JP5374002B1 - 窒化物半導体発光装置 - Google Patents

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Abstract

半導体発光装置は、実装基板１０１の実装面上に保持され、成長面が非極性面又は半極性面であり、且つ偏光光を発する半導体発光チップ１００と、平面視において半導体発光チップを囲むように設けられ、偏光光を反射する反射面を有するリフレクタ１２０と、実装基板１０１の実装面上に保持され、リフレクタ１２０を半導体発光チップ１００の周囲で回転自在に保持する連結具１３０とを有している。

Description

本発明は、実装基板の実装面上に保持され、成長面が非極性面又は半極性面であり、且つ偏光光を発する半導体発光チップと、偏光光を反射する反射面を有する反射部材と、該反射部材を保持する連結具とを備えた窒化物半導体発光装置に関する。
Ｖ族元素に窒素（Ｎ）を含む窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素子の材料として有望視されている。なかでも、窒化ガリウム系化合物半導体の研究が盛んに行われており、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色発光ダイオード（ＬＥＤ）素子及び緑色ＬＥＤ素子、並びに青色半導体レーザ素子も実用化されている。
窒化ガリウム系化合物半導体は、ガリウム（Ｇａ）の一部を、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）の少なくとも一方で置換した化合物半導体を含む。このような窒化物半導体は、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（但し、０≦ｘ，ｚ＜１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）で表される。以下、窒化ガリウム系化合物半導体をＧａＮ系半導体と呼ぶ。
ＧａＮ系半導体は、ＧａをＡｌやＩｎで置換することにより、そのバンドギャップをＧａＮのバンドギャップよりも大きくすることも小さくすることも可能である。これにより、青色又は緑色等の短波長の光のみならず、オレンジ色又は赤色等の長波長の光を発光させることも可能となる。このような特徴から、窒化物半導体発光素子は、画像表示装置及び照明装置等に応用することも期待されている。
窒化物半導体はウルツ鉱型結晶構造を有している。図１（ａ）、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、ウルツ鉱型結晶構造の面方位を４指数表記（六方晶指数）で表している。４指数表記では、ａ１、ａ２、ａ３及びｃで表される基本ベクトルを用いて結晶面及びその面方位が表される。基本ベクトルｃは、［０００１］方向に延びており、この方向の軸は「ｃ軸」と呼ばれる。ｃ軸に垂直な面（ｐｌａｎｅ）は「ｃ面」又は「（０００１）面」と呼ばれる。図１（ａ）には、ｃ面の他に、ａ面「＝（１１−２０）面」及びｍ面「＝（１−１００）面」を示している。また、図１（ｂ）には、ｒ面「＝（１−１０２）面」を示し、図１（ｃ）には、（１１−２２）面を示している。なお、本明細書においては、ミラー指数を表すカッコ内の数字の左側に付された符号「−」は、その指数の反転を便宜的に表している。
図２（ａ）はＧａＮ系半導体の結晶構造を棒球モデルで表している。図２（ｂ）はｍ面表面付近の原子配列をａ軸方向から観察した棒球モデルである。ｍ面は、図２（ｂ）の紙面に垂直である。図２（ｃ）は、＋ｃ面表面の原子配列をｍ軸方向から観察した棒球モデルである。ｃ面は、図２（ｃ）の紙面に垂直である。図２（ａ）及び図２（ｂ）から分かるように、ｍ面に平行な平面上にＮ原子及びＧａ原子が位置している。これに対して、ｃ面では、図２（ａ）及び図２（ｃ）から分かるように、Ｇａ原子のみが配置される層と、Ｎ原子のみが配置される層とが形成される。
従来から、ＧａＮ系半導体を用いて半導体素子を作製する場合は、窒化物半導体結晶を成長させる基板として、ｃ面基板すなわち（０００１）面を主面とする基板が用いられている。この場合、Ｇａ原子及びＮ原子の配置に起因して、窒化物半導体にはｃ軸方向に自発的な分極（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が形成される。このため、「ｃ面」は「極性面」とも呼ばれる。分極の結果、窒化物半導体発光素子の発光層を構成するＩｎＧａＮからなる量子井戸層には、ｃ軸方向に沿ってピエゾ電界が発生する。発生したピエゾ電界により、発光層内における電子及びホールの分布に位置ずれが生じ、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果によって、発光層の内部量子効率が低下するという問題がある。この発光層における内部量子効率の低下を抑制するため、（０００１）面に形成される発光層の厚さは３ｎｍ以下となるように設計されている。
さらに近年、非極性面と呼ばれるｍ面若しくはａ面、又は半極性面と呼ばれる−ｒ面若しくは（１１−２２）面を主面とする基板を用いて、発光素子を作製することが検討されている。図１に示すように、ウルツ鉱型結晶構造におけるｍ面はｃ軸に平行であり、ｃ面と直交する６つの等価な面である。例えば、図１において［１−１００］方向に垂直な（１−１００）面がｍ面に該当する。（１−１００）面と等価な他のｍ面には、（−１０１０）面、（１０−１０）面、（−１１００）面、（０１−１０）面及び（０−１１０）面がある。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ｍ面においては、Ｇａ原子及びＮ原子は同一原子面上に存在するため、ｍ面に垂直な方向に分極は発生しない。このため、ｍ面を成長面とする半導体積層構造を用いて発光素子を作製すれば、発光層にピエゾ電界が発生せず、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果による内部量子効率の低下という問題を解決することができる。このことは、ｍ面以外の非極性面であるａ面でも同様であり、また、半極性面と呼ばれる−ｒ面又は（１１−２２）面でも類似の効果を得ることができる。
ｍ面若しくはａ面、又は−ｒ面若しくは（１１−２２）面を成長面とする活性層を有する窒化物半導体発光素子は、その価電子帯の構造に由来した偏光特性を有している。
例えば、特許文献１には、パッケージから出射される光のチップ配置面の面内の方位角の違いによる強度の差を低減するために、主面１２ａを有する発光層１２を含む発光ダイオードチップ１０と、発光ダイオードチップ１０が配置されるチップ配置面２１ａを有するパッケージ２０とを備え、発光層１２の主面１２ａから出射される光は、発光層１２の主面１２ａの面内の方位角に依存して複数の異なる発光強度を有し、発光ダイオードチップ１０及びパッケージ２０の少なくとも一方は、パッケージ２０から出射される光のチップ配置面１２ａの面内の方位角の違いによる強度の差を低減する構造を有する発光ダイオード装置が記載されている。
また、特許文献２には、偏光光の乱れを防止するために、発光素子が実装された内面の少なくとも一部を鏡面にする発光装置が記載されている。
また、特許文献３には、高い偏光比の偏光光を出射する発光装置を実現するために、第１端面及び第２端面からそれぞれ第１偏光及び第２偏光を発する発光素子と、第１端面と平行に対向する第１内壁面に向けて、第２偏光を反射させる第２内壁面を有するパッケージからなる発光装置が記載されている。
特開２００８−１０９０９８号公報 特開２００９−３８２９３号公報 特開２００９−８８３５３号公報
前記従来の非極性面又は半極性面を成長面とする活性層を有する窒化物半導体発光装置においては、出射光の配光分布特性及び偏光特性に対する、より適切な制御が求められていた。
本発明は、上記に鑑みてなされ、その目的は、出射光の配光分布特性及び偏光特性をより適切に制御することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様は、実装基板と、実装基板の実装面上に保持され、成長面が非極性面又は半極性面であり、且つ偏光光を発する半導体発光チップと、平面視において半導体発光チップを囲むように設けられ、偏光光を反射する反射面を有する反射部材と、実装基板の実装面上に保持され、反射部材を半導体発光チップの周囲で回転自在に保持する連結具とを備えている。
本発明に係る半導体発光装置によると、配光分布特性及び偏光度特性をより適切に制御することができる。特に、配光角の制御に加え、偏光度が維持された発光光と偏光度が低減された発光光とを任意に選択することができる。
図１（ａ）はウルツ鉱型結晶構造の基本ベクトルａ１、ａ２、ａ３及びｃと、ａ面、ｃ面及びｍ面とを示す斜視図である。図１（ｂ）はウルツ鉱型結晶構造のｒ面を示す斜視図である。図１（ｃ）はウルツ鉱型結晶構造の（１１−２２）面を示す斜視図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）はＧａＮ系半導体の結晶構造を棒球モデルで示した図である。 図３（ａ）は偏光特性及び配光分布特性の測定に関して、半導体発光チップからの光の偏光方向、測定平面Ｌ及び方位角χの関係を示す斜視図である。図３（ｂ）は法線がｍ軸で、Ｌ０平面における偏光方向、測定平面Ｌ及び方位角χの関係を示す斜視図である。図３（ｃ）は法線がｍ軸で、Ｌ４５平面における偏光方向、測定平面Ｌ及び方位角χの関係を示す斜視図である。図３（ｄ）は法線がｍ軸で、Ｌ９０平面における偏光方向、測定平面Ｌ及び方位角χの関係を示す斜視図である。 図４（ａ）は一実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は一実施形態に係る窒化物半導体発光装置における効果を説明する模式図であり、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のＺ−Ｚ’線における断面図である。 図６は一実施形態に係る窒化物半導体発光装置を構成するリフレクタにおける、角度θ１ｘと角度θ１ｙとが同一の場合における角度θ１ｚとの関係を示すグラフである。 図７（ａ）〜図７（ｃ）は一実施形態に係る窒化物半導体発光装置における他の効果を説明する模式図であり、図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＺ−Ｚ’線における断面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。 図８は一実施形態に係る窒化物半導体発光装置におけるリフレクタを角度θ２だけ回転させた状態を示す平面図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す窒化物半導体発光装置に偏光制御部材を設けた一例を示す平面図及び断面図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す窒化物半導体発光装置に偏光制御部材を設けた他の例を示す平面図及び断面図である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す窒化物半導体発光装置に偏光制御部材を設けたさらに他の例を示す平面図及び断面図である。 図１２は一実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。 図１３は一実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。 図１４は一実施形態の第３変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。 図１５（ａ）は一実施形態の第４変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。 図１６（ａ）は一実施形態の第５変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。 図１７（ａ）は一実施形態の第６変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。 