(57)【要約】【課題】視認性に優れ、さらには、凹凸構造に対するマクロ評価等を行うことが可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】凹凸構造を具備する光源（２）と、光源の第１出光面側に配置される配光変換部材（３）と、配光変換部材の光源と対向する側と反対側に位置する第２出光面と、を有し、光源の第１出光面側からは、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡとして観察される光源光が出光され、配光変換部材の第２出光面側からは、出光プロファイルＢとして観測される変換光が出光されており、出光プロファイルＢの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ｂ）と内接円の径（φＩＮ−Ｂ）との比は、出光プロファイルＡの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ａ）と内接円の径（φＩＮ―Ａ）との比に比べて小さいことを特徴とする。【選択図】図１
2016025253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸構造を具備する光源と、前記光源の第１出光面側に配置される配光変換部材と、前記配光変換部材の前記光源と対向する側と反対側に位置する第２出光面と、を有し、
前記光源の第１出光面側からは、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡとして観察される光源光が出光され、前記配光変換部材の第２出光面側からは、出光プロファイルＢとして観測される変換光が出光されており、
前記出光プロファイルＢの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ｂ）と内接円の径（φＩＮ−Ｂ）との比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）は、前記出光プロファイルＡの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ａ）と内接円の径（φＩＮ―Ａ）との比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）に比べて小さいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記光源は、発光層と半導体層とを有する積層体を有して構成され、前記積層体を構成する少なくとも一つの界面に前記凹凸構造が形成されており、
前記凹凸構造のピッチは１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記凹凸構造は、ラインアンドスペース構造、四方配列構造、あるいは六方配列構造の少なくともいずれか１つで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記出光プロファイルＡは、実質的にｎ回対称の星型多角形であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記配光変換部材は、微細パタンを具備することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記配光変換部材は、リモートフォスファであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記配光変換部材は、レンズであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
凹凸構造を具備し、第１出光面側からｎ回対称性の出光プロファイルＡとして観察される光源光を出光する光源を設ける工程と、
前記光源の第１出光面側に配光変換部材を配置する工程と、を有し、
前記配光変換部材の前記光源と対向する側と反対側に位置する第２出光面側からは、出光プロファイルＢとして観測される変換光が出光されており、
前記出光プロファイルＢの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ｂ）と内接円の径（φＩＮ−Ｂ）との比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）が、前記出光プロファイルＡの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ａ）と内接円の径（φＩＮ―Ａ）との比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）に比べて小さくされていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記出光プロファイルＡ及び前記出光プロファイルＢを各工程で取得して検査を行うことを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹凸構造を具備する半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）に代表される半導体発光素子は、従来の蛍光灯や白熱球等の旧来の発光装置に比較して、多くの利点を有している。例えば、小型であること、電力効率が高いこと、オンオフ応答性が速いこと、振動に強いこと、及び、機器寿命が長いこと等が利点として挙げられる。
【０００３】
このような利点を活かすことで、従来の発光装置では到達し得ない光による空間演出や解析装置を実現できる。同時に注目されていることは、蛍光灯をＬＥＤにて代替することである。蛍光灯をＬＥＤにて代替できれば、世界的にＣＯ２対策を行うことが可能となり、非常に大きな効果が見込める。ＬＥＤによる蛍光灯の代替を考えた場合に重要なことは、効率とコストの２点である。効率については、ＬＥＤの半導体層界面や出光面等に凹凸構造を付与することで、より改善することが知られている。例えば、特許文献１では半導体層の表面に凹凸を設けて光の進行方向を変更することにより、光取り出し効率の向上を図っている。特許文献２では、基材上に凹凸構造を設け、半導体結晶層での光の導波方向を変えて、光取り出し効率を上げる技術が提案されている。特許文献３では、単結晶基材に設ける凹凸構造の大きさをナノサイズとした技術が提案されている。この技術により、内部量子効率が改善することが多々報告されている。特許文献４では、ｐ型半導体層の上面に凹凸構造を設け、透明導電膜とのコンタクト抵抗を低減させることで、電子注入効率を改善する技術が提案されている。
【０００４】
ＬＥＤの効率は、内部量子効率ＩＱＥ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）、光取り出し効率ＬＥＥ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）、そして電子注入効率ＥＩＥ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の三つの効率の積により決定される。そして、上記引用した特許文献に記載されるように、これらの効率は、マイクロオーダからナノオーダの凹凸構造の付与により改善できることが示されている。
【０００５】
また、特許文献５では、凹凸構造を具備したＬＥＤの評価方法が提案されている。特許文献５では、検査対象のＬＥＤチップの光取り出し面を撮像するカメラ、同軸落射照明装置、斜光照明装置、及び、カメラで撮像された撮像画像を画像処理して良否判定を行う画像処理・演算手段、を備えた検査装置が提案されている。この装置では、同軸落射照明装置と斜光照明装置と、の両方を点灯させることで、光取り出し面にて光を拡散反射させ、得られた撮像画像に関し、輝度が既定の基準範囲を外れた領域を欠陥領域として抽出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８７４１５５号公報
【特許文献２】特開２００３−３１８４４１号公報
【特許文献３】特開２００７−２９４９７２号公報
【特許文献４】特開２００５−２５９９７０号公報
【特許文献５】特開２００６−１６２４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、凹凸構造を付与したＬＥＤは知られているが、ＬＥＤの出光面から得られる光の形状については触れられておらず、また実用化に向けた光の視認性、及び良好な視認性を得るための層構成については何も記載されていない。
【０００８】
また凹凸構造が特にナノオーダとなると、凹凸構造に対するマクロ的な評価が重要とされる。しかしながら特許文献５等に記載された従来のＬＥＤの評価方法では、マクロ的な評価ができず、評価にコストと時間がかかった。また従来では、同時にＬＥＤの性能評価を行うこともできなかった。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、視認性に優れ、さらには、凹凸構造に対するマクロ評価等を行うことが可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明における半導体発光素子は、凹凸構造を具備する光源と、前記光源の第１出光面側に配置される配光変換部材と、前記配光変換部材の前記光源と対向する側と反対側に位置する第２出光面と、を有し、前記光源の第１出光面側からは、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡとして観察される光源光が出光され、前記配光変換部材の第２出光面側からは、出光プロファイルＢとして観測される変換光が出光されており、前記出光プロファイルＢの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ｂ）と内接円の径（φＩＮ−Ｂ）との比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）は、前記出光プロファイルＡの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ａ）と内接円の径（φＩＮ―Ａ）との比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）に比べて小さいことを特徴とする。
【００１１】
上記のように本発明では、光源の第１出光面側からは、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡとして観察される光源光が出光される。このような光源光が得られることで、特に、内部量子効率を効果的に高めることができ、半導体発光素子の効率を高めることができる。一方、光源光が、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡとして観察されるため、光源光をそのまま使用しづらい。そこで光源光を配光変換させるべく配光変換部材を光源の第１出光面側に配置した。このとき、配光変換部材の第２出光面（光源との対向側と反対側の面）側からは、出光プロファイルＢとして観測される変換光が出光される。そして出光プロファイルＢの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ｂ）と内接円の径（φＩＮ−Ｂ）との比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）は、出光プロファイルＡの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ａ）と内接円の径（φＩＮ―Ａ）との比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）に比べて小さくされている。すなわち、第２出光面から得られる光（変換光）を、ｎ回対称の出光プロファイルＡとは異なって、出光プロファイルＡよりも全体的に広がりを持った光、例えば、出光プロファイルＡよりも円形に近い形状（輪郭）の光として取り出すことができる。このように第１出光面側から実質的にｎ回対称の出光光が出光され、そして、第２出光面から全体的に広がりを持った光を取り出すことができるため、視認性に優れた内部量子効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【００１２】
また本発明によれば、ｎ回対称の出光プロファイルＡに基づいて、凹凸構造に対するマクロ評価と光源光の発光特性評価を実施できる。さらに、出光プロファイルＢに基づいて、配光変換部材のマクロ評価と変換光の発光特性評価を実施することができる。発光特性評価としては光量出力（ＬＯＰ；Ｌｉｇｈｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｐｏｗｅｒ）を指標とすることができる。
【００１３】
また本発明では、前記光源は、発光層と半導体層とを有する積層体を有して構成され、前記積層体を構成する少なくとも一つの界面に前記凹凸構造が形成されており、前記凹凸構造のピッチは１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、光源光を、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡとして鮮明に作り出すことが可能となり、上記で説明した凹凸構造に対するマクロ評価と光源光の発光特性評価を、より簡便に、より精度高く実施することができる。
【００１５】
また本発明では、前記凹凸構造は、ラインアンドスペース構造、四方配列構造、あるいは六方配列構造の少なくともいずれか１つで構成されることが好ましい。これにより、光源光を、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡとして鮮明に作り出すことが可能となる。
【００１６】
また本発明では、前記出光プロファイルＡは、実質的にｎ回対称の星型多角形であることが好ましい。これにより、内部量子効率を効果的に高めることができ、半導体発光素子の効率を高めることができる。
【００１７】
また本発明では、前記配光変換部材は、微細パタンを具備することが好ましい。この構成によれば、光源光の出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）と、変換光の出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）との差をより大きくすることができる。したがって、上記にて説明した凹凸構造に対するマクロ評価、配光変換部材のマクロ評価、光源光及び変換光の発光特性評価を、より簡便に、より精度高く実施可能となる。
【００１８】
また本発明では、前記配光変換部材は、リモートフォスファである構成にできる。あるいは、前記配光変換部材は、レンズである構成にすることができる。この構成によれば、光源光の出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）と、変換光の出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）との差をより大きくすることができる。したがって、上記にて説明した凹凸構造に対するマクロ評価、配光変換部材のマクロ評価、光源光及び変換光の発光特性評価を、より簡便に、より精度高く実施可能となる。
【００１９】
