半导体发光元件的制作方法

本发明涉及一种半导体发光元件(诸如，发光二极管(led))。

背景技术：

半导体发光元件通常通过在生长基板上生长由n型半导体层、有源层和p型半导体层构成的半导体结构层并且形成分别向n型半导体层和p型半导体层施加电压的n电极和p电极来制造。

专利文献1公开了一种通过在一个基板材料上形成至少两种类型的半导体发光元件并将多种类型的荧光体涂敷到各个半导体发光元件而生产的发光装置，所述多种类型的荧光体对半导体发光元件的各个发光波长作出反应。专利文献2公开了一种白色发光二极管，其中，红色、绿色和蓝色发光二极管按照该顺序被层压以便沿同一方向发射光。专利文献3公开了一种白色发光元件，该白色发光元件包括：第一发光部，该第一发光部通过金属层接合到导电子安装基板；以及第二发光部，该第二发光部形成在所述导电子安装基板的上表面的一个区域上。专利文献4公开了一种半导体发光元件，该半导体发光元件包括由ingan构成的多个阱层，其中，所述阱层的in组分不同。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-71805号公报

专利文献2：日本特开2011-249460号公报

专利文献3：日本特开2006-339646号公报

专利文献4：日本特开2004-179493号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

当通过电极注入到元件中的电子和空穴在该元件的有源层中发生结合(复合)时，会引发由半导体发光元件进行的光发射。从有源层发射的光的波长(即，发光颜色)根据构成该有源层的半导体材料的带隙而不同。例如，使用氮化物系半导体的发光元件从其有源层发射蓝光。

对于例如照明应用，光源需要具有显色性。具有高显色性的光源是一种发射近自然光的光源。为了实现高显色性，优选的是，从光源发射的光具有基本上覆盖可见光区域的整个波长的波长。例如，从具有高显色性的光源提取的光被观察为白光。

就此而言，如上述专利文献中所公开的，已经提出了使用半导体发光元件来获取白光的各种方法。在制造发光装置的一个示例方法中，将波长转换部件(诸如，荧光体)混合到密封树脂中，以通过密封树脂密封该元件。例如，在使用发射蓝光的有源层的半导体发光元件的情况下，来自有源层的蓝光的一部分被荧光体转换为黄光，并且将这两种类型的光混合并发射到外部。因此，所发射的光作为整体被观察为白光。在另一种提出的技术中，通过层压具有不同组分的多个有源层，在不使用荧光体的情况下使发光波长范围变宽。

然而，使用上述方法制造的发光装置具有与该装置内的发光波长的均匀性、制造过程的复杂性及发光强度有关的问题。可能的原因包括：荧光体混合步骤的添加；荧光体的波长转换效率随时间的变化；半导体层的处理步骤的添加；以及由于半导体层的处理而引起的结晶度的劣化。

鉴于上述问题进行了本发明。本发明的目的是提供一种半导体发光元件，所述半导体发光元件不需要波长转换部件(诸如，荧光体)，并且具有在可见光区域的宽范围内的发光波长带(光谱宽度)并具有高显色性和高发光强度。

用于解决问题的手段

根据本发明的半导体发光元件包括：第一半导体层，所述第一半导体层具有第一导电类型；发光功能层，所述发光功能层形成在所述第一半导体层上并且包括第一发光层和第二发光层；以及第二半导体层，所述第二半导体层形成在所述发光功能层上并且具有与所述第一半导体层的导电类型相反的导电类型。第一发光层具有：第一基底层，该第一基底层具有从第一半导体层受到应力应变的组分，并且具有被分割成随机网状的多个第一基底区段；第一量子阱层，该第一量子阱层保留了所述第一基底区段的区段形状并且形成在所述第一基底层上；以及第一势垒层，该第一势垒层具有通过嵌入第一基底层和第一量子阱层而平坦化的平坦表面。第二发光层具有：第二基底层，该第二基底层具有从第一势垒层受到应力应变的组分，并且具有被分割成随机网状的多个第二基底区段；第二量子阱层，该第二量子阱层保留了所述第二基底区段的区段形状并且形成在所述第二基底层上；以及第二势垒层，该第二势垒层形成在所述第二量子阱层上。

