JPWO2013111542A1 - 窒化物半導体発光装置 - Google Patents

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彰 井上
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正樹 藤金
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俊哉 横川
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Abstract

本願に開示された窒化物半導体発光装置は、偏光光を出射し、非極性面または半極性面を成長面に有する活性層を有する窒化物半導体発光チップと、前記活性層からの光を透過する透光性カバーと、を備えた窒化物半導体発光装置であって、前記透光性カバーは、前記窒化物半導体発光チップの側方の領域のうち、前記偏光光の偏光方向に垂直な方向に配置された第１の透光性部材と、前記窒化物半導体発光チップの上方の領域に配置された第２の透光性部材とを有し、前記第１の透光性部材における光の拡散透過率は、前記第２の透光性部材における光の拡散透過率よりも高い。

Description

本発明は、非極性面又は半極性面を成長面に有する窒化物半導体活性層を含む半導体発光チップを備えた窒化物半導体発光装置に関する。
Ｖ族元素に窒素（Ｎ）を含む窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素子の材料として有望視されている。なかでも、窒化ガリウム系化合物半導体の研究が盛んに行われており、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色発光ダイオード（ＬＥＤ）素子及び緑色ＬＥＤ素子、並びに青色半導体レーザ素子も実用化されている。
窒化ガリウム系化合物半導体は、ガリウム（Ｇａ）の一部を、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）の少なくとも一方で置換した化合物半導体を含む。このような窒化物半導体は、一般式ＡｌxＧａyＩｎzＮ（但し、０≦ｘ，ｚ＜１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）で表される。以下、窒化ガリウム系化合物半導体をＧａＮ系半導体と呼ぶ。
ＧａＮ系半導体は、ＧａをＡｌやＩｎで置換することにより、そのバンドギャップをＧａＮのバンドギャップよりも大きくすることも小さくすることも可能である。これにより、青色又は緑色等の短波長の光のみならず、オレンジ色又は赤色等の長波長の光を発光させることも可能となる。このような特徴から、窒化物半導体発光素子は、画像表示装置及び照明装置等に応用することも期待されている。
窒化物半導体はウルツ鉱型結晶構造を有している。図１（ａ）、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、ウルツ鉱型結晶構造の面方位を４指数表記（六方晶指数）で表している。４指数表記では、ａ1、ａ2、ａ3及びｃで表される基本ベクトルを用いて結晶面及びその面方位が表される。基本ベクトルｃは、［０００１］方向に延びており、この方向の軸は「ｃ軸」と呼ばれる。ｃ軸に垂直な面（ｐｌａｎｅ）は「ｃ面」又は「（０００１）面」と呼ばれる。図１（ａ）には、ｃ面の他に、ａ面「＝（１１−２０）面」及びｍ面「＝（１−１００）面」を示している。また、図１（ｂ）には、ｒ面「＝（１−１０２）面」を示し、図１（ｃ）には、（１１−２２）面を示している。なお、本明細書においては、ミラー指数を表すカッコ内の数字の左側に付された符号「−」は、その指数の反転を便宜的に表している。
図２（ａ）はＧａＮ系半導体の結晶構造を棒球モデルで表している。図２（ｂ）はｍ面表面付近の原子配列をａ軸方向から観察した棒球モデルである。ｍ面は、図２（ｂ）の紙面に垂直である。図２（ｃ）は、＋ｃ面表面の原子配列をｍ軸方向から観察した棒球モデルである。ｃ面は、図２（ｃ）の紙面に垂直である。図２（ａ）及び図２（ｂ）から分かるように、ｍ面に平行な平面上にＮ原子及びＧａ原子が位置している。これに対して、ｃ面では、図２（ａ）及び図２（ｃ）から分かるように、Ｇａ原子のみが配置される層と、Ｎ原子のみが配置される層とが形成される。
従来から、ＧａＮ系半導体を用いて半導体素子を作製する場合は、窒化物半導体結晶を成長させる基板として、ｃ面基板すなわち（０００１）面を主面とする基板が用いられている。この場合、Ｇａ原子及びＮ原子の配置に起因して、窒化物半導体にはｃ軸方向に自発的な分極（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が形成される。このため、「ｃ面」は「極性面」とも呼ばれる。分極の結果、窒化物半導体発光素子の発光層を構成するＩｎＧａＮからなる量子井戸層には、ｃ軸方向に沿ってピエゾ電界が発生する。発生したピエゾ電界により、発光層内における電子及びホールの分布に位置ずれが生じ、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果によって、発光層の内部量子効率が低下するという問題がある。この発光層における内部量子効率の低下を抑制するため、（０００１）面に形成される発光層の厚さは３ｎｍ以下となるように設計されている。
さらに近年、非極性面と呼ばれるｍ面若しくはａ面、又は半極性面と呼ばれる−ｒ面若しくは（１１−２２）面を主面とする基板を用いて、発光素子を作製することが検討されている。図１に示すように、ウルツ鉱型結晶構造におけるｍ面はｃ軸に平行であり、ｃ面と直交する６つの等価な面である。例えば、図１において［１−１００］方向に垂直な（１−１００）面がｍ面に該当する。（１−１００）面と等価な他のｍ面には、（−１０１０）面、（１０−１０）面、（−１１００）面、（０１−１０）面及び（０−１１０）面がある。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ｍ面においては、Ｇａ原子及びＮ原子は同一原子面上に存在するため、ｍ面に垂直な方向に分極は発生しない。このため、ｍ面を成長面とする半導体積層構造を用いて発光素子を作製すれば、発光層にピエゾ電界が発生せず、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果による内部量子効率の低下という問題を解決することができる。このことは、ｍ面以外の非極性面であるａ面でも同様であり、また、半極性面と呼ばれる−ｒ面又は（１１−２２）面でも類似の効果を得ることができる。
ｍ面若しくはａ面、又は−ｒ面若しくは（１１−２２）面を成長面とする活性層を有する窒化物半導体発光素子は、その価電子帯の構造に由来した偏光特性を有している。
例えば、特許文献１には、パッケージから出射される光のチップ配置面の面内の方位角の違いによる強度の差を低減するために、主面を有する発光層を含む発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップが配置されるチップ配置面を有するパッケージとを備え、発光層の主面から出射される光は、発光層の主面の面内の方位角に依存して複数の異なる発光強度を有し、発光ダイオードチップ及びパッケージの少なくとも一方は、パッケージから出射される光のチップ配置面１２ａの面内の方位角の違いによる強度の差を低減する構造を有する発光ダイオード装置が開示されている。
また、特許文献２には、光の取出し効率を高めるために、光反射性材料を含有する被覆部材と、発光側表面と被覆部材の表面に対向する光透過部材と、被覆部材に一部が埋め込まれた光源部として、発光素子と、発光素子に励起される波長変換部材を備える発光装置が開示されている。
また、特許文献３のＬＥＤ装置は、ＬＥＤチップおよびそのＬＥＤチップを収納するパッケージを備える。ＬＥＤチップにおいては、発光層の主面面内の方位角に関する発光強度の異方性が生じる。ＬＥＤチップからの発光強度の大きい方位角を含む所定の角度範囲を有する領域に、樹脂モールドの高濃度部が配置され、ＬＥＤチップ１０からの発光強度の小さい方位角を含む所定の角度範囲を有する領域に、樹脂モールドの低濃度部が配置されている。
特開２００８−１０９０９８号公報 特開２０１０−２３８８４６号公報 特開２００９−１２３８０３号公報
しかしながら、上述した従来の技術では、出射光の配光特性をより適切に制御したり、色むらを低減することが求められていた。本願の、限定的ではない例示的なある実施形態は、配光特性のより適切な制御および色むらの低減の少なくとも一方を実現し得る窒化物半導体発光装置を提供する。
本願の実施の形態に係る窒化物半導体発光装置は、偏光光を出射し、非極性面または半極性面を成長面に有する活性層を有する窒化物半導体発光チップと、前記活性層からの光を透過する透光性カバーと、を備えた窒化物半導体発光装置であって、前記透光性カバーは、前記窒化物半導体発光チップの側方の領域のうち、前記偏光光の偏光方向に垂直な方向に配置された第１の透光性部材と、前記窒化物半導体発光チップの上方の領域に配置された第２の透光性部材と、を有し、前記第１の透光性部材における光の拡散透過率は、前記第２の透光性部材における光の拡散透過率よりも高い。
他の実施の形態に係る半導体発光装置は、偏光光を出射し、非極性面または半極性面を成長面に有する活性層を有する窒化物半導体発光チップと、前記窒化物半導体発光チップの側方の領域のうち、前記偏光光の偏光方向に垂直な方向に配置され、前記活性層からの光を透過する第１の透光性部材と、を備えた窒化物半導体発光装置であって、前記第１の透光性部材は、透光性基材と複数の粒子とを含み、前記粒子は前記透光性基材とは異なる屈折率を有し、前記第１の透光性部材は、０．２重量％以上１５重量％以下の前記複数の粒子を含む。
他の実施の形態に係る窒化物半導体発光装置は、成長面が非極性面または半極性面であり、偏光光を出射する活性層を含む窒化物半導体発光チップであって、前記活性層の前記成長面と非垂直であり、前記偏光光が外部へ出射する第１の光取り出し面と、前記偏光光の偏光方向と非垂直であり、前記偏光光が外部へ出射する第２の光取り出し面とを有する窒化物半導体発光チップと、前記第１の光取り出し面を覆っており、前記外部へ出射した前記偏光光の波長を変換する波長変換部材と、基材および前記基材と異なる屈折率を有し、前記基材に分散された粒子を含む第１の透光性部材であって、前記第２の光取り出し面の少なくとも一部を覆い、前記外部へ出射した前記偏光光を拡散透過する第１の透光性部材とを備える。
他の実施の形態に係る窒化物半導体発光装置は、成長面が非極性面または半極性面であり、偏光光を出射する活性層を含む窒化物半導体発光チップであって、前記活性層の前記成長面と非垂直であり、前記偏光光が外部へ出射する第１の光取り出し面と、前記偏光光の偏光方向と非平行であり、前記偏光光が外部へ出射する第２の光取り出し面とを有する窒化物半導体発光チップと、前記第１の光取り出し面から出射した前記偏光光が入射するように配置され、前記外部へ出射した前記偏光光の波長を変換する波長変換部材と、前記第２の光取り出し面の少なくとも一部から出射し前記偏光光が入射するように配置され、前記外部へ出射した前記偏光光を透過する第１の透光性部材と前記第１の透光性部材よりも小さい拡散透過率を有し、前記波長変換部材を透過した光が入射するように配置され、前記外部へ出射した前記偏光光を拡散透過する第２の透光性部材とを備える。
本発明の一態様にかかる窒化物半導体発光装置によると、配光特性をより適切に制御したり、または、色むらを低減したりすることができる。
図１（ａ）はウルツ鉱型結晶構造の基本ベクトルａ1、ａ2、ａ3及びｃと、ａ面、ｃ面及びｍ面とを示す斜視図である。図１（ｂ）はウルツ鉱型結晶構造のｒ面を示す斜視図である。図１（ｃ）はウルツ鉱型結晶構造の（１１−２２）面を示す斜視図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）はＧａＮ系半導体の結晶構造を棒球モデルで示した図である。 図３（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。 図４（ａ）は第１の実施形態の第１変形例に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。図４（ｃ）は第１の実施形態の他の変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図５は第１の実施形態の第２変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図６は第１の実施形態の第３変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図７は第１の実施形態の第４変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図８は第１の実施形態の第５変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図９は第１の実施形態の第６変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図１０は第１の実施形態の第７変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図１１は第１の実施形態の第８変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図１２（ａ）は第１の実施形態の第９変形例に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。 図１３（ａ）は第１の実施形態の第１０変形例に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。 図１４（ａ）は第２の実施形態に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。図１４（ｃ）は第２の実施形態の第１変形例に係る半導体発光装置の断面図である。図１４（ｄ）は第２の実施形態の第２変形例に係る半導体発光装置の断面図である。図１４（ｅ）は第２の実施形態の第３変形例に係る半導体発光装置の断面図である。図１４（ｆ）は第２の実施形態の第４変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図１５（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。 図１６（ａ）は第３の実施形態の第１変形例に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。図１６（ｃ）は、第３の実施形態の他の変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図１７は第３の実施形態の第２変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図１８は第３の実施形態の第３変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図１９は第３の実施形態の第４変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図２０は第３の実施形態の第５変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図２１は第３の実施形態の第６変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図２２は第３の実施形態の第７変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図２３は第３の実施形態の第８変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図２４（ａ）は第３の実施形態の第９変形例に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。 図２５（ａ）は第３の実施形態の第１０変形例に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図２５（ｂ）は図２５（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。 図２６（ａ）は第４の実施形態に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。２６（ｂ）は図２６（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。図２６（ｃ）は第４の実施形態の第１変形例に係る半導体発光装置の断面図である。図２６（ｄ）は第４の実施形態の第２変形例に係る半導体発光装置の断面図である。図２６（ｅ）は第４の実施形態の第３変形例に係る半導体発光装置の断面図である。図２６（ｆ）は第４の実施形態の第４変形例に係る半導体発光装置の断面図である。 図２７（ａ）は、ａ軸方向の配光分布特性の測定系を示す模式図である。図２７（ｂ）は、ｃ軸方向の配光分布特性の測定系を示す模式図である。 半導体発光チップ１００のａ軸方向とｃ軸方向との放射角と発光波長との関係を示すグラフである。 図２９は、５種類のサンプルに関して、第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合と、最大非対称度、平均非対称度の関係とを示したグラフである。 図３０は偏光度の測定系を示す模式図である。 図３１は半導体発光装置の規格化した偏光度を表す図である。 図３２（ａ）から（ｅ）は酸化チタン（ＴｉＯ2）の粒子濃度を、０．０重量％、０．２重量％、０．４重量％、０．７重量％、１５．０重量％とした半導体発光素子のａ軸方向およびｃ軸方向の配光分布特性の測定結果を示したグラフである。 図３３はａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性の対称性を数値化したグラフである。 図３４は粒子濃度と偏光度の関係示したグラフである。 図３５（ａ）から（ｆ）は酸化チタン（ＴｉＯ2）の粒子濃度を、０．０重量％、０．２重量％、０．４重量％、０．７重量％、１．０重量％、３．０重量％とした半導体発光素子のａ軸方向およびｃ軸方向の配光分布特性の測定結果を示したグラフである。 図３６はａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性の対称性を数値化したグラフである。 図３７は粒子濃度と偏光度の関係示したグラフである。 図３８は粒子濃度と光出力の低下量の関係を示したグラフである。 図３９（ａ）、（ｂ）は、粒子濃度が０．０重量％の半導体発光装置と粒子濃度が１．０重量％の半導体発光装置の上面顕微鏡写真を示した図である。 図４０は半導体発光チップ１００の第１の光取り出し面に形成された凹凸部の断面ＳＥＭ像である。 図４１はａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性の対称性を数値化したグラフである。 図４２は粒子濃度と偏光度の関係を示したグラフである。 図４３は粒子濃度と光出力の低下量の関係を示したグラフである。 図４４（ａ）から（ｄ）は、第４実施例における半導体発光素子の、ａ軸方向およびｃ軸方向の配光分布特性の測定結果を示す図である。 図４５は、第４実施例における半導体発光素子の、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示す図である。 図４６は、第５実施例における半導体発光素子の、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示す図である。 図４７は、第６実施例における半導体発光素子の、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示す図である。 図４８は、第１比較例における半導体発光素子の、ａ軸方向およびｍ軸方向の配光分布特性の測定結果を示す図である。 図４９（ａ）から（ｄ）は、それぞれ第７実施例であって、第１透光性部材の粒子濃度が、０．０、０．４、１．０、３．０重量％である半導体発光装置の、ａ軸方向の配光分布特性およびｃ軸方向の配光分布特性の測定結果を示す図である。 図５０は、第７実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示す図である。 図５１（ａ）から（ｄ）はそれぞれ第７の実施例であって、第１の透光性部材の粒子濃度が、０．０、０．４、１．０、３．０重量％である半導体発光装置の、法線方向（ｍ軸方向）からの角度とａ軸方向の発光波長およびｃ軸方向の発光波長の測定結果を示す図である。 図５２は、第７実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と最大発光波長差の関係を示す図である。 図５３（ａ）から（ｄ）はそれぞれ第７実施例であって、第１の透光性部材の粒子濃度が、０．０、０．４、１．０、３．０重量％である半導体発光装置の、法線方向（ｍ軸方向）からの角度と、ａ軸方向とｃ軸方向の演色評価指数の差の関係を示す図である。 図５４は、第８実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示す図である。 図５５は、第８実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と最大発光波長差の関係を示す図である。 図５６は、第８実施例における半導体発光装置の、法線方向（ｍ軸方向）からの角度と、ａ軸方向とｃ軸方向の演色評価指数の差の関係を示す図である。 図５７は、第９実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示す図である。 図５８は、第９実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と最大発光波長差の関係を示す図である。 図５９は、第９実施例における半導体発光装置の、法線方向（ｍ軸方向）からの角度と、ａ軸方向と[−１０１−４]軸方向の演色評価指数の差の関係を示す図である。 図６０は、第１０実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示す図である。 図６１は、第１０実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と最大発光波長差の関係を示す図である。 図６２は、第１０実施例における半導体発光装置の、法線方向（ｍ軸方向）からの角度と、ａ軸方向とｃ軸方向の演色評価指数の差の関係を示す図である。 図６３は、第１１実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示す図である。 図６４は、第１１実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と最大発光波長差の関係を示す図である。 図６５は、第１１実施例における半導体発光装置の、粒子濃度と光出力の低下量の関係を示す図である。 図６６（ａ）から（ｃ）は、比較例による窒化物半導体発光装置の各特性（配光分布特性、波長特性、ΔＣＲＩ）を測定する際の、結晶軸と測定方向との関係を示す図である。 図６７（ａ）から（ｃ）は、従来のｃ面を主面とする窒化物半導体発光装置の配光分布特性、波長特性、Δλ特性を示す図である。 図６８（ａ）から（ｃ）は、従来のｍ面を主面とする窒化物半導体発光装置の配光分布特性、波長特性、Δλ特性を示す図である。 図６９（ａ）から（ｃ）は、従来の（２０−２−１）面を主面とする窒化物半導体発光装置の配光分布特性、波長特性、Δλ特性を示す図である。
ｍ面を成長面とする窒化物半導体活性層は、主としてａ軸方向に電界強度が偏った光を出射する。発光素子が偏光特性を有する場合は、偏光方向と垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すことが理論的に予測される。すなわち、発光素子の放射パターン（配光分布）が不均一となる。また、−ｒ面、（２０−２１）、（２０−２−１）、（１０−１−３）及び（１１−２２）面等の半極性面、並びにａ面等の他の非極性面においても窒化物半導体の特定の結晶方向に電界強度が偏った光を出射し、偏光方向と垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すことが理論的に予測される。
