JP2016046410A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光層がＡｌxＧａ1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）層である場合に窒化物半導体発光素子の光取り出し効率を高める。【解決手段】窒化物半導体発光素子は、発光層と、発光層とは異なる少なくとも１つの窒化物半導体層とを備える。発光層は、極性面を主面として有し、且つ、ＡｌxＧａ1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）からなる。少なくとも１つの窒化物半導体層は、窒化物半導体結晶のｃ軸に対して平行な方向において窒化物半導体よりも低い屈折率を有する第１媒質に接しており、第１媒質との界面の少なくとも一部に光取り出し面を有する。光取り出し面には、光取り出し面を有する窒化物半導体層から第１媒質へ向かって突出する凸部６１が複数形成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子に関する。

ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮは、それぞれ、約６．０ｅＶ、約３．４ｅＶ及び約０．６ｅＶのバンドギャップエネルギーを有している。そのため、これらの混晶を発光層の材料として用いた窒化物半導体発光素子は、紫外領域から赤外領域までの波長を有する光を発生させることが可能であり（例えば特許文献１）、照明用光源又は液晶ディスプレイのバックライト等の様々な用途に応用されつつある。特に、紫外領域の波長を有する光を発生可能な窒化物半導体発光素子としては、ＡｌＮとＧａＮとの混晶であるＡｌ_aＧａ_bＮ（０≦ａ、ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）からなる層を発光層として有する発光ダイオードが実現されつつある。

ＡｌＮ及びＧａＮの各結晶構造は、ウルツ鉱型構造である。ＡｌＮ及びＧａＮの各価電子帯は、結晶場とスピン‐軌道相互作用とにより３つの状態に分裂している。

ＧａＮでは、結晶場による価電子帯の分裂エネルギーが１１ｍｅＶであり、スピン‐軌道相互作用による価電子帯の分裂エネルギーが１１ｍｅＶである。そのため、Γ点付近の価電子帯は、価電子帯の頂上から順に、重い正孔バンド、軽い正孔バンド、及び、結晶場による正孔バンドに分裂される。よって、ＧａＮの発光は、上述の重い正孔バンドと伝導帯との間の光学遷移によるものが支配的となる。かかる遷移は光の電界ベクトルＥがｃ軸（［０００１］）に対して垂直な場合に許容となる（Ｅ⊥ｃ偏光が発生する）ので、Ｃ面からの発光が強くなる。

一方、ＡｌＮでは、結晶場による価電子帯の分裂エネルギーが−２１７ｍｅＶであり、スピン‐軌道相互作用による価電子帯の分裂エネルギーが３６ｍｅＶである。そのため、Γ点付近の価電子帯は、価電子帯の頂上から順に、結晶場による正孔バンド、重い正孔バンド、及び、軽い正孔バンドに分裂される。よって、ＡｌＮの発光は、上述の結晶場による正孔バンドと伝導帯との間の光学遷移によるものが支配的となる。かかる遷移は光の電界ベクトルＥがｃ軸に対して平行な場合に許容となる（Ｅ｜｜ｃ偏光が発生する）ので、Ｃ面からの発光は弱くなる。

このように、ＧａＮとＡｌＮとでは、発生する光の偏光面が異なる。そのため、極性面を主面として含み、且つ、Ａｌ_sＧａ_1-sＮ（０＜ｓ≦１）からなる発光層を有する発光ダイオードでは、Ａｌ組成ｓを０から１へ増加させると、発光層において発生する光はＥ⊥ｃ偏光からＥ｜｜ｃ偏光へ変化する。本明細書では、（０００１）面を「＋Ｃ面」と表し、（０００−１）面を「−Ｃ面」と表し、（０００１）面と（０００−１）面とを含む表記である｛０００１｝面を「Ｃ面」と表す。「極性面」には、例えば特定の面方位に対するオフ角が±５°である面方位を有する面も含まれる。

Ｅ⊥ｃ偏光は、発光層の主面に対して垂直な方向へ支配的に進行する。そのため、Ｃ面からの発光が強くなるので、発光ダイオードの表面（発光層の主面に対して平行に延びる発光ダイオードの面）からの取り出しには有利となる。一方、Ｅ｜｜ｃ偏光は、発光層の主面に対して平行な方向へ支配的に進行する。そのため、Ｃ面からの発光は弱くなるので、発光ダイオードの表面からの取り出しには不利となる。発光層において発生する光がＥ⊥ｃ偏光からＥ｜｜ｃ偏光へ切り替わる付近では、結晶場による正孔バンドのエネルギーと重い正孔バンドのエネルギーとが近くなるので、両方の光学遷移をとることができる。つまり、発光層において発生する光には、Ｅ⊥ｃ偏光とＥ｜｜ｃ偏光とが含まれる。

特開２００８−９１６６４号公報

Ｅ｜｜ｃ偏光は、発光層の主面に対して平行な方向に支配的に進行するが、その一部は、発光層の主面から所定の角度に傾斜した方向へ進行する。ここで、「所定の角度」は、一般的には、発光層の主面と、発光層において発生した光であって窒化物半導体層とその上下に位置する媒質との界面で全反射する光の進行方向とがなす角度を意味する。そのため、発光層の主面から所定の角度に傾斜した方向へ進行する光は、発光ダイオードの内部で全反射を繰り返すので、吸収層（その光を吸収する層）に吸収され、よって、発光ダイオードの外部へ取り出され難い。

このように、ＡｌＧａＮからなりＥ｜｜ｃ偏光を放出する活性層を備えた発光ダイオードにおいては光取り出し効率が低いという課題がある。発光層のＡｌ組成を高めることにより発光層において発生する光がＥ⊥ｃ偏光からＥ｜｜ｃ偏光へ変化することを考慮すれば、上述の課題は、発光層がＡｌを含んでいない場合（例えば特許文献１）及び発光層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ＜０．３）層である場合には生じ得ず、発光層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）層である場合に初めて生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）層である場合に窒化物半導体発光素子の光取り出し効率を高めることである。

窒化物半導体発光素子は、発光層と、発光層とは異なる少なくとも１つの窒化物半導体層とを備える。発光層は、極性面を主面として有し、且つ、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）からなる。少なくとも１つの窒化物半導体層は、窒化物半導体結晶のｃ軸に対して平行な方向において窒化物半導体よりも低い屈折率を有する第１媒質に接しており、第１媒質との界面の少なくとも一部に光取り出し面を有する。光取り出し面には、光取り出し面を有する窒化物半導体層から第１媒質へ向かって突出する凸部が複数形成されている。下記式１及び下記式２が満たされている。下記式１及び下記式２において、Ｄは隣り合う凸部の間隔を表し、Ｈは凸部の高さを表し、θ₁は凸部の側面の傾斜角を表し、αはｃ軸に対して垂直な方向を中心としたＥ｜｜ｃ偏光の広がり角を表し、θ_tはＥ｜｜ｃ偏光の全反射角を表す。
Ｄ≧Ｈ（１−ｔａｎθ₁×ｔａｎα）／ｔａｎα・・・式１
０＜θ₁＜θ_t・・・式２。

好ましくは、上記式１において、Ｄは、２００μｍ以下である。より好ましくは、上記式１及び上記式２において、０＜α≦４０°である場合には、θ₁は２０°以上４０°以下であり、Ｈは０．１μｍ以上１０μｍ以下である。

凸部は、円錐形状を有することが好ましい。

本発明では、発光層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）層である場合に窒化物半導体発光素子の光取り出し効率を高めることである。

Ｅ｜｜ｃ偏光が従来の窒化物半導体発光素子の内部を伝搬する様子を示す断面図である。 従来の窒化物半導体発光素子に対するシミュレーションの結果を示すグラフである。 （ａ）は、Ｅ｜｜ｃ偏光がｎ型窒化物半導体層又はｐ型窒化物半導体層から空気へ入射するときの入射角と透過率Ｔとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、Ｅ｜｜ｃ偏光がｎ型窒化物半導体層又はｐ型窒化物半導体層からサファイア基板へ入射するときの入射角と透過率Ｔとの関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子において、Ｅ｜｜ｃ偏光が光取り出し面へ入射したときの光の伝搬を説明する断面図である。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子において、Ｅ⊥ｃ偏光が光取り出し面へ入射したときの光の伝搬を説明する断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。

［課題の詳細］
本発明者らは、以下に示すシミュレーションを行って、従来の窒化物半導体発光素子（Ｃ面を主面として含むとともにＡｌ組成が高いＡｌＧａＮからなる発光層を備え、本発明の光取り出し面が形成されていない窒化物半導体発光素子）では光取り出し効率が低下することを確認した。

