CN110444643B - 发光元件 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种发光元件，该发光元件具有能够进一步减少位错密度并且晶体取向好的半导体层。发光元件具备：蓝宝石基板，其在主面上具有c面；以及半导体层，其设于所述蓝宝石基板的主面侧，所述蓝宝石基板包括第一单元和多个第二单元，该第一单元包括具有与第一m轴以及第二m轴平行的边的第一区域、具有与第二m轴以及第三m轴平行的边的第二区域、以及具有与第一m轴以及第三m轴平行的边的第三区域，上述第一区域、第二区域以及第三区域在从主面侧观察时将假想的正六边形三等分成菱形，该多个第二单元与所述第一单元的各边对应地配置，并且与所述第一单元镜面对称，所述发光元件以隔开单元中央的区域地的方式配置。

Description

发光元件

本申请是申请日为2016年2月17日、申请号为201610089939.9、发明名称为“发光元件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种发光元件。

背景技术

一般来说，由氮化物半导体等的半导体构成的发光元件(发光二极管：LED)通常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。以往，为了使发光元件的出光效率提高，提出有在蓝宝石基板上预先设置长条状的凹部构造、长条状的凹部与凸部的复合构造的技术(参照专利文献1～3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-53385号公报

专利文献2：日本特开2008-91942号公报

专利文献3：日本特开2012-114204号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的实施方式的课题在于提供一种具有能够进一步减少位错密度、并且晶体取向好的半导体层的发光元件。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的实施方式的发光元件具备：蓝宝石基板，其在主面上具有c面；以及半导体层，其设于所述蓝宝石基板的主面侧；其中，所述蓝宝石基板包括第一单元和多个第二单元，所述第一单元包括由与第一m轴以及第二m轴平行的边划分的第一区域、由与第二m轴以及第三m轴平行的边划分的第二区域、以及由与第一m轴以及第三m轴平行的边划分的第三区域构成，所述第一区域、第二区域以及第三区域在从主面侧观察时将正六边形三等分成菱形，所述多个第二单元与所述第一单元的各边对应地配置，并且处于相对于穿过所述第一单元的顶角的a轴与所述第一单元镜面对称的关系，所述第一单元在所述第一区域内排列有多个第一凸部，该多个第一凸部在外缘具有与所述第一m轴平行的边，在所述第二区域内排列有多个第二凸部，该多个第二凸部在外缘具有与所述第二m轴平行的边，在所述第三区域内排列有多个第三凸部，该多个第三凸部在外缘具有与所述第三m轴平行的边，距所述正六边形的中心最近的所述第一凸部配置为不与下述切线交叉，该切线与距所述中心最近的所述第二凸部的所述中心侧的端部相切，且平行于所述第三m轴，距所述正六边形的中心最近的所述第二凸部配置为不与下述切线交叉，该切线与距所述中心最近的所述第三凸部的所述中心侧的端部相切，且平行于所述第一m轴。

另外，为了解决上述课题，本发明的实施方式的发光元件也可以构成为，具备蓝宝石基板和设于所述蓝宝石基板的主面侧的半导体层，所述蓝宝石基板在其主面侧具备分别有正六边形区域的多个第一单元以及多个第二单元，所述第一单元具有多个第一凸部，该多个第一凸部分别设于将所述正六边形区域三等分的菱形区域中，且该多个第一凸部在一个菱形区域内与一对对边平行地延伸并且沿另一对对边配置，并且该多个第一凸部的延伸方向与设于邻接的其他两个菱形区域的所述凸部的延伸方向成60度，在以与构成所述第一单元的正六边形区域的一边的垂直二等分线平行的直线为基准时，具有所述第二单元与所述第一单元镜面对称的关系，相对于一个第一单元，六个第二单元配置为，构成所述第一单元的正六边形区域的六个边分别与构成所述六个第二单元各自的正六边形区域的一边重合。

发明效果

本发明的实施方式的发光元件具有能够进一步减少位错密度、并且晶体取向好的半导体层。

附图说明

图1是示意性地示出第一实施方式的发光元件的整体结构剖视图。

图2A是示意性地示出蓝宝石基板中的蓝宝石晶体的面方位的单元晶胞图。

图2B是示意性地示出蓝宝石基板中的蓝宝石晶体的面方位的蓝宝石晶体构造的俯视图。

图3是示意性地放大示出第一实施方式的发光元件的蓝宝石基板的局部的俯视图。

图4A是示意性地放大示出形成于第一实施方式的发光元件的基板上的凸部的俯视图。

图4B是为了说明表示形成于第一实施方式的发光元件的蓝宝石基板上的凸部的集合的第一单元以及第二单元而示意性地放大示出的俯视图。

图5A是形成于第一实施方式的发光元件的基板上的凸部、并且是图4B的X1-X1剖视图。

图5B是形成于第一实施方式的发光元件的基板上的凸部、并且是图4B的X2-X2剖视图。

图5C是形成于第一实施方式的发光元件的基板上的凸部、并且是图4B的X3-X3剖视图。

图6是说明形成于第一实施方式的发光元件的基板上的凸部的间隔以及第一单元与第二单元的关系的俯视图。

图7是说明形成于第一实施方式的发光元件的基板上的凸部的第一单元与第二单元的间隔以及子单元间的间隔的俯视图。

图8A是以剖面状态示意性地示出关于第一实施方式的发光元件中的氮化物半导体的晶体生长的方向与位错的收敛的结果的状态的说明图。

图8B是以剖面状态示意性地示出关于第一实施方式的发光元件中的氮化物半导体的晶体生长的方向与位错的收敛的中途的状态的说明图。

图9A是以省略基板的局部的方式示意性地剖视示出为了在第一实施方式的发光元件的蓝宝石基板上形成凸部而进行的掩模形成工序的状态的剖视图。

图9B是以省略基板的局部的方式示意性地剖视示出为了在第一实施方式的发光元件的蓝宝石基板上形成凸部而进行的蚀刻工序的中途经过的剖视图。

图9C是以省略基板的局部的方式示意性地剖视示出为了在第一实施方式的发光元件的蓝宝石基板上形成凸部而进行的蚀刻工序中的干式蚀刻结束后的状态的剖视图。

图9D是示意性地示出第一实施方式的发光元件的制造方法的图，并且是以省略基板的局部的方式示意性地示出通过缓冲层形成工序形成缓冲层后的状态的剖视图。

图9E是示意性地示出第一实施方式的发光元件的制造方法的图，并且是以省略基板的局部的方式示意性地剖视示出半导体生长工序中的中途经过的剖视图。

图9F是示意性地示出第一实施方式的发光元件的制造方法的图，并且是以省略基板的局部的方式示意性地剖视示出半导体生长工序中的中途经过的剖视图。

图9G是示意性地示出第一实施方式的发光元件的制造方法的图，并且是以省略基板的局部的方式示意性地剖视示出通过半导体层生长工序设有半导体层的状态的剖视图。

图9H是示意性地示出第一实施方式的发光元件的制造方法的图，并且是示出在半导体层生长工序之后形成电极的发光元件的一个例子的俯视图。

图9I是示意性地示出第一实施方式的发光元件的制造方法的图，并且是示出在半导体层生长工序之后形成电极的发光元件的一个例子的剖视图，并且是图9H的X4-X4剖视图。

图10A是示意性地示出成为第一实施方式的比较例的结构中的形成于蓝宝石基板上的凸部的配置状态的俯视图。

图10B是俯视时示意性地示出在成为第一实施方式的比较例的结构中的蓝宝石基板上使氮化物半导体层晶体生长了2μm的状态的俯视图。

图10C是俯视时示意性地示出在成为第一实施方式的比较例的结构中的蓝宝石基板上使氮化物半导体层晶体生长了3.5μm的状态的俯视图。

图10D是俯视时示意性地示出在成为第一实施方式的比较例的结构中的蓝宝石基板上使氮化物半导体层晶体生长了4.5μm的状态的俯视图。

图11A是示意性地示出形成于第一实施方式的蓝宝石基板上的凸部的配置状态的俯视图。

图11B是俯视时示意性地示出在第一实施方式的蓝宝石基板上使氮化物半导体层晶体生长了2μm的状态的俯视图。

图11C是俯视时示意性地示出在第一实施方式的蓝宝石基板上使氮化物半导体层晶体生长了3.5μm的状态的俯视图。

图11D是俯视时示意性地示出在第一实施方式的蓝宝石基板上使氮化物半导体层晶体生长了4.5μm的状态的俯视图。

图12是示意性地放大示出形成于第二实施方式的发光元件的蓝宝石基板上的凸部的俯视图。

图13是示意性地放大示出形成于第三实施方式的发光元件的蓝宝石基板上的凸部的俯视图。

图14是示意性地放大示出形成于第四实施方式的发光元件的蓝宝石基板上的凸部的俯视图。

图15是示意性地放大示出在示出第一实施方式～第四实施方式的变形例1的发光元件的蓝宝石基板上形成的凸部的俯视图。

图16是示意性地放大示出在示出第一实施方式～第四实施方式的变形例2的发光元件的蓝宝石基板上形成的凸部的俯视图。

图17是示意性地放大示出在示出第一实施方式～第四实施方式的变形例3的发光元件的蓝宝石基板上形成的凸部的俯视图。

附图标记说明

1、2 发光元件

10、10A、10B、10C、10D 蓝宝石基板(氮化物半导体元件用基板)

