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WO2018012585A1 - 発光ダイオードおよび発光装置 - Google Patents

発光ダイオードおよび発光装置 Download PDF

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Publication number
WO2018012585A1
WO2018012585A1 PCT/JP2017/025534 JP2017025534W WO2018012585A1 WO 2018012585 A1 WO2018012585 A1 WO 2018012585A1 JP 2017025534 W JP2017025534 W JP 2017025534W WO 2018012585 A1 WO2018012585 A1 WO 2018012585A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
quantum well
light emitting
light
nitride semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/025534
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
麻祐子 渡部
修 川崎
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
Publication of WO2018012585A1 publication Critical patent/WO2018012585A1/ja

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Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a light-emitting diode and a light-emitting device. This application claims priority on July 13, 2016 based on Japanese Patent Application No. 2016-138783 for which it applied to Japan, and uses the content here.
  • the group III-V compound semiconductor material containing nitrogen (hereinafter referred to as “nitride semiconductor material”) has a band gap energy corresponding to the energy of light having a wavelength in the infrared region to the ultraviolet region.
  • nitride semiconductor material has a band gap energy corresponding to the energy of light having a wavelength in the infrared region to the ultraviolet region.
  • a light-emitting diode made of an AlGaInN-based nitride semiconductor material generates light with a short wavelength such as blue with high efficiency. Therefore, a light emitting device that emits white light can be obtained by combining this light emitting diode and a wavelength converting substance such as a phosphor.
  • (external) quantum efficiency is shown as one index for evaluating the efficiency of the light emitting diode.
  • the (external) quantum efficiency is represented by the number of photons emitted from the light emitting diode relative to the number of electrons injected into the light emitting diode.
  • light emission efficiency is shown as one index for evaluating the efficiency of the light emitting device.
  • the luminous efficiency (unit: lm / W) is represented by the luminous flux (unit: lm) emitted from the light emitting device with respect to the electric power (unit: W) input to the light emitting device.
  • the luminous efficiency of the light emitting device increases as the luminous flux increases and the driving power (electric power) decreases.
  • the luminous flux is a physical quantity that represents the brightness of light emitted from the light emitting device in consideration of the sensitivity (visual sensitivity) of the human eye. Visibility varies depending on the wavelength of light, and becomes maximum at 555 nm, and the luminous flux becomes maximum. That is, in a light emitting device that emits light containing a large amount of light at 555 nm, the luminous flux becomes large. Therefore, in order to increase the luminous flux, for example, it is conceivable to provide a phosphor having a main emission peak at 555 nm in the light emitting device.
  • light emitting devices that emit mainstream white light (pseudo white light) achieve high luminous efficiency by combining a blue light emitting diode and a yellow phosphor in consideration of visibility. Furthermore, the light emission efficiency of the light emitting device can be further increased by using a phosphor with high quantum efficiency.
  • Such a light emitting device is superior in luminous efficiency as compared with a fluorescent lamp, it is used more frequently as a backlight for an illuminating device or a liquid crystal display device in place of the fluorescent lamp.
  • a light emitting device that not only has excellent brightness and luminous efficiency, but also has excellent color reproducibility for lighting devices and excellent color reproducibility for backlights.
  • a light emitting device having an emission spectrum close to sunlight or a light emitting device having an emission spectrum change according to a human circadian rhythm is preferable.
  • a light emitting device having an emission spectrum with a narrow half-value width that overlaps the transmission wavelength band of the color filter is preferable.
  • a conventionally known light emitting device with excellent pseudo white light emission efficiency has a problem of low color rendering.
  • a light emitting device with improved color rendering using a phosphor that emits green light or red light has low visibility and may have lower luminous efficiency than a light emitting device that emits pseudo white light. It was.
  • these phosphors have different optimum excitation wavelengths for each emission color, depending on the type of phosphor, the quantum efficiency of the phosphor may be reduced depending on the type of phosphor, resulting in a light emitting device. In some cases, the luminous efficiency of the film was lowered. Therefore, a light emitting device that can achieve both high luminous efficiency and color rendering suitable for lighting applications has been desired.
  • each phosphor has an optimum wavelength.
  • the technology that can be excited by the is desired.
  • Patent Document 1 discloses a light emitting device including a light emitting diode and a phosphor that emit light having a main light emission peak from the near ultraviolet region to the blue region (300 to 490 nm).
  • the light emitting device of Patent Document 1 includes two or more types of phosphors having different direct transition type emission centers as phosphors.
  • Patent Document 2 discloses a light emitting device including a blue light emitting diode and a phosphor. Around the blue light emitting diode, a phosphor having emission peaks at 490 to 510 nm and 530 to 580 nm (green phosphor), and a phosphor having an emission peak at 610 to 660 nm (red phosphor) are formed on a transparent resin. It is provided in a mixed and dispersed state.
  • the peak intensity of the emission spectrum of the phosphor is A
  • the peak intensity of 490 to 510 nm is B
  • the peak intensity of 530 to 580 nm is B
  • the peak intensity of 610 to 660 nm is C / B.
  • A is 0.8 to 1.2
  • C / A is 0.5 to 1.2.
  • Patent Document 3 discloses a white light source having a light emitting diode and a covering made of a transparent material that at least partially surrounds the light emitting diode.
  • the transparent material includes a conversion material that at least partially converts the wavelength of light emitted from the light emitting diode.
  • the light emitting diode has at least two light emitting regions. These light emitting regions are formed so that the maximum value of the emission spectrum is energetically different and has a wavelength shorter than the maximum value of the emission spectrum of the conversion substance. Further, these light emitting regions are arranged side by side in the main radiation direction of the light emitting diode, and the light energy of the light emission maximum value increases toward the main beam direction.
  • Patent Document 4 discloses a light emitting device including a light emitting diode and at least two types of fluorescent powders coated on the light emitting diode.
  • the light emitting diode includes at least two light emitting layers capable of emitting light of two different wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2.
  • the fluorescent powder absorbs light of one type of light emitted from the light emitting diode and generates light of two different types of wavelengths ⁇ 3 and ⁇ 4.
  • the relationship between these wavelengths is ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ 4, and white light can be obtained by mixing the three wavelengths ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 use only a phosphor that can be excited in a wavelength range of a single emission spectrum, color rendering properties are not always sufficient. Further, for example, when a plurality of phosphors having different emission spectra are contained in order to improve the color rendering, the resulting fluorescence is scattered by the phosphor, resulting in poor transmittance. Moreover, since the scattered fluorescence is reabsorbed by the phosphor, the light emission efficiency tends to decrease.
  • a well layer that emits light having a long wavelength is formed first, and a well layer that generates light having a short wavelength is formed thereon.
  • a method of increasing the In ratio in the nitride semiconductor or increasing the layer thickness is employed.
  • this method tends to deteriorate the crystal quality of the formed well layer.
  • the crystal quality tends to deteriorate and the quantum efficiency of the light-emitting diode tends to decrease.
  • One embodiment of the present invention has been made in view of the above points, and can improve light emission efficiency of a light-emitting device and can realize color rendering properties suitable for illumination applications and color reproducibility suitable for backlight applications.
  • a diode and a light emitting device including the light emitting diode are provided.
  • One embodiment of the present invention is a light-emitting diode including a transparent substrate and a nitride semiconductor multilayer film provided on a surface of the transparent substrate, the nitride semiconductor multilayer film including a first nitride semiconductor layer, Between the first nitride semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer provided on the opposite side of the transparent substrate, the first nitride semiconductor layer, and the second nitride semiconductor layer with respect to the first nitride semiconductor layer
  • the transparent substrate has a convex portion on the surface facing the first nitride semiconductor layer, and the light emitting layer is sequentially from the first nitride semiconductor layer side, A plurality of quantum well layers from the first quantum well layer to the Nth quantum well layer (N ⁇ 2) are provided, and the plurality of quantum well layers emit two or more types of light having different main emission peak wavelengths 2.
  • Quantum having more than one kind of quantum well layer and having the longest main emission peak of two or more kinds of quantum well layers Toso, in the light emitting layer, to provide a light emitting diode that is located from the first nitride semiconductor layer side to the second and subsequent layers.
  • the light-emitting layer has a depression extending from the first nitride semiconductor layer to the second nitride semiconductor layer, and the depression is formed from the first quantum well layer to the Nth.
  • the quantum well layer may be provided over the quantum well layer, and the inside of the recess may be configured such that the quantum well layer is thinner than the outside of the recess.
  • the quantum well layer having the shortest wavelength main emission peak among the two or more types of quantum well layers may have a main emission peak in the range of 370 nm to 480 nm.
  • a structure having a main emission peak in the range of 430 nm to 550 nm may be used except for the quantum well layer having the shortest wavelength main emission peak among the two or more types of quantum well layers.
  • One embodiment of the present invention includes the light-emitting diode described above and a wavelength conversion material provided on an optical path of light emitted from the light-emitting diode, and the wavelength conversion material includes a plurality of lights emitted from the light-emitting layer.
  • a light emitting device that absorbs at least one kind of light and emits light having a wavelength different from that of light emitted from a light emitting layer.
  • the wavelength conversion material includes a first wavelength conversion material and a second wavelength conversion material, and the first wavelength conversion material absorbs light emitted from the quantum well layer. Then, light having a wavelength different from that emitted from the quantum well layer is emitted, and the second wavelength converting material is light emitted from the quantum well layer having a main emission peak having a wavelength longer than that of the quantum well layer. It is good also as a structure which injects light and inject
  • a light emitting diode capable of improving the light emission efficiency of a light emitting device and realizing color rendering properties suitable for illumination applications and color reproducibility suitable for backlight applications, and the light emitting diodes are provided.
  • a light emitting device is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a light emitting diode 101 of the present embodiment.
  • the light emitting diode 101 includes a transparent substrate 3 and a nitride semiconductor multilayer film provided on the surface of the transparent substrate 3.
  • the light emitting diode 101 includes the substrate portion 7, the n-type nitride semiconductor layer 13, and the p-type nitride semiconductor layer 27.
  • the first nitride semiconductor layer in the claims is described as an n-type nitride semiconductor layer
  • the second nitride semiconductor layer is described as a p-type nitride semiconductor layer.
  • a functional layer 20 is provided between the n-type nitride semiconductor layer 13 and the p-type nitride semiconductor layer 27.
  • the substrate portion 7, the n-type nitride semiconductor layer 13, the functional layer 20, and the p-type nitride semiconductor layer 27 are stacked in this order in the + Z direction (height direction) in FIG.
  • a configuration in which the n-type nitride semiconductor layer 13, the functional layer 20, and the p-type nitride semiconductor layer 27 are combined is a nitride semiconductor multilayer film.
  • the substrate portion 7 and the n-type nitride semiconductor layer 13 are provided to have the same width, and the functional layer 20 has an area larger than that of the n-type nitride semiconductor layer 13. It is provided to be narrow.
  • the p-type nitride semiconductor layer 27 is provided so as to have the same area as the functional layer 20. That is, a part of the upper surface (surface on the functional layer 20 side) of the n-type nitride semiconductor layer 13 is exposed.
  • a p-side electrode 33 is provided on the surface of the p-type nitride semiconductor layer 27 via the transparent electrode 31.
  • an n-side electrode 29 is provided on the exposed portion of the n-type nitride semiconductor layer 13.
  • n-type nitride semiconductor layer 13 the functional layer 20, the p-type nitride semiconductor layer 27, the upper surface and / or the side surfaces of the transparent electrode 31, except for the exposed surfaces of the p-side electrode 33 and n-side electrode 29.
  • a transparent protective film 35 is provided.
  • the substrate unit 7 includes a transparent substrate 3 and a base layer 5.
  • a buffer layer 4 is provided between the transparent substrate 3 and the base layer 5.
  • the transparent substrate 3, the buffer layer 4, and the base layer 5 are laminated in this order in the + Z direction (height direction) in FIG.
  • the n-type nitride semiconductor layer 13 includes a first n-type nitride semiconductor layer 9 and a second n-type nitride semiconductor layer 11.
  • the first n-type nitride semiconductor layer 9 and the second n-type nitride semiconductor layer 11 are stacked in this order in the + Z direction (height direction) in FIG.
  • the functional layer 20 includes a V pit generation layer 14, a superlattice layer 15, a light emitting layer 17, and an undoped layer 19.
  • the V pit generation layer 14, the superlattice layer 15, the light emitting layer 17, and the undoped layer 19 are laminated in this order in the + Z direction (height direction) in FIG.
  • the p-type nitride semiconductor layer 27 includes a first p-type nitride semiconductor layer 21, a second p-type nitride semiconductor layer 23, and a third p-type nitride semiconductor layer 25.
  • the first p-type nitride semiconductor layer 21, the second p-type nitride semiconductor layer 23, and the third p-type nitride semiconductor layer 25 are illustrated in this order. 1 are stacked in the + Z direction (height direction).
  • the configuration of the light emitting diode 101 will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 1, the n-type dopant and the p-type dopant are omitted.
  • the substrate portion 7 is provided at the lowermost portion of the light emitting diode 101.
  • the substrate unit 7 includes a transparent substrate 3, a buffer layer 4, and a base layer 5.
  • the transparent substrate 3 shown in FIG. 1 has a function of transmitting light emitted from the light emitting layer 17 described later. Therefore, it is preferable that the transparent substrate 3 is transparent to light having a wavelength from the visible region to the ultraviolet region.
  • the transparent substrate 3 include an insulating substrate such as a sapphire substrate and a conductive substrate such as a GaN substrate, SiC substrate, or ZnO substrate.
  • the thickness of the transparent substrate 3 is preferably 60 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less. If the thickness of the transparent substrate 3 is smaller than 60 ⁇ m, it is difficult to handle at the manufacturing stage and the yield tends to be poor. On the other hand, when the thickness of the transparent substrate 3 is larger than 300 ⁇ m, processing such as cutting is difficult, and the yield tends to deteriorate.
  • the transparent substrate 3 preferably has a convex portion 3 a on the surface facing the n-type nitride semiconductor layer 13.
  • the transparent substrate 3 having a low refractive index from the n-type nitride semiconductor layer 13 having a high refractive index
  • at least part of the light is projected to the n-type nitride semiconductor layer 13 and the transparent substrate 3.
  • It has a function to suppress reflection at the interface.
  • since a part of the short wavelength light is absorbed by the light emitting layer 17, in order to improve the quantum efficiency and color rendering of the light emitting diode 101, it is preferable to reduce the reflection of the short wavelength light as much as possible. Therefore, light can be efficiently extracted from the end face of the transparent substrate 3 by the convex portions 3a, and quantum efficiency and color rendering can be improved.
  • the buffer layer 4 shown in FIG. 1 functions to suppress dislocation caused by the convex portions 3a when a plurality of layers having different lattice constants are formed on the transparent substrate 3.
  • the light emitting layer 17 is composed of layers that emit two or more types of light having different emission wavelength regions, dislocations are likely to occur, but by having the buffer layer 4, the dislocation of the light emitting layer 17 can be suppressed, Good quality crystals can be obtained.