図１８（ａ）は一実施形態の第７変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。 図１９（ａ）は一実施形態の第８変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。 図２０（ａ）〜図２０（ｃ）はリフレクタにおける反射面の形状の変形例を示す模式的な平面図である。 図２１は第１実施例に係るリフレクタＳ１を有する窒化物半導体発光装置を示す平面図及び断面図である。 図２２は第１実施例に係るアルミニウム製リフレクタの反射面の反射率特性を示す図である。 図２３（ａ）は角度θ２が０°に設定されたリフレクタＳ１を有する窒化物半導体発光装置の偏光度特性を示す図である。図２３（ｂ）は角度θ２が０°に設定されたリフレクタＳ１を有する窒化物半導体発光装置の配光分布特性を示す図である。 図２４（ａ）は角度θ２が４５°に設定されたリフレクタＳ１を有する窒化物半導体発光装置の偏光度特性を示す図である。図２４（ｂ）は角度θ２が４５°に設定されたリフレクタＳ１を有する窒化物半導体発光装置の配光分布特性を示す図である。 図２５は第１実施例に係る角度θ２と法線方向の偏光度との関係を示す図である。 図２６は第１実施例に係る角度θ２と法線方向の規格化偏光度との関係を示す図である。 図２７は第２実施例に係る角度θ２と法線方向の偏光度との関係を示す図である。 図２８は第２実施例に係る角度θ２と法線方向の規格化偏光度との関係を示す図である。 図２９（ａ）は比較例１に係る半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図２９（ｂ）は図２９（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。 図３０（ａ）は比較例１に係る半導体発光装置の偏光度特性を示す図である。図３０（ｂ）は比較例１に係る半導体発光装置の配光分布特性を示す図である。 図３１（ａ）は比較例２に係る半導体発光装置の偏光度特性を示す図である。図３１（ｂ）は比較例２に係る半導体発光装置の配光分布特性を示す図である。
一実施形態に係る半導体発光装置は、実装基板と、実装基板の実装面上に保持され、成長面が非極性面又は半極性面であり、且つ偏光光を発する半導体発光チップと、平面視において半導体発光チップを囲むように設けられ、偏光光を反射する反射面を有する反射部材と、実装基板の実装面上に保持され、反射部材を半導体発光チップの周囲で回転自在に保持する連結具とを備えている。
一実施形態において、連結具には、反射部材の外環部と対向し、且つ実装面と平行に延びる凹部が設けられ、反射部材の外環部には、連結具の凹部と勘合する凸部が設けられていてもよい。
一実施形態において、連結具には、反射部材の外環部と対向する凸部が設けられ、反射部材の外環部には、実装面と平行に延び、且つ連結具の凸部と勘合する凹部が設けられていてもよい。
一実施形態において、連結具を実装面に垂直な方向から見た平面形状は、環状であってもよい。
一実施形態において、連結具は、実装面に垂直な方向に延びる、少なくとも３本の柱状部材により構成されていてもよい。
一実施形態において、連結具と反射部材とは、凸部と凹部との嵌合部を除いて、接触していなくてもよい。
一実施形態において、連結具は、反射部材の底部と対向する位置に設けられており、反射部材の底部には、凸部又は環状の凹部が設けられ、連結具の上部には、反射部材の凸部又は凹部と勘合する環状の凹部又は凸部が設けられていてもよい。
一実施形態において、反射部材の外環部を駆動する回転機構部をさらに備えていてもよい。
一実施形態において、反射部材の上面及び連結具の上面のうち少なくとも反射部材の上面には、偏光光の偏光方向に対する反射面の角度が特定可能なマーカが設けられていてもよい。
一実施形態において、反射部材の上面及び連結具の上面のうち少なくとも反射部材の上面には、偏光光の偏光方向に対する反射面の角度を固定するストッパが設けられていてもよい。
一実施形態において、反射部材は複数の反射面を有し、該複数の反射面は、実装面に垂直な方向から見た平面視において正方形状に配置されていてもよい。
一実施形態において、反射部材は複数の反射面を有し、該複数の反射面は、実装面に垂直な方向から見た平面視において長方形形状に配置されていてもよい。
一実施形態において、反射部材は複数の反射面を有し、該複数の反射面は、実装面に垂直な方向から見た平面視において正方形状に配置されており、偏光光の偏光方向と反射面が形成する形状の一辺とがなす角度をθ２とした場合に、角度θ２は、０°以上且つ１０°以下、又は８０°以上且つ９０°以下に設定可能なようにマーカ及びストッパの少なくとも一方が設けられていてもよい。
一実施形態において、反射部材は複数の反射面を有し、該複数の反射面は、実装面に垂直な方向から見た平面視において正方形状に配置されており、偏光光の偏光方向と反射面が形成する形状の一辺とがなす角度をθ２とした場合に、角度θ２は、３０°以上且つ６０°以下に設定可能なようにマーカが設けられていてもよい。
一実施形態において、反射面における半導体発光チップの成長面に垂直な方向の断面視は、直線若しくは曲線又はこれらの組み合わせによって構成されており、反射面の断面視において、反射面と半導体発光チップの成長面の法線方向とがなす角度を算術平均傾斜角度Δθ１で定義した場合に、算術平均傾斜角度Δθ１は、２０°以上且つ４０°以下であってもよい。
一実施形態において、反射面の表面の凹凸の高さは、１００ｎｍ以下であってもよい。
一実施形態において、反射部材の上に保持され、且つ、偏光光の入射方向によって偏光度が変化する偏光制御部材をさらに備えていてもよい。
一実施形態において、偏光制御部材は、偏光板であってもよい。
一実施形態において、偏光制御部材は、表面にストライプ状の凹凸が形成された透光性部材であってもよい。
一実施形態において、偏光制御部材は、シリンドリカル状の透光性部材であってもよい。
一実施形態において、反射面は、反射部材に平面視において楕円形状又は多角形状に設けられていてもよい。
一実施形態において、反射面は、反射部材に平面視において長方形状に設けられていてもよい。
一実施形態において、反射面は、反射部材に平面視において正方形状に設けられていてもよい。
ところで、ｍ面を成長面とする窒化物半導体活性層は、主としてａ軸方向に電界強度が偏った光を出射する。発光素子が偏光光を発する場合は、偏光方向と垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すことが理論的に予測される。すなわち、発光素子の放射パターン（配光分布）が不均一となる。また、−ｒ面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面及び（１１−２２）面等の半極性面、並びにａ面等の他の非極性面においても窒化物半導体の特定の結晶方向に電界強度が偏った光を出射し、偏光方向と垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すことが理論的に予測される。
ａ面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、ｍ軸であることが知られている。従って、ｍ軸に垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すと予測される。
半極性面である（２０−２−１）面及び（２０−２１）面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、［−１２−１０］方向であることが知られている。従って、［−１２−１０］方向に垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すと予測される。
半極性面である（１０−１−３）面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が大きい場合には［−１２−１０］方向であり、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が小さい場合には［１１−２３］方向であることが知られている。従って、活性層のＩｎの組成が大きい場合には［−１２−１０］方向に垂直な方向に対して発光強度が大きくなり、活性層のＩｎの組成が小さい場合には［１１−２３］方向に垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すと予測される。
半極性面である（１１−２２）面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が大きい場合にはｍ軸方向であり、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が小さい場合には［−１−１２３］方向であることが知られている。従って、活性層のＩｎの組成が大きい場合には、ｍ軸に垂直な方向に対して発光強度が大きくなり、活性層のＩｎの組成が小さい場合には、［−１−１２３］方向に垂直な方向に対して発光強度が大きくなるような配光分布を示すと予測される。
本明細書においては、特定の方向に電界強度が偏った光を「偏光光（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ）」と称する。例えばＸ軸方向に電界強度が偏った光を「Ｘ軸方向の偏光光」と称し、このときのＸ軸方向を「偏光方向」と称する。なお、「Ｘ軸方向の偏光光」とは、Ｘ軸方向に偏光した直線偏光光のみを意味するものではなく、他の軸方向に偏光した直線偏光光を含んでいてもよい。より詳細には、「Ｘ軸方向の偏光光」とは、「Ｘ軸方向に偏光透過軸を有する偏光子」を透過する光の強度（電界強度）が「他の軸方向に偏光透過軸を有する偏光子」を透過する光の電界強度よりも大きくなる光を意味する。従って、「Ｘ軸方向の偏光光」は、Ｘ軸方向に偏光した直線偏光光及び楕円偏光光のみならず、種々の方向に偏光した直線偏光光及び楕円偏光光が混在した非コヒーレント光を広く含む。
偏光子の偏光透過軸を光軸の周りに回転させたとき、その偏光子を透過する光の電界強度が最も大きくなるときの強度をＩｍａｘとし、電界強度が最も小さくなるときの強度をＩｍｉｎとするとき、光の偏光度は、以下の式（Ａ）で定義される。
式（Ａ）
偏光度＝｜Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ｜／｜Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ｜
「Ｘ軸方向の偏光光」の場合は、偏光子の偏光透過軸がＸ軸に平行なとき、その偏光子を透過する光の電界強度がＩｍａｘとなり、偏光子の偏光透過軸がＹ軸に平行なとき、その偏光子を透過する光の電界強度がＩｍｉｎとなる。完全な直線偏光光では、Ｉｍｉｎ＝０となるため、偏光度は１に等しくなる。一方、完全な非偏光光では、Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ＝０となるため、偏光度は０に等しくなる。
ｍ面を成長面とする活性層を有する窒化物半導体発光素子は、上述のように、主としてａ軸方向の偏光光を出射する。このとき、ｃ軸方向の偏光光及びｍ軸方向の偏光光も出射される。しかしながら、ｃ軸方向の偏光光及びｍ軸方向の偏光光は、ａ軸方向の偏光光と比べてその強度が小さい。
本明細書においては、ｍ面を成長面とする活性層を例に挙げ、ａ軸方向の偏光光に着目して議論するが、−ｒ面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面及び（１１−２２）面等の半極性面、並びにａ面等の他の非極性面でも特定の結晶方向の偏光光について同様のことがいえる。
本発明において、「ｍ面」とは、ｍ面に対して完全に平行な面のみだけでなく、ｍ面から±５°程度以下の角度だけ傾斜した面をも含む。また、本発明の「ｍ面」は、ステップ状の複数のｍ面領域を含む面をも含む。ｍ面から僅かに傾斜する程度では、自発分極の影響は極めて小さい。また、ｍ面から僅かに傾斜する面は、微視的には、多数のｍ面領域がステップ状に存在し、傾きのないｍ面と同様の性質を有する。一方、結晶成長技術において、結晶方位が所望の方位と厳密に一致した基板から僅かに傾斜した基板上の方が半導体層をエピタキシャル成長させやすい場合がある。従って、自発分極の影響を十分に抑制しながら、エピタキシャル成長する半導体層の結晶の品質を向上させたり、結晶成長速度を高めたりするために、結晶面を僅かに傾斜させることが有用な場合もある。