附图说明

图1的(a)是示出根据第一实施方式的半导体发光元件的结构的横截面图，并且图1的(b)是第一发光层的基底层的示意性俯视图。

图2是示出根据第一实施方式的半导体发光元件的发光功能层的结构的横截面图。

图3是示出根据第一实施方式的修改示例的半导体发光元件的结构的横截面图。

图4是示出来自根据第一实施方式的修改示例的半导体发光元件的发射光谱的图。

具体实施方式

现在将在下面详细描述本发明的实施方式。在本说明书中，相同的附图标记被分配给相同的构成元件。

第一实施方式

图1的(a)是示出根据第一实施方式的半导体发光元件(在下文中，在某些情况下简称为“发光元件”或“元件”)10的结构的横截面图。在半导体发光元件10的结构中，半导体结构层sl形成在安装基板(在下文中，在某些情况下简称为“基板”)11上。所述半导体结构层sl包括形成在安装基板11上的n型半导体层(即，第一半导体层)12、形成在该n型半导体层12上并且包括第一发光层13a和第二发光层13b的发光功能层13、形成在该发光功能层13上的电子阻挡层14、以及形成在该电子阻挡层14上的p型半导体层(第二半导体层，即，其导电类型与所述第一半导体层12的导电类型相反的半导体层)15。

根据该实施方式，安装基板11由用于例如半导体结构层sl的生长的生长基板构成，并且例如由蓝宝石制成。另外，半导体结构层sl由氮化物系半导体构成。半导体发光元件10可以通过使用金属有机化学汽相沉积(mocvd)法在蓝宝石基板(例如，所述蓝宝石基板的c面表面用作晶体生长表面)上生长半导体结构层sl来制造。尽管图中未示出，但是发光元件10具有分别向n型半导体层12和p型半导体层15施加电压的n电极和p电极。

参照发光元件10的结构示出了实施方式，其中，半导体结构层sl形成在用作安装基板11的生长基板上。然而，实施方式不限于安装基板11为生长基板的结构。例如，半导体发光元件10可以具有通过首先在生长基板上生长半导体结构层sl、将该半导体结构层sl接合到另一基板并去除该生长基板而获得的结构。在这种情况下，由此接合的另一基板形成在p型半导体层15上。上述接合基板可以使用具有高散热度的材料(诸如，si、aln、mo、w和cuw)。

尽管图中未示出，但是可以在安装基板11与n型半导体层12之间设置缓冲层(下层)。例如，出于减轻在生长基板与半导体结构层sl之间的交界面(interface)上以及在半导体结构层sl的层之间的交界面上可能产生的应变的目的而设置缓冲层。在该实施方式中，在蓝宝石基板(安装基板11)上生长gan层作为缓冲层之后，层压n型半导体层12。

n型半导体层12由例如包含n型掺杂物(例如，si)的gan层构成。电子阻挡层14由例如algan层构成。p型半导体层15由例如包含p型掺杂物(例如，mg)的gan层构成。n型半导体层12可以由具有不同掺杂浓度的多个n型半导体层构成。电子阻挡层14可以包含p型掺杂物。p型半导体层15可以在与相对于电子阻挡层14的交界面相反的主表面上具有接触层。

发光功能层13具有第一发光层13a和第二发光层13b。第一发光层13a形成在n型半导体层12上，并且第二发光层13b相对于第一发光层13a形成在p型半导体层15侧上(在该实施方式中形成在第一发光层13a上)。电子阻挡层14形成在第二发光层13b上。第一发光层13a和第二发光层13b各具有量子阱(qw)结构。

第一发光层13a具有包含与n型半导体层12的组分不同的组分的基底层(下文中称为“第一基底层”)bl1。由于来自n型半导体层12的应力应变，第一基底层bl1具有形成为具有随机网状的槽(下文中称为“第一槽”)gr1。换句话说，由于n型半导体层12与第一基底层bl1之间的组分差异，第一槽gr1具有由通过在第一基底层bl1中产生的应力(应变)创建的多个组合槽形成的网格形状。在第一基底层bl1中产生的应力应变是由n型半导体层12与第一基底层bl1之间的晶格常数差异引起的第一基底层bl1的晶体结构的应变。

