CN103069541B - 蓝宝石基板及半导体发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可构成光提取效率优异的氮化物半导体发光元件的氮化物半导体发光元件用的蓝宝石基板。该蓝宝石基板是在一主面包含多个凸部，在该一主面成长氮化物半导体而形成氮化物半导体发光元件，且将多个凸部以如下方式配置：在包含多个凸部的底面的平面内在任意位置向任意方向画直线时，该直线通过至少任一凸部内。

Description

蓝宝石基板及半导体发光元件
技术领域
本发明涉及一种氮化物半导体发光元件用的蓝宝石基板与半导体发光元件。
背景技术
例如，通常，包含氮化物半导体的发光二极管(LED，Light EmittingDiode)通过在蓝宝石基板上依次层叠n型半导体层、活性层、p型半导体层而构成。在该发光二极管中，发光的光是自蓝宝石基板的相反侧、或蓝宝石基板侧提取，而活性层中发光的光也向与出射侧相反的方向放射。因此，必需以使向与出射侧相反的方向放射的光有效地自出射侧提取的方式提高外部量子效率。
因此，例如在专利文献1中揭示有：在蓝宝石基板上配置多个三棱台形状的凸部以提高外部量子效率。此外，在专利文献1中记载有下述内容：由三棱台形状的凸部而在形成有该凸部的面上结晶成长，由此可抑制空隙的产生、结晶性的劣化。
先前技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008-177528号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，本申请案发明者等人潜心研究的结果为，在包含成长在具有三棱台形状的凸部的面上的氮化物半导体的发光二极管中，未必有效地使向与出射侧相反的方向放射的光自出射侧提取，从而并未充分提高外部量子效率。
因此，本发明的目的在于提供一种可构成光提取效率优异的氮化物半导体发光元件的氮化物半导体发光元件用的蓝宝石基板。
此外，本发明的目的在于提供一种光提取效率优异的半导体发光元件。
用于解决问题的技术手段
为达成上述目的，本发明的蓝宝石基板的特征在于：其在一主面包含多个凸部，在该一主面成长氮化物半导体而形成氮化物半导体发光元件；并且上述凸部分别在底面的外周具有至少1个凹陷。该凹陷并非为相对于蓝宝石基板垂直方向的凹陷，而是表示水平方向的凹陷。
此外，本发明的蓝宝石基板的特征在于：将上述多个凸部以如下方式配置：当在包含该多个凸部的底面的平面内在任意位置向任意方向画直线时，该直线通过至少任一凸部内。
此外，本发明的蓝宝石基板的特征在于：上述凸部分别为底面为大致多边形的大致多棱锥形状或多棱台形状，并且该底面的各边分别在中央部具有凹陷。
此外，本发明的半导体发光元件的特征在于：通过在本发明的蓝宝石基板的一主面上使氮化物半导体成长而形成有氮化物半导体层发光元件。
发明效果
如上述那样构成的本发明的蓝宝石基板是在一主面包含多个凸部，在该一主面成长氮化物半导体而形成氮化物半导体发光元件，且上述凸部分别在底面的外周具有至少1个凹陷，因此相对于蓝宝石基板平行且向基板表面出射的光向凸部照射，从而可提供一种可构成光提取效率优异的氮化物半导体发光元件的氮化物半导体发光元件用的蓝宝石基板。
此外，蓝宝石基板中，上述多个凸部是以如下方式配置：当在包含上述多个凸部的底面的平面内在任意位置向任意方向画直线时，该直线通过至少任一凸部内，因此在上述一主面上构成氮化物半导体发光元件时，相对于该一主面平行且接近地传播的光在无论向哪一方向传播的情形时均由至少1个凸部反射。
因此，根据本发明的蓝宝石基板，可提供一种可构成光提取效率优异的氮化物半导体发光元件的氮化物半导体发光元件用的蓝宝石基板。
此外，上述蓝宝石基板的上述凸部分别为底面为大致多边形的大致多棱锥形状或大致多棱台形状，且其底面的各边分别在中央部具有凹陷，因此容易实现如下凸部配置：当在包含上述多个凸部的底面的平面内在任意位置向任意方向画直线时，该直线通过至少任一凸部内。
此外，根据本发明的半导体发光元件，通过在本发明的蓝宝石基板的一主面上使氮化物半导体成长而形成氮化物半导体层发光元件，因此可提供一种光提取效率优异的半导体发光元件。
附图说明
