(57)【要約】      （修正有）【課題】広範囲に亘る発光波長帯域（スペクトル幅）を有する高い演色性かつ高い発光強度の半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子１０は、第１の導電型を有する第１の半導体層１２と、第１の半導体層上に形成され、第１の発光層を含む発光機能層１３と、発光機能層上に形成され、第１の半導体層とは反対の導電型を有する第２の半導体層１５と、を有する。第１の発光層は、第１の半導体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区画された複数のベースセグメントＢＳを有するベース層ＢＬと、複数のベースセグメントのセグメント形状を残存しつつベース層上に形成されたバッファ層ＢＵと、バッファ層上に形成された活性層ＡＣと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、第１の発光層を含む発光機能層と、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の導電型を有する第２の半導体層と、を有する半導体発光素子であって、
前記第１の発光層は、前記第１の半導体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区画された複数のベースセグメントを有するベース層と、前記複数のベースセグメントのセグメント形状を残存しつつ前記ベース層上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された活性層と、を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記活性層は、少なくとも１つの量子井戸層及び障壁層を含み、
前記バッファ層は、前記ベース層と前記量子井戸層との間の格子定数を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記ベース層は、前記第１の半導体層よりも小さな格子定数を有し、
前記ベース層は、前記複数のベースセグメントを区画する網目状の溝を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記ベース層は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）の組成を有し、
前記バッファ層は、Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａ1-x2-y2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１）の組成を有し、
前記第１及び第２の半導体層は、ＧａＮの組成を有し、
前記量子井戸層は、ＩｎＧａＮの組成を有し、
前記組成ｘ１及びｘ２は、０≦ｘ２＜ｘ１≦１の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記バッファ層は、前記複数のベースセグメントのうち、一部のベースセグメントを埋設するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記バッファ層は、前記障壁層よりも小さな層厚を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ベース層は、ＡｌＮ又はＡｌＧａＮの組成を有し、
前記バッファ層は、ＧａＮの組成を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記ベース層は、第１及び第２の副ベース層が積層された構造を有し、
前記第１の副ベース層はＡｌＧａＮの組成を有し、前記第２の副ベース層はＡｌＮの組成を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記発光機能層は、前記第１の半導体層と前記第１の発光層との間に形成され、少なくとも１つの量子井戸層及び複数の障壁層からなる第２の発光層を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
特許文献１には、１つの基板材料上に少なくとも２種類以上の半導体発光素子を形成し、各々の半導体発光素子上に、それぞれの素子の発光波長に反応する蛍光体を複数種類塗布し、各々の半導体発光素子を同時に発光させるように構成された発光装置が開示されている。特許文献２には、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードが、各発光ダイオードから発せられる光が同一方向となるように積層された発光ダイオードが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2008-071805号公報
【特許文献２】特開2011-249460号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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）とが活性層において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決まる。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。
【０００６】
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。
