JP2018078232A - 広波長域発光素子および広波長域発光素子の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ピーク波長近傍における高発光強度域が広く、かつ複雑な工程を経ることなく作製可能な発光素子を実現する。【解決手段】発光素子を作製する方法が、複数のＧａＮ単結晶粒子からなり、当該ＧａＮ単結晶粒子についてのｃ軸方向の基板法線に対する傾斜角の頻度分布において傾斜角が０°のときの頻度値から順次に積算した累積頻度値が全体の８０％となる傾斜角である累積８０％傾斜角が１０°以上である多結晶ＧａＮ基板を準備する工程と、多結晶ＧａＮ基板の上に、ＧａＮに所定のｎ型ドーパントがドープされてなるｎ型導電層を形成する工程と、ｎ型導電層の上に、ＩｎｘＧａ１−ｘＮなる組成の第１単位層とＧａＮからなる第２単位層とを繰り返し交互に積層することにより多重量子井戸構造を有する活性層を形成する工程と、活性層の上に、ＧａＮに所定のｐ型ドーパントがドープされてなるｐ型導電層を形成する工程と、を備えるようにする。【選択図】図４

Description

本発明は、１３族窒化物からなる活性層を有する発光素子に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、いずれもが１３族窒化物からなるｎ型層、活性層、ｐ型層を順に積層することで構成される。ｎ型層およびｐ型層を構成する１３族窒化物のバンドギャップを、活性層を構成する１３族窒化物のバンドギャップよりも大きくすることで、ＬＥＤの発光効率を向上させることができるほか、活性層に用いる１３族窒化物の組成を適宜調整することで、ＬＥＤの発光波長を変えることができる。また、活性層を組成の相異なる井戸層と障壁層とを積層した量子井戸構造とすることで光出力を高くすることができ、係る量子井戸構造を多層形成する多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を用いることで、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）。

ＬＥＤを作製する際の基板には従来、サファイア基板が用いられるのが一般的であったが、これに換えて窒化ガリウム（ＧａＮ）基板を用いることで、ＬＥＤ層構造中の転位密度を減らすことができ、ＬＥＤの高効率化が期待できる。ＧａＮ基板の作製方法としては、ＨＶＰＥ法が良く知られている（例えば、特許文献２参照）。

ただし、ＧａＮ基板は一般的に高価であることから、安価で大面積化にも適した基板として、基板表面の略法線方向に単結晶構造を有する複数の窒化ガリウム系単結晶粒子で構成される多結晶基板である多結晶窒化ガリウム自立基板が、用いられることもある（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。特に、特許文献４には、窒化ガリウム自立基板を構成する窒化ガリウム結晶の結晶方位の平均傾斜角を１°〜１０°とすることで、転位密度の低減が実現された多結晶窒化ガリウム自立基板が開示されている。

また、ＬＥＤによって白色光（白色照明）を実現するには、相異なる波長の光（典型的には赤色光、緑色光、青色光）を重畳的に発光させる必要があるが、一つの素子から相異なる波長の光を発生させる発光素子（複数波長発光素子）もすでに公知である（例えば、特許文献５ないし特許文献８参照）。

特許文献５には、異なる組成の活性層を持つ複数の量子井戸構造を順に積層することで複数波長発光素子を作製する技術が、開示されている。

特許文献６には、選択成長用マスクを用いて面内方向に異なる組成の活性層を形成する技術が、開示されている。

特許文献７には、イオン打ち込みを用いて面内方向に異なる組成の活性層を形成することで複数波長発光素子を作製する技術が、開示されている。

特許文献８には、凹凸の上面と下面とで傾斜が異なる基板を用いて複数波長発光素子を作製する技術が、開示されている。

また、オフ角を有するＧａＮ基板上にＩｎＧａＮ膜を形成する場合、オフ角とＩｎ組成の関係がテラス上成長とステップ端成長の割合から決定され、オフ角が０°から４５°の範囲では傾斜角が大きくなるほどＩｎＧａＮ膜におけるＩｎ組成が低くなることも知られている（例えば、特許文献９参照）。

特許第２９１７７４２号公報 特開２０１０−１３２５５６号公報 国際公開第２０１４／１９２９１１号 国際公開第２０１５／１５１９０２号 特許第３５４３４９８号公報 特開平５−２５１７３８号公報 特開平８−１３９３６２号公報 特許第５０３２１７１号公報 国際公開第２０１０／０１６４５９号

特許文献５に開示された技術においては、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）に形成することによって、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ことで、複数波長発光を実現している。しかしながら、当該構造には、発光観測面側と反対側に向かう光を反射させて利用することができずに吸収されてしまうため、光取出し効率が低くなってしまうという問題がある。

特許文献６ないし特許文献８に開示された技術においてはいずれも、面内方向に異なる組成の活性層を形成しているため、積層方向に異なる組成の活性層を形成した場合とは異なり、発光観測面側に向かう光も発光観測面側と反対側に向かう光も吸収されることがなく高い光取り出し効率が得られる。しかしながら、選択成長用マスクの形成やイオン打ち込みや凹凸加工といった複雑な工程が必要になり、製造コストや生産性の点で不利である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも発光ピーク波長近傍における高発光強度域が広く、かつ複雑な工程を経ることなく作製可能な発光素子を実現することを、目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、広波長域発光素子が、１３族窒化物半導体からなる発光構造を備え、発光スペクトルにおいてピーク波長における発光強度値の８０％以上の発光強度値である波長範囲が４０ｎｍ以上である、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、第１の態様に係る広波長域発光素子であって、複数のＧａＮ単結晶粒子からなり、前記複数のＧａＮ単結晶粒子についてのｃ軸方向の基板法線に対する傾斜角の頻度分布において傾斜角が０°のときの頻度値から順次に積算した累積頻度値が全体の８０％となる傾斜角である累積８０％傾斜角が１０°以上である多結晶ＧａＮ基板、をさらに備え、前記発光構造が、前記多結晶ＧａＮ基板の上に設けられた、ＧａＮに所定のｎ型ドーパントがドープされてなるｎ型導電層と、前記ｎ型導電層の上に設けられた、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）なる組成の第１単位層とＧａＮからなる第２単位層とが繰り返し交互に積層されることにより多重量子井戸構造を有する活性層と、前記活性層の上に設けられた、ＧａＮに所定のｐ型ドーパントがドープされてなるｐ型導電層と、を備えることを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第２の態様に係る広波長域発光素子であって、前記多結晶ＧａＮ基板の累積８０％傾斜角が１２°以上２０°以下である、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様は、第２または第３の態様に係る広波長域発光素子であって、前記ｎ型導電層の上に設けられた、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）なる組成の第１単位層とＧａＮからなる第２単位層とが繰り返し交互に積層されることにより超格子構造を有する応力緩和層、をさらに備え、前記活性層が前記応力緩和層の上に設けられてなる、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第４の態様に係る広波長域発光素子であって、前記多結晶ＧａＮ基板の累積８０％傾斜角が１５°以上２０°以下であり、前記活性層の第１単位層におけるＩｎモル比ｘの値の最大値が０．４〜０．５５である、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様は、発光スペクトルにおいてピーク波長における発光強度値の８０％以上の発光強度値である波長範囲が４０ｎｍ以上である、広波長域発光素子を作製する方法であって、複数のＧａＮ単結晶粒子からなり、前記複数のＧａＮ単結晶粒子についてのｃ軸方向の基板法線に対する傾斜角の頻度分布において傾斜角が０°のときの頻度値から順次に積算した累積頻度値が全体の８０％となる傾斜角である累積８０％傾斜角が１０°以上である多結晶ＧａＮ基板を準備する、準備工程と、前記多結晶ＧａＮ基板の上に、ＧａＮに所定のｎ型ドーパントがドープされてなるｎ型導電層を形成するｎ型導電層形成工程と、前記ｎ型導電層の上に、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）なる組成の第１単位層とＧａＮからなる第２単位層とを繰り返し交互に積層することにより多重量子井戸構造を有する活性層を形成する活性層形成工程と、前記活性層の上に、ＧａＮに所定のｐ型ドーパントがドープされてなるｐ型導電層を形成するｐ型導電層形成工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の第７の態様は、第６の態様に係る広波長域発光素子の作製方法であって、前記多結晶ＧａＮ基板の累積８０％傾斜角が１２°以上２０°以下である、ことを特徴とする。

