發光元件的制作方法
【專利摘要】本發明的課題在于提供一種發光元件，該發光元件具有能夠進一步減少位錯密度并且晶體取向好的半導體層。發光元件具備：藍寶石基板，其在主面上具有c面；以及半導體層，其設于所述藍寶石基板的主面側，所述藍寶石基板包括第一單元和多個第二單元，該第一單元包括具有與第一m軸以及第二m軸平行的邊的第一區域、具有與第二m軸以及第三m軸平行的邊的第二區域、以及具有與第一m軸以及第三m軸平行的邊的第三區域，上述第一區域、第二區域以及第三區域在從主面側觀察時將假想的正六邊形三等分成菱形，該多個第二單元與所述第一單元的各邊對應地配置，并且與所述第一單元鏡面對稱，所述發光元件以隔開單元中央的區域地的方式配置。
【專利說明】
發光元件
技術領域
[0001] 本發明涉及一種發光元件。
【背景技術】
[0002] -般來說，由氮化物半導體等的半導體構成的發光元件(發光二極管:LED)通常通 過在藍寶石基板上依次層疊 η型半導體層、活性層、p型半導體層而構成。以往，為了使發光 元件的出光效率提高，提出有在藍寶石基板上預先設置長條狀的凹部構造、長條狀的凹部 與凸部的復合構造的技術(參照專利文獻1~3)。
[0003] 現有技術文獻 [0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1:日本特開2008-53385號公報
[0006] 專利文獻2:日本特開2008-91942號公報 [0007] 專利文獻3:日本特開2012-114204號公報
【發明內容】
[0008] 發明要解決的課題
[0009] 本發明的實施方式的課題在于提供一種具有能夠進一步減少位錯密度、并且晶體 取向好的半導體層的發光元件。
[0010]用于解決課題的手段
[0011]為了解決上述課題，本發明的實施方式的發光元件具備:藍寶石基板，其在主面上 具有c面；以及半導體層，其設于所述藍寶石基板的主面側;其中，所述藍寶石基板包括第一 單元和多個第二單元，所述第一單元包括由與第一 m軸以及第二m軸平行的邊劃分的第一區 域、由與第二m軸以及第三m軸平行的邊劃分的第二區域、以及由與第一 m軸以及第三m軸平 行的邊劃分的第三區域構成，所述第一區域、第二區域以及第三區域在從主面側觀察時將 正六邊形三等分成菱形，所述多個第二單元與所述第一單元的各邊對應地配置，并且處于 相對于穿過所述第一單元的頂角的a軸與所述第一單元鏡面對稱的關系，所述第一單元在 所述第一區域內排列有多個第一凸部，該多個第一凸部在外緣具有與所述第一 m軸平行的 邊，在所述第二區域內排列有多個第二凸部，該多個第二凸部在外緣具有與所述第二m軸平 行的邊，在所述第三區域內排列有多個第三凸部，該多個第三凸部在外緣具有與所述第三m 軸平行的邊，距所述正六邊形的中心最近的所述第一凸部配置為不與下述切線交叉，該切 線與距所述中心最近的所述第二凸部的所述中心側的端部相切，且平行于所述第三m軸，距 所述正六邊形的中心最近的所述第二凸部配置為不與下述切線交叉，該切線與距所述中心 最近的所述第三凸部的所述中心側的端部相切，且平行于所述第一 m軸。
[0012]另外，為了解決上述課題，本發明的實施方式的發光元件也可以構成為，具備藍寶 石基板和設于所述藍寶石基板的主面側的半導體層，所述藍寶石基板在其主面側具備分別 有正六邊形區域的多個第一單元以及多個第二單元，所述第一單元具有多個第一凸部，該 多個第一凸部分別設于將所述正六邊形區域三等分的菱形區域中，且該多個第一凸部在一 個菱形區域內與一對對邊平行地延伸并且沿另一對對邊配置，并且該多個第一凸部的延伸 方向與設于鄰接的其他兩個菱形區域的所述凸部的延伸方向成60度，在以與構成所述第一 單元的正六邊形區域的一邊的垂直二等分線平行的直線為基準時，具有所述第二單元與所 述第一單元鏡面對稱的關系，相對于一個第一單元，六個第二單元配置為，構成所述第一單 元的正六邊形區域的六個邊分別與構成所述六個第二單元各自的正六邊形區域的一邊重 合。
[0013]發明效果
[0014] 本發明的實施方式的發光元件具有能夠進一步減少位錯密度、并且晶體取向好的 半導體層。
【附圖說明】
[0015] 圖1是示意性地示出第一實施方式的發光元件的整體結構剖視圖。
[0016]圖2A是示意性地示出藍寶石基板中的藍寶石晶體的面方位的單元晶胞圖。
[0017] 圖2 B是示意性地示出藍寶石基板中的藍寶石晶體的面方位的藍寶石晶體構造的 俯視圖。
[0018] 圖3是示意性地放大示出第一實施方式的發光元件的藍寶石基板的局部的俯視 圖。
[0019] 圖4A是示意性地放大示出形成于第一實施方式的發光元件的基板上的凸部的俯 視圖。
[0020] 圖4B是為了說明表示形成于第一實施方式的發光元件的藍寶石基板上的凸部的 集合的第一單元以及第二單元而示意性地放大示出的俯視圖。
[0021] 圖5A是形成于第一實施方式的發光元件的基板上的凸部、并且是圖4B的X1-X1剖 視圖。
[0022]圖5B是形成于第一實施方式的發光元件的基板上的凸部、并且是圖4B的X2-X2剖 視圖。
[0023]圖5C是形成于第一實施方式的發光元件的基板上的凸部、并且是圖4B的X3-X3剖 視圖。
[0024] 圖6是說明形成于第一實施方式的發光元件的基板上的凸部的間隔以及第一單元 與第二單元的關系的俯視圖。
[0025] 圖7是說明形成于第一實施方式的發光元件的基板上的凸部的第一單元與第二單 元的間隔以及子單元間的間隔的俯視圖。
[0026] 圖8A是以剖面狀態示意性地示出關于第一實施方式的發光元件中的氮化物半導 體的晶體生長的方向與位錯的收斂的結果的狀態的說明圖。
[0027] 圖8B是以剖面狀態示意性地示出關于第一實施方式的發光元件中的氮化物半導 體的晶體生長的方向與位錯的收斂的中途的狀態的說明圖。
[0028] 圖9A是以省略基板的局部的方式示意性地剖視示出為了在第一實施方式的發光 元件的藍寶石基板上形成凸部而進行的掩模形成工序的狀態的剖視圖。
[0029] 圖9B是以省略基板的局部的方式示意性地剖視示出為了在第一實施方式的發光 元件的藍寶石基板上形成凸部而進行的蝕刻工序的中途經過的剖視圖。
[0030] 圖9C是以省略基板的局部的方式示意性地剖視示出為了在第一實施方式的發光 元件的藍寶石基板上形成凸部而進行的蝕刻工序中的干式蝕刻結束后的狀態的剖視圖。
[0031] 圖9D是示意性地示出第一實施方式的發光元件的制造方法的圖，并且是以省略基 板的局部的方式示意性地示出通過緩沖層形成工序形成緩沖層后的狀態的剖視圖。
[0032] 圖9E是示意性地示出第一實施方式的發光元件的制造方法的圖，并且是以省略基 板的局部的方式示意性地剖視示出半導體生長工序中的中途經過的剖視圖。
[0033] 圖9F是示意性地示出第一實施方式的發光元件的制造方法的圖，并且是以省略基 板的局部的方式示意性地剖視示出半導體生長工序中的中途經過的剖視圖。
[0034] 圖9G是示意性地示出第一實施方式的發光元件的制造方法的圖，并且是以省略基 板的局部的方式示意性地剖視示出通過半導體層生長工序設有半導體層的狀態的剖視圖。
[0035] 圖9H是示意性地示出第一實施方式的發光元件的制造方法的圖，并且是示出在半 導體層生長工序之后形成電極的發光元件的一個例子的俯視圖。
[0036] 圖91是示意性地示出第一實施方式的發光元件的制造方法的圖，并且是示出在半 導體層生長工序之后形成電極的發光元件的一個例子的剖視圖，并且是圖9H的X4-X4剖視 圖。
[0037] 圖10A是示意性地示出成為第一實施方式的比較例的結構中的形成于藍寶石基板 上的凸部的配置狀態的俯視圖。
[0038] 圖10B是俯視時示意性地示出在成為第一實施方式的比較例的結構中的藍寶石基 板上使氮化物半導體層晶體生長了 2μπι的狀態的俯視圖。
[0039] 圖10C是俯視時示意性地示出在成為第一實施方式的比較例的結構中的藍寶石基 板上使氮化物半導體層晶體生長了 3.5μπι的狀態的俯視圖。
[0040] 圖10D是俯視時示意性地示出在成為第一實施方式的比較例的結構中的藍寶石基 板上使氮化物半導體層晶體生長了 4.5μπι的狀態的俯視圖。
[0041] 圖11Α是示意性地示出形成于第一實施方式的藍寶石基板上的凸部的配置狀態的 俯視圖。