第一发光层13a具有量子阱结构层(下文中称为“第一量子阱结构层”)，其由形成在第一基底层bl1上的第一量子阱层wa和第一势垒层ba构成。第一量子阱层wa形成在第一基底层bl1上，并且第一势垒层ba形成在所述第一量子阱层wa上。第一基底层bl1充当用于所述第一量子阱层wa的势垒层。第一量子阱层wa被形成为应变的量子阱层。

现在将参照图1的(b)给出对第一基底层bl1的描述。图1的(b)是示意性地示出第一基底层bl1的上表面的图。第一基底层bl1被第一槽gr1分割，并且具有形成为具有随机尺寸的许多细小的基底区段(下文中称为“第一基底区段”)bs。因为第一基底层bl1具有从n型半导体层12受到应力应变的组分，所以各个第一基底区段bs1被分割成随机网状。

第一槽gr1由具有随机且不同的长度和形状的槽部构成。第一槽gr1在第一基底层bl1的整个表面上形成为网(网格)状。各个第一基底区段bs1是第一基底层bl1内的由第一槽gr1随机分割和形成的部分(区段)。此外，各个第一基底区段bs1的上表面具有各种形状(诸如，大致圆形形状、大致椭圆形形状以及多边形形状)。

第一槽gr1具有例如v形横截面(图1的(a))。另外，如图1的(b)所示，第一槽gr1具有线状底部bp1。在该实施方式中，各个第一基底区段bs1的端部是第一槽gr1的底部bp1。各个第一基底区段bs1在底部bp1处与另一个第一基底区段bs1相邻。

此外，第一基底层bl1具有与各个第一基底区段bs1对应的平坦部(下文中称为“第一平坦部”)fl1。第一基底层bl1的表面由第一平坦部fl1和第一槽gr1的内壁表面构成。各个第一平坦部fl1被针对各个第一基底区段bs1的第一槽gr1分割。第一基底区段bs1具有由第一平坦部fl1构成的上表面以及由第一槽gr1的内壁表面构成的侧表面。

换句话说，第一平坦部fl1构成各个第一基底区段bs1的上表面，并且第一槽gr1的内壁表面构成第一基底区段bs1的侧表面。因此，各个第一基底区段bs1具有倾斜的侧表面，并且具有例如大致梯形形状的横截面。

第一量子阱层wa被形成为在其表面上继承(保留)第一槽gr1的形状。另外，第一量子阱层wa具有与所述第一槽gr的网格形状相同的网格形状的槽(下文中称为“第二槽”)gr2。具体地，如图1的(a)所示，第一量子阱层wa保留了第一基底区段bs1的区段形状，并且形成在第一基底层bl1上。因此，第一量子阱层wa在与第一基底层bl1的第一槽gr1的各个槽部对应的位置处具有第二槽gr2。

如图1的(a)所示，第一发光层13a具有第一势垒层ba，该第一势垒层ba具有平坦表面(下文中称为“第一平坦表面”)fs1，所述平坦表面fs1通过嵌入第一基底层bl1和第一量子阱层wa而被平坦化。换句话说，在与第一量子阱层wa的交界面(底表面)处，第一势垒层ba具有与第二槽gr2对应的不平坦形状。在上表面上，第一势垒层ba具有平坦形状。因此，第一发光层13a的表面被形成为平坦表面fs1。

第二发光层13b具有其组分与第一势垒层ba的组分不同的基底层(下文中称为“第二基底层”)bl2。由于来自第一势垒层ba的应力应变，第二基底层bl2具有形成为具有随机网状的槽(下文中称为“第三槽”)gr3。换句话说，由于第一势垒层ba与第二基底层bl2之间的组分差异，第三槽gr3具有由通过在第二基底层bl2上产生的应力(应变)创建的多个组合槽形成的网格形状。

第二发光层13b具有由形成在第二基底层bl2上的第二量子阱层wb和第二势垒层bb构成的量子阱结构层(下文中称为“第二量子阱结构层”)。第二量子阱层wb形成在第二基底层bl2上，并且第二势垒层bb形成在所述第二量子阱层wb上。第二基底层bl2用作用于所述第二量子阱层wb的势垒层。第二量子阱层wb被形成为应变的量子阱层。

