(57)【要約】【課題】            本発明は、各電極の方向３１，３２と電極層の開口部形状を特定することで発光特性向上させる。【解決手段】        第1,2導電型層１，２とその間に発光層３を有する素子１０１において、電極が第1電極と、延伸部２２とその下方の電極２１を有する第2電極２０において、延伸電極２２ａと第1電極１０間の構造部５１の電極２１が２次元周期構造の開口部２１ｂを有して、その互いに傾斜する軸方向と延伸方向３１，３２が異なることで、各電極２２，２１における電流面内拡散が公的なものとできる。【選択図】          図２
2005039264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層とそれを挟む第１，２導電型層に、それぞれ設けられた第１電極、第２電極を同一面側に有する発光素子において、
前記電極形成面内において、
前記第１導電型層が露出された第１電極形成部に第１電極、下方に第１，２導電型層に挟まれた発光層を有する発光構造部の第２導電型層に第２電極が設けられ、
前記第２電極が、開口部を有する下部電極と、その上に設けられ台座部を有する上部電極と有し、
前記上部電極が、互いに異なる２方向に延伸する延伸部を有し、
前記下部電極面内において、前記開口部が２次元周期構造を有して、該周期構造が互いに直角方向から傾斜した２つの軸でもって２次元配列されており、
前記周期構造の軸方向と、前記延伸方向が異なることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
発光層とそれを挟む第１，２導電型層に、それぞれ設けられた第１電極、第２電極を同一面側に有する発光素子において、
前記電極形成面内において、
前記第１導電型層が露出された第１電極形成部に第１電極、下方に第１，２導電型層に挟まれた発光層を有する発光構造部の第２導電型層に第２電極が設けられ、
前記第２電極が、複数の開口部を有する下部電極と、その上に設けられ台座部を有する上部電極と有し、
前記第１電極に対向する上部電極の端部が、該対向する方向に傾斜した方向に延伸する延伸端部を有し、
前記下部電極面内において、前記開口部が２次元周期構造を有して、該周期構造が互いに直角方向から傾斜した２つの軸でもって２次元配列されており、
前記周期構造の軸方向と、前記対向する方向が異なることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
前記延伸端部が、互いに異なる２方向に延伸していることを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１電極が、前記第２電極の延伸端部に対向して延伸する電極延伸部を有し、いずれか一方の電極が、他方の電極延伸部の端部を囲む周縁電極部を有することを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項５】
前記下部電極が、電極形成面内において、第１電極と、上部電極延伸部若しくは延伸端部との間の発光構造部の上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４記載の発光素子。
【請求項６】
前記下部電極が、前記開口部と、開口部を囲む電極形成部とを有し、該電極形成部が前記２つの軸方向に形成された格子状であることを特徴とする請求項１乃至５記載の発光素子。
【請求項７】
発光層とそれを挟む第１，２導電型層に、それぞれ設けられた第１電極、第２電極を同一面側に有する発光素子の製造方法において、
前記電極形成面内において、
下方に第１，２導電型層に挟まれた発光層を有する発光構造部の第２導電型層に第２電極として、下部電極と上部電極が設けられ、
前記第１導電型層が露出された第１電極形成部に第１電極を形成する工程、
下部電極を形成した後、マスクを形成して、化学的エッチングにより該下部電極層の一部を除去して、互いに直角方向から傾斜した２つの軸でもって２次元配列させた２次元周期構造の開口部を形成する工程と、
下部電極の上に、互いに異なる２方向であって、前記周期構造の軸方向と異なる方向に延伸する延伸部と、台座部とを有する上部電極を形成する工程と、
を具備してなることを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至６記載の発光素子が載置される載置部を有する発光装置であって、前記載置部に、発光素子が支持基板上に実装されて、載置されていることを特徴とする発光装置。
【請求項９】
請求項１乃至６記載の発光素子を用いた発光装置であって、発光装置には、発光素子から光の一部を、それとは異なる波長の光に変換する光変換部材を有することを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
前記光変換部材が、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含むアルミニウム・ガーネット系蛍光体であって、さらに希土類元素から選択された少なくとも一つの元素を含有するアルミニウム・ガーネット系蛍光体を有することを特徴とする請求項８又は９記載の発光装置。
【請求項１１】
前記光変換部材が、（Ｒｅ1-xＲx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12（０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｕ，Ｔｂ，Ｓｍからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、ＲはＣｅ又はＣｅとＰｒである）であらわされる蛍光体を有することを特徴とする請求項１０記載の発光装置。
【請求項１２】
前記光変換部材が、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された窒化物系蛍光体を有する請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記窒化物系蛍光体が、一般式ＬXＳｉYＮ(2/3X+4/3Y)：Ｅｕ若しくはＬXＳｉYＯZＮ(2/3X+4/3Y-2/3Z)：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ若しくはＣａ、又は、Ｓｒ及びＣａ、のいずれか。）で表されることを特徴とする請求項１２に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記発光素子が、電極形成面内において、発光構造部の側面に沿って、発光構造部の一部が分離して形成された凹凸部を有する請求項１乃至６記載の発光素子
【請求項１５】
前記凹凸部は、素子動作部内で、発光構造部、若しくは発光構造部と第１電極とに挟まれた領域に設けられている請求項１４記載の発光素子。
【請求項１６】
前記凹凸部は、発光構造部内に切り込む拡張部を有する請求項１４又は１５記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光層とそれに接合する第１，２導電型層と、各導電型層に設けられた電極とを有する発光素子に関し、特に、各導電型層、発光層に、半導体、特に窒化物半導体を用い、発光層とそれを挟む第１，２導電型層を有する半導体素子構造体の同一面側に、前記正負一対の電極が設けられた発光素子に係る。
【背景技術】
【０００２】
半導体層の積層構造体の素子の同一面側に、正負一対の電極を設ける発光素子についてさまざまな開発がなされている。特に、高効率、高出力の発光素子とするために、窒化物半導体発光素子においては、ｎ型層／活性層（発光層）／ｐ型層を形成して、ｐ型層上に、電極層とその上の台座部用のパッド電極とを備え、さらに、電極層を透光性として、光取出しを向上させるために、一部除去するなどして、開口部を形成する方法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１６４９３０号公報
【特許文献２】特開２００３−３４５４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような電極構造を実際に採用すると、均一な電流拡散、均一な発光が得られない構造となる場合がある。具体的には、図５に示すようにｐ型層のほぼ全面に透光性の電極層を形成する場合には、電極層を光が通過する際に、光の吸収による損失が発生して発光効率を低下させる原因となる。さらに、透光性を大きくすると電極層を薄くする必要があり、そのシート抵抗が大きくなって、結果として、電極層に電流拡散させる補助電極を備えることになる。そのような補助電極を備えても、電極層の透過率を低くすることには限界がある。また、図１に示すように、電極層を正方格子状とした場合には、補助電極との組合せにおいて、電極が流れやすい位置、方向（対向方向）と、電極が流れない、開口部が１列状に配列された方向とが発生し、また、補助電極と第１電極間、パッド電極（台座部）と第１電極間の上部電極の位置において、電流が流れやすい位置、方向と、流れにくい位置、方向とが極端に差があるため、電流が偏って流れる傾向がある。このため、電極面内において、様々な方向への電流拡散、発光が阻害される傾向にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、補助電極（延伸電極）を有する電極構造の発光素子において、電極が少なくとも２層構造（台座部と開口電極）を有する構造において、上部電極の延在する補助電極の延伸方向と、開口部の周期構造との関係について鋭意検討した結果、特定の周期構造、電極・延伸構造とすることで、均一な電流拡散、均一な発光が得られることを新規に見出し、本発明を成すに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、以下に示すように発光素子構造とすることを特徴とする。
【０００７】
発光層３とそれを挟む第１，２導電型層１，２に、それぞれ設けられた第１電極１０、第２電極２０を同一面側に有する発光素子１００において、前記電極形成面内において、前記第１導電型層１が露出された第１電極形成部５２（１ｓ）に第１電極１０、下方に第１，２導電型層に挟まれた発光層を有する発光構造部５１の第２導電型層２に第２電極２０が設けられ、前記第２電極２０が、開口部２１ａを有する下部電極２１と、その上に設けられ台座部（２２ｐ）を有する上部電極２２と有し、前記上部電極２２が、互いに異なる２方向（３２）に延伸する延伸部２２ａ（２２ｂ）を有し、前記下部電極２１面内において、前記開口部２１ａが２次元周期構造を有して、該周期構造が互いに直角方向から傾斜した２つの軸３３（３３ａ，３３ｂ）でもって２次元配列されており、前記周期構造の軸方向３３と、前記延伸方向３２が異なることを特徴とする。これにより、台座部２２ｐから供給された電流が、上部電極２２の延伸部２２ａ（２２ｂ）により発光構造部５１の面内に電流を拡散させ、それよりも面積、若しくは幅広な断面の下部電極層２１に供給されるに際して、直角でなく、延伸方向３２に傾斜した２軸で２次元配列された開口部が設けられることで、電極層２１面内において、形成部２１ｂにより好適に電流が拡散される。図１の比較例の下部電極２０に示すように、互いに直交する２軸によって開口部２１ｂの周期構造が形成され、さらに開口部２１ｂを囲む形成部２１ａの経路３４も互いに直交するように形成された直角分岐路３４ｚで形成されることで、第１，２電極１０，２０間（第１電極１０と第２電極２０の上部電極２２との間に設けられた発光構造部５１を覆う下部電極層２１）における電極間経路３６は、電極間対向部３５ａにおいて経路は３６ａと３６ｂとに別れ、対向部３５ａでは電流拡散が困難となり、他方、台座部の対向部３５ｘにおいては経路３５ａ（ｂ）よりも長い迂回路の経路３６ｃをとり、またその間では両者の中間の経路長となり、第２電極延伸部２２ａの各点において差違の大きな経路が形成されるため、電流拡散が十分でなく、発光構造部５１における発光を大きく、且つ均一とすることが困難である。しかし、図２〜４に観るように、本発明においては、第２電極の上部電極２２において異なる２方向に延伸して電流拡散させた延伸部２２ａから、それとは異なる方向で互いに直交しない２軸を有する周期構造の開口部２１ｂが設けられた下部電極２１により、延伸部２１ａの端部付近の対向部３５ａ、台座部間の対向部３５ｘにおいて、その経路３６ａと３６ｂ、３６ｘの経路差が小さく、且つその両者間の対向部３５（例えば３５ｂ）においても、端部付近、台座部付近の対向部との経路差が小さくでき、すなわち、下部電極２１面内において均一な電流拡散が実現され、上部電極２２の延伸部２２ａと下部電極２１による発光構造部５１面内の電流拡散により、均一な発光が実現される。このとき好ましくは、開口部２１ｂを囲む形成部２１ａの経路方向３４が、互いに異なり、直交する方向から傾斜した経路方向３４ｘ，ｙが設けられることで、上記開口部２１ｂとの配列と同様に、下部電極２１の電流拡散に好適に寄与する。
【０００８】
発光層３とそれを挟む第１，２導電型層１，２に、それぞれ設けられた第１電極１０、第２電極２０を同一面側に有する発光素子１００において、前記電極形成面内において、前記第１導電型層が露出された第１電極形成部に第１電極、下方に第１，２導電型層に挟まれた発光層を有する発光構造部の第２導電型層に第２電極が設けられ、前記第２電極が、複数の開口部を有する下部電極と、その上に設けられ台座部を有する上部電極と有し、前記第１電極に対向する上部電極の端部が、該対向する方向に傾斜した方向に延伸する延伸端部を有し、前記下部電極面内において、前記開口部が２次元周期構造を有して、該周期構造が互いに直角方向から傾斜した２つの軸でもって２次元配列されており、前記周期構造の軸方向と、前記対向する方向が異なることを特徴とする。上述したとおり、第２電極２０は、線上の延伸部２２ａ（２２ｂ）からそれよりも幅広に発光構造部５１を覆う下部電極層２１とにより面内に電流拡散されるが、延伸方向３２に延伸する延伸端部３１の延伸方向と、電極間の対向部３５の方向とは、対応しているため、この対向部３５の方向に対しても、それとは異なる方向に、直交方向から傾斜した２軸の周期構造の開口部２１ｂ、若しくは、それを囲む経路方向３４で下部電極が形成されることにより、両電極間に挟まれた発光構造部５１、若しくはそれを覆う下部電極層２１において、延伸部２１ａ（２１ｂ）の各点において経路差が小さく、好適な電流拡散が実現され、好適な発光が実現される。例えば、図６，９に示すような各電極１０，２０の延伸部２２ａ，ｂと１２ａ，ｂが互いに対向して併設され、その電極間の発光構造部５１ａ〜ｃ〜ｊおいても、長手方向の発光構造部５１ａ（〜ｊ）をほぼ同じ方向に延伸してそれを挟む延伸部１２ａ（２２ｂ），２２ａ（２２ｂ）により、その対向方向３５に傾斜して、且つ互いに直交しない２軸でもって開口部２１ｂ、形成部２１ａの経路方向３４が形成されることで、電極間の発光構造部５１ａ（〜ｊ）において、好適な電流拡散、均一発光が実現される。
【０００９】
前記延伸電極の電極端部３０，４０が、互いに異なる２方向に延伸していることを特徴とする。これにより、図２〜４に示すように、異なる方向に延伸して電流拡散させた延伸部２２ａにより、対向方向３５が延伸部２２ａの各点において変化する構造において、特に均一な電流拡散が困難であるが、上述したとおり、それを改善でき好ましい。
【００１０】
前記第１電極１０が、前記第２電極２０の延伸端部３０に対向して延伸する電極延伸部２２を有し、いずれか一方の電極１０（２０）が、他方の電極２０（１０）延伸部２２（１２）の端部３０（４０）を囲む周縁電極部２２ｘ（１２ｘ）を有することを特徴とする。図６，９に示すように、台座部１１，２２ｐから延伸する１次延伸部１２ａ，２２ａと、その１次延伸部１２ａ（２２ａ）の任意の点、好ましくは延伸端部、を基点１２−Ｂ（２２−Ｂ）として、そこから延伸する２次延伸部１２ａ（２２ａ）が設けられ、１次延伸部が介在することで、互いに対向して延伸する対向延伸部１２ｂ，２２ｂ及びその発光構造部５１ａ（〜ｊ）を距離を設けて、離間させることができ、その１次延伸部は、他方電極の延伸部の端部１２ｚ（２２ｚ）を囲む周縁部２２ｘ（１２ｘ）が設けられ、この延伸部の端部１２ｚ（２２ｚ）とそれを囲む他方電極の周縁部２２ｘ（１２ｘ）においては、その電極間（延伸部端部と周縁部との間）の発光構造部５１ｘにおいて、その対向方向３５、若しくは他方電極の延伸部の延伸方向３２、電極端部の端部延伸方向３１（４１）と、一方の電極１０（２０）の延伸部の端部４０ｘ（３０ｘ）との電極間は、上記に示した異なる方向の延伸方向の関係にある図２〜４に示す電極構造に類似した構造が形成されるため、そのような端部１２ｚ（２２ｚ）付近においては、十分な電流拡散が困難となりやすいが、それを上述したとおり、電極間の発光構造部５１ａ（〜ｊ）を覆う下部電極層２１の特定周期構造の開口部２１ｂ、形成部２１ａの経路方向３４により改善される。
