CN202695521U - 氮化物系半导体发光元件 - Google Patents

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Abstract

氮化物系半导体发光元件(300)具备基板(304)和氮化物半导体层叠构造，氮化物半导体层叠构造具有用于射出偏振光的氮化物半导体活性层(306)，基板(304)的多个侧面(332)中的至少一个侧面相对于基板(304)的主面(333)而形成的角度θ大于90度，基板(304)的多个侧面(332)中的至少一个侧面与基板(304)的主面(333)之间的交线相对于偏振光的主面(333)内的偏振方向(324)而形成的角度的绝对值即角度θ2(mod 180度)是不包含0度与90度的角度。

Description

氮化物系半导体发光元件
技术领域
本实用新型涉及氮化物系半导体发光元件以及光源，该氮化物系半导体发光元件具备：具有主面、作为光取出面的背面、以及多个侧面的基板；以及形成在所述基板的主面上的氮化物半导体层叠构造。
背景技术
含有作为V族元素的氮(N)的氮化物半导体，根据其能带隙(bandgap)的大小，有希望成为短波长发光元件的材料。其中，氮化镓系化合物半导体的研究正积极进行，利用了氮化镓系化合物半导体的蓝色发光二极管(LED)、蓝色半导体激光器也正在进行实用化。
以下，在氮化物半导体中包含采用铝(Al)以及铟(In)中的至少一方来置换Ga的一部分或全部后得到的化合物半导体。由此，GaN系半导体由组成式AlxGayInzN(0≤x、y、z≤1，x+y+z＝1)来表示。
通过采用Al或In来置换Ga，可以使能带隙比GaN还大，也可以使能带隙比GaN还小。由此，不仅仅是蓝色或绿色等短波长的光，也可发出橙色或红色的光。基于该特征，也可期待将GaN系半导体发光元件应用于图像显示装置或照明装置中。
氮化物半导体具有纤维锌矿(wurtzite)型结晶构造。图1A至图1C按照4指数标记法(六方晶指数)来表示纤维锌矿型结晶构造的面。在4指数标记法中，使用由a1、a2、a3以及c表示的基本向量来表示结晶面和方位。基本向量c沿[0001]方向进行延伸，将该方向称为“c轴”。将与c轴垂直的面(plane)称为“c面”或“(0001)面”。图1A中，除c面外还图示出了a面、m面。另外，图1B图示出了r面，图1C中图示出了(11-22)面。
图2 (a)采用球模型来表示氮化物半导体的结晶构造，图2 (b)表示从a轴方向观察时m面表面附近的原子排列的图。m面与图2 (b)的纸面垂直。图2(c)是从m轴方向观察时+c面表面的原子排列的图。c面与图2(c)的纸面垂直。从图2(b)中可知：N原子以及Ga原子处于与m面平行的平面上。相对于此，从图2(c)可知：在c面中形成有仅配置有Ga原子的层和仅配置N原子的层。
现有技术中，在利用氮化物半导体来制作半导体元件的情况下，作为使氮化物半导体结晶生长的基板，使用c面基板，即，使用具有(0001)面为主面的基板。在该情况下，由于Ga原子以及N原子的配置的缘故，在氮化物半导体中在c轴方向上形成自发的极化(Electrical Polarization)。由此，“c面”也称为“极性面”。作为其极化的结果，在氮化物系半导体发光元件的活性层中的InGaN的量子阱中，沿c轴方向而产生压电电场。通过该电场，活性层内中的电子以及空穴的分布发生位置偏离，进而由于载流子的量子约束斯塔克效应，活性层的内部量子效率将降低。
在此，正研讨使用在表面具有被称为“非极性面”的m面、a面，或者被称为“半极性面”的-r面、(11-22)面的基板，来制造发光元件。如图1所示，纤锌矿型结晶构造中的m面与c轴平行，且有与c面正交的6个等效的面。例如，在图1中，与[1-100]方向垂直的(1-100)面是m面。在与(1-100)面等效的其他的m面中，有(-1010)面、(10-10)面、，(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面。在此，在表示米勒指数(Miller indices)的括号内的数字左边附加的“-”含义是“横杠(Bar)”，以便于表示该指数的反转。
在m面中，如图2(b)所示，由于Ga原子以及氮原子存在于同一原子面上，所以，不会在与m面垂直的方向上产生极化。由此，如果使用形成在m面上的半导体层叠构造来制作发光元件，则不会在活性层中产生压电电场，能够解决由于载流子的量子约束斯塔克效应效果所引起的内部量子效率降低这样的课题。对于这些，m面以外的非极性面的a面也同样，另外，即使是被称为半极性面的-r面、(11-22)面，也能够获得类似的效果。
并且，关于具有形成在m面、a面、-r面、(11-22)面等的活性层的氮化物系半导体发光元件，其具有因价电子带的构造而引起的偏振特性。
例如，专利文献1中，作为改善以非极性面或半极性面为主面的氮化物系半导体发光元件的偏振特性的方法，示出了：通过将氮化物系半导体发光元件小片化为菱型形状或者三角形形状，来抑制使从氮化物系半导体发光元件的侧面射出的光的偏振度降低这样的构造。
例如，专利文献2中记载有：作为改善氮化物系半导体发光元件的可靠性的方法，在M面或者R面的氮化物系半导体发光元件中，将氮化物半导体芯片进行单片化时，从劈开面倾斜30至60度而进行单片化的方法。
例如，专利文献3中记载有：作为提高以a面为主面的氮化物系半导体发光元件的光取出的方法，在将氮化物半导体芯片进行单片化时，从劈开面倾斜5至85度而进行单片化的方法。如此，在氮化物半导体芯片的侧面产生凹凸，由此提高从侧面的光取出。
专利文献1：JP特开2009-71174号公报
专利文献2：JP特开2007-234908号公报
专利文献3：JP特开2008-277323号公报
但是，上述的现有技术中，存在有要求更进一步提高发光的品质。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供能够使发光的品质得到提高的氮化物系半导体发光设备。
某实施方式的氮化物系半导体发光元件具备：基板，该基板具有主面、作为光取出面的背面、和多个侧面；以及氮化物半导体层叠构造，该氮化物半导体层叠构造形成在所述基板的主面上，其中，所述氮化物半导体层叠构造具有用于射出偏振光的活性层，在将所述基板的多个侧面中的至少一个侧面相对于所述基板的主面而形成的角度设为角度θ，且所述基板的多个侧面中的至少一个侧面与所述基板的主面之间的交线相对于所述偏振光在所述主面内的偏振方向而形成的角度的绝对值设为角度θ2的情况下，所述角度θ大于90度，且所述角度θ2(mod 180度)是不包含0度与90度在内的角度。
实用新型的效果
根据本实用新型，由于θ大于90度，且θ2是不包含0度与90度在内的角度，因此氮化物半导体活性层射出的偏振光的一部分由基板的侧面而进行椭圆偏振化并反射，从背面取出。由此，能够减小偏振度，提高发光的品质。
附图说明
图1A是表示纤锌矿型结晶构造的c面、a面、m面的图。
图1B是表示纤锌矿型结晶构造的r面的图。
图1C是表示纤锌矿型结晶构造的(11-22)面的图。
图2(a)是以球模型示出了氮化物半导体的结晶构造的图，图2(b)是从a轴方向观察时m面表面附近的原子排列的图，图2(c)是从m轴方向观察时+c面表面的原子排列的图。
图3(a)至(c)是表示主面为m面的氮化物系半导体发光元件的图。
图4是表示主面为m面的氮化物系半导体发光元件的发光波长与偏振度的测定结果的图。
图5是用于说明偏振度的测定方法的图。
图6(a)至(c)是表示实施方式1中的氮化物系半导体发光元件的图。
图7(a)至(c)是用于说明实施方式1中的偏振度减小的原理的图。
图8(a)是表示偏振种类的图，图8(b)、(c)是表示在考虑了实施方式1中的1个侧面332的情况下的偏振椭圆率、偏振度的计算结果的图。
图9(a)、(b)是表示在考虑了实施方式1中的1个侧面332的情况下的临界角、相对相位差的计算结果的图。
图10(a)是表示入射至侧面332的光中的在侧面332被反射后而从光取出面331射出的光的比例(计算结果)的曲线图，图10(b)是针对图10(a)所示的曲线图中的、入射至侧面332的光中的在侧面332被反射后而从光取出面331射出的光的比例成为70％的值进行绘制的曲线图。
图11是表示在考虑了实施方式1中的4个侧面332的情况下的偏振度的计算结果的图。
图12(a)是表示针对维持偏振而从光取出面331向外部所取出的光的比例如何依存于D/L1和n2进行计算的结果的曲线图，图12(b)是表示对各占有面积率R的值中的n2与D/L1的关系进行计算的结果的曲线图。
图13是表示主面为c面的氮化物系半导体发光元件和主面为m面的氮化物系半导体发光元件的电流密度与外部量子效率EQE的测定结果的图。
图14A是表示在考虑了实施方式1中的所有的光取出面且折射率n2为1.9的情况下的偏振度的计算结果的图。
图14B是表示在考虑了实施方式1中的所有的光取出面且折射率n2为1.8的情况下的偏振度的计算结果的图。
图14C是表示在考虑了实施方式1中的所有的光取出面且折射率n2为1.7的情况下的偏振度的计算结果的图。
