(57)【要約】【課題】  光取り出し効率を飛躍的に向上させることが可能な発光素子及び照明装置を提供すること。【解決手段】  発光素子は、ｎ側電極としての導電性基板１０上に発光層７ｂを含む半導体層７を有し、半導体層７の導電性基板１０と反対側の主面に、ｐ側電極としての複数の開口部１１を有する透明導電層８が形成されており、導電性基板１０は開口部１１と対向する部分を残してその他の部分が除去されている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極としての導電性基板上に発光層を含む半導体層を有し、前記半導体層の前記導電性基板と対向する側の主面に、他方の電極としての複数の開口部を有する透明導電層が形成されており、前記導電性基板は、前記開口部と対向する部分以外の部分が除去されていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が積層された積層体を含むことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記導電性基板と前記半導体層の間に光反射層が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光素子。
【請求項４】
前記半導体層は、前記主面の前記開口部より露出した部分に凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の発光素子。
【請求項５】
前記半導体層は、前記主面の前記開口部より露出した部分に反射防止層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の発光素子。
【請求項６】
前記透明導電層がＩＴＯ層であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の発光素子。
【請求項７】
前記導電性基板は、化学式ＸＢ２（ただし、ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ａｌ及びＨｆのうちの少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物単結晶から成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかの発光素子と、前記発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体及び燐光体の少なくとも一方とを具備して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、窒化物ガリウム系化合物半導体を利用した発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、紫外光領域から青色光までの光を発光する発光素子として、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体や窒化物系半導体を用いた発光素子が注目されている。
【０００３】
このような窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子は、蛍光体と組み合わせることにより白色の光を発光することが可能であり、また、省エネルギーかつ長寿命であることから、白熱電球や蛍光ランプの代替品として有望視されると共に実用化が始まっている。しかしながら、窒化ガリウム系化合物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おり、そのための様々な研究が行われている。
【０００４】
ところで、発光素子の発光効率である外部量子効率は、発光層で電気エネルギーが光エネルギーに変換される割合を示す内部量子効率と、変換された光エネルギーが外部へ放出される割合を示す光取り出し効率との積によって決定される。
【０００５】
内部量子効率は、発光素子を形成する窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性に大きく影響を受ける。内部量子効率を向上させる方法として、サファイア等から成る基板上に非晶質または多結晶のＡｌＮ系またはＡｌＧａＮ系の材料のバッファ層を形成し、このバッファ層上に窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることにより、基板と窒化ガリウム系化合物半導体層との格子不整合を緩和させ、窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性を向上させるという方法が、知られている（例えば、下記の特許文献１を参照）。
【０００６】
一方、光取り出し効率の向上に関しても種々の技術が公開されており、発光素子または電極の表面に凹凸構造を形成することによって外部との屈折率差を緩和し、内部全反射を抑制する方法（例えば、特許文献２，３を参照）や、電極を櫛形にパターン化したり、複数の開口部を設けて網目状とすることによって、電極での光吸収を低減するという方法（例えば、特許文献４，５を参照）がある。
【０００７】
従来の発光素子の一例の断面図を図１に示す。基板１上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａ、窒化ガリウム系化合物半導体層からなる発光層２ｂ及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃより成る半導体層２が形成されていると共に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａ上とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃ上に、それぞれｎ型電極３及びｐ型電極４が形成されている。
