(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の窒化ガリウムにより形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型と異なる第２導電型の窒化ガリウムにより形成された第２導電型半導体層と、を備える発光ダイオード素子であって、
前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に形成され、アルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物により形成された島状のベース層に、インジウム窒化ガリウムにより形成された第１層とアルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物により形成された第２層とが積層されてなり、サイズがランダムにばらついた複数の島状の積層構造体
を備える発光ダイオード素子。
【請求項２】
請求項１記載の発光ダイオード素子であって、
前記島状の積層構造体は、側面が略直線状の斜面となっている
発光ダイオード素子。
【請求項３】
請求項２記載の発光ダイオード素子であって、
前記島状の積層構造体は、上面が略平坦面となっている
発光ダイオード素子。
【請求項４】
請求項２または３記載の発光ダイオード素子であって、
前記複数の島状の積層構造体は、前記側面の結晶面がそれぞれ異なっている
発光ダイオード素子。  
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の発光ダイオード素子であって、
前記島状の積層構造体は、前記第１層と前記第２層とが交互に複数積層されてなる
発光ダイオード素子。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つの請求項に記載の発光ダイオード素子であって、
前記第２層は、前記第１層より薄く形成されてなる
発光ダイオード素子。
【請求項７】
請求項１記載の発光ダイオード素子であって、
前記第１導電型半導体層と前記ベース層との間および前記ベース層と前記第１層との間および前記第１層と前記第２層との間の少なくとも一つの間に、窒化ガリウムにより形成された歪緩和層を有する
発光ダイオード素子。
【請求項８】
請求項７記載の発光ダイオード素子であって、
前記積層構造体は、前記歪緩和層が露出しており、
前記積層構造体と前記第２導電型半導体層との間にアルミニウム窒化ガリウムにより形成された第２歪緩和層を備える
発光ダイオード素子。
【請求項９】
請求項７または８記載の発光ダイオード素子であって、
前記歪緩和層は、前記第１層より薄く形成されてなる
発光ダイオード素子。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１つの請求項に記載の発光ダイオード素子であって、
ｎ個（ｎは値２以上の整数）のバリア層と、前記ｎ個のバリア層のうちの２つのバリア層の間に前記バリア層よりバンドギャップが小さい材料により形成された（ｎ−１）個の量子井戸層と、を有し、前記積層構造体と前記第１導電型半導体層との間または前記積層構造体と前記第２導電型半導体層との間に形成された量子井戸構造体
を備える発光ダイオード素子。
【請求項１１】
請求項１０記載の発光ダイオード素子であって、
前記積層構造体は、前記第１層と前記第２層とが交互に１回または２回積層されてなり、
前記ｎは、値２または値３である
発光ダイオード素子。
【請求項１２】
第１導電型の窒化ガリウムにより形成された第１導電型半導体層と、第２導電型の窒化ガリウムにより形成された第２導電型半導体層と、を備える発光ダイオード素子の製造方法であって、
前記第１導電型半導体層上に、有機金属気相成長法を用いて、アルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物からなる島状のベース層を形成するベース層形成工程と、
前記形成したベース層上に、有機金属気相成長法を用いてインジウム窒化ガリウムからなる第１層を形成する工程と有機金属気相成長法を用いてアルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物からなる第２層を形成する工程とを行なって、前記第１層と前記第２層とが積層された積層構造を形成する積層構造形成工程と、
前記形成した積層構造上に、有機金属気相成長法を用いて、第２導電型の窒化ガリウムにより第２導電型半導体層を形成する第２導電型半導体層形成工程と
を備える発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の発光ダイオード素子の製造方法であって、
前記積層構造形成工程は、前記第１層を形成する工程と前記第２層を形成する工程とを交互に複数回繰り返して、前記第１層と前記第２層とが交互に複数積層された積層構造を形成する工程である
発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の発光ダイオード素子の製造方法であって、
前記積層構造形成工程は、前記第１導電型半導体層と前記ベース層との間および前記ベース層と前記第１層との間および前記第１層と前記第２層との間、の少なくとも一つの間に、有機金属気相成長法を用いて、窒化ガリウムにより形成された歪緩和層を形成する工程を有する工程である
発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の発光ダイオード素子の製造方法であって、
前記積層構造形成工程は、前記歪緩和層上に、有機金属気相成長法を用いて、アルミニウム窒化ガリウムにより第２歪緩和層を形成する工程を有し、
前記第２導電型半導体層形成工程は、前記第２歪緩和層上に、有機金属気相成長法を用いて、前記第２導電型半導体層を形成する工程である
発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２ないし１５のいずれか１つの請求項に記載の発光ダイオード素子の製造方法であって、
前記ベース層形成工程および前記積層構造形成工程における前記有機金属気相成長法は、７５０℃以上８００℃以下の温度で結晶成長を行なう方法である
発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１２ないし１６のいずれか１つの請求項に記載の発光ダイオード素子の製造方法であって、
前記ベース層形成工程の前または前記積層構造形成工程の後に、ｎ個（ｎは値２以上の整数）のバリア層と、前記バリア層の間に前記バリア層よりバンドギャップが小さい材料により形成された（ｎ−１）個の量子井戸層と、を有する量子井戸構造体を形成する量子井戸構造体形成工程
