(57)【要約】【課題】  高効率発光素子を提供する。【解決手段】  高効率発光素子は、基板、基板上に形成された第１窒化物半導体層、第１窒化物半導体層上に形成された窒化物発光層及び窒化物発光層上に形成された第２窒化物半導体層を有し、第２窒化物半導体層は、窒化物発光層の反対の第２窒化物半導体層の表面上に複数の六方ピラミッドキャビティを有する。【選択図】  図１
2005277423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板；
前記基板上に形成された第１窒化物半導体層；
前記第１窒化物半導体層上に形成された窒化物発光層；及び
前記窒化物発光層上に形成され、該窒化物発光層の反対の第２窒化物層の表面上に複数の六方ピラミッドキャビティを有する、第２窒化物半導体層；
を有し、
前記六方ピラミッドキャビティは、前記第２窒化物発光層の表面から下方に延びる
ことを特徴とする高効率発光素子。
【請求項２】
前記六方ピラミッドキャビティの上部対角線長は、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項３】
前記の複数の六方ピラミッドキャビティの密度は、５×１０７ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下であることを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項４】
前記六方ピラミッドキャビティの深さは、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項５】
前記基板と前記第１窒化物半導体層との間にバッファ層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項６】
前記第２窒化物半導体層上に形成された透明導電層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項７】
前記第２窒化物半導体層と前記透明導電層との間に反転トンネル接触層をさらに有し、
該反転トンネル接触層の導電型は、前記第２窒化物半導体層の導電型と逆であり、
前記反転トンネル接触層のキャリア濃度は、５×１０１８ｃｍ−３未満である、
ことを特徴とする請求項６に記載の高効率発光素子。
【請求項８】
前記第２窒化物半導体層と前記透明導電層との間に低抵抗トンネル接触層をさらに有し、
該低抵抗トンネル接触層は、超格子構造である、
ことを特徴とする請求項６に記載の高効率発光素子。
【請求項９】
前記透明導電層は、薄金属性導電層であることを特徴とする請求項６に記載の高効率発光素子。
【請求項１０】
前記薄金属性導電層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、ＷＳｉ、Ａｕ／Ｇｅ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｂからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有することを特徴とする請求項９に記載の高効率発光素子。
【請求項１１】
前記透明導電層は、透明酸化導電層であることを特徴とする請求項６に記載の高効率発光素子。
【請求項１２】
前記透明酸化導電層は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物及び亜鉛スズ酸化物からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有することを特徴とする請求項１１に記載の高効率発光素子。
【請求項１３】
前記透明導電層の透明度は、３００以上７００ｎｍ以下の範囲の波長の場合５０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の高効率発光素子。
【請求項１４】
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に記載の高効率発光素子。
【請求項１５】
前記サファイア基板は、（０００１）又は（１１−２０）方向基板であり、
０以上１０°以下のオフ角度を有する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の高効率発光素子。
【請求項１６】
前記基板は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４及びガラスからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有することを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項１７】
前記第１窒化物半導体層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有することを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項１８】
前記第１窒化物半導体層は、少なくとも１つのｎ型窒化物半導体層を有し、
