(57)【要約】【課題】III−Ｖ族窒化物化合物半導体素子の配光角と外部量子効率を向上させる。【解決手段】サファイ基板１０１と、III −Ｖ族窒化物半導体から成る発光層１０６と、発光層と基板との間に設けられた厚さ6μm以上の第１伝導形のIII −Ｖ族窒化物半導体から成る第１層１０４と、発光層に対して基板と反対側に設けられた厚さ122nm以上の第２伝導形のIII −Ｖ族窒化物半導体から成る第２層１０８とを設けたことを特徴とするフリップチップ形の発光素子である。第１層１０４と第２層１０８との厚さを所定値よりも大きくすることで、それらの端面から放射される光量を増大させた。これにより配光角と外部量子効率を増加させることができた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III −Ｖ族窒化物半導体を用いたフリップチップ形の発光素子において、
III −Ｖ族窒化物半導体とは異なる異種材料を用いた基板と、
III −Ｖ族窒化物半導体から成る発光層と、
前記発光層と前記基板との間に設けられた厚さ6μm 以上の第１伝導形のIII −Ｖ族窒化物半導体から成る第１層と、
前記発光層に対して前記基板と反対側に設けられた厚さ122nm以上の第２伝導形のIII −Ｖ族窒化物半導体から成る第２層と
を設けたことを特徴とするフリップチップ形の発光素子。
【請求項２】
前記第１層の厚さは7.5 μm以上であることを特徴する請求項１に記載のフリップチップ形の発光素子。
【請求項３】
前記第１層の厚さは8μm以上であることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ形の発光素子。
【請求項４】
前記第２層の厚さは126nm 以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子。
【請求項５】
前記第２層の厚さは130nm 以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子。
【請求項６】
前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子。
【請求項７】
III −Ｖ族窒化物半導体を用いたフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置において、
III −Ｖ族窒化物半導体から成る発光層と、
前記発光層と前記基板との間に設けられた厚さ6μm以上の第１伝導形のIII −Ｖ族窒化物半導体から成る第１層と、
前記発光層に対して前記基板と反対側に設けられた厚さ122nm 以上の第２伝導形のIII −Ｖ族窒化物半導体から成る第２層と
から成る発光素子チップと
前記発光素子チップの周囲に設けた蛍光体と
から成ることを特徴とするフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置。
【請求項８】
前記第１層の厚さは7.5 μm以上であることを特徴する請求項７に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置。
【請求項９】
前記第１層の厚さは8μm以上であることを特徴とする請求項７に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置。
【請求項１０】
前記第２層の厚さは122nm以上であることを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置。
【請求項１１】
前記第２層の厚さは126nm以上であることを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置。
【請求項１２】
前記第２層の厚さは130nm以上であることを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置。
【請求項１３】
前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項７乃至請求項１２の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置。
【請求項１４】
前記蛍光体は前記発光素子チップを覆う樹脂中に分散されていることを特徴とする請求項７乃至請求項１３の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置。
【請求項１５】
前記蛍光体は前記発光素子チップの周囲に塗布されていることを特徴とする請求項７乃至請求項１３の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフリップチップ形のIII−Ｖ族窒化物半導体素子及び発光素子チップを用いた発光装置に関する。特に、本発明は配光特性を広くし、外部への光取り出し効率を向上させた発光素子及び発光素子チップと蛍光体とを用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、III−Ｖ族窒化物半導体はバンドギャップが広いこと、結晶が安定していること、ヒ素などの環境汚染物質を用いていないことなどから、このIII−Ｖ族窒化物半導体を用いた発光素子、受光素子、太陽電池、トランジスタなどの電子デバイスが盛んに研究されている。発光素子としては、基板側から光を取り出すフリップチップ形の発光素子が知られている。そして、下記の特許文献に開示されているように、この発光素子チップと蛍光体とを組み合わせて、発光素子チップから放出された光の波長を蛍光体で変換して、任意の色、例えば、白色の発光を得た発光素子ランプが知られている。
