(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
六方晶系の結晶構造を有する窒化物半導体を含み主面を有する半導体層を備え、
前記半導体層は、前記主面内に配置された複数の構造体を有し、
前記複数の構造体のそれぞれは、前記主面上に設けられた凸部、または、前記主面上に設けられた凹部であり、
前記複数の構造体の配列の最近接の方向と、前記半導体層の結晶格子の前記主面に対して平行な平面内における最近接の方向と、の間の角度の絶対値は、１度以上１０度以下である窒化物半導体素子。
【請求項２】
六方晶系の結晶構造を有する窒化物半導体を含み主面を有する半導体層を備え、
前記半導体層は、前記主面内に配置された複数の構造体を有し、
前記複数の構造体のそれぞれは、前記主面上に設けられた凸部、または、前記主面上に設けられた凹部であり、
前記複数の構造体のそれぞれを前記主面に対して平行な平面で切断した平面形状は、前記主面に対して平行で互いに垂直な２つの軸に関する異方性を有し、
前記異方性の軸方向と、前記半導体層の結晶格子の前記主面に対して平行な平面内における最近接の方向と、の間の角度の絶対値は、１度以上１０度以下である窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記半導体層の結晶格子の前記主面に対して平行な平面内における前記最近接の方向は、前記結晶構造のｍ面に対して平行である請求項１または２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記半導体層は、
窒化物半導体を含み第１導電形の第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に設けられ窒化物半導体を含む発光層と、
前記発光層の上に設けられ窒化物半導体を含み前記第１導電形とは異なる第２導電形の第２半導層と、
を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、紫外、紫色、青色及び緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）や、青紫色及び青色のレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）などに応用されている。  
半導体発光素子において、結晶性を向上させ、発光効率を向上することが望まれている。
【０００３】
また、例えば、ＬＥＤでは、主にサファイア基板上にＧａＮ系からなる半導体薄膜構造を積層しているが、ＧａＮ系半導体とサファイアとでは屈折率が大きく異なるため、半導体層で発生した光がＧａＮ系半導体層中に閉じ込められやすい傾向にある。これに対し、サファイア基板の表面に凹凸を設け、光取り出し効率を向上する方法がある。しかし、この構造を用いても効率の向上のためには改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０５５５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、効率が高い窒化物半導体素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、窒化物半導体素子は、六方晶系の結晶構造を有する窒化物半導体を含み主面を有する半導体層を含む。前記半導体層は、前記主面内に配置された複数の構造体を有する。前記複数の構造体のそれぞれは、前記主面上に設けられた凸部、または、前記主面上に設けられた凹部である。前記複数の構造体の配列の最近接の方向と、前記半導体層の結晶格子の前記主面に対して平行な平面内における最近接の方向と、の間の角度の絶対値は、１度以上１０度以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る窒化物半導体素子を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の概要を示す模式的断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の一部を示す模式的断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る窒化物半導体素子を示す電子顕微鏡写真像である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１の実施形態に係る窒化物半導体素子を示す模式図である。
【図６】参考例の窒化物半導体素子を示す模式的平面図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、窒化物半導体素子の特性を示すグラフ図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の窒化物半導体素子を示す模式図である。
【図９】第１の実施形態に係る窒化物半導体素子を示す模式的平面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る別の窒化物半導体素子を示す模式的平面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る窒化物半導体素子を示す模式的平面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る別の窒化物半導体素子を示す模式的平面図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第２の実施形態に係る別の窒化物半導体素子を示す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００９】
（第１の実施形態）
本実施形態は、窒化物半導体素子に係る。実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＬＥＤ及びＬＤなどの半導体発光素子の他、受光素子を含む。さらに、実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＨＥＭＴなどのＧａＮを用いたスイッチング素子なども含む。以下では、実施形態に係る窒化物半導体素子の１つの例としてＬＥＤについて説明する。
【００１０】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の構成を例示する模式図である。  
図２は、第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の構成の概要を例示する模式的断面図である。  