また本発明における半導体発光素子の製造方法は、凹凸構造を具備し、第１出光面側からｎ回対称性の出光プロファイルＡとして観察される光源光を出光する光源を設ける工程と、前記光源の第１出光面側に配光変換部材を配置する工程と、を有し、前記配光変換部材の前記光源と対向する側と反対側に位置する第２出光面側からは、出光プロファイルＢとして観測される変換光が出光されており、前記出光プロファイルＢの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ｂ）と内接円の径（φＩＮ−Ｂ）との比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）が、前記出光プロファイルＡの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ａ）と内接円の径（φＩＮ―Ａ）との比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）に比べて小さくされていることを特徴とする。
【００２０】
これにより、第２出光面から得られる光（変換光）を、ｎ回対称の出光プロファイルＡとは異なって、出光プロファイルＡよりも全体的に広がりを持った光、例えば、出光プロファイルＡよりも円形に近い形状（輪郭）の光として取り出すことができる。このように第２出光面から全体的に広がりを持った光を取り出すことができるため、視認性に優れた半導体発光素子を製造することができる。
【００２１】
本発明では、前記出光プロファイルＡ及び前記出光プロファイルＢを各工程で取得して検査を行うことが可能である。これにより、本発明によれば、ｎ回対称の出光プロファイルＡに基づいて、凹凸構造に対するマクロ評価と光源光の発光特性評価を実施できる。さらに、出光プロファイルＢに基づいて、配光変換部材のマクロ評価と変換光の発光特性評価を実施することができる。光の評価としては光量出力（ＬＯＰ；Ｌｉｇｈｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｐｏｗｅｒ）を指標とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１出光面側から実質的にｎ回対称の出光光が出光される。第２出光面から得られる光（変換光）を、ｎ回対称の出光プロファイルＡとは異なって、出光プロファイルＡよりも全体的に広がりを持った光、例えば、出光プロファイルＡよりも円形に近い形状（輪郭）の光として取り出すことができる。このように第１出光面側から実質的にｎ回対称の出光光が出光され、そして第２出光面から全体的に広がりを持った光を取り出すことができるため、視認性に優れた内部量子効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【００２３】
また本発明によれば、ｎ回対称の出光プロファイルＡに基づいて、凹凸構造に対するマクロ評価と光源光の発光特性評価を実施できる。さらに、出光プロファイルＢに基づいて、配光変換部材のマクロ評価と変換光の発光特性評価を実施することができる。光の評価としては光量出力（ＬＯＰ；Ｌｉｇｈｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｐｏｗｅｒ）を指標とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態における半導体発光素子の模式図である。
【図２】図１とは別の本発明の実施の形態における半導体発光素子の断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体発光素子の光源の断面模式図である。
【図４】図３とは別の本発明の実施の形態における半導体発光素子の光源の断面模式図である。
【図５】光源に設けられた凹凸構造の配列を説明するための部分平面模式図である。
【図６】光源に設けられた凹凸構造の配列（図５とは異なる）を説明するための部分平面模式図である。
【図７】光源に設けられた凹凸構造の配列（図５、図６とは異なる）を説明するための部分平面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態における光源における回折光の回折方位角を説明するための模式図である。
【図９】「実質的に」を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態における出光プロファイルＡの一例である。
【図１１】本発明の実施の形態における出光プロファイルＢの一例である。
【図１２】図１０とは異なる本発明の実施の形態における出光プロファイルＡの一例である。
【図１３】図１０、図１２とは異なる本発明の実施の形態における出光プロファイルＡの一例である。
【図１４】図１０とは縦横比が異なる出光プロファイルＡの一例である。
【図１５】図１０Ｂに使用したＬＥＤチップに関し３次元配光測定を行った実験結果である。
【図１６】図１０Ｅに使用したＬＥＤチップに関し３次元配光測定を行った実験結果である。
【図１７】ピッチが３０００ｎｍ、高さが１５００ｎｍ、そして配列が六方配列である凹凸構造２０を適用した場合の、３次元配光測定結果である。
【図１８】凹凸構造がない場合の３次元配光測定結果である。
【図１９】図１１Ａに使用したＬＥＤチップに関し３次元配光測定を行った実験結果である。
【図２０】本発明の実施の形態における半導体発光素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００２６】
本実施の形態における半導体発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や有機ＥＬ等であるが、特に種類を限定するものでなく、本実施の形態の特徴を備える光源と配光変換部材とを有する構成であれば足りるが、以下では、半導体発光素子をＬＥＤとして説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態における半導体発光素子の模式図である。図１に示すようにＬＥＤ１は、光源２と、配光変換部材３とを有して構成される。光源２は、順方向に電圧を加えたときに発光する発光素子であり、この光源２そのものをＬＥＤと称することがあるが、本実施の形態では、光源２と配光変換部材３とを含めてＬＥＤ１と称する。なお光源２をＬＥＤチップと称する場合がある。
【００２８】
図１に示すように光源２は、支持板４上に配置されている。また配光変換部材３としてのリモートフォスファが設けられている。図１に示すように、配光変換部材３と光源２とが透明カバー５内に配置され、透明カバー５が口金６のついた筐体８に支持されている。このように図１に示すＬＥＤ１はＬＥＤ照明を構成している。
【００２９】
図２は、図１とは別の本発明の実施の形態における半導体発光素子の断面模式図である。図２において図１と同じ符号が付された部分（層）は図１と同じ部材を示している。図２では、光源２がレンズ７の内部に配置されており、光源２とレンズ７間に封止材９が充填されている。図２に示す実施の形態ではレンズ７が配光変換部材として構成される。配光変換部材の具体的構成については後で詳述する。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態における半導体発光素子の光源の断面模式図である。図３に示すように、光源２は、表面に微細な凹凸構造２０が具備された基材１０を有している。図３に示すように、基材１０の凹凸構造２０を含む表面上に第１半導体層３０、発光層４０及び第１半導体層３０と異なる第２半導体層５０が順次積層されている。ここで、発光層４０にて発生した発光光は、第２半導体層５０側又は基材１０から取り出される。発光光の取り出される面が、上記説明した第１出光面である。ここで、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡを有する出光光を第１出光面より出光させることで、内部量子効率を改善できる。これは、第１半導体層３０、発光層４０、及び第２半導体層５０に対する欠陥が低減するためである。より具体的には、第１半導体層３０は、一般的に、実質的にｍ回対称の成長をする。一方で、光学挙動は、有効屈折率の配列により決定される。すなわち、プロファイルＡが実質的にｎ回対称性であることで、有効屈折率の配列が実質的にｎ回対称性となり、光回折強度が高まるため、光取り出し効率の低減を抑制できる。一方で、有効屈折率が実質的にｎ回対称であることから、実態としての凹凸構造も実質的にｎ回対称となる。よって、ｍ回対称にて成長する第１半導体層３０に対する、ｎ回対称の凹凸構造より加えられる応力は、回転ベクトルの和として減少するため、第１半導体層３０への内部応力の生成を抑制できる。これにより、第１半導体層３０の成長性を良好に保ち、発光層４０に対する欠陥を低減できるため、内部量子効率を改善できる。この観点から鑑みると、ｍ／ｎは小数点１桁までに割り切れることが好ましく、ｍ／ｎが整数であることが最も好ましい。例えば、ｍ＝６であるとき（第１半導体層がＧａＮの場合）、ｎ＝２，４，６の順に、ｍ／ｎ＝３、１．５、１である。このことから、いずれの組み合わせも好適であることがわかり、中でも、ｎ＝２或いはｎ＝６がよりよいことがわかる。すなわち、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡを有する出光光を第１出光面より出光させることで、内部量子効率が改善し、改善された内部量子効率により生成したフォトンを、ＬＥＤの外部へと取り出す効率を維持できるため、効率の高いＬＥＤを実現できる。さらに、凹凸構造２０と重ねられた第１半導体層３０の表面は、平坦化面であることが好ましい。第１半導体層３０の表面が平坦化面とされ、凹凸構造２０の形状は積層方向に向けてならされることで、第１半導体層３０の半導体としての性能、特に欠陥の密度を、発光層４０及び第２半導体層５０へと反映させることができ、内部量子効率ＩＱＥを効果的に向上させることができる。
【００３１】
また、第１半導体層３０は、図３に示すように、非ドープ第１半導体層３１とドープ第１半導体層３２とから構成されてもよい。ここで、凹凸構造２０と重ねられた非ドープ第１半導体層３１の表面が平坦されることにより、非ドープ第１半導体層３１の半導体としての性能、特に欠陥の密度を、ドープ第１半導体層３２、発光層４０及び第２半導体層５０へと反映させることができ、内部量子効率ＩＱＥを効果的に向上させることができる。
【００３２】
さらに、非ドープ第１半導体層３１は、図３に示すように、バッファー層３３を含むと好ましい。光源２においては、凹凸構造２０上にバッファー層３３を設け、続いて、非ドープ第１半導体層３１及びドープ第１半導体層３２を順次積層することにより、第１半導体層３０の結晶成長の初期条件である核生成及び核成長が良好となり、第１半導体層３０の半導体としての性能が向上するため、内部量子効率ＩＱＥを効果的に向上させることができる。ここで凹凸構造２０と重ねられるバッファー層３３の表面が平坦化面となるように形成する場合、バッファー層３３の成長速度は遅いため、光源２の製造時間を短縮する観点から、バッファー層３３上に設けられる非ドープ第１半導体層３１の表面を平坦化して、凹凸構造２０の形状を積層方向に向けてならすことが好ましい。非ドープ第１半導体層３１の表面が平坦化面にて形成されることにより、非ドープ第１半導体層３１の半導体としての性能を、ドープ第１半導体層３２、発光層４０及び第２半導体層５０へと反映させることができるため、内部量子効率ＩＱＥを効果的に向上させることができる。なお、図３において、バッファー層３３は凹凸構造２０の表面を覆うように配置されているが、凹凸構造２０の表面に部分的に設けることもできる。特に、凹凸構造２０の凹部の底部に優先的にバッファー層３３を設けることができる。
【００３３】
さらに、第２半導体層５０上に透明導電膜６０を、透明導電膜６０の表面にアノード電極７０を、そして第１半導体層３０表面にカソード電極８０を、それぞれ設けることができる。なお、透明導電膜６０、アノード電極７０及びカソード電極８０の配置は特に限定されるものでない。
【００３４】
図４は、図３とは別の本発明の実施の形態における半導体発光素子の光源の断面模式図である。図４において図３と同じ符号が付された部分は図３と同じ部材（層）を示している。
【００３５】
図４では、第２半導体層５０と透明導電膜６０との間に凹凸構造８０４が設けられている。さらに、基材１０の半導体積層体面と対向した面に凹凸構造８０６が設けられている。このように凹凸構造２０は基材１０の表面（半導体積層体面）のみならず、他の界面や露出面（光源２の最表面）に設けることが可能である。本実施の形態では、光源２に凹凸構造が具備されていればよくその形成場所を制限するものでない。ただし、より効果的に内部量子効率ＩＱＥを向上させるためには基材１０の表面（半導体層を形成する側の面）に凹凸構造２０を設けることが好適である。
【００３６】
図３、図４に示す光源２において、発光層４０にて発生した発光光の取り出される面を、「第１出光面」として定義する。すなわち、第２半導体層５０側から発光光を取り出す場合は、紙面上方側（図１、図２に符号を付した側）が第１出光面２ａであり、基材１０側から発光光を取り出す場合は、紙面下方側（図１、図２に符号を付していない側）が第１出光面２ａとなる。
【００３７】
図１に示す配光変換部材３、及び図２に示す配光変換部材として機能するレンズ７は、光源２の第１出光面２ａ側に配置されている。配光変換部材３は、光源２の第１出光面２ａ側に配置されればよく、光源２の第１出光面２ａと対向する配置であっても、光源２の第１出光面２ａを囲む配置であってもよい。いずれの場合であっても、光源２の第１出光面２ａからの光源光が配光変換部材３に入射される配置とされ、配光変換部材の第２出光面から変換光が出光される構成であれば、配光変換部材３は、光源２の第１出光面２ａ側に配置されていると定義される。
【００３８】
凹凸構造２０について説明する。図５は、光源に設けられた凹凸構造の配列を説明するための部分平面模式図である。図６は、光源に設けられた凹凸構造の配列（図５とは異なる）を説明するための部分平面模式図である。図７は、光源に設けられた凹凸構造の配列（図５、図６とは異なる）を説明するための部分平面模式図である。既に説明したように、第１出光面２ａより出光する出光光が、実質的にｎ回対称のプロファイルＡを有することで、内部量子効率を改善できる。既に説明した原理から鑑みるに、好適なプロファイルＡを生成するためには、光回折強度を高めることが可能な、有効屈折率の配列を実現可能な凹凸構造が重要となる。この観点から、凹凸構造は実質的に２回、４回、あるいは６回対称であることが望ましい。特に、第１半導体層３０の成長は、６回対称の場合が多い。この観点から、凹凸構造は実質的に２回対称あるいは６回対称がより好ましく、６回対称が最も好ましい。より具体的には、以下の凹凸構造が挙げられる。
【００３９】
図５では、凹凸構造２０を構成する多数のドット状の凸部２１が六方配列、図６では、凹凸構造２０を構成する多数のドット状の凸部２２が四方配列、図７では、凹凸構造２０を構成する多数の凸部２２がラインアンドスペース構造にて配列されている。ドットやラインは、凸型であっても凹型であってもよいが、凸型の凹凸構造を形成することで、光源２の第１出光面２ａ側より観察した場合に、光源内に閉じ込められる導波光を打破し、効果的に出光プロファイルＡを生成できるため好ましい。例えば、媒体（層）Ａと媒体（層）Ｂとの界面に凹凸構造が存在し、媒体Ｂの側が第１出光面２ａであると仮定する。この場合、媒体Ａから媒体Ｂの方向に突出するような凹凸構造が配置されることで、媒体Ａと媒体Ｂとの有効屈折率が発光光の作用に対して適度となるため、第１出光面２ａに向けて凸型の凹凸構造で形成されることが好適である。凸型とは、連続した凹部により各凸部が独立化した凹凸構造である。「六方配列」とは、中心ドットから６方向の位置にドットが配列された構成である。中心ドットからみて６方向に位置するドットの距離は等間隔であってもよいし間隔を異ならせることもできる。例えば各ドットを周期的に変化する間隔にて配列させることもできる。