前記第２窒化物半導体層は、少なくとも１つのｐ型窒化物半導体層を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項１９】
前記第１窒化物半導体層は、少なくとも１つのｐ型窒化物半導体層を有し、
前記第２窒化物半導体層は、少なくとも１つのｎ型窒化物半導体層を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項２０】
前記窒化物発光層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有することを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項２１】
前記窒化物発光層は、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造又は多量子井戸構造であることを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項２２】
前記第２窒化物半導体層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有することを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項２３】
前記バッファ層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有することを特徴とする請求項５に記載の高効率発光素子。
【請求項２４】
前記反転トンネル接触層は、ＩｎＧａＮ及びＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有することを特徴とする請求項７に記載の高効率発光素子。
【請求項２５】
前記超格子構造は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ及びＩｎｙＧａ１−ｙＮ（ｘ及びｙは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１でありｘとｙとは同時に０とならない数）からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有することを特徴とする請求項８に記載の高効率発光素子。
【請求項２６】
前記第２窒化物半導体層の表面上の前記の複数の六方ピラミッドキャビティは、エピタキシャル成長法で形成されることを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項２７】
前記第２窒化物半導体層の表面上の前記の複数の六方ピラミッドキャビティは、ウェットエッチング法で形成されることを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項２８】
前記第２窒化物半導体層の表面上の前記の複数の六方ピラミッドキャビティは、エピタキシャル成長法とウェットエッチング法とにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項２９】
前記底部と前記第１窒化物半導体層の上部表面との間の距離は、前記窒化物発光層の上部表面と前記第１窒化物半導体層の上部表面との間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項３０】
前記第１窒化物半導体層は、基板から一定の距離の第１表面と第２表面とを有し、
前記窒化物発光層は、前記第１表面上に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項３１】
複数の六方ピラミッドキャビティが前記第１窒化物半導体層の前記第２表面上に形成されることを特徴とする請求項３０に記載の高効率発光素子。
【請求項３２】
前記六方ピラミッドキャビティを有する前記第１窒化物半導体層の前記第２表面上に第１電極が形成されることを特徴とする請求項３１に記載の高効率発光素子。
【請求項３３】
前記六方ピラミッドキャビティを有さない前記第１窒化物半導体層の前記第２表面上に第１電極が形成されることを特徴とする請求項３１に記載の高効率発光素子。
【請求項３４】
前記第１窒化物半導体層上の前記六方ピラミッドキャビティの対角線長は、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項３１に記載の高効率発光素子。
【請求項３５】
前記第１窒化物半導体層の前記第２表面上の前記の複数の六方ピラミッドキャビティの密度は、１×１０７ｃｍ−２以上１×１０１１ｃｍ−２以下であることを特徴とする請求項３１に記載の高効率発光素子。
【請求項３６】
前記第１窒化物半導体層の前記第２表面上の前記の複数の六方ピラミッドキャビティの深さは、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項３１に記載の高効率発光素子。
【請求項３７】
前記第１窒化物半導体層の前記第２表面上の前記の複数の六方ピラミッドキャビティは、ウェットエッチング法で形成されることを特徴とする請求項３１に記載の高効率発光素子。
【請求項３８】
前記基板は、Ｃ−（０００１）サファイア基板であり、
前記六方ピラミッドキャビティ内の隣接するピラミッド表面のそれぞれの間の角度は、実質的に１２０°であり、