图14D是表示在考虑了实施方式1中的所有的光取出面且折射率n2为1.6的情况下的偏振度的计算结果的图。
图14E是表示在考虑了实施方式1中的所有的光取出面且折射率n2为1.5的情况下的偏振度的计算结果的图。
图14F是表示在考虑了实施方式1中的所有的光取出面且折射率n2为1.4的情况下的偏振度的计算结果的图。
图14G是表示在考虑了实施方式1中的所有的光取出面且折射率n2为1.3的情况下的偏振度的计算结果的图。
图14H是表示在考虑了实施方式1中的所有的光取出面且折射率n2为1.2的偏振度的计算结果的图。
图15是表示在考虑了实施方式1中的所有的光取出面的情况下的θ2与n2的合适的范围的图。
图16(a)、(b)是用于说明利用了激光切割的实施方式1的制造方法的图。
图17(a)、(b)是用于说明利用了刀片切割的实施方式1的制造方法的图。
图18(a)、(b)是表示利用刀片切割而小片化后的氮化物系半导体发光元件的俯视照片与截面轮廓(profile)的图。
图19(a)至(c)是表示实施方式1的第1变形例的氮化物系半导体发光元件的图。
图20(a)至(c)是表示实施方式1的第2变形例的氮化物系半导体发光元件的图。
图21(a)至(c)是表示实施方式1的第3变形例的氮化物系半导体发光元件的图。
图22(a)至(c)是表示实施方式2中的氮化物系半导体发光元件的图。
图23(a)至(c)是表示实施方式3中的氮化物系半导体发光元件的图。
图24(a)至(c)是表示实施方式3的第1变形例的氮化物系半导体发光元件的图。
图25(a)至(f)是表示实施方式4中的氮化物系半导体发光元件的图。
图26(a)至(c)是表示在光取出面331形成了条带状凹凸的主面为m面的氮化物系半导体发光元件的图。
图27是表示主面为m面的氮化物系半导体发光元件的在光取出面331形成了条带状凹凸的情况下的偏振度的测定结果的图。
图28(a)至(c)是表示在光取出面331形成了接近于半球形形状的凹凸的、主面为m面的氮化物系半导体发光元件的图。
图29是表示在光取出面331存在有凹凸的情况下的偏振度的减小效果的测定结果的图。
图30是表示在考虑了实施方式4中的所有的光取出面的情况下的θ2与n2的合适的范围的图。
图31是表示具有实施方式的氮化物系半导体发光元件300的白色光源的一个示例的示意图。
图32是用于说明θ2的图。
具体实施方式
本实用的某实施方式的氮化物系半导体发光元件，具备：基板，该基板具有主面、作为光取出面的背面、以及多个侧面；以及氮化物半导体层叠构造，其形成在所述基板的主面上，其中，所述氮化物半导体层叠构造具有用于射出偏振光的活性层，在将所述基板的多个侧面中的至少一个侧面相对于所述基板的主面而形成的角度设为角度θ，且将所述基板的多个侧面中的至少一个侧面与所述基板的主面之间的交线相对于所述偏振光的所述主面内的偏振方向而形成的角度的绝对值设为角度θ2的情况下，所述角度θ大于90度，所述角度θ2(mod 180度)是不包含0度与90度在内的角度。
根据该构成，能够减小偏振度且提高发光的品质。
所述基板也可以是偏离5°以下的偏切(off cut)基板。
也可以是：(θ-90度)的值满足下述式9的角度θ1以上的值。
θ1＝51.0-21.5×n2    (式9)
也可以是：在所述基板的光的折射率为n1，且与所述基板中的多个侧面相接的介质的折射率为n2的情况下，若将由所述折射率n1、n2所决定的临界角设为θc，则(θ-90度)的值比所述临界角θc大。
也可以是：所述基板的主面以及背面的平面形状为四边形，所述多个侧面为4个侧面。
所述基板的主面以及背面的平面形状可以是平行四边形、正方形、长方形以及菱形中任意一者。
所述角度θ2(mod 90度)可以是25度以上且65度以下，也可以是35度以上且55度以下，也可以是40度以上且50度以下。
也可以在所述基板的背面上形成多个凸部。
所述凸部也可以具有圆锥形状或者半球形状，且二维配置在所述基板的背面。
所述凸部具有条带形状，在将所述条带形状的延伸方向与所述偏振光的偏振方向之间形成的角的绝对值设为γ的情况下，γ(mod 180度)可以是5度以上且175度以下，也可以是30度以上且150度以下。
在将所述偏振光的偏振方向与所述基板的主面的法线之间形成的角的绝对值设为σ1时，σ1(mod 180度)可以是85度以上且95度以下，在将所述偏振光的偏振方向与所述基板的背面的法线之间形成的角的绝对值设为σ2时，σ2(mod 180度)可以是85度以上且95度以下。
本实用新型的某实施方式的光源具备某实施方式的氮化物系半导体发光元件与至少包含对从所述基板的背面辐射的光的波长进行变换的荧光物质的波长变换部。
接下来，对本实施方式的一个注目点进行说明。关于具有形成在m面、a面、-r面、(11-22)面等的活性层的氮化物系半导体发光元件，其具有由来于价电子带构造的偏振特性。在图3(a)至(c)中示出了在表面具有m面GaN层的基板304上所制作的氮化物系半导体发光元件的一个示例。图3(a)是俯视图，图3(b)是图3(a)的X-X’线截面图，图3(c)是图3(a)的Y-Y’线截面图。氮化物系半导体发光元件300由基板304上的n型氮化物半导体层305、氮化物半导体活性层306、p型氮化物半导体层307、按照与p型氮化物半导体层307相接的方式形成的p型电极308、以及按照与n型氮化物半导体层305相接的方式形成的n型电极309构成。在安装基板301的表面形成布线302，隔着凸块303，氮化物系半导体发光元件300与安装基板301上的布线302连接。从氮化物半导体活性层306射出的光从光取出面331以及4个侧面332取出至外部。侧面332按照与氮化物半导体结晶的c面以及a面成为平行的方式而形成。在这样的m面上形成的氮化物半导体活性层，主要射出电场强度偏向与a轴平行的方向的光。具有这样的偏振特性的发光元件适于被用作液晶显示装置的背光灯等的情况。但是，在被用作灯饰或照明等的情况下，由于设置方向的不同而光的反射量会发生变化，作为这样的领域中的发光元件，品质会变低。
在此，本说明书中，将电场强度偏向特定方向的光称为“偏振光(Polarized Light)”。例如，将电场强度偏向与X轴平行的方向的光称为“X轴方向的偏振光”，并将此时的与X轴平行的方向称为“偏振方向”。另外，“X轴方向的偏振光”不仅意味着在X轴方向发生偏振的直线偏振光，也可包含在其他的方向上发生偏振的直线偏振光。更详细而言，“X轴方向的偏振光”意味着：透过“在X轴方向具有偏振透过轴的偏振子”的光的强度(电场强度)比透过在其他方向上具有偏振透过轴的偏振子的光的电场强度要高的光。由此，“X轴方向的偏振光”不仅包含在X轴方向发生偏振的直线偏振光以及椭圆偏振光，还较广地包含混有在各种方向上发生偏振的直线偏振光或椭圆偏振光的非相干光。
另外，“面内的偏振方向”是指将偏振方向投影于其面上的方向。
在使偏振子的偏振透过轴在光轴的周围进行旋转时，将透过该偏振子的光的电场强度成为最强时的强度设为Imax，将电场强度成为最弱时的强度设为Imin时，偏振度按照下式进行定义。
|Imax-Imin|/|Imax+Imin|
“X轴方向的偏振光”中，当偏振子的偏振透过轴与X轴平行时，透过该偏振子的光的电场强度成为Imax，当偏振子的偏振透过轴与Y轴平行时，透过该偏振子的光的电场强度成为Imin。在为完全的直线偏振光时，由于Imin＝0，故偏振度等于1。另一方面，在为完全的非偏振光时，由于Imax-Imin＝0，故偏振度等于0。
具有形成在m面上的活性层的氮化物系半导体发光元件，如上所述，主要射出a轴方向的偏振光。此时，也射出c轴方向的偏振光或m轴方向的偏振光。但是，与a轴方向的偏振光相比，c轴方向的偏振光、m轴方向的偏振光的强度弱。
图4是表示制作图3所示的具有形成在m面上的活性层的氮化物系半导体发光元件，且对发光波长与偏振度进行测定所得到的结果的曲线图。关于氮化物半导体活性层306，利用InGaN，通过使In的组成发生变化来进行发光波长的控制。偏振度的测定是利用图5所示的光学系统来进行的。具体而言，通过电源6使LED1发光。通过立体显微镜3来确认LED1的发光。在立体显微镜3上有两个端口，在其中一个端口安装硅光学探测器4，在另一个端口安装CCD照相机。在立体显微镜3与LED1之间插入偏振板2。使偏振板2进行旋转，并通过硅光学探测器4对发光强度的最大值与最小值进行测定。如图4所示，以图3的构造示出了依存于发光波长的0.3至0.8左右的偏振度。偏振度比0.1大，难以直接将图3所示的氮化物系半导体发光元件使用在现有的应用中。
在专利文献1中，是以维持氮化物系半导体发光元件的偏振特性为目的。但是，在以具有偏振特性的发光元件为光源的情况下，由于偏振的方向即LED的设置方向不同而在物体表面的反射量不同，从而有使可观察物体的方式发生变化这样的问题。这是由于P偏振光与S偏振光的反射率成为不同的缘故(S偏振在物体表面的反射率较高)。在此，P偏振光是指，相对于入射面具有平行的电场分量的光。另外，S偏振光是指，相对于入射面具有垂直的电场分量的光。在直接利用偏振特性的应用中，偏振度的提高是重要的，但在一般的照明用途中，存在偏振特性会成为障碍这样的问题。另外，在专利文献1中，未明示小片化后的半导体芯片的侧面与主面所形成的角度。
