WO2013114483A1 - 窒化物半導体発光素子、その窒化物半導体発光素子を備えた光源及びその窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

窒化物半導体発光素子、その窒化物半導体発光素子を備えた光源及びその窒化物半導体発光素子の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2013114483A1
WO2013114483A1 PCT/JP2012/006297 JP2012006297W WO2013114483A1 WO 2013114483 A1 WO2013114483 A1 WO 2013114483A1 JP 2012006297 W JP2012006297 W JP 2012006297W WO 2013114483 A1 WO2013114483 A1 WO 2013114483A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nitride semiconductor
light
semiconductor light
stripe
active layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/006297
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正樹 藤金
井上　彰
横川　俊哉
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
Publication of WO2013114483A1 publication Critical patent/WO2013114483A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H01L33/382—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending partially in or entirely through the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen

Definitions

  • the present disclosure relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.
  • a nitride semiconductor having nitrogen (N) as a group V element is considered promising as a material for a short-wavelength light-emitting element because of its large band gap.
  • a semiconductor laser using a blue light emitting diode (LED), a green LED, and a GaN-based semiconductor as a material has been put into practical use.
  • FIG. 1 schematically shows a unit cell of GaN.
  • a c-plane substrate having a c-plane as a growth surface (main surface) is generally used as a substrate on which a GaN-based semiconductor crystal is grown.
  • the c-plane is a substrate having (0001) plane shown in FIG.
  • polarization electric polarization
  • the c-plane is also called a “polar plane”.
  • a piezoelectric field is generated along the c-axis direction in the InGaN quantum well in the active layer.
  • the piezo electric field When such a piezo electric field is generated in the active layer, the electron and hole distribution in the active layer is displaced, so that the internal quantum efficiency is reduced due to the quantum confined Stark effect of carriers.
  • the threshold current is increased in the case of a semiconductor laser, and the power consumption is increased and the light emission efficiency is decreased in the case of an LED.
  • the piezo electric field is screened as the injected carrier density is increased, and the emission wavelength is also changed.
  • the use of a substrate having a non-polar m-plane on the surface has been studied.
  • the m-plane is a plane parallel to the c-axis and is orthogonal to the c-plane.
  • Ga atoms and nitrogen atoms exist on the same atomic plane, and therefore no spontaneous polarization occurs in the direction perpendicular to the m plane. Therefore, if a semiconductor multilayer structure is formed in a direction perpendicular to the m-plane, no piezo electric field is generated in the active layer. For this reason, the subject by the fall of internal quantum efficiency etc. can be solved.
  • a nitride semiconductor light emitting device having an active layer with an m-plane as a growth surface mainly emits polarized light in the a-axis direction (see Non-Patent Document 1). At this time, polarized light in the c-axis direction and polarized light in the m-axis direction are also emitted. However, the c-axis direction polarized light and the m-axis direction polarized light are weaker than the a-axis direction polarized light.
  • a method for improving the degree of polarization of a light emitting element has been studied. For example, a method has been disclosed in which a stripe structure with an unevenness of 100 nm or less is dug in the c-axis direction on a light extraction surface of a light emitting element having an m-plane as a main surface (see Patent Document 1). Further, a method is disclosed in which the thickness of a light-emitting element having an m-plane as a main surface is polished to 100 ⁇ m or less, and the unevenness of the polished surface is finished to 100 nm or less (see Patent Document 2).
  • a method is disclosed in which the shape of a light-emitting element having an m-plane as a main surface is a 600 ⁇ 200 nm 2 rectangle that is long in the a-axis direction (see Patent Document 3). Furthermore, a method is disclosed in which a slit structure made of a metal having a height of 100 nm or more and 150 nm or less is provided in the c-axis direction on a light extraction surface of a light emitting element having an m-plane as a main surface (see Patent Document 4). .
  • the present disclosure has been made in view of the above-described problems, and aims to control the degree of polarization.
  • the first form of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is provided on the active layer 122 whose main surface is a nonpolar surface or a semipolar surface, and on the emission surface from which light from the active layer 122 is emitted. And an electrode 45.
  • the electrode 45 includes a plurality of stripe portions, and the absolute value of the angle formed by the direction in which the stripe portions extend and the polarization direction of light from the active layer is 5 ° or more and 80 ° or less.
  • the second form of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is provided on the active layer 122 whose main surface is a nonpolar surface or a semipolar surface, and on the emission surface that emits light from the active layer 122.
  • an electrode 45 includes a plurality of stripe portions, and the absolute value of the angle formed by the direction in which the stripe portions extend and the polarization direction of light from the active layer is 0 ° or more and less than 3 °.
  • the degree of polarization can be controlled.
  • Basic vector wurtzite crystal structure (primitive translation vectors) is a perspective view showing the a 1, a 2, a 3 , c.
  • (A) to (d) are schematic views showing typical crystal plane orientations of a hexagonal wurtzite structure.
  • 1 is a cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device according to a first embodiment. It is a top view which shows the structure of a 1st electrode.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a first modification of the nitride semiconductor light emitting element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second modification of the nitride semiconductor light emitting element according to the first embodiment. It is sectional drawing which shows the nitride semiconductor light-emitting device concerning 2nd Embodiment.
  • A) to (e) show the relationship between the stripe structure and the polarization direction, (a) is a plan view, and (b) shows an IXb-IXb line when the polarization direction and the stripe direction coincide with each other.
  • (C) is a cross-sectional view taken along the line IXc-IXc when the polarization direction and the stripe direction coincide with each other, and (d) is a cross-sectional view where the polarization direction and the stripe direction are orthogonal to each other.
  • FIG. 6E is a cross-sectional view taken along line IXb-IXb
  • FIG. 8E is a cross-sectional view taken along line IXc-IXc when the polarization direction and the stripe direction are orthogonal to each other.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a first modification of the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment. It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the nitride semiconductor light-emitting device concerning 2nd Embodiment. It is sectional drawing which shows the 3rd modification of the nitride semiconductor light-emitting device concerning 2nd Embodiment. It is sectional drawing which shows the 4th modification of the nitride semiconductor light-emitting device concerning 2nd Embodiment. It is sectional drawing which shows the 5th modification of the nitride semiconductor light-emitting device concerning 2nd Embodiment.
  • (A)-(c) is sectional drawing which shows the formation process of a texture structure. It is sectional drawing which shows the 1st modification of the nitride semiconductor light-emitting device concerning 3rd Embodiment. It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the nitride semiconductor light-emitting device concerning 3rd Embodiment.
  • (A) And (b) is sectional drawing which shows the modification of the formation process of a texture structure, respectively. It is sectional drawing which shows an example of a light source device.
  • (A) is a figure which shows the optical microscope observation image of a 1st electrode
  • (b) is an enlarged view of (a). It is a figure which shows typically the measuring system of a polarization characteristic.
  • (A) And (b) is a figure which shows typically the measuring system of the light distribution characteristic of an a-axis direction.
  • (A) And (b) is a figure which shows typically the measuring system of the light distribution characteristic of a c-axis direction. It is a figure which shows the light distribution characteristic of the nitride semiconductor light-emitting device which has a flat output surface.
  • (A) And (b) is a figure which shows the light distribution characteristic in case the 1st electrode has a stripe part, (a) is the light distribution characteristic of a-axis direction, (b) is the distribution of c-axis direction.
  • Optical characteristics It is a figure which shows the correlation with the pitch of a stripe part, and a polarization degree maintenance factor. It is a figure which shows the correlation with the angle of a stripe part, and a polarization degree. It is a figure which shows the correlation with the angle of a stripe part, and light extraction efficiency. It is a figure which shows the SEM observation image of a colloidal crystal layer. It is a figure which shows the SEM observation image of the texture structure formed using the colloidal crystal layer.
  • One embodiment of the present invention is a nitride semiconductor light emitting device comprising: an active layer whose main surface is a nonpolar surface or a semipolar surface; and an electrode provided on an exit surface that emits light from the active layer
  • the electrode includes a plurality of stripe portions, and an absolute value of an angle formed by a direction in which the stripe portions extend and a polarization direction of light from the active layer is 5 ° or more and 80 ° or less.
  • the absolute value of the angle formed by the direction in which the stripe portion extends and the polarization direction of light from the active layer may be 5 ° or more and 45 ° or less.
  • Another embodiment of the present invention is a nitride semiconductor comprising an active layer whose main surface is a nonpolar surface or a semipolar surface, and an electrode provided on an exit surface that emits light from the active layer
  • the electrode includes a plurality of stripe portions, and an absolute value of an angle formed by a direction in which the stripe portions extend and a polarization direction of light from the active layer is 0 ° or more and less than 3 °. .
  • the emission surface may have a plurality of stripe-shaped convex portions, and the stripe portions may be provided on the convex portions.
  • the emission surface may have a plurality of stripe-shaped recesses, and the stripe portions may be provided in the recesses.
  • the emission surface may have a texture structure in a portion where the electrode is formed.
  • the emission surface may have a texture structure in a portion where the electrode is not formed.
  • the growth surface may be an m-plane, and the polarization direction of light from the active layer may be an a-axis direction.
  • the active layer may generate light having a light distribution characteristic having a wider radiation angle in the c-axis direction than in the a-axis direction.
  • the plurality of stripe portions may have at least one slope that is not parallel to the emission surface.
  • the period of the plurality of stripe portions may be 300 nm or more.
  • the period of the plurality of stripe portions may be 100 ⁇ m or less.
  • the area of the plurality of stripe portions may be 5% or more of the area of the exit surface.
  • the nitride semiconductor light emitting device may be a light emitting diode.
  • a light source includes any of the nitride semiconductor light emitting devices described above and a wavelength conversion unit having a phosphor that converts the wavelength of light from the nitride semiconductor light emitting device. Yes.
  • Another embodiment of the present invention includes a step of forming a nitride semiconductor layer structure having an active layer having a nonpolar plane or a semipolar plane as a growth plane, and a light emitting surface that emits light from the active layer. And a step of forming an electrode having a plurality of stripe portions, the absolute value of the angle formed by the direction in which the stripe portions extend and the polarization direction of light from the active layer Is formed so as to be 5 ° or more and 80 ° or less.
  • the absolute value of the angle formed by the direction in which the stripe portion extends and the polarization direction of the light from the active layer may be 5 ° or more and 45 ° or less.
  • the method may further include a step of forming a stripe structure having a plurality of concave portions and convex portions on the emission surface, and the stripe portions may be formed on the convex portions.
  • the method may further include a step of forming a stripe structure having a plurality of concave portions and convex portions on the emission surface, and the stripe portions may be formed in the concave portions.
  • a step of forming a texture structure on the emission surface may be further provided.
  • the growth surface may be an m-plane, and the polarization direction of light from the active layer may be an a-axis direction.
  • a light emitting diode may be manufactured.
  • the c axis is an axis parallel to the basic vector c extending in the [0001] direction of the wurtzite crystal structure shown in FIG.
  • a plane perpendicular to the c-axis is referred to as a “c plane” or a “(0001) plane”.
  • a surface terminated with a group III element such as Ga is referred to as a “+ c plane” or “(0001) plane”, and a plane terminated with a group V element such as nitrogen is referred to as a “ ⁇ c plane” or “( 000-1) plane ”.
  • the “-” attached to the left of the number in parentheses representing the Miller index means “bar”.
  • the m-plane is a plane parallel to the c-axis (basic vector c) as shown in FIG. 3B, and is orthogonal to the c-plane.
  • the m-plane is a general term for the (10-10) plane, the (-1010) plane, the (1-100) plane, the (-1100) plane, the (01-10) plane, and the (0-110) plane.
  • m-plane includes not only a plane completely parallel to the m-plane but also a plane inclined by an angle of ⁇ 5 ° or less from the m-plane.
  • the effect of spontaneous polarization is very small if it is slightly inclined from the m-plane.
  • the semiconductor layer is more easily epitaxially grown on a substrate whose surface is slightly inclined than a substrate whose surface strictly coincides with the crystal orientation. Therefore, it is sometimes useful to incline the crystal plane in order to improve the quality of the epitaxially grown semiconductor layer or increase the crystal growth rate while sufficiently suppressing the influence of spontaneous polarization. This is also true for nonpolar and semipolar surfaces other than the m-plane.
  • the a-plane is a plane parallel to the c-axis (basic vector c) and is orthogonal to the c-plane.
  • the a-plane is a generic name for the (11-20) plane, the (-1-120) plane, the (1-210) plane, the (-12-10) plane, the (-2110) plane, and the (2-1-10) plane. It is.
  • the r-plane is shown in FIG.
  • the + r plane is a general term for the (10-12) plane, the ( ⁇ 1012) plane, the (1-102) plane, the ( ⁇ 1102) plane, the (01-12) plane, and the (0-112) plane.
  • the ⁇ r plane includes (10-1-2) plane, ( ⁇ 101-2) plane, (1-10-2) plane, ( ⁇ 110-2) plane, (01-1-2) plane and (0 -11-2) A general term for the surface.
  • polarized light means light whose electric field intensity is biased in a specific direction.
  • polarized light in the X-axis direction For example, light whose electric field intensity is biased in the X-axis direction is referred to as “polarized light in the X-axis direction”, and the X-axis direction at this time is referred to as “polarization direction”.
  • the “polarized light in the X-axis direction” does not mean only linearly polarized light polarized in the X-axis direction, and may include linearly polarized light polarized in other axial directions.
  • polarized light in the X-axis direction means that the intensity (electric field intensity) of light passing through the “polarizer having a polarization transmission axis in the X-axis direction” is “the polarization transmission axis in the other axis direction”. It means light that becomes higher than the electric field intensity of the light that passes through the “polarizer with”. Therefore, “polarized light in the X-axis direction” includes not only linearly polarized light and elliptically polarized light polarized in the X-axis direction but also non-coherent light in which linearly polarized light and elliptically polarized light polarized in various directions are mixed. Including.
  • the electric field intensity of the light transmitted through the polarizer is I min .
  • I min 0 so the degree of polarization is equal to 1.
  • I max ⁇ I min 0 and the degree of polarization is equal to zero.
  • a nitride semiconductor active layer whose growth surface is the m-plane emits light whose electric field strength is biased mainly in the a-axis direction.
  • the light distribution is such that the emission intensity increases in the direction perpendicular to the polarization direction, and the radiation pattern (light distribution) of the light-emitting element is not uniform.
  • semi-polar surfaces such as + r surface, -r surface, (20-21) surface, (20-2-1) surface, (10-1-3) surface and (11-22) surface, and a surface, etc.
  • Other non-polar planes also emit light with the electric field intensity biased in a specific crystal direction of the nitride semiconductor, and exhibit a light distribution that increases the emission intensity in the direction perpendicular to the polarization direction.
  • the polarization direction of light from the nitride semiconductor active layer having the a-plane as the growth surface is the m-axis direction. Therefore, it is predicted that the light distribution is such that the emission intensity increases in the direction perpendicular to the m-axis.
  • the polarization direction of light from the nitride semiconductor active layer having the (20-2-1) plane and the (20-21) plane, which are semipolar planes, is the [-12-10] direction. It has been. Accordingly, it is predicted that the light distribution is such that the emission intensity increases in the direction perpendicular to the [-12-10] direction.
  • the polarization direction of light from the nitride semiconductor active layer having the (10-1-3) plane which is a semipolar plane as the growth plane is [-12-10 when the composition of In in the nitride semiconductor active layer is large.
  • the polarization direction of light from the nitride semiconductor active layer with the (11-22) plane being a semipolar plane as the growth plane is the m-axis direction when the composition of In in the nitride semiconductor active layer is large.
  • the direction is [ ⁇ 1-123]. Therefore, when the In composition of the active layer is large, the emission intensity is large with respect to the direction perpendicular to the m-axis, and when the In composition of the active layer is small, the light emission intensity is perpendicular to the [-1-123] direction. It is predicted that the light distribution is such that the emission intensity increases in any direction.
  • the light distribution characteristic of the element is a Lambert cosine law (Lambertian, Lambertian distribution) shape. Deviate.
  • the inventors of the present invention have problems that polarized light is emitted from a nitride semiconductor light emitting element having a nonpolar surface such as an m-plane or a semipolar surface as a main surface, and the light distribution characteristics deviate from Lambertian.
  • the subject that light extraction efficiency fell compared with the nitride semiconductor light-emitting device which makes c surface the main surface was discovered. Furthermore, it has been found that these problems can be solved by providing a stripe structure on the exit surface.
  • an active layer having an m-plane as a growth surface is taken as an example, and description will be given focusing on polarized light in the a-axis direction.
  • the + r plane, the ⁇ r plane, (20-21) ( The same applies to polarized light in a specific crystal direction on semipolar planes such as 20-2-1), (10-1-3) and (11-22) planes, and other nonpolar planes such as a-planes. I can say.
  • FIG. 4 shows the structure of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
  • the nitride semiconductor light emitting device 101 is a light emitting diode, and includes a substrate 41, a nitride semiconductor layer structure 42, a first electrode 45, and a second electrode 46.
  • the substrate 41 is made of GaN whose main surface is a crystal plane excluding the c-plane.
  • the nitride semiconductor layer structure 42 includes an n-type nitride semiconductor layer 121, an active layer 122, and a p-type nitride semiconductor layer 123 that are sequentially formed on one surface (front surface) of the substrate 41. Have.
  • the main surface of the active layer 122 is a nonpolar surface or a semipolar surface.
  • the first electrode 45 is provided on the emission surface that emits light from the active layer 122.
  • the first electrode 45 is an n-side electrode and is provided on the surface (back surface) of the substrate 41 opposite to the nitride semiconductor layer structure 42.
  • the second electrode 46 is a p-side electrode and is provided on the p-type nitride semiconductor layer 123. Part or all of the substrate 41 may be removed during the manufacturing process.
  • the plane orientation of the main surface of the substrate 41 may be any plane orientation as long as the active layer 122 can emit light having polarization characteristics.
  • an m-plane GaN substrate whose main surface is an m-plane is used.
  • non-polar surfaces such as a surface, + r surface, -r surface, ⁇ 20-21 ⁇ surface, ⁇ 20-2-1 ⁇ surface, ⁇ 10-1-3 ⁇ surface, ⁇ 11-22 ⁇ surface, etc. It may be a substrate having a semipolar surface appearing on the surface.
  • the main surface of the active layer 122 when the main surface of the substrate 41 is an m-plane, the main surface of the active layer 122 is also an m-plane, and the active layer 122 mainly emits light whose electric field intensity is biased in a direction parallel to the a-axis.