まず、図２により、本実施形態に係る窒化物半導体素子の構成の概要について説明する。
【００１１】
図２に表したように、本実施形態に係る窒化物半導体素子１１０は、基板５０と、半導体機能層９０と、を備える。基板５０は、単結晶である。具体的には、基板５０には、例えば、サファイアの単結晶基板を用いることができる。基板５０には、例えば、ＧａＮ及びＳｉＣなどを用いても良い。半導体機能層９０は、基板５０の主面５０ａ上に設けられる。半導体機能層９０は、窒化物半導体を含む。
【００１２】
基板５０は、複数の構造体５３を有する。複数の構造体５３は、基板５０の主面５０ａ上に設けられる。複数の構造体５３は、基板５０の主面５０ａ内に配列されている。例えば、複数の構造体５３は、基板５０の主面５０ａ内で２次元的に配列されている。複数の構造体５３のそれぞれは、主面５０ａ上に設けられた凸部５０ｐ、または、主面５０ａ上に設けられた凹部である。
【００１３】
例えば、基板５０の主面５０ａ上において、連続的な凹部と、複数の凸部５０ｐと、が設けられる。また、基板５０の主面５０ａ上において、連続的な凸部と、複数の凹部と、が設けられても良い。以下では、連続的な凹部と、複数の凸部５０ｐと、が設けられる場合、すなわち、構造体５３が凸部５０ｐである場合について説明する。
この例では、半導体機能層９０は、第１半導体層１０と、発光層３０と、第２半導体層２０と、を含む。  
第１半導体層１０は、基板５０の主面５０ａ上に設けられる。第１半導体層１０は、窒化物半導体を含み、第１導電形である。発光層３０は、第１半導体層１０の上に設けられ、窒化物半導体を含む。第２半導体層２０は、発光層３０の上に設けられる。第２半導体層２０は、窒化物半導体を含み第２導電形である。第２導電形は、第１導電形とは異なる。
【００１４】
例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。ただし、実施形態はこれに限らず、第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。以下では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形である場合として説明する。
【００１５】
ここで、基板５０から半導体機能層９０に向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸に対して垂直な１つの軸をＸ軸とする。Ｚ軸とＸ軸とに対して垂直な方向をＹ軸とする。Ｚ軸は、基板５０の主面５０ａに対して垂直である。Ｚ軸は、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０を含む積層構造体１０ｓの積層方向に対して平行である。
【００１６】
本願明細書において、「積層」とは、互いに接して重ねられる場合の他に、間に他の層が挿入されて重ねられる場合も含む。
【００１７】
第１半導体層１０は、例えば、第１ｎ側層１１と、第２ｎ側層１２と、を含む。第１ｎ側層１１と第２半導体層２０との間に発光層３０が設けられる。第１ｎ側層１１と発光層３０との間に第２ｎ側層１２が設けられる。第１ｎ側層１１は、例えば、ｎ側コンタクト層の機能を有する。第１ｎ側層１１には、例えば、ｎ形ＧａＮ層が用いられる。第２ｎ側層１２は、ｎ側ガイド層としての機能を有することができる。第２側層１２には、例えば、ｎ形ＧａＮ層が用いられる。
【００１８】
この例では、第２半導体層２０は、第１ｐ側層２１と、第２ｐ側層２２と、第３ｐ側層２３と、第４ｐ側層２４と、を含む。第１ｐ側層２１と第１半導体層１０との間に発光層３０が設けられる。第２ｐ側層２２は、第１ｐ側層２１と発光層３０との間に設けられる。第３ｐ側層２３は、第２ｐ側層２２と発光層３０との間に設けられる。第４ｐ側層２４は、第３ｐ側層２３と発光層３０との間に設けられる。
【００１９】
第１ｐ側層２１は、例えば、ｐ側コンタクト層としての機能を有する。第１ｐ側層２１には、例えばｐ形ＧａＮ層が用いられる。第２ｐ側層２２は、ｐ側ガイド層として機能することができる。第２ｐ側層２２には、例えばｐ形ＧａＮ層が用いられる。第３ｐ側層２３は、例えば、電子オーバーフロー防止層（抑制層）として機能することができる。第３ｐ側層２３には、例えばｐ形ＡｌＧａＮ層が用いられる。第４ｐ側層２４は、ｐ側の別のガイド層として機能することができる。第４ｐ側層２４には、例えばｐ形ＧａＮ層を用いることができる。
【００２０】
図２に表したように、半導体機能層９０（積層構造体１０ｓ）は、下地層６０をさらに含むことができる。下地層６０は、基板５０と第１半導体層１０との間に設けられる。すなわち、下地層６０と発光層３０との間に第１半導体層１０が配置される。下地層６０には、例えば、ＧａＮ層が用いられる。
【００２１】
この例では、窒化物半導体素子１１０は、バッファ層５５をさらに備える。バッファ層５５は、基板５０と下地層６０との間に設けられる。バッファ層５５には、例えば、ＧａＮ層が用いられる。
【００２２】
窒化物半導体素子１１０は、第１電極７０と、第２電極８０と、をさらに備える。  
第１電極７０は、第１半導体層１０と電気的に接続される。第２電極８０は、第２半導体層２０と電気的に接続される。
【００２３】
この例では、第１半導体層１０の一部と、第２半導体層２０と、の間に発光層３０が設けられている。積層構造体１０ｓの第２半導体層２０の側の主面において、第１半導体層１０のその一部の上に第１電極７０が設けられ、第２半導体層２０の上に第２電極８０が設けられている。
【００２４】
窒化物半導体素子１１０は、第１電極パッド７５と、第２電極パッド８５と、をさらに備える。  
第１電極パッド７５は、例えば、第１電極７０の上（第１電極７０の第１半導体層１０とは反対の側）に設けられる。第１電極パッド７５は、第１電極７０と電気的に接続される。第２電極パッド８５は、例えば、第２電極８０の上（第２電極８０の第２半導体層２０とは反対の側）に設けられる。第２電極パッド８５は、第２電極８０と電気的に接続される。
【００２５】
第１電極パッド７５と第２電極パッド８５との間に電圧を印加することで、第１電極７０、第１半導体層１０、第２電極８０及び第２半導体層２０を介して、発光層３０に電流が流れ、発光層３０から光（発光光）が放出される。
【００２６】
第２電極８０は、例えば、発光光に対して透光性を有する。第２電極８０は、例えば、インジウム、錫及び亜鉛の少なくともいずれかを含む酸化物を含むことができる。
【００２７】