本発明の第８の態様は、第６または第７の態様に係る広波長域発光素子の作製方法であって、前記ｎ型導電層の上に、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）なる組成の第１単位層とＧａＮからなる第２単位層とが繰り返し交互に積層されることにより超格子構造を有する応力緩和層を形成する応力緩和層形成工程、をさらに備え、前記活性層形成工程においては、前記応力緩和層の上に前記活性層を形成する、ことを特徴とする。

本発明の第９の態様は、第８の態様に係る広波長域発光素子の作製方法であって、前記多結晶ＧａＮ基板の累積８０％傾斜角が１５°以上２０°以下であり、前記活性層の形成温度が６８０℃〜７５０℃である、ことを特徴とする。

本発明の第１ないし第９の態様によれば、ピーク波長近傍での高発光強度域が広い発光が生じる、広波長域発光素子が実現される。

特に、本発明の第２ないし第９の態様によれば、多結晶基板上に１３族窒化物半導体からなる一組の発光構造を設けるという単純な構成で、ピーク波長近傍での高発光強度域が広い発光が生じる、広波長域発光素子が実現される。

特に、本発明の第３、第５、第７、および第９の態様によれば、ピーク波長近傍での高発光強度域が広くかつ発光強度も良好な広波長域発光素子が実現される。

特に、本発明の第４、第５、第８、および第９の態様によれば、ピーク波長がより広波長側にシフトした広波長域発光素子が実現される。

特に、本発明の第５および第９の態様によれば、白色光あるいは概ね白色光に近い発光が得られる広波長域発光素子が実現される。

多結晶ＧａＮ基板１の構成を模式的に示す断面図である。 ＧａＮ単結晶粒子の傾斜角頻度分布を模式的に示す図である。 発光ピークの模式図である。 第１の実施の形態に係る発光素子１０の構成を模式的に示す断面図である。 第２の実施の形態に係る発光素子２０の構成を模式的に示す断面図である。 実施例１の多結晶ＧａＮ基板１を構成するＧａＮ単結晶粒子の傾斜角頻度分布を示す図である。 実施例２のcase(2)およびcase(3)の発光素子に用いられた多結晶ＧａＮ基板１を構成するＧａＮ単結晶粒子の傾斜角頻度分布を例示する図である。 実施例２の全１４種類の発光素子のそれぞれの発光スペクトルより求めた、８０％強度波長範囲と発光強度とを、それぞれの多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角に対してプロットした図である。 全１４種類の発光素子のそれぞれにおける発光の色度座標を示したｘｙ色度図である。 多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角が１５°であるcase(1)の発光素子の発光スペクトルを示す図である。

本明細書中に周期表の族番号を示す場合、それは、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。例えば、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、１４族とは、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）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。

＜多結晶ＧａＮ基板およびその累積８０％傾斜角＞
図１は、後述する本発明の実施の形態に係る発光素子１０（図４参照）および発光素子２０（図５参照）に用いる多結晶ＧａＮ基板１の構成を模式的に示す断面図である。

多結晶ＧａＮ基板１は、面内方向に多数の単結晶ＧａＮ粒子が連結してなる多結晶基板であり、かつ、結晶粒界ｇｂで区画される個々のＧａＮ単結晶粒子のｃ軸方向が、当該多結晶ＧａＮ基板１の主面の法線方向（以下、単に基板法線とも称する）から所定の範囲内でずれを有するものである。個々のＧａＮ単結晶の面内方向における平均粒径（平均サイズ）は３０μｍ〜１００μｍ程度である。

例えば図１に示す多結晶ＧａＮ基板１の場合であれば、図面視左右方向において４つのＧａＮ単結晶１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄが連結してなるところ、それらＧａＮ単結晶１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄにおけるｃ軸方向（矢印ｃにて示す）はそれぞれ、多結晶ＧａＮ基板１の主面Ｓの法線方向（矢印ｎにて示す、図１の図面視上下方向に一致している）に対して、角度α１、α２、α３、α４だけ傾斜している。

本発明の実施の形態においては、多結晶ＧａＮ基板１における個々のＧａＮ単結晶のｃ軸方向の基板法線に対するばらつきの程度を、ｃ軸方向の基板法線に対する傾斜角のばらつきとして捉え、「累積８０％傾斜角」なるパラメータで評価する。

ここで、「累積８０％傾斜角」は、個々のＧａＮ単結晶粒子のｃ軸方向の基板法線に対する傾斜角の頻度分布（ヒストグラム）において、傾斜角が０°のときの頻度値から順次に積算した累積頻度値が全体の８０％となる傾斜角の値として、定義される。係る頻度分布は例えば、多結晶ＧａＮ基板１の主面Ｓを被測定面として電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）の逆極点図マッピング測定を行うことによって得られる。以降、係る頻度分布を単に傾斜角頻度分布とも称する。