[0042] 圖11Β是俯視時示意性地示出在第一實施方式的藍寶石基板上使氮化物半導體層 晶體生長了2μπι的狀態的俯視圖。
[0043] 圖11C是俯視時示意性地示出在第一實施方式的藍寶石基板上使氮化物半導體層 晶體生長了 3.5μπι的狀態的俯視圖。
[0044] 圖11D是俯視時示意性地示出在第一實施方式的藍寶石基板上使氮化物半導體層 晶體生長了 4.5μπι的狀態的俯視圖。
[0045] 圖12是示意性地放大示出形成于第二實施方式的發光元件的藍寶石基板上的凸 部的俯視圖。
[0046] 圖13是示意性地放大示出形成于第三實施方式的發光元件的藍寶石基板上的凸 部的俯視圖。
[0047] 圖14是示意性地放大示出形成于第四實施方式的發光元件的藍寶石基板上的凸 部的俯視圖。
[0048] 圖15是示意性地放大示出在示出第一實施方式~第四實施方式的變形例1的發光 元件的藍寶石基板上形成的凸部的俯視圖。
[0049] 圖16是示意性地放大示出在示出第一實施方式~第四實施方式的變形例2的發光 元件的藍寶石基板上形成的凸部的俯視圖。
[0050] 圖17是示意性地放大示出在示出第一實施方式~第四實施方式的變形例3的發光 元件的藍寶石基板上形成的凸部的俯視圖。
[0051 ] 附圖標記說明 [0052] 1、2發光元件
[0053] 10、10A、10B、10C、10D藍寶石基板(氮化物半導體元件用基板）
[0054] 11、111、211 凸部
[0055] 11A、111A、211A 第一凸部
[0056] 11B、111B、211B 第二凸部
[0057] 11C、111C、211C 第三凸部
[0058] 20緩沖層
[0059] 30氮化物半導體層(半導體層）
[0060] 31 η型半導體層
[0061 ] 32活性層
[0062] 33 ρ型半導體層
[0063] 40 η側電極
[0064] 50透光性電極
[0065] 60 ρ側電極
[0066] Μ 掩模 [0067] SC藍寶石晶體
【具體實施方式】
[0068]以下，參照【附圖說明】各實施方式的發光元件及其制造方法。需要說明的是，在以下 的說明中參照的附圖用于概略地示出各實施方式，因此有時放大各部件的比例尺、間隔、位 置關系等或省略部件的局部的圖示。另外，在以下的說明中，原則上來說相同的名稱以及附 圖標記表示同一部件或者同一性質的部件，并適當地省略詳細說明。
[0069]〈第一實施方式〉
[0070][發光元件的結構]
[0071] 第一實施方式的發光元件采用氮化物半導體元件的結構作為一例，參照圖1~圖7 進行說明。發光元件1具備層疊藍寶石基板10、緩沖層20以及氮化物半導體層30而成的構 造。
[0072] 如圖1以及圖3所示，藍寶石基板10用于支承氮化物半導體層30并且使氮化物半導 體(例如GaN)生長。藍寶石基板10在成為其主面側的c面側的上表面上形成有多個俯視時呈 長條形狀的凸部11。另外，藍寶石基板10包括所述凸部11(第一凸部11A、第二凸部11B、第三 凸部11C)在內整體具有例如50μπι~300μπι的范圍的厚度。需要說明的是，在一并說明第一凸 部11Α~第三凸部11C的情況下，以凸部11進行說明。
[0073] 凸部11在使氮化物半導體晶體在藍寶石基板10上生長時改善平坦性，結果是能夠 使位錯密度減少并且形成晶體取向好的氮化物半導體層30。這里，如圖2A以及圖2B所示，藍 寶石基板10由具有六方晶的晶體構造的藍寶石晶體SC構成，并以c面（（0001)面)作為主面。 需要說明的是，本說明書中的c面也可以是相對于c面賦予稍微傾斜的偏移角的面。偏移角 的角度例如為3°以下左右。所述凸部11形成于該主面即c面側的表面。另外，藍寶石晶體SC 除了 c面之外還具有作為單元晶胞圖中的六棱柱的側面的六個m面、以及分別與ai軸、a2軸、 a3軸正交的三個a面、即第一 a面、第二a面、第三a面。而且，與m面正交的方向是m軸方向，m軸 方向是向分別與ai軸、a2軸、a 3軸錯開30度的不同方向延伸的三個方向。另外，m軸分別位于 與第一 a面~第三a面平行的位置，這里，分別選取第一 m軸Sal、第二m軸Sa2、第三m軸3&3進 行說明。
[0074] 如圖3以及圖4A所示，凸部11分別以同一形狀沿第一 m軸Sal、第二m軸Sa2以及第三 m軸Sa3以隔開規定間隔平行排列的方式形成有規定數量(例如3~5條:在圖3中是4條）。凸 部11(第一凸部11A~第三凸部11C)例如優選為，其間隔（最短距離)在長邊方向以及短邊方 向上都處于0.3μπι~4μπι的范圍內。另外，凸部11的長邊方向的長度(全長L1)以及短邊方向 的長度(直徑Da)例如優選為，分別處于5μηι~25μηι以及Ιμπι~5μηι的范圍內。而且，凸部11的 高度優選處于例如〇. 5μπι~2.5μπι的范圍內。
[0075]另外，優選的是，凸部11在俯視時，長條形狀的長邊方向的長度(分別與各m軸Sal ~Sa3平行的方向的長度)是短邊方向的長度(分別與各m軸Sal~Sa3垂直的方向的長度)的 3倍以上（更優選的是6倍~15倍、或5倍~12倍）。而且，凸部11的長邊方向的兩端分別形成 為大致相同的形狀，這里，在俯視下，分別在直線狀的端部形成為半圓形狀。需要說明的是， 將凸部11的長邊方向上的直線部分設為芯長度L2,將從凸部11的一端至另一端設為全長 L1。而且，這里作為一個例子，將凸部11的芯長度L2和全長L1之比設為1:1.05~1.6的范圍。 [0076]凸部11在外緣分別具有與各個m軸Sal~Sa3平行的直線部分作為邊11a~11c。例 如，第一凸部11A在俯視時相對地具有與第一 m軸Sal平行的直線狀的邊11a，在該邊11a的兩 端部形成為呈圓弧狀的外緣那樣的形狀。而且，第一凸部11A相對于第二凸部11B以及第三 凸部11C的延伸方向形成為呈60度的角度。需要說明的是，第二凸部11B以及第三凸部11C也 具備相同的結構，后述詳細說明。
[0077]另外，如圖5A~圖5C所不，凸部11的短邊方向（分別與各m軸Sal~Sa3垂直的方向） 上的剖面的上部呈尖銳的形狀，而并非平面。換句話說，凸部11形成為，在短邊方向的剖面 形狀中，隨著從規定高度位置朝向頂部而成為三角形頂部。這表示形成有圓頂形狀的凸部 11，其具有相對于與藍寶石基板10的上表面垂直的軸即 c軸傾斜的側面。
[0078]而且，凸部11的整體的個數是根據藍寶石基板10的面積考慮所述凸部11各自的間 隔以及長度而確定的。例如，凸部11均等地配置于藍寶石基板10的整個面。
[0079]如圖3以及圖4A所示，在第一實施方式中，作為凸部11，具備沿第一m軸Sal配置的 第一凸部11A、沿第二m軸Sa2配置的第二凸部11B、以及沿第三m軸Sa3配置的第三凸部11C。 這里，將第一凸部11A的集合(第一凸部組)作為第一子單元SU1，將第二凸部11B的集合(第 二凸部組)作為第二子單元SU2,將第三凸部11C的集合(第三凸部組)作為第三子單元SU3。 [0080]而且，第一凸部11A配置于成為將假想的正六邊形三等分的假想的菱形區域的第 一區域Arl，第二凸部11B配置于成為所述菱形的另一區域的第二區域Ar2,第三凸部11C配 置于成為所述菱形的另一區域的第三區域Ar3。而且，將構成使形成有第一凸部11A的第一 區域Arl、形成有第二凸部11B的第二區域Ar2、以及形成有第三凸部11C的第三區域Ar3合并 而成的假想的六邊形的區域作為第一單元KU。換句話說，將第一單元KU三等分的各區域成 為第一區域Arl~第三區域Ar3。另外，第一凸部11A~第三凸部11C分別在第一單元KU中配 置為三次旋轉對稱。需要說明的是，在此所說的"三次旋轉對稱"指的是，使圖形繞其中心旋 轉120°之后與自身重疊的情況。
[0081]此外，第一區域Arl在這里被設定為，具有與第一 m軸Sal以及第二m軸Sa2平行的邊 的、正六邊形的第一單元KU中的菱形區域。另外，第二區域Ar2在這里被設定為，具有與第二 m軸Sa2以及第三m軸Sa3平行的邊的、正六邊形的第一單元KU中的菱形區域。而且，第三區域 Ar3在這里被設定為，具有與第一 m軸Sal以及第三m軸Sa3平行的邊的、正六邊形的第一單元 KU中的菱形區域。
