JP2008047850A - 窒化物半導体発光ダイオード素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ストライプ状の凹凸構造を含む窒化物半導体発光ダイオード素子における光取出し効率の改善を図ること。
【解決手段】窒化物半導体発光ダイオード素子１０は、表面にストライプ状の凹凸構造を有する透明基板１１と、該凹凸構造を埋めるように形成された窒化物半導体層Ｎとを有している。窒化物半導体層Ｎは、透明基板１１よりも高い屈折率を有し、かつ、発光部を含んでいる。素子を上面視したとき、窒化物半導体層Ｎの形状は方形であり、かつ、前記ストライプ状の凹凸構造の長手方向は、方形の窒化物半導体層Ｎの４つの辺のいずれとも平行でない。この窒化物半導体発光ダイオード素子１０は、発光効率の高いものとなるので、照明装置用の光源として好適に用いることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子構造の主要部を窒化物半導体で構成した窒化物半導体発光ダイオード素子（以下、窒化物ＬＥＤともいう。）に関し、特に、ストライプ状の凹凸構造を含む窒化物ＬＥＤに関する。

窒化物半導体は、化学式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、３族窒化物半導体、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体などとも呼ばれる。上記化学式において、３族元素の一部をホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）などで置換したもの、また、Ｎ（窒素）の一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などで置換したものも、窒化物半導体に含まれる。現在、窒化物ＬＥＤは表示装置用の光源として広く使用されているが、照明装置用の光源としても期待されており、そのために、窒化物ＬＥＤの発光効率の更なる改善を目的とした研究開発が盛んに行われている。

図７は従来の窒化物ＬＥＤの典型的な構造を示す断面図である。この図に示す窒化物ＬＥＤ１００は、サファイア基板１０１の上に、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）などの気相エピタキシャル成長法を用いて、図示しないバッファ層を介して、窒化物半導体からなるｎ型層１０２およびｐ型層１０３を順次積層し、ドライエッチングにより形成したｎ型層１０２の露出面に負電極１０４を形成し、ｐ型層１０３上のほぼ全面に、透光性を有する金属薄膜（膜厚約１０ｎｍ）からなる正電極１０５を形成することにより、構成されている。ｎ型層１０２とｐ型層１０３との境界部にはｐｎ接合が形成されており、その近傍が発光部となっている。ｐｎ接合部に活性層を設けてダブルヘテロ構造を構成したものは、特に高い発光効率を示す。

図７に示す窒化物ＬＥＤ１００においては、発光部で生じる光が、ｎ型層１０２およびｐ型層１０３からなる窒化物半導体層Ｎに閉じ込められる傾向が強く、このことが素子の発光効率の向上を妨げる一因となっている。このような光の閉じ込めは、相対的に屈折率が高い窒化物半導体層Ｎを、相対的に屈折率が低いサファイア基板１０１と（薄い正電極１０５を介して）空気とが挟んでいるために、窒化物半導体層Ｎをコアとする板状の導波路構造が構成されることによって生じる。このような導波路構造が形成されると、光が素子外部に出ないで、窒化物半導体層Ｎ内を伝播する状態が安定化するためである。この問題は、窒化物ＬＥＤ１００をエポキシなどの樹脂で封止しても、あまり改善されない。樹脂材料の屈折率は空気よりは高いが、窒化物半導体の屈折率と比べると、かなり低いためである。なお、このような導波路構造の形成による光の閉じ込めは、金属薄膜からなる正電極１０５を用いた場合に限って生じるものではなく、開口部を有する正電極を用いた場合、正電極を反射性の電極とした場合、正電極をＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電性酸化物（一般に、窒化物半導体よりも低い屈折率を有する）で形成した場合などにも生じる。

導波路構造の形成による窒化物半導体層への光閉じ込めを緩和するには、素子の内部に凹凸構造を設けることによって、光が窒化物半導体層中を伝播する状態を不安定化することが有効である（特許文献１）。図８は、サファイア基板の表面にストライプ状の凹凸構造を設けた窒化物ＬＥＤの構造を例示する図で、図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｙ線の位置における断面図である。サファイア基板２０１の表面には、図８（ａ）のＸ−Ｙ線に直交する方向に伸びる、ストライプ状の溝Ｔ２００が複数、平行に形成されており、その上に、図示しないバッファ層を介して、ｎ型層２０２およびｐ型層２０３からなる窒化物半導体層Ｎが形成されている。溝Ｔ２００はｎ型層２０２により埋められている。ここで、ストライプ状の凹凸構造は、その作製が容易である他、窒化物半導体層により埋めることが比較的容易であるという利点を有している。
特開２００２−２８０６１１号公報

図８に示す窒化物ＬＥＤ２００では、サファイア基板２０１の表面に設けられたストライプ状の凹凸構造の、長手方向に直交する方向、すなわち、図８（ａ）のＸ−Ｙ線に平行な方向に沿って、窒化物半導体層Ｎの厚さが変動している。そのために、窒化物半導体層Ｎをコアとする導波路構造内を、光がＸ−Ｙ線に平行な方向に伝播する状態が不安定化されている。これは、この方向に沿って導波路構造があたかも波打ったかのような状態となっているからである（窒化物半導体層Ｎ内をこの方向に沿って進むと、実効的な屈折率が最大となる位置が膜厚方向に振動して見える）。よって、窒化物半導体層Ｎ内をＸ−Ｙ線に平行な方向に伝播する光成分は、導波路構造外に漏れ出し易くなっている。いいかえると、素子外に取出される確率が高くなっている。