例えば、第２電極パッド８５の発光光に対する透過率は、第２電極８０の発光光に対する透過率よりも低い。例えば、第２電極パッド８５の導電率は、第２電極８０の導電率よりも高い。第２電極パッド８５には、各種の金属の単層または積層膜を用いることができる。第２電極パッド８５は、第２電極８０に電気的に接続されていれば良く、例えば、第２電極パッド８５が第２半導体層２０の上に絶縁層を介して設けられ、第２電極パッド８５が第２電極８０と電気的に接続される構成でも良い。
【００２８】
半導体機能層９０は、第１半導体層１０と発光層３０との間に設けられた多層構造体（図示しない）をさらに含んでも良い。多層構造体は、例えば、超格子層である。多層構造体は、例えば、Ｚ軸に沿って交互に積層された、複数のＧａＮ層と、複数のＩｎＧａＮ層と、を含むことができる。
【００２９】
基板５０に設けられる複数の構造体５３により、下地層６０または第１半導体層１０の下面（基板５０に対向する面）に凹凸が形成される。この例では、構造体５３が凸部５０ｐであり、下地層６０（または第１半導体層１０）に、複数の構造体凹部６０ｄが設けられる。基板５０の複数の凸部５０ｐのそれぞれが、下地層６０の複数の構造体凹部６０ｄのそれぞれに対向する。下地層６０の上面（第１半導体層１０に対向する側の面）は、平坦である。
【００３０】
基板５０の上に形成されたバッファ層５５の上に上記の積層構造体１０ｓが形成される。積層構造体１０ｓを形成した後に、基板５０を分離しても良い。基板５０の分離のときに、バッファ層５５は除去されても良い。また、基板５０の分離の後に、バッファ層５５の少なくとも一部が残っていても良い。
【００３１】
以下、発光層３０の構成の例について説明する。  
図３は、第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。  
図３に表したように、発光層３０は、複数の障壁層３１と、複数の障壁層３１どうしの間に設けられた井戸層３２と、を含む。
【００３２】
例えば、発光層３０は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Single Quantum Well）構造を有することができる。このとき、発光層３０は、２つの障壁層３１と、その障壁層３１の間に設けられた井戸層３２と、を含む。例えば、発光層３０は、多重量子井戸（ＭＱＷ:Multi Quantum Well）構造を有することができる。このとき、発光層３０は、３つ以上の障壁層３１と、障壁層３１どうしのそれぞれの間に設けられた井戸層３２と、を含む。
【００３３】
図３に示した例では、発光層３０は、（ｎ＋１）個の障壁層３１と、ｎ個の井戸層３２と、を含む（ｎは、１以上の整数）。第（ｉ＋１）番目の障壁層ＢＬ（ｉ＋１）は、第ｉ番目の障壁層ＢＬｉと第２半導体層２０との間に配置される（ｉは、１以上（ｎ−１）以下の整数）。第（ｉ＋１）番目の井戸層ＷＬ（ｉ＋１）は、第ｉ番目の井戸層ＷＬｉと第２半導体層２０との間に配置される。第１番目の障壁層ＢＬ１は、第１半導体層１０と第１番目の井戸層ＷＬ１との間に設けられる。第ｎ番目の井戸層ＷＬｎは、第ｎ番目の障壁層ＢＬｎと第（ｎ＋１）番目の障壁層ＢＬ（ｎ＋１）との間に設けられる。第（ｎ＋１）番目の障壁層ＢＬ（ｎ＋１）は、第ｎ番目の井戸層ＷＬｎと第２半導体層２０との間に設けられる。
【００３４】
井戸層３２は、III族元素とＶ族元素とを含む窒化物半導体を含む。例えば、井戸層３２は、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む窒化物半導体を含む。すなわち、井戸層３２は、例えば、ＩｎｘｓＧａ１−ｘｓＮ（０．０５≦ｘｓ≦０．５）を含む。発光層３０から放出される光（発光光）のピーク波長は、例えば４００ナノメートル（ｎｍ）以上６５０ｎｍ以下である。
【００３５】
障壁層３１は、III族元素とＶ族元素とを含む窒化物半導体を含む。障壁層３１のバンドギャップエネルギーは、井戸層３２のバンドギャップエネルギーよりも大きい。
【００３６】
障壁層３１がＩｎを含む場合、障壁層３１のIII族元素中におけるＩｎの組成比は、井戸層３２のIII族元素中におけるＩｎの組成比（上記のＩｎ組成比ｘｓ）よりも低い。これにより、井戸層３２におけるバンドギャップエネルギーは、障壁層３１におけるバンドギャップエネルギーよりも小さくなる。
【００３７】
図４は、第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の構成を例示する電子顕微鏡写真像である。  
すなわち、同図は、窒化物半導体素子１１０の基板５０に設けられる複数の凸部５０ｐを例示する走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）写真像である。
【００３８】
図４に表したように、基板５０の主面５０ａ上に複数の凸部５０ｐが設けられている。複数の凸部５０ｐは、Ｘ−Ｙ平面内で整列している。
【００３９】
凸部５０ｐの高さは、例えば、約１マイクロメートル（μｍ）である。凸部５０ｐの頂部の幅は、例えば、約３μｍである。複数の凸部５０ｐの中心どうしの間隔（ピッチ）は、例えば５μｍである。
【００４０】
このように、複数の凸部５０ｐの高さ、幅及びピッチの少なくともいずれかは、発光層３０から放出される光の波長よりも長い。これにより、光の取り出し効率の向上効果が高くなる。
【００４１】
この例では、構造体５３（凸部５０ｐ）のそれぞれの平面形状は円形であるが、実施形態は、これに限らない。構造体５３（凸部５０ｐ）のそれぞれは、三角形、四角形（長方形、平行四辺形、ひし形などを含む）及び六角形などを含む任意の多角形、ならびに、その多角形の角部が丸味を帯びたものなどの任意の平面形状を有することができる。
【００４２】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の構成を例示する模式図である。  
図５（ａ）は、基板５０に設けられる複数の構造体５３の配置を例示する模式的平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。
【００４３】
図５（ａ）に表したように、この例では、基板５０において、連続的な凹部５０ｄと、複数の凸部５０ｐ（複数の構造体５３）と、が設けられる。
【００４４】
図５（ｂ）に表したように、下地層６０には、連続的な構造体凸部６０ｐと、複数の構造体凹部６０ｄと、が設けられる。複数の構造体凹部６０ｄのそれぞれのＸ−Ｙ平面内の位置は、基板５０の複数の凸部５０ｐのＸ−Ｙ平面内の位置と実質的に一致する。従って、基板５０の凸部５０ｐのＸ−Ｙ平面内の特性（例えば平面形状及び配置など）に関する以下の説明は、構造体凹部６０ｄのＸ−Ｙ平面内の特性（例えば平面形状及び配置など）にも適用できる。
【００４５】