を備える発光ダイオード素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード素子およびその製造方法に関し、詳しくは、第１導電型の窒化ガリウムにより形成された第１導電型半導体層と、第１導電型と異なる第２導電型の窒化ガリウムにより形成された第２導電型半導体層と、を備える発光ダイオード素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発光ダイオード素子としては、ＧａＮ（窒化ガリウム）層上に、高インジウム組成のＩｎＧａＮ（インジウム窒化ガリウム）ナノ構造を有するＩｎＧａＮ量子井戸層を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この発光ダイオード素子では、こうした構成により、発光スペクトルの４３０ｎｍ付近に比較的鋭いピークがあるクールホワイトの光を発することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】C. B. Soh, W. Liu, J. H. Teng, S. Y. Chow, S. S. Ang et al. ” Cool white III-nitride light emitting diodes based on phosphor-free indium-rich InGaN nanostructures”, Applied Physics Letters 92, 261909 (2008)
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、上述の発光ダイオード素子では、クールホワイト、つまり、比較的青白い光しか発することができない。発光ダイオード素子の用途によっては、より長波長側の赤や黄などの色味が帯びた光が必要とされる場合や、より広い波長領域の光を発することが望まれる場合がある。
【０００５】
本発明の発光ダイオード素子およびその製造方法は、より広い波長領域の光を発することを主目的とする。
【０００６】
本発明の発光ダイオード素子およびその製造方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の発光ダイオード素子は、
第１導電型の窒化ガリウムにより形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型と異なる第２導電型の窒化ガリウムにより形成された第２導電型半導体層と、を備える発光ダイオード素子であって、
前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に形成され、アルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物により形成されたベース層に、インジウム窒化ガリウムにより形成された第１層とアルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物により形成された第２層とが積層されてなり、サイズがランダムにばらついた複数の島状の積層構造体
を備えることを要旨とする。
【０００８】
こうした本発明の発光ダイオード素子では、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に電圧を印加すると、サイズがランダムにばらついた複数の島状の積層構造体のそれぞれが発光する。これにより、比較的広い波長領域の光を発することができる。ここで、第１層と第２層とは交互に複数積層されていてもよい。
【０００９】
この本発明の発光ダイオード素子において、前記第２層は、前記第１層より薄く形成されてなるものとすることもできる。
【００１０】
また、本発明の発光ダイオード素子において、前記第１導電型半導体層と前記ベース層との間および前記ベース層と前記第１層との間および前記第１層と前記第２層との間、の少なくとも一つの間に、窒化ガリウムにより形成された歪緩和層を有するものとすることもできる。こうした歪緩和層により、発光する光の波長を調整することができる。この場合において、前記積層構造体は、前記歪緩和層が露出しており、前記積層構造体と前記第２導電型半導体層との間にアルミニウム窒化ガリウムにより形成された第２歪緩和層を備えるものとすることもできる。
【００１１】
歪緩和層を備える態様の本発明の発光ダイオード素子において、前記歪緩和層は、前記第１層より薄く形成されてなるものとすることもできる。
【００１２】
また、本発明の発光ダイオード素子において、ｎ個（ｎは値２以上の整数）のバリア層と、前記ｎ個のバリア層のうちの２つのバリア層の間に前記バリア層よりバンドギャップが小さい材料により形成された（ｎ−１）個の量子井戸層と、を有し、前記積層構造体と前記第１導電型半導体層との間または前記積層構造体と前記第２導電型半導体層との間に形成された量子井戸構造体を備えるものとすることもできる。こうすれば、より強い強度の光を発することができる。この場合において、前記積層構造体は、前記第１層と前記第２層とが交互に１回または２回積層されてなり、前記ｎは、値２または値３であるものとすることもできる。
【００１３】
本発明の発光ダイオード素子の製造方法は、
第１導電型の窒化ガリウムにより形成された第１導電型半導体層と、第２導電型の窒化ガリウムにより形成された第２導電型半導体層と、を備える発光ダイオード素子の製造方法であって、
前記第１導電型半導体層上に、有機金属気相成長法を用いて、アルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物からなるベース層を形成するベース層形成工程と、
前記形成したベース層上に、有機金属気相成長法を用いてインジウム窒化ガリウムからなる第１層を形成する工程と有機金属気相成長法を用いてアルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物からなる第２層を形成する工程とを行なって、前記第１層と前記第２層とが積層された積層構造を形成する積層構造形成工程と、
前記形成した積層構造上に、有機金属気相成長法を用いて、第２導電型の窒化ガリウムにより第２導電型半導体層を形成する第２導電型半導体層形成工程と
を備えることを要旨とする。
【００１４】
この本発明の発光ダイオード素子の製造方法では、有機金属気相成長法を用いて、アルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物からなるベース層を形成し、形成したベース層上に、有機金属気相成長法を用いてインジウム窒化ガリウムからなる第１層を形成する工程と有機金属気相成長法を用いてアルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物からなる第２層を形成する工程とを行なって、第１層と第２層とが積層された積層構造を形成することにより、サイズがランダムにばらついた複数の島状の積層構造体を形成することができる。サイズがランダムにばらついた複数の島状の積層構造体を形成することができるのは、ベース層が第１導電型半導体層から引っ張り応力を受けることによって、サイズがランダムにばらついた微少な領域に分割されるからであると考えられる。こうした方法により、リソグラフィやエッチング等を用いて形成するものと比較して、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に形成され、アルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物により形成されたベース層にインジウム窒化ガリウムにより形成された第１層とアルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物により形成された第２層とが積層されてなり、サイズがランダムにばらついた複数の島状の積層構造体を備える発光ダイオード素子、即ち、比較的広い波長領域の光を発することができる発光ダイオード素子をより簡易な方法で製造することができる。ここで、積層構造形成工程では、第１層を形成する工程と第２層を形成する工程とを交互に複数回繰り返して、第１層と第２層とが交互に複数積層された積層構造を形成する工程であるものとしてもよい。
