(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光取り出し面を有し、前記光取り出し面から偏光光が放射される窒化物半導体発光素子と、
前記窒化物半導体発光素子における前記光取り出し面を覆っており、樹脂と、前記樹脂内に分散された非蛍光体粒子とを含む光取り出し制御層と
を備え、
前記光取り出し制御層は、前記非蛍光体粒子を０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下の割合で含み、
前記非蛍光体粒子の直径は、６０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である、発光デバイス。
【請求項２】
前記非蛍光体粒子の屈折率が１．４以上２．９以下である、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記非蛍光体粒子のバンドギャップが３．０ｅＶ以上６．３ｅＶ以下である、請求項１または２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記光取り出し制御層は蛍光体物質を含む、請求項１から３のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記光取り出し制御層の表面を覆う第２の封止部をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記第２の封止部は、無機材料から構成されている、請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記窒化物半導体発光素子の光取り出し面を覆う第１の封止部をさらに備え、
前記光取り出し制御層は、前記第１の封止部の上から前記窒化物半導体発光素子の光取り出し面を覆っている、請求項１から６のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記第１の封止部は蛍光体物質を含む、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記第１の封止部の硬化前の粘度は、前記光取り出し制御層の硬化前の粘度よりも低い、請求項７または８に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記第１の封止部の屈折率が、前記光取り出し制御層の屈折率よりも大きい、請求項７から９のいずれかに記載の発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外から青色、緑色、オレンジ色及び白色などの可視域全般の波長域における発光ダイオード、レーザダイオード等のＧａＮ系半導体発光素子に関するものである。このような発光素子は、表示、照明及び光情報処理分野等への応用が期待されている。
【背景技術】
【０００２】
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，ｙ，ｚ≦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。
【０００３】
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，ｙ，ｚ≦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。
【０００４】
図２は、ウルツ鉱型結晶構造の基本並進ベクトル（ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒｓ）ａ1、ａ2、ａ3、ｃを示している。基本並進ベクトルｃは、［０００１］方向に延びており、この方向は「ｃ軸」と呼ばれる。ｃ軸に垂直な面（ｐｌａｎｅ）は「ｃ面」又は「（０００１）面」と呼ばれている。さらに、ＧａなどのＩＩＩ族元素で終端されている面は「＋ｃ面」又は「（０００１）面」と呼ばれ、窒素などのＶ族元素で終端されている面は「−ｃ面」又は「（０００−１）面」と呼ばれ、区別される。なお、「ｃ軸」及び「ｃ面」は、それぞれ、「Ｃ軸」及び「Ｃ面」と表記される場合もある。
【０００５】
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面基板すなわち（０００１）面を表面に有する基板が使用される。しかしながら、ｃ面においてはＧａ原子と窒素原子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」とも呼ばれている。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し、半導体レーザであれば、しきい値電流の増大が引き起こされ、ＬＥＤであれば、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。
【０００６】
そこで、これらの課題を解決するため、非極性面、例えば［１０−１０］方向に垂直な、ｍ面と呼ばれる（１０−１０）面を表面に有する基板（ｍ面ＧａＮ系基板）を使用することが検討されている。ここで、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２に示されるように、ｃ軸（基本並進ベクトルｃ）に平行な面であり、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。その結果、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も発生しないため、上記課題を解決することができる。なお、ｍ面は、（１０−１０）面、（−１０１０）面、（１−１００）面、（−１１００）面、（０１−１０）面、（０−１１０）面の総称である。
【０００７】
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は偏光が発せられることが知られている。例えば、特許文献１には、樹脂分子をランダムに存在させることによって、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発せられた偏向特性を維持する構造が提案されている。図３（ａ）は特許文献１に開示された構成を示す断面図である。図３（ａ）では、実装ベース３０１に偏光光を発する発光素子３０２が配置され、その周囲を覆うように光透過性樹脂部３０３が配置されている。光透過性樹脂部３０３は非配列構造を有し、この非配列構造を有する光透過性樹脂部３０３は複屈折を発現しない。
【０００８】
窒化物半導体発光素子の樹脂封止部の形態として、例えば特許文献２に、発光物質顔料を用いることで白色光を放出する発光半導体素子の構造が提案されている。図３（ｂ）は、特許文献２に開示された構成を示す断面図である。図３（ｂ）に示す発光半導体素子では、容器３０４内に半導体素体３０５が配置され、その周囲を覆うように注型材料３０６が配置されている。注型材料３０６には、半導体素体３０５の発光を長波長光に変換する発光物質顔料３０７が含まれている。
【０００９】
窒化物半導体発光素子の樹脂封止部の形態として、例えば特許文献３に、媒体の屈折率を高めることで光取り出し効率を高める構造が開示されている。図３（ｃ）は、特許文献３に開示された構成を示す断面図である。図３（ｃ）では、パッケージ３０８に光半導体素子３０９が配置され、その周囲を覆うように媒体３１０が配置されている。媒体３１０には、バルク状態における前記光の波長領域における屈折率が、光半導体素子３０９の出射面における屈折率より高い材料からなるナノ粒子３１２が含まれている。さらに媒体３１０には、光半導体素子３０９の発光を長波長光に変換する蛍光体粒子３１１が含まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−３８２９２号公報
【特許文献２】特表平１１−５００５８４号公報
【特許文献３】特開２００５−１９７３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、偏光特性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という課題が発生する。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という課題がある。
【００１２】
さらに、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、窒化物半導体発光素子で発生した光が偏光している場合には、素子で発生した光が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という課題を有していた。
【００１３】
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ガリウム系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っていた。
【００１４】
特許文献１では、ｍ面を主面とする窒化物半導体発光素子の偏光特性を維持することが目的とされているため、上記課題を解決できない。さらに、特許文献２及び特許文献３では、そもそも偏光特性を有する窒化物半導体発光素子が想定されていないため、上記課題を解決できない。
【００１５】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、非極性面や半極性面を主面とする発光素子の偏光特性を低減し、さらに配光特性を改善した樹脂封止部の形態を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の発光デバイスは、光取り出し面を有し、前記光取り出し面から偏光光が放射される窒化物半導体発光素子と、前記窒化物半導体発光素子における前記光取り出し面を覆っており、樹脂と、前記樹脂内に分散された非蛍光体粒子とを含む光取り出し制御層とを備え、前記光取り出し制御層は、前記非蛍光体粒子を０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下の割合で含み、前記非蛍光体粒子の直径は、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
【００１７】