11、111、211 凸部

11A、111A、211A 第一凸部

11B、111B、211B 第二凸部

11C、111C、211C 第三凸部

20 缓冲层

30 氮化物半导体层(半导体层)

31 n型半导体层

32 活性层

33 p型半导体层

40 n侧电极

50 透光性电极

60 p侧电极

M 掩模

SC 蓝宝石晶体

具体实施方式

以下，参照附图说明各实施方式的发光元件及其制造方法。需要说明的是，在以下的说明中参照的附图用于概略地示出各实施方式，因此有时放大各部件的比例尺、间隔、位置关系等或省略部件的局部的图示。另外，在以下的说明中，原则上来说相同的名称以及附图标记表示同一部件或者同一性质的部件，并适当地省略详细说明。

<第一实施方式>

[发光元件的结构]

第一实施方式的发光元件采用氮化物半导体元件的结构作为一例，参照图1～图7进行说明。发光元件1具备层叠蓝宝石基板10、缓冲层20以及氮化物半导体层30而成的构造。

如图1以及图3所示，蓝宝石基板10用于支承氮化物半导体层30并且使氮化物半导体(例如GaN)生长。蓝宝石基板10在成为其主面侧的c面侧的上表面上形成有多个俯视时呈长条形状的凸部11。另外，蓝宝石基板10包括所述凸部11(第一凸部11A、第二凸部11B、第三凸部11C)在内整体具有例如50μm～300μm的范围的厚度。需要说明的是，在一并说明第一凸部11A～第三凸部11C的情况下，以凸部11进行说明。

凸部11在使氮化物半导体晶体在蓝宝石基板10上生长时改善平坦性，结果是能够使位错密度减少并且形成晶体取向好的氮化物半导体层30。这里，如图2A以及图2B所示，蓝宝石基板10由具有六方晶的晶体构造的蓝宝石晶体SC构成，并以c面((0001)面)作为主面。需要说明的是，本说明书中的c面也可以是相对于c面赋予稍微倾斜的偏移角的面。偏移角的角度例如为3°以下左右。所述凸部11形成于该主面即c面侧的表面。另外，蓝宝石晶体SC除了c面之外还具有作为单元晶胞图中的六棱柱的侧面的六个m面、以及分别与a₁轴、a₂轴、a₃轴正交的三个a面、即第一a面、第二a面、第三a面。而且，与m面正交的方向是m轴方向，m轴方向是向分别与a₁轴、a₂轴、a₃轴错开30度的不同方向延伸的三个方向。另外，m轴分别位于与第一a面～第三a面平行的位置，这里，分别选取第一m轴Sa1、第二m轴Sa2、第三m轴Sa3进行说明。

如图3以及图4A所示，凸部11分别以同一形状沿第一m轴Sa1、第二m轴Sa2以及第三m轴Sa3以隔开规定间隔平行排列的方式形成有规定数量(例如3～5条：在图3中是4条)。凸部11(第一凸部11A～第三凸部11C)例如优选为，其间隔(最短距离)在长边方向以及短边方向上都处于0.3μm～4μm的范围内。另外，凸部11的长边方向的长度(全长L1)以及短边方向的长度(直径Da)例如优选为，分别处于5μm～25μm以及1μm～5μm的范围内。而且，凸部11的高度优选处于例如0.5μm～2.5μm的范围内。

另外，优选的是，凸部11在俯视时，长条形状的长边方向的长度(分别与各m轴Sa1～Sa3平行的方向的长度)是短边方向的长度(分别与各m轴Sa1～Sa3垂直的方向的长度)的3倍以上(更优选的是6倍～15倍、或5倍～12倍)。而且，凸部11的长边方向的两端分别形成为大致相同的形状，这里，在俯视下，分别在直线状的端部形成为半圆形状。需要说明的是，将凸部11的长边方向上的直线部分设为芯长度L2，将从凸部11的一端至另一端设为全长L1。而且，这里作为一个例子，将凸部11的芯长度L2和全长L1之比设为1∶1.05～1.6的范围。

凸部11在外缘分别具有与各个m轴Sa1～Sa3平行的直线部分作为边11a～11c。例如，第一凸部11A在俯视时相对地具有与第一m轴Sa1平行的直线状的边11a，在该边11a的两端部形成为呈圆弧状的外缘那样的形状。而且，第一凸部11A相对于第二凸部11B以及第三凸部11C的延伸方向形成为呈60度的角度。需要说明的是，第二凸部11B以及第三凸部11C也具备相同的结构，后述详细说明。

另外，如图5A～图5C所示，凸部11的短边方向(分别与各m轴Sa1～Sa3垂直的方向)上的剖面的上部呈尖锐的形状，而并非平面。换句话说，凸部11形成为，在短边方向的剖面形状中，随着从规定高度位置朝向顶部而成为三角形顶部。这表示形成有圆顶形状的凸部11，其具有相对于与蓝宝石基板10的上表面垂直的轴即c轴倾斜的侧面。

而且，凸部11的整体的个数是根据蓝宝石基板10的面积考虑所述凸部11各自的间隔以及长度而确定的。例如，凸部11均等地配置于蓝宝石基板10的整个面。

如图3以及图4A所示，在第一实施方式中，作为凸部11，具备沿第一m轴Sa1配置的第一凸部11A、沿第二m轴Sa2配置的第二凸部11B、以及沿第三m轴Sa3配置的第三凸部11C。这里，将第一凸部11A的集合(第一凸部组)作为第一子单元SU1，将第二凸部11B的集合(第二凸部组)作为第二子单元SU2，将第三凸部11C的集合(第三凸部组)作为第三子单元SU3。

而且，第一凸部11A配置于成为将假想的正六边形三等分的假想的菱形区域的第一区域Ar1，第二凸部11B配置于成为所述菱形的另一区域的第二区域Ar2，第三凸部11C配置于成为所述菱形的另一区域的第三区域Ar3。而且，将构成使形成有第一凸部11A的第一区域Ar1、形成有第二凸部11B的第二区域Ar2、以及形成有第三凸部11C的第三区域Ar3合并而成的假想的六边形的区域作为第一单元KU。换句话说，将第一单元KU三等分的各区域成为第一区域Ar1～第三区域Ar3。另外，第一凸部11A～第三凸部11C分别在第一单元KU中配置为三次旋转对称。需要说明的是，在此所说的“三次旋转对称”指的是，使图形绕其中心旋转120°之后与自身重叠的情况。

此外，第一区域Ar1在这里被设定为，具有与第一m轴Sa1以及第二m轴Sa2平行的边的、正六边形的第一单元KU中的菱形区域。另外，第二区域Ar2在这里被设定为，具有与第二m轴Sa2以及第三m轴Sa3平行的边的、正六边形的第一单元KU中的菱形区域。而且，第三区域Ar3在这里被设定为，具有与第一m轴Sa1以及第三m轴Sa3平行的边的、正六边形的第一单元KU中的菱形区域。

而且，如图3以及图4B所示，在蓝宝石基板10中，利用第一单元KU和与该第一单元KU的镜面对称的第二单元TU形成单元图案。该单元图案通过设为假想的正六边形的第一单元KU的第一区域Ar1、第二区域Ar2以及第三区域Ar3的配置与形成为镜面对称且设为假想的正六边形的第二单元TU的组合而形成。而且，这里，作为第一单元KU与第二单元TU的组合，以使第一单元KU的假想的正六边形的各边与第二单元TU的假想的正六边形的一边对应配置的方式形成有单元图案。

需要说明的是，被假想地划分为第一单元KU以及第二单元TU的正六边形是配置第一凸部11A～第三凸部11C时的假想的基准线，并不形成于实际的基板。另外，被假想地划分为第一区域Ar1～第三区域Ar3、或第一子单元SU1～第三子单元SU3的菱形是假想的基准线，并不形成于实际的基板。

另外，如图4B所示，第一单元KU与第二单元TU呈镜面(镜像)对称的关系指的是，假想的正六边形的第一单元KU相对于对称轴MG位于一侧时的第一区域Ar1～第三区域Ar3的配置是作为镜像映射于对称轴MG的另一侧时形成镜面对称的位置的第一区域Ar1～第三区域Ar3的配置的、假想的正六边形的第二单元TU的关系。而且，使以顶角为起点的第二单元TU平行移动进而与第一单元KU的各边重合。例如，如图3所示，使第二单元TU的边Hb6与第一单元KU的边Ha1重合，同样，使边Hb5与边Ha2重合，使边Hb4与边Ha3重合，使边Hb3与边Ha4重合，使边Hb2与边Ha5重合，使边Hb1与边Ha6重合。