【００４０】
ここで「６方向の位置のドット」であるが、そのようなドット配列が複数存在することがある。例えば図５では、ある中心ドットＣの最近接の距離にある６つのドットＤにより六方配列を構成しているとみることができるし、各ドットＤの外側に位置し、各ドットＤの間に位置する６つのドットＥにより六方配列を構成しているともみることができる。次に説明する四方配列についても同様である。
【００４１】
また「四方配列」とは、４方向にドットが配列された構造である。好ましくは図６のように直交する横方向と縦方向とに等間隔で複数のドットが配列された構成であるが、配列方向が必ずしも直交していなくてもよい。また、各ドットの距離は等間隔であってもよいし間隔を異ならせることもできる。例えば各ドットを周期的に変化する間隔にて配列させることもできる。「ラインアンドスペース構造」では、ライン（及びスペース）が直線状であることが好ましいが、折れ曲がるような形態等であってもよい。
【００４２】
図５〜図７に示すように、凹凸構造２０の配列が異なると、光源２の第１出光面２ａからは、形状の異なる出光プロファイルＡを備えた光（光源光）が取り出される。すなわち凹凸構造２０が六方配列であれば、６回対称の出光プロファイルＡを得ることができ、凹凸構造２０が四方配列であれば、４回対称の出光プロファイルＡを得ることができ、凹凸構造２０がラインアンドスペース構造であれば、２回対称の出光プロファイルＡを得ることができる。特に、発光層４０から発光する発光光に関して、凹凸構造に入射する際の媒体（層）の中における光学波長をλ´とした場合に、中心ドットからの距離がλ´〜２．５λ´の範囲内にあるドットが、上記説明した六方配列あるいは四方配列をすることで、出光プロファイルＡの強度が著しく向上するため好ましい。なお、ラインアンドスペースの場合、隣接ライン間の距離が、λ´〜２．５λ´の間にあることで、出光プロファイルＡの強度が著しく向上するため好ましい。
【００４３】
このように、凹凸構造２０の配列は、２回対称、４回対称、あるいは６回対称の配列であることが望ましい。これにより、内部量子効率を改善可能な出光プロファイルＡを生成し、当該出光プロファイルＡの対称性の次数ｎを決定できる。上記のように２回対称としては、ラインアンドスペース構造があげられる。４回対称としては、四方配列があげられる。６回対称としては、六方配列が挙げられる。さらには、凹凸構造をある１軸方向に所定の周期にて変調した場合は、２回対称になる。凹凸構造をある１軸とそれに直交する別の軸の双方に対して、所定の周期にて変調した場合は、４回対称となる。凹凸構造をある基準軸と、当該基準軸に対して６０度回転した軸と、基準軸に対して１２０度回転した軸のそれぞれの方向に対して所定の周期にて変調した場合は６回対称となる。凹凸構造をある１軸とそれに直交する別の軸の双方に対して、それぞれ異なる周期にて変調した場合は、２回対称となる。なお、所定の周期にて変調するとは、たとえば、サイン波に乗じて、周期、高さ、及び径より選ばれる少なくとも１以上の要素を変化させることを意味する。中でも、凹凸構造としては２回対称あるいは６回対称が好ましい。これにより、出光プロファイルＡの鮮明性が向上するとともに、内部量子効率の改善効果が大きくなる。もっとも好ましくは６回対称の凹凸構造である。これより出光プロファイルＡの強度の向上を見込むことができることから、凹凸構造に対するマクロ検査精度が向上するとともに、光源の発光特性予測も容易となる。なおマクロ検査（マクロ評価）については後で詳述する。
【００４４】
本実施の形態におけるＬＥＤ１は、以下の特徴的部分を具備する。すなわち、
（１）  光源２の第１出光面２ａ側からは、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡとして観察される光源光が出光され、配光変換部材の第２出光面側からは、出光プロファイルＢとして観測される変換光が出光されること、
（２）  出光プロファイルＢの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ｂ）と内接円の径（φＩＮ−Ｂ）との比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）は、前記出光プロファイルＡの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ａ）と内接円の径（φＩＮ―Ａ）との比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）に比べて小さいこと、である。
【００４５】
本実施の形態では、光源２は出光プロファイルＡを生成するが、これにより、ＬＥＤ効率、特に内部量子効率が改善される。一方、配光変換部材は、光源２の第１出光面２ａから出光する光源光の出光プロファイルＡを変化させる役目を果たす。すなわち、上記（１）に示されるように、光源２から得られた出光プロファイルＡは実質的にｎ回対称のプロファイルを有し、比較的大きい比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）を有している。
【００４６】
図８は、本発明の実施の形態における光源における回折光の回折方位角を説明するための模式図である。図８Ａは、光源２において、第１半導体層３０、発光層４０及び第２半導体層５０を順次積層した方向（以下、積層方向ともいう）をＺ軸とした場合に、このＺ軸に沿った断面を示す。図８Ａ中、符号２０１は、凹凸構造２０から出射した回折光を示す。また、図８Ａ中、Ｚ軸に対して直交し、凹凸構造２０が形成された凹凸構造面と平行な面に含まれるＸ軸及びＹ軸を示す。
【００４７】
図８Ｂは、図８Ａ中のＺ軸方向上側から見たプロファイルＡ（光源光に該当する）を示す。この場合、プロファイルＡは６回対称である。すなわち凹凸構造２０は、六方配列されている。プロファイルＡの一つの放射部分２０２は、Ｘ軸に対して回転角度θをなしている。回転角度θは、発光層４０から発光する発光光に関して、凹凸構造２０に入射する際の媒体３１の中における光学波長をλ´とした場合に、中心ドットからの距離がλ´〜２．５λ´の範囲内にあるドットが実質的にｎ回対称性を有する場合に、当該ドットと中心ドットとを結ぶ方向として決定される。すなわち、同一の凹凸構造２０を使用した場合であっても、当該凹凸構造の配列の方向を変更することで、回転角度θを制御できる。あるいは、光学波長をλ´を固定し、凹凸構造２０のピッチ（ドット間の最近接距離）を変更することで、回転角度θを制御できる。図８Ｂに示すようなプロファイルＡの形状となる理由は、有効屈折率の配列が６回対称となり、光回折強度を強める効果が発現するためと考えられる。このため、凹凸構造２０が四方配列であれば、図１２に示す形状のプロファイルＡとなり、凹凸構造２０がラインアンドスペース構造であれば、図１３に示す形状のプロファイルＡとなる。なお、図８、図１２、及び図１３の例については、光源の層構成の内部に、凹凸構造が１種類含まれる場合である。特に、凹凸構造２０が基材１０と第１半導体層３０との界面に設けられる場合、鮮明なプロファイルＡを生成できる。なお、光源の層構成中に複数種の凹凸構造を設けた場合、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）は小さくなる。
【００４８】
また図８Ｂ、図１２、図１３は、いずれも光源２（第１出光面２ａ）の縦横比を１とした場合に得られる出光プロファイルであるが、縦横比が異なる場合、例えば横方向に対して縦方向が長い光源２（第１出光面２ａ）であると図１４に示すように、横方向よりも縦方向に長い放射部分を有する出光プロファイルが得られる。縦横比が１の場合に６回対称のプロファイルＡが出光された場合、縦横比を変更することで、当該プロファイルＡの６回対称のパタンは、ある１軸あるいは２軸方向に延伸されることとなる。すなわち、実質的に２回対称あるいは４回対称のプロファイルＡとなる。縦横比については、０．５〜１の範囲であることが好ましい。なお以下では、特に断らない限り、光源２（第１出光面２ａ）の縦横比は１であるとして説明する。
【００４９】
図８Ｂに示すプロファイルＡが出光プロファイルＡとして観察される。本実施の形態では、出光プロファイルＡは、実質的にｎ回対称の輪郭形状とされる。「実質的」とは、正確なｎ回対称でなく、多少のずれが生じていてもよい状態を指す。
【００５０】
ｎ回対称性は、回転角度と輪郭により定義できる。実質的にｎ回対称性を定める回転角度は次のように定義される。（１）内接円の中心点Ｏと輪郭の凸部の頂点と、を結ぶ線分を定める。凸部の頂点の数は、ｎ回転対称性の場合、ｎ個ある。それぞれ、ある頂点を頂点Ｎとした場合に、時計回りに隣接する凸部の頂点は頂点（Ｎ＋１）である。（２）線分ＯＮを、中心点Ｏを回転中心に線分Ｏ（Ｎ＋１）に重なるまで回転させ、重なった際の回転角度をΘＮ（Ｎ＋１）とする。（３）前記操作（２）を、ｎ個の頂点に対して同様に行い、ｎ個の回転角度を得る。（４）回転角度Θ（Ｎ−１）ＮとΘＮ（Ｎ＋１）との差を求める。当該差が、±０．２×（３６０°／ｎ）以下の範囲の場合を実質的にｎ回対称性があるとする。
【００５１】
実質的にｎ回対称性を定める輪郭は、次のように定義される。図９に示すように、（１）内接円の中心点Ｏと輪郭の凸部の頂点と、を結ぶ線分を定める。凸部の頂点の数は、ｎ回転対称性の場合、ｎ個ある。ある凸部の頂点を頂点ＴＮとした場合に、時計回りに隣接する凸部の頂点をＴ（Ｎ＋１）とする。（２）頂点Ｔ（Ｎ−１）から頂点ＴＮに向かって、プロファイルＡの輪郭にそって移動した際に通過する凹部の頂点を頂点Ｂ（Ｎ−１）として定義する。（３）頂点Ｂ（Ｎ−１）と頂点ＢＮとを結んだ際に切り取られる頂点ＴＮを含む部位を部位ＲＮとする。（４）線分ＯＴＮを、中心点Ｏを回転中心に線分ＯＴ（Ｎ＋１）に重なるまで回転させる。（５）線分ＯＴＮと線分ＯＴ（Ｎ＋１）とが重なった状態にて、部位ＲＮと部位Ｒ（Ｎ＋１）とを比較する。（６）部位ＲＮと部位Ｒ（Ｎ＋１）と、をＸＹ座標に書き起こす。この時、Ｂ（Ｎ−１）とＢＮとを結んだ線分、あるいは、ＢＮとＢ（Ｎ＋１）とを結んだ線分は、それぞれ、Ｙ＝０の座標上に配置される。（７）部位ＲＮの高さを基準に、±５０％の範囲内に部位Ｒ（Ｎ＋１）の高さが含まれ、同時に、部位ＲＮの高さの１／２の点における幅を基準に、±８０％の範囲内に部位Ｒ（Ｎ＋１）の高さの１／２の点における幅が含まれる場合を、実質的にｎ回対称性があるという。なお、高さは、ＸＹ座標のＹ点の最高値に相当する。幅は、ＸＹ座標のＸ軸に平行な線分により規定される。
【００５２】
以上、回転角度と輪郭の双方から同時に実質的にｎ回対称性といえる場合が、本明細における実質的にｎ回対称性がある状態である。
【００５３】
一方で、配光変換部材より出光される変換光の出光プロファイルＢは、上記の（２）で示したように、光源２からの出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）よりも小さな比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）を有している。ここで、配光変換部材により変化した出光プロファイルＢは、配光変換部材の光源と対向する側と反対側に位置する第２出光面から出光する光のプロファイルとして定義される。
【００５４】
「第２出光面」について説明する。第２出光面は、配光変換部材の光源との対向面と反対側の表面とすることができ、文言通りとすれば、図１では配光変換部材３の表面が第２出光面とされる。ただし図１に示すように、配光変換部材３がＬＥＤ１内部に埋もれているような状態では、ＬＥＤ１の最表面から得られる光の出光プロファイルを出光プロファイルＢと見做して観察することができる。
【００５５】
上記にて説明したように、光源光の出光プロファイルＡが実施的にｎ回対称であり、変換光の出光プロファイルＢは、光源光のそれに比べ、比（φＯＵＴ／φＩＮ）が小さな出光プロファイルを示す。
【００５６】
すなわち配光変換部材の第２出光面から得られる出光プロファイルＢは、出光プロファイルＡと異なり、出光プロファイルＡよりも全体的に広がりを持った光、例えば、出光プロファイルＡよりも円形に近い形状（輪郭）の光として取り出すことができる。このように本実施の形態のＬＥＤであれば第１出光面に比べて、第２出光面から全体的に広がりを持った光を、そのＬＥＤの外部への出光光として取り出すことができるため、視認性に優れたＬＥＤを得ることができる。そして、第１出光面より出光する出光光は、プロファイルＡを有する出光光であることから、既に説明した原理より、ＬＥＤの内部量子効率が改善されている。すなわち、効率的に発光し、且つ、視認性の高いＬＥＤを得ることが出来る。
【００５７】
出光プロファイルＡについてさらに詳しく説明する。図１０は、本発明の実施の形態における出光プロファイルＡの一例である。図１０の各図は、図１０Ａから図１０Ｅに向かって、光源２に含まれる凹凸構造のピッチＰを、２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍ、及び９００ｎｍへと変化させた場合に観察された出光プロファイルＡを模式図化したものである。
【００５８】
ここでピッチＰとは、図５に示すように、最近接する凸部頂部の中央部間距離の平均値、あるいは最近接する凹部開口部の中央部間距離の平均値である。平均値は、相加平均値であり、平均点数は５０である。なお図６、図７においても同様にピッチＰを得ることができる。
【００５９】
なお、光源２の構成としては、４インチφのｃ面サファイア基材上に、低温バッファー層としてＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を１０ｎｍ、アンドープのＧａＮを３μｍ、ＳｉドープのｎＧａＮを２μｍ、歪吸収層、発光層、エレクトロブロッキング層を含むようにＭｇをドープしたＡｌＧａＮ、アンドープのＧａＮ、及び、ＭｇドープのｐＧａＮを順次積層した。発光層は、ＩＮＧａＮ／ＧａＮからなる活性層として構成される。なお、窒素をキャリアガスとして用い、ＮＨ３、ＴＭＧａ、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を供給して形成した。続いて、ＩＴＯを成膜し、エッチング加工した後に電極パッドを取り付けた。ｐ電極には、Ｎｉ／Ａｕの積層接着層を介したＡｕ電極を使用した。電極の形状は円形とし、直径を５０μｍとした。凹凸構造２０は、サファイア基材と低温バッファー層との界面に配置した。具体的には、予めサファイア基材に凹凸構造２０を設け、その上に低温バッファー層を成膜した。凹凸構造２０は、ドット（凸部２１）の径がピッチＰの０．８〜０．８５倍、ドット（凸部２１）の高さが凸部の径の０．８〜１．２倍、そしてドット（凸部２１）の配列が六方配列になるように作製した（図５参照）。この状態で、プローバを用いて２０ｍＡの電流を流し発光させ、光源光の出光プロファイルＡをカメラにて撮影し、模式化した。なお、上記ウェハをダイシングし、ＬＥＤチップを製造し、３次元配光測定装置を使用し測定することで、カメラによる撮像と類似の出力を得ることが出来た。３次元配光測定については、後述する。
【００６０】