ある実施形態において、前記非蛍光体粒子の屈折率が１．４以上２．９以下である。
【００１８】
ある実施形態において、前記非蛍光体粒子のバンドギャップが３．０ｅＶ以上６．３ｅＶ以下である。
【００１９】
ある実施形態は、前記窒化物半導体発光素子を主面において支持する実装基板をさらに備え、前記窒化物半導体発光素子を前記実装基板の前記主面に正射影した図形の対角線の交点から前記光取り出し制御層の表面までの層内距離の最大値は、前記窒化物半導体発光素子を前記実装基板の前記主面に正射影した図形の辺の２点を結ぶ線分の素子内距離の最大値の１．５倍以上である。
【００２０】
ある実施形態において、前記素子内距離の最大値に対する前記光取り出し制御層の層内距離の最大値の比の値は、前記樹脂封止部の屈折率よりも大きい。
【００２１】
ある実施形態において、前記光取り出し制御層は蛍光体物質を含む。
【００２２】
ある実施形態は、前記光取り出し制御層の表面を覆う第２の封止部をさらに備える。
【００２３】
ある実施形態は、前記窒化物半導体発光素子を主面において支持する実装基板をさらに備え、前記窒化物半導体発光素子を前記実装基板の前記主面に正射影した図形の対角線の交点から前記第２の封止部の表面までの層内距離の最大値は、前記窒化物半導体発光素子を前記実装基板の前記主面に正射影した図形の辺の２点を結ぶ線分の素子内距離の最大値の１．５倍以上である。
【００２４】
ある実施形態において、前記光取り出し制御層の層内距離の最大値に対する前記第２の封止部の層内距離の最大値の比は、前記光取り出し制御層の屈折率よりも大きい。
【００２５】
ある実施形態において、前記第２の封止部は、無機材料から構成されている。
【００２６】
ある実施形態は、前記窒化物半導体発光素子の光取り出し面を覆う第１の封止部をさらに備え、前記光取り出し制御層は、前記第１の封止部の上から前記窒化物半導体発光素子の光取り出し面を覆っている。
【００２７】
ある実施形態において、前記第１の封止部は蛍光体物質を含む。
【００２８】
ある実施形態において、前記第１の封止部の硬度は、前記光取り出し制御層の硬度よりも低い。
【００２９】
ある実施形態において、前記第１の封止部の屈折率が、前記光取り出し制御層の屈折率よりも大きい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、光取り出し制御層に非蛍光体粒子が含まれることにより、窒化物半導体発光素子から発せられた偏光光の偏光度を低減できると共に配向特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＧａＮの単位格子を模式的に示す斜視図
【図２】ウルツ鉱型結晶構造の基本並進ベクトル（ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒｓ）ａ1、ａ2、ａ3、ｃを示す斜視図
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来の発光素子の封止形態を模式的に示す図
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）は、本発明の発光素子の封止形態を模式的に示す図
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の発光素子の封止形態を模式的に示す図
【図６】図４（ａ）に示す発光デバイスを示す斜視図
【図７】実施例１の発光デバイスの規格化偏光度と、ＴｉＯ2ナノ粒子混合率（ｖｏｌ％）の関係を示すグラフ
【図８】本発明の実施例１における樹脂封止した発光デバイスの規格化ＥＱＥ（外部量子効率）向上率と、ＴｉＯ2ナノ粒子混合率（ｖｏｌ％）の関係を示すグラフ
【図９】本発明の実施例２における樹脂封止した発光デバイスの規格化偏光度と、その樹脂に含まれるナノ粒子の種類と濃度の関係を示すグラフ
【図１０】図３（ａ）に示す従来の偏向特性を有する発光デバイスの規格化偏光度と放射角度の関係を示すグラフ
【図１１】本発明の実施の形態２における、図４（ｂ）に示す形態で実施した発光デバイスの規格化偏光度と放射角度の関係を示すグラフ
【図１２】本発明の実施の形態３における、図４（ｃ）に示す形態で実施した発光デバイスの規格化偏光度と放射角度の関係を示すグラフ
【図１３】図１０、図１１及び図１２におけるａ軸とｂ軸に対する発光強度差（％）と放射角度（ｄｅｇ．）の関係を示すグラフ
【図１４】窒化物半導体発光素子の構造を示す図
【図１５】窒化物半導体発光素子の変形例の構造を示す図
【図１６】窒化物半導体発光素子の変形例の構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明による窒化物半導体発光素子の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図４（ａ）は、実施の形態１の窒化物半導体発光デバイスの封止形態を示す図である。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、本実施形態の発光デバイスは、実装基板４０１と、実装基板４０１の上に配置された窒化物半導体発光素子４０２と、窒化物半導体発光素子４０２の光取り出し面を覆う光取り出し制御層４０４とを備えている。窒化物半導体発光素子４０２の電極は、配線によって実装基板に接続されている。
【００３５】
窒化物半導体発光素子４０２は、非極性面や半極性面の上に形成された活性層を有しており、偏光光を放射する。ただし、極性面であるｃ面から数度（例えば５度以内）傾斜したｃ面のオフカット面は、「偏光光を放射する面」には該当しない。
【００３６】
光取り出し制御層４０４は、偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置されている。光取り出し制御層４０４は、母材を構成する樹脂と、樹脂に分散される非蛍光体粒子とを含む。非蛍光体粒子は、上記光取り出し制御層４０４に対して０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下の体積濃度で分散されている。なお、詳しくは後述するが、光取り出し制御層４０４には、非蛍光体粒子以外にも、蛍光体等の粒子が含まれる場合がある。
【００３７】
光取り出し制御層４０４に対して、０．１ｖｏｌ％以上５ｖｏｌ％以下の割合で非蛍光体粒子が分散していることがより好ましい。非蛍光体粒子の体積濃度を５ｖｏｌ％以下とすることにより、非蛍光体粒子を分散させたことによる透過率の低下を１割程度まで抑制できる。また、非蛍光体粒子の体積濃度を０．１％以上とすることにより、偏光度を効果的に低減できる。
【００３８】
光取り出し制御層４０４に対して、０．１ｖｏｌ％以上１ｖｏｌ％以下の割合で非蛍光体粒子が分散していることがより好ましい。非蛍光体粒子が光取り出し制御層４０４内にこの体積濃度で含まれることにより、非蛍光体粒子を分散させたことによる透過率の低下をより十分に抑制できる。また、偏光度を効果的に低減できる。
【００３９】
光取り出し制御層４０４に非蛍光体粒子が０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下の体積濃度で含まれている場合には、光取り出し制御層４０４自体の屈折率は母材の屈折率からほとんど変化しない。そのため、窒化物半導体発光素子４０２から光取り出し制御層４０４に入射する光の量は、窒化物半導体発光素子４０２の光取り出し面の屈折率と、光取り出し制御層４０４の母材の屈折率によってほぼ決定される。非蛍光体粒子が光取り出し制御層４０４の屈折率に与える影響を考慮せずにすむため、設計が容易になる。
【００４０】
非蛍光体粒子の直径（平均値）は、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。本実施形態において、非蛍光体粒子の直径は、ベックマン・コースター社製の超遠心沈降法粒度分布測定装置を用いて遠心沈降法によって測定される。直径の平均値は、算術平均によって算出される。非蛍光体粒子の直径が３０ｎｍより小さければ、光取り出し制御層４０４を構成する樹脂を非蛍光体粒子と混合する際に、樹脂の分子のサイズと非蛍光体粒子のサイズの差が大きくなりすぎるため、非蛍光体粒子の凝集が起こるおそれが生じる。凝集体の体積は大きいため、光取り出し制御層４０４内の凝集体によってミー散乱が生じ、光を側方や後方に効率よく反射させることができなくなる。一方、非蛍光体粒子の直径が１５０ｎｍ以下であることにより、窒化物半導体発光素子４０２から発せられる光の波長を円周率で割った値よりも非蛍光体粒子のサイズが十分に小さくなるため、レイリー散乱が起こりやすくなる。これによって、偏光度をより低減することができる。
【００４１】
本実施形態によると、窒化物半導体発光素子４０２から出射した偏光光が、光取り出し制御層４０４内の非蛍光体粒子によって散乱されるため、偏光度の低減が実現できる。非蛍光体粒子が上記体積濃度で光取り出し制御層４０４に含まれることにより、非蛍光体粒子を分散させたことによる透過率の低下を２割程度まで抑制しながら、偏光度の低下を効果的に実現できる。また、非蛍光体粒子の直径を３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下にすることにより、光をレイリー散乱させることが可能となる。
【００４２】
非蛍光体粒子の屈折率は、１．４以上２．９以下であることが好ましい。例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂の屈折率は１．４から１．６程度である。非蛍光体粒子の屈折率が大きくなれば、樹脂に対して屈折率差を確保することが可能となる。これにより、樹脂と非蛍光体粒子との界面において反射が起こりやすくなるため、レイリー散乱の散乱係数を高めることができる。
【００４３】
非蛍光体粒子の材料としては、ＳｉＯ2（屈折率：１．４）、ＺｎＯ（屈折率：２．０）、ＴｉＯ2（屈折率：２．９）、Ａｌ2Ｏ3（屈折率：１．７）などを用いることができる。例えば屈折率１．４のＳｉＯ2を非蛍光体粒子として用いた場合の反射率は３．４×１０4であるが、屈折率２．９のＴｉＯ2を非蛍光体粒子として用いた場合の反射率は２．５×１０6である。このように、屈折率の高い非蛍光体粒子を用いた方が、反射しやすくするためには効果的であることがわかる。
【００４４】