該ピラミッド表面は、（１０−１１）又は（１１−２２）格子表面を有し、
該ピラミッド表面と前記六方ピラミッドキャビティの中心法線との間の角度は、実質的に６０°である、
ことを特徴とする請求項１に記載の高効率発光素子。
【請求項３９】
基板；
基板上に形成された第１窒化物半導体層であって、前記基板から一定の距離に第１表面を有し、前記基板の一定の距離に第２表面を有し該第２表面は、複数の六方ピラミッドキャビティを有し、該六方ピラミッドキャビティは前記第１窒化物半導体層の前記第２表面から下方へ延びる、第１窒化物半導体層；
前記第１表面上に形成された窒化物発光層；及び
前記窒化物発光層上に形成された第２窒化物半導体層；
を有することを特徴とする高効率発光素子。
【請求項４０】
前記六方ピラミッドキャビティの上部対角線長は、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項３９に記載の高効率発光素子。
【請求項４１】
前記の複数の六方ピラミッドキャビティの密度は、５×１０７ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下であることを特徴とする請求項３９に記載の高効率発光素子。
【請求項４２】
前記六方ピラミッドキャビティの深さは、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項３９に記載の高効率発光素子。
【請求項４３】
前記第２窒化物半導体層上に形成された透明導電層をさらに有することを特徴とする請求項３９に記載の高効率発光素子。
【請求項４４】
前記第２窒化物半導体層と前記透明導電層との間に反転トンネル接触層をさらに有し、
該反転トンネル接触層の導電型は、前記第２窒化物半導体層の導電型と逆であり、
前記反転トンネル接触層のキャリア濃度は、５×１０１８ｃｍ−３未満である、
ことを特徴とする請求項４３に記載の高効率発光素子。
【請求項４５】
前記第２窒化物半導体層と前記透明導電層との間に低抵抗トンネル接触層をさらに有し、
該低抵抗トンネル接触層は、超格子構造である、
ことを特徴とする請求項４３に記載の高効率発光素子。
【請求項４６】
前記透明導電層は、薄金属性導電層であることを特徴とする請求項４３に記載の高効率発光素子。
【請求項４７】
前記透明導電層は、透明酸化導電層であることを特徴とする請求項４３に記載の高効率発光素子。
【請求項４８】
前記透明導電層の透明度は、３００以上７００ｎｍ以下の範囲の波長の場合５０％以上であることを特徴とする請求項４３に記載の高効率発光素子。
【請求項４９】
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３９に記載の高効率発光素子。
【請求項５０】
前記サファイア基板は、（０００１）又は（１１−２０）方向基板であり、
０以上１０°以下のオフ角度を有する、
ことを特徴とする請求項４９に記載の高効率発光素子。
【請求項５１】
前記の複数の六方ピラミッドキャビティは、ウェットエッチング法で形成されることを特徴とする請求項３９に記載の高効率発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に係り、特に、高効率発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードの応用例は拡大しており、光学ディスプレイ装置、信号機、データ保存装置、通信機器、照明装置及び医療機器などがある。
【０００３】
従来の発光ダイオードは、基板、基板上に形成された第１電極半導体層、第１電極半導体層上に形成された発光層、発光層上に形成された第２電極半導体層、及び第２電極半導体層上に形成された透明導電層を有する。ＬＥＤ光は、一箇所に集束するのではなく、各方向へと向かう。しかしながら、ＬＥＤから発生された光は、ＬＥＤから容易に放射されない。スネルの法則によると、臨界角θｃ内の角度で放射された光のみが完全に放射され、他の光は、反射されたり吸収されたりする。言い換えれば、ＬＥＤ光の角度は、完全に放射されるには、２θｃの範囲でなければならない。２θｃ以上の角度で放射された光は、反射される。従来の発光ダイオードの上面は、しばしば平坦な構造であるので、その臨界角が非常に小さくほとんどの光が反射される。反射された光は、半導体材料で吸収され、発光効率が減弱する。従って、発光効率を増加させるため、光が完全に反射されるのを阻止することが重要である。
【０００４】
上述の問題を解決する従来の解決法は、臨界角が増加され得るように且つＬＥＤの光出力が増加するようにより多くの光が完全に放出されるように、ＬＥＤの上部層にマイクロレンズを形成することである。他の解決法には、発光効率を増加させるように、全反射効果を克服する光結晶技術を適用することがある。しかしながら、これらの先行技術は、複雑な製造工程を必要とし、ＬＥＤ工程を困難とし且つコストを増大させる。さらに、これらの先行技術において、発光層上の特定の厚みを有する半導体層は、ウィンドウ層又は接触層を必要とし、発光層からこの半導体層へと放射された光は、半導体層に部分的に吸収される。これら先行技術は、全反射の問題を解決し得るものの、半導体層の光吸収を克服し得ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の主目的は、先行技術における問題を克服した高効率発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、以下の高効率発光素子を提供する：