这里，使第一单元KU的顶角成为起点而设为镜面对称，并通过平行地移动而与各边重合，对于在使第一单元KU的一边与对称轴MG平行的状态下成为镜面对称的第二单元TU也是相同的。换句话说，第二单元TU与第一单元KU的第一区域Ar1～第三区域Ar3的配置关系成为镜面对称即可。需要说明的是，使第一单元KU的一边与对称轴MG平行的情况下的第二单元TU通过改变30度角度而平行移动，从而如所述那样使边Hb1～Hb6与第一单元UK的各边Ha1～Ha6重合而形成单元图案。另外，如图4B所示，在第二单元TU中，第一凸部11A设为镜面对称，因此其倾斜方向在附图上成为沿着第二m轴的倾斜角度。而且，在第二单元TU中，第二凸部11B设为镜面对称，因此其倾斜方向在附图上成为沿着第一m轴的倾斜角度。

换言之，第二单元TU在以与构成第一单元KU的正六边形区域的一边的垂直二等分线平行的直线为基准时，处于与第一单元KU镜面对称的关系(相对于成为基准的直线旋转180度的凸部11的配置)。而且，第二单元TU以使构成一个第一单元KU的正六边形区域的六个边Ha1～Ha6分别与构成六个第二单元TU的正六边形区域的每一个的边Hb1～Hb6中的一边重合的方式，相对于一个第一单元KU配置六个。

另外，如图4B所示，在第二单元TU中，由于第一凸部11A设为镜面对称，因此其倾斜方向在附图上成为沿着第二m轴的倾斜角度。而且，在第二单元TU中，由于第二凸部11B设为镜面对称，因此其倾斜方向在附图上成为沿着第一m轴的倾斜角度。

如图3以及图4A所示，多个第一凸部11A分别沿第一m轴Sa1形成，并构成为相同的形状。第一单元KU的第一凸部11A配置为，在将假想形成的正六边形三等分的菱形的第一区域Ar1内沿第一m轴Sa1延伸形成为长条形状。而且，第一凸部11A以使四条第一凸部11A的各自的一端部以及另一端部沿第二m轴Sa2对齐的方式以等间隔并列配置。

换句话说，多个第一凸部11A与成为第一区域Ar1的菱形区域的一对的对边平行地延伸，并且沿另一对的对边等间隔地配置。而且，配置于第一区域Ar1内的多个第一凸部11A配置为，其延伸方向与设于邻接的另外两个菱形区域的第二区域Ar2以及第三区域Ar3的凸部11B、11C的延伸方向形成60度。

第一凸部11A以四条的集合作为第一子单元SU1，以隔开第一间隔da1并且隔开第四间隔ds1的方式配置于第一区域Ar1。在第一子单元SU1中，第一凸部11A配置为，一侧的端部以与正六边形状的一边相接的方式对齐，使另一侧的端部以隔开距第二区域Ar2侧规定间隔的第一间隔da1在相同的第二m轴Sa2上对齐。需要说明的是，第四间隔ds1是第一区域Ar1中的、距假想的正六边形的中心点侧最远的第一凸部11A和所述正六边形的一边之间的间隔，这里设定为与第一凸部11A彼此之间的间隔大致相等。

因此，如图4A所示，从第一凸部11A的另一侧的端部至第二区域Ar2之间的第一间隔da1构成为，四条第一凸部11A的第一间隔da1都为均等。而且，能够沿第二m轴Sa2以第一间隔da1的大致范围连续的区域形成为，超过第三区域Ar3中的距正六边形的中心最近的第三凸部11C而到达距该中心第二近的第三凸部11C。特别是，第一区域Ar1中的距正六边形的中心最近的第一凸部11A的位置以不与平行于第三m轴Sa3且趋向第一区域Ar1的切线Ya2交叉的方式，与距该中心最近的第二凸部11B的端部分离配置。因此，在单元中央，沿第二m轴Sa2连续的区域能够保持第一间隔da1的间隔地从第一区域Ar1形成至第三区域Ar3。需要说明的是，切线Ya2是与接触于第二凸部11B的端部的第三m轴Sa3平行的假想线。

另外，第一单元KU的第二凸部11B配置为，在将假想形成的正六边形三等分的菱形的第二区域Ar2内沿第二m轴Sa2延伸而形成为长条形状。而且，第二凸部11B以四条第二凸部11B的各自的一端部以及另一端部沿第三m轴Sa3对齐的方式以等间隔并列配置。

换句话说，多个第二凸部11B与成为第二区域Ar2的菱形区域的一对的对边平行地延伸，并且沿另一对的对边等间隔地配置。而且，配置于第二区域Ar2内的多个第二凸部11B配置为，其延伸方向与设于邻接的其他两个菱形区域即第一区域Ar1以及第三区域Ar3的凸部11A、11C的延伸方向形成60度。

第二凸部11B以四条的集合作为第二子单元SU2，以隔开第二间隔da2并且隔开第五间隔ds2的方式配置于第二区域Ar2。在第二子单元SU2中，第二凸部11B配置为，使一侧的端部以与正六边形状的一边相接的方式对齐，使另一侧的端部以距第三区域Ar3侧隔开规定间隔的方式在相同的第三m轴Sa3上对齐。需要说明的是，第五间隔ds2是第二区域Ar2中的、距假想的正六边形的中心点侧最远的第二凸部11B与所述正六边形的一边之间的间隔，这里设定为与第二凸部11B彼此之间的间隔大致相等。

因此，如图4A所示，从第二凸部11B的另一侧的端部至第三区域Ar3之间的第二间隔da2构成为，四条第二凸部11B的第二间隔da2都为均等。而且，能够沿第三m轴Sa3以第二间隔da2的大致范围连续的区域形成为，超过第二区域Ar2中的距正六边形的中心最近的第一凸部11A到达距该中心第二近的第一凸部11A。特别是，第二区域Ar2中的距正六边形的中心最近的第二凸部11B的位置以不与平行于第一m轴Sa1且趋向第二区域Ar2的切线Ya3交叉的方式，与距该中心最近的第三凸部11C的端部分离配置。因此，在单元中央，沿第三m轴Sa3连续的区域能够保持第二间隔da2的间隔从第二区域Ar2形成至第一区域Ar1。需要说明的是，切线Ya3是与接触于第三凸部11C的端部的第一m轴Sa1平行的假想线。

而且，第一单元KU的第三凸部11C配置为，在将假想形成的正六边形三等分的菱形的第三区域Ar3内沿第三m轴Sa3延伸而形成为长条形状。而且，第三凸部11C以使四条第三凸部11C的各自的一端部以及另一端部沿第一m轴Sa1对齐的方式以等间隔并列配置。

换句话说，多个第三凸部11C与成为第三区域Ar3的菱形区域的一对的对边平行地延伸，并且沿另一对的对边等间隔地配置。而且，配置于第三区域Ar3内的第三凸部11C配置为，其延伸方向与设于邻接的另外两个菱形区域即第一区域Ar1以及第二区域Ar2的凸部11A、11B的延伸方向形成60度。

第三凸部11C以四条的集合作为第三子单元SU3，以隔开第三间隔da3并且隔开第六间隔ds3的方式配置于第三区域Ar3。在第三子单元SU3中，第三凸部11C配置为，一侧的端部以与正六边形状的一边相接的方式对齐，另一侧的端部以距第一区域Ar1侧隔开规定间隔的方式在相同的第一m轴Sa1上对齐。需要说明的是，第六间隔ds3是第三区域Ar3中的、距假想的正六边形的中心点侧最远的第三凸部11C与所述正六边形的一边之间的间隔，这里构成为与第三凸部11C彼此之间的间隔大致相等。

因此，如图4A所示，从第三凸部11C的另一侧的端部至第一区域Ar1之间的第三间隔da3构成为，四条第三凸部11C的第三间隔da3都为均等。而且，能够沿第一m轴Sa1以第三间隔da3的大致范围连续的区域形成为，超过第二区域Ar2中的距正六边形的中心最近的第二凸部11B到达距该中心第二近的第二凸部11B。特别是，第三区域Ar3中的距正六边形的中心最近的第三凸部11C的位置以不与平行于第二m轴Sa2且趋向第三区域Ar3的切线Ya1交叉的方式，与距该中心最近的第一凸部11A的端部分离配置。因此，在单元中央，沿第一m轴Sa1连续的区域能够以第三间隔da3的间隔从第三区域Ar3形成至第二区域Ar2。需要说明的是，切线Ya1是与接触于第一凸部11A的端部的第二m轴Sa2平行的假想的线。

需要说明的是，在第一单元KU以及第二单元TU中，距假想的正六边形的中心最近的第一凸部11A、第二凸部11B以及第三凸部11C中的至少两个以与对应的切线Ya1、切线Ya2、切线Ya3均不交叉的方式分离配置即可。例如，即便以缩小第一间隔da1的方式将第一凸部11A配置为抵接于切线Ya2，只要第二凸部11B以及第三凸部11C离开切线Ya1或切线Ya3配置即可。对于第二凸部11B以及第三凸部11C也是相同的。