図２は、ＧａＮ単結晶粒子の傾斜角頻度分布を模式的に示す図である。図２には、異なる２通りの頻度分布ＦＤ１、ＦＤ２を例示している。また、それぞれの頻度分布ＦＤ１、ＦＤ２における累積８０％傾斜角をＡ_８０として示している。ただし、図２においては図示の簡単のため、頻度分布を連続曲線として示している。

頻度分布ＦＤ１と頻度分布ＦＤ２とを比較すると、前者は０°近傍の頻度が相対的に高く、かつ、傾斜角の分布範囲が頻度分布ＦＤ２よりも狭いのに対し、後者は、０°から比較的高角度側まで頻度があまり変化せず、傾斜角の分布範囲が頻度分布ＦＤ１よりも広くなっている。これに応じて、頻度分布ＦＤ１における累積８０％傾斜角よりも頻度分布ＦＤ２における累積８０％傾斜角の方が、値が大きくなっている。

２つの頻度分布の違いは、頻度分布ＦＤ１が得られた多結晶ＧａＮ基板１の方が、頻度分布ＦＤ２が得られた多結晶ＧａＮ基板１よりも、個々のＧａＮ結晶のｃ軸配向度が高いことを意味しているが、係る相違はそのまま、累積８０％傾斜角の値の相違として現れる。本実施の形態においては、この関係を利用して、累積８０％傾斜角を、多結晶ＧａＮ基板１における個々のＧａＮ単結晶のｃ軸のばらつきの程度を表すパラメータとして用いる。

そして、後述する本発明の実施の形態においては、この累積８０％傾斜角が１０°以上である多結晶ＧａＮ基板１が、好ましくは、累積８０％傾斜角が１２°以上２０°以下である多結晶ＧａＮ基板１が、発光素子１０および発光素子２０の下地基板として用いられる。このことは、多結晶ＧａＮ基板１を構成する個々のＧａＮ単結晶のｃ軸方向が比較的ランダムに基板法線に対して傾斜しているものであるということを意味する。

換言すれば、多結晶ＧａＮ基板１は必ずしも、いわゆる配向多結晶ＧａＮ基板というわけではないといえる。すなわち、個々の単結晶のｃ軸方向については基板法線から多少のずれ（最大でも５°程度）を有している場合があるものの、基板全体としてみれば基板法線とＧａＮのｃ軸方向とが略一致しているとみなすことができるような、高いｃ軸配向度を有するものではないといえる。

なお、多結晶ＧａＮ基板１の厚みには、発光素子１０および発光素子２０を形成するための処理および発光素子１０および発光素子２０の使用に際して問題とならない限りにおいて特段の制限はないが、例えば３００μｍ〜１８００μｍ程度のものが例示される。

多結晶ＧａＮ基板１は例えば、アルミナ粒子が焼結されることによって面内方向に多数のアルミナ結晶が連結してなる焼結体（アルミナ焼結体）の主面上に、フラックス法などの結晶成長手法によってＧａＮ厚膜を形成した後、アルミナ焼結体を分離することによって得られるＧａＮ自立基板を、所定の厚みに研磨することによって、得ることができる。また、係る態様にて多結晶ＧａＮ基板１を作製する場合、多結晶ＧａＮ基板１を構成する個々のＧａＮ単結晶は、そのｃ軸方位がアルミナ焼結体のそれぞれの結晶粒のｃ軸と一致するように、換言すれば、当該結晶粒の結晶方位に倣うように、成長する。それゆえ、多結晶ＧａＮ基板１の作製に際しては、作製しようとする多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角に応じた配向度あるいは累積８０％傾斜角を有するアルミナ焼結体が選択されて、使用されればよい。アルミナ焼結体としては例えば、ｃ軸配向度が５０％以上であり、アルミナ結晶のｃ軸の平均傾斜角が０．０１°〜３０°程度である市販品から、多結晶ＧａＮ基板１の作製に適したものを適宜選択して利用可能である。

＜発光スペクトルにおける８０％強度波長範囲＞
次に、本発明の実施の形態に係る発光素子１０および発光素子２０の発光スペクトルの形状を特徴付ける「８０％強度波長範囲」なるパラメータについて説明する。

図３は、ある発光スペクトルに現れる発光ピークの模式図である。本発明においては、このような発光ピークのピーク波長λｐにおける発光強度値（最大強度値）をＩ_０とするとき、当該発光ピークにおいて、強度値が最大強度値Ｉ_０の８０％（８０％Ｉ_０）以上である波長範囲Δλ_８０を、８０％強度波長範囲と定義する。

係る８０％強度波長範囲は、発光スペクトルのピーク波長λｐ近傍の波長域における発光強度値の分布を評価する指標となる。すなわち、８０％強度波長範囲の値が小さいほど、当該発光スペクトルを与える光は単色光に近いといえる。反対に、８０％強度波長範囲の値が大きいほど、ピーク波長λｐ近傍における高発光強度域が広く、それゆえ、当該発光スペクトルを与える光は、異なる色味を呈する比較的強度の大きな光が多く混合したものということになる。例えば、ピーク波長λｐが５２０ｎｍ〜５３０ｎｍ程度であって、８０％強度波長範囲が６０ｎｍ以上であれば、当該発光スペクトルを与える光は白色光もしくはそれに比較的近い色味を呈するものとなる。

なお、発光スペクトルにおける発光ピークの形状を評価する指標として、半値幅が多く用いられるが、係る半値幅はあくまで最大強度値の１／２以上の強度を与える波長範囲を示すに過ぎないため、ピーク波長λｐ近傍の高発光強度範囲を評価する指標としては不十分である。

＜第１の実施の形態＞
＜発光素子の概要＞
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子１０の構成を模式的に示す断面図である。発光素子１０は、概略、多結晶ＧａＮ基板１の一方主面上に、いずれもが１３族窒化物半導体からなるｎ型導電層２と、活性層３と、ｐ型導電層４とが積層された構成を有する。以下においては、係るｎ型導電層２と、活性層３と、ｐ型導電層４との積層部分を、発光構造とも称する。