また、「ａ面」、「（２０−２１）面」、「（２０−２−１）面」、「（１０−１−３）面」、「−ｒ面」及び「（１１−２２）面」についても同様のことがいえるので、本明細書において、「ａ面」、「（２０−２１）面」、「（２０−２−１）面」、「（１０−１−３）面」、「−ｒ面」及び「（１１−２２）面」とは、ａ面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面、−ｒ面、及び（１１−２２）面に対して完全に平行な面のみだけでなく、ａ面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面、−ｒ面、及び（１１−２２）面から、±５°程度以下の角度だけ傾斜した面をも含む。
窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体からなる半導体発光チップと、リフレクタとを備える。リフレクタは、キャビティと呼ばれる場合がある。窒化物半導体発光装置は、実装基板の上に配置される。実装基板は、パッケージと呼ばれる場合がある。実装基板のうち半導体発光チップが保持される面を実装面と呼ぶ。リフレクタは、半導体発光チップから出射した光の向きを変える反射面を有する。
従来、偏光光を発する半導体発光チップに関して、配光分布特性の方位角依存性と偏光度特性における方位角特性とは、十分に調べられておらず、リフレクタの反射面が配光分布特性と偏光度特性とに与える影響は、明らかにされていなかった。
上記の特許文献１には、光の配光分布特性の非対称性を改善する目的で、半導体発光チップの配置方法、実装面及びリフレクタの表面の形状が記載されているが、偏光度特性に関しては、なんら考慮されていない。
上記の特許文献２には、光の偏光度を維持する目的で、リフレクタの反射面を鏡面にする構造が記載されているが、配光分布特性に関してはなんら考慮されていない。
上記の特許文献３には、光の偏光度を高める目的で、窒化物半導体発光チップの第２端面から出射した光の偏光方向を、第１端面から出射した光の偏光方向に揃えるためのリフレクタ構造が記載されているが、配光分布特性に関してはなんら考慮されていない。
＜偏光光を発する半導体発光チップの偏光度特性と配光分布特性に関して＞
実施形態の説明に先立って、偏光光を発する半導体発光チップの偏光度特性と配光分布特性とに関して説明する。
まず、窒化物半導体からなる半導体発光チップ１００から出射する光の方位の定義と、配光分布特性及び偏光度特性の測定方法とに関して、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）及び図３（ｄ）を用いて説明する。まず、半導体発光チップ１００に含まれる活性層の成長面であるｍ面に垂直な方向をＺ軸とし、活性層から出射する光の偏光方向をＸ軸とし、Ｚ軸及びＸ軸に共に垂直な方向をＹ軸とする。Ｚ軸は、法線方向とも呼ぶ。活性層の成長面がｍ面の場合には、Ｚ軸はｍ軸と対応し、Ｘ軸はａ軸と対応し、Ｙ軸はｃ軸と対応する。
活性層１０６に対して垂直に交わる平面Ｌを定義する。平面Ｌが偏光方向、すなわちＸ軸に対してなす角度をφ（ファイ）と定義し、φが特定の値φ１（単位：度［°］）である場合の平面ＬをＬφ１平面と定義する。さらに、Ｌφ１平面上において、Ｚ軸方向（法線方向）と放射光がなす角度を方位角χ（カイ）と定義する。また、Ｌφ１平面によって配光分布特性の測定面を定義し、方位角χによって測定方位角を定義する。また、Ｌφ１平面が断面である場合の断面視を「Ｌφ１平面における断面視」と呼ぶ。
図３（ｂ）、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、活性層の成長面がｍ面である場合の具体例を示している。
図３（ｂ）は、活性層の成長面がｍ面で、Ｌ０平面における配光分布特性及び偏光度特性の測定軸を示している。この場合、Ｌ０平面は、ｍ軸とａ軸とがなす平面と対応する。
図３（ｃ）は、活性層の成長面がｍ面で、Ｌ４５平面における配光分布特性及び偏光度特性の測定軸を示している。この場合、Ｌ４５平面は、ｍ軸を含み、且つａ軸から４５°傾いた平面と対応する。
図３（ｄ）は、活性層の成長面がｍ面で、Ｌ９０平面における配光分布特性及び偏光度特性の測定軸を示している。この場合、Ｌ９０平面は、ｍ軸とｃ軸とがなす平面と対応する。
偏光光を発する活性層を備えた半導体発光チップ１００から出射する光は、Ｌ０平面、Ｌ４５平面及びＬ９０平面の各測定面において、配光分布特性及び偏光度特性は非対称となる。この現象は、後述する比較例において、その詳細を説明する。
配光分布特性に注目すると、Ｌ４５平面及びＬ９０平面の特性は類似した特性を示し、χが−８０°以上且つ−１０°以下の範囲、及び１０°以上且つ８０°以下の範囲の光強度は、χ＝０°、すなわち法線方向の光強度よりも極めて大きい光強度を示す。
偏光度特性に注目すると、Ｌ９０平面の特性は、方位角χが−８０°以上且つ＋８０°以下の範囲において、光強度が大きく、且つ高い偏光度を維持する。Ｌ０平面の特性は、方位角χが０°において光の偏光度が最大となり、方位角χが高角度側では緩やかに光の偏光度が低下する。Ｌ４５平面の特性では、方位角χが０°において光の偏光度が最大となる点はＬ０平面の特性に類似している。しかし、方位角χが高角度側での光の偏光度の低下が顕著であり、方位角χが−４０°以下及び４０°以上の範囲の光の偏光度は、χ＝０°の光の偏光度のほぼ２分の１以下にまで減少する。さらに、Ｌ４５平面の特性では、方位角χが−５０°以下及び５０°以上の範囲の光の偏光度は、χ＝０°の光の偏光度のほぼ３分の１以下にまで減少する。このような配光分布特性及び偏光度特性の方位角依存性は、これまで知られていなかった。
本発明者らは、配光分布特性及び偏光度特性の方位角依存性という新たな特性に基づいて、本実施形態に想到した。すなわち、Ｌ９０平面で方位角χが−８０°以上且つ８０°以下の範囲に放射される光は、光強度が大きく、且つ偏光度が高いという性質に注目した。さらに、Ｌ４５平面で方位角χが−８０°以上且つ−４０°以下の範囲、及び方位角χが４０°以上且つ８０°以下の範囲に放射される光は、光強度が極めて大きく、光の偏光度が低いという性質に注目した。
すなわち、Ｌ９０平面で方位角χが−８０°以上且つ８０°以下の範囲に放射される光を法線方向に集光することにより、法線方向の光の偏光度を維持することが可能となる。さらに、Ｌ４５平面で方位角χが−８０°以上且つ−４０°以下の範囲、及び４０°以上且つ８０°以下の範囲に放射される光を法線方向に集光しないことにより、法線方向の光の偏光度の低減を抑制することが可能となる。
一方、Ｌ４５平面で方位角χが−８０°以上且つ−４０°以下、及び方位角χが４０°以上且つ８０°以下の範囲に放射される光は、光強度が極めて大きく、光の偏光度が低いという性質にも注目した。
すなわち、Ｌ４５平面で方位角χが−８０°以上且つ−４０°以下、及び４０°以上且つ８０°以下の範囲の出射光を法線方向に集めることにより、法線方向の光強度を大きくしながら、光の偏光度を低減することが可能となる。さらには、Ｌ４５平面で−８０°以上且つ−５０°以下、及び方位角χが５０°以上且つ８０°以下の範囲の出射光を法線方向に集めることにより、法線方向の光強度を大きくしながら光の偏光度を、より低減することが可能となる。
（一実施形態）
一実施形態に係る窒化物半導体発光装置について図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照しながら説明する。
図４（ａ）は本実施形態に係る窒化物半導体発光装置の平面構成を示し、図４（ｂ）はＸ−Ｘ’線における断面構成を示している。Ｘ−Ｘ’線における断面はＬ０平面に相当する。本実施形態に係る窒化物半導体発光装置は、実装基板１０１と、該実装基板１０１の上に実装され、偏光光を放出する半導体発光チップ１００と、該半導体発光チップ１００の周囲に複数の反射面が形成された反射部材であるリフレクタ１２０と、実装基板１０１の上に保持され、リフレクタ１２０を半導体発光チップ１００の周囲で回転自在に保持する回転機構部１５０とを備えている。本実施形態においては、回転機構部１５０は、リフレクタ１２０と、該リフレクタ１２０の側面及び底面を支持する連結具１３０とから構成される。
図４（ｂ）に示すように、半導体発光チップ１００は、ｍ面を主面且つ成長面とするＧａＮ層（以下、ｍ面ＧａＮ層と呼ぶ。）を有する基板１０４と、基板１０４におけるＧａＮ層の主面上に形成されたｎ型窒化物半導体層１０５と、ｎ型窒化物半導体層１０５の上に形成された窒化物半導体からなる活性層１０６と、活性層１０６の上に形成されたｐ型窒化物半導体層１０７と、ｐ型窒化物半導体層１０７の上に接するように形成されたｐ側電極１０８と、露出されたｎ型窒化物半導体層１０５の上に接するように形成されたｎ側電極１０９とを含む。活性層１０６は、非極性面又は半極性面を成長面に有し、偏光光を出射する。なお、本実施形態においては、半導体発光チップ１００には、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを用いることができる。以下の変形例においても同様である。
ｎ型窒化物半導体層１０５、活性層１０６及びｐ型窒化物半導体層１０７の成長面は、ｍ面にほぼ平行となる。すなわち、これらの層は、ｍ軸方向に積層されている。ｎ型窒化物半導体層１０５と活性層１０６との間には、他の層が形成されていてもよい。また、活性層１０６とｐ型窒化物半導体層１０７との間に他の層が形成されていてもよい。ここで、窒化物半導体として、ＧａＮ系半導体を例に挙げて説明する。ＧａＮ系半導体は、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（但し、０≦ｘ，ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）で表される半導体を含む。
半導体発光チップ１００は、そのｐ側電極１０８及びｎ側電極１０９を、実装基板１０１の実装面上に配置された配線電極１０２と対向させて実装されている。すなわち、半導体発光チップ１００は、実装基板１０１上の２つの配線電極１０２とそれぞれバンプ１０３を介在させて電気的に接続され且つ保持されている。このような構成は、フリップチップ構造と呼ばれる。配線電極１０２の一方は、ｐ側電極１０８と接続され、その他方は、ｎ側電極１０９と接続されている。但し、フリップチップ構造は、一例に過ぎず、基板１０４を実装面に実装し、ｐ側電極１０８及びｎ側電極１０９を実装基板１０１の上方に向けるジャンクションアップ構造、フェイスアップ構造等であってもよく、半導体発光チップ１００における実装形態は適宜選択することができる。実装基板１０１を構成する主材料には、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ガラスエポキシ基板等の絶縁性材料、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）若しくはタングステン（Ｗ）等を含む金属材料、シリコン（Ｓｉ）若しくはゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料、又はこれらの複合材料等を用いることができる。配線電極１０２を構成する材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）等の金属を用いることができる。
基板１０４は、ＧａＮ層のみで構成されていてもよく、また、ＧａＮ層以外の層を含んでいてもよい。ＧａＮ層以外の層は、ｍ面ＧａＮ基板、ｍ面ＳｉＣ基板、ｒ面サファイア基板、ｍ面サファイア基板又はａ面サファイア基板であってもよい。さらに、基板１０４は除去されていてもよい。