【特許文献１】特開２００３−２５８３００公報
【特許文献２】特開２００３−２４３７２４公報
【特許文献３】特開２００２−１７０９８９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のいずれの文献においても、フリップチップ形の発光素子において、配光特性を拡大する、すなわち、光の放射面の上部から見て広い放射角を得ることに関する課題の提示はなされていない。すなわち、本発明者らは、フリップチップ形の発光素子において、次の課題に気が付いた。
【０００４】
フリップチップ形の発光素子の場合には、III−Ｖ族窒化物半導体素子と異なる異種基板が用いられ、その基板を通過して光が外部に出力される。しかしながら、異種基板が用いられるために、基板とIII−Ｖ族窒化物半導体素子との間の屈折率差が大きくなり、全反射臨界角が大きくなる。しかも、通常の素子の場合には、図８に示すように、チップの一辺の長さは300μm程度で、発光層から基板までの半導体層の厚さは4μm程度である。したがって、チップの中心点における最大放射可能角θは、93.5度と広くなる。しかしながら、全反射臨界角は小さいので、この最大放射可能角のうちの一部である臨界角以内の角度で基板と半導体層との界面に入射した光だけが基板側に通過することになり、残りの角度で入射した光は半導体層を多重反射して端面Ａの方向に進行するが、その端面で一部が外部に出力され、残りは反射されることになる。結局、半導体層における多重反射により光が内部に閉じ込められて損失することになる。このために、光が外部に有効に出力されていないことを見出した。すなわち、放射角（基板法線と成す角）が大きい光は外部に出力されていない。
【０００５】
また、半導体層と基板との界面に臨界角以内で入射した光だけが外部に出力されるために、必然的に配光角が狭くなり、発光素子の前方から発光素子を見る場合に、光を認識できる角度が狭くなっていた。特に、蛍光体を用いて波長変換を行う発光素子においては、配光角が狭いことは、蛍光体に入射する光量の最大可能光量に対する比が小さくなる、すなわち、この発光素子の外部量子効率が小さくなる原因となっていることを、本発明者は見出したのである。
【０００６】
本発明は、このような本発明者の課題の発見とその考察のもとになされたものである。  よって、本発明の目的は、フリップチップ形の発光素子における配光特性を広くすると共に外部量子効率を向上させることである。さらに、本発明の他の目的は蛍光体と発光素子チップとを用いた発光装置において、配光特性を広くすると共に外部量子効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための請求項１に記載の発明は、III −Ｖ族窒化物半導体を用いたフリップチップ形の発光素子において、III −Ｖ族窒化物半導体とは異なる異種材料を用いた基板と、III −Ｖ族窒化物半導体から成る発光層と、発光層と基板との間に設けられた厚さ6μm以上の第１伝導形のIII −Ｖ族窒化物半導体から成る第１層と、発光層に対して基板と反対側に設けられた厚さ122nm以上の第２伝導形のIII −Ｖ族窒化物半導体から成る第２層とを設けたことを特徴とするフリップチップ形の発光素子である。
ここで、フリップチップ形の発光素子とは、基板から光を外部に出力する形の発光素子であり、半導体層の上面に形成されている電極をリードフレームに接合するフェースダウン形の発光素子である。また、発光素子の概念には、基板と半導体層とを有した発光素子チップ、及びそのチップを用いたランプなどの発光装置一般をも含まれる。また、第１層や第２層は、必ずしも単一の層を意味しない。組成が単一であっても組成や組成比の異なる層の複数から構成されていても良い。第１層は基板上に直接形成されている必要はなく、バッファ層などを介して形成されていても良い。発光層は、第１層と第２層との間にクラッド層などの薄い層が介在していても良い。しかしながら、クラッド層も含めて第１層、または第２層と把握しても良い。第１伝導形は、ｎ形またはｐ形を意味する。III −Ｖ族窒化物半導体の場合には、結晶成長の特殊性から、通常は、基板と発光層との間にくる第１層がｎ伝導形であり、発光層に対して基板と反対側に位置する第２層は、ｐ伝導形である。しかしながら、本発明は、一般的には、伝導形とは関係がないために、製造技術の進化により、第１層をｐ伝導形、第２層をｎ伝導形と構成し得るものである。しかしながら、現状においては、III −Ｖ族窒化物半導体では、ｎ層の方がｐ層よりもキャリア濃度を高くすることができるために、下層（基板に近い側）の第１層をｎ伝導形とすることが望ましい。