上述したように、Ｅ｜｜ｃ偏光は発光層の主面に対して平行な方向に支配的に進行するが、その一部は発光層の主面から所定の角度に傾斜した方向へ進行する。図１は、Ｅ｜｜ｃ偏光が従来の窒化物半導体発光素子の内部を伝搬する様子を示す断面図である。ここでは、ｎ型窒化物半導体層（厚さが５００ｎｍ）の上に活性層とｐ型窒化物半導体層５（厚さが４００ｎｍ）とが順に形成された窒化物半導体発光素子を想定した。活性層は、３層の量子井戸層３と３層の障壁層とを有し、１層の量子井戸層３と１層の障壁層とが交互に積層されて構成されていた。量子井戸層３のそれぞれは、Ｃ面を主面として含み、アンドープＡｌ_sＧａ_1-sＮ（０＜ｓ≦１）からなり、３ｎｍの厚さを有していた。障壁層のそれぞれは、ｎ型ドーパントを含み、６ｎｍの厚さを有していた。なお、図１には、説明を簡略化するために、ｎ型窒化物半導体層と３層の障壁層とを合わせてｎ型窒化物半導体層１（厚さが５１８ｎｍ）と図示している。

また、量子井戸層３のみがＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０１を吸収すると仮定した（以下「量子井戸層３」を「吸収層３」と記すことがある）。窒化物半導体発光素子の一辺を１ｍｍとし、窒化物半導体発光素子の左端Ｐを原点として右方向にｘ軸をとった。つまり、窒化物半導体発光素子の右端Ｑは、ｘ＝１０⁶の地点であった。

図１に示すθ_outは、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０１の出射角を意味し、つまり任意の地点ｘ＝ｘ１においてＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０１の進行方向と窒化物半導体結晶のｃ軸に対して平行な方向（成長面に対して垂直な方向）とのなす角度を意味する。Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０１は、ｎ型窒化物半導体層１の下面１Ａへθ_outで入射し、その下面１Ａで全反射した後、ｐ型窒化物半導体層５の上面５Ｂへθ_outで入射する。このように、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０１は、ｎ型窒化物半導体層１の下面１Ａとｐ型窒化物半導体層５の上面５Ｂとで全反射を繰り返しながら、窒化物半導体発光素子の左端Ｐから窒化物半導体発光素子の右端Ｑへ進む。そのため、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０１は、吸収層３内を通過し、よって、吸収層３に吸収される。

このような窒化物半導体発光素子において、任意の地点ｘ＝ｘ１において発生した光の強度を１と仮定した場合に、その光がその任意の地点から全反射を繰り返しながら窒化物半導体発光素子の右端Ｑ側の地点へ到達したときのその到達地点における光の強度を算出した。この算出に際しては、ｎ型窒化物半導体層１、量子井戸層３及びｐ型窒化物半導体層５のそれぞれの屈折率を考慮に入れなかった。また、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０１はθ_outに依らずｎ型窒化物半導体層１の下面１Ａ及びｐ型窒化物半導体層５の上面５Ｂで全反射されると仮定した。吸収層３の吸収係数を５０００／ｃｍと仮定した場合の算出結果を図２に示す。図２の横軸「発光点（ｘ＝ｘ１）までの距離［ｎｍ］」は、窒化物半導体発光素子の左端Ｐから発光点までの距離を意味する。そのため、「発光点（ｘ＝ｘ１）までの距離が０ｎｍである」とは、窒化物半導体発光素子の左端Ｐにおいて光が発生したことを意味する。「発光点（ｘ＝ｘ１）までの距離が１×１０⁶ｎｍである」とは、窒化物半導体発光素子の右端Ｑにおいて光が発生したことを意味する。図２の縦軸「入射角［°］」は、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０１がｎ型窒化物半導体層１の下面１Ａ又はｐ型窒化物半導体層５の上面５Ｂへ入射されるときの入射角を意味し、つまりθ_outである。

実際には、全反射角を考慮に入れる必要がある。全反射角は、ｎ型窒化物半導体層１の屈折率とそのｎ型窒化物半導体層１に接する媒質の屈折率とによって定まり、ｐ型窒化物半導体層５の屈折率とそのｐ型窒化物半導体層５に接する媒質の屈折率とによって定まる。図３（ａ）には、Ｅ｜｜ｃ偏光がｎ型窒化物半導体層又はｐ型窒化物半導体層から空気へ入射するときの入射角と透過率Ｔとの関係を示し、図３（ｂ）には、Ｅ｜｜ｃ偏光がｎ型窒化物半導体層又はｐ型窒化物半導体層からサファイア基板へ入射するときの入射角と透過率Ｔとの関係を示す。図３（ａ）及び（ｂ）において、ＴｓはＳ偏光での透過率を表し、ＴｐはＰ偏光での透過率を表す。透過率Ｔが０であるときの入射角が全反射角となる。

ｎ型窒化物半導体層１又はｐ型窒化物半導体層５が空気に接する場合（図３（ａ））、窒化物半導体の屈折率は２．５であり、空気の屈折率は１であり、よって、全反射角は２４°となる。つまり、θ_out＞２４°であれば、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０１は、ｎ型窒化物半導体層１と空気との界面（ｎ型窒化物半導体層１の下面１Ａ）へθ_outで入射されその界面において全反射され、ｐ型窒化物半導体層５と空気との界面（ｐ型窒化物半導体層５の上面５Ｂ）へθ_outで入射されその界面において全反射される。図２において入射角が２４°よりも大きな領域に着目すると、窒化物半導体発光素子の左端Ｐから発光点（ｘ＝ｘ１）までの距離が長いほど、規格化された強度（窒化物半導体発光素子の右端Ｑ側で観測される光の強度）が大きいことが分かる。このことから、次に示すことが言える。Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０１は、窒化物半導体発光素子の内部で全反射を繰り返しながら、窒化物半導体発光素子の左端Ｐ側から窒化物半導体発光素子の右端Ｑ側へ進む。そのため、窒化物半導体発光素子の左端Ｐから発光点（ｘ＝ｘ１）までの距離が長いほど、発光点から右端Ｑまでの距離は短くなる。よって、窒化物半導体発光素子の内部で全反射を繰り返しながら吸収層３内を伝搬する光の光路長が短くなる。したがって、吸収層３で吸収される光の強度が小さくなり、最終的に右端Ｑで観測される光強度は大きくなる。

また、ｎ型窒化物半導体層１又はｐ型窒化物半導体層５がサファイア基板に接する場合（図３（ｂ））、窒化物半導体の屈折率は２．５であり、空気の屈折率は１．８であり、よって、全反射角は４７°となる。つまり、θ_out＞４７°であれば、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０１は、ｎ型窒化物半導体層１とサファイア基板との界面へθ_outで入射されその界面において全反射され、ｐ型窒化物半導体層５とサファイア基板との界面へθ_outで入射されその界面において全反射される。

ｃ軸に対して垂直な方向とＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０１の進行方向とがなす角度のうちの小さい方の角度の最大値を角度βとし、角度βを用いてθ_out＞２４°を書き直すと、角度β＜６６°（＝９０°−２４°）となる。つまり、ｎ型窒化物半導体層１又はｐ型窒化物半導体層５が空気に接する場合には、角度β＜６６°の範囲に存在する光がｎ型窒化物半導体層１と空気との界面又はｐ型窒化物半導体層５と空気との界面で全反射する。そのため、発光層の主面（ｃ軸に対して垂直な方向）から所定の角度に傾斜した方向へ進行する光のほとんどがｎ型窒化物半導体層１と空気との界面又はｐ型窒化物半導体層５と空気との界面で全反射する。

実際には、窒化物半導体発光素子では、１辺が３００μｍ（３×１０⁵ｎｍ）よりも大きい。そのため、発光層の主面から所定の角度に傾斜した方向へ進行する光が窒化物半導体発光素子の左端Ｐから窒化物半導体発光素子の右端Ｑへ進む間には、その光のほとんどが吸収層３に吸収される。よって、窒化物半導体発光素子の端面から取り出される光には、窒化物半導体発光素子の端面付近において発生したＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０１が支配的に含まれ、ｃ軸に対して垂直な方向の中央付近において発生したＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０１は殆ど含まれない。ｃ軸に対して垂直な方向の中央付近において発生したＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０１は、全反射を繰り返しながら窒化物半導体発光素子内を進むので、窒化物半導体発光素子内の吸収層３に吸収され、よって、窒化物半導体発光素子の外へ取り出され難くなる。したがって、光取り出し効率が低下する。

このような考察を踏まえ、本発明者らは、発光層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）層である場合に窒化物半導体発光素子の光取り出し効率を高めることに成功した。以下、図面を参照しながら、本発明を具体的に説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

［第１の実施形態］
＜窒化物半導体発光素子の構造＞
図４は、本発明の第１の実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。本実施形態の窒化物半導体発光素子２０は、第１ｎ型窒化物半導体層２５と、第２ｎ型窒化物半導体層２７と、活性層３１と、キャリアバリア層３３と、第１ｐ型窒化物半導体層３５と、第２ｐ型窒化物半導体層３７とを備える。このように、窒化物半導体発光素子２０は、第１ｎ型窒化物半導体層２５と第２ｎ型窒化物半導体層２７とを含むｎ型窒化物半導体層２９と、第１ｐ型窒化物半導体層３５と第２ｐ型窒化物半導体層３７とを含むｐ型窒化物半導体層３９と、ｎ型窒化物半導体層２９とｐ型窒化物半導体層３９との間に設けられた活性層３１とを備える。なお、ｎ型窒化物半導体層２９は、単層であっても良いし、３層以上のｎ型窒化物半導体層が積層されて構成されていても良い。ｐ型窒化物半導体層３９についても同様のことが言える。

