(57)【要約】【課題】      結晶品位に悪影響を与えることなく光取り出し効率を容易に向上させた半導体発光素子を得ることを目的とする。【解決手段】  サファイア基板１０の表面下のイオン打ち込み領域１０Ａにｎ層またはｐ型層を構成する物質であるイオン化したＧａおよびＮを打ち込む。このサファイア基板１０を熱処理してＧａＮ微粒子を形成し、サファイアとＧａＮとが併存するサファイア−ＧａＮ遷移領域１０Ｂを形成したので、サファイア基板１０と半導体層１０Ｃとの界面の屈折率が近似することになる。このことから、発光光がサファイア基板１０に入射するときの透過性が得られることにより、光取り出し効率を向上させることができる。【選択図】    図４
2005109284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板上にｎ型層およびｐ型層を積層した半導体発光素子において、
前記透光性基板は、その表面下に前記ｎ型層の屈折率と同一あるいは近似する屈折率から前記透光性基板の屈折率まで屈折率が遷移する屈折率遷移領域を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記透光性基板は、サファイア基板によって形成され、
前記ｎ型層または前記ｐ型層は、ＧａＮ系化合物から形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記屈折率遷移領域は、イオン打ち込み法によって１種または２種以上のイオンを前記基板に打ち込んだ後、熱処理を施して形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記透光性基板は、前記ｎ型層との間にバッファ層を形成したことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
サファイア基板上にｎ型層およびｐ型層を積層した半導体発光素子において、
前記サファイア基板は、その表面下に前記ｎ型層を構成する層構成材を含み、前記サファイア基板の表面からの深さに応じて前記層構成材の濃度が遷移する層構成材濃度遷移層を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
ＧａＮ系半導体の微粒子を含んだサファイア−ＧａＮ系半導体遷移領域を表面層として有するサファイア基板と、
前記サファイア基板上に形成された基板上にｎ型ＧａＮ系半導体層と、
前記ｎ型ＧａＮ系半導体層上に形成されたＧａＮ系半導体発光層と、
前記ＧａＮ系半導体発光層上に形成されたｐ型ＧａＮ系半導体層を含むことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
前記ＧａＮ系半導体の微粒子は、ＧａＮの微粒子であることを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記ＧａＮの微粒子は、サファイア基板にＧａとＮをイオン打ち込み法によって打ち込んだ後、熱処理を施して形成されることを特徴とする請求項７記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記サファイア−ＧａＮ系半導体遷移領域は、前記ｎ型ＧａＮ系半導体層の屈折率と同一あるいは近似する屈折率から前記サファイア基板の屈折率まで屈折率を変化させたことを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記サファイア−ＧａＮ系半導体遷移領域は、前記サファイア−ＧａＮ系半導体遷移領域の表面からの深さに応じて前記ｎ型ＧａＮ系半導体層を構成する層構成材の濃度を変化させたことを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に光取り出し効率を容易に向上させた半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光素子として図８に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この半導体発光素子は、上面を凹凸に形成したＳｉＣ基板４９と、ＳｉＣ基板４９の凹凸の上に形成した第１のＧａＮ系結晶５０と、第１のＧａＮ系結晶５０の上に形成した第１のＧａＮ系結晶５０と異なる屈折率を有する第２のＧａＮ系結晶５１と、第２のＧａＮ系結晶５１の上に形成されたｎ型コンタクト層５２と、ｎ型コンタクト層５２の一部の上に形成された発光層５４と、発光層５４の上に形成されたｐ型コンタクト層５５と、ｐ型コンタクト層５５の上に形成されたｐ型電極５６と、ｎ型コンタクト層５２の一部の上に形成されたｎ型電極５３とを備える。ＳｉＣ基板４９と、ＳｉＣ基板４９の上に形成した第１のＧａＮ系結晶５０と、第１のＧａＮ系結晶５０の上に形成した第２のＧａＮ系結晶５１とで凹凸状の屈折率界面５０ａを形成する。