そして、本発明においても、第１層をｎ伝導形とすれば、本発明の厚さの限定が、駆動電圧の低下という観点から有効に機能するために、そのようにすることが望ましい。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフリップチップ形の発光素子において、第１層の厚さを7.5 μm以上としたことである。また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のフリップチップ形の発光素子において、第１層の厚さを8μm以上としたことである。また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子において、第２層の厚さを126nm 以上としたことである。また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子において、第２層の厚さを130nm 以上としたことである。さらに、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子において、基板をサファイア基板としたことである。
【０００９】
請求項７に記載の発明は、III −Ｖ族窒化物半導体を用いたフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置において、III −Ｖ族窒化物半導体から成る発光層と、発光層と前記基板との間に設けられた厚さ6μm以上の第１伝導形のIII −Ｖ族窒化物半導体から成る第１層と、発光層に対して前記基板と反対側に設けられた厚さ122nm 以上の第２伝導形のIII −Ｖ族窒化物半導体から成る第２層とから成る発光素子チップと、発光素子チップの周囲に設けた蛍光体とから成ることを特徴とするフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置である。
この発明では、基板と半導体層とから構成されるチップを発光素子チップと定義した。そして、この発光素子チップと蛍光体とから成る発光素子を発光装置と定義した。よって、この発光装置は、一般的に、光を放出する装置の意味で用いており、通常は、ＬＥＤランプをさす。ただし、この発光装置は、単一チップを有するランプだけに限定されず、複数の発光素子チップを内部に有し、その周辺に蛍光体を有したライン状又は平面状の発光装置をも含むものである。
【００１０】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置において、第１層の厚さを7.5μm以上としたことである。また、請求項９に記載の発明は、請求項７に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置において、第１層の厚さを8μm以上としたことである。また、請求項１０に記載の発明は、請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置において、第２層の厚さを122nm以上としたことである。また、請求項１１に記載の発明は、請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置において、第２層の厚さを126nm以上であることを特徴とする。さらに、請求項１２に記載の発明は、請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置において、第２層の厚さを130nm以上としたことである。また、請求項１３に記載の発明は、請求項７乃至請求項１２の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置において、基板をサファイア基板としたことである。
【００１１】
さらに、請求項１４に記載の発明は、請求項７乃至請求項１３の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置において、蛍光体は発光素子チップを覆う樹脂中に分散されていることを特徴とする。また、請求項１５に記載の発明は、請求項７乃至請求項１３の何れか１項に記載のフリップチップ形の発光素子チップを用いた発光装置において、蛍光体は発光素子チップの周囲に塗布されていることを特徴とする。
【００１２】
上記請求項における定義は、請求項１に記載した定義と同一である。また、蛍光体は、一般のＥＬ素子に使用されている蛍光体材料を用いることができる。樹脂は、一般的には、機密性と機械的強度を向上させ、さらに、レンズ等の機能を持たせるために使用されている。この樹脂の中に、蛍光体粉末が分散されていても良い。また、発光素子チップの周辺に蛍光塗料が塗布されていても良い。III −Ｖ族窒化物半導体は、紫外線から赤色までの全範囲で発光させることが可能である。よって、短波長の紫外線や青紫の波長の光を用いることで、蛍光体の電子を効率良く励起させることができ、波長変換が効率良く実現される。特に、白色発光が可能となる。しかしながら、本発明では、蛍光体の発光色には限定されない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、基板と発光層との間に存在する第１層の厚さを6μm以上としたことで、この基板と第１層との界面と、第１層と発光層との界面との間で多重反射した光が端面から効率良く外部に出力させることが可能となる。また、放射角が(90度−端面での臨界角）よりも大きい光で、直接端面に入射した光は、そのまま外部に出力されるので、端面の面積が大きい程、外部へ出力される光は多くなる。