基板；
前記基板上に形成された第１窒化物半導体層；
前記第１窒化物半導体層上に形成された窒化物発光層；及び
前記窒化物発光層上に形成され、該窒化物発光層の反対の第２窒化物層の表面上に複数の六方ピラミッドキャビティを有する、第２窒化物半導体層；
を有し、
前記六方ピラミッドキャビティは、前記第２窒化物発光層の表面から下方に延びる
ことを特徴とする高効率発光素子。
【０００７】
窒化物の格子方向は、六方晶系を有しているので、六方ピラミッドキャビティは、格子特性を有する窒化物で発生され得る。表面上で形成された六方ピラミッドキャビティは、全体の発光領域を増加させるだけでなく、発光層から発生した光が表面を通過する際の全反射に起因する光損失も減少させる。加えて、六方ピラミッドキャビティは、表面から下方へと延びているので、六方ピラミッドキャビティに放射する光は半導体材料の吸収に起因して減衰する。つまり、本発明は、発光層の上部半導体層において光伝送距離が低下可能であり、且つ、発光素子の発光効率を向上させるように半導体材料により吸収され得る可能性が低下され得る。
【０００８】
本発明によると、高効率発光素子は、基板及び基板から離れた第１表面と基板からはなれ複数の六方ピラミッドを有する第２表面とを有する、基板上に形成された第１窒化物半導体層を有する。高効率発光素子は、第１表面上に形成された窒化物発光層と、この窒化物発光層上に形成された第２窒化物層とをさらに有する。
【０００９】
本発明のこれら及びその他の目的は、種々の図面に示した好適実施例に関する以下の詳細な説明を読むことに当業者に疑いなく明らかとなるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
半導体層の光吸収を解消した高効率発光素子を提供する。
[発明を実施するための最良の形態]
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の第１実施例による高効率発光素子１の図である。高効率発光素子１は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に形成された窒化物バッファ層１１と、窒化物バッファ層１１上に形成されたｎ型窒化物半導体層１２とを有する。ｎ型窒化物半導体層１２は、窒化物バッファ層１１から一定の距離だけ離れた第１表面と第２表面とを有する。高効率発光素子１は、第１表面上に形成された窒化物多量子井戸発光層１３と、窒化物多量子井戸発光層１３上に形成されたｐ型窒化物半導体層１４とを有する。ｐ型窒化物半導体層１４は、窒化物多量子井戸発光層１３から一定距離に、且つ表面上に複数の六方ピラミッドキャビティ１４１を有し、この六方ピラミッドキャビティは、第２窒化物半導体層の表面から下方に延びる。高効率発光素子１は、ｐ型窒化物半導体層１４上に形成された透明導電層１５をさらに有し、透明導電層１５の透明度は、３００〜７００ｎｍの跛省の範囲で５０％以上である。高効率発光素子１は、ｎ型窒化物半導体層１２の第２表面上に形成されたｎ型電極１６と透明導電層１５上に形成されたｐ型電極１７とをさらに有する。図２は、ｐ型窒化物半導体層１４の表面上に形成された複数の六方ピラミッドキャビティ１４１を示す図である。この複数の六方ピラミッドキャビティ１４１は、ｐ型窒化物半導体層１４内に形成される。六方ピラミッドキャビティ１４１の初期層を成長させる際、ｐ型窒化物半導体層１４の表面上又はｐ型窒化物半導体層１４の内部で六方ピラミッドキャビティ１４１を形成するように六方ピラミッドキャビティ１４１の結晶核形成を変更するため、ＳｉやＭｇなどの界面活性剤を設けてもよい。この界面活性剤の程度及び使用回数は、発光効率を変更するように、この複数の六方ピラミッドキャビティ１４１のサイズ及び密度を決定する。
【００１２】
六方ピラミッドキャビティ１４１の構造は、窒化物の物理的結晶特性に関連しており、かかる構造の形状及び角度は、窒化物の結晶特性に依存する。Ｃ−（０００１）サファイア基板を例に挙げて説明する。隣り合うピラミッド表面間の各角度は、実質的に約１２０°であり、このピラミッド表面は、（１０−１１）又は（１１−２２）格子表面群を含む。ピラミッド表面と六方ピラミッドキャビティの中心法線（ｃｅｎｔｒａｌ  ｎｏｒｍａｌ）との角度は、実質的に約６０°である。
【実施例２】
【００１３】
実施例２の構造は、実施例１と同様であって、実施例１と実施例２との差は、以下の通りである。つまり、六方ピラミッドキャビティの初期層は、ｐ型窒化物半導体層１４の表面上又はｐ型窒化物半導体層の内部に六方ピラミッドキャビティ１４１を形成させるため、その核形成を変更するように７００〜９５０℃のエピタキシャル温度で成長している点である。エピタキシャル温度及び加熱又は冷却の変更して、発光効率を変更するように、複数の六方ピラミッドキャビティ１４１のサイズ及び密度を決定してもよい。
【実施例３】
【００１４】
