(57)【要約】【課題】透明層と金属層とが剥離するおそれを低減する。【解決手段】ｎ型半導体層１１、発光層１２、ｐ型半導体層１３が積層され、発光層１２からの光の取出し面とは反対側に反射膜Ａを備え、反射膜Ａは、透明部１５ｃと金属部１５ｂとを含む透明層１５と、透明層１５の、発光層１２とは反対側に積層された金属層１６とが積層されて構成され、透明部１５ｃ及び金属部１５ｂは、それぞれ透明層１５を貫通するように設けられ、透明部１５ｃは、透明層１５の、発光層１２側に設けられた層の屈折率より低い屈折率を有し、透明部１５ｃと金属層１６との間、及び透明部１５ｃと金属部１５ｂとの間には、透明部１５ｃと金属層１６、及び透明部１５ｃと金属部１５ｂをそれぞれ密着するための密着膜１８が設けられている。【選択図】図１
2011071316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層の発光波長において透光性を有するｎ型半導体層、前記発光層およびｐ型半導体層が積層され、前記発光層からの光の取出し面とは反対側に反射膜を備え、
前記反射膜は、
発光層の発光波長において透光性を有する透明部と導電性の金属部とを含む透明層と、
前記透明層の、前記発光層とは反対側に積層され、光を反射する金属材料から成る金属層とが積層されて構成され、
前記透明部及び前記金属部は、
それぞれ前記透明層を貫通するように設けられ、
前記透明部は、
前記発光波長において、前記透明層から見て前記発光層の側に設けられた層の屈折率より低い屈折率を有し、
前記透明部と前記金属層との間、及び前記透明部と前記金属部との間には、当該透明部と金属層、及び当該透明部と前記金属部とをそれぞれ密着するための密着膜が設けられていること
を特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記密着膜は、Ｐｔ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＩＴＯ，ＡＺＯ，ＺｎＳ、及びこれらのうち少なくとも一つの合金、のうちいずれかにより構成されていること
を特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記金属層及び前記金属部は、Ａｇ及びＡｇ合金のうちいずれかにより構成されていること
を特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記金属層及び前記金属部は、Ａｇ及びＡｇ合金のうちいずれかにより構成され、
前記密着膜は、前記Ａｇ及びＡｇ合金よりも前記透明部との密着性が高い材料により構成されていること
を特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記透明層の、発光層側に設けられた層は、前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層のうちのいずれかであり、
当該発光層側に設けられた層と、当該透明層との間には、当該発光層側に設けられた層とオーミックコンタクトすると共に前記発光波長において透明な第１の電極層が積層されていること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記金属層は、第２の電極層として用いられること
を特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１の電極層は、ＩＴＯ、ＧＺＯ、ＡＺＯ、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、及びＩＺＯのうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていること
を特徴とする請求項５又は６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記透明部は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＦ、ＣａＦ、及びＳｉ３Ｎ４のうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記透明層の厚さは、前記発光波長の３／４を、前記透明部の屈折率で除した値以上であり、前記発光波長の５／４を、前記透明部の屈折率で除した値以下であること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記密着膜の厚さは、０ｎｍを超え、３ｎｍに満たないこと
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記金属部は、複数の島状に形成され、
前記透明部は、前記複数の島状の金属部の間を埋めるように形成されていること
を特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記金属部は、メッシュ状に形成され、
前記透明部は、前記メッシュ状に形成された金属部のメッシュの目を埋めるように形成されていること
を特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第１の電極層は、銀、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ、及びＰｔ、Ｒｈ、銀、Ａｌのうちいずれかの合金、のうちいずれかである高反射金属でその厚さが０．１ｎｍ〜５ｎｍであること
を特徴とする請求項５又は６に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記高反射金属は銀であり、前記第１の電極層の厚さは、０．１ｎｍ〜２ｎｍであること
を特徴とする請求項１３記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記透明層から見て発光層の側に設けられた層は、前記ｐ型半導体層であり、
前記第１の電極層は、Ｐｔ、Ｒｈ、及びそれらの合金のうちいずれかが０．１ｎｍ〜２ｎｍの厚さで積層され、かつ面積占有率が１ｎｍの厚みで換算した場合の１０％〜５０％のメッシュ状あるいは微小領域群として形成されること
を特徴とする請求項５又は６記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記金属層及び前記金属部は、銀、Ａｌ、及びこれらの合金のうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていること
を特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記金属層は、
Ａｌ及びＡｌ合金のうちいずれかの層が前記透明層に接するように、当該いずれかの層と銀の層とが積層されて構成されていること
を特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記金属層及び前記金属部は銀であり、
前記金属層の厚みは、８０ｎｍ以上であること