【０００８】
ｐ型電極４としては発光した光に対して透明な導電層が用いられ、ｐ型電極４は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃ上に電流を均一に拡散させるために、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃの上面の全面に形成される。ｎ型電極３及びｐ型電極４の一部には、外部から電流を注入するために、それぞれｎ型パッド電極５、ｐ型パッド電極６が設けられており、ワイヤーボンディングによってパッケージと接続される。
【０００９】
窒化ガリウム系化合物半導体層の形成に使用される基板１としては、一般的に広く使用されている絶縁性のサファイアから成る基板の他に、導電性の炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等から成る基板も用いられる。導電性の基板を用いる場合、ｎ型電極３の代わりに基板１自体をｎ型電極として利用することも可能である。
【特許文献１】特開平２−２２９４７６号公報
【特許文献２】特開２００５−２５９９７０号公報
【特許文献３】特開２００６−１２８２２７号公報
【特許文献４】特開２００３−１３３５８９号公報
【特許文献５】特開２００４−５５６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１の従来の発光素子においては、サファイアから成る基板１の屈折率が、発光層２ｂで発光した光の波長を４００ｎｍとした場合に約１．７８であるのに対し、窒化ガリウム系化合物半導体の屈折率が約２．５５と高い。そのため、発光層２ｂで発光した光のうち、サファイア製の基板１への入射角が臨界角θｒの約４４°（θｒ＝ａｒｃｓｉｎ（１．７８／２．５５））を超える角度で入射する光は、各窒化ガリウム系化合物半導体層を積層してなる半導体層２の内部で全反射を繰り返す。従って、光は半導体層２で全反射を繰り返す過程で大部分が半導体層２に吸収され、残った光が半導体層２の端部から外部へ向かって放射されるため、発光量が低下するという問題点がある。
【００１１】
さらに、半導体層２と外部との境界より外側が空気（屈折率≒１）である場合、これらの媒質間の屈折率差がさらに大きくなり、境界で半導体層２側に反射される光の量が一層増えるため、光取り出し効率はさらに悪くなる。
【００１２】
上記の問題点を解決するために、特許文献２の方法を用いて発光素子の光取り出し効率を向上させる場合、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の一方主面に形成された凹凸構造により、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とｐ型電極としての透明導電層との界面における反射を抑制することによって光取り出し効率を向上させているが、透明導電層と空気の屈折率差が大きいため、これらの界面で反射する光の量が多くなる。その結果、反射した光は再び透明導電層内あるいは半導体層内に戻って吸収されるため、光取り出し効率を高めるには限界がある。
【００１３】
また、特許文献３の方法では、ｐ型電極としての透明導電層上に凹凸構造を形成することによって、透明導電層と空気との界面での反射を抑制し、光取り出し効率を改善しているが、透明導電層に凹凸構造を形成する場合、凹凸構造を形成する分だけ透明導電層の厚みが増えるため、外部へ取り出される前に透明導電層内で吸収される光の量が多くなるという問題点がある。
【００１４】
また、特許文献４，５の方法では、ｐ型電極としての透明導電層を細分化し、分岐状または網目状とすることによって、透明導電層内で吸収される光の量を低減し、光取り出し効率を改善しているが、透明導電層から半導体層へ注入された電流は半導体層全面に十分に広がらず、透明導電層の直下に集中するため、発光層では光吸収のある透明導電層の直下に発光のピークを有した発光分布になる。従って、発光した大部分の光は直上の透明導電層による光吸収を受けることになるため、透明導電層の細分化により形成された開口部による光取り出し効率の改善には限界がある。
【００１５】
従って、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光取り出し効率を飛躍的に向上させることが可能な発光素子及び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】
【００１６】
本発明の発光素子は、一方の電極としての導電性基板上に発光層を含む半導体層を有し、前記半導体層の前記導電性基板と対向する側の主面に、他方の電極としての複数の開口部を有する透明導電層が形成されており、前記導電性基板は、前記開口部と対向する部分以外の部分が除去されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の発光素子は好ましくは、前記半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が積層された積層体を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の発光素子は好ましくは、前記導電性基板と前記半導体層の間に光反射層が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の発光素子は好ましくは、前記半導体層は、前記主面の前記開口部より露出した部分に凹凸構造が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の発光素子は好ましくは、前記半導体層は、前記主面の前記開口部より露出した部分に反射防止層が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の発光素子は好ましくは、前記透明導電層がＩＴＯ層であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の発光素子は好ましくは、前記導電性基板は、化学式ＸＢ２（ただし、ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ａｌ及びＨｆのうちの少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物単結晶から成ることを特徴とする。
