(57)【要約】  光取り出し効率を向上させ、光取り出し面の全面における発光強度分布の不均一を抑制可能な発光素子を提供する。発光素子は、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体積層体と、ｐ型半導体層と接続する電極パッドと、を具備する。半導体積層体は、その主面のうち、発光層からの光が出射される主面に多数の突起を有する。そして、半導体積層体の前記主面は、電極パッドの近傍に位置する第１領域と、第１領域よりも電極パッドに対して離間した第２領域と、を有し、突起の間隔は前記第１領域よりも第２領域が小さい。
2009069785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが積層され、前記発光層からの光が出射される主面に多数の突起を有する半導体積層体と、前記ｎ型半導体層に接続される第１の導電層と、前記ｐ型半導体層に接続される第２の導電層と、前記第２の導電層上に設けられ、外部と前記ｐ型半導体層とを接続する電極パッドと、を具備する発光素子であって、
前記半導体積層体の前記主面は、前記電極パッドの近傍に位置する第１領域と、前記第１領域よりも前記電極パッドに対して離間し、前記第１領域が電極パッドとの間に介在するように設けられた第２領域と、を有し、前記突起の間隔は前記第１領域よりも前記第２領域で小さい発光素子。
【請求項２】
前記突起の間隔は、前記電極パッドから離間するにしたがって小さくなる請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記突起の間隔は、前記電極パッドから離間するにしたがって、前記電極パッドからの間隔を変数として比例関数的または指数関数的に小さくなる請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記発光素子を平面視したときに、前記発光層のうち最も発光強度の大きい領域が前記電極パッドと重なる請求項１記載の発光素子。
【請求項５】
前記ｎ型半導体層、前記発光層および前記ｐ型半導体層のうち、前記ｐ型半導体層の電気抵抗が最も大きい請求項１記載の発光素子。
【請求項６】
前記突起の先端が、凸型曲面または尖頭状である請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
記半導体積層体の前記主面は、傾斜面を有する請求項１記載の発光素子。
【請求項８】
前記傾斜面は、非傾斜面に対して１０°〜８０°の傾斜角度を有している請求項７記載の発光素子。
【請求項９】
前記半導体積層体は、窒化ガリウム系化合物半導体から構成される請求項１記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第２の導電層は透明導電層である請求項１記載の発光素子。
【請求項１１】
請求項１記載の発光素子と、
前記発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体および／または燐光体と、
を具備する照明装置。
【請求項１２】
ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とが積層される半導体積層体と、前記ｎ型半導体層に接続される第１の導電層と、前記ｐ型半導体層に接続される第２の導電層と、前記第２の導電層上に設けられ、外部と前記ｐ型半導体層とを接続する電極パッドと、を具備する発光素子であって、
前記第１の導電層および前記第２の導電層のうち一方が、前記発光層からの光が出射される主面を有し、該主面に多数の突起を有する透明導電層であり、
前記透明導電層の前記主面は、前記電極パッドの近傍に位置する第１領域と、前記第１領域よりも前記電極パッドに対して離間した第２領域と、を有し、前記突起の間隔は前記第１領域よりも前記第２領域で小さい発光素子。
【請求項１３】
請求項１２記載の発光素子と、
前記発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体および／または燐光体と、
を具備する照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光素子及び照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物系半導体などの半導体を用いた発光素子が注目されている。【０００３】
半導体を用いた発光素子は、エネルギー消費が小さく、また、発光寿命が長いことから、白熱電球または蛍光ランプの代替品として、その発光素子の実用化が始まっている。しかしながら、半導体を用いた発光素子の発光効率は、蛍光灯に比較すると低いため、更なる高効率化が求められている。【０００４】
