導(dǎo)電型層、活性層及第二導(dǎo)電型層，只要是在對第一導(dǎo)電型層及第二導(dǎo)電型層施加電壓時(shí)，只要通過電子及空穴的再結(jié)合使活性層發(fā)光，則半導(dǎo)體層的層構(gòu)成就是任意的。
[0058]藍(lán)寶石襯底2的表面作為衍射面2a。藍(lán)寶石襯底2的表面形成有平坦部2b和在平坦部2b上周期地形成的多個(gè)凸部2c。各凸部2c的形狀除設(shè)定為圓錐、多角錐等錐形以夕卜，還可以設(shè)定為將錐的上部切掉的圓錐臺(tái)、多角錐臺(tái)等錐臺(tái)狀。各凸部2c以衍射從發(fā)光層14發(fā)出的光的方式設(shè)計(jì)。本實(shí)施方式中，通過周期性配置的各凸部2c，可以得到光的垂直化作用。在此，光的垂直化作用是指光的強(qiáng)度分布與向衍射面入射前相比，反射及透射之后一方偏向相對于藍(lán)寶石襯底2和半導(dǎo)體層疊部19的界面垂直的方向。
[0059]圖2是表示不同的折射率的界面的光的衍射作用的說明圖，(a)表示在界面反射的狀態(tài)，(b)表示透射界面的狀態(tài)。
[0060]在此，根據(jù)布拉格的衍射條件，在界面反射光的情況下，相對于入射角θ ιη，反射角Θ-應(yīng)滿足的條件為如下式⑴。
[0061]P.nl.(sin Θ in— sin Θ ref) = m.λ (1)
[0062]在此，P為凹部或凸部的周期、nl為入射側(cè)的介質(zhì)的折射率、λ為入射的光的波長、m為整數(shù)。光從半導(dǎo)體層疊部19向藍(lán)寶石襯底2入射時(shí)，nl成為III族氮化物半導(dǎo)體的折射率。如圖2(a)所示，向界面入射的光以滿足上述式(1)的反射角0raf被反射。
[0063]另一方面，根據(jù)布拉格的衍射條件，在界面透射光的情況下，相對于入射角θ ιη，透射角Θ _應(yīng)滿足的條件為如下式(2)。
[0064]P.(nl.sin Θ in— n2.sin Θ out) = m/.λ (2)
[0065]在此，n2為射出側(cè)的介質(zhì)的折射率，m'為整數(shù)。例如，光從半導(dǎo)體層疊部19向藍(lán)寶石襯底2入射時(shí)，n2成為藍(lán)寶石的折射率。如圖2(b)所示，向界面入射的光以滿足上述(2)式的透射角Θ _被透射。
[0066]圖3是表示以凹部或凸部的周期為500nm的情況下的III屬氮化物半導(dǎo)體層和藍(lán)寶石襯底的界面的從半導(dǎo)體層側(cè)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關(guān)系的圖。另外，圖4是表示以凹部或凸部的周期為500nm的情況下的III屬氮化物半導(dǎo)體層和藍(lán)寶石襯底的界面的從半導(dǎo)體層側(cè)向界面入射的光的入射角、和在界面的衍射作用下的反射角的關(guān)系的圖。
[0067]作為向衍射面2a入射的光，與一般的平坦面一樣存在全反射的臨界角。在GaN系半導(dǎo)體層和藍(lán)寶石襯底2的界面，臨界角為45.9°。如圖3所示，在超過臨界角的區(qū)域，可進(jìn)行滿足上述式(2)的衍射條件的m' = 1，2，3，4下的衍射模式下的透射。另外，如圖4所示，在超過臨界角的區(qū)域，可進(jìn)行滿足上述式(1)的衍射條件的m= 1，2，3，4下的衍射模式下的反射。在臨界角為45.9°的情況下，超過臨界角的光輸出約為70%，未超過臨界角的光輸出約為30%。S卩，取出超過臨界角的區(qū)域的光非常有助于LED元件1的光取出效率的提尚。
[0068]在此，在透射角0_比入射角Θ…小的區(qū)域，透過衍射面2a的光相對于藍(lán)寶石襯底2和III族氮化物半導(dǎo)體層的界面以偏垂直的方式角度變化。圖3中用剖面線表示該區(qū)域。如圖3所示，對于透過衍射面2a的光，在超過臨界角的區(qū)域，m' =1，2，3的衍射模式的光在全部的角度域以偏垂直的方式角度變化。m' = 4的衍射模式的光在一部分角度域沒有偏垂直，但用于衍射次數(shù)大的光的強(qiáng)度較小，所以影響小，在該一部分的角度域?qū)嶋H上還以偏垂直角度變化。即，與在半導(dǎo)體層疊部19側(cè)向衍射面2a入射的光的強(qiáng)度分布比較，在藍(lán)寶石襯底2側(cè)透過衍射面2a射出的光的強(qiáng)度分布偏向與半導(dǎo)體層疊部19和藍(lán)寶石襯底2的界面垂直的方向。
[0069]另外，在反射角0raf比入射角Θ…小的區(qū)域，在衍射面2a反射的光相對于藍(lán)寶石襯底2和III族氮化物半導(dǎo)體層的界面以偏垂直的方式角度變化。圖4中用剖面線表示該區(qū)域。如圖4所示，對于在衍射面2a反射的光，在超過臨界角的區(qū)域，m= 1，2，3的衍射模式的光在全部的角度域以偏垂直的方式角度變化。m = 4的衍射模式的光在一部分角度域沒有偏垂直，但由于衍射次數(shù)大的光的強(qiáng)度較小，所以影響小，在該一部分的角度域?qū)嶋H上還以偏垂直的方式角度變化。即，與在半導(dǎo)體層疊部19側(cè)向衍射面2a入射的光的強(qiáng)度分布比較，在半導(dǎo)體層疊部19側(cè)從衍射面2a通過反射射出的光的強(qiáng)度分布偏向與半導(dǎo)體層疊部19和藍(lán)寶石襯底2的界面垂直的方向。