を特徴とする請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記金属層及び前記金属部はＡｌであり、
前記金属層の厚みは、５０ｎｍ以上であること
を特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
前記第１の電極層と、前記金属部との間にＰｔ層が形成されていること
を特徴とする請求項５又は６に記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の半導体発光素子を用いることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、及びこれを用いる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、透明材料からなる透明層と金属層とを積層させて構成し、透明層を透過した光を金属層によって反射するようにした半導体発光素子が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４７７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、透明材料と金属材料とは、密着性が悪く、透明層と金属層とが剥離してしまうという、不都合があった。
【０００５】
本発明の目的は、透明層と金属層とが剥離するおそれを低減することができる半導体発光素子、及びこれを用いる照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体発光素子は、発光層の発光波長において透光性を有するｎ型半導体層、前記発光層およびｐ型半導体層が積層され、前記発光層からの光の取出し面とは反対側に反射膜を備え、前記反射膜は、発光層の発光波長において透光性を有する透明部と導電性の金属部とを含む透明層と、前記透明層の、前記発光層とは反対側に積層され、光を反射する金属材料から成る金属層とが積層されて構成され、前記透明部及び前記金属部は、それぞれ前記透明層を貫通するように設けられ、前記透明部は、前記発光波長において、前記透明層から見て前記発光層の側に設けられた層の屈折率より低い屈折率を有し、前記透明部と前記金属層との間、及び前記透明部と前記金属部との間には、当該透明部と金属層、及び当該透明部と前記金属部とをそれぞれ密着するための密着膜が設けられている。
【０００７】
この構成によれば、透明層と金属層との境界では、透明層における金属部と金属層は、いずれも金属であるから積層されて強固に結び合う。また、透明層における透明部と金属層との間には、当該透明部と金属層とを密着するための密着膜が設けられているから、透明部と金属層との密着性が向上する。さらに、透明層内においても、金属層と強固に結び合った金属部と透明部との間には、当該透明部と金属部とを密着するための密着膜が設けられているから、透明部と金属部との密着性が向上する。その結果、透明部における金属層との界面に加えて、透明部の側面も密着膜を介して金属層、及び金属層と一体の金属部と密着されることとなるので、透明層と金属層とが剥離するおそれを低減することができる。
【０００８】
また、前記密着膜は、Ｐｔ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＩＴＯ，ＡＺＯ，ＺｎＳ、及びこれらのうち少なくとも一つの合金、のうちいずれかにより構成されていることが好ましい。
【０００９】
これらの材料は、透明材料との密着性に優れるので、密着膜の材料として好適である。
【００１０】
また、前記金属層及び前記金属部は、Ａｇ及びＡｇ合金のうちいずれかにより構成されていることが好ましい。
【００１１】
Ａｇ及びＡｇ合金は、光の反射率が高いので、反射膜に用いられる金属層及び前記金属部として好適である。さらに、Ｐｔ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＩＴＯ，ＡＺＯ，ＺｎＳ、及びこれらのうち少なくとも一つの合金を用いた密着膜との密着性に優れる点でも好適である。
【００１２】
また、前記金属層及び前記金属部は、Ａｇ及びＡｇ合金のうちいずれかにより構成され、前記密着膜は、前記Ａｇ及びＡｇ合金よりも前記透明部との密着性が高い材料により構成されていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、金属層及び金属部が直接透明部と密着される場合よりも密着力が向上する。
【００１４】
また、前記透明層の、発光層側に設けられた層は、前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層のうちのいずれかであり、当該発光層側に設けられた層と、当該透明層との間には、当該発光層側に設けられた層とオーミックコンタクトすると共に前記発光波長において透明な第１の電極層が積層されていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、透明層の一部に設けられた金属部によって、透明層を貫通して第１の電極層と金属層とが電気的に導通されるので、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層のうち、透明層の発光層側に設けられた層と、金属層とが、第１の電極層及び金属部を介して電気的に接続される。これにより、金属層から発光層に充分な電流を注入することができるので、透明層による高反射率化を図りつつ、発光層を発光させることで、発光効率を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、前記金属層は、第２の電極層として用いられることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第２の電極層から発光層に充分な電流を注入することができるので、透明層による高反射率化を図りつつ、発光層を発光させることで、発光効率を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、前記第１の電極層は、ＩＴＯ、ＧＺＯ、ＡＺＯ、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、及びＩＺＯのうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていることが好ましい。
【００１９】
ＩＴＯ、ＧＺＯ、ＡＺＯ、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、及びＩＺＯは、透明な導電性材料であるから第１の電極層として好適である。
【００２０】