在专利文献2中，是以改善氮化物系半导体发光元件的可靠性为目的。在专利文献2中，没有有关偏振度的记载，且劈开方向与偏振度的关系也不清楚。另外，在专利文献2中，未明示小片化后的半导体芯片的侧面与主面所形成的角度。
在专利文献3中，是以改善氮化物系半导体发光元件的光取出为目的。由此，在专利文献3中，没有有关偏振度的记载，且劈开方向与偏振度的关系也不清楚。另外，在专利文献3中，未明示小片化后的半导体芯片的侧面与主面所形成的角度。
本实用新型发明人进行了如下的研究：针对氮化物系半导体发光元件的偏振光的有关透过氮化物系半导体发光元件的侧面而射出到外部时的偏振度、以及通过氮化物系半导体发光元件的侧面进行一次反射后而射出到外部时的偏振度，相对于氮化物系半导体发光元件的形状的依存性进行了详细研究。偏振光的一部分通过氮化物系半导体发光元件的侧面与外部之间的界面而被反射，余下部分透过该界面。作为研究的结果，本实用新型发明人发现：这些的透过率以及反射率依存于在氮化物系半导体发光元件的活性层产生的偏振光所具有的偏振方向、以及氮化物系半导体发光元件的侧面的形状。基于该见解，发现了能够减小氮化物系半导体发光元件辐射的光的偏振度的氮化物系半导体发光元件的形状。
以下，参照附图对本实用新型的实施方式进行说明。在以下的附图中，为了说明的简化，对实质上具有相同功能的构成要素赋予相同的参照标号。另外，本实用新型并不限于以下实施方式。
(实施方式1)
参照图6对第1实施方式进行说明。
首先，参照图6(a)至(c)。图6(a)是示意性表示实施方式中的氮化物系半导体发光设备的俯视图。图6(b)是图6(a)的X-X’线截面图，图6(c)是图6(a)的Y-Y’线截面图。
本实施方式的氮化物系半导体发光元件300具备：具有主面333、光取出面331的背面、以及多个侧面332的基板304；以及在基板304的主面333上形成的、具有用于射出偏振光的氮化物半导体活性层306的氮化物半导体层叠构造。
在此，将基板304的多个侧面332与基板304的主面333之间形成的角度设为角度θ。在一般的元件中，基板的侧面与基板的主面以及背面有垂直的关系，角度θ为90度。在本实施方式中，基板304的侧面332从基板304的主面333以及光取出面331的铅垂方向发生了倾斜。侧面332按照在从基板304的主面333朝着光取出面331的方向，侧面332向外侧扩展的方式而倾斜。因此，角度θ比90度大。
另外，在本实施方式中，构成基板304的主面333的边缘的边从a轴方向(偏振方向324)发生倾斜。构成基板304的主面333的边缘的边能换说成是：“基板304的多个侧面332与基板304的主面333之间的交线”。在将该交线与偏振光的主面333内的偏振方向324(a轴方向)而形成的角度的绝对值设为角度θ2的情况下，角度θ2(mod 180度)是不包含0度与90度在内的角度。在此，“mod 180度”是指，将该角度除以180度后所得到的余数的角度。
根据本实施方式，由于基板304的侧面332从基板304的主面333以及光取出面(背面)331的铅垂方向发生倾斜，所以能够提高从氮化物半导体活性层306射出的光在侧面332被反射的比例。由于古斯-汉森位移，故在侧面332所反射的光中发生相位差，在侧面332所反射的光被椭圆偏振化。根据基板的折射率n1以及基板的周围的折射率n2而发生该相位差。在侧面332所反射的光例如从主面333等向外部射出。根据本实施方式，由于能够使来自氮化物半导体活性层306的光进行椭圆偏振化，所以能够减小偏振度，提高发光的品质。关于其详细的效果，在其后，利用计算结果进行说明。
本实施方式的氮化物系半导体发光元件300只要具备其中具有偏振特性的构成即可，对其具体构造并不特别限定。氮化物系半导体发光元件300例如至少具备：具有m面GaN层的基板304、形成在m面GaN层上的n型氮化物半导体层305、氮化物半导体活性层306、p型氮化物半导体层307、按照与p型氮化物半导体层307相接的方式形成的p型电极308、按照与n型氮化物半导体层305相接的方式形成的n型电极309。在此，氮化物半导体可以是AlxInyGazN(x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z≥0)半导体，也可以是GaN系半导体(AlxInyGazN(x+y+z＝1，x≥0，y≥0，z＞0)。
本说明书中的非极性面、“a面”、“r面”、“-r面”、“(11-22)面”、“m面”并不仅指相对于非极性面、a面、r面、-r面、(11-22)面、m面而完全平行的面，还包括从非极性面、a面、r面、-r面、(11-22)面、m面仅倾斜±5°以下的角度的(偏离切取：offcut)的面。即，基板304也可以是仅倾斜了5度以下的角度的偏切基板(偏离基板)。从各m面略微倾斜的程度，对自发极化的变化的影响非常小。另一方面，在结晶生长技术中，较之于结晶方位严格一致的基板，有时略微倾斜的基板更易于使半导体层进行外延生长。因此，一边充分地抑制自发极化的影响，一边提高外延生长的半导体层的品质，又提高结晶生长速度，所以，使结晶面倾斜有时也有用。
倾斜角度越大，偏振方向越依存于向a轴方向偏离或向c轴方向偏离的情形而发生变化。但是，只要是±5度左右的偏离，电场强度成为最强的方向会与a轴方向一致。在该情况下，“主面内的偏振方向”成为将a轴方向投影到主面的方向。
基板304可以是m面GaN基板，也可以是在表面形成有m面GaN层的m面SiC基板、形成有m面GaN层的r面蓝宝石基板或m面蓝宝石基板。最为重要的点是：从活性层辐射的光在特定方向上发生了偏振。
基板304为m面GaN基板的情况下，考虑到上述倾斜，σ1(mod 180度)成为85度以上且95度以下(σ1是偏振光的偏振方向与基板304的主面的法线之间形成的角的绝对值)，另外，σ2(mod 180度)成为85度以上且95度以下(σ2是偏振光的偏振方向与基板304的背面的法线之间形成的角的绝对值)。
氮化物半导体活性层的面方位并不限于m面，也可以是非极性面或半极性面。非极性面的示例为a面，半极性面的示例为-r面或(11-22)面。如前述的那样，形成在m面上的氮化物半导体活性层主要射出电场强度偏向与a轴平行的方向的光。另外，形成在a面上的氮化物半导体活性层主要射出电场强度偏向与m轴平行的方向的光。形成在半极性面的(11-22)面上的氮化物半导体活性层在氮化物半导体活性层的In的组成较小的情况下，主要射出电场强度偏向与m轴平行的方向的光，在氮化物半导体活性层的In的组成较大的情况下，主要射出电场强度偏向与〔-1-123〕方向平行的方向的光。这样的半极性面上的氮化物半导体活性层306的偏振特性是由价电子带的上部2个能带(A能带以及B能带)的状况来决定的，存在受到对氮化物半导体活性层306施加的形变量或量子约束效应所左右的情况。
例如，利用从m面偏离5度而偏离切取的基板的情况下，氮化物半导体活性层306也具有从m面倾斜5度的面方位。这样，从m面偏离的偏离切取角度较小的情况下，从氮化物半导体活性层306射出的光是主要射出电场强度偏向与a轴平行的方向的光。
在本实施方式中，基板的主面是指形成半导体层叠构造的基板表面，各氮化物半导体层的主面是指各氮化物半导体层的生长方向的表面(生长面)。这些主面大致平行。以下，不赋予标号等而仅称为“主面”的情况意味着“基板或者氮化物半导体活性层的主面”。
在氮化物半导体活性层306与p型氮化物半导体层307之间也可设置未掺杂的GaN层。
n型氮化物半导体层305例如由n型的AluGavInwN(u+v+w＝1，u≥0，v≥0，w≥0)形成。作为n型掺杂物，例如能够利用硅(Si)。p型氮化物半导体层307例如由p型的AlsGatN(s+t＝1，s≥0，t≥0)半导体构成。作为p型掺杂物，例如添加Mg。作为除Mg以外的p型掺杂物，例如也可以利用Zn、Be等。在p型氮化物半导体层307中，Al的组成比率s可以沿厚度方向相同，Al的组成比率s也可以是沿厚度方向连续地或者阶段性地变化。具体而言，p型氮化物半导体层307的厚度例如为0.05μm以上且2μm以下的程度。
在p型氮化物半导体层307的上表面附近，即，与p型电极308之间的界面附近，可以由Al的组成比率s为零的半导体即GaN来形成。另外，在该情况下，GaN含有高浓度的p型的杂质，能够作为接触层而发挥功能。
氮化物半导体活性层306例如具有由厚度3nm以上且20nm以下程度的Ga1-xInxN阱层、厚度5nm以上且30nm以下程度的Ga1-yInyN阱层(0≤y＜x＜1)阻挡层交替层叠而形成的GaInN/GaInN多重量子阱(MQW)构造。
从氮化物系半导体发光元件300射出的光的波长是由上述阱层的半导体组成的Ga1-xInxN半导体中的In的组成x所决定的。形成在m面上的氮化物半导体活性层306中不发生压电电场。由此，即使使In组成増加，也能够抑制发光效率的降低。
n型电极309例如由Ti层以及Pt层的层叠构造(Ti/Pt)等形成。p型电极308也可以是大致覆盖p型氮化物半导体层307的整个表面。p型电极308由Pd层以及Pt层的层叠构造(Pd/Pt)等形成。
氮化物系半导体发光元件300经由凸块303与安装基板301上的布线302进行电连接。