  • AlN crystal or AlON crystals more preferably AlN crystal or AlON crystals, AlON Crystals are more preferred.
  • oxygen atoms for example, when the buffer layer 4 is formed by sputtering, the normal direction of the growth surface of the transparent substrate 3 Since the AlON crystal grows toward the surface, and the buffer layer 4 is obtained as an aggregate of columnar crystals having substantially the same crystal grain size, it is particularly preferable.
  • the thickness of the buffer layer 4 is preferably 5 nm to 100 nm, and more preferably 10 nm to 50 nm.
  • the underlayer 5 shown in FIG. 1 has a function of flattening the surface facing the lower surface of the n-type nitride semiconductor layer 13 and a function of reducing the dislocation density of the surface facing the lower surface of the n-type nitride semiconductor layer 13. Have.
  • the underlayer 5 has a function of suppressing threading dislocations.
  • the underlayer 5 preferably has a three-layer structure. That is, it is preferable that the first underlayer, the second underlayer, and the third underlayer are stacked in this order in the + Z direction in FIG. 1 on the upper surface of the buffer layer 4 (not shown).
  • the mechanism in which the three-layer structure of the underlayer 5 suppresses the through potential will be described in detail.
  • the second underlayer When forming the second underlayer on the upper surface of the first underlayer, if the temperature of the transparent substrate 3 is lowered, the second underlayer grows in a three-dimensional direction and a facet surface is formed (illustrated). None). Further, when the temperature of the transparent substrate 3 is increased when forming the third underlayer on the upper surface of the second underlayer, the third underlayer grows in the lateral direction, and the upper surface of the third underlayer is increased. That is, the upper surface of the underlayer 5 becomes flat.
  • the dislocations are bent at the facet surface formed in the second underlayer, so that threading dislocations can be suppressed.
  • the three-layer structure of the underlayer 5 can suppress the penetration potential, but when the first to third underlayers are formed by the above-described method, the first to third underlayers are n It is preferred that no type dopant is included.
  • the underlayer 5 can be obtained as a layer having a narrow X-ray half width and a uniform crystal axis when used in combination with the buffer layer 4 described above.
  • the thickness of the underlayer 5 is preferably 1 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less.
  • the n-type nitride semiconductor layer 13 is provided above the substrate portion 7.
  • the n-type nitride semiconductor layer 13 has a function of injecting electrons into the light emitting layer 17.
  • a crystal is preferable, and a crystal in which Al a2 Ga 1-a2 N (0 ⁇ a2 ⁇ 1) is doped with an n-type dopant is more preferable, and Al a2 Ga 1-a2 N (0 ⁇ a2 ⁇ 0.5) is n-type.
  • a crystal doped with a dopant is more preferred, and a crystal obtained by doping Al a2 Ga 1-a2 N (0 ⁇ a2 ⁇ 0.1) with an n-type dopant is particularly preferred.
  • n-type dopant for example, silicon, phosphorus, arsenic, antimony, or the like is preferable, and silicon is more preferable.
  • the n-type dopant concentration in the n-type nitride semiconductor layer 13 may vary, and is preferably 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less on average. When the n-type dopant concentration is 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more, the resistance is maintained and an increase in driving voltage is suppressed.
  • the n-type dopant concentration is 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less, the surface of the n-type nitride semiconductor layer 13 becomes flat, and the light emission provided on the n-type nitride semiconductor layer 13 Since the surface of the layer 17 is also flat, a decrease in quantum efficiency of the light emitting diode 101 is suppressed.
  • the n-type dopant concentration in part of the n-type nitride semiconductor layer 13 may be lower than 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 , and may be higher than 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 in other parts.
  • the average value of the n-type dopant concentration is preferably 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less.
  • the thickness of the n-type nitride semiconductor layer 13 is preferably, for example, not less than 0.5 ⁇ m and not more than 10 ⁇ m. High resistance can be suppressed when the thickness of the n-type nitride semiconductor layer 13 is 0.5 ⁇ m or more. Moreover, when the thickness of the n-type nitride semiconductor layer 13 is 10 ⁇ m or less, the warp of the light emitting diode 101 tends to be suppressed and the yield tends to be improved.
  • the n-type nitride semiconductor layer 13 may be a single layer, or may have a plurality of layers having different thicknesses, n-type dopant concentrations, or both.
  • an n-type nitride semiconductor layer 13 includes a first n-type nitride semiconductor layer 9 and a second n-type nitride semiconductor layer 11 stacked in this order in the + Z direction (height direction) in FIG. Has a structured.
  • the second n-type nitride semiconductor layer 11 can suppress electrostatic breakdown of the light-emitting diode 101 when the n-type dopant is more doped than the first n-type nitride semiconductor layer 9. Therefore, it is preferable.
  • the functional layer 20 is provided between an n-type nitride semiconductor layer 13 and a p-type nitride semiconductor layer 27.
  • the functional layer 20 includes a V pit generation layer 14, a superlattice layer 15, a light emitting layer 17, and an undoped layer 19.
  • V pit generation layer The V pit generation layer 14 shown in FIG. 1 is for forming V pits 18 in the light emitting layer 17 using dislocations together with a superlattice layer 15 described later.
  • the function and generation conditions (growth temperature, carrier gas) of the V pit 18 will be described in detail later.
  • the thickness of the V pit generation layer 14 is preferably 10 nm or more and 300 nm or less.
  • the V pit 18 having a desired size can be formed in the light emitting layer 17.
  • the thickness of the V pit generation layer 14 is 300 nm or less, it is possible to suppress a decrease in the growth rate of the V pit 18, a prolonged growth time, and an increase in manufacturing cost.
  • the V pit generation layer 14 is distinguishable from other adjacent layers. However, as long as the function of the V pit generation layer 14 is not impaired, the V pit generation layer 14 may be indistinguishable from other adjacent layers in a later step.
  • the superlattice layer 15 shown in FIG. 1 functions as a buffer layer for relaxing crystal defects caused by the difference in lattice constant. Since the base layer 5 and the n-type nitride semiconductor layer 13 described above have greatly different lattice constants from the light-emitting layer 17 described later, crystal defects are introduced when the light-emitting layer 17 is formed on the surface of the n-type nitride semiconductor layer 13. Easy to be. Therefore, the introduction of crystal defects is suppressed by providing the superlattice layer 15 on the lower surface of the light emitting layer 17. Note that “superlattice” included in the name “superlattice layer” means a crystal lattice in which a plurality of layers having different crystal lattices are overlapped to make the periodic structure longer than the basic unit lattice.
  • the thickness of the superlattice layer 15 is preferably 30 nm or more and 500 nm or less.
  • V pits 18 having a desired size and surface density can be formed.
  • the V pit 18 does not become too large. Therefore, the light emitting layer 17 tends to be flat, and the light emitted from the light emitting diode 101 increases.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an energy band of the light emitting diode of the present embodiment.
  • the superlattice layer 15 is a stacked body in which the first superlattice layer 15A and the second superlattice layer 15B are alternately provided, and the periodic structure thereof is the first superlattice layer. It is longer than the basic unit cell of 15A and the basic unit cell of the second superlattice layer 15B.
  • a crystal obtained by doping GaN with an n-type dopant is more preferable.
  • the first superlattice layer 15 ⁇ / b> A is doped with a higher concentration of n-type dopant than the n-type nitride semiconductor layer 13 at a temperature lower than the growth temperature of the n-type nitride semiconductor layer 13.
  • the n-type dopant concentration in the first superlattice layer 15A is preferably 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less.
  • the thickness of the first superlattice layer 15A is preferably not less than 0.5 nm and not more than 50 nm, for example. Since the thickness of the first superlattice layer 15A is 0.5 nm or more, the thickness is equal to or greater than the thickness of one atomic layer of the first superlattice layer 15A. Therefore, the first superlattice layer having a uniform thickness is used. 15A can be formed. Therefore, the crystal quality of the light emitting layer 17 can be improved, and the quantum efficiency of the light emitting diode 101 can be increased. Further, when the thickness of the first superlattice layer 15A is 50 nm or less, the first superlattice layer 15A tends to be flat. Therefore, the crystal quality of the light emitting layer 17 can be improved, and the quantum efficiency of the light emitting diode 101 can be increased.
  • the second superlattice layer 15B preferably has a larger band gap energy than the first superlattice layer 15A.
  • the second superlattice layer 15B may contain an n-type dopant in the above-described crystal.
  • the thickness of the second superlattice layer 15B is preferably not less than 0.5 nm and not more than 50 nm, for example. Since the thickness of the second superlattice layer 15B is 0.5 nm or more, the thickness is equal to or greater than the thickness of one atomic layer of the second superlattice layer 15B. Therefore, the second superlattice layer having a uniform thickness is used. 15B can be formed. Therefore, the crystal quality of the light emitting layer 17 can be improved, and the quantum efficiency of the light emitting diode 101 can be increased. Since the time required for the growth of the second superlattice layer 15B is not too long because the thickness of the second superlattice layer 15B is 50 nm or less, the productivity of the light emitting diode 101 can be maintained.
  • the total thickness of one first superlattice layer 15A and one second superlattice layer 15B is preferably, for example, 1 nm or more and 60 nm or less. It is preferable to determine the number of layers of the first superlattice layer 15A and the second superlattice layer 15B so that the thickness of the superlattice layer 15 satisfies the above range.
  • the superlattice layer 15 may include a semiconductor layer different from the first superlattice layer 15A and the second superlattice layer 15B.
  • the light emitting layer 17 shown in FIG. 1 has a function of emitting light having a plurality of wavelengths having different main emission peak wavelengths.
  • the light emitting layer 17 has a plurality of quantum well layers 1 and a plurality of barrier layers 2.
  • the light emitting layer 17 is a stacked body in which the quantum well layers 1 and the barrier layers 2 are alternately provided, and one quantum well layer 1 is provided between the two barrier layers 2. .
  • Such a structure is called a multiple quantum well structure.
  • the barrier layer 2 is provided on the surface in contact with the upper surface of the superlattice layer 15 and the surface in contact with the upper surface of the undoped layer 19. In other words, the barrier layer 2 is provided on the uppermost surface and the lowermost surface of the light emitting layer 17.
  • the light emitting layer 17 includes a plurality of quantum well layers 1 from the first quantum well layer to the Nth quantum well layer (N ⁇ 2) in order from the n-type nitride semiconductor layer 13 side. Further, the plurality of quantum well layers 1 have two or more types of quantum well layers that emit two or more types of light having different main emission peak wavelengths. Among the two or more types of quantum well layers, the quantum well layer having the longest wavelength main emission peak is located in the second and subsequent layers from the n-type nitride semiconductor layer 13 side in the light emitting layer 17.
  • the quantum well layer having the longest wavelength main emission peak is expressed as a quantum well layer 1B
  • the Nth quantum well layer from the first quantum well layer excluding the quantum well layer is expressed as a quantum well layer 1A.
  • the term “a plurality of quantum well layers 1” represents both the quantum well layer 1A and the quantum well layer 1B.
  • the stacked body in which the quantum well layers 1A and adjacent barrier layers 2A (described later) are alternately provided is caused by a difference in lattice constant as compared with the superlattice layer 15 described above with respect to the quantum well layer 1B. It functions as a buffer layer for alleviating crystal defects. Therefore, the crystal quality of the quantum well layer 1B can be improved and the emission intensity can be improved.
  • the injected electrons and holes are recombined, and light corresponding to the band gap is emitted.
  • the quantum well layer having the main emission peak with the shortest wavelength has the main emission peak in the range of 370 nm to 480 nm.
  • the main emission peak is in the range of 430 nm to 550 nm.
  • the light emitting diode 101 can emit two or more types of light having different main emission peak wavelengths.
  • the light emitting diode 101 when applied to a light emitting device, it can be excited with an excitation wavelength suitable for a plurality of wavelength converting substances (described later), and as a result, the color reproducibility of the light emitting device can be improved.
  • the thickness of the quantum well layer 1 is preferably 2 nm or more and 15 nm or less, for example.
  • the thickness of the quantum well layer 1 is within the above-described range, not only the quantum efficiency of the light-emitting diode 101 can be improved, but also an increase in driving voltage can be suppressed.
  • the thickness and composition of the quantum well layer 1 are determined in accordance with a desired emission wavelength.
  • the thicknesses of the quantum well layers 1A may be the same or different from each other.
  • the thicknesses of the quantum well layers 1B may be the same or different.
  • the number of quantum well layers 1 is, for example, preferably 2 or more, and more preferably 4 or more.
  • the number of quantum well layers 1B is preferably smaller than the number of quantum well layers 1A. Since the number of layers of the quantum well layer 1B is smaller than the number of layers of the quantum well layer 1A, the crystal quality of the layer provided on the quantum well layer 1B is improved, so that the quantum efficiency of the light emitting diode 101 is improved and driven. There is a tendency to suppress an increase in voltage.
  • the quantum well layer 1B is formed on at least one quantum well layer 1A. Since the quantum well layer 1A is thinner than the quantum well layer 1B and the In concentration contained in the crystal is low, it is easy to obtain a high-quality crystal. Therefore, by forming the quantum well layer 1B on the quantum well layer 1A, the crystal quality of the quantum well layer 1B can be improved, and a decrease in emission intensity can be suppressed.
  • the barrier layer 2 has a function of confining injected electrons and holes in the quantum well layer 1 described above.
  • the barrier layer adjacent to the quantum well layer 1A is referred to as “barrier layer 2A”, and the layers other than the barrier layer 2A are referred to as barrier layers 2B. That is, the barrier layer 2 includes a barrier layer 2A and a barrier layer 2B. When simply referred to as the barrier layer 2, it refers to both the barrier layer 2A and the barrier layer 2B.
  • the barrier layer 2 Al y Ga z In ( 1-yz) N (0 ⁇ y ⁇ 1,0 ⁇ z ⁇ 1) crystal are preferred.
  • the barrier layer 2 may be doped with an n-type dopant or a p-type dopant as long as it has a larger band gap energy than the quantum well layer 1.
  • the thickness of the barrier layer 2 is, for example, preferably from 1.5 nm to 50 nm, and more preferably from 1.5 nm to 20 nm.
  • the thickness of the barrier layer is 1.5 nm or more, the barrier layer 2 tends to be a flat and high-quality crystal, and the quantum efficiency of the light-emitting diode 101 tends to be improved.
  • the thickness of the barrier layer 2 is 50 nm or less, carriers injected into the light emitting layer 17 are diffused in the light emitting layer 17, so that not only the quantum efficiency of the light emitting diode 101 is improved, but also the driving voltage. Can be suppressed.
  • the thickness of the barrier layer 2 may be the same or different.
  • V pit The light emitting layer 17 shown in FIG. 1 preferably has a recess (hereinafter referred to as “V pit”) 18 extending in the direction from the n-type nitride semiconductor layer 13 to the p-type nitride semiconductor layer 27.