しかしながら、窒化物ＬＥＤ２００では、発光部で生じる光の、窒化物半導体層Ｎ内への閉じ込めが、十分に緩和されているとはいえない。その第一の理由は、凹凸構造の長手方向、つまり、溝Ｔ２００の長手方向については、窒化物半導体層Ｎの厚さが一定となっているからである。このために、窒化物半導体層Ｎをコアとする導波路構造内を、光がこの方向に沿って伝播する状態は不安定化されておらず、よって、この方向に沿って伝播する光成分は、窒化物半導体層Ｎ内に強く閉じ込められる。第二の理由は、凹凸構造の長手方向が、窒化物半導体層Ｎの向い合う２つの端面に対して垂直となっているからである。このために、凹凸構造の長手方向に沿って伝播する光成分は、窒化物半導体層Ｎの端面において、元と同じ方向に反射される。つまり、この光成分は、反射前後で伝播方向が変わらず、凹凸構造の長手方向に沿った方向に伝播し続けることになるので、窒化物半導体層Ｎ内に強く閉じ込められた状態から脱することができない。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その主な目的は、ストライプ状の凹凸構造を含む窒化物半導体発光ダイオード素子における光取出し効率の改善を図り、それによって、照明装置用の光源に適した、発光効率の高い窒化物半導体発光ダイオード素子を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明では、ストライプ状の凹凸構造を含む窒化物半導体発光ダイオード素子において、発光部で生じる光のうち、窒化物半導体層をコアとする導波路構造内をこの凹凸構造の長手方向に伝播する光成分が、窒化物半導体層の端面で反射されるときに伝播方向を変えるように、この凹凸構造の長手方向と窒化物半導体層の端面とがなす角度を設定する。

すなわち、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子は、次の特徴を有する。
（１）表面にストライプ状の凹凸構造を有する透明基板と、該凹凸構造を埋めるように形成された窒化物半導体層とを有し、前記窒化物半導体層は、前記透明基板よりも高い屈折率を有し、かつ、発光部を含んでおり、当該素子を上面視したとき、前記窒化物半導体層の形状が方形であり、かつ、前記ストライプ状の凹凸構造の長手方向が、前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれとも平行でない、窒化物半導体発光ダイオード素子。
（２）当該素子を上面視したとき、前記窒化物半導体層の形状が方形であり、かつ、前記ストライプ状の凹凸構造の長手方向が、前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれに対しても約４５度の角度をなしている、前記（１）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（３）前記窒化物半導体層の端面が傾斜している、前記（１）または（２）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（４）前記透明基板が単結晶基板であり、その上に、前記窒化物半導体層がエピタキシャル成長している、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（５）前記透明基板がガラス基板である、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（６）前記凹凸構造が、前記透明基板の表面に形成された複数のストライプ状の溝から構成されている、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（７）前記凹凸構造が、前記透明基板と、その表面に形成された複数のストライプ状のマスクと、から構成されている、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（８）発光部を含む窒化物半導体層をコアとする導波路構造を有しており、前記窒化物半導体層は、一方向に伸びる厚肉部および薄肉部が交互に並んだ構造を有しており、当該素子を上面視したとき、前記窒化物半導体層の形状が方形であり、前記厚肉部および薄肉部の伸長方向が前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれとも平行でない、窒化物半導体発光ダイオード素子。
（９）当該素子を上面視したとき、前記厚肉部および薄肉部の伸長方向が、前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれに対しても約４５度の角度をなしている、前記（８）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１０）前記厚肉部の最大膜厚と前記薄肉部の最小膜厚との差が０．２μｍ以上である、前記（８）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１１）前記厚肉部の最大膜厚と前記薄肉部の最小膜厚との差が、該厚肉部の最大膜厚の２０％以上である、前記（１０）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１２）前記導波路構造が、前記窒化物半導体層と、該窒化物半導体層の一方の主面側に位置する該窒化物半導体層よりも低い屈折率を有する透光性の第１の物質と、該窒化物半導体層の他方の主面側に位置する、該窒化物半導体層よりも低い屈折率を有する透光性の第２の物質とから構成されている、前記（８）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１３）前記第１の物質が透明基板を含み、前記第２の物質が、透明導電性酸化物からなる電極、絶縁保護膜または封止材料から選ばれるひとつ以上を含む、前記（１２）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１４）前記導波路構造が、前記窒化物半導体層と、該窒化物半導体層の一方の主面側に位置する該窒化物半導体層よりも低い屈折率を有する透光性の第３の物質と、該窒化物半導体層の他方の主面側に位置する金属製の反射膜とから構成されている、前記（８）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１５）前記第３の物質が透明基板を含む、前記（１４）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１６）前記第３の物質が、透明導電性酸化物からなる電極、絶縁保護膜または封止材料から選ばれるひとつ以上を含む、前記（１４）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１７）発光部を含む窒化物半導体層を有し、前記窒化物半導体層が、少なくともその一方の主面に、ストライプ状の凹凸構造を有しており、そのために、光が該窒化物半導体層内を該凹凸構造の長手方向に直交する方向に伝播する状態が不安定化されており、当該素子を上面視したとき、前記窒化物半導体層の形状が方形であり、前記凹凸構造の長手方向が、前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれとも平行でない、窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１８）当該素子を上面視したとき、前記凹凸構造の長手方向が、前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれに対しても約４５度の角度をなしている、前記（１７）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１９）前記凹凸構造が、前記窒化物半導体層の一方の主面に形成された、少なくともひとつのストライプ状の溝を含んでいる、前記（１７）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（２０）前記凹凸構造が、前記窒化物半導体層の一方の主面に形成された、少なくともひとつのストライプ状のリッジを含んでいる、前記（１７）記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。

本発明によれば、ストライプ状の凹凸構造を含む窒化物半導体発光ダイオード素子における光取出し効率を改善することができる。本発明を実施した窒化物半導体発光ダイオード素子は、発光効率の高いものとなるので、照明装置用の光源として好適に用いることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る窒化物ＬＥＤの構造を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。この図に示す窒化物ＬＥＤ１０では、サファイア基板１１の表面に、図１（ａ）のＰ−Ｑ線に直交する方向に伸びる、ストライプ状の溝Ｔ１０が複数、平行に形成されており、その上に、図示しないバッファ層を介して、ｎ型層１２およびｐ型層１３からなる窒化物半導体層Ｎが形成されている。ｐ型層１３の一部がドライエッチングにより除去され、それによって露出したｎ型層１２の表面に負電極１４が形成され、また、ｐ型層１３上のほぼ全面に正電極１５が形成されている。ＬＥＤ１０の発光部はｎ型層１２とｐ型層１３との境界部（ｐｎ接合部）近傍である。この部分に活性層を設けてダブルヘテロ構造を構成すると、特に高い発光効率が得られる。

