JP2021019075A - 発光装置の製造方法及び発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子部がその形成後に高温に曝された場合であっても発光素子部の劣化が抑制できる発光装置の製造方法を提供する。【解決手段】ｎ側窒化物半導体層、第１発光層及び第１ｐ側窒化物半導体層を含む第１発光素子部を少なくとも備えた発光装置の製造方法であって、基板上に、ｎ側窒化物半導体層と第１発光層と第１ｐ側窒化物半導体層とを備えた積層構造を成長させる積層構造成長工程と、第１ｐ側窒化物半導体層の上に上側ｎ型半導体層を成長させるｎ型半導体層成長工程と、上側ｎ型半導体層上に、上側ｎ型半導体層に対してｎ型不純物となる元素を含む保護膜を形成する保護膜形成工程と、上側ｎ型半導体層及び前記保護膜を加熱する加熱工程と、保護膜の少なくとも一部を除去することにより上側ｎ型半導体層の表面を露出させる保護膜除去工程と、上側ｎ型半導体層の露出した表面に第１ｐ側電極を形成する第１ｐ側電極形成工程と、を含む。【選択図】図１Ｂ

Description

本開示は、発光装置の製造方法及び発光装置に関する。
近年、１チップで２色以上の光を発光する半導体発光素子が求められようになってきている。例えば、特許文献１には、１つの半導体基板上に発光色の異なる第１の発光部（以下、第１発光素子部という。）と第２の発光部（以下、第２発光素子部という。）が形成された半導体発光素子が開示されている。この特許文献１には、段落００２３において、「２以上の発光部を形成するための半導体層の積層を第１の発光部用の半導体層の上にさらに積層するのではなく、半導体基板上にそれぞれ部分的に選択成長をすることにより、別々に発光部を形成してもよい。」と記載されている。
特開平１０−２５６６０５号公報
しかしながら、第１発光素子部用の半導体層を成長させた後に、第２発光素子部用の半導体層を成長させようとすると、前に形成した第１発光素子部が再び高温に曝されることになり、第１発光素子部の劣化が懸念される。また、第２発光素子部用の半導体層の成長に限らず、第１発光素子部が再び高温に曝されることもあり得る。
そこで、本開示は、発光素子部がその形成後に高温に曝された場合であっても当該発光素子部の劣化が抑制できる発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
以上の課題を解決するために、本開示に係る一形態の発光装置の製造方法は、
ｎ側窒化物半導体層、第１発光層及び第１ｐ側窒化物半導体層を含む第１発光素子部を少なくとも備えた発光装置の製造方法であって、
基板上に、ｎ側窒化物半導体層と第１発光層と第１ｐ側窒化物半導体層とを備えた積層構造を成長させる積層構造成長工程と、
前記第１ｐ側窒化物半導体層の上に上側ｎ型半導体層を成長させる上側ｎ型半導体層成長工程と 、
前記上側ｎ型半導体層上に、前記上側ｎ型半導体層に対してｎ型不純物となる元素を含む保護膜を形成する保護膜形成工程と、
少なくとも前記上側ｎ型半導体層及び前記保護膜を加熱する加熱工程と、
前記保護膜の少なくとも一部を除去することにより前記上側ｎ型半導体層の表面を露出させる保護膜除去工程と、
前記上側ｎ型半導体層の露出した表面に第１ｐ側電極を形成する第１ｐ側電極形成工程と、
を含む。
また、本開示に係る一形態の発光装置は、
ｎ側窒化物半導体層と、該ｎ側窒化物半導体層の上に設けられた第１発光層と、該発光層の上に設けられた第１ｐ側窒化物半導体層とを含む第１発光素子部と、
前記ｎ側窒化物半導体層の上に設けられた第２発光層と該第２発光層の上に設けられた第２ｐ側窒化物半導体層とを含む第２発光素子部と、
前記ｎ側窒化物半導体層に接続されたｎ側電極と、
前記第１ｐ側窒化物半導体層上に上側ｎ型半導体層を介して設けられた、第１ｐ側電極と、
前記第２ｐ側窒化物半導体層に接続された第２ｐ側電極と、を備え、
前記第１ｐ側窒化物半導体層と前記上側ｎ型半導体層とはトンネル接合している。
以上のように構成された本開示に係る一形態の発光装置の製造方法は、第１発光素子部が後の加熱工程で高温に曝された場合であっても第１発光素子部の劣化を抑制することができる。また、以上のように構成された本開示に係る一形態の発光装置は、第１発光素子部と第２発光素子部とを備えた発光装置とすることができる。
本開示に係る一実施形態の発光装置の上面図である。 本開示に係る一実施形態の発光装置の断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における工程の流れを示す断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における工程の流れを示す断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における工程の流れを示す断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における工程の流れを示す断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における工程の流れを示す断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における工程の流れを示す断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における工程の流れを示す断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における工程の流れを示す断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における工程の流れを示す断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における工程の流れを示す断面図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法を示すフローチャートである。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における積層構造成長工程のフローチャートである。 本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法における加熱工程の一具体例である第２発光素子部の半導体積層構造形成工程のフローチャートである。
上述したように、第１発光素子部の半導体層を成長させた後に、第２発光素子部用の半導体層を成長させようとすると、前に成長させた第１発光素子部の半導体層が再び高温に曝されることになり、第１発光素子部の半導体層の劣化が懸念される。
例えば、最上層にｐ型窒化物半導体層を含む第１発光素子部の窒化物半導体層の上にＳｉＯ２等の保護膜を形成した後第２発光素子部の窒化物半導体層を成長させると先に成長させたｐ型窒化物半導体層のｐ型導電性が低下する。この理由は、保護膜及び第１発光素子部用のｐ型窒化物半導体層が高温に曝され、窒化物半導体層に対してｎ型不純物であるＳｉがｐ型窒化物半導体層に拡散して、ｐ型窒化物半導体層のｐ型導電性が低下するためと考えられる。しかしながら、ＳｉＯ２等の保護膜は、例えば、第２発光素子部用の窒化物半導体層を成長させる際に、第１発光素子部用の窒化物半導体層上における窒化物半導体層の成長を効果的に抑制するために有用な保護膜である。そこで、本発明者は、ｐ型窒化物半導体層の上にＳｉＯ２等の保護膜を形成して保護膜及び第１発光素子部のｐ型窒化物半導体層が高温に曝された場合でも、ｎ型不純物であるＳｉのｐ型窒化物半導体層への拡散を抑制する方法及び構成を検討した。その結果、ｐ側窒化物半導体層の上に上側ｎ型半導体層を介してＳｉＯ２等の保護膜を形成すると、保護膜及びｐ型窒化物半導体層が高温に曝された場合でも、Ｓｉのｐ型窒化物半導体層への拡散を抑制することができることが分かった。また、ｐ型窒化物半導体層の上には通常ｐ側の電極が形成されるが、ｐ側窒化物半導体層と上側ｎ型半導体層とをトンネル接合させることにより、ｐ側の電極をｐ型窒化物半導体層に電気的に接続できることが確認された。