上述したように、多結晶ＧａＮ基板１としては、累積８０％傾斜角が１０°以上、好ましくは１２°以上２０°以下となっているものが用いられる。すなわち、多結晶ＧａＮ基板１を構成するそれぞれのＧａＮ単結晶のｃ軸はランダムに傾斜している。そのため、多結晶ＧａＮ基板１の上に形成されるｎ型導電層２と、活性層３と、ｐ型導電層４のｃ軸方向は、個々のＧａＮ単結晶上の積層部分ごとに、当該ＧａＮ単結晶のｃ軸方向に倣っている。それゆえ、ｎ型導電層２と、活性層３と、ｐ型導電層４とからなる発光構造においても、ｃ軸方向はランダムにばらついたものとなっている。これにより、発光構造においては、多結晶ＧａＮ基板１の結晶粒界ｇｂ１に倣って結晶粒界ｇｂ２が形成されてなる。

これらｎ型導電層２、活性層３、およびｐ型導電層４の積層は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法によって行うのが好適であるが、他の成長手法が採用されてもよい。

ｎ型導電層２は、ＧａＮにｎ型ドーパント（例えばＳｉ）が１×１０^１８／ｃｍ^３〜１×１０^１９／ｃｍ^３程度の原子濃度でドープされることによりｎ型を呈するＧａＮ層である。ｎ型導電層２は、１００ｎｍ〜３μｍ程度の厚みを有するのが好適である。

活性層３は、発光素子１０において主に発光を担う部位である。図４においては詳細な図示を省略しているが、本実施の形態に係る発光素子１０は、係る活性層３を、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）なる組成の第１単位層（井戸層）３ａとＧａＮからなる第２単位層（障壁層）３ｂとを、繰り返し交互に積層してなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造にて備える。すなわち、本実施の形態に係る発光素子１０は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ ＭＱＷ構造を有する活性層３を備える。

活性層３は、２ｎｍ〜４ｎｍ程度の厚みを有する第１単位層３ａと４ｎｍ〜１５ｎｍ程度の厚みを有する第２単位層３ｂとをそれぞれ３層〜１５層ずつ積層することによって構成されるのが好適である。

活性層３の詳細については後述する。

ｐ型導電層４は、ＧａＮにｐ型ドーパント（例えばＭｇ）が１×１０^１９／ｃｍ^３〜１×１０^２０／ｃｍ^３程度の原子濃度でドープされることによりｐ型を呈するＧａＮ層である。ｐ型導電層４は、５０ｎｍ〜１μｍ程度の厚みを有するのが好適である。

また、発光素子１０は、ｐ型導電層４の図面視上面（活性層３と接触していない側の主面）にアノード電極５を備え、多結晶ＧａＮ基板１の他方主面（ｎ型導電層２が形成されていない側の主面）にカソード電極６を備える。なお、図４においては発光素子１０がアノード電極５とカソード電極６とをそれぞれ離散的に複数個備えるように示しているが、それぞれのアノード電極５同士、および、それぞれのカソード電極６同士は互いに電気的に接続されている。あるいは、ｐ型導電層４の上面に連続的に（一様に）アノード電極５が設けられてもよいし、多結晶ＧａＮ基板１の他方主面には連続的に（一様に）カソード電極６が設けられてもよい。

アノード電極５とカソード電極６との間に図示しない外部電源によって通電がなされることで、発光素子１０からの発光が、より詳細には活性層３における発光が実現される。

＜発光素子の製法＞
次に、発光素子１０の作製方法を、多結晶ＧａＮ基板１上への各層の形成にＭＯＣＶＤ法を用い、ｎ型ドーパントをＳｉとし、ｐ型ドーパントをＭｇとする場合を例として説明する。

まず、あらかじめ用意した多結晶ＧａＮ基板１を、所定のＭＯＣＶＤ炉内のサセプタ上に載置し、水素とアンモニアガスの混合雰囲気中で基板温度をいったん１０５０℃〜１２００℃の範囲にまで上昇させてクリーニング処理を行う。

その後、ｎ型導電層２、第１単位層３ａと第２単位層３ｂとからなるＭＱＷ構造を有する活性層３、および、ｐ型導電層４を、順次に形成する。各層の形成は、以下の条件をみたして行うようにすればよい。なお、１５族／１３族ガス比とは、モル比で表した、１３族原料ガス（ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム））の全供給量に対する１５族原料ガスであるアンモニアガスの供給量の比である。また、本実施の形態において形成温度とはサセプタ加熱温度を意味する。

ｎ型導電層２：
形成温度：１０５０℃〜１２００℃；
形成圧力：３０ｋＰａ〜１００ｋＰａ；
キャリアガス：窒素および水素；
原料ガス：ＴＭＧおよびアンモニアガス；
１５族／１３族ガス比：１０００〜２０００；
ドーパント源：シランガス。

活性層３：
形成温度：７５０℃〜８００℃；
形成圧力：３０ｋＰａ〜１００ｋＰａ；
キャリアガス：窒素；
第１単位層３ａの原料ガス：ＴＭＧ、ＴＭＩ、およびアンモニアガス；
第２単位層３ｂの原料ガス：ＴＭＧおよびアンモニアガス；
１５族／１３族ガス比：５０００〜３００００。

ｐ型導電層４：
形成温度：１０５０℃〜１２００℃；
形成圧力：３０ｋＰａ〜１００ｋＰａ；
キャリアガス：窒素および水素；
原料ガス：ＴＭＧおよびアンモニアガス；
１５族／１３族ガス比：１０００〜２０００；
ドーパント源：Ｃｐ_２Ｍｇ。

これらの条件をみたすことで、発光素子１０を好適に形成することができる。

＜活性層の詳細と発光波長域＞
続いて、発光素子１０における発光を特徴付ける活性層３について、より詳細に説明する。

本実施の形態に係る発光素子１０において、活性層３のそれぞれの第１単位層３ａにおけるＩｎモル比ｘは、当該第１単位層３ａの面内方向において一様に同じとはなっておらず、下地である多結晶ＧａＮ基板１を構成する個々のＧａＮ単結晶の傾斜角が大きい箇所ほどＩｎモル比ｘは小さいという傾向を有する。これは、特許文献９において説明されている、ＧａＮ基板上にＩｎＧａＮ膜を形成する場合と同様、ＧａＮ単結晶の傾斜角と第１単位層３ａを構成するＩｎＧａＮのＩｎモル比ｘとの関係が、テラス上成長とステップ端成長の割合から決定されることによる。

それゆえ、上述した形成条件で活性層３を形成した場合、活性層３を構成する第１単位層３ａには、多結晶ＧａＮ基板１を構成するＧａＮ単結晶の傾斜角の分布に応じたＩｎモル比ｘの分布が生じている。

