(57)【要約】【課題】ＬＥＤによって半値全幅の広い発光スペクトルを得る。【解決手段】本発明の窒化物半導体発光素子は、ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）結晶から形成され、結晶の｛１−１００｝面であるｍ面に平行な方向に広がるＡｌＩｎＧａＮ層１０１と、ＡｌＩｎＧａＮ層１０１上に位置し、ＩｎZＧａ1-ZＮ（０＜Ｚ＜１）結晶から形成されたＩｎＧａＮ発光層１０２とを備える。ＡｌＩｎＧａＮ層１０１の上面は、ｍ面から［０００１］方向に傾斜した少なくとも１つの第１傾斜面１０１ａと、ｍ面から［０００−１］方向に傾斜した少なくとも１つの第２傾斜面１０１ｂとを有している。【選択図】図３Ｃ
2010182832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）結晶から形成され、前記結晶の｛１−１００｝面であるｍ面に平行な方向に広がるＡｌＩｎＧａＮ層と、
前記ＡｌＩｎＧａＮ層上に位置し、ＩｎZＧａ1-ZＮ（０＜Ｚ＜１）結晶から形成されたＩｎＧａＮ発光層と、
を備える窒化物半導体発光素子であって、
前記ＡｌＩｎＧａＮ層の上面は、
前記ｍ面から［０００１］方向に傾斜した少なくとも１つの第１傾斜面と、
前記ｍ面から［０００−１］方向に傾斜した少なくとも１つの第２傾斜面と
を有している、窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ＩｎＧａＮ発光層は、
前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面上に位置する第１傾斜部分と、
前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第２傾斜面上に位置する第２傾斜部分と
を有しており、
前記第１傾斜部分の発光波長は、前記第２傾斜部分の発光波長と異なっている、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ＩｎＧａＮ発光層の表面において、前記第１傾斜部分の全体の面積をＳ1とし、前記第２傾斜部分の全体の面積をＳ2とするとき、Ｓ1とＳ2がほぼ等しい、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
０．５≦Ｓ2／Ｓ1≦２を満たす、請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値、および、前記第１傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値は、いずれも、０度より大きく５度以下の範囲にある、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、［０００１］方向に沿って交互に配列されている、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、それぞれ、平面から構成されている、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記ＡｌＩｎＧａＮ層において、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、いずれも、複数存在しており、
前記複数の第１傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値は相互に等しく、
前記複数の第２傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値も相互に等しい、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記ＡｌＩｎＧａＮ層において、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、いずれも、複数存在しており、
前記複数の第１傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値、および、前記複数の第２傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値は、相互に異なっている、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記ＡｌＩｎＧａＮ層の上面は、前記ｍ面に平行な少なくとも１つの水平面を有しており、
前記ＩｎＧａＮ発光層は、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記水平面上に位置する水平部分を有している、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面、前記水平面、および前記第２傾斜面は、［０００１］方向に沿って交互に配列されている、請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面、前記水平面、および前記第２傾斜面は、それぞれ、平面から構成されている、請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）結晶から形成され、前記結晶の｛１−１００｝面であるｍ面に平行な方向に広がるＡｌＩｎＧａＮ層であって、上面が前記ｍ面から［０００１］方向に傾斜した少なくとも１つの第１傾斜面と、前記ｍ面から［０００−１］方向に傾斜した少なくとも１つの第２傾斜面とを有しているＡｌＩｎＧａＮ層を形成する工程（Ａ）と、
前記ＡｌＩｎＧａＮ層上に、ＩｎZＧａ1-ZＮ（０＜Ｚ＜１）結晶から形成されたＩｎＧａＮ発光層を形成する工程（Ｂ）と、
を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（Ａ）は、
ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）結晶から形成され、ｍ面を表面に有する平坦層を用意する工程（ａ１）と、
前記平坦層の表面を加工することにより、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面を有する前記ＡｌＩｎＧａＮ層を前記平坦層から形成する工程（ａ２）と、
を含む、請求項１３に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ａ２）は、エッチングによって前記平坦層の表面形状を変化させる工程、およびエピタキシャル成長によって前記平坦層の表面形状を変化させる工程の少なくとも一方を含む、請求項１４に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外領域から赤色領域までの発光が可能なＩｎＧａＮ発光層を用いた窒化物半導体発光素子、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｖ族元素として窒素（Ｎ）を有する窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素子の材料として有望視されている。そのなかでも、窒化ガリウム系化合物半導体（ＧａＮ系半導体：ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の研究は盛んに行われ、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、緑色ＬＥＤ、ならびに、ＧａＮ系半導体を材料とする半導体レーザも実用化されている。また、照明などの用途に白色ＬＥＤの開発も活発に進められている。