発光素子の高効率化の手法の一つである光取り出し効率の向上方法として、例えば、発光素子の表面に凹凸構造を形成する方法が挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。この方法により得られた発光素子は、半導体層の一方主面に周期的に形成された凹凸構造を有する。この凹凸構造が光散乱を発生させて、反射光の反射角度を変化させる。そして、外部との界面において光の入射角が臨界角の範囲内となる割合を増やす。これにより、発光素子の光取り出し効率が向上する。【０００５】
しかし、ｐ型半導体層は、ｎ型半導体層および発光層と比較すると電気抵抗が高い。そのため、ｐ型半導体層上に設けられた電極パッドから注入された電流は、ｐ型半導体層中に十分に拡散せず、電極パッド近傍で強い発光強度を示す。その結果、発光素子全面において、均一な発光強度分布が得られない。
【特許文献１】特開平１２−９１６３９号公報
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は、光取り出し効率を向上させ、光取り出し面の全面における発光強度分布の不均一を抑制した発光素子を得ることである。
【０００７】
本発明の実施形態にかかる発光素子は、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体積層体と、ｐ型半導体層と接続する電極パッドと、を具備する。半導体積層体は、その主面のうち、発光層からの光が出射される主面に多数の突起を有する。そして、半導体積層体の前記主面は、電極パッドの近傍に位置する第１領域と、第１領域よりも電極パッドに対して離間した第２領域と、を有し、突起の間隔は前記第１領域よりも第２領域が小さい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態の発光素子を示す断面図である。
【図２】図１に示す発光素子を上面視したときの平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の発光素子を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の発光素子を示す断面図である。
【図５】図４に示す発光素子を上面視したときの平面図である。
【図６】本発明の一実施形態の照明装置を示す断面図である。
【図７】実施例１の発光素子について、コンピュータシミュレーションによって光取り出し面を通過した光線強度の分布をプロットした平面図である。
【図８】比較例１の発光素子について、コンピュータシミュレーションによって光取り出し面を通過した光線強度の分布をプロットした平面図である。
【図９】比較例２の発光素子について、コンピュータシミュレーションによって光取り出し面を通過した光線強度の分布をプロットした平面図である。
【図１０】比較例３の発光素子について、コンピュータシミュレーションによって光取り出し面を通過した光線強度の分布をプロットした平面図である。
【図１１】実施例２の発光素子について、コンピュータシミュレーションによって光取り出し面を通過した光線強度の分布をプロットした平面図である。
【図１２】比較例１の発光素子を示す断面図である。
【図１３】比較例２の発光素子を示す断面図である。
【図１４】比較例３の発光素子を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す発光素子を上面視したときの平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の発光素子の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。【００１０】
＜第１の実施形態の発光素子＞
図１および図２に示すように、本実施の形態の発光素子は、基板１上に、ｎ型半導体層２ａ、発光層２ｂおよびｐ型半導体層２ｃから構成される半導体積層体２が形成されている。また、ｐ型半導体層２ｃ上には、第２の導電層として透明導電層３が形成されている。そして、この透明導電層３上には電極パッドとしてのｐ電極パッド７が形成されている。一方、ｎ型半導体層２ａ上には、第１の導電層としてのｎ電極５が形成されている。ｎ電極５には、外部から電流を注入するために、それぞれｎ電極パッド６が設けられている。ｎ電極パッド６は、ワイヤーボンディングによって外部のパッケージの配線等と接続される。【００１１】
なお、図１および図２に、発光中心１４を示す。ここで、発光中心１４とは、発光層２ｂ中において、最も発光強度の大きい領域をいう。図１および図２の場合、ｎ型半導体層２ｃの電気抵抗が高いため、ｐ型電極パッドからの電流が十分に拡散せずに、ｐ型電極パッドの近傍が発光中心１４となる。図２に示すように、発光素子を平面視したとき、発光中心１４は電極パッド７と重なっている。【００１２】