【００１５】
こうした本発明の発光ダイオード素子の製造方法において、前記積層構造形成工程は、前記第１導電型半導体層と前記ベース層との間および前記ベース層と前記第１層との間および前記第１層と前記第２層との間、の少なくとも一つの間に、有機金属気相成長法を用いて、窒化ガリウムにより形成された歪緩和層を形成する工程を有する工程であるものとすることもできる。こうした歪緩和層により、第２層に作用する応力を緩和し、第２層が分割されるサイズを調整することにより、積層構造体のサイズを調整し、発する光の波長を調整することができると考えられる。この場合において、前記積層構造形成工程は、前記歪緩和層上に、有機金属気相成長法を用いて、アルミニウム窒化ガリウムにより第２歪緩和層を形成する工程を有し、第２導電型半導体層形成工程は、前記第２歪緩和層上に、有機金属気相成長法を用いて、前記第２導電型半導体層を形成する工程であるものとすることもできる。
【００１６】
また、本発明の発光ダイオード素子の製造方法において、前記ベース層形成工程および前記積層構造形成工程における前記有機金属気相成長法は、７５０℃以上８００℃以下の温度で結晶成長を行なう方法であるものとすることもできる。こうすれば、より品質のよい発光ダイオード素子を製造することができる。
【００１７】
さらに、本発明の発光ダイオード素子の製造方法において、前記ベース層形成工程の前または前記積層構造形成工程の後に、ｎ個（ｎは値２以上の整数）のバリア層と、前記バリア層の間に前記バリア層よりバンドギャップが小さい材料により形成された（ｎ−１）個の量子井戸層と、を有する量子井戸構造体を形成する量子井戸構造体形成工程を備えるものとしてもよい。こうすれば、より強い強度の発光ダイオード素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例としての発光ダイオード素子２０の要部の断面の概略を示す断面図である。
【図２】発光ダイオード素子２０の積層構造体２８がｎ型ＧａＮ層上に配置されている様子の概略を示す平面図である。
【図３】積層構造体２８の構造の一例を説明するための説明図である。
【図４】ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間の電圧とｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流との関係の一例を示す説明図である。
【図５】ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流と発光ダイオード素子２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。
【図６】発光ダイオード素子の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。
【図７】各層を形成するときに用いられる有機金属気相成長法における反応ガスの分圧の一例を示す表である。
【図８】第２実施例の発光ダイオード素子１２０の積層構造体１２８の構造の一例を説明するための説明図である。
【図９】発光ダイオード素子１２０においてｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に印加した電圧とｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流との関係の一例を示す説明図である。
【図１０】発光ダイオード素子１２０において、ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流と発光ダイオード素子１２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。
【図１１】発光ダイオード素子１２０の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１２】ＧａＮ歪緩和層１３６を形成するときに用いられるＭＯＶＰＥ法におけるＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＥＧ、ＴＭＩ、Ｃｐ２Ｍｇ、ＮＨ3、ＳｉＨ4の分圧の一例を示す表である。
【図１３】本発明の第３実施例としての発光ダイオード素子２２０の要部の断面の概略を示す断面図である。
【図１４】図１３における領域Ａの拡大図である。
【図１５】積層構造体２２８の構成の一例を説明するための説明図である。
【図１６】発光ダイオード素子２２０においてｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に印加した電圧とｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流との関係の一例を示す説明図である。
【図１７】発光ダイオード素子２２０において、ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流と発光ダイオード素子２２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。
【図１８】発光ダイオード素子２２０の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１９】発光ダイオード素子２２０の各層を形成するときに用いられるＭＯＶＰＥ法におけるＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＥＧ，ＴＭＩ，Ｃｐ２Ｍｇ，ＮＨ3，ＳｉＨ4の分圧の一例を示す表である。
【図２０】本発明の第４実施例としての発光ダイオード素子４２０の要部の断面の概略を示す断面図である。
【図２１】発光ダイオード素子４２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。
【図２２】ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流と発光ダイオード素子４２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。
【図２３】発光ダイオード素子４２０の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。
【図２４】各層を形成するときに用いられるＭＯＶＰＥ法におけるＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＥＧ，ＴＭＩ，Ｃｐ２Ｍｇ，ＮＨ3，ＳｉＨ4の分圧の一例を示す表である。