【０００３】
既に実用化されている白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）では、ＧａＮ系半導体から作製した青色ＬＥＤを励起光源としてＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｎｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）系の蛍光体を励起し、擬似白色を得る方式が一般に用いられている。
【０００４】
ＧａＮ系半導体は、ウルツ鉱型結晶構造を有している。図１は、ＧａＮの単位格子を模式的に示している。ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）半導体の結晶では、図１に示すＧａの一部がＡｌおよび／またはＩｎに置換され得る。
【０００５】
図２は、ウルツ鉱型結晶構造の基本並進ベクトル（ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒｓ）ａ1、ａ2、ａ3を示している。基本並進ベクトルａ3は、［０００１］方向に延びており、この方向は「ｃ軸」と呼ばれる。ｃ軸に垂直な面（ｐｌａｎｅ）は「ｃ面」または「（０００１）面」と呼ばれている。なお、ｃ面は「極性面」であるが、図２に示す（１−１００）面は、非極性面であり、「ｍ面」と称されている。
【０００６】
励起光源となる青色ＬＥＤには、以下の課題がある。
【０００７】
（１）製造工程のばらつきや、発熱の影響などによって発光波長が変動する。
【０００８】
（２）発光スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）が狭いため、蛍光体を適切な波長の光で励起することが難しく、蛍光体の励起効率が著しく減衰する。
【０００９】
（３）従来、結晶成長の下地層として窒化ガリウム系半導体のｃ面（｛０００１｝面）が用いられている。窒化ガリウム系半導体のｃ面は極性面であるため、自発分極や、大きなピエゾ電界の影響によって電子と正孔が空間的に大きく分離し、再結合確率が低下するため、内部量子効率が低くなる。
【００１０】
これらの課題を解決するために、特許文献１や非特許文献１は、１つの青色ＬＥＤから複数の異なる発光波長を得る白色ＬＥＤを開示している。図１５は、非特許文献１に記載された従来の青色ＬＥＤにおける発光層を示す断面図である。図１５に示される窒化物層１２０１の上面は、極性面であるｃ面と、ｃ面から傾斜した複数の傾斜面とを有している。これらの傾斜面は、非極性面や半極性面である。ＩｎＧａＮ発光層１２０２は、このような凹凸を有する窒化物層１２０１の上面に形成されている。具体的には、（１１−２２）面、（−１−１２２）面、（１１−２０）面、および（−１−１２０）面の５つの面にＩｎＧａＮ発光層が形成されている。このように非特許文献１では、等価でない複数の面上にＩｎＧａＮを成長させることにより、各面上における発光層のＩｎ組成を変化させている。
【００１１】
一方、ＬＥＤの高効率化を実現するために、近年、特許文献２や非特許文献２に開示されているように、非極性面や半極性面を主面としてＩｎＧａＮ発光層を形成したＬＥＤが開発されている。図１６は、非特許文献２に記載された従来の非極性面を表面とする窒化物層上に形成された発光層を示す断面図である。
【００１２】
図１６において、ＩｎＧａＮ発光層１３０２はオフ角度を持つ非極性面を主面に有している。窒化物層１３０１は、発光層１３０２と同じオフ角度を持つ非極性面を主面としている。
【特許文献１】特開平１１−２８９１０８号公報
【特許文献２】特開平１１−１１２０２９号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  ＰｈｙｓｉＣｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  １，  ０１１１０６  （２００８）．
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ，  ３１０，  ４９６８  （２００８）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、ｃ面上の１つの素子から複数の波長の発光を実現する従来のＬＥＤ構造（非特許文献１）では、様々な発光波長を得るために、等価でない複数の面を選択し、ＩｎＧａＮ発光層中のＩｎ組成を変化させる必要があった。しかしながら、（１１−２２）面と（−１−１２２）面とは相互に原子配列が等価な面であり、同様に（１１−２０）面と（−１−１２０）面も相互に原子配列が等価な面であるため、（１１−２２）面と（−１−１２２）面、（１１−２０）面と（−１−１２０）面ではＩｎの取り込み量が等しくなり、結果として同じ発光波長となる。すなわち、非特許文献１の場合には５つの面を形成しているが、３種類の波長の発光しか得られていない。これは、ｃ面上の発光層では、ｃ軸を中心に結晶の対称性が強いため、傾斜面の原子配列が等価になりやすいことに起因している。
【００１４】
この課題は、特許文献２の素子においても同様である。
【００１５】
したがって、非特許文献１および特許文献２の手法を用いて発光スペクトルの半値全幅を広げる場合には、等価でない複数の面を選択し、形成する必要があり、製造方法が繁雑になるという課題があった。
【００１６】
また、特許文献２に開示されている、半極性面をＩｎＧａＮ発光層の傾斜面とする従来のＬＥＤの構成では、傾斜角度が少なくとも１０°以上と大きいために、発光素子の製造が困難であるという課題があった。この課題は、非特許文献１においても同様に有している。
【００１７】
さらに、特許文献１に開示されている１つの発光素子から異なる発光波長を放出する従来のＬＥＤの構造では、発光層の結晶性を悪化させることによるＩｎ組成の不均一化を利用している。このような技術は、Ｉｎ組成の制御が困難であることに加えて、内部量子効率が向上しないという課題を有している。
【００１８】
さらに、非特許文献２に開示されている、オフ角度を持つ非極性面を主面に有している従来のＬＥＤの構造では、発光スペクトルのピーク波長はシフトするが、半値全幅には変化がないという課題を有している。
【００１９】
本発明は、従来の課題を解決するもので、ＬＥＤの発光スペクトルの半値全幅を効果的に広げ、蛍光体吸収線への励起効率を向上させ、同時に白色ＬＥＤの演色性も効果的に向上させるとともに、ピエゾ電界による内部量子効率の低下が改善された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。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の窒化物半導体発光素子は、ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）結晶から形成され、前記結晶の｛１−１００｝面であるｍ面に平行な方向に広がるＡｌＩｎＧａＮ層と、前記ＡｌＩｎＧａＮ層上に位置し、ＩｎZＧａ1-ZＮ（０＜Ｚ＜１）結晶から形成されたＩｎＧａＮ発光層とを備える窒化物半導体発光素子であって、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の上面は、前記ｍ面から［０００１］方向に傾斜した少なくとも１つの第１傾斜面と、前記ｍ面から［０００−１］方向に傾斜した少なくとも１つの第２傾斜面とを有している。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記ＩｎＧａＮ発光層は、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面上に位置する第１傾斜部分と、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第２傾斜面上に位置する第２傾斜部分とを有しており、前記第１傾斜部分の発光波長は、前記第２傾斜部分の発光波長と異なっている。
