JP6605213B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子に関する。
半導体発光素子は、通常、成長用基板上に、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層からなる半導体構造層を成長し、それぞれｎ型半導体層及びｐ型半導体層に電圧を印加するｎ電極及びｐ電極を形成して作製される。
特許文献１には、基板上に積層され、基板に対する傾斜角が滑らかに変化する部分を含んだ表面を持つ活性層を有する半導体発光素子及びその製造方法が開示されている。また、非特許文献１には、高インジウム組成を有しかつナノ構造（nanostructure）を有するＩｎＧａＮ層上に、他のＩｎＧａＮ層を積層した多重量子井戸構造の活性層を有する発光ダイオードが開示されている。
特許第4984119号
Applied Physics Letters 92, 261909 (2008)
半導体発光素子は、電極から素子内に注入された電子と正孔（ホール）とがその活性層において結合（再結合）することによって発光する。活性層から放出される光の波長（すなわち発光色）は、活性層を構成する半導体材料のバンドギャップによって異なる。例えば窒化物系半導体を用いた発光素子の場合、その活性層からは青色の光が放出される。
一方、例えば照明用途など、光源に演色性が求められる場合がある。高い演色性を有する光源は自然光に近い光を発する光源である。高い演色性を得るためには、光源から可視域のほぼ全域の波長を有する光が取出されることが好ましい。例えば演色性の高い光源から取出された光は、白色光として観察される。
これに対し、半導体発光素子を用いて白色光を得る様々な手法が提案されている。例えば蛍光体などの波長変換部材を封止樹脂に混入させ、当該封止樹脂で素子を封止して発光装置を作製する手法である。例えば青色光を放出する活性層を用いた半導体発光素子の場合、活性層からの青色光の一部は蛍光体によって黄色光に変換され、両者が混合されて外部に取出される。従って、全体としては白色光が観察されることとなる。また、特許文献１などのように、活性層の成長前にエッチング等の処理技術によって凹凸パターンを形成し、活性層に傾斜した表面を形成することで、蛍光体を用いずに発光波長の広域化を図る手法が提案されている。
しかし、これらの手法によって発光装置を作製する場合、装置内での発光波長の均一化や製造工程の複雑化、発光強度の点で課題があった。その一例としては、蛍光体の混入工程の追加、蛍光体の波長変換効率の経年変化、半導体層の加工工程の追加及び半導体層の加工による結晶性の劣化などが挙げられる。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、蛍光体などの波長変換部材を不要にし、可視域の広範囲な発光波長帯域（スペクトル幅）を有する高い演色性かつ高い発光強度であり、発光波長領域の制御が容易である半導体発光素子を提供することを目的としている。
本発明の半導体発光素子は、第１の導電型を有する第１の半導体層と、当該第１の半導体層上に形成された発光機能層と、当該発光機能層上に形成され、当該第１の半導体層とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層と、を有し、当該発光機能層は、当該第１の半導体層上に形成され、当該第２の導電型のドーパントがドープされたドープ層と、当該ドープ層上に形成され、当該ドープ層から応力歪を受ける組成を有してランダムな網目状に形成された複数のベースセグメントを有するベース層と、当該ベース層上に形成された量子井戸構造層と、を有することを特徴とする。
（ａ）は実施例１に係る半導体発光素子の構造を示す断面図であり、（ｂ）は発光機能層のベース層における模式的な上面図である。 実施例１の変形例に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。 実施例２に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。 実施例２に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示す図である。 実施例３に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。本明細書においては、同一又は等価な構成要素に同一の参照符号を付している。