  • the active layer 122 when the active layer 122 is formed on the a-plane, the active layer 122 mainly emits light whose electric field intensity is biased in a direction parallel to the m-axis.
  • the active layer 122 when the active layer 122 is formed on the ⁇ 11-22 ⁇ plane, when the In composition is low, the active layer 122 mainly emits light whose electric field intensity is biased in the direction parallel to the m-axis, and the In composition is high.
  • the polarization characteristic of the active layer 122 formed on the semipolar plane is determined by the behavior of the upper two bands (A band and B band) of the valence band. However, the polarization characteristics may be affected by the amount of strain applied to the active layer 122 and the quantum confinement effect.
  • silicon (Si) is used as the n-type dopant.
  • Mg is added as a p-type dopant.
  • Zn or Be other than Mg may be used.
  • the Al composition ratio s may be uniform in the thickness direction. Further, the Al composition ratio s may change continuously or stepwise in the thickness direction.
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer 123 is, for example, about 0.05 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the region near the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 123, that is, the region near the interface with the second electrode 46 may be a GaN region in which the Al composition ratio s is zero.
  • the GaN region may contain a high concentration of p-type impurities. When the GaN region contains a high concentration of p-type impurities, it can function as a contact layer.
  • the active layer 122 includes, for example, a well layer made of Ga 1-x In x N (0 ⁇ x ⁇ 1) having a thickness of about 3 nm to 20 nm and a Ga 1-y In y N having a thickness of about 5 nm to 30 nm. It has a GaInN / GaInN multiple quantum well (MQW) structure in which barrier layers made of (0 ⁇ y ⁇ x ⁇ 1) are alternately stacked.
  • MQW GaInN / GaInN multiple quantum well
  • the wavelength of light generated in the active layer 122 is determined by the In composition x in the well layer. For example, no piezo electric field is generated in the active layer 122 formed on the m-plane. For this reason, even if the In composition is increased, a decrease in luminous efficiency is suppressed.
  • the first electrode 45 is, for example, a laminated structure (Ti / Pt) of a Ti layer and a Pt layer, or a Sn-doped In 2 O 3 (ITO) transparent electrode.
  • the second electrode 46 may cover almost the entire surface of the p-type nitride semiconductor layer 123.
  • the second electrode 46 has a stacked structure (Pd / Pt) of a Pd layer and a Pt layer, for example.
  • the first electrode 45 has a plurality of stripe portions 45a and a connection portion 45b for connecting the stripe portions 45a.
  • FIG. 5 shows an example in which the stripe portion 45a and the connection portion 45b are integrally formed, but the connection portion 45b may have any configuration as long as the stripe portion 45a can be electrically connected.
  • Each stripe portion 45a is formed in parallel with each other while maintaining a predetermined pitch p.
  • the substrate 41 is an m-plane GaN substrate
  • the light from the active layer 122 becomes polarized light in the a-axis direction.
  • the angle ⁇ formed by the direction in which the stripe portion 45a extends and the a-axis is set within a predetermined range.
  • the angle ⁇ between the direction in which the stripe portion 45 a extends and the polarization direction of the light from the active layer 122 is determined by the characteristics required for the nitride semiconductor light emitting device 101.
  • the absolute value of the angle ⁇ may be 5 ° or more and 80 ° or less. Thereby, the degree of polarization of the nitride semiconductor light emitting device 101 can be reduced.
  • the absolute value of the angle ⁇ may be 5 ° or more and 45 ° or less. Thereby, the light distribution characteristic can be improved.
  • the absolute value of the angle ⁇ may be 0 ° or more and less than 3 °. Thereby, the light distribution characteristic of the nitride semiconductor light emitting device 101 can be improved and the degree of polarization can be maintained.
  • the degree of polarization can be reduced by increasing the pitch p.
  • the pitch p may be 300 nm or more.
  • the degree of polarization can be maintained by reducing the pitch p.
  • the pitch p may be 100 nm or less.
  • the number of stripe portions 45a may be any number. As many stripe portions 45a as possible may be provided as long as the area occupied by the nitride semiconductor light emitting device 101 and the pitch p allow. As the number of stripe portions 45a increases, the area of the first electrode 45 increases and the device resistance can be reduced. Specifically, the total area of the stripe portions 45a may be 5% or more of the area of the emission surface.
  • the area of the first electrode 45 includes the area of the connection part 45b in addition to the stripe part 45a, but there is no problem even if the area of the first electrode 45 is approximated as the total area of the stripe part 45a.
  • FIG. 4 shows an example in which the first electrode 45 is formed on the back surface of the substrate 41.
  • the first electrode 45 may be formed on the emission surface other than the back surface.
  • the substrate 41 is removed, the surface of the n-type nitride semiconductor layer 121 opposite to the active layer 122 becomes the emission surface.
  • the first electrode 45 may be formed on the surface (back surface) opposite to the active layer 122 of the n-type nitride semiconductor layer 121.
  • an insulating substrate may be used as the substrate 41.
  • an n-type nitride semiconductor layer 121 is epitaxially crystallized by a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) or the like on a substrate 41 made of n-type GaN whose main surface is a crystal plane excluding the c-plane such as m-plane. Grow. Specifically, for example, Si is used as an n-type impurity, trimethyl gallium (TMG: Ga (CH 3 ) 3 ) and ammonia (NH 3 ) are supplied as raw materials, and the growth temperature is about 900 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. Then, an n-type GaN layer having a thickness of about 1 ⁇ m to 3 ⁇ m is formed.
  • MOCVD method metal organic chemical vapor deposition method
  • the active layer 122 is formed on the n-type nitride semiconductor layer 121.
  • the active layer 122 is formed by alternately stacking a Ga 1-x In x N well layer having a thickness of 15 nm and a GaN barrier layer having a thickness of 30 nm.
  • the In can be taken in by lowering the growth temperature to 800 ° C.
  • the emission wavelength is selected according to the use of the nitride semiconductor light emitting device 101, and the In composition x corresponding to the wavelength is determined.
  • the In composition x is set to 0.18 or more and 0.2 or less, for example.
  • x is set to 0.29 or more and 0.31 or less, for example.
  • x is set to 0.43 or more and 0.44 or less.
  • the p-type nitride semiconductor layer 123 is formed. Specifically, for example, cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) is used as a p-type impurity, and TMG and NH 3 are supplied as raw materials.
  • the growth temperature is about 900 ° C. to 1100 ° C.
  • the thickness is about 50 nm to 300 nm.
  • heat treatment is performed at a temperature of about 800 ° C. to 900 ° C. for about 20 minutes.
  • the substrate 41 is polished to about 50 ⁇ m to 300 ⁇ m to form a thin film. The thinning not only facilitates dicing but also suppresses light absorption inside the nitride semiconductor light emitting device 101.
  • the second electrode 46 is formed so as to be in contact with the p-type nitride semiconductor layer 123. Specifically, for example, a Pd / Pt layer is formed. Thereafter, heat treatment is performed to alloy the Pd / Pt layer of the second electrode 46 and the p-type nitride semiconductor layer 123.
  • the first electrode 45 is formed so as to be in contact with the polishing surface of the substrate 41.
  • an ITO layer or a Ti / Pt layer is formed.
  • the first electrode 45 can be formed in an arbitrary shape by using a photolithography technique and a wet etching process or a lift-off process.
  • a method using an electron beam (EB) exposure apparatus, nanoimprint, stepper, immersion exposure apparatus, or extreme ultraviolet (EUV) exposure apparatus can be used.
  • the second electrode 46 is covered with a covering material made of, for example, a lift-off resist soluble in an organic solvent, sheets of paraffin, or tapes.
  • the electrode 46 is covered. If the lift-off resist is used as a coating material, the coating material can be easily removed using a registry mover liquid. Thereafter, heat treatment is performed to alloy the first electrode 45 and the substrate 41.
  • a plurality of nitride semiconductor light emitting elements 101 formed in a wafer shape are divided into individual pieces by dicing and mounted on a mounting substrate made of alumina, aluminum nitride (AlN), a resin substrate, or the like.
  • a substrate made of Si or Ge is used as a mounting substrate, for example, the surface is covered with an insulating film.
  • the wiring is arranged according to the electrode shape of the nitride semiconductor light emitting device 101. Cu, Au, Ag, Al or the like is used for the wiring.
  • the wiring is formed on the mounting substrate by sputtering, plating, or the like.
  • an undoped GaN layer 125 may be formed between the active layer 122 and the p-type nitride semiconductor layer 123 as shown in FIG.
  • the undoped GaN layer 125 has a thickness of, for example, about 5 nm to 50 nm.
  • the p-type nitride semiconductor layer 123 may have a three-layer structure.
  • the second layer 123b a layer having an Al composition higher than that of the first layer 123a and the third layer 123c (for example, 5% or more and 25% or less), an overflow of electrons during operation can be suppressed.
  • the thickness of the second layer 123b is, for example, about 15 nm to 30 nm.
  • the p-type nitride semiconductor layer 123 may have a stacked structure of four or more layers.
  • the convex portion 41a is formed as follows, for example. Similarly to the first embodiment, after the nitride semiconductor layer structure 42 is formed on the surface of the substrate 41, the back surface of the substrate 41 is polished. After the substrate 41 is polished, a resist pattern serving as an etching mask is formed using a photolithography technique or the like, and dry etching is performed using chlorine gas or the like. The substrate 41 may be etched until the n-type nitride semiconductor layer 121 is exposed.
  • FIG. 8 shows an example in which the side surface of the convex portion 41a is perpendicular to the emission surface, it may be inclined.
  • the stripe structure 450 is formed by a convex portion 450a and a concave portion 450b.
  • the recess 450b has a rectangular shape with a depth and a width L1.
  • the convex portion 450a has an upper surface width L2, and the distance from the upper surface of the convex portion 450a to the active layer 430 is T.
  • the stripe structure 450 can be described by three parameters ⁇ , A, and B.
  • A is a value less than 1, and when A is small, it corresponds to the case where a recess having a size smaller than the size of the semiconductor element is formed.
  • B When B is small, it corresponds to a case where the area of the upper surface is reduced. Further, when B is small, it can be said that the concave portions are formed with high density.
  • the angle ⁇ formed by the extending direction of the stripe and the deflection direction of the active layer is important.
  • FIG. 10 is a result of calculating the relationship between the ratio of light incident on the upper surface of B and the convex portion 450a when A is fixed at 0.1 and the angle ⁇ is 0 °, 25 °, 45 °, and 90 °. Is shown.
  • the vertical axis is normalized by setting the maximum value of the ratio of light incident on the upper surface of the convex portion 450 a as 1.
  • the value obtained by subtracting this value from 1 means the ratio of light incident on the surface (bottom surface and side surface) of the recess 450b.
  • the broken line is the ratio of the area of the upper surface of the convex portion 450a to the surface area of the concave portion 450b, and is the influence of the concave portion 450b simply calculated from the surface area.
  • the calculated B is in the range of 0.1 to 3.0
  • the smaller the angle ⁇ the smaller the proportion of light incident on the upper surface of the convex portion 450a.
  • the angle ⁇ of the stripe structure 450 provided on the exit surface is set to 0 ° to 45 °, so that the light incident on the upper surface of the convex portion 450a can be obtained.
  • the ratio of light incident on the convex portion 450a when ⁇ is 0 ° is a value sufficiently smaller than a value simply calculated from the surface area in a range where B is 1.7 or less.
  • the active layer 430 emits light having polarization characteristics, the influence of the convex portions 450a and the concave portions 450b cannot be simply estimated from the surface area, and it is necessary to consider ⁇ .
  • ⁇ is in the range of 0 ° to 25 °, light incident on the upper surface of the convex portion 450a can be sufficiently suppressed, and has characteristics that cannot be simply estimated from the surface area.
  • FIG. 11 shows the relationship between A and the ratio of light incident on the upper surface of the convex portion 50a with the angle ⁇ fixed at 0 °, where B is 0.2, 0.5, 0.7, 1.0,.
  • A is a parameter indicating the size of the recess 450b.
  • A is 0.1, a recess equivalent to 10% of the thickness of the substrate is formed.
  • the ratio of light incident on the upper surface of the convex portion 450a is relatively stable until A is about 0.4, and does not change greatly even if A changes.
  • B is larger than 1.0, a characteristic having a minimum value is exhibited when A is in the range of 0.4 to 0.5. Therefore, when B is larger than 1.0, it is possible to decrease the proportion of light incident on the upper surface of the convex portion 450a and increase the proportion of light incident on the concave portion 450b by appropriately setting the value of A. It becomes.
  • the incident angle ⁇ i When light is incident on a certain surface, if the angle formed by the normal direction of the certain surface and the incident direction is the incident angle ⁇ i, it becomes difficult to be affected by surface irregularities as the incident angle increases. This is called the Rayleigh standard.
  • the emission wavelength of incident light is ⁇ and the standard deviation of surface irregularities of a surface is h, the incident light is the surface irregularities under the condition of h ⁇ / 8 cos ( ⁇ i). Less affected. Since h is substantially equal to L1, by satisfying the condition of L1 ⁇ ⁇ / 0.628, 95% of the light incident on the stripe structure is affected by the concave portion 450b and the convex portion 450a. be able to.
  • the depth L1 of the recess 450b is set to 717 nm or more. Further, by satisfying the condition of L1 ⁇ ⁇ / 0.126, 99% of the light incident on the stripe structure 450 can be influenced by the concave portion 450b and the convex portion 450a. For example, when the wavelength is 450 nm, the depth L1 of the recess 450b is set to be 3581 nm or more.
  • the ratio B between the width L2 of the upper surface of the convex portion 41a and the width L1 of the concave portion 41b may be 1.7 or less.
  • L1 may be 717 nm or more, and may be 3581 nm or more.
  • L1 is limited by the thickness of the substrate 41 when the stripe structure is actually formed. If L1 is set to about 1 ⁇ 2 or less of the thickness of the substrate 41, the rigidity of the substrate 41 can be maintained even if the convex portion 41a is formed, and there is almost no problem in handling.
  • L1 may be about 2/5 or less of the thickness of the substrate 41. If L1 is set to about 1/3 or less of the thickness of the substrate 41, it is possible to avoid a problem that the light emitting element is divided at a place other than a desired portion when the light emitting element is separated.
  • an undoped GaN layer 125 may be formed between the active layer 122 and the p-type nitride semiconductor layer 123.
  • the p-type nitride semiconductor layer 123 may have a laminated structure of at least three layers.
  • the stripe portion 45a of the first electrode 45 is formed on the stripe-shaped convex portion 41a
  • the stripe-shaped concave portion 41b provided on the back surface of the substrate 41 as shown in FIG.
  • a stripe portion 45a may be formed.
  • the substrate 41 may be etched until the n-type nitride semiconductor layer 121 is exposed, and the first electrode 45 may be formed in contact with the n-type nitride semiconductor layer 121.
  • an undoped GaN layer 125 may be formed between the active layer 122 and the p-type nitride semiconductor layer 123.
  • the p-type nitride semiconductor layer 123 may have a laminated structure of at least three layers.
  • the first electrode 45 is formed on the substrate 41.
  • the substrate 41 may be removed and the first electrode 45 may be formed on the back surface of the n-type nitride semiconductor layer 121.
  • stripe-shaped convex portions and concave portions may be formed on the back surface of the n-type nitride semiconductor layer 121.
  • a texture structure 132 may be provided on the back surface of the substrate 41.
  • the texture structure 132 is fine irregularities provided on the back surface of the substrate 41.
  • the surface of the unevenness includes a plurality of microscopic surfaces facing various directions.
  • a virtual surface obtained by macroscopically viewing a structure constituted by a plurality of microscopic surfaces is defined as a light extraction surface (outgoing surface) 131.
  • the “light extraction surface” is a region where light is mainly extracted from the surface of the three-dimensional shape of the gallium nitride semiconductor light emitting device.
  • the light extraction surface 131 does not correspond to a strict boundary between the substrate 41 and the outside thereof.
  • the light extraction surface 131 is illustrated in FIG. 17 so as to be located inside the boundary between the substrate and the outside.
  • the light extraction surface 131 is typically a flat surface. However, when viewed macroscopically, the whole or a part is curved, or a convex part or a concave part having a size sufficiently larger than the wavelength of light is included in a part of the light extraction surface 131. May be.
  • the entire planar light extraction surface 131 is constituted by a crystal plane other than the c-plane, but the c-plane crystal plane is included in a partial region of the light extraction surface 131. Also good.
  • Such a light extraction surface 131 is in a parallel relationship with the back surface of the substrate 41 before the texture structure 132 is formed.
  • the texture structure 132 is fine unevenness.
  • the surface roughness Ra may be fine asperities such that ⁇ / 30 or more and ⁇ ⁇ 5 or less, ⁇ / 30 or more and ⁇ ⁇ 3 or less, or ⁇ / 4 or more and ⁇ ⁇ 3 or less. There may be.
  • ⁇ is the emission wavelength of the active layer 122.
  • Ra is in the range of ⁇ / 30 ⁇ Ra ⁇ ⁇ ⁇ 3
  • the light transmitted from the light extraction surface 131 receives a scattering effect called Rayleigh scattering / Mee scattering.
  • the surface roughness is ⁇ / 2 or more, the diffusion component increases.
  • the surface roughness Ra may be 15 nm or more and 2.25 ⁇ m or less, or 15 nm or more and 1.35 ⁇ m or less. It may be 113 nm or more and 1.35 ⁇ m or less. However, the surface roughness Ra needs to be smaller than the value of L1.
  • the surface roughness Ra is measured in accordance with JIS B0601, for example, using a laser microscope (VK-X200 manufactured by Keyence).
  • the texture structure 132 may be formed as follows, for example. First, as shown in FIG. 18A, surface modification is performed so as to improve the hydrophilicity of the back surface of the substrate 41. Specifically, for example, exposure to an oxygen plasma atmosphere is performed. As a result of the evaluation by the present inventors, the gallium nitride semiconductor is usually hydrophilic, but by exposing it to an oxygen plasma atmosphere, the wettability can be controlled so as to approach the super hydrophilic property.
  • the colloidal crystal means a structure in which particles (colloidal particles) having a size in a submicron region (10 ⁇ 9 m to 10 ⁇ 6 m) are periodically arranged.
  • a colloidal crystal layer is a layer of colloidal crystals. Means.
  • the particles constituting the colloidal crystal layer are arranged with a period similar to the wavelength of visible light. Such a periodic structure can be formed by a self-organizing process. Since the wettability of the back surface of the substrate 41 is controlled, the coverage of the colloidal crystal layer 224 can be increased.
  • the colloidal crystal layer 224 is coated by, for example, self-assembly of particles using a dip coating method.
  • the main conditions to be controlled in this step are the solvent species of the colloidal solution, the solute species of the colloidal solution, the concentration of the colloidal solution, and the dip coating pulling rate.
  • the solvent may be a polar solvent having a large solubility parameter, such as water, methanol, ethanol, phenol, ethylene glycol, or acetic acid, or pure water.
  • a solute a spherical hydrophilic solute having a small particle size distribution may be used.
  • the particle size is, for example, 50 nm or more and 700 nm or less.
  • the particle size may be 100 nm or more and 500 nm or less.
  • the concentration of the colloidal solution is, for example, 10 vol% or less.
  • the lifting speed of dip coating is 10 cm / h or less.
  • the substrate 41 on which the wettability of the back surface is controlled is immersed in the colloidal solution and then lifted within the above pulling speed range, whereby the back surface of the substrate 41 can be covered with the colloidal crystal layer 224.
  • the substrate 41 is etched using the colloidal crystal layer 224 as a mask. Since the colloidal crystal layer 224 is also etched together with the back surface of the substrate 41, irregularities depending on the arrangement pattern of the particles constituting the colloidal crystal layer 224 are formed on the back surface of the substrate 41. Etching is, for example, dry etching using chlorine gas. By adjusting the etching time and the etching conditions, the size and shape of the convex portions constituting the texture structure 132 can be controlled. In FIG. 18C, the light extraction surface 131 is described between the texture structure 132 and the substrate 41, but in reality, there is no clear boundary between the two.
  • the colloidal crystal layer 224 is composed of periodically arranged particles.
  • the texture structure 132 formed by etching the substrate 41 covered with the colloidal crystal layer has a large number of convex portions having irregular shapes. This is considered to be because the etching of the substrate 41 proceeds non-uniformly because the colloidal crystal layer 224 is composed of a large number of particles and has an opening having a complicated shape.