一般に、活性層がＩｎＧａＮ／ＧａＮ ＭＱＷ構造を有する発光構造においては、井戸層を構成するＩｎＧａＮのＩｎモル比に応じて発光波長に違いが生じ、係るＩｎモル比が小さいほど発光波長が短くなる。それゆえ、第１単位層３ａのＩｎモル比ｘに上述のような分布が生じている、本実施の形態に係る発光素子１０の活性層３においては、結晶粒界ｇｂ２によって区画された、個々のＧａＮ単結晶上の積層部分ごとに、相異なる波長の発光が生じるようになっている。

そして、このような分布が生じている結果として、発光素子１０全体としては、ピーク波長λｐが４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ程度であり、かつ、８０％強度波長範囲が４０ｎｍ以上、好ましくは６０ｎｍ以上という、ピーク波長近傍での高発光強度域が広い発光スペクトルでの発光が、生じるようになっている。係る発光は、紫外から緑色までの互いに異なる色味を呈する光を概ね同程度の強度で含んでおり、それらの光の強度差はせいぜい２０％程度である。係る特徴を有することから、発光素子１０は、広波長域発光素子とも称することができるものといえる。

より詳細には、基板法線に対するｃ軸の傾斜角が０°であるＧａＮ単結晶におけるＩｎモル比の値をｘ０とした場合、第１単位層３ａにおいてはｘ≦ｘ０（＜１）となっている。ここで、ｘ０なる値はいわば、Ｉｎモル比ｘの上限値であるほか、素子設計上の第１単位層３ａにおけるＩｎモル比ｘの値でもあり、また、ｃ軸配向した基板上にやはり全体としてｃ軸配向した活性層３を形成すると仮定した場合の、第１単位層３ａにおけるＩｎモル比にも相当する。

なお、一般に、ＩｎＧａＮにおけるＩｎモル比と当該ＩｎＧａＮの形成温度との間には相関があり、形成温度を低めるほど、Ｉｎモル比の大きいＩｎＧａＮの形成が可能であり、このことは第１単位層３ａの形成にも適用し得るようでもある。しかしながら、活性層３の形成温度を上述した７５０℃〜８００℃という温度範囲よりも低めた場合、活性層３の直下のｎ型導電層２から作用する応力が原因となって、活性層３の結晶品質が劣化し、結果的に良好な発光が得られなくなるため、係る対応を採用することは現実的ではない。

換言すれば、第１単位層３ａにおけるＩｎモル比ｘの上限値であるｘ０の値は、活性層３の形成温度ともども、十分な結晶品質を確保しひいては高い発光強度を得るという観点から概ね決まっている。そして、上述した７５０℃〜８００℃という活性層３の形成温度は、ｘ０の値を概ね０．２５〜０．４とする場合に相当する。係る活性層３の形成条件は、十分な強度での発光が実現程度に活性層３の結晶品質を確保するという観点から定められてなる。また、それゆえ、上述した発光ピークのピーク波長λｐの値も、Ｉｎモル比ｘの上限値ｘ０ひいては活性層３の形成温度に応じた値となっている。

以上のような特徴を有する発光素子１０は、発光ピークの半値幅が狭い単色光を発光する発光素子とも、そのような単色光を複数種類（例えば、赤色光、緑色光、青色光の３種類）同時に発光させることで白色光を得るような複数波長発光素子とも、異なる性状を有するものにほかならない。

仮に、累積８０％傾斜角が１０°に満たない多結晶ＧａＮ基板１を用いた場合、ｃ軸配向度が高いために発光波長域が狭くなって単色光に近づいてしまい、８０％強度波長範囲が４０ｎｍ未満となってしまうため好ましくない。一方、原理的には、累積８０％傾斜角の値に上限はないが、累積８０％傾斜角が大きくなると発光強度が低下する傾向があることから、実用的には２０°以下であることが好ましい。係る場合、良好な発光強度が確保される。

特に、累積８０％傾斜角が１２°以上２０°以下である場合、８０％強度波長範囲が６０ｎｍ〜１５０ｎｍと大きく、かつ、発光強度が大きな発光素子１０が実現されるので好ましい。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、累積８０％傾斜角が１０°以上、好ましくは１２°以上２０°以下である多結晶ＧａＮ基板を下地基板として、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮからなる井戸層とＧａＮからなる障壁層とからなるＭＱＷ構造を有する活性層を含む発光構造を設けることで、８０％強度波長範囲が４０ｎｍ以上、好ましくは６０ｎｍ以上という、ピーク波長近傍での高発光強度域が広い発光が生じる、広波長域発光素子が実現される。

しかも、係る広波長域発光素子における発光構造の形成は、例えばＭＯＣＶＤ法などの従来公知の成長手法によって実現可能であり、選択成長用マスクの形成やイオン打ち込みや凹凸加工といった複雑な工程を行う必要がないので、製造コストや生産性の点でも優れている。

＜第２の実施の形態＞
上述した第１の実施の形態に係る発光素子１０は、第１単位層３ａのＩｎモル比ｘがｘ≦ｘ０なる範囲で分布を有することによって広波長域発光素子となってはいる。しかしながら、最大値ｘ０には形成温度との関係から制限があり、仮に活性層３の形成温度を低めることによって、係る最大値ｘ０を、単色光を発光させる場合であれば橙色光〜赤色光が得られるような０．４５〜０．５５程度の値に定めたとしても、結晶品質が劣化し発光強度が低下するのみであり、白色光の発光は実現されない。

本実施の形態に係る発光素子２０は、この点を鑑みたものとなっている。以下、発光素子２０について説明する。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子２０の構成を模式的に示す断面図である。図５からわかるように、発光素子２０は、第１の実施の形態に係る発光素子１０において発光構造を構成するｎ型導電層２と活性層３との間に、応力緩和層７を介在させた構成を有する。すなわち、発光素子２０においては、ｎ型導電層２と、応力緩和層７と、活性層３と、ｐ型導電層４とがこの順に積層されることによって、発光構造が形成されている。それゆえ、応力緩和層７以外の構成要素については、原則として説明を省略する。また、以下においては、第１の実施の形態と同様、発光素子２０をＭＯＣＶＤ法にて作製する場合を例とする。

図５においては詳細な図示を省略しているが、応力緩和層７は、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）なる組成の第１単位層７ａとＧａＮからなる第２単位層７ｂとを、繰り返し交互に積層してなる超格子構造を有する。応力緩和層７は、１ｎｍ〜３ｎｍ程度の厚みを有する第１単位層７ａと１ｎｍ〜３ｎｍ程度の厚みを有する第２単位層７ｂとをそれぞれ１０層〜４０層ずつ積層することによって構成されるのが好適である。