【００１１】
前記下部電極２１が、電極形成面内において、第１電極１０と、上部電極延伸部若しくは延伸端部との間の発光構造部の上に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
前記下部電極２１が、前記開口部２１ｂと、開口部２１ｂを囲む電極形成部２１ａとを有し、該電極形成部２１ａが前記２つの軸３３方向３４に形成された格子状であることを特徴とする。図３に観るように、開口部２１ｂの周期構造の軸方向３３ａ，ｂ（及び３３ｃ）と、形成部２１ａの経路方向３４ａ，ｂ（及び３４ｃ）がほぼ同一な方向である格子状の形成部２１ａが設けられた下部電極層２１では、図１に示すような直交する経路方向３４ｚの形成部２１ａに比して、上部電極２２の延伸部１２ａの方向３１，３２、若しくは延伸部１２ａの各点における対向方向３５に対して、様々な電極間経路３６をとることができ、好ましい電流拡散ができる。このとき好ましくは、２軸３３ａ，ｂとの間に、第３軸３３ｃを設けてそれに対応する経路を有することで、さらに、様々な方向への電極間の電流拡散に対応でき好ましい。
【００１３】
発光層３とそれを挟む第１，２導電型層１，２に、それぞれ設けられた第１電極１０、第２電極２０を同一面側に有する発光素子１００の製造方法において、前記電極形成面内において、下方に第１，２導電型層１，２に挟まれた発光層３を有する発光構造部５１の第２導電型層２に第２電極２０として、下部電極２１と上部電極２２が設けられ、前記第１導電型層１が露出された第１電極１０形成部５２に第１電極１０を形成する工程、下部電極２１を形成した後、マスク６０を形成して、化学的エッチングにより該下部電極層２１の一部を除去して、互いに直角方向から傾斜した２つの軸３３ａ，ｂ（及び３３ｃ）でもって２次元配列させた２次元周期構造の開口部２１ｂを形成する工程と、下部電極２１の上に、互いに異なる２方向３２（３１）であって、前記周期構造の軸方向と異なる方向３２ａ，ｂ（及び３２ｃ）に延伸する延伸部２２ａ（若しくは２２ｂ）と、台座部２２ｐとを有する上部電極２２を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする。図７に観るように、発光構造部５１の第２導電型層２の上を覆う下部電極層２１の上に、上記特定形状、周期構造の開口部、形成部となるようにマスク６０を形成して（図７ａ）、化学的なエッチングを実施して、ほぼ等方的なエッチングより下部電極層２１の一部が除去されることにより（図７ｂ）、図７（ｃ）に示すように、開口部２１ｂの形状は、エッチング速度、エッチング方向の制御性が、物理的なエッチングに比較して乏しいため、開口部２１ｂ−２〜−６に示すように、マスクよりも大きくなったり、開口部の多角形の角部が丸みを帯びたりすることにより、経路２１ａの幅が狭くなったり（２１ａ−２）、断絶して、下部電極層２１の機能が低下する傾向が現れるが、上述したように開口部２１ｂ、形成部２１ａの経路方向３４が特定の周期構造で形成されることで、その問題を改善できる。
【００１４】
また、上記発光素子は、それを用いた発光装置として、下記に示すような発光装置に好適に用いられる。
【００１５】
前記発光素子１００が載置される載置部２０２を有する発光装置２００であって、前記載置部２０２に、発光素子１００が支持基板１０４上に実装されて、載置されていることを特徴とする発光装置。
【００１６】
前記発光素子１００を用いた発光装置２００であって、発光装置２００には、発光素子１００から光の一部を、それとは異なる波長の光に変換する光変換部材２２１（１０６）を有することを特徴とする発光装置２００。
【００１７】
前記光変換部材２２１（１０６）が、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含むアルミニウム・ガーネット系蛍光体であって、さらに希土類元素から選択された少なくとも一つの元素を含有するアルミニウム・ガーネット系蛍光体を有することを特徴とする発光装置２００である。
【００１８】
前記光変換部材２２１（１０６）が、（Ｒｅ1-xＲx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12（０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｕ，Ｔｂ，Ｓｍからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、ＲはＣｅ又はＣｅとＰｒである）であらわされる蛍光体を有することを特徴とする発光装置２００である。
【００１９】
前記光変換部材２２１（１０６）が、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された窒化物系蛍光体を有する発光装置２００である。
【００２０】
前記窒化物系蛍光体が、一般式ＬXＳｉYＮα：Ｅｕ若しくはＬXＳｉYＯZＮβ：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ若しくはＣａ、又は、Ｓｒ及びＣａ、のいずれか。）で表されることを特徴とする発光装置である。但しα＝(2/3)X+(4/3)Y、β＝(2/3)X+(4/3)Y-(2/3)Z。（ここで、本明細書中で、2/3Xなどの表記は、変数Xと分数の分子「２」との積を分母３で割る分数であることを示す）
実施形態８に説明するように、上記発光素子構造において、その発光構造部の一部を分離した凹凸部６を、発光構造部に沿うように、発光素子（素子構造部５７）の外周縁部分、素子構造部５７内の発光構造部間、発光構造部と第１電極との間に設けることで、発光構造部から好適な光取り出しが可能となり、発光素子の指向性に優れたものとなる。具体的には、本発明の開口部を有する下部電極２１により、電極形成面に垂直な縦方向の指向性が高まり、更に開口部２１ｂ以外の被覆された電極部２１ａにより発光素子内部に反射される光も多くなるが、その発光構造部に沿って設けられた凹凸部６により、縦方向の光の取り出しが高まり、発光素子の指向性が向上し、発光効率が高まる。また、このような、凹凸部は、発光構造部の切り込み部、食い込み部を設けて凹凸部６の拡張部６ｘ−１，６ｙ−１形成すると、その効果を高められ、好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の発光素子１００は、第１，２導電型層１，２に設けられた第１，２電極１０，２０が、両電極間３５において電極１０，２０（電極端部３０，４０）に挟まれた発光構造部５１ａ〜ｊにおいて、その発光構造部５１ａ〜ｊを覆う第２電極２０の下部電極層２１が開口部２１ｂを有し、その開口部２１ｂの面内２次元周期構造（若しくは形成部２１ａの経路方向３４）が、電極延伸部２２ａの延伸方向、電極間３０対向方向、対向部の各電極端部（延伸部２２ａ［１２］の電極端部３０，４０）の端部延伸方向、と異なり、互いに直交しない２軸を有することで、上部電極２２の延伸部２２ａにより、発光構造部５１ａ〜ｊ面内に部分的に拡散された電流が、特定周期構造の下部電極層２１により好適に面内のほぼ全体に拡散されて、好適な均一発光、第２電極２０（開口部２１ｂ）からの光取出し（若しくは開口部２１ｂによる反射）が可能となり、光取出し効率、発光効率に優れた発光素子１００とできる。また、そのような発光素子１００を用いた発光装置２００は、好適な出力の発光装置となる。また、そのような発光素子１００を基体１０４に実装した積層体１０３においては、開口部２１ｂからの光取出しにより、素子の軸方向（電極層２１の形成面の法線方向）における光出力が向上し、実装された積層体１０３において、軸上光度にすぐれた素子体１０３が得られる。また、発光素子の電極形成面を実装面側として基板４側から光取出しする場合においても、開口部２１ｂにおける反射（反射膜形成）により、反対側の基板側への軸上光度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態の発光素子について説明する。
【００２３】
実施の形態１．
図２は、本発明に係る実施形態１の発光素子を説明する平面図であり、本発明の特有の素子構造、電極構造を示している。また、図８は本発明の実施形態に用いられる素子積層構造１０１を説明する模式断面図である。
【００２４】
本発明に係る実施形態１の発光素子の具体例としては、図８において、基板４上に下地層５を介して、それぞれ窒化物半導体からなるｎ型層の第１導電型層１、活性層の発光層３及びｐ型層の第２導電型層２がその順に積層されて素子の積層構造１０１を形成してなり、第１導電型層１のｎ側電極１０は、台座部１１内にオーミック接触用電極を有する構造とし、第２導電型層２のｐ側電極２０は、図２〜４などに示すように、電流拡散導体（電流拡散層）として機能する透光性のｐ側オーミック接触用の下部電極２１と、そのｐ側下部電極２１の上に、前記ｐ側電極２０の台座部２２ｐとそこから延伸する延伸部２２ａ〜２２ｘを有する上部電極２２を備える。また、第１，２電極１０，２０は、同一面側に形成されてその電極形成面内において好適に、両電極の対向する端部が、一方の電極の対向端部若しくは電極延伸部の対向端部が、他方の電極の対向端部若しくは電極延伸部の対向端部に対応して、好ましくは、互いに発光構造部５１を挟んで、発光構造部の対向する端部に沿って併設され、具体的にはほぼ並行、若しくはほぼ等間隔に対向して設けられる。また、第１電極１０は、第１導電型層１の露出部１ｓの一部領域に電極形成部５２として設けられ、それに面内で分離された発光構造部５１として、発光層３を第１，２導電型層１，２で挟む構造が形成される領域に、第２導電型層２の露出部２ｓの一部電極形成部５３に第２電極２０、下部電極２１が形成される。このとき、第１電極１０は、第１導電型層１の露出部１ｓに設けられ、電極形成部５２と発光構造部５１とを介在して設けられた第１導電型層１の一部が電流拡散導体１３として機能し、他方、第２導電型層２側では、上述の通り、オーミック用電極が拡散導体２３として機能する。
【００２５】
本実施形態の具体的な素子構造では、図８に示すように、まず、サファイア基板４上に、１００ÅのアンドープＡｌＧａＮのバッファ層と０．５μｍアンドープＧａＮ層とからなる下地層５を介して、第１導電型層のｎ型窒化物半導体層１を形成する、ＳｉドープＧａＮのコンタクト層（４１０００Å）、アンドープＧａＮ層（３０００Å）、ＳｉドープＧａＮ層（３００Å）、アンドープＧａＮ層（５００Å）、アンドープＧａＮ（４０Å）／ＩｎＧａＮ（２０Å）１０ペアからなる多層膜を順に成長させる。
【００２６】
次に、ｎ型層１の上に、窒化物半導体の活性層（発光層）３を構成する、アンドープＧａＮ層（２５０Å）と、アンドープＩｎＧａＮ（３０Å）／ＧａＮ（２６５Å）６ペアからなる層を成長させる。
【００２７】
続いて、活性層３の上に、第２導電型層のｐ型窒化物半導体層２を構成する、Ｍｇドープ（ドープ量：５×１０19ｃｍ-3）ＡｌＧａＮ（４０Å）／ＩｎＧａＮ（２５Å）５ペアからなる多層膜、アンドープＡｌＧａＮ層（２８００Å）、Ｍｇドープ（ドープ量：１×１０20ｃｍ-3）ＧａＮのコンタクト層（１２００Å）を積層させる。
【００２８】
このようにして積層、形成した素子構造１０１を、前記ｎ側コンタクト層の一部が露出する深さ（層１ａ）までエッチングして、露出面１ｓの一部をｎ側電極形成部５２とし、このとき、残し膜厚部分のｎ側コンタクト層１ａが第１導電型層１側の電流拡散導体１３として機能する。また、露出部１ｓの電極形成部５２を形成することにより設けられた第１，２導電型層とそれに挟まれた発光層３の発光構造部５１のｐ側コンタクト層表面２ｓをｐ側電極形成面５３とし、Ｎｉ（６ｎｍ）とＡｕ（７ｎｍ）を順に積層したオーミック用の下部電極２１をほぼ全面に形成し、更にその上に第２電極２０の台座部２２ｐ及び延伸部２２ａ（１次延伸部）が形成された上部電極を設ける。また、ｎ側電極１０形成面１ｓには、オーミック用電極層を含む第１電極１０として台座部１１ｐと端部４０ａが形成される。このとき、第１電極１０と第２電極２０の上部電極２２は、同じ電極構造のＷ（２０ｎｍ）とＰｔ（２００ｎｍ）とＡｕ（７００ｎｍ）を順に同一工程で積層して形成する。この場合、ｐ側電極２０の透光性電極２１は、第２導電型層２側の電流拡散媒体２３と、またオーミック接触用電極を主に担うことになる。
【００２９】
このとき、第２電極２０の下部電極層２１の開口部２１ｂは、エッチングにより層状の電極層２１を形成した後、好ましくは上部電極２２を形成する前に、電極層２１の上にマスクを設けて、フォトリソグラフィー技術により、所定形状の開口部をマスクに設け、上記下部電極を除去可能なエッチャントを用いて、マスク開口部に対応する下部電極層２１の一部を、エッチングで除去して、下部電極２１に開口部２１ｂとそれを囲む形成部２１ａを設ける。続いて、上述したように、図２に示すように、第２電極２０の下部電極層２１の上に上部電極２２、第１導電型層１の電極形成部５２に第１電極１０を形成する。
【００３０】
図２に示す本実施形態では、第１の電極１０、第２の電極２０が、電極形成面内で互いに対向して配置され、第２電極の上部電極２２と第１電極１０（延伸部１２）とが互いに対向して、特に、その対向する電極端部３０，４０が互いに対向して延伸している。ここでは、両電極の端部３０，４０は互いに平行ではないが、その電極端部３０，４０間に、設けられた発光構造部５１及びそれを覆う下部電極層２１を設けている。このように、第２電極２０は、上部電極２２の台座部２２ｐから、そこを基点として延伸する延伸部２２ａにより、発光構造部５１の面内に拡散させ、その延伸部よりも面積が大きい、及び／又は断面が幅広な下部電極層２１により、発光構造部５１面内に電流を拡散させる構造を有する。
【００３１】
ここで、下部電極層２１の開口部２１ｂは、主に、素子構造１０１から光を取出す窓部として機能するものであるが、図１０、１１に示すように、基板４，第１導電型層１側から光を取出す場合には、窓部２１ｂの上に、反射膜を設けることもできる。また、電極層２１の形成部２１ａは、開口部２１ｂがあるため、特に透光性電極とする必要はないが、透光性電極として開口部２１ｂ以外の光を取出すこともできるし、開口部２１ｂからの光取出しを促進させるために、反射性の電極形成部２１ａとすることもできる。ここでは、上記Ｎｉ／Ａｕの電極により、透光性電極として形成部２１ａが設けられている。
【００３２】
本発明の特徴である電極層の開口部２１ｂの周期構造と、その上部に設けられる上部電極２２の延伸部２２ａとの関係において、図２（ａ），（ｂ）に示すように、開口部２１ｂが少なくとも２つの軸３３ａ，３３ｂについて、周期的に２次元配列されており、その周期構造の基本単位格子Ｂの格子点に円形状の開口部２１ｂが設けられている。このとき、周期構造の２軸３３と、第２電極２０の延伸部２２ａの延伸方向３２とが、互いに異なる方向にあることで、下部、上部電極の延伸方向、開口部２１ｂの軸（形成部２１ａの経路方向３４）との重なりあわせにより、発光構造部５１の上において、様々な面内方向への電流拡散を促し、また互いに補完して面内の様々な方向への電流拡散が可能となり、さらに、電極層２１の開口部２１ｂの軸方向が互いに直交せずに傾斜することで、直交する場合（図１）に問題となっていた電極間における経路長の差を小さくでき、上部電極２２及び延伸部２２ａの各点における経路差を小さくでき、また、電極端部４０，３０の間隔が変化し、その端部方向４１，３１が互いに平行でなく傾斜している電極構造においては、その対向方向３５が発光構造部５１の面内において、延伸部、電極端部の各点において様々に変化するが、そのような電極構造においてこの実施形態に示すような開口部２１ｂの周期構造をとることで、好ましい電流拡散が実現される。ここで、下部電極２１の開口部２１ｂの２次元周期構造は、図２に観るように、傾斜した軸３３ａ，ｂにおいて、基本単位Ｂが周期的に配列された構造となる。
【００３３】
実施形態２．（図３）