【００２２】
好ましい実施形態において、前記ＩｎＧａＮ発光層の表面において、前記第１傾斜部分の全体の面積をＳ1とし、前記第２傾斜部分の全体の面積をＳ2とするとき、Ｓ1とＳ2がほぼ等しい。
【００２３】
好ましい実施形態において、０．５≦Ｓ2／Ｓ1≦２を満たす。
【００２４】
好ましい実施形態において、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値、および、前記第１傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値は、いずれも、０度より大きく５度以下の範囲にある。
【００２５】
好ましい実施形態において、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、［０００１］方向に沿って交互に配列されている。
【００２６】
好ましい実施形態において、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、それぞれ、平面から構成されている。
【００２７】
好ましい実施形態において、前記ＡｌＩｎＧａＮ層において、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、いずれも、複数存在しており、前記複数の第１傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値は相互に等しく、前記複数の第２傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値も相互に等しい。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記ＡｌＩｎＧａＮ層において、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、いずれも、複数存在しており、前記複数の第１傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値、および、前記複数の第２傾斜面と前記ｍ面とがなす角度の絶対値は、相互に異なっている。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の上面は、前記ｍ面に平行な少なくとも１つの水平面を有しており、前記ＩｎＧａＮ発光層は、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記水平面上に位置する水平部分を有している。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面、前記水平面、および前記第２傾斜面は、［０００１］方向に沿って交互に配列されている。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記ＡｌＩｎＧａＮ層の前記第１傾斜面、前記水平面、および前記第２傾斜面は、それぞれ、平面から構成されている。
【００３２】
本発明による窒化物半導体発光素子の製造方法は、ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）結晶から形成され、前記結晶の｛１−１００｝面であるｍ面に平行な方向に広がるＡｌＩｎＧａＮ層であって、上面が前記ｍ面から［０００１］方向に傾斜した少なくとも１つの第１傾斜面と、前記ｍ面から［０００−１］方向に傾斜した少なくとも１つの第２傾斜面とを有しているＡｌＩｎＧａＮ層を形成する工程（Ａ）と、前記ＡｌＩｎＧａＮ層上に、ＩｎZＧａ1-ZＮ（０＜Ｚ＜１）結晶から形成されたＩｎＧａＮ発光層を形成する工程（Ｂ）とを含む。
【００３３】
好ましい実施形態において、前記工程（Ａ）は、ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）結晶から形成され、ｍ面を表面に有する平坦層を用意する工程（ａ１）と、前記平坦層の表面を加工することにより、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面を有する前記ＡｌＩｎＧａＮ層を前記平坦層から形成する工程（ａ２）とを含む。
【００３４】
好ましい実施形態において、前記工程（ａ２）は、エッチングによって前記平坦層の表面形状を変化させる工程、およびエピタキシャル成長によって前記平坦層の表面形状を変化させる工程の少なくとも一方を含む。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、従来技術に比べ、ＩｎＧａＮ発光層の半値全幅を広げることができるため、製造工程のばらつき、使用環境のばらつき、発熱の影響などによって発光波長が変動したとしても、蛍光体吸収線への励起効率を高く維持することが可能となり、白色ＬＥＤの演色性も向上させることができる。さらに、非極性面を用いることで、内部量子効率を高めることができる。
【００３６】
このような発光波長が発光層の傾斜角度に依存して長波側と短波側にシフトする現象は、窒化ガリウム系半導体の非極性面上において特有の現象であり、特許文献１、２や非特許文献１に開示されているような従来使用されている窒化ガリウム系半導体の極性面上では得られない現象である。
【００３７】
本発明にかかる発光スペクトルの半値全幅を広げる技術は、蛍光体吸収線への励起効率を向上させる機能を有すると同時に、白色ＬＥＤの演色性も向上させるため、高効率白色ＬＥＤの発光源に応用することが有用である。また、発光層内のインジウム組成を制御することにより発光波長を任意に制御可能であるので、ＲＧＢ（赤色・緑色・青色）３波長型白色照明の発光源にも応用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態）
図３Ａ〜図３Ｄを参照しながら、本発明による窒化物半導体発光素子の第１の実施形態を説明する。
【００３９】
まず、図３Ａおよび図３Ｂを参照する。図３Ａは、本実施形態の窒化物半導体発光素子の基本的な構成を模式的に示す断面図であり、図３Ｂは、その一部を示す斜視図である。
【００４０】
図３Ａに示すように、本実施形態の窒化物半導体発光素子は、ＡｌX1ＩｎY1Ｇａ1-X1-Y1Ｎ（０≦Ｘ１＜１、０≦Ｙ１＜１、０≦Ｘ１＋Ｙ１＜１）結晶から形成されたｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１０１と、ＡｌＩｎＧａＮ層１０１上に位置し、ＩｎZＧａ1-ZＮ（０＜Ｚ＜１）結晶から形成されたＩｎＧａＮ発光層１０２と、ＩｎＧａＮ発光層１０２上に位置し、ＡｌX2ＩｎY2Ｇａ1-X2-Y2Ｎ（０≦Ｘ２＜１、０≦Ｙ２＜１、０≦Ｘ２＋Ｙ２＜１）結晶から形成されたｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層１０３とを備えている。更に、この窒化物半導体発光素子は、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１０１に接するｎ型電極１０４と、ｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層１０３に接するｐ型電極１０５とを備えている。