図５（ａ）に表したように、基板５０の複数の凸部５０ｐ（構造体５３）は、例えば、正六角形の中心及び６つ角のそれぞれに配置される。例えば、基板５０の主面５０ａにおいて、複数の凸部５０ｐは、繰り返しパターンで形成される。例えば、複数の凸部５０ｐは、基板５０の主面５０ａのうちの複数の凸部５０ｐ以外の領域が選択的にエッチングされて形成される。
【００４６】
本実施形態に係る窒化物半導体素子１１０においては、複数の凸部５０ｐのＸ−Ｙ平面内の配置と、基板５０の結晶格子と、の関係が定められる。すなわち、複数の凸部５０ｐのＸ−Ｙ平面内の配置の軸が、基板５０の結晶格子の軸に対して非平行（すなわち回転ずれを有する状態）に設定される。
【００４７】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、窒化物半導体素子１１０における軸の回転ずれを例示している。  
図１（ａ）は、複数の凸部５０ｐのＸ−Ｙ平面内の配置を模式的に例示している。図１（ｂ）は、基板５０の結晶格子を模式的に例示している。
【００４８】
図１（ａ）に表したように、複数の構造体５３（この例では凸部５０ｐ）の最近接の方向の１つを構造体軸方向ＳＡとする。構造体軸方向ＳＡは、例えば、複数の凸部５０ｐの配置の六角形の１つの辺に平行である。
【００４９】
図１（ｂ）に表したように、基板５０は、結晶格子５０ｃを有する。基板５０がサファイアである場合は、基板５０は、六方晶である。基板５０をＺ軸に沿ってみたときに、基板５０の結晶格子５０ｃは六角形の部分を有する。結晶格子５０ｃの主面５０ａに対して平行な平面内の最近接の方向を格子軸方向ＬＡとする。Ｚ軸に沿ってみたときに、格子軸方向ＬＡは、結晶格子５０ｃの六角形の１つの辺に平行である。
【００５０】
図１（ａ）に表したように、実施形態に係る窒化物半導体素子１１０においては、構造体軸方向ＳＡと格子軸方向ＬＡとが平行ではない。例えば、構造体軸方向ＳＡと格子軸方向ＬＡとの間の角度θ１の絶対値が、１度以上１０度以下に設定されている。
【００５１】
例えば、構造体軸方向ＳＡは、複数の凸部５０ｐのうちのいずれかである第１の凸部５１ｐと、複数の凸部５０ｐのうちで第１の凸部５１ｐに最も近い第２の凸部５２ｐと、を結ぶ軸の方向である。例えば、格子軸方向ＬＡは、基板５０の結晶格子５０ｃにおいて、主面５０ａに対して平行な平面内において互いに最も近い２つの格子点を結ぶ軸の方向である。
【００５２】
例えば、基板５０は、六方晶系の結晶構造を有している場合、格子軸方向ＬＡ（基板５０の結晶格子５０ｃの主面５０ａに対して平行な平面内における最近接の方向）は、結晶構造のｍ面（複数のｍ面のいずれか）に対して平行である。
【００５３】
このように、複数の構造体５３の配列の最近接の方向（構造体軸方向ＳＡ）と、基板５０の結晶格子５０ｃの主面５０ａに対して平行な平面内における最近接の方向（格子軸方向ＬＡ）と、の間の角度θ１の絶対値を、１度以上１０度以下とする。すなわち、これらの方向を互いに非平行に設定する。  
これにより、効率が高い窒化物半導体素子が提供できる。
【００５４】
図６は、参考例の窒化物半導体素子の構成を例示する模式的平面図である。  
同図は、参考例の窒化物半導体素子１１９における複数の凸部５０ｐのＸ−Ｙ平面内の配置を模式的に例示している。  
窒化物半導体素子１１９においては、複数の凸部５０ｐのＸ−Ｙ平面内の配置が窒化物半導体素子１１０とは異なる。これ以外は、窒化物半導体素子１１０と同様なので説明を省略する。
【００５５】
図６に表したように、参考例の窒化物半導体素子１１９においては、構造体軸方向ＳＡと、格子軸方向ＬＡと、の間の角度θ１の絶対値は実質的に０度である。すなわち、構造体軸方向ＳＡは、格子軸方向ＬＡに沿っている。
【００５６】
なお、構造体軸方向ＳＡを、複数の構造体５３に関するＸ−Ｙ平面内の配置の六角形における別の辺に平行に設定した場合は、角度θ１の絶対値は、６０度または１２０度などになる。すなわち、参考例においては、角度θ１の絶対値は、６０度×ｍ（ｍは整数）となる。従って、参考例においては、角度θ１の絶対値は、１度以上１０度以下にはならない。
【００５７】
一方、図１（ａ）に例示した窒化物半導体素子１１０において、複数の構造体５３に関するＸ−Ｙ平面内の配置の六角形における別の辺に平行に設定した場合は、角度θ１の絶対値は、６０度×ｍ±α度（αは１度以上１０度以下）となる。実施形態においては、着目する配置の軸に応じて異なる値を取り得る角度θ１の絶対値が、６０度×ｍ±α度（αは１度以上１０度以下）となるように設定される。すなわち、実施形態においては、角度θ１の絶対値が１度以上１０度以下となるような構造体軸方向ＳＡと格子軸方向ＬＡとの組み合わせが存在する。
【００５８】
以上のような構成を有する窒化物半導体素子１１０及び１１９を作製し、その特性を評価した。  
以下、窒化物半導体素子１１０の作製方法について説明する。この作製方法は、実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法の１つの例に相当する。
【００５９】
サファイアからなる基板５０の主面５０ａ上に、例えば、複数の構造体５３（この例では複数の凸部５０ｐ）に対応する形状のマスクを形成する。基板５０の表面のうちでマスクに覆われていない部分をエッチングする。これにより、複数の凸部５０ｐと、連続的な凹部５０ｄと、が形成される。この例では、構造体軸方向ＳＡと格子軸方向ＬＡとの間の角度θ１の絶対値は、４度とした。
【００６０】
基板５０の主面５０ａ上に、バッファ層５５及び積層構造体１０ｓの結晶を成長させる。この結晶成長には、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）が用いられる。この他、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）により結晶成長を行っても良い。
【００６１】
基板５０の主面５０ａ上にバッファ層５５となるＧａＮ層を成長させる。さらに、バッファ層５５の上に、第１ｎ側層１１となるｎ形ＧａＮ層を結晶成長させる。
【００６２】
第１半導体層１０に導入されるｎ形不純物には、ＳｉやＧｅ、Ｓｎなど種々の元素を用いることができる。この例では、Ｓｉを用いる。第１ｎ側層１１におけるＳｉのドーピング量は、例えば約２×１０１８ｃｍ−３である。
【００６３】
第１ｎ側層１１の上に、第２ｎ側層１２となるｎ形ＧａＮ層を結晶成長させる。第２ｎ側層１２におけるＳｉのドーピング量は、例えば約１×１０１８ｃｍ−３である。第２ｎ側層１２の厚さは、約０．１μｍである。
【００６４】
第１ｎ側層１１及び第２ｎ側層１２の成長温度は、例えば、１０００℃以上１１００℃以下である。
【００６５】