  • Various texture structures 132 can be formed by adjusting the shape, size, material, particle size distribution, and etching conditions of the particles constituting the colloidal crystal layer 224.
  • the portion where each particle is arranged becomes a convex portion without being etched or hardly etched, the apex of the convex portion constituting the texture structure 132 is almost arranged on the original back surface of the substrate 41. .
  • the texture structure formed using the colloidal crystal layer is different from the uneven structure formed by photolithography in that it includes irregularly shaped convex portions at random.
  • the number density of protrusions in the texture structure is, for example, in the range of 1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 .
  • the surface on which the texture structure is formed can be called a “textured surface”.
  • the texture structure 132 can also be formed by patterning a resist as an etching mask using a photolithography technique and performing dry etching using a chlorine-based gas. In this case, a texture structure 132 having a larger unevenness in the order of micrometers than that when the colloidal crystal layer 224 is used is formed.
  • the first electrode 45 may be formed on the convex portion 41a as shown in FIG. Further, the first electrode 45 may be formed in the recess 41b as shown in FIG.
  • a resist layer 231A as shown in FIG.
  • a resist layer 231B as shown in FIG.
  • FIG. A texture structure can be formed on the surface of the n-type nitride semiconductor layer 121 opposite to the active layer 122 in the same manner as the back surface of the substrate 41.
  • an undoped GaN layer 125 may be formed between the active layer 122 and the p-type nitride semiconductor layer 123, and the p-type nitride semiconductor layer 123 has at least 3 A layered structure of layers may be used.
  • the light-emitting elements exemplified in each embodiment and modification can be used as they are as a light source. However, by combining the light emitting element exemplified in the embodiment and the modification and the resin portion containing a fluorescent substance for wavelength conversion, a light source device (for example, a white light source device) having an extended wavelength band can be obtained. .
  • a light source device for example, a white light source device
  • FIG. 22 shows an example of such a light source device 100.
  • a nitride semiconductor light emitting device 101 similar to that shown in FIG. 4 and a phosphor that converts the wavelength of light emitted from the nitride semiconductor light emitting device 101 into a longer wavelength (for example, And a resin layer 301 in which YAG (Yttrium Aluminum ⁇ Garnet) is dispersed.
  • the nitride semiconductor light emitting device 101 is mounted on a support member 302 having a wiring pattern formed on the surface, and a reflective member 303 is disposed on the support member 302 so as to surround the nitride semiconductor light emitting device 101.
  • the resin layer 301 is formed so as to cover the nitride semiconductor light emitting device 101.
  • nitride semiconductor light emitting device of the present disclosure will be described in more detail using examples.
  • a nitride semiconductor layer structure including an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer was epitaxially grown on an m-plane GaN substrate by MOCVD. Thereafter, heat treatment was performed at a temperature of about 800 ° C. to 900 ° C. for about 20 minutes. Next, the substrate was thinned by polishing to form a second electrode in contact with the p-type nitride semiconductor layer, and then heat-treated.
  • the first electrode was patterned so that the stripe portion pitch p was 8 ⁇ m and the angle ⁇ between the stripe portion and the a-axis was 0 °.
  • a contact exposure apparatus was used for patterning. Thereafter, the lift-off resist that protected the second electrode was removed with a registry mover solution, and heat treatment was performed to alloy the first electrode.
  • the obtained nitride semiconductor light emitting device was separated into pieces by dicing and mounted on a mounting substrate.
  • nitride semiconductor light emitting devices having angles ⁇ of 5 °, 30 °, 45 °, and 90 ° were formed. Further, nitride semiconductor light emitting devices having a pitch p of 300 nm and angles ⁇ of 0 °, 45 °, and 90 ° were formed.
  • the stripe portion pitch p was 300 nm
  • an EB exposure apparatus was used for patterning the first electrode.
  • a nitride semiconductor light emitting element having a first electrode in contact with the entire polished surface of the m-plane GaN substrate thinned by polishing without patterning was formed.
  • 23A and 23B show optical microscope observation images of the first electrode of the nitride semiconductor light emitting device obtained.
  • the nine types of nitride semiconductor light emitting devices thus obtained were subjected to polarization property evaluation, light distribution distribution property evaluation, and total luminous flux measurement.
  • FIG. 24 schematically shows a measurement system for evaluating polarization characteristics.
  • the nitride semiconductor light emitting device 241 that is the measurement object was caused to emit light by the power source 246.
  • the light emission of the nitride semiconductor light emitting device 241 was confirmed with a stereoscopic microscope 243.
  • the stereomicroscope 243 has two ports, a silicon photodetector 244 is attached to one port, and a CCD camera 245 is attached to the other port.
  • a polarizing plate 242 is inserted between the nitride semiconductor light emitting device 241 and the stereomicroscope 243. The polarizing plate 242 was rotated, and the maximum value and the minimum value of the light emission intensity were measured by the silicon photodetector 244.
  • the light distribution characteristics were determined in accordance with condition A (the distance from the tip of the light emitting element to the light receiving portion was 316 mm) specified in CIE127 issued by the International Lighting Commission CIE.
  • condition A the distance from the tip of the light emitting element to the light receiving portion was 316 mm
  • CIE127 the International Lighting Commission CIE.
  • an LED goniometer manufactured by Optronic Laboratories: OL700-30 was used to measure the light distribution characteristics in the a-axis direction and the light distribution characteristics in the c-axis direction.
  • the light distribution characteristic in the a-axis direction is the normal direction of the active layer grown on the m-plane of the nitride semiconductor light-emitting element 251 [m-axis direction [ 1-100] and the measurement line 253 connecting the measuring instrument 252 was taken as the measurement angle, and the luminous intensity was measured while rotating the nitride semiconductor light emitting device 251 around its c axis as the central axis.
  • the light distribution characteristic in the c-axis direction is the m-axis direction [the normal direction of the active layer grown on the m-plane of the nitride semiconductor light-emitting element 251 [ 1-100] and the measurement line 253 connecting the measuring instrument 252 were taken as a measurement angle ⁇ , and the light intensity was measured while rotating the nitride semiconductor light emitting device 251 around its a axis.
  • the luminous intensity in the m-axis direction [1-100] of the light distribution characteristic is 1, the angular range where the luminous intensity is 0.5 is called the radiation angle.
  • asymmetry, maximum asymmetry, and average asymmetry are defined.
  • the degree of asymmetry is the difference between the light intensity in the a-axis direction and the light intensity in the c-axis direction at the same angle from the normal direction, and the light intensity in the normal direction [1-100] of the m-plane which is the main surface, that is, at 0 °.
  • the maximum asymmetry degree is the maximum value of the asymmetry degree in the range of ⁇ 90 ° to + 90 °.
  • the average asymmetry is a value obtained by averaging the asymmetry in a range of ⁇ 90 ° to + 90 °.
  • the light distribution characteristics of a nitride semiconductor light emitting device in which the first electrode made of ITO is formed so as to be in contact with the entire polished surface of the m-plane GaN substrate without patterning the first electrode are shown in FIG. Shown in From FIG. 27, the light distribution in the a-axis direction (c in-plane direction) is relatively close to Lambertian, but the light distribution in the c-axis direction (a in-plane direction) shows a messy shape. It can be seen that it is necessary to improve the light distribution characteristics in the c-axis direction (a-plane direction).
  • FIGS. 28 (a) and 28 (b) the results of evaluating the light distribution characteristics of the nitride semiconductor light emitting device in which the first electrode having the stripe portion is formed using the EB exposure apparatus are shown in FIGS. 28 (a) and 28 (b).
  • the pitch p of the stripe portion of the first electrode was 300 nm, and the angle ⁇ was 0 °, 45 °, and 90 °.
  • the light distribution in the a-axis direction (c in-plane direction) is relatively close to Lambertian at any angle.
  • FIG. 28 (b) the light distribution in the c-axis direction (a-plane direction) is as messy as when the first electrode is not patterned when the angle ⁇ is 90 °. It became a shape.
  • the angle ⁇ was 45 ° and 0 °, a shape close to Lambertian was obtained. From this, it is understood that the light distribution characteristic is improved by setting the angle ⁇ to 45 ° or less.
  • the polarization characteristics of the nitride semiconductor light emitting device in which the first electrode having the stripe portion is formed using the EB exposure apparatus and the nitride semiconductor light emitting device in which the first electrode having the stripe portion is formed using the contact exposure apparatus are shown in FIG.
  • the pitch p of the stripe portion of the first electrode was 300 nm, and the angle ⁇ was 0 °, 45 °, and 90 °.
  • the pitch p of the stripe portion of the first electrode was 8 ⁇ m, and the angle ⁇ was 0 °, 45 °, and 90 °.
  • the vertical axis represents the degree of polarization maintenance ratio normalized with a value of 1 in a nitride semiconductor light emitting device having a pitch p of 300 nm and an angle ⁇ of 0 °.
  • the degree of polarization maintenance rate is significantly reduced as compared with the case where the angle ⁇ is 0 °.
  • the pitch p is 8 ⁇ m, as in the case where the pitch p is 300 nm, when the angle ⁇ is 45 ° and 90 °, the degree of polarization maintenance is significantly reduced compared to the case where the angle ⁇ is 0 °. .
  • the degree of polarization maintenance did not change greatly even when the pitch p was 300 nm or 8 ⁇ m. From this, it is understood that the degree of polarization can be improved by setting the angle ⁇ to 45 ° or more and 80 ° or less, considering the accuracy error in the manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device 47.
  • FIG. 30 the results of evaluating the polarization characteristics for five types formed using a contact exposure apparatus with a stripe portion pitch p of 8 ⁇ m and angles ⁇ of 0 °, 5 °, 30 °, 45 ° and 90 ° are shown in FIG. 30.
  • the vertical axis normalizes the value obtained from the nitride semiconductor light emitting device having an angle ⁇ of 0 ° to 1. From FIG. 30, it can be seen that the degree of polarization is greatly improved when ⁇ is 5 ° or more, and the degree of polarization is lowest when ⁇ is around 45 °.
  • the angle ⁇ may be around 45 °, 5 ° or more, or 30 ° or more. Thereby, a polarization characteristic can be improved.
  • the angle ⁇ increases and approaches 90 °, the specific polarization degree increases again. Accordingly, the angle ⁇ may be 80 ° or less, less than 50 °, or 45 ° or less. Thereby, a polarization characteristic can be improved.
  • the angle ⁇ may be less than 5 ° or less than 3 °. Thereby, the fall of a polarization degree can be suppressed.
  • FIG. 31 shows the results of total luminous flux measurement for three types of nitride semiconductor light emitting devices using an EB exposure apparatus with a stripe portion pitch p of 300 nm and angles ⁇ of 0 °, 45 ° and 90 °.
  • the vertical axis represents the integrated intensity of the emission spectrum of the nitride semiconductor light emitting device in which the first electrode is not patterned and the first electrode made of ITO is formed so as to be in contact with the entire polished surface of the m-plane GaN substrate. Is normalized as 1. From FIG. 31, it can be seen that when ⁇ is 45 ° or less, the light extraction efficiency is increased to 1.2 times that when the stripe portion is not provided. Therefore, a light extraction efficiency greater than 1 can be obtained at any angle.
  • the angle ⁇ may be 45 ° or less. Thereby, particularly high light extraction efficiency can be obtained.
  • Example 2 A nitride semiconductor layer structure including an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer was epitaxially grown on an m-plane GaN substrate by MOCVD. Thereafter, heat treatment was performed at a temperature of about 800 ° C. to 900 ° C. for about 20 minutes. Next, the substrate was polished to a thickness of 320 ⁇ m. Thereafter, a plurality of second electrodes in contact with the p-type nitride semiconductor layer were formed at predetermined positions and heat-treated.
  • a lift-off resist was applied on the second electrode to protect the second electrode, and then a texture structure was formed on the back surface of the substrate using a colloidal crystal layer.
  • a plurality of first electrodes having stripe portions so as to be in contact with the texture structure were formed using a contact exposure apparatus. Thirteen types of first electrodes having a constant pitch p and an angle ⁇ but different areas were formed.
  • the lift-off resist that protected the second electrode was removed with a registry mover solution, and heat treatment was performed to alloy the first electrode. Thereafter, the nitride semiconductor light emitting device was divided into pieces by dicing and mounted on a mounting substrate.
  • a nitride semiconductor light emitting device having a substrate thickness of 100 ⁇ m was formed.
  • the texture structure was formed as follows. First, as a pretreatment for coating the m-plane GaN substrate with a colloidal crystal layer, a surface modification process using oxygen plasma for the purpose of wettability control was performed.
  • the surface modification process using oxygen plasma uses an inductively coupled discharge type high-density plasma etching apparatus (manufactured by ULVAC, Inc .: NE-500).
  • the processing conditions are antenna power of 500 W, bias power of 30 W, and oxygen flow rate. 20 sccm, the pressure was 0.6 Pa, and the treatment time was 30 seconds.
  • a colloidal crystal layer was formed on the modified substrate surface.
  • solute of the colloidal solution spherical SiO 2 nanoparticles having a diameter of 100 nm (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd .: Seahoster (registered trademark) KE-P10) were used to prepare a 2.0 vol% aqueous solution.
  • the dip coating speed was 2.8 ⁇ m / s.
  • the substrate surface on which the colloidal crystal layer was formed was dry-etched using an etching apparatus (manufactured by ULVAC, Inc .: NE-701).
  • the processing conditions were an antenna power of 320 W, a bias power of 30 W, a chlorine flow rate of 50 sccm, a pressure of 0.5 Pa, and a processing time of 4 minutes.
  • FIG. 32 shows a scanning electron microscope (SEM) observation image of the colloidal crystal layer formed on the m-plane GaN substrate subjected to the surface modification step. As shown in FIG. 32, it can be confirmed that the particles are randomly dispersed in one layer and coat the m-plane GaN substrate.
  • FIG. 33 shows an SEM observation image after dry-etching the m-plane GaN substrate on which the colloidal crystal layer shown in FIGS. 33 and 32 is formed.
  • FIG. 34 shows an SEM observation image of the cross section of the substrate shown in FIG. As shown in FIGS. 33 and 34, it can be confirmed that a texture structure having a width of about 100 nm to 300 nm and a height of about 200 nm is randomly formed on the surface of the m-plane GaN substrate.
  • the line roughness and surface roughness of the texture structure were measured using a laser microscope (manufactured by Keyence Corporation: VK-9700), the average length RSm of elements obtained from a horizontal distance of 10 ⁇ m at an arbitrary position was 0.
  • the arithmetic average roughness Ra obtained from a horizontal area of 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m at an arbitrary location was 0.02 ⁇ m.
  • the average element length RSm is the average length of the contour curve element
  • the arithmetic average roughness Ra is the average of the absolute height, both of which are Japanese Industrial Standards (JIS B0601: 2001) Measured according to
  • FIG. 35 shows the correlation between the area of the stripe portion and the device resistance value.
  • the horizontal axis represents the electrode area ratio of the first electrode (the area of the first electrode / the area of the emission surface).
  • the device resistance value increased rapidly. Further, it is clear that the device resistance value becomes smaller as the thickness of the semiconductor light emitting element is smaller.
  • a nitride semiconductor layer structure including an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer was epitaxially grown on an m-plane GaN substrate by MOCVD. Thereafter, heat treatment was performed at a temperature of about 800 ° C. to 900 ° C. for about 20 minutes. Next, the substrate was thinned by polishing, and a plurality of second electrodes in contact with the p-type nitride semiconductor layer were formed at predetermined positions, followed by heat treatment. A lift-off resist was applied on the second electrode to protect the second electrode, and then a texture structure was formed using the resist layer.
  • a stripe-shaped convex portion was formed in a partial region of the substrate.
  • a plurality of first electrodes were formed on the surface on which the texture structure was formed. In the region where the convex portion is not formed, the first electrode is formed so as to be in contact with the texture structure. In the region where the convex portion is formed, the first electrode is formed on the convex portion. Thereafter, the lift-off resist that protected the second electrode was removed with a registry mover solution, and heat treatment was performed to alloy the first electrode. Next, the nitride semiconductor light emitting device was divided into individual pieces by dicing and mounted on a mounting substrate.
  • FIG. 36 is an SEM perspective image of a texture structure formed using a resist layer. A convex portion having a diameter of about 10 ⁇ m is formed.
  • the line roughness and surface roughness of the texture structure were measured using a laser microscope (manufactured by Keyence Corporation: VK-9700), the average element length RSm obtained from a horizontal distance of 100 ⁇ m at an arbitrary position was 11
  • the arithmetic average roughness Ra obtained from a horizontal area of 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m at an arbitrary location was 0.62 ⁇ m.
  • FIG. 37 (a) is an optical microscope observation image of the first electrode formed on the structure structure, and (b) is an enlarged view of (a).
  • FIG. 38A is an optical microscope observation image of the first electrode formed on the convex portion, and FIG. 38B is an enlarged view of FIG.
  • the nitride semiconductor light emitting device shown in the embodiment and the modification can improve the light extraction efficiency of the nitride semiconductor light emitting device having a nonpolar surface or a semipolar surface as a main surface. Further, the light distribution characteristic and the degree of polarization can be controlled.
  • a nitride semiconductor layer structure including an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer was epitaxially grown on an m-plane GaN substrate by MOCVD. Thereafter, heat treatment was performed at a temperature of about 800 ° C. to 900 ° C. for about 20 minutes. Next, the substrate was thinned by polishing, and a plurality of second electrodes in contact with the p-type nitride semiconductor layer were formed at predetermined positions, followed by heat treatment.
  • a lift-off resist was applied on the second electrode in order to protect the second electrode, and then a plurality of first electrodes having stripe portions were formed so as to be in contact with the polished surface of the m-plane GaN substrate thinned by polishing.
  • the first electrode was patterned to have an electrode area ratio of 0%, 14.5%, 29.0%, and 43.6%.
  • the angle ⁇ of the stripe portion was 0 °, 3 °, 5 °, 45 °, 85 °, and 90 °.
  • a contact exposure apparatus was used for patterning. Thereafter, the lift-off resist that protected the second electrode was removed with a registry mover solution, and heat treatment was performed to alloy the first electrode.
  • nitride semiconductor light emitting devices having different electrode area ratios obtained were separated into pieces by dicing, and each was mounted on a mounting substrate.
  • a dummy electrode not connected to the package (external) is used for the convenience of the experiment. That is, an experiment was conducted by providing a stripe-shaped dummy electrode on the light extraction surface of a conventional flip-chip type element provided with an n-electrode on the same side as the p-electrode, and assuming this dummy electrode as the first electrode of this embodiment.
  • 39 and 40 show the correlation between the area of the first electrode having the stripe portion and the light output.
  • the horizontal axis represents the electrode area ratio of the first electrode (area of the first electrode / area of the emission surface).
  • the vertical axis represents the light output of the nitride semiconductor light emitting device when the current amount is 350 mA.
  • the vertical axis represents the reduction rate of the light output with respect to the light output value when the electrode area ratio in FIG. 39 is 0%.
  • the electrode area ratio of the first electrode may be 15% or less of the light extraction surface. Thereby, as shown in FIGS. 39 and 40, a high light output can be obtained.
  • the light extraction efficiency can be improved, and the degree of polarization and the light distribution characteristics can be controlled.
  • the present disclosure is useful, for example, as a nitride semiconductor light emitting device having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main surface.