图1是本发明的实施方式的氮化物半导体发光元件的剖面图。
图2是表示本发明的实施方式1的蓝宝石基板的凸部的排列的俯视图。
图3是表示本发明的实施方式2的蓝宝石基板的凸部的排列的俯视图。
图4是表示本发明的实施方式3的蓝宝石基板的凸部的排列的俯视图。
图5是表示本发明的实施方式4的蓝宝石基板的凸部的排列的俯视图。
图6是表示本发明的实施方式5的蓝宝石基板的凸部的排列的俯视图。
图7是表示本发明的实施方式6的蓝宝石基板的凸部的排列的俯视图。
图8是表示本发明的实施方式7的在蓝宝石基板上形成凸部时使用的掩模的一例的俯视图。
图9是表示本发明的实施方式7的蓝宝石基板的凸部的构成及排列的俯视图。
图10是表示本发明的变形例1的蓝宝石基板的凸部的构成及排列的俯视图。
图11是表示本发明的变形例2的蓝宝石基板的凸部的构成及排列的俯视图。
图12是表示本发明的实施方式8的蓝宝石基板的凸部的构成及排列的俯视图。
图13是本发明的实施方式8的在蓝宝石基板上形成凸部时使用的掩模的俯视图。
图14是表示本发明的实施方式9的蓝宝石基板的凸部的构成及排列的俯视图。
图15(a)是表示蓝宝石晶片的定向平面(A面)与结晶轴(a轴)的俯视图，(b)是表示凸部的方向的俯视图。
图16A是表示本发明的实施方式10的蓝宝石基板的凸部的构成及排列的俯视图。
图16B是将实施方式10的凸部的构成放大表示的俯视图。
图17是在蓝宝石基板上形成本发明的实施方式10的凸部时使用的掩模的俯视图。
图18(a)是表示蓝宝石晶片的定向平面(A面)与结晶轴(a轴)的俯视图，(b)、(c)是示意性地表示凸部的方向与氮化物半导体的成长速度的俯视图，(d)是表示氮化物半导体的成长速度的蓝宝石的结晶方向依赖性的示意图。
图19是表示本发明的实施方式11的蓝宝石基板的凸部的构成及排列的俯视图。
图20是表示本发明的实施方式11的在蓝宝石基板上形成凸部时使用的掩模的俯视图。
图21是表示本发明的实施方式12的蓝宝石基板的凸部的构成及排列的俯视图。
图22是表示本发明的实施方式12的在蓝宝石基板上形成凸部时使用的掩模的俯视图。
符号说明
1、2、31、32、40、50、60、70、80 凸部
1a、40a、50a、60a、70a、80a 凸部的倾斜侧面
1b、40b、50b、60b、70b、80b 凸部的上表面
10 蓝宝石基板
11、12、13 凸部的底面的边
11a、11b、12a、12b、13a、13b 曲线
20 半导体层叠构造
21 基础层
22 第1导电型层(n型层)
23 活性层(发光层)
24 第2导电型层(p型层)
M1、M45、M65、M70、M80 掩模
70s1、70s2、70s3、80s1、80s2、80s3 子凸部
100 定向平面
具体实施方式
如图1所示，本发明的实施方式的氮化物半导体发光元件在蓝宝石基板10上设置有半导体层叠构造20，该半导体层叠构造20是将基础层21、第1导电型层(n型层)22、活性层(发光层)23、及第2导电型层(p型层)24依次层叠而成，在基础层21所成长的基板10的表面分别设置有锥形状或梯形锥形状的多个凸部(凹坑(dimple))1。
此处，尤其在本实施方式中，将多个凸部1以如下方式配置：相对于位于相邻的凸部1间的基板表面平行且接近于基板表面而传播的光无论向哪一个方向传播的情况下均由至少1个凸部1反射。
由此，本实施方式的氮化物半导体发光元件中，可通过多个凸部1使发光层23中发光的光不自侧面出射而向出射方向高效地反射，从而可提高光的提取效率。
以下，对本发明的实施方式的蓝宝石基板的凸部1的具体配置例进行说明。
再者，在本发明中，凸部1为大致n棱锥形状或者为具有与底面大致平行且与底面大致相似形状的上表面1b的大致n棱台形状，且底面分别为具有向外侧凸出的圆弧形状的n个边的大致n边形即可，在以下的实施方式1～6的说明中，通过有代表性的大致三棱锥形状或大致三棱台形状的凸部1的例而表示。
此外，在实施方式1～6中参照的附图中，通过正三角形示意性地表示了凸部1的平面形状(底面的形状)，但在通过对蓝宝石基板进行蚀刻而形成大致三棱锥形状或大致三棱台形状的凸部1的情形时，其底面各边通常成为向外侧凸出的圆弧形状，且凸部1的倾斜的侧面成为向外侧凸出的面。
实施方式1.