本発明に係る実施形態２として、図３に示すように、図２に比して開口部２１ｂの形状を円形状から三角形状とし、その開口部２１ｂが２つの異なる向きに形成されている点で異なる。
【００３４】
このような電極層２１の開口部２１ｂ形状、周期構造では、実施形態１と同様に、互いに平行でない傾斜した２軸３３ａ，３３ｂの周期構造を有し、その軸方向が、形成部２１ａの経路方向３４にほぼ一致して設けられる。このような周期構造は、図１の直行する２軸の周期構造に比して、互いに傾斜した開口部２１ｂの配列、形成部２１ａの経路方向３４が設けられるため、上述したように、電極間の方向、電極端部３０，４０間の対向方向、各電極１０，２０の電極端部３０，４０の延伸方向３１、延伸部２２ａの延伸方向と電極端部４０の方向４１若しくは対向方向とが、様々な方向に形成される場合において、実施形態１と同様に、好適に電極層２１において電流拡散が実現される。また、周期構造の基本単位Ｂ内に２つの開口部２１ｂが設けられており、それらを囲むように、軸方向３３ａ，ｂ，ｃにほぼ平行な経路方向３４が設けられる。また周期構造の軸３３は、３３ａと３３ｂの他に、その間に３３ｃが設けられる。
【００３５】
実施形態３．（図４）
本発明に係る実施形態３として、図４に示すように、六角形状に開口部２１ｂが設けられ、互いに形成部２１ａを介して配列されることから、基本単位Ｂには、様々な方向の形成部２１ａの経路方向３４が形成される。実施形態１，２とは異なり、軸方向３３と形成部２１ａの経路方向３４とは一致せずに、複数の経路方向３４でもって電極間３５の経路３６が形成され、例えば経路３６ｃでは軸方向３３ａ〜ｃのそれぞれと同じ方向の経路方向３４で構成され、このように、面内のどの方向に延びる経路３６であっても、複数の経路方向３４による経路（形成部２１ａ−１〜−６）で構成されることで、面内で比較的等方的な電流拡散が実現される。ここで、周期構造は、ほぼ正六角形状の開口部２１ｂが３つ分有する基本単位Ｂとして設けられ、その単位Ｂ内に経路方向３４が６方向に開口部２１ｂ間に設けられた形成部２１ａとして形成されている。
【００３６】
実施形態４．（図６，９）
本発明に係る実施形態４として、図６，９に示すように、第１，２の電極１０，２０が、互いに対向して延伸する領域（発光構造部５１）を有し、特に複数（発光構造部５１ａ〜ｊ）有しており、また、これら発光構造部５１はそれぞれ電極延伸部１２ｂ，２２ｂで挟まれて形成され、この挟まれた領域５１ａ〜ｊにおいて下部電極層２１が設けられる。このような発光構造部５１は、それを挟む延伸部１２ｂ，２２ｂ（２次延伸部）を形成するために、すなわち、各延伸部１２ｂ−１〜−５（２２ｂ−５）間、両電極の延伸部１２ｂと２２ｂ間に間隔を設けるように、延伸部の間に介在して延伸する１次延伸部１２ａ，２２ａが設けられる。すなわち、各電極の台座部１１，２２ｐを基点として、各発光構造部５１ａ〜ｊの幅方向若しくは長手方向に交叉する方向、上記両電極の対向延伸部１２ｂ，２２ｂの延伸方向に交叉する方向に、延伸して設けられ、その１次延伸部１２ａ，２２ａの任意の点を基点として、延伸させることで対向配置される２次延伸部１２ｂ，２２ｂに連結される。また、対向して並行する延伸部間（１２ａと２２ｂ、２２ｂと１２ｂ、１２ｂと２２ａ）の発光構造部５１ａ〜ｃの他に、該延伸部の端部１２ｚ（２２ｚ）において、それを囲む他方電極２０（１０）の周縁電極部２２ｘ（１２ｘ）との間にあり、各発光構造部５１ａ〜ｃ間を連結する周縁電極部２２ｘ（１２ｘ）の発光構造部５１ｘ（５１ｘ−１，５１ｘ−２）が設けられている。また、上記実施形態１〜３（図２〜４）と同様に、また、図９についても同様に、台座部１１，２２ｐの対向部の電極端部４０ｘ，３０ｘにおいて、他方電極２０，１０の対向部（延伸部２２，１２）の電極端部３０ａ，ｂとの距離が電極位置により大きく異なる部分を有している。また、上記実施形態１〜３（図２〜４）と同様に、延伸部１２ｂ−２（２２ｂ−２）は湾曲しており、電極間距離がその位置により異なり、互いに平行しない電極延伸部１２（２２）が形成されている。
【００３７】
図９に示す発光素子１００では、各発光構造部５１ａ〜ｊを挟む各電極の延伸部（２次延伸部）１２ｂ，２２ｂは、互いに等間隔で、ほぼ平行に直進する、すなわち延伸部の延伸方向（３１，４１）、その対向端部の方向（３２，４２）がほぼ直線状である延伸部で構成されている。一方、図６では、発光構造部５１ｂは、湾曲する延伸部１２ｙ−２、２２ｙ−２を２次延伸部１２ｂ−２，２２ｂ−２として、それに挟まれて形成され、その両側に隣接して設けられた発光構造部５１ｂ，ｃは、その湾曲する延伸部１２ｙ−２，２２ｙ−２と、直進する直線状の延伸部１２ｂ−１、２２ｂ−２とに挟まれて形成される。
【００３８】
このように、図９に観られるほぼ平行に直進する対向部では、その対向部における電極端部の延伸方向がほぼ平行で、それに傾斜する方向に軸方向を設けて周期的に配列された開口部２１ｂが複数設けられた下部電極層２１が形成される。
【００３９】
また、図６，９の発光素子は、更に、一方電極１０（２０）の延伸部１２（２２）の端部１２ｚ（２２ｚ）を囲むように設けられる他方電極の台座部の端部、各発光構造部５１ａ〜ｊを挟む延伸部の基点となる１次延伸部の端部により、周縁電極部２２ｘ（１２ｘ）が設けられ、その延伸端部１２ｚ（２２ｚ）と周縁電極部２２ｘ（１２ｘ）に挟まれた発光構造部５１ｘが設けられている。この発光構造部５１ｘは、並行する延伸部１２と２２に挟まれる各発光構造部５１ａ〜ｊを連結させるように設けられる。このような連結部の発光構造部５１ｘにおける両電極１０，２０の対向配置、特に一方の延伸端部１２ｚ（２２ｚ）と周縁電極部２２ｘ（１２ｘ）との配置関係は、図２〜４に見られる第１電極１０と第２電極の延伸部１２ａとの配置関係と同様に、一方の電極延伸部が２方向に延伸して他方電極（延伸端部１２ｚ，２２ｚ）を囲み、両電極間に発光構造部５１ｘが設けられる。更に、その領域５１ｘにおいて、延伸部（周縁電極）１２ｘ（２２ｘ）は、他方電極を囲んで互いに異なる方向に延伸し、且つ、複雑な対向部の電極端部（周縁部１２ｘ，２２ｘ、台座部の対向する端部）が設けられる。このため、上述したように、この発光構造部５１ｘに設けられる下部電極層２１の開口部２１ｂ、形成部２１ａの周期構造は、同様に、互いに直交しない軸方向３３（３３ａ〜ｃ）が、延伸方向３４（３２）、対向方向３５に傾斜して、異なる方向とすることで、この発光構造部５１ｘにおいて好適な電流拡散、発光が実現される。
【００４０】
ここで、図９（ａ）〜（ｃ）の各例では、それぞれ、発光構造部５１の数、間隔（幅）が異なり、また、延伸部１２ａ，ｂ（２２ａ，ｂ）の形状が異なる例である。具体的には、図９（ｃ）には、上記実施形態１〜３と同様に、正負電極１０，２０（２２）間に挟まれないで、電極（延伸部２２）よりも素子の外側に発光構造部５１ｘを有している。図９（ａ），（ｂ）と（ｃ）とでは、発光構造部５１の個数、対向して並行に配置された延伸部１２，２２の対の数が異なり、（ｃ）の形態が多く、また、図９（ａ）と（ｂ）とでは、第１，２電極１０，２０の延伸部形状をほぼ反対としたものである。また上記実施形態１〜３、及び図６の形態と同様に、一方の電極１０（２０）の電極周縁部１２ｘ（２２ｘ）と他方電極２０（１０）の延伸部の延伸端部２２ｚ（１２ｚ）とに挟まれた発光構造部５１ｘが、並行延伸部間の各発光構造部５１ａ〜ｊ間を連結するように配置されている。この周縁電極部における発光構造部５１ｘについては、上述の通りである。また、図中には、周期構造の軸方向３３、経路方向３４、延伸部、電極端部の方向３１，３２（４１，４２）については符号を付していないが、図６，２〜４などと同様にしてその方向が決定されることはいうまでもない。
（第２電極２０の上部電極２２と下部電極層２１の関係と、第１電極１０との関係）
本発明の特徴部である第２電極２０の下部電極層２１における開口部２１ｂの周期構造と、上部電極２２の延伸部１２ａとの関係など、第１，２電極２０との対向関係（対向電極間３５）などについて詳細に説明する。これらは、上述したかく実施形態の素子構造、電極構造、延伸部構造に適用できる。
【００４１】
本発明の発光素子１００は、図８，１３などに示すように、素子の積層構造１０１に、素子動作部５７として、第１導電型層１の露出部１ｓに電極形成部５２と、発光構造部５１が、電極形成面側に好ましくはそれぞれ分離されて設けられ、図２〜４，６，９に示すように、発光構造部５１の第２導電型層２の露出部２ｓを覆って、第２電極２０の下部電極層２１が形成され、その上に電気的に接続された上部電極２２が設けられる。この上部電極２２には、少なくとも延伸部２２ａが設けられて、少なくとも異なる２方向に延伸方向３２（３２ａ，３２ｂ）を、若しくは第１電極１０との対向する電極の端部３０（３０ａ，３０ｂ）の延伸方向３１（３１ａ，３１ｂ）でもって、形成されている。
【００４２】
このとき、図２〜４に示すように、互いに直交せずに９０°方向から傾斜した少なくとも２軸３３（３３ａ，３３ｂ）の周期構造で２次元配列された開口部２１ｂ、開口部２１ｂ間に介在する形成部２１ａ（経路３４）を有している。この周期構造の軸３３と、上記延伸方向３２（３１）とが、傾斜して互いに異なる方向とすることで、上部電極２２の延伸部により線上、若しくは、第１電極１０に対向して、対向する電極端部３０が第１電極１０の対向する端部４０若しくはその延伸方向４１に並行して、又は第１電極１０の延伸部１２の延伸方向４２に並行して、形成されることで、面内に１次的に電流拡散が実施され、続いて、その下方で、上部電極２２（延伸部１２ａ）と発光構造部５１（第２導電型層２）との間に設けられた層状の下部電極２１により面内に広げられる際に、並行する第１電極（端部４０、延伸部４２）と上部電極２２の延伸部１２ａとの間の発光構造部５１ａ〜ｊにおいて、延伸部１２ａの延伸方向３２、若しくは対向する電極端部３０の延伸方向に傾斜して異なる方向に開口部２１ｂが配列され、その開口部２１ｂ間に経路３４（形成部２１ａ）が設けられることで、電極間３５に挟まれた発光構造部５１ａ〜ｊにおいて、上記延伸方向３２（３１）とは異なる方向への面内の電流拡散が実現される。これにより、面内への電流拡散が好適なものとなり、また、開口部２１ｂにより好適な光取出し、発光が可能となる素子１００が得られる。
【００４３】
このとき、図２〜４，６，９に示すように、軸方向は、３３ａとｂの他に、第３軸３３ｃを備える形態、すなわち、互いに成す角がほぼ１２０°であるような場合でも良く、この場合、上記傾斜する２軸は３軸の内いずれかで上述したような面内への様々な方向への拡散が実現されるため、他の傾斜角の軸よりも好ましい。また周期構造の軸方向３３は、主に開口部２１ｂが隣接して配列される方向、若しくは開口部２１ｂ間に設けられる形成部２１ａの経路方向３４に対して決定されるが、図４（ｂ）に示すように、開口部２１ｂが配列される方向は各軸を３０°回転させた方向であるが、周期構造の基本単位Ｂを決定して、その単位Ｂの軸（辺）方向にとっても良い。また、軸方向は、図２〜４に示すように、その反対方向３３ａ′、３３ｂ′、３３ｃ′にもとることができる。
【００４４】
図２〜４に示すように、開口部２１ｂ（形成部２１ａ）の周期構造の基本単位Ｂは、周期構造の単位となる任意の大きさでとることができるが、好ましくは、最小面積で決定すると良い。図３に示すように、形成部２１ａ上に単位Ｂをとる方法の他、図２に示すように開口部２１ｂのほぼ中央を格子点とした単位Ｂとしても、図４に示すように、その両方を複合した単位Ｂとする方法のいずれでも良く、開口部２１ｂの形状、その間の形状（形成部２１ａ）により好適な単位Ｂが決定される。また、開口部と形成部は、周期構造において両者は反転された関係にあるため、開口部に関することは形成部に関することとして置き換えが可能であるが、少なくとも各開口部は互いに分離され、他方形成部は互いに連結されて形成される相違点をのぞくものである。また後述するように、開口部形成の製造上の問題から一部開口部がつぶれて形成されなかったり、隣接する開口部が繋がったり、形成部が一部分離されても、他の大部分が周期構造をとれば良く、またこのような製造上の形状不安定、位置ズレについても本発明の周期構造が適用される。
【００４５】
本発明のような周期構造の開口部２１ｂ、形成部２１ａは、図２〜４，６，９に示すように両電極１０，２０（延伸部）間における発光構造部５１ａ〜ｊのほぼ全面に形成される形態が好ましいが、部分的に周期構造開口部が設けられ、他の部分が開口部を有さない電極２１部とすること、他の部分が構造部５１露出部とすることも可能である。また、上述したように、対向電極間の外部に位置する発光構造部５１ｚ、図２〜４では延伸部２２と第１電極１０との対向方向に反対方向の領域、においては、特に本発明のような周期構造とする必要が内が、発光の面内均一性、光取出し向上させることのために、同様な周期構造が形成されることが好ましい。
【００４６】
本発明は、上述したように電極間の構造部５１における対向関係にある両電極１０，２０の延伸方向、例えば延伸部の延伸方向３２（４２）、対向部の電極端部３０（４０）の延伸方向３１（４１）と、その構造部５１ａ〜ｊにおける電極層２１の周期構造との関係が重要となり、対向関係を決める対向方向についても上記方向３１，３２（４１，４２）と同様である。また、本発明は、特に一方の電極（図２〜４では台座部１１、図６，９では延伸部の端部１２ｚ、２２ｚ）を囲む他方電極の周縁電極（図２〜４では延伸部２２、図６，９では周縁部２２ｘ、１２ｘ）構造（５１ｘ）において、さらには、それらの電極間距離、傾斜する方向が変化し、またその端部方向３１，３２（４１，４２）が互いに異なる複雑な電極構成、さらにはそれに加えて台座部端部３０ｘ、４０ｘとの関係が複雑な電極構造部を有する（図６，９では一部５１ｘとして有する）場合に特に有用である。
【００４７】
また、上記電極端部３０，４０との間において、対向方向３５と、下部電極２１の周期構造の２軸についても上記と同様に、異なる方向、互いに直交しない方向とすることで、好適な電流拡散が発光構造部５１ａにおいて実現される。
【００４８】
また、発光構造部５１の上を覆って形成され、構造部５１面内に電流拡散させる下部電極２１、上部電極２２とについては、上下関係は、例えば、線上の延伸部２２とその上を覆って下部電極２１が設けられる形態とすることもできる。すなわち、上部電極がそれよりも幅広、大面積の下部電極に電気的に接続されて両者の働きでもって、構造部５１面内に電流拡散される構造を有することであり、好ましくは、台座部２２ｐが一部に設けられた上部電極２２の下方に下部電極が設けられることで、まず延伸部２２ａ，ｂによる電流拡散から始まり好ましい。
【００４９】
このように、第１段階として上部電極の延伸部２２（１２）及びその延伸方向３２、電極端部３０の延伸方向３１に電流拡散されて、それに電気的に接続された下部電極層２１の形成部２１ａ（経路方向３４）により拡散される。また台座部は図２〜４，６，９に観るように、延伸部よりも幅広な形状としても良く、パッド部として機能するように延伸部の幅を広くしてその任意の位置を台座部としても良く、図１０などに示すように、ワイヤーボンディングされずに、電極形成面で基体１０４などに実装される場合には特に台座部の形状を他の部分（延伸部）と異なるような形状としなくても良い。また、台座部２２ｐ（上部電極）は、図１〜４に示すように、その形成部だけで設けられた形成部２１ｐに設けられるような形態でも良く、図示しないが、上部電極で覆われる領域にも開口部２１ｂが設けられる形態でも良い。
【００５０】
また、上部電極２２と下部電極２１との関係は、上述したように、上部電極において部分的な領域に好適に電流が拡散・供給される配線電極としての役目を果たせばよいため、好ましくは下部電極２１よりもシート抵抗が小さくなるように上部電極２２（延伸部２２ａ，ｂ）が設けられる。具体的には、下部電極２１よりも大きな膜厚で上部電極２２（延伸部２２ａ，ｂ）が形成され、特に下部電極２１の形成部２１ａが透光性である場合には好ましい。また、下部電極２１の形成部２１ａが透光性である場合には、上部電極２２（延伸部２２ａ，ｂ）よりも透過率が高くなるように形成されることで、各電極の機能、電流拡散と光取出しをそれぞれ異なるものとでき、好適な電極構造が得られ好ましい。また、後述するように、透光性電極（形成部２１ａ）の上に別途反射膜を設ける場合についても透光性の形成部２１ａと同様の条件が好ましい。他方、電極形成部２１ａを反射性の電極とする場合には、上述した関係にとらわれず、適宜各特性の電極２１，２２を形成すると良い。