  • V pit a recess
  • 4A to 4C are schematic first to third sectional views showing the function of the V pit 18. As shown in FIG. 4A, the quantum well layer 1 and the barrier layer 2 are bent at the position of the V pit 18, and the quantum well layer 1 and the barrier layer 2 are laminated inside the V pit 18 thinner than the outside of the V pit 18. Has been.
  • the inside of the V pit 18 in which the quantum well layer 1 and the barrier layer 2 are thinly stacked is referred to as a region I
  • the outside of the V pit 18 in which the quantum well layer 1 and the barrier layer 2 are stacked thicker than the region I is referred to as a region II.
  • the “outside” of the V pit 18 refers to a peripheral portion of the V pit 18 in which the quantum well layer 1 and the barrier layer 2 are stacked substantially in parallel with other adjacent layers.
  • the “inside” of the V pit 18 refers to a portion that is lower than the peripheral portion of the V pit 18 described above.
  • V pit 18 Since electrons have a small effective mass and a high mobility, electrons can easily move between the layers constituting the quantum well layer 1 in the region I and the region II. On the other hand, since the hole has a large effective mass and low mobility, the region II can move only to the vicinity of the quantum well layer 1B on the p-type nitride semiconductor layer 27 side, and the quantum on the n-type nitride semiconductor layer 13 side. In some cases, sufficient light emission cannot be obtained from the well layer 1A.
  • the influence of the difference in driving current density of the light emitting diode 101 on the light emission characteristics can be suppressed.
  • the drive current density of the light emitting diode 101 is set between 5 A / cm 2 and 50 A / cm 2 and the emission spectrum is measured, the maximum value and the minimum of the main emission peaks of a plurality of lights emitted from the light emitting layer 17 are measured.
  • the value ratio can be kept within 10%.
  • the size of the V pit 18 varies depending on the thickness of the light emitting layer 17. For example, as shown in FIG. 4C, when the V pit 18 is not formed in a part of the layer constituting the quantum well layer 1, holes are not easily injected into the layer, and the emission intensity tends to decrease. . Therefore, the V pit 18 is preferably provided from the first quantum well layer constituting the quantum well layer 1 to the Nth quantum well layer.
  • the V pit 18 having a desired size can be formed by changing the growth conditions, thickness, and composition of the superlattice layer 15 described above.
  • the growth temperature of the superlattice layer 15 is preferably lower than the growth temperature of the underlayer 5 by 100 ° C. or more.
  • nitrogen is preferably used as a carrier gas (a gas that is a raw material carrying gas and does not become a constituent element of a nitride semiconductor).
  • the size of the V pit 18 can be changed by changing the ratio of the thicknesses of the first superlattice layer 15A and the second superlattice layer 15B.
  • the V pit 18 is filled with a p-type nitride semiconductor layer 27 described later.
  • a p-type nitride semiconductor layer 27 described later.
  • the threading dislocation hardly propagates to a layer above the V pit 18 (layer formed in the + Z direction in FIG. 1). Therefore, the penetration potential exposed to the surface of the p-type nitride semiconductor layer 27 that finally forms the electrode can be reduced, and the reliability of the light emitting diode 101 can be improved.
  • the undoped layer 19 shown in FIG. 1 is provided between the light emitting layer 17 and the p-type nitride semiconductor layer 27. Specifically, as shown in FIG. 3, the barrier layer 2 ⁇ / b> B and the p-type nitride semiconductor layer 27 are provided in contact with each other.
  • the undoped layer 19 has a function of suppressing the overflow of injected electrons and suppressing the diffusion of the p-type dopant to improve the temperature characteristics of the light emitting diode 101. Therefore, the undoped layer 19 has a larger band gap energy than the adjacent barrier layer 2B.
  • the ratio of Al contained in the undoped layer 19 is in the above-described range, both the effect of suppressing the diffusion of the p-type dopant and the effect of suppressing the increase in drive voltage can be obtained.
  • the undoped layer 19 means a layer not intentionally doped with an n-type dopant and a p-type dopant, but an n-type dopant or a p-type dopant is unintentionally contained in the undoped layer 19 by diffusion. Also good.
  • the thickness of the undoped layer 19 is limited by the p-type dopant concentration in the p-type nitride semiconductor layer 27 provided on the upper surface of the undoped layer 19, and is preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 2 nm or more and 30 nm or less.
  • the thickness of the undoped layer 19 is 1 nm or more, the diffusion distance of the p-type dopant is shortened and diffusion can be suppressed, so that the temperature characteristics of the light emitting diode 101 can be improved. Therefore, it is possible to suppress the influence of the temperature increase in the vicinity of the light emitting layer 17 on the light emission characteristics of the light emitting diode 101.
  • the decrease in peak intensity with respect to a plurality of lights emitted from the light emitting layer 17 can be suppressed to within 10%.
  • the thickness of the undoped layer 19 is 50 nm or less, an increase in the driving voltage of the light emitting diode 101 can be suppressed.
  • the p-type nitride semiconductor layer 27 is provided on the side opposite to the substrate portion 7 with respect to the n-type nitride semiconductor layer 13.
  • the p-type nitride semiconductor layer 27 has a function of injecting holes into the light emitting layer 17.
  • a crystal in which Al x Ga y In z N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 1, x + y + z 1) is doped with a p-type dopant.
  • a crystal in which Al x Ga 1-x N (0 ⁇ x ⁇ 0.4) is doped with a p-type dopant is more preferable.
  • the p-type dopant for example, magnesium is preferable.
  • the p-type dopant concentration in the p-type nitride semiconductor layer 27 is preferably 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less.
  • the p-type dopant is magnesium, the growth rate of the slope of the V pit 18 described above can be increased, and the V pit 18 can be easily embedded.
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer 27 is preferably 30 nm or more. When the thickness of the p-type nitride semiconductor layer 27 is 30 nm or more, the V pit 18 described above can be embedded, and the surface of the p-type nitride semiconductor layer 27 can be flattened.
  • the p-type nitride semiconductor layer 27 preferably has a three-layer structure in which at least one of thickness, p-type dopant concentration and composition in the p-type nitride semiconductor layer 27 is different. That is, the p-type semiconductor layer includes the first p-type nitride semiconductor layer 21, the second p-type nitride semiconductor layer 23, and the third p-type nitride semiconductor layer 25 in this order in the + Z direction (high It is preferable that the structure is stacked in the vertical direction.
  • first p-type nitride semiconductor layer 21, the second p-type nitride semiconductor layer 23, and the third p-type nitride semiconductor layer 25 of this embodiment will be described with specific examples.
  • the first p-type nitride semiconductor layer 21 is preferably a crystal in which the material used for the p-type nitride semiconductor layer 27 described above is doped with a p-type dopant, and Al a5 Ga 1-a5 N (0 ⁇ a5 ⁇ 0.4, more preferably 0.1 ⁇ a5 ⁇ 0.3), a crystal doped with a p-type dopant is more preferable. At this time, it is preferable that 8 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less of magnesium is contained in the first p-type nitride semiconductor layer 21 as a p-type dopant.
  • the thickness of the first p-type nitride semiconductor layer 21 is preferably 3 nm to 200 nm, and preferably 5 nm to 30 nm.
  • the second p-type nitride semiconductor layer 23 provided so as to be in contact with the upper surface of the first p-type nitride semiconductor layer 21 is a p-type material used for the p-type nitride semiconductor layer 27 described above.
  • a crystal doped with a dopant is preferred, and a crystal obtained by doping GaN with a p-type dopant is more preferred.
  • the thickness of the second p-type nitride semiconductor layer 23 is preferably 3 nm or more and 200 nm or less. Since the first p-type nitride semiconductor layer 21 and the second p-type nitride semiconductor layer 23 are configured as described above, the number of holes injected into the light-emitting layer 17 can be increased. The quantum efficiency of 101 can be further increased.
  • the material used for the p-type nitride semiconductor layer 27 described above is p-type.
  • a crystal doped with a dopant is preferred, and a crystal obtained by doping GaN with a p-type dopant is more preferred.
  • magnesium as a p-type dopant is contained in the third p-type nitride semiconductor layer 25 more than the second p-type nitride semiconductor layer 23.
  • the thickness of the third p-type nitride semiconductor layer 25 is preferably 3 nm or more and 200 nm or less. Since the second p-type nitride semiconductor layer 23 and the third p-type nitride semiconductor layer 25 are configured as described above, the third p-type nitride semiconductor layer 25 and the third p-type nitride semiconductor layer 25 The contact resistance with the p-side electrode 33 in contact with the upper surface of the physical semiconductor layer 25 can be suppressed. In addition, the p-type dopant can be prevented from diffusing into the light emitting layer 17.
  • the transparent electrode 31 shown in FIG. 1 is preferably made of, for example, ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide).
  • the thickness of the transparent electrode 31 is preferably 50 nm or more and 500 nm or less.
  • a reflective electrode made of aluminum, silver, or the like may be provided.
  • the n-side electrode 29 and the p-side electrode 33 shown in FIG. 1 preferably have a structure in which a nickel layer, a platinum layer, and a gold layer are laminated in this order in the + Z direction (height direction) in FIG. (Not shown).
  • the thickness of the n-side electrode 29 and the p-side electrode 33 is preferably 300 nm or more and 3000 nm or less.
  • Transparent protective film 35 is preferably made of SiO 2. Moreover, it is preferable that the thickness of the transparent protective film 35 is 50 nm or more and 1000 nm or less.
  • a light emitting diode capable of improving the light emission efficiency of the light emitting device and realizing color rendering properties suitable for illumination applications and color reproducibility suitable for backlight applications.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the light emitting device 100 of the present embodiment.
  • the light emitting device 100 includes a light emitting diode 101 having the above-described configuration, a wavelength conversion material 102 provided on an optical path of light emitted from the light emitting diode, and a medium provided around the light emitting diode 101 and the wavelength conversion material 102. 103.
  • An anode 104 and a cathode 105 are connected to the light emitting diode 101 via gold wires 107, respectively.
  • a ceramic package 106 is provided so as to cover the whole of the light emitting diode 101, the wavelength converting substance 102, the medium 103, and the gold wire 107 and part of the anode 104 and the cathode 105.
  • [Wavelength conversion material] 2 absorbs at least one of a plurality of lights emitted from the light emitting layer 17 of the light emitting diode 101 and has a wavelength different from that of the light emitted from the light emitting layer 17. Can be emitted at least in the light emission direction.
  • the wavelength converting material 102 preferably includes a first wavelength converting material 102A and a second wavelength converting material 102B.
  • the first wavelength conversion material 102A preferably absorbs light emitted from the quantum well layer 1A and emits light having a wavelength different from that of light emitted from the quantum well layer 1A.
  • the second wavelength conversion material 102B preferably absorbs light emitted from the quantum well layer 1B and emits light having a wavelength different from that of light emitted from the quantum well layer 1B.
  • the wavelength conversion substance 102 described above contains a phosphor.
  • the excitation wavelength region of the phosphor may be an ultraviolet region or a visible region.
  • Examples of the phosphor contained in the wavelength conversion material 102 include Sr 2 P 2 O 7 : Sn 4+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ , and SrGa 2 S 4 : Ce.
  • the wavelength conversion substance 102 may contain a single phosphor, or may contain a plurality of phosphors that emit fluorescence having different wavelengths.
  • a light emitting device that has high luminous efficiency and can realize color rendering properties suitable for illumination applications and color reproducibility suitable for backlight applications.
  • a plurality of phosphors may be used as the wavelength conversion substance for the purpose of improving the color rendering properties of the light emitting device.
  • a plurality of phosphors having an emission spectrum with a narrow half-value width may be used in combination in order to improve color reproducibility.
  • the light-emitting diode of the light-emitting device according to the embodiment of the present invention emits light having a plurality of wavelengths. Therefore, in the light emitting device of the embodiment of the present invention, the wavelength at which the phosphor is excited is not limited, and a plurality of phosphors can be freely combined, and the quantum efficiency is excellent. In addition, since the light emitting diode of the embodiment of the present invention can extract light having a wavelength in the visible region, it can be used not only to excite the phosphor but also as one of the elements included in the white light. From the above, the light emitting device according to the embodiment of the present invention not only exhibits color rendering properties suitable for illumination applications and color reproducibility suitable for backlight applications, but also has excellent luminous efficiency.
  • the medium 103 provided in the light emitting device 100 is provided in contact with the light emitting diode 101 is illustrated, but the medium 103 is not in contact with the light emitting diode 101 but provided separately. It may be done.
  • the wavelength conversion substance 102 provided in the light emitting device 100 is provided inside the medium 103. There may be provided apart.
  • the emission spectrum was measured using an integrating sphere and a spectroscope under the condition of a current value of 0.1 mA to 1 A.
  • the intensity (unit: lm) of the total luminous flux was obtained using an integrating sphere, and the luminous efficiency (unit: lm / W) was calculated from the following equation.
  • the input power (unit: W) is a value obtained from the voltage value and current value at the time of measurement.
  • Luminous efficiency (lm / W) total luminous flux intensity (lm) / input power (W)
  • An underlayer 5 was formed on the surface of the buffer layer 4 so as to have a thickness of 3 ⁇ m.
  • a GaN crystal was grown at 1000 ° C. to a thickness of 100 nm, and a first underlayer was formed.
  • the temperature was lowered to 900 ° C., and a GaN crystal was grown in a three-dimensional direction so as to fill the gap between the convex portions, thereby forming a second underlayer.
  • the temperature was raised to 1100 ° C., and a GaN crystal was grown in the lateral direction to form a third underlayer having a flat surface.
  • an n-type GaN crystal having a silicon doping concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 is grown at 1100 ° C. so that the thickness becomes 3.5 ⁇ m, and the n-type nitride semiconductor layer 13 is formed. Formed. Subsequently, the surface of the n-type nitride semiconductor layer 13 was doped with silicon so that the thickness was reduced to 750 ° C. so that the thickness was 60 nm, and the nitrogen concentration in the carrier gas was 50% or more. An n-type GaN crystal was grown to form a V pit generation layer 14.
  • An In 0.02 Ga 0.98 N crystal having a silicon doping concentration of 7 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 was grown on the surface of the V pit generation layer 14 so as to have a thickness of 12 nm, thereby forming the first superlattice layer 15A.
  • a GaN crystal having a silicon doping concentration of 7 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 was grown on the surface of the first superlattice layer 15A so as to have a thickness of 30 nm, thereby forming the second superlattice layer 15B.
  • the first superlattice layer 15A and the second superlattice layer 15B as described above were laminated on the surface of the V pit generation layer 14 for one period for five periods.
  • an InGaN crystal was grown at 770 ° C. so as to have a thickness of 3.3 nm, thereby forming a quantum well layer 1A.
  • a GaN crystal was grown at 870 ° C. so as to have a thickness of 12 nm, thereby forming a barrier layer 2A.