【０００３】
特許文献１に記載された半導体発光素子によれば、発光層５４で発光した光のうち主として横方向に伝搬する光は、凹凸状の屈折率界面５０ａにより他の方向に進むように変化させられるため、結果として外部に取り出す光の量を増加することができる。
【特許文献１】特開２００２−２８０６１１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の半導体発光素子によると、ＳｉＣ基板４９に凹凸部を形成しなければならず、さらに凹凸部に結晶を成長させる等、高度な加工が必要であり、また、その後の結晶品位に対し悪影響を与えることもあるため、光取り出し効率を向上させ得ても。ＬＥＤ本来の内部量子効率が低下する問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、結晶品位に悪影響を与えることなく光取り出し効率を容易に向上させた半導体発光素子を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、透光性基板上にｎ型層およびｐ型層を積層した半導体発光素子において、前記透光性基板は、その表面下に前記ｎ型層の屈折率と同一あるいは近似する屈折率から前記透光性基板の屈折率まで屈折率が遷移する屈折率遷移領域を有することを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため、サファイア基板上にｎ型層およびｐ型層を積層した半導体発光素子において、前記サファイア基板は、その表面下に前記ｎ型層を構成する層構成材を含み、前記サファイア基板の表面からの深さに応じて前記層構成材の濃度が遷移する層構成材濃度遷移層を有することを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、ＧａＮ系半導体の微粒子を含んだサファイア−ＧａＮ系半導体遷移領域を表面層として有するサファイア基板と、前記サファイア基板上に形成された基板上にｎ型ＧａＮ系半導体層と、前記ｎ型ＧａＮ系半導体層上に形成されたＧａＮ系半導体発光層と、前記ＧａＮ系半導体発光層上に形成されたｐ型ＧａＮ系半導体層を含むことを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板の表面下にｎ型層の屈折率と同一あるいは近似する屈折率から基板の屈折率まで屈折率が遷移する屈折率遷移領域を設けたため、基板とｎ層との界面において両者の屈折率を同一または近似させることができ、光の反射成分を減少させることができるので、結晶品位に悪影響を与えることなく光取り出し効率を容易に向上させることができる。
【００１０】
本発明によれば、基板をサファイアにより形成し、ｎ型層またはｐ型層をＧａＮ系化合物により形成したため、紫外から青色領域の光をサファイア基板側から効率よく取り出すことができる。
【００１１】
本発明によれば、イオン打ち込み法によって形成するため、屈折率遷移領域を高い生産性で形成することができる。
【００１２】
本発明によれば、透光性基板とｎ型層の間にバッファ層を形成したため、ｎ型層の結晶性を向上することができ、安定した発光光を得ることができる。
【００１３】
本発明によれば、サファイア基板の表面下にｎ型層を構成する層構成材を含み、サファイア基板の表面からの深さに応じて層構成材の濃度が遷移する層構成材濃度遷移層を形成したため、サファイア基板の表面下の層構成材の濃度とｎ型層の層構成材の濃度を近似させることができるので、ｎ型層からサファイア基板に入射する光の透過性を向上させることができる。
【００１４】
本発明によれば、サファイア基板にＧａＮ系半導体の微粒子を含んだサファイア−ＧａＮ系半導体遷移領域を形成したため、ＧａＮ系半導体からサファイア基板に入射する光の透過性を向上させることができる。また、ＧａＮ系半導体の微粒子により光が散乱するため、光取り出し効率を向上させることができる。