【００５１】
（本発明の発光素子１００）
以上説明した各実施形態において、その実施形態（発光素子１００）の各構成について以下に詳しく、説明するが、本発明は上記実施形態及びその構成について組み合わせて適用することもできる。また、上記実施形態及びそれを説明する各図面、並びに後述する各構成の説明及びその図面の符号は共通しており、また一部誇張して描画されているものもある。
（素子構造体１０１）
本発明の発光素子１００に用いられる素子構造体１０１は、図８，１３の断面図などに示すように、基板４上に、第１導電型層１、活性層（発光層３）、第２導電型層２が順に積層された積層構造体１０１でもよく、第１，２導電型層１，２が横方向に接合されていてもよく、これらを組み合わせたもの、例えば断面が折れ線（連続直線）状、山形、谷形などの様々な面が複合された接合面、でもよい。
【００５２】
具体的には、本発明の発光素子１００は、素子構造体１０１として、図８，１３に示すように、素子構造体１０１は、基板４上に、第１導電型層１、発光層（活性層）３、第２導電型層２が順に積層された積層構造１０１を有するものであり、このとき、電極形成面内において、発光構造部５１は、図に示すように積層方向に第１，２導電型層が発光層を挟む構造の他、上述したとおり、第１，２導電型層が横方向に接合されていてもよく、またこれらを組み合わせた縦、横の複雑な複合接合面を形成したものでもよい。また、発光素子構造として、ＭＩＳ構造、ｐ−ｎ接合構造、ホモ接合構造、ヘテロ接合構造（ダブルヘテロ構造）、ＰＩＮ構造などを用いることができ、またユニポーラ素子にも適用できるが、好ましくは、第１，２導電型層が互いに異なる導電型層となるｐ−ｎ接合構造などのｎ型、ｐ型層で活性層を挟む構造を用いることが好ましい。
【００５３】
素子構造体１００を構成する積層構造の半導体材料は、ＩｎＡｌＧａＰ系材料、ＩｎＰ系材料、ＡｌＧａＡｓ系材料、これらの混晶材料でもよく、ＧａＮ系窒化物半導体材料でもよい。ＧａＮ系窒化物半導体材料として具体的には、ＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎαＡｌβＧａ１−α−βＮ、０≦α、０≦β、α＋β≦１）で表され、またこれに加えて、ＩＩＩ族元素として一部若しくは全部にＢを用いたり、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂで置換したりした混晶でもよい。以下、窒化物半導体を用いて説明するが、他の材料系にも適用される。
【００５４】
発光層としては、ＩｎＧａＮ系材料を用いることができ、ワイドバンドギャップの発光層により、緑色、青色の可視光域から紫色、それより短波長の紫外域に発光するものが得られる。
【００５５】
各実施形態では、第１，２導電型層１，２を、ｎ型層、ｐ型層としているが、この逆でも良い。また、半導体積層構造１０１の成長方法として具体的にはＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）があり、好ましくはＭＯＣＶＤ，ＭＢＥである。
【００５６】
本発明の半導体積層構造１０１の成長方法に用いる基板、特にエピタキシャル成長用の基板１０としては、窒化物半導体と異なる材料の異種基板として、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができ、好ましくはサファイア、スピネルであり、また異種基板以外として、ＧａＮ、ＡｌＮなどの窒化物半導体基板なども用いることができる。他の半導体材料においては従来知られた同じ材料系の基板、若しくはＳｉなどの異種基板を用いることができる。
（半導体積層構造１０１）
発光素子１００を形成する半導体積層構造１０１としては、例えば図８，１３，１５，１６に示すように、上記基板４上に下地層５などを介して成長され、このとき、下地層５を素子構造１０１として動作部に含めても良いが、通常素子構造の成長用のみ形成されて素子として機能しない非動作部として設けられる。下地層は、特に異種基板を用いた場合、結晶核形成、核成長層として、低温成長バッファ層を用い、好適な条件はＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）を低温（２００〜９００℃）で成長させるものであり、続いて高温で層成長させて、膜厚５０Å〜０．１μｍ程度（単結晶、高温成長層）で形成する。また、ＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）として知られるように、基板上、若しくは下地層上に、島状部（凸部、マスク開口部）などの成長部を他の領域に比べて優先的、若しくは選択的に成長させて、各選択成長部が横方向に成長して接合、会合することで層を形成するような成長層を下地層５若しくは、素子積層構造１０１に用いることもでき、これにより結晶性、特に結晶欠陥を低減させた素子構造とできる。
【００５７】
窒化物半導体に用いるドーパントとして、ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、さらに最も好ましくはＳｉを用いる。また、ｐ型不純物としては、特に限定されないが、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。これら、アクセプター、ドナーの各ドーパントを添加することにより、各導電型の窒化物半導体層を形成し、後述する各導電型層を構成する。また、窒化物半導体は不純物をドープしない無添加層であってもｎ型層として用いることができ、さらにＡｌＧａＡｓなどの他の材料系にはそれに適したドーパント用いる。本発明における第１導電型層、第２導電型層には、部分的にアンドープの層、半絶縁性の層が積層されていても良く、電流阻止層のよう逆導電型の埋込層に、各導電型層内に部分的に寄生な素子部分を形成していても良い。
（第１導電型層１）
上記実施形態の素子構造で示すように、第１導電型層１として、各導電型のドーパントを含有させ、電極形成面内及び活性層へのキャリアの供給、拡散を実現するような層構造を形成すると良く、特に電極形成部５２から発光構造部５１にキャリアを面内に拡散して供給する電流拡散導体１３（コンタクト層）には、他の領域より高濃度にドープされることが好ましい。また、このような電荷供給・面内拡散層（コンタクト層及びその近傍層）の他に、上記実施形態で示すように、積層方向において発光層へ電荷を移動・供給させる介在層、若しくは第２導電型のキャリアを発光層に閉じこめるクラッド層などを、コンタクト層とは別に設けることが好ましい。このような発光層３と面内拡散層（領域）のコンタクト層との間に設ける層として、窒化物半導体素子の場合には、面内拡散層（領域）より低濃度ドーパント量若しくはアンドープの低不純物濃度層（アンドープ層）、及び／又は多層膜層を設けることが好ましい。これは、低不純物層でもって、高不純物層（面内拡散層）による結晶性悪化を回復させてその上に成長させるクラッド層、発光層の結晶性を良好にし、駆動時にあっては高濃度層に隣接して低濃度層が設けられることで面内拡散を促進させ、また、耐圧性も向上させることができる。多層膜層は、少なくとも２種の層を交互に積層させたような周期構造で形成すること、具体的には、Ｉｎを含む窒化物半導体層とそれとは異なる組成の層の周期構造、好ましくはＩｎxＧａ1-xＮ／ＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｘ＜ｙ＜１）で構成することで、発光層、特にＩｎを含む窒化物半導体層、好ましくはそれを井戸層として複数用いた場合において、その結晶性を向上させることができる。このような多層膜としては、組成が異なる層による周期構造の他、組成傾斜構造、また、これらの構造において不純物濃度を変調させた構造、膜厚を変動させた構造なども採用でき、好ましくは、２０ｎｍ以下の膜厚の層を積層した構造、さらに好ましくは１０ｎｍ以下の膜厚の層を積層した構造で形成することが、上記結晶性に有利となる。
（発光層［活性層）３）
本発明の素子構造１０１としては、第１，２導電型層との間に、発光層を設けて、発光層で発光させる素子構造とすることが好ましく、特に窒化物半導体においてはＩｎを含む窒化物半導体を発光層に用いたものが、紫外域から可視光（赤色光）の領域において好適な発光効率が得られ好ましく、特にＩｎＧａＮ層を用いること、特にＩｎの混晶比を変化させて所望の発光波長を得ることが好ましい。このほかの窒化物半導体材料として、ＧａＮ，ＡｌＧａＮなどのＩｎＧａＮよりも高バンドギャップの材料を用いて、紫外域において使用する発光素子としても良い。
【００５８】
さらに好ましい発光層としては、量子井戸構造の活性層を用いることであり、井戸層が１つの単一量子井戸構造、さらに好ましくは、複数の井戸層が障壁層を介して積層した構造の多重量子井戸構造を採用することが好ましい。井戸層については上記発光層と同様に、好ましくはＩｎＧａＮ層を用いることであり、障壁層として、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きくなるような層として、例えばＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮを設けることが好ましい。このとき、井戸層、障壁層の膜厚としては、３０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、さらに井戸層において好ましくは１０ｎｍ以下とすることで、量子効率に優れた発光層が得られる。また、井戸層、障壁層に、各導電型層のドーパントがドープされていても良く、障壁層は、井戸層間に一層以上設けても良い。
（第２導電型層２）
第２導電型層２としては、キャリアを発光層に閉じこめるクラッド層、電極が形成されるコンタクト層を、設けることが好ましく、この時両層を別々に設けてコンタクト層をクラッド層よりも発光層より遠くに設け、高濃度にドーパントをドープすることが好ましい。窒化物半導体においては、クラッド層として好ましくはＡｌを含む窒化物半導体、さらに好ましくはＡｌＧａＮ層を用いることが好ましく、さらに発光層に近接して、好ましくは接して形成されることで発光層の効率を高めることができ好ましい。さらに、コンタクト層とクラッド層との間にそれらの層より低不純物濃度の層を介在させることで、耐圧性に優れた素子とでき、またコンタクト層を高濃度にドープしても結晶性を改善できるため好ましい。コンタクト層は、図８，１３に示すように、電極形成面内で発光部５１として設けられるため、その面内でキャリアを拡散させる層としても機能しうるが、本発明では、電極２０を設けて、該面内の一部に延伸する上部電極２２と、それよりも面積の大きな、断面幅広な層状の下部電極２１により面内での電流拡散導層、拡散導体として機能させることで、窒化物半導体における低い移動度のｐ型キャリアの拡散を補助し、また、コンタクト層の膜厚を他の層（クラッド層、介在低濃度層）よりも小さくして、且つ他の層よりも高濃度に不純物ドープすることで、高キャリア濃度の層を形成して、電極から良好な電荷注入を実現でき好ましい。
（電流拡散導体１３）
このように本発明の積層構造１０１において、電流拡散導体１３は、素子構造体内（第１導電型層内１３）に設けられても、素子構造体上（の電極２１）に設けられる形態でもよい。具体的には、図１３などに示すように、第１導電型層１においては、露出電極形成面５２に第１の電極１０が設けられ、該第１電極１０が設けられた第１導電型層１０内を横方向に電流拡散する拡散導体１３として機能し、他方、第２導電型層２側には、延伸電極に電気的に接合するオーミック接触用の電極２１でもって、面内において、一部に設けられた電極延伸部から、電流を面内に広く拡散させる拡散導体として機能する。第２導電型層２内に拡散層を設けても良く、第１導電型層上に、外部（電極）の拡散導体を設けても良い。
（発光素子面内構造）
本発明において、発光素子構造１０１の電極形成面内の構造としては、図８，１３に示すように、発光層３とそれを挟む第１，２導電型層１，２が形成された発光構造部５１と、第１導電型層１側電極形成部５２とを、面内で一部が重なる構造よりも分離して設けることが好ましい。本発明の発光素子は、素子構造部５７に発光構造部５１と電極形成部５２が設けられた構造であり、素子構造部５７は電流拡散導体１３（第１導電型層１）上に形成され、１つの素子構造部５７内で１つの発光構造部５１（図２〜４，６，９）とする形態でも良く、１つの素子構造部５７内で複数の発光構造部５１が形成されるような発光構造部５１の集積構造を形成しても良く、１つの素子構造５７に対して少なくとも１対の発光構造部５１と電極形成部５２が形成されれば良く、さらに、素子構造部５７を複数集積して集積型の発光素子１００とすることもできる。
【００５９】
電極の形成形態としては、図２〜４，６，９に示すように、双方の電極の少なくとも一方が、延伸部、湾曲・屈曲する延伸部、台座部、を備えていてもよく、好ましくは第１導電型層２側に湾曲する延伸部２２ｙ、屈曲・湾曲する複合電極端部を有する周縁電極部２２ｘ（１２ｘ）を設けて、その電極（一方の台座部若しくは延伸端部１２ｚ［２２ｚ］）間の発光構造部５１を形成してそれを覆う下部電極層２１で電流拡散させ、図６，９に示すように両方の電極に設けることもできる。また、図１４（ａ）に示すように、複数の台座部が延伸方向に離間されて配置されていてもよく、延伸部が断続的に延伸していてもよく、この場合素子外部の例えば実装基体１０４、貼り合わせ用の転写基板９側の電極で分離された台座部が電気的に接続されて、全体として延伸電極として機能する。
【００６０】
各電極の配線形態としては、各電極は素子構造体内に電流供給できるように、オーミック接触されたオーミック接触部を有することが好ましく、該オーミック接触部に一致して電極（延伸部、台座部）が形成されていることが好ましい。他の形態としては、離間して配置されたオーミック接触部に対して、それらを導通するように、配線用として電極が設けられてもよい。また、このような配線用電極は、後述する素子実装基体側に設けられてもよい。
【００６１】
電極形成部５２としては、電極形成可能なように、第１導電型層１の露出部５２（１ｓ）に設けられ、該露出部は、図８に示すように、第１導電型層１、発光層３、第２導電型層２を順に積層した積層構造１０１において、第２導電型層２、発光層３の面内の一部、若しくはそれに加えて第１導電型層１の深さ方向の一部を除去して、露出させた露出部１ｓを電極形成部５２とする他、図１３（ｂ）に示すように、分離溝５２ａを形成して、その溝５２ａを介して発光構造部５１に離間させて、露出部１ｅから第２導電型層露出部に跨って電極１０を形成して、電極形成部５２を面内に設ける構造とすることもでき、また図１３（ａ）に示すように、形成した第１導電型層１−１の面内一部を、除去若しくはマスクして、面内一部に発光構造部５１として、発光層３、第２導電型層２、若しくはそれに加えて第１導電型層の一部２−３を積層成長させた構造を面内の一部（発光構造部）に形成する構造とすることもできる。このとき、電極１０のボンディング位置である電極形成部５２は、積層方向において、電極２０と同等とすることも、それよりも高い位置とすることもできる。また、このとき、電極形成部５２は、発光構造部５１とは面内で分離されて形成されるので、電極形成部５２の領域は非発光領域となり、発光構造部５１と電極形成部５２とに面内で重なって、下部に設けられた第１導電型層の一部領域の拡散部１３などにより、電極１０から発光構造部５１にキャリアが面内拡散され供給される。
【００６２】
このように素子構造体の電極形成位置は、各導電型層に設けられた電極形成面の上に設けられ、上記素子構造体の形状・形態に依存するため、図に示すような第２導電型層、発光層を一部除去して露出させた第１導電型層を電極形成面として、基板上において、発光層の上方、下方にそれぞれ第２電極、第１電極の形成面が設けられる形態がある。その他に同一面側に両方の電極を形成すれば、他の電極形成面の形態もとりうる。
【００６３】
（第１電極１０）