図２は、図１に示す窒化物ＬＥＤ１０に含まれる窒化物半導体層Ｎだけを抜き出して描いた上面図である。上面視した窒化物半導体層Ｎの外郭形状は正方形であり、図２（ａ）では、その４つの角を記号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表している。図１におけるＰ−Ｑ線の方向は、対角線ＢＤの方向である。図２（ａ）、（ｂ）中の両矢印は、サファイア基板１１の表面に形成されたストライプ状の溝Ｔ１０の長手方向を示している。

窒化物ＬＥＤ１０では、図１におけるＰ−Ｑ線に平行な方向に沿って、窒化物半導体層Ｎの厚さが変動している。そのために、窒化物半導体層Ｎをコアとする導波路構造内を、光がＰ−Ｑ線に平行な方向に伝播する状態は不安定化されている。よって、発光部で生じる光のうち、窒化物半導体層Ｎ中をＰ−Ｑ線に平行な方向に伝播する光成分は、この導波路構造の外に漏れ出し易い。即ち、素子外に取出される確率が高い。一方、窒化物半導体層Ｎ中をＰ−Ｑ線に直交する方向、すなわち、サファイア基板１１の表面に設けられたストライプ状の溝Ｔ１０の長手方向に沿って伝播する光成分は、窒化物半導体層Ｎをコアとする導波路構造内に強く閉じ込められるが、図２（ｂ）に示すように、窒化物半導体層の端面に達すると、該端面により反射を受けて、その伝播方向をＰ−Ｑ線に平行な方向に変える。これは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、素子を上面視したときに、溝Ｔ１０の長手方向と、方形の窒化物半導体層Ｎの４つの辺とがなす角度が、いずれも４５度であるからである。伝播方向をＰ−Ｑ線に平行な方向に変えられた光は、上記のように、素子外に取出される確率が高くなる。このように、窒化物ＬＥＤ１０では、窒化物半導体層Ｎに強く閉じ込められた状態から脱することができない光成分が発生しないために、発光部で生じた光が素子外に取出される確率が、図８に示す従来の窒化物ＬＥＤ２００に比べて高くなる。

図１に示す窒化物ＬＥＤは、次のようにして製造することができる。
ストライプ状の溝Ｔ１０を有するサファイア基板１１は、通常のサファイア基板の表面にエッチングマスクを形成し、フォトリソグラフィ技法を用いてこのエッチングマスクにストライプ状の開口部をパターニングした後、開口部に露出したサファイア基板の表面をエッチングすることにより形成することができる。このエッチングは、イオンビームエッチング法、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法を用いて行うことが好ましい。溝Ｔ１０の幅ｗ１および間隔ｗ２は、例えば、０．５μｍ〜１０μｍとすることができ、溝Ｔ１０の深さｄは、例えば、０．２μｍ〜５μｍとすることができる。

次に、サファイア基板１１上に、溝Ｔ１０を埋め込んで窒化物半導体層Ｎを成長させる。窒化物半導体の好ましい成長方法としては、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ法（分子ビームエピタキシー法）などの気相エピタキシャル成長法が挙げられる。サファイア基板１１上と窒化物半導体層Ｎとの間には、バッファ層を介在させることが好ましい。窒化物半導体層Ｎを構成するｎ型層１２とｐ型層１３の詳細構成（層構造、結晶組成、膜厚等）については、周知の技術を参照して設定することができる。ｐ型層１３に添加したｐ型不純物を活性化させるためのアニーリング処理や電子線照射処理は、適宜行うことができる。

窒化物半導体層Ｎを形成した後、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチング法によってｎ型層１２を部分的に露出させ、その表面に負電極１４を設ける。負電極１４は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ等の単体、または、その合金で形成することができる。一方、正電極１５は、ｐ型層１３上の略全面を覆うように設ける。正電極１５は、白金族元素（Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒなど）、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ等の単体、または、その合金で形成することができる。正電極１５は、電極を構成する金属膜の厚さを調節することによって、透明電極としたり、反射性電極とすることができる。また、光が通過し得る窓部（開口部）を設けることによって、透光性を付与することもできる。正電極１５は、ＩＴＯ、酸化インジウム、酸化錫、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、酸化亜鉛その他の透明導電性酸化物を用いて形成することもできる。図１には示していないが、正電極１５上への接点用電極（ボンディング・パッド）の形成は、適宜行うことができる。

窒化物半導体層の表面が電極に覆われずに露出した領域には、絶縁保護膜を形成することが好ましい。また、電極の表面も、ボンディングのために露出させておく必要のある部分を除いて、絶縁保護膜で被覆することが望ましい。最後に、この分野で通常用いられている、ダイシング、スクライビング等の方法を用いて、ウェハからチップ状の素子を切り出す。

次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１に示す窒化物ＬＥＤ１０では、透明基板としてサファイア基板が用いられているが、透明基板が、窒化物半導体層Ｎよりも低い屈折率を有するものであれば、前記の効果が得られる。本発明の窒化物ＬＥＤに使用できる透明基板として、サファイア、ＡｌＮ、スピネル、ＺｎＯ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ_３）、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ_２）、ＬＡＯ（ＬａＡｌＯ_３）などからなる単結晶層を少なくとも表層として有する基板（単結晶基板またはテンプレート基板）が挙げられる。このような基板は、表面に凹凸構造を設けたうえで、窒化物半導体層のエピタキシャル成長に使用することができる。
本明細書において、透明基板とは、発光素子の発光を透過する基板をいう。透明基板は、着色した基板を含み得るし、発光素子の発光波長が可視域の外にある場合には、可視域の光を透過しない基板を含み得る。透明基板は、曇りのない（transparent）基板に限定されるものではなく、曇りはあるが光を通す（translucent）基板を含む。