图2的俯视图表示本发明的实施方式1的蓝宝石基板的凸部1的排列。
在本实施方式1中，在格子形状为正三角形的三角格子的格子点以各底面的重心一致的方式分别配置大致三棱锥形状的多个凸部1。此外，在实施方式1中，所有凸部1是以朝向同一方向的方式配置在三角格子的格子点。在本说明书中，所谓凸部1的方向是指将底面的顶点的角度2等分的线自凸部1内朝向外部的方向，所谓2个以上的凸部1朝向同一方向是指在凸部1间对应的所有方向朝向同一方向。换言的，是指以通过使底面不旋转而平行移动，能够重合在其他所有凸部1的底面的状态来配置。
如此排列的实施方式1的多个凸部1是以形成有多个行的方式排列凸部1，且无论观察哪一方向的行，排列在同一行内的凸部1均分别排列成如下：将其1个顶点的角度2等分的2等分直线位于一直线上，且通过该2等分直线自凸部1内部朝向外部的方向而规定的凸部方向相同。
本实施方式1中，除上述配置以外，进而将凸部1的大小设定为：当在包含凸部1的底面的平面内在任意位置向任意方向画直线时，该直线必定通过任一凸部1内。
若使用如此设定凸部1的大小且具有如图2所示排列的多个凸部1的蓝宝石基板，在形成有该多个凸部1的一主面上构成将基础层21、第1导电型层(n型层)22、活性层(发光层)23、及第2导电型层(p型层)24依次层叠而成的半导体层叠构造20，从而构成氮化物半导体发光元件，则就发光层23中发光的光中的向蓝宝石基板侧出射的光而言，相对于位于相邻的凸部1间的基板表面平行且接近于基板表面而传播的光L1在无论向哪一方向传播的情形时均由至少1个凸部1反射。
因此，使用本实施方式1的蓝宝石基板而构成的氮化物半导体发光元件，可通过具有上述排列的多个凸部1不自侧面出射而向出射方向高效地反射，从而可提高光的提取效率。
此外，在本实施方式1的蓝宝石基板中凸部1是通过上述排列而较紧密地配置，设置在一主面的多个凸部1相对于蓝宝石基板的一主面整体而占有的比例增大，因此可使低位错的氮化物半导体成长，可提高氮化物半导体发光元件的发光效率。
实施方式2.
图3的俯视图表示本发明的实施方式2的蓝宝石基板的凸部1的排列。
该图3的排列包含由多个凸部1分别构成的多个行，排列在同一行内的凸部1分别排列成如下：将其1个顶点的角度2等分的2等分直线位于一直线上，且通过该2等分直线自凸部1内部朝向外部的方向而规定的凸部方向相同，奇数行的凸部1的排列方向与偶数行的凸部1的排列方向相反。即，各列的凸部1是在相邻的凸部间方向相反。
此外，将各凸部1的底面的大小设定为如下：无论在与行平行地在任意位置画直线时，在与列平行地在任意位置画直线的情形的哪一情形时，该等直线均通过任一凸部1的内部。
若使用如此设定凸部1的大小且具有如图3所示排列的多个凸部1的蓝宝石基板，在形成有该多个凸部1的一主面上构成将基础层21、第1导电型层(n型层)22、活性层(发光层)23、及第2导电型层(p型层)24依次层叠而成的半导体层叠构造20，从而构成氮化物半导体发光元件，则就发光层23中发光的光中的向蓝宝石基板侧出射的光而言，相对于位于相邻的凸部1间的基板表面平行且接近于基板表面而传播的光L1在无论向哪一方向传播的情形时均由至少1个凸部反射。
因此，使用本实施方式2的蓝宝石基板而构成的氮化物半导体发光元件，可通过多个凸部1不自侧面出射而向出射方向高效地反射，从而可提高光的提取效率。
此外，在本实施方式2的蓝宝石基板中，凸部1是通过上述排列而较紧密地配置，设置在一主面的多个凸部1的底面相对于蓝宝石基板的一主面整体占有的占有面积增大，因此可使低位错的氮化物半导体成长，可提高氮化物半导体发光元件的发光效率。
实施方式3.
在图4的俯视图中，表示本发明的实施方式3的蓝宝石基板的大致三棱锥形状的凸部1的排列。在本实施方式3中，多个凸部1是将包含6个凸部1的组G1依据固定的规则而重复配置，该6个凸部1以其底面的重心一致的方式分别配置在正五边形的顶点与中心。
在本实施方式3中，配置有6个凸部1的正五边形是配置在如下方向(相同方向)上：不旋转而通过使其平行移动，就可重合在其他正五边形。
此外，正五边形的排列配置为：各正五边形的中心与三角格子点的顶点一致，且在相邻的组G1间凸部1分离而并不重叠。
进而，关于各凸部1的大小，是以在一主面上任意画直线时，该直线通过任一凸部1的内部的方式设定各凸部1的底面的大小。
若使用如此设定凸部1的大小且具有如图4所示排列的多个凸部1的蓝宝石基板，在形成有该多个凸部1的一主面上构成将基础层21、第1导电型层(n型层)22、活性层(发光层)23、及第2导电型层(p型层)24依次层叠而成的半导体层叠构造20，从而构成氮化物半导体发光元件，则就发光层23中发光的光中的向蓝宝石基板侧出射的光而言，相对于位于相邻的凸部1间的基板表面平行且接近于基板表面而传播的光L1在无论向哪一方向传播的情形时均由至少1个凸部1反射。
因此，使用本实施方式3的蓝宝石基板而构成的氮化物半导体发光元件，可通过多个凸部1不自侧面出射而向出射方向高效地反射，从而可提高光的提取效率。
此外，在本实施方式3的蓝宝石基板中凸部1是通过上述排列而较紧密地配置，设置在一主面的多个凸部1的底面相对于蓝宝石基板的一主面整体占有的占有面积增大，因此可使低位错的氮化物半导体成长，可提高氮化物半导体发光元件的发光效率。
实施方式4.