换句话说，在第一单元KU以及第二单元TU中，距正六边形的中心最近的第一凸部11A以不与切线Ya2交叉的方式配置，切线Ya2与距所述中心最近的第二凸部11B的所述中心侧的端部相切且平行于第三m轴Sa3。另外，在第一单元KU以及第二单元TU中，距正六边形的中心最近的第二凸部11B以不与切线Ya3交叉的方式配置，该切线Ya3与距所述中心最近的第三凸部11C的所述中心侧的端部相切且平行于第一m轴Sa1。

另外，如图6以及图7所示，对于第一单元KU以及第二单元TU，使第一凸部11A以隔开第一间隔da1以及第四间隔ds1的方式配置于第一区域Ar1，使第二凸部11B以隔开第二间隔da2以及第五间隔ds2的方式配置于第二区域Ar2，并且使第三凸部11C以隔开第三间隔da3以及第六间隔ds3的方式配置于第三区域Ar3。因此，第一凸部11A～第三凸部11C的设置间隔在单元图案中配置为相互大致均等。

如图7所示，第一单元KU以及第二单元TU构成为，在凸部11彼此的间隔中，在假想的正六边形的中央的区域CE1、CE2以及假想的正六边形的顶角彼此间的各区域SE中，也按照与其他区域之间的关系改善了间隔明显不同的部分，变得大致均等。

因此，通过第一单元KU以及第二单元TU具备这样的单元图案，与以往的结构比较，在氮化物半导体、例如GaN的晶体生长中，在蓝宝石基板10的面内调整生长速度(换言之，处于生长过程中的氮化物半导体层30的位错密度能够减少的趋势，并且氮化物半导体层30的晶体配光也变好)。

需要说明的是，在凸部11的配置图案中，第一单元KU以及第二单元TU的相对的顶角部分形成有六处。而且，在单元彼此的相对的六处顶角部分，若是所述子单元单位或区域单位，则形成使假想的菱形的顶角在四个位置相对的部分和使假想的菱形的顶角在五个位置相对的部分。另外，在单元中央，形成使假想的菱形的三个顶角相对的部分(以往的结构例如参照图10A：在图10A中，顶角仅采用六个与三个这两种配置)。换句话说，通过设为基于第一单元KU以及第二单元TU的单元图案，能够在假想的顶角的位置以子单元单位或区域单位设定顶角数量不同的部分，形成容易调整凸部11的间隔的配置。

另外，如图5A～图5C所示，由于第一凸部11A～第三凸部11C呈短边方向上的剖面的上部尖锐的形状而并非平面，因此，能够使显现于氮化物半导体的表面的穿透位错的数量减少。需要说明的是，假设在凸部11的剖面形状是未图示的梯形状等具有上平面的形状的情况下，氮化物半导体还从该上平面(c面)生长。然后，由于从该上表面生长的氮化物半导体在横向上几乎不生长，因此在生长方向上产生的多个位错不会收敛，氮化物半导体表面的位错密度增大。另一方面，在如所述那样凸部11的剖面形状不存在上平面的情况下，从凸部11的上部进行的生长被抑制，氮化物半导体在横向上生长。因此，该凸部11的在生长方向上产生的多个位错收敛，位错密度减少。

而且，晶体生长中的相对较稳定的晶体面存在作为小面(facet)而显现的趋势，六方晶的氮化物半导体(例如GaN)以从氮化物半导体的m面稍微倾斜的面作为小面而进行晶体生长。由此，只要凸部11的长边方向的顶端在俯视时呈半圆形状，就能够使各小面以大致均等的宽度生长，从而能够使氮化物半导体朝向该半圆的中心附近接合。在氮化物半导体的晶体生长时，氮化物半导体主要从蓝宝石基板10的c面(未形成有凸部11的平坦面)生长，因此，能够使其也沿横向均等地生长，以便在凸部11上相合(之后叙述图8A以及图8B中的位错的详细说明)。

返回图1继续说明发光元件1的结构。缓冲层20用于缓和蓝宝石基板10与在该蓝宝石基板10上生长的氮化物半导体的晶格常数差。缓冲层20形成于蓝宝石基板10与氮化物半导体层30之间。该缓冲层20例如由AlN、AlGaN构成。缓冲层20能够如后述那样通过在制造方法的缓冲层形成工序中例如在规定条件下进行溅射而形成。缓冲层20例如采用图1所示的覆盖蓝宝石基板10的层状，但也可以在局部使蓝宝石基板10露出。

氮化物半导体层30构成发光元件1的发光部，例如使用In_XAl_YGa_1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1))等的氮化物半导体。氮化物半导体层30如图1所示那样经由缓冲层20形成在蓝宝石基板10的c面(主面)上，具有从下依次层叠有n型半导体层31、活性层32以及p型半导体层33而成的构造。活性层32例如是具有阱层(发光层)与势垒层的量子阱构造。

这里，参照图8A以及图8B说明晶体生长与位错。在使用未形成有凸部11的平坦的蓝宝石基板10的情况下，氮化物半导体不能在横向上生长，但在如所述那样在蓝宝石基板10上形成有凸部11的情况下，在氮化物半导体的生长时，氮化物半导体也能够在横向上生长。位错基本上在晶体的生长方向上进行，因此如图8A以及图8B所示，氮化物半导体朝向凸部11上在横向上生长，从而氮化物半导体中的位错也朝向凸部11上在横向上进行。而且，由于氮化物半导体在凸部11上接合，因此位错也被接合，形成闭环等，最终难以在氮化物半导体的表面显现出位错。需要说明的是，在图8A以及图8B中，按照时间以从图8B的状态向图8A的状态生长的方式进行图示。

这样，氮化物半导体一边维持使小面露出的状态一边逐渐接合，从位错的数量减少，氮化物半导体层30的位错密度降低。此时，作为图8B、图8A的状态而示出，对于氮化物半导体使小面露出的状态的时间长(在使小面露出的状态下生长的膜厚较厚)的情况，位错容易收敛，并容易使位错的数量减少。需要说明的是，通过如所述那样构成凸部11的单元图案，从而与以往相比能够以短时间使位错收敛，进而在距蓝宝石基板10较近的位置以形成平坦面的方式进行晶体生长。另外，在图8A以及图8B中，横向生长中的位错的进行方向为一个方向，但位错的进行方向有时在中途变化。例如，有时是初期沿上方向进行，从中途沿横向或者斜上方向进行。

将凸部11设为其沿长边方向延伸的外缘向形成沿着蓝宝石基板10的第一m轴Sa1～第三m轴Sa3的角度的方向延伸的形状，从而在氮化物半导体在凸部11上接合之前调整生长速度，能够以较短的时间形成平坦面。关于这一点，以下以作为氮化物半导体的代表之一的GaN为例进行说明。

六方晶系的GaN以上方向作为c轴方向进行晶体生长。而且，在横向上，相比于a轴方向，更难在m轴方向上生长，因此存在维持俯视时与GaN的m面(与蓝宝石基板10的c面垂直交叉的面)等效的面和以蓝宝石基板10的c面的交线为底边的小面而生长的趋势。此时，GaN的m面位于沿着与蓝宝石基板10的a面处于同一平面的位置。换句话说，GaN存在维持俯视时以与蓝宝石基板10的a面重合的线为底边的小面而生长的趋势。因此，在蓝宝石基板10的表面，沿与蓝宝石基板10的m面不同的面(典型地说是a面)配置外缘沿长边方向延伸的长条状的凸部11。由此，凸部11的沿长边方向延伸的外缘不再与GaN的a面重合，小面的底边与凸部11的沿长边方向延伸的外缘平行。

结果，相比于凸部11的沿长边方向延伸的外缘与GaN的a面重合的情况、换句话说小面的底边不与凸部11的沿长边方向延伸的外缘平行的情况，凸部11的短边方向上的GaN的生长速度变慢。因此，相比于上方向生长，凸部11上的横向生长的时间变长，位错容易收敛，因此能够使位错密度减少。另外，若氮化物半导体容易生长的方向(GaN的a轴方向)与凸部11的短边方向一致，则从凸部11的短边方向的两侧生长的氮化物半导体在较宽的范围内接合，因此担心在接合时产生新的位错的隐患。因此，通过将凸部11的短边方向以偏离氮化物半导体容易生长的GaN的a轴方向的方式配置(这里是将蓝宝石基板10的凸部11的长边方向沿蓝宝石基板10的各m轴配置)，从而使从凸部11的长边方向的两侧生长的氮化物半导体接合，因此能够抑制新的位错的产生。

另外，关于发光元件1，如所述那样，由于氮化物半导体的小面与凸部11的沿长边方向延伸的外缘一致，因此氮化物半导体从顶端部附近逐渐生长，在凸部11的中心附近收敛。因此，在俯视时，在成为凸部11的上方的位置，在凸部11的长边方向上的中央残留位错的范围较小(窄)，此外，位错密度也处于变小的趋势。另一方面，例如在凸部11的沿长边方向延伸的外缘是相对于蓝宝石基板10的各m轴超过±10°的范围的方向的情况下(例如长边方向与相对于第一m轴Sa1方向正交的方向一致的情况)，凸部11的沿长边方向延伸的外缘与氮化物半导体的小面不重合，因此氮化物半导体几乎同时在凸部11的长边方向的中心线附近接合，不能进一步在横向上生长。

