(57)【要約】【課題】転位密度をより低減することができると共に、結晶配向の良い半導体層を有する発光素子を提供することを課題とする。【解決手段】発光素子は、ｃ面を主面とするサファイア基板と、前記サファイア基板の主面側に設けられた半導体層と、を備える発光素子であって、前記サファイア基板は、主面側からみて、仮想的な正六角形を菱形に３等分する、第１のｍ軸及び第２のｍ軸に平行な辺を有する第１領域、第２のｍ軸及び第３のｍ軸に平行な辺を有する第２領域、及び第１のｍ軸及び第３のｍ軸に平行な辺を有する第３領域からなる第１ユニットと、前記第１ユニットの各辺に合わせて配置され、前記第１ユニットに対して鏡面対称である複数の第２ユニットと、から構成され、ユニット中央の領域を空けて配置される構成とした。【選択図】図３
2016154216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃ面を主面に有するサファイア基板と、前記サファイア基板の主面側に設けられた半導体層と、を備える発光素子であって、
前記サファイア基板は、主面側からみて正六角形を菱形に３等分するように、第１のｍ軸及び第２のｍ軸に平行な辺で区画される第１領域と、第２のｍ軸及び第３のｍ軸に平行な辺で区画される第２領域と、第１のｍ軸及び第３のｍ軸に平行な辺で区画される第３領域とからなる第１ユニットと、
前記第１ユニットの各辺に合わせて配置され、かつ前記第１ユニットの頂角を通るａ軸に対して前記第１ユニットと鏡面対称の関係にある複数の第２ユニットと、から構成され、
前記第１ユニットは、前記第１領域内において、前記第１のｍ軸に平行な辺を外縁に有する複数の第１凸部が配列され、前記第２領域内において、前記第２のｍ軸に平行な辺を外縁に有する複数の第２凸部が配列され、前記第３領域内において、前記第３のｍ軸に平行な辺を外縁に有する複数の第３凸部が配列されており、
前記正六角形の中心に最も近い前記第１凸部は、前記中心に最も近い前記第２凸部における前記中心側の端部に接する前記第３のｍ軸と平行をなす接線と交わらないように配置され、
前記正六角形の中心に最も近い前記第２凸部は、前記中心に最も近い前記第３凸部における前記中心側の端部に接する前記第１のｍ軸と平行をなす接線と交わらないように配置されることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第１凸部は、前記第２のｍ軸に平行な同一線上に複数の前記第１凸部の端部が揃って当該第１凸部同士が同一のピッチで配置され、前記第２凸部は、前記第３のｍ軸に平行な同一線上に複数の前記第２凸部の端部が揃って当該第２凸部同士が同一のピッチで配置され、前記第３凸部は、前記第１のｍ軸に平行な同一線上に複数の前記第３凸部の端部が揃って当該第３凸部同士が同一のピッチで配置されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１凸部は、前記第１領域内において、前記第２領域側に所定の間隔となる第１間隔を空けて整列され、前記第２凸部は、前記第２領域内において、前記第３領域側に所定の間隔となる第２間隔を空けて整列され、前記第３凸部は、前記第３領域内において、前記第１領域側に所定の間隔となる第３間隔を空けて整列され、
前記第１間隔、前記第２間隔及び前記第３間隔が同じ間隔である請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記六角形の中心から最も遠い第１凸部は、前記六角形の前記第１のｍ軸に平行な外形線から所定の間隔となる第４間隔を空けて配置され、前記六角形の中心から最も遠い第２凸部は、前記六角形の前記第２のｍ軸に平行な外形線から所定の間隔となる第５間隔を空けて配置され、前記六角形の中心から最も遠い第３凸部は、前記六角形の前記第３のｍ軸に平行な外形線から所定の間隔となる第６間隔を空けて配置され、
前記第４間隔、前記第５間隔及び前記第６間隔が同じ間隔である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１凸部、前記第２凸部及び前記第３凸部は、三回転対称となるように配置されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１凸部、前記第２凸部及び前記第３凸部は、複数として３から５つの範囲で同数が、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域にそれぞれ配置されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１凸部、前記第２凸部及び前記第３凸部は、それぞれ前記第１のｍ軸に平行な方向の長さが前記第１のｍ軸に垂直な方向の長さの２倍以上である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１凸部、前記第２凸部及び前記第３凸部は、それぞれ前記第１のｍ軸に垂直な方向における断面の上部が尖っている形状である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第１凸部、前記第２凸部及び前記第３凸部は、それぞれ前記第１のｍ軸に平行な方向の先端が平面視で半円形である請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、窒化物半導体等の半導体からなる発光素子（発光ダイオード：ＬＥＤ）は通常、サファイア基板上にｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順に積層することにより構成される。従来、発光素子の光取り出し効率を向上させるために、サファイア基板上に予め長尺状の凹部構造や、長尺状の凹部と凸部の複合構造を設ける技術が提案されている（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５３３８５号公報
【特許文献２】特開２００８−９１９４２号公報
【特許文献３】特開２０１２−１１４２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の実施形態は、転位密度をより低減することができると共に、結晶配向の良い半導体層を有する発光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために本開示の実施形態に係る発光素子は、ｃ面を主面に有するサファイア基板と、前記サファイア基板の主面側に設けられた半導体層と、を備える発光素子であって、前記サファイア基板は、主面側からみて正六角形を菱形に３等分するように、第１のｍ軸及び第２のｍ軸に平行な辺で区画される第１領域と、第２のｍ軸及び第３のｍ軸に平行な辺で区画される第２領域と、第１のｍ軸及び第３のｍ軸に平行な辺で区画される第３領域とからなる第１ユニットと、前記第１ユニットの各辺に合わせて配置され、かつ前記第１ユニットの頂角を通るａ軸に対して前記第１ユニットと鏡面対称の関係にある複数の第２ユニットと、から構成され、前記第１ユニットは、前記第１領域内において、前記第１のｍ軸に平行な辺を外縁に有する複数の第１凸部が配列され、前記第２領域内において、前記第２のｍ軸に平行な辺を外縁に有する複数の第２凸部が配列され、前記第３領域内において、前記第３のｍ軸に平行な辺を外縁に有する複数の第３凸部が配列されており、前記正六角形の中心に最も近い前記第１凸部は、前記中心に最も近い前記第２凸部における前記中心側の端部に接する前記第３のｍ軸と平行をなす接線と交わらないように配置され、前記正六角形の中心に最も近い前記第２凸部は、前記中心に最も近い前記第３凸部における前記中心側の端部に接する前記第１のｍ軸と平行をなす接線と交わらないように配置される構成とした。
【０００６】
また、前記課題を解決するために本開示の実施形態に係る発光素子は、サファイア基板と、前記サファイア基板の主面側に設けられた半導体層と、を備える発光素子であって、前記サファイア基板は、その主面側に、それぞれが正六角形領域を有する複数の第１ユニットおよび複数の第２ユニットを有し、前記第１ユニットは、前記正六角形領域を３等分する菱形領域それぞれにおいて設けられた複数の凸部であって、１つの菱形領域において、一対の対辺に平行に延伸すると共に他の一対の対辺に沿って配置され、かつ、その延伸方向が隣接する他の２つの菱形領域に設けられた前記凸部の延伸方向と６０度をなす複数の第１凸部を有し、前記第２ユニットは、前記第１ユニットの正六角形領域を構成する１辺の垂直二等分線に平行をなす直線を基準としたときに前記第１ユニットと鏡面対称の関係にあり、１つの第１ユニットに対して６つの第２ユニットが前記第１ユニットの正六角形領域を構成する６辺それぞれと前記６つの第２ユニットの正六角形領域それぞれを構成する１辺と一致するように配置される構成としてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の実施形態に係る発光素子は、転位密度をより低減することができると共に、結晶配向の良い半導体層を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る発光素子の全体構成を模式的に示す断面図である。
【図２Ａ】サファイア基板におけるサファイア結晶の面方位を模式的に示すユニットセル図である。
【図２Ｂ】サファイア基板におけるサファイア結晶の面方位を模式的に示すサファイア結晶構造の平面図である。
【図３】第１実施形態に係る発光素子のサファイア基板の一部を拡大して模式的に示す平面図である。
【図４Ａ】第１実施形態に係る発光素子の基板に形成された凸部を拡大して模式的に示す平面図である。
【図４Ｂ】第１実施形態に係る発光素子のサファイア基板に形成された凸部の集合を表す第１ユニット及び第２ユニットを説明するために拡大して模式的に示す平面図である。
【図５Ａ】第１実施形態に係る発光素子の基板に形成された凸部であって図４ＢのＸ１−Ｘ１断面図である。
【図５Ｂ】第１実施形態に係る発光素子の基板に形成された凸部であって図４ＢのＸ２−Ｘ２断面図である。
【図５Ｃ】第１実施形態に係る発光素子の基板に形成された凸部であって図４ＢのＸ３−Ｘ３断面図である。