一方、屈折率が２．９より大きくなれば、光取り出し制御層４０４と外部との屈折率差が大きくなるため、外部量子効率が低下するといった問題が生じる。
【００４５】
光取り出し制御層４０４の母材への分散が容易になるように、非蛍光体粒子の表面が有機物で処理されていても良い。この場合、ポリエーテル変性シリコーン、ポリグリセリン変性シリコーン等の有機物を用いて、非蛍光体粒子の表面を湿式攪拌法等によって覆う処理を行う。
【００４６】
非蛍光体粒子のバンドギャップは３．０ｅＶ以上６．３ｅＶ以下であることが好ましい。バンドギャップが３．０ｅＶ以上である場合には、窒化物半導体発光素子から発生した光が非蛍光体粒子と作用して吸収されにくいため、光の取り出し効率が低下しにくい。バンドギャップが６．３ｅＶより大きければ封止樹脂との屈折率差が小さくなるといった問題点が生じる。なお、非蛍光体粒子のバンドギャップは３．４ｅＶ以上であればさらに好ましい。
【００４７】
光取り出し制御層４０４の母材には、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。
【００４８】
ここで、図６を参照しながら、光取り出し制御層４０４の適切な厚さを説明する。図６は、図４（ａ）に示す発光デバイスを示す斜視図である。図６において、図形４０２Ａは、窒化物半導体発光素子４０２を実装基板４０１の主面（実装基板４０１のうち窒化物半導体発光素子４０２が支持される面）に正射影した図形である。また、面４０４Ａは、光取り出し制御層４０４のうち外部との界面である。図形４０２Ａは、正方形または長方形であり、図形４０２Ａの対角線は交点Ｃで交わる。交点Ｃから、面４０４Ａにおける任意の点までの距離を、層内距離ＤＬと呼ぶ。また、図形４０２Ａの４つの辺における２点を結ぶ線分の距離を、素子内距離ＤＥと呼ぶ。図６では、２つの点として図形４０２Ａの頂点を選択しているが、２つの点は、図形４０２Ａの辺における任意の点であればよい。
【００４９】
このとき、層内距離ＤＬの最大値は、素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍以上になるように設定されることが好ましい。また、層内距離ＤＬの最小値も、素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍以上であればさらに好ましい。このようにサイズを設定することにより、封止樹脂の大気に対する屈折率の比が１．５の場合に、半径ＤＥの球体から出た光が半径ＤＬの球体で全反射することなく外界の大気へ取り出せるため（スネルの法則）、光取り出し効率を向上させることができる。なお、デバイスのサイズの小型化という観点からは、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値および最小値は、窒化物半導体発光素子の素子内距離ＤＥの最大値の２倍以下であることが好ましい。
【００５０】
例えば、光取り出し制御層４０４における外部との界面の断面形状が円弧に近い場合には、光取り出し制御層４０４と外部とがなす界面に入射する光は全反射しにくくなる。
【００５１】
光取り出し制御層４０４には、蛍光体物質が含まれていてもよい。蛍光体は、例えば、０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下の濃度で含まれる。窒化物半導体発光素子４０２が青色で発光する場合、上記蛍光体物質を用いて上記青色光の一部を例えば緑色及び赤色、又は黄色に変換することによって、白色化が実現できる。本実施形態の光取り出し制御層４０４を用いない場合、白色光のうち青色成分の偏光特性が維持されてしまうが、本実施形態では、各種色成分の偏光度を低減することができる。
【００５２】
実装基板４０１の材料としては、アルミナ、ＡｌＮ、樹脂性基板などを用いることができる。ＳｉやＧｅなどを実装基板に用いてもよく、これらを用いる場合には、表面を絶縁膜で覆うとよい。配線は、窒化物半導体発光素子４０２の電極形状に合わせて配置すればよい。配線には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどを用いることができる。
【００５３】
特許文献２には、発光物質顔料３０７の粒子の大きさは２０μｍ以下であり、平均粒子直径は５μｍ以下であり、好ましい平均粒子直径は１〜２μｍであることが記載されている。また、注型材料における発光物質顔料３０７の重量パーセントは、２５重量％以下、または１５重量％以下であることが記載されている。特許文献２には、発光物質顔料３０７の粒子サイズおよび重量パーセントの下限値については言及されていない。
【００５４】
一般的な蛍光体の平均粒子直径は、製法が容易な１μｍ程度以上であると考えられる。本実施形態では、光をレイリー散乱する目的で非蛍光体粒子が用いられ、非蛍光体粒子はナノオーダーのサイズを有することが好ましい。特許文献２の発光物質顔料３０７はレイリー散乱を目的として用いられたものではなく、そのサイズをナノオーダーにする必要は生じない。
【００５５】
また、一般的に、発光物質顔料３０７によって光の波長を十分に変換するためには、注型材料における発光物質顔料３０７の重量パーセントを１０％程度以上にする必要があると考えられる。すなわち、特許文献２では、本実施形態の非蛍光体粒子よりも大幅に高い濃度で発光物質顔料３０７を含有させていると考えられる。
【００５６】
特許文献３では、光半導体素子と媒体との屈折率差を減らすために、媒体中にナノ粒子３１２が添加されている。媒体の屈折率を光半導体素子の屈折率に近づけるためには媒体の屈折率を高める必要があるため、ナノ粒子３１２としてＴｉＯ2（屈折率２．８５）よりも屈折率の高い材料が用いられている。ＴｉＯ2のバンドギャップは３ｅＶであり、一般的に、バンドギャップが小さいほど屈折率が高くなるため、特許文献３では、３ｅＶ以下のバンドギャップを有するナノ粒子が用いられる。一方、本実施形態では、３ｅＶ以上（より好ましくは３．４ｅＶ以上）のバンドギャップを有する材料が用いることが好ましい。
【００５７】
また、特許文献３には、光半導体素子と媒体との屈折率差を減らすためには、媒体中にかなり高濃度にＴｉＯ2を添加する必要があると記載されている。例えば、ナノ粒子３１２を６７ｖｏｌ％以下の濃度で添加すると記載されている。特許文献３では、本実施形態の非蛍光体粒子よりも大幅に高い濃度でナノ粒子３１２を含有させていると考えられる。
【００５８】
また、特許文献３では、光半導体素子を覆う媒体として、第１媒体から第３媒体の３種類を設け、半導体素子から外部に向けて屈折率を低くしている。これにより、外部への光取り出し効率を向上させている。
【００５９】
次に、図１４を用いて、本実施の形態の偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を説明する。本実施形態の窒化物半導体発光素子４０２は、例えば、少なくとも表面にｍ面ＧａＮ層を有する基板１２０１と、上記ｍ面ＧａＮ層上に形成されたｎ型窒化物半導体層１２０２と、窒化物半導体活性層１２０３と、ｐ型窒化物半導体層１２０４と、ｐ型窒化物半導体層１２０４に接するように形成されたｐ型電極１２０６と、ｎ型窒化物半導体層１２０２に接するように形成されたｎ型電極１２０５とを備える。ここで、窒化物半導体とは、ＧａＮ系からなる半導体、より具体的には、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体である。ここで「ｍ面」とは、ｍ面に対して完全に平行な面のみだけでなく、ｍ面から±５°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。
【００６０】
基板１２０１は、ｍ面ＧａＮ基板でも良いし、ｍ面ＳｉＣ基板上のｍ面ＧａＮ層、ｒ面サファイア基板上のｍ面ＧａＮ層などの異種基板上のｍ面ＧａＮ層などであってもよい。また、基板１２０１の表面はｍ面に限定されず、窒化物半導体活性層１２０３から発光する光が偏光特性を有するような面方位であればよい。例えば、基板１２０１として、ａ面などの非極性面、ｒ面や｛１１−２２｝面などの半極性面が表面に現れた基板を用いることもできる。このように基板１２０１の表面を選択すると、窒化物半導体活性層１２０３から放出される光が、偏光特性を有することになる。例えば、ｍ面上に形成された窒化物半導体活性層は、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。ａ面上に形成された窒化物半導体活性層は、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。半極性面である｛１１−２２｝面上に形成された窒化物半導体活性層は、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が小さい場合には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、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が大きい場合には［−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。このような半極性面上の窒化物半導体活性層１２０３の偏光特性は、価電子帯の上部２つのバンド（ＡバンドおよびＢバンド）の振る舞いによって決まる。ただし、偏光特性は、窒化物半導体活性層１２０３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。
【００６１】
ｎ型窒化物半導体層１２０２は、例えばｎ型のＡｌuＧａvＩｎwＮ（ｕ＋ｖ＋ｗ＝１、ｕ≧０、ｖ≧０、ｗ≧０）から形成されている。ｎ型ドーパントとして例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いることができる。
【００６２】
ｐ型窒化物半導体層１２０４は、例えばｐ型のＡｌsＧａtＮ（ｓ＋ｔ＝１、ｓ≧０、ｔ≧０）半導体からなる。ｐ型ドーパントとして、例えばＭｇが添加されている。Ｍｇ以外のｐ型ドーパントとして、例えばＺｎ、Ｂｅなどを用いてもよい。ｐ型窒化物半導体層１２０４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し、Ａｌの組成比率ｓが厚さ方向に連続的又は階段的に変化していてもよい。具体的には、ｐ型窒化物半導体層１２０４の厚さは、例えば、０．０５μｍ以上２μｍ以下程度である。