ｎ型窒化物半導体層１０５は、例えばｎ型のＡｌｕＧａｖＩｎｗＮ（但し、０≦ｕ，ｖ，ｗ≦１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）から形成される。ｎ型ドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）を用いることができる。
活性層１０６は、ＩｎＹＧａ１−ＹＮからなる複数の障壁層（但し、０≦Ｙ＜１）と、該障壁層によりその上下を挟まれたＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる少なくとも１つの井戸層（但し、０＜Ｘ≦１）とを含む。活性層１０６に含まれる井戸層は単一層であってもよい。また、活性層１０６は、井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有していてもよい。半導体発光チップ１００から放射される光の波長は、井戸層の半導体組成であるＩｎｘＧａ１−ｘＮ半導体におけるＩｎの組成比ｘによって決まる。
ｐ型窒化物半導体層１０７は、例えばｐ型のＡｌｓＧａｔＮ（但し、０≦ｓ，ｔ≦１、ｓ＋ｔ＝１）半導体から形成される。ｐ型ドーパントとして、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を用いることができる。ｐ型ドーパントは、Ｍｇ以外に、例えば亜鉛（Ｚｎ）又はベリリウム（Ｂｅ）等を用いてもよい。ｐ型窒化物半導体層１０７において、Ａｌの組成比ｓは、厚さ方向に一様であってもよく、また、Ａｌの組成比ｓが厚さ方向に連続的に又は階段的に変化していてもよい。ｐ型窒化物半導体層１０７の厚さは、例えば、０．０５μｍから２μｍ程度である。ｐ型窒化物半導体層１０７の上面の近傍、すなわちｐ側電極１０８との界面の近傍はＡｌの組成比ｓが０、すなわちＧａＮ層から形成されていてもよい。この場合に、ＧａＮ層にはｐ型の不純物が高濃度で含まれ、ＧａＮ層がｐ側電極１０８に対するコンタクト層として機能してもよい。
ｐ側電極１０８は、ｐ型窒化物半導体層１０７の表面のほぼ全体を覆っていてもよい。ｐ側電極１０８は、パラジウム（Ｐｄ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ｐｄ／Ｐｔ）等によって形成される。また、ｐ側電極１０８は、放射光の反射率を高めるために、銀（Ａｇ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ａｇ／Ｐｔ）、又はＰｄ層、Ａｇ層及びＰｔ層を順次積層した積層構造（Ｐｄ／Ａｇ／Ｐｔ）を用いてもよい。
ｎ側電極１０９は、例えば、チタン（Ｔｉ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ｔｉ／Ｐｔ）等によって形成される。放射光の反射率を高めるために、Ｔｉ層、Ａｌ層及びＰｔ層を順次積層した積層構造（Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ）を用いてもよい。
半導体発光チップ１００は、半導体層を積層したウエハをａ軸方向及びｃ軸方向に沿って平面正方形状又は平面長方形状に小片化されている。この場合、窒化物半導体のｃ面は劈開が容易であるため、小片化の工程を簡略化できるという利点がある。また、半導体発光チップ１００は、ａ軸方向及びｃ軸方向から０°以上且つ４５°以下程度だけ傾いた方向に沿って小片化されていてもよい。この場合は、劈開性が乏しい面が半導体発光チップ１００の側面に露出することになる。このため、半導体発光チップ１００の側面に凹凸が生じやすく、この凹凸面から放射光の光取り出しが向上するという利点がある。
本実施形態においては、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、リフレクタ１２０の反射面１２５ｘ、１２５ｙが、配光分布特性の対称性を改善し、且つ、光の偏光度を制御するための重要な機能を果たす。
偏光光の偏光方向に対して９０°をなすＬ９０平面と交差する反射面１２５ｙに注目すると、反射面１２５ｙには、偏光度が高く、且つ強度が大きい光が入射する。角度θ１ｙが方位角χの２分の１の値のときに、反射面１２５ｙで反射した光は、法線方向に反射される。従って、方位角χが４０°以上且つ８０°以下の範囲の出射光を法線方向へ反射させるには、角度θ１ｙは２０°以上且つ４０°以下の範囲にすることができる。さらに、方位角χが５０°以上且つ８０°以下の範囲の出射光を法線方向へ反射させるには、角度θ１ｙは２５°以上且つ４０°以下の範囲にすることができる。これにより、偏光度が高く、且つ強度が大きい光を法線方向に集光することが可能となり、法線方向の光の偏光度が維持される。
偏光光の偏光方向と平行なＬ０平面と交差する反射面１２５ｘに注目すると、偏光度があまり高くなく、且つ強度が小さい光が入射する。従って、反射面１２５ｘに入射する光は、積極的に法線方向に反射させる必要はない。但し、法線方向に反射させたとしても、元の光強度は小さいため、光の偏光度への影響は小さい。すなわち、反射面１２５ｘのθ１ｘの設定に関しては、配光分布特性の非対称性を改善したい場合にはθ１ｙと同程度にすることができる。
四角形状のリフレクタ１２０の特徴は、反射面１２５ｘ及び反射面１２５ｙが交わる領域、すなわちＺ―Ｚ’断面視（Ｌ４５平面における断面視）における反射面１２５ｚと法線方向とがなす角度θ１ｚが、角度θ１ｘ及び角度θ１ｙよりも大きな値となる点である。
図６は、角度θ１ｘと角度θ１ｙとが同一の角度の場合における角度θ１ｚとの関係を示している。角度θ１ｙの適正値である２０°以上且つ４０°以下の範囲において、角度θ１ｚは１０°程度大きな値となる。角度θ２が、０°以上且つ１０°以下の範囲の場合には、反射面１２５ｚに入射する光はＬ４５平面の特性とほぼ等しい特性である。すなわち、偏光度が低く且つ強度が大きい光が反射面１２５ｚに入射する。しかしながら、この場合のθ１ｚは、θ１ｙよりも１０°程度大きな値となるため、反射面１２５ｚにおいて反射する光は、法線方向よりも離れた方向に広がるように反射する。従って、この位置関係にある四角形状のリフレクタ１２０においては、偏光度が高く且つ強度が大きい光を法線方向に集光しながら、偏光度が低く且つ強度が大きい光を法線方向に集光し難くすることが可能となる。その結果、配光分布特性の非対称性を改善しながら、法線方向の光の偏光度を維持することができる。
これに対し、図７に示すように、角度θ２が、３０°以上且つ６０°以下の範囲の場合には、反射面１２５ｙに入射する光はＬ９０平面の特性とほぼ等しい特性である。すなわち、偏光度が高く且つ強度が大きい光が反射面１２５ｙに入射する。しかしながら、この場合のθ１ｙは、θ１ｚよりも１０°程度大きな値となるため、反射面１２５ｙにおいて反射する光は、法線方向よりも離れた方向に広がるように反射する。従って、この位置関係にあるリフレクタ１２０においては、偏光度が低く且つ強度が大きい光を法線方向に集光しながら、偏光度が高く且つ強度が大きい光を法線方向に集光し難くすることが可能となる。その結果、配光分布特性の非対称性を改善しながら、法線方向の光の偏光度を低減することができる。
なお、本実施形態においては、Ｌ９０平面における断面視において、反射面と半導体発光チップの成長面の法線方向とがなす角度を算術平均傾斜角度Δθ１ｙで定義し、Ｌ４５平面における断面視において、反射面と半導体発光チップの成長面の法線方向とがなす角度を算術平均傾斜角度Δθ１ｚで定義した場合に、角度Δθ１ｚは、角度Δθ１ｙよりも大きくなるように設定することができる。角度Δθ１ｚが角度Δθ１ｙよりも大きい場合に、反射面１２５ｚにおいて反射する光は、法線方向よりも離れた方向に広がるように反射する。また、逆に、角度Δθ１ｙは、角度Δθ１ｚよりも大きくなるように設定することができる。角度Δθ１ｙが角度Δθ１ｚよりも大きい場合に、反射面１２５ｙにおいて反射する光は、法線方向よりも離れた方向に広がるように反射する。
ここで、本願における、例えば、算術平均傾斜角度Δθ１ｙは、ＪＩＳ規格Ｂ０６０１−１９９４と同様の定義であるが、角度の基準が異なる。すなわち、ＪＩＳ規格における算術平均傾斜角度ＲΔａは水平方向を角度の基準としているが、本願における算術平均傾斜角度Δθ１ｙは法線方向を角度の基準としている。具体的には、曲面を横方向（法線方向に対して垂直な方向）に一定間隔ΔＹで区切った際の法線方向の変化量をΔＤｉとすると、算術平均傾斜角度Δθ１ｙは、以下の［数１］で与えられる。
Figure 0005374002
実際の算術平均傾斜角度Δθ１ｙの測定では、レーザ顕微鏡を用いて反射面の算術平均傾斜角度ＲΔａを測定し、９０°から測定値を差し引いた値が本願における算術平均傾斜角度Δθ１ｙとなる。すなわち、θ１が２０°以上且つ４０°以下の範囲を満足しない領域が反射面１２５の一部に存在したとしても、法線方向に対して反射面１２５が平均的に２０°以上且つ４０°以下の範囲であれば、本願における偏光度の低減効果を得ることができる。
本実施形態においては、半導体発光チップ１００の中心位置は、実装基板１０１上において、リフレクタ１２０の四角形状に配置された複数の反射面１２５により構成される平面四角形の中心位置と一致している。さらに、回転機構部１５０の回転の中心軸は、平面視における半導体発光チップ１００の中心位置と一致している。これにより、リフレクタ１２０は、回転機構部１５０の回転の中心軸を中心として、半導体発光チップ１００の中心を回転する。
リフレクタ１２０の外環部は、平面視において円形状である。また、リフレクタ１２０の外環部の下部の周囲には、外方向に突き出す凸部が形成されている。リフレクタ１２０の外環部の中心位置は、四角形状に配置された複数の反射面１２５の中心とほぼ同一となるように設計されている。リフレクタ１２０は、回転機構部１５２を構成する連結具１３０によって保持されている。
連結具１３０は、実装基板１０１上に保持されている。連結具１３０は環状であり、その内環部は、平面視において円形状である。連結具１３０の底部は、半導体発光チップ１００が配置される開口部を有し、さらに、底部の周囲から垂直に立ち上がる筒状部を有している。連結具１３０の筒状部の中心位置は、半導体発光チップ１００の中心位置とほぼ同一となるように設計されている。連結具１３０の筒状部の内周面には、断面視において凹部が形成されている。連結具１３０の筒状部の内周面に設けられた凹部とリフレクタの外環部に設けられた凸部とが互いに嵌合して、連結具１３０の筒状部の内周面及び底面と、リフレクタ１２０の外周面及び底面とが当接する。従って、これら凹部と凸部とが互いに嵌合したまま、リフレクタ１２０の外環部の外周面及び底面が、連結具１３０の筒状部の内周面及び底面上を摺り動くことにより、リフレクタ１２０が連結具１３０に対して回転自在となる。
図８は、図４（ａ）のリフレクタ１２０を偏光方向に対して３０°回転させた例である。このように、リフレクタ１２０を実装面内で任意に回転させる回転機構１５０を備えることにより、半導体発光チップ１００からの光の偏光方向とリフレクタ１２０の反射面１２５とがなす角度θ２を、使用者が任意の値に設定することができる。例えば、角度θ２を０°から１０°の範囲、又は８０°から９０°の範囲に設定すれば、高い偏光度を有する光を発する半導体発光装置を得ることができる。また、角度θ２を３０°から６０°の範囲に設定すれば、低い偏光度を有する光を発する半導体発光装置を得ることができる。また、角度θ２を１０°から３０°、又は６０°から８０°の範囲に設定すると、中間の偏光度を有する光を発光する半導体発光装置を得ることができる。
なお、リフレクタ１２０に設ける凸部は、該リフレクタ１２０の外環部の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。凸部を不連続に設ける場合は、少なくとも３箇所に設けることができる。
また、連結具１３０の内周面に設ける凹部は、内周面の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。該凹部を不連続に設ける構成は、設定する角度θ２を所定の範囲に限定する場合にも適用できる。
また、リフレクタ１２０に設ける凸部は、該リフレクタ１２０の外環部の下部に必ずしも設ける必要はなく、連結具１３０の内周面と対向する部分に設けることができる。