図１０に示すように、本実施の形態に係る光源光の出光プロファイルＡは実質的にｎ回対称の形状を有する。ｎ回対称の「対称」とは、回転対称を意味する。特に図１０に示すように、出光プロファイルＡは、実質的にｎ回対称の星型多角形（Ｓｔａｒ  Ｐｏｌｙｇｏｎ）である。図１０に示すように、実質的に６回対称の出光プロファイルＡを生成できた。
【００６１】
そして各出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）を求めた。例えば図１０Ａに示すように出光プロファイルＡの輪郭を検出し、輪郭から求められる外接円Ｓ１の径（φＯＵＴ−Ａ）と、内接円Ｓ２の径（φＩＮ―Ａ）とを算出する。外接円Ｓ１は、出光プロファイルＡの内部に含まれることなく、出光プロファイルの輪郭の一部に接する円として定義する。内接円Ｓ２は、出光プロファイルＡからはみ出すことなく、出光プロファイルの輪郭の一部に接する円として定義する。
【００６２】
図１０Ｂ〜図１０Ｅにおいても同様に外接円Ｓ１の径（φＯＵＴ−Ａ）と内接円Ｓ２の径（φＩＮ―Ａ）を求める。そして、各出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）を求めた。比は、図１０Ａ〜図１０Ｅの順に、５．０、４．４、４．９、２．６、そして１．９であった。
【００６３】
また、図１０には記載していないが、六方配列の凹凸構造に関し、平均ピッチをＰａｖｅと記載した時に、１．１Ｐａｖｅの最大ピッチと０．９Ｐａｖｅの最小の間を、サイン波に乗じて周期が変調されるとともに、当該周期の変調が四方配列上に生じるような配列とした場合や、凹凸構造の高さや径を変更した場合の検討も含めると、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）は、１．９、２．２、２．６、４．４、４．９、５．０、１２．９、２５．５、３１．９、４４．０、及び４９．１の間で制御できることがわかった。また、回転対称性に注目すると、光源２の凹凸構造２０により、２回対称、４回対称、そして６回対称の出光プロファイル（図１０、図１２、図１３を参照）を生成できることがわかった。したがって、光源２に含まれる凹凸構造２０は、ラインアンドスペース構造、四方配列、あるいは六方配列が好ましいといえる。
【００６４】
また、ナノオーダの凹凸構造２０をマイクロオーダにて変調することでも、所定の出光プロファイルを生成できる。例えば、ナノオーダの凹凸構造に関し、１軸方向に、例えばサイン波に乗じて、変調することが出来る。あるいは、ある軸とそれに直交する軸の双方の方向に、例えば、サイン波に乗じて変調することが出来る。又は、ある軸を中心に６０°及び１２０°の回転角を有する三つの軸方向に対して、例えば、サイン波に乗じて変調することが出来る。なお、変調は、凹凸構造２０のピッチＰ、高さ、あるいは径の群から選ばれる少なくとも１以上の要素に対して行われる。
【００６５】
上記説明した出光プロファイルＡの結果は、プローバを電極にあてがい発光させた際の光を、写真にて撮影し判断した結果であり、目視判断も可能な結果であった。次に、このような出光プロファイルＡの判断を、より定量的に行う方法について具体的に説明する。
【００６６】
製造したＬＥＤチップを三次元配光測定することで、プロファイルＡを取得できる。例えば、朝日分光社製の配光測定装置であるＩＭＳ５０００−ＬＥＤを使用できる。この場合、製造したＬＥＤチップを下記の条件にて測定する。
【００６７】
（測定条件）
・仰角及び方位角は、ともに５°刻みで測定する。
・仰角は−１００°〜０°の範囲を測定する。なお、仰角の０°は、ＬＥＤチップの直上である。
・方位角は、−１８０°から１８０°までを測定する。
・３５０ｎｍから８４０ｎｍまでの波長帯を、１ｎｍ刻みで測定する。
・測定積分時間は３０ｍｓとする。
【００６８】
（測定方法）
・まずは仰角を−１００°に固定する。この状態で、方位角を−１８０°から１８０°まで、且つ、波長を３５０ｎｍから８４０ｎｍまで変化させた分光放射照度を測定する。
・次に仰角を−９５°に固定する。この状態で、方位角を１８０°から−１８０°まで、且つ、波長を３５０ｎｍから８４０ｎｍまで変化させた分光放射照度を測定する。
・順次上記操作を仰角が０°になるまで繰り返す。
【００６９】
（出力）
得られた分光放射照度のデータを各角度ごとに全波長で足しあわせる。この時、ＸＹ平面のＸは、仰角×ｃｏｓ（方位角）にて計算する。Ｙは、仰角×ｓｉｎ（方位角）にて計算する。得られたデータをプロットし、出光とする。
【００７０】
図１０Ｂ及び図１０Ｅを参照し説明したＬＥＤに関し、ＬＥＤチップを製造し、上記方法にて３次元配光測定を行った。その結果が、図１５、図１６に示されている。縦軸が上記Ｙ、横軸が上記Ｘである。すなわち、ＬＥＤチップを発光させたときに、ＬＥＤの直上から観察した光の分布を出力しているといえる。図１５、図１６により、実質的にｎ回対称の出光プロファイルが生成していることがわかる。このように、３次元配光測定を行うことにより、定量的に、出光プロファイルＡを測定できる。
【００７１】
図１５に示されるように、３次元配光測定を行った場合、出光される出光プロファイルの中心付近に実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡがあることがわかる。特に、中心から２つめの色味の部分は２回対称、中心から３つめの色味の部分は６回対称、中心から４〜７つめの色味の部分は２回対称であることがわかる。図１６の場合は、中心の部分が６回対称であることがわかる。このように、３次元配光測定を行うことで、１つの出光プロファイルの中に、複数のプロファイルが含まれる。そして、複数のプロファイルのうちの少なくとも１部が実質的にｎ回対称のプロファイルＡである。
【００７２】
図１７は、ピッチが３０００ｎｍ、高さが１５００ｎｍ、そして配列が六方配列である凹凸構造２０を適用した場合の３次元配光測定結果である。図１７より、出光プロファイルＡは実質的にｎ回対称であるという条件を満たしていない。よって、内部量子効率が低下する。実際に、内部量子効率を測定すると、図１５の場合は９１％であったのに対して、図１７の場合は５２％であった。また、図１８は、凹凸構造２０がない場合の３次元配光測定結果である。図１８より、出光プロファイルＡは実質的にｎ回対称であるという条件を満たしていない。よって、内部量子効率が低下する。実際に、内部量子効率を測定すると、図１８の場合は４４％であった。また、図１７の場合、出光プロファイルＡの条件を満たしていないため、以下に説明する、凹凸構造２０のマクロ評価を実施できなかった。すなわち、凹凸構造の欠損があった場合も、ない場合も、ほぼ同様の出光プロファイルが生成された。
【００７３】
また、発光層４０から発光する発光光に関して、凹凸構造に入射する際の媒体（層）の中における光学波長をλ´とした場合に、中心ドットからの距離がλ´〜２．５λ´の範囲内にあるドットが、六方配列あるいは四方配列となることで、出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）を効果的に大きくすることができることがわかった。特に、上記関係式を満たすことで、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）を、容易に、２．０以上にすることが出来ることがわかった。比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）の好適な範囲については後述するが、当該比が２．０以上であることで、内部量子効率と視認性が共により改善する。なお、ラインアンドスペースの場合、隣接ライン間の距離が、λ´〜２．５λ´の間にあることが好ましい。
【００７４】
また、この出光プロファイルＡを鮮明に形成するためには、ピッチＰが１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である必要があり、後述する凹凸構造２０のマクロ評価を簡便に行うと共に、光源の性能予測精度を高める観点からは、５０ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であることが好ましいことがわかった。さらに、１５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下であれば、出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）に関し、それぞれの接円を規定する際の精度が向上することから、配光変換部材により変換された出光プロファイルＢとの比較をより詳細に行うことが出来る。同様の観点から、マイクロオーダの変調を有する場合の変調の周期は、１２００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下であることが好ましい。特に、光源光の出光プロファイルＡの鮮明度と対称性を向上させる観点から、５０００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００７５】
また凹凸構造の径は、出光プロファイルＡの強度の観点から、ピッチの０．５倍以上０．９８倍以下であることが好ましい。特に、０．６５倍以上０．９２倍以下であることがより好ましく、この場合、出光プロファイルＡの強度が向上し、光源の発光特性予測がより簡便となる。もっとも好ましくは、０．７倍以上０．９２倍以下である。これにより、出光プロファイルＡの鮮明さと強度とが共に改善し、凹凸構造に対するマクロ評価の精度が向上するとともに、光源の発光特性能予測も容易となる。
【００７６】
また、凹凸構造の高さは、凹凸構造の径に対して、０．５倍以上２．５倍以下であると、出光プロファイルＡの生成が良好となる。特に、０．７５倍以上１．８倍以下であることで、出光プロファイルＡの鮮明さが改善し、凹凸構造のマクロ評価が容易となる。さらには、０．８倍以上１．３倍以下であることで、出光プロファイルＡの強度も改善することから、光源の発光特性予測も容易となる。
【００７７】
凹凸構造が凸型である場合、凸部の形状は、テーブルトップが１００ｎｍ以下の形状であることが好ましい。これにより、出光プロファイルＡの生成が容易となる。特に、凸部頂部は曲率半径が０超の角部であると最も好ましい。
【００７８】
上記にて説明した凹凸構造を光源のいずれかの界面に使用することで、実質的にｎ回対称の出光プロファイルを生成できる。光源としては、図３、図４で示したように、基材、第１半導体層３０、発光層４０、第２半導体層５０がこの順に積層されたものを選択できる。凹凸構造２０としては、第２半導体層５０の表面あるいは基材１０と第１半導体層３０との界面に設けることが好ましく、後者がより好ましい。
【００７９】
凹凸構造２０のマクロ評価と光源の性能評価について説明する。光源に凹凸構造を付帯させることでＬＥＤ効率の改善が可能であるが、この凹凸構造を評価する検査装置が例えば上記した特許文献５に記載されている。しかしながら、特許文献５に示す検査装置のシステムは非常に煩雑である一方、光による検査を行うことから、凹凸構造２０の大きさが小さくなるほどに、その評価は困難となる。逆に、検査光の波長に対して十二分に凹凸構造が大きい場合は、検査は実施できるが、それは、局所的な観察に主眼を置くことから、光源のマクロな性能把握は出来ていない。凹凸構造を具備した光源に関し、凹凸構造１つ１つの欠陥を検出・評価することは重要ではあるが、例えば、凹凸構造の凸部がＸ％欠落した場合であっても、ＬＥＤ全体の性能に影響を与えない場合がある。換言すれば、凹凸構造を具備する光源の評価に関し重要であることは、凹凸構造をマクロ的に評価し、同時に光源の性能を評価することである。特許文献５に開示された技術によって、このようなマクロ評価が不可能であることは自明である。
【００８０】
ＬＥＤ効率は、内部量子効率、光取り出し効率、そして電子注入効率の三つの積により決定される。光源は、発光層と半導体層とを有する積層体を有して構成され、積層体を構成する少なくとも一つの界面に凹凸構造が形成されている。例えば、ＧａＮ系ＬＥＤチップであって、基材の上に少なくともｎＧａＮ、発光層、及びｐＧａＮが成膜され、ｐＧａＮの表面に透明導電層が設けられる場合、基材のｎＧａＮ側、ｐＧａＮと透明導電層との界面、あるいは透明導電層のｐＧａＮとは反対側の面等に凹凸構造を設けることが出来る。凹凸構造によりＬＥＤ効率を改善するためには、凹凸構造の大きさはナノオーダである必要がある。これは、ＬＥＤの各層の厚みがナノオーダであることからの絶対条件である。すなわち、非常に微小であり高密度な凹凸構造に対する評価が重要であると言える。
【００８１】
凹凸構造の大きさが小さくなる場合、光と凹凸構造との相互作用の仕方が変化する。特に、幾何学的に光挙動を扱うことは意味をなさなくなり、光学的に光回折あるいは有効媒質近似作用が機能するようになる。このような微小な凹凸構造を採用するからこそ、光源の層構成等に支障を来すことなく、凹凸構造によりＬＥＤ効率を改善できる。
【００８２】
ところで凹凸構造の大きさが小さくなる程に、その評価は困難となる。例えば、走査型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡を使用することで、凹凸構造を鮮明に把握することは出来るが、これらの手法で全ての凹凸構造を把握することは非現実的である。例えば、光源（ＬＲＤチップ）の１つのサイズを５００μｍ×５００μｍとして、走査型電子顕微鏡の１視野を１０μｍ×１０μｍとすれば、１つの光源を全面観察するのに、２５００回もの観察を行う必要がある。１観察あたり３０秒で操作したとしても、約２１時間かかることとなる。光源は、１ウェハから数千から数万チップ採ることとなることから、このような手法で、全ての光源を評価することが非現実であることがわかる。
【００８３】
また光学的反射測定に代表される測定の場合、光源の波長と凹凸構造の大きさとが近くなることから、測定結果の鮮明さが低下する。すなわち、凹凸構造に何かしらの欠陥があった場合であっても、その欠陥を測定できないことがある。このような手法で、凹凸構造の欠陥を測定することも、管理上問題がある。
【００８４】
上述したように、凹凸構造が小さくなることで、光と凹凸構造との相互作用の仕方が変わる。これにより、人が容易に視認できるオーダに対して、光の挙動を観察することが出来るようになる。言い換えれば、凹凸構造の集合を平均化した光学挙動を、視認可能なオーダにて発現させることが出来る。
【００８５】
例えば、光の波長と同程度の大きさの凹凸構造を採用することで、光回折を利用することが可能となり、凹凸構造の配列により決定される所定の出光プロファイルＡを生成出来る。この出光プロファイルＡは、光が照射されたエリアに含まれる凹凸構造全ての平均的な出力である。このように、光の波長と同程度の大きさの凹凸構造を採用したとき、配光方向への光回折が強まり、六方配列であれば、６回対称の出光プロファイルＡ（図１０参照）が得られ、四方配列であれば、４回対称の出光プロファイルＡ（図１２参照）が得られ、ラインアンドスペース構造であれば、２回対称の出光プロファイルＡ（図１３参照）が得られる。
【００８６】