【００６３】
ｐ型窒化物半導体層１２０４の上面近傍、すなわち、ｐ型電極１２０６との界面近傍はＡｌの組成比率ｓがゼロである半導体、つまり、ＧａＮから形成されていることが好ましい。また、この場合、ＧａＮにはｐ型の不純物が高濃度で含まれており、この領域はコンタクト層として機能することが好ましい。
【００６４】
窒化物半導体活性層１２０３は、例えば、厚さ３ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度のＧａ1-xＩｎxＮ井戸層と、厚さ５ｎｍ以上３０ｎｍ以下程度のＧａ1-yＩｎyＮ井戸層（０≦ｙ＜ｘ＜１）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。
【００６５】
窒化物半導体発光素子４０２から出射する光の波長は、上記井戸層の半導体組成であるＧａ1-xＩｎxＮ半導体におけるＩｎの組成ｘによって決まる。ｍ面上に形成された窒化物半導体活性層１２０３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。
【００６６】
ｎ型電極１２０５は、例えば、Ｔｉ層及びＰｔ層の積層構造（Ｔｉ／Ｐｔ）などから構成されている。ｐ型電極１２０６は概ねｐ型窒化物半導体層１２０４の表面全体を覆っていることが好ましい。ｐ型電極１２０６はＰｄ層及びＰｔ層の積層構造（Ｐｄ／Ｐｔ）などで形成される。
【００６７】
なお、本実施形態では、窒化物半導体活性層１２０３とｐ型窒化物半導体層１２０４との間に、アンドープのＧａＮ層１２０７を形成してもよい（図１５参照）。
【００６８】
図４（ｄ）は実施の形態１の第１変形例を示す断面図である。本変形例では、実装基板４０１に凹部が形成されており、凹部の底に偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が実装されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板４０１に接続されている。光取り出し制御層４０４は偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置されている。光取り出し制御層４０４の上面は、実装基板４０１の凹部の縁部に沿った平面であり、その断面形状はほぼ直線である。
【００６９】
本変形例によると、発光デバイスの厚さを小さくすることができる。また、実装基板４０１の凹部に非蛍光体粒子が分散された光取り出し制御層４０４の材料を流し込むだけで形成できるため、製造方法が簡略化できる。本変形例によると、実装基板４０１に形成された凹部によって、配光特性の制御が可能となる。
【００７０】
図４（ｇ）は実施の形態１の第２変形例を示す断面図である。本変形例では、実装基板４０１に凹部が形成されており、凹部の底に偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が配置されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板４０１と接続されている。
【００７１】
光取り出し制御層４０４は偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置されている。光取り出し制御層４０４の上面は、実装基板４０１の凹部の縁部に沿った平面であり、その断面形状はほぼ直線である。
【００７２】
本変形例によると、実装基板４０１に形成された凹部によって、配光特性の制御が可能となる。
【００７３】
次に、本実施形態における窒化物半導体発光素子４０２の製造方法について、図１４を再度用いて説明する。
【００７４】
まず、ｍ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板１２０１上に、ｎ型窒化物半導体層１２０２をＭＯＣＶＤ法などによってエピタキシャル成長させる。例えば、ｎ型不純物としてＳｉを用い、ＴＭＧ（Ｇａ（ＣＨ3）3）、及びＮＨ3を原料として供給し、９００℃以上１１００℃以下程度の成長温度で、ＧａＮからなる厚さ１μｍ以上３μｍ以下程度のｎ型窒化物半導体層１２０２を形成する。
【００７５】
次に、ｎ型窒化物半導体層１２０２上に、窒化物半導体活性層１２０３を形成する。窒化物半導体活性層１２０３は、例えば、厚さ１５ｎｍのＧａ1-xＩｎxＮ井戸層と、厚さ３０ｎｍのＧａＮバリア層が交互に積層されたＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。Ｇａ1-xＩｎxＮ井戸層を形成する際には、Ｉｎの取り込みを行うために、成長温度を８００℃に下げることが好ましい。窒化物半導体発光素子４０２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０．１８以上０．２以下に決定する。５２０ｎｍ（緑色）であればｘ＝０．２９以上０．３１以下であり、６３０ｎｍ（赤色）であればｘ＝０．４３以上０．４４以下となる。
【００７６】
上述したように、窒化物半導体活性層１２０３の上に、例えば厚さ１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のアンドープＧａＮ層１２０７（図１５参照）を堆積しても良い。この場合、アンドープＧａＮ層１２０７の上に、ｐ型窒化物半導体層１２０４を形成する。例えば、ｐ型不純物としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ＴＭＧ及びＮＨ3を原料として供給し、９００℃以上１１００℃以下程度の成長温度で、厚さ５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下程度のｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層１２０４を形成する。
【００７７】
また、ｐ型窒化物半導体層１２０４の内部に、厚さ１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下程度のｐ−ＡｌＧａＮ層１２０８（図１６参照）を形成しても良い。ｐ−ＡｌＧａＮ層１２０８を設けることで、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。
【００７８】
再び図１４を参照する。ｐ型窒化物半導体層１２０４を形成した後、８００度以上９００度以下程度の温度で、２０分程度熱処理を行う。
【００７９】
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、ｐ型窒化物半導体層１２０４、窒化物半導体活性層１２０３及びｎ型窒化物半導体層１２０２の一部を除去して凹部を形成し、ｎ型窒化物半導体層１２０２の一部を露出させる。
【００８０】
次いで、露出したｎ型窒化物半導体層１２０２の一部に接するように、ｎ型電極１２０５を形成する。例えば、ｎ型電極１２０５としてＴｉ／Ｐｔ層を形成する。さらにｐ型窒化物半導体層１２０４に接するように、ｐ型電極１２０６を形成する。例えば、ｐ型電極１２０６としてＰｄ／Ｐｔ層を形成する。その後、熱処理を行って、ｎ型電極１２０５のＴｉ／Ｐｔ層とｎ型窒化物半導体層１２０２、及び、ｐ型電極１２０６のＰｄ／Ｐｔ層とｐ型窒化物半導体層１２０４を合金化させる。
【００８１】
その後、ｎ型ＧａＮ基板１２０１を５０〜３００μｍ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４０２内部での光の吸収を抑えることができる。
【００８２】
このようにして作製された窒化物半導体発光素子４０２は、図４（ａ）等に示す実装基板４０１に実装される。実装基板４０１の材料としては、アルミナ、ＡｌＮ、樹脂性基板などを用いることができる。ＳｉやＧｅなどを実装基板に用いる場合には、表面を絶縁膜で覆うとよい。配線は、窒化物半導体発光素子４０２の電極形状に合わせて配置すればよい。配線には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどを用いることができる。これらの材料は、スパッタやメッキなどによって実装基板４０１上に形成される。
【００８３】
次に、図４（ａ）に示す光取り出し制御層４０４を形成する。まず、非蛍光体粒子（ＴｉＯ2）の材料として例えばオキシ硫酸チタンを用いる場合には、原料に対して加水分解法を施すことによって、非蛍光体粒子の粒径を３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下にする。次に、例えば、光取り出し制御層４０４の材料に２液混合型シリコーン樹脂を用いる場合、シリコーン樹脂（２液）と非蛍光体粒子とを所定量容器に測りとり、遊星式撹拌装置を用いて１５分間程度撹拌する。遊星式撹拌装置では、容器の公転速度と自転速度を独立に制御することに加え、時間を変数として自転速度を摂動させることにより、撹拌工程と混練工程と脱泡工程が同時に実現可能であるため、シリコーン樹脂に非蛍光体粒子を比較的均一に分散させることが可能である。遊星式撹拌装置は、さらに真空脱泡機構を有していると良い。シリコーン樹脂内の気泡成分を短時間で除去可能となる。このようにして得られた非蛍光体粒子含有樹脂材料をディスペンサー用のシリンジへ移し替え、凹形状を有する金型内へ必要量を注入し、窒化物半導体発光素子４０２が実装されている実装基板４０１をその金型へセットし、樹脂材料を加熱硬化させる。光取り出し制御層４０４の形状は、金型に形成された凹形状によって決まる。図４（ｄ）、（ｇ）に示す光取り出し制御層４０４の製造工程では、非蛍光体粒子含有樹脂材料を、金型の凹部の代わりに実装基板４０１における凹部内に注入すればよい。
【００８４】
以上のような方法で、本実施の形態１の窒化ガリウム系半導体発光デバイスが完成する。
【００８５】
光取り出し制御層の非蛍光体粒子の体積濃度は、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）やＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）などによって断面を観察することによって測定が可能である。
【００８６】
（実施の形態２）