【図２５】変形例の発光ダイオード素子５２０の要部の断面の概略を示す断面図である。
【図２６】変形例の発光ダイオード素子５２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。
【図２７】変形例の発光ダイオード素子５２０においてｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流と発光ダイオード素子５２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。
【図２８】変形例の発光ダイオード素子６２０の要部の断面の概略を示す断面図である。
【図２９】変形例の発光ダイオード素子７２０の要部の断面の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施例としての発光ダイオード素子２０の要部の断面の概略を示す断面図であり、図２は発光ダイオード素子２０の積層構造体２８がｎ型ＧａＮ層２４上に配置されている様子の概略を示す平面図であり、図３は積層構造体２８の構造の一例を説明するための説明図である。発光ダイオード素子２０は、図１〜図３に示すように、サファイアから形成された（０００１）面のサファイア基板２２上に形成されており、窒化ガリウム（ＧａＮ）から形成され厚さが２５ｎｍの核発生層（図示せず）と、不純物がドーピングされていないＧａＮから形成され厚さ３００ｎｍのＧａＮノンドープ層（図示せず）と、ｎ型のＧａＮにより形成され厚さが３．７μｍ程度のｎ型ＧａＮ層２４と、ｐ型のＧａＮにより形成され厚さが１３０ｎｍのｐ型ＧａＮ層２６と、ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に形成され厚さが４０ｎｍでサイズが互いにランダムにばらつき側面が斜面となった複数の島状の積層構造体２８とを備える。
【００２１】
積層構造体２８は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成されたＡｌＮベース層３０に、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）により形成されたＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮにより形成されたＡｌＮ層３４とが交互に複数積層され、最上層がＡｌＮ層３４になるよう形成されている。各積層構造体２８は、図２，図３に示すように、サファイア基板２２の結晶面である（０００１）面内において概ね１μｍ未満のランダムなサイズに形成されており、各積層構造体２８の側面のＡｌＮ層３４は、（０００１）面とは異なる結晶面となっている。
【００２２】
続いて、こうして構成された発光ダイオード素子２０の動作について説明する。図４は、ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間の電圧とｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流との関係の一例を示す説明図である。発光ダイオード素子２０は、図示するようにｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間の電圧が３．５Ｖ以上となると急減に電流が流れはじめるダイオードの特性を備えていることがわかる。図５は、ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流と発光ダイオード素子２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。発光ダイオード素子２０は、図示するように、波長５００ｎｍから７００ｎｍ程度の比較的広い波長領域の光、即ち、全体として白色の光を発している。ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流が大きくなると、強度が強くなり、波長５７０ｎｍ付近にピークが生じて光が黄色味を帯びた白色となる。このように、白色の光を発するのは、複数の積層構造体２８がサイズがランダムに形成されており、積層構造体２８の側面の結晶面がそれぞれが異なるため、複数の積層構造体２８のそれぞれが異なる波長で発光しているからだと考えられる。こうした構成により、より広い波長領域の光を発することができる。
【００２３】
続いて、発光ダイオード素子２０の製造方法について説明する。図６は発光ダイオード素子の製造工程の一例を説明するためのフローチャートであり、図７は各層を形成するときに用いられる有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法におけるトリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリエチルインジウム（ＴＭＩ）、ビスシクロペンタジエチルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、アンモニア（ＮＨ3）、モノシラン（ＳｉＨ4）の分圧の一例を示す表である。各層は、ＭＯＶＰＥ法にて形成するため、ＭＯＶＰＥ法での分圧は表に示すこととし、その他の製造条件について説明する。
【００２４】
最初に、サファイア基板２２上に、５５０℃でＧａＮにより２５ｎｍの核発生層２３ａを形成し、その後温度を１１３０℃に上昇させて、不純物をドーピングしていないＧａＮにより３００ｎｍのＧａＮノンドープ層２３ｂを形成し、シリコン（Ｓｉ）がドーピングされたＧａＮにより４μｍのｎ型ＧａＮ層２４を形成する（工程Ｓ１００）。このとき、各層を形成しているときの反応容器の圧力は２０ｈＰａとする。なお、ｎ型ＧａＮ層２４の上面側は、不純物濃度が低い低ドープｎ型ＧａＮ層として形成するものとした。
【００２５】
続いて、ｎ型ＧａＮ層２４上に、反応容器の圧力を１００ｈＰａとして７８０℃でＡｌＮからなる４ｎｍのＡｌＮベース層３０を形成する（工程Ｓ１１０）。こうして形成されるＡｌＮベース層３０では、ＧａＮとＡｌＮとでは結晶の大きさが異なるため、引っ張り応力が作用し、微細な溝（幅が広い箇所で数ｎｍ程度の溝）が複数形成されて、サファイア基板２２の結晶面である（０００１）面内において概ね１μｍ未満のランダムなサイズの領域に分割されると考えられる。このとき、７８０℃でＡｌＮを成長させるから、結晶品質の低下を抑制することができる。
【００２６】
こうしてランダムなサイズの領域に分割されたＡｌＮベース層３０に、反応容器の圧力を１００ｈＰａとして７８０℃でＩｎＧａＮからなる４．２ｎｍのＩｎＧａＮ層３２を形成する（工程Ｓ１２０）。７８０℃でＩｎＧａＮを成長させるから、６７０℃〜７３０℃程度でＩｎＧａＮを形成するものと比較すると、結晶品質の低下を抑制することができる。
【００２７】
続いて、反応容器の圧力を１００ｈＰａとして７８０℃でＡｌＮからなる２ｎｍのＡｌＮ層３４を形成する（工程Ｓ１３０）。こうして形成されたＡｌＮ層３４は、応力によってはさらに小さい領域に分割される場合もあると考えられる。そして、高さが４０ｎｍ程度になるまで、工程Ｓ１２０，Ｓ１３０を所定回数（例えば、４回など）繰り返す。こうした工程により、サイズがランダムにばらついた複数の島状の積層構造体２８を形成することができる。