氮化物系半导体发光元件300的基板304由主面333、与主面333大致平行形成的光取出面(背面)331、以及4个侧面332所包围。氮化物半导体活性层306射出的光主要从光取出面331射出。在主面333上形成有半导体层叠构造。主面333、光取出面331以及氮化物半导体活性层306的主面相互大致平行。
在本实施方式中，入射至4个侧面332的光中的一部分也可以不被各自的侧面332反射，而透过各自的侧面332。这样，4个侧面332也可以是光取出面。4个侧面332相对于主面333倾斜大于90度。由此，光取出面331的面积比基板304的主面333的面积要变大。将从该倾斜度中减去90度而得到的角度设为θ1。即，将4个侧面332与主面333的法线方向之间形成的角度设为θ1。
另外，光取出面331的外形351以及主面333的外形352在俯视图中呈正方形的形状。在俯视图中，外形351的中心可以与外形352的中心相同，且外形351的边与外形352的边相互平行。这样时，主面的法线方向与4个侧面332所形成的角度θ1存在4个，但所有的均相同。
根据本实施方式，由于外形352是正方形，通过在一个侧面进行椭圆偏振化后的光的长轴方向与通过和该侧面相邻的其他的侧面进行椭圆偏振化后的光的长轴方向之间形成的角成为直角。由此，能够高效地减小偏振度。并且，由于4个侧面的面积大致相等，所以，成为易于控制配光特性。
外形351、352可以相似，也可以是不同的形状。另外，外形351、352可以是其他的四边形，也可以是其他的多边形。另外，外形351、352也可以是含有曲线的形状。另外，侧面332也可以是3个，也可以是5个以上。
优选将θ1设定为由基板304的折射率与基板304的周围的折射率所决定的临界角θc(critical angle)以上。在此，基板304的周围的折射率是指基板的侧面的外侧的折射率。基板的侧面的外侧可以是树脂、玻璃、空气、真空等。具体而言，在将基板304的折射率设为n1，将基板304的周围的折射率设为n2的情况下，θc＝sin--1(n2/n1)。通过将θ1设为临界角θc以上，能够使通过氮化物半导体活性层306发光并使入射至侧面332的光中几乎均能发生全反射，从而能够进一步减小偏振度。θ1为临界角θc以上，可以为30度以上且小于90度的角度范围。在该角度范围中，由侧面332所反射的光在光取出面331不发生全反射而被取出。
在外形352中选择成为角度的基准的一个边，且将该边与氮化物系半导体发光元件300的偏振光的主面333内的偏振方向324所形成的角度的绝对值设为θ2的情况下，θ2(mod 180度)是不包含0度与90度在内的角度(参照图32)。在此，在将与成为角度的基准的边相接的边和氮化物系半导体发光元件300的偏振光的主面333内的偏振方向324而形成的角度的绝对值设为θ2’的情况下，由于外形352是正方形，因此θ2’＝|90度-θ2|。
接下来，参照图7(a)至(c)，对本实施方式的构成引起的偏向减小的原理进行说明。在图7(a)至(c)中，为了简化而省略了n型电极309、p型电极308、安装基板301、布线302、凸块303的记载。
首先，对氮化物系半导体发光元件300的形状进行定义。为了简化，将光取出面331的外形以及主面333的外形设为正方形。将基板304的折射率设为n1，将周围的折射率设为n2。将半导体层叠构造的主面的一边的长度设为L1，将光取出面331的一边的长度设为L2，且将光取出面331与半导体层叠构造的主面的距离设为D。并且，设为：半导体层叠构造的主面的法线方向与4个侧面332所形成的角度θ1相对于4个侧面均为相同。在此，基于之前的假设，4个光取出面虽成为形状或面积完全相同的面，但还是将这些的面分别区分为侧面332a、侧面332b、侧面332c以及侧面332d。侧面332a与侧面332c、以及侧面332b与侧面332d是相互对置的面。
接下来，对角度进行定义。在图7(a)中，将氮化物半导体活性层306所发出的光的偏振光的主面内的偏振方向324与主面333的外形中的和侧面332a以及侧面332c相接的边而形成的角度设为θ2。另外，氮化物半导体活性层306所发出的光的偏振光的主面内的偏振方向324与主面333的外形中的和侧面332b以及侧面332d相接的边而形成的角度设为θ2’。由于主面333的外形是正方形，因此成为θ2’＝90-θ2。θ2以及θ2’是比0度大且比90度小的角度(是不包含0度与90度在内的角度)。
图7(b)示出了图7(a)的X-X’截面，在图7(b)中，将主面的法线方向与侧面332所形成的角度设为θ1。将光取出面331与侧面332所形成的角度设为θ5的情况下，成为θ5＝90-θ1。光取出面331的一边的长度由D、L1、θ5所决定的。考虑到氮化物半导体活性层306所发光的光入射至侧面332的情况，将该光设为入射光341，将由侧面332反射的光设为反射光342，将从各侧面332透过的光设为透过光343。将入射光341与侧面332的法线方向所形成的角度设为θ3，反射光与光取出面331的法线方向所形成的角度设为θ4。
以下，对仅考虑了一个侧面332的情况、考虑了4个侧面332的情况、考虑了所有的光取出面的情况依次进行说明。
(仅考虑了一个侧面332的情况)
首先，对由一个侧面332反射的光的偏振度进行讨论。
本实施方式利用入射光341由侧面332反射时发生的基于古斯-汉森位移(Goos-Hanchen shift)的相位差。在入射光具有p偏振分量与s偏振分量的情况下，将反射时的相位的偏移，关于p偏振而设为δp，关于s偏振而设为δs时，可得到下述式1、式2。
tan ( δ p 2 ) = - si n 2 θ 3 - ( n 2 / n 1 ) 2 ( n 2 / n 1 ) 2 cos θ 3 (式1)
tan ( δ s 2 ) = - si n 2 θ 3 - ( n 2 / n 1 ) 2 cos θ 3 (式2)
另外，将相对相位差设为δ时，可得到下述式3。
tan ( δ 2 ) = cos θ 3 si n 2 θ 3 - ( n 2 / n 1 ) 2 co s 2 θ 3 (式3)
即，由于光反射时，s偏振光、p偏振光与界面的折射率之比相应地发生相位差，相对于侧面332只要入射光341具有p偏振分量与s偏振分量，在直线偏振光进行入射的情况下，能够变换为椭圆偏振(或者圆偏振)，能够减小偏振度。
将偏振光作为直线偏振光来处理的情况下，能够将该电场分量E分解为与和侧面332a以及侧面332c相接的边平行的分量E1以及与和侧面332b以及侧面332d相接的边平行的分量E2。在此，E1与E2是相位一致的光。在该情况下，相对于侧面332a以及侧面332c，E1成为S偏振分量。另一方面，相对于侧面332b以及侧面332d，E2成为S偏振分量。相对于p偏振的反射光，S偏振的反射光的相位在前。
图8(a)示出了有关直线偏振、圆偏振以及椭圆偏振的状态的定义。椭圆偏振光的轨迹以
( E x A x 0 ) 2 + ( E y A y 0 ) 2 - 2 ( E x A x 0 ) ( E y A y 0 ) cos δ = si n 2 δ (式4)
或者，通式，
( E ξ a ) 2 + ( E η b ) 2 = 1 (式5)
来表示。式4是利用正交的任意的x、y座标系的情况下的定义，Ax0表示x方向的电场振幅，Ay0表示y方向的电场振幅，Ex表示x方向的电场，Ey表示y方向的电场，δ表示x方向的电场振幅与y方向的电场振幅之间的相位差。式5是将椭圆的短轴方向与长轴方向设定为座标轴的情况下的定义，若b＞a，则Eξ表示椭圆的短轴方向的电场，E ηη表示椭圆的长轴方向的电场，a表示短轴方向的电场振幅，b表示长轴方向的电场振幅。此时，椭圆的扁平度以偏振椭圆率χ来进行定义。
tan χ = b a (式6)
另外，椭圆的长轴方向与x方向所形成的角度以主轴方位角φ来进行定义。
tan(2φ)＝tan(2α)·cosδ    (式7)
在此，α满足下述式8。
tan α＝Ay0/Ax0    (式8)
根据以上，与界面的折射率之比对应地，在s偏振光与p偏振光发生相对相位差δ，直线偏振光被变换为椭圆偏振光。
从氮化物半导体活性层306射出的光向各个方向射出。在此，利用表示图7(a)的X-X’截面的图7(c)，来考虑θ3可取的角度范围。θ3成为最小的情况是图7(c)的入射光A的情况，是从氮化物半导体活性层306射出的光沿氮化物半导体活性层306的面方向进行了前进的情况。在该情况下，θ3与θ1相等。θ3成为最大的情况是图7(c)的入射光B的情况，即，从氮化物半导体活性层306的端部射出的光沿侧面332进行了前进的情况。在该情况下，θ3成为90度。由此，θ3成为能够取θ1以上且90度以下的范围。
为了利用在侧面332的反射，在侧面332也可以反射较多的光。由于θ3取θ1以上且90度以下的范围，因此只要将θ1设为临界角θc以上，就能够使大致所有的入射光341在侧面332均发生全反射。另外，如果θ4＜θc，则能够将由侧面332反射后的光在光取出面331中取出。由于有θ4＝θ5-θ3，θ5＝90-θ1的关系，所以，成为θ4＝90-θ1-θ3＜θc。基于在先的条件，θ3可取θ1以上且90度以下的范围，当θ3＝θ1时θ4成为最大，成为90-2·θ1＜θc。同时满足该式与θ1＞θc时的θc的角度范围成为30度以上且90度以下。