本開示に係る実施形態の発光装置及び発光装置の製造方法は、以上の知見に基づいて完成されたものである。実施形態の発光装置は、ｐ側窒化物半導体層の上に、該ｐ側窒化物半導体層とトンネル接合する上側ｎ型半導体層を介して設けられたｐ側の電極を含んでいる。
また、実施形態の発光装置の製造方法は、ｐ側窒化物半導体層の上に該ｐ側窒化物半導体層とトンネル接合するｎ型半導体層を介してＳｉＯ２等の保護膜を形成した後に、再成長工程等の加熱を必要とする工程を含んでいる。
以下、本開示に係る実施形態の発光装置及び発光装置の製造方法について、具体例を参照しながら説明する。
＜実施形態＞
（実施形態に係る発光装置）
実施形態の発光装置は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、１つの基板１０上に設けられた第１発光素子部１００と第２発光素子部２００とを含む。実施形態の発光装置において、第１発光素子部１００と第２発光素子部２００は、基板１０上に設けられて１つの下側ｎ型半導体層（ＳｉドープＧａＮ層１１１）を共有し、ＳｉドープＧａＮ層１１１の上には共通のｎ側電極１７０が設けられている。第１発光素子部１００は、ＳｉドープＧａＮ層１１１を含む第１ｎ側窒化物半導体層１１０と、第１ｎ側窒化物半導体層１１０の上に設けられた第１発光層１２０と、第１発光層１２０の上に設けられた第１ｐ側窒化物半導体層１３０とを含む。第２発光素子部２００は、第１ｎ側窒化物半導体層１１０の上に設けられた第２発光層２２０と第２発光層２２０の上に設けられた第２ｐ側窒化物半導体層２３０とを含む。第１発光層１２０と第２発光層２２０とは組成が異なっており、第１発光素子部１００が発光する第１の光と、第２発光素子部２００が発光する第２の光とはピーク波長が異なっている。第１ｐ側窒化物半導体層１３０上には上側ｎ型半導体層１５０を介して第１ｐ側電極１６０が設けられ、第２ｐ側窒化物半導体層２３０上には第２ｐ側窒化物半導体層２３０に接して第２ｐ側電極２６０が設けられている。ここで、第１ｐ側窒化物半導体層１３０と上側ｎ型半導体層１５０とはトンネル接合している。
以下、図１Ｂを参照しながら、第１発光素子部１００及び第２発光素子部２００の構成についてより詳細に説明する。尚、以下に示す具体例は、一例であって本発明を限定するものではない。また、以下に説明で例示する各半導体層の組成及び膜厚は、第１発光素子部１００が青色の第１の光を発光し、第２発光素子部２００が緑色の第２の光を発光する場合の例であり、本発明を限定するものではない。
第１発光素子部１００及び第２発光素子部２００は、基板１０上に、例えば、バッファー層１１を介して設けられる。ここで、基板１０は、例えば、第１発光素子部１００及び第２発光素子部２００を形成する表面に複数の凸部が形成されたサファイア基板であり、バッファー層１１は、例えば、２０ｎｍの厚さに成長させたＡｌＧａＮ層である。
第１発光素子部１００の第１ｎ側窒化物半導体層１１０は、ノンドープＧａＮ層１２と、ＳｉドープＧａＮ層１１１と、超格子層１１２を有する。ノンドープＧａＮ層１２は、例えば、ノンドープで３．５μｍの厚さに成長させる。ノンドープＧａＮ層１２は、第１発光素子部１００と第２発光素子部２００とが共有する層である。下側ｎ型半導体層であるＳｉドープＧａＮ層１１１もまた、上述したように、第１発光素子部１００と第２発光素子部２００とが共有する層である。ＳｉドープＧａＮ層１１１は、第１発光素子部１００において第１ｎ側窒化物半導体層１１０の一部を構成する。ＳｉドープＧａＮ層１１１は、例えば、ｎ型不純物であるＳｉを、５〜７×１０１８／ｃｍ３の不純物濃度で含む、厚さ７μｍのＧａＮ層である。第１発光素子部１００において第１ｎ側窒化物半導体層１１０は、例えば、超格子層１１２等の他の層を含んでいても良い。この超格子層１１２は、厚さ２ｎｍのノンドープのＧａＮ層と厚さ１ｎｍのノンドープのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層とを交互に２０ペア積層することにより構成される。
第１発光素子部１００において、第１発光層（活性層）１２０は第１ｎ側窒化物半導体層１１０上に設けられる。第１発光層（活性層）１２０は、例えば、量子井戸構造を有する。第１発光層（活性層）１２０は、例えば、厚さが４．８ｎｍのノンドープの障壁層と厚さが３．５ｎｍのノンドープの井戸層とを交互に９ペア積層することにより構成される。障壁層は、例えば、ＧａＮからなり、井戸層は、例えば、Ｉｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎからなる。ここで、ｘ１は、例えば、０．１４〜０．１５である。
第１発光素子部１００において、第１発光層（活性層）１２０の上には第１ｐ側窒化物半導体層１３０が設けられる。第１ｐ側窒化物半導体層１３０は、例えば、第１発光層（活性層）１２０側からＭｇドープＡｌＧａＮ層１３１、ノンドープＧａＮ層１３２、ＭｇドープＧａＮ層１３３を含む。ＭｇドープＡｌＧａＮ層１３１は電子ブロック層として機能させることができる。ＭｇドープＡｌＧａＮ層１３１は、例えば、厚さが１０ｎｍのＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１７Ｇａ０．８３Ｎからなる。ノンドープＧａＮ層１３２はキャリア拡散層として機能させることができる。ノンドープＧａＮ層１３２は、例えば、７０ｎｍの厚さのノンドープのＧａＮからなる。ＭｇドープＧａＮ層１３３は、例えば、厚さが２０ｎｍのＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなる。
そして、第１発光素子部１００では、第１ｐ側窒化物半導体層１３０と後述の第１透光性電極１６１の間に配置された上側ｎ型半導体層１５０を含む。第１ｐ側窒化物半導体層１３０と上側ｎ型半導体層１５０とはトンネル接合している。すなわち、第１ｐ側窒化物半導体層１３０と上側ｎ型半導体層１５０との間にトンネル接合が形成されている。上側ｎ型半導体層１５０は、例えば、第１ｐ側窒化物半導体層１３０のＭｇドープＧａＮ層１３３に接して設けられ、ＭｇドープＧａＮ層１３３とトンネル接合するＳｉドープＧａＮ層１５１（第１上側ｎ型半導体層）と、ＳｉドープＧａＮ層１５１の上に設けられたＳｉドープＧａＮ層１５２（第２上側ｎ型半導体層）と、を含む。ＳｉドープＧａＮ層１５１は、例えば、ｎ型不純物であるＳｉが８×１０１９〜８×１０２０／ｃｍ３の比較的高い濃度でドープされた、厚さが３０ｎｍのｎ型ＧａＮからなる。ＳｉドープＧａＮ層１５２は、例えば、ｎ型不純物であるＳｉがＳｉドープＧａＮ層１５１より低い濃度の５〜７×１０１８／ｃｍ３でドープされた、厚さが０．１μｍのｎ型ＧａＮからなる。