図１（ａ）は、実施例１の半導体発光素子（以下、単に発光素子又は素子と称する場合がある）１０の構造を示す断面図である。半導体発光素子１０は、サファイヤからなる搭載基板（以下、単に基板と称する場合がある）１１上に半導体構造層ＳＳが形成された構造を有している。以下、半導体構造層ＳＳについて具体的に説明する。
第１の半導体層としてのｎ型半導体層１２は、例えば、ｎ型ドーパント（例えばＳｉ）を含むＧａＮ層からなる。発光機能層１３は、ｎ型半導体層１２上に形成されている量子井戸構造ＱＷを有する層である。発光機能層１３について以下に詳細に説明する。
電子ブロック層１４は、発光機能層１３上に形成されており、例えばＡｌＧａＮ層からなっている。ｐ型半導体層１５は、電子ブロック層１４上に形成されており、例えば、ｐ型ドーパント（例えばＭｇ）を含むＧａＮ層からなる。なお、ｎ型半導体層１２は、異なるドーパント濃度を有する複数のｎ型半導体層を有していていもよい。また、電子ブロック層１４は、ｐ型ドーパントを含んでいてもよい。また、ｐ型半導体層１５は、電子ブロック層１４との界面とは反対側の主面にコンタクト層を有していてもよい。
以下に、発光機能層１３について具体的に説明する。なお、発光機能層１３は複数の発光機能層を有していてもよいが、本実施例においては、発光機能層１３は１つの発光機能層からなる場合について説明する。
ドープ層としての可変ドープ層ＶＤＬは、ｎ型半導体層１２上に形成されており、ｐ型ドーパントである、例えばＭｇがドーピングされたＧａＮからなる層である。可変ドープ層ＶＤＬ上には、例えばＭｇがドーピングされたＡｌＮ層であるベース層ＢＬが形成されている。可変ドープ層ＶＤＬのドーピング量は、可変ドープ層ＶＤＬ上に形成されるベース層ＢＬの形状や大きさを変化させるべく調整させられる。なお、可変ドープ層ＶＤＬへのドーピング量は、結晶性の低下に鑑みて１ｅ21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが好ましい。
ベース層ＢＬは、可変ドープ層ＶＤＬから応力を受けてランダムな網目状に形成された溝ＧＲ１を有している。溝ＧＲ１は、可変ドープ層ＶＤＬとベース層ＢＬとの間の異なる組成によってベース層ＢＬに生じた応力歪によって生じた複数の溝部が結合したものであり、全体としてメッシュ形状となっている。なお、ベース層ＢＬに生ずる応力歪は、ｎ型半導体層１２及び可変ドープ層ＶＤＬとベース層ＢＬとの間の格子定数の差によって、ベース層ＢＬの結晶構造が歪むことによって生ずる。
すなわち、可変ドープ層ＶＤＬへのＭｇのドーピング量の変化よって、ベース層ＢＬに生ずる応力歪も変化する。なお、可変ドープ層ＶＤＬへのＭｇドーピング量が大きくなると、ベース層ＢＬに生ずる圧縮方向の応力歪、すなわち圧縮歪は小さくなる。
ここで、図１（ｂ）を参照して、ベース層ＢＬについて説明する。図１（ｂ）は、ベース層ＢＬの上面を模式的に示す図である。また、ベース層ＢＬは、第１の溝ＧＲ１によって区画され、かつランダムなサイズで形成された多数の微細なベースセグメントＢＳを有している。ベースセグメントＢＳの各々は、ベース層ＢＬにおいて、ベース層がｎ型半導体層１２及び可変ドープ層ＶＤＬによって応力歪を受けることによって、ランダムな網目状に区画されている。
第１の溝ＧＲ１は、ランダムにかつ異なる長さ及び形状の溝部から構成されている。第１の溝ＧＲ１は、ベース層ＢＬの表面において網目状（メッシュ状）に張り巡らされるように形成されている。ベースセグメントＢＳの各々は、この第１の溝ＧＲ１によってベース層ＢＬ内にランダムに区画形成された部分（セグメント）である。なお、ベースセグメントＢＳの各々は、略円形や略楕円形、多角形状など、様々な上面形状を有している。