第二基底层bl2被第三槽gr3分割，并且具有形成为具有随机尺寸的许多细小的基底区段(下文中称为“第二基底区段”)bs2。由于第二基底层bl2从来自第一势垒层ba受到应力应变的组分，所以各个第二基底区段bs2被分割成随机网状。

各个第二基底区段bs2是第二基底层bl2内的由第三槽gr3随机分割并形成的部分(区段)。此外，各个第二基底区段bs2的上表面可以具有各种形状(诸如，大致圆形形状、大致椭圆形形状以及多边形形状)。

如图1的(a)所示，第三槽gr3例如是v形的并且具有线状底部bp2。在该实施方式中，各个第二基底区段bs2的端部是第三槽gr3的底部bp2。各个第二基底区段bs2在底部bp2处与另一个第二基底区段bs2相邻。

另外，第二基底层bl2具有与各个第二基底区段bs2对应的平坦部(下文中称为“第二平坦部”)fl2。第二基底层bl2的表面由第二平坦部fl2和第三槽gr3的内壁表面构成。各个第二平坦部fl2被针对各个第二基底区段bs2的第三槽gr3分割。第二基底区段bs2具有由第二平坦部fl2构成的上表面以及由第三槽gr3的内壁表面构成的侧表面。

第二量子阱层wb被形成为在其表面上继承(保留)第三槽gr3的形状。另外，第二量子阱层wb具有包含与所述第三槽gr3的网格形状相同的网格形状的槽(下文中称为“第四槽”)gr4。具体地，如图1的(a)所示，第二量子阱层wb形成在第二基底层bl2上，同时第二基底区段bs2的区段形状不变。因此，第二量子阱层wb在与第二基底层bl2的第三槽gr3的各个槽部对应的位置处具有第四槽gr4。

如图1的(a)所示，第二发光层13b具有第二势垒层bb，该第二势垒层bb具有通过嵌入第二基底层bl2和第二量子阱层wb而被平坦化的平坦表面(下文中称为“第二平坦表面”)fs2。更具体地，第二势垒层bb在与第二量子阱层wb的交界面(下表面)处具有与第四槽gr4对应的不平坦形状。在上表面上，第二势垒层bb具有平坦形状。因此，第二发光层13a的表面形成为平坦表面fs2。

第二基底层bl2的第三槽gr3形成在与第一基底层bl1的第一槽gr1无关的位置处。第三槽gr3的第二底部bp2形成在与第一底部bp1无关的位置。因此，第二基底区段bs2形成在与第一基底区段bs1无关的位置处并且具有与第一基底区段bs1无关的尺寸。因此，第四槽gr4形成在与第二槽gr2无关的位置处并且具有与第二槽gr2无关的尺寸和形状。

图2是示出发光功能层13的结构的横截面图。图2是图1的(a)的被虚线包围的部分的部分放大的横截面图。参照图2，将给出发光功能层13的第一发光层13a和第二发光层13b的详细描述。在第一发光层13a中，第一基底层bl1具有alxga1-xn(0<x≤1)的组分。第一量子阱层wa具有inz1ga1-z1n(0<z1≤1)的组分。

第一势垒层ba具有第一子势垒层ba1和第二子势垒层ba2。换句话说，第一势垒层ba具有双层结构。第二子势垒层ba2形成为比第一子势垒层ba1更靠近p型半导体层15。更具体地，第一子势垒层ba1形成在第一量子阱层wa上，并且第二子势垒层ba2形成在第一子势垒层ba1上。第二发光层13b(第二基底层bl2)形成在第二子势垒层ba2上。

第一子势垒层ba1具有inz2ga1-z2n(0<z2≤1)的组分。第二子势垒层ba2具有与n型半导体层12和p型半导体层15的组分相同的组分，并且在该实施方式中具有gan的组分。第一势垒层ba1的in组分z2比第一量子阱层wa的in组分z1少。

在第二发光层13b中，第二基底层bl2具有alyga1-yn(0<y≤1)的组分。第二量子阱层wb具有inz3ga1-z3n(0<z3≤1)的组分。

第二势垒层bb具有第三子势垒层bb1和第四子势垒层bb2。换句话说，第二势垒层bb具有双层结构。第四子势垒层bb2比第三子势垒层bb1更靠近p型半导体层15。更具体地，第三子势垒层bb1形成在第二量子阱层wb上，并且第四子势垒层bb2形成在第三子势垒层bb1上。电子阻挡层14形成在第四子势垒层bb2上。