図１および図２に示すように、発光層２ｂからの光が出射される半導体積層体２の主面をｐ型半導体層２ｃが有している場合、ｐ型半導体層２ｃの主面上には多数の突起４が形成されている。【００１３】
図２に示すようにｐ型半導体層２ｃの主面は、ｐ電極パッド７の近傍に位置する第１領域１６と、第１領域１６よりもｐ電極パッド７に対して離間した第２領域１７と、を有する。第１領域および第２領域とは、ｐ電極パッドからの距離が異なって互いに隣接する２つの突起４を有する領域をいう。隣接する突起４の間隔は、第１領域１６よりも第２領域１７が小さい。【００１４】
発光強度の強い電極パッドの近傍では、互いの突起の間隔が大きいために光散乱量は少ない。従って、電極パッド近傍では、光の強度は大きいが、光散乱量が少ないため、外部へ放出される光の量は最大強度から低下する。一方、電極パッドから離間した位置では、突起の間隔は前記第１領域よりも第２領域が小さいため、光散乱量が多くなる。従って、電極パッドから離れた部位では、光の強度自体は低下しているものの、光散乱量が多いため、外部へ放出される光の量の低下を抑えることができる。以上より、発光素子の光取り出し面において、電極パッドの近傍の領域から放出される光の量と、電極パッドと離間した領域から放出される光の量と、をそれぞれ調整することができる。【００１５】
なお、第１領域１６としては、ｐ電極パッド７と第２領域１７との間に介在するものを用いて、それぞれの突起間距離を比較することが好ましい。さらに、第１領域１６において隣接する２つの突起および第２領域１７において隣接する２つの突起としては、ｐ電極パッド７とともに同一直線上に位置するものを用いることが好ましい。【００１６】
図１および２に示すように、隣接する突起４の間隔は、ｐ電極パッド７から離間するにしたがって小さくなることが好ましい。ｐ電極パッド７から離間するにしたがって、外部へ放出される光の量の低下を抑制することができるため、外部へ放出される光の量の不均一化を抑制できる。【００１７】
突起４がｐ電極パッド７から離間するにしたがって互いの間隔が小さくなるように形成されている場合、隣接する突起４の間隔は、ｐ電極パッド７からの距離を変数として比例関数的または指数関数的に小さくなることが好ましい。このように突起４同士の間隔を変化させることによって、半導体層２における光の散乱量をｐ電極パッド７からの距離により制御することが可能となる。そのため、従来ｐ電極パッド７近傍で強くなっていた発光強度分布を、発光素子の光取り出し面の全面においてほぼ均一にすることが可能となる。【００１８】
例えば、突起４同士の間の間隔をｃ、ｐ電極パッド７からの距離をｄとしたとき、間隔ｃが距離ｄを変数として比例関数的に表される場合、
ｃ＝−ａ・ｄ＋ｃmax（ただし、ａ＞０，ｃ＞０）
と表すことができる。ここで、ａは突起４同士の間の間隔ｃが距離ｄにより比例関数的に減少する割合を示し、ｃmaxはｐ電極パッド７に最も近い部位におけるｃの値を示す。【００１９】
また、間隔ｃが距離ｄを変数として指数関数的に表される場合、
ｃ＝ｃmax×ｂｅｄ（ただし、０＜ｂ＜１，ｅ＞０）
と表すことができる。ここで、ｂは突起４同士の間の間隔ｃが距離ｄにより指数関数的に減少する割合を示し、ｅは任意の定数を示す。【００２０】
ｃmaxは、通常、１０〜１００μｍの範囲である。【００２１】
突起４の形状としては、例えば、円柱形状、多角柱形状、円錐形状、多角錐形状、部分円錐形状（例えば、縦断面が台形状である円錐台形状）、部分多角錐形状（例えば、縦断面が台形状である）等が挙げられる。また、突起４の先端の形状としては、平坦面、凸型曲面、尖頭状などが挙げられる。突起４の先端の形状としては、とくに凸型曲面または尖頭状が好ましい。先端の形状がこれらの形状であることにより、光の出射界面における実効的な屈折率が、より傾斜的に変化する。よって、出射界面における光の反射量が低減し、取り出される光の量が増加する。【００２２】
突起４の底面の長さ（平均長さ）は、光学的な媒質であるｐ型半導体層２ｃ中の実効波長と同程度かそれ以下が好ましい。また、突起４の高さ（平均高さ）は、ｐ型半導体層２ｃ中の実効波長と同程度かそれ以上が好ましい。突起４の底面の長さおよび高さが前述の場合、ｐ型半導体層２ｃとその外部との間の屈折率差がより緩和される。そして、光の反射が抑制され、かつ、光散乱の効果が得られる。突起４がない場合、光はｐ型半導体層２ｃとその外部との間の界面において臨界角を超えて全反射し、透明導電層３または半導体層２の内部に閉じ込められていた。しかし、突起４の底面の長さおよび高さが前述の場合、突起４によって光の進行方向が変化するために、臨界角以内に入る割合が増加することによって、光取り出し量が向上する。【００２３】