第１の溝ＧＲ１は、図１（ａ）に示すように、例えばＶ字形状を有し、ライン状の底部ＢＰを有している。本実施例においては、ベースセグメントＢＳの各々は、第１の溝ＧＲ１における底部ＢＰをその端部とする。ベースセグメントＢＳの各々は、底部ＢＰにおいて他のベースセグメントＢＳと隣接している。
また、ベース層ＢＬは、ベースセグメントＢＳの各々に対応する平坦部（以下、第１の平坦部と称する）ＦＬ１を有している。ベース層ＢＬの表面は、第１の平坦部ＦＬ１と第１の溝ＧＲ１の側壁面によって構成されている。第１の平坦部ＦＬ１の各々は、第１の溝ＧＲ１によってベースセグメントＢＳ毎に区画されている。ベースセグメントＢＳは、第１の平坦部ＦＬ１からなる上面と第１の溝ＧＲ１の側壁面からなる側面とを有している。
すなわち、第１の平坦部ＦＬ１はベースセグメントＢＳの各々における上面を構成し、第１の溝ＧＲ１の内壁面はベースセグメントＢＳの側面を構成する。従って、ベースセグメントＢＳの各々は、傾斜した側面を有し、またその断面において例えば略台形の形状を有している。
なお、上述のように、可変ドープ層ＶＤＬにおける結晶性の変化、格子定数の変化等によって、ベース層ＢＬに生ずる応力歪が変化する。それによって、ベース層ＢＬの溝ＧＲ１及びベースセグメントＢＳの形状及び大きさも変化する。なお、ベース層ＢＬに生ずる圧縮歪が小さくなるほど、ベースセグメントＢＳのサイズは大きくなる傾向にある。
ベース層ＢＬ上には量子井戸層ＷＡが形成されている。量子井戸層ＷＡは、例えばＩｎＧａＮからなる層である。量子井戸層ＷＡは、その表面において第１の溝ＧＲ１の形状を引き継いで（保持して）形成され、第１の溝ＧＲ１と同一のメッシュ形状を有する溝を有している。すなわち、量子井戸層ＷＡは、ベース層ＢＬとの界面（下面）及び上面において溝ＧＲ１に対応する凹凸形状を有する。量子井戸層ＷＡは、いわゆる歪み量子井戸層として形成されている。
量子井戸層ＷＡ上には障壁層ＢＡが形成されている。障壁層ＢＡは、例えばアンドープのＡｌＮ層からなる層である。障壁層ＢＡは、量子井戸層ＷＡと同様にその表面において第１の溝ＧＲ１の形状を引き継いで（保持して）形成され、第１の溝ＧＲ１と同一のメッシュ形状を有する溝を有している。その両主面が平坦面として形成されている。具体的には、障壁層ＢＡは、量子井戸層ＷＡの第１の平坦面ＦＳ１上に形成され、上面が平坦面（以下、第２の平坦面と称する）ＦＳ２として形成されている。
なお、量子井戸層ＷＡは、アンドープ層であることが好ましい。この場合、半導体構造層ＳＳは、ｎ型半導体層１２、ｐ型の可変ドープ層ＶＤＬ、ｐ型のベース層ＢＬ、アンドープの量子井戸層ＷＡ、障壁層ＢＡ、ｐ型半導体層１５がこの順に積層された構造を有している。
具体的には、量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡは、図１（ａ）に示すように、ベースセグメントＢＳのセグメント形状を残しつつベース層ＢＬ上に形成されている。従って、量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡは、ベース層ＢＬの第１の溝ＧＲ１の各溝部に対応する位置に溝を有している。すなわち、最もｐ型半導体層１５側の層である障壁層ＢＡに形成された溝が第２の溝ＧＲ２となる。
発光機能層１３の表面、すなわち障壁層ＢＡの表面は、第２の溝ＧＲ２以外の部分が平坦部（以下、第２の平坦部と称する）ＦＬ２として形成されている。第２の平坦部ＦＬ２の各々は第１の平坦部ＦＬ１の各々に対応する位置及び形状で形成されている。
換言すれば、発光機能層１３は、その表面に第２の平坦部ＦＬ２及び第２の溝ＧＲ２を有している。第２の溝ＧＲ２は、発光機能層１３を島状の複数の発光セグメントＥＳに区画するように形成されている。
発光セグメントＥＳの各々は、ベースセグメントＢＳの各々に対応して形成されている。すなわち、発光セグメントＥＳは、発光機能層１３がその表面においてランダムな網目状に区画されて形成されている。発光セグメントＥＳは、サイズ及び形状にランダムなばらつき又は分布を有し、第１の発光機能層１３の表面においてランダムに配置（並置）されている。