【０００７】
これに対し、上記特許文献に記載されるように、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。例えば異なる組成を有する複数の活性層を積層することで、蛍光体を用いずに発光波長の広帯域化を図る手法が提案されている。
【０００８】
しかし、これらの手法によって発光装置を作製する場合、各発光色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、半導体層の形成工程及び接合工程の追加、半導体層の結晶性の劣化などが挙げられる。
【０００９】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、広範囲に亘る発光波長帯域（スペクトル幅）を有する高い演色性かつ高い発光強度の半導体発光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による半導体発光素子は、第１の導電型を有する第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成され、第１の発光層を含む発光機能層と、発光機能層上に形成され、第１の半導体層とは反対の導電型を有する第２の半導体層と、を有する半導体発光素子であって、第１の発光層は、第１の半導体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区画された複数のベースセグメントを有するベース層と、複数のベースセグメントのセグメント形状を残存しつつベース層上に形成されたバッファ層と、バッファ層上に形成された活性層と、を有することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（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）は実施例１に係る半導体発光素子における発光層のベース層を模式的に示す上面図である。
【図２】（ａ）は実施例１に係る半導体発光素子における半導体構造層の構造を示す断面図であり、（ｂ）は実施例に係る半導体発光素子における半導体構造層の組成例を示す断面図である。
【図３】（ａ）は実施例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り、（ｂ）は実施例１の変形例に係る半導体発光素子における発光層のバッファ層を模式的に示す上面図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】実施例３に係る半導体発光素子と比較例に係る半導体発光素子との発光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、同一の構成要素に同一の参照符号を付している。
【実施例１】
【００１３】
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、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。半導体構造層ＳＳは、搭載基板１１上に形成されたｎ型半導体層（第１の半導体層）１２、ｎ型半導体層１２上に形成された発光機能層１３、発光機能層１３上に形成された電子ブロック層１４、電子ブロック層１４上に形成されたｐ型半導体層（第２の半導体層、第１の半導体層１２とは反対の導電型を有する半導体層）１５を含む。
【００１４】
本実施例においては、搭載基板１１は、例えば半導体構造層ＳＳの成長に用いる成長用基板であり、例えばサファイアからなる。また、半導体構造層ＳＳは、窒化物系半導体からなる。半導体発光素子１０は、例えば、サファイア基板のＣ面を結晶成長面とし、サファイア基板上に有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ法）を用いて半導体構造層ＳＳを成長することによって、作製することができる。なお、図示していないが、半導体発光素子１０は、ｎ型半導体層１２及びｐ型半導体層１５にそれぞれ電圧を印加するｎ電極及びｐ電極を有している。
【００１５】
なお、本実施例においては、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するが、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上に設けられる。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。
【００１６】
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。電子ブロック層１４は、例えばＡｌＧａＮ層からなる。ｐ型半導体層１５は、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、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。
【００１７】
なお、発光機能層１３は複数の発光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が１つの発光層からなる場合について説明する。本実施例においては、発光層１３は、ｎ型半導体層１２上に形成され、ｎ型半導体層１２とは異なる組成を有するベース層ＢＬを有している。ベース層ＢＬは、ｎ型半導体層１２から応力を受けてランダムな網目状に形成された溝（第１の溝）ＧＲ１を有している。