また、第２層上には、通常、電極層が一様に形成されており、この電極は光を基板側に反射させる機能を有する。このため、第２層の厚さを122nm以上とすることで、第２層と発光層との界面と第２層と電極層との界面で多重反射した光が端面から外部に出力することができる。この結果、放射光の配光角が拡大するので、光放射面側から発光素子を見た場合に、光を認識できる角度が拡大し、発光素子をディスプレイなどに用いた場合に見易くなる。また、端面からも光が放射されるために、多重反射により内部で損失する光が少なくなり、外部量子効率が向上する。すなわち、同一電力であれば、より明るくなる。
【００１４】
また、第１層を7.5μm以上とすると、配光角が115度以上と広くなる。配光角は次のように定義される。発光素子の中心において基板に垂直な光軸をとり、この光軸と成す角を変数とする強度分布を考える。この分布は一般的にはガウス分布となる。この光軸上の光強度の1/10となる点の光軸と成す角を配光角と定義する。従来は、97〜100度しか得られていなかったが、この構成により、配光角115 以上が得れた。また、第２層の厚さを130nmとして、第１層の厚さは8μm以上とすると、122度以上が得られている。また、発光出力を低下することなく、駆動電圧を3.19Ｖから3.13Ｖに低下させることができた。厚くすれば、より端面から出力される光の量が多くなり、第１層を横方向（基板面と平行）に流れる電流路の断面の面積が大きくなるため抵抗が小さくなり、駆動電圧も低下するので望ましい。しかしながら、さらに、厚くすると、配光角は増大すると思われるものの、製造時間が増大したり、結晶にクラックが発生したりする。また、厚さ方向の直列抵抗が増大する結果、発光出力は低下するものと思われる。したがって、これらのことから、第１層の厚さの上限値は必然的に決定されるものである。第１層の厚さの上限値は、クラック発生の観点からおよそ10μm が限度である。
【００１５】
また、第２層の厚さを126nm 以上とすると、配光角の増大が見られる。また、第１層の厚さを8μmとした状態で、第２層の厚さを130nm以上とすると、122度以上の配光角が得れた。第２層の厚さが厚いと、配光角が増大すると思われるが、一般的に、第２層は発光層よりもバンドギャップが広いので、結晶成長温度も高い。このために、第２層を厚くすると、発光層がその最適成長温度よりも高温にさらされる時間が長くなるので、発光層の結晶性が劣化したり、発光層に第２層に添加する不純物が拡散したりして望ましくない。このために、第２層の厚さの上限は、400nmである。
【００１６】
また、上記のフリップチップ形の発光素子チップの周辺に蛍光体を設けた発光装置においては、発光素子チップの上記の配光角の拡大のために、より広範囲に分布した蛍光体に光が入射することになり、外部量子効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本発明では、次の構成を採用することができる。発光層を構成する単一量子井戸構造や多重量子井戸構造は、少なくともインジウム(In)を含むIII族窒化物系化合物半導体AlyGa1-y-zInzN(0≦y＜1, 0＜z≦1)から成る井戸層を含むものが望ましい。発光層の構成は、例えばドープされた、又はアンドープのGa1-zInzN(0＜z≦1)から成る井戸層と、当該井戸層よりもバンドギャップの大きい任意の組成のIII族窒化物系化合物半導体AlGaInNから成る障壁層が挙げられる。好ましい例としてはアンドープのGa1-zInzN(0＜z≦1)の井戸層とアンドープのGaNから成る障壁層である。ここでドープは、ドーパントを意図的に原料ガスに含ませて目的とする層に添加していることを意味し、アンドープは、原料ガスにドーパントを含ませないで、意図的にドーパントを添加しないもの意味する。したがって、アンドープは、近接の層から拡散して自然にドーピングされている場合をも含む。
【００１８】
本発明に係るIII−Ｖ族窒化物半導体素子の製造方法としては任意の製造方法を用いることができる。具体的には、結晶成長させる基板としては、サファイア、スピネル、Si、SiC、ZnO、MgO或いは、III−Ｖ族窒化物系化合物単結晶等を用いることができる。III−Ｖ族窒化物系化合物半導体層を結晶成長させる方法としては、分子線気相成長法（ＭＢＥ）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、液相成長法等が有効である。
【００１９】
半導体素子を構成する各層のIII−Ｖ族窒化物半導体は、少なくともAlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1)にて表される２元系、３元系若しくは４元系の半導体から成るIII−Ｖ族窒化物系化合物半導体で形成することができる。また、これらのIII族元素の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換えても良く、また、窒素(N)の一部をリン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても良い。