【００２８】
こうして積層構造体２８を形成したら、温度を１０２０℃に上昇させて反応容器の圧力を２００ｈＰａとして、マグネシウム（Ｍｇ）がドーピングされたＧａＮにより厚さ１３０ｎｍのｐ型ＧａＮ層２６を形成し（工程Ｓ１４０）、本製造工程を終了する。こうした方法により、結晶品質の低下を抑制しながら、より広い波長領域の光を発することができる発光ダイオード素子を製造することができる。また、ＭＯＶＰＥ法により各層を形成することにより複数の島状の積層構造体２８を備える発光ダイオード素子２０を形成するから、リソグラフィやエッチング等を用いて形成するものと比較して、より簡易な方法で、より広い波長領域の光を発することができる発光ダイオード素子を製造することができる。
【００２９】
以上説明した第１実施例の発光ダイオード素子２０では、ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間にサイズが互いにランダムにばらつい複数の島状の積層構造体２８を備えるから、より広い波長領域の光を発することができる。また、こうした発光ダイオード素子２０を製造する際に、７８０℃以上のＭＯＶＰＥ法を用いて発光ダイオード素子２０のＡｌＮベース層３０やＩｎＧａＮ層３２，ＡｌＮ層３４を形成することにより、結晶品質の低下を抑制しながら、より広い波長領域の光を発することができる発光ダイオード素子を製造することができる。
【００３０】
第２実施例の発光ダイオード素子１２０は、積層構造体１２８のＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層との間にＧａＮ歪緩和層１３６が形成されている点を除いて、第１実施例の発光ダイオード素子２０と同様の構成となっている。したがって、発光ダイオード素子１２０において、第１実施例の発光ダイオード素子２０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
図８は、第２実施例の発光ダイオード素子１２０の積層構造体１２８の構造の一例を説明するための説明図である。積層構造体１２８は、ＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４との間にＧａＮにより形成され厚みが０．５ｎｍのＧａＮ歪緩和層１３６を備えている。
【００３２】
図９は発光ダイオード素子１２０においてｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に印加した電圧とｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流との関係の一例を示す説明図であり、図１０は発光ダイオード素子１２０においてｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流と発光ダイオード素子１２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。発光ダイオード素子１２０は、図１０に示すように、波長４８０ｎｍから７００ｎｍ程度の比較的広い波長領域の光、即ち、白色の光を全体として発しており、ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流が大きくなると、強度が強くなり、波長５４０ｎｍ付近にピークが生じてきて、光の色が緑色を帯びてくる。このように、第１実施例の発光ダイオード素子２０と比較してピークの波長が短波長側へ移動するのは、ＧａＮ歪緩和層１３６によりＡｌＮベース層３０やＡｌＮ層３４の引っ張り応力が緩和されてＡｌＮベース層３０やＡｌＮ層３４が大きめなサイズに分割され、各積層構造体１２８のサイズが積層構造体２８より大きめになるからと考えられる。
【００３３】
続いて、発光ダイオード素子１２０の製造工程について説明する。図１１は、発光ダイオード素子１２０の製造工程の一例を説明するためのフローチャートであり、図１２はＧａＮ歪緩和層１３６を形成するときに用いられるＭＯＶＰＥ法におけるＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＥＧ、ＴＭＩ、Ｃｐ２Ｍｇ、ＮＨ3、ＳｉＨ4の分圧の一例を示す表である。図１１に例示した製造工程は、図６の発光ダイオード素子２０の製造工程における工程Ｓ１１０と工程Ｓ１２０との間，工程Ｓ１２０，Ｓ１３０との間に工程Ｓ１１５を実行する点を除いて、図６の製造工程と同一の工程となっている。したがって、同一の工程に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３４】
サファイア基板２２上にｎ型ＧａＮ層２４、ＡｌＮベース層３０をＭＯＶＰＥ法を用いて順に形成したら（工程Ｓ１００，Ｓ１１０）、次に、ＡｌＮベース層３０上に、反応容器の圧力を１００ｈＰａとして７８０℃でＧａＮからなる２ｎｍのＧａＮ歪緩和層１３６を形成する（工程Ｓ１１５）。これにより、ＡｌＮベース層３０に作用している引っ張り応力を緩和することができ、ＡｌＮベース層３０をより大きなサイズの領域に分割することができると考えられる。
【００３５】
続いて、ＩｎＧａＮ層３２を形成し（工程Ｓ１２０）、形成したＩｎＧａＮ層上に、反応容器の圧力を１００ｈＰａとして７８０℃でＧａＮからなる２ｎｍのＧａＮ歪緩和層１３６を形成し（工程Ｓ１１５）、ＡｌＮ層３４を形成し（工程Ｓ１３０）、ＧａＮ歪緩和層１３６を形成し（工程Ｓ１１５）、ＩｎＧａＮ層３２を形成し（工程Ｓ１２０）、工程Ｓ１２０，Ｓ１１５，Ｓ１３０とを所定回数（例えば、４回など）繰り返し、最後に形成したＡｌＮ層３４上にｐ型ＧａＮ層２６を形成して（工程Ｓ１４０）、本工程を終了する。こうして、ＡｌＮベース層３０とＩｎＧａＮ層３２との間やＩｎＧａＮ層とＡｌＮ層３４との間にＧａＮ歪緩和層１３６を形成することにより、短波長側の赤みを帯びた白色の光を発光させることができる。
【００３６】
以上説明した第２実施例の発光ダイオード素子１２０では、ＡｌＮベース層３０とＩｎＧａＮ層３２との間やＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４との間にＧａＮ歪緩和層１３６を形成することにより、より長波長側の赤みを帯びた白色の光を発光させることができる。
【００３７】
第２実施例の発光ダイオード素子１２０では、ＡｌＮベース層３０とＩｎＧａＮ層３２との間やＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４との間にＧａＮ歪緩和層１３６を形成するものとしたが、ＧａＮ歪緩和層１３６は、ＡｌＮベース層３０とＩｎＧａＮ層３２との間またはＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４との間のいずれかに形成されているものとしてもよいし、ＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４との間の少なくとも一つに形成されているものとしてもよい。