活性層３１は、発光層を有しており、好ましくは量子井戸層（発光層として機能）と障壁層とが交互に積層されて構成された多重量子井戸構造を有している。量子井戸層は、極性面（本実施形態ではＣ面）を主面として有し、且つ、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）からなる。量子井戸層のＡｌ組成ｘは、好ましくは０．５以上であり、より好ましくは０．７以上である。量子井戸層のＡｌ組成ｘが１に近いほど、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０２の発光が支配的になるので、本実施形態の効果を効果的に得ることができる。なお、「極性面」には、面方位（０００１）を有する面及び面方位（０００−１）を有する面以外に、面方位（０００１）に対するオフ角が±５°である面方位を有する面も含まれ、面方位（０００−１）に対するオフ角が±５°である面方位を有する面も含まれる。

第２ｐ型窒化物半導体層３７、第１ｐ型窒化物半導体層３５、キャリアバリア層３３、活性層３１及び第２ｎ型窒化物半導体層２７の一部がエッチングされている。第２ｎ型窒化物半導体層２７の第１露出面（エッチングにより露出した第２ｎ型窒化物半導体層２７の面）にはｎ電極４１が設けられており、第２ｐ型窒化物半導体層３７の上面にはｐ電極４３が設けられている。

図５は、Ｅ｜｜ｃ偏光が光取り出し面へ入射したときの光の伝搬を説明する断面図である。窒化物半導体発光素子２０では、第１ｎ型窒化物半導体層２５は、窒化物半導体結晶のｃ軸（［０００１］）に対して平行な方向（以下では「ｃ軸方向」と記す）において第１媒質に接しており、第１媒質との界面に光取り出し面６０を有する。第１媒質は、窒化物半導体の屈折率ｎ₁よりも低い屈折率ｎ₂を有し、本実施形態では空気５１である。

光取り出し面６０には、複数の凸部６１が互いに間隔をあけて形成されている。凸部６１のそれぞれは第１ｎ型窒化物半導体層２５（光取り出し面を有する窒化物半導体層）から第１媒質（空気５１）へ向かって突出しており、隣り合う凸部６１の間隔Ｄは下記式１及び下記式２を満たしている。
Ｄ≧Ｈ（１−ｔａｎθ₁×ｔａｎα）／ｔａｎα ・・・式１
０＜θ₁＜θ_t ・・・式２。

上記式１及び上記式２において、Ｄ、Ｈ、θ₁、α及びθ_tは、図５に示す通りである。隣り合う凸部６１の間隔Ｄは、ｃ軸方向における平坦部６５の大きさを意味する。ここで、「平坦部６５」とは、隣り合う凸部６１の間に位置し、凸部６１が形成されていない光取り出し面６０の部分である。Ｈは、凸部６１の高さを表し、凸部６１の突出方向における凸部６１の大きさ、つまりｃ軸方向における凸部６１の大きさを意味する。θ₁は、凸部６１の側面６３の傾斜角を表し、ｃ軸方向と凸部６１の側面６３とがなす角度のうちの小さい方の角度を意味する。αは、ｃ軸方向に対して垂直な方向を中心としたＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２の広がり角を表し、ｃ軸方向に対して垂直な方向と量子井戸層から出射したＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２の進行方向とがなす角度のうち小さい方の角度の最大値を意味する。θ_tは、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０２の全反射角を表し、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０２が光取り出し面６０において全反射するときのＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２の光取り出し面６０への入射角を意味する。

上記式１及び上記式２を満たしていれば、量子井戸層において発生したＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２の少なくとも一部は、光取り出し面６０へθ_t未満の角度で入射して光取り出し面６０から出射する。つまり、量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射したＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２の少なくとも一部は、第１ｎ型窒化物半導体層２５の下部から取り出される。よって、量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射したＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２の少なくとも一部を窒化物半導体発光素子２０の外部へ取り出すことができる。

Ｅ｜｜ｃ偏光の一部はｐ偏光として窒化物半導体層と第１媒質との界面へ入射することが知られている。Ｐ偏光での透過率Ｔｐは、Ｓ偏光での透過率Ｔｓよりも大きく、入射角がブリュースター角である場合には１．０となる（例えば図３（ａ）及び（ｂ））。よって、光取り出し面６０へθ_t未満の角度で入射したＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２は窒化物半導体発光素子２０の外部へ更に取り出され易くなる。

それだけでなく、上記式１及び上記式２を満たしていれば、窒化物半導体発光素子２０から取り出されたＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２が光取り出し面６０から第１ｎ型窒化物半導体層２５へ再入射することを防止できる。以上より、窒化物半導体発光素子２０の光取り出し効率を従来の窒化物半導体発光素子よりも高めることができる。

その上、窒化物半導体発光素子２０では、Ｅ⊥ｃ偏光の光取り出し効率の低下を招くことなく、Ｅ｜｜ｃ偏光の光取り出し効率を高めることができる。図６は、Ｅ⊥ｃ偏光が光取り出し面へ入射したときの光の伝搬を説明する断面図である。Ｅ⊥ｃ偏光Ｌ０３が、ｃ軸方向からθ₂だけ傾斜して量子井戸層から出射して凸部６１へ入射した場合を考える。以下では、Ｅ⊥ｃ偏光Ｌ０３がｃ軸に対して右側へ傾斜して凸部６１の側面６３へ入射した場合を前提としているが（図６）、Ｅ⊥ｃ偏光Ｌ０３がｃ軸に対して左側へ傾斜して凸部６１の側面６３へ入射した場合についても同様のことが言える。

９０°−θ₁＋θ₂＜θ_tのとき、Ｅ⊥ｃ偏光Ｌ０３は、光取り出し面６０へ１回目に入射したとき、光取り出し面６０から第１媒質（空気５１）へ出射し、特定の透過率で第１媒質を透過してから窒化物半導体発光素子２０の外へ取り出される。Ｅ⊥ｃ偏光Ｌ０３のうち第１媒質を透過しなかった光は、光取り出し面６０で反射する。

９０°−θ₁＋θ₂≧θ_tのとき、Ｅ⊥ｃ偏光Ｌ０３は、光取り出し面６０へ１回目に入射したとき、光取り出し面６０で全反射する。全反射の後に入射される光取り出し面６０への入射角θ₃＜θ_tであれば、光取り出し面６０から第１媒質（空気５１）へ出射し、特定の透過率で第１媒質を透過してから窒化物半導体発光素子２０の外へ取り出される。一方、入射角θ₃≧θ_tであれば、光取り出し面６０において全反射されて別の光取り出し面（不図示）へ入射される。ここで、入射角θ₃はθ₁に依存する。（９０°＋θ₂）＞３θ₁である場合には、θ₃＝（９０°＋θ₂）−３θ₁である。（９０°＋θ₂）＜３θ₁である場合には、θ₃＝３θ₁−（９０°＋θ₂）である。

光取り出し面６０におけるＥ⊥ｃ偏光Ｌ０３の全反射が（ｎ−１）回目であり（ただし、ｎは正の整数とする）、且つ、（９０°＋θ₂）＞（２ｎ−１）θ₁である場合、そのＥ⊥ｃ偏光Ｌ０３がｎ回目に光取り出し面６０へ入射するときの入射角は（９０°＋θ₂）−（２ｎ−１）θ₁であり、（９０°＋θ₂）−（２ｎ−１）θ₁＜θ_tである場合に光取り出し面６０から第１媒質（空気５１）へ出射し、第１媒質を透過する。同様に、光取り出し面６０におけるＥ⊥ｃ偏光Ｌ０３の全反射が（ｎ−１）回目であり、且つ、（９０°＋θ₂）＜（２ｎ−１）θ₁である場合、そのＥ⊥ｃ偏光Ｌ０３がｎ回目に光取り出し面６０へ入射するときの入射角は（２ｎ−１）θ₁−（９０°＋θ₂）であり、（２ｎ−１）θ₁−（９０°＋θ₂）＜θ_tである場合に光取り出し面６０から第１媒質（空気５１）へ出射し、第１媒質を透過する。このように、本実施形態では、Ｅ⊥Ｃの偏光Ｌ０３の光取り出し効率の低下を防止することができる。