なお、上述のベース層ＢＬは量子井戸層ＷＡに対する障壁層の役割を果たし、ベース層ＢＬ、量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡによって量子井戸発光層ＱＷが形成される。また、量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡによって量子井戸構造層が形成される。
発光機能層１３の障壁層ＢＡ上に形成されている電子ブロック層１４は、第２の溝ＧＲ２を埋め込むように形成されている。すなわち、電子ブロック層１４は、障壁層ＢＡとの界面（下面）においては溝ＧＲ２に対応する凹凸形状を有する一方で、上面においては平坦化された表面を有している。
ここで、発光機能層１３の形成手順と共に歪の発生、ベースセグメントＢＳの形成、及びベースセグメントの大きさに応じた量子井戸層ＷＡから出射される光の発光波長の変化について説明する。ベース層ＢＬに起因する歪みによって形成されるベースセグメントＢＳは、ベース層ＢＬを、比較的低温の成長温度でＧａＮ層である可変ドープ層ＶＤＬ上に成長することで形成することができる。
まず、可変ドープ層ＶＤＬ上に、ｎ型半導体層１２及び可変ドープ層ＶＤＬの結晶組成とは異なる結晶組成を有するベース層ＢＬを成長させ、ベース層ＢＬに応力（歪）を生じさせる。例えばｎ型半導体層１２としてのＧａＮ層にベース層ＢＬとしてのＡｌＮ層を成長する場合、ＡｌＮ層にはＧａＮ層との格子不整合によって伸張歪が生ずる。従って、ＡｌＮ層にはその成長時に引張応力が生ずる。従って、ＡｌＮ層の成長開始時又は成長途中でＡｌＮ層に溝が生じ、これ以降は、ＡｌＮ層は３次元的に成長する。すなわち、ＡｌＮ層は立体的に成長し、複数の微細な凹凸が形成される。この溝の形成開始点が溝ＧＲ１の底部ＢＰとなる。
さらに、ＧａＮ層上に低温でＡｌＮ層を成長する場合、ＡｌＮ層における３次元的な成長が促進される。従って、ＡｌＮ層の表面に無数の溝が互いに結合しながら形成され（溝ＧＲ１）、これによってＡｌＮ層が複数のセグメントに区画されていく。このようにしてベースセグメントＢＳを有するベース層ＢＬを形成することができる。なお、本実施例においては、７８０℃の成長温度でベース層ＢＬとしてのＡｌＮ層を形成した。
このベース層ＢＬ上に量子井戸層ＷＡとしてのＩｎＧａＮ層を形成すると、上述のように量子井戸層ＷＡは圧縮歪を受け歪み量子井戸層として形成される。また、量子井戸層ＷＡ内におけるＩｎの含有量に分布が生ずる。すなわち、量子井戸層ＷＡのうち、例えば平坦部ＦＬ１上の領域と溝ＧＲ１上の領域とでＩｎ組成が異なるように形成される
また、ベースセグメントＢＳの上面上と側面上とでは量子井戸層ＷＡの層厚が異なる。従って、量子井戸層ＷＡの層内においてはバンドギャップが一定では無く、微細な島状の凹凸を有する発光機能層１３からは、様々な色の光が放出されることとなる。
なお、量子井戸層ＷＡであるＩｎＧａＮ層は、圧縮歪を受けるとＩｎを取り込みやすくなる。これによって、ＩｎＧａＮ層におけるバンドギャップ、すなわち量子準位間のエネルギーが小さくなると考えられる。従って、圧縮歪を受けているＩｎＧａＮ層からなる量子井戸層ＷＡからは、圧縮歪を受けていないＩｎＧａＮよりも長波長の発光が得られる。
また、ＩｎＧａＮ層が受ける圧縮歪が大きくなるにつれて、すなわちベースセグメントＢＳのサイズが小さくなるにつれて、Ｉｎの取り込み量が多くなる、すなわち、Ｉｎ組成が大きくなる。逆に圧縮歪が小さくなるにつれて、すなわちベースセグメントＢＳのサイズが大きくなるにつれてＩｎの取り込み量は少なくなる、すなわち、Ｉｎ組成が小さくなる。
これによって、可変ドープ層ＶＤＬへのＭｇドーパントのドーピング量を調整することで、量子井戸層ＷＡにかかる圧縮歪を調節し、量子井戸層ＷＡから出射する光の発光波長を制御することが可能である。
本発明の半導体発光素子１０においては、圧縮歪を受けて溝ＧＲ１を有するベース層ＢＬ上に量子井戸層ＷＡを形成する。それにより、上述のように量子井戸層ＷＡ内でのＩｎの含有量が層内で不均一になされ、かつ量子井戸層ＷＡの厚さが層内で不均一になされる。従って、量子井戸層ＷＡの層内でのバンドギャップが不均一になるため、幅広い波長の演色性の高い光を得ることが可能となる。