而且，通过采用第一单元KU以及第二单元TU的单元图案，与相邻于第一单元KU以及第二单元TU的位置处的凸部11的间隔较窄的情况相比，能够减小蓝宝石基板10的面内的氮化物半导体的生长速度之差(改善生长过程中的氮化物半导体的平坦性)，具有能够进一步减小氮化物半导体层30的位错密度的趋势。与此同时，也能够改善氮化物半导体层30的晶体生长。需要说明的是，例如在即使确保了单元彼此的间隔也不能调整单元中央的间隔的情况下，无法在晶体生长中进一步确保平坦性。因此，通过采用配置与第一单元KU镜面对称的第二单元TU而加宽了单元中央的配置的状态(在蓝宝石基板的±m轴方向上具有空间)的单元图案，能够进一步确保平坦性。

具备以上结构的第一实施方式的发光元件1具备从具有长条形状的凸部11的蓝宝石基板10生长的、位错密度较低的氮化物半导体层30，因此能够提高温度特性。这里所说的温度特性的提高指的是使环境气温度上升时的输出的变化程度较小。例如指的是，若将在常温环境(例如25℃)下驱动时的发光元件1的光输出设为1，则在高温环境(例如100℃)下驱动时的发光元件1的光输出低于1，但其降低程度较小。

推测这种温度特性的提高是因为位错密度的减少使得位错所引起的电子的阱减少。更详细地说，认为是因为氮化物半导体层30中的特别是活性层32的位错密度较低而使得温度特性提高。活性层32的位错密度能够基于显现于成为其基底的n型半导体层31的表面的位错的密度来确定，因此，尤其优选减小n型半导体层31的表面的位错密度。

另外，通常在发光元件中，若降低位错密度则可改善温度特性，但另一方面却处于Vf上升、光输出降低(换句话说是正向电压(Vf)以及光输出(Po)恶化)的趋势。然而，在本发明的结构的发光元件1中，晶体取向也得到改善，从而能够在维持或者改善温度特性的同时使正向电压(Vf)降低，使光输出(Po)提高。伴随于此，发光元件1的发光效率也得到改善。

[发光元件的制造方法]

接下来，参照图9A～图9I说明第一实施方式的发光元件1的制造方法。需要说明的是，以下说明发光元件1是具有外部连接电极的发光元件2情况下的制造方法。需要说明的是，基板剖面示出沿长边方向剖切距第一单元KU的中心点最近的第三凸部的中心的状态下的剖面。

首先，说明在蓝宝石基板的主面上形成凸部11的方法。通过依次进行图9A所示的掩模形成工序和图9B、图9C所示的蚀刻工序来形成蓝宝石基板的凸部11。

掩模形成工序是在蓝宝石基板10上设置掩模M的工序。在掩模形成工序中，具体而言如图9A所示，在蓝宝石基板10的c面侧的表面形成例如SiO₂、抗蚀剂的膜并图案化，从而构成将形成凸部11的区域覆盖的多个长条形状的掩模M。

蚀刻工序是对蓝宝石基板10进行蚀刻的工序。在蚀刻工序中，具体而言如图9B～图9C所示，对配置有掩模M的蓝宝石基板10进行干式蚀刻，从而在该蓝宝石基板10的c面侧的表面沿第一m轴Sa1、第二m轴Sa2以及第三m轴Sa3形成长条形状的部分，在成为假想的正六边形的第一单元KU以及第二单元TU的内侧形成多个凸部11。

在本实施方式中，使用相比于基板被更慢地被蚀刻的材料作为掩模M，在该第一蚀刻工序中，蓝宝石基板10上的掩模M也被蚀刻，掩模M并非只从上表面逐渐被蚀刻，也从侧面逐渐被蚀刻，掩模M的直径变小，因此在蓝宝石基板10上，凸部11的上部被蚀刻成主视时上端尖锐的半球状等穹顶状。需要说明的是，若凸部11采用具有上表面(c面)的形状，则氮化物半导体从上表面生长，因此优选半球状等不具有上表面的、上端尖锐的形状。

作为干式蚀刻的具体方法，例如能够使用气相蚀刻、等离子蚀刻、反应性离子蚀刻等，作为此时的蚀刻气体，例如可列举Cl₂、SiCl₄、BCl₃、HBr、SF₆、CH₄、CH₂F₂、CHF₃、C₄F₈、CF₄、惰性气体的Ar等。

接着对发光元件1的制造方法进行说明。

发光元件1的制造方法通过在形成所述蓝宝石基板10的凸部11(第一凸部11A～第三凸部11C)之后，进一步实施图9D所示的缓冲层形成工序和图9E以及图9F所示的半导体层生长工序来进行。

缓冲层形成工序是在蓝宝石基板10上形成缓冲层20的工序。在缓冲层形成工序中，具体而言如图9D所示，在形成有凸部11的蓝宝石基板10上通过例如溅射而形成缓冲层20。缓冲层形成工序虽然能够省略，但优选进行该缓冲层形成工序。缓冲层20例如采用如图9D所示那样将蓝宝石基板10覆盖的层状，但并不需要以层状完全进行覆盖，也可以通过减小层厚度而在局部使蓝宝石基板10呈斑状露出。

半导体层生长工序是在蓝宝石基板10的形成有凸部11的一侧的面上使氮化物半导体层30生长并形成发光元件构造的工序。在半导体层生长工序中，具体而言如图9E～图9F所示，在蓝宝石基板10的形成有凸部11的c面侧的表面，经由缓冲层20使n型半导体层31进行晶体生长。此时，n型半导体层31从各凸部11间的区域向上方向以及横向生长，并以覆盖凸部11的方式生长。构成n型半导体层31的氮化物半导体一边维持相对于蓝宝石基板10的表面倾斜的生长面(小面)一边生长，直至完全覆盖凸部11。需要说明的是，在n型半导体层31生长的情况下，如已参照图8A以及图8B说明那样，位错收敛，相比于以往的结构能够进一步减少位错。

接着，如图9G所示，在n型半导体层31上使活性层32生长，进而使p型半导体层33生长，形成包含活性层32的发光元件构造。此外，也可以有意地使不添加杂质的纯氮化物半导体层生长，直至在凸部11上接合，之后添加n型杂质而使n型的氮化物半导体层生长。另外，更优选的是使由GaN构成的氮化物半导体至少生长至在凸部11上接合。

经由以上的工序，能够制造图9G所示的未设有电极的状态的发光元件1。

接下来，在图9H以及图9I中示出在发光元件1设有外部连接电极的发光元件2的制造方法的具体例。图9H以及图9I所示的发光元件2包括具有凸部11的蓝宝石基板10和设于其之上的n型半导体层31、活性层32、p型半导体层33，并在局部使n型半导体层31露出而设有n侧电极40，且在p型半导体层33的表面设有透光性电极(例如ITO)50以及p侧电极60。在所述半导体层生长工序之后进行电极形成工序，从而也能够制造在发光元件1中具备这些电极的发光元件2。

即，首先通过干式蚀刻等去除p型半导体层33以及活性层32的局部区域而使n型半导体层31的局部露出。接下来，在露出的n型半导体层31上形成n侧电极40，在p型半导体层33上形成透光性电极50，在透光性电极50上形成p侧电极60，从而能够制造图9H以及图9I所示的发光元件2。需要说明的是，也可以包括在所述半导体层生长工序之后将所述发光元件构造以及蓝宝石基板10分割并形成单片作为原材料的单片化工序。此时，在半导体层生长工序之后并且是单片化工序之前进行电极形成工序。

这样，关于发光元件1的制造方法，形成在蓝宝石基板10上的凸部11采用顶部不平坦的结构，沿各m轴延伸形成并配置于假想正六边形的第一单元KU以及第二单元TU的范围内，并且在各单元内以隔开规定间隔的方式排列。因此，在发光元件1的制造方法中，能够减小蓝宝石基板10的面内的氮化物半导体的生长速度之差(改善生长过程中的氮化物半导体的平坦性)，具有能够进一步减小氮化物半导体层30的位错密度的趋势。与此同时，也能够改善氮化物半导体层30的晶体生长。因此，在采用本发明结构的发光元件1中，晶体取向也得到改善，从而能够在维持或者改善温度特性的同时使正向电压(Vf)降低，使光输出(Po)提高。伴随于此，发光元件1的发光效率也得到改善。