図１に示す窒化物ＬＥＤ１０において、サファイア基板１１をガラス基板に置換することも可能である。ガラス基板は、窒化物半導体層のエピタキシャル成長には使用できないが、サファイア基板上に窒化物半導体層を形成した後、このサファイア基板をリン酸により溶解して除去し、残った窒化物半導体層に対して熱圧着することにより、素子中に導入することができる。ガラス基板の材料や熱圧着の方法については、特開２００５−３４７７００号公報、特開２００６−４１４７９号公報などを参照することができる。表面にストライプ状の凹凸構造を有するガラス基板の上に、該凹凸構造を埋めるように窒化物半導体層が形成された構成を得るには、例えば、ストライプ状の溝を形成した結晶基板上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させた後、結晶基板を選択的に除去し、それによって露出する凹凸状の窒化物半導体層の表面に、ガラス基板を熱圧着する。他の方法として、平坦な結晶基板上に窒化物半導体層を成長させた後、結晶基板を選択的に除去し、それによって露出する平坦な窒化物半導体層の表面にストライプ状の溝を加工し、その上にガラス基板を熱圧着してもよい。エピタキシャル成長により結晶基板上に窒化物半導体層を形成する工程では、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＺｎＯ基板など、窒化物半導体層に対して選択的にエッチングまたは溶解することが容易な結晶基板を用いることが好ましい。

図１に示す窒化物ＬＥＤ１０では、サファイア基板１１の表面にストライプ状の溝を複数、平行に形成することによって、ストライプ状の凹凸構造が構成されているが、本発明の窒化物ＬＥＤにおいて、ストライプ状の凹凸構造はこれに限定されるものではなく、例えば、平坦面にストライプ状の溝が１つだけ加工された構造や、あるいは、溝に代えて、平坦面上にストライプ状のリッジが１つまたは複数、形成された構造であってもよい。ストライプ状の凹凸構造を構成する溝やリッジの断面形状としては、図３（ａ）に示す矩形状、図３（ｂ）に示す台形状、図３（ｃ）に示すＶ字状、図３（ｄ）に示す半円状など、種々の形状が例示される。溝やリッジの幅および断面形状、溝の深さ、リッジの高さなどには、長手方向に沿って変動があってもよい。ストライプ状の凹凸構造は、異なる形状・サイズを有する溝やリッジを複合して構成したものであってもよい。結晶基板の表面にリッジを設ける場合、リッジを結晶基板と同じ材料で形成してもよいが、必須ではない。例えば、リッジは、窒化物半導体結晶の選択横方向成長（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）に使用されるマスクであってもよい。

透明基板に設けるストライプ状の凹凸構造は、周期構造であってもよい。周期性の高い構造、例えば、長手方向に一定の断面を有する溝またはリッジを、複数、等間隔で平行に配置してなる凹凸構造には、作製が容易であるといった利点、および、窒化物半導体をエピタキシャル成長させて該凹凸構造を埋める際に、不良が発生し難いといった利点がある。一方、このストライプ状の凹凸構造の、長手方向に直交する方向の周期性を低くすると、この凹凸構造を埋める窒化物半導体層内を、この長手方向に直交する方向に光が伝播する状態がより不安定となるため、素子の光取出し効率が高くなる。

ストライプ状の凹凸構造を構成する溝やリッジのサイズは、当該凹凸構造が窒化物半導体層内における光の伝播状態に影響を与えるものとなるように設定する必要がある。そのためには、溝の深さまたはリッジの高さは、０．２μｍ以上とすることが好ましく、０．５μｍ以上とすることがより好ましく、１μｍ以上とすることが特に好ましい。透明基板と窒化物半導体層との屈折率差が小さい場合は、凹凸構造が窒化物半導体層内における光の伝播状態に与える影響が小さくなるので、溝の深さまたはリッジの高さを大きく設定することが望ましい。一方で、溝の深さまたはリッジの高さを大きくする程、凹凸構造の形成に要する時間やエネルギーが大きくなり、素子の製造効率が低下する。よって、溝の深さまたはリッジの高さは、５μｍ以下とすることが好ましい。

透明基板に設けるストライプ状の凹凸構造における、溝またはリッジの幅、および、隣あう溝と溝の間隔またはリッジとリッジの間隔は、小さくし過ぎると製造が難しくなり、大きくし過ぎると、凹凸構造が窒化物半導体層内における光の伝播状態に与える影響が小さくなる。従って、長手方向に一定の断面を有する溝またはリッジを、複数、等間隔で平行に配置してなる凹凸構造を例にすると、溝またはリッジの幅は、０．５μｍ〜１０μｍとすることが好ましく、ストライプの幅方向における溝またはリッジの形成周期は、１μｍ〜２０μｍとすることが好ましい。

図１に示す窒化物ＬＥＤ１０では、凹凸構造を有するサファイア基板１１上に形成された窒化物半導体層Ｎの上面が平坦となっているが、かかる構成は必須ではない。本発明の窒化物ＬＥＤは、透明基板の表面の凹凸構造を反映した、波打った形状の窒化物半導体層を有するものであってもよい。図４はそのような窒化物ＬＥＤの構造例を示す図で、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。この図に示す窒化物ＬＥＤ２０は、ＺｎＯなどからなる導電性の透明基板２１を有しており、その表面には、図４（ａ）のＰ−Ｑ線に直交する方向に伸びる、ストライプ状の溝Ｔ２０が複数、平行に形成されている。透明基板２１上には、溝Ｔ２０を埋めるように、ｎ型層２２およびｐ型層２３からなる窒化物半導体層Ｎが形成されており、透明基板２１の裏面に負電極２４、ｐ型層２３の上面に正電極２５が形成されている。素子の上面形状は正方形で、窒化物半導体層の上面形状も同じである。素子を上面視したとき、溝Ｔ２０の長手方向は、正方形状の窒化物半導体層Ｎの４辺のいずれとも、４５度の角度をなしている。窒化物ＬＥＤ２０では、窒化物半導体層Ｎそのものが、図４（ａ）のＰ−Ｑ線の方向に沿って波打っているために、光が窒化物半導体層Ｎ中をこのＰ−Ｑ線に平行な方向に伝播する状態が不安定化されている。