ａ面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、ｍ軸であることが知られている。従って、ｍ軸に垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すと予測される。
半極性面である（２０−２−１）面及び（２０−２１）面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、〔−１２−１０〕方向であることが知られている。従って、〔−１２−１０〕方向に垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すと予測される。
半極性面である（１０−１−３）面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が大きい場合には〔−１２−１０〕方向であり、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が小さい場合には〔１１−２３〕方向であることが知られている。従って、活性層のＩｎの組成が大きい場合には〔−１２−１０〕方向に垂直な方向に対して発光強度が大きくなり、活性層のＩｎの組成が小さい場合には〔１１−２３〕方向に垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すと予測される。
半極性面である（１１−２２）面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が大きい場合にはｍ軸方向であり、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が小さい場合には〔−１−１２３〕方向であることが知られている。従って、活性層のＩｎの組成が大きい場合には、ｍ軸に垂直な方向に対して発光強度が大きくなり、活性層のＩｎの組成が小さい場合には、〔−１−１２３〕方向に垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すと予測される。
本明細書においては、特定の方向に電界強度が偏った光を「偏光光（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ）」と称する。例えばＸ軸方向に電界強度が偏った光を「Ｘ軸方向の偏光光」と称し、このときのＸ軸方向を「偏光方向」と称する。なお、「Ｘ軸方向の偏光光」とは、Ｘ軸方向に偏光した直線偏光光のみを意味するものではなく、他の軸方向に偏光した直線偏光光を含んでいてもよい。より詳細には、「Ｘ軸方向の偏光光」とは、「Ｘ軸方向に偏光透過軸を有する偏光子」を透過する光の強度（電界強度）が「他の軸方向に偏光透過軸を有する偏光子」を透過する光の電界強度よりも高くなる光を意味する。従って、「Ｘ軸方向の偏光光」は、Ｘ軸方向に偏光した直線偏光光及び楕円偏光光のみならず、種々の方向に偏光した直線偏光光及び楕円偏光光が混在した非コヒーレント光を広く含む。
偏光子の偏光透過軸を光軸の周りに回転させたとき、その偏光子を透過する光の電界強度が最も強くなるときの強度をＩｍａｘとし、電界強度が最も弱くなるときの強度をＩｍｉｎとするとき、偏光度は、以下の式（Ａ）で定義される。
式（Ａ）
偏光度＝｜Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ｜／｜Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ｜
「Ｘ軸方向の偏光光」の場合は、偏光子の偏光透過軸がＸ軸に平行なとき、その偏光子を透過する光の電界強度がＩｍａｘとなり、偏光子の偏光透過軸がＹ軸に平行なとき、その偏光子を透過する光の電界強度がＩｍｉｎとなる。完全な直線偏光光では、Ｉｍｉｎ＝０となるため、偏光度は１に等しくなる。一方、完全な非偏光光では、Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ＝０となるため、偏光度は０に等しくなる。
ｍ面を成長面とする活性層を有する窒化物半導体発光素子は、上述のように、主としてａ軸方向の偏光光を出射する。このとき、ｃ軸方向の偏光光及びｍ軸方向の偏光光も出射される。しかしながら、ｃ軸方向の偏光光及びｍ軸方向の偏光光は、ａ軸方向の偏光光と比べてその強度が弱い。
本明細書においては、ｍ面を成長面とする活性層を例に挙げ、ａ軸方向の偏光光に着目して議論するが、−ｒ面、（２０−２１）、（２０−２−１）、（１０−１−３）、（１１−２２）面などの半極性面、およびａ面などの他の非極性面でも特定の結晶方向の偏光光について同様のことが言える。つまり、活性層の成長面が半極性面または非極性面であればよい。
本発明において、「ｍ面」とは、ｍ面に対して完全に平行な面のみだけでなく、ｍ面から±５°程度以下の角度だけ傾斜した面をも含む。ｍ面から僅かに傾斜する程度では、自発分極の影響は極めて小さい。一方、結晶成長技術において、結晶方位が所望の方位と厳密に一致した基板から僅かに傾斜した基板上の方が半導体層をエピタキシャル成長させやすい場合がある。従って、自発分極の影響を十分に抑制しながら、エピタキシャル成長する半導体層の結晶の品質を向上させたり、結晶成長速度を高めたりするために結晶面を僅かに傾斜させることが有用な場合もある。
また、「ａ面」、「（２０−２１）面」、「（２０−２−１）面」、「（１０−１−３）面」、「−ｒ面」及び「（１１−２２）面」についても同様のことがいえるので、本明細書において、「ａ面」、「（２０−２１）面」、「（２０−２−１）面」、「（１０−１−３）面」、「−ｒ面」及び「（１１−２２）面」とは、ａ面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面、−ｒ面、及び（１１−２２）面に対して完全に平行な面のみだけでなく、ａ面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面、−ｒ面、及び（１１−２２）面から、±５°程度以下の角度だけ傾斜した面をも含む。
窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体発光チップと透明光性カバーとを備える。透明光性カバーは、封止部材と呼ばれる場合がある。窒化物半導体発光装置は、実装基板上に配置される。実装基板は、パッケージと呼ばれる場合がある。実装基板のうち半導体発光チップが保持される面を実装面と呼ぶ。
従来、偏光特性を有する半導体発光チップと封止部材の材質や配置箇所の関係は明らかにされていなかった。上記の特許文献１には、光の配光特性の非対称性を改善する目的で、半導体発光チップの配置方法、実装面及びリフレクタの表面の形状が記載されているが、封止部材の材質や配置箇所の詳細が記載されていない。
上記の特許文献２の発明は、光取り出しを高める目的で、半導体発光チップの側面部分を、光反射性材料を含有する被覆部材で被覆しているが、パッケージから放射される光の配光特性の非対称性に関してはなんら考慮されていない。この光反射性材料を含有する被覆部材は、光を反射させる目的で使用されている。
また、非極性面又は半極性面を成長面とする窒化物半導体活性層が偏光を有するメカニズムは、価電子帯の３重縮退が解け、最上部の価電子帯バンド（第１バンド）が優先的に発光することに起因している。これによって、非極性面又は半極性面を成長面とする窒化物半導体活性層は、ｃ軸に垂直な方向に強く偏光した光を有する。実際の窒化物半導体発光装置では、第１バンドに起因した発光（発光波長をλ１）、第２バンドに起因した発光（発光波長をλ２）、第３バンドに起因した発光（発光波長をλ３）が同時に起きると考えられる。ここで、各バンドの発光波長の関係は、
λ１＞λ２＞λ３
である。偏光度は、第１バンドと第２バンドとのバンドギャップ差に強く依存している。
本願発明者らは、活性層で発光した異なる波長の光が、窒化物半導体発光チップからどのように外部に取り出されるかによって、出射方向に対して発光波長が異なる（出射方向による発光波長の異方性）という新たな課題を見出した。
波長変換部材を用いて色変換を行う半導体発光装置の波長スペクトルは、活性層の発光に起因する励起波長スペクトルと、波長変換部材によって色変換されたスペクトルとの合成スペクトルである。従って、励起波長スペクトルが、出射方向による発光強度の異方性と、出射方向による発光波長の異方性を有している場合、色変換後の発光スペクトルを制御することは極めて困難である。
従来のｃ面（極性面）上に形成された窒化物半導体発光素子では、出射方向による発光強度の異方性および出射方向による発光波長の異方性という課題が存在しなかった。
しかしながら、非極性面もしくは半極性面上に形成された発光層を有する窒化物半導体発光素子に波長変換部材を用いて色変換を行う場合には、出射方向による発光強度の異方性に加え、出射方向による発光波長の異方性の、２つを考慮する必要があることが明らかになった。
窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体からなる半導体発光チップと実装基板と封止部材を備える。実装基板は、パッケージと呼ばれる場合がある。実装基板のうち半導体発光チップが保持される面を実装面と呼ぶ。従来、偏光特性を有する半導体発光チップを用いた半導体発光装置において、封止部材の材質や配置箇所、波長変換部材の配置箇所の関係は明らかにされていなかった。
例えば、特許文献３は、出射方向による発光波長の異方性を考慮していない。また、特許文献２は、出射方向に関する発光強度の異方性を考慮していない。さらに、出射方向による発光波長の異方性を考慮していない。光反射性材料を含有する被覆部材は、光を反射させる目的で使用されている。
本願発明者らはこのような課題に鑑み、出射光の配光特性の適切な制御および出射方向による発光波長の異方性の低減の少なくとも一方を実現し得る新規な半導体発光装置を想到した。本発明の一態様の概要は以下のとおりである。
本発明の一態様である窒化物半導体発光装置は、偏光光を出射し、非極性面または半極性面を成長面に有する活性層を有する窒化物半導体発光チップと、前記活性層からの光を透過する透光性カバーと、を備えた窒化物半導体発光装置であって、前記透光性カバーは、前記窒化物半導体発光チップの側方の領域のうち、前記偏光光の偏光方向に垂直な方向に配置された第１の透光性部材と、前記窒化物半導体発光チップの上方の領域に配置された第２の透光性部材とを有し、前記第１の透光性部材における光の拡散透過率は、前記第２の透光性部材における光の拡散透過率よりも高い。
前記第１の透光性部材は、透光性部材と、前記透光性部材とは異なる屈折率を有する材料から形成されている複数の粒子とを含んでいてもよい。
前記第１の透光性部材は、０．２重量％以上１５重量％以下の前記複数の粒子を含んでいてもよい。
本発明の他の一態様である窒化物半導体発光装置は、偏光光を出射し、非極性面または半極性面を成長面に有する活性層を有する窒化物半導体発光チップと、前記窒化物半導体発光チップの側方の領域のうち、前記偏光光の偏光方向に垂直な方向に配置され、前記活性層からの光を透過する第１の透光性部材と、を備えた窒化物半導体発光装置であって、前記第１の透光性部材は、透光性基材と複数の粒子とを含み、前記粒子は前記透光性基材とは異なる屈折率を有し、前記第１の透光性部材は、０．２重量％以上１５重量％以下の前記複数の粒子を含む。
前記成長面と平行な平面視において、前記偏光方向に短軸を有し、前記偏光方向に対して垂直な方向に長軸を有し、前記窒化物半導体発光チップの重心を中心とする楕円形を定義し、前記長軸の長半径を下記（式１）によって表されるαとし、前記短軸の短半径を、下記（式２）によって表されるβとし、前記第１の透光性部材の吸収係数をＡ[ｃｍ-1]、前記窒化物半導体発光チップの１辺の長さをＬとした場合、前記第１の透光性部材のうち少なくとも前記楕円形の内部に位置する部分には、前記複数の粒子が存在していてもよい。
α ＝ ２．３／Ａ ＋ Ｌ／２・・・・（式１）
β ＝ α／２ ＝ （２．３／Ａ ＋ Ｌ／２）／２・・・・（式２）
前記複数の粒子の重量濃度は０．２重量％以上３．０重量％以下であってもよい。
前記複数の粒子の重量濃度は０．７重量％以上３．０重量％以下であってもよい。
前記複数の粒子の平均粒径は、１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であってもよい。
前記複数の粒子は、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮを含む群から選択した少なくとも１種の材料から形成されていてもよい。
前記窒化物半導体発光チップは、上面である第１の光取り出し面と、側面であって、前記偏光光の偏光方向に平行な第２の光取り出し面とを備え、前記第２の光取り出し面は、前記第１の透光性部材と接しているか、または他の部材もしくは空間を介して前記第１の透光性部材に面していてもい。
前記第１の光取出し面の面積に対して、前記第２の光取出し面の面積が占める割合は４０％以上であってもよい。
前記第１の光取り出し面には複数の凹凸が形成されていてもよい。
前記複数の凹凸は、半球形状の凸部または凹部から構成されていてもよい。
前記複数の凹凸は、前記成長面と平行な平面視においてストライプ形状の凸部または凹部から構成されていてもよい。
前記ストライプ形状の延伸方向が前記活性層の偏光方向となす角度は、０度以上５度未満であってもよい。
前記ストライプ形状の延伸方向が前記活性層の偏光方向となす角度は、５度以上９０度以下であってもよい。
前記第２の光取り出し面から出射した光のうち５０％以上が、前記第１の透光性部材に入射してもよい。
本発明の他の一態様である窒化物半導体発光装置は、成長面が非極性面または半極性面であり、偏光光を出射する活性層を含む窒化物半導体発光チップであって、前記活性層の前記成長面と非垂直であり、前記偏光光が外部へ出射する第１の光取り出し面と、前記偏光光の偏光方向と非垂直であり、前記偏光光が外部へ出射する第２の光取り出し面とを有する窒化物半導体発光チップと、前記第１の光取り出し面を覆っており、前記外部へ出射した前記偏光光の波長を変換する波長変換部材と、基材および前記基材と異なる屈折率を有し、前記基材に分散された粒子を含む第１の透光性部材であって、前記第２の光取り出し面の少なくとも一部を覆い、前記外部へ出射した前記偏光光を拡散透過する第１の透光性部材とを備える。
前記第１の透光性部材は、前記第１の光取り出し面を覆っていなくてもよい。
前記波長変換部材の前記半導体発光チップと対向する面と反対の面全体を覆う、第２の透光性部材をさらに備えていてもよい。
前記第１の透光性部材は、前記粒子を０．２重量％以上１５．０重量％以下の割合で含んでいてもよい。
前記第１の透光性部材は、前記粒子を０．７重量％以上３．０重量％以下の割合で含んでいてもよい。
前記第１の透光性部材は前記粒子を０．０４７ｖｏｌ％以上０．７０４ｖｏｌ％以下の割合で含んでいてもよい。
前記第１の透光性部材は前記粒子を０．１６４ｖｏｌ％以上０．７０４ｖｏｌ％以下の割合で含んでいてもよい。
前記粒子の平均粒径は、１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であってもよい。
前記粒子は、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮからなる群から選ばれる少なくとも１種によって構成されていてもよい。
本発明の他の一態様である窒化物半導体発光装置は、成長面が非極性面または半極性面であり、偏光光を出射する活性層を含む窒化物半導体発光チップであって、前記活性層の前記成長面と非垂直であり、前記偏光光が外部へ出射する第１の光取り出し面と、前記偏光光の偏光方向と非平行であり、前記偏光光が外部へ出射する第２の光取り出し面とを有する窒化物半導体発光チップと、前記第１の光取り出し面から出射した前記偏光光が入射するように配置され、前記外部へ出射した前記偏光光の波長を変換する波長変換部材と、前記第２の光取り出し面の少なくとも一部から出射し前記偏光光が入射するように配置され、前記外部へ出射した前記偏光光を透過する第１の透光性部材と、前記第１の透光性部材よりも小さい拡散透過率を有し、前記波長変換部材を透過した光が入射するように配置され、前記外部へ出射した前記偏光光を拡散透過する第２の透光性部材とを備える。
前記第２の光取出し面に複数の凹凸が形成されていてもよい。
前記第２の光取り出し面から出射した光のうち５０％以上が、前記第１の透光性部材に光学的に結合していてもよい。
前記第１の透光性部材の吸収係数はＡｃｍ-1であり、前記成長面に垂直な方向から前記半導体発光チップを見た場合、前記半導体発光チップは前記偏光方向および前記偏光方向と垂直な方向に長さＬを有し、前記偏光方向に垂直な方向および前記偏光方向に、長軸αおよび短軸βをそれぞれ有する楕円の領域全体に前記第１の透光性部材は位置しており、前記長軸αおよび前記短軸βは
α ＝ ２．３／Ａ ＋ Ｌ／２
β ＝ α／２ ＝ （２．３／Ａ ＋ Ｌ／２）／２
で定義されてもよい。
前記波長変換部材は少なくとも前記楕円の領域全体を覆っていてもよい。
前記第２の光取出し面の面積は前記第１の光取出し面の面積の４０％以上であってもよい。
以下本発明による半導体発光装置の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置について図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しながら説明する。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の半導体発光装置においては、実装基板１０１と、実装基板１０１上に搭載された窒化物半導体発光チップ１００と、窒化物半導体発光チップ１００の側方に配置された第１の透光性部材１２４と、窒化物半導体発光チップ１００の上方（窒化物半導体発光チップ１００から実装基板１０１に向かう方向と反対の方向）の領域に配置された第２の透光性部材１２６とが配置されている。
図３（ｂ）に示すように、窒化物半導体発光チップ１００は、ｍ面を主面（且つ成長面）とするＧａＮ層（以下、ｍ面ＧａＮ層と呼ぶ。）を有する基板１０４と、該基板１０４のＧａＮ層の主面上に形成されたｎ型窒化物半導体層１０５と、ｎ型窒化物半導体層１０５上に形成された窒化物半導体からなる活性層１０６と、活性層１０６上に形成されたｐ型窒化物半導体層１０７と、ｐ型窒化物半導体層１０７上に接するように形成されたｐ側電極１０８と、露出されたｎ型窒化物半導体層１０５上に接するように形成されたｎ側電極１０９とを含む。活性層１０６は、非極性面または半極性面を成長面に有し、偏光光を出射する。
ｎ型窒化物半導体層１０５、活性層１０６及びｐ型窒化物半導体層１０７の成長面は、ｍ面にほぼ平行となる。すなわち、これらの層は、ｍ軸方向に積層されている。ｎ型窒化物半導体層１０５と活性層１０６との間に他の層が形成されていてもよい。また、活性層１０６とｐ型窒化物半導体層１０７との間に他の層が形成されていてもよい。ここで、窒化物半導体として、窒化ガリウム系化合物からなる半導体（ＧａＮ系半導体）を例に挙げて説明する。ＧａＮ系半導体は、一般式ＡｌxＩｎyＧａzＮ（但し、０≦ｘ，ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）で表される半導体を含む。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、半導体発光チップ１００は、そのｐ側電極１０８及びｎ側電極１０９を、実装基板１０１の表面上に配置された配線電極１０２と対向させて実装されている。すなわち、半導体発光チップ１００は、実装基板１０１上の２つの配線電極１０２とそれぞれバンプ１０３を介在させて電気的に接続され且つ保持されている。このような構成はフリップチップ構造と呼ばれる。なお、配線電極１０２の一方はｐ側電極１０８と接続され、他方はｎ側電極１０９と接続されている。実装基板１０１を構成する主材料には、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ガラスエポキシ基板などの絶縁性材料、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）若しくはタングステン（Ｗ）等を含む金属材料、シリコン（Ｓｉ）若しくはゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料、又はこれらの複合材料などを用いることができる。配線電極１０２を構成する材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）等の金属を用いることができる。
基板１０４は、ＧａＮ層のみで構成されていてもよいし、ＧａＮ層以外の層を含んでいても良い。ＧａＮ層以外の層は、ｍ面ＧａＮ基板、ｍ面ＳｉＣ基板、ｒ面サファイア基板、ｍ面サファイア基板又はａ面サファイア基板であってもよい。さらに、基板１０４は除去されていてもよい。
ｎ型窒化物半導体層１０５は、例えばｎ型のＡｌuＧａvＩｎwＮ（但し、０≦ｕ，ｖ，ｗ≦１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）から形成される。ｎ型ドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）を用いることができる。
活性層１０６は、ＩｎYＧａ1-YＮからなる複数の障壁層（但し、０≦Ｙ＜１）と、該障壁層によりその上下を挟まれたＩｎxＧａ1-xＮからなる少なくとも１つの井戸層（但し、０＜Ｘ≦１）とを含む。活性層１０６に含まれる井戸層は単一層であってもよい。また、活性層１０６は、井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有していてもよい。半導体発光チップ１００から放射される光の波長は、井戸層の半導体組成であるＩｎxＧａ1-xＮ半導体におけるＩｎの組成比ｘによって決まる。
ｐ型窒化物半導体層１０７は、例えばｐ型のＡｌsＧａtＮ（但し、０≦ｓ，ｔ≦１、ｓ＋ｔ＝１）半導体から形成される。ｐ型ドーパントとして、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を用いることができる。ｐ型ドーパントは、Ｍｇ以外に、例えば亜鉛（Ｚｎ）又はベリリウム（Ｂｅ）等を用いてもよい。ｐ型窒化物半導体層１０７において、Ａｌの組成比ｓは、厚さ方向に一様であってもよく、また、Ａｌの組成比ｓが厚さ方向に連続的に又は階段的に変化していてもよい。ｐ型窒化物半導体層１０７の厚さは、例えば、０．０５μｍ〜２μｍ程度である。ｐ型窒化物半導体層１０７の上面の近傍、すなわちｐ側電極１０８との界面の近傍はＡｌの組成比ｓが０、すなわちＧａＮから形成されていてもよい。この場合、ＧａＮはｐ型の不純物が高濃度で含まれ、ｐ側電極１０８に対するコンタクト層として機能してもよい。
ｐ側電極１０８は、ｐ型窒化物半導体層１０７の表面のほぼ全体を覆っていてもよい。ｐ側電極１０８は、パラジウム（Ｐｄ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ｐｄ／Ｐｔ）等によって形成される。また、ｐ側電極１０８は、放射光の反射率を高めるために、銀（Ａｇ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ａｇ／Ｐｔ）、または、Ｐｄ層、Ａｇ層及びＰｔ層を順次積層した積層構造（Ｐｄ／Ａｇ／Ｐｔ）を用いてもよい。
ｎ側電極１０９は、例えば、チタン（Ｔｉ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ｔｉ／Ｐｔ）等によって形成される。放射光の反射率を高めるために、Ｔｉ層、Ａｌ層及びＰｔ層を順次積層した積層構造（Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ）を用いてもよい。
図３に示す半導体発光チップ１００は、半導体層を積層したウェハをａ軸方向及びｃ軸方向に沿って正方形又は長方形に小片化したものである。この場合、窒化物半導体のｃ面は劈開が容易であるため、小片化の工程を簡略化できるという利点がある。また、半導体発光チップ１００は、ａ軸方向及びｃ軸方向から０〜４５度程度傾いた方向に沿って小片化されていてもよい。この場合、劈開性が乏しい面が半導体発光チップ１００の側面に露出することになる。このため、半導体発光チップ１００の側面に凹凸が生じやすく、この凹凸面から放射光の光取り出しが向上するという利点がある。