【００２０】
更に、これらの半導体を用いてｎ型の層を形成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、C等を添加し、ｐ型の層を形成する場合には、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等を添加することができる。
【００２１】
本発明においては、蛍光体材料には、限定されない。一般的には、白色発光の蛍光体としては、ZnO:Zn、ZnS:AsZnS:Au,Ag,Al、Ca22P27O7 Ｄ:Dy、Ca3 (PO4 )2 ・CaF2 :Sb 、3Ca3 (PO4 )2 ・Ca(F,Cl)2 :Sb3+、3Ca3 (PO4 )2 ・Ca(F,Cl)2 :Sb3+,Mn2+、MgWO4 などの蛍光体を用いることができる。その他、前記した特許文献３に記載されている蛍光体を用いることが可能である。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本実施例１の半導体発光素子４００を示す断面図であり、図２はその平面図である。厚さ100 μmのサファイヤ基板１０１の上には窒化アルミニウム(AlN)から成る膜厚約20nmのバッファ層１０２が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープのGaNから成る膜厚約8.0μmの高キャリア濃度ｎ+層であるｎ型コンタクト層１０４（第１層に相当）が形成されている。このｎ型コンタクト層１０４の電子濃度は5×1018/cm3である。この層の電子濃度は、高い程、望ましいが、2×1019/cm3まで、増加可能である。そして、層１０４の上にIn0.03Ga0.97N からなる歪み緩和層１０５が200nmの厚さに形成されている。そして、その歪み緩和層１０５の上に、膜厚20nmのノンドープのGaNと膜厚3nmのノンドープのGa0.8In0.2Nからなる３周期分積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の発光層１０６が形成されている。発光層１０６の上にはマグネシウム(Mg)ドープのAl0.15Ga0.85Nから成る膜厚約60nmのクラッド層に相当するｐ型層１０７が形成されている。さらに、ｐ型層１０７の上にはマグネシウム(Mg)ドープのGaNから成る膜厚約130nmのｐ型コンタクト層１０８（第２層に相当）が形成されている。
【００２３】
また、ｐ型コンタクト層１０８の上には金属蒸着による多重厚膜電極であるｐ電極１５０が形成され、ｎ型コンタクト層１０４上にはｎ電極１４０が形成されている。ｐ電極１５０は、ｐ型コンタクト層１０８に接合する第１金属層１５１、第１金属層１５１の上部に形成される第２金属層１５２、更に第２金属層１５２の上部に形成される第３金属層１５３の３層構造である。
【００２４】
第１金属層１５１は、ｐ型コンタクト層１０８に接合する膜厚約0.3μmのロジウム(Rh)又は白金(Pt)より成る金属層である。また、第２金属層１５２は、膜厚約0.01μmのチタン (Ti)より成る金属層である。また、第３金属層１５３は、膜厚約1.2μm の金(Au)より成る金属層である。
【００２５】
２層構造のｎ電極１４０は、膜厚約18nmのバナジウム(V)層１４１と、膜厚約1.8μmのアルミニウム(Al)層１４２とをｎ型コンタクト層１０４の一部露出された部分の上から順次積層させることにより構成されている。
【００２６】
このように形成されたｐ電極１５０は、図２に示すように、ｐ型コンタクト層１０８の上面の略３／４の領域に一様に形成されている。ｐ電極１５０の露出部と、ｎ電極１４０の露出部がバンプと接続される。ｐ電極１５０は光を基板側に反射する機能も有している。
【００２７】
このように製造した発光素子４００の駆動電圧は3.12Ｖ、配光角は124度、光出力は232μWであった。
【００２８】
次に、第２層であるｐ型コンタクト層１０８の厚さを130nmに設定して、第１層に相当するｎ型コンタクト層１０４の厚さを変化させて、配光角、光出力、駆動電圧を、それぞれ、測定した。それぞれの特性を図３、４、５に示す。
【００２９】
図３から理解されるように、従来例の第１層の厚さ4μm の発光素子が99度の配光角であるのに対して、本発明の実施例によると、第１層の厚さが6μmで103度、8μmで122度であった。図３から理解されるように、第１層の厚さが6μmを越えるところから、急激に配光角が大きくなっていることが解る。第１層の厚さが8μm以上となると、配光角は122 度以上となり、従来素子の1.23倍と顕著な効果を示していることが解る。請求項１、７の発明は、配光角が急激に大きくなる6μm以上を第１層の下限値として規定した。また、請求項２、８の発明は、配光角がおよそ115 度となる第１層の厚さの下限値を規定した。また、請求項３、９の発明は、配光角122度以上となる優れた効果のある第１層の厚さの下限値を規定したものである。