出光プロファイルＡを得るには、例えば、光源２に対してプローバをあてがい、光源２を発光させる。あるいは、ＬＥＤチップの状態にて、発光特性を３次元配光測定する。光源２の面積は、５００μｍ×５００μｍとして、全面発光とすれば、発光エリアは０．２５ｍｍ２となる。凹凸構造のピッチが３００ｎｍであり、配列が六方配列とすると、発光エリア内に含まれる凹凸構造の数は、約３２０万個となる。同様に、光源２の面積が１ｍｍ×１ｍｍであれば、約１２８０万個の凹凸構造が、発光エリア内に含まれることとなる。すなわち、プローバをあてて光源２を発光させることで、あるいは、ＬＥＤチップを３次元配光測定することで、数百万個〜数千万個の凹凸構造の平均的な出光プロファイルＡを観測することが出来ると言える。なお、このようなプロファイル測定は、光源１つ１つに対しても、複数の光源が１つのボードに積載されたものに対しても、あるいは、ＣＯＷ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｗａｆｅｒ）に対しても、評価可能である。
【００８７】
このようにして得られた出光プロファイルＡを用いて、光源２の凹凸構造を容易にマクロ評価することができる。「マクロ評価」とは、測定領域全体を一度に出光プロファイルによって評価するものである。なお以下では、サファイア基材の表面に予め凹凸構造２０を作製し、その上に低温バッファー層以降を順次積層した場合の光源（ＬＥＤチップ）２を代表させて説明する。なお、凹凸構造２０の配列は六方配列であり、凸部（ドット）のピッチは３００ｎｍ、凸部の底部の径は２２０ｎｍ、凸部の断面形状はコーン状、そして凸部の高さは２３０ｎｍとした。ここで、六方配列する凸部から、部分的に、離散的に、そして非周期的に凸部を間引く操作を行った。このようにして、恣意的に凸部の欠落部を作製し、当該欠落の与える光源への影響と出光プロファイルＡへの影響を調査した。
【００８８】
その結果、光源の発光特性、特に内部量子効率への影響という観点からは、凸部の欠落は、１％まで許容されることがわかった。すなわち、凸部の欠落率が１％以上を欠陥としてとらえればよいということがわかった。なお出光プロファイルＡでは、０．１％程度の欠落率でも精度よく検査できる。すなわち、出光プロファイルＡを用いることで０．１％以上の欠落率を調べることが可能となる。
【００８９】
出光プロファイルＡでは、欠落率が大きくなるにつれて徐々に比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）が小さくなる。したがって出光プロファイルＡの比を測定することで、欠落率が規定値を超えたか否か知ることができる。
【００９０】
これに対して、原子間力顕微鏡や走査型電子顕微鏡を使用して欠落率を測定する場合や凹凸構造を直接観察して欠落率を測定する場合、ドットの欠落をすべて把握し、それから欠落率を導出して、当該欠落率が１％のボーダにかかるか否かを判断する必要がある。さらには、非常に狭い視野像での判断は、確率的に信憑性がないため、測定点数を限りなく大きくする必要がある。例えば、ドットを鮮明に観察するために、一視野像の領域を５μｍ×５μｍとする。すると、当該視野像に含まれるドット数は約３２０個となる。１視野の撮像と欠陥率の導出に３０秒の時間を使用すると仮定する。一方で、１チップの面積を５００μｍ×５００μｍとすれば、一回の観察で把握できるドット数は、１つの光源に含まれるドット数の０．０１％にすぎない。少なくとも、ドット全体の３割を把握すれば、ドットの欠落を検知したと仮定すると、３０００か所の測定と処理が必要であると考えることができる。すなわち、１つの光源に対して２５時間もの評価時間が必要ということになる。このように、一般的に実施されるような構造の評価方法を、ナノオーダの微細凹凸構造の評価に適用することは困難であることがわかる。
【００９１】
一方、出光プロファイルＡを利用することで、少なくとも発光エリア域に含まれる凹凸構造全てを、同時に評価したと見做すことができる（マクロ評価）。光源に関し、電極により作られる影を無視すれば、光源は全面での発光となり、全面発光により出光プロファイルＡが形成されるため、１回の測定にて１つの光源に含まれる凹凸構造をマクロ的に評価することができる。すなわち、出光プロファイルＡを把握する方法を適用することで、既に説明したように、１回の測定で、数百万〜数千万のドットを同時に評価できたといえる。さらに、欠落率が０．１％以上の範囲において、分解能０．１５％にて、出光プロファイルＡの変化から、ドットの欠落を判断することができることがわかった。すなわち、凹凸構造のマクロ評価を分解能高く実施し、光源の発光特性に関して支障となる凹凸構造の欠落の測定を、容易に実行可能である。
【００９２】
また光源の出光プロファイルＡが、ｎ回対称の出光プロファイルであり、不定形ではないため、プロファイル形状の違いの検知性が良好となり、視認による検査も容易となる。すなわち、光源の出光プロファイルＡに注目することで、光源に含まれる凹凸構造全体をマクロ的に評価することが可能であり、また、このマクロ評価を、視認によっても実施することができる。
【００９３】
すでに述べたように、出光プロファイルに注目することで、広範な領域に含まれる凹凸構造の平均的欠落率を、０．１５％の分解能にてマクロ評価できる。このように、出光プロファイルに注目することで、容易に凹凸構造のマクロ評価を実施できることを確認した。特に、出光プロファイルＡの対称性と比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）に注目することで、マクロ評価を、容易に精度高く実施可能であることがわかった。対称性としては、２回対称、４回対称、及び６回対称が評価の面から好ましく、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）を検知する観点も含めると、２回対称と６回対称がより好ましいことがわかった。さらに、出光プロファイルの光強度を数値化することで、ＬＯＰ（Ｌｉｇｈｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｐｏｗｅｒ）を指標とする光源の発光特性の評価を、簡便に実施可能であることもわかった。
【００９４】
比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）は、２．０以上であることが好ましい。２．０以上であることにより、内部量子効率を効果的に改善できる。既に説明した原理から、有効屈折率の配列により発光光の光回折性が高まり、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡを生成できる。出光プロファイルＡの回転対称性が高いほど、有効屈折率の規則性が高いことを意味する。有効屈折率は、媒体Ａと媒体Ｂとの体積平均的屈折率であることから、有効屈折率の規則性が高いことは、実態としての凹凸構造の規則性が高いことを意味する。出光プロファイルＡは実質的にｎ回対称性を有するので、有効屈折率の配列も実質的にｎ回対称性を有する。そして、実態としての凹凸構造もｎ回対称性を有する。半導体層はｍ回対称性の成長をする。よって、ｍ回対称にて成長する第１半導体層３０に対する、ｎ回対称の凹凸構造より加えられる応力は、回転ベクトルの和として減少するため、第１半導体層３０への内部応力の生成を抑制できる。これにより、半導体層の成長が良好に進行し、発光層に対する欠陥を低減できる。よって、内部量子効率が改善する。ここで、凹凸構造の欠陥が増加するほどに、内部量子効率が低下することが確認された。そして、既に述べたように、凹凸構造の欠陥率を、出光プロファイルＡにより評価可能であり、特に、凹凸構造の欠陥が増加するほどに、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）が小さくなる。以上から、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）が大きいほどに、内部量子効率の改善が良好となることがわかった。凹凸構造の欠陥率を変化させ、内部量子効率と比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）の変化を記録し、関係性を求めたところ、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）が２．０以上であれば、内部量子効率の改善程度が飽和することがわかった。以上より、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）は２．０以上であることが望ましい。なお、凹凸構造のマクロ評価の観点からは、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）は、１．５以上であることが好ましいこともわかった。比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）が１．５以上であることにより、ｎ回転対称性の把握が容易となるためである。画像認識などにより、迅速に、ｎ回対称性と比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）を出力する観点から、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）は２．０以上がより好ましく、２．５以上が最も好ましい。すなわち、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）が２．０以上であれば、内部量子効率が効果的に改善されたＬＥＤを製造可能であり、同時に、凹凸構造に対するマクロ評価の精度と速度が向上する。そして、後者のマクロ評価に対する効果は、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）が２．５以上になることでより顕著となる。
【００９５】
上記のように各ピッチ範囲に対して、比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）を上記範囲内に収めることで、凹凸構造の欠陥率を発光特性に支障を来さない範囲とすることができ、歩留まりを向上させることができる。
【００９６】
上記にて説明した実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡを生成可能な光源２を使用することにより、ＬＥＤの内部量子効率を効果的に改善できると同時に、光源２の凹凸構造を容易にマクロ評価することができる。その一方で、図１０に示すｎ回対称の出光プロファイルＡとして得られる光源光では、ＬＥＤとしての視認性が低下するため、光源光を配光変換することが必要とされる。そのために、本実施の形態では、光源２の第１出光面２ａ側に配光変換部材を配置した。
【００９７】
配向変換部材は、光源の第１出光面に接するように配置しても、光源から空間的に離れた位置に配置されてもよい。例えば、上記にて説明した光源の透明導電層の表面を配光変換部材化することができる。あるいは、図１に示すように、封止材内部に配光変換部材３を組み込むことも出来る。さらには、図２に示すように、レンズ７の表面を配光変換部材化したり、或は、リモートフォスファ（図１の配光変換部材３に相当）の表面を配光変換部材化することもできる。いずれのケースであっても、配光変換部材は、光源２の第１出光面２ａ側に配置される。
【００９８】
ここで、光源２より出光した光源光は、配光変換部材を通過する。配光変換部材の、光源２の第１出光面２ａに対向する面とは反対側の面が第２出光面である。この第２出光面より出光した光は、出光プロファイルＢとして観察される。そして、出光プロファイルＢに基づいて配光変換部材に対するマクロ評価を実施し、出光プロファイルＢに対する光強度を測定することで、ＬＥＤの性能を予測することが可能となる。
【００９９】
図１１は、本発明の実施の形態における出光プロファイルＢの一例である。なお、図１１は、出光プロファイルＡを固定した場合に、生成することが出来た出光プロファイルＢの具体例を示した図面である。より具体的には、図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃの順番に、光源の凹凸構造のピッチが３００ｎｍ、５００ｎｍ、及び７００ｎｍの場合である。
【０１００】
図１１Ａの場合は、表面に微細パタン７ａ（図２参照）を具備する半球状のレンズ７を配光変換部材とした。ここで「微細パタン」とは、本実施の形態においては、配光変換部材に対して用いられる用語であり、光源２に用いられる凹凸構造と区別される。微細パタンはナノオーダあるいはマイクロオーダの規則性のある、あるいは不規則なパタンであり、ピッチや配列が光源２の凹凸構造と同じあるいは異なる構成とされる凹凸パタンである。
【０１０１】
また図１１Ａの場合、封止材９の内部に無機微粒子を添加した。レンズ表面への微細パタン７ａとしては、配列が六方配列、ピッチが１０μｍ、凸部の高さが４．１μｍ、凸部の径が８μｍ、そして凸部の形状はレンズ状とした。無機微粒子としては、一次粒径が１００ｎｍのシリカ粒子（フィラー）を使用した。この無機微粒子を封止材の中に分散させた。分散濃度は、封止材１００ｇに対して、２０ｇとした。なお、図１１Ａに使用したＬＥＤチップを上記説明した３次元配光測定を行った結果が図１９である。すなわち、図１５の３次元配光測定の結果を示すＬＥＤチップに対して配光変換部材を適用した結果が図１９である。図１９により、図１５にみられた実質的に６回対称の配光特性は消失していることがわかる。すなわち、図１５の出光プロファイルＡより内部量子効率が改善され、図１９の出光プロファイルＡより、視認性が向上していると判断できる。
【０１０２】
図１１Ｂでは、光源２の最表面に位置する透明導電膜と封止材との界面部分に微細パタンを設けた。ここで、微細パタンとしては、配列を六方配列、ピッチを５００ｎｍ、凸部の高さを５５０ｎｍ、凸部の径を２５０ｎｍ、そして凸部の形状を円錐台とした。さらに、光源の凹凸構造の配列方向と配光変換部材の微細パタンの配列方向とを３０度ずらして配置した。なお、配列方向とは、隣接する凸部に関し、凸部間距離が最短の方向として定義した。製造したＬＥＤチップを３次元配光測定したところ、図１９に関し、中心の部分の真円度がより高い結果となった。また、ＬＥＤチップの縦横比を１：１から、１：１．２に変更したところ、３次元配光測定の結果の縦横比も変化し、出光プロファイルは楕円に変形した。
【０１０３】
図１１Ｃでは、表面に微細パタンを設けたリモートフォスファを配光変換部材３として使用した。リモートフォスファとしては、中が空洞の半球状の囲いを使用した。換言すれば、球体の表面半分に被膜を形成し、当該被膜を球体から剥離したような形状のリモートフォスファを使用した。リモートフォスファには、青色の光を吸収し赤色を発光する赤色蛍光体と、青色の光を吸収し緑色あるいは黄色の光を発光する緑色あるいは黄色蛍光体の２種類を使用した。さらに、これら２種類の蛍光体が交互に並ぶようにした。より具体的には、半球状の外形のリモートフォスファに関し、半球の頂点から見た視野図において、円を３０度の中心角にて１２等分し、それぞれの３０度の中心角を有する領域に上記いずれかの蛍光体を配置した。さらに、隣り合う領域の蛍光体は異なるものとした。このとき、蛍光体を配置する前に、半球状の囲いの表面をあらかじめ微細加工しておいた。より具体的には、微細パタンと反転形状のパタンを有するモールドを形成し、当該モールドを転写することで、中が空洞の半球状部材を作製した。続いて、蛍光体をパタン面に塗布し、配光変換部材として機能するリモートフォスファを製造した。微細パタンとしては、六方配列の凸部が、ピッチ３５００ｎｍにて配列したものとした。より具体的には、凸部の形状は三角錐状、凸部の底部の径は３０００ｎｍ、そして、凸部の高さが３０００ｎｍとした。製造したＬＥＤチップを３次元配光測定したところ、図１９に関し、中心の部分の真円度がより高い結果となった。また、ＬＥＤチップの縦横比を１：１から、１：１．２に変更した場合であっても、３次元配光測定の結果の縦横比は、ほぼ変化しないことが確認された。
