(57)【要約】【課題】本発明は、光を効率良く外部に取り出すことが可能な発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の発光素子は、発光層１２を含む半導体層１と、半導体層１の光取り出し面に、発光層１２から放出された光の半導体層１中での波長よりも大きなピッチで形成された凹凸からなる凹凸部１４と、光取り出し面とは反対面に形成され、反射率が９０％以上である反射層とを備える。このような構成の発光素子では、反射層と凹凸部との相乗効果によって効率良く光が取り出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を含む半導体層と、
前記半導体層の光が取り出される側の面の全域あるいは一部に、前記発光層から放出された光の半導体層中での波長よりも大きなピッチで形成された凹凸からなる凹凸部と、
前記光が取り出される側の面とは反対側の前記半導体層の面に形成され、反射率が９０％以上である反射層とを備えること
を特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記凹凸部の凹凸は、周期的又はランダムに形成されていること
を特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記凹凸部は、レンズ作用を有する形状が付与されていること
を特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項４】
前記レンズ作用を有する形状は、フレネルレンズ形状であること
を特徴とする請求項３記載の発光素子。
【請求項５】
前記半導体層は、ＧａＮ系の材料から構成され、
前記反射層は、銀を主成分とする合金から構成されること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記反射層は、前記半導体層の面に形成された導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層の上に積層された銀、アルミニウム、銀を主成分とする銀合金又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金の金属層と、前記半導体層と前記導電性酸化物層との間に介在されメッシュ状又は島状に形成された白金層とから構成されること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記反射層は、ＤＢＲから構成されること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記反射層は、アルミニウム、銀又は銀を主成分とする銀合金の金属層と、前記金属層の上に積層されたＤＢＲとから構成されること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記ＤＢＲは、前記発光層から放出された光のうち、光束強度の大きな範囲で、透過率の低い角度範囲の光の前記反射層での反射率が増大するように、前記ＤＢＲを構成する各層の厚みが定められていること
を特徴とする請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記反射層は、前記半導体層の面に形成された導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層の上に積層されたＤＢＲと、前記ＤＢＲの上に積層された銀、アルミニウム、銀を主成分とする銀合金又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金の金属層と、前記半導体層と前記導電性酸化物層との間に介在されメッシュ状又は島状に形成された白金層とから構成されること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記ＤＢＲは、メッシュ状又は島状に形成されていること
を特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記反射層は、フォトニック結晶から構成されること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記凹凸部の底部を含む面と、前記凹凸部に対して反対側の前記半導体層の面との距離は、前記発光層から放出された光の前記半導体層での波長の数倍以内であること
を特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記反射層は、ｐ型電極とされ、
前記半導体層の面に形成され、反射率が８０％以上であって前記ｐ型電極と組となるｎ型電極をさらに備えること
を特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記ｎ型電極は、前記半導体層の面に形成された導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層の上に積層された銀、アルミニウム、銀を主成分とする銀合金又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金の金属層と、前記半導体層と前記導電性酸化物層との間に介在されメッシュ状又は島状に形成された白金層とから構成されること
を特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記ｎ型電極は、前記半導体層の面に形成された導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層の上に積層されたＤＢＲと、前記ＤＢＲの上に積層された銀、アルミニウム、銀を主成分とする銀合金又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金の金属層と、前記半導体層と前記導電性酸化物層との間に介在されメッシュ状又は島状に形成された白金層とから構成されること
を特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記ＤＢＲは、メッシュ状又は島状に形成されていること
を特徴とする請求項１６に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記半導体層の光が取り出される側の面に形成され、前記半導体層で発光される光の波長を変換して放射する波長変換層をさらに備えること
を特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１９】
発光層を含む半導体層と、前記半導体層の光が取り出される側の面の全面あるいは一部に、前記発光層から放出された光の半導体層中での波長よりも大きなピッチで形成された凹凸からなる凹凸部と、前記光が取り出される側の面とは反対側の前記半導体層の面に形成され、反射率が９０％以上である反射層とを備える半導体素子の製造方法であって、
前記半導体層の屈折率と実質的に同一の材料を蒸着することで前記凹凸部を形成すること
を特徴とする発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体から構成される発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＩＩ−Ｖ化合物（以下、ナイトライドと呼ぶ）またはＩＩ−ＶＩ化合物を用いて、その中に量子井戸を形成し、外部から電流を流して、この量子井戸で電子と正孔とを結合させて光を発生する発光素子の発展が目覚しい。
【０００３】
ＩＩＩ−Ｖ化合物として最もよく用いられている物質は、前記ナイトライドのＧａＮである。このＧａＮを始めとして、ナイトライドの屈折率は、１より大きいため、発光素子内から大気中へ光を取り出すことに課題がある。ＧａＮの場合を例にとると、屈折率が約２．５であるため、ＧａＮと大気との境界の法線に対して、所定角度（例えば２３．６度）より大きい角度で境界に入射された光は、大気中に放射されず、境界面で全反射され、発光素子におけるＧａＮ層の中へ閉じ込められてしまう。以下、この法線に対して所定角度より小さい角度の領域に形成された円錐領域が脱出円錐（エスケープコーン）と呼称される。
【０００４】
そして、このＧａＮ層中に閉じ込められた光の大部分は、結晶や電極材料に再吸収されて熱に変化してしまい外部に取り出されない。このため、平坦なＧａＮ層では、光取り出し効率が向上されないという問題がある。
【０００５】
そこで、このような問題に対して、特許文献１では、図３４に示すように、発光素子から光が放射される光取り出し面に、ピッチ２〜４μｍ、深さλ・（２ｎ＋１）／４（ｎ＝１，２，・・・）の矩形の凹凸を形成する技術が開示されている。この技術によれば、凹部と凸部とでそれぞれ反射される光が互いの位相のλ／２だけ異なることによって打ち消され、これによって光取り出し面で反射される光が低減し、結果的に光取り出し効率を向上させることが可能となる。
【０００６】
また、特許文献２には、図３５に示すように、ＬＥＤの任意の界面に周期的な規則的界面ストラクチャーを形成し、光取り出し効率を向上させる技術が開示されている。この技術によると、全反射角以上の角度で入射した光の光取り出し効率が向上し、形状によっては、このストラクチャーがない場合に比べて２倍以上の光取り出し効率を得ることが可能となる。
【０００７】
ここで、通常の表面形状がない場合、発光層が含まれる部分の屈折率ｎ１と、外部の屈折率をｎ２とすると、一つの界面又は表面から取り出される光取り出し効率は、脱出円錐の立体角を考慮すると、ｎ２２／４・ｎ１２で与えられることが知られている。従って、半導体層がＧａＮであって外部が空気である場合では、ｎ１＝２．５、ｎ２＝１であることから、取り出し効率は、４％と算出される。なお、底面以外のすべての面から光が取り出され、上面だけに前記ストラクチャーが形成され、約２倍の取り出し効率が得られるとすると、計算上、光取り出し効率＝４×４（側面）＋４×２（上面は凹凸構造で２倍）＝２４％の取り出し効率が得られることになる。
【０００８】