【００１８】
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、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ＢＬがｎ型半導体層１２から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。
【００１９】
溝ＧＲ１は、互いに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。溝ＧＲ１は、ベースセグメントＢＳを区画するように網目状に形成されている。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。
【００２０】
再度図１（ａ）を参照すると、溝ＧＲ１は、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、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に隣接している。
【００２１】
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（第１の平坦部）ＦＬ１を有している。ベース層ＢＬの表面は、平坦部ＦＬ１と溝ＧＲ１の内壁面とによって構成されている。平坦部ＦＬ１の各々は、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、平坦部ＦＬ１からなる上面と溝ＧＲ１の内壁面からなる側面とを有している。
【００２２】
すなわち、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、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。
【００２３】
なお、図１（ｂ）は、ベース層ＢＬ及びベースセグメントＢＳを模式的に例示するに過ぎない。例えば、ベース層ＢＬは、図１（ｂ）に示すように、上面（ベース層ＢＬに垂直な方向）から視たときに直線的な溝ＧＲ１によって区画されている必要はなく、曲線的な溝によって区画されていてもよい。また、以下においては、ベース層ＢＬが平坦部ＦＬ１び溝ＧＲ１からなる場合について説明するが、ベース層ＢＬの表面形状はこの場合に限定されない。例えば、ベースセグメントＢＳの上面が曲面形状を有していてもよい。
【００２４】
さらに、ベース層ＢＬの表面に完全にベースセグメントＢＳが区画形成されている必要はない。例えば、溝ＧＲ１は、完全な網目形状を有する必要はなく、部分的に途切れていてもよい。ベース層ＢＬがランダムな網目状に区画されたベースセグメントＢＳを有するとは、ベース層ＢＬが上記したような溝形状、区画形状、あるいは上面形状を有することをいう。
【００２５】
発光層１３は、ベース層ＢＬ上に形成されたバッファ層ＢＵを有する。図１（ａ）に示すように、バッファ層ＢＵは、ベース層ＢＬのセグメント形状を残存しつつベース層ＢＬ上に形成されている。より具体的には、バッファ層ＢＵは、ベース層ＢＬの溝ＧＲ１に対応する溝（第２の溝）ＧＲ２を有する。また、バッファ層ＢＵは、ベース層ＢＬの平坦部ＦＬ１の各々に対応する平坦部（第２の平坦部）ＦＬ２を有する。すなわち、バッファ層ＢＵは、ベース層ＢＬのセグメント形状を維持した上面形状を有する。
【００２６】
また、発光層１３は、バッファ層ＢＵ上に形成された量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡからなる活性層ＡＣを有している。量子井戸層ＷＡはバッファ層ＢＵ上に形成され、障壁層ＢＡは量子井戸層ＷＡ上に形成されている。なお、バッファ層ＢＵは、量子井戸層ＷＡに対して障壁層として機能する。
【００２７】
本実施例においては、量子井戸層ＷＡは、溝ＧＲ２を残存しつつバッファ層ＢＵ上に形成されている。より具体的には、量子井戸層ＷＡは、バッファ層ＢＵの溝ＧＲ２に対応する溝（第３の溝）ＧＲ３を有する。また、量子井戸層ＷＡは、バッファ層ＷＡの平坦部ＦＬ２の各々に対応する平坦部（第３の平坦部）ＦＬ３を有する。量子井戸層ＷＡは、バッファ層ＢＵの上面形状、すなわちベースセグメントＢＳのセグメント形状を残存するように形成されている。量子井戸層ＷＡは、歪み量子井戸層として形成されている。
【００２８】
また、本実施例においては、障壁層ＢＡは、量子井戸層ＷＡの溝ＧＲ３を埋め込んで量子井戸層ＷＡ上に形成されている。具体的には、障壁層ＢＡは、量子井戸層ＷＡとの界面（下面）においては溝ＧＲ３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形状を有している。従って、障壁層ＢＡは、図１（ａ）に示すように、量子井戸層ＷＡを埋め込んで平坦化された平坦面ＦＳを有している。
【００２９】
図２（ａ）は、半導体構造層ＳＳの構造を示す断面図である。また、図２（ｂ）は、半導体構造層ＳＳにおけるベース層ＢＬ及びバッファ層ＢＵの組成例を示す断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、図１（ａ）の破線で囲まれた部分を拡大して示す部分拡大断面図である。図２（ａ）を用いて、まず、発光層１３についてより詳細に説明する。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、ベース層ＢＬは、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x2-y1Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）の組成を有する。また、バッファ層ＢＵは、Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａ1-x2-y2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１）の組成を有する。また、組成ｘ１及びｘ２は、０≦ｘ２＜ｘ１≦１の関係を満たす。