【図６】第１実施形態に係る発光素子の基板に形成された凸部の間隔及び第１ユニットと第２ユニットとの関係を説明する平面図である。
【図７】第１実施形態に係る発光素子の基板に形成された凸部の第１ユニットと第２ユニットとの間隔及びサブユニット間の間隔を説明する平面図である。
【図８Ａ】第１実施形態に係る発光素子において窒化物半導体の結晶成長の方向と転位の収束についての結果の状態を模式的に断面状態で示す説明図である。
【図８Ｂ】第１実施形態に係る発光素子において窒化物半導体の結晶成長の方向と転位の収束についての途中の状態を模式的に断面状態で示す説明図である。
【図９Ａ】第１実施形態に係る発光素子のサファイア基板に凸部を形成するために、マスク形成工程の状態を基板の一部を省略して断面にして模式的に示す断面図である。
【図９Ｂ】第１実施形態に係る発光素子のサファイア基板に凸部を形成するために、エッチング工程の途中経過を基板の一部を省略して断面にして模式的に示す断面図である。
【図９Ｃ】第１実施形態に係る発光素子のサファイア基板に凸部を形成するために、エッチング工程においてドライエッチングが終了した状態を基板の一部を省略して断面にして模式的に示す断面図である。
【図９Ｄ】第１実施形態に係る発光素子の製造方法を模式的に示す図であって、バッファ層形成工程でバッファ層を形成した状態を基板の一部を省略して模式的に示す断面図である。
【図９Ｅ】第１実施形態に係る発光素子の製造方法を模式的に示す図であって、半導体成長工程における途中経過を基板の一部を省略して断面にして模式的に示す断面図である。
【図９Ｆ】第１実施形態に係る発光素子の製造方法を模式的に示す図であって、半導体成長工程における途中経過を基板の一部を省略して断面にして模式的に示す断面図である。
【図９Ｇ】第１実施形態に係る発光素子の製造方法を模式的に示す図であって、半導体層成長工程で半導体層を設けた状態を基板の一部を省略して断面にして模式的に示す断面図である。
【図９Ｈ】第１実施形態に係る発光素子の製造方法を模式的に示す図であって、半導体層成長工程の後に電極を形成した発光素子の一例を示す平面図である。
【図９Ｉ】第１実施形態に係る発光素子の製造方法を模式的に示す図であって、半導体層成長工程の後に電極を形成した発光素子の一例を示す断面図であって、図９ＨのＸ４−Ｘ４断面図である。
【図１０Ａ】第１実施形態の比較例となる構成におけるサファイア基板に形成した凸部の配置状態を模式的に示す平面図である。
【図１０Ｂ】第１実施形態の比較例となる構成におけるサファイア基板に窒化物半導体層を２μｍ結晶成長させた状態を平面から見て模式的に示す平面図である。
【図１０Ｃ】第１実施形態の比較例となる構成におけるサファイア基板に窒化物半導体層を３．５μｍ結晶成長させた状態を平面から見て模式的に示す平面図である。
【図１０Ｄ】第１実施形態の比較例となる構成におけるサファイア基板に窒化物半導体層を４．５μｍ結晶成長させた状態を平面から見て模式的に示す平面図である。
【図１１Ａ】第１実施形態に係るサファイア基板に形成した凸部の配置状態を模式的に示す平面図である。
【図１１Ｂ】第１実施形態に係るサファイア基板に窒化物半導体層を２μｍ結晶成長させた状態を平面から見て模式的に示す平面図である。
【図１１Ｃ】第１実施形態に係るサファイア基板に窒化物半導体層を３．５μｍ結晶成長させた状態を平面から見て模式的に示す平面図である。
【図１１Ｄ】第１実施形態に係るサファイア基板に窒化物半導体層を４．５μｍ結晶成長させた状態を平面から見て模式的に示す平面図である。
【図１２】第２実施形態に係る発光素子のサファイア基板に形成した凸部を拡大して模式的に示す平面図である。
【図１３】第３実施形態に係る発光素子のサファイア基板に形成した凸部を拡大して模式的に示す平面図である。
【図１４】第４実施形態に係る発光素子のサファイア基板に形成した凸部を拡大して模式的に示す平面図である。
【図１５】第１実施形態〜第４実施形態の変形例１を示す発光素子のサファイア基板に形成された凸部を拡大して模式的に示す平面図である。
【図１６】第１実施形態〜第４実施形態の変形例２を示す発光素子のサファイア基板に形成された凸部を拡大して模式的に示す平面図である。
【図１７】第１実施形態〜第４実施形態の変形例３を示す発光素子のサファイア基板に形成された凸部を拡大して模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、各実施形態に係る発光素子及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、各実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係等が誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略することとする。
【００１０】
＜第１実施形態＞
［発光素子の構成］
第１実施形態に係る発光素子は、一例として窒化物半導体素子の構成として、図１〜図７を参照しながら説明する。発光素子１は、サファイア基板１０と、バッファ層２０と、窒化物半導体層３０とが積層された構造を備えている。
【００１１】
図１及び図３に示すように、サファイア基板１０は、窒化物半導体層３０を支持するとともに窒化物半導体（例えばＧａＮ）を成長させるためのものである。サファイア基板１０は、その主面側となるｃ面側の上面に平面視で長尺形状の凸部１１が複数形成されている。また、サファイア基板１０は、前記した凸部１１（第１凸部１１Ａ、第２凸部１１Ｂ、第３凸部１１Ｃ）を含めて、全体として例えば５０μｍ〜３００μｍの範囲の厚さを有している。なお、第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃは、まとめて説明する場合は凸部１１として説明する。
【００１２】
凸部１１は、サファイア基板１０上に窒化物半導体を結晶成長させる際に、平坦性を改善させる結果、転位密度を低減させると共に結晶配向の良い窒化物半導体層３０を形成することができるものである。ここで、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、サファイア基板１０は、六方晶の結晶構造を有するサファイア結晶ＳＣで構成されており、ｃ面（（０００１）面）を主面としている。なお、本明細書におけるｃ面とは、ｃ面に対してやや傾斜したオフ角が付されたものであってもよい。オフ角の角度は例えば３°以下程度である。前記した凸部１１は、この主面であるｃ面側の表面に形成されている。また、サファイア結晶ＳＣは、ｃ面の他にも、ユニットセル図における六角柱の側面である６つのｍ面と、ａ１軸、ａ２軸、ａ３軸にそれぞれ直交する３つのａ面、すなわち、第１のａ面、第２のａ面、第３のａ面を有している。さらに、ｍ面に直交する方向がｍ軸方向であり、ｍ軸方向は、ａ１軸、ａ２軸、ａ３軸とそれぞれ３０度異なる方向に延びる３つの方向がある。また、ｍ軸は、それぞれ第１のａ面〜第３のａ面に平行となるように位置しており、ここでは、それぞれ、第１のｍ軸Ｓａ１、第２のｍ軸Ｓａ２、第３のｍ軸Ｓａ３として説明する。
【００１３】
図３及び図４Ａに示すように、凸部１１は、それぞれ同一形状で第１のｍ軸Ｓａ１、第２のｍ軸Ｓａ２及び第３のｍ軸Ｓａ３に沿って所定数（例えば、３〜５本：図３では４本）が所定間隔で平行に配列するように形成されている。凸部１１（第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃ）は、例えば、その間隔（最短距離）が、長手方向及び短手方向ともに０．３μｍ〜４μｍの範囲内とすることが好ましい。また、凸部１１の長手方向の長さ（コア全長Ｌ１）及び短手方向の長さ（コア径Ｄａ）は、例えば、それぞれ５μｍ〜２５μｍ及び１μｍ〜５μｍの範囲内とすることが好ましい。そして、凸部１１の高さは、例えば０．５μｍ〜２．５μｍの範囲内とすることが好ましい。
また、凸部１１は、平面視で長尺形状の長手方向の長さ（各ｍ軸Ｓａ１〜Ｓａ３のそれぞれに平行な方向の長さ）が短手方向の長さ（各ｍ軸Ｓａ１〜Ｓａ３のそれぞれに垂直な方向の長さ）の３倍以上であることが好ましい（６倍〜１５倍、あるいは、５倍〜１２倍であることが更に好ましい）。そして、凸部１１は、長手方向の両端のそれぞれが略同一形状に形成されており、ここでは、平面視でそれぞれ直線状の端部に半円形状に形成されている。なお、凸部１１の長手方向における直線部分をコア長さＬ２とし、凸部１１の一端から他端までをコア全長Ｌ１とする。そして、ここでは、凸部１１は、一例として、コア長さＬ２と、コア全長Ｌ１との比を１対１.０５〜１.６の範囲としている。
凸部１１は、それぞれのｍ軸Ｓａ１〜Ｓａ３に平行な直線部分を辺１１ａ〜１１ｃとして外縁にそれぞれ有している。例えば、第１凸部１１Ａは、平面視において、第１のｍ軸Ｓａ１に平行な直線状の辺１１ａを対向して有し、その辺１１ａの両端部に円弧状の外縁となるような形状に形成されている。そして、第１凸部１１Ａは、第２凸部１１Ｂ及び第３凸部１１Ｃの延伸方向に対して６０度をなす角度に形成されている。なお、第２凸部１１Ｂ及び第３凸部１１Ｃについても同様の構成を備えることとなり、詳細は後記する。
【００１４】
また、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、凸部１１は、短手方向（各ｍ軸Ｓａ１〜Ｓａ３のそれぞれに垂直な方向）における断面の上部が平面ではなく尖っている形状を呈している。つまり、凸部１１は、短手方向の断面形状において、高さの所定位置から頂部に向かって三角形頂部となるように形成されている。これは、サファイア基板１０の上面に垂直な軸であるｃ軸に対して傾斜した側面を有するドーム形状の凸部１１が形成されていることを示している。
さらに、凸部１１の全体の個数は、サファイア基板１０の面積に応じて、前記した凸部１１のそれぞれの間隔及び長さを考慮して決定される。例えば、凸部１１は、サファイア基板１０の全面にわたって均等に配置されている。
【００１５】