また、応力緩和層７は、以下のような条件で形成することが可能である。

形成温度：７５０℃〜８００℃；
形成圧力：３０ｋＰａ〜１００ｋＰａ；
キャリアガス：窒素；
第１単位層７ａの原料ガス：ＴＭＧ、ＴＭＩ、およびアンモニアガス；
第２単位層７ｂの原料ガス：ＴＭＧおよびアンモニアガス；
１５族／１３族ガス比：５０００〜３００００。

係る応力緩和層７を設けたうえで活性層３を形成する場合、第１の実施の形態のようにｎ型導電層２の直上に活性層３を設ける場合に比して活性層３に作用する応力が緩和される。それゆえ、第１の実施の形態よりも低い形成温度で活性層３を形成したとしても、活性層３の結晶品質の劣化が抑制される。これはすなわち、応力緩和層７を設けることで、第１の実施の形態よりも第１単位層３ａのＩｎモル比ｘの最大値ｘ０を高めることができることを意味する。

具体的には、本実施の形態においては、活性層３の形成温度を第１の実施の形態よりも低い６８０℃〜７５０℃とする。また、その他の形成条件は、第１の実施の形態と同様とする。係る場合、ｘ０の値は概ね０．４〜０．５５となる。

以上のような構成を有する本実施の形態に係る発光素子２０からは、第１の実施の形態と同様の４０ｎｍ以上、好ましくは６０ｎｍ以上なる８０％強度波長範囲を有し、かつ、ピーク波長λｐが４７０ｎｍ〜５７０ｎｍ程度と第１の実施の形態よりも長波長側にシフトした発光スペクトルでの発光が、生じる。

特に、多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角を１５°以上（２０°以下）とした場合、白色光あるいは概ね白色光に近い発光が得られる。係る場合、発光素子２０は、白色光を発光可能な広波長域発光素子ということができる。

なお、確認的にいえば、応力緩和層７は一見、活性層３と類似する構成を有するようにもみられるが、上述のように応力緩和層７を形成する際のＴＭＩの流量は活性層３を形成する際のＴＭＩの流量よりも低く、それゆえ、応力緩和層７の第１単位層７ａのＩｎモル比ｙは最大でもせいぜい０．０５程度であって、活性層３の第１単位層３ａにおけるＩｎモル比ｘに比して小さい。それゆえ、応力緩和層７は活性層３としての機能が想定されたものではない。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、累積８０％傾斜角が１０°以上、好ましくは１２°以上２０°以下である多結晶ＧａＮ基板を下地基板とし、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮからなる第１単位層とＧａＮからなる第２単位層とが繰り返し交互に積層された超格子構造を有する応力緩和層を設けたうえで、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮからなる井戸層とＧａＮからなる障壁層とからなるＭＱＷ構造を有する活性層を含む発光構造を設けることで、８０％強度波長範囲が４０ｎｍ以上、好ましくは６０ｎｍ以上という、ピーク波長近傍での高発光強度域が広い広波長域の発光を、応力緩和層を設けない発光素子に比して高波長側において得ることができる、広波長域発光素子が実現される。特に、累積８０％傾斜角が１５°以上２０°以下である多結晶ＧａＮ基板を下地基板として用いた場合には、白色光の発光が可能な、広波長域発光素子が実現される。

なお、応力緩和層７を具備しつつも、活性層３の形成温度を第１の実施の形態と同様とすることは、つまりはＸ０の値を第１の実施の形態と同様とすることは、もちろん可能である。

（実施例１）
本実施例では、第１の実施の形態に係る発光素子１０を作製し、発光プロファイルの評価を行った。なお、発光素子１０の作製は、母基板（ウェハー）の上に各層および電極のパターンを形成することによって得られた積層体を切断することで多数の発光素子１０を同時に得る、いわゆる多数個取りの手法によって行った。

まず、母基板（ウェハー）の状態の多結晶ＧａＮ基板１を用意し、ＥＢＳＤの逆極点図マッピング測定を行った。図６は、係る測定の結果に基づいて得られる、多結晶ＧａＮ基板１を構成するＧａＮ単結晶粒子の傾斜角頻度分布を示す図である。

図６に示した傾斜角頻度分布より、本実施例において用いた多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角は１５°であることが確認された。また、ＧａＮ単結晶粒子の平均粒径はおよそ１００μｍであった。

次に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、多結晶ＧａＮ基板１上に、ｎ型導電層２、活性層３、およびｐ型導電層４を順次に形成した。

ｎ型導電層２としては、Ｓｉ原子濃度が５×１０^１８/ｃｍ^３になるようにＳｉをドーピングしたｎ−ＧａＮ層を１μｍの厚みに形成した。

活性層３としては、第１単位層３ａとしてのＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ層を２．５ｎｍの厚みに５層、第２単位層３ｂとしてのＧａＮ層を１０ｎｍの厚みに６層、交互に積層した。なお、第１単位層３ａは、ｘ０＝０．４となる条件で形成した。

ｐ型導電層４としては、Ｍｇ原子濃度が１×１０^１９/ｃｍ^３になるようにＭｇドーピングしたｐ−ＧａＮを２００ｎｍの厚みに形成した。各層の具体的な形成条件は以下の通りとした。

ｎ型導電層２：
形成温度：１１５０℃；
形成圧力：１００ｋＰａ；
キャリアガス：窒素および水素；
原料ガス：ＴＭＧおよびアンモニアガス；
１５族／１３族ガス比：１５００；
ドーパント源：シランガス。

活性層３：
形成温度：７５０℃；
形成圧力：１００ｋＰａ；
キャリアガス：窒素；
第１単位層３ａの原料ガス：ＴＭＧ、ＴＭＩ、およびアンモニアガス；
第２単位層３ｂの原料ガス：ＴＭＧおよびアンモニアガス；
１５族／１３族ガス比：１５０００。

ｐ型導電層４：
形成温度：９５０℃；
形成圧力：１００ｋＰａ；
キャリアガス：窒素および水素；
原料ガス：ＴＭＧおよびアンモニアガス；
１５族／１３族ガス比：１５００；
ドーパント源：Ｃｐ_２Ｍｇ。

ｎ型導電層２、活性層３、およびｐ型導電層４が形成された多結晶ＧａＮ基板１をＭＯＣＶＤ装置から取り出した後、ｐ型導電層４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。

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、多結晶ＧａＮ基板１の裏面側（ｎ型導電層２の形成されていない側の主面）に、カソード電極６となるＴｉ/Ａｌ/Ｎｉ/Ａｕ多層電極膜を格子状にパターニングした。各層の厚みはそれぞれ１５ｎｍ、７０ｎｍ、１２ｎｍ、６０ｎｍとした。なお、カソード電極６を格子状に設けているのは、電極が形成されていない箇所から外部に光が取り出せるようにするためである。