【０１０４】
図１１に示すように、出光プロファイルＢは、出光プロファイルＡと大きく異なり、出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）は、出光プロファイルＡのそれよりも十分に小さくなっていることがわかる。より具体的には、（出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ））, （出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ））＝（４．４,１．３；図１１Ａ）、（４．９,１．５；図１１Ｂ）、そして（２．６,１．３；図１１Ｃ）であった。
【０１０５】
また、出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）から出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）を引いた差Δ（出光プロファイルＡの比率−出光プロファイルＢの比率）は、順に、３．１、３．４、そして１．３であった。
【０１０６】
出光プロファイルＡと出光プロファイルＢとの差を認識するためには、比（φＯＵＴ／φＩＮ）の差が重要である。すなわち、出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）については、その絶対値は特に限定されず、比の差Δ（出光プロファイルＡの比−出光プロファイルＢの比）を大きくできればよい。比の差Δ（出光プロファイルＡの比−出光プロファイルＢの比）に注目し、さらに検討したところ、差は、０．１以上あることが好ましいことがわかった。差が０．１以上あることにより、出光プロファイルＡと出光プロファイルＢとの差を明確に認識することができるとともに、出光プロファイルＡの解析から、光源の凹凸構造の精度をマクロ評価するとともに、光源の発光特性を評価し、出光プロファイルＢから、配光変換部材の精度をマクロ評価できた。特に、差は、０．４以上あることがより好ましい。これにより、視認性が更に改善する。なお、最もこの好ましくは、１．０以上ある。これにより、出光プロファイルＡと出光プロファイルＢとの差の認識に関し、精度と速度を向上させることができる。
【０１０７】
このように本実施の形態によれば、出光プロファイルＡに基づいて、光源の凹凸構造をマクロ評価すると共に、光源の発光特性を評価できる。次に、出光プロファイルＢを評価することにより、配光変換部材をマクロ評価すると共に、ＬＥＤの性能を予測できる。ここで、過大な装置を使用せずに、場合によっては、視認という直観的な操作によって、配光変換部材に対するマクロ評価とＬＥＤの性能予測を行う観点から、出光プロファイルＢと出光プロファイルＡとは異なる必要がある。なお、出光プロファイルＢの外観は、ｎ回対称であっても、非対称であってもよい。
【０１０８】
配光変換部材は、出光プロファイルＡを出光プロファイルＢへと変換する部材であって、少なくとも、出光プロファイルＡに対する比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）よりも小さな比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）を有する出光プロファイルＢを生成する部材である。このようにプロファイルＡ、Ｂが異なることで、過大な設備を使用せずとも、配光変換部材をマクロ評価することが可能となり、さらにはＬＥＤの性能を、その出光プロファイルＢの光強度から予測することが出来る。これは、既に説明した３次元配光測定から得ることが出来る。配光変換部材は、出光プロファイルの変換能を有していれば限定されない。したがって配光変換部材に微細パタンを設ける場合、光源の凹凸構造の例として記載した配列を用いてもよいし、その他にも、ランダムな配列を採用することも出来る。また、配光変換部材については、光学的な出光プロファイルの変換に目的があることから、配光変換部材に微細パタンが設けられる場合、そのピッチは、１０ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲を取ることができる。配光変換部材化するには、例えば、光源の透明導電膜の電極を形成する側の表面への微細パタンの付与、封止材内部への無機微粒子の導入、封止材内部への蛍光粒子の導入、リモートフォスファ表面への微細パタンの付与、あるいはレンズの内面あるいは外面への微細パタンの付与などが挙げられる。
【０１０９】
以上より、本実施の形態によれば、出光プロファイルＡの解析から、光源の凹凸構造の精度をマクロ評価するとともに、光源の発光特性を評価できた。そして、出光プロファイルＢを併せて評価することで、配光変換部材の精度をマクロ評価できた。すなわち、同じ配光変換部材を同じように適用した場合に、得られる出光プロファイルＢは、所定のばらつき内に収まる。この出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）を検知することで、配光変換部材の精度をマクロ評価できた。さらには、出光プロファイルＢの光強度を数値化することで、光源に対して配光変換部材を設けた場合であっても、光源の特性が変化していないかを容易に判断できた。
【０１１０】
ここで得られる出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）としては、１．０〜１．５の範囲内であることが好ましい。これにより第２出光面側から得られる光を略円形に近づけることができ、視認性に優れたＬＥＤを提供することができ、さらに配光変換部材のマクロ評価、ＬＥＤの発光特性を適切かつ簡単に測定することができる。
【０１１１】
光源（ＬＥＤチップ）２を構成する各部材（層）の構成について説明する。基材としては、光源として使用できる基材であれば限定されない。また、基材上に半導体層を成膜したのちに、当該基材を除去してもよい。例えば、サファイア、炭化ケイ素、窒化シリコン、窒化ガリウム、銅タングステン、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、スピネル（例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４に代表される絶縁性基材）、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン、ＧａＰ、又はＧａＡｓ等の基材を用いることができる。
【０１１２】
第１半導体層としては、非ドープ層とドープ層から構成することもできる。さらには、バッファー層、非ドープ層、及びドープ層から構成してもよい。バッファー層は、基材の表面に成膜されることが望ましい。
【０１１３】
第１半導体層の膜厚は、半導体層の成膜を良好に保つ観点から、８００ｎｍ以上１０００００μｍ以下が好ましい。特に、転位低減の効果をより発揮する観点から、１５００ｎｍ以上であることが好ましく、２０００ｎｍ以上であることがより好ましい。さらに、発光層特性をより改善する観点から２５００ｎｍ以上であることが好ましく、３０００ｎｍ以上であることがより好ましく、４０００ｎｍ以上であることが最も好ましい。
【０１１４】
ドープ層は、光源の用途に適したｎ型半導体層として使用できるものであれば、特に制限はない。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、又は、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＶＩ−ＶＩ族等の化合物半導体に、適宜、種々の元素をドープしたものを適用できる。特に、ｎ型ＧａＮ層であることが望ましい。ｎ型ＧａＮ層としては、例えば、ＮＨ３を３×１０−２〜４．２×１０−２ｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を０．８×１０−４〜１．８×１０−４ｍｏｌ／ｍｉｎ、及びＳｉに代表されるｎ型ドーパントを含むシランガスを５．８×１０−９〜６．９×１０−９ｍｏｌ／ｍｉｎ供給して形成することができる。また、ドープ層の成膜に関し、結晶性を良好に保つ観点から、成膜にかかるＶ／ＩＩＩ比（成膜時に使用するガスに関し、Ｖ族化合物とＩＩＩ族化合物との比率）は、４００以上２５００以下であることが好ましい。さらに、ドープ層の成膜時間は、２０分以上であることが望ましい。ｎ型コンタクト層であるドープ層は、発光層のバンドギャップエネルギよりも大きなバンドギャップエネルギを有する組成となる。例えば、Ｓｉ等のｎ型不純物がドープされたＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を採用できる。ｎ型クラッド層のｎ型不純物濃度は特に限定されるものではないが、１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３の範囲で、適宜設計できる。また、ｎ型不純物濃度に傾斜をつけても良い。また、Ａｌの組成傾斜をつけることでキャリアの閉じ込めのためのクラッド層としても機能する。ドープ層の膜厚は、発光層への電子注入性の観点から、８００ｎｍ以上であると好ましく、１５００ｎｍ以上であることがより好ましく、２０００ｎｍ以上であることが最も好ましい。一方、上限値は、反りを低減する観点から、５０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１１５】
非ドープ層は、ドープ層のｎ型半導体層としての性能に支障をきたさない範囲で適宜選択できる。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、又は、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＶＩ−ＶＩ族等の化合物半導体を適用できる。特に、アンドープ窒化物層であることが好ましい。アンドープ窒化物層としては、例えば、９００℃〜１５００℃の成長温度で、バッファー層あるいは基材の上に、ＮＨ３とＴＭＧａを供給することで成膜できる。非ドープ層の膜厚は、１０００ｎｍ以上であることが好ましい。特に、非ドープ層の内部にて転位を効果的に低減する観点から１５００ｎｍ以上であることが好ましく、２０００ｎｍ以上であることがより好ましく、２５００ｎｍ以上であることが最も好ましい。
【０１１６】
バッファー層の材質としては、ＡｌＧａＮ構造、ＡｌＮ構造、ＡｌＩｎＮ構造、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子構造、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ積層構造、あるいはＡｌＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ積層構造等を採用することができる。特に、一般式ＡｌａＧａ１−ａＮに関し、０≦ａ≦０．８で表される窒化物半導体が好ましく、０≦ａ≦０．５窒化物半導体がもっとも好ましい。また、バッファー層の成膜については、成膜温度を３５０℃〜６００℃の範囲にできる。これにより、狭い凹部底部からの成膜についても、均等性を向上させることができる。これらのバッファー層を使用することにより、第１半導体層の成膜性及び結晶性を改善できる。また、バッファー層の膜厚は、凹凸構造の高さに対して、１／５以下であることが望ましい。これは、ＲＡＭＰ過程におけるバッファー層の再拡散と再結晶挙動に関し、凸部の側面部への核の付着を抑制する為である。この観点から、バッファー層の膜厚は、凹凸構造の高さ対して、１／１０以下がより好ましく、１／２０以下が最も好ましい。また、バッファー層は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいはスパッタリング法により成膜されることが好ましい。特に、バッファー層の均等性が向上する点から、スパッタリング法を採用することがより好ましい。
【０１１７】
発光層としては、光源として発光特性を有するものであれば、特に限定されない。例えば、発光層として、ＡｓＰ、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＡｌＨａＩｎＰ、ＺｎＯ等の半導体層を適用できる。また、発光層には、適宜、特性に応じて種々の元素をドープしてもよい。発光層は、単一または多重量子井戸構造の活性層である。例えば、６００℃〜８５０℃の成長温度で、窒素をキャリアガスとして使い、ＮＨ３、ＴＭＧａ、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を供給し、ＩＮＧａＮ／ＧａＮからなる活性層を、１００Å〜１２５０Åの厚さに成長させることができる。また、多重量子井戸構造の場合、１つの層を構成するＩｎＧａＮに関し、Ｉｎ元素濃度を変化させることもできる。例えば、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から構成される井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から構成される障壁層とを含む量子井戸構造を採用できる。この場合、井戸層及び障壁層が、それぞれ、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）であるとより好ましい。また、発光層と第２半導体層と、の間に電子ブロック層を設けることができる。電子ブロック層は、例えば、ｐ−ＡｌＧａＮにて構成される。
【０１１８】
第２半導体層としては、光源の用途に適したｐ型半導体層として使用できるものであれば、特に制限はない。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、及び、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＶＩ−ＶＩ族等の化合物半導体に、適宜、種々の元素をドープしたものを適用できる。例えば、ｐ型ＧａＮ層の場合、成長温度を９００℃以上に上昇させ、ＴＭＧａ及びＣＰ２Ｍｇを供給し、数百〜数千Åの厚さに成膜することができる。例えば、一般式ＡｌｋＧａ１−ｋＮに関し、０≦ｋ＜１の状態を採用できる。特に０＜ｋ＜０．４がより好ましい。厚は特に限定されないが、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることがより好ましい。なお、当該膜厚は、一般的にｐ型クラッド層の膜厚と称される。Ｍｇ等のｐ型不純物濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲から適宜設計できる。上記ｐ型クラッド層が多層膜の場合、多層膜層の場合、上記例示したＡｌｋＧａ１−ｋＮとＡｌｋＧａ１−ｋＮよりもバンドギャップエネルギの小さな窒化物半導体層と、からなる多層膜層を採用できる。例えば、バンドギャップエネルギの小さな層として、ＩｎｌＧａ１−ｌＮ（０≦ｌ＜１）やＡｌｍＧａ１−ｍＮ（０≦ｍ＜１）が挙げられる。各層の膜厚に関し、超格子構造の場合は、一層の膜厚が１０ｎｍ以下であることが好ましく、８ｎｍ以下であることがより好ましく、１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることがもっとも好ましい。ｐ型クラッド層上に設けられるｐ型コンタクト層としては、Ｍｇ等のｐ型不純物がドープされたＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０≦ｆ＜１）が用いられ、特に組成比率を決めるｆが、０≦ｆ＜０．３であることがより好ましい。ｐ型不純物濃度は１×１０１７／ｃｍ３以上が好ましい。また、ｐ型コンタクト層は、導電性基材側でｐ型不純物濃度が高く、かつ、Ａｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有することが好ましい。この場合、組成勾配は、連続的に組成を変化さても、あるいは、不連続に段階的に組成を変化させてもよい。