図１に示す窒化物ＬＥＤ１０では、素子を上面視したときの窒化物半導体層Ｎの形状を正方形としているが、長方形であってもよい。静電破壊の原因となる電界集中を防止したり、ウェハからチップ状の素子を切り出す際に欠けが生じるのを防ぐために、方形の角の部分には丸みを帯びさせてもよい。また、素子を上面視したときに、透明基板に設けるストライプ状の凹凸構造の長手方向と、方形状の窒化物半導体層Ｎの４つの辺とがなす角は、約４５度（４０度〜５０度）とすることが最も好ましいが、他の角度であってもよい。好ましい範囲は、３０度〜６０度である。窒化物半導体層Ｎの４辺のうち、いずれかの辺の方向と、ストライプ状の凹凸構造の長手方向とがなす角が１０度未満では、これらの方向が実質的に平行であるために、本発明による光取出し効率の改善効果は望めなくなる。

図１に示す窒化物ＬＥＤ１０においては、窒化物半導体層Ｎの端面が、サファイア基板１１の基板平面（基板の厚さ方向と直交する平面）に対して垂直となっているが、かかる構成は必須ではなく、窒化物半導体層の端面は傾斜していてもよい。図５はそのような窒化物ＬＥＤの構造例を示す図で、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。この図に示す窒化物ＬＥＤ３０では、サファイア基板３１の表面に、窒化物半導体の結晶成長を阻害するマスクＭが、図１（ａ）のＰ−Ｑ線に直交する方向に伸びるストライプ状のパターンに形成されている。このマスクＭは非晶質の酸化ケイ素で形成されており、膜厚ｔが０．５μｍ、幅ｗ３が３μｍである。隣接するマスクＭ間の間隔ｗ４も３μｍである。サファイア基板３１とマスクＭとがストライプ状の凹凸構造を構成しており、その上に、図示しないバッファ層を介して、ｎ型層３２およびｐ型層３３からなる窒化物半導体層Ｎが、該凹凸構造を埋めるように形成されている。ｎ型層３２は、サファイア基板３１上の、マスクＭに覆われていない領域から成長したものであり、マスクＭの上面を覆った部分は横方向成長によって形成された低転位密度領域となっている。上面側から見た素子の中央部にて、ｐ型層３３の一部がドライエッチングにより円形状に除去され、それによって露出したｎ型層３２の表面に、上面形状が円形の負電極３４が形成されている。ｐ型層３３上のほぼ全面には正電極３５が形成されている。負電極３４を形成するためのドライエッチングとは別の工程で、窒化物半導体層Ｎの外周領域がエッチングされており、それによって、素子の外周部にはサファイア基板３１の上面が露出している。このエッチングによって、窒化物半導体層Ｎの端面が傾斜面とされている。窒化物半導体層Ｎの端面が傾斜しているために、窒化物半導体Ｎ内をストライプ状の凹凸構造の長手方向に沿って伝播する光が、この端面で反射されたときにその伝播方向を変える確率が更に高くなる。なお、窒化物ＬＥＤ３０では、サファイア基板３１の露出した表面と窒化物半導体層Ｎの端面とがなす角が鈍角（θ＞９０度）となっているので、この端面で反射された光はサファイア基板３１側に向かって進む確率が高くなる。従って、窒化物ＬＥＤ３０はフリップチップ実装して使用するのに適している。一方、この角が鋭角（θ＜９０度）となるように、この端面を傾斜させることも可能であり、そのように構成した窒化物ＬＥＤは、正電極の表面側を光取出し面として使用することが好ましい。

（その他の実施形態）
本発明の窒化物ＬＥＤは、基板上に形成された窒化物半導体層が、基板側とは反対側の主面にストライプ状の凹凸構造を有するものであってもよい。そのように構成した窒化物ＬＥＤの一例を図９に示す。図９に断面図を示す窒化物ＬＥＤ５０では、平坦な表面を有するＺｎＯ基板５１の上に、ｐ型層５３とｎ型層５２とからなる窒化物半導体層Ｎが、ｐ型層５３側を基板側に向けて形成されており、窒化物半導体層Ｎの上面（ｎ型層５２側の表面）に、紙面と交わる方向に伸びる複数のストライプ状の溝Ｔ５０が平行に形成されている。窒化物半導体層Ｎの上面形状は方形であり、溝Ｔ５０の長手方向は、該方形の４つの辺のいずれとも約４５度の角度をなしている。
負電極５４は窒化物半導体層Ｎの上面に形成されており、正電極５５はＺｎＯ基板５１の裏面に形成されている。負電極５４はＩＴＯからなる透明電極であり、その表面上の一部にはボンディングパッド（図示せず）が形成されている。図示していないが、ボンディングパッドの表面を除く素子の上側表面（ｎ型層５２の露出面、負電極５４の表面など）には、絶縁保護膜を形成することが望ましい。絶縁保護膜の材料としては、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などが例示される。