图5的俯视图表示本发明的实施方式4的蓝宝石基板的凸部1的排列。本实施方式4的蓝宝石基板与实施方式3相同，具有多个包含排列在正五边形的顶点与中心的6个凸部1的组G1，此方面虽与实施方式3相同，但重复配置组G1时的规则不同。
即，如图5所示，在实施方式4的蓝宝石基板中排列在第1行(附图上最上面的行)的多个组G1是以决定凸部1的配置的正五边形为相同方向的方式并列配置。
此外，相对于排列在第1行的组G1，排列在其次第2行的多个组G1是以如下方式并列配置：决定该各组G1的配置的正五边形与决定排列在第1行的组G1的配置的正五边形为相反方向。
此时，以决定配置在第1行的组G1的配置的正五边形的中心与决定配置在第2行的组G1的配置的正五边形的中心位于三角格子的顶点的方式，设定配置在第1行的组G1与配置在第2行的组G1的配置位置。
进而，如图5所示，第3行与第4行的配置是以第3行与第4行成为线对称的方式设定。以下通过重复与第1行～第4行相同的配置而设定实施方式4的蓝宝石基板的凸部1的排列。
再者，关于各凸部1的大小，是与实施方式3相同地以在一主面上任意画直线时，该直线通过任一凸部1的底面的内部的方式设定各凸部1的底面的大小。
使用如此设定凸部1的大小且具有如图5所示排列的多个凸部1的实施方式4的蓝宝石基板而构成的氮化物半导体发光元件，可通过多个凸部1不自侧面出射而向出射方向高效地反射，从而可提高光的提取效率。
此外，在本实施方式4的蓝宝石基板中，凸部1是通过上述排列而较紧密地配置，设置在一主面的多个凸部1的底面相对于蓝宝石基板的一主面整体占有的占有面积增大，因此可使低位错的氮化物半导体成长，可提高氮化物半导体发光元件的发光效率。
实施方式5.
图6的俯视图表示本发明的实施方式5的蓝宝石基板的凸部1的排列。在本实施方式5中，多个凸部1是将包含6个凸部1的组G1依据与实施方式3及4不同的规则而重复配置，该6个凸部1以其底面的重心一致的方式分别配置在正五边形的顶点与中心。
在本实施方式5中，排列在相同列的组G1是不旋转而排列在相同方向上，而在相邻的列间组G1是逆向地排列。
此外，配置在偶数列的组G1比配置在奇数列的组G1更稍向下方而配置。其结果，排列在各行的组G1在相邻的组间方向变反，将决定各行的组G1的配置的正五边形的中心连接的线成为弯曲的线(Z字形线)。
进而，关于各凸部1的大小，是以当在包含凸部1的底面的平面上任意地画直线时，该直线通过任一凸部1的内部的方式设定各凸部1的底面的大小。
若使用如此设定凸部1的大小且具有如图6所示排列的多个凸部1的蓝宝石基板，在形成有该多个凸部1的一主面上构成将基础层21、第1导电型层(n型层)22、活性层(发光层)23、及第2导电型层(p型层)24依次层叠而成的半导体层叠构造20，从而构成氮化物半导体发光元件，则就发光层23中发光的光中的向蓝宝石基板侧出射的光而言，相对于位于相邻的凸部1间的基板表面平行且接近于基板表面而传播的光L1在无论向哪一方向传播的情形时均由至少1个凸部1反射。
因此，使用本实施方式5的蓝宝石基板而构成的氮化物半导体发光元件，可通过多个凸部1不自侧面出射而向出射方向高效地反射，从而可提高光的提取效率。
此外，在本实施方式5的蓝宝石基板中设置在一主面的多个凸部1的底面相对于蓝宝石基板的一主面整体占有的占有面积增大，因此，可使低位错的氮化物半导体成长，可提高氮化物半导体发光元件的发光效率。
实施方式6.
图7的俯视图表示本发明的实施方式6的蓝宝石基板的凸部1的排列。在本实施方式6中，多个凸部1是将组G10依据固定规则而重复配置，该组G10包含：分别配置在正八边形的顶点的8个凸部1、及由大于该凸部1的凸部构成且配置在正八边形的中心的凸部2。
在本实施方式6中，组G10是在正交的行与列的2方向上重复排列，且在同一行内相邻的2个组G10间及在同一列内相邻的2个组G10间分别共有2个凸部1。
此外，各凸部1的大小与凸部2的大小设定为如下：当在包含凸部1的底面的平面上任意画直线时，该直线通过任一凸部1或凸部2的内部。
若使用如此设定凸部1的大小与凸部2的大小且具有如图7所示排列的多个凸部1的蓝宝石基板，在形成有该多个凸部1的一主面上构成将基础层21、第1导电型层(n型层)22、活性层(发光层)23、及第2导电型层(p型层)24依次层叠而成的半导体层叠构造20，从而构成氮化物半导体发光元件，则就发光层23中发光的光中的向蓝宝石基板侧出射的光而言，相对于位于相邻的凸部1间的基板表面平行且接近于基板表面而传播的光L1在无论向哪一方向传播的情形时均由至少1个凸部1反射。
因此，使用本实施方式6的蓝宝石基板而构成的氮化物半导体发光元件，可通过多个凸部1与凸部2不自侧面出射而向出射方向高效地反射，从而可提高光的提取效率。
此外，在本实施方式6的蓝宝石基板中设置在一主面的多个凸部1的底面相对于蓝宝石基板的一主面整体占有的占有面积增大，因此，可使低位错的氮化物半导体成长，可提高氮化物半导体发光元件的发光效率。
实施方式7.