【０１１９】
透明導電層は、たとえば、第２半導体層の上に設けることができる。透明導電層としては、例えば、透過性酸化膜であって、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＺｎＯ、ＲｕＯｘ、ＴｉＯｘ、ＩｒＯｘ、ＳｎＯｘ、ＡＺｎＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺｎＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）あるいはＩｎｘＯｙのうち、少なくとも１つ以上で形成される。また、透明導電層は、真空蒸着法、スパッタリング法、あるいはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することができる。なお、透明導電層の第２半導体層とは反対側の面に微細パタンを設けることで、光源に配光変換部材が直接接した積層体を製造できる。
【０１２０】
ｐ電極は、透光性のオーミック電極とオーミック電極の一部に設けられたパッド電極とから構成される。オーミック電極としては、上記説明した透明導電層の他に、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｇ等の１種類以上を用いることができる。具体例としては、Ｎｉ／ＡｕやＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ等である。オーミック電極の膜厚は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることがより好ましい。パッド電極としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ等の１種類以上の金属材料を用いることができる。パッド電極の膜厚は、１５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であると好ましい。
【０１２１】
ｎ電極は、第２半導体層側から第１半導体層をエッチングして、露出した第１半導体層の表面に形成される。ｎ型窒化物半導体とオーミック接触が可能な電極材料であれば特に限定されない。例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｗ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ、Zn等の金属材料の１種類以上を用いることができる。Ｔｉ、Ｗ、またはＶをそれぞれベースとするＴｉ／Ａｌ、Ｗ／Ａｌ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ａｌ等の多層構造とするとより好ましい。ｎ電極の膜厚は、１００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましく、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【０１２２】
次に配光変換部材の構成についてより詳しく説明する。配光変換部材は、光源の第１出光面側に設けられる。このため、光源に接して配置されても、空間的に離間して配置されてもよい。例えば、上記にて説明した光源に関して、第２半導体層への微細パタンの付与、発光層への微細パタンの付与、あるいは、透明導電膜への微細パタンの付与等は、光源に直接接した配光変換部材の導入に相当する。一方で、上記光源を使用するとともに、封止材への無機粒子の導入、蛍光体粒子の導入、リモートフォスファ表面への微細パタンの付与、あるいは、レンズ表面への微細パタンの付与、光源より遠い位置に配光変換部材（板、シート、レンズ）を配置する場合等が、光源と空間的に離間した配光変換部材の導入となる。この空間的に光源と配光変換部材とが離間して設けられる場合、光源と配光変換部材との距離（光源の第１出光面の中心から光源の直上に位置する配光変換部材までの距離）は、光源の利用効率の観点から１０ｃｍ以内であると好ましく、５ｃｍ以内であるとより好ましく、１０ｍｍ以内がもっとも好ましい。いずれの配光変換部材を採用するかについては、ＬＥＤの製造ライン及び製造したＬＥＤの用途の観点から、適宜設計すればよい。
【０１２３】
配光変換部材をどのように配置するかによって、出光プロファイルＡを出光プロファイルＢへと変換する機構が異なる。大きく２つに分類可能であり、１つ目は、微細パタンの導入によるものである。２つ目は、粒子を利用するものである。その他にも、屈折率分布を利用するものも挙げられる。
【０１２４】
前者の微細パタンの導入の場合、第２半導体層と透明導電層との界面や透明導電層の表面を加工し微細パタンを設けて、配光変換部材化することができる。あるいは、基材側より光を取り出すフリップチップ構成にするのであれば、基材の第１半導体層とは反対側の面を微細加工し、微細パタンを設けることができる。微細パタンの配列は、ランダム配列から規則的な配列まで適宜選択できる。例えば、自己組織化分子や微粒子を加工マスクにして、第２半導体層と透明導電層との界面や透明導電層の表面を加工してランダムな微細パタンを付与することができる。これにより、出光プロファイルＡは、出光プロファイルＢへと変換されるとともに、出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）から、出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）を引いた差を大きくすることができる。ただし、配光変換部材のマクロ評価及びＬＥＤの性能予測という観点から、配光変換部材に付与する微細パタンは規則性を持った配列であることが望ましい。特に、光源の凹凸構造にて説明した配列であるとより好ましい。この場合、特に、光源の凹凸構造と配光変換部材の微細パタンとが異なると、出光プロファイルＢの変化が大きくなり、評価精度が向上するとともに、評価が容易となるため好ましい。特に、凹凸構造のピッチよりも、微細パタンのピッチが大きいことが望ましい。
【０１２５】
さらに、配列という観点に注目すれば、凹凸構造の配列方向と微細パタンの配列方向とは異なることが、出光プロファイルＢと出光プロファイルＡの差異を鮮明にする観点から望ましい。なお、配列方向とは、隣接する凸部（あるいは凹部）に関し、最近接する凸部（あるいは凹部）間を結ぶ方向である。
【０１２６】
光源の凹凸構造と配光変換部材の微細パタンの配列の組み合わせ（凹凸構造の配列／微細パタンの配列）に関し、ラインアンドスペースを２、四方配列を４、そして六方配列を６と記載すれば、（６／２）、（６／４）、（６／６）、（４／２）、（４／４）、（４／６）、（２／２）、（２／４）、（２／６）が好ましい組み合わせである。特に、凹凸構造及び配光変換部材のマクロ評価を共に良好にする観点から、（６／２）、（６／６）、（２／２）、（２／６）がより好ましい組み合わせである。そして、凹凸構造の配列方向と微細パタンの配列方向は、異なるとより好ましい。ここで異なるとは、１度以上の方向差があることであり、方向差は５度以上がより好ましく、方向差は１０度以上がもっとも好ましい。
【０１２７】
微細パタンの形状や大きさについては、配光変換部材を設ける位置により制限がかかる。例えば、第２半導体層と透明導電層との界面や透明導電層の表面に関して微細パタンを設ける場合、第２半導体層と透明導電層の膜厚は共に薄いことから、微小な構造を設ける必要がある。この観点から、微細パタンとしては、ピッチが１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることが好ましい。例えば、（光源の凹凸構造のピッチ／配光変換部材の微細パタンのピッチ）と記載すれば、（３００ｎｍ／４５０ｎｍ）、（３００ｎｍ／７００ｎｍ）、（３００ｎｍ／９００ｎｍ）、（３００ｎｍ／１２００ｎｍ）、（５００ｎｍ／５５０ｎｍ）、（５００ｎｍ／７００ｎｍ）、（５００ｎｍ／９００ｎｍ）、（５００ｎｍ／１２００ｎｍ）、（７００ｎｍ／９００ｎｍ）、（７００ｎｍ／１２００ｎｍ）などが組み合わせとして挙げられる。微細パタンの径は、ピッチの０．５倍以上０．９８倍以下であることで、出光プロファイルＢの強度をより向上させることができる。特に、０．６倍以上０．９３倍以下であるとより好ましく、０．７倍以上０．９１倍以下であるともっとも好ましい。微細パタンの高さは、径の０．５倍以上３倍以下であることで、出光プロファイルＢの強度を大きくできるため好ましい。特に、０．６５倍以上２倍以下であることがより好ましく、０．７５倍以上１．５倍以下であることがもっとも好ましい。微細パタンはドット状の凸部であって、その形状が、円柱あるいは円錐台であるとよい。
【０１２８】
一方で、微細パタンをリモートフォスファの表面に設ける場合や、レンズの表面に設ける場合や、フリップチップ構成の場合に基材の第１半導体層とは反対側の面に設ける場合、出光プロファイルＢへの変化量を大きくすることが容易となる。すなわち、配光変換部材は、光源と空間的に離間して配置されることが望ましい。リモートフォスファについては、微細パタン面に蛍光体を塗布し製造することもできる。例えば、微細パタンとしては、ピッチが１．５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。特に、２μｍ以上１０μｍ以下であれば、出光プロファイルＢをより円形の輪郭に、換言すれば比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）をより１に近づけることが可能となるため好ましい。このような観点からピッチは２．８μｍ以上５μｍ以下がより好ましい。または、ピッチが３０μｍ以上１００μｍ以下であれば、出光プロファイルＢのプロファイル形状をシミュレーションにより容易に決定できるため好ましい。微細パタンの径は、ピッチの０．５倍以上０．９８倍以下であることで、出光プロファイルＢの強度をより向上させることができる。特に、０．６倍以上０．９３倍以下であるとより好ましく、０．７倍以上０．９１倍以下であると最も好ましい。微細パタンの高さは、径の０．５倍以上３倍以下であることで、出光プロファイルＢの強度を大きくできるため好ましい。特に、０．６５倍以上２倍以下であることがより好ましく、０．７５倍以上１．５倍以下であることがもっとも好ましい。微細パタンはドット状の凸部であって、その形状が、円錐形状、三角錐形状、レンズ状、砲弾状、あるいはドーム状であるとよい。
【０１２９】
リモートフォスファは、蛍光体の分散した無機基材の表面を加工する方法や、蛍光体の分散した樹脂基材の表面を加工する方法や、表面を加工した基材に対して蛍光体を塗布する方法により配光変換部材化される。特に２種以上の蛍光体を含むリモートフォスファが好ましく、２種類以上の蛍光体が塗り分けられたリモートフォスファがより好ましい。このような構成により、出光プロファイルＢを良好に生成するとともに、ＬＥＤを小型化することができる。リモートフォスファを分散させる無機材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、及びこれらの複合材料が挙げられる。また、シリコーン樹脂を使用してもよい。有機樹脂としては、アクリル（例えば、ＰＭＭＡ）やポリカーボネートを使用できる。そのほかにも、一般的にＬＥＤの導波路として使用される材料や封止材として使用される材料を使用できる。リモートフォスファの外形は、中が空洞の半球状、中が空洞のレンズ状、中が空洞の砲弾状、中央部が凹状に変形した板状、あるいは変形等のない単なる板状などが採用できる。リモートフォスファに使用する蛍光体は、以下の蛍光体粒子にて説明する組成を使用できる。また、金属反射膜の表面を微細パタンにし、当該微細パタンの上に蛍光体を塗布することで、蛍光体の効率を飛躍的に向上させることもできる。この場合、微細パタンは四方配列あるいは六方配列であることが好ましい。これにより良好に蛍光体の効率を向上させることができる。ピッチは２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下、凸部（ドット）の径はピッチの０．３倍以上０．８倍以下、凸部の高さは径の０．５倍以上２倍以下であるとよい。この場合、金属反射膜としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、あるいはＣｒなどを使用できる。さらにこれらの金属を多層積層した多層膜や、これらの金属とＭｇＦ２、ＺｒＯ、ＡｌＮ、Ｎｂ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、あるいはＳｉＯ２とを積層した多層膜を使用することもできる。少なくとも、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕのいずれかが蛍光体側の表面に形成されることが望ましい。
【０１３０】
レンズに対して微細パタンを設けることでも、配光変換部材化が可能である。レンズは、集光あるいは光を拡散する機能を発揮する形状であればよい。なお、ここでの拡散は、光線を広角に広げる作用をいう。このようなレンズに対して微細パタンを設けて配光変換部材を作製することで、出光プロファイルＢを容易に生成できる。レンズとしては凸レンズであっても、凹レンズであってもよい。凸レンズが特に好ましい。例えば、シリンドリカルレンズ、各断面における曲率が等しいレンズ（例えば、半球状のレンズ）、水平方向と垂直方向で曲率の異なるレンズ（例えば、半円柱状のレンズ）や、砲弾状レンズを使用できる。レンズを構成する材料としては、以下に説明する封止材の材料である、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ等）、あるいはポリカーボネート等を使用できる。さらに、これらの材料に、以下に説明する蛍光体粒子や無機粒子を添加できる。すなわち、レンズ単体として、例えば、透明樹脂を整形したものを使用することもできれば、封止材を成形したものを使用することもできる。後者の場合、成形に使用するモールドの内面に、微細パタンの反転形状を付与しておくと、工業性が高く、微細パタンを具備したレンズを製造できる。例えば、出光プロファイルＡを把握して、実施的にｎ回対称の出光プロファイルを得る。この操作は、ＬＥＤに関し、発光の強い部分と弱い部分を把握していることと同義である。よって、出光プロファイルＡの凸上角部近傍の光を拡散させるように、レンズに加工を施すことができる。例えば、レンズの屈折率分布を出光プロファイルＡのｎ回対称性に合わせこむ操作や、レンズの曲率分布を出光プロファイルＡのｎ回対称性に合わせこむ操作や、レンズ表面の微細パタンの分布を出光プロファイルＡのｎ回対称性に合わせこむ操作などが挙げられる。このようなレンズの曲率、レンズの屈折率あるいはレンズ表面の微細パタンの分布を、出光プロファイルＡのｎ回対称性から設計することで、出光プロファイルＢの外形を円に近づけると同時に、その強度を強くすることができるため、好ましい。なお、上記説明したｎ回対称性に合わせこむ操作に関しては、実質的に３６０°／ｋｎ（ただし、ｋは１〜１２のいずれか）あるいは、実質的に３６０ｋ°／ｎ（ただし、ｋは１〜１２のいずれか）の対称性を具備させることが望ましい。