図３及び図４Ａに示すように、第１実施形態では、凸部１１として、第１のｍ軸Ｓａ１に沿って配置した第１凸部１１Ａと、第２のｍ軸Ｓａ２に沿って配置した第２凸部１１Ｂと、第３のｍ軸Ｓａ３に沿って配置した第３凸部１１Ｃとを備えている。ここでは、第１凸部１１Ａの集まり（第１凸部群）を第１サブユニットＳＵ１とし、第２凸部１１Ｂの集まり（第２凸部群）を第２サブユニットＳＵ２とし、第３凸部１１Ｃの集まり（第３凸部群）を第３サブユニットＳＵ３としている。
【００１６】
さらに、第１凸部１１Ａは、仮想的な正六角形を三等分する仮想的な菱形の区域となる第１領域Ａｒ１に配置され、第２凸部１１Ｂは、前記した菱形の他の区域となる第２領域Ａｒ２に配置され、第３凸部１１Ｃは、前記した菱形の他の区域となる第３領域Ａｒ３に配置されている。そして、第１凸部１１Ａが形成された第１領域Ａｒ１と、第２凸部１１Ｂが形成された第２領域Ａｒ２と、第３凸部１１Ｃが形成された第３領域Ａｒ３とを合せた仮想的な六角形を形成する領域を第１ユニットＫＵとしている。つまり、第１ユニットＫＵを三等分する各領域が第１領域Ａｒ１〜第３領域Ａｒ３となる。また、第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃのそれぞれは、第１ユニットＫＵにおいて、三回転対称となるように配置されている。
【００１７】
なお、第１領域Ａｒ１は、第１のｍ軸Ｓａ１及び第２のｍ軸Ｓａ２に平行な辺を有する正六角形の第１ユニットＫＵにおける菱形の領域として、ここでは設定されている。また、第２領域Ａｒ２は、第２のｍ軸Ｓａ２及び第３のｍ軸Ｓａ３に平行な辺を有する正六角形の第１ユニットＫＵにおける菱形の領域として、ここでは設定されている。さらに、第３領域Ａｒ３は、第１のｍ軸Ｓａ１及び第３のｍ軸Ｓａ３に平行な辺を有する正六角形の第１ユニットＫＵにおける菱形の領域として、ここでは設定されている。
【００１８】
さらに、図３及び図４Ｂに示すように、サファイア基板１０では、第１ユニットＫＵと、この第１ユニットＫＵの鏡面対称となる第２ユニットＴＵとによりユニットパターンを形成するように構成されている。このユニットパターンは、仮想的な正六角形とする第１ユニットＫＵの第１領域Ａｒ１、第２領域Ａｒ２及び第３領域Ａｒ３の配置が、鏡面対称となり仮想的な正六角形とする第２ユニットＴＵとの組み合わせにより形成されている。そして、ここでは、第１ユニットＫＵと第２ユニットＴＵの組み合わせとして、第１ユニットＫＵの仮想的な正六角形の各辺に、第２ユニットＴＵの仮想的な正六角形の１つの辺を合せて配置されるようにユニットパターンが形成されている。
【００１９】
なお、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵとして仮想的に区画される正六角形は、第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃを配置するときの仮想的な基準線であり、実際の基板には形成されることはない。また、第１領域Ａｒ１〜第３領域Ａｒ３、あるいは、第１サブユニットＳＵ１〜第３サブユニットＳＵ３として仮想的に区画される菱形は、仮想的な基準線であり、実際の基板には形成されることはない。
【００２０】
また、第１ユニットＫＵと第２ユニットＴＵとが鏡面（鏡像）対称である関係とは、図４Ｂに示すように、対称軸ＭＧを挟んで一方側に仮想的な正六角形の第１ユニットＫＵが位置したときの第１領域Ａｒ１〜第３領域Ａｒ３の配置が、対称軸ＭＧの他側に鏡像として写されたときに鏡面対称の位置となる第１領域Ａｒ１〜第３領域Ａｒ３の配置となる仮想的な正六角形の第２ユニットＴＵである関係をいう。そして、頂角を起点にした第２ユニットＴＵを平行移動させて第１ユニットＫＵの各辺に合せるように配置している。例えば、図３に示すように、第１ユニットＫＵの辺Ｈａ１に第２ユニットＴＵの辺Ｈｂ６を合せ、同様に、辺Ｈａ２に辺Ｈｂ５に合せ、辺Ｈａ３に辺Ｈｂ４に合せ、辺Ｈａ４に辺Ｈｂ３に合せ、辺Ｈａ５に辺Ｈｂ２、辺Ｈａ６に辺Ｈｂ１を合せるようにしている。
【００２１】
ここでは、第１ユニットＫＵの頂角が起点となって鏡面対称とし、平行に移動させることで各辺に合せるようにしているが、第１ユニットＫＵの一辺を対称軸ＭＧに平行にした状態での鏡面対称となる第２ユニットＴＵでも同様である。つまり、第２ユニットＴＵは、第１ユニットＫＵの第１領域Ａｒ１〜第３領域Ａｒ３の配置の関係が鏡面対称となっていればよい。なお、第１ユニットＫＵの一辺を対称軸ＭＧに平行にした場合の第２ユニットＴＵは、３０度角度を変更して平行移動することで、前記したように、第１ユニットＵＫの各辺Ｈａ１〜Ｈａ６に、辺Ｈｂ１〜Ｈｂ６を合せてユニットパターンを形成することになる。また、図４Ｂに示すように、第２ユニットＴＵでは、第１凸部１１Ａは、鏡面対称としているので、傾斜方向が図面上では、第２のｍ軸に沿った傾斜角度となっている。さらに、第２ユニットＴＵでは、第２凸部１１Ｂは、鏡面対称となっているので、傾斜方向が図面上では、第１のｍ軸に沿った傾斜角度となっている。
言い換えると、第２ユニットＴＵは、第１ユニットＫＵの正六角形領域を構成する１辺の垂直二等分線に平行をなす直線を基準としたときに、第１ユニットＫＵと鏡面対称の関係にある（基準となる直線に対して１８０度回転させた凸部１１の配置）。さらに、第２ユニットＴＵは、１つの第１ユニットＫＵの正六角形領域を構成する６つの辺Ｈａ１〜Ｈａ６それぞれと、６つの第２ユニットＴＵの正六角形領域それぞれを構成する辺Ｈｂ１〜Ｈｂ６のうちの１辺と一致するように、１つの第１ユニットＫＵに対して６つが配置される。
また、図４Ｂに示すように、第２ユニットＴＵでは、第１凸部１１Ａは、鏡面対称としているので、傾斜方向が図面上では、第２のｍ軸に沿った傾斜角度となっている。さらに、第２ユニットＴＵでは、第２凸部１１Ｂは、鏡面対称となっているので、傾斜方向が図面上では、第１のｍ軸に沿った傾斜角度となっている。
【００２２】
図３及び図４Ａに示すように、複数の第１凸部１１Ａは、第１のｍ軸Ｓａ１に沿ってそれぞれが形成され、同じ形状となるように構成されている。第１ユニットＫＵの第１凸部１１Ａは、仮想的に形成した正六角形を三等分する菱形の第１領域Ａｒ１内において、第１のｍ軸Ｓａ１に沿って延伸させて長尺形状に形成して配置されている。そして、第１凸部１１Ａは、４本のそれぞれの一端部及び他端部が第２のｍ軸Ｓａ２に沿って揃うように等間隔で並列して配置されている。
つまり、複数の第１凸部１１Ａは、第１領域Ａｒ１となる菱形領域の一対の対辺に平行に延伸すると共に他の一対の対辺に沿って等間隔に配置されている。そして、第１領域Ａｒ１内に配置された複数の第１凸部１１Ａは、その延伸方向が、隣接する他の２つの菱形領域となる第２領域Ａｒ２及び第３領域Ａｒ３に設けられた凸部１１Ｂ，１１Ｃの延伸方向と６０度をなすように配置されている。
第１凸部１１Ａは、４本の集合を第１サブユニットＳＵ１として、第１領域Ａｒ１に第１間隔ｄａ１を空けると共に、第４間隔ｄｓ１を空けて配置されている。第１サブユニットＳＵ１では、第１凸部１１Ａが、その一側の端部を正六角形状の一辺に接するように揃え、その他側の端部を第２領域Ａｒ２側から所定間隔となる第１間隔ｄａ１を空けて同一の第２のｍ軸Ｓａ２に揃うように配置されている。なお、第４間隔ｄｓ１は、第１領域Ａｒ１において、仮想的な正六角形の中心点側から一番遠くに位置する第１凸部１１Ａと、前記正六角形の一辺との間の間隔であり、ここでは、第１凸部１１Ａ同士間の間隔と略同等となるように設定されている。
【００２３】
したがって、図４Ａに示すように、第１凸部１１Ａの他側の端部から第２領域Ａｒ２までの間となる第１間隔ｄａ１は、第１凸部１１Ａが４本とも均等となるように構成されている。そして、第２のｍ軸Ｓａ２に沿って第１間隔ｄａ１の略範囲のままで連続することができる領域は、第３領域Ａｒ３において正六角形の中心に最も近い第３凸部１１Ｃを越えて当該中心に２番目に近い第３凸部１１Ｃに到達するまで形成されている。特に、第１領域Ａｒ１において正六角形の中心に最も近い第１凸部１１Ａの位置が、当該中心に最も近い第２凸部１１Ｂの端部から、第３のｍ軸Ｓａ３に平行で第１領域Ａｒ１に向かう接線Ｙａ２に交わらないように離間して配置されている。そのため、ユニット中央において、第２のｍ軸Ｓａ２に沿って連続する領域は、第１間隔ｄａ１の間隔のまま第１領域Ａｒ１から第３領域Ａｒ３に亘って形成することができる。なお、接線Ｙａ２は、第２凸部１１Ｂの端部に接する第３のｍ軸Ｓａ３と平行をなす仮想的な線である。
【００２４】
また、第１ユニットＫＵの第２凸部１１Ｂは、仮想的に形成した正六角形を三等分する菱形の第２領域Ａｒ２内において、第２のｍ軸Ｓａ２に沿って延伸させて長尺形状に形成して配置されている。そして、第２凸部１１Ｂは、４本のそれぞれの一端部及び他端部が第３のｍ軸Ｓａ３に沿って揃うように等間隔で並列して配置されている。
つまり、複数の第２凸部１１Ｂは、第２領域Ａｒ２となる菱形領域の一対の対辺に平行に延伸すると共に他の一対の対辺に沿って等間隔に配置されている。そして、第２領域Ａｒ２内に配置された複数の第２凸部１１Ｂは、その延伸方向が、隣接する他の２つの菱形領域となる第１領域Ａｒ１及び第３領域Ａｒ３に設けられた凸部１１Ａ，１１Ｃの延伸方向と６０度をなすように配置されている。
第２凸部１１Ｂは、４本の集合を第２サブユニットＳＵ２として、第２領域Ａｒ２に第２間隔ｄａ２を空けると共に、第５間隔ｄｓ２を空けて配置されている。第２サブユニットＳＵ２では、第２凸部１１Ｂが、その一側の端部を正六角形状の一辺に接するように揃え、その他側の端部を第３領域Ａｒ３側から所定間隔を空けて同一の第３のｍ軸Ｓａ３に揃うように配置されている。なお、第５間隔ｄｓ２は、第２領域Ａｒ２において、仮想的な正六角形の中心点側から一番遠くに位置する第２凸部１１Ｂと、前記正六角形の一辺との間の間隔であり、ここでは、第２凸部１１Ｂ同士間の間隔と略同等となるように設定されている。
【００２５】
