，衍射面102a的周期必须小于能够维持光作为波的性质的相干长度，优选为相干长度的一半以下。通过设为相干长度的一半以下，能够确保衍射实现的反射光及透射光的强度。
[0159]图10是表示从III属氮化物半导体层向蓝宝石基板入射的光的衍射作用的说明图。
[0160]如图10所示，在发光元件100从活性层114各向同性放出的光中向蓝宝石基板102以入射角0in入射的光以满足上述⑴式的反射角Θ %反射，同时以满足上述⑵式的透射角透过。在此，在全反射临界角以上的入射角Θ in中成为强的反射光强度。反射光由P侧电极120的反射面122反射，再次向凹凸面102a入射，但由于以与先入射时的入射角9in不同的入射角Θ in入射，所以成为与之前的入射条件不同的透过特性。
[0161]图11是表示将凹部或凸部的周期设为500nm的情况下的III属氮化物半导体层与蓝宝石基板的界面的、从半导体层侧向界面入射的光的入射角和在界面下的衍射作用的反射角的关系的图表。
[0162]在向衍射面102a入射的光中，与通常的平坦面同样存在全反射的临界角。在GaN系半导体层与蓝宝石基板102的界面，临界角约为45°。如图5所示，在入射角θ?η超过45°的区域，可以实现满足上述(2)式的衍射条件的m= 1、2、3、4的衍射模式下的透射。但是，当形成发光元件100的光射出面的蓝宝石基板102的背面为平坦面时，由于存在蓝宝石基板102和元件外部的全反射临界角，所以当透射角不在该临界角以内时，不能将透射光取出到发光元件100的外部。假如外部是空气的情况下，蓝宝石基板102与空气的界面的临界角约为±34°，该情况下的有效的衍射模式为m = 2.3。
[0163]图12是表示将凹部或凸部的周期设为500nm的情况下的、III属氮化物半导体层与蓝宝石基板的界面的、从半导体层侧向界面入射的光的入射角和在界面的衍射作用下的透射角的关系的图表。
[0164]如图12所示，在入射角超过了 45°的区域，可以实现满足上述⑴式的衍射条件的m’ = 1、2、3、4的衍射模式下的反射。以这些衍射模式反射的反射光由P侧电极120的反射面122反射，再次向衍射面102a入射。此时的入射角Θ in维持之前由衍射面102a反射的角度，通过第二次的入射再次衍射。
[0165]图13是表示将凹部或凸部的周期设为500nm的情况下的、III属氮化物半导体层与蓝宝石基板的界面的、从半导体层侧向界面第一次入射的光的入射角和通过界面的衍射作用反射后第二次入射的光的界面的衍射作用下的透射角的关系的图表。
[0166]图13中，将有关第二次入射的光的透射的模式指数I定义为有关第一次入射时的反射的模式指数m和有关第二次入射时的透射的模式指数m’之和，设I =m+m’。就有关第二次入射的光的透射的模式指数I而言，即使第一次的反射的模式指数m和第二次的透射的模式指数m’取任意值，只要模式指数I相同则也可以具有同样的透射特性。在第一次入射的光的透射特性中，不容许m’ = 0，在第二次入射的光的透射特性中，容许I = 0?例如在 I = I 的情况下，存在(m、m，)= (2、一 I)、(3、一 2)、(4、一 3)、( — 1、2)、( — 2、3)这五个模式。即，以I = I透射的角度的光强度较强。如果假设在衍射面102a的周期比相干长度无限小，则通过附加高反射率的P侧电极120，利用衍射作用取出的光的增加量约为5倍。
[0167]这样，具备以比从活性层114发出的光的光学波长长且比该光的相干长度小的周期形成有凹部102c的衍射面102a和反射由衍射面102a衍射的光并将其再次向衍射面102a入射的反射面120，由此，对于在蓝宝石基板102与III族氮化物半导体层的界面以超过全反射临界角的角度入射的光，也能够利用衍射作用将光取出到元件外部。本实施方式中，由于利用衍射作用取出光，所以实现与通过散射作用取出光不同的作用效果，可以飞跃式地提高发光元件100的光取出效率。
[0168]特别是在本实施方式中，由于由衍射面102a和反射面120夹持作为发光层的活性层114，所以可以使在衍射面102a以与入射角0in不同的反射角Θ in反射的光以与之前的入射角9in不同的角度再次入射。这样，由于第一次和第二次以不同的条件将光向衍射面102a入射，所以存在大量透射模式，对于光取出极其有利。
[0169]进而，本实施方式中，III族氮化物半导体层的折射率为2.4，蓝宝石的折射率为
1.8，因此，衍射面102a在折射率之差为0.5以上的不同的材料彼此的界面形成。材料彼此的折射率之差为0.5以上时，对于光取出比较不利，但在本实施方式的发光元件100中能够可靠地取出光，在实用时极其有利。