前述したように、ｍ面を主面（且つ成長面）とする窒化物半導体からなる活性層１０６を有する半導体発光チップ１００は、ａ軸方向を偏光方向とする偏光特性を示す。光は偏光方向に対して垂直な方向に強く伝播する性質があるため、偏光方向に平行に近い面が、光取出しに大きく寄与する。
図３に示したｍ面を主面（且つ成長面）とする窒化物半導体からなる活性層１０６を有する半導体発光チップ１００の場合、基板１０４の裏面はｍ面にほぼ平行であり、ａ軸方向にほぼ平行となる。この裏面（フリップチップ構造の場合、半導体発光チップ１００の上面）を第１の光取り出し面１２１と呼ぶ。また、半導体発光チップ１００の側面のうち光の偏光方向（ａ軸方向）と垂直な方向（ｃ軸方向）に配置された面を第２の光取出し面１２２と呼ぶ。本実施形態において、第２の光取出し面１２２は、ａ軸方向（ｃ面）にほぼ平行である。ただし、第２の光取出し面１２２は、ａ軸方向（ｃ面）にほぼ平行であってもよいし、ａ軸方向（ｃ面）からｍ軸方向またはそれ以外の方向に傾いていても良い。
また、半導体発光チップ１００の側面のうち第２の光取出し面１２２以外の面を第３の光取出し面１２３と呼ぶ。第３の光取出し面１２３は、ａ面にほぼ平行であってもよいし、ａ面からｍ軸方向に傾いていても良い。第３の光取出し面１２３から出射する光量は、第１および第２の光取出し面１２１、１２２に比べて小さい。このように、偏光特性を有する半導体発光チップ１００では、特定の側面から強く光が放出されるため、そのままでは配光特性の対称性が低くなるという課題に本発明者らは着目した。
ｍ面を主面（且つ成長面）とする窒化物半導体からなる活性層１０６を有する半導体発光チップ１００の場合、第１の光取り出し面１２１の面積に対して、第２の光取出し面１２２の面積が３２％を超えると配光特性の対称性が悪化し始め、４６％を超えると配光特性の対称性は悪くなる。
本実施の形態では、配光特性の対称性を改善するために、第２の光取出し面１２２に対向するように第１の透光性部材１２４が配置されている。第１の透光性部材１２４は、基材１２５ａと複数の粒子１２５ｂとを含む。粒子１２５ｂは、基材１２５ａとは異なる屈折率を有する材料から形成されており、光を散乱させる役割を果たす。基材１２５ａおよびと粒子１２５ｂは、活性層１０６から出射する光に対して透明であってもよい。なお、図３（ａ）、（ｂ）においては、第１の透光性部材１２４は、第２、第３の光取出し面１２２、１２３を覆うように（対向して）配置されている。この場合、第２の光取出し面１２２だけでなく、第３の光取出し面１２３から出射した光も、粒子１２５ｂによって拡散される。第１の透光性部材１２４は、窒化物半導体発光チップ１００の側方のうち、窒化物半導体発光チップ１００からの光の偏光方向（ａ軸方向）と垂直な方向（ｃ軸方向）に配置されていればよく、それ以外の方向（例えば第３の光取出し面１２３の配置されるａ軸方向）には必ずしも配置されていなくてよい。また、第１の透光性部材１２４は、第２の光取出し面１２２と接していなくてもよい。その場合、第２の光取出し面１２２は、他の部材もしくは空間を介して、第１の透光性部材１２４と面していればよい。
また、粒子１２５ｂを含有する第１の透光性部材１２４は、実装基板１０１の表面すべてを覆う必要はない。楕円形（楕円柱）１２８は第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３から出射した光が有効に拡散される領域を示している。従って、少なくとも楕円形１２８の内側の領域に粒子１２５ｂを含んでいればよい。なお、上述したように、第１の透光性部材１２４は窒化物半導体発光チップ１００の側面の全てを覆っていなくてもよい。例えば、第１の透光性部材１２４が第２の光取り出し面１２２のみを覆っている場合には、楕円形１２８のうち第２の光取り出し面１２２を覆う部分のみが形成されていればよい。
第１の透光性部材１２４に含まれる粒子１２５ｂは、第２の光取出し面１２２から出射し、第１の透光性部材１２４に入射した光を散乱させる役割をする。粒子１２５ｂの材料として、活性層１０６の光を吸収しにくい材料を用いてもよい。光を吸収しにくい材料を使用することにより、光の取り出し効率が向上する。また、粒子１２５の材料として、無機材料を用いてもよい。無機材料を用いることにより、長期の使用において高い信頼性を実現できる。粒子１２５ｂは、例えば、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮのいずれか１種の材料からなるか、またはこれらのうちの２種以上の組み合わせ（混合物）などを用いることができる。
粒子１２５ｂの平均粒径は１０ｎｍ以上３０００μｍ以下であってもよい。粒子の平均粒径を測定する場合には、レーザー回折・散乱法などにより測定することができる。この場合、粉体の粒子径分布における積算頻度の割合が５０％である時の粒径（メディアン値：Ｄ５０）を、平均粒径とする。また、透光性部材中に含まれる粒子の平均粒径を測定する場合には、断面ＳＥＭなどの画像から、測定することが可能である。粒子濃度は、０．４重量％以上１５．０重量％以下であってもよい。０．４重量％以上１５．０重量％以下とすることにより、配光特性の非対称性を改善できる。粒子濃度は、０．７重量％以上３．０重量％以下であってもよい。０．７重量％以上３．０重量％以下とすることにより、配光特性の非対称性を改善しつつ、光出力の低下を１０％以下に抑制できる。
第２の透光性部材１２６は、窒化物半導体発光チップ１００の第１の光取出し面１２１に対向するように設けられている。第２の透光性部材１２６は、第１の光取出し面１２１に接していてもよい。
本実施形態では、半導体発光チップ１００の側方であって活性層１０６からの光の偏光方向に垂直な方向に配置された第１の透光性部材１２４と、窒化物半導体発光チップ１００の上方の領域に配置された第２の透光性部材１２６と、を有し、第１の透光性部材１２４の拡散透過率（または散乱率）は、第２の透光性部材１２６の拡散透過率（または散乱率）よりも高いため、配光特性の非対称性を改善できる。なお、「拡散透過率」とは、物体への入射光に対する拡散透過光（物体の表面や内部で拡散を生じて射出する透過光）の比率である。
第１の透光性部材１２４の材料として、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いることができる。第２の透光性部材１２６の材料として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ガラス、プラスチックなどを用いることができる。また、第２の透光性部材１２６として、透光性を有する単結晶基板など、各種の透明部材を用いることができる。第２の透光性部材１２６を第１の光取り出し面１２１に密着して形成する場合には、第２の透光性部材１２６の材料としてエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを用いることにより、密着性を向上させることができる。第２の透光性部材１２６は、第１の光取出し面１２１を保護する。また、第２の透光性部材１２６は、第１の光取出し面１２１から外部へ出射する光量を高める。第２の透光性部材１２６の表面は平坦であってもよいし、平坦とは異なる形態であってもよい。
図４（ａ）から（ｃ）に示すように、フリップチップ構造に代えてワイヤボンディング構造を採ることができる。図４（ａ）（ｂ）の変形例では、半導体発光チップ１００は、基板１０４を実装基板１０１の表面と対向させて保持されている。ｐ側電極１０８及びｎ側電極１０９は、実装基板１０１上の配線電極１０２とそれぞれ金（Ａｕ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）からなるワイヤ１１０を介して電気的に接続される。第１の光取出し面１２１はｐ型窒化物半導体層１０７に形成されている。基板１０４は伝導性を有していてもよいし、伝導性を有していなくてもよい。基板１０４は、例えば、サファイア基板などの絶縁基板であってもよい。
図４（ｃ）に示す変形例では、半導体発光チップ１００を、ｐ側電極１０８を実装基板１０１の表面と対向させて保持している。ｐ側電極１０８は実装基板１０１上の配線電極１０２と金錫（ＡｕＳｎ）などの半田材料を用いて電気的に接続される。また、ｎ側電極１０９は、実装基板１０１上の配線電極１０２と金（Ａｕ）からなるワイヤ１１０を介して電気的に接続される。また、第１の光取出し面１２１は基板１０４に形成されている。この場合、基板１０４は伝導性を有している。
このように、フリップチップ構造とワイヤボンディング構造とは、ｐ側電極１０８及びｎ側電極１０９と、実装基板１０１上の配線電極１０２との接続方法が異なる。しかし、他の構成は、ほぼ同様であり、本発明の実施形態を適用した場合の作用効果も同様である。
図３の例では、第１の光取出し面１２１と第１の透光性部材１２４の最上面が等しい高さに配置されている。第２の光取出し面１２２のすべてが第１の透光性部材１２４で覆われている。これにより、十分に配光特性の非対称性が改善できる。第１の透光性部材１２４は、第２の光取出し面から出射する光の光量のうち５０％以上と結合（入射）するように配置されていてもよい。第１の透光性部材１２４は、第２の光取出し面１２２のすべてを覆っていてもよいし、第２の光取出し面１２２の５０％以上の面積を被覆するように形成してもよい。図５から図１２までは、第１の透光性部材１２４の形状および位置を説明するための断面図である。
図５の例では、第１の透光性部材１２４の最上面が、第１の光取出し面１２１よりも高い位置にある。製造バラツキなどによって、第１の透光性部材１２４の最上面が、第１の光取出し面１２１よりも高い位置に配置される場合も、第２の光取出し面１２２のすべてが第１の透光性部材１２４で覆われているため、配光特性の非対称性を十分に改善できる。また本構成では、第１の光取出し面１２１から出射した光のうち第１の透光性部材１２４に入射する成分が存在するため、全体として偏光度が低下する。
図６の例では、第１の透光性部材１２４の最上面が、第１の光取出し面１２１よりも高い位置にあり、かつ第１の透光性部材１２４の一部が第１の光取出し面１２１の一部に接している。製造バラツキなどによって、第１の透光性部材１２４の一部が第１の光取出し面１２１の一部に接する場合も、第２の光取出し面１２２のすべてが第１の透光性部材１２４で覆われているため、十分に配光特性の非対称性が改善できる。また本構成では、第１の光取出し面１２１から出射した光のうち第１の透光性部材１２４に入射する成分が存在するため、全体として偏光度が低下する。
図７の例では、第１の透光性部材１２４の最上面が、第１の光取出し面１２１よりも低い位置にある。たとえば、第２の光取出し面１２２の５０％以上の面積が第１の透光性部材１２４で被覆されている。製法バラツキなどによって、第２の光取出し面１２２を完全に被覆できなかった場合も、配光特性の非対称性が改善できる。
図８の例では、第２の光取出し面１２２から離れるに従い、第１の透光性部材１２４の厚さが薄く形成されている。光は第１の透光性部材１２４の全領域において均一に散乱されるわけではなく、第２の光取出し面１２２に近いほど、光の散乱の効果は大きい。従って、散乱効果の大きい領域の粒子数を増やし、散乱効果が小さい領域の粒子数を減らすことで、粒子の使用量を減少させることができる。
図９の例では、第１の透光性部材１２４が第２の光取出し面１２２から離れて形成されている。第１の透光性部材１２４と第２の光取出し面１２２の間には、第２の透光性部材１２６と同じ材料が配置されている。第１の透光性部材１２４は第２の光取出し面１２２から出射する光の光量のうち５０％以上と結合している。この場合も、第２の光取出し面１２２から出射する光が第１の透光性部材１２４によって散乱するため、十分に配光特性の非対称性が改善できる。
図１０の例では、第１の透光性部材１２４が第２の光取出し面１２２から離れて形成されている。第１の透光性部材１２４と第２の光取出し面１２２の間には、第３の透光性部材１２７が配置されている。第３の透光性部材１２７は、ＧａＮの屈折率と、第１の透光性部材１２４の屈折率の間の屈折率を有する材料を用いてもよい。光取り出し率を高めることができる。
図１１の例では、アクリル樹脂やシリコーン樹脂から形成されている第２の透光性部材１２６を用いない。第２の透光性部材１２６にアクリル樹脂やシリコーン樹脂を用いた場合、長期間の使用において、活性層の光を吸収することで樹脂の黄色化や褐色化が進み、半導体発光装置の光出力が低下し得る。従って、このような樹脂による被覆部を少なくすることで、長期使用における信頼性を高めることができる。
図１２の例では、第２の透光性部材１２６が略半球形状またはレンズ状に形成されている。第２の透光性部材１２６を半球形状に形成することで、第２の透光性部材１２６の内部から外部へと向かう光の全反射を抑制することが可能となり、半導体発光装置の光出力が向上する。第２の透光性部材１２６は、半球形状から歪んだ形状を有していてもよい。第２の透光性部材１２６の最外部の形状において、ａ軸方向とｃ軸方向の対称性が高いほど配光特性が向上する。
図１３は、第１の透光性部材１２４の外部に、反射部材１２９が形成されている例を示している。反射部材１２９は、半導体発光チップ１００を囲むキャビティを形成する。反射部材１２９はリフレクタとも呼ばれる。反射部材１２９には、Ａｌ、Ａｇなどの金属材料、あるいは、ＴｉＯ2粒子を３０重量％以上含有するシリコーン樹脂などを用いることができる。反射部材１２９は第１の透光性部材１２４を形成する場合のカップの役割を果たす。粒子を含有する硬化前の透光性部材を一定量カップ内に流し込めば、第２の光取り出し面１２２の被覆具合を制御可能となり、製法が簡便になる。
ここで、第１の透光性部材１２４内で光が拡散される有効部である楕円形１２８について説明する。前述したように、ｍ面を主面（且つ成長面）とする窒化物半導体からなる活性層１０６を有する半導体発光チップ１００は偏光特性を示す。その結果、ｍ軸方向から放射光を観察した場合（活性層の成長面と平行な平面視において）、光強度が等しい等高線は、偏光方向に対して垂直な方向であるｃ軸方向に長軸を有し、偏光方向であるａ軸方向に短軸を有する楕円形に近い形状を示す。透光性部材を有さない半導体発光チップ１００において、偏光方向に対して垂直な方向であるｃ軸方向の放射角（配光分布特性のｍ軸方向［１−１００］の光度を１として、光度が０．５となる角度範囲）は約１６０°で、偏光方向であるａ軸方向の放射角は約１４０°であることから、透光性部材を有さない半導体発光チップ１００の放射光は、長軸：短軸＝２：１の楕円形に近い形状となる。すなわち、長半径αが短半径βのほぼ２倍（α＝２β）となっている。これは、ｃ軸方向に出射する光は、ａ軸方向に出射する光の２倍の光量を有していることを意味する。また、楕円形の中心位置は、半導体発光チップ１００の重心位置にほぼ等しい。このように、偏光特性を有する半導体発光チップ１００の光強度が等しい等高線は楕円形を示すため、半導体発光チップ１００の側面から出射し、第１の透光性部材１２４内で光が拡散される有効部も楕円形１２８で考えることができる。
次に、楕円形１２８の大きさについて説明する。第１の透光性部材１２４の吸収係数をＡ[ｃｍ-1]とすると、第１の透光性部材１２４に侵入した光のうち９０％が拡散もしくは吸収される距離ｚ[ｃｍ]は、下記式を満たす。
ｚ＝−ＬＮ（０．１）／Ａ ＝ ２．３／Ａ [ｃｍ]
ここで、ＬＮは自然対数を意味する。したがって、第２の光取り出し面１２２から距離ｚまでの範囲が、光が拡散される有効部として考えることができる。したがって、楕円形１２８の長半径αおよび短半径βは、下記（式１）、（式２）を満たす。
α ＝ ２．３／Ａ ＋ Ｌ／２・・・（式１）
β ＝ α／２ ＝ （２．３／Ａ ＋ Ｌ／２）／２・・・（式２）
ここで、Ｌは窒化物半導体発光チップの１辺の長さである。上記式で定義される長半径αおよび短半径βの範囲内に第１の透光性部材１２４を配置することで、第２および第３の光取出し面１２２、１２３から出射した光の９割程度を、粒子１２５ｂによって拡散可能であり、偏光度の非対称性を十分に抑制できる。
ｍ面以外の他の非極性面、及び半極性面においても同様のことがいえる。上述したように、ｍ面及びａ面等の非極性面、又は（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面、（１１−２２）面、−ｒ面及び（１１−２２）面等の半極性面を成長面とする窒化物半導体からなる活性層も偏光特性を有する。その結果、活性層から放射光を観察した場合、光強度が等しい等高線は、偏光方向に対して垂直な方向に長半径αの長軸を有し、偏光方向に短半径βの短軸を有する楕円形に近い形状を示す。
（製造方法）
以下、第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について図３を参照しながら説明する。
まず、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法等により、ｍ面を主面とするｎ型ＧａＮからなる基板１０４の主面上にｎ型窒化物半導体層１０５をエピタキシャル成長する。すなわち、ｎ型ドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）を用い、ガリウム源であるＴＭＧ（Ｇａ（ＣＨ3）3）、及び窒素源であるアンモニア（ＮＨ3）を供給し、９００℃以上且つ１１００℃以下程度の成長温度で、厚さが１μｍ〜３μｍ程度のＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層１０５を形成する。なお、ここでの基板１０４はウエハ状態であり、一度に複数の半導体発光装置となる発光構造体を作製することができる。
次に、ｎ型窒化物半導体層１０５上に、窒化物半導体からなる活性層１０６を成長する。活性層１０６は、例えば、厚さが１５ｎｍのＩｎ1-xＧａxＮからなる井戸層と、厚さが１０ｎｍのＧａＮからなる障壁層とを交互に積層して、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とする。Ｉｎ1-xＧａxＮからなる井戸層を形成する際には、成長中の井戸層にＩｎが確実に取り込まれるように、成長温度を７００℃〜８００℃程度に下げてもよい。半導体発光装置の用途に応じて発光波長を選択し、波長に応じたＩｎ組成比ｘを決定する。例えば、波長を４５０ｎｍ（青色）とする場合には、Ｉｎ組成比ｘを０．２５〜０．２７に決定する。また、波長を５２０ｎｍ（緑色）とする場合には、Ｉｎ組成比ｘを０．４０〜０．４２に決定する。また、波長を６３０ｎｍ（赤色）とする場合には、Ｉｎ組成比ｘを０．５６〜０．５８に決定する。
次に、活性層１０６上に、ｐ型窒化物半導体層１０７をエピタキシャル成長する。すなわち、ｐ型不純物として、例えばＣｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ＴＭＧ及びＮＨ3を原料として供給し、９００℃以上且つ１１００℃以下程度の成長温度で、活性層１０６上に厚さが５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度のｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層１０７を形成する。ｐ型窒化物半導体層１０７の内部に、厚さが１５ｎｍ〜３０ｎｍ程度のｐ型ＡｌＧａＮ層を含んでいてもよい。ｐ型ＡｌＧａＮ層を設けることにより、キャリアである電子のオーバフローを抑制することができる。また、活性層１０６とｐ型窒化物半導体層１０７との間にアンドープＧａＮ層を設けてもよい。
次に、ｐ型窒化物半導体層１０７にドープされたＭｇの活性化を図るために、８００℃〜９００℃程度の温度で２０分間程度の熱処理を行う。
次に、リソグラフィ法及び塩素（Ｃｌ2）系ガスを用いたドライエッチング法により、ｐ型窒化物半導体層１０７まで形成された半導体積層構造に対して選択的にエッチングを行う。これにより、ｐ型窒化物半導体層１０７、活性層１０６、及びｎ型窒化物半導体層１０５の一部を除去して凹部１１２を形成し、ｎ型窒化物半導体層１０５の一部を露出する。
次に、ｎ型窒化物半導体層１０５の露出した領域上に接するように、ｎ側電極１０９を選択的に形成する。ここでは、ｎ側電極１０９として、例えばチタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）との積層膜（Ｔｉ／Ｐｔ層）を形成する。
次に、ｐ型窒化物半導体層１０７上に接するように、ｐ側電極１０８を選択的に形成する。例えば、ｐ側電極１０８としてパラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）との積層膜（Ｐｄ／Ｐｔ層）を形成する。その後、熱処理を行って、Ｔｉ／Ｐｔ層とｎ型窒化物半導体層１０５との間、及びＰｄ／Ｐｔ層とｐ型窒化物半導体層１０７との間をそれぞれ合金化する。なお、ｎ側電極１０９及びｐ側電極１０８の成膜の順序は特に問われない。
次に、基板１０４におけるｎ型窒化物半導体層１０５と反対側の面（裏面）に対して研磨を行って、該基板１０４を所定量だけ薄膜化する。
このようにして作製された複数の半導体発光装置を個々の半導体発光チップ１００に小片化する。小片化工程は、レーザーダイシング法及び劈開法等、いくつかの方法がある。小片化された個々の半導体発光チップ１００は、実装基板１０１の実装面上に実装される。ここでは、フリップチップ構造について説明する。
まず、実装基板１０１を用意する。実装基板１０１の主材料として、前述したように、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ガラスエポキシ基板などの絶縁性材料、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）若しくはタングステン（Ｗ）等を含む金属材料、シリコン（Ｓｉ）若しくはゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料、又はこれらの複合材料などを用いることができる。配線電極１０２を構成する材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）等の金属を用いることができる。
配線電極形成用の金属膜は、スパッタ法又はめっき法等の成膜工程により、実装基板１０１の表面上に成膜される。その後、リソグラフィ工程等により、成膜された金属膜上に、所望のレジストパターンが施される。その後、ドライエッチング法又はウエットエッチング法により、レジストパターンが配線電極１０２に転写されて、所望の電極パターンを有する配線電極１０２が形成される。
次に、配線電極１０２上の所定の位置に、複数のバンプ１０３をそれぞれ形成する。バンプ１０３の構成材料には金（Ａｕ）を用いるのが良い。各バンプ１０３の形成には、バンプボンダを用いて、直径が４０μｍ〜８０μｍ程度のバンプを形成することができる。また、バンプボンダに代えて、Ａｕめっき処理によってバンプ１０３を形成することも可能である。このように、複数のバンプ１０３が形成された配線電極１０２上に、例えば超音波接合法により、半導体発光チップ１００の電極形成面を接続する。
次に、例えば酸化チタンから形成されている粒子をシリコーン樹脂に混合し、ディスペンサーを用いて、半導体発光チップ１００の側面上に第１の透光性部材１２４を形成する。さらに、第１の透光性部材１２４の表面に、第２の透光性部材１２６として、シリコーン樹脂層を形成する。以上の工程により、窒化物半導体発光装置を得ることができる。
このようにして、第１の実施形態に係る半導体発光装置を得ることができる。
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置について、図１４（ａ）〜図１４（ｆ）を参照しながら説明する。図１４において、図３と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。以下の各実施形態においても同様とする。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明する。
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、第２の実施形態の第１の実施形態との相違点は、第１の光取り出し面１２１に、複数の凹凸またはテクスチャを有する凹凸部１０４ａが形成されている点である。図１４（ｂ）の例では、凹凸部１０４ａにおける各凸部の基板面に垂直な方向の断面形状はほぼ半球状である。基板１０４の裏面に形成される凹凸部１０４ａは、該基板１０４を薄膜化した後に、リソグラフィ法によりレジストパターンを形成し、さらに、塩素系のドライエッチングによって基板１０４の裏面を加工することによって作製可能である。