本実施形態に係る窒化物半導体発光装置は、さらに、偏光光の入射方向によって偏光度が変化する偏光制御部材２００を備えていてもよい。本実施形態に係る窒化物半導体発光装置は、例えば、図９に示すように、実装基板１０１と、該実装基板１０１の上に実装され、偏光光を放出する半導体発光チップ１００と、偏光光を反射する反射面１２５を有する反射部材１２０と、反射部材１２０の上に保持され、且つ偏光光の入射方向によって偏光度が変化する偏光制御部材２００と、実装基板１０１の上に保持され、反射部材１２０及び偏光制御部材２００を半導体発光チップ１００の周囲で回転自在に保持する回転機構部１５０とを備えている。
偏光制御部材２００としては、例えば、偏光板又は偏光フィルム等を用いることができる。偏光板及び偏光フィルムの吸収軸の方向は、反射面１２５同士が対向する２つの辺に対して平行になるように形成されている。半導体発光チップ１００からの光の偏光方向と、偏光制御部材２００の吸収軸とがなす角度θ２を、使用者が任意の値に設定することができる。例えば、角度θ２を０°から１０°の範囲に設定すれば、高い偏光度を有する光を発する窒化物半導体発光装置を得ることができる。また、角度θ２を３０°から９０°の範囲に設定すれば、低い偏光度を有する光を発する窒化物半導体発光装置を得ることができる。
偏光制御部材２００として、表面にストライプ状の凹凸部が形成された透光性部材２０１を用いた場合の例を図１０に示す。ストライプ状の凹凸部の延伸方向は、反射面１２５同士が対向する２つの辺に対して平行になるように形成されている。半導体発光チップ１００からの光の偏光方向と、透光性部材２０１に形成されたストライプ状の凹凸部の延伸方向とがなす角度θ２を、使用者が任意の値に設定することができる。例えば、角度θ２を０°から１０°の範囲に設定すれば、高い偏光度を有する光を発する窒化物半導体発光装置を得ることができる。また、角度θ２を３０°から９０°の範囲に設定すれば、低い偏光度を有する光を発する窒化物半導体発光装置を得ることができる。表面にストライプ状の凹凸部が形成された透光性部材２０１の材料としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂又はガラス等を用いることができる。ストライプ状の凹凸部の大きさは、凸部の上部の幅を１００ｎｍ以上且つ１０μｍ以下とすることができる。また、凹部の底部の幅を１００ｎｍ以上且つ１０μｍ以下とすることができる。凸部の断面形状は、矩形、三角形又は台形等、種々の形状を採ることができる。
偏光制御部材２００として、シリンドリカル形状の透光性部材２０２を用いた場合の例を図１１に示す。シリンドリカル形状は半円筒形状とも呼ばれる。シリンドリカル形状の断面は、完全な半円である必要はなく、半円の一部を切り出した形状であってもよい。シリンドリカル形状を持つ透光性部材２０２の軸方向は、反射面１２５同士が対向する２つの辺に対して平行になるように形成されている。半導体発光チップ１００からの光の偏光方向と、シリンドリカル形状を持つ透光性部材２０２の軸方向とがなす角度θ２を、使用者が任意の値に設定することができる。例えば、角度θ２を０°から１０°の範囲に設定すれば、高い偏光度を有する光を発する窒化物半導体発光装置を得ることができる。また、角度θ２を３０°から６０°の範囲に設定すれば、低い偏光度を有する光を発する窒化物半導体発光装置を得ることができる。シリンドリカル形状を持つ透光性部材２０２の材料としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂又はガラス等を用いることができる。
図４（ｂ）に示されるように、リフレクタ１２０は、半導体発光チップ１００の周囲を囲むように配置されている。言い換えれば、半導体発光チップ１００の各側面は、リフレクタ１２０の内面である反射面１２５と対向している。反射面１２５は、平面視において、楕円形状又は多角形状に設けられていてもよい。また、反射面１２５は、平面視において、長方形状又は正方形状に設けられていてもよい。
（一実施形態の第１変形例）
図１２は、本実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体発光装置のＸ−Ｘ’方向における断面構成を示している。図１２において、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す窒化物半導体発光装置に付した符号と同一の構成部材には同一の符号を付している。これは、第２変形例以降も同様である。図１２に示すように、第１変形例においては、リフレクタ１２０の外環部の周囲に、凹部が設けられている。また、連結具１３０の筒状部の内周面には、リフレクタ１２０の外環部に設けられた凹部と勘合する凸部が設けられている。従って、これら凹部と凸部とが互いに嵌合したまま、リフレクタ１２０の外環部の外周面及び底面が、連結具１３０の筒状部の内周面及び底面上を摺り動くことができる。
なお、連結具１３０に設ける凸部は、該連結具１３０の内周面の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。凸部を不連続に設ける場合は、少なくとも３箇所に設けることができる。
また、リフレクタ１２０の外環部の周囲に設ける凹部は、外環部の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。該凹部を不連続に設ける構成は、設定する角度θ２を所定の範囲に限定する場合にも適用できる。
（一実施形態の第２変形例）
図１３は、本実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体発光装置のＸ−Ｘ’方向における断面構成を示している。図１３に示すように、第２変形例においては、リフレクタ１２０の外環部に設ける凸部を断面楔形状又は三角形状としている。さらに、連結具１３０を、底部を持たない筒状部で構成し、該筒状部の内周面に連続して設ける凹部は、断面楔形状又は三角形状としている。リフレクタ１２０の外環部に設けられた鋭角状の凸部の先端部が、連結具１３０の内周面に設けられた凹部と嵌合する。従って、リフレクタ１２０と連結具１３０とは、両者の凸部及び凹部で摺り動くこととなり、リフレクタ１２０の外環部は凸部以外に連結具１３０の内周面と接することがない。また、リフレクタ１２０の底面は、連結具１３０とも実装基板１０１とも接することがない。これにより、リフレクタ１２０と連結具１３０との接触面積が大幅に減るため、リフレクタ１２０の回転時における連結具１３０との摩擦が軽減して、リフレクタ１２０の円滑な回転を可能とする。
なお、リフレクタ１２０に設ける凸部は、該リフレクタ１２０の外環部の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。凸部を不連続に設ける場合は、少なくとも３箇所に設けることができる。
また、連結具１３０の内周面に設ける凹部は、内周面の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。該凹部を不連続に設ける構成は、設定する角度θ２を所定の範囲に限定する場合にも適用できる。
（一実施形態の第３変形例）
図１４は、本実施形態の第３変形例に係る窒化物半導体発光装置のＸ−Ｘ’方向における断面構成を示している。図１４に示すように、第３変形例においては、リフレクタ１２０の外環部に設ける連続した凹部を断面楔形状又は三角形状としている。さらに、連結具１３０を、底部を持たない筒状部で構成し、該筒状部の内周面に設ける凸部は、断面楔形状又は三角形状としている。連結具１３０の内周面に設けられた鋭角状の凸部の先端部が、リフレクタ１２０の外環部に設けられた凹部と嵌合する。従って、連結具１３０とリフレクタ１２０とは、両者の凸部及び凹部で摺り動くこととなり、リフレクタ１２０の外環部は凹部以外に連結具１３０の内周面と接することがない。また、リフレクタ１２０の底面は、連結具１３０とも実装基板１０１とも接することがない。これにより、リフレクタ１２０と連結具１３０との接触面積が大幅に減るため、リフレクタ１２０の回転時における連結具１３０との摩擦が軽減して、リフレクタ１２０の円滑な回転を可能とする。
なお、連結具１３０に設ける凸部は、該連結具１３０の内周面の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。凸部を不連続に設ける場合は、少なくとも３箇所に設けることができる。
また、リフレクタ１２０の外環部の周囲に設ける凹部は、外環部の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。該凹部を不連続に設ける構成は、設定する角度θ２を所定の範囲に限定する場合にも適用できる。
（一実施形態の第４変形例）
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、本実施形態の第４変形例に係る窒化物半導体発光装置の平面構成及び断面構成を示している。図１５（ａ）に示すように、第４変形例においては、連結具１３０は、筒状に代えて、複数の柱状、ここでは４本の柱状として設けられている。柱状の各連結具１３０におけるリフレクタ１２０と対向する内面には、断面楔形状又は三角形状の凸部が設けられている。また、リフレクタ１２０の外環部の周囲に設ける凹部は、各連結具１３０の凸部の先端部と勘合する断面楔形状又は三角形状の凹部としている。従って、連結具１３０とリフレクタ１２０とは、両者の凸部及び凹部で摺り動くこととなり、リフレクタ１２０の外環部は凹部以外に連結具１３０の内周面と接することがない。また、リフレクタ１２０の底面は、連結具１３０とも実装基板１０１とも接することがない。これにより、リフレクタ１２０と連結具１３０との接触面積が大幅に減るため、リフレクタ１２０の回転時における連結具１３０との摩擦が軽減して、リフレクタ１２０の円滑な回転を可能とする。
このように、本変形例に係る連結具１３０は、リフレクタ１２０の外環部の周囲を囲む構造ではなく、平面視において分割されて配置されている。連結具１３０を分割して配置することにより、リフレクタ１２０と連結具１３０との接触面積をさらに減らすことが可能となり、リフレクタ１２０の回転時の摩擦が軽減して、円滑な回転が可能となる。また、連結具１３０の小型化及び軽量化が可能となる。分割配置された連結具１３０の個数は、３個以上であればリフレクタ１２０と実装基板１０１と接合強度が保たれるため、回転時においてリフレクタ１２０が安定しやすい。
なお、リフレクタ１２０の外環部の周囲に設ける凹部は、外環部の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。該凹部を不連続に設ける構成は、設定する角度θ２を所定の範囲に限定する場合にも適用できる。
（一実施形態の第５変形例）
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、本実施形態の第５変形例に係る窒化物半導体発光装置の平面構成及び断面構成を示している。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、第５変形例に係る窒化物半導体発光装置を構成する構成部材は、図４に示す一実施形態に係る窒化物半導体発光装置とほぼ同等である。
図１６（ａ）に示すように、第５変形例に係る窒化物半導体発光装置と、一実施形態に係る窒化物半導体発光装置との相違点は、装置の上面に、リフレクタ１２０と連結具１３００との相対的な回転位置を認識可能とするマーカ１５１が形成されている点である。
具体的には、リフレクタ１２０の上面には、第１のマーカ１５１ａが設けられ、また、連結具１３０の上面には、第２のマーカ１５１ｂが形成されている点である。
マーカ１５１は、目視できる大きさであり、最大部分の長さを１００μｍ以上とすることができる。このように、目視できる大きさを持つマーカ１５１をリフレクタ１２０及び連結具１３０の上に設けることにより、使用者が、半導体発光チップ１００からの光の偏光方向とリフレクタ１２０の反射面１２５とがなす角度θ２を容易に特定できるようになる。
これにより、本変形例に係る窒化物半導体発光装置は、角度θ２の値と対応する第１のマーカ１５１ａの位置から、反射光の偏光度の大小を容易に把握することが可能となる。