【００３１】
次に、ベース層ＢＬ及び量子井戸層ＷＡ（活性層ＡＣ）について説明する。まず、図２（ｂ）に示すように、ベース層ＢＬは、例えば、ＡｌＧａＮ又はＡｌＮの組成を有している（ｘ１＞０、ｙ１＝０）。ベース層ＢＬにおけるベースセグメントＢＳは、ベース層ＢＬとしてのＡｌＧａＮ層又はＡｌＮ層を、比較的低温でｎ型半導体層１２としてのＧａＮ層上に成長することで形成することができる。
【００３２】
まず、ｎ型半導体層１２上に、これとは異なる結晶組成のベース層ＢＬを成長した場合、ベース層ＢＬには応力（歪）が生ずる。例えば、ベース層ＢＬは、ｎ型半導体層１２よりも小さな格子定数を有する。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ＡｌＧａＮ層を成長する場合、ＡｌＧａＮ層にはＧａＮ層によって伸張歪が生ずる。従って、ＡｌＧａＮ層にはその成長時に引張応力が生ずる。従って、ＡｌＧａＮ層の成長開始時又は成長途中でＡｌＧａＮ層に溝が生じ、これ以降は、ＡｌＧａＮ層は３次元的に成長する。すなわち、ＡｌＧａＮ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。
【００３３】
さらに、ＧａＮ層上に低温でＡｌＧａＮ層を成長する場合、ＡｌＧａＮ層における３次元的な成長が促進される。従って、ＡｌＧａＮ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ＡｌＧａＮ層の表面が粒状の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、１０００℃の成長温度でベース層ＢＬとしてのＡｌＧａＮ層を形成した。
【００３４】
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、量子井戸層ＷＡは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ない。このようにして微細な島状の凹凸を有する発光層１３からは、様々な色の光が放出されることとなる。
【００３５】
また、ベース層ＢＬであるＡｌＧａＮ層上に量子井戸層ＷＡであるＩｎＧａＮ層を形成する場合、ＩｎＧａＮ層はＡｌＧａＮ層によって圧縮歪を受ける。ＩｎＧａＮ層が圧縮歪を受けると、井戸層ＷＡ内にＩｎが取り込まれ易くなる。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は小さくなる。量子井戸層ＷＡからは、より長波長側の発光波長を有する光が放出される。
【００３６】
次に、バッファ層ＢＵについて説明する。図２（ｂ）に示すように、バッファ層ＢＵは、例えばＧａＮの組成を有する（ｘ２＝ｙ２＝０）。バッファ層ＢＵは、ベース層ＢＬと量子井戸層ＷＡ（活性層ＡＣ）との間の格子定数を有する。また、バッファ層ＢＵは、ベース層ＢＬにおけるベースセグメントＢＳのセグメント形状を残存しつつベース層ＢＬ上に形成されている。
【００３７】
このバッファ層ＢＵをベース層ＢＬ及び量子井戸層ＷＡ間に介在させることで、発光層１３からの発光スペクトルの広帯域化と発光強度の向上との両立を図ることができる。従って、高演色性かつ高輝度な半導体発光素子１０を提供することができる。
【００３８】
より具体的には、上記したように、ベース層ＢＬを有することで活性層ＡＣからは広いスペクトル帯域を有する放出光を得ることができる。しかし、その一方で、活性層ＡＣ（特に量子井戸層ＷＡ）の結晶性が悪化し、発光強度が低下することが懸念される。従って、要求される輝度を得ることができない可能性がある。これに対し、本実施例においては、ベース層ＢＬと活性層ＡＣとの間に、その中間の格子定数を有するバッファ層ＢＵがベースセグメントＢＳを完全に埋め込まない程度に設けられている。
【００３９】
従って、まず、ベース層ＢＬ（ベースセグメントＢＳ）によって活性層ＡＣからの放出光を広帯域化することができる。また、バッファ層ＢＵを設けることでベース層ＢＬによる活性層ＡＣの結晶性の悪化が抑制され、発光強度が向上する。従って、例えば蛍光体などの追加の部材を必要とすることなく、単純な構成で高演色かつ高輝度な半導体発光素子１０を得るすることができる。
【００４０】
なお、図２（ａ）に示すように、量子井戸構造の活性層ＡＣを形成する場合、活性層ＡＣは、バッファ層ＢＵ上に量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡが積層された構造を有する。ここで、バッファ層ＢＵは、ベース層ＢＬのセグメント形状を残存することを考慮すると、比較的小さな層厚Ｔ１で形成される。一方、バッファ層ＢＬを量子井戸層ＷＡに対する障壁層として機能させるためには一定の層厚が必要となる。
【００４１】