【００４１】
図３Ｂに示すように、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１０１は、全体として、結晶の｛１−１００｝面であるｍ面に平行な方向に広がっているが、ＡｌＩｎＧａＮ層１０１の上面は、ｍ面から［０００１］方向に傾斜した第１傾斜面１０１ａと、ｍ面から［０００−１］方向に傾斜した第２傾斜面１０１ｂとを有している。傾斜角度の大きさは、図３Ａにおいて、「θ」で示されている。
【００４２】
ｍ面は、図２を参照して説明したように、ｃ軸に平行な（１−１００）面から構成され、非極性の面である。ＡｌＩｎＧａＮ層の非極性面上に形成した発光層には自発分極や、ピエゾ電界が形成されないため、ｃ面上に形成した発光層に比べ、内部量子効率を高めることができる。このような効果は、発光層がｍ面から僅かに傾斜した面上に形成されても同様に得られる。
【００４３】
なお、本明細書において「ｍ面から［０００１］方向に傾斜した面」とは、その面の法線がｃ軸［０００１］方向の成分を有することを意味する。このような面（傾斜面）の法線は、ａ軸［１１−２０］方向の成分を含まないことが好ましい。
【００４４】
次に、図３Ｃおよび図３Ｄを参照して、ＩｎＧａＮ発光層１０２の構成を詳しく説明する。図３Ｃは、ＩｎＧａＮ発光層１０２を中心とする主要部を示す断面図であり、図３Ｄは、ＩｎＧａＮ発光層１０２の上面図である。
【００４５】
図３Ｃに示されるように、ＩｎＧａＮ発光層１０２は、ＡｌＩｎＧａＮ層１０１の第１傾斜面１０１ａ上に位置する第１傾斜部分１０２ａと、ＡｌＩｎＧａＮ層１０１の第２傾斜面１０１ｂ上に位置する第２傾斜部分１０２ｂとを有している。第１傾斜部分１０２ａの発光波長は、第２傾斜部分１０２ｂの発光波長と異なっている。１つのＩｎＧａＮ発光層１０２であるにもかかわらず、発光部位によって発光波長が異なる理由は、第１傾斜部分１０２ａと第２傾斜部分１０２ｂとの間でＩｎ組成が異なるためである。Ｉｎ組成は、結晶成長の下地であるｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１０１の表面における面方位に依存し、また、ＩｎＧａＮ発光層１０２の成長条件、例えば成長速度やＩｎの取り込み速度、温度、圧力、原料流量、原料に含まれる１５族元素と１３族元素のモル比等々の条件によって制御することができる。これらの成長条件が同一であっても、下地結晶の面が傾斜していると、傾斜の方向や傾斜角度θによってＩｎ組成が異なったものとなる。この結果、同一成長条件で形成されたＩｎＧａＮ発光層１０２においても、第１傾斜部分１０２ａと第２傾斜部分１０２ｂとの間で、Ｉｎ組成が異なることになる。Ｉｎ組成の違いは、結晶のバンドギャップに差をもたらすため、発光波長を変化させることになる。
【００４６】
後述するように、ｍ面からの傾斜角度θを調整することにより、ＩｎＧａＮ発光１０２層からの発光波長を、例えば４３５ｎｍから４７５ｎｍの範囲で変化させることができる。本発明の好ましい実施例（後述）では、傾斜角度θを１°だけ変化させることにより、約５ｎｍの波長シフトを実現することができた。本実施形態では、１つの発光素子内において、発光波長の異なる複数の傾斜部分１０２ａ、１０２ｂをＩｎＧａＮ発光層１０２に形成しているため、発光素子から得られる光のスペクトルは、全体として、これらの傾斜部分１０２ａ、１０２ｂの各々から得られる発光スペクトルを合成したものになる。したがって、１つの発光素子から従来よりもスペクトル幅（半値全幅）を拡大した発光を得ることができる。
【００４７】
ｍ面から［０００１］方向に傾斜した第１傾斜面と、ｍ面から［０００−１］方向に傾斜した第２傾斜面とは、それらの傾斜面上に成長させるＩｎＧａＮ層のＩｎ取り込み率に関して、相互に等価ではない。このため、図３Ｃに示すようにｃ軸の正方向および負方向に傾斜した２種類の傾斜面を形成すると、発光波長を短波長側および長波長側の両方にシフトさせることが可能になる。このような効果は、ｃ面を主面とする基板を用いては得ることができなかったものである。
【００４８】
次に、図３Ｅ〜図３Ｈを参照しながら、本実施形態における他の構成例を説明する。
【００４９】
図３Ｅに示すように、ＡｌＩｎＧａＮ層１０１の上面は、ｍ面に平行な少なくとも１つの水平面１０１ｃを有していてもよい。この場合、ＩｎＧａＮ発光層１０２は、第１傾斜部分１０２ａおよび第２傾斜部分１０２ｂとは別に、ｍ面に平行な水平部分１０２ｃをＡｌＩｎＧａＮ層１０１の水平面１０１ｃ上に有することになる。ＩｎＧａＮ発光層１０２の水平部分１０２ｃにおけるＩｎ組成は、第１傾斜部分１０２ａおよび第２傾斜部分１０２ｂのＩｎ組成とは異なるため、ＩｎＧａＮ発光層１０２から得られる発光波長は、部位に応じて３つになる。このような構成によれば、３種類の発光スペクトルが合成されるため、全体の発光スペクトルの半値全幅を更に広げることができる。
【００５０】
第１傾斜面１０１ａおよび第２傾斜面１０１ｂは、図３Ｆに示すように、１つの発光素子内において、それぞれ、１つだけ形成されていても良い。しかし、例えば図３Ｃに示すように、複数の傾斜面１０１ａ、１０１ｂが［０００１］方向に沿って交互に配列されることが好ましい。傾斜面１０１ａ、１０１ｂを交互に配列することにより、波長が異なる個々の発光領域を小さくすることができ、発光スペクトルの合成を空間的に均一化できるからである。また、図３Ｇに示すように、第１傾斜面１０１ａ、水平面１０１ｃ、および第２傾斜面１０１ｂが［０００１］方向に沿って交互に配列されていてもよい。図３Ｅに示すように、傾斜面１０１ａまたは１０１ｂと、水平面１０１ｃとが［０００１］方向に沿って交互に配列されていてもよい。
【００５１】
１つの発光素子内で複数の第１傾斜面１０１ａおよび第２傾斜面１０１ｂを形成する場合、それらの傾斜面１０１ａ、１０１ｂとｍ面と間の傾斜角度（図３Ｈでは、傾斜角度θ１〜θ３）が相互に異なる大きさを有していても良いし、全て同じ角度であってもよい。傾斜角度θが相互に同じであれば、製造が容易になるという利点がある。傾斜角度θが傾斜面によって異なる場合、製造が難しくなるが、傾斜面上に位置する発光層から波長が相互に異なる発光スペクトルが得られるため、全体としてピーク分離の少ないブロードなスペクトルが得られるという利点がある。
【００５２】
ＡｌＩｎＧａＮ層１０１の上面は、いずれも曲面ではなく平面が好ましい。これは、ＡｌＩｎＧａＮ層１０１の上面に曲面が含まれてしまうと、その上に成長するＩｎＧａＮ発光層１０２の層厚制御性が低下するだけではなく、発光層界面の急峻性が損なわれてしまうからである。
【００５３】
以下、図４Ａから図４Ｇを参照しながら、図３Ａに示す窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を説明する。
【００５４】
本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いて窒化物半導体の結晶成長を行う。成長圧力は負圧から、大気圧（１ａｔｍ）、大気圧以上の正圧のいずれでも良く、各結晶成長層において最適な圧力に切り替えても良い。また、原料を基板に供給するためのキャリアガスは、少なくとも窒素（Ｎ2）または水素（Ｈ2）等の不活性ガスを含むガスであることが好ましい。