第三子势垒层bb1具有inz4ga1-z4n(0<z4≤1)的组分。第四子势垒层bb2具有与n型半导体层12和p型半导体层15的组分相同的组分，并且在该实施方式中具有gan的组分。第四子势垒层bb2的in组分z4比第二量子阱层wb的in组分z3少。

第一基底层bl1和第二基底层bl2的层厚度彼此不同。在该实施方式中，第二基底层bl2的层厚度t2比第一基底层bl1的层厚度小。具体地，第二基底层bl2的层厚度t2小于第一基底层bl1的层厚度t1。

另外，第一基底层bl1和第二基底层bl2的组分彼此不同。更具体地，第一基底层bl1的al组分x与第二基底层bl2的al组分y不同。在该实施方式中，第二基底层bl2的al组分y大于第一基底层bl1的al组分x。随着al组分x和y增加，它们的槽部的数量、深度和尺寸增加，并且所形成的基底区段的平均尺寸减小。在该实施方式中，基底区段的平均尺寸由此在第一基底层bl1与第二基底层bl2之间不同。第一基底层bl1和第二基底层bl2分别充当用于第一量子阱层wa和第二量子阱层wb的势垒层。

在下文中，将给出第一发光层13a和第二发光层13b的描述。在第一基底层bl1和第二基底层bl2中，第一基底区段bs1和第二基底区段bs2可以通过在相对低的温度下在gan层上生长具有相对大的al组分的algan层作为n型半导体层12和第二势垒层ba来形成。因为第一基底区段bs1和第二基底区段bs2以相同的机制形成，所以在下文中将对第一基底区段bs1进行描述。

首先，当在n型半导体层12上生长在晶体组分方面与n型半导体层12不同的第一基底层bl1时，在第一基底层bl1中产生应力(应变)。例如，第一基底层bl1具有比n型半导体层12的晶格常数小的晶格常数。例如，当在用作n型半导体层12的gan层上形成用作第一基底层bl1的algan层时，由于gan层而导致在algan层中产生拉伸应变。因此，在其生长期间在algan层中产生拉伸应力。当在gan层上生长algan层时，在其生长开始时或在其生长期间在algan层中形成槽，并且algan层以三维方式生长。因此，algan层以立体方式生长，并且形成多个细小的凸起和凹陷。形成该槽的起点是第一槽gr1的第一底部bp1。

当在低温下在gan层上生长algan层时，促进algan层的三维生长。因此，在algan层的表面上形成大量的槽部同时彼此组合(形成第一槽gr1)，从而将algan层的表面分割成多个区段。因此可以形成具有第一基底区段bs1的第一基底层bl1。在该实施方式中，algan层在1100℃的生长温度下被形成为第一基底层bl1。

当在第一基底层bl1上形成用作第一量子阱层wa的ingan层时，该第一量子阱层wa被形成为应变的量子阱层。另外，在第一量子阱层wa内产生in含量的某一分布。换句话说，第一量子阱层wa被形成为使得例如在in组分方面第一平坦部fl1上的区域与第一槽gr1上的区域不同。第一基底区段bs1的上表面上的第一量子阱层wa的层厚度与第一基底区段bs1的侧表面上的第一量子阱层wa的层厚度不同。因此，带隙在第一量子阱层wa的层内不是恒定的。

由此形成的具有岛状细小凸起和凹陷的第一量子阱层wa由于其随机形状和带隙结构而以各种波长发光。区段形状在第一势垒层ba处终止。在第一势垒层ba上，第二基底层bl2形成为与第一基底层bl1无关。

例如，第二基底层bl2具有比第一势垒层ba的晶格常数小的晶格常数。因此，拉伸应变通过第一势垒层ba被施加到第二基底层bl2上。在该实施方式中，第二基底层bl2被形成为使得al组分y和层厚度t2与第一基底层bl1的不同。第二基底区段bs2在第二基底层bl2的面内的平均尺寸(面积)与第一基底区段bs1在第一基底层bl1的表面内的平均尺寸不同。层内in分布在第一量子阱层wa与第二量子阱层wb之间不同，并且第一量子阱层wa和第二量子阱层wb发射不同波长区域内的光。

