得越長(zhǎng),所以光提取效率進(jìn)一步增高。更優(yōu)選的是凸部Ia的高度為600nm以上。另一方面,若凸部Ia的高度為2 μ m以下,則能夠防止由于在基板I形成了凹凸形狀而引起氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的厚度變得過(guò)厚的情況。
[0043]凸部Ia的外形優(yōu)選為圓錐形狀。由此,在以刻面(facet)生長(zhǎng)模式使基底層5進(jìn)行生長(zhǎng)時(shí),容易控制位錯(cuò)的傳播。凸部Ia的間隔并沒(méi)有特別限定。另外,凸部Ia的外形只要是容易控制位錯(cuò)的傳播的形狀即可。如圖1所示,凸部Ia的剖面形狀可以具有帶圓形的前端或帶圓形的斜面。
[0044]<緩沖層>
[0045]緩沖層3是為了消除構(gòu)成基板I的材料與III族氮化物半導(dǎo)體之間的晶格常數(shù)差而設(shè)置的。緩沖層3由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成,優(yōu)選是AlslGatlOulNpul (O ^ si ^ UO ^ tl ^ KO彡ul彡Usl+tl+ul幸O)層,更優(yōu)選是AlN層或AlON層。緩沖層3的厚度優(yōu)選為3nm以上且10nm以下,更優(yōu)選為5nm以上且50nm以下。
[0046]<基底層>
[0047]優(yōu)選基底層5 由 AlxGa1^xN(O ^ x ^ I)構(gòu)成。“基底層 5 由 AlxGa1^xN(O ^ x ^ I)構(gòu)成”包含基底層是AlxGa1J (O彡X彡I)層(單層)的情況和基底層是Al組分比以及Ga組分比的至少一者彼此不同的AlxGahN(O彡X彡I)層的層疊體的情況在內(nèi)。
[0048]基底層5優(yōu)選具有第I基底層5A以及在第I基底層5A之上設(shè)置的第2基底層5B。第I基底層5A優(yōu)選以形成刻面5f(參照?qǐng)D2(b))的刻面生長(zhǎng)模式為主來(lái)生長(zhǎng)。第2基底層5B優(yōu)選以橫向生長(zhǎng)模式為主來(lái)生長(zhǎng)。
[0049]第I基底層5A優(yōu)選是AlGaN層。由此,即使發(fā)光波長(zhǎng)為380nm以下,也能夠防止該光被第I基底層5A吸收。在本說(shuō)明書(shū)中,“AlGaN”是指“AlxGa1J(O < x < I) ”。
[0050]第2基底層5B既可以是Al組分比大于第IAlGaN基底層5A的Al組分比的AlGaN層,也可以是GaN層。但是,在發(fā)光波長(zhǎng)為380nm以下的情況下,若第2基底層5B是GaN層,則第2基底層5B會(huì)吸收光(發(fā)光層11所發(fā)出的光)。另一方面,若第2基底層5B是AlGaN層,則能夠防止第2基底層5B吸收光(發(fā)光層11所發(fā)出的光)。因此,第2基底層5B優(yōu)選為AlGaN層,更優(yōu)選為Al組分比大于第IAlGaN基底層5A的Al組分比的AlGaN層。
[0051]在第2基底層5B是GaN層的情況下,能夠容易地使第2基底層5B以橫向生長(zhǎng)模式進(jìn)行生長(zhǎng)。只要將生長(zhǎng)溫度設(shè)為1000°c以上,就能夠不限制生長(zhǎng)條件地使第2基底層5B以橫向生長(zhǎng)模式進(jìn)行生長(zhǎng)。
[0052]在第2基底層5B是AlGaN層的情況下,與第2基底層5B是GaN層的情況相比,難以進(jìn)行橫向生長(zhǎng)模式下的第2基底層5B的生長(zhǎng)。但是,通過(guò)使用Mg等的表面活性劑、在200Torr以下的減壓下使其生長(zhǎng)、在1100°C以上的溫度下使其生長(zhǎng)、或使用以隊(duì)為主要成分的載氣等,能夠容易地使第2基底層5B以橫向生長(zhǎng)模式進(jìn)行生長(zhǎng)?!笆褂靡躁?duì)為主要成分的載氣”是指在通過(guò)MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposit1n,有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積)法來(lái)形成第2基底層5B時(shí)使用以N2為主要成分的載氣。
[0053]<空洞部分>
[0054]空洞部分7設(shè)置于基板I的凸部Ia的上方且基底層5的內(nèi)部。由此,即使AlGaN在基板I的凸部Ia上發(fā)生了異常生長(zhǎng)的情況下,該異常生長(zhǎng)也由于空洞部分7而變得難以向該空洞部分7的更上方傳播。此外,即使在基板I的凹凸形狀(由凹部Ib以及凸部Ia形成的形狀)之上發(fā)生了位錯(cuò)的情況下,該位錯(cuò)也由于空洞部分7而變得難以向該空洞部分7的更上方傳播。由此,能夠維持較高的形成在基底層5上的層(例如發(fā)光層11)的結(jié)晶性。而且,空洞部分7的內(nèi)部空間與包圍空洞部分7的構(gòu)件(基底層5)之間的折射率差變大,所以到達(dá)了空洞部分7的光被散射或漫反射。因此,能夠提高光提取效率。優(yōu)選為空洞部分7設(shè)置于第I基底層5A (例如AlGaN層)的內(nèi)部,更優(yōu)選為,在空洞部分7與基板I之間具有基底層(例如第I基底層5A)的一部分。
[0055]在此,“空洞部分7設(shè)置于基板I的凸部Ia的上方”是指基底層5與基板I相比位于重力方向上側(cè)的情況下,空洞部分7與基板I的凸部Ia相比設(shè)置于重力方向上側(cè),而在基底層5與基板I相比位于重力方向下側(cè)的情況下,空洞部分7與基板I的凸部Ia相比設(shè)置于重力方向下側(cè)。