图9(a)是表示作为n1的折射率而设为氮化镓的折射率的2.5，相对于n2的折射率的临界角的关系的图。n2的折射率即氮化物系半导体发光元件300的周围的折射率越大，临界角越大。即，意味着易于从氮化物系半导体发光元件300将光取出至外部。如图9(a)所示，在n1的折射率为2.5的情况下，临界角θc满足30度以上时的n2的折射率为1.25以上。即，为了将临界角θc设为30度以上，只要将n2的值设为n1的值的2分之1以上即可。
图9(b)是表示对在横轴上的向侧面332的入射角度θ3以及在纵轴上的反射光342的s偏振与p偏振的相对相位差δ进行计算而得到的值。将n1的折射率设为2.5，使n2的折射率从1.0变化至1.8。
仅在相对相位差δ为90度的条件下，由侧面332的反射光342被圆偏振化。能够实现完全的圆偏振的是，n2为1.0至1.2的范围的情况。实际上，θ3的角度范围能够取θc以上且90度以下，从而反射光342被椭圆偏振化。
图8(b)中示出了在θ1为临界角θc的情况下，反射光342的偏振椭圆率χ与θ2的关系的计算结果。在此，θ2是氮化物系半导体发光元件300的偏振光的主面内的偏振方向324与光取出面331的外形以及主面333的各边所形成的角度θ2。使n2从1.2至1.8为止每次变化0.1。偏振椭圆率χ在θ2为45度时成为最大，成为向上的凸形状。折射率n2越小，越能够提高偏振椭圆率χ。
在图8(c)中示出了θ1为临界角θc的情况下，反射光342的偏振度与θ2之间的关系的计算结果。使n2从1.2至1.8为止每次变化0.1。偏振度在θ2为45度时成为最小，成为向下的凸形状。折射率n2越小越能够减小偏振度。如图8(c)所示，θ2可以为35至55度，θ2也可以为40至50度的范围。只要在该范围内，能够更进一步降低偏振度。
基于以上的计算结果，示出了：利用古斯-汉森位移造成的相位差来将反射光342进行椭圆偏振化，由此，能够减小偏振度的情形。
如上所述，θ1只要为临界角θc以上，就能够使入射至侧面332的光几乎均被反射。不过，θ1若比临界角θc小，则也可以是以下所示的范围。
图10(a)是表示入射至侧面332的光中的在侧面332被反射后从光取出面331射出的光的比例(模拟结果)的曲线图。图10(a)的横轴表示角度θ1，纵轴表示入射至侧面332的光中的在侧面332被反射后从光取出面331射出的光的比例。图10(a)所示的结果是将GaN的折射率设为2.5，折射率n2设为1.2、1.4、1.6、1.8的4个情况下所获得的结果。
图10(b)是对图10(a)所示的曲线图中，入射至侧面332的光中的在侧面332被反射后而从光取出面331射出的光的比例成为70％的值进行绘制得到的曲线图。图10(b)的曲线图的横轴表示折射率n2，纵轴表示上述的比例成为70％时的角度θ1。如图10(b)所示，折射率n2的值越变大，纵轴的值越以一定的倾斜度变小。图10(b)的轮廓(profile)以下述式9表示。
θ1＝51.0-21.5×n2    (式9)
基于以上的结果，θ1比式9的值越大，越能使入射至侧面332的光中的在侧面332被反射后从光取出面331射出的光的比例成为70％以上。
(考虑到4个侧面332a、332b、332c以及332d的情况下)
接下来，对考虑了通过4个侧面332a、332b、332c以及332d反射的所有的光的情况下的偏振度进行讨论。在此，再次利用图7(a)进行说明。将偏振光的电场分量E分解为E1与E2，在该情况下，相对于侧面332a以及侧面332c，E1成为S偏振分量。另一方面，相对于侧面332b以及侧面332d，E2成为S偏振分量。在此，将通过侧面332进行了椭圆偏振化的光的主轴方位角设为θ6，而相对于侧面332a以及侧面332c，椭圆的主轴相对于E1而倾斜，相对于侧面332b以及侧面332d，椭圆的主轴相对于E2而倾斜。在此，由于E1与E2是90度倾斜，因此通过侧面332a以及侧面332c进行了椭圆偏振化的光的主轴与通过侧面332b以及侧面332d进行了椭圆偏振化的光的主轴也成为90度倾斜。即，由侧面332反射后从光取出面331被取出的光成为主轴倾斜了90度的椭圆偏振光的重合，由此，在侧面332a以及侧面332c的反射光与在侧面332b以及侧面332d的反射光能够按照减小偏振度的方式进行重合，所以，作为从氮化物系半导体发光元件300取出的光整体，能够减小偏振度。
图11中示出了：在考虑了4个侧面332a、332b、332c以及332d的影响的情况下的θ1为临界角θc时的反射光342的偏振度与θ2之间的关系的计算结果。使n2从1.2至1.8为止每次变化0.1。由侧面332a以及侧面332c反射的反射光与由侧面332b以及侧面332d反射的反射光起到了减小偏振度的作用，因此与图8(c)进行比较可知：能够大幅度减小偏振度。θ2可以为25度至65度的范围。通过设为该范围能够将反射光的偏振度减小至0.2以下。并且，θ2也可以为35至55度的范围。通过设为该范围能够将反射光的偏振度减小至0.1以下。并且，θ2也可以为40至50度的范围。通过设为该范围能够将反射光的偏振度减小至0.05以下。在θ2为45度的情况下，能够使由侧面332反射的光的偏振度大致为0。折射率n2越小越能够减小偏振度，与图8C比较可知：对于n2的依存性较小。
根据以上可知，在实施方式中，由侧面332使光反射而进行椭圆偏振化，并且，通过合成主轴倾斜了90度的椭圆偏振光，能够大幅度减小从氮化物系半导体发光元件300射出的光的偏振度。
(考虑了所有的光取出面的情况下)
最后，对考虑了所有的光取出面的情况下的偏振度进行讨论。即，除了由4个侧面332a、332b、332c以及332d反射的反射光以外，还考虑从光取出面331射出的光。
由于从氮化物半导体活性层306射出并从光取出面331直接取出至外部的光维持着偏振，所以，成为偏振度减小的阻碍。从光取出面331直接取出至外部的光的光量很大程度上依存于临界角θc、以及光取出面331与侧面332之间的面积比。在此，临界角θc是由n1与n2的折射率决定的。另一方面，面积比是由主面333的一边的长度L1、光取出面331的一边的长度L2、光取出面331与半导体层叠构造的主面之间的距离D所决定的。
在此，将主面的法线方向与侧面332所形成的角度θ1设为θc，将n1设为氮化镓的2.5时，L2由L1、D以及θc所决定，并且由于θc是由n2来决定的，故无需考虑L2。即，只要确定对氮化物系半导体元件的周围进行密封的材料的折射率n2，则意味着用于决定氮化物系半导体元件的外形的参数成为D与L1。
以下，将n2以及D与L1之比的D/L1作为参数来进行讨论。图12(a)中示出了维持偏振而从光取出面331向外部取出的光的比例如何依存于D/L1和n2。使n2从1.2至1.8为止每次变化0.1，进行计算。D/L1越增大，另外，n2越小，越能减小维持偏振而从光取出面331向外部取出的光的比例。如图11所示，虽然由侧面332反射的反射光的偏振度对n2的依存性较小，但可以说从光取出面331直接被取出的光依存于n2。作为D/L1，可以是0.1以上或者0.2以上。
接下来，对氮化物半导体活性层306的面积进行考虑。在本实施方式中，主面333的一边的长度L1可以比光取出面331的一边的长度L2小。这意味着：相对于基板304的面积，形成氮化物半导体活性层306的面积较小。这意味着：在将图3所示的氮化物系半导体发光元件与本实施方式的氮化物系半导体发光元件以相同的基板面积进行比较的情况下，本实施方式的构成中电流密度变高。或者，意味着：在将图3所示的氮化物系半导体发光元件与本实施方式的氮化物系半导体发光元件以相同的电流密度进行比较的情况下，本实施方式的构成需要更大的基板面积。
另一方面，在与氮化物系半导体发光元件的主面为极性面(c面)的情况进行比较时，本实施方式就电流密度或者基板面积的观点来看能够实现优越的构造。这是由于主面为非极性面或者半极性面的氮化物系半导体发光元件具有能够在高的电流密度下也能够维持高效率的特征的缘故。图13示出了主面为m面的氮化物系半导体发光元件与主面为c面的氮化物系半导体发光元件的外部量子效率(EQE)的电流密度依存性的实验结果。EQE的值是利用最大值进行了标准化后的值。这些氮化物系半导体发光元件是利用后述的制造方法来制作的。氮化物系半导体发光元件的构造如图3所示的构造，θ1以及θ2为0度。可知：在m面GaN基板上制作的氮化物系半导体发光元件中，即使在高的电流密度下，EQE的降低较小。基于图13，对EQE成为相等的条件进行关注时可知：在m面GaN基板上制作的氮化物系半导体发光元件能够使电流密度提高成为在c面GaN基板上制作的氮化物系半导体发光元件的4.2倍。在此，将氮化物半导体活性层306的占有面积率R以下述式10来进行定义。
R = L 1 2 L 2 2 (式10)
此时，氮化物半导体活性层306的占有面积率R，以电流密度为4.2倍的占有面积率R＝0.24成为最小值为基准，如设R成为0.24以上，较之于主面为极性面(c面)的氮化物系半导体发光元件，意味着能够实现光输出较高的发光元件。