以上をまとめると、上記式１及び上記式２を満たしていれば、量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射したＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２を第１ｎ型窒化物半導体層２５の下部から窒化物半導体発光素子２０の外部へ取り出すことができる。さらに、上記式１及び上記式２を満たしていれば、窒化物半導体発光素子２０から取り出されたＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２の再入射を防止できる。これらのことから、窒化物半導体発光素子２０の光取り出し効率を従来の窒化物半導体発光素子よりも高めることができる。また、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０１の光取り出し効率を高めたことに起因してＥ⊥ｃ偏光Ｌ０３の光取り出し効率が低下することを防止できる。以下では、窒化物半導体発光素子２０の各構成要素を具体的に示す。

（第１ｎ型窒化物半導体層）
第１ｎ型窒化物半導体層２５としては、好ましくは、Ａｌ_t1Ｇａ_1-t1Ｎ（０＜ｔ１≦１）からなる層にｎ型ドーパントがドープされた層を用い、より好ましくは、Ａｌ_t1Ｇａ_1-t1Ｎ（０．６≦ｔ１≦０．９）からなる層にｎ型ドーパントがドープされた層を用いる。ｎ型ドーパントとしては、例えばＳｉ、Ｇｅ又はＳｎ等を挙げることができる。

第１ｎ型窒化物半導体層２５のｎ型ドーパント濃度は、好ましくは５×１０¹⁶／ｃｍ³以上１×１０²¹／ｃｍ³以下であり、より好ましくは５×１０¹⁷／ｃｍ³以上２×１０¹⁹／ｃｍ³以下である。また、第１ｎ型窒化物半導体層２５の厚さは、好ましくは０．５μｍ以上２０μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ以上１０μｍ以下である。

（凸部）
本実施形態では、第１ｎ型窒化物半導体層２５の下面が光取り出し面６０として機能する。そのため、凸部６１は第１ｎ型窒化物半導体層２５の下面に形成されている。

上記式１及び上記式２を満たすのであれば、光取り出し面６０に形成された凸部６１の形状は、同一であっても良いし互いに異なっても良い。また、凸部６１は、光取り出し面６０にストライプ状に形成されていても良いが、光取り出し面６０に格子状に配置されていても良い。凸部６１が格子状に光取り出し面６０に配置されている場合、凸部６１は、錐形であることが好ましく、角錐形であっても良いが円錐形であることがより好ましい。

凸部６１が円錐形であれば、次に示す効果を得ることができる。光学遷移の選択則によれば、Ｅ｜｜ｃ偏光はｃ軸周りには全方位に放射する。つまり、光学遷移の選択則によれば、Ｅ｜｜ｃ偏光の放射はｃ軸を中心とした場合には異方性を有さない。そのため、凸部６１が円錐形であれば、ｃ軸周りに全方位に放射したＥ｜｜ｃ偏光Ｌ０２を窒化物半導体発光素子２０の外部へ取り出すことができる。よって、窒化物半導体発光素子２０の外部へ取り出される光の配向がｃ軸周りに全方位的となる。

上記式１及び上記式２を満たすのであれば、側面視における凸部６１の外形は、三角形であっても良いし台形であっても良い。側面視における凸部６１の側面６３は、曲率を持っていても良く、例えば湾曲していても良いし放物線を描いていても良い。

上記式１及び上記式２を満たすように、且つ、Ｅ｜｜ｃ偏光Ｌ０２の広がり角αが０＜α≦９０−θ_tとなるように、隣り合う凸部６１の間隔Ｄ、凸部６１の高さＨ及び凸部６１の側面６３の傾斜角θ₁を設定することが好ましい。例えば、Ｄは２００μｍ以下であることが好ましい。これにより、光取り出し面６０には複数の凸部６１が形成されることとなるので、凸部６１を設けたことによる効果を得ることができる。つまり、窒化物半導体発光素子２０の光取り出し効率を効果的に高めることができる。

量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光のうち０＜α≦４０°の範囲に存在するＥ｜｜ｃ偏光の光取り出し効率を効果的に高めるためには、θ₁は２０°以上４０°以下であることが好ましく、Ｈは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。これにより、量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の大部分を窒化物半導体発光素子２０から取り出すことができる。このとき、Ｄは８．３μｍ以上２００μｍ以下となる。

量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光が０＜α≦５°の範囲に集中していることを考慮すれば、量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光のうち０＜α≦５°の範囲に存在するＥ｜｜ｃ偏光の光取り出し効率を効果的に高めることが好ましい。そのためには、θ₁は２０°以上４０°以下であることが好ましく、Ｈは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このとき、Ｄは１１１μｍ以上２００μｍ以下となる。なお、触針式段差計、レーザ顕微鏡等の非接触式の段差計測装置、又は、走査型電子顕微鏡等を用いて、θ₁、Ｈ及びＤを求めることができる。

なお、凸部６１の個数は、図４に示す個数に限定されない。また、１つの光取り出し面６０において、θ₁は、同一であっても良いし、互いに異なっても良い。例えば、１つの凸部６１において、一方のθ₁と他方のθ₁とが互いに異なっても良い。また、平坦部６５を挟んで隣り合うθ₁が互いに異なっても良い。どちらの場合においても、θ₁は、規則的に異なっても良いし、不規則的に異なっても良い。なお、以下に示す方法にしたがって凸部６１を形成すると、θ₁のばらつきを防止できる。

また、１つの光取り出し面６０において、Ｈは、同一であっても良いし、互いに異なっても良い。Ｈが互いに異なる場合、Ｈは、規則的に異なっても良いし、不規則的に異なっても良い。なお、以下に示す方法にしたがって凸部６１を形成すれば、Ｈのばらつきを防止できる。

また、１つの光取り出し面６０において、Ｄは、同一であっても良いし、互いに異なっても良い。Ｄが互いに異なる場合、Ｄは、規則的に異なっても良いし、不規則的に異なっても良い。

隣り合う凸部６１においてθ₁が互いに異なる場合には、上記式１におけるθ₁には小さい方の値を代入することが好ましい。隣り合う凸部６１においてＨが互いに異なる場合には、上記式１におけるＨには大きい方の値を代入することが好ましい。

凸部６１と平坦部６５との接続部位、又は、凸部６１の先端は、凸部６１の製造工程の制約等によって丸みを帯びていても良いし、平面部分を一部に有していても良い。

（第１媒質）
第１媒質は、窒化物半導体の屈折率よりも小さな屈折率を有する媒質であれば空気５１に限定されず、窒素、アルゴン又はヘリウム等の不活性ガスであっても良い。後述の第３の実施形態で説明するように、第１媒質は、基板２１（図９等参照）であっても良い。第１媒質は、窒化物半導体層の成長後に窒化物半導体層の上に形成される誘電体層又は金属層であっても良いし、封止用樹脂又は固定用樹脂であっても良い。

第１媒質は、１種類であっても良いし２種類以上であっても良い。例えば、２種以上の第１媒質が光取り出し面６０に接していても良い。

（第２ｎ型窒化物半導体層）
第２ｎ型窒化物半導体層２７は、ｎ型コンタクト層として機能する。このような第２ｎ型窒化物半導体層２７としては、好ましくは、Ａｌ_t2Ｇａ_1-t2Ｎ（０＜ｔ２≦１）からなる層にｎ型ドーパントがドープされた層を用い、より好ましくは、Ａｌ_t2Ｇａ_1-t2Ｎ（０．４≦ｔ２≦０．８）からなる層にｎ型ドーパントがドープされた層を用いる。

第２ｎ型窒化物半導体層２７のｎ型ドーパント濃度は、好ましくは５×１０¹⁶／ｃｍ³以上１×１０²¹／ｃｍ³以下であり、より好ましくは５×１０¹⁷／ｃｍ³以上２×１０¹⁹／ｃｍ³以下である。また、第２ｎ型窒化物半導体層２７の厚さは、好ましくは１μｍ以上２０μｍ以下であり、より好ましくは４μｍ以上１０μｍ以下である。

（活性層）
活性層３１における量子井戸層及び障壁層の各層数は、特に限定されず、好ましくは１以上２０以下であり、より好ましくは３以上６以下である。

活性層３１の量子井戸層の厚さは、好ましくは１ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、より好ましくは３ｎｍ以上１２ｎｍ以下である。

活性層３１の障壁層は、量子井戸層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有することが好ましく、例えばＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）からなることが好ましく、より好ましくはＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０．７≦ｙ≦０．９）からなる。障壁層の厚さは、好ましくは１ｎｍ以上２５ｎｍ以下であり、より好ましくは３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。障壁層は、ｎ型ドーパントを含んでいても良く、アンドープであっても良い。

（キャリアバリア層）
キャリアバリア層３３は、ｎ型窒化物半導体層２９から活性層３１へ注入された電子がｐ型窒化物半導体層３９へオーバーフローすることを防止するために設けられた層である。キャリアバリア層３３は、ｐ型ドーパントを含むことが好ましいが、アンドープ層であっても良い。このｐ型ドーパントは、意図的にドーピングされたものであっても良いし、ｐ型窒化物半導体層３９からの拡散により混入したものであっても良い。