[0056]如上所述,空洞部分7設(shè)置于基板I的凸部Ia的上方。由此,與空洞部分形成于基板的凹部的上方的情況相比,即與空洞部分設(shè)置為對(duì)相鄰的凸部的頂點(diǎn)進(jìn)行架橋的情況相比,空洞部分7與包圍空洞部分7的構(gòu)件之間的折射率差變大。因此,與空洞部分形成于基板的凹部的上方的情況相比,光的散射效果或光的漫反射效果增大,所以光提取效率增高。
[0057]空洞部分7的長(zhǎng)度y優(yōu)選在氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的厚度方向上為10nm以上,并優(yōu)選在氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的厚度方向上為發(fā)光波長(zhǎng)的1/4倍以上。由此,能夠?qū)⒐獾臐B出抑制在最小限度,所以光的散射效果或光的漫反射效果增大,因而,光提取效率進(jìn)一步增高??斩床糠?的長(zhǎng)度y優(yōu)選在氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的厚度方向上為發(fā)光波長(zhǎng)的1/4倍以上且5倍以下??斩床糠?的寬度X優(yōu)選在氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的水平方向(相對(duì)于氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的厚度方向垂直的方向)上為發(fā)光波長(zhǎng)的1/4倍以上且5倍以下。
[0058]空洞部分7在基底層5 (尤其是第I基底層SA)的形成途中形成。因此,只要變更基底層5的形成條件,就能夠變更空洞部分7的大小。由此,與在基板與氮化物半導(dǎo)體層的界面形成空洞部分的情況相比,空洞部分7的設(shè)計(jì)的自由度增高。例如,只要變更凹凸的大小、或凸部Ia的側(cè)面相對(duì)于凹部Ib的傾斜角度等,就能夠變更空洞部分7的寬度X。只要變更基底層5的初始生長(zhǎng)層的厚度,就能夠變更空洞部分7的長(zhǎng)度y?!俺跏忌L(zhǎng)層”是指在將氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)模式切換為橫向生長(zhǎng)模式之前所生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體層,在本實(shí)施方式中是第I基底層5A。
[0059]空洞部分7優(yōu)選周期性地設(shè)置。由此,光的散射效果或光的漫反射效果增大,所以光提取效率進(jìn)一步增高。例如,只要變更基板I的凹凸的周期(相鄰的凸部Ia的間隔等),就能夠變更相鄰的空洞部分7的間隔i。由此,與空洞部分被隨機(jī)地設(shè)置于生長(zhǎng)層中的情況相比,能夠自由地設(shè)計(jì)空洞部分7的周期(例如相鄰的空洞部分7的間隔i)。因此,與空洞部分被隨機(jī)地設(shè)置于生長(zhǎng)層中的情況相比,空洞部分7的設(shè)計(jì)的自由度增高。
[0060]每個(gè)發(fā)光波長(zhǎng)有不同的空洞部分7的最佳周期。只要變更基板I的凹凸的周期就能夠變更空洞部分7的周期,所以能夠按照發(fā)光波長(zhǎng)來(lái)使空洞部分7的周期最佳化。
[0061]沿氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的厚度方向延伸的空洞部分7的面(空洞部分7的側(cè)面)優(yōu)選相對(duì)于構(gòu)成基板I的材料的c軸方向而傾斜。由此,空洞部分7的縱橫比(寬度X/長(zhǎng)度y)增高,所以空洞部分7的側(cè)面的表面積增大。空洞部分7的側(cè)面相對(duì)于上述c軸方向而傾斜,從而相對(duì)于不作為發(fā)光層發(fā)揮作用的氮化物半導(dǎo)體層(例如基底層5、η型氮化物半導(dǎo)體層9或ρ型氮化物半導(dǎo)體層13)與基板1、透明電極15、空氣或樹(shù)脂的界面,以大于全反射角的角度入射了的光的入射角被變更,因而,該光的一部分的入射角成為全反射角以下。因此,通過(guò)使空洞部分7的側(cè)面相對(duì)于上述c軸方向而傾斜,從而光提取效率進(jìn)一步增高。更優(yōu)選為,空洞部分7的側(cè)面相對(duì)于構(gòu)成基板I的材料(例如藍(lán)寶石)的c軸方向傾斜了 2°以上且6°以下。
[0062]<η型氮化物半導(dǎo)體層>
[0063]η型氮化物半導(dǎo)體層9優(yōu)選為在Als2Gat2Inu2N(0彡s2彡1、0彡t2彡1、0彡u2< 1、s2+t2+u2 Φ O)層中摻雜有η型摻雜劑的層。η型摻雜劑優(yōu)選為Si或Ge。η型氮化物半導(dǎo)體層9的η型摻雜劑濃度優(yōu)選為5X 117CnT3以上且5X 10 19cm_3以下。η型氮化物半導(dǎo)體層9的厚度優(yōu)選為I μπι以上且10 μm以下。
[0064]<發(fā)光層>
[0065]發(fā)光層11既可以具有單量子阱結(jié)構(gòu),也可以具有多量子阱結(jié)構(gòu)。在發(fā)光層11具有單量子阱結(jié)構(gòu)的情況下,發(fā)光層11優(yōu)選包含Ga1I3Ins3N (O < s3 < 0.4)層作為量子阱層。在發(fā)光層11具有多量子阱結(jié)構(gòu)的情況下,發(fā)光層11優(yōu)選將Ga^Ins3N(O < s3 < 0.4)層(阱層)與 Als4Gat4Inu4N(O 彡 s4 彡 1、0 彡 t4 彡 1、0 彡 u4 彡 1、