第１発光素子部１００において、第１ｐ側電極１６０は、第１透光性電極１６１と第１パッド電極１６２とを含む。第１透光性電極１６１は、例えば、ＩＴＯ等の透光性の導電性材料からなり、例えば、６０ｎｍの厚さを有する。また、第１パッド電極１６２は、例えば金属からなり、例えば、第１透光性電極１６１側から厚さ１．５ｎｍのＴｉ層、厚さ２００ｎｍのＲｈ層、厚さ５００ｎｍのＡｕ層を含む。なお、ここでは、上側ｎ型半導体層１５０の表面に設けた電極を便宜的に「第１ｐ側電極」と呼称するが、これを第１アノード電極と言い換えてもよい。その場合、第２ｐ側電極は第１アノード電極であり、ｎ側電極１７０はカソード電極である。
第２発光素子部２００において、第２ｎ側窒化物半導体層２１０は、例えば、ノンドープＧａＮ層１２及びＳｉドープＧａＮ層１１１を含む。第２ｎ側窒化物半導体層２１０は、さらに、例えば、ＳｉドープＧａＮ層２１１及び超格子層２１２等の他の層を含んでいても良い。ＳｉドープＧａＮ層２１１は、例えば、ＳｉドープＧａＮ層１１１と同一組成を有し、０．１μｍの厚さに設けられる。超格子層２１２は、例えば、厚さ３ｎｍのノンドープのＧａＮ層と厚さ１．５ｎｍのノンドープのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層とを交互に３０ペア積層することにより構成される。
第２発光素子部２００において、第２発光層（活性層）２２０は第２ｎ側窒化物半導体層２１０上に設けられる。第２発光層（活性層）２２０は、例えば、量子井戸構造を有する。第２発光層２２０は、例えば、厚さが１５ｎｍの障壁層と厚さが３ｎｍの井戸層とを交互に９ペア積層することにより構成される。障壁層は、例えば、ノンドープのＧａＮからなり、井戸層は、例えば、ノンドープのＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎからなる。ここで、ｘ２は、例えば、０．１９〜０．２０である。
第２発光素子部２００において、第２発光層（活性層）２２０の上には第２ｐ側窒化物半導体層２３０が設けられる。第２ｐ側窒化物半導体層２３０は、例えば、第２発光層（活性層）２２０側からＭｇドープＡｌＧａＮ層２３１、ノンドープＧａＮ層２３２、ＭｇドープＧａＮ層２３３を含む。ＭｇドープＡｌＧａＮ層２３１は、電子ブロック層として機能させることができる。ＭｇドープＡｌＧａＮ層２３１は、例えば、厚さが１０ｎｍのＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１７Ｇａ０．８３Ｎからなる。ノンドープＧａＮ層２３２はキャリア拡散層として機能させることができる。ノンドープＧａＮ層２３２は、例えば、７０ｎｍの厚さのノンドープのＧａＮからなる。ＭｇドープＧａＮ層２３３は、例えば、厚さが２０ｎｍのＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなる。
第２発光素子部２００において、第２ｐ側電極２６０は、第２透光性電極２６１と第２パッド電極２６２とを含む。第２透光性電極２６１は、例えば、ＩＴＯ等の透光性の導電性膜からなり、例えば、６０ｎｍの厚さを有する。また、第２パッド電極２６２は、例えば金属からなり、例えば、第２透光性電極２６１側から厚さ１．５ｎｍのＴｉ層、厚さ２００ｎｍのＲｈ層、厚さ５００ｎｍのＡｕ層を含む。
以上のように構成された実施形態の発光装置において、第１発光素子部１００の第１発光層（活性層）１２０及び第２発光素子部２００の第２発光層（活性層）２２０で発光した光は、第１ｐ側電極１６０及び第２ｐ側電極２６０の側から出射される。
あるいは、第１ｐ側電極１６０及び第２ｐ側電極２６０を光反射率の高い構造として、基板１０側から光を取り出してもよい。
上面視において、発光装置は、例えば１辺が２０〜３０００μｍ程度の矩形状とすることができる。上面視において、第１発光素子部１００と第２発光素子部２００はそれぞれ、例えば１辺が５〜１０００μｍ程度の矩形状とすることができる。第１発光素子部１００と第２発光素子部２００の形状及び／又は大きさは、同じでもよく異なっていてもよい。
以下、実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。
（実施形態に係る発光装置の製造方法）
実施形態に係る発光装置の製造方法は、ｎ側窒化物半導体層の一部、第１発光層及び第１ｐ側窒化物半導体層を含む第１発光素子部を備えた発光装置の製造方法であって、図３Ａに示すように少なくとも以下の工程を含む。
（Ｓ１）基板上に、ｎ側窒化物半導体層と第１発光層と第１ｐ側窒化物半導体層とを備えた積層構造を成長させる積層構造成長工程。
（Ｓ２）第１ｐ側窒化物半導体層の上に上側ｎ型半導体層を成長させる上側ｎ型半導体層成長工程。
（Ｓ３）ｎ型半導体層上に、ｎ型半導体層に対してｎ型不純物となる元素を含む保護膜を形成する保護膜形成工程。
（Ｓ４）少なくともｎ型半導体層と保護膜を加熱する加熱工程。
（Ｓ５）保護膜の少なくとも一部を除去することによりｎ型半導体層の表面を露出させる保護膜除去工程。
（Ｓ６）ｎ型半導体層の露出した表面に第１ｐ側電極を形成する第１ｐ側電極形成工程。
ここで、積層構造成長工程は、第１発光素子部の一部を構成する、ｎ側窒化物半導体層と第１発光層と第１ｐ側窒化物半導体層とを含む半導体積層構造を形成する工程である。
ｎ型半導体層成長工程は、半導体積層構造の第１ｐ側窒化物半導体層の上に設けられた保護膜が加熱された際に、保護膜に含まれるｎ型不純物の第１ｐ側窒化物半導体層への拡散を抑制する機能を有するｎ型半導体層を成長させる工程である。
保護膜形成工程は、例えば、同一基板上に第１発光素子部とは異なる素子部を形成する際に、第１発光素子部上への不要な窒化物半導体層の成長を抑制する等、第１発光素子部を保護する保護膜を形成する工程である。
加熱工程は、加熱を伴う工程であり、加熱によるアニール工程だけではなく、第１発光素子部とは異なる第２の素子部を構成するために窒化物半導体を成長させる工程のような必然的に加熱を伴う工程も含む。
保護膜除去工程は、第１発光素子部の第１ｐ側電極を形成するために、保護膜の少なくとも一部を除去することによりｎ型半導体層の表面を露出させる工程である。
第１ｐ側電極形成工程は、露出させたｎ型半導体層の表面に第１ｐ側電極を形成する工程であり、例えば、第１ｐ側窒化物半導体層に接続する電極と同時に第１発光素子部とは異なる素子部の電極を形成することも含む。
以上のように構成された実施形態に係る発光装置の製造方法は、積層構造成長工程の後にｎ型半導体層成長工程と保護膜形成工程とを含んでいるので、第１発光素子部の一部を構成する第１ｐ側窒化物半導体層のｐ型導電性の低下を抑制しつつ加熱工程を含むことが可能になる。これにより、第１発光素子部を構成するための半導体積層構造を形成した後に、同一基板上で加熱工程を含む、例えば、第１発光素子部以外の素子部を形成することが可能になる。ここで、第１発光素子部以外の素子部とは、例えば、第１発光素子部とは発光波長の異なる第２発光素子部、受光素子部及び例えば発光素子部の点灯を制御する半導体素子部等を含む。
また、以上の実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、第１発光素子部の積層構造を形成した後に、第１発光素子部以外の素子部を形成するための半導体層を成長させるような加熱処理を伴う工程を含む場合であっても、ｐ型窒化物半導体層上に形成する保護膜として窒化物半導体にとってｎ型不純物となる元素を含む保護膜の使用が制限されることがない。したがって、保護膜として適しており、また、通常よく使用されるＳｉＯ２等の保護膜の使用が可能になる。
以下、実施形態に係る発光装置の製造方法について具体例に基づき詳細に説明する。ここでは、図１Ａ及び図１Ｂに示す、第１発光素子部１００と第２発光素子部２００とを含む発光装置を製造する場合の例を適宜含めて説明する。