キャリアバリア層３３としては、好ましくはＡｌ_t3Ｇａ_1-t3Ｎ（０＜ｔ３≦１）からなり、より好ましくはＡｌ_t3Ｇａ_1-t3Ｎ（０．７≦ｔ３≦０．９）からなる。キャリアバリア層３３の厚さは、好ましくは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、より好ましくは５ｎｍ以上２５ｎｍ以下である。

（第１ｐ型窒化物半導体層）
第１ｐ型窒化物半導体層３５としては、好ましくは、Ａｌ_t4Ｇａ_1-t4Ｎ（０＜ｔ４≦１）からなる層にｐ型ドーパントがドープされた層を用い、より好ましくは、Ａｌ_t4Ｇａ_1-t4Ｎ（０．７≦ｔ４≦０．９）からなる層にｐ型ドーパントがドープされた層を用いる。ｐ型ドーパントとしては、例えば、Ｍｇ等を挙げることができる。

第１ｐ型窒化物半導体層３５のｐ型ドーパント濃度は、好ましくは１×１０¹⁸／ｃｍ³以上５×１０²⁰／ｃｍ³以下であり、より好ましくは５×１０¹⁸／ｃｍ³以上１×１０²⁰／ｃｍ³以下である。また、第１ｐ型窒化物半導体層３５の厚さは、好ましくは０．０１μｍ以上５μｍ以下であり、より好ましくは０．０５μｍ以上１μｍ以下である。

（第２ｐ型窒化物半導体層）
第２ｐ型窒化物半導体層３７としては、好ましくは、Ａｌ_t5Ｇａ_1-t5Ｎ（０＜ｔ５≦１）からなる層にｐ型ドーパントがドープされた層を用い、より好ましくは、Ａｌ_t5Ｇａ_1-t5Ｎ（０．７≦ｔ５≦０．９）からなる層にｐ型ドーパントがドープされた層を用いる。

第２ｐ型窒化物半導体層３７のｐ型ドーパント濃度は、好ましくは５×１０¹⁸／ｃｍ³以上５×１０²¹／ｃｍ³以下であり、より好ましくは５×１０¹⁹／ｃｍ³以上５×１０²⁰／ｃｍ³以下である。また、第２ｐ型窒化物半導体層３７の厚さは、好ましくは０．０１μｍ以上０．１μｍ以下であり、より好ましくは０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下である。

（ｎ電極、ｐ電極）
ｎ電極４１及びｐ電極４３のそれぞれは、透明電極であっても良いし、非透明電極であっても良い。透明電極の材料としては、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＳｎの少なくとも１つを含む金属酸化物を挙げることができる。非透明電極の材料としては、例えば、Ａｌ又はＡｇ等の金属を挙げることができる。ｎ電極４１及びｐ電極４３の各厚さは、好ましくは１ｎｍ以上１００００ｎｍ以下である。

＜窒化物半導体発光素子の製造＞
図７（ａ）及び（ｂ）は、窒化物半導体発光素子２０の製造方法を工程順に示す断面図である。以下では、ダイシング工程を経て図４に示す窒化物半導体発光素子２０を製造する方法の一例を示す。

（積層体の形成）
基板２１の上面（例えばサファイア基板のＣ面）に、バッファ層２３、第１ｎ型窒化物半導体層２５と、第２ｎ型窒化物半導体層２７と、活性層３１と、キャリアバリア層３３と、第１ｐ型窒化物半導体層３５と、第２ｐ型窒化物半導体層３７とを順に形成する。例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によりこれらの層を形成することが好ましい。基板２１としては、サファイア、ＺｎＯ、ダイヤモンド、グラファイト、グラフェン、石英ガラス、又は、ＳｉＯ₂を主成分とする石英ガラス以外のガラス等からなる基板を用いることができる。このようにして図７（ａ）に示す積層体が得られる。

（基板の剥離）
得られた積層体から基板２１を除去する。例えば、基板２１側からレーザ光を照射すると、レーザ光がバッファ層２３に吸収される。これにより、レーザ光のエネルギーが熱エネルギーに変換されるので、バッファ層２３の少なくとも一部が蒸発し、よって、基板２１が剥離される。したがって、バッファ層２３又は第１ｎ型窒化物半導体層２５が露出する。

（光取り出し面の形成）
例えばフォトリソグラフィーにより、剥離面（図７（ｂ）では第１ｎ型窒化物半導体層２５の下面。光取り出し面６０となる面）にマスク４５を形成する。その後、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、マスク４５から露出する第１ｎ型窒化物半導体層２５の部分を除去する。これにより、複数の凸部６１が形成される。このとき、上記式１及び上記式２を満たすようにマスク４５を形成することが好ましく、上記式１及び上記式２を満たすように第１ｎ型窒化物半導体層２５のエッチング条件を最適化することが好ましい。例えば、化学エッチングの代わりに物理エッチングを行っても良いし、化学エッチングと物理エッチングとを併用しても良い。

（ｐ型ドーパントの活性化）
熱処理を行ってｐ型ドーパントを活性化させる。窒化物半導体結晶にドーピングされたｐ型ドーパントは、ＩＩＩ族原子と置換されてＩＩＩ族原子のサイトに位置しているが、水素に結合された状態でＩＩＩ族原子のサイトに位置しているので不活性である。そのため、熱処理を行って水素とｐ型ドーパントとの結合を切断することが好ましい。

この熱処理では、図７（ｂ）に示す積層体を８００℃以上９００℃以下の温度で１０分以下、加熱することが好ましい。これにより、この熱処理による窒化物半導体層への不要のダメージ（例えば、この熱処理による窒化物半導体層の表面の荒れ）を防止できる。この熱処理は、窒素雰囲気又は窒素と酸素との混合ガス雰囲気で行われることが好ましいが、Ａｒ等の希ガス雰囲気又は希ガスと酸素との混合ガス雰囲気で行われても良い。酸素を含む雰囲気で熱処理を行えば、その酸素とｐ型ドーパントに結合されている水素との反応が起こるため、水素とｐ型ドーパントとの結合を効果的に切断することができる。しかし、雰囲気中の酸素濃度が高すぎると、図７（ｂ）に示す積層体の表面に酸化膜が形成される等の悪影響が生じる。そのため、雰囲気中の酸素濃度は５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。例えば、抵抗加熱又はハロゲンランプ加熱による急速昇降温可能な熱処理炉を用いて、この熱処理を行うことが好ましい。

（電極の形成）
第２ｐ型窒化物半導体層３７、第１ｐ型窒化物半導体層３５、キャリアバリア層３３、活性層３１及び第２ｎ型窒化物半導体層２７の一部をエッチングした後、このエッチングにより露出した第２ｎ型窒化物半導体層２７の面にｎ電極４１を形成する。また、第２ｐ型窒化物半導体層３７の上面にｐ電極４３を形成する。その後、必要に応じて合金化を目的とした熱処理を行ってから、ダイシングを行ってチップに分割する。このようにして窒化物半導体発光素子２０を得ることができる。

［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。以下では、上記第１の実施形態とは異なる点を主に示す。

窒化物半導体発光素子１２０では、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質（空気５１）との界面の少なくとも一部も光取り出し面６０として機能する。つまり、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質との界面の少なくとも一部には、凸部６１が複数形成されている。凸部６１のそれぞれは、第２ｐ型窒化物半導体層３７（光取り出し面を有する窒化物半導体層）から第１媒質へ向かって突出している。更に、上記式１及び上記式２が満たされている。

このような窒化物半導体発光素子１２０では、量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部が第１ｎ型窒化物半導体層２５の下部から取り出され、量子井戸層からｐ型窒化物半導体層３９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部が第２ｐ型窒化物半導体層３７の上部から取り出される。このように量子井戸層からｐ型窒化物半導体層３９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部をも窒化物半導体発光素子１２０の外部へ取り出すことができるので、窒化物半導体発光素子１２０の光取り出し効率を窒化物半導体発光素子２０の光取り出し効率よりも高めることができる。

凸部６１の高さＨ、隣り合う凸部６１の間隔Ｄ、凸部６１の側面６３の傾斜角θ₁及び凸部６１の形状の少なくとも１つは、一方の光取り出し面６０と他方の光取り出し面６０とにおいて互いに異なっていても良い。なお、上記第１の実施形態の（光取り出し面の形成）に記載の方法にしたがって、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質との界面の少なくとも一部に凸部６１を形成することができる。

後述の第５の実施形態で示すように、第１媒質は、一方の光取り出し面６０と他方の光取り出し面６０とにおいて互いに異なっていても良い。

ｐ電極４３は、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質との界面の一部に設けられていても良いし（図８）、その界面全体に設けられていても良い。

ｐ電極４３が透明電極である場合、凸部６１は、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質との界面のうちｐ電極４３が設けられている部分にも形成されていても良い。