実施形態において、第２ｎ側層１２として、例えば、厚さが約０．１μｍのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層を用いても良い。第２ｎ側層１２としてＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層を用いる場合は、第２ｎ側層１２の成長温度は、例えば７００℃以上８００℃以下である。
【００６６】
第２ｎ側層１２の上に、発光層３０を形成する。すなわち、複数の障壁層３１と複数の井戸層３２とを交互に形成する。障壁層３１には、例えば、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層が用いられる。１つの障壁層３１の厚さは、例えば約１２．５ｎｍである。井戸層３２には、例えば、アンドープのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ層が用いられる。１つの井戸層３２の厚さは、例えば２．５ｎｍである。障壁層３１及び井戸層３２の成長温度は、例えば、７００℃以上８００℃以下である。この例では、室温における発光層３０のフォトルミネッセンスのピーク波長が４５０ｎｍになるように、障壁層３１及び井戸層３２が設計される。この例では、井戸層３２の数は８である。
【００６７】
発光層３０の上に、第２半導体層２０を形成する。第２半導体層２０に用いられるｐ形不純物としては、例えば、ＭｇやＺｎなど種々の元素を用いることができる。この例では、Ｍｇを用いる。
【００６８】
具体的には、発光層３０の上に、第４ｐ側層２４となるｐ形ＧａＮ層を成長させる。第４ｐ側層２４の厚さは、約３０ｎｍである。第４ｐ側層２４の成長温度は、例えば１０００℃以上１１００℃以下である。第４ｐ側層２４におけるＭｇのドーピング量は、例えば約４×１０１８ｃｍ−３である。
【００６９】
第４ｐ側層２４として、例えば、厚さが約３０ｎｍのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層を用いても良い。第４ｐ側層２４としてＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層を用いる場合は、第４ｐ側層２４の成長温度は、例えば７００℃以上８００℃である。
【００７０】
第４ｐ側層２４の上に、第３ｐ側層２３となるｐ形ＡｌＧａＮ層を成長させる。ｐ形ＡｌＧａＮ層は、例えば、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層である。第３ｐ側層２３の厚さは、約１０ｎｍである。第３ｐ側層２３におけるＭｇのドーピング量は、例えば約４×１０１８ｃｍ−３である。第３ｐ側層２３の成長温度は、例えば１０００℃以上１１００℃以下である。
【００７１】
第３ｐ側層２３の上に、第２ｐ側層２２となるｐ形ＧａＮ層を成長させる。第２ｐ側層２２におけるＭｇのドーピング量は、例えば約１×１０１９ｃｍ−３である。第２ｐ側層２２の厚さは、例えば約５０ｎｍである。第２ｐ側層２２の成長温度は、例えば１０００℃以上１１００℃以下である。
【００７２】
第２ｐ側層２２の上に、第１ｐ側層２１となるｐ形ＧａＮ層を成長させる。第１ｐ側層２１におけるＭｇのドーピング量は、例えば約１×１０２０ｃｍ−３である。第１ｐ側層１１の厚さは、例えば約６０ｎｍである。
【００７３】
このようにして、基板５０の上に積層構造体１０ｓが形成される。さらに、積層構造体１０ｓに対して、以下のデバイスプロセスを行う。
【００７４】
第１ｐ側層２１の上に、第２電極８０となるＩＴＯ層が形成される。ＩＴＯ膜の厚さは、例えば、約２００ｎｍである。
【００７５】
その後、ＩＴＯ膜、第２半導体層２０、発光層３０及び第２ｎ側層１２の一部の領域にドライエッチングを施し、第１ｎ側層１１の一部を露出させる。露出した第１ｎ側層１１の上に、第１電極７０を形成する。第１電極７０としては、例えば、Ｔｉ膜／Ｐｔ膜／Ａｕ膜の積層膜を用いることができる。Ｔｉ膜の厚さは約０．０５μｍである。Ｐｔ膜の厚さは約０．０５μｍである。Ａｕ膜の厚さは、約０．２μｍである。
【００７６】
第１電極７０の上に第１電極パッド７５を形成し、第２電極８０の上に第２電極パッド８５を形成する。すなわち、第１電極７０及び第２電極８０の上に、例えば、膜厚が約１．０μｍのＡｕ膜を形成する。このＡｕ膜が、第１電極パッド７５及び第２電極パッド８５となる。  
これにより、図１に例示した窒化物半導体素子１１０が形成される。
【００７７】
一方、サファイアからなる基板５０の主面５０ａ上に形成するマスクの開口部の配置を変えて、複数の凸部５０ｐと、連続的な凹部５０ｄと、を形成する。複数の凸部５０ｐのＸ−Ｙ平面内における配置は、図６に示した通りである。この基板５０を用いることで、上記と同様のプロセスを実施することにより、参考例の窒化物半導体素子１１９が形成される。
【００７８】
窒化物半導体素子１１０及び１１９の半導体機能層９０の結晶性をＸ線回折により評価した。この評価では、半導体機能層９０のＸ−Ｙ平面内の結晶性が評価された。この評価では、ＧａＮ（１１−２４）面と、ＧａＮ（２０−２４）面と、２つの面に関してのＸ線回折強度が測定された。
【００７９】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、窒化物半導体素子の特性を例示するグラフ図である。  
図７（ａ）は、窒化物半導体素子１１０の特性を示し、図７（ｂ）は、窒化物半導体素子１１９の特性を示す。これらの図の横軸は、回転角φであり、縦軸は、Ｘ線回折強度ＸＲＤＩ（相対値）である。
【００８０】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に表したように、回転角φが約０度と、約−３０度と、に対応する２つのピークが見られる。回転角φが約０度に現れるピークは、ＧａＮの（１１−２４）面に対応し、回転角φが約−３０度に現れるピークは、ＧａＮの（２０−２４）面に対応する。
【００８１】
図７（ｂ）に示したように、参考例の窒化物半導体素子１１９においては、（１１−２４）面及び（２０−２４）面のピークには、主ピーク（０度及び−３０度のピーク）から回転角φのマイナス方向の位置に、大きな肩がある。
【００８２】
これに対して、図７（ａ）に示したように、実施形態に係る窒化物半導体素子１１０においては、窒化物半導体素子１１９に比べて、この肩が非常に小さい。すなわち、実質的に単一ピークである。このように、窒化物半導体素子１１０においては、実質的に単一のＸ線回折ピークが得られる。このように、窒化物半導体素子１１０における半導体機能層９０の結晶性は高い。
【００８３】
