(57)【要約】【課題】  光取り出し効率を飛躍的に向上させることが可能な発光素子及び照明装置を提供すること。【解決手段】  発光素子は、一主面に錐体状の窪み７が形成された透明な支持体１と、支持体１の一主面に対向する他主面に形成された発光層２ｂを含む半導体層２とを具備している。この構成により、半導体層２で発光した光のうち、支持体１への入射角が臨界角以下の入射角で半導体層２から支持体１に入り込んだ光は、支持体１に形成された錐体状の窪みによって光の伝播方向が横方向へ変化し、再度半導体層２に入り込むことなく支持体１の端面において多重反射を繰り返しながら外部へ放射される。その結果、半導体層２で吸収される光の量が大幅に低減され、光取り出し効率が飛躍的に向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面に錐体状の窪みが形成された透明な支持体と、前記支持体の前記一主面に対向する他主面に形成された発光層を含む半導体層とを具備していることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記窪みが四角錐状であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が積層された積層体を含むことを特徴とする請求項１または２記載の発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの発光素子と、前記発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体及び燐光体の少なくとも一方とを具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物ガリウム系化合物半導体を利用した発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、紫外光領域から青色光までの光を発光する発光素子として、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体や窒化物系半導体を用いた発光素子が注目されている。
【０００３】
このような窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子は、蛍光体と組み合わせることにより白色光を発光することが可能であり、また、省エネルギーかつ長寿命であることから、白熱電球や蛍光ランプの代替品として有望視されており、実用化が始まっている。しかしながら、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子の発光効率は、蛍光灯に比較すると低いため、更なる高効率化が求められており、そのための様々な研究が行われている。
【０００４】
発光素子の発光効率である外部量子効率は、発光層で電気エネルギーが光エネルギーに変換される割合を示す内部量子効率と、変換された光エネルギーが外部へ放出される割合を示す光取り出し効率との積によって決定される。
【０００５】
内部量子効率は、発光素子を形成する窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性に大きく影響を受ける。内部量子効率を向上させる方法として、サファイア等から成る基板上に非晶質または多結晶のＡｌＮ系またはＡｌＧａＮ系の材料から成るバッファ層を形成し、このバッファ層上に窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることにより、基板と窒化ガリウム系化合物半導体層との格子不整合を緩和させ、窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性を向上させるという方法が知られている（例えば、下記の特許文献１を参照）。
【０００６】
一方、光取り出し効率の向上に関しても種々の技術が公開されており、窒化ガリウム系化合物半導体層の側面をテーパー状に加工したり、基板に斜面を形成することによって、全反射した光の進行方向を変化させて、光取り出し効率を改善する方法がある（例えば、特許文献２，３を参照）。
【０００７】
従来の発光素子の一例の断面図を図２に示す。基板８上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層９ａ、窒化ガリウム系化合物半導体層からなる発光層９ｂ及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層９ｃより成る半導体層９が形成されている。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層９ａの上面とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層９ｃの上面に、それぞれｎ型電極１０及びｐ型電極１１が形成されている。ｎ型電極１０及びｐ型電極１１の一部には、外部から電流を注入するために、それぞれｎ型パッド電極１２、ｐ型パッド電極１３が設けられており、ワイヤーボンディングによってパッケージの配線導体等に接続される。
【０００８】
窒化ガリウム系化合物半導体層の形成に使用される基板８としては、一般的に広く使用されている絶縁性のサファイアから成る基板の他に、導電性の炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等から成る基板も用いられる。導電性の基板を用いる場合、ｎ型電極１０の代わりに基板８自体をｎ型電極として利用することも可能である。