图12(b)中示出了各占有面积率R的值中的n2与D/L1之间的关系。占有面积率R被决定后，n2与D/L1的关系被决定。例如，R＝0.24的情况下，只要将D/L1设为0.5以下即可。更具体而言，利用如硅酮树脂那样的折射率为1.4至1.5左右的材料，来对氮化物系半导体发光元件的周围进行了密封的情况下，将D/L1设为0.3左右即可。
图14A至图14H分别示出了：基于以上那样的计算结果，使折射率n2从1.9至1.2为止每次变化0.1，对在使θ2从5度至45度为止每次变化5度的情况下的D/L1与偏振度的关系进行计算而得到的结果。图中所示的虚线表示成为R＝0.24的D/L1的值，示出了比虚线靠右侧的区域是作为构造而优选的区域。从图14A至图14H中，决定了偏振度的最小值的是维持偏振而从光取出面331直接取出的光。示出了：维持偏振从光取出面331直接取出的光的量依存于D/L1、θ2、n2。
将图14A至图14H中，R＝0.24以上，θ1为临界角θc以上的情况易懂地进行综合，从而得到了图15。在图15中，图示了分别满足偏振度为0.30以下(区域A)、偏振度为0.25以下(区域B)、偏振度为0.20以下(区域C)、偏振度为0.15以下(区域D)、偏振度为0.10以下(区域E)时的n2与θ2的范围。在此，区域是指，实线上以及由实线所包围的内侧的全部。根据图15，θ2可尽可能设为接近45度的值，n2的值可尽可能设为较小的值。
到此为止的计算结果是相对于从氮化物半导体活性层306射出的光为完全偏振的情况下，即相对于偏振度为1的光的计算结果。如图4所示，在实际的氮化物系半导体发光元件中，从氮化物半导体活性层306射出的光的偏振度依存于发光波长，取0.3至0.8左右的值。即，对图15的偏振度的值乘以从氮化物半导体活性层306射出的光的偏振度而得到的值，成为发光元件整体的偏振度。即，发光波长为400至410nm左右的近紫外区域中，能够在图15的区域C实现0.1以下的偏振度。另外，发光波长为440至460nm左右的蓝色区域中，能够在图15的区域E实现0.1以下的偏振度。
接下来，关于本实施方式1的制造方法，参照图6进行说明。
在由以M面为主面的n型GaN形成的基板304上，以MOCVD法等使n型氮化物半导体层305进行外延生长。例如，作为n型杂质而利用硅，将TMG(Ga(CH3)3)以及NH3作为原料而供给，在900℃以上且1100℃以下程度的生长温度下，形成由GaN构成的厚度1μm以上且3μm以下程度的n型氮化物半导体层305。
接下来，在n型氮化物半导体层305上形成氮化物半导体活性层306。氮化物半导体活性层306例如具有厚度15nm的Ga1-xInxN阱层与厚度30nm的GaN阻挡层交替层叠而得到的GaInN/GaN多重量子阱(MQW)构造。在形成Ga1-xInxN阱层时，为了进行In的掺入，可将生长温度降至800℃。根据氮化物系半导体发光元件300的用途来选择发光波长，并决定与波长相应的In组成x。在波长设为450nm(蓝色)的情况下将In组成x决定为0.18以上且0.2以下。在设为520nm(绿色)的情况下决定为x＝0.29以上且0.31以下，在设为630nm(赤色)的情况下决定为x＝0.43以上0.44以下。
在氮化物半导体活性层306上形成p型氮化物半导体层307。例如，作为p型杂质利用Cp2Mg(cyclopentadienyl magnesium)，以TMG以及NH3作为原料而供给，以900℃以上且1100℃以下程度的生长温度，形成由厚度50nm以上且500nm以下程度的p型GaN构成的p型氮化物半导体层307。在p型氮化物半导体层307的内部也可以含有厚度15nm以上30nm以下程度的p-AlGaN层。通过设置p-AlGaN层，能够抑制动作时电子外溢。
接下来，为了p-GaN层的活性化，以800度以上且900度以下程度的温度进行20分钟左右的热处理。
接下来，通过利用氯系气体进行干法蚀刻，去除p型氮化物半导体层307、氮化物半导体活性层306以及n型氮化物半导体层305的一部分后形成凹部312，使n型氮化物半导体层305的一部分露出。
在此，通过控制干法蚀刻的条件，能够控制由n型氮化物半导体层305的一部分、氮化物半导体活性层306以及p型氮化物半导体层307构成的氮化物半导体层叠构造的侧面360与主面的法线方向所形成的角度。例如，在降低蚀刻压力且利用离子引出电压被提高了的物理蚀刻性较高的条件的情况下，相对于光取出面331形成大致垂直的侧面。另一方面，利用等离子密度较高的ICP等离子源，且利用离子引出电压被减小了的化学蚀刻性较高的条件的情况下，能够形成从光取出面331的法线方向倾斜了的侧面。
接下来，按照与露出的n型氮化物半导体层305的一部分相接的方式，形成n型电极309。例如，作为n型电极309而形成Ti/Pt层。并且，按照与p型氮化物半导体层307相接的方式形成p型电极308。例如，作为p型电极308而形成Pd/Pt层。其后，进行热处理，使Ti/Pt层与n型氮化物半导体层305、以及使Pd/Pt层与p型氮化物半导体层307进行合金化。
其后，对基板304进行研磨且薄膜化。此时，以使光取出面331与半导体层叠构造的主面之间的距离D成为目标的值的方式进行薄膜化。
将这样制作的氮化物系半导体发光元件300小片化成芯片状态。通过小片化工序能够控制θ1、θ2。在小片化工序中能够利用激光切割、劈开、刀片切割等。
图16(a)、(b)图示了利用激光切割来形成侧面332的方法。图16(a)是截面图，图16(b)表示俯视图。如图16(a)的截面图中所示的那样，将基板304粘贴于切割带371后，相对于基板304的法线方向，斜向地配置激光光源372，相对于基板304的法线方向使激光光373斜向地入射。此时，激光光373与基板304的法线方向所形成的角度成为θ1。通过以激光光373熔化基板材料来小片化成芯片状态。此时，形成侧面332。激光光按照到达切割带371的方式进行实施即可。如图16(b)的俯视图所示的那样，激光光373的扫描方向374按照相对于从氮化物半导体活性层306射出的偏振光的主面内的偏振方向324形成θ2(θ2′)的角度的方式而设定。在激光切割中，为了形成4个侧面332而最低需要4次激光光扫描。
图17(a)、(b)图示了利用刀片切割而形成侧面332的方法。图17(a)是截面图，图17(b)表示俯视图。如图17(a)的截面图所示的那样，在刀片切割中利用在前端形成了倾斜的切割刀片375。此时，切割刀片按照前端的倾斜面376与基板304的主面的法线方向所形成的角度成为θ1的方式而设定。在将基板304粘贴于切割带371后，通过实施基板304的切割来将切割刀片前端的倾斜面376的形状转印至基板304，由此形成侧面332。如图17(b)的俯视图所示的那样，刀片切割的扫描方向377按照相对于从氮化物半导体活性层306射出的偏振光的主面内的偏振方向324而形成θ2(θ2′)的角度的方式来进行设定。在刀片切割中，相邻的氮化物系半导体发光元件300的侧面332同时被形成，由此，具有相对于激光切割而言扫描次数较少的优点。
根据本实施方式，由于基板304的主面333以及光取出面(背面)331为正方形，所以，在对氮化物系半导体发光元件300进行小片化时，平行地保持由激光光或者切割刀片等进行的切断的扫描方向，制造工序变得容易。
图18(a)、(b)示出了以将切割刀片前端的倾斜面376与基板304的主面的法线方向之间成为45度的方式进行设定，来对基板厚度100μm的基板304进行刀片切割的实施例。此时，与基板304的切割同时地对切割带也进行100μm的深度量的切割。图18(a)是俯视照片，可知：形成了侧面332。图18(b)是表示Y-Y′方向的截面轮廓的图。侧面332与主面的法线方向形成的角度为45度，切割刀片前端的倾斜面376被转印至基板304。
这样小片化后的氮化物系半导体发光元件300被安装在安装基板301上。在此，再次参照图6，对倒装芯片的构造进行说明。
在安装基板301上，预先形成有布线302。作为安装基板的主要材料，能够利用氧化铝、AlN等的绝缘物、Al、Cu等的金属、Si或Ge等半导体或者它们的复合材料。在将金属或半导体用作安装基板301的主要材料的情况下，对表面能以绝缘膜覆盖。只要使布线302与氮化物系半导体发光元件300的电极形状相匹配地配置即可。关于布线302，能够利用Cu、Au、Ag、Al等。只要使布线302与氮化物系半导体发光元件300的电极形状相匹配地配置即可。关于布线302，能够利用Cu、Au、Ag、Al等。通过溅射或镀敷等在安装基板301上形成这些材料。
在布线302上形成凸块303。对于凸块，可使用Au。关于Au凸块的形成，能够利用凸块粘合器，能够形成直径50μm以上且70μm以下程度的Au凸块。另外，通过镀Au处理也能够形成Au凸块。这样，在形成了凸块303的安装基板301上，利用超声波接合来连接氮化物系半导体发光元件300。
这样，完成实施方式所涉及到半导体发光设备。