上述したように、可変ドープ層ＶＤＬへのＭｇドーピング量が大きくなると、ベース層ＢＬに生ずる圧縮歪は小さくなる。また、上述したように、圧縮歪が小さくなるにつれて、量子井戸層ＷＡ内に取り込まれるＩｎの量が低下し、ＩｎＧａＮ層におけるバンドギャップが大きくなる。
従って、本発明の半導体素子１０によれば、可変ドープ層ＶＤＬへのＭｇドーピング量を増加させることで、量子井戸層ＷＡから出射される光の波長を短波長側にシフトさせることができる。逆に、可変ドープ層ＶＤＬへのＭｇドーピング量を減少させることで、量子井戸層ＷＡから出射される光の波長を長波長側にシフトさせることができる。すなわち、可変ドープ層ＶＤＬへのＭｇドーピング量を調整することによって、発光素子１０の発光波長を調節することが可能である。
なお、可変ドープ層ＶＤＬへＭｇドーピング量を２×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3にした場合、発光機能層１３からは５００ｎｍ付近にピークを有する４６０〜５８０ｎｍの波長域の発光を得ることができた。また、実験的に可変ドープ層ＶＤＬへのＭｇドープ量を０にした場合には、５７０ｎｍ付近にピークを有する５１０〜６５０ｎｍの波長域の発光を得ることができた。
また、上述のように、本実施例では、Ｍｇがドープされた可変ドープ層ＶＤＬを形成し、可変ドープ層ＶＤＬ上にベース層ＢＬを形成する。このように、ｎ型半導体層１２とベース層ＢＬとの間に可変ドープ層ＶＤＬを形成し、当該可変ドープ層ＶＤＬへのＭｇドープ量を制御することによって、出射光に関して再現性の高い発光素子を形成できることを本願の発明者達は発見した。
［変形例１］
図２は、実施例１の変形例１に係る半導体発光素子１０Ａの構造を示す断面図である。発光素子１０Ａは、発光機能層１３の構成を除いては、発光素子１０と同様の構成を有している。発光機能層１３は、量子井戸層が複数層（本変形例においては２層）積層された構造を有している。より具体的には、発光機能層１３は、ベース層ＢＬ、量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡを有し、障壁層ＢＡ上に、さらに量子井戸層ＷＢ及び障壁層ＢＢが積層された構造を有している。なお、ここでは障壁層ＢＡ、ＢＢはアンドープとした。
このように、発光機能層１３を２以上の量子井戸層ＷＡを含む多重量子井戸構造としてもよい。この場合、ベース層ＢＬ側の量子井戸構造（ＷＡ、ＢＡ）と、その上に形成された他の量子井戸構造（ＷＢ、ＢＢ）とでは、組成（Ｉｎ含有量）や総厚の面内分布の不均一性に違いが生ずる。従って、複数の量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する本変形例の場合には、バンドギャップ（量子準位間エネルギ）の不均一が大きくなるので、単一量子井戸（実施例１）の場合よりもスペクトル幅の広い発光が得られる。
図３は、実施例２に係る半導体発光素子３０の構造を示す断面図である。発光素子３０は、第２の発光機能層としての発光機能層３３が追加されている構成を除いては、半導体発光素子１０と同様の構成を有している。第２の発光機能層としての発光機能層３３は、ｎ型半導体層１２と発光素子１０における第１の発光機能層としての発光機能層１３との間に形成されている。発光機能層３３は、発光機能層１３とはその中心発光波長及びバンドギャップが異なるように形成されている。
本実施例においては、発光機能層３３は、ｎ型半導体層１２上に、一様に平坦な量子井戸層ＷＣが２つの障壁層ＢＢ１、ＢＢ２によって挟まれた構造を有している。最もｐ型半導体層１５に近い側に位置する障壁層ＢＢ２上には発光機能層１３（可変ドープ層ＶＤＬ）が形成されている。量子井戸層ＷＣは、例えば、量子井戸層ＷＡと同一の構成、例えばＩｎＧａＮの組成を有している。障壁層ＢＢ１、ＢＢ２の各々は、ｎ型半導体層１２と同一の構成、例えばＧａＮの組成を有している。
本実施例においては、実施例１の発光素子１０における発光機能層１３のｎ型半導体層１２側に量子井戸構造の発光機能層３３が追加されている
。発光機能層３３は、ｎ型半導体層１２の平坦な表面上に形成されており、発光機能層１３からの出射光よりも波長の短い、例えば波長４５０ｎｍ前後の青色光を出射する。