また、前記透明部は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＦ、ＣａＦ、及びＳｉ３Ｎ４のうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、全反射効果を出す透明層として、ＳｉＯ２（屈折率＝１．４３）は好適である。半導体層がIII-V族の場合に好適であるだけでなく、特に半導体層がII-VI族のＺｎＯ系材料から成る場合、ＺｎＯの屈折率は約２．０であるので、全反射効果を活用するには好適である。また、ＳｉＯ２と同様に、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＦ、ＣａＦ、及びＳｉ３Ｎ４もまた透明層として好適である。
【００２２】
また、前記透明層の厚さは、前記発光波長の３／４を、前記透明部の屈折率で除した値以上であり、前記発光波長の５／４を、前記透明部の屈折率で除した値以下であることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、臨界角θｃまでの比較的浅い角度（入射角が小さい）で入射した光は前記透明層または金属層で反射される。また、前記臨界角θｃを超えて比較的深い角度（入射角が大きい）で入射した光は、高屈折率であるＧａＮなどの成長基板または半導体層と該反射膜との界面において、近接場やエバネッセント波と称される前記界面から透明層への波長程度の深さの浸み出し光となる。しかしながら、該透明層が発光波長の３／４を、前記透明層の屈折率で除した値以上の厚みを有することで、該透明層を通過して前記金属層で吸収されてしまう可能性が少なくなり、殆どが該透明層から前記界面へ戻ってゆき（跳ね返され）、前記界面から前記成長基板または半導体層に再度入射して前記光の取出し面に向う。
【００２４】
したがって、反射膜にあらゆる入射角で入射した光を効率良く取出すことができ、同じ光を取出す場合には低消費電力化することができ、同じ電力を注入する場合には高輝度化を図ることができる。
【００２５】
そして、透明層の厚みが３／４光学波長以上であれば、全反射効果は得られる。しかしながら、実際に成膜した膜は、成膜法にも依存するものの、膜応力を持っており、透明層を厚くすればする程、この膜応力が強くなり、プロセス中、あるいは素子使用中に膜が剥離する可能性が高くなる。
【００２６】
したがって、透明層の厚みを発光波長の５／４を、前記透明層の屈折率で除した値以下とすることで、光学特性と膜安定性とを両立することができる。
【００２７】
また、前記密着膜の厚さは、０ｎｍを超え、３ｎｍに満たないことが好ましい。
【００２８】
この構成によれば、良好な反射率が得られる。
【００２９】
また、前記金属部は、複数の島状に形成され、前記透明部は、前記複数の島状の金属部の間を埋めるように形成されていることが好ましい。
【００３０】
この構成によれば、金属部が複数の島状にされていることにより、金属部から第１の電極層へ供給される電流が、第１の電極層において、透明部に回り込みやすくなる結果、発光層へ供給される電流が均一化されて、発光むらが低減される。
【００３１】
また、前記金属部は、メッシュ状に形成され、前記透明部は、前記メッシュ状に形成された金属部のメッシュの目を埋めるように形成されていてもよい。
【００３２】
この構成によれば、金属部がメッシュ状に形成されていることにより、金属部から第１の電極層へ供給される電流が、第１の電極層において、透明部に回り込みやすくなる結果、発光層へ供給される電流が均一化されて、発光むらが低減される。
【００３３】
また、前記第１の電極層は、銀、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ、及びＰｔ、Ｒｈ、銀、Ａｌのうちいずれかの合金、のうちいずれかである高反射金属でその厚さが０．１ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましい。ここで、０．１ｎｍは、前述の金属原子の直径よりも小さいが、層が均一ではなく島状の状態としたときの平均厚みである。
【００３４】
この構成によれば、前記第１の電極層を、吸収の少ない高反射率金属でその厚さが０．１ｎｍ〜５ｎｍとすると、吸収を１％以下とすることができる。
【００３５】
また、前記高反射金属は銀であり、前記第１の電極層の厚さは、０．１ｎｍ〜２ｎｍであることが好ましい。
【００３６】
この構成によれば、吸収が極めて少なく、特に好適である。
【００３７】
また、前記透明層から見て発光層の側に設けられた層は、前記ｐ型半導体層であり、前記第１の電極層は、Ｐｔ、Ｒｈ、及びそれらの合金のうちいずれかが０．１ｎｍ〜２ｎｍの厚さで積層され、かつ面積占有率が１ｎｍの厚みで換算した場合の１０％〜５０％のメッシュ状あるいは微小領域群として形成されることが好ましい。
【００３８】
この構成によれば、前記第１の電極層として、ＰｔまたはＲｈ、或いはそれらの合金は、ＧａＮ系ｐ型半導体層とオーミック接続が可能で、かつ反射率が６０％以上である。そこで、それらを０．１ｎｍ〜２ｎｍの厚みで、かつ面積占有率が１０％〜５０％のメッシュ或いは微小領域群に形成することによって、高反射率を犠牲にせず、順方向電圧を低減することができ、好適である。
【００３９】
また、前記金属層及び前記金属部は、銀、Ａｌ、及びこれらの合金のうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていることが好ましい。
【００４０】
銀、Ａｌ、及びこれらの合金は、光の反射率が高いので、金属層及び前記金属部として好適である。
【００４１】
また、前記金属層は、Ａｌ及びＡｌ合金のうちいずれかの層が前記透明層に接するように、当該いずれかの層と銀の層とが積層されて構成されていることが好ましい。
【００４２】
Ａｌ及びＡｌ合金は、銀よりも透明層との密着性が高いので、Ａｌ及びＡｌ合金のうちいずれかの層が前記透明層に接するように、当該いずれかの層と銀の層とを積層して金属層を構成すると、金属層と透明層とが剥離するおそれが低減する。
【００４３】
また、前記金属層及び前記金属部は銀であり、前記金属層の厚みは、８０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００４４】
この構成によれば、透明層と銀とを積層することで、半導体内部の光の配光分布の重みを考慮した平均反射率が、９８％から９９％以上となり、高い光取り出し効率が可能である。また、銀の屈折率（ｎ，ｋ）を（０．０６６、２．５）とした場合、成膜工法、成膜条件によって変化するけれども、膜厚が８０ｎｍの場合に、反射率（Ｒ）が９３％以上、透過率（Ｔ）が３％以下となるので、高反射率を得るには膜厚８０ｎｍ以上が望ましい。ここで、屈折率のｋは、「吸収係数」または「減衰係数」である。しかし、膜厚が厚くなると膜応力による剥離が生じ易くなるので、特に１００ｎｍ程度が好ましい。
【００４５】
また、前記金属層及び前記金属部はＡｌであり、前記金属層の厚みは、５０ｎｍ以上であるようにしてもよい。
【００４６】
この構成によれば、透明層とＡｌとを積層することで、９７％以上の平均反射率が得られ、高い光取り出し効率が可能である。
【００４７】
また、前記第１の電極層と、前記金属部との間にＰｔ層が形成されていることが好ましい。
【００４８】
この構成によれば、第１の電極層と、金属部との間の密着性をさらに高めることができる。
【００４９】