また、第１電極１０は、第１導電型層１の露出部１ｓの少なくとも一部に電極形成領域５２として形成され、発光構造部５１と面内で分離されて設けられ、オーミック接触用として第１導電型層１内に電流注入する。第１導電型層１の露出部１ｓは、図６、９に示すように、発光構造部５１を囲むように素子構造部１０１の端部に設けられていても良く、図１３に示すように基板４を素子端部で露出（露出部４ｓ）させて、第１導電型層１の側面１Ｃを傾斜させて、光反射部、取出し部として機能させることができ、この場合、発光構造部５１の側面５１Ｃよりも、傾斜側面における電極形成面、基板面の法線方向に対する角度を、大きくすることで、第１導電型層１内を横方向に伝搬する光を効率的に取出すことができ好ましい。また、露出部１ｓは、素子動作部５７内において、発光構造部５１に対して、第１電極１０から露出させて設けること（５１Ｃ）で、光取り出し溝として機能させることもでき、またそのような電極１０から露出された領域において凸部、例えば、電流注入されない非発光構造部（電極形成部５２など、又は素子非動作部５８）として凸部を設けると、反射機能、光取り出し端部に寄与する。具体的な発光素子構造については、実施形態１〜４の発光素子構造に適用した例を後述の実施形態８にて説明する。
【００６４】
第１電極１０の延伸部１２は、上述したように発光構造部５７内に、パッド部１１から延伸して形成され、発光構造部５１に電流拡散、注入する機能を有する。上記第１導電型層１内の面内拡散層１３、第２導電型層２内及び第２電極２０（下部電極層２１）の面内拡散、具体的にはシート抵抗を適宜調整することで、第１電極、第２電極間隔を調整して、所望の拡散状態、発光構造部５１の幅の発光素子とできる。
【００６５】
第１電極１０は、パッド部１１、延伸電極部１２とも同じ電極構造としても良く、別々に、例えば、オーミック接触用の電極として電極１０の形状で形成して、パッド部１１にのみパッド電極を形成する構造として、形成しても良い。また、図２〜４，６，９におけるパッド部１１、２２ｐは、図８に示すように、基板上の素子構造表面を覆う絶縁膜６１の開口部を示すものであり、上記実施形態に示すように、パッド部１１、延伸部１２を同一構造として形成している。
【００６６】
また、図６，９に示す形態において、第１，２電極１０，２０が互いに延伸部を有し、その延伸部が互いに対向して並行する発光構造部５１ａ〜ｊを有する形態において、パッド部１１は、延伸電極部１２の端部に形成されると、上記形成領域５２と発光領域５１（下部電極層２１）との配置を好適なものとでき好ましい。
【００６７】
（第２電極２０）
下部電極２１は、上述したように、発光構造部５１内で第２導電型層２の露出部２ｓのほぼ全面に形成されることで、発光構造部５１において面内に電流拡散させる拡散層として機能させることができる。第２導電型層２内に電流拡散層を設ける場合には、面内に拡散させる電極２１が不要となるが、素子構造として困難な場合が多いため、素子構造内の電流拡散層と電極拡散層の両方を用いることもできる。窒化物半導体においてはｐ型層における面内拡散が不十分となる場合が多いため、外部と接続させるパッド部２２ｐと、そこから延伸させて発光構造部５１に電流を拡散させる第２電極２０の上部電極２２延伸部２２ａ（２２ｂ）と、第２電極２０を面内に拡散するように延伸部２２ａ（２２ｂ）それよりも広い電極形成面を有する下部電極２１を設けることが良い。
【００６８】
下部電極２１は、上述したように透光性電極として設けることが好ましく、図１０，１１，１３（ｂ）に示すように、基板４側を光り取り出し面とする場合には、透光性電極の上に、又は透光性の絶縁膜などを介して反射膜を設けたり、透光性電極層の上に反射性電極層を設けた電極構造としたり、反射性電極とすることができる。光取り出し面を基板４側、第２導電型層２とする場合のいずれでも、好ましくは第２電極２０の下部電極層２１に開口部を設けて透光性電極とすること、若しくは下部電極層２１の形成部２１ａも透光性電極であることが好ましい。
【００６９】
第１，２電極１０，２０の電極材料、特にｐ型窒化物半導体層用の下部電極２１の材料としては、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）よりなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金、積層構造、さらには、それらの化合物、例えば、導電性の酸化物、窒化物などがあり、導電性の金属酸化物（酸化物半導体）も、錫をドーピングした厚さ５０Å〜１０μｍの酸化インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、またはＳｎＯ2が挙げられ、透光性に有利なことから好適に用いられる。酸化物半導体材料の場合には、各導電型層１，２とその電極１０、２０との中間的な機能を有する形態となり、導電型層１，２と金属酸化物の導電性を同じとしてもよく、異なる導電型の酸化物半導体層を電極とする場合には、素子構造１０１との間に何らかの介在層（逆導電型層、酸化物半導体、金属層）を更に介して使用してもよく、また拡散導体２１として機能することからも、第１導電型層１側の拡散導体１３として、このような半導体層、電極材料を用いても良い。下部電極２１が、金属層の場合には、透光性が確保される薄膜で形成することができ、また、本発明の開口部２１ｂを有する下部電極層２１の場合には、下部電極２１の反射性の大きい金属、例えばＡｌ，Ａｇ，Ｒｈ、を用いることができる。
【００７０】
第２電極２０は、上述したように、第１電極と同様に、パッド部２２ｐ、延伸電極部２２ａ（２２ｂ）として形成することができ、その時、第１電極１０、特に電極端部３０、延伸電極部１２との間、若しくはそれを挟むように形成し、好ましくは両電極１０，２０が互いに交互に対向して配置されることで、好適な発光領域５１が形成されて、その両電極、電極端部、延伸部間に挟まれた発光構造部５１において、下部電極層２１が設けられて均一な発光が得られる。
さらにまた、図１３（ｂ）に示すように、パッド部２２ｐを複数設ける形態でも良く、好ましくは、延伸電極部２２ａとして機能するように、配列方向２２ａでもって配列されることが好ましい。このとき、図に示すような１列状に配置されるほか、第１，２電極間３５（発光構造部５１ａ〜ｊ）において、ジグザグ状、２列など複数列、延伸電極部２２ａに近似されるような配列であれば良い。分離された延伸部１２ａとして形成される場合には、素子１００側で、さらにそれらを電気的に接続する配線を備えても良いが、好適には、図１０に示すように、積層基体１０４側の電極１１４で互いに電極を接続することで、構造を簡略化でき、発光素子１００の機能を高めることができ好ましい。
ここで、図１４は第２電極２０とその下部電極２１、上部電極２２（延伸部２２ａ）の実施形態を説明するものであり、上述したとおり、パッド部２２ｐを列状２２ａ（点線部）に配列して延伸電極部２２ａとしてもよく（図１３−ａ）、素子構造部１０１の開口部６に対応させた電極開口部２１ｂと、電極形成部２１ａとで下部電極２１を形成しても良く（図１４−ｂ）、図１４（ｄ）に示すように、下部電極２１を一部開口２１ｂさせて、開口部２１ｂ（第２導電型層２表面）と電極２１の表面上に跨る電極２２αとして、延伸部２２ａ（台座部２２ｐ）を形成することもでき、酸化物などの化合物電極の場合には、第２電極の接着性を向上させることができる。また、このような開口部２１ｂを充填する第２電極２２αの形態としては、図１４（ｅ）に示すように、第２導電型層２に凹部６を設けて開口させて、下部電極開口部２１ｂと共に、第２電極２０を開口部２１ｂと電極２１上に跨って形成する電極２２α（上部電極台座部２２ｐ−１，−２）とすることもできる。
また、第２電極の電極２１は、発光構造部５１に設けられるため、光取出し、反射が有効となるように、透光性、反射性を好適に機能するには、透光性（光透過率）の大きい電極（形成部２１ａ）とするか（光吸収の小さい電極材料）若しくはその透過率（吸収率）を調整して、及び／又は透過性を決める開口部２１ｂの面積比（開口部面積の総和／電極形成［５３］面積）、開口率、分布状態を調整して、とすることがいずれの光取出し方向においても有用である。
また、図１４（ａ）に示すように電極形成部２ｓの光取り出し面を凹凸部６とする方法、図１４（ｃ）、（ｅ）に示すように、電極２３開口部２０ｂに対応して、第２導電型層２にも凹部６ａを設けて、凸部上面６ｃ（電極材料界面）と凹部底面６ａ（保護膜、絶縁膜材料界面）とでもって、異なる材料間の界面で凹凸部６が形成されて、好適な光取出し、反射に寄与し、また、側面６ｂの傾斜角を大きくすることにより、側面での反射が強まり、光取出し効率が向上する。このような凹凸部６は、素子構造１０１の端面、側面、露出面、界面（層間、基板面、金属形成面、絶縁膜などの膜形成面）のいずれに形成しても良く、例えば図１６に示すように図中矢印に伝搬する光を散乱、方向制御して取出し効率を高める目的で、基板４に凹凸加工６を施して、その上に素子構造１０１を積層させることで、基板４と素子構造の半導体との間で凹凸界面を形成させること、除去部７により基板４を除去して露出した下地層５（第１導電型層１）の除去面に凹凸界面６を形成することもできる。このような凹凸面６を形成することが、本発明の発光素子において、光取出しが向上し、出力が向上し、好ましい。
ここで、凹凸部６の形状、前記周期構造の下部電極２１の開口部２１ｂ（形成部２０ａ）の形状としては、面内で、ドット状、格子状、ハニカム状、枝状、矩形状、多角形状、円形状など様々な形状の凸部（上面）若しくは開口部２０ｂ及び、又は凹部（底面）若しくは形成部２１ａとすることができ、その大きさとしては、少なくとも光に対して反射、散乱、取出しするように、λ／（４ｎ）｛ｎは凹凸部の界面を構成する材料の屈折率、λは発光層の発光波長｝以上の大きさとすることであり、具体的には開口部、凸部、凹部の間隔、１辺の長さ（矩形状、多角形状）、直径（ドット状、円形状）を、１〜１０μｍとすることであり、好ましくは２〜５μｍの大きさとすることである。断面の形状としては特に限定されないが、ほぼ垂直な凹部側面としても、傾斜面（メサ状、逆メサ状）となっていても良い。また、本発明において反射膜は、反射機能を持たせる素子の端面、露出面、基板との界面に形成して、所望（例えば基板４側）の光取出しを実現させるものである。具体的には、凹凸部６と同様に、素子の露出面である第１，２導電型層露出面１ｓ（５２）、２ｓ（５３）、電極開口部２０ｂの他、各半導体層（第１，２導電型層、発光構造部５１）の側面５１Ｃ、例えば分離溝５２ａの側面（図１３）、曲面の発光部側面５１Ｃ（図６の曲線状の延伸部１２に並行する発光構造部側面）など、さらに基板面に設けることができ、側面などでは傾斜面として所望の方向への反射光を得ることができ、さらに上述したように、他の金属層（例えば電極）に反射性を持たせることもでき、さらに上記凹凸部６の各面６ａ〜ｃにも用いることができる。このような凹凸部６を実施形態１〜４の各発光素子構造に適用した形態については後述の実施形態８にて説明する。また、反射膜の材料としては、金属膜、酸化物膜（絶縁膜）、多層膜反射膜（ＤＢＲ）などを用いることができ、可視光、特に発光層がＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）であるような場合にはＡｌ，Ａｇが高反射膜材料として機能し、その他、形成位置、形成部分（素子の端部）の材料、発光波長などにより、それに適した材料が選択される。
【００７１】
ここで、第１電極１０と第２電極２０、若しくは、第１電極１０と、第２電極２０及び上部電極２２（台座部２２ｐ、延伸部２２ａ）とを同一構造、材料の電極として、同時に形成することもできる。具体的には、露出部２ｓ側から順に、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌなどのように、第１導電型層とのオーミック用と密着用としてのＴｉ層（第１層）とパッド用のパッド層（第２層）として金、Ａｌ、白金族の構成、また、オーミック用の第１層（例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉが第１導電型層とのオーミック接触に好ましい）と、パッド用の第２層との間にバリア層として、高融点金属層（Ｗ、Ｍｏ、白金族）を設ける構造、例えばＷ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈ（第２層ａ）／Ｐｔ（第２層ｂ）／Ａｕ、が用いられ、特に第１電極（オーミック接触用）として好適に用いられる。特に、反射性、バリア性に優れるＲｈを第２層に用いると、光取出し効率が向上して好ましい。また、第２導電型層２のオーミック用の電極２３としては、露出部２ｓ側から順に、Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｏ／Ａｕの他、ＩＴＯなどの導電性酸化物、白金族元素の金属、Ｒｈ／Ｉｒ、Ｐｔ／Ｐｄなどが好適に用いられる。
【００７２】
特に、下部電極２１（形成部２１ａ）として、好ましくは、Ｎｉ／Ａｕ（透光性電極材料）であり、Ｒｈ／Ｉｒ（反射性電極材料）である。
（下部電極２１の周期構造形成方法）
下部電極２１に周期構造の開口部２１ｂ、形成部２１ａ（経路３４）を設ける方法としては、化学的エッチング、ＲＩＥなどの物理的エッチングなど、通常知られた方法をとることができる。図７に示すように、まず第２導電型層２の上に電極２１を層状に形成して、フォトリソグラフィー技術により、所望の形状に開口部を設けたマスクをその上に設け（図７−ａ）、上記化学的、物理的なエッチングによりエッチングして電極層２１に開口部２１ｂと形成部２１ａを設け（図７−ｂ）、さらに、マスク６０を除去して、所望の周期構造の開口部２１ｂ（形成部２１ａ）を有する電極層２１が形成できる（図７−ｃ）。また、図示しないが、第２導電型層２の上にフォトリソグラフィー技術などにより所望形状のマスクを形成して、その上に電極層２１を設けて、マスクをその上の電極部分とともに除去して、マスク形成部を電極開口部２１として形成するようなリフトオフの方法とできることもいうまでもない。このような電極開口部２１ｂ（形成部２１ａ）の形成方法としては、例えば上述したように、電極２１を構成する材料について適したエッチャント（エッチング溶液）がある場合、例えばＮｉ／Ａｕなど、には図７に示す方法が好適に用いられ、また上述したように、白金族元素及び複数の白金族元素を有する電極、例えば上記Ｒｈ／Ｉｒ、の場合には、好適なエッチャントがない場合には、上記リフトオフにより形成すると良い。また、エッチング溶液については、電極材料、構造などにより適宜選択される。
このとき、図７−ｃに示すように、開口部の大きさが小さくなり、形成部の間隔が小さくなると、開口部２１ｂの形状は、マスク６０のパターンよりも大きくなったり、小さくなったり、また形状が崩れたりする傾向にある。具体的には、図３に示すような開口部２１ｂの形状（形成部２１ａの経路方向３４が互いに成す角）の場合には、図２，４に示す場合に比べて、開口部２１ｂの未形成（つぶれ）、開口部間の接続（形成部の断絶）が起こりやすく、これは、上記開口部の多角形の内角が鋭角（形成部２１ａ間の成す角が鋭角）の場合にそのような傾向が観られ、上記リフトオフにおいて除去されにくくなり、また図７に示すマスクパターンでは鋭角の角部分におけるエッチング速度が他の領域より大きくなるなど、電極形状の安定性に乏しくなる傾向にある。このため、好ましくは、多角形状の開口部２１ｂである場合には、少なくとも１つの、好ましくは全ての内角を鈍角（形成部２１ａ間の成す角、経路方向３４の成す角を鈍角）とすることが好ましく、また、図２に示すように円形状、楕円形状、角部の丸め（面取り）などとすることでも、上述した理由から好適な電極開口部２１ｂの周期構造が得られる。
【００７３】
実施形態５．
実施形態５では、上記実施形態１〜４などの発光素子１００を、その電極形成面で積層基体１０４に、実装、接合した素子積層体１０３であって、その模式断面図を図１０に示す。発光素子１００を素子積層体１０３として、他の形態として、上述したように素子側で分離された第１電極１０（パッド部１１）を、図１０に示すように基体１０４側電極１１２で互いに接続し、分離された第２電極２０（パッド部２１）も同様に基体１０４側で互いに電気的に接続されて、実装、接合されても良い。基体１０４側電極１１２は、発光素子１００側電極１０，２０（２１）に対応して、互いに絶縁膜１１１などで絶縁分離されて設けられ、外部接続用の電極１１３が設けられている。基体１０４に素子部１１５を設けても良く、ここでは、図１０の等価回路（ｂ）に示すように、電流、静電保護素子（素子構造部１１５）として、ｐ型層（第１導電型層）１１５ａ、ｎ型層（第２導電型層）１１５ｂを設けている。ここでは、素子部１１５を基体１０４に１つだけ設けているが、２つ以上設けて外部（素子１００、実装基体２０１）の電極、基体１０４側配線などで接続される形態などでも良く、また、保護素子は、基体１０４上、発光装置２００内（載置部２２２）に実装して、発光素子にワイヤー接続、配線接続されても良い。