実施の形態２について、図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ｂ）において、図４（ａ）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、製造方法に関しても、実施の形態１と同様の方法で製造が可能であるため、説明は省略する。
【００８７】
図４（ｂ）は、本発明による窒化ガリウム系半導体発光デバイスの実施形態を示す断面図である。
【００８８】
図４（ｂ）に示すように、本実施形態の窒化物半導体発光デバイスでは、実装基板４０１の上に、偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が実装されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板４０１に接続されている。
【００８９】
光取り出し制御層４０４は偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置されている。さらに、光取り出し制御層４０４の表面（外側の表面）には、第２の封止部４０５が設けられている。
【００９０】
ここで、第２の封止部４０５のサイズを説明する。図６を用いて説明した場合と同様に、窒化物半導体発光素子４０２を実装基板４０１に正射影した図形４０２Ａの対角線の交点Ｃから、第２の封止部４０５のうち外部との界面となる面までの距離を、第２の封止部４０５の層内距離Ｄ２と呼ぶ。この場合、第２の封止部４０５の層内距離Ｄ２の最大値は、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの１．５倍以上であることが好ましい。この場合には、光取り出し効率が向上するといった利点がある。ここで、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬは、交点Ｃから、光取り出し制御層４０４のうち外部（ここでは第２の封止部４０５）との界面となる面における任意の点までの距離である。
【００９１】
例えば、第２の封止部４０５における外部との界面の断面形状が円弧に近い場合には、第２の封止部４０５と外部がなす界面に入射する光は全反射しにくくなる。
【００９２】
光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値に対する第２の封止部４０５の層内距離Ｄ２の最大値の比は、上記光取り出し制御層４０４の屈折率よりも大きくなるように設定するとさらに良い。この場合、光取り出し効率が向上するといった利点がある。
【００９３】
上記第２の封止部４０５の材料としては、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。また、第２の封止部４０５は、無機材料で形成されていてもよい。例えば、ガラスやダイヤモンド、サファイア、ＺｎＯ、ＧａＮなどを用いることができる。無機材料を用いることで、光取り出し制御層４０４の樹脂に対してガス透過、水分透過を抑制することが可能となり、信頼性が向上する。
【００９４】
光取り出し制御層４０４には、蛍光体物質が含まれていてもよい。この場合、蛍光体は、例えば、０．０１ｖｏｌ％以上１０％ｖｏｌ以下の濃度で含まれる。
【００９５】
実施の形態２の場合、実施の形態１と比べて光取り出し制御層４０４を薄く設計できるため、窒化物半導体発光素子４０２から放出された光が光取り出し制御層４０４で減衰しにくいという利点がある。
【００９６】
図４（ｅ）は実施の形態２の第１変形例を示す断面図である。本変形例では、実装基板４０１に凹部が形成されており、凹部の底に偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が実装されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板４０１に接続されている。光取り出し制御層４０４は偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置されている。さらに、光取り出し制御層４０４の外側の表面には、第２の封止部４０５が設けられている。第２の封止部４０５の上面は、実装基板４０１の凹部の縁部に沿った平面であり、その断面形状はほぼ直線である。
【００９７】
本変形例によると、発光デバイスの厚さを小さくすることができる。また、実装基板４０１の凹部に非蛍光体粒子が分散された光取り出し制御層４０４材料を流し込んだ後に第２の封止部４０５材料を流し込むことのみで形成できるため、製造方法が簡略化できる。本変形例によると、実装基板４０１に形成された凹部によって、配光特性の制御が可能となる。
【００９８】
図４（ｈ）は実施の形態２の第２変形例を示す断面図である。本変形例では、実装基板４０１に凹部が形成されており、凹部の底に偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が配置されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板４０１と接続されている。光取り出し制御層４０４は偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置されている。光取り出し制御層４０４の外部には、第２の封止部４０５が設けられている。第２の封止部４０５の上面は、ほぼ円弧状の断面形状を有する。
【００９９】
本変形例によると、実装基板４０１に形成された凹部によって、配光特性の制御が可能となる。
【０１００】
（実施の形態３）
実施の形態３について、図４（ｃ）を用いて説明する。図４（ｃ）において、図４（ａ）または図４（ｂ）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また製造方法に関しても、実施の形態１と同様の方法で製造が可能であるため、説明は省略する。
【０１０１】
図４（ｃ）は、本発明による窒化物半導体発光デバイスの実施形態を示す断面図である。
【０１０２】
図４（ｃ）に示すように、本実施形態の窒化物半導体発光デバイスでは、実装基板４０１の上に、偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が実装されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板４０１に接続されている。
【０１０３】
本実施形態では、偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を覆うように、第１の封止部４０３が設けられている。第１の封止部４０３の外側の表面には、第１の封止部４０３を覆うように、光取り出し制御層４０４が設けられている。さらに、光取り出し制御層４０４の外側の表面には、光取り出し制御層４０４を覆うように第２の封止部４０５が設けられている。
【０１０４】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、光取り出し制御層４０４に０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下の非蛍光体粒子が含まれている。この体積濃度では、光取り出し制御層４０４の屈折率はほとんど変化しない。そのため、窒化物半導体発光素子４０２から光取り出し制御層４０４に入射する光の量は、窒化物半導体発光素子４０２の光取り出し面の屈折率、第１の封止部４０３の屈折率、および光取り出し制御層４０４の母材の屈折率によってほぼ決定される。本実施形態によると、非蛍光体粒子が光取り出し制御層４０４の屈折率に与える影響を考慮せずにすむため、設計が容易になる。光取り出し制御層４０４の母材には、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。
【０１０５】
本実施形態では、第２の実施形態の場合と同様に、第２の封止部４０５の層内距離Ｄ２の最大値は、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの１．５倍以上であることが好ましい。この場合には、光取り出し効率を向上させることができるといった利点がある。
【０１０６】
例えば、第２の封止部４０５における外部との界面の断面形状が円弧に近い場合には、第２の封止部４０５と外部がなす界面に入射する光は全反射しにくくなる。
【０１０７】
上記光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値に対する上記第２の封止部４０５の層内距離Ｄ２の最大値の比の値を、上記光取り出し制御層４０４の屈折率よりも大きくなるように設定するとさらに良い。
【０１０８】
上記第１の封止部４０３の粘度は、上記光取り出し制御層４０４の粘度よりも低いことが好ましい。上記光取り出し制御層４０４は非蛍光体粒子を含むため、母材の粘度よりも高い粘度を有する傾向がある。そのため、窒化物半導体発光素子４０２と実装基板４０１との間に隙間があるような場合、その隙間を光取り出し制御層４０４によって完全に充填できない場合が発生する。上記第１の封止部４０３の粘度を上記光取り出し制御層４０４の粘度よりも低く設定することによって、窒化物半導体発光素子４０２の周囲に構成される配線部材や窒化物半導体発光素子４０２の表面凹凸へ、第１の封止部４０３が気泡を伴わずに入り込み易くなる。このように、本実施形態によると、樹脂封止工程での歩留まりが向上するという利点がある。
【０１０９】
上記第１の封止部４０３には、蛍光体物質が含まれていてもよい。第１の封止部４０３に蛍光体物質を含有させることにより、配向特性をより高めることができる。窒化物半導体発光素子４０２が青色で発光する場合、上記蛍光体物質を用いて上記青色光の一部を緑色及び赤色、又は黄色に変換することで、白色化が実現できる。本実施例の光取り出し制御層を用いない場合、白色光のうち青色成分の偏光特性が維持されてしまうが、本実施形態では、各種色成分の偏光度を低減することができる。
【０１１０】
上記第２の封止部４０５の材料としては、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。また、第２の封止部４０５は、無機材料で形成されていてもよい。例えば、ガラスやダイヤモンド、サファイア、ＺｎＯ、ＧａＮなどを用いることができる。無機材料を用いることで、樹脂に対してガス透過、水分透過を抑制することが可能となり、信頼性が向上する。
【０１１１】