実施例３の構造は、実施例１と同様であって、実施例１と実施例３との差は、以下の通りである。つまり、ｐ型半導体層は、ｐ型窒化物半導体層の表面上又はｐ型窒化物半導体層の内部に六方ピラミッドキャビティ１４１を形成させるように、核形成を変更するように窒素リッチの環境下で成長させた点である。エピタキシャル成長環境の変調並びに窒素、水素及び窒素源の比率により、発光効率を変更するように、複数の六方ピラミッドキャビティ１４１のサイズ及び密度を決定し得る。
【実施例４】
【００１５】
実施例４の構造は、実施例１と同様であって、実施例１と実施例４との差は、以下の通りである。つまり、ｐ型窒化物半導体層１４の表面が、六方ピラミッドキャビティ１４１を形成するように、高温のＨ３ＰＯ４などを用いて化学湿潤エッチングによりエッチングされ得る点である。このエッチング率とエッチング溶液の濃度とにより、発光効率を変更するように、複数の六方ピラミッドキャビティ１４１のサイズ、密度及び深さを決定し得る。
【実施例５】
【００１６】
実施例５の構成は、実施例１と同様であって、実施例１と実施例５との差は、以下の点である。上述の実施例で述べたエピタキシャル法により、より小さな六方ピラミッドキャビティを形成し、発光効率を変更するように化学湿潤エッチング法を用いてより小さな六方ピラミッドキャビティをエッチングすることにより六方ピラミッドキャビティを形成する点である。エピタキシャル法で直接六方ピラミッドキャビティを形成する場合、六方ピラミッドキャビティの端部上にストレスが起こり、エピタキシャル欠失が発生する。これは、エピタキシャル質を低下させ、ＬＥＤの電気的特性に影響を及ぼす。第１にエピタキシャル法でより小さな六方ピラミッドキャビティを形成しその後化学湿潤エッチング法でより小さな六方ピラミッドキャビティをエッチングすることにより、六方ピラミッドキャビティを形成させる場合、六方ピラミッドキャビティの端部にストレスは発生せず、エピタキシャル質は低下しない。加えて、六方ピラミッドキャビティの底部は、窒化物多量子井戸発光層の上部に存在させる必要がある。六方ピラミッドキャビティの底部が窒化物多量子井戸発光層に延びる場合、ＬＥＤの電気的特性は貧弱なものとなる。
【実施例６】
【００１７】
図３は、本発明の第６実施例による高効率発光素子２の図である。高効率発光素子２は、高効率発光素子１と同様であって、実施例１と実施例６との差は、以下の通りである。つまり、透明導電層１５に代えて透明酸化導電層２５を設け、ｐ型窒化物半導体層と透明酸化導電層２５との間に反転トンネル接触層２８を形成させる点である。反転トンネル接触層２８の厚みは、１０ｎｍ以下であって、反転トンネル接触層２８のキャリア濃度は、５×１０１８ｃｍ−３である。ｐ型窒化物半導体層１４と透明酸化導電層２５との間に形成された高いキャリア濃度のｎ型反転トンネル接触層２８は、透明酸化導電層２５と反転トンネル接触層２８との間に完璧なオーム接点を提供する。ＬＥＤが前方バイアス電圧で動作する際、ｎ型反転トンネル接触層２８とｐ型窒化物半導体層１４との間のインターフェースは、空乏領域を形成するように逆バイアス電圧で動作する。ｎ型反転トンネル接触層２８は厚くないので、透明酸化導電層２５内のキャリアは、ＬＥＤが低い動作バイアス電圧を有するようにトンネル効果によりｐ型窒化物半導体層１４に注入し得る。薄い金属性導電層は、本実施例において、透明酸化導電層２５と置き換えてもよい。ＡｌｘＧａ１−ｘＮ及びＩｎｙＧａ１−ｙＮからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有する超格子構造は、反転トンネル接触層２８と置き換えてもよい。なお、上記ｘ及びｙは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１でｘとｙは同時に０とはならない関係を有する。
【実施例７】
【００１８】
図４は、本発明の第７実施例による高効率発光素子３の図である。高効率発光素子３は、高効率発光素子１と同様であって、実施例７と実施例１との差は、以下の通りである。つまり、ｎ型電極接触領域３２１と非電極接触領域３２２とがｎ型窒化物半導体層３２の第２表面上に形成される点である。ｎ型電極１６は、ｎ型電極接触領域３２１上に形成され、複数の六方ピラミッドキャビティ３４１は、非電極接触領域３２２の表面上に形成され、この六方ピラミッドキャビティは、非電極接触領域の表面から下方へと延びる。この複数の六方ピラミッドキャビティ３４１は、ＬＥＤの発光効率を増加させ得るように効率よく放射され得るように、サファイア基板１０とｎ型窒化物半導体層３２との間から繰返し反射される側方への光を減少させ得る。
【００１９】
第７実施例のｐ型窒化物半導体層１４の表面上の複数の六方ピラミッドキャビティ１４１を除いてもよく、ｎ型窒化物半導体層３２の非電極接触領域３２２上に複数の六方ピラミッドキャビティ３４１のみ存在する構造であってもよい。
【００２０】
図５は、本発明による、六方ピラミッドキャビティの密度と高効率発光素子の輝度との関係を示す図である。図５に示すように、複数の六方ピラミッドキャビティの密度が１×１０８ｃｍ−２から２×１０９ｃｍ−２へと増加すると、輝度は、１１７から１５０ｍｃｄへと増加する。従って、六方ピラミッドキャビティの密度が増加すると、実際上、ＬＥＤの輝度も向上する。
【００２１】
