(57)【要約】【課題】発光装置の大きさを変えることなく発光量を増大させた発光装置を提供する。【解決手段】凹凸基板１の凹凸状表面１ａ上に半導体層３０が形成されていることを特徴とする発光装置。本発光装置においては、凹凸基板および半導体層をＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）とすること、凹凸基板の凹凸状表面を形成する各々の平面が、Ｌを１〜４の整数とするときの（１１−２Ｌ）および（１−１０Ｌ）の中から選ばれる１以上の面指数を有すること、または凹凸基板の凹凸状表面を形成する各々の平面と基底平面とのなす角度φを３５°〜８０°とすることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸基板の凹凸状表面上に半導体層が形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
凹凸基板および半導体層がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）である請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
凹凸基板の凹凸状表面を形成する各々の平面が、Ｌを１〜４の整数とするときの（１１−２Ｌ）および（１−１０Ｌ）の中から選ばれる１以上の面指数を有する請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
凹凸基板の凹凸状表面を形成する各々の平面と基底平面とのなす角度φが、３５°〜８０°である請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光量の大きい発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ族窒化物半導体を用いることにより、可視光の３原色である「青色」、「緑色」、「赤色」の発光装置を作製することができる。たとえば、サファイア基板上に低温でアモルファスのバッファ層を形成し、その上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶を成長させることが提案されている（たとえば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、基板としてサファイア基板を用いているため、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させても、欠陥密度の大きい低品質の結晶しか得られない。また、サファイア基板が絶縁性であるため、発光装置が大きくなるという問題点があった。
【０００４】
上記、問題点を解決するため、ｎ−ＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物半導体結晶の基板を用いて、この基板上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶を成長させることが提案されている（たとえば、非特許文献２参照。）。
【０００５】
しかし、上記発光装置においても十分な発光強度が得られていないのが現状である。
【０００６】
【非特許文献１】
柴田，「ＩＩＩ族窒化物を用いたＬＥＤの作製とその応用」，日本結晶成長学会誌，日本結晶成長学会，２００２年９月２０日，第２９巻，第３号，ｐ．２８３−２８７
【０００７】
【非特許文献２】
西田，「ＡｌＧａＮ系紫外発光ダイオード」，日本結晶成長学会誌、日本結晶成長学会，２００２年９月２０日，第２９巻，第３号，ｐ．２８８−２９５
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記現状に鑑み、本発明においては、発光装置の大きさを変えることなく発光量を増大させた発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる発光装置は、凹凸基板の凹凸状表面上に半導体層が形成されていることを特徴とする。ここで、凹凸基板をＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）とすること、凹凸基板の凹凸状表面を形成する各々の平面が、Ｌを１〜４の整数とするときの（１１−２Ｌ）および（１−１０Ｌ）の中から選ばれる１以上の面指数を有すること、凹凸基板の凹凸上表面を形成する各々の平面と基底平面とのなす角度φを３５°〜８０°とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる発光装置は、図１を参照して、凹凸基板１の凹凸状表面１ａ上に半導体層３０が形成されている。かかる凹凸基板１を用いることにより、発光に関わる半導体層３０の表面積を大きくすることができ、発光装置の発光量が大きくなる。
【００１１】
一方、従来の発光装置は、図２を参照して、平面基板２の平面状表面２ｈ上に半導体層３０が形成されている。すなわち、図１および図２を参照して、本発明にかかる発光装置の半導体層３０は凹凸基板１の凹凸状表面１ａ上に形成されているために、平面基板２の平面状表面２ｈ上に形成されている半導体層３０よりも表面積が大きくなる。ここで、半導体層３０は、その単位表面積当たりに一定の発光量を有することから、上記のように半導体層３０の表面積を大きくすることにより、発光装置の大きさを変えることなく発光量を大きくすることができる。