窒化物ＬＥＤ５０を製造するには、まず、ＭＯＶＰＥ法を用いてサファイア基板上にバッファ層を介してｎ型層５２とｐ型層５３を順次成長させて積層し、窒化物半導体層Ｎを形成する。次に、ｐ型層５３の上面にウェハボンディングによりＺｎＯ基板５１を接合する。ウェハボンディングの詳細については、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス，第４５巻，第３９号，２００６年，第Ｌ１０４５〜Ｌ１０４７頁（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．３９，２００６，ｐｐ．Ｌ１０４５−Ｌ１０４７）などを参照することができる。接合後、サファイア基板をレーザリフトオフなどの方法により除去し、ｎ型層５２の表面を露出させ、露出したｎ型層５２の表面にエッチングにより溝Ｔ５０を形成する。溝Ｔ５０の形成により、窒化物半導体層Ｎに、溝Ｔ５０の長手方向に伸びる厚肉部（相対的に大きな膜厚を有する部分）および薄肉部（相対的に小さな膜厚を有する部分）が形成される。溝Ｔ５０の深さ（厚肉部の最大膜厚ｔ５１と薄肉部の最小膜厚ｔ５２との差）は、光が窒化物半導体層Ｎ内を溝Ｔ５０の長手方向に直交する方向に伝播する状態が不安定化されるように、定める。そのためには、溝Ｔ５０の深さは、０．２μｍ以上とすることが好ましく、０．５μｍ以上とすることがより好ましく、１μｍ以上とすることが更に好ましい。また、溝Ｔ５０の深さは、厚肉部の最大膜厚ｔ５１の２０％以上［（ｔ５１−ｔ５２）／ｔ５１≧０．２］とすることが好ましい。溝Ｔ５０の形成後、ｎ型層５２上への負電極５４の形成と、負電極５４上へのボンディングパッドの形成を行う。更に、ＺｎＯ基板５１の裏面に正電極５５を形成する。最後に、ウェハをダイシングして切断し、平面形状が方形のＬＥＤチップを得る。このとき、ｎ型層５２の表面に形成した溝Ｔ５０の長手方向と、方形を構成する４つの辺とが４５度の角度をなすようにする。

窒化物ＬＥＤ５０では、窒化物半導体層Ｎをコアとし、ＺｎＯ基板５１を一方側のクラッド、ＩＴＯからなる負電極５４を他方側のクラッドとする導波路構造が形成される。素子の上側表面に窒化物半導体層Ｎよりも低い屈折率を有する絶縁保護膜を形成した場合には、該絶縁保護膜も上記導波路構造の形成に寄与し得る。また、この窒化物ＬＥＤ５０を実装する際には、透光性の封止材料でＬＥＤ５０を被覆するが、この封止材料も上記導波路構造の形成に寄与し得る。封止材料は、典型的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂材料である。気密封止する場合には気体物質が封止材料となる。

窒化物半導体層Ｎは、溝Ｔ５０の長手方向に伸びる厚肉部および薄肉部が、交互に並んだ構造を有している。すなわち、その膜厚が、溝Ｔ５０の長手方向に直交する方向に沿って変動している。そのために、窒化物半導体層Ｎ内を溝Ｔ５０の長手方向に直交する方向に伝播する光成分は、窒化物半導体層Ｎをコアとする導波路構造の外に漏れ出し易い。つまり、素子外に取り出される確率が高い。一方、窒化物半導体層Ｎの膜厚は、溝Ｔ５０の長手方向については一定であり、そのために、窒化物半導体層Ｎ内をこの方向に沿って伝播する光成分は、窒化物半導体層Ｎをコアとする導波路構造内に強く閉じ込められる。しかし、溝Ｔ５０の長手方向と方形の窒化物半導体層Ｎの４つの辺のそれぞれとがなす角度が４５度となっているので、溝Ｔ５０の長手方向に伝播する光成分は、窒化物半導体層Ｎの端面での反射によって、その伝播方向を溝Ｔ５０の長手方向に直交する方向に変える。従って、窒化物ＬＥＤ５０では、窒化物半導体層Ｎ内に強く閉じ込められた状態から脱することができない光成分が発生せず、そのために、発光部で生じた光が素子外に取り出される確率が高くなる。

この実施形態において、窒化物半導体層の上面に形成するストライプ状の凹凸構造は、当該凹凸構造の形成によって、光が窒化物半導体層内を当該凹凸構造の長手方向に直交する方向に伝播する状態が不安定化されるものであればよい。そのような凹凸構造は、複数の平行なストライプ状の溝から構成されるものに限定されるものではなく、例えば、平坦面にストライプ状の溝がひとつだけ加工された構造や、あるいは、溝に代えて、平坦面上にストライプ状のリッジがひとつまたは複数、形成された構造であってもよい。ストライプ状の凹凸構造を構成する溝やリッジの断面形状は、図３に例示した形状の他、種々の形状とすることができる。溝やリッジの幅および断面形状、溝の深さ、リッジの高さなどには、長手方向に沿って変動があってもよい。溝やリッジは、その一端または両端が、窒化物半導体層の端部に達しないものであってもよい。窒化物半導体層Ｎの上面形状を方形状とする場合、その４つの辺のそれぞれと、ストライプ状の凹凸構造の長手方向とがなす角は、約４５度（４０度〜５０度）とすることが最も好ましいが、他の角度であってもよい。好ましい範囲は、３０度〜６０度である。４辺のうち、いずれかの辺の方向と、ストライプ状の凹凸構造の長手方向とがなす角が１０度未満では、これらの方向が実質的に平行であるために、本発明による光取出し効率の改善効果は望めなくなる。

変形実施形態として、窒化物ＬＥＤ５０において、負電極５４をＩＴＯで形成する代わりに、Ｔｉ（チタン）およびＡｌ（アルミニウム）を積層してなる反射性の電極とすることができる。このように構成した窒化物ＬＥＤでは、窒化物半導体層をコアとし、ＺｎＯ基板を一方のクラッド、反射性の負電極を他方のクラッドとする導波路構造が形成される。この窒化物ＬＥＤでは、負電極が反射膜として作用するので、ＺｎＯ基板側から光を取り出せるように、正電極をＺｎＯ基板の裏面上に部分的に形成する。