图9的俯视图表示本发明的实施方式7的蓝宝石基板的凸部1的形状及排列。
如图9所示，实施方式7的凸部1的底面及上表面为以下述方式变形的变形三棱台形状，由此，可容易实现如下的多个凸部1的配置且可提高光的提取效率，该多个凸部1的配置是相对于基板表面平行且接近于基板表面而传播的光L1在无论向哪一方向传播的情形均由凸部1有效地反射。
<凸部1的形状>
实施方式7的凸部1的底面为各边11、12、13在中央部具有凹陷的大致三角形状。
具体而言，边11包含分别向外侧凸出的2条曲线11a、11b且在其连接部分形成有凹陷。同样地，边12包含分别向外侧凸出的2条曲线12a、12b且在其连接部分形成有凹陷，边13包含分别向外侧凸出的2条曲线13a、13b且在其连接部分形成有凹陷。
此外，实施方式7的凸部1的上表面亦为与在各边的中央部具有凹陷的底面大致相似形状的大致三角形状。
而且，在实施方式7的凸部1，在底面与上表面之间的倾斜的侧面形成有：脊部，其分别连接上表面的顶点与底面的顶点；及谷部，其分别连接底面凹陷的最深部与上表面凹陷的最深部。
在实施方式7中，如上述那样构成的凸部1是以如下方式配置：在相邻的凸部间，一凸部1的底面的1个顶点位于(进入至)将另一凸部1的底面2个顶点与处于该两个顶点间的凹陷的最深点连接的接近区域内。
如此，当在包含凸部1的底面的平面内在任意位置向任意方向画直线时，该直线必定可通过任一凸部1内。
此外，在本实施方式7中，进而优选以如下方式配置凸部1：另一凸部1的凹陷的最深部位于将位于接近区域内的一凸部1的顶点角度2等分的线的延长线上。
此外，凸部1优选相对于分别连接凹陷与针对包含该凹陷的边的顶点的直线呈线对称的形状，由此可容易实现上述配置。
若使用如上所述设定凸部1的形状及配置的实施方式7的蓝宝石基板而构成氮化物半导体发光元件，则相对于基板表面平行且接近于基板表面而传播的光L1在无论向哪一方向传播的情形时均可由凸部1反射。
因此，使用本实施方式7的蓝宝石基板而构成的氮化物半导体发光元件，可通过多个凸部1不自侧面出射而向出射方向高效地反射，从而可提高光的提取效率。
此外，在本实施方式7的蓝宝石基板中设置在一主面的多个凸部1的底面相对于蓝宝石基板的一主面整体占有的占有面积增大，因此，可使低位错的氮化物半导体成长，可提高氮化物半导体发光元件的发光效率。
进而，在本实施方式7的蓝宝石基板中，例如，与三棱锥形状的凸部相比可降低凸部1的高度，因此当在形成有多个凸部1的一主面上使基础层21成长时，可将原料气体大致均匀地供给至氮化物半导体层的成长表面(位于凸部1之间的蓝宝石基板表面)。
由此，可自氮化物半导体层的成长表面均匀地覆盖凸部1且在横方向成长，并且由于可降低凸部1的高度故通过相对较薄的基础层21便可获得平坦的表面。
本实施方式7的花瓣形状的凸部1可根据目标形状而设定基板的结晶形态及形成有凸部1的基板表面的面方位、掩模形状及尺寸、蚀刻条件而形成。
图8表示在蓝宝石基板的C面上形成如图9所示的凸部1时的掩模M1的一例。该例的掩模M1包含自中心起每隔120度在不同的3方向延伸的相同长度相同宽度的3个脚部(三脚形状)。
若使用此种三脚形状的掩模M1，利用硫酸或磷酸对蓝宝石基板的C面表面进行湿式蚀刻，则在掩模M1的正下方，凸部1的上表面1b形成为掩模M1的形状所变形的形状，且形成有将凸部1的上表面的端设为上端的倾斜侧面1a。
即，凸部1的上表面的形状受到随着蚀刻进行而起因于结晶形态的蚀刻速度的方向依赖性的影响，成为掩模M1的三脚形状依赖于蚀刻特性而变形的形状。由此，成为在各边的中央部具有凹陷且具有较尖的顶点的大致三角形状。
同样地，凸部1的底面亦成为掩模M1的三脚形状依赖于蚀刻特性而变形的、与在各边的中央部具有凹陷且具有较尖的顶点的上表面大致相似形状的大致三角形状。
进而，根据起因于结晶形态的蚀刻速度的方向依赖性，在底面与上表面之间的倾斜的侧面形成有：脊部1r，其分别连接上表面的顶点与底面的顶点；及谷部12c，其分别连接底面凹陷的最深部与上表面的凹陷的最深部。
此外，在掩模M1的脚部的前端部分(脚前端)分别在向较脚前端更外侧突出的脊部1r与该脊部1r的两侧形成有倾斜方向不同的倾斜面。因此，在相邻的掩模M1间，以另一掩模M1的1个脚部的脚前端与连接一掩模M1的2个脚前端的角的直线接近、或者一致的方式形成多个掩模M1，由此，多个凸部1形成为：在相邻的凸部1间，一凸部1的顶点位于(进入至)将另一凸部1的2个顶点与处于该2个顶点间的凹陷的最深点连接的区域内。
再者，凸部1的方向可通过变更自形成有凸部1的蓝宝石基板表面的C面的倾斜角而设定为所期望的方向。
在以上的实施方式7中，通过与实施方式1相同的凸部排列的例进行了说明，亦可适用在实施方式2～6中说明的排列。
变形例.