【００１２】
ここで、図３および図４を参照して、凹凸基板１の凹凸状表面１ａの表面形状は、特に限定されるものではなく、たとえば、図３に示されるような線状の凸部と線状の凹部を有する凹凸状表面１ａであってもよいし、図４に示されるような点状の凸部を有する多角錘状の凹凸状表面１ａであってもよい。
【００１３】
また、凹凸基板１の凹凸状表面１ａにおける凹凸ピッチ（凸部から隣の凸部までの水平距離）Ｐおよび凹凸高さ（凹部から凸部までの垂直距離）Ｈは、特に制限はないが、凹凸ピッチＰは１μｍ〜３０００μｍが好ましく、凹凸高さＨは０．１μｍ〜３０００μｍが好ましい。凹凸ピッチＰが１μｍ未満あるいは３０００μｍを超えると均一なエピタキシャル結晶を得ることが困難となる。凹凸高さＨが０．１ｎｍ未満であると発光面積が小さくなり、３０００μｍを超えると均一なエピタキシャル結晶を得ることが困難となる。かかる観点から、凹凸ピッチＰは１μｍ〜５００μｍ、凹凸高さＨは４μｍ〜１５００μｍであることがより好ましい。
【００１４】
本発明にかかる発光装置において、凹凸基板および半導体層がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）であることは好ましい。半導体層をＩＩＩ族化合物であるＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で構成することにより、可視光の３原色である「青色」、「緑色」、「赤色」、あるいは「紫外」についての発光装置を作製することができる。また、基板についても、半導体層と同様にＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いることにより、良質の半導体結晶を成長させることができる。なお、基板の化学組成、半導体層の化学組成およびこれらの組合わせには特に制限は無いが、良質の半導体層を得る観点からは、基板の化学組成と半導体層の化学組成とが近いことが好ましい。
【００１５】
また、図３および図４を参照して、本発明にかかる発光装置において、凹凸基板１の凹凸状表面１ａを形成する各々の平面１ｂ，１ｃは、Ｌを１〜４の整数とするときの（１１−２Ｌ）および（１−１０Ｌ）の中から選ばれる１以上の面指数を有することが好ましい。基板および半導体層にＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いる場合、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ結晶は六角対称であるため、（１１−２Ｌ）面および（１−１０Ｌ）面のそれぞれの面について等価な面が６面存在する。ここで、Ｌは１〜４の整数を意味する。したがって、このような面からなる凹凸状表面１ａをもつ凹凸基板１を用いることにより、三次元形状の半導体層を形成することができ、半導体層の表面積を大きくすることができる。ここで、凹凸基板がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）である場合、図４のような凹凸状表面１ａにおいては、多角錘として六角錘または三角錐を形成する場合が多い。
【００１６】
また、図３および図４を参照して、本発明にかかる発光装置において、凹凸基板１の凹凸状表面１ａを形成する各々の平面１ｂ，１ｃと基底平面１ｈとのなす角度φ１１ｂ，１１ｃは、３５°〜８０°であることが好ましい。ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ結晶を凹凸基板として用いる場合、８０°を超える安定面が存在しにくい。また、上記角度が３５°未満であると半導体層の表面積の増加が少ない。なお、基底平面１ｈとは、凹凸基板１の厚み方向のベクトルに対して垂直な面をいい、従来の平面基板においては平面状表面と平行な平面となる。
【００１７】
基板を構成するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ結晶（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）はウルツ鉱型（六方晶）の結晶構造をとり六角対称であることから、凹凸状表面を形成する各々の平面と基底平面とのなす角度φは、下式（１）によって算出することができる。ここで、（ｈ１ｋ１−（ｈ１＋ｋ１）ｌ１）は凹凸状表面を形成する各々の平面の面指数、（ｈ２ｋ２−（ｈ２＋ｋ２）ｌ２）は基底平面の面指数（たとえば（０００１））、ａはａ軸長、ｃはｃ軸長を示す。なお、凹凸基板の凹凸状表面を形成する各々の平面と基底平面の面指数は、ＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；Ｘ線回折法）によって求めることができる。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明にかかる発光装置を具体的に説明する。
【００２０】
（実施例１）