他の変形実施形態として、窒化物ＬＥＤ５０において、ＺｎＯ基板５１をウェハボンディングにより接合する代わりに、ハンダを用いて接合することができる。このとき、好ましくは、ｐ型層の表面に金属製の反射膜を形成したうえで、ＺｎＯ基板の接合を行う。このように構成した窒化物ＬＥＤでは、窒化物半導体層をコアとし、ＩＴＯからなる負電極を一方のクラッド、金属製の反射膜を他方のクラッドとする導波路構造が形成される。

図６に示す窒化物ＬＥＤの作製例を以下に述べる。
図６は、本発明の一実施形態に係る窒化物ＬＥＤの構造を示す図で、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。図６において、４１はサファイア基板であり、その結晶成長面には、Ｐ−Ｑ線に直交する方向に伸びるストライプ状の溝Ｔ４０が、複数、平行に形成されている。溝Ｔ４０の深さｄは１μｍ、幅ｗ１は約３μｍ、溝の幅方向の凹凸の周期ｐは６μｍである。４２はｎ型層であって、４２ａはＳｉドープＧａＮからなる層厚３μｍ（基板４１の凸部上の厚さ）のｎ型コンタクト層であり、４２ｂはアンドープＡｌＧａＮからなる層厚１００ｎｍのｎ型クラッド層であり、４２ｃは層厚３ｎｍのアンドープＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）井戸層と層厚１０ｎｍのＳｉドープＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）障壁層とを各６層交互に積層してなるＭＱＷ構造の活性層である。ｎ型コンタクト層４２ａは、溝Ｔ４０に入り込むように、かつ、その上面が平坦面となるように、形成されている。４３はｐ型層であって、４３ａは層厚３０ｎｍのＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層であり、４３ｂはＭｇドープＧａＮからなる層厚１５０ｎｍのｐ型コンタクト層である。４４はｎ型層４２に電流を注入するための負電極であり、４５はｐ型層４３に電流を注入するための正電極である。４６は正電極４５上に形成されたボンディング・パッドである。図６（ａ）に示すように、上面視したときのチップの形状は正方形であり、窒化物半導体層Ｎの形状も同様である。

図６に示す窒化物ＬＥＤを、次の手順により作製した。
〔サファイア基板の加工〕
Ｃ面サファイア基板の一主面上に、フォトレジストによるストライプ状のマスクパターンを形成した。ストライプ状のマスクの幅は３μｍ、周期（マスクの幅＋基板露出部の幅）は６μｍ、ストライプの長手方向はサファイアの〈１−１００〉方向（基板上に成長する窒化物半導体結晶の〈１１−２０〉方向となる）とした。該マスク上から反応性イオンエッチングを行うことにより、基板露出部に深さ１μｍの溝Ｔ４０を形成し、結晶成長面にストライプ状の凹凸パターンが形成されたサファイア基板４１を得た。

〔積層体の形成〕
フォトレジストを除去後、ＭＯＶＰＥ装置に上記サファイア基板４１を装着し、水素雰囲気下で１１００℃まで昇温して、表面のクリーニングを行った。
次に、基板温度を５００℃まで下げ、３族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、５族原料としてアンモニアを供給し、低温成長バッファ層を３０ｎｍ成長させた。
次に、基板を１０００℃に昇温し、ＴＭＧ、シラン、アンモニアを供給して、上面が平坦なｎ型コンタクト層４２ａを、サファイア基板４１の凸部（溝Ｔ４０が形成されていない部分）上の厚さが３μｍとなるように成長させた。
その後、シランの供給を停止する一方、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を供給し、ｎ型クラッド層４２ｂを１００ｎｍ成長させた。
ｎ型クラッド層４２ｂの成長後、基板温度を７５０℃に下げ、インジウム原料にはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いて、井戸層と障壁層とを交互に成長し、ＭＱＷ構造の活性層４２ｃを形成した。井戸層の成長時は、発光波長が４０５ｎｍとなるように、ＴＭＩの供給量を調節した。
次に、基板を１０００℃に昇温し、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を供給し、Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなるｐ型クラッド層４３ａを３０ｎｍ成長させた。
続けて、ＴＭＡの供給を停止して、ｐ型コンタクト層４３ｂを１５０ｎｍ成長させた後、アンモニア雰囲気中で基板温度を室温まで降下させ、ウェハをＭＯＶＰＥ装置から取り出した。

〔電極形成〕
上記工程で得られたウェハに対して、アニーリング処理、反応性イオンエッチングによる負電極形成面の露出、負電極４４の形成、正電極４５の形成、ボンディング・パッド４６の形成、電極の熱処理を順次行った。
このとき、サファイア基板４１の結晶成長面のストライプ状溝Ｔ４０の長手方向に対して、負電極４４、正電極４５、ボンディング・パッド４６の形状・配置が、図６に示す通りとなるように、これらをパターニングした。
負電極４４は、蒸着法を用いて、ｎ型コンタクト層４２ａに接する側から順に、膜厚３０ｎｍのＴｉ（チタン）と、膜厚３００ｎｍのＡｌ（アルミニウム）を積層することにより形成した。負電極の直径は１００μｍとした。
正電極４５は、蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層４３ｂに接する側から順に、膜厚２０ｎｍのＮｉ（ニッケル）と、膜厚１００ｎｍのＡｕ（金）を積層することにより形成した。正電極４５には、８μｍ×８μｍの正方形の窓部（開口部）を行列状に形成し、ｐ型コンタクト層４３ｂ上に正電極４５が広がった領域の面積に占める窓部の面積比が約７０％の、透光性電極とした。
ボンディング・パッド４６は、ＴｉとＡｕを積層することにより形成し、その直径は１００μｍとした。