尚、以下の説明において、窒化物半導体層の成長方法として例示する有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法で使用することができる原料ガスは次のようなものである。
Ｇａ源ガス：トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）
Ｎ源ガス：アンモニア（ＮＨ３）
Ｉｎ源ガス：トリメチルインジウム（ＴＭＩ）
Ａｌ源ガス：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）
Ｓｉ源ガス：モノシラン（ＳｉＨ４）
Ｍｇ源ガス：ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）
Ｓ１．積層構造成長工程
積層構造成長工程は、例えば、図１Ａ等に示す、第１発光素子部１００と第２発光素子部２００とを含む場合には、例えば、図３Ｂに示すように、Ｓ１−１．基板準備工程、Ｓ１−２．バッファー層形成工程、Ｓ１−３．ｎ側窒化物半導体層形成工程、Ｓ１−４．第１ｎ側窒化物半導体層１１０の層構造形成工程、Ｓ１−５．第１発光層形成工程、Ｓ１−６．第１ｐ側窒化物半導体層形成工程、を含む。
Ｓ１−１．基板準備工程
基板準備工程では、サファイア基板、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、Ｇａ２Ｏ３基板等の窒化物半導体を成長させることができる基板１０を準備する。基板１０としては、単一の材料で構成されている基板の他、例えばサファイア基板上に窒化物半導体層が形成されたテンプレート基板等の、複数の材料からなる基板を用いてもよい。また、基板準備工程では、必要に応じ、窒化物半導体を成長させる上面に、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等を用いて、複数の凸部を形成する。
Ｓ１−２．バッファー層形成工程
バッファー層形成工程では、まず、図２Ａに図示するように、準備した基板１０の上面に、例えば５００℃の比較的低温で２０ｎｍの厚さにＡｌＧａＮ層を成長させることにより、バッファー層１１を形成する。バッファー層１１が不要な場合はバッファー層形成工程を省略してよい。
Ｓ１−３．第１ｎ側窒化物半導体層形成工程
第１ｎ側窒化物半導体層形成工程では、図２Ａに図示するように、ノンドープのＧａＮを３．５μｍの厚さに成長させることにより、ノンドープＧａＮ層１２を形成する。続いて、ノンドープＧａＮ層１２の上に、ＳｉドープＧａＮ層１１１を形成する。ＳｉドープＧａＮ層１１１は、例えば、厚さ７μｍで、ｎ型不純物であるＳｉを５〜７×１０１８／ｃｍ３の不純物濃度で含むように形成する。このノンドープＧａＮ層１２及びＳｉドープＧａＮ層１１１は、第１発光素子部１００において、第１ｎ側窒化物半導体層１１０の一部を構成する。
ノンドープＧａＮ層１２の形成は、例えば、Ｇａ源ガス、窒素源ガスを流しながら、１１００℃の温度で有機金属気相成長法により形成する。ＳｉドープＧａＮ層１１１の形成は、例えば、Ｇａ源ガス、窒素源ガス、Ｓｉ源ガスを流しながら、１２００℃の温度で有機金属気相成長法により形成する。
第１ｎ側窒化物半導体層１１０形成工程では、第１発光素子部１００の発光波長等を考慮して必要な層を形成する。尚、第１ｎ側窒化物半導体層１１０は、ＳｉドープＧａＮ層１１１のようなｎ型窒化物半導体層のみにより構成してもよい。
第１発光素子部１００が青色の光を発光するように構成する場合には、図２Ｂに示すように、例えば、ＳｉドープＧａＮ層１１１の上に、例えば、厚さ２ｎｍのＧａＮ層と厚さ１ｎｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層とを交互に２０ペア積層することにより超格子層１１２を形成する。
超格子層１１２の形成は、例えば、有機金属気相成長法により、例えば、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガスを流しながら、８４０℃の温度でノンドープのＧａＮ層を２ｎｍの厚さに成長させた後、Ｉｎ源ガスを加えて８４０℃の温度でノンドープのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層を１ｎｍの厚さに成長させることを２０サイクル繰り返して形成する。
第１ｎ側窒化物半導体層１１０は、下側ｎ型半導体層を含有する。第１ｎ側窒化物半導体層１１０は、下側ｎ型半導体層以外のｎ型層を含有していてもよく、また、ノンドープの層を含有していてもよい。第１ｎ側窒化物半導体層１１０を構成する窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。第１ｎ側窒化物半導体層１１０におけるｎ型不純物としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅが挙げられる。
Ｓ１−４．第１発光層形成工程
第１発光層形成工程では、第１ｎ側窒化物半導体層１１０の上に第１発光層１２０を形成する。第１発光層は、超格子層１１２上に、例えば、厚さが４．８ｎｍの障壁層と厚さが３．５ｎｍの井戸層とを交互に９ペア積層することにより第１発光層（活性層）１２０を形成する。青色の光を発光する第１発光素子部１００の場合には、例えば、厚さが４．８ｎｍのＧａＮからなる障壁層と、厚さが３．５ｎｍのＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎからなる井戸層を交互に形成する。尚、ｘ１は、例えば、０．１４〜０．１５である。
第１発光層（活性層）１２０の形成は、例えば、有機金属気相成長法により、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガスを流しながら、ノンドープのＧａＮ層を４．８ｎｍの厚さに成長させた後、Ｉｎ源ガスを加えてノンドープのＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ層を３．５ｎｍの厚さに成長させることを９サイクル繰り返し、最後にＧａＮ障壁層を成長させることにより形成する。
第１発光層１２０は、窒化物半導体で構成することができる。例えば、第１発光層１２０を量子井戸構造とし、井戸層をＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎで構成することができる。この場合、障壁層は、例えば、ＧａＮ又は井戸層よりもＩｎ混晶比が小さいＩｎＧａＮで構成することができる。１つの障壁層が複数の層から形成されていてもよい。
Ｓ１−５．第１ｐ側窒化物半導体層形成工程
第１ｐ側窒化物半導体層形成工程では、第１発光素子部１００における第１ｐ側窒化物半導体層１３０を形成する。
第１ｐ側窒化物半導体層１３０は、例えば、第１発光層（活性層）１２０の上に、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１３１、ノンドープＧａＮ層１３２、ＭｇドープＧａＮ層１３３を順に成長させることにより形成する。青色の光を発光する第１発光素子部１００では、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１３１は、例えば、厚さが１０ｎｍのＭｇがドープされたＡｌ０．１７Ｇａ０．８３Ｎを成長させることにより形成する。ノンドープＧａＮ層１３２は、例えば、７０ｎｍの厚さのノンドープのＧａＮを成長させることにより形成する。ＭｇドープＧａＮ層１３３は、例えば、厚さが２０ｎｍのＭｇがドープされたＧａＮを成長させることにより形成する。