【００２３】
本発明の照明装置は、本発明の発光素子と、前記発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体及び燐光体の少なくとも一方とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の発光素子は、一方の電極としての導電性基板上に発光層を含む半導体層を有し、半導体層の導電性基板と対向する側の主面に、他方の電極としての複数の開口部を有する透明導電層が形成されており、導電性基板は、開口部と対向する部分以外の部分が除去されていることから、以下のような作用効果を奏する。即ち、透明導電層から半導体層へ注入された電流は、従来、図２に示されるように、透明導電層の直下へほとんど広がることなく流れていたのに対し、本発明においては、透明導電層から導電性基板へ向かう電流の経路（パス）は、図３のように、透明導電層から開口部と対向する導電性基板の部位へと変化する。例えば、図３に示すように縦断面における電流パスはＹ字状のものとなる。これにより、発光層では開口部の直下近傍で発光のピークを有する発光分布となるため、開口部から光を効果的に外部へ取り出すことが可能となり、光取り出し効率を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００２５】
また、本発明の発光素子は好ましくは、半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が積層された積層体を含むことから、ＺｒＢ２単結晶等から成る導電性基板と格子整合性が良好な窒化ガリウム系化合物半導体層を用いることによって、窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性が高まり、発光効率が高い発光素子となる。
【００２６】
また、本発明の発光素子は好ましくは、導電性基板と半導体層の間に光反射層が形成されていることにより、発光層で発光した光のうち、導電性基板側へ向かう光は光反射層で開口部を有する透明導電層側へと反射されて、光取り出し方向に有効に光を集めることができ、光取り出し効率をより一層向上させることが可能となる。
【００２７】
また、本発明の発光素子は好ましくは、半導体層は、前記主面の開口部より露出した部分に凹凸構造が形成されていることにより、露出した半導体層と外部の屈折率差が緩和されて、これらの界面における反射量が減少するため、開口部から光をより効果的に外部へ取り出すことが可能となる。
【００２８】
また、本発明の発光素子は好ましくは、半導体層は、主面の開口部より露出した部分に反射防止層が形成されていることにより、開口部より露出した界面と外部との界面における反射量が減少するため、開口部から光をより効果的に外部へ取り出すことが可能となる。
【００２９】
また、本発明の発光素子は好ましくは、透明導電層は、ＩＴＯ層であることによって、紫外光から青色光の領域にかけての透過率が高くなり、光吸収を抑制できるとともに、窒化物ガリウム系化合物半導体との良好なオーミック接触が形成できる。
【００３０】
また、本発明の発光素子は好ましくは、導電性基板は、化学式ＸＢ２（ただし、ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ａｌ及びＨｆのうちの少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物単結晶から成ることによって、窒化ガリウム系化合物半導体との格子定数の差及び熱膨張係数の差が小さくなるため、導電性基板上に形成される窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性が向上する。その結果、内部量子効率の高い発光素子を構成できるだけでなく、フッ酸と硝酸の混合液であるフッ硝酸を用いたウェットエッチングによって、導電性基板の除去を容易に行える。
【００３１】
本発明の照明装置は、本発明の発光素子と、発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体及び燐光体の少なくとも一方とを具備していることから、従来の蛍光灯等よりも消費電力が小さく、小型化されたものとなり、よって小型で高輝度の照明装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図４は、本発明の発光素子について実施の形態の一例を示す模式的な断面図である。図４において、７は窒化ガリウム系化合物半導体層を複数層積層して成る半導体層（積層体）であり、７ａはｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、７ｂは窒化ガリウム系化合物半導体層からなる発光層、７ｃはｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層である。また、同図において、導電性基板１０をｎ側電極として、あるいはｎ側電極を形成するためのｎ側導電層として用いており、８はｐ側電極としての、あるいはｐ側電極を形成するための透明導電層（ｐ側導電層）である。