[0070]圖5是表示元件內(nèi)部的光的前進(jìn)方向的說明圖。
[0071]如圖5所示，從發(fā)光層14發(fā)出的光中，超過臨界角向藍(lán)寶石襯底2入射的光，比由衍射面2a入射時(shí)更向偏垂直的方向透射及反射。即，透射衍射面2a后的光以偏向垂直進(jìn)行了角度變化的狀態(tài)下向藍(lán)寶石襯底2的背面入射。另外，由衍射面2a反射的光以偏向垂直進(jìn)行了角度變化的狀態(tài)由P側(cè)電極27及η側(cè)電極28反射后，再次入射到衍射面2a。這時(shí)的入射角比以前的入射角更偏向垂直。其結(jié)果是，能夠使向藍(lán)寶石襯底2的背面入射的光偏向垂直。
[0072]圖6是LED元件的局部放大示意性剖面圖。
[0073]如圖6所示，ρ側(cè)電極27具有形成于ρ型GaN層18上的擴(kuò)散電極21、形成于擴(kuò)散電極21上的規(guī)定區(qū)域的電介體多層膜22、形成于電介體多層膜22上的金屬電極23。擴(kuò)散電極21全面地形成于ρ型GaN層18，例如，由IT0(Indium Tin Oxide)等透明材料構(gòu)成。另外，電介體多層膜22重復(fù)多對折射率不同的第一材料22a和第二材料22b而構(gòu)成。電介體多層膜22例如將第一材料22a采用Zr02 (折射率:2.18)，第二材料22b采用Si02 (折射率:1.46)，可以將對數(shù)設(shè)為5。此外，也可以使用與ZrOjP S1 2不同的材料構(gòu)成電介體多層膜22，例如，也可以使用A1N(折射率:2.18)、Nb203 (折射率:2.4)、Ta203 (折射率:2.35)等。金屬電極23被覆電介體多層膜22，例如，由A1等金屬材料構(gòu)成。金屬電極23通過形成于電介體多層膜22的通孔22a與擴(kuò)散電極21電連接。
[0074]如圖6所示，η側(cè)電極28從ρ型GaN層18蝕刻η型GaN層12，形成于露出的η型GaN層12上。η側(cè)電極28具有形成于η型GaN層12上的擴(kuò)散電極24、形成于擴(kuò)散電極24上的規(guī)定區(qū)域的電介體多層膜25、形成于電介體多層膜25上的金屬電極26。擴(kuò)散電極24全面地形成于η型GaN層12，例如，由IT0(Indium Tin Oxide)等透明材料構(gòu)成。另外，電介體多層膜25重復(fù)多對折射率不同的第一材料25a和第二材料25b構(gòu)成。電介體多層膜25例如第一材料25a采用Zr02 (折射率:2.18)，第二材料25b采用Si02 (折射率:1.46)，可以將對數(shù)設(shè)為5。此外，也可以使用與ZrOjP S1 2不同的材料構(gòu)成電介體多層膜25，例如，也可以使用A1N(折射率:2.18)、Nb203(折射率:2.4)、Ta203(折射率:2.35)等。金屬電極26被覆電介體多層膜25，例如，由A1等金屬材料構(gòu)成。金屬電極26通過形成于電介體多層膜25的通孔25a與擴(kuò)散電極24電連接。
[0075]在該LED元件1中，ρ側(cè)電極27及η側(cè)電極28形成反射部。ρ側(cè)電極27及η側(cè)電極28分別越接近于垂直角度，反射率越高。向反射部除入射從發(fā)光層14發(fā)出并直接入射的光外，還入射由藍(lán)寶石襯底2的衍射面2a反射并相對于界面以偏垂直的方式角度變化的光。即，向反射部入射的光的強(qiáng)度分布與藍(lán)寶石襯底2的表面為平坦面的情況比較，為偏向垂直的狀態(tài)。
[0076]圖7是表不反射部的反射率的一個(gè)例子的圖。在圖7的例子中，將形成于ΙΤ0上的電介體多層膜通過Zr0#PSi02的組合，將對數(shù)設(shè)為5，與電介體多層膜重疊而形成A1層。如圖7所示，在入射角從0度?45度的角度域?qū)崿F(xiàn)98%以上的反射率。另外，在入射角從0度?75度的角度域?qū)崿F(xiàn)90%以上的反射率。這樣，電介體多層膜和金屬層的組合對相對于界面偏垂直的光為有利的反射條件。另外，在ΙΤ0上只形成有A1層的情況，可確認(rèn)大致84%的穩(wěn)定的反射率，而與入射角無關(guān)。
[0077]接著，參照圖8對藍(lán)寶石襯底2進(jìn)行詳細(xì)說明。圖8表示藍(lán)寶石襯底，(a)是示意性立體圖，(b)是表示A — A剖面的示意性說明圖。
[0078]如圖8(a)所示，衍射面2a俯視以各凸部2c的中心成為等邊三角形的頂點(diǎn)的位置的方式，以規(guī)定的周期在假想的三角格子的交點(diǎn)排列形成。另外，在此所說的周期，說的是鄰接的凸部2c的高度的峰值位置的距離。在本實(shí)施方式中