（１１−２４）面のＸ線ロッキングカーブ及び（２０−２４）面のX線ロッキングカーブは、ＧａＮのツイスト成分を反映しており、刃状転位密度と相関関係がある。
【００８４】
実施形態においては、これらの面のＸ線ロッキングカーブが実質的に単一ピークとなり、半導体機能層９０における結晶のツイスト成分のばらつきが小さくなる。これにより、ＧａＮの刃状転位密度が低減される。これにより、窒化物半導体素子１１０においては、高い内部量子効率が得られる。
【００８５】
さらに、これらの窒化物半導体素子の発光特性を測定した。その結果、窒化物半導体素子１１０における所定の動作条件のときの光出力は、２４．５ミリワット（ｍＷ）であった。一方、窒化物半導体素子１１９におけるその動作条件のときの光出力は２３．７ｍであった。このように、実施形態によれば、参考例に比べて高い光出力が得られる。このように、実施形態によれば、効率が高い窒化物半導体素子が提供できる。
【００８６】
なお、構造体軸方向ＳＡが格子軸方向ＬＡに沿う参考例においても、製造工程のばらつきなどにより、構造体軸方向ＳＡと格子軸方向ＬＡとの間の角度θ１が０度からずれることがある。しかしながら、構造体軸方向ＳＡが格子軸方向ＬＡに沿う参考例においては、製造工程のばらつき等によって意図せずに生じる角度θ１は、０．２度以下である。すなわち、構造体軸方向ＳＡが格子軸方向ＬＡにほぼ平行である参考例においては、角度θ１は、０．２度以下である。これに対して、実施形態においては、構造体軸方向ＳＡを、意図して格子軸方向ＬＡから回転させる。
【００８７】
図７（ａ）に例示したように、Ｘ線回折強度ＸＲＤＩは、そのピークを与える回転角φからプラス方向に、約１度〜２度の広がりを有している。また、図７（ｂ）に例示したように、参考例において発生するＸ線回折強度ＸＲＤＩの肩は、約１０度の回転角φの広がり（肩）を有している。
【００８８】
このような特性に基づき検討すると、実施形態において、構造体軸方向ＳＡと格子軸方向ＬＡとの間の角度θ１の絶対値を１度以上１０度以下にすることで、半導体機能層９０の結晶性を高める効果が実用的に十分に得られる。
【００８９】
角度θ１は、３度以上５度以下であることがより望ましい。これにより、半導体機能層９０の結晶性を高める効果がより高くなり、効率がより高い窒化物半導体素子が得られやすくなる。
【００９０】
角度θ１が１０度よりも大きくなると、基板５０の構造体５３の凹凸を半導体機能層９０（例えば第１半導体層１０または下地層６０など）で埋め込む際の埋め込み性が低下する場合がある。角度θ１を１０度以下にすることで、高い結晶性と、高い埋め込み性と、が得られる。
【００９１】
構造体軸方向ＳＡは、基板５０に設けられる複数の構造体５３の形状及び配置から求めることができる。また、基板５０の凹凸形状を反映した凹凸形状を有する半導体機能層９０の解析結果に基づいて、構造体軸方向ＳＡを求めることもできる。これらの凹凸の形状は、窒化物半導体素子を例えば電子顕微鏡で観察することなどによって求めることができる。このとき、必要に応じて、窒化物半導体素子に含まれる要素の少なくとも一部を除去し、この試料を解析しても良い。  
格子軸方向ＬＡは、例えば、基板５０をＸ線回折により解析することで求めることができる。
【００９２】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の窒化物半導体素子の構成を例示する模式図である。  
図８（ａ）は、基板５０に設けられる複数の構造体５３の配置を例示する模式的平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。
【００９３】
図８（ａ）に表したように、この例では、基板５０において、連続的な凸部５０ｐと、複数の凹部５０ｄ（複数の構造体５３）と、が設けられる。すなわち、この例では、構造体５３が、凹部５０ｄである。
【００９４】
図８（ｂ）に表したように、この場合、下地層６０には、連続的な構造体凹部６０ｄと、複数の構造体凸部６０ｐと、が設けられる。複数の構造体凸部６０ｐのそれぞれのＸ−Ｙ平面内の位置は、基板５０の複数の凹部５０ｄのＸ−Ｙ平面内の位置と実質的に一致する。従って、基板５０の凹部５０ｄのＸ−Ｙ平面内の特性（例えば平面形状及び配置など）に関する以下の説明は、構造体凸部６０ｐのＸ−Ｙ平面内の特性（例えば平面形状及び配置など）にも適用できる。
【００９５】
図８（ａ）に表したように、Ｚ軸に沿ってみたときに、基板５０の複数の凹部５０ｄ（構造体５３）は、例えば、正六角形の中心及び６つ角のそれぞれに配置される。複数の凹部５０ｄのＸ−Ｙ平面内の配置と、基板５０の結晶格子と、の関係が定められる。すなわち、複数の凹部５０ｄのＸ−Ｙ平面内の配置の軸が、基板５０の結晶格子の軸に対して非平行に設定される。
【００９６】
例えば、構造体軸方向ＳＡと格子軸方向ＬＡとの間の角度θ１の絶対値が、１度以上１０度以下に設定されている。
【００９７】
構造体軸方向ＳＡは、例えば、複数の凹部５０ｄのうちのいずれかである第１の凹部５１ｄと、複数の凹部５０ｄのうちで第１の凹部５１ｄに最も近い第２の凹部５２ｄと、を結ぶ軸の方向である。この場合も、格子軸方向ＬＡは、例えば、基板５０結晶格子５０ｃにおいて、主面５０ａに対して平行な平面内において互いに最も近い２つの格子点を結ぶ軸の方向である。
【００９８】
構造体軸方向ＳＡと格子軸方向ＬＡとの間の角度θ１の絶対値を、１度以上１０度以下にすることで、半導体機能層９０の結晶性が向上する。これにより、例えば、ＧａＮの刃状転位密度が低減される。これにより、高い効率が得られる。そして、高い光出力が得られる。  
このように、窒化物半導体素子１１１によれば、効率が高い窒化物半導体素子が提供できる。
【００９９】
この場合も、複数の凹部５０ｄの深さ、幅及びピッチの少なくともいずれかは、発光層３０から放出される光の波長よりも長い。これにより、光の取り出し効率の向上効果が高くなる。
【０１００】
本実施形態においては、基板５０に複数の構造体５３（凸部５０ｐまたは凹部５０ｄ）が設けられる。複数の構造体５３の基本周期に応じた多角形を描いたときに、その多角形の方向と、基板５０の面内方位と、が異なる。すなわち、その多角形の方向と、基板５０の面内方位と、の間の角度が１度以上１０度以下に設定される。これにより、ＧａＮ系半導体における転位密度及びピット密度が低減され、結晶性が向上する。これにより、効率が向上する。
【０１０１】
なお、従来、複数の構造体５３（凸部または凹部）の形状及び配置に関して、種々の工夫が施されているが、複数の構造体５３の配置と、結晶格子５０ｃと、の関係については、考慮されていなかった。
【０１０２】