なお、第１のマーカ１５１ａは、少なくとも１つ設ければよい。第１のマーカ１５１ａは、回転体であるリフレクタ１２０に形成されているため、マーカ数が少ない方が角度の視認が容易である。一方、第２のマーカ１５１ｂは、２つ以上設けることが好ましい。特に、偏光度が高くなる角度であるθ２が０°から１０°の範囲及び８０°から９０°の範囲、並びに偏光度が低くなる角度であるθ２が３０°から６０°の範囲が視認できるように、第２のマーカ１５１ｂを設けてもよい。第２のマーカ１５１ｂは、実装基板１０１の上に設けてもよい。
マーカ１５１は、例えば、刻印による凹状部とするか、又は塗料を塗布する等によって形成することができる。
また、リフレクタ１２０に設ける凸部は、該リフレクタ１２０の外環部の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。凸部を不連続に設ける場合は、少なくとも３箇所に設けることができる。
また、連結具１３０の内周面に設ける凹部は、内周面の周囲に連続して設けてもよく、また、不連続に分断して設けてもよい。該凹部を不連続に設ける構成は、設定する角度θ２を所定の範囲に限定する場合にも適用できる。
（一実施形態の第６変形例）
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、本実施形態の第６変形例に係る窒化物半導体発光装置の平面構成及び断面構成を示している。図１７（ａ）に示すように、第６変形例においては、第４変形例の構成に加え、リフレクタ１２０を回転させるためのステッピングモータ１３１と、該ステッピングモータ１３１の回転軸と接続され、リフレクタ１２０の外環部を駆動するギヤ（ｇｅａｒ）１３２とを含む回転機構部１５０Ａを備えている。ステッピングモータ１３１によって、半導体発光チップ１００からの光の偏光方向とリフレクタ１２０の反射面１２５とがなす角度θ２を、外部から電気的に制御することが可能となる。
（一実施形態の第７変形例）
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、本実施形態の第７変形例に係る窒化物半導体発光装置の平面構成及び断面構成を示している。図１８（ａ）に示すように、第７変形例に係るリフレクタ１２０の外環部の平面形状を、複数の反射面１２５の配置の平面形状と合わせた四角形状としている。但し、平面四角形状の外形を有するリフレクタ１２０は例示に過ぎず、その外形状は任意の形状とすることができる。
さらに、図１８（ｂ）に示すように、本変形例にリフレクタ１２０は、その底部に断面凹状で、且つ平面環状に設けられた溝部１２０ａを有している。環状に設けられた溝部１２０ａの中心位置は、四角形状に配置された複数の反射面１２５の中心位置とほぼ同一となるように設計されている。
本変形例に係るリフレクタ１２０は、実装基板１０１の上に保持され、上面に凸部１３０ａを有する環状の連結具１３０によって支持されている。環状の連結具１３０の中心位置は、半導体発光チップ１００の中心位置とほぼ同一となるように設計されている。
リフレクタ１２０の底部に設けられた溝部１２０ａと、連結具１３０の上面の凸部１３０ａとが互いに嵌合して、リフレクタ１２０が連結具１３０の上を摺り動く。これにより、リフレクタ１２０は、連結具１３０に対して回転自在に設けられる。
このように、本変形例においては、リフレクタ１２０の底部に回転機構１５０を設けることにより、リフレクタ１２０の外環部の平面形状を任意の形状とすることができる。
なお、本変形例に係る回転機構部１５０は、リフレクタ１２０に溝部１２０ａを設け、連結具１３０に溝部１２０ａと勘合する凸部１３０ａ設けたが、これとは逆に、リフレクタ１２０に下方に突き出す凸部を設け、連結具１３０の上面にリフレクタ１２０の凸部と勘合する溝部を設けてもよい。
（一実施形態の第８変形例）
図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、本実施形態の第８変形例に係る窒化物半導体発光装置の平面構成及び断面構成を示している。図１９（ａ）に示すように、連結具１３０は複数の柱状、ここでは４本の柱状として設けられている。リフレクタ１２０の外環部の周囲には、溝部１２０ａ及びストッパ溝部１２０ｂが設けられている。溝部１２０ａはリフレクタ１２０の外環部の全体にわたって形成されている。ストッパ溝部１２０ｂは、連結具１３０の凸部の先端部が嵌る形状を有している。ストッパ溝部１２０ｂは、リフレクタ１２０を固定したい角度の箇所に形成されている。リフレクタ１２０の回転時には、各連結具１３０が外側に広がると共に、リフレクタ１２０は連結具１３０の凸部の先端部と溝部１２０ａで摺り動き、ストッパ溝部１２０ｂが形成されている角度において、安定に固定される。ストッパ溝部１２０ｂは、偏光度が高くなる角度、又は偏光度が低くなる角度に対応するように形成することができる。
このように、本実施形態の第８変形例に係る窒化物半導体発光装置は、所定の角度でリフレクタ１２０が安定に固定できるストッパ構造を有しているため、使用中の振動等の外乱の影響によって、意図せずリフレクタ１２０が回転することを防ぐことができる。さらに、使用者がリフレクタ１２０の回転角を都度確認する必要がなく、最適な角度を容易に設定することが可能となる。
次に、一実施形態及びその変形例に用いたリフレクタ１２０及び連結具１３０の構成材料を例示する。
リフレクタ１２０は、アルミニウム（Ａｌ）若しくは銀（Ａｇ）等の金属材料、樹脂材料又はセラミック材料等を用いることができる。金属材料を用いる場合には、金型を用いたプレス加工によって作製が可能である。樹脂材料を用いる場合には、金型を用いた射出成形によって作製が可能である。セラミック材料を用いる場合には、金型を用いた加圧成形によって作製が可能である。リフレクタ１２０の反射面１２５には、直線反射率が高い材料を用いることができる。ここで、直線反射率が高い材料とは、直線反射率が拡散反射率よりも高い材料をいう。例えば、表面粗さが１００ｎｍ以下であるアルミニウム又は銀等を用いることができる。また、樹脂材料又はセラミック材料等の表面にアルミニウム又は銀等を成膜してもよい。リフレクタ１２０と反射面１２５とは、同一の材料で構成する必要はない。反射面１２５にのみ、直線反射率が高い材料を用いてもよい。
連結具１３０は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）若しくは鉄（Ｆｅ）等の金属材料又は樹脂材料等を用いることができる。金属材料を用いる場合には、金型を用いたプレス加工によって作製が可能である。樹脂材料を用いる場合には、金型を用いた射出成形によって作製が可能である。連結具１３０は、リフレクタ１２０を保持する部材であるため、磨耗に強い材料から選択することができる。例えば、連結具１３０とリフレクタ１２０との接合面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の被膜を形成すれば、摺動時における磨耗に対して強くなる。
なお、第５の変形例に係るマーカ１５１を設ける構成は、一実施形態の構成並びに第１〜第４、第６及び第７変形例の構成にも適用することができる。但し、第６及び第７変形例の構成の場合は、リフレクタ１２０にマーカ１５１を設ける。
また、第６の変形例に係るステッピングモータ１３１を設ける構成として第４変形例を用いたが、これに限られない。例えば、一実施形態の構成並びに第１〜第３、第５及び第７変形例の構成にも適用することができる。但し、図１６に示す第５変形例の構成の場合は、リフレクタ１２０び外環部の周囲を露出する必要がある。また、図１８に示す第７変形例の構成の場合は、リフレクタ１２０の外環部の平面形状を円形とする必要がある。
また、一実施形態並びに第１〜第３及び第５変形例において、連結具１３０の外環部の平面形状は、円形状に限られない。例えば、多角形状の外環部であってもよい。
また、一実施形態及び第１〜第７変形例において、反射面自体の配置の平面形状も正方形状に限られない。図２０（ａ）から図２０（ｃ）に、反射面１２５の種々の形状を例示する。図２０（ａ）に示すように、反射面１２５の平面形状は、正方形状の角部に曲面を有していてもよい。また、図２０（ｂ）に示すように、反射面１２５の平面形状は、正方形状の角部に小さい平面を有する八角形形状であってもよい。また、図２０（ｃ）に示すように、反射面１２５の平面形状は、長方形形状であってもよい。長方形形状の場合は、長方形の短辺の長さに対して、長方形の長辺の長さが２．２倍以下であってもよい。
また、一実施形態及び各変形例において、半導体発光チップ１００は、実装基板１０１上に１つのみを実装する構成としたが、これに限られず、複数の半導体発光チップを実装してもよい。但し、この場合は、各半導体発光チップから出射される光の偏光方向を揃えるとよい。
（製造方法）
以下、第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について、図４を参照しながら説明する。
まず、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法等により、ｍ面を主面とするｎ型ＧａＮからなる基板１０４の主面上に、ｎ型窒化物半導体層１０５をエピタキシャル成長する。すなわち、ｎ型ドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）を用い、ガリウム（Ｇａ）源であるＴＭＧ（Ｇａ（ＣＨ３）３）、及び窒素（Ｎ）源であるアンモニア（ＮＨ３）を供給し、９００℃以上且つ１１００℃以下程度の成長温度で、厚さが１μｍから３μｍ程度のＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層１０５を形成する。なお、ここでの基板１０４はウエハ状態であり、一度に複数の半導体発光装置となる発光構造体を作製することができる。
次に、ｎ型窒化物半導体層１０５の上に、窒化物半導体からなる活性層１０６を成長する。活性層１０６は、例えば、厚さが３ｎｍから１５ｎｍのＩｎ１−ｘＧａｘＮからなる井戸層と、厚さが６ｎｍから３０ｎｍのＧａＮからなる障壁層とを交互に積層して、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とする。Ｉｎ１−ｘＧａｘＮからなる井戸層を形成する際には、成長中の井戸層にインジウム（Ｉｎ）が確実に取り込まれるように、成長温度を７００℃以上且つ８００℃以下程度に下げてもよい。半導体発光装置の用途に応じて発光波長を選択し、波長に応じたＩｎの組成比ｘを決定する。例えば、波長を４５０ｎｍ（青色）とする場合には、Ｉｎの組成比ｘを０．２５から０．２７とすることができる。また、波長を５２０ｎｍ（緑色）とする場合には、Ｉｎの組成比ｘを０．４０から０．４２とすることができる。また、波長を６３０ｎｍ（赤色）とする場合には、Ｉｎの組成比ｘを０．５６から０．５８とすることができる。
次に、活性層１０６の上に、ｐ型窒化物半導体層１０７をエピタキシャル成長する。すなわち、ｐ型不純物として、例えばＣｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ＴＭＧ及びＮＨ３を原料として供給し、９００℃以上且つ１１００℃以下程度の成長温度で、活性層１０６の上に厚さが５０ｎｍから５００ｎｍ程度のｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層１０７を形成する。ｐ型窒化物半導体層１０７の内部に、厚さが１５ｎｍから３０ｎｍ程度のｐ型ＡｌＧａＮ層を含んでいてもよい。ｐ型ＡｌＧａＮ層を設けることにより、キャリアである電子のオーバフローを抑制することができる。また、活性層１０６とｐ型窒化物半導体層１０７との間にアンドープＧａＮ層を設けてもよい。
次に、ｐ型窒化物半導体層１０７にドープされたＭｇの活性化を図るために、８００℃以上且つ９００℃以下程度の温度で２０分間程度の熱処理を行う。
次に、リソグラフィ法及び塩素（Ｃｌ２）系ガスを用いたドライエッチング法により、ｐ型窒化物半導体層１０７まで形成された半導体積層構造に対して選択的にエッチングを行う。これにより、ｐ型窒化物半導体層１０７、活性層１０６、及びｎ型窒化物半導体層１０５の一部を除去して凹部１１２を形成し、ｎ型窒化物半導体層１０５の一部を露出する。