Abstract

　窒化物半導体発光素子は、主面が非極性面又は半極性面である活性層１２２と、活性層１２２からの光を出射する出射面の上に設けられた電極４５とを備えている。電極４５は、複数のストライプ部を含み、ストライプ部が延びる方向と活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値は、５°以上８０°以下である。

Description

窒化物半導体発光素子、その窒化物半導体発光素子を備えた光源及びその窒化物半導体発光素子の製造方法
　本開示は、窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関する。
　Ｖ族元素として窒素（Ｎ）を有する窒化物半導体は、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。そのなかでも、III族元素としてＧａを含む窒化ガリウム系化合物半導体（ＧａＮ系半導体：ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ、ｚ＜１，１＜ｙ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の研究は盛んに行われ、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、緑色ＬＥＤ、並びに、ＧａＮ系半導体を材料とする半導体レーザも実用化されている。
　ＧａＮ系半導体は、ウルツ鉱型結晶構造を有している。図１は、ＧａＮの単位格子を模式的に示している。ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ、ｚ＜１，１＜ｙ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）半導体の結晶では、図１に示すＧａの一部がＡｌ及び／又はＩｎに置換され得る。
　ＧａＮ系半導体を用いて半導体素子を作製する場合、ＧａＮ系半導体結晶を成長させる基板として、ｃ面を成長面（主面）とするｃ面基板が一般に使用される。ｃ面とは、図２に示す（０００１）面を表面に有する基板である。しかし、ｃ面においてはＧａ原子と窒素原子とが同一原子面上に存在しないため、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、活性層におけるＩｎＧａＮの量子井戸にはｃ軸方向に沿ってピエゾ電界が発生する。このようなピエゾ電界が活性層に発生すると、活性層内における電子及びホールの分布に位置ずれが生じるため、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果により、内部量子効率が低下する。内部量子効率が低下すると、半導体レーザの場合にはしきい値電流の増大が引き起こされ、ＬＥＤの場合には消費電力の増大や発光効率の低下が引き起こされる。また、注入キャリア密度の上昇と共にピエゾ電界のスクリーニングが起こり、発光波長の変化も生じる。
　これらの課題を解決するため、非極性面であるｍ面を表面に有する基板を用いることが検討されている。ｍ面は図２に示すように、ｃ軸と平行な面であり、ｃ面と直交している。ｍ面においてはＧａ原子と窒素原子とは同一原子面上に存在するため、ｍ面に垂直な方向に自発分極は発生しない。従って、ｍ面に垂直な方向に半導体積層構造を形成すれば、活性層にピエゾ電界が発生しない。このため、内部量子効率の低下等による課題を解決することができる。
　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、主としてａ軸方向の偏光光を出射する（非特許文献１を参照。）。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、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。
　このため、発光素子の偏光度を向上させる方法が、検討されている。例えば、ｍ面を主面とする発光素子の光取り出し面に、凹凸の大きさが１００ｎｍ以下のストライプ構造をｃ軸方向に掘り込む方法が開示されている（特許文献１を参照。）。また、ｍ面を主面とする発光素子の厚さを１００μｍ以下に研磨し、その研磨面の凹凸を１００ｎｍ以下に仕上げる方法が開示されている（特許文献２を参照。）。また、ｍ面を主面とする発光素子の形状を、ａ軸方向に長い６００×２００ｎｍ2の長方形にする方法が開示されている（特許文献３を参照。）。さらに、ｍ面を主面とする発光素子の光取り出し面に、金属からなる高さ１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下のスリット構造をｃ軸方向に付与する方法が開示されている（特許文献４を参照。）。
特開２００８－３０５９７１号公報 特開２００９－２１３４９号公報 特開２００９－４３８３２号公報 特開２００９－１１７６４１号公報
Applied Physics Letters 98, p.101905(2011)
　しかしながら、前記従来の技術では、より適切な偏光度の制御が求められていた。
　本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、偏光度を制御することを目的とする。
　本発明に係る窒化物半導体発光素子の第１の形態は、主面が非極性面又は半極性面である活性層１２２と、活性層１２２からの光を出射する出射面の上に設けられた電極４５とを備えている。電極４５は、複数のストライプ部を含み、ストライプ部が延びる方向と活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値は、５°以上８０°以下である。
　本発明に係る窒化物半導体発光素子の第２の形態は、主面が非極性面又は半極性面である活性層１２２と、活性層１２２からの光を出射する出射面の上に設けられた電極４５とを備えている。電極４５は、複数のストライプ部を含み、ストライプ部が延びる方向と活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値は、０°以上３°未満である。
　本開示に係る窒化物半導体発光素子によれば、偏光度を制御することができる。
ＧａＮの単位格子を模式的に示す斜視図である。 ウルツ鉱型結晶構造の基本ベクトル（primitive translation vectors）ａ1、ａ2、ａ3、ｃを示す斜視図である。 （ａ）～（ｄ）は、六方晶ウルツ鉱構造の代表的な結晶面方位を示す模式図である。 第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子を示す断面図である。 第１電極の構成を示す平面図である。 第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第１変形例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第２変形例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子を示す断面図である。 （ａ）～（ｅ）はストライプ構造と偏光方向との関係を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は偏光方向とストライプの方向とが一致している場合のIXｂ－IXｂ線における断面図であり、（ｃ）は偏光方向とストライプの方向とが一致している場合のIXｃ－IXｃ線における断面図であり、（ｄ）は偏光方向とストライプの方向とが直交している場合のIXｂ－IXｂ線における断面図であり、（ｅ）は偏光方向とストライプの方向とが直交している場合のIXｃ－IXｃ線における断面図であり。 凹部の幅に対する凸部の幅の比と、凸部の上面に入射する光の割合との相関を示す図である。 凸部の上面から活性層までの距離に対する凹部の幅の比と、凸部の上面に入射する光の割合との相関を示す図である。 第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第１変形例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第２変形例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第３変形例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第４変形例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第５変形例を示す断面図である。 第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子を示す断面図である。 （ａ）～（ｃ）はテクスチャ構造の形成工程を示す断面図である。 第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第１変形例を示す断面図である。 第３の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第２変形例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれテクスチャ構造の形成工程の変形例を示す断面図である。 光源装置の一例を示す断面図である。 （ａ）は第１電極の光学顕微鏡観察像を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 偏光特性の測定系を模式的に示す図である。 （ａ）及び（ｂ）はａ軸方向の配光分布特性の測定系を模式的に示す図である。 （ａ）及び（ｂ）はｃ軸方向の配光分布特性の測定系を模式的に示す図である。 平坦な出射面を有する窒化物半導体発光素子の配光特性を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は第１電極がストライプ部を有する場合における配光特性を示す図であり、（ａ）はａ軸方向の配光特性であり、（ｂ）はｃ軸方向の配光特性である。 ストライプ部のピッチと偏光度維持率との相関を示す図である。 ストライプ部の角度と偏光度との相関を示す図である。 ストライプ部の角度と光取り出し効率との相関を示す図である。 コロイド結晶層のＳＥＭ観察像を示す図である。 コロイド結晶層を用いて形成したテクスチャ構造のＳＥＭ観察像を示す図である 図３３の断面のＳＥＭ観察像を示す図である。 ストライプ部の面積とデバイス抵抗値との相関を示す図である。 レジスト層を用いて形成したテクスチャ構造のＳＥＭ斜視像を示す図である。 （ａ）はテクスチャ構造の上に形成した第１電極の光学顕微鏡観察像を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 （ａ）は凸部の上に形成した第１電極の光学顕微鏡観察像を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 電極面積率と光出力との相関を示す図である。 電極面積率と光出力の低下割合との相関を示す図である。
　本発明の一実施形態は、主面が非極性面又は半極性面である活性層と、前記活性層からの光を出射する出射面の上に設けられた電極とを備えた窒化物半導体発光素子であって、前記電極は、複数のストライプ部を含み、前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値は、５°以上８０°以下である。
　前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値は、５°以上４５°以下であってもよい。
　本発明の他の実施形態は、主面が非極性面又は半極性面である活性層と、前記活性層からの光を出射する出射面の上に設けられた電極とを備えた窒化物半導体発光素子であって、前記電極は、複数のストライプ部を含み、前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値は、０°以上３°未満である。
　上述したいずれの実施形態において、前記出射面は、複数のストライプ状の凸部を有し、前記ストライプ部は、前記凸部の上に設けられていてもよい。
　前記出射面は、複数のストライプ状の凹部を有し、前記ストライプ部は、前記凹部に設けられていてもよい。
　前記出射面は、前記電極が形成されている部分にテクスチャ構造を有していてもよい。
　前記出射面は、前記電極が形成されていない部分にテクスチャ構造を有していてもよい。
　前記成長面はｍ面であり、前記活性層からの光の偏光方向は、ａ軸方向であってもよい。
　前記活性層は、ａ軸方向よりもｃ軸方向に広い放射角度を有する配光特性の光を発生させてもよい。
　前記複数のストライプ部は、前記出射面と非平行な少なくとも１つの斜面を有していてもよい。
　前記複数のストライプ部の周期は３００ｎｍ以上であってもよい。
　前記複数のストライプ部の周期は１００μｍ以下であってもよい。
　前記複数のストライプ部の面積は出射面の面積の５％以上であってもよい。
　上述したいずれかの実施形態において、前記窒化物半導体発光素子は発光ダイオードであってもよい。
　本発明の他の実施形態に係る光源は、上述したいずれかの窒化物半導体発光素子と、前記窒化物半導体発光素子からの光の波長を変換する蛍光体を有する波長変換部と、を備えている。
　本発明の他の実施形態は、非極性面又は半極性面を成長面とする活性層を有する窒化物半導体層構造を形成する工程と、前記活性層からの光を出射する出射面の上に複数のストライプ部を有する電極を形成する工程とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値が、５°以上８０°以下となるように形成する。
　前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値が、５°以上４５°以下となるように形成してもよい。
　本発明の他の実施形態は、非極性面又は半極性面を成長面とする基板の上に活性層を有する窒化物半導体層構造を形成する工程と、前記活性層からの光を出射する出射面の上に複数のストライプ部を有する電極を形成する工程とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値が、０°以上３°未満となるように形成する。
　前記出射面に複数の凹部と凸部とを有するストライプ構造を形成する工程をさらに備え、前記ストライプ部は、前記凸部の上に形成してもよい。
　前記出射面に複数の凹部と凸部とを有するストライプ構造を形成する工程をさらに備え、前記ストライプ部は、前記凹部に形成してもよい。
　前記出射面にテクスチャ構造を形成する工程をさらに備えていてもよい。
　前記成長面はｍ面であり、前記活性層からの光の偏光方向は、ａ軸方向であってもよい。
　上述した窒化物半導体発光素子の製造方法において、発光ダイオードを製造してもよい。
　ｃ軸は、図２に示すウルツ鉱型結晶構造の［０００１］方向に延びる基本ベクトルｃに平行な軸である。図３（ａ）に示すように、ｃ軸に垂直な面（plane）を「ｃ面」又は「（０００１）面」と呼ぶ。また、Ｇａ等のIII族元素により終端されている面を「＋ｃ面」又は「（０００１）面」と呼び、窒素等のＶ族元素により終端されている面を「－ｃ面」又は「（０００－１）面」として区別する場合もある。なお、ミラー指数を表すカッコ内の数字の左に付された「－」は、「バー」を意味する。
　ｍ面は、図３（ｂ）に示すように、ｃ軸（基本ベクトルｃ）に平行な面であり、ｃ面と直交している。ｍ面は、（１０－１０）面、（－１０１０）面、（１－１００）面、（－１１００）面、（０１－１０）面及び（０－１１０）面の総称である。
　本明細書において「ｍ面」とは、ｍ面に完全に平行な面のみでなく、ｍ面から±５°以下の角度だけ傾斜した面を含む。ｍ面から僅かに傾斜する程度では、自発分極の影響は非常に小さい。結晶成長技術では、表面が結晶方位と厳密に一致した基板よりも、僅かに表面が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させながら、エピタキシャル成長させる半導体層の質を向上させたり、結晶成長速度を高めたりするために結晶面を傾斜させることが有用な場合もある。また、このことはｍ面以外の非極性面及び半極性面でも成立する。
　ａ面は、図３（ｃ）に示すように、ｃ軸（基本ベクトルｃ）に平行な面であり、ｃ面と直交している。ａ面は、（１１－２０）面、（－１－１２０）面、（１－２１０）面、（－１２－１０）面、（－２１１０）面及び（２－１－１０）面の総称である。
　ｒ面を図３（ｄ）に示す。なお＋ｒ面は、（１０－１２）面、（－１０１２）面、（１－１０２）面、（－１１０２）面、（０１－１２）面及び（０－１１２）面の総称である。－ｒ面は、（１０－１－２）面、（－１０１－２）面、（１－１０－２）面、（－１１０－２）面、（０１－１－２）面及び（０－１１－２）面の総称である。
　本明細書において「偏光光（Polarized Light）」とは、特定の方向に電界強度が偏った光を意味する。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。「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。