従って、本実施例の半導体発光素子３０によれば、実施例１に比べて、純粋な青色領域に発光波長のピークを有する光を追加で放出させることが可能となる。本実施例は、半導体発光素子において、例えば青色領域の光の強度を大きくしたい場合に有利な構成となる。
また、障壁層ＢＢ２上に直接ベース層ＢＬを形成するのではなく、ｐ型ドーパントであるＭｇがドープされた可変ドープ層ＶＤＬを形成することで、上述のように発光機能層１３における発光波長の制御を行うことができ、かつ発光波長の再現性を向上させることが可能である。
さらに、障壁層ＢＢ２上に可変ドープ層ＶＤＬを形成することで、障壁層ＢＢ２上に直接ベース層ＢＢを形成する場合よりも、発光機能層３３Ａへのホール注入効率が向上するため、発光機能層３３からの出射光を増大させることが可能である。
なお、実施例２の半導体発光素子３０において、障壁層ＢＢ２を形成しないこととしてもよい。この場合でも、可変ドープ層ＶＤＬが障壁層の役目を果たすため発光機能層３３から青色光が出射される。
図４に、実施例２の半導体発光素子３０において可変ドープ層ＶＤＬのＭｇドープ量を２ｅ19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3とした場合の発光波長スペクトル（図中Ｐ１）、及び可変ドープ層ＶＤＬをアンドープとした場合の波長スペクトル（図中Ｐ２）を示す。図４において破線で囲っている領域が発光機能層１３から出射された光の波長スペクトルである。
図４に示す通り、可変ドープ層ＶＤＬをアンドープとするよりも可変ドープ層にＭｇをドーピングした方が、発光機能層１３から出射された光の波長スペクトルが短くなっている。従って、可変ドープ層ＶＤＬにＭｇをドープすることで、発光波長のピークを短波長側にシフトさせることが可能であることが解る。
図５は、実施例３に係る半導体発光素子５０の構造を示す断面図である。発光素子５０においては、実施例２における発光機能層３３と同様の発光機能層５３が、発光機能層１３よりもｐ型半導体層１５側に形成されている。
発光素子５０においては、発光機能層５３から青色光が発せられるように、平坦な表面を有する層上に発光機能層５３を形成する。そのため、図示するように、発光機能層１３において、量子井戸層ＷＡを溝ＧＲ１を埋め込んで量子井戸層ＷＡの表面が平坦となるように形成する。
発光機能層５３は、障壁層ＢＡ上に、一様に平坦な量子井戸層ＷＣが２つの障壁層ＢＢ１、ＢＢ２によって挟まれた構造を有している。量子井戸層ＷＣは、例えば、量子井戸層ＷＡと同一の構成、例えばＩｎＧａＮの組成を有している。障壁層ＢＢ１、ＢＢ２の各々は、ｎ型半導体層１２と同一の構成、例えばＧａＮの組成を有している。
本実施例においては、実施例１の発光素子１０における発光機能層１３のｐ型半導体層１５側に量子井戸構造の発光機能層５３が追加されている構成となる。発光機能層３３は、障壁層ＢＡの平坦な表面上に形成されており、発光機能層１３からの出射光よりも波長の短い、例えば波長４５０ｎｍ前後の青色光を出射する。
従って、本実施例の半導体発光素子３０によれば、実施例１に比べて、純粋な青色領域に発光波長のピークを有する光を追加で放出させることが可能となる。本実施例は、半導体発光素子において、例えば青色領域の光の強度を大きくしたい場合に有利な構成である。なお、発光機能層１３を複数層有する構成としてもよい。その場合、障壁層ＢＡ上にさらに別のベース層、量子井戸層、障壁層をこの順に積層させてもよい。
また、実施例２発光機能層３３及び実施例３の発光機能層５３の両方が含まれる構成の半導体発光素子とすることも可能である。すなわち、発光機能層１３が発光機能層３３及び５３によって挟み込まれている構成とすることも可能である。
上記実施例においては、第１の導電型がｎ型の導電型であり、第２の導電型がｎ型とは反対の導電型のｐ型である場合について説明したが、第１の導電型がｐ型であり、第２の導電型がｎ型であっていてもよい。