【００３４】
本発明の発光素子は、ｎ側電極としての導電性基板１０上に発光層７ｂを含む半導体層７を有し、半導体層７の導電性基板１０と反対側の主面に、ｐ側電極としての複数の開口部１１を有する透明導電層８が形成されており、導電性基板１０は開口部１１と対向する部分以外の部分が除去されている構成である。
【００３５】
なお、導電性基板１０は、図８に示すように、例えば透明導電層８の平面視形状が格子状である場合には、開口部１１と対向する部分以外の部分が除去されていることから、直方体状のブロックが並んだ構成となる。従って、図４に示すように、ｎ側電極としての導電性基板１０に電流を入力するには、外部のパッケージ基板や回路基板等の基板１５上に形成された銀（Ａｇ）ペースト等からなるｎ側電極１４に、導電性基板１０を直接接続することによって行う。これにより、ブロック状に個々に分離された導電性基板１０への電流注入を共通に行う。
【００３６】
また、透明導電層８の開口部１１の平面視形状は、円形、楕円形、三角形、五角形以上の多角形等の形状とすることができ、この場合、導電性基板１０は、円柱状、楕円柱状、三角柱状、多角柱状等のブロックが並んだ構成となる。
【００３７】
本発明の発光素子において、半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ａ、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層７ｂ及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ｃで構成される積層体を含むことが好ましい。窒化ガリウム系化合物半導体層は、ＺｒＢ２単結晶等から成る導電性基板と格子整合性が良好であるため、窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性が高まり、発光効率が高い発光素子となる。
【００３８】
透明導電層８としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化錫（ＳｎＯ２），酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物系から成るものが使用されるが、特に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）は紫外光から青色の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７ｃと良好なオーミック接触が取れるために好適である。
【００３９】
本発明の半導体層７は、導電性基板１０上に形成された光反射層１３上にエピタキシャル成長される。光反射層１３により、導電性基板１０側へ向かう光は光取り出し方向である透明導電層８側に反射されるために、光取り出し方向へと有効に光を集めることが可能になる。光反射層１３としては、屈折率の高い層と低い層を複数層重ねることによって、光の干渉効果によるブラッグ反射により高屈折率層及び低屈折率層の各層で反射が強め合う分布型ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflectors）を用いる。例えば、厚みが４１．５ｎｍのＧａＮ層と厚みが３８．５ｎｍのＡｌ０．５２Ｇａ０．４８Ｎ層を２０組積層した周期構造のＤＢＲを形成することによって、発光波長４００ｎｍの光に対して非常に良好な反射率を有する光反射層１３が形成される。
【００４０】
また、本発明の半導体層７は、開口部１１より露出した部分に凹凸構造１２が形成されていることがよい。凹凸構造１２の大きさは、突起同士の平均の間隔が媒質（例えば透明導電層８）中の実効波長と同程度かそれ以下、また、高さについても前記実効波長と同程度かそれ以上のものであることが好ましい。このサイズであれば、半導体層７と外部（空気）との屈折率差が緩和されて光の反射が抑制されるとともに、光散乱の効果が得られる。また、臨界角を超えて全反射し半導体層７の内部に閉じ込められていた光に対しても、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。
【００４１】
凹凸構造１２は以下のようにして形成される。まず、導電性基板１０上に光反射層１３、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ａ、発光層７ｂ、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ｃ及び透明導電層８をこの順で成膜し、透明導電層８の表面上に開口部１１のパターンを有するレジスト層から成るマスクを形成して、例えば透明導電層８としてＩＴＯ層を形成する場合は、塩酸（ＨＣｌ）と塩化第二鉄（ＦｅＣｌ３）の混合液を用いたウェットエッチングによって複数の開口部１１を形成する。次に、透明導電層８の開口部１１により露出した部分にレジスト層や金属層等からなるマスクを形成した後、Ｃｌ２やＢＣｌ２等の塩素系ガスを用いた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により、凹凸構造１２を比較的容易に形成することができる。
【００４２】