图19(a)是示意性表示实施方式1的变形例1中的氮化物系半导体发光设备的俯视图。图19(b)是图19(a)的X-X’线截面图，图19(c)是图19(a)的Y-Y’线截面图。关于与图6相同的内容，省略其详细说明。在第1实施方式中，主面的法线方向与4个侧面332所形成的4个角度θ1均为相同的角度的示例进行了说明，但在实施方式1的变形例1中，θ1均为不同。这是在光取出面331的外形351所形成的正方形与主面333的外形352所形成的正方形的中心不一致等的情况下，θ1的角度分别成为各自不同。由于加工精度的问题，难以使4个θ1完全一致，但即使θ1的角度分别各异，也能够同样地获得先前说明的偏振减小的效果。即使在本变形例，在4个θ1(θ1a、θ1b、θ1c、θ1d)满足式9的情况下，也能够将入射至侧面332的光中的在侧面332被反射后从光取出面331射出的光的比例设为70％以上。另外，4个θ1只要比临界角θc大，在各自的侧面中就能够高效地使光进行反射。其中，4个θ1并不一定都要满足这些条件，只要至少1个θ1满足这些条件即可。
图20(a)是示意地表示实施方式1的变形例2中的氮化物半导体系发光设备的俯视图。图20(b)是图20(a)的X-X’线截面图，图20(c)是图20(a)的Y-Y’线截面图。关于与图6相同的内容，省略其详细说明。在第1实施方式的图6中图示了n型氮化物半导体层305、氮化物半导体活性层306、p型氮化物半导体层307的氮化物半导体层叠构造的侧面360相对于主面的法线方向而平行的示例，但如图20所示，n型氮化物半导体层305、氮化物半导体活性层306、p型氮化物半导体层307的氮化物半导体层叠构造的侧面360也可以相对于主面的法线方向而倾斜θ1’的角度。在该情况下，θ1’可以比式9的值大，或者，比临界角θc大。通过如此，能够使从氮化物半导体活性层306射出且向半导体层叠构造所形成的平面方向进行射出的光由氮化物半导体层叠构造的侧面360高效率地进行全反射。
图21(a)是示意地表示实施方式1的变形例3中的氮化物系半导体发光设备的俯视图。图21(b)是图21(a)的X-X’线截面图，图21(c)是图21(a)的Y-Y’线截面图。关于与图6相同的内容，省略其详细说明。关于与图6相同的内容，省略其详细说明。与图6的不同在于，氮化物系半导体发光元件的周围以密封部314进行覆盖。作为密封部314的材料，能够利用环氧树脂、硅酮、玻璃等。通过恰当地选择密封部314的材料，能够对n2的值进行控制。另外，对氮化物系半导体发光元件的周围以密封部314进行覆盖来提高光取出，从而能够提高发光输出。并且，由于能够抑制水分或气体的浸透，故能提高可靠性。例如作为密封部314的材料而利用了硅酮的情况下，能够将n2的值控制在1.40以上且1.54以下的值。另外，例如作为密封部314的材料而利用环氧树脂树脂的情况下，能够将n2的值控制在1.47以上且1.60以下的值。这些材料能够从热硬化材料、紫外线硬化材料中来选定。
(实施方式2)
参照图22对第2实施方式进行说明。图22(b)是图22(a)的X-X’线截面图，图22(c)是图22(a)的Y-Y’线截面图。关于与图6相同的内容，省略其详细的说明。与实施方式1不同点在于，光取出面331的外形351以及主面333的外形352在俯视图中呈长方形的形状。在俯视图中，外形351可以与外形352的中心相同，且外形351的边可以与外形352的边相互平行。通过将外形设为长方形，能够提高电极布局的自由度。
即使在将外形351以及外形352设为长方形的情况下，也能够通过由侧面332反射光来将从氮化物半导体活性层306射出的偏振光进行椭圆偏振化，并且，通过合成主轴倾斜了90度的椭圆偏振光，能够减小从氮化物系半导体发光元件300射出的光的偏振度。
在外形351选择成为角度的基准的一个边，且将该边与氮化物系半导体发光元件300的偏振光的主面内的偏振方向324所形成的角度的绝对值设为θ2的情况下，θ2(mod 180度)是以不包含0度与90度在内的角度进行倾斜。在此，将与成为角度的基准的边相接的边和氮化物系半导体发光元件300的偏振光的主面内的偏振方向324所形成的角度的绝对值设为θ2’的情况下，由于外形351是长方形，故成为θ2’＝|90度-θ2|。
与实施方式1相同地，θ2可以在25至65度的范围内。通过设为该范围，能够将反射光的偏振度减小至0.2以下。并且，θ2也可以在35至55度的范围内。通过设为该范围，能够将反射光的偏振度减小至0.1以下。在θ2为45度时，由侧面332反射的光的偏振度成为极小值。
与实施方式1相同地，θ1可以比满足式9的值大，或者也可以为由n1与n2所决定的临界角θc以上。由侧面332能够高效地反射光。
在实施方式2中，优选按照使4个侧面332a、332b、332c以及332d的面积尽可能一致的方式，来设定长方形的形状以及θ1。
作为制造方法，能够采用与实施方式1的方法相同的方法。
(实施方式3)
参照图23对第3实施方式进行说明。图23(b)是图23(a)的X-X’线截面图，图23(c)是图23(a)的Y-Y’线截面图。关于与图6相同的内容，省略其详细说明。与实施方式1不同点在于，光取出面331的外形351以及主面333的外形352是俯视图中呈平行四边形的形状。在俯视图中，外形351可以与外形352的中心相同，且外形351的边可以与外形352的边相互地平行。另外，外形351与外形352也可以是相似的形状。通过将外形设为平行四边形，能够提高电极布局的自由度。
在外形351选择成为角度的基准的一个边，且将该边与氮化物系半导体发光元件300的偏振光的主面内的偏振方向324所形成的角度的绝对值设为θ2的情况下，θ2(mod 180度)以包含0度以及90度在内的角度倾斜。在将成为角度的基准的边相接的边与氮化物系半导体发光元件300的偏振光的主面内的偏振方向324所形成的角度的绝对值设为θ2’的情况下，若θ6＝θ2+θ2’，则θ6成为平行四边形的内角，θ6成为比0度大比180度要小的值。
即使在将外形351以及外形352设为平行四边形的情况下，通过由侧面332反射光来对从氮化物半导体活性层306射出的偏振光进行椭圆偏振化，进而合成主轴倾斜了θ6的椭圆偏振光，也能够减小从氮化物系半导体发光元件300射出的光的偏振度。
θ2以及θ2’可以在25度至65度的范围。通过设为该范围，能够将反射光的偏振度减小至0.2以下。并且，θ2以及θ2’也可以在35度至55度的范围。通过设为该范围，能够将反射光的偏振度减小至0.1以下。尤其是，若θ2＝θ2’＝θ6/2，则由侧面332反射的光的偏振度成为极小值。
基于θ6＝θ2+θ2’、θ2＝θ2’的关系，θ6可以在50度至130度的范围，更进一步也可以在70度至110度的范围。
与实施方式1相同地，θ1可以比满足式9的值还大，也可以为由n1与n2所决定的临界角θc以上。由侧面332能够高效地反射光。
在实施方式3中，优选按照尽可能地使4个侧面332a、332b、332c以及332d的面积一致的方式来设定平行四边形的形状以及θ1。
图24(a)是示意地表示实施方式3的变形例1中的氮化物系半导体发光设备的俯视图。图24(b)是图24(a)的X-X’线截面图，图24(c)是图24(a)的Y-Y’线截面图。关于与图23相同的内容，省略其详细说明。在实施方式3的变形例1中不同点在于，光取出面331的外形351以及主面333的外形352在俯视图中呈菱形的形状。菱形是平行四边形的特殊的情况。由于菱形的各边的长度相同，易于使4个侧面332a、332b、332c以及332d的面积一致。即，由于使由各侧面反射的光的光量成为一致，在合成主轴倾斜了θ6的椭圆偏振光时，能够高效地减小偏振度。
关于制造方法，能够采用实施方式1中叙述的方法相同的方法来制作。
(实施方式4)
参照图25(a)至(f)对第4实施方式进行说明。图25(b)是图25(a)的X-X’线截面图，图25(c)是图25(a)的Y-Y’线截面图。关于与图6相同的内容，省略其详细说明。与实施方式1不同点在于，在光取出面331的表面形成有多个凹凸334。在本实施方式中，将形成凹凸334的面称为“图案化表面”。
本实施方式的特征在于，由侧面332来反射光，由此进行椭圆偏振化，并且，通过合成主轴倾斜了90度的椭圆偏振光，来大幅度减小从氮化物系半导体发光元件300射出的光的偏振度，由此，能够利用在光取出面331的表面所形成的凹凸来减小从光取出面331直接被取出的光的偏振度。由此，能够将氮化物系半导体发光元件的被取出至外部的光的偏振度大致接近于0。
在本实施方式中，如图25(b)所示，具有矩形的截面形状的凸部可以在光取出面331呈条带状地设置。另外，如图25(d)、(e)所示，具有三角形或曲线的截面形状的凸部可以在光取出面331呈条带状地设置。多个凸部的周期可以为300nm以上且8μm以下。这是由于若凸部的周期小于300nm，则光不易受到凹凸334的影响，若凸部的周期大于8
μm，则形成在光取出面331的凸部的数量变少的缘故。在俯视图中，在将条带延伸的方向与偏振光的偏振方向所形成的角度的绝对值设为θ7的情况下，θ7(mod 180度)可以为5度以上且175度以下，并且θ7(mod 180度)可以为30度以上且150度以下。由此，能够更进一步高效地减小偏振。
作为多个凹凸的其他的示例，如图25(f)所示，可以是多个凸部被二维配置的构造。这些二维配置的凸部的形状亦可以是圆锥型、半球型等。另外，这些二维配置的凸部亦可不必等间隔地排列。