また、上記実施例においては、発光素子１０が搭載基板１１としての成長用基板上に半導体構造層ＳＳが形成された構造を有する場合について説明したが、搭載基板１１は成長用基板である場合に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子１０、１０Ａ、３０、５０は、成長用基板上に半導体構造層ＳＳを成長した後、半導体構造層ＳＳを他の基板（支持基板）に貼り合わせ、成長用基板を除去した構造を有していてもよい。この場合、当該貼り合わせた他の基板はｐ型半導体層１５上に貼り合わせられる。当該貼り合わせ用の基板としては、例えばＳｉ、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷなどの放熱性の高い材料を用いることができる。
また、上記実施例においては、ベース層ＢＬにＭｇをドープすることとしたが、ベース層ＢＬはＭｇを必ずしもドープしなくともよく、アンドープの層としてもよい。また、ベース層ＢＬにドープするドーパントは、Ｍｇに限らず他のｐ型ドーパントであってもよい。
また、上記実施例においては、ベース層ＢＬがＡｌＮからなる層である例を用いて説明したが、ベース層ＢＬは、ＡｌＧａＮからなる層であってもよい。
また、上記実施例においては、可変ドープ層ＶＤＬがＭｇをドープしたＧａＮからなる層である例を用いて説明したが、これに限らない。例えば、可変ドープ層ＶＤＬはＡｌＩｎＧａＮ等、他のＧａＮ系材料にｐ型ドーパントをドーピングした層であってもよい。
また、図示していないが、搭載基板１１とｎ型半導体層１２との間に、成長用基板と半導体構造層ＳＳとの界面及び半導体構造層ＳＳ内の各層の界面に生じ得る歪の緩和を目的としバッファ層（下地層）が設けられていてもよい。
上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び製造される発光素子に応じて、適宜選択することができる。
１０、１０Ａ、３０、５０ 半導体発光素子
１２ ｎ型半導体層（第１の半導体層）
１３、３３、５３ 発光機能層
１４ 電子ブロック層
１５ ｐ型半導体層（第２の半導体層）
ＢＬ ベース層
ＢＳ ベースセグメント
ＧＲ１、ＧＲ２ 溝
ＷＡ、ＷＢ、ＷＣ 量子井戸層
ＶＤＬ 可変ドープ層

Claims (6)

  1. 第１の導電型を有する第１の半導体層と、
    前記第１の半導体層上に形成された発光機能層と、
    前記発光機能層上に形成され、前記第１の半導体層とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層と、を有し、
    前記発光機能層は、前記第１の半導体層上に形成され、前記第２の導電型のドーパントがドープされたドープ層と、
    前記ドープ層上に形成され、前記ドープ層から応力歪を受ける組成を有してランダムな網目状に形成された複数のベースセグメントを有するベース層と、
    前記ベース層上に形成された量子井戸構造層と、
    を有することを特徴とする半導体発光素子。
  2. 前記量子井戸構造層はアンドープ層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
  3. 前記ドープ層の前記ドーパントはＭｇであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
  4. 前記第１の半導体層及び前記ドープ層はＧａＮの組成を有し、
    前記量子井戸構造層は、前記ベース層上に形成された量子井戸層及び障壁層を有し、
    前記ベース層及び前記障壁層はＡｌＮまたはＡｌＧａＮの組成を有し、
    前記量子井戸層は、ＩｎＧａＮの組成を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の半導体発光素子。
  5. 前記ドープ層と前記第１の半導体層との間に、一様に平坦な量子井戸構造を有する第２の発光機能層をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の半導体発光素子。
  6. 前記第２の発光機能層の中心発光波長は、前記量子井戸構造層の中心発光波長と異なることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
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