次に、ｎ型窒化物半導体層１０５の露出した領域の上に接するように、ｎ側電極１０９を選択的に形成する。ここでは、ｎ側電極１０９として、例えばチタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）との積層膜（Ｔｉ／Ｐｔ層）を形成する。
次に、ｐ型窒化物半導体層１０７の上に接するように、ｐ側電極１０８を選択的に形成する。例えば、ｐ側電極１０８としてパラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）との積層膜（Ｐｄ／Ｐｔ層）を形成する。その後、熱処理を行って、Ｔｉ／Ｐｔ層とｎ型窒化物半導体層１０５との間、及びＰｄ／Ｐｔ層とｐ型窒化物半導体層１０７との間をそれぞれ合金化する。なお、ｎ側電極１０９及びｐ側電極１０８の成膜の順序は特に問われない。
次に、基板１０４におけるｎ型窒化物半導体層１０５と反対側の面（裏面）に対して研磨を行って、該基板１０４を所定量だけ薄膜化する。
このようにして作製された複数の半導体発光装置を個々の半導体発光チップ１００に小片化する。小片化工程は、レーザダイシング法及び劈開法等、種々の方法がある。小片化された個々の半導体発光チップ１００は、実装基板１０１の実装面上に実装される。
リフレクタ１２０と連結具１３０とは、実装基板１０１の上に実装する前に組み立てておいてもよい。すなわち、あらかじめリフレクタ１２０を連結具１３０に嵌合し、その後、リフレクタ１２０が嵌合された連結具１３０を実装基板１０１に貼り付けることができる。
リフレクタ１２０と共に連結具１３０を貼り付けて作製する場合には、実装基板１０１に連結具１３０を貼り付ける前に、半導体発光チップ１００を実装基板１０１に実装してもよい。また、実装基板１０１に連結具１３０を貼り付けた後に、半導体発光チップ１００を実装基板１０１に実装してもよい。
配線電極形成用の金属膜は、スパッタ法又はめっき法等の成膜工程により、実装基板１０１の表面上に成膜される。その後、リソグラフィ工程等により、成膜された金属膜の上に、所望のレジストパターンが施される。その後、ドライエッチング法又はウエットエッチング法により、レジストパターンが配線電極１０２に転写されて、所望の電極パターンを有する配線電極１０２が形成される。
次に、配線電極１０２の上の所定の位置に、複数のバンプ１０３をそれぞれ形成する。バンプ１０３の構成材料には金（Ａｕ）を用いるのが良い。各バンプ１０３の形成には、バンプボンダを用いて、直径が４０μｍから８０μｍ程度のバンプを形成することができる。また、バンプボンダに代えて、Ａｕめっき処理によってバンプ１０３を形成することも可能である。続いて、例えば超音波接合法により、複数のバンプ１０３が形成された配線電極１０２と、半導体発光チップ１００の電極形成面とを電気的に接続する。
このようにして、第１の実施形態に係る半導体発光装置を得ることができる。
（第１実施例）
以下、第１実施例に係る半導体発光装置について図２１を参照しながら説明する。図２１における寸法の単位は、ミリメートル（ｍｍ）である。また、第１の実施形態で示した構成部材と同一の構成部材には、同一の符号を付している。これらの符号及び単位は、他の実施例でも同様である。
最初に、第１実施例に係る半導体発光装置を構成する、活性層の成長面がｍ面である半導体発光チップ１００の作製方法の概略を説明する。
まず、例えばＭＯＣＶＤ法により、ウエハ状態のｍ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板の上に、厚さが２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層とＧａＮからなる障壁層とから構成された３周期の量子井戸構造を有する活性層と、厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層とを形成した。
ｎ側電極としてＴｉ／Ａｌ層を形成し、ｐ側電極としてＡｇ層を形成した。その後、ｎ型ＧａＮ基板の裏面を研磨して１００μｍの厚さにまで薄くした。
続いて、レーザ光によって、発光構造が形成されたウエハのｃ軸方向［０００１］とａ軸方向［１１−２０］とのそれぞれの方向に、表面から数十μｍ程度の深さの溝を形成した。その後、ウエハに対してブレーキングを行って、一辺が４５０μｍのｍ面ＧａＮ系半導体からなる半導体発光チップ１００を得た。
続いて、半導体発光チップ１００を、ＡｌＮからなる実装基板１０１の上にフリップチップ実装した。ＡｌＮからなる実装基板１０１の厚さは約０．７ｍｍである。実装基板１０１の上には、厚さが約４μｍの銀（Ａｇ）からなる配線電極１０２が形成されている。
このようにして、活性層の成長面がｍ面である半導体発光装置を作製した。この状態では、リフレクタ１２０は設けられていない。動作電流１０ｍＡにおける発光波長を測定したところ、波長は４４５ｎｍであった。また、出射光の偏光方向はａ軸方向であり、法線方向であるｍ軸方向で測定した際の偏光度は、０．６８であった。リフレクタ１２０を設けない構成は、比較例１に相当する。
半導体発光チップとは別に、プレス成型によって、平面視において複数の反射面１２５が正方形状に配置されたアルミニウム製のリフレクタＳ１を作製した。リフレクタＳ１の各反射面１２５で反射する方位角χの範囲は４２．５°以上且つ７８．７°以下である。また、各反射面１２５と法線方向とがなす角度θ１は２８．６°である。作製したリフレクタＳ１には、実装基板１０１の上面から高さが１００μｍの範囲で、且つ角度θ１が０°となる反射面１２５が形成されている。
図２２は、リフレクタＳ１の反射面１２５の反射率を測定した結果を示している。反射率の測定には、日本分光（株）製のＵＶ−ＶＩＳを用い、波長が３５０ｎｍから８００ｎｍの範囲の光を測定した。測定において、直線反射率と拡散反射率とを測定し、直線反射率と拡散反射率との和を全体反射率とした。図２２から、作製したアルミニウム製リフレクタ１２０の反射面の全体反射率は７３％以上であり、直線反射の成分が９５％以上である。従って、直線反射性が高いリフレクタであることが分かる。
このように、実装基板とは別体に作製したアルミニウム製のリフレクタＳ１を、半導体発光チップ１００が実装された実装基板１０１の上に貼り付けることにより、アルミニウム製のリフレクタＳ１を備えた、第１実施例に係る半導体発光装置を作製した。ここでは、回転機構で角度θ２を調整する代わりに、半導体発光チップ１００からの光の偏光方向と平面視における正方形状の反射面１２５の一辺とがなす角度をθ２として、角度θ２が０°、６°、８°、１２°、１３°、１８°、２５°、３０°、４０°及び４５°となる、複数の半導体発光装置をそれぞれ作製した。
ここで、複数の反射面１２５が平面視において正方形に配置された場合は、平面視における対称性が高いため、角度θ２の値が４５°を超える場合には、９０°−θ２の特性と等しくなる。すなわち、角度θ２は、０°以上且つ４５°以下の範囲を調べればよいことになる。
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）は、偏光光の偏光方向と反射面１２５の一辺とがなす角度θ２が０°に設定されたリフレクタＳ１を有する半導体発光装置における偏光度特性と配光分布特性とを表している。細実線はＬ０平面上、破線はＬ４５平面上、太実線はＬ９０平面上の特性をそれぞれ示す。図２３（ａ）に示すように、法線方向（χ＝０°）における光の偏光度は０．５３である。図２３（ｂ）に示す配光分布特性から、配光角はＬ０平面において７３．０°であり、Ｌ９０平面において６９．１°である。ここで、配光角とは、半値全角であり、法線方向の光強度を１００とした場合に、光強度が５０となる角度範囲である。配光角は、指向角又は光の広がり角とも呼ばれる。
図２４（ａ）及び図２４（ｂ）は、角度θ２が４５°に設定されたリフレクタＳ１を有する半導体発光装置における偏光度特性と配光分布特性とを表している。細実線はＬ０平面上、破線はＬ４５平面上、太実線はＬ９０平面上の特性を示す。図２４（ａ）に示すように、法線方向（χ＝０°）における光の偏光度は０．０７であり、角度θ２が０°の場合と比べて極めて光の偏光度が低い。また、円形リフレクタの場合と比べても法線方向の光の偏光度が低い。図２４（ｂ）に示す配光分布特性から、配光角は、Ｌ０平面において７０．６°であり、Ｌ９０平面において７１．４°である。
図２５は、角度θ２と法線方向の光の偏光度との関係を表している。図中の破線は、リフレクタを設けない比較例１に相当する構成の、法線方向における光の偏光度である０．６８を表している。角度θ２が１０°を超えると、法線方向の光の偏光度は急激に低減する。
図２６は、角度θ２と法線方向の規格化偏光度との関係を表している。ここで、規格化偏光度は、角度θ２が０°の場合における法線方向の光の偏光度で規格化されている。図２６から、角度θ２は、０°以上且つ１０°以下とすることにより、規格化偏光度の低下を１０％以下に抑制できることが分かる。また、図２６から、角度θ２は、３０°以上且つ４５°以下とすることにより、規格化偏光度をほぼ２０％と小さくすることができることが分かる。
（第２実施例）
以下、第２実施例に係る半導体発光装置について説明する。
第２実施例においては、半導体発光チップ１００における活性層の成長面が半極性の（２０−２−１）面である。基板には、ウエハ状態の（２０−２−１）面を主面とするｎ型ＧａＮ基板を用いた。半導体発光チップ１００の小片化工程において、レーザ光によって、［１０−１４］方向と［１−２１０］方向とに、表面から数十μｍ程度の深さの溝を形成した。その後、ウエハに対してブレーキングを行って、一辺が４５０μｍの半導体発光チップ１００に分割した。他の製法は、第１実施例と同様である。このようにして、活性層の成長面が半極性の（２０−２−１）面である半導体発光装置を作製した。この状態ではリフレクタを有していない。動作電流１０ｍＡにおける発光波長を測定したところ、波長は４４１ｎｍであった。また、偏光方向は、[１−２１０]方向であり、法線方向である[２０−２−１]方向で測定した際の光の偏光度は、０．６５であった。リフレクタ１２０を設けない状態は、比較例２に相当する。
第１実施例と同様に、リフレクタＳ１を、あらかじめ半導体発光チップ１００が実装された実装基板１０１の上に貼り付けた。リフレクタＳ１の反射面１２５で反射する方位角χの範囲は、４２．５°以上且つ７８．７°以下であり、反射面１２５と法線方向とがなす角度θ１は、２８．６°である。半導体発光チップ１００からの光の偏光方向と平面視における正方形状の反射面１２５の一辺とがなす角度をθ２として、角度θ２が０°、９°、１２°、１５°、１６°、２１°、３０°、４１°及び４５°となる、複数の半導体発光装置をそれぞれ作製した。
ここで、複数の反射面１２５が平面視において正方形状に配置されている場合は、平面視における対称性が高いため、角度θ２の値が４５°を超える場合には、角度θ２は０°以上且つ４５°以下の範囲を調べればよい。
図２７は、角度θ２と法線方向の光の偏光度との関係を表している。図中の破線は、リフレクタを設けない比較例２に相当する構成の、法線方向における光の偏光度である０．６５を表している。
図２８は、角度θ２と法線方向の規格化偏光度との関係を表している。ここで、規格化偏光度は、角度θ２が０°の場合における法線方向の光の偏光度で規格化されている。図２６と図２８とを比較すると、これらのグラフは、ほぼ同一形状であることが分かる。
図２８から、角度θ２は０°以上且つ１０°以下とすることにより、規格化偏光度の低下を３０％程度に抑制することができる。また、図２８から、角度θ２は、３０°以上且つ４５°以下とすることにより、規格化偏光度を１０％よりも小さくすることができることが分かる。
以上説明したように、本実施形態、その変形例及び各実施例に係る窒化物半導体発光装置によると、リフレクタ１２０と、該リフレクタ１２０を実装面内で回転自在に保持する連結具１３０とか構成される回転機構１５０を備えることにより、半導体発光チップ１００からの光の偏光方向とリフレクタ１２０の反射面１２５とがなす角度θ２を任意の値に設定することができる。
例えば、角度θ２を０°から１０°の範囲、又は８０°から９０°の範囲に設定すれば、高い偏光度を有する光を発する半導体発光装置を得ることができる。