接下来，对基板的特征进行说明。在如图10A～图10D所示那样仅在第一单元KU中缩窄了单元中央的凸部11的配置的状态的单元图案、以及如图11A～图11D所示那样配置与第一单元KU镜面对称的第二单元TU而加宽了单元中央的配置的状态的单元图案的情况下，比较晶体生长的过程中的平坦度来进行说明。需要说明的是，在图10A～图10D中，形成PB的区域的中央的凸部1011的端部的间隔较窄、且沿各m轴方向连续的区域变小的状态(凸部11的端部越过切线Ya1～Ya3的状态)。而且，在图10A～图10D中，作为比较例，采用在设有凸部1011的蓝宝石基板上使GaN生长的例子，参照以扫描式电子显微镜(SEM)照片为基础制作的示意图进行说明。另外，关于图11A～图11D，作为实施方式1，采用在设有长条状的凸部11的蓝宝石基板上使GaN生长的例子，参照通过参考扫描式电子显微镜(SEM)照片而制作的示意图进行说明。

凸部11以及凸部1011的长边方向的长度分别约为10μm，短边方向的长度约为2.6μm，高度约为1.4μm。凸部11以及凸部1011的沿长边方向延伸的外缘沿蓝宝石基板的第一m轴Sa1、第二m轴Sa2、第三m轴Sa3的方向延伸而形成，GaN的膜厚在图10B以及图11B中约为2μm，在图10C以及图11C中约为3.5μm，在图10D以及图11D中约为4.5μm。需要说明的是，GaN是通过使供给作为镓原料气体的TMG的流量在例如膜厚达到约2μm之前为20sccm且之后为60sccm的方式而成膜的。作为其他工序条件，在GaN的膜厚达到约2μm之前使压力为1气压，V/III比为2000左右，之后使压力为1气压，使V/III比为1500左右。另外，使用将+c面作为主面的蓝宝石基板，在该蓝宝石基板的主面，作为缓冲层，以使AlGaN达到膜厚为20nm左右的方式进行成膜，之后对GaN进行成膜。

比较由图中的PA表示的位置和由PB表示的位置的状态可得知如下情况。即，在图10B～图10D中，由于仅在第一单元KU中的单元中央处于凸部1011密集的状态，因此，由GaN的晶体生长所带来的膜厚为4.5μm的状态在PA以及PB的位置不同。换句话说，如图10D所示，在PA的位置，晶体生长快且已经变得平坦，但在PB的位置，在容易生长的GaN的±a轴方向(蓝宝石基板的±m轴方向)上不存在空间，因此晶体生长相比于PA的位置更慢，尚为凹状。

另一方面，在图11A中，在单元中央的凸部11的端部彼此隔开间隔的状态(凸部11的端部未超过切线Ya1～Ya3的状态)下设置第一单元KU以及第二单元TU的单元图案，因此如图11B～图11D所示，在GaN的生长膜厚为4.5μm的位置，在PA以及PB的位置调整成大致平坦的状态。换句话说，在单元中央，由于在GaN的±a轴方向(蓝宝石基板的±m轴方向)上具有空间，并且使用第一单元以及第二单元的单元图案，从而形成基板整体的生长速度大致相同的状态，能够形成使GaN以凹凸状态更少的方式生长的平坦的结构。

接下来，作为比较例，准备在形成有图10A的PB所示的配置的凸部11的蓝宝石基板上使氮化物半导体层生长而成的晶圆。而且，作为实施例，准备在形成有图11A的PB所示的配置的凸部1011的蓝宝石基板上使氮化物半导体层生长而成的晶圆。在所准备的比较例的晶圆与实施例的晶圆各自的中央区域测量(002)面的XRC半值宽度和穿透位错所引起的坑数，并将这些值示出在表1中。

另外，在比较例以及实施例中，在测量(002)面的XRC半值宽度的情况下，都测量了在图10C或者图11C的基础上进一步使n型半导体层、活性层、p型半导体层依次生长的氮化物半导体层。

而且，在测量穿透位错所引起的坑数的情况下，在使n型半导体层在图10C或者图11C上生长而成的氮化物半导体层中，进一步使用于测量的GaN生长，在该状态下测量与氮化物半导体层的上表面相距10μm×10μm的范围。需要说明的是，在该坑数的测量中，对于在n型半导体层上进一步生长的GaN，为了简易地测量位错密度，有意地以横向生长变慢的条件使其生长，产生以位错为起点的凹坑，从而能够从氮化物半导体层的上表面将该位错作为凹坑进行目视观察。

【表1】

如表1所示，相比于具备图10A所示的凸部1011的结构的比较例，在具备图11A所示的凸部11的结构的实施例中，(002)面的XRC半值宽度的值更小，而且根据穿透位错所引发的坑数可知位错密度也更少。

接下来，将在作为比较例的具有图10A所示的凸部1011的结构的蓝宝石基板、以及作为实施例的具有图11A所示的凸部11的结构的蓝宝石基板上分别使GaN生长并依次层叠n型半导体层、活性层、p型半导体层而成的晶圆单片化，作为发光元件而获取。在获取的比较例与实施例各自的发光元件中，测量正向电压(Vf)、光输出(Po)、电力转换效率(WPE)、以及温度特性，并将这些值示出在表2中。需要说明的是，表2所示的值在比较例以及实施例中均是测量在从晶圆的中央区域获取的发光元件上形成电极而成的样品的值。

另外，根据使65mA的电流流经发光元件并将环境温度设为100℃时的光输出(Po)、以及将环境温度设为25℃时的光输出(Po)，通过以下的式1计算温度特性。该温度特性的值越高，光输出相对于温度变化的降低越少(温度特性越好)。

【式1】

【表2】

如表2所示，可知相比于具有图10A所示的凸部1011的比较例的发光元件，在具有图11A所示的凸部11的实施例的发光元件的结构中，正向电压(Vf)的值更小，光输出(Po)的值更大，电力转换效率(WPE)的值也更高，并且温度特性的值更大。换句话说，在采用本发明的机构的发光元件1中，晶体取向也得到改善，从而能够在维持或者改善温度特性的同时使正向电压(Vf)降低，使光输出(Po)提高。伴随于此，可以认为发光元件1的发光效率也得到改善。

如以上那样，具体地说明了第一实施方式的发光元件1以及其制造方法，但本发明的主旨并不限定于这些记载，而必须基于权利要求书的记载宽泛地解释。另外，不言而喻的是，基于这些记载进行的各种变更、改变等也包含在本发明的主旨中。

以下，参照图12～图17，通过附图说明第二～第四实施方式以及变形例1～3。需要说明的是，关于凸部的配置的结构，图12～图16主要说明与第一实施方式不同的部分。另外，以下说明的第二～第四实施方式的发光元件在除蓝宝石基板的凸部以外的结构以及制造方法方面与第一实施方式的发光元件1相同，因此省略它们的说明。

<第二实施方式>

如图12所示，在第二实施方式所示的发光元件的第一凸部11A～第三凸部11C中，使第一间隔da1～第三间隔da3以及第四间隔ds1～第六间隔ds3大于图3所示的结构，并且第一凸部11A～第三凸部11C各自的间隔也变宽。如此构成的发光元件构成为，蓝宝石基板10A的第一凸部11A～第三凸部11C采用第一单元KU以及第二单元TU的单元图案，并且相比于图3所示的结构将各间隔扩宽20～40％的范围，因此在半导体层生长时更容易确保平坦性。需要说明的是，如果图3所示的凸部11的间隔例如以3μm为基准，则图12所示的凸部11的间隔是3.6～4.2μm。需要说明的是，各间隔扩宽20～40％的范围指的是，在以允许范围内的平均的值为基准值的情况下，扩宽了该基准值的20～40％。换句话说，优选的是各间隔相对于基准值设定于允许范围内的上限侧。

关于具备以上结构的第二实施方式的发光元件，配置在蓝宝石基板10A上的凸部11的长边方向的外缘沿蓝宝石基板10A的各m轴延伸配置，设置间隔也形成为比基准值宽20～40％，因此在氮化物半导体的晶体生长时，氮化物半导体在横向上生长的时间变长。由此，在氮化物半导体的晶体生长时产生的位错容易收敛于较窄的范围，氮化物半导体层30的位错密度降低。而且，关于第二实施方式的发光元件，晶体取向也得到改善，从而能够在维持或者改善温度特性的同时使正向电压(Vf)降低，使光输出(Po)提高，伴随于此，发光效率也得到改善。

<第三实施方式>

如图13所示，若俯视第三实施方式的发光元件的蓝宝石基板10B，则在蓝宝石基板10B的c面侧的表面，在假想示出的菱形的各区域中，以使长边方向的外缘沿各m轴延伸的方式以三条为单位配置有凸部111。具体而言，凸部111包括长条形状的长边方向的外缘沿第一m轴Sa1延伸配置的第一凸部111A、长条形状的长边方向的外缘沿第二m轴Sa2延伸配置的第二凸部111B、以及长条形状的长边方向的外缘沿第三m轴Sa3延伸配置的第三凸部111C。