ＭｇドープＡｌＧａＮ層１３１は、例えば、Ａｌ源ガス、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガス、Ｍｇ源ガスを用いてＭｇがドープされたＡｌ０．１７Ｇａ０．８３Ｎを８４０℃の温度で成長させることにより形成する。ノンドープＧａＮ層１３２は、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガス、を用い、Ａｌ源ガス及びＭｇ源ガスを停止して、９００℃の温度でＧａＮを７０ｎｍの厚さに成長させることにより形成する。ＭｇドープＧａＮ層１３３は、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガス、Ｍｇ源ガスを用い、厚さが２０ｎｍのＭｇがドープされたＧａＮを成長させることにより形成する。
第１ｐ側窒化物半導体層１３０は、１以上のｐ型層を含有する。第１ｐ側窒化物半導体層１３０はノンドープの層を含有していてもよい。第１ｐ側窒化物半導体層１３０を構成する窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。第１ｐ側窒化物半導体層１３０におけるｐ型不純物としては、例えば、Ｍｇが挙げられる。
Ｓ２．上側ｎ型半導体層成長工程
上側ｎ型半導体層成長工程では、第１ｐ側窒化物半導体層１３０の上、すなわち、ＭｇドープＧａＮ層１３３の上に、上側ｎ型半導体層１５０を成長させる。
上側ｎ型半導体層１５０は、複数の層により形成してもよい。図２Ｃに示すように、上側ｎ型半導体層１５０は、例えば、ＭｇドープＧａＮ層１３３上にＳｉドープＧａＮ層１５１を成長させ、その上にさらにＳｉドープＧａＮ層１５２を成長させることにより形成する。例えば、ｎ型不純物であるＳｉが８×１０１９〜８×１０２０／ｃｍ３の比較的高い濃度でドープされたｎ型ＧａＮを３０ｎｍの厚さに成長させることにより、ＳｉドープＧａＮ層１５１を形成し、例えば、ｎ型不純物であるＳｉが５〜７×１０１８／ｃｍ３のＳｉドープＧａＮ層１５１より低い濃度でドープされたｎ型ＧａＮを０．１μｍの厚さに成長させることにより、ＳｉドープＧａＮ層１５２を形成する。
ＳｉドープＧａＮ層１５１は、例えば、有機金属気相成長法により、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガス、Ｓｉ源ガスを流しながら、９００℃の温度で、例えば、ｎ型不純物であるＳｉが８×１０１９〜８×１０２０／ｃｍ３の比較的高い濃度でドープされたｎ型ＧａＮを３０ｎｍの厚さに成長させることにより形成する。ＳｉドープＧａＮ層１５２は、ＳｉドープＧａＮ層１５１に続いてＳｉ源ガスの流量を調整して、例えば、ｎ型不純物であるＳｉが５〜７×１０１８／ｃｍ３の濃度でドープされたｎ型ＧａＮを０．１μｍの厚さに成長させることにより、形成する。
上側ｎ型半導体層１５０は、第１ｐ側窒化物半導体層１３０とトンネル接合させる。すなわち、第１ｐ側窒化物半導体層１３０と上側ｎ型半導体層１５０との間にトンネル接合が形成されるように各層を成長させる。トンネル接合が形成されるためには、第１ｐ側窒化物半導体層１３０の最上層のホールキャリア密度を高くし、且つ、上側ｎ型半導体層１５０の最下層の電子キャリア密度を高くする。このために、第１ｐ側窒化物半導体層１３０の最上層を第１濃度のｐ型不純物濃度で形成し、上側ｎ型半導体層１５０の最下層を第２濃度のｎ型不純物濃度で形成する。第１濃度及び第２濃度は、第１ｐ側窒化物半導体層１３０と上側ｎ型半導体層１５０とがトンネル接合する濃度である。第１濃度は、例えば、１×１０２０〜８×１０２０／ｃｍ３とすることができる。第２濃度は、例えば、８×１０１９〜８×１０２０／ｃｍ３とすることができる。例えば、第１ｐ側窒化物半導体層１３０の最上層としてＭｇドープＧａＮ層１３３のｐ型不純物濃度を１×１０２０〜８×１０２０／ｃｍ３とすることができる。例えば、上側ｎ型半導体層１５０の最下層としてＳｉドープＧａＮ層１５１のｎ型不純物濃度を８×１０１９〜８×１０２０／ｃｍ３とすることができる。上側ｎ型半導体層１５０の最下層のｎ型不純物濃度は、ｎ側電極１７０のコンタクト層として用いる下側ｎ型半導体層のｎ型不純物濃度よりも高いことが好ましい。これにより、トンネル接合が形成されやすくなる。
上側ｎ型半導体層１５０の膜厚は、５００ｎｍ以下であることが好ましい。上側ｎ型半導体層１５０はトンネル接合のためにｎ型不純物を比較的高濃度に含有させる層であり、不純物添加による結晶性の悪化を抑制するために、成長温度を比較的高くすることが好ましい。しかし一方で、成長温度が高くなるほど、既に形成されている他の層、特に第１発光層１２０が劣化する可能性が高くなる。このため、上側ｎ型半導体層１５０の膜厚は例えば５００ｎｍ以下程度に薄いことが好ましく、これにより、第１発光層１２０が劣化する可能性を低減することができる。上側ｎ型半導体層１５０の膜厚の下限としては３ｎｍを挙げることができる。また、上側ｎ型半導体層１５０は、ＭＯＣＶＤ装置等の高温で成長する装置を用いる以外に、スパッタ装置や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置等の比較的低温で膜を形成可能な装置を用いてもよい。スパッタ装置等を用いて比較的低温で形成する場合は、上側ｎ型半導体層１５０の膜厚を５００ｎｍより厚くしてもよい。
上側ｎ型半導体層１５０を複数の層により形成する場合は、ｎ型不純物濃度は、最下層を最も高濃度とし、それより上に設ける層は最下層よりも低い濃度とすることが好ましい。このような多層構造とすることにより、トンネル接合に必要な高濃度ドープ層の膜厚を薄くすることができるため、上側ｎ型半導体層１５０の結晶性を向上させることができる。また、最下層の膜厚は、その上に設ける低濃度層の膜厚よりも薄いことが好ましい。これにより、上側ｎ型半導体層１５０の結晶性をさらに向上させることができる。
上側ｎ型半導体層１５０は、窒化物半導体で構成することができる。窒化物半導体において、結晶性を向上させるためにはＧａＮが適しているため、上側ｎ型半導体層１５０としてｎ型ＧａＮ層を形成することが好ましい。上側ｎ型半導体層１５０が窒化物半導体であれば、後述する保護膜からのｎ型不純物拡散により上側ｎ型半導体層１５０の電子キャリア密度が増大し得る。上側ｎ型半導体層１５０は、ｎ型層のみから構成することができる。上側ｎ型半導体層１５０におけるｎ型不純物としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅが挙げられる。
第１ｐ側窒化物半導体層形成工程と上側ｎ型半導体層形成工程との間に、洗浄工程を設けてもよい。例えば、ＭＯＣＶＤ装置等の半導体層を形成するための反応装置の炉内に基板１０を配置し、第１ｐ側窒化物半導体層形成工程を含む半導体層積層工程を行った後、基板１０と各半導体層からなるウェハーをＭＯＣＶＤ装置から一旦取り出す。その後、洗浄工程を行い、ウェハーを反応装置の炉内に戻し、上側ｎ型半導体層形成工程を行う。このような洗浄工程を行うことにより、洗浄工程を行わずに第１ｐ側窒化物半導体層１３０から上側ｎ型半導体層１５０を連続して成長させる場合と比較して、上側ｎ型半導体層１５０の結晶性を良くすることができた。このような結果が得られる理由は明らかではないが、一度炉から出すことによりＭｇのメモリー効果がなくなり次に成長する上側ｎ型半導体層１５０の電子キャリア密度が上昇するためや、洗浄により第１ｐ側窒化物半導体層１３０の表層のＭｇやＯ等の不純物を取り除くことでトンネル接合による電圧上昇が改善されるため等が理由として考えられる。後者の理由に基づけば、洗浄工程は、第１ｐ側窒化物半導体層１３０の表層の不純物を取り除くことができる洗浄方法であればよい。洗浄液としては、例えば、フッ酸や塩酸等が挙げられる。