换句话说，通过堆叠具有拥有如该实施方式的情况下的平坦化上表面的势垒层的多个发光层(第一发光层13a和第二发光层13b)，可以容易地形成具有任意发光波长的发光层。

在该实施方式中，第一发光层13a和第二发光层13b各发射其强度峰值在相对于蓝色区域较长波长侧上的区域中的光。另外，第一发光层13a相对于第二发光层13b发射其峰值在较短波长侧上的光。由于第一发光层13a具有细小的岛状凸起和凹陷，所以所述第一发光层13a发射各种颜色的光。具体地，随着基底区段的尺寸减小，引入到量子阱层的in的量增加，并且发光波长向较长波长侧偏移。

在该实施方式中，第一基底层bl1具有第一平坦部fl1，并且第一发光层13a的表面具平坦表面fs1。由于第二发光层13b形成在第一平坦表面fs1上，所以在第一发光层13a与第二发光层13b之间的交界面处确保优选的结晶度水平。

当第一势垒层bb具有由第一子势垒层ba1和第二子势垒层ba2构成的双层结构时，可以容易地嵌入第一量子阱层wa的第二槽gr2，并且稳定地形成第一平坦表面fs1。具体地，在用作第一量子阱层wa的ingan层与用作第二子势垒层ba2的gan层之间，插入其晶格常数在上述ingan与gan层的晶格常数之间的第一子势垒层ba1(ingan层的in组分比第一量子阱层wa的in组分少)。作为结果，牢固地嵌入槽，并且稳定地形成平坦表面fs1的形状。

如果第二槽gr2被平坦化，则第一势垒层ba可以仅由gan层构成。换句话说，不需要形成第一子势垒层ba1。例如，第一平坦表面fs1可以通过形成gan层使得其层厚度相对大来形成。上述也适用于第二势垒层bb。平坦表面fs1和fs2需要通过在第一势垒层ba和第二势垒层bb的上表面中完全嵌入槽来形成。具体地，在第一势垒层ba和第二势垒层bb构成双层结构的示例情况下，子势垒层的最靠近p型半导体层15的表面需要被形成为平坦表面。例如，如图2所示，在第一子势垒层ba1和第三子势垒层bb1的表面中，可以分别形成(或保留)与第二槽gr2和第四槽gr2对应的槽。

在该实施方式中已经示出了将第二发光层13b的表面形成为平坦表面(第二平坦表面fs2)的情况。然而，该实施方式并不限于第二发光层13b的表面被形成为平坦表面的情况。第二发光层13b的表面可以具有与第四槽gr4对应的槽。考虑到第二发光层13b与电子阻挡层14之间的交界面上的结晶度，希望第二发光层13b具有平坦化的上表面。

在该实施方式中，已经示出了第一基底层bl1和第二基底层bl2以及第一量子阱层wa和第二量子阱层wb的表面由平坦部和槽构成的情况。然而，这些表面的形状并不限于上述情况。例如，第一基底层bl1可以在第一基底区段bs1的上表面上具有弯曲表面部。

第一量子阱层wa的in组分z1和第二量子阱层wb的in组分z3可以是相同的或不同的。具体地，如上所述，可以通过改变第一基底层bl1和第二基底层bl2的层厚度和al组分来改变每个基底区段的平均尺寸，由此可以调整第一发光层13a和第二发光层13b的发光波长区域。另外，可以调整第一量子阱层wa和第二量子阱层wb的in组分以调整它们各自的发光波长。在该实施方式中，第一量子阱层wa和第二量子阱层wb被构造成使得in组分z1和in组分z3相同。

随着基底区段bs1和bs2的尺寸减小，引入量子阱层wa和wb的in的量增加，并且发光波长向较长波长侧偏移。具体地，当作为量子阱层wa的ingan层被形成在在用作基底层bl1的algan层上时，algan层对ingan层施加压缩应力(压缩应变)。当ingan层受到压缩应变时，in容易被引入第一量子阱层wa。认为ingan层的带隙(即，量子能级之间的能量)由此减小。因此，随着基底层bl1和bl2的区段形状的减小，第一量子阱层wa发射包含其波长在较长波长侧的更多成分(component)的光。

