发光元件的示意剖面图。
[0109]如图1所示，发光元件I在具有衍射面2a的蓝宝石基板2的表面上形成有由III族氮化物半导体层构成的半导体层叠部19。该发光元件I为面朝上型，主要从蓝宝石基板2的相反侧取出光。III族氮化物半导体层从蓝宝石基板2侧按顺序具有缓冲层10、η型GaN层12、多量子阱活性层14、电子块层16、ρ型GaN层18。在ρ型GaN层18上形成有ρ侧电极20，并且在η型GaN层12上形成有η侧电极24。
[0110]蓝宝石基板2在表面侧具有使氮化物半导体成长的c面({0001})即衍射面2a。在衍射面2a形成有平坦部2b (参照图2 (a))和周期性形成于平坦部2b的多个凸部2c (参照图2(a))。各凸部2c的形状除圆锥、多角锤等锤状外，也可以设为切下了锤的上部的圆锤台、多角锤台等锤台状。本实施方式中，通过周期性配置的各凸部2c可以得到光的衍射作用。
[0111]在蓝宝石基板2的背面侧形成有例如由Al构成的反射膜26。在该发光元件I中，反射膜26的蓝宝石基板2侧的面成为反射面28，从活性层14发出的光通过衍射作用透过衍射面2a，且由反射面28反射透过的光。由此，使透过衍射作用透过的光向衍射面2a再入射，由衍射面2a再次利用衍射作用使其透过，由此可以以多个模式将光向元件外部取出。
[0112]缓冲层10形成于蓝宝石基板2的衍射面2a上，由AlN构成。在本实施方式中，缓冲层 10通过MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposit1n)法形成，但也可以使用派射法。另外，缓冲层10在衍射面2a侧具有沿各凸部2c周期性形成的多个锤台状的凹部。作为第一导电型层的η型GaN层12形成于缓冲层10上，由η — GaN构成。作为发光层的多量子阱活性层14形成于η型GaN层12上，由GalnN/GaN构成，通过电子及空穴的注入而发蓝色光。在此，蓝色光是指例如峰值波长为430nm以上且480nm以下的光。本实施方式中，多量子阱活性层14的发光的峰值波长为450nm。
[0113]电子块层16形成于多量子阱活性层14上，由ρ — AIGaN构成。作为第二导电型层的P型GaN层18形成于电子块层16上，由P — GaN构成。从η型GaN层12至ρ型GaN层18通过III族氮化物半导体的外延成长而形成，在蓝宝石基板2的衍射面2a上周期性形成有凸部2c，III族氮化物半导体的成长预期实现横方向成长带来的平坦化。此外，至少包含第一导电型层、活性层及第二导电型层，对第一导电型层及第二导电型层施加电压时，如果通过电子及空穴的再结合在活性层发出光，则半导体层的层构成是任意的。
[0114]ρ侧电极20形成于ρ型GaN层18上，例如由ITO(Indium Tin Oxide)等透明的材料构成。本实施方式中，P侧电极120通过真空蒸渡法、派射法、CVD(Chemical VaporDeposit1n)法等形成。
[0115]从ρ型GaN层18蚀刻η型GaN层12，在露出的η型GaN层12上形成η侧电极24。η侧电极24例如由Ti/Al/Ti/Au构成，并通过真空蒸渡法、溅射法、CVD (Chemical VaporDeposit1n)法等形成。
[0116]其次，参照图2详细说明蓝宝石基板2。图2表示蓝宝石基板，(a)是示意性立体图，(b)是表示A — A剖面的示意性说明图，(c)是示意性放大说明图。
[0117]如图2(a)所示，衍射面2a以俯视各凸部2c的中心成为等边三角形的顶点的位置的方式以规定的周期在假想的三角格子的交点整齐排列地形成。各凸部2c的周期比从多量子阱活性层14发出的光的光学波长长且比该光的相干长度小。此外，在此所说的周期是指相邻的凸部2c的高度的峰值位置的距离。另外，光学波长是指实际的波长除以折射率得到的值。而且，相干长度是指相当于根据规定的光谱宽度的光子组的各波长的不同相互抵消波的周期性振动，直至可干涉性消失的距离。相干长度Ic在设光的波长为λ、且该光的半幅值为Δ λ时，大致处于Ic= (λ2/Δ λ)的关系。在此，各凸部2c的周期优选比从多量子阱活性层14发出的光的光学波长的2倍大。另外，各凸部2c的周期优选为从多量子阱活性层14发出的光的相干长度的一半以下。
[0118]本实施方式中，各凸部2c的周期为500nm。从活性层14发出的光的波长为450nm，III族氮化物半导体层的折射率为2.4，因此，其光学波长为187.5nm。另外，从活性层14发出的光的半幅值为63nm，因此，该光的相干长度为3214nm。S卩，衍射面2a的周期比活性层14的光学波长的2倍大且为相干长度的一半以下。