また、非特許文献１には、図３６に示すように、半導体ＬＥＤの表面にランダムなテクスチャーを形成する又は粗仕上げを施す技術が開示されている。この技術によれば、表面に形成されたランダムなテクスチャーによって、素子内の光線の角度分布がランダム化され、素子構造による多重パス後に、光が脱出する確率が高くなる結果、光取り出し効率を向上させることが可能となる。なお、図３６におけるハッチの層は、活性層である。
【特許文献１】特開平０７−２０２２５７号公報
【特許文献２】特開平１０−４２０９号公報
【非特許文献１】Schnitzer, et al.In Applied Physics Letters 63,2174(1993)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１、２の手法では、全反射角以上の角度で入射した光は、ＧａＮから取り出されないため、光取り出し効率を向上させるためには一定の限界がある。また、表面に凹凸が形成されているため、平滑面に比べれば一つの点光源から取り出される光の入射角は、広がるが、本来取り出される角度における光取り出し効率が減少し、高々２倍程度の光取り出し効率の向上しか得られない。
【００１０】
また、特許文献２には、共振器構造を採用することによって、発光する光の配光を脱出円錐内に限定し、光取り出し効率を向上する方法についても開示されている。しかしながら、この方法では、共振器構造を採るため、共振器長（半導体層の膜厚）の精度が要求され、歩留まりを向上することが困難となる。また、共振器構造では、原理的にすべての発光を脱出円錐内へ制御することができるわけではなく、光取り出し効率の向上も約５０％が限界である。
【００１１】
また、非特許文献１の技術では、多重パスを取る光線は、脱出するまでに、電極等の反射層における吸収によって、強度が大幅に低下してしまう。また、仮に反射層の反射率を向上したとしても、図３６から分かるように、ピッチのみではなく、形状までもランダムな場合では、却って光取り出し効率が低下する場合があり、光取り出し効率が向上しない。本発明者らが多結晶シリコンのウェットエッチングによって得られるランダムな粗面形状を光取り出し面に転写再現することによって、本事実は、実験により確認されている。
【００１２】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、光を効率良く外部に取り出すことが可能な半導体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】
【００１３】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明の一態様に係る発光素子は、発光層を含む半導体層と、前記半導体層の光が取り出される側の面の全域あるいは一部に、前記発光層から放出された光の半導体層中での波長よりも大きなピッチで形成された凹凸からなる凹凸部と、前記光が取り出される側の面とは反対側の前記半導体層の面に形成され、反射率が９０％以上である反射層とを備えることを特徴とする。そして、好ましくは、凹凸部は、凹凸の断面形状が略相似形である。
【００１４】
この構成によれば、発光層により放出された光のうち、脱出円錐外に放出された光は、凹凸部による角度変換作用を受けて光が取り出される側の面で反射されるため、半導体層内部で反射を繰り返すうちに、外部に取り出される。ここで、光が取り出される側の面に対して反対側の面には、反射率が９０％以上の反射層が形成されている。そのため、反射層と凹凸部との相乗効果により、効率良く光を取り出すことができる。もちろん、この反射率は、反射層が半導体層の面に形成されるので、半導体層に対する反射層の反射率である。
【００１５】
上述したように、本発明者は、光が取り出される側の面に凹凸部が形成されていない、すなわち、光が取り出される側の面が角度変換作用のない平滑な構造では、光が取り出される側の面と反対側の面に反射率が８５％を超える高反射層が形成されたとしても、光取り出し効率がさほど向上しないのに較べて、光が取り出される側の面に凹凸部が形成され、かつ、光が取り出される側の面とは反対側の面に反射層が形成された場合、反射層の反射率が８５％を超えたあたりから、光取り出し効率が急激に増大することを見出した。反射率が９０％以上では、例えば、反射層の反射率を９０％から９５％と５％高くなるだけで、光取り出し効率は、２０％以上向上する。そのため、光が取り出される側の面に凹凸を形成すると共に、光が取り出される面とは反対側の面に反射率が９０％以上の反射層を形成することで、光取り出し率を大幅に向上させることができる。
【００１６】
そして、上記発光素子において、前記凹凸部の凹凸は、周期的又はランダムに形成されていることを特徴とする。この構成によれば、凹凸部のピッチを、ランダムにした場合は、光が取り出される側の面において光は、様々な方向に反射され、多重反射後、脱出する確率が高まり、光取り出し効率をより向上させることができる。また、凹凸部のピッチを周期的とした場合も、多重反射後、脱出する確率が高まり、光取り出し効率をより向上させることができる。
【００１７】
また、上述の発光素子において、前記凹凸部は、レンズ作用を有する形状が付与されていることを特徴とする。この構成によれば、凹凸部は、レンズ作用を有する形状が付与されているため、取り出される光の配光をレンズ作用によって制御することが可能となり、照明器具等に好適な発光素子を提供することができる。
【００１８】
さらに、上記発光素子において、前記レンズ作用を有する形状は、フレネルレンズ形状であることを特徴とする。この構成によれば、凹凸部はフレネルレンズ形状を有しているため、凹凸部の厚みを厚くすることなく、焦点距離を制御することが可能となる。
【００１９】
そして、これら上述の発光素子において、前記半導体層はＧａＮ系の材料から構成され、前記反射層は、銀を主成分とする合金からなることを特徴とする。この構成によれば、反射層が、ＧａＮに対して良好な電気伝導性を有する銀を主成分とする合金から構成されているため、光取り出し効率をより良くすることができる。
【００２０】
また、これら上述の発光素子において、前記反射層は、前記半導体層の面に形成された導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層の上に積層された銀、アルミニウム、銀を主成分とする銀合金又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金の金属層と、前記半導体層と前記導電性酸化物層との間に介在されメッシュ状又は島状に形成された白金層とから構成されることを特徴とする。この構成によれば、反射層が白金層と導電性酸化物層と金属層とから構成されているので、反射層が高反射率を有しかつ半導体層とオーミックコンタクトするから、光取り出し効率をより良くすることができる。
【００２１】
さらに、これら上述の発光素子において、前記反射層は、ＤＢＲからなることを特徴とする。この構成によれば、反射層はＤＢＲにより構成されているため、反射層の反射率をより高くすることができる。
【００２２】
そして、これら上述の発光素子において、前記反射層は、アルミニウム、銀、又は銀を主成分とする金属層と、前記金属層の上に積層されたＤＢＲとから構成されることを特徴とする。この構成によれば、ＤＢＲの入射角と反射率との関係を示す反射率特性と、アルミニウム、銀、又は銀合金の反射率特性との両方を合成した反射率特性を有する反射層を実現することができ、光取り出し効率をより高めることができる。すなわち、ＤＢＲでの反射率が低く、ＤＢＲを透過する入射角の光に対しては、アルミニウム、銀、又は銀合金により反射され、アルミニウム、銀、又は銀合金での反射率が低い入射角の光に対しては、ＤＢＲにより反射されることとなり、光取り出し効率が高まることとなる。
【００２３】
また、上記発光素子において、前記ＤＢＲは、前記発光層から放出された光のうち、光束強度の大きな範囲で、透過率の低い角度範囲の光の前記反射層での反射率が増大するように、前記ＤＢＲを構成する各層の厚みが定められていることを特徴とする。この構成によれば、光束強度の大きな範囲で、透過率の低い角度範囲で入射する光の反射層での反射率が増大されるため、当該入射角の光が反射層にて多く反射される結果、当該入射角の光の光取り出し効率を向上させることができる。
【００２４】
さらに、これら上述の発光素子において、前記反射層は、前記半導体層の面に形成された導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層の上に積層されたＤＢＲと、前記ＤＢＲの上に積層された銀、アルミニウム、銀を主成分とする銀合金又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金の金属層と、前記半導体層と前記導電性酸化物層との間に介在されメッシュ状又は島状に形成された白金層とから構成されることを特徴とする。この構成によれば、反射層が白金層と導電性酸化物層とＤＢＲと金属層とから構成されているので、反射層がより高い反射率を有しかつ半導体層とオーミックコンタクトするから、光取り出し効率をさらにより良くすることができる。
【００２５】
そして、上記発光素子において、前記ＤＢＲは、メッシュ状又は島状に形成されていることを特徴とする。この構成によれば、ＤＢＲが上面視にてメッシュ状又は島状に形成されているので、ＤＢＲの導電性が低い場合でも導電性酸化物層と金属層との間における電気伝導を確保することができる。
【００２６】
また、これら上述の発光素子において、前記反射層は、フォトニック結晶から構成されていることを特徴とする。この構成によれば、反射層がフォトニック結晶から構成されているため、どのような入射角の光に対しても高い反射率を有する反射層を提供することができる。
【００２７】
さらに、これら上述の発光素子において、前記凹凸部の底部を含む面と、前記凹凸部に対して反対側の前記半導体層の面との距離は、前記発光層から放出された光の前記半導体層での波長の数倍以内であることを特徴とする。この構成によれば、光が取り出される側の面の法線方向に対して大きな角度、例えば９０度に近い角度や、横方向に放射し、本来光が取り出される側の面に到達しない光も、凹凸部による角度変換作用を受けることになり、光取り出し効率をより高めることができる。
【００２８】