【００５５】
本発明における窒化物半導体の成長方法は、ＭＯＶＰＥ法に限定されず、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）など、化合物半導体結晶を成長させる全ての方法に適用することができる。
【００５６】
まず、図４Ａに示すように、基板１４００を用意する。基板１４００としては、ｍ面ＧａＮ基板、ｍ面４Ｈ−ＳｉＣ基板、ｍ面６Ｈ−ＳｉＣ基板、ａ面サファイア基板、ＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）基板、Ｇａ2Ｏ3基板などを用いることができる。このように、基板自体の表面（主面）がｍ面である必要は無く、ｍ面を表面とする窒化物半導体が成長する基板であればよい。
【００５７】
基板１４００の表面を有機溶剤や酸によって清浄した後、基板１４００をＭＯＶＰＥ装置における反応室のサセプタ上に設置する。反応室を十分にＮ2で置換した後、キャリアガスをＨ2に切り替え、同時にアンモニア（ＮＨ3）を供給する。反応室内を８５０℃程度まで昇温し、１０分程度、基板１４００の表面に対するクリーニングを行う。
【００５８】
その後、さらに９５０〜１０５０℃まで昇温した後、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とＳｉＨ4を供給することにより、約２μｍ厚のｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１を基板１４００の主面上に成長させる。
【００５９】
次に、図４Ｂに示すように、厚さ５００〜１０００ｎｍ程度のレジスト１４１０をｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面に均一に塗布する。その後、光量を位置に応じて変化させながら露光を行うグレースケール露光法により、三角形状の断面を有するレジストパターンを形成する（図４Ｃ）。このような露光は、例えばマスクレス露光装置（株式会社ナノシステムソリューションズ）によって行うことができる。
【００６０】
次に、塩素系のドライエッチングを用いて、ｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面をエッチングする。エッチングガスとしては、塩素または塩化水素を用いることができる。エッチャーとしては、平行平板型プラズマまたは誘導結合型プラズマを好適に用いることができる。
【００６１】
上記のドライエッチング工程では、図４Ｄに示すように、ｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面をエッチングする過程で、レジスト１４１０の表面もエッチングされてゆく。エッチングの進行に伴ってレジスト１４１０のエッジは後退する（図面中、水平横方向に移動する）ため、ｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面のうちでレジスト１４１０によって覆われている領域は縮小する。
【００６２】
ここで、レジスト１４１０のエッジが水平横方向に後退する速度をＥL、ｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面が縦方向にエッチングされる速度をＥVとする。この場合、ｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面のうち、レジスト１４１０のエッジの後退によって初期に露出した部分は、後に露出した部分よりも長い時間エッチングされ、深くなる。こうして形成される傾斜面の傾斜角度θは、ｔａｎθ＝ＥL／ＥVの関係を満たすことになる。
【００６３】
レジスト１４１０のエッジが水平横方向に後退する速度ＥLは、レジスト１４１０のエッチグ速度およびレジスト１４１０の断面形状に依存する。レジスト１４１０のエッチング速度は、エッチングガス中に添加する酸素の供給量によって調整することができる。
【００６４】
異方性エッチングを行う場合において、レジスト１４１０のエッチング速度とｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１のエッチング速度とをほぼ等しくすると、レジスト１４１０の断面形状に相当する断面形状をｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面に付与することができる。
【００６５】
図４Ｃ〜図４Ｅに示す例では、ｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面に形成した傾斜面の傾斜角度θが、グレースケール露光後のレジスト１４１０の傾斜面の傾斜角度にほぼ同等しい。
【００６６】
図４Ｄに示す段階でエッチングを停止し、レジスト１４１０を除去すれば、ｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面に、ｍ面に平行な面と傾斜面の両方を形成することができる。なお、グレースケール露光後のレジスト１４１０の断面形状がｍ面に平行な表面を有していれば、最終的にｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面においてもｍ面に平行な表面を形成することができる。また、レジスト１４０１が所定幅の開口部を有し、エッチング開始時点において、その開口部でｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面が露出していれば、その部分は、ｍ面に平行な状態で深くエッチングされる。
【００６７】
このように、レジスト１４１０の形状やエッチング条件を調整することにより、種々の形状をｍ面ＧａＮ層１４０１の表面に付与することが可能である。
【００６８】
上記のエッチング工程の後、酸素アッシングおよび基板洗浄を行い、レジストを除去する。ｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面を有機溶剤や酸によって清浄化した後、基板１４００をＭＯＶＰＥ装置における反応室のサセプタ上に再び設置する。反応室を十分にＮ2で置換した後、キャリアガスをＨ2に切り替え、同時にアンモニア（ＮＨ3）を供給する。反応室を１℃／１秒の昇温レートで８５０℃まで昇温し、１０分間、基板１４００の表面に対するクリーニングを行う。その後、キャリアガスをＮ2に切り替え、温度を７５０〜８００℃程度まで降温し、安定した後、ＴＭＧとトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を供給する。
【００６９】
こうして、図４Ｆに示すようにＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ／ＧａＮ−ＭＱＷｓからなるＩｎＧａＮ発光層１４０２を成長させる。Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層厚は３ｎｍ、ＧａＮ障壁層厚は７ｎｍであり、井戸層数は３である。ＩｎＧａＮ発光層１４０２には意図的なドーピングはしていない。
【００７０】
発光層１４０２の成長条件は、上述した具体的な条件に限定されず、他の条件を採用することができる。本実施形態によれば、下地に設けた表面構造により、通常の結晶成長条件のもとでも、その表面構造上に成長させるＩｎＧａＮ発光層１４０２にＩｎ組成の異なる部分を形成することができる。
【００７１】