したがって、図４Ａに示すように、第２凸部１１Ｂの他側の端部から第３領域Ａｒ３までの間となる第２間隔ｄａ２は、第２凸部１１Ｂが４本とも均等となるように構成されている。そして、第３のｍ軸Ｓａ３に沿って第２間隔ｄａ２の略範囲のままで連続することができる領域は、第２領域Ａｒ２において正六角形の中心に最も近い第１凸部１１Ａを越えて当該中心に２番目に近い第１凸部１１Ａに到達するまで形成されている。特に、第２領域Ａｒ２において正六角形の中心に最も近い第２凸部１１Ｂの位置が、当該中心に最も近い第３凸部１１Ｃの端部から、第１のｍ軸Ｓａ１に平行で第２領域Ａｒ２に向かう接線Ｙａ３に交わらないように離間して配置されている。そのため、ユニット中央において、第３のｍ軸Ｓａ３に沿って連続する領域は、第２間隔ｄａ２の間隔のまま第２領域Ａｒ２から第１領域Ａｒ１に亘って形成することができる。なお、接線Ｙａ３は、第３凸部１１Ｃの端部に接する第１のｍ軸Ｓａ１と平行をなす仮想的な線である。
【００２６】
さらに、第１ユニットＫＵの第３凸部１１Ｃは、仮想的に形成した正六角形を三等分する菱形の第３領域Ａｒ３内において、第３のｍ軸Ｓａ３に沿って延伸させて長尺形状に形成して配置されている。そして、第３凸部１１Ｃは、４本のそれぞれの一端部及び他端部が第１のｍ軸Ｓａ１に沿って揃うように等間隔で並列して配置されている。
つまり、複数の第３凸部１１Ｃは、第３領域Ａｒ３となる菱形領域の一対の対辺に平行に延伸すると共に他の一対の対辺に沿って等間隔に配置されている。そして、第３領域Ａｒ３内に配置された第３凸部１１Ｃは、その延伸方向が、隣接する他の２つの菱形領域となる第１領域Ａｒ１及び第２領域Ａｒ２に設けられた凸部１１Ａ，１１Ｂの延伸方向と６０度をなすように配置されている。
第３凸部１１Ｃは、４本の集合を第３サブユニットＳＵ３として、第３領域Ａｒ３に第３間隔ｄａ３を空けると共に、第６間隔ｄｓ３を空けて配置されている。第３サブユニットＳＵ３では、第３凸部１１Ｃが、その一側の端部を正六角形状の一辺に接するように揃え、その他側の端部を第１領域Ａｒ１側から所定間隔を空けて同一の第１のｍ軸Ｓａ１に揃うように配置されている。なお、第６間隔ｄｓ３は、第３領域Ａｒ３において、仮想的な正六角形の中心点側から一番遠くに位置する第３凸部１１Ｃと、前記正六角形の一辺との間の間隔であり、ここでは、第３凸部１１Ｃ同士間の間隔と略同等となるように構成されている。
【００２７】
したがって、図４Ａに示すように、第３凸部１１Ｃの他側の端部から第１領域Ａｒ１までの間となる第３間隔ｄａ３は、４本とも均等となるように構成されている。そして、第１のｍ軸Ｓａ１に沿って第３間隔ｄａ３の略範囲のままで連続することができる領域は、第２領域Ａｒ２において正六角形の中心に最も近い第２凸部１１Ｂを越えて当該中心に２番目に近い第２凸部１１Ｂに到達するまで形成されている。特に、第３領域Ａｒ３において正六角形の中心に最も近い第３凸部１１Ｃの位置が、当該中心に最も近い第１凸部１１Ａの端部から、第２のｍ軸Ｓａ２に平行で第３領域Ａｒ３に向かう接線Ｙａ１に交わらないように離間して配置されている。そのため、ユニット中央において、第１のｍ軸Ｓａ１に沿って連続する領域は、第３間隔ｄａ３の間隔のまま第３領域Ａｒ３から第２領域Ａｒ２に亘って形成することができる。なお、接線Ｙａ１は、第１凸部１１Ａの端部に接する第２のｍ軸Ｓａ２と平行をなす仮想的な線である。
【００２８】
なお、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵでは、仮想的な正六角形の中心に最も近い第１凸部１１Ａ、第２凸部１１Ｂ及び第３凸部１１Ｃのうちの少なくとも２つが、対応する接線Ｙａ１、接線Ｙａ２、接線Ｙａ３のいずれかと交わることがないように離間して配置されていればよい。例えば、第１凸部１１Ａが第１間隔ｄａ１を狭くするように接線Ｙａ２に当接するように配置されていても、第２凸部１１Ｂ及び第３凸部１１Ｃが接線Ｙａ１あるいは接線Ｙａ３から離間して配置されていればよい。第２凸部１１Ｂ及び第３凸部１１Ｃについても同様である。
つまり、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵでは、正六角形の中心に最も近い第１凸部１１Ａは、前記中心に最も近い第２凸部１１Ｂにおける前記中心側の端部に接する第３のｍ軸Ｓａ３と平行をなす接線Ｙａ２と交わらないように配置されることになる。また、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵでは、正六角形の中心に最も近い第２凸部１１Ｂは、前記中心に最も近い第３凸部１１Ｃにおける前記中心側の端部に接する第１のｍ軸Ｓａ１と平行をなす接線Ｙａ３と交わらないように配置されている。
【００２９】
また、図６及び図７に示すように、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵは、第１凸部１１Ａを、第１領域Ａｒ１に第１間隔ｄａ１及び第４間隔ｄｓ１を空けて配置させ、第２凸部１１Ｂを、第２領域Ａｒ２に第２間隔ｄａ２及び第５間隔ｄｓ２を空けて配置させ、さらに、第３凸部１１Ｃを、第３領域Ａｒ３に第３間隔ｄａ３及び第６間隔ｄｓ３を空けて配置させている。そのため、第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃの設置間隔がユニットパターンにおいて互いに略均等となるように配置されることになる。
【００３０】
図７に示すように、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵは、凸部１１同士の間隔において、仮想的な正六角形の中央の領域ＣＥ１，ＣＥ２及び、仮想的な正六角形の頂角同士の各領域ＳＥにおいても、他の領域との関係で極端に間隔が異なる部分が改善され略均等になるように構成される。
したがって、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵは、このようなユニットパターンを備えることで、従来の構成と比較して、窒化物半導体、例えば、ＧａＮの結晶成長において成長速度がサファイア基板１０の面内で整う（言い換えると、成長過程における窒化物半導体層３０の転位密度が低減できる傾向にあると共に、窒化物半導体層３０の結晶配光も良くなる）。
【００３１】
なお、凸部１１の配置パターンでは、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵの対向する頂角部分が６箇所形成されることになる。そして、ユニット同士の対向する６箇所の頂角部分では、前記したサブユニット単位あるいは領域単位であると、仮想的な菱形の頂角を４カ所対向させた部分と、仮想的な菱形の頂角を５カ所対向させた部分とが形成される。また、ユニット中央において、仮想的な菱形の頂角を３つ対向させた部分が形成されることになる（従来の構成は例えば図１０Ａ参照：図１０Ａでは、頂角は６つと３つの２種類のみの配置）。つまり、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵによるユニットパターンとすることで、仮想的な頂角の位置において、サブユニット単位あるいは領域単位で、頂角の数の異なる部分が設定され、凸部１１の間隔を調整しやすい配置にすることができる。
【００３２】
また、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃは、短手方向における断面の上部が平面ではなく尖っている形状を呈しているため、窒化物半導体の表面に現れる貫通転位の数を減少させることができる。なお、仮に、凸部１１の断面形状が図示しない台形状等の上平面のある形状である場合では、その上平面（ｃ面）からも窒化物半導体が成長することになる。そして、この上面から成長する窒化物半導体は横方向にほとんど成長しないため、成長方向に発生した複数の転位が収束せず、窒化物半導体表面の転位密度が増大することになる。一方、前記したように凸部１１の断面形状に上平面が存在しない場合、凸部１１の上部からの成長が抑制されて窒化物半導体が横方向に成長する。そのため、この凸部１１は、成長方向に発生した複数の転位が収束し、転位密度が低減されることになる。
【００３３】
さらに、結晶成長においては比較的安定な結晶面がファセット面として現れる傾向があり、六方晶の窒化物半導体（例えばＧａＮ）は、窒化物半導体のｍ面からやや傾斜した面をファセット面として結晶成長する。よって、凸部１１の長手方向の先端が平面視で半円形状であれば、各ファセット面をほぼ均等な幅で成長させることができ、窒化物半導体を当該半円の中心付近に向かって接合させることができる。窒化物半導体の結晶成長の際に、窒化物半導体がサファイア基板１０のｃ面（凸部１１が形成されていない平坦面）から主に成長するため、凸部１１上で合わさるように横方向にも均等に成長させることができる（図８Ａ及び図８Ｂにおいて、転位の詳細な説明は後記する）。
【００３４】
図１に戻って発光素子１の構成について説明を続ける。バッファ層２０は、サファイア基板１０と当該サファイア基板１０上に成長させる窒化物半導体との格子定数差を緩衝させるためのものである。バッファ層２０は、サファイア基板１０と窒化物半導体層３０との間に形成されている。このバッファ層２０は例えばＡｌＮやＡｌＧａＮで構成される。バッファ層２０は、後記するように、製造方法のバッファ層形成工程において、例えば所定条件下でスパッタリングを行うことで形成することができる。バッファ層２０は、例えば図１に示すようなサファイア基板１０を被覆する層状であるが、一部でサファイア基板１０が露出していてもよい。
【００３５】
窒化物半導体層３０は、発光素子１の発光部を構成するものであり、例えば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１））等の窒化物半導体が用いられる。窒化物半導体層３０は、図１に示すように、サファイア基板１０のｃ面（主面）上にバッファ層２０を介して形成されており、ｎ型半導体層３１、活性層３２及びｐ型半導体層３３が下からこの順に積層された構造を有している。活性層３２は、例えば井戸層（発光層）と障壁層とを有する量子井戸構造である。
【００３６】