また、本発明に係る照明装置は、上述の半導体発光素子を用いる。
【００５０】
この構成によれば、半導体発光素子において透明層と金属層とが剥離するおそれが低減し、照明装置の信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００５１】
このような構成の半導体発光素子は、透明層と金属層とが剥離するおそれを低減することができる。
【００５２】
また、このような構成の照明装置は、半導体発光素子において透明層と金属層とが剥離するおそれが低減するので、照明装置の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の一形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図５】前記各発光ダイオードにおける反射膜を構成する金属層と透明層とにおいて、前記金属層に銀を用いた場合における透明層の厚さの変化に対する反射率の変化を示すグラフである。
【図６】銀の反射膜の膜厚変化に対する反射率（Ｒ）、透過率（Ｔ）、及び吸収率（Ａ）の変化を示すグラフである。
【図７】図６の一部の領域を拡大して示すグラフである。
【図８】発光層から各出射方向に対する光束の変化を説明するためのグラフである。
【図９】前記反射膜の反射率の変化に対する光取り出し効率の変化を示すグラフである。
【図１０】従来技術による反射膜への光の入射角変化に対する実際の反射率の変化を示すグラフである。
【図１１】エバネッセント波（近接場）を説明するための図である。
【図１２】前記エバネッセント波による光浸み出し量の入射角に対する変化を説明するためのグラフである。
【図１３】透明層（ＳｉＯ２）の厚さと、反射膜の反射率との関係を示すグラフである。
【図１４】図１３に示すグラフの算出条件、算出方法を説明するための説明図である。
【図１５】金属層の厚さｔと、反射膜の重み付き平均反射率＜Ｒ＞との関係を示すグラフである。
【図１６】図１５に示すグラフの算出条件を説明するための説明図である。
【図１７】金属層を、Ａｇ層と透明層との間にＡｌ層を設けて構成した場合のＡｌ層の厚さｔと、反射膜の重み付き平均反射率＜Ｒ＞との関係を示すグラフである。
【図１８】図１７に示すグラフの算出条件を説明するための説明図である。
【図１９】図１、図２に示す透明層の一例を示す平面図である。図１９（ａ）は全体図を示し、図１９（ｂ）は透明層の一部を拡大した図を示している。
【図２０】図１、図２に示す透明層の他の一例を示す平面図である。図２０（ａ）は全体図を示し、図２０（ｂ）は透明層の一部を拡大した図を示している。
【図２１】透明導電層を厚さ１ｎｍのＰｔを用いてメッシュ状あるいは島状に形成した場合のＰｔの面積占有率と、発光ダイオードの順方向電圧Ｖｆ、及び重み付き平均反射率＜Ｒ＞の関係を示すグラフである。
【図２２】Ｐｔ層の厚さと密着性（引っ張り強度）との関係を調べた実験結果を示す表である。
【図２３】図１及び図２における透明部と金属部との拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１〜図４は、本発明の実施の一形態に係る半導体発光素子である発光ダイオード１〜４の構造を示す断面図である。図１〜図４の構造は、本発明が適用される半導体発光素子の典型的な構造例を示すものであり、図１の発光ダイオード１はフリップチップタイプであり、図２〜図４の発光ダイオード２〜４はワイヤボンドタイプである。
【００５５】
図１の発光ダイオード１は、図示しない成長基板上に、ｎ型半導体層１１、発光層１２およびｐ型半導体層１３が積層され、発光層１２からの光取出し面１４とは反対側の面に反射膜を有する。ここで、注目すべきは、ｐ型電極を本発明に係る反射膜Ａとすることである。反射膜Ａは、発光層１２の発光波長において、該反射膜が接するｐ型半導体層１３の屈折率より低い屈折率を有し、かつ３／４光学波長（３Ｑ）以上の厚みを有する透明層１５と、透明層１５上に積層され、高反射率を有する金属材料から成る金属層１６とを備えて構成される。
【００５６】
また、後述するように、透明層１５には、透明層１５を貫通してｐ型半導体層１３と金属層１６とを電気的に導通させるメッシュ状、又は複数の島状にされた金属部１５ｂと、透明部１５ｃとが設けられている。
【００５７】
そして、透明部１５ｃを覆うように、透明部１５ｃと金属層１６との間、及び透明部１５ｃと金属部１５ｂとの間には、透明部１５ｃと金属層１６、及び透明部１５ｃと金属部１５ｂとをそれぞれ密着するための密着膜１８が形成されている。密着膜１８としては、例えばＰｔ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＩＴＯ，ＡＺＯ，ＺｎＳ、及びこれらのうち少なくとも一つの合金を用いることができる。
【００５８】
また、図１に示すように、ｐ型半導体層１３と透明層１５との間に、透明導電層１９（第１の電極層）が積層されていてもよい。
【００５９】
そして、透明導電層１９、透明層１５、及び金属層１６を覆うように、実装用カバーメタルＥが形成されている。実装用カバーメタルＥとしては、例えば、Ｔｉ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｃｒ等が用いられる。
【００６０】
各層１１〜１３は、III-V族半導体またはII-VI族半導体から成り、たとえばＧａＮの場合、波長λ＝４５５ｎｍ程度、屈折率は２．５程度である。透明部１５ｃは、たとえばＳｉＯ２から成り、その場合の屈折率は１．４３程度である。金属層１６は、たとえば銀から成る。そして、金属層１６まで形成された後、一角が彫り込まれてｎ型半導体層１１に連なるｎ型電極１７が形成され、さらに成長基板が剥離された後、光取出し面１４となるその剥離された面に、凹凸が形成されて、この図１で示す構成となる。
【００６１】
また、図２の発光ダイオード２でも、図示しない成長基板上に、ｎ型半導体層２１、発光層２２およびｐ型半導体層２３が積層され、発光層２２からの光取出し面２４とは反対側の面に反射膜を有する。ここで、注目すべきは、ｐ型電極を本発明に係る反射膜Ｂとすることである。反射膜Ｂは、発光層２２の発光波長において、該反射膜Ｂが接するｐ型半導体層２３の屈折率より低い屈折率を有し、かつ３／４光学波長（３Ｑ）以上の厚みを有する透明層２５と、透明層２５上に積層され、高反射率を有する金属材料から成る金属層２６とを備えて構成される。
【００６２】
各層２１〜２３は、III-V族半導体またはII-VI族半導体、たとえばＧａＮから成り、透明層２５は、たとえばＳｉＯ２から成り、金属層２６は、たとえば銀から成る。そして、金属層２６まで形成された後、成長基板が剥離され、光取出し面２４となるその剥離された面に、凹凸が形成されるとともに、該凹凸上にｎ型電極２７が形成され、金属層２６がｐ型コンタクトとなってこの図２で示す構成となる。
【００６３】
また、後述するように、透明層２５の一部には、透明層２５を貫通してｐ型半導体層２３と金属層２６とを電気的に導通させるメッシュ状、又は複数の島状にされた金属部２５ｂと、透明部２５ｃとが設けられている。
【００６４】