ＩｎＧａＮ発光層１４０２の形成後、温度を１０００℃まで昇温し、キャリアガスをＨ2に切り替え、成長温度が１０００℃に到達後、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）をＭｇ原料として添加する。こうして、図４Ｆに示すように、Ｍｇがドーピングされた厚さ約５００ｎｍのｐ型ｍ面ＧａＮ層１４０３を成長させる。
【００７２】
次に、ｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の一部を露出させた後、図４Ｇに示すように、ｎ型電極１４０４およびｐ型電極１４０５を形成し、本実施形態の窒化物半導体発光素子が完成する。
【００７３】
上記の製造方法では、エッチングによってｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面に傾斜面を形成しているが、本発明は、このような製造方法に限定されない。選択的なエピタキシャル成長によってｎ型ｍ面ＧａＮ層１４０１の表面に傾斜面を形成することも可能である。また、エッチングとエピタキシャル成長の両方を行うことにより、傾斜面を有する構造を形成してもよい。
【００７４】
図３Ｅから図３Ｈに示す構造も、上記の方法と同様の方法によって製造することができる。
【００７５】
図５は、本発明の実施形態における、ｍ面から傾斜した傾斜部分を有するＩｎＧａＮ発光層から得られた発光スペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は波長λ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：単位ｎｍ）、縦軸は発光強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；任意単位）である。
【００７６】
図５のグラフにおいて、破線はｍ面上に形成され、傾斜部分を有しないＩｎＧａＮ発光層から得られる中心波長４５０ｎｍ、半値全幅２０ｎｍの発光スペクトルを示している。細実線は、上記破線で表された発光スペクトルを長波側と短波側へ、それぞれ７ｎｍシフトさせることによって得られた２つの発光スペクトルを示している。太実線は、上記細実線で表された２つの発光スペクトルを合成することによって得られた中心波長４５０ｎｍの発光スペクトルを示す。
【００７７】
図５から分かるように、ＩｎＧａＮ発光層内にＩｎ含有量が異なる傾斜部分を形成し、発光波長を長波長側と短波長側へ７ｎｍシフトさせるだけで、ＩｎＧａＮ発光層全体から得られる発光スペクトルの半値全幅は３０ｎｍに広くなる。この半値全幅は、傾斜
構造を持たない主面に平行な部分のみからなるＩｎＧａＮ発光層の発光スペクトルにおける半値全幅の約１．５倍の大きさである。
【００７８】
図６は、本発明の実施形態における、ＹＡＧ系蛍光体を用いた白色ＬＥＤの発光スペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は波長λ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：単位ｎｍ）、縦軸は発光強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；任意単位）である。
【００７９】
図６のグラフにおいて、破線は発光スペクトルの半値全幅が２０ｎｍである従来の青色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤの発光スペクトルを示している。一方、実線は本発明の実施形態における発光スペクトルの半値全幅が３０ｎｍに広がった青色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤの発光スペクトルである。図６から分かるように、青色ＬＥＤの半値全幅が広がったことにより、青色成分と黄色成分の間の発光強度が改善されており、演色性の向上が確認された。
【００８０】
図７は、本発明の実施形態における、蛍光体吸収線からの波長ずれΔλ（単位ｎｍ）と、蛍光体吸収線への励起効率（単位％）との関係を示すグラフである。図７において、破線は発光スペクトルの半値全幅が２０ｎｍである従来の青色ＬＥＤについて、実線は発光スペクトルの半値全幅が３０ｎｍに広がった本発明の実施形態における青色ＬＥＤについてプロットしたものである。図７から分かるように、発光スペクトルの半値全幅が広がったことにより、ピーク波長が蛍光体吸収線からずれても励起効率が減衰しにくくなっている。
【００８１】
図８は、本発明の実施形態における、ｍ面からの傾斜角度と傾斜によるＩｎＧａＮ発光層のピーク波長のシフト量との差を示すグラフである。グラフの横軸は、ｍ面から［０００１］方向および［０００−１］方向に傾斜した面の傾斜角度θ（Ｓｌｏｐｅ  Ａｎｇｌｅ：単位ｄｅｇｒｅｅ）であり、縦軸は、傾斜角度θの傾斜面に形成されたＩｎＧａＮ発光層のピーク波長とｍ面上に形成されたＩｎＧａＮ発光層のピーク波長との差（Ｗａｖｅｌｅｎｔｈ  ｓｈｉｆｔ：単位ｎｍ）である。
【００８２】
図８のデータを得るため、傾斜面の傾斜角度θが異なる複数のＧａＮ基板を準備し、傾斜角度θが０°のときの発光波長が４５０ｎｍとなる結晶成長条件を用いて、上記基板上にＩｎＧａＮ発光層を結晶成長した。本実験では、傾斜角度θによって、ＩｎＧａＮ発光層からの発光波長を４３５ｎｍから４７５ｎｍの範囲で変化させることができた。
【００８３】
図８のデータによれば、傾斜角度θを１°だけ変化させることにより、約５ｎｍの波長シフトが確認されていた。しかし、単位傾斜角度あたりの波長シフト量は、発光層の成長条件（例えば成長速度やＩｎの取り込み速度、温度、圧力、原料流量、原料に含まれる５族元素と３族元素のモル比等々の条件）によって制御することができる。これらのパラメータを変化させることによって得られるあらゆる成長条件においても、本発明の効果は発揮される。
【００８４】
図９は、本発明の実施形態において、傾斜面上に形成された発光層のカソードルミネッセンス（ＣＬ）のマッピング測定結果と、傾斜面の構成を模式的に示す図である。
【００８５】
ここでは、ｍ面ＧａＮ基板の表面に山型のＧａＮ層を形成した後、ＩｎＧａＮ発光層の結晶成長を行った。図９において、［０００１］方向と［０００−１］方向に傾斜した面は、いずれも、主面であるｍ面から０．２３°傾斜している。
【００８６】
［０００１］方向に傾斜した発光層の傾斜部分からは４００．０ｎｍの発光波長が、［０００−１］方向に傾斜した発光層の傾斜部分からは３９８．５ｎｍの発光波長が得られている。
【００８７】
図１０Ａは、本発明の実施形態について、図９に示されているＬｉｎｅ−Ａに沿ってＣＬ測定を行った結果を示すグラフであり、図１０Ｂは、Ｌｉｎｅ−Ｂに沿った測定結果を示すグラフである。グラフの横軸は図９のＬｉｎｅ−ＡまたはＬｉｎｅ−Ｂ上のＣＬ測定位置である。
【００８８】
図１０Ａのグラフから分かるように、［０００１］方向に傾斜した傾斜部分からは約４００．０ｎｍで一定な発光波長が得られ、［０００−１］方向に傾斜した面からは約３９８．５ｎｍで一定な発光波長が得られた。一方、図１０Ｂのグラフから分かるように、＜１１−２０＞方向に傾斜した傾斜部分からは、約３９９．５ｎｍの一定な発光波長が得られた。このように、発光層の傾斜部分を特定の方向に傾斜することにより、発光波長のシフトさせることができる。
【００８９】