なお、突起４の底面の長さ（平均長さ）は、発光波長以上が好ましい。突起４の底面の長さが発光波長未満では、突起４によって散乱された散乱光の角度分布が狭くなり、外部との界面での入射角が臨界角以内に入って、外部に取り出すことが可能な散乱光が減少する。そのため、光取り出し効率向上の効果が十分に得られない。突起４の高さ（平均高さ）は、１．５μｍ以下であればよい。１．５μｍを超えると、突起４を形成する際のエッチングに要する時間が長くなり、生産性が低下する傾向がある。【００２４】
図１の突起４の形成方法を以下に説明する。まず、基板１上にｎ型半導体層２ａ、発光層２ｂ及びｐ型半導体層２ｃの順に形成する。その後、ｐ型半導体層２ｃの表面上にレジスト層、金属層等から成るマスクを形成し、エッチング法を用いることによって、ｐ型半導体層２ｃの表面をエッチングして凹凸を容易に形成することができる。なお、エッチング法としては、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Riactive Ion Ettching）法等のドライエッチング法、エッチング液を用いた湿式エッチング法が挙げられる。【００２５】
（半導体積層体）
半導体積層体２において、発光層２ｂは、ｎ型半導体層２ａとｐ型半導体層２ｃとの間に位置する。半導体層２としては、窒化ガリウムなどの窒化物半導体が挙げられる。例えば、ｎ型半導体層２ａが窒化ガリウム系化合物半導体層の場合、窒化ガリウム系化合物半導体層は、第１のｎ型クラッド層としてのＧａＮ層および第２のｎ型クラッド層としてのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ層の積層体等から構成される。このｎ型半導体層２ａの厚みは２μｍ〜３μｍ程度である。【００２６】
また、ｐ型半導体層２ｃがｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の場合、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層は、例えば、第１のｐ型クラッド層としてのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層、第２のｐ型クラッド層としてのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、およびｐ型コンタクト層としてのＧａＮ層の積層体等から構成される。このｐ型半導体層２ｃの厚みは２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。【００２７】
また、発光層２ｂが窒化ガリウム系化合物半導体から構成される場合、発光層２ｂの構造としては、例えば、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）等が挙げられる。なお、ＭＱＷは、禁制帯幅の広い障壁層としてのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層と、禁制帯幅の狭い井戸層としてのＩｎ0.11Ｇａ0.89Ｎ層とを、交互に、例えば３回繰り返し規則的に積層することにより得られる。この発光層２ｂの厚みは２５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。【００２８】
半導体積層体２の成長方法は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）法が好適に用いられ。その他、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）法等を用いてもよい。【００２９】
なお、半導体積層体２は、図１に示すように基板１上に設けられることが好ましい。基板1としては、例えば、サファイア基板、窒化物半導体から構成される基板などが挙げられる。基板１は、半導体積層体２の成長用基板として、また、発光素子の保持用基板として用いられる。【００３０】
半導体積層体２は、図４に示すように、主面に傾斜面を有してもよい。このように、傾斜面を有することにより、発光面積が増大し、光取り出し効率が向上する。また、平面視において単位面積当たりの発光量が向上する。なお、図４に示す発光素子の場合、隣接する突起４の間隔とは、図５のように発光素子を平面視したときの突起４間の間隔をいう。【００３１】
傾斜面は、基板の上面の非傾斜面に対して１０°〜８０°の傾斜角（図４にθで示す）を有していることが好ましい。１０°〜８０°の傾斜角で傾斜面を形成することによって、光の取り出し効率が向上する。【００３２】