これに対し、本実施例においては、バッファ層ＢＵのみならずベース層ＢＬも量子井戸層ＷＡに対する障壁層として機能する。従って、例えば通常の障壁層ＢＡの層厚Ｔ２よりも小さな層厚Ｔ１でバッファ層ＢＵを形成した場合でも、バッファ層ＢＵ及びベース層ＢＬは量子井戸層ＷＡに対する障壁層として機能させることができる。従って、図２（ａ）に示すように、バッファ層ＢＵは、活性層ＡＣの障壁層ＢＡよりも小さな層厚Ｔ１を有する。バッファ層ＢＵの層厚Ｔ１は、障壁層ＢＡの層厚Ｔ２よりも小さい。
【００４２】
また、図２（ａ）に示すように、バッファ層ＢＵは、ある程度ベース層ＢＬの表面に形成された溝ＧＲ１を埋め込むように形成されている。従って、バッファ層ＢＵの平坦部ＦＬ２は、ベース層ＢＬ１の平坦部ＦＬ１よりも大きい面積を有する。また、バッファ層ＢＵの溝ＧＲ２は、ベース層ＢＬの溝ＧＲ１よりも浅い。
【００４３】
図３（ａ）は、実施例１の変形例に係る半導体発光素子１０Ａの構造を示す断面図である。半導体発光素子１０Ａは、バッファ層ＢＵ１及び量子井戸層ＷＡ１（発光層１３Ａ）の構造を除いては、半導体発光素子１０と同様の構成を有している。本変形例においては、バッファ層ＢＵ１は、ベース層ＢＬに設けられた複数のベースセグメントＢＳのうち、一部のベースセグメントＢＳを埋め込んで形成されている。また、量子井戸層ＷＡ１は、バッファ層ＢＵを埋め込んで平坦化されている。
【００４４】
より具体的には、バッファ層ＢＵ１は、ベース層ＢＬに設けられた溝ＧＲ１の一部を埋め込んで形成されている。換言すれば、バッファ層ＢＵ１は、ベースセグメントＢＳのセグメント形状を部分的に埋め込んだ平坦面ＦＬ２を有する。図３（ｂ）は、バッファ層ＢＵ１の上面を模式的に示す図である。図３（ｂ）に示すように、バッファ層ＢＵ１の上面は、ベースセグメントＢＳを構成する溝ＧＲ１が埋め込まれた部分を有する。
【００４５】
バッファ層ＢＵ１は、例えばベース層ＢＬ上に比較的大きな層厚でＧａＮ層を形成することで形成することができる。従って、バッファ層ＢＵ１の表面においては、ベース層ＢＬにおけるベースセグメントＢＳのセグメント形状が残存するが、一部のベースセグメントＢＳは埋設されて消失する。
【００４６】
このように、ベースセグメントＢＳを部分的に埋設するようにバッファ層ＢＵ１が形成されていてもよい。また、バッファ層ＢＵ１の表面に設けられた溝ＧＲ２は、部分的に断裂していてもよい。すなわち、溝ＧＲ２は完全な網目状に形成されている必要はない。バッファ層ＢＵ及びＢＵ１は、ベースセグメントＢＳのセグメント形状を残存しつつベース層ＢＬ上に形成されていればよい。本実施例及び本変形例に示すように、バッファ層ＢＵ及びＢＵ１におけるベースセグメントＢＳのセグメント形状の維持の程度は、求められる演色性及び輝度に応じて適宜調節することができる。なお、ベースセグメントＢＳが多く埋め込まれるほど、スペクトルのピークは短波長側にシフトする。
【００４７】
なお、本実施例においては、活性層ＡＣが量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡからなる量子井戸構造を有する場合について説明したが、活性層ＡＣは量子井戸構造を有する場合に限定されない。活性層ＡＣは単一の活性層であってもよい。
【００４８】
また、本実施例においては、発光機能層（発光層）１３とｐ型半導体層１５との間に電子ブロック層１４を形成する場合について説明した。しかし、電子ブロック層１４は必ずしも設けられる必要はない。例えば、発光機能層１３上にｐ型半導体層１５が形成されていてもよい。なお、電子ブロック層１４は、ｎ型半導体層１２、発光機能層１３及びｐ型半導体層１５よりも大きなバンドギャップを有している。従って、電子が発光機能層１３を越えてｐ型半導体層１５側にオーバーフローすることを抑制することが可能となる。従って、大電流駆動時及び高温動作時においては電子ブロック層１４を設けることが好ましい。
【実施例２】
【００４９】
図４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。半導体発光素子３０は、発光機能層（発光層）３３の構造を除いては、半導体発光素子１０と同様の構成を有している。図４に示すように、本実施例においては、発光機能層３３は、２層構造のベース層ＢＬ１と、多重量子井戸構造の活性層ＡＣ１とを有する。
【００５０】
まず、ベース層ＢＬ１は、第１及び第２の副ベース層ＢＬＡ及びＢＬＢが積層された構造を有する。ベース層ＢＬ１は、ｎ型半導体層１２上に形成された第１の副ベース層ＢＬＡと第１の副ベース層ＢＬＡ上に形成された第２の副ベース層ＢＬＢとを有する。本実施例においては、バッファ層ＢＵは第２の副ベース層ＢＬＢ上に形成されている。例えば、第１の副ベース層ＢＬＡはＡｌＧａＮの組成を有し、第２の副ベース層ＢＬＢはＡｌＮの組成を有する。
【００５１】
本実施例のように、ベース層ＢＬ１を２層構造で形成することで、ベース層ＢＬ１におけるベースセグメントＢＳのサイズの安定した調整を行うことができる。例えば、第１の副ベース層ＢＬＡがｎ型半導体層１２よりも小さな格子定数を有し、第２の副ベース層ＢＬＢが第１の副ベース層ＢＬＡよりも小さな格子定数を有する。ｎ型半導体層１２と第２の副ベース層ＢＬＢとの間にその中間の格子定数を有する第１の副ベース層ＢＬＡを設けることで、結晶性の悪化が抑制され、ベース層ＢＬ１におけるベースセグメントＢＳのサイズが大きくなる。
【００５２】
本実施例のように、バッファ層ＢＵのみならず、ベース層ＢＬ１によっても、ベースセグメントＢＳの形状、すなわち活性層ＡＣ１に与える応力歪の程度（すなわち発光スペクトル）を調節することができる。
【００５３】