【００１５】
本発明によれば、前記ＧａＮ系半導体の微粒子をＧａＮの微粒子としたため、紫外から青色の光を取り出すことができる。
【００１６】
本発明によれば、サファイア基板にＧａとＮをイオン打ち込み法によって打ち込んだ後、熱処理を施してＧａＮの粒子を形成するため、容易にＧａＮを得ることができる。
【００１７】
本発明によれば、ｎ型ＧａＮ系半導体層の屈折率と同一あるいは近似する屈折率からサファイア基板の屈折率まで屈折率を変化させるサファイア−ＧａＮ系半導体遷移領域を形成するため、ＧａＮ系半導体からサファイア基板に入射する光の透過性を向上させることができる。また、副次的な効果として、ＧａＮ系半導体の微粒子により光散乱が発生し、これによっても光取り出し効率を向上させることができる。
【００１８】
本発明によれば、サファイア−ＧａＮ系半導体遷移領域の表面からの深さに応じてｎ型ＧａＮ系半導体層を構成する層構成材の濃度を変化させたため、サファイア基板の表面下の層構成材の濃度とｎ型層の層構成材の濃度を近似させることができるので、ｎ型層からサファイア基板に入射する光の透過性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子を使用した発光装置を示す。この発光装置は、電源電圧が印可される一対のリードフレーム１Ａ，１Ｃと、一方のリードフレーム１Ａの先端に設けられるメタルステム１ａと、メタルステム１ａに設けられて内面に光を反射させる反射面を有するカップ１Ｂと、カップ１Ｂ内に配置され、Ａｕバンプ４Ａ，４Ｂにより電極間に電圧を印可されて発光するＬＥＤ素子２と、カップ１Ｂ内にＡｇペースト３により固定され、Ａｕバンプ４Ａ，４ＢによりＬＥＤ素子２と電気的に接続するサブマウント素子５と、サブマウント素子５と他方のリードフレーム１Ｃとを電気的に接続する金線からなるボンディングワイヤ６と、蛍光体を混入されてカップ１Ｂに注入される透光性樹脂７と、ＬＥＤ素子２からの発光光を拡散あるいは集光する透明エポキシ樹脂部８とを備える。
【００２０】
透光性樹脂７は、エポキシ樹脂からなり、蛍光体としてＣｅ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）を含有している。なお、透光性樹脂７として固化後に透明となるシリコン樹脂を用いてもよい。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子を使用した発光装置の部分拡大断面を示す。このＬＥＤ素子２は、ＧａＮ系発光素子であり、以下の構造を有する。このＬＥＤ素子２は、ＧａＮが表面に打ち込まれたサファイア−ＧａＮ遷移領域１０Ｂを有するサファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板１０の上に形成されたＳｉドープのｎ型ＧａＮクラッド層１１と、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮクラッド層１１の一部の上に形成された３層のＩｎ0.25Ｇａ0.85Ｎ井戸層１３と２層のＧａＮ障壁層１４とを交互に配置したＭＱＷ１５と、ＭＱＷ１５の上に形成されたＭｇドープのｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１６と、Ｍｇドープのｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１６の上に形成されたＭｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層１７と、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層１７の上に形成された透明電極１８と、透明電極１８の上に形成されたｐ型電極１９と、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮクラッド層１１の他の一部の上に形成されたｎ型電極２０と、このＬＥＤ素子２の表面保護および光放射性を付与するための保護膜２Ａとを備える。
【００２２】