偏光度＝｜Ｉmax－Ｉmin｜／｜Ｉmax＋Ｉmin｜・・・式（Ａ）
　「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。
　例えば、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し、発光素子の放射パターン（配光分布）が不均一となることが理論的に予測される。また、＋ｒ面、－ｒ面、（２０－２１）面、（２０－２－１）面、（１０－１－３）面及び（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。
　具体的に、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軸方向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。
　偏光を有する発光素子を光源とする場合、偏光の向き、すなわち発光素子の設置方向によって物体表面での反射量が異なるため、物体の見え方が変わる。これは、Ｐ偏光とＳ偏光によって反射率が異なる（Ｓ偏光の方がＰ偏光よりも反射率が高い）ためである。従って、偏光特性をそのまま利用するアプリケーションにおいては偏光度の向上が重要であるが、一般的な照明用途では偏光を有すると性能が悪化する。このため、一般的な照明装置等に用いる発光素子においては、偏光特性をできるだけ抑制することが好ましい。一方、プロジェクタ、液晶ディスプレイのバックライト等の用途においては、偏光光を利用するため、偏光特性を維持することが好ましい。
　また、光は偏光方向に対して垂直な方向に進む性質を有するため、偏光した光が発生する場合には、素子の配光特性がLambert余弦則（ランバーシアン、ランベルト分布）形状の配光特性からずれる。
　これらの課題は、特に非極性面や半極性面を主面とする窒化物半導体発光素子において顕著に現れており、非極性面や半極性面を主面とする発光素子の実用化に大きな妨げとなる。
　本発明者らは、前述したように、ｍ面等の非極性面や半極性面を主面とする窒化物半導体発光素子から、偏光が発せられ、配光特性がランバーシアンからずれるという課題及びｃ面を主面とする窒化物半導体発光素子と比べて光取り出し効率が低下するこという課題を見出した。さらに、出射面にストライプ構造を設けることによりこれらの課題を解決できることを見出した。
　なお、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説明するが、＋ｒ面、－ｒ面、（２０－２１）、（２０－２－１）、（１０－１－３）及び（１１－２２）面等の半極性面、及びａ面等の他の非極性面においても特定の結晶方向の偏光光について同様のことがいえる。
　（第１の実施形態）
　図４は第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を示している。図４に示すように、窒化物半導体発光素子１０１は、発光ダイオードであり、基板４１と、窒化物半導体層構造４２と、第１電極４５と、第２電極４６とを有している。基板４１は、主面がｃ面を除く結晶面であるＧａＮからなる。窒化物半導体層構造４２は、基板４１の一の面（おもて面）の上に順次形成されたｎ型窒化物半導体層１２１と、活性層１２２と、ｐ型窒化物半導体層１２３とを有している。活性層１２２の主面は、非極性面又は半極性面である。第１電極４５は、活性層１２２からの光を出射する出射面上に設けられている。図４においては、第１電極４５はｎ側電極であり基板４１の窒化物半導体層構造４２と反対側の面（裏面）の上に設けられている。第２電極４６はｐ側電極でありｐ型窒化物半導体層１２３の上に設けられている。基板４１は製造工程の途中において一部又は全部が除去されていてもよい。
　本実施形態において、基板４１の主面の面方位は、活性層１２２が偏光特性を有する光を発光できればどのような面方位であってもよい。例えば、主面がｍ面であるｍ面ＧａＮ基板とする。また、ａ面等の非極性面又は＋ｒ面、－ｒ面、｛２０－２１｝面、｛２０－２－１｝面、｛１０－１－３｝面若しくは｛１１－２２｝面等の半極性面が表面に現れた基板であってもよい。
　例えば、基板４１の主面がｍ面である場合には、活性層１２２の主面もｍ面となり、活性層１２２はａ軸に平行な方向に電界強度が偏った光を主として出射する。活性層１２２をａ面上に形成すると、活性層１２２はｍ軸に平行な方向に電界強度が偏った光を主として出射する。活性層１２２を｛１１－２２｝面上に形成すると、活性層１２２は、Ｉｎ組成が低い場合にはｍ軸に平行な方向に電界強度が偏った光を主として出射し、Ｉｎ組成が高い場合には［－１－１２３］方向に平行な方向に電界強度が偏った光を主として出射する。半極性面上に形成した活性層１２２の偏光特性は、価電子帯の上部２つのバンド（Ａバンド及びＢバンド）の振る舞いによって決まる。但し、偏光特性は、活性層１２２に印加される歪量や、量子閉じ込め効果によっても左右される場合がある。
　ｎ型窒化物半導体層１２１は、例えばｎ型のＡｌuＧａvＩｎwＮ（ｕ＋ｖ＋ｗ＝１、ｕ≧０、ｖ≧０、ｗ≧０）とする。ｎ型ドーパントとして例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いる。
　ｐ型窒化物半導体層１２３は、例えばｐ型のＡｌsＧａtＮ（ｓ＋ｔ＝１、ｓ≧０、ｔ≧０）とする。ｐ型ドーパントとして、例えばＭｇを添加する。Ｍｇ以外のＺｎ又はＢｅ等を用いてもよい。ｐ型窒化物半導体層１２３において、Ａｌの組成比率ｓは、厚さ方向に一様であってもよい。また、Ａｌの組成比率ｓは、厚さ方向に連続的又は段階的に変化していてもよい。ｐ型窒化物半導体層１２３の厚さは、例えば０．０５μｍ以上２μｍ以下程度とする。
　ｐ型窒化物半導体層１２３の上面近傍、すなわち、第２電極４６との界面近傍の領域はＡｌの組成比率ｓがゼロであるＧａＮ領域としてもよい。ＧａＮ領域は高濃度のｐ型の不純物を含んでいてもよい。ＧａＮ領域が高濃度のｐ型不純物を含む場合にはコンタクト層として機能し得る。
　活性層１２２は、例えば、厚さ３ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度のＧａ1-xＩｎxＮ（０＜ｘ＜１）からなる井戸層と、厚さ５ｎｍ以上３０ｎｍ以下程度のＧａ1-yＩｎyＮ（０≦ｙ＜ｘ＜１）からなるバリア層とが交互に積層されたＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。
　活性層１２２において生成される光の波長は、井戸層におけるＩｎの組成ｘによって決まる。例えば、ｍ面上に形成された活性層１２２にはピエゾ電界が発生しない。このため、Ｉｎ組成を増加させても発光効率の低下が抑制される。
　第１電極４５は、例えばＴｉ層及びＰｔ層の積層構造（Ｔｉ／Ｐｔ）又は酸化Ｓｎ添加Ｉｎ2Ｏ3（ＩＴＯ）透明電極等とする。第２電極４６はｐ型窒化物半導体層１２３の表面のほぼ全体を覆うようにしてもよい。第２電極４６は、例えばＰｄ層及びＰｔ層の積層構造（Ｐｄ／Ｐｔ）等とする。
　第１電極４５は、図５に示すように複数のストライプ部４５ａと、ストライプ部４５ａを接続する接続部４５ｂとを有している。図５はストライプ部４５ａと接続部４５ｂとが一体に形成された例を示しているが、ストライプ部４５ａを電気的に接続できれば接続部４５ｂはどのような構成であってもよい。各ストライプ部４５ａは、所定のピッチｐを保ち互いに並行に形成されている。ストライプ部４５ａが延びる方向と、活性層１２２からの光の偏光方向とがなす角度βを所定の角度とすることにより、窒化物半導体発光素子１０１の特性を制御することができる。例えば、基板４１がｍ面ＧａＮ基板である場合には、活性層１２２からの光はａ軸方向の偏光光となる。このため、ストライプ部４５ａが延びる方向とａ軸とがなす角度βを所定の範囲に設定する。
　ストライプ部４５ａが延びる方向と、活性層１２２からの光の偏光方向とのなす角度βは窒化物半導体発光素子１０１に必要とされる特性により決定する。例えば、角度βの絶対値を５°以上８０°以下としてもよい。これにより、窒化物半導体発光素子１０１の偏光度を低減することができる。また、例えば、角度βの絶対値を５°以上４５°以下としてもよい。これにより、配光分布特性を向上させることができる。また、角度βの絶対値を０°以上３°未満としてもよい。これにより、窒化物半導体発光素子１０１の配光分布特性を向上させると共に偏光度を維持することができる。
　また、ピッチｐが小さいほど偏光度が維持されやすい。従って、ピッチｐを大きくすることにより、偏光度を低減することができる。具体的にはピッチｐを３００ｎｍ以上としてもよい。逆にピッチｐを小さくすることにより、偏光度を維持することができる。具体的にはピッチｐを１００ｎｍ以下としてもよい。
　図４及び図５にはストライプ部４５ａが４本である例を示しているが、ストライプ部４５ａの数は何本であってもよい。窒化物半導体発光素子１０１の占有面積及びピッチｐが許す限りできるだけ多くのストライプ部４５ａを設けてもよい。ストライプ部４５ａの数が多いほど第１電極４５の面積が大きくなり、デバイス抵抗を低減することができる。具体的には、ストライプ部４５ａの総面積を出射面の面積の５％以上としてもよい。第１電極４５の面積には、ストライプ部４５ａ以外に接続部４５ｂの面積が含まれるが、第１電極４５の面積をストライプ部４５ａの総面積として近似しても問題ない。
　図４において第１電極４５は、基板４１の裏面に形成されている例を示した。しかし、第１電極４５は活性層１２２からの光が出射される出射面が基板４１の裏面以外である場合は、当該裏面以外の出射面に形成されていてもよい。例えば、基板４１を除去した場合には、ｎ型窒化物半導体層１２１の活性層１２２と反対側の面が出射面となる。この場合には第１電極４５はｎ型窒化物半導体層１２１の活性層１２２と反対側の面（裏面）に形成してもよい。基板４１を除去し、ｎ型窒化物半導体層１２１の裏面に第１電極４５を形成する場合には、基板４１に絶縁性の基板を用いてもかまわない。
　次に、本実施形態における窒化物半導体発光素子１０１の製造方法について説明する。まず、ｍ面等のｃ面を除く結晶面を主面とするｎ型ＧａＮからなる基板４１上に、ｎ型窒化物半導体層１２１を有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）等によりエピタキシャル結晶成長させる。具体的には、例えば、ｎ型不純物としてＳｉを用い、トリメチルガリウム（ＴＭＧ：Ｇａ（ＣＨ3）3）及びアンモニア（ＮＨ3）を原料として供給し、９００℃以上１１００℃以下程度の成長温度で、厚さ１μｍ以上３μｍ以下程度のｎ型のＧａＮ層を形成する。
　次に、ｎ型窒化物半導体層１２１上に、活性層１２２を形成する。活性層１２２は、例えば、厚さ１５ｎｍのＧａ1-xＩｎxＮ井戸層と、厚さ３０ｎｍのＧａＮバリア層とを交互に積層する。Ｇａ1-xＩｎxＮ井戸層を形成する際には、成長温度を８００℃に下げることにより、Ｉｎの取り込みを行うことができる。窒化物半導体発光素子１０１の用途に応じて発光波長を選択し、波長に応じたＩｎ組成ｘを決定する。波長を４５０ｎｍ（青色）にする場合にはＩｎ組成ｘを例えば０．１８以上０．２以下とする。５２０ｎｍ（緑色）にする場合にはｘを例えば０．２９以上０．３１以下とする。６３０ｎｍ（赤色）にする場合にはｘを０．４３以上０．４４以下とする。
　次に、ｐ型窒化物半導体層１２３を形成する。具体的には、例えば、ｐ型不純物としてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用い、ＴＭＧ及びＮＨ3を原料として供給する。例えば、成長温度は９００℃以上１１００℃以下程度とし、厚さは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下程度とする。ｐ型窒化物半導体層１２３を形成した後、８００℃以上９００℃以下程度の温度で、２０分程度熱処理を行う。その後、基板４１を５０μｍ～３００μｍ程度まで研磨し薄膜化する。薄膜化によって、ダイシングが容易になるだけではなく、窒化物半導体発光素子１０１内部における光の吸収を抑えることができる。
　次に、ｐ型窒化物半導体層１２３と接するように、第２電極４６を形成する。具体的には、例えば、Ｐｄ／Ｐｔ層を形成する。その後、熱処理を行って、第２電極４６のＰｄ／Ｐｔ層とｐ型窒化物半導体層１２３とを合金化する。
　次に、基板４１の研磨面と接するように、第１電極４５を形成する。具体的には、例えば、ＩＴＯ層又はＴｉ／Ｐｔ層を形成する。第１電極４５は、フォトリソグラフィ技術と、ウェットエッチングプロセス又はリフトオフプロセスとを用いることにより、任意の形状に形成することができる。コンタクト露光装置を用いた方法以外に、電子線（ＥＢ）露光装置、ナノインプリント、ステッパー、液浸露光装置又は極端紫外線（ＥＵＶ）露光装置を用いた方法等を用いることができる。第１電極４５を形成する際に第２電極４６の劣化が懸念される場合には、例えば、有機溶剤に可溶なリフトオフレジスト又はパラフィン等のシート類若しくはテープ類等からなる被覆材により第２電極４６を被覆する。リフトオフレジストを被覆材とすれば、レジストリムーバ液を用いて被覆材を簡単に除去できる。その後、熱処理を行って、第１電極４５と基板４１とを合金化させる。
　ウェハ状に形成した複数の窒化物半導体発光素子１０１をダイシングにより個片に分割し、アルミナ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は樹脂性基板等で作成された実装基板に実装する。Ｓｉ又はＧｅ等からなる基板を実装基板とする場合には、例えば表面を絶縁膜で覆う。配線は、窒化物半導体発光素子１０１の電極形状に合わせて配置する。配線には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ又はＡｌ等を用いる。配線は、スパッタ及びめっき等により実装基板上に形成する。
　なお、図６に示すように活性層１２２とｐ型窒化物半導体層１２３との間に、アンドープＧａＮ層１２５を形成してもよい。アンドープＧａＮ層１２５は、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度の厚さとする。
　また、図７に示すようにｐ型窒化物半導体層１２３を、３層の積層構造としてもよい。第２の層１２３ｂを第１の層１２３ａ及び第３の層１２３ｃよりもＡｌ組成が高い層（例えば５％以上２５％以下）とすることにより、動作時に電子のオーバーフローを抑制することができる。第２の層１２３ｂの厚さは、例えば１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下程度とする。ｐ型窒化物半導体層１２３を４層以上の積層構造としてもよい。
　なお、図４、図６及び図７において、ストライプ部４５ａの側面が光出射面と垂直に形成されている例を示したが、ストライプ部４５ａの側面は光出射面に対して非平行の面であればよく、傾斜面となっていてもよい。
　（第２の実施形態）
　第２の実施形態においては、基板４１の裏面が平坦である例を示したが、図８に示すように基板４１の裏面にストライプ状の凸部４１ａ及び凹部４１ｂを有するストライプ構造を設け、凸部４１ａの上に第１電極４５のストライプ部４５ａを形成してもよい。
　凸部４１ａは、例えば、以下のようにして形成する。第１の実施形態と同様にして、基板４１の表面に窒化物半導体層構造４２を形成した後、基板４１の裏面を研磨する。基板４１を研磨した後、フォトリソグラフィ技術等を用いてエッチングマスクとなるレジストパターンを形成し、塩素ガス等を用いてドライエッチングを行うことにより形成する。なお、ｎ型窒化物半導体層１２１が露出するまで基板４１をエッチングしてもよい。
　ストライプ状の凸部４１ａを設けることにより、光が凸部の側面からも出射されることになり偏光特性の制御する効果が向上する。さらに、ストライプ状の凸部４１ａの形状を制御することにより偏光特性の制御効果をより向上させることができる。なお、図８には凸部４１ａの側面が出射面に対して垂直である例を示しているが、傾斜していてもよい。
　出射面に設けるストライプ状の凸部４１ａの構成について説明を行う。以下においては、図９（ａ）～（ｅ）に示すようなストライプ構造４５０を用いて説明する。図９（ａ）～（ｅ）に示すように、ストライプ構造４５０は凸部４５０ａと凹部４５０ｂとにより形成されている。凹部４５０ｂは深さ及び幅がＬ１の矩形状である。凸部４５０ａは上面の幅がＬ２であり、凸部４５０ａの上面から活性層４３０までの距離はＴである。
　Ｌ１とＴとの比をＡ（Ａ＝Ｌ１／Ｔ）、Ｌ２とＬ１との比をＢ（Ｂ＝Ｌ２／Ｌ１）、ストライプ構造４５０が延びる方向と活性層４３０からの光の偏光方向とがなす角度をθとすると、ストライプ構造４５０は、θ、Ａ及びＢの３つのパラメータにより記述できる。Ａは１未満の値となり、Ａが小さい場合は、半導体素子の大きさに対して小さなサイズの凹部を形成した場合に相当する。Ｂが小さい場合は、上面の面積を小さくした場合に相当する。また、Ｂが小さい場合には、凹部を高密度に形成した場合ともいえる。