第２の実施形態においては、第１の光取り出し面１２１に形成された複数の凹凸部１０４ａによって第１の光取り出し面１２１からの光の取り出し効率が高まり、半導体発光装置の光出力が向上する。
図１４（ｃ）〜図１４（ｆ）に凹凸部１０４ａの変形例を示す。第１の光取り出し面１２１から放射する光の偏光度は、複数の凹凸部１０４ａの形状に依存する。
図１４（ｂ）に示すように、凹凸部１０４ａが半球形状の凸部から構成されている場合、凹凸部１０４ａによって光が拡散し、偏光度が低下する。
図１４（ｃ）に示すように、凸部に代えて凹部を半球状としてもよい。この場合、凹凸部１０４ａによって光が拡散し、偏光度が低下する。
また、図１４（ｄ）、図１４（ｅ）及び図１４（ｆ）に示すように、凹凸部１０４ａは、平面視（活性層における成長面と平行な平面視）においてストライプ形状の凸部または凹部であってもよい。図１４（ｄ）は凸部の断面形状がほぼ半円形状であり、図１４（ｅ）は凸部の断面形状が方形状であり、図１４（ｆ）は凸部の断面形状が三角形状である例をそれぞれ示している。各ストライプの延伸方向は、窒化物半導体からなる活性層１０６の偏光方向に対して角度θだけ傾いている。第１の光取り出し面１２１から放射する光の偏光度はθに強く依存する。θが０°以上且つ５°未満の場合に、偏光度は維持される。θが５°以上且つ９０°以下の場合に、偏光度は低下する。
なお、本実施形態においては、フリップチップ構造についてのみ説明したが、凹凸部１０４ａを、図４に示すようなワイヤボンディング構造に形成してもよい。すなわち、図４（ｂ）に示す変形例の場合、ｐ型窒化物半導体層１０７の第１の光取出し面１２１に凹凸部を形成してもよい。また、図４（ｃ）に示す変形例の場合、基板１０４の第１の光取出し面１２１に凹凸部を形成してもよい。ワイヤボンディング構造においても、第１の光取り出し面１２１に凹凸部１０４ａが形成されていることにより、同様の効果を得ることができる。
第１および第２の実施形態の各例は、他の１または複数の例と適宜組み合わせることができる。
（第３の実施形態）
以下、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）を参照しながら、本発明の第３の実施形態を説明する。
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、本実施形態の半導体発光装置の平面図および断面図である。本実施形態の半導体発光装置は、半導体発光チップ１００と、波長変換部材１１２と、第１の透光性部材１２４を備える。半導体発光装置は、さらに第２の透光性部材１２６を備えていてもよい。図１５（ｂ）に示すように、半導体発光チップ１００は、窒化物半導体からなる半導体積層構造を含む。半導体積層構造は、例えば少なくとも表面上に、ｍ面を主面（且つ成長面）とするＧａＮ層（以下、ｍ面ＧａＮ層と呼ぶ。）を有する基板１０４と、基板１０４の主面上に形成されたｎ型窒化物半導体層１０５と、ｎ型窒化物半導体層１０５上に形成された窒化物半導体からなる活性層１０６と、活性層１０６上に形成されたｐ型窒化物半導体層１０７とを含む。また、半導体発光チップ１００はｐ型窒化物半導体層１０７上に接するように形成されたｐ側電極１０８と、露出されたｎ型窒化物半導体層１０５上に接するように形成されたｎ側電極１０９とを含む。ｎ型窒化物半導体層１０５、活性層１０６及びｐ型窒化物半導体層１０７は、成長面がｍ面にほぼ平行である。すなわち、ｍ軸方向に積層されている。ｎ型窒化物半導体層１０５と活性層１０６との間に他の層が形成されていてもよい。また、活性層１０６とｐ型窒化物半導体層１０７との間に他の層が形成されていてもよい。ここで、窒化物半導体として、窒化ガリウム系化合物からなる半導体（ＧａＮ系半導体）を例に挙げて説明する。ＧａＮ系半導体は、一般式ＡｌxＩｎyＧａzＮ（但し、０≦ｘ，ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）で表される半導体を含む。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、半導体発光チップ１００は、ｐ側電極１０８及びｎ側電極１０９を、実装基板１０１の表面上に配置された配線電極１０２と対向させて実装基板１０１に実装されている。すなわち、半導体発光チップ１００は、実装基板１０１上の２つの配線電極１０２とそれぞれバンプ１０３を介在させて電気的に接続され且つ保持されている。このような構成はフリップチップ構造と呼ばれる。なお、配線電極１０２の一方はｐ側電極１０８と接続され、他方の電極はｎ側電極１０９と接続されている。実装基板１０１を構成する主材料には、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ガラスエポキシ基板などの絶縁性材料、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）若しくはタングステン（Ｗ）等を含む金属材料、シリコン（Ｓｉ）若しくはゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料、又はこれらの複合材料などを用いることができる。配線電極１０２を構成する材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）等の金属を用いることができる。
図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、フリップチップ構造に代えてワイヤボンディング構造を採ることができる。図１６（ａ）（ｂ）に示す変形例では、半導体発光チップ１００は、基板１０４と実装基板１０１の表面とを対向させて実装基板１０１上に保持される。ｐ側電極１０８及びｎ側電極１０９は、実装基板１０１上の配線電極１０２とそれぞれ金（Ａｕ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）からなるワイヤ１１０を介して電気的に接続される。第１の光取出し面１２１はｐ型窒化物半導体層１０７に形成されている。この場合、基板１０４は伝導性を有していてもよいし、伝導性を有していなくてもよい。基板１０４として、例えば、サファイア基板などの絶縁基板を用いることができる。波長変換部材１３０は、例えば、ワイヤ１１０をｐ側電極１０８およびｎ側電極１０９に接続した後で、半導体発光チップ１００の上に形成する。これにより、ワイヤ１１０の一部およびｐ側電極１０８が波長変換部材１３０によって囲まれる。
図１６（ｃ）に示す変形例では、半導体発光チップ１００は、ｐ側電極１０８を実装基板１０１の表面と対向させて保持される。ｐ側電極１０８は実装基板１０１上の配線電極１０２と金錫（ＡｕＳｎ）などの半田材料を用いて電気的に接続される。また、ｎ側電極１０９は、実装基板１０１上の配線電極１０２と金（Ａｕ）からなるワイヤ１１０を介して電気的に接続される。また、第１の光取出し面１２１は基板１０４に形成されている。この場合、基板１０４は伝導性を有している。波長変換部材１３０は、例えば、ワイヤ１１０をｎ側電極１０９に接続した後で、半導体発光チップ１００の上に形成する。これにより、ワイヤ１１０の一部およびｎ側電極１０９が波長変換部材１３０によって囲まれる。
このように、フリップチップ構造とワイヤボンディング構造とは、ｐ側電極１０８及びｎ側電極１０９と、実装基板１０１上の配線電極１０２との接続方法が異なる。しかし、他の構成は、ほぼ同様であり、本発明の実施形態を適用した場合の作用効果も同様である。従って、以下では、フリップチップ構造について説明する。
なお、基板１０４は、六方晶のｍ面ＧａＮ基板であってもよい。また、表面上にｍ面ＧａＮ層が形成された六方晶のｍ面ＳｉＣ基板でもよい。また、表面上にｍ面ＧａＮ層が形成されたｒ面サファイア基板、ｍ面サファイア基板又はａ面サファイア基板であってもよい。さらに、基板１０４は除去されていてもよい。
ｎ型窒化物半導体層１０５は、例えばｎ型のＡｌuＧａvＩｎwＮ（但し、０≦ｕ，ｖ，ｗ≦１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）から形成される。ｎ型ドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）を用いることができる。
活性層１０６は、ＩｎYＧａ1-YＮからなる複数の障壁層（但し、０≦Ｙ＜１）と、障壁層によりその上下を挟まれたＩｎxＧａ1-xＮからなる少なくとも１つの井戸層（但し、０＜Ｘ≦１）とを含む。活性層１０６に含まれる井戸層は単一層であってもよい。また、井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有していてもよい。半導体発光チップ１００から放射される光の波長は、井戸層の半導体組成であるＩｎxＧａ1-xＮ半導体におけるＩｎの組成比ｘによって決まる。
ｐ型窒化物半導体層１０７は、例えばｐ型のＡｌsＧａtＮ（但し、０≦ｓ，ｔ≦１、ｓ＋ｔ＝１）半導体から形成される。ｐ型ドーパントとして、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を用いることができる。ｐ型ドーパントは、Ｍｇ以外に、例えば亜鉛（Ｚｎ）又はベリリウム（Ｂｅ）等を用いてもよい。ｐ型窒化物半導体層１０７において、Ａｌの組成比ｓは、厚さ方向に一様であってもよく、また、Ａｌの組成比ｓが厚さ方向に連続的に又は階段的に変化していてもよい。具体的には、ｐ型窒化物半導体層１０７の厚さは、例えば、０．０５μｍ〜２μｍ程度である。ｐ型窒化物半導体層１０７の上面の近傍、すなわちｐ側電極１０８との界面の近傍はＡｌの組成比ｓが０、すなわちＧａＮから形成されていてもよい。また、この場合、ＧａＮはｐ型の不純物が高濃度で含まれ、ｐ側電極１０８に対するコンタクト層として機能してもよい。
ｐ側電極１０８は、ｐ型窒化物半導体層１０７の表面のほぼ全体を覆っていてもよい。ｐ側電極１０８は、パラジウム（Ｐｄ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ｐｄ／Ｐｔ）等によって形成される。また、ｐ側電極１０８は、放射光の反射率を高めるために、銀（Ａｇ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ａｇ／Ｐｔ）、または、Ｐｄ層、Ａｇ層及びＰｔ層を順次積層した積層構造（Ｐｄ／Ａｇ／Ｐｔ）を用いてもよい。
ｎ側電極１０９は、例えば、チタン（Ｔｉ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ｔｉ／Ｐｔ）等によって形成される。放射光の反射率を高めるために、Ｔｉ層、Ａｌ層及びＰｔ層を順次積層した積層構造（Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ）を用いてもよい。
実装基板１０１を構成する主材料には、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ガラスエポキシ基板などの絶縁性材料、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）若しくはタングステン（Ｗ）等を含む金属材料、シリコン（Ｓｉ）若しくはゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料、又はこれらの複合材料などを用いることができる。
配線電極１０２を構成する材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）等の金属を用いることができる。
図１５（ａ）および（ｂ）に示す半導体発光チップ１００は、半導体層を積層したウェハをａ軸方向及びｃ軸方向に沿って正方形又は長方形に小片化したものである。この場合、窒化物半導体のｃ面は劈開が容易であるため、小片化の工程を簡略化できるという利点がある。また、半導体発光チップ１００は、ａ軸方向及びｃ軸方向から０〜４５度程度傾いた方向に沿って小片化されていてもよい。この場合、劈開性が乏しい面が半導体発光チップ１００の側面に露出することになる。このため、半導体発光チップ１００の側面に凹凸が生じやすく、この凹凸面から放射光の光取り出しが向上するという利点がある。
前述したように、ｍ面を主面（且つ成長面）とする窒化物半導体からなる活性層１０６を有する半導体発光チップ１００は、ａ軸方向を偏光方向とする偏光特性を示す。光は偏光方向に対して垂直な方向に伝播する性質があるため、伝播してきた光と垂直に近い位置関係にある平面が、光取出しに大きく寄与する面となる。この面は偏光方向を面内に含む面と定義できる。図１５（ａ）および（ｂ）に示したｍ面を主面（且つ成長面）とする窒化物半導体からなる活性層１０６を有する半導体発光チップ１００の場合、基板１０４の裏面はｍ面に平行な面であり、面内にａ軸方向を含む面である。これを第１の光取り出し面１２１とする。また、半導体発光チップ１００の側面のうちｃ面に平行な面が、面内にａ軸方向を含む面である。これを第２の光取出し面１２２とする。また、半導体発光チップ１００の側面のうちａ面に平行な面は、面内にａ軸方向を含んでいない面である。これを第３の光取出し面１２３とする。第３の光取出し面１２３から出射する光量は、第１および第２光取出し面に比べて小さい。このように、偏光特性を有する半導体発光チップ１００では、特定の側面から強く光が放出されるため、配光特性の対称性が低くなるという課題を有している。さらに、第２の光取出し面１２２からは、主に第１バンドに起因する長波長の光が出射する。第３の光取出し面１２３からは、主に第２バンドに起因する短波長の光が出射する。第１の光取り出し面１２１からは、第１バンドに起因する長波長光と、第２バンドに起因する短波長光の混合光が出射する。方位角によって長波長成分の光量と短波長成分の光量が異なるため、結果として方位角によって異なる波長を出射するという課題を有する。なお、本実施形態では、第１の光取出し面１２１はｍ面、すなわち成長面に平行であるが、第１の光り取出し面１２１は成長面と非垂直であればよい。また、第２の光取出し面１２２は、偏光方向と非垂直であればよい。
ｍ面を主面（且つ成長面）とし、窒化物半導体からなる活性層１０６を有する半導体発光チップ１００の場合、第１の光取り出し面１２１の面積に対して、第２の光取出し面１２２の面積が３２％を超えると配光特性の対称性が悪化し始め、４６％を超えると配光特性の対称性は極めて悪くなる。
波長変換部材１３０は、第１の光取出し面１２１から出射する偏光光が波長変換部材１３０に入射するように、波長変換部材１３０が配置されている。より具体的には、波長変換部材１３０は、第１の光取出し面１２１に対向しており、第１の光取出し面１２１を覆っている。ここで、「波長変換部材１３０が第１の光取出し面１２１を覆う」とは、波長変換部材１３０が第１の光取出し面１２１と接する場合および第１の光取出し面１２１との間に間隙が設けられていたり、他の部材が介在しているが、第１の光取出し面１２１から出射する偏光光の大部分が波長変換部材１３０に結合するように位置している場合をいう。本実施形態では、特に、波長変換部材１３０は少なくとも第１の光取出し面１２１の上方に位置している。
波長変換部材１３０は、活性層１０６から出射する偏光光の波長を変換する。例えば、活性層１０６から出射する紫外線から青色の波長帯域の偏光光を受けとり、白色光を出射する。例えば、活性層１０６から出射する紫外線の偏光光を受け取り、青色、緑色、もしくは赤色の単色光を出射する。例えば、活性層１０６から出射する青色の偏光光を受け取り、緑色、もしくは赤色の単色光を出射する。波長変換部材１３０には、蛍光体結晶粒子、蛍光体単結晶体、蛍光体アモルファス体、蛍光体セラミック体などからなる蛍光体物質の焼結体あるいは凝集体を用いることができる。あるいは、波長変換部材１３０は、前述した蛍光体物質を含有する透光性部材であってもよい。蛍光体物質としては、Ｃｅ：ＹＡＧ（Ｃｅによって活性化された（以下Ｃｅ付活という）イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体、Ｃｅ付活アルミネート系蛍光体、Ｅｕ付活オルトシリケート系蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体などを用いることができる。透光性部材としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ガラスなどを用いることができる。波長変換部材１３０の厚さは、例えば、３０μｍ以上１ｍｍ以下である。
本実施形態の半導体発光装置は、波長変換部材を用いた非極性面および半極性面上の窒化物半導体発光素子の発光波長の色むらを改善するために、第１の透光性部材１２４を備え、第２の光取出し面１２２から出射する偏光光が第１の透光性部材１２４に入射するように、第１の透光性部材１２４が配置されている。より具体的には、第１の透光性部材１２４は、第２の光取出し面１２２に対向しており、第２の光取出し面１２２を覆っている。ここで、「第１の透光性部材１２４が第２の光取出し面１２２を覆う」とは、第１の透光性部材１２４が第２の光取出し面１２２と接する場合および第２の光取出し面１２２との間に間隙が設けられていたり、他の部材が介在していてもよく、第２の光取出し面１２２から出射する偏光光の大部分が第１の透光性部材１２４に結合するように位置する場合をいう。本実施形態では特に、第１の透光性部材１２４第２の光取出し面１２２の垂直な方向において、第２の光取出し面１２２の少なくとも一部の側方に位置している。
第１の透光性部材１２４は、基材１２５ａおよび基材１２５ａに分散された粒子１２５ｂを含む。基材１２５ａおよび粒子１２５ｂは活性層１０６から出射する光に対して透明であってもよい。また、基材１２５ａの屈折率と粒子１２５ｂの屈折率とは互いに異なっている。基材１２５ａの屈折率と粒子１２５ｂの屈折率とは、どちらが大きくてもよい。屈折率が異なることにより、粒子１２５ｂの表面において、基材１２５ａを透過する偏光光を効果的に散乱させることができる。第１の透光性部材１２４によって、半導体発光チップ１００の活性層から出射した偏光光が散乱し、第１の透光性部材１２４から種々の方向へ偏光光出射する。つまり、第１の透光性部材１２４は、半導体発光チップ１００の活性層から出射した偏光光を拡散させて透過する。このため半導体発光チップ１００の活性層から出射した偏光光の成長面内における出射方向による発光波長の異方性および発光強度の異方性が抑制され、色むらが低減する。
基材１２５ａには、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などを用いることができる。粒子１２５ｂには、活性層１０６から出射する偏光光を吸収しにくい材料を用いてもよい。特に、粒子１２５ｂに無機材料を用いれば、長期の使用において高い信頼性を実現できる。具体的には、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮなどを用いることができる。
第１の透光性部材１２４を透過する光を効果的に散乱させるために、粒子１２５ｂの平均粒径は１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であってもよい。また、以下において説明するように、第１の透光性部材１２４は、粒子１２５ｂを０．２重量％（０．０４７ｖｏｌ％）以上１５．０重量％（３．５２１ｖｏｌ％）以下の割合で含んでいてもよく、０．７重量％（０．１６４ｖｏｌ％）以上３．０重量％（０．７０４ｖｏｌ％）以下の割合で含んでもよい。これにより、発光強度の異方性を改善しつつ、光出力の低下を１０％以下に抑制できる。
第１の透光性部材１２４は、第３の光取出し面１２３に対向していてもよい。この場合、第３の光取出し面１２３から出射した光も、粒子１２５ｂによって拡散することができる。
また、第１の透光性部材１２４は、実装基板１０１の表面すべてを覆う必要はない。楕円１２８は第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３から出射した光が有効に拡散される領域を示している。この楕円１２８は、成長面に垂直な方向である、第１の光り取出し面１２１に垂直な方向（図１５（ａ）において、紙面に垂直な方向）から半導体発光チップを見た場合、偏光方向に垂直な方向（ｃ軸方向）および前記偏光方向（ａ軸方向）に、長軸αおよび短軸βをそれぞれ有する。
前述したように、ｍ面を主面（且つ成長面）とする窒化物半導体からなる活性層１０６を有する半導体発光チップ１００は偏光特性を示す。その結果、ｍ軸方向から放射光を観察した場合、光強度が等しい等高線は、偏光方向に対して垂直な方向であるｃ軸方向を長軸半径αとし、偏光方向であるａ軸方向を短軸半径βとする楕円形に近い形状を示す。後述するように、透光性部材を有さない半導体発光チップ１００において、偏光方向に対して垂直な方向であるｃ軸方向の放射角は約１６０°で、偏光方向であるａ軸方向の放射角は約１４０°であることから、透光性部材を有さない半導体発光チップ１００の放射光は、長軸：短軸＝２：１の楕円形に近い形状となる。すなわち、長軸半径αが短軸半径βのほぼ２倍（α＝２β）となっている。これは、ｃ軸方向に出射する光は、ａ軸方向に出射する光の２倍の光量を有していることを意味する。また、楕円形の中心位置は、半導体発光チップ１００の重心位置にほぼ等しい。このように、偏光特性を有する半導体発光チップ１００の光強度が等しい等高線は楕円形を示すため、半導体発光チップ１００の側面から出射し、第１の透光性部材１２４内で光が拡散される有効部も楕円形１２８で考えることができる。
第１の透光性部材１２４の吸収係数をＡｃｍ-1とし、第１の光り取出し面１２１に垂直な方向から半導体発光チップを見た場合に偏光方向に垂直な方向（ｃ軸方向）および前記偏光方向（ａ軸方向）に長さＬを有しているとする。第１の透光性部材１２４が第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３と接している場合、第１の透光性部材１２４に侵入した光のうち９０％が拡散もしくは吸収される距離ｚ[ｃｍ]は、
ｚ＝−ＬＮ（０．１）／Ａ ＝ ２．３／Ａ [ｃｍ]
となる。ここで、ＬＮは自然対数を意味する。したがって、第２の光取り出し面１２２から距離ｚまでの範囲が、光が拡散される有効領域として考えることができる。
第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３から出射した偏光光の９割程度を、第１の透光性部材１２４によって拡散するためには、長軸αおよび短軸βは、下記式を満たせばよい。
α ＝ ２．３／Ａ ＋ Ｌ／２
β ＝ α／２ ＝ （２．３／Ａ ＋ Ｌ／２）／２
第１の光り取出し面１２１に垂直な方向から半導体発光チップを見た場合において、第１の透光性部材１２４がこの条件を満たすように、楕円１２８の領域内全体に設けられていることによって、第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３から出射した偏光光が効果的に散乱される。よって、半導体発光チップ１００の活性層から出射した偏光光の成長面内における出射方向による発光波長の異方性および発光強度の異方性がより効果的に抑制され、色むらが低減する。
異方性が抑制された偏光光も効果的に波長変換するためには、第１の光り取出し面１２１に垂直な方向から半導体発光チップを見た場合において、波長変換部材１３０が楕円１２８の領域内全体に設けられていてもよい。これによって、波長変換部材１３０を用いて波長変換することが可能になる。
以下において説明するように、活性層１０６から出射する偏光光の強度および発光波長の成長面と平行な面における出射方向による異方性は、第１の光り取出し面１２１の法線から４５°以上７５°以下の範囲において顕著であり、第１の光り取出し面１２１の法線方向あるいは、法線から４５°以内の角度においては出射方向による異方性は小さい。このため、第１の光り取出し面１２１から出射する偏光光は、散乱させなくてもよい。特に、第１の透光性部材１２４を透過することによって、入射した光の一部が第１の透光性部材１２４に吸収されることによって第１の光り取出し面１２１から出射する偏光光の強度の低下が問題となる場合には、第１の透光性部材１２４は、第１の光取り出し面１２１を覆っていなくてもよい。