ｎ型電極２０は、例えば、Ａｌ，Ｖ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，またはＨｆ等の金属またはこれらの合金を用いて形成することができる。なお、異なる組成の層が積層された二層あるいは多層構造としてもよく、例えば、ＶとＡｌの二層構造としてもよい。
【００２３】
ｐ型電極１９は、例えば、Ｒｈ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｇ，Ｐｄ，Ｖ，Ｍｎ，Ｂ■，Ｓｎ，またはＲｅ等の金属またはこれらの合金を用いて形成
することができる。なお、異なる組成の層が積層された二層あるいは多層構造としてもよい。
【００２４】
保護膜２Ａは、例えば、ＳｉＯ2からなり、光透過性および絶縁性を有してＬＥＤ素子２の表面を保護する。
【００２５】
サブマウント素子５は、ｎ型のシリコン基板によって形成され、ＬＥＤ素子２を静電気から保護するためのツェナーダイオードとして動作する。また、Ａｕバンプ４Ａによってｐ型電極１９と接続されるｎ側電極５Ａと、ｐ型半導体層５Ｂと、Ａｕバンプ４Ｂによってｎ型電極２０と接続されるｐ側電極５Ｃと、Ａｇペースト３を介してカップ１Ｂに電気的に接続されるｎ電極５Ｄと、ｎ型半導体層５Ｅとを有する。
【００２６】
図３は、サファイア基板１０にイオン化されたＧａおよびＮを打ち込むイオン打ち込み装置の概念構成図である。このイオン打ち込み装置３０は、イオンビーム３１ａを発生させるためのイオンビーム発生部３１と、打ち込み用の特定のイオン種を磁場によって選別するための質量分析部３２と、磁場または電場によってイオンビーム３１ａを収束させるためのレンズ部３３と、高周波高電圧を発生し、イオンビーム３１ａのエネルギを制御する加速器３４と、制御されたイオンビーム３１ａを被照射物に照射する打ち込み室３５とを備える。
【００２７】
このイオン打ち込み装置３０の動作について説明する。図示しないスイッチをオンにすると、まず、イオンビーム発生部３１によりイオン化されたＧａおよびＮを含むイオンビーム３１ａが発生する。次に、発生したイオンビーム３１ａが質量分析部３２に入り、発生したイオンビーム３１ａからイオン化されたＧａ（Ｇａイオン）が選択される。選択されたＧａイオンは、レンズ部３３および加速器３４を通過し、打ち込み室３５内に配置されたサファイア基板１０に１７０ｋｅＶで打ち込まれる。次に、イオン化されたＮ（Ｎイオン）は、質量分析部３２により選択され、３０ｋｅＶで打ち込まれる。なお、同時にＧａイオンおよびＮイオンを取り出して、同時にサファイア基板に打ち込んでもよい。
【００２８】
図４は、イオン打ち込み装置を用いて半導体発光素子を製造する工程を示す。
（ａ）サファイア基板準備工程
まず、サファイア基板１０を準備し（図４（ａ））、このサファイア基板１０を打ち込み室の所定位置にセットする。
（ｂ）イオン打ち込み工程
サファイア基板１０の表面側のイオン打ち込み領域１０Ａにイオン打ち込み装置３０によりイオン化されたＧａおよびＮを、加速電圧１７０ｋｅＶおよび３０ｋｅＶで打ち込む（図４（ｂ））。
（ｃ）加熱処理工程
イオンが注入されたサファイア基板１０を、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の結晶成長炉に導入し、サファイア基板１０の温度を１２００℃程度に加熱して３時間保持し、イオン打ち込み領域にＧａＮ微粒子を形成し、サファイア−ＧａＮ遷移領域１０Ｂを形成する（図４（ｃ））。
【００２９】
イオン打ち込みにおいて、サファイア基板１０の内部に打ち込まれたイオン化したＧａおよびＮは、高温処理されることで、サファイア基板１０の内部を拡散的に移動する。そして、サファイア基板１０の内部に打ち込まれたイオン化したＧａおよびＮは、それぞれ単体で存在するよりも、ＧａＮとして存在する方が安定であると考えられるので、適当な処理、例えば、高温処理により、Ｇａ＋Ｎ→ＧａＮの反応が促進される。これにより、サファイア基板１０内にＧａＮが形成される。このＧａＮは、均一膜ではなく、５０ｎｍから４００ｎｍ程度の大きさの微粒子形状で存在する。なお、上記の加熱時に薄膜成長を行っても、後述する特性に違いが認められなかった。
【００３０】