図４（ｆ）は実施の形態３の第１変形例を示す断面図である。本変形例では、実装基板４０１に凹部が形成されており、凹部の底に偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が実装されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板４０１に接続されている。第１の封止部４０３は、窒化物半導体発光素子４０２を覆うように形成されている。さらに、第１の封止部４０３の外側表面を覆うように、光取り出し制御層４０４が設けられている。さらに、光取り出し制御層４０４の外側表面を覆うように、第２の封止部４０５が設けられている。第２の封止部４０５の上面は、実装基板４０１の縁部に沿った平面であり、その断面形状はほぼ直線である。
【０１１２】
本変形例によると、発光デバイスの厚さを小さくすることができる。また、実装基板４０１の凹部に非蛍光体粒子が分散された光取り出し制御層４０４、第２の封止部４０５および第１の封止部４０３の材料を流し込むだけで形成できるため、製造方法が簡略化できる。本変形例によると、実装基板４０１に形成された凹部によって、配光特性の制御が可能となる。
【０１１３】
図４（ｉ）は実施の形態３の第２変形例を示す断面図である。本変形例では、実装基板４０１に凹部が形成されており、凹部の底に偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が配置されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板に接合されている。
【０１１４】
第１の封止部４０３は、偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を覆うように形成されている。さらに、第１の封止部４０３の外部側表面には、第１の封止部４０３を覆うように光取り出し制御層４０４が設けられている。さらに、光取り出し制御層４０４の外側表面には、光取り出し制御層４０４を覆うように第２の封止部４０５が設けられている。第２の封止部４０５の上面の断面形状はほぼ円弧である。
【０１１５】
本変形例によると、実装基板４０１に形成された凹部によって、配光特性の制御が可能となる。
【０１１６】
（実施の形態４）
実施の形態４について、図５（ａ）を用いて説明する。図５（ａ）において、図４（ａ）または図４（ｃ）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また製造方法に関しても、実施の形態１と同様の方法で製造が可能であるため、説明は省略する。
【０１１７】
図５（ａ）に示すように、本実施形態の窒化物半導体発光デバイスでは、実装基板４０１の上に、偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が実装されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板４０１に接続されている。
【０１１８】
本実施形態では、偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を覆うように、第１の封止部４０３が設けられている。第１の封止部４０３の外側の表面には、第１の封止部４０３を覆うように、光取り出し制御層４０４が設けられている。
【０１１９】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、光取り出し制御層４０４に０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下の非蛍光体粒子が含まれている。
【０１２０】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、層内距離ＤＬの最大値は、素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍以上になるように設定されることが好ましい。この場合には、光取り出し効率を向上させることができるといった利点がある。
【０１２１】
図５（ｂ）は実施の形態４の第１変形例を示す断面図である。本変形例では、実装基板４０１に凹部が形成されており、凹部の底に偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が実装されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板４０１に接続されている。第１の封止部４０３は、窒化物半導体発光素子４０２を覆うように形成されている。さらに、第１の封止部４０３の外側表面を覆うように、光取り出し制御層４０４が設けられている。光取り出し制御層４０４の上面は、実装基板４０１の縁部に沿った平面であり、その断面形状はほぼ直線である。
【０１２２】
本変形例によると、発光デバイスの厚さを小さくすることができる。また、実装基板４０１の凹部に非蛍光体粒子が分散された光取り出し制御層４０４および第１の封止部４０３の材料を流し込むだけで形成できるため、製造方法が簡略化できる。本変形例によると、実装基板４０１に形成された凹部によって、配光特性の制御が可能となる。
【０１２３】
図５（ｃ）は実施の形態４の第２変形例を示す断面図である。本変形例では、実装基板４０１に凹部が形成されており、凹部の底に偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２が配置されている。窒化物半導体発光素子４０２は、配線によって実装基板に接合されている。
【０１２４】
第１の封止部４０３は、偏光特性を有する窒化物半導体発光素子４０２を覆うように形成されている。さらに、第１の封止部４０３の外部側表面には、第１の封止部４０３を覆うように光取り出し制御層４０４が設けられている。光取り出し制御層４０４の上面の断面形状はほぼ円弧である。
【０１２５】
本変形例によると、実装基板４０１に形成された凹部によって、配光特性の制御が可能となる。
【実施例１】
【０１２６】
実施例１として、図４（ａ）に示す構成を有する発光デバイスを作製した。実施例１の発光デバイスにおける光取り出し制御層４０４には、ＴｉＯ2ナノ粒子を含有させた。比較例として、ＴｉＯ2ナノ粒子を含まないシリコーン樹脂を有する発光デバイスを作製し、実施例１の発光デバイスと特性を比較した。以下、その結果を説明する。
【０１２７】
まず、実施例１の発光デバイスに用いられる窒化物半導体発光素子を得るために、ｍ面ｎ型ＧａＮ基板上に、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層からなるｎ型窒化物半導体層と、厚さ１５ｎｍのＩｎＧａＮ量子井戸層および厚さ３０ｎｍのＧａＮ障壁層からなる３周期の量子井戸構造を有する窒化物半導体活性層と、厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＮ層からなるｐ型窒化物半導体層とを形成した。さらに、ｎ型窒化物半導体層にＴｉ／Ｐｔ層からなるｎ型電極を、ｐ型窒化物半導体層にＰｄ／Ｐｔ層からなるｐ型電極を形成することにより、複数の窒化物半導体発光素子が配置する半導体アレイが得られた。半導体アレイを、ｃ軸方向［０００１］とａ軸方向［１１−２０］にダイシングすることにより、窒化物半導体発光素子が配置される３００μｍ角の小片に分割した。小片化された窒化物半導体発光素子を、アルミナ製の実装基板上に、Ａｕバンプを用いてフリップチップ実装した。
【０１２８】
樹脂封止の母材としては、屈折率１．５の２液混合型シリコーン樹脂を用いた。所定の比率でシリコーン樹脂２液の重さを計量し、遊星式撹拌装置用の容器に移し替えた。計量したシリコーン樹脂の重さと、シリコーン樹脂の単位体積あたりの質量密度から、シリコーン樹脂の体積を計算で求めた。計算で求めたシリコーン樹脂と、ＴｉＯ2ナノ粒子との合計の体積に対して、直径６０ｎｍのＴｉＯ2ナノ粒子の体積濃度が０．０１％以上１０％以下になるように、ＴｉＯ2ナノ粒子の単位体積あたりの質量密度から、上記体積濃度となるＴｉＯ2ナノ粒子の重さを計算で求めた。計算値を参考にＴｉＯ2ナノ粒子の重さを計量し、上記撹拌装置用の容器に移し替えた。このように、非蛍光体粒子を含む樹脂を作製する際には、シリコーン樹脂及び非蛍光体粒子の単位体積あたりの質量密度から、体積濃度の計算が可能である。
【０１２９】
その後、容器内のシリコーン樹脂２液とＴｉＯ2ナノ粒子が均一に混ざるまで、撹拌棒を用いて１０分間手動で撹拌した。
【０１３０】
このようにして準備したＴｉＯ2ナノ粒子を含むシリコーン樹脂がさらに均一に混ざるまで、遊星式撹拌装置を用いて１５分間撹拌した。この遊星式撹拌装置を用いた撹拌工程では、容器の公転速度と自転速度を独立に制御するだけでなく、時間を変数として自転速度を摂動させることにより、撹拌工程と混練工程と脱泡工程の同時実施を可能とした。この技術によって、非蛍光体粒子が容器の底や側壁に偏ることがなくなっただけでなく、さらに非蛍光体粒子同士が凝集することもなくなり、非蛍光体粒子がシリコーン樹脂内に理想的に単分散した樹脂を得ることができた。撹拌処理したシリコーン樹脂に僅かに含まれる気泡を完全に除去するため、容器の蓋を外した状態で真空室に搬入し、脱泡工程を入念に行った。
【０１３１】
このようにして得られた光取り出し制御可能な樹脂材料をディスペンサー用のシリンジへ移し替え、半球形状の凹形状を有する金型内へ必要量を注入した。窒化物半導体発光素子４０２が実装されている実装基板４０１をその金型へセットし加熱硬化することによって、光取り出し制御層４０４が窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置する発光デバイス（図４（ａ）に示す形態）を作製した。また比較のために、ＴｉＯ2ナノ粒子混合率が０ｖｏｌ％、つまり非蛍光体粒子を含まない光取り出し制御層４０４を有する発光デバイス（比較例）も作製した。
【０１３２】
光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値を、窒化物半導体発光素子４０２の素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍未満にすると、１．５倍以上の長さにしたときと比べて光取り出し効率が小さくなってしまうという現象が確認された。したがって、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値を、窒化物半導体発光素子４０２の素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍以上になるように設計した。