【００３８】
第３実施例の発光ダイオード素子２２０は、ＡｌＮベース層３０とＡｌＮ層３４との厚さが異なる点やｎ型ＧａＮ層２４とＡｌＮベース層３０との間およびＩｎＧａＮ層３２とその上のＡｌＮ層３４との間にＧａＮ歪緩和層２３６を備えている点および積層構造体２２８で露出しているＧａＮ歪緩和層２３６とｐ型ＧａＮ層との間にＡｌＧａＮ層２３８を備えている点を除いて、第１実施例の発光ダイオード素子２０と同様の構成となっている。したがって、発光ダイオード素子２２０において、第１実施例の発光ダイオード素子２０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図１３は本発明の第３実施例としての発光ダイオード素子２２０の要部の断面の概略を示す断面図であり、図１４は図１３における領域Ａの拡大図であり、図１５は積層構造体２２８の構成の一例を説明するための説明図である。発光ダイオード素子２２０のＡｌＮベース層３０とＡｌＮ層３４とは、それぞれ厚さが０．６ｎｍ程度になるよう形成されている。発光ダイオード素子２２０は、ｎ型ＧａＮ層２４とＡｌＮベース層３０との間にＧａＮで形成され厚さが８．４ｎｍのＧａＮ歪緩和層２３６と、積層構造体２２８のＩｎＧａＮ層３２とその上のＡｌＮ層３４との間にＧａＮで形成され厚さが１１ｎｍのＧａＮ歪緩和層２３６と、積層構造体２２８で露出しているＧａＮ歪緩和層２３６とｐ型ＧａＮ層との間にＡｌＧａＮで形成され厚さが２．３ｎｍのＡｌＧａＮ層２３８と、を備えている。こうして形成されたＧａＮ歪緩和層２３６は、ＡｌＮベース層３０やＡｌＮ層３４に作用する応力を緩和するから、第１，第２実施例の発光ダイオード素子２０、１２０と比べて、ＡｌＮベース層３０やＡｌＮ層３４をより大きなサイズの領域に分割することができると考えられる。図１３，図１４に示すように、積層構造体２２８の各々の側面がなだらかな斜面となっているのは、ＡｌＮベース層３０やＡｌＮ層３４がより大きなサイズに分割されているからだと考えられる。
【００４０】
図１６は発光ダイオード素子２２０においてｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に印加した電圧とｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流との関係の一例を示す説明図であり、図１７は発光ダイオード素子２２０においてｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流と発光ダイオード素子２２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。発光ダイオード素子２２０は、図示するように、波長４５０ｎｍから５５０ｎｍ程度の比較的広い波長領域の光、即ち、白色の光を全体として発している。ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流が大きくなると、強度が強くなり、波長４８０ｎｍ付近および６００ｎｍ付近にピークが生じており、光が青と橙色を帯びた白色になる。これは、ＧａＮ歪緩和層２３６によりＡｌＮベース層３０やＡｌＮ層３４がより大きなサイズに分割されており、積層構造体２２８のサイズが発光ダイオード素子２０、１２０に比較して大きくなっているからであると考えられる。このように、ｎ型ＧａＮ層２４とＡｌＮベース層３０との間および積層構造体２２８のＩｎＧａＮ層３２とその上のＡｌＮ層３４との間にＧａＮ歪緩和層２３６を形成することにより、第１実施例の発光ダイオード素子２０と比べてより短波長側の光を発することができる。
【００４１】
図１８は、発光ダイオード素子２２０の製造工程の一例を説明するためのフローチャートであり、図１９は各層を形成するときに用いられるＭＯＶＰＥ法におけるＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＥＧ，ＴＭＩ，Ｃｐ２Ｍｇ，ＮＨ3，ＳｉＨ4の分圧の一例を示す表である。図１８に例示した製造工程は、図６の発光ダイオード素子２０の製造工程と同じステップについては同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４２】
サファイア基板２２上にｎ型ＧａＮ層２４を形成し（工程Ｓ１００）、次に、反応容器の圧力を１００ｈＰａとして７８０℃でＧａＮからなる８．４ｎｍのＧａＮ歪緩和層２３６を形成する（工程Ｓ２０５）。その後、厚さ０．６ｎｍのＡｌＮベース層３０と厚さ８ｎｍのＩｎＧａＮ層３２とをＭＯＶＰＥ法を用いて順に形成したら（工程Ｓ１１０、Ｓ１２０）、次に、ＩｎＧａＮ層３２上に、反応容器の圧力を１００ｈＰａとして７８０℃でＧａＮからなる１１ｎｍのＧａＮ歪緩和層２３６を形成する（工程Ｓ２２５）。
【００４３】
続いて、形成したＩｎＧａＮ層上にＡｌＮ層３４とＩｎＧａＮ層３２とを形成した後（工程Ｓ１３０）、ＧａＮ歪緩和層２３６を形成し（工程Ｓ２２５）、工程Ｓ１２０，Ｓ１３０，Ｓ２２５を所定回数（例えば、４回など）繰り返した後、ＧａＮ歪緩和層２３６上に反応容器の圧力を２００ｈＰａとして１０２０℃でＡｌＧａＮからなる８．４ｎｍのＡｌＧａＮ層２３８を形成し（工程Ｓ２３５）、ＡｌＧａＮ層２３８上にｐ型ＧａＮ層２６を形成して（工程Ｓ１４０）、本工程を終了する。こうして、ｎ型ＧａＮ層２４とＡｌＮベース層３０との間およびＩｎＧａＮ層３２とその上のＡｌＮ層３４との間にＧａＮ歪緩和層２３６を形成することにより、より短波長側の光を発することができる発光ダイオード素子２２０を形成することができる。こうした発光ダイオード素子２２０を形成出来るのは、ＧａＮ歪緩和層２３を形成することにより、ＡｌＮベース層３０やＡｌＮ層３４に作用している引っ張り応力を緩和することができ、ＡｌＮベース層３０やＡｌＮ層３４をより大きなサイズに分割できるからと考えられる。
【００４４】
以上説明した第３実施例の発光ダイオード素子２２０では、ｎ型ＧａＮ層２４とＡｌＮベース層３０との間およびＩｎＧａＮ層３２とその上のＡｌＮ層３４との間にＧａＮ歪緩和層２３６を形成することにより、より短波長側の光を発することができる。
【００４５】
第１〜第３実施例の発光ダイオード素子２０，１２０，２２０では、積層構造体２８，１２８，２２８においてＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４とを複数回積層するものとしたが、ＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４とを１回ずつ積層してもよい。
【００４６】