【特許文献１】特開平２−２２９４７６号公報
【特許文献２】特開２００５−２５２０８６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８６７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２の従来の発光素子においては、サファイアから成る基板８の屈折率が、発光層９ｂで発光した光の波長を４００ｎｍとした場合に約１．７８であるのに対し、窒化ガリウム系化合物半導体の屈折率が約２．５５と高い。そのため、発光層９ｂで発光した光のうち、サファイア製の基板８への入射角が臨界角θｒの約４４°（θｒ＝ａｒｃｓｉｎ（１．７８／２．５５））を超える角度で入射する光は、各窒化ガリウム系化合物半導体層を積層してなる半導体層９の内部で全反射を繰り返す。従って、光は半導体層９の内部で全反射を繰り返す過程で大部分が半導体層９に吸収され、残った光が半導体層９の端部から外部へ向かって放射されるため、発光量が低下するという問題点がある。
【００１０】
さらに、半導体層９と外部との境界より外側が空気（屈折率≒１）である場合、これらの媒質間の屈折率差がさらに大きくなり、その境界で半導体層９側に反射される光の量が一層増えるため、光取り出し効率はさらに悪くなる。
【００１１】
また、発光層９ｂで発光した光のうち、サファイア製の基板８への入射角が臨界角θｒ以下の入射角で半導体層９から基板８に入り込んだ光は、図２に示すように、再度半導体層９に入り込んで吸収されるため、外部に取り出せる光量はさらに低下することになる。
【００１２】
上記の問題点を解決するために、特許文献２の方法を用いて発光素子の光取り出し効率を向上させる場合、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の側面をテーパー状に加工し、ｎ型窒化ガリウム半導体層の側面で反射する光の進行方向を基板側へ変化させることによって、光取り出し効率を向上させている。しかし、テーパー部の形成領域は半導体層の端から約数μｍの範囲となるため、半導体層の端から約数十μｍ離れた発光層の中央付近で発光する光に対しては効果が十分に得られず、光取り出し効率を高めるには限界がある。
【００１３】
また、特許文献３の方法では、透明な基板に斜面を形成することによって、発光層で発光した光の斜面に対する入射角が臨界角以内となる光の量を増加させて、光取り出し効率の改善を図っているが、斜面で反射した光は再び半導体層に戻って吸収されてしまうという問題点がある。
【００１４】
従って、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光取り出し効率を飛躍的に向上させることが可能な発光素子及び照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の発光素子は、一主面に錐体状の窪みが形成された透明な支持体と、前記支持体の前記一主面に対向する他主面に形成された発光層を含む半導体層とを具備していることを特徴とする。
【００１６】
本発明の発光素子は好ましくは、前記窪みが四角錐状であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の発光素子は好ましくは、前記半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が積層された積層体を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の照明装置は、本発明の発光素子と、前記発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体及び燐光体の少なくとも一方とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の発光素子は、一主面に錐体状の窪みが形成された透明な支持体と、支持体の一主面に対向する他主面に形成された発光層を含む半導体層とを具備していることから、以下のような作用効果を奏する。
【００２０】
即ち、半導体層で発光した光のうち、支持体への入射角が臨界角以下の入射角で半導体層から支持体に入り込んだ光は、図１に示すように、支持体に形成された錐体状の窪みによって光の伝播方向が横方向へ変化し、再度半導体層に入り込むことなく支持体の端面において多重反射を繰り返しながら外部へ放射される。その結果、半導体層で吸収される光の量が大幅に低減され、光取り出し効率が飛躍的に向上する。
【００２１】
また、本発明の発光素子は好ましくは、窪みが四角錐状であることから、通常、母基板からの発光素子の取れ数を多くするために直方体状に分離された発光素子において、窪みの形成された支持体の一主面全面を、発光層から放射された光の伝播方向を横方向へと変化させる光路変化面として効果的に利用できる。また、四角錐状の各面を、直方体状の支持体の各側面に対向させることによって、光路設定、支持体の側面への入射角等の光取り出しに有利な条件を容易に設定することができる。従って、光取り出し効率をより一層向上させることが可能となる。
【００２２】