図５は、イオン化されたＧａおよびＮをサファイア基板１０に打ち込み、熱処理したときの特性を示す。図５（ａ）は、サファイア基板１０に打ち込まれるイオン化されたＧａおよびＮの量（注入量）とサファイア基板１０の表面近傍における平均屈折率との関係を示す。これによれば、ＧａおよびＮの注入量が１０17ｃｍ-2のときは、サファイア基板１０の屈折率ｎ＝１．７７であるが、ＧａおよびＮの注入量を増やしていくと、ＧａおよびＮの注入量が１０19ｃｍ-2のときは、ＧａＮの屈折率ｎ＝２．４に近似していくことが分かる。
【００３１】
図５（ｂ）は、サファイア基板１０に注入されたＧａおよびＮの濃度と基板１０の表面からの深さの関係を示す。この場合、イオン化されたＧａおよびＮの注入量は１０17ｃｍ-2〜１０18ｃｍ-2である。これによれば、サファイア基板１０の表面近傍がＧａおよびＮの濃度が高く、サファイア基板１０の表面からの深さが深くなるにしたがってＧａおよびＮの濃度が低くなっており、表面から１μｍ程度の深さより深い領域では曲線が平坦となっており、ＧａおよびＮがほとんど検出されていないことが分かる。このＧａＮの深さ方向の分布は、イオン打ち込みの際のイオン化したＧａおよびＮの加速速度で決定される。なお、イオン打ち込みにおいて、加速電圧の値に応じて注入イオンの深さ方向への分布が決定され、加速電圧が高いほど、サファイア基板１０の表面から中深くイオンが浸入するようになる。また、イオンによっては同じ深さに注入しようとすると加速電圧を変える必要がある。イオン化されたＧａおよびＮにあっては、前記の加速電圧により注入すると、ほぼ同様の分布で注入される。イオン化されたＧａおよびＮは、サファイア基板１０の表面から０．２μｍ程度の深さがピークであり、表面から１μｍ程度までの深さにイオンが注入される。
【００３２】
図５（ｃ）は、サファイア基板１０の平均屈折率と基板１０の表面からの深さとの関係を示す。これによれば、サファイア基板１０の表面近傍の平均屈折率は、ＧａＮの屈折率ｎ＝２．４に近似しており、基板１０の表面から深くなるにしたがって平均屈折率が、小さくなり、基板１０の表面から１μｍ程度の深さになるとサファイア基板１０の屈折率ｎ＝１．７７程度になる。これは、サファイア基板１０に注入されたＧａおよびＮの濃度と基板１０の表面からの深さの関係が、図５（ｂ）に示すような関係にあることから、そのＧａＮの濃度に関係するものと考えられる。
（ｄ）薄膜成長工程
サファイア−ＧａＮ遷移領域１０Ｂの上にＭＯＣＶＤ装置を用い、ＬＥＤ発光素子形成のための薄膜、例えば、ｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ井戸層、ＧａＮ障壁層、ｐ型ＧａＮ層等の半導体層１０Ｃを形成する（図４（ｄ））。
【００３３】
図６は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の動作の説明図であり、ファイア基板１０中の光の進み方を示す。図示しないスイッチをオンにすると、ボンディングワイヤ６からｐ側電極５ＣおよびＡｕバンプ４Ｂを介してｎ型電極２０に通電され、他方、ｎ電極５Ｄとｐ型電極１９とはサブマウント素子５，ｎ型電極５Ａ、Ａｕバンプ４Ａを介して通電される。そして、ＭＱＷ１５内で面上に発光し、波長４５０〜４８０ｎｍの青色光を放射し、サファイア基板１０側からだけでなく種々の方向から放射される。そのため、カップ１Ｂで反射された青色光の一部は、カップ１Ｂ内に配置される蛍光体を励起することにより黄色光に波長変換され、青色光と混合されることによって白色光を放射する。このとき、発光光がサファイア基板１０に入射される場合、後述するようにサファイア−ＧａＮ遷移領域１０ＢにＧａＮ粒子を形成したため、発光効率が高められている。
【００３４】
ＭＱＷ１５で発光した発光光がｎ−ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１１からサファイア基板１０に入ったときの光の進み方を説明する。ＭＱＷ１５で発光した発光光がｎ−ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１１に入り、ｎ−ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１１から垂直にサファイア基板１０に入る場合は、中央の矢印Ｒ１で示すように上方に進む。ｎ−ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１１からサファイア基板１０に対し左上がり方向に発光光が入射する場合は、サファイア基板１０内への出射角が変化してサファイア基板１０内に光が入っていく。