また、この場合において、第１の光取出し面１２１の保護および第１の光取出し面１２１から外部へ出射する光量の向上の少なくとも一方を目的として、第１の光取出し面１２１を波長変換部材１３０を介して覆う第２の透光性部材１２６を設けてもよい。第２の透光性部材１２６の材料には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ガラス、プラスチックなど、あるいは透光性を有する単結晶基板など、各種の透明部材を用いることができる。第２の透光性部材１２６を波長変換部材１３０に密着して形成する場合には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを用いればよい。上述した理由から、第２の透光性部材１２６には、第１の透光性部材１２４よりも入射する光を拡散させずに透過させる性質に富むものを用いることができる。具体的には、第２の透光性部材１２６は、第１の透光性部材１２４より小さい拡散透過率を有していてもよい。拡散透過率とは、入射光に対する拡散透過光の比率をいい、拡散透過光とは、物体の表面や内部で拡散を生じて射出する光をいう。
第２の透光性部材１２６には、活性層１０６の光によって励起され、活性層の光よりも長波長の光を発生する色変換材料を含んでいても良い。図１５において第２の透光性部材１２６の表面は平坦に示されているが、これは例示であって、平坦とは異なる形態をとることもできる。
本実施形態の半導体発光装置において、第１の透光性部材１２４および波長変換部材１３０の形状および位置には種々の変形が可能である。図１７から図２４までは、第１の透光性部材１２４および波長変換部材１３０の形状と位置を説明するための図であり、断面のみを示している。
第１の透光性部材１２４は、第２の光取出し面から出射する光の光量のうち５０％以上と結合するように配置されていればよい。従って、第２の光取出し面１２２のすべてを覆う必要はなく、５０％以上の面積を被覆するように形成すればよい。
図１５（ａ）および（ｂ）に示した半導体発光装置では、第１の光取出し面１２１と第１の透光性部材１２４の最上面がほぼ同一面にある。この場合、第２の光取出し面１２２のすべてが第１の透光性部材１２４で覆われている。
図１７は、第１の透光性部材１２４の最上面が、第１の光取出し面１２１よりも高い位置にある場合の例を示している。製造バラツキなどによって、第１の透光性部材１２４の最上面が、第１の光取出し面１２１よりも高い位置なったとしても、第２の光取出し面１２２のすべてが第１の透光性部材１２４で覆われているため、十分に配光特性の非対称が改善できる。
図１８は、第１の透光性部材１２４の最上面が、第１の光取出し面１２１よりも高い位置にあり、かつ第１の透光性部材１２４の一部が第１の光取出し面１２１の一部に接している場合の例を示している。製造バラツキなどによって、第１の透光性部材１２４の一部が第１の光取出し面１２１の一部に接したとしても、第２の光取出し面１２２のすべてが第１の透光性部材１２４で覆われているため、十分に発光強度の異方性が改善できる。
図１９は、第１の透光性部材１２４の最上面が、第１の光取出し面１２１よりも低い位置にある場合の例を示している。この場合、第２の光取出し面１２２の５０％以上の面積が第１の透光性部材１２４で被覆されていれば良い。製法バラツキなどによって、第２の光取出し面１２２を完全に被覆できなかったとしても、発光強度の異方性と発光波長の異方性が改善できる。また、波長変換部材１３０は、第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３が、第２の透光性部材１２４に直接接することがないように、第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３の一部を覆うように形成されていてもよい。
図２０は、第２の光取出し面１２２から離れるに従い、第１の透光性部材１２４の成長面と垂直な方向における厚さが薄く形成されている例を示している。光は第１の透光性部材１２４の全領域において均一に散乱されるわけではなく、第２の光取出し面に近いほど、光の散乱の効果は大きい。従って、散乱効果の大きい領域の粒子数を増やし、散乱効果が小さい領域の粒子数を減らすことで、粒子１２４の使用量を減少させることができる。
図２１は、第１の透光性部材１２４が第２の光取出し面１２２から離れて形成されている例を示している。第１の透光性部材１２４と第２の光取出し面１２２の間には、第３の透光性部材１２７が配置されており、第３の透光性部材１２７を介して、第１の透光性部材１２４が第２の光取出し面１２２を覆っている。波長変換部材１３０は、少なくとも成長面に垂直な方向から見た場合、第１の光取出し面１２１と第３の透光性部材１２７とを覆うように形成されている。第１の透光性部材１２４は第２の光取出し面から出射する光の光量のうち５０％以上と結合していてもよい。第３の透光性部材１２７は、第２の透光性部材１２６と同様の材料を用いることができる。また、第３の透光性部材１２７は、ＧａＮの屈折率と、第１の透光性部材１２４の屈折率の間の屈折率を有する材料を用いてもよい。
図２２は、波長変換部材１３０が、第１の光取出し面１２１、第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３を覆っている例を示している。第１の透光性部材１２４は、波長変換部材１３０を介して、第２の光取出し面１２２に対向し、第２の光り取出し面１２２を覆っている。波長変換部材１３０によって形成された波長スペクトルを粒子１２５ｂによって拡散することで、発光強度の異方性と、発光波長の異方性を改善することができる。
図２３は、第２の透光性部材１２６を用いない場合の例を示している。第２の透光性部材１２６にアクリル樹脂やシリコーン樹脂を用いた場合、長期間の使用において、活性層の光を吸収することで樹脂の黄色化や褐色化が進み、半導体発光装置の光出力が低下する場合がある。従って、樹脂による被覆部を少なくすることで、長期使用における信頼性を高めることができる。
図２４（ａ）および（ｂ）は、第２の透光性部材１２６が略半球形状に形成されている例を示している。第２の透光性部材１２６を半球形状に形成することで、第２の透光性部材１２６から外部へと出射る光の全反射を抑制することが可能となり、半導体発光装置の光出力が向上する。半球形状から歪んだ形状であってもよい。
図２５（ａ）および（ｂ）は、第１の透光性部材１２４の外部に、反射部材１２９が形成されている例を示している。反射部材１２９は、半導体発光チップ１００を囲むキャビティを形成する。反射部材１２９はリフレクタとも呼ばれる。反射部材１２９には、Ａｌ、Ａｇなどの金属材料、あるいは、ＴｉＯ2粒子を３０重量％以上含有するシリコーン樹脂などを用いることができる。反射部材１２９は第１の透光性部材１２４を形成する場合のカップの役割を果たし、粒子を含有する硬化前の透光性部材を一定量カップ内に流し込めば、第２の光取り出し面１２２の被覆具合を制御可能となり、製法が簡便になる。
以上、本実施形態では、活性層１０６の成長面がｍ面である半導体発光装置を説明したが、ｍ面以外の他の非極性面、及び半極性面を成長面とする活性層を含む半導体発光装置であっても同様の構造を用いることができる。上述したように、ｍ面及びａ面等の非極性面、又は（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面、（１１−２２）面、−ｒ面及び（１１−２２）面等の半極性面を成長面とする窒化物半導体からなる活性層も偏光特性を有する。その結果、活性層から放射光を観察した場合、光強度が等しい等高線は、偏光方向に対して垂直な方向を長軸半径αとし、偏光方向を短軸半径βとする楕円形に近い形状を示す。
（製造方法）
以下、図１５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本実施形態の半導体発光装置の製造方法を説明する。
まず、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法等により、ｍ面を主面とするｎ型ＧａＮからなる基板１０４の主面上にｎ型窒化物半導体層１０５をエピタキシャル成長する。具体的には、ｎ型ドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）を用い、ガリウム源であるＴＭＧ（Ｇａ（ＣＨ3）3）、及び窒素源であるアンモニア（ＮＨ3）を供給し、９００℃以上且つ１１００℃以下程度の成長温度で、厚さが１μｍ〜３μｍ程度のＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層１０５を形成する。なお、ここでの基板１０４はウエハ状態であり、一度に複数の半導体発光装置となる発光構造体を作製することができる。
次に、ｎ型窒化物半導体層１０５上に、窒化物半導体からなる活性層１０６を成長する。活性層１０６は、例えば、厚さが１５ｎｍのＩｎ1-xＧａxＮからなる井戸層と、厚さが１０ｎｍのＧａＮからなる障壁層とを交互に積層することにより、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を備える。Ｉｎ1-xＧａxＮからなる井戸層を形成する際には、成長中の井戸層にＩｎが確実に取り込まれるように、成長温度を７００℃〜８００℃程度に下げてもよい。半導体発光装置の用途に応じて発光波長を選択し、波長に応じたＩｎ組成比ｘを決定する。例えば、波長を４５０ｎｍ（青色）とする場合には、Ｉｎ組成比ｘを０．２５〜０．２７に決定する。また、波長を５２０ｎｍ（緑色）とする場合には、Ｉｎ組成比ｘを０．４０〜０．４２に決定する。また、波長を６３０ｎｍ（赤色）とする場合には、Ｉｎ組成比ｘを０．５６〜０．５８に決定する。
次に、活性層１０６上に、ｐ型窒化物半導体層１０７をエピタキシャル成長する。具体的には、ｐ型不純物として、例えばＣｐ2Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ＴＭＧ及びＮＨ3を原料として供給し、９００℃以上且つ１１００℃以下程度の成長温度で、活性層１０６上に厚さが５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度のｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層１０７を形成する。ｐ型窒化物半導体層１０７の内部に、厚さが１５ｎｍ〜３０ｎｍ程度のｐ型ＡｌＧａＮ層を含んでいてもよい。ｐ型ＡｌＧａＮ層を設けることにより、キャリアである電子のオーバフローを抑制することができる。また、活性層１０６とｐ型窒化物半導体層１０７との間にアンドープＧａＮ層を設けてもよい。
次に、ｐ型窒化物半導体層１０７にドープされたＭｇの活性化を図るために、８００℃〜９００℃程度の温度で２０分間程度の熱処理を行う。
次に、リソグラフィ法及び塩素（Ｃｌ2）系ガスを用いたドライエッチング法により、ｐ型窒化物半導体層１０７まで形成された半導体積層構造に対して選択的にエッチングを行う。これにより、ｐ型窒化物半導体層１０７、活性層１０６、及びｎ型窒化物半導体層１０５の一部を除去して凹部１１２を形成し、ｎ型窒化物半導体層１０５の一部を露出する。
次に、ｎ型窒化物半導体層１０５の露出した領域上に接するように、ｎ側電極１０９を選択的に形成する。ここでは、ｎ側電極１０９として、例えばチタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）との積層膜（Ｔｉ／Ｐｔ層）を形成する。
次に、ｐ型窒化物半導体層１０７上に接するように、ｐ側電極１０８を選択的に形成する。例えば、ｐ側電極１０８としてパラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）との積層膜（Ｐｄ／Ｐｔ層）を形成する。その後、熱処理を行って、Ｔｉ／Ｐｔ層とｎ型窒化物半導体層１０５との間、及びＰｄ／Ｐｔ層とｐ型窒化物半導体層１０７との間をそれぞれ合金化する。なお、ｎ側電極１０９及びｐ側電極１０８の成膜の順序は特に問われない。
次に、基板１０４におけるｎ型窒化物半導体層１０５と反対側の面（裏面）に対して研磨を行って、該基板１０４を所定量だけ薄膜化する。
このようにして作製された複数の半導体発光装置を個々の半導体発光チップ１００に小片化する。小片化工程は、レーザーダイシング法及び劈開法等、いくつかの方法がある。小片化された個々の半導体発光チップ１００は、実装基板１０１の実装面上に実装される。ここでは、フリップチップ構造ついて説明する。
まず、実装基板１０１を用意する。実装基板１０１の主材料として、前述したように、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ガラスエポキシ基板などの絶縁性材料、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）若しくはタングステン（Ｗ）等を含む金属材料、シリコン（Ｓｉ）若しくはゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料、又はこれらの複合材料などを用いることができる。配線電極１０２を構成する材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）等の金属を用いることができる。
配線電極形成用の金属膜は、スパッタ法又はめっき法等の成膜工程により、実装基板１０１の表面上に成膜される。その後、リソグラフィ工程等により、成膜された金属膜上に、所望のレジストパターンが施される。その後、ドライエッチング法又はウエットエッチング法により、レジストパターンが配線電極１０２に転写されて、所望の電極パターンを有する配線電極１０２が形成される。
次に、配線電極１０２上の所定の位置に、複数のバンプ１０３をそれぞれ形成する。バンプ１０３の構成材料には金（Ａｕ）を用いるのが良い。各バンプ１０３の形成には、バンプボンダを用いて、直径が４０μｍ〜８０μｍ程度のバンプを形成することができる。また、バンプボンダに代えて、Ａｕめっき処理によってバンプ１０３を形成することも可能である。このように、複数のバンプ１０３が形成された配線電極１０２上に、例えば超音波接合法により、半導体発光チップ１００の電極形成面を接続する。
次に、第１の透光性部材１２４の形成を行う。攪拌装置を用いて、粒子１２５ｂをシリコーン樹脂等に含有させ、粒子含有の透光性部材を準備する。攪拌装置は、真空脱泡機能を有していてもよい。次に、ディスペンサを用いて第１の透光性部材１２４を半導体発光チップ１００の周囲に形成する。このとき、ディスペンス量によって、第２の光取出し面１２２および第３の光取り出し面１２３の被覆量を制御することができる。図２５（ａ）および（ｂ）に示したキャビティ１２９を有するパッケージの場合、キャビティ１２９内の容積量にあわせて、キャビティ内に流し込む第１の透光性部材１２４の量を制御すればよいため、被覆量の制御性が良くなる。
次に、波長変換部材１３０の形成を行う。波長変換部材１３０が焼結体のような固体部材の場合、チップボンダ装置を用いて、半導体発光チップ１００の表面に貼り付ければよい。また、波長変換部材が蛍光体材料と樹脂からなる液体部材の場合、ポッティング方式、印刷方式、モールド方式などの手法を用いて形成が可能である。
次に、第２の透光性部材１２６の形成を行う。第２の透光性部材１２６の形成には、ポッティング方式、印刷方式、モールド方式などの手法を用いて形成が可能である。
このようにして、本実施形態の半導体発光装置を得ることができる。
（第４の実施形態）
以下、図２６（ａ）〜図２６（f）を参照しながら本発明による半導体発光装置の第４の実施形態を説明する。重複した説明の繰り返しを避けるため、図２６（ａ）から図２６（ｆ）において、図１５（ａ）および（ｂ）と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。ここでは、第３の実施形態との相違点について説明する。
図２６（ａ）及び図２６（ｂ）に示すように、第４の実施形態の半導体発光装置は、第１の光取り出し面１２１に、複数の凹凸部１０４ａが形成されている点で第３の実施形態と異なる。図２６（ｂ）の例では、凹凸部１０４ａにおける各凸部の基板面に垂直な方向の断面形状はほぼ半球状である。基板１０４の裏面に形成される凹凸部１０４ａは、該基板１０４を薄膜化した後に、リソグラフィ法およびリフローにより、複数の半球状のレジストパターンを形成し、塩素系のドライエッチングによって基板１０４の裏面をエッチバックすることによって作製が可能である。
本実施形態の半導体発光装置によれば、第１の取り出し面１２１に形成された複数の凹凸部１０４ａによって第１の取り出し面１２１からの光の取り出し効率が高まり、半導体発光装置の光出力が向上する。さらに、複数の凹凸部１０４ａによって光が拡散されることで、発光強度の異方性および発光波長の異方性が改善する。
図２６（ｃ）から図２６（ｆ）に凹凸部１０４ａの変形例を示す。図２６（ｃ）に示すように、凸部に代えて凹部の断面形状をほぼ半球状としてもよい。この場合、凹凸部１０４ａによって光が拡散し、発光強度の異方性およびが発光波長の異方性も改善する。
また、図２６（ｄ）、図２６（ｅ）及び図２６（ｆ）に示すように、凹凸１０４ａは、第１の光取り出し面１２１に垂直な方向から見た場合において断面が凸状のストライプ形状であってもよい。図２６（ｄ）は凸部の断面形状がほぼ半円形状であり、図２６（ｅ）は凸部の断面形状が方形状であり、図２６（ｆ）は凸部の断面形状が三角形状である例をそれぞれ示している。各ストライプの延伸方向は、窒化物半導体からなる活性層１０６の偏光方向に対して角度θだけ傾いている。
第１の取り出し面１２１から放射する光の発光強度の異方性はθに強く依存する。θが０°以上且つ４５°以下の場合、発光強度の異方性が改善する。
なお、本実施形態においては、フリップチップ構造についてのみ説明したが、ワイヤボンディング構造においても同様の効果を得ることができる。また、第２、３の実施形態およびこれらの各変形例は、他の実施形態および変形例と適宜組み合わせることができる。
さらに、第１、第２の実施形態およびその変形例と第３、第４の実施形態およびその変形例と適宜組み合わせてもよい。
（実施例）
実施例に先だって、各実施形態において説明した、（１）放射光の配向分布特性の評価（２）第２の光取出し面の面積が配向分布特性に与える影響の評価、及び（３）光取り出し面の凹凸部が光特性に与える影響の評価を、定量的に説明する。
（１）ｍ面窒化物半導体発光チップにおける放射光の配光分布特性の評価
まず、ウエハ状態のｍ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板上に、厚さが２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる障壁層とから構成された３周期の量子井戸構造を有する活性層と、厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層とを形成した。異なる発光波長の半導体発光チップを作製するため、Ｉｎの供給量及び結晶成長温度を適当に変えることにより、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層におけるＩｎ組成が異なる複数のチップを作製した。
ｎ側電極としてＴｉ／Ｐｔ層を形成し、ｐ側電極としてＰｄ／Ｐｔ層を形成した。ｍ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板は、裏面研磨により１５０μｍの厚さにまで薄くした。ダイヤモンドペンを用いて、表面から数μｍ程度の深さの溝をウエハのｃ軸方向［０００１］とａ軸方向［１１−２０］とに形成した。その後、ウエハのブレーキングを行い、一辺が３５０μｍの小片に分割した。
作製された半導体発光チップ１００を、アルミナからなり、上面に配線が形成された実装基板１０１上に搭載してフリップチップ実装を行って、図３に示す半導体発光装置を作製した。半導体発光装置からの放射光の配光分布特性に注目するため、半導体発光装置の表面には、封止部を形成していない。
このようにして作製した半導体発光装置に対して、Ｏｐｔｒｏｎｉｃ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製のＯＬ７００−３０ ＬＥＤ ＧＯＮＩＯＭＥＴＥＲを用いて配光分布特性を測定した。国際照明委員会ＣＩＥ発行のＣＩＥ１２７に明記されたｃｏｎｄｉｔｉｏｎＡ（ＬＥＤの先端から測定器１１８までの距離が３１６ｍｍ）によって、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性とを測定した。
図２７（ａ）及び図２７（ｂ）に配光分布特性の測定系を模式的に示す。
図２７（ａ）に示すａ軸方向の配光分布特性は、半導体発光チップ１００の活性層のｍ面における法線方向であるｍ軸方向［１−１００］と測定器１１８とを結ぶ測定線１１９とがなす角度を測定角とし、半導体発光チップ１００のｃ軸を中心軸にして半導体発光チップ１００を回転させながら光度を測定した値である。すなわち、活性層の偏光方向に対して垂直な方向を中心軸として測定していることになる。
また、図２７（ｂ）に示すｃ軸方向の配光分布特性は、半導体発光チップ１００の活性層のｍ面における法線方向であるｍ軸方向［１−１００］と測定器１１８とを結ぶ測定線１１９とがなす角度を測定角とし、半導体発光チップ１００のａ軸を中心にして半導体発光チップ１００を回転させながら光度を測定した値である。すなわち、活性層の偏光方向を中心軸として測定していることになる。ここでは、配光分布特性のｍ軸方向［１−１００］の光度を１として、光度が０．５となる角度範囲を放射角と呼ぶ。さらに、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性の非対称性を数値化するために、非対称度、最大非対称度、平均非対称度を定義する。非対称度とは、法線方向から同一の角度におけるａ軸方向の光度とｃ軸方向の光度の差を、主面であるｍ面の法線方向［１−１００］の光度、すなわち０度における光度を用いて規格化した値であり、−９０度〜＋９０度までの各角度において非対称度が定義されている。最大非対称度とは、非対称度の−９０度〜＋９０度の範囲における最大値である。平均非対称度とは、非対称度を−９０度〜＋９０度の範囲で平均化した値である。
図２８は半導体発光チップ１００のａ軸方向とｃ軸方向との放射角と発光波長との関係を示している。半導体発光チップ１００への注入電流は１０ｍＡとしている。図２８から分かるように、ｃ軸方向の放射角は、ほぼ一定であり、その値は約１６０°である。ａ軸方向の放射角は、発光波長が４２０ｎｍ以上においてほぼ一定であり、その値は約１４０°である。すなわち、ｍ面を活性層とする半導体発光チップ１００においては、ｃ軸方向に広がった配光分布特性を有していることになる。光度が０．５となる等高線を考えた場合、その形状はｃ軸方向を長軸方向とし、ａ軸方向を短軸方向とする楕円形状に類似する。ｃ軸方向の放射角を１６０°とし、ａ軸方向の放射角を１４０°とすると、長軸（ｃ軸方向）：短軸（ａ軸方向）＝２：１となる。
（２）第２の光取出し面の面積が配向分布特性に与える影響の評価
まず、ウエハ状態のｍ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板上に、厚さが２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる障壁層とから構成された３周期の量子井戸構造を有する活性層と、厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層とを形成した。異なる発光波長の半導体発光チップを作製するため、Ｉｎの供給量及び結晶成長温度を適当に変えることにより、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層におけるＩｎ組成が異なる複数のチップを作製した。
ｎ側電極としてＴｉ／Ｐｔ層を形成し、ｐ側電極としてＰｄ／Ｐｔ層を形成した。ｍ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板は、裏面研磨により所定の厚さにまで薄くした。ダイヤモンドペンを用いて、表面から数μｍ程度の深さの溝をウエハのｃ軸方向［０００１］とａ軸方向［１１−２０］とに形成した。その後、ウエハのブレーキングを行い、所定の大きさの小片に分割した。
作製された半導体発光チップ１００を、アルミナからなり、上面に配線が形成された実装基板１０１上に搭載してフリップチップ実装を行って、図３に示す半導体発光装置を作製した。半導体発光装置からの放射光の配光分布特性に注目するため、半導体発光装置の表面には、封止部を形成していない。