另外，本发明人检查了不是像第一发光层13a或第二发光层13b那样的发光层的形成而是具有多个量子阱层的多量子阱结构的形成，所述量子阱层具有一个平坦表面，并且在所述量子阱层中，in组分彼此不同地变化。然而，可以形成的in组分的范围是有限的。在具有包含变化的in组分的多量子阱结构的发光层的发光元件的情况下，具有与该实施方式的发光元件10的波长带一样宽的波长带的光谱是不可能的。具体地，无法获得在宽范围内具有恒定波长和一定强度水平的光。

因此，通过简单地增加in组分，无法获得具有高显色性的光。当形成具有过大in组分的量子阱层以在宽范围内改变in组分时，in的偏析显著，并且in析出并变黑。另外，形成不起到发光层作用的部分。因此，可以说，基于in组分，同时实现较宽的发光光谱和较高的发光强度的努力存在限制。

在另一个示例考虑中，本发明人通过层压由不同材料形成并且具有不同带隙的发光层来制造发光元件。简单地层压不同类型材料的发光层以产生仅产生其峰值波长与带隙对应的光的发光层，则峰值之间的光谱强度是小的。由于颜色以不平衡和不稳定的方式混合，所以获得白光是困难的。添加形成包含不同类型的材料的发光层的步骤，并且所得到的产品不具有优选的结晶度水平。在该实施方式中，另一方面，通过形成具有显微结构的第一量子阱层wa的发光功能层13，容易且必定实现具有在可见光区域的宽范围内的发光波长带(或者半宽度)的光。

作为一个示例实施方式，本发明人形成具有以下层厚度的发光功能层13：第一基底层bl1的层厚度为8nm。第一量子阱层wa的层厚度为5.5nm。基底区段bs在内面方向上的尺寸(面积)在从几百nm²到几μm²的范围内变化。

在该实施方式中，4μm的n-gan层在1225℃的生长温度下被形成为n型半导体层12。在845℃的生长温度下形成第一量子阱层wa和第二量子阱层wb。另外，在1000℃的生长温度下形成用作电子阻挡层14的algan层，并且在1100℃的生长温度下形成用作p型半导体层15的p-gan层。

在该实施方式中，已经示出了第一量子阱层wa和第二量子阱层wb各具有量子阱结构的情况。然而，第一量子阱层wa和第二量子阱层wb可以各是单量子阱层，或者可以具有由多个量子阱层和势垒层构成的多量子阱结构。换句话说，第一发光层13a和第二发光层13b(第一量子阱结构层和第二量子阱结构层)可以各具有单量子阱(sqw)结构或多量子阱(mqw)结构。当第一发光层13a和第二发光层13b具有多量子阱结构时，最靠近p型半导体层15的势垒层需要具有平坦表面。

[修改示例]

图3是示出根据第一实施方式的修改示例的半导体发光元件30的结构的横截面图。除了发光功能层33的结构之外，发光元件30的构造与发光元件10的构造相同。在发光元件10的n型半导体层12与第一发光层13a之间，发光元件30的发光功能层33具有第三发光层33a。第三发光层33a具有由至少一个第三量子阱层wc和多个第三势垒层wc构成的量子阱结构。

根据该修改示例，在第三发光层33a的结构中，在n型半导体层13上交替层压两个第三量子阱层wc和三个第三势垒层bc。在最靠近p型半导体层15的第三势垒层bc上，形成第一发光层13a(第一基底层bl1)。各个第三量子阱层wc是具有与例如第一量子阱层wa和第二量子阱层wb中的一个的组分(例如，ingan组分)相同的组分的均匀平坦层。各个第三势垒层bc具有与第一势垒层ba和第二势垒层bb的组分相同的组分(例如，gan层或包含ingan和gan层的双层结构)。第三势垒层bc中最靠近第一发光层13a的第三势垒层bc具有与n型半导体层12的组分相同的组分。

在该修改示例的构造中，将量子阱结构的第三发光层33a添加到根据第一实施方式的发光元件10的发光功能层13的n型半导体层12侧。与第一实施方式相比，可以发射具有在纯蓝色区域中的发光波长峰值的附加光。根据该修改示例的构造有利于例如增加蓝色区域中的光强度。