【００７４】
発光素子１００側電極１０，２０と、基体１０４の電極１１２とは接合層１１４を介して接合しているが、素子１００側電極の一部と、若しくは基体１０４側電極１１２の一部と、を接合層の一部としても良く、パッド部１１、２２ｐに代えて接合層を形成しても良い。
【００７５】
また、基体１０４は、素子構造１１５を有しない通常のサブマウントでも良い。基体１０４と外部とは、接続用の電極１１３でワイヤー接続されても良く、基体１０４の素子構造部の電極、若しくは内部、外部を導通する電極層を、実装面側に形成して、電極１１３、接合層１１４として設けても良い。
（支持基板９）
本発明の発光素子構造１００において、素子積層構造１０１の形成時に用いた成長用基板１を除去すること形態としても良く、具体的には、図１３（ｂ）、図１５（ｂ）に示すように、基板４、若しくは基板４と積層構造１０１との間に設けられた介在層５の一部若しくは全部、又はそれらに加えて、第１導電型層１の一部を除去領域７として、除去することも可能であり、すなわち、素子積層構造部１０１以外で不要な領域を除去することが可能である。具体的には、図１３（ｂ）に示すように、サブマウントなどの素子積層基体への接着・実装、図１５（ｂ）に示すように、支持基板１７に貼り合わせた状態で、研磨・研削除去、基板１上の一部積層部を、化学的な方法（エッチャント）による潮解、融解、レーザ照射（レーザアブレーション）による分解で、除去部７と素子積層構造部１０１とを分離させる方法、機械的な研磨・外力を加えて面内、素子構造内において基板１と素子積層構造部１０１との間での応力、歪による層破壊などによる剥離などの方法、及び、それらの方法の組合せにより除去することができる。
【００７６】
好ましくは、支持基板９に、接合層８などを介して貼り合わせることによる転写でもって、基板１などの除去部７として除去することが好ましい。このとき、支持基板７の材料としては、その目的により種々の材料を用いることができ、素子の放熱性を高めるためには、放熱用の基板として、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｃ（ダイヤモンド）が好適に用いられる。その他の材料としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＯ等の半導体から成る半導体基板、又は、金属単体基板、又は相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい２種以上の金属の複合体から成る金属基板を用いることができ、金属材料として具体的にはＡｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ等の高導電性金属から選択された１種以上の金属と、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｎｉ等の高硬度の金属から選択された１種以上の金属と、から成るものを用いることができる。さらに、金属基板としては、Ｃｕ−ＷあるいはＣｕ−Ｍｏの複合体を用いることが好ましい。基板による発光素子の光の吸収・損失、素子構造１０１との接着性（素子構造１０１と基板９若しくは実装部材料２０３との間の熱膨張係数差など）を考慮して、支持基板９の材料、及び接着方法が選択され、基板９側から光を取出す場合には、透光性材料を選択し、また銀ペーストなどの透光性の接着層８若しくは接着層を介さない接着方法により、光損失が少なくなるような構造とし、また、除去部７側を光り取出し方向とする場合には、接着層８若しくは基板９、又は積層構造１０１の一部に、Ａｌ、Ａｇなどの反射膜を設けるなどして、外部取出し効率を高めると良い。また、図１５（ｂ）に示すように、半導体層積層順序が転写により逆転する場合に本発明は、図中矢印にて示すように第１，２導電型層１，２を逆転させて本発明における素子構造とすることはいうまでもない。
（接合層８、接合層１１４、接着部材２０４）
支持基板９と素子構造１０１との接着、素子構造１０１（１００）と積層基体１０３との接着、発光素子１００、支持基板９、積層基体１０３と発光装置２００の実装基体２０１（収納部２０２）との接着、接合において、接合層８、（１１４）、接着部材２０４を用いることができる。その材料、構造としては、Ａｇペースト、カーボンペースト、ＩＴＯペーストのような混合、複合組成物（有機物）、半田材料の他、発光素子１００からの放熱性を考慮して、耐熱性に優れた材料、構造として、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ等の金属若しくはその積層体並びに合金などが、本発明の大面積、大電流駆動で高発熱性の素子に効果的である。第１及び第２の共晶形成層の組合せは、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、又はＩｎ−Ｐｄが好ましい。さらに好ましくは、第１の共晶形成層にＳｎを、そして第２の共晶形成層にＡｕを用いる組合せである。そのほかに、金属バンプ、Ａｕ−Ａｕ接合などの金属金属接合なども用いることができる。
またこのような接合層は、下地側（基板４、素子構造１０１表面、支持基板９、実装基体２０１、積層基体１０１）に、密着性の良い層のメタライジング層などを介したり、上記発光素子の光反射のために反射層などを介したりして、共晶膜、共晶多層膜、合金膜などの接着膜（接合層）を形成したり、その表面側に酸化防止の表面保護膜を設けても良く、また、接着側の実装側にもメタライジング層（密着性の層）、表面保護層、接着膜（接合層）を形成して、両者が接着・接合されても良い。
【００７７】
具体例としては、図１２に示すように、発光素子１００の基板（サファイア）１０と実装部２０２の底面（例えばＡｇメッキの表面被膜）に接合層２０４としては、基板側から順に、Ａｌ（０．２μｍ、反射層）／Ｗ（０．２μｍ）／Ｐｔ（０．２μｍ）と、その上にＡｕ（０．３μｍ）／Ｓｎ（０．２μｍ）を７対とその表面にＡｕ（１０ｎｍ）層を形成して、実装部２０２側にもＡｕ層を形成して、加熱して圧着して接着層２０４により発光素子１００を接着する。図１５において、素子構造１０１を支持基板１７に貼り合わせる接合層８の具体例として、第２導電型層（ｐ型層）のｐ側電極の上に、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの多層膜を、膜厚０．２μｍ−０．３μｍ−０．３μｍ−３．０μｍ−０．１μｍ  膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板１７を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚０．２μｍ−０．３μｍ−１．２μｍに形成して、加熱して圧着する。
（素子積層体１０３）
本発明において、上記発光素子を発光装置２００に実装する場合に、図１０，１１に示すように、ヒートシンク、サブマウントなどの積層基体１０４に、発光素子１００を実装して、素子の実装積層体として、素子積層体１０３を形成しても良い。このとき、発光素子１００を積層実装する基体１０４の材料としては、上記支持基板と同様であり、その目的、例えば、放熱性、光取出し構造、を考慮して選択される。また、このような素子積層体１０３は、発光素子１００との接合面に対向する面側を実装側として、発光装置２００の実装部２０２に接合される。
【００７８】
本発明の積層基体１０４には、発光素子１００の電極形成面側に対向して接合する場合には、発光素子１００側の電極１０，２０（２１）に対応して、基体１０４側に電極構造１１２ａ，ｂが設けられ、発光素子１００の電極形成面と対向する面側（基板４）に対向して基体１０４に接合する場合には、基体１０４側電極は不要であり、接合用の接着層などが設けられるが、発光素子１００とワイヤー接続用の電極を設けても良い。基体１０４側電極１１２は、図に示すように、発光素子１００との接合面側にのみ設けられていても良く、接合面に対向する実装面側にまで回り込む実装側電極、実装面側に設けられた基体素子１０４の電極１１４、基体１０４に貫通孔、ビアホールを設けて発光素子１００の接合面側から実装面側に連通、連結若しくは電気的に接合させた実装面側電極が設けられても良い。
【００７９】
また、図では１つの発光素子１０１を１つの積層基体１０４に実装しているが、発光素子１０１を複数集積して１つの積層基体１０４に、基体１０４側配線電極により並列、直列、両者混合で接続させ、実装した積層体１０３としても良く、１つの発光素子１０１に対し複数の積層基体１０４を、例えば異なる機能の素子を基体としても良く、またこれらの組合せでも良く、さらに、発光素子１０１、積層基体（素子）１０３を縦方向に、いずれかを複数積層した素子積層体１０３を形成しても良い。
発光素子１００は、図１１に示すように、被覆膜１０５で覆われていても良く、その組成物としては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＳｉＯ3（なお、Ｍとしては、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、などが挙げられる。）などの透光性無機部材であり、蛍光体（光変換部材１０６）を含有させたものも好適に用いられる。これらの透光性無機部材により蛍光体同士が結着され、さらに蛍光体は層状にＬＥＤ１００や支持体１０４上に堆積され結着される。このほかに被覆層としては、素子構造１００を被覆する絶縁保護膜の他、反射膜（Ａｌ、Ａｇなどの金属反射膜）を設けても良く、その他の反射膜材料としてはＤＢＲなどを形成しても良い。
（光変換部材１０６，層２３１）
光変換部材１０６、若しくは発光装置２００内の光変換層２３１は、発光素子１００の光を一部吸収して、異なる波長の光を発光するものであり、蛍光体を含有したものを用いることができる。このような光変換部材１０６、光変換層２３１は、上記のように発光素子１００一部若しくは全体、又はそれに加えて積層基体１０４の一部に被覆して、被覆膜１０５として形成されてもよい。蛍光体のバインダーとしては、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物及び水酸化物は、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む有機金属化合物（好ましくはさらに酸素を含む）により生成される。ここで、有機金属化合物には、アルキル基，アリール基を含む化合物等が含まれる。このような有機金属化合物として、例えば金属アルコキシド、金属ジケトナート、金属ジケトナート錯体、カルボン酸金属塩等が挙げられる。
【００８０】
また、図１２に示すように、発光装置２００の封止部材２３０の一部として設けられても良く、図に示すように発光素子１００に離間して、封止部材２３０ａ上、若しくは２３０ｂとの間に設けられた層２３１として形成されても良く、封止部材２３０内に分散して光変換部材を含有して、封止部材２３０を光変換層２３１としても良く、装置基体２２０、実装基体２０１、凹部収納部２０２内に沈降層として設けられても良い。
【００８１】
本発明の光変換部材に用いられる蛍光体は、発光素子から放出された可視光や紫外光を他の発光波長に変換するためのものであり、素子構造１０１の半導体発光層から発光された光で励起されて発光する蛍光体などで、蛍光体として紫外光、可視光により励起されて所定の色の光を発生する蛍光体も用いることができる。
【００８２】
具体的な蛍光体としては、銅で付活された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＹＡＧ系蛍光体」と呼ぶ。）が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ，Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。この蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。本発明において、蛍光体は、２種類以上の蛍光体を混合させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。半導体発光素子の発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため２種類以上の蛍光体を混合調整させて所望の白色系の混色光などを得ることができる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせて色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。蛍光体は、発光装置の表面上において一層からなる被覆層１０５、光変換部層２２１、部材１０６中に二種類以上存在してもよいし、二層からなるコーティング層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このようにすると、異なる蛍光体からの光の混色による白色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。ＹＡＧ系蛍光体に代表されるアルミニウム・ガーネット系蛍光体と、赤色系の光を発光可能な蛍光体、特に窒化物系蛍光体とを組み合わせたものを使用することもできる。これらのＹＡＧ系蛍光体および窒化物系蛍光体は、混合して被覆層中に含有させてもよいし、複数の層から構成される被覆層中に別々に含有させてもよい。以下、それぞれの蛍光体について詳細に説明していく。
【００８３】
本実施の形態に用いられるアルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、ＬＥＤチップ１０１から発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。例えば、上述したＹＡＧ系蛍光体の他、Ｔｂ2.95Ｃｅ0.05Ａｌ5Ｏ12、Ｙ2.90Ｃｅ0.05Ｔｂ0.05Ａｌ5Ｏ12、Ｙ2.94Ｃｅ0.05Ｐｒ0.01Ａｌ5Ｏ12、Ｙ2.90Ｃｅ0.05Ｐｒ0.05Ａｌ5Ｏ12等が挙げられる。これらのうち、特に本実施の形態において、Ｙを含み、かつＣｅあるいはＰｒで付活され組成の異なる２種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体が利用される。
【００８４】
発光層に窒化物系化合物半導体を用いた発光素子から発光した青色系の光と、青色光を吸収させるためボディーカラーが黄色である蛍光体から発光する緑色系及び赤色系の光と、或いは、黄色系の光であってより緑色系及びより赤色系の光を混色表示させると所望の白色系発光色表示を行うことができる。発光装置はこの混色を起こさせるために蛍光体の粉体やバルクをエポキシ樹脂、アクリル樹脂或いはシリコーン樹脂などの各種樹脂や酸化珪素、酸化アルミニウムなどの透光性無機物中に含有させることもできる。このように蛍光体が含有されたものは、ＬＥＤチップからの光が透過する程度に薄く形成させたドット状のものや層状ものなど用途に応じて種々用いることができる。蛍光体と透光性無機物との比率や塗布、充填量を種々調整すること及び発光素子の発光波長を選択することにより白色を含め電球色など任意の色調を提供させることができる。
【００８５】
また、２種類以上の蛍光体をそれぞれ発光素子からの入射光に対して順に配置させることによって効率よく発光可能な発光装置とすることができる。即ち、反射部材を有する発光素子上には、長波長側に吸収波長があり長波長に発光可能な蛍光体が含有された色変換部材と、それよりも長波長側に吸収波長がありより長波長に発光可能な色変換部材とを積層などさせることで反射光を有効利用することができる。また、発光ピーク波長λPも５１０ｎｍ付近にあり７００ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。一方、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である赤色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体でも、ガーネット構造であり熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λPが６００ｎｍ付近にあり７５０ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【００８６】
ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、発光スペクトルが長波長側へシフトする。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節することが可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。
（窒化物系蛍光体）
本発明で使用される蛍光体は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された窒化物系蛍光体も用いることができる。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、ＬＥＤチップ１０１から発光された可視光、紫外線、及びＹＡＧ系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。例えば、Ｃａ−Ｇｅ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｇｅ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｇｅ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｇｅ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｇｅ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｇｅ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｂａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｂａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｂａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｂａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系など種々の組合せの蛍光体を製造することができる。希土類元素であるＺは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕのうち少なくとも１種以上が含有されていることが好ましいが、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｙｂが含有されていてもよい。これらの希土類元素は、単体の他、酸化物、イミド、アミド等の状態で原料中に混合する。希土類元素は、主に安定な３価の電子配置を有するが、Ｙｂ、Ｓｍ等は２価、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｔｂ等は４価の電子配置を有する。酸化物の希土類元素を用いた場合、酸素の関与が蛍光体の発光特性に影響を及ぼす。つまり酸素を含有することにより発光輝度の低下を生じる場合もある。その反面、残光を短くするなどの利点もある。但し、Ｍｎを用いた場合は、ＭｎとＯとのフラックス効果により粒径を大きくし、発光輝度の向上を図ることができる。本発明に係る蛍光体は、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬXＳｉYＮ(2/3X+4/3Y)：Ｅｕ若しくはＬXＳｉYＯZＮ(2/3X+4/3Y-2/3Z)：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒXＣａ1-X）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＳｒXＣａ1-XＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ、ＳｒＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ、ＣａＳｉ7Ｎ10：Ｅｕで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれかである。ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。
蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。発光中心に希土類元素であるユウロピウムＥｕを用いる。ユウロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つ。具体的な組成としては、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｐｒ、ＢａＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｃｅ、ＭｇＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｃｅ、ＺｎＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ2Ｇｅ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｂａ2Ｇｅ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ2Ｇｅ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ2Ｇｅ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＧｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｃｅ、ＢａＧｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｐｒ、ＭｇＧｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｐｒ、ＺｎＧｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ1.8Ｃａ0.2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ1.8Ｃａ0.2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｍｇ1.8Ｃａ0.2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ1.8Ｃａ0.2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｌａ、Ｂａ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｌａ、Ｍｇ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｚｎ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｓｒ0.8Ｃａ0.2Ｇｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｂａ0.8Ｃａ0.2Ｇｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｍｇ0.8Ｃａ0.2Ｇｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ0.8Ｃａ0.2Ｇｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｓｒ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ6ＧｅＮ10：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ6ＧｅＮ10：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ6ＧｅＮ10：Ｅｕ，Ｙ、Ｚｎ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ6ＧｅＮ10：Ｅｕ，Ｙ、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｐｒ、Ｂａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｐｒ、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｔｂ、ＢａＧｅ7Ｎ10：Ｃｅなどが製造できるがこれに限定されない。
【００８７】
窒化物系蛍光体は、ＬＥＤチップ１００によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置２００に使用して、ＬＥＤチップ１００により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色系の混色光を発光する発光装置を提供する。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、ＬＥＤチップ１０１により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、ＬＥＤチップ１００により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、透光性を有するコーティング部材１０５中に一緒に混合し、ＬＥＤチップ１００により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質との組合せのみの白色系発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。
（発光装置２００）
図１１は、本発明において、発光素子１００及びその積層体１０３を実装基体２０１に実装した発光装置２００であり、本発明の実施形態６に係る。発光装置２００は、装置基体２２０により、リード部２１０が固定され、リード部の一方をマウント・リード２１０として、実装基体２０１として機能し、その収納部（凹部）２０２内に発光素子１００（積層体１０４）が接合層１１４（接着層２０４）を介して実装され、凹部（開口部２２５）側面を反射部２０３とし、且つ、基体２０１は、放熱部２０５として機能させて外部放熱器に接続しても良い。また、装置基体２０２０には、光取出し部２２３に開口して（開口部２２５）、テラス部２２２が基体２０１外部に設けられ、保護素子などの他の素子を実装しても良く、凹部２０２、基体２２０開口部には、透光性の封止部材２３０で封止され、また凹部２０２外部にも反射部２０３が設けられている。また、リード電極２１０は、基体２２０内部の内部リード２１１と、それを基体２２０外部に延在させた外部リード２１２により、外部と接続される。発光素子１００（積層体１０３）は、各リード２１０に、ワイヤー２５０接続、電気的接合２０４により電気的に接続される。
【００８８】
実施形態７として、図１１に示すように、リード２１０と絶縁分離された実装基体２１０に発光素子１００を接着部材２０４により実装した発光装置２００であり、発光素子１００の収納基体２０１には反射部２０３を備え、放熱部２０５として外部放熱体に接続しても良く、発光素子１００は各内部リード２１１にワイヤー２５０接続され、リード２１０は外部に延在して外部に電気的に接続される。このように、実装基体２０１とリード２１０とを分離することで、熱設計に優れた発光装置とできる。また、発光装置には、光透過性の封止部材２３０で凹部２０２、基体２２０の反射部２２１、テラス部２２２を封止して、形成され、該封止部材２３０に光学的に光学レンズ部を接続して、若しくは光学レンズの形状に封止部材２３０を成形して、所望の光学系（レンズ）を設けることで、所望の指向性の発光を得ることができる。
パッケージ２２０の凹部内表面２２１、２２２は、エンボス加工させて接着面積を増やしたり、プラズマ処理してモールド部材２３０との密着性を向上させたりすることもできる。また、パッケージ２２０の凹部は、図に示すようにその側面が開口方向に向かって広くなる形状（テーパー形状）を有していることが好ましい。このようにすると、発光素子から出光した光は凹部の側面２２１に反射してパッケージ正面に向かうため、光取出し効率が向上するなどの効果がある。パッケージ２２０は、外部電極２１２と一体的に形成させてもよく、パッケージ２２０が複数に分かれ、はめ込みなどにより組み合わせて構成させてもよい。このようなパッケージ２２０は、インサート成形などにより比較的簡単に形成することができる。パッケージ材料としてポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂やセラミック、金属などを用いることができる。紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを用いた発光装置を高出力で使用する場合、樹脂が紫外線によって劣化し、樹脂の黄変などによる発光効率低下や、機械的強度の低下による発光装置の寿命の低下などが生じることが考えられる。そこで、パッケージ材料として金属を使用することは、紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを高出力で使用した場合でも樹脂のようにパッケージが劣化することがないためより好ましい。
【００８９】
また、パッケージ２２０を暗色系に着色させる着色剤としては種々の染料や顔料が好適に用いられる。具体的には、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3やカーボンブラックなどが好適に挙げられる。
【００９０】
ＬＥＤチップ１００とパッケージ２２０との接着は熱硬化性樹脂などによって行うこともできる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。  外部電極２１２としては、銅やリン青銅板表面に銀、パラジュウム或いは金などの金属メッキや半田メッキなどを施したものが好適に用いられる。ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの装置基体２２０上などに設けられた外部電極２１２としては、銅箔やタングステン層を形成させることができる。
【００９１】
導電性ワイヤー２５０の直径は、好ましくは、φ１０μｍ以上、φ７０μｍ以下である。このような導電性ワイヤー２５０として具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤー２５０は、各ＬＥＤチップ１００の電極と、インナー・リード及びマウント・リードなどと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
【００９２】
モールド部材２３０は、発光装置の使用用途に応じてＬＥＤチップ１００、導電性ワイヤー２５０、蛍光体が含有されたコーティング層２２１、１０５などを外部から保護するため、あるいは光取出し効率を向上させるために設けることができる。モールド部材２３０は、各種樹脂や硝子（ガラス）などを用いて形成させることができる。モールド部材２３０の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、モールド部材に拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップ１００からの指向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。このような、モールド部材２３０は、コーティング層の結着剤、バインダーと同じ材料を用いても良いし異なる材料としても良い。
【００９３】