ＳｉドープＧａＮ層１５２を形成した後、保護膜形成工程の前に、第１発光素子部形状加工工程を含むことができる。
（第１発光素子部形状加工工程）
第１発光素子部形状加工工程では、上側ｎ型半導体層１５０の一部、該一部の下にそれぞれ位置する第１ｐ側窒化物半導体層１３０の一部及び第１発光層１２０の一部を含む第１発光素子部を除いて、上側ｎ型半導体層１５０、第１ｐ側窒化物半導体層１３０及び第１発光層１２０を除去することにより、第１ｎ側窒化物半導体層１１０の表面を露出させる。
具体的には、図２Ｄに示すように、第１発光素子部を形成する領域（以下、第１領域という。）における上側ｎ型半導体層１５０の上面にマスク１８０を形成する。そして、例えば、反応性イオンエッチング等を用いて、図２Ｅに示すように、第１領域以外の領域（以下、第２領域という。）の上側ｎ型半導体層１５０、第１ｐ側窒化物半導体層１３０及び第１発光層１２０を除去する。これにより、第１発光素子部用の半導体積層構造を形成するとともに、第２領域に第１ｎ側窒化物半導体層１１０の表面を露出させ、その後、マスク１８０を除去する（図２Ｆ）。ここで、マスク１８０は、反応性イオンエッチングを用いる場合には、例えば、フォトレジスト膜を一般的なフォトリソグラフィの手法によりパターニングすることにより形成する。なお、図２Ｅに示すように、第１ｎ側窒化物半導体層１１０の一部が除去されてもよい。図２Ｅでは、ＳｉドープＧａＮ層１１１の表面を露出させている。このように第１ｎ側窒化物半導体層１１０中の下側ｎ型半導体層の表面を露出させてよい。これにより、後述する第２発光素子部２００を形成する場合に、下側ｎ型半導体層に形成したｎ側電極を第１発光素子部１００と第２発光素子部２００の共通の電極とすることができる。本工程の除去により、ノンドープＧａＮ層１２や基板１０を露出させてもよい。この場合は、第１発光素子部１００用のｎ側電極とは別に、第２発光素子部２００用のｎ側電極を形成する。
Ｓ３．保護膜形成工程
保護膜形成工程では、第１発光素子部１００を覆う保護膜１９０を形成する。保護膜形成工程では、例えば、図２Ｇに示すように、第２領域において、第２発光素子部２００を形成する領域を除く部分に保護膜１９０を形成する。言い換えれば、保護膜１９０を、第１発光素子部１００を覆いかつ露出させた第１ｎ側窒化物半導体層１１０の表面のうち第２発光素子部を形成する一部を露出させるように形成する。ここで、保護膜１９０は、窒化物半導体においてｎ型導電性を発現させるｎ型不純物を含む材料により構成される。このようなｎ型不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）が挙げられ、保護膜１９０を、Ｓｉを含む材料により構成することができる。Ｓｉを含む材料としては、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物が挙げられ、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮを保護膜１９０の材料として用いることができる。保護膜１９０として、例えば、ＳｉＯ２等のシリコン酸化膜を形成することができる。保護膜１９０が被覆する領域は、用途に応じて決定することができる。保護膜１９０は、少なくとも上側ｎ型半導体層１５０の上面を被覆する。
Ｓ４．加熱工程
加熱工程は、第１発光素子部１００、特に、第１発光素子部１００の少なくとも上側ｎ型半導体層１５０と保護膜１９０とが加熱されることになる工程である。第１発光素子部１００と第２発光素子部２００とを含む発光装置の製造方法では、例えば、図３Ｃに示すように、第２発光素子部２００を構成する半導体積層構造を形成するための半導体の成長工程が挙げられる。
（第２発光素子部２００の半導体積層構造成長工程）
Ｓ４−１．第２ｎ側窒化物半導体積層構造形成工程
本工程では、保護膜１９０から露出された第１ｎ側窒化物半導体層１１０の上に、第２発光素子部２００の発光波長等を考慮して必要な層を形成する。すなわち、図２Ｈに示すように、第１ｎ側窒化物半導体層１１０の露出した表面の上方に、少なくとも、第２発光層２２０及び第２ｐ側窒化物半導体層２３０を成長させる。図２Ｈでは、第１ｎ側窒化物半導体層１１０の露出した表面に、まず、ＳｉドープＧａＮ層２１１と超格子層２１２を成長させる。ＳｉドープＧａＮ層２１１と超格子層２１２は、ノンドープＧａＮ層１２及びＳｉドープＧａＮ層１１１と共に、第２ｎ側窒化物半導体層２１０を構成する。尚、第２ｎ側窒化物半導体層２１０として新たな層を形成せずに、第１ｎ側窒化物半導体層１１０と共通する部分のみにより第２ｎ側窒化物半導体層２１０を構成してもよい。第２発光層２２０の結晶性を向上させるためには、ＳｉドープＧａＮ層２１１及び超格子層２１２のような新しい層を第２ｎ側窒化物半導体層２１０として形成する方が好ましい。第１ｎ側窒化物半導体層１１０の露出面は、保護膜形成工程を経ていることから、表面状態が良好ではない場合があるためである。
第２発光素子部２００を緑色の光を発光するように構成する場合には、露出させた第１ｎ側窒化物半導体層１１０の上に、例えば、厚さ３ｎｍのＧａＮ層と厚さ１．５ｎｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層とを交互に３０ペア積層することにより超格子層１１２を形成する。
超格子層２１２の形成は、例えば、有機金属気相成長法により、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガスを流しながら、８４０℃の温度でノンドープのＧａＮ層を１．５ｎｍの厚さに成長させた後、Ｉｎ源ガスを加えて８４０℃の温度でノンドープのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層を１．５ｎｍの厚さに成長させることを３０サイクル繰り返して形成する。
以上のｎ側窒化物半導体層形成工程及び第２ｎ側窒化物半導体層２１０の層構造形成工程を経て、第２発光素子部２００における第２ｎ側窒化物半導体層２１０全体が形成される。
第２ｎ側窒化物半導体層２１０は、１以上のｎ型層を含有する。第２ｎ側窒化物半導体層２１０は、ノンドープの層を含有していてもよい。第２ｎ側窒化物半導体層２１０を構成する窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。第２ｎ側窒化物半導体層２１０におけるｎ型不純物としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅが挙げられる。
Ｓ４−２．第２発光層形成工程
ここでは、第２ｎ側窒化物半導体層２１０の上に第２発光層２２０を形成する。第２発光層２２０として、第１発光層１２０とは異なる組成の層を形成する。例えば、超格子層２１２上に、例えば、厚さが１５ｎｍの障壁層と厚さが３ｎｍの井戸層とを交互に９ペア積層することにより第２発光層（活性層）２２０を形成する。
緑色の光を発光する第２発光素子部２００の場合には、例えば、厚さが１５ｎｍのＧａＮからなる障壁層と、厚さが３ｎｍのＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎからなる井戸層を交互に形成する。尚、ｘ２は、例えば、０．１９〜０．２０である。