在以上的实施方式1-7中，对于底面为大致多边形(尤其是大致三角形)的大致多棱锥形状(尤其是大致三棱锥形状)的凸部进行了说明，但是本发明并不限定于此，如图10所示，也可以是在中央部弯曲的“＜”字形的底面形状的凸部31，也可以是如图11所示的十字的底面形状的凸部32。
根据图10的底面为“＜”字形状的凸部31，通过底面的至少一个边在中央部具有凹陷从而可以将多个凸部31以如下方式进行配置：当在形成有凸部31的蓝宝石基板表面在任意位置向任意方向画直线时，该直线通过至少任一凸部31内。
此外，即便为底面的各边分别在中央部具有凹陷的十字形的底面形状的凸部32(图11)，亦可将多个凸部32以如下方式进行配置：当在形成有凸部32的蓝宝石基板表面在任意位置向任意方向画直线时，该直线通过至少任一凸部32内。
实施方式8.
图12的俯视图表示本发明的实施方式8的蓝宝石基板的凸部40的形状及排列。
该实施方式8的凸部40是在使实施方式7的凸部1旋转180度的方向上形成。此处，本说明书中，凸部的方向是如图15所示，以蓝宝石基板的定向平面(A面)100为基准而规定。
即，实施方式8的凸部40与实施方式7的凸部1均以凸部的方向(在大致三角形状的底面，自该大致三角形状的中心朝向顶点的3方向)与a轴正交的方式而形成，但凸部的方向朝向相反方向。其结果，实施方式7的凸部1的上述3方向是与使如图15所示的a轴(a1轴、a2轴及a3轴)按逆时针方向(左转)旋转30度的方向一致，相对于此，实施方式8的凸部40的上述3方向是与使如图15所示的a轴(a1轴、a2轴及a3轴)按顺时针方向(右转)旋转30度的方向一致。
使上述凸部1旋转180度而成的实施方式8的凸部40可通过如下而形成：在蓝宝石基板的C面上形成向与如图13所示的上述3方向一致的3方向延伸的掩模M45并进行蚀刻。
若如此旋转180度，则在与a轴平行的方向上受到蚀刻的面相对于c面的角度成为钝角，反之，在垂直方向受到蚀刻的面相对于c面的角度成为锐角，因此由蚀刻形成的凸部40的形状如后所述，成为与凸部1不同的形状。
如上述那样形成的实施方式8的凸部40就底面为大致三角形且其底面各边分别在中央部具有凹陷的方面而言，与实施方式7的凸部1相同，但通过比较图9与图12而可理解：在凸部40上倾斜侧面40a占整体的表面积的比例变大，且上表面40b所占的比例相对变小。此外，在实施方式8中，若着眼于相邻的2个凸部40间，则一凸部40的突出的部分的外周形状成为与另一凸部40的凹下的边相同的形状，且在一凸部40的突出的部分与另一凸部40的凹下的边之间，蓝宝石基板C面形成为大致相同的宽度。由此，在实施方式7中3个凸部1间的蓝宝石基板C面扩展为大致三角形，相对于此，在实施方式8的蓝宝石基板上，位于3个凸部40间的蓝宝石基板C面形成为大致相同宽度而变窄。如此，与实施方式7的凸部1的底面面积相比，实施方式8的凸部40可进一步扩大凸部40的底面面积，其结果，可缩小凸部40间的蓝宝石基板C面的面积。
因此，若在形成有实施方式8的凸部40的蓝宝石基板表面使氮化物半导体成长，则可提高在横方向上成长的氮化物半导体的比例，可减少成长的氮化物半导体的位错。
如上所述，实施方式8的蓝宝石基板可配置成：凸部40的底面的各边分别在中央部具有凹陷，当在蓝宝石基板表面在任意位置向任意方向画直线时，该直线通过至少任一凸部32内。此外，可提高在横方向上成长的氮化物半导体的比例，可减少成长的氮化物半导体的位错。
在以上的实施方式8中，作为最佳的例，是使凸部40的上述3方向与使a轴(a1轴、a2轴及a3轴)按顺时针方向(右转)旋转30度的方向一致。然而，本发明并不限定于此，例如，通过将凸部40的上述3方向设为使a轴按顺时针方向旋转30度的方向的±10度的范围，亦可获得与实施方式8相同的作用效果。
实施方式9.