そして、これら上述の発光素子において、前記反射層は、ｐ型電極とされ、前記半導体層の面に形成され、反射率が８０％以上であって前記ｐ型電極と組となるｎ型電極をさらに備えることを特徴とする。この構成によれば、反射層のｐ型電極と組となるｎ型電極も反射率が８０％以上であるので、発光素子の平均反射率が向上され、光取り出し効率をより良くすることができる。
【００２９】
また、これら上述の発光素子において、前記ｎ型電極は、前記半導体層の面に形成された導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層の上に積層された銀、アルミニウム、銀を主成分とする銀合金又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金の金属層と、前記半導体層と前記導電性酸化物層との間に介在されメッシュ状又は島状に形成された白金層とから構成されることを特徴とする。この構成によれば、ｎ型電極が白金層と導電性酸化物層と金属層とから構成されているので、ｎ型電極が高い反射率を有しかつ半導体層とオーミックコンタクトするから、光取り出し効率をより良くすることができる。
【００３０】
さらに、上記発光素子において、前記ｎ型電極は、前記半導体層の面に形成された導電性酸化物層と、前記導電性酸化物層の上に積層されたＤＢＲと、前記ＤＢＲの上に積層された銀、アルミニウム、銀を主成分とする銀合金又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金の金属層と、前記半導体層と前記導電性酸化物層との間に介在されメッシュ状又は島状に形成された白金層とから構成されることを特徴とする。この構成によれば、ｎ型電極が白金層と導電性酸化物層とＤＢＲと金属層とから構成されているので、ｎ型電極がより高い反射率を有しかつ半導体層とオーミックコンタクトするから、光取り出し効率をさらにより良くすることができる。
【００３１】
そして、上記発光素子において、前記ＤＢＲは、メッシュ状又は島状に形成されていることを特徴とする。この構成によれば、ＤＢＲが上面視にてメッシュ状又は島状に形成されているので、ＤＢＲの導電性が低い場合でも導電性酸化物層と金属層との間における電気伝導を確保することができる。
【００３２】
また、これら上述の発光素子において、前記半導体層の光が取り出される側の面に形成され、前記半導体層で発光される光の波長を変換して放射する波長変換層をさらに備えることを特徴とする。この構成によれば、波長変換層をさらに備えるので、半導体層で発光される色の光だけでなく、他の色の光も放射することができる。特に、半導体層が青色の光を放出すると共に、波長変換層が青色の光を緑色及び赤色の光に変換することによって、白色の光を放射することができる。
【００３３】
本発明の他の一態様に係る発光素子の製造方法は、発光層を含む半導体層と、前記半導体層の光が取り出される側の面の全面あるいは一部に、前記発光層から放出された光の半導体層中での波長よりも大きなピッチで周期的に形成された凹凸からなる凹凸部と、前記光が取り出される側の面とは反対側の前記半導体層の面に形成され、反射率が９０％以上である反射層とを備える半導体素子の製造方法であって、前記半導体層の屈折率と実質的に同一の材料を蒸着することで前記凹凸部を形成することを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、高価なエッチング装置を用いることなく発光素子を製造することが可能となり、光取り出し効率の高い発光素子を低コストで製造することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、半導体層の光が取り出される側の面に凹凸部を形成し、かつ、光が取り出される側の面と反対側の半導体層の面に反射率が９０％以上の反射層を形成したため、効率よく光を取り出すことができる。そして、本発明による発光素子は、ＬＥＤのみならず、例えば、レーザダイオード、有機ＥＬ、無機ＥＬ等にも適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による発光素子の構造を示す断面図であり、図２は、その上面図である。図２において、図１の切断面は、参照符号Ｉ−Ｉで示されている。図１は、１チップ分の断面であり、１チップのサイズは、例えば、０．３〜１ｍｍ角である。図２は、図１の一部正面図を示している。
【００３７】
図１に示すように発光素子は、ＧａＮ系の材料から構成された半導体層１と、半導体層１の下面に形成された反射層２とを備えている。半導体層１は、反射層２の上面に形成されたｐ型半導体層１１と、ｐ型半導体層１１の上面に形成された発光層１２と、発光層１２の上面に形成されたｎ型半導体層１３とを備えている。
【００３８】
ｎ型半導体層１３の上面には、凸部１４１が一定の間隔Ａ（周期Ａ）で形成されている。間隔Ａは、発光層１２から放出される光の半導体層１内での波長より長い。具体的には、発光層１２から放出される光の波長をλ、半導体層１の屈折率をｎとすると、間隔Ａは、Ａ≧λ／ｎである。図１に示す例では、光が取り出される側の面は、ｎ型半導体層１３の上面である。なお、光取り出し効率を向上させる観点から、凸部１４１における凹凸の断面形状が略相似形であることが好ましい。
【００３９】
図２に示すように、凸部１４１は、上面視からの形状が円形である。すなわち、凸部１４１は、それぞれ、高さが同一、かつ、半径が同一の円筒形状を有している。
【００４０】
反射層２は、発光層１２で発光される光の波長に対して、９０％以上の反射率を有する金属等の部材から構成されている。なお、この種の発光素子は、当業者には公知のＭＯＣＶＤ法を用いて容易に製造することができる。
【００４１】
図３は、凹凸部１４の効果を示す図であり、図３（ａ）は、凹凸部１４が形成されていない発光素子を示し、図３（ｂ）は、凹凸部１４が形成された発光素子を示し、図３（ｃ）は、凹凸部１４の凸部１４１の間隔Ａを光の波長の１０倍以上に設定した場合を示している。図３（ａ）に示すように、半導体層１の上面（光が取り出される側の面）Ｓ１に凹凸部１４が形成されていない場合、すなわち、半導体層１の上面が平坦面である場合、発光層１２から放出された光のうち、脱出円錐外の方向に放出された光Ｌ１は、半導体層１の上面Ｓ１から取り出されず、正反射され、半導体層１の下面Ｓ２へと導かれ、下面Ｓ２において正反射されるというように、半導体層１内で正反射が繰り返され、永久に脱出円錐内に入ることはない。そのため、光取り出し効率が低くなる。
【００４２】
一方、図３（ｂ）に示すように、上面Ｓ１の表面に、発光層１２から放出される光の波長よりも大きな間隔Ａを有する凹凸部１４を形成すると、凹凸部１４から取り出されずに反射された光Ｌ１は、凹凸部１４によって、回折、散乱の影響を受け、上面Ｓ１に対して正反射以外の方向に反射されることになる（角度変換作用）。これにより、発光当初、脱出円錐外の方向に放出された光も、多重反射を繰り返すことにより、やがて脱出し、凹凸部１４から取り出される。
【００４３】
更に、図３（ｃ）に示すように、凹凸部１４の間隔Ａを発光層１２から放出される光の波長の１０倍以上にした場合、半導体層１を微視的にみると、脱出円錐外に放出された光Ｌ２は、点Ｐにおいて正反射されているが、半導体層１を巨視的にみると、光Ｌ２は、凹凸部１４が形成された上面Ｓ１に対して正反射とは大きく異なる方向に反射され、凹凸部１４による角度変換作用が大きくなることが分かる。
【００４４】
図４は、凹凸部１４と反射層２とを組み合わせたことによる効果を示すグラフである。図４に示すグラフにおいて、縦軸は、光取り出し効率を示し、横軸は、反射層の反射率を示している。また、白丸○がプロットされたグラフＣ１は、半導体層１の上面Ｓ１に凹凸部１４が形成された半導体層１と反射層２とを備える実施の形態１による発光素子を示し、黒四角◆がプロットされたグラフＣ２は、上面Ｓ１に凹凸部１４が形成されていない平面状の半導体層と反射層とを備える発光素子を示している。また、このグラフにおいて、凹凸部１４の間隔Ａが３５０ｎｍ、凸部１４１の直径が２４５ｎｍ、凸部１４１の高さが１００ｎｍの発光素子が用いられている。
【００４５】
グラフＣ１に示すように、実施の形態１による発光素子では、反射層２の反射率が０〜８５％までは、光取り出し効率が緩やかに増大しているが、反射層２の反射率が８５％以上になると、光取り出し効率が急激に増大していることが分かる。特に、反射層２の反射率が９０％以上の領域では、反射層２の反射率が５％増大すると、光取り出し効率が約２０％も上昇していることが分かる。以上のことから、反射層２の反射率は、８５％以上が好ましく、より好ましくは９０％〜１００％、更に好ましくは９５％〜１００％であることが分かる。
【００４６】
一方、グラフＣ２に示すように、凹凸部１４を備えていない発光素子では、反射層２の反射率が増大するにつれて、光取り出し効率は、線形に増大しているものの、その増大率は、グラフＣ１の反射率が０〜８５％の領域の増大率よりも著しく低く、また、反射層２の反射率が１００％となっても、光取り出し効率は、１０％に満たない。そのため、反射層２を設けても、凹凸部１４を設けていなければ、光取り出し効率は、ほとんど向上されないことが分かる。従って、実施の形態１による発光素子では、凹凸部１４と反射層２とを組み合わせることによる相乗効果により、光取り出し効率を大幅に向上させることができる。
【００４７】
以上、説明したように、実施の形態１による発光素子によれば、上記実験事実によって半導体層１の上面Ｓ１に凹凸部１４を形成すると共に、下面Ｓ２に反射率が９０％以上の反射層２を形成したため、光取り出し効率を向上させることができる。
【００４８】
なお、上述の実施の形態１では、半導体層１は、反射層２の上面に形成されたｐ型半導体層１１と、ｐ型半導体層１１の上面に形成された発光層１２と、発光層１２の上面に形成されたｎ型半導体層１３とを備え、ｎ型半導体層１３の上面に凸部１４１が一定の間隔Ａで形成されたが、半導体層１は、反射層２の上面に形成されたｎ型半導体層１３と、このｎ型半導体層１３の上面に形成された発光層１２と、この発光層１２の上面に形成されたｐ型半導体層１１とを備え、ｐ型半導体層１１の上面に凸部１４１が一定の間隔で形成されてもよい。ｎ型半導体層１３とｐ型半導体層１１とは、以下の実施の形態においても同様に、積層位置を相互に交換可能である。