また、本発明の発光素子は好ましくは、半導体層は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が積層された積層体を含むことから、窒化ガリウム系化合物半導体と格子整合性が良好なＺｒＢ２単結晶等から成る基板上に、結晶性の高い半導体層を形成することができ、発光効率が高い発光素子となる。尚、ＺｒＢ２単結晶等から成る不透明な基板を用いる場合、一旦基板を除去した後、透明な支持体上に半導体層を設置すればよい。
【００２３】
本発明の照明装置は、本発明の発光素子と、発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体及び燐光体の少なくとも一方とを具備していることから、従来の蛍光灯等よりも消費電力が小さく、小型化されたものとなり、よって小型で高輝度の照明装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の発光素子の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の発光素子について実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、２は窒化ガリウム系化合物半導体層を複数層積層して成る半導体層（積層体）であり、２ａはｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、２ｂは窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層、２ｃはｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層である。
【００２６】
また、同図において、３はｎ側電極またはｎ側電極を形成するための光反射性導電層（ｎ側導電層）であり、４はｐ側電極またはｐ側電極を形成するための透明導電層（ｐ側導電層）である。また、ｎ側電極３とｐ側電極４の一部にはそれぞれｎ側パッド電極５、ｐ側パッド電極６が形成されている。
【００２７】
本発明の発光素子は、透明な支持体１の一主面に錐体状の窪み７と、対向する他主面に形成された半導体層２を具備している構成である。この構成により、半導体層２で発光した光のうち、支持体１への入射角が臨界角以下の入射角で半導体層２から支持体１に入り込んだ光は、図１に示すように、支持体１に形成された錐体状の窪み７によって光の伝播方向が横方向へ変化し、再度半導体層２に入り込むことなく支持体１の端面（側面）において多重反射を繰り返しながら外部へ放射される。その結果、半導体層２で吸収される光の量が大幅に低減され、光取り出し効率が飛躍的に向上する。
【００２８】
支持体１に形成された錐体状の窪み７は、三角錐、四角錐などの多角錐、円錐などの形状が好ましい。これらの形状の中でも四角錐状であることがよく、この場合、通常、母基板からの発光素子の取れ数を多くするために直方体状に分離された発光素子において、窪み７の形成された支持体１の一主面全面を、発光層２ｂから放射された光の伝播方向を横方向へと変化させる光路変化面として効果的に利用できる。また、四角錐状の各面を、直方体状の支持体１の各側面に対向させることによって、光路設定、支持体１の側面への入射角等の光取り出しに有利な条件を容易に設定することができる。従って、光取り出し効率をより一層向上させることが可能となる。
【００２９】
また、錐体状の窪み７の深さは、支持体１の厚み（１００μｍ〜１０００μｍ程度）の３０％〜１００％がよい。３０％未満では、支持体１の横方向へ光路を変換する光路変換面として錐体状の窪み７が十分に機能しない傾向がある。
【００３０】
また、錐体状の窪み７の平面視における面積は、支持体１の主面の面積の５０％以上とするのがよい。５０％未満では、支持体１の横方向へ光路を変換する光路変換面として錐体状の窪み７が十分に機能しない傾向がある。
【００３１】
錐体状の窪み７の形成方法としては、透明な支持体１の一主面に研磨剤（粒径１μｍ〜数１０μｍ程度のアルミナ微粒子，シリコンカーバイド微粒子等）を吹き付けることによって研削加工を行うサンドブラスト法、極小径のマイクロドリルを用いて加工形成する方法、透明な支持体１がエポキシ樹脂，シリコーン樹脂，ガラス等から成る場合は、支持体１を加熱することによって軟化させ、錐体状の窪み７が反転した形状を有するモールド（金型）を押し当てることによって錐体状の窪み７を形成するナノインプリント法等がある。
【００３２】
錐体状の窪み７は、図１に示すように、１つの窪み７が支持体１の一主面の全面に形成されており、窪み７の前記一主面側の縁が縦断面において角部となっていることが好ましい。これにより、窪み７の斜面で反射された光の一部は角部に向かって反射を繰り返しつつ外部へ放射され、角部に到達しても半導体層２の側に戻ることはない。
【００３３】
窪み７は複数形成することもできるが、その場合１つの窪み７で横方向に反射された光が他の窪み７で反射されて再び半導体層２へ戻る可能性がある。従って、窪み７は図１のように１つ形成することが好ましい。
【００３４】
また、錐体状の窪み７の底部の角度は３０°〜６０°がよい。３０°未満では、錐体状の窪み７で反射した光のうち、支持体１の横方向へと光路を変えて支持体１の側面から外部に取り出される光の量が減少する傾向がある。６０°を超えると、錐体状の窪み７を形成するために必要な支持体１の厚みが増加するため、支持体１での光吸収が増加し、また外部のパッケージへの実装が困難になる傾向がある。
【００３５】