图14的俯视图表示本发明的实施方式9的蓝宝石基板的凸部50的形状及排列。
该实施方式9的蓝宝石基板的凸部50是与实施方式8的凸部40相同，在使实施方式7的凸部1旋转180度的方向上形成，但凸部50的上表面50b的构成与实施方式8的凸部40的上表面40b不同。具体而言，实施方式9的上表面50b在凸部50的中央部凹下，且上表面50b成为自蓝宝石C面倾斜的面。
在一主面具有如此而形成的多个凸部50的实施方式9的蓝宝石基板与实施方式8的蓝宝石基板相同，可增加凸部50的倾斜侧面50a的比例而减少凸部50间的蓝宝石基板C面的面积，亦可抑制自蓝宝石C面倾斜的面即凸部50的上表面50b的氮化物半导体的成长。由此，实施方式9的蓝宝石基板可使C面在一主面整体所占的面积进一步减少，因而不仅可实现穿透位错更少的氮化物半导体的成长而且具有如下所述的优点。
即，若氮化物半导体成长在凸部的上表面则凸部的高度变高，通常倾斜供给的原料气体的供给被凸部阻挡而在凸部的根部容易产生空隙(void)。相对于此，若如本案在凸部50的上表面50b将至少一部分、优选整体设为非蓝宝石C面的面，则可抑制上表面50b的氮化物半导体的成长，且可抑制空隙(void)的产生。此外，进而，由于实施方式9的蓝宝石基板在凸部上表面的中央部形成有凹陷，故原料气体亦充分地到达凸部底面的凹陷部分，从而可更有效地抑制空隙(void)的产生。具有由该非蓝宝石C面的面构成的上表面50b的凸部50可通过适当调整掩模形状而制作。此外，为不使凸部50间的蓝宝石基板C面的面积增加而将上表面50b设为非蓝宝石C面的面，只要适当调整掩模的间隔即可。
实施方式10.
图16A的俯视图表示本发明的实施方式10的蓝宝石基板的凸部60的形状及排列。此外，在图16B中，将图16A的凸部60放大表示。如图16A及图16B所示，凸部60具有倾斜侧面60a与上表面60b。
在该实施方式10的蓝宝石基板中，凸部60是形成在使实施方式7的凸部1按顺时针方向旋转30度的方向上。
即，实施方式10的凸部60是如图18(a)及图18(c)所示，以在凸部60的大致三角形状的底面自中心朝向顶点的3方向与a轴一致的方式而形成。在实施方式10的蓝宝石基板中，多个凸部60在与a轴一致的方向上排列。
该凸部60可通过在蓝宝石基板C面上在与a轴一致的方向上形成掩模M65并进行蚀刻而形成，该掩模M65形成为自中心朝向前端的3方向与a轴一致。若使用如此形成的掩模M65对蓝宝石基板进行蚀刻，则为实现容易进行蚀刻的方向与不易进行蚀刻的方向(出现蚀刻各向异性)，如图16A及图16B所示，在a轴的单侧倾斜侧面的宽度A大于另一倾斜侧面的宽度B，且倾斜侧面60a的面积变大。其结果，可缩小形成在凸部60间的蓝宝石基板C面的面积，可减少使氮化物半导体成长时的穿透位错。
进而，在实施方式10的蓝宝石基板中，由于凸部60以在自中心朝向前端的3方向上延伸的延伸部与a轴一致的方式形成，故自凸部60间的C面成长的氮化物半导体的覆盖凸部60的横方向成长变快，可促进成长的氮化物半导体的平坦化，可形成更平坦的氮化物半导体层。
若进行详细说明，则成长在蓝宝石C面上的氮化物半导体是如图18(d)所示，a轴方向的成长变慢，且自a轴旋转30度的方向的成长变快。其结果，与a轴正交的方向的氮化物半导体的成长变快。因此，凸部60的向与a轴一致的方向延伸的延伸部通过自其两侧成长的氮化物半导体而迅速地覆盖(图18(c))。
如上所述，根据实施方式10的蓝宝石基板，可减少使氮化物半导体成长时的穿透位错，且可形成更平坦的氮化物半导体层。
在以上的实施方式10中，作为最佳的例，是使凸部60的上述3方向与a轴一致。然而，本发明并不限定于此，例如，通过将凸部60的上述3方向设为a轴的±10度的范围亦可获得与实施方式10相同的作用效果。
实施方式11.