  • Such a quantum well layer 1A and the barrier layer 2A were laminated in a period of seven periods on the surface of the second superlattice layer 15B.
  • an InGaN crystal was grown at 730 ° C. on the surface of the barrier layer 2A so as to have a thickness of 4.1 nm, thereby forming a quantum well layer 1B.
  • a GaN crystal was grown at 870 ° C. so as to have a thickness of 11 nm, the barrier layer 2B was formed, and the light emitting layer 17 was formed.
  • hydrogen was not intentionally used as a carrier gas when forming the light emitting layer 17.
  • hydrogen obtained by decomposing the raw material is excluded because it is considered that it does not affect the formation of the V pit 18.
  • the temperature was raised to 980 ° C. so as to have a thickness of 15 nm, and an AlGaN crystal (however, containing 12% of aluminum in the crystal) was grown to form an undoped layer 19. Subsequently, an AlGaN crystal doped with magnesium (however, containing 20% of aluminum in the crystal) is grown on the surface of the undoped layer 19 by raising the temperature to 1050 ° C. so that the thickness becomes 22 nm. 1 p-type nitride semiconductor layer 21 was formed.
  • a GaN crystal doped with magnesium was grown on the surface of the first p-type nitride semiconductor layer 21 so as to have a thickness of 40 nm, and the second p-type nitride semiconductor layer 23 was formed.
  • a GaN crystal doped with magnesium was grown on the surface of the second p-type nitride semiconductor layer 23 so as to have a thickness of 12 nm, and a third p-type nitride semiconductor layer 25 was formed.
  • the magnesium concentration of the first to third p-type nitride semiconductor layers is 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ from the first p-type nitride semiconductor layer 21 toward the third p-type nitride semiconductor layer 25.
  • Magnesium was doped so as to gradually increase from 3 to 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 . Note that the processes from the formation of the base layer 5 to the formation of the third p-type nitride semiconductor layer 25 were manufactured using the MOCVD method.
  • the ITO crystal was grown on the surface of the third p-type nitride semiconductor layer 25 using a sputtering method so as to have a thickness of 80 nm, and the transparent electrode 31 was formed. Subsequently, a bonding electrode composed of a nickel layer, a platinum layer and a gold layer was provided on the surface of the transparent electrode 31 to form a p-side electrode 33.
  • n-side electrode 29 was formed on the exposed surface of the n-type nitride semiconductor layer 13.
  • a transparent protective film 35 made of SiO 2 was formed by sputtering so as to mainly cover the transparent electrode 31 and the side surfaces of each layer exposed by the etching.
  • the light emitting diode of Production Example 1 was produced.
  • a drive current of 180 mA was applied to the p-side electrode 33 and the n-side electrode 29, and an emission spectrum was measured. It was found that light of 380 nm was emitted from the quantum well layer 1A, and light of 450 nm was emitted from the quantum well layer 1B.
  • the light emitting devices of Examples 1 to 3 were manufactured using the light emitting diodes and wavelength converting substances shown in Table 1.
  • FIG. 5A shows an emission spectrum of the light-emitting device manufactured in Example 1.
  • the Y 2 SiO 5 Ce, Tb phosphor absorbed 380 nm light emitted from the quantum well layer 1A of Example 1 and emitted green light.
  • the K 2 SiF 6 Mn phosphor absorbed 450 nm light emitted from the quantum well layer 1B of Example 1 and emitted red light.
  • a part of the 450 nm light was transmitted as it was and emitted outside the light emitting diode.
  • the light emitted from the two types of wavelength converting materials and the light emitting diode was mixed, and white light was emitted. Therefore, according to Example 1, a light-emitting device having high luminous efficiency and excellent color reproducibility when used in combination with a color filter was provided.
  • FIG. 5B shows an example of a transmission spectrum of a color filter used for a backlight of a liquid crystal display device.
  • Most of the white light of the light emitting device of Example 1 can pass through the color filter shown in FIG. 5B. Therefore, such a light emitting device can be used for a backlight of a liquid crystal display device.
  • FIG. 6 shows an emission spectrum of the light-emitting device manufactured in Example 2.
  • the BaMgAl 10 O 17 (hereinafter referred to as “BAM”): Eu phosphor absorbed 380 nm light emitted from the quantum well layer 1A of Example 2 and emitted blue light.
  • the Y 3 Al 5 O 12 (hereinafter, YAG): Ce phosphor absorbed 475 nm light emitted from the quantum well layer 1B of Example 2 and emitted yellow light.
  • the CaAlSiN 3 (hereinafter CASN): Eu phosphor is not only 475 nm light emitted from the quantum well layer 1B of Example 2, but also 380 nm light emitted from the quantum well layer 1A, BAM: Eu fluorescence. Blue light emitted from the body and part of yellow light emitted from the YAG: Ce phosphor were absorbed and emitted red. Light emitted from the above-described three types of wavelength converting substances was mixed, and white light was emitted. Therefore, according to Example 2, the light-emitting device excellent in color rendering was provided. Such a light-emitting device can be used for a lighting device.
  • the luminous efficiency was improved by about 3% compared to Example 1.
  • the drive current density of the light emitting diode C was set between 5 A / cm 2 and 50 A / cm 2 and the emission spectrum was measured, the ratio between the maximum value and the minimum value of the main light emission peak was higher than that in Example 1. About 2%.
  • the quantum well layer having the longest main emission peak is the n-type nitride semiconductor layer 13 in the light emitting layer 17.
  • the other quantum well layers having two types of main emission peaks are included in the quantum well layer 1A from the first quantum well layer to the Nth quantum well layer excluding the quantum well layer 1B.
  • the arrangement of the three types of quantum well layers from the first quantum well layer to the Nth quantum well layer is other than that the quantum well layer 1B is located in the second and subsequent layers from the n-type nitride semiconductor layer 13 side. Is not particularly limited. Even in such a case, it was confirmed that the effect of one embodiment of the present invention was obtained.
  • One embodiment of the present invention is a light-emitting diode that is required to improve the light-emitting efficiency of a light-emitting device, and to achieve color rendering properties suitable for illumination applications and color reproducibility suitable for backlight applications.
  • the present invention can be applied to a light emitting device provided.

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Abstract

窒化物半導体多層膜は、第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層と、の間に設けられた発光層と、を備え、透明基板は、第１の窒化物半導体層と対向する面に凸部を有しており、発光層は、第１の窒化物半導体層側から順番に、第１の量子井戸層から第Ｎの量子井戸層（Ｎ≧２）の複数の量子井戸層を備え、複数の量子井戸層は、主発光ピークの波長が異なる２種類以上の光を射出する２種類以上の量子井戸層を有し、２種類以上の量子井戸層のうち、最も長波長の主発光ピークを有する量子井戸層は、発光層において、第１の窒化物半導体層側から２層目以降に位置している発光ダイオード。

Description

発光ダイオードおよび発光装置
　本発明の一態様は、発光ダイオードおよび発光装置に関する。