【０１３１】
蛍光体に関しては、上記説明したリモートフォスファとして使用するほか、蛍光体粒子として封止材に添加することでも、出光プロファイルＢを制御できる。蛍光体粒子は、光源の発光層より発せられる光を吸収し、異なる波長の光を放出するものであればよい。例えば、主に、ＥｕやＣｅ等のランタノイド系元素で賦活される窒化物系蛍光体及び酸窒化物系蛍光体、主に、Ｅｕ等のランタノイド系あるいはＭｎ等の遷移金属系の元素により付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、及び、ゲルマン酸塩、主に、Ｃｅ等のランタノイド系元素で付活される希土類アルミン酸塩及び希土類ケイ酸塩、あるいは、主に、Ｅｕ等のランタノイド系元素で賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。より具体的には、主にＥｕ又はＣｅ等のランタノイド系元素で賦活される窒化物系蛍光体としては、例えば、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。また、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：ＥｕのほかＭＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、Ｍ１．８Ｓｉ５Ｏ０．２Ｎ８：Ｅｕ、Ｍ０．９Ｓｉ７Ｏ０．１Ｎ１０：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などもある。主にＥｕ又はＣｅ等のランタノイド系元素で賦活される酸窒化物系蛍光体としては、例えば、ＭＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。主にＥｕ等のランタノイド系あるいはＭｎ等の遷移金属系の元素により付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体としては、例えば、Ｍ５（ＰＯ４）３Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、Ｍ２Ｂ５Ｏ９Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｒ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｒ、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｒ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｒ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ１２：Ｒ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｒ（Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。アルカリ土類硫化物蛍光体には、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕなどがある。主に、Ｃｅ等のランタノイド系元素で賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体としては、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体などがある。また、Ｙの一部若しくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅなどもある。その他の蛍光体としては、例えば、ＺｎＳ：Ｅｕ、Ｚｎ２ＧｅＯ４：Ｍｎ、ＭＧａ２Ｓ４：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。これらの蛍光体に関し、Ｅｕに代えて、あるいは、Ｅｕに加えてＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される１種以上を含有させることもできる。
【０１３２】
赤色蛍光体として、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：ＥｕのようなＳＣＡＳＮ系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：ＥｕのようなＣＡＳＮ系蛍光体、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｅｕ賦活されたαサイアロン系蛍光体を用いることができる。黄色蛍光体としては、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）を用いることができる。また、例えば、ＹＡＧ系蛍光体において、Ｙの一部または全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換してもよい。具体的には、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ等でもよい。さらに、前記した蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。その他、Ｅｕ賦活されたシリケート系蛍光体などであってもよい。緑色蛍光体としては、例えば、Ｃａ８ＭｇＳｉ４Ｏ１６Ｃｌ２：Ｅｕのようなクロロシリケート系蛍光体、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ：Ｅｕのようなβサイアロン系蛍光体を用いることができる。
【０１３３】
蛍光体粒子を以下に説明する封止材に添加することで、配光変換部材化できる。この場合、蛍光体粒子の粒径は１０ｎｍ以上１００μｍ以下であると好ましい。特に、出光プロファイルＢと出光プロファイルＡとの差異を明確化する観点から、１００ｎｍ以上５０μｍ以下がより好ましい。特に、５００ｎｍ以上２５μｍ以下であることで、出光プロファイルＢの強度が向上するため好ましい。なお、蛍光体粒子の周りに、以下に説明する無機粒子を纏わせることもできる。この場合、無機粒子の粒径は、蛍光体粒子の粒径の１／５以下であることが好ましい。
【０１３４】
無機粒子を後述する封止材に分散させる、あるいは、無機粒子リッチとして封止材をつなぎに使用することで、配光変換部材を形成できる。無機粒子としては、例えば、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化インジウム、窒化アルミ、窒化チタン、酸化錫、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＲｕＯｘ、ＴｉＯｘ、ＩｒＯｘ、ＳｎＯｘ、ＡＺｎＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺｎＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）、ＩｎｘＯｙ、窒化アルミニウム、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、銀、シリカ、チタン酸カリウム、ケイ酸バリウム、カーボン、ガラスファイバーあるいは、ダイヤモンドから成る群より選ばれる少なくとも１以上を使用でき、２以上の組み合わせがより好ましい。無機粒子の径は、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることで、出光プロファイルＢと出光プロファイルＡとの差異が大きくなるため好ましい。特に、１００ｎｍ以上５０μｍ以下がより好ましく、２００ｎｍ以上１０μｍ以下がもっとも好ましい。
【０１３５】
封止材としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂および、それらの樹脂が少なくとも一種以上含有されたハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた透光性樹脂を用いることができる。また、封止材の材料は、有機物に限られず、ガラス、シリカゲルなどの耐光性に優れた無機物を用いることもできる。さらに、封止材に関し、屈折率の異なる２以上の封止材を混合することで、封止材に屈折率分布を持たせ、配光変換部材化することもできる。
【０１３６】
図２０は、本発明の実施の形態における半導体発光素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【０１３７】
図２０に示すステップＳＴ１では、光源（ＬＥＤチップ）を形成する。このとき、光源は凹凸構造を具備し、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡとして観察される光源光を光源の第１出光面側から出力する構成とされる。凹凸構造はナノオーダのピッチを有し、ラインアンドスペース構造、四方配列、六方配列のいずれにより形成されることが好適である。
【０１３８】
図２０に示すステップＳＴ２では、出光プロファイルＡを測定する。例えば、プローバを用いて２０ｍＡの電流を流し発光させ、光源光の出光プロファイルＡを観察することができる。あるいは、ベアチップや封止材封入後のチップに対する３次元配光測定により測定することができる。
【０１３９】
続くステップＳＴ３では、所定の出光プロファイルＡが得られたか否か検査を行う。例えば出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）が２．０以上という基準が設けられており、この範囲に入るか否かを検査する。範囲内であればステップＳＴ４に進むが、範囲外の場合、凹凸構造の欠落率等が想定以上（例えば欠落率が０．１％以上）に大きくなっていると見做して不良品あるいは廉価品として扱われる（ステップＳＴ５）。
【０１４０】
この出光プロファイルＡに基づいて、凹凸構造のマクロ評価を行うことができ、さらに光源の発光特性を評価することができる。発光特性は、光量出力（ＬＯＰ；Ｌｉｇｈｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｐｏｗｅｒ）を指標とすることができる。
【０１４１】
図２０に示すように、ステップＳＴ４では、光源の第１出光面側に配光変換部材を形成する。配光変換部材は、リモートフォスファや、レンズ等にて構成することができ、このとき、表面を加工し微細パタン等を設けることで配光変換部材化を促進することができる。
【０１４２】
ステップＳＴ６では、配光変換部材の第２出光面（配光変換部材の光源とは反対側の面）側にて観測される変換光としての出光プロファイルＢを測定する。出光プロファイルＢを出光プロファイルＡと同様の手法により取得し且つ検査することができる。
【０１４３】
次にステップＳＴ７では、出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）と出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）とを比較する。すなわち、出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）が、出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）よりも小さくなっているか否かを検査する。出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）が、出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）よりも大きい場合は、不良品として取り扱われる（ステップＳＴ８）。一方、出光プロファイルＢの比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）が、出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）よりも小さい場合は合格品となる（ステップＳＴ９）。
【０１４４】
また、ステップＳＴ７では、出光プロファイルＢにより、配光変換部材のマクロ評価と、出光光の発光特性の評価を行うことができる。発光特性は、光量出力（ＬＯＰ；Ｌｉｇｈｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｐｏｗｅｒ）を指標とすることができる。
【０１４５】
なお半導体発光素子の製造方法において、ステップＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ６、ＳＴ７を経ることなく製造されたものでも（すなわち出光プロファイルＡ、Ｂに基づいて検査を特に行わなかったとしても）、（１）光源の第１出光面側からは、実質的にｎ回対称の出光プロファイルＡとして観察される光源光が出光され、配光変換部材の出光面側からは、出光プロファイルＢとして観測される変換光が出光されており、（２）出光プロファイルＢの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ｂ）と内接円の径（φＩＮ−Ｂ）との比（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）は、前記出光プロファイルＡの輪郭から求められる外接円の径（φＯＵＴ−Ａ）と内接円の径（φＩＮ―Ａ）との比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）に比べて小さい、との構成を満たすものであれば本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【０１４６】
また、完成品に対しては、出光プロファイルＢ（φＯＵＴ−Ｂ／φＩＮ−Ｂ）の比を最初に求め、続いて、配光変換部材を除去して、光源の出光プロファイルＡの比（φＯＵＴ−Ａ／φＩＮ―Ａ）を求めることで、本発明の範囲に含まれるか否かを調査することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明の半導体発光素子によれば、視認性及び効率に優れた半導体発光素子に適用することができる。半導体発光素子としてはＬＥＤが代表的であるが、有機ＥＬ素子等にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１４８】
１  ＬＥＤ
２  光源
２ａ  第１出光面
３  配光変換部材
７ａ  微細パタン
７  レンズ
９  封止材
１０  基材
２０、８０４、８０６  凹凸構造
２１、２２  凸部
３０  第１半導体層
４０  発光層
５０  第２半導体層
６０  透明導電膜
２０１  回折光
２０２  放射部分
【図１】
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【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２０】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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