サファイア基板１０のｎ−ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１１側の表面近傍のサファイア−ＧａＮ遷移領域１０Ｂの屈折率は、ＧａＮの屈折率に近いため、サファイア基板１０の表面近傍では出射角が余り変化せず、サファイア基板１０の表面から深くなるにしたがってサファイア−ＧａＮ遷移領域１０Ｂの屈折率にしたがって徐々に出射角が変化し、表面から約１μｍ入った部位からさらに深い部位にあっては、出射角が一定となり、光はほぼ直線に進む。他の光の進み方も同様である。すなわち、サファイア基板１０とｎ−ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１１の界面において、両者の屈折率の差が小さいため、全反射成分が減少し、これによりサファイア基板１０中への透過性が向上して光がすみやかに伝播する。
【００３５】
上記した第１の実施の形態によると、ＬＥＤ素子２の上方だけでなく側面方向にも発光光を拡散することができるため、イオン打ち込みを行わなかったＬＥＤ素子と比較して３０％程度の出力の向上が認められた。また、ＬＥＤ素子の特性にイオン打ち込みの影響はなかった。
【００３６】
上記した第１の実施の形態によると、下記の効果を奏することができる。
（１）ＬＥＤ素子２の上方だけでなく側面方向にも発光光を非常に広く拡散して均一に青色光を照射することができるため、広範囲にわたって色むらのない白色光を得ることができる。また、サファイア基板１０中に打ち込まれたＧａＮは、微粒子となり、この微粒子が光散乱体としての働きをするため、より広範囲に光を拡散することができる。
（２）また、側面方向に放射された青色光をカップ１Ｂで反射して上方に導くようにしているので、光路上に配置された蛍光体を励起することができ、波長変換効率が向上して白色光の輝度を向上させることができる。
（３）また、青色光が分散されることによって、蛍光体の濃度を部分的に変化させるといった樹脂組成の調整や、高度な樹脂成形性を必要としないで容易に製造することができ、蛍光体の濃度（使用量）を低減することができる。
（４）また、サファイア基板１０の表面近傍で基板の組成や特性が変わるため、サファイア基板１０中のＧａＮの濃度を変えることにより光取り出し効率を制御することができるので、用途に応じて発光強度や発光色を変えることができる発光素子が得られる。
【００３７】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子を使用した発光装置を示す。この発光装置は、図１に示す第１の実施の形態に係る発光装置とは、サファイア基板１０とｎ−ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１１との間にＡｌＮ層３０を設けたものである。ＡｌＮの屈折率ｎ＝１．８〜２．０であり、サファイア基板１０とｎ−ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１１の屈折率の間にあることから、サファイア基板１０の表面にイオン化したＧａおよびＮを打ち込むことにより、サファイア基板１０の屈折率ｎ＝１．７７からｎ−ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１１の屈折率ｎ＝２．４まで連続的に変化させることができ、各層の屈折率の差が小さいため、全反射成分が減少し、より光取り出し効率を向上させることができる。
【００３８】
なお、上記した第１の実施の形態では、青色光と黄色光との混合に基づいて白色光を得る構成について説明したが、白色光を得る構成として、例えば、青色光によって励起されて緑色光を放射する第１の蛍光体と、青色光によって励起されて赤色光を放射する第２の蛍光体とを透光性樹脂７に混合し、赤色光、緑色光、および青色光の混合によって白色光を得るようにしてもよい。
【００３９】