そして、透明部２５ｃを覆うように、透明部２５ｃと金属層２６との間、及び透明部２５ｃと金属部２５ｂとの間には、透明部２５ｃと金属層２６、及び透明部２５ｃと金属部２５ｂとをそれぞれ密着するための密着膜２８が、密着膜１８と同様に設けられている。
【００６５】
そして、透明導電層２９、透明層２５、及び金属層２６を覆うように、実装用カバーメタルＥが形成されている。
【００６６】
また、図２に示すように、ｐ型半導体層２３と透明層２５との間に、透明導電層２９（第１の電極層）が積層されていてもよい。
【００６７】
図１、及び図２における破線部Ｘの拡大図を図２３に示す。
【００６８】
一方、図３の発光ダイオード３では、界面３０ａに凹凸を有し、発光層３２の発光波長において透明な成長基板（或いは貼り合せ基板）３０上に、ｎ型半導体層３１、発光層３２およびｐ型半導体層３３が積層され、発光層３２からの光取出し面３４とは反対側の面に反射膜を有する。ここで、注目すべきは、成長基板３０の裏面を本発明に係る反射膜Ｃとすることである。
【００６９】
反射膜Ｃは、発光層３２の発光波長において、該反射膜が接する成長基板３０の屈折率より低い屈折率を有し、かつ３／４光学波長（３Ｑ）以上の厚みを有する透明層３５と、透明層３５上に積層され、高反射率を有する金属材料から成る金属層３６とを備えて構成される。成長基板３０は、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３から成る。各層３１〜３３は、III-V族半導体またはII-VI族半導体から成り、たとえばＧａＮの場合、波長λ＝４５５ｎｍ程度、屈折率は２．５程度である。
【００７０】
透明層３５は、たとえばＳｉＯ２から成り、その場合の屈折率は１．４３程度である。金属層３６は、たとえば銀から成る。そして、ｐ型半導体層３３上に透明導電層３８が形成され、裏面側に透明層３５および金属層３６が形成された後、一角が彫り込まれた部分と透明導電層３８上に、ｎ型電極３７およびｐ型電極３９が形成されて、この図３で示す構成となる。なお、ｎ型半導体層３１とｐ型半導体層３３とは、相互に入替えられてもよい。その場合、電極３７はｐ型となり、電極３９はｎ型となる。
【００７１】
さらにまた、図４の発光ダイオード４では、発光層４２の発光波長において透明な成長基板（或いは貼り合せ基板）４０上に、ｎ型半導体層４１、発光層４２およびｐ型半導体層４３が積層され、発光層４２からの光取出し面４４とは反対側の面に反射膜を有する。そして、成長基板４０の裏面を、透明層３５および金属層３６と同様の透明層４５および金属層４６が積層された反射膜Ｄとしている。図３との違いは、凹凸が光取出し面４４であるｐ型半導体層４３上面に形成されていることである。この発光ダイオード４でも、ｎ型半導体層４１とｐ型半導体層４３とが入替わり、ｎ型電極４７およびｐ型電極４９がそれぞれｐ型およびｎ型となってもよい。
【００７２】
ところで、発光層の発光波長において透光性を有する成長基板上に、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層が積層されて成る半導体発光素子において、従来から、光取り出し効率（または外部量子効率）を向上する方策として、発光層からの光の取出し面とは反対側の面に、反射率の高い反射膜を形成する方法が用いられている。これは、半導体発光層にて発生する光は四方八方に向かう性質があり、図８で示すように、発光点の直上に出る（出射角が小さい）光より、斜めに向う（出射角が大きい）光の方が多いために、発光層から出た光は、その殆どが素子内部で多重反射してロスとなってしまうためである。
【００７３】
図９には、反射膜の反射率の変化に対する光取り出し効率の変化を示す。この図９から明らかなように、光取り出し効率を７０％以上に高めるには、反射率は９５％以上必要であり、しかもその９５％以上の領域では、反射率が１％向上するだけで、取り出し効率が６％程度向上する。ここで、ＧａＡｓ半導体の場合には、反射膜を兼ねて、Ａｕを電極材料に用いることで、高い反射率が得られて、光取り出し効率を向上することができる。
【００７４】
しかしながら、金属の反射率は波長に大きく依存し、赤色よりも短波長側に発光ピークを有する酸化物あるいは窒化物系化合物半導体発光素子などでは、そのような手法を用いることができない。たとえば、ＧａＮ系材料と、銀、アルミ等の高反射金属とは、オーミック接触が確保できない。このため、Ｎｉ，Ｐｔ，Ｒｈなどの金属や、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの金属酸化物と、高反射金属との積層電極が使用され、高反射金属の固有の反射率以上の反射率を得ることは困難になっている。
【００７５】
そこで、このような問題を解決することができる従来技術として、高反射金属固有の反射率以上の反射率を確保するために、高反射金属としての銀と、半導体層であるｐＧａＮ層との間に、１／４光学波長のＳｉＯ２膜が積層されており、全ての入射角に対して、単独銀膜よりも高い反射率を得るようにしたものが知られている（GaInN light-emitting diodes with RuO2 OSiO2 OAg omni-directional reflector（Jong Kyu Kim, Thomas Gesmann, Hong Luo, and E.Fred Schubert.Applied PhysicsLetters 84,4508(2004)レンセラー工科大））。
【００７６】
これによって、ＯＤＲ（omni-directional reflector：全方向反射鏡電極構造）を形成し、平均反射率が波長４５０ｎｍの計算値で９８％となっている。また、オーミック接触は、ｐＧａＮ層とＳｉＯ２膜との間にＲｕＯ２（酸化ルテニウム）膜を形成するとともに、ＳｉＯ２膜に形成した開口を通して、銀層がＲｕＯ２膜からｐＧａＮ層と電気的に接続されるマイクロコンタクトによって確保されている。
【００７７】
上述の従来技術では、全ての入射角に対して高反射率が得られるとしているが、本願発明者が同様の計算を行ったところ、図１０で示すように、ＳｉＯ２膜の膜厚が、１／８光学波長膜厚（０．５Ｑ）では約５５度を中心に広い角度範囲で２０％程度反射率が低下し、また１／４光学波長膜厚（１Ｑ）では約４５度を中心に３０％程度もの反射率低下が生じることが分かった。これは、金属の上に単層のＳｉＯ２膜を反射膜として形成した場合、入射角が小さい場合は１／４光学波長膜厚（１Ｑ）で良好な反射が得られるが、入射角が大きくなると、図１１の破線で示すような、半導体層からＳｉＯ２膜へ浸み出す光、いわゆる近接場やエバネッセント波と称される光が、銀膜層と結合するためと考えられる。図１０において、１／４光学波長膜厚＝λ／（４ｎ）＝１Ｑ、ｎは屈折率である。
【００７８】
また、図１０において、上述の従来技術の文献に記載のデータ特性、すなわち９８％の反射率を、０〜９０°の入射角度での各反射率の放射角分布の重み付平均値で得ようとすると、反射膜の厚さを３Ｑ、あるいは５Ｑまで厚くしなければならないことが判る。
【００７９】