　本願は、２０１６年７月１３日に、日本に出願された特願２０１６－１３８７８３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　窒素を含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体材料（以下、「窒化物半導体材料」と呼ぶ）は、赤外領域から紫外領域の波長を有する光のエネルギーに相当するバンドギャップエネルギーを有している。例えば、ＡｌＧａＩｎＮ系の窒化物半導体材料からなる発光ダイオードは、青色等の短波長の光を高効率に発生させる。そのため、この発光ダイオードと、蛍光体等の波長変換物質とを組み合わせることにより、白色光を出射する発光装置を得ることができる。
　ここで、発光ダイオードの効率を評価する指標の１つとして、（外部）量子効率を示す。（外部）量子効率は、発光ダイオードに注入する電子の数に対する発光ダイオードから発せられる光子の数で表される。一方、発光装置の効率を評価する指標の１つとして、発光効率を示す。発光効率（単位：ｌｍ／Ｗ）は、発光装置に投入する電力（単位：Ｗ）に対する発光装置から発せられる光束（単位：ｌｍ）で表される。
　発光装置の発光効率は、光束が大きいほど、また、駆動電力（電力）が小さいほど高くなる。ここで、光束とは、発光装置から放射された光の明るさを人の目の感度（視感度）を考慮して表した物理量である。視感度は、光の波長によって異なり、５５５ｎｍで最大となり、光束は最大となる。つまり、５５５ｎｍの光を多く含む光を射出する発光装置では、光束が大きくなる。そのため、光束を大きくするには、例えば５５５ｎｍに主発光ピークを有する蛍光体を発光装置に設けることが考えられる。現在主流の白色光（疑似白色光）を出射する発光装置は、視感度を考慮して青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを組み合わせることで高い発光効率を実現している。さらに、量子効率が高い蛍光体を用いることでより発光装置の発光効率を高くすることができる。
　このような発光装置は、蛍光灯に比べて発光効率が優れているため、蛍光灯にかわり、照明装置や液晶表示装置のバックライトとして利用頻度が高まっている。
　さらに近年では、単なる明るさや発光効率に優れるだけでなく、照明装置の用途においては演色性、バックライトの用途においては色再現性に優れた発光装置が求められている。例えば、照明装置に向けては、太陽光に近い発光スペクトルをもつ発光装置や、人の概日リズム応じた発光スペクトル変化をもつ発光装置が好適なものとして挙げられる。また例えば、バックライトに向けては、カラーフィルターの透過波長帯に重なり、半値幅の狭い発光スペクトルもつ発光装置が好適なものとして挙げられる。
　しかしながら、従来知られた疑似白色光の発光効率に優れた発光装置は、演色性が低いことが問題であった。これに対し、緑色光や赤色光を発する蛍光体を用いて演色性を向上させた発光装置は視感度が低くなり、疑似白色光を出射する発光装置に比べて発光効率が低くなることがあった。また、これらの蛍光体は、発光色ごとに最適な励起波長が異なるため、特定の波長領域の光を用いると、蛍光体の種類によっては、蛍光体の量子効率が低くなり、結果として発光装置の発光効率が低くなることがあった。そこで、高い発光効率と、照明用途に好適な演色性とを両立できる発光装置が望まれていた。具体的には、発光ダイオードの量子効率を向上させ、尚且つ、照明用途に好適な演色性やバックライト用途に好適な色再現性を実現できる蛍光体の組み合わせにおいて、各蛍光体を最適な波長で励起できる技術が望まれていた。
　例えば、特許文献１では、近紫外領域から青色領域（３００～４９０ｎｍ）に主発光ピークをもつ光を射出する発光ダイオードと蛍光体とを含む発光装置が開示されている。特許文献１の発光装置は、蛍光体として、直接遷移型の異なる発光中心をもつ２種以上の蛍光体が備えられている。
　特許文献２では、青色発光ダイオードと蛍光体とを含む発光装置が開示されている。青色発光ダイオードの周囲には、４９０～５１０ｎｍおよび５３０～５８０ｎｍに発光ピークを有する蛍光体（緑色蛍光体）と、６１０～６６０ｎｍに発光ピークを有する蛍光体（赤色蛍光体）とが、透明樹脂に混合・分散された状態で設けられている。特許文献２の発光装置は、蛍光体の発光スペクトルのピーク強度において、４９０～５１０ｎｍのピーク強度をＡ、５３０～５８０ｎｍのピーク強度をＢ、６１０～６６０ｎｍのピーク強度をＣとするとき、Ｂ／Ａが０．８～１．２となり、かつＣ／Ａが０．５～１．２となるように構成されている。
　特許文献３では、発光ダイオードと、発光ダイオードを少なくとも部分的に包囲する、透明材料から成る被覆体とを有する白色光源が開示されている。透明材料には、発光ダイオードから発散された光の波長を少なくとも部分的に変換する変換物質が含まれている。
発光ダイオードは、少なくとも２つの発光領域を有している。これらの発光領域は、その発光スペクトルの極大値がエネルギー的に異なり、変換物質の発光スペクトルの極大値よりも短い波長を有するように形成されている。さらに、これらの発光領域は発光ダイオードのメインの放射方向に相並んで配置され、発光極大値の光エネルギーはメインビーム方向に向かって増大している。
　特許文献４では、発光ダイオードと、発光ダイオードの上に塗布された少なくとも２種類の蛍光粉とを備えた発光装置が開示されている。発光ダイオードは、２種類の異なる波長λ１とλ２の光を発射できる少なくとも２つの発光層を備えている。蛍光粉は、発光ダイオードの発射する光のうち１種類の波長の光を吸収して別の２種類の波長λ３およびλ４の光を発生している。これらの波長の関係はλ１＜λ２＜λ３＜λ４であり、かつλ２、λ３およびλ４の３種類の波長を混合することにより、白色光が得られる。
特許第５１５１００２号公報 特開２００７－２６６５７９号公報 特許第４６８１１８４号公報 特開２００５－２１７３８６号公報
　しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された発光装置では、単一な発光スペクトルの波長範囲で励起できる蛍光体のみを使うため、演色性が必ずしも十分ではなかった。また、演色性を改善するために、例えば、発光スペクトルの異なる蛍光体を複数含有させると、得られる蛍光が蛍光体により散乱するため、透過率が悪くなる。また、散乱された蛍光が蛍光体に再吸収されるため、発光効率が低下する傾向がある。
　特許文献３に記載された白色光源では、長波長の光を発光させる井戸層を最初に形成し、その上に短波長の光を発生させる井戸層を形成している。ＡｌＧａＩｎＮ系の窒化物半導体において、長波長の光を発生させる井戸層を形成するには窒化物半導体中のＩｎ比率を高める、若しくは層厚を増大させる厚くする手法がとられている。しかし、この方法では、形成した井戸層の結晶品質が悪くなりやすい。さらに、本来良好な結晶品質になりやすい短波長の光を発生させる井戸層においても結晶品質が悪化し、発光ダイオードの量子効率が低下する傾向がある。
　特許文献４に記載された発光装置では、量子ウェル層にＩｎＮの結晶を用いているが、ＩｎＮの結晶品質は必ずしも十分ではないために、発光ダイオードの量子効率が低下する傾向がある。
　本発明の一態様は、かかる点に鑑みてなされてものであり、発光装置の発光効率を向上させ、かつ、照明用途に好適な演色性やバックライト用途に好適な色再現性を実現できる発光ダイオードと、この発光ダイオードを備えた発光装置を提供することである。
　本発明の一態様は、透明基板と、透明基板の表面に設けられた窒化物半導体多層膜と、を含む発光ダイオードであって、窒化物半導体多層膜は、第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層に対し、透明基板とは反対側に設けられた第２の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層と、の間に設けられた発光層と、を備え、透明基板は、第１の窒化物半導体層と対向する面に凸部を有しており、発光層は、第１の窒化物半導体層側から順番に、第１の量子井戸層から第Ｎの量子井戸層（Ｎ≧２）の複数の量子井戸層を備え、複数の量子井戸層は、主発光ピークの波長が異なる２種類以上の光を射出する２種類以上の量子井戸層を有し、２種類以上の量子井戸層のうち、最も長波長の主発光ピークを有する量子井戸層は、発光層において、第１の窒化物半導体層側から２層目以降に位置している発光ダイオードを提供する。
　本発明の一態様においては、発光層は、第１の窒化物半導体層から第２の窒化物半導体層の方向に拡がる窪みを有しており、窪みは第１の量子井戸層から第Ｎの量子井戸層に渡って設けられ、窪みの内側は、窪みの外側よりも量子井戸層が薄く積層されている構成としてもよい。
　本発明の一態様においては、２種類以上の量子井戸層のうち、最も短波長の主発光ピークを有する量子井戸層は、３７０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲に主発光ピークを有する構成としてもよい。
　本発明の一態様においては、２種類以上の量子井戸層のうち、最も短波長の主発光ピークを有する量子井戸層以外は、４３０ｎｍ～５５０ｎｍの範囲に主発光ピークを有する構成としてもよい。
　本発明の一態様は、上記の発光ダイオードと、発光ダイオードから射出される光の光路上に設けられた波長変換物質と、を備え、波長変換物質は、発光層から射出される複数の光のうち少なくとも１種類の光を吸収して、発光層から射出される光とは異なる波長の光を射出する発光装置を提供する。
　本発明の一態様においては、波長変換物質は、第１の波長変換物質と、第２の波長変換物質と、を備え、第１の波長変換物質は、量子井戸層から射出される光を吸収して、量子井戸層から射出される光とは異なる波長の光を射出し、第２の波長変換物質は、量子井戸層よりも長波長の主発光ピークを有する量子井戸層から射出される光を吸収して、長波長の主発光ピークを有する量子井戸層から射出される光とは異なる波長の光を射出する構成としてもよい。
　本発明の一態様によれば、発光装置の発光効率を向上させ、かつ、照明用途に好適な演色性やバックライト用途に好適な色再現性を実現できる発光ダイオードと、この発光ダイオードを備えた発光装置が提供される。
本実施形態の発光ダイオードを示す断面図である。 本実施形態の発光装置を示す断面図である。 本実施形態の発光ダイオードのエネルギーバンドを示す模式図である。 本実施形態のＶピットの機能を示す模式的な第１の断面図である。 本実施形態のＶピットの機能を示す模式的な第２の断面図である。 本実施形態のＶピットの機能を示す模式的な第３の断面図である。 実施例１の発光装置の発光スペクトルの一例である。 実施例１の液晶表示装置のバックライトに使用されるカラーフィルターの透過スペクトルの一例である。 実施例２の発光装置の発光スペクトルである。
　以下、本発明の実施形態の発光装置の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施形態の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。さらに、各部材の位置関係を説明する際に、単に「上」というときには、図１において「＋Ｚ方向」であることを意味する。同様に、単に「下」というときには、図１において「－Ｚ方向」であることを意味する。
＜発光ダイオード＞
　図１は、本実施形態の発光ダイオード１０１を示す断面図である。図１に示すように、発光ダイオード１０１は、透明基板３と、透明基板３の表面に設けられた窒化物半導体多層膜と、を含む。換言すると、発光ダイオード１０１は、基板部７と、ｎ型窒化物半導体層１３と、ｐ型窒化物半導体層２７とを備えている。なお、本実施形態では、特許請求の範囲における第１の窒化物半導体層をｎ型窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層をｐ型窒化物半導体層として説明する。
　ｎ型窒化物半導体層１３とｐ型窒化物半導体層２７との間には、機能層２０が設けられている。換言すると、基板部７、ｎ型窒化物半導体層１３、機能層２０、ｐ型窒化物半導体層２７がこの順に図１の＋Ｚ方向（高さ方向）に積層されている。また、本実施形態において、ｎ型窒化物半導体層１３と、機能層２０と、ｐ型窒化物半導体層２７とを合わせた構成を窒化物半導体多層膜とする。
　図１に示す発光ダイオード１０１の断面図おいて、基板部７、ｎ型窒化物半導体層１３は同じ幅になるように設けられ、機能層２０は、ｎ型窒化物半導体層１３よりも面積が狭くなるように設けられている。また、ｐ型窒化物半導体層２７は、機能層２０と同じ面積になるように設けられている。すなわち、ｎ型窒化物半導体層１３の上面（機能層２０側の面）が一部露出している。
　ｐ型窒化物半導体層２７の表面には、透明電極３１を介して、ｐ側電極３３が設けられている。一方、ｎ型窒化物半導体層１３の露出した部分には、ｎ側電極２９が設けられている。
　また、ｎ型窒化物半導体層１３、機能層２０、ｐ型窒化物半導体層２７、透明電極３１の上面または側面もしくはその両方において、ｐ側電極３３およびｎ側電極２９の露出面以外を覆うように、透明保護膜３５が設けられている。
　基板部７は、透明基板３と、下地層５とを備えている。透明基板３と下地層５の間には、バッファ層４が設けられている。換言すると、基板部７においては、透明基板３、バッファ層４、下地層５がこの順に図１の＋Ｚ方向（高さ方向）に積層されている。
　ｎ型窒化物半導体層１３は、第１のｎ型窒化物半導体層９と、第２のｎ型窒化物半導体層１１とを備えている。第１のｎ型窒化物半導体層９、第２のｎ型窒化物半導体層１１がこの順に図１の＋Ｚ方向（高さ方向）に積層された構造を有している。
　機能層２０は、Ｖピット発生層１４と、超格子層１５と、発光層１７と、アンドープ層１９とを備えている。換言すると、機能層２０においては、Ｖピット発生層１４、超格子層１５、発光層１７、アンドープ層１９がこの順に図１の＋Ｚ方向（高さ方向）に積層されている。
　ｐ型窒化物半導体層２７は、第１のｐ型窒化物半導体層２１と、第２のｐ型窒化物半導体層２３と、第３のｐ型窒化物半導体層２５とを備えている。換言すると、ｐ型窒化物半導体層２７においては、第１のｐ型窒化物半導体層２１、第２のｐ型窒化物半導体層２３、第３のｐ型窒化物半導体層２５とがこの順に図１の＋Ｚ方向（高さ方向）に積層されている。
　以下、図１に基づき、発光ダイオード１０１の構成について詳細に説明する。なお、図１は、ｎ型ドーパントおよびｐ型ドーパントを省略して図示している。
［基板部］
　図１において、基板部７は、発光ダイオード１０１の最下部に設けられている。基板部７は、透明基板３、バッファ層４および下地層５から構成されている。
（透明基板）
　図１に示す透明基板３は、後述する発光層１７から射出された光を透過する機能をもつ。そのため、透明基板３は、可視領域から紫外領域の波長をもつ光に対して透過性を有することが好ましい。透明基板３としては、例えば、サファイア基板等の絶縁性基板や、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板またはＺｎＯ基板等の導電性基板が挙げられる。
　また、透明基板３の厚さは、６０μｍ以上３００μｍ以下が好ましい。透明基板３の厚さが６０μｍより小さいと、製造段階で取り扱いにくい上に、歩留りが悪くなる傾向がある。また、透明基板３の厚さが３００μｍより大きいと、裁断などの加工がしにくく、歩留りが悪くなる傾向がある。
　透明基板３は、ｎ型窒化物半導体層１３と対向する面に、凸部３ａを有していることが好ましい。凸部３ａは、屈折率の大きいｎ型窒化物半導体層１３から、屈折率の小さい透明基板３に光が進入したときに、少なくとも一部の光がｎ型窒化物半導体層１３と透明基板３の界面で反射するのを抑制する機能をもつ。特に、短波長の光の一部は、発光層１７で吸収されてしまうため、発光ダイオード１０１の量子効率および演色性を向上させるためには短波長の光の反射を極力少なくすることが好ましい。したがって、凸部３ａによって、透明基板３の端面から効率よく光を取り出すことができ、量子効率および演色性を向上させることができる。
（バッファ層）
　図１に示すバッファ層４は、透明基板３に、異なる格子定数をもつ層を複数形成する際に、凸部３ａに起因する転位を抑制するように機能する。特に、発光層１７は、発光波長領域の異なる２種類以上の光を射出する層で構成されるため、転位が起こりやすいが、バッファ層４を有することで、発光層１７の転位が抑えられ、良質な結晶を得ることができる。
　バッファ層４としては、例えば、ＡｌｓＧａｔＮ（０≦ｓ≦１、０≦ｔ≦１、ｓ＋ｔ＝１）結晶、ＡｌＮ結晶またはＡｌＯＮ結晶が好ましく、ＡｌＮ結晶またはＡｌＯＮ結晶がより好ましく、ＡｌＯＮ結晶がさらに好ましい。また、ＡｌＯＮ結晶中の窒素原子の０．２～５モル％が酸素原子に置き換えられていると、例えば、スパッタ法でバッファ層４を形成したときに、透明基板３の成長面の法線方向に向かってＡｌＯＮ結晶が成長し、ほぼ等しい結晶粒径をもつ柱状結晶の集合体としてバッファ層４が得られるため、特に好ましい。
　バッファ層４の厚さは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。
　透明基板３の上面に、スパッタ法または蒸着法（ＣＶＤ、ＰＶＤ）により形成されることが好ましく、スパッタ法で形成されることがより好ましい。
（下地層）
　図１に示す下地層５は、ｎ型窒化物半導体層１３の下面に対向する面を平坦にする機能と、ｎ型窒化物半導体層１３の下面に対向する面の転位密度を低下させる機能をもつ。