第２発光層（活性層）２２０の形成は、例えば、有機金属気相成長法により、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガスを流しながら、ノンドープのＧａＮ層を１５ｎｍの厚さに成長させた後、Ｉｎ源ガスを加えてノンドープのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ層を３ｎｍの厚さに成長させることを９サイクル繰り返し、最後にＧａＮ障壁層を成長させることにより形成する。
第２発光層２２０は、窒化物半導体で構成することができる。例えば、第２発光層２２０を量子井戸構造とし、井戸層をＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎで構成することができる。この場合、障壁層は、例えば、ＧａＮ又は井戸層よりもＩｎ混晶比が小さいＩｎＧａＮで構成することができる。１つの障壁層が複数の層から形成されていてもよい。
組成の異なる第１発光層１２０と第２発光層２２０を形成することにより、１つの発光装置から異なる色の光を得ることができる。後で成長する第２発光層２２０よりも第１発光層１２０の方が短い波長の光を発光可能であることが好ましい。窒化物半導体の発光層においては、発光波長が短いほどＩｎ混晶比が高くなる傾向があり、Ｉｎ混晶比が高い層ほど加熱によって損傷を受け難いためである。例えば、第１発光層１２０の井戸層がＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎからなり、第２発光層２２０の井戸層がＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎからなる場合に、ｘ１はｘ２より小さいことが好ましい。尚、第２発光層２２０を第１発光層１２０と同じ組成で形成すれば、第１発光素子部１００及び第２発光素子部２００から同じ色の発光を得ることができる。
Ｓ４−３．第２ｐ側窒化物半導体層形成工程
ここでは、第２発光素子部２００における第２ｐ側窒化物半導体層２３０を形成する。
第２ｐ側窒化物半導体層２３０は、例えば、第２発光層（活性層）２２０の上に、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１３１、ノンドープＧａＮ層１３２、ＭｇドープＧａＮ層２３３を順に成長させることにより形成する。ＭｇドープＡｌＧａＮ層２３１は、例えば、厚さが１０ｎｍのＭｇがドープされたＡｌ０．１７Ｇａ０．８３Ｎを成長させることにより形成する。ノンドープＧａＮ層２３２は、例えば、７０ｎｍの厚さのノンドープのＧａＮを成長させることにより形成する。ＭｇドープＧａＮ層２３３は、厚さが２０ｎｍのＭｇがドープされたＧａＮを成長させることにより形成する。
ＭｇドープＡｌＧａＮ層２３１は、例えば、有機金属気相成長法により、Ａｌ源ガス、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガス、Ｍｇ源ガスを用いてＭｇがドープされたＡｌ０．１７Ｇａ０．８３Ｎを８４０℃の温度で成長させることにより形成する。ノンドープＧａＮ層２３２は、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガスを用い、Ａｌ源ガス及びＭｇ源ガスを停止して、９００℃の温度でＧａＮを７０ｎｍの厚さに成長させることにより形成する。ＭｇドープＧａＮ層２３３は、Ｇａ源ガス、Ｎ源ガス、Ｍｇ源ガスを用い、厚さが２０ｎｍのＭｇがドープされたＧａＮを成長させることにより形成する。
第２ｐ側窒化物半導体層２３０は、１以上のｐ型層を含有する。第２ｐ側窒化物半導体層２３０はノンドープの層を含有していてもよい。第２ｐ側窒化物半導体層２３０を構成する窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。第２ｐ側窒化物半導体層２３０におけるｐ型不純物としては、例えば、Ｍｇ、Ｚｎが挙げられる。
以上のように、第１発光素子部１００と第２発光素子部２００とを含む発光装置の製造方法では、例えば、第１発光素子部１００を形成した後に第２発光素子部２００を形成すると、第１発光素子部１００が繰り返し加熱されることになる。このような加熱により、保護膜１９０に含有されるｎ型不純物が第１発光素子部１００を構成する半導体層に拡散される場合がある。本実施形態においては、図２Ｈに示すように、保護膜１９０と第１ｐ側窒化物半導体層１３０の間に上側ｎ型半導体層１５０を配置しているため、ｎ型不純物が拡散しても第１発光素子部１００を構成する半導体層の特性に大きな変化は生じ難い。保護膜１９０に含有されるｎ型不純物が拡散し得る加熱条件としては、例えば、６００℃以上で４０分以上加熱することが挙げられる。尚、第１発光素子部１００を構成する半導体層への影響が小さくなるように、第１発光素子部１００を加熱する条件としては、最高到達温度が１０００℃以下であることが好ましく、また９５０℃以上の温度になる時間の合計が６０分以下であることが好ましい。
Ｓ５．保護膜除去工程
保護膜除去工程では、図２Ｉに示すように、第１ｐ側電極１６０及び第２ｐ側電極２６０を形成するために保護膜１９０を除去する。尚、ここでは、少なくとも、第１発光素子部１００の第１ｐ側電極１６０を形成するために、上側ｎ型半導体層１５０の表面に形成された保護膜１９０の一部を除去すればよい。すなわち、保護膜除去工程では、保護膜１９０の少なくとも一部を除去することにより上側ｎ型半導体層１５０の表面の一部を露出させればよい。しかしながら、上側ｎ型半導体層１５０の表面（上面）全体を露出させるようにしてもよい。また、例えば、図１Ａに示す第１発光素子部１００と第２発光素子部２００とが共有するｎ側電極１７０を下側ｎ型半導体層（ＳｉドープＧａＮ層１１１）上に形成する場合には、保護膜除去工程において、上述の第２領域の下側ｎ型半導体層上に形成した保護膜１９０の少なくとも一部を除去することにより、ｎ側電極１７０を形成するための下側ｎ型半導体層の一部を露出させるようにしてもよい。図２Ｉに示すように、保護膜１９０を全て除去してもよい。保護膜１９０を部分的に残すことにより、保護膜１９０を、完成した発光装置の保護膜として利用してもよい。
Ｓ６．電極形成工程
電極形成工程では、図２Ｊに示すように、保護膜１９０を除去した後、露出させた上側ｎ型半導体層１５０の表面に第１ｐ側電極１６０を形成する。ここで、電極形成工程では、第１発光素子部１００の第１ｐ側電極１６０と第２発光素子部２００の第２ｐ側電極２６０とを同一の工程により同時に形成するようにしてもよい。第１ｐ側電極１６０と第２ｐ側電極２６０が離間していることで、第１発光素子部１００と第２発光素子部２００をそれぞれ個別に駆動することができる。第１発光素子部１００と第２発光素子部２００を同時に駆動させたい場合は、第１ｐ側電極１６０と第２ｐ側電極２６０を接続してもよい。
第１ｐ側電極１６０は、第１透光性電極１６１と第１パッド電極１６２とを含む。第２ｐ側電極２６０は、第２透光性電極２６１と第２パッド電極２６２とを含む。第１透光性電極１６１及び第２透光性電極２６１は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等によりＩＴＯ等の透光性の導電性膜を６０ｎｍの厚さに形成する。また、第１パッド電極１６２及び第２パッド電極２６２はそれぞれ、例えば、スパッタリング法、蒸着法等により、例えば、第１透光性電極１６１及び第２透光性電極２６１側からＴｉ層を１．５ｎｍの厚さに形成し、Ｒｈ層を２００ｎｍの厚さに形成し、Ａｕ層を５００ｎｍの厚さに形成する。第１パッド電極１６２及び第２パッド電極２６２はそれぞれ、ワイヤ等が接続されるパッド部と、パッド部よりも狭い幅でパッド部から延伸する枝部とを有してよい。第１パッド電極１６２のパッド部と第２パッド電極２６２のパッド部は、図１Ａに示すように、上面視において発光装置の同じ側に配置することができる。