また、錐体状の窪み７の斜面は、細かな凹凸構造が形成された粗面であることが好ましい。この場合、支持体１の内部において窪み７の斜面に入射した光は、斜面で反射される成分に加えて斜面で散乱される成分が生じ、外部に放射される光量をより増加させることができる。このような散乱効果が得られる凹凸構造の好ましい算術平均粗さは、３００ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。
【００３６】
本発明の発光素子において、半導体層２は、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａ、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層２ｂ及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃで構成される積層体を含むことが好ましい。窒化ガリウム系化合物半導体層は、ＺｒＢ２単結晶等から成る導電性基板と格子整合性が良好であるため、ＺｒＢ２単結晶等から成る導電性基板上に形成される窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性が高まり、発光効率が高い発光素子となる。
【００３７】
透明導電層から成るｐ側電極４は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化錫（ＳｎＯ2），酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物系の材料から成るものが使用される。特に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）は紫外光から青色光に対して高い透過率を有するだけでなく、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃと良好なオーミック接触が取れるために好適である。
【００３８】
また、ｐ側電極４は、発光波長に対して高い光反射率を有する光反射性導電層としてもよく、この場合、光取り出し方向は支持体１の方向となり、ｐ側電極４によって光取り出し方向へと効率よく光を集めることが可能となる。
【００３９】
光反射性導電層から成るｎ側電極３及び光反射性導電層から成るｐ側電極４の材質は、発光層２ｂが発生した光を損失なく反射するものがよく、さらにｎ側電極３の材質はｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａと良好なオーミック接続がとれるものがよい。
【００４０】
そのような材質としては、例えばアルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），インジウム（Ｉｎ），錫（Ｓｎ），モリブデン（Ｍｏ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），ニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ），バナジウム（Ｖ），白金（Ｐｔ），鉛（Ｐｂ），ベリリウム（Ｂｅ），酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3），金−シリコン合金（Ａｕ−Ｓｉ合金），金−ゲルマニウム合金（Ａｕ−Ｇｅ合金），金−亜鉛合金（Ａｕ−Ｚｎ合金），金−ベリリウム合金（Ａｕ−Ｂｅ合金）等がよい。
【００４１】
これらの中でも、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ）は、発光層２ｂが発光する青色光（波長４５０ｎｍ）〜紫外光（波長３５０ｎｍ）の光に対して反射率が高いので好適である。また、アルミニウム（Ａｌ）はｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａと良好なオーミック接続をとれる点でも特に好適である。また、上記材料の中から選択した層を複数層積層したものとしても構わない。
【００４２】
本発明の半導体層２は、基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長することによって形成され、基板がサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等から成る透明基板である場合は、基板自体をそのまま透明な支持体１として利用できる。また、基板が二硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）やシリコン（Ｓｉ）等の不透明基板である場合、半導体層２を透明な支持体１に貼り合わせた後、エッチングや研磨により不透明基板を除去することによって、透明な支持体１上に半導体層２を形成する。透明な支持体１の材料としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ガラス等を用いればよい。
【００４３】
本発明の半導体層２は、発光層２ｂを、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａとｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃとで挟んだ構成であるが、例えば、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａは、第１のｎ型クラッド層としてのＧａＮ層、第２のｎ型クラッド層としてのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ層の積層体等からなる。このｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａの厚みは２μｍ〜３μｍ程度である。