その後、カソード電極６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。

さらに、フォトリソグラフィープロセスとスパッタ法とを用いて、ｐ型導電層４の上にアノード電極５としてのＡｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金膜を１ｍｍ角のサイズで２００ｎｍの厚みにパターニングした。

その後、アノード電極５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。

最後に、得られた積層体を切断して１．３ｍｍ角のチップとした。以上より、発光素子１０が得られた。

係る発光素子１０をフェイスダウンでリードフレームに実装し、アノード電極５とカソード電極６との間に５００ｍＡで通電し、発光スペクトルを得た。その結果、ピーク波長λｐが４７５ｎｍで８０％強度波長範囲が９２ｎｍである広波長域発光が得られた。係る結果は、発光素子１０が広波長域発光素子として得られていることを示している。

（比較例１）
活性層３の形成温度を７２０℃とした他は、実施例１と同様な手順で発光素子を作製した。得られた発光素子を実施例１と同様にフェイスダウンでリードフレームに実装し、アノード電極とカソード電極との間に５００ｍＡで通電し、発光スペクトルを得た。その結果、ピーク波長λｐが５１０ｎｍで８０％強度波長範囲が８７ｎｍの広波長域発光が得られた。すなわち、８０％強度波長範囲は実施例１と同程度である一方、ピーク波長λｐが長波長側にシフトしていた。しかしながら、その発光強度は実施例１に係る発光素子１０の０．２倍であった。

（実施例２）
本実施例では、傾斜角頻度分布が相異なる複数の多結晶ＧａＮ基板１を用意し、それぞれを用いて、第２の実施の形態に係る発光素子２０と同様に応力緩和層７を有する発光素子を作製した。

具体的には、多結晶ＧａＮ基板１として、累積８０％傾斜角がそれぞれ１°、３°、５°、７°、９°、１０°、１２°、１４°、１５°、１６°、１８°、２０°、２１°、２３°である１４種類のものを用意した。なお、以下においては累積８０％傾斜角が１５°、９°、２１°である多結晶ＧａＮ基板１を用いて作製した発光素子をそれぞれ、case(1)、case(2)、case(3)の発光素子と称する。

図７は、case(2)およびcase(3)の発光素子に用いられた多結晶ＧａＮ基板１を構成するＧａＮ単結晶粒子の傾斜角頻度分布を例示する図である。図７（ａ）がcase(2)についての分布であり、図７（ｂ）がcase(3)についての分布である。なお、case(1)の発光素子に用いられた多結晶ＧａＮ基板１については、図６に示したものと概ね同様の傾斜角頻度分布が得られていた。図６および図７からは、累積８０％傾斜角が大きい多結晶ＧａＮ基板１の頻度分布ほど、最大頻度が低下しかつ分布が高角度側に広がっていることがわかる。係る傾向は、累積８０％傾斜角を多結晶ＧａＮ基板１におけるＧａＮ単結晶粒子の傾斜の度合いを示すパラメータとして用いることの妥当性を、示唆するものといえる。

用意したそれぞれの多結晶ＧａＮ基板１に対し、共通の形成条件で、ｎ型導電層２、応力緩和層７、活性層３、ｐ型導電層４、カソード電極６、アノード電極５を順次に形成し、得られた積層体を実施例１と同様に切断し、チップ化することで、それぞれの発光素子を得た。

応力緩和層７を除く各部の具体的な形成条件は、発光スペクトルにおけるピーク波長が５２５ｎｍになるように１４種類の発光素子のそれぞれにおける活性層３の形成温度を調整したほかは、実施例１と同じとした。それぞれの発光素子における多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角と活性層３の成長温度との対応関係を表１に一覧にして示す。

応力緩和層７としては、第１単位層７ａとしてＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ層を２ｎｍの厚みに２５層、第２単位層７ｂとしてのＧａＮ層を２ｎｍの厚みに２５層、交互に積層した。応力緩和層７の具体的な形成条件は、以下の通りとした。なお、第１単位層７ａは、ｙ≦０．０３となる条件で形成した。

形成温度：８００℃；
形成圧力：１００ｋＰａ；
キャリアガス：窒素；
第１単位層７ａの原料ガス：ＴＭＧ、ＴＭＩ、およびアンモニアガス；
第２単位層７ｂの原料ガス：ＴＭＧおよびアンモニアガス；
１５族／１３族ガス比：１５０００。

得られた全１４種類の発光素子について、それぞれ、実施例１と同様に、フェイスダウンでリードフレームに実装し、アノード電極とカソード電極との間に５００ｍＡで通電し、発光スペクトルを得た。得られた発光スペクトルはいずれも、ピーク波長が５２５ｎｍであった。

図８は、全１４種類の発光素子のそれぞれの発光スペクトルより求めた、８０％強度波長範囲と発光強度とを、それぞれの多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角に対してプロットした図である。なお、発光強度は、累積８０％傾斜角が２０°である発光素子についての値を５０％として規格化している。

図８に示すように、８０％強度波長範囲は、累積８０％傾斜角が９°以下の範囲では概ね２０ｎｍ程度であったのに対して、累積８０％傾斜角が１０°以上の範囲では４０ｎｍを最小値として単調に増加する傾向がみられた。一方で、発光強度は、累積８０％傾斜角が２０°までの範囲では累積８０％傾斜角が大きくなるにつれて比較的緩やかに減少する程度（せいぜい３０％程度の減少に留まる）であるが、２０°を超えると急激に減少した。

そして、図８に示す結果からは、多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角が１０°以上であれば、ピーク波長近傍での高発光強度域を示す８０％強度波長範囲が４０ｎｍ以上と大きい広波長域発光素子が実現されること、さらには、多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角が１２°以上２０°以下であれば、８０％強度波長範囲が６０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下と大きく、かつ、発光強度も比較的大きな広波長域発光素子が得られることが、確認される。

また、図９は、全１４種類の発光素子のそれぞれにおける発光の色度座標を示したｘｙ色度図である。図９に示すように、各発光素子からの発光を示す座標位置は、多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角が小さいほど、単色の緑色光を与える座標位置に近づき、多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角が大きいほど、白色点Ｅに近づくことが確認された。なお、多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角が１５°以上である発光素子からの発光は、目視によれば概ね白色光とみなせるものであったが、これは、図９に示した結果と概ね合致している。