第４実施例の発光ダイオード素子４２０は、積層構造体２８とｎ型ＧａＮ層２４との間に量子井戸構造体４４０を備えている点、積層構造体２８とｐ型ＧａＮ層２６との間にＡｌＧａＮブロック層４５０を備えている点、積層構造体２８のＡｌＮベース層３０上にＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４とが一層ずつ積層されている点を除いて、第１実施例の発光ダイオード素子２０と同様の構成となっている。したがって、発光ダイオード素子４２０において、第１実施例の発光ダイオード素子２０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図２０は本発明の第４実施例としての発光ダイオード素子４２０の要部の断面の概略を示す断面図である。発光ダイオード素子４２０は、図示するように、サファイア基板２２上に形成されており、ＧａＮから形成され厚さが２５ｎｍの核発生層（図示せず）と、不純物がドーピングされていないＧａＮから形成され厚さ３００ｎｍのＧａＮノンドープ層（図示せず）と、ｎ型のＧａＮにより形成され厚さが３．４μｍのｎ型ＧａＮ層２４と、ｎ型ＧａＮ層２４上に形成された量子井戸構造体４４０と、量子井戸構造体４４０上に形成され厚さが４０ｎｍでサイズが互いにランダムにばらつき側面が斜面となった複数の島状の積層構造体２８と、積層構造体２８上にＡｌＧａＮにより形成されたＡｌＧａＮブロック層４５０と、ＡｌＧａＮブロック層４５０上に形成されたｐ型ＧａＮ層２６と、を備える。
【００４８】
量子井戸構造体４４０は、ＧａＮから形成され厚さが１３ｎｍの３つのＧａＮバリア層４４２と、３つのＧａＮバリア層４４２のうちの２つの間にＧａＮよりバンドギャップが小さいＩｎＧａＮから形成され厚さが２ｎｍの２つのＩｎＧａＮ井戸層４４４と、を備える、いわゆる量子井戸構造として形成されている。
【００４９】
積層構造体２８は、ＡｌＮにより形成されたＡｌＮベース層３０上に、ＩｎＧａＮにより形成されたＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮにより形成されたＡｌＮ層３４とが積層されて形成されている。
【００５０】
続いて、こうして構成された発光ダイオード素子４２０の動作について説明する。図２１は発光ダイオード素子４２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図であり、図２２はｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流と発光ダイオード素子４２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。発光ダイオード素子４２０は、図示するように、波長４５０ｎｍから６００ｎｍ程度の比較的広い波長領域の光、即ち、全体として白色の光を発している。ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流が大きくなると、強度が強くなり、波長５５０ｎｍ〜５５０ｎｍ付近で強度が大きく光が白色となる。光の強度は、図５に示した発光ダイオード素子２０の１０倍程度であり、発光ダイオード素子４２０はより強い強度の光を発している。このように、発光ダイオード素子２０より強い強度の白色の光を発するのは、積層構造体２８とｎ型ＧａＮ層２４との間に量子井戸構造体４４０を備えているからだと考えられる。こうした構成により、発光ダイオード素子４２０は、より強い強度の光を発することができる。
【００５１】
図２３は、発光ダイオード素子４２０の製造工程の一例を説明するためのフローチャートであり、図２４は各層を形成するときに用いられるＭＯＶＰＥ法におけるＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＥＧ，ＴＭＩ，Ｃｐ２Ｍｇ，ＮＨ3，ＳｉＨ4の分圧の一例を示す表である。図２３に例示した製造工程は、図６の発光ダイオード素子２０の製造工程と同じステップについては同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５２】
サファイア基板２２上にｎ型ＧａＮ層２４を形成し（工程Ｓ１００）、次に、反応容器の圧力を２００ｈＰａとして７８０℃でＧａＮからなる１３ｎｍのＧａＮバリア層４４２をＭＯＶＰＥ法を用いて形成する（工程Ｓ１０１）。こうして形成したＧａＮバリア層４４２上に、反応容器の圧力を２００ｈＰａとして７８０℃でＩｎＧａＮからなる２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層４４４をＭＯＶＰＥ法を用いて形成し（工程Ｓ１０２）、工程Ｓ１０１，Ｓ１０２をそれぞれもう一度行なう。こうした処理により、量子井戸構造体４４０を形成することができる。
【００５３】
こうして量子井戸構造体４４０を形成したら、厚さ０．６ｎｍのＡｌＮベース層３０と厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮ層３２と厚さ４ｎｍのＡｌＮ層３４とをＭＯＶＰＥ法を用いて順に形成して積層構造体２８を形成し（工程Ｓ１１０〜Ｓ１３０）、反応容器の圧力を１００ｈＰａとして１０２０℃でＡｌＧａＮからなる８．４ｎｍのＡｌＧａＮブロック層４５０を形成し（工程Ｓ１３５）、ＡｌＧａＮブロック層４５０上にｐ型ＧａＮ層２６を形成して（工程Ｓ１４０）、本工程を終了する。こうして、ｎ型ＧａＮ層２４とＡｌＮベース層３０との間に量子井戸構造体４４０を形成することにより、より強い強度の光を発することができる発光ダイオード素子４２０を形成することができる。
【００５４】
以上説明した第４実施例の発光ダイオード素子５２０では、ｎ型ＧａＮ層２４とＡｌＮベース層３０との間に量子井戸構造体４４０を備えるから、より強い強度の光を発することができる発光ダイオード素子４２０を形成することができる。
【００５５】
第４実施例の発光ダイオード素子４２０では、積層構造体２８をＡｌＮベース層３０上にＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４とが交互に１回積層されたものとしたが、積層構造体２８はＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４とが交互に２回（２層ずつ）積層されたものとしてもよい。この場合、量子井戸構造体４４０は、３つのＧａＮバリア層４４２と３つのＧａＮバリア層のうちの２つのＧａＮバリア層の間に形成された２つのＩｎＧａＮ井戸層４４４とを備えるものとするか、２つのＧａＮバリア層４４２と２つのＧａＮバリア層の間に形成された１つのＩｎＧａＮ井戸層４４４とを備えるものとするのがより強い強度の光を発するという観点から特に望ましい。
【００５６】
第４実施例の発光ダイオード素子４２０では、量子井戸構造体４４０を３つのＧａＮバリア層４４２と３つのＧａＮバリア層のうちの２つのＧａＮバリア層の間に形成された２つのＩｎＧａＮ井戸層４４４とを備えるものとしたが、量子井戸構造体４４０は、ｎ個（ｎは値２以上の整数）のＧａＮバリア層４４２と、ｎ個のバリア層のうちの２つのＧａＮバリア層の間に形成された（ｎ−１）個のＩｎＧａＮ井戸層４４４と、を備えていればよく、図２５の変形例の発光ダイオード素子５２０に例示するように、例えば、６つのＧａＮバリア層４４２と５つのＩｎＧａＮ井戸層４４４とが積層されたものとしても構わない。図２６は変形例の発光ダイオード素子５２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図であり、図２７は変形例の発光ダイオード素子５２０においてｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に流れる電流と発光ダイオード素子５２０が発する光の波長と光の強度との関係の一例を示す説明図である。このように、発光ダイオード素子５２０は、より強い強度の光を発することができる。