また、角度θ２を３０°から６０°の範囲に設定すれば、低い偏光度を有する光を発する半導体発光装置を得ることができる。
また、角度θ２を１０°から３０°、又は６０°から８０°の範囲に設定すると、中間の偏光度を有する光を発光する半導体発光装置を得ることができる。
（比較例１）
以下、比較例１に係る半導体発光装置について図２９（ａ）及び図２９（ｂ）を参照しながら説明する。
図２９（ａ）及び図２９（ｂ）に示すように、比較例１に係る半導体発光装置は、活性層の成長面がｍ面である半導体発光チップ１００を有し、リフレクタ１２０を設けない構成を有する。
第１実施例と同様の方法で作製した半導体発光チップ１００は、実装基板１０１の上に実装した。この状態で、動作電流１０ｍＡにおける発光波長を測定したところ、波長は４４５ｎｍであった。また、法線方向の光の偏光度は、０．６８であった。
図３０（ａ）及び図３０（ｂ）は、比較例１に係る半導体発光装置における偏光度特性と配光分布特性とを表している。細実線はＬ０平面上、破線はＬ４５平面上、太実線はＬ９０平面上の特性を示す。
まず、図３０（ａ）に示す偏光度特性において、Ｌ９０平面の特性は、方位角χが−８０°から＋８０°の範囲においても、高い偏光度を維持する。Ｌ０平面の特性は、方位角χが０°において偏光度が最大となり、方位角χが高角度側では緩やかに偏光度が低下する。Ｌ４５平面の特性は、方位角χが０°において光の偏光度が最大となる点はＬ０平面の特性と類似しているが、方位角χが高角度側での偏光度の低下が顕著である。すなわち、方位角χが４０°以上の範囲の光の偏光度は、方位角χが０°の偏光度の２分の１以下に減少する。さらに、方位角χが５０°以上の範囲の光の偏光度は、方位角χが０°の偏光度の３分の１以下に減少する。このように、偏光光を発する半導体発光チップからの光放射は、Ｌ０平面、Ｌ４５平面及びＬ９０平面において、非対称な偏光度特性を示す。
一方、図３０（ｂ）に示す配光分布特性において、Ｌ４５平面及びＬ９０平面の特性は類似した特性を示し、方位角χが±６０°付近に光強度のピークを有する特徴的な配光分布特性を示す。方位角χが１０°から８０°の範囲の光強度は、χ＝０°、すなわち法線方向の光強度よりも大きい光強度を示す。Ｌ０平面の配光分布特性は、方位角χが−３０°から＋３０°の範囲で光強度が大きく、高角度側では単調に光強度が低下する。このように、偏光光を発する半導体発光チップからの光放射は、Ｌ０平面と、Ｌ４５平面及びＬ９０平面とで、非対称な配光分布特性を示す。
（比較例２）
以下、比較例２に係る半導体発光装置について説明する。
比較例２に係る半導体発光装置は、活性層の成長面に半極性の（２０−２−１）面を有し、且つリフレクタを設けない半導体発光装置である。
活性層が（２０−２−１）面である半導体発光チップ１００は、第２実施例と同様の方法で作製し、実装基板１０１の上に実装した。これにより、図２９（ａ）及び図２９（ｂ）に示す半導体発光装置と同様の構成を持つ半導体発光装置を得る。この状態で、動作電流１０ｍＡにおける発光波長を測定したところ、波長は４４１ｎｍであった。また、法線方向の光の偏光度は、０．６５であった。
図３１（ａ）及び図３１（ｂ）は、比較例２に係る半導体発光装置における偏光度特性と配光分布特性とを表している。細実線はＬ０平面上、破線はＬ４５平面上、太実線はＬ９０平面上の特性を示す。
まず、図３１（ａ）に示す偏光度特性において、Ｌ９０平面の特性は、方位角χが−８０°から＋８０°の範囲においても、高い偏光度を維持する。Ｌ０平面の特性は、方位角χが０°において光の偏光度が最大となり、方位角χが高角度側では緩やかに偏光度が低下する。Ｌ４５平面の特性は、方位角χが０°において光の偏光度が最大となる点はＬ０平面の特性に類似しているが、χが高角度側での偏光度の低下が顕著である。すなわち、方位角χが４０°以上の範囲の光の偏光度は、方位角χが０°の偏光度のほぼ２分の１以下に減少する。さらに、方位角χが６０°以上の範囲の光の偏光度は、方位角χが０°の偏光度の３分の１以下に減少する。このように、偏光光を発する半導体発光チップからの光放射は、Ｌ０平面、Ｌ４５平面及びＬ９０平面は、それぞれ非対称な偏光度特性を示す。
一方、図３１（ｂ）に示す配光分布特性において、Ｌ４５平面及びＬ９０平面の特性は類似した特性を示し、方位角χが±６０°付近に光強度のピークを有する特徴的な配光分布特性を示す。方位角χが１０°から８０°の範囲の光強度は、χ＝０°、すなわち法線方向の光強度よりも大きい光強度を示す。これに対し、Ｌ０平面の特性は、方位角χが±４０°付近に光強度のピークを有する特徴的な配光分布を示す。このように、偏光光を発する半導体発光チップからの光放射は、Ｌ０平面と、Ｌ４５平面及びＬ９０平面とで、非対称な配光分布特性を示す。
本発明に係る半導体発光装置は、例えば、照明機器、自動車用前照灯又はスポットライト等に利用することができる。
１００ 半導体発光チップ
１０１ 実装基板
１０２ 配線電極
１０３ バンプ
１０４ 基板
１０５ ｎ型窒化物半導体層
１０６ 活性層
１０７ ｐ型窒化物半導体層
１０８ ｐ側電極
１０９ ｎ側電極
１１０ ワイヤ
１１２ 凹部
１２０ リフレクタ
１２０ａ 溝部
１２０ｂ ストッパ溝部
１２１ 透光性部材
１２２ 波長変換部材
１２４ 光取り出し面
１２５ 反射面
１２５ｘ Ｌ０平面と交差する反射面
１２５ｙ Ｌ９０平面と交差する反射面
１２５ｚ Ｌ４５平面と交差する反射面
１３０ 連結具
１３０ａ 凸部
１３１ ステッピングモータ
１３２ ギヤ
１５０ 回転機後部
１５０Ａ 回転機後部
１５１ マーカ
１５１ａ 第１のマーカ
１５１ｂ 第２のマーカ
２００ 偏光制御部材
２０１ ストライプ状の凹凸が形成された透光性部材
２０２ シリンドリカル形状の透光性部材

Claims (23)

  1. 実装基板と、
    前記実装基板の実装面上に保持され、成長面が非極性面又は半極性面であり、且つ偏光光を発する半導体発光チップと、
    平面視において前記半導体発光チップを囲むように設けられ、前記偏光光を反射する反射面を有する反射部材と、
    前記実装基板の前記実装面上に保持され、前記反射部材を前記半導体発光チップの周囲で回転自在に保持する連結具とを備えている、窒化物半導体発光装置。
  2. 前記連結具には、前記反射部材の外環部と対向し、且つ前記実装面と平行に延びる凹部が設けられ、
    前記反射部材の外環部には、前記連結具の凹部と勘合する凸部が設けられている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  3. 前記連結具には、前記反射部材の外環部と対向する凸部が設けられ、
    前記反射部材の外環部には、前記実装面と平行に延び、且つ前記連結具の凸部と勘合する凹部が設けられている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  4. 前記連結具を前記実装面に垂直な方向から見た平面形状は、環状である、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  5. 前記連結具は、前記実装面に垂直な方向に延びる、少なくとも３本の柱状部材により構成されている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  6. 前記連結具と前記反射部材とは、前記凸部と前記凹部との嵌合部を除いて、接触していない、請求項２に記載の窒化物半導体発光装置。
  7. 前記連結具は、前記反射部材の底部と対向する位置に設けられており、
    前記反射部材の底部には、凸部又は環状の凹部が設けられ、
    前記連結具の上部には、前記反射部材の凸部又は凹部と勘合する環状の凹部又は凸部が設けられている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  8. 前記反射部材の外環部を駆動する回転機構部をさらに備えている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  9. 前記反射部材の上面及び前記連結具の上面のうち少なくとも前記反射部材の上面には、前記偏光光の偏光方向に対する前記反射面の角度が特定可能なマーカが設けられている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  10. 前記反射部材の上面及び前記連結具の上面のうち少なくとも前記反射部材の上面には、前記偏光光の偏光方向に対する前記反射面の角度を固定するストッパが設けられている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  11. 前記反射部材は複数の反射面を有し、該複数の反射面は、前記実装面に垂直な方向から見た平面視において正方形状に配置されている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  12. 前記反射部材は複数の反射面を有し、該複数の反射面は、前記実装面に垂直な方向から見た平面視において長方形形状に配置されている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  13. 前記反射部材は複数の反射面を有し、該複数の反射面は、前記実装面に垂直な方向から見た平面視において正方形状に配置されており、
    前記偏光光の偏光方向と前記反射面が形成する形状の一辺とがなす角度をθ２とした場合に、
    角度θ２は、０°以上且つ１０°以下、又は８０°以上且つ９０°以下に設定可能なように前記マーカ及び前記ストッパの少なくとも一方が設けられている、請求項９に記載の窒化物半導体発光装置。
  14. 前記反射部材は複数の反射面を有し、該複数の反射面は、前記実装面に垂直な方向から見た平面視において正方形状に配置されており、
    前記偏光光の偏光方向と前記反射面が形成する形状の一辺とがなす角度をθ２とした場合に、
    角度θ２は、３０°以上且つ６０°以下に設定可能なように前記マーカが設けられている、請求項９に記載の窒化物半導体発光装置。
  15. 前記反射面における前記半導体発光チップの成長面に垂直な方向の断面視は、直線若しくは曲線又はこれらの組み合わせによって構成されており、
    前記反射面の前記断面視において、前記反射面と前記半導体発光チップの成長面の法線方向とがなす角度を算術平均傾斜角度Δθ１で定義した場合に、
    算術平均傾斜角度Δθ１は、２０°以上且つ４０°以下である、請求項１３に記載の窒化物半導体発光装置。
  16. 前記反射面の表面の凹凸の高さは、１００ｎｍ以下である、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  17. 前記反射部材の上に保持され、且つ、前記偏光光の入射方向によって偏光度が変化する偏光制御部材をさらに備えている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  18. 前記偏光制御部材は、偏光板である、請求項１７に記載の窒化物半導体発光装置。
  19. 前記偏光制御部材は、表面にストライプ状の凹凸が形成された透光性部材である、請求項１７に記載の窒化物半導体発光装置。
  20. 前記偏光制御部材は、シリンドリカル状の透光性部材である、請求項１７に記載の窒化物半導体発光装置。
  21. 前記反射面は、前記反射部材に、平面視において楕円形状又は多角形状に設けられている、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
  22. 前記反射面は、前記反射部材に、平面視において長方形状に設けられている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
  23. 前記反射面は、前記反射部材に、平面視において正方形状に設けられている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
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