【００４９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２による発光素子について説明する。実施の形態２による発光素子は、実施の形態１による発光素子に対して凹凸部１４の構造が異なることを特徴としている。
【００５０】
図５は、実施の形態２による発光素子の凹凸部１４を斜め上方視から拡大して示した図である。なお、実施の形態２による発光素子は、実施の形態１による発光素子に対し、凹凸部１４以外の構造は、同一であるため、その説明を省略する。
【００５１】
図５に示すように、凸部１４１は、六角錐の形状を有している。また、凸部１４１は、間隔Ａが、発光層１２から放出される光の波長の半導体層１内での波長の数倍（例えば２倍、５倍、１０倍等）を中心として、前記波長を下回らない所定範囲内でランダムにバラツキを持たせて配列されている。例えば、半導体層１がＧａＮ系の材料から構成される場合、屈折率は、約２．５であるため、発光層１２から波長が４６０ｎｍの光が放出されるとすると、放出された光の半導体層１内における波長は、１８４（＝４６０／２．５）ｎｍとなる。従って、数百（例えば５００）ｎｍを中心として、１８４ｎｍを下回らない範囲内においてランダムに一定のバラツキを持たせた間隔Ａで凸部１４１が配列されると、凹凸部１４から取り出されなかった光は、正反射以外の角度で、しかも一定のバラツキを持った角度で反射されるため、多重反射後に脱出して凹凸部１４から取り出される確率をより高くすることができる。
【００５２】
なお、間隔Ａがランダムとなるような凸部１４１は、ＫＯＨ溶液（水酸化カリウム溶液）を用いて、光照射しつつエッチングする光アシストエッチングにより、マスクレスで簡易、かつ、低コストで製造可能となる。なお、凸部１４１の形状としては、製造の容易化の観点から六角錐が採用されたが、これに限定されず、半導体層１として採用された材料の特性に応じて、製造容易な形状、例えば四角錐、三角錐、円錐等が採用されてもよい。
【００５３】
以上説明したように、実施の形態２による発光素子によれば、間隔Ａがランダムとなるように、半導体層１の上面Ｓ１に凸部１４１が形成されたため、凹凸部１４から取り出されなかった光が、種々の角度で反射されるため、光取り出し効率をより高めることができる。
【００５４】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３による発光素子について説明する。図６は、実施の形態３による発光素子の構造を示す断面図である。図６に示すように、実施の形態３による発光素子は、半導体層１の上面Ｓ１の形状を、レンズ作用を有する形状にしたことを特徴とする。レンズ作用とは、凸レンズまたは凹レンズのように集光または発散する作用である。なお、実施の形態３において、実施の形態１、２と同一のものは同一の符号を付し、その説明を省略する。より具体的には、図６に示す例では、凹凸部１４ａを構成する各凸部１４１ａの形状が凸レンズ状にされていることを特徴としている。また、凸部１４１ａの間隔Ａは、実施の形態１と同様、発光層１２から放出される光の波長をλ、半導体層１の屈折率をｎとすると、Ａ≧λ／ｎである。
【００５５】
このように、凸部１４１ａの形状を凸レンズ状にすることによって、凹凸部１４ａから取り出される光の配光を制御することが可能となり、照明器具の発光素子として好適な発光素子の提供が可能となる。なお、凸部１４１ａの形状は、凸レンズ状に限定されず、凹凸部１４ａから取り出される光の配光をどのように制御したいかに応じて適宜に変更される。
【００５６】
例えば、凸部１４１ａの形状は、図６に示す凸レンズ状に代えて、図７に示すようにフレネルレンズ形状にされてもよい。図７は、凸部１４１ａをフレネルレンズ形状にした場合の凸部１４１ａの上面図を示している。図８は、図７に示す凸部１４１ａを参照符号ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩで示す線で切断した場合における発光素子の断面図を示している。
【００５７】
ここで、図８で示すフレネルレンズを構成する小レンズ部１４２ａは、図９（ａ）に示すように半径の異なる複数の微細な円筒状の凸部１４３ａからなるサブ波長回折格子によって構成されてもよい。図９（ａ）は、サブ波長回折格子の詳細な構造を示す図であり、図９（ｂ）は、（ａ）の上面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の領域Ｄ１の拡大図である。
【００５８】
図９（ｂ）に示すように、凸部１４３ａの半径は、小レンズ部１４２ａ表面の水平面に対する傾きに応じて変更されている。より具体的には、小レンズ部１４２ａ表面の傾きが緩やかにつれて半径が大きくなるように凸部１４３ａの半径が定められている。凸部１４３ａの半径は、発光層１２から放出される光の半導体層１内での波長よりも小さい。このように、図８に示すフレネルレンズを図９（ａ）〜（ｃ）に示すサブ波長回折格子により構成しても、フレネルレンズと同一の作用を奏することができる。
【００５９】
また、図７に示す凸部１４１ａは、図１０に示すようにゾーンプレートによって構成されてもよい。なお、実施の形態３に示す凹凸部１４ａは、公知のサーマルリフロー法やナノプリント法を用いることによって容易に実現することができる。
【００６０】
以上説明したように、実施の形態３による発光素子によれば、凸部１４１ａがレンズ作用を有する形状とされたため、照明機器に好適な発光素子が提供可能となる。また、凸部１４１ａがフレネルレンズ形状、サブ波長回折格子形状、ゾーンプレート形状とされることによって、凸部１４１ａの厚さが厚くなることなく、凸部１４１ａを透過する光の焦点距離が制御可能となる。
【００６１】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４による発光素子について説明する。実施の形態４による発光素子は、実施の形態１〜３の発光素子の反射層２を構成する部材として銀を主成分とする合金（銀合金）を採用したことを特徴とする。特に、実施の形態４では、反射層２として、ＡｇＰｄＣｕ系銀合金を採用している。反射率を高めるという観点から反射層２としてＡｇを採用することが好ましい。しかしながら、Ａｇは、ＧａＮとの電気伝導性が良くなく、酸化もされやすいため、ＧａＮとの電気伝導性が良く酸化もされにくい銀合金を採用することがより好ましい。
【００６２】
以上説明したように、実施の形態４による発光素子によれば、反射層２として銀合金を採用したため、反射層２が高反射率を有し、かつＧａＮとの電気伝導性も良好となり、光取り出し効率の高い発光素子が提供可能となる。
【００６３】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５による発光素子について説明する。図１１は、実施の形態５による発光素子の構造を示す断面図である。図１１に示すように、実施の形態５による発光素子は、実施の形態１〜４の発光素子の反射層２として、白金層２１と、導電性酸化物層２２と、金属層２３とから構成される反射層２ａを採用したことを特徴としている。
【００６４】
図１１に示すように発光素子は、ＧａＮ系の材料から構成された半導体層１と、半導体層１の面上に形成された反射層２ａとを備えている。
【００６５】
半導体層１は、反射層２ａの面上に形成されたｐ型半導体層１１と、ｐ型半導体層１１の面上に形成された発光層１２と、発光層１２の面上に形成されたｎ型半導体層１３とを備えている。ｎ型半導体層１３の面上には、凸部または凹部１４１が一定の間隔Ａ（周期Ａ）で形成されている。間隔Ａは、発光層１２から放出される光の半導体層１内での波長より長い。具体的には、発光層１２から放出される光の波長をλ、半導体層１の屈折率をｎとすると、間隔Ａは、Ａ≧λ／ｎである。図１１に示す例では、光が取り出される側の面は、ｎ型半導体層１３の上面である。
【００６６】
反射層２ａは、発光層１２で発光される光の波長に対して、９０％以上の反射率を有する層であり、本実施の形態では、白金層２１と、導電性酸化物層２２と、金属層２３とを備えている。
【００６７】
白金層２１は、上面視にてメッシュ状あるいは島状に形成された白金（Ｐｔ）から成る層であり、半導体層１におけるｐ型半導体層１１の面上に形成される。島の形状は、例えば、上面視にて、例えば、楕円形（円形を含む。）および四角形や六角形等の多角形等である。白金層２１は、ｐ型半導体層１１と導電性酸化物層２２との電気的な接続を確保するために形成される。
【００６８】
導電性酸化物層２２は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＺｎＯ等の導電性を有し、発光層１２で発光する光の波長に対して透明な金属酸化物から成る層である。導電性酸化物層２２は、白金層２１がメッシュ状あるいは島状であるため、その一部が半導体層１のｐ型半導体層１１に接触するように、白金層２１の面上に形成される。言い換えれば、半導体層１のｐ型半導体層１１と導電性酸化物層２２との間にメッシュ状又は島状の白金層２１が介在するように、導電性酸化物層２２が半導体層１におけるｐ型半導体層１１の面上に形成される。導電性酸化物層２２が半導体層１のｐ型半導体層１１と金属層２３との間に介在することによって、コンタクト抵抗が低下し、導電性、即ちキャリア注入効率が向上する。
【００６９】
金属層２３は、例えば、銀（Ａｇ）、銀を主成分とする銀合金、アルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウムを主成分とする合金（アルミニウム合金）等の金属（合金を含む）から成る層である。金属層２３での高い反射率を維持するために、導電性酸化物層２２の半導体層１に接触する面積（開口率）は、８０％以上が好ましい。
【００７０】
このような反射層２ａは、一実施例では、例えば、白金層２１が１．５ｎｍ以下とされ、導電性酸化物層２２が５ｎｍ以下のＩＴＯとされ、金属層２３が３００ｎｍの銀とされる。そして、図示しないが電極パッドとするために、銀の金属層２３の下面に、下地層としての厚み３０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）層と、厚み１０００ｎｍの金（Ａｕ）層とが形成される。
【００７１】