【００５７】
第４実施例の発光ダイオード素子４２０では、積層構造体２８，１２８，２２８においてＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４とを１回積層するものとしたが、ＩｎＧａＮ層３２とＡｌＮ層３４とを複数回積層してもよい。
【００５８】
第４実施例の発光ダイオード素子４２０では、積層構造体２８は第２実施例の発光ダイオード素子１２０に例示されているＧａＮ歪緩和層を備えていないものとしたが、図２８の変形例の発光ダイオード素子６２０に例示するように、ＧａＮ歪緩和層６３６を備えているものとしてもよい。
【００５９】
第４実施例の発光ダイオード素子４２０では、ｎ型ＧａＮ層２４とＡｌＮベース層３０との間に量子井戸構造体４４０を備えるものとしたが、図２９の変形例の発光ダイオード素子７２０に例示するように、積層構造体２８とｐ型ＧａＮ層２６との間に量子井戸構造体４４０を備えるものとしてもよい。この場合、積層構造体２８上のＡｌＧａＮブロック層４５０の上にＡｌＮから形成されたＡｌＮ層７５０を形成した上に量子井戸構造体４４０を形成し、量子井戸構造体４４０上にＡｌＧａＮにより形成されたＡｌＧａＮ層７５２を形成したうえでｐ型ＧａＮ層２６を形成するのが望ましい。
【００６０】
第１〜第４実施例や変形例の発光ダイオード素子２０，１２０、２２０，４２０，５２０，６２０，７２０では、積層構造体２８，１２８，２２８はサイズを大きくするほど短波長側で発光すると考えられるから、積層構造体２８，１２８，２２８の各々のサイズを調整することにより、発する光の波長を変更してもよい。積層構造体２８，１２８，２２８のサイズの調整は、ＡｌＮベース層３０の厚さを調整したり、ＧａＮ歪緩和層１３６，２３６を形成する場所や厚さなどを適宜調整したり、各層の結晶成長速度（原料の供給分圧）や結晶成長速度を調整することにより行なうことができ、例えば、ＧａＮ歪緩和層１３６，２３６を形成しない場合には、ＡｌＮベース層３０の厚さを大きくするとｎ型ＧａＮ層２４に対する伸張歪みがよりＡｌＮベース層３０に蓄積して、ＡｌＮベース層がよりサイズの領域に分割されると考えられることから、ＡｌＮベース層３０を厚くするほどサイズが小さな積層構造体２８を形成すること
が可能となると考えられる。
【００６１】
第１〜第４実施例や変形例の発光ダイオード素子２０，１２０，２２０，４２０，５２０，６２０，７２０で例示した各層の厚さは、実施例に記載したものに限定されるものではなく、用途等に応じて望まれる発光ダイオード素子の性能などに応じて適宜変更可能である。
【００６２】
第１〜第４実施例や変形例の発光ダイオード素子２０，１２０，２２０，４２０，５２０，６２０，７２０を製造する際のＭＯＶＰＥ法における反応容器の温度、圧力、反応ガスの分圧等は、用途等に応じて望まれる発光ダイオード素子の性能などに応じて、適宜変更可能である。
【００６３】
第１〜第４実施例や変形例の発光ダイオード素子２０，１２０，２２０，４２０，５２０，６２０，７２０では、ＡｌＮベース層３０や積層構造体２８が７８０℃のＭＯＶＰＥ法により形成されるものとしたが、７５０℃以上のＭＯＶＰＥ法に形成されるものであればよく、特に７５０℃以上８００℃以下のＭＯＶＰＥ法で形成するのがよい。
【００６４】
第１〜第４実施例や変形例の発光ダイオード素子２０，１２０，２２０，４２０，５２０，６２０，７２０では、積層構造体２８，１２８，２２８は、ＡｌＮにより形成されたＡｌＮベース層３０とＡｌＮにより形成されたＡｌＮ層３４とを備えるものとしたが、ＡｌＮベース層３０，ＡｌＮ層３４は、アルミニウムおよびガリウムおよびインジウムの少なくとも一つを含み窒化ガリウムにより伸張歪みを受ける窒化物により形成された窒化物層であればよく、例えば、ＡｌＮベース層３０に代えてＡｌＧａＮにより形成されたＡｌＧａＮベース層やＡｌＧａＮやＡｌＮにわずかにインジウムを加えた層などを備えるものとしたり、ＡｌＮ層３４に代えてＡｌＧａＮにより形成されたＡｌＧａＮ層やＡｌＧａＮやＡｌＮにわずかにインジウムを加えた層などを備えるものとしてもよい。
【００６５】
第１〜第４実施例や変形例の発光ダイオード素子２０，１２０，２２０，４２０，５２０，６２０，７２０では、サファイア基板２２上にｎ型ＧａＮ層２４を形成し、積層構造体２８上にｐ型ＧａＮ層２６を形成するものとしたが、ｎ型ＧａＮ層２４に代えてｐ型のＧａＮから形成されたｐ型ＧａＮ層を形成し、ｐ型ＧａＮ層２６に代えてｎ型のＧａＮから形成されたｎ型ＧａＮ層を形成するものとしてもよい。
【００６６】
第１〜第４実施例や変形例の発光ダイオード素子２０，１２０，２２０，４２０，５２０，６２０，７２０では、基板としては、サファイアから形成されたものを用いるものとしたが、シリコンやｎ型ＧａＮから形成されたものを用いてもよい。また、こうした基板は、発光ダイオード素子２０，１２０，２２０，４２０，５２０，６２０，７２０を製造した後に取り除くものとしてもよい。
【００６７】
実施例の主要な要素と発明の概要の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、ｎ型ＧａＮ層２４が「第１導電型半導体層」に相当し、ｐ型ＧａＮ層２６が「第２導電型半導体層」に相当し、ＡｌＮベース層３０が「ベース層」に相当し、ＩｎＧａＮ層３２が「第１層」に相当し、ＡｌＮ層３４が「第２層」に相当し、積層構造体２８が「積層構造体」に相当する。また、ｎ型ＧａＮ層２４上にＡｌＮベース層３０をＭＯＶＰＥ法により形成する図６の工程Ｓ１１０が「ベース層形成工程」に相当し、ＡｌＮベース層３０上にＩｎＧａＮ層３２をＭＯＶＰＥ法により形成する工程Ｓ１２０とＩｎＧａＮ層３２上にＡｌＮ層３４をＭＯＶＰＥ法により形成する工程Ｓ１３０とが「積層構造形成工程」に相当し、ＡｌＮ層３４上にｐ型ＧａＮ層をＭＯＶＰＥ法により形成する工程Ｓ１４０が「第２導電型半導体層形成工程」に相当する。
【００６８】
なお、実施例の主要な要素と発明の概要の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が発明の概要の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、発明の概要の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、発明の概要の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は発明の概要の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００６９】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、発光ダイオード素子の製造産業などに利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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