　また、下地層５は、貫通転位を抑制する機能をもつ。この機能のためには、下地層５は、３層構造であることが好ましい。すなわち、バッファ層４の上面に、第１の下地層、第２の下地層、第３下地層がこの順で図１の＋Ｚ方向に積層されていることが好ましい（図示なし）。
　ここで、下地層５の３層構造が貫通電位を抑制する機構について詳細に説明する。第１の下地層の上面に、第２の下地層を形成するときに、透明基板３の温度を低くすると、第２の下地層は３次元方向に成長し、ファセット面が形成される（図示なし）。さらに、第２の下地層の上面に、第３の下地層を形成するときに、透明基板３の温度を高くすると、第３の下地層は横方向に成長し、第３の下地層の上面、すなわち下地層５の上面が平坦になる。上述の方法で第１～第３の下地層を形成すれば、転位が第２の下地層に形成されたファセット面で折れ曲がるので、貫通転位を抑制することができる。
　以上のように、下地層５の３層構造は貫通電位を抑制することができるが、上述の方法で第１～第３の下地層を形成する場合、第１～第３の下地層はｎ型ドーパントを含んでいないことが好ましい。
　下地層５は、上述したバッファ層４と併用することにより、Ｘ線半値幅が狭く、結晶軸が揃った層として得ることができる。
　下地層５としては、例えば、ＡｌｉＧａｊＩｎｋＮ（０≦ｉ≦１、０≦ｊ≦１、０≦ｋ≦１、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）結晶が好ましく、ＡｌｉＧａ１－ｉＮ（０≦ｉ≦１）結晶がより好ましくい。さらに、下地層５がＧａＮ結晶で形成されることにより、バッファ層４中の転位等の結晶欠陥がバッファ層４と下地層５との界面近傍でループされ易くなり、結晶欠陥がバッファ層４から下地層５へ引き継がれることを抑制できるため、好ましい。
　下地層５の厚さは、１μｍ以上１２μｍ以下が好ましい。
［ｎ型窒化物半導体層］
　図１において、ｎ型窒化物半導体層１３は、基板部７の上方に設けられている。ｎ型窒化物半導体層１３は、発光層１７に電子を注入する機能をもつ。ｎ型窒化物半導体層１３としては、例えば、Ａｌa2Ｇａb2Ｉｎc2Ｎ（０≦ａ２≦１、０≦ｂ２≦１、０≦ｃ２≦１、ａ２＋ｂ２＋ｃ２＝１）にｎ型ドーパントをドープさせた結晶が好ましく、Ａｌa2Ｇａ1-a2Ｎ（０≦ａ２≦１）にｎ型ドーパントをドープさせた結晶がより好ましく、Ａｌa2Ｇａ1-a2Ｎ（０≦ａ２≦０．５）にｎ型ドーパントをドープさせた結晶がさらに好ましく、Ａｌa2Ｇａ1-a2Ｎ（０≦ａ２≦０．１）にｎ型ドーパントをドープさせた結晶が特に好ましい。
　ｎ型ドーパントとしては、例えば、シリコン、リン、ヒ素またはアンチモン等が好ましく、シリコンがより好ましい。ｎ型窒化物半導体層１３中のｎ型ドーパント濃度は変化していてもよく、平均して１×１０18ｃｍ-3以上２×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましい。ｎ型ドーパント濃度が１×１０18ｃｍ-3以上であることにより、抵抗が維持され、駆動電圧の上昇が抑制される。また、ｎ型ドーパント濃度が２×１０19ｃｍ-3以下であることにより、ｎ型窒化物半導体層１３の表面が平坦になることに加え、ｎ型窒化物半導体層１３上に設けられた発光層１７の表面も平坦になるため、発光ダイオード１０１の量子効率の低下が抑制される。
　ただし、ｎ型窒化物半導体層１３の一部において、ｎ型ドーパント濃度が１×１０18ｃｍ-3より低くてもよく、他の部分において、２×１０19ｃｍ-3より高くてもよい。上述の場合には、ｎ型ドーパント濃度の平均値が１×１０18ｃｍ-3以上２×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましい。
　ｎ型窒化物半導体層１３の厚さは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。
ｎ型窒化物半導体層１３の厚さが０．５μｍ以上であることにより、高抵抗化を抑制することができる。また、ｎ型窒化物半導体層１３の厚さが１０μｍ以下であることにより、発光ダイオード１０１の反りを抑制し、歩留りが向上する傾向がある。
　ｎ型窒化物半導体層１３は、単層であってもよいし、厚さまたはｎ型ドーパント濃度、あるいはその両方が異なる複数の層を有していてもよい。図１においては、ｎ型窒化物半導体層１３は、第１のｎ型窒化物半導体層９、第２のｎ型窒化物半導体層１１がこの順に図１の＋Ｚ方向（高さ方向）に積層された構造を有している。例えば、第２のｎ型窒化物半導体層１１は、第１のｎ型窒化物半導体層９よりもｎ型ドーパントが多くドープされていると、発光ダイオード１０１の静電破壊を抑制することができるので好ましい。
［機能層］
　図１において、機能層２０は、ｎ型窒化物半導体層１３とｐ型窒化物半導体層２７との間に設けられている。機能層２０は、Ｖピット発生層１４、超格子層１５、発光層１７およびアンドープ層１９から構成されている。
（Ｖピット発生層）
　図１に示すＶピット発生層１４は、後述する超格子層１５とともに、転位を利用して発光層１７にＶピット１８を形成するためのものである。Ｖピット１８の機能や発生条件（成長温度、キャリアガス）は後に詳細を説明する。Ｖピット発生層１４としては、ＡｌｄＧａｅＩｎｆＮ（０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１）結晶またはＡｌｄＧａｅＩｎｆＮ（０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１）にｎ型ドーパントをドープさせた結晶である。
　Ｖピット発生層１４の厚さは、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。Ｖピット発生層１４の厚さが１０ｎｍ以上であることにより、発光層１７に所望の大きさのＶピット１８を形成することができる。また、Ｖピット発生層１４の厚さが３００ｎｍ以下であることにより、Ｖピット１８の成長速度の低下、成長時間の長期化および製造コストの上昇を抑制することができる。
　Ｖピット発生層１４を形成する工程においては、Ｖピット発生層１４は隣接する他の層と区別可能である。しかし、Ｖピット発生層１４の機能を損なわない範囲において、Ｖピット発生層１４は、後の工程で隣接する他の層と区別がつかなくなってもよい。
（超格子層）
　図１に示す超格子層１５は、格子定数の差に起因する結晶欠陥を緩和するための緩衝層として機能する。上述した下地層５およびｎ型窒化物半導体層１３は、後述する発光層１７と格子定数が大きく異なることから、ｎ型窒化物半導体層１３の表面に発光層１７を形成すると、結晶欠陥が導入されやすい。そこで、発光層１７の下面に超格子層１５を設けることで結晶欠陥の導入を抑制している。なお、「超格子層」という名称に含まれる「超格子」とは、異なる結晶格子をもつ層を複数重ね合わせることにより、その周期構造が基本単位格子よりも長くなった結晶格子を意味する。
　超格子層１５の厚さは、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい。超格子層１５の厚さが３０ｎｍ以上であることにより、所望の大きさおよび面密度のＶピット１８を形成できる。また、超格子層１５の厚さが５００ｎｍ以下であることにより、Ｖピット１８が大きくなり過ぎない。したがって、発光層１７が平坦になりやすく、発光ダイオード１０１から射出される光が増加する。
　図３は、本実施形態の発光ダイオードのエネルギーバンドを示す模式図である。図３に示すように、超格子層１５は、第１の超格子層１５Ａと第２の超格子層１５Ｂとが交互に設けられた積層体であり、その周期構造が第１の超格子層１５Ａの基本単位格子や、第２の超格子層１５Ｂの基本単位格子よりも長くなっている。
　第１の超格子層１５Ａとしては、Ａｌa3Ｇａb3Ｉｎc3Ｎ（０≦ａ３≦１、０≦ｂ３≦１、０≦ｃ３≦１、ａ３＋ｂ３＋ｃ３＝１）にｎ型ドーパントをドープさせた結晶が好ましく、ＧａＮにｎ型ドーパントをドープさせた結晶がより好ましい。第１の超格子層１５Ａは、ｎ型窒化物半導体層１３の成長温度よりも低い温度で、ｎ型窒化物半導体層１３よりも高濃度のｎ型ドーパントがドープされている。第１の超格子層１５Ａ中のｎ型ドーパント濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上５×１０19ｃｍ-3以下が好ましい。
　第１の超格子層１５Ａの厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましい。第１の超格子層１５Ａの厚さが０．５ｎｍ以上であることにより、第１の超格子層１５Ａの１原子層の厚さ以上となるので、均一な厚さの第１の超格子層１５Ａを形成できる。したがって、発光層１７の結晶品質を高めることができ、発光ダイオード１０１の量子効率を高めることができる。また、第１の超格子層１５Ａの厚さが５０ｎｍ以下であることにより、第１の超格子層１５Ａが平坦になりやすい。したがって、発光層１７の結晶品質を高めることができ、発光ダイオード１０１の量子効率を高めることができる。
　第２の超格子層１５Ｂは、第１の超格子層１５Ａよりも大きなバンドギャップエネルギーを有していることが好ましい。第２の超格子層１５Ｂとしては、例えば、Ａｌa4Ｇａb4Ｉｎc4Ｎ（０≦ａ４≦１、０≦ｂ４≦１、０≦ｃ４≦１、ａ４＋ｂ４＋ｃ４＝１）結晶が好ましく、Ｇａb4Ｉｎc4Ｎ（０≦ｂ４≦１、０≦ｃ４≦１、ｂ４＋ｃ４＝１）結晶がより好ましい。また、第２の超格子層１５Ｂは、上述した結晶中に、ｎ型ドーパントを含んでいても良い。
　第２の超格子層１５Ｂの厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましい。第２の超格子層１５Ｂの厚さが０．５ｎｍ以上であることにより、第２の超格子層１５Ｂの１原子層の厚さ以上となるので、均一な厚さの第２の超格子層１５Ｂを形成できる。したがって、発光層１７の結晶品質を高めることができ、発光ダイオード１０１の量子効率を高めることができる。第２の超格子層１５Ｂの厚さが５０ｎｍ以下であることにより、第２の超格子層１５Ｂの成長にかかる時間が長過ぎないので、発光ダイオード１０１の生産性を維持できる。
　１つの第１の超格子層１５Ａと、１つの第２の超格子層１５Ｂとを合わせた厚さは、例えば、１ｎｍ以上６０ｎｍ以下が好ましい。超格子層１５の厚さが上述の範囲を満たすように、第１の超格子層１５Ａ及び第２の超格子層１５Ｂの層数を決定することが好ましい。
　超格子層１５は、第１の超格子層１５Ａおよび第２の超格子層１５Ｂと異なる半導体層が含まれていてもよい。
（発光層）
　図１に示す発光層１７は、主発光ピークの波長が異なる複数の波長の光を射出する機能をもつ。発光層１７は、複数の量子井戸層１と、複数の障壁層２とを有している。具体的には、発光層１７は、量子井戸層１と障壁層２とが交互に設けられた積層体であり、２つの障壁層２の間には１つの量子井戸層１が設けられている。このような構造を多重量子井戸構造という。また、超格子層１５の上面と接する面と、アンドープ層１９の上面と接する面には障壁層２が設けられている。換言すると、発光層１７の最上面と最下面には、障壁層２が設けられている。
　発光層１７は、ｎ型窒化物半導体層１３側から順番に、第１の量子井戸層から第Ｎの量子井戸層（Ｎ≧２）の複数の量子井戸層１を備えている。さらに、複数の量子井戸層１は、主発光ピークの波長が異なる２種類以上の光を射出する２種類以上の量子井戸層を有している。そして、２種類以上の量子井戸層のうち、最も長波長の主発光ピークを有する量子井戸層は、発光層１７において、ｎ型窒化物半導体層１３側から２層目以降に位置している。以下の説明では、最も長波長の主発光ピークを有する量子井戸層を量子井戸層１Ｂと表し、それを除いた第１の量子井戸層から第Ｎの量子井戸層を量子井戸層１Ａと表すこととする。本明細書において、複数の量子井戸層１というときには、量子井戸層１Ａおよび量子井戸層１Ｂの両方を表している。
　また、量子井戸層１Ａと隣接する障壁層２Ａ（後述）とが交互に設けられている積層体は、量子井戸層１Ｂに対して、上述した超格子層１５のように格子定数の差に起因する結晶欠陥を緩和するための緩衝層として機能する。そのため、量子井戸層１Ｂの結晶品質を向上させ、発光強度を向上させることができる。
　量子井戸層１では、注入された電子とホールとが再結合し、バンドギャップに応じた光が射出される。本実施形態では、２種類以上の量子井戸層のうち、最も短波長の主発光ピークを有する量子井戸層は、３７０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲に主発光ピークを有する。また、２種類以上の量子井戸層のうち、最も短波長の主発光ピークを有する量子井戸層以外は、４３０ｎｍ～５５０ｎｍの範囲に主発光ピークを有する。
　このように、発光ダイオード１０１は、主発光ピークの波長が異なる２種類以上の光を射出することができる。そのため、発光ダイオード１０１を発光装置に適用する場合、複数の波長変換物質（後述）に適した励起波長で励起させることができるので、結果として、発光装置の色再現性を向上させることができる。
　量子井戸層１としては、例えば、ＡｌｖＧａｗＩｎxＮ（０≦ｖ＜１、０≦ｗ≦１、０≦ｘ≦１、ｖ+ｗ+ｘ＝１）結晶が好ましい。また、量子井戸層１はｎ型ドーパントを含んでいないことがより好ましい。量子井戸層１がｎ型ドーパントを含んでいないことにより、発光層１７は、平坦かつ良質な結晶になりやすく、発光ダイオード１０１の量子効率が向上する傾向がある。
　量子井戸層１の厚さは、例えば、２ｎｍ以上１５ｎｍ以下が好ましい。量子井戸層１の厚さが上述の範囲内であることにより、発光ダイオード１０１の量子効率を向上させるだけでなく、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
　本実施形態において、量子井戸層１の厚さおよび組成は、所望の発光波長に合わせて決められる。
　量子井戸層１Ａが複数設けられている場合には、量子井戸層１Ａの厚さは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。同様に、量子井戸層１Ｂが複数設けられている場合には、量子井戸層１Ｂの厚さは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
　量子井戸層１の層数は、例えば、２つ以上が好ましく、４つ以上がより好ましい。また、量子井戸層１Ｂの層数は量子井戸層１Ａの層数よりも少ないことが好ましい。量子井戸層１Ｂの層数が量子井戸層１Ａの層数よりも少ないことにより、量子井戸層１Ｂ上に設けられた層の結晶品質が向上するため、発光ダイオード１０１の量子効率を向上させ、駆動電圧の上昇を抑制できる傾向がある。
　量子井戸層１Ｂは、少なくとも１層以上設けられた量子井戸層１Ａ上に形成されている。量子井戸層１Ａは、量子井戸層１Ｂよりも薄く、結晶中に含まれているＩｎ濃度が低いことから、良質な結晶が得られやすい。そのため、量子井戸層１Ａ上に量子井戸層１Ｂを形成することで、量子井戸層１Ｂの結晶品質が向上し、発光強度の低下を抑制することができる。
　障壁層２は、注入された電子やホールを上述した量子井戸層１中に閉じ込める機能をもつ。図３に示すように、量子井戸層１Ａに隣接する障壁層を「障壁層２Ａ」と呼び、障壁層２Ａ以外を障壁層２Ｂと呼ぶ。すなわち、障壁層２は障壁層２Ａと、障壁層２Ｂとからなり、単に障壁層２というときには、障壁層２Ａおよび障壁層２Ｂの両方を指す。
　障壁層２としては、ＡｌyＧａzＩｎ(1-y-z)Ｎ（０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１）結晶が好ましい。また、障壁層２は、量子井戸層１よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する限りにおいて、上述した結晶に、ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントがドープされていてもよい。
　障壁層２の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましく、１．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下がより好ましい。障壁層の厚さが１．５ｎｍ以上であることにより、障壁層２は、平坦かつ良質な結晶になりやすく、発光ダイオード１０１の量子効率が向上する傾向がある。また、障壁層２の厚さが５０ｎｍ以下であることにより、発光層１７へ注入されたキャリアが発光層１７内で拡散されるため、発光ダイオード１０１の量子効率を向上させるだけでなく、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
　さらに、障壁層２の厚さは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
（Ｖピット）
　図１に示す発光層１７は、ｎ型窒化物半導体層１３からｐ型窒化物半導体層２７の方向に拡がる窪み（以下、「Ｖピット」と呼ぶ）１８を有していることが好ましい。図４Ａ～図４Ｃに、Ｖピット１８の機能を示す模式的な第１～第３の断面図を示す。図４Ａに示すように、量子井戸層１と障壁層２が、Ｖピット１８の位置で折れ曲がり、Ｖピット１８の内側は、Ｖピット１８の外側よりも量子井戸層１と障壁層２が薄く積層されている。ここで、量子井戸層１と障壁層２とが薄く積層されているＶピット１８の内側を領域Ｉと呼び、領域Ｉよりも厚く積層されているＶピット１８の外側を領域ＩＩと呼ぶ。なお、Ｖピット１８の「外側」とは、量子井戸層１および障壁層２が隣接する他の層と略平行に積層された、Ｖピット１８の周辺部分をいう。また、Ｖピット１８の「内側」とは、上述したＶピット１８の周辺部分よりも低くなっている部分をいう。