これに対して、実施形態においては、複数の構造体５３のＸ−Ｙ平面内の配置と、基板５０の結晶格子と、の関係が定められる。すなわち、複数の構造体５３のＸ−Ｙ平面内の配置の軸（構造体軸方向ＳＡ）が、基板５０の結晶格子５０ｃの軸（格子軸方向ＬＡ）に対して非平行に設定される。これにより、Ｘ線回折ピークが実質的に単一ピークになる。すなわち、結晶性が向上する。これにより、高い効率が得られる。
【０１０３】
図９は、第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の構成を例示する模式的平面図である。  
同図は、基板５０の主面５０ａ上における複数の構造体５３の配置を例示している。構造体５３は、凸部５０ｐまたは凹部５０ｄである。すなわち、同図は、窒化物半導体素子１１０または１１１における複数の構造体５３の配置を例示している。
【０１０４】
図９に表したように、複数の構造体５３が、六角形の中心及び６つの角のそれぞれの位置に繰り返して配置されている。実施形態においては、複数の構造体５３のＸ−Ｙ平面内の配置の軸（すなわち、最近接の方向である構造体軸方向ＳＡ）は、少なくとも３つの方向を取り得る。この３つの方向のいずれかと、格子軸方向ＬＡと、の間の角度θ１の絶対値が、１度以上１０度以下である。  
図９に図示した例では、複数の構造体５３が、六角形の中心及び６つの角のそれぞれの位置に、高い精度で整列している。
【０１０５】
図１０は、第１の実施形態に係る別の窒化物半導体素子の構成を例示する模式的平面図である。  
同図は、基板５０の主面５０ａ上における複数の構造体５３の配置を例示している。構造体５３は、凸部５０ｐまたは凹部５０ｄである。
【０１０６】
図１０に表したように、実施形態に係る別の窒化物半導体素子１１２においては、複数の構造体５３のうちの一部は、六角形の中心及び６つの角のそれぞれの位置から、短い距離だけずれて配置されている。このように、複複数の凸部５０ｐは、例えば、基板５０の主面５０ａ内で、実質的に整列している。
【０１０７】
図１０に表したように、複数の構造体５３のうちの一部が、短い距離だけずれて配置されている場合にも、複数の構造体５３の配置の最近接の方向（構造体軸方向ＳＡが）が定義できる。そして、この場合も、窒化物半導体素子１１２は、３つの構造体軸方向ＳＡを有している。この３つの方向のいずれかと、格子軸方向ＬＡと、の間の角度θ１の絶対値が、１度以上１０度以下に設定される。
【０１０８】
（第２の実施の形態）  
図１１は、第２の実施形態に係る窒化物半導体素子の構成を例示する模式的平面図である。  
同図は、第２の実施形態に係る窒化物半導体素子１２１における複数の構造体５３のＸ−Ｙ平面内の形状及び配置を模式的に例示している。
【０１０９】
窒化物半導体素子１２１も、単結晶の基板５０と、基板５０の主面５０ａ上に設けられ窒化物半導体を含む半導体機能層９０と、を備える。そして、基板５０は、主面５０ａ内で、例えば２次元的に配置された複数の構造体５３を有する。窒化物半導体素子１２１においては、複数の構造体５３のＸ−Ｙ平面内の形状及び配置が、窒化物半導体素子１１０とは異なる。これ以外の構成は、窒化物半導体素子１１０と同様なので説明を省略する。
【０１１０】
窒化物半導体素子１２１においても、複数の構造体５３のそれぞれは、主面５０ａ上に設けられた凸部５０ｐ、または、主面５０ａ上に設けられた凹部５０ｄである。この例では、構造体５３は、凸部５０ｐである。
【０１１１】
図１１に表したように、複数の構造体５３（この例では凸部５０ｐ）のそれぞれを主面５０ａに対して平行な平面で切断した平面形状は、主面５０ａに対して平行で互いに垂直な２つの軸に関する異方性を有する。
【０１１２】
この例では、構造体５３の平面形状は、楕円である。楕円は、長軸と短軸とを有しており、例えば、長軸がＺ軸に対して垂直な１つの軸（例えばＸ１軸）であり、短軸がＺ軸に対して垂直な別の１の軸（例えばＹ１軸）となる。すなわち、この例では、構造体５３の平面形状の、主面５０ａに対して平行で互いに垂直な２つの軸が、Ｘ１軸及びＹ１軸である。そして、Ｘ１軸とＹ１軸とに関する２つの長さ（例えば長軸の長さと短軸の長さ）が互いに異なる。このように、「異方性を有する」とは、構造体５３の平面形状の、主面５０ａに対して平行で互いに垂直な２つの軸に関する２つの長さが互いに異なる状態を含む。
【０１１３】
そして、構造体５３の平面形状が異方性を有する場合において、Ｘ１軸またはＹ１軸が異方性の軸となる。
【０１１４】
実施形態に係る窒化物半導体素子１２１においては、異方性の軸方向ＡＡ（例えばＸ１軸方向に対して平行）と、基板５０の結晶格子５０ｃの主面５０ａに対して平行な平面内における最近接の方向（格子軸方向ＬＡ）と、の間の角度θ２の絶対値は、１度以上１０度以下である。
【０１１５】
これにより、半導体機能層９０における結晶のツイスト成分のばらつきが小さくなる。これにより、例えば、ＧａＮの刃状転位密度が低減され、高い内部量子効率が得られる。
【０１１６】
図１２は、第２の実施形態に係る別の窒化物半導体素子の構成を例示する模式的平面図である。  
同図は、第２の実施形態に係る別の窒化物半導体素子１２２における複数の構造体５３のＸ−Ｙ平面内の形状及び配置を模式的に例示している。この場合には、構造体５３は、凹部５０ｄである。
【０１１７】
図１２に表したように、この場合も、複数の構造体５３（この例では凹部５０ｄ）のそれぞれを主面５０ａに対して平行な平面で切断した平面形状は、楕円である。すなわち、複数の構造体５３の平面形状は、主面５０ａに対して平行で互いに垂直な２つの軸に関する異方性を有する。
【０１１８】
そして、異方性の軸方向ＡＡと格子軸方向ＬＡとの間の角度θ２の絶対値は、１度以上１０度以下である。
【０１１９】
窒化物半導体素子１２２においても、半導体機能層９０における結晶のツイスト成分のばらつきが小さくなる。これにより、例えば、ＧａＮの刃状転位密度が低減され、高い内部量子効率が得られる。
【０１２０】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第２の実施形態に係る別の窒化物半導体素子の構成を例示する模式的平面図である。  
これらの図は、複数の構造体５３のＸ−Ｙ平面内の形状及び配置を模式的に例示している。
【０１２１】
図１３（ａ）に表したように、実施形態に係る別の窒化物半導体素子１２３においては、構造体５３は、凸部５０ｐである。図１３（ｂ）に表したように、実施形態に係る別の窒化物半導体素子１２４においては、構造体５３は、凹部５０ｄである。そして、これらの凸部５０ｐ及び凹部５０ｄの平面形状は長方形である。この場合も、複数の構造体５３の平面形状は、主面５０ａに対して平行で互いに垂直な２つの軸に関する異方性を有する。