以上説明したように、このような構成の発光素子によれば、白金層２１と導電性酸化物層２２と金属層２３とから成る反射層２ａを採用したため、金属層２３が高反射率を有し、かつｐ型半導体層１１とオーミックコンタクトし、光取り出し効率の高い発光素子が提供可能となる。例えば、上記一実施例では、反射層２ａが約９１．５％の反射率を示し、ｎ型半導体層１３の上面に形成された凹凸部１４との相乗効果によって、約６０％以上の光取り出し効率が期待できる。
【００７２】
なお、上述の実施形態において、より良好なオーミックコンタクトとするために、ｐ型半導体層１１に例えばマグネシウム（Ｍｇ）等のｐ型ドーパントが添加されてもよい。
【００７３】
（実施の形態６）
次に、実施の形態６による発光素子について説明する。図１２は、実施の形態６による発光素子の構造を示す断面図である。図１２に示すように実施の形態６による発光素子は、実施の形態１〜４の発光素子の反射層２として、ＤＢＲ（distributed bragg reflector）から構成される反射層２ｂを採用したことを特徴としている。なお、実施の形態６において、実施の形態１〜４と同一のものは同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態では、ＤＢＲは、発光層１２から放出される光の半導体層１内における波長の１／４波長の厚みを持つ互いに屈折率の異なる層を複数層積み重ねて構成される反射鏡である。ＤＢＲでは、光の干渉効果によるブラッグ反射によって各層での反射波が強め合うことで、高い反射率が得られる。本実施の形態では、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの１ペア層が５０ペア分積層されたＤＢＲを採用している。これにより、反射層２は、９９％以上の反射率を実現することができる。このようなＤＢＲは、例えば、電子ビーム（ＥＢ）の蒸着により形成可能である。
【００７４】
ＤＢＲは、ほぼ１００％の反射率を実現することが可能であるが、公知のＤＢＲでは図１２に示すＡＢ面の法線方向に入射する光、つまり、入射角０度で入射する光に対して、反射率が１００％となるように設計される。これは、ＤＢＲを構成する各層の層厚ｄ１が、入射する光の波長の１／４に設定されているからである。
【００７５】
しかしながら、図１３（ａ）に示すように発光層１２から放出される光の配光分布は、入射角が０度から９０度に近づくにつれて、光束が増大する。また、図１３（ｂ）に示すように凹凸部１４の形状に応じて、入射角と凹凸部１４からの透過率との関係も異なる。
【００７６】
図１３（ａ）は、発光層１２から放出される光の配光分布を示したグラフであり、縦軸は、光束（ｌｍ）の相対強度を示し、横軸は、角度（ｄｅｇ）を示している。なお、角度は、発光層１２からの光の法線方向に対する角度を示している。図１３（ａ）に示すように、発光層１２から放出される光束は、角度が大きくなるにつれて増大していることが分かる。
【００７７】
図１３（ｂ）は、凹凸部１４の形状による透過特性を示したグラフであり、縦軸は、凹凸部１４からの透過率（光取り出し効率）を示し、横軸は、上面Ｓ１への入射角を示している。また、図１３（ｂ）において、グラフＣ３１は、凹凸部１４の断面形状を平面状にした場合を示し、グラフＣ３２は、凹凸部１４の断面形状を三角波状にした場合を示し、グラフＣ３３は、凹凸部１４の断面形状を正弦波状にした場合を示し、グラフＣ３４は、凹凸部１４の断面形状を方形波状にした場合を示し、グラフＣ３５は、凹凸部１４の形状を円状にした場合を示し、そして、グラフＣ３６は、凹凸部１４の断面形状をすり鉢状にした場合を示している。
【００７８】
図１３（ｂ）に示すように、凹凸部１４の形状に応じて、光の透過特性が大きく異なることが分かる。ここで、一回の透過での光取り出し効率は、一般に、下式によって表される。
【００７９】
光取り出し効率η＝∫（透過率（θ）×配光分布（θ））ｄθ
そのため、凹凸部１４から実際に外部に取り出される光量は、図１３（ａ）に示すグラフと図１３（ｂ）に示すグラフＣ３１〜Ｃ３６のいずれか１つのグラフとが重なった領域となる。
【００８０】
例えば、図１３（ｂ）の方形波を示すグラフＣ３４においては、光束強度が大きい範囲で透過率が低い角度である３０度から９０度の範囲内の中間の６０度の角度に対して、ＤＢＲの反射率が９９％以上になるようにＤＢＲが設計されればよい。これは、図１４に示すように、法線方向に対して角度（θ＝６０度）の直線上における各層の長さが、発光層１２から放出される光の半導体層１中での波長λ´の１／４となるように、ＤＢＲの層厚ｄ１が設定されることによって実現される。これにより、３０度から９０度までの透過率が増大し、光取り出し効率を増大させることが可能となる。
【００８１】
また、図１３（ｂ）の三角形波を示すグラフＣ３２においては、透過率の低い７０度あたりの光の反射率が９９％以上になるようにＤＢＲが設計されればよい。これは、図１４に示すように、法線方向に対する角度（θ＝７０度）の直線状における各層の長さが、発光層１２から放出される光の半導体層１中での波長λ´の１／４となるように、ＤＢＲの層厚ｄ１が設定されることによって実現される。なお、グラフＣ３２おいて、角度４０度付近の透過率も低いため、角度４０度付近の光の反射率が高くなるようにＤＢＲを設計することも考えられる。しかしながら、図１３（ａ）に示すように、角度４０度付近よりも角度７０度付近の方が光束の値が大きいため、光取り出し効率を高めるためには、角度７０度付近の反射率が高まるようにＤＢＲが設計されることが好ましい。
【００８２】
以上説明したように実施の形態６による発光素子によれば、反射層２ｂがＤＢＲによって構成されたため、反射層２ｂの反射率が高められ、光取り出し効率がより高められる。また、凹凸部１４の形状に応じて定まる透過特性において透過率が低い角度の光のＤＢＲでの反射率が高まるようにＤＢＲの層厚が設定されているため、一回で透過し得ない光の多重反射によるロスが低減され、光取り出し効率がより高められる。
【００８３】
（実施の形態７）
次に、実施の形態７による発光素子について説明する。図１５は、実施の形態７による発光素子の構造を示す断面図である。図１５に示すように、実施の形態７による発光素子は、実施の形態１〜４の発光素子の反射層２として、アルミニウム、銀又は銀合金からなる金属層２３と、この金属層２３の上に積層されたＤＢＲ２４とによって構成される反射層２ｃを採用したことを特徴としている。この反射層２ｃにおけるＤＢＲ２４の上に半導体層１が形成される。即ち、実施の形態７による発光素子は、実施の形態６による発光素子におけるＤＢＲの下面にさらに金属層が積層された構成である。なお、実施の形態７において、実施の形態１〜４と同一のものは、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８４】
図１６は、銀又は銀合金（銀／銀合金）とＤＢＲとの入射角と反射率との関係、及び、アルミニウム（Ａｌ）とＤＢＲとの入射角と反射率との関係を示す反射率特性のグラフである。図１６の縦軸は、反射率（％）を示し、横軸は入射角を示している。図１６（ａ）において、実線は、銀又は銀合金の反射率特性を示し、一点鎖線は、アルミニウムの反射率特性を示し、そして、二点鎖線は、ＤＢＲの反射率特性を示している。図１６（ａ）に示すように、銀又は銀合金の反射率及びアルミニウムの反射率は、入射角が０度から７５度あたりまでは、ＤＢＲより低いが、７５度を超えたあたりからＤＢＲより高くなる。なお、銀又は銀合金の反射率の方がアルミニウムの反射率よりも高い。
【００８５】
従って、図１５のように反射層２ｃが構成されれば、反射層２ｃは、図１６（ｂ）に示すようなＤＢＲの反射率特性と銀又は銀合金の反射率特性とが合成された反射率特性を有することになる。あるいは、図１６（ｂ）に示すようなＤＢＲの反射率特性とアルミニウムの反射率特性とが合成された反射率特性を有することになる。
【００８６】
その結果、全入射角に対して高い反射率を有する反射層２ｃを構成することが可能となる。なお、一般にＤＢＲは、複数のペア層から構成されるが、特別な場合として、この高反射の金属層とＤＢＲとを積層した反射層２ｃの場合では、ＤＢＲの層数は、１層でもよい。
【００８７】
このような反射層２ｃにおける反射率の角度依存性についてシミュレーションを行った。図１７は、シミュレーションに用いられた反射層２ｃの構造を示す図である。図１８は、反射層２ｃにおける反射率の角度依存性を示すシミュレーション結果である。図１８の縦軸は、強度反射率を示し、横軸は、ＧａＮからＤＢＲへの入射角度を示す。Ｃ４１は、ＤＢＲ２４と銀の金属層２３からなる反射層２ｃの場合における反射率を示し、Ｃ４２は、ＤＢＲからなる反射層２ｂの場合における反射率を示す。
【００８８】
図１７に示すように、シミュレーションに用いられた反射層２ｃは、ｐ型半導体層１１としてのＧａＮ層上にＤＢＲ２４が積層され、ＤＢＲ２４上に厚み３００ｎｍの銀から成る金属層２３が積層される。ＤＢＲ２４は、ＴｉＯ２とＭｇＦ２とのペア層が１５層積層され、さらに、ＴｉＯ２が積層されている。波長λ（＝４６０ｎｍ）の１／４ｎとすべく、ＴｉＯ２は、その屈折率が２．２４であり、その膜厚が５１．３４ｎｍとされ、ＭｇＦ２は、その屈折率が１．３８であり、その膜厚が８３．３３ｎｍとされている。銀の複素屈折率は、０．０５５−３．３２ｉ（ｉは、虚数単位）である。
【００８９】
図１８から分かるように、反射層２がＤＢＲから成る反射層２ｂである場合では、入射角が約１７度から約５０度までの範囲及び約６０度から約９０度までの範囲において、反射率の低下が見られる。一方、反射層２がＤＢＲと銀の金属層から成る反射層２ｃである場合では、入射角が０度から９０度の全範囲にわたってほとんど反射率の低下が見られず、約９５％以上の反射率が保たれている。
【００９０】
以上説明したように実施の形態７による発光素子によれば、反射層２ｃがＤＢＲ２４と金属層２３とによって構成されたため、各層が補い合って０度から９０度までの広い範囲の入射角にわたって反射層２ｃの反射率が高められ、光取り出し効率がより高められる。
【００９１】
（実施の形態８）