　Ｖピット１８の機能について、図４Ｂをもとに説明する。電子は、有効質量が小さく、移動度が大きいため、領域Ｉおよび領域ＩＩにおいて、容易に量子井戸層１を構成する層の間を移動することができる。一方、ホールは、有効質量が大きく、移動度が小さいため、領域ＩＩでは、ｐ型窒化物半導体層２７側の量子井戸層１Ｂ付近までしか移動できず、ｎ型窒化物半導体層１３側の量子井戸層１Ａから十分な発光が得られないことがある。これに対し、領域ＩＩよりも量子井戸層１と障壁層２とが薄く積層された領域Ｉでは、ミニバンドが形成されるため、ホールが量子井戸層１を構成する層の間をトンネリングしやすくなっている。そのため、Ｖピット１８の斜面から量子井戸層１を構成する各層に注入することができる。
　上述した原理で、電子およびホールが移動することにより、発光ダイオード１０１の駆動電流密度の違いが、発光特性に与える影響を抑えることができる。例えば、発光ダイオード１０１の駆動電流密度を５Ａ／ｃｍ２～５０Ａ／ｃｍ２の間に設定し発光スペクトルを測定した場合、発光層１７から射出される複数の光の主発光ピークの最大値と最小値の比を１０％以内に抑えることができる。
　Ｖピット１８の大きさは、発光層１７の厚さによって異なる。例えば、図４Ｃに示すように、量子井戸層１を構成する層の一部にＶピット１８が形成されていないときには、その層へはホールが注入されにくく、発光強度が低下しやすい傾向がある。そのため、Ｖピット１８は、量子井戸層１を構成する第１の量子井戸層から第Ｎの量子井戸層に渡って設けられていることが好ましい。
　本実施形態において、上述した超格子層１５の成長条件、厚さおよび組成を変更することで、所望の大きさのＶピット１８を形成することができる。例えば、超格子層１５の成長温度は、下地層５の成長温度より１００℃以上低い温度であることが好ましい。また、キャリアガス（原料運搬ガスであって、窒化物半導体の構成要素にはならないガス）としては、例えば、窒素を用いることが好ましい。さらに例えば、第１の超格子層１５Ａと第２の超格子層１５Ｂの厚さの比率を変えることで、Ｖピット１８の大きさを変えることができる。
　本実施形態において、Ｖピット１８は後述するｐ型窒化物半導体層２７によって埋め込まれる。Ｖピット１８がｐ型窒化物半導体層２７によって埋め込まれることにより、Ｖピット１８に電流が過剰に集中するのを抑制し、発光ダイオード１０１の電極剥離、劣化および静電破壊を抑制することができる。
また、貫通転位の位置でＶピット１８が形成される場合、貫通転位はＶピット１８よりも上の層（図１の＋Ｚ方向に形成される層）に伝搬しにくい。そのため、最終的に電極を形成するｐ型窒化物半導体層２７の表面に露出する貫通電位を低減し、発光ダイオード１０１の信頼性を向上させることができる。
（アンドープ層）
　図１に示すアンドープ層１９は、発光層１７とｐ型窒化物半導体層２７との間に設けられている。具体的には、図３に示すように、障壁層２Ｂおよびｐ型窒化物半導体層２７に接するように設けられている。
　アンドープ層１９は、注入された電子のオーバーフローを抑制するとともに、ｐ型ドーパントの拡散を抑制し、発光ダイオード１０１の温度特性を向上させる機能をもつ。そのため、アンドープ層１９は、隣接する障壁層２Ｂよりも大きなバンドギャップエネルギーを有している。
　アンドープ層１９は、Ａｌs1Ｇａt1Ｉｎu1Ｎ（０＜ｓ１＜１、０＜ｔ１＜１、０≦ｕ１＜１、ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）結晶からなる。アンドープ層１９の好ましい例としては、Ａｌs1Ｇａt1Ｉｎu1Ｎ（０＜ｓ１≦０．４、０．６≦ｔ１≦１、０≦ｕ１≦０．１、ｓ１＋ｔ１＋ｕ１＝１）結晶であり、Ａｌs1Ｇａt1Ｉｎu1Ｎ（０．１≦ｓ１≦０．３、０．７≦ｔ１≦０．９、０≦ｕ１≦０．１、ｓ１＋ｔ１＋ｕ１＝１）結晶がより好ましい。アンドープ層１９に含まれるＡｌの割合が上述の範囲であることにより、ｐ型ドーパントの拡散を抑制する効果と、駆動電圧の上昇を抑制する効果との両方が得られる。
　なお、アンドープ層１９は、ｎ型ドーパントおよびｐ型ドーパントを意図的にドープさせていない層を意味するが、拡散によってアンドープ層１９中にｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントが意図せず含まれていてもよい。
　アンドープ層１９の厚さは、アンドープ層１９の上面に設けられるｐ型窒化物半導体層２７中のｐ型ドーパント濃度によって制限され、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましく、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下がより好ましい。アンドープ層１９の厚さが１ｎｍ以上であることにより、ｐ型ドーパントの拡散距離が短くなって拡散を抑制できるので、発光ダイオード１０１の温度特性を向上させることができる。そのため、発光層１７近傍の温度上昇が、発光ダイオード１０１の発光特性に与える影響を抑えることができる。例えば、発光層１７近傍が２５℃から１５０℃まで上昇しても、発光層１７から射出される複数の光に対するピーク強度の低下を１０％以内に抑えることができる。また、アンドープ層１９の厚さが５０ｎｍ以下であることにより、発光ダイオード１０１の駆動電圧の上昇を抑制することができる。
［ｐ型窒化物半導体層］
　図１において、ｐ型窒化物半導体層２７は、ｎ型窒化物半導体層１３に対し、基板部７とは反対側に設けられている。ｐ型窒化物半導体層２７は、発光層１７にホールを注入する機能をもつ。ｐ型窒化物半導体層２７としては、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）にｐ型ドーパントをドープさせた結晶が好ましく、ＡｌｘＧａ1-ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）にｐ型ドーパントをドープさせた結晶がより好ましい。
　ｐ型ドーパントとしては、例えば、マグネシウムが好ましい。ｐ型窒化物半導体層２７中のｐ型ドーパント濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下でが好ましい。
ｐ型ドーパントがマグネシウムであることにより、上述したＶピット１８の斜面の成長速度を速くすることができ、Ｖピット１８を容易に埋め込むことができる。また、同様の目的で、キャリアガスとして水素を用いることが好ましい。
　ｐ型窒化物半導体層２７の厚さは、３０ｎｍ以上が好ましい。ｐ型窒化物半導体層２７の厚さが３０ｎｍ以上であることにより、上述したＶピット１８を埋め込むことができ、ｐ型窒化物半導体層２７の表面を平坦にすることができる。
　また、ｐ型窒化物半導体層２７は、厚さ、ｐ型窒化物半導体層２７中のｐ型ドーパント濃度および組成のうち少なくとも１つが異なる３層構造を有していることが好ましい。すなわち、ｐ型半導体層は、第１のｐ型窒化物半導体層２１、第２のｐ型窒化物半導体層２３、第３のｐ型窒化物半導体層２５がこの順に図１の＋Ｚ方向（高さ方向）に積層された構造であることが好ましい。
　以下、本実施形態の第１のｐ型窒化物半導体層２１、第２のｐ型窒化物半導体層２３および第３のｐ型窒化物半導体層２５について、具体例を挙げて説明する。
　第１のｐ型窒化物半導体層２１としては、上述したｐ型窒化物半導体層２７で用いられる材料にｐ型ドーパントをドープさせた結晶が好ましく、Ａｌa5Ｇａ1-a5Ｎ（０＜ａ５≦０．４、更に好ましくは０．１≦ａ５≦０．３）にｐ型ドーパントをドープさせた結晶がより好ましい。このとき、ｐ型ドーパントとして、マグネシウムが、第１のｐ型窒化物半導体層２１中に８×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下含まれていることが好ましい。上述の第１のｐ型窒化物半導体層２１の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。
　また、第１のｐ型窒化物半導体層２１の上面に接するように設けられた第２のｐ型窒化物半導体層２３としては、上述したｐ型窒化物半導体層２７で用いられる材料にｐ型ドーパントをドープさせた結晶が好ましく、ＧａＮにｐ型ドーパントをドープさせた結晶がより好ましい。このとき、ｐ型ドーパントとして、マグネシウムが、第２のｐ型窒化物半導体層２３中に８×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下含まれていることが好ましい。
第２のｐ型窒化物半導体層２３の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。第１のｐ型窒化物半導体層２１および第２のｐ型窒化物半導体層２３が上述のような構成であることにより、発光層１７へ注入されるホールを多くすることができるので、発光ダイオード１０１の量子効率をさらに高めることができる。
　さらに、第２のｐ型窒化物半導体層２３の上面に接するように設けられた第３のｐ型窒化物半導体層２５としては、上述したｐ型窒化物半導体層２７で用いられる材料にｐ型ドーパントをドープさせた結晶が好ましく、ＧａＮにｐ型ドーパントをドープさせた結晶がより好ましい。このとき、ｐ型ドーパントとして、マグネシウムが、第２のｐ型窒化物半導体層２３よりも多く、第３のｐ型窒化物半導体層２５中に含まれていることが好ましい。第３のｐ型窒化物半導体層２５の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。第２のｐ型窒化物半導体層２３および第３のｐ型窒化物半導体層２５が上述のような構成であることにより、第３のｐ型窒化物半導体層２５と、第３のｐ型窒化物半導体層２５の上面に接したｐ側電極３３との接触抵抗を抑えることができる。また、ｐ型ドーパントが発光層１７へ拡散するのを抑制することができる。
［透明電極］
　図１に示す透明電極３１は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ）等からなることが好ましい。また、透明電極３１の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい。なお、透明電極３１の代わりに、アルミニウムまたは銀等からなる反射電極が設けられていてもよい。
［ｎ側電極、ｐ側電極］
　図１に示すｎ側電極２９およびｐ側電極３３は、それぞれ独立に、ニッケル層、白金層、金層がこの順に図１の＋Ｚ方向（高さ方向）に積層された構造を有することが好ましい（図示略）。また、ｎ側電極２９およびｐ側電極３３の厚さは、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下が好ましい。
［透明保護膜］
　透明保護膜３５は、ＳｉＯ２からなることが好ましい。また、透明保護膜３５の厚さは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
　本実施形態によれば、発光装置の発光効率を向上させ、かつ、照明用途に好適な演色性やバックライト用途に好適な色再現性を実現できる発光ダイオードが提供される。
＜発光装置＞
　図２は、本実施形態の発光装置１００を示す断面図である。発光装置１００は、上述の構成からなる発光ダイオード１０１と、発光ダイオードから射出される光の光路上に設けられた波長変換物質１０２と、発光ダイオード１０１および波長変換物質１０２の周囲に設けられた媒質１０３とを備えている。また、発光ダイオード１０１には、アノード１０４およびカソード１０５が金ワイヤ１０７を介して、それぞれ接続されている。さらに、発光ダイオード１０１、波長変換物質１０２、媒質１０３および金ワイヤ１０７の全体と、アノード１０４およびカソード１０５の一部を覆うようにセラミックパッケージ１０６が設けられている。
［波長変換物質］
　図２に示す波長変換物質１０２は、発光ダイオード１０１の発光層１７から射出される複数の光のうち少なくとも１種類の光を吸収して、発光層１７から射出される光とは異なる波長の光を少なくとも前記光射出方向に射出することができる。
　波長変換物質１０２は、第１の波長変換物質１０２Ａと第２の波長変換物質１０２Ｂとを備えていることが好ましい。第１の波長変換物質１０２Ａは、量子井戸層１Ａから射出される光を吸収して、量子井戸層１Ａから射出される光とは異なる波長の光を射出することが好ましい。一方、第２の波長変換物質１０２Ｂは、量子井戸層１Ｂから射出される光を吸収して、量子井戸層１Ｂから射出される光とは異なる波長の光を射出することが好ましい。
　上述の波長変換物質１０２には、蛍光体が含まれていることが好ましい。蛍光体の励起波長領域は、紫外領域であってもよく、可視領域であってもよい。
　波長変換物質１０２に含まれている蛍光体としては、例えば、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｓｎ４＋、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋、（Ｂａ、Ｓｒ）（Ｍｇ、Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ２、 Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、ＢａＡｌ２ＳｉＯ８：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、（ＢａＭｇ）Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋、（ＳｒＢａ）Ａｌ１２Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、（ＢａＭｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７ －Ｓｒ２Ｂ２Ｏ５：Ｅｕ２＋、（ＢａＣａＭｇ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８－２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋、Ｚｎ２ＳｉＯ４、ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、（ＢａＳｒ）ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋、Ｃａ３（Ｓｃ，Ｍｇ）２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＳｒＳｉ２（Ｏ，Ｃｌ）２Ｎ２： Ｅｕ２＋、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、ＹＡｌＯ３：Ｅｕ３＋、Ｃａ２Ｙ２（ＳｉＯ４）６：Ｅｕ３＋、ＬｉＹ９（ＳｉＯ４）６Ｏ２：Ｅｕ３＋、ＹＶＯ４：Ｅｕ３＋、ＣａＳ：Ｅｕ２＋、Ｇｄ２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋、Ｍｇ４ＧｅＯ５．５Ｆ：Ｍｎ４＋、Ｍｇ４ＧｅＯ６：Ｍｎ４＋、Ｋ５Ｅｕ２．５（ＷＯ４）６．２５、Ｎａ５Ｅｕ２．５（ＷＯ４）６．２５、Ｋ５Ｅｕ２．５（ＭｏＯ４）６．２５、Ｎａ５Ｅｕ２．５（ＭｏＯ４）６．２５、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＳｒＳｉＮ２：Ｅｕ２＋、ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、Ｂａ２ＡｌＳｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ２Ｎ４：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｓｉ３Ａｌ２Ｏ２Ｎ６：Ｅｕ２＋、ＳｒＳｃ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋、Ｍｇ２ＴｉＯ４：Ｍｎ２＋、（Ｙ,Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋等が挙げられる。
　波長変換物質１０２に、蛍光体が単独で含まれていてもよいし、異なる波長の蛍光を発する蛍光体が複数含まれていてもよい。
　本実施形態によれば、発光効率が高く、かつ、照明用途に好適な演色性やバックライト用途に好適な色再現性を実現できる発光装置が提供される。
　例えば、照明用では、発光装置の演色性を向上させる目的で、波長変換物質として複数の蛍光体が用いられることがある。また、液晶表示装置のバックライト用途向けの発光装置には、色再現性を良くするために半値幅の狭い発光スペクトルをもつ蛍光体を複数組み合わせて使用することがある。しかし、従来の発光装置の発光ダイオードから取り出せる単一な波長のみでは、複数の蛍光体を励起することは難しかった。また、仮に蛍光体を励起させたとしても、得られた蛍光が他の蛍光体に吸収されることがあった。したがって、従来の発光装置では、照明用途に好適な演色性やバックライト用途に好適な色再現性を実現させる目的で、複数の蛍光体を用いると、発光効率が低下する恐れがあった。