（表１）は、半導体発光チップ１００の基板厚さと、半導体発光チップ１００の一辺の大きさの一覧である。第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合が異なる５種類のサンプルを準備した。これらの半導体発光デバイスの発光ピーク波長は、１０ｍＡの電流値において、４０５ｎｍから４１０ｎｍであった。
Figure 2013111542
図２９は、５種類のサンプルに関して、第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合と、最大非対称度、平均非対称度の関係と示した図である。第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合が大きいほど、最大非対称度と平均非対称度は、ともに大きくなる。特に、第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合が４０％以上の場合、非対称性は悪くなる。よって、第１の透光性部材１２４を設けることにより、非対称性をより大きく改善できる。下記（表２）に、５種のサンプルにおける第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合、最大非対称度、平均非対称度の値を示す。
Figure 2013111542
（３）光取り出し面に形成した凹凸部が偏光に与える影響の評価
窒化物系の半導体発光チップからの光取り出し効率を高めるため、図２６（ａ）に示したように、チップの光取り出し面に凹凸部を形成する場合がある。ここでは、光取り出し面にストライプ状の凹凸部を設けた半導体発光装置に対して、ストライプの延伸方向と発光層のａ軸方向とがなす角度が偏光度に与える影響を調べた。後述の第１実施例と同様の方法により、ｍ面を成長面とする窒化物半導体からなる発光層を有する半導体発光チップを作製した。
半導体発光チップは一辺が３５０μｍの正方形状で、基板の厚さは１００μｍである。半導体発光チップの表面（基板の裏面）にはストライプ状の凹凸部を形成した。ストライプ状の凹凸部の断面形状は、図２６（ｄ）に示したように、二等辺三角形に近い形状であり、凸部同士の間隔を８μｍとし、凸部の高さを２．５μｍとした。ストライプの延伸方向と偏光光の電界方向（発光層のａ軸方向）とがなす角度θを、０°、５°、０°、４５°及び９０°と変化させた。図３０は偏光度の測定系を模式的に表している。測定対象である窒化物系半導体からなる半導体発光装置１１を電源１６によって発光させる。半導体発光装置１１の発光は、実体顕微鏡１３により確認する。実体顕微鏡１３にはポートが２つあり、一方のポートにシリコンフォトディテクタ１４を取り付け、他方のポートにはＣＣＤカメラ１５を取り付ける。半導体発光装置１１と実体顕微鏡１３との間には偏光板９が挿入されている。この偏光板９を回転させて、シリコンフォトディテクタ１４により発光強度の最大値と最小値とを測定する。図３１はこれらの半導体発光装置からの光の規格化した偏光度を表している。規格化偏光度とは、角度θが０°のときの値を１．０として規格化した値である。図３１に示す測定結果によると、角度θが５°以上では偏光度が低減する。従って、偏光度が維持された半導体発光装置を実現したい場合には、θは０°以上且つ５°未満にしてもよい。これにより、偏光度の低下を抑制することができる。さらに、θをほぼ０°としてもよい。また、偏光度が低減された半導体発光装置を実現したい場合には、θは５°以上且つ９０°以下にしてもよい。下記（表３）に、ストライプの延伸方向と発光層のａ軸方向とがなす角度および規格化偏光度を示す。
Figure 2013111542
以下、まず第１、第２の実施の形態に係る半導体発光装置の主として配光分布特性を評価した結果を第１から第６実施例および第１比較例によって説明する。
（第１実施例）
以下、第１実施例に係る半導体発光装置について図１１を参照しながら説明する。最初に、第１実施例に係る半導体発光装置を構成する半導体発光チップ１００の作製方法の概略を説明する。
まず、例えばＭＯＣＶＤ法により、ウエハ状態のｍ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板上に、厚さが２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる障壁層とから構成された３周期の量子井戸構造を有する活性層と、厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層とを形成した。
ｎ側電極としてＴｉ／Ａｌ層を形成し、ｐ側電極としてＡｇ層を形成した。その後、ｎ型ＧａＮ基板の裏面を研磨して１００μｍの厚さにまで薄くした。
続いて、レーザーによって、発光構造が形成されたウエハのｃ軸方向［０００１］とａ軸方向［１１−２０］とに、表面から数十μｍ程度の深さの溝を形成した。その後、ウエハに対してブレーキングを行って、一辺が４５０μｍのｍ面ＧａＮ系半導体からなる半導体発光チップ１００を得た。この構成において、第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合は４４％である。
続いて、半導体発光チップ１００を、ＡｌＮからなる実装基板１０１上にフリップチップ実装することにより、半導体発光装置を複数個作製した。ＡｌＮからなる実装基板１０１の厚さは約０．７ｍｍである。実装基板１０１の表面上には、厚さが約４μｍの銀（Ａｇ）からなる配線電極１０２が形成されている。
この状態で、動作電流１０ｍＡにおける発光波長を測定したところ、４４５ｎｍであった。また、この状態で動作電流５ｍＡにおいて偏光度の測定を行ったところ、偏光度は０．７７４〜０．８１５の範囲であった。
つぎに、信越化学工業製のシリコーンＫＥＲ−２５００に、チタン工業製の酸化チタン（ＴｉＯ2）ＳＴＴ−３０ＥＨＪ（粒子径３０〜５０ｎｍ）を混ぜることで、粒子を含有する透光性部材を作製した。ディスペンサーを用いて、粒子を含有する透光性部材を半導体発光チップ１００の側面部分のみに形成した。ここで半導体発光チップ１００の側面部分とは、実施形態における第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３に対応する。第１の光取り出し面１２１は、粒子を含有する透光性部材で覆われていない。透光性部材の粒子濃度は、０．０重量％、０．２重量％、０．４重量％、０．７重量％、１．０重量％、３．０重量％、１０．０重量％、１５．０重量％と変化させ、第１の実施形態の図１１に対応する半導体発光装置を作成した。シリコーンの密度は１ｇ／ｃｍ3程度、ＴｉＯ2の密度は４．２６ｇ／ｃｍ3程度であるため、重量％の値を４．２６で割った値が体積換算ｖｏｌ％に対応する。
図３２（ａ）から（ｅ）は、酸化チタン（ＴｉＯ2）の粒子濃度を、それぞれ、０．０重量％、０．２重量％、０．４重量％、０．７重量％、１５．０重量％とした半導体発光素子のａ軸方向およびｃ軸方向の配光分布特性の測定結果を示した図である。図中で、太点線はａ軸方向の配光分布特性、太実線はｃ軸方向の配光分布特性、細実線はランバーシアンの形状を示している。粒子濃度が０．０重量％の場合、ｃ軸方向の配光分布特性において±４５度から±７５度付近にピークが観測される。ａ軸方向の配光分布特性は、比較的ランバーシアンの形状に近い。このようにｍ面を主面とする活性層を有する半導体発光装置は、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性が全く異なる形状を示す。粒子濃度を増加させると、ａ軸方向の配光分布特性はランバーシアンの形状をほぼ維持し、ｃ軸方向の配光分布特性がａ軸方向の配光分布特性に近い形状に変化していく様子が分かる。
図３３は、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性の対称性を数値化した図であり、粒子濃度と最大非対称度および平均非対称度との関係を示した図である。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。非対称度は、ａ軸方向とｃ軸方向の光度差をｍ軸方向の光度、すなわち角度０における光度で規格化した値である。従って、非対称度１０％とは、ｍ軸方向の光度の１０％の光度差が、ａ軸方向とｃ軸方向に存在していることを意味する。透光性部材の粒子濃度が１．０重量％、３．０重量％、１０．０重量％の半導体発光装置に関しては、配光分布特性の評価が未測定だったため、データが欠損している。粒子濃度が０．７％程度まで、最大非対称度と平均非対称度は急激に改善することが分かる。下記（表４）に、粒子濃度および非対称度の値を示す。
Figure 2013111542
図３４は、粒子濃度と偏光度との関係を示した図である。第２の光取出し面１２２から出射した光が粒子１２５ｂによって散乱されるため、粒子濃度が高くなるほど偏光度は緩やかに低下する。下記（表５）に、粒子濃度および偏光度の値を示す。
Figure 2013111542
なお、図３２から図３４に示す測定は、第２の透光性部材１２６を形成しない状態で行った。
（第２実施例）
以下、第２実施例に係る半導体発光装置について図１２を参照しながら説明する。第１実施例で作製した半導体発光装置の第１の光取り出し面１２１および第１の透光性部材１２４の表面に、外形が２．２ｍｍの半球型のシリコーン樹脂を形成し、実施形態１の図１２に対応する半導体発光装置を作製した。半球型のシリコーン樹脂は、実施形態における第２の透光性部材１２６に対応する。粒子濃度が０．０重量％の半導体発光装置は従来の構造に対応する。
図３５（ａ）から（ｆ）は、酸化チタン（ＴｉＯ2）の粒子濃度を、それぞれ、０．０重量％、０．２重量％、０．４重量％、０．７重量％、１．０重量％、３．０重量％とした半導体発光素子のａ軸方向およびｃ軸方向の配光分布特性の測定結果を示した図である。図中で、太点線はａ軸方向の配光分布特性、太実線はｃ軸方向の配光分布特性、細実線はランバーシアンの形状を示している。粒子濃度が０．０重量％の場合、ｃ軸方向の配光分布特性において±４５度付近に強いピークが、±７５度付近に弱いピークが観測される。±７５度付近の弱いピークは、半球型のシリコーン樹脂内で光が反射することで±４５度付近にある強いピークの回折ピークとして生じたものと考えられる。一方、ａ軸方向の配光分布特性は、比較的ランバーシアンの形状に近い。このようにｍ面を主面とする活性層を有する半導体発光装置は、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性が全く異なる形状を示す。ｃ軸方向の配光分布特性に観察される±４５度付近の強いピークは、ｍ軸方向の強度、すなわち半導体発光素子の正面強度よりも強く、実用上、取扱いが難しい素子といえる。
粒子濃度を増加させると、ａ軸方向の配光分布特性はランバーシアンの形状をほぼ維持し、ｃ軸方向の配光分布特性がａ軸方向の配光分布特性に近い形状に変化していく様子が分かる。
図３６は、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性の対称性を数値化して示す図であり、粒子濃度と最大非対称度および平均非対称度との関係を示した図である。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。粒子濃度が０．２重量％で非対称度の改善効果が見られ、粒子濃度が０．７重量％程度まで、最大非対称度と平均非対称度は急激に改善する。粒子濃度が１．０重量％以上では、最大非対称度と平均非対称度は緩やかに改善する。従って、粒子濃度は０．２重量％以上であってもよい。また、粒子濃度は０．７重量％以上であってもよい。粒子濃度は、体積換算では、０．０４７ｖｏｌ％以上であってもよく、０．１６４ｖｏｌ％以上であってもよい。下記（表６）に、粒子濃度および非対称度の値を示す。
Figure 2013111542
図３７は、粒子濃度と偏光度との関係を示した図である。第２の光取出し面１２２から出射した光が粒子１２５ｂによって散乱されるため、粒子濃度が高くなるほど偏光度は若干低下する。図３４の第１実施例と比較すると、偏光度の違いが非常に良く分かる。第１の光取出し面１２１の表面を樹脂で覆った場合、第１の光取出し面１２１からの光取出し効率が高まる。第１の光取出し面１２１から取り出される光は偏光度を維持しているため、第１実施例よりも偏光度が高くなる。さらに、第２の光取出し面１２２の影響を受け難くなるため、粒子濃度が高くなっても高い偏光度が維持される。下記（表７）に、粒子濃度および偏光度の値を示す。
Figure 2013111542
図３８は、粒子濃度と光出力の低下量との関係を示した図である。縦軸の光出力の低下量は、粒子濃度が０．０重量％の場合を１００％とした場合の光出力の低下量を示したものである。第２の光取出し面１２２から出射した光が粒子１２５ｂによって散乱、さらには吸収されるため、粒子濃度が高くなるほど光出力が低下する。粒子濃度は３重量％以下としてもよい。体積換算では、０．７０４ｖｏｌ％以下としてもよい。粒子濃度を３重量％以下または０．７０４ｖｏｌ％以下とすることにより、光出力の低下を１０％未満にすることができる。図３５に示した非対称度の改善効果も得るために、粒子濃度を０．２重量％以上３．０重量％以下としてもよい。さらに０．７重量％３．０重量％以下としてもよい。体積換算では、０．０４７ｖｏｌ％以上０．７０４ｖｏｌ％以下としてもよい。さらに０．１６４ｖｏｌ％以上０．７０４ｖｏｌ％以下としてもよい。下記（表８）に、粒子濃度および光出力の低下量の値を示す。
Figure 2013111542
図３９（ａ）は、粒子濃度が０．０重量％の半導体発光装置の模式図および上面顕微鏡写真を示した図であり、図３９（ｂ）は、粒子濃度が１．０重量％の半導体発光装置の模式図および上面顕微鏡写真を示した図である。図の写真中において、点線は半導体発光チップの外形を示している。粒子濃度が１．０重量％の半導体発光装置では、半導体発光チップの側面から出射した光が、粒子を含有する透光性部材の内部で拡散され、点線で示した半導体発光チップの外形のさらに外側も光っている様子が分かる。また、粒子を含有する透光性部材の拡散領域は、ｃ軸方向を長軸とする楕円形に近い形状であることが分かる。
（第３実施例）
以下、第３実施例に係る半導体発光装置について図１４（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。図１４に示す半導体発光チップ１００は、第１実施例と同様の方法で作製した。半導体発光チップ１００の裏面、すなわち第１の光取り出し面には、リソグラフィ技術を用いてレジストを形成した後、塩素系のドライエッチングを用いて、凹凸部を形成した。凹凸部は、高さ５μｍ、直径１０μｍの半球形状に近い形状の凸部を有する。図４０はこのようにして作製された半導体発光チップ１００の第１の光取り出し面に形成された凹凸部の断面ＳＥＭ像である。第１実施例と同様に、半導体発光チップ１００を、ＡｌＮからなる実装基板１０１上にフリップチップ実装することにより、半導体発光装置を複数個作製した。この半導体発光装置に５ｍＡの動作電流を流した状態で偏光度の測定を行ったところ、偏光度は０．３７８〜０．４０１の範囲であった。また、動作電流１０ｍＡにおける発光波長は、４５０ｎｍであった。第1実施例と比較した場合、第１の光取出し面に凹凸部を有することで、第１の光取出し面から出射した光が凹凸部によって散乱されるため、偏光度を低くすることができる。
つぎに、信越化学工業製のシリコーンＫＥＲ−２５００に、チタン工業製の酸化チタンＳＴＴ−３０ＥＨＪ（粒子径３０〜５０ｎｍ）を混ぜることで、粒子を含有する透光性部材を作製した。ディスペンサーを用いて、粒子を含有する透光性部材を半導体発光チップ１００の側面部分のみに形成した。ここで半導体発光チップ１００の側面部分とは、実施形態における第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３に対応する。第１の光取り出し面１２１は、粒子を含有する透光性部材で覆われていない。透光性部材の粒子濃度は、０．０重量％、３．０重量％、１０．０重量％、１５．０重量％と変化させ、４種類の半導体発光素子を作成した。
最後に、外形が２．２ｍｍの半球型になるように、粒子を含有する透光性部材、および第１の光取り出し面１２１をシリコーン樹脂で封止した。なお、図１４においては、第１、第２の透光性部材１２４、１２６が四角柱の形状を有しており、本実施例の第１、第２の透光性部材１２４、１２６の形状は図１４と異なる。半球型のシリコーン樹脂は、実施形態における第２の透光性部材１２６に対応する。さらに、粒子濃度が０．０重量％の半導体発光装置は従来の構造に対応する。
図４１は、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性の対称性を数値化して示す図であり、粒子濃度と最大非対称度および平均非対称度との関係を示した図である。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。粒子濃度が３．０％以上の場合には、最大非対称度と平均非対称度はほぼ一定となっている。
図４２は、粒子濃度と偏光度との関係を示した図である。第２の光取出し面１２２から出射した光が粒子１２５ｂによって散乱されるため、粒子濃度が高くなるほど偏光度は低下する。第２実施例の図３７と比較した場合、全体的に偏光度が低いことが分かる。これは、第１の光取出し面１２１の表面に形成された凹凸部によって、光が散乱されているためである。
図４３は、粒子濃度と光出力の低下量との関係を示した図である。縦軸の光出力の低下量は、粒子濃度が０．０重量％の場合を１００％として、光出力の低下量をグラフ化したものである。第２の光取出し面１２２から出射した光が粒子１２５ｂによって散乱、さらには吸収されるため、粒子濃度が高くなるほど光出力が低下する。第２実施例の図３８と比較した場合、光出力の低下量が半分以下に抑えられていることが分かる。これは、第１の光取出し面１２１の表面に形成された凹凸部によって、第１の光取出し面１２１から出射する光量が増加しているためである。光出力の低下を５％未満にするために粒子濃度は９重量％以下としてもよい。また、光出力の低下を３％未満にするために粒子濃度は４．５重量％以下としてもよい。体積換算では、２．１１３ｖｏｌ％以下としてもよく、１．０５６ｖｏｌ％以下としてもよい。図４１に示した非対称度の改善効果を得るために、粒子濃度は３．０重量％以上９．０重量％以下としてもよい。さらに、３．０重量％以上４．５重量％以下としてもよい。体積換算では、０．７０４ｖｏｌ％以上２．１１３ｖｏｌ％以下としてもよく、０．７０４ｖｏｌ％以上１．０５６ｖｏｌ％以下としてもよい。
（第４実施例）
以下、第４実施例に係る半導体発光装置について図１１を参照しながら説明する。
まず、例えばＭＯＣＶＤ法により、ウエハ状態の（２０−２−１）面を主面とするｎ型ＧａＮ基板上に、厚さが２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる障壁層とから構成された３周期の量子井戸構造を有する活性層と、厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層とを形成した。（２０−２−１）面は半極性面である。
ｎ側電極としてＴｉ／Ａｌ層を形成し、ｐ側電極としてＡｇ層を形成した。その後、ｎ型ＧａＮ基板の裏面を研磨して１００μｍの厚さにまで薄くした。
続いて、レーザーによって、発光構造が形成されたウエハの［１０−１４］方向と［１−２１０］方向とに、表面から数十μｍ程度の深さの溝を形成した。その後、ウエハに対してブレーキングを行って、一辺が４５０μｍのｍ面ＧａＮ系半導体からなる半導体発光チップ１００を得た。この構成において、第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合は４４％である。
続いて、第１実施例と同様の方法により、半導体発光装置を複数個作製した。
この状態で、動作電流１０ｍＡにおける発光波長を測定したところ、４５６ｎｍであった。また、動作電流５ｍＡにおける偏光度の測定を行ったところ、偏光度は０．７３５〜０．７８３の範囲であり、［１−２１０］方向に電界方向が偏っていた。
つぎに、信越化学工業製のシリコーンＫＥＲ−２５００に、チタン工業製の酸化チタン（ＴｉＯ2）ＳＴＴ−３０ＥＨＪ（粒子径３０〜５０ｎｍ）を混ぜることで、粒子を含有する透光性部材を作製した。ディスペンサーを用いて、粒子を含有する透光性部材を半導体発光チップ１００の側面部分のみに形成した。ここで半導体発光チップ１００の側面部分とは、実施形態における第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３に対応する。第１の光取り出し面１２１は、粒子を含有する透光性部材で覆われていない。すなわち、本実施例においては、第２の透光性部材１２６を形成しなかった。透光性部材のＴｉＯ2粒子濃度は、０．０重量％、０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％と変化させ、実施形態１の図１１に対応する半導体発光装置を作成した。シリコーンの密度は１ｇ／ｃｍ3程度、ＴｉＯ2の密度は４．２６ｇ／ｃｍ3程度であるため、重量％の値を４．２６で割った値が体積換算ｖｏｌ％に対応する。
図４４（ａ）から（ｄ）は、酸化チタン（ＴｉＯ2）の粒子濃度を、それぞれ、０．０重量％、０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％とした半導体発光素子の［１−２１０］方向の配光分布特性と［１０−１４］方向の配光分布特性の測定結果を示した図である。図中で、太点線は［１−２１０］方向の配光分布特性、太実線は［１０−１４］方向の配光分布特性、細実線はランバーシアンの形状を示している。ＴｉＯ2粒子濃度が０．０％では、偏光方向である［１−２１０］方向に対して垂直な方向、すなわち［１０−１４］方向の配光分布特性が大きく歪んだ形状である。ＴｉＯ2粒子濃度の増加に伴い、［１０−１４］方向の配光分布特性はランバーシアンに近づき、ＴｉＯ2粒子濃度が１．０％では、［１−２１０］方向の配光分布特性と［１０−１４］方向の配光分布特性は、ほぼ等しい形状まで近づく。
図４５は、［１−２１０］方向の配光分布特性と［１０−１４］方向の配光分布特性の対称性を数値化して示した図であり、粒子濃度と最大非対称度および平均非対称度との関係を示した図である。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。非対称度は、［１−２１０］方向と［１０−１４］方向の光度差を［２０−２−１］方向の光度、すなわち角度０における光度で規格化した値である。粒子濃度が０．４％程度で、最大非対称度と平均非対称度は急激に改善し、粒子濃度が１．０％以上で、最大非対称度と平均非対称度は安定する。下記（表９）に、粒子濃度および非対称度の値を示す。
Figure 2013111542
（第５実施例）
以下、第５実施例に係る半導体発光装置について図１４（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。半導体発光チップ１００は、第４実施例と同様の方法で作製した。活性層は半極性面である（２０−２−１）面に形成されている。半導体発光チップ１００の裏面、すなわち第１の光取り出し面には、リソグラフィ技術を用いてレジストを形成した後、塩素系のドライエッチングを用いて、凹凸部を形成した。凹凸部の形状は、高さ５μｍ、直径１０μｍの半球形状に近い形状である。続いて、第１実施例と同様の方法で、半導体発光装置を複数個作製した。動作電流５ｍＡにおいて偏光度の測定を行ったところ、偏光度は０．３０５〜０．３７０の範囲であった。また、動作電流１０ｍＡにおける発光波長は、４５６ｎｍであった。第４実施例と比較した場合、第１の光取出し面に凹凸部を有することで、第１の光取出し面から出射した光が凹凸部によって散乱されるため、偏光度を低くすることができる。
つぎに、第４実施例と同様の方法で、透光性部材のＴｉＯ2粒子濃度を、０．０重量％、０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％と変化させ、第１の実施形態の図１１に対応する半導体発光装置を作成した。シリコーンの密度は１ｇ／ｃｍ3程度、ＴｉＯ2の密度は４．２６ｇ／ｃｍ3程度であるため、重量％の値を４．２６で割った値が体積換算ｖｏｌ％に対応する。本実施例においては、第２の透光性部材１２６を形成しなかった。