【００４４】
また、例えば、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃは、第１のｐ型クラッド層としてのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層、第２のｐ型クラッド層としてのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、ｐ型コンタクト層としてのＧａＮ層の積層体等からなる。このｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃの厚みは２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。
【００４５】
また、例えば、発光層２ｂは、禁制帯幅の広い障壁層としてのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層と、禁制帯幅の狭い井戸層としてのＩｎ0.11Ｇａ0.89Ｎ層とを、交互に例えば３回繰り返し規則的に積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Mulitiple Quantum Well）等からなる。この発光層２ｂの厚みは２５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。
【００４６】
本発明のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ａ、発光層２ｂ、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２ｃを含む半導体層２の成長方法は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）法が用いられるが、その他分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法やハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）法等が挙げられる。
【００４７】
また、ｎ側電極３及びｐ側電極４の上には、それぞれ外部との電気的接続をとるための導線等を接続するｎ側パッド電極５とｐ側パッド電極６が設けられている。ｎ側パッド電極５及びｐ側パッド電極６としては、例えばチタン（Ｔｉ）層、またはチタン（Ｔｉ）層を下地層として金（Ａｕ）層を積層したもの等を用いればよい。
【００４８】
また、半導体層２は、ＳｉＣ等から成る基板上に窒化ガリウム系化合物半導体から成るバッファ層を介して形成してもよく、また、化学式ＸＢ2（ただし、ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ａｌ及びＨｆのうちの少なくとも１種を含む。）で表される二ホウ化物単結晶から成る基板上に直接形成してもよい。化学式ＸＢ2で表される二硼化物単結晶から成る基板を使用した場合、窒化ガリウム系化合物半導体との格子定数差が０．５７％、熱膨張係数差も２．７×１０-6／Ｋと小さい基板であるため、転位密度が低く、残留歪の小さい窒化ガリウム系化合物半導体層を得ることが可能となる。
【００４９】
化学式ＸＢ2（ただし、ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ａｌ及びＨｆのうちの少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物単結晶から成る基板は、ＺｒＢ2単結晶，ＴｉＢ2単結晶，ＨｆＢ2単結晶等からなるが、窒化ガリウム系化合物半導体との格子整合性及び熱膨張係数の整合性の点で優れていることを考慮すると、ＺｒＢ2単結晶からなるものを使用することが好ましい。また、ＺｒＢ2単結晶において、Ｚｒの一部がＴｉやＨｆに置換されているものであってもよい。また、ＺｒＢ2単結晶において、その結晶性また格子定数が大きく変化しない程度に不純物としてＴｉ，Ｈｆ，Ｍｇ，Ａｌ等を含んでいても構わない。
【００５０】
なお、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体を適用した発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）として使用することができる。
【００５１】
また、本発明の上記の発光素子（ＬＥＤ）は次のように動作する。即ち、発光層２ｂを含む半導体層２にバイアス電流を流して、発光層２ｂで波長３５０〜４００ｎｍ程度の紫外光〜近紫外光や紫光を発生させ、発光素子の外側にその紫外光〜近紫外光や紫光を取り出すように動作する。
【００５２】
次に、図７に本発明の照明装置について実施の形態の一例を示す。図７の照明装置は、図１に示す本発明の発光素子１５と、発光素子１５から出射される紫外光〜近紫外光を他方主面側（上側）に反射する反射面１６と、発光素子１５からの発光を受けて白色光等の可視光を発する蛍光体１７（または燐光体）とを具備する構成である。また、発光素子１５は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の高熱伝導性の絶縁性基台１８上に形成された導体パターン１９ａ，１９ｂ上に、バンプ電極２０ａ，２０ｂを介して接続されており、発光素子１５の全体を蛍光体１７で覆っている。また、絶縁性基台１８上には、金属光沢の光反射性の表面を有する金属から成る反射部材１６、または反射面１６ａに金属層等の光反射層が形成された反射部材１６が設けられている。