[0082]而且，如圖3以及圖4B所示，在藍寶石基板10中，利用第一單元KU和與該第一單元 KU的鏡面對稱的第二單元TU形成單元圖案。該單元圖案通過設為假想的正六邊形的第一單 元KU的第一區域Arl、第二區域Ar2以及第三區域Ar3的配置與形成為鏡面對稱且設為假想 的正六邊形的第二單元TU的組合而形成。而且，這里，作為第一單元KU與第二單元TU的組 合，以使第一單元KU的假想的正六邊形的各邊與第二單元TU的假想的正六邊形的一邊對應 配置的方式形成有單元圖案。
[0083]需要說明的是，被假想地劃分為第一單元KU以及第二單元TU的正六邊形是配置第 一凸部11A~第三凸部11C時的假想的基準線，并不形成于實際的基板。另外，被假想地劃分 為第一區域Arl~第三區域Ar3、或第一子單元SU1~第三子單元SU3的菱形是假想的基準 線，并不形成于實際的基板。
[0084]另外，如圖4B所示，第一單元KU與第二單元TU呈鏡面(鏡像)對稱的關系指的是，假 想的正六邊形的第一單元KU相對于對稱軸MG位于一側時的第一區域Ar 1~第三區域Ar 3的 配置是作為鏡像映射于對稱軸MG的另一側時形成鏡面對稱的位置的第一區域Arl~第三區 域Ar3的配置的、假想的正六邊形的第二單元TU的關系。而且，使以頂角為起點的第二單元 TU平行移動進而與第一單元KU的各邊重合。例如，如圖3所示，使第二單元TU的邊Hb6與第一 單元KU的邊Hal重合，同樣，使邊Hb5與邊Ha2重合，使邊Hb4與邊Ha3重合，使邊Hb3與邊Ha4重 合，使邊Hb2與邊Ha5重合，使邊Hbl與邊Ha6重合。
[0085]這里，使第一單元KU的頂角成為起點而設為鏡面對稱，并通過平行地移動而與各 邊重合，對于在使第一單元KU的一邊與對稱軸MG平行的狀態下成為鏡面對稱的第二單元TU 也是相同的。換句話說，第二單元TU與第一單元KU的第一區域Arl~第三區域Ar3的配置關 系成為鏡面對稱即可。需要說明的是，使第一單元KU的一邊與對稱軸MG平行的情況下的第 二單元TU通過改變30度角度而平行移動，從而如所述那樣使邊Hbl~Hb6與第一單元UK的各 邊Hal~Ha6重合而形成單元圖案。另外，如圖4B所示，在第二單元TU中，第一凸部11A設為鏡 面對稱，因此其傾斜方向在附圖上成為沿著第二m軸的傾斜角度。而且，在第二單元TU中，第 二凸部11B設為鏡面對稱，因此其傾斜方向在附圖上成為沿著第一 m軸的傾斜角度。
[0086]換言之，第二單元TU在以與構成第一單元KU的正六邊形區域的一邊的垂直二等分 線平行的直線為基準時，處于與第一單元KU鏡面對稱的關系（相對于成為基準的直線旋轉 180度的凸部11的配置）。而且，第二單元TU以使構成一個第一單元KU的正六邊形區域的六 個邊Hal~Ha6分別與構成六個第二單元TU的正六邊形區域的每一個的邊Hbl~Hb6中的一 邊重合的方式，相對于一個第一單元KU配置六個。
[0087]另外，如圖4Β所示，在第二單元TU中，由于第一凸部11Α設為鏡面對稱，因此其傾斜 方向在附圖上成為沿著第二m軸的傾斜角度。而且，在第二單元TU中，由于第二凸部11Β設為 鏡面對稱，因此其傾斜方向在附圖上成為沿著第一 m軸的傾斜角度。
[0088]如圖3以及圖4A所示，多個第一凸部11A分別沿第一 m軸Sal形成，并構成為相同的 形狀。第一單元KU的第一凸部11A配置為，在將假想形成的正六邊形三等分的菱形的第一區 ±lUrl內沿第一 m軸Sal延伸形成為長條形狀。而且，第一凸部11A以使四條第一凸部11A的各 自的一端部以及另一端部沿第二m軸Sa2對齊的方式以等間隔并列配置。
[0089] 換句話說，多個第一凸部11A與成為第一區域Arl的菱形區域的一對的對邊平行地 延伸，并且沿另一對的對邊等間隔地配置。而且，配置于第一區域Arl內的多個第一凸部11A 配置為，其延伸方向與設于鄰接的另外兩個菱形區域的第二區域Ar2以及第三區域Ar3的凸 部11B、11C的延伸方向形成60度。
[0090] 第一凸部11A以四條的集合作為第一子單元SU1，以隔開第一間隔dal并且隔開第 四間隔dsl的方式配置于第一區域Arl。在第一子單元SU1中，第一凸部11A配置為，一側的端 部以與正六邊形狀的一邊相接的方式對齊，使另一側的端部以隔開距第二區域Ar2側規定 間隔的第一間隔dal在相同的第二m軸Sa2上對齊。需要說明的是，第四間隔dsl是第一區域 Ar 1中的、距假想的正六邊形的中心點側最遠的第一凸部11A和所述正六邊形的一邊之間的 間隔，這里設定為與第一凸部11A彼此之間的間隔大致相等。
[0091] 因此，如圖4A所示，從第一凸部11A的另一側的端部至第二區域Ar2之間的第一間 隔dal構成為，四條第一凸部11A的第一間隔dal都為均等。而且，能夠沿第二m軸Sa2以第一 間隔dal的大致范圍連續的區域形成為，超過第三區域Ar3中的距正六邊形的中心最近的第 三凸部11C而到達距該中心第二近的第三凸部11C。特別是，第一區域Arl中的距正六邊形的 中心最近的第一凸部11A的位置以不與平行于第三m軸Sa3且趨向第一區域Arl的切線Ya2交 叉的方式，與距該中心最近的第二凸部11B的端部分離配置。因此，在單元中央，沿第二m軸 Sa2連續的區域能夠保持第一間隔dal的間隔地從第一區域Arl形成至第三區域Ar3。需要說 明的是，切線Ya2是與接觸于第二凸部11B的端部的第三m軸Sa3平行的假想線。
[0092]另外，第一單元KU的第二凸部11B配置為，在將假想形成的正六邊形三等分的菱形 的第二區域Ar2內沿第二m軸Sa2延伸而形成為長條形狀。而且，第二凸部11B以四條第二凸 部11B的各自的一端部以及另一端部沿第三m軸Sa3對齊的方式以等間隔并列配置。
[0093]換句話說，多個第二凸部11B與成為第二區域Ar2的菱形區域的一對的對邊平行地 延伸，并且沿另一對的對邊等間隔地配置。而且，配置于第二區域Ar2內的多個第二凸部11B 配置為，其延伸方向與設于鄰接的其他兩個菱形區域即第一區域Arl以及第三區域Ar3的凸 部11A、11C的延伸方向形成60度。
[0094]第二凸部11B以四條的集合作為第二子單元SU2,以隔開第二間隔da2并且隔開第 五間隔ds2的方式配置于第二區域Ar2。在第二子單元SU2中，第二凸部11B配置為，使一側的 端部以與正六邊形狀的一邊相接的方式對齊，使另一側的端部以距第三區域Ar3側隔開規 定間隔的方式在相同的第三m軸Sa3上對齊。需要說明的是，第五間隔ds2是第二區域Ar2中 的、距假想的正六邊形的中心點側最遠的第二凸部11B與所述正六邊形的一邊之間的間隔， 這里設定為與第二凸部11B彼此之間的間隔大致相等。
[0095]因此，如圖4A所示，從第二凸部11B的另一側的端部至第三區域Ar3之間的第二間 隔da2構成為，四條第二凸部11B的第二間隔da2都為均等。而且，能夠沿第三m軸Sa3以第二 間隔da2的大致范圍連續的區域形成為，超過第二區域Ar2中的距正六邊形的中心最近的第 一凸部11A到達距該中心第二近的第一凸部11A。特別是，第二區域Ar2中的距正六邊形的中 心最近的第二凸部11B的位置以不與平行于第一 m軸Sal且趨向第二區域Ar2的切線Ya3交叉 的方式，與距該中心最近的第三凸部11C的端部分離配置。因此，在單元中央，沿第三m軸Sa3 連續的區域能夠保持第二間隔da2的間隔從第二區域Ar2形成至第一區域Arl。需要說明的 是，切線Ya3是與接觸于第三凸部11C的端部的第一 m軸Sal平行的假想線。
[0096] 而且，第一單元KU的第三凸部11C配置為，在將假想形成的正六邊形三等分的菱形 的第三區域Ar3內沿第三m軸Sa3延伸而形成為長條形狀。而且，第三凸部11C以使四條第三 凸部11C的各自的一端部以及另一端部沿第一 m軸Sal對齊的方式以等間隔并列配置。
[0097]換句話說，多個第三凸部11C與成為第三區域Ar3的菱形區域的一對的對邊平行地 延伸，并且沿另一對的對邊等間隔地配置。而且，配置于第三區域Ar3內的第三凸部11C配置 為，其延伸方向與設于鄰接的另外兩個菱形區域即第一區域Arl以及第二區域Ar2的凸部 11A、11B的延伸方向形成60度。