　光は偏光方向に対して垂直な方向に伝播するという性質に注目すると、ストライプの延伸方向と、活性層の偏向方向とがなす角度θは、重要な意味を持つ。
　図９(ｂ)に示すように角度θが０°の場合のIXｂ－IXｂ方向の断面に着目すると、活性層４３０のある発光点から放出された光は扇状に広がる。この場合、着目した発光点の直上部に存在する凸部４５０ａの上面には光が進入するが、それ以外の上面への光の侵入は凹部４５０ｂによって遮られる。一方、図９（ｄ）に示すように角度θが９０°の場合のIXｂ－IXｂ方向の断面に着目すると、活性層４３０から放出された光は、ストライプ構造４５０に水平に入射する。このように、活性層４３０から放出される光の偏光方向によって、凸部４５０ａの上面への光の入射状態が変化する。
　図１０は、Ａを０．１に固定してＢと凸部４５０ａの上面に入射する光の割合の関係を、角度θが０°、２５°、４５°及び９０°の場合について計算した結果を示している。図１０において縦軸は、凸部４５０ａの上面に入射する光の割合の最大値を１として規格化している。また、この値を１から引いた値は、凹部４５０ｂの表面（底面及び側面）に入射する光の割合を意味する。図１０において破線のラインは凸部４５０ａの上面の面積と、凹部４５０ｂの表面の面積との比であり、表面積から単純に算出した凹部４５０ｂの影響である。図１０に示すように、計算を行ったＢが０．１～３．０の範囲において、角度θを小さくするほど、凸部４５０ａの上面に入射する光の割合を小さくできることが分かる。活性層４３０からの光が偏光特性を有している場合には、出射面に設けるストライプ構造４５０の角度θを０°～４５°に設定することにより、凸部４５０ａの上面に入射する光を抑制し、凹部４５０ｂの表面に多くの光を入射させることが可能となる。θが０°の場合に凸部４５０ａに入射する光の割合は、Ｂが１．７以下の範囲において、表面積から単純計算した値よりも十分に小さい値を示している。活性層４３０が偏光特性を有する光を放出する場合には、凸部４５０ａ及び凹部４５０ｂの影響は、単純に表面積から推定することはできず、θを考慮する必要がある。特に、θが０°～２５°の範囲では、凸部４５０ａの上面に入射する光を十分に抑制することが可能であり、単純に表面積から推定することはできない特性を有している。
　図１１は、角度θを０°に固定してＡと凸部５０ａの上面に入射する光の割合の関係を、Ｂが０．２、０．５、０．７、１．０、１．５及び２．０の場合に計算した結果を示している。Ａは、凹部４５０ｂの大きさを示すパラメータであり、Ａが０．１の場合は基板の厚さの１０％相当の凹部が形成されていることになる。凸部４５０ａの上面に入射する光の割合は、Ａが０．４程度までは比較的安定しており、Ａが変化しても大きく変化しない。また、Ｂが１．０よりも大きくなると、Ａが０．４～０．５の範囲において、極小値を有する特性を示す。従ってＢが１．０よりも大きい場合には、Ａの値を適切に設定することで、凸部４５０ａの上面に入射する光の割合下げ、凹部４５０ｂに入射する光の割合を高めることが可能となる。
　ある面に対して光が入射するとき、ある面の法線方向と入射方向とがなす角度を入射角θｉとすると、入射角が大きくなると面の凹凸の影響を受けにくくなる。これはレイリー基準と呼ばれ、入射光の発光波長をλ、ある面の表面凹凸の標準偏差をｈとした場合、h＜λ／８ｃｏｓ（θi）の条件下において、入射光は面の凹凸の影響を受けにくくなる。ｈはＬ１とほぼ等しいので、Ｌ１≧λ／０．６２８という条件を満たすようにすることにより、ストライプ構造に入射する光のうちの９５％が凹部４５０ｂと凸部４５０ａの影響を受けるようにすることができる。例えば、入射光の波長が４５０ｎｍの場合には、凹部４５０ｂの深さＬ１を７１７ｎｍ以上とする。また、Ｌ１≧λ／０．１２６という条件を満たすようにすることにより、ストライプ構造４５０に入射する光のうち９９の％が凹部４５０ｂと凸部４５０ａの影響を受けるようにすることができる。例えば、波長が４５０ｎｍの場合には、凹部４５０ｂの深さＬ１を３５８１ｎｍ以上とする。
　以上のことから、波長が４５０ｎｍの窒化物半導体発光素子においては、凸部４１ａの上面の幅Ｌ２と、凹部４１ｂの幅Ｌ１との比Ｂは１．７以下としてもよい。Ｌ１は７１７ｎｍ以上としてもよく、３５８１ｎｍ以上としてもよい。　但し、実際にストライプ構造を形成する場合にはＬ１は基板４１の厚さにより制限される。Ｌ１を基板４１の厚さの１／２程度以下にすれば、凸部４１ａを形成しても基板４１の剛性を保つことが可能となり、取扱上の問題はほとんど生じない。Ｌ１を基板４１の厚さの２／５程度以下としてもよい。Ｌ１を基板４１の厚さの１／３程度以下にすれば、発光素子を個片化する際に、所望の箇所以外で分割される問題を回避することができる。
　なお、説明を簡単にするために凹部４５０ｂの幅と深さとが等しい場合について説明したが、凹部４５０ｂの幅と深さとが互いに異なっていても、凸部４５０ａの上面に入射する光の割合を制御することができる。
　また、図１２に示すように活性層１２２とｐ型窒化物半導体層１２３との間に、アンドープＧａＮ層１２５を形成してもよい。図１３に示すようにｐ型窒化物半導体層１２３を、少なくとも３層の積層構造としてもよい。
　ストライプ状の凸部４１ａの上に第１電極４５のストライプ部４５ａを形成する例を示したが、図１４に示すように基板４１の裏面に設けたストライプ状の凹部４１ｂに第１電極４５のストライプ部４５ａを形成してもよい。なお、ｎ型窒化物半導体層１２１が露出するまで基板４１をエッチングし、第１電極４５をｎ型窒化物半導体層１２１と接するように形成してもよい。
　また、図１５に示すように活性層１２２とｐ型窒化物半導体層１２３との間に、アンドープＧａＮ層１２５を形成してもよい。図１６に示すようにｐ型窒化物半導体層１２３を、少なくとも３層の積層構造としてもよい。
　なお、図８、図１２～図１６において、第１電極４５が基板４１の上に形成されている例を示した。しかし、基板４１を除去して、第１電極４５をｎ型窒化物半導体層１２１の裏面に形成してもよい。この場合には、ｎ型窒化物半導体層１２１の裏面にストライプ状の凸部及び凹部を形成してもよい。
　（第３の実施形態）
　図１７に示すように、基板４１の裏面にテクスチャ構造１３２を設けてもよい。テクスチャ構造１３２は、基板４１の裏面に設けられた微細な凹凸である。基板４１の裏面に微細な凹凸が形成されている場合、凹凸の表面は様々の方位を向いた複数の微視的な面を含んでいる。以下においては、複数の微視的な面によって構成される構造を巨視的に見た仮想の面を光取り出し面（出射面）１３１と定義する。「光取り出し面」とは、窒化ガリウム系半導体発光素子の立体形状が有する表面のうち、主として光が取り出される領域となる。光取り出し面１３１は、基板４１とその外部との間にある厳密な境界に対応していない。分かりやすさのため、図１７において光取り出し面１３１を、基板とその外部との境界よりも内側に位置するように記載している。光取り出し面１３１は、典型的には平面である。但し、巨視的に見た場合に全体又は一部が湾曲していたり、光の波長に比べて十分に大きさなサイズの凸部又は凹部が光取り出し面１３１の一部に含まれていたりしてもよい。図示されている例では、平面状の光取り出し面１３１の全体がｃ面以外の結晶面によって構成されているが、光取り出し面１３１の一部の領域にｃ面の結晶面が含まれていてもよい。このような光取り出し面１３１は、テクスチャ構造１３２を形成する前の基板４１の裏面に対して平行な関係にある。
　テクスチャ構造１３２は、微細な凹凸である。表面粗さＲａが、λ／３０以上λ×５以下となるような微細な凹凸であってもよく、λ／３０以上λ×３以下であってもよく、λ／４以上λ×３以下であってもよい。λは活性層１２２の発光波長である。Ｒａがλ／３０≦Ｒａ≦λ×３の範囲にある場合、光取り出し面１３１から透過する光はレイリー散乱・ミー散乱といわれる散乱の効果を受ける。表面粗さがλ／２以上になると、拡散成分が増えていく。
　具体的には、活性層１２２において発生する偏光光の波長が４５０ｎｍである場合には、表面粗さＲａは１５ｎｍ以上２．２５μｍ以下であってもよく、１５ｎｍ以上１．３５μｍ以下であってもよく、１１３ｎｍ以上１．３５μｍ以下であってもよい。但し、表面粗さＲａは、Ｌ１の値よりも小さくする必要がある。なお、表面粗さＲａは、例えば、レーザ顕微鏡（Keyence社製ＶＫ－Ｘ２００）等を用いてＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠して測定する。
　テクスチャ構造１３２は、例えば、以下のようにして形成してもよい。まず、図１８（ａ）に示すように、基板４１の裏面の親水性を向上させるように表面改質を行う。具体的には、例えば酸素プラズマ雰囲気に暴露する。本発明者らが評価した結果、窒化ガリウム系半導体は通常は親水性であるが、酸素プラズマ雰囲気に暴露することにより、これを超親水性へ近づけるようにぬれ性を制御することができる。
　次に、図１８（ｂ）に示すように、基板４１の裏面をコロイド結晶層２２４により被覆する。コロイド結晶とは、サブミクロン領域の大きさ（１０-9ｍ～１０-6ｍ）を有する粒子（コロイド粒子）が周期的に配列した構造を意味し、コロイド結晶層とは、コロイド結晶の層を意味する。コロイド結晶層を構成する粒子は、可視光の波長と同程度の周期で配列している。このような周期的構造は、自己組織化プロセスによって形成され得る。基板４１の裏面のぬれ性を制御しているため、コロイド結晶層２２４の被覆率を高めることができる。コロイド結晶層２２４の被覆は、例えば、ディップコーティング法を用いた粒子の自己組織化により行う。
　この工程において制御すべき主な条件は、コロイド溶液の溶媒種、コロイド溶液の溶質種、コロイド溶液の濃度及びディップコーティングの引き上げ速度である。溶媒には溶解パラメータの大きな極性溶媒、例えば水、メタノール、エタノール、フェノール、エチレングリコール、酢酸を用いてもよく、純水を用いてもよい。溶質には粒径分布が小さい球形の親水性溶質を用いてもよい。例えば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ａｕ、Ａｇ、ポリスチレン、ベンゾグアナミン・メラミン・ホルムアルデヒド縮合物及びポリメタクリル酸メチル系架橋物のうちのいずれか１つ又はこれらの組み合わせにより形成された粒子を用いることができる。粒径は例えば５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下とする。粒径が１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。コロイド溶液の濃度は例えば１０vol％以下とする。ディップコーティングの引き上げ速度は１０ｃｍ／ｈ以下とする。裏面のぬれ性制御を行った基板４１を、コロイド溶液に浸した後、上記の引き上げ速度の範囲で引き上げることにより、基板４１の裏面をコロイド結晶層２２４により被覆することができる。
　次に、図１８（ｃ）に示すように、コロイド結晶層２２４をマスクとして、基板４１に対するエッチングを行う。基板４１の裏面と共にコロイド結晶層２２４もエッチングされるため、コロイド結晶層２２４を構成する粒子の配列パターンに依存した凹凸が基板４１の裏面に形成される。エッチングは、例えば塩素ガスを用いたドライエッチングとする。エッチング時間及びエッチング条件を調整することにより、テクスチャ構造１３２を構成する凸部の寸法及び形状を制御することができる。なお、図１８（ｃ）においては、テクスチャ構造１３２と基板４１との間に光取り出し面１３１を記載しているが、現実には、両者の間に明確な境界はない。
　コロイド結晶層２２４は、周期的に配列した粒子によって構成される。しかし、コロイド結晶層に覆われた基板４１に対してエッチングを行うことにより形成されるテクスチャ構造１３２は、不規則な形状を有する多数の凸部を有している。これは、コロイド結晶層２２４が多数の粒子によって構成され、複雑な形状の開口部を有しているため、基板４１のエッチングが不均一に進行することに起因すると考えられる。コロイド結晶層２２４を構成する粒子の形状、サイズ、材料及び粒径分布並びにエッチング条件を調整することにより、多様なテクスチャ構造１３２を形成することが可能である。
　また、各粒子が配置された部分はエッチングされずに又はほとんどエッチングされずに凸部となるため、テクスチャ構造１３２を構成する凸部の頂点は、基板４１の元の裏面上にほぼ配列される。
　可視光の波長程度の直径を有する粒子を用いることによりコロイド結晶層を比較的容易に作製することが可能である。このため、フォトリソグラフィにより作製されるマスクパターンと比べて、より微細な凹凸を形成することが可能になる。また、コロイド結晶層を用いて形成したテクスチャ構造は、不規則な形状の凸部をランダムに含んでいる点でも、フォトリソグラフィにより形成した凹凸構造と異なる。テクスチャ構造における凸部の個数密度は、例えば、１個／μｍ2以上５０個／μｍ2以下の範囲とする。なお、テクスチャ構造が形成された面を「テクスチャード・サーフェス」と呼ぶことができる。
　テクスチャ構造１３２は、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストをエッチングマスクとしてパターニングし、塩素系ガスを用いてドライエッチングを行うことでも形成可能である。この場合は、コロイド結晶層２２４を用いた場合よりも大きいマイクロメータオーダーの凹凸を有するテクスチャ構造１３２が形成される。
　基板４１の裏面にテクスチャ構造１３２を形成する場合においても、図１９に示すように第１電極４５を凸部４１ａの上に形成してもよい。また、図２０に示すように第１電極４５を凹部４１ｂに形成してもよい。凸部４１ａを形成する場合には、例えば図２１（ａ）に示すようなレジスト層２３１Ａを用いる。凹部４１ｂを形成する場合には例えば図２１（ｂ）に示すようなレジスト層２３１Ｂを用いる。
　なお、基板４１の裏面にテクスチャ構造を形成する例を示したが、基板４１を除去した後のｎ型窒化物半導体層１２１にテクスチャ構造を形成してもよい。ｎ型窒化物半導体層１２１の活性層１２２と反対側の面にも、基板４１の裏面と同様にしてテクスチャ構造を形成することができる。
　また、テクスチャ構造１３２を形成する場合においても、活性層１２２とｐ型窒化物半導体層１２３との間に、アンドープＧａＮ層１２５を形成してもよく、ｐ型窒化物半導体層１２３を、少なくとも３層の積層構造としてもよい。
　各実施形態及び変形例において例示した発光素子は、そのまま光源として使用することができる。しかし、実施形態及び変形例において例示した発光素子と、波長変換のための蛍光物質を含有する樹脂部とを組み合わせれば、波長帯域の拡大した光源装置（例えば白色光源装置）とすることができる。
　図２２は、このような光源装置１００の一例を示している。図２２に示すように、図４に示したものと同様の窒化物半導体発光素子１０１と、この窒化物半導体発光素子１０１から放射された光の波長を、より長い波長に変換する蛍光体（例えばＹＡＧ：Yttrium Aluminum Garnet）が分散された樹脂層３０１とを備えている。窒化物半導体発光素子１０１は、表面に配線パターンが形成された支持部材３０２の上に搭載されており、支持部材３０２の上には窒化物半導体発光素子１０１を取り囲むように反射部材３０３が配置されている。樹脂層３０１は、窒化物半導体発光素子１０１を覆うように形成されている。
　本開示の窒化物半導体発光素子について実施例を用いてさらに詳細に説明する。
　＜実施例１＞
　ｍ面ＧａＮ基板の上にｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層構造をＭＯＣＶＤ法を用いてエピタキシャル結晶成長した。その後、８００℃以上９００℃以下程度の温度で２０分程度熱処理を行った。次に研磨により基板を薄膜化し、ｐ型窒化物半導体層と接する第２電極を形成した後、熱処理した。
　次に、研磨によって薄膜化された基板の研磨面に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストをエッチングマスクとしてパターニングした。次に、塩素系ガスを用いてドライエッチングを行うことにより、基板の一部を除去してストライプ状の凸部を形成した。なお、この工程において第２電極の劣化が懸念されるため、第２電極を有機溶剤に可溶なリフトオフレジストにより被覆した。次に、ストライプ状の凸部の上にストライプ部が位置するように、ＩＴＯからなる第１電極を形成した。
　第１電極は、ストライプ部のピッチｐが８μｍであり、ストライプ部とａ軸とのなす角度βが０°となるようにパターニングした。パターニングにはコンタクト露光装置を用いた。その後、第２電極を保護していたリフトオフレジストをレジストリムーバー液によって除去し、熱処理を行って第１電極を合金化した。得られた窒化物半導体発光素子をダイシングにより個片化し、実装基板に実装した。