【００５３】
蛍光体１７（または燐光体）は、透明樹脂等の透明材料中に蛍光体１７（または燐光体）を含むものであってもよい。
【００５４】
このような照明装置は、例えば、発光素子１５の光取り出し面側に蛍光体１７を設けた構成において、発光素子１５が例えば波長３６５ｎｍ前後の紫外光〜近紫外光で発光し、蛍光体１７が励起光であるその発光を受けて例えば白色光を発することによって照明装置としての動作をする。
【実施例】
【００５５】
本発明の発光素子の実施例について以下に説明する。本発明の発光素子の効果を確認するために、光線追跡法を用いて、光取り出し効率のコンピュータシミュレーションを実施した。
【００５６】
図３，図４は比較例の発光素子の一例におけるシミュレーションモデルの透視斜視図を示し、図５は本発明の発光素子の一例におけるシミュレーションモデルの透視斜視図を示したものである。
【００５７】
図３の比較例の発光素子は、透明な支持体としてのサファイアから成る基板８の一主面が平面であり、前記一主面に対向する他主面にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層９ａ、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層９ｂ、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層９ｃが積層された半導体層９と、半導体層９の最表面に光反射性導電層から成るｐ側電極１１が形成されている構成である。
【００５８】
また、図４の比較例の発光素子は、図３の発光素子における基板８の一主面に錐体状の凸部１４が形成されている構成である。ここで、基板８の一主面（この場合、基板８の他主面と平行な仮想的な面とする）と凸部１４の斜面とのなす角度は４５°とする。
【００５９】
一方、図５の本発明の発光素子は、図３の発光素子における基板８の一主面に四角錐状の窪み７が形成されている構成であり、基板８の一主面（この場合、基板８の他主面と平行な仮想的な面とする）と四角錐状の窪み７の斜面とのなす角度は４５°とする。
【００６０】
また、発光素子のサイズは平面視で一辺が３５０μｍの正方形とし、支持体１の厚みを３５０μｍ、半導体層９を３．２μｍ、ｐ側電極１１の厚みを０．５μｍとした。また、発光波長は４００ｎｍであるとして、光線は光源である発光層９ｂから等方的に放射されるものとしてシミュレーションを実施した。
【００６１】
さらに、サファイアから成る透明な基板８の屈折率を１．７８、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層９ａ、発光層９ｂ及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層９ｃからなる半導体層９の屈折率を２．５（ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層９ａ、発光層９ｂ及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層９ｃについて、屈折率の変化はほとんどないため、全て同じ屈折率とした）、アルミニウム（Ａｌ）からなるｐ側電極１１の屈折率を０．４９として計算を行った。
【００６２】
図６に、光取り出し効率をコンピューターシミュレーションによって求めた結果のグラフを示す。図６より、本発明の実施例の発光素子の光取り出し効率は、図３の比較例の発光素子と比較して約１．４倍向上し、また図４の比較例の発光素子と比較して約１．２倍向上しており、本発明の発光素子の有効性が明確に示されていることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の発光素子について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の発光素子の一例を示す断面図である。
【図３】比較例の発光素子の一例のシミュレーションモデルを示す透視斜視図である。
【図４】他の比較例の発光素子の一例のシミュレーションモデルを示す透視斜視図である。
【図５】本発明の発光素子の一例のシミュレーションモデルを示す透視斜視図である。
【図６】本発明の実施例の発光素子と従来の発光素子について、光り取り出し効率をコンピュータシミュレーションにより求めた結果のグラフである。
【図７】本発明の照明装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１：透明な支持体
２：半導体層
２ａ：ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
２ｂ：発光層
２ｃ：ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
７：錐体状の窪み
【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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