また、本実施例においては、活性層ＡＣ１が２つの量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡを有する。活性層ＡＣ１は、バッファ層ＢＵ上に２つの量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡが交互に積層された構造を有する。
【００５４】
実施例１においては、活性層ＡＣが単一の量子井戸構造を有する場合について説明した。一方、本実施例においては、活性層ＡＣ１は多重量子井戸構造を有する。換言すれば、実施例１及び２に示すように、活性層ＡＣ（ＡＣ１）は、量子井戸構造を有する場合、バッファ層ＢＵ（ＢＵ１）上に形成された少なくとも１つの量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＡを有していればよい。
【００５５】
なお、発光層１３及び３３は、複数回積層された構造を有していてもよい。例えば、発光機能層として、複数の発光層１３又は３３が積層された構造を有していてもい。この場合、各発光層１３又は３３の最上層（例えば障壁層ＢＡ）がその上に積層されるベース層ＢＬ（又はＢＬ１）に応力歪を与える組成を有していればよい。
【実施例３】
【００５６】
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。半導体発光素子５０は、発光機能層５３の構造を除いては、半導体発光素子１０と同様の構成を有している。本実施例においては、発光機能層５３は、ｎ型半導体層１２と発光層（第１の発光層）１３との間に、量子井戸層ＷＢ及び障壁層ＢＢからなる量子井戸構造の発光層（第２の発光層）５３Ａを有する。
【００５７】
本実施例においては、実施例１における発光層１３のｎ型半導体層１２側に、第２の発光層として発光層５３Ａが設けられている。図５に示すように、発光層５３Ａは、２つの量子井戸層ＷＢと３つの障壁層ＢＢが交互に積層された構造を有する。量子井戸層ＷＢは、例えば、ＩｎＧａＮの組成を有する。また、障壁層ＢＢは、例えば、ＧａＮの組成を有する。量子井戸層ＷＡ及び障壁層ＢＢは、その各々が一様に平坦な層構造を有する。発光層１３のベース層ＢＬは、発光層５３Ａの障壁層ＢＢ上に形成されている。
【００５８】
発光層５３Ａは、発光層１３よりも短波長側に発光スペクトルのピークを有する。半導体発光素子５０は、発光層１３からの長波長側の発光スペクトルに発光層５３Ａからの短波長側の発光スペクトルが付加されたスペクトル特性を示す。本実施例は、短波長側の発光強度を得たい場合に有効な構成である。
【００５９】
図６は、半導体発光素子５０及びその比較例に係る発光素子からの発光スペクトルを示す図である。なお、半導体発光素子５０からの発光スペクトルを評価するために、バッファ層ＢＵを有しないことを除いては半導体発光素子５０と同様の構成を有する半導体発光素子を作製し、発光スペクトルを計測した。図６に示すように、実施例３及び比較例においては、共に２つの発光スペクトルのピークが存在することがわかる。このうちの短波長側（約４５０ｎｍ付近）のピークは、発光層５３Ａからの放出光によるものである。
【００６０】
実施例３の発光素子５０における長波長側（約５３０ｎｍ付近）のピークは、発光層１３からの放出光によるものであり、比較例における長波長側（約５４０ｎｍ付近）のピークも同様である。図６に示すように、発光層１３がバッファ層ＢＵを有することで、発光強度が向上していることがわかる。一方で、バッファ層ＢＵを有さない場合に比べても、発光スペクトルの帯域は狭くなっていない。これは、バッファ層ＢＵがベースセグメントＢＳの形状を残存（維持）して形成されていることに起因する。従って、演色性を犠牲にすることなく発光強度を向上させることができる。なお、本実施例においては、発光素子５０からの発光スペクトルにおける半値幅は約４５ｎｍであった。
【００６１】
なお、実施例１、実施例２及び実施例３は、互いに組み合わせることが可能である。例えば、発光層１３、発光層３３及び発光層５３Ａからなる発光機能層を形成することができる。
【００６２】
本実施例及びその変形例においては、発光層（第１の発光層）１３は、ｎ型半導体層１２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ＢＳを有するベース層ＢＬと、ベースセグメントＢＳのセグメント形状を残存しつつベース層ＢＬ上に形成されたバッファ層ＢＵと、バッファ層ＢＵ上に形成された活性層ＡＣとを含む。従って、可視域の広範囲に亘って高い発光強度を有する光を放出することが可能な半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００６３】
なお、本実施例においては、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型であってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
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、１３Ａ、３３、５３Ａ  発光機能層（発光層）
ＢＬ  ベース層
ＷＡ、ＷＢ  量子井戸層
ＢＡ、ＢＢ  障壁層
１５  ｐ型半導体層（第２の半導体層）
ＢＳ  ベースセグメント
【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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