为了对形成在光取出面331的表面的条带形状的多个凹凸334给偏振度所造成的影响进行调查，制作了图26所示的发光元件。氮化物系半导体发光元件300的侧面332按照与氮化物半导体结晶的c面以及a面平行的方式形成。氮化物系半导体发光元件300的尺寸是300μm的四方形。这样，通过将侧面332与c面以及a面呈平行地形成，来减小侧面332对偏振度所带来的影响，仅评价了凹凸334的影响。条带状凹凸的截面形状为接近二边等边三角形的形状，凸的间隔为8μm，凸部的高度为2.5μm。图27示出了：在将条带的延伸方向与偏振光的电场方向(氮化物半导体结晶的a轴方向)所形成的角度的绝对值θ7变化为0度、5度、30度、45度、90度时的标准化偏振度的测定结果。标准化偏振度是指，将θ7为0度时的值作为1.0而进行标准化后的值。标准化偏振度在θ7为45度时成为最小。基于图27所示的测定结果，θ7的范围可以为5度至90度，更进一步θ7的范围也可以为30度至90度，θ7也可以为45度。
为了对形成在光取出面331的表面的多个凹凸334给偏振度造成的影响进行调查，制作了图28所示的发光元件。氮化物系半导体发光元件300的侧面332与氮化物半导体结晶的c面以及a面呈平行地形成。氮化物系半导体发光元件300的尺寸为300μm的四方形。这样，通过将侧面332与c面以及a面呈平行地形成，来减小侧面332对偏振度所带来的影响，仅评价了凹凸334的影响。凸部的形状为接近于半球形的形状，凸部的高度为5μm，凸部的底部为直径10μm的圆形，凸部以20μm的间隔呈格子状地配置。
图29示出了有关在光取出面的表面存在有凹凸的情况下的偏振度的减小效果的测定结果。针对已经说明的图4的具有形成在m面上的活性层的氮化物系半导体发光元件的发光波长与偏振度的关系，增绘了测定值。即，可知：通过在光取出面331形成凹凸，能够将偏振度大致减小至一半。
根据图29的结果、图15的结果，在占有面积率R＝0.24以上，θ1为临界角θc以上的情况下，本实施方式4中，表示合适的θ2与n2的范围的图是图30。在图30中分别图示了满足偏振度为0.15以下(区域A)、偏振度为0.125以下(区域B)、偏振度为0.1以下(区域C)、偏振度为0.075以下(区域D)、偏振度为0.05以下(区域E)的n2与θ2的范围。在此，区域是指，实线上以及以实线包围的内侧的全部。从图30可知：θ2可以是接近于45度的值，可以将n2的值尽可能地设为较小的值。
根据以上，通过对光取出面331赋予用于减小偏振度的构造，较之于实施方式1的情况，能够更进一步减小偏振度。
接下来，对实施方式4的制造方法进行说明。除凹凸334的形成方法以外是与实施方式1相同的，所以，在此对凹凸334的形成方法进行说明。
在形成基板304的凹凸的面上涂敷光抗蚀剂，利用接触曝光装置进行抗蚀剂图案化。接下来，以光抗蚀剂作为掩模，通过利用了氯系气体的干法蚀刻来形成凹凸。此时，通过光抗蚀剂也同时被蚀刻的条件，能够将条带状凹凸的截面形状设置为接近于二等边三角形的形状。另外，将干式蚀刻的条件设置为化学反应性高的蚀刻条件，如图25所示能够形成具有半球状的截面的凸部。
图31是表示具有实施方式的氮化物系半导体发光元件300的白色光源的一个示例的示意图。图31的光源具备：具有图6所示的构成的氮化物系半导体发光元件300、以及分散了将该氮化物系半导体发光元件300辐射的光的波长变换为更长波长的荧光体(例如YAG：YttriumAlumninum Garnet)的树脂层400。氮化物系半导体发光元件300被搭载于在表面形成有布线图案的支撑部件410上，在支撑部件410上按照包围氮化物系半导体发光元件300的方式配置反射部件420。树脂层400按照覆盖氮化物系半导体发光元件300的方式形成。
另外，针对与p型电极308接触的p型半导体区域为GaN，或者由AlGaN构成的情况进行了说明，但也可以是含有In的层，例如InGaN。在该情况下，例如能够将In的组成设为0.2的“In0.2Ga0.8N”用作与p型电极308相接的接触层。通过使GaN含有In，由于能够使AlaGabN(a+b＝1，a≥0，b＞0)的带隙比GaN的带隙小，从而能够减小接触电阻。基于以上，与p型电极308相接的p型半导体区域只要由AlxInyGazN(x+y+z＝1，x≥0，y＞0，z≥0)半导体来形成即可。

Claims (18)

1.一种氮化物系半导体发光元件，具备：基板，其具有主面、作为光取出面的背面、和多个侧面；以及氮化物半导体层叠构造，其形成在所述基板的主面上，
其中，
所述氮化物半导体层叠构造具有用于射出偏振光的活性层，
在将所述基板的多个侧面中的至少一个侧面相对于所述基板的主面而形成的角度设为角度θ，且将所述基板的多个侧面中的至少一个侧面与所述基板的主面之间的交线相对于所述偏振光在所述主面内的偏振方向而形成的角度的绝对值设为角度θ2的情况下，
所述角度θ大于90度，且
所述角度θ2除以180度所得到的余数是不包含0度与90度在内的角度。
2.根据权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
所述基板是偏离5°以下的偏切基板。
3.根据权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
θ减去90度后得到的值是角度θ1以上的值，该角度θ1满足下述计算式的关系，该计算式为：
θ1＝51.0-21.5×n2。
4.根据权利要求3所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
在所述基板的光的折射率为n1且与所述基板的多个侧面相接的介质的折射率为n2的情况下，若将由所述折射率n1、n2所决定的临界角设为θc，则θ减去90度后得到的值大于所述临界角θc。
5.根据权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
所述基板的主面以及背面的平面形状为四边形，所述多个侧面是4个侧面。
6.根据权利要求5所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
所述基板的主面以及背面的平面形状为平行四边形。
7.根据权利要求5所述的氮化物系半导体发光元件，其中， 
所述基板的主面以及背面的平面形状为正方形。
8.根据权利要求5所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
所述基板的主面以及背面的平面形状为长方形。
9.根据权利要求5所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
所述基板的主面以及背面的平面形状为菱形。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
所述角度θ2除以90度所得到的余数为25度以上且65度以下。
11.根据权利要求1至9中任意一项所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
所述角度θ2除以90度所得到的余数为35度以上且55度以下。
12.根据权利要求1至9中任意一项所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
所述角度θ2除以90度所得到的余数为40度以上且50度以下。
13.根据权利要求1至9中任意一项所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
在所述基板的背面上形成有多个凸部。
14.根据权利要求13所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
所述凸部具有圆锥形状或者半球形状，且二维配置在所述基板的背面。
15.根据权利要求13所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
所述凸部具有条带形状，
在将所述条带形状的延伸方向与所述偏振光的偏振方向之间形成的角的绝对值设为γ的情况下，γ除以180度所得到的余数为5度以上且175度以下。
16.根据权利要求15所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
γ除以180度所得到的余数为30度以上且150度以下。
17.根据权利要求1至9中任意一项所述的氮化物系半导体发光元件，其中，
在将所述偏振光的偏振方向与所述基板的主面的法线之间形成的角 的绝对值设为σ1时，σ1除以180度所得到的余数为85度以上且95度以下；
在将所述偏振光的偏振方向与所述基板的背面的法线之间形成的角的绝对值设为σ2时，σ2除以180度所得到的余数为85度以上且95度以下。
18.一种光源，具备：
权利要求1至9中任意一项所述的氮化物系半导体发光元件；以及
至少含有对从所述基板的背面辐射出的光的波长进行变换的荧光物质的波长变换部。 
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