第１の実施の形態では、サファイア基板１０表面にイオン打ち込み法によりＧａＮを形成する構成を説明したが、ＧａＮとの屈折率の差を小にできるものであれば、ＧａＮ以外の物質であってもよい。また、打ち込まれる物質は、例えば、ＡｌＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＺｎＳ，ＣｄＳ，ＮｂＯ等の化合物あるいはＳｉ，ＧＥ等の単元素であってもよい。ただし、発光波長領域で透明であることが望ましい。透明でなければ発光光が吸収されてしまい光取り出し効率が低下するからである。また、サファイア基板１０中にＺｎを打ち込んでもよい。このとき、サファイア基板１０中の酸素とＺｎが反応してＺｎＯが形成され、このＺｎＯの可視領域での屈折率が２．１であり、サファイア基板１０の屈折率が近似することから、ＧａＮクラッド層からサファイア基板１０に発光光が入射してきた場合に発光光を透過させるため、光取り出し効率が結果的に向上する。
【００４０】
また、ＧａＮとサファイア基板１０表面との界面における屈折率は同一であることが最も好ましいが、サファイア基板１０が有する屈折率に対応して小であれば光取り出し性の向上に有効である。
【００４１】
また、ＬＥＤ素子２についても青色光を放射するものに限定されず、例えば、近紫外光を放射するＬＥＤ素子を用いるようにしてもよい。この場合には、近紫外光によって励起されて赤色光、緑色光、および青色光を放射する蛍光体を透光性樹脂６に混合して用いることにより、白色光を得ることができる。また、サファイア基板１０に発光材料を打ち込むんでサファイア基板１０に多色発光層を設けてもよい。
【００４２】
また、サファイアの他に、ＧａＡｓ，ＧａＰ等により基板を製作してもよい。ただし基板を透過して発光光が出射されるため、透明または透光性を有する材料が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子を使用した発光装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子を使用した発光装置の部分拡大断面図である。
【図３】イオン打ち込み装置の概念構成図である。
【図４】イオン打ち込み装置を用いて半導体発光素子を製造する工程を示す図である。
【図５】イオン化されたＧａおよびＮをサファイア基板に打ち込んだときの特性を示す図で、（ａ）は、サファイア基板に打ち込まれるイオン化されたＧａおよびＮの量（注入量）とサファイア基板の表面近傍における平均屈折率との関係を示す図、（ｂ）は、、サファイア基板に注入されたＧａおよびＮの濃度と基板の表面からの深さの関係を示す図、（ｃ）は、サファイア基板の平均屈折率と基板の表面からの深さとの関係を示す図である。
【図６】本発明の第１の樹脂の形態に係る半導体発光素子の動作の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る発光素子を使用した発光装置を示す断面図である。
【図８】従来の半導体発光素子を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１Ａ，１Ｃ  リードフレーム
１Ｂ  カップ
１ａ  メタルステム
２  ＬＥＤ素子
２Ａ  保護膜
３  Ａｇペースト
４Ａ，４Ｂ  ＡＵバンプ
５  サブマウント素子
５Ａ  ｎ側電極
５Ｂ  ｐ型半導体層
５Ｃ  ｐ側電極
５Ｄ  ｎ電極
５Ｅ  ｎ型半導体層
６  ボンディングワイヤ
７  透光性樹脂
８  透明エポキシ樹脂部
１０  サファイア基板
１０Ａ  イオン打ち込み領域
１０Ｂ  サファイア−ＧａＮ遷移領域
１０Ｃ  半導体層
１１  ｎ−ＧａＮ：Ｓｉクラッド層
１３  Ｉｎ0.25Ｇａ0.85Ｎ井戸層
１４  ＧａＮ障壁層
１５  ＭＱＷ
１６  ｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層
１７  ｐ型ＧａＮコンタクト層
１８  透明電極
１９  ｐ型電極
２０  ｎ型電極
３０  イオン打ち込み装置
３０Ａ  イオンビーム
３１  イオンビーム発生部
３２  質量分析部
３３  レンズ部
３４  加速器
３５  打ち込み室
４９  ＳｉＣ基板
５０  第１のＧａＮ系結晶
５０ａ  屈折率界面
５１  第２のＧａＮ系結晶
５２  ｎ型コンタクト層
５３  ｎ型電極
５４  発光層
５５  ｐ型コンタクト層
５６  ｐ型電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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