【０１２２】
そして、異方性の軸方向ＡＡと格子軸方向ＬＡとの間の角度θ２の絶対値は、１度以上１０度以下である。
【０１２３】
上記の窒化物半導体素子１２１〜１２４においては、複数の構造体５３の配列の最近接の方向（構造体軸方向ＳＡ）は、格子軸方向ＬＡに沿っている。実施形態は、これに限らない。異方性の軸方向ＡＡと格子軸方向ＬＡとの間の角度θ２の絶対値を１度以上１０度以下に設定し、さらに、構造体軸方向ＳＡと格子軸方向ＬＡとの間の角度θ１の絶対値を１度以上１０度以下に設定しても良い。
【０１２４】
（第３の実施形態）  
本実施形態は、窒化物半導体層を成長させる窒化物半導体層成長用基板に係る。本実施形態に係る窒化物半導体層成長用基板は、第１の実施形態に関して説明した基板５０を含む。窒化物半導体層成長用基板は、窒化物半導体層（例えば上記の半導体機能層９０）を成長させる主面５０ａを有する。窒化物半導体層成長用基板は、主面５０ａ内で、例えば２次元的に配置された複数の構造体５３を備える。窒化物半導体層成長用基板は、単結晶である。
【０１２５】
窒化物半導体成長用基板には、例えば、サファイアの単結晶基板を用いることができる。窒化物半導体成長用基板には、例えば、ＧａＮ及びＳｉＣなどを用いても良い。このように、窒化物半導体成長用基板は、六方晶系の結晶構造を有することができる。
【０１２６】
複数の構造体５３のそれぞれは、主面５０ａ上に設けられた凸部５０ｐ、または、主面５０ａ上に設けられた凹部５０ｄである。複数の構造体５３の配列の最近接の方向（構造体軸方向ＳＡ）と、窒化物半導体層成長用基板の結晶格子５０ｃの主面５０ａに対して平行な平面内における最近接の方向（格子軸方向ＬＡ）と、の間の角度θ１の絶対値は、１度以上１０度以下である。
【０１２７】
本実施形態に係る窒化物半導体層成長用基板によれば、例えば、その上に成長させる窒化物半導体層のＧａＮの刃状転位密度を低減できる。これにより、効率が高い窒化物半導体素子を形成できる窒化物半導体層成長用基板が提供できる。
【０１２８】
なお、この場合も、窒化物半導体層成長用基板の主面５０ａに対して平行な平面内における最近接の方向（格子軸方向ＬＡ）は、窒化物半導体層成長用基板の結晶構造のｍ面に対して平行とすることができる。
【０１２９】
（第４の実施形態）  
本実施形態は、窒化物半導体層を成長させる窒化物半導体層成長用基板に係る。本実施形態に係る窒化物半導体層成長用基板は、第２の実施形態に関して説明した基板５０を含む。
【０１３０】
窒化物半導体層成長用基板は、複数の構造体５３を備える。複数の構造体５３のそれぞれは、主面５０ａ上に設けられた凸部５０ｐ、または、主面５０ａ上に設けられた凹部５０ｄである。複数の構造体５３のそれぞれを主面５０ａに対して平行な平面で切断した平面形状は、主面５０ａに対して平行で互いに垂直な２つの軸に関する異方性を有する。この異方性の軸方向ＡＡと、窒化物半導体層成長用基板の結晶格子５０ｃの主面５０ａに対して平行な平面内における最近接の方向（格子軸方向ＬＡ）と、の間の角度θ２の絶対値は、１度以上１０度以下である。
【０１３１】
本実施形態に係る窒化物半導体層成長用基板によれば、例えば、その上に成長させる窒化物半導体層のＧａＮの刃状転位密度を低減できる。これにより、効率が高い窒化物半導体素子を形成できる窒化物半導体層成長用基板が提供できる。
【０１３２】
第３及び第４の本実施形態に係る窒化物半導体層成長用基板においても、複数の構造体５３の、主面５０ａに対して垂直な軸に沿う長さ（例えば、凸部５０ｐの高さ、または、凹部５０ｄの深さ）、幅及びピッチの少なくともいずれかは、発光層３０から放出される光の波長よりも長いことが望ましい。これにより、光の取り出し効率の向上効果が高くなる。
【０１３３】
第３及び第４の本実施形態に係る窒化物半導体層成長用基板は、六方晶系の結晶構造を有することができる。このとき、格子軸方向ＬＡ（窒化物半導体層成長用基板の結晶格子５０ｃの主面５０ａに対して平行な平面内における最近接の方向）は、結晶構造のｍ面（複数のｍ面のいずれか）に対して平行である。
【０１３４】
実施形態によれば、効率が高い窒化物半導体素子及び窒化物半導体層成長用基板が提供できる。
【０１３５】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【０１３６】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
【０１３７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、窒化物半導体素子に含まれる基板、半導体機能層、半導体層、発光層、下地層、バッファ層及び電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１３８】
その他、本発明の実施の形態として上述した窒化物半導体素子及び窒化物半導体層成長用基板を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての窒化物半導体素子及び窒化物半導体層成長用基板も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１３９】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４１】
１０…第１半導体層、  １０ｓ…積層構造体、  １１…第１ｎ側層、  １２…第２ｎ側層、  ２０…第２半導体層、  ２１…第１ｐ側層、  ２２…第２ｐ側層、  ２３…第３ｐ側層、  ２４…第４ｐ側層、  ３０…発光層、  ３１…障壁層、  ３２…井戸層、  ５０…基板、  ５０ａ…主面、  ５０ｃ…結晶格子、  ５０ｄ…凹部、  ５０ｐ…凸部、  ５１ｄ…第１の凹部、  ５１ｐ…第１の凸部、  ５２ｄ…第２の凹部、  ５２ｐ…第２の凸部、  ５３…構造体、  ５５…バッファ層、  ６０…下地層、  ６０ｄ…構造体凹部、  ６０ｐ…構造体凸部、  ７０…第１電極、  ７５…第１電極パッド、  ８０…第２電極、  ８５…第２電極パッド、  ９０…半導体機能層、  θ１、θ２…角度、  φ…回転角、  １１０、１１１、１１２、１１９、１２１、１２２、１２３、１２４…窒化物半導体素子、  ＡＡ…異方性の軸方向、  ＢＬ、ＢＬ１、ＢＬｎ…障壁層、  ＬＡ…格子軸方向、  ＳＡ…構造体軸方向、  ＷＬ、ＷＬ１、ＷＬｎ…井戸層、  ＸＲＤＩ…Ｘ線回折強度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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