次に、実施の形態８による発光素子について説明する。図１９は、実施の形態８による発光素子の構造を示す断面図である。図１９に示すように、実施の形態８による発光素子は、実施の形態１〜４の発光素子の反射層２として、白金層２１と、導電性酸化物層２２と、金属層２３と、ＤＢＲ２４とから構成される反射層２ｄを採用したことを特徴としている。この反射層２ｄの白金層２１の上に半導体層１が形成される。なお、実施の形態８において、実施の形態１〜４と同一のものは、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９２】
反射層２ｄは、発光層１２で発光される光の波長に対して、９０％以上の反射率を有する層であり、本実施の形態では、白金層２１と、導電性酸化物層２２と、金属層２３と、ＤＢＲ２４とを備えている。白金層２１及び導電性酸化物層２２は、実施の形態５による発光素子の白金層２１および導電性酸化物層２２と同一であり、その説明を省略する。
【００９３】
ＤＢＲ２４は、実施の形態７による発光素子のＤＢＲ２４と同様であり、本実施の形態８では、上面視にてメッシュ状あるいは島状に形成され、導電性酸化物層２２の下面に形成される。島の形状は、例えば、上面視にて、例えば、楕円形（円形を含む。）および四角形や六角形等の多角形等である。このようにＤＢＲ２４がメッシュ状又は島状に形成されているので、ＤＢＲ２４の導電率が低い場合でも導電性酸化物層２２と金属層２３との間における電気伝導を確保することができる。なお、導電性酸化物層２２と金属層２３との間における電気伝導を確保する上で充分な導電率をＤＢＲ２４が有している場合には、ＤＢＲ２４は、導電性酸化物層２２と金属層２３との界面全面に形成されてもよい。
【００９４】
金属層２３は、実施の形態７による発光素子の金属層２３と同様であり、本実施の形態８では、ＤＢＲ２４がメッシュ状あるいは島状であるため、その一部が導電性酸化物層２２に接触するように、ＤＢＲ２４の下面に形成される。言い換えれば、導電性酸化物層２２と金属層２３との間にメッシュ状又は島状のＤＢＲ２４が介在するように、金属層２３が導電性酸化物層２２の下面に形成される。
【００９５】
このような反射層２ｄは、一実施例では、例えば、白金層２１が１．５ｎｍ以下とされ、導電性酸化物層２２が５ｎｍ以下のＩＴＯとされ、金属層２３が３００ｎｍの銀とされ、ＤＢＲ２４がＴｉＯ２とＭｇＦ２との組を１５組積層すると共に最後にＴｉＯ２を積層した反射鏡とされる。そして、図示しないが電極パッドとするために、銀の金属層２３の下面に、下地層としての厚み３０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）層と、厚み１０００ｎｍの金（Ａｕ）層とが形成される。
【００９６】
このような反射層２ｄにおける反射率の角度依存性についてシミュレーションを行った。図２０は、シミュレーションに用いられた反射層２ｄの構造を示す図である。図２１は、反射層２ｄにおける反射率の角度依存性を示すシミュレーション結果である。図２１の縦軸は、強度反射率を示し、横軸は、ＧａＮからＤＢＲへの入射角度を示す。Ｃ５１は、ＤＢＲ２４と銀の金属層２３からなる反射層２ｃの場合における反射率を示し、Ｃ５２及びＣ５３は、ＩＴＯの導電性酸化物層２２とＤＢＲ２４と銀の金属層２３とからなる反射層２ｄの場合における反射率を示す。Ｃ５２は、ＩＴＯの膜厚が５ｎｍである場合を示し、ＩＴＯの膜厚が５０ｎｍである場合を示す。
【００９７】
図２０に示すように、シミュレーションに用いられた反射層２ｄは、ｐ型半導体層１１としてのＧａＮ層上にＩＴＯの導電性酸化物層２２が形成され、導電性酸化物層２２上にＤＢＲ２４が形成され、ＤＢＲ２４上に厚み３００ｎｍの銀から成る金属層２３が形成される。ＩＴＯは、その膜厚が５ｎｍ及び５０ｎｍである各場合がシミュレートとされ、その複素屈折率は、２．３−０．００８ｉである。ＤＢＲ２４は、ＴｉＯ２とＭｇＦ２とのペア層が１５層積層され、さらに、ＴｉＯ２が積層されている。波長λ（＝４６０ｎｍ）の１／４ｎとすべく、ＴｉＯ２は、その屈折率が２．２４であり、その膜厚が５１．３４ｎｍとされている。すなわち、図２０に示す反射層２ｄは、図１７に示す反射層２ｃに対しＩＴＯがＧａＮとＤＢＲとの間に介在する構成である。
【００９８】
図２１から分かるように、反射層２がＩＴＯを含む反射層２ｄである場合では、ＩＴＯが光を若干吸収するため、反射層２がＩＴＯを含まない反射層２ｃである場合に較べて、反射率が多少低下するが、入射角が０度から９０度の全範囲にわたって良好な反射率が保たれている。ＩＴＯの膜厚が薄いほど全体的に反射率がより良好である。特に、ＩＴＯの膜厚が５ｎｍである場合では、入射角が０度から９０度の全範囲にわたってほぼ９０％以上の反射率が保たれている。また、ＩＴＯの膜厚が５０ｎｍである場合でも、入射角が０度から約７０度の範囲にわたってほぼ９０％以上の反射率が保たれている。
【００９９】
以上説明したように、このような構成の発光素子によれば、白金層２１と導電性酸化物層２２と金属層２３とＤＢＲ２４から成る反射層２ｄを採用したため、０度から９０度までの広い範囲の入射角にわたって反射層２ｄの反射率が高められ、かつ、反射層２ｄがｐ型半導体層１１とオーミックコンタクトし、光取り出し効率のより高い発光素子が提供可能となる。
【０１００】
なお、上述の実施形態において、ＤＢＲ２４は、ＤＢＲを構成する各ペア層の膜厚や屈折率が徐々に変化するチャープＤＢＲでもよい。チャープＤＢＲ構造にすることによって、ＤＢＲにおけるＤＢＲ構造に入射する光の特定の波長帯や角度帯で発生する局所的な反射率の低下である反射率のリップルが減少し、全体の反射率が向上する。チャープＤＢＲとすることによって反射率の波長依存性が低減される。反射層２ｄの場合、ＤＢＲの層数は、１層でもよい。
【０１０１】
（実施の形態９）
次に、実施の形態９による発光素子について説明する。図２２は、実施の形態９による発光素子の構造を示す断面図である。実施の形態９による発光素子は、反射層２ｅとして、フォトニック結晶を採用したことを特徴としている。フォトニック結晶は、あらゆる入射角度に対してもほぼ１００％の反射率を実現することができる。なお、実施の形態９において、実施の形態１〜４と同一のものは、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０２】
図２３は、フォトニック結晶としてインバースオパール構造のフォトニック結晶を採用した場合における反射層２ｅの拡大図を示している。図２３に示すように３次元のフォトニック結晶は、球形からなる複数の泡状に配列された空洞を含むことを特徴としている。この空洞のピッチは、発光層１２から放出される光の半導体層１内における波長の約１／２の長さを有している。より具体的には、半導体層１としてＧａＮを採用し、発光層１２から４６０ｎｍの光が放出されるとすると、ＧａＮの屈折率は約２．５であるため、空洞のピッチは、（４６０／２．５）×（１／２）＝約１００ｎｍにすることが好ましい。
【０１０３】
このインバースオパール構造を有するフォトニック結晶は、公知のインバースオパール法によって容易に作成され得る。このインバースオパール法では、まず、空洞に相当する微粒子が積層される。次に、積層された微粒子が有機溶剤に浸漬される。そして、この有機溶剤が焼き固められ、有機溶剤を炭化させた後に、微粒子が溶かされる。これによって、インバースオパール構造が形成される。なお、カーボンは、導電性を有するため、別途電極を形成しなくとも、フォトニック結晶をそのまま電極として用いることが可能である。
【０１０４】
また、実施の形態９では、反射層２ｅに採用するフォトニック結晶として、ポーラスＳｉフォトニック結晶（２次元のフォトニック結晶）が採用されてもよい。図２４は、ポーラスＳｉフォトニック結晶の断面図を示している。図２４に示すように、２次元のフォトニック結晶は、パイプ状の空洞がマトリックス状に配列された構造を有している。なお、半導体層１は、このパイプ上の空洞の長手方向と直交する方向が半導体層１の上面Ｓ１と平行になるように、ポーラスＳｉフォトニック結晶上に積層される。
【０１０５】
なお、ポーラスＳｉフォトニック結晶とＧａＮとを貼り付けることによって、発光素子が製造されてもよいが、ポーラスＳｉフォトニック結晶を成長基板としてＧａＮを成長させることによって、発光素子を製造してもよい。このようにすることで、ポーラスＳｉフォトニック結晶とＧａＮとの貼り付け工程が省略され、かつ、ＧａＮの品質が向上可能となり、発光素子内部の量子効率が向上される。
【０１０６】
ポーラスＳｉフォトニック結晶は、空洞の長手方向、すなわち、法線方向に対してはフォトニックバンドが存在しないため、反射率は、多少弱まるが、法線方向に対して斜めの方向には、フォトニックバンドを持つため、この方向の光に対しては、高い反射率が実現される。なお、ポーラスＳｉフォトニック結晶は、導電性を有するため、そのまま、電極として用いることが可能である。
【０１０７】
更に、実施の形態９では、反射層２ｅに採用するフォトニック結晶として、斜め回転蒸着法（ＧＬＡＤ）によって作成されたフォトニック結晶が採用されてもよい。図２５は、斜め回転蒸着法によって作成されたフォトニック結晶の拡大図を示している。斜め回転蒸着法は、傾斜した成長基板を所定周期で回転させ、フォトニック結晶を成長基板上にスパイラル状に成長させる手法である。
【０１０８】
以上説明したように、実施の形態９による発光素子によれば、フォトニック結晶からなる反射層２ｅが採用されたため、どのような入射角度に対しても高い反射率を有する反射層２ｅを実現することが可能となり、光取り出し効率を高めることが可能となる。
【０１０９】
（実施の形態１０）
次に、実施の形態１０による発光素子について説明する。図２６は、実施の形態１０による発光素子の構造を示す断面図である。実施の形態１０による発光素子は、実施の形態１〜９による発光素子に対して、半導体層１の厚さ、すなわち、半導体層１の凹凸部１４の底部を含む面Ｓ１と下面Ｓ２との距離ｄ２を、発光層１２から放出される光の半導体層１内での波長の数倍以内であることを特徴とする。なお、実施の形態１０において、実施の形態１〜９と同一のものは、同一の符号を付し、その説明を省略する。図２７は、発光層１２から放出される光の発光分布を立体的に示した図である。図２７に示すように、発光層１２から放出される光は、図中黒く示すように法線方向の成分が最も多い。しかしながら、法線方向の光は、凸部１４１の上面が法線方向と直交しているため、凹凸部１４による角度変換作用を受けることができない虞がある。