ｐ電極４３が非透明電極である場合、ｐ電極４３の厚さは、好ましくは５０ｎｍ以下であり、より好ましくは２０ｎｍ以下である。これにより、量子井戸層からｐ型窒化物半導体層３９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光がｐ電極４３で吸収されることを防止できる。よって、かかるＥ｜｜ｃ偏光を窒化物半導体発光素子１２０の外部へ効率良く取り出すことができる。しかし、窒化物半導体発光素子１２０の光取り出し効率を高めるという観点では、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質との界面のうちｐ電極４３が設けられていない部分の少なくとも一部に凸部６１が形成されていることが好ましい。

第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質との界面のうちｐ電極４３が設けられている部分にも凸部６１が形成されている場合には、次に示すようにして隣り合う凸部６１の間隔Ｄ、凸部６１の高さＨ及び凸部６１の側面６３の傾斜角θ₁を決定することが好ましい。ｐ電極４３が設けられている部分では、ｐ電極４３を第１媒質として上記式１及び上記式２が満たされるようにＤ、Ｈ及びθ₁を決定する。ｐ電極４３が設けられていない部分では、空気５１を第１媒質として上記式１及び上記式２が満たされるようにＤ、Ｈ及びθ₁を決定する。

なお、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質との界面のうちｐ電極４１により被覆されている割合（ｐ電極４１の被覆率）が５０％よりも大きく、且つ、（ｐ電極４３の屈折率）＜（第２ｐ型窒化物半導体層３７の屈折率）である場合、ｐ電極４３を第１媒質として上記式１及び上記式２が満たされるようにＤ、Ｈ及びθ₁を決定することが好ましい。

［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。以下では、上記第１の実施形態とは異なる点を主に示す。

窒化物半導体発光素子２２０では、基板２１と第１ｎ型窒化物半導体層２５との界面（実際には、基板２１と第１ｎ型窒化物半導体層２５との間にはバッファ層２３（不図示、図７（ａ）参照）が形成されている）が光取り出し面６０として機能する。つまり、基板２１と第１ｎ型窒化物半導体層２５との界面には、凸部６１が複数形成されている。凸部６１のそれぞれは、第１ｎ型窒化物半導体層２５から基板２１へ向かって突出している。更に、上記式１及び上記式２が満たされている。

このような窒化物半導体発光素子２２０では、上記第１の実施形態に記載の効果を得ることができる。よって、第１媒質として基板２１を用いた場合であっても、窒化物半導体発光素子２２０の光取り出し効率を従来の窒化物半導体発光素子よりも高めることができる。

また、窒化物半導体発光素子２２０では、全反射角θ_tが窒化物半導体発光素子２０よりも大きいので、凸部６１の側面６３の傾斜角θ₁を窒化物半導体発光素子２０よりも大きくできる（上記式２）。これにより、広がり角αのより大きなＥ｜｜ｃ偏光を基板２１と第１ｎ型窒化物半導体層２５との界面から基板２１側へ取り出すことができる。よって、窒化物半導体発光素子２２０の光取り出し効率を窒化物半導体発光素子２０の光取り出し効率よりも高めることができる。

なお、サファイア基板に窒化物半導体層を成長させると、窒化物半導体層の成長条件によっては光取り出し面となるサファイア基板と窒化物半導体層との界面付近に空隙が生じることがある。このような場合であっても、空隙が生じていないものとして窒化物半導体発光素子２０での光の導波を考えることが好ましい。

上記第１の実施形態の（光取り出し面の形成）に記載の方法にしたがって基板２１の主面（本実施形態ではＣ面）に凹部を形成してから、凹部が形成された基板２１の主面に第１ｎ型窒化物半導体層２５を形成する。これにより、第１ｎ型窒化物半導体層２５から基板２１へ突出する凸部６１が形成される。

［第４の実施形態］
＜窒化物半導体発光素子の構成＞
図１０は、本発明の第４の実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。以下では、上記第３の実施形態とは異なる点を主に示す。

窒化物半導体発光素子３２０では、基板２１の上面にはバッファ層（不図示）を挟んで第３窒化物半導体層２６が設けられており、第３窒化物半導体層２６の上面に第２ｎ型窒化物半導体層２７及び活性層３１等が順に設けられている。

第３窒化物半導体層２６としては、好ましくは、Ａｌ_t6Ｇａ_1-t6Ｎ（０＜ｔ６≦１）からなる層を用い、より好ましくは、Ａｌ_t6Ｇａ_1-t6Ｎ（０．１≦ｔ６≦０．９）からなる層を用いる。第３窒化物半導体層２６は、アンドープ層であることが好ましいが、熱処理等によって拡散されたｎ型ドーパントを含んでいても良い。第３窒化物半導体層２６の厚さは、好ましくは０．５μｍ以上２０μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ以上１０μｍ以下である。

光取り出し面６０は、ｐ型窒化物半導体層３９側にも形成されている。具体的には、第２ｐ型窒化物半導体層３７の第１露出面（第２ｐ型窒化物半導体層３７の上面のうちｐ電極４３から露出する部分）には第３窒化物半導体層２６と基板２１とがこの順に積層されており、第３窒化物半導体層２６と基板２１との界面が光取り出し面６０として機能する。つまり、第３窒化物半導体層２６と基板２１との界面には、凸部６１が複数形成されている。凸部６１のそれぞれは、第３窒化物半導体層２６から基板２１へ向かって突出している。更に、上記式１及び上記式２が満たされている。

このような窒化物半導体発光素子３２０では、量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部が第１ｎ型窒化物半導体層２５の下部から取り出され、量子井戸層からｐ型窒化物半導体層３９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部が第２ｐ型窒化物半導体層３７の上部から取り出される。このように量子井戸層からｐ型窒化物半導体層３９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部をも窒化物半導体発光素子３２０の外部へ取り出すことができるので、窒化物半導体発光素子３２０の光取り出し効率を窒化物半導体発光素子２０，２２０の光取り出し効率よりも高めることができる。

なお、基板２１と第２ｎ型窒化物半導体層２７との間に設けられた第３窒化物半導体層２６は、ｎ型ドーパントを意図的に含んでいても良いが、後述の方法にしたがって窒化物半導体発光素子３２０を製造する場合にはアンドープ層であることが好ましい。

＜窒化物半導体発光素子の製造＞
上記第３の実施形態に記載の方法にしたがって基板２１の主面（本実施形態ではＣ面）に凹部を形成する。その後、上記第１の実施形態の（積層体の形成）に記載の方法にしたがって、凹部が形成された基板２１の主面にバッファ層（不図示）及び第３窒化物半導体層２６を順に形成する。得られた母材基板をダイシングして、第１基板と基板面積が第１基板よりも小さな第２基板とを得る。

次に、上記第１の実施形態の（積層体の形成）に記載の方法にしたがって、第１基板の第３窒化物半導体層２６の上面に第２ｎ型窒化物半導体層２７及び活性層３１等を順に形成する。その後、上記第１の実施形態に記載の（ｐ型ドーパントの活性化）及び（電極の形成）を順に行う。その後、第２基板の第３窒化物半導体層２６が第２ｐ型窒化物半導体層３７の第１露出面に接するように、第２基板を第２ｐ型窒化物半導体層３７の第１露出面に設ける。このようにして窒化物半導体発光素子３２０を得ることができる。

［第５の実施形態］
図１１は、本発明の第５の実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。以下では、上記第２及び上記第３の実施形態とは異なる点を主に示す。

窒化物半導体発光素子４２０では、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質（空気５１）との界面の少なくとも一部も光取り出し面６０として機能する。つまり、上記第２の実施形態で記載したように、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質との界面の少なくとも一部には凸部６１が複数形成されており、凸部６１のそれぞれは第２ｐ型窒化物半導体層３７から第１媒質へ向かって突出しており、上記式１及び上記式２が満たされている。

このような窒化物半導体発光素子４２０では、量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部が第１ｎ型窒化物半導体層２５の下部から取り出され、量子井戸層からｐ型窒化物半導体層３９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部が第２ｐ型窒化物半導体層３７の上部から取り出される。このように量子井戸層からｐ型窒化物半導体層３９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部をも窒化物半導体発光素子４２０の外部へ取り出すことができるので、窒化物半導体発光素子４２０の光取り出し効率を窒化物半導体発光素子２０，２２０の光取り出し効率よりも高めることができる。

また、窒化物半導体発光素子４２０では、一方の光取り出し面６０は空気５１に接するのに対し、他方の光取り出し面６０は基板２１に接する。このような場合であっても、窒化物半導体発光素子３２０と同様の効果を得ることができる。

なお、上記第２の実施形態に記載のｐ電極４３と凸部６１との位置関係等は本実施形態においても言える。

［第６の実施形態］
＜窒化物半導体発光素子の構成＞
図１２は、本発明の第６の実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。窒化物半導体発光素子５２０は、縦型構造の窒化物半導体発光素子であり、第２ｎ型窒化物半導体層２７、活性層３１、キャリアバリア層３３、第１ｐ型窒化物半導体層３５及び第２ｐ型窒化物半導体層３７が順に積層されて構成されている。第２ｐ型窒化物半導体層３７の上面にはｐ電極４３が設けられている。