这里，在第一凸部111A～第三凸部111C中，将各凸部之间的间隔设定为大于或等于该凸部的直径。需要说明的是，将凸部111的间距(沿凸部长边方向朝凸部的直径中心引出中心线时到达相邻的凸部的该中心线的距离)Pc设定为不超过直径Da。在第一凸部111A～第三凸部111C中，凸部之间的间隔以及间距Pc较宽，另外，第一间隔da1～第三间隔da3以及第四间隔ds1～第六间隔ds3的间隔也与凸部之间的间隔相应地设定为较宽。关于第一凸部111A～第三凸部111C，这里作为一个例子，将直径Da与全长L1之比设定为1∶5～6。另外，关于直径Da与间距Pc的关系，作为一个例子，设定为1∶2。

关于具备以上结构的第三实施方式的发光元件，由于形成在蓝宝石基板10B上的凸部111与未形成有凸部111的平坦部分的间隔更加适当，因此在晶体生长时，氮化物半导体在横向上生长的时间变长，在晶体生长时产生的位错容易收敛于较窄的范围内，氮化物半导体层30的位错密度降低。而且，第三实施方式的发光元件的晶体取向也得到改善，从而能够在维持或者改善温度特性的同时使正向电压(Vf)降低，使光输出(Po)提高，伴随于此，发光效率也得到改善。

<第四实施方式>

如图14所示，若俯视第四实施方式的发光元件的蓝宝石基板10C，则在蓝宝石基板10C的c面侧的表面，在假想示出的菱形的区域内，以分别沿各m轴延伸的方式以规定间隔配置有五条凸部211。具体而言，第一单元的凸部211包括长条形状的长边方向的外缘沿第一m轴Sa1延伸的第一凸部211A、长条形状的长边方向的外缘沿第二m轴Sa2延伸的第二凸部211B、以及长条形状的长边方向的外缘沿第三m轴Sa3延伸的第三凸部211C。将第一凸部211A～第三凸部211C设定为，直径Da与全长L1之比为1∶11.5，直径Da与间距Pc之比为1∶2.5。

这样，凸部211构成为，虽然直径Da与全长L1之比相对于图3所示的结构较小，但设为基于第一单元KU与第二单元TU的单元图案，并隔开单元中央部分的间隔。因此，与上述内容相同，在发光元件中，晶体取向也得到改善，从而能够在维持或者改善温度特性的同时使Vf降低使光输出提高，伴随于此，发光效率也得到改善。

需要说明的是，在第二实施方式～第四实施方式中，说明了将假想示出的菱形的各区域内的凸部的数量设为3～5条的结构，但也可以是6条或7条以上。

另外，说明了将所述第一实施方式～第四实施方式的氮化物半导体元件的蓝宝石基板10～10C设为长条形状的凸部11、111、211的两端对齐的排列，但也可以像例如图15～图17所示那样，以凸部的一部分或全部的两端的位置不同的方式配置于第一区域Ar1～第三区域Ar3的内部。这里，以图3的蓝宝石基板10的凸部11的结构为代表进行了说明，但在其他实施方式中也产生相同的作用效果。另外，这里以改变了第三凸部11C的距第一单元KU中的中心最近的凸部的位置为例进行了说明，但也可以是除第三凸部11C之外的凸部、或者第一凸部11A或第二凸部11B的局部。

<变形例1>

如图15所示，第一单元KU的第一凸部11A～第三凸部11C具备例如以第三凸部11C的一个端部与其他端部不同的方式配置的凸部11d(标注阴影线的凸部)作为其一部分。而且，该凸部11d构成为仅形成于第一单元KU，并未形成于第二单元TU。换句话说，第二单元TU需要使第一区域Ar1～第三区域Ar3的配置呈镜面对称，但不使包括配置于该区域内的凸部11d在内的第一凸部11A～第三凸部11C的配置为镜面对称。

而且，如图15所示，虽然是由包括凸部11d的第一凸部11A～第三凸部11C的配置的第一单元KU和不包括凸部11d的第一凸部11A～第三凸部11C的配置的第二单元TU构成的单元图案，但整体来看，形成以将第一单元KU为中心的单位并重复相同图案的状态。另外，对于凸部11d，距第一单元KU的中心最近的第三凸部11C的位置与其他第三凸部11C不同，且该凸部11d与切线Ya1抵接并交叉。但是，由于第二间隔da2从第二区域Ar2连续到第一区域Ar1，因此可确保第一单元KU的中央的区域较宽。因此，如上述内容那样，即使是包括这样的蓝宝石基板10的凸部11d的凸部11，通过具备第一单元KU以及第二单元TU的单元图案和单元中央部分的区域的结构，与上述内容相同，和以往的结构相比，发光元件中的晶体取向也得到改善，从而能够在维持或者改善温度特性的同时使正向电压(Vf)降低，使光输出(Po)提高，伴随于此，发光效率也得到改善。

<变形例2>

另外，如图16所示，在第一单元KU以及第二单元TU中，将第三凸部11C之一设为凸部11e(标注阴影线的凸部)，也可以采用以端部与其他第三凸部11C不同的方式配置的结构。这里，包括凸部11e的配置在内，与第一单元KU镜面对称地构成第二单元TU。这样，即使在第一单元KU以及第二单元TU中存在端部的位置不同于其他的凸部11e，但整体来看，在每个由第二单元TU的边与第一单元KU的各边相合而成的单元图案的单位中，形成均等的配置。因此，如上述内容那样，即使是包括这样的蓝宝石基板10的凸部11e的凸部11，通过具备第一单元KU以及第二单元TU的单元图案和单元中央部分的区域的结构，与上述内容相同，和以往的结构相比，发光元件中的晶体取向也得到改善，从而能够在维持或者改善温度特性的同时使正向电压(Vf)降低，使光输出(Po)提高，伴随于此，发光效率也得到改善。

<变形例3>

而且，如图17所示，第一单元KU也可以构成为，配置于第一区域Ar1的区域内的第一凸部11A、配置于第二区域的区域内的第二凸部11B、以及配置于第三区域Ar3的区域内的第三凸部11C在每个区域中形成不同的配置。需要说明的是，在图17中，第一间隔da1～第三间隔da3示出最大间隔的宽度。另外，作为单元图案，也可以采用使与第一单元KU的第一凸部11A～第三凸部11C的配置呈镜面对称的第二单元TU的一边与第一单元KU的各边对应配置的结构。而且，也可以采用与第一单元的第一凸部11A～第三凸部11C的配置不同的结构，例如将图3所示的结构的第二单元TU配置于图17的第一单元KU的各边的结构。

如图17所示，即使第一单元KU的第一凸部11A～第三凸部11C的各自的端部构成为不同，也是在每个第一单元KU以及以该第一单元KU为中心配置的第二单元TU的单元单位中重复进行相同的凸部11的配置。因此，如上述内容所示，即使是包括这样的蓝宝石基板10的凸部11的配置，通过具备第一单元KU以及第二单元TU的单元图案和单元中央部分的区域的结构，与上述内容相同，和以往的结构相比，发光元件中的晶体取向也得到改善，从而能够在维持或者改善温度特性的同时使正向电压(Vf)降低，使光输出(Po)提高，伴随于此，发光效率也得到改善。

在以上说明的各实施方式中的发光元件中，也可以采用以下这种结构。即，在蓝宝石基板中，如果凸部能够在第一区域Ar1～第三区域Ar3中沿各m轴配置，则如图3、图12～图17所示，可以使凸部的端部对齐，也可以使一部分或全部不对齐。换句话说，第一单元KU也可以是，距正六边形的中心最近的三个凸部之中的两个凸部不与相对的切线Ya1～Ya3中的某一个相交叉而是分离地配置，并且另一凸部以形成第一间隔da1～第三间隔da3的方式配置。而且，如果使用第一单元KU以及与其镜面对称的第二单元TU的单元图案，则在已经说明的发光元件中，正向电压(Vf)的值降低，温度特性提高，电力转换效率(WPE)也能够提高。

另外，基于第一单元与第二单元的单元图案也可以采用使第一单元的正六边形的边与第二单元的正六边形的各边对应配置的结构。

需要说明的是，由于在蓝宝石基板中沿各m轴设置以各单元单位配置的凸部11，因此能够在长边方向的延长线上配置另一凸部11，抑制光的横向泄漏，并获得接近朗伯的配光特性。

需要说明的是，在图3、图12～图17中，凸部11、111、211的两端呈半圆形且形成为大致相同形状，但凸部11、111、211的形状并不限定于此。

而且，凸部11、111、211也可以构成为，从c面向上方向突出，并从高度方向的规定位置以相对于棱线成角度θ的方式经由倾斜面尖锐地形成。由此，与所述凸部11、111、211相同，在氮化物半导体的晶体生长时抑制从凸部12的上部进行的生长，氮化物半导体在横向上生长，因此在生长方向上产生的多个位错收敛，位错的数量减少。

