ−ナ型多波長の発光素子を
容易に作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の積層構造体を示す
断面模式図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の積層構造体に形成
された第１の開口部の配置状態を示す平面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態の積層構造体に形成
された第２の開口部の配置状態を示す平面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態の積層構造体に形成
された第３の開口部の配置状態を示す平面図である。

【図５】本発明の第１の実施形態の第１〜第３の窒素
置換処理を施した積層構造体を示す平面図である。

【図６】本発明の第１の実施形態のプレーナ型の多波
長発光素子を示す断面模式図である。

【図７】本発明の第１の実施形態の窒素置換処理を施
したＧａＡｓの深さ方向の原子濃度分布を示す図であ
る。

【図８】本発明の第２の実施形態の積層構造体を示す
断面模式図である。

【図９】本発明の第２の実施形態の積層構造体に形成
された開口部の配置状態を示す平面図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態のプレーナ型の多
波長発光素子を示す断面模式図である。

【図１１】従来の多波長ＬＥＤを示す断面模式図であ
る。

【符号の説明】１基板２緩衝層１０発光部１３下部クラッド層１４発光層１５上部クラッド層１６コンタクト層１７ｐ型のオーミック電極１８ｎ型のオーミック電極２０発光部３０発光部４０高抵抗層１０１基板１０２ｐ型ＧａＡｓ緩衝層１０３ｐ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０４ｎ型ＧａＡｓ層１０４ａ発光層１０４ｂ発光層１０４ｃ発光層１０５ｎ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ａｓ層１０６ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層１１０ｐｎ接合型ＤＨ構造１１１積層構造体１２１ＳｉＯ₂被膜１２２開口部１２３ｎ型下部クラッド層１２４発光層１２５ｎ型上部クラッド層１２６ｎ型コンタクト層１３０間隔１３１開口部１３２間隔１３３開口部１４１ダイシングライン１４２ａ第１の発光部１４２ｂ第２の発光部１４２ｃ第３の発光部１４３パッシベーション膜１５１ｐ型ＧａＡｓ緩衝層１５２ｐ型Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ層１５３ｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａｓ層１５４積層構造体１５５ｎ型Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ成長層１６１ＳｉＯ₂被膜１６２第１の開口部１６３第２の開口部１７２Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ_0.14Ｎ_0.86結晶層１７３ｐ型ＡｌＧａＡｓＮ結晶層１７４ｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ａｓ_0.20Ｎ_0.80層１７６Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ_0.14Ｎ_0.86層１７７Ａｌ_0.40Ｇａ_0.60Ａｓ_0.20Ｎ_0.80層１８１第１の発光領域１８２第２の発光領域１８３、１８４層領域１９１短波長可視発光素子１９２第１のオーミック電極１９３第２のオーミック電極１９４ｐ型オーミック電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる発光
層を含む積層構造体を備えたダブルヘテロ接合構造型の
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子であって、前記発光層は、禁止帯幅が互いに異なる複数の発光領域
を有する単一の結晶層からなることを特徴とするＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】前記積層構造体のクラッド層は、前記発
光層を構成する単一の結晶層よりも禁止帯幅が広い第２
の結晶層からなり、かつ、互いに異なる禁止帯幅を有す
る複数の領域が該第２の結晶層の前記発光領域の写影位
置に形成されていることを特徴とする請求項１記載のＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体は、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体の第Ｖ族原子の一部または全部を
窒素（Ｎ）原子で置換してなることを特徴とする請求項
１または２記載のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、砒化
アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ_AＧａ_BＡｓ：０≦Ａ
≦１、０≦Ａ＋Ｂ≦１）からなり、前記ＩＩＩ−Ｖ族窒
化物半導体は、窒化砒化アルミニウム・ガリウム結晶
（Ａｌ_AＧａ_BＡｓ_1-CＮ_C：０≦Ａ≦１、０≦Ａ＋Ｂ≦
１、及び０＜Ｃ≦１）からなることを特徴とする請求項
３記載のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】前記複数の発光領域それぞれより出力す
る光の視認に於ける感受性が略均一になるように、これ
らの発光領域のそれぞれの面積を設定してなることを特
徴とする請求項１、２、３または４記載のＩＩＩ−Ｖ族
窒化物半導体発光素子。
【請求項６】ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる発光
層を含む積層構造体を備えたダブルヘテロ接合構造型の
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法であっ
て、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる結晶層の特定された
複数の領域それぞれに窒素置換処理を施し、前記結晶層
中に窒素（Ｎ）組成比が互いに異なるＩＩＩ−Ｖ族窒化
物半導体からなる複数の発光領域を形成することを特徴
とするＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法。