窒化物半導体発光素子５２０では、第２ｎ型窒化物半導体層２７と第１媒質（空気５１）との界面の少なくとも一部が光取り出し面６０として機能する。つまり、第２ｎ型窒化物半導体層２７と第１媒質との界面の少なくとも一部には、凸部６１が複数形成されている。凸部６１のそれぞれは、第２ｎ型窒化物半導体層（光取り出し面を有する窒化物半導体層）２７から第１媒質へ向かって突出している。更に、上記式１及び上記式２が満たされている。

このような窒化物半導体発光素子５２０では、量子井戸層から第２ｎ型窒化物半導体層２７側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部が第２ｎ型窒化物半導体層２７の下部から取り出される。よって、窒化物半導体発光素子５２０の光取り出し効率を従来の窒化物半導体発光素子よりも高めることができる。かかる効果は、光取り出し面６０を横型構造の窒化物半導体発光素子（例えば窒化物半導体発光素子２０）に形成した場合よりも顕著となる。

詳細には、縦型構造の窒化物半導体発光素子の方が横型構造の窒化物半導体発光素子よりも薄い。そのため、縦型構造の窒化物半導体発光素子の方が、横型構造の窒化物半導体発光素子よりも、窒化物半導体発光素子内におけるＥ｜｜ｃ偏光の全反射の回数が多くなるので光取り出し効率の低下を招き易い。しかし、上記第１の実施形態等で示したように、光取り出し面６０を形成すると、光取り出し効率の低下を防止できる。よって、縦型構造の窒化物半導体発光素子の方が、横型構造の窒化物半導体発光素子よりも、光取り出し面６０の形成により得られる効果が顕著となる。

ｎ電極４１は、第２ｎ型窒化物半導体層２７と第１媒質との界面の一部に形成されても良いし（図１２）、その界面全体に設けられていても良い。

ｎ電極４１が透明電極である場合、凸部６１は、第２ｎ型窒化物半導体層２７と第１媒質との界面のうちｎ電極４１が設けられている部分にも形成されていても良い。

ｎ電極４１が非透明電極である場合、ｎ電極４１の厚さは、好ましくは５０ｎｍ以下であり、より好ましくは２０ｎｍ以下である。これにより、量子井戸層から第２ｎ型窒化物半導体層２７側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光がｎ電極４１で吸収されることを防止できる。よって、かかるＥ｜｜ｃ偏光を窒化物半導体発光素子５２０の外部へ効率的に取り出すことができる。しかし、窒化物半導体発光素子５２０の光取り出し効率を高めるという観点では、第２ｎ型窒化物半導体層２７と第１媒質との界面のうちｎ電極４１が設けられていない部分の少なくとも一部に凸部６１が形成されていることが好ましい。

第２ｎ型窒化物半導体層２７と第１媒質との界面のうちｎ電極４１が設けられている部分にも凸部６１が形成されている場合には、次に示すようにして隣り合う凸部６１の間隔Ｄ、凸部６１の高さＨ及び凸部６１の側面６３の傾斜角θ₁を決定することが好ましい。ｎ電極４１が設けられている部分では、ｎ電極４１を第１媒質として上記式１及び上記式２が満たされるようにＤ、Ｈ及びθ₁を決定する。ｎ電極４１が設けられていない部分では、空気５１を第１媒質として上記式１及び上記式２が満たされるようにＤ、Ｈ及びθ₁を決定する。

なお、第２ｎ型窒化物半導体層２７と第１媒質との界面のうちｎ電極４１により被覆されている割合（ｎ電極４１の被覆率）が５０％よりも大きく、且つ、（ｎ電極４１の屈折率）＜（第２ｎ型窒化物半導体層２７の屈折率）である場合、ｎ電極４１を第１媒質として上記式１及び上記式２が満たされるようにＤ、Ｈ及びθ₁を決定することが好ましい。

また、第２ｎ型窒化物半導体層２７と第１媒質との界面の少なくとも一部を光取り出し面６０として機能させても良い。この場合、ｎ電極４１は反射電極であることが好ましい。

＜窒化物半導体発光素子の製造＞
上記第１の実施形態の（積層体の形成）に記載の方法にしたがって積層体を形成してから、ＲＩＥにより基板２１、バッファ層２３及び第１ｎ型窒化物半導体層２５を除去する。これにより、第２ｎ型窒化物半導体層２７が露出する。その後、上記第１の実施形態の（光取り出し面の形成）、（ｐ型ドーパントの活性化）及び（電極の形成）に記載の方法にしたがって窒化物半導体発光素子５２０を製造する。

［第７の実施形態］
図１３は、本発明の第７の実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。以下では、上記第６の実施形態とは異なる点を主に示す。

窒化物半導体発光素子６２０では、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質（空気５１）との界面の少なくとも一部も光取り出し面６０として機能する。つまり、第２ｐ型窒化物半導体層３７と第１媒質との界面の少なくとも一部には、凸部６１が複数形成されている。凸部６１のそれぞれは、第２ｐ型窒化物半導体層３７から第１媒質へ向かって突出している。更に、上記式１及び上記式２が満たされている。

このような窒化物半導体発光素子６２０では、量子井戸層からｎ型窒化物半導体層２９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部が第２ｎ型窒化物半導体層２７の下部から取り出され、量子井戸層からｐ型窒化物半導体層３９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部が第２ｐ型窒化物半導体層３７の上部から取り出される。このように量子井戸層からｐ型窒化物半導体層３９側へ向かって斜めに出射されたＥ｜｜ｃ偏光の少なくとも一部をも窒化物半導体発光素子６２０の外部へ取り出すことができるので、窒化物半導体発光素子６２０の光取り出し効率を窒化物半導体発光素子５２０の光取り出し効率よりも高めることができる。

なお、上記第２の実施形態に記載のｐ電極４３と凸部６１との位置関係等は本実施形態においても言える。

［実施形態の総括］
例えば図４に示す窒化物半導体発光素子２０は、発光層と、発光層とは異なる少なくとも１つの窒化物半導体層２７とを備える。発光層は、極性面を主面として有し、且つ、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）からなる。少なくとも１つの窒化物半導体層２７は、窒化物半導体結晶のｃ軸に対して平行な方向において窒化物半導体よりも低い屈折率を有する第１媒質に接しており、第１媒質との界面の少なくとも一部に光取り出し面６０を有する。光取り出し面６０には、光取り出し面６０を有する窒化物半導体層２７から第１媒質へ向かって突出する凸部６１が複数形成されている。下記式１及び下記式２が満たされている。下記式１及び下記式２において、Ｄは隣り合う凸部６１の間隔を表し、Ｈは凸部６１の高さを表し、θ₁は凸部６１の側面６３の傾斜角を表し、αはｃ軸に対して垂直な方向を中心としたＥ｜｜ｃ偏光の広がり角を表し、θ_tはＥ｜｜ｃ偏光の全反射角を表す。これにより、発光層のＡｌ組成が高い場合に窒化物半導体発光素子２０の光取り出し効率を高めることができる。
Ｄ≧Ｈ（１−ｔａｎθ₁×ｔａｎα）／ｔａｎα・・・式１
０＜θ₁＜θ_t・・・式２。

上記式１及び上記式２において、Ｄは２００μｍ以下であることが好ましい。上記式１及び上記式２において、０＜α≦４０°である場合には、θ₁は２０°以上４０°以下であり、Ｈは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。

凸部６１は、円錐形状を有することが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子２０の外部へ取り出される光の配向がｃ軸周りに全方位的となる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
実施例１では、図１に示す窒化物半導体発光素子を製造した。

（積層体の形成）
まず、水素雰囲気において、サファイア基板のＣ面に対して１２５０℃で１０分間、エッチングを行った。

次に、サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉に搬入して反応炉内のサセプタの上に配置した後、サファイア基板の温度を９００℃に降温した。水素をキャリアガスとして用い、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）及びアンモニアを原料ガスとして用いて、ＡｌＮバッファ層（厚さが３００ｎｍ）をサファイア基板のＣ面に成長させた。その後、サファイア基板の温度を１１７５℃に昇温してから、水素をキャリアガスとして用い、ＴＭＡ及びアンモニアを原料ガスとして用いて、ＡｌＮ層（厚さが５μｍ）をＡｌＮバッファ層の上面に成長させた。

続いて、水素をキャリアガスとして用い、ＴＭＡ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア及びシラン（水素で希釈されたシラン（４０ｐｐｍ））を原料ガスとして用いて、ｎ型ＡｌＧａＮ層（厚さが２μｍ）をＡｌＮ層の上面に成長させた。

続いて、水素をキャリアガスとして用い、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを原料ガスとして用いて、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ｎ層（厚さが１０ｎｍ、障壁層）とＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ｎ層（厚さが５ｎｍ、量子井戸層）とからなる多重量子井戸構造（活性層、３周期）をｎ型ＡｌＧａＮ層の上面に成長させた。