【０１１０】
そこで、距離ｄ２を発光層１２から放出された光の波長の数倍、好ましくは、１〜５倍、さらに好ましくは、同じにすることで、法線方向の光も、凹凸部１４による角度変換作用を受け、光取り出し効率をより高めることができる。具体的には、距離ｄ２は、発光層１２からの光の波長を４６０ｎｍ、半導体層１の屈折率を２．５とすると、１８０ｎｍ〜１０００ｎｍにすることが好ましい。
【０１１１】
以上説明したように、実施の形態１０による発光素子によれば、距離ｄ２が波長の数倍或いはほぼ同一とされたため、光取り出し効率をより高めることが可能となる。
【０１１２】
（実施の形態１１）
次に、実施の形態１１による発光素子について説明する。図２８は、実施の形態１１による発光素子の構造を示す断面図である。図２８（ａ）は、発光素子が縦型である場合を示し、図２８（ｂ）は、発光素子がフリップチップ型である場合を示す。実施の形態１１による発光素子は、実施の形態１〜１０による発光素子に対して、半導体層１の発光層１２へ電力を供給するｐ型及びｎ型電極を設け、さらに、ｎ型電極も高反射率の電極を採用したことを特徴としている。なお、実施の形態１１において、実施の形態１〜１０と同一のものは、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１３】
半導体層１の発光層１２へ電力を供給する場合、一組のｐ型及びｎ型電極が発光層１２を挟んで互いに対向するように配設される縦型と、一組のｐ型及びｎ型電極が発光層１２に対して同一側に配設されるフリップチップ型（以下、「ＦＣ型」と略記する。）とがある。
【０１１４】
この縦型の発光素子は、例えば、図２８（ａ）に示すように、実施の形態１〜１０による発光素子における反射層２（２ａ〜２ｅ）がｐ型電極とされており、半導体層１におけるｎ型半導体層１３の上面にｎ型電極５が形成され、ｐ型電極の反射層２（２ａ〜２ｅ）とｎ型電極５とが発光層１２を挟んで互いに対向するように配設されている。そして、この縦型の発光素子には、ｐ型電極の反射層２（２ａ〜２ｅ）に正側電圧（＋側電圧）を印加するための配線金属層３が反射層２（２ａ〜２ｅ）の下面に形成され、これら半導体層１、反射層２（２ａ〜２ｅ）及び配線金属層３を支持する支持層４が配線金属層３の下面に配設されている。
【０１１５】
また、ＦＣ型の発光素子は、例えば、図２８（ｂ）に示すように、実施の形態１〜１０による発光素子における反射層２（２ａ〜２ｅ）がｐ型電極とされており、発光層１２に対して反射層２（２ａ〜２ｅ）が形成されている側で半導体層１におけるｎ型半導体層１３が外部に臨むように発光層１２、ｐ型半導体層１１及び反射層２（２ａ〜２ｅ）が取り除かれることによって、露出面が形成され（あるいは、このような露出面が形成されるように、ｎ型半導体層１３、発光層１２及びｐ型半導体層１１が形成され、このｐ型半導体層１１の下面に反射層２（２ａ〜２ｅ）が形成され）、この露出面にｎ型電極５が形成され、ｐ型及びｎ型電極が発光層１２に対して同一側に配設されている。そして、このＦＣ型の発光素子には、ｐ型電極の反射層２（２ａ〜２ｅ）に正側電圧（＋側電圧）を印加するための配線金属層３１が反射層２（２ａ〜２ｅ）の下面に形成される共に、ｎ型電極５に負側電圧（−側電圧）を印加するための配線金属層３２がｎ型電極５の下面に形成され、これら半導体層１、反射層２（２ａ〜２ｅ）及び配線金属層３１、３２を支持する支持層４が配線金属層３１、３２の下面に配設されている。
【０１１６】
図２９は、ｎ型電極５の構造を示す断面図である。このような縦型又はＦＣ型の発光素子に用いられるｎ型電極５には、例えば、図２９（ａ）に示すように、白金層５１と、導電性酸化物層５２と、金属層５３とから構成され、８０％以上の反射率を有するｎ型電極５ａが採用される。
【０１１７】
白金層５１は、上面視にてメッシュ状あるいは島状に形成された白金（Ｐｔ）から成る層であり、半導体層１におけるｎ型半導体層１３の面上に形成される。島の形状は、例えば、上面視にて、例えば、楕円形（円形を含む。）および四角形や六角形等の多角形等である。
【０１１８】
導電性酸化物層５２は、例えばＩＴＯやＺｎＯ等の導電性を有し、発光層１２で発光する光の波長に対して透明な金属酸化物から成る層である。導電性酸化物層５２は、白金層５１がメッシュ状あるいは島状であるため、その一部が半導体層１のｎ型半導体層１３に接触するように、白金層５１の面上に形成される。言い換えれば、半導体層１のｎ型半導体層１３と導電性酸化物層５２との間にメッシュ状又は島状の白金層５１が介在するように、導電性酸化物層５２が半導体層１のｎ型半導体層１３の面上に形成される。導電性酸化物層５２が半導体層１のｎ型半導体層１３と金属層５３との間に介在することによって、コンタクト抵抗が低下し、導電性、即ちキャリア注入効率が向上する。
【０１１９】
金属層５３は、例えば、銀、銀を主成分とする銀合金、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金等の金属（合金を含む）から成る層である。金属層５３での高い反射率を維持するために、導電性酸化物層２２の半導体層１に接触する面積（開口率）は、８０％以上が好ましい。
【０１２０】
このようなｎ型電極５ａは、一実施例では、例えば、白金層５１が１ｎｍ以下とされ、導電性酸化物層５２が５ｎｍ以下のＩＴＯとされ、金属層５３が３００ｎｍの銀とされる。そして、図示しないが電極パッドとするために、銀の金属層５３の面上に、下地層としての厚み３０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）層と、厚み１０００ｎｍの金（Ａｕ）層とが形成される。
【０１２１】
あるいは、このような縦型又はＦＣ型の発光素子に用いられるｎ型電極５には、例えば、図２９（ｂ）に示すように、図２９（ａ）に示すｎ型電極５ａにおける導電性酸化物層５２と金属層５３との間に、実施の形態６や実施の形態７におけるＤＢＲ２４と同様なＤＢＲ５４がさらに設けられたｎ型電極５ｂが採用されてもよい。また、このＤＢＲ５４は、実施の形態８におけるＤＢＲ２４のように、上面視にてメッシュ状あるいは島状に形成されてもよい。
【０１２２】
一般に、ｎ型電極は、比較的反射率の低い例えばニッケル（Ｎｉ）等の金属で形成され、光取り出し効率を向上させるために、反射率が考慮されていない事情にある。特に、ＦＣ型では、ｐ型電極が形成された領域に対応する発光層１２の領域のみで発光すると考えられるため、ｎ型電極の反射率は、光取り出しに効率の向上に寄与しないと考えられている事情にある。通常、ｎ型電極の面積は、素子面積全体の約１０％であるため、ｎ型電極の反射率が比較的低いと、例えば３０％程度であると、ｐ型電極の反射率を８５％以上に向上しても、発光素子の平均反射率は、８０％程度になってしまう。そのため、発光素子内を多重反射する光を取り出す上で、低反射率のｎ型電極は、光取り出し効率の向上を妨げることになる。
【０１２３】
このため、ｎ型電極が例えば図２９に示すｎ型電極５ａ、５ｂのような８０％以上の反射率を有する電極とされることによって、発光素子の平均反射率の向上が可能となる。
【０１２４】
以上説明したように、このような構成の発光素子によれば、白金層５１と導電性酸化物層５２と金属層５３とを備えるｎ型電極５ａ、５ｂを採用したため、金属層５３が高反射率を有し、かつｎ型半導体層１３とオーミックコンタクトし、光取り出し効率の高い発光素子が提供可能となる。そして、さらにＤＢＲ５４を備えるｎ型電極５ｂが採用される場合では、さらに、光取り出し効率の高い発光素子が提供可能となる。
【０１２５】
なお、上述のｎ型電極５ａ、５ｂの場合において、ｎ型半導体層１３とのコンタクト抵抗を下げるために、シリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、テルル（Ｔｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及び錫（Ｓｎ）のうちの１つ以上のｎ型ドーパント物質を含む銀合金又はアルミニウム合金が金属層５３に用いられてもよい。金属層５３として、例えば、日立金属社製  ＡＴＤシリーズの銀合金が挙げられる。
【０１２６】
次に、実施の形態１の凹凸部１４を半導体層１に蒸着する場合の発光素子の製造方法について説明する。図３０は、凹凸部１４を蒸着する場合の製造方法を示した図である。まず、半導体層１の上面にレジストＲ１を塗布する（図３０（ａ））。次に、塗布されたレジストＲ１に、露光及び現像、或いはナノプリント法を用いて、凹凸部１４に相当する形状を付与する（図３０（ｂ））。次に、形状が付与されたレジストＲ１に、半導体層１とほぼ同じ屈折率を有する材料を蒸着する（図３０（ｃ））。本実施形態では、半導体層１として用いられるＧａＮの屈折率とほぼ同じ屈折率を有するＴｉＯ２をレジストＲ１に蒸着する。次に、レジストをリフトオフする（図３０（ｄ））。これにより、半導体層１に凹凸部１４を蒸着させることが可能となる。
【０１２７】
凹凸部１４のような半導体面に形成される微細構造はドライエッチング等のエッチングによって形成してもよいが、エッチングを実現するための装置は、非常に高価である。そこで、図３０に示すように、半導体層１とほぼ同じ屈折率を有する部材を半導体層１に蒸着させて、凹凸部１４を形成することで、高価なエッチングの装置を使用する必要がなくなり、低コストで、凹凸部１４を形成することができる。
【０１２８】
（実施の形態１２）
次に、実施の形態１２による発光装置について説明する。図３１は、実施の形態１２による発光装置の構造を示す断面図である。実施の形態１２による発光装置は、実施の形態１〜１１による発光素子を用いた白色光を放射する装置である。
【０１２９】
実施の形態１２による発光装置は、図３１に示すように、円板状の基板６１上に実施の形態１１による発光素子が載置され、この発光素子の光取り出し面上にこの発光素子で発光される光の波長を変換して放射する波長変換層６２が形成され、これらが封止部材６３によって封止されて構成される。
【０１３０】
基板６１は、発光素子から放射された光が封止部材６３へ効率よく反射されるように、発光素子が載置される面が高反射率にされている。基板６１は、例えば、銀やアルミニウム等の高反射率な金属（合金を含む）で形成される。