なお、金属パッケージを使用して、窒素ガスなどと共にＬＥＤチップ１００を気密封止する場合は、モールド部材２３０は本発明に必須の構成部材ではない。また、紫外線を発光するＬＥＤチップを使用して発光装置を形成する場合であっても、フッ素樹脂等のように紫外線に強い樹脂をモールド部材として使用することができる。
【００９４】
また、他の発光装置２００として、金属製の基体２２０に実装部２０１（凹部２０２）若しくはリードの一方にマウントリードを設けて発光素子１００（積層体１０３）を実装して、基体２２０に絶縁分離したリード２１０を設けて、窓部を備えたキャップとなる封止体（金属製など）で、窒素などの不活性ガス、酸素若しくはそれらの混合ガスで気密封止したもの、ＣＯＢのように、金属製などの基板上の１つ若しくは複数の凹部収納部２０２に発光素子１００を直接実装し、また各収納部にレンズなどの光学部材を設けたものなどがある。
【００９５】
発光素子１００（積層体１０３）の実装形態として、１つの収納部２０２（実装基体２０１）に複数の素子１００（１０３）を集積実装したもの、発光素子１００（１０３）を実装した基体２０１を複数設けて（基体２０１に複数の収納部２０２設けて）１つの装置基体２２０で成形したもの、などを挙げることができ、所望の特性に応じて設計することができる。
実施形態８．（図１７〜２０）
本発明の実施形態８としては、上記実施形態１〜４の発光素子において、光取り出し、光反射として機能する光機能性の凹凸部６を、電極形成面内に有するものであり、具体的には、図１７、１８、２０に示すように、発光素子構造部の側面に沿って、若しくは外側に凹凸部６ｘ、６ｙを設けるものである。ここで、図１７及び１８の発光素子１００は、図９−ｂの発光素子構造において、凹凸部６を設けた変形例であり、下部電極２１の開口部は省略している。また、図２０の発光素子１００も、図２，３の発光素子において、その発光素子内に光機能性の凹凸部６を設けた変形例である。以下に、これら発光素子内に設けられた凹凸部６について詳しく説明する。図１９は、上記凹凸部６を説明するもので、図１８において、ＡＡ断面の構造を模式的に示すものである。
図１７〜２０において、凹凸部６ｘは、発光素子内部であって、その発光構造部５１の外側、より詳しくは、図１９の断面図に示すように、非電流注入部５８（非素子動作部）となる領域で、発光素子の面内における外縁、外周部分に設けられている。一方で、凹凸部６ｙは、図１９の断面図に見るように、素子動作部（電流注入部）５７内部において、第１電極１０と発光構造部５１との間に設けられ、より具体的には、発光素子（素子動作部５７）内部において、１つまたは複数設けられた発光構造部５１の側面に沿って、第１電極１０と発光構造部５１との間に設けられる。
凹凸部６ｘは、主に発光素子外部へ横方向に出射される光、特に発光構造部５１の側面５１Ｃからの横方向への光を、反射して、縦方向、即ち、電極形成面にほぼ垂直な方向へ取り出すことができ、発光素子の光の指向性において、電極形成面に垂直な成分を増大させる。これは、発光素子の指向性において、横方向への光は、発光装置などに実装した際に、指向性の制御のため効率的に利用することが困難な傾向にあり、これを改善できて、効率的な発光の取り出しが可能となる。特に、発光素子の面積が大きくなると、縦方向の光と、横方向の光が指向角で離れて、それぞれ低角度、高角度に分布する偏りが大きくなる傾向にあり、高角度の発光は、発光装置の反射板において効率的に取り出すことがさらに困難なものとなる。
一方で、素子動作部５７内に設けられる凹凸部６ｙは、上記凹凸部６ｘの作用に加えて、そこに隣接して設けられた第１電極１０などに横方向に光が吸収されたり、隣接する別の発光構造部に取り込まれたりして、発光素子外部への光取り出し損失が大きくなっていたものを、その発光素子内の各発光構造部５１、第１電極１０と発光構造部５１との間に凹凸部６ｙが設けられることで、このような損失を低減させて、効率的に光は縦方向に取り出すことができる。特に図１７（図１９）に示すように、複数の発光構造部５１ａ〜ｆ（〜ｊ）を有し、更にその形状、配列が複雑な場合、例えば図１７に示すように周縁電極の発光構造部５１ｘと電極が併行して対向配置された発光構造部５１ａ〜ｆとで構成されたような複雑な発光構造部の構成、さらには、該対向配置の発光構造部５１ａ〜ｆがその大きさ、長手方向の長さが異なる構造部を有するようなもの、であると、上記光取り出し時の損失も大きくなる傾向にあり、それを光機能性の凹凸部６ｙを有することを改善できる。また、上述したように、横方向、特に指向角において高角度の狭い角度範囲において、大きな光強度を有するような指向角の偏りを有するような発光素子において、発光素子内部５７で、それを段階的に改善することから、指向角の偏りを軽減して、好適な指向性の発光素子を得ることができる。このとき好ましくは、図１８に示すように、発光素子の動作部５７内部において、発光構造部５１を囲むようにその周縁部に設けること、また発光構造部５１に併設された第１電極１０を囲むようにその周縁部に設けることが好ましく、更に好ましくは、ほぼ全ての周縁部に凹凸部６ｙを設けることである。特に好ましくは、図１８において、ある発光構造部５１、例えば５１ｃ、が他の発光構造部、例えば５１ａ，ｄ、で挟まれるような発光素子構造を有する場合において、発光構造部側面５１Ｃが隣接する発光構造部で囲まれる傾向にあるため、それを改善できる。最も好ましくは、図１８に見るように、上記凹凸部６ｘ，ｙで、発光構造部５１の側面をほぼ全周で囲むように設けることであり、第１電極１０についても同様に、そのほぼ全周を囲むように設けることである。
ここで、図２０において、点線部で示した第１電極形成部５１は、発光素子構造の面内構造上、ほとんど電流が注入されずに、電極形成露出面と同一面として形成された領域であり、その点において、点線部で示すように非電流注入部５８となり、発光構造部間、発光構造部と第１電極とで挟まれた領域５２とはことなる。また、ここでは、上述した第１導電型層１の電極面１ｓを露出させる際に、発光構造部の一部に電極を設けないで、電流注入用の電極（例えば２２ｐ）に接続されずに、発光構造部から分離して、凹凸部６を形成することができる。このように作製された図２０に見るような凹凸部６は、製造上有利である。この凹凸部６の断面形状、その凸部の長さ、凹部の深さ、凹部の形成位置は、このような電極露出面１ｓに限定されずに、これは、電極形成面より深い導電型層１内を横方向に伝搬する光をも取り出す作用によるものである。このとき、導電型層を貫通する深さ、例えば下地層５に達する深さで、すなわち、部分的に素子非動作部を設ける深さで、凹凸部６を形成するとさらに良く、更に好ましくは、基板が露出される深さで形成されることでより、これにより、基板上に設けられ、光が横方向に伝搬する経路となる電極面より下の導電型層、及び下地層を分断でき、その伝搬する光を効率的に取り出すことができるためである。このとき、導電型層を一部、若しくは全部除く深さで、凹凸部６を設ける場合には、素子構造部５７内で設けると、電流拡散経路を遮断するため、その電流拡散経路となる領域を電極形成面内で確保する必要がある。具体的には、凹凸部６ｙを、断続的、断片的に複数の領域に分けて設け、該分断された領域を電流拡散経路として残すことで、この問題を回避できる。
また、図２０の断面図において、上記凹凸部６は、上述したように反射機能の他に、凹凸部６が光学的に接続された第１導電型層１（電極形成面より下方）で伝搬する光を、該凹凸部６に伝搬して取り出す、光伝搬媒質としての機能も作用することができる。
このような凹凸部６の平面形状及びその配列は、上述したように様々な形状とでき、図１７，１８，２０では円形状で三角配置された構造となっている。好ましくは、面内横方向で様々な方向へ出射する光を遮るように、面内の発光素子側面、発光構造部側面から出射する全方向に対して、凸部が設けられるようにすることであり、具体的には、図１７，１８，２０に見るように、発光構造部側面に沿う方向に列状に周期的に配列された凸部を、２列以上、発光構造部に沿って設けることであり、好ましくは３列以上である。さらに、その凸部の面内形状は、様々な方向からの光に対して好適な反射面となるように、好ましくはほぼ円形、ほぼ楕円形状などであり、他には凸部側面で発光構造部に向いた側面を曲面上とすることである。
図２０―ｂ、ｃは、上述した凹凸部６ｘ，ｙの変形例として、６ｘ−１、６ｙ−１を有するものであり、図から分かるように、その６ｘ−１、ｙ−１の領域に置いて、凹凸部が、発光構造部５１の内側に食い込み、切り込むように、図２０−ａに比して、凹凸部６ｘ，６ｙが拡張されて形成されている。このような拡張部６ｘ−１，６ｙ−１は、以下のような利点がある。発光構造部５１の面積が減少する代わりに、切り込み部、食い込み部が設けられることで、その発光構造部側面が、切り込み部が内平坦な側面に比べて、複雑な側面が形成され、比較的側面に低い角度で進入する光の伝搬に対して、発光構造部外部への光の取り出しに寄与することができる。具体的には、電極形成面内で、切り込み部、食い込み部により側面が波状などの凹凸が形成されて、その側面の数を増やすことで、その光取り出し効果を高めることができる。また、凹凸部６ｙ−１に見られるように、面内で、第１電極１０から第２電極（延伸部）に向かって食い込む、切り欠くような凹凸部６ｙ−１は、発光構造部５１内で、第１電極方向への電流拡散を妨げずに、その電流拡散で発光した部分に隣接する切り込み部、食い込み部で効率的に光を外部に取り出すことができる。このような凹凸部６ｙ−１は、図２０−ｂのように、台座電極１１ｐ，２２ｐ間で、発光構造部５１を分断するように、内部に深く切り込み、食い込まれていても良く、凹凸部６ｘ−１と同様に、発光構造部５１を分断しない程度に浅く切り込み、食い込まれる構造６ｙ−１でも良い。一方で、凹凸部６ｘ−１は、この６ｙ−１とは異なり、第１，２電極が対向する配置において、その対向する領域から第２電極、特に第２電極の上部電極２２、台座部２２ｐの背面側に、該第２電極に近づくように切り込み、食い込まれる形状が好ましい。なぜなら、このような第１，２電極間に挟まれた領域は、そこから外側、具体的にはその対向方向で外側の領域の発光構造部５１より電流密度、発光強度が高い傾向にあり、従ってその第２電極外側領域の発光構造部５１は発光効率が比較的低いものとなるため、発光構造部として残すよりも、上記凹凸部６の拡張部６ｘ−１として、食い込み、切り込む形状とすることで、発光素子全体の発光効率が高くなる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の発光素子は、一般的な発光装置、ランプの光源、例えばパイロットランプ、バックライトの光源、さらには発光素子を集合した集合ランプの他に、多色の発光素子を用いたＬＥＤユニットなどの表示装置にも利用でき、上述した大面積の発光素子においては、高出力の発光素子とできるため、照明用途、自動車などの灯具、投光器などに用いることができ、本発明の発光装置も、上記と同様な用途で利用でき、特に照明用と、バックライト光源など白色系、温白色系などの発光装置とできる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明において比較例となる電極配置を説明する模式平面図。
【図２】本発明の一実施形態の電極配置（素子構造）を説明する模式平面図（図２−ａ）と、その部分Ａ拡大図（図２−ｂ）。
【図３】本発明の一実施形態の電極配置（素子構造）を説明する模式平面図（図３−ａ）と、その部分Ａ拡大図（図３−ｂ）
【図４】本発明の一実施形態の電極配置（素子構造）を説明する模式平面図（図４−ａ）と、その部分Ａ拡大図（図４−ｂ）
【図５】従来の電極配置を説明する模式平面図。
【図６】本発明の一実施形態に係る電極配置（素子構造）を説明する模式平面図。
【図７】本発明の一実施形態に係る電極配置（素子構造）の製造方法を説明する模式的斜視図。
【図８】本発明の一実施形態に係る台座部電極間の素子断面構造を説明する模式断面図。
【図９】本発明の一実施形態に係る電極配置（素子構造）を説明する模式平面図。
【図１０】本発明の一実施形態の発光素子を、積層基体に実装した積層体を示す模式断面図。
【図１１】本発明の一実施形態の発光装置を説明する模式断面図。
【図１２】本発明の一実施形態の発光装置における一部断面構造を説明する一部断面の模式的斜視図。
【図１３】本発明に係る発光素子（ａ）及び素子積層体（ｂ）を説明する模式断面図。
【図１４】本発明に係る第２電極２０（下部電極２１，上部電極２２）の実施形態を説明する模式的斜視図。
【図１５】本発明に係る発光素子１００（図１５−ａ）の素子の積層体１０３（図１５−ｂ）の実施形態を説明する模式断面図。
【図１６】本発明に係る一実施形態の発光素子１００、素子積層構造１０１を説明する模式断面図。
【図１７】本発明の一実施形態に係る素子構造を説明する模式平面図。
【図１８】本発明の一実施形態に係る素子構造を説明する模式平面図。
【図１９】本発明の一実施形態に係る素子構造を説明する模式断面図。
【図２０】本発明の一実施形態に係る素子構造を説明する模式平面図。
【符号の説明】
【００９８】
１…第１導電型層（ｎ型層）｛１Ｃ…側面、１ｓ…第１導電型層側露出部｝、３…発光層（活性層）、２…第２導電型層（ｐ型層）｛２ｓ…第２導電型層露出部｝、５…下地層（バッファ層）、６…凹凸部（基板）｛６ａ…凹凸部底面、６ｂ…側面、６ｃ…凸部上面｝、７…除去部（不要部）、８…接合層、９…支持基板（転写用）｛９ｘ…支持基板電極｝、４…基板｛４ｓ…基板露出部｝、
１０…第１の電極（ｎ側電極）、１１…オーミック接触用電極（第１の電極）｛１１ｐ…台座部（基点部）｝、１２…第１の電極延伸部｛１２ａ…１次延伸部、１２ｂ…２次延伸部、１２ｘ…周縁電極部、１２ｙ…湾曲・屈曲延伸部、１２ｚ…延伸端部｝、１３…電流拡散導体（第１導電型層側）、
２０…第２の電極（ｐ側電極）、２１…下部電極（電流拡散層、電流拡散導体、第２の電極オーミック接触用）｛２１ａ…電極形成部、２１ｂ…電極開口部、２１ｐ…台座部領域｝、２２…上部電極｛２２ｐ…上部電極台座部（基点部）、第２の電極延伸部、２２ａ…１次延伸部、２２ｂ…２次延伸部、２２ｘ…周縁電極部、２２ｙ…湾曲・屈曲延伸部、２２ｚ…延伸端部、２２α…電極充填部｝、
６０…マスク、６１…保護膜（絶縁膜）、
３０…電極端部（第２電極、上部電極）｛３０ｘ…台座部対向部の端部｝、３１…延伸方向、３２…延伸電極部延伸方向、３３…電極開口部基準軸（第２電極、下部電極）｛３３ａ…第１軸、３３ｂ…第２軸、３３ｃ…第３軸｝、３４…経路方向（電極形成部の連結部：第２電極、下部電極）｛３４ａ…第１経路方向、３４ｂ…第２経路方向、３４ｃ…第３経路方向、３４ｘ…第１分岐路（三方向以上）、３４ｙ…第２分岐路（三方向以上）、３４ｚ…直角分岐路（比較例）｝、３５…（第１，２（上部）電極）対向電極間、３５ｘ…台座部間、３６…経路（第１，２電極間）、
４０…電極端部（第１電極）｛４０ｘ…台座部対向部の端部（第１電極）｝、４１…延伸方向（第１電極）、４２…延伸電極部延伸方向（第１電極）、
５１…発光構造部｛５１Ｃ…発光構造部側面（光取出し・反射面）、５１ｘ…周縁電極の発光構造部｝、５２…第１導電型層側電極形成部｛５２ａ…分離溝｝、５３…第２導電型層側電極形成部、５７…素子動作部（電流注入部）、５８…素子非動作部（非電流注入部）
１００…発光素子構造体（素子チップ）、１０１…素子積層構造、
１０３…素子積層体、１０４…積層基体、１１１…絶縁膜、１１２…電極（発光素子接合部）、１１３…ボンディング電極部（外部接続用）、１１４…接合層、１１５…素子構造部｛１１５ａ…第１導電型部、１１５ｂ…第２導電型部｝、１００…発光素子構造体（素子チップ）、１０１…素子積層構造、１０５…被覆膜、１０６…光変換部材、２００…発光装置、２０１…実装基体（収納基体）、２０２…収納部（凹部、開口部２２５内部［内壁］）、２０３…反射部、２０４…接着部材、２０５…放熱部、２１０…リード電極、２１１…内部リード、２１２…外部リード、２２０…装置基体、２２１…反射部、２２２…素子載置部（実装外部テラス部）、２２３…光取出し部、２２５…開口部、２３０…封止部材、２３１…光変換部層（１０６…部材）、２４０…光学レンズ部、２５０…導電性ワイヤー
【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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