例えば、図１０は、多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角が１５°であるcase(1)の発光素子の発光スペクトルを示す図である。係るcase(1)の発光素子の構成は、応力緩和層を備えることを除いて、実施例１の発光素子と同じである。図１０からわかるように、当該発光素子においては、４８０ｎｍ〜５７０ｎｍという幅９０ｎｍの波長域において、ピーク波長である５２５ｎｍにおける強度値（最大強度値）の８０％以上の強度を有する発光が得られており、最大強度値については実施例１の発光素子と同等であった。

すなわち、図１０に示すcase(1)の発光素子の発光スペクトルは、８０％強度波長範囲および最大強度値を実施例１の発光素子の発光スペクトルと同等に保ちつつ、発光波長が長波長側にシフトしたものであった。そして、係る発光は白色光とみなせるものであった。

以上の結果は、実施例１に係る発光素子のｎ型導電層２と活性層３の間に応力緩和層７を設けることにより、発光スペクトルの形状を維持しつつ、発光ピークを長波長側へシフトさせることが可能であること、さらには、多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角を１５°以上とすることによって白色光の発光を得ることが可能であることを、示している。

なお、図８および図９に示す結果からは、例えばcase(2)のような、多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角が１０°未満の発光素子の場合、発光強度は申し分ないものの、８０％強度波長範囲が２０ｎｍ程度と小さく、概ね単色光とみなされる発光が得られるに過ぎないこともわかる。

さらには、例えばcase(3)のような、多結晶ＧａＮ基板１の累積８０％傾斜角が２０°を上回る発光素子の場合、８０％強度波長範囲は１６０ｎｍ以上と十分大きく、白色光とみなされる発光が得られるものの、発光強度が必ずしも十分ではないこともわかる。

１ 多結晶ＧａＮ基板
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ ＧａＮ単結晶
２ ｎ型導電層
３ 活性層
３ａ （活性層の）第１単位層
３ｂ （活性層の）第２単位層
４ ｐ型導電層
５ アノード電極
６ カソード電極
７ 応力緩和層
７ａ （応力緩和層の）第１単位層
７ｂ （応力緩和層の）第２単位層
１０、２０ 発光素子
Ｓ （多結晶ＧａＮ基板の）主面

Claims (9)

1. １３族窒化物半導体からなる発光構造を備え、
   発光スペクトルにおいてピーク波長における発光強度値の８０％以上の発光強度値である波長範囲が４０ｎｍ以上である、
   ことを特徴とする広波長域発光素子。
2. 請求項１に記載の広波長域発光素子であって、
   複数のＧａＮ単結晶粒子からなり、前記複数のＧａＮ単結晶粒子についてのｃ軸方向の基板法線に対する傾斜角の頻度分布において傾斜角が０°のときの頻度値から順次に積算した累積頻度値が全体の８０％となる傾斜角である累積８０％傾斜角が１０°以上である多結晶ＧａＮ基板、
   をさらに備え、前記発光構造が、
   前記多結晶ＧａＮ基板の上に設けられた、ＧａＮに所定のｎ型ドーパントがドープされてなるｎ型導電層と、
   前記ｎ型導電層の上に設けられた、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）なる組成の第１単位層とＧａＮからなる第２単位層とが繰り返し交互に積層されることにより多重量子井戸構造を有する活性層と、
   前記活性層の上に設けられた、ＧａＮに所定のｐ型ドーパントがドープされてなるｐ型導電層と、
   を備えることを特徴とする広波長域発光素子。
3. 請求項２に記載の広波長域発光素子であって、
   前記多結晶ＧａＮ基板の累積８０％傾斜角が１２°以上２０°以下である、
   ことを特徴とする広波長域発光素子。
4. 請求項２または請求項３に記載の広波長域発光素子であって、
   前記ｎ型導電層の上に設けられた、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）なる組成の第１単位層とＧａＮからなる第２単位層とが繰り返し交互に積層されることにより超格子構造を有する応力緩和層、
   をさらに備え、
   前記活性層が前記応力緩和層の上に設けられてなる、
   ことを特徴とする広波長域発光素子。
5. 請求項４に記載の広波長域発光素子であって、
   前記多結晶ＧａＮ基板の累積８０％傾斜角が１５°以上２０°以下であり、
   前記活性層の第１単位層におけるＩｎモル比ｘの値の最大値が０．４〜０．５５である、
   ことを特徴とする広波長域発光素子。
6. 発光スペクトルにおいてピーク波長における発光強度値の８０％以上の発光強度値である波長範囲が４０ｎｍ以上である、広波長域発光素子を作製する方法であって、
   複数のＧａＮ単結晶粒子からなり、前記複数のＧａＮ単結晶粒子についてのｃ軸方向の基板法線に対する傾斜角の頻度分布において傾斜角が０°のときの頻度値から順次に積算した累積頻度値が全体の８０％となる傾斜角である累積８０％傾斜角が１０°以上である多結晶ＧａＮ基板を準備する、準備工程と、
   前記多結晶ＧａＮ基板の上に、ＧａＮに所定のｎ型ドーパントがドープされてなるｎ型導電層を形成するｎ型導電層形成工程と、
   前記ｎ型導電層の上に、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）なる組成の第１単位層とＧａＮからなる第２単位層とを繰り返し交互に積層することにより多重量子井戸構造を有する活性層を形成する活性層形成工程と、
   前記活性層の上に、ＧａＮに所定のｐ型ドーパントがドープされてなるｐ型導電層を形成するｐ型導電層形成工程と、
   を備えることを特徴とする広波長域発光素子の作製方法。
7. 請求項６に記載の広波長域発光素子の作製方法であって、
   前記多結晶ＧａＮ基板の累積８０％傾斜角が１２°以上２０°以下である、
   ことを特徴とする広波長域発光素子の作製方法。
8. 請求項６または請求項７に記載の広波長域発光素子の作製方法であって、
   前記ｎ型導電層の上に、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）なる組成の第１単位層とＧａＮからなる第２単位層とが繰り返し交互に積層されることにより超格子構造を有する応力緩和層を形成する応力緩和層形成工程、
   をさらに備え、
   前記活性層形成工程においては、前記応力緩和層の上に前記活性層を形成する、
   ことを特徴とする広波長域発光素子の作製方法。
9. 請求項８に記載の広波長域発光素子の作製方法であって、
   前記多結晶ＧａＮ基板の累積８０％傾斜角が１５°以上２０°以下であり、
   前記活性層の形成温度が６８０℃〜７５０℃である、
   ことを特徴とする広波長域発光素子の作製方法。

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