前記浸み出しの量は、図１２で示すように、入射角θが臨界角θｃまでは０で、臨界角θｃで波長λ程度の深さまで浸み出し、その後、指数関数的に減少してゆく。θｃ＝３０〜４０°である。
【００８０】
これに対し、本実施の形態では、上述の従来技術のように１／４光学波長薄膜の干渉によって反射率を向上するのではなく、屈折率が高い媒質（たとえばＧａＮ材料：屈折率＝２．５）から屈折率の低い媒質（たとえばＳｉＯ２：屈折率＝約１．４３）に光が入射する際の全反射効果を活用し、反射層として３／４光学波長膜厚以上の透明層１５，２５，３５，４５と、それに積層される銀、銀合金、Ａｌ、Ａｌ合金の金属層１６，２６，３６，４６から成る反射層とを作成するとともに、光取出し面１４，２４，４４、或いは界面３０ａに正反射角度を乱す凹凸構造を配設する。これによって、入射角θが小さい領域では前記従来技術の文献による１／４光学波長膜を積層した場合を上回る反射率の向上は望めないけれども、図８で示す実際の発光層１２，２２，３２，４２からの光の放射角分布を考慮した場合、より高い平均反射率を得ることができる。
【００８１】
詳しくは、臨界角θｃを超えて比較的深い角度で入射した光は、高屈折率である成長基板３０，４０または半導体層１３，２３と該反射膜との界面において、近接場やエバネッセント波と称される前記界面から透明層１５，２５，３５，４５へ浸み出し光となるが、該透明層１５，２５，３５，４５が３／４光学波長以上の厚みを有することで、該透明層１５，２５，３５，４５を通過して金属層１６，２６，３６，４６で吸収されてしまう可能性は少なくなり、殆どが該透明層１５，２５，３５，４５から界面へ戻ってゆき（跳ね返され）、前記界面から成長基板３０，４０または半導体層１３，２３に再度入射して光取出し面１４，２４，３４，４４に向う。
【００８２】
そして、１回の透過で取り出せず、このように内部に再反射した光も、前記凹凸の光取出し面１４，２４，４４または界面３０ａで入射角、屈折率、及び形状に依存する角度変換作用を受け、統計的には最初の発光と類似の分布を持つと考えられる。従って、これら放射角分布の重みをかけて、全ての入射角に対する重み付き平均反射率で考えると、前記従来技術の文献による１／４光学波長膜を積層させた場合と比較して、より以上の反射率を得ることができる。こうして、反射膜にあらゆる入射角で入射した光を効率良く取出すことができ、同じ光を取出す場合には低消費電力化することができ、同じ電力を注入する場合には高輝度化を図ることができる。また、このような膜構成では、精密な膜厚制御は不要で、かつ膜層数も少ないので、プロセスが容易である。
【００８３】
図１〜図４では、正反射角度を乱す形状として微小凹凸を例示したが、目的は直方体の中で正反射の繰返しの多重反射をなくすことであって、この形状にはとらわれない。素子のマクロ構造を変えて、素子側面に傾斜を設けても良いし、素子そのものが角錘台形状を有する錘状構造等であってもよい。
【００８４】
ここで、図５には、金属層１６，２６，３６，４６として銀を用いた場合における透明層１５，２５，３５，４５の厚さの変化に対する反射率の変化を示す。横軸は膜厚Ｎを示し、その膜厚Ｎは、１／４光学波長（１Ｑ）の倍数で示す。前述の図１１および図１２で示すように、全反射効果を活用した透明層１５，２５，３５，４５の膜厚は1光学波長程度以上必要であるが、この図５は前述の図８で示す放射束分布を考慮した重み付平均反射率を示しており、この図５から、透明層１５，２５，３５，４５の厚みは、反射率が９９％以上となることから、３／４光学波長程度以上あればよいことが理解される。
【００８５】
なお、透明部１５ｃ，２５ｃ、及び透明層３５，４５は、ＳｉＯ２に限らず、ＺｒＯ２でもよく、さらにこれらの屈折率がそれぞれ、１．４３、１．９５であり、これらの間の屈折率を持つＡｌ２Ｏ３等でもよい。但し、発光半導体素子がII-VI族のＺｎＯ系材料から成る場合、ＺｎＯの屈折率は約２．０であるので、全反射効果を活用するには、透明部１５ｃ，２５ｃ、及び透明層３５，４５としては、ＳｉＯ２が好ましい（Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２では屈折率差が小さく、全反射効果も小さい）。図５には、ＺｒＯ２の反射率特性も合わせて示す。
【００８６】
また、透明部１５ｃ，２５ｃ、及び透明層３５，４５としては、例えば、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＦ、ＣａＦ、及びＳｉ３Ｎ４を用いることができる。また、これらの透明層又は透明部を、複数の層を積層した多層構造で構成してもよい。さらに、このように積層された各層を、上述の材料から選択された同じ材料で構成してもよく、互いに異なる材料の層を積層してもよい。
【００８７】
一方、透明層１５，２５，３５，４５は、前述のように厚みが３／４光学波長以上であれば、全反射効果は得られる。しかしながら、実際に成膜した膜は、成膜法にも依存するが、膜応力を持っており、厚くすればする程、この膜応力が強くなり、プロセス中、あるいは素子使用中に膜が剥離してしまう。したがって、該透明層１５，２５，３５，４５の厚みを５／４光学波長以下とすることで、光学特性と膜安定性とを両立することができる。
【００８８】
図１３は、透明層１５，２５，３５，４５（ＳｉＯ２）の厚さと、反射膜Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの反射率との関係を示すグラフである。図１３において、縦軸の重み付き平均反射率＜Ｒ＞は、立体角分布を考慮した反射率である。図１４（ａ），（ｂ）は、図１３における重み付き平均反射率＜Ｒ＞の算出条件を説明するための説明図である。図１４（ｃ）は、立体角分布を考慮した重み付き平均反射率＜Ｒ＞の算出方法を説明するための説明図である。
【００８９】
図１４（ａ）（ｂ）において、透明部（ＳｉＯ２）の屈折率ｎ＝１．４３、半導体層（ＧａＮ）の屈折率ｎ＝２．４、光の波長λ＝４５０ｎｍである。そうすると、図１３において、光学波長膜厚Ｑ＝４５０／（４×１．４３）＝７８．７ｎｍとなる。また、重み付き平均反射率＜Ｒ＞は、透明部（ＳｉＯ２）の界面における反射率である。
【００９０】
図１４（ｃ）において、重み付き平均反射率＜Ｒ＞の数式の右辺において、ｓｉｎφの項が乗算されてたたみ込み積分されることにより、光の入射角に応じた重み付けがされるようになっている。
【００９１】
図１３を参照すると、金属層としてＡｇを用いた場合、及びＡｌを用いた場合のいずれであっても、透明部（ＳｉＯ２）の厚さｔが３Ｑ（発光波長の３／４を透明部の屈折率で除した値）以上になると、重み付き平均反射率＜Ｒ＞が９６％以上となり、かつそれ以上厚さｔを増大させても、重み付き平均反射率＜Ｒ＞はあまり大きく増大しない。従って、透明層１５，２５，３５，４５の厚さｔは３Ｑ以上であることが望ましい。
【００９２】
さらに、透明部（ＳｉＯ２）の厚さｔが５Ｑ（発光波長の５／４を、透明部の屈折率で除した値）以上では、重み付き平均反射率＜Ｒ＞がほぼ一定となるので、それ以上厚さｔを増大させても反射率向上の効果は得られない。従って、透明層１５，２５，３５，４５の厚さｔは、３Ｑ〜５Ｑとすることが望ましい。