図６は、本発明による、六方ピラミッドキャビティの上部対角線長と高効率発光素子の輝度との関係を示す図である。この六方ピラミッドキャビティの上部対角線長は、六方ピラミッドキャビティの頂角から六角形の頂点の一つの間の距離である。図６に示すように、六方ピラミッドキャビティの上部対角線長が１２２から１６８ｎｍへと増加すると、輝度が１２８から１７３ｍｃｄへと増加する。従って、六方ピラミッドキャビティが拡大すると、実際上、ＬＥＤの輝度が向上する。
【００２２】
図７は、本発明による、六方ピラミッドキャビティの深さと高効率発光素子の輝度との関係を示す図である。図７に示すように、六方ピラミッドキャビティの深さが６０から１２５ｎｍへと増加すると、輝度が１３０から１５０ｍｃｄへと増加する。従って、六方ピラミッドキャビティが深くなるにつれ、実際上、ＬＥＤの輝度も向上する。
【００２３】
図８は、本発明による、高効率発光素子に関して、５ｍｍのランプにパッキングして、室温で、３０ｍＡの電流にて動作した際の寿命の試験結果を示す図である。図８に示すように、本発明による高効率発光素子は、優秀で信頼性のある挙動を示した。Ｉｖ／Ｉｖ（０）は、５００時間試験後において、１以上であった。
【００２４】
上述の実施例において、サファイア基板は、（０００１）又は（１１−２０）方向の基板であってもよく、０〜１０°のオフ角度（ｏｆｆ  ａｎｇｌｅ）を有する。サファイア基板は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２及びガラスからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有していてもよい。窒化物バッファ層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有していてもよい。窒化物多量子井戸発光層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有していてもよく、且つ、ダブルヘテロ構造又は単一量子井戸構造に置換されてもよい。ｐ型窒化物半導体層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有していてもよい。反転トンネル接触層は、ＩｎＧａＮ及びＧａＮからなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有していてもよい。薄金属性導電層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、ＷＳｉ、Ａｕ／Ｇｅ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｂ並びにこれらに置換可能な材料からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有していてもよい。透明酸化導電層は、インジウムスズ酸化物、カドミウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物及び亜鉛スズ酸化物からなる材料群から選択された少なくとも１つの材料を有していてもよい。
【００２５】
本発明による上述の詳細な説明に関して、当業者は、本発明の教示を遵守しつつ種々の装置の改変及び変更が可能であることを即座に見抜くであろう。従って、上述の開示は、添付した請求項の境界によってのみ限定的に解釈されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施例による高効率発光素子の図である。
【図２】ｐ型窒化物半導体層の表面上に形成された複数の六方ピラミッドキャビティを示す図である。
【図３】本発明の第６実施例による高効率発光素子の図である。
【図４】本発明の第７実施例による高効率発光素子の図である。
【図５】本発明による六方ピラミッドキャビティの密度と高効率発光素子の輝度との関係図である。
【図６】本発明による六方ピラミッドキャビティの上部対角線長と高効率発光素子の輝度との関係図である。
【図７】本発明による六方ピラミッドキャビティの深さと高効率発光素子の輝度との関係図である。
【図８】本発明による高効率発光素子の寿命試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１        高効率発光素子
２        高効率発光素子
３        高効率発光素子
１０      サファイア基板
１１      窒化物バッファ層
１２      ｎ型窒化物半導体層
１３      窒化物多量子井戸発光層
１４      ｐ型窒化物半導体層
１５      透明導電層
１６      ｎ型電極
１７      ｐ型電極
２５      透明酸化導電層
２８      反転トンネル接触層
３２      ｎ型窒化物半導体層
１４１    六方ピラミッドキャビティ
３２１    ｎ型電極接触領域
３２２    非電極接触領域
３４１    六方ピラミッドキャビティ
【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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