図３に示すような、凹凸ピッチＰが２００μｍ、凹凸高さＨが１９０μｍの凹凸状表面１ａを有し、前記凹凸状表面１ａを形成する各々の平面１ｂの面指数が（１−１０１）であるＧａＮ基板を用いて、前記ＧａＮ基板の凹凸状表面に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属化学気相成長）法によって、ｎ−ＧａＮ層３１を５μｍ、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ層３２を３ｎｍ、ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層３３を６０ｎｍ、ｐ−ＧａＮ層３４を１５０ｎｍ順次成長させて、図１に示すような発光装置を得た。分光器を用いて、前記発光装置の発光強度を測定した。この発光装置は発光スペクトルのピーク波長は４７０ｎｍであり、以下の比較例１の発光強度を１．０としたときのこの発光装置の発光強度は１．９であった。なお、本実施例においては、ＭＯＣＶＤ法を用いて、凹凸基板の凹凸状表面上に半導体層を成長させたが、その他ＶＰＥ（Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：気相エピタキシャル成長）法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシャル成長）法など各種の方法によって半導体層を成長させることもできる。
【００２１】
（比較例１）
図５に示すような平面状表面２ｈ（平面状であることから、凹凸ピッチＰは０μｍであり、凹凸高さＨは０μｍ）を有し、前記平面状表面２ｈの面指数が（０００１）であるＧａＮ基板を用いて、実施例１と同様に半導体層を順次成長させて、図２に示すような発光装置を得た。分光器を用いて、前記発光装置の発光強度を測定した。この発光装置の発光スペクトルのピーク波長は４７０ｎｍであり、この発光装置の発光強度を１．０として実施例１〜実施例９の青色発光装置の発光強度を評価した。
【００２２】
（実施例２〜実施例１１、比較例２、比較例３）
表１〜表３に示す基板、半導体層構成を有する発光装置をＭＯＣＶＤ法により作製し、その発光スペクトルの波長と発光強度を測定した。その結果を表１〜表３にまとめる。なお、表１〜表３における角度φは、凹凸基板の凹凸状表面を形成する各々の平面の面指数と基底平面の面指数（０００１）から、式（１）によって算出したものである。
【００２３】
ここで、表１の実施例１〜実施例９および比較例１はいずれも発光スペクトルのピーク波長が４７０ｎｍの青色発光装置の例であり、実施例１〜実施例９の発光強度は比較例１の発光強度を１．０としたときの相対値として表した。また、表２の実施例１０および比較例２は発光スペクトルのピーク波長が５２０ｎｍの緑色発光装置の例であり実施例１０の発光強度は比較例２の発光強度を１．０としたときの相対値として表し、表３の実施例１１および比較例３は発光スペクトルのピーク波長が３８０ｎｍの紫外発光装置の例であり実施例１１の発光強度は比較例３の発光強度を１．０としたときの相対値として表した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
【表３】
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【００２７】
表１〜表３に示すように、凹凸基板の凹凸状表面上に半導体層が形成されている本発明にかかる発光装置は、その発光ピーク波長に拘わらず、平面基板上に半導体層が形成された従来の発光装置に比べて、発光強度が１．２倍〜２．５倍に増大した。
【００２８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【００２９】
【発明の効果】
上記のように、本発明にかかる発光装置においては、凹凸基板の凹凸状表面上に半導体層を形成することにより、発光装置の大きさを変えることなく発光量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる一の発光装置の概略断面図である。
【図２】従来の発光装置の概略断面図である。
【図３】本発明において用いられる一の凹凸基板の概略斜視図である。
【図４】本発明において用いられる別の凹凸基板の概略斜視図である。
【図５】従来の基板の概略斜視図である。
【符号の説明】
１  凹凸基板、１ａ  凹凸状表面、１ｂ，１ｃ  凹凸状表面を形成する各々の平面、１ｈ  基底平面、２  平面基板、２ｈ  平面状表面、１１ｂ，１１ｃ  凹凸状表面を形成する各々の平面と基底平面とのなす角度、３０  半導体層、３１ｎ−ＧａＮ層、３２  Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ層、３３  ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層、３４  ｐ−ＧａＮ層。
【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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