図１１は、図９に示されている傾斜面上に形成した発光層から得られた発光スペクトルを示すグラフである。図１１のグラフにおいて、２つの破線は、それぞれ、主面から［０００１］方向と［０００−１］方向にそれぞれ０．２３°だけ傾斜した傾斜部分から得られた発光スペクトルである。実線は、上記の傾斜面上に形成された発光層全体から得られた発光スペクトルである。破線で示された発光スペクトルからは約１３．５ｎｍの半値全幅が、実線で示された発光スペクトルからは約１６．０ｎｍの半値全幅が得られた。本発明の実施形態によれば、発光層内に０．２３°の傾斜角度を持つ傾斜構造を付与することにより、発光層全体の発光スペクトルの半値全幅を約２０％向上させることができることが確認された。
【００９０】
ここで、ｍ面に平行な面上に形成された発光層から得られる発光波長を基準として、傾斜部分から得られる発光波長のシフト量を｜Δλ｜とし、その傾斜部分から得られる発光スペクトルの半値全幅をＦslopeとする。このとき、（傾斜部分から得られる発光波長のシフト量）／（傾斜部分から得られる発光スペクトルの半値全幅）は、｜Δλ｜／Ｆslopeで表される。
【００９１】
図１２は、本発明の実施形態において、発光層全体から得られる発光強度（ＰｅａｋＩｎｔｅｎｓｉｔｙ）と｜Δλ｜／Ｆslopeとの関係を示すグラフである。図１２において、｜Δλ｜／Ｆslopeが０．３５、０．４２５、０．５の値となるときに特徴的な現象が発生するので、それぞれについて以下に説明する。
【００９２】
まず、ｍ面｛１−１００｝から［０００１］方向と［０００−１］方向に、それぞれ、傾斜角度θだけ傾斜した２つの傾斜部分（同じ面積）を持つ発光層を考える。１つの傾斜部分の発光スペクトルの半値全幅をＦslope［ｎｍ］とし、ｍ面｛１−１００｝に平行な発光層の発光スペクトルのピーク波長と、傾斜部分の発光スペクトルのピーク波長との差はΔλ［ｎｍ］である。ｍ面からの傾斜角度θに対するΔλの比は、Δλ／θであり、この比をαとおくことにする。
【００９３】
Δλ／Ｆslope＞０．３５を満たす範囲において、傾斜部分を含む発光層の全体から得られる発光スペクトルの半値全幅が、傾斜部分を有しないｍ面｛１−１００｝に平行な発光層から得られる発光スペクトルの半値全幅の１．５倍以上となる。例えばＦslope＝３０ｎｍ、｜α｜＝３ｎｍ／ｄｅｇｒｅｅの場合、｜θ｜＞３．５０°であり、例えばＦslope＝１０ｎｍ、｜α｜＝８ｎｍ／ｄｅｇｒｅｅの場合、｜θ｜＞０．４３８°である。
【００９４】
｜Δλ｜／Ｆslope＜０．４２５を満たす範囲においては、傾斜部分を含む発光層全体から得られる発光スペクトルのピーク波長が、傾斜部分を有しないｍ面｛１−１００｝に平行な発光層から得られる発光スペクトルのピーク波長からずれていない。例えばＦslope＝３０ｎｍ、｜α｜＝３ｎｍ／ｄｅｇｒｅｅの場合、｜θ｜＜４．２５°であり、例えばＦslope＝１０ｎｍ、｜α｜＝８ｎｍ／ｄｅｇｒｅｅの場合、｜θ｜＜０．５３１°である。
【００９５】
｜Δλ｜／Ｆslope＜０．５を満たす範囲においては、傾斜部分を含む発光層全体から得られる発光スペクトルのピーク強度が、１つの傾斜部分から得られる発光スペクトルのピーク強度を上回る。例えばＦslope＝３０ｎｍ、｜α｜＝３ｎｍ／ｄｅｇｒｅｅの場合、｜θ｜＜５．００°であり、例えばＦslope＝１０ｎｍ、｜α｜＝８ｎｍ／ｄｅｇｒｅｅの場合、｜θ｜＜０．６２５°である。
【００９６】
図１３は、本発明の実施形態において、傾斜部分から得られる発光波長のシフト量が発光層全体から得られる発光スペクトルへ及ぼす効果を示すグラフである。グラフの横軸は、｜Δλ｜／Ｆslopeであり、縦軸は、傾斜部分から得られる発光波長のシフト量が発光層全体から得られる発光スペクトルへ及ぼす効果（Ｐｅａｋ  ｓｈｉｆｔ  ｅｆｆｅｃｔ：任意単位）である。図１３のグラフにおいて、｜Δλ｜／Ｆslopeが０．３５、０．４２５、０．５の値となるときに発生する特徴的な現象は、先に説明した通りである。
【００９７】
図１３の縦軸である「Ｐｅａｋ  ｓｈｉｆｔ  ｅｆｆｅｃｔ」を以下の式で定義することとする。
（Ｆwhole／Ｆslope）＾ＩC
【００９８】
ここで、Ｆslopeは傾斜部分から得られる発光スペクトルの半値全幅、Ｆwholeは発光層全体から得られる発光スペクトルの半値全幅、ＩC発光層全体から得られる発光スペクトルの規格化発光強度である。ここで定義された値は、蛍光体の励起効率を相対的に示すものであり、この値が大きくなるほど蛍光体の吸収効率が大きくなる。また、記号「＾」は、累乗を示している。
【００９９】
図１３からも分かるように、本発明の最大の効果が得られる条件は、｜Δλ｜／Ｆslope＝０．４５のときである。これは、例えばＦslope＝３０ｎｍ、｜α｜＝３ｎｍ／ｄｅｇｒｅｅの場合、｜θ｜＜４．５０°であり、例えばＦslope＝１０ｎｍ、｜α｜＝８ｎｍ／ｄｅｇｒｅｅの場合、｜θ｜＜０．５６３°である。
【０１００】
以上の事実から、本発明の最大の効果を得るためには、主面であるｍ面｛１−１００｝から［０００１］方向と［０００−１］方向に傾斜した面を、傾斜角度θの絶対値｜θ｜が０度より大きく５度以下となるように設計することが好ましい。
【０１０１】
また、傾斜角度が傾斜面によって異なる値となっても良いが、上記の指針から、傾斜した面を含む発光層全体の表面積が、前記基板の表面積の１．０１倍以下に設計することが好ましい。これ以上の値となると、前記傾斜した面の傾斜角度が５度以上となり、本発明の効果が弱くなるばかりか、発光層の上に形成される多層膜の平滑性が維持できなくなる。
【０１０２】
図１４Ａは、本発明の実施形態における、ｍ面から［０００１］方向に傾斜した面の総和面積Ｓ1に対するｍ面から［０００−１］方向に傾斜した面の総和面積Ｓ2の比Ｓ2／Ｓ1と、発光層全体から得られる発光スペクトルの半値全幅Ｆwholeとの関係を示すグラフである。一方、図１４Ｂは、本発明の実施形態における、Ｓ2／Ｓ1と（Ｆwhole／Ｆslope）・ＩCとの関係を示すグラフである。図１４Ａ、図１４Ｂのグラフにおいて、いずれのデータも、傾斜部分から得られる発光スペクトルの半値全幅Ｆslopeは２０ｎｍであり、｜Δλ｜は５ｎｍ、７ｎｍ、９ｎｍである。
【０１０３】
図１４Ａ、図１４Ｂから分かるように、Ｓ2／Ｓ1が１から離れる値を持つと、発光層全体から得られる発光スペクトルのピークがシフトするだけではなく、本発明の効果が弱くなってしまう。このため、ｍ面から［０００１］方向に傾斜した面の総和面積Ｓ1と、ｍ面から［０００−１］方向に傾斜した面の総和面積Ｓ2とは、ほぼ等しくなるように設計することが好ましい。また、Ｓ1とＳ2との間に差が存在する場合でも、０．５≦Ｓ2／Ｓ1≦２を満たすように設計することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、発光スペクトルの半値全幅を広げることを可能にするため、蛍光体吸収線への励起効率を向上させるとともに、白色ＬＥＤの演色性も向上させる。このため、本発明は、高効率白色ＬＥＤの発光源に応用することが有用である。
【０１０５】
また、本発明は、発光層内のインジウム組成を制御することにより、発光波長を任意に制御することが可能であるため、ＲＧＢ（赤色・緑色・青色）３波長型白色照明の発光源にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】ＧａＮの単位格子を模式的に示す斜視図である。
【図２】ウルツ鉱型結晶構造の基本並進ベクトル（ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒｓ）ａ1、ａ2、ａ3を示す斜視図である。