傾斜面の形成には、傾斜面を有する基板１を用い、マスクを用いた酸、アルカリによるウェットエッチング法、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等のエッチング法、または先端が所望の角度を有するダイシングブレードを用いたダイシング法等によって行うことができる。【００３３】
（導電層）
本発明の実施態様における発光素子は、第１の導電層５および第２の導電層３を有する。なお、図１の場合、第１の導電層５はｎ型電極、および第２の導電層３は透明導電層３を示す。【００３４】
ｎ電極は、発光層２ｂが発生した光を損失なく反射し、かつｎ型半導体層２ａと良好にオーミック接続する材質から構成されることが好ましい。そのような材質としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），インジウム（Ｉｎ），錫（Ｓｎ），モリブデン（Ｍｏ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），ニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ），バナジウム（Ｖ），白金（Ｐｔ），鉛（Ｐｂ），ベリリウム（Ｂｅ），酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３），金−シリコン（Ａｕ−Ｓｉ）合金，金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）合金，金−亜鉛（Ａｕ−Ｚｎ）合金，金−ベリリウム（Ａｕ−Ｂｅ）合金等が挙げられる。これらのなかでも、発光層２ｂが発光する青色光（波長４５０ｎｍ）〜紫外光（波長３５０ｎｍ）の光に対して反射率が高いため、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）が好ましい。また、アルミニウム（Ａｌ）は、ｎ型半導体層２ａとの十分なオーミック接合が可能であるため、ｎ電極５の材質として特に好適である。ｎ電極５は、上記材質の中から選択した層を複数層積層したものでもよい。【００３５】
透明導電層３としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化錫（ＳｎＯ２），酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物が使用される。なかでも、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）は、紫外光および青色光に対して高い透過率を有するだけでなく、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃと良好なオーミック接触が取れるために好適である。【００３６】
透明導電層３の厚みは２５０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。厚みがこの範囲内の場合、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体２ｃと良好なオーミック接触が形成できる。また、透明導電層３での光吸収量を抑制して光取り出し効率の低下を抑えることができる。【００３７】
（電極パッド）
第１の導電層５および第２の導電層３上には、それぞれｎ電極パッド６およびｐ電極パッド７が設けられている。ここで、電極パッドとは、それぞれ外部と電気的接続をとるための導線等を接続するものをいう。ｎ電極パッド６とｐ電極パッド７としては、例えば、チタン（Ｔｉ）層、または、チタン（Ｔｉ）層を下地層として金（Ａｕ）層を積層したものを用いればよい。【００３８】
なお、本実施形態に係る半導体を適用した発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）として使用することができる。【００３９】
また、本実施形態の上記発光素子（ＬＥＤ）は次のように動作する。即ち、発光層２ｂを含む半導体積層体２にバイアス電流を流して、発光層２ｂで波長３５０〜４００ｎｍ程度の紫外光、近紫外光または紫光を発生させ、発光素子の外側にそれらの光を取り出すように動作する。【００４０】
＜第２の実施形態の発光素子＞
図３に、本発明の第２の実施形態の発光素子を示す。第２の実施形態の発光素子は、第１の導電層および第２の導電層のいずれかが透明導電層であり、透明導電層の主面に多数の突起を有する。図３の場合、第２の導電層３が透明導電層であり、その主面上に多数の突起４が設けられている。図１に示す発光素子が半導体積層体２上に突起４が設けられているのに対して、図３に示す発光素子は、透明導電層上に突起４が設けられている点が異なり、それ以外は同様である。【００４１】