図４６は、［１−２１０］方向の配光分布特性と［１０−１４］方向の配光分布特性の対称性を数値化した図であり、粒子濃度と最大非対称度および平均非対称度との関係を示した図である。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。非対称度は、［１−２１０］方向と［１０−１４］方向の光度差を［２０−２−１］方向の光度、すなわち角度０における光度で規格化した値である。粒子濃度が０．４％程度で、最大非対称度と平均非対称度は急激に改善し、粒子濃度が１．０％以上で、最大非対称度と平均非対称度は安定する。下記（表１０）に、粒子濃度および非対称度の値を示す。
Figure 2013111542
（第６実施例）
以下、第６実施例に係る半導体発光装置について図１１を参照しながら説明する。第１実施と同様の方法を用いて、成長面がｍ面の活性層を有する半導体発光装置を作製した。
動作電流１０ｍＡにおける発光波長を測定したところ、４４５ｎｍであった。また、動作電流５ｍＡにおいて偏光度の測定を行ったところ、偏光度は０．７５５〜０．７８４の範囲であった。
つぎに、信越化学工業製のシリコーンＫＥＲ−２５００に、昭和電工製の酸化亜鉛（ＺｎＯ）ＺＳ−０３２−Ｄ（粒子径２５ｎｍ）を混ぜることで、粒子を含有する透光性部材を作製した。ディスペンサーを用いて、粒子を含有する透光性部材を半導体発光チップ１００の側面部分のみに形成した。ここで半導体発光チップ１００の側面部分とは、実施形態における第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３に対応する。第１の光取り出し面１２１は、粒子を含有する透光性部材で覆われていない。すなわち、本実施例においては、第２の透光性部材１２６を形成しなかった。透光性部材のＺｎＯ粒子濃度は、０．０重量％、０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％と変化させ、実施形態１の図１１に対応する半導体発光装置を作成した。シリコーンの密度は１ｇ／ｃｍ3程度、ＺｎＯの密度は５．６１ｇ／ｃｍ3程度であるため、重量％の値を５．６１で割った値が体積換算ｖｏｌ％に対応する。
図４７は、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性の対称性を数値化した図であり、粒子濃度と最大非対称度および平均非対称度との関係を示した図である。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。粒子濃度が０．４％程度で、最大非対称度と平均非対称度は急激に改善し、粒子濃度が１．０％以上で、最大非対称度と平均非対称度は安定する。下記（表１１）に、粒子濃度および非対称度の値を示す。
Figure 2013111542
このように、第１実施例から第６実施例によると、ａ面及びｍ面等の非極性面又は（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面、（１１−２２）面、−ｒ面及び（１１−２２）面等の半極性面を成長面とする窒化物系の半導体発光装置における配光分布特性の非対称性を改善することができる。
（第１比較例）
以下、第１比較例に係る半導体発光装置について説明する。
まず、例えばＭＯＣＶＤ法により、ウエハ状態のｃ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板上に、厚さが２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる障壁層とから構成された３周期の量子井戸構造を有する活性層と、厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層とを形成した。ｃ面は極性面である。
ｎ側電極としてＴｉ／Ａｌ層を形成し、ｐ側電極としてＡｇ層を形成した。その後、ｎ型ＧａＮ基板の裏面を研磨して１００μｍの厚さにまで薄くした。
続いて、第３実施例と同様の方法を用いて、すなわち第１の光取り出し面に、高さ５μｍ、直径１０μｍの半球形状に近い形状の凹凸を形成した。
続いて、レーザーによって、発光構造が形成されたウエハのａ軸方向とｍ軸方向とに、表面から数十μｍ程度の深さの溝を形成した。その後、ウエハに対してブレーキングを行って、一辺が４５０μｍのｍ面ＧａＮ系半導体からなる半導体発光チップ１００を得た。この構成において、第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合は４４％である。半導体発光チップ１００は、第１実施例と同様の方法を用いて実装を行い、半導体発光素子を作製した。
図４８は、ａ軸方向およびｍ軸方向の配光分布特性の測定結果を示した図である。図中で、太点線はａ軸方向の配光分布特性、太実線はｍ軸方向の配光分布特性、細実線はランバーシアンの形状を示している。平均非対称度は０．０１２１、最大非対称度は０．０２８７と低い値であった。
次に、第３、第４の実施の形態に係る半導体発光装置の主として色むらを評価した結果を第７から第１１実施例および第２比較例によって説明する。
（第７実施例）
発光強度の異方性および発光波長の異方性は、発光層の偏光方向を基準軸とした場合の特性と、偏光方向に垂直でかつ発光層に平行な方向を基準軸とした場合の特性との間で最も顕著に観察される。以下の実施例における配光分布特性の評価は、上記２つの基準軸の特性に関して行った。
第７実施例として、図２３に示す構造を備えた半導体発光装置を作製した。まず、半導体発光チップ１００の作製方法の概略を説明する。
まず、例えばＭＯＣＶＤ法により、ウエハ状態のｍ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板上に、厚さが２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる障壁層とから構成された３周期の量子井戸構造を有する活性層と、厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層とを形成した。
ｎ側電極としてＴｉ／Ａｌ層を形成し、ｐ側電極としてＡｇ層を形成した。その後、ｎ型ＧａＮ基板の裏面を研磨して１００μｍの厚さにまで薄くした。
続いて、レーザーによって、発光構造が形成されたウエハのｃ軸方向［０００１］とａ軸方向［１１−２０］とに、表面から数十μｍ程度の深さの溝を形成した。その後、ウエハに対してブレーキングを行って、一辺が４５０μｍのｍ面ＧａＮ系半導体からなる半導体発光チップ１００を得た。この構成において、第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合は４４％である。
続いて、半導体発光チップ１００を、ＡｌＮからなる実装基板１０１Ａ上にフリップチップ実装することにより、半導体発光装置を複数個作製した。ＡｌＮからなる実装基板１０１Ａの厚さは約０．７ｍｍである。実装基板１０１の表面上には、厚さが約４μｍの銀（Ａｇ）からなる配線電極１０２が形成されている。
つぎに、信越化学工業製のシリコーンＫＥＲ−２５００に、チタン工業製の酸化チタン（ＴｉＯ2）ＳＴＴ−３０ＥＨＪ（粒子径３０〜５０ｎｍ）を混ぜることで、粒子を含有する透光性部材を作製した。ディスペンサーを用いて、粒子を含有する透光性部材を半導体発光チップ１００の側面部分のみを封止した。ここで半導体発光チップ１００の側面部分とは、実施形態における第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３に対応する。第１の光取り出し面１２１は、粒子を含有する透光性部材で覆われていない。透光性部材の粒子濃度が、０．０重量％、０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％である半導体発光装置をそれぞれ作製した。シリコーンの密度は１ｇ／ｃｍ3程度、ＴｉＯ2の密度は４．２６ｇ／ｃｍ3程度であるため、重量％の値を４．２６で割った値が体積換算ｖｏｌ％に対応する。このようにして、まず、波長変換部材１３０を有さない状態の半導体発光装置を４種類作製した。これらの半導体発光装置の出射方向による発光強度の依存性と、出射方向による発光波長の依存性を調べた。
図４９（ａ）から（ｄ）は、第１の透光性部材における酸化チタン（ＴｉＯ2）の粒子濃度を、それぞれ、０．０重量％、０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％とした半導体発光装置のａ軸方向およびｃ軸方向の配光分布特性の測定結果を示した図である。図中、太点線はａ軸方向の配光分布特性、太実線はｃ軸方向の配光分布特性、細実線はランバーシアンの形状を示している。粒子濃度が０．０重量％の場合、ｃ軸方向の配光分布特性において±４５度から±７５度付近にピークが観測される。ａ軸方向の配光分布特性のプロファイルは、ｃ軸方向に比べてランバーシアンの形状に類似している。このようにｍ面を主面とする活性層を有する半導体発光装置は、ａ軸方向の配光分布特性およびｃ軸方向の配光分布特性のプロファイルが全く異なる。これに対し、粒子濃度が０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％と増加するにつれて、ｃ軸方向の配光分布特性のプロファイルがａ軸方向の配光分布特性のプロファイルに一致してくる。また、ａ軸方向の配光分布特性のプロファイルはよりランバーシアンの形状と一致する。
図５０は、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性との対称性を数値化した結果であり、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示している。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。非対称度は、ａ軸方向とｃ軸方向の光度差をｍ軸方向の光度、すなわち角度０における光度で規格化した値である。従って、非対称度１０％とは、ｍ軸方向の光度の１０％の光度差が、ａ軸方向とｃ軸方向に存在していることを意味する。非対称度が小さいほど、出射方向による発光強度の異方性が小さいことを意味する。図５０から分かるように、粒子濃度が増加すると最大非対称度および平均非対称度は低減する。粒子濃度が１．０％を超えると、非対称度はほぼ安定する。
図５１（ａ）から（ｄ）は、酸化チタン（ＴｉＯ2）の粒子濃度を、それぞれ、０．０重量％、０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％とした半導体発光装置のａ軸方向およびｃ軸方向の発光波長を測定した結果を示している。発光波長の値はドミナント波長である。先に説明したように、活性層では３つの波長の光が発生しているため、外部に取り出される光の波長は、３つの波長の混合比で決まる。図５１（ａ）に示すように、ｃ軸方向の高角度側では、λ１が支配的であるため、長波長の光が観測される。一方、ａ軸方向の高角度側では、λ２およびλ３が支配的であるため短波長の光が観測される。このように、ｍ面を主面とする活性層を有する半導体発光装置から出射する光の波長は、法線方向（ｍ軸方向）からの角度や、主面面における出射方向によって異なっている。これに対し、図５１（ｂ）、（ｃ）、(ｄ)に示すように、粒子濃度が０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％と増加するにつれて、ｃ軸方向の発光波長とａ軸方向の発光波長が一致する。
図５２は、図５１におけるｃ軸方向の発光波長とａ軸方向の発光波長の最大値と最小値の差（最大発光波長差Δλｍａｘ）と、粒子濃度との関係を示している。Δλｍａｘが小さいほど、主面面における出射方向による発光波長の異方性が小さいことを意味する。第１の透光性部材が粒子を含有することによりΔλｍａｘが小さくなることが分かる。
次に、上述の４つの半導体発光装置の第１の光取り出し面１２１、および第１の透光性部材１２４の表面を覆うように、波長変換部材１３０を形成し、白色光を出射する、第１の透光性部材における粒子濃度が異なる４つの半導体発光装置（白色ＬＥＤ）を作製した。波長変換部材には、ＹＡＧを１０重量％含有するシリコーン樹脂を用いた。具体的には、厚さ４００μｍのＹＡＧ含有シリコーン樹脂を平板状に作製し、これを３ｍｍ角に切り出した後、半導体発光装置に貼り付けた。このようにして作製した半導体発光装置の演色評価指数ＣＲＩは、７１．４から７３．０であった。
図５３（ａ）から（ｄ）は、それぞれの粒子濃度の半導体発光装置において、ｃ軸方向のＣＲＩとａ軸方向のＣＲＩの差（ΔＣＲＩ）と、法線方向（ｍ軸方向）からの角度の関係を示している。ΔＣＲＩは、出射方向による色むらを意味する。ΔＣＲＩが小さいほど、出射方向による演色評価指数の異方性が小さいことを意味する。図５３（ａ）に示すように、粒子濃度が０．０重量％である場合、法線方向からの角度が３０°から７０°の範囲において色むらが大きい。これは、励起波長の発光強度および発光波長が出射方向の依存性を持っているためである。粒子を０．４重量％以上含む構造では、出射方向による演色評価指数の異方性が１／４程度まで低減できていることが分かる。
このように、粒子を含有する第１の透光性部材１２４を用いることで、励起波長の出射方向による発光強度の異方性と発光波長の異方性を改善することができ、波長変換時の色むら（出射方向による演色評価指数の異方性）を抑制することができることが確認できた。
（第８実施例）
第８実施例として、図２６（ａ）および（ｂ）に示す半導体発光装置を作製した。図２６（ｂ）に示す半導体発光チップ１００は、第１実施例と同様の方法で作製した。主面はｍ面である。半導体発光チップ１００の裏面、すなわち第１の光り取出し面１２１には、リソグラフィ技術を用いてレジストを形成した後、塩素系のドライエッチングを用いて、凹凸部を形成した。凹凸部の形状は、高さ５μｍ、直径１０μｍの半球形状に近い形状である。第１実施例と同様に、半導体発光チップ１００を、ＡｌＮからなる実装基板１０１Ａ上にフリップチップ実装することにより、半導体発光装置を複数個作製した。動作電流１０ｍＡにおける発光波長は、４５０ｎｍであった。
つぎに、信越化学工業製のシリコーンＫＥＲ−２５００に、チタン工業製の酸化チタンＳＴＴ−３０ＥＨＪ（粒子径３０〜５０ｎｍ）を混ぜることで、粒子を含有する透光性部材を作製した。ディスペンサーを用いて、粒子を含有する透光性部材を半導体発光チップ１００の側面部分のみを封止した。ここで半導体発光チップ１００の側面部分とは、実施形態における第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３に対応する。第１の光取り出し面１２１は、粒子を含有する透光性部材で覆われていない。透光性部材の粒子濃度は、０．０重量％、０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％と変化させ、まず、波長変換部材１３０を有さない状態の半導体発光装置を４種類作製した。これらの半導体発光装置に関して、出射方向による発光強度の依存性と、出射方向による発光波長の依存性を調べた。
図５４は、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性の対称性を数値化した結果であって、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示している。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。図５４から分かるように、粒子濃度が増加すると最大非対称度および平均非対称度は低減する。粒子濃度が１．０％を超えると、非対称度はほぼ安定する。
図５５は、ｃ軸方向の発光波長とａ軸方向の発光波長との最大発光波長差Δλｍａｘと、粒子濃度の関係を示している。第１の透光性部材が粒子を含有することにより、Δλｍａｘが小さくなることが分かる。
次に、第７実施例と同様、上述の４つの半導体発光装置の第１の光取り出し面１２１、および第１の透光性部材１２４の表面を覆うように、波長変換部材１３０を形成し、白色光を出射する、第１の透光性部材における粒子濃度が異なる４つの半導体発光装置（白色ＬＥＤ）を作製した。波長変換部材には、ＹＡＧを１０重量％含有するシリコーン樹脂を用いた。図５６は、粒子濃度が０．０重量％と３．０重量％の場合における、ΔＣＲＩと、法線方向（ｍ軸方向）からの角度の関係を示している。点線は粒子濃度が０．０重量％である半導体発光装置の特性を示し、実線は粒子濃度が３．０重量％である半導体発光装置の特性を示している。図５６から分かるように、第１の透光性部材に粒子が含まれることにより、出射方向による演色評価指数の異方性が１／２程度まで低減できていることが分かる。
（第９実施例）
第９実施例として、図２６（ａ）および（ｂ）に示す半導体発光装置を作製した。
まず、例えばＭＯＣＶＤ法により、ウエハ状態の（２０−２−１）面を主面とするｎ型ＧａＮ基板上に、厚さが２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる障壁層とから構成された３周期の量子井戸構造を有する活性層と、厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層とを形成した。（２０−２−１）面は半極性面である。
ｎ側電極としてＴｉ／Ａｌ層を形成し、ｐ側電極としてＡｇ層を形成した。その後、ｎ型ＧａＮ基板の裏面を研磨して１００μｍの厚さにまで薄くした。
続いて、第２実施例と同様の方法により、第１の取り出し面に、高さ５μｍ、直径１０μｍの半球形状に近い凹凸部を形成した。
続いて、レーザーによって、発光構造が形成されたウエハの［１０−１４］方向と［１−２１０］方向（ａ軸方向）とに、表面から数十μｍ程度の深さの溝を形成した。その後、ウエハに対してブレーキングを行って、一辺が４５０μｍのｍ面ＧａＮ系半導体からなる半導体発光チップ１００を得た。この構成において、第１の光取り出し面１２１の面積に対する第２の光取り出し面１２２の面積の割合は４４％である。
このようにして作成した半導体発光チップを、第１実施例と同様の方法により実装し、半導体発光装置を複数個作製した。この状態で、動作電流１０ｍＡにおける発光波長を測定したところ、４５６ｎｍであった。
つぎに、信越化学工業製のシリコーンＫＥＲ−２５００に、チタン工業製の酸化チタンＳＴＴ−３０ＥＨＪ（粒子径３０〜５０ｎｍ）を混ぜることで、粒子を含有する透光性部材を作製した。ディスペンサーを用いて、粒子を含有する透光性部材を半導体発光チップ１００の側面部分のみを封止した。ここで半導体発光チップ１００の側面部分とは、実施形態における第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３に対応する。第１の光取り出し面１２１は、粒子を含有する透光性部材で覆われていない。透光性部材の粒子濃度は、０．０重量％、０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％と変化させ、波長変換部材１３０を有さない状態の半導体発光装置を４種類作製した。これらの半導体発光装置の出射方向による発光強度の依存性と、出射方向による発光波長の依存性とを調べた。
図５７は、ａ軸方向の配光分布特性と[−１０１−４]軸方向の配光分布特性の対称性を数値化した結果であって、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度との関係を示している。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。図５７から分かるように、粒子濃度が増加すると最大非対称度および平均非対称度は低減する。粒子濃度が１．０％を超えると、非対称度はほぼ安定する。
図５８は、[−１０１−４]方向の発光波長とａ軸方向の発光波長の最大発光波長差Δλｍａｘと、粒子濃度の関係を示している。第１の透光性部材が粒子を含有することにより、Δλｍａｘが小さくなることが分かる。粒子濃度が１．０％を超えると、最大発光波長差Δλｍａｘは、ほぼ安定する。
次に、第７実施例と同様の方法で、作製したそれぞれの半導体発光装置の第１の光取り出し面１２１、および第１の透光性部材１２４の表面を覆うように、波長変換部材１３０を形成し、白色光を出射する、第１の透光性部材における粒子濃度が異なる複数の半導体発光装置（白色ＬＥＤ）を作製した。波長変換部材には、ＹＡＧを１０重量％含有するシリコーン樹脂を用いた。図５９は、第１の透光性部材１２４の粒子濃度が０．０重量％および３．０重量％の場合における、ΔＣＲＩと、法線方向（ｍ軸方向）からの角度の関係を示している。ここでΔＣＲＩは、[−１０１−４]方向のＣＲＩとａ軸方向のＣＲＩの差をあらわしている。点線は粒子濃度が０．０重量％である半導体発光装置の特性を示し、実線は粒子濃度が３．０重量％である半導体発光装置の特性を示している。図５９から分かるように、第１の透光性部材に粒子が含まれることにより、出射方向による演色評価指数の異方性が１／２程度まで低減できていることが分かる。
（第１０実施例）
第１０実施例として、図２３に示す半導体発光装置を作製した。図２３に示す半導体発光チップ１００は、第１実施例と同様の方法で作製した。主面はｍ面である。第１実施例と同様に、半導体発光チップ１００を、ＡｌＮからなる実装基板１０１Ａ上にフリップチップ実装することにより、半導体発光装置を複数個作製した。動作電流１０ｍＡにおける発光波長は、４５０ｎｍであった。
つぎに、信越化学工業製のシリコーンＫＥＲ−２５００に、昭和電工製の酸化亜鉛（ＺｎＯ）ＺＳ−０３２−Ｄ（粒子径２５ｎｍ）を混ぜることで、粒子を含有する透光性部材を作製した。ディスペンサーを用いて、粒子を含有する透光性部材を半導体発光チップ１００の側面部分のみを封止した。ここで半導体発光チップ１００の側面部分とは、実施形態における第２の光取出し面１２２および第３の光取出し面１２３に対応する。第１の光取り出し面１２１は、粒子を含有する透光性部材で覆われていない。透光性部材のＺｎＯ粒子濃度は、０．０重量％、０．４重量％、１．０重量％、３．０重量％と変化させた。シリコーンの密度は１ｇ／ｃｍ3程度、ＺｎＯの密度は５．６１ｇ／ｃｍ3程度であるため、重量％の値を５．６１で割った値が体積換算ｖｏｌ％に対応する。このようにして、波長変換部材１３０を有さない状態の半導体発光装置を４種類作製した。これらの半導体発光装置の出射方向による発光強度の依存性と、出射方向による発光波長の依存性を調べた。
図６０は、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性との対称性を数値化した結果であり、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示している。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。図６０から分かるように、粒子濃度が増加すると最大非対称度および平均非対称度は低減する。粒子濃度が１．０％を超えると、非対称度はほぼ安定する。
図６１は、ｃ軸方向の発光波長とａ軸方向の発光波長の最大発光波長差Δλｍａｘと、粒子濃度との関係を示している。第１の透光性部材が粒子を含有することにより、Δλｍａｘが小さくなることが分かる。粒子濃度が０．４％を超えると、最大発光波長差Δλｍａｘは、ほぼ安定する。
次に、第１実施例と同様の方法で、白色ＬＥＤを作製した。波長変換部材１３０には、ＹＡＧを１０重量％含有するシリコーン樹脂を用いた。図６２は、粒子濃度が０．０重量％と３．０重量％の場合における、ΔＣＲＩと、法線方向（ｍ軸方向）からの角度の関係を示す図である。点線は粒子濃度が０．０重量％、実線は粒子濃度が３．０重量％の特性をあらわしている。粒子を含有する透光性樹脂を用いることで、出射方向による演色評価指数の異方性が１／２程度まで低減できていることが分かる。
（第１１実施例）
第１１実施例として、図２４に示す半導体発光装置を作製した。第１から第４実施例から、励起波長スペクトルの出射方向による発光強度の異方性と発光波長の異方性を低減（改善）すれば、波長変換されたスペクトルの出射方向による演色評価指数の異方性を低減できることが分かった。本実施例では、励起波長スペクトルに注目し、粒子濃度と非対称度、最大発光波長、光出力の低下量についてより詳細に検討した。
第１実施例と同様の方法を用いて主面がｍ面である半導体発光チップを作製した。半導体発光チップは第１実施例と同様の方法を用いてＡｌＮ製の実装基板し、半導体発光チップの側面に酸化チタンを含有する透光性部材（第１の透光性部材１２４）を配置した。第１の光取出し面１２１および第１の透光性部材１２４の表面を覆うように、直径が２．２ｍｍの半球形状に近いシリコーン樹脂（第２の透光性部材１２６）を形成した。励起波長スペクトルに注目するため、波長変換部材１３０を有していない。酸化チタンの濃度は、０．０重量％、０．２重量％、０．４重量％、０．７重量％、１．０重量％、３．０重量％、１０．０重量％、１５．０重量％と変化させた８種類の半導体発光装置を作製した。