　これに対し、本発明の実施形態の発光装置の発光ダイオードは、複数の波長の光を射出する。そのため、本発明の実施形態の発光装置においては、蛍光体が励起される波長が制限されず、複数の蛍光体を自由に組み合わせることができる上に、量子効率に優れている。また、本発明の実施形態の発光ダイオードは、可視領域の波長の光を取り出せるため、蛍光体を励起させるだけでなく、白色光に含まれる要素の１つとしても利用することができる。以上のことから、本発明の実施形態の発光装置は、照明用途に好適な演色性やバックライト用途に好適な色再現性を示すだけでなく、発光効率にも優れている。
　なお、本発明の実施形態の発光装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、上述の実施形態では、１つの発光装置１００に、１つの発光ダイオード１０１が設けられている場合を例示したが、複数の発光ダイオード１０１が設けられていてもよい。
　さらに、上述の実施形態では、発光装置１００に設けられた媒質１０３が、発光ダイオード１０１に接して設けられている場合を例示したが、媒質１０３は、発光ダイオード１０１に接していなく、離れて設けられていてもよい。
　さらに、上述の実施形態では、発光装置１００に設けられた波長変換物質１０２が、媒質１０３の内部に設けられている場合を例示したが、波長変換物質１０２は、媒質１０３の内部に設けられていなく、離れて設けられていてもよい。
　以下に本発明の一態様を実施例により説明するが、本発明の一態様はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜評価方法＞
　本実施例の発光ダイオードおよび発光装置において、Ｖピットの観測、発光スペクトルの測定および発光ピーク強度比の変動の測定は以下の方法で行った。
［Ｖピットの観測］
　集束イオンビーム加工装置を用いて、実施例で形成した窒化物半導体多層膜に垂直に小片を切り出し、研磨やイオンミリングで電子線が透過する程度に薄く加工し、測定サンプルを得た。これを、透過型電子顕微鏡を用いて、断面を観察した。
［発光スペクトルの測定］
　実施例の発光装置について、電流値０．１ｍＡ～１Ａの条件で、積分球と分光器を用いて発光スペクトルを測定した。
［発光効率の測定］
　実施例の発光装置について、積分球を用いて全光束の強度（単位：ｌｍ）を求め、下式から発光効率（単位：ｌｍ／Ｗ）を算出した。なお、投入電力（単位：Ｗ）は、測定時の電圧値および電流値から求められる値である。
　発光効率（ｌｍ／Ｗ）＝全光束の強度（ｌｍ）／投入電力（Ｗ）
［発光ピーク強度比の変動の測定］
　実施例の発光装置について、発光ダイオードの駆動電流密度を５Ａ／ｃｍ２～５０Ａ／ｃｍ２の間に設定し、積分球により発光スペクトルを測定したとき、発光層から射出される複数の光における主発光ピークの最大値と最小値の比を算出した。
＜発光ダイオードの製造＞
［製造例１（発光ダイオードＡの製造）］
　まず、サファイア基板の表面に凸部を形成した。続いて、透明基板３の表面上に厚さが３０ｎｍになるように、スパッタ法を用いてＡｌＯＮ結晶（ただし、窒素原子の０．２～５モル％が酸素原子に置き換えられている）を成長させ、バッファ層４を形成した。
　バッファ層４の表面上に、厚さが３μｍになるように下地層５を形成した。まず、１００ｎｍになるように、１０００℃でＧａＮ結晶を成長させ、第１の下地層を形成した。続いて、９００℃に下げて、凸部同士の間を埋めるように、ＧａＮ結晶を３次元方向に成長させ、第２の下地層を形成した。さらに、１１００℃に上げて、ＧａＮ結晶を横方向に成長させ、表面が平坦になった第３の下地層を形成した。
　下地層５の表面上に、厚さが３.５μｍになるように、１１００℃で、シリコンドープ濃度１×１０19ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ結晶を成長させ、ｎ型窒化物半導体層１３を形成した。続いて、ｎ型窒化物半導体層１３の表面上に、厚さが６０ｎｍになるように、７５０℃に下げ、キャリアガス中の窒素濃度が５０％以上になるようにして、シリコンをドープさせたｎ型ＧａＮ結晶を成長させ、Ｖピット発生層１４を形成した。
　Ｖピット発生層１４の表面上に、厚さが１２ｎｍになるように、シリコンドープ濃度７×１０1８ｃｍ-3のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ結晶を成長させ、第１の超格子層１５Ａを形成した。続いて、第１の超格子層１５Ａの表面上に厚さが３０ｎｍになるように、シリコンドープ濃度７×１０1８ｃｍ-3のＧａＮ結晶を成長させ、第２の超格子層１５Ｂを形成した。このような第１の超格子層１５Ａと、第２の超格子層１５Ｂとを１周期として、Ｖピット発生層１４の表面上に、５周期積層させた。
　第２の超格子層１５Ｂの表面上に、厚さが３．３ｎｍになるように、７７０℃でＩｎＧａＮ結晶を成長させ、量子井戸層１Ａを形成した。続いて、厚さが１２ｎｍになるように、８７０℃でＧａＮ結晶を成長させ、障壁層２Ａを形成した。このような量子井戸層１Ａと、障壁層２Ａとを１周期として、第２の超格子層１５Ｂの表面上に、７周期積層させた。さらに、障壁層２Ａの表面上に、厚さが４．１ｎｍになるように、７３０℃でＩｎＧａＮ結晶を成長させ、量子井戸層１Ｂを形成した。量子井戸層１Ｂの表面上に、厚さが１１ｎｍになるように、８７０℃でＧａＮ結晶を成長させ、障壁層２Ｂを形成し、発光層１７を形成した。上述の方法で、発光層１７を形成するときのキャリアガスとして、水素を意図的に用いなかった。ただし、原料を分解させて得られる水素は、Ｖピット１８の形成に影響しないと考えられるため、除外した。
　発光層の表面上に、厚さが１５ｎｍになるように、９８０℃に上げて、ＡｌＧａＮ結晶（ただし、結晶中にアルミニウムを１２％含む）を成長させ、アンドープ層１９を形成した。続いて、アンドープ層１９の表面上に、厚さが２２ｎｍになるように、１０５０℃に上げて、マグネシウムをドープさせたＡｌＧａＮ結晶（ただし、結晶中にアルミニウムを２０％含む）を成長させ、第１のｐ型窒化物半導体層２１を形成した。さらに、第１のｐ型窒化物半導体層２１の表面上に、厚さが４０ｎｍになるように、マグネシウムをドープさせたＧａＮ結晶を成長させ、第２のｐ型窒化物半導体層２３を形成した。さらに、第２のｐ型窒化物半導体層２３の表面上に、厚さが１２ｎｍになるように、マグネシウムをドープさせたＧａＮ結晶を成長させ、第３のｐ型窒化物半導体層２５を形成した。このとき、第１～第３のｐ型窒化物半導体層のマグネシウム濃度が、第１のｐ型窒化物半導体層２１から第３のｐ型窒化物半導体層２５に向かって１×１０1９ｃｍ-3から２×１０1９ｃｍ-3まで徐々に増加するように、マグネシウムをドープさせた。なお、下地層５の形成から、第３のｐ型窒化物半導体層２５の形成まではＭＯＣＶＤ法を用いて作製した。
　第３のｐ型窒化物半導体層２５の表面上に、厚さが８０ｎｍになるように、スパッタ法を用いて、ＩＴＯ結晶を成長させ、透明電極３１を形成した。続いて、透明電極３１の表面上に、ニッケル層、白金層および金層からなるボンディング用電極を設け、ｐ側電極３３を形成した。
　また、第３のｐ型窒化物半導体層２５の表面をメサエッチングすることにより、ｎ型窒化物半導体層１３の表面の一部を露出させた。露出させたｎ型窒化物半導体層１３の表面上に、ニッケル層、白金層および金層からなるボンディング用電極を設け、ｎ側電極２９を形成した。
　次いで、透明電極３１および上記エッチングによって露出した各層の側面を主に覆うように、ＳｉＯ２からなる透明保護膜３５をスパッタ法により形成した。このようにして、製造例１の発光ダイオードを作製した。
　上述の方法で発光ダイオードを作製した後、駆動電流１８０ｍＡをｐ側電極３３およびｎ側電極２９に印加し、発光スペクトルを測定した。量子井戸層１Ａからは、３８０ｎｍの光が射出され、量子井戸層１Ｂからは、４５０ｎｍの光が射出されることがわかった。
［製造例２（発光ダイオードＢの製造）］
　量子井戸層１Ｂを、７１５℃で成長させ、形成させた以外は、製造例１と同様にして行い、製造例２の発光ダイオードを作製した。上述の方法で発光ダイオードを作製した後、駆動電流１８０ｍＡをｐ側電極３３およびｎ側電極２９に印加し、発光スペクトルを測定した。量子井戸層１Ａからは、３８０ｎｍの光が射出され、量子井戸層１Ｂからは、４７５ｎｍの光が射出されることがわかった。
［製造例３（発光ダイオードＣの製造）］
　量子井戸層１Ａと量子井戸層１Ｂを合わせて１０層形成し、ｐ型窒化物半導体層２７側から数えて１層目を量子井戸層１Ａとし、２層目を量子井戸層１Ｂとした以外は、製造例１と同様にして行い、製造例３の発光ダイオードを作製した。製造例１と同様に、量子井戸層１Ａからは、３８０ｎｍの光が射出され、量子井戸層１Ｂからは、４５０ｎｍの光が射出されることがわかった。
＜発光装置の製造＞
　実施例１～３の発光装置は、表１に示す発光ダイオードおよび波長変換物質を用いて作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
＜Ｖピットの観測＞
　実施例１～３の発光装置において、発光ダイオードの発光層に、Ｖピットが形成されていることを確認した。
＜発光装置の発光特性＞
　本実施例において、発光効率が高く、照明用途に好適な演色性やバックライト用途に好適な色再現性を実現できる発光装置が得られることがわかった。
　図５Ａに、実施例１で作製した発光装置の発光スペクトルを示した。実施例１で作製した発光装置において、Ｙ２ＳｉＯ５: Ｃｅ,Ｔｂ蛍光体は、実施例１の量子井戸層１Ａから射出された３８０ｎｍの光を吸収し、緑色に発光した。一方、Ｋ２ＳｉＦ６: Ｍｎ蛍光体は、実施例１の量子井戸層１Ｂから射出された４５０ｎｍの光を吸収し、赤色に発光した。このとき、４５０ｎｍの光の一部は、そのまま透過し、発光ダイオードの外部に射出された。上述の２種類の波長変換物質と発光ダイオードとから射出された光が混合し、白色光が射出された。したがって、実施例１によれば、発光効率が高く、カラーフィルターを併用したときの色再現性に優れた発光装置が提供された。
　ここで、図５Ｂに液晶表示装置のバックライトに使用されるカラーフィルターの透過スペクトルの一例を示した。実施例１の発光装置の白色光は、その大部分が図５Ｂに示したカラーフィルターを透過できる。そのため、このような発光装置は、液晶表示装置のバックライト用途に用いることができる。
　図６に、実施例２で作製した発光装置の発光スペクトルを示した。実施例２で作製した発光装置において、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７（以下、ＢＡＭ）：Ｅｕ蛍光体は、実施例２の量子井戸層１Ａから射出された３８０ｎｍの光を吸収し、青色に発光した。一方、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（以下、ＹＡＧ）：Ｃｅ蛍光体は、実施例２の量子井戸層１Ｂから射出された４７５ｎｍの光を吸収し、黄色に発光した。さらに、ＣａＡｌＳｉＮ３（以下、ＣＡＳＮ）：Ｅｕ蛍光体は、実施例２の量子井戸層１Ｂから射出された４７５ｎｍの光のみならず、量子井戸層１Ａから射出された３８０ｎｍの光、ＢＡＭ：Ｅｕ蛍光体から射出される青色光、およびＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体から射出される黄色光の一部を吸収し、赤色に発光した。上述の３種類の波長変換物質から射出された光が混合し、白色光が射出された。したがって、実施例２によれば、演色性に優れた発光装置が提供された。このような発光装置は、照明装置に用いることができる。
　実施例３で作製した発光装置において、発光効率は、実施例１に比べて、約３％向上した。また、発光ダイオードＣの駆動電流密度を５Ａ／ｃｍ２～５０Ａ／ｃｍ２の間に設定し、発光スペクトルを測定したとき、主発光ピークの最大値と最小値の比は、実施例１に比べて、約２％低減した。
　上記実施例では、主発光ピークの波長が２種類である一例を記載したが、３種類以上であってもよい。例えば、３種類の主発光ピークの波長の光を射出する３種類の量子井戸層を有する場合、最も長波長の主発光ピークを有する量子井戸層は、発光層１７においてｎ型窒化物半導体層１３側から２層目以降に位置している量子井戸層１Ｂである。他の２種類の主発光ピークを有する量子井戸層は量子井戸層１Ｂを除いた第１の量子井戸層から第Ｎの量子井戸層の量子井戸層１Ａ中に含まれている。第１の量子井戸層から第Ｎの量子井戸層中の３種類の量子井戸層の配置は、量子井戸層１Ｂがｎ型窒化物半導体層１３側から２層目以降に位置していること以外は特に限定されない。このような場合でも、本発明の一態様の効果は得られることを確認した。
　以上の結果により、本発明の一態様が有用であることが確かめられた。
　本発明の一態様は、発光装置の発光効率を向上させ、かつ、照明用途に好適な演色性やバックライト用途に好適な色再現性を実現することが必要な発光ダイオードや、この発光ダイオードを備えた発光装置などに適用することができる。
　１…量子井戸層、１Ａ…第１から第Ｎの量子井戸層（Ｎ≧２、ただし、後述する１Ｂを除く。）、１Ｂ…最も長波長の主発光ピークを有する量子井戸層、２…障壁層、３…透明基板、３ａ…凸部、４…バッファ層、５…下地層、７…基板部、９…第１のｎ型窒化物半導体層、１１…第２のｎ型窒化物半導体層、１３…ｎ型窒化物半導体層、１４…Ｖピット発生層、１５…超格子層、１５Ａ…第１の超格子層、１５Ｂ…第２の超格子層、１７…発光層、１８…Ｖピット、１９…アンドープ層、２０…機能層、２１…第１のｐ型窒化物半導体層、２３…第２のｐ型窒化物半導体層、２５…第３のｐ型窒化物半導体層、２７…ｐ型窒化物半導体層、２９…ｎ側電極、３１…透明電極、３３…ｐ側電極、３５…透明保護膜、１００…発光装置、１０１…発光ダイオード、１０２…波長変換物質、１０２Ａ…第１の波長変換物質、１０２Ｂ…第２の波長変換物質、１０３…媒質、１０４…アノード、１０５…カソード、１０６…セラミックパッケージ、１０７…金ワイヤ

Claims (6)

  1. 　透明基板と、
    　前記透明基板の表面に設けられた窒化物半導体多層膜と、を含む発光ダイオードであって、
    　前記窒化物半導体多層膜は、第１の窒化物半導体層と、
    　前記第１の窒化物半導体層に対し、前記透明基板とは反対側に設けられた第２の窒化物半導体層と、
    　前記第１の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物半導体層と、の間に設けられた発光層と、を備え、
    　前記透明基板は、前記第１の窒化物半導体層と対向する面に凸部を有しており、
    　前記発光層は、前記第１の窒化物半導体層側から順番に、第１の量子井戸層から第Ｎの量子井戸層（Ｎ≧２）の複数の量子井戸層を備え、
    　前記複数の量子井戸層は、主発光ピークの波長が異なる２種類以上の光を射出する２種類以上の量子井戸層を有し、
    　前記２種類以上の量子井戸層のうち、最も長波長の主発光ピークを有する量子井戸層は、前記発光層において、前記第１の窒化物半導体層側から２層目以降に位置している発光ダイオード。
  2. 　前記発光層は、前記第１の窒化物半導体層から前記第２の窒化物半導体層の方向に拡がる窪みを有しており、
    　前記窪みは前記第１の量子井戸層から第Ｎの量子井戸層に渡って設けられ、
    　前記窪みの内側は、前記窪みの外側よりも前記量子井戸層が薄く積層されている請求項１に記載の発光ダイオード。
  3. 　前記２種類以上の量子井戸層のうち、最も短波長の主発光ピークを有する量子井戸層は、３７０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲に主発光ピークを有する請求項１または２に記載の発光ダイオード。
  4. 　前記２種類以上の量子井戸層のうち、最も短波長の主発光ピークを有する量子井戸層以外は、４３０ｎｍ～５５０ｎｍの範囲に主発光ピークを有する請求項３に記載の発光ダイオード。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の発光ダイオードと、
    　前記発光ダイオードから射出される光の光路上に設けられた波長変換物質と、を備え、
    　前記波長変換物質は、前記発光層から射出される複数の光のうち少なくとも１種類の光を吸収して、前記発光層から射出される光とは異なる波長の光を射出する発光装置。
  6. 　前記波長変換物質は、第１の波長変換物質と、
    　第２の波長変換物質と、を備え、
    　前記第１の波長変換物質は、量子井戸層から射出される光を吸収して、前記量子井戸層から射出される光とは異なる波長の光を射出し、
    　前記第２の波長変換物質は、前記量子井戸層よりも長波長の主発光ピークを有する量子井戸層から射出される光を吸収して、前記長波長の主発光ピークを有する量子井戸層から射出される光とは異なる波長の光を射出する請求項５に記載の発光装置。
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