[0119]本实施方式中，如图2(c)所示，衍射面2a的各凸部2c具有从平坦部2b向上方延伸的侧面2d、从侧面2d的上端向凸部2c的中心侧弯曲并延伸的弯曲部2e、与弯曲部2e连续形成的平坦的上表面2f。如后述，利用由侧面2d和上表面2f的会合部形成角的弯曲部2e形成前的凸部2c(参照图4(e))的湿式蚀刻消除角，由此形成弯曲部2e。此外，也可以实施湿式蚀刻直至平坦的上表面2f消失而凸部2c的上侧整体成为弯曲部2e。在本实施方式中，具体而言，就各凸部2c而言，基端部的直径为200nm，高度为250nm。就蓝宝石基板2的衍射面2a而言，除各凸部2c之外为平坦部2b，有助于半导体层的横方向成长。
[0120]在此，参照图3及图4对发光元件I用的蓝宝石基板2的制作方法进行说明。图3是对蓝宝石基板进行加工的说明图，(a)表示在衍射面形成有第一掩模层的状态，(b)表示在第一掩模层上形成有抗蚀层的状态，(C)表示对抗蚀层选择性地照射电子线的状态，(d)表示将抗蚀层显影后除去的状态，(e)表示形成有第二掩模层的状态。
[0121]首先，如图3(a)所示，准备平板状的蓝宝石基板2，且在蓝宝石基板2的表面形成第一掩模层30。第一掩模层30由例如由S12构成，且通过溅射法、真空蒸渡法、CVD法等形成。第一掩模层30的厚度是任意的，但例如为Ι.Ομπι。
[0122]其次，如图3(b)所示，在蓝宝石基板2的第一掩模层30上形成抗蚀层32。抗蚀层32例如由日本七' 才y社制的ZEP等电子线感光材料构成，涂布于第一掩模层30上。抗蚀层32的厚度是任意的，但例如为10nm?2.0 μπι。
[0123]其次，如图3 (C)所示，与抗蚀层32隔开设置模板掩模34。抗蚀层32和模板掩模34之间隔开1.0 μπι?100 μπι的间隙。模板掩模34例如由金刚石、SiC等材料形成，厚度是任意的，但例如将厚度设为500nm?100 μπι。模板掩模34具有选择性地透过电子线的开P 34a0
[0124]之后，如图3 (C)所示，对模板掩模34照射电子线，将抗蚀层32暴露于通过了模板掩模34的各开口 34a的电子线中。具体而言，使用例如10?100 μ C/cm2的电子束将模板掩模34的图案转印于抗蚀层32。
[0125]在电子线的照射结束后，使用规定的显影液将抗蚀层32显影。由此，如图3(d)所示，照射了电子线的部位在显影液溶解，未照射电子线的部位残留，形成开口 32a。作为抗蚀层32在使用日本七'才 >社制的ZEP的情况下，作为显影液可以使用例如醋酸戊酯。
[0126]其次，如图3(e)所示，在对抗蚀层32进行了构图的第一掩模层30上形成第二掩模层36。这样，在第一掩模层30上利用电子线照射对第二掩模层36进行构图。第二掩模层36由例如Ni构成，通过溅射法、真空蒸渡法、CVD法等形成。第二掩模层36的厚度是任意的，但例如为20nmο
[0127]图4是对蓝宝石基板进行加工的说明图，(a)表示完全除去了抗蚀层的状态，(b)表示以第二掩模层为掩模对第一掩模层进行蚀刻的状态，(C)表示除去了第二掩模层的状态，(d)表示以第一掩模层为掩模对衍射面进行蚀刻的状态，(e)表示除去了第一掩模层的状态，(f)表示通过湿式蚀刻在凸部形成弯曲部的状态。
[0128]如图4(a)所示，使用剥离液除去抗蚀层32。例如将抗蚀层32浸渍于剥离液中，可通过照射规定时间的超声波而将其除去。具体而言，作为剥离液可使用例如二乙酮。由此，在第一掩模层30上形成使模板掩模34的开口 34a的图案反转了的第二掩模层36的图案。
[0129]其次，如图4(b)所示，以第二掩模层36为掩模进行第一掩模层30的干式蚀刻。由此，在第一掩模层30形成开口 30a，形成第一掩模层30的图案。此时，作为蚀刻气体，使用蓝宝石基板2及第一掩模层30与第二掩模层36相比更具有耐性的气体。例如在第一掩模层30为S12且第二掩模层36为Ni的情况下，如果使用SF6等氟系气体，则Ni相对于S12的蚀刻的选择比在100左右，因此，能够可靠地进行第一掩模层30的构图。
[0130]之后，如图4(c)所示，除去第一掩模层30上的第二掩模层36。在第一掩模层30为S12，第二掩模层36为Ni的情况下，可将其浸渍于用水进行稀释且按1:1程度混合后的盐酸及硝酸中、或通过氩气的干式蚀刻除去Ni。
[0131]然后，如图4(d)所示，以第一掩模层30为掩模进行蓝宝石基板2的干式蚀刻。此时，由于蓝宝石基板2中仅除去第一掩模层30的部位暴露于蚀刻气体中，所以可以在蓝宝石基板2上转印模板掩模34的各开口 34a的反转图案。此时，第一掩模层30由于相比蓝宝石基板2对蚀刻气体的耐性大，所以可以选择性地蚀刻未覆盖于第一掩模层30的部位。而且，在蓝宝石基板2的蚀刻深度达到所希望深度的部位结束蚀刻。在此，作为蚀刻气体使用例如BCl3等氯系气体。
[0132]之后，如图4(e)所示，使用规定的剥离液除去残留于蓝宝石基板2上的第一掩模层30。由此，形成通过侧面2d和上表面2f的会合部形成角的弯曲部2e形成前的凸部2