【０１３３】
具体的には、形成された光取り出し制御層４０４の形状は半径が０．７ｍｍの半球形状であるため、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値は０．７ｍｍである。窒化物半導体発光素子４０２は０．３ｍｍ角の正方形であるから、窒化物半導体発光素子４０２の素子内距離ＤＥの最大値は約０．４２ｍｍである。このように、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値が窒化物半導体発光素子４０２の素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍以上になるように設計されている。
【０１３４】
このようにして作製した発光素子（ＴｉＯ2ナノ粒子濃度が０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下の光取り出し制御層４０４を有する発光素子）の発光特性を評価した結果を図７及び図８に示す。図７は、実施例１の発光デバイスの規格化偏光度と、その発光デバイスにおける樹脂内のＴｉＯ2ナノ粒子混合率（ｖｏｌ％）との関係を示すグラフである。図８は、本発明の実施の形態１における樹脂封止した発光素子の規格化ＥＱＥ向上率と、ＴｉＯ2ナノ粒子混合率（ｖｏｌ％）との関係を示すグラフである。図７の縦軸である規格化偏光度とは、ＴｉＯ2ナノ粒子混合率が０ｖｏｌ％、つまりナノ粒子を含まない光取り出し制御層４０４を用いた場合の偏光度を１と規格化したものである。また図８の縦軸である規格化ＥＱＥとは、ＴｉＯ2ナノ粒子混合率が０ｖｏｌ％、つまり非蛍光体粒子を含まない光取り出し制御層４０４を用いた場合のＥＱＥを１と規格化したものである。
【０１３５】
図７から、ＴｉＯ2粒子混合率が０．０１ｖｏｌ％以上になれば、偏光度を制御する効果が現れている。具体的には、ＴｉＯ2粒子混合率が０．０１ｖｏｌ％のとき、偏光度は９９％に低下している。偏光度が低減される効果は１０ｖｏｌ％になると最大となる。この効果は、素子で発生した光が偏光している非極性面や半極性面を主面とする窒化物発光素子において有効である。
【０１３６】
また、図８から、ＴｉＯ2ナノ粒子混合率が１０ｖｏｌ％になっても規格化ＥＱＥの値は、０．７５以上の値に保たれている。つまり、ＴｉＯ2ナノ粒子混合率が１０ｖｏｌ％以下の値であれば、ＥＱＥの低下、すなわち光取り出し制御層４０４の透過率の低下は許容範囲内である。
【実施例２】
【０１３７】
以下、光取り出し制御層４０４に含める非蛍光体粒子の材料（ＳｉＯ2ナノ粒子、ＺｎＯナノ粒子、ＴｉＯ2ナノ粒子）を検討した結果について説明する。
【０１３８】
実施例２の発光デバイスに用いられる窒化物半導体発光素子を得るために、ｍ面ｎ型ＧａＮ基板上に、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層からなるｎ型窒化物半導体層と、厚さ１５ｎｍのＩｎＧａＮ量子井戸層および厚さ３０ｎｍのＧａＮ障壁層からなる３周期の量子井戸構造を有する窒化物半導体活性層と、厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＮ層からなるｐ型窒化物半導体層とを形成した。ｎ型窒化物半導体層にＴｉ／Ｐｔ層からなるｎ型電極を、ｐ型窒化物半導体層にＰｄ／Ｐｔ層からなるｐ型電極を形成することにより、複数の窒化物半導体発光素子が配置する半導体アレイを得た。半導体アレイを、ｃ軸方向［０００１］とａ軸方向［１１−２０］にダイシングすることにより、窒化物半導体発光素子が配置される３００μｍ角の小片に分割した。小片化された窒化物半導体発光素子を、アルミナ製の実装基板上に、Ａｕバンプを用いてフリップチップ実装した。
【０１３９】
樹脂封止の母材としては、屈折率１．５の２液混合型シリコーン樹脂を用いた。所定の比率でシリコーン樹脂２液を量り取り、遊星式撹拌装置用の容器３つに移し替えた。準備した３つそれぞれのシリコーン樹脂の体積に対して５％の体積濃度になるように直径１５０ｎｍのＳｉＯ2ナノ粒子（屈折率：１．４）、ＺｎＯナノ粒子（屈折率：２．０）、ＴｉＯ2ナノ粒子（屈折率：２．９）をそれぞれ計量し、上記撹拌装置用の容器３つにそれぞれを移し替えた。体積濃度は、シリコーン樹脂及び非蛍光体粒子の単位体積あたりの質量密度から計算している。
【０１４０】
その後、各容器内のシリコーン樹脂２液と非蛍光体粒子が均一に混ざるまで、撹拌棒を用いて１０分間手動で撹拌した。
【０１４１】
このようにして準備した各種ナノ粒子を含むシリコーン樹脂３種類がさらに均一に混ざるまで、実施例１と同様に遊星式撹拌装置を用いてそれぞれ１５分間撹拌した。その後、撹拌処理したシリコーン樹脂に僅かに含まれる気泡を完全に除去するため、実施例１と同様に容器の蓋を外した状態で真空室に搬入し、脱泡工程を入念に行った。
【０１４２】
このようにして得られた光取り出し制御可能な樹脂封止をディスペンサー用のシリンジへ移し替え、半球形状の凹形状を有する金型内へ必要量を注入した。窒化物半導体発光素子４０２が実装されている実装基板４０１をその金型へセットし加熱硬化することによって、光取り出し制御層４０４が窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置する発光デバイス（図４（ａ）に示す形態）を作製した。
【０１４３】
このようにして作製した発光素子（ＳｉＯ2ナノ粒子、ＺｎＯナノ粒子、ＴｉＯ2ナノ粒子の濃度が５ｖｏｌ％の光取り出し制御層４０４を有する発光素子）の発光特性を評価した結果を図９に示す。図９は実施例２の発光デバイスの規格化偏光度と、その発光デバイスにおける樹脂内の非蛍光体粒子の種類と濃度との関係を示すグラフである。図９の縦軸である規格化偏光度とは、非蛍光体粒子混合率が０ｖｏｌ％、つまり非蛍光体粒子を含まない光取り出し制御層４０４を用いた場合の偏光度を１と規格化したものである。
【０１４４】
図９から、屈折率が母材であるシリコーン（屈折率：１．５）よりも低いＳｉＯ2ナノ粒子（屈折率：１．４）を用いても偏光度を改善する効果が現れていることがわかる。その効果は母材との屈折率差が大きくなるに従って大きくなり、ＴｉＯ2ナノ粒子（屈折率：２．９）を用いた場合に最大となった。つまり、母材と非蛍光体粒子の屈折率差が大きく、母材から非蛍光体粒子へ入射した光の反射率が高い光取り出し制御層４０４の方が本発明の効果が大きいという傾向からも、本発明は窒化物半導体発光素子４０２から発生した光が光取り出し制御層４０４に含まれる非蛍光体粒子によってレイリー散乱する現象を応用したものであることが分かる。この効果は、素子で発生した光が偏光している非極性面や半極性面を主面とする窒化物発光素子において有効である。
【０１４５】
なお、同じ手順でシリコーン樹脂やエポキシ樹脂に対して直径１５０ｎｍより大きい非蛍光体粒子を分散させる試験を行っても、本発明の効果は現れなかった。この原因は、窒化物半導体から発生する光の波長を円周率で割った値と、非蛍光体粒子の直径が同程度になると、本発明が応用するレイリー散乱の効果よりも、ミー散乱の効果が支配的になったためと推測される。
【０１４６】
また、本発明で使用した上記３種の非蛍光体粒子のバンドギャップ（禁制帯幅）は、いずれも３．０ｅＶ以上である。これは、３．０ｅＶ未満のを使用した場合は窒化物半導体発光素子４０２から発生した光が非蛍光体粒子と作用して吸収されてしまい、光取り出し効率が低下してしまうからである。
【実施例３】
【０１４７】
実施例３として、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示す構成の発光デバイスを作製した。比較例として、ＴｉＯ2ナノ粒子を含まないシリコーン樹脂を有する発光デバイスを作製し、実施例３の発光デバイスと特性を比較した。以下、その結果を説明する。
【０１４８】
まず、本実施例の発光デバイスに用いられる窒化物半導体発光素子を、実施例１と同様の方法によって作製した。
【０１４９】
樹脂封止の母材として、屈折率１．５の２液混合型シリコーン樹脂を用いた。所定の比率でシリコーン樹脂２液を量り取り、遊星式撹拌装置用の容器２つに移し替えた。準備した片方のシリコーン樹脂の体積に対して１０％の体積濃度になるように直径１００ｎｍのＴｉＯ2ナノ粒子を計量し、上記撹拌装置用の容器１つに移し替えた。体積濃度は、シリコーン樹脂及び非蛍光体粒子の単位体積あたりの質量密度から、体積濃度を計算している。その後、ＴｉＯ2粒子を含まないシリコーン樹脂（比較例）も、ＴｉＯ2ナノ粒子を含むシリコーン樹脂も、実施例１と同様に容器内が均一に混ざるまで、撹拌棒を用いて１０分間手動で撹拌した。
【０１５０】
このようにして準備したＴｉＯ2ナノ粒子を含まないシリコーン樹脂（比較例）も、ＴｉＯ2ナノ粒子を含むシリコーン樹脂も、さらに均一に混ざるまで実施例１と同様に遊星式撹拌装置を用いて１５分間撹拌した。撹拌処理したシリコーン樹脂に僅かに含まれる気泡を完全に除去するため、実施例１と同様に容器の蓋を外した状態で真空室に搬入し、脱泡工程を入念に行った。
【０１５１】
このようにして得られた樹脂封止２種類をディスペンサー用のシリンジへそれぞれ移し替えた。
【０１５２】
次に、比較例の発光デバイスを作製するために、ＴｉＯ2ナノ粒子を含まない樹脂封止を半球形状の凹形状を有する金型内へ必要量だけ注入した。ｍ面を主面とする窒化物半導体発光素子４０２が実装されている実装基板４０１をその金型へセットし加熱硬化することによって、第１の樹脂封止４０３が窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置する発光デバイス（図４（ａ）に示す構造において光取り出し制御層４０４が非蛍光体粒子を含まない形態）を作製した（比較例）。
【０１５３】
次に、図４（ｂ）に示す発光デバイスを作製するために、ＴｉＯ2ナノ粒子を含まない樹脂封止を半球形状の凹形状を有する金型内へ必要量を注入し、半球形状の凸形状を有する金型を用いて加熱硬化することによって第２の樹脂封止部４０５を先に形成した。そこへＴｉＯ2ナノ粒子を含む樹脂封止を必要量注入し、窒化物半導体発光素子４０２が実装されている実装基板４０１をその金型へセットし加熱硬化することによって、光取り出し制御層４０４が窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置する発光デバイス（図４（ｂ）に示す形態）を作製した。