　同様にして、角度βが５°、３０°、４５°及び９０°の窒化物半導体発光素子を形成した。また、ピッチｐが３００ｎｍであり、角度βが０°、４５°及び９０°の窒化物半導体発光素子をそれぞれ形成した。ストライプ部のピッチｐが３００ｎｍの場合には、第１電極のパターニングにＥＢ露光装置を用いた。また、パターニングを行わず、研磨によって薄膜化されたｍ面ＧａＮ基板の研磨面全面に接する第１電極を有する窒化物半導体発光素子を形成した。
　図２３（ａ）及び（ｂ）に得られた窒化物半導体発光素子の第１電極の光学顕微鏡観察像を示す。得られた、９種類の窒化物半導体発光素子に対して、偏光特性評価、配光分布特性評価、及び全光束測定を行った。
　偏光特性評価は以下の様にして行った。図２４は偏光特性を評価する測定系を模式的に示している。測定対象である窒化物半導体発光素子２４１を電源２４６によって発光させた。窒化物半導体発光素子２４１の発光は、実体顕微鏡２４３により確認した。実体顕微鏡２４３は２つのポートを有し、一方のポートにはシリコンフォトディテクタ２４４が取り付けられ、他方のポートにはＣＣＤカメラ２４５が取り付けられている。窒化物半導体発光素子２４１と実体顕微鏡２４３との間には偏光板２４２が挿入されている。偏光板２４２を回転させて、シリコンフォトディテクタ２４４により発光強度の最大値と最小値とを測定した。
　配光分布特性は、国際照明委員会ＣＩＥ発行のＣＩＥ１２７に明記されたcondition A（発光素子の先端から受光部までの距離が３１６ｍｍ）に準拠して行った。配光分布特性の評価には、ＬＥＤゴニオメーター（Optronic Laboratories社製：OL700-30）を用い、ａ軸方向の配光分布特性及びｃ軸方向の配光分布特性を測定した。
　図２５及び図２６に配光分布特性の測定系を模式的に示す。ａ軸方向の配光分布特性は、図２５（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化物半導体発光素子２５１のｍ面に成長面させた活性層の法線方向であるｍ軸方向［１－１００］と、測定器２５２とを結ぶ測定線２５３とがなす角度θを測定角とし、窒化物半導体発光素子２５１をそのｃ軸を中心軸として回転させながら光度を測定した。
　ｃ軸方向の配光分布特性は、図２６（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化物半導体発光素子２５１のｍ面に成長面させた活性層の法線方向であるｍ軸方向［１－１００］と、測定器２５２とを結ぶ測定線２５３とがなす角度を測定角θとし、窒化物半導体発光素子２５１をそのａ軸を中心にして回転させながら光度を測定した。
　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、最大非対称度及び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°における光度を用いて規格化した値であり、－９０°～＋９０°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°～＋９０°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°～＋９０°の範囲で平均化した値である。
　まず、第１電極にパターニングを施さず、ｍ面ＧａＮ基板の研磨面全面に接するようにＩＴＯからなる第１電極を形成した窒化物半導体発光素子の、配光分布特性を評価した結果を図２７に示す。図２７から、ａ軸方向（ｃ面内方向）への配光分布は比較的ランバーシアンに近いものの、ｃ軸方向（ａ面内方向）への配光分布は乱雑な形状を示しており、ｃ軸方向（ａ面内方向）への配光分布特性を改善する必要があることが分かる。
　次に、ＥＢ露光装置を用いてストライプ部を有する第１電極を形成した窒化物半導体発光素子の配光分布特性を評価した結果を図２８（ａ）及び（ｂ）に示す。第１電極のストライプ部のピッチｐは３００ｎｍとし、角度βは０°、４５°及び９０°とした。図２８（ａ）に示すように、ａ軸方向（ｃ面内方向）への配光分布はいずれの角度においても比較的ランバーシアンに近い結果が得られている。一方、図２８（ｂ）に示すようにｃ軸方向（ａ面内方向）への配光分布は、角度βが９０°の場合には第１電極をパターニングしていない場合と同様に乱雑な形状となった。しかし、角度βが４５°及び０°の場合には、ランバーシアンに近い形状が得られた。このことから、角度βを４５°以下とすることにより、配光分布特性が改善されることが分かる。
　次に、ＥＢ露光装置を用いてストライプ部を有する第１電極を形成した窒化物半導体発光素子と、コンタクト露光装置を用いてストライプ部を有する第１電極を形成した窒化物半導体発光素子について偏光特性を評価した結果を図２９に示す。ＥＢ露光装置を用いた場合には、第１電極のストライプ部のピッチｐは３００ｎｍとし、角度βは０°、４５°及び９０°とした。コンタクト露光装置を用いた場合には、第１電極のストライプ部のピッチｐは８μｍとし、角度βは０°、４５°及び９０°とした。図２９において縦軸は、ピッチｐが３００ｎｍで角度βが０°の窒化物半導体発光素子における値を１として規格化した偏光度の維持率である。図２９に示すように、ピッチｐが３００ｎｍの場合に、角度βを４５°及び９０°とすると、角度βが０°の場合と比べて偏光度の維持率が大幅に低下した。ピッチｐを８μｍとした場合も、ピッチｐが３００ｎｍの場合と同様に、角度βを４５°及び９０°とすると、角度βが０°の場合と比べて偏光度の維持率が大幅に低下した。一方、角度βが０°の場合には、ピッチｐを３００ｎｍとしても８μｍとしても偏光度の維持率は大きく変化しなかった。このことから、窒化物半導体発光素子４７の製造工程における精度誤差を勘案すると、角度βを４５°以上８０°以下とすることにより、偏光度を改善することができることが分かる。
　次に、コンタクト露光装置を用いてストライプ部のピッチｐを８μｍとし、角度βを０°、５°、３０°、４５°及び９０°と形成した５種類について、偏光特性を評価した結果を図３０に示す。図３０において縦軸は、角度βが０°である窒化物半導体発光素子から得られた値を１に規格化している。図３０から、βが５°以上の場合に偏光度が大幅に改善し、特にβが４５°付近において偏光度が最も低くなることが分かる。窒化物半導体発光素子の製造工程における精度誤差を勘案すると、角度βは、４５°近傍であってもよいし、５°以上又は３０°以上であってもよい。これにより、偏光特性を改善できる。角度βが大きくなり、９０°に近づくと再び比偏光度が上昇する。従って、角度βは８０°以下、５０°未満又は４５°以下であってもよい。これにより、偏光特性を改善できる。
　一方、偏光特性をできるだけ維持したい場合は、角度βは５°未満又は３°未満であってもよい。これにより、偏光度の低下を抑制することができる。
　図３１は、ＥＢ露光装置を用いてストライプ部のピッチｐを３００ｎｍとし、角度βを０°、４５°及び９０°とした３種類の窒化物半導体発光素子について、全光束測定を行った結果を示している。図３１において縦軸は、第１電極をパターニングしておらず、ｍ面ＧａＮ基板の研磨面全面に接するようにＩＴＯからなる第１電極を形成した窒化物半導体発光素子の、発光スペクトルの積分強度を１として規格化している。図３１から、βが４５°以下の場合には、光取り出し効率がストライプ部を有していない場合の１．２倍に増大していることが分かる。このことから、いずれの角度であっても、１よりも大きい光取り出し効率が得られる。角度βを４５°以下にしてもよい。これにより、特に高い光取り出し効率を得ることができる。
　＜実施例２＞
　ｍ面ＧａＮ基板の上にｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層構造をＭＯＣＶＤ法を用いてエピタキシャル結晶成長した。その後、８００℃以上９００℃以下程度の温度で、２０分程度熱処理を行った。次に、基板を研磨して厚さを３２０μｍとした。この後、ｐ型窒化物半導体層と接する複数の第２電極を所定の位置に形成し、熱処理した。次に、第２電極を保護するためにリフトオフレジストを第２電極上に塗布した後、基板の裏面にコロイド結晶層を用いてテクスチャ構造を形成した。次に、テクスチャ構造と接するようにストライプ部を有する複数の第１電極をコンタクト露光装置を用いて形成した。第１電極はピッチｐ及び角度βを一定であるが面積が異なる１３種類のものを形成した。次に、第２電極を保護していたリフトオフレジストをレジストリムーバー液によって除去し、熱処理を行って第１電極を合金化させた。その後、窒化物半導体発光素子をダイシングにより個片に分割し、実装基板に実装した。
　同様にして、基板の厚さを１００μｍとした窒化物半導体発光素子を形成した。
　テクスチャ構造は以下のようにして形成した。まず、ｍ面ＧａＮ基板にコロイド結晶層を被覆させる前処理として、ぬれ性制御を目的とした酸素プラズマによる表面改質工程を行った。酸素プラズマによる表面改質工程は、誘導結合型の放電方式の高密度プラズマエッチング装置（株式会社アルバック製：ＮＥ－５００）を用い、処理条件はアンテナパワーを５００Ｗ、バイアスパワーを３０Ｗ、酸素流量を２０ｓｃｃｍとし、圧力を０．６Ｐａとし、処理時間は３０秒とした。
　次に、改質した基板面にコロイド結晶層を形成した。コロイド溶液の溶質には、直径１００ｎｍの球状ＳｉＯ2ナノ粒子（株式会社日本触媒製：シーホスター（登録商標）ＫＥ－Ｐ１０）を用い、２．０vol％の水溶液となるように調製した。ディップコーティングの速度は２．８μｍ／ｓとした。
　次に、コロイド結晶層を形成した基板面をエッチング装置（株式会社アルバック製：ＮＥ－７０１）を用いてドライエッチングした。処理条件はアンテナパワーを３２０Ｗ、バイアスパワーを３０Ｗ、塩素流量を５０ｓｃｃｍとし、圧力を０．５Ｐａとし、処理時間は４分とした。
　図３２は表面改質工程を行ったｍ面ＧａＮ基板に形成したコロイド結晶層の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察像を示す。図３２に示すようにから、粒子が１層にランダムに分散しながらｍ面ＧａＮ基板を被覆している様子が確認できる。
　図３３、図３２に示したコロイド結晶層を形成したｍ面ＧａＮ基板をドライエッチングした後のＳＥＭ観察像を示している。また、図３４は図３３に示した基板の断面のＳＥＭ観察像を示している。図３３及び図３４に示すように、幅が１００ｎｍから３００ｎｍ程度で、高さが２００ｎｍ程度のテクスチャ構造がｍ面ＧａＮ基板の表面にランダムに形成されていることが確認できる。レーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製：ＶＫ－９７００）を用いてテクスチャ構造の線粗さ及び表面粗さを測定したところ、任意の箇所における１０μｍの水平距離から得られた要素の平均長さＲＳｍは０．２７μｍであり、任意の箇所における１０μｍ×１０μｍの水平面積から得られた算術平均粗さＲａは０．０２μｍであった。要素の平均長さＲＳｍとは輪郭曲線要素の平均長さのことであり、算術平均粗さＲａとは高さの絶対値を平均したものであり、いずれも日本工業規格（JIS B0601:2001）に準拠して測定した。
　図３５はストライプ部の面積とデバイス抵抗値との相関を示している。図３５において横軸は、第１電極の電極面積率（第１電極の面積／出射面の面積）である。図３５に示すように、ストライプ部の面積が出射面（光取り出し面）の面積の５％程度よりも小さい場合には、デバイス抵抗値が急激に大きくなった。また、半導体発光素子の厚さが薄い方がデバイス抵抗値が小さくなることが明らかである。
　＜実施例３＞
　ｍ面ＧａＮ基板の上にｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層構造をＭＯＣＶＤ法を用いてエピタキシャル結晶成長した。その後、８００℃以上９００℃以下程度の温度で２０分程度熱処理を行った。次に研磨により基板を薄膜化し、ｐ型窒化物半導体層と接する複数の第２電極を所定の位置に形成した後、熱処理した。第２電極を保護するためにリフトオフレジストを第２電極上に塗布した後、レジスト層を用いてテクスチャ構造を形成した。また、基板の一部の領域にはストライプ状の凸部を形成した。次に、テクスチャ構造を形成した面に複数の第１電極を形成した。凸部を形成していない領域においては、第１電極はテクスチャ構造と接するように形成した。凸部が形成されている領域においては、第１電極は凸部の上に形成した。その後、第２電極を保護していたリフトオフレジストをレジストリムーバー液によって除去し、熱処理を行って第１電極を合金化した。次に、窒化物半導体発光素子をダイシングによって個片に分割し、実装基板に実装した。
　図３６は、レジスト層を用いて形成したテクスチャ構造のＳＥＭ斜視像である。直径が１０μｍ程度の凸部が形成されている。レーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製：ＶＫ－９７００）を用いてテクスチャ構造の線粗さ及び表面粗さを測定したところ、任意の箇所における１００μｍの水平距離から得られた要素の平均長さＲＳｍは１１．３μｍであり、任意の箇所における１００μｍ×１００μｍの水平面積から得られた算術平均粗さＲａは０．６２μｍであった。
　図３７（ａ）は、ストラクチャ構造の上に形成した第１電極の光学顕微鏡観察像であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。図３８（ａ）は、凸部の上に形成した第１電極の光学顕微鏡観察像であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。
　以上説明したように、実施形態及び変形例において示した窒化物半導体発光素子は、非極性面又は半極性面を主面とする窒化物半導体発光素子の光取り出し効率を向上することができる。また、配光特性及び偏光度を制御することができる。
　＜実施例４＞
　ｍ面ＧａＮ基板の上にｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層構造をＭＯＣＶＤ法を用いてエピタキシャル結晶成長した。その後、８００℃以上９００℃以下程度の温度で２０分程度熱処理を行った。次に研磨により基板を薄膜化し、ｐ型窒化物半導体層と接する複数の第２電極を所定の位置に形成した後、熱処理した。第２電極を保護するためにリフトオフレジストを第２電極上に塗布した後、研磨によって薄膜化されたｍ面ＧａＮ基板の研磨面と接するようにストライプ部を有する複数の第１電極を形成した。第１電極は、電極面積率が０％、１４．５％、２９．０％及び４３．６％となるようにパターニングした。また、ストライプ部の角度βは０°、３°、５°、４５°、８５°及び９０°とした。パターニングには、コンタクト露光装置を用いた。その後、第２電極を保護していたリフトオフレジストをレジストリムーバー液によって除去し、熱処理を行って第１電極を合金化した。得られた電極面積率が異なる４種類の窒化物半導体発光素子をダイシングにより個片化し、それぞれ実装基板に実装した。なお、本実施例では、実験の便宜のため、パッケージ（外部）と接続されていないダミーの電極を用いた。すなわち、ｐ電極と同じ側に従来のｎ電極を設けたフリップチップ型の素子の光取り出し面にストライプ状のダミー電極を設け、このダミー電極を本実施例の第１電極と見立てて実験した。
　図３９及び図４０はストライプ部を有する第１電極の面積と光出力との相関を示している。図３９及び４０において横軸は、第１電極の電極面積率（第１電極の面積／出射面の面積）である。図３９において縦軸は、電流量が３５０ｍＡの場合における窒化物半導体発光素子の光出力である。図４０において縦軸は、図３９における電極面積率が０％のときの光出力値に対する光出力の低下割合である。
　第１電極の電極面積率を光取り出し面の１５％以下としてもよい。これにより、図３９及び４０に示すように、高い光出力を得ることができる。
　上述したように、本開示の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子によれば、光取り出し効率を向上させ、偏光度及び配光分布特性を制御することができる。
　本開示は、例えば、非極性面又は半極性面を主面とする窒化物半導体発光素子等として有用である。
４１ａ　　　凸部
４１ｂ　　　凹部
４２　　　　窒化物半導体層構造
４５　　　　第１電極
４５ａ　　　ストライプ部
４５ｂ　　　接続部
４６　　　　第２電極
４７　　　　窒化物半導体発光素子
５０ａ　　　凸部
１００　　　光源装置
１０１　　　窒化物半導体発光素子
１２１　　　ｎ型窒化物半導体層
１２２　　　活性層
１２３　　　ｐ型窒化物半導体層
１２３ａ　　第１の層
１２３ｂ　　第２の層
１２３ｃ　　第３の層
１２５　　　アンドープＧａＮ層
１３１　　　光取り出し面
１３２　　　テクスチャ構造
２２４　　　コロイド結晶層
２３１Ａ　　レジスト層
２３１Ｂ　　レジスト層
２４１　　　窒化物半導体発光素子
２４２　　　偏光板
２４３　　　実体顕微鏡
２４４　　　シリコンフォトディテクタ
２４５　　　ＣＣＤカメラ
２４６　　　電源
２５１　　　窒化物半導体発光素子
２５２　　　測定器
２５３　　　測定線
３０１　　　樹脂層
３０２　　　支持部材
３０３　　　反射部材
４３０　　　活性層
４５０　　　ストライプ構造
４５０ａ　　凸部
４５０ｂ　　凹部