【００３０】
また、図４からは、発光出力は第１層の厚さに対してほとんど変化していないことが理解される。多少、第１層の厚さが増加すると発光出力が減少するデータが認められたが、誤差の範囲と考えられる。
【００３１】
図５に示す特性からは、第１層の厚さが厚くなるほど、駆動電圧が低下することが理解される。III−Ｖ族窒化物半導体素子では、絶縁性基板が用いられている関係上、第１層、第２層の電極は同一面側に形成される。このため、下側にある第１層は、平面的に広がっている第２層に対して電流を流すために、基板に平行に電流が流れる。この基板に平行に流れる電流路の断面積が第１層の厚さの増加に伴って増加するために、抵抗が減少し、第１層の厚さが厚くなるに伴い駆動電圧が低下するものと考えられる。第１層の厚さが6μmから、駆動電圧が急激に減少する傾向があることが理解される。そして、第１層の厚さが7.5μmのときには、駆動電圧は、3.15Ｖ、8μmで3.13Ｖとなることが理解される。第１層の厚さが8μmでは、従来例の厚さ4μmの発光素子の駆動電圧3.19Ｖに対して、0.98倍に低下していることが解る。
【００３２】
次に、第１層の厚さを4μmと、8μmにして、第２層の厚さを変化させた発光素子を製造して、各発光素子の配光角を測定した。その結果を図６に示す。第１層の厚さが8μmのとき、第２層の厚さが118nm、122nm、126nm 、130nm 、135nm 、140nmのときには、配光角は、それぞれ、104度、107度、114度、122度、128度、133 度である。第２層が122nmより厚くなると急激に配光角が大きくなっていることが理解される。また、第２層の厚さが130nm以上になると、配光角は122度以上と顕著な効果を奏していることが理解される。
【００３３】
以上のことから、最も望ましい範囲は、第１層の厚さが8μm以上、かつ、第２層の厚さが130nm以上であることが理解される。
【００３４】
第１層の厚さが厚くなると配光角が大きくなることは、端面から出力される光が前方に放射されるされるためである。第１層の厚さが厚くなると、それだけ端面から放射される光の量が増加し、配光角が増大する。また、第２層の厚さが厚くなると、同様に第２層の端面から出力される光が多くなり、その光が前方に反射されて、配光角が増大する。
【実施例２】
【００３５】
次に、実施例２について説明する。図７は、第２実施例に係る発光装置であるＬＥＤランプの構成を示している。絶縁性の基板２００の上には、銅プリント配線２０２が形成されている。その銅プリント配線２０２上にハンダバンプ２０４が形成されており、このハンダバンプ２０４に実施例１の発光素子４００のｎ電極１４０とｐ電極１５０とがフェースダウンで接合される。ランプの筐体である樹脂で形成されたケース２０６に、発光素子４００が配設されるが、この発光素子４００はＹＡＧ蛍光体粉末２１０を分散させたエポキシ樹脂２１２が充填されている。この発光素子４００は波長470nm の光を発光する素子である。この光がＹＡＧ蛍光体粉末２１０に入射して、その蛍光体粉末から白色の光が放射される。このような蛍光体を用いた発光装置の場合には、光の放射角（配光角）が大きい程、蛍光体に入射する光量が増加し、その結果、この発光装置の外部量子効率が向上する。
【００３６】
上記実施例では、ＹＡＧ蛍光体粉末２１０をエポキシ樹脂２１２中に分散させたが、ＹＡＧ蛍光体を発光素子４００の周囲に塗布しても良い。また、エポキシ樹脂に代えて、全てを蛍光体としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、発光素子、発光素子チップ、。ＬＥＤランプ、ディスプレイなどの発光装置に用いることができる。発光装置の外部量子効率の向上に極めて有効であり、同一入力電力で比較すれば、発光出力を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１に係る発光素子の断面図。
【図２】同実施例の発光素子の平面図。
【図３】第１層の厚さと配光角との関係を示した特性図。
【図４】第１層の厚さと光出力との関係を示した特性図。
【図５】第１層の厚さと駆動電圧との関係を示した特性図。
【図６】第２層の厚さと配光角との関係を示した特性図。
【図７】本発明の実施例２に係る発光装置の構成を示した断面図。
【図８】従来素子の課題を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００３９】
４００…発光素子
１０１…サファイア基板
１０２…バッファ層
１０４…ｎ型コンタクト層
１０５…歪み緩和層
１０６…発光層
１０７…ｐ型クラッド層
１０８…ｐ型コンタクト層
１４０…ｎ電極
１５０…ｐ電極
２００…絶縁性基板
２０２…銅プリント配線
２０４…ハンダバンプ
２０６…ケース
２１０…ＹＡＧ蛍光体粉末
２１２…エポキシ樹脂
【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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