ここで、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、結晶成長と転位についての説明をする。凸部１１が形成されていない平坦なサファイア基板１０を用いる場合は窒化物半導体が横方向に成長することができないが、前記したようにサファイア基板１０上に凸部１１が形成されている場合、窒化物半導体の成長時において、窒化物半導体が横方向にも成長することができる。基本的に転位は結晶の成長方向に進行するため、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、窒化物半導体が凸部１１上に向かって横方向に成長することで、窒化物半導体中の転位も凸部１１上に向かって横方向に進行する。そして、凸部１１上において窒化物半導体が接合されることで転位も接合され、閉ループを作る等して最終的な窒化物半導体の表面に転位が現れにくくなる。なお、図８Ａ及び図８Ｂでは、時間的には図８Ｂの状態から図８Ａの状態に成長するように図示している。
【００３７】
このように、窒化物半導体がファセット面を露出した状態を維持しながら徐々に接合されていくことで、転位の数が減少し、窒化物半導体層３０の転位密度が低くなる。このとき、図８Ｂから図８Ａの状態として示すように、窒化物半導体がファセット面を露出した状態の時間が長い（ファセット面を露出した状態で成長した膜厚が厚い）方が、転位が収束されやすく、転位の数を減少させやすい。なお、凸部１１のユニットパターンを前記したように構成することで、従来に比較して短時間で転位を収束してサファイア基板１０から近い位置において平坦な面となるように結晶成長することができる。また、図８Ａ及び図８Ｂでは、横方向成長中の転位の進行方向が一方向であるが、転位の進行方向は途中で変化することがある。例えば、初期は上方向に進行し、途中から横方向または斜め上方向に進行することがある。
【００３８】
凸部１１を、その長手方向に延びる外縁がサファイア基板１０の第１のｍ軸Ｓａ１〜第３のｍ軸Ｓａ３に沿った角度となる方向に延びる形状とすることで、窒化物半導体が凸部１１上で合わさるまで成長速度が整えられ短い時間で平坦面にすることができる。これについて、以下、窒化物半導体の代表的な１つであるＧａＮを例にして説明する。
【００３９】
六方晶系のＧａＮは、上方向をｃ軸方向として結晶成長する。そして、横方向においてはａ軸方向よりもｍ軸方向のほうが成長しにくいため、平面視でＧａＮのｍ面（サファイア基板１０のｃ面と垂直に交わる面）に等価な面とサファイア基板１０のｃ面の交線を底辺とするファセット面を維持して成長する傾向がある。このとき、ＧａＮのｍ面は、サファイア基板１０のａ面と同一平面に沿って位置している。つまり、ＧａＮは、平面視でサファイア基板１０のａ面と一致する線を底辺とするファセット面を維持して成長する傾向にある。そこで、サファイア基板１０の表面に、サファイア基板１０のｍ面と異なる面（典型的にはａ面）に沿って、長手方向に外縁が延びる長尺状の凸部１１を配置する。これにより、凸部１１の長手方向に延びる外縁がＧａＮのａ面と一致しなくなり、ファセット面の底辺が凸部１１の長手方向に延びる外縁と平行になる。
【００４０】
その結果、凸部１１の長手方向に延びる外縁がＧａＮのａ面と一致する場合、つまりファセット面の底辺が凸部１１の長手方向に延びる外縁と非平行である場合と比べて、凸部１１の短手方向におけるＧａＮの成長速度が遅くなる。従って、上方向成長よりも凸部１１上において横方向成長をする時間が長くなり、転位が収束しやすいので、転位密度を低減することができる。また、窒化物半導体が成長しやすい方向（ＧａＮのａ軸方向）が凸部１１の短手方向と一致していると、凸部１１の短手方向の両側から成長した窒化物半導体が広範囲で接合するため、接合する際に新たな転位が発生するおそれがある。そこで、凸部１１の短手方向を、窒化物半導体が成長しやすいＧａＮのａ軸方向からずらして配置する（ここではサファイア基板１０の凸部１１の長手方向を、サファイア基板１０の各ｍ軸に沿って配置する）ことにより、凸部１１の長手方向の両側から成長した窒化物半導体が接合することになるため、新たな転位の発生を抑制することができると考えられる。
【００４１】
また、発光素子１は、前記したように窒化物半導体のファセット面が凸部１１の長手方向に延びる外縁と一致しているので、先端部付近から徐々に窒化物半導体が成長し、凸部１１の中心付近に収束する。そのため、平面視で、凸部１１の上方となる位置において、凸部１１の長手方向における中央に転位が残る範囲が小さく（狭く）、さらに転位密度も小さくなる傾向にある。一方、例えば、凸部１１の長手方向に延びる外縁がサファイア基板１０の各ｍ軸に対して±１０°の範囲を越える方向である場合（例えば第１のｍ軸Ｓａ１方向と直交する方向に長手方向が一致する場合）、凸部１１の長手方向に延びる外縁が窒化物半導体のファセット面と一致しないので、凸部１１の長手方向の中心線付近でほぼ同時に窒化物半導体が合わさり、それ以上は横方向に成長することができない。
【００４２】
さらに、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵのユニットパターンとすることで、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵと隣り合う位置での凸部１１の間隔が狭い場合と比較して、サファイア基板１０の面内において窒化物半導体の成長速度の差を小さく（成長過程における窒化物半導体の平坦性を改善）することができることにより、窒化物半導体層３０の転位密度をより小さくすることができる傾向にある。それと共に、窒化物半導体層３０の結晶成長も良くすることができる。なお、例えば、ユニット同士の間隔が確保されても、ユニット中央の間隔の調整ができていない場合、結晶成長においてさらなる平坦性の確保ができない。そこで、第１ユニットＫＵと鏡面対称となる第２ユニットＴＵを配置してユニット中央の配置を広くした状態（サファイア基板の±ｍ軸方向にスペースが有る）のユニットパターンとすることで更なる平坦性を確保することができる。
【００４３】
以上のような構成を備える第１実施形態に係る発光素子１は、長尺形状の凸部１１を備えるサファイア基板１０から成長した、転位密度が低い窒化物半導体層３０を備えているため、温度特性を向上することができる。ここでいう温度特性の向上とは、雰囲気温度を上昇させたときの出力の変化度合が小さいことを指す。例えば常温雰囲気（例えば２５℃）で駆動させたときの発光素子１の光出力を１とすると、高温雰囲気（例えば１００℃）で駆動させたときの発光素子１の光出力は１よりも低くなるが、その低下度合が小さいことを指す。
【００４４】
このような温度特性の向上は、転位密度の低減により、転位に起因する電子のトラップが減少したことによると推測される。より詳細に言えば、窒化物半導体層３０のうち特に活性層３２の転位密度が低いことで温度特性が向上すると考えられる。活性層３２の転位密度は、その下地となるｎ型半導体層３１の表面に現れる転位の密度で決定することができるため、特にｎ型半導体層３１の表面の転位密度を小さくすることが好ましい。
また、通常、発光素子において、転位密度を下げると温度特性が改善される一方で、Ｖｆは上昇し、光出力は低下する（つまり、順方向電圧（Ｖｆ）及び光出力（Ｐｏ）が悪化する）傾向にある。しかしながら、本開示のような構成とする発光素子１では、結晶配向も改善されることによって、温度特性を維持又は改善しつつ、順方向電圧（Ｖｆ）を低下させ、光出力（Ｐｏ）は向上させることができる。これに伴って、発光素子１は、発光効率も良くなる。
【００４５】
［発光素子の製造方法］
次に、第１実施形態に係る発光素子１の製造方法について、図９Ａ〜図９Ｉを参照しながら説明する。なお、以下では、発光素子１が外部接続電極を有する発光素子２である場合の製造方法を説明する。なお、基板断面は、第１ユニットＫＵの中心点に最も近い第３凸部の中心を長手方向に沿って切断した状態での断面を示している。
【００４６】
まず、サファイア基板の主面に凸部１１を形成する方法について説明する。サファイア基板の凸部１１は、図９Ａに示すマスク形成工程と、図９Ｂ、図９Ｃに示すエッチング工程と、をこの順で行うことで形成される。
マスク形成工程は、サファイア基板１０上にマスクＭを設ける工程である。マスク形成工程では、具体的には図９Ａに示すように、サファイア基板１０のｃ面側の表面に例えばＳｉＯ２やレジストを成膜し、パターニングすることで、凸部１１を形成する領域を被覆する複数の長尺形状のマスクＭを形成する。
【００４７】
エッチング工程は、サファイア基板１０をエッチングする工程である。エッチング工程では、具体的には図９Ｂ〜図９Ｃに示すように、マスクＭが配置されたサファイア基板１０をドライエッチングすることで、当該サファイア基板１０のｃ面側の表面に、第１のｍ軸Ｓａ１、第２のｍ軸Ｓａ２及び第３のｍ軸Ｓａ３に沿って長尺形状であり、仮想的な正六角形となる第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵの内側に凸部１１が複数形成される。
【００４８】
本実施形態ではマスクＭとして基板よりも遅くエッチングされる材料を用いることで、この第１エッチング工程において、サファイア基板１０上のマスクＭもエッチングされ、マスクＭが上面だけでなく側面からも徐々にエッチングされ、マスクＭの径が小さくなるため、サファイア基板１０上に凸部１１の上部が正面視で上端が尖った半球状等のドーム状にエッチングされる。なお、凸部１１が上面（ｃ面）のある形状であると、上面から窒化物半導体が成長してしまうため、半球状等の上面のない上端が尖った形状であることが好ましい。
【００４９】
ドライエッチングの具体的な手法としては、例えば気相エッチング、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング等を用いることができ、その際のエッチングガスとしては、例えばＣｌ２，ＳｉＣｌ４，ＢＣｌ３，ＨＢｒ，ＳＦ６，ＣＨ４，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３，Ｃ４Ｆ８，ＣＦ４、不活性ガスのＡｒ等が挙げられる。
【００５０】
次に発光素子１の製造方法について説明する。
発光素子１の製造方法は、前記したサファイア基板１０の凸部１１（第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃ）を形成した後に、さらに、図９Ｄに示すバッファ層形成工程と、図９Ｅ及び図９Ｆに示す半導体層成長工程と、をこの順で行う。
【００５１】