【図３Ａ】本発明による窒化物半導体発光素子の実施形態を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの主要部を示す斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ａの実施形態における傾斜面の配列を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ａの実施形態における傾斜面の配列を示す平面図である。
【図３Ｅ】本発明による窒化物半導体発光素子の他の構成を示す断面図である。
【図３Ｆ】本発明による窒化物半導体発光素子の更に他の構成を示す断面図である。
【図３Ｇ】本発明による窒化物半導体発光素子の更に他の構成を示す断面図である。
【図３Ｈ】本発明による窒化物半導体発光素子の更に他の構成を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明による窒化物半導体発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｂ】本発明による窒化物半導体発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｃ】本発明による窒化物半導体発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｄ】本発明による窒化物半導体発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｅ】本発明による窒化物半導体発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｆ】本発明による窒化物半導体発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｇ】本発明による窒化物半導体発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図５】本発明の実施形態における、傾斜面を付与したＩｎＧａＮ発光層から得られた発光スペクトルを示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態における、ＹＡＧ系蛍光体を用いた白色ＬＥＤの発光スペクトルを示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態における、蛍光体吸収線からの波長ずれと、蛍光体吸収線への励起効率の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態における、ＩｎＧａＮ発光層に含まれる傾斜部分の傾斜角度と、傾斜構造のない主面から得られる発光スペクトルのピーク波長と傾斜部分から得られる発光スペクトルのピーク波長の差の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態における、傾斜部分を含む発光層のカソードルミネッセンス（ＣＬ）のマッピング測定結果とその傾斜部分を模式的に示す図である。
【図１０Ａ】図９のＬｉｎｅ−Ａに沿って測定したＣＬ強度を示すグラフである。
【図１０Ｂ】図９のＬｉｎｅ−Ｂに沿って測定したＣＬ強度を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態における、図９に示されている傾斜部分を付与した発光層から得られた発光スペクトルを示すグラフである。
【図１２】本発明の実施形態における、（傾斜部分から得られる発光波長のシフト量）／（傾斜部分から得られる発光スペクトルの半値全幅）と、（発光層全体から得られる発光強度）の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施形態における、（傾斜部分から得られる発光波長のシフト量）／（傾斜部分から得られる発光スペクトルの半値全幅）と、（傾斜部分から得られる発光波長のシフト量が発光層全体から得られる発光スペクトルへ及ぼす効果）の関係を示すグラフである。
【図１４Ａ】本発明の実施形態において、発光層全体から得られる発光スペクトルの半値全幅ＦwholeとＳ2／Ｓ1との関係を示すグラフである。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態において、傾斜部分から得られる発光波長のシフト量が発光層全体から得られる発光スペクトルへ及ぼす効果とＳ2／Ｓ1との関係を示すグラフである。
【図１５】特許文献１と非特許文献１に記載された、従来の非極性面や半極性面を含む発光層を示す図である。
【図１６】非特許文献２に記載された、従来の非極性面や半極性面を含む発光層を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０１      ｎ型窒化物層
１０１ａ    第１傾斜面
１０１ｂ    第２傾斜面
１０１ｃ    水平面
１０２      ＩｎＧａＮ発光層
１０２ａ    第１傾斜部分と、
１０２ｂ    第２傾斜部分
１０２ｃ    水平部分
１０３      ｐ型窒化物層
１０４      ｎ電極
１０５      ｐ電極
１２０１      窒化物層
１２０２      ＩｎＧａＮ発光層
１３０１      窒化物層
１３０２      ＩｎＧａＮ発光層
１４００      基板
１４０１      ｎ型窒化物層
１４０２      ＩｎＧａＮ発光層
１４０３      ｐ型窒化物層
１４０４      ｎ電極
１４０５      ｐ電極
１４１０      レジスト
【図１】
2010182832.tif 000003
【図２】
2010182832.tif 000004
【図３Ａ】
2010182832.tif 000005
【図３Ｂ】
2010182832.tif 000006
【図３Ｃ】
2010182832.tif 000007
【図３Ｄ】
2010182832.tif 000008
【図３Ｅ】
2010182832.tif 000009
【図３Ｆ】
2010182832.tif 000010
【図３Ｇ】
2010182832.tif 000011
【図３Ｈ】
2010182832.tif 000012
【図４Ａ】
2010182832.tif 000013
【図４Ｂ】
2010182832.tif 000014
【図４Ｃ】
2010182832.tif 000015
【図４Ｄ】
2010182832.tif 000016
【図４Ｅ】
2010182832.tif 000017
【図４Ｆ】
2010182832.tif 000018
【図４Ｇ】
2010182832.tif 000019
【図５】
2010182832.tif 000020
【図６】
2010182832.tif 000021
【図７】
2010182832.tif 000022
【図８】
2010182832.tif 000023
【図９】
2010182832.tif 000024
【図１０Ａ】
2010182832.tif 000025
【図１０Ｂ】
2010182832.tif 000026
【図１１】
2010182832.tif 000027
【図１２】
2010182832.tif 000028
【図１３】
2010182832.tif 000029
【図１４Ａ】
2010182832.tif 000030
【図１４Ｂ】
2010182832.tif 000031
【図１５】
2010182832.tif 000032
【図１６】
2010182832.tif 000033