【０１５４】
最後に、図４（ｃ）に示す発光デバイスを得るために、ＴｉＯ2ナノ粒子を含まない樹脂封止を半球形状の凹形状を有する金型内へ必要量を注入し、半球形状の凸形状を有する金型を用いて加熱硬化することによって第２の樹脂封止部４０５を先に形成した。さらにＴｉＯ2ナノ粒子を含む樹脂封止を必要量注入し再度半球形状の凸形状を有する金型を用いて加熱硬化することによって光取り出し制御層４０４を形成した。そこへＴｉＯ2ナノ粒子を含まない樹脂封止を必要量注入し、窒化物半導体発光素子４０２が実装されている実装基板４０１をその金型へセットし加熱硬化することによって、第１の封止部４０３が窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置する発光デバイス（図４（ｃ）に示す形態）を作製した。
【０１５５】
図１０はＴｉＯ2ナノ粒子を含まない比較例における配光分布特性を示すグラフである。図１１は、図４（ｂ）に示す構造を有する発光デバイスの配光分布特性を示すグラフである。図１２は図４（ｃ）に示す構造を有する発光デバイスの配光分布特性を示すグラフである。
【０１５６】
図１０、図１１及び図１２の配光分布特性は、国際照明委員会ＣＩＥ発行のＣＩＥ１２７に明記されたＣｏｎｄｉｔｉｏｎ  Ａにおいて放射強度の測定を行うことによって得られた。図中、横軸は放射角度であり、ｍ面の法線方向、すなわちｍ軸からの傾きを意味する。また、縦軸の規格化放射強度は、放射強度の最大値で規格化した値である。図中の実線はａ軸を回転軸として、＋ｃ軸方向及び−ｃ軸方向にｍ軸を傾けた場合の配光分布特性である。また、図中の点線はｃ軸を回転軸として、ａ軸方向にｍ軸を傾けた場合の配光分布特性である。図１３は、図１０、図１１及び図１２のそれぞれの同じ角度におけるａ軸を回転軸とした場合と、ｃ軸を回転軸とした場合の規格化発光強度の差を百分率で示したものである。
【０１５７】
本実施例で用いた偏光特性を有する発光素子はｍ面を主面としているため、窒化物半導体活性層の光はａ軸方向に主として偏光した光を発生する。そのため、ａ軸に垂直な方向に光を強く放射する。結果として、ａ軸を回転軸とする配光分布特性は歪んだ形状になる。配光分布特性が歪む現象は、図１０に示す比較例のグラフにおいて顕著に観察されている。図１３のａ軸とｃ軸の規格化発光強度の差の図から明らかなように、比較例においては、配光分布特性は最大で３８％の非対称性を有している。一方、図４（ｂ）の構造においては、非対称性は最大で１４％程度に改善されている。また、本発明の図４（ｃ）の構造においては、非対称性は最大で２５％程度に改善されている。これは、ＴｉＯ2ナノ粒子によって光が散乱された結果、配光特性が改善されたことを意味する。さらに、図１２から、本発明の光取り出し制御層４０４が樹脂封止のどこか一部に設けられていれば配光特性の改善が可能であることがわかる。
【０１５８】
図４（ｃ）に示す発光デバイスでは、粘度の低い樹脂（第１封止部４０３）で窒化物半導体発光素子４０２の周囲を封止した後に、その表面に非蛍光体粒子を含む粘度の高い樹脂（光取り出し制御層４０４）を配置させている。樹脂に非蛍光体粒子を含めることにより、その粘度が高くなるため、光取り出し制御層４０４によって窒化物半導体発光素子４０２の周囲を封止する場合には、空隙が発生するおそれがある。図４（ｃ）に示す構成では、このようなおそれを回避することができる。
【０１５９】
通常、窒化物半導体発光素子を封止する樹脂の屈折率は、窒化物半導体発光素子４０２から外界へ向かうにつれて順番に低くなる。このような構成にすることにより、光の取り出し効率の向上を図っている。それに対して、図４（ｃ）に示す構成では屈折率が低い樹脂（第１封止部４０３）の外側を屈折率が高い樹脂（光取り出し制御層４０４）が被覆している。これにより、第１の封止部４０３と光取り出し制御層４０４との界面において、窒化物半導体発光素子４０２からの光の反射率が高くなる。したがって、外部に放射される前に発光デバイス内で反射する光の成分の割合が多くなるため、偏光度をさらに下げられるという効果がある。
【０１６０】
以上のことから、本願の発明は、素子で発生した光の配光特性がランバーシアンに従わない非極性面や半極性面を主面とする窒化物発光素子において有効である。
【実施例４】
【０１６１】
実施例４として、図４（ｄ）から（ｆ）に示す構成の発光デバイスを作製した。以下、その結果を説明する。
【０１６２】
まず、本実施例の発光デバイスに用いられる窒化物半導体発光素子を、実施例１と同様の方法によって作製した。
【０１６３】
実施例１と同様の手順で準備した樹脂を、ディスペンサー用のシリンジへ移し替え、窒化物半導体発光素子４０２が実装されている実装基板４０１の凹部へ必要量を注入し加熱硬化した。これにより、光取り出し制御層４０４が窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置される発光デバイス（図４（ｄ）に示す形態）を作製した。光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値を、窒化物半導体発光素子４０２の素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍未満にすると、１．５倍以上の長さにしたときと比べて光取り出し効率が小さくなってしまうという現象を確認したため、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値を、窒化物半導体発光素子４０２の素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍以上になるように設計した。さらに好ましい形態は、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最小値をも、窒化物半導体発光素子４０２の素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍以上になるように設計することである。この場合、光取り出し効率が最大となることを確認している。なお、図４（ｅ）に示す形態や図４（ｆ）に示す形態は、実装基板４０１の凹部へ注入する樹脂封止量を調整し、多段階に樹脂封止を加熱硬化することによって作製した。図４（ｄ）から（ｆ）に示す構造では、窒化物半導体発光素子４０２から横方向に放出された光が実装基板４０１の傾斜部分で反射される。そのため、指向性が強い配光特性を有するという利点がある。
【実施例５】
【０１６４】
実施例５として、図４（ｇ）から（ｉ）に示す構成の発光デバイスを作製した。以下、その結果を説明する。
【０１６５】
まず、本実施例の発光デバイスに用いられる窒化物半導体発光素子を、実施例１と同様の方法によって作製した。
【０１６６】
実施例１と同様の手順で準備した樹脂を、ディスペンサー用のシリンジへ移し替え、窒化物半導体発光素子４０２が実装されている実装基板４０１の凹部へ必要量を注入し加熱硬化した。これにより、光取り出し制御層４０４が窒化物半導体発光素子４０２を覆うように実装基板４０１の上に配置される発光デバイス（図４（ｄ）に示す形態）を作製した。その後、半球形状の凹形状を有する金型内へ樹脂封止を注入し、図４（ｄ）に示す樹脂封止済みの発光素子をその金型へセットし加熱硬化することによって、図４（ｇ）に示す形態を作製した。光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値を、窒化物半導体発光素子４０２の素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍未満にすると、１．５倍以上の長さにしたときと比べて光取り出し効率が小さくなってしまうという現象を確認したため、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最大値を、窒化物半導体発光素子４０２の素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍以上になるように設計した。さらに好ましい形態は、光取り出し制御層４０４の層内距離ＤＬの最小値をも、窒化物半導体発光素子４０２の素子内距離ＤＥの最大値の１．５倍以上になるように設計することである。この場合、光取り出し効率が最大となることを確認している。なお、図４（ｈ）に示す形態や図４（ｉ）に示す形態は、実装基板４０１の凹部へ注入する樹脂封止量を調整し、多段階に樹脂封止を加熱硬化することによって作製した。図４（ｇ）から（ｉ）に示す構造では、窒化物半導体発光素子４０２から横方向に放出された光が実装基板４０１の傾斜部分で反射される。そのため、光の指向性が強くなり、さらに樹脂封止部分の最外殻において光の放射方向が整えられるため、理想的にランバーシアンに近い配光特性が得られるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【０１６７】
本発明にかかる発光素子は、非極性面や半極性面を主面とする発光素子の偏光特性や配光特性を実用可能なレベルにまで改善する技術として有用である。
【符号の説明】
【０１６８】
３０１  実装ベース
３０２  偏光光を発する発光素子
３０３  光透過性樹脂部
３０４  基本容器
３０５  半導体素体
３０６  注型材料
３０７  発光物質顔料
３０８  パッケージ
３０９  光半導体素子
３１０  媒体
３１１  蛍光体粒子
４０１  実装基板
４０２  窒化物半導体発光素子
４０３  第１の封止部
４０４  光取り出し制御層
４０５  第２の封止部
１２０１  基板
１２０２  ｎ型窒化物半導体層
１２０３  窒化物半導体活性層
１２０４  ｐ型窒化物半導体層
１２０５  ｎ型電極
１２０６  ｐ型電極
１２０７  アンドープＧａＮ層
１２０８  ｐ-ＡｌＧａＮ層
【図１】
0005468517.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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