バッファ層形成工程は、サファイア基板１０上にバッファ層２０を形成する工程である。バッファ層形成工程では、具体的には図９Ｄに示すように、凸部１１が形成されたサファイア基板１０上に、例えばスパッタリングによってバッファ層２０を形成する。バッファ層形成工程は省略することもできるが、行うことが好ましい。バッファ層２０は、例えば図９Ｄに示すようにサファイア基板１０を被覆する層状であるが、完全に層状に被覆される必要はなく層厚さを薄くすることで斑状に一部でサファイア基板１０が露出していてもよい。
【００５２】
半導体層成長工程は、サファイア基板１０の凸部１１が形成された側の面上に窒化物半導体層３０を成長させ、発光素子構造を形成する工程である。半導体層成長工程では、具体的には図９Ｅ〜図９Ｆに示すように、凸部１１が形成されたサファイア基板１０のｃ面側の表面に、バッファ層２０を介してｎ型半導体層３１を結晶成長させる。その際、ｎ型半導体層３１は、各凸部１１の間の領域から上方向及び横方向に成長し、凸部１１を覆うように成長する。凸部１１を完全に覆うまでは、ｎ型半導体層３１を構成する窒化物半導体はサファイア基板１０の表面に対して斜めの成長面（ファセット面）を維持しながら成長する。なお、ｎ型半導体層３１が成長する場合に、図８Ａ及び図８Ｂを参照して既に説明したように転位が収束して転位を従来の構成よりも減少させることができる。
【００５３】
続いて、図９Ｇに示すように、ｎ型半導体層３１の上に活性層３２を成長させ、さらにｐ型半導体層３３を成長させ、活性層３２を含む発光素子構造を形成する。なお、凸部１１上で接合するまでは意図的に不純物を添加しないアンドープの窒化物半導体層を成長させ、その後、ｎ型不純物を添加してｎ型の窒化物半導体層を成長させてもよい。また、少なくとも凸部１１上で接合するまでは、ＧａＮからなる窒化物半導体を成長させることがさらに好ましい。
【００５４】
以上の工程を経ることで、図９Ｇに示すような電極を設けていない状態の発光素子１を製造することができる。
次に、発光素子１に外部接続電極を設けた発光素子２の製造方法の具体例を、図９Ｈ及び図９Ｉに示す。図９Ｈ及び図９Ｉに示す発光素子２は、凸部１１を有するサファイア基板１０と、その上に設けられたｎ型半導体層３１、活性層３２、ｐ型半導体層３３を有しており、部分的にｎ型半導体層３１が露出されてｎ側電極４０が設けられ、ｐ型半導体層３３の表面に透光性電極（例えばＩＴＯ）５０及びｐ側電極６０が設けられている。前記した半導体層成長工程の後に電極形成工程を行うことで、発光素子１に、これらの電極を備えた発光素子２を製造することもできる。
【００５５】
すなわち、まずドライエッチング等によってｐ型半導体層３３及び活性層３２の一部領域を除去してｎ型半導体層３１の一部を露出させる。次に、露出させたｎ型半導体層３１上にｎ側電極４０を形成し、ｐ型半導体層３３上に透光性電極５０を形成し、透光性電極５０上にｐ側電極６０を形成することで、図９Ｈ及び図９Ｉに示すような発光素子２を製造することができる。なお、前記した半導体層成長工程の後に、前記した発光素子構造及びサファイア基板１０を分割し、素子に個片化する個片化工程を含んでよい。このとき、電極形成工程は、半導体層成長工程の後であって個片化工程の前に行われる。
【００５６】
このように、発光素子１の製造方法は、サファイア基板１０上に形成された凸部１１が、頂部が平坦でない構成であり、各ｍ軸に沿って延伸して形成され仮想的な正六角形である第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵの範囲に配置されると共に、各ユニット内で所定の間隔となるように整列している。したがって、発光素子１の製造方法において、サファイア基板１０の面内において窒化物半導体の成長速度の差を小さく（成長過程における窒化物半導体の平坦性を改善）することができることにより、窒化物半導体層３０の転位密度をより小さくすることができる傾向にある。それと共に、窒化物半導体層３０の結晶成長も良くすることができる。そのため、本開示のような構成とする発光素子１では、結晶配向も改善されることによって、温度特性を維持又は改善しつつ、順方向電圧（Ｖｆ）を低下させ、光出力（Ｐｏ）は向上させることができる。これに伴って、発光素子１は、発光効率も良くなる。
【００５７】
次に、基板の特徴について説明する。図１０Ａ〜図１０Ｄに示すように、第１ユニットＫＵのみでユニット中央の凸部１１の配置を狭くした状態のユニットパターンと、図１１Ａ〜図１１Ｄに示すように、第１ユニットＫＵと鏡面対称となる第２ユニットＴＵを配置してユニット中央の配置を広くした状態のユニットパターンと、の場合において、結晶成長の過程における平坦度を比較して説明する。なお、図１０Ａ〜図１０Ｄでは、ＰＢの領域で中央の凸部１０１１の端部の間隔が狭く、各ｍ軸方向に連続する領域が小さくなった状態（接線Ｙａ１〜Ｙａ３を凸部１１の端部が越えている状態）としている。そして、図１０Ａ〜図１０Ｄでは、比較例として、凸部１０１１を設けたサファイア基板上にＧａＮを成長させた例として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を元に作成した模式図を参照して説明する。また、図１１Ａ〜図１１Ｄは、実施形態１として、長尺状の凸部１１を設けたサファイア基板上にＧａＮを成長させた例として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を参考に作成した模式図を参照して説明する。
【００５８】
凸部１１及び凸部１０１１はそれぞれ、長手方向の長さが約１０μｍであり、短手方向の長さが約２．６μｍであり、高さが約１．４μｍである。凸部１１及び凸部１０１１は、長手方向に延びる外縁がサファイア基板の第１のｍ軸Ｓａ１、第２のｍ軸Ｓａ２、第３のｍ軸Ｓａ３の方向に沿って延伸して形成されており、ＧａＮの膜厚は、図１０Ｂ及び図１１Ｂにおいて約２μｍであり、図１０Ｃ及び図１１Ｃにおいて約３．５μｍであり
、図１０Ｄ及び図１１Ｄにおいて約４．５μｍである。なお、ＧａＮは、ガリウム原料ガスであるＴＭＧを供給する流量を、例えば、膜厚が２μｍ程度になるまで２０ｓｃｃｍ、それ以降を６０ｓｃｃｍにして成膜する。他のプロセス条件としては、ＧａＮの膜厚が２μｍ程度になるまで、圧力を１気圧、Ｖ／ＩＩＩ比は２０００程度とし、それ以降は、圧力を１気圧、Ｖ／ＩＩＩ比を１５００程度とする。また、＋ｃ面を主面とするサファイア基板を用いており、このサフィイア基板の主面に、バッファ層としてＡｌＧａＮを膜厚が２０ｎｍ程度となるように成膜した後、ＧａＮを成膜する。
【００５９】
図中のＰＡで示す位置と、ＰＢで示す位置との状態を比較すると、次のようなことが分かる。すなわち、図１０Ｂ〜図１０Ｄでは、第１ユニットＫＵのみで、かつ、ユニット中央で凸部１０１１が密集した状態であるため、ＧａＮの結晶成長による膜厚が４．５μｍの状態が、ＰＡ及びＰＢの位置において異なっている。つまり、図１０Ｄに示すように、ＰＡの位置では、結晶成長が早く既に平坦になっているが、ＰＢの位置では成長し易いＧａＮの±ａ軸方向（サファイア基板の±ｍ軸方向）にスペースが無いために、結晶成長がＰＡの位置よりも遅いことでまだ凹状である。
【００６０】
一方、図１１Ａでは、ユニット中央の凸部１１の端部同士が間隔を空けている状態（接線Ｙａ１〜Ｙａ３を凸部１１の端部が越えていない状態）で、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵによるユニットパターンであるため、図１１Ｂ〜図１１Ｄに示すように、ＧａＮの成長膜厚が４．５μｍの位置では、ＰＡ及びＰＢの位置において、ほぼ平坦な状態に整っている。つまり、ユニット中央において、ＧａＮの±ａ軸方向（サファイア基板の±ｍ軸方向）にスペースが有ることと、第１ユニット及び第２ユニットのユニットパターンを用いていることにより、基板全体の成長速度が略同じ状態となり、ＧａＮを凹凸状態がより少なくなるように成長させた平坦な構成にできる。
【００６１】
次に、比較例として、図１０ＡのＰＢに示される配置の凸部１１が形成されたサファイア基板に、窒化物半導体層を成長させたウェハを準備する。さらに、実施例として、図１１ＡのＰＢに示される配置の凸部１０１１が形成されたサファイア基板に窒化物半導体層を成長させたウェハを準備する。準備した比較例のウェハと実施例のウェハのそれぞれ中央領域において、（００２）面のＸＲＣ半値幅と、貫通転位に起因したピット数とを測定し、それらの値を表１に示す。
【００６２】
また、比較例及び実施例のいずれにおいても、（００２）面のＸＲＣ半値幅を測定する場合は、図１０Ｃ又は図１１Ｃ上に、さらにｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順に成長させた窒化物半導体層を測定している。
そして、貫通転位に起因したピット数を測定する場合は、図１０Ｃ又は図１１Ｃ上にｎ型半導体層を成長させた窒化物半導体層に、さらに測定のためのＧａＮを成長させた状態で、窒化物半導体層の上面から１０μｍ×１０μｍの範囲を測定している。なお、このピット数の測定において、ｎ型半導体層上にさらに成長させたＧａＮは、転位密度を簡易的に測定するために、わざと横方向成長が遅くなる条件で成長させ、転位を起点としたピットを生じさせることによって、窒化物半導体層の上面から当該転位をピットとして目視できるようにしたものである。
【００６３】
【表１】
2016154216.tif 000003
【００６４】
表１に示すように、図１０Ａで示す凸部１０１１の構成を備える比較例よりも、図１１Ａで示す凸部１１の構成を備える実施例の方が、（００２）面のＸＲＣ半値幅の値が小さく、さらに貫通転位に起因のピット数から転位密度も少ないことが分かる。
【００６５】
次に、比較例として図１０Ａで示す凸部１０１１の構成を有するサファイア基板、及び、実施例として図１１Ａで示す凸部１１の構成を有するサファイア基板に、それぞれＧａＮを成長させてｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順に積層したウェハを個片化して、発光素子を採取する。採取した比較例と実施例のそれぞれの発光素子において、順方向電圧（Ｖｆ）と、光出力（Ｐｏ）と、電力変換効率（ＷＰＥ）と、温度特性とを測定し、それらの値を表２に示す。なお、表２に示される値は、比較例及び実施例のいずれも、ウェハの中央領域から採取した発光素子に電極を形成したサンプルを測定した値である。