第２の実施形態の発光素子は、図２に示す平面図と同様に、ｐ電極パッド７の近傍に位置する第１領域１６と、第１領域１６よりもｐ電極パッド７に対して離間した第２領域１７と、を有する。そして、隣接する突起４の間隔は第１領域１６よりも第２領域１７で小さい。この構成により得られる効果は、第１の実施形態の発光素子により得られる効果と同様である。
第２の実施形態の発光素子を構成する半導体積層体２、第１の導電層５、第２の導電層３および電極パッド７は、第１の実施形態の発光素子と同様のものを用いる。【００４２】
＜照明装置＞
図６は、本実施形態の発光素子を具備する照明装置を示す図である。照明装置は、本実施形態の発光素子２０を、シリコーン樹脂等の透明樹脂またはガラス等の透明部材２１で覆う或いは内包する。照明装置は、透明部材２１に蛍光体または燐光体が混入した構成であることが好ましい。透明部材２１中に蛍光体または燐光体が存在することによって、発光素子から生じた紫外光または近紫外光を白色光等に変換することができる。なお、符号２２は実装基体である。【００４３】
また、集光性を高めるために透明部材２１に凹面鏡等の光反射部材を設けることもできる。このような照明装置は、従来の蛍光灯等よりも消費電力が小さく、小型であることから、小型で高輝度の照明装置として有効である。
【実施例】
【００４４】
本実施形態の発光素子の実施例（実施例１）について以下に説明する。本実施形態の発光素子の光取り出し効率の効果を確認するために、光線追跡法を用いて、図１に示す発光素子のコンピュータシミュレーションを実施した。なお、これらのコンピュータシミュレーションは、ラムダリサーチ社製のトレースプロを用いることにより実施できる。【００４５】
図２に示す発光素子を用いてシミュレーションを行なった。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａの平面視形状は、正方形（３１０μｍ×３１０μｍ）である。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａの角部のうち、一部が外部に露出した１つの角部（１７０μｍ×１７０μｍ）の中央に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａと接続し、直径が１２０μｍの円形のｎ電極５、およびｎ電極５と接続するｎ電極パッド６を積層した。なお、ｎ電極５はニッケル（Ｎｉ）からなり、ｎ電極パッド６は金（Ａｕ）からなる。そして、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃの上面を覆うように、ＩＴＯから成る透明導電層３を形成した。その後、透明導電層３の上面の１つの角部に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａと接続するｐ電極パッド７を形成した。なお、ｐ電極パッド７は、１００μｍ×１００μｍの正方形で、金（Ａｕ）からなる。【００４６】
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃの上面には、多数の突起４が形成されている（突起４の数：２９４個）。隣接する突起４同士の間の間隔をｃ、ｐ電極パッド７の端からの距離をｄとしたとき、ｃがｄを変数として比例関数的に表されるものとして、ｃ＝−０．２ｄ＋４５（μｍ）と表されるようにした。すなわち、ｐ電極パッド７に最も近い部位におけるｃの値（最大値ｃmax）は４５μｍとし、ｄが大きくなるにつれてｃがｃmaxから徐々に小さくなるようにした。【００４７】
各突起４は円錐形状であった。また、突起４の底面の長さ（最大長さ）を１μｍ、高さを１μｍとした。【００４８】
突起４は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃの表面上にレジスト層から成るマスクを形成した後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Riactive Ion Ettching）法を用いることによって形成した。【００４９】
発光素子のサイズを平面視で一辺が３５０μｍの正方形とし、基板１の厚みを３５０μｍ、半導体積層体２の厚みを３．４μｍ、透明導電層３の厚みを０．２５μｍ、ｎ電極５の厚みを０．４３μｍ、ｎ電極パッド６とｐ電極パッド７の厚みを０．３５μｍに設定した。また、発光波長は４００ｎｍとし、ｐ電極パッド７の直下の発光層２ｂから１６０００本の光線が立体的に等方的に放射されるよう設定してコンピュータシミュレーションを実施した。【００５０】