また、凹凸構造１２の代わりに、開口部１１により露出した部分に反射防止層を形成してもよい。この場合、反射防止層としては、半導体層７の屈折率と外部の空気の屈折率の中間の屈折率を有する透明層を用いる。そのような透明層の材質としては、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＨｆＯ２等が好適である。さらに、これらの材質の透明層を屈折率が大きいものから小さいものへと複数層重ねることによって、より反射を抑制することも可能である。
【００４３】
本発明の半導体層７は、発光層７ｂを、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ａとｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ｃとで挟んだ構成であるが、例えば、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ａは、第１のｎ型クラッド層としてのＧａＮ層、第２のｎ型クラッド層としてのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層の積層体等からなる。このｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ａの厚みは２μｍ〜３μｍ程度である。
【００４４】
また、例えば、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ｃは、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、ｐ型コンタクト層としてのＧａＮ層の積層体等からなる。このｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ｃの厚みは２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。
【００４５】
また、例えば、発光層７ｂ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した多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Muliti Quantum Well）等からなる。この発光層７ｂの厚みは２５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。
【００４６】
本発明のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ａ、発光層７ｂ、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ｃを含む半導体層７の成長方法は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）法が用いられるが、その他分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や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）法等が挙げられる。
【００４７】
また、ｐ側の透明導電層８上には、外部との電気的接続をとるための導線等を接続するｐ側パッド電極９が設けられている。ｐ側パッド電極９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）層を積層したもの等を用いればよい。
【００４８】
また、半導体層７は、ＳｉＣ等から成る導電性基板１０上に窒化ガリウム系化合物半導体から成るバッファ層を介して形成してもよく、また、化学式ＸＢ２（ただし、ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ａｌ及びＨｆのうちの少なくとも１種を含む。）で表される二ホウ化物単結晶から成る導電性基板１０上に直接形成してもよい。
【００４９】
化学式ＸＢ２で表される二硼化物単結晶から成る導電性基板１０を使用することがよく、その場合、窒化ガリウム系化合物半導体との格子定数差が０．５７％、熱膨張係数差も２．７×１０-6／Ｋと小さい導電性基板１０であるため、転位密度が低く、残留歪の小さい窒化ガリウム系化合物半導体層を得ることが可能となる。
【００５０】
化学式ＸＢ２（ただし、ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ａｌ及びＨｆのうちの少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物単結晶から成る基板は、ＺｒＢ２単結晶，ＴｉＢ２単結晶，ＨｆＢ２単結晶等からなるが、窒化ガリウム系化合物半導体との格子整合性及び熱膨張係数の整合性の点で優れていることを考慮すると、ＺｒＢ２単結晶からなるものを使用することが好ましい。また、ＺｒＢ２単結晶において、Ｚｒの一部がＴｉやＨｆに置換されているものであってもよい。また、ＺｒＢ２単結晶において、その結晶性また格子定数が大きく変化しない程度に不純物としてＴｉ，Ｈｆ，Ｍｇ，Ａｌ等を含んでいても構わない。
【００５１】
なお、本発明の窒化ガリウム系化合物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。
【００５２】
また、本発明の上記の発光素子（ＬＥＤ）は次のように動作する。即ち、発光層７ｂを含む半導体層７にバイアス電流を流して、発光層７ｂで波長３５０〜４００ｎｍ程度の紫外光〜近紫外光や紫光を発生させ、発光素子の外側にその紫外光〜近紫外光や紫光を取り出すように動作する。
【００５３】