[0098]第三凸部11C以四條的集合作為第三子單元SU3,以隔開第三間隔da3并且隔開第 六間隔ds3的方式配置于第三區域Ar3。在第三子單元SU3中，第三凸部11C配置為，一側的端 部以與正六邊形狀的一邊相接的方式對齊，另一側的端部以距第一區域Arl側隔開規定間 隔的方式在相同的第一 m軸Sal上對齊。需要說明的是，第六間隔ds3是第三區域Ar3中的、距 假想的正六邊形的中心點側最遠的第三凸部11C與所述正六邊形的一邊之間的間隔，這里 構成為與第三凸部11C彼此之間的間隔大致相等。
[0099]因此，如圖4A所示，從第三凸部11C的另一側的端部至第一區域Arl之間的第三間 隔da3構成為，四條第三凸部11C的第三間隔da3都為均等。而且，能夠沿第一 m軸Sal以第三 間隔da3的大致范圍連續的區域形成為，超過第二區域Ar2中的距正六邊形的中心最近的第 二凸部11B到達距該中心第二近的第二凸部11B。特別是，第三區域Ar3中的距正六邊形的中 心最近的第三凸部11C的位置以不與平行于第二m軸Sa2且趨向第三區域Ar3的切線Yal交叉 的方式，與距該中心最近的第一凸部11A的端部分離配置。因此，在單元中央，沿第一 m軸Sal 連續的區域能夠以第三間隔da3的間隔從第三區域Ar3形成至第二區域Ar2。需要說明的是， 切線Yal是與接觸于第一凸部11A的端部的第二m軸Sa2平行的假想的線。
[0100]需要說明的是，在第一單元κυ以及第二單元τυ中，距假想的正六邊形的中心最近 的第一凸部11A、第二凸部11B以及第三凸部11C中的至少兩個以與對應的切線Yal、切線 Ya2、切線Ya3均不交叉的方式分離配置即可。例如，即便以縮小第一間隔dal的方式將第一 凸部11A配置為抵接于切線Ya2,只要第二凸部11B以及第三凸部11C離開切線Yal或切線Ya3 配置即可。對于第二凸部11B以及第三凸部11C也是相同的。
[0101]換句話說，在第一單元KU以及第二單元TU中，距正六邊形的中心最近的第一凸部 11A以不與切線Ya2交叉的方式配置，切線Ya2與距所述中心最近的第二凸部11B的所述中心 側的端部相切且平行于第三m軸Sa3。另外，在第一單元KU以及第二單元TU中，距正六邊形的 中心最近的第二凸部11B以不與切線Ya3交叉的方式配置，該切線Ya3與距所述中心最近的 第三凸部11C的所述中心側的端部相切且平行于第一 m軸Sal。
[0102] 另外，如圖6以及圖7所示，對于第一單元KU以及第二單元TU，使第一凸部11A以隔 開第一間隔dal以及第四間隔dsl的方式配置于第一區域Arl，使第二凸部11B以隔開第二間 隔da2以及第五間隔ds2的方式配置于第二區域Ar2,并且使第三凸部11C以隔開第三間隔 da3以及第六間隔ds3的方式配置于第三區域Ar3。因此，第一凸部11A~第三凸部11C的設置 間隔在單元圖案中配置為相互大致均等。
[0103] 如圖7所示，第一單元KU以及第二單元TU構成為，在凸部11彼此的間隔中，在假想 的正六邊形的中央的區域CE1、CE2以及假想的正六邊形的頂角彼此間的各區域SE中，也按 照與其他區域之間的關系改善了間隔明顯不同的部分，變得大致均等。
[0104] 因此，通過第一單元KU以及第二單元TU具備這樣的單元圖案，與以往的結構比較， 在氮化物半導體、例如GaN的晶體生長中，在藍寶石基板10的面內調整生長速度(換言之，處 于生長過程中的氮化物半導體層30的位錯密度能夠減少的趨勢，并且氮化物半導體層30的 晶體配光也變好）。
[0105] 需要說明的是，在凸部11的配置圖案中，第一單元KU以及第二單元TU的相對的頂 角部分形成有六處。而且，在單元彼此的相對的六處頂角部分，若是所述子單元單位或區域 單位，則形成使假想的菱形的頂角在四個位置相對的部分和使假想的菱形的頂角在五個位 置相對的部分。另外，在單元中央，形成使假想的菱形的三個頂角相對的部分（以往的結構 例如參照圖10A:在圖10A中，頂角僅采用六個與三個這兩種配置）。換句話說，通過設為基于 第一單元KU以及第二單元TU的單元圖案，能夠在假想的頂角的位置以子單元單位或區域單 位設定頂角數量不同的部分，形成容易調整凸部11的間隔的配置。
[0106] 另外，如圖5A~圖5C所示，由于第一凸部11A~第三凸部11C呈短邊方向上的剖面 的上部尖銳的形狀而并非平面，因此，能夠使顯現于氮化物半導體的表面的穿透位錯的數 量減少。需要說明的是，假設在凸部11的剖面形狀是未圖示的梯形狀等具有上平面的形狀 的情況下，氮化物半導體還從該上平面(C面)生長。然后，由于從該上表面生長的氮化物半 導體在橫向上幾乎不生長，因此在生長方向上產生的多個位錯不會收斂，氮化物半導體表 面的位錯密度增大。另一方面，在如所述那樣凸部11的剖面形狀不存在上平面的情況下，從 凸部11的上部進行的生長被抑制，氮化物半導體在橫向上生長。因此，該凸部11的在生長方 向上產生的多個位錯收斂，位錯密度減少。
[0107] 而且，晶體生長中的相對較穩定的晶體面存在作為小面(facet)而顯現的趨勢，六 方晶的氮化物半導體(例如GaN)以從氮化物半導體的m面稍微傾斜的面作為小面而進行晶 體生長。由此，只要凸部11的長邊方向的頂端在俯視時呈半圓形狀，就能夠使各小面以大致 均等的寬度生長，從而能夠使氮化物半導體朝向該半圓的中心附近接合。在氮化物半導體 的晶體生長時，氮化物半導體主要從藍寶石基板10的c面(未形成有凸部11的平坦面)生長， 因此，能夠使其也沿橫向均等地生長，以便在凸部11上相合(之后敘述圖8A以及圖8B中的位 錯的詳細說明）。
[0108] 返回圖1繼續說明發光元件1的結構。緩沖層20用于緩和藍寶石基板10與在該藍寶 石基板10上生長的氮化物半導體的晶格常數差。緩沖層20形成于藍寶石基板10與氮化物半 導體層30之間。該緩沖層20例如由AlN、AlGaN構成。緩沖層20能夠如后述那樣通過在制造方 法的緩沖層形成工序中例如在規定條件下進行濺射而形成。緩沖層20例如采用圖1所示的 覆蓋藍寶石基板10的層狀，但也可以在局部使藍寶石基板10露出。
[0109] 氮化物半導體層30構成發光元件1的發光部，例如使用InxAhGai-X-ΥΝ(0^Χ，0<Υ， X+Y< 1))等的氮化物半導體。氮化物半導體層30如圖1所示那樣經由緩沖層20形成在藍寶 石基板10的c面(主面)上，具有從下依次層疊有η型半導體層31、活性層32以及p型半導體層 33而成的構造。活性層32例如是具有阱層(發光層)與勢皇層的量子阱構造。
[0110] 這里，參照圖8Α以及圖8Β說明晶體生長與位錯。在使用未形成有凸部11的平坦的 藍寶石基板10的情況下，氮化物半導體不能在橫向上生長，但在如所述那樣在藍寶石基板 10上形成有凸部11的情況下，在氮化物半導體的生長時，氮化物半導體也能夠在橫向上生 長。位錯基本上在晶體的生長方向上進行，因此如圖8Α以及圖8Β所示，氮化物半導體朝向凸 部11上在橫向上生長，從而氮化物半導體中的位錯也朝向凸部11上在橫向上進行。而且，由 于氮化物半導體在凸部11上接合，因此位錯也被接合，形成閉環等，最終難以在氮化物半導 體的表面顯現出位錯。需要說明的是，在圖8Α以及圖8Β中，按照時間以從圖8Β的狀態向圖8Α 的狀態生長的方式進行圖示。
[0111] 這樣，氮化物半導體一邊維持使小面露出的狀態一邊逐漸接合，從位錯的數量減 少，氮化物半導體層30的位錯密度降低。此時，作為圖8Β、圖8Α的狀態而示出，對于氮化物半 導體使小面露出的狀態的時間長(在使小面露出的狀態下生長的膜厚較厚）的情況，位錯容 易收斂，并容易使位錯的數量減少。需要說明的是，通過如所述那樣構成凸部11的單元圖 案，從而與以往相比能夠以短時間使位錯收斂，進而在距藍寶石基板10較近的位置以形成 平坦面的方式進行晶體生長。另外，在圖8Α以及圖8Β中，橫向生長中的位錯的進行方向為一 個方向，但位錯的進行方向有時在中途變化。例如，有時是初期沿上方向進行，從中途沿橫 向或者斜上方向進行。
[0112] 將凸部11設為其沿長邊方向延伸的外緣向形成沿著藍寶石基板10的第一 m軸Sal ~第三m軸Sa3的角度的方向延伸的形狀，從而在氮化物半導體在凸部11上接合之前調整生 長速度，能夠以較短的時間形成平坦面。關于這一點，以下以作為氮化物半導體的代表之一 的GaN為例進行說明。
[0113] 六方晶系的GaN以上方向作為c軸方向進行晶體生長。而且，在橫向上，相比于a軸 方向，更難在m軸方向上生長，因此存在維持俯視時與GaN的m面(與藍寶石基板10的c面垂直 交叉的面)等效的面和以藍寶石基板10的c面的交線為底邊的小面而生長的趨勢。此時，GaN 的m面位于沿著與藍寶石基板10的a面處于同一平面的位置。換句話說，GaN存在維持俯視時 以與藍寶石基板10的a面重合的線為底邊的小面而生長的趨勢。因此，在藍寶石基板10的表 面，沿與藍寶石基板10的m面不同的面(典型地說是a面)配置外緣沿長邊方向延伸的長條狀 的凸部11。由此，凸部11的沿長邊方向延伸的外緣不再與GaN的a面重合，小面的底邊與凸部 11的沿長邊方向延伸的外緣平行。
[0114] 結果，相比于凸部11的沿長邊方向延伸的外緣與GaN的a面重合的情況、換句話說 小面的底邊不與凸部11的沿長邊方向延伸的外緣平行的情況，凸部11的短邊方向上的GaN 的生長速度變慢。因此，相比于上方向生長，凸部11上的橫向生長的時間變長，位錯容易收 斂，因此能夠使位錯密度減少。另外，若氮化物半導體容易生長的方向（GaN的a軸方向）與凸 部11的短邊方向一致，則從凸部11的短邊方向的兩側生長的氮化物半導體在較寬的范圍內 接合，因此擔心在接合時產生新的位錯的隱患。因此，通過將凸部11的短邊方向以偏離氮化 物半導體容易生長的GaN的a軸方向的方式配置(這里是將藍寶石基板10的凸部11的長邊方 向沿藍寶石基板10的各m軸配置），從而使從凸部11的長邊方向的兩側生長的氮化物半導體 接合，因此能夠抑制新的位錯的產生。
[0115] 另外，關于發光元件1，如所述那樣，由于氮化物半導體的小面與凸部11的沿長邊 方向延伸的外緣一致，因此氮化物半導體從頂端部附近逐漸生長，在凸部11的中心附近收 斂。因此，在俯視時，在成為凸部11的上方的位置，在凸部11的長邊方向上的中央殘留位錯 的范圍較小（窄），此外，位錯密度也處于變小的趨勢。另一方面，例如在凸部11的沿長邊方 向延伸的外緣是相對于藍寶石基板10的各m軸超過± 10°的范圍的方向的情況下(例如長邊 方向與相對于第一m軸Sal方向正交的方向一致的情況），凸部11的沿長邊方向延伸的外緣 與氮化物半導體的小面不重合，因此氮化物半導體幾乎同時在凸部11的長邊方向的中心線 附近接合，不能進一步在橫向上生長。
[0116] 而且，通過采用第一單元KU以及第二單元TU的單元圖案，與相鄰于第一單元KU以 及第二單元TU的位置處的凸部11的間隔較窄的情況相比，能夠減小藍寶石基板10的面內的 氮化物半導體的生長速度之差(改善生長過程中的氮化物半導體的平坦性），具有能夠進一 步減小氮化物半導體層30的位錯密度的趨勢。與此同時，也能夠改善氮化物半導體層30的 晶體生長。需要說明的是，例如在即使確保了單元彼此的間隔也不能調整單元中央的間隔 的情況下，無法在晶體生長中進一步確保平坦性。因此，通過采用配置與第一單元KU鏡面對 稱的第二單元TU而加寬了單元中央的配置的狀態(在藍寶石基板的±m軸方向上具有空間） 的單元圖案，能夠進一步確保平坦性。
[0117] 具備以上結構的第一實施方式的發光元件1具備從具有長條形狀的凸部11的藍寶 石基板10生長的、位錯密度較低的氮化物半導體層30,因此能夠提高溫度特性。這里所說的 溫度特性的提高指的是使環境氣溫度上升時的輸出的變化程度較小。例如指的是，若將在 常溫環境(例如25°C)下驅動時的發光元件1的光輸出設為1，則在高溫環境(例如100°C)下 驅動時的發光元件1的光輸出低于1，但其降低程度較小。
[0118] 推測這種溫度特性的提高是因為位錯密度的減少使得位錯所引起的電子的阱減 少。更詳細地說，認為是因為氮化物半導體層30中的特別是活性層32的位錯密度較低而使 得溫度特性提高。活性層32的位錯密度能夠基于顯現于成為其基底的η型半導體層31的表 面的位錯的密度來確定，因此，尤其優選減小η型半導體層31的表面的位錯密度。
[0119] 另外，通常在發光元件中，若降低位錯密度則可改善溫度特性，但另一方面卻處于 Vf上升、光輸出降低(換句話說是正向電壓(Vf)以及光輸出（Ρο)惡化)的趨勢。然而，在本發 明的結構的發光元件1中，晶體取向也得到改善，從而能夠在維持或者改善溫度特性的同時 使正向電壓(Vf)降低，使光輸出(Ρο)提高。伴隨于此，發光元件1的發光效率也得到改善。 [0120][發光元件的制造方法]
[0121]接下來，參照圖9Α~圖91說明第一實施方式的發光元件1的制造方法。需要說明的 是，以下說明發光元件1是具有外部連接電極的發光元件2情況下的制造方法。需要說明的 是，基板剖面示出沿長邊方向剖切距第一單元KU的中心點最近的第三凸部的中心的狀態下 的剖面。
[0122] 首先，說明在藍寶石基板的主面上形成凸部11的方法。通過依次進行圖9Α所示的 掩模形成工序和圖9Β、圖9C所示的蝕刻工序來形成藍寶石基板的凸部11。
[0123] 掩模形成工序是在藍寶石基板10上設置掩模Μ的工序。在掩模形成工序中，具體而 言如圖9A所示，在藍寶石基板10的c面側的表面形成例如Si02、抗蝕劑的膜并圖案化，從而 構成將形成凸部11的區域覆蓋的多個長條形狀的掩模M。
[0124] 蝕刻工序是對藍寶石基板10進行蝕刻的工序。在蝕刻工序中，具體而言如圖9B~ 圖9C所示，對配置有掩模Μ的藍寶石基板10進行干式蝕刻，從而在該藍寶石基板10的c面側 的表面沿第一 m軸Sal、第二m軸Sa2以及第三m軸Sa3形成長條形狀的部分，在成為假想的正 六邊形的第一單元KU以及第二單元TU的內側形成多個凸部11。
[0125] 在本實施方式中，使用相比于基板被更慢地被蝕刻的材料作為掩模M，在該第一蝕 刻工序中，藍寶石基板1 〇上的掩模Μ也被蝕刻，掩模Μ并非只從上表面逐漸被蝕刻，也從側面 逐漸被蝕刻，掩模Μ的直徑變小，因此在藍寶石基板10上，凸部11的上部被蝕刻成主視時上 端尖銳的半球狀等穹頂狀。需要說明的是，若凸部11采用具有上表面(c面）的形狀，則氮化 物半導體從上表面生長，因此優選半球狀等不具有上表面的、上端尖銳的形狀。
[0126] 作為干式蝕刻的具體方法，例如能夠使用氣相蝕刻、等離子蝕刻、反應性離子蝕刻 等，作為此時的蝕刻氣體，例如可列舉(：12、5丨(：14、8(：1 3、邢廣3?6、〇14、〇1#2、(：冊3、04? 8、0?4、惰 性氣體的Ar等。
[0127] 接著對發光元件1的制造方法進行說明。
[0128] 發光元件1的制造方法通過在形成所述藍寶石基板10的凸部11(第一凸部11A~第 三凸部11C)之后，進一步實施圖9D所示的緩沖層形成工序和圖9E以及圖9F所示的半導體層 生長工序來進行。
[0129] 緩沖層形成工序是在藍寶石基板10上形成緩沖層20的工序。在緩沖層形成工序 中，具體而言如圖9D所示，在形成有凸部11的藍寶石基板10上通過例如濺射而形成緩沖層 20。緩沖層形成工序雖然能夠省略，但優選進行該緩沖層形成工序。緩沖層20例如采用如圖 9D所示那樣將藍寶石基板10覆蓋的層狀，但并不需要以層狀完全進行覆蓋，也可以通過減 小層厚度而在局部使藍寶石基板10呈斑狀露出。
[0130] 半導體層生長工序是在藍寶石基板10的形成有凸部11的一側的面上使氮化物半 導體層30生長并形成發光元件構造的工序。在半導體層生長工序中，具體而言如圖9E~圖 9F所示，在藍寶石基板10的形成有凸部11的c面側的表面，經由緩沖層20使η型半導體層31 進行晶體生長。此時，η型半導體層31從各凸部11間的區域向上方向以及橫向生長，并以覆 蓋凸部11的方式生長。構成η型半導體層31的氮化物半導體一邊維持相對于藍寶石基板10 的表面傾斜的生長面(小面)一邊生長，直至完全覆蓋凸部11。需要說明的是，在η型半導體 層31生長的情況下，如已參照圖8Α以及圖8Β說明那樣，位錯收斂，相比于以往的結構能夠進 一步減少位錯。
[0131]接著，如圖9G所示，在η型半導體層31上使活性層32生長，進而使ρ型半導體層33生 長，形成包含活性層32的發光元件構造。此外，也可以有意地使不添加雜質的純氮化物半導 體層生長，直至在凸部11上接合，之后添加 η型雜質而使η型的氮化物半導體層生長。另外， 更優選的是使由GaN構成的氮化物半導體至少生長至在凸部11上接合。
[0132] 經由以上的工序，能夠制造圖9G所示的未設有電極的狀態的發光元件1。
[0133] 接下來，在圖9H以及圖91中示出在發光元件1設有外部連接電極的發光元件2的制 造方法的具體例。圖9H以及圖91所示的發光元件2包括具有凸部11的藍寶石基板10和設于 其之上的η型半導體層31、活性層32、p型半導體層33,并在局部使η型半導體層31露出而設 有η側電極40,且在p型半導體層33的表面設有透光性電極(例如IT0)50以及p側電極60。在 所述半導體層生長工序之后進行電極形成工序，從而也能夠制造在發光元件1中具備這些 電極的發光元件2。
[0134] 即，首先通過干式蝕刻等去除p型半導體層33以及活性層32的局部區域而使η型半 導體層31的局部露出。接下來，在露出的η型半導體層31上形成η側電極40,在ρ型半導體層 33上形成透光性電極50,在透光性電極50上形成ρ側電極60,從而能夠制造圖9Η以及圖91所 示的發光元件2。需要說明的是，也可以包括在所述半導體層生長工序之后將所述發光元件 構造以及藍寶石基板10分割并形成單片作為原材料的單片化工序。此時，在半導體層生長 工序之后并且是單片化工序之前進行電極形成工序。
[0135] 這樣，關于發光元件1的制造方法，形成在藍寶石基板10上的凸部11采用頂部不平 坦的結構，沿各m軸延伸形成并配置于假想正六邊形的第一單元KU以及第二單元TU的范圍 內，并且在各單元內以隔開規定間隔的方式排列。因此，在發光元件1的制造方法中，能夠減 小藍寶石基板10的面內的氮化物半導體的生長速度之差(改善生長過程中的氮化物半導體 的平坦性），具有能夠進一步減小氮化物半導體層30的位錯密度的趨勢。與此同時，也能夠 改善氮化物半導體層30的晶體生長。因此，在采用本發明結構的發光元件1中，晶體取向也 得到改善，從而能夠在維持或者改善溫度特性的同時使正向電壓(Vf)降低，使光輸出（Po) 提高。伴隨于此，發光元件1的發光效率也得到改善。
[0136] 接下來，對基板的特征進行說明。在如圖10A~圖10D所示那樣僅在第一單元KU中 縮窄了單元中央的凸部11的配置的狀態的單元圖案、以及如圖11A~圖11D所示那樣配置與 第一單元KU鏡面對稱的第二單元TU而加寬了單元中央的配置的狀態的單元圖案的情況下， 比較晶體生長的過程中的平坦度來進行說明。需要說明的是，在圖10A~圖10D中，形成PB的 區域的中央的凸部1011的端部的間隔較窄、且沿各m軸方向連續的區域變小的狀態(凸部11 的端部越過切線Yal~Ya3的狀態）。而且，在圖10A~圖10D中，作為比較例，采用在設有凸部 1011的藍寶石基板上使GaN生長的例子，參照以掃描式電子顯微鏡(SEM)照片為基礎制作的 示意圖進行說明。另外，關于圖11A~圖11D，作為實施方式1，采用在設有長條狀的凸部11的 藍寶石基板上使GaN生長的例子，參照通過參考掃描式電子顯微鏡(SEM)照片而制作的示意 圖進行說明。
[0137] 凸部11以及凸部1011的長邊方向的長度分別約為ΙΟμπι，短邊方向的長度約為2.6μ m，高度約為1.4μπι。凸部11以及凸部1011的沿長邊方向延伸的外緣沿藍寶石基板的第一 m軸 Sal、第二m軸Sa2、第三m軸Sa3的方向延伸而形成，GaN的膜厚在圖10B以及圖11B中約為2μπι， 在圖10C以及圖11C中約為3.5μπι，在圖10D以及圖11D中約為4.5μπι。需要說明的是，GaN是通 過使供給作為鎵原料氣體的TMG的流量在例如膜厚達到約2μπι之前為2〇 SCCm且之后為 6〇SCCm的方式而成膜的。作為其他工序條件，在GaN的膜厚達到約2μπι之前使壓力為1氣壓， V/III比為2000左右，之后使壓力為1氣壓，使V/III比為1500左右。另外，使用將+c面作為主 面的藍寶石基板，在該藍寶石基板的主面，作為緩沖層，以使AlGaN達到膜厚為20nm左右的 方式進行成膜，之后對GaN進行成膜。
[0138] 比較由圖中的PA表示的位置和由PB表示的位置的狀態可得知如下情況。即，在圖 10B~圖10D中，由于僅在第一單元KU中的單元中央處于凸部1011密集的狀態，因此，由GaN 的晶體生長所帶來的膜厚為4.5μπι的狀態在PA以及PB的位置不同。換句話說，如圖10D所示， 在PA的位置，晶體生長快且已經變得平坦，但在PB的位置，在容易生長的GaN的土a軸方向 (藍寶石基板的±m軸方向）上不存在空間，因此晶體生長相比于PA的位置更慢，尚為凹狀。
[0139] 另一方面，在圖11A中，在單元中央的凸部11的端部彼此隔開間隔的狀態（凸部11 的端部未超過切線Yal~Ya3的狀態）下設置第一單元KU以及第二單元TU的單元圖案，因此 如圖11B~圖11D所示，在GaN的生長膜厚為4.5μπι的位置，在PA以及1?的位置調整成大致平 坦的狀態。換句話說，在單元中央，由于在Gaf^±a軸方向（藍寶石基板的±m軸方向）上具 有空間，并且使用第一單元以及第二單元的單元圖案，從而形成基板整體的生長速度大致 相同的狀態，能夠形成使GaN以凹凸狀態更少的方式生長的平坦的結構。
[0140] 接下來，作為比較例，準備在形成有圖10A的PB所示的配置的凸部11的藍寶石基板 上使氮化物半導體層生長而成的晶圓。而且，作為實施例，準備在形成有圖11A的PB所示的 配置的凸部1011的藍寶石基板上使氮化物半導體層生長而成的晶圓。在所準備的比較例的 晶圓與實施例的晶圓各自的中央區域測量(002)面的XRC半值寬度和穿透位錯所引起的坑 數，并將這些值示出在表1中。
[0141]另外，在比較例以及實施例中，在測量(002)面的XRC半值寬度的情況下，都測量了 在圖10C或者圖11C的基礎上進一步使η型半導體層、活性層、p型半導體層依次生長的氮化 物半導體層。
[0142] 而且，在測量穿透位錯所引起的坑數的情況下，在使η型半導體層在圖10C或者圖 11C上生長而成的氮化物半導體層中，進一步使用于測量的GaN生長，在該狀態下測量與氮 化物半導體層的上表面相距ΙΟμπιΧΙΟμπι的范圍。需要說明的是，在該坑數的測量中，對于在 η型半導體層上進一步生長的GaN，為了簡易地測量位錯密度，有意地以橫向生長變慢的條 件使其生長，產生以位錯為起點的凹坑，從而能夠從氮化物半導體層的上表面將該位錯作 為凹坑進行目視觀察。
[0143] 【表1】
[0144]
[0145 ]如表1所示，相比于具備圖10 A所示的凸部1011的結構的比較例，在具備圖11A所示 的凸部11的結構的實施例中，（002)面的XRC半值寬度的值更小，而且根據穿透位錯所引發 的坑數可知位錯密度也更少。
[0146]接下來，將在作為比較例的具有圖10A所示的凸部1011的結構的藍寶石基板、以及 作為實施例的具有圖11A所示的凸部11的結構的藍寶石基板上分別使GaN生長并依次層疊 η 型半導體層、活性層、Ρ型半導體層而成的晶圓單片化，作為發光元件而獲取。在獲取的比較 例與實施例各自的發光元件中，測量正向電壓(Vf)、光輸出(Ρο)、電力轉換效率(WPE)、以及 溫度特性，并將這些值示出在表2中。需要說明的是，表2所示的值在比較例以及實施例中均 是測量在從晶圓的中央區域獲取的發光元件上形成電極而成的樣品的值。
[0147] 另外，根據使65mA的電流流經發光元件并將環境溫度設為100°C時的光輸出(Po)、 以及將環境溫度設為25°C時的光輸出(Po)，通過以下的式1計算溫度特性。該溫度特性的值 越高，光輸出相對于溫度變化的降低越少(溫度特性越好）。
[0148] 【式1】
[0149]
[0152] 如表2所示，可知相比于具有圖10A所示的凸部1011的比較例的發光元件，在具有 圖11A所示的凸部11的實施例的發光元件的結構中，正向電壓(Vf)的值更小，光輸出(Po)的 值更大，電力轉換效率(WPE)的值也更高，并且溫度特性的值更大。換句話說，在采用本發明 的機構的發光元件1中，晶體取向也得到改善，從而能夠在維持或者改善溫度特性的同時使 正向電壓(Vf)降低，使光輸出（Po)提高。伴隨于此，可以認為發光元件1的發光效率也得到 改善。
[0153] 如以上那樣，具體地說明了第一實施方式的發光元件1以及其制造方法，但本發明 的主旨并不限定于這些記載，而必須基于權利要求書的記載寬泛地解釋。另外，不言而喻的 是，基于這些記載進行的各種變更、改變等也包含在本發明的主旨中。
[0154] 以下，參照圖12~圖17,通過【附圖說明】第二~第四實施方式以及變形例1~3。需要 說明的是，關于凸部的配置的結構，圖12~圖16主要說明與第一實施方式不同的部分。另 外，以下說明的第二~第四實施方式的發光元件在除藍寶石基板的凸部以外的結構以及制 造方法方面與第一實施方式的發光元件1相同，因此省略它們的說明。
[0155] 〈第二實施方式〉
[0156] 如圖12所示，在第二實施方式所示的發光元件的第一凸部11A~第三凸部11C中， 使第一間隔dal~第三間隔da3以及第四間隔dsl~第六間隔ds3大于圖3所示的結構，并且 第一凸部11A~第三凸部11C各自的間隔也變寬。如此構成的發光元件構成為，藍寶石基板 10A的第一凸部11A~第三凸部11C采用第一單元KU以及第二單元TU的單元圖案，并且相比 于圖3所示的結構將各間隔擴寬20~40%的范圍，因此在半導體層生長時更容易確保平坦 性。需要說明的是，如果圖3所示的凸部11的間隔例如以3μπι為基準，則圖12所示的凸部11的 間隔是3.6~4.2μπι。需要說明的是，各間隔擴寬20~40%的范圍指的是，在以允許范圍內的 平均的值為基準值的情況下，擴寬了該基準值的20~40%。換句話說，優選的是各間隔相對 于基準值設定于允許范圍內的上限側。
[0157] 關于具備以上結構的第二實施方式的發光元件，配置在藍寶石基板10A上的凸部 11的長邊方向的外緣沿藍寶石基板10A的各m軸延伸配置，設置間隔也形成為比基準值寬20 ~40%，因此在氮化物半導體的晶體生長時，氮化物半導體在橫向上生長的時間變長。由 此，在氮化物半導體的晶體生長時產生的位錯容易收斂于較窄的范圍，氮化物半導體層30 的位錯密度降低。而且，關于第二實施方式的發光元件，晶體取向也得到改善，從而能夠在 維持或者改善溫度特性的同時使正向電壓(Vf)降低，使光輸出(Po)提高，伴隨于此，發光效 率也得到改善。
[0158] 〈第三實施方式〉
[0159] 如圖13所示，若俯視第三實施方式的發光元件的藍寶石基板10B，則在藍寶石基板 10B的c面側的表面，在假想示出的菱形的各區域中，以使長邊方向的外緣沿各m軸延伸的方 式以三條為單位配置有凸部111。具體而言，凸部111包括長條形狀的長邊方向的外緣沿第 一m軸Sal延伸配置的第一凸部111A、長條形狀的長邊方向的外緣沿第二m軸Sa2延伸配置的 第二凸部111B、以及長條形狀的長邊方向的外緣沿第三m軸Sa3延伸配置的第三凸部111C。
[0160] 這里，在第一凸部111A~第三凸部111C中，將各凸部之間的間隔設定為大于或等 于該凸部的直徑。需要說明的是，將凸部111的間距(沿凸部長邊方向朝凸部的直徑中心引 出中心線時到達相鄰的凸部的該中心線的距離)Pc設定為不超過直徑Da。在第一凸部111A ~第三凸部111C中，凸部之間的間隔以及間距Pc較寬，另外，第一間隔dal~第三間隔da3以 及第四間隔dsl~第六間隔ds3的間隔也與凸部之間的間隔相應地設定為較寬。關于第一凸 部111A~第三凸部111C，這里作為一個例子，將直徑Da與全長L1之比設定為1:5~6。另外， 關于直徑Da與間距Pc的關系，作為一個例子，設定為1:2。
[0161] 關于具備以上結構的第三實施方式的發光元件，由于形成在藍寶石基板10B上的 凸部111與未形成有凸部111的平坦部分的間隔更加適當，因此在晶體生長時，氮化物半導 體在橫向上生長的時間變長，在晶體生長時產生的位錯容易收斂于較窄的范圍內，氮化物 半導體層30的位錯密度降低。而且，第三實施方式的發光元件的晶體取向也得到改善，從而 能夠在維持或者改善溫度特性的同時使正向電壓(Vf)降低，使光輸出(Po)提高，伴隨于此， 發光效率也得到改善。
[0162] 〈第四實施方式〉
[0163] 如圖14所示，若俯視第四實施方式的發光元件的藍寶石基板10C，則在藍寶石基板 10C的c面側的表面，在假想示出的菱形的區域內，以分別沿各m軸延伸的方式以規定間隔配 置有五條凸部211。具體而言，第一單元的凸部211包括長條形狀的長邊方向的外緣沿第一m 軸Sal延伸的第一凸部211A、長條形狀的長邊方向的外緣沿第二m軸Sa2延伸的第二凸部 211B、以及長條形狀的長邊方向的外緣沿第三m軸Sa3延伸的第三凸部211C。將第一凸部 211A~第三凸部211C設定為，直徑Da與全長L1之比為1:11.5,直徑Da與間距Pc之比為1: 2.5〇
[0164] 這樣，凸部211構成為，雖然直徑Da與全長L1之比相對于圖3所示的結構較小，但設 為基于第一單元KU與第二單元TU的單元圖案，并隔開單元中央部分的間隔。因此，與上述內 容相同，在發光元件中，晶體取向也得到改善，從而能夠在維持或者改善溫度特性的同時使 Vf降低使光輸出提高，伴隨于此，發光效率也得到改善。
[0165] 需要說明的是，在第二實施方式~第四實施方式中，說明了將假想示出的菱形的 各區域內的凸部的數量設為3~5條的結構，但也可以是6條或7條以上。
[0166] 另外，說明了將所述第一實施方式~第四實施方式的氮化物半導體元件的藍寶石 基板10~10C設為長條形狀的凸部11、111、211的兩端對齊的排列，但也可以像例如圖15~ 圖17所示那樣，以凸部的一部分或全部的兩端的位置不同的方式配置于第一區域Arl~第 三區域Ar3的內部。這里，以圖3的藍寶石基板10的凸部11的結構為代表進行了說明，但在其 他實施方式中也產生相同的作用效果。另外，這里以改變了第三凸部11C的距第一單元KU中 的中心最近的凸部的位置為例進行了說明，但也可以是除第三凸部11C之外的凸部、或者第 一凸部11A或第二凸部11B的局部。
[0167] 〈變形例1>
[0168] 如圖15所示，第一單元KU的第一凸部11A~第三凸部11C具備例如以第三凸部11C 的一個端部與其他端部不同的方式配置的凸部lid(標注陰影線的凸部)作為其一部分。而 且，該凸部lid構成為僅形成于第一單元KU，并未形成于第二單元TU。換句話說，第二單元TU 需要使第一區域Arl~第三區域Ar3的配置呈鏡面對稱，但不使包括配置于該區域內的凸部 lid在內的第一凸部11A~第三凸部11C的配置為鏡面對稱。
[0169] 而且，如圖15所示，雖然是由包括凸部lid的第一凸部11A~第三凸部11C的配置的 第一單元KU和不包括凸部lid的第一凸部11A~第三凸部11C的配置的第二單元TU構成的單 元圖案，但整體來看，形成以將第一單元KU為中心的單位并重復相同圖案的狀態。另外，對 于凸部lld，距第一單元KU的中心最近的第三凸部11C的位置與其他第三凸部11C不同，且該 凸部lid與切線Yal抵接并交叉。但是，由于第二間隔da2從第二區域Ar2連續到第一區域 Arl，因此可確保第一單元KU的中央的區域較寬。因此，如上述內容那樣，即使是包括這樣的 藍寶石基板10的凸部lid的凸部11，通過具備第一單元KU以及第二單元TU的單元圖案和單 元中央部分的區域的結構，與上述內容相同，和以往的結構相比，發光元件中的晶體取向也 得到改善，從而能夠在維持或者改善溫度特性的同時使正向電壓(Vf)降低，使光輸出（Po) 提高，伴隨于此，發光效率也得到改善。
[0170] 〈變形例2>
[0171] 另外，如圖16所示，在第一單元KU以及第二單元TU中，將第三凸部11C之一設為凸 部lie(標注陰影線的凸部），也可以采用以端部與其他第三凸部11C不同的方式配置的結 構。這里，包括凸部lie的配置在內，與第一單元KU鏡面對稱地構成第二單元TU。這樣，即使 在第一單元KU以及第二單元TU中存在端部的位置不同于其他的凸部lie，但整體來看，在每 個由第二單元TU的邊與第一單元KU的各邊相合而成的單元圖案的單位中，形成均等的配 置。因此，如上述內容那樣，即使是包括這樣的藍寶石基板10的凸部lie的凸部11，通過具備 第一單元KU以及第二單元TU的單元圖案和單元中央部分的區域的結構，與上述內容相同， 和以往的結構相比，發光元件中的晶體取向也得到改善，從而能夠在維持或者改善溫度特 性的同時使正向電壓(Vf)降低，使光輸出(Po)提高，伴隨于此，發光效率也得到改善。
[0172] 〈變形例3>