[0170]再次，参照图14说明衍射面的周期与元件的发光输出的关系。图14是表示将光学波长设为258nm、且在蓝宝石基板与III属氮化物半导体层的界面形成有衍射面的情况下的、衍射面的周期与相对光输出的关系的图表。相对光输出将蓝宝石基板与III属氮化物半导体层的界面为平坦面的光输出设为1.00此外，在图14中，将从活性层至衍射面的距离设为3.0 μ m，将从衍射面至蓝宝石基板的背面的距离设为100 μ m，在室温下在1.0mm见方的芯片中流过10mA的直流电流并取得数据。另外，相对光输出为1.0倍，相当于40mW。
[0171]如图14所示，在衍射面的周期为光学波长的I倍以下的区域，因全反射临界角以下的菲涅耳反射抑制的作用而光取出效率提高。而且，在超过光学波长的I倍且2倍以下的区域，能够得到衍射作用和菲涅耳反射抑制的作用这两者，从而光取出效率提高。在超过光学波长的2倍且2.5倍以下的区域，菲涅耳反射抑制的作用消失，因此，光取出效率降低一点。当超过光学波长的2.5倍时满足衍射条件的入射角增加，因此，光取出效率再次提高。而且，在光学波长的3倍以上5倍以下的区域，光取出效率为平坦面的3倍以上。在此，图14中，有关周期仅图示了至光学波长的6倍左右，但当周期成为相干长度的一半时，发光输出成为平坦面的2.0倍左右，当成为相干长度时，发光输出成为平坦面的1.8倍左右。在相干长度上输出比平坦面大是因为能够提高凹部或凸部得到散射效果。这样，界面的衍射作用在周期超过光学波长的1.0倍时得到，但理解为超过光学波长的2.5倍时，发光元件I的光输出显著增大。
[0172]在此，参照图15及图16对发光元件100用的蓝宝石基板102的制作方法进行说明。图15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)表示在抗蚀层上选择性地照射电子线的状态，(d)表示将抗蚀层显影并除去的状态，(e)表示形成有第二掩模层的状态。
[0173]首先，如图15(a)所示，准备平板状的蓝宝石基板102，在蓝宝石基板102的表面形成第一掩模层130。第一掩模层130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130的厚度是任意的，但例如为1.0 μπι。
[0174]例如在使用磁控管溅射装置形成第一掩模层130的情况下，可以使用Ar气体并使用高频(RF)电源。具体而言，例如将Ar气体设为25SCCm，对应材料将RF电源的功率设为200?500W，可以将600nm的第一掩模层130堆积于蓝宝石基板102。此时，溅射的时间可以适当调节。
[0175]其次，如图15(b)所示，在蓝宝石基板102的第一掩模层130上形成抗蚀层132。抗蚀层132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130上。抗蚀层132的厚度是任意的，例如为10nm?2.0 μπι。
[0176]例如在通过旋涂形成抗蚀层132的情况下，在将旋涂器的转速设为1500rpm形成均匀的膜后，以180°C进行4分钟烘焙使之固化，由此可以得到160?170nm的膜厚的抗蚀层132。具体而言，作为抗蚀层132的材料可以使用将日本七'才V社制的ZEP和日本七'才V社制的稀释液ZEP — A按1:1.4的比例混合而成的溶液。
[0177]其次，如图15(c)所示，与抗蚀层132隔开设置模板掩模134。抗蚀层132与模板掩模134之间隔开1.0 μπι?100 μπι的间隙。模板掩模134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 μ m?模板掩模134具有选择性地透过电子线的开口 134a。
[0178]在此，模板掩模134形成为厚度一定的薄板状，例如也可以设置格子状、突条的厚壁部等并局部增大其厚度而增加强度。在本实施方式中，在晶片状的蓝宝石基板102上一并制作与多个发光元件100相对应的凹部102c，通过在III族氮化物半导体的外延成长后进行切割，制造多个发光元件100。因此，可以对应切割片的通过位置而形成模板掩模134的厚壁部。此外，厚壁部可以向蓝宝石基板102侧，也可以向蓝宝石基板102的相反侧突出，进而可以向两侧突出。在向蓝宝石基板102侧突出的情况下，通过使厚壁部的前端与抗蚀层132抵接，能够赋予厚壁部与抗蚀层132的衬垫的功能。
[0179]之后，如图15(c)所示，对模板掩模134照射电子线，将抗蚀层132暴露于通过了模板掩模134的各开口 134a的电子线。具体而言，使用例如10?100 μ C/cm2的电子束在抗蚀层132上转印模板掩模134的图案。此外，电子线由于在模板掩模134上点状地照射，所以实际上通过使电子线扫描，遍及模板掩模134的整个面照射电子线。抗蚀层132为正型，当感光时相对于显影液的溶解度增大。此外，也可以使用负型的抗蚀层132。在此，在抗蚀层132感光时，含于抗蚀层132中的溶剂会挥发，但由于抗蚀层132和模板掩模134之间存在间隙，从而挥发成分容易扩散，能够防止