また、温度特性は、発光素子に６５ｍＡの電流を流して雰囲気温度を１００℃としたときの光出力（Ｐｏ）と、２５℃としたときの光出力（Ｐｏ）とから、以下の数式１により算出する。この温度特性の値が高いほど温度変化に対する光出力の低下が少ない（温度特性がよい）ことになる。
【００６６】
【数１】
2016154216.tif 000004
【００６７】
【表２】
2016154216.tif 000005
【００６８】
表２に示すように、図１０Ａで示す凸部１０１１を有する比較例の発光素子よりも、図１１Ａで示す凸部１１を有する実施例の発光素子の構成の方が、順方向電圧（Ｖｆ）の値が小さく、光出力（Ｐｏ）の値が大きく、電力変換効率（ＷＰＥ）の値も高く、かつ、温度特性の値が大きいことが分かる。つまり、本開示のような構成とする発光素子１では、結晶配向も改善されることによって、温度特性を維持又は改善しつつ、順方向電圧（Ｖｆ）を低下させ、光出力（Ｐｏ）は向上させることができる。これに伴って、発光素子１は、発光効率も良くなる構成であるといえる。
【００６９】
以上のように、第１実施形態に係る発光素子１及びその製造方法について、具体的に説明したが、本開示の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
以下では、第２〜第４実施形態及び変形例１〜３について図１２〜図１７を参照して図面で説明する。なお、図１２〜図１６は、凸部の配置の構成について、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。また、以下で説明する第２〜第４実施形態に係る発光素子は、サファイア基板の凸部以外の構成及び製造方法については第１実施形態に係る発光素子１と同様であるため、それらの説明は省略する。
【００７０】
＜第２実施形態＞
図１２に示すように、第２実施形態で示す発光素子の第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃでは、第１間隔ｄａ１〜第３間隔ｄａ３及び第４間隔ｄｓ１〜第６間隔ｄｓ３を、図３で示す構成よりも大きくとり、かつ、第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃのそれぞれの間隔も広くしている。このように構成された発光素子は、サファイア基板１０Ａの第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃが、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵのユニットパターンで、かつ、図３で示す構成よりも各間隔が２０〜４０％の範囲で広く構成されているので、半導体層が成長したときに平坦性をより確保し易くなる。なお、図３で示す凸部１１の間隔が、例えば、３μｍを基準とした場合であれば、図１２に示す凸部１１の間隔は、３．６〜４．２μｍである。なお、各間隔が２０〜４０％の範囲で広くとは、許容範囲内において、平均的な値を基準値とした場合、その基準値の２０〜４０％広くしたことをいう。つまり、各間隔は、基準値に対して許容範囲内の上限側に設定されていることが好ましい。
【００７１】
以上のような構成を備える第２実施形態に係る発光素子は、サファイア基板１０Ａ上に配置された凸部１１の長手方向の外縁が、サファイア基板１０Ａの各ｍ軸に沿って延伸して配置され設置間隔も基準値となるものよりも２０〜４０％広く形成されているため、窒化物半導体の結晶成長の際に窒化物半導体が横方向に成長する時間が長くなる。これにより、窒化物半導体の結晶成長時に発生した転位が狭い範囲に収束しやすくなり、窒化物半導体層３０の転位密度が低くなる。さらに、第２実施形態に係る発光素子は、結晶配向も改善され、温度特性を維持又は改善しつつ、順方向電圧（Ｖｆ）を低下させ、光出力（Ｐｏ）は向上させることができ、これに伴って、発光効率も良くなる。
【００７２】
＜第３実施形態＞
図１３に示すように、第３実施形態に係る発光素子のサファイア基板１０Ｂを平面視すると、サファイア基板１０Ｂのｃ面側の表面において、仮想的に示す菱形の各領域には凸部１１１が長手方向の外縁を各ｍ軸に沿って延伸させて３本ずつ配置されている。凸部１１１は、具体的には、長尺形状の長手方向の外縁が第１のｍ軸Ｓａ１に沿って延伸して配置される第１凸部１１１Ａと、長尺形状の長手方向の外縁が第２のｍ軸Ｓａ２に沿って延伸して配置される第２凸部１１１Ｂと、長尺形状の長手方向の外縁が第３のｍ軸Ｓａ３に沿って延伸して配置される第３凸部１１１Ｃと、から構成される。
【００７３】
ここで、第１凸部１１１Ａ〜第３凸部１１１Ｃでは、各凸部間の間隔が当該凸部のコア径と同等か、それ以上となるように設定されている。なお、凸部１１１のピッチ（凸部のコア径中心に凸部長手方向に沿って中心線を引いたときに、隣の凸部の当該中心線までの距離）Ｐｃは、コア径Ｄａを越えるように設定されている。第１凸部１１１Ａ〜第３凸部１１１Ｃでは、凸部間の間隔及びピッチＰｃが広く、また、第１間隔ｄａ１〜第３間隔ｄａ３及び第４間隔ｄｓ１〜第６間隔ｄｓ３の間隔も凸部間の間隔に合せて広く設定されている。第１凸部１１１Ａ〜第３凸部１１１Ｃは、一例として、コア径Ｄａとコア全長Ｌ１との比が１対５〜６となるようにここでは設定されている。また、コア径ＤａとピッチＰｃとの関係は、一例として、１対２となるように設定されている。
【００７４】
以上のような構成を備える第３実施形態に係る発光素子は、サファイア基板１０Ｂ上に形成された凸部１１１と凸部１１１が形成されていない平坦部分との間隔がより適切であるので、結晶成長の際に窒化物半導体が横方向に成長する時間が長くなり、結晶成長時に発生した転位が狭い範囲に収束しやすくなり、窒化物半導体層３０の転位密度が低くなる。さらに、第３実施形態に係る発光素子は、結晶配向も改善され、温度特性を維持又は改善しつつ、順方向電圧（Ｖｆ）を低下させ、光出力（Ｐｏ）は向上させることができ、これに伴って、発光効率も良くなる。
【００７５】
＜第４実施形態＞
図１４に示すように、第４実施形態に係る発光素子のサファイア基板１０Ｃを平面視すると、サファイア基板１０Ｃのｃ面側の表面において、仮想的に示す菱形の領域内には各ｍ軸にそれぞれ延伸して所定間隔で５本の凸部２１１が配置されている。第１ユニットの凸部２１１は、具体的には、長尺形状の長手方向の外縁が第１のｍ軸Ｓａ１に沿って延伸する第１凸部２１１Ａと、長尺形状の長手方向の外縁が第２のｍ軸Ｓａ２に沿って延伸する第２凸部２１１Ｂと、長尺形状の長手方向の外縁が第３のｍ軸Ｓａ３に沿って延伸する第３凸部２１１Ｃと、から構成される。第１凸部２１１Ａ〜第３凸部２１１Ｃは、コア径Ｄａとコア全長Ｌ１との比が１対１１．５となっており、コア径ＤａとピッチＰｃとの比は１対２．５となるように設定されている。
【００７６】
このように、凸部２１１は、コア径Ｄａとコア全長Ｌ１との比が図３で示す構成よりも小さくなっても、第１ユニットＫＵと第２ユニットＴＵとによるユニットパターン、及び、ユニット中央部分の間隔を空ける構成としている。そのため、前記したものと同様に、発光素子において、結晶配向も改善され、温度特性を維持又は改善しつつ、Ｖｆを低下させ、光出力は向上させることができ、これに伴って、発光効率も良くなる。
なお、第２実施形態〜第４実施形態では、仮想的に示す菱形の各領域内において、凸部の数を３〜５本とした構成について説明したが、６本あるいは７本以上であってもよい。
【００７７】
また、前記した第１実施形態〜第４実施形態に係る窒化物半導体素子のサファイア基板１０〜１０Ｃは、長尺形状の凸部１１、１１１，２１１の両端が揃った配列として説明したが、例えば、図１５〜図１７に示すように、その一部あるいは全部の両端の位置が異なるように第１領域Ａｒ１〜第３領域Ａｒ３の内部において配置されていてもよい。ここでは、図３のサファイア基板１０の凸部１１の構成を代表して説明するが他の実施形態でも同様の作用効果が生じる。また、ここでは、第３凸部１１Ｃの第１ユニットＫＵにおいて中心に最も近い凸部の位置を変更した例として説明するが、第３凸部１１Ｃの他のもの、あるいは、第１凸部１１Ａ又は第２凸部１１Ｂの一部であってもよい。
【００７８】
＜変形例１＞
図１５に示すように、第１ユニットＫＵの第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃは、その一部として、例えば、第３凸部１１Ｃの１つの端部が他のものと異なるように配置する凸部１１ｄ（ハッチングを施した凸部）を備える構成としてもよい。そして、この凸部１１ｄは、第１ユニットＫＵのみに形成され、第２ユニットＴＵには形成されないように構成されている。つまり、第２ユニットＴＵは、第１領域Ａｒ１〜第３領域Ａｒ３の配置が鏡面対称となることが必要で、その領域内に配置される凸部１１ｄを含む第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃの配置を鏡面対称としていない。
【００７９】
そして、図１５で示すように、凸部１１ｄを含む第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃの配置の第１ユニットＫＵと、凸部１１ｄを含まない第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃの配置の第２ユニットＴＵと、からなるユニットパターンであっても、全体的に見れば、第１ユニットＫＵを中心とする単位で同一なパターンを繰り返す状態となる。また、凸部１１ｄは、第１ユニットＫＵの中心に最も近い第３凸部１１Ｃの位置を他の第３凸部１１Ｃから異ならせたものであり、接線Ｙａ１に当接して交わるように配置されている。ただし、第２間隔ｄａ２が第２領域Ａｒ２から第１領域Ａｒ１に連続しているので、第１ユニットＫＵの中央における領域は広く確保されることになる。したがって、前記したように、このようなサファイア基板１０の凸部１１ｄを含む凸部１１であっても、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵのユニットパターンと、ユニット中央部分での領域の構成を備えることで、前記したものと同様に、従来の構成と比較して、発光素子において、結晶配向も改善され、温度特性を維持又は改善しつつ、順方向電圧（Ｖｆ）を低下させ、光出力（Ｐｏ）は向上させることができ、これに伴って、発光効率も良くなる。