【００９３】
また、金属層１６，２６，３６，４６を、銀または銀合金とすると、透明層１５，２５，３５，４５と積層することで、図５で示すように、平均９８％から９９％以上の反射率が得られ、高い光取り出し効率を得ることができ、好適である。但し、高反射金属は銀系材料に限定されるものではなく、紫外領域の発光素子においてはＡｌが望ましい。Ａｌに透明層１５，２５，３５，４５を積層した場合にも、Ａｌの反射率が寄与する入射角領域では放射束分が小さく、入射角が大きくなる領域では全反射効果が寄与するので、平均としてはＡｌ自体の反射率より高い効果を得ることができる。
【００９４】
さらにまた、成膜工法、成膜条件に変化するが、銀の屈折率（ｎ，ｋ）を（０．０６６、２．５）とした場合、膜厚と、反射率（Ｒ）、透過率（Ｔ）、吸収率（Ａ）とは、図６のようになる。したがって、高反射率を得るには、９０％以上の反射率が得られる膜厚８０ｎｍ以上が望ましい。また、膜厚が厚くなると膜応力による剥離が生じ易くなるので、２００ｎｍ以下であることが望ましい。特に１００ｎｍ程度が、反射率と膜安定性との両面で好ましい。
【００９５】
また、金属層１６，２６，３６，４６としては、銀及び銀合金の他、例えばＡｌ及びＡｌ合金を用いることができる。
【００９６】
図１５は、金属層１６，２６，３６，４６（Ａｇ又はＡｌ）の厚さｔと、反射膜Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの重み付き平均反射率＜Ｒ＞との関係を示すグラフである。図１６（ａ），（ｂ）は、図１５における重み付き平均反射率＜Ｒ＞の算出条件を説明するための説明図である。
【００９７】
図１５を参照すると、金属層としてＡｇを用いた場合、金属層の厚さｔが８０ｎｍ以上でグラフがほぼフラットになり、それ以上厚さｔを大きくしても重み付き平均反射率＜Ｒ＞は増大しない。また、金属層としてＡｌを用いた場合、金属層の厚さｔが５０ｎｍ以上でグラフがほぼフラットになり、それ以上厚さｔを大きくしても重み付き平均反射率＜Ｒ＞は増大しない。
【００９８】
従って、金属層としてＡｇを用いた場合、金属層の厚さｔは８０ｎｍ以上、より望ましくは最小限の厚さで略最大の反射率が得られる略８０ｎｍとすることが望ましい。
【００９９】
また、金属層としてＡｌを用いた場合、金属層の厚さｔは５０ｎｍ以上、より望ましくは最小限の厚さで略最大の反射率が得られる略５０ｎｍとすることが望ましい。
【０１００】
また、金属層１６，２６，３６，４６を、複数の層を積層した多層構造で構成してもよい。さらに、このように積層された各層を、上述の材料から選択された同じ材料で構成してもよく、互いに異なる材料の層を積層してもよい。
【０１０１】
また、金属層１６，２６，３６，４６が、Ａｇ又はＡｇ合金の場合、透明部１５ｃ，２５ｃ、及び透明層３５，４５（ＳｉＯ２）との密着性が悪く、金属層１６，２６，３６，４６と透明層１５，２５，３５，４５とが剥離しやすくなるおそれがある。一方、Ａｌ及びＡｌ合金は、Ａｇ及びＡｇ合金よりも透明部１５ｃ，２５ｃ、及び透明層３５，４５との密着性がよい。そこで、Ａｌ又はＡｌ合金によって、密着層１８，２８を形成し、さらにその上にＡｇ又はＡｇ合金の層を形成し、透明部１５ｃ，２５ｃ、及び透明層３５，４５（ＳｉＯ２）とＡｇ又はＡｇ合金の層との間にＡｌ又はＡｌ合金の層を挟み込むことで、金属層１６，２６，３６，４６と透明層１５，２５，３５，４５とが剥離し難くすることができる。
【０１０２】
図１７は、金属層を、Ａｇ層と透明層との間にＡｌ層を設けて構成した場合のＡｌ層の厚さｔと、反射膜Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの重み付き平均反射率＜Ｒ＞との関係を示すグラフである。図１８は、図１７における重み付き平均反射率＜Ｒ＞の算出条件を説明するための説明図である。
【０１０３】
図１７を参照すると、Ａｌ層の厚さｔが１ｎｍのとき、重み付き平均反射率＜Ｒ＞は９９．０％となり、極めて良好な重み付き平均反射率＜Ｒ＞が得られる。従って、Ａｌ層の厚さｔは１ｎｍ以下であることが望ましい。また、Ａｌ層の厚さｔが３ｎｍのとき、重み付き平均反射率＜Ｒ＞は９８．３％となり、バルクのアルミと同等の反射率となる。そうすると、ＡｌはＡｇより光の反射率が低いので、Ａｌ層の厚さｔが３ｎｍ以上になると、Ａｇ層が無く、Ａｌ層のみで金属層を構成した場合と同じになってしまう。従って、Ａｌ層の厚さｔは、３ｎｍより薄くする必要がある。
【０１０４】
ところで、図３および図４の発光ダイオード３，４では、透明層３５，４５および金属層３６，４６は成長基板３０，４０上に形成され、ダイオード電流の経路とは関係のない部分に設けられているのに対して、図１および図２の発光ダイオード１，２では、金属層１６，２６はｐ型電極となり、透明層１５，２５はｐ型半導体層１３，２３上に形成されて、ダイオード電流の経路に設けられることになる。このように反射膜Ａ，Ｂがｐ型半導体層１３，２３上に形成されて、そのｐ型電極を兼ねる場合、図１および図２で示すように、ｐ型半導体層１３，２３と透明層１５，２５との間には、透明導電層１９，２９が積層されている。
【０１０５】
透明導電層１９，２９は、ｐ型半導体層１３，２３と導電性を有し（オーミックコンタクトし）、発光層１２，２２の発光波長において透明な第１の電極層である。そして、透明導電層１９，２９上に、開口（貫通孔）１５ａ，２５ａを有する透明層１５，２５が形成される。さらにこの透明層１５，２５上に、金属層１６，２６が積層されると、金属層１６，２６の金属材料が開口１５ａ，２５ａから透明層１５，２５上に積層され、開口１５ａ，２５ａ内に積層された金属材料によって金属部１５ｂ，２５ｂが形成される。
【０１０６】
この金属部１５ｂ，２５ｂによって、透明導電層１９，２９と金属層１６，２６とが電気的に導通される。これにより、金属層１６，２６は、金属部１５ｂ，２５ｂ、及び透明導電層１９，２９を介してｐ型半導体層１３，２３と電気的に導通し、ｐ型電極（第２の電極層）として用いられる。
【０１０７】
なお、透明導電層１９，２９（例えばＩＴＯ）と金属部１５ｂ，２５ｂ（例えばＡｇ）との間に厚さ０．１ｎｍ〜０．３ｎｍのＰｔ層を形成することで、透明導電層１９，２９（例えばＩＴＯ）と金属部１５ｂ，２５ｂ（例えばＡｇ）との間の密着性をさらに高めることができる。
【０１０８】
このように反射膜が電極を兼ねてオーミック接合が必要な場合に、全反射効果を活用する透明層１５，２５に、マイクロコンタクトホールを形成したり、該透明層１５，２５をメッシュ状等に領域分割するなどして開口１５ａ，２５ａを形成し、それらの開口１５ａ，２５ａを、反射率の高い金属層１６，２６で覆うことで、金属部１５ｂ，２５ｂが形成される。これにより、金属層１６，２６と透明導電層１９，２９とのオーミック接合が可能になる。これによって、透明層１５，２５による高反射率化を犠牲にせず、半導体層１３，２３と高反射な金属層１６，２６とを電気的に接続し、発光層１２，２２に充分な電流を注入することができる。
【０１０９】