図６３は、ａ軸方向の配光分布特性とｃ軸方向の配光分布特性の対称性を数値化した結果であって、粒子濃度と最大非対称度と平均非対称度の関係を示している。□は最大非対称度、◆は平均非対称度をあらわしている。図６３から分かるように、第１の透光性部材における粒子濃度が０．２重量％で非対称度の改善効果が見られ、粒子濃度が０．７重量％程度まで、最大非対称度と平均非対称度は急激に低減（改善）する。粒子濃度が１．０重量％以上では、最大非対称度と平均非対称度は緩やかに改善する。従って、励起波長スペクトルの出射方向による発光強度の異方性を低減するためには、粒子濃度は０．２重量％以上であってもよく、さらに、０．７重量％以上であってもよい。体積換算では、第１の透光性部材における粒子の濃度は０．０４７ｖｏｌ％以上であってもよく、さらに、０．１６４ｖｏｌ％以上であってもよい。
図６４は、ｃ軸方向の発光波長とａ軸方向の発光波長との最大発光波長差Δλｍａｘと、粒子濃度の関係を示している。第１の透光性部材における粒子濃度が０．２重量％でΔλｍａｘの改善効果が見られ、粒子濃度が０．７重量％程度まで、Δλｍａｘは急激に低減（改善）する。粒子濃度が１．０重量％以上では、Δλｍａｘはほぼ一定となる。従って、励起波長スペクトルの出射方向による発光波長の異方性を低減するためには、粒子濃度は０．２重量％以上であってもよく、さらに、０．７重量％以上であってもよい。体積換算では、第１の透光性部材における粒子の濃度は０．０４７ｖｏｌ％以上であってもよく、さらに、０．１６４ｖｏｌ％以上であってもよい。
図６５は、粒子濃度と光出力の低下量との関係示している。縦軸の光出力の低下量は、粒子濃度が０．０重量％の場合を１００％としている。第２の光取出し面１２２から出射した光が粒子１２５ｂによって散乱、さらには吸収されるため、粒子濃度が高くなるほど光出力が低下する。光出力の低下を１０％未満にするために、粒子濃度は３重量％以下であってもよい。体積換算では、０．７０４ｖｏｌ％以下であってもよい。
図６３に示す結果から分かる発光強度の異方性改善効果および図６４に示す結果から分かる発光波長の異方性改善効果をあわせて考えると、粒子濃度は０．２重量％以上３．０重量％以下であってもよく、０．７重量％以上から３．０重量％以下であってもよい。体積換算では、粒子濃度は０．０４７ｖｏｌ％以上０．７０４ｖｏｌ％以下であってもよく、さらに、０．１６４ｖｏｌ％以上０．７０４ｖｏｌ％以下であってもよい。
（第２比較例）
本実施例による発光特性の改善効果を確認するために従来の半導体発光装置の発光特性を測定した。まず、発光強度の異方性および発光波長の異方性の測定時の結晶軸と測定方向の関係を図６６を用いて説明する。
図６６（ａ）から（ｃ）は各特性（配光分布特性、波長特性、ΔＣＲＩ）を測定する際の、結晶軸と測定方向の関係を示している。
図６６（ａ）は、第１の比較例であって、活性層の主面がｃ面である半導体発光装置における結晶軸と測定方向との関係を示している。この場合、ｍ軸方向の特性とは、ａ軸を中心軸として測定した結果である。また、ａ軸方向の特性とは、ｍ軸を中心軸として測定した結果である。この場合、角度はｃ軸からの角度を意味する。
図６６（ｂ）は、第２の比較例であって、活性層の主面がｍ面である半導体発光装置における結晶軸と測定方向との関係を示している。この場合、ａ軸方向の特性とは、ｃ軸を中心軸として測定した結果である。また、ｃ軸方向の特性とは、ａ軸を中心軸として測定した結果である。この場合、角度はｍ軸からの角度を意味する。
図６６（ｃ）は、第３の比較例であって、活性層の主面が（２０−２−１）面である半導体発光装置における結晶軸と測定方向との関係を示している。この場合、ａ軸方向の特性とは、［−１０１−４］軸を中心軸として測定した結果である。また、［−１０１−４］方向の特性とは、ａ軸を中心軸として測定した結果である。この場合、角度は［２０−２−１］軸からの角度を意味する。
（主面がｃ面の窒化物半導体発光装置）
活性層の主面がｃ面である窒化物半導体発光装置は、第１の実施例と同様の方法を用いて作製した。窒化物半導体発光装置は、ｍ軸方向とａ軸方向に切り出した。
図６７（ａ）は、活性層の主面がｃ面である窒化物半導体発光装置の配光分布特性の測定結果を示している。縦軸は光度を角度０°の光度で規格化した値である。横軸はｃ軸方向からの角度を示している。ｍ軸方向の配光分布特性のプロファイルと、ａ軸方向の配光分布特性のプロファイルはほぼ等しい。このように、従来の主面がｃ面の窒化物半導体発光装置では、出射方向による発光強度の異方性という課題を有さない。
図６７（ｂ）は、活性層の主面がｃ面である窒化物半導体発光装置のｍ軸方向とａ軸方向の波長特性を示している。縦軸はドミナント波長である。横軸はｃ軸方向からの角度を示す。ｍ軸方向の波長特性のプロファイルと、ａ軸方向の波長特性のプロファイルはほぼ等しい。このように、従来の主面がｃ面の窒化物半導体発光装置では、出射方向による発光波長の異方性という課題を有さない。また、最大発光波長差Δｍａｘは０．５ｎｍ以下と小さい。最大発光波長差は、単一の窒化物半導体発光装置が有する色むらであり、発光波長の異方性によるものではないと考えられる。
図６７（ｃ）は、ｃ軸方向からの角度におけるドミナント波長の差を示している。すなわち、図６７（ｂ）の各角度における波長差Δλを示している。ｃ軸方向からの角度が大きくなると、Δλが大きくなる傾向があるが、その波長差は０．２５ｎｍ以下であり、十分に小さい。
（主面がｍ面の窒化物半導体発光装置）
主面がｍ面の窒化物半導体発光装置は、第１の実施例と同様の方法を用いて作製した。ｍ面は非極性面である。窒化物半導体発光装置は、ｃ軸方向とａ軸方向に切り出した。
図６８（ａ）は、活性層の主面がｍ面である窒化物半導体発光装置の配光分布特性の測定結果を示している。縦軸は光度を角度０°の光度で規格化した値である。横軸はｃ軸方向からの角度を示している。ｃ軸方向の配光分布特性と、ａ軸方向の配光分布特性は、全く異なった特性を示す。このように、活性層の主面がｍ面の窒化物半導体発光装置では、出射方向による発光強度の異方性がある。
図６８（ｂ）は、活性層の主面がｍ面である窒化物半導体発光装置のｃ軸方向とａ軸方向の波長特性を示している。縦軸はドミナント波長である。横軸はｍ軸方向からの角度を意味する。ｃ軸方向の波長特性と、ａ軸方向の波長特性は全く異なった特性を示す。このように、活性層の主面がｍ面の窒化物半導体発光装置では、出射方向による発光波長の異方性を有している。また、最大発光波長差Δｍａｘは３．２ｎｍに達する。この値は従来の活性層の主面がｍ面である窒化物半導体発光装置の６倍以上に相当し、単一の半導体発光装置でありながら、大きな色むらを有していることが分かる。
図６８（ｃ）は、ｍ軸方向からの角度におけるドミナント波長の差を示している。すなわち、図６８（ｂ）の各角度における波長差Δλを示している。ｍ軸方向からの角度が大きくなると、Δλが大きくなる傾向があり、その波長差は２．６ｎｍに達する。この値は従来の活性層の主面がｍ面である窒化物半導体発光装置の１０倍以上に相当する。
（主面が（２０−２−１）面の窒化物半導体発光装置）
主面が（２０−２−１）面の窒化物半導体発光装置は、第３の実施例と同様の方法を用いて作製した。（２０−２−１）面は半極性面である。窒化物半導体発光装置は、［−１０１−４］方向とａ軸方向に切り出した。
図６９（ａ）は、活性層の主面が（２０−２−１）面である窒化物半導体発光装置の配光分布特性の測定結果を示している。縦軸は光度を角度０°の光度で規格化した値である。横軸は［２０−２−１］方向からの角度を示している。［−１０１−４］方向の配光分布特性と、ａ軸方向の配光分布特性とは、全く異なっている。このように、活性層の主面が（２０−２−１）面の窒化物半導体発光装置では、出射方向による発光強度の異方性がある。
図６９（ｂ）は、活性層の主面がｍ面である窒化物半導体発光装置の［−１０１−４］方向とａ軸方向の波長特性を示している。縦軸はドミナント波長である。横軸はｍ軸方向からの角度を示している。［−１０１−４］方向の波長特性と、ａ軸方向の波長特性とは全く異なっている。このように、活性層の主面が（２０−２−１）面の窒化物半導体発光装置では、出射方向による発光波長の異方性を有している。また、最大発光波長差Δｍａｘは２．４ｎｍに達する。この値は従来の活性層の主面がｍ面である窒化物半導体発光装置の約５倍に相当し、単一の半導体発光装置でありながら、大きな色むらを有していることが分かる。
図６９（ｃ）は、ｍ軸方向からの角度におけるドミナント波長の差を示している。すなわち、図６９（ｂ）の各角度における波長差Δλを示している。ｍ軸方向からの角度が大きくなると、Δλが大きくなる傾向があり、その波長差は２．０ｎｍに達する。この値は状来の主面がｍ面の窒化物半導体発光装置の約８倍に相当する。
上述した通り、本発明の実施の形態によれば、第１の透光性部材が半導体発光チップの第２の光取り出し面の少なくとも一部を覆っているため、第１の透光性部材において光が散乱され、活性層の成長面と平行な方向における出射方向による発光波長の依存性が低減される。よって半導体発光装置から出射する光の色むらを抑制することができる。
（他の実施の形態）
他の実施の形態の第１の側面は、偏光光を出射し、非極性面または半極性面を成長面に有する活性層を有する窒化物半導体発光チップを備えた窒化物半導体発光装置であって、前記窒化物半導体発光装置は、前記窒化物半導体発光チップの側方の領域のうち、前記偏光光の偏光方向に垂直な方向に配置された第１の透光性部材と、前記窒化物半導体発光チップの上方の領域に配置され、前記活性層からの前記偏光光の波長を変換する波長変換部材と、を有し、前記第１の透光性部材は、基材と、前記基材と異なる屈折率を有し、前記基材に分散された粒子と、を含み、前記活性層からの前記偏光光を透過する。
他の実施形態の第２の側面は、前記第１の側面において、前記第１の透光性部材は、０．２重量％以上１５重量％以下の前記複数の粒子を含む。
他の実施形態の第３の側面は、前記第１または第２の側面において、前記成長面と平行な平面視において、前記偏光方向に短軸を有し、前記偏光方向に対して垂直な方向に長軸を有し、前記窒化物半導体発光チップの重心を中心とする楕円形を定義し、前記長軸の長半径を下記（式１）によって表されるαとし、前記短軸の短半径を、下記（式２）によって表されるβとし、前記第１の透光性部材の吸収係数をＡ[ｃｍ-1]、前記窒化物半導体発光チップの１辺の長さをＬとした場合、前記第１の透光性部材のうち少なくとも前記楕円形の内部に位置する部分には、前記複数の粒子が存在している。
α ＝ ２．３／Ａ ＋ Ｌ／２・・・・（式１）
β ＝ α／２ ＝ （２．３／Ａ ＋ Ｌ／２）／２・・・・（式２）
他の実施の形態の第４の側面は、前記第１から第３の側面の何れかにおいて、前記複数の粒子の重量濃度は０．２重量％以上３．０重量％以下である。
他の実施の形態の第５の側面は、前記第１から第４の側面の何れかにおいて、前記複数の粒子の重量濃度は０．７重量％以上３．０重量％以下である。
他の実施の形態の第６の側面は、前記第１から第５の側面の何れかにおいて、前記複数の粒子の平均粒径は、１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。
他の実施の形態の第７の側面は、前記第１から第６の側面の何れかにおいて、前記複数の粒子は、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮを含む群から選択した少なくとも１種の材料から形成される。
他の実施の形態の第８の側面は、前記第１から第７の側面の何れかにおいて、前記窒化物半導体発光チップは、上面である第１の光取り出し面と、側面であって、前記偏光光の偏光方向に平行な第２の光取り出し面とを備え、前記第２の光取り出し面は、前記第１の透光性部材と接しているか、または他の部材もしくは空間を介して前記第１の透光性部材に面している。
他の実施の形態の第９の側面は、前記第８の側面において、前記第１の光取出し面の面積に対して、前記第２の光取出し面の面積が占める割合は４０％以上である。
他の実施の形態の第１０の側面は、前記第８または９の側面において、前記第１の光取り出し面には複数の凹凸が形成されている。
他の実施の形態の第１１の側面は、前記第１０の側面において、前記複数の凹凸は、半球形状の凸部または凹部から構成されている。
他の実施の形態の第１２の側面は、前記第１１の側面において、前記複数の凹凸は、前記成長面と平行な平面視においてストライプ形状の凸部または凹部から構成されている。
他の実施の形態の第１３の側面は、前記第１２の側面において、前記ストライプ形状の延伸方向が前記活性層の偏光方向となす角度は、０度以上５度未満である。
他の実施の形態の第１４の側面は、前記第１２の側面において、前記ストライプ形状の延伸方向が前記活性層の偏光方向となす角度は、５度以上９０度以下である。
他の実施の形態の第１５の側面は、前記第８から第１４の側面の何れかにおいて、前記第２の光取り出し面から出射した光のうち５０％以上が、前記第１の透光性部材に入射する。
他の実施の形態の第１６の側面は、前記第８から第１４の側面の何れかにおいて、前記第１の透光性部材は、前記第１の光取り出し面を覆っていない。
他の実施の形態の第１７の側面は、前記第８から第１６の側面の何れかにおいて、前記波長変換部材の前記半導体発光チップと対向する面と反対の面全体を覆う、第２の透光性部材をさらに備える。
他の実施の形態の第１８の側面は、前記第１７の側面において、前記第２の透光性部材は、前記第１の透光性部材よりも小さい拡散透過率を有する。
本発明に係る半導体発光装置は、例えば、液晶プロジェクタ光源装置、発光ダイオード（ＬＥＤ）のバックライト等に利用することができる。
９ 偏光板
１１ 半導体発光装置
１３ 実体顕微鏡
１４ シリコンフォトディテクタ
１５ ＣＣＤカメラ
１６ 電源
１００ 半導体発光チップ
１０１ 実装基板
１０２ 配線電極
１０３ バンプ
１０４ 基板
１０４ａ 凹凸部
１０５ ｎ型窒化物半導体層
１０６ 活性層
１０７ ｐ型窒化物半導体層
１０８ ｐ側電極
１０９ ｎ側電極
１１０ ワイヤ
１１２ 凹部
１１８ 測定器
１１９ 測定線
１２１ 第１の光取出し面
１２２ 第２の光取出し面
１２３ 第３の光取出し面
１２４ 第１の透光性部材
１２５ａ 基材
１２５ｂ 粒子
１２６ 第２の透光性部材
１２７ 第３の透光性部材
１２８ 楕円形（光が拡散される有効部）
１２９ 反射部材
１３０ 波長変換部材

Claims (32)

  1. 偏光光を出射し、非極性面または半極性面を成長面に有する活性層を有する窒化物半導体発光チップと、
    前記活性層からの光を透過する透光性カバーと、を備えた窒化物半導体発光装置であって、
    前記透光性カバーは、前記窒化物半導体発光チップの側方の領域のうち、前記偏光光の偏光方向に垂直な方向に配置された第１の透光性部材と、前記窒化物半導体発光チップの上方の領域に配置された第２の透光性部材と、を有し、
    前記第１の透光性部材における光の拡散透過率は、前記第２の透光性部材における光の拡散透過率よりも高い、窒化物半導体発光装置。
  2. 前記第１の透光性部材は、透光性部材と、前記透光性部材とは異なる屈折率を有する材料から形成されている複数の粒子とを含む、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  3. 前記第１の透光性部材は、０．２重量％以上１５重量％以下の前記複数の粒子を含む、請求項２に記載の窒化物半導体発光装置。
  4. 偏光光を出射し、非極性面または半極性面を成長面に有する活性層を有する窒化物半導体発光チップと、
    前記窒化物半導体発光チップの側方の領域のうち、前記偏光光の偏光方向に垂直な方向に配置され、前記活性層からの光を透過する第１の透光性部材と、を備えた窒化物半導体発光装置であって、
    前記第１の透光性部材は、透光性基材と複数の粒子とを含み、
    前記粒子は前記透光性基材とは異なる屈折率を有し、
    前記第１の透光性部材は、０．２重量％以上１５重量％以下の前記複数の粒子を含む、窒化物半導体発光装置。
  5. 前記成長面と平行な平面視において、前記偏光方向に短軸を有し、前記偏光方向に対して垂直な方向に長軸を有し、前記窒化物半導体発光チップの重心を中心とする楕円形を定義し、前記長軸の長半径を下記（式１）によって表されるαとし、前記短軸の短半径を、下記（式２）によって表されるβとし、
    前記第１の透光性部材の吸収係数をＡ[ｃｍ-1]、前記窒化物半導体発光チップの１辺の長さをＬとした場合、
    前記第１の透光性部材のうち少なくとも前記楕円形の内部に位置する部分には、前記複数の粒子が存在している、請求項２から４の何れかに記載の窒化物半導体発光装置。
    α ＝ ２．３／Ａ ＋ Ｌ／２ （式１）
    β ＝ α／２ ＝ （２．３／Ａ ＋ Ｌ／２）／２ （式２）
  6. 前記複数の粒子の重量濃度は０．２重量％以上３．０重量％以下である、請求項２から５の何れかに記載の窒化物半導体発光装置。
  7. 前記複数の粒子の重量濃度は０．７重量％以上３．０重量％以下である、請求項２から５の何れかに記載の窒化物半導体発光装置。
  8. 前記複数の粒子の平均粒径は、１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である、請求項２から７の何れかに記載の窒化物半導体発光装置。
  9. 前記複数の粒子は、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮを含む群から選択した少なくとも１種の材料から形成される、請求項２から８の何れかに記載の窒化物半導体発光装置。

  10. 前記窒化物半導体発光チップは、上面である第１の光取り出し面と、側面であって、前記偏光光の偏光方向に平行な第２の光取り出し面とを備え、
    前記第２の光取り出し面は、前記第１の透光性部材と接しているか、または他の部材もしくは空間を介して前記第１の透光性部材に面している、請求項１から９のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
  11. 前記第１の光取出し面の面積に対して、前記第２の光取出し面の面積が占める割合は４０％以上である、請求項１０に記載の窒化物半導体発光装置。
  12. 前記第１の光取り出し面には複数の凹凸が形成されている、請求項１０または１１に記載の窒化物半導体発光装置。
  13. 前記複数の凹凸は、半球形状の凸部または凹部から構成されている、請求項１２に記載の窒化物半導体発光装置。
  14. 前記複数の凹凸は、前記成長面と平行な平面視においてストライプ形状の凸部または凹部から構成されている、請求項１２に記載の窒化物半導体発光装置。
  15. 前記ストライプ形状の延伸方向が前記活性層の偏光方向となす角度は、０度以上５度未満である、請求項１４に記載の窒化物半導体発光装置。
  16. 前記ストライプ形状の延伸方向が前記活性層の偏光方向となす角度は、５度以上９０度以下である、請求項１４に記載の窒化物半導体発光装置。
  17. 前記第２の光取り出し面から出射した光のうち５０％以上が、前記第１の透光性部材に入射する、請求項１０から１６の何れかに記載の窒化物半導体発光装置。
  18. 成長面が非極性面または半極性面であり、偏光光を出射する活性層を含む窒化物半導体発光チップであって、前記活性層の前記成長面と非垂直であり、前記偏光光が外部へ出射する第１の光取り出し面と、前記偏光光の偏光方向と非垂直であり、前記偏光光が外部へ出射する第２の光取り出し面とを有する窒化物半導体発光チップと、
    前記第１の光取り出し面を覆っており、前記外部へ出射した前記偏光光の波長を変換する波長変換部材と、
    基材および前記基材と異なる屈折率を有し、前記基材に分散された粒子を含む第１の透光性部材であって、前記第２の光取り出し面の少なくとも一部を覆い、前記外部へ出射した前記偏光光を拡散透過する第１の透光性部材と
    を備えた窒化物半導体発光装置。
  19. 前記第１の透光性部材は、前記第１の光取り出し面を覆っていない請求項１８に記載の窒化物半導体発光装置。
  20. 前記波長変換部材の前記半導体発光チップと対向する面と反対の面全体を覆う、第２の透光性部材をさらに備える請求項１８または１９に記載の窒化物半導体発光装置。
  21. 前記第１の透光性部材は、前記粒子を０．２重量％以上１５．０重量％以下の割合で含む請求項１８から２０のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
  22. 前記第１の透光性部材は、前記粒子を０．７重量％以上３．０重量％以下の割合で含む請求項１８から２１のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
  23. 前記第１の透光性部材は前記粒子を０．０４７ｖｏｌ％以上３．５２１ｖｏｌ％以下の割合で含む請求項１８から２２のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
  24. 前記第１の透光性部材は前記粒子を０．１６４ｖｏｌ％以上０．７０４ｖｏｌ％以下の割合で含む請求項１８から２３のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
  25. 前記粒子の平均粒径は、１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である請求項１８から２４のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
  26. 前記粒子は、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮからなる群から選ばれる少なくとも１種によって構成されている請求項１８から２５のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
  27. 成長面が非極性面または半極性面であり、偏光光を出射する活性層を含む窒化物半導体発光チップであって、前記活性層の前記成長面と非垂直であり、前記偏光光が外部へ出射する第１の光取り出し面と、前記偏光光の偏光方向と非平行であり、前記偏光光が外部へ出射する第２の光取り出し面とを有する窒化物半導体発光チップと、
    前記第１の光取り出し面から出射した前記偏光光が入射するように配置され、前記外部へ出射した前記偏光光の波長を変換する波長変換部材と、
    前記第２の光取り出し面の少なくとも一部から出射し前記偏光光が入射するように配置され、前記外部へ出射した前記偏光光を透過する第１の透光性部材と
    前記第１の透光性部材よりも小さい拡散透過率を有し、前記波長変換部材を透過した光が入射するように配置され、前記外部へ出射した前記偏光光を拡散透過する第２の透光性部材と
    を備えた窒化物半導体発光装置。
  28. 前記第２の光取出し面に複数の凹凸が形成されている請求項１８から２７のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
  29. 前記第２の光取り出し面から出射した光のうち５０％以上が、前記第１の透光性部材に光学的に結合している、請求項１８から２８のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
  30. 前記第１の透光性部材の吸収係数はＡｃｍ-1であり、
    前記成長面に垂直な方向から前記半導体発光チップを見た場合、
    前記半導体発光チップは前記偏光方向および前記偏光方向と垂直な方向に長さＬを有し、前記偏光方向に垂直な方向および前記偏光方向に、長軸αおよび短軸βをそれぞれ有する楕円の領域全体に前記第１の透光性部材は位置しており、
    前記長軸αおよび前記短軸βは
    α ＝ ２．３／Ａ ＋ Ｌ／２
    β ＝ α／２ ＝ （２．３／Ａ ＋ Ｌ／２）／２
    で定義される請求項１８から２９のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
  31. 前記波長変換部材は少なくとも前記楕円の領域全体を覆う請求項３０に記載の窒化物半導体発光装置。
  32. 前記第２の光取出し面の面積は前記第１の光取出し面の面積の４０％以上である請求項１８から３１のいずれかに記載の窒化物半導体発光装置。
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