Claims (23)

  1. 　主面が非極性面又は半極性面である活性層と、
    　前記活性層からの光を出射する出射面の上に設けられた電極とを備え、
    　前記電極は、複数のストライプ部を含み、
    　前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値は、５°以上８０°以下である窒化物半導体発光素子。
  2. 　前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値は、５°以上４５°以下である請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
  3. 　主面が非極性面又は半極性面である活性層と、
    　前記活性層からの光を出射する出射面の上に設けられた電極とを備え、
    　前記電極は、複数のストライプ部を含み、
    　前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値は、０°以上３°未満である窒化物半導体発光素子。
  4. 　前記出射面は、複数のストライプ状の凸部を有し、
    　前記ストライプ部は、前記凸部の上に設けられている請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  5. 　前記出射面は、複数のストライプ状の凹部を有し、
    　前記ストライプ部は、前記凹部に設けられている請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  6. 　前記出射面は、前記電極が形成されている部分にテクスチャ構造を有している請求項１～５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  7. 　前記出射面は、前記電極が形成されていない部分にテクスチャ構造を有している請求項１～５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  8. 　前記成長面はｍ面であり、
    　前記活性層からの光の偏光方向は、ａ軸方向である請求項１～７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  9. 　前記活性層は、ａ軸方向よりもｃ軸方向に広い放射角度を有する配光特性の光を発生させる請求項１～８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  10. 　前記複数のストライプ部は、前記出射面と非平行な少なくとも１つの斜面を有する請求項１～９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  11. 　前記複数のストライプ部の周期は３００ｎｍ以上である請求項１～１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  12. 　前記複数のストライプ部の周期は１００μｍ以下である請求項１～１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  13. 　前記複数のストライプ部の面積は出射面の面積の５％以上である請求項１～１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  14. 　発光ダイオードである、請求項１～１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  15. 　請求項１～１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子と、
    　前記窒化物半導体発光素子からの光の波長を変換する蛍光体を有する波長変換部と、
    　を備えた光源。
  16. 　非極性面又は半極性面を成長面とする活性層を有する窒化物半導体層構造を形成する工程と、
    　前記活性層からの光を出射する出射面の上に複数のストライプ部を有する電極を形成する工程とを備え、
    　前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値が、５°以上８０°以下となるように形成する窒化物半導体発光素子の製造方法。
  17. 　前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値が、５°以上４５°以下となるように形成する請求項１６に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  18. 　非極性面又は半極性面を成長面とする基板の上に活性層を有する窒化物半導体層構造を形成する工程と、
    　前記活性層からの光を出射する出射面の上に複数のストライプ部を有する電極を形成する工程とを備え、
    　前記ストライプ部が延びる方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度の絶対値が、０°以上３°未満となるように形成する窒化物半導体発光素子の製造方法。
  19. 　前記出射面に複数の凹部と凸部とを有するストライプ構造を形成する工程をさらに備え、
    　前記ストライプ部は、前記凸部の上に形成する請求項１６～１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  20. 　前記出射面に複数の凹部と凸部とを有するストライプ構造を形成する工程をさらに備え、
    　前記ストライプ部は、前記凹部に形成する請求項１６～１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  21. 　前記出射面にテクスチャ構造を形成する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１６～２０のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  22. 　前記成長面はｍ面であり、
    　前記活性層からの光の偏光方向は、ａ軸方向である請求項１６～２１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  23. 　発光ダイオードを製造する、請求項１６～２２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
PCT/JP2012/006297 2012-02-01 2012-10-02 窒化物半導体発光素子、その窒化物半導体発光素子を備えた光源及びその窒化物半導体発光素子の製造方法 WO2013114483A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-019664 2012-02-01
JP2012019664 2012-02-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013114483A1 true WO2013114483A1 (ja) 2013-08-08

Family

ID=48904573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/006297 WO2013114483A1 (ja) 2012-02-01 2012-10-02 窒化物半導体発光素子、その窒化物半導体発光素子を備えた光源及びその窒化物半導体発光素子の製造方法

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013114483A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005268809A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Lumileds Lighting Us Llc 面内発光層を含む半導体発光素子
JP2006165423A (ja) * 2004-12-10 2006-06-22 Seiko Epson Corp 固体発光素子、光源装置及び画像表示装置
JP2008109066A (ja) * 2006-09-29 2008-05-08 Rohm Co Ltd 発光素子
WO2011083803A1 (ja) * 2010-01-07 2011-07-14 日本電気株式会社 発光素子および該発光素子を用いた画像表示装置
JP2011211075A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法
WO2012017685A1 (ja) * 2010-08-06 2012-02-09 パナソニック株式会社 半導体発光素子
WO2012017686A1 (ja) * 2010-08-06 2012-02-09 パナソニック株式会社 半導体発光素子

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005268809A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Lumileds Lighting Us Llc 面内発光層を含む半導体発光素子
JP2006165423A (ja) * 2004-12-10 2006-06-22 Seiko Epson Corp 固体発光素子、光源装置及び画像表示装置
JP2008109066A (ja) * 2006-09-29 2008-05-08 Rohm Co Ltd 発光素子
WO2011083803A1 (ja) * 2010-01-07 2011-07-14 日本電気株式会社 発光素子および該発光素子を用いた画像表示装置
JP2011211075A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法
WO2012017685A1 (ja) * 2010-08-06 2012-02-09 パナソニック株式会社 半導体発光素子
WO2012017686A1 (ja) * 2010-08-06 2012-02-09 パナソニック株式会社 半導体発光素子

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8841220B2 (en) Gallium nitride based semiconductor light-emitting element, light source, and method for forming unevenness structure
JP4928652B2 (ja) 半導体発光素子
JP5509394B2 (ja) 半導体発光素子、その製造方法及び光源装置
JP5398939B1 (ja) 半導体発光装置
JP5862354B2 (ja) 窒化物系発光ダイオード素子とその製造方法
US8896001B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
EP2602836A1 (en) Semiconductor light-emitting element
US9117961B2 (en) Nitride-based semiconductor light-emitting element
JP5496436B1 (ja) 構造体及びその製造方法、並びに構造体を用いた窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法
US8835967B2 (en) Nitride-based semiconductor light-emitting device
WO2014024371A1 (ja) 半導体発光装置
US8941130B2 (en) Semiconductor light-emitting device
JP5275528B1 (ja) 半導体発光装置
JP5640398B2 (ja) 窒化物半導体素子及びその製造方法
US20140070255A1 (en) Nitride semiconductor light-emitting device
WO2013114483A1 (ja) 窒化物半導体発光素子、その窒化物半導体発光素子を備えた光源及びその窒化物半導体発光素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12867218

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12867218

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP