專利名稱：氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件、光源和凹凸構(gòu)造形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管、激光二極管等的GaN類半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
具有作為VA族元素的氮(N)的氮化物半導(dǎo)體，基于其帶隙(band-gap)的大小，作為短波長(zhǎng)發(fā)光元件的材料被寄予厚望。其中，對(duì)含有作為IIIA族元素的Ga的氮化鎵類化合物半導(dǎo)體(GaN類半導(dǎo)體:AlxGayInzN(0≤x,y,z≤l>x+y+z = I)的研究廣泛進(jìn)行,藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)、綠色LED、以及以GaN類半導(dǎo)體為材料的半導(dǎo)體激光器也得以實(shí)用化。GaN類半導(dǎo)體具有纖鋅礦(wurtzite)型結(jié)晶構(gòu)造。圖1示意性表示GaN的單位晶格。在AlxGayInzN(O≤x, y, z≤1、x+y+z = I)半導(dǎo)體結(jié)晶中，圖1所示的Ga的一部分能夠置換為Al和/或In。圖2表示纖鋅礦型結(jié)晶構(gòu)造的基矢a1、a2、a3、c。基矢c沿
方向延伸，該方向被稱為“c軸”。與c軸垂直的面(plane)被稱為“c面”或“(0001)面”。進(jìn)而，以Ga等的IIIA族元素為終端的面被稱為“+c面”或“(0001)面”，以氮等的VA族元素為終端的面被稱為“-c面”或“(000-1)面”，以進(jìn)行區(qū)別。此外，“c軸”和“c面”有時(shí)也分別被標(biāo)記為“C軸”和“C面”。使用GaN類半導(dǎo)體制作半導(dǎo)體元件時(shí)，作為使GaN類半導(dǎo)體結(jié)晶生長(zhǎng)的基板，使用c面基 板即在表面具有(0001)面的基板。但是，在c面、Ga原子和氮原子不存在于同一原子面上，因此形成電極化(Electrical Polarization)。所以，“c面”有時(shí)也被稱為“極性面”。電極化的結(jié)果是，在活性層的InGaN的量子阱，沿c軸方向產(chǎn)生壓電電場(chǎng)(Piezoelectric field)。當(dāng)這樣的壓電電場(chǎng)在活性層產(chǎn)生時(shí),活性層內(nèi)的電子和空穴的分布發(fā)生位置偏移，因此根據(jù)載流子的量子限制史塔克效應(yīng)(Quantum-confined Stark effect),內(nèi)部量子效率降低，在半導(dǎo)體激光器的情況下，引起閾值電流的增大，在LED的情況下，引起消耗電力的增大、發(fā)光效率的降低。另外，伴隨注入載流子密度的上升，發(fā)生壓電電場(chǎng)的屏蔽(screening),發(fā)光波長(zhǎng)發(fā)生變化。于是，為了解決這些課題，對(duì)使用在表面具有非極性面、例如與[10-10]方向垂直的、被稱為m面的(10-10)面的基板(m面GaN類基板)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。在此，在表示米勒指數(shù)(Miller index)的括號(hào)內(nèi)的數(shù)字的左側(cè)附加的意思是“橫線(bar)”。如圖2所示，m面是與c軸平行的面，與c面正交。在m面，Ga原子與氮原子存在于同一原子面上，因此與m面垂直的方向不發(fā)生自發(fā)極化(spontaneous polarization)。其結(jié)果是,在與m面垂直的方向形成半導(dǎo)體層疊構(gòu)造時(shí)，在活性層也不產(chǎn)生壓電電場(chǎng)，所以能夠解決上述課題。此外，m 面是(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面的總稱。在本說明書中標(biāo)記為“a面”時(shí)，意思是指與[11-20]方向垂直的(11-20)面。如圖3所示，a面是與c軸(基矢c)平行的面，與c面正交。此外，a面是(11_20)面、(-1-120)面、(1-210)面、(-12-10)面、(-2110)面、(2-1-10)面的總稱。
在本說明書中標(biāo)記為“+r面”時(shí)，意思是指與[10-12]方向垂直的(10_12)面。r面如圖 3 所示。此外，+r 面是(10-12)面、(-1012)面、(1-102)面、(-1102)面、(01-12)面、(0-112)面的總稱。在本說明書中標(biāo)記為“-r面”時(shí)，意思是指與[10-1-2]方向垂直的(10-1-2)面。此外，_r 面是(10_1_2)面、(_101_2)面、(1_10_2)面、(_110_2)面、(01_1_2)面、(0_11_2)面的總稱。另外，考慮有如下方案:將具有細(xì)微構(gòu)造的膜設(shè)置于半導(dǎo)體發(fā)光元件的表面，將該膜用作光刻的掩模，通過干蝕刻技術(shù)將該細(xì)微構(gòu)造轉(zhuǎn)印至半導(dǎo)體發(fā)光元件的表面的方法。例如，在專利文獻(xiàn)I中公開有將納米粒子用作蝕刻掩模而對(duì)細(xì)微構(gòu)造進(jìn)行轉(zhuǎn)印的方法。例如，在專利文獻(xiàn)2中公開了將嵌段共聚物(block polymer)用作蝕刻掩模轉(zhuǎn)印細(xì)微構(gòu)造的方法。例如，在專利文獻(xiàn)3中公開有將金屬微粒子用作蝕刻掩模而對(duì)細(xì)微構(gòu)造進(jìn)行轉(zhuǎn)印的方法?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-94219號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2009-302578號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特開2009-225787號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題但是，根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，發(fā)光品質(zhì)的進(jìn)一步提高成為了課題。本發(fā)明能夠提供一種提高發(fā)光品質(zhì)的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件的實(shí)施方式。用于解決課題的技術(shù)手段在實(shí)施方式中，氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件包括:半導(dǎo)體層疊構(gòu)造，其由氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成，包含生成偏振光的活性層；和與上述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造接觸，將載流子注入上述活性層的電極構(gòu)造，上述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造在c面以外的結(jié)晶面的至少一部分具備形成有凹凸構(gòu)造的光提取面(光取出面)，上述凹凸構(gòu)造配置于上述結(jié)晶面上，具有相對(duì)于上述光提取面的法線方向非軸對(duì)稱的形狀的凸部，上述凹凸構(gòu)造中的粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm)為 150nm 以上 800nm 以下。在實(shí)施方式中，光源具備:上述任一種氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件；和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部，其包含對(duì)從上述活性層發(fā)出的光的波長(zhǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的熒光物質(zhì)。在實(shí)施方式中，凹凸構(gòu)造形成方法包括:準(zhǔn)備在表面具有c面以外的結(jié)晶面的氮化鎵類半導(dǎo)體的工序(so);在上述工序SO后，對(duì)上述表面進(jìn)行改性的工序(SI);在上述工序SI之后，在上述改性后的表面配置多個(gè)粒子的工序(S2);和在上述工序S2之后，通過干蝕刻對(duì)上述表面進(jìn)行蝕刻，在上述氮化鎵類半導(dǎo)體的c面以外的結(jié)晶面的至少一部分的區(qū)域形成凹凸構(gòu)造的工序(S3)，上述凹凸構(gòu)造中的粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm)為150nm以上且800nm以下。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過對(duì)光提取面賦予細(xì)微構(gòu)造，能夠提高發(fā)光的品質(zhì)。


圖1是表示GaN的單位晶格的示意性立體圖。圖2 是纖鋒礦型結(jié)晶構(gòu)造的基矢(primitive translation vectors) a2> a3> c的立體圖。圖3(a)和(d)是表示六方纖鋅礦構(gòu)造的代表性的結(jié)晶面方位的示意圖。圖4A是舉例表示本發(fā)明的實(shí)施方式的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件以面向下(facedown/倒裝)的方式安裝的狀態(tài)的截面圖。圖4B是舉例表示本發(fā)明的實(shí)施方式的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件以面向上(faceup/正裝)的方式安裝的狀態(tài)的截面圖。圖5A是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的具有除c面外的結(jié)晶面的GaN類半導(dǎo)體發(fā)光元件的光提取面未加工狀態(tài)的截面的圖。圖5B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的在具有除c面外的結(jié)晶面的GaN類半導(dǎo)體發(fā)光元件覆蓋有膠態(tài)(colloidal)結(jié)晶層(膠晶層)的狀態(tài)的截面的圖。圖5C是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的對(duì)具有除c面外的結(jié)晶面的GaN類半導(dǎo)體發(fā)光元件賦予凹凸構(gòu)造的狀態(tài)的截面的圖。圖6是表示具有除c面外的結(jié)晶面的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)造的圖。圖7是表示具有除c面外的結(jié)晶面的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的變形例的構(gòu)造的圖。圖8是表示具有除c面外的結(jié)晶面的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的變形例的構(gòu)造的圖。圖9是示意性地表示通過凹凸構(gòu)造產(chǎn)生的m次衍射光的圖。圖10A是表示，當(dāng)入射光λ為350nm時(shí)的、光提取的入射角幅度Λ Θ eaN、紋理周期(texture period) d、外界的折射率n2的關(guān)系的圖。圖10B是表示，當(dāng)入射光λ為400nm時(shí)的、光提取的入射角幅度Λ Θ eaN、紋理周期d、外界的折射率n2的關(guān)系的圖。圖10C是表示，當(dāng)入射光λ為450nm時(shí)的、光提取的入射角幅度Λ Θ eaN、紋理周期d、外界的折射率n2的關(guān)系的圖。圖10D是表示，當(dāng)入射光λ為500nm時(shí)的、光提取的入射角幅度Λ Θ eaN、紋理周期d、外界的折射率n2的關(guān)系的圖。圖10E是表示，當(dāng)入射光λ為550nm時(shí)的、光提取的入射角幅度Λ Θ eaN、紋理周期d、外界的折射率n2的關(guān)系的圖。圖10F是表示，當(dāng)入射光λ為600nm時(shí)的、光提取的入射角幅度Λ Θ eaN、紋理周期d、外界的折射率n2的關(guān)系的圖。圖10G是表示，當(dāng)入射光λ為650nm時(shí)的、光提取的入射角幅度Λ Θ eaN、紋理周期d、外界的折射率n2的關(guān)系的圖。圖10H是表示，當(dāng)入射光λ為700nm時(shí)的、光提取的入射角幅度Λ Θ eaN、紋理周期d、外界的折射率n2的關(guān)系的圖。圖101是表示，當(dāng)入射光λ為750nm時(shí)的、光提取的入射角幅度Λ Θ eaN、紋理周期d、外界的折射率n2的關(guān)系的圖。圖1OJ是表示，當(dāng)入射光λ為800nm時(shí)的、光提取的入射角幅度Λ Θ eaN、紋理周期d、外界的折射率n2的關(guān)系的圖。圖11是表示以m面為主面的氮化物類半導(dǎo)體活性層的電場(chǎng)方向與凹凸構(gòu)造的關(guān)系的圖。圖12是表示具有除c面外的結(jié)晶面的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的第二構(gòu)造的圖。圖13是表示具有除c面外的結(jié)晶面的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的變形例的第二構(gòu)造的圖。圖14是表示具有除c面外的結(jié)晶面的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的變形例的第二構(gòu)造的圖。圖15是表示經(jīng)過對(duì)未實(shí)施表面改性工序的m面GaN基板覆蓋膠態(tài)結(jié)晶層的工序的結(jié)果的圖。圖16A是表示經(jīng)過對(duì)實(shí)施了表面改性工序的m面GaN基板覆蓋膠態(tài)結(jié)晶層的工序的基板的掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察影像的圖。圖16B是表不對(duì)覆蓋有I父態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板實(shí)施干蝕刻后的基板上表面的SEM觀察影像的圖。圖16C是表不對(duì)覆蓋有I父態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板實(shí)施干蝕刻后的基板截面的SEM觀察影像的圖。圖17是表示通過光刻工序形成有直徑10 μ m的半球形狀的m面GaN基板上的SEM立體像的圖。圖18是表示在縱軸標(biāo)繪有通過實(shí)測(cè)得到的發(fā)光強(qiáng)度的配光特性的圖。圖19是表示以0°的發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化的配光特性(光分布特性)的圖。圖20A是表示對(duì)膠態(tài)結(jié)晶層實(shí)施6分鐘干蝕刻后的基板上表面的SEM觀察影像的圖。圖20B是表示對(duì)膠態(tài)結(jié)晶層實(shí)施6分鐘干蝕刻后的基板截面的SEM觀察影像的圖。圖21A是表示直徑IOOnm的SiO2納米粒子層疊2層的膠態(tài)結(jié)晶層的SEM觀察影像。圖21B是表示對(duì)2層膠態(tài)結(jié)晶層實(shí)施干蝕刻后的基板上表面的SEM觀察影像的圖。圖21C是表不對(duì)2層膠態(tài)結(jié)晶層實(shí)施干蝕刻后的基板上表面的放大后的SEM觀察影像的圖。圖22A是表示覆蓋有直徑IOOnm的SiO2納米粒子形成的膠態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板的SEM觀察影像的圖。圖22B是表示對(duì)覆蓋有直徑IOOnm的SiO2納米粒子形成的膠態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板實(shí)施干蝕刻后的基板上表面的SEM觀察影像的圖。圖22C是表示對(duì)覆蓋有直徑IOOnm的SiO2納米粒子形成的膠態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板實(shí)施干蝕刻后的基板截面的SEM觀察影像的圖。圖23A是表示覆蓋有直徑500nm的SiO2納米粒子形成的膠態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板的光學(xué)顯微鏡觀察影像的圖。圖23B是表示對(duì)覆蓋有直徑500nm的SiO2納米粒子形成的膠態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板實(shí)施干蝕刻后的基板上表面的SEM觀察影像的圖。圖23C是表示對(duì)覆蓋有直徑500nm的SiO2納米粒子形成的膠態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板實(shí)施干蝕刻后的基板截面的SEM觀察影像的圖。圖24A是表示覆蓋有直徑10 μ m的苯并胍胺(benzoguanamine,苯代三聚氰胺)、三聚氰胺(melamine,蜜胺)、甲醒(formaldehyde)縮合物(condensate)粒子形成的膠態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板的光學(xué)顯微鏡觀察影像的圖。圖24B是表示對(duì)覆蓋有直徑IOym的苯并胍胺-三聚氰胺-甲醛縮合物粒子形成的膠態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板實(shí)施干蝕刻后的基板上表面的SEM觀察影像的圖。圖24C是表示對(duì)覆蓋有直徑10 μ m的苯并胍胺-三聚氰胺-甲醛縮合物粒子形成的膠態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板實(shí)施干蝕刻后的基板截面的SEM觀察影像的圖。圖25A是表示濕蝕刻后的m面GaN基板的_c軸端附近的SEM觀察影像的圖。圖25B是表示濕蝕刻后的m面GaN基板的+c軸端附近的SEM觀察影像的圖。圖26是表不白色光源的實(shí)施方式的截面圖。圖27是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的表面改性半導(dǎo)體的制造方法的一例的流程圖。
具體實(shí)施例方式從以m面等的非極性面、半極性面為主面的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出偏振光。以具有這樣的偏振光的發(fā)光兀件為光源時(shí)，根據(jù)偏振光的方向、即發(fā)光兀件的設(shè)置方向的不同，物體表面的反射量不同，所以物體被看見的方式發(fā)生改變。這是由于，根據(jù)其是P偏振光還是S偏振光，反射率不同(S偏振光比P偏振光的反射率高)。因此，在直接利用光的偏振特性的應(yīng)用中，偏振度的提高是重要的，但是，在一般的照明用途中，當(dāng)具有偏振光時(shí)，性能將會(huì)發(fā)生惡化。而且，光具有在相對(duì)于偏振方向垂直的方向行進(jìn)的性質(zhì)，因此由氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光兀件產(chǎn)生的光發(fā)生偏振時(shí)，由兀件產(chǎn)生的光偏離于朗伯(Lambert)余弦定律(Lambertian,朗伯分布)形狀的配光特性(光分布特性)。這些課題，在以非極性面、半極性面為主面的氮化鎵類發(fā)光元件中尤其顯著地出現(xiàn)，對(duì)于以非極性面、半極性面為主面的發(fā)光元件的實(shí)用化而言是很大的阻礙。于是，為了提高光提取效率，考慮到在氮化鎵類發(fā)光元件表面設(shè)置細(xì)微的凹凸構(gòu)造的方法。在現(xiàn)有技術(shù)中的以c面為結(jié)晶生長(zhǎng)的主面的氮化鎵類發(fā)光元件中，通過在KOH等的酸性水溶液中進(jìn)行濕蝕刻的技術(shù)，利用以氮等的VA族元素為終端的-C (000-1)面為化學(xué)活性、即其是不穩(wěn)定的、因而選擇性地溶解的情況，能夠設(shè)置細(xì)微的凹凸構(gòu)造。但是，以m面等為結(jié)晶生長(zhǎng)的主面的氮化鎵類發(fā)光元件，因?yàn)椴痪哂羞x擇性地溶解的結(jié)晶面，因此不能夠適用現(xiàn)有技術(shù)中的使用酸性水溶液的技術(shù)?；谶@種情況，為了在以m面為主面的氮化鎵類發(fā)光元件的表面設(shè)置細(xì)微構(gòu)造，能夠考慮使用經(jīng)過光刻工序的干蝕刻技術(shù)。但是，為了設(shè)置可見光波長(zhǎng)區(qū)域的細(xì)微構(gòu)造，需要使用價(jià)格非常昂貴的液浸曝光裝置、極紫外線(EUV)曝光裝置，或者使用制造時(shí)間非常長(zhǎng)的電子束(EB)曝光裝置，這些情況均不適合量產(chǎn)。
本發(fā)明的發(fā)明人，發(fā)現(xiàn)了如上所述的以m面等的非極性面、半極性面為主面的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件具有發(fā)生偏振的課題、配光特性偏離朗伯分布的課題、提高光提取效率的課題。本發(fā)明的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件包括:半導(dǎo)體層疊構(gòu)造，其由氮化鎵類半導(dǎo)體形成，包含生成偏振光的活性層；和與上述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造接觸，將載流子注入上述活性層的電極構(gòu)造，上述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造在除c面外的結(jié)晶面的至少一部分具備形成有凹凸構(gòu)造的光提取面，上述凹凸構(gòu)造配置與上述結(jié)晶面上，具有相對(duì)于上述光提取面的法線方向并非軸對(duì)稱的形狀的凸部。上述凹凸構(gòu)造中的粗糙度曲線要素(單元)的平均長(zhǎng)度(RSm)為150nm以上且800nm以下。在一實(shí)施方式中，上述凸部具有相對(duì)于偏振光的偏振方向大于O度且不足90度的面。在一實(shí)施方式中，上述凹凸構(gòu)造包含具有不規(guī)則形狀的凸部。在一實(shí)施方式中，上述凹凸構(gòu)造包含有在上述結(jié)晶面上的不規(guī)則的位置形成的凸部。在一實(shí)施方式中，上述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造包含具有上述光提取面的氮化鎵類半導(dǎo)體基板。在一實(shí)施方式中，上述凹凸構(gòu)造中的上述凸部的個(gè)數(shù)密度的范圍為I個(gè)/μ Hi2以上且50個(gè)/μ Hi2以下。在一實(shí)施方式中，上述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造具備:形成在上述基板上、夾著上述活性層的包含氮化鎵類半導(dǎo)體的第一傳導(dǎo)區(qū)域和第二傳導(dǎo)區(qū)域；與上述第一傳導(dǎo)區(qū)域相接的第一電極；和與上述第二傳導(dǎo)區(qū)域相接的第二電極，從上述活性層射出的光，主要從上述光提取面被提取至外部。在一實(shí)施方式中，上述凹凸構(gòu)造的粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm)為150nm以上且400nm以下。在一實(shí)施方式中，上述凹凸構(gòu)造的算術(shù)平均粗糙度(Ra)為IOnm以上且800nm以下。在一實(shí)施方式中，構(gòu)成上述凹凸構(gòu)造的上述凸部的形狀為三棱錐狀、大致三棱錐狀、或這些的組合。在一實(shí)施方式中，在上述凹凸構(gòu)造的至少一部分的凸部的頂部，存在與上述凹凸構(gòu)造的其它部分的材料不同的材料。在一實(shí)施方式中，上述除c面外的結(jié)晶面，是從c面起傾斜18度以上且90度以下的面。在一實(shí)施方式中，上述除c面外的結(jié)晶面為m面、a面、+r面或_r面。在一實(shí)施方式中，上述基板為m面GaN基板。在實(shí)施方式中，光源具備:上述任一種氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光兀件；和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部，其包含對(duì)從上述活性層發(fā)出的光的波長(zhǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的熒光物質(zhì)。在實(shí)施方式中，凹凸構(gòu)造形成方法包括:準(zhǔn)備在表面具有除c面外的結(jié)晶面的氮化鎵類半導(dǎo)體的工序(so);在上述工序SO之后，對(duì)上述表面進(jìn)行改性(改質(zhì))的工序(SI)；在上述工序SI之后，在上述改性后的表面配置多個(gè)粒子的工序(S2);和在上述工序S2之后，通過干蝕刻對(duì)上述表面進(jìn)行蝕刻，在上述氮化鎵類半導(dǎo)體的除C面外的結(jié)晶面的至少一部分的區(qū)域形成凹凸構(gòu)造的工序(S3)，上述凹凸構(gòu)造中的粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm)為150nm以上且800nm以下。在一實(shí)施方式中，上述工序S2包含:在含有上述多個(gè)粒子的溶液中浸入上述氮化鎵類半導(dǎo)體的工序(S2A);和在上述工序S2A之后，將上述氮化鎵類半導(dǎo)體從上述溶液提起的工序(S2B)。在一實(shí)施方式中，在上述工序S2中使用的溶液是親水性溶液。在一實(shí)施方式中，在上述工序S2中使用的溶液是選自水、甲醇(methanol)、乙醇、苯酹(phenol)、乙二醇和醋酸(acetic acid)中的至少一種。在一實(shí)施方式中，上述工序SI包含將上述除c面外的結(jié)晶面暴露于含氧原子的氣氛中、對(duì)上述除c面外的結(jié)晶面進(jìn)行氧化的工序。在一實(shí)施方式中，在上述工序S2中使用的上述多個(gè)粒子的至少表面具有親水性。在一實(shí)施方式中，在上述工序S2中使用的上述多個(gè)粒子由選自Si02、TiO2, ZnO、Au、Ag、聚苯乙烯、苯并胍胺-三聚氰胺-甲醛縮合物和聚甲基丙烯酸甲酯類交聯(lián)物中的至少一種形成。以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。(實(shí)施方式I)首先，參照?qǐng)D4A和圖4B，對(duì)本發(fā)明的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件的第一實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的氮化鎵(GaN)類半導(dǎo)體發(fā)光元件10具有:包含生成偏振光的活性層73的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造20，和與半導(dǎo)體層疊構(gòu)造20接觸、向活性層73注入載流子的電極構(gòu)造(η型電極75、P型電極76)。該半導(dǎo)體層疊構(gòu)造20由氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成，在除c面以外的氮化鎵類半導(dǎo)體結(jié)晶面的至少一部分具備形成有凹凸構(gòu)造60的光提取面50。在本說明書中，“光提取面”是指氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件的立體形狀具有的表面中，光主要被提取出的區(qū)域。如本實(shí)施方式所述這樣，當(dāng)在光提取面50形成有細(xì)微的凹凸時(shí)，凹凸的表面包含朝向各個(gè)方位的多個(gè)微觀的面，但是光提取面50的面的構(gòu)造從宏觀上來看是由多個(gè)微觀的面構(gòu)成的。因此，光提取面50并不對(duì)應(yīng)于氮化鎵類半導(dǎo)體與其外部之間的嚴(yán)密的邊界。為了易于清楚地明白，將圖中的光提取面50記載為位于氮化鎵類半導(dǎo)體與其外部的邊界的內(nèi)側(cè)。作為光提取面50，典型的是平面的，但宏觀觀察時(shí)其整體或一部分可以是彎曲的，或者可以是與光的波長(zhǎng)相比尺寸足夠大的凸部或凹部被包含于光提取面50的一部分的情況。在圖示的例子中，平面狀的光提取面50的整體由除c面外的結(jié)晶面構(gòu)成，但在光提取面50的一部分區(qū)域包含c面的結(jié)晶面也可以。這樣的光提取面50具有與賦予凹凸構(gòu)造60前的氮化鎵類半導(dǎo)體表面平行的關(guān)系。構(gòu)成凹凸構(gòu)造60的凸部，配置于上述結(jié)晶面(除c面外的結(jié)晶面)上，凹凸構(gòu)造60的表面的粗糙度曲線要素(單元)的平均長(zhǎng)度(RSm)為150nm以上且SOOnm以下。在此，“粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm) ”是將一定基準(zhǔn)長(zhǎng)度中的粗糙度曲線所含有的I周期的量的凹凸產(chǎn)生的長(zhǎng)度平均后的值。凹凸構(gòu)造的周期為d時(shí)，RSm = d是成立的。凹凸構(gòu)造60的表面的粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm)可以為150nm以上且400nm以下。另外，凹凸構(gòu)造60的算術(shù)平均粗糙度(Ra)可以為IOnm以上且800nm以下。該凹凸構(gòu)造60也可以包含具有不規(guī)則形狀的凸部。另外也可以包含在上述結(jié)晶面上的不規(guī)則的位置形成的凸部。凹凸構(gòu)造60的形態(tài)、制作方法在后面敘述。在圖4A和圖4B所不的例子中，半導(dǎo)體層置構(gòu)造20包括:基板71 ;層置在基板71上的η型氮化鎵類半導(dǎo)體層72 ;在η型氮化鎵類半導(dǎo)體層72上形成的氮化鎵類半導(dǎo)體活性層73 ;和在氮化鎵類半導(dǎo)體活性層73上形成的P型氮化鎵類半導(dǎo)體層74。半導(dǎo)體層疊構(gòu)造20安裝于形成有多個(gè)配線80的安裝基板20上。在圖4Α所示的例子中，在半導(dǎo)體層疊構(gòu)造20的同一側(cè)配置有η型電極75和P型電極76，這些電極75、76經(jīng)由凸起部(bump)90與安裝基板30的配線80連接。圖4A的安裝具有基板71與活性層73相比更加遠(yuǎn)離安裝基板30、所謂“面向下構(gòu)造”的結(jié)構(gòu)。在該例子中，光提取面50位于基板71的背面?zhèn)?。另一方面，在圖4B所示的例子中，在半導(dǎo)體層疊構(gòu)造20的不同側(cè)配置有η型電極75和P型電極76。在圖示的例子中，η型電極75設(shè)置于基板71的背面，經(jīng)由凸起部90與安裝基板30的配線80連接。另外，P型電極76由透明導(dǎo)電材料層構(gòu)成，覆蓋凹凸構(gòu)造60的表面的較大范圍。P型電極76通過接合線85與安裝基板30的配線80連接。圖4Β的安裝具有活性層73相比于基板71更加遠(yuǎn)離安裝基板30、所謂“面向上構(gòu)造”的結(jié)構(gòu)。在該例子中，光提取面50位于在基板71上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的一側(cè)。此外，不管在上述哪一個(gè)結(jié)構(gòu)例中，基板71都不是不可缺少的，在制造工序的中途其一部分可以被除去，也可以全部被除去。接著，參照?qǐng)D5Α、圖5Β和圖5C，對(duì)形成圖4Α和圖4Β所示的凹凸構(gòu)造60的方法的一例進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備圖5Α所示的GaN類半導(dǎo)體40。該半導(dǎo)體40是在表面具有除c面外的結(jié)晶面400的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的一部分。在圖5A中，未記載圖4A和圖4B所不的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造20的整體，僅提取出半導(dǎo)體層疊構(gòu)造20中的、形成有凹凸構(gòu)造60的面的附近作為半導(dǎo)體40進(jìn)行記載。因此，該半導(dǎo)體40可以是圖4A的基板71的一部分，另外也可以是圖4B的P型氮化鎵類半導(dǎo)體層74。在圖5A中，在光提取面50之上圖不有表面層42。表面層42是半導(dǎo)體40之中在此后的工序中加工的層。在圖5A中，在表面層42和半導(dǎo)體40之間記載有光提取面50，但將表面層42與半導(dǎo)體40相區(qū)別的明確的邊界是不存在的，兩者在物理上是連續(xù)的。在本實(shí)施方式中，對(duì)表面層42的最表面(最外側(cè)面)進(jìn)行使用氧化反應(yīng)的改性(表面改性)，由此控制潤(rùn)濕性。具體而言，通過例如暴露于氧等離子體氣氛中，提高親水性。本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果顯示，通常情況下，氮化鎵類半導(dǎo)體是親水性的，但通過以使其接近“超親水性”的方式對(duì)潤(rùn)濕性進(jìn)行控制，能夠提高本發(fā)明的實(shí)施方式的效果。接著，如圖5B所示，將GaN類半導(dǎo)體40的結(jié)晶面400以膠態(tài)結(jié)晶層44覆蓋?！澳z態(tài)結(jié)晶”意思是指具有亞微米(submicron)級(jí)別的大小(10_9 10_6m)的粒子(膠體粒子)周期式排列的構(gòu)造，“膠態(tài)結(jié)晶層”是指膠態(tài)結(jié)晶的層。構(gòu)成膠態(tài)結(jié)晶層的粒子以與可見光的波長(zhǎng)相同程度的周期排列。這樣的周期式構(gòu)造，能夠通過自組織工藝形成。但是，為了將半導(dǎo)體表面以膠態(tài)結(jié)晶層覆蓋，需要充分地控制半導(dǎo)體表面的潤(rùn)濕性。通過上述潤(rùn)濕性控制工序，能夠提高膠態(tài)結(jié)晶層44的覆蓋率。作為膠態(tài)結(jié)晶層44的覆蓋方法，能夠使用通過浸潰涂布法(dip coating，拉涂法)進(jìn)行的從膠體溶液向表面層42的自組織工藝。在該工序中應(yīng)當(dāng)控制的主要的條件是膠體溶液的溶劑種類、膠體溶液的溶質(zhì)種類、膠體溶液的濃度、浸潰涂布的提拉速度。作為溶劑，能夠使用溶解度參數(shù)(solubility parameter)大的極性溶劑,例如水、甲醇、乙醇、苯酹、乙二醇、醋酸,也能夠使用純水。作為溶質(zhì)，能夠使用粒徑分布小的球形的親水性溶質(zhì)，例如SiO2，TiO2，ZnO,Au,Ag,聚苯乙烯，苯并胍胺-三聚氰胺-甲醛縮合物，聚甲基丙烯酸甲酯類交聯(lián)物中的任一種，或者由這些物質(zhì)的組合形成的粒子。粒徑例如為50nm以上且700nm以下。粒徑能夠設(shè)定為IOOnm以上且500nm以下。膠體溶液的濃度例如為IOvol %以下。浸潰涂布的提拉速度例如為lOcm/h以下。具有被施加了潤(rùn)濕性控制的表面層42的半導(dǎo)體40，浸入上述膠體溶液后，通過在上述提拉速度的范圍內(nèi)的提拉，能夠使表面層42被膠態(tài)結(jié)晶層44覆蓋。接著，將該膠態(tài)結(jié)晶層44作為掩模，對(duì)GaN類半導(dǎo)體40的結(jié)晶面400進(jìn)行蝕刻。不僅是GaN類半導(dǎo)體40的結(jié)晶面400，膠態(tài)結(jié)晶層44也被蝕刻，因此依賴于構(gòu)成膠態(tài)結(jié)晶層44的粒子的排列圖案的凹凸形成于GaN類半導(dǎo)體40的結(jié)晶面400。這樣，能夠得到圖5C所示這樣的具備凹凸構(gòu)造60的半導(dǎo)體40。蝕刻能夠?yàn)槔缡褂寐葰獾母晌g刻。通過調(diào)整蝕刻的時(shí)間、蝕刻條件，能夠控制構(gòu)成凹凸構(gòu)造62的凸部的尺寸、形狀。此外，雖然圖5C中在凹凸構(gòu)造60和半導(dǎo)體40之間記載有邊界線，但現(xiàn)實(shí)中兩者之間是沒有明確的邊界的。如上所述，膠態(tài)結(jié)晶層由周期式排列的粒子構(gòu)成。但是，對(duì)被膠態(tài)結(jié)晶層覆蓋的半導(dǎo)體表面進(jìn)行蝕刻后，形成于半導(dǎo)體表面的凹凸構(gòu)造具有大量形狀不規(guī)則的凸部。其原因能夠被考慮為膠態(tài)結(jié)晶層由大量的粒子構(gòu)成，具有形狀復(fù)雜的開口部，因此半導(dǎo)體表面的蝕刻進(jìn)行得不均勻。通過調(diào)整構(gòu)成膠態(tài)結(jié)晶層的粒子的形狀、尺寸、材料、粒徑分布、蝕刻條件，能夠形成多種多樣的凹凸構(gòu)造。另外，結(jié)晶面上配置有各粒子的部分未被蝕刻或幾乎未被蝕刻而成為凸部，構(gòu)成凹凸構(gòu)造的凸部排列于結(jié)晶面上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，即使使用具有可見光的波長(zhǎng)程度的直徑的粒子，也能夠比較容易地制作膠態(tài)結(jié)晶層。因此，與通過光刻制作的掩模圖案相比，能夠形成更細(xì)微的凹凸。另外，本發(fā)明的實(shí)施方式的凹凸構(gòu)造，在隨機(jī)包含形狀不規(guī)則的凸部這一點(diǎn)，與由光刻法形成的凹凸構(gòu)造不同。此外，能夠?qū)⑿纬捎斜景l(fā)明的實(shí)施方式的凹凸構(gòu)造的半導(dǎo)體的表面稱為“紋理表面(textured surface)”。本發(fā)明的實(shí)施方式的凹凸構(gòu)造中的上述凸部的個(gè)數(shù)密度的范圍能夠?yàn)槔鏘個(gè)/ μ m2以上且50個(gè)/ μ m2以下。接著，參照?qǐng)D6，對(duì)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77進(jìn)行說明。圖6所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77具備:在表面和背面具有除c面外的結(jié)晶面的GaN基板71 ;在具有上述結(jié)晶面的GaN基板71上形成的η型氮化物半導(dǎo)體層72 ;氮化物半導(dǎo)體活性層73 ；ρ型氮化物半導(dǎo)體層74、；與P型氮化物半導(dǎo)體層74相接的ρ型電極76 ;和與η型氮化物半導(dǎo)體層72相接的η型電極75。光提取面50位于具有除c面外的結(jié)晶面的GaN基板71的背面?zhèn)龋葱纬捎笑切偷锇雽?dǎo)體層72的面的相反側(cè)的面。在本實(shí)施方式中，在該光提取面50形成有凹凸構(gòu)造60。除c面外的結(jié)晶面是指，例如GaN類半導(dǎo)體表面的主面的結(jié)晶面從GaN的c軸起傾斜18度以上90度以下的結(jié)晶面。對(duì)于從GaN的c軸起傾斜18度以上90度以下的結(jié)晶面適用本實(shí)施方式是有效的，其原因在于GaN類半導(dǎo)體基板表面的原子構(gòu)造。Sp3混合軌道中原子鍵(鍵)所成的角度為108度。由此，在從c軸起以作為從該值減去90度的值得到的18度以上傾斜的GaN結(jié)晶面，在結(jié)晶表面存在2個(gè)以上的原子鍵，可以說是與c面GaN不同的原子構(gòu)造。于是，能夠考慮到實(shí)施方式在從GaN的c軸起傾斜至少18度以上的結(jié)晶面是有效的。m面GaN和a面GaN的表面從GaN的c軸傾斜90度，屬于該范圍。另外，_r面GaN和+r面GaN的表面從GaN的c軸傾斜大約43度，屬于該范圍。在本實(shí)施方式中，基板71為具有使從氮化物半導(dǎo)體活性層73發(fā)出的光具有偏振特性的面方位的基板即可。例如，可以是m面GaN基板，也能夠使用a面等的非極性面、r面或{11-22}面等的半極性面出現(xiàn)于表面的基板。當(dāng)這樣選擇基板71的表面時(shí)，從氮化物半導(dǎo)體活性層73放出的光將具有偏振特性。例如，形成在m面上的氮化物半導(dǎo)體活性層73，主要射出電場(chǎng)強(qiáng)度向與a軸平行的方向偏斜的光。形成在a面上的氮化物半導(dǎo)體活性層，主要射出電場(chǎng)強(qiáng)度向與m軸平行的方向偏斜的光。在作為半極性面的{11-22}面上形成的氮化物半導(dǎo)體活性層73，在氮化物半導(dǎo)體活性層73的In的組成小的情況下主要射出電場(chǎng)強(qiáng)度向與m軸平行的方向偏斜的光，在氮化物半導(dǎo)體活性層73的In的組成大的情況下主要射出電場(chǎng)強(qiáng)度向與[-1-123]方向平行的方向偏斜的光。這樣的半極性面上的氮化物半導(dǎo)體活性層73的偏振特性，由價(jià)電子帶(價(jià)帶)的上部2個(gè)帶(A帶和B帶)的動(dòng)作決定。但是，根據(jù)施加在氮化物半導(dǎo)體活性層73的變形量、量子限制效應(yīng)，偏振特性有時(shí)被左右。在此“m面”不僅是指相對(duì)于m面完全平行的面，還包含從m面起傾斜±5°以下的角度的面。從m面略微傾斜的程度對(duì)于自發(fā)極化的影響非常小。在結(jié)晶生長(zhǎng)技術(shù)中，與表面和結(jié)晶方位嚴(yán)密地一致的基板相比，在表面略微傾斜的基板上更容易使半導(dǎo)體層外延生長(zhǎng)(epitaxial growth)。因此,為了充分抑制自發(fā)極化的影響并同時(shí)提高外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的質(zhì)量、提高結(jié)晶生長(zhǎng)速度，使結(jié)晶面傾斜有時(shí)是有用的。另外，這對(duì)于m面以外的非極性面和半極性面也是成立的。

η型氮化物半導(dǎo)體層72由例如η型的AluGavInwN(u+v+w = l、u彡0、v彡0、w彡O)構(gòu)成。作為η型摻雜物，能夠使用硅(Si)。P型氮化物半導(dǎo)體層74由例如P型的AlsGatN(s+t = 1，s彡0，t彡O)半導(dǎo)體構(gòu)成。作為P型摻雜物，例如添加有Mg。作為Mg以外的P型摻雜物，還可以使用例如Zn、Be等。在P型氮化物半導(dǎo)體層74中，Al的組成比例s可以在厚度方向一致，Al的組成比例s也可以在厚度方向連續(xù)或階段性地變化。具體而言，P型氮化物半導(dǎo)體層74的厚度例如為0.05 μ m以上且2 μ m以下的程度。P型氮化物半導(dǎo)體層74的上表面附近，即與P型電極76的截面附近，能夠由Al的組成比例s為O的半導(dǎo)體、即GaN形成。另外，此時(shí)，在GaN能夠以高濃度含有P型的雜質(zhì)，也可以使該區(qū)域作為接觸層起作用。氮化物半導(dǎo)體活性層73例如具有厚度為3nm以上且20nm以下程度的Ga1-JnxN阱層、厚度為5nm以上30nm以下程度的Ga卜yInyN講層((Xy〈x〈l)和勢(shì)魚層(barrier layer>阻擋層)交替層疊的GalnN/GalnN多重量子阱(MQW)構(gòu)造。從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77射出的光的波長(zhǎng)，由作為上述阱層的半導(dǎo)體組成的Ga1-JnxN半導(dǎo)體中的In的組成x決定。例如，在形成于m面上的氮化物半導(dǎo)體活性層73不產(chǎn)生壓電電場(chǎng)。因此，即使增加In組成，發(fā)光效率的降低也受到抑制。η型電極75例如包含Ti層和Pt層的層疊構(gòu)造(Ti/Pt)等。在一實(shí)施方式中，ρ型電極76大致覆蓋ρ型氮化物半導(dǎo)體層74的表面整體。ρ型電極76由Pd層和Pt層的層疊構(gòu)造(Pd/Pt)等構(gòu)成。此外，在本實(shí)施方式中，在氮化物半導(dǎo)體活性層73和ρ型氮化物半導(dǎo)體層74之間，也可以形成未摻雜的(undoped)GaN層81 (參照?qǐng)D7)。另外，在P型氮化物半導(dǎo)體層74的內(nèi)部，可以形成ρ-AlGaN層91 (參照?qǐng)D8)。通過設(shè)置P-AlGaN層91，而能夠抑制動(dòng)作時(shí)電子的溢流。光提取面50位于基板71的背面?zhèn)取⒓次挥谛纬捎笑切偷锇雽?dǎo)體層72的面的相反側(cè)的面。在該光提取面50形成有凹凸構(gòu)造60。通過該結(jié)構(gòu)，不僅能夠提高光提取效率，而且能夠降低偏振度，提高配光特性。接著，對(duì)于本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77的制造方法，再次用圖6進(jìn)行說明。首先，在將除c面外的結(jié)晶面作為主面的η型GaN基板71上，通過MOCVD法等使η型氮化物半導(dǎo)體層72外延結(jié)晶生長(zhǎng)。例如，使用Si作為η型雜質(zhì)，供給TMG(Ga(CH3)3)和NH3作為原料，以900°C以上1100°C以下的程度的生長(zhǎng)溫度，形成由GaN構(gòu)成的厚度為I μ m以上3 μ m以下程度的η型氮化物半導(dǎo)體層72。接著，在η型氮化物半導(dǎo)體層72之上，形成氮化物半導(dǎo)體活性層73。氮化物半導(dǎo)體活性層73例如具有厚度為15nm的Ga1-JnxN阱層、厚度為30nm的GaN勢(shì)壘層交替層疊的GalnN/GaN多重量子阱(MQW)構(gòu)造。在形成Ga1-JnxN阱層時(shí)，為了進(jìn)行In的取入，能夠使生長(zhǎng)溫度下降至800°C。根據(jù)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77的用途選擇發(fā)光波長(zhǎng)，決定與波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的In組成X。在使波長(zhǎng)為450nm(藍(lán)色)時(shí)，決定In組成x為0.18以上且0.2以下。當(dāng)為520nm(綠色)時(shí)，x = 0.29以上且0.31以下，當(dāng)為630nm(紅色)時(shí)，x = 0.43以上且0.44以下。如圖7所示，在氮化物半導(dǎo)體活性層73上，例如在堆疊有厚度為15nm以上且50nm以下的未摻雜GaN層81時(shí),在未摻雜GaN層81上,形成ρ型氮化物半導(dǎo)體層74。在形成ρ型氮化物半導(dǎo)體層74時(shí)，例如使用Cp2Mg (cyclopentadienyl magnesium、二茂鎂)供給TMG和NH3作為原料。能夠以900°C以上1100°C以下的生長(zhǎng)溫度，形成厚度為50nm以上300nm以下程度的P型GaN構(gòu)成的ρ型氮化物半導(dǎo)體層74。另外，如圖8所示，在ρ型氮化物半導(dǎo)體層74的內(nèi)部，形成厚度為15nm以上30nm以下程度的ρ-AlGaN層91時(shí),能夠在動(dòng)作時(shí)抑制電子的溢流(overflow)。再次參照?qǐng)D6。形成ρ型氮化物半導(dǎo)體層74后，以800°C以上900°C以下程度的溫度進(jìn)行20分左右的熱處理。接著，用氯類氣體進(jìn)行干蝕刻，由此將ρ型氮化物半導(dǎo)體層74、氮化物半導(dǎo)體活性層73和η型氮化物半導(dǎo)體層72的一部分除去而形成凹部，露出η型氮化物半導(dǎo)體層72的一部分。接著，以與露出的η型氮化物半導(dǎo)體層72的一部分相接的方式形成η型電極75。例如形或Ti/Pt層作為η型電極75。進(jìn)而，以與ρ型氮化物半導(dǎo)體層的74相接的方式形成P型電極76。例如形成Pd/Pt層作為ρ型電極76。其后，進(jìn)行熱處理，將η型電極75的Ti/Pt層和n型氮化物半導(dǎo)體層72、P型電極76的Pd/Pt層和p型氮化物半導(dǎo)體層74合金化。其后，以直至50 300 μ m的程度對(duì)η型GaN基板71進(jìn)行研磨而使其薄膜化。通過薄膜化，不僅使切割(dicing)變得容易，而且能夠抑制氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77內(nèi)部的光吸收。這樣，對(duì)完成研磨工序的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77的光提取面50，通過前面敘述的方法，形成圖5C所示的凹凸構(gòu)造60。接著，除去在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77的電極側(cè)施加的覆蓋材料。例如將剝離抗蝕劑(lift-off resist)作為覆蓋材料時(shí)，能夠使用抗蝕劑去除液簡(jiǎn)單地將其除去。其后進(jìn)行有機(jī)清洗，由此能夠得到具有凹凸構(gòu)造60的潔凈的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77。這樣制成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77，通過切割而分割為單獨(dú)的片，安裝至由氧化鋁、A1N、樹脂性基板等制成的安裝基板。在將S1、Ge等用作安裝基板時(shí)，表面優(yōu)選被絕緣膜覆蓋。配線配合氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77的電極形狀而配置即可。對(duì)于配線，能夠使用Cu、Au、Ag、Al等。這些材料通過濺射法、鍍層法等形成于安裝基板上。接著,參照?qǐng)D9,對(duì)凹凸構(gòu)造60的功能進(jìn)行說明。圖9是示意性地表示在凹凸構(gòu)造60發(fā)生的m次衍射光的截面圖。在圖9中，僅表示了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77中形成有凹凸構(gòu)造60的部分。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77之中，構(gòu)成光提取面50的部分的材料為氮化鎵(GaN)時(shí)，其折射率neaN為2.5。例如，能夠考慮到未設(shè)置凹凸構(gòu)造60，光提取面50的平坦的面為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77的最表層(最外側(cè)層)的情況。此時(shí)，從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77向折射率為I的外界的大氣射出光時(shí)，在入射角Θ GaN為23.6°時(shí)I次衍射光的出射角Q1Sgcr。S卩，在入射角0_為23.6°以上時(shí)，發(fā)生全反射，因此光不能夠向外界提取。即，在光提取面50為平坦 時(shí)，光的提取入射角幅度Λ 0_為0°至23.6°，因此Λθ^ =
23.6°。接著，能夠考慮到如圖9所示的以任意長(zhǎng)度d這樣的周期形成的凹凸構(gòu)造60形成于光提取面50的情況。該周期d小于I μ m時(shí)，可見光波長(zhǎng)區(qū)域的入射光、具體而言為從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77具有的氮化物半導(dǎo)體活性層73產(chǎn)生的350nm以上800nm以下的入射光，與凹凸構(gòu)造60發(fā)生相互作用，發(fā)生-1次衍射。在該-1次衍射發(fā)生時(shí)，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77的折射率neaN、外界的折射率112、入射角度eeaN、出射角度、入射光的波長(zhǎng)λ、凹凸構(gòu)造的周期d之間滿足下述公式所示的關(guān)系。公式I
, sio θη) - η Α sin β,,:......(公式 I)折射率neaN為2.5，外界的折射率n2為1.0以上且2.6以下，入射角度Θ eaN為0°以上且90。以下，入射光的波長(zhǎng)λ為350nm以上且800nm以下，紋理周期d為IOOnm以上且850nm以下。在此，紋理周期d為在凹凸構(gòu)造60中相鄰的凸部的平均間隔。計(jì)算以該條件取得的出射角度θπ的范圍，當(dāng)出射角度θπ為有限的值、即在-90°以上且90°以下的范圍內(nèi)有解時(shí)，求得對(duì)應(yīng)的入射角度能夠取得的值的范圍、即光提取的入射角幅度Δ 0GaNO其結(jié)果如圖1OA至圖1OJ所示。在圖1OA至圖1OJ中，波長(zhǎng)為350nm到800nm，其按照50nm為單位進(jìn)行變化。此外，如上所述，粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm)是將一定基準(zhǔn)長(zhǎng)度中的粗糙度曲線鎖含有的I周期的量的凹凸產(chǎn)生的長(zhǎng)度平均后的值，因此與凹凸構(gòu)造的周期⑷為相同值。根據(jù)這些結(jié)果，凹凸構(gòu)造60中的紋理周期d、或凸部的尺寸，與光的波長(zhǎng)相比無論是過小還是過大，光提取的入射角幅度Λ Θ eaN都將變窄。對(duì)于波長(zhǎng)為350nm以上800nm以下的入射光，通過使凹凸構(gòu)造的周期d為150nm以上800nm以下的范圍，能夠提高光提取效率。進(jìn)而，通過使凹凸構(gòu)造的周期d為150nm以上400nm以下的范圍，能夠進(jìn)一步提聞光提
取效率。另外，凹凸的形狀或構(gòu)成凹凸形狀的凸部的形狀，為相對(duì)于光提取面50的法線非軸對(duì)稱的形狀即可。其原因在于，如上所述，例如形成于m面上的氮化物半導(dǎo)體活性層73，主要照射電場(chǎng)強(qiáng)度偏向于與a軸平行的方向的光(偏振光),因此例如在形成于m面上的凹凸構(gòu)造60的凸部或凹部具有不與a軸正交的面，或不與a軸平行的面時(shí)，能夠有效地降低偏振度。即，凸部具有相對(duì)于偏振方向?yàn)榇笥贠度且不足90度的面。為了實(shí)現(xiàn)該目的，也可以是不均勻的凹凸形狀。凹凸構(gòu)造60的凸部或者凹部的形狀，例如為圖11所示那樣的三棱錐形狀或大致(generally)為三棱錐形狀時(shí),其表面必然不與a軸正交,也不與a軸平行。(實(shí)施方式2)參照?qǐng)D12、圖13和圖14對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)造的圖。圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的變形例的圖。圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的其它的變形例的圖。本實(shí)施方式2中基板71可以是m面GaN基板，也可以是m面SiC基板上的m面GaN層、r面藍(lán)寶石(sapphire)基板上的m面GaN層等這樣的異種基板上的m面GaN層等。另夕卜，基板71的表面并不限定為m面，只要是具有使從氮化物半導(dǎo)體活性層73發(fā)出的光具有偏振特性的面方位即可。例如，作為基板71，也能夠使用a面等的非極性面、r面或{11-22}面等的半極性面出現(xiàn)于表面的基板。在實(shí)施方式2中，光提取面50位于P型氮化物半導(dǎo)體層74與P型電極76之間，P型電極76使用透明電極。此外，光提取面50是為了方便說明本實(shí)施方式而記載的。在該光提取面50與P型電極76之間形成有凹凸構(gòu)造60。在實(shí)施方式2中，制作具有除c面外的結(jié)晶面的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件的77。在具有于表面具備除c面外的結(jié)晶面的GaN層的基板71，通過MOCVD法等使η型氮化物半導(dǎo)體層72、氮化物半導(dǎo)體活性層73、ρ型氮化物半導(dǎo)體層74外延結(jié)晶生長(zhǎng)。其后，以800°C以上且900°C以下程度的溫度進(jìn)行20分左右的熱處理。此外，可以與實(shí)施方式I同樣，在氮化物半導(dǎo)體活性層73上，堆疊未摻雜GaN層81 (參照?qǐng)D13)。此時(shí)，在未摻雜GaN層81上，形成P型氮化物半導(dǎo)體層74。另外，在P型氮化物半導(dǎo)體層74的內(nèi)部，可以形成P-AlGaN層91 (參照?qǐng)D14)。到此為止工序與實(shí)施方式I相同。接著通過研磨使η型GaN基板71與實(shí)施方式I同樣地被薄膜化。對(duì)該研磨工序?yàn)橹雇瓿珊蟮牡锇雽?dǎo)體發(fā)光元件77的光提取面50，形成圖5C所示的凹凸構(gòu)造60。首先，與實(shí)施方式I同樣地，將未覆蓋膠態(tài)結(jié)晶層44的面、即在實(shí)施方式2的情況下的η型GaN基板71的研磨面，以能夠溶于有機(jī)溶劑的剝離抗蝕劑、石臘(paraffin)等的片材類或帶狀類這種覆蓋部件(覆蓋材料)覆蓋。接著，與實(shí)施方式I同樣地，對(duì)不以抗蝕劑等覆蓋而與外界接觸的表面層42 (參照?qǐng)D5A)的潤(rùn)濕性進(jìn)行控制，以圖5B所示的膠態(tài)結(jié)晶層44覆蓋。作為覆蓋膠態(tài)結(jié)晶層44的方法，與實(shí)施方式I同樣能夠使用通過浸潰涂布法(dip coating、浸潰-提拉法、浸拉法、拉涂法)進(jìn)行的從膠體溶液向表面層42的自組織工藝。這樣，對(duì)由膠態(tài)結(jié)晶層44覆蓋的表面層42進(jìn)行干蝕刻，形成凹凸構(gòu)造60。接著，除去施加于η型GaN基板71的覆蓋部件，實(shí)施有機(jī)清洗。這樣，以與露出的η型GaN基板71的研磨面接觸的方式，形成η型電極75。例如形成Ti/Pt層作為η型電極75。進(jìn)而，以與在ρ型氮化物半導(dǎo)體層的74上形成的凹凸構(gòu)造60相接的方式形成ρ型電極76。例如形成ITO層作為ρ型電極76。其后，進(jìn)行熱處理，將η型電極75的Ti/Pt層和η型GaN基板71、ρ型電極75的ITO層和凹凸構(gòu)造60合金化。這樣制成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件77，通過切割而分割為單獨(dú)的片，安裝至安裝基板。實(shí)施例1作為實(shí)施例1，準(zhǔn)備3個(gè)m面GaN基板，對(duì)3個(gè)基板的正反兩面均進(jìn)行研磨而處理成鏡面狀態(tài)。作為其中的I個(gè)，用膠態(tài)結(jié)晶層制作具有圖5C所示的結(jié)構(gòu)的m面GaN基板。作為膠體溶液的溶質(zhì)，使用作為直徑為IOOnm的SiO2納米粒子的日本觸媒株式會(huì)社(株式會(huì)社日本觸媒)制的二氧化硅球狀微粒子('>一* ^夕一 (SEAH0STAR)(注冊(cè)商標(biāo))KE-P10)，以成為2.0vol %的水溶液的方式進(jìn)行調(diào)制。令浸潰涂布的速度為2.8 μ m/s。這一個(gè)基板不具有活性層、電極這樣的發(fā)光元件的構(gòu)造，正如圖5C所示的形態(tài)。蝕刻使用日本ULVAC株式會(huì)社(株式會(huì)社7 > 々)制的蝕刻裝置(NE-701)，處理?xiàng)l件為天線功率320W、偏置功率30W、氯氣流量50sccm，壓力為0.5Pa、處理時(shí)間為4分。作為比較例，在剩下的2個(gè)中的I個(gè)， 形成使用光刻法形成的微米尺寸的凹凸構(gòu)造，對(duì)于剩下的I個(gè)不進(jìn)行任何處理，正反兩面都為鏡面狀態(tài)。比較例的任意2個(gè)都不具有發(fā)光元件的構(gòu)造。作為在m面GaN基板覆蓋膠態(tài)結(jié)晶層的前置處理，存在以控制潤(rùn)濕性為目的的通過氧等離子體進(jìn)行的表面改性工序。在圖15中，表示經(jīng)過對(duì)未實(shí)施該表面改性工序的m面GaN基板覆蓋膠態(tài)結(jié)晶層的工序的基板的光學(xué)顯微鏡觀察影像。另一方面，圖16A表示經(jīng)過對(duì)實(shí)施了表面改性工序的m面GaN基板覆蓋膠態(tài)結(jié)晶層的工序的基板的掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察影像。根據(jù)圖15，能夠確認(rèn)在縱方向以筋狀固定有膠態(tài)結(jié)晶層的狀態(tài)。另一方面，根據(jù)圖16A，能夠確認(rèn)粒子隨機(jī)分散為I層并且覆蓋m面GaN基板的表面的狀態(tài)。由此，對(duì)于m面GaN基板，顯然表面改性工序是必須的。此外，在通過氧等離子體進(jìn)行的表面改性工序中，使用作為感應(yīng)結(jié)合型的放電方式的日本ULVAC株式會(huì)社制的高密度等離子體蝕刻裝置(NE-500)，處理?xiàng)l件為天線功率500W、偏置功率30W、氧氣流量20sccm，壓力為0.6Pa、處理時(shí)間為30秒。圖16B是表示對(duì)圖16A所示的覆蓋有膠態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板實(shí)施干蝕刻后的基板上表面的SEM觀察影像的圖。另外，圖16C是表不對(duì)圖16A所不的覆蓋有I父態(tài)結(jié)晶層的m面GaN基板實(shí)施干蝕刻后的基板截面的SEM觀察影像的圖。根據(jù)圖16B和圖16C，能夠確認(rèn)寬度IOOnm至300nm、高度約200nm的凹凸構(gòu)造在m面GaN基板表面隨機(jī)形成的情況。另外，根據(jù)圖16C，能夠確認(rèn)在凹凸構(gòu)造上殘留有柱狀的蝕刻掩模的未削落的部分。該凹凸構(gòu)造通過基恩士株式會(huì)社(株式會(huì)社々一二 > ^ )制的激光顯微鏡(VK-9700)測(cè)定線粗糙度和表面粗糙度，根據(jù)任意位置的10 μ m的水平距離得到的單元(要素)的平均長(zhǎng)度RSm為0.27 μ m,根據(jù)任意位置的10 μ mX 10 μ m的水平面積得到的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.02 μ m。在此，單元(要素)的平均長(zhǎng)度RSm是指輪廓曲線要素的平均長(zhǎng)度，算術(shù)平均粗糙度Ra為高度的絕對(duì)值的平均后的數(shù)值，均按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS B0601:2001的定義。圖17是作為比較例實(shí)施的形成有通過光刻工序形成的直徑10 μ m的半球形狀的m面GaN基板上的SEM立體像的圖。該凹凸構(gòu)造通過基恩士株式會(huì)社(株式會(huì)社々一二 >^ )制的激光顯微鏡(VK-9700)測(cè)定線粗糙度和表面粗糙度，根據(jù)任意位置的IOOym的水平距離得到的單元的平均長(zhǎng)度RSm為11.3 μ m，根據(jù)任意位置的100 μ mX 100 μ m的水平面積得到的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.62 μ m。對(duì)上述這樣的準(zhǔn)備好的3個(gè)m面GaN基板進(jìn)行反射率和透過率的測(cè)定。測(cè)定裝置使用在由日本分光株式會(huì)社(日本分光株式會(huì)社)制的紫外可見分光光度計(jì)(V-570)組合絕對(duì)反射率測(cè)定裝置(ARN-475)而成的設(shè)備。測(cè)定通過來自形成有凹凸構(gòu)造的面的相反側(cè)的、鏡面狀態(tài)的面一側(cè)的波長(zhǎng)450nm的入射光測(cè)定，特別是反射率測(cè)定也考慮到多重反射現(xiàn)象而僅求得形成有凹凸構(gòu)造的面的反射率。測(cè)定結(jié)果如表I所示。表I
[
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具備: 半導(dǎo)體層疊構(gòu)造，其由氮化鎵類半導(dǎo)體形成，包含生成偏振光的活性層；和 與所述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造接觸，將載流子注入所述活性層的電極構(gòu)造，其中， 所述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造在除C面外的結(jié)晶面的至少一部分具備形成有凹凸構(gòu)造的光提取面， 所述凹凸構(gòu)造配置于所述結(jié)晶面上，具有相對(duì)于所述光提取面的法線方向非軸對(duì)稱的形狀的凸部， 所述凹凸構(gòu)造中的粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm)為150nm以上SOOnm以下。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述凸部具有相對(duì)于所述偏振光的偏振方向大于O度且不足90度的面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述凹凸構(gòu)造包含具有不規(guī)則形狀的凸部。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述凹凸構(gòu)造包含在所述結(jié)晶面上的不規(guī)則的位置形成的凸部。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造包含具有所述光提取面的氮化鎵類半導(dǎo)體基板。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光兀件,其特征在于: 所述凹凸構(gòu)造中的所述凸部的個(gè)數(shù)密度在I個(gè)/μ HI2以上且50個(gè)/ μ Hi2以下的的范圍。
7.如權(quán)利要求5所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造具備: 形成在所述基板上，夾著所述活性層的由氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的第一傳導(dǎo)區(qū)域和第二傳導(dǎo)區(qū)域； 與所述第一傳導(dǎo)區(qū)域相接的第一電極；和 與所述第二傳導(dǎo)區(qū)域相接的第二電極； 其中， 從所述活性層射出的光，主要從所述光提取面被提取至外部。
8.如權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述凹凸構(gòu)造中的粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm)為150nm以上且400nm以下。
9.如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述凹凸構(gòu)造中的算術(shù)平均粗糙度(Ra)為IOnm以上且SOOnm以下。
10.如權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 構(gòu)成所述凹凸構(gòu)造的所述凸部的形狀為三棱錐狀、大致三棱錐狀或這兩種形狀的組口 ο
11.如權(quán)利要求1 10中任一項(xiàng)所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 在所述凹凸構(gòu)造的至少一部分的凸部的頂部，存在與所述凹凸構(gòu)造的其它部分的材料不同的材料。
12.如權(quán)利要求1 11中任一項(xiàng)所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述除c面以外的結(jié)晶面是從c面起傾斜18度以上且90度以下的面。
13.如權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述除c面以外的結(jié)晶面是m面、a面、+r面或_r面。
14.如權(quán)利要求5或7所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述基板為m面GaN基板。
15.—種光源,其特征在于,具備: 權(quán)利要求1 14中任一項(xiàng)所述的氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件；和 包含對(duì)從所述活性層發(fā)出的光的波長(zhǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的熒光物質(zhì)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部。
16.一種凹凸構(gòu)造形成方法，其特征在于，包括: 準(zhǔn)備在表面具有除c面以外的結(jié)晶面的氮化鎵類半導(dǎo)體的工序(SO)； 在所述工序SO之后，對(duì)所述表面進(jìn)行改性的工序(SI)； 在所述工序SI之后，在所述改性后的表面配置多個(gè)粒子的工序(S2);和在所述工序S2之后，通過干蝕刻對(duì)所述表面進(jìn)行蝕刻，在所述氮化鎵類半導(dǎo)體的除c面以外的結(jié)晶面的至少一部分的區(qū)域形成凹凸構(gòu)造的工序(S3)，其中， 所述凹凸構(gòu)造中的粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm)為150nm以上且SOOnm以下。
17.如權(quán)利要求16所述的凹凸構(gòu)造形成方法，其特征在于: 所述工序S2包括: 在含有所述多個(gè)粒 子的溶液中浸潰所述氮化鎵類半導(dǎo)體的工序(S2A);和 在所述工序S2A之后，將所述氮化鎵類半導(dǎo)體從所述溶液提拉起的工序(S2B)。
18.如權(quán)利要求16或17所述的凹凸構(gòu)造形成方法。
在所述工序S2中使用的溶液為親水性的溶液。
19.如權(quán)利要求16 18中任一項(xiàng)所述的凹凸構(gòu)造形成方法，其特征在于: 在所述工序S2中使用的溶液是選自水、甲醇、乙醇、苯酚、乙二醇和醋酸中的至少一種。
20.如權(quán)利要求16 19中任一項(xiàng)所述的凹凸構(gòu)造形成方法，其特征在于: 所述工序SI包含將所述除C面以外的結(jié)晶面暴露于含氧原子的氣氛中，對(duì)所述除C面以外的結(jié)晶面進(jìn)行氧化的工序。
21.如權(quán)利要求16 20中任一項(xiàng)所述的凹凸構(gòu)造形成方法，其特征在于: 在所述工序S2中使用的所述多個(gè)粒子的至少表面具有親水性。
22.如權(quán)利要求16 21中任一項(xiàng)所述的凹凸構(gòu)造形成方法，其特征在于: 在所述工序S2中使用的所述多個(gè)粒子由選自Si02、TiO2, ZnO、Au、Ag、聚苯乙烯、苯并胍胺-三聚氰胺-甲醛縮合物和聚甲基丙烯酸甲酯類交聯(lián)物中的至少一種形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化鎵類半導(dǎo)體發(fā)光元件，在進(jìn)行對(duì)具有除c面外的結(jié)晶面的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光提取面(50)的表面的潤(rùn)濕性進(jìn)行控制的表面改性之后，在粒子層對(duì)表面進(jìn)行覆蓋。其后，通過進(jìn)行蝕刻，將粗糙度曲線要素的平均長(zhǎng)度(RSm)為150nm以上且800nm以下的凹凸構(gòu)造(60)形成在光提取面(50)。
文檔編號(hào)H01L33/32GK103155182SQ20128000335
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者藤金正樹, 井上彰, 橫川俊哉 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社