需要说明的是，在形成倾斜面的情况下，通过紧接着干式蚀刻进行湿式蚀刻，能够形成朝向凸部11、111、211的顶部倾斜的倾斜面。

需要说明的是，在发光元件1、2中，在第一单元KU以及第二单元TU的不同于第一区域Ar1的其他两个菱形区域(第二区域Ar2以及第三区域Ar3)中的一个菱形区域中，具有沿第一凸部11A(111A、211A)的延伸方向将端部对齐配置的多个第三凸部11C，距正六边形区域(第一单元KU以及第二单元TU)的中心最近的第三凸部11C(111C、211C)配置为，与距中心最近的第一凸部11A(111A、211A)中心侧的端部相接，并且不与平行于配置第一凸部11A(111A、211A)的方向的切线Ya3交叉。

而且，也可以将所述发光元件1、2构成为，在所述其他两个菱形区域(第二区域Ar2以及第三区域Ar3)中的另一个菱形区域中，具有沿第三凸部11C(111C、211C)的延伸方向将端部对齐配置的多个第二凸部11B(111B、211B)，距正六边形区域(第一单元KU以及第二单元TU)的中心最近的第二凸部11B(111B、211B)配置为，与距所述中心最近的第三凸部11C(111C、211C)中的中心侧的端部相接，并且不与平行于配置第三凸部11C(111C、211C)的方向的切线交叉。

另外，空间与间隔有时因使用的位置不同而区分术语，实质上含义相同。

Claims (23)

1.一种发光元件，具备：蓝宝石基板，其将c面作为主面；以及半导体层，其设于所述蓝宝石基板的主面侧，其特征在于，

所述蓝宝石基板在所述主面具有第一凸部、第二凸部以及第三凸部，

所述第一凸部沿长边方向具有两条边，该两条边与所述蓝宝石基板的第一m轴平行，

所述第二凸部沿长边方向具有两条边，该两条边与所述蓝宝石基板的第二m轴平行，

所述第三凸部沿长边方向具有两条边，该两条边与所述蓝宝石基板的第三m轴平行，

所述第二m轴是使所述第一m轴绕逆时针旋转120°得到的，

所述第三m轴是使所述第二m轴绕逆时针旋转120°得到的，

在俯视下，通过所述第三凸部且与所述第三m轴平行的直线通过所述第一凸部，

与所述第一凸部的位于所述第二凸部侧的端部相切且与所述第二m轴平行的第一切线不通过所述第三凸部，

所述第一凸部与所述第三凸部隔着所述第一切线彼此配置于相反侧。

2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，

在俯视下，通过所述第一凸部且与所述第一m轴平行的直线通过所述第二凸部，

与所述第二凸部的位于所述第三凸部侧的端部相切且与所述第三m轴平行的第二切线不通过所述第一凸部。

3.根据权利要求2所述的发光元件，其特征在于，

在俯视下，通过所述第二凸部且与所述第二m轴平行的直线通过所述第三凸部，

与所述第三凸部的位于所述第一凸部侧的端部相切且与所述第一m轴平行的第三切线不通过所述第二凸部。

4.根据权利要求3所述的发光元件，其特征在于，

通过所述第一凸部且与所述第一m轴平行的直线通过所述第一凸部的两条长边的中央，

通过所述第二凸部且与所述第二m轴平行的直线通过所述第二凸部的两条长边的中央，

通过所述第三凸部且与所述第三m轴平行的直线通过所述第三凸部的两条长边的中央。

5.根据权利要求3所述的发光元件，其特征在于，

所述蓝宝石基板具有第一组的凸部，该第一组的凸部由所述第一凸部和在长边方向上具有与所述第一m轴平行的两条边且形成于所述主面上的一个以上的凸部构成，

所述第一凸部配置于比位于所述第一组内的其他的所述一个以上的凸部靠近所述第三凸部的位置，

所述第一切线与位于所述第一组内的所述一个以上的凸部的位于所述第二凸部侧的端部相切。

6.根据权利要求5所述的发光元件，其特征在于，

在俯视下，所述第一组的各凸部在位于所述第二凸部的相反侧的端部与平行于所述第二m轴的另外的切线相切。

7.根据权利要求5所述的发光元件，其特征在于，

在俯视下，所述第二切线通过所述第一组的除了所述第一凸部之外的凸部。

8.根据权利要求5所述的发光元件，其特征在于，

所述蓝宝石基板具有第二组的凸部，该第二组的凸部由所述第二凸部和在长边方向上具有与所述第二m轴平行的两条边且形成于所述主面上的一个以上的凸部构成，

所述第二凸部配置于比位于所述第二组内的其他的所述一个以上的凸部靠近所述第一凸部的位置，

所述第二切线与位于所述第二组内的所述一个以上的凸部的位于所述第三凸部侧的端部相切。

9.根据权利要求8所述的发光元件，其特征在于，

在俯视下，所述第二组的各凸部在位于所述第三凸部的相反侧的端部与平行于所述第三m轴的另外的切线相切。

10.根据权利要求8所述的发光元件，其特征在于，

在俯视下，所述第三切线通过所述第二组的除了所述第二凸部之外的凸部。

11.根据权利要求8所述的发光元件，其特征在于，

所述蓝宝石基板具有第三组的凸部，该第三组的凸部由所述第三凸部和在长边方向上具有与所述第三m轴平行的两条边且形成于所述主面上的一个以上的凸部构成，

所述第三凸部配置于比位于所述第三组内的其他的所述一个以上的凸部靠近所述第二凸部的位置，

所述第三切线与位于所述第三组内的所述一个以上的凸部的位于所述第一凸部侧的端部相切。

12.根据权利要求11所述的发光元件，其特征在于，

在俯视下，所述第三组的各凸部在位于所述第一凸部的相反侧的端部与平行于所述第一m轴的另外的切线相切。

13.根据权利要求11所述的发光元件，其特征在于，

在俯视下，所述第一切线通过所述第三组的除了所述第三凸部之外的凸部。

14.根据权利要求2所述的发光元件，其特征在于，

所述第二凸部与所述第一切线分离第一间隔地配置，

所述第三凸部与所述第二切线分离第二间隔地配置，

所述第一凸部与所述第三切线分离第三间隔地配置，

所述第一间隔、所述第二间隔及所述第三间隔相同。

15.根据权利要求14所述的发光元件，其特征在于，

沿所述第一切线将所述第一间隔保持为恒定且连续的第一区域不与所述第三凸部重叠，

沿所述第二切线将所述第二间隔保持为恒定且连续的第二区域不与所述第一凸部重叠，

沿所述第三切线将所述第三间隔保持为恒定且连续的第三区域不与所述第二凸部重叠。

16.根据权利要求11所述的发光元件，其特征在于，

所述第二凸部与所述第一切线分离第一间隔地配置，

所述第三凸部与所述第二切线分离第二间隔地配置，

所述第一凸部与所述第三切线分离第三间隔地配置，

所述第一间隔、所述第二间隔及所述第三间隔相同。

17.根据权利要求16所述的发光元件，其特征在于，

沿所述第一切线将所述第一间隔保持为恒定且连续的第一区域不与所述第三凸部重叠，

沿所述第二切线将所述第二间隔保持为恒定且连续的第二区域不与所述第一凸部重叠，

沿所述第三切线将所述第三间隔保持为恒定且连续的第三区域不与所述第二凸部重叠。

18.根据权利要求17所述的发光元件，其特征在于，

所述第一区域到达位于所述第三组内的所述一个以上的凸部中的、距所述第三凸部最近的凸部，

所述第二区域到达位于所述第一组内的所述一个以上的凸部中的、距所述第一凸部最近的凸部，

所述第三区域到达位于所述第二组内的所述一个以上的凸部中的、距所述第二凸部最近的凸部。

19.根据权利要求11所述的发光元件，其特征在于，

所述第一组的所述凸部、所述第二组的所述凸部以及所述第三组的所述凸部相对于所述蓝宝石基板的c轴以三次旋转对称的方式配置。

20.根据权利要求11所述的发光元件，其特征在于，

所述第一组的所述凸部、所述第二组的所述凸部以及所述第三组的所述凸部具有与各自的所述凸部的长边方向正交的方向上的剖面的上部具有尖锐的形状。

21.根据权利要求11所述的发光元件，其特征在于，

所述第一组的所述凸部、所述第二组的所述凸部以及所述第三组的所述凸部具有与各自的所述凸部的长边方向正交的方向上的剖面的上部尖锐的形状。

22.根据权利要求11所述的发光元件，其特征在于，

所述第一组内的所述凸部彼此以相同的间距配置，

所述第二组内的所述凸部彼此以相同的间距配置，

所述第三组内的所述凸部彼此以相同的间距配置。

23.根据权利要求11所述的发光元件，其特征在于，

所述蓝宝石基板具有包含第一区域、第二区域、第三区域的第一单元，以上三个区域合在一起为正六边形，该正六边形在俯视下被等分为菱形的三个区域，所述第一区域由与所述第一m轴及所述第二m轴平行的边划分，所述第二区域由与所述第二m轴及所述第三m轴平行的边划分，所述第三区域由与所述第一m轴及第三m轴平行的边划分，

所述第一组的所述凸部配置于所述第一区域，所述第二组的所述凸部配置于所述第二区域，所述第三组的所述凸部配置于所述第三区域。

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