图19的俯视图表示本发明的实施方式11的蓝宝石基板的凸部70的形状及排列。
该实施方式11的蓝宝石基板的凸部70包含实施方式7的花瓣形状的凸部1在中央部分离的形态的子凸部70s1、子凸部70s2、及子凸部70s3。通过凸部70在中央部分离，而在该实施方式11的蓝宝石基板的一主面上，在子凸部70s1、70s2、70s3之间形成有光能够直进的三角形状的部分，3个子凸部70s1、70s2、70s3接近。因此，即便为实施方式11的凸部70的构成，亦与实施方式7的花瓣形状的凸部1相同，能够以如下方式配置凸部70：当在形成有凸部70的蓝宝石基板表面在任意位置向任意方向画直线时，该直线通过至少任一凸部70内。
在以上的中央部分离的凸部70是如图20所示，通过以特定的排列形成在中央部分离的包含掩模M70a1、M70a2、M70a3的掩模70并对蓝宝石基板进行蚀刻而形成。再者，分离的部分的形状是如图20所示，可利用掩模M70a1、M70a2、M70a3的相向的前端部分的形状进行调整。
在如上述那样构成的实施方式11的蓝宝石基板中，在一主面形成有分离成子凸部70s1、70s2、70s3的凸部70。由此，当在形成有凸部70的蓝宝石C面上使氮化物半导体成长时，可不阻碍凸部70的中央部的原料气体的供给，且可防止空隙的产生。
实施方式12.
图21的俯视图表示本发明的实施方式12的蓝宝石基板的凸部80的形状及排列。
该实施方式12的蓝宝石基板的凸部80包含实施方式8的花瓣形状的凸部40在中央部分离的形态的子凸部80s1、子凸部80s2、及子凸部80s3。通过凸部80在中央部分离，而在该实施方式12的蓝宝石基板的一主面，在子凸部80s1、80s2、80s3之间形成有光能够直进的间隙，3个子凸部80s1、80s2、80s3接近。因此，即便为实施方式12的凸部80的构成，亦与实施方式8的花瓣形状的凸部40相同，能够以如下方式配置凸部80：当在形成有凸部40的蓝宝石基板表面在任意位置向任意方向画直线时，该直线通过至少任一凸部80内。
在以上的中央部分离的凸部80是如图22所示，可通过以特定的排列形成在中央部分离的包含掩模M80a1、M80a2、M80a3的掩模M80并对蓝宝石基板进行蚀刻而形成。再者，分离的部分的形状与如图19所示的实施方式11不同的理由在于：实施方式12的凸部80是在使实施方式11的凸部70旋转180度的方向上形成，故导致蓝宝石基板的蚀刻速度的方向各向异性。
在如上述那样构成的实施方式12的蓝宝石基板中，在一主面形成有分离成子凸部80s1、80s2、80s3的凸部80。由此，当在形成有凸部80的蓝宝石C面上使氮化物半导体成长时，可不阻碍凸部80的中央部的原料气体的供给，可防止空隙的产生。

Claims (10)

1.一种蓝宝石基板，其特征在于：其在一主面包含多个凸部，在该一主面成长氮化物半导体而形成氮化物半导体发光元件；并且
上述多个凸部的底面分别为多边形，并且该底面的各边分别在中央部具有凹陷，从而上述多个凸部分别具有从该凸部的中心向前端延伸的延伸部，
上述延伸部的延伸方向分别处于蓝宝石基板的结晶的a轴的±10度的范围，
多个凸部分别为三棱锥形状或三棱台形状，且具有下宽上窄倾斜的侧面。
2.如权利要求1所述的蓝宝石基板，其中将上述多个凸部以如下方式配置：当在包含该多个凸部的底面的平面内在任意位置向任意方向画直线时，该直线通过至少任一凸部内。
3.如权利要求1所述的蓝宝石基板，其中上述多个凸部以如下方式配置：在相邻的凸部间，一凸部的底面的1个顶点位于将另一凸部的底面的2个顶点与位于该2个顶点间的凹陷的最深点连接的区域内。
4.如权利要求1所述的蓝宝石基板，其中上述凸部分别具有与各底面分别为相似形状的上表面。
5.如权利要求1所述的蓝宝石基板，其中上述多个凸部将包含分别配置在正n边形的顶点与中心的(n+1)个凸部的组重复配置。
6.如权利要求5所述的蓝宝石基板，其中上述组在相邻的组间共有一部分的凸部。
7.如权利要求1所述的蓝宝石基板，其中上述多个凸部分别包含自凸部的中心向3方向延伸的3个子凸部，该3个子凸部在包含上述中心的中央部分离。
8.如权利要求1所述的蓝宝石基板，其中上述多个凸部具有相对于该蓝宝石基板的主面倾斜的侧面，在俯视下，处于上述蓝宝石基板的结晶的a轴的一侧的上述凸部的侧面的宽度，大于处于上述a轴的相反侧的上述凸部的侧面的宽度。
9.一种半导体发光元件，其通过在如权利要求1至8中任一项所述的蓝宝石基板的一主面上使氮化物半导体成长而形成有氮化物半导体层。
10.如权利要求9所述的半导体发光元件，其中作为上述氮化物半导体，具有依次层叠了基础层、n型层、活性层、p型层的构造，上述多个凸部，上述基础层具有平坦的表面。
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