図１９、図２０は、図１、図２に示す透明層１５，２５の一例を示す平面図である。図１９（ａ）、図２０（ａ）はそれぞれ全体図を示し、図１９（ｂ）、図２０（ｂ）はそれぞれ透明層の一部を拡大した図を示している。
【０１１０】
図１９（ａ）に示す透明層１５，２５は、透明部１５ｃ，２５ｃが例えば六角形の島状にされて複数配置されている。そして、各透明部１５ｃ，２５ｃの隙間を埋めるように金属部１５ｂ，２５ｂがメッシュ状に形成されている。なお、透明部１５ｃ，２５ｃは六角形に限らず、例えば円形であってもよく、その他の形状であってもよい。
【０１１１】
また、図２０（ａ）に示す透明層１５，２５は、金属部１５ｂ，２５ｂが例えば円形の島状にされて複数配置されている。そして、各金属部１５ｂ，２５ｂの隙間を埋めるように透明部１５ｃ，２５ｃがメッシュ状に形成されている。なお、透明部１５ｃ，２５ｃは六角形に限らず、例えば円形であってもよく、その他の形状であってもよい。
【０１１２】
透明層１５，２５において、透明部１５ｃ，２５ｃには電流が流れない。そのため、ＬＥＤを発光させるための電流は、ｐ型電極である金属層１６，２６から、各金属部１５ｂ，２５ｂを通って透明導電層１９，２９に到達し、透明導電層１９，２９からｐ型半導体層１３，２３、発光層１２，２２、ｎ型半導体層１１へ流れて発光層１２，２２が発光する。
【０１１３】
このとき、発光層１２，２２を均一に発光させるためには、透明導電層１９，２９に到達した電流が透明部１５ｃ，２５ｃの下（透明部１５ｃ，２５ｃとｐ型半導体層１３，２３との間）に回り込む必要がある。そして、透明部１５ｃ，２５ｃのサイズが小さいほど、電流が透明部１５ｃ，２５ｃの下に回り込み易くなる。
【０１１４】
従って、透明部１５ｃ，２５ｃのサイズは小さいほど発光層１２，２２を均一に発光させることが容易となる。透明部１５ｃ，２５ｃのサイズは、例えば図１９（ｂ）に示すように、島状の透明部１５ｃ，２５ｃの中心から最も遠い外縁部分までの距離ｄや、例えば図２０（ｂ）に示すように、隣接する金属部１５ｂ，２５ｂ間の最短距離ｄである。
【０１１５】
第１の電極層である透明導電層１９，２９は、たとえば金属酸化物のＩＴＯが例えば３０ｎｍ以下の厚さで積層されて形成される。この場合、９８％以上の透過率を確保でき、透明層１５，２５での全反射効果を阻害しない。特に好ましくは１０ｎｍ以下である。また、ＩＴＯ以外にも、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）なども用いることができる。
【０１１６】
なお、透明導電層１９，２９は、必ずしも３０ｎｍ以下の厚さである必要はなく、３０ｎｍを超える厚さであってもよい。
【０１１７】
また、透明導電層１９，２９としては、ＩＴＯや水酸化マグネシウムの他、例えばＺｎＯや、ＺｎＯにガリウムをドープしたＧＺＯ、ＺｎＯにインジウムをドープしたりＩｎ２Ｏ３にインジウムをドープしたりして得られるＩＺＯ、及びＺｎＯにアルミニウムをドープしたＡＺＯを用いることができる。また、透明導電層１９，２９を、複数の層を積層した多層構造で構成してもよい。さらに、このように積層された各層を、上述の材料から選択された同じ材料で構成してもよく、互いに異なる材料の層を積層してもよい。
【０１１８】
また、第１の電極層である透明導電層１９，２９は、吸収の少ない高反射金属、たとえば銀で、その厚みが５ｎｍ以下に積層されて形成されていてもよい。この場合、図６における膜厚が２０ｎｍ以下の領域を図７で拡大して示すように、吸収を１％以下とすることができる。特にこの図７から、２ｎｍ以下とすることで、吸収が極めて少なくなり、好適である。
【０１１９】
さらにまた、第１の電極層であり、ｐ型半導体層１３，２３に接する透明導電層１９，２９は、ＧａＮ系ｐ型半導体層１３，２３とオーミック接続が可能で、かつ反射率が６０％以上であるＰｔまたはＲｈ、或いはそれらの合金から成る。そして、これらを２ｎｍ程度以下の厚みで、占有率が５０％以下、好ましくは２５％以下のメッシュ或いは島状の微小領域群に領域分割するなどして開口１９ａ，２９ａを形成することによって、高反射を犠牲にせず、発光ダイオード１，２の順方向電圧を低減することができ、好適である。
【０１２０】
図２１は、透明導電層１９，２９を厚さ１ｎｍのＰｔを用いてメッシュ状あるいは島状に形成した場合のＰｔの面積占有率と、発光ダイオード１，２の順方向電圧Ｖｆ、及び重み付き平均反射率＜Ｒ＞の関係を示すグラフである。
【０１２１】
発光ダイオード１，２の発光効率は、順方向電圧Ｖｆが低いほど高く、重み付き平均反射率＜Ｒ＞が大きいほど高い。
【０１２２】
図２１に示すように、Ｐｔ（１ｎｍ厚）の面積占有率が、１０％を下回ると急激に順方向電圧Ｖｆが上昇するので、Ｐｔの面積占有率は１０％以上が望ましい。また、Ｐｔの面積占有率が５０％を超えると重み付き平均反射率＜Ｒ＞が９３％以下となり、望ましくない。従って、Ｐｔの面積占有率は５０％以下が望ましい。また、Ｐｔの面積占有率を２５％以下とすれば、重み付き平均反射率＜Ｒ＞が９５％以上となって、より望ましい。
【０１２３】
図２２は、Ｐｔ層の厚さと密着性（引っ張り強度）との関係を調べた実験結果を示す表である。図２２に示すサンプル１は、Ｐｔ層を備えず、ＧａＮ層とＡｇ層とを密着させたものであり、サンプル２〜４は、ＧａＮ層とＡｇ層との間にＰｔ層を設けたものである。
【０１２４】
サンプル１は、１０Ｎ／ｍｍ２の引っ張り強度で層の剥離が発生した。一方、Ｐｔ層の厚さが０．１ｎｍのサンプル２では、４４．０Ｎ／ｍｍ２の引っ張り強度でも剥離は発生しなかった。さらに、Ｐｔ層の厚さがそれぞれ０．３ｎｍ、１．０ｎｍのサンプル３，４では、４４．７Ｎ／ｍｍ２以上（測定限界以上）の引っ張り強度でも剥離は発生しなかった。
【０１２５】
このことから、Ｐｔ層の厚さは、０．１ｎｍ以上であることが望ましい。また、Ｒｈや、Ｐｔ、Ｒｈの合金を用いた層であっても、Ｒｔ層と同様の結果が得られると推定され、層の厚さは０．１ｎｍ以上であることが望ましい。
【０１２６】
以上のような発光ダイオード１〜４を照明装置に用いることで、光取出し効率を向上することができ、したがって低消費電力化および高輝度化を図ることができる照明装置を実現することができる。
【符号の説明】
【０１２７】
１，２，３，４    発光ダイオード
１１，２１，３１，４１    ｎ型半導体層
１２，２２，３２，４２    発光層
１３，２３，３３，４３    ｐ型半導体層
１４，２４，３４，４４    光取出し面
１５，２５，３５，４５    透明層
１５ａ，２５ａ；１９ａ，２９ａ    開口
１５ｂ，２５ｂ    金属部
１５ｃ，２５ｃ    透明部
１６，２６，３６，４６    金属層
１７，２７，３７，４７    ｎ型電極
１８    密着膜
３０，４０    成長基板
３０ａ  界面
１９、２９，３８    透明導電層
３９，４９    ｐ型電極
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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