【０１３１】
図３１に示す例では、この実施の形態１１による発光素子は、ＦＣ型である。その支持層４は、発光層１２で生成される熱を放射するヒートシンクと兼用されている。そして、配線金属層３１、３２には、金バンプが用いられている。この実施の形態１１による発光素子は、例えば、青色の波長４６０ｎｍに発光ピークを持つように構成されている。なお、この実施の形態１１による発光素子は、縦型でもよい。
【０１３２】
波長変換層６２は、本実施の形態の発光装置が白色光を放射するために、主に波長４６０ｎｍ付近の青色光を吸収して緑色光を蛍光で発光する緑色蛍光体と、主に波長４６０ｎｍ付近の青色光を吸収して赤色光を蛍光で発光する赤色蛍光体とが含有されている蛍光体分散ガラスで構成されている。緑色蛍光体として、例えば、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋や、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋等が用いられる。赤色蛍光体として、例えば、ＣａＳ：Ｅｕ２＋や、ＳｒＳ：Ｅｕ２＋等が用いられる。
【０１３３】
図３２は、実施の形態１２による発光装置における波長変換層の他の構成を示す断面図である。波長変換層６２は、図３２に示すように、主に波長４６０ｎｍ付近の青色光を吸収して赤色光を蛍光で発光する赤色蛍光体が含有されている赤色蛍光体分散ガラス層６２１と、青色光及び赤色光を透過すると共に緑色光を反射する波長選択フィルタ層６２２と、主に波長４６０ｎｍ付近の青色光を吸収して緑色光を蛍光で発光する緑色蛍光体が含有されている緑色蛍光体分散ガラス層６２３とを備え、これら赤色蛍光体分散ガラス層６２１、波長選択フィルタ層６２２及び緑色蛍光体分散ガラス層６２３が発光素子の光取り出し面から離れる方向に順次に積層された構造でもよい。即ち、赤色蛍光体分散ガラス層６２１が発光素子の光取り出し面上に形成され、赤色蛍光体分散ガラス層６２１の面上に波長選択フィルタ層６２２が形成され、波長選択フィルタ層６２２の面上に緑色蛍光体分散ガラス層６２３が形成される。波長選択フィルタ層６２２には、例えば、上述のような波長選択特性を備えるように構成されたＤＢＲが用いられる。通常、蛍光体は、所定の波長で吸収ピークを持つが、所定に波長範囲にわたって光を吸収し、蛍光発光する。このため、赤色蛍光体は、緑色蛍光体で発光された緑色光も赤色光に波長変換するため、図３１に示す発光装置から放射される緑色の発光強度が低下する場合がある。そのため、波長変換層６２が赤色蛍光体分散ガラス層６２１と緑色蛍光体分散ガラス層６２３との間に波長選択フィルタ層６２２を挟み込んだ図３２に示す構造とすることによって、緑色蛍光体分散ガラス層６２３で発光した緑色光は、波長選択フィルタ層６２２で反射され、図３１に示す発光装置から放射される緑色の発光強度の低下が抑制される。
【０１３４】
封止部材６３は、例えばガラスが用いられ、半球形状のドーム型に形成されている。一般に、例えばＬＥＤ等の発光装置では、フレネルロスを低減するために、空気よりも屈折率の高い樹脂によって発光素子の周囲が充填されて封止されるが、本実施の形態１２による発光装置では、上述したように、半導体層１の光取り出し面に凹凸部１４が形成され、フレネルロスが低減されている。このため、封止部材６３と実施の形態１１による発光素子との間は、必ずしも樹脂によって充填される必要がなく、空気でもよい。なお、この観点から波長変換層６２の表面は、凸部が所定の間隔で形成された凹凸構造を備えることが好ましい。このように発光素子の周囲に樹脂が充填されない場合では、例えば熱や光によるこの樹脂の劣化に起因する発光装置の寿命の低下が抑制される。
【０１３５】
このような構成の発光装置では、光取り出し効率の高い発光装置が提供可能となる。
【０１３６】
図３３は、角度平均反射率特性を示す図である。図３３の縦軸は、反射率を示し、横軸は、波長（ｎｍ）を示す。この場合における反射率は、０度から９０度までの各入射角に対する各反射率の平均値である角度平均反射率である。
【０１３７】
そして、このような構成の発光装置における一構成例として、例えば、ｐ型電極として機能する反射層２に図１９に示す構成の反射層２ｄが採用され、ｎ型電極５に図２９（ｂ）に示すｎ型電極５ｂが採用される場合では、図３３に示すように、平均反射率は、約３７０ｎｍ〜約７００ｎｍの広い波長範囲の全体にわたって高くなる。このため、実施の形態１１による発光素子が発光する青色光だけでなく、緑色蛍光体及び赤色蛍光体がそれぞれ発光する緑色光及び赤色光もｐ型電極の反射層２及びｎ型電極５でほとんど吸収されることなく反射される。したがって、実施の形態１２による発光装置では、約３７０ｎｍ〜約７００ｎｍの広い波長範囲にわたって光取り出し効率が向上される。なお、この約３７０ｎｍ〜約７００ｎｍの波長範囲の光は、可視光である。
【０１３８】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の実施の形態１による発光素子の構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態１による発光素子の上面図である。
【図３】凹凸部１４の効果を示す図である。（ａ）は、凹凸部１４が形成されていない発光素子を示し、（ｂ）は、凹凸部１４が形成された発光素子を示し、（ｃ）は、凹凸部１４の凸部１４１の間隔Ａを光の波長の１０倍以上に設定した場合を示す。
【図４】凹凸部１４と反射層２とを組み合わせたことによる効果を示すグラフである。
【図５】実施の形態２による発光素子の凹凸部１４を斜め上方視から拡大して示した図である。
【図６】実施の形態３による発光素子の構造を示す断面図である。
【図７】凸部１４１ａをフレネルレンズ形状にした場合の凸部１４１ａを示す上面図である。
【図８】図７に示す凸部１４１ａを参照符号ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩで示す線で切断した場合における発光素子の断面図である。
【図９】図８に示すフレネルレンズの小レンズ部１４２ａをサブ波長回折格子によって構成した場合の発光素子の構造を示す図である。（ａ）は、サブ波長回折格子の詳細な構造を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の上面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の領域Ｄ１の拡大図である。
【図１０】凸部１４１ａをゾーンプレートで構成した場合の断面図である。
【図１１】実施の形態５による発光素子の構造を示す断面図である。
【図１２】実施の形態６による発光素子の構造を示す断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、発光層１２から放出される光の配光分布を示したグラフであり、図１３（ｂ）は、凹凸部１４の形状による透過特性を示したグラフである。
【図１４】ＤＢＲの層厚を説明するための図である。
【図１５】実施の形態７による発光素子の構造を示す断面図である。
【図１６】図１６（ａ）は、銀又は銀合金とＤＢＲとの反射率特性、及び、アルミニウムとＤＢＲとの反射率特性を示すグラフであり、図１６（ｂ）は、図１５の発光素子の反射率特性を示すグラフである。
【図１７】シミュレーションに用いられた反射層２ｃの構造を示す図である。
【図１８】反射層２ｃにおける反射率の角度依存性を示すシミュレーション結果である。
【図１９】実施の形態８による発光素子の構造を示す断面図である。
【図２０】シミュレーションに用いられた反射層２ｄの構造を示す図である。
【図２１】反射層２ｄにおける反射率の角度依存性を示すシミュレーション結果である。
【図２２】実施の形態９による発光素子の構造を示す断面図である。
【図２３】フォトニック結晶としてインバースオパール構造のフォトニック結晶を採用した場合における反射層２ｅの拡大図である。
【図２４】ポーラスＳｉフォトニック結晶の断面図である。
【図２５】回転蒸着法によって作成されたフォトニック結晶の拡大図である。
【図２６】実施の形態１０による発光素子の構造を示す断面図である。
【図２７】発光層１２から放出される光の発光分布を立体的に示した図である。
【図２８】実施の形態１１による発光素子の構造を示す断面図である。
【図２９】ｎ型電極５の構造を示す断面図である。
【図３０】凹凸部１４を蒸着する場合の製造方法を示した図である。
【図３１】実施の形態１２による発光装置の構造を示す断面図である。
【図３２】実施の形態１２による発光装置における波長変換層の他の構成を示す断面図である。
【図３３】角度平均反射率特性を示す図である。
【図３４】従来の技術を示す図である。
【図３５】従来の技術を示す図である。
【図３６】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１  半導体層
２、２ａ〜２ｅ  反射層
５、５ａ、５ｂ  ｎ型電極
１１  ｐ型半導体層
１２  発光層
１３  ｎ型半導体層
１４、１４ａ  凹凸部
２１、５１  白金層
２２、５２  導電性酸化物層
２３、５３  金属層
６２  波長変換層
１４１、１４１ａ、１４３ａ  凸部
１４２ａ  小レンズ部
６２１  赤色蛍光体分散ガラス層
６２２  波長選択フィルタ層
６２３  緑色蛍光体分散ガラス層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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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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【図２１】
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【図２２】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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