【００８０】
＜変形例２＞
また、図１６に示すように、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵにおいて、第３凸部１１Ｃの１つを凸部１１ｅ（ハッチングを施した凸部）として、端部が他の第３凸部１１Ｃと異なるように配置した構成としても構わない。ここでは、凸部１１ｅの配置を含めて、第１ユニットＫＵの鏡面対称に第２ユニットＴＵが構成されている。このように、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵにおいて端部の位置が他のものと異なるような凸部１１ｅが存在しても、全体的に見れば、第１ユニットＫＵの各辺に第２ユニットＴＵの辺が合わさるユニットパターンの単位毎においては、均等な配置となる。したがって、前記したように、このようなサファイア基板１０の凸部１１ｅを含む凸部１１であっても、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵのユニットパターンと、ユニット中央部分での領域の構成を備えることで、前記したものと同様に、従来の構成と比較して、発光素子において、結晶配向も改善され、温度特性を維持又は改善しつつ、順方向電圧（Ｖｆ）を低下させ、光出力（Ｐｏ）は向上させることができ、これに伴って、発光効率も良くなる。
【００８１】
＜変形例３＞
さらに、図１７に示すように、第１ユニットＫＵは、第１領域Ａｒ１の領域内において配置される第１凸部１１Ａと、第２領域の領域内において配置される第２凸部１１Ｂと、第３領域Ａｒ３の領域内において配置される第３凸部１１Ｃとが、領域ごとに異なる配置となるように構成しても構わない。なお、図１７において、第１間隔ｄａ１〜第３間隔ｄａ３は、最大の間隔の幅を示している。また、ユニットパターンとしては、第１ユニットＫＵの第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃの配置が鏡面対称となる第２ユニットＴＵの一辺を、第１ユニットＫＵの各辺に合せて配置する構成としてもよい。さらに、第１ユニットの第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃの配置とは異なる、例えば、図３に示す構成の第２ユニットＴＵを図１７の第１ユニットＫＵの各辺に配置するように構成しても構わない。
【００８２】
図１７に示すように、第１ユニットＫＵの第１凸部１１Ａ〜第３凸部１１Ｃのそれぞれの端部が異なるように構成されていても、第１ユニットＫＵ及びその第１ユニットＫＵを中心として配置される第２ユニットＴＵのユニット単位毎においては、同じ凸部１１の配置の繰り返しとなる。したがって、前記したように、このようなサファイア基板１０の凸部１１の配置であっても、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵのユニットパターンと、ユニット中央部分での領域の構成を備えることで、前記したものと同様に、従来の構成と比較して、発光素子において、結晶配向も改善され、温度特性を維持又は改善しつつ、、順方向電圧（Ｖｆ）を低下させ、光出力（Ｐｏ）は向上させることができ、これに伴って、発光効率も良くなる。
【００８３】
以上説明した各実施形態における発光素子では以下のような構成としてもよい。すなわち、サファイア基板では、凸部は、第１領域Ａｒ１〜第３領域Ａｒ３に各ｍ軸に沿って配置することができれば、図３、図１２〜図１７で示したように、凸部の端部が揃っていても、一部あるいは全く揃っていなくても構わない。つまり、第１ユニットＫＵは、正六角形の中心に最も近い３つの凸部の内の２つが、対向する接線Ｙａ１〜Ｙａ３のいずれかに交わり合うことなく離間して配置されて、かつ、他の凸部は第１間隔ｄａ１〜第３間隔ｄａ３を形成するように配置されていれば構わない。そして、第１ユニットＫＵ及びその鏡面対称となる第２ユニットＴＵのユニットパターンを用いていれば既に説明したような、発光素子において、順方向電圧（Ｖｆ）の値が低くなり、温度特性が向上し、電力変換効率（ＷＰＥ）も向上させることができる。
また、第１ユニットと第２ユニットとによるユニットパターンは、第２ユニットの正六角形の各辺に第１ユニットの正六角形の辺を合せて配置させた構成としてもよい。
【００８４】
なお、サファイア基板において、各ｍ軸に沿って各ユニット単位で配置した凸部１１としているので、長手方向の延長線上に別の凸部１１が配置されることになり、光の横漏れを抑制し、ランバーシアンに近い配光特性を得ることができる。
なお、図３、図１２〜図１７では、凸部１１，１１１，２１１において、両端が半円形で略同一形状に形成されているが、凸部１１，１１１，２１１の形状はこれに限定されない。
さらに、凸部１１，１１１，２１１は、ｃ面から上方向に突出して、高さ方向の所定位置から稜線に対して角度θとなるように傾斜面を介して尖って形成される構成であってもよい。これにより、前記した凸部１１，１１１，２１１と同様に、窒化物半導体の結晶成長の際に凸部１２の上部からの成長が抑制されて窒化物半導体が横方向に成長するため、成長方向に発生した複数の転位が収束し、転位の数が減少することになる。
なお、傾斜面を形成する場合には、ドライエッチングの次にウェットエッチングすることで、凸部１１，１１１，２１１の頂部に向かって傾斜する傾斜面を形成することができる。
【００８５】
なお、発光素子１、２では、第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵで、第１領域Ａｒ１とは別の他の２つの菱形領域（第２領域Ａｒ２及び第３領域Ａｒ３）のうち一方の菱形領域において、第１凸部１１Ａ（１１１Ａ，２１１Ａ）の延伸方向に沿って端部を揃えて配置される複数の第３凸部１１Ｃを有し、正六角形領域（第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵ）の中心に最も近い第３凸部１１Ｃ（１１１Ｃ，２１１Ｃ）が、中心に最も近い第１凸部１１Ａ（１１１Ａ，２１１Ａ）における中心側の端部に接すると共に第１凸部１１Ａ（１１１Ａ，２１１Ａ）が配置される方向に平行をなす接線Ｙａ３と、交わらないように配置されていることとしてもよい。
【００８６】
さらに、前記した他の２つの菱形領域（第２領域Ａｒ２及び第３領域Ａｒ３）のうちの他方の菱形領域において、第３凸部１１Ｃ（１１１Ｃ，２１１Ｃ）の延伸方向に沿って端部を揃えて配置される複数の第２凸部１１Ｂ（１１１Ｂ，２１１Ｂ）を有し、正六角形領域（第１ユニットＫＵ及び第２ユニットＴＵ）の中心に最も近い第２凸部１１Ｂ（１１１Ｂ，２１１Ｂ）は、前記中心に最も近い第３凸部１１Ｃ（１１１Ｃ，２１１Ｃ）における中心側の端部に接すると共に第３凸部１１Ｃ（１１１Ｃ，２１１Ｃ）が配置される方向に平行をなす接線と、交わらないように配置されているように前記した発光素子１、２を構成してもよい。
また、空間と間隔とは、使用される位置が異なることで、用語を分けることがあるが実質的に同意である。
【符号の説明】
【００８７】
１，２  発光素子
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ  サファイア基板（窒化物半導体素子用基板）
１１，１１１，２１１  凸部
１１Ａ，１１１Ａ，２１１Ａ  第１凸部
１１Ｂ，１１１Ｂ，２１１Ｂ  第２凸部
１１Ｃ，１１１Ｃ，２１１Ｃ  第３凸部
２０  バッファ層
３０  窒化物半導体層（半導体層）
３１  ｎ型半導体層
３２  活性層
３３  ｐ型半導体層
４０  ｎ側電極
５０  透光性電極
６０  ｐ側電極
Ｍ  マスク
ＳＣ  サファイア結晶
【図１】
2016154216.tif 000006
【図２Ａ】
2016154216.tif 000007
【図２Ｂ】
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【図３】
2016154216.tif 000009
【図４Ａ】
2016154216.tif 000010
【図４Ｂ】
2016154216.tif 000011
【図５Ａ】
2016154216.tif 000012
【図５Ｂ】
2016154216.tif 000013
【図５Ｃ】
2016154216.tif 000014
【図６】
2016154216.tif 000015
【図７】
2016154216.tif 000016
【図８Ａ】
2016154216.tif 000017
【図８Ｂ】
2016154216.tif 000018
【図９Ａ】
2016154216.tif 000019
【図９Ｂ】
2016154216.tif 000020
【図９Ｃ】
2016154216.tif 000021
【図９Ｄ】
2016154216.tif 000022
【図９Ｅ】
2016154216.tif 000023
【図９Ｆ】
2016154216.tif 000024
【図９Ｇ】
2016154216.tif 000025
【図９Ｈ】
2016154216.tif 000026
【図９Ｉ】
2016154216.tif 000027
【図１０Ａ】
2016154216.tif 000028
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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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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【図１７】
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