また、保護膜１９０を除去することにより露出させた下側ｎ型半導体層（ＳｉドープＧａＮ層１１１）上の、第１発光素子部１００及び第２発光素子部２００から離れた位置に、ｎ側電極１７０を形成する。ｎ側電極１７０は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕを含み、例えば、スパッタリング法、蒸着法等により形成する。ｎ側電極１７０は、第１ｎ側窒化物半導体層１１０及び第２ｎ側窒化物半導体層２１０に電気的に接続される電極である。第１発光素子部１００用のｎ側電極と第２発光素子部２００用のｎ側電極を別個に設けてもよい。発光装置の小型化のためには、ｎ側電極を別個で設けるよりも、第１発光素子部１００用と第２発光素子部２００用を兼ねる共通のｎ側電極１７０を設ける方が好ましい。また、例えば、基板１０が導電性である場合は基板１０の裏面にｎ側電極を形成することができる等、ｎ側電極は第１ｎ側窒化物半導体層１１０及び第２ｎ側窒化物半導体層２１０と必ずしも接していなくてよい。
以上の実施形態に係る発光装置の製造方法では、第１発光素子部１００の半導体積層構造を形成した後に、例えば、第２発光素子部２００の半導体積層構造を成長させる工程のような加熱工程を含む。もし第１ｐ側窒化物半導体層１３０と保護膜１９０が接していれば、上述のとおり、保護膜１９０に含有されるｎ型不純物が第１ｐ側窒化物半導体層１３０に拡散し、第１ｐ側窒化物半導体層１３０のｐ型導電性の低下が懸念される。
しかしながら、本実施形態の製造方法によれば、第１発光素子部１００の半導体積層構造において、第１ｐ側窒化物半導体層１３０の上に上側ｎ型半導体層１５０が形成され、その上側ｎ型半導体層１５０を介して保護膜１９０が形成されている。これにより、保護膜１９０に含まれているｎ型不純物の第１ｐ側窒化物半導体層１３０への拡散を抑制することができる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、第１発光素子部１００が後の加熱工程で高温に曝された場合であっても第１ｐ側窒化物半導体層１３０のｐ型導電性の低下を抑制することができる。
１０ 基板
１１ バッファー層
１２ ノンドープＧａＮ層
１００ 第１発光素子部
１１０ 第１ｎ側窒化物半導体層
１１１ ＳｉドープＧａＮ層（下側ｎ型半導体層）
１１２ 超格子層
１２０ 第１発光層
１３０ 第１ｐ側窒化物半導体層
１３１ ＭｇドープＡｌＧａＮ層
１３２ ノンドープＧａＮ層
１３３ ＭｇドープＧａＮ層
１５０ 上側ｎ型半導体層
１５１ ＳｉドープＧａＮ層（第１上側ｎ型半導体層）
１５２ ＳｉドープＧａＮ層（第２上側ｎ型半導体層）
１６０ 第１ｐ側電極
１６１ 第１透光性電極
１６２ 第１パッド電極
２００ 第２発光素子部
２１０ 第２ｎ側窒化物半導体層
２１１ ＳｉドープＧａＮ層
２１２ 超格子層
２２０ 第２発光層
２３０ 第２ｐ側窒化物半導体層
２３１ ＭｇドープＡｌＧａＮ層
２３２ ノンドープＧａＮ層
２３３ ＭｇドープＧａＮ層
２６０ 第２ｐ側電極
２６１ 第２透光性電極
２６２ 第２パッド電極

Claims (9)

  1. ｎ側窒化物半導体層、第１発光層及び第１ｐ側窒化物半導体層を含む第１発光素子部を少なくとも備えた発光装置の製造方法であって、
    基板上に、ｎ側窒化物半導体層と第１発光層と第１ｐ側窒化物半導体層とを備えた積層構造を成長させる積層構造成長工程と、
    前記第１ｐ側窒化物半導体層の上に上側ｎ型半導体層を成長させる上側ｎ型半導体層成長工程と 、
    前記上側ｎ型半導体層上に、前記上側ｎ型半導体層に対してｎ型不純物となる元素を含む保護膜を形成する保護膜形成工程と、
    少なくとも前記上側ｎ型半導体層及び前記保護膜を加熱する加熱工程と、
    前記保護膜の少なくとも一部を除去することにより前記上側ｎ型半導体層の表面を露出させる保護膜除去工程と、
    前記上側ｎ型半導体層の露出した表面に第１ｐ側電極を形成する第１ｐ側電極形成工程と、
    を含む発光装置の製造方法。
  2. 前記発光装置は、第２発光層及び第２ｐ側窒化物半導体層を含む第２発光素子部を備えており、
    前記加熱工程は、前記基板の上方に、第２発光層及び第２ｐ側窒化物半導体層を成長させて第２発光素子部を形成する第２発光素子部形成工程である、請求項１記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記上側ｎ型半導体層の一部、該一部の下にそれぞれ位置する前記第１ｐ側窒化物半導体層の一部及び前記第１発光層の一部を含む第１発光素子部を除いて、前記上側ｎ型半導体層、前記第１ｐ側窒化物半導体層及び前記第１発光層を除去することにより、前記ｎ側窒化物半導体層の表面を露出させる第１発光素子部形成工程を含み、
    前記第２発光素子部形成工程において、前記ｎ側窒化物半導体層の露出した表面の上方に前記第２発光層及び前記第２ｐ側窒化物半導体層を成長させる請求項２記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記第２発光素子部の第２ｐ側窒化物半導体層に第２ｐ側電極を形成する第２ｐ側電極形成工程を含む請求項２〜３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記第２発光素子部形成工程において、前記第１発光層とは異なる組成の第２発光層を形成する請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  6. 前記積層構造成長工程において、前記第１ｐ側窒化物半導体層の最上層を、第１濃度のｐ型不純物濃度で形成し、
    前記上側ｎ型半導体層成長工程において、前記上側ｎ型半導体層の最下層を、第２濃度のｎ型不純物濃度で形成し、
    前記第１濃度及び前記第２濃度は、前記第１ｐ側窒化物半導体層と前記上側ｎ型半導体層とがトンネル接合する濃度である請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  7. 前記上側ｎ型半導体層成長工程において、前記上側ｎ型半導体層としてｎ型ＧａＮ層を形成し、
    前記保護膜形成工程において、前記保護膜としてシリコン酸化膜を形成する請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  8. 前記ｎ側窒化物半導体層に電気的に接続するｎ側電極を形成するｎ側電極形成工程を含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  9. ｎ側窒化物半導体層と、該ｎ側窒化物半導体層の上に設けられた第１発光層と、該第１発光層の上に設けられた第１ｐ側窒化物半導体層とを含む第１発光素子部と、
    前記ｎ側窒化物半導体層の上に設けられた第２発光層と該第２発光層の上に設けられた第２ｐ側窒化物半導体層とを含む第２発光素子部と、
    前記ｎ側窒化物半導体層に接続されたｎ側電極と、
    前記第１ｐ側窒化物半導体層上に上側ｎ型半導体層を介して設けられた、第１ｐ側電極と、
    前記第２ｐ側窒化物半導体層に接続された第２ｐ側電極と、を備え、
    前記第１ｐ側窒化物半導体層と前記上側ｎ型半導体層とはトンネル接合している発光装置。
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