在该修改示例中，已经示出了在n型半导体层12与第一发光层13a之间形成第三发光层33a的情况。然而，形成第三发光层33a的位置并不限于上述情况。例如，可以在第二发光层13b上(即，第二发光层13b与p型半导体层15之间)形成第三发光层33a。另外，第三发光层33a也可以形成在第一发光层13a与第二发光层13b之间。

图4示出了从发光元件30发射的光的光谱特性。在附图中，横轴表示波长，并且纵轴表示发光强度。如图4所示，从发光元件30发射的光具有三个峰值，并且具有基本上在整个可见光区域上的高强度。在三个峰值中，最靠近短波长侧的约450nm处的峰值p1由从第三发光层33a发射的光产生。同样地，约500nm处的峰值p2和约570nm处的峰值p3分别由从第一发光层13a和第二发光层13b发射的光产生。当不提供第三发光层33a时(即，当使用发光元件10时)，除了没有峰值p1之外，实现了与发光元件30的光谱特性相同的光谱特性。

在该实施方式中，已经示出了层压具有岛状基底区段的两个发光层的情况。然而，可以层压具有与第一发光层13a和第二发光层13b的构造相同构造的三个或更多个发光层。换句话说，发光功能层13和33a需要具有堆叠至少第一发光层13a和第二发光层13b的结构。

在该实施方式中已经示出了在发光功能层13(或33)与p型半导体层15之间形成电子阻挡层14的情况。然而，该实施方式不限于提供电子阻挡层14的情况。例如，可以在发光功能层13上形成p型半导体层15。应注意的是，电子阻挡层14的带隙比n型半导体层12、发光功能层13和p型半导体层15的带隙大。因此，可以防止电子通过发光功能层13溢出到p型半导体层15侧。因此，优选提供电子阻挡层14以用于大电流驱动和高温操作。

如上所述，第一发光层13a的第一基底区段bs1和第二发光层13b的第二基底区段bs2被随机形成，使得它们彼此不相关。因此，各自的发光范围彼此不同，并且其各自发射的光重叠，以产生具有较宽范围的光发射。第一基底层bl1和第二基底层bl2被制成区分它们的区段的平均尺寸，从而可以区分从第一发光层13a发射的光和来自第二发光层13b的光(可以区分波长带)。通过将第一基底层bl1和第二基底层bl2构造成使得它们的层厚度不同，从第一发光层13a发射的光和从第二发光层13b发射的光的光谱宽度彼此不同。

根据实施方式及其修改示例，在发光功能层13的结构中，层叠包括第一发光层13a和第二发光层13b的多个发光层。第一发光层13a具有：第一基底层bl1，该第一基底层bl1具有从n型半导体层12受到应力应变的组分，并且具有被分割成随机网状的多个第一基底区段bs1；第一量子阱层wa，该第一量子阱层wa保留了所述第一基底区段bs1的区段形状并且形成在所述第一基底层bl1上；以及第一势垒层ba，该第一势垒层ba具有通过嵌入第一基底层bl1和第一量子阱层wa而被平坦化的平坦表面fs1。

第二发光层13b具有：第二基底层bl2，该第二基底层bl2具有从第一势垒层ba受到应力应变的组分，并且具有被分割成随机网状的多个第二基底区段bs2；第二量子阱层wb，该第二量子阱层wb保留了所述第二基底区段bs2的区段形状并且形成在所述第二基底层bl2上；以及第二势垒层bb，该第二势垒层bb形成在所述第二量子阱层wb上。因此，可以提供能够发射在可见光区域的宽范围内具有高发光强度的光的发光元件。

在该实施方式中，描述了第一导电类型是n导电类型并且第二导电类型是p导电类型的情况，所述p导电类型与所述n导电类型相反。然而，第一导电类型可以是p型，并且第二导电类型可以是n型。

符号说明

10、30半导体发光元件

12n型半导体层(第一半导体层)

13、33发光功能层

13a第一发光层

13b第二发光层

33a第三发光层

14电子阻挡层

15p型半导体层(第二半导体层)

bl1第一基底层

bs1第一基底区段

bl2第二基底层

bs2第二基底区段

gr1至gr4第一槽至第四槽

fs1第一平坦表面

fs2第二平坦表面