続いて、水素をキャリアガスとして用い、ＴＭＡ及びアンモニアを原料ガスとして用いて、ＡｌＮ層（厚さが１０ｎｍ、キャリアバリア層）を多重量子井戸構造の上面に成長させた。

続いて、水素をキャリアガスとして用い、ＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニア及びＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用いて、ｐ型Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ｎ層（厚さが１００ｎｍ）をＡｌＮ層の上面に成長させた。その後、ＴＭＡの供給を停止してから、ｐ型ＧａＮ層（厚さが５０ｎｍ）をｐ型Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ｎ層の上面に成長させた。このようにして積層体が得られた。

（基板の剥離）
得られた積層体をＭＯＣＶＤ装置から取り出した。積層体のサファイア基板の下面にＡｒＦエキシマレーザからのレーザ光を照射してサファイア基板を剥離した。

（光取り出し面の形成）
フォトリソグラフィーにより、ＳｉＯ₂からなるマスク（線幅が２μｍ、間隔が６０μｍ、ストライプ状）を剥離面（サファイア基板の剥離により生じた面）に形成した。このとき、マスクの長手方向をＡｌＮ層のｍ軸方向に対して平行とした。その後、ＲＩＥにより、Ｃｌ₂及びＳｉＣｌ₄を用いて、マスクが形成されていない部分を約２μｍの深さまでエッチングした。その後、ＨＦ系のエッチング液を用いてマスクを除去した。これにより、凸部（凸部の高さＨが約２μｍ、隣り合う凸部の間隔Ｄが約６０μｍ、凸部の側面の傾斜角θ₁が約２０°）が剥離面（光取り出し面）に形成された。

ＡｌＮ層と空気との界面が光取り出し面となる場合、全反射角θ_tは２４°となる（上述）。ここで、α＝１０°と仮定すると、上記式１からＤ≧１０．５μｍとなる。よって、本実施例では、上記式１を満たすこととなる。

（ｐ型ドーパントの活性化）
凸部が形成された積層体に対して、窒素と５ｐｐｍの酸素とを含む混合ガス雰囲気で、８５０℃で２分間、熱処理を行った。これにより、ｐ型ドーパントが活性化された。

（電極の形成）
フォトリソグラフィーにより電極パターン及びエッチングパターンを形成してから、ＲＩＥによりエッチングを行った。これにより、ｎ型ＡｌＧａＮ層の一部が露出した。

次に、露出したｎ型ＡｌＧａＮ層の表面にｎ電極を形成し、ｐ型ＧａＮ層の上面にｐ電極を形成した。その後、熱処理を行ってから、ダイシングを行ってチップに分割した。このようにして本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。

＜実施例２＞
サファイア基板のＣ面に凹部を形成してからそのＣ面に結晶成長を行うことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって、本実施例の窒化物半導体発光素子を製造した。

具体的には、フォトリソグラフィーにより、ＳｉＯ₂からなるマスク（線幅が６０μｍ、間隔が２μｍ、ストライプ状）をサファイア基板のＣ面に形成した。その後、ＲＩＥにより、Ｃｌ₂及びＳｉＣｌ₄を用いて、マスクが形成されていない部分を約２μｍの深さまでエッチングした。その後、ＨＦ系のエッチング液を用いてマスクを除去した。これにより、凹部（凹部の深さが約２μｍ、隣り合う凹部の間隔が約６０μｍ、凹部の側面の傾斜角が約４０°が剥離面（光取り出し面）に形成された。このようにして凹部がサファイア基板のＣ面に形成された。

次に、凹部が形成されたサファイア基板のＣ面にＡｌＮバッファ層を形成した。これにより、ＡｌＮバッファ層の下面には、凸部（凸部の高さＨが約２μｍ、隣り合う凸部の間隔Ｄが約６０μｍ、凸部の側面の傾斜角θ₁が約４０°）が形成された。

ＡｌＮ層とサファイア基板との界面が光取り出し面となる場合、全反射角θ_tは４７°となる（上述）。

＜実施例３＞
円錐形の凸部を形成したことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって、本実施例の窒化物半導体発光素子を製造した。具体的には、サファイア基板を剥離した後、フォトリソグラフィーにより、ＳｉＯ₂からなるマスク（直径が２μｍ、間隔が６０μｍ）を剥離面（サファイア基板の剥離により生じた面）に格子状に形成した。その後、上記実施例１に記載の方法にしたがってエッチングを行った。これにより、円錐形の凸部（凸部の高さＨが約２μｍ、隣り合う凸部の間隔Ｄが約６０μｍ、凸部の側面の傾斜角θ₁が約２０°）が剥離面（光取り出し面）に形成された。

＜比較例１＞
上記実施例１に記載の（光取り出し面の形成）を行うことなく窒化物半導体発光素子を製造したことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって、比較例１の窒化物半導体発光素子を製造した。

＜比較例２〜５＞
隣り合う凸部の間隔Ｄ、凸部の高さＨ及び凸部の側面の傾斜角θ₁が表１に示す値となるように凸部を光取り出し面に形成したことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって、比較例２〜５の窒化物半導体発光素子を製造した。

（考察）
実施例１〜３及び比較例１〜５の窒化物半導体発光素子に対して光取り出し効率を測定した。その結果を表１に示す。

表１において、「Ｄ（μｍ）」は隣り合う凸部の間隔を表し、「Ｈ（μｍ）」は凸部の高さを表し、「θ₁（°）」は凸部の側面の傾斜角を表し、「θ_t（°）」はＥ｜｜ｃ偏光の全反射角を表す。「式１におけるＤの下限値（μｍ）」は、Ｈとθ₁とα（α＝５°）とを上記式１に代入することにより算出されたＤの下限値を表す。

表１に示すように、実施例１〜３では比較例１よりも光取り出し効率が高かった。その理由としては、実施例１〜３では光取り出し面が形成されているのに対し、比較例１では光取り出し面が形成されていないことが考えられる。

実施例１〜３では比較例２〜５よりも光取り出し効率が高かった。その理由としては、実施例１〜３では上記式１及び上記式２が満たされているのに対し、比較例２〜５では上記式１及び上記式２が満たされていないことが考えられる。

実施例２では実施例１よりも光取り出し効率が高かった。その理由としては、実施例２では、第１媒質がサファイア基板であるので、広がり角αのより大きなＥ｜｜ｃ偏光が窒化物半導体発光素子の外部へ取り出されたことが考えられる。

実施例３では実施例１よりも光取り出し効率が高かった。その理由としては、実施例３では、凸部が円錐形であるので、ｃ軸周りに全方位に放射したＥ｜｜ｃ偏光が窒化物半導体発光素子の外部へ取り出されたことが考えられる。

今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，２９ ｎ型窒化物半導体層、１Ａ 下面、３ 量子井戸層、５，３９ ｐ型窒化物半導体層、５Ｂ 上面、２０，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０ 窒化物半導体発光素子、２１ 基板、２３ バッファ層、２５ 第１ｎ型窒化物半導体層、２６ 第３窒化物半導体層、２７ 第２ｎ型窒化物半導体層、３１ 活性層、３３ キャリアバリア層、３５ 第１ｐ型窒化物半導体層、３７ 第２ｐ型窒化物半導体層、４１ ｎ電極、４３ ｐ電極、４５ マスク、５１ 空気、６０ 光取り出し面、６１ 凸部、６３ 側面、６５ 平坦部。

Claims (4)

1. 発光層と、前記発光層とは異なる少なくとも１つの窒化物半導体層とを備えた窒化物半導体発光素子であって、
   前記発光層は、極性面を主面として有し、且つ、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）からなり、
   前記少なくとも１つの窒化物半導体層は、窒化物半導体結晶のｃ軸に対して平行な方向において前記窒化物半導体よりも低い屈折率を有する第１媒質に接しており、前記第１媒質との界面の少なくとも一部に光取り出し面を有し、
   前記光取り出し面には、前記光取り出し面を有する窒化物半導体層から前記第１媒質へ向かって突出する凸部が複数形成されており、
   下記式１及び下記式２が満たされている窒化物半導体発光素子。
   Ｄ≧Ｈ（１−ｔａｎθ₁×ｔａｎα）／ｔａｎα・・・式１
   ０＜θ₁＜θ_t・・・式２
   上記式１及び上記式２において、Ｄは隣り合う前記凸部の間隔を表し、Ｈは前記凸部の高さを表し、θ₁は前記凸部の側面の傾斜角を表し、αは前記ｃ軸に対して垂直な方向を中心としたＥ｜｜ｃ偏光の広がり角を表し、θ_tは前記Ｅ｜｜ｃ偏光の全反射角を表す。
2. 上記式１においてＤは２００μｍ以下である請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 上記式１及び上記式２において、０＜α≦４０°である場合には、θ₁は２０°以上４０°以下であり、Ｈは０．１μｍ以上１０μｍ以下である請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 前記凸部は円錐形状を有する請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。