さらに、サファイアから成る透明な基板１の屈折率を１．７８、半導体積層体２の屈折率を２．５、ニッケル（Ｎｉ）からなるｎ電極５の屈折率を１．６１、金（Ａｕ）からなるｎ電極パッド６及びｐ電極パッド７の屈折率を１．６６として計算を行った。なお、半導体積層体２において、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａ、発光層２ｂ及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃは、屈折率の変化にほとんど差がないため、全て同じ屈折率とした。
以上より、図７に示すような、発光素子の光取り出し面を通過した光線の強度の分布が得られた。図７において、各ドットは１つの光線が通過した部位を示し、大きなドットは強度が大きいことを示す。【００５１】
（比較例１）
突起４が設けられていない以外は実施例１と同様にして図１２の発光素子を作製し、光取り出し効率のコンピュータシミュレーションを行った。図１２に比較例１の発光素子を示す。シミュレーションにより、図８に示すような、発光素子の光取り出し面を通過した光線の強度の分布が得られた。【００５２】
（比較例２）
突起１７間の間隔が５μｍで一定であること以外は実施例１と同様にして図１３の発光素子を作製し、光取り出し効率のコンピュータシミュレーションを行なった。シミュレーションにより、図９に示すような、発光素子の光取り出し面を通過した光線の強度の分布が得られた。【００５３】
図７〜図９のコンピュータシミュレーションの結果より、実施例１の発光素子は、比較例１の発光素子に比べて、光取り出し量が１．１倍に向上するだけでなく、光取り出し面の全面において発光強度がほぼ均一であることがわかった。また、比較例２の発光素子は、ｐ電極パッド近傍において発光強度の分布の偏りが最も大きくなった。【００５４】
（実施例２）
図４に示す発光素子を用いてシミュレーションを行なった。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａの平面視形状は、正方形（３４０μｍ×３４０μｍ）である。ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃの上面を覆うように、ＩＴＯから成る透明導電層３を形成した。その後、透明導電層３の上面の１つの角部に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａと接続するｐ電極パッド７を形成した。なお、ｐ電極パッド７は、１００μｍ×１００μｍの正方形で、金（Ａｕ）からなる。さらに、基板１の一部を傾斜させ、基板１の傾斜面上の半導体積層体２の主面を非傾斜面に対して３０度傾斜させた。【００５５】
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃの上面には、多数の突起４が形成されている。隣接する突起４間の間隔の距離（平面視したときの距離）をｄとしたとき、ｃがｄを変数として比例関数的に表されるものとして、ｃ＝−０．２ｄ＋１０（μｍ）と表されるようにした。すなわち、ｐ電極パッド７に最も近い部位におけるｃの値（最大値ｃmax）は１０μｍとし、ｄが大きくなるにつれてｃがｃmaxから徐々に小さくなるようにした。【００５６】
その他の条件については、実施例１と同様であった。【００５７】
以上より、図１１に示すような、発光素子の光取り出し面を通過した光線の強度の分布が得られた。図１１において、各ドットは１つの光線が通過した部位を示し、大きなドットは強度が大きいことを示す。【００５８】
（比較例３）
突起１７間の間隔が１０μｍで一定であること以外は実施例２と同様にして図１３の発光素子を作製し、光取り出し効率のコンピュータシミュレーションを行なった。シミュレーションにより、図１０に示すような、発光素子の光取り出し面を通過した光線の強度の分布が得られた。【００５９】
図１０〜図１１のコンピュータシミュレーションの結果より、実施例２の発光素子は、比較例３の発光素子に比べて、光取り出し量が向上するだけでなく、光取り出し面の全面において発光強度がほぼ均一であることがわかった。また、比較例３の発光素子は、ｐ電極パッド近傍において発光強度の分布の偏りが最も大きくなった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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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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【国際調査報告】
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