また、本発明の発光素子は照明装置に適用できるものであり、その照明装置は、本発明の発光素子と、発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体及び燐光体の少なくとも一方とを具備している構成である。この構成により、輝度及び照度の高い照明装置を得ることができる。この照明装置は、本発明の発光素子を透明樹脂等で覆うか内包するようにし、その透明樹脂等に蛍光体や燐光体を混入させた構成とすればよく、蛍光体や燐光体によって発光素子の紫外光〜近紫外光を白色光等に変換するものとすることができる。また、集光性を高めるために透明樹脂等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】
【００５４】
本発明の発光素子の実施例について以下に説明する。本発明の発光素子の効果を確認するために、光線追跡法を用いて、光取り出し効率のコンピュータシミュレーションを実施した。
【００５５】
図５，図６はそれぞれ、従来の発光素子の一例におけるシミュレーションモデルの断面図と、本発明の発光素子の一例におけるシミュレーションモデルの断面図を示したものである。図５及び図６の発光素子は、複数の開口部１１を有するｐ側電極としての透明導電層８がｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ｃの上面に形成されている。さらに、導電性基板１０とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ａの間には光反射層１３が設けられている。ｎ側電極としての導電性基板１０は、図６のモデルのみ開口部１１と対向する部分が残されてその他の部分が除去されている。
【００５６】
図５の従来の発光素子では、透明導電層８から注入された電流はほとんど広がることなく透明導電層８の直下に集中することから、図７のように、光源は透明導電層８の直下に位置するものとした。
【００５７】
一方、図６の本発明の発光素子では、電流パスが開口部１１と対向する導電性基板１０側へと変化し、発光層７ｂでは開口部１１の直下近傍で発光のピークを有する発光分布となるため、図８に示されるように、光源は開口部１１の直下に位置するものとした。
【００５８】
また、光源以外の領域では、両者のモデルでほぼ同様な電流広がりとなり、同一の発光分布であると仮定できるため、今回のシミュレーションモデルには含めず、両者のモデルにおいて発光位置の明確な差異に着目した解析を実施した。
【００５９】
また、発光素子のサイズは平面視で一辺が３５０μｍの正方形とし、発光波長は４００ｎｍであるとして、光線は発光層７ｂに配置されたそれぞれの光源から等方的に放射されるものとした。開口率（平面視で発光素子面積における開口部１１面積の占める割合）は５０％とした。
【００６０】
さらに、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ａ、発光層７ｂ及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ｃからなる半導体層７（厚み３．２μｍ）の屈折率を２．５（ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ａ、発光層７ｂ及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層７ｃについて、屈折率の変化はほとんどないため、全て同じ屈折率とした）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層からなる透明導電層８（厚み０．２５μｍ）の屈折率を２．０６、アルミニウム（Ａｌ）からなる光反射層１３（厚み０．５μｍ）の屈折率を０．４９、ＺｒＢ２単結晶から成る導電性基板１０（厚み２５０μｍ）の屈折率を１．９３として計算を行った。
【００６１】
図９に、光取り出し効率をコンピューターシミュレーションによって求めた結果のグラフを示す。図９より、本発明の実施例の発光素子の光取り出し効率は、従来の発光素子と比較して約１．３倍向上しており、本発明の有効性が明確に示されていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の発光素子の一例を示す断面図である。
【図２】従来の発光素子の一例における電流分布の模式的断面図である。
【図３】本発明の発光素子の一例における電流分布の模式的断面図である。
【図４】本発明の発光素子について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図５】従来の発光素子の一例におけるシミュレーションモデルを示す断面図である。
【図６】本発明の発光素子の一例におけるシミュレーションモデルを示す断面図である。
【図７】従来の発光素子の一例におけるシミュレーションモデルにおける光源位置を示す平面図である。
【図８】本発明の発光素子の一例におけるシミュレーションモデルにおける光源位置を示す平面図である。
【図９】本発明の実施例の発光素子及び従来の発光素子について、光取り出し効率をコンピューターシミュレーションにより求めた結果のグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
７：半導体層
７ａ：ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
７ｂ：発光層
７ｃ：ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
８：透明導電層
９：ｐ側パッド電極
１０：導電性基板
１１：開口部
１２：凹凸構造
１３：光反射層
【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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