〔チップへの分断〕
電極形成の後、サファイア基板４１の下面を研磨して、その厚さを１００μｍまで薄くした後、該研磨面にスクライブ線を罫書き、ブレーキングを行って、３５０μｍ角の正方形状のチップを得た。

（比較例）
素子を上面視したときに、サファイア基板の結晶成長面に形成されたストライプ状溝の長手方向が、方形の窒化物半導体層の４辺のうちの２辺と平行となるようにしたことを除き、実施例と同様にして、窒化物ＬＥＤを作製した。

（評価）
実施例および比較例で得た窒化物ＬＥＤのチップ（ベアチップ）を、サファイア基板側を下側にしてリードフレーム上に固定し、ワイヤボンディングを行った後、電流値２０ｍＡで通電を行い、そのときの出力を積分球を用いて測定したところ、実施例の窒化物ＬＥＤの出力は、比較例の窒化物ＬＥＤの出力の約１．２倍であった。

本発明は上記に明示的に示した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。 図２は、図１に示す窒化物半導体発光ダイオード素子に含まれる窒化物半導体層だけを抜き出して描いた上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した窒化物半導体層内における光の伝播方向と、ストライプ状の溝の長手方向との関係を説明する図である。 図３は、凹凸構造の構成要素となる溝およびリッジの断面形状を例示する図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す図であり、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す図であり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。 図７は、従来の窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す断面図である。 図８は、従来の窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す図であり、図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｙ線の位置における断面図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０、５０ 窒化物半導体発光ダイオード素子
１１、２１、３１、４１、５１ 透明基板
１２、２２、３２、４２、５２ ｎ型層
１３、２３、３３、４３、５３ ｐ型層
１４、２４、３４、４４、５４ 負電極
１５、２５、３５、４５、５５ 正電極
Ｎ 窒化物半導体層
Ｔ１０、Ｔ２０、Ｔ４０、Ｔ５０ 溝
Ｍ マスク

Claims (20)

1. 表面にストライプ状の凹凸構造を有する透明基板と、該凹凸構造を埋めるように形成された窒化物半導体層とを有し、
   前記窒化物半導体層は、前記透明基板よりも高い屈折率を有し、かつ、発光部を含んでおり、
   当該素子を上面視したとき、前記窒化物半導体層の形状が方形であり、かつ、前記ストライプ状の凹凸構造の長手方向が、前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれとも平行でない、窒化物半導体発光ダイオード素子。
2. 当該素子を上面視したとき、前記窒化物半導体層の形状が方形であり、かつ、前記ストライプ状の凹凸構造の長手方向が、前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれに対しても約４５度の角度をなしている、請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
3. 前記窒化物半導体層の端面が傾斜している、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
4. 前記透明基板が単結晶基板であり、その上に、前記窒化物半導体層がエピタキシャル成長している、請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
5. 前記透明基板がガラス基板である、請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
6. 前記凹凸構造が、前記透明基板の表面に形成された複数のストライプ状の溝から構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
7. 前記凹凸構造が、前記透明基板と、その表面に形成された複数のストライプ状のマスクと、から構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
8. 発光部を含む窒化物半導体層をコアとする導波路構造を有しており、
   前記窒化物半導体層は、一方向に伸びる厚肉部および薄肉部が交互に並んだ構造を有しており、
   当該素子を上面視したとき、前記窒化物半導体層の形状が方形であり、
   前記厚肉部および薄肉部の伸長方向が前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれとも平行でない、窒化物半導体発光ダイオード素子。
9. 当該素子を上面視したとき、前記厚肉部および薄肉部の伸長方向が、前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれに対しても約４５度の角度をなしている、請求項８記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
10. 前記厚肉部の最大膜厚と前記薄肉部の最小膜厚との差が０．２μｍ以上である、請求項８記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
11. 前記厚肉部の最大膜厚と前記薄肉部の最小膜厚との差が、該厚肉部の最大膜厚の２０％以上である、請求項１０記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
12. 前記導波路構造が、前記窒化物半導体層と、該窒化物半導体層の一方の主面側に位置する該窒化物半導体層よりも低い屈折率を有する透光性の第１の物質と、該窒化物半導体層の他方の主面側に位置する、該窒化物半導体層よりも低い屈折率を有する透光性の第２の物質とから構成されている、請求項８記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
13. 前記第１の物質が透明基板を含み、前記第２の物質が、透明導電性酸化物からなる電極、絶縁保護膜または封止材料から選ばれるひとつ以上を含む、請求項１２記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
14. 前記導波路構造が、前記窒化物半導体層と、該窒化物半導体層の一方の主面側に位置する該窒化物半導体層よりも低い屈折率を有する透光性の第３の物質と、該窒化物半導体層の他方の主面側に位置する金属製の反射膜とから構成されている、請求項８記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
15. 前記第３の物質が透明基板を含む、請求項１４記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
16. 前記第３の物質が、透明導電性酸化物からなる電極、絶縁保護膜または封止材料から選ばれるひとつ以上を含む、請求項１４記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
17. 発光部を含む窒化物半導体層を有し、
    前記窒化物半導体層が、少なくともその一方の主面に、ストライプ状の凹凸構造を有しており、そのために、光が該窒化物半導体層内を該凹凸構造の長手方向に直交する方向に伝播する状態が不安定化されており、
    当該素子を上面視したとき、前記窒化物半導体層の形状が方形であり、
    前記凹凸構造の長手方向が、前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれとも平行でない、窒化物半導体発光ダイオード素子。
18. 当該素子を上面視したとき、前記凹凸構造の長手方向が、前記方形の窒化物半導体層の４つの辺のいずれに対しても約４５度の角度をなしている、請求項１７記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
19. 前記凹凸構造が、前記窒化物半導体層の一方の主面に形成された、少なくともひとつのストライプ状の溝を含んでいる、請求項１７記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
20. 前記凹凸構造が、前記窒化物半導体層の一方の主面に形成された、少なくともひとつのストライプ状のリッジを含んでいる、請求項１７記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。

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