[0173] 而且，如圖17所示，第一單元KU也可以構成為，配置于第一區域Arl的區域內的第 一凸部11A、配置于第二區域的區域內的第二凸部11B、以及配置于第三區域Ar3的區域內的 第三凸部11C在每個區域中形成不同的配置。需要說明的是，在圖17中，第一間隔dal~第三 間隔da3示出最大間隔的寬度。另外，作為單元圖案，也可以采用使與第一單元KU的第一凸 部11Α~第三凸部11C的配置呈鏡面對稱的第二單元TU的一邊與第一單元KU的各邊對應配 置的結構。而且，也可以采用與第一單元的第一凸部11Α~第三凸部11C的配置不同的結構， 例如將圖3所示的結構的第二單元TU配置于圖17的第一單元KU的各邊的結構。
[0174] 如圖17所示，即使第一單元KU的第一凸部11Α~第三凸部11C的各自的端部構成為 不同，也是在每個第一單元KU以及以該第一單元KU為中心配置的第二單元TU的單元單位中 重復進行相同的凸部11的配置。因此，如上述內容所示，即使是包括這樣的藍寶石基板10的 凸部11的配置，通過具備第一單元KU以及第二單元TU的單元圖案和單元中央部分的區域的 結構，與上述內容相同，和以往的結構相比，發光元件中的晶體取向也得到改善，從而能夠 在維持或者改善溫度特性的同時使正向電壓(Vf)降低，使光輸出(Ρο)提高，伴隨于此，發光 效率也得到改善。
[0175] 在以上說明的各實施方式中的發光元件中，也可以采用以下這種結構。即，在藍寶 石基板中，如果凸部能夠在第一區域Arl~第三區域Ar3中沿各m軸配置，貝lj如圖3、圖12~圖 17所示，可以使凸部的端部對齊，也可以使一部分或全部不對齊。換句話說，第一單元KU也 可以是，距正六邊形的中心最近的三個凸部之中的兩個凸部不與相對的切線Yal~Ya3中的 某一個相交叉而是分離地配置，并且另一凸部以形成第一間隔dal~第三間隔da3的方式配 置。而且，如果使用第一單元KU以及與其鏡面對稱的第二單元TU的單元圖案，則在已經說明 的發光元件中，正向電壓(Vf)的值降低，溫度特性提高，電力轉換效率(WPE)也能夠提高。
[0176] 另外，基于第一單元與第二單元的單元圖案也可以采用使第一單元的正六邊形的 邊與第二單元的正六邊形的各邊對應配置的結構。
[0177] 需要說明的是，由于在藍寶石基板中沿各m軸設置以各單元單位配置的凸部11，因 此能夠在長邊方向的延長線上配置另一凸部11，抑制光的橫向泄漏，并獲得接近朗伯的配 光特性。
[0178] 需要說明的是，在圖3、圖12~圖17中，凸部11、111、211的兩端呈半圓形且形成為 大致相同形狀，但凸部11、111、211的形狀并不限定于此。
[0179] 而且，凸部11、111、211也可以構成為，從c面向上方向突出，并從高度方向的規定 位置以相對于棱線成角度Θ的方式經由傾斜面尖銳地形成。由此，與所述凸部11、111、211相 同，在氮化物半導體的晶體生長時抑制從凸部12的上部進行的生長，氮化物半導體在橫向 上生長，因此在生長方向上產生的多個位錯收斂，位錯的數量減少。
[0180] 需要說明的是，在形成傾斜面的情況下，通過緊接著干式蝕刻進行濕式蝕刻，能夠 形成朝向凸部11、111、211的頂部傾斜的傾斜面。
[0181] 需要說明的是，在發光元件1、2中，在第一單元KU以及第二單元TU的不同于第一區 域Arl的其他兩個菱形區域(第二區域Ar2以及第三區域Ar3)中的一個菱形區域中，具有沿 第一凸部11A(111A、211A)的延伸方向將端部對齊配置的多個第三凸部11C，距正六邊形區 域(第一單元KU以及第二單元TU)的中心最近的第三凸部11C(111C、211C)配置為，與距中心 最近的第一凸部11六（1114、2114)中心側的端部相接，并且不與平行于配置第一凸部11八 (111A、211A)的方向的切線Ya3交叉。
[0182] 而且，也可以將所述發光元件1、2構成為，在所述其他兩個菱形區域(第二區域Ar2 以及第三區域Ar3)中的另一個菱形區域中，具有沿第三凸部11C(111C、211C)的延伸方向將 端部對齊配置的多個第二凸部11B(111B、211B)，距正六邊形區域(第一單元KU以及第二單 元TU)的中心最近的第二凸部118(1118、2118)配置為，與距所述中心最近的第三凸部11〇 (111C、211C)中的中心側的端部相接，并且不與平行于配置第三凸部11C(111C、211C)的方 向的切線交叉。
[0183]另外，空間與間隔有時因使用的位置不同而區分術語，實質上含義相同。
【主權項】
1. 一種發光元件，具備：藍寶石基板，其在主面上具有C面；以及半導體層，其設于所述 藍寶石基板的主面側;其中， 所述藍寶石基板包括第一單元和多個第二單元， 所述第一單元包括由與第一 m軸以及第二m軸平行的邊劃分的第一區域、由與第二m軸 以及第三m軸平行的邊劃分的第二區域、以及由與第一 m軸以及第三m軸平行的邊劃分的第 三區域構成，所述第一區域、第二區域以及第三區域在從主面側觀察時將正六邊形三等分 成菱形， 所述多個第二單元與所述第一單元的各邊對應地配置，并且處于相對于穿過所述第一 單元的頂角的a軸與所述第一單元鏡面對稱的關系， 所述第一單元在所述第一區域內排列有多個第一凸部，該多個第一凸部在外緣具有與 所述第一 m軸平行的邊，在所述第二區域內排列有多個第二凸部，該多個第二凸部在外緣具 有與所述第二m軸平行的邊，在所述第三區域內排列有多個第三凸部，該多個第三凸部在外 緣具有與所述第三 m軸平行的邊， 距所述正六邊形的中心最近的所述第一凸部配置為不與下述切線交叉，該切線與距所 述中心最近的所述第二凸部的所述中心側的端部相切，且平行于所述第三m軸， 距所述正六邊形的中心最近的所述第二凸部配置為不與下述切線交叉，該切線與距所 述中心最近的所述第三凸部的所述中心側的端部相切，且平行于所述第一 m軸。2. 根據權利要求1所述的發光元件，其中， 關于所述第一凸部，在與所述第二m軸平行的同一條線上使多個所述第一凸部的端部 對齊，該第一凸部彼此以相同的間距配置，關于所述第二凸部，在與所述第三m軸平行的同 一條線上使多個所述第二凸部的端部對齊，該第二凸部彼此以相同的間距配置，關于所述 第三凸部，在與所述第一 m軸平行的同一條線上使多個所述第三凸部的端部對齊，該第三凸 部彼此以相同的間距配置。3. 根據權利要求1或2所述的發光元件，其中， 所述第一凸部在所述第一區域內以隔開成為規定間隔的第一間隔的方式排列于所述 第二區域側，所述第二凸部在所述第二區域內以隔開成為規定間隔的第二間隔的方式排列 于所述第三區域側，所述第三凸部在所述第三區域內以隔開成為規定間隔的第三間隔的方 式排列于所述第一區域側， 所述第一間隔、所述第二間隔以及所述第三間隔是相同的間隔。4. 根據權利要求1至3中任一項所述的發光元件，其中， 距所述六邊形的中心最遠的第一凸部配置為，從所述六邊形的與所述第一 m軸平行的 輪廓線隔開成為規定間隔的第四間隔，距所述六邊形的中心最遠的第二凸部配置為，從所 述六邊形的與所述第二m軸平行的輪廓線隔開成為規定間隔的第五間隔，距所述六邊形的 中心最遠的第三凸部配置為，從所述六邊形的與所述第三m軸平行的輪廓線隔開成為規定 間隔的第六間隔， 所述第四間隔、所述第五間隔以及所述第六間隔是相同的間隔。5. 根據權利要求1至4中任一項所述的發光元件，其中， 所述第一凸部、所述第二凸部以及所述第三凸部以三次旋轉對稱的方式配置。6. 根據權利要求1至5中任一項所述的發光元件，其中， 所述第一凸部、所述第二凸部以及所述第三凸部在三個~五個的多個范圍內設為相同 數目，并分別配置于所述第一區域、所述第二區域以及所述第三區域。7. 根據權利要求1至6中任一項所述的發光元件，其中， 所述第一凸部、所述第二凸部以及所述第三凸部各自的與所述第一m軸平行的方向上 的長度分別是與所述第一 m軸垂直的方向上的長度的兩倍以上。8. 根據權利要求1至7中任一項所述的發光元件，其中， 所述第一凸部、所述第二凸部以及所述第三凸部各自的與所述第一m軸垂直的方向上 的剖面的上部為尖銳的形狀。9. 根據權利要求1至8中任一項所述的發光元件，其中， 所述第一凸部、所述第二凸部以及所述第三凸部各自的與所述第一m軸平行的方向的 頂端在俯視時為半圓形。
【文檔編號】H01L33/22GK105895767SQ201610089939
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月17日
【發明人】阿部真, 東谷圭介, 東直樹, 木內章喜
【申請人】日亞化學工業株式會社